gear

How To Made Robot

By HOILOD Robot Team

นายสมชาย สู ญสิ้นภัย สอนประจำาแผนกวิชาช่ างกลโรงงาน วิทยาลัยเทคนิคสมุทรสงคราม

Tel. 0867572184

การประดิษฐ์ ห่ ุนยนต์ ABU 1. อ่านกติกาทำาความเข้ าใจมองเกมส์ ให้ ทะลุ อะไรให้ ทาำ อะไรไม่ ให้ ทาำ 2. สร้ างสนามหรืออุปกรณ์ สนามให้ เห็นขนาดของหุ่นยนต์ 3. คิดเกมส์ ทจี่ ะทำาคะแนนให้ เร็วทีส่ ุ ดมากทีส่ ุ ด 4 .ร่ างแบบของหุ่นยนต์ บังคับด้ วยมือก่อนเพือ่ เป็ นต้ นแบบของหุ่นยนต์ Auto ถ้ ามีลกั ษณะการทำางานคล้ายกัน 5 .หาอุปกรณ์ ใกล้เคียงทีม่ อี ยู่ในปัจจุบันหาง่ ายมาใช้ ก่อน 6 .ออกแบบวงจรให้ เล็กเบา ซ่ อมง่ าย ชิ้นไหนเสี ยบ่ อยเอาไว้ บนเพือ่ ซ่ อมง่ าย 7 .ออกแบบติดเซนเซอร์ ให้ อยู่กลึง่ กลางล้อหน้ า 8 .ติดตั้งมอเตอร์ ต้องคิดว่ าจะถ่ วงตรงไหน

9.ติดตั้งแบตเตอรี่ตรงไหน น้ำ าหนักถ่ วง 10.วางสายสั ญญาณให้ ไปคนละทางกับสาย Power 11.ล้อขับต้ องจับยึดพืน้ ดี 12.ล้อเลีย้ วต้ องกลมและเลีย้ วสะดวกลืน่ ทุกมุม 13.น้ำ าหนักโดยรวมไม่ มากเกินไป 14การติดตั้งกลไกต้ องลืน่ ไหลไม่ ขดั ตัว 15.ผู้บังคับหุ่นยนต์ มคี วามเข้ าใจกลไกถ้ ามีการขัดข้ องต้ องมีสวิทช์ บายพาส หรือปุ่ มกดสำ ารอง 16.แบตเตอรี่ต้องใช้ เฉพาะตัวของหุ่นเท่ านั้น เช่ น B1 ใช้ กบั R1

5 ภาระกิจการแข่ งขัน และข้ อบังคับอืน่ ๆ

เมือ่ การแข่ งขันเริ่มขึน้ แต่ ละทีมต้ องทำาภาระกิจตามลำาดับต่ อไปนี้ 1. หุ่นบังคับด้ วยมือต้ องหยิบกระถางธูป 3 กระถางนำาไปวางไว้ ทเี่ สาต้ นใดก็ได้ ใน Common Zone กระถางธูป 3 กระถาง ประกอบด้ วย 2 กระถางทีเ่ ป็ นฝ่ าย ของตนเอง ส่ วน 1 กระถางเป็ นของฝ่ ายตรงข้ าม ภาระกิจนีห้ ่ ุนบังคับด้ วยมือ ต้ องทำาให้ สำาเร็จก่ อนทีจ่ ะทำาภาระกิจอืน่ รวมถึงหุ่นยนต์ อตั โนมัตจิ ะต้ องรอให้ หุ่นบังคับด้ วยมือสำ าเร็จภาระกิจนีเ้ สร็จก่ อน หุ่นอัตโนมัตจิ ึงจะสามารถเริ่ม ทำางานได้ 2.หุ่นบังคับด้ วยมือนำา ฐานต้ นเทียน ไปวางที่ Decoration Point บน Sala 3.หุ่นอัตโนมัตนิ ำา กลีบกระทง และ ดอกไม้ ไปวางที่ Storage Points และ เคลือ่ นทีไ่ ปบนพืน้ สนามเท่ านั้น ก่ อนนำาไปวางไว้ ที่ Preparation Points

