25 - Kasetsart Universityรูปที่ 37...

25

บทที ่3

อุปกรณแ์ละวธิีการ

3.1. อปุกรณ์ทีใ่ชใ้นการทดลอง

3.1.1 ตลับเมตร

รูปท่ี 19 ตลับเมตร 1

3.1.2 เครื่องชั่งน้้าหนัก

รูปท่ี 20 เครื่องชั่งน ้ำหนัก

1

26

3.1.3 Load Cells 200 kgf

รูปท่ี 21 Load Cells 200 kgf 1

3.1.4 อินดิเคเตอร์

3.1.5 หุ่นยนตร์ภาคสนามเอนกประสงค์ควบคุมต้าแหน่ง

รูปที่ 22 อินดิเคเตอร์ 1

27

รูปท่ี 23 แสดงลักษณะทางกายภาพของหุ่นยนต์ภาคสนาม

เอนกประสงค์1

3.1.5.1 คุณลักษณะของหุ่นยนต์หุ่นยนต์เอนกประสงค์แบบควบคุม

ต้าแหน่งได้

- ขนาดของเครื่อง ความยาวของตัวเครื่อง 62 เซนติเมตร กว้าง 63

เซนซิเมตร สูง 57.50 เซนติเมตร

- ระยะห่างล้อจากล้อขับจากซ้ายถึงขวาท่ีล้อด้านหน้ามีระยะ 37.80

เซนติเมตร ระยะจากล้อขับซ้ายถึง

ด้านหลังมีระยะ 45.20 เซนติเมตร

63.00 เซนติเมตร

62.00 เซนติเมตร

57.50

เซนติ

เมตร

28

ก ข

ค

รูปท่ี 24 ภาพแสดงระยะห่างของล้อ

ก. รูปแสดงระยะห่างของล้อด้านหน้าหุ่นยนต์ภาคสนามเอนกประสงค์

ข. รูปแสดงระยะห่างของล้อล้อด้านข้างหุ่นยนต์ภาคสนาม

เอนกประสงค์

ค. รูปแสดงระยะห่างของล้อแบบ 3 มิติของหุ่นยนต์ภาคสนาม

เอนกประสงค์

3.1.5.2 ส่วนประกอบของหุ่นยนต์ แบ่งออกเป็น 2 ส่วน

1. ชุดควบคุมหุ่นยนต์แบ่งออกเป็น 2 ส่วน

1.1 ชุดขับเคลื่อน

มอเตอร์ขนาด 250 W 24VDC อัตราทดของมอเตอร์ 9.78

29

รูปท่ี 25 มอเตอร์ 24 VDC 1

ตารางที่ 3 แสดงรายละเอียดของมอเตอร์ 1

No Load

Torque/N.m Speed/rpm P-out/W Volt/V Current/A P-in/W Efficient/%

0.39 421 15.12 24.09 1.86 44.71 33.81

Max.Efficient 4.79 379 188.97 24.11 9.74 234.87 80.46

Rated Load 6.65 361 251.54 24.12 13.12 316.47 79.48

Max.Torque 11.5 315 380.74 24.14 21.91 528.92 71.98

การส่งก้าลังด้วยโซ่เบอร์ 420 โดยมีเฟืองขับท่ีมอเตอร์จ้านวน

9 ฟันและเฟืองตาม 25 ฟัน

30

อัตราทด =เฟืองตาม

เฟืองขับ =

อัตราทด =1:2.78

รูปท่ี 26 แสดงระบบการส่งก้าลัง 1

ระบบการขับเคลื่อน ล้อขับ 8 นิ้ว และสายพานยางด้วยอาศัย

แรงเสียดทานระหว่างยางกับยางจึงท้าให้ล้อสายพานท้างาน

31

รูปท่ี 27 แสดงระบบการขับเคลื่อนล้อยางกับล้อสายพานยาง

ด้วยแรงเสียดทาน1

ล้อรถยนต์ท่ีน้ามาใช้ท้าล้อสายพานยางโดยมีขนาด ขอบ

กระทะล้อ 14 นิ้ว หน้ากว้างยาง 175 มิลลิเมตร เปอร์เซ็นต์ความสูง

ของแก้มยาง 65 โดยตัดแก้มยางออกเพ่ือให้ยางเกิดความอ่อนตัว

มากยิ่งขึ้น

ก ข

รูปท่ี 28 แสดงล้อรถยนต์ท่ีน้ามาใช้ในการขับเคลื่อน

32

ก. รูปแสดงล้อรถยนต์

ข. รูปแสดงล้อรถยนต์หลังตัดแก้ม

ยางออก

สายยางรดน้้า ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 2.5 มิลิเมตร ยาว 35 มิลิ

