42 / 62
42
นิตยสาร สสวท
เมื่อได้ทดลองให้หุ่นยนต์สามารถเดินได้อย่าง
มีความสัมพันธ์กันทุกขาหรือทุกส่วนของตัวหุ่นยนต์แล้ว
ขั้นตอนต่อไปจะเป็นการเริ่มต้นผลิตชิ้นส่วนต่างๆ ของ
หุ่นยนต์ดังกล่าว ในที่นี้จะผลิตแบบจ�ำลองขาหุ่นยนต์ที่มี
24 ขา โดยเรียกชื่อว่า “Walking Robot Mechanism”
ในเบื้องต้นจะได้กล่าวถึงพื้นฐานความเป็นมาของ
หลักการออกแบบ เพื่อสร้างหุ่นยนต์ เป็นการรวมเอาหลักการ
ทางวิศวกรรมในหลายสาขา มาบูรณาการกันอย่างเป็นระบบ
ท�ำให้ได้โครงสร้างที่มีความสมดุล มีระบบอิเล็กทรอนิกส์
ควบคุม หัวใจส�ำคัญคือมีซอฟต์แวร์และระบบการขับเคลื่อน
หุ่นยนต์ กระบวนการออกแบบหุ่นยนต์ เป็นวิทยาศาสตร์หรือ
การศึกษาเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับ โครงสร้าง ทฤษฎี และ
การประยุกต์ใช้ศาสตร์สาขาต่างๆ อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด
โดยพื้นฐานหุ่นยนต์มีส่วนประกอบหลัก 3 ส่วน คือ
1. เซนเซอร์ (sensor) ซึ่งมีหน้าที่ตรวจจับสถานะ
ของสภาพแวดล้อม
2. แอคชูเอเตอร์ (actuator) ซึ่งท�ำหน้าที่แก้ไข
สถานะของสภาพแวดล้อม
3. ระบบควบคุม (controller) ซึ่งควบคุมแอคชูเอเตอร์
ที่ขึ้นกับสภาพแวดล้อมที่ได้รับโดยเซนเซอร์
ในสมัยก่อนหุ่นยนต์เป็นเพียงการจิตนาการของ
มนุษย์ว่าในอนาคตจะต้องมีเครื่องจักรที่สามารถมาท�ำงาน
แทนมนุษย์ได้ ในช่วงประมาณ ค.ศ.1942 ไอแซค อาซิมอฟ
ได้เขียนนิยายเรื่องสั้นเกี่ยวกับหุ่นยนต์ ซึ่งเป็นที่โด่งดังมาก
ในเวลานั้น หลังจากนั้น หุ่นยนต์ได้มีการพัฒนาคุณลักษณะ
ด้านต่างๆ โดยมนุษย์น�ำเทคโนโลยีมาใส่ในตัวหุ่นยนต์
ท�ำให้หุ่นยนต์มีความสามารถในการท�ำงานมากขึ้น รวมถึง
มีการตัดสินใจได้ด้วยตัวเอง ซึ่งจะใช้เทคโนโลยีที่เรียกว่า AI
(Artificial Intelligence) หรือ ปัญญาประดิษฐ์ ปัจจุบันหุ่นยนต์
ชนิดเคลื่อนที่ได้มีบทบาทในการท�ำหน้าที่สื่อสารและโต้ตอบ
กับมนุษย์ ที่มีชื่อเรียกเฉพาะว่า Human-Robot Interaction
(HRI) ซึ่งเป็นการใช้องค์ความรู้ในหลากหลายสาขา เช่น ระบบ
ควบคุม ระบบการสื่อสารระหว่างมนุษย์และคอมพิวเตอร์
การเรียนรู้ของหุ่นยนต์ด้วยเทคโนโลยี AI ความเข้าใจใน
ภาษา และพฤติกรรมมนุษย์ (Human Factor) ในอนาคตการ
สร้างสรรค์ดังกล่าวจะท�ำให้หุ่นยนต์ HRI สามารถโต้ตอบ
ส่งสัญญาณ และสื่อสารระหว่างมนุษย์กับหุ่นยนต์ได้ดีขึ้น
ตัวอย่าง HRI ที่เป็นที่รู้จักดีคือหุ่นยนต์กู้ภัยที่ท�ำงานในสถานที่
ที่มีความเสี่ยงภัย ใช้ในกิจการทางทหาร หุ่นยนต์ทางการแพทย์
หุ่นยนต์พ่นสีรถยนต์ ซึ่งกว่าจะได้หุ่นยนต์ที่สมบูรณ์แบบ
ที่ไป
ต้องผ่านการพัฒนา ทดลอง ทดสอบและปรับปรุงหลายครั้ง
จนได้หุ่นยนต์ที่เราเห็นในปัจจุบัน แต่เราทราบหรือไม่ว่า
ขั้นตอนแรกในการผลิตหุ่นยนต์ เหล่านั้นมีความเป็นมา
อย่างไร?
หุ่นยนต์ Walking Robot Mechanism ที่จะสร้างนี้
ได้ใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์เข้ามาช่วยออกแบบ เขียนแบบ
และผลิตชิ้นส่วน เช่น Geometer's Sketchpad, ProDESKTOP,
AutoCAD และ CNC Laser cut ซึ่งเป็นการบูรณาการ
วิทยาการต่างๆ ตามแนวทางการเรียนรู้แบบสะเต็มศึกษา
ที่ส�ำคัญคือ เป็นการออกแบบในเชิงวิศวกรรม เพื่อสร้าง
หุ่นยนต์ ให้ เดินได้ โดยเลียนแบบหลักพื้นฐานการเดิน
ของสัตว์ เช่น แมลง แมงมุม กิ้งกือ หรือ มนุษย์ กลไกการ
ท�ำงาน หรือระบบการท�ำงานภายในของหุ่นยนต์โดยทั่วไป
เริ่มจากการเขียนโปรแกรมเพื่อสั่งการให้ระบบนั้นท�ำงานตาม
ที่เราต้องการ เช่น เดินหน้า ถอยหลัง นั่งลง ยืนขึ้น หรือหมุน
รอบตัว ระบบส่งก�ำลังได้จากมอเตอร์และแบตเตอรี่ที่แปลง
สภาพมาเป็นพลังงานกล ขับเคลื่อนชิ้นส่วนที่เป็น ขา ข้อต่อ
เพลา เฟือง เพื่อท�ำให้ชิ้นส่วนเหล่านั้นเคลื่อนไหวและ
มีความสัมพันธ์กันอย่างเป็นระบบ ขั้นตอนการผลิตทั้งหมด
เริ่มจาก จินตนาการในสมองของผู้ออกแบบ แล้วถ่ายทอด
แนวคิดผ่านโปรแกรมคอมพิวเตอร์
จากนั้นใช้เครื่องจักรที่ทันสมัยผลิตชิ้นส่วนให้ได้
คุณภาพและมีมาตรฐานเพื่อน�ำมาประกอบเป็นตัวหุ่นยนต์
แบบ Walking Robot Mechanism ซึ่งมีรายละเอียดและ
ขั้นตอน ดังนี้
ขั้นตอนการผลิต Walking Robot Mechanism
1. ออกแบบชิ้นส่วนต่างๆ เช่น ส่วนขา ล�ำตัว เฟือง
และฐานยึดมอเตอร์ ด้วยโปรแกรม Geometer's Sketchpad