เป็นเอนทรีเฉพาะกิจต้อนรับการแข่งขัน Thailand Rescue Robot ซึ่งเป็นศึกลับสมองประลองหุ่นยนต์ของชาวช่างเทคนิค ทั้งอาชีวศึกษา และอุดมศึกษา และทาง จขบ. เองก็ได้เกริ่นไปในเอนทรีที่แล้วถึงความหมายของ "หุ่นยนต์กู้ภัย"
หมายเหตุ : รูปภาพประกอบทั้งหมดนี้เป็นลิขสิทธิ์ของกลุ่มนักวิจัยหุ่นยนต์ มหาวิทยาลัยราชภัฏนครราชสีมา (Ratchasima Rajbhat Robotics Researcher) หรือ Four-R อนุญาตให้นำไปเผยแพร่ได้ โดยยึดหลักอนุสัญญาครีเอทีฟคอมมอนส์ ชนิดระบุที่มา-ไม่ใช่เพื่อการค้า-อนุญาตแบบเดียวกัน 3.0
มาถึงเอนทรีนี้ก็จะขอติววิชาการสร้าง "หุ่นยนต์กู้ภัย" เบื้องต้น สำหรับผู้ที่สนใจ ทั้งจากสถานศึกษา หรือกลุ่มแข่งขันหน้าใหม่ๆ พร้อมกับแนะแนวกฏ กติกาการแข่งขันอย่างง่ายที่สุด เท่าที่ จขบ. จะแปลความหมายออก พูดง่ายๆ คือเอนทรีนี้จะไม่ลงลึกมากนัก ขอเพียงแค่สามารถออกแบบ และนำไปสร้างตามที่ได้คิดเอาไว้
-------------------
การออกแบบหุ่นยนต์ตามกฏกติกา
โดยกฏกติกาสำคัญที่เกี่ยวกับหุ่นยนต์นั้น จะช่วยให้กำหนดตัวเลือกในการสร้างหุ่นยนต์กู้ภัยขึ้นมาหนึ่งตัว และมีอุปกรณ์ติดตามตามมาตรฐานการแข่งขันสากลอีกด้วย โดยกฏดังกล่าวจะมีดังนี้
หุ่นยนต์จะต้องมีลักษณะเฉพาะตัว โดยไม่มีโครงสร้าง ขนาด รูปร่าง เหมือนกับทีมอื่นๆ ไม่ว่าในสถาบัน
เดียวกันหรือต่างสถาบันฯ
หมายความว่าหุ่นยนต์ที่ส่งเข้าแข่งขันนั้น จะต้องออกแบบให้ไม่เหมือนกัน ในลักษณะโครงสร้าง โดยปกติหุ่นยนต์กู้ภัยจะมีขนาดเท่ากับรถถังขนาดย่อส่วน มีระบบการขับเคลื่อนหลากหลายแบบ การติดตั้งอุปกรณ์ที่จำเป็น และการจัดวางโครงสร้างนั้นก็จะไม่มีส่วนใดเหมือนกับทีมอื่นๆ ซึ่งเรียกได้ว่าหุ่นยนต์กู้ภัยทุกตัวล้วนมีรูปร่างไม่ซ้ำแบบใครเลย
จะต้องออกแบบให้สามารถผ่านช่องทางต่างๆ ในสนามได้ โดยไม่ทำลายสนาม
หุ่นยนต์กู้ภัยทุกตัว จะต้องออกแบบให้สามารถผ่านอุปสรรคจำลองได้ทุกรูปแบบ โดยไม่ทำให้เกิดความเสียหายต่อตัวสนาม และตัวหุ่นยนต์เอง ซึ่งอย่างน้อยหุ่นยนต์กู้ภัย จะมีลักษณะที่สามารถเข้าถึงเป้าหมายได้โดยไม่ติดขัดกับอุปสรรคอะไรก็ตาม เพราะว่าหุ่นยนต์กู้ภัยในอุดมคตินั้น ถูกออกแบบมาเพื่อให้สามารถค้นหาผู้ประสบภัย ในขณะที่กำลังคนเข้าไปไม่ถึง นั่นเอง
