รถยนต์นำทางรดน้ำอัตโนมัติในภาคการเกษตร
Agriculture Automated Guided Vehicle system (AGV)

อาจารย์ที่ปรึกษา ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา
หัวหน้ากลุ่มวิจัยวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติขั้นสูง
และผู้รับผิดชอบหลักสูตรหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ (นานาชาติ)​

นายธีรภัทร บุญปั้น เลขประจำตัว 6330302332

นายธนกฤต จิตตยานันท์ เลขประจำตัว 6330302278

นางสาววริศรา โกษาจันทร์ เลขประจำตัว 6330302693

บทคัดย่อ

โครงงานนี้มุ่งเน้นที่จะพัฒนาและปรับปรุงเกี่ยวกับระบบรถยนต์นำทางอัตโนมัติในการเกษตรเพื่อให้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีประสิทธิผลมากยิ่งขึ้นโดยมีวัตถุประสงค์หลักคือการเพิ่มประสิทธิภาพในกิจกรรมการเกษตร โดยลดการจัดการแรงงานมนุษย์และเพิ่มความคล่องตัวในการดำเนินงานที่ซับซ้อน นอกจากนี้ยังมีจุดประสงค์ในการลดค่าใช้จ่ายในด้านการดูแลรักษาและปรับปรุงระบบการเกษตรอัตโนมัติให้มีประสิทธิภาพมากที่สุด นอกจากนี้ยังเน้นการนำเทคโนโลยีที่ล้ำสมัยเข้ามาใช้ในการพัฒนาระบบ ซึ่งทั้งหมดนี้มีเป้าหมายเพื่อเสริมสร้างการผลิตทางการเกษตรให้เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพและยั่งยืน

กิตติกรรมประกาศ
โครงงานรถยนต์นำทางรดน้ำอัตโนมัติในภาคการเกษตรฉบับนี้สามารถสำเร็จลุล่วงได้ดีตามวัตถุประสงค์ อันเนื่องมาจากได้รับความร่วมมือและอำนวยความสะดวกเป็นอย่างดีบุคคลต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง คณะผู้จัดทำขอกราบขอบพระคุณ อาจารย์กิตติพงษ์ เยาวาจา อาจารย์ที่ปรึกษาที่ให้ความรู้ แนวคิด คำปรึกษาจนกระทั่งโครงงานเสร็จสมบูรณ์

สารบัญ
บทที่ 1
บทนำ 1
1.1 ที่มาและความสำคัญ 1
1.2 วัตถุประสงค์ 1
1.3 ขอบเขตการศึกษา 1
1.4 ผลที่คาดว่าจะได้รับ 2
บทที่ 2
ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง 3
2.1 AGV เคลื่อนที่บนแถบแม่เหล็ก/เส้นสี 3
2.2 ระบบแรงต้าน 13
2.3 มอเตอร์ (Motor) 18
2.4 ระบบเซนเซอร์ 19
2.5 โครงสร้าง 25
บทที่ 3
อุปกรณ์และวิธีการ 35
3.1 อุปกรณ์ 35
3.2 วิธีการ 36
บทที่ 4
ผลการวิเคราะห์และการทดลอง 48
บทที่ 5
สรุปและข้อเสนอแนะ 50
5.1 สรุป 50
5.2 ข้อเสนอแนะ 50
เอกสารอ้างอิง 51

สารบัญรูปภาพ
ภาพที่ 2.1 AGV เคลื่อนที่บนแถบแม่เหล็ก 3
ภาพที่ 2.2 AMR Autonomous Mobile Robot FACoBOT (AMR 200) 4
ภาพที่ 2.3 RoboAMR 2021 5
ภาพที่ 2.4 โครงสร้างของ RoboAMR 2021 6
ภาพที่ 2.5 Mechanical Design RoboAMR 2021 7
ภาพที่ 2.6 Mechanical Design RoboAMR 2021 8
ภาพที่ 2.7 Weight Distribution and Carrying Capacity 8
ภาพที่ 2.8 Motor/Gearbox/Wheel Assembly 9
ภาพที่ 2.9 Diagram Electronics 10
ภาพที่ 2.10 Auto Mobile Base – AMB-150J & 300J 11
ภาพที่ 2.11 แรงต้านการหมุนของล้อที่เกิดจากการยุบตัวของยางซึ่งกลิ้งบนถนนแข็ง 14
ภาพที่ 2.12 ความสัมพันธ์ระหว่างแรงต้านการหมุนของล้อกับอัตราเร็วของรถยนต์ 16
ภาพที่ 2.13 มอเตอร์เกียร์ Model: ZGX38REE 18
ภาพที่ 2.14 Motor Dimension 19
ภาพที่ 2.15 Ultrasonic sensor 19
ภาพที่ 2.16 ตำแหน่งของ Piezoelectic Ceramics 21
ภาพที่ 2.17 เซ็นเซอร์ตรวจจับวัตถุ IR Infrared 21
ภาพที่ 2.18 บอร์ด Arduino รุ่น UNO 22
ภาพที่ 2.19 Arduino Mega R3 WIFI Board 23
ภาพที่ 2.20 ตัวอย่างหน้าสัมผัสแบบ Normal Close (NC) 24
ภาพที่ 2.21 เหล็กเพลาขาว (Cold Drawn Bar) 25
ภาพที่ 2.22 อลูมิเนียมโปรไฟล์ และ Dimension 26
ภาพที่ 2.23 แบริ่ง (bearing) 27
ภาพที่ 2.24 Pillow Block Bearing 28
ภาพที่ 2.25 Flanged Ball Bearing 28
ภาพที่ 2.26 ฉากอลูมิเนียมสำหรับยึดมอเตอร์ 29
ภาพที่ 2.27 ฉากยึดอลูมิเนียมโปรไฟล์ 29
ภาพที่ 2.28 คัปปลิ้ง (Coupling) 30
ภาพที่ 2.29 บูชยึดล้อ 30
ภาพที่ 2.30 ล้ออัดแข็ง 31
ภาพที่ 2.31 ล้อรถเข็น แบบล้อเป็น 32
ภาพที่ 2.32 แบตเตอรี่ชนิดต่างๆ 34
ภาพที่ 2.33 ปั๊มน้ำที่ใช้กระแสตรง (DC) 34
ภาพที่ 3.1 ภาพแสดงชิ้นงาน SolidWorks 36
ภาพที่ 3.2 ภาพแสดงชิ้นงาน SolidWorks 36
ภาพที่ 3.3 ภาพแสดงตำแหน่งวางมอเตอร์ 37
ภาพที่ 3.4 ภาพแสดงตำแหน่งของจุดหมุน 37
ภาพที่ 3.5 ภาพแสดงตำแหน่งการเชื่อมล้อและมอเตอร์ 37
ภาพที่ 3.6 Diagram Electronics 41
ภาพที่ 3.7 ภาพการประกอบโครงรถ 42
ภาพที่ 3.8 ภาพจุดหมุนของรถ 42
ภาพที่ 3.9 การติดตั้งล้อ 42
ภาพที่ 3.10 การติดตั้งมอเตอร์ 43
ภาพที่ 3.11 การติดตั้งแผ่นอะคลิลิค 43
ภาพที่ 3.12 ติดตั้งเซนเซอร์ ultrasonic และเซนเซอร์ Infrared (IR) 43
ภาพที่ 3.13 แผงวงจรของระบบ 44
ภาพที่ 3.14 สวิตเพื่อเปิด-ปิด และหัวชาร์ตแบตเตอรี่ 44
ภาพที่ 3.15 Ultrasonic Sensor ด้านข้างของรถ 45
ภาพที่ 3.16 ภาพการติดตั้งแผ่นอะคลิลิคกั้น 45
ภาพที่ 3.17 ภาพการติดตั้งแผ่นอะคลิลิคครอบด้านบนของตัวรถ 45
ภาพที่ 4.1 ภาพการทดลองระบบยกของรถ 48
ภาพที่ 4.2 ภาพการทดลองระบบยกของรถ 48

สารบัญตาราง
ตารางที่ 1 ตารางสัมประสิทธิ์แรงต้านการหมุนของล้อบนสภาพถนนต่างๆ 16
ตารางที่ 2 ตารางค่าเฉลี่ยเปรียบเทียบสัมประสิทธิ์แรงต้านการหมุนของล้อตามประเภทรถและถนน 17

รายการสัญลักษณ์
T_max คือ แรงบิดสูงสุดของล้อตัวขับ
D_wheel คือ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของล้อ
F_external คือ แรงภายนอก (น้ำหนักของน้ำ)
μ คือ สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจากการกลิ้ง
m_vehicle คือ มวลของรถ
m_wheel คือ มวลของล้อ
g คือ แรงโน้มถ่วง

บทที่ 1 บทนำ

1.1 ที่มาและความสำคัญ
โครงการนี้เกิดขึ้นเนื่องจากปัจจุบันนี้ในภาคการเกษตรที่มีการปลูกผักหรือดอกไม้อยู่ทั่วทุกภูมิภาคของประเทศไทย ซึ่งบางครัวเรือนอาจจะประสบปัญหาเกี่ยวกับการทำสวนอยู่หลายอย่าง เช่น ปัญหาเกี่ยวกับการหว่านเมล็ด ปัญหาการเกิดของศัตรูพืช หรือปัญหาทางด้านต่างๆที่ซึ่งเกี่ยวข้องกับการที่ต้องใช้แรงงานมนุษย์ในการแก้ปัญหาอย่าง เช่น การรดน้ำพืชผัก หรือปัญหาการที่ต้องพ่นยากำจัดศัตรูพืชในพื้นที่แคบซึ่งอาจจะยากต่อการต้องใช้แรงงานมนุษย์จัดการ ทางผู้จัดทำจึงเล็งเห็นความสำคัญในข้อนี้ ดังนั้นทางผู้จัดทำจึงยกกรณีนี้มาศึกษาเพื่อลดปัญหาดังกล่าวและเป็นเครื่องมือต้นแบบในการพัฒนาต่อเป็นรถยนต์นำทางอัตโนมัติ โดยหลักการและระบบของรถยนต์นำทางอัตโนมัติที่จะนำมาประยุกต์ใช้ร่วมด้วยจะเป็นระบบรถยนต์นำทางอัตโนมัติแบบเคลื่อนที่บนแถบแม่เหล็ก/เส้นสี
โครงการนี้มีการวิเคราะห์และปรับปรุงทั้งด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์เพื่อให้ระบบทำงานได้ดีขึ้น ปลอดภัยมากยิ่งขึ้น และสามารถทำงานได้ในสถานการณ์ที่หลากหลายโดยการนำเทคโนโลยีทันสมัยมาใช้ เราหวังว่าโครงการนี้จะทำให้ระบบรถอัตโนมัติกลายเป็นทางเลือกที่น่าสนใจในการใช้ในพื้นที่การเกษตร

1.2 วัตถุประสงค์
1.2.1. เพื่ออำนวยความสะดวกในการทดแทนแรงงานมนุษย์ในการทำงาน
1.2.2. เพื่อออกแบบและพัฒนารูปแบบโครงสร้างเดิมของรถยนต์นำทางอัตโนมัติ เพื่อใช้สำหรับทาง การเกษตรด้านการรดน้ำให้ดีขึ้น
1.2.3. เพื่อศึกษาเกี่ยวกับระบบเซนเซอร์นำทาง ระบบอัตโนมัติ ระบบมอเตอร์และโครงสร้างของรถยนต์นำทางอัตโนมัติ
1.2.4. สามารถเป็นต้นแบบหุ่นยนต์รดน้ำอัตโนมัติ

1.3 ขอบเขตการศึกษา
1.3.1 สามารถทำงานได้ด้วยความปลอดภัย
1.3.2 สามารถใช้งานได้ในพื้นที่ที่กำหนดได้
1.3.3 สามารถรดน้ำต้นไม้ความสูง 4-6 เซนติเมตร

