กำรพัฒนำเอจีวีด้วยไมโคร...

NCTechEd09TEE10

บทคดยอ

ปจจบนโรงงานในประเทศไทยมอตราการเตบโตเพมขนอยางรวดเรว โดยเฉพาะอยางยงกลมสนคาอตสาหกรรมทตองใชเทคโนโลยระดบกลางและระดบสงในการผลตสนคาจ านวนมากในเวลาอนสน เพอใหทนตอความตองการของผบรโภคและจะตองมตนทนในการผลตทต า จงมการน าหนยนตระบบอตโนมตเขามาใชแทนทมนษยเพมมากขน รถขนสงอตโนมตเปนรถขนาดเลกทเคลอนทไดเองโดยไมตองมคนขบ มระบบควบคมเสนทางและน าทางการขบเคลอนดวยการเหนยวน าของสนามแมเหลกทฝงอยในพนผวทางเดนเอจวเคลอนไปตามเสนทางทก าหนด แตในอตสาหกรรมทมการใชงานเอจวมกจะพบวาเอจวหลดออกนอกเสนทางท าใหเอจวหลดออกนอกเสนทาง ซงเสยเวลามากทจะน ากลบไปยงเสนทางเดม ผ วจยมแนวคดทจะใชระบบควบคมฟซซและพไอดส าหรบการสรางเอจวตนแบบ ผลการวจบพบวาการควบคมแบบฟซซนนสามารถสรางเงอนไขในการควบคมไดหลายเงอนไขและยดหยนกวาพไอด จงท าใหการควบคมแบบฟซซเหมาะสมกวาการควบคมพไอด

ค ำส ำคญ: เอจว ฟซซลอจก พไอด

Abstract

Presently, factories in Thailand have growth rate increasing rapidly. Especially, High-level and mid-level Product

industries that require technology with high competition to produce a lot product in a short time in order to keep pace

with demand and low production cost. Then, Robotic automation have requirement to replace human increasing.

Automated vehicles are moving themselves without a driver. Control and navigation path driven by the induction of the

magnetic field embedded in the surface of lane AGV controlled. Move along the path set by the processing controlled by

a microcontroller. But in the industry AGV applications often encounter detours, making AGV moving towards the

unexpected target. It’s waste a lot of time to bring back to setup. There for, researcher have concept to implement

controller system they call “Fuzzy logic and PID” for create AGV prototype, the results of the control handle fuzzy it can

create the conditions for a controlled and flexible terms than PID. It fuzzy control over the proper PID controller.

Keyword: automatic guide vehicle, fuzzy, PID.

กำรพฒนำเอจวดวยไมโครคอนโทรลเลอรโดยใชฟซซและพไอดในกำรควบคมAGV Development by Microcontroller Using Fuzzy Logic and PID Control.

สมณฑา นวต

ภาควชาครศาสตรเครองกล สาขาวชาวศวกรรมแมคคาทรอนกส คณะครศาสตรอตสาหกรรม มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

1518 ถนนประชาราษฎร 1 แขวงวงศสวาง เขตบางซอ กรงเทพฯ 10800. E-mail:[email protected]

การประชมวชาการครศาสตรอตสาหกรรมระดบชาต ครงท 9 The 9th National Conference on Technical Education

24 พฤศจกายน 2559 www.ncteched.org คณะครศาสตรอตสาหกรรม มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

55

NCTechEd09TEE10

1. บทนา ปจจบนนโรงงานอตสาหกรรมในประเทศไทยมอตรา

การขยายตวเพมขนอยางรวดเรว โดยเฉพาะอยางยงกลมสนคาอตสาหกรรมทตองใชเทคโนโลยระดบกลาง และระดบสง จงมการแขงขนทสงในอตสาหกรรมประเภทเดยวกน ตองการผลผลตเปนจานวนมากในระยะเวลาส นๆ เพอใหทนตอความตองการของผบรโภค และจะตองมตนทนในการผลตทตา จงมการนาหนยนตระบบอตโนมตเขามาใชแทนทมนษยเพมมากขน โดยหนยนตเขามารบภาระงานบางอยางแทนมนษย ชวยเพมความสะดวก ลดภาระงาน รวมทงลดภาระคาใชจายลงอกดวย เชน งานการประกอบชนสวนรถยนต งานบรรจภณฑ รวมทงงานลาเรยงวสดอปกรณตางๆ หรอในงานทมความยากตอการทางานกอใหเกดความเมอยลาแกพนกงานและตองใชพนกงานในการทางานจานวนหลายคนในงานชนนนๆ