น้ำหนักหุ่นยนต์แต่ละตัวจะต้องไม่เกิน 50-70 กิโลกรัม
หุ่นยนต์กู้ภัยจะต้องรักษาน้ำหนักตัวของมันตามมาตรฐานที่กำหนด ตราบใดที่ยังมีอุปกรณ์ที่ถูกติดตั้งเอาไว้มากมาย ซึ่งโดยรวมแล้ว วัสดุที่ใช้ทำก็มีเรื่องของน้ำหนักเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย อย่างไรแล้ว การที่กฏกำหนดเรื่องของน้ำหนักตัวหุ่นยนต์นี้ ก็จะช่วยในเรื่องของความสะดวกการขนย้าย ความปลอดภัยในขณะเคลื่อนผ่านอุปสรรคจำลอง หรือช่วยให้หุ่นยนต์เคลื่อนตัวได้ไวขึ้น เป็นต้น
อนุญาตให้ใช้อุปกรณ์สื่อสารระหว่างผู้ควบคุมและหุ่นยนต์เท่านั้น
หมายถึงการสื่อสารเพื่อควบคุมกันระหว่างตัวผู้ใช้งาน กับตัวหุ่นยนต์ ซึ่งจะต่างจากการแข่งขัน ABU Robocon หรือการแข่งขันหุ่นยนต์รูปแบบอื่นๆ ก็คือ การใช้ระบบควบคุมระยะไกลผ่านระบบไร้สาย แน่นอนว่าการควบคุมแบบเดินตามนั้นจะใช้ไม่ได้กับการแข่งขันนี้แน่นอน และก็จะกล่าวกันในหัวข้อถัดไป
ที่มา : กฏ กติกาการแข่งขันหุ่นยนต์กู้ภัย (CEDT)
-------------------
รู้จักกับประเภทหุ่นยนต์กู้ภัย
ในการแข่งขันนั้นจะแบ่งหุ่นยนต์กู้ภัยไว้ 2 จำพวก ซึ่งจะแบ่งตามลักษณะการทำงานที่พึงประสงค์ ดังนี้
1. หุ่นยนต์กู้ภัยชนิดมีผู้ควบคุม (Manual Rescue Robot) ควบคุมด้วยวิทยุ หรือระบบเครื่อข่ายไร้สายระยะไกล มีเครื่องมือที่จำเป็นสำหรับค้นหา และระบุผู้ประสบภัย โดยถูกออกแบบมาให้สามารถปีนป่ายอุปสรรคจำลองได้สบายๆ และนิยมขับเคลื่อนด้วยระบบสายพานแบบเดียวกับรถถัง
ตัวอย่างหุ่นยนต์กู้ภัยชนิด Manual จากทีม iRAP_iRATE (2010)
ตัวอย่างหุ่นยนต์กู้ภัยชนิด Manual จากทีม CEO MISSION (2010)
2. หุ่นยนต์กู้ภัยชนิดควบคุมอัตโนมัติ (Automatic Rescue Robot) ควบคุมด้วยเครื่องคอมพิวเตอร์พกพาเครื่องเดียว ซึ่งถูกเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ควบคุมสั่งการตลอดเวลา รูปร่างเล็ก แต่จะไม่ถนัดเรื่องการปีนป่ายมากนัก และส่วนใหญ่ขับเคลื่อนด้วยล้อธรรมดาทั่วไป
