editor

ผู้เขียน : editor

อัพเดท: 18 ส.ค. 2008 15.24 น. บทความนี้มีผู้ชม: 634404 ครั้ง

บทความเรื่องหุ่นยนต์จาก อาจารย์ ดร.ชิต เหล่าวัฒนา ผู้อำนวยการสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (FIBO)


ฝันไม่เฟื่องเรื่องแชมป์หุ่นยนต์

ผมมีฝันเสมอว่าในเวลาอันใกล้นี้คนไทยจะได้รับการกล่าวขวัญถึงจากการเป็นแชมป์หุ่นยนต์ระดับโลก แม้ว่าประเทศไทยมิได้เป็นผู้ริเริ่มเทคโนโลยีนี้ก็ตาม มีเสียงหัวเราะตามมาทุกครั้งที่เมื่อผมคิด ฝันและพูดถึงเรื่องนี้ แต่ผมยังคงเชื่อในความฝันตลอดมา แชมป์หุ่นยนต์ที่ผมกำลังกล่าวถึงนี้ มาจากการแข่งขันหุ่นยนต์เหมือนมนุษย์ (Humanoid) ในงานแข่งขันหุ่นยนต์ “โรโบคัพ” ซึ่งถือว่าเป็นเกมการแข่งขันประเภทที่ยากที่สุดที่ยากที่สุด เนื่องจากหุ่นยนต์ต้องทำงานโดยอัตโนมัติโดยตัวเขาเอง เดินและวิ่งสองขาเตะฟุตบอลเช่นเดียวกับมนุษย์

รศ.ดร.ชิต เหล่าวัฒนา ผู้อำนวยการสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม
สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ได้รับเชิญให้เข้าร่วมการแข่งขัน ในพ.ศ. 2548 และ พ.ศ. 2549 ที่ประเทศญี่ปุ่นและเยอรมนี ตามลำดับ ผมยินดีมากที่ทีมจากประเทศไทย ทีมที่ประเทศอื่นมองว่าเรามาจากประเทศด้อยพัฒนา สามารถทำคะแนนสูงเป็นอันดับ 8 และ 4 ในบรรดา 21 ทีมจากบรรดาประเทศพัฒนาแล้วทางอุตสาหกรรม ในพ.ศ. 2550 นี้เจ้าภาพการแข่งขันคือ สหรัฐอเมริกา ประเทศเจ้าของเทคโนโลยีที่ซับซ้อนและก้าวไกลด้านหุ่นยนต์ ผมและเพื่อนนักวิจัยไทยด้านหุ่นยนต์หลายคนก็ได้รับการฝึกฝนวิทยายุทธ์จากสำนักตักศิลาที่มีอยู่หลายแห่งในประเทศนี้ โดยทำการจัดการแข่งขันหุ่นยนต์ระดับนานาชาติ Robocup 2007 ขึ้น ณ กรุง Atlanta สหรัฐอเมริกา ระหว่างวันที่ 1 – 8 กรกฎาคม 2550

หุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ ของ FIBO
ทีมจากฟีโบ้ ชื่อ KMUTT ซึ่งเป็นตัวย่อของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ได้พัฒนาหุ่นยนต์อย่างต่อเนื่อง และมุ่งมั่นที่จะสร้างชื่อเสียงของมหาวิทยาลัย และประเทศไทย ให้เป็นที่รู้จักในวงการหุ่นยนต์ระดับโลก ซึ่งนอกจากหุ่นยนต์ ฮิวมานอยด์ “จี๊ด” และ “กาละแม” แล้ว ทีม KMUTT ได้สร้างหุ่นยนต์ “พอดี” ซึ่งเป็นหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ รุ่นที่ 4 โดยแก้ไขข้อด้อยหลายประการจากการแข่งขันในปีที่ผ่านมา ทำให้ พอดี มีสมรรถนะดียิ่งขึ้น ดร. ปาษาณ กุลวานิช หัวหน้าทีม คาดว่าการแข่งขันในปีนี้ ต้องคว้ารางวัล 1 ใน 3 ให้ได้

