การออกแบบยานสำรวจใต้น้ำแบบกึ่งอัตโนมัติ

Abstract

ในปีการศึกษา2547 ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยบูรพา ได้ศึกษา ออกแบบ และสร้างยานต้นแบบสำรวจใต้น้ำอัตโนมัติขึ้น โดยยานต้นแบบทำงานแบบอัตโนมัติ อย่างไรก็ตาม ยานต้นแบบยังมีข้อจำกัดหลายประการคือ มีการรั่วซึมของน้ำ การควบคุมการเคลื่อนที่มีความซับซ้อน ขนาดใหญ่เกินความจำเป็น และมีพลังงานสำรองต่อการใช้งาน 1 ครั้ง เพียง 30 นาที ด้วยเหตุผลดังกล่าว ในปีการศึกษา 2548 จึงได้แนวคิดพัฒนายานสำรวจใต้น้ำขึ้นเพื่อลดข้อจำกัดต่างๆ ที่เกิดขึ้นกับยานต้นแบบ โดยใช้ชื่อโครงงานว่า “ยานสำรวจใต้น้ำแบบกึ่งอัตโนมัติ” การออกแบบเริ่มจากศึกษาจุดเด่น จุดด้อย ของยานต้นแบบ โดยคงไว้ซึ่งจุดเด่นและปรับปรุงจุดด้อยที่มีอยู่ จากนั้นออกแบบโครงสร้างของยานสำรวจ โดยใช้ทฤษฎีท่อความดันผนังบางและทฤษฎีแรงลอยตัว ได้ยานสำรวจที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 11.4 เซนติเมตร ยาว 53.1 เซนติเมตร น้ำหนักประมาณ 6 กิโลกรัม ซึ่งเกินจากขอบเขต เนื่องจากยานสำรวจต้องเพิ่มความยาวตามขนาดของแบตเตอรี่ และใช้ทฤษฎีแรงต้านการเคลื่อนที่ในการออกแบบชุดขับเคลื่อน ยานสำรวจสามารถทำการทดสอบใต้น้ำที่ความลึกสูงสุด 3 เมตร ต่อมาทดสอบการทำงานของยานสำรวจโดยแบ่งเป็น ทดสอบการรั่วซึมของน้ำ ทดสอบการเคลื่อนที่ของยานสำรวจ และทดสอบการทำงานของกล้องวงจรปิด ซึ่งการทดสอบการรั่วของน้ำ พิจารณาที่บริเวณแกนเพลามอเตอร์และบริเวณจุดต่อภายนอกยานสำรวจ พบว่าไม่เกิดปัญหารั่วซึม และการทดสอบการเคลื่อนที่ของยานสำรวจ ได้ทดสอบการเคลื่อนที่เดินหน้า – ถอยหลัง การเคลื่อนที่ขึ้น – ลง ในแนวดิ่ง การเลี้ยวซ้าย – ขวา รอบตัวเอง และรอบชุดขับเคลื่อน จากการทดสอบ ยานสำรวจเคลื่อนที่เดินหน้าและถอยหลังด้วยความเร็วเฉลี่ย 0.17 และ 0.09 เมตรต่อวินาที ตามลำดับ และเกิดการเบี่ยงเบนไปในแกนอ้างอิงเป็นมุมเฉลี่ยเท่ากับ 3.66 และ 5.13 องศา ตามลำดับ ความเร็วในการเลี้ยวซ้ายและขวาแบบหมุนรอบตัวเองเฉลี่ยเท่ากับ 24.39 และ 15.55 องศาต่อวินาที ตามลำดับ แลพความเร็วในการเลี้ยวซ้ายและขวาแบบหมุนรอบชุดขับเคลื่อนเฉลี่ยเท่ากับ 22.04 และ 20.37 องศาต่อวินาที ตามลำดับ ความเร็วในการเคลื่อนที่ขึ้นและลงในแนวดิ่งเฉลี่ยเท่ากับ 0.11 และ 0.13 เมตรต่อวินาที ตามลำดับ การทดสอบการทำงานของกล้องวงจรปิด แบ่งทดสอบในเวลากลางวันและกลางคืน โดยใช้แผ่นไม้ที่เขียนตัวอักษร ขนาด 10 ตารางเซนติเมตร เป็นวัตถุทดสอบ ซึ่งระยะที่สามารถเห็นวัตถุและตัวอักษรได้ชัดเจนที่สุดคือ 0.25 เมตร และระยะที่ไกลที่สุดในเวลากลางคืนที่สามารถเห็นวัตถุได้คือ 0.48 เมตร จากผลการทดสอบแสดงว่ายานสำรวจมีความคลาดเคลื่อนด้านตำแหน่งคือ ขณะหน้าและถอยหลังมีความคลาดเคลื่อน 5.70 และ 4.07 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ และมีความคลาดเคลื่อนด้านความเร็วในการเคลื่อนที่คือ ขณะเดินหน้าและถอยหลังมีความคลาดเคลื่อน 13.33 และ 40.00 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ ขณะเลี้ยวซ้ายและขวารอบตัวเองมีความคลาดเคลื่อน 50.05 และ 68.15 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ ขณะเลี้ยวซ้ายและขวารอบชุดขับเคลื่อนมีความคลาดเคลื่อน 8.70 และ 15.62 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ และขณะเคลื่อนที่ขึ้นและลงในแนวดิ่ง มีความคลาดเคลื่อน 13.33 และ 26.67 เปอร์เซ็นต์ ตามลำดับ ความคลาดเคลื่อนที่เกิดขึ้นในการทดสอบนั้นเป็นผลมาจากสายสัญญาณควบคุม ที่มีขนาดใหญ่ ทำให้ยานสำรวจเคลื่อนที่ไม่เป็นอิสระ รวมทั้งปัจจัยต่างๆ ที่มิได้พิจารณาเช่น การไหลของกระแสน้ำ และประสิทธิภาพของมอเตอร์แต่ละตัวที่ไม่เท่ากัน เป็นต้น เพื่อเป็นการลดความคลาดเคลื่อนดังกล่าว สามารถทำได้โดย พัฒนาการควบคุมเป็นแบบไร้สาย และติดตั้งตัวตรวจรู้เพื่อควบคุมตำแหน่งของยานสำรวจต่อไป