1.4 ผลที่คาดว่าจะได้รับ
1.4.1. รถยนต์นำทางอัตโนมัติที่ออกแบบขึ้นมาเคลื่อนที่ได้อย่างสมบูรณ์
1.4.2. ระบบทางการเกษตรที่ได้ออกแบบขึ้นมาสามารถใช้งานได้จริงอย่างมีประสิทธิภาพในภาคการเกษตร
1.4.3. ลดการใช้แรงงานมนุษย์และลดอุตบัติเหตุที่เกิดจากการปฏิบัติงาน
1.4.4. สามารถนำแนวคิดหรือหลักการไปต่อยอดเพื่อประยุกต์ให้เกิดประโยชน์สูงสุดในภาคการเกษตรต่อไปได้

บทที่ 2 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้อง

2.1 AGV เคลื่อนที่บนแถบแม่เหล็ก/เส้นสี
AGV เคลื่อนที่บนแถบแม่เหล็ก/เส้นสีหรือรถลำเลียงสินค้าอัตโนมัติแบบไร้คนขับ ด้วยการเคลื่อนที่บนแถบแม่เหล็ก / เส้นสี เป็นตัวบอกทิศทางให้กับรถ AGV สามารถเคลื่อนที่ได้ โดยส่วนใหญ่แล้วนิยมนำมาใช้งานในภาคอุตสาหกรรมต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็น คลังสินค้า และส่วนการผลิตในโรงงาน เป็นต้น ซึ่งจะถูกนำมาใช้สำหรับลำเลียงสินค้าหรือวัตถุดิบจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน และลดข้อผิดพลาดหรือปัญหาที่อาจจะเกิดขึ้นจากการใช้แรงงานคนได้

ภาพที่ 1.1 AGV เคลื่อนที่บนแถบแม่เหล็ก
ที่มา : https://planet.co.th/carry-can-fly-color-line/

2.1.1. AMR Autonomous Mobile Robot FACoBOT (AMR 200)
FACoBOT คือสุดยอดหุ่นยนต์ AMRs (Autonomous Mobile Robots) ที่พัฒนาโดยทีมงาน บริษัท เลิศวิลัยแอนด์ซันส์ จำกัด ผู้ซึ่งมีประสบการณ์ในงาน Automation มาอย่างยาวนาน ใช้สำหรับเพิ่มประสิทธิภาพและความสามารถด้านโลจิสติกส์ภายในโรงงานอุตสาหกรรม พร้อมทั้งช่วยลดการเกิดความผิดพลาดของการทำงาน หุ่นยนต์ FACoBOT ยังสามารถกำหนดและปรับเปลี่ยนเส้นทางในการ

รับส่งสินค้าด้วยตัวคุณเองได้ผ่านทางโปรแกรม FACoBOT Manager อีกทั้งยังสามารถทำงานร่วมกับมนุษย์ได้อย่างปลอดภัยด้วยการกำหนดระยะการป้องกัน (Safety zone) และการหลบหลีกสิ่งกีดขวาง (Collision avoidance)

ภาพที่ 2.2 AMR Autonomous Mobile Robot FACoBOT (AMR 200)
ที่มา : http://facobot.com/aboutus

2.1.2 RoboAMR 2021
การออกแบบรถยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติ (AMR) แบบโอเพนซอร์ส
การสร้างรถยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติ (AMR) หรือที่เรียกกันอีกชื่อหนึ่งว่า AMR ได้ง่ายขึ้นมากด้วยการใช้โซลูชันครบวงจรของ Roboteq ซึ่งประกอบด้วยตัวควบคุมการเคลื่อนที่ มอเตอร์ไฟฟ้า เซ็นเซอร์นำทาง การจัดการพลังงาน และซอฟต์แวร์
เราทำให้การสร้าง AMR ง่ายขึ้นอย่างมากโดยการออกแบบตัวสาธิตโดยใช้คอมโพเนนต์ทั้งหมดของเราร่วมกับส่วนประกอบบางส่วนจากพันธมิตรที่เลือกไว้ AMR นี้สามารถทำหน้าที่เป็นหุ่นยนต์พร้อมใช้งานอย่างง่าย หรือเป็นฐานรถชั้นขับขี่และนำทางสำหรับระบบที่ซับซ้อนมากขึ้น แบตเตอรี่ที่ชาร์จไวขนาด 1000Wh ช่วยให้สามารถใช้งานได้หลายชั่วโมงระหว่างการชาร์จ
โครงของ AMR ทำจากอลูมิเนียมเกรดพิเศษ ออกแบบอย่างเฉพาะเจาะจงให้รองรับภาระหนักได้ดี พร้อมทั้งยังต้องมีน้ำหนักเบาที่สุดที่เป็นไปได้ โครงรถยนต์สามารถปรับแต่งได้โดยง่ายตามความต้องการของผู้ใช้ เช่น การติดตั้งเบ็ดและแพลตฟอร์มสำหรับบรรทุกสินค้า

ภาพที่ 2.3 RoboAMR 2021
ที่มา : https://www.roboteq.com/roboamr-2021

วัตถุประสงค์ในการออกแบบ
การเน้นไปที่ชุดวัตถุประสงค์การออกแบบต่อไปนี้เพื่อสร้าง AMR ที่หลากหลายและมีประสิทธิภาพ
ง่ายต่อการสร้างโดยใช้องค์ประกอบมาตรฐานที่มีอยู่อย่างสะดวก โดยไม่จำเป็นต้องมีการเจาะหรือทำเครื่องมือที่ปรับแต่งมากนัก.
สามารถขยายขนาดได้โดยง่าย ความกว้าง ความสูง และความยาวสามารถเปลี่ยนแปลงตามต้องการ.
มีระบบขับเคลื่อนที่มีประสิทธิภาพและความคล่องตัวสำหรับการเคลื่อนที่ในพื้นที่จำกัดและเส้นทางที่ถูกจำกัด.
AMR จะต้องสามารถนำทางไปในพื้นที่ที่มีการหลุมและรอยรอยแตก โดยล้อจะต้องมีการสัมผัสเต็มรูปแบบตลอดเวลา
สามารถรับน้ำหนักแนวตั้งที่มากได้ เช่น การติดตั้งกล้องหุ่นยนต์ไปยัง AMR หรือการขนสินค้าบนชั้นเต็มตู้
สามารถขับเคลื่อนทางทิศทางทั้งสองด้านได้ โดยมีความคล่องตัวที่เหมือนกันในทิศทางทั้งสอง

ภาพที่ 2.4 โครงสร้างของ RoboAMR 2021
ที่มา : https://www.roboteq.com/roboamr-2021

Robot Specifications:
ขนาด: 935 มม. (ยาว) x 555 มม. (กว้าง) x 200 มม. (สูง)
น้ำหนัก: ประมาณ 60 กิโลกรัม รวมถึงแบตเตอรี่
แบตเตอรี่: 15 เซลล์, สูงสุด 54 โวลต์, 20 แอมป์ชั่วโมง ไอออนลิเธียม
การเคลื่อนที่ของโรกเกอร์ – 10 มม.
ความจุในการทำงานของน้ำหนัก – 900 กิโลกรัม
ความเร็วสูงสุด: 2.7 เมตรต่อวินาที
มาตรฐานกำลังเพลาสูงสุดที่แต่ละล้อ: 60 นิวตันเมตร
แรงดึงสูงสุดทั้งหมด: 154 นิวตัน (156 กิโลกรัม)

Mechanical Design
โครงสร้างของหุ่นยนต์มีเส้นรอบที่ใช้มากในขนาด 25×25 มม. แบบพร้อมใช้งานและแพร่หลาย หุ่นยนต์พักอยู่บนล้อ 6 ล้อ: ชุดกลางด้านซ้าย/ขวาของมอเตอร์/เกียร์บอกซ์/ล้อ และล้อล้อสูบที่มุมของแต่ละมุม โครงสร้างของโครงรถยนต์ประกอบไปด้วยกรอบสี่เหลี่ยมสองชิ้นที่ง่ายต่อการใช้งาน ที่เชื่อมต่อกันผ่านพีวัตเพื่อสร้างการหยุดเพื่อให้แน่ใจว่าน้ำหนักของหุ่นยนต์และภาระของมันถูกแบ่งในล้อ 6 ล้อทั้งหมด โครงสร้างข้อต่อแบบอาร์ติกูลเชื่อมต่อทุกล้ออย่างถาวรกับพื้น แม้บนพื้นผิวที่ไม่เรียบต่อเส้นชั้นได้ที่เสียบของไว้

ภาพที่ 2.5 Mechanical Design RoboAMR 2021
ที่มา : https://www.roboteq.com/roboamr-2021
กรอบด้านบนขนาดใหญ่นั้นไม่ถืออะไรมากนัก มันใช้เป็นพื้นผิวขนาดใหญ่ที่สามารถประสานภาระหนักหรือขนส่งได้ กรอบนี้มีล้อล้อสูบสองล้อและสะดุดที่เชื่อมต่อกับกรอบล่าง กรอบถูกทำจากโปรไฟล์ X โดยที่ไม่ต้องทำการปรับขนาดเพิ่มเติม
โครงรถถูกออกแบบด้วยล้อติดแบบแคนติเลเวอร์เพื่อกระจายน้ำหนักของภาระไปยังล้อ 6 ล้อให้ดียิ่งขึ้น โครงตัวชั้นยังช่วยให้คู่ล้อเคลื่อนที่ขึ้นและลงโดยสัมพันธ์กับล้ออื่นๆ และดังนั้นจึงสามารถปรับตามรูปร่างของพื้นแม้ว่าจะไม่เรียบสมบูรณ์ รายละเอียดของแคนติเลเวอร์และการกระจายน้ำหนักแสดงในรูปด้านล่าง โดยพิจารณาจากโมเดลนี้ ความจุการขนถ่ายที่รวมทั้งหมด – โดยสมมติว่ามันถูกกระจายแบบเสมอ – คือความจุขนส่งต่ำสุดของส่วนที่อ่อนแอที่สุดหารด้วยอัตราส่วนน้ำหนัก

ภาพที่ 2.6 Mechanical Design RoboAMR 2021
ที่มา : https://www.roboteq.com/roboamr-2021
Weight Distribution and Carrying Capacity
กรอบที่เล็กล่างส่วนใหญ่ขนาดเล็กขนาดน้อยพกส่วนใหญ่ของอุปกรณ์ของหุ่นยนต์ การสะดุดสร้างเส้นแขวนแบบอาร์ติกูลเวอร์กับกรอบบนเพื่อให้ล้อ 6 ล้อติดต่อกับพื้นตลอดเวลา เนื่องจากมีทั้งยาวของแถบอลูมิเนียมโปรไฟล์ X หลายชิ้น ถือเครื่องมือที่ปรับเป็นพิเศษสำหรับมอเตอร์ โปรไฟล์ L ที่ตัดและเจาะเป็นแบบที่ปรับให้พอดีกับอุปกรณ์แบตเตอรี่ และแผ่นอลูมิเนียมที่ตัดและเจาะเป็นแบบที่ปรับให้พอดีกับการติดตั้งส่วนมากของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

ภาพที่ 2.7 Weight Distribution and Carrying Capacity
ที่มา : https://www.roboteq.com/roboamr-2021

การเลือกขนาดมอเตอร์, เกียร์บอกซ์, และล้อ
AMR ได้รับการติดตั้งด้วยคู่มอเตอร์/เกียร์บอกซ์/เบรกและล้อ Nidec CTD 089LDA30XROB และส่วนประกอบ มอเตอร์ถูกสร้างอยู่ในตัวเล็ก 160 มม. ตามโครงสร้างขนาด 89 และสามารถให้แรงบิดต่อเนื่องที่ 29 นิวตันที่เอาต์พุตของเกียร์บอกซ์ 9:1 อย่างแม่นยำและเงียบเหงา มอเตอร์มีความแรงดัน 48V และ 3000 RPM สูงสุด ทำให้ความเร็วของหุ่นยนต์สูงสุดได้ถึง 2.7 เมตรต่อวินาทีบนพื้นด้วยล้อขนาด 156 มม. เวอร์ชันมอเตอร์นี้มาพร้อมเบรกกลซึ่งทำงานเคลื่อนที่ได้
ในขณะที่มอเตอร์นี้เหมาะสำหรับการใช้งานหุ่นยนต์เชิงอุตสาหกรรมทั่วไป การคำนวณขนาดที่แม่นยำของมอเตอร์, เกียร์บอกซ์ และล้อเป็นการคำนวณที่ซับซ้อนซึ่งขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง
น้ำหนักรวมของหุ่นยนต์ที่โหลด
ความเร่งและการหยุดที่ต้องการสูงสุด
การเอียงพื้น
ความต้านทานในการเคลื่อนที่ที่เกิดจากความเกร็ดแข็งของพื้นและยางล้อ
ความเสียหายของระบบ

