002 ตำนานยางซิลิโคน::ล้อยางสำหรับหุ่นยนต์ขนาดเล็กเพื่อการเรียนรู้

ตำนานยางซิลิโคน::ล้อยางสำหรับหุ่นยนต์ขนาดเล็กเพื่อการเรียนรู้

#วันนี้เล่าถึงประสบการณ์การเลือกใช้ล้อและยางซิลิโคนสำหรับหุ่นยนต์ขนาดเล็กเพื่อการเรียนรู้และเพื่อการแข่งขัน ในวงการหุ่นยนต์ขนาดเล็กในประเทศไทย ยังไม่มีระบุว่าใครนำเข้ามาหรือนำมาใช้เป็นทีมแรก ๆ ใครทราบของรายละเอียดในคอมเมนท์ด้วยนะครับ (อาจจะต้องถกเถียงกันยาวเลยหล่ะว่าใครเป็นคนแรก ๆ ) เท่าที่จำได้แรก ๆ เห็นนำมาใช้ในการแข่ง sumo จำสนามและปีไม่ได้ และก็มีการตีพิมพ์วิธีการทำการหล่อยางซิลิโคนในนิตยสารไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ The Prototype Electronics สำนักพิมพ์: INNOVATIVE EXPERIMENT  ฉบับที่เท่าไรจำไม่ได้

สำหรับผมเองก็เพิ่งนำเข้ามาใช้ในทีมได้ประมาณ 2ปีกว่า ๆ และน่าจะเป็นทีมแรก ๆ ที่คิดเรื่องดอกยาง(รูปล่างซ้าย) คิดว่าแบบนั้นนะเพราะส่วนใหญ่ไม่เคยเห็น และพานักเรียนหล่อยางใช้กันเองจนถึงปัจจุบัน  ประสบการณ์ใช้งานผมว่า ใช้งานดีทีเดียวเลย คือไม่ต้องทำความสะอาดอะไรมากสำหรับยางมีดอก แต่โดยส่วนมากจะใช้กันแบบล้อยางเรียบ ๆ เกลี้ยง ๆ แบบภาพซ้าย เป็นของ Jsumo จากตุรกีผู้นำด้านล้อยางซิลิโคน อาจจะไม่ใช่รายแรกที่ใช้ แต่เป็นรายแรก ๆ ที่จัดทำและจำหน่าย เลยมีชื่อเสียงด้านล้อยางซิลิโคนในตำนาน

ส่วนตัวล้อก็มีการใช้วัสดุที่หลากหลาย เช่น อะลูมิเนียม พลาสติกABS พลาสติกPOM หรืออื่น ๆ แล้วแต่จะหาได้  แต่ที่นิยมหรือเห็นกันในสนามส่วนใหญ่จะใช้อะลูมิเนียม ส่วนผมเองเริ่มแรกทำจากอะคริลิก ตัดซ้อน ๆ กันจนได้ทรงกระบอก ข้อเสียคือจะหนักกว่าอะลูมีเนี่ยมมาก แต่ด้วยการที่แต่ก่อน หุ่นยนต์วิ่งเส้นไม่ได้ต้องใช้ความเร็วอะไรขนาดนั้น ต้องการแค่ความแม่นยำในการขับเคลื่อน และหยุดนิ่งได้ทันทีเมื่อต้องการหยุด แค่นั้นก็เพียงพอแล้ว

#แล้วทำไมหุ่นยนต์ขนาดเล็กพวกนี้ต้องใช้ยางซิลิโคนด้วยหล่ะ?

