ศึกษาระบบนำทางโดรนก่อสร้างด้วยกล้องวัดมุม

ระบบนำทางโดรนก่อสร้างด้วยกล้องวัดมุม: เมื่อกล้องวัดมุม(Theodolite) ขับเคลื่อน “Builder Drones”

          งานวิจัยระดับปริญญาโทของ Nicolas Sorensen และ Rémy Vermeiren (2018) ที่ Université catholique de Louvain (UCL) ได้ริเริ่มแนวคิด “Builder Drones” หรือโดรนก่อสร้าง โดยมุ่งหมายให้โดรนสามารถขนวัสดุ (เช่น “dricks”: bricks ดัดแปลงให้เบา) ไปวางในตำแหน่งที่ต้องการได้อย่างแม่นยำ คล้ายพฤติกรรมของนกที่สร้างรัง การวางอิฐหรือวัสดุอื่นโดยโดรนจำเป็นต้องพึ่งพาระบบระบุตำแหน่งที่น่าเชื่อถือในระดับเซนติเมตร งานวิจัยจึงมุ่งพัฒนา “ระบบนำทางและระบุตำแหน่งอัตโนมัติ (Autonomous Navigation & Positioning System)” สำหรับโดรน ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจจากการใช้กล้องวัดมุม (Theodolite) เพื่อให้การกำหนดตำแหน่งโดรนภาคสนามมีความเที่ยงตรงสูง แม้ในสภาพแวดล้อมที่ GPS หรือเทคโนโลยีอื่นอาจไม่พร้อมใช้งาน

          ทีมนักวิจัยได้ทดลองใช้ กล้อง Total Station (ซึ่งทำหน้าที่คล้าย Theodolite แบบอิเล็กทรอนิกส์) แต่เลือกเจาะลึกในการพัฒนาระบบที่ยัง “ยึดแนวคิดกล้องวัดมุม” เป็นศูนย์กลาง โดยการเชื่อมต่อกล้องเข้ากับคอมพิวเตอร์ผ่านโปรโตคอลสื่อสารอย่าง GeoCOM และเขียนโปรแกรมในภาษา Python เพื่อสั่งให้กล้องค้นหาและติดตามปริซึม 360° บนโดรนได้อัตโนมัติ ข้อมูลมุมและระยะที่กล้องอ่านได้ จะถูกแปลงเป็นพิกัดสามมิติแบบเรียลไทม์ ส่งต่อไปยังระบบควบคุมของโดรน (ALX OS) ซึ่งทำหน้าที่คำนวณเส้นทาง และปรับการเคลื่อนไหวของโดรนให้ตรงกับตำแหน่งที่ออกแบบไว้

กระบวนการพัฒนาระบบดังกล่าวต้องออกแบบทั้งด้านฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์:

ฮาร์ดแวร์: เลือกใช้กล้อง Total Station รุ่นที่สามารถ “ติดตามเป้า (Prism Tracking)” ได้อย่างต่อเนื่อง แม้โดรนจะเคลื่อนที่ไม่หยุด ตัวปริซึม 360° ก็มีน้ำหนักเบาเพื่อไม่ให้เป็นภาระต่อโดรน
ซอฟต์แวร์: สั่งให้กล้องค้นหาและล็อกเป้า, บันทึกค่ามุมและระยะ, ประมวลผลเป็นพิกัด (X, Y, Z) ในภาษา Python และส่งข้อมูลตำแหน่งแบบเรียลไทม์กลับไปยัง ALX OS ซึ่งควบคุมเส้นทางโดรน เมื่อต้องวางอิฐหรือวัสดุ “dricks” ให้ถูกต้องในระดับคลาดเคลื่อนไม่เกิน 5 ซม.

          แม้จะเป็นโครงการวิจัยในระดับทดลอง แต่งานนี้ได้แสดงศักยภาพของ กล้องวัดมุม (หรือ Total Station ระบบติดตามเป้า) ในการเป็น “หอควบคุม” ให้โดรนก่อสร้างแบบอัตโนมัติ ข้อมูลเชิงมุมและระยะที่แม่นยำระดับเซนติเมตรช่วยให้โดรนบินตรงไปที่จุดต้องการและวางวัสดุในตำแหน่งเหมาะสมโดยไม่ต้องใช้ GPS หรือระบบดาวเทียมอื่น ๆ ให้ยุ่งยาก สรุปได้ว่าความคิดริเริ่มนี้อาจเปิดทางที่ช่วยยกระดับประสิทธิภาพในงานก่อสร้างหรือโครงการวิศวกรรมใหญ่ ๆ ได้ในอนาคต

          โดยสรุป งานวิจัยนี้พัฒนาระบบนำทางอัตโนมัติสำหรับ “โดรนก่อสร้าง” โดยอาศัยคุณสมบัติในการวัดมุมและระยะของกล้องวัดมุม (Theodolite หรือ Total Station) ซึ่งเชื่อมต่อกับซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ผ่านโปรโตคอล GeoCOM ตัวโดรนติดตั้งปริซึม 360° ให้กล้องติดตามและส่งค่าตำแหน่งแบบเรียลไทม์ไปยังระบบควบคุมโดรน จึงสามารถนำโดรนไปวางวัสดุได้อย่างมั่นใจในระดับเซนติเมตร แม้ไม่มี GNSS สภาพแวดล้อมยากลำบาก หรือไม่สามารถใช้ระบบอ้างอิงอื่น

แหล่งที่มา: http://hdl.handle.net/2078.1/thesis:14688