การพัฒนาหุ่นยนต์ต้นแบบจากคีย์บอร์ดเก่า

การพัฒนาหุ่นยนต์ต้นแบบจากคีย์บอร์ดเก่า
Development of a prototype robotic old keyboard.
นายฆบฝาด หีมหวัง ^1,*

¹ โรงเรียนบ้านลำชิง ตำบลคลองทราย อำเภอนาทวี จังหวัดสงขลา 90160
*นายฆบฝาด หีมหวัง : kobfad@hotmail.com, เบอร์โทรศัพท์ 080-0369860

หุ่นยนต์สั่งการด้วยเสียงคลิกที่นี่

บทคัดย่อ

               เป็นการผลิตสื่อการเรียนรู้ในวิชา “การงานอาชีพและเทคโนโลยี ชั้นประถมศึกษาปีที่ 4-6”โดยประดิษฐ์แผงวงจรจากคีย์บอร์ดร่วมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐาน เพื่อควบคุมหุ่นยนต์ผ่านสาย USB เชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล ซึ่งการทำงานของระบบแบ่งเป็นสองส่วนคือ ส่วนฮาร์ดแวร์ ส่วนซอฟต์แวร์ หลักการทำงานโปรแกรมจะสั่งการไปยังแผงวงจรคีย์บอร์ดเพื่อควบคุมหุ่นยนต์ให้สามารถเดินหน้า ถอยหลัง เลี้ยวซ้าย และเลี้ยวขวา
เป้าหมายของงานวิจัยนี้เพื่อสร้างชุดสื่อการสอนหุ่นยนต์ราคาประหยัดและฝึกการคิดของนักเรียนให้มีการคิดอย่างเป็นระบบโดยใช้หุ่นยนต์เป็นสื่อ

คำหลัก: หุ่นยนต์ คีย์บอร์ด แผงวงจร การควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์

Abstract

            This subject is to produce learning tool in “Occupation and Technology, grade 4-6 subject”, it has invented new main board by using device from keyboard with the basic electronic device in order to control the device through personal computer through USB port which working system can be divided into 2 parts as follows: Hardware and Software, the program will order toward the main board and then the main board will control the device. This made the control of device can control through program on window

The program works to order to the circuit board to control keyboards, robots that can walk backward, turn left and turn right.

The goal of this research is to create a set of cheap robot teaching and training the students to think in a systematic way.

Keywords: Keyboard control robot circuits by computer.

1. บทนำ

ในปัจจุบันหุ่นยนต์ได้เข้ามามีบทบาทในด้านต่าง ๆ มากขึ้นทั้งในด้านอุตสาหกรรมด้านการศึกษา ด้านการทหาร ด้านการแพทย์และการบริการ ในประเทศไทย สถานศึกษาของรัฐและเอกชน ได้เล็งเห็นถึงประโยชน์ของเทคโนโลยีหุ่นยนต์ และร่วมเป็นแรงผลักดันให้เยาวชนในชาติ พัฒนาองค์ความรู้ เพื่อให้ก้าวทันเทคโนโลยีของประเทศที่พัฒนาแล้ว โดยจัดการเรียนการสอนเทคโนโลยีหุ่นยนต์เพื่อให้นักเรียนได้สามารถ นำความรู้ประยุกต์ใช้งานได้ เป็นการเสริมสร้างและพัฒนาทักษะ เพื่อนำความรู้ไปพัฒนาประเทศในอนาคต สอดคล้องกับแผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ ฉบับที่ 11 พ.ศ. 2555-2559 ซึ่งมีจุดมุ่งหมายหลักว่า “ยึดคนเป็นศูนย์กลางและพัฒนาอย่างบูรณาการ เน้นความสำคัญกับ การการพัฒนาคน” แต่สถานศึกษาในชนบทส่วนใหญ่จะไม่มีสื่อในการเรียนการสอนเทคโนโลยีหุ่นยนต์ เพราะชุดฝึกมีราคาสูง ทำให้นักเรียนขาดโอกาสที่จะเรียนรู้ในเทคโนโลยีหุ่นยนต์

