หุ่นยนต์เตะฟุตบอล
จาก ChulaPedia
(หน้าที่ถูกสร้างด้วย '== '''หุ่นยนต์เตะฟุตบอล Plasma-Z''' == Plasma-Z คือ หุ่นยนต์เตะฟุตบ…')
รุ่นปัจจุบันของ 07:20, 21 มีนาคม 2554
เนื้อหา |
หุ่นยนต์เตะฟุตบอล Plasma-Z
Plasma-Z คือ หุ่นยนต์เตะฟุตบอล ที่พัฒนาโดยทีมนิสิต คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ซึ่งได้รับรางวัลจากการส่งเข้าแข่งขันในการประกวดการพัฒนาหุ่นยนต์ต่างๆ ทั้งในระดับชาติและระดับนานาชาติมากมาย อาทิ
- แชมป์ประเทศไทย ปี 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008 , 2009
- ปี 2006 อันดับ 3 จากการแข่งขันหุ่นยนต์เตะฟุตบอลขนาดเล็ก ประเภท small-size league และ ชนะเลิศ Small-size league - Technical Challenge World RoboCup 2006 ในงาน World Robocup 2006 ณ เมืองเบรเมน ประเทศเยอรมนี
- ปี 2007 รองชนะเลิศ จากการแข่งขันหุ่นยนต์เตะฟุตบอลขนาดเล็ก ประเภท small-size league ในงาน World Robocup 2007 ณ เมืองแอตแลนต้า ประเทศสหรัฐอเมริกา
- ปี 2008 แชมป์โลก World Robocup 2008 ณ เมืองซูโจว ประเทศจีน
- ปี 2009 อันดับ 3 World Robocup 2009 ณ ประเทศออสเตรีย
ดวงตา
Plasma-Z ใช้กล้อง Analog แบบ 3CCD ของ Toshiba รุ่น IK-TF5 จำนวนสองตัว (แบ่งกันดูตัวละครึ่งสนาม ไม่ได้ใช้ดูแบบสามมิติ) เพื่อมองดูการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในสนาม โดยติดตั้งไว้ด้านบนของสนาม สูงจากพื้นสนามประมาณ 4 เมตร ภาพที่ผ่านกล้องแต่ละตัวจะถูกนำมาประมวลผลโดยคอมพิวเตอร์ ผ่านทาง frame grabber หรือ capture card ของ Matrox รุ่น Meteor II ซึ่งให้ความละเอียดที่ 640 x 480 พิกเซล และความเร็ว 60 เฟรมต่อวินาที ระบบประมวลภาพจะเปลี่ยนภาพแบบ raw ให้เป็นตำแหน่งและทิศทางของหุ่นทุกตัว รวมทั้งตำแหน่งของลูกบอลส่งไปยังคอมพิวเตอร์ของส่วน AI โดยโปรโตคอล TCP/IP ต่อไป ก่อนการแข่งขันแต่ละครั้ง ฝ่าย vision ก็จะต้องปรับเทียบ (calibrate) เพื่อให้ทำงานได้อย่างแม่นยำ อุปสรรคส่วนใหญ่คือความไม่สม่ำเสมอของสภาพแสงในแต่ละสนามแข่งขัน โดยมี ambient light และเงาเข้ามารบกวน รวมไปถึงความบิดเบี้ยว (distortion) ของเลนส์ที่ใช้ ซึ่งปรับแก้โดยการหาพารามิเตอร์ของสนามและเลนส์
แขนขา
ในการแข่งขันจริงจะใช้หุ่นในสนามได้ไม่เกิน 5 ตัว แต่จะมีหุ่นสำรองกี่ตัวก็ได้ ทีม Plasma-Z มีหุ่น 9 ตัว (รุ่นเก่า 6 ตัวและรุ่นใหม่ 3 ตัว) แต่ละตัวประกอบด้วยล้อแบบ omni-directional 4 ล้อ แกนของล้อต่อตรงกับแกนของมอเตอร์กระแสตรงยี่ห้อ Faulhaber รุ่น 224U 006SR ที่มีอัตราทด 14:1 และเอนโคดเดอร์ 512 ครั้งต่อรอบ ล้อแบบ omni ทำให้หุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่ไปได้ทุกทิศทางอย่างอิสระ มอเตอร์แต่ละตัวถูกขับโดยวงจร MOSFET แบบ H-bridge นอกจากนี้ยังมีมอเตอร์สำหรับระบบ dribbler หรือระบบเลี้ยงลูกติดอยู่ที่ด้านหน้าของหุ่น เพื่อปั่นให้ลูกบอลวิ่งเข้าหาหุ่นอยู่ตลอดเวลา ทำให้สามารถพาลูกบอลติดไปกับหุ่นในขณะที่เคลื่อนที่หรือหมุนตัวได้ อีกส่วนประกอบที่สำคัญคือกลไกการยิงลูก หุ่นยนต์ Plasma-Z มีกลไกการยิงสองแบบ คือแบบตรงไปข้างหน้า (shoot หรือ linear kick) และ การเดาะลูกข้ามหัวหรือยิงลูกโด่ง (chip kick) ซึ่งแต่ละส่วนใช้แม่เหล็กไฟฟ้า (solenoid) ในการส่งแรง ทำให้สามารถควบคุมระดับของความแรงในการยิงหรือเดาะลูกได้