เมตร น้ามาประคองเพื่อไม่ให้ล้อสายพานยางหลุดออกจากล้อขับ

รูปท่ี 29 แสดงสายยางที่น้ามาประคองไม่ให้ล้อสายพานยางหลุดออก

จากล้อขับ1

1.2 ชุดกล่องควบคุม

1.2.1 Arduino UNO R3

Arduino UNO R3 เป็นหน่วยประมวลผลและควบคุมโดย

จะรับข้อมูลจากโมดูล NRF 24L01P ซึ่งจะอธิบายในล้าดับถัดไป

และประมวลผลเมื่อส่งสัญญาณไปควบคุมมอเตอร์ขับเคลื่อน

33

รูปท่ี 30 Arduino UNO R3 1

1.2.2 NRF 24L01P

โมดูล NRF24L01P เป็นโมดูลสื่อสารไร้สาย ท่ีสามารถเขียน

โปรแกรมให้เป็นได้ ท้ังตัวรับและตัวส่ง สามารถใช้กับ Arduino ได้

หลาย ๆ ตัวพร้อมกัน มีความเร็ว 2.4 GHz จึงสื่อสารได้รวดเร็วและ

ไม่ต้องการเสาอากาศที่ยาว มีขนาดเล็กสะดวกในการต่อใช้งาน

สามารถประยุกต์ใช้งานได้หลายอย่างเช่น ใช้เป็นอุปกรณ์ส่งข้อมูล

ของเซนเซอร์อัตโนมัติส้าหรับควบคุม

รูปท่ี 31 ภาพการต่อวงจร NRF 24L01 1

34

1.2.3 Driver (ใช้ Motor driver SE-HB-100)

รายละเอียดการใช้งานmotor driver SE-HB-100

รูปท่ี 32 การใช้งาน Driver SE-HB-100 1

หมายเหตุ

1. ตัว jumper ในบอร์ดหากต่อไฟใช้งานไม่เกิน 36 V ให้เสียบต่อ

ไว้ท่ีต้าแหน่งเดิมคือ 12-36 V

2. บอร์ดขับมอเตอร์แบบ H-Bridge รุ่นนี้ได้ออกแบบให้สัญญาณ

อินพุทกับเอ้าท์พุทแยกกันทางแสง ดังนั้นจึงสามารถแยกขา GND

แหล่งจ่ายไฟขับมอเตอร์ ออกจากไฟเลี้ยง MCU ได ้

3.ท่ีขาอินพุท IN1 , IN2 , EN/PWM ต้องการกระแสไม่ต้่ากว่า 10

mA ท่ี 5 V

รายละเอียดทางเทคนิค

35

1. Output: Single moter driver

-Moter DC supply 12-48 V 80A (Max. กระแสพัลส์)

-Full –Complementary Power MOSFET Driver withultra-

fast reverse recovery protection diodes

2. Input

-Full Opto-isolated input interface singnals

-5 V 8mA TTL-Level

3. Drive Mode: independently with

-ON-OFF Control

-Direction Control

-Speed Control (PWM Drives)

4. PWM Frequency : 400Hz -1000 Hz (400-800 Hz

Recommend)

36

รูปท่ี 33 ภาพ Drive Moter Model :SE-HB-100 1

ตารางควบคุมการท้างาน

ตารางที ่4 ตารางควบคุมการท้างานของ motor driver SE-HB-

1001

EN/PWM INB INA การท้างานของ

มอเตอร์

0V X X Free Run Stop ( หยุดเมื่อ

หมดแรงเฉื่อย)