เอจว (Automated Guided Vehicles: AGV) เปนรถขนาดเลกทเคลอนทไดเองโดยไมตองมคนขบ เอจวถกนามาใชงานจรงในอตสาหกรรมครงแรกเมอป ค.ศ. 1953 ในประเทศสหรฐอเมรกา โดยตอนนนถกนามาใชขนถายสนคาในโกดงเกบสนคา ทาใหสามารถประหยดในเรองของแรงงานคนและเวลาไดเปนอยางด เอจวหรอเรยกกนวารถขนสงอตโนมตมระบบควบคมเสนทางและนาทางการขบเคลอนดวยการเหนยวนาของสนามแมเหลกทฝงอยในพนผวทางเดนเอจว เพอใหเอจวสามารถเคลอนทไปตามเสนทางทกาหนดได ดวยการประมวลผลควบคมการทางานโดยไมโครคอนโทรลเลอร แตในอตสาหกรรมทมการนาเอจวมาใชงานมกจะประสบกบปญหาเอจวเคลอนทออกนอกเสนทางทาใหเอจวเคลอนทไปสจดหมายทคาดเคลอนเสยเวลานาเอจวกลบเขามาสเสนทางเดมและเกดการจราจรตดขดภายในเสนทางนนๆ ดงนนผวจยจงมแนวคดทจะพฒนาระบบควบคมโดยการนาตวควบคมแบบฟซซลอจกและพไอดมาใชควบคมเอจว

2. วตถประสงค2.1 เพอศกษาหาขอมลเกยวกบบทความและผลงานวจยท

เกยวของกบเอจว 2.2 เพอออกแบบโครงสรางของเอจว

2.3 เพอสรางเอจวตนแบบ 2.4 เพอออกแบบระบบการขบเคลอน ระบบไฟฟาและ

ระบบควบคม 2.5 เพอออกแบบโปรแกรมควบคมพไอดและฟซซลอจก

3. ทฤษฎทเกยวของ

3.1 การควบคมแบบ PIDการควบคมแบบ PID การควบคมแบบ PID เปนการควบคม

สญญาณเอาทพทในการควบคมของกระบวนการ โดยใชแบบสดสวนรวมกบแบบปรพนธและรวมกบ แบบอนพนธ (PID control) หรอทเรยกการควบคมแบบ 3 เทอม ทประกอบดวยองคประกอบทสาคญสามสวนไดแก Proportional (P) หมายถงการปรบสดสวนสญญาณ, Integral (I) หมายถง การอนทเกรตสญญาณและ Derivative (D) หมายถง การอนพนธสญญาณ แสดงในรปของสมการไดดงน

0d eO u t p u t = K e + K e d t + KP D d tI

t

เมอ KP = คาคงท KI = คาคงทของการอนทกรล

0 e d tt = การอนทกรลคาความคลาดเคลอนใน

ชวงคาบเวลา KD = คาคงทของการอนพนธ

d ed t

= อ ต ร า ก า ร เ ป ล ย น แ ป ล ง ข อ ง ค ว า ม

คลาดเคลอนเทยบเวลา

e = คาความคลาดเคลอนของกระบวนการ

3.2 ทฤษฎฟซซ 3.2.1 พนฐานแนวคดแบบฟซซ ตรรกะแบบฟซซ

(Fuzzy logic) เปนเครองมอทชวยในการตดสนใจภายในใตความไมแนนอนของขอมลโดยยอมใหมความยดหยนได ใชหลกเหตผลทคลายการเลยนแบบวธความคดทซบซอนของมนษย ฟซซลอจกมลกษณะทพเศษกวาตรรกะแบบจรงเทจ (Boolean logic) เปนแนวคดทมการตอขยายในสวนของความจรง (partial true) โดยคาความจรงจะอยในชวงระหวางจรง (completely true) กบเทจ (completely false) สวนตรรกศาสตรเดมจะมคาเปนจรงกบเทจเทานน แสดงดงภาพท 1


www.ncteched.org 24 พฤศจกายน 2559 คณะครศาสตรอตสาหกรรม มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาพระนครเหนอ

56

NCTechEd09TEE10

ภาพท 1 : ตรรกะแบบจรงเทจ (บลนลอจก) กบตรรกะ แบบฟซซ (ฟซซลอจก)

ความเปนฟซซ (fuzziness) ม ชอเรยกวา มลตวาลานซ (multivalance) ซงมคาทความเปนสมาชกมากกวา 2 คา และแตกตางกบไบวาลานซ (bivalence) ทมความเปนสมาชกเพยง 2 คา ฟซซเซต (Fuzzy set) เปนเครองมอทางคณตศาสตรทสอถง “ความไมแนนอน (uncertainty)” สามารถท ไมใช เพยง 2 กรณ ซงหากกาหนดวา คนทอวนคอคนทมนาหนกมากกวา 75 กโลกรม คอมพวเตอรจะใหผลวาคนทมนาหนก 74.50 กโลกรม ไมจดเปนคนทอวน จะสรางและกาหนดรปแบบ (modeling) ของลกษณะความไมแนนอนทเปนความคลมเครอความไมตายตว รวมถงความขาดขอมลบางสวน โดยทฤษฎของฟซซเซตจะใชลกษณะความหมายตวแปร (linguistic) มากกวาปรมาณ (quantitative) ของตวแปร เชน การหาความหมายของ “คนทอวน” เราไมสามารถนยามคาความอวนทตรงกนและระบเปนหนงเดยว (identical) สาหรบคนทอวน นาย ก . จะใหความหมายของ “คนอวน” หมายถงคนทมนาหนกมากกวา 70 กโลกรม นาย ข. ใหความหมายวาเปนคนทมนาหนกมากกวา 75 กโลกรม ซงทงสองคนตางแสดงความหมายของคาวาคนทอวนโดยเปรยบเทยบและในมมมองของตวเองตามนาหนกของตน ในการทางานในมมมองแบบฐานสอง (Binary sense) จะไดผลเปน ใช หรอ แตจะเหนวาบคคลนเปนคนอวนนาหนกเกอบจะ 75 กโลกรม และถงแมวาบคคลนจะมนาหนก 75 กโลกรม แตหากพจารณาจากกลมคนทมนาหนกเฉลย 90 กโลกรม บคคลนกจะไมจดอยในกลมคนทอวน แสดงใหเหนวา ความอวนไมไดมลกษณะความไมแนนอนแบบสม จากการศกษาปญหาทวๆ ไปจะแสดงถงรปแบบลกษณะการกระจายของปญหา

3.2.2 ระบบกฎฟซซของแมมดาน (Mamdani) ระบบกฎฟซซแบบ Mamdani เปนระบบทมความนยมใชมากทสดระบบหนงในทางปฏบต เปนระบบทใชตวแปรภาษาทงในขอตงและขอตามเพอจดเทยบฟงกชนจาก U1xU2x…Un เปน w

กฎท 1 : IF (X1 is A11 ) AND (X2 is A12) AND…AND (Xn is A1n) THEN y is C1 กฎท 2 : IF (X1 is A12) AND (X2 is A22) AND…AND (Xn is A2n) THEN y is C2 กฎท 3 : IF (X1 is AL2) AND (X2 is AL2) AND…AND (Xn is ALn) THEN y is CL

4. การออกแบบเอจว

4.1 การออกแบบหาขนาดของมอเตอรการหาขนาดของมอเตอรทในการขบเคลอนโดยทน าหนก

ของเอจวและสามารถรองรบนาหนกได 50 กโลกรม จากสมการแรงเสยดทานสถต จากสมการ Ffric = µs xf จากกฎขอท 2 ของนวตน สตร ΣF = ma F - Ffric = ma F - µs f = ma เมอ f = w = mg เมอนาหนกของรถรวมกบนาหนกของสงของบรรทก

