โครงการ หนยนตแขนกล

เสนอ

มาสเตอร ดอน วภา

จดท าโดย

1.นายอดเรก ลาดบาศร สาขาวชาชางกลโรงงาน เลขท 1 ปวช.3

2.นายนนทพงศ ไพสขาว สาขาวชาชางกลโรงงาน เลขท 5 ปวช.3

3.นายทรงวฒ สงขทองรมย สาขาวชาชางกลโรงงาน เลขท 8 ปวช.3

รายงานเลมนเปนสวนหนงของรายวชาโครงการ

ภาคเรยนท 2

ปการศกษา 2558

โรงเรยนอสสมชญเทคนคนครพนม

กตตกรรมประกาศ

โครงงานเรองหนยนตแขนกล จะส าเรจลลวงไมไดถาไมไดรบการชวยเหลอจากภารดาอาวธ ศลาเกษ ผอ านวยการโรงเรยนอสสมชญเทคนคนครพนม

มาสเตอรดอน วภา ครประจ าวชา ทชวยใหค าปรกษา เกยวกบโครงงาน มาสเตอรณรงคเดช พลข า ทชวยใหค าปรกษาและอ านวยความสะดวกในการทดลอง และจดท าโครงการ

ขอขอบคณพระคณ คร-อาจารยโรงเรยนอสสมชญเทคนคนครพนม ทไดประสานวชาตงแตอดตจนถงปจจบนคณะผจดท าโครงงานขอขอบคณทานทมสวนเกยวของไว ณ โอกาสน

คณะผจดท า

ค าน า

รายงานเลมนเปนสวนหนงของวชาโครงการ ซงสมาชกในกลมไดศกษาคนควาเกยวกบเรองหนยนตแขนกล ซงรายงานนมเนอหาเกยวกบการศกษาขอมล การขออนมตโครงการ ขนตอนการด าเนนโครงการ การทดลอง การสรปผลการด าเนน จนส าเรจอยางละเอยดและครบถวน โครงการหนยนตแขนกลนสงเสรมการฝกความสามารถใหช านาญและมประสทธภาพมากขน

สมาชกในกลมหวงเปนอยางยงวาจะเปนประโยชนตอผทสนใจทวไปและตองการพฒนาหนยนตแขนกลใหมประสทธภาพสงขนตอไป

สารบญ หนา บทท 1 บทน า

เรองหลกการและเหตผล 1

เรองวตถประสงค 1 เรองเปาหมาย 1

เรองผลทคาดวาจะไดรบ 1

เรองการด าเนนงาน 2

บทท 2 เอกสารทเกยวของ

เรองบอรด 3 เรองการเขยนค าสงลงบนบอรด 3 เรองการท างานของ สเตปมอเตอรส าหรบขบเคลอนหนยนตแขนกล 4-5 เรองการตอระบบไฟของบอรด 6

บทท 3 วธด าเนนงาน

เรองวสดและอปกรณโครงการ 7

เรองการด าเนนการ 8-11 บทท 4 การออกแบบและทดลอง

เรองแบบแปลน 12-16 เรองตารางบนทกการทดสอบ 16

บทท 5 บทสรป

เรองสรปผลการด าเนนงาน 17

เรองปญหาและอปสรรค 17

เรองขอเสนอแนะ 17

บรรณานกรม 18

ประวตสวนตวผจดท าโครงการ 19-20

สารบญ รปภาพ

หนา รปภาพท 1 การเขยนค าสงลงบอรด 3 รปภาพท 2 การตอระบบไฟของบอรด 6 รปภาพท 3 แบบ 8 รปภาพท 4 ภาพการผลตชนสวนหนยนตแขนกล 8 รปภาพท 5 ตอสายไฟ 9 รปภาพท 6 การตอระบบไฟ 9 รปภาพท 7 การตอระบบไฟ 10 รปภาพท 8 การลงโปรแกรม 10 รปภาพท 9 การลงโปรแกรม 11 รปภาพท 10 แบบฐาน 12 รปภาพท 11 แบบแปลน 12 รปภาพท 12 แบบแปลนชดรองแขน 13 รปภาพท 13 แบบแปลนขาตงแขน 13 รปภาพท 14 แบบแปลนแขนสวนลาง 14 รปภาพท 15 แบบแปลนแขนสวนบน 14 รปภาพท 16 แบบแปลนตวชก 15 รปภาพท 17 แบบแปลนกานชก 15 รปภาพท 18 แบบแปลนตวเหวยง 16