2. การออกแบบ

งานวิจัยนี้นำเสนอหุ่นยนต์ต้นแบบเพื่อใช้ในการเรียนการสอนเทคโนโลยีหุ่นยนต์ โดยมุ่งหวังว่าหุ่นยนต์ต้นแบบที่พัฒนาขึ้นจะสามารถนำไปใช้เป็นสื่อการสอนหุ่นยนต์ที่มีต้นทุนต่ำและเรียนรู้ได้ง่าย โดยใช้ไมรโครโปรเซสเซอร์ภายในคีย์บอร์ดร่วมกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานส่งกำลังขับเคลื่อนหุ่นยนต์ และเขียนโปรแกรมควบคุมด้วยโปรแกรม ไมรโครซอฟต์เอ็กเซ็สเชื่อมต่อผ่านพอร์ต USB

2.1 ส่วนฮาร์ดแวร์

คือแผงวงจร อุปกรณ์คอมพิวเตอร์ และอุปกรณ์ที่ต้องการควบคุม โดยใช้กำลังไฟจากหลอด LED NUMLOCK , CAPSLOCK , SCOLLOCK ซึ่งอยู่ภายในแผงวงจรคีย์บอร์ดเชื่อมต่อกับชุดขับเคลื่อนของรถขนาดเล็ก เป็นส่วนรับสัญญาณจากคอมพิวเตอร์ผ่านสาย USB ดังรูปที่ 2

รูปที่ 2 โครงหุ่นยนต์และแผงวงจร ออกแบบโดยใช้หลักการเกิดสัญญาณไฟที่ขั้วหลอดไฟของแผงวงจรคีย์บอร์ด ซึ่งมีสัญญาณไฟฟ้าที่ได้เป็นลบ จึงจำเป็นต้องใช้ทรานซินเตอร์ชนิด PNP เพื่อกระตุ้นให้รีเลย์ 8 ขา ทำหน้าที่เป็นสวิทต์เชื่อมต่อวงจรไฟฟ้าขับเคลื่อนมอเตอร์ของรถ

2.2. ส่วนซอฟแวร์

คือโปรแกรมที่ใช้ในการควบคุมการทำงานของแผงวงจรซึ่งเขียนด้วยโปรแกรม VBA Microsoft Access2010 ควบคุมการทำงานหลอดไฟ LED แสดงสถานนะ NUMLOCK , CAPSLOCK , SCOLLOCK ดังรูปที่ 5 และ 6 ตามลำดับ

รูปที่ 4 แสดงหน้าจอของโปรแกรมควบคุม

รูปที่ 5 แสดงการเขียนโปรแกรมควบคุม

การพัฒนาโปรแกรมในการขับเคลื่อนหุ่นยนต์แบ่งเป็น 5 ปุ่ม คือ ปุ่มเดินหน้า ปุ่มถอยหลัง ปุ่มเลี้ยวซ้าย ปุ่มเลี้ยวขวา ปุ่มหยุดดังแสดงในรูปที่ 6

3. หลักการทำงาน

หลักการทำงานเขียนโปรแกรมควบคุมการแสดงผลหลอดไฟ LED บนแป้นคีย์บอร์ด และเชื่อมต่อระบบการทำงานมาขับเคลื่อนมอเตอร์ของหุ่นยนต์ มีความสอดคล้องกันโดยใช้แผงวงจรคีย์บอร์ดเป็นสื่อกลาง แสดงดังรูปที่ 7

หุ่นยนต์

PC

รูปที่ 7 แสดงการทำงานของระบบ

4. ผลการทำงาน

หลังจากการออกแบบ สร้างวงจรเชื่อมต่อต่าง ๆ ตลอดจนพัฒนาโปรแกรมการทำงานของระบบหุ่นยนต์ ก็ได้ทำการทดสอบทั้งส่วนฮาร์ดแวร์และส่วนที่เป็นซอฟท์แวร์และนำสื่อมาสอนนักเรียน

4.1 ผลการทำงานส่วนฮาร์ดแวร์

ในส่วนของวงจรหลักในการรับสัญญาณผ่านสาย USB นั้นปรากฏว่าทำงานได้ดีมาก สามารถทำให้การสั่งการระหว่างคอมพิวเตอร์แบบพกพากับหุ่นยนต์โดยกดปุ่มคีย์บอร์ดปรากฎว่าค่าที่คอมพิวเตอร์แบบพกพาสามารถส่งค่าออกมาได้อย่างถูกต้องโดยไม่มีการหน่วง

4.2 ผลการทำงานส่วนซอฟท์แวร์

เมื่อตรวจสอบการทำงานของส่วนฮาร์ดแวร์เรียบร้อยแล้ว ก็ทำการต่อวงจรเพื่อทำการทดสอบการทำงานของโปรแกรมที่ใช้ควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์