5V 0V 5V หมุนเดินหน้า

5V 5V 0V หมุนกลับทาง

5V

5V

5V

0V

5V

0V

Fast Stop or Brake

Fast Stop or Brake

3.2 วงจรการทา้งาน

3.2.1 วงจรการท้างานของหุ่นยนต์ภาคสนามเอนกประสงค์

37

รูปท่ี 34 ภาพวงจรการท้างานของหุ่นยนต์ภาคสนามเอนกประสงค์1

Switch

Switch

38

ในการท้างานจะมีแหล่งจ่ายไฟคือแบตเตอรี่ขนาด 12 VDC 1

ชุด 24 VDC 1 ชุด ส้าหรับอุปกรณ์กระแสสูงและส่วนควบคุม โดย

แบตเตอรี่ 24 VDC ส้าหรับอุปกรณ์กระแสสูงจะจ่ายให้กับ Driver

ส่วนแบตเตอรี่ 12 VDC จ่ายไฟให้กับ switching power supply

ขนาด 3.3 v และ 5 VDC ตัว 3.3 VDC จะส่งไปยัง NRF 24L01P

ส่วนตัว 5V จะส่งไปที่ Arduino เหตุท่ีต้องให้มีวงจร switching

power supply แยกให้แต่ละอุปกรณ์ก็เพ่ือให้การท้างานมีเสถียรภาพ

มากข้ึน ป้องกันปัญหาวงจรจ่ายไฟของ Arduino จ่ายกระแสไม่พอ

3.2.2 วงจรชุดกล่องส่งสัญญาณควบคุม

รูปท่ี 35 วงจรชุดกล่องส่งสัญญาณควบคุม 1

ชุดกล่องส่งสัญญาณควบคุมท้างานโดยเริ่มจากการอ่านค่า

อนาล็อกจาก Joystick ซึ่งเป็นอุปกรณ์ท่ีมีลักษณะเป็นคันโยก

NRF 24L01P

39

ประกอบด้วย Potentiometer ส้าหรับตรวจจับการเคลื่อนท่ีใน

แนวแกน x และ แกน y Arduino จะประมวลผลข้อมูลท่ีได้แล้วส่งไป

ยัง NRF24L01P ไปยังตัวรับสัญญาณท่ีอยู่ท่ีตัวหุ่นยนต์

3.3 สถานที่ทา้การทดลอง/เกบ็ข้อมลู

ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร, มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขต

ก้าแพงแสน

3.4 ขอบเขตการทดลอง

3.4.1 การทดสอบหาน้้าหนักของหุ่นยนต์

3.4.2 การทดสอบความเร็วสูงสุดบน พ้ืนดิน พื้นหญ้าและพื้น

ถนนคอนกรีต

3.4.3 การทดสอบหาชั่วโมงการท้างาน

3.4.4 การทดสอบแรงฉุดลากสูงสุด

3.4.5 การทดสอบหาต้าแหน่งของจุดศูนย์ถ่วง

3.5 วธิีการทดลอง

แบ่งเป็นการทดสอบดังนี้

3.5.1 การทดสอบหาน้้าหนักของหุ่นยนต์

3.5.2 การทดสอบหาต้าแหน่งจุดศูนย์ถ่วงของหุ่นยนต์

3.5.3 การทดสอบความเร็วสูงสุดบน พ้ืนดิน พื้นสนามหญ้าและ

พ้ืนถนนลาดยาง

3.5.4 การทดสอบหาชั่วโมงการท้างาน

3.5.5 การทดสอบหาแรงฉุดลากสูงสุด

40

3.5.1 การทดสอบหาน้้าหนักของหุ่นยนต์

ทดสอบโดยการน้าหุ่นยนต์ไปชั่งเครื่องชั่งบนเครื่องชั่งน้้าหนักชนิด

คานเลื่อน

รูปท่ี 36 แสดงการชั่งน้้าหนักบนเครื่องชั่งน้้าหนักชนิดคานเลื่อน1

3.5.2 การทดสอบหาต้าแหน่งจุดศูนย์ถ่วงของหุ่นยนต์

1. ใชต้ราชั่งแขวนอ่านค่าน้้าหนักส่วนท้าย (R) แล้ววัด

ระยะห่างจากล้อหน้าถึงจุดแขวน

2. วัดมุมเอียงโดยเครื่องวัดมุมเอียง

3. ท้าซ้้าข้อ 1 และข้อ 2 โดยเปลี่ยนระดับมุมเอียงทั้งหมด 2 มุม

4. น้าค่าท่ีได้มาหาต้าแหน่งจุดศูนย์ถ่วง (CG)

41

รูปท่ี 37 แสดงการชั่งน้้าหนักส่วนท้ายโดยใช้ตาชั่งแขวน1

3.5.3 การทดสอบความเร็วสูงสุดบน พ้ืนดิน พื้นสนามหญ้าและพ้ืน

ถนนลาดยาง

ทดสอบโดยการป้อนโปรแกรมให้หุ่นยนต์วิ่งไปในเวลา 20

วินาที และวัดระยะทางที่หุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปได้ในแต่ละพื้นที่