สารบญ ตาราง

หนา

ตารางท 1 ตารางการด าเนนงาน 2

ตารางท 2 ตารางคาวสดอปกรณ 7 ตารางท 3 ตารางการทดสอบ 16

1

บทท 1

บทน ำ

1.1 หลกกำรและเหตผล

หนยนต (robot) คอเครองจกรกลชนดหนงท มลกษณะโครงสรางและรปรางแตกตางกน หนยนตในแตละประเภทจะมหนาทการท างานในดานตาง ๆ ตามการควบคมโดยตรงของมนษย การควบคมระบบตาง ๆ ในการสงงานระหวางหนยนตและมนษย สามารถท าไดโดยทางออมและอตโนมต โดยทวไปหนยนตถกสรางขนเพอส าหรบงานทมความยากล าบากเชน งานส ารวจในพนทบรเวณแคบหรองานส ารวจดวงจนทรดาวเคราะหทไมมสงมชวต ปจจบนเทคโนโลยของหนยนตเจรญกาวหนาอยางรวดเรว เรมเขามามบทบาทกบชวตของมนษยในดานตาง ๆ เชน ดานอตสาหกรรมการผลต แตกตางจากเมอกอนทหนยนตมกถกน าไปใช ในงานอตสาหกรรมเปนสวนใหญ ปจจบนมการน าหนยนตมาใชงานมากขน เชน หนยนตทใชในทางการแพทย หนยนตส าหรบงานส ารวจ หนยนตทใชงานในอวกาศ หรอแมแตหนยนตทถกสรางขนเพอเปนเครองเลนของมนษย จนกระทงในปจจบนนไดมการพฒนาใหหนยนตนนมลกษณะทคลายมนษย เพอใหอาศยอยรวมกนกบมนษย ใหไดในชวตประจ าวน

ดงนนคณะผจดท าจงคดทจะพฒนาหนยนตแขนกลขนมา เพอจ าลองการท างานของหนยนต และเปนการฝกวชาชพของนกเรยน 1.2 วตถประสงค