ตัวอย่างหุ่นยนต์กู้ภัยชนิด Automatic จากทีม iRAP (2010)
ตัวอย่างหุ่นยนต์กู้ภัยชนิด Automatic จากทีม CEO MISSION (2010)
การออกแบบหุ่นยนต์
เมื่อได้ทราบกฏกติกาหลักๆ เกี่ยวกับการแข่งขันแล้ว ก็จะนำผู้ชมผู้อ่านไปรู้จักกับส่วนประกอบต่างๆ ที่จำเป็นในการสร้างหุ่นยนต์ขึ้นมา 1 ตัว ตามลักษณะดังรูปด้านล่างนี้
- ตัวถัง
- ล้อ และสายพาน
- ส่วนระบบขับเคลื่อน
- แขนกล
- อุปกรณ์ควบคุม สั่งการ
- อุปกรณ์ตรวจจับ
- ระบบกล้องวงจรปิด
- อุปกรณ์ระบบเครือข่ายไร้สาย
- แหล่งจ่ายพลังงาน
ตัวถัง
สนามอุปสรรคจำลองส่วนใหญ่จะมีหลากหลายแบบ ซึ่งจะมีอุปสรรคที่เหล่ามือใหม่หัดแข่งต้องเจอก็คือ "หมุดต่างระดับ" รูปแบบต่างๆ โดยเฉพาะหมุดปราบเซียนอย่าง "หมุด 4 มุม" ซึ่งก็มีผลทำให้หุ่นยนต์ติดอุปสรรคนี้ หากออกแบบให้มีความกว้างมากเกินไป แม้ว่าจะช่วยในเรื่องของการซ่อมบำรุงที่ง่ายดายกว่า
การออกแบบที่กำลังนิยมในขณะนี้คือ ออกแบบให้มีความกว้างของหุ่นน้อยลง และปีนป่ายหมุดได้ดีกว่า แต่ก็ต้องแลกมาด้วยความยุ่งยากในการซ่อมบำรุงอีกเท่าตัว หรือใช้ความสามารถของขาเสริมในจุดนี้โดยการยกตัวหุ่นยนต์ให้พ้นจากอุปสรรคไป
ส่วนวัสดุที่ใช้ทำตัวถัง ต้องคำนึงถึงความแข็งแรง ทนทาน ซึ่งมีวัสดุต่างๆ ให้เลือกใช้ในการสร้างตัวถัง เช่น อะลูมิเนียม เหล็ก สแตนเลส เป็นต้น ซึ่งจุดนี้ก็ต้องมาคำนึงถึงเรื่องน้ำหนักกันอีกที
ล้อ และสายพาน
นิยมใช้ระบบสายพาน(ภาษาบ้านๆ เรียก "ตีนตะขาบ")แทนระบบล้อ เพราะระบบสายพานสามารถกระจายแรงกดเพลา น้ำหนัก แรงกระแทก ได้ดีกว่า และปีนป่ายได้ดีในบางอุปสรรคที่ระบบล้อธรรมดาทำไม่ได้ หลักๆ จะประกอบไปด้วย แผ่นโลหะหนาๆ โซ่ปีก และวัสดุดูดซับแรงกระแทก
แต่ก็อย่าลืมว่าระบบสายพานที่จะนำมาใช้นั้น ควรติดตั้งวัสดุดูดซับแรงกระแทกด้วย ซึ่งวัสดุดูดซับแรงกระแทกนั้นสามารถหาซื้อได้ในพื้นที่ เช่น ยางรองตู้ลำโพง สายยาง ฟองน้ำ หรือแม้กระทั่งมือจับรถจักรยานยนต์(ก็ยังมี...)
