การออกแบบหุ่นยนต์สำรวจพื้นผิวดาวอังคารเพื่อการเรียนรู้ด้านอวกาศ

บทคัดย่อ

วิทยานิพนธ์นี้มีวัตถุประสงค์หลักเพื่อการจุดประกายความสนใจและสร้างแรงบันดาลใจต่อ การเรียนรู้ทางด้านวิทยาศาสตร์และทางด้านวิศวกรรมศาสตร์ให้แก่เด็กในช่วงอายุ 7-12 ปี ที่กำลังอยู่ ในวัยให้ความสนใจต่อสิ่งที่ตนเองสนใจ โดยวิทยานิพนธ์ฉบับนี้มุ่งเน้นไปที่การศึกษาข้อมูล ออกแบบ และการทดสอบการทำงานของ โรเวอร์สำหรับทำภารกิจบนดาวอังคาร โดยพัฒนามาจากโรเวอร์สำรวจดาวเคราะห์ที่เคยพบเห็นใน อดีตแต่จะมีการออกแบบผ่านทางรูปแบบของเกมจำลองการทำภารกิจบนดาวอังคารเพื่อการศึกษา สำหรับเด็กในช่วงอายุ 7-12 ปี เพื่อให้เกิดความสนุกสนานและจุดประกายความสนใจทางด้านอวกาศ ให้แก่เด็กและการออกแบบในครั้งนี้ยังมีการพัฒนาตัวโรเวอร์ ให้มีความทนทานต่อแรงกระแทกเพื่อ ป้องกันแรงกระแทกที่เกิดขึ้นขณะร่วงหล่น สำหรับในการทำภารกิจบนดาวอังคาร ก Abstract The primary objective of this thesis is to ignite interest and foster inspiration in the fields of science and engineering among children aged 7–12, a developmental stage in which curiosity and self-directed exploration play a crucial role. This thesis focuses on the study, design, and functional testing of a rover intended for Mars exploration missions. The concept of this spherical rover is derived from previously developed planetary rovers; however, it is reimagined through the framework of an educational simulation game designed for children aged 7–12. This approach aims to combine enjoyment with learning, thereby sparking interest in space exploration. Furthermore, the design emphasizes durability, enabling the spherical rover to withstand impacts from falls to support mission-related tasks on Mars. ข กิตติกรรมประกาศ การทำโครงงาน วิท ยานิพนธ์ในครั้ง นี้สำเร็จ ลุล่วงไปได้ดีด้วยความช่ วยเหลือและการ สนับสนุนจากหลาย ฝ่าย คณะผู้จัดทำขอแสดงความขอบพระคุณเป็นอย่างสูงต่อ ผศ.ดร. นำพล มหา ยศนันท์ ซึ่งเป็นอาจารย์ที่ปรึกษา และคณะผู้จัดทำขอขอบพระคุณ ดร. พงศธร สายสุจริต ซึ่งเป็น อาจารย์ที่ปรึกษาร่วมกัน สำหรับการสนับสนุนและความช่วยเหลือตลอดโครงการในครั้งนี้ ที่ได้ให้ คำแนะนำ อันทรงคุณค่าและให้ ความรู้ทางวิชาการ ที่เป็นประโยชน์ในการดำเนินโครงการ และทาง มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ ในการให้ใช้สถานที่ในการสร้างแบบจำลองและ ทดสอบระบบ ขอขอบคุณ เพื่อ นร่วมทีม และเพื่อนนักศึก ษา ที่ร่วมกันแลกเปลี่ยนความคิดเห็น วิเ คราะห์ และช่วยเหลือ กันตลอดระยะเวลาการจัดทำวิท ยานิพนธ์นอกจากนี้ คณะผู้จัดทำยั ง ขอขอบคุณ แหล่งข้อมูลทางวิชาการ ที่เอื้อเฟื้อข้อมูลด้านลักษณะของดาวอังคาร แรงทางฟิสิกส์ ขั้นตอนการออกแบบตัวโรเวอร์ และโปรแกรม ซึ่ง เป็นรากฐานสำคัญในการศึกษาค้นคว้าครั้งนี้ สุดท้ายนี้ คณะผู้จัดทำขอขอบคุณ ครอบครัวและบุคคลรอบข้าง ที่ให้การสนับสนุนตลอดการ ทำวิทยานิพนธ์ฉบับนี้ ทำให้สามารถดำเนินโครงการได้อย่างราบรื่นจนเสร็จสมบูรณ์คณะผู้จัดทำหวัง เป็นอย่างยิ่งว่า วิทยานิพนธ์ฉบับนี้จะเป็นประโยชน์แก่ผู้ที่สนใจ และสามารถนำไปต่อยอดในการ ศึกษาวิจัยและนำไปประยุกต์ใช้ต่อไป ค นายจิรโชติ สุขะ นายธีริศม์ ศรีจำนงค์ นายอภิวิชญ์ ผลอินทร์ นายอิลฮาม เดเระมะ สารบัญ บทที่ 1 บทนำ .................................................................................................................... 1 1.1 ที่มาและความสำคัญของโครงงาน....................................................................................1 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน.................................................................................................2 1.3 กระบวนการทำงานของหุ่นยนต์ .......................................................................................2 1.4 ขอบเขตของโครงงาน .......................................................................................................3 1.5 ประโยชน์และผลที่คาดว่าจะได้รับ ....................................................................................4 1.6 งบประมาณ .......................................................................................................................4 1.7 แผนการดำเนินงาน ...........................................................................................................5 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง ................................................................................................... 6 2.1 สภาพแวดล้อมดาวอังคาร.................................................................................................6 2.1.1 บรรยากาศของดาวอังคาร ................................................................................... 6 2.1.2 รังสีและแรงโน้มถ่วง ............................................................................................ 7 2.1.3 สภาพอากาศ ........................................................................................................ 7 2.1.4 สภาพพื้นผิว......................................................................................................... 7 2.2 วิวัฒนาการของ Mars Rover ..........................................................................................8 2.2.1 Sojourner (1997) ............................................................................................. 8 2.2.2 Spirit (2004) ...................................................................................................... 9 2.2.3 Curiosity (2012) ............................................................................................. 10 2.2.4 Perseverance (2020) .................................................................................... 11 2.3 วิเคราะห์การเคลื่อนที่บนพื้นผิวดาวอังคาร ................................................................... 12 2.3.1 ลักษณะของระบบเคลื่อนที่บนพื้นผิว ................................................................ 12 2.4 Mechanical Engineering and Terrain Adaptation ........................................... 13 ง 2.4.1 Spherical Mobility and Omnidirectional Movement......................... 13 2.4.2 Structural Mechanics and Impact Mitigation ....................................... 14 2.4.3 Surface Interaction and Traction on Martian Soil.............................. 14 2.5 ทฤษฎีการควบคุม .......................................................................................................... 14 2.5.1 Robotics and Control Systems ................................................................. 15 2.5.2 Python ............................................................................................................. 15 2.5.3 Visual Studio Code ...................................................................................... 16 2.5.4 Arduino IDE .................................................................................................... 17 2.5.5 Thonny ............................................................................................................ 18 2.6 ประสิทธิภาพการใช้พลังงานและการจัดการพลังงาน ................................................... 18 2.6.1 ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ............................................................................. 18 2.6.2 แบตเตอรี่ LiFePO4 ........................................................................................... 19 2.7 แหล่งพลังงาน ................................................................................................................ 20 2.7.1 ระบบประเมินพลังงานโดยใช้แบตเตอรี.่ ............................................................ 20 2.8 ทฤษฎีความแข็งแรงของโครงสร้าง................................................................................ 20 2.8.1 การกระจายแรง (Stress Distribution) .......................................................... 21 2.8.2 การกระจายแรงกระทำและความแข็งแรงของโครงสร้าง.................................. 22 2.8.3 ทฤษฎีและหลักการเลือกวัสดุโครงสร้างแบบชัน้ หลายชั้น .......................................... 23 2.9 หลักการอิมพัลส์ โมเมนตัม และแรงดล ......................................................................... 24 2.10 Human-Robot Interaction .................................................................................... 25 2.10.1 องค์ประกอบสำคัญในการโต้ตอบกับมนุษย์ .................................................... 25 2.10.2 การประยุกต์แนวคิด ระหว่าง หุ่นทรงกลมและ HRI ....................................... 26 2.11 มาตรฐานและ ISO....................................................................................................... 27 จ 2.11.1 IEEE 802.11 and IEEE 802.15.1................................................................. 27 2.11.2 ISO 12100 Safety of machinery — General principles for design — Risk assessment and risk reduction .................................................................. 28 2.11.3 ASTM F963: Standard Consumer Safety Specification for Toy Safety ......................................................................................................................... 29 2.11.4 IPC-2221 Generic Standard on Printed Board Design ..................... 29 2.11.5 ASME Y14.5: Dimensioning and Tolerancing ..................................... 30 บทที่ 3 ขั้นตอนการดำเนินงาน............................................................................................ 31 3.1 สถานการณ์ .................................................................................................................... 31 3.1.1 การกำหนดภารกิจ ............................................................................................. 31 3.1.2 การออกแบบสถานการณ์และสภาพแวดล้อมภายในสนาม .............................. 32 3.2 ข้อกำหนดด้านการออกแบบ .......................................................................................... 33 3.3 ข้อจำกัด ......................................................................................................................... 33 3.4 มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง ...................................................................................................... 34 3.5 ต้นแบบโมเดลหุ่นยนต์ทรงกลม ...................................................................................... 34 3.6 CAD shell Model ....................................................................................................... 37 3.7 การคำนวณแรงตกกระทบ ............................................................................................. 37 3.8 ตารางเปรียบเทียบวัสดุ .................................................................................................. 38 3.9 กลไกแปลงร่าง ............................................................................................................... 40 3.9.1 Rack and Pinion ............................................................................................ 40 3.9.2 Spring Latch Mechanism ............................................................................ 41 3.10 การพัฒนาและปรับเปลีย่ นรูปทรงของการออกแบบ ................................................... 41 3.10.1 Material Selection ...................................................................................... 42 3.10.2 Modeling & Sizing of Parts ...................................................................... 42 ฉ 3.10.3 System Integration & Standard Parts................................................... 44 3.11 Industrial Design & Business ............................................................................... 45 3.12 ขั้นตอนการทำงาน ....................................................................................................... 47 3.12.1 ฝ่ายจัดทำ CAD ขั้นรูปชิ้นงาน ........................................................................ 47 3.12.2 ฝ่ายเขียนโปรแกรมควบคุมบอร์ดและมอเตอร์ ................................................ 53 3.13 ข้อดีและข้อเสียหลังการใช้งาน .................................................................................... 55 บทที่ 4 ผลการดำเนินงาน................................................................................................... 56 4.1 การออกแบบและพัฒนาชิ้นงาน..................................................................................... 56 4.1.1 Prototype 1 .................................................................................................... 56 4.1.2 Prototype 2 .................................................................................................... 59 4.2 Simulation Results.................................................................................................... 62 4.2.1 Drop test เปลือกแข็งทรงกระบอก มวล 1.5 กิโลกรัม ................................... 62 4.2.2 Drop test โครงสร้างภายใน มวล 1.5 กิโลกรัม .............................................. 63 4.2.3 Drop test เปลือกแข็งทรงกลม มวล 928.5 กรัม ........................................... 64 4.2.4 Drop test โครงสร้างภายใน มวล 928 กรัม ................................................... 65 4.3 ผลการสร้างชิ้นงานและประกอบ ................................................................................... 66 4.4 ผลการทดสอบการทำงาน .............................................................................................. 67 4.4.1 Prototype 1 .................................................................................................... 67 4.4.2 Prototype 2 .................................................................................................... 69 บทที่ 5 สรุปผล อภิปราย และข้อเสนอแนะ ......................................................................... 73 5.1 สรุปผลการจัดทำโครงงาน ............................................................................................. 73 5.1.1 สรุปผลด้านการส่งเสริมการเรียนรู้และจุดประกายด้าน STEM ........................ 73 5.1.2 สรุปผลด้านการออกแบบอุปกรณ์ให้ทนทานต่อการตกกระทบและทำงาน อัตโนมัติ ....................................................................................................................... 73 ช 5.1.3 สรุปผลด้านการพัฒนาระบบควบคุมการเคลื่อนที่ดว้ ยอุปกรณ์ไร้สาย .............. 73 5.2 อภิปรายผลการดำเนินงาน............................................................................................. 74 5.2.1 อภิปรายผลด้านโครงสร้างและความทนทานต่อแรงกระแทก ........................... 74 5.2.2 อภิปรายผลด้านกลไกการแปลงร่าง................................................................... 74 5.2.3 อภิปรายผลด้านสมรรถนะการขับเคลื่อนและการไต่ทางลาดชัน ...................... 75 5.3 ข้อเสนอแนะ ................................................................................................................... 75 5.3.1 การปรับปรุงกลไกการแปลงร่างและวัสดุสปริง ................................................. 75 5.3.2 การเพิ่มสมรรถนะการขับเคลื่อนและการไต่ทางลาดชัน ................................... 76 5.3.3 การพัฒนาต่อยอดเพื่อประยุกต์ใช้เป็นสื่อการเรียนรู้ STEM ............................. 76 ภาคผนวก.......................................................................................................................... 77 เอกสารอ้างอิง .................................................................................................................... 86 ซ สารบัญตาราง ตารางที่ 1.1 แผนการดำเนินงาน.............................................................................................. 5 ตารางที่ 2.1 Load Distribution and Structural Integrity .................................................. 23 ตารางที่ 3.1 ตารางเปรียบเทียบวัสดุ ..................................................................................... 39 ตารางที่ 3.2 ตารางอุปกรณ์ Prototype 1 .............................................................................. 44 ตารางที่ 3.3 ตารางอุปกรณ์ Prototype 2 .............................................................................. 45 ตารางที่ 3.4 ตารางอุปกรณ์ที่ใช้ใน Prototype 1 .................................................................... 48 ตารางที่ 3.5 ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสีย Prototype 1 ..................................................... 55 ตารางที่ 3.6 ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสีย prototype 2 ..................................................... 55 ตารางที่ 5.1 สรุปแนวทางและวิธีการปรับปรุงโรเวอร์ในอนาคต ................................................. 76 ฌ สารบัญรูปภาพ รูปที่ 1.1 แผนผังการทำงานของหุ่นยนต์ ............................................................................................3 รูปที่ 2.1 Mars surface ....................................................................................................................6 รูปที่ 2.2 Sojourner (1997) .............................................................................................................8 รูปที่ 2.3 Spirit Rover (2004) ..........................................................................................................9 รูปที่ 2.4 Curiosity (2012) ............................................................................................................ 10 รูปที่ 2.5 Perseverance Rover (2020)........................................................................................ 11 รูปที่ 2.6 Rover Wheel System .................................................................................................. 13 รูปที่ 2.7 Rover Tank Tread System (2020) ............................................................................. 13 รูปที่ 2.8 LiFePO4 battery 3.2v ................................................................................................... 14 รูปที่ 2.9 Flow diagram ............................................................................................................... 15 รูปที่ 2.10 Python logo ............................................................................................................... 16 รูปที่ 2.11 VS studio code .......................................................................................................... 16 รูปที่ 2.12 หน้าต่าง ardiuno ide................................................................................................... 17 รูปที่ 2.13 thonny logo ............................................................................................................... 18 รูปที่ 2.14 LiFePO4 battery 3.2v ................................................................................................ 19 รูปที่ 2.15 ตารางแสดงความถี่ ........................................................................................................ 27 รูปที่ 2.16 ตารางเทคนิคการมอดูเลตและการเข้ารหัสสัญญาณที่ใช้ในมาตรฐานไร้สาย ................... 28 รูปที่ 2.17 ตารางตารางสรุปแบบง่ายของเทคนิคการมอดูเลชันและการเข้ารหัส ............................. 28 รูปที่ 3.1 โมเดลสนามจำลอง .......................................................................................................... 32 รูปที่ 3.2 RT-G spherical amphibious police robot................................................................ 34 รูปที่ 3.3 Mechanical structure of the amphibious spherical robot .................................. 35 รูปที่ 3.4 BOLT Coding Robot .................................................................................................... 35 รูปที่ 3.5 Mini Robot Ball: Soccer Theme................................................................................ 35 รูปที่ 3.6 Mini Robot Ball: Golf Theme .................................................................................... 36 ญ รูปที่ 3.7 Sphero Ollie Darkside App Controlled RoboticTube - Black / Red .................. 36 รูปที่ 3.8 ของเล่นแมวอัตโนมัติพร้อมไฟ LED ................................................................................. 36 รูปที่ 3.9 โมเดลเปลือกชั้นนอกสุด................................................................................................... 37 รูปที่ 3.10 3D model Prototype 1 isometric view ................................................................. 42 รูปที่ 3.11 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก isometric view .................................. 42 รูปที่ 3.12 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Front View ......................................... 43 รูปที่ 3.13 3D model Prototype 2 isometric view ................................................................. 43 รูปที่ 3.14 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก isometric view .................................. 43 รูปที่ 3.15 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก Front View ......................................... 44 รูปที่ 3.16 กล่องพลาสติกทรงกระบอกเกรด PP ............................................................................. 47 รูปที่ 3.17 กล่องพลาสติกทรงกระบอกเกรด PP ............................................................................. 48 รูปที่ 3.18 3D model Prototype 1 isometric view ................................................................. 48 รูปที่ 3.19 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Isometric view .................................. 49 รูปที่ 3.20 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Front View ......................................... 49 รูปที่ 3.21 โครงสร้างภายใน 3D Printer Prototype 1 ................................................................. 49 รูปที่ 3.22 ภาพล้อ 3D Printer Prototype 1................................................................................ 50 รูปที่ 3.23 ภาพประกอบ Prototype 1.......................................................................................... 50 รูปที่ 3.24 ภาพประกอบพร้อมเปลือก Prototype 1 ..................................................................... 50 รูปที่ 3.25 3D model Prototype 2 isometric view ................................................................. 51 รูปที่ 3.26 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก isometric view .................................. 51 รูปที่ 3.27 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก Front View ......................................... 51 รูปที่ 3.28 ภาพล้อ 3D Printer Prototype 2................................................................................ 52 รูปที่ 3.29 ภาพประกอบ Prototype 2.......................................................................................... 52 รูปที่ 3.30 ภาพประกอบพร้อมเปลือก Prototype 2 ..................................................................... 52 รูปที่ 3.31 ภาพอุปกรณ์ electronics Prototype 1 ...................................................................... 53 ฎ รูปที่ 3.32 ภาพอุปกรณ์ electronics Prototype 1 ...................................................................... 53 รูปที่ 3.33 Code สำหรับควบคุมกล้องจากบอร์ด ESP32-CAM ..................................................... 54 รูปที่ 3.34 Code สำหรับควบคุม G29 cockpit ............................................................................. 54 รูปที่ 3.35 Code สำหรับรับและส่งข้อมูลจาก G29 cockpit.......................................................... 54 รูปที่ 3.36 Code สำหรับทดสอบหาพอร์ตของ G29 Cockpit ........................................................ 55 รูปที่ 4.1 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Isometric view..................................... 57 รูปที่ 4.2 ภาพแสดงตำแหน่งการวางกลไกแปลงร่างของ Prototype 1 .......................................... 57 รูปที่ 4.3 ภาพแสดงตำแหน่งการวางชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของ Prototype 1 ............................... 58 รูปที่ 4.4 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก isometric view..................................... 59 รูปที่ 4.5 ภาพแสดงตำแหน่งการวางกลไกแปลงร่างของ Prototype 2 .......................................... 60 รูปที่ 4.6 ภาพแสดงตำแหน่งการวางชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของ Prototype 2 ............................... 61 รูปที่ 4.7 ค่า Stress ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร .............................................................................. 62 รูปที่ 4.8 ค่า Displacement ที่ระยะความสูง 1.6 เมตร ................................................................ 62 รูปที่ 4.9 ค่า Strain ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร ............................................................................... 62 รูปที่ 4.10 ค่า Stress ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร ............................................................................ 63 รูปที่ 4.11 ค่า Displacement ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร .............................................................. 63 รูปที่ 4.12 ค่า Strain ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร............................................................................. 63 รูปที่ 4.13 ค่า Stress ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร ............................................................................ 64 รูปที่ 4.14 ค่า Displacement ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร .............................................................. 64 รูปที่ 4.15 ค่า Strain ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร............................................................................. 64 รูปที่ 4.16 ค่า Stress ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร ............................................................................ 65 รูปที่ 4.17 ค่า Displacement ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร .............................................................. 65 รูปที่ 4.18 ค่า Strain ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร............................................................................. 65 รูปที่ 4.19 ชิ้นงาน Prototype 1.................................................................................................... 66 รูปที่ 4.20 ชิ้นงาน Prototype 2.................................................................................................... 66 ฏ รูปที่ 4.21 ความเสียหายบริเวณจุดยึดกล่องมอเตอร์หลังจากการทดสอบ ....................................... 68 รูปที่ 4.22 ลักษณะความเสียหายของแกนเพลาทีเ่ กิดจากการทดสอบครัง้ ที่ 4 ................................ 70 รูปที่ 4.23 ลักษณะโครงสร้างด้านในของเปลือกนอกหุ่นยนต์ (ล้อ) หลังการทดสอบ ....................... 70 รูปที่ 4.24 ลักษณะการเสียรูปอย่างถาวรของสปริงหลังจากการทดสอบ ......................................... 71 รูปที่ 4.25 การทดสอบสมรรถนะการขับเคลื่อนของหุ่นยนต์บนพื้นผิวขรุขระจำลอง ....................... 