2.2 หน้าที่ของระบบแมคาทรอนิกส์

      ในระบบแมคาทรอนิกส์ ได้มีการพัฒนา มีการปรับปรุงการทำงานให้มีความทันสมัยขึ้นอยู่เสมอ จนเกิดหน้าที่ใหม่ ๆ ของเครื่องกลที่เป็นแมคาทรอนิกส์ หัวข้อนี้เราจะได้อธิบายหน้าที่ของมันที่เกิดขึ้น

2.2.1 การแบ่งหน้าที่กันระหว่างทางกล และอิเล็กทรอนิกส์  

      สำหรับการออกแบบระบบแมคาทรอนิกส์ ทั้งงานทางกล และงานทางอิเล็กทรอนิกส์แต่ละส่วนเหล่านี้จะมีอิทธิพลต่อการทำงานซึ่งกัน และกัน

      เปรียบเหมือนกับว่า ทางกลเป็นฝ่ายทำงานที่จับต้องได้ ส่วนทางไฟฟ้าอิเล็กทรอนิกส์นั้นจะเป็นตัวคอยสนับสนุนเพื่อให้การทำงานทางกลนั้นมีความสมบูรณ์ยิ่งขึ้น

รูปกล้องดิจิตอลการทำงานโดยใช้ระบบแมคาทรอนิกส์

แนะนำเพื่อให้อ่านได้ต่อเนื่องให้ คลิกขวาเลือก Open link in new window

      เช่น นาฬิกา, กล้องถ่ายรูปดิจิตอล, เครื่องถ่ายเอกสาร ฯลฯ ในปัจจุบันทำให้เห็นถึง ความเรียบง่ายในกลศาสตร์ (Simplification in the mechanics) ซึ่งเป็นผลมาจากการนำไมโครคอมพิวเตอร์เข้ามาเชื่อมต่อใช้งาน พร้อมกับการขับเคลื่อนด้วยอุปกรณ์ไฟฟ้า การนำคอมพิวเตอร์เข้ามาใช้งานร่วมทำให้สามารถสร้างเครื่องจักรได้หลายอย่างเช่น จักรเย็บผ้า, แขนกลหุ่นยนต์, เกียร์อัตโนมัติ ฯลฯ

รูปแขนกลที่มีองค์ประกอบทางกล อิเล็กทรอนิกส์ แล้วก็มีคอมพิวเตอร์ควบคุม

      ถ้าในการออกแบบโครงสร้าง ถูกออกแบบให้มีน้ำหนักเบา โครงสร้างจะยืดหยุ่นตัวได้ แต่มันอาจเกิดความเปราะบางของโครงสร้างได้ ขึ้นอยู่กับการเลือกใช้วัสดุ ส่วนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่นำมาใช้ จะใช้ผ่านตัวเซ็นเซอร์ เช่น ใช้ตรวจจับตำแหน่ง, ความเร็ว, การสั่นสะเทือน ฯลฯ เมื่อตรวจพบปัญหาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เหล่านี้ก็จะสามารถรู้ได้ แล้วมันจะตอบสนองกลับมาที่สมองกลและก็จะถูกกระบวนการปรับผ่านขั้นตอนวิธี หรืออัลกอริทึม (Algorithms)

รูปวัฏจักรของอัลกอริทึม

      ยกตัวอย่างเช่น การนำไปใช้ในการขับเคลื่อนยานยนต์โดยใช้อัลกอริทึมในงานอิเล็กทรอนิกส์ยานยนต์, การใช้ในหุ่นยนต์, ระบบไฮดรอลิกส์, เครนขนาดใหญ่ ฯลฯ

       นอกจากนี้การควบคุมแบบวนรอบปิด (Close loop) ยังมีการนำมาใช้สำหรับการวัดหา ตำแหน่ง, ความเร็ว หรือแรง ซึ่งไม่เพียงแต่ผลในการติดตามที่แม่นยำของตัวแปรที่อ้างอิงเท่านั้น แต่สามารถประมาณการออกมาเป็นแบบพฤติกรรมเชิงเส้น แม้ว่าของจริงระบบเครื่องกลพฤติกรรมการทำงานของมันมักจะแสดงออกมาแบบไม่เชิงเส้น

      เมื่อพยายามที่ใช้ข้อจำกัดที่เป็นแบบเชิงเส้นในรูปแบบทางกล ก็อาจทำให้ความพยายามในการสร้าง หรือการผลิตอาจลดลง ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์นิวแมติกทางกล และอุปกรณ์ทางกลไฟฟ้า วาล์วของไหลประสิธิภาพการทำงานอาจจะออกมาไม่ดี จึงมีความจำเป็นที่จะต้องเอาอิเล็กทรอนิกส์เข้ามาช่วยควบคุม

รูปวาล์วนิวแมติกส์แบบกลไก

รูปวาล์วอิเล็กทรอนิกส์

      ในส่วนการช่วยเหลืออุปกรณ์ในด้านการใช้โปรแกรมจะทำให้มีอิสระในการทำงาน สามารถปรับการทำงานให้เป็นแบบไม่เชิงเส้นที่จากเดิมเป็นระบบทางกล โดยมันจะสามารถช่วยการทำงานให้ได้ผลดีขึ้น ยกตัวอย่างเช่น ระบบเบรกของรถยนต์แบบธรรมดาใช้สายเบรก กับระบบเบรกที่เป็นระบบป้องกันล้อล็อกตาย หรือเอบีเอส (Anti-lock Brake System: ABS), อุปกรณ์ช่วยเคลื่อนที่ในระยะไกล (Telemanipulation) ในอากาศยาน หรือยานยนต์สมัยใหม่, ในการพัฒนาไฮดรอลิกส์ที่ใช้ในยานยนต์ และพวงมาลัยพาวเวอร์ไฟฟ้า

ระบบเบรกเอบีเอส กับระบบเบรกแบบธรรมดา

      ระบบแมคาทรอนิกส์สมัยใหม่ จะมาพร้อมกับจำนวนที่เพิ่มขึ้นของเซ็นเซอร์, อุปกรณ์ขับเคลื่อน, สวิตซ์ กับหน่วยควบคุม, สายไฟ กับขั้วต่อไฟฟ้าที่เพิ่มความน่าเชื่อถือ, ต้นทุน, น้ำหนัก และบริเวณที่ต้องกังวลในการใช้งาน

เพราะฉะนั้น การพัฒนาของระบบบัส (Bus) ที่เหมาะสม, ระบบเชื่อมต่อ (Plug systems) และระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความซับซ้อนจึงเป็นความท้าทายต่อนักออกแบบ 

ข้อคิดดี ๆ ที่นำมาฝาก

“ท้อแท้ได้แต่อย่าท้อถอย อิจฉาได้แต่อย่าริษยา พักได้แต่อย่าหยุด”