ส่วนระบบขับเคลื่อน
ในที่นี้หมายถึง "มอเตอร์" นี่คือหัวใจหลักของการขับเคลื่อนหุ่นยนต์ได้ตามวัตถุประสงค์ ไม่ว่าหุ่นยนต์นั้นจะออกแบบมาอย่างไร ขาด "มอเตอร์" ไปก็ไม่มีความหมาย
มอเตอร์ส่วนใหญ่จะมีแรงบิดสูงๆ เพราะมีระบบห้องเกียร์เข้ามาเกี่ยวข้อง แถมยังสามารถเลือกทิศทางการหมุนได้เมื่อสลับสาย หรือควบคุมด้วยวงจรขับมอเตอร์ และใช้กำลังไฟสูงกว่ามอเตอร์ชนิดอื่นๆ ที่ขนาด 12-48 Vdc
มอเตอร์เกียร์ขนาดใหญ่(รอบสูง)
มอเตอร์เกียร์ขนาดกลาง
มอเตอร์ที่ใช้นั้นมีหลากหลายขนาด ขนาดใหญ่ใช้กับการขับเคลื่อนหนักๆ ควบคู่กับระบบสายพาน ขนาดกลางนั้นใช้เสริมระบบทางกลอย่างการส่ายแขน การยกขา และขนาดเล็กๆ นั้นจะมีบทบาทกับส่วนแขนกลโดยเฉพาะ
มอเตอร์เกียร์ขนาดเล็ก
แขนกล
เป็นส่วนสำคัญที่สุดในการปฏิบัติการภารกิจในการแข่งขัน เป็นแหล่งรวมการติดตั้งอุปกรณ์ตรวจจับต่างๆ ตามมาตรฐานการแข่งขันสากล ความสามารถที่กำลังนิยม คือการที่มันสามารถยืดแขนกลได้สูงถึง 1.50 เมตรโดยประมาณ หรือมากกว่า และสามารถหมุนส่ายแขนกลได้ 270 องศาเหมือนรถยกทั่วไป ขณะที่หุ่นยนต์นั้นอยู่กับที่
หลักๆ แล้วแขนกลจะมีวิธีการยืด 2 แบบ คือ ใช้มอเตอร์ขับโดยตรงผ่านเฟืองสะพาน อาจขับโดยระบบโซ่ หรือไม่ก็ใช้มอเตอร์ขับร่วมกับบอลสักรู และวิธีการพับ/กางแขนกลนั้น ก็จะเป็นลักษณะเดียวกัน
สังเกตดีๆ บางทีมใช้บอลสักรู หรือเฟืองสะพานร่วมด้วย (หุ่นของทีม iRAP_JUDY และ SUCCESS)
อุปกรณ์ควบคุม สั่งการ
ระบบควบคุมสั่งนี้อาจหมายถึง Microcontroller และวงจรขับคุมต่างๆ ภายในตัวหุ่นยนต์ นี่คือหัวใจสำคัญที่มีบทบาทไม่ต่างจากระบบคอมพิวเตอร์มากนัก แต่มันสามารถสั่งการให้หุ่นยนต์ทำงานได้ตามคำสั่งที่ต้องการ ส่วนมากจะใช้ในลักษณะการควบคุมการทำงานของมอเตอร์ รับ/ส่งค่าที่ได้จากอุปกรณ์ตรวจจับ ควบคุมวงจรภายใน รับ/ส่งค่าไปยังวงจรระบบเครือข่าย หรือเปิด/ปิดความสามารถของอุปกรณ์เสริมบนตัวหุ่นยนต์
ระบบ Microcontroller มีให้เลือกใช้งานมากมาย ตามความยากง่ายของการทำความเข้าใจ เช่น PIC16, MCS51, ARM7, STM8, 86HC, Z80 และรวมไปถึง AVR Arduino ที่มีความนิยมในปัจจุบัน
วงจรควบคุมหลัก ใช้ AVR Aduino Mega1280
และรวมไปถึงวงจรต่างๆ ภายในตัวหุ่น เช่น วงจรแปลงสัญญาณอนุกรม(RS232 converter) วงจรขับมอเตอร์(motor drive) หรือวงจรไฟฉาย(flashlight circit) เป็นต้น
อุปกรณ์ตรวจจับ