หุ่นยนต์ “จี๊ด”และ “กาละแม” เป็นหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์อัตโนมัติขนาดเล็กรุ่นที่ 3 (Third Generation Small Size Autonomous Humanoid Robot) ของสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (FIBO) รูปข้างๆแสดงให้เห็นหุ่นยนต์ “จี๊ด” เทียบกับลูกบอลขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 5 ซม. หุ่นยนต์รุ่นที่ 3 นี้มีจุดเด่นที่มีความคล่องตัวสูงในการเดิน มีความทนทานต่อแรงกระแทกเหมาะสำหรับใช้ในการแข่งขันฟุตบอลหุ่นยนต์

ระบบการเดินของหุ่นยนต์รุ่นที่ 3 มีพื้นฐานมาจากการสงวนค่าของโมเมนตัมเชิงมุม (Conservation of angular momentum) กล่าวคือ ระบบมีความสามารถในการสร้างสมดุลในการเดินให้เกิดขึ้นได้ตลอดเวลา โดยพิจารณาจากสภาพความเร็วในการหมุนของจุดศูนย์กลางมวลของหุ่นยนต์ ณ เวลาจริง ข้อมูลจากไจโร (Gyro sensor) ในรูปของความเร็วเชิงมุมของจุดศูนย์กลางมวลจะถูกป้อนกลับไปให้ระบบประมวลผลใช้ในการรักษาสมดุล 100 ครั้งใน 1 วินาที (100 เฮิร์ตซ์) หุ่นยนต์จึงมีความสมดุลในการเดินสูงและล้มยากกว่าหุ่นยนต์รุ่นเก่า อย่างไรก็ตามเมื่อมีเหตุทำให้หุ่นยนต์ล้มอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ระบบประมวลผลจะช่วยปรับให้หุ่นยนต์กลับลุกขึ้นมายืนได้เองโดยอัตโนมัติ (ดังรูปที่ 3) โดยใช้ข้อมูลจากตัวตรวจวัดความเอียง (Tilt Sensor) ตัวดำเนินการเชิงพันธุกรรมแบบหลายจุดประสงค์ (Multi-objective Genetic Algorithm) ได้ถูกนำมาใช้หาค่าตัวแปรควบคุมการเดินที่เหมาะสมกับพลังงานที่ใช้ , ความเร็วในการเดิน , เสถียรภาพของการเดินรวมไปถึงค่าการเดินแบบธรรมชาติ (Natural Dynamic)

ระบบการมองเห็นของหุ่นยนต์ใช้หลักการของการหาค่าสีต่าง ๆ ในสภาพแวดล้อมรอบหุ่นยนต์ เช่นหุ่นยนต์จะถูกกำหนดไว้ล่วงหน้าให้รับรู้ว่าลูกบอลมีสีส้ม คู่ต่อสู้มีสีดำ ประตูของฝ่ายตรงข้ามมีสีฟ้าหรือเหลือง ในเกมส์การแข่งขันหุ่นยนต์จะพยายามหาลูกบอลให้เจอก่อนหลังจากนั้นก็จะเดินเข้าหาลูกบอลก่อนที่จะเริ่มมองหาเป้าหมายคือประตูของฝ่ายตรงข้าม เมื่อได้มุมและระยะเตะที่ต้องการหุ่นยนต์ก็จะเตะลูกบอลเข้าหาประตู หุ่นยนต์มีระบบปัญญาประดิษฐ์ที่จะช่วยให้หุ่นยนต์สามารถคิดคำนวณเองได้ว่าจะต้องตัดสินใจอย่างไรในสถานการณ์ต่าง ๆ เช่นถ้าไม่เจอลูกบอลเลยจะทำอย่างไร ถ้าคู่ต่อสู้ครองลูกบอลอยู่จะต้องทำอย่างไร จะเตะลูกบอลให้ได้อย่างแม่นยำจะต้องทำอย่างไร

 

หุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ 'พอดี'
หุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ “พอดี” เป็นสมาชิกใหม่ของทีมฟุตบอลหุ่นยนต์ Team KMUTT เป็นหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์อัตโนมัติขนาดเล็กรุ่นที่ 4 ของฟีโบ้ ความสามารถพื้นฐาน เช่น ความสามารถในการมองหาวัตถุ ความสามารถ ในการลุกขึ้นยืน ความสามารถในการเดินหลากรูปแบบยังคงไว้เหมือนกับหุ่นยนต์รุ่นที่ 3 โดยที่ข้อด้อยหลายประการจากการแข่งขันในปีที่ผ่านมา ได้ถูกนำมาพิจารณาและปรับปรุงการออกแบบหุ่นยนต์รุ่นใหม่ให้มีสมรรถนะดียิ่งขึ้นดังนี้