การทดสอบใช้โปรแกรมที่เป็นชุดคำสั่งปรากฏว่าหุ่นยนต์สามารถทำงานตามที่สั่งการได้โดยสามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้า ถอยหลัง เลี้ยวซ้าย เลี้ยวขวาได้ตรงตามที่สั่งการทุกอย่าง

4.2 ผลการทดลองใช้สื่อกับนักเรียน

ในการนำมาสื่อมาใช้สอนนักเรียนได้กำหนดระยะเวลาที่เหมาะสมคือ 8 คาบ เมื่อนำสื่อมาทดลองใช้สอนนักเรียนพบว่านักเรียนให้ความสนใจและตั้งใจ แต่นักเรียนยังไม่คุ้นเคยในการใช้เครื่องมือบัดกรีจึงต้องฝึกบัดกรีเพื่อเป็นพื้นฐานก่อนเรียนรู้ในส่วนของฮาต์ดแวร์

ในส่วนของโปรแกรมนักเรียนสามารถเรียนรู้ได้ตามกำหนดเวลา และได้กระบวนการเรียนตามหลักการพีดีซีเอ เพื่อฝึกให้นักเรียนคิดอย่างเป็นระบบ

5. สรุป

งานวิจัยนี้มีจุดเด่นคือการสร้างสื่อการสอนราคาประหยัด และมีการประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์พกพาเพื่อฝึกการเขียนโปรแกรมควบคุมผ่านสาย USB ทำให้นักเรียนได้รับความรู้ทั้งในด้านเทคนิคและการคิดที่เป็นระบบเพื่อพัฒนาต่อไปในระดับที่สูงขึ้น

นอกจากนี้ประสิทธิภาพของการทำงานของหุ่นยนต์สามารถเพิ่มขีดความสามารถเพิ่มขึ้นโดยใช้คีย์บอร์ดแบบไร้สายจะทำให้กลายเป็นหุ่นยนต์ที่ไร้สายและสามารถควบคุมผ่านเครือข่ายสัญญาณวิทยุ 2.4 GHz และสามารถเขียนโปรแกรมสั่งการด้วยเสียงได้โดยไม่ต้องเพิ่มอุปกรณ์

6. กิตติกรรมประกาศ

ขอขอบคุณอาจารย์ผศ.เถกิง วงศ์ศิริโชติ ผศ. ดร. อนันท์ ชกสุริวงค์ และอาจารย์ผศ.ธีรวัฒน์ หังสพฤกษ์ ที่ช่วยให้คำแนะนำ และแนวทางแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นในระหว่างการสร้างหุ่นยนต์ต้นแบบจากคีย์บอร์ดเก่า

7. เอกสารอ้างอิง

[1] กล้าศักดิ์ เขื่อนนิล, “การควบคุมรถสำรวจระยะไกลแบบไร้สาย”,การค้นคว้าแบบอิสระ วิทยาศาสตร์มหาบัณฑิต, สาขาวิทยาการคอมพิวเตอร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, 17 มีนาคม 2554.

[2] กิตติ ภักดีวัฒนะกุลม,Visual Basic 6 ฉบับโปรแกรมเมอร์, กรุงเทพฯ : บริษัทดวงกมลสมัยจำกัด , 2543.

[3] จิตกรณ์ เพชรภักดี. “การพัฒนาหุ่นยนต์ขับเคลื่อนด้วยล้อขนาดเล็ก” , สาขาวิชาศวกรรมไฟฟ้า
คณะครุศาสตร์อุตสาหกรรมและเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี, 2548.

[4] ธนัท ชัยยุทธ,ดิจิตอลพื้นฐาน, กรุงเทพฯ: บริษัทซีเอ็ดยูเคชั่น, 2537.

[5] สยาม เจริญเสียง สุดารัตน์, กั่วพานิช และ เกียรติศักดิ์ ไชยแสน “การพัฒนาระบบหุ่นยนต์โดยใช้ระบบปฏิบัติการวินโดนว์ซีอี” , ศูนย์ปฏิบัติการพัฒนาหุ่นยนต์ภาคสนาม มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี, 2545.

[6] สำนักงานคณะกรรมการพัฒนาเศษฐกิจและสังคมแห่งชาติ. “แผนพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติฉบับที่ 11” . กรุงเทพฯ: สำนักงาน(เอกสารอัดสำเนา), 2554.

[7] ศิริพรรณ ธงชัย. “วิศวกรรมหุ่นยนต์(Robotic Engineering)”,เอกสารประกอบการสอน,สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ,กรุงเทพฯ: 2548.