การควบคุมแบบย้อนกลับของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมชนิดสามแกนหมุน

Abstract

การควบคุมตำแหน่งของปลายแขนหุ่นยนต์อุตสาหกรรมเป็นหัวใจของการออกแบบระบบควบคุมทั้งหมด โดยจะพิจารณาการเคลื่อนที่ที่ปลายแขนในลักษณะจุดต่อจุดหรอ Point-to-Point เป็นหลัก ระบบควบคุมแบบย้อนกลับหรือแบบปิดที่จะนำมาควบคุมการเคลื่อนที่ที่ปลายแขนของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมจะเป็นระบบควบคุมชนิด พี ไอ ดี (PID, Proportional-Integral-Derivative) การออกแบบระบบควบคุมนี้จะอาศัยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของแขนหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่ได้ทำการปรับให้เป็นเชิงเส้นแล้ว (Linearization) และการเคลื่อนที่ที่ของแต่ละจ้อต่อก็อิสระไม่มีผลต่อกัน (Decoupling) ภายใต้เงื่อนไขที่ว่าความเร็วในการเคลื่อที่ของแต่ละข้อต่อของแขนหุ่นยนต์อุตสาหรรมนั้นไม่เร็วจนเกินไป ซึ่งทำให้แรงที่เกิดขึ้นเนื่องจากแรงเซนติฟูกัลป์และแรงคอลิโอลิส (Centrifugal Force and Coliolis Force) มีค่าน้อยเมื่อเทียบกับแรงเฉื่อยของระบบ (Intertia Force of the System) หุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่สร้างชิ้นนี้เป็นชนิดสามข้อต่อแบบโพล่าร์โคออดิเนต (Polar Coordinate) ข้อต่อเป็นชนิดหมุน (Revolute Joint) แต่ละข้อต่อขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์กระแสตรงชนิดแม่เหล็กถาวรโดยติดตั้งอุปกรณ์ที่ใช้วัดตำแหน่งของข้อต่อเป็นแบบ Potentiometer และอุปกรณ์ที่ใช้วัดความเร็วของการหมุนของมอเตอร์ (Tachometer) คอมพิวเตอร์ที่ใช้สำหรับควบคุมเป็นไมโครคอมพิวเตอร์ชนิด 16 บิท โดยระบบควบคุมแบบปิดที่ออกแบบไว้จะอยู่ในรูปของโปรแกรมที่ทำงานอยู่บนเครื่องไมโครคอมพิวเตอร์นี้ เครื่องคอมพิวเตอร์นี้สามารถทราบถึงตำแหน่งและความเร็วของการเคลื่อนที่ของข้อต่อของหุ่นยนต์อุตสาหกรรมโดยรับสัญญาณจากอุปกรณ์วัดตำแหน่งและอุปกรณ์วัดความเร็วซึ่งเป็นสัญญาณอนาลอก (analog) แล้วแปลงให้เป็นสัญญาณดิจิตัล (digital) ก่อนที่จะส่งเข้าไปยังคอมพิวเตอร์