การอบรมเตรียมความพร้อมก่อนไปแข่งขันหุ่นยนต์นานาชาติ เรื่อง ระบบการส่งแรงและการกลไกการเคลื่อนที่ (Me

การอบรมเตรียมความพร้อมก่อนไปแข่งขันหุ่นยนต์นานาชาติ เรื่อง ระบบการส่งแรงและการกลไกการเคลื่อนที่

(Mechanisms) 8 – 10 มิถุนายน 2560 ณ โรงแรมแกรนด์ทาวเวอร์ อินน์ กรุงเทพฯ

นายวิรัตน์ ปุ๋ยกระโทก ครูชานาญการพิเศษ รร.วัดวังรีบุญเลิศ สพป.นครศรีธรรมราช เขต 2

กลไกศาสตร์ (Mechanisms)

กลไกศาสตร์ (Mechanisms) • กลไกศาสตร์ คือ ศาสตร์ที่ศึกษา เกี่ ย วกั บ การท างานของกลไก การหมุ น เคลื่ อ น ขยั บ สั่ น กระดก ลอย จม ดึ ง ดั น งั ด ล็อก คลาย ของแขนกลไก โดย ไม่ ส นใจเรื่ อ งแรง ความเร็ ว ค ว า ม เ ร่ ง บ า ง ที เ รี ย ก ว่ า Kinematics (คิเนเมติกส์)

กลไกต่อโยง (Linkages) • กลไกต่อโยง คือ โครงสร้างที่มี ชิ้ น ส่ ว น 1 คู่ หรื อ มากกว่ า 1 คู่ จับให้ต่อกันกับโครงสร้างอื่น เพื่อ ส่ ง แ ร ง ห รื อ ส่ ง ต่ อ ก า ร จั ด องค์ประกอบให้ชิ้นส่วนใด ๆ ต่อ กับชิ้นส่วนอื่นด้วยการหมุนหรือ สไลด์ เ ท่ า นั้ น จึ ง เรี ย กว่ า ชิ้ น ส่ ว น นั้ น เป็ น กลไกต่ อ โยงหรื อ ลิ ง ค์ กิ จ (Linkages)

กลไกต่อโยง (Linkages) ข้อต่อระหว่างโครงสร้าง ที่ทาให้มันเชื่อมต่อกันและขยับได้ แบ่งเป็น 3 กลุ่ม คือ • Lower Pair (โลเวอร์ แพร์) • Higher Pair (ไฮเออร์ แพร์) • Wrapping Pair (แรพปิ้ง แพร์)

Lower Pair Linkages (โลเวอร์ แพร์ ลิงค์กิจ) • Lower Pair Linkages คือ กลไกต่อโยงที่มีการหมุนหรือ สไลด์เท่านั้น เช่น บานพับประตู ,ตลับลูกปืน , ร่องเลื่อน, ข้อต่อยูนิเวอร์แซล

บานพับประตู

ตลับลูกปืน

ร่องเลื่อน

Higher Pair Linkages (ไฮเออร์ แพร์ ลิงค์กิจ) • Higher Pair Linkages คือ กลไกต่อโยงที่การส่งต่อ กาลังหรือการเคลื่อนที่ตามจุดเลื้อย (Point lines : พอยท์ไลน์) หรือเส้นโค้ง (Curve : เคิร์ฟว) เช่น ลูกเบี้ยว (Cams : แคม), เฟือง (Gears : เกียร์)

Wrapping Pair Linkages (แรพปิง้ แพร์ ลิงค์ กิจ) • Wrapping Pair Linkages คือ กลไกต่อ โยงที่มกี ารส่งต่อกาลัง หรือการเคลื่อนที่ผ่าน สายพานหรือโซ่

4 Bar Linkage (โฟร์บาร์ลิงค์กิจ) • กลไกต่อโยงพื้นฐานเราเรียกกันว่า 4 Bar Linkage ตามความหมายของชื่อเรียกก็คือกลไกที่ประกอบไปด้วย ชิ้ น ส่ ว น 4 ชิ้ น บางคนอาจจะเรี ย กชิ้ น ส่ ว นเหล่ า นี้ ว่ า “บาร์” หรือ “ลิงค์” โดยชิ้นส่วนเหล่านี้จะต้องต่อเข้า ด้วยกันด้วยข้อต่อหรือหมุด โดยจะต่อกันเป็นรูปวงปิด

