การพัฒนาหุ่นยนต์บริการสำหรับผู้ป่วยติดเตียง

Abstract

This paper is a design and development of Service Robot for Bedridden Patient that can pick up small objects, such as pill boxes and TV remotes, etc. For patients or people who have difficulty moving. The robot is controlled by an application on a smartphone via Bluetooth and Wi-Fi and can show images from the camera attached to the robot on the phone’s screen in real-time. In this research the development is divided into two parts the mobile robot and the robot arm. The part of the mobile robot is equipped with differential drive robot wheels, which is driven by two front wheels. and has independent wheels on the back. It has a microcontroller control system using Pulse Width Modulation signals to control the speed and direction of the DC motor. Command through an application on a smartphone that has been developed. There are three experiments for mobile robots. In the first experiment the robot moves in a linear. Divide the weightless test and increase the load on the robot to 10 kg and 20 kg. The test results showed that the robot was able to move with increased external load. while the speed of the robot remains constant. The second experiment gave the robot a left and right turn. The results of the experimental values of the turning radius of the robot obtained from the measurement and comparing the values from the calculation of the robot's curving motion control system model. Tolerances were found to be acceptable. Errors may be caused by human eye measurements and measuring instruments. The appropriate pwm is used to determine the left and right turns in the robot program. The third experiment had users control the robot to move back and forth. between the cones, which are 5 m apart. The results showed that the first user took about 86.2 seconds, the average speed was about 11.61 cm/s, the second took about 100 seconds, the average speed was about 10.01 cm/s, and the last person took about 90 seconds, the average speed was about 90 seconds, 11.13 cm/s The standard deviation of the three user tests was less. Shows that the data group has a less distribution, most of the data is very close to the mean. Part of the development of the robot arm. The theory of forward and inverse kinematics was applied to analyze the appropriate working area of the robot arm. In order to make the system suitable for control via a smartphone’s screen, the software in this research was developed to be able to control multiple servo motors simultaneously to move the gripper of the robot arm linearly, forwards-backwards (+x, -x) and in up-down directions (+y, -y). There were two main experiments to evaluate the performance of the system. The first was to test the movement ability of the arm, and the results showed that it was able to move within the specified working area. The second examined the amount of time spent manipulating the robot arm to pick up objects. From the result of this experiment, it was found that the multi-axis linear motion control technique developed in this research, was approximately 86% less time consuming than the independent single-joint control technique.

