Robo ReMI : Resistance Music Instrument

· Objectives

1. เพื่อศึกษาและเรียนรู้หลักการทำงานระบบอัตโนมัติที่ตอบสนองระหว่างหุ่นยนต์กับเครื่องดนตรี
2. เพื่อออกแบบระบบหุ่นยนต์เล่นเครื่องดนตรีเรมิแบบอัตโนมัติ
3. เพื่อนำหุ่นยนต์เล่นดนตรีเรมิ อามูไปใช้งานจริง

· Design

o System Overview

ภาพรวมการทำงานของระบบ ซึ่งระบบนี้จะเป็นเป็นส่วนหลัก ได้ 2 ส่วนคือ Robot และ Instrument ดังที่จะแสดงในภาพด้านล่างนี้ โดย
ในส่วนของ Robot จะทำหน้าที่ในการเล่นดนตรีตามการสั่งงานของระบบคอมพิวเตอร์ที่ส่งมา และภายในตัว Robot จะมีชุดควบคุม เพื่อสั่งงานให้ Motor ต่าง ๆ เล่นเพลงไปตามจังหวะดนตรีที่ถูกส่งเข้ามา
และในสวนของ Instrument ซึ่งเปรียนเสมือนเครื่องดนตรี ซึ่งทำหน้าที่ส่งเสียงเพลงตามโน๊ต และจังหวะดนตรีตาม Robot ซึ่งส่วนประกอบของ Instrument นี้จะมี Sensor ต่าง ๆ เพื่อรับค่า input ของตัว Robot แล้วทำการแปลงค่าไปเป็นโน๊ต และระดับเสียงต่าง ๆ ออกมาเป็นเสียงดนตรี

รูปที่ 1 ภาพรวมของระบบ

o Mechanics

      

ในด้าน Mechanics จะมีทั้งหมด 3 ส่วน โดยมีเครื่องดนตรี และแขนกลอีก 2 ชิ้น ดังรูป


รูปที่  แสดงส่วนต่างๆด้าน Mechanics
เครื่องดนตรี
ในส่วนของเครื่องดนตรีจะเล่นได้ทั้งคนและหุ่นยนต์ มีการทำงานโดยใช้เซนเซอร์ 3 ตัว ในรูปแบบ Force sensor, Distance sensor และ Potentiometer
โดย Force sensor เป็นการกดเพื่อส่งความดังของเสียงดนตรีขึ้นมา และ Distance sensor เป็นส่วนของการให้เสี่ยงของตัวโน๊ต สุดท้ายคือ Potentiometer มีหน้าที่ในการปรับความสูงต่ำของเสียง
รูปที่  แสดงภาพเครื่องดนตรี
แขนกล 2 DOF
การทำงานของแขนกล 2 DOF เป็นการกด Force sensor ร่วมกับหมุน Potentiometer ในแขนกลเดียวกัน โดยใช้มอเตอร์ 2 ตัวในการควมคุม การหมุนและการกด ส่วนของการหมุนจะใช้มอเตอร์ต่อในแนวแกนตั้งฉากส่งแรงบิดผ่านทั้งแขนกล แต่ในส่วนของการกด จะใช้มอเตอร์กดในลักษณะเพลาลูกเบี้ยว โดยใช้สปริงตัวเดียวกับที่ติดในเครื่องดนตรี 


รูปที่  แสดงภาพของแขนกล 2 DOF
แขนกล 1 DOF
แขนกล 1 DOF จะใช้ Linear guide ในการกำหนดการเคลื่อนที่ และใช้ เฟืองสะพานติดกับมอเตอร์ในการเคลื่อนที่ เพื่อที่จะกำหนดให้เกิดเสียงตัวโน๊ตต่างๆ

รูปที่  แสดงภาพของแขนกล 1 DOF

o Electronics

ในส่วนของตัว Robot สามารถแสดงแผงผังการการทำงานได้ ดังรูป

รูปที่ 2 แสดงตำแหน่งการเชื่อมต่อระหว่างแผงควมคุมกับอุปกรณ์ต่างๆ ของ ReMI Robot

สำหรับตัว Instrument  สามารถแสดงแผงผังการการทำงานได้ ดังรูป

รูปที่ 3 แสดงตำแหน่งการเชื่อมต่อระหว่างแผงควมคุมกับอุปกรณ์ต่างๆ ของ ReMI Instrument

และได้กำหนด Pin ต่างๆที่ใช้ในการเชื่อมต่อระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ต่าง ซึ่งมีการใช้งานดังรูป 

รูปที่ 4 แสดงตำแหน่ง Pin ที่ใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ

o Programming

ส่วนเครื่องดนตรี

ในส่วนของเครื่องดนตรีจะแบ่งเป็น 2 รูปแบบการเล่นคือ

     1.รูปแบบสำหรับมนุษย์ รูปแบบนี้เครื่องดนตรีจะทำงานคล้ายเปียโน

คือกดแล้วจะมีเสียง และปรับความดังหรือเบาเสียงจากปุ่มเพิ่มความดังหรือเบา(force sensor) และห้องเสียงจากปุ่มปรับห้องเสียง(potensiometer)

     2.รูปแบบสำหรับหุ่นยนต์ รูปแบบนี้เนื่องจากแขนของหุ่นยนต์จะต้องอยู่บนแป้น melody ตลอดเวลาดังนั้นจะต้องใช้ปุ่มควบคุมความดัหรือเบาของเสียงเพื่อการสั่งปิดหรือเปิดเสียง

