หุ่นยนต์ฮิวมานอยด์จากท้องตลาด สู่การแข่งขัน

หุ่นยนต์ฮิวมานอยด์จากท้องตลาด สู่การแข่งขัน

การแข่งขันหุ่นยนต์บ้านเราคึกคักอย่างมากในช่วง 2-3 ปีให้หลัง เนื่องจากการการที่เด็กไทยไปคว้าแชมป์โลกมาได้หลายรายการ การแข่งขันล่าสุดที่กำลังจะเกิดขึ้นในเมืองไทย ก็คือการแข่งขันหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ การแข่งขันหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์นับเป็นการแข่งขันที่ท้าทายที่สุดในบรรดาหุ่นยนต์ทั้งหมด เนื่องจากหุ่นยนต์ต้องมีความอัตโนมัติในตัวเอง ไม่สามารถใช้การควบคุมจากภายนอกหุ่นยนต์ได้ หุ่นยนต์จึงต้องมีความสามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมได้ดี ภายใต้พื้นที่และน้ำหนักที่จำกัดที่หุ่นยนต์จะแบกรับไว้ได้

คณะกรรมการนานาชาติจัดการแข่งขันฟุตบอลหุ่นยนต์ RoboCup มีความพยายามที่จะผลักดันเทคโนโลยีหุ่นยนต์ของโลกให้มีความก้าวหน้า ในแต่ละปีจึงมีการเปลี่ยนแปลงกฎการแข่งขันเพื่อส่งเสริมและกระตุ้นให้ทีมได้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง หุ่นยนต์แต่ละตัวต้องทำงานอย่างอัตโนมัติ และเขาต้องมีความฉลาดประดิษฐ์ (Artificial Intelligence) ในระดับที่ต้องทำงานร่วมกับหุ่นยนต์ตัวอื่นได้ ในกรณีการแข่งขันนี้ คือ การเลี้ยงและเตะลูกบอลเข้าประตู Collaborative Intelligence นี้รวมไปถึงระบบการเล่นแบบทีมที่สมานฉันท์ไม่มีปัญหาการแย่งกันเล่นระหว่างผู้เล่นพวกเดียวกันเอง หรือ one man show ที่บ่อยครั้งเรามักเห็นมนุษย์ชอบกระทำกัน

สมคมวิชาการหุ่นยนต์ไทยได้มอบหมายให้สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (ฟีโบ้)ดำเนินการจัดการแข่งขันฮิวแมนนอยด์ขนาดเล็กครั้งแรกของไทย คุณเอกลักษณ์ ศุภมณี วิศวกรฟีโบ้รับตำแหน่งเป็นผู้ประสานงานฯได้สรุปข้อมูลทีมที่ผ่านรอบคัดเลือกพร้อมข้อสังเกตุที่น่าสนใจยิ่งสำหรับการพัฒนาหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ของเด็กไทยดังนี้ การแข่งรอบชิงชนะเลิศในประเทศไทย ประจำปี 2552 กำหนดขึ้นในวันอาทิตย์ที่ 28 มีนาคม 2553 ณ ศูนย์การค้าพันธ์ทิพย์ พลาซ่า สาขาประตูน้ำ ซึ่งผู้ที่ผ่านเข้ารอบทั้งหมด 10 ทีมมีด้วยกันดังนี้

1 BART LAB Humanoid มหาวิทยาลัยมหิดล

2 BSRU – I มหาวิทยาลัยราชภัฏบ้านสมเด็จเจ้าพระยา
3 Centsonor Carla มหาวิทยาลัยเอเชียอาคเนย์
4 Chibi Dragon จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
5 Chimera มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ
6 CIM MUT มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร
7 CRV FC มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์
8 Team KMUTT มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
9 Tonkla มหาวิทยาลัยรามคำแหง
10 Verify มหาวิทยาลัยศรีปทุม

โดยทั่วไปแล้วนั้นโครงสร้างของหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์จะสร้างให้มีลักษณะคล้ายกับมนุษย์ ซึ่งตามท้องตลาดหุ่นยนต์จะเป็นชุดคิทสำเร็จ ซึ่งมีมอเตอร์ เซนเซอร์ โครงสร้าง และไมโครคอนโทรลเลอร์มาให้อยู่แล้วในชุด เช่น ชุดคิทของ Robobuilder หรือ bioloid

(ภาพจาก http://www.ett.co.th/robot/robobuilder-v9.jpg และ
http://www.antweightwars.co.uk/BioloidHR.jpg)

