Autonomous Robot - FTPI

144
Autonomous Robot กษิดิศ ลีลาวิไลลักษณ์ แผนก Robotic Technology สถาบันไทย-เยอรมัน (การนาหุ่นยนต์หรือระบบอัตโนมัติมาใช้ในการผลิตและบริการ) 1

Transcript of Autonomous Robot - FTPI

Page 1: Autonomous Robot - FTPI

Autonomous Robot

กษดศ ลลาวไลลกษณแผนก Robotic Technologyสถาบนไทย-เยอรมน

(การน าหนยนตหรอระบบอตโนมตมาใชในการผลตและบรการ)

1

Page 2: Autonomous Robot - FTPI

อตสาหกรรม 4.0(Industry 4.0)

Introduction

2

Page 3: Autonomous Robot - FTPI

Where are we?

Introduction อตสาหกรรม 4.0(Industry 4.0)

3

Page 4: Autonomous Robot - FTPI

TGI-Robotics

อตสาหกรรม 4.0แนวทางของอตสาหกรรมในอนาคต ซงมการเรยกขานทแตกตางกนไป เชน

• สหรฐ คอ Smart Manufacturing

• ยโรป คอ Factories of the Future (FoF)

• เยอรมน คอ Industry 4.0

• ญปน คอ Industrial Value Chain Initiatives (IVI)

• เกาหลใต คอ Manufacturing Innovation 3.0

• จน คอ Made in China 2025: A New Era for Chinese Manufacturing

• ไตหวน คอ Productivities 4.0

• 0 คอ ยคหตถกรรมและเกษตรกรรมทผลตดวยมอ หรอใชสตวชวยในการผอนแรง

• 1.0 คอ ยคการผลตดวยเคร องจกรทขบเคลอนดวยถานหน-เคร องจกรกลไอน า

• 2.0 คอ ยคการผลตดวยมอเตอรไฟฟาและพลงงานไฟฟา

• 3.0 คอ ยคการผลตดวยทใชคอมพวเตอรควบคมเคร องจกร ระบบAutomation และ หนยนต

• 4.0 คอ ……?

อางอง: https://www.nstda.or.th/th/nstda-knowledge/11529-industry-4-0Introduction

Page 5: Autonomous Robot - FTPI

Connected Automated AgileFlexible

Adaptive

Optimized

• 4.0 คอ ยคการผลตทดงศกยภาพของ ”Internet” มาใชใหเกดประโยชนสงสดตอระบบการผลตและบรการ

• Information is everywhere

• Everything in real-time(จาก 3.0)

Introductionอตสาหกรรม และ

บรการ 4.0(Industry & Service 4.0)

Page 6: Autonomous Robot - FTPI

อตสาหกรรม และ

บรการ 4.0(Industry & Service 4.0)

ในยคน ผบรโภค บรโภคไดงายฉนใด…

ผผลตควรผลตสนคาไดงายฉนนน…

6

ผใหบรการควรบรการไดงายฉนนน…

Page 7: Autonomous Robot - FTPI

OverviewRobotics

Robot in storage & warehouse

7

Page 8: Autonomous Robot - FTPI

OverviewRobotics

Robot in sorting center

8

Page 9: Autonomous Robot - FTPI

OverviewRobotics Robot in Automotive Factory

9

Page 10: Autonomous Robot - FTPI

OverviewRobotics

Human & Collaborative robot

10

Page 11: Autonomous Robot - FTPI

BigDog,

Boston Dynamics, USA

OverviewRobotics

Advance autonomous mobile robot

11

Page 12: Autonomous Robot - FTPI

Spot Mini,

Boston Dynamics, USA

OverviewRobotics

Advance autonomous mobile robot

12

Page 13: Autonomous Robot - FTPI

OverviewRobotics

13

Page 14: Autonomous Robot - FTPI

OverviewRobotics

14

Page 15: Autonomous Robot - FTPI

15

Autonomous Vehicle

OverviewRobotics

Are these Robotics?

Page 16: Autonomous Robot - FTPI

Autonomous Robot

16

กอนทจะเขาใจ Autonomous Robot

ตองรเขาใจ …..Robot กอน

Page 17: Autonomous Robot - FTPI

Autonomous Robot

17

กอนทจะเขาใจ “Autonomous Robot”

ตองเขาใจ ….. “Robot” กอน

• Robotคออะไร?• Robotมกชนด?• Robotเกดมาอยางไร?

Page 18: Autonomous Robot - FTPI

1. What is Robotics?

2. How do robot work?

3. Smarter robot…?

18

Page 19: Autonomous Robot - FTPI

1. Robotics overview

2. Mechatronics & Kinematics

3. Autonomous Robot

19

Page 20: Autonomous Robot - FTPI

1. Robotics overview

2. Mechatronics & Kinematics

3. Autonomous Robot

• Examples

• Future human skills

4. LASI room tour

5. Q&A

20

Page 21: Autonomous Robot - FTPI

OverviewRobotics Mechatronics &

Robot Kinematics

Autonomous

Robot

21

Page 22: Autonomous Robot - FTPI

OverviewRobotics

What is Robotics?

