ruengyos full paper final - tsme of forc… · คําหลัก:...

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 26 ตลาคม 2555 จงหวดเชยงราย

DRC2008

ผลกระทบของแรงสะทอนกลบทมตอระบบการทางานแบบมาสเตอร-สเลฟ

ในขณะทาการกดชนงาน Effects of Force Reflection on Master-Slave Operating System

in Milling Processes

เรองยศ อารยวงษกล1* และ วบลย แสงวระพนธศร2

1,2 ภาควชาวศวกรรมเครองกล คณะวศวกรรมศาสตร จฬาลงกรณมหาวทยาลย ถ.พญาไท แขวงวงใหม เขตปทมวน กรงเทพมหานคร 10330. *ตดตอ Email: [email protected], [email protected], โทรศพท: 0-2218-6449, โทรสาร: 0-2218-6583

บทคดยอ

งานวจยนไดทาการประยกตใชแรงสะทอนกลบมากระทาตอมอของผดาเนนการเมอทาการกดชนงานดวยระบบการทางานแบบมาสเตอร-สเลฟ ซงประกอบดวยแขนกลโครงสรางแบบขนานสาหรบงานกดชนงาน สวนของแขนกลนาเปนอปกรณแฮปตคกลาวคอสามารถสรางแรงสะทอนกลบกระทาตอมอของผดาเนนโดยอาศยการอางองคาแรงกดทวดไดดวยอปกรณตรวจรแรงในขณะทแขนกลตามทาการกดชนงาน ผลการทดลองกดชนงานพลาสตกเปนรองแนวเสนตรง เมอมการใชแรงสะทอนกลบเปรยบเทยบกบกรณทไมใชแรงสะทอนกลบ พบวากรณใชแรงสะทอนกลบผดาเนนการจะรสกถงแรงกระทาตอมอในขณะเลอนดามจบของแขนกลนาอยางมนยสาคญ โดยผดาเนนการจะตองใชแรงในการเลอนดามจบเพมขน ในขณะทความเรวการเลอนดามจบจะมคาลดลง สงผลใหดอกกดของแขนกลตามเคลอนทดวยความเรวทลดลงและมตาแหนงการเคลอนทใกลเคยงกบการเคลอนทของปลายแขนกลนาเนองจากการทางานแบบมาสเตอร-สเลฟ

คาหลก: แรงสะทอนกลบ / แรงกดชนงาน / มาสเตอร-สเลฟ Abstract This research work applies force reflection to the operator hand on the master-slave operating system which is consists of parallel mechanisms for milling processes. The master arm can generate force reflection against the operator hand related to cutting force which is measured by force sensor in milling task. In comparing with no force reflection, experimental results of slot milling with force reflection indicate significant effects on the operator hand. Thus, the operator can increase his acting force to move the master’s handle while its moving velocity is reduced. The milling tool’s feed rate is decreased and its motion is closed to the master tip’s movement because of the master-slave operation. Keywords: Force Reflection / Cutting Force / Master-Slave

1. บทนา การทางานแบบมาสเตอร-สเลฟสามารถนาไป

ประยกตใชงานไดหลากหลายรปแบบเพอสงผานการเคลอนทระหวางแขนกลนาและแขนกลตาม งานวจยทไดมการศกษาเปนอยางมากและผลตเชงพาณชย เชน การใชหนยนตชวยในการผาตดดานศลยกรรม การทางานแบบมาสเตอร-สเลฟนนผดาเนนการจะทางานสมพนธกบ

สวนของแขนกลนาและ ใชระบบควบคมเพอทาใหแขนกลตามเคลอนทไปยงบรเวณทกาหนดตามการเคลอนของแขนกลนา[1] กรณทแขนกลตามมปฏสมพนธกบวตถแวดลอม สวนของแขนกลนาจะสรางแรงสะทอนกลบ ไปย งผ ด า เนนการส งผลให ผด า เนนการร สก ได ว า ในขณะนนมสงทกดขวางการเคลอนทของแขนกลตาม ผดาเนนการจะสามารถตดสนใจไดวาการเคลอนท


