สาราณุกรมหุ่นยนต์ไทย(3)

 สาราณุกรมหุ่นยนต์ไทย

การติดต่อสื่อสารระหว่างมนุษย์กับหุ่นยนต์

     การติดต่อสื่อสารระหว่างมนุษย์กับหุ่นยนต์ เป็นศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับการทำให้มนุษย์สามารถใช้งานควบคุม ติดต่อสื่อสารกับหุ่นยนต์ที่สร้างขึ้นมาได้อย่างสะดวกและเป็นธรรมชาติ ซึ่งมีความเกี่ยวข้องกับความรู้ทางด้านวิทยาการหุ่นยนต์ (Robotics) ปัจจัยมนุษย์ (Human Factor) การติดต่อสื่อสารระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์ (Human-Computer Interaction) ปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence) การทำความเข้าใจภาษาธรรมชาติ (Natural Language Understanding) เป็นต้น ซึ่งการผสมผสานความรู้ดังกล่าวจะทำให้เราสามารถออกแบบระบบการติดต่อสื่อสารเพื่อควบคุมการใช้งานหุ่นยนต์ให้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น

     การติดต่อสื่อสารระหว่างมนุษย์กับหุ่นยนต์นั้นได้มีวิวัฒนาการอย่างต่อเนื่องนับตั้งแต่ระยะแรกที่หุ่นยนต์ได้เริ่มแพร่หลายในโรงงานอุตสาหกรรมเช่นโรงงานผลิตรถยนต์  โดยงานของหุ่นยนต์จะเน้นการหยิบจับ วางหรือประกอบชิ้นงานเป็นหลัก ดังนั้นเพื่อความสะดวกในการใช้งานควบคุมหุ่นยนต์ จึงมีการคิดค้นอุปกรณ์สอนและบันทึกค่าตำแหน่งของปลายแขนหุ่นยนต์ซึ่งเรียกว่าแป้นการสอนตำแหน่ง (Teach Pendant) แสดงดังรูปที่ 1 โดยผู้ใช้สามารถป้อนเป็นค่าตัวเลขของตำแหน่งหรือควบคุมการเคลื่อนที่ของแต่ละข้อต่อผ่านปุ่มบนแป้นควบคุมจนปลายแขนถึงตำแหน่งที่ต้องการแล้วสั่งบันทึกค่ามุมของแต่ละข้อต่อนั้นไว้ หลังจากนั้นเราสามารถสั่งให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งที่เคยสอนและบันทึกไว้ได้ การควบคุมประเภทนี้เหมาะกับการใช้งานประเภทหยิบแล้ววาง (Pick-and-Place Task)

รูปที่ ๑๓ แป้นการสอนตำแหน่ง [1]

ต่อมาได้มีการพัฒนาก้านควบคุม (Joystick) แสดงดังรูปที่ 2 ซึ่งทำให้ผู้ใช้งานสามารถควบคุมหุ่นยนต์โดยเฉพาะหุ่นยนต์แบบเคลื่อนที่ได้ (Mobile Robot) ได้สะดวกขึ้นโดยสามารถใช้ร่วมกับปุ่มเพื่อส่งคำสั่งการเคลื่อนที่ไปยังหุ่นยนต์

รูปที่ ๑๔ ก้านควบคุม

นอกจากหุ่นยนต์ที่ใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมที่ทำหน้าที่ทุ่นแรงในการหยิบจับ การเชื่อม การตัด การพ่นสีและประกอบชิ้นส่วนแล้ว ยังมีการพัฒนาหุ่นยนต์ให้สามารถทำงานในหลากหลายด้านมากยิ่งขึ้นเช่นหุ่นยนต์สำรวจและกู้ภัย หุ่นยนต์ใช้ในทางทหาร หุ่นยนต์เพื่อการศึกษา หุ่นยนต์ใช้ในการแพทย์ รวมทั้งหุ่นยนต์บริการทั้งในสำนักงานและบ้าน ดังนั้นจะเห็นได้ว่าหุ่นยนต์ได้เข้ามามีบทบาทในชีวิตมนุษย์มากขึ้น จึงมีการวิจัย พัฒนาและสร้างเครื่องมือและวิธีการในการควบคุม ติดต่อสื่อสารกับหุ่นยนต์ให้ได้อย่างสะดวกและเป็นธรรมชาติ บางระบบผู้ใช้สามารถใช้เสียงในการสั่งงานหุ่นยนต์ผ่านการรู้จำเสียง (Speech Recognition) แสดงดังรูปที่ 3 ส่วนหุ่นยนต์จะโต้ตอบกับผู้ใช้ผ่านทางหน้าจอ และ/หรือ เสียงสังเคราะห์ (Synthesized Sound) ผ่านทางลำโพง

รูปที่ ๑๕ การสั่งงานหุ่นยนต์ผ่านการรู้จำเสียง [3]