ส่วนของหุ่นยนต์

High Level

- อ่าน MIDI และควบคุมหุ่นยนต์
- ReMI ส่วนของเครื่องดนตรี
- Rebo ReMI หุ่นยนต์เล่นดนตรี

 

· Implementation

o Mechanics

ภายในของเครื่องดนตรีจะเก็บอุปกรณ์ทั้งหมด เพื่อให้สะดวกแก่การเคลื่อนย้าย และสามารถถอดหุ่นยนต์เพื่อที่คนจะใช้เล่นได้ ซึ่งสามารถเก็บหุ่นยนต์เข้าในเครื่องดนตรีได้อีกด้วย ดังรูปที่

รูปที่  แสดงให้เห็นที่เก็บของด้านหลัง

การออกแบบเครื่องดนตรีให้มี 2 ประตูโดยประตูบานเล็กเอาไว้เก็บหุ่นยนต์ทั้ง 2 ตัว และประตูบานใหญ่เอาไว้เปิดเพื่อแก้ระบบวงจรภายในดังรูปที่

รูปที่  แสดงถึงการแยกเปิดประตูได้

แขนกลที่มี 2 DOF เป็นการทำงานจากมเตอร์ 2 ตัว โดยตัวบนจะใช้ในการหมุนตัวต้านทานปรับค่าได้ และตัวล่างจะใช้ในการกดปุ่มให้เกิดแรงในการกดเซนเซอร์ดังรูป

รูปที่  แขนกล 2 DOF

แขนกล 1 DOF ทำงานโดยใช้มอเตอร์ในการขับผ่านเฟืองสะพานเพื่อการสร้างแรงในการเคลื่อนที่ในแนวเส้นตรง และมีการบังคับให้เคลื่อนที่ได้นิ่งมากขึ้นโดยการใส่ Linear guide ดังรูปที่

รูปที่  แขนกล 1 DOF

o Electronics

แผงวงจรควบคุมหลัก ARDUINO UNO

o Programming

MIDI Player

Calibrate

Serial Connection

Parameter Setting

Manual Control

· Video of Operation

· Problem & Solution Procedures

1) ปัญหา : ได้จัดซื้อตัวตัวทานปรับค่าได้ตามการ Slide(SoftPot Potentiometer) มาผิด spec โดยได้ซื้อ Force Sensing Sensor และ Strip มา ทำให้ใช้งานไม่ได้

   วิธีแก้ไข : ได้ขอยืมจาก Lab SAMeD มาใช้ชั่วคราวก่อน

2) ปัญหา :  Motor สำหรับเล่นตัว Note ที่ซ์้อมาใช้งานได้สักพักสายสัญญาณ Encoder ผิดปกติ ตรวจสอบพบว่าสายสัญญาณขาดที่ขั้วต่อ

   วิธีแก้ไข : ต้องทำการถอด case ตัว Encoder ของ Motor ออกมา บัดกรีสายใหม่เข้าไปแทนสายสัญญาณเดิม

3) ปัญหา : การเคลื่อนที่แบบเส้นตรงมีการติดขัด ขยับยาก 

   วิธีแก้ไข : ใช้ Linear guide ในการเคลื่อนที่แบบเส้นตรงทั้งหมด

4) ปัญหา : สปริงมีความแข็งเกินไปทำให้มอเตอร์ไม่สามารถกดแขนกลได้

   วิธีแก้ไข : ลดจำนวนสปริงที่ไม่จำเป็นลง เปลี่ยนเฟืองให้กำลังเพิ่มขึ้น

· Conclusion & Comment

1) ยังขาดเรื่องควาสวยงาม
2) เครื่องดนตรีขาดเสียงที่มีความเฉพาะตัวจึงไม่โดดเด่นเรื่องของเสียงดนตรีถึงแม้ว่าจะเล่นเสียงได้หลายเครื่องดนตรีก็ตาม
3) เครื่องดนตรีนี้สามารถเล่นได้ทีละโน๊ต จึงไม่สามารถส่งเสียงที่ทรับซ้อนได้

· Presentation Video

· Team Member

   1.

นาย ณัฐพงษ์ รอดเมือง 55340700002

มีหน้าที่ในการทำส่วนของ Hi Level ซึ่งเป็นโปรแกรมส่งคำสั่งดัวย RS232 เพื่อสั่งให้ SMU Player เล่นดนตรี, และในส่วนของ Low level ได้เขียนโปรแกรมสำหรับชุด ReMI Player ซึ่งเป็นตัว Robot สำหรับเล่นตัว ReMI Instrument ต่าง ๆ

   2. 

นาย ทรงวุฒิ สายทอง  55340700004

มีหน้าที่ในการทำส่วนของการออกแบบวงจร Electronics ต่างๆ รวมถึงการสร้าง Board เพื่อการ Interface กับส่วนของ Board วงจรควบคุม (Arduino UNO) ทั้งสองชุด(ReMI Player and Instrument)

   3.

นายธีระพงษ์ ธนเดโชพล 55340700008

มีหน้าที่เขียนโปรแกรมในส่วนของ Low level สำหรับชุด ReMI Instrument ซึ่งเป็นตัวรับค่า Sensor ต่าง ๆ และส่งคำสั่งไปยัง MIDI Sound Generator ให้เล่นเสียงดนตรีตาม จังหวะ Note ของตัว ReMI Player หรือ ผู้เล่นดนตรี

   4.

นายสิทธิกร จองเฉลิมชัย 55340700011

มีหน้าที่ออกแบบและสร้างในส่วนของหุ่นยนต์ และกลไกต่าง ๆ รวมถึงส่วนโครงสร้างทางกายภาพทั้งหมดของโครงงานชิ้นนี้