โครงงานหุ่นยนต์ตัดหญ้าอัจฉริยะ

อาจารย์ที่ปรึกษา ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา

หุ่นยนต์เครื่องตัดหญ้าอัจฉริยะ
(Automatic Mower)

นายกษิภัท สายทอง เลขที่5830360055
นายก้องภพ อินทุลักษณ์ เลขที่5830360063
นายทศพล กุลประยงค์ เลขที่5830360241
นายธีรพร เจริญผ่อง เลขที่5830360349

บทคัดย่อ

โครงงานนี้เป็นการออกแบบเครื่องตัดหญ้าอัตโนมัติ ให้สามารถตัดหญ้าได้ในขอบเขตที่กำหนด ซึ่งเครื่องตัดหญ้าแบบบังคับได้มีผู้คิดค้นออกแบบมาใช้บ้างแล้ว ดังนั้นผู้จัดทำจึงนำแบบโครงสร้างเครื่องตัดหญ้าแบบบังคับ นำมาพัฒนาต่อเพื่อให้เป็นเครื่องตัดหญ้าอัติโนมัติแบบสมบูรณ์
วัตถุประสงค์การทำเครื่องตัดหญ้าอัตโนมัติ เพื่อช่วยลดเวลาในการทำงานของมนุษย์ในการตัดหญ้า เพื่อที่มนุษย์จะได้มีเวลาเหลือในการทำกิจกรรมอื่น ทำให้การตัดหญ้าเป็นเรื่องง่ายและสดวกสบายขึ้น ลดการทำงานซ้ำๆของมนุษย์ ลดอุบัติเหตุจากการทำงานกับเครื่องมือที่อันตราย
การทำงาน เครื่องตัดหญ้าจะวิ่งอยู่ภายในกรอบสี่เหลี่ยมจนกระทั่งตัดหญ้าทั้งหมดกรอบในสี่เหลี่ยมนั้น โดยผู้ใช้จะทำการกดสวิตช์เปิดเพียงอย่างเดียวและรอจนกว่าเครื่องตัดหญ้าจะหยุดเองเมื่อตัดหญ้าภายในกรอบจนหมด 

เมษายน 2562

สารบัญ
เรื่อง หน้า
ชื่อโครงงาน ก
บทคัดย่อ ข
กิตติกรรมประกาศ ค
สารบัญ ง
สารบัญภาพ ฉ
บทที่ 1 บทนำ 1
1.1 ความสำคัญของที่มาและปัญหา 1
1.2 วัตถุประสงค์ 1
1.3 ขอบเขตการศึกษา 1
1.4 ความรู้จากสาขาวิศวกรรมที่นำมาประยุกต์ใช้ 2
1.5 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ 2
บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง 3
2.1 ตู้ควบคุมส่วนกลาง 3
2.1.1 อาดุยโน่(Arduino) 4
2.1.2 รีเลย์ (Relay) 4
2.1.2.1 ส่วนของขดลวด (coil) 5
2.1.2.2 ส่วนของหน้าสัมผัส (contact) 5
2.1.3 สวิตช์แบบกระดก (Rocker Switch) 6
2.1.4 แบตเตอรี่ (Battery) 6
2.1.5 โพรโทบอร์ด (Protoboard) 8
2.1.6 สายจั้มเปอร์ (Jumper Wire) 9
2.1.7 เซ็นเซอร์สี (Sensor Color) 9
2.1.7.1 TCS230 10
2.1.7.2 TCS3200 13
2.1.7.3 LEGO MINDSTORMS Education EV3 Color Sensor 15
2.2 โครงสร้าง 22
2.3 บทความทางวิชาการที่ได้ศึกษา 22
บทที่ 3 อุปกรณ์และวิธีการ 26
3.1 อุปกรณ์ 26
3.2 การออกแบบเครื่องมือทดลอง 26
3.3 การต่อสายสัญญาณไปยังบอร์ด 27
3.3.1 ส่วนมอเตอร์ล้อ 12V (dc motor) 28
3.3.2 ส่วนรีเลย์ (Relay) 28
3.3.3 เซ็นเซอร์สี(Color Sensor) 29
3.3.4 สวิตซ์เปิด-ปิด 29
3.4 การใช้งานของโค้ด Arduino 29
3.5 ส่วนประกอบของชิ้นงานที่ใช้ในการทดลอง 33
3.5.1 ส่วนโครงของชิ้นงาน 33
3.5.2 ส่วนล้อของชิ้นงาน 33
3.5.3 ส่วนของใบตัดหญ้า 33
3.6 การทดสอบความเร็วและหาเวลาของรถตัดหญ้าในพื้นที่สนาม 35
3.7 การทดสอบเพื่อหาจำนวนทอร์ก ณ รอบการทำงานต่าง ๆ 37
บทที่ 4 ผลการวิเคราะห์และการทดสอบ 38
4.1 ทดสอบการตัดหญ้า 38
4.2 ความเร็วในการตัดหญ้าของโรบอททางทฤษฎี 40
4.3 ความเร็วในการตัดหญ้าของโรบอททางปฎิบัติ 41
4.4 รอบการหมุนของมอเตอร์ในหน่วย RPM ทางทฤษฎี(ตามสเปคมอเตอร์) 41
4.5 รอบการหมุนของมอเตอร์ในหน่วย RPM ทางปฏิบัติ 41
4.6 วิเคราะห์ผลการทดลอง 42
บทที่ 5 สรุปและข้อเสนอแนะ 43
5.1 สรุป 43
5.2 ข้อเสนอแนะ 43
อ้างอิง 44
ภาคผนวก ก 45
ภาคผนวก ข 58

สารบัญภาพ
ภาพที่ หน้า
1 เครื่องตัดหญ้าอัจฉริยะและตู้ควบคุมส่วนกลาง 3
2 แสดงบอร์ดไมโครคอนโทรลเอร์อาร์ดุยโน่ รุ่น UNO 4
3 รีเลย์ (Relay) 5
4 การทำงานเบื้องต้นรีเลย์ (Relay) 5
5 สวิตช์แบบกระดก (Rocker Switch) 6
6 แบตเตอรี่ (Battery) 12V-7.8AH 8
7 โพรโทบอร์ด (Protoboard) 8
8 สายจั้มเปอร์ (Jumper Wire male) 9
9 เซ็นเซอร์สี(TCS230) 10
10 Data sheet (TCS230) 11
11 Data sheet (TCS230) 12
12 เซ็นเซอร์สี(TCS3200) 13
13 Data sheet (TCS 3200) 14
14 Data sheet (TCS 3200) 14
15 Lego Mindstorms Education Ev3 Color Sensor 15
16 ตัวอย่างการรับภาระ 1 21
17 ตัวอย่างการรับภาระ 2 22
18 ตัวอย่างการรับภาระ 3 22
19 รถตัดหญ้าอัตโนมัติ 24
20 ชุดสั่งการควบคุม 25
21 ตัวอย่างแผนผังวงจร 26
22 โครงชิ้นงาน 30
23 ส่วนล้อตีนตะขาบ 31
24 มอเตอร์และใบมีดตัดหญ้า 31
25 การเคลื่อนที่ของรถตัดหญ้า 32
26 diagram การทำงานของรถตัดหญ้า 33
27 ขั้นตอนการทำงานของเซ็นเซอร์ 34
28 การเคลื่อนที่ของรถตัดหญ้าในกรอบสีแดง 35
29 สภาพใบหญ้าก่อนทำการตัด 39
30 สภาพใบหญ้าหลังทำการตัด 40
31 ขอบเขตในการตัด (2.7เมตร x 2.25เมตร) 41
32 สเป็คมอเตอร์ขับ 41
33 เครื่องมือวัดรอบ 42