DRC2008

ในชวงเวลาถดไปควรจะดาเนนการอยางไร [1-2] แสดงใหเหนวาแรงสะทอนกลบทเกดขนระหวางแขนกลนากบมอของผดาเนนการนนมความสาคญตอการทางานรวมกนของผควบคมและระบบการทางานแขนกลแบบมาสเตอร-สเลฟ โดยเฉพาะอยางยงเมอแขนกลตามมการสมผสกบวตถหรอสงกดขวาง การกดชนงานนบไดวาเปนทนยมอยางมาก ในการสรางชนงานเมอทราบขอมลของพนผวงาน เชน งานดานวศวกรรมยอนกลบ หรอ การสรางชนงานจากขอมลเสนทางเดนของดอกกดทเตรยมไว โดยดอกกดชนงานจะทาการเคลอนทตามเสนทางเดนทกาหนดใหกบเครองกด CNC เพอนาเนอวสดออกจากวสดเรมตนจน ไดรปแบบตามตองการ งานวจยททาการศกษาการสรางเสนทางการเคลอนทดอกกดชนดหวทรงกลมจากพจดจดเพอลดขนตอนของการสรางพนผวในกระบวนการวศวกรรมยอนกลบ เชน [3-4] ในขณะทปลายดอกกดทาการกดเซาะชนงานจะเกดการสมผสระหวางคมของดอกกดและเนอชนงานในลกษณะการตดเฉอนทาใหเกดแรงกดชนงานขน และสามารถทาการจาลองแรงกดชนงานไดเมอทราบตาแหนงของดอกกดและตาแหนงสมผสชนงานในขณะทดอกกดเคลอนทตามเสนทางทกาหนดไว [5]

การกดชนงานดวยการทางานแบบมาสเตอร-สเลฟ เปนการกดชนงานโดยทาการเคลอนปลายแขนกลนาบนผวชนงานอางองทาใหไดคาตาแหนงและทศทางของปลายแขนกลนา ในแตละคาบเวลาแลวจ ง ใช คาตาแหนงและทศทางเหลานนมาเปนคาอางองสาหรบปลายดอกกดของแขนกลตามใหท าการ เคล อนท กดชนงานไปพรอมๆกน งานวจยน ไดนาเสนอการประยกตใชคาแรงกดชนงานซงตรวจวดไดจากอปกรณตรวจรแรง (Force Sensor) เปนคาอางองสาหรบการสรางแรงสะทอนกลบกระทาตอมอของผดาเนนการในระบบการทางานแบบมาสเตอร-สเลฟ และเปรยบเทยบผลการทดลองกบกรณทไมใชแรงสะทอนกลบเพอศกษาผลกระทบทเกดขนในขณะทาการกดชนงาน

2. ระบบการทางานแบบมาสเตอร-สเลฟ

ระบบแขนกลท ใ ช ส าหรบการก ดช น ง านประกอบดวยแขนกลทมโครงสรางแบบขนาน (Parallel Mechanism) ทงในสวนของแขนกลนาหรอมาสเตอร (Master Manipulator Arm) แ ล ะ แ ข น ก ล ต า มห ร อ สเลฟ (Slave Manipulator Arm) โดยมระบบควบคม (Control System) ทาหนาทควบคมการเคลอนทของ

แขนกลตาม เมอปลายแขนกลตามมการกระทากบสงแวดลอมกอใหเกดแรงกระทาขน แรงกระทาดงกลาวจะนามาใชเปนคาอางองในการแสดงแรงสะทอนกลบทแขนกลนา (Force Reflection) การทางานของระบบแขนกลดงกลาวมาขางตนเปนการทางานรวมกนระหวางแขนกลนาและแขนกลตามเรยกวาระบบการทางานแบบมาสเตอร-สเลฟโดยมแรงสะทอนกลบ รปท 1 แสดงระบบการทางานแบบมาสเตอร-สเลฟสาหรบการกดชนงาน โดยมการสรางแรงสะทอนกลบกระทาตอมอของผดาเนนการในงานวจยน

รปท 1 ระบบการทางานแบบมาสเตอร-สเลฟโดยม แรงสะทอนกลบ ในงานวจยน ผดาเนนการทาการควบคมตาแหนงของปลายแขนกลนา ตาแหนงปลายแขนกลนาทวดไดจะถกแปลงเปนคาตวแปรทใชในการควบคมมอเตอรขบเคลอน แขนกลตามเพอใหตาแหนงปลายแขนกลตามมรปแบบ


