การศึกษาวิจัยรูปแบบการเดินของมนุษย์

อาซิโมเป็นหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ที่มีลักษณะคล้ายมนุษย์ ด้วยรูปลักษณ์ภายนอกและกิริยาท่าทางที่วิศวกรของบริษัทฮอนด้า พยายามพัฒนาให้ใกล้เคียงกับมนุษย์มากที่สุด รูปแบบการเดินของอาซิโมจึงถูกจำลองมาจากท่าทางการเดินของ มนุษย์ เช่นการเดินตรงไปด้านหน้า การเลี้ยวซ้ายหรือเลี้ยวขวา ซึ่งทำให้ทีมวิศวกรต้องทำการศึกษาวิจัย พัฒนาและคิดค้นลักษณะกิริยาท่าทางการเดินของมนุษย์ในรูปแบบอื่น ๆ ทำการทดลองและเก็บบันทึกข้อมูลเพื่อเป็นการพัฒนาหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ต่อไปใน อนาคต เพื่อให้อาซิโมมีลักษณะคล้ายมนุษย์[12] ซึ่งในการศึกษาวิจัยและพัฒนารูปแบบการเดินของมนุษย์เพื่อให้อาซิโมสามารถเดินได้ใกล้เคียงกับมนุษย์นั้น มีดังนี้

 การวางข้อต่อในส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย

กล้ามเนื้อ ข้อต่อภายในร่างกาย ทำให้มนุษย์สามารถเคลื่อนไหว ได้อย่างอิสระ

โครงสร้างร่างกายของมนุษย์ที่ใช้เป็นหลักในการวิเคราะห์โครงสร้างของหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์

วัสดุกันกระแทกบริเวณส้นเท้าทั้ง 2 ข้าง ซึ่งช่วยลดแรงกระแทกในการเดินของ ASIMO

มนุษย์มี โครงสร้างที่สามารถยืนได้ด้วยขาทั้งสองข้าง ทำให้สามารถเดิน วิ่งหรือกระโดดได้อย่างอิสระเสรี ทีมวิศวกรของบริษัทฮอนด้าได้ใช้ลักษณะโครงสร้างร่างกายของมนุษย์ มาเป็นหลักในการวิเคราะห์โครงสร้างของอาซิโม ในการจัดวางตำแหน่งของข้อต่อในส่วนของขาทั้ง 2 ข้าง ข้อต่อบริเวณหัวเข่าทำให้อาซิโมสามารถเดิน วิ่งได้อย่างอิสระ ข้อต่อบริเวณนิ้วเท้ามี ผลกระทบอย่างมากต่อการเคลื่อนไหวของอาซิโม จุดที่เป็นส่วนข้อต่อของนิ้วเท้าและส้นเท้าทั้ง 2 ข้าง มีความจำเป็นอย่างมากในการกำหนดการรับน้ำหนักร่างกายของอาซิโม

ความรู้สึกจากการที่ได้สัมผัสกับพื้นของอาซิโม สามารถวัดได้จากข้อต่อในบริเวณข้อเท้า เนื่องจากข้อเท้าของอาซิโมสามารถหมุนไปมาได้อย่างอิสระ หมุนจากด้านหน้าไปด้านหลัง จากด้านซ้ายไปด้านขวา ทำให้อาซิโมต้องรักษาสมดุลของร่างกายให้คงที่ในขณะก้าวเดินไปด้านหน้า หรือในขณะที่ก้าวเดินในพื้นผิวที่ขรุขระ ซึ่งอาซิโมสามารถรับรู้ความรู้สึกได้จากการเอียงของข้อเท้า ข้อต่อในส่วนบริเวณหัวเข่าและข้อต่อในส่วนของบริเวณสะโพก ถูกนำไปใช้ในการก้าวเดินขึ้นลงบันไดโดยไม่เสียการทรงตัวหรือหกล้ม รวมถึงสามารถยืนทรงตัวได้ด้วยขาเพียงข้างเดียว และด้วยเหตุผลหลัก ๆ ดังกล่าวจากโครงสร้างของมนุษย์ ทำให้ทีมวิศวกรของบริษัทฮอนด้า มีความจำเป็นต้องปรับโครงสร้างของอาซิโมให้มีข้อต่อในบริเวณสะโพก ข้อต่อบริเวณหัวเข่า ข้อต่อบริเวณข้อเท้าและข้อต่อบริเวณหัวไหล่ เพื่อให้อาซิโมเคลื่อนไหวได้ใกล้เคียงกับมนุษย์