บทที่ 1
บทนำ

 ความสำคัญและที่มาของปัญหา  
ในชีวิตประจำวันทุกครัวเรือนต้องประสบปัญหาสนามหน้าบ้านหรือสวนหลังบ้านเต็มไปด้วยหญ้าที่สูงและรกเกินไป เกิดปัญหาต่างๆ ตามมาเช่น บ้านเกิดความไม่สวยงาม เป็นแหล่งอาศัยของสัตว์ร้าย เป็นต้น เราจึงควรกำจัดหญ้าให้เรียบร้อยและเป็นระเบียบอยู่เสมอ แต่การที่เราต้องมานั่งตัดๆทุกเวลาคงจะยุ่งยากเพราะว่าหญ้าเป็นวัชพืชที่โตไว ดังนั้นในวิจัยนี้เราจึงยกกรณีนี้มาศึกษาเพื่อลดปัญหาและเป็นเครื่องมือต้นแบบในการพัฒนาต่อเป็นหุ่นยนต์ตัดหญ้าอัตโนมัติในอนาคต

 วัตถุประสงค์
1.2.1 เพื่ออำนวยความสะดวกในการทดแทนแรงงานมนุษย์ในการทำงาน
1.2.2 เพื่อลดปัญหาอุบัติเหตุในการปฏิบัติงาน
1.2.3 สามารถเป็นต้นแบบหุ่นยนต์ตัดหญ้าอัตโนมัติ

1.3 ขอบเขตการศึกษา
1.3.1 สามารถทำงานได้เป็นเวลาอย่างน้อย 20 นาที
1.3.2 สามารถในพื้นที่ที่เรากำหนดได้
1.3.3 สามารถตัดหญ้าให้ได้ความสูง 4-6 เซนติเมตร
1.3.4 สามารถทำงานได้ด้วยความปลอดภัย

1.4 ความรู้จากสาขาวิศวกรรมที่นำมาประยุกต์ใช้
1.4.1 การคำนวนโครงสร้าง (mechanical of material)
1.4.2 การจำลองโครงสร้างด้วย solid works (machine design)
1.4.3 หลักการพัฒนาและการเลือกใช้วัสดุ (innovative and production)

1.5 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ
1.5.1 ควบคุมความสูงของหญ้าได้
1.5.2 เพื่อเป็นต้นแบบหุ่นยนต์ตัดหญ้าอัตโนมัติ
1.5.3 ลดการใช้แรงงานมนุษย์
1.5.4 ลดอุตบัติเหตุที่เกิดจากการปฏิบัติงาน

บทที่ 2
ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง
เครื่องตัดหญ้าอัจฉริยะ(Automatic mower) มีการแบ่งภาคการทำงาน 3 ส่วนหลักประกอบขึ้นจาก ตู้ควบคุมส่วนกลาง (Center control box) หลังจากนั้นส่งกำลังทางไฟฟ้าให้กับมอเตอร์เคลื่อนที่ และมอเตอร์ตัดตามลำดับ มีกลไกการทำงานทางด้าน ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องดังต่อไปนี้

ภาพที่ 1 เครื่องตัดหญ้าอัจฉริยะและตู้ควบคุมส่วนกลาง
2.1 ตู้ควบคุมส่วนกลาง (Center control box)
ตู้ควบคุมส่วนกลาง (Center control box) เป็นตัวส่งสัญญาณ การทำงานให้ภาคอื่น ซึ่งทำให้เกิดการเคลื่อนที่หรือการตัด และเป็นแหล่งจ่ายไฟให้ภาคการทำงานอื่นต่อไป ประกอบไปด้วยส่วนสำคัญดังนี้ อาดุยโน่(Arduino),รีเลย์ (Relay), สวิตช์แบบกระดก (Rocker Switch),แบตเตอรี่ (Battery),โพรโทบอร์ด (Protoboard),สายจัมเปอร์ (Jumper Wire),เซ็นเซอร์สี (Color Sensor RGB)
2.1.1 อาดุยโน่(Arduino)
Arduino (อ่านว่า อา-ดู-อิ-โน่ หรือ อา-ดุย-โน่) เป็นบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ตระกูล AVR ดังแสดงในภาพที่ 5 ที่มีการพัฒนาทั้งด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์แบบเปิดเผยข้อมูล (Open Source) โดยตัวฮาร์ดแวร์ใช้งานง่ายและราคาถูก ส่วนด้านซอฟต์แวร์จะเป็นคําสั่งที่ไม่ซับซ้อนสามารถพัฒนาได้ ง่าย ดังนั้นจึงเหมาะสําหรับผู้เริ่มต้นพัฒนาจนไปถึงการพัฒนาแบบขั้นสูง ผู้ใช้งานสามารถพัฒนาต่อ ร่วมกับอุปกรณ์ในการงานได้อย่างง่าย

ภาพที่ 2 แสดงบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์อาร์ดุยโน่ รุ่น UNO
ที่มา www.robotistan.com
2.1.2 รีเลย์ (Relay)
รีเลย์ (Relay) คือชิ้นส่วนอุปกรณ์ที่มีกลการทำงานช่วยในการเปิดและปิดวงจร จากการส่งสัญญาณไปที่หน้าสัมผัส ซึ้งส่วนประกอบหลักประกอบไปด้วย

ภาพที่ 3 รีเลย์ (Relay)
ที่มา www.arduitronics.com
2.1.2.1 ส่วนของขดลวด (coil) ในส่วนของขดลวดนี้กลไกการทำงานคือการเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็กทำให้เกิดการสัมผัสกันของโลหะและหน้าสัมผัส
2.1.2.2 ส่วนของหน้าสัมผัส (contact) ทำหน้าที่เป็นตัวส่งสัญญาณทางไฟฟ้าให้อุปกรณ์ ซึ้งประกอบไปด้วย 3 ส่วนย่อย
ก.) Normal close หรือ NC หากยังไม่จ่ายสัญญาณทางไฟฟ้าให้ขดลวดหน้าสัมผัสจะติดกันเหมาะสำหรับกับอุปกรณ์ที่ใช้งานตลอดเวลา
ข.) Normal open หรือ NO เป็นส่วนที่หากยังไม่ส่งสัญญาณทางไฟฟ้าให้หน้าสัมผัสจะไม่ติดกัน
ค.) จุดต่อ C ย่อมากจาก common จุดรวมที่ต่อมาจากแหล่งพลังงานภายนอก

ภาพที่ 4 การทำงานเบื้องต้นรีเลย์ (Relay)
ที่มา http://www.psptech.co.th/

2.1.3  สวิตช์แบบกระดก (Rocker Switch)
 สวิตช์แบบกระดก (Rocker Switch) สวิตช์แบบกระดกหลักการทำงานคือการกดไปที่ปุ่มที่ยื่นออกมาจากสวิตช์เป็นการตัดและต่อสัญญาณทางไฟฟ้า ซึ้งออกคำสั่งให้ตัวรับสัญญาณเป็น ON (เปิดใช้งาน) หรือ OFF (ปิดใช้งาน) ดังรูป

ภาพที่ 5 สวิตช์แบบกระดก (Rocker Switch)
ที่มา http://www.gravitech.us/
2.1.4 แบตเตอรี (Battery)
อุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานเคมีที่เก็บไว้เป็นพลังงานไฟฟ้า ในตัวอย่างเป็นประเภททุติยภูมิ ซึ้งหากแบตเตอรี่(Battery)ประเภทนี้พลังงานลดลงสามารถนำกลับมาชาร์ตใหม่ได้โดยการเติมประจุไฟฟ้า การเลือกใช้แบตเตอรี่ เลือกจากเวลาที่ต้องการให้ชิ้นงานทำงาน สำหรับเครื่องตัดหญ้าอัจฉริยะในการใช้งานจริงอาจจะต้องใช้เวลาถึง 2 ชั่วโมงในการตัด ขึ้นอยู่กับพื้นที่ที่ต้องการจะตัด แต่สำหรับการทดสอบนั้นใช้เวลาไม่มากนัก แบตเตอรี่สามารถจ่ายไฟได้เพียง30นาทีก็เพียงพอ เพราะว่าในการทดสอบไม่จำเป็นต้องเปิดมอเตอร์ทุกตัว บางครั้งทดสอบการวิ่งก็จะเปิดแค่มเพียงมอเตอร์ขับ จึงทำให้ในการทดสอบนั้นสามารถเปิดเครื่องได้เกินครึ่งชั่วโมงแน่นอน