72 ฐ บทที่ 1 บทนำ 1.1 ที่มาและความสำคัญของโครงงาน หลายทศวรรษที่มนุษย์ทำการศึกษาเกี่ยวกับอวกาศเพื่อพัฒ นาองค์ความรู้ นวัตกรรม ค้นหา สิ่งมีชีวิตอื่นและดวงดาวใหม่ เพื่อใช้เป็นแหล่งที่อยู่อาศัยในการดำรงชีวิต [1],[2] ซึ่งพบว่าดาวอังคาร คือดาวเคราะห์มี ลักษณะคล้ายคลึงกับโลกมากที่สุด ด้วยโครงสร้างที่ประกอบด้วยพื้นผิวแข็ง องศา การเอียงประมาณ 25ํ ที่สามารถทำให้เกิดฤดูกาลได้ หลักฐานทางธรณีวิทยาที่บ่งบอกถึงการเคยมี แหล่งน้ำ และการค้นพบชั้นน้ำแข็งอยู่ใต้พื้นผิวและที่ขั้วเหนือใต้ ทำให้คาดการณ์ว่าอาจเคยมีสิ่งมีชีวิต ทำให้เกิดการสำรวจบนดาวอังคารอย่างต่อเนื่อง แต่ด้วยสภาพแวดล้อมที่เป็นพื้นผิวขรุขระและภูเ ขา แรงโน้มถ่วงที่ต่ำกว่าโลกถึง 38% บรรยากาศเบาบางและมีฝุ่นปกคลุม ที่ส่วนใหญ่ประกอบด้วย CO2 [3] มีอุณหภูมิเฉลี่ยอยู่ที่ -65ํC [4] ทำให้มนุษย์ไม่สามารถเดินทางไปศึกษาและตรวจสอบข้อมูลได้ โดยตรง จึงต้องทำการส่งพาหนะสำรวจ (rover) เพื่อใช้ในการเก็บข้อมูลและทำการศึกษา การออกแบบโรเวอร์ส่วนใหญ่จะมีลักษณะอ้างอิงจากพาหนะรถยนต์ โดยจะมีขาและล้อสำหรับ การเคลื่อนที่ คอมพิวเตอร์สำหรับรับและส่งข้อมูล [5] เนื่องจากยังไม่มีการสร้างฐานอวกาศบนดาว ทำให้จำเป็นต้องปล่อยโรเวอร์ลงจากสถานีอวกาศที่มีความสูง การเคลื่อนที่บนพื้นผิวที่มีความไม่ สม่ำเสมอ ภูเขา หรือการตกจากพื้นที่สูง ทำให้เกิดแรงมากระทำกับ โรเวอร์ซึ่งรูปแบบรถยนต์จะมี ข้อบกพร่องในการกระจายแรงสะสมตามเหลี่ยมหรือมุม พื้นที่ที่ตกกระทบ ทำให้โครงงานนี้ได้ทำการ ออกแบบโรเวอร์ให้มีโครงสร้างที่มีความสามารถในการรับแรงและการกระจายแรงไปทั่วพื้นผิวเพื่อลด แรงสะสม [31] และทำการติดตั้งกล้องไว้สำหรับสำรวจข้อมูลของสิ่งมีชีวิตขณะอยู่บนดาวอังคาร โครงงานครั้งนี้เป็นการจำลองการทดสอบบนโลก จึงได้ออกแบบการทดลองให้อยู่ในรูปแบบของ เกมที่จะเป็นภารกิจให้บังคับ โรเวอร์ไปถ่ายรูปจากสภาพแวดล้อมของดาวอังคารจำลอง ที่เด็กและ ผู้ใหญ่สามารถเข้าถึงได้ง่าย ซึ่งจะช่วยส่งเสริมการเรียนรู้และจุดประกายความสนใจทางด้าน STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) ผ่านทางการเล่นเกมที่จะได้ทั้งความรู้ และความสนุกสนาน 1 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน 1. เพื่อส่งเสริมการเรียนรู้และจุดประกายด้าน STEM นอกระบบ เช่น โรงเรียนหรือกิจกรรม พิเศษนอกสถานที่ 2. เพื่อออกแบบและสร้างอุปกรณ์ที่สามารถเริ่มทำงานหลังจากตกกระทบ และสามารถ เคลื่อนที่สำรวจพื้นที่ได้ทันที 3. เพื่อพัฒนาระบบควบคุมการเคลื่อนที่ด้วยรีโมตหรืออุปกรณ์ไร้สาย 1.3 กระบวนการทำงานของหุ่นยนต์ เมื่อโรเวอร์ตกกระทบกับพื้นผิวดาวที่ถูกออกแบบมาให้ทนต่อแรงกระแทกได้อย่างยอดเยี่ยม จึงไม่เกิดความเสียหายต่อโครงสร้างหรือระบบภายในทันทีที่สัมผัสกับพื้นผิวต่างดาว ผู้ควบคุมจะใช้จอยสั่งการคบคุมระบบทำงานทั้งหมดของโรเวอร์ กลไกและวงจรควบคุมจะ ทำงานร่วมกันเพื่อให้สามารถทรงตัวได้อย่างมั่นคง ไม่เอียงหรือเสียสมดุล แม้จะอยู่บนพื้นผิวที่ขรุขระ จากนั้นโรเวอร์จะเริ่มเคลื่อนที่บนพื้นผิวดาว โดยสามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าอย่างมั่นคง และยังมี ความสามารถในการถอยหลังเพื่อหลบหลีกสิง่ กีดขวางหรือกลับไปยังจุดเดิมได้ตามต้องการ นอกจากนี้ ระบบขับเคลื่อนยังออกแบบให้สามารถหมุนตัวไปทางซ้าย-ขวาหรือการเลี้ยวได้ เพื่อปรับทิศทางและ เข้าถึงพื้นที่ที่ต้องการสำรวจ เมื่อไปถึงพื้นที่เป้าหมาย โรเวอร์จะดำเนินภารกิจตามที่ได้รับมอบหมาย เช่น การถ่ายภาพ เก็บตัวอย่างดินหรือหิน และบันทึกข้อมูลสภาพแวดล้อมต่างๆ หรือข้อมูลภูมิประเทศ ข้อมูลเหล่านี้จะ ถูกจัดเก็บอย่างเป็นระบบ เพื่อเตรียมส่งกลับไปยังฐานควบคุม สุดท้ายเมื่อภารกิจในพื้นที่นั้นเสร็จสิ้น โรเวอร์จะเดินทางกลับไปยังฐานหรือจุดนัดหมาย พร้อมทั้งส่งข้อมูลที่ได้เก็บรวบรวมกลับไปให้ทีมวิจัย เพื่อใช้ในการวิเคราะห์ต่อไป ข้อมูลเหล่านี้มี คุณค่าต่อการทำความเข้าใจสภาพแวดล้อมของดาวดวงนั้น และอาจนำไปสู่การค้นพบใหม่ๆ เกี่ยวกับ จักรวาลของเรา 2 รูปที่ 1.1 แผนผังการทำงานของหุ่นยนต์ 1.4 ขอบเขตของโครงงาน 1. ฮาร์ดแวร์: ไมโครคอนโทรลเลอร์, โมดูลสื่อสารไร้สาย และกล่องเคสที่ออกแบบให้ทนแรง กระแทก 2. ซอฟต์แวร์: โปรแกรมควบคุมการเคลื่อนที่ , ระบบรับส่ง ข้อมูล , แอปพลิเ คชันสำหรับ แสดงผลบนหน้าจอ(ถ้ามี) 3. ระบบจำลอง: การจำลองสภาพแวดล้อมสำหรับการทดสอบการทำงานของอุปกรณ์ 4. การทดสอบ: ทดสอบนำร่องที่โรงเรียนหรือสถานที่ที่จัดกิจกรรม 1–2 แห่ง 3 1.5 ประโยชน์และผลที่คาดว่าจะได้รับ ประโยชน์ทางด้านการศึกษาและสังคม 1. กระตุ้นความสนใจด้าน STEM แก่เด็กประถม o o ช่วยส่งเสริมความรู้และทักษะด้านวิท ยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรม และ คณิตศาสตร์ เด็กเรียนรู้ผ่านการทดลองและการเล่นในสถานการณ์จำลอง 2. ส่งเสริมการเรียนรู้แบบมีส่วนร่วม (Active Learning) o ช่วยพัฒนาทักษะการคิดวิเคราะห์ และการแก้ปัญหา ประโยชน์ทางด้านวิชาการและวิศวกรรม 1. บูรณาการองค์ความรู้จากหลายวิชาในหลักสูตรวิศวกรรม o เช่น ระบบสมองกลฝังตัว , กลไก, การออกแบบวงจร, การสื่อสารไร้สาย และ การเขียนโปรแกรมควบคุม 2. ฝึกฝนกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม (Engineering Design Process) o การวิเคราะห์ปัญหา การออกแบบแนวคิด ทดลองต้นแบบ ไปจนถึงการปรับปรุง และทดสอบจริง 1.6 งบประมาณ ค่าใช้จ่ายรวม 10,000 บาท 4 1.7 แผนการดำเนินงาน ตารางที่ 1.1 แผนการดำเนินงาน 5 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง 2.1 สภาพแวดล้อมดาวอังคาร ดาวอังคารซึ่งเป็นดาวเคราะห์ดวงที่สี่จากดวงอาทิตย์มีสภาพแวดล้อมที่แตกต่างและท้าทาย สำหรับ การสำรวจการเข้าใจบรรยากาศของดาวอังคารสภาพพื้นผิวรูปแบบของสภาพอากาศและ ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมต่างๆเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบยานพาหนะโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ยาน โรเวอร์ เ พื่ อ ให้ สามารถเดิ น ทางและปฏิ บั ติ งานบนดาวเคราะห์ แ ดงได้ อ ย่า งมี ป ระสิ ท ธิ ภาพ สภาพแวดล้อมที่รุนแรงเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อการออกแบบยาน Rover ซึ่งจะต้องสามารถทนต่อ สภาพอันโหดร้ายของดาวอังคารได้ [7] รูปที่ 2.1 Mars surface [8] 2.1.1 บรรยากาศของดาวอังคาร บรรยากาศของดาวอัง คารบางมากโดยมีความดันที่พื้นผิวต่ำกว่าของโลกน้อยกว่า 1% บรรยากาศนี้ประกอบด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) เป็นหลักซึ่งมีสัดส่วนประมาณ 95% ของ ทั้งหมด อีกทั้งดาวอังคารไม่มีสนามแม่เหล็กครอบคลุมทั่วโลกจึงไม่สามารถป้องกันรังสีอันตรายจาก อวกาศได้และเนื่องจากไม่มีความดันบรรยากาศที่มากพอ น้ำในสถานะของเหลวจึงไม่สามารถคงอยู่ บนพื้นผิวได้นาน และจะกลายเป็นน้ำแข็งหรือระเหยไปอย่างรวดเร็ว • อุณหภูมิ: ดาวอังคารมีความหนาวเย็นมาก โดยมีอุณหภูมิเฉลี่ยบนพื้นผิวประมาณ -65°C (85°F) แต่อาจเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ -125°C (-193°F) ใกล้ขั้วโลกในฤดูหนาว ไปจนถึง 20°C (68°F) ที่ เส้นศูนย์สูตรในเวลากลางวัน 6 • ความแปรปรวนของอุณหภูมิ: ดาวอังคารมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างมากระหว่าง กลางวันและกลางคืน โดยอุณหภูมิจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อดวงอาทิตย์ลับ ขอบฟ้า เนื่องจาก บรรยากาศที่บางไม่สามารถกักเก็บความร้อนได้ ความแปรปรวนนี้ส่งผลกระทบต่อชิ้นส่วนของโรเวอร์ จึงจำเป็นต้องมีการป้องกันความร้อนและฉนวนเพื่อให้ระบบทำงานได้อย่างถูกต้อง [9] 2.1.2 รังสีและแรงโน้มถ่วง ดาวอังคารไม่มีสนามแม่เหล็กโลกแบบเดียวกับโลกทำให้ดาวอังคารสัมผัสกับรังสีคอสมิกและ รังสีจาก ดวงอาทิตย์ในระดับที่สงู กว่า ซึ่งรังสีเหล่านีส้ามารถสร้างความเสียหายต่อมนุษย์และอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ได้ การป้องกันระบบของโรเวอร์จากรังสีจงึ เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานระยะยาว • แรงโน้มถ่วง: ดาวอังคารมีแรงโน้มถ่วงเพียง 38% ของโลกซึ่งส่งผลต่อการเคลื่อนที่และการ ทรงตัวของโรเวอร์แรงโน้มถ่วงที่ต่ำกว่าทำให้การออกแบบล้อของโรเวอร์และการกระจายน้ำหนักมี ความสำคัญมากรวมถึงส่งผลต่อระบบช่วงล่าง (suspension) ที่ต้องรักษาเสถียรภาพในการเคลื่อนที่ บนพื้นที่ขรุขระ [10] 2.1.3 สภาพอากาศ ดาวอังคารมีฤดูกาลเหมือนกับโลกแต่แต่ละฤดูจะยาวนานเป็นสองเท่าเนือ่ งจากวงโคจรรอบ ดวงอาทิตย์ที่ยาวนานกว่าดาวดวงนี้ขึ้นชื่อในเรื่องพายุฝุ่นซึง่ สามารถปกคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่และกิน เวลานานหลายสัปดาห์หรือแม้กระทั่งหลายเดือนพายุเหล่านีล้ ดทัศนวิสัยบดบังแสงอาทิตย์ และอาจ เป็นอันตรายต่อระบบผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์ของโรเวอร์ [9] 2.1.4 สภาพพื้นผิว พื้นผิวของดาวอังคารมีลักษณะเป็นหินและฝุ่นพร้อมด้วยที่ราบกว้างใหญ่และภูเขาไฟ ดาว อังคารยังเป็นที่ตั้งของภูเขาไฟที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะชื่อว่า โอลิมปัส มอนส์ (Olympus Mons) และระบบหุบเขาขนาดใหญ่อย่างวัลเลสมารีเนอริส (Valles Marineris) พื้นผิวที่เต็มไปด้วยฝุ่นของ ดาวอังคารอาจก่อให้เกิดปัญหาในการเคลื่อนที่ของโรเวอร์ โดยเฉพาะในช่วงที่เกิดพายุฝุ่น พื้นผิวส่วน ใหญ่ปกคลุมด้วยดินสีแดง-น้ำตาลซึ่งอุดมไปด้วยออกไซด์ของเหล็ก (สนิม) ทำให้ดาวอังคารมีสีที่โดด เด่นพื้นผิวที่ขรุขระและไม่สม่ำเสมอนี้เป็นอุปสรรคต่อความสามารถในการเคลื่อนที่และความมั่นคง ของโรเวอร์จึงต้องให้ความสำคัญกับการออกแบบล้อและระบบนำทางอย่างรอบคอบ [8] 7 2.2 วิวัฒนาการของ Mars Rover เนื่องจากกลุ่มของพวกเราต้องการออกแบบดีไซน์แบบจำลองและพัฒนาตัวของ Rover เป็น หลัก ดังนั้นจึงต้องมีการศึกษาวิวัฒนาการของ Rover ในช่วงเวลาที่ผ่านมา เพื่อตรวจสอบข้อดีและ ข้อเสียของแต่ละยุคและนำมาแก้ไขปรับปรุงประยุกต์ใช้และพัฒนาให้ดีมากยิ่งขึ้น 2.2.1 Sojourner (1997) [14] รูปที่ 2.2 Sojourner (1997) [14] Sojourner Rover นั้นเปิดตัวเมื่อวันที่ 4 ธันวาคม 1996 ด้วยจรวด Delta II เป็นส่วนหนึ่ง ของภารกิจ Mars Pathfinder เพื่อตรวจสอบดูว่าจะสามารถใช้งานยานขนส่งล้อยาง (Rover) บนดาว อังคารได้หรือไม่ Sojourner มีขนาดที่เล็กมาก น้ำหนัก 34 ปอนด์ (15.6 กิโลกรัม) สูงเพียง 1 ฟุต (30 เซนติเมตร) และยาว 2 ฟุต (65 เซนติเมตร) ยานสำรวจนี้มาพร้อมกับกล้องหน้าและกล้องหลัง รวมถึง เครื่องมือหลากหลายชนิดที่ออกแบบมาเพื่อการทำงานทางวิทยาศาสตร์ที่จำกัด เครื่องวัดสเปกโตร มิเตอร์อัลฟาโปรตอนเอ็กซ์เรย์ (APXS) เป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์หลัก ประกอบด้วยเครื่องสเปก โตรมิเตอร์สามแบบที่แตกต่างกัน และช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวิเ คราะห์หินและฝุ่นที่ยาน สำรวจพบได้ หัวเซนเซอร์ APXS ติดตั้งอยู่บนแขนหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่ยื่นออกมาและกดเซนเซอร์เ ข้า กับหินหรือดินของดาวอังคาร คล้ายกับสุนัขที่เอาจมูกกดลงพื้นเพื่อดมกลิ่นที่ฝังอยู่ภายในได้ดี และยัง มีก ล้อ งขาวดำ Kodak KAI-0371 แบบหันหน้าไปข้างหน้าสองกล้องทำหน้าที่เป็นดวงตาของยาน สำรวจ ศึกษาภูมิประเทศในพื้นที่และบันทึกแผนที่พื้นผิวเป็นขาวดำ ภาพสีที่สวยงามที่ยานโซเจอร์ เนอร์ส่งกลับมา 8 จุดเด่น : • Rover ขนาดเล็กเพียง 10.6 กก. • วิ่งสำรวจได้ราว 100 เมตรจาก Lander • ใช้กล้องถ่ายภาพพื้นผิวและวิเคราะห์องค์ประกอบหิน ความสำคัญ : ทำให้พิสูจน์ว่าได้ว่าการใช้ Rover บนดาวอังคารทำได้จริง และมีประสิทธิภาพ เช่น การตรวจพบหินกรวดและหินกรวดมนที่บริเวณ Ws ท่าเทียบเรือและการสังเกตอื่นๆ แสดงให้ เห็นว่ามีหินตะกอนที่ก่อตัวในน้ำที่ไหลในอดีตที่อบอุ่น ซึ่งน้ำเหลวมีเสถียรภาพ 2.2.2 Spirit (2004) [16] รูปที่ 2.3 Spirit Rover (2004) [15] ยานสำรวจ Spirit Rover เป็ น หนึ่ ง ในสองลำที่ ถู ก ส่ ง ขึ้ น สู่ อ วกาศในปี พ.ศ. 2546 มี วัตถุประสงค์เพื่อสำรวจดาวอังคารและค้นหาสัญญาณของน้ำโบราณ โดยยานสปิริตลงจอดเป็นหลุม อุกกาบาตขนาด 150 กิโลเมตรชื่อว่า "หลุมกูซอฟ (Gusev)" ที่อาจเคยเป็นทะเลสาบมาก่อน ก่อตัวขึ้น จากการพุ่งชนของอุกกาบาตเมื่อประมาณ 3,000-4,000 ล้านปีที่แล้ว มีช่องเปิดด้านหนึ่งของหลุมที่ เชื่อว่าเป็นช่องทางพากระแสน้ำและน้ำแข็งเข้าสู่หลุม โครงสร้างของ Spirit Rover มีมวลอยู่ที่ 2,341 ปอนด์ (1,062 กิโลกรัม) มีการติดตั้งอุปกรณ์ กล้องพาโนรามา (Pancam) ,กล้องนำทาง (Navcam) และเครื่องสเปกโตรมิเตอร์การปล่อยความร้อน ขนาดเล็ก (Mini-TES) นอกจากนี้ยังมีการติดตั้งอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์อื่นๆด้วยเช่น เครื่องสร้าง ภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์ (MI) และเครื่องมือสำหรับตรวจสอบการสึกกร่อนของหิน (RAT) 9 จุดเด่น : • ขนาดใหญ่ขึ้น และเคลื่อนที่ได้ไกลหลายสิบกิโลเมตร • มีเครื่องมือวิเคราะห์ดิน-หิน, กล้องพาโนรามา, และกล้องจุลทรรศน์ ความสำคัญ : มีการค้นพบหลักฐานที่ชี้ว่าดาวอังคารเคยมีแหล่งน้ำในอดีต 2.2.3 Curiosity (2012) [17] รูปที่ Curiosity (2012) รูปที่ 2.4 Curiosity (2012) [17] Curiosity ลงจอดที่ Gale Crater บนดาวอังคารเมื่อวันที่ 6 สิงหาคม 2012 โดยใช้เทคโนโลยี การลงจอดที่แม่นยำ ซึ่งช่วยให้สามารถลงจอดในพื้นที่ที่สนใจทางธรณีวิทยาได้ โดยการจอดครั้งนี้มี วัตถุประสงค์เพื่อการสำรวจสภาพแวดล้อมของดาวอังคารเพื่อประเมินว่ามีเงื่อนไขที่เหมาะสมสำหรับ การรองรับสิ่งมีชีวิตในอดีตหรือไม่ โดยเฉพาะการศึกษาภูมิประเทศและธรณีวิทยาของพื้นที่ที่เลือกบน ดาวอังคาร ยาน Curiosity นี้ติดตั้งอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ทันสมัยที่สุดที่เคยใช้บนพื้นผิวดาว อังคาร ส่งผลทำให้มีน้ำหนักมากกว่ายานสำรวจก่อนหน้านี้ประมาณ 10 เท่า อุปกรณ์เหล่านี้จะช่วย สำหรับการเก็บตัวอย่างหินและดิน การวิเคราะห์ทางเคมี และการถ่ายภาพเพื่อศึกษาสภาพแวดล้อม ของดาวอังคาร โครงสร้างของ Curiosity มีขาทั้งหมด 7 ขา ตัวโครงหลักมีขนาด กว้าง 9 ฟุต ยาว 10 ฟุต สูง 7 ฟุต มีน้ำหนักอยู่ที่ 899 กิโลกรัมซึ่งหนักกว่า Rover ตัวอื่นๆที่เคยมีมา 10 จุดเด่น : • Rover ขนาดใหญ่ (~900 กก.) ขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ (RTG) • ห้องทดลองเคมีในตัว วิเคราะห์แร่, ดิน, และก๊าซ • สามารถตรวจพบสารอินทรีย์และมีเทคโนโลยีตรวจวัดรังสี ความสำคัญ : ช่วยศึกษาสภาพแวดล้อมที่เอื้อต่อการดำรงชีวิตของจุลชีพในอดีต 2.2.4 Perseverance (2020) รูปที่ 2.5 Perseverance Rover (2020) [18] เพอร์เซเวียแรนซ์กำลังก้าวไปอีกขั้นในการสำรวจดาวอังคาร โดยมีการค้นหาสถานที่ ในหลุม อุกกาบาตเจซีโรที่เคยอยู่อาศัยได้ในอดีต เพื่อศึกษาว่าเคยมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ที่นั่นหรือไม่ และค้นหา สัญญาณของสิ่งมีชีวิตโบราณ เพอร์เซเวียแรนซ์ยังศึกษาวิวัฒนาการของสภาพภูมิอากาศ พื้นผิว และ ภายในของดาวอังคาร ยานสำรวจยังกำลังทดสอบเทคโนโลยีสำหรับการสำรวจดาวอังคารของมนุษย์ ในอนาคต นอกเหนือจากเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์เหล่านี้แล้ว เพอร์เซเวียแรนซ์ยังมีเป้าหมายพิเศษ ในการรวบรวมและเก็บตัวอย่างวัสดุจากดาวอังคารเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ในอนาคต [19] โครงสร้างของ Perseverance Rover มีความกว้าง 10 ฟุต ยาว 9 ฟุต สูง 7 ฟุตมีน้ำหนัก 2,260 ปอนด์ หรือ 1,025 กิโลกรัม มีส่วนล่างและด้านข้างเป็นโครงตัวถัง ส่วนบนคือส่วนอุปกรณ์ของ ยานสำรวจ (หรือที่เรียกกันว่า "ด้านหลัง") ส่วนล่างคือส่วนฐานสำหรับพื้นที่ทำงานภายในสำหรับการ สุ่มตัวอย่าง และส่วนฐานที่ด้านหน้าถูกทิ้งลงมาไม่นานหลังจากที่ยานสำรวจลงจอดเพื่อเปิดเผยยานให้ สัมผัสกับชั้นบรรยากาศของดาวอังคารและเปิดพื้นที่สำหรับการเก็บตัวอย่าง [20] 11 จุดเด่น : • เก็บตัวอย่างดินและหินเพือ่ เตรียมส่งกลับโลก (Mars Sample Return) • ใช้ระบบนำทางอัตโนมัติขั้นสูง • ทดสอบการผลิตออกซิเจนจาก CO₂ (MOXIE) • ส่ง Ingenuity เฮลิคอปเตอร์ไร้คนขับ บินครั้งแรกบนดาวเคราะห์อื่น ความสำคัญ : ช่วงวางรากฐานภารกิจนำตัวอย่างกลับโลก และช่วยทดสอบเทคโนโลยีสำหรับ ภารกิจมนุษย์ในอนาคต 2.3 วิเคราะห์การเคลื่อนที่บนพื้นผิวดาวอังคาร การเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ทรงกลมเป็นหนึ่งในแนวคิดที่ได้รับความสนใจอย่างมากโดยเฉพาะ งานสำรวจพื้นผิวดาวเคราะห์อย่างดาวอังคารเนื่องจากรูปทรงกลมช่วยให้หุ่นสามารถเคลื่อนที่ได้หลาย ทิศทางอย่างคล่องตัวมีเสถียรภาพสูงและทนต่อสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันเช่น พื้นผิวขรุขระหรือ การตกกระแทกขณะลงจอด จุดเด่นของหุ่นยนต์ทรงกลมยังรวมถึงการปกป้องระบบภายในจากฝุ่น ซึ่งในหัวข้อนี้จะกล่าวถึงหลักการวิเคราะห์ไดนามิกส์ของการเคลื่อนที่ด้วยการกลิ้งโดยไม่ลื่น ไถลบนพื้นผิวจำลองของดาวอังคารซึ่งรวมถึงการพิจารณาแรงเฉื่อย การเปลี่ยนแปลงของมุมการหมุน และการตอบสนองต่อ แรงภายนอก เพื่อสร้างแบบจำลองสำหรับ การเคลื่อนที่ และควบคุ ม ใน สภาพแวดล้อมจริง 2.3.1 ลักษณะของระบบเคลื่อนที่บนพื้นผิว (Nonholonomic rolling dynamics) โรเวอร์ขับเคลื่อนด้วยการกลิ้งบนพื้นผิวได้โดยไม่ลื่นไถลทำให้ เกิดข้อจำกัดแบบไม่โฮโลโมนิก ซึ่งไม่สามารถอธิบายเส้นทางการเคลื่อนที่แค่จากตำแหน่ง x,y ได้ แต่ต้องคำนึงถึงทิศทางที่โรเวอร์หัน อยู่ด้วย และระบบมีความไม่เชิงเส้น เช่นความเร็วไม่เพิ่มตามแรง input เสมอ เนื่องจากมีปัจจัยอื่น เข้ามาเกี่ยวข้อง เช่น มุมการแกว่งของลูกตุ้มภายใน โมเมนต์ความเฉื่อย และแรงเสียดทาน ซึ่งส่งผล ต่อพฤติกรรมของโรเวอร์ [21] 12 2.4 Mechanical Engineering and Terrain Adaptation [31] โรเวอร์ รูป แบบขับ เคลื่อ น โดยทั่วไปมีอยู่ 2 ประเภท คือ 1.ระบบล้อ ถือที่พบได้บ่อย เนื่องจากโครงสร้างทางกลที่เรียบง่าย น้ำหนักเบา และบำรุงรักษาง่าย โดยเฉพาะการใช้ล้อขนาดใหญ่ หรือจำนวนมากกว่าสี่ล้อ ช่วยให้กระจายน้ำหนักและเคลือ่ นที่ได้ดี 2.ระบบสายพาน ได้เปรียบด้านแรง ยึดเกาะและการกระจายน้ำหนักที่ดีกว่า เนื่องจากพื้นผิวสัมผัสกับพื้นมีขนาดใหญ่ แต่ระบบนี้มีความ ซับซ้อนทางกลมากกว่า มีน้ำหนักมาก และต้องการการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ แม้ทั้งสองระบบจะสามารถปรับตัวเข้ากับภูมิประเทศที่หลากหลายได้ แต่ก็ยังมีข้อจำกัด เช่น การรองรับแรงกระแทกจากการตกหล่นหรือปะทะกับพื้นผิวแข็ง ดังนั้น การออกแบบโรเวอร์จึงต้อง คำนึงถึงระบบกันสะเทือน และเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสม เพื่อให้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ รูปที่ 2.6 Rover Wheel System [32] รูปที่ 2.7 Rover Tank Tread System [33] 2.4.1 Spherical Mobility and Omnidirectional Movement [32] โรเวอร์ใช้หลักการเคลื่อนที่แบบกลิง้ บนพื้น ทำให้สามารถเปลี่ยนทิศทางได้ลื่นไหลโดยกลไก ขับเคลื่อนภายในจะช่วยให้ควบคุมทิศทางได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เคลื่อนที่บนพื้นผิวขรุขระได้ดี 13 2.4.2 Structural Mechanics and Impact Mitigation [32] โครงสร้างทรงกลมมีความแข็งแรงสูงและสามารถกระจายแรงกระแทกแบบ isotropic ได้ดี แรงกระแทกจากการตกจากความสูงจะถูกกระจายอย่างทั่วถึงลดโอกาสที่แรงจะรวมตัวจนทำให้เกิด ความ เสียหายการเลือกใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติทนแรงกระแทกสูงจะช่วยเพิ่มความทนทานและความ ยืดหยุ่นให้กับโครงสร้าง นอกจากนี้การเสริมชั้นดูดซับแรงกระแทกภายในยังช่วยลดแรงสั่นสะเทือน ก่อนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ รูปที่ 2.8 CAD Model of the spherical robot [31] 2.4.3 Surface Interaction and Traction on Martian Soil [32] ผิวทรงกลมของโรเวอร์สามารถปรับแต่งด้วยวัสดุที่เพิ่มแรงเสียดทานเช่นยางหรือซิลิโ คน พร้อมโครงสร้างแบบ micro-pattern หรือผิวลูกล้อแบบเกลียว (helical tread) เพื่อเพิ่มแรงยึดเกาะ บนพื้นผิวที่มีฝุ่น ทราย และหินบนดาวอังคาร การออกแบบนี้ช่วยให้ rover เคลื่อนที่ได้อย่างมั่นคง ลดโอกาสติดขัดและลื่นไถล 2.5 ทฤษฎีการควบคุม ในระบบเคลื่อ นที่การควบคุ ม และการนำทาง เป็ น หั ว ใจสำคัญ ทำให้์ อุป กรณ์สามารถ ตอบสนองต่อคำสั่งได้อย่างแม่นยำและเคลื่อนที่ไปยังเป้าหมายที่กำหนดได้ โดยเราจะใช้ตัว G29 Cockpit เป็นตัวบังคับหรือเป็นตัวส่งข้อมูลและให้ตัวรับคือบอร์ดตัวอื่นๆ อาทิเช่น Raspberry pi pico nrf24l01 และ Arduino uno R3 14 2.5.1 Robotics and Control Systems Diagram ในโครงงานในครั้งนี้ รูปที่ 2.9 Flow Diagram การควบคุม 2.5.2 Python [54] ภาษาโปรแกรม Python คือภาษาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ระดับสูง โดยถูกออกแบบมาให้เป็น ภาษาสคริปต์ที่อ่านง่าย โดยตัดความซับซ้อนของโครงสร้างและไวยกรณ์ของภาษาออกไป ในส่วน ของการแปลงชุดคำสั่งทีเ่ ราเขียนให้เป็นภาษาเครื่อง Python มีการทำงานแบบ Interpreter คือเป็น การแปลชุดคำสั่งทีละบรรทัด เพือ่ ป้อนเข้าสูห่ น่วยประมวลผลให้คอมพิวเตอร์ทำงานตามที่เราต้องการ นอกจากนั้นภาษาโปรแกรม Python ยังสามารถนำไปใช้ในการเขียนโปรแกรมได้หลากหลายประเภท โดยไม่ได้จำกัดอยู่ทงี่านเฉพาะทางใดทางหนึ่ง (General-purpose language) จึงทำให้มกีารนำไปใช้ กันแพร่หลายในหลายองค์กรใหญ่ระดับโลก เช่น Google, YouTube, Instagram, Dropbox และ NASA ในโครงงานครั้งนี้เราจะมุ่งเน้นการเขียนโปรแกรมด้วยการใช้ภาษา Python เนื่องจากมีความ ง่ายในการใช้งาน และสามารถใช้งานได้โดยไม่เสียค่าใช้จ่าย 15 รูปที่ 2.10 Python logo [55] 2.5.3 Visual Studio Code (VS Code) [56] Visual Studio Code หรือ VS Code คือ โปรแกรม Code Editor ของ Microsoft ที่ใช้ สำหรับเขียน แก้ไขและตรวจสอบความผิดปกติของโค้ด คุณสมบัติของโปรแกรมมีลักษณะเบา มี ประสิทธิภาพสูง มีส่วนขยาย (Extension) เพื่อเพิ่มขีดความสามารถและสามารถเขียนโค้ดได้ หลากหลายภาษา โดยในโครงงานในครั้งนี้เราใช้ VS Code ในการเขียน - โปรแกรมสำหรับทดสอบ G29 Cockpit - โปรแกรมสำหรับรับและส่งข้อมูลจาก G29 Cockpit รูปที่ 2.11 Visual Studio Code logo [57] 16 2.5.4 Arduino IDE [58] Arduino IDE (Integrated Development Environment) คือโปรแกรมสำหรับเขียนโค้ด และอัปโหลดไปยังบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ เช่น Arduino UNO หรือ ESP32 และบอร์ดอื่น ๆ ที่ รองรับ โดยตัวโปรแกรมจะรวมฟังก์ชันสำคัญที่ Maker และนักพัฒนาต้องใช้ไว้ในที่เดียว ได้แก่ • ตัวแก้ไขโค้ด (Code Editor) – สำหรับพิมพ์โค้ดภาษา C/C++ • ปุ่มคอมไพล์ (Verify) – ตรวจสอบโค้ดว่าถูกต้องหรือไม่ • ปุ่มอัปโหลด (Upload) – ส่งโค้ดไปยังบอร์ดผ่านสาย USB หรือการเชื่อมต่ออื่น ๆ • Serial Monitor / Plotter – ใช้ดูข้อมูลที่บอร์ดส่งกลับมาหรือแสดงกราฟแบบเรียลไทม์ • ระบบจัดการบอร์ดและไลบรารี (Board Manager / Library Manager) – เพิ่ม ความสามารถใหม่ให้กบั โปรเจกต์ เช่น รองรับบอร์ดใหม่หรือใช้งานเซ็นเซอร์เสริม โดยในโครงงานในครั้งนี้เราจะใช้โปรแกรม Arduino IDE สำหรับการเขียนโปรแกรมสำหรับ กล้องผ่านตัว ESP 32 Camera และ ใช้สำหรับการเขียนโปรแกรมควบคุมบอร์ด adafruit motor shield v2 เพื่อควบคุมตัวมอเตอร์ รูปที่ 2.12 หน้าต่างโปรแกรม Arduino ide [59] 17 2.5.5 Thonny [60] Thonny เป็น IDE (Integrated Development Environment) สำหรับ Python ที่เป็น Open-sourceและใช้งานได้ฟรีไม่มีค่าใช้จ่าย โดยThonny จะเน้นด้านการศึกษาและเหมาะสำหรับผู้ เริ่มต้น ใช้งานได้สะดวก การติดตัง้ ทำได้สะดวก อินเทอร์เฟซควรชัดเจนและใช้งานง่าย มีการเน้นช่วย ไวยากรณ์การเติมโค้ดอย่างง่าย นอกจากนี้ตัว Debugger สามารถใช้งานได้สะดวก โดยในโครงงานในครั้งนี้เราใช้โปรแกรม Thonny สำหรับการเขียนโปรแกรมรับข้อมูลจาก G29 Cockpit สูบ่ อร์ด Raspberry pi pico และส่งข้อมูลไปยัง ตัวส่งข้อมูล NRF24L01 เพื่อส่งไปยัง NRF24L01 ที่เป็นตัวรับข้อมูล รูปที่ 2.13 Thonny logo [61] 2.6 ประสิทธิภาพการใช้พลังงานและการจัดการพลังงาน [6] ความสามารถในการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและการจัดการพลังงานอย่างเหมาะสม ถือเป็นสิ่ง สำคัญ อย่างยิ่ง เนื่อ งจากโรเวอร์จะต้องทำงานแบบอัตโนมัติในระยะทางไกลภายใต้ ทรัพยากรที่จำกัดในสภาพแวดล้อมของดาวอังคาร ระบบพลังงานจึงต้องถูกออกแบบให้ใช้พลังงานทุก จูลอย่างคุ้มค่า เพื่อรองรับการประมวลผลข้อมูล การเคลื่อนที่ และการปฏิบัติงานอย่างต่อเนื่อง 2.6.1 ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (Energy Efficiency) [6] ความสามารถของ Rover ในการทำงานให้บรรลุเป้าหมายโดยใช้พลังงานให้น้อยที่สุดคือการ สะท้อนถึงประสิทธิภาพพลังงาน การวัดและปรับปรุงการใช้พลังงานในหลายสภาวะการทำงาน เช่น ขณะอยู่กับที่หรือขณะเคลื่อนที่ ช่วยให้สามารถทำงานได้นานขึ้น หน่วยวัดที่ใช้คือวัตต์ -ชั่วโมงต่อ กิโลเมตร ซึ่งค่านี้ยิ่งน้อยก็ยิ่งแสดงถึงการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ 18 พลัง งานของโรเวอร์ อาจสูญ เสียไปจากความร้อน ความไม่ส มบูร ณ์ของมอเตอร์ การใช้ พลังงานของเซนเซอร์หรือแรงเสียดทานจากล้อการลดการสูญเสียเหล่านี้ด้วยการพัฒนาระบบกลไกที่ มี แรงเสียดทานต่ำ ปรับปรุงประสิทธิภาพมอเตอร์ และเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ไฟฟ้า เป็น กุญแจสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม ระบบควบคุมพลังงานอัจฉริยะจะปรับการใช้พลังงาน ตามสถานะการทำงาน เช่น เมื่อไม่ได้ทำงาน ระบบที่ไม่จำเป็นจะถูกปิดหรือเข้าสู่โหมดประหยัด พลังงาน เพื่อยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ 2.6.2 แบตเตอรี่ LiFePO4 [26] โรเวอร์ใช้แบตเตอรี่ LiFePO4 หรือ Lithium Iron Phosphate เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมชนิด หนึ่ง ที่พัฒนามาจาก Li-ion โดยใช้แคโทดเป็นธาตุเหล็กฟอสเฟตแทนโคบอลต์หรือนิกเกิล เป็นแหล่ง พลังงานหลักและสามารถจ่ายกระแสไฟได้รวดเร็ว เหมาะกับการขับเคลื่อนมอเตอร์ และระบบสื่อสาร ความจุแบตเตอรี่ความจุแบตเตอรี่โดยแบตเตอรี่ที่จะใช้ต้องมีเพียงพอต่อการใช้งานในหนึ่งรอบการ ปฏิบัติงาน และมีเผื่อความปลอดภัยไว้อีก 20–30% เพื่อป้องกันการคายประจุจนหมด • แรงดันไฟฟ้า : เลือกให้เหมาะสมกับอุปกรณ์ต่างๆของโรเวอร์ หากแรงดันไม่ตรง อาจเกิด ปัญหาทางไฟฟ้าและลดประสิทธิภาพของระบบ • ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) : ทำหน้าที่ตรวจสอบสถานะการชาร์จ (SOC) และสุขภาพ แบตเตอรี่ (SOH) พร้อมป้องกันปัญหาเช่น การชาร์จเกิน การระบายประจุเกิน หรือความร้อนเกิน ซึ่ง ช่วยยืดอายุแบตเตอรี่และเพิ่มความปลอดภัย [6] รูปที่ 2.14 LiFePO4 battery 3.2 v [26] 19 2.7 แหล่งพลังงาน (Power Source) [27] การเลือกแหล่งพลังงานสำหรับ โรเวอร์มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพและความสามารถใน การปฏิบัติงานในระยะยาว โดยต้องพิจารณาทั้งประสิทธิภาพการจ่ายพลังงานน้ำหนักที่เบาและความ เพียงพอต่อการใช้งาน 2.7.1 ระบบประเมินพลังงานโดยใช้แบตเตอรี่ [6] ในระยะการจำลองและทดสอบ โครงงานนี้ใช้ ระบบแบตเตอรี่กระแสตรง (DC Battery System) เป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับมอเตอร์ และระบบ สื่อสาร สำหรับภารกิจจริงบนดาวอังคาร การคำนวณความจุแบตเตอรี่ โดยการเลือกขนาดแบตเตอรี่ทำโดยใช้สมการ: Ah=Max Current Consumption (A) × Operation Time (h) ×Safety Margin (1.25) (2.2) โดยที่: • Ah = ความจุแบตเตอรี่ (แอมป์-ชั่วโมง) • Max Current Consumption = กระแสสูงสุดที่ระบบดึงใช้ (แอมป์) • Operation Time = ระยะเวลาการทำงานที่ต้องการ (ชั่วโมง) • Safety Margin = ค่าความปลอดภัย (1.25 เท่า) เพื่อรองรับ ความผันผวนของการใช้ พลังงาน 2.8 ทฤษฎีความแข็งแรงของโครงสร้าง (Structural Integrity Theory) [6] เป็นหลักการที่ใช้ในการออกแบบโครงสร้างเพื่อให้สามารถทนทานต่อภูมิประเทศขรุขระใน สภาพแวดล้อมที่รุนแรงบนดาวอังคารในกรณีของ Mars Rover จะต้องออกแบบโครงสร้างที่ต้องมี ความสามารถดังนี้ 1. กระจายแรง ที่เกิดจากการกระแทกไปทั่วผิวโครงสร้าง (Stress Distribution) 2. รั บ แรงกระแทก ที่ เ กิด จากการตกจากความสูง หรื อชนกับ อุป สรรค ( Impact Resistance) 3. ลดการเสียรูป และการแตกร้าว (Plastic Deformation and Cracking) 4. ใช้วัสดุที่สามารถ ทนทานต่อสภาวะต่างๆ เช่น อุณหภูมิสูงและรังสีจากดาวอังคาร 20 2.8.1 การกระจายแรง (Stress Distribution) [6] โครงสร้างของโรเวอร์ต้องสามารถรับและทนต่อแรงหลากหลายประเภทที่เกิดขึ้นในระหว่าง การปฏิบัติงานบนพื้นผิวขรุขระ เช่น แรงกระแทกจากการตกหรือชนวัตถุแรงกดและแรงดึงที่มาจาก น้ำหนักของตัวหุ่นและอุปกรณ์ รวมถึงแรงเฉือนและแรงบิดที่เกิดจากการเคลื่อนที่บนพื้นผิวไม่เรียบ นอกจากนี้ยังต้องคำนึงถึงแรงล้าจากการใช้งานซ้ำๆ และความเครียดที่เกิดขึ้นภายในวัสดุ เพื่อให้ โครงสร้างมีความมั่นคง แข็งแรง และทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้อย่างมีประสิทธิภาพ - สูตรการคำนวณ ความเค้น : 𝐹 𝜎= 𝐴 (2.3) โดยที่ : • 𝜎 = ความเค้น (N/m2 or Pa) • 𝐹 = แรงที่กระทำ (N) • 𝐴 = พื้นที่หน้าตัด (m2 ) -สูตรการคำนวณ ความเครียด : 𝜀= ∆𝐿 𝐿0 โดยที่ : • 𝜀 = ความเครียด (dimensionless) • ∆𝐿 = ความยาวที่เปลี่ยนแปลง (m) • 𝐿0 = ความยาวเริ่มต้น (m) 21 (2.4) -สูตรคำนวณพลังงานของการตกกระทบ : 1 E = mv2 2 (2.5) โดยที่ : • E = พลังงานที่เกิดจากแรงกระแทกหรือการชน (Joules) • m = มวลของวัตถุ (kg) • v = ความเร็วขณะชน (m/s) -สูตรแรงกระทำจากการตกกระทบ : 2𝐸𝑈 σ= √ โดยที่ : 𝑉 (2.6) • σ = แรงเค้นจากแรงกระแทก (Impact stress) [Pa] • E = มอดูลัสของความยืดหยุ่น (Young’s Modulus) [Pa] • U = พลังงานจากแรงกระแทกที่ถูกดูดซับ [J] • V = ปริมาตรของวัสดุที่รับแรง [m³] 2.8.2 การกระจายแรงกระทำและความแข็งแรงของโครงสร้าง (Load Distribution and Structural Integrity) [6] การออกแบบโครงสร้างของโรเวอร์ต้องสามารถกระจายแรงกลทางกลให้สม่ำเสมอทั่วทั้ ง โครงสร้าง เพื่อป้องกันการเสียรูปเฉพาะจุด การแตกร้าว หรือความเสียหายทางโครงสร้าง เนื่องจาก รูปแบบการกลิ้งและการตกกระทบทำให้แรงจะถูกส่งต่ออย่างต่อเนื่องบริเวณจุดสัมผัสกับพื้นและ ส่วนประกอบที่สำคัญภายในอุปกรณ์ ซึ่งอธิบายได้ดังตารางที่เห็นด้านล่างนี้ 22 ส่วนประกอบ (Component) ประเภทโหลด (Type of Load) เปลือกนอก (Outer Shell) แรงกระแทก (Impact), แรงอัด รับแรงจากการตกกระแทกพื้นหรือกลิ้งผ่านพื้นที่ขรุขระ แรงจะกระจายผ่านโฟมเข้าสู่โครงใน โครงสร้างภายใน (Internal Frame) แรงบิด (Torsion), แรงเฉือน (Shear), แรงปกติ (Normal) รับแรงจากการหมุน กลิง้ น้ำหนักอุปกรณ์ดา้ นใน กระจายผ่านคานและซี่โครงไปยังจุดรับแรงหลัก จุดยึดอุปกรณ์ (Electronics Mount) แรงสถิต (Static), แรงสั่นสะเทือน (Vibration) แรงจากน้ำหนักของชิ้นส่วนและแรงสั่นขณะเคลื่อนที่ กระจายผ่านฐานยึดเข้าสูโ่ ครง จุดสัมผัสพื้น (Ground Contact Area) แรงปฏิกิริยาปกติ (Normal Force), แรงเสียดทาน (Friction) แรงที่สง่ ผ่านจากพื้นสูเ่ ปลือกและโครงกลาง ระหว่างการกลิง้ หรือเคลื่อนที่บนพื้นต่างระดับ การกระจายแรง (Load Distribution) ตารางที่ 2.1 Load Distribution and Structural Integrity [6] 2.8.3 ทฤษฎีและหลักการเลือกวัสดุโครงสร้างแบบชั้นหลายชั้น (Layered Material Structure) [28] การออกแบบโครงสร้างสำหรับรับแรงกระแทกจากการตกต้องพิจารณาวัสดุที่ “แข็งแรงและ น้ำหนัก เบา” พร้อ มกับ “ดูดซับ แรงกระแทก” โดยการใช้ระบบวัส ดุแบบโครงสร้างชั้นหลาย ประกอบด้วย • เปลือกแข็งชั้นนอก (Outer Shell): ทำหน้าที่กระจายแรงกระแทกและป้องกันแรงเฉือน หรือแรงกดโดยตรงจากภายนอก • ชั้นดูดซับแรงกระแทก (Foam Core): ดูดซับพลังงานแรงกระแทก ลดแรงส่งต่อไปยังชั้นใน 23 • เปลือกแข็งชั้นใน (Inner Shell): ทำหน้าที่ยึดอุปกรณ์และรับแรงกระแทกที่ผ่านชั้นโฟม - Isolation and Damping ชั้นโฟมช่วยลดการส่งผ่านแรงสั่นสะเทือนและแรงกระแทกไปยัง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ภายใน ซึ่งเป็นหลักการที่สำคัญในการรักษาความปลอดภัยของระบบอิเล็กทรอนิกส์และชิ้ นส่วน ละเอียด [30] 2.9 หลักการอิมพัลส์ โมเมนตัม และแรงดล [62] หลักการอิมพัลส์ โมเมนตัม และแรงดล ใช้อธิบายพฤติกรรมของวัตถุในช่วงเวลาสั้นมากขณะ เกิดการกระแทก ซึ่งเป็นลักษณะสำคัญของการดรอปเทส ตามตำรากลศาสตร์วิศวกรรม (Hibbeler, 2010; Beer et al., 2012) แรงดล (Impulse) หมายถึงผลรวมของแรงทีก่ ระทำต่อวัตถุตลอดช่วงเวลา ที่เกิดการกระแทก แรงดลสามารถคำนวณได้จากสมการ J = ∫𝑓1𝑓2 𝐹(𝑡)𝑑𝑡 โดยที่ J คือ แรงดล (N·s) F(t) คือ แรงที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา (N) ตามหลักการอิมพัลส์–โมเมนตัม แรงดลมีค่าเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัม ดังนี้ J=Δp=m(𝑣𝑓 −𝑣𝑖 ) โดยที่ m คือ มวลของวัตถุ (kg) 𝑣𝑖 คือ ความเร็วก่อนการกระแทก (m/s) 𝑣𝑓 คือ ความเร็วหลังการกระแทก (m/s) ในกรณีของการดรอปเทส ความเร็วของวัตถุก่อนกระแทกสามารถประมาณได้จากสมการการ เคลื่อนที่ภายใต้แรงโน้มถ่วง 24 𝑣𝑖 = 2gh เมื่อ g คือ ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (9.81 m/s²) h คือ ความสูงในการปล่อยตก (m) แรงกระแทกเฉลี่ยในช่วงเวลาการกระแทกสามารถเขียนได้เป็น 𝐹𝑎𝑣𝑔 = Jt หรือแทนค่าแรงดล จะได้ 𝐹𝑎𝑣𝑔 = m(𝑣𝑓 −𝑣𝑖 )t จากสมการจะเห็นได้ว่า แรงกระแทกเฉลี่ยมีค่าแปรผกผันกับช่วงเวลาการกระแทก (Δt) กล่าวคือ หากช่วงเวลาการกระแทกสั้น แรงกระแทกที่เกิดขึ้นจะมีค่าสูง ในทางกลับกัน การใช้วัสดุที่ สามารถยุบตัวและดูดซับพลังงานได้ เช่น โฟมและยาง จะช่วยเพิ่มช่วงเวลาการกระแทก ทำให้แรงดล ถูกกระจายออกในช่วงเวลาที่ยาวขึ้น ส่งผลให้แรงที่ส่งไปยังโครงสร้างภายในลดลงอย่างมีนัยสำคัญ 2.10 Human-Robot Interaction (HRI) [34] HRI คือศาสตร์ที่ศึกษาและออกแบบระบบให้หุ่นยนต์และมนุษย์สื่อสารใช้ทำงานร่วมกันและ อยู่ร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด โดยใช้ความรู้จากหลายสาขา เช่น cognitive science, AI, psychology, human–computer interaction 2.10.1 องค์ประกอบสำคัญในการโต้ตอบกับมนุษย์ (interaction) [35],[36] ▪ การรับรู้สิ่งแวดล้อมผ่านเซนเซอร์ (วิชั่น,การสัมผัส) ▪ การสื่อสารกับมนุษย์ (gestures, ปฏิกิริยาที่เหมาะสม) ▪ พฤติกรรมการปรับตัว เช่น การเรียนรู้ ตอบสนองต่อเจตนาของผู้ใช้ที่เคยใช้ งาน 25 ▪ มีการใช้แนวคิด adaptive collaborative control: เพื่อให้หุ่นยนต์ และ มนุษย์เป็นพันธมิตรกันในการตัดสินใจ แบ่งบทบาทตามความถนัดและปรับ พฤติกรรมร่วมกันอย่างยืดหยุ่น • มีการใช้ระบบ anticipatory control: หุ่นยนต์คาดการณ์พฤติกรรมของ มนุ ษ ย์ (เช่ น intent, gesture, eye movement) เพื่ อ ประสานงานได้ ราบรื่นและรวดเร็วกว่าแค่ตอบสนองย้อนหลัง เป็นการจดจำการใช้งานของ มนุษย์ที่เคยใช้งานหลายๆครั้ง 2.10.2 การประยุกต์แนวคิดระหว่าง หุ่นยนต์และ HRI [35],[36] การออกแบบอุปกรณ์ทรงกลมสำหรับสำรวจดาวเคราะห์ เพื่อการศึก ษาใช้การบูร ณาการ ทฤษฎีทั้งสองด้านเข้าด้วยกันคือ : • มีการใช้ predictive control เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ในสภาพแวดล้อมที่ ไม่รู้จัก หรือมีอุปสรรคแบบ static/dynamic • ออกแบบระบบ HRI (ถ้าห้องปฏิบัติการหรือผู้ควบคุมจากระยะไกลมีส่วน ร่วม) ให้สามารถ: 1. มี adaptive collaborative control คือหุ่นยนต์ตอบสนอง และทำงานร่วมกับมนุษย์ตามบทบาท 2.