R

42

รูปท่ี 38 แสดงการวัดระยะทางเม่ือหุ่นยนต์เคลื่อนท่ีไปได้ 20

วินาทีบนพ้ืนที่ถนนลาดยาง1

รูปท่ี 39 แสดงการวัดระยะทางเมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนท่ีไปได้ 20 วินาที

บนพ้ืนที่ดิน1

43

รูปท่ี 40 แสดงการวัดระยะทางเมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนท่ีไปได้ 20 วินาที

บนพ้ืนที่สนามหญ้า1

3.5.4 การทดสอบหาชั่วโมงการท้างาน

ทดสอบหาชั่วโมงการท้างานของหุ่นยนต์ โดยป้อนโปรแกรมให้

หุ่นยนต์เคลื่อนท่ี ไป-กลับ ในเวลา 40 วินาที และน้าไปใช้งานจริงบน

พ้ืนที่ดินจนแบตเตอรี่หมดคือดูจากการเคลื่อนท่ี การเคลื่อนท่ีจะช้าลง

44

รูปท่ี 41 จับเวลาหุ่นยนต์เมื่อเคลื่อนท่ี ไป-กลับ บนพื้นดิน1

3.5.5 การทดสอบหาแรงฉุดลากสูงสุด

ทดสอบหาแรงฉุดลากสูงสุดท้าได้โดย

1. ติดต้ังอุปกรณ์ฉุดลากให้หุ่นยนต์

2. ติดต้ังอุปกรณ์วัดแรงฉุดลาก Load cell และอินดิเคเตอร์เพ่ือ

อ่านค่าแรงฉุดลาก

3. หาค่าแรงฉุดลากสูงสุด

45

รูปท่ี 42 แสดงการฉุกลากของหุ่นยนต์ 1

46

รูปท่ี 19 ตลับเมตร 25

รูปท่ี 21 Load Cells 200 kgf 26

รูปท่ี 22 อินดิเคเตอร์ 26

รูปท่ี 23 แสดงลักษณะทางกายภาพของหุ่นยนต์ภาคสนาม

เอนกประสงค์ 27

รูปท่ี 24

รูปท่ี 25 มอเตอร์ 24 VDC 29

รูปท่ี 26 แสดงระบบการส่งก้าลัง 30

รูปท่ี 27 แสดงระบบการขับเคลื่อนล้อยางกับล้อสายพานยางด้วยแรง

เสียดทาน 31

รูปท่ี 28

รูปท่ี 29 แสดงสายยางที่น้ามาประคองไม่ให้ล้อสายพานยางหลุดออก

จากล้อขับ 32

รูปท่ี 30 Arduino UNO R3 33

47

รูปท่ี 31 ภาพการต่อวงจร NRF 24L01 33

รูปท่ี 32 การใช้งาน Driver SE-HB-100 34

รูปท่ี 33 ภาพ Drive Moter Model :SE-HB-1 36

รูปท่ี 34 ภาพวงจรการท้างานของหุ่นยนต์ภาคสนามเอนกประสงค์ 37

รูปท่ี 35

รูปท่ี 36 แสดงการชั่งน้้าหนักบนเครื่องชั่งน้้าหนักชนิดคานเลื่อน 40

รูปท่ี 37 แสดงการชั่งน้้าหนักส่วนท้ายโดยใช้ตาชั่งแขวน 41

รูปท่ี 38 แสดงการวัดระยะทางเมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนท่ีไปได้ 20 วินาที

บนพ้ืนที่ถนนลาดยาง 42

รูปท่ี 39 แสดงการวัดระยะทางเมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนท่ีไปได้ 20 วินาที

บนพ้ืนที่ดิน 42

รูปท่ี 40 แสดงการวัดระยะทางเมื่อหุ่นยนต์เคลื่อนท่ีไปได้ 20 วินาที

บนพ้ืนที่สนามหญ้า 43

48

รูปท่ี 41 จับเวลาหุ่นยนต์เมื่อเคลื่อนท่ี ไป-กลับ บนพื้นดิน 44

รูปท่ี 42 แสดงการฉุกลากของหุ่นยนต์ 45

ตารางที่ 3 แสดงรายละเอียดของมอเตอร์ 29

ตารางที่ 4 ตารางควบคุมการท้างานของ motor driver SE-HB-

100 36