หุ่นยนต์ขนของ

หุ่นยนต์ขนของ

บทคัดย่อ

หุ่นยนต์ขนของเป็นการนำวงจรอิเลคทรอนิกส์อย่างง่ายที่ใช้กับหุ่นยนต์ประเภทหุ่นยนต์ Beam ที่อาศัยอุปกรณ์ในท้องตลาดที่มี
ราคาถูก กลุ่มผู้ทดลองคิดว่าการประดิษฐ์หุ่นยนต์ขนของช่วยทำให้นักเรียนไม่ต้องแบกกระเป๋ าซึ่งจะมีผลต่อสรีระของร่างกาย และ
หุ่นยนต์นี้สามารถนำไปพัฒนาใช้ในอุตสาหกรรม การเกษตรและการขนส่งสินค้าต่างๆได้ กลุ่มผู้ทดลองจึงประดิษฐ์ “หุ่นยนต์ขนของ”
ซึ่งหุ่นยนต์ตัวนี้จะทำหน้าที่ขนกระเป๋ าแทนผู้ทดลอง โดยอาศัยตัวรับรังสีอินฟราเรดซึ่งติดกับหุ่นยนต์ขนของ และตัวส่งสัญญาณ
อินฟราเรดที่ติดกับขาของผู้ทดลองทั้งสองข้าง
เนื่องจากการสังเกตการณ์ทดลองของหุ่นยนต์ขนของที่เดินตามหลังผู้ทดลองนั้นไม่สามารถสังเกตการณ์ทำงานของหุ่นยนต์ขน
ของได้ กลุ่มผู้ทดลองจึงเปลี่ยนการทดลองเป็น วางหุ่นยนต์ขนของไว้ด้านหน้า เพื่อให้ผู้ทดลองเดินถอยหลังและสังเกตการทำงานของ
หุ่นยนต์พร้อมบันทึกผลการทดลอง ซึ่งสรุปได้ว่า หุ่นยนต์ขนของนี้สามารถทำงานได้ตามจุดประสงค์ คือ สามารถขนของหนัก 3-5
กิโลกรัม ได้ระยะทางอย่างน้อย 100 เมตรบนที่ราบ ระยะทางเดินของหุ่นยนต์ขนของขึ้นอยู่กับความจุของแบตเตอรี่ที่ใช้กับหุ่นยนต์

กิตติกรรมประกาศ

1. ขอขอบพระคุณอาจารย์ ณัฐวุฒิ ปอโนนสูง ผู้แนะนำ
2. ขอขอบพระคุณ คุณยุทธนา ศรีประกฤต ผู้แนะนำเรื่องการต่อวงจรอิเลคทรอนิกส์ของหุ่นยนต์ (ผู้ปกครอง)


บทนำ

ปัจจุบันนี้เทคโนโลยีหุ่นยนต์ และวิศวกรรมหุ่นยนต์มีความเจริญก้าวหน้าอย่างมาก การขนส่งสินค้าแบบไร้สายที่ใช้กันในอุตสาหกรรม
ขนาดใหญ่เช่น ระบบรถไฟฟ้ า BTS แต่เทคโนโลยีเหล่านี้มีราคาสูง และใช้ในอุตสาหกรรมเฉพาะด้านเท่านั้น กลุ่มผู้ทดลองจึงนำ
หลักการของการขนส่งสินค้าเหล่านี้มาประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวัน ให้เกิดประโยชน์สูงสุดในด้านประสิทธิภาพ ที่มีต้นทุนการ
ดำเนินการต่ำ
เนื่องจากการเรียนของนักเรียนทุกวันนี้ต้องใช้หนังสือแบบเรียนและสมุดจำนวนมากทำให้นักเรียนแต่ละคนต้องใช้กระเป๋ ารับน้ำหนัก
จากการสำรวจเบื้องต้นพบว่ากระเป๋ าที่นักเรียนถือไปโรงเรียนนั้น มีน้ำหนักประมาณ 3-5 กิโลกรัม ซึ่งอาจจะส่งผลต่อสรีระของร่างกาย
ผู้ถือกระเป๋ า เช่น ทำให้หมอนรองกระดูกสันหลังเสื่อม กระดูกสันหลังผิดรูป ทำให้เกิดอาการปวดหลัง ปวดไหล่ เสียบุคลิกภาพ กลุ่มผู้
ทดลองจึงได้คิดประดิษฐ์หุ่นยนต์ขนของเพื่อขนกระเป๋ า แทนเจ้าของซึ่งอาจนำหุ่นยนต์ที่ประดิษฐ์นี้มาขนสินค้าอื่นๆ ที่มีน้ำหนัก 3-5
กิโลกรัมได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยใช้วงจรอิเลคทรอนิกส์เบื้องต้นที่สามารถทำได้ไม่ยาก และมีราคาถูก

