3.2.2 กลไกหกแกน แกนค้ำแบบแท่งบอลสกรู
รูปกลไกหกแกน แบบเฮเซล และจีโอดิติก
แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window
กลไกหกแกน แกนค้ำเป็นแบบแท่งบอลสกรู หรือระบบเฮเซล และจีโอดิติก การใช้งานง่าย ซึ่งเป็นผลมาจากการพัฒนาต่อยอดของแบบแท่งแกนสไลด์ และมีการปรับปรุงในด้านความแข็งแกร่งให้มีมากขึ้น ออกแบบให้มีน้ำหนักเบา ทำให้การควบคุมอย่างเป็นอัตโนมัติสามารถทำได้ดีขึ้น ความแม่นยำเที่ยงตรงมีสูงขึ้น จากการสั่งการจากซอฟแวร์ ทำให้ลดต้นทุน และลดเวลาทำงานลงไปอีก
กลไกหกแกนชนิดนี้เป็นกลไกที่มีความแข็งแกร่ง และมีความแม่นยำสูง เพราะว่ามันไม่ต้องใช้แท่งแกนสไลด์ อีกทั้งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้แรงน้อย ใช้ความดันขับเคลื่อนที่ต่ำ (เพราะเกิดจากการหมุนของบอลสกรู) ที่ข้อต่ออเนกประสงค์ มีความสามารถทำงานซ้ำ ๆ ได้ดีกว่า
รูปกลไกหกแกน แบบแกนบอลสกรู
รูปการทำงาน
ลักษณะ และหลักการทำงานของชนิดกลไกหกแกนแบบบอลสกรู สามารถสรุปได้ดังนี้
1. กลไกประกอบไปด้วยชุดบอลสกรูหกชุด แต่ละชุดจะมีการยืดหดของแกนค้ำจากฐานผ่านมอเตอร์เซอร์โว ซึ่งเป็นส่วนประกอบที่สำคัญนั่นเป็นปลายด้านบนโดมฐานของกลไกหกแกน ดูที่รูปด้านล่าง
รูปกลไกหกแกนแบบบอลสกรู
2. ในแต่ละแขนของบอลสกรูทั้งหมดจะถูกขับด้วยมอเตอร์เซอร์โว (การขับแบบหมุน) ผ่านสกรูลูกบอล ซึ่งเป็นเบ้าอยู่ภายในซึ่งทำหน้าที่เป็นข้อต่อ ตัวมอเตอร์เซอร์โวสามารถหมุนได้ด้วยความเร็วรอบถึง 3,200 รอบต่อนาที การเคลื่อนที่หมุนของบอลสกรูจะมีระยะพิตซ์ 5 มิลลิเมตร ซึ่งสามารถทำความเร็วเคลื่อนที่ได้ถึง 25 เมตรต่อนาที
รูปตัวอย่างบอลสกรูที่ใช้ในกลไก
รูปตัวอย่างแกน และมอเตอร์ขับเคลื่อน
รูปตัวอย่างแกน และมอเตอร์ขับเคลื่อน
รูปภายใน
รูปตัวอย่างภายใน
รูปตัวอย่างบอลสกรูภายใน
3. การเคลื่อนที่ จะเคลื่อนที่สอดคล้องกันแต่ละแท่งบอลสกรู ทำให้แผ่นฐานที่เคลื่อนที่สามารถเปลี่ยนตำแหน่งได้ตามต้องการ ผ่านข้อต่อสตรัดที่ฐานล่าง ที่มีแท่งสกรูสองแท่งรวมกันเป็นหนึ่งที่ฐานเคลื่อนที่ที่เรียกว่า บอลแบ่งส่วน (Bifurcated ball)
กลไกหกแกนแบบบอลสกรู
5. ในบอลสกรูแต่ละลูกสตรัดเคลื่อนที่เป็นอิสระซึ่งกันและกัน แต่ถ้ามีการทำงานผิดพลาดที่ปลายก็น่าจะเกิดจาก