วิธีคำนวณแบตเตอรี่ที่ควรใช้
มอเตอร์ตัดกินไฟ = 8 A/hr
มอเตอร์ขับกินไฟ = 1.5 A/hr
มีจำนวน2ตัว = 3 A/hr (ที่รับภาระสูงสุด)
บอร์ดอาเดียโน่กินไฟ = 0.24 A/hr
เซ็นเซอร์กินไฟ = 0.1 A/hr
ดีเลย์กินไฟ = 0.15 A/hr จำนวน2ตัว = 0.3 A
การใช้ไฟทั้งหมดรวม = 8+3+0.24+0.1+0.3=11.64 A/hr
เลือกใช้แบตเตอรี่ 12 V 7.8AH
สามารถใช้งานได้ = 7.8/11.6
สามารถใช้งานได้ = 0.67 hr
สามารถใช้งานได้ = 40 min 12 s
เพราะฉะนั้นการเลือกใช้แบตเตอรี่ขนาด 12V 7.8AH เพียงพอต่อการใช้งาน ที่ไม่เลือกแบตเตอรี่ที่มีความจุเยอะกว่านี้เพราะว่า มีราคาที่แพงกว่า และมีน้ำหนักที่มากกว่าแบตเตอรี่ขนาด 12V 7.8AH แบตเตอรี่ที่ความจุเยอะกว่า 7.8AH จึงเกินความจำเป็นที่จะเลือกซื้อ

ภาพที่ 6 แบตเตอรี่ (Battery) 12V-7.8AH
2.1.5 โพรโทบอร์ด (Protoboard)
โพรโทบอร์ด (Protoboard) เป็นอุปกรณ์ทดลองทางวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ภายในประกอบไปด้วยตัวนำไฟฟ้าที่เรียงต่อกัน ภายนอกหุ้มฉนวนการเชื่อมต่อจะเกิดขึ้นหากวางในลักษณะดังภาพ

ภาพที่ 7 โพรโทบอร์ด (Protoboard)
ที่มา www.gravitechthai.com

    2.1.6  สายจัมเปอร์ (Jumper Wire)
สายสำหรับทดลองทางอิเล็กโทรนิคไว้สำหรับต่อกับอุปกรณ์ทางไฟฟ้าหรือโพรโทบอร์ด (Protoboard) ซึ้งภายในประกอบด้วยตัวนำไฟฟ้าและภายนอกหุ้มฉนวนสีต่างๆ มี 2 ประเภท ดังภาพ

ภาพที่ 8 สายจั้มเปอร์ (Jumper Wire male)
ที่มา www.kitronik.co.uk
2.1.7 เซ็นเซอร์สี(Sensor Color)
การเลือกใช้ Sensor Color นั้นเลือกจาก คุณสมบัติและราคาที่เหมาะสม เพื่อการทำงานที่มีประสิทธิภาพของระบบการทำงานของเครื่องตัดหญ้า
ตัวอย่าง Sensor Color ที่เลือกมาพิจารณามีทั้งหมด 3 ตัว
2.1.7.1 TCS230
2.1.7.2 TCS3200
2.1.7.3 LEGO MINDSTORMS Education EV3 Color Sensor

2.1.7.1  TCS230

ภาพที่ 9 เซ็นเซอร์สี(TCS230)
ที่มา https://sea.banggood.com
Specification
-Using imported chip TCS320 PCB board with gold plating
-TCS320 is an upgraded version of TCS2300, better
-power supply 3-5 v
-resistance to light interference
-white LED, can control the light, off.
-Can detect non-luminous object color
-PCB size: 24mm multiplied by 28.5mm

ภาพที่ 10 Data sheet (TCS230)

ภาพที่ 11 Data sheet (TCS230)
2.1.7.2 TCS3200

ภาพที่ 12 เซ็นเซอร์สี(TCS3200)
ที่มา https://worldofarduino.com
Specification
-Using imported chip TCS3200
-The TCS3200 is TCS230 upgraded version better
-Power supply 3-5v
-Resistance to light interference
-White LED can be controlled on, off.

ภาพที่ 13 Data sheet (TCS 3200)

ภาพที่ 14 Data sheet (TCS 3200)
2.1.7.3 Lego Mindstorms Education Ev3 Color Sensor

ภาพที่ 15 Lego Mindstorms Education Ev3 Color Sensor
ที่มา https://shop.lego.com
Color Sensor เป็นเซนเซอร์แบบดิจิตอลที่สามารถตรวจจับสีและความเข้มของแสงผ่านช่องเล็ก ๆ ด้านหน้าของตัวเซนเซอร์ ซึ่งเซนเซอร์นี้สามารถทำงานได้ใน 3 โหมด คือ โหมดตรวจจับแสงและสี (Color Mode) โหมดการสะท้อนความเข้มของแสง (Reflected Light Intensity Mode) โหมดตรวจจับสภาพแวดล้อมและความเข้มของแสง (Ambient Light Intensity Mode)
จากข้อมูลข้างต้น ที่เลือกใช้ TCS230 เพราะราคาประหยัดและคุณสมบัติเหมาะสมกับการทำงาน โดยเราได้นำ TCS230 และTCS3200 เปรียบเทียบค่าสีกันก็พบว่า TCS230 มีความสเถรียรกว่า ในสภาพกลางแจ้งการตรวจจับสีของTCS230ทำงานได้ดีกว่าTCS3200 ส่วน LEGO MINDSTORMS Education EV3 Color Sensor ราคาแพงกว่าแต่สามารถจับสีได้ดีกว่า TCS230 TCS3200 แต่เนื่องจากไม่เหมาะสมกับบอร์ดอาดูโน้และราคาสูง จึงเลือกใช้ TCS230

