** บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของบทความชุด Build Your Own Bot แนะนำการสร้างหุ่นยนต์ด้วยตัวเอง **
ความเดิมจากตอนที่แล้วที่ได้แนะนำรูปแบบการเคลื่อนที่ด้วยล้อและสายพาน คราวนี้เรามาต่อดูข้อดีข้อเสียของวิธีต่าง ๆ ที่กล่าวมา และประเด็นอื่น ๆ ของการเคลื่อนที่ด้วยล้อและสายพานกันอีกซักเล็กน้อย ก่อนที่จะไปดูการเคลื่อนที่วิธีอื่น
เราจะเลือกใช้รูปแบบการเคลื่อนที่แบบไหนดี (ขอแนะนำเฉพาะแบบที่เป็นที่นิยม)
หุ่นยนต์ของเราต้องเคลื่อนที่โดยมีข้อจำกัดด้านทิศทางของหุ่นยนต์หรือไม่ เช่น ต้องวิ่งไปด้านข้างแต่หันหน้าเข้าหากำแพง หรือเคลื่อนที่ในที่แคบที่เลี้ยวลำบาก
- ถ้าใช่ ใช้การเคลื่อนที่แบบ holonomic ต่อไปเรามาดูว่า เราต้องการให้หุ่นยนต์ฝืนการเคลื่อนที่ในแนวที่ไม่ต้องการได้หรือไม่ เช่น วิ่งบนพื้นเอียงขนานกับพื้นเอียงแล้วไม่ต้องการให้หุ่นยนต์ไหลลงพื้นเอียงได้ง่าย หรือ หุ่นยนต์วิ่งไปข้างหน้าแล้วไม่ต้องการให้ถูกผลักจากด้านข้างได้
- ถ้าใช่ ใช้ Swerve drive เนื่องจากการขับเคลื่อนของ Swerve drive จะต้องตั้งมุมล้อให้ตรงแนวการเคลื่อนที่ จึงได้แรงขับเคลื่อนเยอะและไม่สามารถเคลื่อนที่ในแนวอื่นที่ไม่ได้ตั้งมุมล้อไว้ได้ แต่ Swerve drive มีความซับซ้อนมาก แต่ละล้อต้องใช้มอเตอร์ 2 ตัว คือใช้ขับเคลื่อนและใช้หมุนเลี้ยว
- ถ้าไม่ใช่ มี 2 แนวทาง คือ
- Omni drive สามารถเคลื่อนที่ในทิศต่าง ๆ ได้อย่างรวดเร็ว ตัวล้อขึ้นรูปยากกว่าล้อธรรมดาทั่วไป แต่หาซื้อสำเร็จรูปได้ การวางตัวของล้อทำให้เหมาะสำหรับหุ่นยนต์ทรงกระบอกมากกว่าทรงสี่เหลี่ยม
- Mecanum drive จะให้แรงขับเคลื่อนในแนวหน้า หลัง เยอะ แต่การเคลื่อนที่ในแนวซ้าย ขวา จะต้องใช้พลังงานมากกว่า ตัวล้อขึ้นรูปยากกว่าแบบ Omni แต่หาซื้อสำเร็จรูปได้ การวางตัวของล้อทำให้เหมาะสำหรับหุ่นยนต์ทรงสี่เหลี่ยมมากกว่า
- ถ้าไม่ใช่ ก็สามารถใช้การเคลื่อนที่แบบ non-holonomic ได้ ต่อไปเราพิจารณาว่า
- ต้องการให้หมุนเลี้ยวอยู่กับที่ได้หรือไม่
- ถ้าใช่ ต่อไปพิจารณาว่า ต้องการแรงขับเคลื่อนเยอะหรือไม่
- ถ้าใช่ ใช้ Skid steer เนื่องจากการใช้สายพานตีนตะขาบหรือล้อหลายล้อจะมีพื้นที่สัมผัสพื้นเยอะ ได้แรงขับเคลื่อนเยอะ แต่ตอนเลี้ยวก็เกิดการลื่นไถล สูญเสียพลังงานไปตอนเลี้ยว ทำให้ต้องใช้กำลังเยอะในการหมุนเลี้ยวรอบตัวเอง
- Differential drive กลไกเรียบง่ายที่สุด ใช้พลังงานน้อย แต่โดยลำพัง 2 ล้อจะทรงตัวได้ยาก เพื่อให้ง่ายจะต้องมีล้อประคอง ซึ่งจะทำให้การเคลื่อนที่บนพื้นไม่เรียบอาจติดขัดได้
- ถ้าไม่ใช่ ใช้ Ackermann steering เหมือนรถยนต์ ข้อดีคือสามารถเลี้ยวได้โดยไม่มีการลื่นไถล ทำให้ไม่สูญเสียพลังงานในตอนเลี้ยว แต่ตอนเลี้ยวจะต้องใช้พื้นที่มาก
