We Connect Automation Engineers

Robot AtoZ ถัดไปคือ Actuator ที่เปรียบเสมือนเป็นกล้ามเนื้อของหุ่นยนต์

❓ Actuator คำนี้เป็นคำที่ใช้ในภาพรวมๆที่อ้างอิงถึงอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงาน เช่น พลังงานไฟฟ้า, พลังงานลม เป็นต้น ให้กลายเป็น "การเคลื่อนไหวทางกล", ในทางวิศวกรรมถือว่ามันเป็นส่วนหนึ่งของ "Correction/Control Element" หรือหน่วยที่ทำหน้าที่ให้พลังงานเพื่อเคลื่อนที่หรือออกแรงกระทำต่อวัตถุตามคำสั่งของระบบควบคุมนั่นเอง

💡 ความสำคัญของ Actuator กับหุ่นยนต์ คือ หากหุ่นยนต์ไม่มี Actuator มันก็จะเป็นเพียงโครงเหล็กที่ตั้งอยู่เฉยๆ เพราะ Actuator จะเป็นตัวกำหนด:
• ความแม่นยำและความเร็ว: ในอุตสาหกรรมยุคใหม่ Actuator ไฟฟ้าอย่าง Servo Motor ช่วยให้หุ่นยนต์ทำงานได้ละเอียดในระดับมิลลิเมตร,
• พละกำลัง: หุ่นยนต์งานหนักในโรงงานประกอบรถยนต์จะใช้ Actuator แบบไฮดรอลิกเพื่อให้ได้แรงม้าที่สูงมาก,
• ความปลอดภัย : ปัจจุบันมีการพัฒนา Actuator แบบยืดหยุ่น (Series Elastic Actuator - SEA) เพื่อให้หุ่นยนต์หยุดได้ทันทีเมื่อสัมผัสถูกมนุษย์ ช่วยให้เราทำงานร่วมกันได้อย่างปลอดภัย

🚗 ตัวอย่างการใช้งานจริงที่สามารถเห็นได้ทั่วไป ได้แก่
• ข้อต่อแขนกล: ในโรงงานที่ขยับไปมาเพื่อหยิบชิ้นส่วน
• กลอนประตูไฟฟ้า: ที่เราใช้คีย์การ์ดแตะแล้วมีเสียง "แต๊ก" นั่นคือการทำงานของ Solenoid Actuator ขนาดเล็ก
• ระบบเบรก ABS ในรถยนต์: ที่ใช้ Actuator ควบคุมแรงดันน้ำมันเบรกไม่ให้ล้อล็อก,
🤸 เปรียบเทียบให้เห็นภาพมากขึ้น ลองจินตนาการว่าร่างกายมนุษย์คือหุ่นยนต์:
• สมอง คือ Controller (ตัวควบคุม) กระดูก คือ Links (โครงสร้าง) กล้ามเนื้อ ของเรานี่แหละคือ Actuator เวลาสมองสั่งให้เรายกแขน กล้ามเนื้อจะหดตัวเพื่อดึงกระดูกให้เคลื่อนที่ เช่นเดียวกับที่ Controller ส่งกระแสไฟฟ้าไปสั่งให้มอเตอร์หมุนเพื่อขยับแขนหุ่นยนต์
🔬 แล้วในแง่ของการออกแบบ Actuator ต้องดูอะไรบ้าง ลองยกตัวอย่างให้เห็นบาง design element ว่าดูอะไรบ้าง เช่น
• อัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนัก (Power-to-Weight Ratio): เป็นปัจจัยสำคัญมากในการออกแบบ เพราะในหุ่นยนต์แบบแขนกล ตัว Actuator ที่อยู่ที่ข้อต่อปลายๆ จะกลายเป็นส่วนที่บรรทุกหรือแบกน้ำหนัก (Load) ของข้อต่อก่อนหน้า ดังนั้นวิศวกรจึงต้องเลือก Actuator ที่ให้แรงเยอะแต่มีน้ำหนักเบาที่สุด
• Actuator Dynamics: ในการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงหรือรับน้ำหนักที่เปลี่ยนแปลงบ่อยๆ "พลศาสตร์ของตัวขับเคลื่อน" จะส่งผลกระทบอย่างมากต่อความเสถียรของระบบควบคุม,.
• ระบบควบคุมแบบป้อนกลับ (Closed-loop Control): Actuator ส่วนใหญ่จะทำงานร่วมกับเซนเซอร์ (เช่น Encoder) เพื่อคอยรายงานตำแหน่งกลับไปยังสมองกลว่า "ตอนนี้ขยับไปถึงที่หมายหรือยัง" เพื่อให้การเคลื่อนไหวแม่นยำที่สุด
พบกันตอนหน้าครับ

ว่ากันด้วยเรื่อง Fundamental of Measurements มีหัวข้อหลักๆที่ต้องคำนึงถึง ก่อนจะว่ากันต่อในรายละเอียดเรื่องอื่นๆตามมา

1. องค์ประกอบพื้นฐานของระบบการวัด (Elements of a Measurement System) ประกอบด้วย
• Sensor: ทำหน้าที่ตรวจจับปริมาณทางกายภาพ (Measurand) และเปลี่ยนให้เป็นสัญญาณที่ระบบประมวลผลได้
• Variable Conversion Element: ใช้เมื่อเอาต์พุตจากเซนเซอร์อยู่ในรูปแบบที่ไม่สะดวกต่อการใช้งาน (เช่น การเปลี่ยนค่าความต้านทานที่เปลี่ยนแปลงใน Strain Gauge ให้เป็นแรงดันไฟฟ้าโดยใช้วงจร Bridge)
• Signal Processing Element: ปรับปรุงคุณภาพสัญญาณ เช่น การขยายสัญญาณ (Amplification) ผ่าน Operational Amplifier เพื่อเพิ่มความไว (Sensitivity) และความละเอียด (Resolution) หรือการกรองสัญญาณรบกวน (Filtering)
• Signal Transmission: การส่งผ่านสัญญาณไปยังจุดควบคุมหรือจุดแสดงผลระยะไกล
• Signal Presentation/Recording: การแสดงผลในรูปตัวเลข เข็มชี้ หรือการบันทึกข้อมูล

2. การออกแบบและเลือกใช้เครื่องมือวัด (Measurement System Design)
• ความเหมาะสมกับวัตถุประสงค์ (Fitness for Purpose): การเลือกเครื่องมือต้องคำนึงถึงความสอดคล้องกับความต้องการของระบบควบคุมอัตโนมัติ โดยเฉพาะเรื่องความแม่นยำและราคา
• การเลือกช่วงการวัด (Range Selection): ควรเลือกเครื่องมือที่มีช่วงการวัด (Range) ใกล้เคียงกับค่าที่คาดว่าจะวัดจริง เพราะหากวัดค่าที่ต่ำกว่า Full-scale มากๆ จะทำให้ความคลาดเคลื่อน (Error) ถูกขยายสัดส่วนให้สูงขึ้นเมื่อเทียบกับค่าที่วัดได้

3. ระบบหน่วยมาตรฐาน (Standard Units)
• เน้นการใช้ระบบหน่วย SI (Systèmes Internationales d’Unités) เป็นมาตรฐานสากลเพื่อให้เกิดความสอดคล้องในการออกแบบและการคำนวณทางวิศวกรรมทั่วโลก

4. เครื่องมือวัดอัจฉริยะ (Intelligent/Smart Instruments)
เทคโนโลยีปัจจุบันมุ่งเน้นการรวมพลังการประมวลผลดิจิทัลเข้ากับตัวเครื่องมือวัด เพื่อข้อดีทางเทคนิคดังนี้:
• Compensation: สามารถชดเชยผลกระทบจากสภาพแวดล้อม เช่น อุณหภูมิหรือความดันที่เปลี่ยนแปลงได้อย่างอัตโนมัติ โดยใช้เซนเซอร์รอง (Secondary Sensors) มาช่วยคำนวณปรับค่า
• Accuracy Enhancement: ปรับปรุงความแม่นยำโดยการแก้ไขความไม่เป็นเชิงเส้น (Non-linearity) ของสัญญาณและลดความคลาดเคลื่อนแบบสุ่ม (Random errors)
• Self-Calibration & Diagnosis: มีความสามารถในการปรับแต่งค่าด้วยตัวเองและตรวจวิเคราะห์ความผิดพลาดของระบบได้ ทำให้มีความน่าเชื่อถือสูงขึ้น
• Interoperability: รองรับการเชื่อมต่อผ่านระบบเครือข่ายดิจิทัล (Digital fieldbuses) เพื่อส่งข้อมูลปริมาณมากไปยังระบบควบคุมส่วนกลาง

5. ความสำคัญของคุณภาพข้อมูล
• Signal Processing ไม่ใช่ทางแก้สำหรับระบบที่ออกแบบมาไม่ดี วิศวกรต้องมั่นใจว่าระบบการวัดเบื้องต้นถูกออกแบบให้มีสัญญาณรบกวน (Noise) ต่ำที่สุดก่อนที่จะนำไปประมวลผลต่อ
• การรวมหน่วยประมวลผลดิจิทัลเข้าไปในเครื่องมือวัด (Intelligent devices) ถือเป็นวิธีที่คุ้มค่าที่สุดในการเพิ่มความแม่นยำในปัจจุบัน

I1/26