ชวนรู้จักกับหุ่นยนต์อุตสาหกรรม 6 ประเภทสุดฮิตในโรงงาน

ปัจจุบันมีการนำหุ่นยนต์อุตสาหกรรมมาใช้ในโรงงานต่างๆ มากขึ้น ใครที่ทำงานในด้านอุตสาหกรรมก็คงต้องเคยได้ยินกันบ้าง และอาจจะสงสัยว่ามันคืออะไร มีกี่ประเภท มีข้อดีข้อเสียอย่างไร บทความนี้จะมาตอบทุกคำถามพร้อมพูดถึงระบบควบคุมว่าสำคัญอย่างไรกับหุ่นยนต์เหล่านี้

หุ่นยนต์อุตสาหกรรมคืออะไร

หุ่นยนต์อุตสาหกรรม คือ เครื่องทุ่นแรงในโรงงานอุตสาหกรรม ที่มีหลักการทำงานเลียนแบบร่างกายมนุษย์เฉพาะส่วนที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมนั้นๆ ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นส่วนแขน ทำให้บางครั้งจึงเรียกว่า แขนกลในงานอุตสาหกรรม ซึ่งแขนนี้ก็จะประกอบไปด้วยแขนและข้อต่อที่ทำงานตามโปรแกรมที่เราได้ทำการตั้งค่าไว้

หุ่นยนต์อุตสาหกรรมทำอะไรได้บ้าง

หุ่นยนต์ในอุตสาหกรรมมีบทบาทในการช่วยทุ่นแรงงานของมนุษย์ ด้วยความสามารถในการทำงานซ้ำๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง มีความแม่นยำในการทำงาน นอกจากนี้ยังสามารถช่วยทำงานในพื้นที่ที่อาจก่อให้เกิดอันตรายกับมนุษย์ เช่น การทำงานกับสารเคมี การทำงานกับความร้อน การทำงานกับชิ้นงานที่มีน้ำหนักมาก เป็นต้น อีกทั้งยังสามารถปรับใช้งานได้หลากหลายรูปแบบ ซึ่งงานที่จะพบหุ่นยนต์ทำในอุตสาหกรรมก็ได้แก่

งานจัดวัสดุ
งานเชื่อม
งานประกอบชิ้นส่วน
งานขัดเงา
งานลงสี
งานตรวจสอบคุณภาพ

หุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรมมีกี่ประเภท

หุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรมนั้นมีการออกแบบและผลิตมาหลากหลายแบบเพื่อให้เหมาะสมสำหรับงานที่ต่างชนิดกัน และหุ่นยนต์เหล่านี้ก็มีประเภทหลากหลายมากๆ แต่สามารถแบ่งคร่าวๆ ได้ 6 ประเภทใหญ่ ดังนี้

1. Cartesian/Linear

หุ่นยนต์ Cartesian (แบบแกน) หรือ Linear (เส้นตรง) จะทำงานโดยใช้ข้อต่อเลื่อนสามอันเพื่อเลื่อนขึ้นและลง เข้าและออก และด้านข้าง หุ่นยนต์ Cartesian เป็นหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่ใช้บ่อยที่สุด โดยทั่วไปใช้กับเครื่องจักร CNC หรือการพิมพ์ 3 มิติ

คุณสมบัติ

หุ่นยนต์ Cartesian มีความแข็งแรงตลอดการเคลื่อนที่ สามารถรับน้ำหนักได้มาก และมีความยืดหยุ่นในการใช้งาน สามารถปรับโครงสร้างได้หลากหลาย ปรับความแม่นยำ ความเร็ว ขนาด และความยาวในการทำงานได้

ข้อจำกัด

โดยปกติหุ่นยนต์ Cartesian จะมีข้อจำกัดอยู่ที่ขนาดที่ใหญ่และต้องใช้พื้นที่ในการติดตั้งมาก ในขณะที่บริเวณที่หุ่นยนต์สามารถเข้าไปทำงานได้จะมีขนาดเล็กกว่าตัวหุ่นยนต์ และมีข้อจำกัดในการเคลื่อนที่ ทำให้ไม่สามารถเข้าถึงวัตถุทางด้านล่างได้