คำตอบง่าย ๆ ตรง ๆ คือมันเกาะถนนหรือพื้นสนามได้ดีนั่นเอง  ด้วยความที่มันนิ่มและยืดหยุ่น ทำให้เพิ่มพื้นที่สัมผัสพื้นได้มากกว่าล้อยางแข็ง ๆ  การเพิ่มพื้นที่สัมผัสพื้นก็คือการเพิ่มแรงเสียดทานให้กับตัวหุ่นนั่นเอง ทำให้การออกตัวแรง ๆ ด้วยความเร็ว  ล้อไม่ลื่น หุ่นไม่เกิดการส่าย และที่สำคัญคือเวลาที่สั่งให้หยุดวิ่ง สามารถหยุดได้ทันที อันนี้มอเตอร์ก็มีส่วนนะครับ ถ้าทอร์คของมอเตอร์ดี ก็จะหยุดนิ่งได้ทันที  ลดการลากล้อ แต่ถ้ามอเตอร์ที่ทอร์คน้อย ๆ อาจจะไถลไปอีกหน่อย ยกตัวอย่างที่เห็นได้ชัดเจน คือเวลาเราขับรถด้วยความเร็วมาก ๆ แล้วเหยียบเบรคกระทันหัน จะมีระยะการลากล้อไปอีกนิดขึ้นอยู่กับหน้าสัมผัสของยางที่ใช้ ถ้าหน้ายางกว้างจะหยุดได้ดีกว่า หน้ายางแคบ ๆ    และในหุ่นยนต์การเลือกใช้ล้อที่มีหน้ากว้าง ๆ และแคบ ๆ ก็มีส่วนที่ทำให้หุ่นทำงานได้ดีด้วยเช่นกัน จริง ๆ การเลือกความกว้างของหน้ายางก็ขึ้นอยู่กับภารกิจของหุ่น จะต้องเลือกให้เหมาะสม แต่ในความเป็นจริงเท่าที่ลองใช้งานมา ผมชอบหน้ากว้างมากกว่าเพราะเวลาสั่งวิ่งหรือหยุด สั่งได้ดังใจและมีความแม่นยำสูงกว่าด้วย  เหตุผลอาจจะมาจากหุ่นยนต์ที่ออกแบบส่วนใหญ่ขับเคลื่อนด้วยล้อแค่สองล้อเท่านั้น เวลาเลี้ยวจึงไม่มีผลเสียหรือเวลาเลี้ยวไม่มีปัญหา แต่ถ้าขับเคลื่อน 4 ล้อ อันนี้ต้องเลี่ยงการใช้ยางหน้ากว้างเลย เพราะจะมีปัญหาเรื่องการเลี้ยวจะลำบาก เพราะแรงเสียดทานมันมาก

วกกลับมาที่ความนิ่มของยางซิลิโคน กับการเพิ่มพื้นที่สัมผัส จากรูปด้านล่างถ้าเรามองด้านข้าง

A คือ ยางแข็ง เมื่อรับน้ำหนักของตัวหุ่น แล้วจะเกิดพื้นที่สัมผัสน้อย เพราะความแข็งที่มาก

B คือ ยางนิ่มปานกลาง  เมื่อรับน้ำหนักของตัวหุ่น แล้วจะเกิดพื้นที่สัมผัสมากขึ้น เพราะความนิ่ม

C คือ ยางนิ่มมาก  เมื่อรับน้ำหนักของตัวหุ่น แล้วจะเกิดพื้นที่สัมผัสมากกว่า B เพราะความนิ่มมากกว่า B

แต่จริง ๆ เวลาเราหล่อเอง ถ้าวัดหรือตวงอัตราส่วนผสมของยางซิลิโคน ไม่แม่นยำ+เวลาในการผสม+ฟองน้ำที่เกิดจากการคนหรือผสมน้ำยางอีก จะมีความคลาดเคลื่อนมาก แรก ๆ ผมหล่อเองก็เจอปัญหานี้บ่อย ๆ คือยางแต่ละรุ่นมีความนิ่มไม่เท่ากันนั้นเอง  

#แล้วความนิ่มของยางซิลิโคนจะวัดกันอย่างไร  มีหน่วยวัดอะไร มีมาตรฐานอะไรไหม?