2.1.8  มอเตอร์ (Motor)
 มอเตอร์คืออุกรณ์ที่จะทำให้เกิดการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วและทิศทางที่ต้องการ ซึ่งอุปกรณ์ชนิดนี้จำเป็นต้องมีมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นต้นกำลัง มอเตอร์ไฟฟ้าเป็นเครื่องกลไฟฟ้าชนิดหนึ่ง ซึ่งทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล ซึ่งมอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้พลังงานไฟฟ้านี้มีทั้งพลังงานไฟฟ้ากระสลับและพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง ดังนั้นมอเตอร์ไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ต้นกำลังที่นิยมใช้งานอย่างแพร่หลาย
การทํางานของมอเตอร์ไฟฟ้ามอเตอร์ไฟฟ้าทําหน้าที่สร้างกําลังกลขับเคลื่อนอุปกรณ์ต่างๆ ได้แก่ ชุดล้อตีนตะขาบ ใบตัด เป็นต้น ประเภทของมอเตอร์ไฟฟ้า
 มอเตอร์ไฟฟ้ามี 2 ประเภท คือ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง และไฟฟ้ากระแสสลับ โดย มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ มอเตอร์ชนิด 1 เฟสและชนิดที่เป็นมอเตอร์ 3 เฟส ซึ่งเป็นมอเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง เป็นมอเตอร์ที่สร้างขึ้นโดยใช้หลักการจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงเข้า ทั้งขดลวดที่อยู่กับที่ และเคลื่อนที่ เพื่อให้เกิดแรงทางแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้น 
ข้อดีของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง มีดังต่อไปนี้
1.ควบคุมแรงบิดหรือความเร็วทําได้ง่ายและดีมาก 
2.มีผลตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลง (Response) ได้รวดเร็ว การปรับความเร็วสามารถทำได้ในช่วงกว้าง
 ข้อเสียมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง มีดังต่อไปนี้
1. การบํารุงรักษาสูงมากเนื่องจากมีส่วนสึกหรอของแปรงถ่าน 
2. ราคาแพงเมื่อเทียบกับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่มีขนาดกาลังแรงม้าเท่ากัน 
3. มีขนาดใหญ่กว่ามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับที่ขนาดแรงม้าเท่ากัน 
4. มีโครงสร้างซับซ้อน และหาซื้อได้ยาก
5. หาแหล่งจ่ายที่เป็นไฟกระแสตรงได้ยาก 
6. ไม่สามารถนําไปใช้ในที่มีสารไวไฟได้
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (Alternating Current Motor)
มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ หรือเรียกว่า เอ.ซี มอเตอร์ (A.C. MOTOR) เป็นมอเตอร์ไฟฟ้าที่ ใช้งานกับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ สามารถแบ่งชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้าสลับตามลักษณะของ แหล่งจ่ายไฟฟ้าได้เป็น 3 ชนิดคือ
1. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับชนิดหนึ่งเฟส (A.C. Sing Phase) หรือเรียกว่าซิงเกิลเฟส มอเตอร์ ซึ่งสามารถแบ่งชนิดของมอเตอร์ไฟฟ้า ตามโครงสร้างของมอเตอร์ไฟฟ้าออกเป็น สปลิท เฟสมอเตอร์ (Split-Phase Motor) คาปาซิเตอร์มอเตอร์ (Capacitor Motor) รีพัลชั่นมอเตอร์ (Repulsion-type Motor) ยูนิเวอร์แซลมอเตอร์ (Universal Motor) และ เช็ดเดดโพลมอเตอร์ (Shaded-pole Motor)
2. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับชนิดสองเฟส หรือเรียกว่าทเฟสมอเตอร์ (Two Phase Motor)
3. มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับชนิดสามเฟส หรือเรียกว่าที่เฟสมอเตอร์ (Three Phase Motor)
สคิวเรลเคจโรเตอร์มอเตอร์ (Squirrel Cage Rotor Motor) อินดักชั่นมอเตอร์สามเฟส แบบสคิวเรลเคจโรเตอร์ เป็นโรเตอร์ที่ให้กําลังแรงม้าต่ำเมื่อเทียบกับมอเตอร์แบบอื่นๆ แต่จะมีข้อดี คือจะมีความเร็วรอบการทํางานคงที่ในภาระที่มีขนาดต่างๆ กัน
วาวด์โรเตอร์มอเตอร์ (Wound Rotor) มอเตอร์แบบวาวด์โรเตอร์ (Wound-rotor) หรือแบบ Slip-ring จะมีแกนหมุนพันขดลวดที่มีตัวนําไฟฟ้านําไปสู่ Slip Rings เพื่อสอดแทรกตัวต้านทานไว้ เพิ่มแรงบิดในขณะสตาร์ทและลดกระแสในการสตาร์ท มอเตอร์แบบนี้เหมาะกับอุปกรณ์ขนถ่ายทุก ชนิดที่ต้องควบคุมแรงบิดในขณะสตาร์ท
ข้อดีของ มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ
1. ราคาถูกกว่า มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ที่ขนาดพิกัดกําลังเท่ากัน 
2. มีลักษณะโครงสร้างง่าย ไม่ซับซ้อน และเล็กกว่ามอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง ที่พิกัดเท่ากัน 
3. การบํารุงรักษาน้อยมาก แข็งแรงทนทาน 
4. ใช้ในสถานที่ที่มีสารไวไฟ หรือสารเคมีได้ 
5. มีประสิทธิภาพสูงกว่า มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง 
6. หาซื้อได้ง่าย เป็นที่นิยม
ข้อเสียของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ
 การควบคุมความเร็วทําได้ยากมาก จะต้องใช้อุปกรณ์ทาง Power electronics มาควบคุม คือ inverter ซึ่งค่อนข้างจะมีราคาสูง
การเลือกขนาดมอเตอร์ขับ

มอเตอร์ต้องมีกําลังพอที่จะฉุดโหลดได้ทั้งในขณะทํางานปกติและขณะเริ่มเดินเครื่องโดยการเลือกมอเตอร์ต้องคำนึงถึงแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นที่max loadและเลือกมอเตอร์ที่มีกำลังทางไฟฟ้ามากกว่ากำลังทางกลที่ต้องการ โดยการคำนวณ
T(Torque) = P(power)/N สมการ(2.1)
P = กำลังงาน หน่วยเป็น Watt
T = แรงบิด หน่วยเป็น N
N = ความเร็วรอบของมอเตอร์ไฟฟ้า หน่วยRPM (round/min)
T=F×R สมการ(2.2)
T = แรงบิด หน่วย N-m
R = ระยะทางจากจุดศูนย์กลางไปยังขอบ หน่วย m
F = แรง หน่วยN
F =mg
m = น้ำหนัก หน่วย kg
g = แรงโน้มถ่วงมีค่า 9.81 m/s^2

                  P=E×I                        สมการ(2.3)

P = กำลังไฟฟ้า หน่วยมาตรฐานวัตต์ (W)
E = แรงดัน หน่วยมาตรฐานโวลต์(V)
I = กระแส หน่วยมาตรฐานโวลต์(A)
แรงบิดและกำลังทางกล มอเตอร์ขับ
น้ำหนักของเครื่องตัดหญ้าอัจฉริยะมีน้ำหนัก 6 kg มอเตอร์ขับมี 2 ตัว เพราะฉะนั้นมอเตอร์ขับรับโหลดข้างละ 3 kg
T=F×R
T=3×9.81×22×〖10〗^(-3)
T=0.66 Nm
P=w/t
P=f×s/t
P=F×V
P=F×r×ω
P=T×RPM×2π/60
P=0.66×110×2π/60
P=7.602 Watt
แรงบิดและกำลังทางไฟฟ้าของ มอเตอร์ขับโดยในตัวอย่างใช้มอเตอร์เกียร์ในการทดสอบ 12 V 110 rpm กินไฟที่ภาระสูงสุด 1.5 A
P=E×I
P=12V×1.5A
P=18 Watt
T(Torque)=P(power)/N
T=18Watt/(110×2π/60)
T=1.56 Nm

เพราะฉะนั้น มอเตอร์เกียร์ 12 V 110 rpm กินไฟที่ max load 1.5 A สามารถใช้ได้เพราะกำลังทางไฟฟ้ามากกว่ากำลังลังทางกล และมีแรงบิดที่เพียงพอในการขับเคลื่อนที่max load
การเลือกขนาดมอเตอร์ตัด
Studies indicated that a high impact velocity is required, in both laboratory experiments on single stems and field experiments on mowers. Typical speeds employed by disc and rotary mowers are in the range of 71 - 84 m/s.
ความเร็วที่ต้องการนั้นอยู่ในช่วง 78-84 m/sมอเตอร์ที่เลือกพิจารณามอเตอร์ ความเร็วรอบ 2750 rpm ความยาวใบตัด 450 mm

ความเร็วในการตัด = 2750×π×450×〖10〗^(-3)
ความเร็วในการตัด = 3887m/min
ความเร็วในการตัด = 64.7m/s
ที่ความเร็ว = 64.7m/s สามารถตัดหญ้าได้บางชนิด
แต่มอเตอร์ที่เลือก ความเร็วรอบ 2750 rpm ความยาวใบตัด 450 mm วัดความเร็วได้เกินค่าทดสอบที่บอกมา วัดความเร็วรอบได้ถึง 3500 rpm ซึ่งส่งผลทำให้ความเร็วใบตัดเพิ่มขึ้น
ความเร็วในการตัด = 3500×π×450×〖10〗^(-3)
ความเร็วในการตัด = 4945m/min
ความเร็วในการตัด = 82.425m/s
เพราะฉะนั้นสรุปได้ว่ามอเตอร์ขนาด ความเร็วรอบ 2750 rpm ความยาวใบตัด 450 mm อาจจะตัดหญ้าไม่ได้ทุกชนิด ถ้าความเร็วรอบที่วัดออกมาไม่เร็วกว่าความเป็นจริง ควรเลือกใช้มอเตอร์ 3500 rpm และใบตัด 450 mm

2.2 โครงสร้าง
การออกแบบโครง การเลือกความกว้างนั้นจะเลือกให้เหมาะสมกับใบตัดที่มีขายตามท้องตลาด ส่วนความสูงเลือกตามชนิดของหญ้าหรือวัชพืชที่ต้องการตัด โครงเป็นส่วนที่รับน้ำหนักและความเค้นเพราะฉะนั้นการเลือกขนาดของเหล็กจึงต้องพิจารณาจากloadทั้งหมด ผลการ simulation ของเหล็กขนาด 1นิ้ว x 1นิ้ว
Stress =7.266×〖10〗^7 N/m^2

รูปภาพ 16 ตัวอย่างการรับภาระ 1
Strain = 2.080×〖10〗^(-4)