M = 100 kg F = 100 kg x 9.81 m/s2

ตารางท 1 คาสมประสทธแรงเสยดทาน

ลาดบ แรงเสยดทาน หนวย )นวตน(

1 แรงเสยดทานบนพนทวไป 0.8

2 แรงเสยดทานของลอ 0.015

3 แรงเสยดทานอากาศ 0.02

4 แรงเสยดทานของแบรง 0.006

Rn แรงเสยดทานทวไป Rb แรงเสยดทานของลอ Rr แรงเสยดทานอากาศ Ra แรงเสยดทานของแบรง



57

NCTechEd09TEE10

จากสมการ µs = Rn + Rb + Rr + Ra = 0.8 + 0.015 + 0.02 +0.06 = 0.841 N Ffric = 0.841 x 686.7 = 577.5 N จากมอเตอรไฟฟา 12V มแรงบด 9.45 Nm อตราเรว 353 รอบตอนาทเสนผานศนยกลางเกยรขบ 0.05 m จากสมการ T = F x r = 577.5 x 0.025 = 14.4375 N. m

แรงทใชในการฉดรถตองมากกวา 577.5 N ซงแรงบดของมอเตอรหนงตวเทากบ 9.45 Nm แตใชมอเตอรในการขบเคลอนสองตวจะไดแรงบดเทากบ 18.9 Nm ดงนนจงเลอกใชมอเตอรไฟฟามาเปนตวขบเคลอน

ภาพท 2 : การหาอตราทดของเกยร

จานวนฟนตาม

จานวนฟนขบ = = 2.461

หาความเรวของ T2

ความเรวรอบมอเตอร

อตราทด =

. = 243.75 rpm

หาความเรวของ T3 V = ω x r V = 2πn x r V = 2π (243.75)x(0.1) V = 153.152 เมตร/นาท

4.2 สวนประกอบของเอจว จากภาพท 3 เปนสวนประกอบของเอจวจะมอปกรณอนพต

ซงประกอบดวยเซนเซอรบงคบทศทางทาหนาทควบคมทศทางการเคลอนทของเอจวใหวงตามเสน เซนเซอรควบคมการ

หยดรถทาหนาทตรวจจบเสนเพอใหเอจวหยดในตาแหนงทเรากาหนดไวและเซนเซอรตรวจจบวตถ จะทาหนาทตรวจจบวตถดานหนาของรถซงจากการทางานของเซนเซอรทงสตวนจะสงสญญาณไปยงบอรด STM 32 F4 Discovery เพอไปควบคมการทางานชดขบเคลอนของมอเตอรท งสองตวใหทางานตามทกาหนดดงภาพท 4 และภาพท 5

ภาพท 4 : ภาพจาลองเอจว

ภาพท 5 : หลกการทางานเอจว

T1 T3 T2 ภาพท 3 : อปกรณของเอจว



58

NCTechEd09TEE10

4.3 การออกแบบโปรแกรมควบคมการทางานเอจว การควบคม เค รองจาลองกระบวนการดวยระบบ

คอมพวเตอรโดยเลอกใชโปรแกรม MATLAB เพอใชในการออกแบบโปรแกรมควบคมการทางานของเอจวและใชการควบคมแบบพไอดและฟซซเพอชวยในการควบคมการทางานของเอจวดงภาพท 6 และภาพท 7

4.3.1 โปรแกรม Auto Control

ภาพท 6 : หลกการควบคมแบบอตโนมต

ภาพท 7 : หลกการควบคมแบบควบคมดวยมอ

5. การทดสอบแรงบดของมอเตอรเทยบกบเวลาโดย วธการจาลองผานโปรแกรม Solid work

จากภาพท 8 เปนกราฟทแสดงถงสถานะของมอเตอรทจะตองใชแรงบดในชวงแรกมากเพราะในชวงแรกมอเตอรอยในสภาวะหยดนง มอเตอรตองสรางแรงบดทสามารถชนะนาหนกตวมนเองและแรงเสยดทานทลอกระทากบพนจงทาใหคาแรงบดของมอเตอรในชวงแรกคอ 5.846 นวตนเมตร เมอมอเตอรเรมหมนมอเตอรยงตองสรางแรงบดเพอใหมอเตอรหมนดวยความเรวคงท แตคาของแรงบดชวงเวลากอนทจะหมนดวยความเรวคงทนนมชวงเวลาทเกดขนนอยเพราะไมมภาระจงทาใหชวงทมอเตอรหมนดวยความเรวคงทเกดขนทนท แรงบดทความเรวคงทใชจะมคาประมาณ 0.864 นวตนเมตร เพราะเมอมอเตอรหมนดวยความเรวคงทแรงบดทตองการนนเพอตองการใหมอเตอรหมนดวยความเรวคงทเทานน