**เอาเรื่องมาตรฐานก่อนแล้วกัน มาตรฐานที่นิยมใช้ก็จะมีอยู่ประมาณ 3 มาตรฐานครับ คือ SHORE 00 , SHORE A , SHORE D  จริง ๆ อาจจะเรียกว่า Durometer type เป็นประเภทความแข็ง มีตั้งแต่ Type A ,

C , D , B , M , E , O , OO , DO , OOO , OOO-S  เป็นต้น ใครต้องการศึกษาข้อมูลที่ละเอียดลึกมากขึ้นค้นใน Wikipedia ด้วยคำว่า “Shore durometer” ครับ

** หน่วยหรือ Scale ที่ใช้ก็เอาชื่อมาตรฐานนั้นมาเรียกเลยก็ได้ เช่น ยางนี้มีความแข็ง 20 SHORE A เป็นต้น

** เครื่องมือที่ใช้วัดก็มีหลายแบบ แต่ที่นิยมใช้น่าจะเป็น Shore durometer  หน้าตาแบบในรูป ใช้หลักการจิ่มลงไปในเนื้อของวัสดุที่ต้องการวัด เล่าพอเท่านี้ก่อนไม่ลงลึกในรายละเอียดมากเดี๋ยวจะลึกไปโผล่ไม่ทันหายใจไม่ออกตายกันพอดี

#เอาเป็นว่ามาดูรูปด้านล่างกันเลยดีกว่า รูปล่างนี้เอาของฝรั่งมาและเพิ่มเติมข้อมูลนิดหน่อยนะ จะเป็นการเปรียบเทียบความแข็งความนิ่มของวัสดุต่าง ๆ ที่เรารู้จักกันดีว่าอยู่ประมาณไหน ดูกันและเปรียบเทียบกันเองครับ และเลือกสำหรับงานที่ตัวเองต้องการตามความเหมาะสมของงานดีกว่า  ไม่มีอะไรดีกว่ากัน

นอกจากข้อดีของยางซิลิโคนแล้ว มันก็มีข้อเสียเหมือนกันนะครับ

1.ข้อเสียข้อแรกเลย คือ ฝุ่น ดิน ในสนาม เกาะเร็วมาก เมื่อเกาะมาก ๆ ทำให้หน้ายางซิลิโคนไม่สัมผัสกับพื้นสนามตรง ๆ ทำให้การยึดเกาะมีประสิทธิภาพลดลง   สังเกตทีมต่าง ๆ ที่เป็นตัวเต็ง ๆ ในการแข่งขันแต่ละสนาม + ประสบการณ์ของผู้เข้าแข่งขัน มักจะถือผ้าไว้เช็ดล้อและสนามตลอด บางทีมพกทิชชู่เปียกเช็คกันเลย บางทีมมีน้ำยาพิเศษไว้ทำความสะอาดยางแบบซึมลึกถึงอณู  ไม่ของกล่าวถึงว่าน้ำยาอะไรนะ ไปค้นหาเอง และก็มีบางทีมใช้น้ำมัน sonax โซแน็กซ์ น้ำมันเอนกประสงค์ฉีดเช็ด อันนี้ใครจะใช้ก็ได้นะแต่มันจะทำลายเนื้อยางทำให้ยางเปื่อย ใช่อยู่ว่ามันจะทำให้เนื้อยางที่เปื่อยกลายเป็นกาว เหนียวมากด้วย แต่ยางก็จะหมดอายุการใช้งานในอีกไม่กี่วัน

2.ข้อเสียข้อถัดไปคือ มันมีความยืดหยุ่นสูง ปัญหานี้อาจจะไม่เกิดกับหุ่นยนต์ที่วิ่งช้า แต่จะเกิดปัญหากับหุ่นที่วิ่งเร็ว ๆ ใช้มอเตอร์แรง ๆ รอบอยู่ประมาณ 2000rpm ก็จะเจอปัญหานี้ คือเมื่อความเร็วรอบในการหมุน หมุนแรงมาก ๆ จะเกิดการสะบัดเหวี่ยงยาง ทำให้ยางยืดขยายตัวดีดตัวออกจากล้อหรือกะทะล้อ หลุดออกมาได้เลย   บางทีวิ่ง ๆ อยู่เกิดยางหลุดวิ่งแซงหุนตัวเองเข้าเส้นชัยก่อนก็มี 55