รูปภาพ 17 ตัวอย่างการรับภาระ 2
Factor of Safety = 8.5

รูปภาพ 18 ตัวอย่างการรับภาระ 3
จากผลการ simulation จะเห็นได้ว่าเหล็กขนาด 1นิ้ว x 1นิ้ว สามารถรับแรงทั้งหมดได้โดยไม่ทำให้เสียรูป และค่า Factor of Safety = 8.5 ถือว่าโครงเหล็กขนาด 1นิ้ว x 1นิ้ว มีความปลอดภัยที่จะใช้งาน จริงๆแล้วสามารถเลือกเหล็กที่ขนาดเล็กกว่านี้ได้ แต่เหล็กขนาด 1นิ้ว x 1นิ้ว สามารถใช้น็อตขนาด 6 มิลลิเมตรได้โดยปลอดภัยจากความเค้นเฉือน ถ้าเลือกขนาดเหล็กให้เล็กลงต้องพิจารณาขนาดของนอตที่เล็กลงและลอง Simulationเพื่อดูค่าความเค้นเฉือนและ Factor of Safety

2.3 บทความทางวิชาการที่ได้ศึกษา
2.3.1 Disclosed เป็นเครื่องตัดหญ้าอัตโนมัติแบบขับเคลื่อนด้วยตนเองซึ่งอ้างอิงตำแหน่งภายในพื้นที่ตัดโดยใช้ข้อมูลเส้นทางและภูมิประเทศที่จัดเก็บด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์เป็นระบบนำทางหลัก
(From https://patents.google.com/patent/US5204814A/en)
2.3.2 มีการใช้โปรแกรมหุ่นยนต์หลายโหมด หนึ่งในนั้นคือ การจดจำเส้นทางจากสัญญาณและปรับระบบการควบคุมตามวิธีการสำหรับการดำเนินงานของโปรแกรมในงานใช้ร่วมกับงานต่างๆ เช่นการตัดหญ้าสนามหญ้า , ดูดฝุ่น , ทำความสะอาดพื้น และกวาดหิมะ
(From https://patents.google.com/patent/US6339735B1/en )
2.3.3 การออกแบบและวิเคราะห์เครื่องตัดหญ้าแบบโรตารี่ การตัดเป็นหนึ่งในส่วนที่สำคัญที่สุดของเครื่องตัดหญ้า วิเคราะห์ทำการปรับปรุงสำหรับการออกแบบที่มีอยู่ และการวิเคราะห์โครงสร้างแบบคงที่ดำเนินการด้วยความช่วยเหลือของANSYS Workbench เพื่อพัฒนาการออกแบบใหม่
(From https://www.ijert.org/research/design-and-analysis-of-cutting-blade-for-rotary-lawn-mowers-IJERTV5IS040322.pdf)

บทที่ 3
อุปกรณ์และวิธีการ
3.1 อุปกรณ์
3.1.1 บอร์ด Arduino UNO R3
3.1.2 Color sensor
3.1.3 Relay 5V 2 ช่อง Relay module 10A 250V
3.1.4 มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรง GEAR-BOX MOTOR (DC 12 V 110 RPM )
3.1.5 มอเตอร์สำหรับตัดหญ้า ( DC 12 V 2750 RPM )
3.1.6 เหล็กกล่อง ขนาด 1*1 นิ้ว
3.1.6 แผ่นไม้อัด
3.1.7 แผ่นยางพารา และ ฝาปิดท่อ PVC

วิธีการ
3.2 การออกแบบเครื่องมือทดลอง
ภาพที่ 3.1 เป็นภาพที่แสดงชิ้นงานที่สร้างขึ้นเพื่อสั่งการให้ตัดหญ้าแบบอัตโนมัติ โดยมีการควบคุมผ่านการเขียนโปรแกรมด้วยบอร์ด ARDUINO โดยมีองค์ประกอบที่สำคัญ ดังนี้

ภาพที่ 19 รถตัดหญ้าอัตโนมัติ

ภาพที่ 20 ชุดสั่งการควบคุม
3.2.1 บอร์ด Arduino และ Breadboard
3.2.2 Relay ( 5 volt 2 ช่อง )
3.2.3 สายไฟ Jumper
3.2.4 แบตเตอรี่
จากภาพที่ 3.2 สามารถสรุปหลักการทำงานคร่าวๆ ได้ดังนี้ โดยการเขียนชุดคำสั่งในโปรแกรม Arduino ให้ใช้ชุดคำสั่ง if ร่วมกับ Relay ซ้ายและขวานำไปควบคุม DC motor เพื่อสั่งการให้รถเคลื่อนที่และมี sensor color ในการตรวจจับเส้นสีแดงเพื่อให้รถสามารถเคลื่อนที่ภายในกรอบที่เรากำหนดไว้ได้

3.3 การต่อสายสัญญาณไปยังบอร์ด Arduino
มีส่วนประกอบหลักสำคัญที่ต่อไปยังอุปกรณ์ภายนอก 4 ส่วน ดังภาพตัวอย่างแสดงการต่อสายสัญญาณเบื้องต้น ดังนี้ ส่วนมอเตอร์ล้อ 12V (dc motor),ส่วนรีเลย์ (Relay),เซ็นเซอร์สี(Color Sensor)และ3.3.4 สวิตซ์เปิด-ปิด จากข้างต้นทำการต่อสายสัญญาณตามภาพประกอบ

รูปภาพ 21 ตัวอย่างแผนผังวงจร
3.3.1 ส่วนมอเตอร์ล้อ 12V (dc motor)
มอเตอร์ล้อตัวที่1ต่อสายสัญญาณออกมาจากท้ายมอเตอร์ในตัวอย่างคือสายสีดำและสีแดงต่อเข้ากับรีเลย์ตัวที่1(relay) ที่ช่องกลาง(common) ของรีเลย์
มอเตอร์ล้อตัวที่2ต่อสายสัญญาณออกมาจากท้ายมอเตอร์ในตัวอย่างคือสายสีเหลืองและสายสีเขียวต่อเข้ากับรีเลย์ตัวที่2(relay) ที่ช่องกลาง(common) ของรีเลย์
3.3.2 ส่วนรีเลย์ (Relay)
รีเลย์ตัวที่ 1 ฝั่ง input มีช่องสัญญาญ 4 ช่องหลักประกอบไปด้วย GND IN1 IN2 และVCC เริ่มกระบวนการจากสาย GND ต่อไปที่ช่อง GND ของอาดูยโน่ในตัวอย่างคือสายสีดำ ช่องสัญญาณ IN1 และ IN2 ต่อเข้ากับช่องสัญญาณ5 และ 6 ที่บอร์ดอาดูยโน่ตามลำดับ ดังในตัวอย่างคือสีชมพูและสีเขียว ช่องทางด้านขวา VCC คือช่องไฟเลี้ยง 5V นำไปต่อที่ช่องไฟเลี้ยงของบอร์ดดังตัวอย่างคือเส้นสีแดง
รีเลย์ตัวที่ 2 ฝั่ง input มีช่องสัญญาญ 4 ช่องหลักประกอบไปด้วย GND IN1 IN2 และVCC สาย GND ต่อไปที่ช่อง GND ของอาดูยโน่ในตัวอย่างคือสายสีดำ ช่องสัญญาณ IN1 และ IN2 ต่อเข้ากับช่องสัญญาณ2 และ 3 ที่บอร์ดอาดูยโน่ตามลำดับดังในตัวอย่างคือสีชมพูและสีเขียว ช่องทางด้านขวาVCC คือช่องรับไฟฟ้าเลี้ยงจากบอร์ดอาดูยโน่ ดังตัวอย่างคือเส้นสีแดง
3.3.3 เซ็นเซอร์สี(Color Sensor)
ทางด้านซ้ายจากรูปในตัวอย่างของเซ็นเซอร์สี มี 4 ช่องสัญญาณ ด้านบนจากรูปสีแดงต่อเข้ากับไฟเลี้ยง VCC ในบอร์ดอาดูยโน่สามช่องถัดมา สีส้ม ฟ้า และชมพูนำไปต่อที่ช่องสัญญาณของบอร์ดอาดูยโน่ที่ช่อง13,11และ12 ตามลำดับ ทางฝั่งขวามี 4 ช่องสัญญาณเช่นเดียวกัน ช่องที่1 ช่องGND ดังตัวอย่างคือสีดำต่อเข้ากับช่อง GND ที่ตัวบอร์ดได้เลยอีก 2 ช่องเหลืองและเขียว นำไปต่อที่ช่องสัญญาณบนบอร์ดหมายเลข 10 และ 9 ตามลำดับ
3.3.4 สวิตซ์เปิด-ปิด
ที่ตัวสวิตซ์เปิดเครื่อง-ปิดเครื่องในตัวอย่างคือสายสีแดงและสีส้มในส่วนสีแดงนำไปต่อแหล่งจ่ายไฟภายนอกในที่นี้คือแบตตารี่ และอีกส่วนสีส้มนำไปต่อกับหน้า Contact ของรีเลย์ดังภาพ
สวิตซ์เปิดมอเตอร์ตัด-ปิดมอเตอร์ตัดจากตัวอย่างประกอบด้วยสายสีแดงเหลืองและดำสายสีแดงนำไปต่อแหล่งจ่ายไฟภายนอกด้านบวกและนำไปต่อมอเตอร์ตัดด้วย สายสีเหลืองนำไปต่อมอเตอร์ตัด และสายสีดำนำไปต่อแหล่งจ่ายไฟภายนอกด้านลบ