กลไกต่อโยงแบบข้อเหวี่ยงคู่ (Double-crank) • กลไกต่อโยงแบบข้อเหวี่ยงคู่ (Double-crank) ชิ้นส่วนที่ สั้นที่สุด (s) จะถูกยึดติดอยู่กับที่ด้วยหมุดที่ปลายทั้งสอง ด้าน ชิ้นส่วน q และชิ้นส่วน l จะหมุนไปรอบ ๆ จุดหมุน พร้ อ มกั น ด้ ว ยการเชื่ อ มโยงของชิ้ น ส่ ว น p ข้ อ สั ง เกต สาหรับกลไกรูปแบบนี้จะอยู่ที่ระยะความยาวของชิ้นส่วน s บวกกับความยาวของชิ้นส่วน l จะต้องมากกว่าหรือไม่ เท่ากับความยาวของชิ้นส่วน p บวกกับ q

กลไกต่อโยงแบบข้อเหวี่ยงคู่ (Double-crank) s คือ ความยาวของชิ ้นส่วนที่สนที ั ้ ่ สด I คือ ความยาวของชิ ้นส่วนที่ยาวที่สด p และ q คือ ความยาวของชิ ้นส่วน ที่ยาวมากกว่า s และน้ อยกว่า I

กลไกต่อโยงแบบข้อเหวี่ยงคานโยก (Crank-rocker) • กลไกต่อโยงแบบข้อเหวี่ยงคานโยก เป็นกลไกแบบที่สอง ของกลไกต่อโยงพื้นฐานหรือโฟบาร์ลิงค์กิจ กลไกเชื่อมโยง ลักษณะนี้ชิ้นส่วนที่สั้นที่สุดจะหมุนไปรอบหมุดยึด โดยมี ชิ้นส่วน q ถูกยึดติดอยู่กับที่การหมุนของชิ้นส่วน s จะไป ดึงและดันชิ้นส่วน p ผ่านทางชิ้นส่วน I เป็นผลให้ชิ้นส่วน p เคลื่อนไหวในลักษณะของการกวาดกลับไปกลับมากลไก รูปแบบนี้ถูกนาไปประยุกต์ใช้สาหรับสร้างระบบการเดิน ของหุ่นยนต์ในรูปแบบต่าง ๆ มากที่สุด

กลไกต่อโยงแบบข้อเหวี่ยงคานโยก (Crank-rocker) s คือ ความยาวของชิ้นส่วนที่สั้นที่สุด I คือ ความยาวของชิ้นส่วนที่ยาวที่สุด p และ q คือ ความยาวของชิ้นส่วนที่ ยาวมากกว่า s และน้อยกว่า I

กลไกต่อโยงแบบข้อเหวี่ยงคานโยก (Crank-rocker) การทางานคือข้อเหวี่ยง A จะหมุนไปรอบ ๆ โดยมี ชิ้นส่วน B ติดอยูท่ ี่ปลาย ด้านหนึ่งของข้อเหวี่ยง A ขณะทีป่ ลายอีกด้านหนึ่ง ของชิ้นส่วน B ต่อเข้ากับ คาน C การหมุนของข้อเหวี่ยง A จะส่งผลให้คาน C แกว่งไปมาเป็น มุมแคบซึ่งเราสามารถปรับการแกว่งของชิ้นส่วน C ให้มากขึ้นหรือ น้อยลงได้ด้วยการปรับระยะของจุดหมุนระหว่างชิ้นส่วน B และ C

กลไกต่อโยงแบบข้อเหวี่ยงคานโยก (Crank-rocker) กลไกการทางานแบบ ข้อเหวี่ยงคานโยก เราสามารถ นามาสร้างกลไกเลียนแบบทีป่ ัด น้าฝนของรถยนต์ คือจะมีข้อเหวี่ยง A ทีห่ มุนไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง มีการส่งแรงผ่านชิ้นส่วน B ไปยัง ชิ้นส่วนของ C ซึ่งจะแกว่งไปมา พร้อมกันด้วยการเชื่อมกันของชิ้นส่วน D มุมการแกว่งของชิ้นส่วน C สามารถปรับให้กว้างขึ้นหรือแคบลงได้ด้วยการเปลี่ยนจุดหมุนระหว่าง ชิ้นส่วน B และ C เช่นเดียวกัน

กลไกต่อโยงแบบแบบคานโยกคู่ (Double-rocker) กลไกต่อโยงแบบแบบคานโยกคู่ เป็น กลไกแบบที่สามของ กลไกต่ อ โยงพื้ น ฐานหรื อ โฟบาร์ ลิ ง ค์ กิ จ กลไกเชื่ อ มโยง ลักษณะนี้ชิ้นส่วนที่สั้นที่สุด (s) จะอยู่ระหว่างชิ้นส่วนคาน โยกสองชิ้น ในที่นี้คือชิ้นส่วน I และชิ้นส่วน p โดยมีชิ้นส่วน q ถูกยึดติดอยู่กับที่ คานโยกจะไม่สามารถหมุนได้รอบแต่ จะเคลื่อนไหวในลักษณะกวาดไปมาพร้อม ๆ กันข้อสังเกต สาหรับกลไกรูปแบบนี้ คือ ความยาวของชิ้นส่วน s บวกกับ ชิ้นส่วน I ต้องมากกว่าความยาว p บวกกับ q