DRC2008

ของตาแหนงและทศทางในลกษณะเดยวกบแขนกลนาโดยใชการวเคราะหทางดานคเนเมตคมาชวยในการ แปลงคาดงกลาว[6,7] เมอแขนกลตามมการกระทบหรอกระทากบสงแวดลอม เชน เมอแขนกลตามตดตงหวกดทปลายแขนกจะมแรงกระทาทปลายดอกกดในขณะกดชนงาน เราสามารถวดแรงกดนไดโดยการตดตงอปกรณตรวจรแรงทตวจบยดชนงาน แรงกดทวดไดนจะถกแปลงเปนตวแปรทใชในการสรางแรงสะทอนกลบทแขนกลนา โดยทแขนกลนากจะมมอเตอรท ใชในการขบเคลอน แขนกลเชนกน แรงสะทอนกลบนจะเปนแรงทกระทากบมอของผดาเนนการ ทาใหมความรสกหรอรบรแรงเสมอนทเกดขนทปลายแขนกลตาม ในกรณทแขนกลทงสองมโครงสรางแตกตางกน(dissimilar structure) เราสามารถคานวณหาตาแหนงและทศทางสาหรบการเคลอนปลายแขนกลตามไดเมอทราบตาแหนงและทศทางเรมตนของแขนกลทงสอง เพอใหเกดความสะดวกในการวเคราะหตาแหนงและทศทางของปลายแขนกลตามจงกาหนดใหแกนอางองแขนกลนาและแกนอางองแขนกลตามตงอยในทศทางเดยวกนดงแสดงในรปท 2 ตาแหนงเรมตนของปลาย แขนกลนาและปลายแขนกลตามอยบนพกด {inim} และ {iniS} ตามลาดบ เมอปลายแขนกลนามการเปลยนแปลงตาแหนงไปทพกด {tm} ตาแหนงปลายแขนกลตามจะเคลอนทไปทพกด {tS} โดยตาแหนงปลายแขนกลตาม (Xsd ) หาไดจากสมการ

( )X X X Xm mrsd P srG= − +i (1) เมอกาหนดให

Xm คอ ตาแหนงปลายแขนกลนาทเวลาใดๆ

Xmr คอ ตาแหนงเรมตนของปลายแขนกลนา

Xsr คอ ตาแหนงเรมตนของปลายแขนกลตาม

PG คอ คาเกนทใชปรบอตราสวนของตาแหนง

ระหวางแขนกลนาและแขนกลตาม (คาอตราสวนปกต PG = 1.0)

ทศทางของปลายแขนกลตามทตองการสามารถหาคาไดจากทศทางของปลายแขนกลนาทเวลาใดๆ และทศทางเรมตนของแขนกลทงสอง[6] แตการทดลองทจะนาเสนอตอไปน ไมมการเปลยนแปลงทศทางของปลายแขนกล ในทนจงไมไดแสดงวธการคานวณทศทางดงกลาว

รปท 2 การตงแกนอางองในการวเคราะหตาแหนง

และทศทางของปลายแขนกลตาม เมอทราบตาแหนงและทศทางของปลายแขนกล

ตามทตองการแลว เราสามารถทาการควบคมตาแหนงปลายแขนกลตามไดดวยการควบคมการหมนของเซอรโวมอเตอรขบเคลอนขดบอลสกรของแขนกลตามดงแสดง ในรปท 3 เพอใหปลายแขนกลตาม(ดอกกด) เคลอนท ไปยงตาแหนงทตองการ มมการหมนของเซอรโวมอเตอรหรอระยะเลอนของชดบอลสกรสามารถหาไดจากการ วเคราะหอนเวอรสคเนเมตค (Inverse Kinematic) [7]

