CARA – สุนัขหุ่นยนต์ความแม่นยำสูงที่ใช้เชือก

 (aaedmusa.com)
3 คะแนน โดย GN⁺ 2025-07-24 | 1 ความคิดเห็น | แชร์ทาง WhatsApp
  • CARA เป็นสุนัขหุ่นยนต์ความแม่นยำสูงที่ใช้ กลไกเชือก ซึ่งแตกต่างจากวิธีแบบเดิม
  • เพื่อ ปรับเทียบตำแหน่งเริ่มต้น แต่ละข้อต่อจะผ่านกระบวนการโฮมมิงโดย ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของกระแสไฟฟ้า เพื่อหาขีดจำกัดทางกายภาพ
  • ควบคุมตำแหน่งและท่าทางของขาได้อย่างแม่นยำผ่านสมการ 3 ชนิด ได้แก่ Inverse Kinematics (IK), Forward Kinematics (FK), Rotational Kinematics (RK)
  • ใช้ แพทเทิร์นการเดินที่อิงตามวิถีไซโคลิด เพื่อให้การเคลื่อนที่เป็นธรรมชาติและการเคลื่อนไหวที่นุ่มนวล
  • รองรับการเคลื่อนไหวหลากหลาย เช่น ทิศทางการเดินและการหมุน ด้วย trot gait ที่ให้ขาคู่ทแยงเคลื่อนที่พร้อมกัน

การเขียนโปรแกรม

ลำดับโฮมมิง (Homing sequence)

  • ขั้นตอนแรกของการเขียนโปรแกรม CARA คือการพัฒนา ลำดับการโฮมมิงข้อต่อ (การปรับตำแหน่งอัตโนมัติ)
  • ในการโฮมมิง สามารถวัดได้เพียงตำแหน่งสัมพัทธ์ของข้อต่อโดยอาศัย absolute position encoder ของเพลามอเตอร์แต่ละข้อต่อเท่านั้น
  • เมื่อเริ่มทำงาน จะ หมุนข้อต่อไปจนถึงขีดจำกัดทางกายภาพ และตรวจจับการถึงจุดดังกล่าวจาก กระแสไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น
  • หลังจากถึงขีดจำกัดทางกายภาพแล้ว จะสามารถ กำหนดตำแหน่งสัมบูรณ์ของข้อต่อ ได้
  • กระบวนการนี้ต้อง รันหนึ่งครั้งทุกครั้งที่เริ่มระบบ

คิเนแมติกส์ (Kinematics)

  • เพื่อควบคุมการเคลื่อนไหวของลำตัว ใช้สมการทั้งหมด 3 ชนิด ได้แก่ Inverse Kinematics (IK), Forward Kinematics (FK), Rotational Kinematics (RK)
  • สมการ IK: คำนวณ มุมของข้อต่อเพื่อวางขา (ปลายเท้าหรือ end effector) ไปยังตำแหน่ง X, Y, Z ที่ต้องการ
  • สมการ FK: รับ มุมข้อต่อปัจจุบันเป็นอินพุต แล้วคำนวณตำแหน่ง X, Y, Z ของเท้า
  • ในการวางแผนวิถี จะคำนวณตำแหน่งปัจจุบันด้วย FK ก่อน จากนั้นทำ การคำนวณ waypoint ระหว่างทาง ไปยังจุดเป้าหมาย (ใช้ Arduino RAMP library) และคำนวณมุมข้อต่อด้วย IK สำหรับแต่ละ waypoint
  • สมการ RK: ใช้คำนวณ ตำแหน่งของเท้าที่จำเป็นต่อการหมุนของลำตัวตามแกน roll, pitch, yaw
    • ใช้ตำแหน่งเท้าที่คำนวณจาก RK ไปหามุมอีกครั้งด้วย IK
    • นำไปใช้กับ การควบคุมท่าทาง (pose control) และการรักษาเสถียรภาพ ช่วยให้หุ่นยนต์หมุนลำตัวอยู่กับที่หรือทรงตัวได้ดีขึ้น

