[ บทความ : Robot ] ตอนที่ 3 เรื่อง ... การควบคุม ET-ROBOT RD2 (การควบคุมการเคลื่อนที่ของรถหุ่นยนต์์ด้วยเส้น)

การควบคุมการเคลื่อนที่ของรถหุ่นยนต์ด้วยเ็ส้น

ในการศึกษาการทำงานของหุ่นยนต์์ นั้น หัวใจสำคัญที่สุดอยู่ที่ขั้นตอนของการเขียนโปรแกรมสำหรับควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์์ ให้สามารถทำงาน ตามเงื่อนไขที่เรากำหนดไว้ได้ ซึ่งการที่จะสามารถสร้างระบบหุ่นยนต์์ให้มีความเฉลียวฉลาดได้มากน้อยเพียงใดนั้น ปัจจัยหลักอย่างหนึ่งก็ คือ การติดตั้ง อุปกรณ์ตรวจจับแบบต่างๆให้กับหุ่นยนต์์เพื่อใช้ในการตรวจจับสภาพแวดลอมภายนอกรอบๆตัวหุ่นยนต์์อันจะเป็นหนทางเพื่อนำไปสู๋การวิเคราะหและ ตัดสินใจสั่งงานระบบกลไกต่างๆเพื่อตอบสนองต่อเงื่อนไขต่างๆที่ตรวจจับได้ สำหรับระบบโครงสร้างของรถหุ่นยนต์์ ET-ROBOT RD2 ก็เช่นเดียวกัน ในชุดมาตรฐานจะมีการติดตั้งอุปกรณ์สำหรับตรวจจับ Input แบบต่างๆไว้ 2 ส่วนด้วยกัน คือ Switch สำหรับตรวจสอบการชน ด้านหน้าและด้านหลัง และแผงวงจรสำหรับตรวจจับเส้นขนาด 3 จุด สำหรับใช้นำทางให้รถหุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปตามแนวเส้น  ซึ่งในบทนี้เราจะมาทดลองศึกษาเรียนรูเกี่ยวกับวิธีการในการตรวจจับเส้นของรถหุ่นยนต์์ ET-ROBOT RD2 กัน  โดยจะทดลองกำหนดสถานะการณ์ของเส้นในลักษณะต่างๆเพื่อใช้เป็นสนามในการทดสอบประสิทธิภาพในการควบคุมการทำงานของรถหุ่นยนต์์ ไม่ว่าจะเป็น การเคลื่อนที่ไปตามแนวเส้นตรงและเส้นโค้ง การเคลื่อนที่ไปตามเส้นตรงและเส้นมุมฉาก การเคลื่อนที่ไปตามแนวเส้นตรงและเส้นสลับฟันปลา หรือ การตรวจจับเส้นเพื่อควบคุมให้รถเคลื่อนที่อยู่ภายในกรอบของเส้นเป็นต้น     สำหรับแนวทางและวิธีการในการเขียนโปรแกรมเพื่อใช้ ควบคุมการเคลื่อนที่ของรถหุ่นยนต์์ ให้เคลื่อนที่ไปตามแนวของเส้นที่กำหนดเอาไว้ ก็เป็นอีกรูปแบบหนึ่งของการเขียนโปรแกรมสำหรับควบคุมการเคลื่อนที่ของรถหุ่นยนต์์อย่างมีเงื่อนไข ซึ่งการที่จะสามารถเขียนโปรแกรมเพื่อควบคุมให้รถหุ่นยนต์์เคลื่อนที่ ไปตามแนวเส้นที่กำหนดไว้นั้น ในอันดับแรกผู้อ่านจะต้องเข้าใจถึงพื้นฐานในการควบคุมการเคลื่อนที่ของรถหุ่นยนต์์เสียก่อน ไม่ว่าจะเป็นการเคลื่อนที่ไปข้างหน้า เคลื่อนที่ถอยหลัง การควบคุมให้รถเลี้ยวซ้าย หรือเลี้ยวขวา เป็นต้น ซึ่งในบทนี้จะไม่ขอกล่าวถึงวิธีการในเรื่องเหล่านี้ โดยผู้อ่านสามารถย้อนกลับไปทำความเข้าใจในหัวข้อการทดลองเรื่อง “การควบคุมการเคลื่อนที่ของรถหุ่นยนต์์” ได้ และจำเป็นอย่างยิ่งที่ผู้อ่านจะต้องทำความเข้าใจกับวิธีการควบคุมการเคลื่อนที่ของรถหุ่นยนต์์ในลักษณะต่างๆดังได้กล่าวมาแล้วขางต้น ไม่เช่นนั้นแล้วอาจไม่สามารถเข้าใจและทำการทดลองในหัวข้อนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพเท่าที่ควร      สำหรับหลักการและวิธีการในการเขียนโปรแกรมเพื่อใช้ควบคุมการเคลื่อนที่ของตัวรถหุ่นยนต์์ให้เคลื่อนที่ไปตามแนวเส้นนั้น ความจริงแล้วจะไม่มีหลักเกณฑ์หรือหลักการใดๆเป็นตัวบังคับว่าจะต้องทำอย่างนั้น อย่างนี้ จึงจะถูกต้อง ถ้าทำอย่างนั้นจะผิดต้องทำอย่างนี้จึงจะถูก ซึ่งวิธีการต่างๆสามารถปรับ เปลี่ยนไปได้ตามสถานะการณ์และความเหมาะสม โดยผู้อ่านสามารถคิดค้นและพัฒนาเทคนิควิธีต่างๆขึ้นมาใช้งานเองได้ สำหรับตัวอย่างที่จะแสดงให้เห็นในหัวข้อการทดลองของบทนี้ ถือว่าเป็นเพียงตัวอย่างหรือแนวทางเบื้องต้น ในการเขียนโปรแกรมควบคุมเท่านั้น ซึ่งผู้อ่านอาจใช้เป็นแนวทางในการทดลองเพื่อประกอบความเข้าใจในเบื้องต้น ซึ่งถ้าเห็นว่ามีข้อดีก็สามารถจดจำและนำไปใช้งานในโอกาสต่อไปได้ หรือถ้าผู้อ่านยังเห็นว่าตัวอย่างยังมี ข้อจำกัดหรือข้อบกพร่องอยู่ก็อาจนำไปพัฒนาปรับปรุงให้มีความสามารถ มากยิ่งขึ้น หรือถ้าหากผู้อ่านสามารถคิดค้นหรือมีวิธีการอื่นๆที่ดีกว่า ก็สามารถพัฒนาเทคนิคเหล่านั้นขึ้นมาใช้งานทดแทนเองก็ได้ไม่ถือว่าผิดอะไร โดยทุกอย่างควรยึดเอาผลการทำงานของโปรแกรมเป็นเครื่องชี้วัด ว่าการทำงานของโปรแกรมสามารถตอบสนองต่อเงื่อนไขที่กำหนดไว้ได้เพียงใดมากกว่า       แต่อย่างไรก็ตามก่อนที่จะเริ่มต้นเข้าสู๋การทดลองนั้น ในอันดับแรกเราควรมาทำความเข้าใจกับการทำงานของวงจรที่ใช้ในการตรวจจับเส้นกันเสียก่อนว่า วงจรมีหลักการทำงานเป็นอย่างไร และให้ผลลัพธ์ของการทำงานสัมพันธกับลักษณะของเส้นที่ตรวจจับได้อย่างไรบาง จากนั้นค่อยไปทำความเข้าใจกับวิธี การเขียนโปรแกรมเพื่อตรวจสอบเงื่อนไขการตรวจจับเส น เพื่อใช้เป็นทางเลือกในการสั่งงานรถหุ่นยนต์์ให้เคลื่อนที่ไปในทิศทางต่างๆในภายหลัง

