Introduction to ACSE Lab

                    เทคโนโลยีขับเคลื่อนอัตโนมัติเป็นเทคโนโลยีที่จะเปลี่ยนการขับขี่ของยานยนต์ในอนาคต เนื่องจากมีระบบควบคุมและตัวตรวจวัด เช่น ระบบนำทางและช่วยขับขี่อัตโนมัติ (Autopilot) ที่มีการส่งข้อมูลตำแหน่งเทียบแผนที่ด้วยวิธีที่ชื่อว่า Simultaneous Localization and Mapping (SLAM)  แบบ 3 มิติ เพื่อให้ผู้ขับขี่สามารถกำหนดเส้นทางให้ยานยนต์สามารถขับต่อไปได้เองโยไม่จำเป็นต้องมีผู้ขับขี่ เพิ่มความสะดวกสบายและปลอดภัยมากขึ้น

                    ในการพัฒนารถยนต์อัตโนมัติ ผู้วิจัยจึงเลือกศึกษาและออกแบบเริ่มจากรถกอล์ฟไฟฟ้า โดยรถกอล์ฟไฟฟ้ามีต้นกำลังจากมอเตอร์ไฟฟ้าและถูกปรับปรุงระบบควบคุมทางกลเป็นระบบควบคุมด้วยไฟฟ้า (Drive-by-wire system) ประกอบด้วย ระบบคันเร่ง ระบบบังคับเลี้ยวและระบบเบรก ซึ่งควบคุมโดยผ่านไมโครคอนโทรลเลอร์ (Arduino UNO) ทำให้สามารถบังคับรถกอล์ฟได้ด้วยสัญญาณพัลส์แทน พร้อมมีการคำนวณควบคุมระดับสูง (High-Level Control System) ด้วยคอมพิวเตอร์สมรรถนะสูงสำหรับรับรู้สิ่งแวดล้อมด้วยกล้องแบบ Stereo Camera และ 3D Lidar พร้อมทั้งระบบปัญญาประดิษฐ์ในการรับรู้วัตถุกีดขวาง และสร้างเส้นทางการเคลื่อนที่บน 3D HP Map ที่สามารถหลบหลีกสิ่งกีดขวางและติดตามรถคันที่กำหนด

                    ระบบควบคุมภาคพื้นดิน  (Ground Control Station) ระบบควบคุมและสนับสนุนภคพื้นของอากาศยานไร้คนขับทำงานคล้าย ๆ กับระบบควบคุมภาคพื้นของอากาศยานทั่ว ๆ ไป โดยมีหน้าที่ตรวจสอบการทำงานและตรวจข้อมูลต่าง ๆ ที่ส่งจากอากาศยานไร้คนขับนอกจากนั้นยังสามารถสั่งตรวจวัดต่าง ๆ ทำงานตามที่เราต้องการ โดยส่งข้อมูลผ่านข่ายรับ-ส่งข้อมูลไร้สาย

แหล่งข้อมูล : https://1th.me/NzVjX

                   อากาศยานไร้คนขับหรือยูวีเอส (Unmanned Aerial System : UAS) เป็นอากาศยานที่ไม่มีนักบินประจำการอยู่บนเครื่อง เป็นอากาศยานที่ไร้คนขับหรือนักบินแต่สามารถควบคุมได้จากภาคพื้นเมื่อเกิดเหตุฉุกเฉิน อากาศยานไร้คนขับมีรูปร่าง ขนาด รูปแบบ และเอกลักษณ์ที่แตกต่างกันออกไปตามภารกิจ แล้วอากาศยานไร้คนขับ คือ โดรน (Drone) นั้นเองเป็นอากาศยานที่ควบคุมจากระยะไหล และการควบคุมแบบอัติโนมัติโดยใช้ระบบการบินด้วยตนเองซึ่งต้องอาศัยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่มีระบบที่ซับซ้อนในการติดตั้งไว้ในอากาศยาน

