ระบบนิวแมติกส์สำหรับระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ของหุ่นยนต์ทำงานร่วมกัน: ภาพรวมและโซลูชันตัวเหนี่ยวนำ

ในฐานะสาขาที่สำคัญของหุ่นยนต์อุตสาหกรรม หุ่นยนต์ทำงานร่วมกันได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทั่วโลกในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยข้อได้เปรียบเช่น ความยืดหยุ่นสูง ความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น และใช้งานง่าย หุ่นยนต์ประเภทนี้ถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมยานยนต์ การแพทย์ และการผลิต กลายเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักที่ผลักดันระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรมและพัฒนาการด้านความอัจฉริยะ

1. หุ่นยนต์ทำงานร่วมกันคืออะไร?

การอัพเกรดหุ่นยนต์อย่างชาญฉลาดเป็นคุณสมบัติสำคัญของยุคอุตสาหกรรมใหม่ อย่างไรก็ตาม มนุษย์ยังคงมีบทบาทที่ไม่สามารถทดแทนได้ในบางกระบวนการผลิตและประเภทผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น ในการประกอบชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูง หรืองานที่ต้องใช้แรงงานเข้มข้นและต้องการความยืดหยุ่นสูง หุ่นยนต์แบบร่วมมือทำงานร่วมกับผู้ปฏิบัติงานเพื่อให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดทั้งจากหุ่นยนต์และจากมนุษย์ เมื่อเทียบกับหุ่นยนต์อุตสาหกรรมแบบดั้งเดิม หุ่นยนต์เหล่านี้มีความคุ้มค่ามากกว่า ความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้น และความสะดวกที่มากขึ้น ซึ่งช่วยผลักดันการพัฒนาของกิจการการผลิตอย่างมีนัยสำคัญ

คุณสมบัติหลักของหุ่นยนต์ร่วมมือ:
◾ น้ําหนักเบา: เพิ่มความสามารถในการควบคุมและความปลอดภัย
◾ การออกแบบที่เข้าถึงผู้ใช้: มีพื้นผิวและข้อต่อที่เรียบลื่น ปราศจากมุมแหลมหรือช่องว่างที่อาจเป็นอันตรายต่อผู้ปฏิบัติงาน
◾ การรับรู้สภาพแวดล้อม: สามารถตรวจจับสภาพแวดล้อมและปรับการเคลื่อนไหวตามการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม
◾ การทำงานร่วมกันระหว่างมนุษย์กับหุ่นยนต์: ติดตั้งระบบตอบสนองแรงแบบไวต่อการสัมผัส หยุดทำงานทันทีเมื่อถึงค่าแรงที่ตั้งไว้ล่วงหน้า ช่วยให้การทำงานร่วมกันระหว่างมนุษย์กับหุ่นยนต์เป็นไปอย่างปลอดภัย แม้ในบางสถานการณ์ที่ไม่มีอุปสรรคด้านความปลอดภัย

2. แนวโน้มของระบบจ่ายไฟสำหรับมอเตอร์ไดรฟ์ของหุ่นยนต์ทำงานร่วมกัน

หุ่นยนต์มีการผสานองค์ประกอบการทำงานหลายด้าน เช่น การเชื่อมต่อ การรับรู้ด้วยภาพ การตรวจจับตำแหน่ง และการควบคุมมอเตอร์ เป็นต้น โดยขึ้นอยู่กับการใช้งานและหน้าที่ของหุ่นยนต์ หุ่นยนต์ยังมีระบบจ่ายไฟย่อยต่างๆ เช่น การแปลงไฟฟ้า AC-DC การจัดการแบตเตอรี่ การแปลงไฟฟ้า DC-DC คอนเวอร์เตอร์แบบหลายเฟส เซ็นเซอร์ และตัวขับมอเตอร์ ซึ่งระบบมอเตอร์ไดรฟ์ถือเป็นหัวใจหลักของหุ่นยนต์ทำงานร่วมกัน โดยมีหน้าที่หลักในการควบคุมการเคลื่อนไหวของข้อต่ออย่างแม่นยำและการจ่ายไฟ

ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์แบบดั้งเดิมมีการใช้โซลูชัน 12V มาอย่างยาวนาน การเพิ่มขึ้นของระบบ 48V เกิดจากข้อได้เปรียบของแรงดัน 48V ซึ่งถือเป็นแรงดันสูงสุดที่ปลอดภัยและได้รับการยอมรับโดยทั่วไป เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้าจากสายส่งโดยตรง วิศวกรฮาร์ดแวร์สามารถออกแบบระบบป้องกันที่ง่ายขึ้น ลดขนาดของผลิตภัณฑ์ จึงช่วยลดน้ำหนัก ต้นทุน และการสูญเสียพลังงาน มอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยแรงดัน 48V โดยตรงมีขนาดเล็กลงโดยทั่วไป ทำให้ข้อต่อที่ออกแบบมีขนาดกะทัดรัดและเบากว่า เสริมประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ความคล่องตัว และความน่าเชื่อถือ พร้อมทั้งลดน้ำหนักและต้นทุน ซึ่งเปิดโอกาสใหม่ๆ สำหรับการประยุกต์ใช้งานหุ่นยนต์ และเร่งการพัฒนาสู่ระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม

3. การเลือกตัวเหนี่ยวนำสำหรับระบบแหล่งจ่ายไฟมอเตอร์ 48V

ตัวเหนี่ยวนำเป็นองค์ประกอบสำคัญในระบบนิวแมติกส์ขับเคลื่อนมอเตอร์ 48V โดยส่วนใหญ่ใช้ในตัวแปลงไฟ DC-DC (เช่น วงจร Buck, Boost และ Buck-Boost) หน้าที่หลักๆ ได้แก่ การเก็บพลังงาน การกรองกระแส การลดสัญญาณรบกวน และการรับประกันความเสถียรของระบบ การเลือกตัวเหนี่ยวนำที่มีการสูญเสียพลังงานต่ำ กระแสอิ่มตัวสูง และกระแสสูง จะสามารถเพิ่มประสิทธิภาพและความเสถียรของระบบได้อย่างมาก ยิ่งไปกว่านั้น ตัวเหนี่ยวนำยังช่วยลดสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า (EMI) ซึ่งช่วยลดผลกระทบของเสียงสวิตช์ชิ่งจากตัวแปลงไฟฟ้าต่อวงจรที่ไวต่อสัญญาณอื่นๆ

ในระบบขับเคลื่อนมอเตอร์แบบ 48V การเลือกค่าอินดักแทนซ์ (Inductance) ที่เหมาะสมมีผลโดยตรงต่อความเสถียร ประสิทธิภาพ และความน่าเชื่อถือของระบบ ดังนั้นการเลือกอินดักเตอร์ (Inductor) ที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับวิศวกรด้านฮาร์ดแวร์ พารามิเตอร์สำคัญที่ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบ ได้แก่ ค่าอินดักแทนซ์ (Inductance) ค่าอิ่มตัวของกระแสไฟฟ้า (Saturation Current) ความต้านทานกระแสตรง (DC Resistance) และความถี่ในการทำงาน (Operating Frequency)

พารามิเตอร์สำคัญในการเลือกอินดักเตอร์ (Inductor):
◾ อินดักแทนซ์ (Inductance): กำหนดขนาดของกระแสสูงต่ำ (Ripple Current) และความสามารถในการเก็บพลังงาน ค่าอินดักแทนซ์ที่เหมาะสมจะช่วยลดการสั่นของกระแส และเพิ่มความเสถียรให้กับระบบ
◾ ค่าอิ่มตัวของกระแสไฟฟ้า (Saturation Current): กระแสไฟฟ้ากระแสตรงที่แกนแม่เหล็กอิ่มตัว การเลือกวัสดุที่มีจุดอิ่มตัวสูงและมีสมบัติทางความร้อนที่ดี จะช่วยให้ระบบทำงานได้อย่างเสถียร
◾ ความต้านทานกระแสตรง (DC Resistance - DCR): ค่า DCR ที่ต่ำช่วยลดการสูญเสียพลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน โครงสร้างแบบโมโนลิธิก (Monolithic) ที่ใช้ลวดแบน (Flat-wire) ช่วยสร้างสมดุลระหว่างค่า DCR ต่ำและความหนาแน่นพลังงานสูง
◾ ความถี่ในการทำงาน: ด้วยการนำเซมิคอนดักเตอร์ช่องว่างพลังงานกว้าง (SiC, GaN) มาใช้ ความถี่ในการทำงานได้เพิ่มขึ้นจนถึงระดับ MHz อินดักเตอร์กำลังไฟที่มีขนาดเล็ก กระแสไฟสูง และความถี่สูง มีความสำคัญต่อการทำงานของระบบอย่างมีประสิทธิภาพและเสถียร

