ตอนที่1. อุปกรณ์ LEGO MINDSTORMS Education NXT

การฝึกทักษะพื้นฐานการต่อโครงสร้างหุ่นยนต์และการเขียนโปรแกรมควบคุมการทำงานอย่างง่ายและไม่ซับซ้อนด้วย LEGO MINDSTORMS Education NXT ………………..

“LEGO MINDSTORMS Education NXT”  คือ ชุดเรียนรู้ทางกาศึกษาที่เกี่ยวข้องกับพื้นฐานในการสร้างและประกอบชื้นส่วนของหุ่นยนต์ ผู้ที่ศึกษาสามารถใช้เป็นสื่อกลางในการเรียนรู้ด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ได้เป็นอย่างดีในการพัฒนาทักษะทางด้านการประกอบชิ้นส่วนต่างๆของฮาร์แวร์และทักษะพื้นฐานการเขียนโปรแกรมเบื้องต้นได้อย่างสนุกและน่าสนใจด้วยเทคโนโลยี ผู้ที่ศึกษาสามารถออกแบบและสร้างสรรค์หุ่นยนต์ตามจินตนาได้อย่างอิสระด้วยการเขียนโปรแกรมที่ง่ายและไม่ซับซ้อนด้วยโปรแกรมภาษาโลโก้ (Logo Program) ซึ่งจะนำไปสู่การสร้างแนวคิดและการประยุกต์ใช้ชุดการเรียนรู้ ดังกล่าวนี้เป็นโครงงานทางด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมขั้นพื้นฐาน ส่งผลให้ผู้ที่ศึกษาพัฒนาทักษะการคิด การสังเกตและทักษะทางด้านการแก้ปัญหาได้ ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของการเรียนรู้ทางด้านวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ นอกจากนี้ ผู้ที่ศึกษายังได้พัฒนาทักษะด้านการสื่อสาร การทำงานเป็นทีมและการค้นคว้าทดลอง ซึ่งช่วยให้ผู้ที่ศึกษาเตรียมความพร้อมสำหรับการศึกษาในระดับที่สูงต่อไป

 

รูปที่1. แสดงการประกอบหุ่นยนต์ที่ใช้ LEGO MINDSTORMS Education NXT

LEGO ได้ผลิตชิ้นส่วนอุปกรณ์ตัวต่อของเล่นมากมาย แต่ในส่วนของหุ่นยนต์ LEGO ได้ผลิตหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่มีชื่อว่า “LEGO MINDSTORMS “ ผลิตออกมาในรุ่นแรก เรียกว่า LEGO MINDSTORMS RCX ซึ่งสามารถเขียนโปรแกรมควบคุมให้ทำงานได้อย่างอัตโนมัติ ต่อมาทางบริษัทได้ผลิตหุ่นยนต์ขึ้นอีกหนึ่งรุ่น คือ LEGO MINDSTORMS NXT (เพื่อให้เรียกชื่อกระชับขึ้นในบทความนี้จะใช้คำว่า NXT แทนชื่อเต็มครับ) ซึ่งอุปกรณ์พื้นฐาน  โดยชุดของ LEGO Group ชุด NXT ประกอบด้วยโมดูลไมโครคอมพิวเตอร์ ที่ผู้ใช้งานสามารถเขียนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ควบคุมอุปกรณ์ มอเตอร์และเซ็นเซอร์ต่างๆ รวมไปถึงสายต่อเชื่อมสัญญาณ โครงสร้างของตัวต่อรูปทรงต่างๆ มาประกอบสร้างหุ่นยนต์ได้ตามต้องการ ดังรูปที่2.  