ใช้ anticipatory control เพื่อคาดการณ์ intent ของผู้ควบคุม และปรับพฤติกรรมล่วงหน้า ลด latency 3.มีชั้นความปลอดภัย (physical + cognitive) เพื่อป้องกันการ ปฏิสัมพันธ์ผิดพลาด 26 2.11 มาตรฐานและ ISO 2.11.1 IEEE 802.11 and IEEE 802.15.1 [37], [38] IEEE 802.11 คือมาตรฐานการสื่อสารเครือข่ายไร้สาย (Wireless LAN – WLAN) ที่กำหนด โดยสถาบั น IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) เพื่ อ ใช้ ใ นการส่ง ข้อมู ล ระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์ หุ่นยนต์ หรืออุปกรณ์ IoT โดยไม่ต้องใช้สายเคเบิล ในการทำงาน IEEE 802.15.1 เป็นมาตรฐานการสื่อสารไร้สายแบบBluetooth ระดับล่าง (low tier) และ แบบเฉพาะกิจ (ad hoc) ซึ่งใช้บนพื้นโลก สำหรับการสื่อสารในระยะสั้น โดยออกแบบมาสำหรับ อุปกรณ์ขนาดเล็ก ราคาต่ำ และใช้พลังงานน้อย ความแตกต่างในเรื่องย่านความถี่ที่ใช้งาน ซึ่งจะมีผลต่อทั้งอัตราการส่งข้อมูล (data rate) และ ระยะการครอบคลุมของสัญญาณ (range) รูปที่ 2.15 ตารางแสดงย่านความถี่ [38] 27 Modulation คือ กระบวนการเปลี่ยนแปลงสัญญาณพาหะ (carrier signal) เพื่อส่งข้อมูล ผ่านสื่อกลาง รูปที่ 2.16 ตารางเทคนิคการมอดูเลตและการเข้ารหัสสัญญาณที่ใช้ในมาตรฐานไร้สาย [38] รูปที่ 2.17 ตารางสรุปแบบง่ายของเทคนิคการมอดูเลชันและการเข้ารหัส [38] 2.11.2 ISO 12100 Safety of machinery — General principles for design — Risk assessment and risk reduction [41],[42] เป็นมาตรฐานซึ่งกำหนดมาตราฐานและแนวคิดพื้นฐาน, คำศัพท์, หลักการออกแบบ และ กระบวนการประเมินและลดความเสี่ยงสำหรับเครื่องจักรทุกประเภท 28 โดย ISO12100 ครอบคลุมขั้นตอนในการประเมินความเสี่ยง (risk assessment) เช่น 1. กำหนดขอบเขตการใช้งานของเครื่องจักร 2. ระบุอันตราย (hazard identification) 3. ประมาณและประเมินความเสี่ยง (risk estimation & evaluation) 4. เลือกมาตรการลดความเสี่ยง (risk reduction) 2.11.3 ASTM F963: Standard Consumer Safety Specification for Toy Safety [43],[44] ASTM F963 เป็นมาตรฐานวัสดุ การออกแบบ และวิธีทดสอบที่ใช้ควบคุมความปลอดภัย ของเล่นเพื่อเด็กต่ำกว่า 14 ปี โดยมาตรฐานนีคุ้้มครองของเล่นสำหรับเด็กที่มีอายุไม่เกิน 14 ปี แต่ใน บางกรณี อายุของเด็กไม่เกิน 12 ปี จะต้องผ่านการทดสอบโดยห้องแล็บที่รับรองจากทาง CPSC มาตรฐานนี้รวมข้อกำหนดด้านรูปแบบ, วัสดุ, กลไก, และการระบุความเสี่ยงต่าง ๆ ที่อาจเกิด ขึ้นกับเด็ก และยังมีการกำหนดมาตรฐานการทดสอบเชิงเทคนิคด้วย อาทิเช่น ทดสอบการกด การ กระแทก รวมถึงการทดสอบสารเคมีด้วย 2.11.4 IPC-2221 Generic Standard on Printed Board Design [45] มาตรฐานทั่วไปสำหรับการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) รวมถึงการให้ความหมายของ PCB การระบุแนวทางและกฎเกณฑ์สำหรับการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ ครอบคลุมทั้งด้านกลไก ไฟฟ้า และความร้อน มาตรฐานนี้ครอบคลุมการออกแบบแผงวงจรพิมพ์เอง รวมถึงการจัดวาง การจัด วางส่วนประกอบ และการเดินสายวงจร นอกจากนี้ยังมีแนวทางสำหรับการเลือกวัสดุ ขนาด และ ความหนาของแผงวงจรพิม พ์ IPC-2221 เป็ น มาตรฐานที่ไ ด้รั บ การยอมรั บ อย่างกว้า งขวางใน อุตสาหกรรมแผงวงจรพิมพ์และนักออกแบบและผู้ผลิต 29 2.11.5 ASME Y14.5: Dimensioning and Tolerancing [46], [47] ASME Y14.5 เป็นมาตรฐานจาก American Society of Mechanical Engineers (ASME) ที่ ระบุ สั ญ ลั ก ษณ์ กฎ และคำจำกั ด ความสำหรั บ Geometric Dimensioning & Tolerancing (GD&T) ซึ่งกำหนดรูปทรง ขนาด ตำแหน่ง และความสัมพันธ์ของชิ้นส่วนบนแบบวิศวกรรม โดยใน ASME Y14.5 จะแบ่งโครงสร้างออกเป็น 12 ส่วนหลัก เช่น 1. Section 1: ขอบเขต คำนิยาม ระเบียบการ dimensioning 2. Section 2: หลักการทั่วไปในการเขียนแบบ 3. Section 3: ให้ภาพรวมก่อนเข้าสู่ Datum Reference Frames 30 บทที่ 3 ขั้นตอนการดำเนินงาน 3.1 สถานการณ์ รถสำรวจดาวอังคาร (Mars Rover) ถูกออกแบบมาเพือ่ มอบประสบการณ์เชิงปฏิบัตทิี่ให้ ผู้ใช้งานได้เรียนรู้และสัมผัสถึงความท้าทายในการควบคุมรถสำรวจบนพื้นผิวดาวอังคารจริง ใน สถานการณ์นี้ ภารกิจของรถสำรวจถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจน คือ การขับเคลื่อนรถสำรวจและ บันทึกภาพคุณภาพสูงที่ติดตั้งไว้ภายในจุดต่าง ๆ ซึ่งจำลองสภาพภูมิประเทศของดาวอังคาร ภารกิจนี้ ทำหน้าที่ทงั้ เป็นสนามทดสอบสมรรถนะของรถสำรวจ และเป็นกิจกรรมการเรียนรูท้ี่น่าสนใจสำหรับ สาธารณชนอีกด้วย 3.1.1 การกำหนดภารกิจ ภารกิจของโรเวอร์ถูกออกแบบเพื่อทดสอบความสามารถในการรับแรงกระแทก การเปลี่ยน ร่าง และการสำรวจ โดยมีขั้นตอนหลักดังนี้: 1. Deployment & Transformation – โรเวอร์ถูกปล่อยจากตำแหน่งทีก่ำหนด (ลงพื้นหรือ ทางลาดเอียง) สามารถรับแรงกระแทก และเปลี่ยนร่างจากโหมดลูกบอลเป็น Rover 2. Activation & Communication – หลังการเปลี่ยนร่าง โรเวอร์จะเริม่ ติดต่อสือ่ สารกับ ศูนย์บัญชาการ และเปลี่ยนโหมดควบคุมจาก Rolling Mode เป็น Remote Control Mode 3. Exploration & Data Collection – โรเวอร์ถูกควบคุมจากศูนย์บัญชาการเพื่อทำภารกิจ เช่น การเคลือ่ นทีส่ำรวจ เก็บข้อมูลภาพ พร้อมส่งข้อมูลแบบ Real-Time กลับไปยังศูนย์ ภารกิจนีส้ื่อถึงงานปฏิบัตจิ ริงบนดาวอังคาร เช่น การถ่ายภาพเพื่อการวิเคราะห์ทาง วิทยาศาสตร์ หรือการเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งสำคัญเพื่อเก็บตัวอย่าง ระบบนำทาง กล้อง และระบบ ควบคุมของโรเวอร์จะถูกทดสอบอย่างเข้มงวดเพือ่ ให้มั่นใจว่าสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ภายใต้สภาวะที่คล้ายกันบนดาวอังคาร 31 3.1.2 การออกแบบสถานการณ์และสภาพแวดล้อมภายในสนาม การออกแบบสนามจำลองถูกสร้างขึ้นเพื่อทดสอบความสมรรถนะของโรเวอร์ในการเคลื่อนที่ แปลงร่าง และทำภารกิจในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน โดยมีวัตถุประสงค์เพือ่ จำลองสภาพภูมิ ประเทศและสถานการณ์คล้ายกับพื้นผิวดาวเคราะห์ เพือ่ ใช้เป็นสื่อจุดประกายการเรียนรูเ้ ชิง STEM และทดสอบระบบกลไก การควบคุม และความเสถียรของโรเวอร์ในแต่ละรูปแบบการทำงาน รูปที่ 3.1 โมเดลสนามจำลอง สนามทดสอบถูกแบ่งออกเป็น 4 พื้นที่หลัก ดังนี้ 1) Safe Zone เป็นจุดพักของโรเวอร์ หลังจากการโยนหรือการลงจอด ใช้สำหรับเริ่มต้นหรือ หยุดเวลาในการทำภารกิจหลักของสนาม เป็นจุดตั้งต้นของการจำลองภารกิจสำรวจ รวมถึงพื้นที่พัก เพื่อประเมินสภาพระบบก่อนเริม่ กิจกรรมถัดไป 2) Zone 1 – โซนถ้ำยาว ในโซนนี้ โรเวอร์ตอ้ งหุบล้อกลับมาเกือบจะเป็นทรงกลม เพื่อให้ สามารถเคลื่อนที่ผ่านทางเดินแคบหรืออุโมงค์ได้อย่างปลอดภัย กลไกการแปลงร่างนี้ช่วยป้องกันการ ติดขัดของโครงสร้างและลดความเสียหายจากการชนผนังจำลอง 3) Zone 2 – โซนเนินภูเขา โรเวอร์ต้องแปลงร่างแยกล้อออกมาด้านข้าง เพื่อเพิ่มแรง ขับเคลื่อนและความสามารถในการปีนทางลาดสูงได้อย่างมัน่ คง ขณะลงจากเนินเขา โรเวอร์จะต้อง กลับมาสู่โหมดทรงกลม (rolling mode) เพื่อให้การกลิ้งลงมีความราบรื่นและควบคุมทิศทางได้ดี ลด แรงกระแทกต่อชิ้นส่วนภายใน 32 4) Zone 3 – โซนสะพาน พื้นที่นี้จำลองสภาพแวดล้อมแบบสะพานและมี “พื้นน้ำจำลอง” อยู่ด้านล่าง ในโซนนี้ โรเวอร์จะต้อง แปลงร่างสลับไปมาระหว่างโหมดลูกบอลทรงกลมและโหมดล้อ แยก ตามสถานการณ์ที่กำหนด เพื่อทดสอบความยืดหยุ่นของระบบควบคุม การปรับโหมดอัตโนมัติ และการเคลือ่ นที่บนพื้นผิวทีห่ ลากหลาย การออกแบบสนามดังกล่าวช่วยให้สามารถทดสอบได้ครบทัง้ ด้านกลไก การทรงตัว ระบบควบคุม และความสามารถของโรเวอร์ ในการรับแรงกระแทกและแปลงร่างตามสถานการณ์จริง 3.2 ข้อกำหนดด้านการออกแบบ - น้ำหนัก < 1.5 กก. - ทนต่อแรงกระแทกจากความสูง 1.6 เมตร - ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของโรเวอร์ไม่เกิน 18 ซม. - ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ในการควบคุม และแบตเตอรีส่ามารถทำงาน 30 นาที - เคลื่อนที่บนพื้นไม่เรียบสูงเกิน 1.5 ซม. ความเร็ว 10 ซม./วินาที เดินตรง ±10° ระยะ 1 เมตร - มีแสงหรือเสียงตอบสนอง ปลอดภัย อุณหภูมิไม่เกิน 40°C วัสดุไม่เป็นพิษไม่ส่งผลเสียต่อ คน 3.3 ข้อจำกัด - ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของโรเวอร์ ≤ 15 ซม. น้ำหนัก ≤ 1.5 กก. ทนต่อแรงกระแทก - ปลอดภัยต่อเด็ก ไม่มีจุดหนีบ อุณหภูมิผิว ≤ 40°C - เริ่มการทำงานหลังได้รับแรงกระแทก ≤ 1.5 วินาที สามารถทำงานต่อเนื่อง 30 นาที - ราคาต้นทุน ≤ 10,000 บาท ใช้อะไหล่ที่สามารถหาได้ง่าย สามารถผลิตได้จริง - ใช้งานง่าย เหมาะกับเด็กวัย 7–12 ปี ติดตั้งไม่เกิน 10 นาที ทนทานต่อการใช้งานภายใน– นอกอาคาร 33 3.4 มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง - มาตรฐานความปลอดภัยของของเล่น - มาตรฐานทั่วไปสำหรับการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) - มาตรฐานวัสดุและการออกแบบ - มาตรฐานด้านการวาดและออกแบบชิ้นงาน - มาตรฐานการสื่อสารเครือข่ายไร้สาย 3.5 ต้นแบบโมเดลหุ่นยนต์ทรงกลม รูปที่ 3.2 RT-G spherical amphibious police robot [48] 34 รูปที่ 3.3 Mechanical structure of the amphibious spherical robot [49] รูปที่ 3.4 BOLT Coding Robot [50] รูปที่ 3.5 Mini Robot Ball: Soccer Theme [51] 35 รูปที่ 3.6 Mini Robot Ball: Golf Theme [52] รูปที่ 3.7 Sphero Ollie Darkside App Controlled RoboticTube - Black / Red [63] รูปที่ 3.8 ของเล่นแมวอัตโนมัติพร้อมไฟ LED [64] 36 3.6 CAD shell Model รูปที่ 3.9 โมเดลเปลือกชั้นนอกสุด 3.7 การคำนวณแรงตกกระทบ กรณี ตกจากที่สงู กำหนด: 𝑔 = 9.81 𝑚/𝑠2 , 𝑚 = 1.2 𝑘𝑔 , ℎ = 1.6 𝑚 , 𝐴 = 0.053 𝑚2 𝑚𝑔ℎ = 1 𝑚𝑣 2 2 𝑣 = √2𝑔ℎ = √2 × 9.81 × 1.6 𝑣 = 5.6 𝑚/𝑠 𝐽 = 𝑚𝑣 = 1.2 × 5.6 𝐽 = 6.7 𝑁 ∙ 𝑠 𝐹𝑎𝑣𝑔 = = 𝐽 𝑇𝑐 6.7 0.03 𝐹𝑎𝑣𝑔 = 224.1 𝑁 𝐹𝑝𝑒𝑎𝑘 = 𝐹𝑎𝑣𝑔 𝜋 2 = 352.18 𝑁 37 𝜎= = 𝐹𝑝𝑒𝑎𝑘 𝐴 352.18 0.053 𝜎 = 6630.6 𝑃𝑎 𝑚𝑣 2 𝐹ยุบ = 2𝑑 = 1.2 × 5.62 2 × 0.01 𝐹ยุบ = 1883.52 𝑁 3.8 ตารางเปรียบเทียบวัสดุ ผลการ simulation 1 ชั้น เส้นผ่านศูนย์กลาง 13 เซนติเมตร สำหรับชั้นยาง ชั้นโฟม และชั้นพลาสติก วัสดุ ยาง EPDM มวล (กรัม) stress (N/m^2) strain Displace ment (mm) คุณสมบัติทั่วไป Elastic (Pa) 700-800 8.447*10^5 0.07316 0.8436 ทน UV, Ozone, ความชื้น, อุณหภูมิสงู (~−50 ถึง +150 °C) flexibility ดี 10e+06 ยางธรรมชาติ NR 600-700 8.775*10^3 0.565 38 0.9544 Elasticity สูง, ความ 10e+03 เหนียวดี แต่เสื่อมสภาพ เร็วเมือ่ เจอ UV, Ozone, และความร้อน ยาง SBR 600-700 7.616*10^5 0.02319 0.1335 ราคาถูก, สมบัติใกล้ NR; 21e+06 ใช้ยางรถยนต์; ทนการสึก ดี แต่ทน UV/Ozone แย่ โฟม EVA 100-200 8.348*10^5 0.1219 0.01294 น้ำหนักเบา, flexibility ปานกลาง, ทนความเย็นพอใช้ Polyurethane foam 800-900 5.056*10^7 0.1182 0.009008 Absorbs shock, 3.45e+09 energy dissipation สูง; มีทั้ง flexible และ rigid ABS plastic 600-700 2.926*10^7 0.1181 0.01007 ABS PC plastic 600-700 3.47*10^7 0.009766 Toughness และ impact resistance สูง กว่า ABS; ทนความร้อน ดีกว่า 0.1179 ตารางที่ 3.1 ตารางเปรียบเทียบวัสดุ 39 ขึ้นรูปง่าย, น้ำหนักเบา, ราคาถูก 0.05e+09 2e+09 2.4.1e+09 3.9 กลไกแปลงร่าง [53] 3.9.1 Rack and Pinion กลไกแร็กแอนด์พิเนียน (Rack and Pinion Mechanism) เป็นระบบส่งกำลังเชิงกลแบบ หนึ่งทีเ่ ปลี่ยนการหมุนของเฟือง (pinion gear) ให้เป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นของแท่งเฟืองตรง (rack gear) โดยมีการขบระหว่างฟันเฟืองทั้งสองชุด ทำให้แรงบิดจากมอเตอร์ถกู แปลงเป็นแรงดันเชิงเส้นได้ อย่างมีประสิทธิภาพ กลไกชนิดนี้ถูกใช้อย่างแพร่หลายในงานควบคุมการเคลือ่ นที่ เช่น ระบบพวงมาลัยรถยนต์, เครื่องจักร CNC, หุ่นยนต์แขนกล และกลไกเปิด–ปิดอัตโนมัติในงานอุตสาหกรรม - หลักการทำงาน 1. Pinion Gear (เฟืองกลม) — หมุนรอบแกนเพื่อส่งแรง 2. Rack Gear (เฟืองตรง) — เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงตามการหมุนของ pinion เมื่อมอเตอร์หมุนเฟือง pinion ฟันเฟืองจะขบกับฟันของ rack ทำให้ rack เคลื่อนที่ไป ข้างหน้า–ถอยหลังได้ตามทิศทางการหมุนของมอเตอร์ หากต้องการให้หยุดหรือค้างไว้ที่ตำแหน่งใด สามารถควบคุมได้โดยใช้มอเตอร์เซอร์โวหรือมอเตอร์เกียร์รว่ มกับเซนเซอร์ตำแหน่งหรือลิมิตสวิตช์ - การประยุกต์ใช้ในโครงงานโรเวอร์ทรงกลม กลไกแร็กแอนด์พิเนียนถูกนำมาใช้เป็นระบบแปลงร่างของตัวโรเวอร์ เพื่อควบคุมการกาง ออกและหุบเข้าของเปลือกด้านข้างทัง้ สองฝั่ง โดยออกแบบให้เฟือง pinion ต่อเข้ากับเพลาของ มอเตอร์ขนาดเล็ก และให้ rack อยู่ในแนวแกนราบขนานกับโครงใน เมื่อมอเตอร์หมุนตามเข็มนาฬิกา เฟือง pinion จะผลัก rack ออก ทำให้เปลือกกางออกจากกัน (เข้าสู่โหมดสองล้อ) และเมื่อมอเตอร์ หมุนทวนเข็มนาฬิกา rack จะถูกดึงกลับ ทำให้เปลือกทัง้ สองฝั่งหุบเข้ามาประกบกันอีกครั้ง ด้วยการออกแบบลักษณะนี้ กลไกแร็กแอนด์พิเนียนช่วยให้ระบบแปลงร่างของโรเวอร์มีความ แข็งแรง ควบคุมมุมเปิด–ปิดได้แม่นยำ และสามารถผลิตได้งา่ ยกว่ากลไกแบบสกรูหรือระบบบานพับ สปริงในระดับต้นแบบ 40 3.9.2 Spring Latch Mechanism กลไกชนิดนี้เป็นระบบทางกลแบบพาสซีฟ (Passive Mechanical System) ที่อาศัยการถ่าย โอนพลังงานทางฟิสกิ ส์ โดยใช้แรงกระแทกจากภายนอกเป็นตัวจุดชนวน (Trigger) เพื่อปลดปล่อย พลังงานที่ถูกกักเก็บเอาไว้ภายในระบบ กลไกนีป้ ระกอบด้วยชิ้นส่วนหลัก 3 ส่วน ได้แก่ 1. สปริง: ทำหน้าที่เป็นตัวกักเก็บพลังงานศักย์ยืดหยุ่น เมือ่ สปริงถูกแรงกระทำจากภายนอก ให้หดตัวหรือยืดออก พลังงานจะถูกสะสมไว้ตามสมการทางฟิสิกส์ 2. สลักยึด: ชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ขัดหรือล็อคโครงสร้างเอาไว้ เพื่อรักษาสภาพให้สปริงยังคงถูก บีบอัดอยู่ (รักษาระดับพลังงานศักย์ไว้ไม่ให้สูญหาย) 3. กลไกรับแรงกระแทก: ส่วนปลายหรือจุดสัมผัสทีเ่ ชื่อมต่อกับสลักยึด ทำหน้าที่รบั แรง กระแทกจากภายนอก และเปลี่ยนทิศทางของแรงนั้นไปผลักให้สลักยึดหลุดออกจากตำแหน่งล็อค - การประยุกต์ใช้กบั โรเวอร์ การนำกลไกสปริงมาใช้กับโรเวอร์ เริม่ ต้นจากการบีบอัดล้อทั้งสองข้างเข้าหากันเพื่อกดขด สปริงที่แกนกลาง แล้วยึดล็อคด้วยสลักกลไกให้อยู่ในรูปทรงกลมขนาดกะทัดรัดเพื่อกักเก็บพลังงาน ศักย์ เมื่อโรเวอร์ถูกปล่อยและตกกระทบพื้นเป้าหมาย แรงกระแทกจากการลงจอดจะทำหน้าทีเ่ ป็นตัว ดันสลักให้หลุดออกโดยอัตโนมัติด้วยหลักการทางกลศาสตร์ล้วนๆ ทันทีทสี่ ลักหลุด สปริงที่ถูกอัดแน่น ไว้จะดีดตัวและคลายพลังงานออกมา ผลักล้อทัง้ สองข้างให้กางแยกออกจากกันอย่างรวดเร็ว การ ขยายฐานล้อแบบนี้ช่วยเพิม่ ความเสถียรในการทรงตัว ป้องกันการพลิกคว่ำ และทำให้โรเวอร์พร้อม ขับเคลื่อนสำรวจพื้นที่วิบากได้ทันที ซึ่งเป็นการออกแบบที่ทงั้ รวดเร็วและช่วยประหยัดพลังงาน แบตเตอรี่ในขั้นตอนแปลงร่างได้อย่างสมบูรณ์แบบ 3.10 การพัฒนาและปรับเปลีย่ นรูปทรงของการออกแบบ ในขั้นตอนการออกแบบเชิงแนวคิด (Conceptual Design) รูปทรงทรงกลมถูกเลือกเป็น รูปแบบหลักของโรเวอร์ เมื่อเข้าสู่ขั้นตอนการออกแบบและการสร้างต้นแบบจริง พบว่าการขึ้นรูปทรง กลมมีข้อจำกัดด้านกระบวนการผลิต ความซับซ้อนของการประกอบ และกรอบเวลาที่จำกัด ภายใต้ เงื่อนไขดังกล่าว รูปทรงทรงกระบอกจึงถูกเลือกใช้ในระยะต้นแบบ เนื่องจากยังคงคุณสมบัติการกลิง้ และการใช้งานได้ในระดับทีเ่ หมาะสม 41 3.10.1 Material Selection - ชั้นยางด้านนอกเลือกใช้ ยางรถยนต์ (rubber) เนื่องจากมีคุณสมบัติด้านความยืดหยุ่นและ ความทนทานต่อแรงกระแทกสูง รวมถึงมีแรงเสียดทานที่เหมาะสมต่อการกลิง้ และการเคลื่อนทีบ่ น พื้นผิว - ชั้นดูดซับแรงด้านในเลือกใช้ โฟมเซลลูโลส (cellulose foam) ซึง่ มีคุณสมบัติในการดูดซับ พลังงานจากแรงกระแทกและช่วยกระจายแรงก่อนส่งต่อไปยังโครงสร้างด้านใน - ชั้นโครงสร้างแข็ง (shell) เลือกใช้ พลาสติกโพลีโพรพิลีน (Polypropylene: PP) เนื่องจาก น้ำหนักเบา ความแข็งแรงเชิงโครงสร้าง เหมาะสำหรับโครงสร้างรองรับชิ้นส่วนและกลไกภายในของ โรเวอร์ 3.10.2 Modeling & Sizing of Parts รูปที่ 3.10 3D model Prototype 1 isometric view รูปที่ 3.11 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก isometric view 42 รูปที่ 3.12 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Front View รูปที่ 3.13 3D model Prototype 2 isometric view รูปที่ 3.14 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก isometric view 43 รูปที่ 3.15 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก Front View 3.10.3 System Integration & Standard Parts ลำดั บ ชื่ อ รำยละเอี ยด จำ นวน 1 DC motor ZGA2 5RP 12V 100RPM 2 2 DC motor ZGA1 7RV 12V 20RPM 1 3 Battery 12V 3000 mAh 1 4 ESP32-CAM 1 5 ESP32-CAM baseboard 1 6 Adafruit motor shield v2 1 7 Arduino UNO R3 1 8 กล่ อ งใส่ อำหำรทรงกระบอก PP plastic 1 9 เฟื อ งเหล็ กขบ 16 T รู 3 mm 1 10 รำงเฟื อ งอลู มิเ นี ยม 20 cm 1 11 rasberry pi pico 1 12 NRF24L01+PA+LNA 1 ตาราง 3.2 ตารางอุปกรณ์ Prototype 1 44 ลำดั บ ชื่ อ รำยละเอี ยด จำ นวน 1 DC motor ZGA2 5RP 12V 100RPM 2 2 Battery 12V 3000 mAh 1 3 ESP32-CAM 1 4 ESP32-CAM baseboard 1 5 Galaxy RVR 1 6 Arduino UNO R3 1 7 Compression spring 6 ตาราง 3.3 ตารางอุปกรณ์ Prototype 2 3.11 Industrial Design & Business Manufacturing (ความสามารถในการผลิต) การออกแบบโรเวอร์สามารถผลิตและประกอบได้จริงภายใต้ข้อจำกัดของเวลา งบประมาณ และทรัพยากรที่มีอยู่ โดยยังคงรักษาฟังก์ชันหลัก ความทนทาน และความปลอดภัยในการใช้งาน เพื่อให้ต้นแบบสามารถนำไปทดสอบและใช้งานในบริบทการศึกษาได้อย่างมีประสิทธิภาพ 1. กระบวนการขึ้นรูปวัสดุ (Manufacturing Process) การเลือกวัสดุและรูปทรงของ Rover คำนึงถึงกระบวนการผลิตที่สามารถดำเนินการได้ในระดับ ต้นแบบ ได้แก่: • ยางรถยนต์ (Rubber): ใช้เป็นชั้นภายนอก สามารถตัด ดัด หรือขึ้นรูปได้โดยไม่ต้องใช้ แม่พิมพ์ซบั ซ้อน • พลาสติก ABS (Core): สามารถขึ้นรูปด้วยการ 3D printing ซึ่งเหมาะกับการผลิตชิ้นส่วน โค้งและลดต้นทุนในการสร้างต้นแบบหรือแม่พมิ พ์สำหรับขึน้ รูป 45 • พลาสติกโพลีโพรพิลีน (Polypropylene: PP) (shell) : เป็นวัสดุที่มีน้ำหนักเบา ความ แข็งแรงเชิงโครงสร้างเหมาะสม และสามารถจัดหาได้ง่ายจากร้านอุปกรณ์ทั่วไป ซึง่ โครงงาน ของพวกเราซื้อมาในรูปแบบของภาชนะทรงกระบอกสำหรับบรรจุอาหาร ซึง่ มีรูปทรงและ คุณสมบัตสิ อดคล้องกับการออกแบบของโรเวอร์ การเลือกใช้วัสดุในลักษณะดังกล่าวสามารถ ช่วยลดขั้นตอนการขึ้นรูป ลดต้นทุน และเพิ่มความเป็นไปได้ในการสร้างต้นแบบภายใต้ ข้อจำกัดของเวลาและงบประมาณ • Cellulose Foam (Foam layer): สามารถตัดและขึ้นรูปตามขนาดที่ต้องการได้ง่าย ใช้เป็น ชั้นดูดซับแรงกระแทก กระบวนการดังกล่าวช่วยลดขั้นตอนการผลิตและความซับซ้อนของเครือ่ งมือ 2. ความง่ายในการประกอบ (Assembly Consideration) Rover ถูกออกแบบให้มจีำนวนชิ้นส่วนไม่มากและสามารถประกอบได้ง่ายโดย: • โครงสร้างหลักสามารถถอดประกอบได้ • กลไกแปลงร่างและระบบขับเคลื่อนติดตั้งแยกจากโครงสร้างภายนอก • ลดการใช้ตัวยึดถาวร เช่น กาว หรือการเชื่อม เน้นไปที่การใช้น๊อตยึด แนวทางนี้ช่วยลดเวลาในการประกอบและเอื้อต่อการแก้ไขหรือปรับปรุงต้นแบบในอนาคต 3. ความเหมาะสมสำหรับการสร้างต้นแบบ (Prototype Feasibility) การออกแบบด้านการผลิตมุง่ เน้นให้: • สามารถสร้างต้นแบบได้ภายในระยะเวลาที่กำหนด • ใช้วัสดุและอุปกรณ์ทหี่าได้ทั่วไป • ลดความเสี่ยงจากการผลิตชิ้นส่วนที่ซบั ซ้อนเกินไป การพิจารณาดังกล่าวช่วยให้กระบวนการพัฒนาเป็นไปอย่างต่อเนื่องและสามารถทดสอบระบบย่อยได้ จริง 46 4. ความสามารถในการปรับปรุงการผลิตในอนาคต (Scalability) แม้โครงการนี้จะอยู่ในระดับต้นแบบ แต่แนวคิดการออกแบบด้านการผลิตได้คำนึงถึงความเป็นไปได้ ในการปรับปรุงการผลิตในอนาคต เช่น: • การปรับเปลี่ยนจาก 3D printing เป็น injection molding • การใช้วัสดุที่เหมาะสมกับการผลิตจำนวนมาก • การลดจำนวนชิ้นส่วนเพื่อลดต้นทุนต่อหน่วย โดยสรุป การออกแบบโรเวอร์ต้องคำนึงถึงความสามารถในการผลิตและการประกอบเป็นสำคัญ เพื่อให้สามารถสร้างต้นแบบได้จริงภายใต้ข้อจำกัดของโครงการ ในขณะเดียวกันต้องคิดถึงการพัฒนา ไปสู่การผลิตในระดับทีสู่งขึ้นในอนาคต โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแนวคิดการออกแบบหลักของระบบ 3.12 ขั้นตอนการทำงาน โดยทางผูจ้ัดทำแบ่งการทำงานออกเป็น 2 ฝ่าย คือ ฝ่ายจัดทำ CAD เพื่อทีจ่ะขึ้นรูปชิ้นงาน ด้วยเครื่อง 3D Printer และ ฝ่ายเขียนโปรแกรมสำหรับควบคุมบอร์ดและมอเตอร์สำหรับการควบคุม ล้อของตัวโรเวอร์ เมื่อแบ่งฝ่ายได้แล้วจึงได้ลงมือจัดทำตัวโรเวอร์ 3.12.1 ฝ่ายจัดทำ CAD ขั้นรูปชิ้นงาน 1. Prototype 1 ขั้นตอนที่ 1 จัดหาและวัดขนาดของวัสดุอปุ กรณ์ที่จะนำมาซือ้ รูปที่ 3.16 กล่องพลาสติกทรงกระบอกเกรด PP 47 รูปที่ 3.17 กล่องพลาสติกทรงกระบอกเกรด PP ลำดั บ ชือ่ รำยละเอียด จำนวน 1 DC motor ZGA25RP 12V 100 rpm 2 2 DC motor ZGA17RV 12V 20 rpm 1 3 Battery 12V 3000 mah 1 4 ESP32 cam 1 5 ESP32 cam baseboard 1 6 Adafruit motor shield v2 1 7 Arduino UNO R3 8 กล่องใส่อำหำรทรงกระบอก PP plastic 1 1 9 เฟืองเหล็กขบ 16 T รู 3 mm. 1 10 รำงเฟืองอลูมเิ นียม 20 cm 1 11 rasberry pi pico 1 12 NRF24L01+PA+LNA 1 ตาราง 3.4 ตารางอุปกรณ์ที่ใช้ใน Prototype 1 ขั้นตอนที่ 2 CAD กลไกการทำงานสำหรับขึ้นรูปชิ้นงาน รูปที่ 3.18 3D model Prototype 1 isometric view 48 รูปที่ 3.19 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Isometric view รูปที่ 3.20 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Front View ขั้นตอนที่ 3 ขึ้นรูปชิ้นงานด้วยเครื่อง 3D Printer รูปที่ 3.21 โครงสร้างภายใน 3D Printer Prototype 1 49 รูปที่ 3.22 ภาพล้อ 3D Printer Prototype 1 รูปที่ 3.23 ภาพประกอบ Prototype 1 รูปที่ 3.24 ภาพประกอบพร้อมเปลือก Prototype 1 50 2. Prototype 2 ขั้นตอนที่ 1 CAD กลไกการทำงานสำหรับขึ้นรูปชิ้นงาน รูปที่ 3.25 3D model Prototype 2 isometric view รูปที่ 3.26 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก isometric view รูปที่ 3.27 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก Front View 51 ขั้นตอนที่ 2 ขึ้นรูปชิ้นงานด้วยเครื่อง 3D Printer รูปที่ 3.28 ภาพล้อ 3D Printer Prototype 2 รูปที่ 3.29 ภาพประกอบ Prototype 2 รูปที่ 3.30 ภาพประกอบพร้อมเปลือก Prototype 2 52 3.12.2 ฝ่ายเขียนโปรแกรมควบคุมบอร์ดและมอเตอร์ ขั้นตอนที่1 จัดหาและวัดขนาดของวัสดุอุปกรณ์ที่จะนำมาซือ้ รูปที่ 3.31 ภาพอุปกรณ์ electronics Prototype 1 รูปที่ 3.32 ภาพอุปกรณ์ electronics Prototype 1 53 ขั้นตอนที่ 2 เขียนโปรแกรมควบคุมบอร์ดและมอเตอร์ รูปที่ 3.33 Code สำหรับควบคุมกล้องจากบอร์ด ESP32-CAM รูปที่ 3.34 Code สำหรับควบคุม G29 cockpit รูปที่ 3.35 Code สำหรับรับและส่งข้อมูลจาก G29 cockpit 54 รูปที่ 3.36 Code สำหรับทดสอบหาพอร์ตของ G29 Cockpit 3.13 ข้อดีและข้อเสียหลังการใช้งาน ตารางที่ 3.5 ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสีย Prototype 1 ตารางที่ 3.6 ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสีย Prototype 2 55 บทที่ 4 ผลการดำเนินงาน 4.1 การออกแบบและพัฒนาชิ้นงาน 4.1.1 Prototype 1 โรเวอร์นี้ถูกออกแบบสำหรับภารกิจสำรวจพื้นที่วิบาก โดยมีรูปแบบการทำงานคล้ายยาน สำรวจอวกาศ เริ่มจากการปล่อยตัวจากที่สูงสู่พื้นที่เป้าหมาย โครงสร้างภายนอกทำหน้าที่เป็นเกราะ ซับแรงกระแทกเพื่อปกป้องชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ภายใน เมื่อชิ้นงานตกถึงพื้นและหยุดนิ่ง อย่าง ปลอดภัย ระบบจะแปลงสภาพเพื่อเข้าสู่โ หมดสำรวจ โดยอาศัยกลไกเฟืองสะพาน ( Rack and Pinion) บริเวณแกนกลาง ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เพื่อเลื่อนชุดล้อแยกออกจากกันเป็นสองฝั่ง จากนั้น โรเวอร์จะเคลื่อนที่ด้วยระบบขับเคลื่อนสองล้ออิสระ (Differential Drive) ที่สามารถควบคุมความเร็ว แยกซ้าย-ขวา ทำให้เดินหน้า ถอยหลัง หรือหมุนตัวในพื้นที่แคบได้อย่างแม่นยำ พร้อมกันนี้ ระบบจะ สตรีมภาพวิดีโอแบบเรียลไทม์กลับไปยังสถานีควบคุม เพื่อให้ผู้ใช้งานประเมินสภาพแวดล้อมและ ตัดสินใจนำทางได้อย่างมีประสิทธิภาพ 1. รูปแบบและโครงสร้างภายนอก จากการออกแบบแบบจำลอง 3 มิติ โครงสร้างภายนอกของโรเวอร์ถูกออกแบบให้มีลัก ษณะ เป็นทรงกระบอก (Cylindrical Shape) เพื่อความกะทัดรัดและปกป้องชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์รวมถึง กลไกการขับเคลื่อนที่อยู่ภายใน ดังแสดงในรูปที่ 4.1 และในส่วนของวัสดุที่ใช้ทำเปลือกนอกได้เลือกใช้ วัส ดุป ระเภทพลาสติก PP (Polypropylene) ซึ่ง เป็นวัส ดุมาตรฐานที่สามารถจัดหาได้ง่ายตาม ท้องตลาดทั่วไป มีข้อดีคือน้ำหนักเบา มีความยืดหยุ่น และสามารถทนทานต่อแรงกระแทกจากการใช้ งานจริงได้ในระดับที่เหมาะสม 56 สำหรับขนาดของโรเวอร์ ได้รับการออกแบบให้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของโครงสร้าง ทรงกระบอกอยู่ที่ 13 เซนติเมตร และมีความยาวรวมของตัวเครื่องอยู่ที่ 34 เซนติเมตร โดยโครงสร้าง นี้จะประกอบไปด้วยส่วนแกนกลางที่ใช้ติดตั้งอุปกรณ์ และล้อขับเคลื่อนที่ติดตั้งอยู่บริเวณปลายทั้ง สองด้านเพื่อให้โรเวอร์สามารถเคลื่อนที่และปฏิบัติงานได้ตามที่ออกแบบไว้ รูปที่ 4.1 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Isometric view 2. กลไกการแปลงร่าง โครงสร้างภายในของ Prototype 1 ออกแบบให้สามารถแปลงสภาพได้ด้วยกลไกเฟือง สะพาน (Rack and Pinion Mechanism) ดังแสดงในรูปที่ 4.2 โดยใช้มอเตอร์กระแสตรงติดตัง้ แนวตั้งกึ่งกลางโครงสร้างเป็นต้นกำลัง เมื่อได้รบั คำสั่ง มอเตอร์จะหมุนเฟืองขับเพื่อดันรางเฟือง ส่งผล ให้ชุดกล่องมอเตอร์และเปลือกนอก (ล้อ) ทัง้ สองฝั่ง เลื่อนแยกออกจากกันตามแนวรางสไลด์ เป็นการ เปลี่ยนสถานะโรเวอร์จากรูปแบบทรงกระบอกพับเก็บ ไปสู่โหมดกางล้อพร้อมขับเคลื่อน รูปที่ 4.2 ภาพแสดงตำแหน่งการวางกลไกแปลงร่างของ Prototype 1 57 3. การจัดวางระบบขับเคลื่อนและอิเล็กทรอนิกส์ สำหรับการจัดวางอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในของ Prototype 1 ได้รับการออกแบบโดย คำนึงถึงการกระจายน้ำหนักและความสะดวกในการเดินสายไฟ ภายในโครงสร้างหลัก ดังแสดงในรูป ที่ 4.3 โดยสามารถแบ่งพื้นที่การติดตั้งออกเป็น 3 ส่วนหลัก ได้แก่ - ส่วนแหล่งจ่ายไฟ: บริเวณช่องด้านล่างสุดของโครงสร้าง (บล็อกสีชมพู) ถูก ออกแบบให้เป็นช่องสำหรับบรรจุแบตเตอรี่หลักของโรเวอร์ การจัดวางชิ้นส่วนที่มีน้ำหนัก มากไว้ในตำแหน่งที่ต่ำทีสุ่ดนี้ เป็นการลดระดับจุดศูนย์ถ่วง เพื่อเพิ่มเสถียรภาพในการทรงตัว และลดความเสี่ยงในการพลิกคว่ำขณะเคลื่อนที่ - ส่วนรับภาพและประมวลผล: บริเวณแท่นยึดสี่เหลี่ยมแนวตั้งด้านบนโครงสร้าง ถูก ออกแบบไว้สำหรับติดตั้งโมดูลกล้อง เช่น ESP32-CAM การจัดวางกล้องให้อยู่ในตำแหน่งที่ สูงและตั้งฉากกับพื้น ช่วยเพิ่มทัศนวิสัยและมุมมองที่กว้างขึน้ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการ ปฏิบัติภารกิจจำลองการสำรวจพื้นที่ - ส่วนควบคุมหลัก: พื้นทีร่าบที่เหลือบริเวณกึ่งกลางของโครงสร้าง ถูกจัดสรรไว้ สำหรับเป็นแท่นติดตั้งแผงวงจรควบคุม ไมโครคอนโทรลเลอร์ และโมดูลขับมอเตอริ์ การวาง ตำแหน่งบอร์ดควบคุมไว้ตรงกลางจะช่วยให้การเดินสายไฟเชื่อมต่อไปยังมอเตอร์แปลงร่าง (ตรงกลาง) และกล่องมอเตอร์ขบั เคลือ่ น (ซ้าย-ขวา) ทำได้สะดวกรวดเร็วและเป็นระเบียบ รูปที่ 4.3 ภาพแสดงตำแหน่งการวางชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของ Prototype 1 58 4.1.2 Prototype 2 โมเดลนี้ได้รับการพัฒนาโดยมุ่งเน้นความรวดเร็วในการเตรียมความพร้อมและประหยัด พลังงาน โดยยังคงแนวคิดการปล่อยตัวจากระยะสูงลงสู่พื้นที่ปฏิบัติการ โครงสร้างภายนอกออกแบบ เป็นแคปซูลทรงกลมแบบโครงตาข่ายหกเหลี่ยม (Hexagonal Mesh) เพื่อรับและซับแรงกระแทก ช่วยปกป้องชิ้นส่วนภายในขณะลงจอด จุดเด่นสำคัญคือการใช้ "กลไกแปลงสภาพอัตโนมัติด้วยแรง กระแทก (Impact-Triggered Transformation)" ทดแทนการใช้มอเตอร์กางล้อ โดยระบบจะอาศัย พลังงานศักย์ยืดหยุ่น จากชุดสปริงที่ถูกบีบอัดและล็อกด้วยสลักกลไกไว้ตั้งแต่ก่อนเริ่มภารกิจ 1. รูปแบบและโครงสร้างภายนอก Prototype 2 ได้รับการพัฒนาเพือ่ แก้ไขข้อจำกัดและเพิม่ ประสิทธิภาพการทำงาน (ดังแสดง ในรูปที่ 4.4) โครงสร้างภายนอกถูกปรับสัดส่วนให้ใกล้เคียงทรงกลมมากขึ้น โดยเพิม่ เส้นผ่าน ศูนย์กลางเป็น 16 เซนติเมตร และลดความยาวรวมเหลือ 26 เซนติเมตร เพื่อเพิ่มความสมดุลและ ความกะทัดรัดในการเคลือ่ นที่ นอกจากนี้ พื้นผิวเปลือกนอกยังถูกออกแบบเป็นโครงตาข่ายหกเหลี่ยม เพื่อลดน้ำหนักรวมโดยที่ยงั คงความแข็งแรงเชิงโครงสร้างไว้ ด้านกระบวนการผลิตได้เปลี่ยนมาใช้ เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ด้วยวัสดุพลาสติก ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) ซึ่งมี คุณสมบัติเด่นด้านความเหนียวและทนต่อแรงกระแทกสูง ทำให้เหมาะสมอย่างยิง่ ต่อการทดสอบตก กระแทกและการทนทานต่อแรงกระทำในสภาวะการใช้งานจริง รูปที่ 4.4 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก isometric view 59 2. กลไกการแปลงร่าง โครงสร้างภายในของโรเวอร์ (ดังแสดงในรูปที่ 4.5) ถูกออกแบบให้เป็นฐานยึดอุปกรณ์และ ชุดขับเคลื่อนหลักที่รองรับการแปลงสภาพด้วยแรงสปริง หลักการทำงานคือ เมื่อระบบปลดล็อก แรง สปริงจะดันฐานยึดมอเตอร์เกียร์ทั้งสองฝัง่ ให้เลื่อนแยกออกจากกันตามแนวขวาง เนื่องจากเพลา มอเตอร์เชื่อมต่อกับเปลือกนอกโดยตรง เปลือกดังกล่าวจึงเปลี่ยนหน้าที่เป็นล้อขับเคลื่อน และเมื่อ โครงสร้างกางออกจนสุด หุ่นยนต์จะพร้อมเข้าสู่โหมดการเคลื่อนที่แบบสองล้ออย่างสมบูรณ์ รูปที่ 4.5 ภาพแสดงตำแหน่งการวางกลไกแปลงร่างของ Prototype 2 3. การจัดวางระบบขับเคลื่อนและอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อรักษาเสถียรภาพขณะเคลือ่ นที่ การจัดวางอุปกรณ์อเิ ล็กทรอนิกส์และแหล่งพลังงานจึงถูก ออกแบบให้กะทัดรัด โดยให้ความสำคัญกับการจัดการจุดศูนย์ถ่วง (Center of Gravity: CG) ดัง แสดงในรูปที่ 4.6 ซึ่งแบ่งพื้นที่ติดตัง้ ออกเป็น 3 ส่วนหลัก ได้แก่ - ส่วนควบคุมหลัก (บล็อกสีเทา): พื้นที่ด้านบนของโครงสร้างสำหรับติดตัง้ แผงวงจร ควบคุมและโมดูลขับมอเตอร์ โดยจัดวางตำแหน่งเพือ่ อำนวยความสะดวกในการเดินสายไฟ (Wiring) ไปยังชุดขับเคลื่อนและอุปกรณ์อื่น ๆ อย่างเป็นระเบียบ - ส่วนแหล่งจ่ายไฟ (บล็อกสีน้ำเงิน): พื้นที่ด้านล่างสุดของโครงสร้างสำหรับติดตั้ง แบตเตอรี่ ซึง่ เป็นชิ้นส่วนที่มีน้ำหนักมาก การจัดวางในตำแหน่งนี้ช่วยกดจุดศูนย์ถ่วงของโร เวอร์ให้ต่ำลง เพิม่ สมรรถนะการทรงตัว และป้องกันการพลิกคว่ำขณะเคลื่อนที่หรือระหว่าง กระบวนการแปลงสภาพ 60 - ส่วนรับภาพและประมวลผล (ด้านหน้า): ช่องติดตั้งเฉพาะสำหรับบอร์ด ESP32CAM บริเวณด้านหน้าสุดของโครงสร้าง เพือ่ ให้โมดูลกล้องสามารถบันทึกและสตรีมภาพทัศน วิสัยด้านหน้าได้อย่างชัดเจน โดยปราศจากการบดบังจากชิ้นส่วนอื่นของโรเวอร์ รูปที่ 4.6 ภาพแสดงตำแหน่งการวางชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของ Prototype 2 61 4.2 Simulation Results 4.2.1 Drop test เปลือกแข็งทรงกระบอก มวล 1.5 กิโลกรัม รูปที่ 4.7 ค่า Stress ที่ระยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.8 ค่า Displacement ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.9 ค่า Strain ที่ระยะความสูง 1.6 เมตร สรุปผลการวิเคราะห์จาก Simulation: จุดที่ค่าความเค้น ค่าความเครียด และระยะยุบสูงสุด จะเกิดตรงบริเวณพื้นผิวที่สัมผัสกับพื้น ซึ่งจะเกิดขึ้นตั้งแต่ตรงมุมของเปลือกนอกลากยาวเป็นเส้นตรง ไปตลอดแนวชิ้นงาน โดยค่าระยะยุบสูงสุดจะอยู่ที่ 1.687 มิลลิเมตร 62 4.2.2 Drop test โครงสร้างภายใน มวล 1.5 กิโลกรัม รูปที่ 4.10 ค่า Stress ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.11 ค่า Displacement ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.12 ค่า Strain ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร สรุป