บทที่ 2
เอกสารที่เกี่ยวข้อง
ในธรรมชาติมีรังสีอินฟราเรดน้อย เนื่องจากรังสีอินฟราเรดเป็นพลังงานความร้อน (สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และ
เทคโนโลยี. 2539 : 19) และมีอยู่ในวัตถุที่ร้อนทุกชนิด ตัวส่งรังสีอินฟราเรด สามารถส่งรังสีได้ไกลทำให้ตัวรับรังสีอินฟราเรด สามารถ
ทำงานได้อย่างรวดเร็ว เช่น การใช้รังสีอินฟราเรดในการเปิ ด-ปิ ดเครื่องรับโทรทัศน์ด้วยรีโมตคอลโทรล การใช้รังสีอินฟราเรดในการ
อ่านรหัสราคาสินค้า (Barcode) ตามห้างสรรพสินค้า ฯลฯ

1. ตัวส่งรังสีอินฟราเรด เป็นวงจรที่ทำหน้าที่ผลิตรังสีอินฟราเรด เมื่อเปิ ดสวิตช์ หลอด LED Infrared จะทำหน้าที่ผลิตรังสีอินฟราเรด
ตลอดเวลาจนกว่ากระแสไฟฟ้ าในแบตเตอรี่จะหมด หรือผู้ทดลองปิ ดสวิตช์

2. ตัวรับรังสีอินฟราเรดจะรับรังสีอินฟราเรดที่ส่งจากตัวส่งรังสีอินฟราเรด ซึ่งตัว Photo Transisitor จะรับรังสีอินฟราเรดเพื่อควบคุม
การทำงานของมอเตอร์ โดยผ่าน IC เบอร์ LM324N คือ
- มอเตอร์จะทำงานเมื่อ Photo Transisitor ไม่ได้รับรังสีอินฟราเรด
- มอเตอร์จะหยุดทำงานเมื่อ Photo Transisitor ได้รับรังสีอินฟราเรดที่มีความเข้มสูง

3. การทำงานของหุ่นยนต์

3.1 หุ่นยนต์จะเดินตรงเมื่อ Photo Transisitor ทั้งสองยังไม่ได้รับรังสีอินฟราเรดส่งผลให้ล้อทั้งด้านซ้ายและขวาหมุนพร้อมกัน หุ่นยนต์
จึงเดินตรง

3.2 หุ่นยนต์จะเดินเลี้ยวซ้าย เมื่อ Photo Transisitor ด้านซ้ายได้รับรังสีอินฟราเรดทำให้มอเตอร์ด้านซ้ายหยุดการทำงานส่งผลให้ล้อ
ด้านซ้ายหยุดหมุน และ Photo Transisitor ด้านขวาไม่ได้รับรังสีอินฟราเรด ทำให้มอเตอร์ ด้านขวาทำงาน ส่งผลให้ล้อด้านขวาหมุน

3.3 หุ่นยนต์จะเลี้ยวขวา เมื่อ Photo Transisitor ด้านขวาได้รับรังสีอินฟราเรด ทำให้มอเตอร์ด้านขวาหยุดทำงานส่งผลให้ล้อด้านข้างขวา
หยุดหมุน และ Photo Transisitor ด้านซ้ายไม่ได้รับรังสีอินฟราเรด ทำให้มอเตอร์ด้านซ้ายทำงาน ส่งผลให้ล้อด้านซ้ายหมุน