ขอบเขตของข้อต่อในการเคลื่อนไหวของร่างกาย

ทีมวิศวกรของบริษัทฮอนด้าได้ทำการศึกษาค้นคว้า วิจัยและพัฒนาขอบเขตการเคลื่อนไหวของข้อต่อในบริเวณส่วนต่าง ๆ ของร่างกายของอาซิโม ในระหว่างการเดิน วิ่งหรือขึ้นลงบันได โดยยึดหลักธรรมชาติในการเคลื่อนไหวของมนุษย์เป็นหลัก ทั้งในแนวพื้นราบและในพื้นที่ขรุขระ ข้อต่อในบริเวณส่วนต่าง ๆ จะถูกวัดการเคลื่อนไหว และจดบันทึกเป็นฐานข้อมูลเพื่อให้รู้ถึงขอบเขตของการเคลื่อนไหวของข้อต่อใน แต่ละชิ้นภายในตัวของอาซิโม

จุดศูนย์ถ่วงของร่างกาย

อาซิโมมีขนาดและร่างกายเหมือนกับมนุษย์คือ มีขา 2 ข้าง แขน 2 ข้างและหนัก 52 กิโลกรัม การหาตำแหน่งและจุดศูนย์ถ่วงร่างกายของอาซิโมเป็นสิ่งสำคัญ เพราะถ้าจุดศูนย์ถ่วงของร่างกายไม่ได้สมดุล จะทำให้อาซิโมเสียหลักหกล้มในขณะก้าวเดิน ทีมวิศวกรของบริษัทฮอนด้าได้ใช้หลักการวิจัยจากโครงสร้างและสมดุลของร่างกาย มนุษย์[13] ซึ่งทำให้อาซิโมสามารถยืน 2 ขาได้อย่างมั่นคง ไม่หกล้มแม้แต่ตอนวิ่ง

การกระจายแรงบิดไปที่ข้อต่อต่าง ๆ ของร่างกาย

มนุษย์มีโครงกระดูกเป็นโครงสร้างของร่างกายทำให้สามารถเดิน วิ่งหรือประกอบกิจกรรมอื่น ๆ ได้อย่างคล่องแคล่ว ว่องไวและอิสระ[14] ทีมวิศวกรของบริษัทฮอนด้าได้นำเอาหลักเกณฑ์นี้มาใช้กับโครงสร้างของอาซิโม โดยวางตำแหน่งข้อต่อในบริเวณส่วนต่าง ๆ ของอาซิโมเพื่อให้สามารถเดิน วิ่งได้เช่นเดียวกับมนุษย์ ทีมวิศวกรของบริษัทฮอนด้าได้ทำการคำนวณหาการกระจายแรงบิดที่จะต้องไปยังข้อ ต่อในส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย ซึ่งยึดหลักการกระจายแรงบิดจากการวัดผลรวมของแรงบิดในส่วนข้อต่อต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นในขณะที่มนุษย์ก้าวเดินหรือวิ่ง

การตรวจวัดตำแหน่งและระยะทางในการเดิน

มนุษย์สามารถก้าวเดินไปด้านหน้า เลี้ยวซ้ายหรือขวาโดยใช้หลักการสัมผัสจากความรู้สึก 3 แบบ ในการรักษาความสมดุลของร่างกายคือ