เหมาะกับงานแบบไหน

หุ่นยนต์ Cartesian เหมาะกับงานประกอบชิ้นส่วน และงานขนย้าย เนื่องจากความแข็งแรง และความสามารถข้อต่อตั้งฉากสามจุด (X, Y, Z) ทั้งนี้ หุ่นยนต์ Cartesian ก็มีหลายขนาด ซึ่งจะเหมาะกับงานแบบไหนขึ้นอยู่กับขนาดร่วมด้วย แต่โดยทั่วไปหุ่นยนต์ Cartesian จะไม่เหมาะกับงานละเอียดมากนัก

2. Cylindrical

หุ่นยนต์อุตสาหกรรม Cylindrical (ทรงกระบอก) มีฐานหมุนเป็นทรงกระบอก มีการเคลื่อนที่เชิงเส้นในแนวตั้งและแนวนอน พร้อมกับการเคลื่อนที่แบบหมุนรอบแกนตั้ง และปฏิบัติงานในพื้นที่ทรงกระบอก

คุณสมบัติ

หุ่นยนต์ Cylindrical มีส่วนประกอบของหุ่นยนต์ไม่ซับซ้อน ความเร็วในการทำงานสูง และมีการออกแบบที่กะทัดรัดของปลายแขน ช่วยให้หุ่นยนต์เข้าถึงส่วนของงานที่คับแคบอย่างช่องหรือโพรงได้ง่าย

ข้อจำกัด

ข้อจำกัดของหุ่นยนต์ Cylindrical อยู่ที่ความเรียบง่ายของหุ่นที่ทำให้ไม่เหมาะกับการทำงานที่มีความซับซ้อน มีพื้นที่ทำงานจำกัด และไม่สามารถหมุนในลักษณะมุมต่างๆ ได้

เหมาะกับงานแบบไหน

ส่วนใหญ่จะใช้ในการใช้งานทั่วไปที่มีการหยิบ หมุน และวางวัสดุ อย่างงานยกจับ หรืองานขนย้าย รวมถึงงานประกอบต่างๆ ที่ไม่มีความซับซ้อนมาก

3. Spherical/Polar

แขนหุ่นยนต์แบบ Spherical (ทรงกลม) หรือ Polar (ขั้ว) มีขอบเขตการปฏิบัติงานเป็นทรงกลม ส่วนแขนเชื่อมเข้ากับฐานด้วยข้อต่อบิด และผสานข้อต่อหมุนได้สองชิ้นเข้ากับข้อต่อแนวตรงอีกหนึ่งชิ้น

คุณสมบัติ

แขนหุ่นยนต์อุตสาหกรรมแบบ Spherical สามารถเข้าทำงานได้อย่างทั่วถึงทุกพื้นที่ และสามารถทำงานในปริมาณมากๆ ได้

ข้อจำกัด

ข้อจำกัดของแขนหุ่นยนต์แบบ Spherical อยู่ที่ความซับซ้อนในการใช้ระบบ และข้อจำกัดที่ทำให้แขนหุ่นยนต์ไม่สามารถเข้าถึงพื้นที่ที่สูงกว่าตัวหุ่นยนต์เองไม่ได้

เหมาะกับงานแบบไหน

งานที่เหมาะสมกับหุ่นยนต์แบบ Spherical ก็จะเป็นงานที่ใช้การหยิบจับชิ้นงาน กับงานเชื่อมเป็นหลัก

4. SCARA

SCARA มีชื่อเต็มว่า Selective Compliance Assembly Robot Arm ซึ่งเรียกภาษาไทยว่า แขนกลหุ่นยนต์ประกอบชิ้นส่วนความแม่นยำสูง อะไหล่ส่วนมากเป็นทรงกระบอก มีข้อต่อขนานอย่างน้อยสองจุดที่จะเคลื่อนไหวในบริเวณที่กำหนด

