หุ่นยนต์เช็ดกระจก “สุวรรณภูมิ”

หุ่นยนต์เช็ดกระจก “สุวรรณภูมิ”

ผู้บริหารส่วนงานในกระทรวงอุตสาหกรรมท่านหนึ่งโทร.หาผมเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว สอบถามถึงความเป็นไปได้ว่าเทคโนโลยีปัจจุบันสามารถจะสร้าง “หุ่นยนต์เช็ดกระจก” ที่สนามบินสุวรรณภูมิ :สนามบินยิ่งใหญ่ระดับโลกของไทย ได้หรือไม่? ผู้บริหารท่านนี้ได้เห็นฝุ่นที่หนาเตอะเกาะอยู่ที่หลังคากระจกที่มีลักษณะโค้ง จึงคิดว่าคงลำบากพอสมควรถ้าจะใช้คนทำความสะอาด นอกจากนี้การมีหุ่นยนต์ไฮเทคเคลื่อนที่ไปมาบนหลังคาที่มีสถาปัตยกรรมล้ำยุคน่าจะกลมกลืนไปกันได้ดี

ระบบหุ่นยนต์เช็ดกระจกนั้นมีอยู่สองระบบใหญ่ๆ ระบบแรกเป็นระบบที่มี Autonomy ในระดับสูง คือสามารถทำงานได้ด้วยตัวมันเอง ซึ่งอาจเป็นแบบตั้งโปรแกรมคอมพิวเตอร์ไว้ให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปยังพื้นที่ที่เรารู้ล่วงหน้าจากข้อมูลที่สำรวจไว้ว่าจะมีฝุ่นเยอะ หุ่นยนต์จึงทำงานแบบ “ตาบอด” เคลื่อนไปตามรางโครงสร้างหรือไต่สลิง ใช้เซ็นเซอร์น้อยคอยตรวจเช็กว่าฟังก์ชั่นต่างๆ ทำงานไปแล้วครบถ้วนหรือไม่? หรือคำนวณได้ว่าอยู่ในสภาวะอันตรายต้องหยุดการทำงานทันที แล้ว “ใส่เบรค” เพื่อมิให้หุ่นยนต์ร่วงหล่นมาจากหลังคา ประเภทนี้มีลักษณะเช่นเดียวกับหุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่ทำงานตามคำสั่งคอมพิวเตอร์ที่บันทึกไว้

การทำงานของหุ่นยนต์แบบ Autonomy ที่บรรดานักวิจัยสนใจจะแตกต่างจากที่ผมกล่าวไว้ข้างต้น หุ่นยนต์จะมีเซ็นเซอร์นานาชนิดที่คอยป้อน “ข้อมูล” ให้กับสมองกล บางรุ่นสามารถตัดสินใจว่าพื้นที่สะอาดแล้วไม่ต้องปั่นมอเตอร์ให้สิ้นเปลืองพลังงานไฟฟ้าและแชมพู หรือเมื่อฝนมาก็รีบคลานกลับไปหลบยังสถานีของตัวเองได้ พร้อมเช็กระดับความต่างศักย์และพลังงานไฟฟ้าของแบตเตอรี่ หันเต้าเสียบเพื่อทำการชาร์จไฟฟ้าเองได้ หากออกแบบเป็นลักษณะแมงมุมและใช้ระบบ “สุญญากาศ” ในการยึดเกาะก็จะมีความซับซ้อนเชิงระบบควบคุมมากขึ้นตามความยืดหยุ่นที่สามารถเข้าไปทำความสะอาดยังพื้นที่ต่างๆ โดยไม่ต้องวางรางเลื่อนหรือสลิงไว้ล่วงหน้า

