เรยนร สราง หนยนตอยางงายจากวงจรอเลกทรอนกส

2

หนยนตอยางงายกบเทคโนโลย BEAM หนยนตBEAMเปนสงประดษฐทไดรบอทธพลมาจากการเลยนแบบพฤตกรรม

ของสงมชวตตามธรรมชาต โดยเฉพาะอยางยงกบแมลงและสตวเลอยคลานสำาหรบ

การเรยนรดานวทยาศาสตรหนยนต BEAM นบเปนสอทสนบสนนการเรยนรการ

ทำางานของวงจรอเลกทรอนกสและระบบควบคมอตโนมตอยางงาย โดยไมตองม

ความรหรอตองมการเขยนโปรแกรมคอมพวเตอรเพอควบคมการทำางานแตอยางใด

นยามคำาวา BEAM BEAMเปนคำาทมาจากการรวมกนของศาสตร4ดานประกอบดวยBiology

(ชววทยา)Electronics(อเลกทรอนกส)Aesthetics(สนทรยศาสตร)Mechanics

(กลศาสตร) เพออางถงหนยนตแบบหนงทมระบบขบควบคมการขบเคลอนทไดมา

จากวงจรอะนาลอกอเลกทรอนกสขนพนฐานอาทวงจรเปรยบเทยบแรงดน(com-

parator)มาใชงานแทนทระบบควบคมอตโนมตทตองมการเขยนโปรแกรม

หนยนตBEAMมกจะไดรบการออกแบบดวยวงจรอเลกทรอนกสทไมซบซอน

พยายามใชอปกรณใหนอย โดยเนนหนกไปทการเรยนรและประยกตใชงานวงจร

อเลกทรอนกสพนฐานใหทำางานควบคมกลไกอยางงายๆ ได อนเปนการจำาลองการ

ทำางานของเซลประสาททางชววทยา ไมเพยงเทานน ยงตองทำาใหหนยนตBEAM

มความสวยงาม จงกอใหเกดความคดสรางสรรคในดานการประดบตกแตงหนยนต

ใหดสวยงามสอดคลองกบคำาวา “สนทรยศาสตร”(A-Aesthetics)ดงนนการ

สรางหนยนต BEAM ขนมาในแตละครงจะตองใสใจตอความสวยงามและดดของ

หนยนตดวย นเองคอ ปจจยสำาคญทแยก BEAM ออกจากกลมหนยนตทำาเลน

อยางพวกJunkBotทเนนเพยงการสรางใหทำางานไดเทานนเปนพอ

กำาเนดของหนยนต BEAM แนวคดในการสรางกลไกททำางานไดอยางอตโนมตภายใตการควบคมหรอได

รบการกระตนจากสญญาณทางกายภาพไดตงตนขนตงแตทศวรรษ 1960 หลาย

มหาวทยาลยชนนำาของโลกไดระดมกำาลงมนสมองและความรตางๆ เพอพฒนาองค

ความรใหมทเกยวของกบหนยนต(Robotics)และโครงขายประสาทเทยม(Artifi-

cialIntelligence)ทวาสำาหรบRodneyBrooksจากสถาบนเทคโนโลยแมตซาช

เซตตหรอMITมความคดทแตกตางออกไป

Brooks ใหความสนใจตอพฤตกรรมของสตวตวเลกๆ อยาง แมลง ทมการ

เคลอนทในแบบตางๆเพอตอบสนองตอสงเราทำาใหBrooksคนพบหลกการของ

สถาปตยกรรมทชอSense-Actนนคอสถาปตยกรรมของการตอบสนองตอการรบร

ในทนทโดยปราศจากการกำาหนดหรอเตรยมการมาลวงหนา

แนวคดของสถาปตยกรรมSense-Actไดรบความสนใจอยางมากจากนกพฒนา

หนยนตจนกระทงตนทศวรรษ1990MarkTildenไดทำาการตอยอดแนวคดของ

สถาปตยกรรมไปสการสรางเปนหนยนตขนมาจรงๆ โดยหนยนตทสรางขนมาน

สามารถทำางานไดอยางอตโนมตตอสงเรา โดยไมผานและไมมกระบวนการคำานวณ

ทางดจตอลแตอยางใดนบตงแตนนหนยนตBEAMจงไดอบตขน

LM7412

36

4

7

R13.3k

LDR1VR110k

VCC

OUT

รปท 1 แสดงการตอวงจรเปรยบเทยบแรงดนโดยใชออปแอมป

ภาพจาก http://www.smfr.org/robots/

ภาพจาก http://www.smfr.org/robots/

ภาพจาก http://www.eecs.mit.edu

3

R1510Ω

ZX-03

ZX-03

C1470uF/16

R5510Ω

BATT16V

SW1POWER

LED1ON

LED2ML

LED3MR

TCRT5000

TCRT5000

R210kΩ

VR110kΩ

VR210kΩ

L272M

L272M

MOTOR1LEFT

RIGHTMOTOR2

7

81

2

4

36

5R610kΩ

R71kΩ

R31kΩ

R41kΩ

IC1/1

IC1/2

การทำางานของวงจร iBEAM รปท2เปนวงจรทงหมดของบอรดควบคมiBEAMซงมหวใจหลกคอไอซออปแอมปเบอรL272Mซงตอเปนวงจรเปรยบเทยบแรงดน

