editor

ผู้เขียน : editor

อัพเดท: 18 ส.ค. 2008 15.24 น. บทความนี้มีผู้ชม: 655640 ครั้ง

บทความเรื่องหุ่นยนต์จาก อาจารย์ ดร.ชิต เหล่าวัฒนา ผู้อำนวยการสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (FIBO)


หุ่นยนต์สำรวจ

สัปดาห์ก่อนผมได้เขียนถึงโอกาสที่หุ่นยนต์ไทยจะเข้าแข่งขันเพื่อไปให้ถึงดวงจันทร์ได้ ในงาน “The Google Lunar X PRIZE” มีท่านผู้อ่านให้กำลังใจทั้งในเว็ปข่าวผู้จัดการ และส่งอีเมลล์มาถึงผมโดยตรง ผมขอขอบพระคุณอย่างมากครับสำหรับแรงเชียร์และกำลังใจที่ให้

เมื่อต้องออกแบบหุ่นยนต์สำรวจ วิศวกรจะต้องรู้ลักษณะพื้นผิว (Terrain) ที่หุ่นยนต์ต้องมีการเคลื่อนที่ โดยทั่วไปแล้วหากผิวเรียบหรือไม่ขรุขะมากนัก กลไกการเคลื่อนที่ใช้มักมีลักษณะคล้ายๆกับที่เราพบเห็นในรถยนต์ ในกรณีที่พื้นผิวค่อนข้างลื่นจากดินโคลน ล้อรถถังแบบตีนตะขาบจะช่วยเราบังคับทิศทางของหุ่นยนต์ได้ดีขึ้น หุ่นยนต์ล้อ(Wheeled Robots) มักหลบหลีกสิ่งขีดขวางที่มีขนาดโตกว่ารัศมีของล้อเพราะข้ามไปไม่ไหว ยกเว้นจะใช้กลไกพิเศษเป็นตะเกียบคู่หน้าที่สามารถยกส่วนหน้าของหุ่นยนต์ขึ้นมาได้ ข้อดีของหุ่นยนต์เคลือ่นที่ในลักษณะล้อนี้คือสามารถเคลื่อนที่ได้ในระยะไกลได้ ดังเช่นในกรณีการแข่งขัน DRAPA Grand Challenge เนื่องจากเราสามารถแปรพลังงานจนน์จากการหมุนมาเป็นงานจากการเคลื่อนที่ได้สูงกว่ากลไกการเคลื่อนที่ด้วยขา

อย่างไรก็ตาม หุ่นยนต์เคลื่อนที่ด้วยขา (Walking Robots) ได้ถูกศึกษาและพัฒนามาตลอดระยะเวลา 15 ปีที่ผ่านมาเนื่องจากมีศักยภาพสูงในงานสำรวจที่ขรุขระมากๆ และไม่สามารถคาดเดาได้ล่วงหน้าตลอดจนความเร็วไม่ได้เป็นความต้องการหลัก ซึ่งก็ตรงกับการเคลื่อนที่บนพื้นผิวดวงจันทร์หรือดาวอังคาร การควบคุมที่เกี่ยวข้องนั้นยุ่งยากขึ้นตามจำนวนขาของหุ่นยนต์ครับ ศาสตราจารย์รอดนีย์ บรูคส์ แห่งสถาบันเทคโนโลยีแห่งมลรัฐแมสซาซูเซสต์ ได้ออกแบบระบบควบคุมแบบตอบสนอง (Reactive Control System) เพื่อนำทางให้กับหุ่นยนต์แมลงหกขาที่ท่านสร้างขึ้น ท่านอาศัยหลักการเลียนแบบสิ่งมีชีวิตที่ต้องการเอาตัวรอดในสภาวะอันตราย ใช้การคำนวณที่ไม่ซับซ้อน เป็นวิธีการที่น่าสนใจไม่น้อยและมีการใช้ประโยขน์จากปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence)ผมขอให้รายละเอียดเมื่อโอกาสอำนวยครับ