22

Page 23: Autonomous Robot - FTPI

OverviewRobotics What is Robotics?

หนยนต คอเครองจกรทสามารถโปรแกรมไดดวยคอมพวเตอร- มลกษณะโครงสรางและรปรางแตกตางกนไปตามวตถประสงค- สามารถควบคมไดโดยตรงจากมนษย หรออาจมการตงคาใหหนยนต

สามารถตดสนใจเองได

23

Page 24: Autonomous Robot - FTPI

European robotics companies

• ABB

• KUKA

• Stäubli

• Durr

• Comau

• IGM

• Schunk

ยโรปอเมรกาญป น

หนยนตในแตละภมภาค

OverviewRobotics

24

Page 25: Autonomous Robot - FTPI

European robotics companies

• ABB

• KUKA

• Stäubli

• Durr

• Comau

• IGM

• Schunk

ยโรป• หนยนตอตสาหกรรม

อเมรกา• หนยนตอ านวยความสะดวก

• หนยนตดดฝน

• โดรน

• หนยนตทางทหาร

• หนยนตการแพทย

• รถยนตขบเองได

ญปน• หนยนตอตสาหกรรม

• หนยนตผชวย/Humanoid

หนยนตในแตละภมภาค

OverviewRobotics

25

Page 26: Autonomous Robot - FTPI

ชนดของหนยนต(Types of Robot)

หนยนตเคลอนทได (Mobile Robot)

หนยนตแขนกล(Manipulator Robot)

หนยนตแขนกลเคลอนทได (Mobile Manipulator Robot)

หนยนตเคลอนทได (Mobile Robot):หนยนตทม ลอ ขา ปก หรอ อปกรณอนๆ สามารถเคลอนทได

OverviewRobotics

26

Page 27: Autonomous Robot - FTPI

หนยนตเคลอนทได (Mobile Robot)

หนยนตแขนกล(Manipulator Robot)

หนยนตแขนกลเคลอนทได (Mobile Manipulator Robot)

หนยนตแขนกล (Manipulator Robot): หนยนตทมขอแขนและมอจบหรออปกรณอนๆทปลายมอ สามารถหยบจบหรอปฏบตงานตางๆได

ชนดของหนยนต(Types of Robot)Overview

Robotics

27

Page 28: Autonomous Robot - FTPI

OverviewRobotics ชนดของหนยนต(Types of Robot)

แขนกลหนยนต (Manipulator) แบงตามลกษณะโครงสรางและการเคลอนทไดอกมากมาย

28

Page 29: Autonomous Robot - FTPI

Rectangular coordinate robot (Cartesian)

ขอด1. เคลอนทเปนแนวเสนตรงทง 3 มต2. การเคลอนทสามารถท าความเขาใจงาย3. มสวนประกอบงายๆ4. โครงสรางแขงแรงตลอดการเคลอนท

ขอเสย1. ตองการพนทตดตงมาก2. บรเวณทหนยนตท างานไดจะเลกกวาขนาดของตวหน3. ไมสามารถเขาถงวตถจากทศทางขางใตได

29

OverviewRobotics ชนดของหนยนต(Types of Robot)

Page 30: Autonomous Robot - FTPI

Cylindrical robotขอด1. มสวนประกอบไมซบซอน2. การเคลอนทสามารถเขาใจไดงาย3. สามารถเขาถงเคร องจกรทมการเปด – ปด หรอเขาไปในบรเวณทเปนชองหรอโพรงไดงาย (Loading) เชน การโหลดชนงานเขาเคร อง CNC

ขอเสย1. มพนทท างานจ ากด2. แกนทเปนเชงเสนมความยงยากในการ Seal เพอปองกนฝนและของเหลว

30

OverviewRobotics ชนดของหนยนต(Types of Robot)

Page 31: Autonomous Robot - FTPI

Polar coordinate robot

ขอด1. มปรมาตรการท างานมากขนเนองจากการหมนของแกนท 2 (ไหล)2. สามารถทจะกมลงมาจบช นงานบนพนไดสะดวกขอเสย1. มระบบพกด (Coordinate) และสวนประกอบ ทซบซอน2. การเคลอนทและระบบควบคมมความซบซอนขน

OverviewRobotics ชนดของหนยนต(Types of Robot)

31

Page 32: Autonomous Robot - FTPI

SCARA robotขอด1. สามารถเคลอนทในแนวระนาบและขนลงไดรวดเรว2. มความแมนย าสงขอเสย1. มพนทท างานจ ากด2. ไมสามารถหมน (rotation)ในลกษณะมมตางๆได 3. สามารถยกน าหนก (Payload) ไดไมมากนก

32

OverviewRobotics ชนดของหนยนต(Types of Robot)

Page 33: Autonomous Robot - FTPI

ขอด1. ทกแกนเคลอนทในลกษณะของการหมนท าใหมความยดหยนสงในการเขาถงงาน2. บรเวณขอตอ (Joint) สามารถ Seal เพอปองกนฝ น ความชน หรอน า ไดงาย3. มพนทการท างานมาก4. สามารถเขาถงช นงานทงจากดานบน ดานลาง5. เหมาะกบการใชมอเตอรไฟฟาเปนชดขบเคลอน