หรอComparatorภายในไอซ1ตวจะมออปแอมปอยภายใน2ชดแตละชดสำาหรบการควบคมมอเตอร1ตวภาคอนพตของออปแอมปขา

noninverting(+)จะเชอมตอกบเซนเซอรตรวจจบการสะทอนเบอรTCRT5000สวนฝงขาinverting(-)จะตอกบตวตานทานปรบคาได

เพอสรางแรงดนเปรยบเทยบ

เมอขาของnoninverting(+) ไดรบแรงดนมากกวาขาinverting(-) ขาเอาตพตของออปแอมปจะมแรงดนเปนบวก ทำาใหมอเตอร

ทำางานแตถาขาinverting(-)ไดรบแรงดนมากกวาขาnoninverting(+)ขาเอาตพตของออปแอมปจะมแรงดนเปน0Vมอเตอรจะหยด

ทำางาน

ออปแอมปทงสองตวทำางานเหมอนกนดงนนเมอนำาiBeamไปตรวจสอบการเคลอนทตามเสนเมอเซนเซอรตรวจจบการสะทอนแสงพน

ผวสขาวหรอสออนคาแรงดนทไดจะมคามากกวาคาอางองทำาใหมอเตอรทำางานและเมอตรวจเจอพนผวสเขมหรอสดำาการสะทอนแสงจะม

นอยลงมอเตอรจงหยดทำางาน

หนาทของตวตานทานVR1และVR2จะทำาหนาทปรบเทยบคาอางองเพอใหเซนเซอรสามารถแยกแยะพนและเสนทางเดนของหนยนตได

วงจรในสวนเสนประZX-03คอสวนของเซนเซอรทใชตรวจจบซงจะแยกออกจากบอรดควบคมหลกiBEAM

แบตเตอรทใชกบวงจรนไมควรเกน 6V เนองจากถาแรงดนมากกวานทำาใหกระแสทไหลผาน L272M มากเกนไปเกดความเสยหายได

สำาหรบมอเตอรทนำามาใชงานควรเปนมอเตอรทมทำางานดวยแรงดน4.5V ขนไปเพอใหมคาความตานทานภายในมากพอทจะไมเปนโหลดให

ไอซL272Mเสยหายไดโดยงาย

รปท 2 วงจรสมบรณแสดงการทำางานของบอรดควบคม iBEAM

4

รปท 3 แผนวงจรพมพขนาดเทาแบบของ iBEAM รปท 4 ตำาแหนงการวางอปกรณลงบนแผนวงจรพมพ ของ iBEAM

บอรดควบคมหลก iBEAM

แผงวงจรตรวจจบการสะทอนแสงอนฟราเรด ZX-03TCRT5000 ภายในโมดลTCRT5000 จะประกอบไปดวยLED อนฟราเรดและโฟโตทรานซสเตอร เมอLEDอนฟราเรดสองแสงไปกระทบวตถ แสงจะสะทอนกลบมาทตวโฟโตทรานซสเตอร ถาแสงสะทอนมาก

แสดงวาพนผวเปนสขาวหรอสออนถาสะทอนนอยแสดงวาพนผวเปนสดำาหรอสเขม

ZX-03 เปนแผงวงจรทนำาเอาโมดลเซนเซอรอนฟราเรด TCRT5000 มาเชอมตอเปนวงจรแบงแรงดน ใหเอาตพตเปนแรงดนทแปรผนตามคาการสะทอนแสงอนฟราเรดทตรวจจบ โดยมขาตอใชงานออกไปคอไฟเลยงสญญาณและกราวดดงรป

รปท3 แสดงแผนวงจรพมพขนาดเทาแบบของiBEAMซงสามารถนำามาตดตงอปกรณไดดงรปท4 หลงจากลงอปกรณเสรจเรยบรอย