ผลการวิเคราะห์จาก Simulation: จุดที่ค่าความเค้น ค่าความเครียดมากที่สุด ตรง บริเวณเสาค้ำด้านหลังบนพื้นที่วางบอร์ดทั้งสองข้าง และระยะยุบสูงสุดจะเกิดตรงบริเวณวางมอเตอร์ สำหรับขับรางเฟืองที่หน้าที่หุบ-กางโรเวอร์ โดยค่าระยะยุบสูงสุดจะอยู่ที่ 1.66 มิลลิเมตร 63 4.2.3 Drop test เปลือกแข็งทรงกลม มวล 928.5 กรัม รูปที่ 4.13 ค่า Stress ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.14 ค่า Displacement ที่ระยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.15 ค่า Strain ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร 64 4.2.4 Drop test โครงสร้างภายใน มวล 928 กรัม รูปที่ 4.16 ค่า Stress ที่ระยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.17 ค่า Displacement ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.18 ค่า Strain ทีร่ะยะความสูง 1.6 เมตร 65 สรุปผลการวิเคราะห์จาก Simulation: จากการจำลองการทดสอบการตกกระแทก (Drop Test) พบว่า จุดที่มีค่าความเค้น (Stress) และค่าความเครียด (Strain) สูงสุด จะเกิดขึ้นบริเวณ มุม ด้านล่างของโครงสร้างฐาน ซึ่ง เป็นตำแหน่งที่สัมผัสพื้นและรับ แรงกระแทกโดยตรง นอกจากนี้ ตำแหน่งที่เกิดการยุบตัวสูงสุด จะอยู่บริเวณ ส่วนขอบด้านข้างของโครงสร้างฐาน โดยมีค่าการยุบตัว สูงสุดประมาณ 0.79 มิลลิเมตร จากผลการวิเคราะห์ดังกล่าว แสดงให้เห็นว่า บริเวณมุมล่างของ โครงสร้างฐานเป็นจุดวิกฤต ที่ควรให้ความสำคัญในการออกแบบ เพื่อเพิ่มความแข็งแรงและลดความ เสียหายที่อาจเกิดขึ้นจากแรงกระแทก 4.3 ผลการสร้างชิ้นงานและประกอบ รูปที่ 4.19 ชิ้นงาน Prototype 1 รูปที่ 4.20 ชิ้นงาน Prototype 2 66 4.4 ผลการทดสอบการทำงาน 4.4.1 Prototype 1 1. Drop Test - วิธีการทดสอบ: การทดสอบโดยการปล่อยโรเวอร์ในสถานะพับเก็บเป็นกระบอกให้ ตกอย่างอิสระ จากระดับความสูง 1.6 เมตร ลงสู่พื้น เพื่อจำลองสถานการณ์การใช้งานจริง และประเมินความแข็งแรงของโครงสร้าง - ผลการทดสอบและปัญหาที่พบ: การทดสอบปล่อยตก (Drop Test) ส่ง ผลให้ โครงสร้างเกิดความเสียหายอย่างหนักตั้งแต่ครั้งแรก จนไม่สามารถดำเนินการทดสอบใน หัวข้ออื่นต่อไปได้ โดยจุดเสียหายหลักคือบริเวณจุดยึดต่อระหว่างกล่องบรรจุมอเตอร์และราง เลื่อน ซึ่งเกิดการปริแตกและแยกตัวออกจากกันอย่างสมบูรณ์ ดังแสดงในรูปที่ 4.21 - การวิเคราะห์สาเหตุ: สาเหตุหลักเกิดจากแรงกระแทกเฉียบพลัน (Impact Force) เมื่อโรเวอร์ตกกระทบพื้น พลังงานจลน์ได้ถ่ายเทเข้าสู่โครงสร้าง ประกอบกับชุดมอเตอร์มี มวลค่อนข้างสูง เมื่อเกิดการหยุดชะงักกะทันหัน แรงเฉื่อยของมอเตอร์จึงสร้างโมเมนต์ดัด กระทำต่อจุดยึดรางเลื่อนอย่างรุนแรง เนื่องจากโครงสร้างบริเวณดังกล่าวมีความหนาไม่ เพียงพอ ค่าความเค้นที่เกิดขึ้นจึงสูงเกินขีดจำกัดความแข็งแรงของ ส่งผลให้เกิดการแตกหัก ในที่สุด - สรุปผลการทดสอบ: ความล้มเหลวทางโครงสร้าง (Structural Failure) ในจุดนี้ ถือเป็นข้อมูลสำคัญในการพัฒนา Prototype 2 โดยนำไปสู่แนวทางการปรับลดความยาว รวมของโรเวอร์ เปลี่ยนแปลงวัสดุและกระบวนการขึ้นรูป ตลอดจนออกแบบกลไกภายในใหม่ ทั้งหมดเพื่อลดการกระจุกตัวของความเค้น (Stress Concentration) และเพิ่มเสถียรภาพใน การซับแรงกระแทกให้ดียิ่งขึ้น 67 2. Transformation Mechanism Test - วิธีการทดสอบ: สั่งการให้กลไกรางเลือ่ นและชุดเฟืองทำงานเพื่อดันชุดมอเตอร์และ เปลือกนอกให้แยกตัวออกจากกัน - ผลการทดสอบและปัญหาที่พบ: การทำงานของกลไกเกิดความล้มเหลว ไม่สามารถ แปลงร่างได้อย่างราบรื่น - การวิเคราะห์สาเหตุ : การคำนวณพิกัดความเผื่อของชิ้นส่วนที่ได้จากการพิมพ์ 3 มิติไม่เหมาะสม ทำให้เกิดความฝืดและการติดขัดภายในร่องรางเลื่อน ประกอบกับจุดจับยึด บางจุดมีระยะหลวม ส่งผลให้ชิ้นส่วนเกิดการงัดกันเองเมื่อได้รับแรงขับจากมอเตอร์ กลไกจึง ไม่สามารถเคลื่อนที่ขนานไปกับแนวแกนได้อย่างสมบูรณ์ 3. Motion Control Test - วิธีการทดสอบ: ทดสอบสั่งการขับเคลื่อนโรเวอร์ในสถานะกางล้อออกเพื่อให้วิ่งไป ข้างหน้าและเลี้ยวซ้าย-ขวา - ผลการทดสอบและปัญหาที่พบ: ระบบขับเคลื่อนทำงานได้ไม่มีประสิท ธิภาพ หุ่นยนต์โรเวอร์มีการทรงตัวที่ไม่ดีและเกิดอาการล้อแกว่งหรือเสียศูนย์ตลอดเวลาที่เคลื่อนที่ - การวิเคราะห์สาเหตุ: การออกแบบโครงสร้างทรงกระบอกที่มคี วามยาวมากเกินไป ส่งผลให้กระจายตัวของจุดศูนย์ถ่วงขาดความสมดุล ทำให้เกิดโมเมนต์ความเฉื่อยสูงในจังหวะ ที่โรเวอร์หมุนหรือเลี้ยว นอกจากนี้ จุดยึดแกนเพลามอเตอร์และล้อขาดความแข็งแรงในการ รับโหลดเชิงพลวัต ทำให้เกิดระยะคลอนขณะทำงาน ส่งผลให้แกนหมุนของล้ อซ้ายและขวา เกิดการเยื้องศูนย์ เป็นสาเหตุที่ทำให้ทิศทางการเคลื่อนที่คลาดเคลื่อนไปจากระบบควบคุม รูปที่ 4.21 ความเสียหายบริเวณจุดยึดกล่องมอเตอร์หลังจากการทดสอบ 68 4.4.2 Prototype 2 1. Drop Test - วิธีการทดสอบ: ทำการทดสอบโดยการปล่อยโรเวอร์ในสถานะพับเก็บเป็นทรงกลม ให้ตกอย่างอิสระ จากระดับความสูง 1.6 เมตร ลงสู่พื้น เพื่อจำลองสถานการณ์การใช้งานจริง และประเมินความแข็งแรงของโครงสร้าง โดยทำการปล่อยตกซ้ำหลายครั้ง เพื่อดูความ ทนทานต่อความล้าจากแรงกระแทก - ผลการทดสอบและปัญหาที่พบ: จากการตรวจสอบรอยหัก พบว่าสาเหตุหลักมา จากข้อจำกัดของกระบวนการพิมพ์ 3 มิติ ชิ้นงานพลาสติก ABS จะมีความแข็งแรงยึดเกาะ ระหว่างชั้นเลเยอร์ค่อนข้างต่ำ เมื่อโครงสร้างรับแรงกระแทกซ้ำอย่างรุนแรง จึงเกิดการ กระจุกตัวของความเค้นบริเวณคอคอดของเพลา นำไปสู่การแตกหักตามแนวเส้นการพิมพ์ใน ที่สุด - การวิเคราะห์สาเหตุ : จากการตรวจสอบรอยแตกหัก พบว่าสาเหตุหลักเกิดจาก กรรมวิธีการผลิตแกนเพลาชิ้นเดิมที่ใช้วิธีการพิมพ์ 3 มิติ ด้วยวัสดุพลาสติก ABS ซึ่งชิ้นงานที่ ได้จะมีข้อจำกัดด้านความแข็งแรงระหว่างชั้นเลเยอร์ ที่เป็นเส้นแนวการพิมพ์ เมื่อโครงสร้าง ต้องรับแรงกระแทกอย่างรุนแรงซ้ำๆ บริเวณจุดต่อคอคอดของเพลา จึงเกิดการสะสมความ เค้นและทำให้ชิ้นส่วนหักลงในที่สุด - แนวทางการแก้ไขและปรับปรุง : เพื่อแก้ปัญหาความแข็งแรงเชิงโครงสร้าง จึงได้ ปรับเปลี่ยนวัสดุและกรรมวิธีการผลิตแกนเพลา จากพลาสติก ABS เป็นเพลาเหล็กกลึงขึ้นรูป ซึ่ง มีคุณสมบัติในการรับ แรงเฉือนและทนทานต่อแรงกระแทกสูง กว่าพลาสติก อย่างมี นัยสำคัญ ส่งผลให้โรเวอร์สามารถทนทานต่อการตกกระแทกในการทดสอบครั้งต่อไปได้โดย ไม่เกิดความเสียหายที่แกนเพลา 69 รูปที่ 4.22 ลักษณะความเสียหายของแกนเพลาที่เกิดจากการทดสอบครัง้ ที่ 4 รูปที่ 4.23 ลักษณะโครงสร้างด้านในของเปลือกนอกหุ่นยนต์ (ล้อ) หลังการทดสอบ 2. Transformation Mechanism Test - วิธีการทดสอบ: ทำการทดสอบโดยการกดชุดมอเตอร์และเปลือกนอก (ล้อ) ให้หด เข้าหาแกนกลางและทำการล็อคสลักไว้ ในขั้นตอนนี้สปริงจะถูกบีบอัดเพื่อกักเก็บพลังงาน ศักย์ยืดหยุ่นไว้ จากนั้นทำการปลดสลักเพื่อให้สปริงคลายตัวและดีดกลไกออกด้านข้าง - ผลการทดสอบและปัญหาที่พบ: จากการทดสอบในครั้งแรกพบว่า เมื่อปลดล็อค สลัก กลไกสปริงสามารถดีดตัวและผลักชุดขับเคลื่อนให้แยกออกจากกัน โรเวอร์แปลงร่างกาง ออกเป็นโหมดสองล้อได้ แต่เมื่อทำการตรวจสอบชิ้นส่วนหลังจากการทำงาน พบว่า สปริงที่ ใช้เกิดการเสียรูปอย่างถาวร ขดลวดของสปริงมีลักษณะโค้งงอ บิดเบี้ยว และไม่สามารถคืน ตัวกลับสู่สภาพเส้นตรงดังเดิมได้ ทำให้ไม่สามารถนำสปริงตัวเดิมกลับมาใช้งานเพื่อทดสอบ ซ้ำในรอบต่อไปได้ 70 - การวิเคราะห์สาเหตุ : จากปัญหาที่เกิดขึ้น เกิดจากปรากฏการณ์การเสียรูปแบบ พลาสติก สาเหตุหลักมาจากการทีส่ ปริงถูกดัดหรือบีบอัดในจังหวะพับเก็บจนเกิดค่าความเค้น ภายในเนื้อวัสดุสูงเกินกว่าขีดจำกัดความยืดหยุ่นของตัวสปริงที่จดั ซื้อมา เมื่อวัสดุรับภาระเกิน ขีดจำกัด โครงสร้างของวัสดุจึงไม่สามารถสปริงตัวกลับสู่รูปทรงเดิมได้ - แนวทางการแก้ไขและข้อเสนอแนะ: จากผลการทดสอบนี้ ทำให้ทราบถึงข้อจำกัด ของสปริงรุ่นปัจจุบัน แนวทางในการแก้ไขสำหรับการพัฒ นาตัวชิ้นงานคือ จะต้องมีกา ร พิจารณาเปลี่ยนไปใช้สปริงที่ผลิตจากวัสดุที่มีค่า Yield Strength สูงขึ้น และปรับปรุงค่า ความแข็งของสปริงให้เหมาะสมกับระยะหดตัว เพื่อให้กลไกสามารถกักเก็บพลังงานศักย์ได้ เพียงพอโดยไม่เกิดการเสียรูปถาวร รูปที่ 4.24 ลักษณะการเสียรูปอย่างถาวรของสปริงหลังจากการทดสอบ 3. Motion Control Test - วิธีการทดสอบ: ทำการทดสอบการเคลื่อนที่ของโรเวอร์ ในสถานะกางล้อออก (โหมดสองล้อ ) บนพื้นผิวจำลองที่มีความขรุขระและมีฝุ่นดิน ดังรูปที่ 4.24 เพื่อประเมิน สมรรถนะของระบบขับเคลื่อน ซึ่งประกอบด้วยมอเตอร์เกียร์ และโมดูลขับมอเตอร์ โดยทำ การสั่งการผ่านอุปกรณ์ควบคุม G29 เพื่อให้โรเวอร์เคลื่อนที่เดินหน้า ถอยหลัง เลี้ยวซ้าย-ขวา รวมถึงการทดสอบขับขึ้นทางลาดชัน - ผลการทดสอบและปัญหาที่พบ: ระบบควบคุมสามารถส่งสัญญาณและสั่งการโร เวอร์ตอบสนองได้ สามารถเคลื่อนที่บนพื้นผิวขรุขระแบบราบได้ การควบคุมทิศทางแบบแยก อิส ระซ้าย-ขวาทำงานได้ดีเ ยี่ยม ทำให้ โ รเวอร์มีความคล่องตัวสูง แต่เ มื่อทำการทดสอบ ขับ เคลื่อนขึ้นเนินหรือพื้นที่ที่มีความชันสูง พบว่า โรเวอร์ไม่สามารถไต่ขึ้นไปได้และเกิด ข้อจำกัดในการเคลื่อนที่ 71 - การวิเคราะห์สาเหตุ: อาจเกิดจากข้อจำกัดด้านแรงบิดหรือการสูยเสียแรงยึดเกาะ ซึ่งมอเตอร์เกียร์ที่เลือกใช้อาจมีอัตราทดและแรงบิดสูงสุดไม่เพียงพอที่จะเอาชนะโมเมนต์ ต้านที่เกิดจากน้ำหนักรวมของโรเวอร์ เมื่อจุดศูนย์ถ่วงถ่ายเทน้ำหนักไปด้านหลัง ขณะอยู่บน ทางลาดชัน - แนวทางการแก้ไขปัญหาและข้อเสนอแนะ: เพื่อเพิ่มสมรรถนะในการไต่ทางลาดชัน ในอนาคต สามารถทำได้โดยการเปลี่ยนไปใช้มอเตอร์ N20 ที่มีอัตราทดเกียร์สูงขึ้นเพื่อเพิ่ม แรงบิด แต่ต้องแลกด้วยความเร็วที่ลดลง และการปรับปรุงพื้นผิวของล้อขับเคลื่อน เช่น การ เคลือบผิวยางหรือการออกแบบดอกยาง เพื่อเพิ่มแรงเสียดทานและการยึดเกาะพื้นผิวให้ดี ยิ่งขึ้น รูปที่ 4.25 การทดสอบสมรรถนะการขับเคลื่อนของโรเวอร์บนพื้นผิวขรุขระจำลอง 72 บทที่ 5 สรุปผล อภิปราย และข้อเสนอแนะ 5.1 สรุปผลการจัดทำโครงงาน จากการดำเนินโครงงานเพื่อออกแบบและสร้างโรเวอร์สำรวจพื้นที่ในรูปแบบภารกิจจำลอง บนดาวอังคาร (Mars Rover Simulation) ได้ดำเนินการพัฒนาแบบจำลองจนสำเร็จเป็น Prototype 2 ซึ่งมีรูปทรงใกล้เคียงทรงกลม ผลิตจากวัสดุ ABS ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ โดยผลการทดสอบการ ทำงานของโรเวอร์สามารถสรุปให้สอดคล้องกับวัตถุประสงค์ของโครงงานได้ดังนี้ 5.1.1 สรุปผลด้านการส่งเสริมการเรียนรู้และจุดประกายด้าน STEM โครงงานนี้สามารถสร้างนวัตกรรมโรเวอร์ที่นำไปประยุกต์ใช้เป็นสื่อการเรียนรู้เชิง โต้ตอบได้อย่างเป็นรูปธรรม โดยตัว โรเวอร์ได้รับการออกแบบให้มีพื้นที่สำหรับติดตั้งโมดูล กล้อง ESP32-CAM เพื่อทำภารกิจถ่ายภาพ ทำให้สามารถนำโรเวอร์ไปใช้ร่วมกับเกมภารกิจ สำรวจดาวอังคารจำลอง ซึ่งช่วยให้กลุ่มเป้าหมายทั้งเด็กสามารถเข้าถึงและทำความเข้าใจ เทคโนโลยีทางวิศวกรรม STEM ผ่านการลงมือเล่นจริงได้อย่างสนุกสนานและมีประสิทธิภาพ 5.1.2 สรุปผลด้านการออกแบบอุปกรณ์ให้ทนทานต่อการตกกระทบและทำงานอัตโนมัติ จากการออกแบบโครงสร้างที่กะทัดรัดความยาว 26 เซนติเมตร และการปรับปรุง ชิ้นส่วนรับแรงโดยใช้แกนเพลาเหล็กกลึงส่งผลให้ โรเวอร์สามารถทนทานต่อการปล่อยตก กระแทกอย่างอิสระจากระดับความสูง 1.6 เมตรได้โดยระบบภายในไม่ได้รับความเสียหาย นอกจากนี้ โรเวอร์ยังสามารถตอบสนองหลังการตกกระทบ โดยใช้กลไกสปริงดีดตัวในการ ปลดล็อคและผลักเปลือกนอกให้แยกออกเป็นสองฝั่ง เพื่อแปลงสภาพเป็นโรเวอร์สองล้อและ พร้อมสำหรับการเคลื่อนที่สำรวจพื้นที่ได้ทันทีตามที่ได้ออกแบบไว้ 5.1.3 สรุปผลด้านการพัฒนาระบบควบคุมการเคลื่อนที่ด้วยอุปกรณ์ไร้สาย โรเวอร์สามารถตอบสนองต่อระบบควบคุมการเคลื่อนที่แบบไร้สายได้อย่างสมบูร ณ์ โดยบอร์ดควบคุมสามารถสั่งการมอเตอร์เกียร์ทั้งสองฝั่งให้ทำงานแยกอิสระจากกันส่งผลให้ ผู้ใช้งานสามารถบังคับ โรเวอร์ให้เคลื่อนที่เดินหน้า ถอยหลัง และหมุนเลี้ยวซ้าย-ขวา เพื่อ สำรวจพื้นที่บนพื้นผิวขรุขระและฝุ่นดินที่จำลองสภาพแวดล้อมของดาวอัง คารได้อย่าง คล่องตัวและตรงตามคำสั่ง 73 5.2 อภิปรายผลการดำเนินงาน การพัฒนาโรเวอร์ในโครงงานนี้ได้ดำเนินการตามกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม โดยนำ ปัญหาที่พบจากการทดสอบใน Prototype 1 มาวิเคราะห์และปรับปรุงจนเกิดเป็น Prototype 2 ซึ่ง สามารถอภิปรายผลการทำงานในแต่ละด้านตามหลักการทางวิศวกรรมได้ดังนี้ 5.2.1 อภิปรายผลด้านโครงสร้างและความทนทานต่อแรงกระแทก ผลการทดสอบ Prototype 1 พบความล้ม เหลวทางโครงสร้างเมื่อตกกระแทก สาเหตุห ลัก มาจากรูป ทรงกระบอกที่มีความยาวถึง 34 เซนติเ มตร ทำให้การกระจาย จุดศูนย์ถ่วงขาดสมดุล เมื่อตกกระทบพื้นจึงเกิดโมเมนต์ดัดและแรงงัดจนจุดยึดแตกหัก ใน การพัฒนา Prototype 2 ได้แก้ไขปัญหาโดยลดความยาวรวมลงเหลือ 26 เซนติเมตร และ ปรับสัดส่วนให้ใกล้เคียงทรงกลมเพื่อเพิ่มเสถียรภาพในการเคลื่อนที่ นอกจากนี้ การเปลี่ยน แกนเพลาจากพลาสติกพิมพ์ 3 มิติ (ซึ่งมีจุดอ่อนด้านการยึดเกาะระหว่างชั้นเลเยอร์) เป็น เพลาเหล็กกลึงขึ้นรูป ช่วยเพิ่มความทนทานต่อแรงเฉือนได้อย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้โรเวอร์ สามารถทนการตกกระแทกจากความสูง 1.6 เมตรได้อย่างสมบูรณ์ 5.2.2 อภิปรายผลด้านกลไกการแปลงร่าง Prototype 1 ใช้กลไกเฟืองสะพาน (Rack and Pinion) ในการแปลงสภาพ แต่พบ ปัญหาการติดขัดเนื่องจากข้อจำกัดด้านพิกัดความเผื่อของชิ้นส่วนพิมพ์ 3 มิติที่ก่อให้เกิด ความฝืดสูง การพัฒนา Prototype 2 จึงเปลี่ยนมาใช้กลไกสปริงผลัก ซึ่งช่วยแก้ปัญหาความ ฝืดและกางล้อได้รวดเร็วขึ้น อย่างไรก็ตาม ผลการทดสอบพบว่าสปริงเกิดการเสียรูปอย่าง ถาวร ตั้งแต่การทดสอบครั้งแรก ปรากฏการณ์นี้เกิดจากการที่สปริงมีค่าความเค้นครากต่ำ กว่าภาระที่เกิดขึ้นเมื่อถูกบีบอัดจนสุดเพื่อกักเก็ บพลังงานศักย์ยืดหยุ่น ส่งผลให้วัสดุรับแรง เกินขีดจำกัดความยืดหยุ่นและไม่สามารถคืนตัวกลับสู่สภาพเดิมได้ 74 5.2.3 อภิปรายผลด้านสมรรถนะการขับเคลื่อนและการไต่ทางลาดชัน ปั ญ หาล้ อ แกว่ ง และสู ญ เสี ย การทรงตั ว ใน Prototype 1 ได้ รั บ การแก้ ไ ขใน Prototype 2 ผ่านการออกแบบจุดจับยึดแกนล้อให้แน่นหนาขึ้น ทำให้ โ รเวอร์ สามารถ เคลื่อนที่บนพื้นผิวราบที่จำลองสภาพผิวดาวอังคารได้อย่างเสถียร แต่เมื่อทดสอบไต่ทางลาด ชัน พบว่าโรเวอร์ไม่สามารถเคลื่อนที่ขึ้นเนินได้ ซึ่งอภิปรายสาเหตุได้จาก 2 ปัจจัยหลักทาง กลศาสตร์ ได้แก่ 1. ข้อจำกัดด้านแรงบิด: มอเตอร์เกียร์ที่ใช้งานมีอัตราทดและแรงบิดสูงสุดไม่เพียง พอที่จะเอาชนะโมเมนต์ต้านที่เกิดจากน้ำหนักของตัวหุ่นยนต์เมื่อจุดศูนย์ถ่วงถ่ายเทไป ด้านหลังขณะอยู่บนทางลาดชัน 2. การสูญเสียแรงยึดเกาะ: เปลือกนอกวัสดุ ABS มีพื้นผิวที่ค่อนข้างแข็ง ทำให้มีค่า สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน ต่ำเมื่อสัมผัสกับผิวดินจำลอง จึงเกิดการลื่นไถล ล้อหมุนฟรีและ ไม่สามารถส่งถ่ายแรงขับเคลื่อนเพื่อดันโรเวอร์ขึ้นเนินได้ 5.3 ข้อเสนอแนะ จากผลการทดสอบและปัญหาที่พบในการดำเนินโครงงาน ทางผู้จัดทำมีข้อเสนอแนะสำหรับ การพัฒนาและปรับปรุงโรเวอร์สำหรับการสำรวจพื้นที่จำลองในอนาคต ดังต่อไปนี้ 5.3.1 การปรับปรุงกลไกการแปลงร่างและวัสดุสปริง เพื่อ แก้ปัญ หาการเสียรูปอย่างถาวรของสปริงในกลไกการแปลงร่าง ควรมีการ คำนวณและออกแบบพิกัดการรับแรงของสปริงใหม่ตามหลักกลศาสตร์วัสดุ โดยแนะนำให้ เปลี่ยนไปใช้วัสดุประเภทเหล็กกล้าสปริง ที่มีค่าความเค้นครากสูงขึ้น และพิจารณาปรับเพิ่ม ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวดหรื อปรับค่าคงที่สปริงให้เหมาะสมกับระยะการหดตัว เพื่อให้กลไกสามารถกักเก็บพลังงานศักย์ยืดหยุ่นได้เพียงพอต่อการผลักชุดขับเคลื่อน โดยไม่ เกิดการเสียรูปพลาสติกเมื่อใช้งานซ้ำ 75 5.3.2 การเพิ่มสมรรถนะการขับเคลื่อนและการไต่ทางลาดชัน เพื่อเพิ่มความสามารถในการเคลื่อนที่บนทางลาดชันและพื้นที่ขรุขระ ควรพิจารณา ปรับปรุงระบบขับเคลื่อนใน 2 ส่วนหลัก ได้แก่ 1. การเพิ่มแรงบิด: ควรเปลี่ยนมอเตอร์เกียร์ให้มีอัตราทดเกียร์ (Gear Ratio) ที่ สูงขึ้น เพื่อเพิ่มค่าแรงบิดสูงสุดให้เพียงพอต่อการเอาชนะน้ำหนักของตัวหุ่นยนต์เมื่ออยู่บน พื้นที่ลาดชัน 2. การเพิ่มแรงยึดเกาะ: ควรมีการปรับปรุงพื้นผิวสัมผัสบริเวณเปลือกนอก โดยการ เคลือบผิวยางซิลิโคนหรือการออกแบบเพิ่มลวดลายดอกยาง เพื่อเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์ความ เสียดทานระหว่างล้อกับพื้นผิว ซึ่งจะช่วยลดปัญหาการลื่นไถลและทำให้ โรเวอร์สามารถส่ง กำลังขับเคลื่อนขึ้นเนินได้อย่างมีประสิทธิภาพ 5.3.3 การพัฒนาต่อยอดเพื่อประยุกต์ใช้เป็นสื่อการเรียนรู้ STEM เพื่อ เพิ่มศัก ยภาพของโรเวอร์ในการเป็นสื่อการเรียนรู้เชิงโต้ตอบสำหรับภารกิจ สำรวจดาวอังคารจำลอง ควรพิจารณาพัฒนาอุปกรณ์เสริมในอนาคต ได้แก่ การติดตั้งแขนกล ขนาดเล็กเพื่อจำลองภารกิจเก็บตัวอย่างหินแร่ และการติดตั้งเซนเซอร์อัลตราโซนิกด้านหน้า สำหรับระบบเบรกอัตโนมัติเพื่อป้องกันการชนสิ่งกีดขวาง นอกจากนี้ ควรพัฒนาส่วนติดต่อ ผู้ใช้งาน (User Interface: UI) ให้มีรูปแบบเสมือนแผงควบคุมของศูนย์บัญชาการอวกาศ เพื่อยกระดับประสบการณ์การใช้งานให้สมจริงยิ่งขึ้น ทั้งนี้ รายละเอียดและแนวทางการ พัฒนาต่อยอดโครงงานในแต่ละด้าน ได้สรุปไว้ดังตารางที่ 5.1 รำยละเอียด วิธกีำรปรับปรุง ลดขนำดบอร์ดควบคุม โดยเลือกบอร์ดทีข่ บั มอเตอร์ตำมจำนวนทีใ่ ช้ ขนำดและรูปร่ำง ตัดอุปกรณ์ทเี่ กิดควำมจำเป็น เช่น บอร์ดตัวควบคุมทีไ่ ม่ได้ใช้ ลดขนำดของมอเตอร์ให้เล็กลง ปรับเปลี่ยนกำรวำงของมอเตอร์จำกวำงตัง้ เป็นวำงแนวนอน ใช้อุปกรณ์รับและส่งข้อมูลคนละอุปกรณ์กัน กลไกกำรควบคุม ใช้อินเทอร์เน็ตทีม่ คี วำมเร็วและเสถียรมำกขึน้ เพิม่ กำรเขียน code สำหรับกำรจำกัดควำมสำมำรถของอุปกรณ์ เลือกใช้สปริงทีม่ คี วำมอ่อนตัวมำกกว่ำเดิม กลไกกำรแปลงร่ำง ออกแบบทีก่ั้นไม่ให้สปริงดีดเกินกว่ำทีต่ อ้ งกำร ออกแบบสลักกำรแปลงร่ำงใหม่ อำจมีกำรใช้แม่เหล็กเพิม่ เพือ่ ช่วยในกำรแปลงร่ำง ตารางที่ 5.1 สรุปแนวทางและวิธีการปรับปรุงโรเวอร์ในอนาคต 76 ภาคผนวก รูปที่ 1 Bill of materials Prototype 1 รูปที่ 2 Drawing of Box Elec Prototype 1 77 รูปที่ 3 Drawing of Box Motor Prototype 1 รูปที่ 4 Drawing of Wheel Prototype 1 78 รูปที่ 5 Bill of materials Prototype 2 รูปที่ 6 Drawing of Base Prototype 2 79 รูปที่ 7 Drawing of Right Box Spring Prototype 2 รูปที่ 8 Drawing of Left Box Spring Prototype 2 80 รูปที่ 9 Drawing of Cam Holder Prototype 2 รูปที่ 10 Drawing of Left Fin Prototype 2 81 รูปที่ 11 Drawing of Right Fin Prototype 2 รูปที่ 12 Drawing of Nut Fin Prototype 2 82 รูปที่ 13 Drawing of Pin Prototype 2 รูปที่ 14 Drawing of Plate Prototype 2 83 รูปที่ 15 Drawing of Spring Hinge Prototype 2 รูปที่ 16 Drawing of Tail Prototype 2 84 รูปที่ 17 Drawing of Tire Prototype 2 รูปที่ 18 Drawing of Wheel Prototype 2 85 เอกสารอ้างอิง [1] เป้าหมายการสำรวจ [Online], Available: https://science.nasa.gov/planetaryscience/programs/mars-exploration/science-goals/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [2] เป้าหมายการสำรวจ [Online], Available: https://www.brookings.edu/articles/fivereasons-to-explore-mars/? (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [3] บรรยากาศดาวอังคาร [Online], Available: https://science.nasa.gov/mars/facts/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [4] อุณหภูมิเฉลี่ย [Online], Available: https://science.nasa.gov/solarsystem/temperatures-across-our-solar-system/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [5] องค์ประกอบ Rover [Online], Available: https://science.nasa.gov/mission/mars-2020perseverance/rover-components/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [6] Mars Rover Simulator (Driving System) [Online], Available: https://www.appsheet.com/template/gettablefileurl?appName=Projectapp_collection -611866734&tableName=Projectapp_collection&fileName=MAEproject2025finalfile%2F900314ef.Final%20file.144532.pdf&appVersion=1.000028&signature=b0073 c386b4f1c4c2c4740c0a2b2e334bc9553ee072945ebf84cca60198360f4d875a93561224e 52f8fa5aeefdf9ec23 (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) 86 [7] Gravity Dynamics System Development for the Mars Rover Simulator [Online], Available: https://www.appsheet.com/template/gettablefileurl?appName=Projectapp_collection -611866734&tableName=Projectapp_collection&fileName=MAEproject2025finalfile%2Faf762b60.Final%20file.053616.pdf&appVersion=1.000028&signature=b6e19 f702bd44c61d94973feb258930437ec13d88faf9b87d2e886bd7452f2a2b1d383d550e07 9f0c8ec20af2c50253c (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [8] Mars surface [Online], Available: https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article13861051/New-map-Mars-reveals-hidden-structures.html (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [9] Mars Environment [Online], Available: https://science.nasa.gov/mars/facts/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [10] Mars Environment [Online], Available: https://www.britannica.com/place/Marsplanet/Composition-and-surface-pressure (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [11] Mars Environment [Online], Available: https://www.space.com/16903-marsatmosphere-climate-weather.html (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [12] Mars Environment [Online], Available: https://www.nasa.gov/learningresources/for-kids-and-students/what-is-mars-grades-5-8/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) 87 [13] Mars Environment [Online], Available: https://www.ebsco.com/researchstarters/earth-and-atmospheric-sciences/marss-atmosphere (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [14] Sojourner Rover [Online], Available: https://science.nasa.gov/mission/marspathfinder/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [15] Spirit Rover [Online], Available: https://thaiastro.nectec.or.th/library/article/267/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [16] Spirit Rover [Online], Available: https://science.nasa.gov/mission/mer-spirit/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [17] Curiosity [Online], Available: https://science.nasa.gov/mission/msl-curiosity/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [18] Perseverance Rover [Online], Available: https://science.nasa.gov/mission/mars2020-perseverance/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [19] Perseverance Rover [Online], Available: https://science.nasa.gov/mission/marspathfinder/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [20] Perseverance Rover [Online], Available: https://science.nasa.gov/mission/mars2020-perseverance/rover-components/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [21] การเคลื่อนที่ของ mars rover บนพื้นผิวขรุขระ [Online], Available: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3984778/? 88 (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [22] การเคลื่อนที่ของทรงกลม [Online], Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405896323002707 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [23] การควบคุมหุ่นยนต์ทรงกลม [Online], Available: https://www.mdpi.com/14248220/23/8/3895? (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [24] PID [Online], Available: http://jitkomut.eng.chula.ac.th/ee331/lab6.pdf (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [25] การควบคุมหุ่นยนต์ด้วย SMC และ MPC [Online], Available: https://arxiv.org/pdf/2205.14181 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [26] Lifepo4 [Online], Available: https://lifepo4-energy.com/32700-lifepo4-batterycell/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 5 สิงหาคม 2568) [27] Power Source [Online], Available: https://inztru.com/blogs/blogs/power-source%E0%B8%84%E0%B8%B7%E0%B8%AD%E0%B8%AD%E0%B8%B0%E0%B9%84%E0% B8%A3%E0%B9%81%E0%B8%A5%E0%B8%B0%E0%B8%97%E0%B8%B3%E0%B9%84%E0%B 8%A1%E0%B8%96%E0%B8%B6%E0%B8%87%E0%B8%AA%E0%B8%B3%E0%B8%84 %E0%B8%B1%E0%B8%8D%E0%B9%83%E0%B8%99%E0%B8%AD%E0%B8%B8%E0% B8%95%E0%B8%AA%E0%B8%B2%E0%B8%AB%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%A3 %E0%B8%A1?srsltid=AfmBOordRm1rK7uiS0LaiupxVwF2Pn1sxhqUkOxRpVk9KZnZr_CgWrZ (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) 89 [28] Helmets with lattice liners can mitigate traumatic brain injury from impacts [Online], Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021929024004408? (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [29] Review of current trends in research and applications of sandwich structures [Online], Available: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/sandwichstructures? (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [30] Deformation mechanisms and energy absorption of polystyrene foams for protective helmets [Online], Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0142941801000733 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [31] CAD Model of the spherical robot [Online], Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094114X22000246 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [32] Rover Wheel System [Online], Available : https://www.space.com/18289opportunity-rover.html (สืบค้นเมื่อวันที่ 5 สิงหาคม 2568) [33] Rover Tank Tread System [Online], Available : https://hackaday.com/2021/06/17/scratch-built-tracked-robot-reporting-for-duty/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 5 สิงหาคม 2568) [34] Human-Robot Interaction (HRI) [Online], Available: http://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202300359 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) 90 [35] Human-Robot Interaction (HRI) [Online], Available: https://www.botasys.com/post/human-robot-interaction (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [36] Human-Robot Interaction (HRI) [Online], Available: https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/human-robot-interaction (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [37] IEEE 802.11 and 802.15.1 [Online], Available: https://wp.nrpsc.ac.th/ieee802-11/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [38] IEEE 802.11 and 802.15.1 [Online], Available: https://janmagnet.wordpress.com/wp-content/uploads/2008/07/comparison-ieee802-standards.pdf (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [39] IEEE 802.11 and 802.15.1 [Online], Available: https://www.tmatlantic.com/encyclopedia/index.php?ELEMENT_ID=16705 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [40] IEEE 802.11 and 802.15.1 [Online], Available: https://www.quora.com/What-isthe-IEEE-802-15-1 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [41] ISO 12100 [Online], Available: https://nobelcert.com/DataFiles/FreeUpload/BS%20EN%20ISO%2012100-2010.pdf (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [42] ISO 12100 [Online], Available: https://www.cencenelec.eu/media/CENCENELEC/Areas%20of%20Work/CENELEC%20sectors/Mechanical%20and%20Machines /Documents/Quicklinks/eniso12100relationmachinerydirective.pdf 91 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [43] Standard consume toy Safe [Online], Available: www.scribd.com/document/786447414/F963-23 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [44] Standard consume toy Safe [Online], Available: https://feismo.com/doc-viewerv2 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [45] IPC-2221 [Online], Available: https://www eng.lbl.gov/~shuman/NEXT/CURRENT_DESIGN/TP/MATERIALS/IPC2221A(L).pdf (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [46] ASME Y14.5 [Online], Available: https://archive.org/details/asme-y-14.5-2018dimensioning-and-tolerancing/page/n7/mode/2up (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [47] ASME Y14.5 [Online], Available: http://www.scribd.com/document/687307823/ASME-Y14-5-Dimensioning-Tolerancing (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [48] RT-G spherical amphibious police robot [Online], Available: https://wordlesstech.com/rt-g-spherical-amphibious-police-robot/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [49] Mechanical structure of the amphibious spherical robot [Online], Available: https://www.mdpi.com/2076-3417/11/9/3739 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) 92 [50] BOLT Coding Robot [Online], Available: https://sphero.com/products/sphero-bolt (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [51] Mini Robot Ball: Soccer Theme [Online], Available: https://sphero.com/products/mini-soccer (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [52] Mini Robot Ball: Golf Theme [Online], Available: https://sphero.com/products/mini-golf (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [53] Rack and Pinion Gears Information: Rack pinion gears [Online], Available: https://www.globalspec.com/learnmore/motion_controls/power_transmission/gears/r ack_pinion_gears (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ตุลาคม 2568) [54] Python Information: Python [Online], Available: https://www.9experttraining.com/articles/python%E0%B8%84%E0%B8%B7%E0%B8%AD%E0%B8%AD%E0%B8%B0%E0%B9%84%E0% B8%A3 (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [55] Python Information: Python Logo [Online], Available: https://www.9experttraining.com/articles/python%E0%B8%84%E0%B8%B7%E0%B8%AD%E0%B8%AD%E0%B8%B0%E0%B9%84%E0% B8%A3 (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [56] Visual Studio Code (VS Code) [Online], Available: https://webdodee.com/what-isvisual-studio-code-and-how-to-use/ 93 (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [57] Visual Studio Code (VS Code) Logo [Online], Available: https://webdodee.com/what-is-visual-studio-code-and-how-to-use/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [58] Arduino ide [Online], Available: https://devadiy.com/arduino-ide-guide/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [59] Arduino ide Logo [Online], Available: https://www.arduino.cc/en/software/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [60] Thonny Information [Online], Available: https://builtin.com/software-engineeringperspectives/python-ide#: (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [61] Thonny Logo [Online], Available: https://thonny.th.uptodown.com/windows (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [62] Impulse [Online], Available: https://www-albert-io.translate.goog/blog/impulseand-momentum/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [63] Ollie Darkside [Online], Available: https://www.mobilefun.com/sphero-olliedarkside-app-controlled-robotictube-black-red-54896 (สืบค้นเมื่อวันที่ 20 กุมภาพันธ์ 2569) [64] ของเล่นแมวอัตโนมัติพร้อมไฟ LED [Online], Available: https://surl.li/txsbwy (สืบค้นเมื่อวันที่ 12 มีนาคม 2569) 94