นอกจากนี้หุ่นยนต์บางตัวได้รับการพัฒนาให้จดจำหน้าตา (Face Recognition) แสดงดังรูปที่ 4 และท่าทาง (Gesture Recognition) ของผู้ใช้ได้แสดงดังรูปที่ 5 โดยอาศัยเทคโนโลยีการมองเห็นของหุ่นยนต์ (Robot Vision) ซึ่งใช้กล้องเป็นตัวรับภาพ เพื่อแยกแยะรูปแบบใบหน้าและท่าทางของผู้ใช้ เมื่อจำหน้าของผู้ใช้ได้แล้วหุ่นยนต์อาจมีการโต้ตอบด้วยภาพ เสียงหรือท่าทางจากหุ่นยนต์

รูปที่ ๑๖ การจดจำใบหน้าโดยอาศัยเทคโนโลยีการมองเห็นของหุ่นยนต์

รูปที่ ๑๗ การจดจำท่าทางโดยอาศัยเทคโนโลยีการมองเห็นของหุ่นยนต์

ผู้ใช้สามารถใช้อุปกรณ์ควบคุมพื้นฐานในการควบคุมหุ่นยนต์เช่นก้านควบคุม เมาส์ คีย์บอร์ด หรือแสดงท่าทางเช่นใช้ภาษามือ (Sign Language) เพื่อสั่งการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ให้วิ่งไปข้างหน้า/หลังหรือเลี้ยวซ้าย/ขวาเป็นต้น นอกจากการใช้กล้องในการตรวจจับท่าทางแล้ว ผู้ใช้ยังสามารถสวมถุงมือป้อนข้อมูล (Data Gloves) ในการสั่งงานผ่านการแสดงท่าทางโดยระบบจะตรวจสอบรูปแบบการยืด งอของมือและนิ้วแล้วนำไปเปรียบเทียบกับรูปแบบที่เคยบันทึกหรือจดจำไว้

ส่วนการควบคุมหุ่นยนต์ระยะไกล (Teleoperation) นั้นผู้ใช้นอกจากสามารถใช้ก้านควบคุมและดูผลการควบคุมผ่านจอแสดงผลแล้ว ผู้ใช้ยังสามารถสวมอุปกรณ์แสดงผลแบบสวมหัว (Head-Mounted Display) ได้โดยภาพจะแสดงบนจอขนาดเล็ก 2 จอสำหรับตาทั้งสองข้าง ซึ่งบางรุ่นสามารถแสดงภาพแบบ 3 มิติเพื่อให้ได้ข้อมูลระยะลึกใกล้/ไกลของวัตถุต่างๆภายในภาพ บางรุ่นสามารถส่งเสียงแบบ 3 มิติผ่านทางหูฟังด้วย นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ตรวจจับการหมุนศีรษะ (Head Tracker) ของผู้ใช้ ดังนั้นภาพจะถูกแสดงให้สอดคล้องกับการหมุนศีรษะของผู้ใช้ด้วย การตรวจจับการเคลื่อนไหวและท่าทางของผู้ใช้แล้วนำไปประมวลผลหาคำสั่งเพื่อควบคุมหุ่นยนต์ให้เหมาะสมนั้นจะทำให้ผู้ใช้สามารถควบคุมและติดต่อกับหุ่นยนต์ได้อย่างสะดวกและเป็นธรรมชาติ โดยอาศัยอุปกรณ์การตรวจจับแบบต่างๆเช่นอาศัยสนามแม่เหล็ก การเคลื่อนไหวทางกล การสะท้อนของคลื่นอัลตร้าโซนิคส์ การตรวจจับวัตถุด้วยกล้อง เป็นต้น ตัวอย่างการใช้งานถุงมือป้อนข้อมูลและอุปกรณ์แสดงผลแบบสวมหัวเพื่อควบคุมหุ่นยนต์แสดงได้ดังรูปที่ ๑๘

รูปที่ ๑๘ การควบคุมหุ่นยนต์โดยใช้ถุงมือป้อนข้อมูลและอุปกรณ์แสดงผลแบบสวมหัว

สำหรับคนชราหรือผู้พิการที่ไม่สามารถพึ่งตัวเองได้นั้นสามารถใช้สัญญาณทางชีวภาพ (Biological Signal) ของร่างกายเช่นจากตา กล้ามเนื้อ หรือสมองมาใช้ควบคุมหุ่นยนต์ได้ ตัวอย่างของการใช้สัญญาณชีวภาพจากการขยับคิ้ว หรือกลอกตาไปมาเพื่อควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์แสดงได้ดังรูปที่ ๑๙

