การวิเคราะห์ด้วยวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์สำหรับอุปกรณ์ตรวจรู้แรงและแรงบิด / ไพศาล เต็งเจริญชัย

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้เป็นการศึกษาการนำระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์เข้ามาช่วยในการออกแบบอุปกรณ์ตรวจรู้แรงและแรงบิดที่ใช้สเตรนเกจเป็นตัวตรวจวัดค่าความเครียดที่เกิดขึ้น โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่นำมาใช้ช่วยในการออกแบบก็คือโปรแกรม CATIA with module ANELFINI (Finite Element Module) เป้าหมายในการออกแบบคือการปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ตรวจรู้แรงและแรงบิด (Sensor I) ที่พัฒนาโดยห้องปฏิบัติการวิจัยหุ่นยนต์อุตสาหกรรม จุฬาลงกรณ์ มหาวิทยาลัย หลังจากที่หาแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์และเงื่อนไขขอบเขตที่ถูกต้องได้แล้ว จึงได้ทำการปรับปรุงอุปกรณ์ตรวจรู้แรงและแรงบิดที่มีอยู่เดิม (Sensor I) จนได้อุปกรณ์ตรวจรู้แรงและแรงบิดใหม่ (Sensor II) ที่มีประสิทธิภาพดีกว่าเดิม ผลลัพธ์ที่ได้จากการวิเคราะห์ถูกพิสูจน์ยืนยันด้วยการทดลองจริง ดัชนีที่ใช้ในการเปรียบเทียบว่าอุปกรณ์ตรวจรู้แรงและแรงบิดดีอย่างไรมีอยู่ 2 ตัวคือ strain sensitivity และ condition number จากการทดลองจะเห็นได้ว่า Sensor II สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยเมื่อเปรียบเทียบด้วย strain sensitivity พบว่า สำหรับแรงในแนวแกน x, y และ z ดีขึ้น 201.571%, 203.209% และ 15.464% ตามลำดับ สำหรับโมเมนต์ในแนวแกน x และ y ดีขึ้น 19.012% และ 17.948% ตามลำดับเช่นเดียวกัน แต่สำหรับโมเมนต์ในแนว แกน z แย่ลง 31.275% ส่วนการเปรียบเทียบด้วยค่า condition number ปรากฏว่า Sensor II มีค่าเท่ากับ 425.74 ซึ่งดีกว่า Sensor I ที่มีค่าเท่ากับ 815.46 จากดัชนีทั้ง 2 ตัวที่ใช้ในการเปรียบเทียบ สามารถสรุปได้ว่า Sensor II มีประสิทธิภาพดีขึ้นกว่า Sensor I จากการศึกษาจะเห็นได้ว่าด้วย การใช้วิธีไฟไนต์เอลิเมนต์เข้ามาช่วยจะทำให้สามารถลดเวลาที่ใช้ในการออกแบบและวิเคราะห์เพื่อให้ได้อุปกรณ์ตรวจรู้แรงและแรงบิดที่ดีขึ้นได้