ภาพที่ 2.8 Motor/Gearbox/Wheel Assembly
ที่มา : https://www.roboteq.com/roboamr-2021
Electronics, Power, and Sensor Components
ที่ใจกลางของระบบคือตัวควบคุมมอเตอร์ช่องคู่ FBL2360 ที่เชื่อมต่อกับมอเตอร์แบบไร้แปรงแบบแม่เหล็กถาวรสองตัว
พลังงานมาจากแบตเตอรี่ไอออนลิเธียมที่เชื่อมต่อกับระบบจัดการแบตเตอรี่ ช่องติดต่อการชาร์จช่วยให้หุ่นยนต์สามารถเชื่อมต่อกับเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ที่สถานีจุดชาร์จได้
หุ่นยนต์ใช้เซนเซอร์แม่เหล็กเพื่อตามเส้นทางที่ทำจากเทปแม่เหล็กที่ติดตั้งบนพื้น ตัวเซนเซอร์ไฟฟ้าสามารถรวม IMU และให้ข้อมูลเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของหุ่นยนต์สำหรับการนำทางและ/หรือเพื่อวัตถุประสงค์ด้านความปลอดภัยด้วยภาษาสคริปต์ที่มีในตัว ตัวควบคุมมอเตอร์ยังทำหน้าที่เป็นคอมพิวเตอร์ในการนำทางและการควบคุมระบบของหุ่นยนต์
แผนภาพบล็อกด้านล่างแสดงภาพรวมที่ละเอียดของแต่ละองค์ประกอบและวิธีการเชื่อมต่อกัน นอกจากนี้ยังรวมการต่อเข้ากับเซนเซอร์ระยะทางอัลตราซาวด์เพื่อป้องกันการชน และอะแดปเตอร์ WiFi เพื่อการสื่อสารกับคอมพิวเตอร์โฮสต์

ภาพที่ 2.9 Diagram Electronics
ที่มา : https://www.roboteq.com/roboamr-2021

2.1.3. Auto Mobile Base – AMB-150J & 300J
Description
ซีรีส์ AMB ของชุดชั้นรถไร้คนขับ AMB (Auto Mobile Base) สำหรับยานพาหนะอัตโนมัติ AGV เป็นชุดชั้นสามารถใช้กับยานพาหนะอัตโนมัติ AGV ที่ออกแบบมาเพื่อการนำทางอัตโนมัติ ชุดชั้นนี้มีคุณสมบัติหลายอย่าง เช่น การแก้ไขแผนที่และการนำทางตามตำแหน่ง ชุดชั้นรถไร้คนขับนี้สำหรับรถเข็น AGV มีอินเตอร์เฟสหลากหลาย เช่น I/O และ CAN เพื่อให้สามารถติดตั้งโมดูลต่าง ๆ ด้านบนได้พร้อมกับซอฟต์แวร์ลูกค้าที่มีความสามารถและระบบส่งผ่านที่มีประสิทธิภาพเพื่อช่วยให้ผู้ใช้สามารถเร่งการผลิตและการใช้งานยานพาหนะอัตโนมัติ AGV ได้อย่างรวดเร็ว มีรูติดตั้ง 4 รูบนชุดชั้นรถไร้คนขับซีรีส์ AMB สำหรับยานพาหนะอัตโนมัติ AGV ที่สามารถใช้สำหรับการขยายตัวอย่างอิสระด้วยการยก, ลูกวงจับ, มือกล, ระบบดึงเหม่อลูกวงจับ, การแสดงผล เป็นต้น เพื่อให้สามารถประยุกต์ใช้งานหลายแบบในชุดชั้นเดียว ชุดชั้น AMB ร่วมกับ SEER Enterprise Enhanced Digitalization สามารถสร้างการส่งผ่านและการปรับใช้หลายรายพร้อมกันได้ ซึ่งช่วยเพิ่มระดับความฉลาดในการขนส่งและการขนส่งภายในโรงงานอย่างมาก

ภาพที่ 2.10 Auto Mobile Base – AMB-150J & 300J
ที่มา : https://www.scic-robot.com/amb-150j-300jauto-mobile-base-product
คุณสมบัติ
ความจุการบรรทุก: 150 กิโลกรัม และ 300 กิโลกรัม
ความสูงในการจั๊กกิ๊งสูงสุด: 50 มม.
ความแม่นยำในการตำแหน่งการนำทาง: ±5 มม.
ความแม่นยำในมุมการนำทาง: ±0.5°
คุณสมบัติที่มีความหลากหลายและมีคุณภาพที่มีอยู่ตลอดเวลา
คุณสมบัติมาตรฐานที่ครอบคลุมและมีคุณภาพและคุณสมบัติขั้นสูงที่มีประโยชน์มากมายช่วยให้ลูกค้าสามารถบรรลุการจัดการโลจิสติกส์อัจฉริยะได้อย่างง่ายดาย
พลัตฟอร์มหลายรูปแบบที่มีให้เลือกขยายตัวได้
มีพลัตฟอร์มขนาด 150 กิโลกรัม และ 300 กิโลกรัม เพื่อตอบสนองความต้องการในการขนสินค้าและฉากต่าง ๆ ของอุตสาหกรรมที่แตกต่าง นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานร่วมกับเครื่องจักรจับ, ลูกกลิ้ง, ลิฟท์, พลังยึดตัวลึก, หมุน/เอียง, หน้าจอแสดงผล ฯลฯ เพื่อให้บรรลุการประยุกต์ใช้หลายรูปแบบด้วยหนึ่งเฟรม แปลงานได้
±5 มม., มีประสิทธิภาพและแม่นยำ
ใช้อัลกอริทึม Laser SLAM เพื่อบรรลุการระบุตำแหน่งที่แม่นยำในระดับสูง โดยมีความแม่นยำในการระบุตำแหน่งซ้ำที่ไม่สะท้อนแสงด้วยเลเซอร์ภายใน ±5 มม. ทำให้เกิดการเชื่อมต่อแบบไม่มีรอยต่อระหว่างหุ่นยนต์เคลื่อนที่และมนุษย์ได้อย่างราบรื่น และการไหลของสินค้าที่มีประสิทธิภาพระหว่างจุดต่าง ๆ โปรดทราบ: ค่าจริงอาจขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม
การนำทางที่มั่นคงสำหรับความปลอดภัยและความเชื่อถือ
การนำทางด้วยเทคโนโลยีการสแกนและแมปด้วยเลเซอร์ (Laser SLAM), การนำทางด้วยการสะท้อนแสงเลเซอร์ (laser reflector navigation), การนำทางด้วยรหัส QR และวิธีการนำทางอื่น ๆ ถูกบูรณาการอย่างสมบูรณ์และสามารถเปลี่ยนโหมดได้อย่างต่อเนื่องเพื่อให้มั่นใจได้ว่าการทำงานของหุ่นยนต์เคลื่อนที่จะเป็นไปอย่างเสถียร แปลง่ายๆ ที่ถูกบูรณาการอย่างสมบูรณ์และมีความเชื่อถือได้ เพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานของหุ่นยนต์เคลื่อนที่จะเป็นไปอย่างเสถียรและเชื่อถือได้
การใช้งานและการจัดการที่ง่าย
ชุดความสามารถที่ครอบคลุมและระบบดิจิทัลช่วยในการดำเนินการ การกำหนดกำหนดการ และการจัดการข้อมูลของหุ่นยนต์เคลื่อนที่ได้อย่างง่ายดาย และสามารถเชื่อมต่อไปยังระบบ MES ในโรงงานอย่างไม่มีข้อบกพร่องเพื่อเป็นการประยุกต์ใช้งานระบบโลจิสติกส์อัจฉริยะอย่างแท้จริง แปลว่า “การใช้งานและการจัดการที่ง่าย
2.2 ระบบแรงต้าน
2.2.1. แรงต้านการหมุนของล้อ
แรงต้านการหมุนของล้อขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง ได้แก่ สภาพของผิวถนน ความเสียดทานในแบริ่งของล้อรถยนต์ การยุบตัวของยางและผิวถนน ความดันลมในยางรถยนต์ การเสียดสีที่เบรก และขนาดของล้อ ภายใต้เงื่อนไขที่คงที่ แรงต้านการหมุนของล้อแปรผันโดยตรงกับนํ้าหนักของรถยนต์ ถ้าสามารถลดน้ำหนักรถยนต์ลงได้มากก็จะยิ่งประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงได้มาก ทั้งในการวิด้วยอัตราเร็วคงที่และในการเร่งรถยนต์
การลดน้ำหนักของรถยนต์จะนำไปสู่การลดขนาดของเครื่องยนต์ ห้องเกียร์ ระบบกันสะเทือน และชิ้นส่วนอื่นๆ แต่อย่างไรก็ตามสัดส่วนการเปลี่ยนแปลงของน้ำหนักรถยนต์ระหว่างรถเปล่ากับรถที่มีภาระบรรทุกเต็มนั้นต่างกันมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับรถยนต์ขนาดเล็ก เทคโนโลยีสมัยใหม่ช่วยให้เราสามารถใช้วัสดุที่มีนํ้าหนักเบาได้ ประกอบกับการออกแบบ ในปัจจุบันได้ใช้เทคโนโลยีด้านแคด (computer-aided design, CAD) และแคม (computer-aided manufacturing, CAM) เข้าช่วยอย่างมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ด้านเอฟอีเอ็ม (finite element modelling, FEM) ของตัวรถยนต์และชิ้นส่วนต่างๆ ซึ่งนำไปสู่การลดนํ้าหนักรถยนต์ลงได้มาก
2.2.2. แรงต้านการหมุนของล้อเนื่องจากเบรกและแบริ่ง
ในกรณีของรถยนต์ที่ใช้ดรัมเบรก (drum brake) ก้ามปูเบรกจะขยับตัวเข้าออกได้ ก้ามปูเบรกจะกางออกในขณะใช้งานและจะกลับที่เดิมด้วยแรงดึงของสปริงเมื่อหยุดใช้งาน แต่ดิสก์เบรก (disc brake) นั้นไม่มีกลไกในการดึงแผ่นเบรกกลับคืน แผ่นเบรกจะยังคงเสียดสีกับจานเบรกเล็กน้อย หลังจากหยุดใช้งานแล้ว ได้มีผู้ทำการทดสอบหาค่าเฉลี่ยของทอร์กที่เกิดจากแรงฉุดของเบรก พบว่ามีค่าประมาณ 3 N-m รถยนต์ทั่วไปที่มีดิสก์เบรกที่ล้อหน้า ทอร์กเนื่องจากแรงฉุดของเบรกสามารถคำนวณเป็นแรงต้านการหมุนของล้อได้เท่ากับ 20 N หรือประมาณร้อยละ 10 ของแรงต้านการหมุนของล้อทั้งหมด
ตัวเลขจากการคำนวณนี้มาจากข้อมูลดังนี้
ล้อหน้าเป็นดิสก์เบรกทั้งสองข้าง
ทอร์กเนื่องจากแรงฉุดของเบรกข้างละ 3 N-m
ถ้ารัศมีเฉลี่ยของยางรถยนต์เท่ากับ 0.3 m
ดังนั้นแรงต้านเนื่องจากเบรก = T/r = 3/0.3 = 10 N
เนื่องจากเบรกมี 2 ข้าง ดังนั้น
แรงต้านเนื่องจากดิสก์เบรกที่ล้อหน้าทั้งสองข้าง = 2 X 10 = 20 N
ในกรณีที่ดิสก์เบรกได้รับการออกแบบใหม่โดยใช้กันรั่ว (seal) พิเศษซึ่งยืดหดตัวได้ดี ทำให้แผ่นเบรกหดตัวกลับได้ดีขึ้นหลังจากหยุดใช้งานแล้ว ทำให้ทอร์กเนื่องจากแรงฉุดลดลงเหลือเพียง 0.7 N-m แบริ่งของล้อรถยนต์มักเป็นแบบลูกกลิ้งและมีค่าความฝืดต่ำ แต่มักจะมีกันรั่วป้องกันไม่ให้สารหล่อลื่นไหลออกมาและไม่ให้สิ่งสกปรกเข้าไปภายใน โดยทั่วไปกันรั่วจะมีปากซึ่งสัมผัสกับส่วนที่หมุนและการเสียดสีนี้ทำให้เกิดความเสียดทานขึ้นซึ่งสามารถคำนวณได้มากถึงร้อยละ 10 ของแรงต้านการหมึนของล้อทั้งหมด
2.2.3. แรงต้านการหมุนของล้อเนื่องจากยางรถยนต์และผิวถนน
การยุบตัวของยางและผิวถนนมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีของความดันลมในยางรถยนต์ตํ่ามาก ยางจะยุบตัวมาก ซึ่งจะมีผลทำให้แรงต้านการหมุนของล้อสูงมากขึ้น