เรียกกันในภาษาช่างว่า "เซนเซอร์" นี่เป็นอุปกรณ์มาตรฐานของการแข่งขัน โดยจะใช้ร่วมกับการสร้างพื้นที่ แผนที่ และเส้นทางที่หุ่นยนต์เคลื่อนผ่าน หรือใช้เพื่อตรวจหาสิ่งแปลกปลอมต่างๆ ในการค้นหา และระบุจุดพบ สำหรับผู้ประสบภัยจำลอง เช่น ความร้อน ก๊าซ เสียง เป็นต้น โดยทั้งหมดนี้จะเชื่อมต่อเข้ากับ วงจรรับ/ส่ง ก่อนจะเข้าไปยัง Microcontroller ต่อไป
อุปกรณ์ตรวจจับชนิดคลื่นความถี่สูง
อุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิ
อุปกรณ์ตรวจจับก๊าซ ไมโครโฟน ไฟฉาย นิยมติดตั้งไว้กับกล้องมองผู้ประสบภัย
อุปกรณ์ที่ตรวจจับสำคัญๆ จะเน้นในเรื่องของแผนที่สนามเป็นหลัก ไล่มาตั้งแต่ใช้ ultrasonic sensor (อุปกรณ์ตรวจจับชนิดคลื่นความถี่สูง) อย่าง SPF-05 ทำงานง่ายแต่ไม่คล่องตัว หรือจะเล่นของแพงๆ ยุ่นๆ แต่มีความเที่ยงตรง แม่นยำ อย่าง Hokuyo ในลักษณะ Laser Scanner (อุปกรณ์ตรวจจับด้วยเลเซอร์ความถี่สูง) ก็ได้
ระบบกล้องวงจรปิด
จำเป็นอย่างมากสำหรับการมองเห็นของผู้ควบคุม เนื่องจากการแข่งขันนั้นผู้ความคุมจะต้องอยู่นอกเขตสนาม คอยควบคุมหุ่นยนต์ให้สามารถปฏิบัติตามภารกิจ ซึ่งแน่นอนว่าเราจะมองไม่เห็นหุ่นยนต์ที่กำลังเคลื่อนที่อยู่ได้ ระบบกล้องวงจรปิดนั้นถือว่าเป็นหนึ่งในอุปกรณ์มาตรฐานสำหรับช่วยให้ผู้ควบคุม มองเห็นสถานการณ์โดยรวมรอบตัวหุ่นยนต์(ทั้งตัว) และช่วยในการมองหาผู้ประสบภัยตามจุดต่างๆ ภายในสนามแข่งได้
กล้องชนิดใช้ในการสนทนาผ่านเว็บ
ระบบกล้องวงจรปิดนั้นใช้ได้ 2 แบบคือ ระบบ PAL และระบบ NTSC โดยกล้องทุกตัวจะต้องต่อเข้ากับวงจรควบคุมสัญญาณ(Video cross) ก่อนจะถูกส่งออกทางคลื่นวิทยุไปยังชุดรับสัญญาณระยะไกลที่ตัวผู้ควบคุม กล้องวงจรปิดจะมีกี่ตัวก็ได้ แต่ควรจะมีอย่างต่ำ 2-4 ตัว สำหรับมองดูสถานะการทำงานของหุ่นยนต์ และเผื่อไว้สำหรับกรณีฉุกเฉินในขณะทำการแข่งขัน กล้องสนทนาผ่านโปรแกรมแชท หรือ web camera ก็สามารถประยุกต์ได้เหมือนกัน แต่มุมมองอาจจะกระตุกไปหน่อย แต่ส่วนใหญ่กล้อง web camera เหมาะสมที่จะนำมาใช้กับหุ่นยนต์แบบอัตโนมัติ เพราะสามารถใช้ระบบประมวลผลภาพ(image processing)ร่วมกับโปรแกรมควบคุมที่ได้เขียนขึ้น เพื่อค้นหาหรือจับภาพต้องสงสัย ที่คาดว่าน่าจะเป็นจุดพบผู้ประสบภัยในสนามด้วย
อีกหนึ่งทางเลือกก็คือ ใช้ IP camera ในลักษณะการเชื่อมต่อด้วย Video server ถึงแม้จะมีราคาสูง หาซื้อได้ยาก และบริโภคช่องทางการส่งข้อมูลเครือข่ายไปเยอะ แต่ก็ให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า เพราะระบบ IP Camera จะเอาข้อดีของทั้งกล้องวงจรปิดธรรมดา กับกล้อง web camera มารวมกันนั่นเอง
อุปกรณ์ระบบเครือข่ายไร้สาย