1.เพอศกษาเกยวกบระบบการท างานของหนยนตแขนกล

2.เพอน าความร และทกษะ ทไดรบไปประยกตใชในการสรางชนงาน

3.เพอสรางความสามคคในกลม เกดความคดสรางสรรค และฝกทกษะการท างานเปนทม

1.3 เปำหมำย

- เชงปรมำณ

1. แบบจ ำลองหนยนตแขนกล จ ำนวน 1 ชด

- เชงคณภำพ

1. แบบจ ำลองหนยนตแขนกลใชหยบจบสงของแทนคนไดโดยทคนไมตองท ำเอง

1.4 ผลทคำดวำจะไดรบ

1.มควำมรระบบกำรท ำงำนของหนยนตแขนกล

2.ผเรยนน าความร และทกษะ ทไดรบไปประยกตใชในการสรางชนงาน

3.ผเรยนมควำมสำมคคในกลม เกดความคดสรางสรรค และฝกทกษะกำรท ำงำนเปนทม

2

1.5 กำรด ำเนนงำน

กจกรรม

เดอนตลำคม พ.ศ 2558

เดอนพฤศจกำยน

พ.ศ 2558

เดอนธนวำคม

พ.ศ 2558

เดอนมกรำคม

พ.ศ 2559

เดอกมภำพนธ พ.ศ 2559

เดอนมนำคม

พ.ศ 2559

หมำยเหต

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1.ขนเตรยมกำร

-ประชมและวำงแผน

-ศกษำหำขอมล

-จดท ำโครงกำร

-น ำเสนอโครงกำร

2.ขนด ำเนนกำร

-จดท ำอปกรณ

-ลงมอปฏบต

-ทดสอบประสทธภำพ

-ปรบปรงแกไข

-จดรปเลม

-สรำงสอเพอน ำเสนอ

3.ขนน ำเสนอ

-สงรปเลมรำยงำน

-น ำเสนอผลงำนตอคณะกรรมกำร

ตำรำงท 1 ตำรำงกำรด ำเนนงำน

3

บทท 2 เอกสารทเกยวของ

ความรพนฐานทไดศกษาคนควาเกยวกบการโครงการ หนยนตแขนกล สามารถแบงออกเปนดงน - บอรด Arduino - การเขยนค าสงลงบนบอรด Arduino - การท างานของ สเตปมอเตอรส าหรบขบเคลอนหนยนตแขนกล

- การตอระบบไฟของบอรด 2.1 บอรดArduino Arduino Mega 2560 R3 เปนบอรด Arduino ทออกแบบมาส าหรบงานทตองใช I/O มากกวา Arduino Uno R3 เชน งานทตองการรบสญญาณจาก Sensor หรอควบคมมอเตอร Servo หลายๆ ตว ท าให Pin I/O ของบอรด Arduino Uno R3 ไมสามารถรองรบได ทงนบอรด Mega 2560 R3 ยงมความหนวยความจ าแบบ Flash มากกวา Arduino Uno R3 ท าใหสามารถเขยนโคดโปรแกรมเขาไปไดมากกวา ในความเรวของ MCU ทเทากน 2.2 การเขยนค าสงลงบนบอรดArduino

โปรแกรมของ Arduino แบงได เปนสองสวนคอ void setup() และ void loop() โดยฟงกชน setup() เมอโปรแกรมท างานจะท าค าสงของฟงกชนนเพยงครงเดยวใชในการก าหนดคาเรมตนของการท างาน สวนฟงกชนloop() เปนสวนท างานโปรแกรมจะท าค าสงในฟงกชนนตอเนองตลอดเวลาโดยปกตใชก าหนดโหมดการท างานของขาตางๆก าหนดการสอสารแบบอนกรมฯลฯ สวนของ loop() เปนโคดโปรแกรมทท างาน เชน อานคาอนพต ประมวลผลสงงานของเอาตพต ฯลฯโดยสวนก าหนดคาเรมตนเชน ตวแปรจะตองเขยนทสวนหวของโปรแกรมกอนถงตวฟงกชนนอกจากนนยงตองค านงถงตวพมพ เลก-ใหญ ของตวแปรและชอฟงกชนใหกกตอง

รปภาพท 1 การเขยนค าสงลงบอรด

4

2.3 การท างานของ สเตปมอเตอรส าหรบขบเคลอนหนยนตแขนกล สเตปมอเตอร เปนมอเตอรทขบเครองดวยพลส ลกษณะการขบเคลอน จะหมนรอบแกนได 360

องศา มลกษณะไมตอเนอง แตมลกษณะเปนสเตป โดยแตละสเตปจะขบเคลอนได 1,1.5,1.8 หรอ 2 องศา แลวแตละโครงสรางของมอเตอรลกษณะท น ามอเตอรไปใช จะเปนงานทตองการต าแหนงแมนย า เชน ระบบขบเคลอนหวแมพมพในเครองพมพ (PRINTER)ระบบขบเคลอนหวอานในเครองอานบนทกเหลก ระบบขบเคลอนต าแหนงของปากกาใน X-Y PLOTER เปนตน

สเตปมอเตอรทพบในปจจบนม 3 ลกษณะดงน 1. แบบแมเหลกถาวร(PERMANENT MAGNET_PM)

สเตปมอเตอรแบบPMจะมสเตเตอร(STATOR)ทพนขดลวดไวหลายๆโพลโดยมโรเตอร(ROTOR) เปนรปทรงกระบอกฟนเลอยและโรเตอรท าดวยแมเหลกถาวร เพอปอนไฟกระแสตรงใหกบขดสเตเตอร จะท าใหเกดแรงแมเหลกไฟฟาผลกตอโรเตอรท าใหมอเตอรหมนมอเตอรแบบPMจะเกดแรงฉดยดใหโรเตอรหยดอยกบท แมจะไมไดปอนไฟเขาขดลวด 2. แบบแปรคารลกแตนซ (VARIABLE RELUCTANCE- VR)