4.หุ่นอัตโนมัตเิ คลือ่ นทีไ่ ปบน Sala และนำากลีบกระทงและดอกไม้ จาก Preparation Points หุ่นยนต์ อตั โนมัตนิ ำากลีบกระทงวางบน ฐานต้ นเทียน ณ Decoration Point จากนั้น วาง ดอกไม้ ลงบน กลีบกระทง 5.หุ่นบังคับด้ วยมือ นำา ธูป ทีเ่ ป็ นของฝ่ ายตนเอง โดยดูจากสี ของธูป จากบริเวณ Common Zone แล้ วนำาไปเสี ยบในรู 3 รู ในการตกแต่ งกระทงทีว่ างบน Sala โดย ในระหว่ างการเสี ยบธูปลงในกระทง หุ่นบังคับด้ วยมือสามารถสั มผัสกับกระทง ทีท่ าำ การตกแต่ งได้ ณ Decoration Point 6.หุ่นยนต์ อตั โนมัตนิ ำา กระทง ทีป่ ระกอบเสร็จแล้ วนำาไปหย่ อนลงบน River Surface ห้ ามส่ วนหนึ่งส่ วนใดของหุ่นยนต์ อตั โนมัตสิ ั มผัสกับ River Surface ทั้งทางตรง และทางอ้อม

7.หุ่นยนต์ อตั โนมัตเิ พียงหนึ่งตัวนำา เปลวเทียน และ ปล่ อยสวมลงบนต้ นเทียนใน กระทงทีป่ ระกอบเสร็จแล้ วทีล่ อยอยู่บน River Surface ห้ ามส่ วนใดส่ วนหนึ่งของ หุ่นยนต์ สัมผัสกับกระทงทีล่ อยอยู่ใน River Surface ทั้งโดยทางตรงและทางอ้ อม 8.ในกรณีทที่ าำ เปลวไฟหล่ นบนสนามแข่ ง เปลวไฟทีห่ ล่นไม่ สามารถนำากลับมาใช้ ได้ ในเกมส์ อกี 9.ในกรณีทที่ าำ กระถางธูป หรือ ธูป หรือ ฐานต้ นเทียน หล่ นในสนามแข่ ง หุ่นบังคับ ด้ วยมือสามารถหยิบกลับมาใช้ ได้ อกี ถ้ าหล่ นในบริเวณสนามแข่ งฝ่ ายตนเอง 10.หุ่นยนต์ อตั โนมัตสิ ามารถทำาภาระกิจของหุ่นบังคับด้ วยมือได้

11.หุ่นบังคับด้ วยมือ สามารถเปลีย่ นเป็ นหุ่นยนต์ อตั โนมัติ ภายหลังจากทำาภาระกิจ วางกระถางธูปในบริเวณ Common Zone เสร็จเรียบร้ อยแล้ วและได้ รับการ อนุญาตจากกรรมการ การปรับเป็ นหุ่นยนต์ อตั โนมัตติ ้ องทำาใน Automatic Starting Zone เมือ่ หุ่นบังคับด้ วยมือเปลีย่ นเป็ นหุ่นยนต์ อตั โนมัตแิ ล้ วห้ าม เปลีย่ นกลับคืนเป็ นหุ่นบังคับด้ วยมือ 12.ถ้ าการประกอบกระทงไม่ สำาเร็จ จะไม่ มคี ะแนนในการปล่ อยกระทงลงบน River Surface ทำานองเดียวกัน ถ้ าปล่ อยเปลวเทียนลงบน ฐานต้ นเทียนของกระทงที่ ประกอบไม่ สำาเร็จ ก็จะไม่ มคี ะแนนเช่ นเดียวกัน

อุปกรณ์ ทางกล (Mechanism)

ลักษณะการเคลือ่ นทีข่ องกลไก แบ่ งออกเป็ น 3 แบบคือ 1. การเคลือ่ นทีแ่ บบต่ อเนื่อง (Continuous)

2.การเคลือ่ นทีแ่ บบหยุดชั่วขณะ(Intermittent)

3. การเคลือ่ นทีแ่ บบกลับไปกลับมา (Reciprocating)

ระบบส่ งกำาลัง (Transmission System) การส่ งกำาลังด้ วยเฟื อง(Gears)

การส่ งกำาลังด้ วยโซ่ (Chain & Sprocket)

การส่ งกำาลังด้ วยสายพาน (Pulley & Belt)

อัตราทดจากการส่ งกำาลังด้ วยเฟื องสะพาน มอเตอร์มีความเร็ ว ? รอบต่อนาที เฟื องขับมีขนาด ? mm. หมุน 5 รอบได้ ระยะ 706.8 mm. ในเวลา 4 วินาที หาระยะทางของrackต่อการหมุน 1 รอบ หาระยะทางของ rack (S) = d⋅π โจทย์กาำ หนดเฟื องขับหมุน 5 รอบ ได้ระยะทาง = S = 706.8 mm. นัน่ คือ เฟื องขับหมุน 1 รอบ ได้ระยะทาง S/5 = 706.8/5 = 141.37 mm. หาขนาดเฟื องขับ d=S/3.1416 =141.37/3.1416 = 45 mm. จงหาการเคลื่อนที่ของrack ใน 1 วินาที ใช้เวลา 4 วินาที หา 1 วินาทีจะได้รอบ 5/4= 1.25 รอบต่อวินาที หาความเร็ วมอเตอร์ 1.25x60= 75 รอบต่อนาที S= 45x3.1416 = 141.37 mm.

หาระยะทางของ rack ต่อวินาที รอบต่อนาที /60 วินาที 75/60 =1.25 รอบต่อวินาที ดังนั้นจะได้ ระยะทางของrackต่อการหมุน 1 รอบ x รอบต่อวินาทีของ rack ต่อวินาที 141.37 x 1.25 = 177.125 mm. ในเวลา 1 วินาที rack จะเคลื่อนที่ไป 177.125 mm. สรุ ป การหามอเตอร์ 1. ระยะทางที่ตอ้ งการ/ระยะการเคลื่อนที่ของล้อ 1รอบ=จำานวนรอบที่ลอ้ ต้องวิง่ 2. จำานวนรอบที่ลอ้ ต้องวิง่ /จำานวนวินาที่ตอ้ งการ=ใน1 วินาทีตอ้ งหมุนไปกี่รอบ 3.ใน1 วินาทีตอ้ งหมุนไปกี่รอบx60= จำานวนรอบของมอเตอร์ 1.ดังนั้น 700/50x3.1416=4.456 รอบ 2. ดังนั้น4.456/3=1.48 รอบต่อวินาที 3.ดังนั้น1.48x60=88.8 รอบต่อนาที

การส่ งกำาลังด้ วยอัตราทดชั้นเดียว

i = n1 = n2 = d1 = d2 =

อัตราทด ความเร็ วรอบของล้อขับ (รอบ/นาที) ความเร็ วรอบของล้อตาม (รอบ/นาที) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของมูเลย์ตวั ขับ(มม.) (ฟัน) ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของมูเลย์ตวั ตาม (มม.) (ฟัน)

n1/n2 = d2/n1 กำาหนดให้ความเร็ วรอบมอเตอร์ ล้อขับ n1 = 300 rpm.ความเร็ วรอบล้อตาม n2 = 150 rpm. ความโตล้อขับ d1=10 mm.

ความโตล้อตาม d2=20 mm.

หาความโตล้อตาม d2 = d1xn1/n2 = 10x300/150=20 mm. หาความโตล้อขับ d1 = d2xn2/n1 = 20x150/300=10 mm. หาความเร็ วรอบมอเตอร์ ล้อขับ n1 = n2xd2/d1 = 150x20/10= 300 rpm. หาความเร็ วรอบล้อตาม n2 = n1xd1/d2 = 300x10/20=150 rpm.