การเดิน (Gait)

  • การเดินของ CARA ใช้ trajectory ของสเต็ปที่อิงตาม วิถีไซโคลิด เพื่อให้ได้ การเคลื่อนไหวที่นุ่มนวลและสมจริง
  • มีการทดลองวิถีสเต็ปแบบสามเหลี่ยมและสี่เหลี่ยมด้วย แต่ด้อยกว่าในด้าน ความนุ่มนวล การหลบหลีกสิ่งกีดขวางของขา และความเป็นธรรมชาติของการเคลื่อนไหว
  • รูปแบบการเดินหลักคือ trot gait (ขาคู่ทแยงเคลื่อนที่พร้อมกัน) โดยการเคลื่อนไหวประกอบด้วย swing phase (เคลื่อนไปข้างหน้าในอากาศ) และ stance phase (ดันถอยหลังบนพื้น)
  • ระหว่างการเดิน จะสลับ swing phase และ stance phase ระหว่างคู่ขาทแยงซ้ำไปมาเพื่อสร้าง การก้าวเดินอย่างต่อเนื่อง
  • สำหรับการเดินในทิศทางอื่นนอกเหนือจากเดินหน้าและถอยหลัง จะคงแพทเทิร์น trot ไว้แต่เปลี่ยนเพียงมุมของสเต็ปขา
  • ขณะหมุน ขาคู่หนึ่งจะก้าวออกด้านนอก และอีกคู่จะก้าวเข้าด้านใน ทำให้สามารถ หมุนเป็นเส้นโค้งหรือหมุนอยู่กับที่ ได้

