สรรสร้างหุ่นนักกวาดอัจฉริยะโดยใช้คณิตศาสตร์ประยุกต์

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ศรัณย์ภัทร ยาใจ, ชยานันท์ โชติปฎิเวชกุล

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

สิริรัตน์ กันธิยะ

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนพิริยาลัยจังหวัดแพร่

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2561

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

บทคัดย่อ

ปัจจุบันนี้ปัญหาที่พบกันมากนั่นคือ การมีเวลาว่างที่จำกัด ส่งผลให้เวลาในการดูแลความสะอาดพื้นบ้านมีน้อยลง จึงจำเป็นต้องหาวิธีการทำความสะอาดรูปแบบต่าง ๆ เพื่อเป็นการประหยัดเวลา คณะผู้จัดทำจึงคิดค้นประดิษฐ์หุ่นนักกวาดอัจฉริยะ โดยศึกษาการออกแบบโครงสร้างของหุ่นยนต์และนำชิ้นส่วนบล็อกของ LEGO Mindstorms EV3 ที่มีให้ในกล่องมาประกอบตามแบบที่ได้ออกแบบไว้ โดยประยุกต์ใช้ความรู้และหลักการทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับกราฟเส้นตรง อัตราส่วนและสัดส่วน การแปลงทางเรขาคณิต การวัดพื้นที่ อัตราส่วนตรีโกณมิติ และค่าเฉลี่ยเลขคณิตถ่วงน้ำหนัก รวมทั้งการบูรณาการความรู้ทางด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยีและวิศวกรรมศาสตร์โดยเชื่อมโยงการเรียนรู้สู่การแก้ปัญหาจริงในโลกรอบตัว ซึ่งเป็นการเรียนรู้ตามแนวคิดสะเต็มศึกษา (STEM Education) ทำให้ได้หุ่นยนต์ที่มีประสิทธิภาพสามารถควบคุมอัตราเร็วและรูปแบบในการเคลื่อนที่ได้ด้วยการสร้างคำสั่งควบคุม สำหรับในการเคลื่อนที่แนวเส้นตรงของหุ่นนักกวาดอัจฉริยะนั้น หากใช้โปรแกรมเพื่อสร้างคำสั่งในการควบคุมการเคลื่อนที่โดยยิ่งใช้กำลังความแรงมากขึ้น จะทำให้อัตราเร็วในการเคลื่อนที่สูงขึ้น ซึ่งอัตราเร็วเฉลี่ยในการเคลื่อนที่แนวเส้นตรงแปรผันตรงกับกำลังความแรงของหุ่นนักกวาดอัจฉริยะ สำหรับการศึกษาความแม่นยำในการปัดวัตถุเข้าช่องเก็บด้านล่างตัวสมองกล EV3 brick พบว่า หุ่นยนต์สามารถปัดวัตถุที่ใช้ทดสอบซึ่งวางอยู่ในแนวเดียวกับการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์ได้แม่นยำ 100 % โดยกำลังความแรงของล้อหมุนหรือแกนปัดไม่ส่งผลใด ๆ ส่วนรัศมีของวงล้อนั้นมีความสัมพันธ์กับระดับความสูงของแกนปัดวัตถุ และระยะห่างระหว่างแกนปัดวัตถุกับล้อหมุนของหุ่นนักกวาดอัจฉริยะ พบว่า อัตราเร็วในการเคลื่อนที่แนวเส้นตรงแปรผันตรงกับรัศมีของวงล้อของหุ่นนักกวาดอัจฉริยะ

นอกจากนี้ ยังได้สืบเสาะหารูปแบบการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์เมื่อติดตั้งระบบเซนเซอร์วัดระยะทาง (Ultrasonic Sensor) เมื่อวัดระยะห่างของสิ่งกีดขวางแล้วหมุนล้อตามมุมองศาที่สร้างคำสั่งควบคุมไว้ตามที่ออกแบบและนำไปศึกษารูปแบบการเคลื่อนที่ในเวลา 30 วินาที โดยใช้คำสั่งโปรแกรมเพื่อให้หุ่นยนต์เคลื่อนที่แบบต่าง ๆ ตามต้องการทั้งหมด 3 แบบ นำไปทดลองโดยปล่อยจากจุดเริ่มต้นและจับเวลา 30 วินาที ซึ่งพบว่า เมื่อนำหุ่นนักกวาดอัจฉริยะไปทดลองทำความสะอาดพื้นแล้วสามารถเคลื่อนที่ได้พื้นที่สอดคล้องกับการคำนวณหาพื้นที่ด้วยแบบจำลองการเคลื่อนที่ของหุ่นยนต์โดยการใช้โปรแกรม GSP 4.06