                   อากาศยานไร้คนขับ อาจมีการติดตั้งกล้องถ่ายภาพคุณภาพสูงทั้งกล้องถ่ายภาพในเวลากลางวัน (Electro Optical) และกล้องอินฟาเรด (Infrared Sensor) ที่สามารถบันทึกภาพระยะไกลได้และสามารถแพร่ภาพส่งสัญญาณมายังจอภาพ ที่สถานีภาคพื้นดินในเวลาที่ใกล้เคียงมากที่สุด นอกจากนั้นอากาศยานไร้คนขับยังสามารถปฏิบัติภารกิจด้านข่าวกรอง การเฝ้าตรวจ การค้นหาเป้าหมาน และการลาดตระเวน เป็นต้น

แหล่งข้อมูล : https://1th.me/NzVjX

                  โดรน F450 เป็นอากาศยานไร้คนขับที่มีไว้สำหรับการฝึกฝนสำหรับผู้ที่ริเริ่มหาความรู้ในด้านอากาศยานไร้คนขับ สามารถที่จะใช้ฝึกฝนได้ตั้งแต่การประกอบลำ การติดตั้งอุปกรณ์ ไปจนถึงการฝึกบิน ด้วย Airframe ที่มีน้ำหนักเบา มีแผงวงจรทองแดงสำหรับต่อไฟเลี้ยงมอเตอร์ในตัว รวมทั้งยังมีการจัดเตรียมตำแหน่งสำหรับการติดตั้งอุปกรณ์ไว้แล้ว

                     โดรน Bviz เป็นอากาศยานไร้คนขับขนาดเล็กสำหรับการบินในอาคารที่พัฒนามาเพื่อใช้ฝึกสอน ในเรื่องของการบินในอาคาร โดยใช้ระบบ Computer Vision ร่วมกันกับระบบ Aruco Marker ในการควบคุมและระบุตำแหน่งของโดรน ทำให้โดรนสามารถระบุตำแหน่งของตัวเองได้โดยเทียบจาก Aruco Marker นอกจากนี้ Bviz ยังมีการใช้งาน Laser rangefinder ในการระบุความสูง ส่งผลให้สามารถออกแบบภารกิจให้โดรนบินในเส้นทางภายในอาคารแบบอัตโนมัติได้อย่างถูกต้อง โดยไม่ต้องพึ่งพาพิกัดตำแหน่งภายนอกอย่าง GPS นอกจากนั้นโดรน Bviz ยังสามารถติดอุปกรณ์เสริมเพื่อใช้งานกับภารกิจต่าง ๆ ได้อีกด้วย

                          นอกจากระบบที่ช่วยให้บินภายในอาคารแบบอัตโนมัติได้แล้ว โดรน Bviz ยังมีจุดเด่นในด้านของขนาดที่เล็กเหมาะสำหรับการบินในอาคารที่มีพื้นที่จำกัด สามารถควบคุมการบินได้ทั้งจากนักบินผ่านรีโมตคอนโทรล และจากการควบคุมผ่านคำสั่งที่เป็นภาษาคอมพิวเตอร์ ซึ่งสารมารถควบคุมผ่านคำสั่งแบบเรียลไทม์ หรือคำสั่งที่ออกแบบมาสำเร็จก็ได้

                             TURTLEBOT3 Burger คือหุ่นยนต์ขนาดเล็กเพื่อการศึกษาและงานวิจัยอเนกประสงค์ มีรูปทรงเป็นชั้นคล้ายกับเบอร์เกอร์ ทำงานบนระบบปฏิบัติการในโครงการ ROS (Robot Operating System) ทำให้มีความยืดหยุ่นในการพัฒนาโปรแกรม เนื่องจาก ROS มีเครือข่ายผู้ร่วมพัฒนาอยู่ทั่วโลก โดยปัจจุบัน ROS ได้กลายเป็นแพลตฟอร์มสำหรับงานวิจัยหุ่นยนต์ทั่วโลก