จำเป็นที่สุดในการสั่งการควบคุมหุ่นยนต์จากระยะไกล เน้นในด้านระบบควบคุมไร้สายเป็นหลัก และอาจจะต้องดัดแปลงให้เชื่อมต่อเข้ากับ Microcontroller ด้วยวงจรแปลงสัญญาณอนุกรม หรือใช้วงจรสำเร็จสำหรับเชื่อมต่อกับระบบเครือข่ายไร้สายโดยตรงได้เลย
มาตรฐานระบบควมคุมระยะไกลสามารถเลือกนำมาใช้ได้ถึง 3 แบบคือ มาตรฐาน IEEE802.11a/b/g/n (Wi-Fi) มาตรฐาน IEEE802.15(Bluetooth) และมาตรฐาน IEEE802.15.4 (Zigbee) แน่นอนว่าระบบควบคุมระยะไกลชนิดไร้สายแบบ remote control ชนิด 4-6 channel สำหรับของเล่นบังคับวิทยุ ก็สามารถใช้การได้เช่นกัน
หุ่นยนต์กู้ภัยชนิดควบคุมด้วยวิทยุ (ปี 2008-2009)
แหล่งจ่ายพลังงาน
ใช้แบตเตอรี่เป็นหลัก มีให้เลือกใช้หลากหลายแบบ และใช้แรงดันไฟตั้งแต่ 12-48 Vdc เช่น
- Lead-Acid battery : แบตเตอรี่ชนิดตะกั่วกรด นิยมใช้ในการแข่งขัน ABU robocon ใช้กับเครื่องสำรองไฟ หรือใช้กับรถจักรยานยนต์ เพราะไม่ต้องเติมน้ำกลั่น ง่ายต่อการนำไปประจุใหม่ แต่กลับมีน้ำหนักมาก
- Lithium-Ion battery : แบตเตอรี่ชนิดลิเทียม-ไอออน นำมาต่อวงจรผสมเพื่อเพิ่มทั้งแรงดันและกระแส แต่ไม่สามารถใช้กับอุปกรณ์ที่ต้องการกระแสสูงๆ ได้ และอาจเสื่อมสภาพเร็วหากไมได้นำกลับมาประจุใหม่
- Lithium-Ion Polymer battery : แบตเตอรี่ชนิดลิเทียม-โพลิเมอร์ เรียกย่อๆ ว่า Li-Po มีขนาดเล็กกระทัดรัดและเบา มีให้เลือกหลากหลายขนาด ตั้งแต่ 3 เซลล์ (12 Vdc) ไปจนถึง 8 เซลล์ (48 Vdc) นิยมใช้กับของเล่นบังคับวิทยุที่กินพลังงานมากๆ แต่ก็เสื่อมสภาพเร็วหากไม่ได้นำกลับมาประจุใหม่ หรือใช้จนหมดประจุ และต้องใช้เครื่องประจุแบตเตอรี่เฉพาะทางสำหรับการประจุพลังงานใหม่ในแต่ละครั้ง
ตัวอย่างแบตเตอรี่ชนิดลิเทียม-โพลิเมอร์
ตัวอย่างแบตเตอรี่ชนิดนิเกิล-เมทัลออกไซด์(NIMH) ตระกูลเดียวกับแบตเตอรี่ชนิดลิเทียม-ไอออน
ตัวอย่างแบตเตอรี่ชนิดตะกั่วกรด
โดยแหล่งจ่ายพลังงานก็มีผลในด้านน้ำหนักตัวหุ่นยนต์เหมือนกัน สิ่งนี้ก็ต้องคำนึงถึงด้วย
-------------------
ถึงตรงนี้แล้วใช่ว่าการสร้างและออกแบบหุ่นยนต์จะเป็นเพียงอีกเรื่อง การที่มีกฏกติกาที่เกี่ยวข้องกับหุ่นยนต์นั้นจะช่วยให้หุ่นยนต์สามารถนำไปแข่งขันได้ตรงตามมาตรฐานสากล และช่วยให้เกิดความยุติธรรมเสมอภาคในการตัดสินทุกๆ ด้าน เช่นเดียวกัน
ขอขอบคุณที่ให้การสนับสนุนมาในที่นี้ สำหรับผู้เข้าชม และผู้สนใจ เป็นตัวเลือกเฉพาะเมื่อจะส่งทีมเข้าแข่งขันเพื่อพัฒนาความสามารถให้เกินขีดจำกัดของตนเอง
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น