3.4 การใช้งานของโค้ด Arduino
หลักการของโค้ดจากส่วนของโปรแกรมอาดูยโน่ (Arduino) ในส่วนนี้เป็นการอธิบายหลักการของทุกอุปกรณ์ที่ใช้ร่วมกันทุกตำแหน่ง ดังนี้

}
void loop() {

read_color();

//if(SensorL_G<30 && SensorL_B<30 && SensorR_G<30 && SensorR_B<30) //if use right sensor
if(SensorL_G<20 && SensorL_B<20){
if(!last){
if(move_robot%2 != 0){//เช็ครอบจำนวนคี่ 1,3,5,… รถจะเลี้ยวซ้าย หากเป็นรอบจำนวนคู่จะเลี้ยวขวา
turnLeft();
//Check red line for last round
do{ //do while สำหรับเช็คเส้นเช็คทุกๆ 50 ms ไม่เกิน 250 ms ถ้าเจอเส้นจะถือว่าสุดสนาม สั่งหยุดการทำงาน
forward();
delay(10);
check_red_line++;
read_color();
Serial.println(“Left”);
if(check_red_line<=5){ //เช็คเส้นสีแดงน้อยกว่า5ครั้งถ้ามากกว่าจะเข้าเงื่อนไขelse
if(SensorL_G<20 && SensorL_B<20){

          last = true;   
          last_round = true;
        }
      }else{
        last_round = true;

        turnLeft();
        forward();
      }
    }while(!last_round);
    last_round = false;
    check_red_line = 1;
    SensorL_G=255;
    SensorL_B=255;
    move_robot++; //เพิ่มรอบนับจำนวน

  }else{
    turnRight();

    do{ //do while สำหรับเช็คเส้นเช็คทุกๆ 50 ms ไม่เกิน 250 ms ถ้าเจอเส้นจะถือว่าสุดสนาม สั่งหยุดการทำงาน
      forward();
      delay(10);
      check_red_line++;
      read_color();
      Serial.println("Right");
      if(check_red_line<=5){ //move 250ms (a round per 50 ms)
        if(SensorL_G<20 && SensorL_B<20){
          last = true;
          last_round = true;
        }
      }else{
        last_round = true;
        turnRight();
        forward();
      }
    }while(!last_round);
    last_round = false;
    check_red_line = 1;
    SensorL_G=255;
    SensorL_B=255;
    move_robot++; //เพิ่มรอบนับจำนวน

  }
}else if(last){                 //ถ้าเงื่อนไข last เป็นจริงจะสั่งให้ หยุดวิ่ง
  Serial.println("stop.............................................................");
  stop_run();
}

}
} จบในส่วนโปรแกรมเบื้องต้นเป็นการทำงานซ้ำ โดยการอ่านค่าสีจากเซ็นเซอร์

3.5 ส่วนประกอบของชิ้นงานที่ใช้ในการทดลอง
3.5.1 ส่วนโครงของชิ้นงาน
ส่วนโครงของชิ้นงานถูกสร้างขึ้นด้วยเหล็กกล่องที่มีขนาด 1 นิ้ว x 1 นิ้ว โดยโครงในส่วนล่างที่ติดกับล้อหน้าและล้อหลังมีความยาวขนาด 50 เซนติเมตร โดยใช้วิธีเชื่อมอาร์คในการเชื่อมชิ้นงานโดยมีความกว้างของชิ้นงานอยู่ที่ 50 เซนติเมตร และมีความสูง 20 เซนติเมตร ดังภาพที่ 3.5.1

ภาพที่ 22 โครงชิ้นงาน
3.5.2 ส่วนล้อของชิ้นงาน
ในการสร้างล้อตีนตะขาบ โดยจะใช้แผ่นยางที่มีความหนา 1 เซนติเมตร มาทำเป็นสายพานขับเคลื่อนและนำฝาปิดท่อ PVC ขนาด 4 นิ้ว มาทำเป็นพูเลในการใส่สายพาน โดยที่ชุดพูเลหลังถูกขับเคลื่อนด้วยชุดมอเตอร์ DC 12V ทั้ง 2 ฝั่ง ส่วนชุดพูเลข้างหน้าจะใช้เพลาเหล็กใส่ไปในแป้นลูกปืนเพื่อยึดติดกับโครงชิ้นงาน ดังภาพที่ 3.5.2

ภาพที่ 23 ส่วนล้อตีนตะขาบ
3.5.3 ส่วนของใบตัดหญ้า
ชุดตัดหญ้า ใช้มอเตอร์ ( DC 12 volt 2500 RPM ) ติดกับใบตัด จะติดตั้งไว้บริเวณตรงกลางของรถตัดหญ้าโดยจะยื่นออกมาข้างหน้า ความสูงของมีดจะสูงกว่าพื้นดิน 4-6 เซนติเมตร ดังภาพที่ 3.5.3

ภาพที่ 24 มอเตอร์และใบมีดตัดหญ้า
3.6 การทดสอบความเร็วและหาเวลาของรถตัดหญ้าในพื้นที่สนาม
ในการทดสอบความเร็วในการเคลื่อนที่ของรถ เราสร้างสนามโดยใช้เส้นสีแดงที่มีขนาด 2.7 เมตร * 2.25 เมตร ทำเป็นกรอบโดยปล่อยให้รถเคลื่อนที่ภายในกรอบที่เรากำหนดไว้ โดยจุดเริ่มต้นของรถจะเคลื่อนที่จากมุมขวาของสนาม เมื่อรถเคลื่อนที่ไปยังอีกฝั่งของสนามจะเจอเส้นสีแดง ( เจอครั้งที่ 1,3,5,…, n ; เลขคี่ ) รถจะทำการเลี้ยวซ้ายทำมุม 90 องศา 2 ครั้งแล้วเคลื่อนที่ต่อ เมื่อเจอเส้นสีแดงอีกครั้ง ( เจอครั้งที่ 2,4,6,…,n ; เลขคู่ ) รถจะทำการเลี้ยวขวาทำมุม 90 องศา 2 ครั้ง รถจะหยุดเคลื่อนที่เมื่อเจอเส้นสีแดง 2 ครั้งในระยะเวลา 250 มิลลิวินาที โดยสนามที่เราสร้างไว้รถเราเคลื่อนที่ได้ระยะ 8.1 เมตร ดังภาพที่ 25