รปท 3 สวนประกอบของแขนกลตาม


DRC2008

3. การสรางแรงสะทอนกลบของแขนกลนา เมอผดาเนนการทาการควบคมแขนกลตามโดยใชมอ

ในการขบเคลอนแขนกลนา เพอใหผดาเนนการรสกถงแรงกระทาระหวางปลายแขนกลตามกบสงแวดลอม เ ราจ า เปนตองสร างแรงสะทอนกลบมาท มอของผดาเนนการ การสรางแรงสะทอนกลบกระทาตอมอของผดาเนนการสามารถทาไดโดยการสรางแรงขบเคลอนจากมอเตอรกระแสตรงจานวน 6 ตวซงตดตงไวทฐานของแขนกลนาดงรปท 4 ผดาเนนการจะรสกถงแรงกระทาเม ออ ปกรณขยายสญญาณ (Amplifier) มการจ ายกระแสไฟฟาไปทมอเตอรกระแสตรงแตละตวตามสดสวนของค าแร งบ ดท ต อ งการ (desired torque) ระบบควบคมสามารถคานวณคาแรงบดทตองการ (desired torque;τ ) ไดจากคาแรงทตองการใหเกดขนทปลายแขนกลนา (F ) และเมตรกซจาโคเบยนของแขนกลนา ( J ) ดงสมการตอไปน [6]

TF=J τ (2)

เมอ T

X Y Z X Y ZM M M F F F= ⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦F

ประกอบดวยโมเมนต (J ) และ แรง (F ) ในแนวแกน X Y และ Z

1 1 2 2 3 3

Tf f fτ τ τ⎡ ⎤= ⎢ ⎥⎣ ⎦

τ

ประกอบดวยแรงในแนวเลอน ( f ) และแรงบด (τ ) ของมอเตอรในแขนท 1 2 และ 3

รปท 4 สวนประกอบโครงสรางของแขนกลนา

เ มต ร ก ซ จ า โ ค เ บ ย นขอ งแขนกลน า ( J ) ประกอบดวยอนเวอรสของเมตรกซ A คณกบเมตรกซ B ดงจะกลาวตอไป เราสามารถหาเมตรกซ A และ เมตรกซ B ไดจากการวเคราะหโครงสรางแขนกลนาในรปท 5 โดยทาการกลบดานโครงสรางของแขนกลนาใหฐานดามจบขนดานบน แขนกลนามขอตอซ งตดต งอปกรณขบเคลอนดวยมอเตอรกระแสตรง (Active Joint) สามารถท า ให เ ก ดแร งกระท า ในแนวแกน และแรงบดรอบแนวแกน เพอสงแรงสะทอนกลบไปท ฐานดามจบและสงตอไปถงมอของผดาเนนการ

รปท 5 โครงสรางของแขนกลนาแตละแขนสาหรบ

การวเคราะหเมตรกซจาโคเบยน เมตรกซ A สามารถเขยนไดดงน

11

12

21

22

31

32

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

0 0 0 0 0

a

a

a

a

a

a

⎡ ⎤⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥= ⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

A

(3)

เ ม อ

j ja θ= −

1 4cos ,

j ja Lθ= −

2 4sin แ ล ะ

1, 2, 3j =


DRC2008

โดยมมตางๆของแตละขอตอ สามารถวดไดจากอปกรณวดมมทตดตงอยทขอตอตางๆ ในทนเราตดตงอปกรณวดมมทงหมด 9 ตว โดยตดตง 3 ตวในแตละแขนซงมทงหมด 3 แขน

เมตรกซ B สามารถเขยนได ดงน

( )( )( )( )( )( )

1 1 1

1 1 1

2 2 2

2 2 2

3 3 3

3 3 3

T Tm

T TmT T

mT T

mT T

mT T

m

⎡ ⎤×⎢ ⎥

⎢ ⎥⎢ ⎥×⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥×⎢ ⎥= ⎢ ⎥×⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥×⎢ ⎥⎢ ⎥

×⎢ ⎥⎣ ⎦

I r I

M r M

I r IB

M r M

I r I

M r M

(4)

เมอกาหนดให j = 1, 2, 3

( )

