ชุดทดลองหุ่นยนต์แบบรถหลายฟังก์ชัน (Multi-Functional Smart Car)

แปลและเรียบเรียง : ณัฐพนธ์ จงฤกษ์มงคล

ชุดทดลองหุ่นยนต์แบบรถหลายฟังก์ชัน (Multi-functional Smart Car Kit) เป็นชุดสื่อการเรียนรู้หุ่นยนต์ที่สามารถเรียนรู้การเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างๆ ได้หลายรูปแบบ ซึ่งต่างๆ จากหุ่นยนต์ทั่วไป ทั้งนี้ตัวหุ่นยนต์เน้นให้ผู้เรียนฝึกการประกอบตัวหุ่นยนต์ เรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติของอุปกรณ์ที่มาเชื่อมต่อบอร์ดควบคุม การเรียนรู้บอร์ดควบคุมและประมวลผล Arduino UNO การใช้งานโปรแกรม Arduino IDE ร่วมกับตัวบอร์ดควบคุม และการเขียนโปรแกรมควบคุมอุปกรณ์ต่างๆ ตามลำดับ ซึ่งทำให้ผู้เรียนเข้าใจการทำงานของตัวหุ่นยนต์แบบรถหลายฟังก์ชันนั้นเอง

อุปกรณ์ต่างๆ ในชุดทดลองหุ่นยนต์แบบรถหลายฟังก์ชัน 

ในส่วนของอุปกรณ์ที่มาพร้อมกับชุดทดลองที่สำคัญประกอบด้วย บอร์ดควบคุมและประมวลผล Arduino UNO, บอร์ดขยายการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างๆ (Arduino shield) ที่ใช้งานร่วมกับตัวหุ่นยนต์ อุปกรณ์รับสัญญาณอินพุตต่างๆ เช่น โมดูลอัลตร้าโซนิกส์, โมดูลบลูทูธ, โมดูลรับสัญญาณอินฟราเรด เป็นต้น

แสดงอุปกรณ์สำหรับชุดทดลองหุ่นยนต์แบบรถหลายฟังก์ชัน 

สำหรับในส่วนอุปกรณ์ทางด้านเอาต์พุต เช่น มอเตอร์กระแสตรง,จอแสดงผลแอลซีดี 16X2 และเซอร์โวมอเตอร์, สายแพรเชื่อมต่อสำหรับทดลอง 1 ชุด, อะแดปเตอร์ชาร์จแบตเตอรี่ขนาด AA 1 ตัว, ชุดสกรูและน๊อตสำหรับประกอบตัวหุ่นยนต์, ไขควง, เคเบิ้ลไทร์รัดสาย, เทปสีดำสำหรับทดลองการเดินตามเส้นให้กับตัวหุ่นยนต์

ฟังก์ชั่นการทำงานและการควบคุมหุ่นยนต์

สำหรับการควบคุมการทำงานและการกำหนดรูปแบบการเคลื่อนที่ตัวหุ่นยนต์จะมีด้วยกัน 4 แบบคือ

  1. การเคลื่อนที่ตามเส้น (Line Tracking) : สำหรับการเคลื่อนที่ตามเส้นของตัวหุ่นยนต์นั้น จะใช้เซนเซอร์อินฟราเรดในการตรวจจับเส้นเทปสีดำ โดยตัวหุ่นยนต์เองจะเคลื่อนที่ตามเส้นเทปที่กำหนดเคลื่อนที่เองโดยอัตโนมัติ ซึ่งเป็นการควบคุมการเคลื่อนที่ให้กับตัวหุ่นยนต์ได้ไม่ยากนัก และสามารถศึกษาโปรแกรมการทำงานควบคู่กับการพัฒนาตัวหุ่นยนต์
  2. การควบคุมการเคลื่อนที่ผ่านรีโมทอินฟราเรด (IR Control) : ในการควบคุมผ่านรีโมทอินฟราเรดจะเป็นการความคุมที่ค่อนข้างง่าย โดยในชุดทดลองจะมีตัวรีโมทมาให้และให้เราใส่ถ่านเข้ากับตัวรีโมท จากนั้นเปิดการทำงานของตัวหุ่นยนต์และสามารถควบคุมการเคลื่อนที่ได้ทันที และทิศทางการเคลื่อนที่ของตัวหุ่นยนต์นั้น ในเบื้องต้นสามารถดูตามลูกศรที่แสดงในรีโมทได้ทันที
  3. การเคลื่อนที่อัตโนมัติด้วยเซนเซอร์อัลตร้าโซนิกส์ (Obstacle Avoidance) : การเคลื่อนที่อัตโนมัติของตัวหุ่นยนต์ในลักษณะนี้ จะเป็นการทำงานของตัวหุ่นยนต์โดยใช้เซนเซอร์อัลตร้าโซนิกส์เป็นหลัก โดยตัวหุ่นยนต์จะตรวจจับวัตถุที่อยู่ข้างหน้าและจะหลบหลีกสิ่งกีดข้างเหล่านั้นตัวตัวเอง เพื่อให้สามารถเคลื่อนที่ต่อไปได้ต่อเนื่อง
  4. การควบคุมการเคลื่อนที่ผ่านโทรศัพท์มือถือ (Bluetooth Remote Control) : สำหรับการควบคุมด้วยแอพพลิเคชั่นบนโทรศัพท์มือถือนั้น สามารถทำได้โดยการติดตั้งแอพพลิเคชั่นที่มาพร้อมในชุด ซึ่งการควบคุมจะใช้การเชื่อมต่อระหว่างตัวหุ่นยนต์และโทรศัพท์มือถือผ่านบลูทูธ ซึ่งจะมีกราฟฟิกปุ่มแสดงการควบคุมตัวหุ่นยนต์ที่เข้าใจได้ง่าย