ขอเสย1. มระบบพกด (Coordinate) ทซบซอน2. กลศาสตรการเคลอนทและระบบควบคมซบซอนและเขาใจยากขน3. ควบคมใหเคลอนทในแนวเสนตรง (Linear) ไดยาก4.โครงสรางไมมนคงตลอดชวงการเคลอนทเพราะบรเวณขอบ Work Envelope ปลายแขนจะมการสน ท าใหความแมนย าลดลง

Articulated robot

33

OverviewRobotics ชนดของหนยนต(Types of Robot)

Page 34: Autonomous Robot - FTPI

แขนหนยนตโครงสรางขนาน (parallel link manipulator)

Delta robot Rostock delta robot Stewart platform

ขอด•ความแขงแรงสง เพราะเปนโครงสรางแบบปด•ความเทยงตรง (precision) สง เพราะปลายแขนตอมายงตนก าลงทกตวทฐาน•เคลอนทเรว เพราะมวลสวนใหญอยทฐาน ปลายแขนจงมมวลนอย•ออกแรงไดมากเมอเทยบกบขนาด เพราะตนก าลงทกตวชวยกนออกแรง

34

OverviewRobotics ชนดของหนยนต(Types of Robot)

ขอเสย•พนทการท างานแคบ•มความซบซอนในการค านวนการควบคม

Page 35: Autonomous Robot - FTPI

หนยนตเคลอนทได (Mobile Robot)

หนยนตแขนกล(Manipulator Robot)

หนยนตแขนกลเคลอนทได (Mobile Manipulator Robot)

หนยนตแขนกลเคลอนทได (Mobile Manipulator Robot):หนยนตทม ลอ ขา ปก หรอ อปกรณอนๆ สามารถเคลอนทได และมขอแขนและมอจบหรออปกรณอนๆทปลายมอ สามารถหยบจบหรอปฏบตงานตางๆได

ชนดของหนยนต(Types of Robot)Overview

Robotics

35

Page 36: Autonomous Robot - FTPI

36

หนยนตเคลอนทได (Mobile Robot)

หนยนตแขนกล(Manipulator Robot)

หนยนตฮวแมนนอยด

(Humanoid Robot)

หนยนตแขนกลเคลอนทได (Mobile Manipulator Robot)

หนยนตฮวแมนนอยด (Humanoid Robot):• นบวาเปนหนยนตแขนกลเคลอนทได ชนดหนง• เนนทการมรปรางทคลายมนษยหรอเลยนแบบจากมนษย • มจดประสงคหลกคอ ออกแบบมาเพอใหมนษยมความคนเคยและ

สบายใจในการปฏสมพนธกบหนยนต

ชนดของหนยนต(Types of Robot)Overview

Robotics

Page 37: Autonomous Robot - FTPI

หนยนตเคลอนทได (Mobile Robot)

หนยนตแขนกล(Manipulator Robot)

หนยนตแขนกลเคลอนทได (Mobile Manipulator Robot)

หนยนตขนสงน าทางอตโนมต (Automated Guided Vehicle : AGV)

• เปนหนยนตคลายรถเขนหรอฐานเลอน ทใชเขนชนสวนตางๆใน

โรงงานอตสาหกรรมจากจดหนงไปยงอกจดหนงโดยใชเสนทางท

ก าหนด สามารถเคลอนทไดเองโดยไรคนขบ และสามารถหยด

ช วคราวไดเองเมอพบสงกดขวางหรอมนษยเพอความปลอดภยหนยนตขนสงน าทางอตโนมต

(Automated Guided Vehicle : AGV)

ชนดของหนยนต(Types of Robot)Overview

Robotics

37

Page 38: Autonomous Robot - FTPI

38

Mobile Manipulator

Mobile Robot / Automated Guided Vehicle

Mobile Robot

Mobile Manipulator

Platform

Mobile Robot Platform

(AGV: Automated Guided Vehicle)

Page 39: Autonomous Robot - FTPI

39

Cartesian, XYZ, Rectangular

Articulated Type

SCARA Delta

Page 40: Autonomous Robot - FTPI

ขอเดนของหนยนต - ท างานตามทส งซ าๆไดด (Good Repeatability)- ท างานรวดเรว / แมนย า / ออกแรงไดมาก กวามนษย (High Speed, High Precision, High Power)- ตดตอสอสารระหวางหนได ตอกบระบบสารสนเทศตางๆได - ไมประทวง ไมขอคาแรง ไมขาดงาน (พรอมท างานเสมอ) (High availability, High Uptime)- ลด Cycle-time เพม Productivity

ขอดอยของหนยนต - ท างานไดคอนขางจ ากด (เปลยนงานทท าไดไมยดหยนเทามนษย)- แกปญหาเฉพาะหนาเองไมได (เมอเกดปญหาตองใหมนษยเขาชวย)- คาตวสง!

40

ขอเดนและขอดอยในการน าหนยนตไปใชงาน

Page 41: Autonomous Robot - FTPI

ท าไมตองมหนยนตหลายดไซน?