1 3 4 1 2 3 4

1 2 4

1 3 4 1 2 3 4

1 2 4

2 3 4 2 4

sin sin sin cos cos cos sin

cos sin cos

cos sin sin sin cos cos sin

sin sin cos

sin cos sin cos cos

j

j

θ θ θ θ θ θ θθ θ θ

θ θ θ θ θ θ θθ θ θ

θ θ θ θ θ

⎡ ⎤⎞⎛ − ⎟⎜⎢ ⎥⎟⎜ ⎟⎢ ⎥⎜ ⎟+⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎢ ⎥⎞⎛− −⎢ ⎥⎟⎜ ⎟⎜⎢ ⎥= ⎟⎜ ⎟⎢ ⎥+⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎢ ⎥− −⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

I

( )( )

( )

1 2 3 1 3

1 2 3 1 3

2 3

cos cos sin sin cos

sin cos sin cos cos

sin sinj

j

θ θ θ θ θ

θ θ θ θ θ

θ θ

⎡ ⎤+⎢ ⎥⎢ ⎥= −⎢ ⎥⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

M

mj j= −r P P

เมตรกซจาโคเบยน (Jacobian) จากการวเคราะห

โครงสรางของแขนกลนาคอ

1−=J A B

(5)

เมตรกซจาโคเบยนดงกลาวสามารถนาไปใชในการ

คานวณหาแรงบดของมอเตอรแขนกลนาแตละตว ดงกลาวมาแลวในสมการท (2) ได เมอกาหนดคาแรง สะทอนกลบทตองการใหเกดขนทปลายแขนกลนา (F )

4. ผลการทดลอง การทดลองกดชนงานโดยทดอกกดมการเคลอนทดวยระบบการทางานแบบมาสเตอร-สเลฟและมแรงสะทอนกลบ การทดลองนกเพอศกษาผลกระทบ ของแรงสะทอนกลบทมตอระบบการทางานแบบมาสเตอร-สเลฟในขณะกดชนงานพลาสตกวสด PE (Polyethylene) เปนรองในแนวเสนตรง (slot) ซงเปนการกดชนงานโดยทดอกกดสมผสผวชนงานสองดาน รวมกบการกดโดยทดอกกดสมผสผวชนงานเพยง ดานเดยวอก 2 ครงทาใหเกดหลม (Pocket) ทมความลก 2 มลลเมตร (ขนตอนการเคลอนทของดอกกดจะแสดงในลาดบถดไป) ผดาเนนการจะทาการเลอนดามจบแขนกลในแนวแกน X บนรางเลอนแขนกลนา (การเคลอนทแนวเสนตรง) ดงรปท 6 ในกรณทแขนกลนามการสรางแรงสะทอนกลบกระทาตอมอของผดาเนนการ แรงสะทอนกลบจะมทศทางตรงขามกบการเคลอนทของแขนกลนา เมอแขนกลนามการเคลอนทจะสงผลใหดอกกดชนงานซงตดตงอยกบชดหมนหวกด (spindle) ของแขนกลตาม เกดการเคลอนทในทศทางเดยวกบการเคลอนแขนกลนา ดอกกดชนงานจะเคลอนทกดเซาะชนงานซงไดตดตง ไวกบปากกาจบงานและอปกรณตรวจรแรง (Force Sensor) รปท 7 แสดงการตดตงอปกรณตรวจรแรงบนโตะยดชนงาน อปกรณตรวจรแรงจะทาหนาทตรวจวดแรงกดทเกดขนในขณะทดอกกดทาการ กดเซาะชนงาน และ สงสญญาณของคาแรงกดทวดไดไปยงระบบควบคมเพอนาไปใชเปนคาอางองในการสรางแรงสะทอนกลบกระทาตอมอของผดาเนนการตอไป

