การออกแบบที่ดีที่สุดแบบสองจุดประสงค์ของแขนกลช่วยยก
DOI: 10.14416/j.ind.tech.2021.12.006
คำสำคัญ:
การออกแบบที่ดีที่สุดแบบสองจุดประสงค์, แขนกลช่วยยก, การออกแบบการทดลองบทคัดย่อ
การแข่งขันทางธุรกิจในระดับโลกทำให้บริษัทกรณีศึกษาต้องมีการปรับปรุงแขนกลช่วยยกที่มีให้มีคุณภาพที่ดีขึ้นและมีต้นทุนน้อยลงเพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันทั้งในประเทศและต่างประเทศผู้เขียนได้ศึกษาปัญหาการออกแบบแขนกลช่วยยกที่รับภาระโหลดเท่ากับ 75 กิโลกรัม โดยที่มีตุ้มน้ำหนัก 15 กิโลกรัมติดตั้งไว้ที่ด้านหลังเพื่อถ่วงดุลน้ำหนัก โดยที่ผู้ออกแบบสามารถปรับขนาดของแต่ละชิ้นส่วนโดยที่ต้องรักษารูปร่างโดยรวมเดิมของแขนกลช่วยยกไว้ และ บริษัทกรณีศึกษาเป็นผู้กำหนดปัจจัยและระดับการปรับปรุงขนาดที่เป็นไปได้เพื่อให้บริษัทกรณีศึกษาสามารถเลือกซื้อหรือผลิตชิ้นส่วนนั้นในประเทศไทยได้ง่าย ในงานวิจัยนี้ได้นำเสนอวิธีการออกแบบที่ดีที่สุดแบบสองจุดประสงค์สำหรับแขนกลช่วยยกโดยประยุกต์ใช้ระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ (Finite Element Method) ร่วมกับการออกแบบทดลองแบบแฟกทอเรียลเต็มรูป (Full Factorial Design) และ การหาค่าที่ดีที่สุด เพื่อลดต้นทุนการผลิตรวมให้น้อยที่สุดและมีค่าความปลอดภัย (Factor of Safety: FOS) มากที่สุด ผลการออกแบบด้วยวิธีที่นำเสนอสามารถลดต้นทุนการผลิตลดลงจากเดิม 34,117.64 บาท เหลือ 25,698.40 บาท และมีค่าความปลอดภัยเพิ่มขึ้นจาก 3.00 เป็น 9.13 เมื่อเทียบกับแขนกลช่วยยกแบบเดิม
เอกสารอ้างอิง
[2] S. Mahalingam and A. Sharan, The optimal balancing of the robotic manipulators, IEEE International Conference on Robotics and Automation, Proceeding, 1986, 828-835.
[3] W.S. Newman and N. Hogan, Time optimal control of balanced manipulators, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 1989, 111(2), 187–193.
[4] C.A.C. Coello, A.D. Christiansen, and A.H. Aguirre, Multiobjective design optimization of counterweight balancing of a robot arm using genetic algorithms, the 7th IEEE International Conference on Tools with Artificial Intelligence, Proceeding, 1995, 20-23.
[5] C. Baradat, V. Arakelian, S. Briot, and S. Guegan, Design and prototyping of a new balancing mechanism for spatial parallel manipulators, Journal of Mechanical Design, Transactions of the ASME, 2008, 130(7), 0723051-07230513.
[6] A. Nikoobin and M. Moradi, Optimal balancing of robot manipulators in point-to-point motion, Robotica, 2011, 29(2), 233-244.
[7] W. Xu, D. Meng, H. Liu, X. Wang, and B. Liang, Singularity-free trajectory planning of free-floating multiarm space robots for keeping the base inertially stabilized, IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 2019, 49(12), 2464- 2477.
[8] J. Wang and X. Kong, An optimization method for the static balancing of manipulators using springs, the 44th Mechanisms and Robotics Conference, Proceeding, 2020, 22217.
[9] M.H. Ali, Y. Kuralbay, A. Aitmaganbet, and M.A.S. Kamal, Design of a 6-DOF robot manipulator for 3D printed construction, Materials Today: Proceedings, In Press, 31 July 2021.
[10] R. Xu, J. Luo, and M. Wang, Optimal grasping pose for dual-arm space robot cooperative manipulation based on global manipulability, Acta Astronautica, 2021, 183, 300-309.
[11] D. Cholaseuk, Optimum and robust geometric design of mechanical parts, Thesis, Columbia University, USA, 2001.
[12] D. Cholaseuk, A stress-based material distribution method for optimum shape design of mechanical parts, Thammasat International Journal of Science and Technology, 2006, 11(3), 17-21.
[13] A. Manee-ngam, P. Saisirirat, and P. Suwankan, Hook design loading by the optimization method with weighted factors rating method, Energy Procedia, 2017, 138, 337–342.
[14] T. Kot, Z. Bobovský, M. Brandstötter, V. Krys, I. Virgala, and P. Novák, Finding optimal manipulator arm shapes to avoid collisions in a static environment, Applied Sciences (Switzerland), 2021, 11(1), 64.
[15] https://drive.google.com/file/d/1NpY0PhR gTiJzeCKOaKCcApZq7PCW32S2/view?usp=sharing (Accessed on 14 October 2021)
[16] www.syssteel.com/wp-content/uploads/2018/09/AW-Catalog-Thai-Effective-April-2018.pdf. (Accessed on 14 October 2021)
[17] www.meadinfo.org/2010/09/jis-g-3101-ss400-steel-properties-spec.html. (Accessed on 14 October 2021)
