ทำไมต้องมีระบบควบคุม?

ก่อนจะพูดถึงการเขียนระบบคอนโทรลหรือควบคุมหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ ก็ต้องพูดถึงที่มาและเหตุผลกันก่อน เราศึกษาระบบควบคุมของหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ ไปทำไม?

หุ่นยนต์เดินสองขานั้นเป็นส่วนหนึ่งของหุ่นยนต์ที่มีขาเดิน ซึ่งจริงๆแล้วการทำเครื่องจักรที่มีขาเคลื่อนที่ได้นั้น มีแรงบันดาลใจมาจากที่เห็นความไม่ต่อเนื่องของพิ้นผิว ไม่ว่าจะเป็น พื้นขรุขระ ขั้นบันได ทางต่างระดับ ซึ่งการใช้ขาเดินนั้นสามารถทำได้ดีกว่า ไม่ว่าจะเป็นสองขาหรือสี่ขาก็ตาม นอกจากนี้หุ่นยนต์เดินสองขากำลังได้รับความสนใจอย่างมาก เนื่องจากในอนาคตสามารถทำให้เกิดประโยชน์ได้ ตั้งแต่ การนำหุ่นยนต์มาทำงานที่อันตรายแทนที่มนุษย์ (กู้ระเบิด, ตรวจสอบโรงไฟฟ้านิวเคลียร์, การทหาร และอื่นๆ) การทดแทนส่วนที่ไม่สามารถเคลื่อนไหวได้ (พิการช่วงล่าง, การทำหุ่นยนต์ช่วยบำบัด, และการกระตุ้นเซลล์ประสาท) ซึ่งทั้งหมดนี้เกิดจากการที่เราสามารถควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ได้ แล้วทำไมต้องมีระบบควบคุมหล่ะ?

หุ่นยนต์ฮิวมานอยด์เกิดจากส่วนประกอบทั้งทางกลและทางอิเล็กทรอนิกส์หลายๆอย่างมารวมกัน หากเราต้องการที่จะสั่งการอุปกรณ์เหล่านี้ให้ทำงานได้อย่างสัมพันธ์กันนั้น จำเป็นที่จะต้องมีตัวประมวลผลและสั่งการอยู่ ซึ่งภายในก็จำเป็นจะต้องมีระบบควบคุม เพื่อทำให้หุ่นยนต์สามารถทรงตัวเองได้ เดินได้

Zero Moment Point (ZMP) คือจุดสำคัญสำหรับการควบคุมการทรงตัวของหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ โดยเป็นจุดที่ Inertia moments และ Gravity moment หักล้างกันพอดี ทำให้ผลลัพธ์รวมออกมาเป็นศูนย์ (โดยคิดว่าพื้นไม่ลื่น) ถ้าฟังแล้วก็อาจจะยังงงๆอยู่ งั้นอธิบายใหม่ง่ายเป็น ZMP เป็นความสัมพันธ์ของการควบคุมการเคลื่อนไหวโดยใช้หลักพลศาสตร์ (Dynamics) เข้ามาช่วย ยกตัวอย่างเช่น ในหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ หุ่นยนต์จะควบคุมตำแหน่งการทรงตัวโดยการเพิ่มความเร่งของลำตัวไปในทิศทางที่มันจะล้ม การทำแบบนั้นจะทำให้เกิดโมเมนต์ขึ้น เหมือนกับเวลาที่มนุษย์เรายืนอยู่แล้วจะล้ม ขณะนั้นเราจะพยายามฝืนไม่ให้ล้มโดยการยื่นแขนออกมาแล้วก็แกว่งๆไปในทางที่จะล้มนั่นเอง

โดยทั่วไปแล้วการควบคุมหุ่นยนต์เดินสองขาให้สามารถเดินได้อย่างมีเสถียรภาพนั้นมักจะนิยมใช้การควบคุมตำแหน่งของจุด ZMP ของหุ่นยนต์ให้อยู่ภายในหน้าสัมผัสของฝ่าเท้าที่สัมผัสอยู่กับพื้น โดยจุดนี้สามารถหาได้จากการวัดด้วย Force Sensor ที่ฝ่าเท้าของหุ่นยนต์หรือมาจากการคำนวณก็ได้

ท่าการเดินของหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ เราจะจำแนกออกเป็น 2 แบบหลักๆ คือ

  1. Single Support ที่อยู่ในรูป (a),(b) ซึ่งก็คือจังหวะที่เท้าของหุ่นยนต์สัมผัสพื้นเพียงเท้าเดียว หรือจะเรียกอีกอย่างว่า Swing phase

  2. Double Support ที่อยู่ในรูป (c) คือจังหวะที่เท้าของหุ่นยนต์สัมผัสพื้นทั้งสองเท้า








Views
53 Total Views
0 Members Views
53 Public Views
Share on Social Networks
Share Link
Use permanent link to share in social media
Share by mail

Please login to share this webpage by email.