                             TURTLEBOT3  Burger มีจุดเด่นในการพัฒนาเป็นหุ่นยนต์นักสำรวจด้วยเทคโนโลยี LiDAR คือเทคโนโลยีการสำรวจภูมิประเทศ  ซึ่งมีเทคโนโลยีที่เหมือนกับการทำงานของ Radar คือเป็นการวัดระยะจากระยะเวลาในการเดินทางของลำแสงเลเซอร์ ที่เดินทางจากเซนเซอร์ไปยังวัตถุเป้าหมาย และเดินทางกลับมายังตัวเซนเซอร์ ทำการประมวลผลและสร้างแผนที่ด้วยบอร์ด RaspberryPi 3

                        TURTLEBOT3 Burger คือหุ่นยนต์ขนาดเล็กเพื่อการศึกษาและงานวิจัยอเนกประสงค์ มีรูปทรงเป็นชั้นคล้ายกับเบอร์เกอร์ ทำงานบนระบบปฏิบัติการในโครงการ ROS (Robot Operating System) ทำให้มีความยืดหยุ่นในการพัฒนาโปรแกรม เนื่องจาก ROS มีเครือข่ายผู้ร่วมพัฒนาอยู่ทั่วโลก โดยปัจจุบัน ROS ได้กลายเป็นแพลตฟอร์มสำหรับงานวิจัยหุ่นยนต์ทั่วโลก

                     TURTLEBOT3  Burger มีจุดเด่นในการพัฒนาเป็นหุ่นยนต์นักสำรวจด้วยเทคโนโลยี LiDAR คือเทคโนโลยีการสำรวจภูมิประเทศ  ซึ่งมีเทคโนโลยีที่เหมือนกับการทำงานของ Radar คือเป็นการวัดระยะจากระยะเวลาในการเดินทางของลำแสงเลเซอร์ ที่เดินทางจากเซนเซอร์ไปยังวัตถุเป้าหมาย และเดินทางกลับมายังตัวเซนเซอร์ ทำการประมวลผลและสร้างแผนที่ด้วยบอร์ด RaspberryPi 3

                         TURTLEBOT3  Burger ใช้บอร์ด OpenCR ในการควบคุมการเคลื่อนที่และพัฒนาโปรแกรมด้วยซอฟต์แวร์ Arduino บนบอร์ดยังมาพร้อมกับตัวตรวจจับพิเศษได้แก่ Gyroscope, Accelerometer และ Magnetometer

ตัวหุ่นยนต์มีขนาดเพียง 138mm x 178mm x 192mm (กว้าง*ยาว*สูง) โครงสร้างทำจากพลาสติกคุณภาพสูงทนแรงกระแทกได้ดี ขับเคลื่อน 2 ล้อ ด้วยชุดเฟืองขับมอเตอร์ DYNAMIXELs

แหล่งข้อมูล : https://inex.co.th/home/product/turtlebot3-burger/

                         Jetbot คือ ชุดศึกษาการเรียนรู้ของเครื่องจักรจากภาพถ่าย (Machine learning) เพื่อใช้ในการควบคุมหุ่นยนต์ โดยตัว Jetbot นั้นมีลักษณะเป็นหุ่นสามล้อ มีกล้องรับภาพด้านหน้าแบบมุมกว้าง และหน่วยประมวลผลด้านภาพถ่าย Jetson nano การทำงานของ Jetbot จะรับภาพจากกล้องด้านหน้ามาประมวลผลด้วย Convolution Neural Network เพื่อใช้ในการตัดสินใจต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น การหลบหลีกสิ่งกีดขวาง (Collision avoidance) การติดตามวัตถุ (Object following) และ การตรวจจับและควบคุมตามช่องจราจร (Lane following)

แหล่งข้อมูล : https://www.nvidia.com/en-us/autonomous-machines/embedded-systems/jetbot-ai-robot-kit/