ชุดคิทเป็นชุดที่จัดที่จัดขึ้นมาสำหรับผู้ที่เริ่มต้นการพัฒนาหุ่นยนต์ ทำให้กำลังมอเตอร์มีค่าน้อย ตัวไมโครคอนโทรเลอร์ที่ใช้ควบคุมมีข้อจำกัด การนำมาแข่งขัน ส่วนมากจะมีการปรับปรุงในหลายๆส่วนให้ดีขึ้น เช่น กำลังของมอเตอร์เปลี่ยนไปใช้ตัวที่ให้กำลังมากขึ้น โครงสร้างเปลี่ยนไปใช้อลูมิเนียมเพื่อลดน้ำหนัก และเพิ่มความสวยงามให้กับหุ่นยนต์ เซนเซอร์ถูกเปลี่ยนให้มีความสามารถในการรับค่าได้สูงขึ้น และที่สำคัญไมโครคอนโทรลเลอร์ถูกเปลี่ยนให้มีหน่วยความจำที่สูงขึ้น ประมวลผลได้เร็วขึ้น ยกตัวอย่างหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ของทีม KMUTT ทีม BSRU และทีม Tonkla เป็นต้น

(ภาพจาก http://www.thailandhumanoid.org/)

จะเห็นได้ว่าหุ่นยนต์ถูกปรับปรุงรูปลักษณ์ภายนอกให้ดูเกรงขามขึ้น นอกจากการปรับปรุงรูปลักษณ์ภายนอกแล้ว การปรับปรุงโปรแกรมควบคุมหุ่นยนต์ก็มีความสำคัญที่ไม่น้อยกว่ากันเลยทีเดียว เดิมทีนั้นโปรแกรมควบคุมหุ่นยนต์ที่มากับชุดคิท จะเป็นโปรแกรมที่ค่อนข้างใช้งานง่าย แต่มีข้อจำกัด โดยทั่วไปจะใช้การจัดท่าหุ่นยนต์ทำท่าในที่ต้องการทีละขั้นตอน และบันทึกไว้ในหน่วยความจำ พอถึงเวลาที่จะใช้งานในท่านั้นก็จะใช้วิธีเล่นย้อนกลับ (playback) ตามหน่วยความจำที่ได้บันทึกไว้

(ภาพจาก http://www.appsofttech.com/p1/robot/robobuilder.htm)

วิธีนี้ไม่ต้องอาศัยความรู้ในมาก แต่การพัฒนาในระดับสูงขึ้นค่อนข้างเสียเวลามาก จึงมีหลายๆทีมที่พัฒนาโปรแกรมควบคุมมอเตอร์ใหม่ เพื่อให้สะดวกในการใช้ เช่นทีม KMUTT พัฒนาโปรแกรม การจัดท่าโดยใช้ Graphical User Interface (GUI) โดยตัวโปรแกรมจะมี interface และมีการคำนวน kinematics ของหุ่นยนต์ที่ถูกต้องและเสมือนจริงกับหุ่นยนต์ ทำให้ผู้ใช้สามารถจัดท่าทางหุ่นยนต์จาก GUI ได้ก่อนที่จะนำท่าทางเหล่านั้นไปให้หุ่นยนต์แสดงจริง ซึ่งจะสามารถช่วยให้ลดอัตราที่ทำให้เกิดการเสียหายต่อหุ่นยนต์เนื่องจากการจัดท่าทางที่ผิดพลาด

(ภาพจาก http://www.thailandhumanoid.org/)

นอกจากการจัดท่าทางด้วย GUI แล้ว โปรแกรมยังสามารถจัดท่าทางโดยการจัดหุ่นยนต์ได้โดยตรง คือ โปรแกรมจะอ่านค่าตำแหน่งมอเตอร์ต่าง ๆ ในหุ่นยนต์ และจำตำแหน่งนั้น ๆ ไว้เพื่อให้เกิดท่าทางที่ต้องการได้ ในอนาคต โปรแกรมนี้จะถูกพัฒนาต่อไปอีกหลายส่วน ทำให้การทดสอบท่าทางของหุ่นยนต์และการคิดท่าทางใหม่ ๆ ให้กับหุ่นยนต์ทำได้ง่ายและสะดวกยิ่งขึ้น เช่น