การควบคุมการทำงานและการกำหนดรูปแบบการเคลื่อนที่สำหรับตัวหุ่นยนต์

คุณสมบัติการทำงานของตัวหุ่นยนต์
  1. การขับเคลื่อนที่ : การเคลื่อนที่ตัวหุ่นยนต์แบบ 4 ล้อ
  2. การควบคุมหุ่นยนต์ : รีโมทอินฟราเรด, แอพลิเคชั่นบนโทรศัพท์มือถือ, แบบอัตโนมัติร่วมกับเซนเซอร์อัลตร้าโซนิกส์
  3. ใช้บอร์ดควบคุมและประมวลผล : Arduino UNO
  4. โปรแกรมสำหรับพัฒนา : ภาษาซี (C++)
  5. การโปรแกรมคำสั่งลงบอร์ด : ผ่านพอร์ต USB Port
  6. การขับเคลื่อนหุ่นยนต์ : มอเตอร์กระแสตรงและล้อขนาด 2.5 นิ้ว
  7. อุปกรณ์รับสัญญาณอินพุต : โมดูลบลูทูธ, โมดูลอินฟราเรด, โมดูลอัลตร้าโซนิกส์
  8. อุปกรณ์ทางด้านเอาต์พุต : จอแสดงผลแอลซีดี 16X2, เซอร์โวมอเตอร์, มอเตอร์กระแสตรง
  9. ข้อมูลและเอกสารในชุดทดลอง : โปรแกรมติดตั้งแอพลิเคชั่นบนโทรศัพท์มือถือ, โปรแกรมติดตั้ง Arduino IDE 1.8.3, คู่มือการประกอบและการใช้งาน, CD-ROM
การติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE สำหรับเขียนคำสั่งควบคุมหุ่นยนต์

โปรแกรมที่ใช้ในการพัฒนาหุ่นยนต์นั้น จะใช้โปรแกรม Arduino IDE ที่สามารถดาวน์โหลดมาใช้งานได้ฟรี (Open source) โดยในส่วนบทความนี้จะเป็นการแนะนำการติดตั้งโปรแกรมให้กับคอมพิวเตอร์ที่ต้องการพัฒนา โดยในชุดการทดลองนี้จะมีตัวอย่างของโปรแกรมเพื่อใช้ในการเรียนรู้ทุกส่วนและสามารถปรับปรุงแก้ไข เพื่อหรับการเรียนรู้และศ๊กษาทดลองต่างๆ ให้เข้าใจเพิ่มขึ้น โดยจะแนะนำการติดตั้งพอสังเขปสำหรับเป็นแนวทางในเบื้องต้น

แสดงลักษณะของหน้าเพจโปรแกรม  Arduino IDE (www.arduino.cc/en/software)

หลังจากดาวน์โหลดไฟล์เสร็จเรียบร้อยหรือใช้ไฟล์ที่มาพร้อมในชุด ให้ทำการติดตั้งโปรแกรม และโปรแกรมจะแสดงกล่องข้อความเป็นให้ทราบ (ตามที่แสดงข้างบน) จากในให้เราเลือกที่ไอคอนยอมรับ (I Agree) และทำขั้นตอนถัดไป

แสดงขั้นตอนสุดท้ายของการติดตั้งโปรแกรม Arduino IDE 

ลักษณะของโปรแกรม Arduino IDE ที่ติดตั้งเสร็จสมบูรณ์

สำหรับโปรแกรมพัฒนา Arduino IDE นั้นจะมาพร้อมในชุดทดลอง หรือสามารถดาวน์โหลดเวอร์ชั่นใหม่ได้ที่เว็บไซต์ www.arduino.cc/en/software (ตามรูปที่แสดงข้างบน) จากนั้นให้ติดตั้งโปรแกรมกับคอมพิวเตอร์และตรวจสอบการใช้งานอีกครั้งแสดงในรูปถัดไป