* ระบบการมองเห็น : เปลี่ยนจากระบบการรับแสงของกล้องแบบ CMOS มาเป็นแบบ CCD เพื่อความคมชัดของสีรวมถึงความละเอียดที่เพิ่มขึ้นทำให้สามารถมองเห็นได้ไกลขึ้นจากระบบกล้องแบบเก่า

* ระบบการประมวล : เปลี่ยนจากระบบ Microcontroller มาเป็น ระบบประมวลผลโดยใช้ PC-104 พร้อมระบบปฏิบัติการ Window XP embedded เพื่อความยืดหยุ่นในการรองรับฮาร์ดแวร์ที่จะนำมาเชื่อมต่อกับหุ่นยนต์ นอกจากนี้ระบบปฏิบัติการยังช่วยให้การเขียนชุดคำสั่งเป็นไปได้อย่างสะดวกรวดเร็วยิ่งขึ้น

* ระบบการเดิน : ออกแบบข้อเข่าแบบใหม่โดยใช้มอเตอร์ 2 ตัวต่อหนึ่งข้อเข่าเพื่อเพิ่มความเร็วในการเปิดเข่ามีผลทำให้หุ่นยนต์เดินได้เร็วขึ้น

เทคโนโลยีหุ่นยนต์สู่ชีวิตจริง
จากที่กล่าวมาข้างต้นเราสามารถสรุปได้ว่าหุ่นยนต์นั้นประกอบด้วย 3 ระบบใหญ่คือ

  1. ระบบทางกล (Mechanical System)
  2. ระบบทางไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ (Electrical and computing system)
  3. ปัญญาประดิษฐ์ (Artificial intelligence)

หุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ ของ FIBO
หุ่นยนต์ทีมีสมรรถนะดีจะต้องมีส่วนประกอบทั้ง 3 ส่วนที่สมบูรณ์แบบ และสามารถทำงานร่วมกันได้อย่างลงตัว โครงสร้างหุ่นยนต์จะต้องมีความแข็งแรงทนทานและถูกออกแบบมาให้มีน้ำหนักเท่าที่จำเป็นจริง ๆ เท่านั้นหุ่นยนต์ที่มีน้ำหนักมากจะเคลื่อนที่หรือปฏิบัติการได้อย่าง เชื่องช้าและสิ้นเปลืองพลังงานมาก ระบบทางไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์จะต้องสามารถควบคุมการทำงานของระบบทางกลได้อย่างแม่นยำและไม่ทำให้ระบบโดยรวมก้าวเข้าสู่สภาวะผันผวน (Unstable) ซึ่งก่อให้เกิดความเสียหายต่อหุ่นยนต์ ระบบปัญญาประดิษฐ์เป็นส่วนที่ทำให้หุ่นยนต์แตกต่างไปจากเครื่องจักรกลธรรมดา ปัญญาประดิษฐ์จะช่วยให้หุ่นยนต์ตัดสินใจได้เองโดยประมวลผลจากสภาพแวดล้อมจริง ณ เวลาจริง (Real-time) ทั้งนี้และทั้งนั้นมิได้หมายความว่าหุ่นยนต์จะสามารถคิดเองได้ตั้งแต่ต้น แต่เป็นผู้ใช้หุ่นยนต์หรือมนุษย์เรานั่นเอง ที่จะต้องเป็นผู้เขียนโปรแกรมความฉลาดต่าง ๆ ให้หุ่นยนต์ ลองดูตัวอย่างการทำงานของหุ่นยนต์ “จี๊ด” ดังต่อไปนี้

* หุ่นยนต์สามารถเดินได้รวดเร็วโดยไม่ล้มเนื่องจากระบบควบคุมตำแหน่ง / ความเร็วของ มอเตอร์ (Motor position/speed control) สามารถทำงานได้อย่างแม่นยำ นอกจากนั้นระบบ ควบคุมลักษณะท่าทางของหุ่นยนต์ (Attitude control) ยังต้องทำงานได้อย่างไม่ผิดพลาดใน การรับข้อมูลจากเซ็นเซอร์ไจโรมาประมวลผลเพื่อสั่งการมอเตอร์อีกทอดหนึ่ง

* โครงสร้างทางกลจะประกอบไปด้วย แขน-ขา-ลำตัว ที่ทำมาจากวัสดุอะลูมิเนียมอัลลอยชิ้นส่วนทุกชิ้นถูกออกแบบโดยโปรแกรมCAD/CAMเพื่อให้ได้ขนาดน้าหนักและความแข็งแรงตามที่ต้องการ