สเตปมอเตอรแบบVR จะมการหมนโรเตอรไดอยางอสระแมจะไมไดจายไฟใหโรเตอรท าจากสารเฟอรโรแมกเนตกก าลงออน มลกษณะเปนฟนเลอยรปทรงกระบอกโดยจะมความสมพนธโดยตรงกบจ านวนโพลในสเตเตอรแรงบดทเกดขนจะไปหมนโรเตอร ไปในเสนทางของอ านาจแมเหลกทมคารลกแตนทต าทสดต าแหนงทจะเกดแนนอนและมเสถยรภาพแตจะเกดขนไดหลายๆจดดงนนเมอปอนไฟเขาขดลวดตางๆในมอเตอรแตกตางขดกนไป กท าใหมอเตอรหมนไปต าแหนงตางๆกนโรเตอรของVRจะมความเฉอยของโรเตอรนอยจงมความเรวรอบสงกวามอเตอรแบบ PM 3. แบบผสม(HYBRID-H)

สเตปมอเตอรแบบ H จะเปนลกผสมของ VR กบ PM โดยจะมสเตเตอรคลายกบทใชใน VR โรเตอรมหมวกหมปลายซงมลกษณะของสารแมเหลกทมก าลงสงโดยการควบคมขนาดรปรางของหมวกแมเหลกอยางดท าใหไดมม การหมนและครงนอยและแมนย า ขอดกคอ ใหแรงบดสงและมขนาดกระทดรด และใหแรงฉดยดโรเตอรนงกบทตอนไมจายไฟ

5

หลกการท างานของ stepping motor ลกษณะของ stepping motor ภายนอกกจะประกอบไปดวยสายไฟทเราจะตองปอนสญญาณ pluse เขาไปควบคมมน ถาหาก stepping motor ของคณม 3 ขดลวด กจะไดลกษณะการตอดงรป ซงจะมสายหนงทตอเปน ground รวมของทง 3 สายนน ลกษณะแบบนคอเปนแบบ 3 เฟส โดยท stepping motor ทขายทวๆไปกอาจจะมหลายแบบเชนแบบ 4 เฟส 5 เฟส ซงเมอเราทราบเฟสแลวสงทจะตองท าตอไปคอการหาวาเฟสไดเปนเฟส 1 ,2,3 ซงทตวของ stepping motor อาจจะมบอกอยแลว หรอถาไมมวธงายๆกคอการใชไฟขนาดท motor ตวนนใชปอนเขาไปทเฟสแตละเฟส ถาหากเราปอนเปนเฟส 1-2-3 แลว stepping motor จะตองหมนไปในทศทางเดยวกนหรอถาหากปอนเปน 3-2-1 จะตองหมนกบทางกนซงเปนวธงายๆในการ check เฟสของ stepping motor

การท างานของ stepping motor ประกอบดวยสวนส าคญ 2 สวนคอ 1 rotor ซงเปนสวนทหมนหรอเคลอนทได 2.คอ stator ซงเปนสวนทอยกบทไมสามารถเคลอนทได ส าหรบ stepping motor กเชนเดยวกนทประกอบไปดวยสวนส าคญ 2 สวนน(ดรปดานลางประกอบ) โดยทสวนทเปน stator ของ stepping motor นจะเปนสวนซงมขดลวดพนลอมอยบนแกนเหลก(สวนทเขยน 1,2,3 ทเปนสวนนอก ของ stepping motor นนแหละคอสวนทเปน stator) เมอเราจายไฟเขาทขดลวดทพนอยบน stator ทขด 1 กอน กจะท าไหเกดอ านาจแมเหลกขนทต าแหนง 1 น และผลกไห rotor(จากรปสวนทเขยน x-y นนแหละคอ rotor)เกดการเคลอนทได การเคลอนทนเรยกวามนเคลอนทไป 1 stepนนเอง(นแหละทเรยกวา stepping motor เพราะมนเคลอนทเปน step นนเอง) ซงการทมนจะเคลอนทไปเปนมมเทาไหรนนกขนอยกบ spec ของ stepping motor ตวนนวามนสามารถทจะหมนได step ละกองศา และตอไปถาเราหยดจายไฟเขาทขดลวด1 และไปจายไฟเขาทขดลวด 2 แทนกจะท าไหเกดสนามแมเหลกขนทบรเวณ 2 บน stator และกจะท าไหสนามแมเหลกนผลก rotor ไหเคลอนทตอไปได และถาเราหยดจายกระแสเขาท 2 และไปจายเขาทขด 3 แทนกจะท าไหสนามแมเหลกมาเกดทบรเวณ 3 และผลกไห rotor เคลอนทตอไปไดอก