ราคา

ศกยภาพ

ความปลอดภย

ความคงทนการดแลรกษา

ความเรวอะไหล/ซอมบ ารง

ขอจ ากดตางๆ

ความแมนย า

OverviewRobotics

41

Page 42: Autonomous Robot - FTPI

เครองจกรเหลาน...สรางขนมาจากอะไร?

Page 43: Autonomous Robot - FTPI

OverviewRobotics Mechatronics &

Robot Kinematics

Autonomous

Robot

43

Page 44: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot KinematicsMechatronics system

Mechatronics

44

Page 45: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot KinematicsMechatronics system

ระบบคอมพวเตอร

(และไมโครคอนโทรลเลอร)ระบบอเลกทรอนกส

ระบบคอนโทรล

ระบบเคร องกล

Mechatronics คออะไร?

การออกแบบดวยคอมพวเตอร ระบบเคร องกลไฟฟา

ดจตอลคอนโทรล อนาลอกคอนโทรล

45

Page 46: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot KinematicsMechatronics system

ระบบอเลกทรอนกส

ระบบคอนโทรล

ระบบเคร องกล

Mechatronics คออะไร?

ระบบเคร องกลไฟฟา

อนาลอกคอนโทรล

461.

3.

2.

1.

3.

Page 47: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot KinematicsMechatronics system

ระบบคอมพวเตอร

(และไมโครคอนโทรลเลอร)ระบบอเลกทรอนกส

ระบบคอนโทรล

ระบบเคร องกล

Mechatronics คออะไร?

การออกแบบดวยคอมพวเตอร ระบบเคร องกลไฟฟา

ดจตอลคอนโทรล อนาลอกคอนโทรล

471.

3.

2.3.

4.

4.

1.

3.

Page 48: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot KinematicsMechatronics system

ระบบคอมพวเตอร

(และไมโครคอนโทรลเลอร)ระบบอเลกทรอนกส

ระบบคอนโทรล

ระบบเคร องกล

Mechatronics คออะไร?

การออกแบบดวยคอมพวเตอร ระบบเคร องกลไฟฟา

ดจตอลคอนโทรล อนาลอกคอนโทรล

48

Page 49: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

Mechatronics system

ระบบเครองกล

วตถแขงเกรงหนงๆ

(Rigid body)

Rotational motion

การเคลอนทแบบหมน

Translational motion

การเคลอนทแบบเลอน

6 Degree of freedom (DOF)

6 ระดบของความอสระ

Page 50: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

Mechatronics system

ระบบเครองกล

การผลตชนงาน

• โลหะ

1. งานหลอ

2. งานกลง

3. งานเชอม

• พลาสตก

1. งานฉด

ความรอนๆ

• แบบวาดชนงาน (Drawing)

• การเลอกวสด (Material)

50

Page 51: Autonomous Robot - FTPI

ขอตอ (Joints)

• Fixed

• Translational motion

• Rotary motion

51

Mechatronics &

Robot Kinematics

Mechatronics system

ระบบเครองกล

Universal jointBall joint

Page 52: Autonomous Robot - FTPI

การขบเคลอน (Actuator Systems)

• ไฟฟา (Electric)

– Uses electric motors to actuate individual joints

– Preferred drive system in today's robots

• ไฮดรอลค (Hydraulic)

– Uses hydraulic pistons and rotary vane actuators

– Noted for their high power and lift capacity

• นวเมตกส (Pneumatic)

– Typically limited to smaller robots and simple

material transfer applications

52

Mechatronics &

Robot Kinematics

Mechatronics system

Page 53: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบเครองกล

การสง-รบแรง

• เฟอง (Gear)

• เพลา (Shaft)

• ขอตอ (Joint)

• ลกเบยว (Cam)

• กลไกสชน (Four-bar-linkage)

• สายพาน,โซ (Belt, Chain)

• เบรค (Brake)

• สปรง(Spring)

• แดมเปอร(Damper)

• ลอ (Wheels)

Mechatronics system

53

Page 54: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบเครองกล

การสง-รบแรง

• เฟอง (Gear)

• เพลา (Shaft)

• ขอตอ (Joint)

• ลกเบยว (Cam)

• กลไกสชน (Four-bar-linkage)

• สายพาน,โซ (Belt, Chain)

• เบรค (Brake)

• สปรง(Spring)

• แดมเปอร(Damper)

Mechatronics system

54

Page 55: Autonomous Robot - FTPI

ลอ (Wheels)

ระบบเครองกล

Omni mecanum wheel

Mechatronics &

Robot Kinematics

Mechatronics system

55

Page 56: Autonomous Robot - FTPI

การจดวางลอ (Wheels Layout)

56

Page 57: Autonomous Robot - FTPI

57

Legged Mobile Robots

Page 58: Autonomous Robot - FTPI

58

Locomotion mechanisms used in biological systems.