กลไกต่อโยงแบบแบบคานโยกคู่ (Double-rocker) s คือ ความยาวของชิ้นส่วนที่สั้นที่สุด I คือ ความยาวของชิ้นส่วนที่ยาวที่สุด p และq คือ ความยาวของชิ้นส่วนที่ ยาวมากกว่า s และน้อยกว่า I

กลไกต่อโยงแบบแบบคานโยกคู่ (Double-rocker) กลไกต่อโยงแบบคานโยกคู่ จะมีลักษณะการทางานโดย ไม่มีชิ้นส่วนที่หมุนได้รอบ กลไกทาได้เพียงขยับไปด้าน ซ้ายด้านขวา จากแนวคิด ดังกล่าวนี้จึงนาไปประยุกต์ การสร้างกลไกการบังคับเลี้ยว ของรถยนต์

กลไกต่อโยงแบบลิ้งค์ขนาน (Parallelogram linkage) กลไกต่ อ โยงแบบลิ ง ค์ ข นาน การท างานของกลไกแบบนี้ ชิ้นส่วน s และชิ้นส่วน p จะสามารถหมุนได้โดยรอบ โดยมี ชิ้นส่วน q ถูกยึดติดอยู่กับที่ ด้วยความยาวที่เท่ากันและการ หมุนไปรอบ ๆ ของชิ้นส่วน s และ q เป็นผลให้ชิ้นส่วน I วางตัวขนานกับชิ้นส่วน q ตลอดเวลา ข้อสังเกตสาหรับ กลไกลักษณะนี้ คือ ความยาวของชิ้นส่วน s และ I จะเท่ากัน และความยาวของชิ้นส่วน p และ q จะต้องเท่ากัน

กลไกต่อโยงแบบลิ้งค์ขนาน (Parallelogram linkage)

ความยาวของ s = p และ l = q

กลไกต่อโยงแบบลิ้งค์ขนาน (Parallelogram linkage)

การทางานของกลไกแบบลิงค์ขนาน คือ ในขณะที่ชิ้นส่วน A และ C กาลังหมุนไปในทิศทางเดียวกันก็จะทาให้ชิ้นส่วน B วางตัวขนานกับ ชิ้นส่วน D ตลอดเวลา อย่างไรก็ตามในบางครั้งก็เกิดการเคลื่อนไหวที่ทา ให้ชิ้นส่วน B ไม่ขนานกับชิ้นส่วน D ดังรูปซึ่งไม่เป็นไปตามที่ต้องการ

กลไกต่อโยงแบบลิ้งค์ขนาน (Parallelogram linkage)

จากปัญหากลไกต่อโยงแบบลิ้งค์ขนาน สามารถแก้ไขได้โดยเพิ่มชิ้นส่วน E เข้าไปในกลไกลิงค์ขนาน ซึ่งจะทาให้ชิ้นส่วน B เคลื่อนไหวขนานกับ ชิ้นส่วน D ตลอดเวลา โดยไม่เกิดสถานการณ์ที่ไม่ต้องการให้เกิดขึ้น

กลไกต่อโยงแบบลิ้งค์ขนาน (Parallelogram linkage)

กลไกลิงค์ขนานอีกแบบหนึ่งที่ชิ้นส่วน D และชิ้นส่วน A จะเคลื่อนที่ขึ้น ลงขนานกันตลอดเวลากลไกลักษณะนี้เราสามารถเห็นได้ในอู่ซ่อมรถยนต์ที่ ต้องมีกลไกยกรถลอยขึ้นไปกลางอากาศเพื่อให้ช่างเข้าไปตรวจซ่อมรถยนต์ ได้อย่างสะดวก

กลไกสไลด์-ข้อเหวี่ยง (Slider crank) กลไกสไลด์-ข้อเหวี่ยง ชิ้นส่วน A จะหมุนไปรอบ ๆ ส่งการ เคลื่อนไหวไปยังชิ้นส่วน B ทาให้ชิ้นส่วน B เคลื่อนที่เข้า ออก หรือขึ้น – ลง คล้าย ๆ กับวงกลมตามจังหวะการหมุน ของชิ้นส่วน A

กลไกสไลด์-ข้อเหวี่ยง (Slider crank) กลไกสไลด์-ข้อเหวี่ยงอีกรูปแบบหนึ่ง โดยการเคลื่อนที่ของ ชิ้นส่วน D ที่จะเคลื่อนที่สไลด์เข้า-ออกเป็นเส้นตรงตามแนว ของชิ้นส่วน B