ภาพที่ 2.11 แรงต้านการหมุนของล้อที่เกิดจากการยุบตัวของยางซึ่งกลิ้งบนถนนแข็ง
ที่มา : สื่อการสอนวิชา Mechanics of Vehicles (อาจารย์อบ นิลผาย)

ถ้า P เป็นแรงดันที่ทำให้ล้อรถยนต์สามารถกลิ้งไปได้บนถนนแข็ง ดังแสดงในรูปที่ 2.3 ส่วนของยางที่สัมผัสกับถนนจะยุบตัว หน้าสัมผัสระหว่างยางกับถนนจะเป็นพื้นที่กว้าง น้ำหนักของรถยนต์จะกระจายบนผิวหน้าสัมผัสระหว่างยางกับถนน
ในขณะที่ล้อกลิ้งไปบนถนนนั้น ยางจะยุบตัวและคืนตัวสลับกัน ทำให้เกิดความเสียดทานขึ้นในเนื้อยางและก่อให้เกิดความร้อนขึ้น การยุบตัวบริเวณส่วนหน้าของยางจะมากขึ้นในขณะที่การยุบตัวบริเวณส่วนหลังของยางจะลดลง ดังนั้นถ้าแบ่งส่วนของยางเท่าๆ กัน คือ ส่วนหน้าและส่วนหลังโดยเทียบกับแนวดิ่งของเส้นผ่านศูนย์กลางของล้อ จะมีแรงย่อยๆ กระทำไม่เท่ากันโดยแรงกระจายบริเวณส่วนหน้ามีค่ามากกว่าแรงกระจายบริเวณส่วนหลัง ดังแสดงในรูป
ถ้าให้ N เป็นแรงลัพธ์ทั้งหมดของแรงย่อยในแนวตั้งฉากกับถนนและ W เป็นน้ำหนักที่กดลงบนล้อจากรูปที่ 2.3 เมื่อล้อกลิ้งด้วยความเร็วคงที่จะได้
Σ Fy = 0 N = W
Σ MA =0 Pb – Na = 0
∴ P =Na/b = Wa/b
เมื่อ P เป็นแรงที่กระทำให้ล้อกลิ้งไปบนถนนด้วยความเร็วคงที่ แรงต้านการหมุนของล้อจะมีค่าเท่ากับแรง P ในขณะนั้นแรงต้านการหมุนของล้อจะมีค่ามากหรือน้อยนั้นขึ้นอยู่กับสัดส่วนระหว่าง a/b และเรียกสัดส่วนนี้ว่า สัมประสิทธิแรงต้านการหมุนของล้อ (coefficient of roiling resistance) ใช้สัญลักษณ์ Kr ดังนั้นถ้ายางรถยนต์แบนมาก ค่า a/b จะมีค่าสูงขึ้น แรงต้านการหมุนของล้อจะมีค่าสูงขึ้น ถ้าเส้นผ่านศูนยกลางของล้อมีขนาดใหญ่ขึ้น ค่า Kr จะลดลง แรงต้านการหมุนของล้อจึงหาได้จากความสัมพันธ์ต่อไปนี้
Rr = Kr W
เมื่อ Rr = แรงต้านการหมุนของล้อ หน่วยเป็น N
Kr = สัมประสิทธิแรงต้านการหมุนของล้อ
W = นํ้าหนักของรถยนต์ หน่วยเป็น N
ในบางกรณี ถ้าถนนมีลักษณะอ่อนตัว เช่น ถนนดินและถนนทราย ถนนจะมีการยุบตัว ทำให้แรงต้านการหมุนของล้อเพิ่มขึ้น
เมื่อนำค่า Rr และความเร็วของรถยนต์ (v) มาเขียนกราฟจะได้ตามรูป

ภาพที่ 2.12 ความสัมพันธืระหว่างแรงต้านการหมุนของล้อกับอัตราเร็วของรถยนต์
ที่มา : สื่อการสอนวิชา Mechanics of Vehicles (อาจารย์อบ นิลผาย)

ในทางปฏิบัตินั้น ค่า Rr จะมีค่าเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราเร็วของรถยนต์เพิ่มขึ้น แต่อย่างไรก็ตาม ในที่นี้จะถือว่าค่า Rr มีค่าคงที่ โดยคำนวณได้จากสูตร Rr = KrW
สัมประสิทธิ์แรงต้านการหมุนของล้อบนสภาพถนนต่างๆ แสดงในตาราง

ตารางที่ 1 ตารางสัมประสิทธิ์แรงต้านการหมุนของล้อบนสภาพถนนต่างๆ
ที่มา : สื่อการสอนวิชา Mechanics of Vehicles (อาจารย์อบ นิลผาย)
เนื่องจากสภาพของผิวถนนมีส่วนสำคัญมากต่อค่าสัมประสิทธิ์แรงต้านการหมุนของล้อดังแสดงในตาราง ถนนที่มีผิวหยาบจะทำให้แรงต้านการหมุนของล้อเพิ่มขึ้น ถนนคอนกรีต และถนนลาดยางที่มีผิวเรียบจะสามารถลดแรงต้านการหมุนของล้อลงได้ร้อยละ 10 ในขณะเดียวกันถนนลาดยางที่มีผิวหยาบก็จะทำให้แรงต้านการหมุนของล้อเพิ่มมากขึ้นถึงร้อยละ 10 หรือมากกว่านี้
อย่างไรก็ตามสัมประสิทธิ์แรงต้านการหมุนของล้อในรถยนต์แต่ละประเภทมีค่าไม่เท่ากัน ถึงแม้ว่าจะเป็นสภาพถนนเดียวกันก็ตาม ในตารางที่ 2 แสดงตัวอย่างของค่า Kr ของรถยนต์และถนนประเภทต่างๆ

ตารางที่ 2 ตารางค่าเฉลี่ยเปรียบเทียบของสัมประสิทธิ์แรงต้านการหมุนของล้อตามประเภทของรถยนต์และถนน
ที่มา : สื่อการสอนวิชา Mechanics of Vehicles (อาจารย์อบ นิลผาย)

จากตาราง จะเห็นได้ว่าค่า Kr ของรถบรรทุกมีค่าน้อยกว่าค่า Kr ของรถเก๋ง กรณีนี้ไม่ได้หมายความว่าแรงต้านการหมุนของล้อของรถบรรทุกจะน้อยกว่าของรถเก๋ง ทั้งนี้เพราะว่านํ้าหนักของรถบรรทุกมากกว่าของรถเก๋งเนื่องจากแรงต้านการหมุนของล้อ, Rr = KrW
ถึงแม้ว่าค่า Kr ของรถบรรทุกจะมีค่าตํ่ากว่าค่า Kr ของรถเก๋ง แต่ผลคูณระหว่างค่า Kr และ W ของรถบรรทุกมีค่ามากกว่าของรถเก๋ง ปัจจัยสำคัญที่ทำให้ค่า Kr ของรถบรรทุกลดลงคือรถบรรทุกมีล้อขนาดใหญ่กว่ารถเก๋ง

2.3 มอเตอร์ (Motor)
มอเตอร์ไฟฟ้า (อังกฤษ: electric motor) เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกล การทำงานปกติของมอเตอร์ไฟฟ้าส่วนใหญ่เกิดจากการทำงานร่วมกันระหว่างสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กในตัวมอเตอร์ และสนามแม่เหล็กที่เกิดจากกระแสในขดลวดทำให้เกิดแรงดูดและแรงผลักของสนามแม่เหล็กทั้งสอง ในการใช้งานตัวอย่างเช่น ในอุตสาหกรรมการขนส่งใช้มอเตอร์ฉุดลาก เป็นต้น นอกจากนั้นแล้ว มอเตอร์ไฟฟ้ายังสามารถทำงานได้ถึงสองแบบ ได้แก่ การสร้างพลังงานกล และ การผลิตพลังงานไฟฟ้า
มอเตอร์ไฟฟ้าถูกนำไปใช้งานที่หลากหลายเช่น พัดลมอุตสาหกรรม เครื่องเป่า ปั๊ม เครื่องมือเครื่องใช้ในครัวเรือน และดิสก์ไดรฟ์ มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถขับเคลื่อนโดยแหล่งจ่ายไฟกระแสตรง (DC) เช่น จากแบตเตอรี่, ยานยนต์หรือวงจรเรียงกระแส หรือจากแหล่งจ่ายไฟกระแสสลับ (AC) เช่น จากไฟบ้าน อินเวอร์เตอร์ หรือ เครื่องปั่นไฟ มอเตอร์ขนาดเล็กอาจจะพบในนาฬิกาไฟฟ้า มอเตอร์ทั่วไปที่มีขนาดและคุณลักษณะมาตรฐานสูงจะให้พลังงานกลที่สะดวกสำหรับใช้ในอุตสาหกรรม มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดใช้สำหรับการใช้งานลากจูงเรือ และ การบีบอัดท่อส่งน้ำมันและปั้มป์สูบจัดเก็บน้ำมันซึ่งมีกำลังถึง 100 เมกะวัตต์ มอเตอร์ไฟฟ้าอาจจำแนกตามประเภทของแหล่งที่มาของพลังงานไฟฟ้าหรือตามโครงสร้างภายในหรือตามการใช้งานหรือตามการเคลื่อนไหวของเอาต์พุต และอื่น ๆ
อุปกรณ์เช่นขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าและลำโพงที่แปลงกระแสไฟฟ้าให้เป็นการเคลื่อนไหว แต่ไม่ได้สร้างพลังงานกลที่ใช้งานได้ จะเรียกถูกว่า actuator และ transducer ตามลำดับ คำว่ามอเตอร์ไฟฟ้านั้น ต้องใช้สร้างแรงเชิงเส้น(linear force) หรือ แรงบิด(torque) หรือเรียกอีกอย่างว่า หมุน (rotary) เท่านั้น

ภาพที่ 2.13 มอเตอร์เกียร์ Model: ZGX38REE
ที่มา : https://www.zhengkemotor.com/product/zhengkemotor_product_Dc_Planetary_Gear_Motor_38mm_ZGX38REE.html

ภาพที่ 2.14 Motor Dimension
ที่มา : https://www.zhengkemotor.com/product/zhengkemotor_product_Dc_Planetary_Gear_Motor_38mm_ZGX38REE.html