จะเหนวา stepping motor นนสามารถทจะเคลอนทไดจากหลกการของการจายไฟเขาทขดลวดบน stator ในลกษณะทจายไฟไหเกดแบบ ล าดบเฟสกนไป ซงนเองเปนหลกการของการควบคม stepping motor

6

2.4 การตอระบบไฟของบอรด

รปภาพท 2 การตอระบบไฟของบอรด

7

บทท 3 วธด าเนนงาน

3.1 วสดและอปกรณโครงการ

ล าดบท รายการ

ขอก าหนดมาตรฐาน/ คณลกษณะ

เฉพาะ/คณภาพ

ราคาตอหนวย จ านวนหนวย

จ านวนเงน

หมายเหต บาท ส.ต. บาท ส.ต.

1 step motor - 3 - มแลว

2 servo 150 1 150

3 arduino mega 2560 board 480 1 480

4 แหลงจายไฟ - 1 - มแลว

5 a 3967 stepper motor driver module easy driver stepper

220 5 1,100

6 nut. m6,m4,m3 160 - 160

7 สายไฟ 60 60

8 แผนอะครลค - - - มแลว

รวมประมาณการคาใชจาย ( หนงพนเการอยหาสบบาทถวน ) 1,950

ตารางท 2 ตารางคาวสดอปกรณ

8

3.2 การด าเนนการ - ออกแบบโครงสรางของแขนกล และออกแบบโดยใชโปรแกรม Solid work และโปรแกรม

Artcame pro

รปภาพท 3 แบบ

- ผลตประกอบชนสวนหนยนตแขนกล

รปภาพท 4 ภาพการผลตชนสวนหนยนตแขนกล

9

- ตอระบบไฟ Arduino MEGA 2560 R3 และ A3967 stepper motor driver modul EasyDriver stepperDriver

รปภาพท 5 ตอสายไฟ

รปภาพท 6 การตอระบบไฟ

10

รปภาพท 7 การตอระบบไฟ

- ลงโปรแกรมดวยโคดของ Arduino MEGA 2560 R3 และ A3967 stepper motor driver modul EasyDriver stepperDriver

รปภาพท 8 การลงโปรแกรม

11

รปภาพท 9 การลงโปรแกรม

12

บทท 4 การออกแบบและทดลอง

4.1 แบบแปลน

รปภาพท 10 แบบฐาน

รปภาพท 11 แบบแปลน

13

รปภาพท 12 แบบแปลนชดรองแขน

รปภาพท 13 แบบแปลนขาตงแขน

14

รปภาพท 14 แบบแปลนแขนสวนลาง

รปภาพท 15 แบบแปลนแขนสวนบน

15

รปภาพท 16 แบบแปลนตวชก

รปภาพท 17 แบบแปลนกานชก

16

รปภาพท 18 แบบแปลนตวเหวยง

4.2 ตารางบนทกการทดสอบ ล าดบ ผลการทดสอบ ปญหาทพบ วธการแกไข

1 step moter - - 2 a 3967 stepper motor driver module easy driver

stepper ไหม 2 ตว เปลยนแผงใหม

3 แหลงจายไฟ - - 4 arduino mega 2560 board - - 5 servo - - 6 โครงสราง น าหนกเยอะเกน ลดขนาดสวนแขนเลกนอย

ตารางท 3 ตารางการทดสอบ

17

บทท 5 บทสรป

5.1 สรปผลการด าเนน จากการทไดท าหนยนตแขนกลขนมานหลงจากไดทดลองประสทธภาพของหนยนตแขนกลแลว