บทที่ 3

อุปกรณ์และวิธีการทดลอง
วัสดุอุปกรณ์
1. Connector 2P 1 ตัว
2. Connector 3P 4 ตัว
3. R 390 Ohm 2 ตัว
4. R 1 kOhm 4 ตัว
5. R 560 kOhm 2 ตัว
6. VR 2.2 kOhm, 500 Ohm 2 ตัว
7. ทรานซิสเตอร์ TIP120 2 ตัว
8. Photot Transisiter 2 หลอด
9. IC เบอร์ LM324N 1 ตัว
10. LED Infrared 16 หลอด
11. LED 2 หลอด
12. Diode 1N4001 2 ตัว
13. ล้ออิสระ 2 ล้อ
14. มอเตอร์พร้อมเฟืองทด 2 ตัว
15. ฝาขนาดเท่ากัน 2 ตัว
16. ตัวยึด PVC ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 นิ้วครึ่ง 2 ตัว
17. แผ่นพลาสติกลูกฟูกขนาด 30*30 cm 2 แผ่น
18. แบตเตอรี่ Li-on 3.6 V 3 Ah 1 ก้อน
19. แบตเตอรี่ Ni-mh 1.2 V 3 Ah 1 ก้อน

วิธีการทดลอง

1. นำอุปกรณ์มาต่อลงบน PCB เอนกประสงค์ดังรูป พร้อมบัดกรีดังภาพ 1.1-1.2

2. ตัดแผ่นพลาสติกลูกฟูก ขนาด 30*30 เซนติเมตร พร้อมทางกาวติดทับกัน โดยวางในแนวสลับกัน

3. นำอุปกรณ์ทั้งหมดมาประกอบดังรูปภาพ 2.1-2.8

4. ทดสอบการทำงานโดยนำตัวส่งรังสีอินฟราเรดมาติดไว้ที่เท้าของผู้ทดลอง และใส่แบตเตอรี่ Li-on
3.6 V ให้หุ่นยนต์ทำงาน

5. ทดลองการทำงานของหุ่นยนต์กำหนดระยะทาง 20 เมตร ดังนี้

- ผู้ทดลองเดินนำหน้าหุ่นยนต์
ระยะห่างระหว่างก้าว 3 เซนติเมตร
ระยะห่างระหว่างก้าว 5 เซนติเมตร

- ผู้ทดลองเดินถอยหลัง
ระยะห่างระหว่างก้าว 3 เซนติเมตร
ระยะห่างระหว่างก้าว 5 เซนติเมตร

6. บันทึกผลการทดลอง

7. ปรับปรุงและแก้ไขการทำงานของหุ่นยนต์

บทที่ 4

ผลการทดลอง
จากการทดลองเมื่อผู้ทดลองเดินนำหน้าหุ่นยนต์ขนของด้วยระยะก้าว 3 และ 5 cm พบว่าถ้าผู้ทดลองเดินนำหน้าด้วยระยะก้าว 3 cm
หุ่นยนต์ขนของจะเคลื่อนที่ได้ระยะทางเฉลี่ย 8.2 m ซึ่งเคลื่อนที่ได้ดีกว่าระยะก้าว 5 cm เมื่อผู้ทดลองเปลี่ยนเป็นเดินถอยหลัง เพื่อ
สังเกตการณ์ทำงานของหุ่นยนต์ขนของด้วยระยะก้าว 3 และ 5 cm พบว่า ถ้าผู้ทดลองเดินถอยหลังด้วยระยะก้าว 3 cm หุ่นยนต์ขนของจะ
เคลื่อนที่ได้ระยะทางเฉลี่ย 19.4 m ซึ่งเคลื่อนที่ได้ดีกว่าระยะห้าว 5 cm รายละเอียดดังตาราง
ตาราง 1 ระยะทางในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ขนของ กำหนดการทดลองที่ระยะทาง 20 เมตร
ครั้งที่ทดลอง เดินหน้า (ระยะทางเป็น m) เดินถอยหลัง (ระยะทางเป็น m)
ระยะก้าว 3 cm ระยะก้าว 5 cm ระยะก้าว 3 cm ระยะก้าว 5 cm
1  10  3  20  13
2    7  6  20  11
3    9  4  18  14
4    7  5  20  12
5    8  6  19  11