อัตราทดความเร็วรอบลดลง

อัตราทดความเร็วรอบเพิม่ ขึน้

หาระยะทางจากล้ อขับ ล้อมีขนาด 100 mm.มีความเร็ วรอบล้อ 150 rpm. จงหาระยะที่ลอ้ หมุน 1 รอบ จงหาระยะที่ลอ้ หมุนไปเป็ นเวลา1 วินาที จงหาเวลาเมื่อต้องการเคลื่อนที่ 4000 mm. หาระยะทางจากการหมุนล้อ1 รอบ = ขนาดล้อ x 3.1416 =100x3.1416= 314.16 mm. หาจำานวนรอบที่ลอ้ หมุนไปเป็ นเวลา1 วินาที = ความเร็ วรอบล้อ /60

= 150/60

= 2.5 รอบต่อ1 วินาที จงหาเวลาเมื่อต้องการเคลื่อนที่ 4000 mm. ล้อหมุนกี่รอบจึงเคลื่อนที่ 4000 mm = 4000/314.16= 12.7รอบ จงหาเวลาเมื่อต้องการเคลื่อนที่ 4000 mm.= 12.7 / 2.5 = 5.08 วินาที หาระยะที่ลอ้ หมุนไปเป็ นเวลา1 วินาที = จำานวนรอบที่ลอ้ หมุนไปเป็ นเวลา1 วินาที x ระยะทาง จากการหมุนล้อ1 รอบ = 2.5x314.16= 785.4 mm.

ถ้าต้องการกำาหนดเวลาในการวิง่ เช่น 4 วินาที= 12.7/4= 3.175 รอบ ถ้าต้องการกำาหนดเวลาในการวิง่ เช่น 4 วินาทีตอ้ งหมุนล้อ 3.175 รอบต่อวินาที จะต้องเลือกซื้ อมอเตอร์กี่รอบต่อนาที =3.175x 60 =190.5 rpm.

การคิดค่าจำานวน encoder 1.ระยะทางที่ตอ้ งการ/ระยะทางที่ลอ้ หมุนไป1รอบ = จำานวนรอบที่ตอ้ งวิง่ 2.จำานวนรอบที่ตอ้ งวิง่ xจำานวนพั้นซ์ของencoderการหมุน1รอบ = จำานวนพั้นซ์ของencoder ทั้งหมดที่ป้อนในโปรแกรม 1.ดังนั้น4500/38.1x3.1416= 37.59 พั้นซ์ 2.ดังนั้น 37.59x200=7519.42พั้นซ์

การส่ งกำาลังด้ วยเฟื อง(Gears)

ชนิดของเฟื องที่ใช้ในในงานเทคโนโลยี และงานวิศวกรรมเครื่ องกล

การนำาไปออกแบบชิ้นงาน

อัตราทดของเฟื อง การส่ งกำาลังด้ วยเฟื อง(Gears) 3/1 1/2

ภาพนี้เฟื องขับมี 60 ฟัน ขณะที่เฟื องตามมีเพียง 30 ฟัน จากสู ตร เฟื องตาม/เฟื องขับ 30/60 = ½= 0.5 (เฟื องตาม : เฟื องขับ)

4/1

การส่ งกำาลังด้ วยเฟื อง(Gears)

ภาพนี้มีเฟื องสะพาน (เฟื อง B 60 =ฟัน) เพิ่มขึ้นมา ให้ คาำ นวณหาอัตราทดระหว่ างเฟื อง A (เฟื่ องที่ต้นกำาลัง) กับเฟื อง B และอัตราทดระหว่ างเฟื อง B กับเฟื อง C และ คำานวณหาอัตราทดรวมของเฟื องทั้ง 3 ตัว ว่ ามีค่าเท่ ากับเท่ าไหร่ ?