รูปที่ ๑๙ การใช้สัญญาณทางชีวภาพของร่างกายมาใช้ควบคุมหุ่นยนต์

นอกจากการป้อนข้อมูลคำสั่งผ่านอุปกรณ์แล้ว การรับผลการทำงานของหุ่นยนต์ก็เป็นสิ่งจำเป็นที่จะทำให้การติดต่อ สั่งงานหุ่นยนต์ให้ได้มีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น เช่นการมองท่าทางของหุ่นยนต์โดยตรงหรือผ่านจอแสดงผล การรับเสียงการทำงานหรือเสียงพูดที่เกิดจากการใช้คอมพิวเตอร์สังเคราะห์ขึ้น รวมทั้งการรับแรงป้อนกลับ (Force Feedback) ซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการควบคุมหุ่นยนต์ระยะไกล เนื่องจากผู้ใช้สามารถรับรู้แรงที่วัดได้จากตัวตรวจจับแรงที่ติดตั้งไว้ที่ตัวหุ่นยนต์หรือปลายแขนหุ่นยนต์ ซึ่งจะถูกนำมาประมวลผลและส่งต่อมายังอุปกรณ์แสดงผลแรงเช่นก้านควบคุมที่มีแรงป้อนกลับแสดงดังรูปที่ ๒๐ หรือชุดแสดงผลแรงป้อนกลับแบบสวม (Exoskeleton Devices) แสดงดังรูปที่ ๒๑

รูปที๒๐    ก้านควบคุมที่มีแรงป้อนกลับ

รูปที่ ๒๑ ชุดแสดงผลแรงป้อนกลับแบบสวม [8]

ในอนาคตหุ่นยนต์จะเข้ามามีบทบาทมากขึ้นในชีวิตประจำวันของมนุษย์ ดังนั้นระบบกลไก ไฟฟ้า คอมพิวเตอร์ของหุ่นยนต์จะต้องได้รับการออกแบบมาอย่างดีและอย่างระมัดระวังเพื่อความปลอดภัยสูงสุดของมนุษย์ในเวลาที่หุ่นยนต์ได้เคลื่อนที่เข้ามาในบริเวณใกล้กับมนุษย์ ดังนั้นนอกจากระบบกลไก ตัวขับเคลื่อน(Actuator) ตัวตรวจวัด (Sensor) ของหุ่นยนต์แล้ว ระบบการตัดสินใจด้วยระบบคอมพิวเตอร์ก็เป็นสิ่งสำคัญที่จะทำให้หุ่นยมนุษย์

จะเห็นได้ว่าการติดต่อสื่อสารกับหุ่นยนต์จึงเป็นศาสตร์ที่มีความจำเป็นอย่างมากในการสั่งงาน ควบคุมหุ่นยนต์ รวมทั้งรับผลจากการส่วนแสดงผลของหุ่นยนต์ ในรูปแบบต่างๆเช่นภาพ เสียง แรง งานที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ตั้งแต่ระดับพื้นฐานเช่นการหยิบจับ ประกอบสิ่งของจนถึงงานระดับสูงที่ต้องอาจมีการพูดคุยโต้ตอบกับหุ่นยนต์สำหรับงานที่ต้องทำร่วมกันระหว่างมนุษย์กับหุ่นยนต์

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

——————————————————————————————

ข้อมูลจำเพาะของผู้เขียน

     ดร. ชิต เหล่าวัฒนา จบปริญญาตรีวิศวกรรมศาสตร์ (เกียรตินิยม) จากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี ไดัรับทุนมอนบูโช รัฐบาลญี่ปุ่นไปศึกษาและทำวิจัยด้านหุ่นยนต์ที่มหาวิทยาลัยเกียวโต ประเทศญี่ปุ่น เข้าศึกษาต่อระดับปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยคาร์เนกี้เมลลอน สหรัฐอเมริกา ด้วยทุนฟุลไบรท์ และจากบริษัท AT&T ได้รับประกาศนียบัตรด้านการจัดการเทคโนโลยีจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งมลรัฐแมสซาชูเซสต์ (เอ็มไอที) สหรัฐอเมริกา

     ภายหลังจบการศึกษา ดร. ชิต ได้กลับมาเป็นอาจารย์สอนที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี และเป็นผู้ก่อตั้งสถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม หรือที่คนทั่วไปรู้จักในนาม “ฟีโบ้ (FIBO)” เป็นหน่วยงานหนึ่งในมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี เพื่อทำงานวิจัยพื้นฐาน และประยุกต์ด้านเทคโนโลยีหุ่นยนต์ ตลอดจนให้คำปรึกษาหน่วยงานรัฐบาล เอกชน และบริษัทข้ามชาติ (Multi-national companies) ในประเทศไทยด้านการลงทุนทางเทคโนโลยี  การใช้งานเทคโนโลยีอัตโนมัติชั้นสูง และการจัดการเทคโนโลยีสารสนเทศอย่างมีประสิทธิภาพ และเป็นสถาบันการศึกษาแห่งแรกของประเทศไทยที่เปิดสอนระดับปริญญาโทสาขาวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติโดยเฉพาะ