ท่าเดินของหุ่นยนต์หลายขา

ท่าเดินของหุ่นยนต์หลายขา

หุ่นยนต์หลายขา มักถูกออกแบบสร้างขึ้นเพื่อใช้ในการสำรวจสถานที่ที่เราคุ้นเคย (Unstructured
Environment) เช่น กรณีตึกถล่มต้องส่งหุ่นยนต์ประเภทนี้เข้าไปกู้ภัยการเคลื่อนที่จะคล่องตัวกว่า หุ่นยนต์
ประเภทล้อมาก เพราะสามารถหลบหลีกหรือก้าวข้ามซากปรักหักพังได้ดีกว่า แม้จะเคลื่อนที่ได้ช้าก็ตาม ใน
การแข่งขันหุ่นยนต์กู้ภัย (Rescue Robot Contest) เรื่องของเวลามีผลต่อการทำแต้มน้องๆนักศึกษาจึง
มักสร้างหุ่นยนต์ประเภทล้อเสียส่วนใหญ่อย่างไรก็ตามเพื่อเตรียมความพร้อมของประเทศไทยต่อสถานการณ์
แผ่นดินไหวระดับ 8 ริกเตอร์ขึ้นไป อันอาจส่งผลทำให้อาคารสูงในกรุงเทพพระมหานครบางอาคารถล่มลงมา
ได้ได้สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี มจธ.
จึงได้ริเริ่มดำเนินการวิจัย ออกแบบสร้างหุ่นยนต์หกขา (HexapodRobot) ที่สามารถแปรเปลี่ยนท่าทางการ
เดินได้อย่างปราถนา (Arbitrary Gait Generation) สอดคล้องกับพื้นผิวที่ต้องการเข้าไปสำรวจ (Terrain
Configuration) ในเรื่องของท่าเดินของหุ่นยนต์หลายขานั้น เราพอสรุปได้ดังต่อไปนี้ครับ

ท่าเดินแบบ Tripod:

อาจจะเป็นท่าเดินที่รู้จักกันอย่างแพร่หลายที่สุดของหุ่นยนต์ Hexapodโดยท่าเดินแบบ Tripod นั้น หุ่นยนต์
จะก้าวขาเดินทีละ 3 ขา(3 ขาที่ไม่ติดกัน)ในขณะที่ 3 ที่เหลือยืนอยู่บนพื้นเพื่อผลักให้ตัวหุ่นยนต์เคลื่อนที่ไป
ในทิศทางที่ต้องการ โดยรูปที่ 1 จะแสดงลำดับของการก้าวขาเทียบกับเวลา

รูปที่ 1 จะแสดงลำดับการก้าวขาของท่าเดินแบบ Tripod เทียบกับเวลา

ตัวเลขในวงเล็บของรูปที่ 1 แสดงลำดับการก้าวของขานั้นๆ ดังนั้น (1) แสดงว่าขาL1 L3 R2 จะก้าวออกไป
ก่อนตามด้วย ชุดขา R1 R3 L2 ที่จะก้าวในลำดับต่อไป เนื่องจากลำดับการก้าวของขามีแค่ 2 ลำดับที่สลับ
กัน ดังนั้นท่าเดินแบบ Tripod จึงเป็นท่าเดินแบบสถิตที่มีความเร็วสูงที่สุด แต่เนื่องจากหุ่นยนต์เหลือขายืน
อยู่บนพื้นเพียง 3 ขา ในระหว่างที่ก้าวขา ทำให้หุ่นยนต์มีความ Stable น้อยที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับท่าเดิน
อื่นๆที่จะกล่าวต่อไป

ท่าเดินแบบคลื่น (Wave Gait):