ภาพที่ 25 การเคลื่อนที่ของรถตัดหญ้า

ภาพที่ 26 diagram การทำงานของรถตัดหญ้า

ภาพที่ 27 ขั้นตอนการทำงานของเซนเซอร์

ภาพที่ 28 การเคลื่อนที่ของรถตัดหญ้าในกรอบสีแดง
วิธีการคำนวณจะคำนวณจากรอบวงของล้อ โดยวงล้อมี d = 170 มิลลิเมตร (mm)
จากสูตร เส้นรอบวง ( C )
C=πd สมการ (3.1)
C = ( 3.14 )( 17010 ^ -3)
C = 0.5338 เมตร ( m )
โดยใช้มอเตอร์ในการขับเคลื่อน ( motor gear-box DC 12v 110 rpm )หาความเร็วทางทฤษฎี
สูตรหาความเร็ว ( V ) หน่วยเป็น km/hr
V = [ ( จำนวนรอบต่อนาทีที่วงล้อ ( rpm ) * เส้นรอบวงล้อ ( cm ) ) / 100000 ] * 60 สมการ (3.2)
V = [ ( 110 * 53.38 )/100000 ] *60
V = 3.52 km/hr
ดังนั้นในพื้นที่สนามที่กำหนดระยะไว้ รถวิ่งด้วยความเร็ว 3.52 Km/Hr หาเวลาที่ใช้ในการตัดหญ้าในพื้นที่ 2.25 เมตร x 2.7 เมตร เป็นระยะ 8.1 เมตร รถตัดหญ้าวิ่งด้วยความเร็ว 3.52 Km/Hr ( หรือ 3520 m/Hr )
ดังนั้น รถตัดหญ้าวิ่งที่ระยะ 8.1 เมตรจะใช้เวลา = ( 8.1/3520 ) = 0.00231 ชั่วโมง
แปลงหน่วยเป็น วินาที ( S ) = 0.00231 * 3600 = 8.316 วินาที

3.7 การทดสอบเพื่อหาจำนวนทอร์ก ณ รอบการทำงานต่าง ๆ
มอเตอร์ตัดหญ้า ( DC 12V 2750 RPM ) นำรอบของมอเตอร์มาคำนวณหาแรงบิด
จากสูตร กำลังทางไฟฟ้า ( P ) หน่วยเป็น watt

                                         P = I x V                                                            สมการ (3.4)

P = กำลังไฟฟ้า
I = กระแสไฟฟ้า
V = แรงดันไฟฟ้า
P =12 (V) x 8.33 (A)
จะได้ P = 100 watt
กำลังไฟฟ้าของมอเตอร์มาคำนวณหาแรงบิดจากสูตรแรงบิด ( T )
แรงบิด (T) = (กำลังไฟฟ้า P)/จำนวนรอบของมอเตอร์(RPM) สมการ(3.5)
T = 100/2750
ดังนั้น T = 0.036 Nm

บทที่ 4
ผลการวิเคราะห์และการทดสอบ

การทดสอบระบบ จะเริ่มจากการทดสอบความเร็วในการตัดของโรบอทว่ามีความเร็วตามทฤษฎีหรือไม่ และมอเตอร์ทำงานได้เต็มประสิทธิภาพหรือไม่ ดังนั้นการทดสอบระบบจะทำการจับเวลาในการตัดในพื้นที่ที่กำหนดขึ้น และนำเวลามาเทียบกับความเร็วที่คำนวณได้ทางทฤษฎี

4.1 ทดสอบการตัดหญ้า
Studies indicated that a high impact velocity is required, in both laboratory experiments on single stems and field experiments on mowers. Typical speeds employed by disc and rotary mowers are in the range of 71 – 84 m/s.
จากการศึกษาพบว่าจำเป็นต้องใช้ความเร็วกระแทกสูงทั้งในห้องปฏิบัติการทดลองในก้านเดี่ยวและการทดลองภาคสนามในเครื่องตัดหญ้า ความเร็วโดยทั่วไปของดิสก์และเครื่องตัดแบบโรตารี่นั้นอยู่ในช่วง 71 – 84 m / s
ความเร็วขั้นต่ำที่ทำให้หญ้าขาด
71 m/s
มอเตอร์ที่ใช้
2750×π×300×〖10〗^(-3)= 2598 m/min

แปลงหน่วย 2598 m/min =43.19 m/s

แก้โดยการทำให้ใบตัดยาวขึ้น โครงสร้างที่ออกแบบมา สามารถทำให้ใบตัดยาวได้สูงสุดที่450mm
2750π×450×〖10〗^(-3)=3887 m/min=64.7 m/s
ปัจจุบันทำได้
3500π×300×〖10〗^(-3)=3298 m/min=54.97 m/s
ทดสอบการตัด 5 วินาที
ความยาวใบตัด 300 mm
ความเร็วที่ทำได้ =54.97 m/s

ภาพที่ 29 สภาพของใบหญ้าก่อนทำการตัด

ภาพที่ 30 สภาพของใบหญ้าหลังทำการตัด
ที่มาhttps://www.youtube.com/watch?v=nlJfI-orUV4&feature=youtu.be
จะเห็นได้ว่าจากทดสอบการตัดหญ้าอยู่กับที่โดยใช้เวลา 5 วินาที ตัดหญ้าได้ประมาณ 80 เปอร์เซ็นต์

4.2 ความเร็วในการตัดหญ้าของโรบอททางทฤษฎี
ในพื้นที่สนามที่กำหนดระยะไว้ รถวิ่งด้วยความเร็ว 3.52 km/hr หาเวลาที่ใช้ในการตัดหญ้าในพื้นที่ 2.25×2.7 เมตรเป็นระยะ 8.1 m รถตัดหญ้าวิ่งด้วยความเร็ว km/hr ( หรือ 3520 m/hr) ดังนั้น รถตัดหญ้าวิ่งที่ระยะ 8.1 m จะใช้เวลา = (8.1/3520) = 0.00231 ชั่วโมง
แปลงหน่วยเป็น วินาที ( S ) = 0.00231 x 3600 = 8.316 วินาทีเวลาที่เลี้ยว180 องศา ครั้งละ 2 วินาทีจำนวน 2 ครั้ง และเลี้ยว 90 องศา ใช้เวลา1วินาทีจำนวน 1 ครั้ง เวลาทั้งหมด = 8.316 + 2 + 2 + 1 = 13.316 วินาที

4.3 ความเร็วในการตัดหญ้าของโรบอททางปฎิบัติ
เวลาที่วัดจริงได้ = 15 S

รูปที่ 31 ขอบเขตในการตัด (2.7เมตร x 2.25เมตร)
4.4 รอบการหมุนของมอเตอร์ในหน่วย RPM ทางทฤษฎี(ตามสเปคมอเตอร์)
รอบ 110 RPM

รูปที่ 32 สเป็คมอเตอร์ขับ
4.5 รอบการหมุนของมอเตอร์ในหน่วย RPM ทางปฏิบัติ
วัดโดยใช้เครื่องมือวัดรอบ = 90.1 RPM

รูปที่ 33 เครื่องมือวัดรอบ
ประสิทธิภาพมอเตอร์ = รอบจริง/รอบทางทฤษฎี
ประสิทธิภาพมอเตอร์ = 90.1/110= 0.819
ประสิทธิภาพมอเตอร์ = 81.9 %

4.6 วิเคราะห์ผลการทดลอง
จากการทดสอบความเร็วในการวิ่งตัดของโรบอท กรอบ 2.7 เมตร x 2.25 เมตร พบว่าโรบอทใช้เวลาเกินจากเวลาที่คำนวณได้ทางทฤษฎี เพราะเกิดจากการที่มอเตอร์ขับทำงานได้ไม่เต็ม 100% จากการคำนวณที่ 4.3 พบว่ามอเตอร์ตัดทำงานที่ 81.9%

บทที่ 5
สรุปและข้อเสนอแนะ

5.1 สรุป
ความเร็วในการตัดที่ได้น้อยกว่าความเร็วทางทฤษฎีเพราะว่ามอเตอร์ทำงานได้แค่ 81.9%
ปัญหาที่พบ
1 เมื่อเคลื่อนที่ในพื้นที่มีความลื่น จะทำให้โรบอทเลี้ยวกลับ180องศาได้ไม่ตรง
2 ความเร็วรอบของมอเตอร์ขับทั้ง2ตัว บางครั้งวัดค่าความเร็วรอบได้ไม่เท่ากันทำให้โรบอทเดินไม่ตรงในบางจังหวะ
3 เมื่อพื้นที่ที่ต้องการตัดมีดินสีแดงหรือสีดำ อาจจะส่งผลให้เซ็นเซอร์ทำการจับสีดินและเกิดการเลี้ยวก่อนถึงเส้นที่กำหนดไว้ และอาจจะทำให้ตัดได้ไม่ทั่วพื้นที่