3.ด้วยความที่มันมีความยืดหยุ่นมากในข้อ 2 เราจึงต้องหลีกเลี่ยงการใช้ล้อใหญ่ ๆ ในการทำหุ่นวิ่งเร็ว ๆ ล้อเล็ก ๆ หมุนเร็วกว่าก็จริงแต่ด้วยน้ำหนักและเนื้อยางทำให้แก้ปัญหาในข้อที่ 2 ได้ระดับหนึ่ง

4. .. (ผมพยายามนึก) ใครมีอะไรเพิ่มเติมคอมเมนท์มาเลยครับ

ต่อไปเรื่องราคา ทำไมราคาล้อ + ยาง ค่อนข้างแพง?

ขั้นตอนการผลิตล้อ ส่วนใหญ่ใช้วัสดุเป็นอะลูมิเนี่ยม หรือเหล็ก หรือพลาสติกโรงงานอื่น ๆ ต้องเข้าโรงงานกลึงครับ ซึ่งการกลึงล้อก็จะต้องใช้เวลา ค่ากลึงก็แพง ถ้าใครมีเครื่องกลึงก็สบายเลย

บางคนทำเองก็อาจจะปริ๊นด้วยล้อเครื่อง 3D Printer เลย แต่ความนิ่งหรือความเที่ยงจะสู้การกลึงไม่ได้ แต่ก็พอใช้งานได้      ส่วนยาง จริง ๆ ราคาต้นทุนไม่แพงนะ ผมว่าไม่ถึง50บาทต่อชิ้นด้วยซ้ำ แต่ที่แพงอาจจะเกิดจากต้องทำโมลต้นแบบหรือชุดหล่อ ก็ได้มั้ง

สุดท้ายผมก็ต้องขายของ เพื่อนำมาเป็นทุนทำทีมหุ่นยนต์ของโรงเรียนตัวเองต่อไป โรงเรียนขนาดเล็กครับงบส่วนนี้ไม่มีต้องเข้าใจ
และผมได้นำเข้าชุดล้ออะลูมีเนี่ยมพร้อมยางซิลิโคน จาก JSUMO ประเทศตุรกีมาให้เลือกใช้กันครับ ผมนำเข้ามาเสียภาษีการนำเข้าอย่างถูกกฎหมายนะ และคนตุรกีเขาเป็นคนตลกมากเลยนะ ดูอย่างตอนเขาส่งของมา จ่าหน้าซอง หน้ากล่องเป็นประเทศตายแลนด์  เขาพิมพ์ที่อยู่ทุกอย่างมาถูกต้องนะ แต่บรรทัดสุดท้าย Tayland สุดท้ายก็ส่งมาถึงดินแดนแห่งความตายจนได้นะ ผ่าน DHL 555

เท่าที่ได้สัมผัสอะลูมิเนี่ยมเบามาก ๆ เหมาะสมสำหรับหุ่นวิ่งเร็ว ๆ ในสนามแข่งปีนี้  เนื้อยางนิ่ม มีความนิ่มให้เลือก 2 ขนาด สีดำนิ่มมาก 10 Shore A สีส้มนิ่มปานกลาง  20 Shore A เข้าไปแวะชมสินค้ากันนิดหนึ่งนะที่ลิงค์ล่างนี้

สีส้มนิ่มปานกลาง  20 Shore A http://www.krumon-robot.com/p/41

สีดำนิ่มมาก 10 Shore A      http://www.krumon-robot.com/p/42

ขอขอบพระคุณทุก ๆ ท่านครับ ถ้าข้อมูลผิดพลาดประการใดก็ขออภัยด้วยนะครับ..