- ถ้าใช่ ต่อไปพิจารณาว่า ต้องการแรงขับเคลื่อนเยอะหรือไม่
เช่นเดิม นี่เป็นคำแนะนำทั่วไป ไม่จำเป็นต้องยึดถือตายตัว
การเคลื่อนที่บนพื้น นอกจากเรื่องความคล่องตัวในการเคลื่อนที่และการเลี้ยวนั้น ยังมีประเด็นอื่น ๆ ที่น่าสนใจ เช่น
- ระบบกันสะเทือน (suspension) ในความเป็นจริงแล้ว suspension ทำหน้าที่มากกว่าแค่กันสะเทือน (ทำให้นั่งรถสบายเวลาเจาะพื้นขรุขระ) แต่ยังช่วยให้ล้อสัมผัสพื้นได้ดีขึ้น การที่ล้อสัมผัสพื้นได้ดีขึ้นทำให้ได้แรงขับเคลื่อนที่ดี และสามารถควบคุมการเคลื่อนที่ได้ดี suspension มีความสำคัญในหุ่นยนต์ที่ต้องเคลื่อนที่บนพื้นขรุขระ หรือมีมากกว่า 3 ล้อ เพื่อทำให้ล้อสัมผัสกับพื้นครบทุกล้อ รูปแบบของ suspension มีหลายแบบ เช่น
- การใช้กลไกเคลื่อนที่ล้ออิสระต่อกัน เช่น ระบบกันสะเทือนในรถยนต์ มีกลไกเพื่อให้ล้อแต่ละล้อขยับขึ้น-ลงได้เพื่อให้สัมผัสพื้น
- การใช้กลไกเคลื่อนที่ล้อที่ไม่เป็นอิสระต่อกัน เช่น Rocker-bogie ในยานสำรวจดาวอังคาร มีกลไกเชื่อมล้อ 2 ล้อ เมื่อล้อหนึ่งเคลื่อนที่ขึ้น อีกล้อจะเคลื่อนที่ลง
- ล้อที่ยุบได้ แทนที่จะทำให้ล้อเคลื่อนที่ได้ ยังสามารถทำให้ผิวสัมผัสกับล้อเคลื่อนที่แทน เช่น ล้อ Tweel ของ Michelin
- การปีนป่าย หากหุ่นยนต์ต้องเคลื่อนที่ในที่ที่มีอุปสรรคขนาดใหญ่จนล้อธรรมดาไม่สามารถปีนข้ามได้ อาจจะต้องมีกลไกเพิ่มเติมช่วยในการปีนป่าย เช่น กลไก flipper ซึ่งเป็นการติดตั้งสายพานตีนตะขาบอีกชุดด้านหน้าหุ่นยนต์ที่สามารถหมุนได้ เพื่อพาดไปบนสิ่งกีดขวาง
นอกจากการเคลื่อนที่ด้วยล้อและสายพานตีนตะขาบในรูปแบบทั่ว ๆ ไปที่นำเสนอมาแล้ว ยังมีผู้พัฒนาการเคลื่อนที่ด้วยล้อและสายพานตีนตะขาบในรูปแบบอื่น ๆ อีกเพื่อตอบโจทย์ในลักษณะต่าง ๆ เช่น
- wheel-leg คือลูกผสมระหว่างล้อและขา เนื่องจากล้อเคลื่อนที่ได้ง่าย เร็ว แต่ปีนป่ายไม่ค่อยดี ส่วนขาปีนป่ายได้ดี จึงติดขาเข้าไปที่ล้อ แทนที่จะเป็นล้อกลม ๆ ทำให้ยังเคลื่อนที่ได้เร็ว และปีนป่ายได้ดีขึ้น (แต่ก็ไม่ได้เคลื่อนที่เร็วและราบรื่นเท่าล้อปกติ)
- omni-track สายพานตีนตะขาบสร้างแรงขับเคลื่อนได้เยอะ แต่เคลื่อนที่แบบ non-holonomic ทำให้ไม่คล่องตัวมาก จึงมีนักวิจัยพัฒนาตีนตะขาบที่เคลื่อนที่ได้รอบทิศทาง
นี่เป็นตัวอย่างของการเคลื่อนที่ด้วยล้อและสายพานตีนตะขาบที่ยกขึ้นมาเป็นแนวทางการออกแบบหุ่นยนต์ น่าจะช่วยให้เห็นภาพคร่าว ๆ และทำให้พอจะเริ่มออกแบบหุ่นยนต์ได้ แต่ถ้าเจอปัญหาที่ท้าทาย ก็อย่าหยุดเพียงแค่หุ่นยนต์ที่เคยมีคนสร้างแล้วเท่านั้น เราก็ยังสามารถออกแบบล้อและสายพานตีนตะขาบแบบอื่นได้อีก
ภาพ
** บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของบทความชุด Build Your Own Bot แนะนำการสร้างหุ่นยนต์ด้วยตัวเอง **