การตรวจจับเส้น (TRACKER SENSOR)

ในการตรวจจับเส้น (TRACKER) นั้น บอร์ด ET-ROBOT RD2 ได้จัดเตรียมขั้วต่อ TRACKER3 ซึ่งเป็นขั้วต่อสำหรับเชื่อมต่อกับบอร์ดตรวจจับเส้นขนาด 3 จุด ของอีทีที รุ่น R-TRACKER3 ไว้ให้ภายในบอร์ดแล้ว โดยบอร์ดตรวจจับเส้น รุ่น R-TRACKER3 นั้น จะให้ผลการทำงานของการตรวจจับเป็นสัญญาณโล จิก กล่าวคือจะให้ผลการทำงานเพียง 2 สภาวะ คือ จริง กับ เท็จ โดยบอร์ด R-TRACKER3 เป็นวงจรตรวจจับเส้น โดยจะใช้หลักการส่งและสะท้อนกลับของแสงอินฟราเรด ซึ่งภายในบอร์ด R-TRACKER3 นั้นจะมีการติดตั้งชุดตรวจจับเส้นแบบอินฟราเรดไว้ 3 จุด ด้วยกัน เพื่อเพิ่มความสามารถในการตรวจจับให้มากขึ้น  โดยจะอาศัยหลักการในการสะท้อนกลับของสัญญาณอินฟราเรด ซึ่งคุณสมบัติของแสงอินฟราเรดนี้จะไม่มี การสะท้อนกลับในวัตถุหรือพื้นผิวที่เป็นสีดำ ดังนั้นเราจึงสามารถทำการตรวจสอบหรือแยกความแตกต่างระหว่างวัตถุ หรือพื้นผิวที่เป็นสีขาวและสีดำได้ แต่เนื่องจากในสถานที่ต่างๆ นั้นจะมีความเข้มข้นหรือปริมาณของแสงที่ไม่เท่ากัน ซึ่งจะมีผลต่อการทำงานของวงจรอินฟราเรด ดังนั้นเราจึงได้ออก แบบวงจรตรวจจับให้สามารถทำการปรับระดับความไวในการตรวจจับได้ โดยการปรับที่ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบเกือกมาค่า 10KOHM เพื่อให้มีความอ่อนตัวเมื่อนำไปใช้ในสถานที่ต่างๆ มากขึ้น