รปท 6 การเคลอนแขนกลนาบนรางเลอน


DRC2008

รปท 7 การตดตงอปกรณตรวจรแรงบนโตะยดชนงาน

รปท 8 แสดงชนงานท ไดจากการกดเปนหลม (Pocket) ดอกกดชนงานมการเคลอนทดวยการทางานแบบมาสเตอร-สเลฟเฉพาะในแนวแกน Xw สวนการเคลอนทในแนวแกน Yw เปนการเคลอนทโดยอาศย ตาแหนงทกาหนดขนผานระบบควบคมการเคลอนท ขนตอนการเคลอนทของดอกกดแสดงเปนลาดบไดดงน 1.เคลอนทในทศทาง –Xw เปนระยะทาง 30 มลลเมตร 2.เคลอนทในทศทาง –Yw เปนระยะทาง 2 มลลเมตร 3.เคลอนทในทศทาง Xw เปนระยะทาง 30 มลลเมตร 4.เคลอนทในทศทาง –Yw เปนระยะทาง 2 มลลเมตร 5.เคลอนทในทศทาง -Xw เปนระยะทาง 30 มลลเมตร ในทนผวจยไดแสดงเสนทางการเคลอนทของดอกกดใหมความชดเจนขนโดยใชปากกาเขยนลงบนชนงาน เมอตรวจสอบความยาวของเสนตามแนวแกน Xw พบวามขนาดประมาณ 30 มลลเมตรซงมคาสอดคลองกบระยะทางทตองการใหดอกกดเคลอนทกดเซาะชนงาน การทดลองนกาหนดใหใชดอกกดแบบหวทรงกลม (Ball-End Milling Tool) แบบ 2 ฟน ขนาดเสนผ านศนยกลาง 8 มลลเมตร ดอกกดหมนดวยความเรว 5,000 รอบตอนาท เปนไปตามความเรวของชดหมนหวกด

รปท 8 ชนงานทไดจากการกดเปนหลม (Pocket)

รปท 9 แสดงตาแหนงการเคลอนทของปลายแขนกลนาเทยบกบเวลา เมอผดาเนนการเลอนปลาย แขนกลนาในแนวแกน X บนอปกรณรางเลอนเปนระยะทาง 30 มลลเมตร จานวน 3 เทยว เพอทาการ ก ดช น ง าน เป นหล ม (Pocket) ด ง กล า วมาข า งต น การทดลองแสดงการเปรยบเทยบตาแหนงปลายแขนกลนาระหวางกรณทแขนกลนาไมมการสรางแรงสะทอนกลบ (เสนประสเทา) และกรณทแขนกลนามการสรางแรงสะทอนกลบกระทาตอมอของผดาเนนการ (เสนทบสดา) เมอแขนกลนามการสรางแรงสะทอนกลบกระทาตอมอของผดาเนนการสงผลใหผดาเนนการเลอนดามจบแขนกลนาดวยความเรวทลดลงกลาวคอระยะเวลาทใชในการเคลอนแขนกลนาเพอกดชนงานเปนหลมตงแตเรมตนจนกระทงเสรจสนกระบวนการกดมคาเพมขนจาก 12 วนาท มาเปน 42 วนาท ผลตางระหวางตาแหนงการเคลอนทของแขนกลนาและตาแหนงการเคลอนทของแขนกลตามเทยบกบเวลาแสดงในรปท 10 กรณทแขนกลนาไมมการสรางแรงสะทอนกลบผลตางระหวางตาแหนงของแขนกลทงสองมคาสงสดเกนกวา 0.6 มลลเมตร ในขณะเวลาประมาณ 7 ว นาท และ 11 ว นาท (เสนประสเทา) สวนในกรณทแขนกลนามการสรางแรงสะทอนกลบกระทาตอมอของผดาเนนการนน การทดลองแสดงคาผลตางระหวางตาแหนงของแขนกลทงสอง มคาไมเกน 0. 5 มลลเมตร (เสนทบสดา) ผลตางระหวางตาแหนงของแขนกลทงสองเกดขนในลกษณะทแขนกลตามมการเคลอนทชากวาการเคลอนทของแขนกลนา