จากภาพท 9 เปนกราฟทแสดงถงสถานะของมอเตอรทจะตองใชแรงบดในชวงแรกมากเพราะในชวงแรกมอเตอรอยในสภาวะหยดนง มอเตอรตองสรางแรงบดทสามารถชนะนาหนกตวมนเองและแรงเสยดทานทลอกระทากบพนจงทาใหคาแรงบดของมอเตอรในชวงแรกคอ 9.628 นวตน-เมตร เมอมอเตอรเรมหมนมอเตอรยงตองสรางแรงบดเพอใหมอเตอรหมนดวยความเรวคงท คาของแรงบดชวงเวลากอนทจะหมนดวยความเรวคงท มคาประมาณ 4.814 นวตนเมตร และเมอมอเตอรหมนดวยความเรวคงทแรงบดทใชจะมคาประมาณ 1.2 นวตนเมตร เพราะเมอมอเตอรหมนดวยความเรวคงทแรงบดทตองการน นเพอตองการใหมอเตอรหมนดวยความเรวคงทเทานน

ภาพท 8 : กราฟเปรยบเทยบแรงบดกบเวลาในขณะไมมภาระ

ภาพท 9 : กราฟเปรยบเทยบแรงบดกบเวลาในขณะมภาระ



59

NCTechEd09TEE10

6. สรปผลการดาเนนงานผลการทดสอบแรงบดทมอเตอรขบโดยทดสอบท งสอง

แบบนนพบวา ในขณะทเอจวไมไดบรรทกวสดหรอไมมภาระจะใชแรงบดท 5.846 Nm และสภาวะทบรรทกวสดหรอมภาระกราฟทสงสดอยท 9.628 Nm ซงแรงบดนนสามารถรบภาระการบรรทกวสดไดเพราะแรงบดทมอเตอรแตละมอเตอรนนรบได 9 Nm ซงเอจวใชจานวนมอเตอร 2 มอเตอรทาใหรบไดถง 18 Nm ผลการทดสอบนนสามารถทรบน าหนกได 50 kg ไดอยางมประสทธภาพ

7.สรปผลการวจยผลการวจบพบวาการควบคมเอจวโดยใชการควบคมแบบ

ฟซซลอจกนนเหมาะสมมากกวาการควบคมแบบพไอด เพราะการควบคมแบบฟซซนนสามารถสรางเงอนไขในการควบคมไดมากกวาและยดหยนกวาพไอด เนองจากการทเอจวไปถงสถานตางๆ ไดนนมอปสรรคระหวางทางทาใหเอจวตองการตดสนใจหลบหลกหรอแกไขในการเลอกเสนทางเพอใหถงสถานทกาหนด จงทาใหการควบคมแบบฟซซเหมาะสมกวาการควบคมพไอด

8.เอกสารอางอง1. กระทรวงอตสาหกรรม, สานกงานเศรษฐกจอตสาหกรรม) .2554).

[ออนไลน .[“แผนแมบทการพฒนาอตสาหกรรมไทย พ .ศ . 2555-

2574”. [สบคนวนท 12 มกราคม 2558]. จาก http://www.oie.go.th/article/แผนแมบทการพฒนาอตสาหกรรมไทย -พศ- 2555-2574

2. นรศ โกธศร และปตพงษ ใยพนธ) .2556). หนยนตขนสงเคลอนทอตโนมต .ปรญญานพนธวศวกรรมศาสตรบณฑตสาขาวชาวศวกรรมคอมพวเตอร ภาควชาวศวกรรมคอมพวเตอร คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยขอนแกน.

3. นโรจน หวนปรตน) .2556). เอจว. [ออนไลน ] .[สบคนวนท 12

มกราคม 2558].

จาก http://nirotsol012.blogspot.com/2013/09/agv-

automated-guided-vehicles-agv.html



60

กำรพัฒนำเอจีวีด้วยไมโคร...

Documents

Transcript of กำรพัฒนำเอจีวีด้วยไมโคร...