· การวางแผนการเคลื่อนที่ที่ผิดพลาด (ช่วงระยะพิตซ์เกลียวมีความต่างกัน)
· มีการชดเชยที่ปลาย
· เกิดลักษณะการขยายตัวทางความร้อน และทางกายภาพ
6. การขับเคลื่อนบอลสกรูจะทำงานสลับกันได้อย่างสมบูรณ์ เป็นการสอบเทียบแบบออฟไลน์ (Offline) ของแต่ละเส้นของบอลสกรูที่แยกกันโดยสิ้นเชิง และมันยังสามารถทำการชดเชยอัตโนมัติเมื่อประกอบรวมเข้าด้วยกันเป็นเครื่องกลแบบหกแกน การที่มันสามารถปรับค่าชดเชยไม่ยากนี้ ทำให้ ไม่ยากเท่าไหร่ และใช้เวลาน้อยในการที่จะทำการสอบเทียบ และชดเชยแนวศูนย์ มันสามารถทำงานได้โดยไม่ต้องไปปรับอะไรมากตลอดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนนั้น จนกว่ามันจะเสื่อมหรือพังเสียหายไป
จากสมการที่ 1 กฏเกณฑ์ของคัตซ์แบ็ค (Kutzbach criterion) นำมาใช้อธิบายการคำนวณขององศาอิสระของ บอลสกรูหกแกน เป็นไปตามสมการดังนี้
ne = จำนวนโดยรวมของส่วนประกอบหกแกน
= แท่งสตรัด 6 ตัว + ฐานสตรัด 6 ชุด + แท่นฐานเคลื่อนที่ 1 แท่น + ฐานอยู่กับที่ 1 แท่น
= 14 ชิ้นส่วน
DOF รวมของระบบ = 6 (ns - 1) = 6 ´ 13 = 78 DOF
กำหนดตามตารางที่ 2
|
จำนวน
|
การเกิดขึ้น
|
ข้อจำกัด
|
DOF
|
อธิบาย
|
|
6
|
ฐาน / สตรัด: บอล และช่องข้อต่อ
|
3
|
3
|
RRR
|
|
6
|
ฐานสตรัด / สตรัดยืดขยาย, ปลายด้านต่ำกว่า
|
5
|
1
|
T
|
|
6
|
แท่งสตรัดปลายบน / ฐาน: บอล และช่องข้อต่อ
|
3
|
3
|
RRR
|
ข้อสังเกต: R = การหมุน: T = เคลื่อนที่แนวตรง
ข้อจำกัดทั้งหมด = 2 ´ 6 ´ 3 + 6 ´ 5 = 66 ข้อจำกัด (Constraints)
เพราะฉะนั้น
M = 78 – 66 = 12 DOF (6 ความต้องการ / DOF พื้นฐาน + 6 การเคลื่อนไหวภายใน)
การเคลื่อนที่ที่ประสานงานกันของแต่ละแท่งสตรัดจากฐานอยู่กับที่ไปจนถึงฐานเคลื่อนที่ เพื่อใช้ในการทำงานแบบการเคลื่อนที่ 6 องศาอิสระ:
สามารถทำงานทั้งแบบเคลื่อนที่แนวตรงแบบเชิงตั้งฉาก (Orthogonally) ตามแกน (X, Y, Z) และเคลื่อนที่แบบหมุน (ทั้งในแนวระดับ (Pitch, การหัน (Yaw) และการม้วน) ซึ่งทำให้เพลาหมุนได้คล่องแคล่วมากขึ้น อีกทั้งยังสามารถเคลื่อนที่ในรูปแบบทางเรขาคณิต และในมุมแปลก ๆ ได้อย่างง่ายดาย
ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก
“นักศึกษาสมัยก่อน ศึกษาเพื่อให้ตนมีความสำเร็จในการศึกษา
นักศึกษาในปัจจุบัน ศึกษาเพื่อให้คนอื่นรู้ว่าตนเองมีการศึกษา”