บทความที่เกี่ยวข้อง

1 ความคิดเห็น

 
GN⁺ 2025-07-24
ความคิดเห็นจาก Hacker News
  • ฉันดูวิดีโอ capstan drive ของ Aaed ซ้ำไปซ้ำมา เป็นงานที่เจ๋งจริงๆ ทั้งความเร็วสูง แรงบิดสูง มี compliance ที่ดี และแทบไม่มี backlash เลย น่าทึ่งมากที่ได้เห็นแนวคิดแบบวิศวกรของจริง
    • ฉันก็เพิ่งไปเจอวิดีโอของเขาไม่นานนี้เอง ทุกครั้งที่ดู ไอเดียสิ่งที่อยากสร้างก็พรั่งพรูขึ้นมาในหัว เสียดายที่เวลาไม่พอ (แถมยังมี breadboard ที่วางอยู่ข้างๆ รอเรียกร้องความสนใจจากฉันอีก) ส่วนที่น่าสนใจคืออัลกอริทึมของ YouTube หัวข้อที่ฉันเห็นใน YouTube ก่อน มักจะไปโผล่บน Hacker News อีกหนึ่งหรือสองสัปดาห์ให้หลังบ่อยๆ เลยไม่แน่ใจว่านี่เป็นสัญญาณว่าอัลกอริทึมดี หรือว่าล้มเหลวกันแน่ มันแสดงวิดีโอยอดนิยมบางส่วนให้คนที่น่าจะสนใจได้ดีแน่ๆ แต่ก็ยังสงสัยว่าสิ่งที่ฉันดูอยู่คือของที่ดีที่สุดจริงๆ หรือเป็นแค่ผลงานยอดเยี่ยมไม่กี่ชิ้นที่บังเอิญได้รับความสนใจ บางครั้งฉันก็เพิ่งมาเจอช่องที่มีประโยชน์มากๆ ทั้งที่เปิดมาหลายปีแล้ว ซึ่งทำให้รู้สึกว่ายังมีคอนเทนต์ดีๆ ที่ควรดูอีกมากมาย แค่ฉันโชคร้ายเลยยังไม่เคยเห็น หรือเพิ่งมาโชคดีตอนนี้ หรือว่าอัลกอริทึมสุ่มตรวจจับค่า threshold บางอย่างหรือรูปแบบความสนใจของฉันแล้วค่อยแนะนำขึ้นมากันแน่
    • เมื่อก่อนพวกเราใช้ capstan หมุนฟิล์มม้วนเข้าเครื่องสแกน มันทั้งเร็ว แม่นยำ และไม่มี backlash เป็นเทคนิคที่ดีมาก เลยเคยคิดว่าที่ไม่ค่อยมีคนใช้เพราะแรงบิดไม่พอหรือสึกหรอง่าย แต่ดูเหมือนจะไม่จำเป็นต้องเป็นแบบนั้นเสมอไป
    • Aaed เป็นหนึ่งในครีเอเตอร์คนโปรดของฉัน แน่นอนว่าใน YouTube ยังมีวิศวกรหรือผู้เชี่ยวชาญที่เก่งกว่า และคนที่ตลกกว่านี้อีกมาก แต่เขาสมดุลได้ดีมาก ฉันก็ติดตามช่องสายเทค, pop science และ industrial design อยู่เยอะเหมือนกัน ถ้าสนใจก็แชร์รายชื่อแนะนำได้ กำลังจัดระเบียบรายการช่องอยู่พอดี
    • ฉันยังไม่ได้ดูวิดีโอเกี่ยวกับสุนัขในบรรดาวิดีโอ capstan drive แต่คลิปอธิบายพื้นฐาน (High Precision Speed Reducer Using Rope) ดีที่สุดแล้ว ฉันฝันถึงเทคโนโลยีนี้มาเป็นปี โดยเฉพาะช่วงเดียวกันนั้นก็มีคนทำแอคชูเอเตอร์ของหุ่นยนต์ da Vinci ด้วย (ควบคุมความแม่นยำสูงด้วยสายเคเบิล) เลยยิ่งน่าประทับใจ (Building a DIY Surgical Robot)
  • ฉันดูวิดีโอนี้เมื่อสัปดาห์ก่อนแล้วอ้าปากค้างไปเลย เป็นทั้งช่างเทคนิคที่ยอดเยี่ยมและอธิบายเก่งมาก เขาอธิบายกลยุทธ์การทดสอบได้ละเอียดพอให้เข้าใจวิธีคิดและวิธีการของเขา และก็สรุปได้กระชับพอดีโดยไม่ยืดเยื้อ เป็นผลงานชิ้นเอกจริงๆ
  • สัปดาห์ก่อนฉันได้เจอ Aaed ตัวจริงด้วย เขากำลังพิมพ์ชิ้นส่วนของโปรเจ็กต์อยู่ (เราทำงานบริษัทเดียวกัน) การได้เห็นมันขึ้นอันดับ 1 บน HN เหมือนฝันเลย
  • งานนำเสนอดีมากจริงๆ ฉันคิดว่าควรมีใครสักคนรีบจ้างเขาให้ไว
    https://www.aaedmusa.com/