4. Codaca Inductor Solutions

ด้วยการวิจัยและพัฒนาเองพร้อมกับการนวัตกรรมทางเทคโนโลยี CODACA นำเสนอชุดโซลูชันอินดักเตอร์ที่ครอบคลุมสำหรับระบบพลังงานไดรฟ์มอเตอร์ 48V ในหุ่นยนต์ที่ทำงานร่วมกัน ซึ่งสนับสนุนการพัฒนาอุตสาหกรรมระบบอัตโนมัติ โดยบริษัทฯ มีผลิตภัณฑ์หลากหลายประเภทและรุ่น แต่ละรุ่นมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าเฉพาะตัวเพื่อตอบสนองความต้องการประสิทธิภาพสูงของระบบเหล่านี้

4.1 อินดักเตอร์กำลังสูง

ใช้แกนแม่เหล็กแบบผงพร้อมขดลวดแบบลวดแบน มีคุณสมบัติกระแสอิ่มตัวสูง การสูญเสียพลังงานต่ำ ประสิทธิภาพการแปลงพลังงานสูง และช่วงอุณหภูมิในการทำงานกว้าง เหมาะสำหรับคอนเวอร์เตอร์ DC-DC 48V ที่ต้องการกระแสสูง การสูญเสียพลังงานต่ำ และความหนาแน่นพลังงานสูง

4.2 เครื่องกัดลมแรงแบบพับ

ขึ้นรูปจากวัสดุแกนผงที่มีการสูญเสียต่ำด้วยโครงสร้างที่ป้องกันได้สมบูรณ์ ให้ความสามารถในการต้านทานสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ได้ดี ความต้านทานกระแสตรงต่ำ มีความสามารถในการรองรับกระแสสูง และการสูญเสียพลังงานในแกนต่ำ สามารถตอบสนองข้อกำหนดของระบบในด้านขนาดเล็ก กระแสไฟสูง และสมรรถนะ EMI ที่แข็งแกร่ง

4.3 ตัวเก็บประจุแบบ SMD

ใช้แกนแม่เหล็กที่มีความสูญเสียต่ำในย่านความถี่สูง ส่งผลให้การสูญเสียพลังงานในย่านความถี่สูงมีน้อยมาก ขนาดเล็กเหมาะสำหรับการติดตั้งแบบหนาแน่น และการออกแบบป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าให้ความสามารถในการต้านทานสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ที่แข็งแกร่ง ทำให้เหมาะสำหรับระบบจ่ายไฟที่มีขนาดเล็กและสมรรถนะสูง

เมื่อหุ่นยนต์ร่วมมือ (collaborative robots) ขยายตัวไปยังหลากหลายอุตสาหกรรม ประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ 48V ยิ่งมีความสำคัญมากยิ่งขึ้น การเลือกอินดักเตอร์อย่างรอบคอบ โดยคำนึงถึงค่าอินดักแตนซ์ ค่ากระแสเซอร์เรชัน (saturation current) ค่าความต้านทานกระแสตรง (DC resistance) และความถี่ในการทำงาน จะช่วยให้ระบบทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพ มีประสิทธิภาพ และให้สมรรถนะสูง ด้วยโซลูชันนวัตกรรมจากผู้ให้บริการเช่น CODACA หุ่นยนต์ร่วมมือสามารถบรรลุประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงขึ้น ความแม่นยำที่ดีขึ้น และความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น ผลักดันให้เกิดการอัตโนมัติในอุตสาหกรรมและการผลิตอัจฉริยะในยุคต่อไป