คุณสมบัติ

SCARA เคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็วในแนวระนาบ มีระยะทำงานที่กว้าง เต็มไปด้วยความละเอียดอ่อน สามารถทำงานด้วยความแม่นยำสูง และมีความสามารถในการทำงานซ้ำๆ ดี

ข้อจำกัด

SCARA สามารถเคลื่อนที่ได้จากการหมุนเท่านั้น ทำให้ระยะที่ทำงานได้มีความจำกัดอยู่ในแนวระนาบเป็นหลัก และไม่สามารถยกน้ำหนักได้มากนัก รวมถึงยังมีความยากในการลงโปรแกรมหากไม่ได้เชื่อมต่อเครือข่ายอยู่ และต้องใช้คนในการควบคุมโดยเฉพาะอีกด้วย

เหมาะกับงานแบบไหน

แขนกลในงานอุตสาหกรรมชนิดนี้มักใช้ในงานประกอบชิ้นส่วนขนาดเล็ก และงานหยิบ-วางชิ้นส่วนบรรจุภัณฑ์สินค้าขนาดเล็กที่ไม่หนัก เหมาะกับอุตสาหกรรมที่ใช้งานประกอบชิ้นส่วนทางอิเล็กทรอนิกส์ แต่จะไม่เหมาะกับงานตรวจสอบ (Inspection) และงานประกอบชิ้นส่วนทางกล (Mechanical Part)

5. Articulated Arm (Revolute)

หุ่นยนต์ Articulated Arm มีการออกแบบที่เลียนแบบการเคลื่อนไหวของแขนมนุษย์ ในส่วนของช่วงเอว ท่อนแขนบน ท่อนแขนล่าง ข้อมือ

คุณสมบัติ

เนื่องจากทุกแกนของหุ่นยนต์ Articulated Arm จะเคลื่อนที่ในลักษณะของการหมุน ทำให้มีความสามารถในการเข้าไปยังจุดต่างๆ ได้ดี สามารถเข้าถึงชิ้นงานทั้งจากด้านบน ด้านล่าง และมีพื้นที่การทำงานมาก นอกจากนี้ในบริเวณข้อต่อของหุ่นยังสามารถปิดสนิทได้เพื่อป้องกันฝุ่น ความชื้น หรือน้ำเข้าไป แถมยังเหมาะกับการใช้มอเตอร์ไฟฟ้า ในการขับเคลื่อนอีกด้วย

ข้อจำกัด

หุ่นยนต์ Articulated Arm อาจจะควบคุมได้ยาก ต้องมีการวางระบบพื้นฐานให้ดี ใช้ผู้เชี่ยวชาญในการควบคุม และหากหุ่นยนต์ชนิดนี้ใช้วัสดุที่ไม่ดีจะเคลื่อนที่ยาก

เหมาะกับงานแบบไหน

หุ่นยนต์ Articulated Arm สามารถเข้าถึงส่วนต่างๆ ได้ดี จึงทำให้เหมาะกับงานเชื่อม งานยกของ, งานตัด, งานทากาว, งานที่มีการเคลื่อนที่ยากๆ เช่น งานพ่นสี งาน Sealing เป็นต้น นอกจากนี้ยังนิยมใช้ในการประกอบ การเชื่อมอาร์ก การขนถ่ายวัสดุ การดึงเครื่องจักร และการบรรจุภัณฑ์

6. Delta

หุ่นยนต์ Delta หรือหุ่นยนต์คู่ขนาน มีแขนสามแขนที่เชื่อมต่อกับฐานหนึ่งตัวซึ่งติดตั้งอยู่เหนือพื้นที่ทำงาน โดยจะมีพื้นที่ทำงานในรูปทรงโดม

คุณสมบัติ

หุ่นยนต์ Delta สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างละเอียดอ่อนและแม่นยำด้วยความเร็วสูง ซึ่งก็ทำให้มีประสิทธิภาพในการผลิตสูงตามความไวของหุ่น แถมยังเป็นหุ่นที่ประหยัดพื้นที่ได้มากอีกด้วย