แสดงบอร์ด Arduino UNO และการทดลองการทำงานร่วมกันโปรแกรม Arduino IDE   

ตัวอย่างโปรแกรมสำหรับทดลอง Arduino IDE และบอร์ดควบคุม Arduino UNO   

หลังจากทำงานติดตั้งโปรแกรมและทดลองการทำงานร่วมกันระหว่างโปรแกรม Arduino IDE และบอร์ดควบคุม Arduino UNO ตามที่แสดงข้างต้นเสร็จเรียบร้อยแล้ว ในขั้นตอนถัดไปเราสามารถเรียนรู้การใช้งานและพัฒนาโปรแกรมควบคุมให้กับตัวหุ่นยนต์ได้ตามต้องการ

ลักษณะของตัวหุ่นยนต์และการประกอบเบื้องต้น

สำหรับลักษณะของตัวหุ่นยนต์แบบรถนี้ จะแสดงตัวอย่างและลำดับขั้นตอนของการประกอบตัวหุ่นยนต์ให้เห็นโครงสร้าง ซึ่งช่วยให้ผู้เรียนได้ทดลองใช้เครื่องมือต่างๆ ในการประกอบตัวหุ่นยนต์ การจัดการลำดับและขั้นตอนของการประกอบ รวมทั้งการทดสอบการทำงานหลังจากประกอบเสร็จแล้ว ทั้งนี้จะช่วยให้ผู้เรียนเข้าใจกลไกลการทำงานชิ้นส่วนต่างๆ ของตัวหุ่นยนต์ในเบื้องต้น และสามารถเรียนรู้และทำความเข้าใจตัวหุ่นยนต์อย่างเป็นขั้นตอนนั้นเอง

รูปแสดงการประกอบอุปกรณ์หลักในส่วนโครงสร้างตัวหุ่นยนต์

การประกอบส่วนของมอเตอร์และบอร์ดขับกำลังมอเตอร์

รูปแสดงการประกอบบอร์ดควบคุม Arduino UNO และกล่องใส่แบตเตอรี่

รูปสุดท้ายแสดงลักษณะของตัวหุ่นยนต์ที่ประกอบส่วนต่างๆ ใกล้เสร็จสมบูรณ์

ตัวอย่างบทเรียนการเชื่อมต่ออุปกรณ์ต่างๆ สำหรับหุ่นยนต์

บทเรียนสำหรับการเรียนรู้ตัวหุ่นยนต์จะแบ่งออกเป็นส่วนตามอุปกรณ์ที่นำมาประกอบตัวหุ่นยนต์ เพื่อให้เข้าใจการทำงานอุปกรณ์ต่างๆ ที่ประกอบร่วมกับตัวหุ่นยนต์ เช่น ลักษณะของตัวอุปกรณ์ที่นำมาใช้งาน การต่อวงจรสำหรับการทดลองและเรียนรู้ในแต่ละส่วน รวมทั้งตัวอย่างโปรแกรมสำหรับรับสัญญาณอินพุตและการควบคุมการทำงานของตัวอุปกรณ์ต่างๆ ทางด้านเอาต์พุตนั้นๆ

ตัวอย่างบทเรียนที่ 1 การเรียนรู้ควบคุมเซอร์โวมอเตอร์

ตัวอย่างบทเรียนที่ 2 การเรียนรู้เกี่ยวกับเซนเซอร์อัลตร้าโซนิกส์

ตัวอย่างบทเรียนที่ 3 การเชื่อมต่อโมดูลบูลทูธและสมาร์ทโฟน

ตัวอย่างบทเรียนที่ 4 การเรียนเรียนรู้ควบคุมหุ่นยนต์ด้วยรีโมทอินฟราเรด 

สำหรับชุดทดลองหุ่นยนต์แบบรถหลายฟังก์ชัน (Multi-functional Smart Car) นี้ เป็นสื่อการเรียนรู้อีกรูปแบบหนึ่งที่เหมาะสำหรับในระดับมัธยมและอาซีวะศึกษา ซึ่งสามารถเรียนรู้ได้ทั้งในส่วนของการเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์สำหรับควบคุมหุ่นยนต์ การเรียนรู้ชิ้นส่วนและอุปกรณ์ที่ต่อร่วมกันให้กับตัวหุ่นยนต์ เช่น มอเตอร์ จอแสดงผลแอลซีดี บอร์ดควบคุมการทำงาน และอุปกรณ์เซนเซอร์อัลตร้าโซนิกส์ นอกจากนี้ยังเป็นการฝึกทักษะให้กับผู้เรียนในด้านการใช้เครื่องมือต่างๆ และการประกอบตัวหุ่นยนต์ เป็นต้น..

.

ติดต่อสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่

บริษัท ซีเอ็ดยูเคชั่น จำกัด (มหาชน) 1858/87-90 ถนนเทพรัตน แขวงบางนาใต้ เขตบางนา กรุงเทพมหานคร 10260
โทรศัพท์ 0 2826 8263 โทรสาร 0 2826 8356-59 อีเมล์ stem@se-ed.com