ค่าเฉลี่ย 8.2 4.8 19.4 12.2

บทที่ 5
อภิปรายผลการทดลอง

ปัญหาการทดลอง

1. หุ่นยนต์เคลื่อนที่ตามผู้ทดลองไม่ทันเนื่องจากบางครั้งผู้ทดลองเดินเร็วเกินไป วิธีที่กลุ่มผู้ทดลองแก้ปัญหา คือ ต้องควบคุมความเร็ว
ในการเดินของผู้ทดลองให้คงที่

2. หุ่นยนต์ทำงานผิดพลาด ถ้านำไปใช้นอกสถานที่ซึ่งมีแสงแดดส่องถึงรังสีอินฟราเรดจากดวงอาทิตย์จะรบกวนการทำงานของหุ่นยนต์
วิธีแก้ไข ให้หุ่นยนต์ทำงานในที่ร่ม ซึ่งเป็นจุดอ่อนของหุ่นยนต์ขนของ ซึ่งกลุ่มผู้ทดลองต้องศึกษาค้นคว้าและทดลอง เพื่อพัฒนา
หุ่นยนต์ขนของคิดว่า ควรจะนำกล่องกระดาษสีดำมาครอบตัวรับรังสีอินฟราเรด เนื่องจากกระดาษสีดำจะดูดกลืนรังสีอินฟราเรดจาก
สภาพแวดล้อม ไม่ให้รบกวนการทำงานของ Photo Transistor

3. ถ้าระยะก้าวของผู้ทดลองไม่สม่ำเสมอหุ่นยนต์จะเคลื่อนที่ออกนอกเส้นทาง วิธีแก้ปัญหาคือ พยายามให้ระยะก้าวของผู้ทดลอง
สม่ำเสมอ

4. ถ้าหุ่นยนต์บรรทุกน้ำหนักมากเกินไปจะมีแรงเฉลี่ยจากการหยุดของหุ่นยนต์ จะทำให้ล้อยังคงหมุนต่อ การทำงานจึงผิดพลาด

5. ถ้าระยะในการก้าวของผู้ทดลองเกิน 5 เซนติเมตร จะทำให้หุ่นยนต์ไม่สามารถบังคับทิศทางได้
ข้อเสนอแนะ
เนื่องจากหุ่นยนต์ขนของนี้เป็นการประดิษฐ์ขึ้นมาเพื่อสาธิตวิธีการทำงานเบื้องต้นทำให้ระบบการเคลื่อนที่มีปัญหาเล็กน้อย คือ ทำให้ผู้
ทดลองต้องเดินถอยหลัง แต่สามารถนำหุ่นยนต์ขนของนี้ไปพัฒนาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพได้
สรุปผลการทดลอง
หุ่นยนต์ขนของนี้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพตามที่ได้คาดหมายไว้ตั้งแต่แรกเริ่มคือสามารถขนของที่มีน้ำหนักประมาณ 3-5
กิโลกรัมและสามารถเดินตามผู้ทดลองได้ตามที่กลุ่มผู้ทดลองคาดหวัง