    • ฉันวางแผนจะใช้สิ่งนี้เป็นแรงบันดาลใจให้ลูกชายวัย 12 ปีของฉัน หลังจากเรียนจบหลักสูตรแล้วให้ทำเว็บไซต์ของตัวเองแบบนี้: "CARA (Capstans Are Really Awesome) คือหุ่นยนต์สี่ขาตัวล่าสุดของฉัน เป็นผู้สืบทอดจาก ZEUS, ARES และ TOPS ใช้เวลาสร้างหนึ่งปี และเป็นหุ่นยนต์สี่ขาที่มีความไดนามิกที่สุดและออกแบบดีที่สุดเท่าที่ฉันเคยสร้างมา"
    • คนที่พิสูจน์ความสามารถ แรงจูงใจ และการลงมือทำได้ขนาดนี้แล้ว อาจไม่เหมาะกับเส้นทางสมัครงานบริษัทแบบทั่วไปเสียด้วยซ้ำ ทางเลือกที่ดีกว่ามากน่าจะเป็นการสนับสนุนสตาร์ตอัปของเขา
    • เขาอาจพอใจกับการทำโปรเจ็กต์และทำ YouTube อยู่แล้วก็ได้
  • ไม่ใช่แค่การสร้างงานด้าน robotics ที่น่าทึ่ง แต่รวมถึงวิธีถ่ายทอดเป็นวิดีโอให้คนดูด้วย ทุกวันนี้คุณภาพของวิดีโอบนอินเทอร์เน็ตน่าทึ่งจริงๆ เครื่องมือที่ใช้ในเวิร์กช็อปส่วนตัวก็ดีขึ้นเรื่อยๆ และคงจะได้เห็นการเปลี่ยนแปลงแบบนี้มากขึ้นอีกในอนาคต
  • เหมือนฉันจะเคยเห็นโพสต์เกี่ยวกับเขาที่นี่บน HN มาก่อน แต่พอได้เห็นเขาสร้างของเจ๋งๆ แบบนี้ด้วยตัวเองและสอนผ่านวิดีโออีกครั้งก็ยังทึ่งอยู่ดี ต่อไปนี้จะกดติดตามไว้จะได้ไม่พลาด
  • นี่เป็นผลงานที่น่าทึ่งและชวนให้ทึ่งจริงๆ
  • Professor of Upstairs Neighboring. https://youtu.be/8s9TjRz01fo?t=1128
  • ฉันสงสัยว่าทำไมต้องทุ่มเทมากขนาดนี้เพื่อให้ได้อัตราทดเกียร์ที่ "แม่นยำ" เพราะตัวเลขเยอะไม่ได้แปลว่า "แม่นยำ" เสมอไป และก็สงสัยด้วยว่าโครงสร้างแบบนี้ทนต่อการสึกหรอหรือความล้าได้ดีแค่ไหน
    • จริงๆ อาจไม่ได้ต้องใช้ความพยายามมากขนาดนั้นก็ได้ เวลา 3D print ยังไงก็มักต้องพิมพ์ใหม่สองสามรอบอยู่แล้ว และระหว่างนั้นการปรับอัตราทดเกียร์ให้พอดีก็เป็นเรื่องธรรมชาติ ถ้าคุณจะอ้างว่าเป็นงานออกแบบแบบ "ความแม่นยำสูง" เพื่อไปแนะนำคนอื่นเรื่องการออกแบบเกียร์ส่งกำลัง แล้วเป้าหมายคืออัตราทด 8 คุณก็คงยอมรับแค่ประมาณ 7.9~8.2 แบบคร่าวๆ ไม่ได้
    • นี่เป็นปัญหาด้าน kinematics ยิ่งเกียร์แม่น โมเดลก็ยิ่งตรงกับของจริง นั่นจึงเป็นเหตุผลที่ผู้เชี่ยวชาญจะติดมอเตอร์เข้ากับข้อต่อโดยตรงในงานที่ต้องรับแรงกระแทกสูง แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะคำนวณรวมผลของการเปลี่ยนรูป/ความยืดหยุ่นเข้าไปด้วย อย่างน้อยในงาน robotics ที่ฉันเห็นล่าสุดก็เป็นแบบนั้น

    • ตัวเลขเยอะไม่ได้ทำให้แม่นยำขึ้น
      ที่จริงการมีตำแหน่งทศนิยมเยอะขึ้นก็เป็นนิยามของ precision(ความแม่นยำ) ไม่ใช่เหรอ?

    • ส่วนนี้ในวิดีโอทำให้ฉันสับสนนิดหน่อย อาจเป็นเพราะข้อจำกัดของเครื่องมือที่ใช้ก็ได้
  • ขอบคุณที่แชร์วิดีโอที่สนุกและทำได้ดีแบบนี้ เป็นโปรเจ็กต์ที่เพลิดเพลินมากจริงๆ และรู้สึกว่าความสามารถในการอธิบายนั้นยอดเยี่ยมมาก ทักษะการสื่อสารแบบนี้เท่มากจนทำให้ฉันอยากพัฒนาตัวเองให้เก่งขึ้นด้วย