การส่ งกำาลังด้ วยโซ่ (Chain & Sprocket) กลไกการขับเคลือ่ นด้ วยโซ่ จักรยาน โดย จำานวนฟันของเฟื องหน้า (ที่บนั ได)= 60 ฟัน / จำานวนฟัน ของเฟื องที่ลอ้ หลัง(ที่ฟรี จกั รยาน) = 30 ฟัน คือ 60/30 ฉะนั้นอัตราทดของกลไกการขับเคลื่อนจักรยานนี้ คือ 2 นัน่ หมาย ถึง นักเรี ยนต้องปั่ นเฟื องหน้าเพียง 1 รอบ จะทำาให้เฟื องที่ลอ้ หลัง หมุนได้ถึง 2 รอบ ลักษณะเช่นนี้ เรี ยกว่า อัตราทด 1 : 2 (เฟื องหน้า : ที่ลอ้ หลัง) หรือ อัตราทด 2 : 1 (เฟื องหลัง : เฟื องหน้า)

การส่ งกำาลังด้ วยสายพาน (Pulley & Belt) ลองแก้ โจทย์ นีด้ ูครับ ล้อสายพานตัวขับมีเส้นผ่าศูนย์กลาง 600 ม.ม. หมุนด้วยความเร็ วรอบ 90 RPM และล้อสายพานตัวตาม มีเส้นผ่าศูนย์กลาง 200 ม.ม. จงหาอัตราทดของสายพาน

กลไกต่ อโยง (Linkage) ด้ วยการนำาหลักการของโมเมนต์ เป็ นต้ นแบบในการออกแบบสร้ างกลไกต่ อโยง (Linkage)ชนิดต่ างๆ

ออกแบบให้จุดหมุน (Fulcrum) อยู่ ำ กไว้ ที่ปลายด้านหนึ่ง แขวนน้าหนั กลางคาน แล้วออกแรงยกที่ปลาย อีกด้านหนึ่ง

ออกแบบให้จุดหมุนอยูท่ ี่ ำ กไว้ กึ่งกลางคาน แขวนน้าหนั ที่ปลายด้านหนึ่ง แล้วออกแรง กดที่ปลายอีกด้านหนึ่ง

ลูกเบีย้ ว (Cam) ลูกเบี้ยว ถูกนำาไปออกแบบชิ้นส่ วนเครื่ องจักรกลขนาดใหญ่ หรื อแม้กระทัง่ ชิ้น ส่ วนเล็กๆในของเด็กเล่น ก็พบเห็นลูกเบี้ยวในกลไกขับเคลื่อนอยูไ่ ม่นอ้ ย เนื่องจาก การออกแบบให้ลูกเบี้ยวที่มีลกั ษณะหมุนเยื้องศูนย์(ไม่หมุนเป็ นทรงกลม) เมื่อย อดที่สูงสุ ดของลูกเบี้ยวไปสัมผัสชิ้นส่ วน จะทำาให้ชิ้นส่ วนเกิดการเคลื่อนที่ได้

ตัวอย่างลูกเบี้ยวชนิดต่างๆในงานอุตสาหกรรม

โครงสร้ างและกติกาการแข่ งขัน

ชุดขับเคลือ่ นแบบ 2 ล้ อหลัง2ล้ อหน้ าฟรี

ติดsensorกลางล้อ โครงแบบมีจุดหมุน 2.motor ,r

1.motor,l

2.Encode ,r 1.Encode ,l

ชุดขับเคลือ่ นแบบ 3 ล้ อ ล้ อหน้ าเลีย้ ว

ชุดขับเคลือ่ นแบบ 2ล้อหลัง 1ล้ อหน้ าเลีย้ ว

ชุดขับเคลือ่ นแบบ 2 ล้ อหลัง2ล้ อหน้ าเลีย้ ว

ชุดขับเคลือ่ นแบบ 2 ล้ อหลังเฟื องท้ าย2ล้ อหน้ าเลีย้ ว

ชุดขับเคลือ่ นแบบ 4 ล้อมอเตอร์ 4ตัว

ชุดขับเคลือ่ นแบบ 4 ล้อมอเตอร์ 2ตัว

อุปกรณ์และการติดตั้ง • ล้อ • ดุมล้อ • มอเตอร์ • เซนเซอร์ • เฟื อง,โซ่ • encoder