Abstract

The primary objective of this thesis is to ignite interest and foster inspiration in the fields of science and engineering among children aged 7–12, a developmental stage in which curiosity and self-directed exploration play a crucial role. This thesis focuses on the study, design, and functional testing of a rover intended for Mars exploration missions. The concept of this spherical rover is derived from previously developed planetary rovers; however, it is reimagined through the framework of an educational simulation game designed for children aged 7–12. This approach aims to combine enjoyment with learning, thereby sparking interest in space exploration. Furthermore, the design emphasizes durability, enabling the spherical rover to withstand impacts from falls to support mission-related tasks on Mars. ข กิตติกรรมประกาศ การทำโครงงาน วิท ยานิพนธ์ในครั้ง นี้ส ำเร็จ ลุล ่วงไปได้ดีด้วยความช่ วยเหลือและการ สนับสนุนจากหลาย ฝ่าย คณะผู้จัดทำขอแสดงความขอบพระคุณเป็นอย่างสูงต่อ ผศ.ดร. นำพล มหา ยศนันท์ ซึ่งเป็นอาจารย์ที่ปรึกษา และคณะผู้จัดทำขอขอบพระคุณ ดร. พงศธร สายสุจริต ซึ่งเป็น อาจารย์ที่ปรึกษาร่วมกัน สำหรับการสนับสนุนและความช่วยเหลือตลอดโครงการในครั้งนี้ ที่ได้ให้ คำแนะนำ อันทรงคุณค่าและให้ ความรู้ทางวิชาการ ที่เป็นประโยชน์ในการดำเนินโครงการ และทาง มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ ในการให้ใช้สถานที่ในการสร้างแบบจำลองและ ทดสอบระบบ ขอขอบคุณ เพื่อ นร่วมทีม และเพื่อนนักศึก ษา ที่ร่วมกันแลกเปลี่ยนความคิดเห็น วิเ คราะห์ และช่วยเหลือ กันตลอดระยะเวลาการจัดทำวิท ยานิพนธ์นอกจากนี้ คณะผู้จ ัดทำยั ง ขอขอบคุณ แหล่งข้อมูลทางวิชาการ ที่เอื้อเฟื้อข้อมูลด้านลักษณะของดาวอังคาร แรงทางฟิสิกส์ ขั้นตอนการออกแบบตัวโรเวอร์ และโปรแกรม ซึ่ง เป็นรากฐานสำคัญในการศึกษาค้นคว้าครั้งนี้ สุดท้ายนี้ คณะผู้จัดทำขอขอบคุณ ครอบครัวและบุคคลรอบข้าง ที่ให้การสนับสนุนตลอดการ ทำวิทยานิพนธ์ฉบับนี้ ทำให้สามารถดำเนินโครงการได้อย่างราบรื่นจนเสร็จสมบูรณ์คณะผู้จัดทำหวัง เป็นอย่างยิ่งว่า วิทยานิพนธ์ฉบับนี้จะเป็นประโยชน์แก่ผู้ที่สนใจ และสามารถนำไปต่อยอดในการ ศึกษาวิจัยและนำไปประยุกต์ใช้ต่อไป ค นายจิรโชติ สุขะ นายธีริศม์ ศรีจำนงค์ นายอภิวิชญ์ ผลอินทร์ นายอิลฮาม เดเระมะ สารบัญ บทที่ 1 บทนำ .................................................................................................................... 1 1.1 ที่มาและความสำคัญของโครงงาน....................................................................................1 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน.................................................................................................2 1.3 กระบวนการทำงานของหุ่นยนต์ .......................................................................................2 1.4 ขอบเขตของโครงงาน .......................................................................................................3 1.5 ประโยชน์และผลที่คาดว่าจะได้รับ ....................................................................................4 1.6 งบประมาณ .......................................................................................................................4 1.7 แผนการดำเนินงาน ...........................................................................................................5 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง ................................................................................................... 6 2.1 สภาพแวดล้อมดาวอังคาร.................................................................................................6 2.1.1 บรรยากาศของดาวอังคาร ................................................................................... 6 2.1.2 รังสีและแรงโน้มถ่วง ............................................................................................ 7 2.1.3 สภาพอากาศ ........................................................................................................ 7 2.1.4 สภาพพื้นผิว......................................................................................................... 7 2.2 วิวัฒนาการของ Mars Rover ..........................................................................................8 2.2.1 Sojourner (1997) ............................................................................................. 8 2.2.2 Spirit (2004) ...................................................................................................... 9 2.2.3 Curiosity (2012) ............................................................................................. 10 2.2.4 Perseverance (2020) .................................................................................... 11 2.3 วิเคราะห์การเคลื่อนที่บนพื้นผิวดาวอังคาร ................................................................... 12 2.3.1 ลักษณะของระบบเคลื่อนที่บนพื้นผิว ................................................................ 12 2.4 Mechanical Engineering and Terrain Adaptation ........................................... 13 ง 2.4.1 Spherical Mobility and Omnidirectional Movement......................... 13 2.4.2 Structural Mechanics and Impact Mitigation ....................................... 14 2.4.3 Surface Interaction and Traction on Martian Soil.............................. 14 2.5 ทฤษฎีการควบคุม .......................................................................................................... 14 2.5.1 Robotics and Control Systems ................................................................. 15 2.5.2 Python ............................................................................................................. 15 2.5.3 Visual Studio Code ...................................................................................... 16 2.5.4 Arduino IDE .................................................................................................... 17 2.5.5 Thonny ............................................................................................................ 18 2.6 ประสิทธิภาพการใช้พลังงานและการจัดการพลังงาน ................................................... 18 2.6.1 ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน ............................................................................. 18 2.6.2 แบตเตอรี่ LiFePO4 ........................................................................................... 19 2.7 แหล่งพลังงาน ................................................................................................................ 20 2.7.1 ระบบประเมินพลังงานโดยใช้แบตเตอรี.่ ............................................................ 20 2.8 ทฤษฎีความแข็งแรงของโครงสร้าง................................................................................ 20 2.8.1 การกระจายแรง (Stress Distribution) .......................................................... 21 2.8.2 การกระจายแรงกระทำและความแข็งแรงของโครงสร้าง.................................. 22 2.8.3 ทฤษฎีและหลักการเลือกวัสดุโครงสร้างแบบชัน้ หลายชั้น .......................................... 23 2.9 หลักการอิมพัลส์ โมเมนตัม และแรงดล ......................................................................... 24 2.10 Human-Robot Interaction .................................................................................... 25 2.10.1 องค์ประกอบสำคัญในการโต้ตอบกับมนุษย์ .................................................... 25 2.10.2 การประยุกต์แนวคิด ระหว่าง หุ่นทรงกลมและ HRI ....................................... 26 2.11 มาตรฐานและ ISO....................................................................................................... 27 จ 2.11.1 IEEE 802.11 and IEEE 802.15.1................................................................. 27 2.11.2 ISO 12100 Safety of machinery — General principles for design — Risk assessment and risk reduction .................................................................. 28 2.11.3 ASTM F963: Standard Consumer Safety Specification for Toy Safety ......................................................................................................................... 29 2.11.4 IPC-2221 Generic Standard on Printed Board Design ..................... 29 2.11.5 ASME Y14.5: Dimensioning and Tolerancing ..................................... 30 บทที่ 3 ขั้นตอนการดำเนินงาน............................................................................................ 31 3.1 สถานการณ์ .................................................................................................................... 31 3.1.1 การกำหนดภารกิจ ............................................................................................. 31 3.1.2 การออกแบบสถานการณ์และสภาพแวดล้อมภายในสนาม .............................. 32 3.2 ข้อกำหนดด้านการออกแบบ .......................................................................................... 33 3.3 ข้อจำกัด ......................................................................................................................... 33 3.4 มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง ...................................................................................................... 34 3.5 ต้นแบบโมเดลหุ่นยนต์ทรงกลม ...................................................................................... 34 3.6 CAD shell Model ....................................................................................................... 37 3.7 การคำนวณแรงตกกระทบ ............................................................................................. 37 3.8 ตารางเปรียบเทียบวัสดุ .................................................................................................. 38 3.9 กลไกแปลงร่าง ............................................................................................................... 40 3.9.1 Rack and Pinion ............................................................................................ 40 3.9.2 Spring Latch Mechanism ............................................................................ 41 3.10 การพัฒนาและปรับเปลีย่ นรูปทรงของการออกแบบ ................................................... 41 3.10.1 Material Selection ...................................................................................... 42 3.10.2 Modeling & Sizing of Parts ...................................................................... 42 ฉ 3.10.3 System Integration & Standard Parts................................................... 44 3.11 Industrial Design & Business ............................................................................... 45 3.12 ขั้นตอนการทำงาน ....................................................................................................... 47 3.12.1 ฝ่ายจัดทำ CAD ขั้นรูปชิ้นงาน ........................................................................ 47 3.12.2 ฝ่ายเขียนโปรแกรมควบคุมบอร์ดและมอเตอร์ ................................................ 53 3.13 ข้อดีและข้อเสียหลังการใช้งาน .................................................................................... 55 บทที่ 4 ผลการดำเนินงาน................................................................................................... 56 4.1 การออกแบบและพัฒนาชิ้นงาน..................................................................................... 56 4.1.1 Prototype 1 .................................................................................................... 56 4.1.2 Prototype 2 .................................................................................................... 59 4.2 Simulation Results.................................................................................................... 62 4.2.1 Drop test เปลือกแข็งทรงกระบอก มวล 1.5 กิโลกรัม ................................... 62 4.2.2 Drop test โครงสร้างภายใน มวล 1.5 กิโลกรัม .............................................. 63 4.2.3 Drop test เปลือกแข็งทรงกลม มวล 928.5 กรัม ........................................... 64 4.2.4 Drop test โครงสร้างภายใน มวล 928 กรัม ................................................... 65 4.3 ผลการสร้างชิ้นงานและประกอบ ................................................................................... 66 4.4 ผลการทดสอบการทำงาน .............................................................................................. 67 4.4.1 Prototype 1 .................................................................................................... 67 4.4.2 Prototype 2 .................................................................................................... 69 บทที่ 5 สรุปผล อภิปราย และข้อเสนอแนะ ......................................................................... 73 5.1 สรุปผลการจัดทำโครงงาน ............................................................................................. 73 5.1.1 สรุปผลด้านการส่งเสริมการเรียนรู้และจุดประกายด้าน STEM ........................ 73 5.1.2 สรุปผลด้านการออกแบบอุปกรณ์ให้ทนทานต่อการตกกระทบและทำงาน อัตโนมัติ ....................................................................................................................... 73 ช 5.1.3 สรุปผลด้านการพัฒนาระบบควบคุมการเคลื่อนที่ดว้ ยอุปกรณ์ไร้สาย .............. 73 5.2 อภิปรายผลการดำเนินงาน............................................................................................. 74 5.2.1 อภิปรายผลด้านโครงสร้างและความทนทานต่อแรงกระแทก ........................... 74 5.2.2 อภิปรายผลด้านกลไกการแปลงร่าง................................................................... 74 5.2.3 อภิปรายผลด้านสมรรถนะการขับเคลื่อนและการไต่ทางลาดชัน ...................... 75 5.3 ข้อเสนอแนะ ................................................................................................................... 75 5.3.1 การปรับปรุงกลไกการแปลงร่างและวัสดุสปริง ................................................. 75 5.3.2 การเพิ่มสมรรถนะการขับเคลื่อนและการไต่ทางลาดชัน ................................... 76 5.3.3 การพัฒนาต่อยอดเพื่อประยุกต์ใช้เป็นสื่อการเรียนรู้ STEM ............................. 76 ภาคผนวก.......................................................................................................................... 77 เอกสารอ้างอิง .................................................................................................................... 86 ซ สารบัญตาราง ตารางที่ 1.1 แผนการดำเนินงาน.............................................................................................. 5 ตารางที่ 2.1 Load Distribution and Structural Integrity .................................................. 23 ตารางที่ 3.1 ตารางเปรียบเทียบวัสดุ ..................................................................................... 39 ตารางที่ 3.2 ตารางอุปกรณ์ Prototype 1 .............................................................................. 44 ตารางที่ 3.3 ตารางอุปกรณ์ Prototype 2 .............................................................................. 45 ตารางที่ 3.4 ตารางอุปกรณ์ที่ใช้ใน Prototype 1 .................................................................... 48 ตารางที่ 3.5 ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสีย Prototype 1 ..................................................... 55 ตารางที่ 3.6 ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสีย prototype 2 ..................................................... 55 ตารางที่ 5.1 สรุปแนวทางและวิธีการปรับปรุงโรเวอร์ในอนาคต ................................................. 76 ฌ สารบัญรูปภาพ รูปที่ 1.1 แผนผังการทำงานของหุ่นยนต์ ............................................................................................3 รูปที่ 2.1 Mars surface ....................................................................................................................6 รูปที่ 2.2 Sojourner (1997) .............................................................................................................8 รูปที่ 2.3 Spirit Rover (2004) ..........................................................................................................9 รูปที่ 2.4 Curiosity (2012) ............................................................................................................ 10 รูปที่ 2.5 Perseverance Rover (2020)........................................................................................ 11 รูปที่ 2.6 Rover Wheel System .................................................................................................. 13 รูปที่ 2.7 Rover Tank Tread System (2020) ............................................................................. 13 รูปที่ 2.8 LiFePO4 battery 3.2v ................................................................................................... 14 รูปที่ 2.9 Flow diagram ............................................................................................................... 15 รูปที่ 2.10 Python logo ............................................................................................................... 16 รูปที่ 2.11 VS studio code .......................................................................................................... 16 รูปที่ 2.12 หน้าต่าง ardiuno ide................................................................................................... 17 รูปที่ 2.13 thonny logo ............................................................................................................... 18 รูปที่ 2.14 LiFePO4 battery 3.2v ................................................................................................ 19 รูปที่ 2.15 ตารางแสดงความถี่ ........................................................................................................ 27 รูปที่ 2.16 ตารางเทคนิคการมอดูเลตและการเข้ารหัสสัญญาณที่ใช้ในมาตรฐานไร้สาย ................... 28 รูปที่ 2.17 ตารางตารางสรุปแบบง่ายของเทคนิคการมอดูเลชันและการเข้ารหัส ............................. 28 รูปที่ 3.1 โมเดลสนามจำลอง .......................................................................................................... 32 รูปที่ 3.2 RT-G spherical amphibious police robot................................................................ 34 รูปที่ 3.3 Mechanical structure of the amphibious spherical robot .................................. 35 รูปที่ 3.4 BOLT Coding Robot .................................................................................................... 35 รูปที่ 3.5 Mini Robot Ball: Soccer Theme................................................................................ 35 รูปที่ 3.6 Mini Robot Ball: Golf Theme .................................................................................... 36 ญ รูปที่ 3.7 Sphero Ollie Darkside App Controlled RoboticTube - Black / Red .................. 36 รูปที่ 3.8 ของเล่นแมวอัตโนมัติพร้อมไฟ LED ................................................................................. 36 รูปที่ 3.9 โมเดลเปลือกชั้นนอกสุด................................................................................................... 37 รูปที่ 3.10 3D model Prototype 1 isometric view ................................................................. 42 รูปที่ 3.11 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก isometric view .................................. 42 รูปที่ 3.12 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Front View ......................................... 43 รูปที่ 3.13 3D model Prototype 2 isometric view ................................................................. 43 รูปที่ 3.14 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก isometric view .................................. 43 รูปที่ 3.15 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก Front View ......................................... 44 รูปที่ 3.16 กล่องพลาสติกทรงกระบอกเกรด PP ............................................................................. 47 รูปที่ 3.17 กล่องพลาสติกทรงกระบอกเกรด PP ............................................................................. 48 รูปที่ 3.18 3D model Prototype 1 isometric view ................................................................. 48 รูปที่ 3.19 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Isometric view .................................. 49 รูปที่ 3.20 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Front View ......................................... 49 รูปที่ 3.21 โครงสร้างภายใน 3D Printer Prototype 1 ................................................................. 49 รูปที่ 3.22 ภาพล้อ 3D Printer Prototype 1................................................................................ 50 รูปที่ 3.23 ภาพประกอบ Prototype 1.......................................................................................... 50 รูปที่ 3.24 ภาพประกอบพร้อมเปลือก Prototype 1 ..................................................................... 50 รูปที่ 3.25 3D model Prototype 2 isometric view ................................................................. 51 รูปที่ 3.26 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก isometric view .................................. 51 รูปที่ 3.27 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก Front View ......................................... 51 รูปที่ 3.28 ภาพล้อ 3D Printer Prototype 2................................................................................ 52 รูปที่ 3.29 ภาพประกอบ Prototype 2.......................................................................................... 52 รูปที่ 3.30 ภาพประกอบพร้อมเปลือก Prototype 2 ..................................................................... 52 รูปที่ 3.31 ภาพอุปกรณ์ electronics Prototype 1 ...................................................................... 53 ฎ รูปที่ 3.32 ภาพอุปกรณ์ electronics Prototype 1 ...................................................................... 53 รูปที่ 3.33 Code สำหรับควบคุมกล้องจากบอร์ด ESP32-CAM ..................................................... 54 รูปที่ 3.34 Code สำหรับควบคุม G29 cockpit ............................................................................. 54 รูปที่ 3.35 Code สำหรับรับและส่งข้อมูลจาก G29 cockpit.......................................................... 54 รูปที่ 3.36 Code สำหรับทดสอบหาพอร์ตของ G29 Cockpit ........................................................ 55 รูปที่ 4.1 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Isometric view..................................... 57 รูปที่ 4.2 ภาพแสดงตำแหน่งการวางกลไกแปลงร่างของ Prototype 1 .......................................... 57 รูปที่ 4.3 ภาพแสดงตำแหน่งการวางชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของ Prototype 1 ............................... 58 รูปที่ 4.4 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก isometric view..................................... 59 รูปที่ 4.5 ภาพแสดงตำแหน่งการวางกลไกแปลงร่างของ Prototype 2 .......................................... 60 รูปที่ 4.6 ภาพแสดงตำแหน่งการวางชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของ Prototype 2 ............................... 61 รูปที่ 4.7 ค่า Stress ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร .............................................................................. 62 รูปที่ 4.8 ค่า Displacement ที่ระยะความสูง 1.6 เมตร ................................................................ 62 รูปที่ 4.9 ค่า Strain ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร ............................................................................... 62 รูปที่ 4.10 ค่า Stress ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร ............................................................................ 63 รูปที่ 4.11 ค่า Displacement ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร .............................................................. 63 รูปที่ 4.12 ค่า Strain ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร............................................................................. 63 รูปที่ 4.13 ค่า Stress ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร ............................................................................ 64 รูปที่ 4.14 ค่า Displacement ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร .............................................................. 64 รูปที่ 4.15 ค่า Strain ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร............................................................................. 64 รูปที่ 4.16 ค่า Stress ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร ............................................................................ 65 รูปที่ 4.17 ค่า Displacement ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร .............................................................. 65 รูปที่ 4.18 ค่า Strain ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร............................................................................. 65 รูปที่ 4.19 ชิ้นงาน Prototype 1.................................................................................................... 66 รูปที่ 4.20 ชิ้นงาน Prototype 2.................................................................................................... 66 ฏ รูปที่ 4.21 ความเสียหายบริเวณจุดยึดกล่องมอเตอร์หลังจากการทดสอบ ....................................... 68 รูปที่ 4.22 ลักษณะความเสียหายของแกนเพลาทีเ่ กิดจากการทดสอบครัง้ ที่ 4 ................................ 70 รูปที่ 4.23 ลักษณะโครงสร้างด้านในของเปลือกนอกหุ่นยนต์ (ล้อ) หลังการทดสอบ ....................... 70 รูปที่ 4.24 ลักษณะการเสียรูปอย่างถาวรของสปริงหลังจากการทดสอบ ......................................... 71 รูปที่ 4.25 การทดสอบสมรรถนะการขับเคลื่อนของหุ่นยนต์บนพื้นผิวขรุขระจำลอง ....................... 