ในการศึกษาเรื่องของยานพาหนะไร้คนขับ (Autonomous Vehicle) ได้มีความนิยมสำหรับการวิจัยและพัฒนาอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ซึ่ง Jet Racer เป็นชุดการเรียนรู้ประเภทหนึ่งที่จะสามารถมารถเสริมสร้างความเข้าใจหลักการทำงานของระบบ AI ในการจดจำ โดยการรับข้อมูลในรูปของภาพถ่ายจากกล้อง Camera Webcam เพียงชนิดเดียว ซึ่งการรับรู้ในรูปแบบดังกล่าวจะถูก                             นำมาประมวลผลประกอบในการตัดสินใจที่จะควบคุมยานพาหนะให้มีการเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่ได้วางเอาไว้ โดยมีตัวกลางเป็นหน่วยประมวลผลที่ชื่อว่า Nvidia Jetson Nano ที่จะสามารถรับรู้สภาพแวดล้อมเข้ามาเป็น input เพื่อที่จะตัดสินใจให้มีการเคลื่อนที่ตามเส้นทางที่กำหนด (Route Tracking) อย่างอัตโนมัติ ซึ่งสนามตัวอย่างสำหรับการใช้งานของ Jet Racer จะแสดงดังรูปต่อไปนี้

แหล่งข้อมูล : https://www.waveshare.com/jetracer-ai-kit.htm

                          F1Tenth คือ อุปกรณ์ในการศึกษาการทำงานของยานยนต์อัตโนมัติขนาดเล็ก (Autonomous Ground Vehicle) โดยส่วนประกอบของ F1Tenth จะมีเซนเซอร์หลักสองตัว คือ กล้องวัดความลึก (Depth camera) และ เซนเซอร์วัดระยะด้วยแสงในสองมิติ (2D Lidar) ซึ่งเป็นหน่วยรับรู้ที่สำคัญของยานยนต์อัตโนมัติในปัจจุบัน และมีหน่วยประมวลผลหลักแบบ ARM64 ขนาด 6 core พร้อมกับ 384 CUDA core สำหรับการประมวลผลด้านภาพถ่าย รวมกันอยู่บนบอร์ดที่ชื่อว่า Nvidia jetson xavier NX ติดตั้งอยู่บนรถบังคับไฟฟ้าแบบขับเคลื่อน 4 ล้อ ซึ่งการทำงานของ F1Tenth จะทำงานผ่านซอฟแวร์ที่มีชื่อว่า ROS หรือ Robot Operating System

                          โดยสามารถใช้ข้อมูลจากเซนเซอร์ในการทำแผนที่ 2 มิติ แบบ GMapping slam ใช้ข้อมูลจากกล้องในการตรวจจับความลึกของภาพที่เห็นด้านหน้า และการใช้กล้องในการตรวจจับวัตถุจากภาพที่เห็นด้วย AI และนำข้อมูลทั้งหมดมารวมกันให้ F1Tenth เคลื่อนที่แบบอัตโนมัติโดยไม่ชนสิ่งกีดขวาง

แหล่งข้อมูล : https://f1tenth.org/learn.html

                       เพนดูลัมผกผัน (อังกฤษ: Inverted pendulum) เป็นพื้นฐานที่ใช้ในการเรียนการสอนและในการสาธิตการประยุกต์ทฤษฎีระบบควบคุม เพนดูลัมผกผันเป็นระบบที่มีจุดสมดุลอยู่รอบแกนหมุนด้วยกันสองจุด ได้แก่จุดที่เพนดูลัมตั้งตรงอยู่ในแนวดิ่ง และจุดที่เพนดูลัมอยู่ทิ้งตัวลงในดิ่ง แต่จุดที่มีเสถียรภาพเมื่อไม่มีตัวควบคุมนั้นจะมีจุดเดียวคือ จุดที่แกนทิ้งตัวลงเท่านั้น ไม่ว่าเราจะปล่อยเพนดูลัมที่จุดใดก็ตาม เพนดูลัมจะตกลงสู่จุดนี้เสมอ การที่จะทำให้เพนดูลัมนี้สามารถตั้งตรงในแนวดิ่งได้นั้นขึ้นกับการใส่ตัวควบคุมที่เหมาะสมเข้าไปในระบบซึ่งมีได้หลากหลายวิธี และอีกทั้งยังสามารถออกแบบตัวควบคุมให้เป็นเชิงเส้น หรือแบบไม่เชิงเส้นก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความต้องการของผู้ออกแบบและความเหมะสม