งานวิจัยนี้เป็นการออกแบบและพัฒนาหุ่นยนต์บริการสำหรับผู้ป่วยติดเตียง เพื่อช่วยในการหยิบจับสิ่งของขนาดเล็ก เช่น กระปุกยา และรีโมททีวี ซึ่งสามารถควบคุมหุ่นยนต์ด้วยแอพพลิเคชั่นบนสมาร์ทโฟนผ่านสัญญาณผ่านสัญญาณบลูทูธ และ Wi-Fi พร้อมกับแสดงภาพจากกล้องที่ติดกับหุ่นยนต์บนหน้าจอสมาร์ทโฟนได้ตามเวลาจริง ในงานวิจัยนี้แบ่งการพัฒนาเป็นสองส่วนคือ หุ่นยนต์เคลื่อนที่กับแขนหุ่นยนต์ โดยส่วนของหุ่นยนต์เคลื่อนที่มีการติดตั้งล้อเป็นแบบประเภท Differential Drive Robot คือ มีการขับเคลื่อนด้วยสองล้อหน้า และมีล้ออิสระด้านหลัง โดยมีระบบควบคุมด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์ ใช้ สัญญาณ Pulse Width Modulation ควบคุมความเร็วและทิศทางของมอเตอร์กระแสตรง สั่งการผ่านแอพพลิเคชันบนสมาร์ทโฟนที่ได้พัฒนาขึ้น การทดลองสำหรับหุ่นยนต์เคลื่อนที่แบ่งเป็นสามการทดลองคือ การทดลองแรกหุ่นยนต์เคลื่อนที่เป็นเส้นตรง แบ่งการทดสอบโดยปราศจากน้ำหนักและทดสอบเพิ่มภาระน้ำหนักให้ตัวหุ่นยนต์เป็น 10 kg และ 20 kg จากผลการทดสอบพบว่าหุ่นยนต์สามารถเคลื่อนที่ได้โดยสามารถรับภาระน้ำหนักเพิ่มขึ้นจากภายนอก โดยที่ความเร็วของหุ่นยนต์ยังคงที่ การทดลองที่สองให้หุ่นยนต์การเลี้ยวซ้ายและเลี้ยวขวา ผลการทดลองค่าเส้นรัศมีการเลี้ยวโค้งของหุ่นยนต์ที่ได้จากการวัดเปรียบเทียบค่าจากการคำนวณโมเดลระบบการควบคุมการเคลื่อนที่การเลี้ยวโค้งของหุ่นยนต์ พบว่ามีค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ ข้อผิดพลาดอาจเกิดจากการวัดโดยสายตามนุษย์และเครื่องมือที่ใช้ในการวัด โดยนำค่า pwm ที่เหมาะสมไปกำหนดการเลี้ยวโค้งซ้ายและเลี้ยวโค้งขวาในโปรแกรมของหุ่นยนต์ การทดลองที่สามให้ผู้ใช้ควบคุมหุ่นยนต์ให้เคลื่อนที่ไป-กลับ อ้อมระหว่างกรวยซึ่งห่างกัน 5 m ผลการทดลองพบว่าผู้ใช้งานคนแรกใช้เวลาประมาณ 86.2 วินาที ความเร็วเฉลี่ยประมาณ 11.61 cm/s ต่อมาคนที่สองใช้เวลาประมาณ 100 วินาที ความเร็วเฉลี่ยประมาณ 10.01 cm/s และคนสุดท้ายใช้เวลาประมาณ 90 วินาที ความเร็วเฉลี่ยประมาณ 11.13 cm/s ซึ่งส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานของการทดสอบผู้ใช้งานทั้งสามคนมีค่าออกมาน้อย แสดงว่ากลุ่มข้อมูลมีการกระจายที่น้อยข้อมูลส่วนใหญ่อยู่ใกล้ค่าเฉลี่ยมาก ต่อมาเป็นการพัฒนาส่วนของแขนหุ่นยนต์ โดยมีการประยุกต์นำเอาทฤษฎีจลนศาสตร์แบบไปข้างหน้าและแบบผกผัน มาวิเคราะห์หาพื้นที่ทำงานที่เหมาะสมของแขนหุ่นยนต์ และมีการพัฒนาซอฟต์แวร์เพื่อควบคุมเซอร์โวมอเตอร์หลายตัวพร้อมกัน เพื่อให้ปลายแขนหุ่นยนต์เคลื่อนที่แบบเส้นตรงตามแนวหน้า-หลัง (+x, -x) และแนวขึ้น-ลง (+y, -y) เหมาะสำหรับการควบคุมผ่านหน้าจอสมาร์ทโฟน ในการทดลองเพื่อประเมินสมรรถนะของระบบแขนหุ่นยนต์ที่ได้พัฒนาขึ้น แบ่งเป็นสองการทดลองหลัก คือ การทดลองแรกเป็นการทดสอบความสามารถในการควบคุมมือจับของแขนหุ่นยนต์ ซึ่งผลการทดลองพบว่ามือจับสามารถเคลื่อนที่ได้ตามขอบเขตพื้นที่ทำงานตามกำหนด และการทดลองที่สองเป็นการทดสอบด้านระยะเวลาที่ใช้ในการควบคุมแขนหุ่นยนต์เพื่อหยิบจับสิ่งของ จากผลการทดลองพบว่า การควบคุมแบบเคลื่อนที่เชิงเส้นแบบหลายแกนที่พัฒนาขึ้นมาในงานวิจัยนี้ใช้เวลาน้อยกว่าประมาณ 86% เมื่อเทียบกับการควบคุมแบบทีละข้อต่ออิสระ