รปท 9 ตาแหนงปลายแขนกลนา

รปท 10 ผลตางระหวางตาแหนงปลายแขนกลนาและ

ตาแหนงปลายแขนกลตาม


DRC2008

แรงกดชนงานทอปกรณตรวจรแรงวดคาได ในขณะทดอกกดเคลอนทกดเซาะชนงานเปนหลมประกอบดวยแรงกดชนงานในแนวแกน Xw Yw และ Zw คาแรงกดชนงานทวดไดเทยบกบเวลาแสดงในรปท 11 12 และ 13 ตามลาดบ โดยไดทาการเปรยบเทยบแรงกดชนงานกรณทแขนกลนาไมมการสรางแรงสะทอนกลบและกรณท แขนกลนา มการสรางแรงสะทอนกลบ รปท 11 แสดงแรงกดชนงานในแนวแกน Xw ในกรณท ไมมการสรางแรงสะทอนกลบ (เสนประสเทา) และกรณทมการสรางแรงสะทอนกลบ (เสนทบสดา) แรงกดทเกดขนจะมทศทางตรงขามกบทศทางการเคลอนทของดอกกด ดอกกดเคลอนทในทศทางเดยวกบการเคลอนทของ แขนกลนา ทศทางการเคลอนทของแขนกลนาดงกลาวแสดงดวยตาแหนงการเคลอนทของแขนกลนาดงกลาวมาในรปท 9 ตวอยางเชน แขนกลนาเคลอนทในทศทาง –X ในชวงเวลา 0-12 วนาท โดยมการสรางแรงสะทอนกลบกระทาตอมอของผดาเนนการ ชวงเวลาดงกลาวแรงกดชนงาน ในแนวแกน Xw แสดงคาเปนบวก มคาสงสดประมาณ 7 นวตน และเมอแขนกลนาเคลอนทในทศทาง X ในชวงเวลา 15-27 วนาท สงผลใหแรงกดชนงานทวดคาไดมคาเปนลบทมขนาดสงสดไมเกน 5 นวตน เมอทาการเปรยบเทยบแรงกดชนงานพบวา แรงกดชนงานทวดคาไดในกรณทแขนกลนามการสรางแรงสะทอนกลบมคาตากวากรณทแขนกลนาไมมการสรางแรงสะทอนกลบ กรณทแขนกลนาไมมการสรางแรงสะทอนกลบ แรงกดชนงานแสดงคาสงสดมากกวา 20 นวตนซงมคาสงกวากรณทแขนกลนามการสรางแรงสะทอนกลบ

รปท 11 แรงกดชนงานทวดไดในแนวแกน Xw

รปท 12 แสดงคาแรงกดชนงานซงวดไดจากอปกรณตรวจรแรงในแนวแกน Yw แรงกดชนงานทเกดขนในขณะดอกกดเคลอนทกดเซาะชนงานเทยวแรก (ตงแตเรมตนกดชนงานจนกระทงมระยะ 30 มลลเมตร

ในทศทาง -Xw) แสดงคาเปนลบเนองจากดอกกดมการสมผสกบผวชนงานทงสองดานแรงกดชนงานทมคาเปนลบจะมคาสง สวนการเคลอนทของดอกกดในเทยวท 2 และ 3 ดอกกดสมผสผวชนงานเพยงดานเดยว ในทน แรงกดชนงานมคาเปนบวก แรงกดชนงานในกรณท แขนกลนาไมมการสรางแรงสะทอนกลบ (เสนประสเทา) มคาสงสดประมาณ 15 นวตน สวนแรงกดในกรณท แขนกลนามการสรางแรงสะทอนกลบมคาลดลงโดย มคาสงสดไมเกน 5 นวตน

รปท 12 แรงกดชนงานทวดไดในแนวแกน Yw

รปท 13 แสดงแรงกดชนงานซงตรวจวดไดดวยอปกรณตรวจรแรงในแนวแกน Zw แรงกดชนงานมคาเปนบวกแสดงวาดอกกดมการกดลงบนพนผวชนงาน ในขณะททาการกดชนงานแรงกดชนงานทงในกรณท แขนกลนาไมมการสรางแรงสะทอนกลบ (เสนประสเทา) และกรณทแขนกลนามการสรางแรงสะทอนกลบ (เสนทบสดา) มคาใกลเคยงกน โดยมคาสงสดไมเกน 8 นวตน แรงสะทอนกลบกระทาตอมอของผดาเนนการในแนวแกน X ตลอดระยะเวลาการเคลอนแขนกลนาแสดงในรปท 14 แรงสะทอนกลบอางองจากแรงกด ท เ ก ดข น ในแนวแกน Xw และแรงสะท อนก ลบม ทศทางตรงขามกบการเคลอนแขนกลนา ขนาดของแรงสะทอนกลบสามารถปรบเปลยนไดตามความเหมาะสมและความรสกของผดาเนนการแตละทาน ในทนพบวาแรงสะทอนกลบทมคาประมาณ 2 นวตน ใหความรสกทดในการทดลองกดชนงานจงกาหนดใหสดสวนของแรงสะทอนกลบมคาประมาณรอยละ 40 ของแรงกดชนงานในแนวแกน Xw แตไมควรมคาเกนกวา 3.5 นวตน เนองจากแรงสะทอนกลบทมคามากทาใหผดาเนนการ รสกกงวลในการเลอนแขนกลนา และตองใชแรงในการเลอนแขนกลนามากขน สงผลให ลกษณะการเลอนตาแหนงแขนกลนาเกดความไมสมาเสมอได