* ระบบทางไฟฟ้าจะถูกออกแบบพร้อม ๆ กันไปกับระบบทางกลเพื่อให้ระบบทั้งสองมีความกลมกลืนกันและทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ

* แบบจะถูกนำมาใช้ในขั้นตอนการตัดเลเซอร์และผ่านขั้นตอนการพับโลหะ (Sheet metal forming)

* มอเตอร์ที่จะใช้ขับเคลื่อนข้อต่อต่างๆจะถูกเลือกจากแบบจำลองการทำงานของหุ่นยนต์เบื้องต้น (Preliminary motor sizing by computer simulation)

* หลังจากประกอบหุ่นยนต์แล้วเราจะต้องปรับแต่งระบบต่าง ๆ ให้สามารถปฏิบัติงานได้ตามที่ออกแบบไว้ในแบบจำลองคอมพิวเตอร์

ที่ผมจั่วหัวบทความว่า “ฝันไม่เฟื่อง” ก็เพราะเยาวชนไทยในทีม KMUTT นี้ทำงานอย่างหนัก ใช้วิชาการที่ร่ำเรียนมาอย่างเต็มที่ มีมุมมองทางเทคโนโลยีที่กว้างขวาง รู้ลึกซึ้ง คิดเป็นระบบ และจบด้วยการทำงานเป็นทีมเพื่อพัฒนาผลงานออกมาร่วมกัน

พวกเขาจะเป็นแชมป์การแข่งขันโรโบคัพอย่างที่ตั้งใจไว้หรือไม่? ต้องมาลุ้นกัน แต่สำหรับผมแล้ว ลูกศิษย์เหล่านี้ได้เป็น “แชมป์” ยอดนักสู้แล้วครับ




ข้อคิดเห็น/เสนอแนะ มาที่ผู้เขียนได้ที่ djitt@fibo.kmutt.ac.th



drdjitt7070.jpg

รู้จักผู้เขียน
รศ.ดร. ชิต เหล่าวัฒนา
จบปริญญาตรีวิศวกรรมศาสตร์ (เกียรตินิยม) จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ไดัรับทุนมอนบูโช รัฐบาลญี่ปุ่นไปศึกษาและทำวิจัยด้านหุ่นยนต์ที่มหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น เข้าศึกษาต่อระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอน สหรัฐอเมริกา ด้วยทุนฟุลไบรท์ และจากบริษัท AT&T ได้รับประกาศนียบัตรด้านการจัดการเทคโนโลยีจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งมลรัฐแมสซาชูเซสต์ (เอ็มไอที) สหรัฐอเมริกา

ภายหลังจบการศึกษา ดร. ชิต ได้กลับมาเป็นอาจารย์สอนที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี และเป็นผู้ก่อตั้งสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม หรือที่คนทั่วไปรู้จักในนาม “ฟีโบ้ (FIBO)” เป็นหน่วยงานหนึ่งในมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี เพื่อทำงานวิจัยพื้นฐาน และประยุกต์ด้านเทคโนโลยีหุ่นยนต์ ตลอดจนให้คำปรึกษาหน่วยงานรัฐบาล เอกชน และบริษัทข้ามชาติ (Multi-national companies) ในประเทศไทยด้านการลงทุนทางเทคโนโลยี การใช้งานเทคโนโลยีอัตโนมัติชั้นสูง และการจัดการเทคโนโลยีสารสนเทศอย่างมีประสิทธิภาพ



บทความนี้เกิดจากการเขียนและส่งขึ้นมาสู่ระบบแบบอัตโนมัติ สมาคมฯไม่รับผิดชอบต่อบทความหรือข้อความใดๆ ทั้งสิ้น เพราะไม่สามารถระบุได้ว่าเป็นความจริงหรือไม่ ผู้อ่านจึงควรใช้วิจารณญาณในการกลั่นกรอง และหากท่านพบเห็นข้อความใดที่ขัดต่อกฎหมายและศีลธรรม หรือทำให้เกิดความเสียหาย หรือละเมิดสิทธิใดๆ กรุณาแจ้งมาที่ ht.ro.apt@ecivres-bew เพื่อทีมงานจะได้ดำเนินการลบออกจากระบบในทันที