สรปไดดงน 1.จากการท าหนยนตแขนกลผจดท าทราบระบบการท างานของหนยนตแขนกล

2.ผจดท าไดน าความร และทกษะ ทไดรบไปประยกตใชในการสรางชนงาน

5.2 ปญหาและอปสรรค ในการตดตงและตอวงจรมอเตอร ตองศกษาขนตอนวธการใหละเอยด มฉะนน แผงวงจรอาจจะ

ชอต หรอเกดการเสยหาย 5.3 ขอเสนอแนะ

1.ควรพฒนาหนยนตแขนกลใหสมดลกบโครงสรางโดยทไมใหมน าหนกทเยอะเกนไป 2.ควรศกษาการตอไฟทแผงวงจรควบคมใหถถวน เพราะถาเกดผดพลาดขนอาจจะเกดการชอตและ

ท าใหแผงวงจรเสยหาย 3.ในการออกแบบควรค านวณใหถถวนกอนวา มอเตอรทเราน ามาใหกบอปกรณสามารถรบน าหนก

ไดเทาไร

18

บรรณานกรม [http://www.alpha-crucis.com/en/rc-servos/247-gws-s03n-standard-servo-3700386705199.html] tps://www.google.co.th/search?q=Arduino+mega2560+board&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwiF3I73puzKAhXGxqYKHVZqA7cQsAQIQA&biw=1280&bih=880#tbm=isch&q=Arduino+mega2560+board9%E0%B8%95%E0%B9%88%E0%B8%AD%E0%B8%81%E0%B8%B1%E0%B8%9Aa+3967+stepper+motor+driver+module+easy+driver+stepper&imgrc=GPp7gVm8QUZ6gM%3A https://www.nectec.or.th/schoolnet/library/webcontest2003/100team/dlnes137/am/step_motor.html

19

ประวตสวนตว ชอ นาย นนทพงศ ไพสขาว เกดเมอวนท18 สงหาคม 2540 ทอย 493 หม 8 บานทาแร ต าบล ทาแร อ าเภอ เมอง จงหวด สกลนคร เบอรโทรศพท 0615877102 ประวตการศกษา ประถมศกษา โรงเรยนทาแรวทยา อ าเภอ เมอง จงหวด สกลนคร มธยมศกษา โรงเรยนทาแรศกษา อ าเภอ เมอง จงหวด สกลนคร ประกาศนยบตรวชาชพสาขางานเครองมอกลและซอมบ ารง โรงเรยนอสสมชญเทคนคนครพนม อ.ทาอเทน จ.นครพนม คตพจน อยาเสยเวลากบอดตทผานมาและอนาคตทยงมาไมถง

ชอ นาย อดเรก ลาดบาศร เกดวนท 2 กมภาพนธ 2540 ทอย 456 หม 3 ต.ทาแร อ.เมอง จ.สกลนคร 47230 เบอรโทรศพท 0933355097 E-mail : ais3g5097@live.com Facebook : Adirek ladbasri ประวตการศกษา ประถมศกษา โรงเรยนทาแรวทยา อ าเภอเมอง จงหวดสกลนคร มธยมศกษา โรงเรยนนรมลวทยา อ าเภอเมอง จงหวดสกลนคร ประกาศนยบตรวชาชพสาขางานเครองมอกลและซอมบ ารง โรงเรยนอสสมชญเทคนคนครพนม อ.ทาอเทน จ.นครพนม คตพจน มงานมเงน มเงนมแฟน

20

ชอ นาย ทรงวฒ สงขทองรมย เกดวนท10 พฤษภาคม 2540 ทอย 216/138 หม6 ต.สรศกด อ.ศรราชา จ.ชลบร เบอรโทรศพท0947821069 ประวตการศกษา ประถมศกษา โรงเรยนชมชนวดหนองคอ มธยมศกษา โรงเรยนชมชนวดหนองคอ ประกาศนยบตรวชาชพสาขางานเครองมอกลและซอมบ ารง โรงเรยนอสสมชญเทคนคนครพนม อ.ทาอเทน จ.นครพนม คตพจน คดจะท าอะไรตองไปใหถงฝน