หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์
อาซิโม ของฮอนด้า ตัวอย่างหนึ่งของหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์
หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ (อังกฤษ: humanoid robot) คือหุ่นยนต์ที่ออกแบบขึ้นมาโดยมีพื้นฐานมาจากร่างกายมนุษย์ โดยทั่วไปแล้วหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์มีลำตัวพร้อมหัว สองแขน และสองขา แม้หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์บางรูปแบบจะจำลองเฉพาะบางส่วนของร่างกายเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ตัวแต่เอวขึ้นไป หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์บางตัวยังอาจมี ‘ใบหน้า’ พร้อม ‘ตา’ และ ‘ปาก’ อีกด้วย แอนดรอยด์ (android) คือหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ที่สร้างเลียนแบบมนุษย์เพศชาย และ gynoid คือหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ที่สร้างเลียนแบบมนุษย์เพศหญิง
หุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์เป็นหุ่นยนต์อัตโนมัติ เนื่องจากมันสามารถปรับตัวเข้ากับการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมหรือตัวมัน เอง และยังคงทำงานต่อเพื่อบรรลุเป้าหมาย สิ่งนี้เป็นข้อแตกต่างหลักระหว่างฮิวแมนนอยด์และหุ่นยนต์ชนิดอื่น เช่นหุ่นยนต์อุตสาหกรรม ที่ใช้ปฏิบัติภารกิจในสภาพแวดล้อมที่มีโครงสร้างชัดเจนมาก ในบริบทนี้ ความสามารถของหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์อาจรวมถึง แต่ไม่จำกัดแค่สิ่งเหล่านี้:
- ดูแลรักษาตัวเอง (เติมพลังงานให้ตัวมันเอง)
- เรียนรู้อัตโนมัติ (เรียนรู้หรือได้มาซึ่งความสามารถใหม่ ๆ โดยไม่ต้องได้รับความช่วยเหลือจากภายนอก, ปรับเปลี่ยนยุทธศาสตร์ตามสิ่งแวดล้อม และปรับตัวเข้ากับสถานการณ์ใหม่ ๆ)
- หลีกเลี่ยงสถานการณ์ที่จะเป็นอันตรายต่อมนุษย์ ทรัพย์สิน และตัวมันเอง
- โต้ตอบกับมนุษย์และสภาพแวดล้อมอย่างปลอดภัย
เนื้อหา[ซ่อน] |
[แก้] การพัฒนาหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์
ระบบปัญญาประดิษฐ์ที่ใช้ในการควบคุมการเคลื่อนที่หรือการเดินของหุ่นยนต์[1] ในขั้นต้น คือ การเดินแบบสถิตย์ หรือการเคลื่อนที่โดยอาศัยจุดศูนย์ถ่วงที่อยู่ภายในพื้นที่ครอบคลุมบริเวณขา ทั้ง 2 ข้างของหุ่นยนต์ จากนั้นจึงเป็นการพัฒนาเป็นรูปแบบ การเดินแบบจลน์ หรือการเคลื่อนที่โดยอาศัยจุดศูนย์ถ่วงที่อยู่นอกพื้นที่ครอบคลุมของขาทั้ง 2 ข้าง[2] ซึ่งเป็นรูปแบบการเดินของมนุษย์ตามลำดับ ซึ่งทีมวิศวกรได้ทำการศึกษาวิจัยและพัฒนาตามข้อมูลที่ทำการทดลองและจดบันทึกเป็นฐานข้อมูล จากการทดลองรูปแบบการเคลื่อนที่ของมนุษย์ ทีมวิศวกรได้คำนึงถึงองค์ประกอบสำคัญ 3 อย่างในการพัฒนาหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ให้สามารถเดินได้เช่นเดียวกับมนุษย์ คือ
- การพัฒนาความเร็วในการเคลื่อนที่ไปด้านหน้าของหุ่นยนต์
- การเพิ่มเติมในระดับถัดไปของร่างกาย เช่น แขน มือและศีรษะ
- การพัฒนาความสามารถในการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ เช่นการก้าวเดินขึ้นลงบันได หรือการวิ่ง
[แก้] การก้าวเดินแบบอิสระ
พื้นฐานในการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ 2 ขานั้น สามารถศึกษาได้โดยตรงจากการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์บนพื้นผิวที่เรียบ ไม่ขรุขระ ซึ่งหุ่นยนต์สามารถก้าวเดินได้ตามปกติ ลำดับต่อไปของการก้าวเดินคือการพัฒนาศักยภาพไปสู่การเคลื่อนที่ไปด้านหน้า ของหุ่นยนต์อย่างอิสระ สามารถก้าวเดินบนพื้นผิวขรุขระ พื้นเอียงหรือพื้นที่ลาดชันรวมทั้งระดับของขั้นบันไดอย่างมีเสถียรภาพ และไม่เสี่ยงต่อการเสียหลักหกล้มขณะก้าวเดิน เทคนิคการก้าวเดินแบบอิสระของหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ สามารถสรุปได้ดังนี้