รูปแสดง ลักษณะของแผงวงจรสำหรับตรวจจับเส้น (R-TRACKER3 BOARD)

รูปแสดง วงจรสำหรับตรวจจับเส้นขนาด 1 จุด (TRACKER CIRCUIT)

รูปแสดง ลักษณะการสะท้อนของคลื่นอินฟราเรด

จากรูปแสดงลักษณะการสะท้อนของตัวตรวจจับเส้นโดยใช้ชุดรับส่งอินฟราเรดขางต้น จะเห็นได้ว่า เมื่อตัวส่งทำการส่งคลื่นอินฟราเรดออกไปกระทบ กับวัตถุก็จะมีการสะท้อนกลับของสัญญาณไปยังตัวรับแต่ขนาดความแรงของสัญญาณที่สะท้อนกลับนั้นจะขึ้นอยู่กับสีพื้นผิวของวัสดุ โดยในพื้นผิวที่มีสีทึบ เช่น สีดำ จะมีการสะท้อนกลับของสัญญาณน้อยมาก ส่วนสีที่มีความสว่าง เช่น สีขาว จะมีการสะท้อนสัญญาณได้ดี  จากคุณสมบัติดังกล่าวเราจึงสามารถ แยก ความแตกต่างของเส้นได้ สำหรับวงจรของชุดตรวจจับเส้น R-TRACKER3 นั้น จะใช้วงจรเปรียบเทียบแรงดัน (OP-AMP) ในการตรวจจับ โดยการ ปรับค่าแรงดันอ้างอิงของการตรวจจับไว้ลวงหน้าโดยใช้ตัวต้านทานปรับค่าได้แบบเกือกมาเพื่อนำไปเปรียบเทียบกับแรงดันที่ได้จากการสะท้อนกลับของ ตัวรับ อินฟราเรด เมื่อมีการสะท้อนกลับของคลื่นอินฟราเรดจำนวนมากจนได้ค่าแรงดันเท่ากับแรงดันอ้างอิง ที่กำหนดไว้จะได้ผลการเปรียบเทียบ เป็นค่า โลจิก “0” แต่ถ้าการสะท้อนกลับ มีค่าน้อยจะให้ผลเป็น “1” ซึ่ง บอร์ด ET-ROBOT RD2 จะมีหลอดแสดงผลแบบ LED สำหรับใช้แสดงผล การตรวจจับเส้น เตรียมไว้ให้ด้วย โดยหลอด แสดงผล LED จะติดสว่างเมื่อผลการตรวจจับเส้นได้ผลลัพธ์ เป็น “0” โดยผลการตรวจจับจะมีการเปลี่ยนแปลงตามการ สะท้อน ของสัญญาณอินฟราเรดดังนี้     เมื่อมีการสะท้อน (พื้นผิวสีขาว) ที่ขาสัญญาณเอาต์พุตจะมี Logic “0” และ LED ติดสว่าง   เมื่อไม่มีการสะท้อน (พื้นผิวสีดำ) ที่ขาสัญญาณเอาต์พุตจะมี Logic “1” และ LED จะดับ      สำหรับการปรับแต่งค่าระดับความเข็มของเส้นในการตรวจจับนั้น จะขึ้นอยู่กับลักษณะความแตกต่างของพื้นและเส้น ซึ่งควรใช้พื้นและเส้นที่มีความ แตกต่างกันอย่างชัดเจน เช่น ใช้พื้นสีขาวกับเส้นสีดำ หรือ ใช้พื้นสีดำกับเส้นสีขาว เป็นต้น โดยวิธีการปรับแต่งค่าความไว้ในการตรวจจับเส้นนั้นให้ทำการ นำรถหุ่นยนต์์ที่ติดตั้งแผงตรวจจับเส้นเรียบร้อยแล้วไปวางทับไว้กับเส้น พร้อมกับปรับค่าตัวต้านทานจนได้จุดที่เกิดความแตกต่างของวงจรตรวจจับพอดี แล้วจึงลองนำ Sensor เคลื่อนที่ผ่านแนวเส้นดู ซึ่งจะต้องเห็นการเปลี่ยนแปลงของ LED ที่แสดงสถานะการณ์ตรวจจับเส้นทำงานได้อย่างถูกต้อง เมื่อ Sensor อยู่ในตําแหน่งทับเส้น และ อยู่นอกเส้น ตัวอย่างเช่น ถ้าใช้พื้นสีขาวกับเส้นสีดำ เมื่อ Sensor ทับอยู่บนเส้น LED จะต้องดับ แต่เมื่อ Sensor อยู่บนพื้น LED แสดงสถานะการณ์ทำงานของ Sensor จะต้องติดสว่าง เป็นต้น.....