2.4 ระบบเซนเซอร์
2.4.1. Ultrasonic sensor
Ultrasonic sensor (อ่านว่า: อัลตร้าโซนิคเซ็นเซอร์) คือ อุปกรณ์สำหรับวัดระดับหรือระยะทางชนิดหนึ่งโดยใช้คลื่น Ultrasonic ซึ่งอาศัยหลักการสะท้อนของคลื่นความถี่สูง Ultrasonic โดยอุปกรณ์จะปล่อยคลื่น Ultrasonic ให้กระทบกับวัตถุ จากนั้นรอคลื่น Ultrasonic สะท้อนกับมาที่เซ็นเซอร์เพื่อคำนวณหาระยะทางที่วัดได้ นอกเหนือจาก Ultrasonic sensor แล้ว ยังมีเซ็นเซอร์ชนิดอื่นๆอีกที่ใช้ในการวัดระยะได้แก่ Radar sensor, Hydrostatic sensor เป็นต้น

ภาพที่ 2.15 Ultrasonic sensor
ที่มา: https://www.omi.co.th/th/article/ultrasonic-sensor
หลักการทำงานของ Ultrasonic sensor
เซ็นเซอร์วัดระดับ (Level sensor) ประเภท Ultrasonic หรือ Ultrasonic sensor เป็นเซ็นเซอร์ที่ต้องอาศัยหลักการของการสะท้อนคลื่นความถี่ Ultrasonic ในการตรวจจับวัตถุต่าง ๆ Ultrasonic sensor นั้นจำเป็นต้องอาศัยตัวกลางในการเดินทาง เช่น อากาศ แก๊ส หรือของเหลว จึงทำให้ Ultrasonic sensor สามารถใช้งานตรวจจับวัตุได้หลากหลายชนิด ซึ่งวัตถุที่มีสถานะของเหลวโดยที่เป็นสารเคมีหรือมีความหนืดก็สามารถใช้ Ultrasonic sensor ในการตรวจจับได้ และ Ultrasonic sensor มีความถี่ไปตั้งแต่ 20000Hz ขึ้นไปซึ่งเป็นความถี่ที่สูงเกินกว่ามนุษย์จะสามารถรับรู้ได้ โดยการคำนวณหาระยะของคลื่น Ultrasonic จะเป็นไปตามสูตรการเคลื่อนที่แนวราบ

ดังนี้

โดยที่ S = ระยะทาง (m)
= ความเร็วเสียง (m/s)
= เวลาในการเดินทางของคลื่น Ultrasonic ทั้งขาไป-ขากลับ (s)

การทำงานภายใน Ultrasonic sensor
ในการทำงานของ Ultrasonic sensor จะมีส่วนประกอบสำคัญที่มีสัมพันธ์กัน ซึ่งแต่ละอุปกรณ์นั้นจะมีหน้าที่แตกต่างกัน ส่วนแรกคือวงจรกำเนิดสัญญาณความถี่ (Oscillator) จะเป็นวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ผลิตสัญญาณออกมาซ้ำ ๆ กันคือความถี่สั่นพ้อง (resonance) และถูกส่งไปยัง Piezoelectic Ceramics ดังภาพ (A) เพื่อให้เกิดการสั่นเท่ากับความถี่ธรรมชาติของ Piezoelectic Ceramics ส่งผลทำให้เกิดค่าแอมพลิจูดสูงสุดเท่าที่จะสามารถเกิดขึ้นได้ และส่งคลื่น Ultrasonic ออกไป

ภาพที่ 2.16 ตำแหน่งของ Piezoelectic Ceramics
ที่มา: https://www.omi.co.th/th/article/ultrasonic-sensor
2.4.2 เซ็นเซอร์ตรวจจับวัตถุ IR Infrared
เซ็นเซอร์ตรวจจับวัตถุ IR Infrared เป็นโมดูลเซ็นเซอร์ตรวจจับวัตถุระยะใกล้ มีหลักการทำงานโดยให้หลอด Infrared LED ทำการส่งสัญญาณ เป็นแสงอินฟราเรดออกไปตกกระทบกับวัตถุที่ตรวจพบในระยะ และทำการสะท้อนกลับมายังตัวหลอดโฟโต้ไดโอดที่ทำหน้าที่รับแสงอินฟราเรด โดยจะให้ค่า output ออกมาเป็น Digital signal แต่สำหรับบางโมดูลอาจจะรองรับ output แบบ Analog signal ด้วย ส่วนตัว R ปรับค่านั้น ใช้ในการปรับความไวต่อการตรวจจับแสงอินฟราเรด ซึ่งจะส่งผลต่อระยะในการตรวจพบวัตถุของตัวเซนเซอร์ ตัวโมดูลนี้ก็มีราคาถูก ขนาดเล็ก สะดวกในการนำไปใช้ติดตั้งกับงานจำพวก หุ่นยนต์, Smart car, หุ่นยนต์หลบสิ่งกีดขวาง เป็นต้น

ภาพที่ 2.17 เซ็นเซอร์ตรวจจับวัตถุ IR Infrared
ที่มา : https://www.ai-corporation.net/2022/02/07/ir-infrared-with-arduino-uno/

2.4.3. Arduino
Arduino เป็นแพลตฟอร์มการพัฒนาซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ที่ช่วยให้ผู้ใช้สร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างง่ายดาย โดย Arduino มีบอร์ดหลายรุ่นที่ใช้งานได้ทั่วไป และมีฮาร์ดแวร์ที่สามารถเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ได้หลากหลาย เช่น อนาล็อกอินพุต/เอาต์พุต, ดิจิตอลอินพุต/เอาต์พุต, PWM, หรืออินเทอร์เน็ต โดยมีโปรแกรม IDE ที่ใช้ในการเขียนโค้ดและอัพโหลดโปรแกรมไปยังบอร์ด Arduino ได้อย่างง่ายดาย
โดย Arduino มีความสามารถที่ใช้ในการควบคุมอุปกรณ์ต่างๆ เช่น เซ็นเซอร์, มอเตอร์, LED, หน้าจอ OLED, รีเลย์, และอื่นๆ โดยมีความสามารถในการอ่านและเขียนข้อมูลผ่านพอร์ตต่างๆ เช่น USB, Serial, SPI, I2C และอื่นๆ ซึ่งทำให้เราสามารถใช้ Arduino ในการสร้างโปรเจ็กต์อิเล็กทรอนิกส์ได้หลากหลาย ไม่ว่าจะเป็นโปรเจ็กต์เล็กๆ เช่น การควบคุม LED หรือโปรเจ็กต์ใหญ่ๆ เช่น การควบคุมระบบอัตโนมัติในบ้าน หรือการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ IoT ต่างๆ อีกด้วย
Arduino เป็นบอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR ขนาดเล็กเป็นตัวประมวลผลและสั่งงานเหมาะสำหรับนำไปใช้ในการศึกษาเรียนรู้ระบบไมโครคอนโทรลเลอร์ และนำไปใช้งานเกี่ยวกับการควบคุมอุปกรณ์ input / output ต่างๆ ได้มากมาย ทั้งในแบบที่เป็นการทำงานตัวเดียวอิสระ หรือ เชื่อมต่อสั่งงานร่วมกับอุปกรณ์อื่นๆ เช่น คอมพิวเตอร์ PC ทั้งนี้ก็เนื่องมาจากว่า Arduino สนับสนุนการเชื่อมต่อกับอุปกรณ์ input / output ต่างๆ มีทั้งแบบ Digital และ Analog เช่นการรับค่าจากสวิตช์หรืออุปกรณ์ตรวจจับ Sensor แบบต่างๆ รวมไปถึง การควบคุมอุปกรณ์ output ต่างๆ ตั่งแต่ LED ,มอเตอร์ ,รีเลย์ และอีกมากมาย

ภาพที่ 2.18 บอร์ด Arduino รุ่น UNO
ที่มา : https://www.scimath.org/article-technology/item/9815-arduino
2.4.3.1 Arduino Mega R3 WIFI Board
Arduino Mega R3 WIFI เป็นการพัฒนาบอร์ด Arduino mega R3 ที่มีประสิทธิภาพในการให้ขาที่สามารถนำไปใช้งานได้จำนวนมาก และเพิ่ม ชิพ ESP8266 เพื่อเพิ่มความสามารถให้บอร์ดสามารถใช้งาน Wi-Fi ได้โดยไม่ต้องหาโมดูล หรือชิพมาต่อเพิ่มเติมอีก โดยคุณสามารถเขียนโปรแกรมและอัพเดทฟิร์มแวร์ลงบนชิพ ATmega2560 และ ชิพESP8266 โดยผ่านตัวแปลง USB-serial CH340G พร้อมกับ DIP SWITCH ที่สามารถเลือกการทำงานของบอร์ดได้ ตามความต้องการ ทำให้ใช้งานได้สะดวกยิ่งขึ้น

ข้อมูลจำเพาะของบอร์ด
นำชิพCH340G ไปแทนที่ ชิพ ATMEGA16U2
ไมโครคอนโทรเลอร์ (Microcontroller) : ATmega2560
แรงดันที่เริ่มทำงาน (Working voltage) :ATMaga2560 5V , ESP8266 3.3V
แรงดันที่แนะนำให้ใช้(Input Voltage Recommend to use) : 7-12V
แรงดันที่บอร์ดรับได้(Input Voltage limit) : 6-20V
ขาดิจิตอล เอ้าพุตท์-อินพุตท์ (Digital I/O pins) : 54 pin (โดยที่ 15 pin จาก 54 pin สามารถสร้าง PWM output ได้)
ขาอะนาล็อค (Analog input pin) : ATMaga2560 16 pin , ESP8266 1 pin
ไฟกระแสตรงที่จ่ายแต่ละขา (DC current per I/O pin) : 40 mA
กระแสไฟที่ออกจาก ขา 3.3V (Direct Current of 3.3V Pin) : 50 mA
หน่วยความจำแบบแฟลช (Flash Memory) : ATMaga2560 32Mb ,ESP8266 8Mb
SRAM: ATMaga2560 8 KB , ESP8266 64KB
EEPROM:4 KB
Clock Speed:16 MHz

ภาพที่ 2.19 Arduino Mega R3 WIFI Board
ที่มา : https://www.tesrshop.com/product/arduino-mega-r3-wifi-board-esp8266usb-ttl-ch340g/11000571270000015
2.4.4 รีเลย์(relay)
รีเลย์(relay) คือ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรควบคุมอัตโนมัติ ทำหน้าที่เปรียบเสมือนสวิตช์ไฟ ที่ใช้แรงดันไฟฟ้าในการเปิดและปิดอุปกรณ์ไฟฟ้าเพื่อควบคุมวงจรต่างๆ
หลักการทำงานของรีเลย์
รีเลย์จะทำงานโดยการป้อนกระแสไฟฟ้าให้กับขดลวด เพื่อเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าให้เป็นพลังงานแม่เหล็ก สำหรับใช้ดึงดูดหน้าสัมผัส(contact)ให้เปลี่ยนทิศทางการไหลของไฟฟ้า เพื่อควบคุมการจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ต่างๆคล้ายกับสวิตซ์
ส่วนประกอบสำคัญของรีเลย์มีดังนี้

1. ขดลวด(coil) ทำหน้าที่รับแรงดันไฟฟ้าจากวงจรตัวควบคุมหรือ controller เพื่อเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าให้เปลี่ยนเป็นพลังงานแม่เหล็กในการทำให้ดึงดูดหน้าสัมผัส(contact) ให้เปลี่ยนตำแหน่ง
2. หน้าสัมผัส(contact) ทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ ที่กำหนด ทิศทางการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ที่เราต้องการ

ภาพที่ 2.20 ตัวอย่างหน้าสัมผัสแบบ Normal Close (NC)
ที่มา : https://misumitechnical.com/technical/electrical/relay-working-principles/

