ผลงาน “มือกลอัจฉริยะ” ฝีมือนักศึกษาราชภัฏฯ

              วันนี้ ThaiRobotics มีบทความพิเศษที่น่าสนใจมาก ๆ มานำเสนอ โดยเป็นผลงาน “มือกลอัจฉริยะ” ของนักศึกษาสาขาวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยราชภัฏอุดรธานี มีสมาชิกในกลุ่มดังนี้ 1) นายเสถียร  ประสาน 2) นายสุพัฒพงศ์  แนนดี 3) นายศุภกานต์  ญาณโรจน์วัฒนา โดยมีที่ปรึกษาโครงงาน คือ ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.อภิฌาน  กาญจนวาปสถิตย์  และที่ปรึกษาร่วม ผู้ช่วยศาสตราจารย์ กฤษณพงศ์ สมสุข บทความนี้เขียนโดย คุณเสถียร  ประสาน หนึ่งในทีมพัฒนามือกลนี้ครับ

ทำไมถึงอยากมาทำมือหุ่นยนต์

              ปกติผมเป็นคนชอบประดิษฐ์ของโน่นนี่เล่นหลาย ๆ อย่างกับชอบดูภาพยนตร์ ภาพยนตร์เรื่องที่ชอบมากที่สุด คือเรื่อง Iron Man เรื่องนี้ถือว่าเป็นเรื่องที่ผมอยากจะนำมาเป็นต้นแบบ อยากพัฒนาต่อยอด ทำระบบต่าง ๆ อย่างในภาพยนตร์ด้วยตัวเอง หากมองเทคโนโลยีบ้านเราตอนนี้ที่เริ่มจะพัฒนามามากพอสมควร พอที่เราจะทำเองได้จริง ผมจึงเริ่มต้นทำโครงงานมือกลอัจฉริยะนี้ครับ

              หลังจากที่ผมได้ศึกษาหาข้อมูลในการประดิษฐ์ครั้งนี้ ผมไปเจองานประดิษฐ์ของนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสท่านหนึ่ง พัฒนาหุ่นยนต์รุ่นใหม่ที่มีค่าพัฒนาไม่สูงนัก ที่ชื่อว่า InMoov เป็นหุ่นยนต์ฮิวแมนอยด์ ขนาดเท่ามนุษย์จริง ที่ชิ้นส่วนต่าง ๆ ของตัวมันถูกพิมพ์ขึ้นจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ (3D Printer)

            และอีกอย่างจากการที่ผมศึกษาข้อมูลไปเรื่อย ๆ ผมจึงไปเจอแขนเทียมของบริษัท RSL Steeper อีกแบบซึ่งเป็นยี่ห้อ Bebionic ของต่างประเทศที่เขาได้วางจำหน่าย ณ ปัจจุบัน ซึ่งราคาประมาณ 0.76 – 1 ล้านบาท ผมรู้สึกว่ามันมีราคาที่แพงมาก ถ้าเทียบกับคนอย่างผม คงจะไม่มีปัญญาซื้อมาใช้แน่ ๆ

              จากนั้นผมเลยมีแนวคิดคือว่าอยากจะทำแขนเทียมที่มีฟังก์ชันการทำงานคล้าย ๆ Bebionic แต่วัสดุที่ทำจะทำขึ้นโดยเครื่องพิมพ์ 3 มิติเพื่อให้มีราคาที่ถูกลง และคนส่วนใหญ่จับต้องได้ นี่จึงถือเป็นจุดเริ่มต้นของความคิดแรกเริ่มของผมครับ

ขั้นตอนการทำ

            มือกลอัจฉริยะนี้ส่วนใหญ่สร้างขึ้นจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้ในการทำมือกลอัจฉริยะชิ้นนี้คือรุ่น Flashforge Dreamer และซอฟต์แวร์ที่ใช้สั่งงานคือ โปรแกรม FlashPrint

หลังจากพิมพ์ชิ้นส่วนทุกชิ้นก็เป็นการประกอบเข้าด้วยกัน ด้วยการยึดด้วยสกรูและการติดกาวเพื่อความคงทน

การควบคุมการเคลื่อนที่ของนิ้วมือกลแต่ละนิ้วจะใช้เส้นเอ็นในการดึง 2 เส้นต่อหนึ่งนิ้ว คือ ดึงไป และดึงกลับครับ

การทำงานในส่วนถุงมือควบคุม

ส่วนถุงมือควบคุม จะประกอบด้วยตัวอ่านค่าความโค้งงอของนิ้วมือ และตัวส่งสัญญาณไร้สาย