5.2 ข้อเสนอแนะ
มอเตอร์ตัดที่รอบ 2750 rpm ไม่สามารถตัดกิ่งไม้หรือสิ่งกีดขวางที่มีความแข็งกว่าหญ้าได้ อาจจะเพิ่มความเร็วรอบในการตัด โดยการเปลี่ยนมอเตอร์

อ้างอิง
[1] ระภำส พุ่มพวง. การเขียนโปรแกรม Arduino. พิมพ์ครั้งที่ 1. กรุงเทพมหำนคร : ซีเอ็ด
ยูเคชั่น, 2561
[2] Vivek P Revi, Albin K Varghese, Ajay Antony, Rahul P R, Jaison K A.(2016). Design and Analysis of Cutting Blade for Rotary Lawn Mowers.India. Collège of Engineering Thrissur Kerala
[3] Mr. James Hewes.กำลัง(Power)และพลังงาน (Energy). สืบค้นเมื่อ 24 เมษายน 2562,
จาก https://ice.co.th/beginner/study/power.htm
[4] นายกฤษณ์ โอทอง. การคำนวณความดันและอัตราการไหลของระบบดูดไอกรด.สืบค้นเมื่อ 24 เมษายน 2562,จากhttps://www.thaiphysicsteacher.com/physics/contentclassmech/friction-force-physics/

ภาคผนวก ก
(โครงสร้างเครื่องตัดหญ้า)

ภาคผนวกที่ ก แบบโครงของรถตัดหญ้า หน่วย mm

ภาคผนวกที่ ก ส่วนล้อตีนตะขาบของรถตัดหญ้า หน่วย mm

ภาคผนวกที่ ก ส่วนใบตัดของรถตัดหญ้า หน่วย mm

ภาคผนวกที่ ก แป้นลูกปืนใส่เพลาล้อหน้า หน่วย mm

ภาคผนวกที่ ก แป้นยึดมอเตอร์ขับเคลื่อนกับโครง หน่วย mm

ภาคผนวกที่ ก แป้นยึดมอเตอร์ตัดหญ้ากับโครง หน่วย mm

ภาคผนวกที่ ก แป้นยึดเพลากับพูเล หน่วย mm

ภาคผนวกที่ ก เพลาล้อหน้าของรถตัดหญ้า หน่วย mm

ภาคผนวกที่ ก เพลาล้อหลัง หน่วย mm

ภาคผนวกที่ ก กรอบไม้ป้องกัน หน่วย mm

ภาคผนวกที่ ก กล่องควบคุมส่วนกลาง หน่วย mm

ภาคผนวกที่ ก ฝากล่องควบคุมส่วนกลาง หน่วย mm

ภาคผนวก ข
(การใช้คำสั่งเบื้องต้นของบอร์ดArduino)

define in1_L 6

define in2_L 5

define in1_R 2

define in2_R 3

//Right sensor
//#define S0_R 4
//#define S1_R 5
//#define S2_R 6
//#define S3_R 7 ประกาศตัวแปลทั้งหมด
//#define sensorOutR 8
//Left sensor

define S0_L 9

define S1_L 10

define S2_L 11

define S3_L 12

define sensorOutL 13

int SensorR_G, SensorL_G; //Variable for read green value of right sensor, Variable for read green value of left sensor
int SensorR_B, SensorL_B; //Variable for read blue value of right sensor, Variable for read blue value of left sensor
int move_robot = 1; //initial round
int check_red_line=0;
bool last_round = false;
bool last = false;
void turnLeft(){
digitalWrite(in1_R,HIGH);
digitalWrite(in2_L,HIGH);
digitalWrite(in1_L,LOW);
digitalWrite(in2_R,LOW);
delay(1000);
}
void turnRight(){
digitalWrite(in1_R,LOW);
digitalWrite(in2_L,LOW);
digitalWrite(in1_L,HIGH);
digitalWrite(in2_R,HIGH);
delay(1000);
}
void forward(){
//Move forward
digitalWrite(in1_L,HIGH);
digitalWrite(in1_R,HIGH);
digitalWrite(in2_L,LOW);
digitalWrite(in2_R,LOW);
}
void stop_run(){
digitalWrite(in1_L,HIGH);
digitalWrite(in1_R,HIGH);
digitalWrite(in2_L,HIGH);
digitalWrite(in2_R,HIGH);
}
void read_color(){
// Setting blue filtered photodiodes to be read
// digitalWrite(S2_R,LOW);
// digitalWrite(S3_R,HIGH);
digitalWrite(S2_L,LOW);
digitalWrite(S3_L,HIGH);
// Reading the output frequency
// SensorR_G = pulseIn(sensorOutR, LOW);

SensorL_B = pulseIn(sensorOutL, LOW);
// SensorR_G = map(SensorR, 90,200,255,0);
SensorL_B = map(SensorL_B, 25,72,255,0);
// Serial.print(“SensorR Blue= “);
// Serial.print(SensorR_B);
Serial.print(” SensorL Blue= “);
Serial.println(SensorL_B);

// Setting green filtered photodiodes to be read
// digitalWrite(S2_R,HIGH);
// digitalWrite(S3_R,HIGH);
digitalWrite(S2_L,HIGH);
digitalWrite(S3_L,HIGH);

// SensorR = pulseIn(sensorOutR, LOW);
// delay(50);
SensorL_G = pulseIn(sensorOutL, LOW);
// SensorR_G = map(SensorR_G, 98,200,255,0);
SensorL_G = map(SensorL_G, 30,90,255,0);
// Serial.print(“SensorR Green= “);
// Serial.print(SensorR_G);
Serial.print(” SensorL Green= “);
Serial.println(SensorL_G);
}
void setup() {
// pinMode(S0_R, OUTPUT);
// pinMode(S1_R, OUTPUT);
// pinMode(S2_R, OUTPUT);
// pinMode(S3_R, OUTPUT);
pinMode(in1_L, OUTPUT);
pinMode(in2_L, OUTPUT);
pinMode(in1_R, OUTPUT); ประกาศตัวแปล
pinMode(in2_R, OUTPUT);
pinMode(S0_L, OUTPUT);
pinMode(S1_L, OUTPUT);
pinMode(S2_L, OUTPUT);
pinMode(S3_L, OUTPUT);
// pinMode(sensorOutR, INPUT);
pinMode(sensorOutL, INPUT);

// Setting frequency-scaling to 20%
// digitalWrite(S0_R,HIGH);
// digitalWrite(S1_R,LOW);
digitalWrite(S0_L,HIGH);
digitalWrite(S1_L,LOW);
stop_run();

Serial.begin(9600);
//Work after 5 seconds
delay(5000);
//Move forward
forward();

}
void loop() {

read_color();

//if(SensorL_G<30 && SensorL_B<30 && SensorR_G<30 && SensorR_B<30) //if use right sensor
if(SensorL_G<30 && SensorL_B<30){
if(!last){
if(move_robot%2 != 0){//odd number round check
turnLeft();
//Check red line for last round
do{
forward();
delay(50);
check_red_line++;
read_color();
Serial.println(“LLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLLL”);
if(check_red_line<=5){
if(SensorL_G<30 && SensorL_B<30){

          last = true;
          last_round = true;
        }
      }else{
        last_round = true;

        turnLeft();
        forward();
      }
    }while(!last_round);
    last_round = false;
    check_red_line = 1;
    SensorL_G=255;
    SensorL_B=255;
    move_robot++;

  }else{
    turnRight();

    do{
      forward();
      delay(60);
      check_red_line++;
      read_color();
      Serial.println("RRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRRR");
      if(check_red_line<=5){ //move 300ms (a round per 60 ms)
        if(SensorL_G<30 && SensorL_B<30){
          last = true;
          last_round = true;
        }
      }else{
        last_round = true;
        turnRight();
        forward();
      }
    }while(!last_round);
    last_round = false;
    check_red_line = 1;
    SensorL_G=255;
    SensorL_B=255;
    move_robot++;

  }
}else if(last){
  Serial.println("stop.............................................................");
  stop_run();                                                    ส่วนอื่นอ้างอิงมีที่มาจากบท3
}

}
}