72 ฐ บทที่ 1 บทนำ 1.1 ที่มาและความสำคัญของโครงงาน หลายทศวรรษที่มนุษย์ท ำการศึกษาเกี่ยวกับอวกาศเพื่อพัฒ นาองค์ความรู้ นวัตกรรม ค้นหา สิ่งมีชีวิตอื่นและดวงดาวใหม่ เพื่อใช้เป็นแหล่งที่อยู่อาศัยในการดำรงชีวิต [1],[2] ซึ่งพบว่าดาวอังคาร คือดาวเคราะห์มี ลักษณะคล้ายคลึงกับโลกมากที่สุด ด้วยโครงสร้างที่ประกอบด้วยพื้นผิวแข็ง องศา การเอียงประมาณ 25 ํ ที่สามารถทำให้เกิดฤดูกาลได้ หลักฐานทางธรณีวิทยาที่บ่งบอกถึงการเคยมี แหล่งน้ำ และการค้นพบชั้นน้ำแข็งอยู่ใต้พื้นผิวและที่ขั้วเหนือใต้ ทำให้คาดการณ์ว่าอาจเคยมีสิ่งมีชีวิต ทำให้เกิดการสำรวจบนดาวอังคารอย่างต่อเนื่อง แต่ด้วยสภาพแวดล้อมที่เป็นพื้นผิวขรุขระและภูเ ขา แรงโน้มถ่วงที่ต่ำกว่าโลกถึง 38% บรรยากาศเบาบางและมีฝุ่นปกคลุม ที่ส่วนใหญ่ประกอบด้วย CO2 [3] มีอุณหภูมิเฉลี่ยอยู่ที่ -65 ํC [4] ทำให้มนุษย์ไม่สามารถเดินทางไปศึกษาและตรวจสอบข้อมูลได้ โดยตรง จึงต้องทำการส่งพาหนะสำรวจ (rover) เพื่อใช้ในการเก็บข้อมูลและทำการศึกษา การออกแบบโรเวอร์ส่วนใหญ่จะมีลักษณะอ้างอิงจากพาหนะรถยนต์ โดยจะมีขาและล้อสำหรับ การเคลื่อนที่ คอมพิวเตอร์สำหรับรับและส่งข้อมูล [5] เนื่องจากยังไม่มีการสร้างฐานอวกาศบนดาว ทำให้จำเป็นต้องปล่อยโรเวอร์ลงจากสถานีอวกาศที่มีความสูง การเคลื่อนที่บนพื้นผิวที่มีความไม่ สม่ำเสมอ ภูเขา หรือการตกจากพื้นที่สูง ทำให้เกิดแรงมากระทำกับ โรเวอร์ซึ่งรูปแบบรถยนต์จะมี ข้อบกพร่องในการกระจายแรงสะสมตามเหลี่ยมหรือมุม พื้นที่ที่ตกกระทบ ทำให้โครงงานนี้ได้ทำการ ออกแบบโรเวอร์ให้มีโครงสร้างที่มีความสามารถในการรับแรงและการกระจายแรงไปทั่วพื้นผิวเพื่อลด แรงสะสม [31] และทำการติดตั้งกล้องไว้สำหรับสำรวจข้อมูลของสิ่งมีชีวิตขณะอยู่บนดาวอังคาร โครงงานครั้งนี้เป็นการจำลองการทดสอบบนโลก จึงได้ออกแบบการทดลองให้อยู่ในรูปแบบของ เกมที่จะเป็นภารกิจให้บังคับ โรเวอร์ไปถ่ายรูปจากสภาพแวดล้อมของดาวอังคารจำลอง ที่เด็กและ ผู้ใหญ่สามารถเข้าถึงได้ง่าย ซึ่งจะช่วยส่งเสริมการเรียนรู้และจุดประกายความสนใจทางด้าน STEM (Science, Technology, Engineering, and Mathematics) ผ่านทางการเล่นเกมที่จะได้ทั้งความรู้ และความสนุกสนาน 1 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงงาน 1. เพื่อส่งเสริมการเรียนรู้และจุดประกายด้าน STEM นอกระบบ เช่น โรงเรียนหรือกิจกรรม พิเศษนอกสถานที่ 2. เพื่อออกแบบและสร้างอุปกรณ์ท ี่ส ามารถเริ่มทำงานหลังจากตกกระทบ และสามารถ เคลื่อนที่สำรวจพื้นที่ได้ทันที 3. เพื่อพัฒนาระบบควบคุมการเคลื่อนที่ด้วยรีโมตหรืออุปกรณ์ไร้สาย 1.3 กระบวนการทำงานของหุ่นยนต์ เมื่อโรเวอร์ตกกระทบกับพื้นผิวดาวที่ถูกออกแบบมาให้ทนต่อแรงกระแทกได้อย่างยอดเยี่ยม จึงไม่เกิดความเสียหายต่อโครงสร้างหรือระบบภายในทันทีที่สัมผัสกับพื้นผิวต่างดาว ผู้ควบคุมจะใช้จอยสั่งการคบคุมระบบทำงานทั้งหมดของโรเวอร์ กลไกและวงจรควบคุมจะ ทำงานร่วมกันเพื่อให้สามารถทรงตัวได้อย่างมั่นคง ไม่เอียงหรือเสียสมดุล แม้จะอยู่บนพื้นผิวที่ขรุขระ จากนั้นโรเวอร์จะเริ่มเคลื่อนที่บนพื้นผิวดาว โดยสามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าอย่างมั่นคง และยังมี ความสามารถในการถอยหลังเพื่อหลบหลีกสิง่ กีดขวางหรือกลับไปยังจุดเดิมได้ตามต้องการ นอกจากนี้ ระบบขับเคลื่อนยังออกแบบให้สามารถหมุนตัวไปทางซ้าย-ขวาหรือการเลี้ยวได้ เพื่อปรับทิศทางและ เข้าถึงพื้นที่ที่ต้องการสำรวจ เมื่อไปถึงพื้นที่เป้าหมาย โรเวอร์จะดำเนินภารกิจตามที่ได้รับมอบหมาย เช่น การถ่ายภาพ เก็บตัวอย่างดินหรือหิน และบันทึกข้อมูลสภาพแวดล้อมต่างๆ หรือข้อมูลภูมิประเทศ ข้อมูลเหล่านี้จะ ถูกจัดเก็บอย่างเป็นระบบ เพื่อเตรียมส่งกลับไปยังฐานควบคุม สุดท้ายเมื่อภารกิจในพื้นที่นั้นเสร็จสิ้น โรเวอร์จะเดินทางกลับไปยังฐานหรือจุดนัดหมาย พร้อมทั้งส่งข้อมูลที่ได้เก็บรวบรวมกลับไปให้ทีมวิจัย เพื่อใช้ในการวิเคราะห์ต่อไป ข้อมูลเหล่านี้มี คุณค่าต่อการทำความเข้าใจสภาพแวดล้อมของดาวดวงนั้น และอาจนำไปสู่การค้นพบใหม่ๆ เกี่ยวกับ จักรวาลของเรา 2 รูปที่ 1.1 แผนผังการทำงานของหุ่นยนต์ 1.4 ขอบเขตของโครงงาน 1. ฮาร์ดแวร์: ไมโครคอนโทรลเลอร์, โมดูลสื่อสารไร้สาย และกล่องเคสที่ออกแบบให้ทนแรง กระแทก 2. ซอฟต์แวร์: โปรแกรมควบคุมการเคลื่อนที่ , ระบบรับส่ง ข้อมูล , แอปพลิเ คชันสำหรับ แสดงผลบนหน้าจอ(ถ้ามี) 3. ระบบจำลอง: การจำลองสภาพแวดล้อมสำหรับการทดสอบการทำงานของอุปกรณ์ 4. การทดสอบ: ทดสอบนำร่องที่โรงเรียนหรือสถานที่ที่จัดกิจกรรม 1–2 แห่ง 3 1.5 ประโยชน์และผลที่คาดว่าจะได้รับ ประโยชน์ทางด้านการศึกษาและสังคม 1. กระตุ้นความสนใจด้าน STEM แก่เด็กประถม o o ช่วยส่งเสริมความรู้และทักษะด้านวิท ยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิศวกรรม และ คณิตศาสตร์ เด็กเรียนรู้ผ่านการทดลองและการเล่นในสถานการณ์จำลอง 2. ส่งเสริมการเรียนรู้แบบมีส่วนร่วม (Active Learning) o ช่วยพัฒนาทักษะการคิดวิเคราะห์ และการแก้ปัญหา ประโยชน์ทางด้านวิชาการและวิศวกรรม 1. บูรณาการองค์ความรู้จากหลายวิชาในหลักสูตรวิศวกรรม o เช่น ระบบสมองกลฝังตัว , กลไก, การออกแบบวงจร, การสื่อสารไร้สาย และ การเขียนโปรแกรมควบคุม 2. ฝึกฝนกระบวนการออกแบบทางวิศวกรรม (Engineering Design Process) o การวิเคราะห์ปัญหา การออกแบบแนวคิด ทดลองต้นแบบ ไปจนถึงการปรับปรุง และทดสอบจริง 1.6 งบประมาณ ค่าใช้จ่ายรวม 10,000 บาท 4 1.7 แผนการดำเนินงาน ตารางที่ 1.1 แผนการดำเนินงาน 5 บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง 2.1 สภาพแวดล้อมดาวอังคาร ดาวอังคารซึ่งเป็นดาวเคราะห์ดวงที่สี่จากดวงอาทิตย์มีสภาพแวดล้อมที่แตกต่างและท้าทาย สำหรับ การสำรวจการเข้าใจบรรยากาศของดาวอังคารสภาพพื้นผิวรูปแบบของสภาพอากาศและ ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมต่างๆเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบยานพาหนะโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ยาน โรเวอร์ เ พื ่ อ ให้ ส ามารถเดิ น ทางและปฏิ บ ั ต ิ ง านบนดาวเคราะห์ แ ดงได้ อ ย่ า งมี ป ระสิ ท ธิ ภ าพ สภาพแวดล้อมที่รุนแรงเหล่านี้ส่งผลโดยตรงต่อการออกแบบยาน Rover ซึ่งจะต้องสามารถทนต่อ สภาพอันโหดร้ายของดาวอังคารได้ [7] รูปที่ 2.1 Mars surface [8] 2.1.1 บรรยากาศของดาวอังคาร บรรยากาศของดาวอัง คารบางมากโดยมีความดันที่พื้นผิวต่ำกว่าของโลกน้อยกว่า 1% บรรยากาศนี้ประกอบด้วยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) เป็นหลักซึ่งมีสัดส่วนประมาณ 95% ของ ทั้งหมด อีกทั้งดาวอังคารไม่มีสนามแม่เหล็กครอบคลุมทั่วโลกจึงไม่สามารถป้องกันรังสีอันตรายจาก อวกาศได้และเนื่องจากไม่มีความดันบรรยากาศที่มากพอ น้ำในสถานะของเหลวจึงไม่สามารถคงอยู่ บนพื้นผิวได้นาน และจะกลายเป็นน้ำแข็งหรือระเหยไปอย่างรวดเร็ว • อุณหภูมิ: ดาวอังคารมีความหนาวเย็นมาก โดยมีอุณหภูมิเฉลี่ยบนพื้นผิวประมาณ -65°C (85°F) แต่อาจเปลี่ยนแปลงได้ตั้งแต่ -125°C (-193°F) ใกล้ขั้วโลกในฤดูหนาว ไปจนถึง 20°C (68°F) ที่ เส้นศูนย์สูตรในเวลากลางวัน 6 • ความแปรปรวนของอุณหภูมิ: ดาวอังคารมีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างมากระหว่าง กลางวันและกลางคืน โดยอุณหภูม ิจ ะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อดวงอาทิตย์ล ับ ขอบฟ้า เนื่องจาก บรรยากาศที่บางไม่สามารถกักเก็บความร้อนได้ ความแปรปรวนนี้ส่งผลกระทบต่อชิ้นส่วนของโรเวอร์ จึงจำเป็นต้องมีการป้องกันความร้อนและฉนวนเพื่อให้ระบบทำงานได้อย่างถูกต้อง [9] 2.1.2 รังสีและแรงโน้มถ่วง ดาวอังคารไม่มีสนามแม่เหล็กโลกแบบเดียวกับโลกทำให้ดาวอังคารสัมผัสกับรังสีคอสมิกและ รังสีจาก ดวงอาทิตย์ในระดับที่สงู กว่า ซึ่งรังสีเหล่านีส้ ามารถสร้างความเสียหายต่อมนุษย์และอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ได้ การป้องกันระบบของโรเวอร์จากรังสีจงึ เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานระยะยาว • แรงโน้มถ่วง: ดาวอังคารมีแรงโน้มถ่วงเพียง 38% ของโลกซึ่งส่งผลต่อการเคลื่อนที่และการ ทรงตัวของโรเวอร์แรงโน้มถ่วงที่ต่ำกว่าทำให้การออกแบบล้อของโรเวอร์และการกระจายน้ำหนักมี ความสำคัญมากรวมถึงส่งผลต่อระบบช่วงล่าง (suspension) ที่ต้องรักษาเสถียรภาพในการเคลื่อนที่ บนพื้นที่ขรุขระ [10] 2.1.3 สภาพอากาศ ดาวอังคารมีฤดูกาลเหมือนกับโลกแต่แต่ละฤดูจะยาวนานเป็นสองเท่าเนือ่ งจากวงโคจรรอบ ดวงอาทิตย์ที่ยาวนานกว่าดาวดวงนี้ขึ้นชื่อในเรื่องพายุฝุ่นซึง่ สามารถปกคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่และกิน เวลานานหลายสัปดาห์หรือแม้กระทั่งหลายเดือนพายุเหล่านีล้ ดทัศนวิสัยบดบังแสงอาทิตย์ และอาจ เป็นอันตรายต่อระบบผลิตพลังงานจากแสงอาทิตย์ของโรเวอร์ [9] 2.1.4 สภาพพื้นผิว พื้นผิวของดาวอังคารมีลักษณะเป็นหินและฝุ่นพร้อมด้วยที่ราบกว้างใหญ่และภูเขาไฟ ดาว อังคารยังเป็นที่ตั้งของภูเขาไฟที่ใหญ่ที่สุดในระบบสุริยะชื่อว่า โอลิมปัส มอนส์ (Olympus Mons) และระบบหุบเขาขนาดใหญ่อย่างวัลเลสมารีเนอริส (Valles Marineris) พื้นผิวที่เต็มไปด้วยฝุ่นของ ดาวอังคารอาจก่อให้เกิดปัญหาในการเคลื่อนที่ของโรเวอร์ โดยเฉพาะในช่วงที่เกิดพายุฝุ่น พื้นผิวส่วน ใหญ่ปกคลุมด้วยดินสีแดง-น้ำตาลซึ่งอุดมไปด้วยออกไซด์ของเหล็ก (สนิม) ทำให้ดาวอังคารมีสีที่โดด เด่นพื้นผิวที่ขรุขระและไม่สม่ำเสมอนี้เป็นอุปสรรคต่อความสามารถในการเคลื่อนที่และความมั่นคง ของโรเวอร์จึงต้องให้ความสำคัญกับการออกแบบล้อและระบบนำทางอย่างรอบคอบ [8] 7 2.2 วิวัฒนาการของ Mars Rover เนื่องจากกลุ่มของพวกเราต้องการออกแบบดีไซน์แบบจำลองและพัฒนาตัวของ Rover เป็น หลัก ดังนั้นจึงต้องมีการศึกษาวิวัฒนาการของ Rover ในช่วงเวลาที่ผ่านมา เพื่อตรวจสอบข้อดีและ ข้อเสียของแต่ละยุคและนำมาแก้ไขปรับปรุงประยุกต์ใช้และพัฒนาให้ดีมากยิ่งขึ้น 2.2.1 Sojourner (1997) [14] รูปที่ 2.2 Sojourner (1997) [14] Sojourner Rover นั้นเปิดตัวเมื่อวันที่ 4 ธันวาคม 1996 ด้วยจรวด Delta II เป็นส่วนหนึ่ง ของภารกิจ Mars Pathfinder เพื่อตรวจสอบดูว่าจะสามารถใช้งานยานขนส่งล้อยาง (Rover) บนดาว อังคารได้หรือไม่ Sojourner มีขนาดที่เล็กมาก น้ำหนัก 34 ปอนด์ (15.6 กิโลกรัม) สูงเพียง 1 ฟุต (30 เซนติเมตร) และยาว 2 ฟุต (65 เซนติเมตร) ยานสำรวจนี้มาพร้อมกับกล้องหน้าและกล้องหลัง รวมถึง เครื่องมือหลากหลายชนิดที่ออกแบบมาเพื่อการทำงานทางวิทยาศาสตร์ที่จำกัด เครื่องวัดสเปกโตร มิเตอร์อัลฟาโปรตอนเอ็กซ์เรย์ (APXS) เป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์หลัก ประกอบด้วยเครื่องสเปก โตรมิเตอร์สามแบบที่แตกต่างกัน และช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถวิเ คราะห์หินและฝุ่นที ่ยาน สำรวจพบได้ หัวเซนเซอร์ APXS ติดตั้งอยู่บนแขนหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่ยื่นออกมาและกดเซนเซอร์เ ข้า กับหินหรือดินของดาวอังคาร คล้ายกับสุนัขที่เอาจมูกกดลงพื้นเพื่อดมกลิ่นที่ฝังอยู่ภายในได้ดี และยัง มีก ล้อ งขาวดำ Kodak KAI-0371 แบบหันหน้าไปข้างหน้าสองกล้องทำหน้าที่เป็นดวงตาของยาน สำรวจ ศึกษาภูมิประเทศในพื้นที่และบันทึกแผนที่พื้นผิวเป็นขาวดำ ภาพสีที่สวยงามที่ยานโซเจอร์ เนอร์ส่งกลับมา 8 จุดเด่น : • Rover ขนาดเล็กเพียง 10.6 กก. • วิ่งสำรวจได้ราว 100 เมตรจาก Lander • ใช้กล้องถ่ายภาพพื้นผิวและวิเคราะห์องค์ประกอบหิน ความสำคัญ : ทำให้พิสูจน์ว่าได้ว่าการใช้ Rover บนดาวอังคารทำได้จริง และมีประสิทธิภาพ เช่น การตรวจพบหินกรวดและหินกรวดมนที่บริเวณ Ws ท่าเทียบเรือและการสังเกตอื่นๆ แสดงให้ เห็นว่ามีหินตะกอนที่ก่อตัวในน้ำที่ไหลในอดีตที่อบอุ่น ซึ่งน้ำเหลวมีเสถียรภาพ 2.2.2 Spirit (2004) [16] รูปที่ 2.3 Spirit Rover (2004) [15] ยานสำรวจ Spirit Rover เป็ น หนึ ่ ง ในสองลำที ่ ถ ู ก ส่ ง ขึ ้ น สู ่ อ วกาศในปี พ.ศ. 2546 มี วัตถุประสงค์เพื่อสำรวจดาวอังคารและค้นหาสัญญาณของน้ำโบราณ โดยยานสปิริตลงจอดเป็นหลุม อุกกาบาตขนาด 150 กิโลเมตรชื่อว่า "หลุมกูซอฟ (Gusev)" ที่อาจเคยเป็นทะเลสาบมาก่อน ก่อตัวขึ้น จากการพุ่งชนของอุกกาบาตเมื่อประมาณ 3,000-4,000 ล้านปีที่แล้ว มีช่องเปิดด้านหนึ่งของหลุมที่ เชื่อว่าเป็นช่องทางพากระแสน้ำและน้ำแข็งเข้าสู่หลุม โครงสร้างของ Spirit Rover มีมวลอยู่ที่ 2,341 ปอนด์ (1,062 กิโลกรัม) มีการติดตั้งอุปกรณ์ กล้องพาโนรามา (Pancam) ,กล้องนำทาง (Navcam) และเครื่องสเปกโตรมิเตอร์การปล่อยความร้อน ขนาดเล็ก (Mini-TES) นอกจากนี้ยังมีการติดตั้งอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์อื่นๆด้วยเช่น เครื่องสร้าง ภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์ (MI) และเครื่องมือสำหรับตรวจสอบการสึกกร่อนของหิน (RAT) 9 จุดเด่น : • ขนาดใหญ่ขึ้น และเคลื่อนที่ได้ไกลหลายสิบกิโลเมตร • มีเครื่องมือวิเคราะห์ดิน-หิน, กล้องพาโนรามา, และกล้องจุลทรรศน์ ความสำคัญ : มีการค้นพบหลักฐานที่ชี้ว่าดาวอังคารเคยมีแหล่งน้ำในอดีต 2.2.3 Curiosity (2012) [17] รูปที่ Curiosity (2012) รูปที่ 2.4 Curiosity (2012) [17] Curiosity ลงจอดที่ Gale Crater บนดาวอังคารเมื่อวันที่ 6 สิงหาคม 2012 โดยใช้เทคโนโลยี การลงจอดที่แม่นยำ ซึ่งช่วยให้สามารถลงจอดในพื้นที่ที่สนใจทางธรณีวิทยาได้ โดยการจอดครั้งนี้มี วัตถุประสงค์เพื่อการสำรวจสภาพแวดล้อมของดาวอังคารเพื่อประเมินว่ามีเงื่อนไขที่เหมาะสมสำหรับ การรองรับสิ่งมีชีวิตในอดีตหรือไม่ โดยเฉพาะการศึกษาภูมิประเทศและธรณีวิทยาของพื้นที่ที่เลือกบน ดาวอังคาร ยาน Curiosity นี้ติดตั้งอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ที่ทันสมัยที่สุดที่เคยใช้บนพื้นผิวดาว อังคาร ส่งผลทำให้มีน้ำหนักมากกว่ายานสำรวจก่อนหน้านี้ประมาณ 10 เท่า อุปกรณ์เหล่านี้จะช่วย สำหรับการเก็บตัวอย่างหินและดิน การวิเคราะห์ทางเคมี และการถ่ายภาพเพื่อศึกษาสภาพแวดล้อม ของดาวอังคาร โครงสร้างของ Curiosity มีขาทั้งหมด 7 ขา ตัวโครงหลักมีขนาด กว้าง 9 ฟุต ยาว 10 ฟุต สูง 7 ฟุต มีน้ำหนักอยู่ที่ 899 กิโลกรัมซึ่งหนักกว่า Rover ตัวอื่นๆที่เคยมีมา 10 จุดเด่น : • Rover ขนาดใหญ่ (~900 กก.) ขับเคลื่อนด้วยพลังงานนิวเคลียร์ (RTG) • ห้องทดลองเคมีในตัว วิเคราะห์แร่, ดิน, และก๊าซ • สามารถตรวจพบสารอินทรีย์และมีเทคโนโลยีตรวจวัดรังสี ความสำคัญ : ช่วยศึกษาสภาพแวดล้อมที่เอื้อต่อการดำรงชีวิตของจุลชีพในอดีต 2.2.4 Perseverance (2020) รูปที่ 2.5 Perseverance Rover (2020) [18] เพอร์เซเวียแรนซ์กำลังก้าวไปอีกขั้นในการสำรวจดาวอังคาร โดยมีการค้นหาสถานที่ ในหลุม อุกกาบาตเจซีโรที่เคยอยู่อาศัยได้ในอดีต เพื่อศึกษาว่าเคยมีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ที่นั่นหรือไม่ และค้นหา สัญญาณของสิ่งมีชีวิตโบราณ เพอร์เซเวียแรนซ์ยังศึกษาวิวัฒนาการของสภาพภูมิอากาศ พื้นผิว และ ภายในของดาวอังคาร ยานสำรวจยังกำลังทดสอบเทคโนโลยีสำหรับการสำรวจดาวอังคารของมนุษย์ ในอนาคต นอกเหนือจากเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์เหล่านี้แล้ว เพอร์เซเวียแรนซ์ยังมีเป้าหมายพิเศษ ในการรวบรวมและเก็บตัวอย่างวัสดุจากดาวอังคารเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ในอนาคต [19] โครงสร้างของ Perseverance Rover มีความกว้าง 10 ฟุต ยาว 9 ฟุต สูง 7 ฟุตมีน้ำหนัก 2,260 ปอนด์ หรือ 1,025 กิโลกรัม มีส่วนล่างและด้านข้างเป็นโครงตัวถัง ส่วนบนคือส่วนอุปกรณ์ของ ยานสำรวจ (หรือที่เรียกกันว่า "ด้านหลัง") ส่วนล่างคือส่วนฐานสำหรับพื้นที่ทำงานภายในสำหรับการ สุ่มตัวอย่าง และส่วนฐานที่ด้านหน้าถูกทิ้งลงมาไม่นานหลังจากที่ยานสำรวจลงจอดเพื่อเปิดเผยยานให้ สัมผัสกับชั้นบรรยากาศของดาวอังคารและเปิดพื้นที่สำหรับการเก็บตัวอย่าง [20] 11 จุดเด่น : • เก็บตัวอย่างดินและหินเพือ่ เตรียมส่งกลับโลก (Mars Sample Return) • ใช้ระบบนำทางอัตโนมัติขั้นสูง • ทดสอบการผลิตออกซิเจนจาก CO₂ (MOXIE) • ส่ง Ingenuity เฮลิคอปเตอร์ไร้คนขับ บินครั้งแรกบนดาวเคราะห์อื่น ความสำคัญ : ช่วงวางรากฐานภารกิจนำตัวอย่างกลับโลก และช่วยทดสอบเทคโนโลยีสำหรับ ภารกิจมนุษย์ในอนาคต 2.3 วิเคราะห์การเคลื่อนที่บนพื้นผิวดาวอังคาร การเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ทรงกลมเป็นหนึ่งในแนวคิดที่ได้รับความสนใจอย่างมากโดยเฉพาะ งานสำรวจพื้นผิวดาวเคราะห์อย่างดาวอังคารเนื่องจากรูปทรงกลมช่วยให้หุ่นสามารถเคลื่อนที่ได้หลาย ทิศทางอย่างคล่องตัวมีเสถียรภาพสูงและทนต่อสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันเช่น พื้นผิวขรุขระหรือ การตกกระแทกขณะลงจอด จุดเด่นของหุ่นยนต์ทรงกลมยังรวมถึงการปกป้องระบบภายในจากฝุ่น ซึ่งในหัวข้อนี้จะกล่าวถึงหลักการวิเคราะห์ไดนามิกส์ของการเคลื่อนที่ด้วยการกลิ้งโดยไม่ลื่น ไถลบนพื้นผิวจำลองของดาวอังคารซึ่งรวมถึงการพิจารณาแรงเฉื่อย การเปลี่ยนแปลงของมุมการหมุน และการตอบสนองต่อ แรงภายนอก เพื่อสร้างแบบจำลองสำหรับ การเคลื ่อนที่ และควบคุ ม ใน สภาพแวดล้อมจริง 2.3.1 ลักษณะของระบบเคลื่อนที่บนพื้นผิว (Nonholonomic rolling dynamics) โรเวอร์ขับเคลื่อนด้วยการกลิ้งบนพื้นผิวได้โดยไม่ลื่นไถลทำให้ เกิดข้อจำกัดแบบไม่โฮโลโมนิก ซึ่งไม่สามารถอธิบายเส้นทางการเคลื่อนที่แค่จากตำแหน่ง x,y ได้ แต่ต้องคำนึงถึงทิศทางที่โรเวอร์หัน อยู่ด้วย และระบบมีความไม่เชิงเส้น เช่นความเร็วไม่เพิ่มตามแรง input เสมอ เนื่องจากมีปัจจัยอื่น เข้ามาเกี่ยวข้อง เช่น มุมการแกว่งของลูกตุ้มภายใน โมเมนต์ความเฉื่อย และแรงเสียดทาน ซึ่งส่งผล ต่อพฤติกรรมของโรเวอร์ [21] 12 2.4 Mechanical Engineering and Terrain Adaptation [31] โรเวอร์ ร ูป แบบขับ เคลื่อ น โดยทั่วไปมีอยู่ 2 ประเภท คือ 1.ระบบล้อ ถือที่พบได้บ ่อย เนื่องจากโครงสร้างทางกลที่เรียบง่าย น้ำหนักเบา และบำรุงรักษาง่าย โดยเฉพาะการใช้ล้อขนาดใหญ่ หรือจำนวนมากกว่าสี่ล้อ ช่วยให้กระจายน้ำหนักและเคลือ่ นที่ได้ดี 2.ระบบสายพาน ได้เปรียบด้านแรง ยึดเกาะและการกระจายน้ำหนักที่ดีกว่า เนื่องจากพื้นผิวสัมผัสกับพื้นมีขนาดใหญ่ แต่ระบบนี้มีความ ซับซ้อนทางกลมากกว่า มีน้ำหนักมาก และต้องการการบำรุงรักษาอย่างสม่ำเสมอ แม้ทั้งสองระบบจะสามารถปรับตัวเข้ากับภูมิประเทศที่หลากหลายได้ แต่ก็ยังมีข้อจำกัด เช่น การรองรับแรงกระแทกจากการตกหล่นหรือปะทะกับพื้นผิวแข็ง ดังนั้น การออกแบบโรเวอร์จึงต้อง คำนึงถึงระบบกันสะเทือน และเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสม เพื่อให้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ รูปที่ 2.6 Rover Wheel System [32] รูปที่ 2.7 Rover Tank Tread System [33] 2.4.1 Spherical Mobility and Omnidirectional Movement [32] โรเวอร์ใช้หลักการเคลื่อนที่แบบกลิง้ บนพื้น ทำให้สามารถเปลี่ยนทิศทางได้ลื่นไหลโดยกลไก ขับเคลื่อนภายในจะช่วยให้ควบคุมทิศทางได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้เคลื่อนที่บนพื้นผิวขรุขระได้ดี 13 2.4.2 Structural Mechanics and Impact Mitigation [32] โครงสร้างทรงกลมมีความแข็งแรงสูงและสามารถกระจายแรงกระแทกแบบ isotropic ได้ดี แรงกระแทกจากการตกจากความสูงจะถูกกระจายอย่างทั่วถึงลดโอกาสที่แรงจะรวมตัวจนทำให้เกิด ความ เสียหายการเลือกใช้วัสดุที่มีคุณสมบัติทนแรงกระแทกสูงจะช่วยเพิ่มความทนทานและความ ยืดหยุ่นให้กับโครงสร้าง นอกจากนี้การเสริมชั้นดูดซับแรงกระแทกภายในยังช่วยลดแรงสั่นสะเทือน ก่อนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ รูปที่ 2.8 CAD Model of the spherical robot [31] 2.4.3 Surface Interaction and Traction on Martian Soil [32] ผิวทรงกลมของโรเวอร์สามารถปรับแต่งด้วยวัสดุที่เพิ่มแรงเสียดทานเช่นยางหรือซิล ิโ คน พร้อมโครงสร้างแบบ micro-pattern หรือผิวลูกล้อแบบเกลียว (helical tread) เพื่อเพิ่มแรงยึดเกาะ บนพื้นผิวที่มีฝุ่น ทราย และหินบนดาวอังคาร การออกแบบนี้ช่วยให้ rover เคลื่อนที่ได้อย่างมั่นคง ลดโอกาสติดขัดและลื่นไถล 2.5 ทฤษฎีการควบคุม ในระบบเคลื ่อ นที ่ก ารควบคุ ม และการนำทาง เป็ น หั ว ใจสำคัญ ทำให้์ อุป กรณ์ส ามารถ ตอบสนองต่อคำสั่งได้อย่างแม่นยำและเคลื่อนที่ไปยังเป้าหมายที่กำหนดได้ โดยเราจะใช้ตัว G29 Cockpit เป็นตัวบังคับหรือเป็นตัวส่งข้อมูลและให้ตัวรับคือบอร์ดตัวอื่นๆ อาทิเช่น Raspberry pi pico nrf24l01 และ Arduino uno R3 14 2.5.1 Robotics and Control Systems Diagram ในโครงงานในครั้งนี้ รูปที่ 2.9 Flow Diagram การควบคุม 2.5.2 Python [54] ภาษาโปรแกรม Python คือภาษาโปรแกรมคอมพิวเตอร์ระดับสูง โดยถูกออกแบบมาให้เป็น ภาษาสคริปต์ที่อ่านง่าย โดยตัดความซับซ้อนของโครงสร้างและไวยกรณ์ของภาษาออกไป ในส่วน ของการแปลงชุดคำสั่งทีเ่ ราเขียนให้เป็นภาษาเครื่อง Python มีการทำงานแบบ Interpreter คือเป็น การแปลชุดคำสั่งทีละบรรทัด เพือ่ ป้อนเข้าสูห่ น่วยประมวลผลให้คอมพิวเตอร์ทำงานตามที่เราต้องการ นอกจากนั้นภาษาโปรแกรม Python ยังสามารถนำไปใช้ในการเขียนโปรแกรมได้หลากหลายประเภท โดยไม่ได้จำกัดอยู่ทงี่ านเฉพาะทางใดทางหนึ่ง (General-purpose language) จึงทำให้มกี ารนำไปใช้ กันแพร่หลายในหลายองค์กรใหญ่ระดับโลก เช่น Google, YouTube, Instagram, Dropbox และ NASA ในโครงงานครั้งนี้เราจะมุ่งเน้นการเขียนโปรแกรมด้วยการใช้ภาษา Python เนื่องจากมีความ ง่ายในการใช้งาน และสามารถใช้งานได้โดยไม่เสียค่าใช้จ่าย 15 รูปที่ 2.10 Python logo [55] 2.5.3 Visual Studio Code (VS Code) [56] Visual Studio Code หรือ VS Code คือ โปรแกรม Code Editor ของ Microsoft ที่ใช้ สำหรับเขียน แก้ไขและตรวจสอบความผิดปกติของโค้ด คุณสมบัติของโปรแกรมมีลักษณะเบา มี ประสิทธิภาพสูง มีส่วนขยาย (Extension) เพื่อเพิ่มขีดความสามารถและสามารถเขียนโค้ดได้ หลากหลายภาษา โดยในโครงงานในครั้งนี้เราใช้ VS Code ในการเขียน - โปรแกรมสำหรับทดสอบ G29 Cockpit - โปรแกรมสำหรับรับและส่งข้อมูลจาก G29 Cockpit รูปที่ 2.11 Visual Studio Code logo [57] 16 2.5.4 Arduino IDE [58] Arduino IDE (Integrated Development Environment) คือโปรแกรมสำหรับเขียนโค้ด และอัปโหลดไปยังบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ เช่น Arduino UNO หรือ ESP32 และบอร์ดอื่น ๆ ที่ รองรับ โดยตัวโปรแกรมจะรวมฟังก์ชันสำคัญที่ Maker และนักพัฒนาต้องใช้ไว้ในที่เดียว ได้แก่ • ตัวแก้ไขโค้ด (Code Editor) – สำหรับพิมพ์โค้ดภาษา C/C++ • ปุ่มคอมไพล์ (Verify) – ตรวจสอบโค้ดว่าถูกต้องหรือไม่ • ปุ่มอัปโหลด (Upload) – ส่งโค้ดไปยังบอร์ดผ่านสาย USB หรือการเชื่อมต่ออื่น ๆ • Serial Monitor / Plotter – ใช้ดูข้อมูลที่บอร์ดส่งกลับมาหรือแสดงกราฟแบบเรียลไทม์ • ระบบจัดการบอร์ดและไลบรารี (Board Manager / Library Manager) – เพิ่ม ความสามารถใหม่ให้กบั โปรเจกต์ เช่น รองรับบอร์ดใหม่หรือใช้งานเซ็นเซอร์เสริม โดยในโครงงานในครั้งนี้เราจะใช้โปรแกรม Arduino IDE สำหรับการเขียนโปรแกรมสำหรับ กล้องผ่านตัว ESP 32 Camera และ ใช้สำหรับการเขียนโปรแกรมควบคุมบอร์ด adafruit motor shield v2 เพื่อควบคุมตัวมอเตอร์ รูปที่ 2.12 หน้าต่างโปรแกรม Arduino ide [59] 17 2.5.5 Thonny [60] Thonny เป็น IDE (Integrated Development Environment) สำหรับ Python ที่เป็น Open-sourceและใช้งานได้ฟรีไม่มีค่าใช้จ่าย โดยThonny จะเน้นด้านการศึกษาและเหมาะสำหรับผู้ เริ่มต้น ใช้งานได้สะดวก การติดตัง้ ทำได้สะดวก อินเทอร์เฟซควรชัดเจนและใช้งานง่าย มีการเน้นช่วย ไวยากรณ์การเติมโค้ดอย่างง่าย นอกจากนี้ตัว Debugger สามารถใช้งานได้สะดวก โดยในโครงงานในครั้งนี้เราใช้โปรแกรม Thonny สำหรับการเขียนโปรแกรมรับข้อมูลจาก G29 Cockpit สูบ่ อร์ด Raspberry pi pico และส่งข้อมูลไปยัง ตัวส่งข้อมูล NRF24L01 เพื่อส่งไปยัง NRF24L01 ที่เป็นตัวรับข้อมูล รูปที่ 2.13 Thonny logo [61] 2.6 ประสิทธิภาพการใช้พลังงานและการจัดการพลังงาน [6] ความสามารถในการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและการจัดการพลังงานอย่างเหมาะสม ถือเป็นสิ่ง สำคัญ อย่างยิ่ง เนื่อ งจากโรเวอร์จ ะต้องทำงานแบบอัตโนมัติในระยะทางไกลภายใต้ ทรัพยากรที่จำกัดในสภาพแวดล้อมของดาวอังคาร ระบบพลังงานจึงต้องถูกออกแบบให้ใช้พลังงานทุก จูลอย่างคุ้มค่า เพื่อรองรับการประมวลผลข้อมูล การเคลื่อนที่ และการปฏิบัติงานอย่างต่อเนื่อง 2.6.1 ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (Energy Efficiency) [6] ความสามารถของ Rover ในการทำงานให้บรรลุเป้าหมายโดยใช้พลังงานให้น้อยที่สุดคือการ สะท้อนถึงประสิทธิภาพพลังงาน การวัดและปรับปรุงการใช้พลังงานในหลายสภาวะการทำงาน เช่น ขณะอยู่กับที่หรือขณะเคลื่อนที่ ช่วยให้สามารถทำงานได้นานขึ้น หน่วยวัดที่ใช้คือวัตต์ -ชั่วโมงต่อ กิโลเมตร ซึ่งค่านี้ยิ่งน้อยก็ยิ่งแสดงถึงการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ 18 พลัง งานของโรเวอร์ อาจสูญ เสียไปจากความร้อน ความไม่ส มบูร ณ์ของมอเตอร์ การใช้ พลังงานของเซนเซอร์หรือแรงเสียดทานจากล้อการลดการสูญเสียเหล่านี้ด้วยการพัฒนาระบบกลไกที่ มี แรงเสียดทานต่ำ ปรับปรุงประสิทธิภาพมอเตอร์ และเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์ไฟฟ้า เป็น กุญแจสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม ระบบควบคุมพลังงานอัจฉริยะจะปรับการใช้พลังงาน ตามสถานะการทำงาน เช่น เมื่อไม่ได้ทำงาน ระบบที่ไม่จำเป็นจะถูกปิดหรือเข้าสู่โหมดประหยัด พลังงาน เพื่อยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ 2.6.2 แบตเตอรี่ LiFePO4 [26] โรเวอร์ใช้แบตเตอรี่ LiFePO4 หรือ Lithium Iron Phosphate เป็นแบตเตอรี่ลิเธียมชนิด หนึ่ง ที่พัฒนามาจาก Li-ion โดยใช้แคโทดเป็นธาตุเหล็กฟอสเฟตแทนโคบอลต์หรือนิกเกิล เป็นแหล่ง พลังงานหลักและสามารถจ่ายกระแสไฟได้รวดเร็ว เหมาะกับการขับเคลื่อนมอเตอร์ และระบบสื่อสาร ความจุแบตเตอรี่ความจุแบตเตอรี่โดยแบตเตอรี่ที่จะใช้ต้องมีเพียงพอต่อการใช้งานในหนึ่งรอบการ ปฏิบัติงาน และมีเผื่อความปลอดภัยไว้อีก 20–30% เพื่อป้องกันการคายประจุจนหมด • แรงดันไฟฟ้า : เลือกให้เหมาะสมกับอุปกรณ์ต่างๆของโรเวอร์ หากแรงดันไม่ตรง อาจเกิด ปัญหาทางไฟฟ้าและลดประสิทธิภาพของระบบ • ระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) : ทำหน้าที่ตรวจสอบสถานะการชาร์จ (SOC) และสุขภาพ แบตเตอรี่ (SOH) พร้อมป้องกันปัญหาเช่น การชาร์จเกิน การระบายประจุเกิน หรือความร้อนเกิน ซึ่ง ช่วยยืดอายุแบตเตอรี่และเพิ่มความปลอดภัย [6] รูปที่ 2.14 LiFePO4 battery 3.2 v [26] 19 2.7 แหล่งพลังงาน (Power Source) [27] การเลือกแหล่งพลังงานสำหรับ โรเวอร์มีความสำคัญต่อประสิทธิภาพและความสามารถใน การปฏิบัติงานในระยะยาว โดยต้องพิจารณาทั้งประสิทธิภาพการจ่ายพลังงานน้ำหนักที่เบาและความ เพียงพอต่อการใช้งาน 2.7.1 ระบบประเมินพลังงานโดยใช้แบตเตอรี่ [6] ในระยะการจำลองและทดสอบ โครงงานนี้ใช้ ระบบแบตเตอรี่กระแสตรง (DC Battery System) เป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับมอเตอร์ และระบบ สื่อสาร สำหรับภารกิจจริงบนดาวอังคาร การคำนวณความจุแบตเตอรี่ โดยการเลือกขนาดแบตเตอรี่ทำโดยใช้สมการ: Ah=Max Current Consumption (A) × Operation Time (h) ×Safety Margin (1.25) (2.2) โดยที่: • Ah = ความจุแบตเตอรี่ (แอมป์-ชั่วโมง) • Max Current Consumption = กระแสสูงสุดที่ระบบดึงใช้ (แอมป์) • Operation Time = ระยะเวลาการทำงานที่ต้องการ (ชั่วโมง) • Safety Margin = ค่าความปลอดภัย (1.25 เท่า) เพื่อรองรับ ความผันผวนของการใช้ พลังงาน 2.8 ทฤษฎีความแข็งแรงของโครงสร้าง (Structural Integrity Theory) [6] เป็นหลักการที่ใช้ในการออกแบบโครงสร้างเพื่อให้สามารถทนทานต่อภูมิประเทศขรุขระใน สภาพแวดล้อมที่รุนแรงบนดาวอังคารในกรณีของ Mars Rover จะต้องออกแบบโครงสร้างที่ต้องมี ความสามารถดังนี้ 1. กระจายแรง ที่เกิดจากการกระแทกไปทั่วผิวโครงสร้าง (Stress Distribution) 2. รั บ แรงกระแทก ที ่ เ กิด จากการตกจากความสูง หรื อชนกับ อุป สรรค ( Impact Resistance) 3. ลดการเสียรูป และการแตกร้าว (Plastic Deformation and Cracking) 4. ใช้วัสดุที่สามารถ ทนทานต่อสภาวะต่างๆ เช่น อุณหภูมิสูงและรังสีจากดาวอังคาร 20 2.8.1 การกระจายแรง (Stress Distribution) [6] โครงสร้างของโรเวอร์ต้องสามารถรับและทนต่อแรงหลากหลายประเภทที่เกิดขึ้นในระหว่าง การปฏิบัติงานบนพื้นผิวขรุขระ เช่น แรงกระแทกจากการตกหรือชนวัตถุแรงกดและแรงดึงที่มาจาก น้ำหนักของตัวหุ่นและอุปกรณ์ รวมถึงแรงเฉือนและแรงบิดที่เกิดจากการเคลื่อนที่บนพื้นผิวไม่เรียบ นอกจากนี้ยังต้องคำนึงถึงแรงล้าจากการใช้งานซ้ำๆ และความเครียดที่เกิดขึ้นภายในวัสดุ เพื่อให้ โครงสร้างมีความมั่นคง แข็งแรง และทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงได้อย่างมีประสิทธิภาพ - สูตรการคำนวณ ความเค้น : 𝐹 𝜎= 𝐴 (2.3) โดยที่ : • 𝜎 = ความเค้น (N/m2 or Pa) • 𝐹 = แรงที่กระทำ (N) • 𝐴 = พื้นที่หน้าตัด (m2 ) -สูตรการคำนวณ ความเครียด : 𝜀= ∆𝐿 𝐿0 โดยที่ : • 𝜀 = ความเครียด (dimensionless) • ∆𝐿 = ความยาวที่เปลี่ยนแปลง (m) • 𝐿0 = ความยาวเริ่มต้น (m) 21 (2.4) -สูตรคำนวณพลังงานของการตกกระทบ : 1 E = mv2 2 (2.5) โดยที่ : • E = พลังงานที่เกิดจากแรงกระแทกหรือการชน (Joules) • m = มวลของวัตถุ (kg) • v = ความเร็วขณะชน (m/s) -สูตรแรงกระทำจากการตกกระทบ : 2𝐸𝑈 σ= √ โดยที่ : 𝑉 (2.6) • σ = แรงเค้นจากแรงกระแทก (Impact stress) [Pa] • E = มอดูลัสของความยืดหยุ่น (Young’s Modulus) [Pa] • U = พลังงานจากแรงกระแทกที่ถูกดูดซับ [J] • V = ปริมาตรของวัสดุที่รับแรง [m³] 2.8.2 การกระจายแรงกระทำและความแข็งแรงของโครงสร้าง (Load Distribution and Structural Integrity) [6] การออกแบบโครงสร้างของโรเวอร์ต้องสามารถกระจายแรงกลทางกลให้สม่ำเสมอทั่วทั้ ง โครงสร้าง เพื่อป้องกันการเสียรูปเฉพาะจุด การแตกร้าว หรือความเสียหายทางโครงสร้าง เนื่องจาก รูปแบบการกลิ้งและการตกกระทบทำให้แรงจะถูกส่งต่ออย่างต่อเนื่องบริเวณจุดสัมผัสกับพื้นและ ส่วนประกอบที่สำคัญภายในอุปกรณ์ ซึ่งอธิบายได้ดังตารางที่เห็นด้านล่างนี้ 22 ส่วนประกอบ (Component) ประเภทโหลด (Type of Load) เปลือกนอก (Outer Shell) แรงกระแทก (Impact), แรงอัด รับแรงจากการตกกระแทกพื้นหรือกลิ้งผ่านพื้นที่ขรุขระ แรงจะกระจายผ่านโฟมเข้าสู่โครงใน โครงสร้างภายใน (Internal Frame) แรงบิด (Torsion), แรงเฉือน (Shear), แรงปกติ (Normal) รับแรงจากการหมุน กลิง้ น้ำหนักอุปกรณ์ดา้ นใน กระจายผ่านคานและซี่โครงไปยังจุดรับแรงหลัก จุดยึดอุปกรณ์ (Electronics Mount) แรงสถิต (Static), แรงสั่นสะเทือน (Vibration) แรงจากน้ำหนักของชิ้นส่วนและแรงสั่นขณะเคลื่อนที่ กระจายผ่านฐานยึดเข้าสูโ่ ครง จุดสัมผัสพื้น (Ground Contact Area) แรงปฏิกิริยาปกติ (Normal Force), แรงเสียดทาน (Friction) แรงที่สง่ ผ่านจากพื้นสูเ่ ปลือกและโครงกลาง ระหว่างการกลิง้ หรือเคลื่อนที่บนพื้นต่างระดับ การกระจายแรง (Load Distribution) ตารางที่ 2.1 Load Distribution and Structural Integrity [6] 2.8.3 ทฤษฎีและหลักการเลือกวัสดุโครงสร้างแบบชั้นหลายชั้น (Layered Material Structure) [28] การออกแบบโครงสร้างสำหรับรับแรงกระแทกจากการตกต้องพิจารณาวัสดุที่ “แข็งแรงและ น้ำหนัก เบา” พร้อ มกับ “ดูดซับ แรงกระแทก” โดยการใช้ร ะบบวัส ดุแบบโครงสร้างชั้นหลาย ประกอบด้วย • เปลือกแข็งชั้นนอก (Outer Shell): ทำหน้าที่กระจายแรงกระแทกและป้องกันแรงเฉือน หรือแรงกดโดยตรงจากภายนอก • ชั้นดูดซับแรงกระแทก (Foam Core): ดูดซับพลังงานแรงกระแทก ลดแรงส่งต่อไปยังชั้นใน 23 • เปลือกแข็งชั้นใน (Inner Shell): ทำหน้าที่ยึดอุปกรณ์และรับแรงกระแทกที่ผ่านชั้นโฟม - Isolation and Damping ชั้นโฟมช่วยลดการส่งผ่านแรงสั่นสะเทือนและแรงกระแทกไปยัง อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ภายใน ซึ่งเป็นหลักการที่สำคัญในการรักษาความปลอดภัยของระบบอิเล็กทรอนิกส์และชิ้ นส่วน ละเอียด [30] 2.9 หลักการอิมพัลส์ โมเมนตัม และแรงดล [62] หลักการอิมพัลส์ โมเมนตัม และแรงดล ใช้อธิบายพฤติกรรมของวัตถุในช่วงเวลาสั้นมากขณะ เกิดการกระแทก ซึ่งเป็นลักษณะสำคัญของการดรอปเทส ตามตำรากลศาสตร์วิศวกรรม (Hibbeler, 2010; Beer et al., 2012) แรงดล (Impulse) หมายถึงผลรวมของแรงทีก่ ระทำต่อวัตถุตลอดช่วงเวลา ที่เกิดการกระแทก แรงดลสามารถคำนวณได้จากสมการ J = ∫𝑓1𝑓2 𝐹(𝑡)𝑑𝑡 โดยที่ J คือ แรงดล (N·s) F(t) คือ แรงที่เปลี่ยนแปลงตามเวลา (N) ตามหลักการอิมพัลส์–โมเมนตัม แรงดลมีค่าเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของโมเมนตัม ดังนี้ J=Δp=m(𝑣𝑓 −𝑣𝑖 ) โดยที่ m คือ มวลของวัตถุ (kg) 𝑣𝑖 คือ ความเร็วก่อนการกระแทก (m/s) 𝑣𝑓 คือ ความเร็วหลังการกระแทก (m/s) ในกรณีของการดรอปเทส ความเร็วของวัตถุก่อนกระแทกสามารถประมาณได้จากสมการการ เคลื่อนที่ภายใต้แรงโน้มถ่วง 24 𝑣𝑖 = 2gh เมื่อ g คือ ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (9.81 m/s²) h คือ ความสูงในการปล่อยตก (m) แรงกระแทกเฉลี่ยในช่วงเวลาการกระแทกสามารถเขียนได้เป็น 𝐹𝑎𝑣𝑔 = Jt หรือแทนค่าแรงดล จะได้ 𝐹𝑎𝑣𝑔 = m(𝑣𝑓 −𝑣𝑖 )t จากสมการจะเห็นได้ว่า แรงกระแทกเฉลี่ยมีค่าแปรผกผันกับช่วงเวลาการกระแทก (Δt) กล่าวคือ หากช่วงเวลาการกระแทกสั้น แรงกระแทกที่เกิดขึ้นจะมีค่าสูง ในทางกลับกัน การใช้วัสดุที่ สามารถยุบตัวและดูดซับพลังงานได้ เช่น โฟมและยาง จะช่วยเพิ่มช่วงเวลาการกระแทก ทำให้แรงดล ถูกกระจายออกในช่วงเวลาที่ยาวขึ้น ส่งผลให้แรงที่ส่งไปยังโครงสร้างภายในลดลงอย่างมีนัยสำคัญ 2.10 Human-Robot Interaction (HRI) [34] HRI คือศาสตร์ที่ศึกษาและออกแบบระบบให้หุ่นยนต์และมนุษย์สื่อสารใช้ทำงานร่วมกันและ อยู่ร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพที่สุด โดยใช้ความรู้จากหลายสาขา เช่น cognitive science, AI, psychology, human–computer interaction 2.10.1 องค์ประกอบสำคัญในการโต้ตอบกับมนุษย์ (interaction) [35],[36] ▪ การรับรู้สิ่งแวดล้อมผ่านเซนเซอร์ (วิชั่น,การสัมผัส) ▪ การสื่อสารกับมนุษย์ (gestures, ปฏิกิริยาที่เหมาะสม) ▪ พฤติกรรมการปรับตัว เช่น การเรียนรู้ ตอบสนองต่อเจตนาของผู้ใช้ที่เคยใช้ งาน 25 ▪ มีการใช้แนวคิด adaptive collaborative control: เพื่อให้หุ่นยนต์ และ มนุษย์เป็นพันธมิตรกันในการตัดสินใจ แบ่งบทบาทตามความถนัดและปรับ พฤติกรรมร่วมกันอย่างยืดหยุ่น • มีการใช้ระบบ anticipatory control: หุ่นยนต์คาดการณ์พฤติกรรมของ มนุ ษ ย์ (เช่ น intent, gesture, eye movement) เพื ่ อ ประสานงานได้ ราบรื่นและรวดเร็วกว่าแค่ตอบสนองย้อนหลัง เป็นการจดจำการใช้งานของ มนุษย์ที่เคยใช้งานหลายๆครั้ง 2.10.2 การประยุกต์แนวคิดระหว่าง หุ่นยนต์และ HRI [35],[36] การออกแบบอุปกรณ์ทรงกลมสำหรับสำรวจดาวเคราะห์ เพื่อการศึก ษาใช้ก ารบูร ณาการ ทฤษฎีทั้งสองด้านเข้าด้วยกันคือ : • มีการใช้ predictive control เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ในสภาพแวดล้อมที่ ไม่รู้จัก หรือมีอุปสรรคแบบ static/dynamic • ออกแบบระบบ HRI (ถ้าห้องปฏิบัติการหรือผู้ควบคุมจากระยะไกลมีส่วน ร่วม) ให้สามารถ: 1. มี adaptive collaborative control คือหุ่นยนต์ตอบสนอง และทำงานร่วมกับมนุษย์ตามบทบาท 2.ใช้ anticipatory control เพื่อคาดการณ์ intent ของผู้ควบคุม และปรับพฤติกรรมล่วงหน้า ลด latency 3.