การเคลอนทของสงมชวต

Page 59: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบเครองกล

ความรอนๆ

• แบบวาดชนงาน (Drawing)

• วสดศาสตร (Material & Metallurgy)

Mechatronics system

59

วาดมอ / ออกแบบมอ

Page 60: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot KinematicsMechatronics system

ระบบคอมพวเตอร

(และไมโครคอนโทรลเลอร)ระบบอเลกทรอนกส

ระบบคอนโทรล

ระบบเคร องกล

Mechatronics คออะไร?

การออกแบบดวยคอมพวเตอร ระบบเคร องกลไฟฟา

ดจตอลคอนโทรล อนาลอกคอนโทรล

60

Page 61: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบเครองกลไฟฟา เชน

Mechatronics system

• สวตซ, รเลย, แมกเนตกคอนแทคเตอร

• เบรคไฟฟาแมเหลก (Electro-magnetic brake)

• สปรงและแดมเปอรไฟฟา (Electro-magnetic damper)

• มอเตอรไฟฟา (Electric motor)

61

ระบบกล

ระบบไฟฟา

Page 62: Autonomous Robot - FTPI

End effector

Grippers

Vacuum

Magnetic

Welding

Material Removal

Adhesive/Sealing

Paint gun

Sensors & Vision

Tool Changers

อนๆ

End effector Types (อปกรณปลายมอชนดตางๆ)

62

Page 63: Autonomous Robot - FTPI

End effector

▪ Grippers

End effector Types (อปกรณปลายมอชนดตางๆ)

63

Page 64: Autonomous Robot - FTPI

End effector

▪ Vacuum

End effector Types (อปกรณปลายมอชนดตางๆ)

64

Page 65: Autonomous Robot - FTPI

End effector

• Magnetic

End effector Types (อปกรณปลายมอชนดตางๆ)

65

Page 66: Autonomous Robot - FTPI

End effector

• Welding

End effector Types (อปกรณปลายมอชนดตางๆ)

66

Page 67: Autonomous Robot - FTPI

End effector

• Material Removal

End effector Types (อปกรณปลายมอชนดตางๆ)

67

Page 68: Autonomous Robot - FTPI

68

Mechatronics &

Robot Kinematics

Mechatronics system

การรบร (Sensors & Vision)

Page 69: Autonomous Robot - FTPI

สมผส

การหมน

ทศทาง

ต าแหนง

ระยะ

ความเรว

การมองเหน

อนๆ:

• อณหภม

• ความชน

• ความดน

• การเจอปนในอากาศ

• การเจอปนในน า

• ความลกระดบน า

• ความสงบนอากาศ

• ความสวาง

• ความเคลอนไหว

69

Page 70: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot KinematicsMechatronics system

ระบบคอมพวเตอร

(และไมโครคอนโทรลเลอร)ระบบอเลกทรอนกส

ระบบคอนโทรล

ระบบเคร องกล

Mechatronics คออะไร?

การออกแบบดวยคอมพวเตอร ระบบเคร องกลไฟฟา

ดจตอลคอนโทรล อนาลอกคอนโทรล

70

Page 71: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

วงจรอเลกทรอนกส

ระบบอเลกทรอนกส และ คอมพวเตอร

คอมพวเตอร

Mark I mainframe (1950's)Circuit Board From 1950’s

US Military

Mechatronics system

71

Page 72: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

วงจรอเลกทรอนกส

ระบบอเลกทรอนกส และ คอมพวเตอร

คอมพวเตอร

Apple IIIC & Transistor

Apple iMac G3

(2000)

Mechatronics system

72

Page 73: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

วงจรอเลกทรอนกส

ระบบอเลกทรอนกส และ คอมพวเตอร

คอมพวเตอร

Unbranded Gaming device

SoC

System-on-Chip

Mechatronics system

73

Page 74: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบอเลกทรอนกส และ คอมพวเตอร

SoC: System-on-Chip

iPhone 11 Logic board

Galaxy Fold

Mechatronics system

74

Page 75: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบอเลกทรอนกส และ คอมพวเตอร

SoC: System-on-Chip

iPhone 11 Logic board

Mechatronics system

75

Page 76: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบอเลกทรอนกส และ คอมพวเตอร

Apollo Guidance Computer, 1966

CPU: 2.048 MHzRAM: 64KBPower: 55 WPrice: $200K ( $1.5mil today)

CPU: 2.8 GHz (2800MHz)RAM: 8GB (8,000,000KB)Power: <25 WPrice: $700-$800

Galaxy S10, 2019

50 Years

Mechatronics system

76

Page 77: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบอเลกทรอนกส และ คอมพวเตอร

SoC: System-on-Chip

ขนาดเลกลงมาก

ใชพลงงานต ามาก

ขนาดคงเดมแตมการค านวนททรงพลง

< $10

< THB300

Mechatronics system

77

Page 78: Autonomous Robot - FTPI

78

Mechatronics &

Robot Kinematics

Mechatronics system

การรบร (Sensors & Vision)

Page 79: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

Mechatronics system

79

ระบบคอมพวเตอร

ระบบเครองกลไฟฟา

Data Logging

Computer Vision

Page 80: Autonomous Robot - FTPI

80

Vision

Image Processing : Inputเปนภาพ > Outputเปนภาพ

Computer Vision

• Machine Vision : Inputเปนภาพ > Outputเปนขอมลตางๆ (น าไปใชตความตอ)

• Robot Vision : Inputเปนภาพ > Outputเปนขอมล (น าไปใชในการเคลอนท)

Mechatronics &

Robot Kinematics

Mechatronics system

Page 81: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot KinematicsMechatronics system

ระบบคอมพวเตอร

(และไมโครคอนโทรลเลอร)ระบบอเลกทรอนกส

ระบบคอนโทรล

ระบบเคร องกล

Mechatronics คออะไร?