กลไกสไลด์-ข้อเหวี่ยง (Slider crank) กลไกสไลด์-ข้อเหวี่ยง ที่มีชิ้นส่วน A หมุนไปรอบ ๆ การ เคลื่อนไหวจะส่งผ่านจากชิ้นส่วน B ไปยังชิ้นส่วน C ซึ่ง เคลื่อนไหวเข้า - ออกตามการหมุนของชิ้นส่วน A รูปแบบนี้ จะเห็นได้จากการเคลื่อนไหวของกระบอกสูบเครื่องยนต์

การส่งกาลังโดยใช้สายพาน หรือพู่เล่ (Pulley) การส่งกาลังโดยใช้สายพาน หรือพู่เล่ (Pulley) ซึ่งถือเป็นอีกหนึ่งชิ้นส่วน ของเครื่องจักรกล, เครื่องยนต์,ระบบ กาลังขับเคลื่อน เกิดการขับเคลื่อน จากแหล่งพลังงานกลหนึ่งให้เกิดพลังงานกลเคลื่อนที่อีกที่หนึ่งหรือ สรุ ป ง่ า ยก็ คื อ ใช้ ส่ ง ก าลั ง จากจุ ด หนึ่ ง ไปอี ก จุ ด หนึ่ ง ลั ก ษณะ เช่นเดียวกับเฟืองส่งกาลัง สายพาน เป็นที่นิยมนามาใช้งานอย่าง มากในโรงงานอุต สาหกรรม,เครื่องจัก รกล,เครื่องยนต์ ,เครื่อ งมื อ การเกษตร ฯลฯ

หลักการส่งกาลังโดยใช้สายพานหรือพู่เล่ (Pulley) กลไกการส่งกาลังลักษณะนี้ประกอบด้วยล้อที่มีร่องตรงกลางแกนหมุน และสายพานซึ่งจะทาหน้าที่ในการส่งถ่ายกาลังจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งโดย ผ่านลูกล้อหรือที่เรียกว่า พู่เล่ ตั้งแต่ 2 ลูกขึ้นไป ลูกล้อหรือพู่เล่ที่เป็นจุด ก าเนิ ด ต้ น ก าลั ง เราจะเรี ย กว่ า พู่ เ ล่ ขั บ และลู ก ล้ อ หรื อ พู่ เ ล่ ที่ รั บ แรงขั บ ที่ ส่งผ่านมาจากสายพานส่งกาลัง จะเรียกว่า พู่เล่ตาม ภาพการทดก าลั ง โดยใช้ สายพานผ่านพู่เล่ (Pulley) ตั้งแต่ 2 ลูกขึ้นไป

หลักการส่งกาลังโดยใช้สายพานหรือพูเ่ ล่ (Pulley) ล้อขับในระบบสายพานจะถูกต่อเข้ากับอุปกรณ์ต้น กาลังต่าง ๆ เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า ใบพัด กังหัน ลานสปริง หรือมือหมุน กาลังงาน จากล้อขับจะถูกส่งผ่านไปยังล้อตามโดยสายพาน

หลักการส่งกาลังโดยใช้สายพานหรือพู่เล่ (Pulley) ถ้ า เส้ น ผ่ า นศู น ย์ ก ลางของล้ อ ขั บ มี ข นาดเล็ ก และเส้ น ผ่ า น ศูนย์กลางของล้อตามมีขนาดใหญ่ จะทาให้ความเร็วของล้อตามต่า กว่าล้อขับ นั่นคือ ความเร็วลดลงแต่จะได้แรงมากขึ้น พูดกันง่าย ๆ คือ “เล็กขับใหญ่ ความเร็วลดลงได้แรงมากขึ้น”

หลักการส่งกาลังโดยใช้สายพานหรือพู่เล่ (Pulley) ถ้ า ขนาดของล้ อ ขั บ มี ข นาดใหญ่ ก ว่ า ล้ อ ตามจะท าให้ ความเร็วของล้อตามสูงขึ้นมากกว่าล้อขับ นั่นคือ ความเร็วเพิ่มขึ้น แต่แรงที่ได้จะลดน้อยลง พูดกันง่าย ๆ คือ “ใหญ่ขับเล็ก ความเร็ว เพิ่มขึ้นแรงลดน้อยลง”

หลักการส่งกาลังโดยใช้สายพานหรือพู่เล่ (Pulley) การไขว้สายพาน จะทาให้ทิศทางการหมุนระหว่างล้อขับและล้อตาม หมุนสวนทางกัน เราสามารถดัดแปลงไขว้สายพานไปมาลดหรือเพิ่ม ขนาดของพู่เล่ ผสมกันในระบบได้หลากหลายตามการใช้งาน

หลักการส่งกาลังโดยใช้สายพานหรือพู่เล่ (Pulley) เราสามารถเปลี่ ย นแกนการหมุ น จากแนวนอนไปเป็ น แนวตั้งได้ง่าย ๆ ด้วยสายพาน