ภาคผนวก

Beam คืออะไร
Biology คือ ชีววิทยา หรือการศึกษาที่เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตที่ดำรงอยู่บนโลก
Electronics คือ ชื่อเรียกวิทยาการความรู้แขนงหนึ่งของวิทยาศาสตร์ ที่ใช้หลักการ เป็นผลผลิตของการคิดค้นพัฒนา ด้านไฟฟ้ า
อิเลคตรอน ซึ่งเราเรียก ทับศัพท์ว่า อิเลคทรอนิกส์
Aesthetics คือ ความประณีต สวยงาม ความเป็นระเบียบ เรียบร้อย
Mechanics คือ กลศาสตร์ เป็นความรู้ด้านระบบกลไกการทำงานอย่างมีขั้นตอน มีทิศทาง ที่ชัดเจนของระบบกลไก การทำงาน
เมื่อเอาความหมาย ของศัพท์ภาษาอังกฤษ แต่ละคำมาเรียบเรียง เป็นความหมาย ว่า “วงจรอิเลกทรอนิกส์ ที่ทำงานควบคุมการเคลื่อนที่
ทำงานด้วยระบบกลไก มีลักษณะเลียนแบบพฤติกรรมของสิ่งมีชีวิต ออกแบบอย่างสวยงาม” หรือ นิยาม Beam อีกนัยหนึ่งว่า Basic
Easy Analog Machine ซึ่งหมายความว่า “เครื่องยนต์แบบอนาลอก ที่สร้างได้ง่ายๆ ไม่ซับซ้อน” ด้วยลักษณะการทำงาน ที่คล้ายคลึงกับ
สิ่งมีชีวิตนี้ หรืออาจเรียกสั้นๆ ได้ว่า “ชีวยนต์”
ตัวต้านทาน (Resistor)
เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ลดกระแสไฟฟ้ า โดยค่าความต้านทาน ของมันจะขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของคาร์บอนภายในตัวความต้านทาน
นั้นๆ เป็นโอห์ม (Ohm) ถ้าหากตัวต้านทานมีค่ามาก กระแสไฟฟ้ าจะไหลผ่าน ตัวมันได้น้อย ถ้ามีความต้านทานน้อยกระแสไฟฟ้ าจะ
ไหลผ่านได้มาก ตัวต้านทานแต่ละชนิดมีความสามารถในการทนกระแสไฟฟ้ าได้ต่างๆ กันเช่น 1/8 วัตต์ 1/4 วัตต์ การอ่านค่าของตัว
ต้านทาน ถ้าเป็นแบบขนาดวัตต์สูงๆ จะมีค่าความต้านทานพิมพ์บนตัวมันเลย แต่ถ้าหากเป็นขนาดวัตต์ต่ำๆ ตั้งแต่ 1/8, ¼, 1, 2 วัตต์ จะมี
รหัสสี บอกค่า ความต้านทาน รหัสสีแต่ละแถบ จะมีความหมาย เป็นค่าตัวเลข ตัวคูณ และค่าความผิดพลาด
รูปภาพ 3.1 การดูค่าความต้านทานจากแถบสี
ไดโอด (Diode)
คำว่า “วันเวย์” ภาษาทางจราจรแปลว่า “เดินรถทางเดียว” แต่ถ้าเรานำมาใช้กับไดโอดจะแปลว่าอย่างไร ไดโอดคือ อุปกรณ์
อิเลคทรอนิกส์ที่จะยอกให้กระแสเดินผ่านตัวมันเองได้ทางเดียว
รูปภาพ 3.2 รูปแสดงลักษณะไดโอด
จากรูป 3.2 แสดงรูปร่างและลักษณะของไดโอดชนิดต่างๆ ซึ่งสามารถดูได้โดย ด้านที่ไดโอตมีขีดสีขาวนั้น แสดงให้เห็นว่าเป็นขั้วลบ
หรือ แคโทด (Kathode) ส่วนด้านที่ไม่มีขีดแสดงให้เห็นว่าเป็นขั้วบวก หรือแอโนด (Anode)

-------------------------------------------
บรรณานุกรม
- มหาวิทยาลัยธรรมศาสตร์. 2545. เอกสารอบรมค่ายอีเลคทรอนิกส์ครั้งที่ 2
- สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. 2539. หนังสือเรียนวิชา
วิทยาศาสตร์ กายภาพชีวภาพ เรื่องรังสีที่เรามองไม่เห็น. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์คุรุสภาลาดพร้าว.
- http://electronics.se-ed.com
- http://sanook.to/thaibeam