ไขสันหลังและระบบประสาท
หุ่นแต่ละตัวทำงานและสื่อสารกับส่วน AI ได้โดยใช้บอร์ดควบคุมซึ่งมี CPU แบบ 8051 ความเร็วสูง 100 MHz เป็นหน่วยประมวลผลหลัก การควบคุมมอเตอร์ทั้ง 4 ตัวใช้การควบคุมแบบ PID (Proportional Integral Derivative) โดยทำการโปรแกรม FPGA ให้ช่วยทำงานในส่วนนี้ การสื่อสารระหว่างหุ่นยนต์กับระบบ AI เป็นแบบไร้สายผ่านทาง Radio Packet Controller ของ Radiometrix โดยใช้ความถี่คลื่นวิทยุ 418 MHz, 433 MHz, 914 MHz และ 896 MHz การที่มีชุดสื่อสารหลายความถี่นั้นเพื่อให้สามารถเลือกความถี่ที่เหมาะสมที่สุดได้ในแต่ละสถานที่แข่งขัน บางความถี่อาจไม่สามารถใช้ได้ในบางประเทศเพราะกฎหมายไม่อนุญาต หรือบางความถี่อาจใช้สื่อสารไม่ได้ดีนักในห้างสรรพสินค้า หรือบางความถี่อาจจะไปตรงกับของทีมตรงข้าม เป็นต้น
มันสมอง
เมื่อมีร่างกายคือหุ่นยนต์ มีระบบประสาท และดวงตาแล้ว ส่วนที่สำคัญที่สุดคือโปรแกรม AI เป็นสมองที่ต้องตอบสนองและควบคุมทุกอย่างในระบบ ตั้งแต่การทำงานพื้นฐานเช่น การวิ่งของหุ่นในทิศทางต่างๆ การเตะลูกบอล การเข้าไปเอาลูกบอล ถ้าเปรียบเทียบกับคนก็คือ จะก้าวเท้าข้างไหน ที่เวลาไหน ด้วยความเร็วเท่าไร เพื่อให้เตะฟุตบอลได้ รวมไปถึงการทำงานในระดับที่คนมักจะไม่รู้ตัวคือ เมื่อรับภาพจาก vision ตำแหน่งและทิศทางของหุ่นทุกตัวในสนาม รวมทั้งตำแหน่งของลูกบอล จะมีสัญญาณรบกวนซึ่งต้องกรองออก โดยใช้เทคนิค kalman filter และยังต้องคาดเดาตำแหน่งและทิศทางเหล่านั้นล่วงหน้า เพื่อชดเชยความล่าช้าที่เกิดจากการอัตราสุ่ม 60 fps ของภาพ เปรียบเทียบก็เหมือนกับเราหลับตา 1 วินาที และลืมตาเพื่อดูลูกบอล 1 ที และหลับตาอีก ช่วงที่เราหลับตาเราต้องเดาตำแหน่งของทั้งขาเรา และลูกบอล เพื่อให้เราเตะฟุตบอลโดนตามที่ต้องการ นอกจากการเล่นพื้นฐานแล้ว โปรแกรม AI ยังต้องคิดแผนการเล่นเป็นทีมที่ซับซ้อนของหุ่นยนต์ 5 ตัว ตั้งแต่วิ่งอย่างไรให้ไม่ชนกัน จนถึงแผนการเล่นที่ตัวไหนเป็นกองหน้า ตัวไหนเป็นกองหลัง ใครจะส่งบอลให้ใคร ใครจะเป็นคนไปเอาบอล ซึ่งระบบตรงนี้ใน AI คือส่วนการวางแผนการเล่น (strategy) ซึ่งจะมีการแบ่งการคิดเป็น 2 ส่วน หลักคือ Game คือส่วนคิดการเล่นที่เกี่ยวข้องกับหุ่นยนต์ทุกตัว และ Robot คือส่วนที่คิดการเล่นของหุ่นยนต์เฉพาะตัว โดยในส่วนเกมจะคิด 3 ขั้นคือ Manager-ผู้จัดการทีม, Play-แผนการเล่น, Group-กลุ่มผู้เล่น และส่วน Robot จะคิด อีก 4 ขั้นคือ, Role-หน้าที่ผู้เล่น, Skill-การทำงานพื้นฐาน, Trajectory-วางแผนการเคลื่อนที่, Control-ส่วนควบคุม PID ซึ่งทำให้แผนการเล่นเรามีความหลากหลาย สามารถเลือกใช้ และปรับเปลี่ยนการเล่นทั้งในส่วนหุ่นยนต์แต่ละตัว และแผนการเล่นได้โดยง่าย ซึ่งเป็นส่วนสำคัญที่ทำให้ทีมประสบความสำเร็จ
อาจารย์ผู้ดูแลบทความ ผศ. ดร.มานพ วงศ์สายสุวรรณ, ผศ. ดร.วิทยา วัณณสุโภประสิทธิ์, น.ส.นวรัตน์ เติมธนาสมบัติ
ผู้รับผิดชอบบทความ ศูนย์การสื่อสารนานาชาติแห่งจุฬาฯ