1. การพัฒนาในส่วนของการแสดงผลค่าจาก Sensor ต่างๆ เพื่อศึกษาพฤติกรรม ความมีเสถียรภาพในขณะที่หุ่นยนต์มีอิริยาบทต่าง ๆ ได้ทันที เช่น การเดิน การเลี้ยวซ้าย-ขวา เป็นต้น
2. การพัฒนาในด้านการ Simulation ท่าทางต่าง ๆ ได้ก่อนล่วงหน้า
3. การพัฒนาด้านการ debug พฤติกรรมหุ่นยนต์ เช่น GUI แสดงสถานะความพร้อมใช้งาน, อุณหภูมิ, แรงดันไฟฟ้าในมอเตอร์ เป็นต้น
4. การพัฒนาด้านการทำ Dynamic simulation โดยใช้ค่าพารามิเตอร์ต่างๆที่ได้จากตัวหุ่นยนต์จริงๆ เช่น น้ำหนัก ระยะระหว่างลิงค์ เพื่อให้เข้าใจการตอบสนองของหุ่นยนต์ได้ดีขึ้น

การพัฒนาระบบประมวลผลภาพ หุ่นยนต์ที่เป็นชุดคิทโดยทั่วไปนั้น จะไม่มีส่วนของการรับภาพและประมวลผลภาพมาให้ ทำให้หุ่นยนต์ที่ใช้ในการแข่งขันต้องมาเพิ่มและพัฒนาในระบบนี้ ซึ่งหุ่นยนต์จะถูกติดกล้องเข้าไปปละใช้รับสัญญาณภาพที่ได้จากการรับภาพของกล้อง โดยเอาภาพที่ได้นั้นไปทำการประมวลผลภาพ (image processing) คัดเอาแต่เฉพาะส่วนที่ต้องการ

(ภาพจาก http://www.thailandhumanoid.org/)

จากภาพคือโปรแกรมประมวลผลภาพ จากทีม CRV FC ซึ่งในที่นี้วัตถุที่หุ่นสนใจก็คือลูกบอลสีส้มบนพื้นสีเขียว หลังจากได้วัตถุที่ต้องการแล้วการพัฒนาอย่างสุดท้าย ซึ่งถือว่ามีความสำคัญมากในการสร้างหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ก็คือการเขียนระบบการเล่นฟุตบอล ซึ่งในส่วนนี้ขึ้นอยู่การวางแผนการเล่นของทีม เช่นการเลี้ยงลูกบอลเพื่อหลบผู้เล่นฝ่ายตรงข้ามก่อน หรือส่งให้ผู้เล่นฝ่ายเดียวกัน ซึ่งระบบการคิดต่างๆของหุ่นยนต์จะเป็นไปตามโปรแกรมที่ผู้พัฒนาออกแบบไว้ โดยทั่วไปแล้วระบบอัจฉริยะที่นิยมใช้ในหุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ จะใช้ตรรกศาสตร์คลุมเครือ (Fuzzy Logic) ในการตัดสินใจเป็นหลัก หรืออาจใช้วิธีอื่นๆเพิ่มเติมร่วมกันก็ได้ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการตัดสินใจของหุ่นยนต์ เช่น ระบบการเรียนรู้โครงข่ายประสาทเทียม (Artificial neural network) เป็นต้น ในภาพแสดงการงวางแผนการคิดของหุ่นยนต์

(ภาพจาก http://www.thailandhumanoid.org/)

ในปัจจุบันนี้หุ่นยนต์ฮิวมานอยด์ถูกพัฒนาขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งความสามารถในเวทีระดับโลกนั้น หุ่นยนต์ฮิวมานอยด์สามารถที่จะเล่นฟุตบอลเป็นทีมได้แล้ว โดยการส่งต่อลูกบอลให้ฝ่ายเดียวกัน ถ้าอีกตัวอยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมกว่าในการทำประตู การแข่งขันในประเทศไทยนับเป็นโอกาสที่ดีสำหรับเด็กไทย ในการที่จะพัฒนาหุ่นยนต์ไทยอีกหนึ่งรายการเข้าสู่การแข่งขันระดับโลก ผมขอขอบคุณบริษัทซีเกทเทคโนโลยี (ประเทศไทย) และเนคเทค ที่ให้การสนันสนุนอย่างดียิ่ง  ขอบคุณน้องๆนักศึกษาที่มาเข้าการแข่งขันและพร้อมที่จะสร้างชื่อเสียงให้ชาติไทย

มาร่วมส่งแรงใจกันเชียร์นะครับ

ท่านผู้อ่านสามารถส่งข้อคิดเห็น/เสนอแนะมาที่ผู้เขียนที่ djitt@fibo.kmutt.ac.th

——————————————————————————————