                 ในการทำส่วนของการอ่านค่าความโค้งงอของนิ้วมือและการควบคุมแบบไร้สาย ส่วนประกอบหลัก ก็จะมีตัวเซนเซอร์ที่ทำหน้าที่อ่านค่าความโค้งงอของนิ้วมือ คือ Flex sensor ขนาด 4.5” ใช้ตัวไมโครคอนโทรลเลอร์ คือ Arduino Nano อ่านค่าความโค้งงอ โดยรับค่าที่เป็นค่าแอนะล็อกจากการแบ่งแรงดันของตัวต้านทาน 22kΩ และ Flex sensor

             สำหรับโปรแกรมอ่านค่าความโค้งงอ ช่วงเวลา 10 วินาทีแรกของโปรแกรม จะทำการอ่านค่าจากเซนเซอร์วัดความโค้งงอ แล้วบันทึกค่าต่ำสุด และค่าสูงสุดของเซนเซอร์ ด้วยการกำมือ และแบมือ เพื่อที่จะให้ไมโครคอนโทรเลอร์รู้ช่วงพิกัดการกำมือและการแบมือ หลังจากผ่านไป 10 วินาทีโปรแกรมก็จะเซตค่าทั้งหมดเสร็จเรียบร้อย ก็จะเริ่มการอ่านค่าอีกครั้งเพื่อที่จะนำค่า ณ เวลาปัจจุบัน แล้วจึงส่งค่าที่อ่านได้ในแต่ละเสี้ยววินาทีผ่านฟังก์ชันแปลงค่าเซนเซอร์ให้เป็นค่ามุมที่อยู่ระหว่าง 0 ถึง 180 องศา จากนั้นส่งค่ามุมที่แปลงแล้วนี้ผ่านการสื่อสารแบบไร้สายด้วยมอดูล Xbee 24-B ไปที่ส่วนมือกลเพื่อให้ไมโครคอนโทรลเลอร์ส่วนมือกลควบคุมองศาการหมุนของเซอร์โวมอเตอร์ (RC Servos) ของแต่ละนิ้วมือ

การทำงานส่วนมือกล

             การทำงานในส่วนของมือกลนี้ จากวงจรการต่อเซอร์โวมอเตอร์จะไม่ใช้ไฟเลี้ยงที่ต่อมาจากบอร์ด Arduino Uno R3 โดยตรงเพราะจากการที่ทดสอบช่วงแรกปรากฏว่าบอร์ด Arduino Uno ไม่สามารถขับเซอร์โวมอเตอร์พร้อมกันได้ถึง 5 ตัว เพราะเหตุนี้ผมจึงเลือกที่จะต่อไฟเลี้ยงจากแหล่งจ่ายหลัก ส่วนสัญญาณ PWM ที่จะกำหนดควบคุมการหมุนของเซอร์โวมอเตอร์จะต่อที่พอร์ต D2 D4 D6 D8 และ D10 ของบอร์ด Arduino Uno R3  ส่วนการทำงานของโปรแกรม เริ่มต้นจะทำการเชื่อมต่อระหว่างมอดูล Xbee จากส่วนถุงมือ หลังจากการเชื่อมต่อสำเร็จแล้ว จะมีค่าตัวเลขมุมของเซอร์โวมอเตอร์ทั้ง 5 นิ้วส่งมาทีละชุด ไมโครคอนโทรเลอร์ก็จะนำค่าที่รับมาไปควบคุมการหมุนของเซอร์โวมอเตอร์ที่ยึดติดกับเอ็นเพื่อดึงนิ้วของแต่ละนิ้วมือ

               จากรูปด้านล่างสังเกตได้ว่าการยึดติดระหว่างเซนเซอร์กับถุงมือเปลี่ยนไป เพราะว่าหลังจากที่ยึดติดแบบเดิมจากการทดสอบดูช่วงแรก ๆ เวลาเราเคลื่อนไหวนิ้วมือตัวเซนเซอร์มันบิดโค้งมากไป จึงกลัวว่าจะทำให้เซนเซอร์หักก่อนจึงเปลี่ยนแปลงรูปแบบการยึดโดยการพิมพ์ชิ้นส่วน มายึดติดกับถุงมือแทนที่จะยึดเซนเซอร์กับถุงมือโดยตรง

สรุปรายการอุปกรณ์ที่ใช้ทำมือกล

ลองชมวิดีโอสาธิตการทำงานได้ข้างล่างนี้เลยครับ

ออกข่าวทีวีช่อง Spring News มาแล้วรอบหนึ่งด้วย

ข้อมูล เนื้อหา รูปภาพ และวิดีโอทั้งหมด โดย คุณเสถียร  ประสาน

ที่มา : ThaiRobotics