แหล่งข้อมูล : wikipedia

                           ภารกิจในการขนถ่ายลำเลียงสิ่งของ วัสดุ ภายในอาคารคืองานที่เกิดขึ้นเป็นประจำในหน่วยงานหรือองค์กรต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นภาครัฐหรือเอกชน ซึ่งรถลำเลียงขนส่งอัตโนมัติ (Automated Guided Vehicle, AGV) เป็นระบบหนึ่งที่ถูกนำมาใช้งานเป็นส่วนใหญ่ในภาคอุตสาหกรรม โดยจะมีการเคลื่อนที่ตาม Path Guided ที่ได้ถูกกำหนดไว้ ซึ่งการพัฒนาระบบดังกล่าวให้กลายเป็นรถลำเลียงขนส่งอัจฉริยะ (Autonomous Mobile Robot) จะทำให้การเคลื่อนที่ของ AGV มีความอิสระมากยิ่งขึ้นโดยมีการนำเทคโนโลยีของ Mobile Robot เข้ามาร่วม โดยใช้ Lidar กับ Vision รับข้อมูลสภาพแวดล้อมแทนระบบเดิม ซึ่งความอิสระที่เกิดขึ้นส่งผลให้สามารถใช้งานได้หลากหลายภารกิจในสถานที่เดียวกัน และเมื่อนำเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligent) เข้ามาร่วมในการตัดสินใจ Path เส้นทางในภารกิจ จะทำให้การสำรวจ (Navigation) และการเคลื่อนที่ตามภารกิจมีความฉลาดยิ่งขึ้น

แหล่งข้อมูล : https://www.ieiworld.com/autonomous-mobile-robot/en

                       อากาศยานไร้นักบิน หรือโดรน (Drone) เป็นเทคโนโลยีหุ่นยนต์รูปแบบหนึ่งที่สามารถบินได้ ในระยะแรกโดรนเป็นเทคโนโลยีทีพัฒนามาเพื่อใช้ในงานด้านการทหาร และมีราคาสูง ปัจจุบันได้มีการนำมาประยุกต์ใช้อย่างแพร่หลายในด้านการเกษตรในรูปแบบที่หลากหลาย  เช่น การทำแผนที่แปลง การตรวจสอบสุขภาพของพืชโดยใช้กล้องเก็บข้อมูลแสงแบบหลายช่วงคลื่น การจัดการน้ำโดยใช้ข้อมูลจากกล้องถ่ายภาพอุณหภูมิ และการพ่นสารเคมี

                      โดรนประกอบเพื่อการเกษตร รุ่น SB1-RP09 เป็นโดรนเพื่อการเกษตรที่มีขนาดถังบรรจุสารขนาด 20 ลิตร จำนวน 6 ใบพัด พร้อมระบบการบินอัตโนมัติ ระบบการฉีดพ่นน้ำอัตโนมัติ มีความสามารถจดจำตำแหน่งที่น้ำหมดและกลับไปฉีดพ่นยังตำแหน่งเดิม สามารถควบคุมการกำหนดเส้นทางบินด้วย GPS โดยสามารถกำหนดขอบเขตพื้นที่และควบคุมระยะไกลด้วยแอพพลิเคชันบนโทรศัพท์มือถือแอนดรอยด์ อีกทั้งยังสามารถบันทึกแปลงที่บิน และโอนถ่ายข้อมูลไปยังอุปกรณ์เครื่องอื่นได้ภายในบัญชีผู้ใช้งานเดียวกัน

                      โดรนประกอบเพื่อการเกษตรรุ่น SB1-RP09 ในความดูแลของห้องปฏิบัติการ ACSE มีจำนวน 3 ชุด แต่ละชุดจะประกอบด้วย โดรนเกษตร 1 ลำ โทรศัพท์มือถือแอนดรอยด์ 1 เครื่อง และรีโมทคอนโทรลเลอร์ 1 เครื่อง นอกจากนี้ยังมีสมาร์ทแบตเตอร์รี่ ขนาด 28,000 mAh จำนวน 6 ก้อน พร้อมเครื่องชาร์จแบตเตอร์รี่จำนวน 1 เครื่อง โดยสามารถชาร์จแบตเตอร์รี่ได้พร้อมกัน 2 ก้อน