2.5 โครงสร้าง
การออกแบบโครง การเลือกความกว้างและความสูงนั้นจะต้องเลือกตามเส้นทางที่จะใช้และความสูงของต้นไม้ ที่ต้องการรดน้ำ โครงเป็นส่วนที่รับน้ำหนักเพราะฉะนั้นการเลือกขนาดของเหล็กจึงต้องพิจารณาจากloadทั้งหมด
2.5.1 เหล็กเพลากลมขาว (Cold Drawn Bar)
เหล็กเพลากลมขาว ( Cold Drawn Bar ) การผลิตที่เกิดขึ้นจากการนำเพลากลมดำ ไปดึงเย็นอีกครั้งหนึ่ง ซึ่งจะทำให้เหล็กเปลี่ยนจากสีเทาดำ เป็นสีเทาเงินๆ จึงเรียกว่าเหล็กเพลากลมขาวตามลักษณะของเหล็ก
คุณสมบัติ
เหล็กเพลาขาวเป็นเหล็กที่มีคุณลักษณะเฉพาะตัวที่แตกต่างจากเหล็กทั่วไป มีลักษณะเป็นเส้นกลม ผิวเรียบ เท่ากันทั้งเส้น เนียนเป็นเนื้อเดียวกัน ไม่มีแม้แต่รอยรอยแตก หรือขรุขระ เหล็กเพลากลมขาวจะมีความแข็ง มีเส้นผ่านศูนย์กลางที่แม่นยำ มีคุณสมบัติแข็งกว่าเหล็กเพลาดำ แต่ความยืดหยุดจะน้อยกว่าเหล็กเพลาดำ
การนำไปใช้งาน
เหล็กเพลาขาว ใช้งานได้หลากหลาย ตั้งแต่งานอุตสาหกรรม ไปจนถึงงานตกแต่งทั่วไป งานเฟอร์นิเจอร์ต่างๆ แต่ที่นิยมกันจะใช้งานที่เน้นความกลม นำไปขึ้นรูปกลึงทำชิ้นงาน น๊อต สกรู ใช้เป็นชิ้นส่วนเครื่องจักร เพลารถ เพลาเครื่องจักร งานอุตสาหกรรมยานยนต์ เครื่องใช้ไฟฟ้า

ภาพที่ 2.21 เหล็กเพลาขาว (Cold Drawn Bar)
ที่มา : https://www.ktmmetal.com/content/12
2.5.2 อลูมิเนียมโปรไฟล์ (Aluminium Profile)
อลูมิเนียมโปรไฟล์ (Aluminium Profile) หรืออลูมิเนียมเฟรม (Aluminium Frame) คือโลหะแร่ธาตุที่พบได้มากเป็นอันดับสามของบรรดาแร่ธาตุทั้งหมดใต้ผิวโลก ก่อนจะถูกนำไปวิจัยและพัฒนา จนนำมาใช้เป็นส่วนประกอบต่าง ๆ ในการผลิตชิ้นงานในภาคอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท
โดยอลูมิเนียมโปรไฟล์นั้น จะมีลักษณะเป็นแท่งสี่เหลี่ยมเส้นยาว มีเอกลักษณ์ในเรื่องของพื้นผิวที่เงางาม คล้ายสีเงิน นอกจากนี้ยังมีหน้าตัดที่แตกต่างกันออกไป โดยจะขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ในการนำไปใช้งาน ที่สำคัญยังสามารถนำไปประกอบร่วมกับโครงสร้างจากชิ้นงานอื่น ๆ ได้อย่างหลากหลาย และมีอัตราการนำมาใช้งานใหม่ได้อย่างไม่จำกัด
คุณสมบัติของอลูมิเนียมโปรไฟล์
จะเห็นได้ว่า ความพิเศษในเรื่องคุณสมบัติของอลูมิเนียมโปรไฟล์ มีความโดดเด่นในหลาย ๆ ด้าน ทำให้อลูมิเนียมชนิดนี้ได้รับความนิยมในเชิงพาณิชย์ โดยสามารถสรุปถึงข้อดีของวัสดุชนิดได้ดังนี้

• ทนทานต่อการกัดกร่อน ไร้กังวลเรื่องสนิม
• มีความแข็งแรง รับน้ำหนักได้ดี ทนทานต่อการใช้งาน
• นำพาความร้อนและกระแสไฟได้ดี ไม่เป็นพิษและไม่เป็นฉนวนไฟ
  รับน้ำหนักสูงสุดต่อความยาว 1เมตร (Allowable Load)
• Point Load (รับแรงเฉพาะจุด = 10 kg
• Distributed Load (รับแรงกระจายเฉลี่ย) = 20 kg

ภาพที่ 2.22 อลูมิเนียมโปรไฟล์ และ Dimension
ที่มา : https://s2ins.com/product/aluminium-profile-2020v-slot-l100cm-bk/
2.5.3 Bearing (แบริ่ง)
แบริ่ง (bearing) คือ ชิ้นส่วนของเครื่องจักรกล ที่ใช้รองรับเพลาให้เที่ยงตรงทั้งแนวรัศมีและแนวแกน มีหน้าที่หลักในการรับน้ำหนัก และถ่ายทอดแรงที่เกิดขึ้นจากเพลาลงไปสู่อุปกรณ์ต่างๆ ของเครื่องจักรที่มีการหมุน ช่วยลดแรงเสียดทานหรือลดความฝืด (friction) ระหว่างการหมุน หรือการเลื่อน ชิ้นส่วนอื่นสามารถถอดเปลี่ยนได้เมื่อเกิดการสึกหรอกหรือชำรุดประหยัดเวลาและค่าใช้จ่าย โดยที่ไม่ต้องเปลี่ยนเพลาหรือเฟื่องแบริ่งเป็นส่วนที่ต้องมีการเสียดสีมาก จะสึกหรอเร็วต้องถูกหล่อลื่นด้วยสารหล่อลื่น (lubricant) ทำให้การหมุนคล่องตัว และตรวจสอบเปลี่ยนใหม่เมื่อสึกหรอหรือชำรุด
ประเภทของแบริ่ง
แบริ่งสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ ได้แก่
แบริ่งกาบ (plain bearing) มีลักษณะเป็นรูปทรงกระบอกกลวงโดยมีแกนหมุนอยู่ภายในส่วนของแกนหมุนหรือเพลาที่หมุนอยู่ภายใน แบริ่ง เรียกว่า เจอร์นอล (Journal) ส่วนรูปทรงกระบอกกลวง เรียกว่า เจอร์นอลแบริ่ง (Journal bearing) อาจทำด้วยโลหะ ส่วนผสมของโลหะ หรือพลาสติก ที่มีเนื้ออ่อนกว่าเจอร์นอล แบริ่งกาบยังสามารถแบ่งออกเป็น ทรัสต์แบริ่ง (trust bearing) ซึ่งตัวเจอร์นอลได้รับแรงกดและหมุนอยู่ภายใน เจอร์นอลแบริ่ง กับ ไกด์แบริ่ง (guide bearing) ซึ่งตัวเจอร์นอลเคลื่อนที่กลับไปกลับมาตามแนวยาวของเจอร์นอลแบริ่ง
แบริ่งลูกปืน (rolling bearing) ประกอบด้วยอุปกรณ์ที่ช่วยการหมุนเคลื่อนที่อยู่ระหว่างวงแหวนชั้นในและชั้นนอก เช่น ลูกปืนที่ทำด้วยโลหะแข็ง อาจจะมีลักษณะกลมเหมือนลูกบอล

ภาพที่ 2.23 แบริ่ง (bearing)
ที่มา : https://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/0787/bearing-
2.5.3.1 Pillow Block Bearing
Pillow Block Unit เป็นตัวเรือนแบริ่งชนิดหนึ่งที่รองรับเพลาหมุนได้ ชุด Pillow Block ประกอบด้วยตัวเรือนเหล็กหล่อหรือเหล็กกล้าและกลไกลูกปืน ชุดประกอบตัวเรือนจะเลื่อนไปบนเพลากลมหรือสี่เหลี่ยม และแหวนล็อคหรือสกรูยึดจะยึดชุดตลับลูกปืนให้อยู่กับที่
Pillow Block Unit มีความหลากหลายและใช้ในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย เช่น เกษตรกรรม เหมืองแร่ การก่อสร้าง และการแปรรูปอาหาร

ภาพที่ 2.24 Pillow Block Bearing
ที่มา : https://hyespex.com/pillow-block-unit/
2.5.3.2 Flanged Ball Bearing
ตลับลูกปืนแบริ่ง Bearings ใช้รองรับการหมุนของเพลา การส่งแรงที่เกิดจากเพลาลงไปที่ฐานเครื่องจักร และ ช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างผิวสัมผัสช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน

ภาพที่ 2.25 Flanged Ball Bearing
ที่มา : https://s2ins.com/product/flanged-ball-bearing-kfl-08-id8mm/
2.5.4. ฉากอลูมิเนียมสำหรับยึดมอเตอร์ /ฉากยึดอลูมิเนียมโปรไฟล์
ฉากอลูมิเนียมสำหรับยึดมอเตอร์
ฉากอลูมิเนียมสำหรับยึดมอเตอร์ ใช้สำหรับเป็นฉากยึดมอเตอร์กับโครงสร้างของตัวรถ

ภาพที่ 2.26 ฉากอลูมิเนียมสำหรับยึดมอเตอร์
ที่มา : https://s2ins.com/product/motor-mounting-bracket-l-dc-motor-37mm/

ฉากยึดอลูมิเนียมโปรไฟล์
ฉากยึดอลูมิเนียมโปรไฟล์ ใช้สำหรับยึดระหว่างอลูมิเนียมโปรไฟล์กับอลูมิเนียมโปรไฟล์

ภาพที่ 2.27 ฉากยึดอลูมิเนียมโปรไฟล์
ที่มา : https://www.zonemaker.com/product/282/bracket-d28-a-%

2.5.5 คัปปลิ้ง (Coupling)
คัปปลิ้ง เป็นอุปกรณ์ส่งกำลังใช้สำหรับการจับยึดเพลาให้เข้าไปในทิศทางเดียวกัน โดยทำหน้าที่เป็นตัวส่งผ่านแรงบิดจากเพลาสู่เครื่องจักร คัปปลิ้งผลิตจากวัสดุทั้งโลหะ ยาง และอลูมิเนียม บริเวณส่วนหัว ส่วนท้าย และด้านข้างจะมีรูไว้สำหรับใส่สกรูขันยึดคัปปลิ้ง ซึ่งจะมีหลายขนาดให้เลือกตามขนาดเพลาที่ต้องการประกอบใช้งาน สามารถประกอบติดตั้งง่าย มีความแข็งแรง ทนต่อแรงสั่นสะเทือนได้ดี เหมาะสำหรับนำมาใช้งานมอเตอร์และเครื่องจักรในโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ใช้คัปปลิ้งต่อระหว่างมอเตอร์และเกียร์ เพื่อให้มอเตอร์ส่งกำลังไปยังเกียร์

ภาพที่ 2.28 คัปปลิ้ง (Coupling)
ที่มา : https://th.misumi-ec.com/th/pr/recommend_category/coupling201904/
2.5.6 บูชยึดล้อ
บูชบูชเป็นดิสก์โลหะที่ใช้ยึดเพลาของล้อ แบริ่งถูกหมุนและเพลาและล้อจะเคลื่อนออกจากกันตามน้ำหนักบรรทุกที่วางไว้ เป็นกลไกการกลึงชนิดหนึ่งสำหรับดุมล้อ ช่วยให้ดุมล้อหมุนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยการบรรเทาความเครียดที่ไม่ต้องการบนดุมล้อ

ภาพที่ 2.29 บูชยึดล้อ
ที่มา : https://www.sangtawan.org/ /#wbs1
2.5.7. ลูกล้อยางตัน / ลูกล้อ (Caster)
ล้ออัดแข็ง
ล้ออัดแข็ง เป็นล้อยางตันแข็งที่ผลิตจากวัสดุโพลียูรีเทน ซึ่งมีคุณสมบัติ ดูดซับแรงกระแทก และลดแรงสั่นสะเทือนได้ดี นอกจากนี้ยังทนต่อสภาพแวดล้อมต่างๆ เช่น ความร้อน ความเย็น รังสียูวีและสารเคมี โดยส่วนใหญ่มักจะใช้ในพื้นที่กลางแจ้งและบริเวณพื้นที่ผิวขรุขระ ตัวอย่างอุปกรณ์ที่นิยมติดตั้งล้อยางตัน ได้แก่ เครื่องตัดหญ้า, รถเข็นของ เป็นต้น
Slide Linear ยาว 30cm.
ขนาดตัววิ่ง 4.5x3cm. หนา 1.5cm.
ตัวแกน 12x8mm.