DRC2008

รปท 13 แรงกดชนงานทวดไดในแนวแกน Zw

รปท 14 แรงสะทอนกลบกระทาตอมอของผดาเนนการ

ในแนวแกน X

5. สรปผลการทดลอง การสรางแรงสะทอนกลบของแขนกลนาทาใหผดาเนนการรบรถงแรงเสมอนทเกดขนในขณะทดอกกดทาการกดชนงาน แรงสะทอนกลบทอางองจากแรงกดช น งานส งผลตอการ เล อนด ามจบแขนกลน าของผดาเนนการ โดยผดาเนนการจะเลอนดามจบแขนกลนาไดชาลงกวากรณทไมมการสรางแรงสะทอนกลบ สงผลใหผลตางระหวางตาแหนงแขนกลนาและแขนกลตามมคาลดลง และแรงกดชนงานทวดคาไดดวยอปกรณตรวจ รแรงในทศทางการเคลอนทของแขนกลนามคาลดลง อยางไรกตามเรายงคงตองทาการศกษาคาแรงสะทอนกลบทเหมาะสมตอการการกดชนงานในสภาวะอนๆตอไป

6. กตตกรรมประกาศ งานวจยนไดรบการสนบสนนจากโครงการศนยระดบภมภาคเทคโนโลยหนยนตภายใตโครงการเพมศกยภาพดานวศวกรรมศาสตรสหสาขาเพอพฒนาและสรางความเปนเลศดานวศวกรรมศาสตรในระดบภมภาคและการเรยนการสอนไปสระดบโลก ในแผนพฒนาวชาการ จฬาลงกรณมหาวทยาลย ( จฬาฯ 100 ป )

7. เอกสารอางอง [1] Hyoung Il Son, Tapomayukh Bhattacharjee and Doo Young Lee (2010). Estimation of environmental force for the haptic interface of robotic surgery, The International Journal of Medical Robotics and Computer Assisted Surgery, vol. 6, 2010, pp. 221 – 230. [2] Katherine J. Kuchenbecker and Gunter Niemeyer (2006). Induced master motion in force-reflecting teleoperation, ASME Journal of Dynamic Systems and Controls, vol. 128(4), 2006, pp. 800-810. [3] K.L. Chui, W.K Chui and K.M. (2008). Direct 5-axis tool-path generation from point cloud input using 3D biarc fitting, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, vol. 24, 2008, pp.270– 286. [4] Mohanad Makki, Christophe Tournier, Francois Thiebaut, Clair Lartique and Charyar Souzani (2010). 5-axis direct machining of rough clouds of points, Computer-Aided Design and Application, vol. 7(4), 2010, pp. 591 – 600. [5] N. Zeroudi, M.Fontaine and K.Necib (2010). Prediction of cutting forces in 3-axis milling of sculptured surfaces directly from CAM tool path, Journal of Intelligent Manufacturing, 2010, pp. 1-15-15. [6] T. Ngamviliakorn and V. Sangveraphunsiri (2005) Design and Analysis of a 6-DOF Haptic Device for Teleoperation Using a Singularity-Free Parallel Mechanism, Thammasart Internatinal Journal of Science and Technology,vol 10(4), 2005, pp.60-69 [7] เรองยศ อารยวงษกล และ วบลย แสงวระพนธศร (2553). การท า ง านแบบมาส เตอร -ส เลฟระหว า ง แขนกลแฮปตค 6 องศาอสระ โครงสรางแบบขนาน และ แขนกลลกผสมแบบขนาน 5 แกนตระกลเอช-4. การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 24 จงหวดอบลราชธาน

ruengyos full paper final - tsme of forc… · คําหลัก:...

Documents