ระบบที่สองเป็นระบบที่ใช้งานจริงตามอาคารสูงทั่วไป ทดแทนระบบเดิมที่ใช้แต่เพียงคนนั่ง-ยืนบนแคร่ห้อยลงมาจากเครนบนยอดตึก คอยทำความสะอาดกระจกส่วนใหญ่ที่อยู่ในแนวดิ่ง เมื่อใช้หุ่นยนต์แทนคนก็ช่วยลดความหวาดเสียวได้พอสมควร การทำงานของหุ่นยนต์ประเภทนี้เป็นแบบกึ่งอัตโนมัติปนกับการควบคุมระยะไกลโดยมนุษย์(Teleoperator) ที่ สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้า ธนบุรี เราได้สร้างต้นแบบหนึ่งของระบบนี้ขึ้นโดยมี ดร.ถวิดา มณีวรรณ์ เป็นหัวหน้าโครงการ และนักศึกษา: นายจตุพล เหลืองชัยศรี นายวรานนท์ พักตรจันทร์ นายวิฑูร จูวราหะวงศ เราเรียกว่า หุ่นยนต์เคลื่อนที่ในแนวดิ่ง(Vertical Moving Robot) เพื่อที่จะพัฒนาเป็นหุ่นยนต์ทำความสะอาดกระจกบนอาคารสูงต่อไป หุ่นยนต์เคลื่อนที่ในแนวดิ่งประกอบด้วย 2 ส่วน คือ เครนและหุ่นยนต์ เครนจะติดตั้งบนอาคารมีหน้าที่รับน้ำหนักทั้งหมดของหุ่นยนต์และช่วยในการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งของหุ่นยนต์ รวมทั้งช่วยประคองเมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนที่ในแนวระดับบนระนาบของอาคาร หุ่นยนต์จะเคลื่อนที่บนระนาบของอาคาร

หุ่นยนต์มีส่วนประกอบดังนี้

ระบบขับเคลื่อนประกอบด้วย ล้อ 2 ชุด โดยล้อชุดแรกเป็นล้อขับเคลื่อน ช่วยให้หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่ในแนวระดับบนระนาบอาคารได้ ล้อชุดที่สองเป็นล้อรองรับทำหน้าที่ประคองตัวหุ่นยนต์เมื่อมีการเคลื่อนที่ในแนวดิ่งบนระนาบอาคาร ล้อทั้งสองชุดจะทำงานผลัดเปลี่ยนกันได้โดยอาศัยกลไกสับเปลี่ยนซึ่งใช้กระบอกนิวแมติกส์เป็นตัวบังคับกลไก

ส่วนประกอบที่สำคัญอีกส่วนหนึ่งของหุ่นยนต์คือกลไกในการยึดจับกระจกซึ่งมีหน้าที่ยึดจับกระจกให้หุ่นยนต์หยุดนิ่งอย่างมั่นคงในตำแหน่งที่ต้องการโดยไม่เกิดการลื่นไถลเมื่อมีแรงจากภายนอกมากระทำ เช่น แรงที่เกิดจากลม แรงที่เกิดจากการเช็ดกระจก ฯลฯ กลไกในการยึดจับกระจกของหุ่นยนต์นั้นอาศัยถ้วยดูดสุญญากาศ (suction cup) ซึ่งทำให้เกิดการยึดเกาะที่แข็งแรง เนื่องจากในการยึดจับกระจกของหุ่นยนต์มักมีปัญหาจากการไม่มีแรงกระทำอย่างต่อเนื่องในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวซึ่งทำให้ส่วนของล้อและถ้วยดูดไม่สามารถสัมผัสพื้นผิวได้อย่างสมบูรณ์หรือเป็นไปอย่างไม่มีประสิทธิภาพ โครงการวิจัยนี้จึงได้เสนอแนวความคิดของการเพิ่มชุดใบพัดบนตัวหุ่นยนต์ เพื่อสร้างแรงกระทำในแนวตั้งฉากอย่างต่อเนื่องเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการยึดจับกระจกขณะหยุดนิ่ง และการสร้างแรงเสียดทานระหว่างล้อกับพื้นผิวกระจกขณะเคลื่อนที่ทั้งในแนวระดับและแนวดิ่ง

การทดสอบการทำงาน จากการทดสอบการทำงานของหุ่นยนต์นั้น ชุดพัดลมสามารถสร้างแรงกระทำในแนวระดับได้จริงทำให้ล้อของหุ่นยนต์สัมผัสพื้นผิวอย่างต่อเนื่อง และทำให้การเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์บนระนาบในแนวดิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้น โดยสามารถเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง และในแนวระดับได้ด้วยความเร็วประมาณ 0.3 เมตรต่อวินาที

สำหรับหุ่นยนต์สำหรับเช็ดกระจกหลังคาโค้งของสนามบินสุวรรณภูมิคงต้องมีระบบที่ซับซ้อนขึ้นมากกว่าต้นแบบนี้ ผมตั้งใจว่าอาทิตย์นี้จะไปปีนดูลักษณะหน้างานจริงเพื่อนำข้อมูลมากำหนดสมรรถนะเชิงเทคนิคและแนวความคิดการออกแบบ
 

 
หากโครงการมีความเป็นไปได้ ท่านผู้สนใจสามารถติดตามข้อมูลเพิ่มเติมได้จากเว็ปฟีโบ้ https://fibo.kmutt.ac.th ครับ

——————————————————————————————
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