ข้อจำกัด

หุ่นยนต์ Delta จะมีลักษณะที่ทำให้ตัวควบคุมหุ่นยนต์ที่ใช้มีความซับซ้อนเฉพาะตัว และจำเป็นต้องมีคนที่ทำหน้าที่ควบคุมอย่างเต็มเวลา

เหมาะกับงานแบบไหน

หุ่นยนต์ Delta มักใช้สำหรับงานจับวางที่รวดเร็วในขั้นตอนการผลิต นิยมในงานอุตสาหกรรมอาหาร ยา และอิเล็กทรอนิกส์

นอกจาก 6 ประเภทด้านบนซึ่งเป็นประเภทที่รู้จักกันเป็นส่วนมากแล้วก็ยังมีประเภทอื่นๆ อย่าง Collaborative Robot ที่ถูกดีไซน์มาเพื่อทำงานร่วมกับมนุษย์ หรือหุ่นยนต์แบบที่สั่งทำเฉพาะสำหรับงานบางงานอีกด้วย

ข้อดีและข้อจำกัดของการใช้หุ่นยนต์อุตสาหกรรม

บางคนอาจจะเคยได้ยินกันมาว่าหุ่นยนต์อุตสาหกรรมมีราคาสูง เลยอาจจะยังลังเล ไม่แน่ใจ ส่วนนี้เลยจะพาไปดูถึงข้อดีและข้อจำกัดหากจะใช้หุ่นยนต์อุตสาหกรรมว่ามีอะไรบ้าง และเหมาะสมกับความต้องการหรือไม่

ข้อดีของหุ่นยนต์อุตสาหกรรม

การใช้หุ่นยนต์อุตสาหกรรมมีข้อดีรวมๆ ก็คือด้านความสามารถในการผลิตสูง หรือมีมาตรฐาน และความสามารถในการทดแทนแรงงานที่ขาดไปได้ ทั้งยังช่วยเสริมสร้างทักษะให้กับแรงงานในการทำงานร่วมกับหุ่นยนต์ด้วย เนื่องจากการใช้หุ่นยนต์จะช่วยให้แรงงานจำเป็นจะต้องเรียนรู้ทักษะเพิ่มมากขึ้นจากการทำงานปกติ โดนสรุปแล้วข้อดีหลักๆ ได้แก่

ทำกระบวนการซ้ำๆ ได้แม่นยำกว่า

เนื่องจากหุ่นยนต์เป็นการโปรแกรมจึงไม่มี Human Error ผลงานที่ทำออกมาจึงมีคุณภาพสม่ำเสมอ มีความแม่นยำสูง และมีโอกาสผิดพลาดค่อนข้างต่ำ

เพิ่มความสามารถในการผลิตได้สูง

เครื่องจักรทำงานได้เร็วกว่าคน ทำให้ผลิตได้มากกว่าในเวลาที่น้อยกว่า พร้อมทั้งมีความสามารถในการทำงานได้อย่างต่อเนื่อง ไม่ต้องหยุดพัก จึงได้ผลผลิตมากกว่า

ลดปัญหาขาดแคลนแรงงาน

การทำงานในการผลิตนั้นบางครั้งจะต้องใช้ความเข้าใจเครื่องมือ หรือการทำงานเฉพาะด้าน หรืออาจจะมีจำนวนงานมากกว่าคน ทำให้คนงานมักจะขาดแคลนอยู่เสมอ การใช้หุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็นหุ่นยนต์การผลิต หรือหุ่นยนต์ควบคุมการทํางานในโรงงาน จึงลดปัญหาการหาคนทำงานยาก หรือแรงงานไม่พอลงไปได้

ลดการบาดเจ็บในสถานที่ทำงาน

หุ่นยนต์ตอบโจทย์งานหนัก งานสกปรก และงานที่มีความเสี่ยงอันตราย ซึ่งเป็นงานประเภทที่มักทำให้ทรัพยากรบุคคลในโรงงานได้รับบาดเจ็บหรือมีสุขภาพย่ำแย่ ซึ่งการที่คนทำงานบาดเจ็บก็ส่งผลเสียต่อทั้งคนทำงานเอง และต่อกระบวนการทำงานอีกด้วย ตัวอย่างก็เช่น โรงงานสารเคมี โรงงานยาฆ่าแมลง หุ่นยนต์จึงสามารถเข้ามาช่วยแบ่งเบางานที่มีความเสี่ยงนี้ไปได้

ลดต้นทุนได้หลายด้าน

แม้หุ่นยนต์อุตสาหกรรมจะมีราคาเริ่มต้น และค่าดูแล แต่ในระยะยาวจะช่วยลดต้นทุนได้ทั้งต้นทุนเวลาและต้นทุนแรงงาน ทำให้มีความคุ้มค่าเมื่อเวลาผ่านไป

ข้อจำกัดของหุ่นยนต์อุตสาหกรรม

หลังจากดูข้อดีกันไปแล้ว ถัดไปก็ต้องมาพิจารณาข้อจำกัดกันด้วย

เริ่มต้นลงทุนสูง

ถึงจะมีข้อดีและช่วยลดต้นทุนได้ในระยะยาว แต่ในช่วงเริ่มต้นนั้น ค่าลงทุนซื้อและติดตั้งหุ่นยนต์ถือว่ามีราคาสูง ซึ่งอาจจะทำให้ไม่เหมาะกับอุตสาหกรรมที่มีเงินลงทุนต่ำ หรือช่วงเวลาที่เงินหมุนไม่คล่องนัก อย่างไรก็ตาม ในระยะหลังนี้ก็มีแนวโน้มว่าราคาหุ่นยนต์อุตสาหกรรมจะลดลง เพราะปัจจุบันมีการลงทุนใช้หุ่นยนต์ในกระบวนการผลิตมากขึ้น ตลาดจึงขยายตัวขึ้น

อาจต้องใช้หุ่นยนต์เฉพาะด้าน

งานบางชนิดที่มีความเฉพาะตัวมากอาจต้องใช้หุ่นยนต์เฉพาะด้านที่สั่งทำขึ้นมาใหม่ ทำให้อาจมีความยุ่งยากเฉพาะตัวในการใช้งาน และการดูแล

อาจต้องปรับกระบวนการผลิต

หลังจากเริ่มติดตั้งหุ่นยนต์อุตสาหกรรมแล้ว ก็อาจจะต้องมีการปรับกระบวนการผลิตเพื่อให้สอดคล้องไปกันได้กับการทำงานของหุ่นยนต์ ส่งผลให้การผลิตอาจจำต้องชะงักอยู่สักช่วงหนึ่ง

ระบบควบคุมซับซ้อน

หุ่นยนต์ต้องอาศัยระบบควบคุม และโปรแกรมในการทำงานอุตสาหกรรม ทำให้อาจมีความจำเป็นที่จะต้องใช้ผู้ที่มีทักษะที่เชี่ยวชาญในการควบคุมเพิ่มขึ้นมาด้วย

อุปกรณ์ที่ใช้ร่วมกับหุ่นยนต์

มีอุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้ร่วมกับหุ่นยนต์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพหรือป้องกันอันตรายที่อาจจะเกิดขึ้นระหว่างการปฏิบัติงานได้ โดยตัวอย่างของอุปกรณ์ที่มีประโยชน์เหล่านี้ ได้แก่

Gripper

Gripper เป็นหนึ่งใน End-of-Arm Tooling (EOAT) หรือ ชุดอุปกรณ์ที่เปรียบเสมือนมือของหุ่นยนต์

ที่ทำหน้าที่เป็นตัวจับชิ้นงาน พอติดตั้งเข้ากับแขนหุ่นยนต์แล้วจะทำให้ทำงานง่ายขึ้น เหมือนมีมือที่จับของได้คล่องตัวขึ้น คอยจับชิ้นงานแล้วส่งไปยังขั้นตอนถัดไป ซึ่ง Gripper ก็จะมีอยู่หลายประเภท เช่น Vacuum Gripper ที่จะใช้ยกของหนักได้ดี Hydraulic Gripper ที่มีพลังจับยอดเยี่ยม หรือ Electric Gripper ที่เหมาะกับงานความเร็วสูง โดยที่ทาง CC-Link สามารถใช้สร้างระบบเครื่องจักรเพื่อตั้งค่าการทำงานให้ใช้งานร่วมกับตัว Electric Gripper ได้

Quick Changer

Quick Changer เป็นตัวที่เชื่อมระหว่างอุปกรณ์ เช่น EOAT กับปลายแขนหุ่นยนต์ มีข้อดีที่จะช่วยให้สามารถใช้เปลี่ยนเครื่องมือได้ง่ายๆ ในช่วงเวลาที่รวดเร็วเพียงไม่กี่วินาที และทำให้เริ่มการทำงานใหม่ได้อย่างรวดเร็ว แต่ก็มีข้อจำกัดที่ตัวอุปกรณ์ที่ถูกเชื่อมอาจจะมีความมั่นคงน้อยกว่าหุ่นยนต์ที่ไม่สามารถเปลี่ยนอุปกรณ์มือได้ ซึ่งอาจทำให้อุปกรณ์สึกหรอได้ง่ายกว่า และอีกข้อจำกัดหนึ่งคืออุตสาหกรรมที่เน้นใช้การเปลี่ยนอุปกรณ์อาจจะทำให้เสียเวลามากกว่าการใช้อุปกรณ์มือเฉพาะที่เปลี่ยนไม่ได้ไปเลย เมื่อคิดเวลาในระยะยาว

2D & 3D Vision Sensor

2D & 3D Vision Sensor เป็นระบบหรือชิ้นส่วนเครื่องจักรที่คอยตรวจสอบคุณภาพชิ้นงานซึ่งออกมาจากกระบวนการผลิต ซึ่งใช้ในการคัดกรองคุณภาพของชิ้นงานให้ตรงมาตรฐาน ซึ่ง Vision Sensor ก็มีหลายรุ่น เช่น MALFA 3d Vision ที่มีขนาดเล็ก มีความไวและความแม่นยำสูง โดยระบบ Vision Sensor มีข้อดีคือใช้งานง่าย และติดตั้งรวดเร็ว แต่ก็มีข้อจำกัดที่จะต้องใช้ในสิ่งแวดล้อมที่มีแสงสว่างเพียงพอ

Safety Solution

Safety Solution คืออุปกรณ์หรือระบบต่างๆ ที่ใช้ร่วมกับหุ่นยนต์เพื่อสร้างความปลอดภัย เช่น อุปกรณ์ Area Sensor อุปกรณ์เซนเซอร์ที่ใช้ป้องกันอันตรายระหว่างเครื่องจักรทำงาน เช่น กั้นพื้นที่บริเวณที่เครื่องจักรทำงานไม่ให้ทำงานเกินขอบเขต ซึ่งอุปกรณ์เช่นนี้ก็มีหลายรุ่น เช่น MELFA FR Series Safety Solution ที่นอกจากจะช่วยจำกัดพื้นที่แล้ว ยังสามารถช่วยจำกัดความเร็วของหุ่นยนต์ได้อีกด้วย ทั้งนี้ แม้อุปกรณ์ Safety Solution จะสร้างความปลอดภัยให้กับมนุษย์และหุ่นยนต์ได้ แต่ก็อาจจะมีข้อจำกัดในเรื่องของความเร็วในการตอบสนองความปลอดภัยด้วย ตามระบบและสิ่งแวดล้อมที่มีการใช้งาน

หลายๆ คนคงพอเห็นภาพแล้วว่าหุ่นยนต์อุตสาหกรรมคืออะไร หุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรมมีกี่ประเภท มีคุณสมบัติ ข้อดี และข้อจำกัดอย่างไร แน่นอนว่าถ้าหากอยากให้หุ่นยนต์ทำงานได้ถูกต้อง แม่นยำ คุณภาพงานตามต้องการ ก็จำเป็นต้องใช้ระบบควบคุมที่เข้ากันได้ดีด้วย

บทความก่อนหน้า หน้าหลักบทความ บทความถัดไป