การทดสอบจลนศาสตร์แบบไปข้างหน้าและจลนศาสตร์แบบผกผันของหุ่นยนต์แขนกล 6 แกน (Staubli RX 90)

Abstract

ในการสั่งงานหุ่นยนต์แขนกลให้มีการเคลื่อนที่ไปในพิกัดที่ต้องการนั้น สามารถป้อนพิกัดจุดปลายเข้าไปให้หุ่นยนต์แขนกลทำการคำนวณมุมในแต่ละข้อต่อของหุ่นยนต์เพื่อเคลื่อนที่ไปยังพิกัดที่สั่งงานได้โดยตรง หรือสามารถป้อนชุดคำสั่งของมุมในแต่ละข้อต่อของหุ่นยนต์เพื่อให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปในพิกัดที่ต้องการได้ งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาและทดสอบจลนศาสตร์แบบผกผันเพื่อคำนวณค่าของมุมในแต่ละข้อต่อเมื่อทำการสั่งงานให้หุ่นยนต์แขนกลเคลื่อนที่ไปในพิกัดที่ต้องการ และจลนศาสตร์แบบไปข้างหน้าเพื่อคำนวณพิกัดจุดปลายจากการสั่งงานหุ่นยนต์ขั้นตอนการทำงานเริ่มจากการป้อนค่าของมุมในแต่ละข้อต่อเข้าไปยังหุ่นยนต์แขนกล Staubli RX 90 เพื่อสั่งงานให้เขียนตัวอักษรภาษาอังกฤษและทำการเก็บข้อมูลในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ในขณะเขียนตัวอักษร เพื่อนำมาทดสอบความถูกต้องของจลนศาสตร์แบบไปข้างหน้าและจลนศาสตร์แบบผกผันของหุ่นยนต์แขนกลที่ได้ทำการวิเคราะห์ไว้ผลการทดสอบพบว่าการวิเคราะห์จลนศาสตร์แบบไปข้างหน้ามีความถูกต้องเนื่องจากเมื่อทำการป้อนค่ามุมในแต่ละข้อต่อที่เก็บมาได้จากหุ่นยนต์มาคำนวณจลนศาสตร์แบบไปข้างหน้าจะได้ผลของการเขียนตัวอักษรภาษาอังกฤษที่คล้ายกันกับตัวอักษรภาษาอังกฤษที่หุ่นยนต์เขียนขึ้น และเมื่อทำการทดสอบจลนศาสตร์แบบผกผัน โดยนำค่ามุมที่ได้จากการเขียนตัวอักษรภาษาอังกฤษมาเปรียบเทียบกัน ก็พบว่าการคำนวณมุมจากจลนศาสตร์แบบผกผันในข้อต่อที่ 1−3 นั้นมีค่าความผิดพลาดในระดับ 10−14 องศา−10−15 และข้อต่อที่ 4 และ 6 มีค่าความผิดพลาดในระดับ 0.07 และ 0.03 องศาตามลำดับส่วนข้อต่อที่ 5 แม้ว่าจะมีค่าความผิดพลาดไปประมาณ 2.50 องศา ก็ไม่ได้ส่งผลผิดพลาดในการทำงานของหุ่นยนต์แต่ประการใด ดังนั้นจึงสรุปได้ว่าการคำนวณจลนศาสตร์แบบผกผันนั้นมีความถูกต้องและเชื่อถือได้อีกเช่นเดียวกัน

In order to command a robot to move to a desired position, the position and orientation of the end effector are required to calculate an appropriate rotating angle for each link. On the other hand, a sequence of rotating angles for each link can be fed directly into the robot to move to the desired location. This research focuses on a calculation and validation of forward and inverse kinematics of a Staubli RX 90 robot arm performing a writing task. A path trajectory for writing an English alphabet is first generated and fed as an input command to the robot. While the robot is moving, rotating angles from each link are collected to validate an accuracy of the kinematics analysis. Comparisons between experimental results and calculations of forward and inverse kinematics in simulation have shown that the analysis of forward and inverse kinematics of Staubli RX 90 is correctly verified with some acceptable angle errors in link number 5.