การทดลองที่
3
หุ่นยนต์เด็กผู้ชายด้วยตัวรับรู้ไจโร
(Gyro
Boy)
1.1 วัตถุประสงค์
1.1.1 เพื่อให้สามารถประกอบชิ้นส่วนของหุ่นยนต์ตามรูปแบบได้
1.1.2 เพื่อให้สามารถออกแบบสร้างสรรค์โปรแกรมควบคุมหุ่นยนต์เด็กผู้ชายด้วยตัวรับรู้ไจโร
(Gyro Boy) ได้
1.1.3
เพื่อให้สามารถเรียนรู้หลักการทำงานของหุ่นยนต์ตามรูปแบบที่กำหนด (Gyro
Boy)
1.2 เครื่องมือ / อุปกรณ์ / วัสดุ
1.2.1
LEGO
Mindstorms EV.3 Education 1 ชุด
1.3
การเตรียมชิ้นงาน/ปฏิบัติงาน/ทดลอง/เครื่องมือ/อุปกรณ์
1.3.1
ชิ้นส่วนต่างๆที่ต้องเตรียมในการนำมาประกอบเป็นหุ่นยนต์ มีดังนี้
1.3.2
ประกอบชิ้นส่วนต่างๆ ของโครงร่างตามแบบที่กำหนด
1.4 ลำดับขั้นการปฏิบัติงาน/ทดลอง
1.4.1
เตรียมอุปกรณ์ต่างๆ ที่ใช้ในการประกอบหุ่นยนต์ไว้แล้วบันทึกผลการปฏิบัติงาน
บันทึกผลการปฏิบัติงาน
1.4.2
ประกอบชิ้นส่วนของหุ่นยนต์เข้าด้วยกันแล้วบันทึกผลประกอบชิ้นส่วน
บันทึกผลประกอบชิ้นส่วน
1.4.3
ทดสอบการขับเคลื่อนของหุ่นยนต์ที่ประกอบโครงร่างแล้วบันทึกผลการทดลอง
บันทึกผลการทดลอง
รูปแบบการเคลื่อนที่
แบบที่ 1
จากรูปการทำงานของโปรแกรม
ที่ได้ออกแบบไว้มี 3 ส่วน ดังนี้
1. บล็อก
Configuration การกำหนดค่าเริ่มต้นลักษณะให้กับหุ่นยนต์เพื่อให้หุ่นยนต์รู้วิธีที่จะรักษาความสมดุล
ตัวอย่างเช่น
การตั้งค่าในบล็อกที่
2 ของส่วน Configuration จะเป็นการระบุขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของล้อของหุ่นยนต์
2. Balance
Loop
ในส่วนของ Balance
Loop ทำหน้าที่ช่วยให้หุ่นยนต์มีความสมดุล จะวัดและคำนวณตำแหน่งและความเร็วของมอเตอร์และจะกำหนดความเร็วของมุมของหุ่นยนต์
(ความเร็วที่ตกลงมา) รวมถึงมุมของหุ่นยนต์ที่สัมพันธ์กับพื้นดิน
ในทางกลับกันจะใช้ข้อมูลจาก Gyro Sensor ในการคำนวณว่าจะขับเคลื่อนมอเตอร์เพื่อให้หุ่นยนต์การทรงตัวถูกต้องได้อย่างไร
3.
Drive Control Loop
เป็นการควบคุมความเร็วและทิศทางของหุ่นยนต์ในขณะที่มันเคลื่อนที่ไปเรื่อยๆ
โดยเราสามารถ set
ค่า speed (ความเร็วในการเคลื่อนที่)
และ steering (องศาของทิศทาง) ได้ตามต้องการ เช่น
โดยโปรแกรมรูปแบบแรกมีหลักการทำงาน
คือ เริ่มต้นโปรแกรมด้วยการอ่านค่าจาก Gyro Sensor และค่าที่ได้ถูกกำหนดไว้ในส่วน
Configuration จะคำนวณตำแหน่งและความเร็วของมอเตอร์และจะกำหนดความเร็วของมุมของหุ่นยนต์
(ความเร็วที่ตกลงมา) รวมถึงมุมของหุ่นยนต์ที่สัมพันธ์กับพื้นดิน
ในทางกลับกันจะใช้ข้อมูลเซ็นเซอร์นี้ในการคำนวณว่าจะขับเคลื่อนมอเตอร์ในการปรับสมดุลของหุ่นยนต์อย่างไร
เมื่อหุ่นยนต์สามารถทรงตัวได้อย่างสมดุล
จะเข้าสู่ Drive Control Loop เพื่อ
เคลื่อนที่ไปตามตามที่เรากำหนด โดยโปรแกรมนี้กำหนดการเคลื่อนที่ไว้ว่า
-
อยู่กับที่ 7 วินาที
-
หมุนไปขวา 20 องศา รอ
7 วินาที
-
เคลื่อนที่ไป
รูปแบบการเคลื่อนที่ แบบที่ 2
จากรูปการทำงานของโปรแกรม
ที่ได้ออกแบบไว้ มีดังนี้
ในส่วนการทำงานของโปรแกรมที่
2 นี้ มีส่วนที่ทำงานเหมือนกับการทำงานของแบบที่ 1 คือส่วน Configuration
และ ส่วน Balance Loop
ส่วนใน Drive
Loop ที่มีการควบคุมการเคลื่อนที่ต่างกัน โดยแบบที่ 2
มีลักษณะการเคลื่อนที่ดังนี้
-
มีเสียงดังบี้บ 1
ครั้ง เมื่อหุ่นยนต์ set balance สำเร็จ แสดงผลรูปลูกตาหุ่นยนต์ที่หน้าจและจะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าช้าๆ
Speed = 20 จนถ้าเจอสิ่งกีดขวางในระยะ < 30 ซม. จะสั่งการให้หุ่นยนต์ถอยหลัง 2
วินาทีแล้วเลี้ยวขวาเพื่อหลีกเลี่ยงสิ่งกีดขวาง ทำแบบนี้วนไปเรื่อยๆจนกว่าจะ
กดปุ่ม Cancel
1.5 สรุปผลการทดลอง
จากการทดลองประกอบชิ้นส่วนขึ้นเป็นรูปร่างของหุ่นยนต์
พร้อมทั้งออกแบบโปรแกรมควบคุมการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์
เพื่อให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปตามที่กำหนด ทั้งกำหนดค่าเริ่มต้นต่างๆเพื่อให้หุ่นยนต์นั้นสามารถทรงตัวอยู่แนวดิ่งได้โดยมีไจโรเซ็นเซอร์เป็นตัวตรวจรู้ที่สำคัญในการทรงตัวของหุ่นยนต์
โดยการทดลองข้างต้นนี้ได้ออกแบบการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ไว้ 2 แบบตามที่ได้ระบุไว้ในส่วนอธิบายโปรแกรม
ผลปรากฏว่า หุ่นยนต์สามารถทำงานได้ตามโปรแกรมที่ออกแบบไว้ทั้ง 2 แบบ การทดลองหุ่นยนต์เด็กผู้ชายด้วยตัวรับรู้ไจโร
(Gyro
Boy) ทำให้รู้ถึงหลักการทำงานของตัวไจโรเซ็นเซอร์
ซึ่งเป็นหัวใจหลักที่ทำให้หุ่นยนต์ทรงตัวได้