  • ความรู้สึกของความเร็วเชิงเส้นในการเดิน ถูกวัดได้โดยการวัดระดับน้ำในหูทั้ง 2 ข้าง
  • ความรู้สึกของความเร็วเชิงมุมในขณะก้าวเดิน ถูกวัดโดยช่องครึ่งวงกลมของหูในส่วนของ Semicircular canals
  • ความรู้สึกที่เกิดขึ้นจากกล้ามเนื้อและ ผิวหนัง ซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งและความเร็วของข้อต่อในร่างกาย ซึ่งรวมไปถึงแรงจากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น ซึ่งมนุษย์สามารถรับรู้ความรู้สึกนี้ได้จากบริเวณฝ่าเท้าและการสัมผัสของผิว หนัง

ทีมวิศวกรของบริษัทฮอนด้า ศึกษาวิจัยเพื่อให้อาซิโมมีขีดความสามารถในการเดิน วิ่งโดยรักษาสมดุลของร่างกายเช่นเดียวกับมนุษย์ ทำให้อาซิโมจำเป็นต้องติดตั้งกล้องและตัวตรวจวัด (Sensor) ภายในบริเวณศีรษะ ซึ่งได้แก่

  • ตัวตรวจวัดมุมและองศาของข้อต่อในบริเวณส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย
  • ตัวตรวจวัดแรงปฏิกิริยาขนาด 6 แกน
  • ตัวตรวจวัดตำแหน่งของวัตถุและความเร็วเชิงเส้น

ตัวตรวจวัดทั้งหมดภายในร่างกาย สามารถทำให้อาซิโมตรวจจับวัตถุที่อยู่ด้านหน้า หรือวัตถุที่มีการเคลื่อนไหวได้

 การตรวจวัดแรงกระแทกจากการเดิน

มนุษย์มีโครงสร้างที่แตกต่างจากหุ่นยนต์ เช่น มีผิวหนังที่ นุ่ม มีข้อต่อในโครงกระดูกมากมาย ข้อต่อบริเวณหัวเข่า ข้อต่อบริเวณข้อเท้ารวมไปถึงนิ้วเท้า โครงสร้างร่างกายของมนุษย์จะยึดติดกับอวัยวะต่าง ๆ ของร่างกายมนุษย์ด้วยเส้นเอ็นจำนวน มาก สามารถทำให้เคลื่อนไหวได้อย่างอิสระ ซึ่งโครงสร้างร่างกายมนุษย์นี้เป็นโครงสร้างสำคัญที่ช่วยให้มนุษย์สามารถ ก้าวเดินได้อย่างคล่องแคล่ว และช่วยลดแรงกระแทกในการก้าวเดินระหว่างเท้ากับพื้น ทีมวิศวกรของบริษัทฮอนด้าได้ทำการทดลองการก้าวเดินของมนุษย์ ซึ่งผลการทดลองปรากฏว่ายิ่งมนุษย์เราก้าวเดินไปด้านหน้าเร็วเท่าใด แรงกระแทกจากการก้าวเดินก็จะเกิดมากขึ้นตามลำดับ[15]

โดยปกติถ้ามนุษย์ก้าวเดินด้วยความเร็ว 2-4 กิโลเมตร/ชั่วโมง แรงกระแทกจากการก้าวเดินจะเกิดขึ้นประมาณ 1.2 – 1.4 เท่าของน้ำหนักตัว และถ้ามนุษย์เราก้าวเดินด้วยความเร็ว 8 กิโลเมตร/ชั่วโมง แรงกระแทกจากการเดินของร่างกายมนุษย์จะเพิ่มขึ้นถึง 1.8 เท่าของน้ำหนักตัวของมนุษย์ ทีมวิศกรของบริษัทฮอนด้า ได้นำเอาผลการทดลองมาศึกษาวิเคราะห์การตรวจวัดแรงกระแทกจากการเดินของอาซิโม พัฒนาให้อาซิโมสามารถลดแรงกระแทกในการเดินก้าวเดินโดยติดวัสดุกันกระแทกไว้ ที่บริเวณส้นเท้าทั้ง 2 ข้าง ทำให้อาซิโมสามารถลดแรงกระแทกจากการเดินของขนาดและน้ำหนักตัว รวมทั้งเกิดความยืดหยุ่นในตัวเองจากการลดแรงกระแทกในการเดิน

ใส่ความเห็น

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / เปลี่ยนแปลง )

Connecting to %s