การควบคุมหุ่นยนต์เคลื่อนที่ด้วยขาในเชิงวิศวกรรมศาสตร์ น่าจะเป็นแนวทางที่รวมศูนย์ทั้งระดับล่างและระดับนโยบาย (Low and Policy Levels) เข้ามาด้วยกัน (Task Control Architecture:TCA) โมดูลทีซีเอนี้ติดต่อโดยตรงแบบสื่อสารสองทิศทาง (Bilateral) กับส่วนทำงานต่างๆดังนี้ Scanner Interface ที่รับข้อมูลมาจากเซนเซอร์เช่น Laser Range Finder, Stereo Vision Cameras, Infared, Sonar เป็นต้น ในลักษณะที่หุ่นยนต์มีเซนเซอร์ทำงานอยู่ด้วยหลายตัวเช่นนี้ จำเป็นต้องมี Image Queue Manager เพื่อรอการตีความร่วมกันของข้อมูล (Sensor Fusion)

เมื่อผสมผสานข้อมูลได้เรียบร้อยแล้ว โมดูลทีซีเอจะส่งข้อมูลนี้ต่อไปยังที่ Terrain Map Builder เพื่อสร้างแผนที่ภาพสามมิติให้หุ่นยนต์เข้าใจ ภาพสามมิตินี้ถูกแปรเปลี่ยนให้อยู่ฟอร์แมตต์ที่มนุษย์เข้าใจผ่าน User Inteface เพื่อแทรกแทรงและควบคุมได้บ้างในบางกรณี(Supervision) โดยทั่วไปนั้นไม่มีโอกาสกระทำได้แบบเรียลไทม์เลยครับเพราะสัญญาณควบคุมระหว่างโลกและดวงจันทร์หรือดาวอังคารใช้เวลาเดินทางพอสมควร จึงจำเป็นที่ต้องสร้างหุ่นยนต์สำรวจประเภทนี้ให้พึ่งตนเองให้มากที่สุด และการพึ่งตนเองในที่นี้คืออย่าเดินหลงไปตกหลุมลึก ซึ่งต้องอาศัยส่วนทำงานเพิ่มเติมดังต่อไปนี้ Gait Planner นำแผนที่มากำหนดท่าทางการเดิน ท่านผู้อ่านอย่าเพิ่งเข้าใจว่าท่าทางการเดินเป็นของง่ายนะครับเพราะหุ่นยนต์ประเภทนี้มีตั้งแต่สามขาขึ้นไป ข้างไหนจะเดินจะไขว้ก็ต้องตระเตรียมให้ดี แม้แต่สองขาก็เถอะครับกว่าอาซิโมจะเรียนรู้เดินให้เหมือนมนุษย์ยังต้องใช้เวลาอยู่หลายปีทีเดียว

“สี่เท้ายังรู้พลาด นักปราชญ์ยังรู้พลั้ง” ให้วางแผนการเดินดีเช่นไร โอกาสวางเท้าผิดที่ผิดทางเช่นไปวางบนขอบแผ่นหิน หรือจังหวะวางไม่ถุกต้อง นั้นเกิดขึ้นได้เสมอ เราจึงมี Footfall and Leg-Recovery Planner เพื่อย้อนขั้นตอนถอยหลังออกมาจากตำแหน่งที่อันตรายได้อย่างทันท่วงที สุดท้ายทุกหน่วยทำงานที่ติดต่อโดยตรงอยู่กับโมดูลทีซีเอนั้น ต้องทำงานสอดคล้องกัน จึงต้องคอยตรวจสอบความถูกต้องอยู่ตลอดเวลาผ่านหน่วย Monitoring & Error Recovery ซึ่งการออกแบบหน่วยนี้มีชั้นความปลอดภัยหลายระดับแบบแมวเก้าชีวิต (Fail Safe) เช่น ขาใดขาหนึ่งไม่ทำงาน ก็สามารถเปลี่ยนท่าทางการเดินใหม่ได้แบบ “เดชไอ้เป๋” ซึ่งยังคงเดินต่อไปได้พอสมควร


ท่านผู้อ่านสามารถส่งข้อคิดเห็น/เสนอแนะมาที่ผู้เขียนที่ 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 หรือที่คนทั่วไป รู้จักในนาม “ฟีโบ้ (FIBO)” เป็นหน่วยงานหนึ่งในมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี เพื่อทำงานวิจัยพื้นฐาน และประยุกต์ด้าน เทคโนโลยีหุ่นยนต์ ตลอดจนให้คำปรึกษาหน่วยงานรัฐบาล เอกชน และบริษัทข้ามชาติ (Multi-national companies) ในประเทศไทยด้านการ ลงทุนทางเทคโนโลยี การใช้งานเทคโนโลยีอัตโนมัติชั้นสูง และการจัดการเทคโนโลยีสารสนเทศอย่างมี ประสิทธิภาพ



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