รูปที่2. แสดงชุดโมดูลไมโครคอมพิวเตอร์ มอเตอร์และเซ็นเซอร์ต่างๆ

1.1 ส่วนควบคุมการทำงานหรือสมองกล

อุปกรณ์ที่ใช้ควบคุมการทำงานหรือสมองกลตรง เรียกว่า NXT Brick ซึ่งทำหน้าที่เป็นสมองหรือส่วนควบคุมของหุ่นยนต์ NXT MINDSTORMS ข้างในจะมีไมโครคอนโทรลเลอร์ที่สามารถดาวน์โหลดโปรแกรมใส่เข้าไปผ่านทางพอร์ต USB และผ่านการสื่อสารไร้สายหรือ Bluetooth ซึ่ง NXT Brick จะมีพอร์ต 4 พอร์ตสำหรับใส่เซ็นเซอร์ (พอร์ต 1, 2, 3 และ 4) และพอร์ต 3 พอร์ตสำหรับการส่งข้อมูลควบคุมส่งออก (A, B และ C) เพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์และอุปกรณ์เสริมการเชื่อมต่ออื่นๆ นอกจากนี้ยังมีจอ LCD สำหรับแสดงข้อมูลและมีปุ่มสำหรับการเลือกเมนูต่าง ๆ บนตัว Brick NXT Brick ที่ใช้แหล่งจ่ายแบตเตอรี่ขนาด AA จำนวน 6 ก้อน แต่ในชุดมาตรฐาน Education Base Set (รหัส 9797) จะมาพร้อมกับชุดแบตเตอรี่ที่สามารถชาร์จพลังงานไฟฟ้าได้อีกด้วย

1.2 Sensor และอุปกรณ์เสริม ในชุด LEGO MINDSTORMS Education มีดังนี้ คือ

            Touch Sensors คือ อุปกรณ์ที่ทำให้หุ่นยนต์สามารถตอบสนองต่อสิ่งกีดขวางรอบตัวได้

         Sound Sensor คือ อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ตรวจจับเสียงเป็นระดับเดซิเบล(Decibel) สามารถตรวจจับเสียงได้ทั้ง dB และ dBA

-  dBA คือ เสียงที่มนุษย์สามารถได้ยิน

-  dB คือ เสียงทั้งหมด รวมถึงเสียงที่สูงหรือต่ำไปเกินกว่าที่มนุษย์จะได้ยินด้วย

Sound Sensor สามารถตรวจจับเสียงได้สูงสุด 90 dB การอ่านค่าของ Sound Sensor จะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์

 

Light Sensor คือ อุปกรณ์ที่ทำให้หุ่นยนต์สามารถตอบสนองต่อค่าแสงและสีได้ สามารถใช้ Light Sensor ในการวัดสีของสิ่งของ หรือใช้ในการเดินตามเส้น

            Ultrasonic Sensor คือ อุปกรณ์ที่ทำให้หุ่นยนต์สามารถวัดระยะห่างของวัตถุและตอบสนองต่อการเคลื่อนที่ได้ Ultrasonic Sensor ทำงานโดยใช้หลักการเดียวกันกับค้างคาว นั่นก็คือ ตรวจวัดระยะห่าง โดยการส่งคลื่นเสียงออกไป แล้ววัดระยะเวลาที่คลื่นเสียง สะท้อนกลับมา โดย Ultrasonic Sensor สามารถวัดระยะทางได้ทั้งในหน่วยนิ้ว และหน่วยเซนติเมตร และสามารถวัดระยะห่างจากวัตถุได้ตั้งแต่ 0 - 2.5 เมตร โดยมีความคลาดเคลื่อนเพียง ± 3 เซนติเมตรเท่านั้น วัตถุแข็งที่มีขนาดใหญ่ จะทำให้อ่านค่าได้ดีที่สุด ส่วนวัตถุนุ่มๆ หรือมีพื้นผิวโค้ง หรือบางมาก จะทำให้เซ็นเซอร์ตรวจจับได้ยาก การนำไปใช้งานสามารถใช้ Ultrasonic Sensor ในการหลบหลีกสิ่งกีดขวาง

              Interactive Servo Motors คือ อุปกรณ์ที่ช่วยให้หุ่นยนต์ของคุณเคลื่อนที่ได้อย่างราบรื่นและแม่นยำนอกจากนี้ ยังมีเซ็นเซอร์วัดการหมุนของมอเตอร์ในตัว ทำให้ หุ่นยนต์ NXT สามารถควบคุมการหมุนได้อย่างแม่นยำ เซ็นเซอร์วัดการหมุนของมอเตอร์สามารถวัดการหมุนของมันได้เป็นองศา หรือนับเป็นรอบก็ได้ โดยที่การหมุน 1 รอบเท่ากับ 360 องศา การนำไปใช้งาน สามารถใช้ Interactive Servo Motorในการขับเคลื่อนหุ่นยนต์ และบังคับ ส่วนประกอบอื่นๆ ของหุ่นยนต์