แลวจะไดบอรดควบคมiBEAMแสดงในรปท5

รายการอปกรณตวตานทาน0W 3ตว

ตวตานทาน1kW1/4W1% 3ตว

ตวตานทานปรบคาไดแบบเกอกมา10kW 2ตว

ตวเกบประจ470uF/16V อเลกทรอไลต 1ตว

LED สแดง5มม. 2ตว

LED สเขยว5มม. 1ตว

ICL272M 1ตว

สวตชเลอน 1ตว

ซอกเกตไอซ8ขา 1ตว

คอนเนกเตอรJST3ขา 2ตว

เทอมนอลบลอก2ขา 3ตว

คอนเนกเตอรIDC2ขาตวเมย 2ตว

คอนเนกเตอรIDC3ขาตวเมย 2ตว

คอนเนกเตอรIDC2ขาตวผ 2ตว

คอนเนกเตอรIDC3ขาตวผ 2ตว

แผนวงจพมพ 1แผน

รปท 5 แผนวงจรพมพของ iBEAM เมอประกอบเสรจเรยบรอย

5

สกรเกลยวปลอย 2 มม. x 2

บอรดควบคม iBEAM x 1

แผงวงจร ZX-03 x 2

แทงตอ 5 ร x 2ชดเฟองขบมอเตอร อตราทด 120:1 x 2

นอต 3 มม. x 16

เสารองพลาสตก 25 มม. x 2

ชนตอมมปาน x 2

แผนกรด 80x80 มม. x 1 ถาดรองกะบะถาน x 1 ลอพรอมยาง x 2

ฉากโลหะ 2x3 ร x 2

สกรหวตด 3x8 มม. x 4

สกร 3x10 มม. x 4

สกร 3x15 มม. x 2

สกร 3x25 มม. x 4

สกร 3x35 มม. x 2

ขนตอนการสรางหนยนต iBEAM

1.นำาฉากโลหะยดเขากบแผนกรดโดยใชสกรหวตดขนาด3x6มม.ขนยด

ฉากโลหะ 2x3.5

สกรหวตด 3x6 มม.

นอต 3 มม.

2.นำาชดเฟองขบมอเตอรBO1มายดเขากบฉากโลหะจากนนใชสกรขนาด3x25มม.ขนยดดวยนอต3มม.หนดานทเปนแกนมอเตอร

ออกดานนอก

รายการอปกรณ

6

3.นำาชนตอมมปาน2ชนยดเขากบฐานของหนยนตเพอทำาหนาทประคองหนยนตใหอยในแนวระนาบโดยรอยสกรขนาด3x10มม.ไวกอน

จากนนจงคอยเสยบชนตอมมปานเขาไปใชนอต3มม.ขนยดใหแนน

นอต 3 มม.

สกร 3x10 มม.

4.นำาแผงวงจรตรวจจบแสงสะทอนZX-03ยดเขากบแทงตอ5รใชสกรขนาด3x15มม.ขนยด

ดานลาง

5.นำาแผงวงจรตรวจจบZX-03ตดตงเขากบฐานของหนยนตโดยใชสกรขนาด3x10มม.ขนยดใหแนน

6.นำาสกรขนาด3x35มม.รอยผานถาดรองกะบะถานและรองดวยเสารองขนาด25มม.จากนนประกบเขากบฐานของหนยนต

ดานบน

ดานลาง

ตำาแหนงรอยสกร

ดานบน

7

7.นำาลอพลาสตกเสยบเขาทแกนของหนยนตแลวใชสกรเกลยวปลอยขนาด2มม.ขนยดใหแนน

8.นำาบอรดiBEAMบรรจถานขนาดAAลงไปจำานวน4กอนจากนนเสยบบอรดเขาทถาดรองกะบะถานในตำาแหนงดงรป

9.เสยบสายสญญาณของแผงวงจรZX-03เขากบจดตอLEFTsensorและRIGHTsensorในตำาแหนงดงรป

10.สำาหรบสายมอเตอรใหเสยบสายโดยเมอหมนมอเตอรไปดานหนาไฟแสดงสถานะของมอเตอรจะตองตดแสดงวาเสยบสายถกตองถาไม

ตดใหกลบทศทางของสายใหมการสรางหนยนตiBEAMกเสรจสมบรณ

8

การทดสอบ1.เมอเปดสวตชLEDสเขยวจะตดสวาง

2.วางหนยนตiBEAMไวทพนทสขาวปรบหมนตวตานทานปรบคาไดทงสองขางในทศทางตามเขมนาฬกาจนสดมอเตอรทงสองตวจะหยด

หมนและLEDสแดงทงสองตวจะดบ

3. ยกหนยนตขนจากพน ปรบหมนตวตานทานปรบคาไดทงสองขางในทศทางทวนเขมนาฬกาจนสด มอเตอรทงสองตวจะตองหมนไปดาน

หนาและLEDสแดงจะตดสวาง

ถาไมเปนตามทงสามขอขางตนใหตรวจสอบการเชอมตอและการตดตงแผงวงจรZX-03

ตวตานทานปรบคาได

ตวตานทานปรบคาได

เดนเสนดวยเทปพนสายไฟ

สนามทดสอบ สนามทดสอบสามารถสรางไดงายๆจากอปกรณ2ชนคอแผนพลาสตกลกฟก(ฟวเจอรบอรด)และเทปพนสายไฟ(แนะนำายหอ3Mเพอ

การยดหยนทดจากนนเดนเสนเทปพนสายไฟลงบนพนพลาสตกลกฟกในรปแบบดงรป

การปรบแตงเพอใหหนยนตเคลอนทตามเสนสดำา 1. นำาหนยนตวางบนพนผวสขาว จากนนยกตวหนยนตขนจากพนประมาณ3 เซนตเมตร ปรบตวตานทานปรบคาไดจนมอเตอรเปลยน

จากตำาแหนงหมนเปนจดหมนพอด

2.ทดสอบปลอยหนยนตเคลอนทตามเสนสงเกตการเคลอนทวาหลดออกนอกเสนหรอไม

เดนเสนเทปลงบนพลาสตดลกฟก