- เทคนิคขั้นพื้นฐานของการวางเท้าของหุ่นยนต์ โดยจะต้องคงสภาพแน่นอนไม่แปรเปลี่ยนไปตามลักษณะของพื้นผิว แม้หุ่นยนต์จะก้าวเดินในพื้นที่ขรุขระ
- เทคนิคขั้นพื้นฐานของการปรับสภาพของหุ่นยนต์ หากในกรณีที่หุ่นยนต์ก้าวเดินแล้วมีการหกล้มหรือเสียการทรงตัว
- เทคนิคขั้นพื้นฐานของการปรับสภาพของหุ่นยนต์ โดยให้ผลของการเคลื่อนที่ถูกต้อง แม่นยำโดยการจดจำเป้าหมายที่ต้องการ ซึ่งเทคนิคเหล่านี้ทีมวิศวกรได้นำมาพัฒนาเป็นส่วนต่าง ๆ ก่อนจะนำมารวมกันในรูปแบบการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์
[แก้] เทคนิคการก้าวเดินอย่างมีเสถียรภาพ
จุดโมเมนต์ศูนย์ (ZMP) หรือจุดปฏิกิริยาที่พื้นฐาน
ปกติแล้วเมื่อมีการเคลื่อนที่หรือยืนอยู่นิ่ง ๆ ร่างกายของมนุษย์จะถ่ายโอนน้ำหนักตัวตามธรรมชาติ เพื่อรักษาสมดุลของร่างกายในท่านั้นไว้ แต่ถ้าการถ่ายโอนน้ำหนักของร่างกายไม่สมดุลกัน ร่างกายมนุษย์จะสามารถปรับสภาพให้สมดุลและไม่ล้ม โดยเคลื่อนตำแหน่งของเท้าซ้ายหรือขวาออกจากจุดที่ยืนอยู่ ซึ่งลักษณะดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นกับหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ได้เช่นกัน เมื่อหุ่นยนต์ก้าวเดินไปข้างหน้า ผลจากแรงเฉื่อย[3]และแรงดึงดูดของโลกจะ มีผลโดยตรง ต่อการเพิ่มและลดความเร่งในท่าทางการเดินของหุ่นยนต์ ซึ่งแรงเหล่านี้เรียกว่าแรงเฉื่อยรวม และเมื่อเท้าของหุ่นยนต์กระแทกกับพื้น จะได้รับผลกระทบนี้โดยตรง เรียกว่าแรงปฏิกิริยาจากพื้น
การตัดกันในระหว่างแนวแรงเฉื่อยพื้น และรวมทั้งตำแหน่งดังกล่าวจะมีค่าโมเมนต์[4]เท่ากับศูนย์ เรียกตำแหน่งในจุดนี้ว่า จุดโมเมนต์ศูนย์ (ZMP) ซึ่งเป็นจุดที่แรงปฏิกิริยาลง เรียกว่าจุดปฏิกิริยาที่พื้นฐาน ลักษณะท่าทางการเดินของหุ่นยนต์จะถูกกำหนดจากคอมพิวเตอร์โดยระบบปัญญา ประดิษฐ์ ทำการคำนวณ ประมวลผลและส่งผลไปยังข้อหมุนต่าง ๆ ของหุ่นยนต์ โดยให้มีการสอดคล้องกันกับความเฉื่อยที่เกิดขึ้นจากการคำนวณ เรียกว่า ZMP เป้าหมาย[5] เมื่อหุ่นยนต์เกิดความสมดุลของร่างกายในขณะที่ก้าวเดินได้อย่างสมบูรณ์แบบ แกนของแรงเฉื่อยรวมเป้าหมายและแรงปฏิกิริยาที่พื้น จะเป็นตำแหน่งเดียวกัน และเมื่อหุ่นยนต์ก้าวเท้าเดินผ่านพื้นผิวที่ขรุขระ ตำแหน่ง 2 ตำแหน่งดังกล่าวจะหนีออกจากกัน ส่งผลให้เกิดความสมดุลลงแรงที่จะทำให้หุ่นยนต์หกล้มเกิดขึ้นมาทันที
แรงที่ ทำให้หุ่นยนต์เกิดการหกล้มเมื่อก้าวเดิน เกิดจากความเหลื่อมล้ำในระหว่าง ZMP เป้าหมายและแรงปฏิกิริยารวมที่พื้น ซึ่งเมื่อพิจารณาและวิเคราะห์แล้วพบว่า นั่นคือสาเหตุหลักที่ทำให้ความไม่สมดุลเกิดขึ้น และเมื่อหุ่นยนต์เกิดการเสียความสมดุล[6] ระบบป้องกัน 3 ระบบที่จะป้องกันการหกล้มหรือเสียหลักการทรงตัวของหุ่นยนต์ ที่สามารถทำให้หุ่นยนต์ก้าวเดินต่อไปได้อย่างต่อเนื่องคือ
- ระบบควบคุมแรงปฏิกิริยา[7]
- ระบบควบคุม ZMP
- ระบบควบคุมการวางเท้าของหุ่นยนต์
[แก้] ดูเพิ่ม
- อาซิโม
- คิวริโอ
- นาโอะ
- วิทยาการหุ่นยนต์
- กฎ 3 ข้อของหุ่นยนต์
- โรโบคัพ
- การแข่งขันออกแบบหุ่นยนต์ระหว่างประเทศ
- เอบียูโรบอตคอนเทสต์
- อาซิโม
- ทฤษฎีระบบควบคุม
- เมคคาทรอนิกส์
[แก้] อ้างอิง
- ^ การเคลื่อนที่โดยอาศัยสัญญาณนำภาพของหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ สถาบันวิทยาการหุ่นยนต์ภาคสนาม (FIBO) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
- ^ สมาร์ทเลิร์นนิ่ง, เรียนรู้การสร้างหุ่นยนต์, กรุงเทพฯ, 2549
- ^ แรงเฉื่อย กฎข้อที่ 2 ของนิวตัน
- ^ สมดุลกล
- ^ จุดโมเมนต์ศูนย์ ZMP
- ^ ฟิสิกส์ราชมงคล
- ^ แรงปฏิกิริยา กฎข้อที่ 3 ของนิวตัน
หุ่นยนต์ 