HRP3L-JSK หุ่นยนต์ที่มาพร้อมกับความสามารถในการทรงตัวอย่างเหลือเชื่อ

 

ถ้าเป็นช่วงเวลาก่อนหน้านี้ซัก 5 ปี นักพัฒนาหุ่นยนต์เสมือนมนุษย์ (humanoid robot) มักจะออกมาโชว์ความสามารถในการทรงตัวของหุ่นยนต์ของพวกเขาโดยการโชว์ความสามารถในการเดินขึ้น – ลง บันได, การยืนขาเดียว หรือการเต้นเข้าจังหวะ  แต่หลังจากการเปิดตัวหุ่นยนต์ BigDog จาก Boston Dynamics ที่อวดความสามารถที่สามารถทรงตัวอยู่ได้ขณะถูกกระโดดถีบอย่างแรงโดยนักพัฒนา การแสดงความสามารถของหุ่นยนต์เหล่านี้ก็เริ่มมีความรุนแรงมากขึ้น เช่นการแสดงความทนทานของแขนหุ่นยนต์โดยการใช้ไม้เบสบอลหวด และแสดงความสามารถในการทรงตัวโดยการรับแรงกระแทกจากลูกตุ้มขนาดใหญ่  มาถึงวันนี้หุ่นยนต์ HRP3L-JSK จากแดนญี่ปุ่น ก็ได้รับชะตากรรมในแบบเดียวกัน

ถ้าเราต้องการหุ่นยนต์ที่จะช่วยเหลืองานบ้านได้ ช่วยดูแลผู้สูงอายุ หรือในกรณีที่คุณต้องการเอามันไปร่วมการแข่งขันของ DARPA Robotics Challenge คุณก็จะยังต้องการให้มันขับรถบรรทุก และทำลายกำแพงได้ด้วย  ด้วยเหตุนี้เราจึงต้องการอุปกรณ์ส่งกำลัง (actuator) ที่ทั้งเร็ว และแรง ปัญหาที่พบกันโดยทั่วไปก็คืออุปกรณ์ส่งกำลังโดยทั่วไปที่ใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นชิ้นส่วนหลักที่แม้จะควบคุมได้ง่าย แต่ก็มีข้อจำกัดในเรื่องของแรงที่มันส่งออกมาได้ ส่วนอุปกรณ์ไฮดรอลิกที่แม้จะให้แรงได้เยอะ แต่ก็ต้องการใช้ปั๊มซึ่งยากที่จะควบคุม

นาย Juichi Urata และเพื่อนร่วมงานที่ JSK Lab, The University of Tokyo นำโดยศาสตราจารย์ Masayuki Inaba กำลังหาทางออกสำหรับปัญหาเหล่านี้  พวกเขากำลังพัฒนาขาหุ่นยนต์ซึ่งมีทั้งแรงบิด (torque) และความเร็วที่สูงได้โดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นหลัก

ตัวขับมอเตอร์ (motor driver) ที่พวกเขาใช้งานนั้น ถูกออกแบบให้ใช้ระดับแรงดันไฟฟ้า และกระแสไฟฟ้าที่สูง อาศัยการจ่ายกำลังไฟฟ้าโดยตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ถึง 13.5 ฟารัด แทนที่จะจ่ายไฟฟ้าจากแบตเตอรี่โดยตรง เนื่องจากตัวเก็บประจุมีความน่าเชื่อถือมากกว่าในขณะการจ่ายกระแสไฟฟ้าที่สูง ซึ่งเป็นจุดอ่อนของแบตเตอรี่

นักวิจัยกลุ่มนี้ยังได้แก้ไขหุ่นยนต์รุ่น HRP3L ซึ่งพัฒนาโดยบริษัท Kawada Industries เพื่อใช้กับระบบขับเคลื่อนที่พัฒนาขึ้นมาใหม่นี้ และให้ชื่อว่า HRP3L-JSK ดังรูปต่อไปนี้

มอเตอร์ที่ใช้ในเจ้า HRP3L-JSK ซึ่งเป็นมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน (brushless motor) ยี่ห้อ Maxon ขนาด 200 วัตต์ ก็ยังได้ถูกปรับปรุงให้ระบายความร้อนโดยใช้ของเหลว (liquid-cooled) ด้วย ทำให้มันหมุนเร็วได้ถึง 1000 องศาต่อวินาที และมีแรงบิดสูงถึง 350 นิวตัน ที่บริเวณหัวเข่าของหุ่นยนต์  ด้วยระบบที่ปรับปรุงขึ้นใหม่ทั้งหมดนี้ทำให้เจ้า  HRP3L-JSK ที่มีน้ำหนัก 53 กิโลกรัมสามารถรับแรงกระทำจากทั้งการถีบ, ตีเข่า และการทารุณต่าง ๆ จากนักพัฒนาโดยยังประคองตัวอยู่ได้ อีกทั้งยังกระโดดได้สูงถึง 44 เซนติเมตรจากพื้น (แต่ไม่สามารถลงสู่พื้น หลังจากการกระโดดเองได้)

 

HRP3L-JSK อาศัยระบบควบคุมการทรงตัวแบบใหม่ที่สามารถตรวจจับแรงที่เข้ามากระทำต่อตัวมัน และคำนวณความเป็นไปได้ของตำแหน่งสำหรับวางขา 170 ตำแหน่งภายใน 1 มิลลิวินาที ก่อนที่จะเลือกตำแหน่งที่เป็นไปได้มากที่สุดที่จะป้องกันตัวมันเองจากการล้ม ระบบควบคุมการทรงตัวนี้เป็นการพัฒนาร่วมกันระหว่างทีมของ JSK และ Japan’s National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)

นาย Urata ที่พึ่งได้รับปริญญาเอกจากงานของเขาสำหรับ  HRP3L-JSK กำลังตั้งเป้าไปที่ DARPA Robotics Challenge ซึ่งเขาได้เริ่มตั้งทีมพัฒนาเพื่อเพิ่มแขนกล และเซนเซอร์สำหรับ  HRP3L-JSK แล้ว

เป็นที่น่าสนใจว่าหุ่นยนต์ที่อาศัยมอเตอร์ไฟฟ้าจะสามารถรับมือกับความท้าทายจากการแข่งขันของ DARPA นี้ได้หรือไม่ เพราะทาง DARPA เองได้เลือก PETMAN ซึ่งใช้อุปกรณ์ไฮดรอลิกเพื่อเป็นหุ่นยนต์มาตรฐานที่จะให้ทีมที่ไม่มีหุ่นยนต์เป็นของตัวเองได้นำไปใช้ในการพัฒนา ไฟฟ้าหรือไฮดรอลิก…ใครจะอยู่ ใครจะไป

อ้างอิง: IEEE Spectrum