การออกแบบดวยคอมพวเตอร ระบบเคร องกลไฟฟา

ดจตอลคอนโทรล อนาลอกคอนโทรล

81

Page 82: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

การออกแบบดวยคอมพวเตอร

Mechatronics system

• CAD : Computer Aided Design Ex.) Solidwork, AutoCAD

• CAM : Computer Aided Manufacturing Ex.) CNC

• CAE : Computer Aided Engineering

การผลตชนงาน

• โลหะ

1. งานหลอ

2. งานกลง

3. งานเชอม

4. 3D-Printing

• พลาสตก

1. งานฉด

2. 3D-Printing

Mold design

Computer controlled machining

Computer-pulse-controlled Arc

Part Optimization

Mold design, Mold flow

ความรอนๆ

• แบบวาดชนงาน (drawing)

• การเลอกวสด (Material)

• 3D-scanning82

Page 83: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

การออกแบบดวยคอมพวเตอร

Mechatronics system

CAD: Computer Aided Design

83

Page 84: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

การออกแบบดวยคอมพวเตอร

Mechatronics system

CAE: Computer Aided Engineering

84

Page 85: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

การออกแบบดวยคอมพวเตอร

Mechatronics system

CAM: Computer Aided Manufacturing

85

Digital Control for Welding

Page 86: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

การออกแบบดวยคอมพวเตอร

Mechatronics system

3D Scanning CAD file 3D Printing, CNC

86

Page 87: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

การออกแบบดวยคอมพวเตอร

Mechatronics system

การขบเคลอน สง-รบแรง

• เฟอง (Gear)

• เพลา (Shaft)

• ลกเบยว (Cam)

• กลไกสชน (Four-bar-linkage)

• สายพาน,โซ (Belt, Chain)

• เบรค (Brake)

• สปรง(Spring)

• แดมเปอร(Damper)

• CAD

• CAM

• CAE

87

Page 88: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot KinematicsMechatronics system

ระบบคอมพวเตอร

(และไมโครคอนโทรลเลอร)ระบบอเลกทรอนกส

ระบบคอนโทรล

ระบบเคร องกล

Mechatronics คออะไร?

การออกแบบดวยคอมพวเตอร ระบบเคร องกลไฟฟา

ดจตอลคอนโทรล อนาลอกคอนโทรล

88

Page 89: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot KinematicsMechatronics system

ระบบคอมพวเตอร

(และไมโครคอนโทรลเลอร)

ระบบอเลกทรอนกส

ระบบเครองกล

89

ซอฟแวรควบคม

(Control Software, Control Algorithm)

FromBasic IF-Else

.

.

.To

A.I.

ระบบคอนโทรล

Page 90: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบคอนโทรล

Mechatronics system

State diagram

Moore machine

Each edge labeled with input

S1 and S2 are states

S1 is an accepting state or a final state.

90

Page 91: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบคอนโทรล

Mechatronics system

Input Output

Plant: ระบบหรออปกรณทเราตองการควบคม

Controller: ผควบคมหรอระบบควบคมทเพมเขาไป เพอควบคมPlant

Output: ผลลพธ

Input: ค าสง

เชน หามขบเกน80!!

Uncertainty: ความไมแนนอนทอาจเกดขน

?

Analog control: มนษย

Digital control: Computer, Microcontroller, ASIC

(ASIC: Application-specific integrated circuit)

91

ตวอยางเชน....

รถยนต

Page 92: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบคอนโทรล

Mechatronics system

OutputInput?

Sensor

ตดSensorเพอวดคาตางๆของPlant

+

-

92

Page 93: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบคอนโทรล

Mechatronics system

OutputInput?

Sensor

คาทวดไดจากPlant + สงรบกวน

+

-

สงรบกวน

+Filter

ตวกรองสญญาณ

คาทวดไดจากPlant

Output

93

Page 94: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบคอนโทรล

Mechatronics system

OutputInput?

Sensor

+

-

+FilterInput – Output = Error

ถา

คาทวดไดจากPlant == คาInput

หมายความวา

ถกตอง100% (Error = 0)

Error

Output

Feedback control

Analog control: มนษย

Digital control: Computer, Microcontroller94

Page 95: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบคอนโทรล

Mechatronics system

PlantController

Ex) คนขบรถยนต เบรคลวงหนา

เมอมองเหนสงกดขวาง

Error

Output

Feed-forward control

Uncertainty

Input

ค าสงจากผใช

ค าสงทถกดดแปลง

Analog control: มนษย

Digital control: Computer, Microcontroller95

Page 96: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

ระบบคอนโทรล

Mechatronics system

Digital control is all about “Programming”

Digital filterMotor-drive Machine State flow

• Torque control

• Position control

• Speed control

• Acceleration control

• Adaptive machine

• Flexible machine

• A.I.