เป็นท่าเดินตามแบบฉบับของหุ่นยนต์ Hexapod ที่เลียนแบบมาจากแมลงตามธรรมชาติท่าเดินแบบคลื่นนั้น
หุ่นยนต์จะก้าวขาทีละเริ่มจากขาหลังสุดมายังหน้า โดยจะก้าวขาในแต่ละฝั่งให้ครบก่อน จากนั้นหุ่นยนต์จึงจะ
เริ่มก้าวขาอีกฝั่งของตัวหุ่นยนต์ ดังนั้นในแต่ละรอบของการก้าวขา หุ่นยนต์จะเหลือขายืนอยู่บนพื้นถึง 5 ขา ทำ
ให้ท่าเดินแบบคลื่นมีความ Stable มากที่สุด ลำดับของการก้าวขาเมื่อเทียบกับเวลาแสดงดังรูปที่ 2

รูปที่ 2 จะแสดงลำดับการก้าวขาของท่าเดินแบบคลื่นเทียบกับเวลา

จากลำดับการก้าวขาดังรูปที่ 2 พบว่าขา L3 จะเริ่มก้าวก่อน จากนั้นขาที่เหลือของฝั่ง L (ซ้าย) จะก้าวตามซึ่งก็
คือ L2, L1 ตามลำดับ เมื่อขาฝั่ง L ก้าวครบทุกขาแล้ว ต่อไปขาฝั่ง R ก็จะเริ่มก้าว โดยเริ่มจาก R3 ไล่มายัง
R2 และ R1 ตามลำดับถึงแม้จะมีความ Stable มากที่สุดท่าเดินแบบคลื่นนี้ก็เป็นท่าเดินมีความเร็วต่ำที่สุดด้วย
เมื่อเปรียบเทียบกับท่าเดินอื่นๆ เพราะหุ่นยนต์สามารถก้าวได้เพียงครั้งละ 1 ขาเท่านั้น

ท่าเดินแบบกระเพื่อม (Ripple Gait):

เป็นท่าเดินที่ดูค่อนข้างซับซ้อน โดยเมื่อพิจารณาจากรูปที่ 3 พบว่าท่าเดินแบบกระเพื่อมนั้นจะคล้ายๆกับท่าเดิน
แบบคลื่น โดยลำดับการก้าวขาในแต่ละฝั่งยังคงเหมือนกับท่าเดินแบบคลื่น คือ ก้าวจากขาหลังมายังขาหน้า สิ่ง
ที่ต่างกันคือ ท่าเดินแบบกระเพื่อมนั้น ขาฝั่งขวาจะเริ่มก้าวก่อนที่ขาฝั่งซ้ายจะก้าวได้ครบทุกขาดังแสดงในรูปที่
3 นอกจากนี้ช่วงเวลาที่แต่ละขายืนอยู่บนพื้นนั้นจะสั้นกว่าท่าเดินแบบคลื่นด้วย ผลที่ได้ก็คือ หุ่นยนต์จะก้าวขา
ครั้งละ 2 ขา โดย 2 ขานี้จะก้าวไม่พร้อมกันเมื่อพิจารณาจากรูปที่ 3ดังนั้นท่าเดินแบบกระเพื่อมจะมีความเร็วสูง
กว่าแบบคลื่นและมีความเสถียรมากกว่าแบบ ท่าเดินแบบ Tripod

รูปที่ 3 จะแสดงลำดับการก้าวขาของท่าเดินแบบคลื่นเทียบกับเวลา

ในเรื่องของการแปรเปลี่ยนท่าทางการเดินได้อย่างปราถนา ในอดีตริเริ่มเสนอความคิดโดย by Kugushev และ
Jaroshevskij in 1975 โดยเป็นท่าเดินประเภท Non-Periodic นั้นคือลำดับการก้าวขาจะไม่วนมาซ้ำลำดับ
เดิมหากแต่จะปรับเปลี่ยนไปตามภูมิประเทศและเส้นทางที่หุ่นยนต์ต้องการจะเดินไป ซึ่งท่าเดินแบบนี้มีความ
ยืดหยุ่นต่อการปรับตัวตามภูมิประเทศเหนือท่าเดินแบบ Periodic ที่กล่าวมาทั้งหมด