ภาพที่ 2.30 ล้ออัดแข็ง
ที่มา : www.sangtawan.org/รานคา/รหส-SMS0004-ลอยางอดแขง-กวาง-6นว
ลูกล้อ (Caster)
ล้อรถเข็น หรือ ล้อเลื่อน เป็นอุปกรณ์ที่ขาดไม่ได้ในหลายอุตสาหกรรม มีไว้สำหรับติดตั้งบริเวณฐานของวัตถุและเครื่องจักรที่มีน้ำหนักมาก ใช้สำหรับการเข็นเพื่อเคลื่อนย้ายจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง มีรูปร่างมากมาย อาทิเช่น ล้อรถเข็นแบบมีเบรก, ล้อรถเข็นแบบมีขาฉิ่ง, ล้อรถเข็นแบบตายตัว, ล้อรถเข็นแบบหมุนอิสระ

ล้อรถเข็น แบบล้อเป็น (Swivel Caster)
ล้อรถเข็น แบบล้อเป็น หรือ ล้อเป็น ล้อรถเข็นชนิดนี้ถูกออกแบบมาให้สามารถแกนล้อและลูกล้อได้รอบทิศทาง ทำให้สามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของรถเข็นได้อย่างอิสระ โดยส่วนใหญ่นิยมใช้กับรถเข็นในห้างสรรพสินค้า, รถเข็นในโกดังสินค้า และ รถเข็นเตียงในโรงพยาบาล เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีให้เลือกทั้งแบบมีก้านล็อค และไม่มีก้านล็อคอีกด้วย

ภาพที่ 2.31 ล้อรถเข็น แบบล้อเป็น
ที่มา : www.thaiwatsadu.com/th/product/ล้อยางแบบแป้นหมุนได้ไม่มีเบรค-SC-ขนาด-3-นิ้ว-(75ซม)-สีดำ

2.5.8. แบตเตอรี่ (Battery)
แบตเตอรี่ (Battery) ในทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หมายถึงอุปกรณ์อย่างหนึ่งที่ใช้เก็บพลังงาน และนำมาใช้ได้ในรูปของไฟฟ้า แบตเตอรี่นั้นประกอบด้วยอุปกรณ์ไฟฟ้าเคมี เช่น เซลล์กัลวานิกหรือเซลล์เชื้อเพลิง อย่างน้อยหนึ่งเซลล์
แบตเตอรี่แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆดังนี้ แบตเตอรี่ชนิดประจุไฟฟ้าใหม่ได้ และ แบตเตอรี่ชนิดประจุไฟฟ้าใหม่ไม่ได้ (ใช้แล้วทิ้ง) ซึ่งนิยมใช้อย่างแพร่หลายทั้งสองชนิด
แบตเตอรี่ใช้แล้วทิ้งเรียกอีกอย่างว่า เซลล์ปฐมภูมิ ใช้ได้ครั้งเดียว เนื่องจากไฟฟ้าที่ได้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของสารเคมีเมื่อสารเคมีเปลี่ยนแปลงหมดไฟฟ้าก็จะหมดจากแบตเตอรี่ แบตเตอรี่เหล่านี้เหมาะสำหรับใช้ในอุปกรณ์ขนาดเล็กและสามารถเคลื่อนย้ายได้สะดวก ใช้ไฟน้อยหรือในที่ที่ห่างไกลจากพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับในทางตรงกันข้ามแบตเตอรี่ชนิดประจุไฟฟ้าใหม่ได้หรือ เซลล์ทุติยภูมิ สามารถประจุไฟฟ้าใหม่ได้หลังจากไฟหมดเนื่องจากสารเคมีที่ใช้ทำแบตเตอรี่ชนิดนี้สามารถทำให้กลับไปอยู่ในสภาพเดิมได้ โดยการประจุไฟฟ้าเข้าไปใหม่ซึ่งอุปกรณ์ที่ใช้อัดไฟนี้เรียกว่า ชาร์เจอร์ หรือ รีชาร์เจอร์
แบตเตอรี่ชนิดประจุไฟฟ้าใหม่ได้ที่เก่าแก่ที่สุดซึ่งใช้อยู่จนกระทั่งปัจจุบันคือ “เซลล์เปียก” หรือแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด (lead-acid battery) แบตเตอรี่ชนิดนี้จะบรรจุในภาชนะที่ไม่ได้ปิดผนึก (unsealed container) ซึ่งแบตเตอรี่จะต้องอยู่ในตำแหน่งตั้งตลอดเวลาและต้องเป็นพื้นที่ที่ระบายอากาศได้เป็นอย่างดี เพื่อระบายก๊าซ ไฮโดรเจน ที่เกิดจากปฏิกิริยาและแบตเตอรี่ชนิดจะมีน้ำหนักมาก
รูปแบบสามัญของแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด คือแบตเตอรี่ รถยนต์ ซึ่งสามารถจะให้พลังงานไฟฟ้าได้ถึงประมาณ 10,000 วัตต์ในช่วงเวลาสั้นๆ และมีกระแสตั้งแต่ 450 ถึง 1100 แอมแปร์ สารละลายอิเล็กโตรไลต์ของแบตเตอรี่คือ กรดซัลฟิวริก ซึ่งสามารถเป็นอันตรายต่อผิวหนังและตาได้ แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรดที่มีราคาแพงมากเรียกว่า แบตเตอรี่เจล (หรือ “เจลเซลล์”) ภายในจะบรรจุอิเล็กโตรไลต์ประเภทเซมิ-โซลิด (semi-solid electrolyte) ที่ป้องกันการหกได้ดี และแบตเตอรี่ชนิดอัดไฟใหม่ได้ที่เคลื่อนย้ายได้สะดวกกว่าคือประเภท “เซลล์แห้ง” ที่นิยมใช้กันในโทรศัพท์มือถือและคอมพิวเตอร์โน้ตบุ๊ก เซลล์ของแบตเตอรี่ชนิดนี้
วิธีคำนวณแบตเตอรี่ที่ควรใช้
มอเตอร์ขับกินไฟ = 0.66 A (2 ตัว 0.662 = 1.32 A)
บอร์ดArduinoกินไฟ = 0.1 A (2 ตัว 0.12 = 0.2 A)
Module Relay 5vdc กินไฟ = 0.08 A (2 ตัว 0.082 = 0.16 A)
SG90 Micro Servo Motor กินไฟ = 0.1 A
Ultrasonic Sensor Module (HC-SR04) กินไฟ = 0.03 A (2 ตัว 0.032 = 0.06 A)
IR Infrared photoelectric Sensor Module กินไฟ = 0.02 A (2 ตัว 0.02*2 = 0.04 A)
การใช้ไฟทั้งหมดรวม = 1.32+0.2+0.16+0.1+0.06+0.04 = 1.88 A
เลือกใช้แบตเตอรี่ 12 V 5 Ah
สามารถใช้งานได้ = 5/1.88
สามารถใช้งานได้ = 2.66 hr. = 159 min 36 s

ภาพที่ 2.32 แบตเตอรี่ชนิดต่างๆ
ที่มา : https://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B9%81%E0%B8%9A%E0%B8%
2.5.9. ปั๊มน้ำที่ใช้กระแสตรง (DC)
ปั๊มน้ำที่ใช้กระแสตรง (DC) คือ ขั้วบวกต่อกับขั้วบวกและขั้วลบต่อกับขั้วลบ ในงานระบบโซล่าเซลล์ หรือเป็นแหล่งจ่ายไฟที่มาจากแบตเตอรี่ สามารถใช้งานได้หลายประเภท เช่น สูบน้ำทั่วไป สูบน้ำมัน ล้างรถ อัดฉีดรถ เป็นต้น
ปั๊มน้ำดีซีแบบจุ่ม คือ ต้องจุ่มตัวปั๊มลงไปในน้ำเพื่อจะดูดน้ำไปยังอีกที่หนึ่ง โดยใช้กับปริมาณน้ำและความสูงไม่มากนัก ควรเลือกให้มีแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงให้ตรงกับระบบที่ออกแบบไว้ และควรต่อไฟฟ้ากระแสตรงฝั่งที่ออกจากแบตเตอรี่เพื่อจะได้มีแรงดันที่คงที่ในการใช้งาน อีกทั้งยังช่วยป้องกันความเสียหายที่จะเกิดขึ้นกับตัวปั๊มด้วย

ภาพที่ 2.33 ปั๊มน้ำที่ใช้กระแสตรง (DC)
https://www.pumpban.com/archives/9036

บทที่ 3 อุปกรณ์และวิธีการ

3.1 อุปกรณ์

3.1.1. อุปกรณ์ทำตัวรถ
อลูมิเนียมโปรไฟล์ 20x20mm สีดำ
Pillow Block Bearing 10mm / Flange Bearing Unit 8mm.
Bracket 20mm Long Hole สีดำ
ฉากยึดมอเตอร์ พร้อมน๊อตยึด
มอเตอร์ รุ่น Model: ZGX38REE
Coupling ข้อต่อเพลา หัวท้ายต่างกัน 8/10 mm
บูชยึดล้อ 10 mm
ล้อขับ 4.8 นิ้ว / ล้อยางอิสระ 2 นิ้ว และ 3 นิ้ว
เพลาเหล็ก 8mm. / เพลาเหล็ก 10mm.
แผ่นอะคริลิค
แผ่นอลูมิเนียมเพิ่มความสูง

3.1.2. อุปกรณ์ทำระบบขับเคลื่อนและระบบรดน้ำ
Arduino mega Wi-Fi / สายจั้มเปอร์
เซ็นเซอร์ตรวจจับวัตถุ IR Infrared Sensor
Ultrasonic Sensor / ขาตั้ง Ultrasonic Sensor
มอเตอร์เซอร์โว Servo Moto / โมดูลขับมอเตอร์ Motor Driver
รีเลย์ 1 ช่อง 5V
สวิตซ์เปิด-ปิด
ปั้มน้ำ DC 3-6v
แบตเตอรี่ขนาด 12.6v 4Ah
ถังใส่น้ำขนาด 4.5 L

3.2 วิธีการ

3.2.1. การออกแบบโครงสร้างรถ
การออกแบบโครงสร้างรถโดยใช้โปรแกรม SolidWorks ในการออกแบบโครงสร้างนี้มีตำแหน่งจุดหมุนที่วางให้สมดุลกับตัวโครงรถและติดตั้งตัวแบริ่งที่รับน้ำหนักของล้อและมอเตอร์ในตำแหน่งที่สมดุล ขนาดของตัวโครงรถทั้งหมดมีขนาดความกว้าง 50 cm ความยาว 50 cm ความสูงของโครงรถไม่รวมล้อมีขนาด 10 cm โดยล้อขับที่ใช้จะมีขนาด 4.8 นิ้ว และล้ออิสระมีขนาด 2 นิ้วและ 3 นิ้ว

ภาพที่ 3.1 ภาพแสดงชิ้นงาน SolidWorks

ภาพที่ 3.2 ภาพแสดงชิ้นงาน SolidWorks

ภาพที่ 3.3 ภาพแสดงตำแหน่งวางมอเตอร์

ภาพที่ 3.4 ภาพแสดงตำแหน่งของจุดหมุน

ภาพที่ 3.5 ภาพแสดงตำแหน่งการเชื่อมล้อและมอเตอร์

3.2.2. ระบบชุดสั่งการเพื่อขับเคลื่อนและระบบรดน้ำอัตโนมัติ
โดยการออกแบบระบบขับเคลื่อนและระบบรดน้ำอัตโนมัติจะออกแบบโดยใช้การควบคุมผ่านการเขียนโปรแกรมด้วยบอร์ด Arduino mega Wi-Fi ในโปรแกรม Arduino IDE โดยมีองค์ประกอบที่สำคัญ ดังนี้