• Smoothing

• Low-pass

• High-pass

• Value-Mapping

• Kalman

96

Page 97: Autonomous Robot - FTPI

Mechatronics &

Robot Kinematics

Mechatronics system

Robot Kinematics

97

Page 98: Autonomous Robot - FTPI

Robot KinematicsForward Kinematics: การหาต าแหนงปลายมอโดยทราบมมและความยาวแตละแขน

L1

L2

L1

L2

θ1θ2

θ2

θ1

98

Mechatronics &

Robot KinematicsRobot Kinematics

Page 99: Autonomous Robot - FTPI

TGI-Robotics

Robot KinematicsForward Kinematics

99 of 95

Mechatronics &

Robot KinematicsRobot Kinematics

Page 100: Autonomous Robot - FTPI

θ1θ2

100

Reverse Kinematics: การหามมทแตละแขนตองหมนไป เพอใหปลายมออยตามต าแหนงทตองการ

(Inverse Kinematics)

Robot Kinematics

Mechatronics &

Robot KinematicsRobot Kinematics

Page 101: Autonomous Robot - FTPI

Inverse Kinematics

Robot Kinematics

Mechatronics &

Robot KinematicsRobot Kinematics

Page 102: Autonomous Robot - FTPI

Wheeled robot

Robot Kinematics

Mechatronics &

Robot KinematicsRobot Kinematics

Inertial measurement unit (IMU): accelerometer, gryo

Linear accel Angular accel

Page 103: Autonomous Robot - FTPI

Wheeled robot

Robot Kinematics

Mechatronics &

Robot KinematicsRobot Kinematics

Page 104: Autonomous Robot - FTPI

Delta robot

Robot Kinematics

Mechatronics &

Robot KinematicsRobot Kinematics

Page 105: Autonomous Robot - FTPI

Robot with leg

Robot Kinematics

Mechatronics &

Robot KinematicsRobot Kinematics

Page 106: Autonomous Robot - FTPI

OverviewRobotics Mechatronics &

Robot Kinematics

Autonomous

Robot

106

Page 107: Autonomous Robot - FTPI

Smarter Robot

Autonomous Robot

Autonomous

Robot

107

Page 108: Autonomous Robot - FTPI

Autonomous

Robot

108

Page 109: Autonomous Robot - FTPI

Autonomous

Robot

109

Autonomy is “the ability to make your own decisions”

Page 110: Autonomous Robot - FTPI

110

Perceive

Decide

Actuate

A truly autonomous robot …

( Autonomous Robot ทแทจรง

ตองสามารถ.... )

รบร

ตดสนใจ

ปฏบต

Page 111: Autonomous Robot - FTPI

111

Perception

A truly autonomous robot …

การรบร

Page 112: Autonomous Robot - FTPI

เทคโนโลยสนบสนนทเกยวของ

112

Page 113: Autonomous Robot - FTPI

เทคโนโลยสนบสนนทเกยวของ

113

Page 114: Autonomous Robot - FTPI

LIDAR

114

LIDAR เปนค ำยอ มำจำกค ำเตมๆวำ “Light Detection and Ranging” เปนเทคโนโลยกำรส ำรวจงำนภมประเทศแบบใหม ซงมเทคโนโลยทเหมอนกนกบกำรท ำงำนของ Radar แสงเลเซอรแทนกำรใชคลอนวทยจงท ำใหมควำมแมนย ำมำกกวำแตใช กลำวคอ เปนกำรวดระยะจำกระยะเวลำในกำรเดนทำงของล ำแสงเลเซอร ทเดนทำงจำก Sensor ไปยงวตถเปำหมำย และเดนทำงกลบมำยงSensor

Page 115: Autonomous Robot - FTPI

115

Decision

A truly autonomous robot …

ตดสนใจ

Softwareการตดสนใจจงสามารถซบซอนขน

Page 116: Autonomous Robot - FTPI

116

Decision

A truly autonomous robot …

ตดสนใจ

Software

App

A.I.

Program- Word

- Excel

AlgorithmC++

PLC

ทงหมด เปนสวนหนงของSoftware

Page 117: Autonomous Robot - FTPI

117

A truly autonomous robot …

Decision

ตดสนใจ

Moral Machine (การตดสนใจเชงจรยธรรม)

ใครควรตาย?