มีชั้นความปลอดภัย (physical + cognitive) เพื่อป้องกันการ ปฏิสัมพันธ์ผิดพลาด 26 2.11 มาตรฐานและ ISO 2.11.1 IEEE 802.11 and IEEE 802.15.1 [37], [38] IEEE 802.11 คือมาตรฐานการสื่อสารเครือข่ายไร้สาย (Wireless LAN – WLAN) ที่กำหนด โดยสถาบั น IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) เพื ่ อ ใช้ ใ นการส่ง ข้อมู ล ระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ เช่น คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์ หุ่นยนต์ หรืออุปกรณ์ IoT โดยไม่ต้องใช้สายเคเบิล ในการทำงาน IEEE 802.15.1 เป็นมาตรฐานการสื่อสารไร้สายแบบBluetooth ระดับล่าง (low tier) และ แบบเฉพาะกิจ (ad hoc) ซึ่งใช้บนพื้นโลก สำหรับการสื่อสารในระยะสั้น โดยออกแบบมาสำหรับ อุปกรณ์ขนาดเล็ก ราคาต่ำ และใช้พลังงานน้อย ความแตกต่างในเรื่องย่านความถี่ที่ใช้งาน ซึ่งจะมีผลต่อทั้งอัตราการส่งข้อมูล (data rate) และ ระยะการครอบคลุมของสัญญาณ (range) รูปที่ 2.15 ตารางแสดงย่านความถี่ [38] 27 Modulation คือ กระบวนการเปลี่ยนแปลงสัญญาณพาหะ (carrier signal) เพื่อส่งข้อมูล ผ่านสื่อกลาง รูปที่ 2.16 ตารางเทคนิคการมอดูเลตและการเข้ารหัสสัญญาณที่ใช้ในมาตรฐานไร้สาย [38] รูปที่ 2.17 ตารางสรุปแบบง่ายของเทคนิคการมอดูเลชันและการเข้ารหัส [38] 2.11.2 ISO 12100 Safety of machinery — General principles for design — Risk assessment and risk reduction [41],[42] เป็นมาตรฐานซึ่งกำหนดมาตราฐานและแนวคิดพื้นฐาน, คำศัพท์, หลักการออกแบบ และ กระบวนการประเมินและลดความเสี่ยงสำหรับเครื่องจักรทุกประเภท 28 โดย ISO12100 ครอบคลุมขั้นตอนในการประเมินความเสี่ยง (risk assessment) เช่น 1. กำหนดขอบเขตการใช้งานของเครื่องจักร 2. ระบุอันตราย (hazard identification) 3. ประมาณและประเมินความเสี่ยง (risk estimation & evaluation) 4. เลือกมาตรการลดความเสี่ยง (risk reduction) 2.11.3 ASTM F963: Standard Consumer Safety Specification for Toy Safety [43],[44] ASTM F963 เป็นมาตรฐานวัสดุ การออกแบบ และวิธีทดสอบที่ใช้ควบคุมความปลอดภัย ของเล่นเพื่อเด็กต่ำกว่า 14 ปี โดยมาตรฐานนีค้ ุ้มครองของเล่นสำหรับเด็กที่มีอายุไม่เกิน 14 ปี แต่ใน บางกรณี อายุของเด็กไม่เกิน 12 ปี จะต้องผ่านการทดสอบโดยห้องแล็บที่รับรองจากทาง CPSC มาตรฐานนี้รวมข้อกำหนดด้านรูปแบบ, วัสดุ, กลไก, และการระบุความเสี่ยงต่าง ๆ ที่อาจเกิด ขึ้นกับเด็ก และยังมีการกำหนดมาตรฐานการทดสอบเชิงเทคนิคด้วย อาทิเช่น ทดสอบการกด การ กระแทก รวมถึงการทดสอบสารเคมีด้วย 2.11.4 IPC-2221 Generic Standard on Printed Board Design [45] มาตรฐานทั่วไปสำหรับการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) รวมถึงการให้ความหมายของ PCB การระบุแนวทางและกฎเกณฑ์สำหรับการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ ครอบคลุมทั้งด้านกลไก ไฟฟ้า และความร้อน มาตรฐานนี้ครอบคลุมการออกแบบแผงวงจรพิมพ์เอง รวมถึงการจัดวาง การจัด วางส่วนประกอบ และการเดินสายวงจร นอกจากนี้ยังมีแนวทางสำหรับการเลือกวัสดุ ขนาด และ ความหนาของแผงวงจรพิม พ์ IPC-2221 เป็ น มาตรฐานที ่ไ ด้ร ั บ การยอมรั บ อย่ างกว้า งขวางใน อุตสาหกรรมแผงวงจรพิมพ์และนักออกแบบและผู้ผลิต 29 2.11.5 ASME Y14.5: Dimensioning and Tolerancing [46], [47] ASME Y14.5 เป็นมาตรฐานจาก American Society of Mechanical Engineers (ASME) ที ่ ร ะบุ ส ั ญ ลั ก ษณ์ กฎ และคำจำกั ด ความสำหรั บ Geometric Dimensioning & Tolerancing (GD&T) ซึ่งกำหนดรูปทรง ขนาด ตำแหน่ง และความสัมพันธ์ของชิ้นส่วนบนแบบวิศวกรรม โดยใน ASME Y14.5 จะแบ่งโครงสร้างออกเป็น 12 ส่วนหลัก เช่น 1. Section 1: ขอบเขต คำนิยาม ระเบียบการ dimensioning 2. Section 2: หลักการทั่วไปในการเขียนแบบ 3. Section 3: ให้ภาพรวมก่อนเข้าสู่ Datum Reference Frames 30 บทที่ 3 ขั้นตอนการดำเนินงาน 3.1 สถานการณ์ รถสำรวจดาวอังคาร (Mars Rover) ถูกออกแบบมาเพือ่ มอบประสบการณ์เชิงปฏิบัตทิ ี่ให้ ผู้ใช้งานได้เรียนรู้และสัมผัสถึงความท้าทายในการควบคุมรถสำรวจบนพื้นผิวดาวอังคารจริง ใน สถานการณ์นี้ ภารกิจของรถสำรวจถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจน คือ การขับเคลื่อนรถสำรวจและ บันทึกภาพคุณภาพสูงที่ติดตั้งไว้ภายในจุดต่าง ๆ ซึ่งจำลองสภาพภูมิประเทศของดาวอังคาร ภารกิจนี้ ทำหน้าที่ทงั้ เป็นสนามทดสอบสมรรถนะของรถสำรวจ และเป็นกิจกรรมการเรียนรูท้ ี่น่าสนใจสำหรับ สาธารณชนอีกด้วย 3.1.1 การกำหนดภารกิจ ภารกิจของโรเวอร์ถูกออกแบบเพื่อทดสอบความสามารถในการรับแรงกระแทก การเปลี่ยน ร่าง และการสำรวจ โดยมีขั้นตอนหลักดังนี้: 1. Deployment & Transformation – โรเวอร์ถูกปล่อยจากตำแหน่งทีก่ ำหนด (ลงพื้นหรือ ทางลาดเอียง) สามารถรับแรงกระแทก และเปลี่ยนร่างจากโหมดลูกบอลเป็น Rover 2. Activation & Communication – หลังการเปลี่ยนร่าง โรเวอร์จะเริม่ ติดต่อสือ่ สารกับ ศูนย์บัญชาการ และเปลี่ยนโหมดควบคุมจาก Rolling Mode เป็น Remote Control Mode 3. Exploration & Data Collection – โรเวอร์ถูกควบคุมจากศูนย์บัญชาการเพื่อทำภารกิจ เช่น การเคลือ่ นทีส่ ำรวจ เก็บข้อมูลภาพ พร้อมส่งข้อมูลแบบ Real-Time กลับไปยังศูนย์ ภารกิจนีส้ ื่อถึงงานปฏิบัตจิ ริงบนดาวอังคาร เช่น การถ่ายภาพเพื่อการวิเคราะห์ทาง วิทยาศาสตร์ หรือการเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งสำคัญเพื่อเก็บตัวอย่าง ระบบนำทาง กล้อง และระบบ ควบคุมของโรเวอร์จะถูกทดสอบอย่างเข้มงวดเพือ่ ให้มั่นใจว่าสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ภายใต้สภาวะที่คล้ายกันบนดาวอังคาร 31 3.1.2 การออกแบบสถานการณ์และสภาพแวดล้อมภายในสนาม การออกแบบสนามจำลองถูกสร้างขึ้นเพื่อทดสอบความสมรรถนะของโรเวอร์ในการเคลื่อนที่ แปลงร่าง และทำภารกิจในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน โดยมีวัตถุประสงค์เพือ่ จำลองสภาพภูมิ ประเทศและสถานการณ์คล้ายกับพื้นผิวดาวเคราะห์ เพือ่ ใช้เป็นสื่อจุดประกายการเรียนรูเ้ ชิง STEM และทดสอบระบบกลไก การควบคุม และความเสถียรของโรเวอร์ในแต่ละรูปแบบการทำงาน รูปที่ 3.1 โมเดลสนามจำลอง สนามทดสอบถูกแบ่งออกเป็น 4 พื้นที่หลัก ดังนี้ 1) Safe Zone เป็นจุดพักของโรเวอร์ หลังจากการโยนหรือการลงจอด ใช้สำหรับเริ่มต้นหรือ หยุดเวลาในการทำภารกิจหลักของสนาม เป็นจุดตั้งต้นของการจำลองภารกิจสำรวจ รวมถึงพื้นที่พัก เพื่อประเมินสภาพระบบก่อนเริม่ กิจกรรมถัดไป 2) Zone 1 – โซนถ้ำยาว ในโซนนี้ โรเวอร์ตอ้ งหุบล้อกลับมาเกือบจะเป็นทรงกลม เพื่อให้ สามารถเคลื่อนที่ผ่านทางเดินแคบหรืออุโมงค์ได้อย่างปลอดภัย กลไกการแปลงร่างนี้ช่วยป้องกันการ ติดขัดของโครงสร้างและลดความเสียหายจากการชนผนังจำลอง 3) Zone 2 – โซนเนินภูเขา โรเวอร์ต้องแปลงร่างแยกล้อออกมาด้านข้าง เพื่อเพิ่มแรง ขับเคลื่อนและความสามารถในการปีนทางลาดสูงได้อย่างมัน่ คง ขณะลงจากเนินเขา โรเวอร์จะต้อง กลับมาสู่โหมดทรงกลม (rolling mode) เพื่อให้การกลิ้งลงมีความราบรื่นและควบคุมทิศทางได้ดี ลด แรงกระแทกต่อชิ้นส่วนภายใน 32 4) Zone 3 – โซนสะพาน พื้นที่นี้จำลองสภาพแวดล้อมแบบสะพานและมี “พื้นน้ำจำลอง” อยู่ด้านล่าง ในโซนนี้ โรเวอร์จะต้อง แปลงร่างสลับไปมาระหว่างโหมดลูกบอลทรงกลมและโหมดล้อ แยก ตามสถานการณ์ที่กำหนด เพื่อทดสอบความยืดหยุ่นของระบบควบคุม การปรับโหมดอัตโนมัติ และการเคลือ่ นที่บนพื้นผิวทีห่ ลากหลาย การออกแบบสนามดังกล่าวช่วยให้สามารถทดสอบได้ครบทัง้ ด้านกลไก การทรงตัว ระบบควบคุม และความสามารถของโรเวอร์ ในการรับแรงกระแทกและแปลงร่างตามสถานการณ์จริง 3.2 ข้อกำหนดด้านการออกแบบ - น้ำหนัก < 1.5 กก. - ทนต่อแรงกระแทกจากความสูง 1.6 เมตร - ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของโรเวอร์ไม่เกิน 18 ซม. - ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ในการควบคุม และแบตเตอรีส่ ามารถทำงาน 30 นาที - เคลื่อนที่บนพื้นไม่เรียบสูงเกิน 1.5 ซม. ความเร็ว 10 ซม./วินาที เดินตรง ±10° ระยะ 1 เมตร - มีแสงหรือเสียงตอบสนอง ปลอดภัย อุณหภูมิไม่เกิน 40°C วัสดุไม่เป็นพิษไม่ส่งผลเสียต่อ คน 3.3 ข้อจำกัด - ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของโรเวอร์ ≤ 15 ซม. น้ำหนัก ≤ 1.5 กก. ทนต่อแรงกระแทก - ปลอดภัยต่อเด็ก ไม่มีจุดหนีบ อุณหภูมิผิว ≤ 40°C - เริ่มการทำงานหลังได้รับแรงกระแทก ≤ 1.5 วินาที สามารถทำงานต่อเนื่อง 30 นาที - ราคาต้นทุน ≤ 10,000 บาท ใช้อะไหล่ที่สามารถหาได้ง่าย สามารถผลิตได้จริง - ใช้งานง่าย เหมาะกับเด็กวัย 7–12 ปี ติดตั้งไม่เกิน 10 นาที ทนทานต่อการใช้งานภายใน– นอกอาคาร 33 3.4 มาตรฐานที่เกี่ยวข้อง - มาตรฐานความปลอดภัยของของเล่น - มาตรฐานทั่วไปสำหรับการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) - มาตรฐานวัสดุและการออกแบบ - มาตรฐานด้านการวาดและออกแบบชิ้นงาน - มาตรฐานการสื่อสารเครือข่ายไร้สาย 3.5 ต้นแบบโมเดลหุ่นยนต์ทรงกลม รูปที่ 3.2 RT-G spherical amphibious police robot [48] 34 รูปที่ 3.3 Mechanical structure of the amphibious spherical robot [49] รูปที่ 3.4 BOLT Coding Robot [50] รูปที่ 3.5 Mini Robot Ball: Soccer Theme [51] 35 รูปที่ 3.6 Mini Robot Ball: Golf Theme [52] รูปที่ 3.7 Sphero Ollie Darkside App Controlled RoboticTube - Black / Red [63] รูปที่ 3.8 ของเล่นแมวอัตโนมัติพร้อมไฟ LED [64] 36 3.6 CAD shell Model รูปที่ 3.9 โมเดลเปลือกชั้นนอกสุด 3.7 การคำนวณแรงตกกระทบ กรณี ตกจากที่สงู กำหนด: 𝑔 = 9.81 𝑚/𝑠2 , 𝑚 = 1.2 𝑘𝑔 , ℎ = 1.6 𝑚 , 𝐴 = 0.053 𝑚2 𝑚𝑔ℎ = 1 𝑚𝑣 2 2 𝑣 = √2𝑔ℎ = √2 × 9.81 × 1.6 𝑣 = 5.6 𝑚/𝑠 𝐽 = 𝑚𝑣 = 1.2 × 5.6 𝐽 = 6.7 𝑁 ∙ 𝑠 𝐹𝑎𝑣𝑔 = = 𝐽 𝑇𝑐 6.7 0.03 𝐹𝑎𝑣𝑔 = 224.1 𝑁 𝐹𝑝𝑒𝑎𝑘 = 𝐹𝑎𝑣𝑔 𝜋 2 = 352.18 𝑁 37 𝜎= = 𝐹𝑝𝑒𝑎𝑘 𝐴 352.18 0.053 𝜎 = 6630.6 𝑃𝑎 𝑚𝑣 2 𝐹ยุบ = 2𝑑 = 1.2 × 5.62 2 × 0.01 𝐹ยุบ = 1883.52 𝑁 3.8 ตารางเปรียบเทียบวัสดุ ผลการ simulation 1 ชั้น เส้นผ่านศูนย์กลาง 13 เซนติเมตร สำหรับชั้นยาง ชั้นโฟม และชั้นพลาสติก วัสดุ ยาง EPDM มวล (กรัม) stress (N/m^2) strain Displace ment (mm) คุณสมบัติทั่วไป Elastic (Pa) 700-800 8.447*10^5 0.07316 0.8436 ทน UV, Ozone, ความชื้น, อุณหภูมิสงู (~−50 ถึง +150 °C) flexibility ดี 10e+06 ยางธรรมชาติ NR 600-700 8.775*10^3 0.565 38 0.9544 Elasticity สูง, ความ 10e+03 เหนียวดี แต่เสื่อมสภาพ เร็วเมือ่ เจอ UV, Ozone, และความร้อน ยาง SBR 600-700 7.616*10^5 0.02319 0.1335 ราคาถูก, สมบัติใกล้ NR; 21e+06 ใช้ยางรถยนต์; ทนการสึก ดี แต่ทน UV/Ozone แย่ โฟม EVA 100-200 8.348*10^5 0.1219 0.01294 น้ำหนักเบา, flexibility ปานกลาง, ทนความเย็นพอใช้ Polyurethane foam 800-900 5.056*10^7 0.1182 0.009008 Absorbs shock, 3.45e+09 energy dissipation สูง; มีทั้ง flexible และ rigid ABS plastic 600-700 2.926*10^7 0.1181 0.01007 ABS PC plastic 600-700 3.47*10^7 0.009766 Toughness และ impact resistance สูง กว่า ABS; ทนความร้อน ดีกว่า 0.1179 ตารางที่ 3.1 ตารางเปรียบเทียบวัสดุ 39 ขึ้นรูปง่าย, น้ำหนักเบา, ราคาถูก 0.05e+09 2e+09 2.4.1e+09 3.9 กลไกแปลงร่าง [53] 3.9.1 Rack and Pinion กลไกแร็กแอนด์พิเนียน (Rack and Pinion Mechanism) เป็นระบบส่งกำลังเชิงกลแบบ หนึ่งทีเ่ ปลี่ยนการหมุนของเฟือง (pinion gear) ให้เป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นของแท่งเฟืองตรง (rack gear) โดยมีการขบระหว่างฟันเฟืองทั้งสองชุด ทำให้แรงบิดจากมอเตอร์ถกู แปลงเป็นแรงดันเชิงเส้นได้ อย่างมีประสิทธิภาพ กลไกชนิดนี้ถูกใช้อย่างแพร่หลายในงานควบคุมการเคลือ่ นที่ เช่น ระบบพวงมาลัยรถยนต์, เครื่องจักร CNC, หุ่นยนต์แขนกล และกลไกเปิด–ปิดอัตโนมัติในงานอุตสาหกรรม - หลักการทำงาน 1. Pinion Gear (เฟืองกลม) — หมุนรอบแกนเพื่อส่งแรง 2. Rack Gear (เฟืองตรง) — เคลื่อนที่ในแนวเส้นตรงตามการหมุนของ pinion เมื่อมอเตอร์หมุนเฟือง pinion ฟันเฟืองจะขบกับฟันของ rack ทำให้ rack เคลื่อนที่ไป ข้างหน้า–ถอยหลังได้ตามทิศทางการหมุนของมอเตอร์ หากต้องการให้หยุดหรือค้างไว้ที่ตำแหน่งใด สามารถควบคุมได้โดยใช้มอเตอร์เซอร์โวหรือมอเตอร์เกียร์รว่ มกับเซนเซอร์ตำแหน่งหรือลิมิตสวิตช์ - การประยุกต์ใช้ในโครงงานโรเวอร์ทรงกลม กลไกแร็กแอนด์พิเนียนถูกนำมาใช้เป็นระบบแปลงร่างของตัวโรเวอร์ เพื่อควบคุมการกาง ออกและหุบเข้าของเปลือกด้านข้างทัง้ สองฝั่ง โดยออกแบบให้เฟือง pinion ต่อเข้ากับเพลาของ มอเตอร์ขนาดเล็ก และให้ rack อยู่ในแนวแกนราบขนานกับโครงใน เมื่อมอเตอร์หมุนตามเข็มนาฬิกา เฟือง pinion จะผลัก rack ออก ทำให้เปลือกกางออกจากกัน (เข้าสู่โหมดสองล้อ) และเมื่อมอเตอร์ หมุนทวนเข็มนาฬิกา rack จะถูกดึงกลับ ทำให้เปลือกทัง้ สองฝั่งหุบเข้ามาประกบกันอีกครั้ง ด้วยการออกแบบลักษณะนี้ กลไกแร็กแอนด์พิเนียนช่วยให้ระบบแปลงร่างของโรเวอร์มีความ แข็งแรง ควบคุมมุมเปิด–ปิดได้แม่นยำ และสามารถผลิตได้งา่ ยกว่ากลไกแบบสกรูหรือระบบบานพับ สปริงในระดับต้นแบบ 40 3.9.2 Spring Latch Mechanism กลไกชนิดนี้เป็นระบบทางกลแบบพาสซีฟ (Passive Mechanical System) ที่อาศัยการถ่าย โอนพลังงานทางฟิสกิ ส์ โดยใช้แรงกระแทกจากภายนอกเป็นตัวจุดชนวน (Trigger) เพื่อปลดปล่อย พลังงานที่ถูกกักเก็บเอาไว้ภายในระบบ กลไกนีป้ ระกอบด้วยชิ้นส่วนหลัก 3 ส่วน ได้แก่ 1. สปริง: ทำหน้าที่เป็นตัวกักเก็บพลังงานศักย์ยืดหยุ่น เมือ่ สปริงถูกแรงกระทำจากภายนอก ให้หดตัวหรือยืดออก พลังงานจะถูกสะสมไว้ตามสมการทางฟิสิกส์ 2. สลักยึด: ชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่ขัดหรือล็อคโครงสร้างเอาไว้ เพื่อรักษาสภาพให้สปริงยังคงถูก บีบอัดอยู่ (รักษาระดับพลังงานศักย์ไว้ไม่ให้สูญหาย) 3. กลไกรับแรงกระแทก: ส่วนปลายหรือจุดสัมผัสทีเ่ ชื่อมต่อกับสลักยึด ทำหน้าที่รบั แรง กระแทกจากภายนอก และเปลี่ยนทิศทางของแรงนั้นไปผลักให้สลักยึดหลุดออกจากตำแหน่งล็อค - การประยุกต์ใช้กบั โรเวอร์ การนำกลไกสปริงมาใช้กับโรเวอร์ เริม่ ต้นจากการบีบอัดล้อทั้งสองข้างเข้าหากันเพื่อกดขด สปริงที่แกนกลาง แล้วยึดล็อคด้วยสลักกลไกให้อยู่ในรูปทรงกลมขนาดกะทัดรัดเพื่อกักเก็บพลังงาน ศักย์ เมื่อโรเวอร์ถูกปล่อยและตกกระทบพื้นเป้าหมาย แรงกระแทกจากการลงจอดจะทำหน้าทีเ่ ป็นตัว ดันสลักให้หลุดออกโดยอัตโนมัติด้วยหลักการทางกลศาสตร์ล้วนๆ ทันทีทสี่ ลักหลุด สปริงที่ถูกอัดแน่น ไว้จะดีดตัวและคลายพลังงานออกมา ผลักล้อทัง้ สองข้างให้กางแยกออกจากกันอย่างรวดเร็ว การ ขยายฐานล้อแบบนี้ช่วยเพิม่ ความเสถียรในการทรงตัว ป้องกันการพลิกคว่ำ และทำให้โรเวอร์พร้อม ขับเคลื่อนสำรวจพื้นที่วิบากได้ทันที ซึ่งเป็นการออกแบบที่ทงั้ รวดเร็วและช่วยประหยัดพลังงาน แบตเตอรี่ในขั้นตอนแปลงร่างได้อย่างสมบูรณ์แบบ 3.10 การพัฒนาและปรับเปลีย่ นรูปทรงของการออกแบบ ในขั้นตอนการออกแบบเชิงแนวคิด (Conceptual Design) รูปทรงทรงกลมถูกเลือกเป็น รูปแบบหลักของโรเวอร์ เมื่อเข้าสู่ขั้นตอนการออกแบบและการสร้างต้นแบบจริง พบว่าการขึ้นรูปทรง กลมมีข้อจำกัดด้านกระบวนการผลิต ความซับซ้อนของการประกอบ และกรอบเวลาที่จำกัด ภายใต้ เงื่อนไขดังกล่าว รูปทรงทรงกระบอกจึงถูกเลือกใช้ในระยะต้นแบบ เนื่องจากยังคงคุณสมบัติการกลิง้ และการใช้งานได้ในระดับทีเ่ หมาะสม 41 3.10.1 Material Selection - ชั้นยางด้านนอกเลือกใช้ ยางรถยนต์ (rubber) เนื่องจากมีคุณสมบัติด้านความยืดหยุ่นและ ความทนทานต่อแรงกระแทกสูง รวมถึงมีแรงเสียดทานที่เหมาะสมต่อการกลิง้ และการเคลื่อนทีบ่ น พื้นผิว - ชั้นดูดซับแรงด้านในเลือกใช้ โฟมเซลลูโลส (cellulose foam) ซึง่ มีคุณสมบัติในการดูดซับ พลังงานจากแรงกระแทกและช่วยกระจายแรงก่อนส่งต่อไปยังโครงสร้างด้านใน - ชั้นโครงสร้างแข็ง (shell) เลือกใช้ พลาสติกโพลีโพรพิลีน (Polypropylene: PP) เนื่องจาก น้ำหนักเบา ความแข็งแรงเชิงโครงสร้าง เหมาะสำหรับโครงสร้างรองรับชิ้นส่วนและกลไกภายในของ โรเวอร์ 3.10.2 Modeling & Sizing of Parts รูปที่ 3.10 3D model Prototype 1 isometric view รูปที่ 3.11 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก isometric view 42 รูปที่ 3.12 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Front View รูปที่ 3.13 3D model Prototype 2 isometric view รูปที่ 3.14 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก isometric view 43 รูปที่ 3.15 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก Front View 3.10.3 System Integration & Standard Parts ลำดั บ ชื่ อ รำยละเอี ยด จำ นวน 1 DC motor ZGA2 5RP 12V 100RPM 2 2 DC motor ZGA1 7RV 12V 20RPM 1 3 Battery 12V 3000 mAh 1 4 ESP32-CAM 1 5 ESP32-CAM baseboard 1 6 Adafruit motor shield v2 1 7 Arduino UNO R3 1 8 กล่ อ งใส่ อ ำหำรทรงกระบอก PP plastic 1 9 เฟื อ งเหล็ กขบ 16 T รู 3 mm 1 10 รำงเฟื อ งอลู มิเ นี ยม 20 cm 1 11 rasberry pi pico 1 12 NRF24L01+PA+LNA 1 ตาราง 3.2 ตารางอุปกรณ์ Prototype 1 44 ลำดั บ ชื่ อ รำยละเอี ยด จำ นวน 1 DC motor ZGA2 5RP 12V 100RPM 2 2 Battery 12V 3000 mAh 1 3 ESP32-CAM 1 4 ESP32-CAM baseboard 1 5 Galaxy RVR 1 6 Arduino UNO R3 1 7 Compression spring 6 ตาราง 3.3 ตารางอุปกรณ์ Prototype 2 3.11 Industrial Design & Business Manufacturing (ความสามารถในการผลิต) การออกแบบโรเวอร์สามารถผลิตและประกอบได้จริงภายใต้ข้อจำกัดของเวลา งบประมาณ และทรัพยากรที่มีอยู่ โดยยังคงรักษาฟังก์ชันหลัก ความทนทาน และความปลอดภัยในการใช้งาน เพื่อให้ต้นแบบสามารถนำไปทดสอบและใช้งานในบริบทการศึกษาได้อย่างมีประสิทธิภาพ 1. กระบวนการขึ้นรูปวัสดุ (Manufacturing Process) การเลือกวัสดุและรูปทรงของ Rover คำนึงถึงกระบวนการผลิตที่สามารถดำเนินการได้ในระดับ ต้นแบบ ได้แก่: • ยางรถยนต์ (Rubber): ใช้เป็นชั้นภายนอก สามารถตัด ดัด หรือขึ้นรูปได้โดยไม่ต้องใช้ แม่พิมพ์ซบั ซ้อน • พลาสติก ABS (Core): สามารถขึ้นรูปด้วยการ 3D printing ซึ่งเหมาะกับการผลิตชิ้นส่วน โค้งและลดต้นทุนในการสร้างต้นแบบหรือแม่พมิ พ์สำหรับขึน้ รูป 45 • พลาสติกโพลีโพรพิลีน (Polypropylene: PP) (shell) : เป็นวัสดุที่มีน้ำหนักเบา ความ แข็งแรงเชิงโครงสร้างเหมาะสม และสามารถจัดหาได้ง่ายจากร้านอุปกรณ์ทั่วไป ซึง่ โครงงาน ของพวกเราซื้อมาในรูปแบบของภาชนะทรงกระบอกสำหรับบรรจุอาหาร ซึง่ มีรูปทรงและ คุณสมบัตสิ อดคล้องกับการออกแบบของโรเวอร์ การเลือกใช้วัสดุในลักษณะดังกล่าวสามารถ ช่วยลดขั้นตอนการขึ้นรูป ลดต้นทุน และเพิ่มความเป็นไปได้ในการสร้างต้นแบบภายใต้ ข้อจำกัดของเวลาและงบประมาณ • Cellulose Foam (Foam layer): สามารถตัดและขึ้นรูปตามขนาดที่ต้องการได้ง่าย ใช้เป็น ชั้นดูดซับแรงกระแทก กระบวนการดังกล่าวช่วยลดขั้นตอนการผลิตและความซับซ้อนของเครือ่ งมือ 2. ความง่ายในการประกอบ (Assembly Consideration) Rover ถูกออกแบบให้มจี ำนวนชิ้นส่วนไม่มากและสามารถประกอบได้ง่ายโดย: • โครงสร้างหลักสามารถถอดประกอบได้ • กลไกแปลงร่างและระบบขับเคลื่อนติดตั้งแยกจากโครงสร้างภายนอก • ลดการใช้ตัวยึดถาวร เช่น กาว หรือการเชื่อม เน้นไปที่การใช้น๊อตยึด แนวทางนี้ช่วยลดเวลาในการประกอบและเอื้อต่อการแก้ไขหรือปรับปรุงต้นแบบในอนาคต 3. ความเหมาะสมสำหรับการสร้างต้นแบบ (Prototype Feasibility) การออกแบบด้านการผลิตมุง่ เน้นให้: • สามารถสร้างต้นแบบได้ภายในระยะเวลาที่กำหนด • ใช้วัสดุและอุปกรณ์ทหี่ าได้ทั่วไป • ลดความเสี่ยงจากการผลิตชิ้นส่วนที่ซบั ซ้อนเกินไป การพิจารณาดังกล่าวช่วยให้กระบวนการพัฒนาเป็นไปอย่างต่อเนื่องและสามารถทดสอบระบบย่อยได้ จริง 46 4. ความสามารถในการปรับปรุงการผลิตในอนาคต (Scalability) แม้โครงการนี้จะอยู่ในระดับต้นแบบ แต่แนวคิดการออกแบบด้านการผลิตได้คำนึงถึงความเป็นไปได้ ในการปรับปรุงการผลิตในอนาคต เช่น: • การปรับเปลี่ยนจาก 3D printing เป็น injection molding • การใช้วัสดุที่เหมาะสมกับการผลิตจำนวนมาก • การลดจำนวนชิ้นส่วนเพื่อลดต้นทุนต่อหน่วย โดยสรุป การออกแบบโรเวอร์ต้องคำนึงถึงความสามารถในการผลิตและการประกอบเป็นสำคัญ เพื่อให้สามารถสร้างต้นแบบได้จริงภายใต้ข้อจำกัดของโครงการ ในขณะเดียวกันต้องคิดถึงการพัฒนา ไปสู่การผลิตในระดับทีส่ ูงขึ้นในอนาคต โดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแนวคิดการออกแบบหลักของระบบ 3.12 ขั้นตอนการทำงาน โดยทางผูจ้ ัดทำแบ่งการทำงานออกเป็น 2 ฝ่าย คือ ฝ่ายจัดทำ CAD เพื่อทีจ่ ะขึ้นรูปชิ้นงาน ด้วยเครื่อง 3D Printer และ ฝ่ายเขียนโปรแกรมสำหรับควบคุมบอร์ดและมอเตอร์สำหรับการควบคุม ล้อของตัวโรเวอร์ เมื่อแบ่งฝ่ายได้แล้วจึงได้ลงมือจัดทำตัวโรเวอร์ 3.12.1 ฝ่ายจัดทำ CAD ขั้นรูปชิ้นงาน 1. Prototype 1 ขั้นตอนที่ 1 จัดหาและวัดขนาดของวัสดุอปุ กรณ์ที่จะนำมาซือ้ รูปที่ 3.16 กล่องพลาสติกทรงกระบอกเกรด PP 47 รูปที่ 3.17 กล่องพลาสติกทรงกระบอกเกรด PP ลำดั บ ชือ่ รำยละเอียด จำนวน 1 DC motor ZGA25RP 12V 100 rpm 2 2 DC motor ZGA17RV 12V 20 rpm 1 3 Battery 12V 3000 mah 1 4 ESP32 cam 1 5 ESP32 cam baseboard 1 6 Adafruit motor shield v2 1 7 Arduino UNO R3 8 กล่องใส่อำหำรทรงกระบอก PP plastic 1 1 9 เฟืองเหล็กขบ 16 T รู 3 mm. 1 10 รำงเฟืองอลูมเิ นียม 20 cm 1 11 rasberry pi pico 1 12 NRF24L01+PA+LNA 1 ตาราง 3.4 ตารางอุปกรณ์ที่ใช้ใน Prototype 1 ขั้นตอนที่ 2 CAD กลไกการทำงานสำหรับขึ้นรูปชิ้นงาน รูปที่ 3.18 3D model Prototype 1 isometric view 48 รูปที่ 3.19 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Isometric view รูปที่ 3.20 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Front View ขั้นตอนที่ 3 ขึ้นรูปชิ้นงานด้วยเครื่อง 3D Printer รูปที่ 3.21 โครงสร้างภายใน 3D Printer Prototype 1 49 รูปที่ 3.22 ภาพล้อ 3D Printer Prototype 1 รูปที่ 3.23 ภาพประกอบ Prototype 1 รูปที่ 3.24 ภาพประกอบพร้อมเปลือก Prototype 1 50 2. Prototype 2 ขั้นตอนที่ 1 CAD กลไกการทำงานสำหรับขึ้นรูปชิ้นงาน รูปที่ 3.25 3D model Prototype 2 isometric view รูปที่ 3.26 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก isometric view รูปที่ 3.27 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก Front View 51 ขั้นตอนที่ 2 ขึ้นรูปชิ้นงานด้วยเครื่อง 3D Printer รูปที่ 3.28 ภาพล้อ 3D Printer Prototype 2 รูปที่ 3.29 ภาพประกอบ Prototype 2 รูปที่ 3.30 ภาพประกอบพร้อมเปลือก Prototype 2 52 3.12.2 ฝ่ายเขียนโปรแกรมควบคุมบอร์ดและมอเตอร์ ขั้นตอนที่1 จัดหาและวัดขนาดของวัสดุอุปกรณ์ที่จะนำมาซือ้ รูปที่ 3.31 ภาพอุปกรณ์ electronics Prototype 1 รูปที่ 3.32 ภาพอุปกรณ์ electronics Prototype 1 53 ขั้นตอนที่ 2 เขียนโปรแกรมควบคุมบอร์ดและมอเตอร์ รูปที่ 3.33 Code สำหรับควบคุมกล้องจากบอร์ด ESP32-CAM รูปที่ 3.34 Code สำหรับควบคุม G29 cockpit รูปที่ 3.35 Code สำหรับรับและส่งข้อมูลจาก G29 cockpit 54 รูปที่ 3.36 Code สำหรับทดสอบหาพอร์ตของ G29 Cockpit 3.13 ข้อดีและข้อเสียหลังการใช้งาน ตารางที่ 3.5 ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสีย Prototype 1 ตารางที่ 3.6 ตารางเปรียบเทียบข้อดี-ข้อเสีย Prototype 2 55 บทที่ 4 ผลการดำเนินงาน 4.1 การออกแบบและพัฒนาชิ้นงาน 4.1.1 Prototype 1 โรเวอร์นี้ถูกออกแบบสำหรับภารกิจสำรวจพื้นที่วิบาก โดยมีรูปแบบการทำงานคล้ายยาน สำรวจอวกาศ เริ่มจากการปล่อยตัวจากที่สูงสู่พื้นที่เป้าหมาย โครงสร้างภายนอกทำหน้าที่เป็นเกราะ ซับแรงกระแทกเพื่อปกป้องชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ภายใน เมื่อชิ้นงานตกถึงพื้นและหยุดนิ่ง อย่ าง ปลอดภัย ระบบจะแปลงสภาพเพื่อเข้าสู่โ หมดสำรวจ โดยอาศัยกลไกเฟืองสะพาน ( Rack and Pinion) บริเวณแกนกลาง ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์เพื่อเลื่อนชุดล้อแยกออกจากกันเป็นสองฝั่ง จากนั้น โรเวอร์จะเคลื่อนที่ด้วยระบบขับเคลื่อนสองล้ออิสระ (Differential Drive) ที่สามารถควบคุมความเร็ว แยกซ้าย-ขวา ทำให้เดินหน้า ถอยหลัง หรือหมุนตัวในพื้นที่แคบได้อย่างแม่นยำ พร้อมกันนี้ ระบบจะ สตรีมภาพวิดีโอแบบเรียลไทม์กลับไปยังสถานีควบคุม เพื่อให้ผู้ใช้งานประเมินสภาพแวดล้อมและ ตัดสินใจนำทางได้อย่างมีประสิทธิภาพ 1. รูปแบบและโครงสร้างภายนอก จากการออกแบบแบบจำลอง 3 มิติ โครงสร้างภายนอกของโรเวอร์ถูกออกแบบให้มีลัก ษณะ เป็นทรงกระบอก (Cylindrical Shape) เพื่อความกะทัดรัดและปกป้องชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์รวมถึง กลไกการขับเคลื่อนที่อยู่ภายใน ดังแสดงในรูปที่ 4.1 และในส่วนของวัสดุที่ใช้ทำเปลือกนอกได้เลือกใช้ วัส ดุป ระเภทพลาสติก PP (Polypropylene) ซึ่ง เป็นวัส ดุม าตรฐานที่ส ามารถจัดหาได้ง ่ายตาม ท้องตลาดทั่วไป มีข้อดีคือน้ำหนักเบา มีความยืดหยุ่น และสามารถทนทานต่อแรงกระแทกจากการใช้ งานจริงได้ในระดับที่เหมาะสม 56 สำหรับขนาดของโรเวอร์ ได้รับการออกแบบให้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของโครงสร้ าง ทรงกระบอกอยู่ที่ 13 เซนติเมตร และมีความยาวรวมของตัวเครื่องอยู่ที่ 34 เซนติเมตร โดยโครงสร้าง นี้จะประกอบไปด้วยส่วนแกนกลางที่ใช้ติดตั้งอุปกรณ์ และล้อขับเคลื่อนที่ติดตั้งอยู่บริเวณปลายทั้ง สองด้านเพื่อให้โรเวอร์สามารถเคลื่อนที่และปฏิบัติงานได้ตามที่ออกแบบไว้ รูปที่ 4.1 3D model Prototype 1 และเปลือกชั้นนอก Isometric view 2. กลไกการแปลงร่าง โครงสร้างภายในของ Prototype 1 ออกแบบให้สามารถแปลงสภาพได้ด้วยกลไกเฟือง สะพาน (Rack and Pinion Mechanism) ดังแสดงในรูปที่ 4.2 โดยใช้มอเตอร์กระแสตรงติดตัง้ แนวตั้งกึ่งกลางโครงสร้างเป็นต้นกำลัง เมื่อได้รบั คำสั่ง มอเตอร์จะหมุนเฟืองขับเพื่อดันรางเฟือง ส่งผล ให้ชุดกล่องมอเตอร์และเปลือกนอก (ล้อ) ทัง้ สองฝั่ง เลื่อนแยกออกจากกันตามแนวรางสไลด์ เป็นการ เปลี่ยนสถานะโรเวอร์จากรูปแบบทรงกระบอกพับเก็บ ไปสู่โหมดกางล้อพร้อมขับเคลื่อน รูปที่ 4.2 ภาพแสดงตำแหน่งการวางกลไกแปลงร่างของ Prototype 1 57 3. การจัดวางระบบขับเคลื่อนและอิเล็กทรอนิกส์ สำหรับการจัดวางอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในของ Prototype 1 ได้รับการออกแบบโดย คำนึงถึงการกระจายน้ำหนักและความสะดวกในการเดินสายไฟ ภายในโครงสร้างหลัก ดังแสดงในรูป ที่ 4.3 โดยสามารถแบ่งพื้นที่การติดตั้งออกเป็น 3 ส่วนหลัก ได้แก่ - ส่วนแหล่งจ่ายไฟ: บริเวณช่องด้านล่างสุดของโครงสร้าง (บล็อกสีชมพู) ถูก ออกแบบให้เป็นช่องสำหรับบรรจุแบตเตอรี่หลักของโรเวอร์ การจัดวางชิ้นส่วนที่มีน้ำหนัก มากไว้ในตำแหน่งที่ต่ำทีส่ ุดนี้ เป็นการลดระดับจุดศูนย์ถ่วง เพื่อเพิ่มเสถียรภาพในการทรงตัว และลดความเสี่ยงในการพลิกคว่ำขณะเคลื่อนที่ - ส่วนรับภาพและประมวลผล: บริเวณแท่นยึดสี่เหลี่ยมแนวตั้งด้านบนโครงสร้าง ถูก ออกแบบไว้สำหรับติดตั้งโมดูลกล้อง เช่น ESP32-CAM การจัดวางกล้องให้อยู่ในตำแหน่งที่ สูงและตั้งฉากกับพื้น ช่วยเพิ่มทัศนวิสัยและมุมมองที่กว้างขึน้ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการ ปฏิบัติภารกิจจำลองการสำรวจพื้นที่ - ส่วนควบคุมหลัก: พื้นทีร่ าบที่เหลือบริเวณกึ่งกลางของโครงสร้าง ถูกจัดสรรไว้ สำหรับเป็นแท่นติดตั้งแผงวงจรควบคุม ไมโครคอนโทรลเลอร์ และโมดูลขับมอเตอริ์ การวาง ตำแหน่งบอร์ดควบคุมไว้ตรงกลางจะช่วยให้การเดินสายไฟเชื่อมต่อไปยังมอเตอร์แปลงร่าง (ตรงกลาง) และกล่องมอเตอร์ขบั เคลือ่ น (ซ้าย-ขวา) ทำได้สะดวกรวดเร็วและเป็นระเบียบ รูปที่ 4.3 ภาพแสดงตำแหน่งการวางชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของ Prototype 1 58 4.1.2 Prototype 2 โมเดลนี้ได้รับการพัฒนาโดยมุ่งเน้นความรวดเร็วในการเตรียมความพร้อมและประหยัด พลังงาน โดยยังคงแนวคิดการปล่อยตัวจากระยะสูงลงสู่พื้นที่ปฏิบัติการ โครงสร้างภายนอกออกแบบ เป็นแคปซูลทรงกลมแบบโครงตาข่ายหกเหลี่ยม (Hexagonal Mesh) เพื่อรับและซับแรงกระแทก ช่วยปกป้องชิ้นส่วนภายในขณะลงจอด จุดเด่นสำคัญคือการใช้ "กลไกแปลงสภาพอัตโนมัติด้วยแรง กระแทก (Impact-Triggered Transformation)" ทดแทนการใช้มอเตอร์กางล้อ โดยระบบจะอาศัย พลังงานศักย์ยืดหยุ่น จากชุดสปริงที่ถูกบีบอัดและล็อกด้วยสลักกลไกไว้ตั้งแต่ก่อนเริ่มภารกิจ 1. รูปแบบและโครงสร้างภายนอก Prototype 2 ได้รับการพัฒนาเพือ่ แก้ไขข้อจำกัดและเพิม่ ประสิทธิภาพการทำงาน (ดังแสดง ในรูปที่ 4.4) โครงสร้างภายนอกถูกปรับสัดส่วนให้ใกล้เคียงทรงกลมมากขึ้น โดยเพิม่ เส้นผ่าน ศูนย์กลางเป็น 16 เซนติเมตร และลดความยาวรวมเหลือ 26 เซนติเมตร เพื่อเพิ่มความสมดุลและ ความกะทัดรัดในการเคลือ่ นที่ นอกจากนี้ พื้นผิวเปลือกนอกยังถูกออกแบบเป็นโครงตาข่ายหกเหลี่ยม เพื่อลดน้ำหนักรวมโดยที่ยงั คงความแข็งแรงเชิงโครงสร้างไว้ ด้านกระบวนการผลิตได้เปลี่ยนมาใช้ เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ด้วยวัสดุพลาสติก ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) ซึ่งมี คุณสมบัติเด่นด้านความเหนียวและทนต่อแรงกระแทกสูง ทำให้เหมาะสมอย่างยิง่ ต่อการทดสอบตก กระแทกและการทนทานต่อแรงกระทำในสภาวะการใช้งานจริง รูปที่ 4.4 3D model Prototype 2 และเปลือกชั้นนอก isometric view 59 2. กลไกการแปลงร่าง โครงสร้างภายในของโรเวอร์ (ดังแสดงในรูปที่ 4.5) ถูกออกแบบให้เป็นฐานยึดอุปกรณ์และ ชุดขับเคลื่อนหลักที่รองรับการแปลงสภาพด้วยแรงสปริง หลักการทำงานคือ เมื่อระบบปลดล็อก แรง สปริงจะดันฐานยึดมอเตอร์เกียร์ทั้งสองฝัง่ ให้เลื่อนแยกออกจากกันตามแนวขวาง เนื่องจากเพลา มอเตอร์เชื่อมต่อกับเปลือกนอกโดยตรง เปลือกดังกล่าวจึงเปลี่ยนหน้าที่เป็นล้อขับเคลื่อน และเมื่อ โครงสร้างกางออกจนสุด หุ่นยนต์จะพร้อมเข้าสู่โหมดการเคลื่อนที่แบบสองล้ออย่างสมบูรณ์ รูปที่ 4.5 ภาพแสดงตำแหน่งการวางกลไกแปลงร่างของ Prototype 2 3. การจัดวางระบบขับเคลื่อนและอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อรักษาเสถียรภาพขณะเคลือ่ นที่ การจัดวางอุปกรณ์อเิ ล็กทรอนิกส์และแหล่งพลังงานจึงถูก ออกแบบให้กะทัดรัด โดยให้ความสำคัญกับการจัดการจุดศูนย์ถ่วง (Center of Gravity: CG) ดัง แสดงในรูปที่ 4.6 ซึ่งแบ่งพื้นที่ติดตัง้ ออกเป็น 3 ส่วนหลัก ได้แก่ - ส่วนควบคุมหลัก (บล็อกสีเทา): พื้นที่ด้านบนของโครงสร้างสำหรับติดตัง้ แผงวงจร ควบคุมและโมดูลขับมอเตอร์ โดยจัดวางตำแหน่งเพือ่ อำนวยความสะดวกในการเดินสายไฟ (Wiring) ไปยังชุดขับเคลื่อนและอุปกรณ์อื่น ๆ อย่างเป็นระเบียบ - ส่วนแหล่งจ่ายไฟ (บล็อกสีน้ำเงิน): พื้นที่ด้านล่างสุดของโครงสร้างสำหรับติดตั้ง แบตเตอรี่ ซึง่ เป็นชิ้นส่วนที่มีน้ำหนักมาก การจัดวางในตำแหน่งนี้ช่วยกดจุดศูนย์ถ่วงของโร เวอร์ให้ต่ำลง เพิม่ สมรรถนะการทรงตัว และป้องกันการพลิกคว่ำขณะเคลื่อนที่หรือระหว่าง กระบวนการแปลงสภาพ 60 - ส่วนรับภาพและประมวลผล (ด้านหน้า): ช่องติดตั้งเฉพาะสำหรับบอร์ด ESP32CAM บริเวณด้านหน้าสุดของโครงสร้าง เพือ่ ให้โมดูลกล้องสามารถบันทึกและสตรีมภาพทัศน วิสัยด้านหน้าได้อย่างชัดเจน โดยปราศจากการบดบังจากชิ้นส่วนอื่นของโรเวอร์ รูปที่ 4.6 ภาพแสดงตำแหน่งการวางชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของ Prototype 2 61 4.2 Simulation Results 4.2.1 Drop test เปลือกแข็งทรงกระบอก มวล 1.5 กิโลกรัม รูปที่ 4.7 ค่า Stress ที่ระยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.8 ค่า Displacement ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.9 ค่า Strain ที่ระยะความสูง 1.6 เมตร สรุปผลการวิเคราะห์จาก Simulation: จุดที่ค่าความเค้น ค่าความเครียด และระยะยุบสูงสุด จะเกิดตรงบริเวณพื้นผิวที่สัมผัสกับพื้น ซึ่งจะเกิดขึ้นตั้งแต่ตรงมุมของเปลือกนอกลากยาวเป็นเส้นตรง ไปตลอดแนวชิ้นงาน โดยค่าระยะยุบสูงสุดจะอยู่ที่ 1.687 มิลลิเมตร 62 4.2.2 Drop test โครงสร้างภายใน มวล 1.5 กิโลกรัม รูปที่ 4.10 ค่า Stress ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.11 ค่า Displacement ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.12 ค่า Strain ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร สรุป ผลการวิเคราะห์จาก Simulation: จุดที่ค่าความเค้น ค่าความเครียดมากที่สุด ตรง บริเวณเสาค้ำด้านหลังบนพื้นที่วางบอร์ดทั้งสองข้าง และระยะยุบสูงสุดจะเกิดตรงบริเวณวางมอเตอร์ สำหรับขับรางเฟืองที่หน้าที่หุบ-กางโรเวอร์ โดยค่าระยะยุบสูงสุดจะอยู่ที่ 1.66 มิลลิเมตร 63 4.2.3 Drop test เปลือกแข็งทรงกลม มวล 928.5 กรัม รูปที่ 4.13 ค่า Stress ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.14 ค่า Displacement ที่ระยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.15 ค่า Strain ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร 64 4.2.4 Drop test โครงสร้างภายใน มวล 928 กรัม รูปที่ 4.16 ค่า Stress ที่ระยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.17 