ชุดคำสั่งที่เขียนผ่านโปรแกรม Arduino IDE เพื่อสั่งการระบบขับเคลื่อนและระบบรดน้ำอัตโนมัติ สามารถปรับเปลี่ยนได้ตามการใช้งาน หรือสภาพแวดล้อมสถานที่ทำการทดลอง
การต่อวงจรสามารถต่อได้ตามแผนภาพด้านล่างนี้

ภาพที่ 3.6 Diagram Electronics
3.2.3. ขั้นตอนการประกอบชิ้นงาน
ประกอบโครงรถด้วยอลูมิเนียมโปรไฟล์และใช้ฉากยึดเพื่อยึดให้ติดกัน

ภาพที่ 3.7 ภาพการประกอบโครงรถ
ติดตั้งจุดหมุนของรถ

ภาพที่ 3.8 ภาพจุดหมุนของรถ
ติดตั้งล้อขับเคลื่อนและล้อซัพพอร์ต

ภาพที่ 3.9 ติดตั้งล้อขับเคลื่อนและล้อซัพพอร์ต

ติดตั้งมอเตอร์โดยใช้เพลาเชื่อมกับคลัปปิ้งผ่านไปที่ตัวแบริ่ง เข้าบูชยึดล้อ

ภาพที่ 3.10 การติดตั้งมอเตอร์
ติดตั้งแผ่นอะคริลิค เพื่อใช้สำหรับวางระบบเซนเซอร์ และวางถังน้ำ

ภาพที่ 3.11 การติดตั้งแผ่นอะคริลิค
ติดตั้งเซนเซอร์ ultrasonic และเซนเซอร์ Infrared (IR) ที่ด้านหน้าของตัวรถ เพื่อใช้เป็นตัวนำทางในการเคลื่อนที่ของรถ

ภาพที่ 3.12 ติดตั้งเซนเซอร์ ultrasonic และเซนเซอร์ Infrared (IR)

ติดตั้งแผงวงจร นำระบบขับเคลื่อนและระบบรดน้ำติดตั้งตรงแผ่นอะคริลิค ทำการต่อสายสัญญาณและบัดกรีเชื่อมสายไฟ

ภาพที่ 3.13 แผงวงจรของระบบ

ติดตั้งสวิตซ์เพื่อเปิด-ปิด และติดตั้งหัวชาร์จแบตเตอรี่

ภาพที่ 3.14 สวิตเพื่อเปิด-ปิด และหัวชาร์ตแบตเตอรี่

ติดตั้ง Ultrasonic Sensor ด้านข้างของรถเพื่อใช้สำหรับตรวจจับต้นไม้

ภาพที่ 3.15 Ultrasonic Sensor ด้านข้างของรถ
ติดตั้งแผ่นอะคริลิคกั้นระหว่างแผงวงจรและส่วนในการตั้งถังน้ำเพื่อป้องกันน้ำโดนแผงวงจร

ภาพที่ 3.16 ภาพการติดตั้งแผ่นอะคลิลิคกั้น
ติดตั้งแผ่นอะคริลิคครอบด้านบนของตัวรถไว้ และวางถังน้ำด้านหลัง

ภาพที่ 3.17 ภาพการติดตั้งแผ่นอะคริลิคครอบด้านบนของตัวรถ
โดยที่การรับน้ำหนักสูงสุดต่อความยาวของอลูมิเนียมโปรไฟล์ 20x20mm 1 m (Allowable Load)

• Point Load (รับแรงเฉพาะจุดได้) = 10kg
• Distributed Load (รับแรงกระจายเฉลี่ย) = 20kg
  อลูมิเนียมโปรไฟล์ที่ใช้ทั้งหมดมีจำนวน 29 แท่ง คำนวณการรับน้ำหนักเฉพาะจุด โดยมีขนาดดังนี้
  ขนาด 50 cm จะรับน้ำหนักได้ 5 kg x จำนวน 8 แท่ง = 40 kg
  ขนาด 6 cm จะรับน้ำหนักได้ 0.6 kg x จำนวน 8 แท่ง = 4.8 kg
  ขนาด 44 cm จะรับน้ำหนักได้ 4.4 kg x จำนวน 1 แท่ง = 4.4 kg
  ขนาด 14 cm จะรับน้ำหนักได้ 1.4 kg x จำนวน 2 แท่ง = 2.8 kg
  ขนาด 40 cm จะรับน้ำหนักได้ 4 kg x จำนวน 3 แท่ง = 12 kg
  ขนาด 46 cm จะรับน้ำหนักได้ 4.6 kg x จำนวน 1 แท่ง = 4.6 kg
  ขนาด 18 cm จะรับน้ำหนักได้ 1.8 kg x จำนวน 4 แท่ง = 7.2 kg
  ขนาด 31 cm จะรับน้ำหนักได้ 3.1 kg x จำนวน 2 แท่ง = 6.2 kg
  หากพิจารณาเฉพาะโครงของรถที่ประกอบด้วยอลูมิเนียมโปรไฟล์ขนาด 20x20mm จะรับน้ำหนักเฉพาะจุดได้ทั้งหมด ≈82 kg และจะรับน้ำหนักแบบรับแรงกระจายเฉลี่ยได้ทั้งหมด ≈164 kg

โดยน้ำหนักของรถ แสดงดังนี้
น้ำหนักของรถทั้งหมด 90N = 9.17 kg (โดยไม่รวมน้ำหนักของถังบรรจุน้ำ)
ล้อขับเคลื่อนล้อละ 341g = 0.341 kg
ล้อซัพพอต หลังล้อละ 393g = 0.393 kg
ล้อซัพพอต หน้าล้อละ 112g = 0.112 kg
น้ำหนักของรถทั้งหมด ไม่รวมน้ำหนักของล้อจะเท่ากับ 7.48 kg
คิดน้ำหนักของตัวรถทั้งหมดรวมกับถังน้ำที่บรรจุน้ำเต็มถังขนาด 4.5 Lน้ำหนักของรถจะเท่ากับ 12 kg
โดยตัวรถมีจำนวนล้อทั้งหมด 6 ล้อ และน้ำหนักที่ต้องรับทั้งหมด 12 kg โดยแบ่งๆเท่าๆกันทุกล้อ
สูตรคำนวณจะเป็น : W/n= 12/6=2 kg

การคำนวนหา Torque ของล้อขับ

จะได้ Torque เท่ากับ 2275.819 Nm
T_max คือ แรงบิดสูงสุดของล้อตัวขับ
D_wheel คือ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของล้อ
F_external คือ แรงภายนอก (น้ำหนักของน้ำ)
μ คือ สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจากการกลิ้ง
m_vehicle คือ มวลของรถ
m_wheel คือ มวลของล้อ
g คือ แรงโน้มถ่วง

บทที่ 4 ผลการวิเคราะห์และการทดลอง

4.1 ผลการวิเคราะห์และการทดลอง
ทดลองการเดินตามเส้นและหลบสิ่งกีดขวางของรถ
จากการทดลองพบว่ารถเคลื่อนที่ตามเส้นได้ตามเป้าหมายที่ตั้งไว้ ระบบเซนเซอร์และการหลบสิ่งกีดขวางและกลับเข้ามาเดินตามเส้นทางเดิมที่วางไว้ทำได้ดี

วิดีโอตัวอย่างการทดลองการเดินตามเส้นและหลบสิ่งกีดขวางของรถ
https://www.youtube.com/watch?v=5rR4ThYVI_o
ทดลองการทำงานปั้มน้ำเมื่อเซนเซอร์ทำงาน
จากการทดสอบการทำงานและความแม่นยำของเซนเซอร์ Ultrasonic เมื่อตรวจพบวัตถุ เพื่อส่งคำสั่งต่อให้ปั้มน้ำทำงาน พบว่าสามารถทำงานได้ตามเป้าหมายที่ตั้งไว้ ซึ่งในการทดลองพบปัญหาเล็กน้อยในการตอบสนองของเซนเซอร์ ทำให้เซนเซอร์เกิดความดีเลย์ในการสั่งการที่จะให้ปั้มน้ำทำงาน

วิดีโอตัวอย่างการทดลองการทำงานปั้มน้ำเมื่อเซนเซอร์ทำงาน
https://www.youtube.com/watch?v=0IC_vKvF_9I
ทดลองระบบการขับเคลื่อนของรถและการทำงานของปั้มพร้อมกัน
จากการทดลองการทำงานของทั้งสองระบบพร้อมกันพบว่าระบบสามารถทำงานด้วยกันได้ ทั้งทางซ้ายและขวา ตามเป้าหมายที่ตั้งไว้ โดยระยะทางในการทดลองเท่ากับ 12 m ใช้เวลาในการเดินตามเส้นครบ 1 รอบเท่ากับ 1 นาที 20 วินาที
วิดีโอตัวอย่างการทดลองระบบการขับเคลื่อนของรถและการทำงานของปั้มพร้อมกันhttps://www.youtube.com/watch?v=lvddttRFy1U

ทดลองระบบยกของรถโดยยกจากล้อหลังพบว่าสามารถยกได้มุม 13 องศา วัดจากฐานของ 2 ล้อด้านหน้า

ภาพที่ 4.1 ภาพการทดลองระบบยกของรถ

ทดลองระบบยกของรถโดยยกจากล้อหลังพบว่าสามารถยกได้มุม 9 องศา วัดจากฐานของ 2 ล้อด้านหลัง

ภาพที่ 4.2 ภาพการทดลองระบบยกของรถ

บทที่ 5 สรุปและข้อเสนอแนะ

5.1 สรุป
โครงงานรถยนต์นำทางรดน้ำอัตโนมัติในภาคการเกษตรที่ได้ออกแบบมาสามารถทำงานได้ตามจุดประสงค์ การทำโครงงานนี้ตั้งแต่เริ่มต้นจนเสร็จสมบูรณ์ขั้นตอนและวิธีการต่างๆเป็นไปตามเป้าหมายที่ตั้งไว้ โดยจากการทดสอบพบว่าการเดินตามเส้นและหลบสิ่งกีดขวางของรถ และการทดลองการทำงานปั้มน้ำเมื่อเซนเซอร์ทำงาน เป็นไปได้ด้วยดี เมื่อนำทั้งสองระบบนี้มาทำงานร่วมกันสามารถทำงานได้ตรงตามเป้าหมาย ซึ่งอาจจะนำไปดัดแปลงใช้เป็นต้นแบบเพื่อนำไปพัฒนาต่อในอนาคตได้

5.2 ข้อเสนอแนะ
หากจะนำไปพัฒนาต่อ แนะนำให้เปลี่ยนระบบเซนเซอร์ให้ทันสมัยขึ้นเพื่อความแม่นยำในการใช้งาน เนื่องจากตัวเซนเซอร์ที่ใช้ในการทำโครงงานนี้เป็นเพียงเซนเซอร์ที่หาได้ง่าย เนื่องจากโครงงานที่ทำนี้เป็นเพียงแนวคิดเพื่อที่จะนำไปพัฒนาต่อ

เอกสารอ้างอิง
[1] AGV เคลื่อนที่บนแถบแม่เหล็ก/เส้นสี, from https://planet.co.th/carry-can-fly-color-line/
[2] Lertvilai,AMR Autonomous Mobile Robot FACoBOT (AMR 200) , from http://facobot.com/aboutus
[3] RoboteQ ,February 23 ,2021, RoboAMR 2021, from https://www.roboteq.com/roboamr-2021
[4] Scic , Auto Mobile Base – AMB-150J & 300J, from https://www.scic-robot.com/amb-150j-300jauto-mobile-base-product

อาจารย์ที่ปรึกษา ผู้ช่วยศาสตราจารย์ ดร.กิตติพงษ์ เยาวาจา
หัวหน้ากลุ่มวิจัยวิทยาการหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติขั้นสูง
และผู้รับผิดชอบหลักสูตรหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ (นานาชาติ)​