Page 118: Autonomous Robot - FTPI

118

Page 119: Autonomous Robot - FTPI

119

Page 120: Autonomous Robot - FTPI

เทคโนโลยสนบสนนทเกยวของ

120

Page 121: Autonomous Robot - FTPI

SLAM (Simultaneous Localization and Mapping)

121

การระบต าแหนงและการสรางแผนทในขณะเดยวกน

Page 122: Autonomous Robot - FTPI

SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) (VDO)

122

Page 123: Autonomous Robot - FTPI

เทคโนโลยสนบสนนทเกยวของ

123

Page 124: Autonomous Robot - FTPI

124

Actuation

A truly autonomous robot …

ปฏบต

Page 125: Autonomous Robot - FTPI

Inhospitable or Remote Environments:-• Dangerous Environments (Chemical or Nuclear) e.g. Bomb Disposal/Mine

Clearance/Military.• Environments too costly to send a human e.g. Undersea.• Environments that would take too long to send a human e.g. Space Exploration• Environments that are physically impossible to place a human e.g. Microscopic

EnvironmentsTasks with high fatigue factors and demanding duty cycles e.g. spot welding carsTasks that are unpleasant for people to perform e.g. hoovering, cleaning, washing up.

ลกษณะงานทเหมาะสมกบ Robots

129

Page 126: Autonomous Robot - FTPI

ลกษณะงานทเหมาะสมกบ Autonomous Robot

• Service Robots• Security guard

• Delivery

• Cleaning

• Mowing

• Assistance Robots• Mobility

• Services for elderly and

People with disabilities

130

Page 127: Autonomous Robot - FTPI

ทกษะทจ าเปนในการท างานระหวางคนกบ Autonomous Robot

131

Page 128: Autonomous Robot - FTPI

10 Essential Skills That All Good Roboticists Should Have

1. Systematic Thinking

132

2. The Programming Mindset

3. Active Learning

4. Mathematics

5. Science or other Applied Mathematics

6. Judgement and Decision Making

7. Good Communication

8. Technology Design

9. Complex Problem Solving

10. Persistence

Page 129: Autonomous Robot - FTPI

10 Essential Skills That All Good Roboticists Should Have

1. Systematic Thinking

133

2. The Programming Mindset

3. Active Learning

4. Mathematics

5. Science or other Applied Mathematics

6. Judgement and Decision Making

7. Good Communication

8. Technology Design

9. Complex Problem Solving

10. Persistence

Page 130: Autonomous Robot - FTPI

10 Essential Skills That All Good Roboticists Should Have

1. Systematic Thinking

134

2. The Programming Mindset

4. Mathematics

5. Science or other Applied Mathematics

6. Judgement and Decision Making

7. Good Communication

8. Technology Design

9. Complex Problem Solving

Page 131: Autonomous Robot - FTPI

10 Essential Skills That All Good Roboticists Should Have

1. Systematic Thinking

135

2. The Programming Mindset

4. Mathematics

5. Science or other Applied Mathematics

6. Judgement and Decision Making

7. Good Communication

8. Technology Design

9. Complex Problem Solving

Software

Page 132: Autonomous Robot - FTPI

10 Essential Skills That All Good Roboticists Should Have

1. Systematic Thinking

136

2. The Programming Mindset

4. Mathematics

5. Science or other Applied Mathematics

6. Judgement and Decision Making

7. Good Communication

8. Technology Design

9. Complex Problem Solving

สอนวธใช/แกปญหาหนยนต

Page 133: Autonomous Robot - FTPI

10 Essential Skills That All Good Roboticists Should Have

1. Systematic Thinking

137

2. The Programming Mindset

4. Mathematics

5. Science or other Applied Mathematics

6. Judgement and Decision Making

7. Good Communication

8. Technology Design

9. Complex Problem Solving

Robot Design

Page 134: Autonomous Robot - FTPI

ตวอยางการน าไปใชงานในอตสาหกรรมและบรการ

138

Page 135: Autonomous Robot - FTPI

Delivery Robot

• A robot that can deliver a package to an address given real world conditions such as traffic, pedestrians, urban emergencies and weather. Ideally, such a robot would be designed to exhibit polite behavior to humans and a people above all other priorities.

• Delivery drone can delivered parcel in short distance without any traffic or delay.

139

Page 136: Autonomous Robot - FTPI

Space

Autonomous capabilities are particular useful in space where there is a significant

communication lag with earth. Survive extreme thermal, radiation and lack of oxygen

140

Page 137: Autonomous Robot - FTPI

Social Robots

A robot designed to socialize with humans such as a pet robot. Real pets are

independent and spontaneous a products typically try to simulate such behavior.

141

Page 138: Autonomous Robot - FTPI

An entity in a game that competes with humans. Ideally, such entities act much

like humans as opposed to scripts. For example, a game bot might

independently decide to join forces with another player.

Game Bot

142

Page 139: Autonomous Robot - FTPI

Logistics automation

143

Page 140: Autonomous Robot - FTPI

144

Autonomous Vehicle

Page 141: Autonomous Robot - FTPI

145

Page 142: Autonomous Robot - FTPI

146

Page 143: Autonomous Robot - FTPI

ROS (Robot Operating System)

147

ROS (Robot Operating System) คอ ระบบปฏบตกำรหนยนต ทประกอบไปดวย library และ โปรแกรมตำงๆ ทจะอ ำนวยควำมสะดวกในกำรสรำงหนยนต

ตวอยางเครองมอพฒนา Autonomous Robot

Page 144: Autonomous Robot - FTPI

End