ค่า Displacement ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร รูปที่ 4.18 ค่า Strain ทีร่ ะยะความสูง 1.6 เมตร 65 สรุปผลการวิเคราะห์จาก Simulation: จากการจำลองการทดสอบการตกกระแทก (Drop Test) พบว่า จุดที่มีค่าความเค้น (Stress) และค่าความเครียด (Strain) สูงสุด จะเกิดขึ้นบริเวณ มุม ด้านล่างของโครงสร้างฐาน ซึ่ง เป็นตำแหน่งที่สัมผัสพื้นและรับ แรงกระแทกโดยตรง นอกจากนี้ ตำแหน่งที่เกิดการยุบตัวสูงสุด จะอยู่บริเวณ ส่วนขอบด้านข้างของโครงสร้างฐาน โดยมีค่าการยุบตัว สูงสุดประมาณ 0.79 มิลลิเมตร จากผลการวิเคราะห์ดังกล่าว แสดงให้เห็นว่า บริเวณมุมล่างของ โครงสร้างฐานเป็นจุดวิกฤต ที่ควรให้ความสำคัญในการออกแบบ เพื่อเพิ่มความแข็งแรงและลดความ เสียหายที่อาจเกิดขึ้นจากแรงกระแทก 4.3 ผลการสร้างชิ้นงานและประกอบ รูปที่ 4.19 ชิ้นงาน Prototype 1 รูปที่ 4.20 ชิ้นงาน Prototype 2 66 4.4 ผลการทดสอบการทำงาน 4.4.1 Prototype 1 1. Drop Test - วิธีการทดสอบ: การทดสอบโดยการปล่อยโรเวอร์ในสถานะพับเก็บเป็นกระบอกให้ ตกอย่างอิสระ จากระดับความสูง 1.6 เมตร ลงสู่พื้น เพื่อจำลองสถานการณ์การใช้งานจริง และประเมินความแข็งแรงของโครงสร้าง - ผลการทดสอบและปัญหาที่พบ: การทดสอบปล่อยตก (Drop Test) ส่ง ผลให้ โครงสร้างเกิดความเสียหายอย่างหนักตั้งแต่ครั้งแรก จนไม่สามารถดำเนินการทดสอบใน หัวข้ออื่นต่อไปได้ โดยจุดเสียหายหลักคือบริเวณจุดยึดต่อระหว่างกล่องบรรจุมอเตอร์และราง เลื่อน ซึ่งเกิดการปริแตกและแยกตัวออกจากกันอย่างสมบูรณ์ ดังแสดงในรูปที่ 4.21 - การวิเคราะห์สาเหตุ: สาเหตุหลักเกิดจากแรงกระแทกเฉียบพลัน (Impact Force) เมื่อโรเวอร์ตกกระทบพื้น พลังงานจลน์ได้ถ่ายเทเข้าสู่โครงสร้าง ประกอบกับชุดมอเตอร์มี มวลค่อนข้างสูง เมื่อเกิดการหยุดชะงักกะทันหัน แรงเฉื่อยของมอเตอร์จึงสร้างโมเมนต์ดัด กระทำต่อจุดยึดรางเลื่อนอย่างรุนแรง เนื่องจากโครงสร้างบริเวณดังกล่าวมีความหนาไม่ เพียงพอ ค่าความเค้นที่เกิดขึ้นจึงสูงเกินขีดจำกัดความแข็งแรงของ ส่งผลให้เกิดการแตกหัก ในที่สุด - สรุปผลการทดสอบ: ความล้มเหลวทางโครงสร้าง (Structural Failure) ในจุดนี้ ถือเป็นข้อมูลสำคัญในการพัฒนา Prototype 2 โดยนำไปสู่แนวทางการปรับลดความยาว รวมของโรเวอร์ เปลี่ยนแปลงวัสดุและกระบวนการขึ้นรูป ตลอดจนออกแบบกลไกภายในใหม่ ทั้งหมดเพื่อลดการกระจุกตัวของความเค้น (Stress Concentration) และเพิ่มเสถียรภาพใน การซับแรงกระแทกให้ดียิ่งขึ้น 67 2. Transformation Mechanism Test - วิธีการทดสอบ: สั่งการให้กลไกรางเลือ่ นและชุดเฟืองทำงานเพื่อดันชุดมอเตอร์และ เปลือกนอกให้แยกตัวออกจากกัน - ผลการทดสอบและปัญหาที่พบ: การทำงานของกลไกเกิดความล้มเหลว ไม่สามารถ แปลงร่างได้อย่างราบรื่น - การวิเคราะห์สาเหตุ : การคำนวณพิกัดความเผื่อของชิ้นส่วนที่ได้จากการพิมพ์ 3 มิติไม่เหมาะสม ทำให้เกิดความฝืดและการติดขัดภายในร่องรางเลื่อน ประกอบกับจุดจับยึด บางจุดมีระยะหลวม ส่งผลให้ชิ้นส่วนเกิดการงัดกันเองเมื่อได้รับแรงขับจากมอเตอร์ กลไกจึง ไม่สามารถเคลื่อนที่ขนานไปกับแนวแกนได้อย่างสมบูรณ์ 3. Motion Control Test - วิธีการทดสอบ: ทดสอบสั่งการขับเคลื่อนโรเวอร์ในสถานะกางล้อออกเพื่อให้วิ่งไป ข้างหน้าและเลี้ยวซ้าย-ขวา - ผลการทดสอบและปัญหาที่พบ: ระบบขับเคลื่อนทำงานได้ไม่มีประสิท ธิภาพ หุ่นยนต์โรเวอร์มีการทรงตัวที่ไม่ดีและเกิดอาการล้อแกว่งหรือเสียศูนย์ตลอดเวลาที่เคลื่อนที่ - การวิเคราะห์สาเหตุ: การออกแบบโครงสร้างทรงกระบอกที่มคี วามยาวมากเกินไป ส่งผลให้กระจายตัวของจุดศูนย์ถ่วงขาดความสมดุล ทำให้เกิดโมเมนต์ความเฉื่อยสูงในจังหวะ ที่โรเวอร์หมุนหรือเลี้ยว นอกจากนี้ จุดยึดแกนเพลามอเตอร์และล้อขาดความแข็งแรงในการ รับโหลดเชิงพลวัต ทำให้เกิดระยะคลอนขณะทำงาน ส่งผลให้แกนหมุนของล้ อซ้ายและขวา เกิดการเยื้องศูนย์ เป็นสาเหตุที่ทำให้ทิศทางการเคลื่อนที่คลาดเคลื่อนไปจากระบบควบคุม รูปที่ 4.21 ความเสียหายบริเวณจุดยึดกล่องมอเตอร์หลังจากการทดสอบ 68 4.4.2 Prototype 2 1. Drop Test - วิธีการทดสอบ: ทำการทดสอบโดยการปล่อยโรเวอร์ในสถานะพับเก็บเป็นทรงกลม ให้ตกอย่างอิสระ จากระดับความสูง 1.6 เมตร ลงสู่พื้น เพื่อจำลองสถานการณ์การใช้งานจริง และประเมินความแข็งแรงของโครงสร้าง โดยทำการปล่อยตกซ้ำหลายครั้ง เพื่อดูความ ทนทานต่อความล้าจากแรงกระแทก - ผลการทดสอบและปัญหาที่พบ: จากการตรวจสอบรอยหัก พบว่าสาเหตุหลักมา จากข้อจำกัดของกระบวนการพิมพ์ 3 มิติ ชิ้นงานพลาสติก ABS จะมีความแข็งแรงยึดเกาะ ระหว่างชั้นเลเยอร์ค่อนข้างต่ำ เมื่อโครงสร้างรับแรงกระแทกซ้ำอย่างรุนแรง จึงเกิดการ กระจุกตัวของความเค้นบริเวณคอคอดของเพลา นำไปสู่การแตกหักตามแนวเส้นการพิมพ์ใน ที่สุด - การวิเคราะห์สาเหตุ : จากการตรวจสอบรอยแตกหัก พบว่าสาเหตุหลักเกิดจาก กรรมวิธีการผลิตแกนเพลาชิ้นเดิมที่ใช้วิธีการพิมพ์ 3 มิติ ด้วยวัสดุพลาสติก ABS ซึ่งชิ้นงานที่ ได้จะมีข้อจำกัดด้านความแข็งแรงระหว่างชั้นเลเยอร์ ที่เป็นเส้นแนวการพิมพ์ เมื่อโครงสร้าง ต้องรับแรงกระแทกอย่างรุนแรงซ้ำๆ บริเวณจุดต่อคอคอดของเพลา จึงเกิดการสะสมความ เค้นและทำให้ชิ้นส่วนหักลงในที่สุด - แนวทางการแก้ไขและปรับปรุง : เพื่อแก้ปัญหาความแข็งแรงเชิงโครงสร้าง จึงได้ ปรับเปลี่ยนวัสดุและกรรมวิธีการผลิตแกนเพลา จากพลาสติก ABS เป็นเพลาเหล็กกลึงขึ้นรูป ซึ่ง มีคุณสมบัติในการรับ แรงเฉือนและทนทานต่อแรงกระแทกสูง กว่าพลาสติก อย่างมี นัยสำคัญ ส่งผลให้โรเวอร์สามารถทนทานต่อการตกกระแทกในการทดสอบครั้งต่อไปได้โดย ไม่เกิดความเสียหายที่แกนเพลา 69 รูปที่ 4.22 ลักษณะความเสียหายของแกนเพลาที่เกิดจากการทดสอบครัง้ ที่ 4 รูปที่ 4.23 ลักษณะโครงสร้างด้านในของเปลือกนอกหุ่นยนต์ (ล้อ) หลังการทดสอบ 2. Transformation Mechanism Test - วิธีการทดสอบ: ทำการทดสอบโดยการกดชุดมอเตอร์และเปลือกนอก (ล้อ) ให้หด เข้าหาแกนกลางและทำการล็อคสลักไว้ ในขั้นตอนนี้สปริงจะถูกบีบอัดเพื่อกักเก็บพลังงาน ศักย์ยืดหยุ่นไว้ จากนั้นทำการปลดสลักเพื่อให้สปริงคลายตัวและดีดกลไกออกด้านข้าง - ผลการทดสอบและปัญหาที่พบ: จากการทดสอบในครั้งแรกพบว่า เมื่อปลดล็อค สลัก กลไกสปริงสามารถดีดตัวและผลักชุดขับเคลื่อนให้แยกออกจากกัน โรเวอร์แปลงร่างกาง ออกเป็นโหมดสองล้อได้ แต่เมื่อทำการตรวจสอบชิ้นส่วนหลังจากการทำงาน พบว่า สปริงที่ ใช้เกิดการเสียรูปอย่างถาวร ขดลวดของสปริงมีลักษณะโค้งงอ บิดเบี้ยว และไม่สามารถคืน ตัวกลับสู่สภาพเส้นตรงดังเดิมได้ ทำให้ไม่สามารถนำสปริงตัวเดิมกลับมาใช้งานเพื่อทดสอบ ซ้ำในรอบต่อไปได้ 70 - การวิเคราะห์สาเหตุ : จากปัญหาที่เกิดขึ้น เกิดจากปรากฏการณ์การเสียรูปแบบ พลาสติก สาเหตุหลักมาจากการทีส่ ปริงถูกดัดหรือบีบอัดในจังหวะพับเก็บจนเกิดค่าความเค้น ภายในเนื้อวัสดุสูงเกินกว่าขีดจำกัดความยืดหยุ่นของตัวสปริงที่จดั ซื้อมา เมื่อวัสดุรับภาระเกิน ขีดจำกัด โครงสร้างของวัสดุจึงไม่สามารถสปริงตัวกลับสู่รูปทรงเดิมได้ - แนวทางการแก้ไขและข้อเสนอแนะ: จากผลการทดสอบนี้ ทำให้ทราบถึงข้อจำกัด ของสปริงรุ่นปัจจุบัน แนวทางในการแก้ไขสำหรับการพัฒ นาตัวชิ้นงานคือ จะต้องมีกา ร พิจารณาเปลี่ยนไปใช้สปริงที่ผลิตจากวัสดุที่มีค่า Yield Strength สูงขึ้น และปรับปรุงค่า ความแข็งของสปริงให้เหมาะสมกับระยะหดตัว เพื่อให้กลไกสามารถกักเก็บพลังงานศักย์ได้ เพียงพอโดยไม่เกิดการเสียรูปถาวร รูปที่ 4.24 ลักษณะการเสียรูปอย่างถาวรของสปริงหลังจากการทดสอบ 3. Motion Control Test - วิธีก ารทดสอบ: ทำการทดสอบการเคลื่อนที่ของโรเวอร์ ในสถานะกางล้อออก (โหมดสองล้อ ) บนพื้นผิวจำลองที่มีความขรุขระและมีฝุ่นดิน ดังรูปที่ 4.24 เพื่อประเมิน สมรรถนะของระบบขับเคลื่อน ซึ่งประกอบด้วยมอเตอร์เกียร์ และโมดูลขับมอเตอร์ โดยทำ การสั่งการผ่านอุปกรณ์ควบคุม G29 เพื่อให้โรเวอร์เคลื่อนที่เดินหน้า ถอยหลัง เลี้ยวซ้าย-ขวา รวมถึงการทดสอบขับขึ้นทางลาดชัน - ผลการทดสอบและปัญหาที่พบ: ระบบควบคุมสามารถส่งสัญญาณและสั่งการโร เวอร์ตอบสนองได้ สามารถเคลื่อนที่บนพื้นผิวขรุขระแบบราบได้ การควบคุมทิศทางแบบแยก อิส ระซ้าย-ขวาทำงานได้ดีเ ยี่ยม ทำให้ โ รเวอร์ม ีความคล่องตัวสูง แต่เ มื่อทำการทดสอบ ขับ เคลื่อนขึ้นเนินหรือพื้นที่ที่มีความชันสูง พบว่า โรเวอร์ไม่สามารถไต่ขึ้นไปได้และเกิด ข้อจำกัดในการเคลื่อนที่ 71 - การวิเคราะห์สาเหตุ: อาจเกิดจากข้อจำกัดด้านแรงบิดหรือการสูยเสียแรงยึดเกาะ ซึ่งมอเตอร์เกียร์ที่เลือกใช้อาจมีอัตราทดและแรงบิดสูงสุดไม่เพียงพอที่จะเอาชนะโมเมนต์ ต้านที่เกิดจากน้ำหนักรวมของโรเวอร์ เมื่อจุดศูนย์ถ่วงถ่ายเทน้ำหนักไปด้านหลัง ขณะอยู่บน ทางลาดชัน - แนวทางการแก้ไขปัญหาและข้อเสนอแนะ: เพื่อเพิ่มสมรรถนะในการไต่ทางลาดชัน ในอนาคต สามารถทำได้โดยการเปลี่ยนไปใช้มอเตอร์ N20 ที่มีอัตราทดเกียร์สูงขึ้นเพื่อเพิ่ม แรงบิด แต่ต้องแลกด้วยความเร็วที่ลดลง และการปรับปรุงพื้นผิวของล้อขับเคลื่อน เช่น การ เคลือบผิวยางหรือการออกแบบดอกยาง เพื่อเพิ่มแรงเสียดทานและการยึดเกาะพื้นผิวให้ดี ยิ่งขึ้น รูปที่ 4.25 การทดสอบสมรรถนะการขับเคลื่อนของโรเวอร์บนพื้นผิวขรุขระจำลอง 72 บทที่ 5 สรุปผล อภิปราย และข้อเสนอแนะ 5.1 สรุปผลการจัดทำโครงงาน จากการดำเนินโครงงานเพื่อออกแบบและสร้างโรเวอร์สำรวจพื้นที่ในรูปแบบภารกิจจำลอง บนดาวอังคาร (Mars Rover Simulation) ได้ดำเนินการพัฒนาแบบจำลองจนสำเร็จเป็น Prototype 2 ซึ่งมีรูปทรงใกล้เคียงทรงกลม ผลิตจากวัสดุ ABS ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ โดยผลการทดสอบการ ทำงานของโรเวอร์สามารถสรุปให้สอดคล้องกับวัตถุประสงค์ของโครงงานได้ดังนี้ 5.1.1 สรุปผลด้านการส่งเสริมการเรียนรู้และจุดประกายด้าน STEM โครงงานนี้สามารถสร้างนวัตกรรมโรเวอร์ที่นำไปประยุกต์ใช้เป็นสื่อการเรียนรู้เชิง โต้ตอบได้อย่างเป็นรูปธรรม โดยตัว โรเวอร์ได้รับการออกแบบให้มีพื้นที่สำหรับติดตั้งโมดูล กล้อง ESP32-CAM เพื่อทำภารกิจถ่ายภาพ ทำให้สามารถนำโรเวอร์ไปใช้ร่วมกับเกมภารกิจ สำรวจดาวอังคารจำลอง ซึ่งช่วยให้กลุ่มเป้าหมายทั้งเด็กสามารถเข้าถึงและทำความเข้าใจ เทคโนโลยีทางวิศวกรรม STEM ผ่านการลงมือเล่นจริงได้อย่างสนุกสนานและมีประสิทธิภาพ 5.1.2 สรุปผลด้านการออกแบบอุปกรณ์ให้ทนทานต่อการตกกระทบและทำงานอัตโนมัติ จากการออกแบบโครงสร้างที่กะทัดรัดความยาว 26 เซนติเมตร และการปรับปรุง ชิ้นส่วนรับแรงโดยใช้แกนเพลาเหล็กกลึงส่งผลให้ โรเวอร์สามารถทนทานต่อการปล่อยตก กระแทกอย่างอิสระจากระดับความสูง 1.6 เมตรได้โดยระบบภายในไม่ได้รับความเสียหาย นอกจากนี้ โรเวอร์ยังสามารถตอบสนองหลังการตกกระทบ โดยใช้กลไกสปริงดีดตัวในการ ปลดล็อคและผลักเปลือกนอกให้แยกออกเป็นสองฝั่ง เพื่อแปลงสภาพเป็นโรเวอร์สองล้อและ พร้อมสำหรับการเคลื่อนที่สำรวจพื้นที่ได้ทันทีตามที่ได้ออกแบบไว้ 5.1.3 สรุปผลด้านการพัฒนาระบบควบคุมการเคลื่อนที่ด้วยอุปกรณ์ไร้สาย โรเวอร์สามารถตอบสนองต่อระบบควบคุมการเคลื่อนที่แบบไร้สายได้อย่างสมบูร ณ์ โดยบอร์ดควบคุมสามารถสั่งการมอเตอร์เกียร์ทั้งสองฝั่งให้ทำงานแยกอิสระจากกันส่งผลให้ ผู้ใช้งานสามารถบังคับ โรเวอร์ให้เคลื่อนที่เดินหน้า ถอยหลัง และหมุนเลี้ยวซ้าย-ขวา เพื่อ สำรวจพื้นที่บนพื้นผิวขรุขระและฝุ่นดินที่จำลองสภาพแวดล้อมของดาวอัง คารได้อย่าง คล่องตัวและตรงตามคำสั่ง 73 5.2 อภิปรายผลการดำเนินงาน การพัฒนาโรเวอร์ในโครงงานนี้ได้ดำเนินการตามกระบวนการออกแบบเชิงวิศวกรรม โดยนำ ปัญหาที่พบจากการทดสอบใน Prototype 1 มาวิเคราะห์และปรับปรุงจนเกิดเป็น Prototype 2 ซึ่ง สามารถอภิปรายผลการทำงานในแต่ละด้านตามหลักการทางวิศวกรรมได้ดังนี้ 5.2.1 อภิปรายผลด้านโครงสร้างและความทนทานต่อแรงกระแทก ผลการทดสอบ Prototype 1 พบความล้ม เหลวทางโครงสร้างเมื่อตกกระแทก สาเหตุห ลัก มาจากรูป ทรงกระบอกที่ม ีความยาวถึง 34 เซนติเ มตร ทำให้ก ารกระจาย จุดศูนย์ถ่วงขาดสมดุล เมื่อตกกระทบพื้นจึงเกิดโมเมนต์ดัดและแรงงัดจนจุดยึดแตกหัก ใน การพัฒนา Prototype 2 ได้แก้ไขปัญหาโดยลดความยาวรวมลงเหลือ 26 เซนติเมตร และ ปรับสัดส่วนให้ใกล้เคียงทรงกลมเพื่อเพิ่มเสถียรภาพในการเคลื่อนที่ นอกจากนี้ การเปลี่ยน แกนเพลาจากพลาสติกพิมพ์ 3 มิติ (ซึ่งมีจุดอ่อนด้านการยึดเกาะระหว่างชั้นเลเยอร์) เป็น เพลาเหล็กกลึงขึ้นรูป ช่วยเพิ่มความทนทานต่อแรงเฉือนได้อย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้โรเวอร์ สามารถทนการตกกระแทกจากความสูง 1.6 เมตรได้อย่างสมบูรณ์ 5.2.2 อภิปรายผลด้านกลไกการแปลงร่าง Prototype 1 ใช้กลไกเฟืองสะพาน (Rack and Pinion) ในการแปลงสภาพ แต่พบ ปัญหาการติดขัดเนื่องจากข้อจำกัดด้านพิกัดความเผื่อของชิ้นส่วนพิมพ์ 3 มิติที่ก่อให้เกิด ความฝืดสูง การพัฒนา Prototype 2 จึงเปลี่ยนมาใช้กลไกสปริงผลัก ซึ่งช่วยแก้ปัญหาความ ฝืดและกางล้อได้รวดเร็วขึ้น อย่างไรก็ตาม ผลการทดสอบพบว่าสปริงเกิดการเสียรูปอย่าง ถาวร ตั้งแต่การทดสอบครั้งแรก ปรากฏการณ์นี้เกิดจากการที่สปริงมีค่าความเค้นครากต่ำ กว่าภาระที่เกิดขึ้นเมื่อถูกบีบอัดจนสุดเพื่อกักเก็ บพลังงานศักย์ยืดหยุ่น ส่งผลให้วัสดุรับแรง เกินขีดจำกัดความยืดหยุ่นและไม่สามารถคืนตัวกลับสู่สภาพเดิมได้ 74 5.2.3 อภิปรายผลด้านสมรรถนะการขับเคลื่อนและการไต่ทางลาดชัน ปั ญ หาล้ อ แกว่ ง และสู ญ เสี ย การทรงตั ว ใน Prototype 1 ได้ ร ั บ การแก้ ไ ขใน Prototype 2 ผ่านการออกแบบจุดจับยึดแกนล้อให้แน่นหนาขึ้น ทำให้ โ รเวอร์ ส ามารถ เคลื่อนที่บนพื้นผิวราบที่จำลองสภาพผิวดาวอังคารได้อย่างเสถียร แต่เมื่อทดสอบไต่ทางลาด ชัน พบว่าโรเวอร์ไม่สามารถเคลื่อนที่ขึ้นเนินได้ ซึ่งอภิปรายสาเหตุได้จาก 2 ปัจจัยหลักทาง กลศาสตร์ ได้แก่ 1. ข้อจำกัดด้านแรงบิด: มอเตอร์เกียร์ที่ใช้งานมีอัตราทดและแรงบิดสูงสุดไม่เพียง พอที่จะเอาชนะโมเมนต์ต้านที่เกิดจากน้ำหนักของตัวหุ่นยนต์เมื่อจุดศูนย์ถ่วงถ่ายเทไป ด้านหลังขณะอยู่บนทางลาดชัน 2. การสูญเสียแรงยึดเกาะ: เปลือกนอกวัสดุ ABS มีพื้นผิวที่ค่อนข้างแข็ง ทำให้มีค่า สัมประสิทธิ์ความเสียดทาน ต่ำเมื่อสัมผัสกับผิวดินจำลอง จึงเกิดการลื่นไถล ล้อหมุนฟรีและ ไม่สามารถส่งถ่ายแรงขับเคลื่อนเพื่อดันโรเวอร์ขึ้นเนินได้ 5.3 ข้อเสนอแนะ จากผลการทดสอบและปัญหาที่พบในการดำเนินโครงงาน ทางผู้จัดทำมีข้อเสนอแนะสำหรับ การพัฒนาและปรับปรุงโรเวอร์สำหรับการสำรวจพื้นที่จำลองในอนาคต ดังต่อไปนี้ 5.3.1 การปรับปรุงกลไกการแปลงร่างและวัสดุสปริง เพื่อ แก้ป ัญ หาการเสียรูปอย่างถาวรของสปริงในกลไกการแปลงร่าง ควรมีก าร คำนวณและออกแบบพิกัดการรับแรงของสปริงใหม่ตามหลักกลศาสตร์วัสดุ โดยแนะนำให้ เปลี่ยนไปใช้วัสดุประเภทเหล็กกล้าสปริง ที่มีค่าความเค้นครากสูงขึ้น และพิจารณาปรับเพิ่ม ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นลวดหรื อปรับค่าคงที่สปริงให้เหมาะสมกับระยะการหดตัว เพื่อให้กลไกสามารถกักเก็บพลังงานศักย์ยืดหยุ่นได้เพียงพอต่อการผลักชุดขับเคลื่อน โดยไม่ เกิดการเสียรูปพลาสติกเมื่อใช้งานซ้ำ 75 5.3.2 การเพิ่มสมรรถนะการขับเคลื่อนและการไต่ทางลาดชัน เพื่อเพิ่มความสามารถในการเคลื่อนที่บนทางลาดชันและพื้นที่ขรุขระ ควรพิจารณา ปรับปรุงระบบขับเคลื่อนใน 2 ส่วนหลัก ได้แก่ 1. การเพิ่มแรงบิด: ควรเปลี่ยนมอเตอร์เกียร์ให้มีอัตราทดเกียร์ (Gear Ratio) ที่ สูงขึ้น เพื่อเพิ่มค่าแรงบิดสูงสุดให้เพียงพอต่อการเอาชนะน้ำหนักของตัวหุ่นยนต์เมื่ออยู่บน พื้นที่ลาดชัน 2. การเพิ่มแรงยึดเกาะ: ควรมีการปรับปรุงพื้นผิวสัมผัสบริเวณเปลือกนอก โดยการ เคลือบผิวยางซิลิโคนหรือการออกแบบเพิ่มลวดลายดอกยาง เพื่อเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์ความ เสียดทานระหว่างล้อกับพื้นผิว ซึ่งจะช่วยลดปัญหาการลื่นไถลและทำให้ โรเวอร์สามารถส่ง กำลังขับเคลื่อนขึ้นเนินได้อย่างมีประสิทธิภาพ 5.3.3 การพัฒนาต่อยอดเพื่อประยุกต์ใช้เป็นสื่อการเรียนรู้ STEM เพื่อ เพิ่มศัก ยภาพของโรเวอร์ในการเป็นสื่อการเรียนรู้เชิงโต้ตอบสำหรับภารกิจ สำรวจดาวอังคารจำลอง ควรพิจารณาพัฒนาอุปกรณ์เสริมในอนาคต ได้แก่ การติดตั้งแขนกล ขนาดเล็กเพื่อจำลองภารกิจเก็บตัวอย่างหินแร่ และการติดตั้งเซนเซอร์อัลตราโซนิกด้านหน้า สำหรับระบบเบรกอัตโนมัติเพื่อป้องกันการชนสิ่งกีดขวาง นอกจากนี้ ควรพัฒนาส่วนติดต่อ ผู้ใช้งาน (User Interface: UI) ให้มีรูปแบบเสมือนแผงควบคุมของศูนย์บัญชาการอวกาศ เพื่อยกระดับประสบการณ์การใช้งานให้สมจริงยิ่งขึ้น ทั้งนี้ รายละเอียดและแนวทางการ พัฒนาต่อยอดโครงงานในแต่ละด้าน ได้สรุปไว้ดังตารางที่ 5.1 รำยละเอียด วิธกี ำรปรับปรุง ลดขนำดบอร์ดควบคุม โดยเลือกบอร์ดทีข่ บั มอเตอร์ตำมจำนวนทีใ่ ช้ ขนำดและรูปร่ำง ตัดอุปกรณ์ทเี่ กิดควำมจำเป็น เช่น บอร์ดตัวควบคุมทีไ่ ม่ได้ใช้ ลดขนำดของมอเตอร์ให้เล็กลง ปรับเปลี่ยนกำรวำงของมอเตอร์จำกวำงตัง้ เป็นวำงแนวนอน ใช้อุปกรณ์รับและส่งข้อมูลคนละอุปกรณ์กัน กลไกกำรควบคุม ใช้อินเทอร์เน็ตทีม่ คี วำมเร็วและเสถียรมำกขึน้ เพิม่ กำรเขียน code สำหรับกำรจำกัดควำมสำมำรถของอุปกรณ์ เลือกใช้สปริงทีม่ คี วำมอ่อนตัวมำกกว่ำเดิม กลไกกำรแปลงร่ำง ออกแบบทีก่ ั้นไม่ให้สปริงดีดเกินกว่ำทีต่ อ้ งกำร ออกแบบสลักกำรแปลงร่ำงใหม่ อำจมีกำรใช้แม่เหล็กเพิม่ เพือ่ ช่วยในกำรแปลงร่ำง ตารางที่ 5.1 สรุปแนวทางและวิธีการปรับปรุงโรเวอร์ในอนาคต 76 ภาคผนวก รูปที่ 1 Bill of materials Prototype 1 รูปที่ 2 Drawing of Box Elec Prototype 1 77 รูปที่ 3 Drawing of Box Motor Prototype 1 รูปที่ 4 Drawing of Wheel Prototype 1 78 รูปที่ 5 Bill of materials Prototype 2 รูปที่ 6 Drawing of Base Prototype 2 79 รูปที่ 7 Drawing of Right Box Spring Prototype 2 รูปที่ 8 Drawing of Left Box Spring Prototype 2 80 รูปที่ 9 Drawing of Cam Holder Prototype 2 รูปที่ 10 Drawing of Left Fin Prototype 2 81 รูปที่ 11 Drawing of Right Fin Prototype 2 รูปที่ 12 Drawing of Nut Fin Prototype 2 82 รูปที่ 13 Drawing of Pin Prototype 2 รูปที่ 14 Drawing of Plate Prototype 2 83 รูปที่ 15 Drawing of Spring Hinge Prototype 2 รูปที่ 16 Drawing of Tail Prototype 2 84 รูปที่ 17 Drawing of Tire Prototype 2 รูปที่ 18 Drawing of Wheel Prototype 2 85 เอกสารอ้างอิง [1] เป้าหมายการสำรวจ [Online], Available: https://science.nasa.gov/planetaryscience/programs/mars-exploration/science-goals/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [2] เป้าหมายการสำรวจ [Online], Available: https://www.brookings.edu/articles/fivereasons-to-explore-mars/? (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [3] บรรยากาศดาวอังคาร [Online], Available: https://science.nasa.gov/mars/facts/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [4] อุณหภูมิเฉลี่ย [Online], Available: https://science.nasa.gov/solarsystem/temperatures-across-our-solar-system/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [5] องค์ประกอบ Rover [Online], Available: https://science.nasa.gov/mission/mars-2020perseverance/rover-components/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [6] Mars Rover Simulator (Driving System) [Online], Available: https://www.appsheet.com/template/gettablefileurl?appName=Projectapp_collection -611866734&tableName=Projectapp_collection&fileName=MAEproject2025finalfile%2F900314ef.Final%20file.144532.pdf&appVersion=1.000028&signature=b0073 c386b4f1c4c2c4740c0a2b2e334bc9553ee072945ebf84cca60198360f4d875a93561224e 52f8fa5aeefdf9ec23 (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) 86 [7] Gravity Dynamics System Development for the Mars Rover Simulator [Online], Available: https://www.appsheet.com/template/gettablefileurl?appName=Projectapp_collection -611866734&tableName=Projectapp_collection&fileName=MAEproject2025finalfile%2Faf762b60.Final%20file.053616.pdf&appVersion=1.000028&signature=b6e19 f702bd44c61d94973feb258930437ec13d88faf9b87d2e886bd7452f2a2b1d383d550e07 9f0c8ec20af2c50253c (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [8] Mars surface [Online], Available: https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article13861051/New-map-Mars-reveals-hidden-structures.html (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [9] Mars Environment [Online], Available: https://science.nasa.gov/mars/facts/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [10] Mars Environment [Online], Available: https://www.britannica.com/place/Marsplanet/Composition-and-surface-pressure (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [11] Mars Environment [Online], Available: https://www.space.com/16903-marsatmosphere-climate-weather.html (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [12] Mars Environment [Online], Available: https://www.nasa.gov/learningresources/for-kids-and-students/what-is-mars-grades-5-8/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) 87 [13] Mars Environment [Online], Available: https://www.ebsco.com/researchstarters/earth-and-atmospheric-sciences/marss-atmosphere (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [14] Sojourner Rover [Online], Available: https://science.nasa.gov/mission/marspathfinder/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [15] Spirit Rover [Online], Available: https://thaiastro.nectec.or.th/library/article/267/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [16] Spirit Rover [Online], Available: https://science.nasa.gov/mission/mer-spirit/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [17] Curiosity [Online], Available: https://science.nasa.gov/mission/msl-curiosity/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [18] Perseverance Rover [Online], Available: https://science.nasa.gov/mission/mars2020-perseverance/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [19] Perseverance Rover [Online], Available: https://science.nasa.gov/mission/marspathfinder/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [20] Perseverance Rover [Online], Available: https://science.nasa.gov/mission/mars2020-perseverance/rover-components/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [21] การเคลื่อนที่ของ mars rover บนพื้นผิวขรุขระ [Online], Available: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC3984778/? 88 (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [22] การเคลื่อนที่ของทรงกลม [Online], Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405896323002707 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [23] การควบคุมหุ่นยนต์ทรงกลม [Online], Available: https://www.mdpi.com/14248220/23/8/3895? (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [24] PID [Online], Available: http://jitkomut.eng.chula.ac.th/ee331/lab6.pdf (สืบค้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม 2568) [25] การควบคุมหุ่นยนต์ด้วย SMC และ MPC [Online], Available: https://arxiv.org/pdf/2205.14181 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [26] Lifepo4 [Online], Available: https://lifepo4-energy.com/32700-lifepo4-batterycell/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 5 สิงหาคม 2568) [27] Power Source [Online], Available: https://inztru.com/blogs/blogs/power-source%E0%B8%84%E0%B8%B7%E0%B8%AD%E0%B8%AD%E0%B8%B0%E0%B9%84%E0% B8%A3%E0%B9%81%E0%B8%A5%E0%B8%B0%E0%B8%97%E0%B8%B3%E0%B9%84%E0%B 8%A1%E0%B8%96%E0%B8%B6%E0%B8%87%E0%B8%AA%E0%B8%B3%E0%B8%84 %E0%B8%B1%E0%B8%8D%E0%B9%83%E0%B8%99%E0%B8%AD%E0%B8%B8%E0% B8%95%E0%B8%AA%E0%B8%B2%E0%B8%AB%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%A3 %E0%B8%A1?srsltid=AfmBOordRm1rK7uiS0LaiupxVwF2Pn1sxhqUkOxRpVk9KZnZr_CgWrZ (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) 89 [28] Helmets with lattice liners can mitigate traumatic brain injury from impacts [Online], Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021929024004408? (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [29] Review of current trends in research and applications of sandwich structures [Online], Available: https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/sandwichstructures? (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [30] Deformation mechanisms and energy absorption of polystyrene foams for protective helmets [Online], Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0142941801000733 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [31] CAD Model of the spherical robot [Online], Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0094114X22000246 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [32] Rover Wheel System [Online], Available : https://www.space.com/18289opportunity-rover.html (สืบค้นเมื่อวันที่ 5 สิงหาคม 2568) [33] Rover Tank Tread System [Online], Available : https://hackaday.com/2021/06/17/scratch-built-tracked-robot-reporting-for-duty/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 5 สิงหาคม 2568) [34] Human-Robot Interaction (HRI) [Online], Available: http://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aisy.202300359 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) 90 [35] Human-Robot Interaction (HRI) [Online], Available: https://www.botasys.com/post/human-robot-interaction (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [36] Human-Robot Interaction (HRI) [Online], Available: https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/human-robot-interaction (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [37] IEEE 802.11 and 802.15.1 [Online], Available: https://wp.nrpsc.ac.th/ieee802-11/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [38] IEEE 802.11 and 802.15.1 [Online], Available: https://janmagnet.wordpress.com/wp-content/uploads/2008/07/comparison-ieee802-standards.pdf (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [39] IEEE 802.11 and 802.15.1 [Online], Available: https://www.tmatlantic.com/encyclopedia/index.php?ELEMENT_ID=16705 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [40] IEEE 802.11 and 802.15.1 [Online], Available: https://www.quora.com/What-isthe-IEEE-802-15-1 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [41] ISO 12100 [Online], Available: https://nobelcert.com/DataFiles/FreeUpload/BS%20EN%20ISO%2012100-2010.pdf (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [42] ISO 12100 [Online], Available: https://www.cencenelec.eu/media/CENCENELEC/Areas%20of%20Work/CENELEC%20sectors/Mechanical%20and%20Machines /Documents/Quicklinks/eniso12100relationmachinerydirective.pdf 91 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [43] Standard consume toy Safe [Online], Available: www.scribd.com/document/786447414/F963-23 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [44] Standard consume toy Safe [Online], Available: https://feismo.com/doc-viewerv2 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [45] IPC-2221 [Online], Available: https://www eng.lbl.gov/~shuman/NEXT/CURRENT_DESIGN/TP/MATERIALS/IPC2221A(L).pdf (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [46] ASME Y14.5 [Online], Available: https://archive.org/details/asme-y-14.5-2018dimensioning-and-tolerancing/page/n7/mode/2up (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [47] ASME Y14.5 [Online], Available: http://www.scribd.com/document/687307823/ASME-Y14-5-Dimensioning-Tolerancing (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [48] RT-G spherical amphibious police robot [Online], Available: https://wordlesstech.com/rt-g-spherical-amphibious-police-robot/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [49] Mechanical structure of the amphibious spherical robot [Online], Available: https://www.mdpi.com/2076-3417/11/9/3739 (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) 92 [50] BOLT Coding Robot [Online], Available: https://sphero.com/products/sphero-bolt (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [51] Mini Robot Ball: Soccer Theme [Online], Available: https://sphero.com/products/mini-soccer (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [52] Mini Robot Ball: Golf Theme [Online], Available: https://sphero.com/products/mini-golf (สืบค้นเมื่อวันที่ 30 กรกฎาคม 2568) [53] Rack and Pinion Gears Information: Rack pinion gears [Online], Available: https://www.globalspec.com/learnmore/motion_controls/power_transmission/gears/r ack_pinion_gears (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ตุลาคม 2568) [54] Python Information: Python [Online], Available: https://www.9experttraining.com/articles/python%E0%B8%84%E0%B8%B7%E0%B8%AD%E0%B8%AD%E0%B8%B0%E0%B9%84%E0% B8%A3 (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [55] Python Information: Python Logo [Online], Available: https://www.9experttraining.com/articles/python%E0%B8%84%E0%B8%B7%E0%B8%AD%E0%B8%AD%E0%B8%B0%E0%B9%84%E0% B8%A3 (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [56] Visual Studio Code (VS Code) [Online], Available: https://webdodee.com/what-isvisual-studio-code-and-how-to-use/ 93 (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [57] Visual Studio Code (VS Code) Logo [Online], Available: https://webdodee.com/what-is-visual-studio-code-and-how-to-use/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [58] Arduino ide [Online], Available: https://devadiy.com/arduino-ide-guide/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [59] Arduino ide Logo [Online], Available: https://www.arduino.cc/en/software/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [60] Thonny Information [Online], Available: https://builtin.com/software-engineeringperspectives/python-ide#: (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [61] Thonny Logo [Online], Available: https://thonny.th.uptodown.com/windows (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [62] Impulse [Online], Available: https://www-albert-io.translate.goog/blog/impulseand-momentum/ (สืบค้นเมื่อวันที่ 10 ธันวาคม 2568) [63] Ollie Darkside [Online], Available: https://www.mobilefun.com/sphero-olliedarkside-app-controlled-robotictube-black-red-54896 (สืบค้นเมื่อวันที่ 20 กุมภาพันธ์ 2569) [64] ของเล่นแมวอัตโนมัติพร้อมไฟ LED [Online], Available: https://surl.li/txsbwy (สืบค้นเมื่อวันที่ 12 มีนาคม 2569) 94

อ้างอิงผลงานนี้ / Cite this

รหัสโปรเจค

AM-2568-016

ชื่อเรื่อง

การออกแบบหุ่นยนต์สำรวจพื้นผิวดาวอังคารเพื่อการเรียนรู้ด้านอวกาศ / Design of Space Terrain Observations Rover for Mars education (STORM)

ผู้จัดทำ

จิรโชติ สุขะ, ธีริศม์ ศรีจำนงค์, อภิวิชญ์ ผลอินทร์, อิลฮาม เดเระมะ

อาจารย์ที่ปรึกษา

ผศ.ดร.นำพล มหายศนันท์

ปีการศึกษา

2568 (C.E. 2025)

หน่วยงาน

ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกลและการบิน-อวกาศ (MAE) มจพ.

URL

https://maeconnect.eng.kmutnb.ac.th/projects/cmoi2qtd6006lxtyrr4i9eg6y