Robotic Car Charger ตัวนี้ทำอะไร?

เป้าหมายของ Project คือให้ Robot เคลื่อนจากตำแหน่ง Home ในโรงรถ ไปยัง Tesla Model 3 จัดแนวตัวเองกับ Charge Port เสียบหัวชาร์จ และถอดออกเมื่อเสร็จ ก่อนกลับไปจอดที่ผนัง

แนวคิดการออกแบบเน้นให้ตัว Robot ไม่ยื่นออกมาจากรถมากเกินไปขณะชาร์จ โดยสายชาร์จลงไปตามแนวพื้น แทนการมีฐานหรือแขนขนาดใหญ่กินพื้นที่ในโรงรถ

หัวใจของระบบคือ Raspberry Pi 5 + ESP32-C3

README ของผู้สร้างระบุว่า Raspberry Pi 5 รุ่น RAM 8GB เป็น Main Computer ของระบบ และมี ESP32-C3 อยู่บน Custom Pi HAT

Pi HAT ตัวนี้ยังรับไฟ 12V และเชื่อม Power ไปยัง Module ต่าง ๆ ของ Robot ตาม Architecture ของผู้สร้าง

Mecanum Wheels + LiDAR พา Robot เข้าใกล้รถ

Robot ใช้ Mecanum Wheels จำนวน 4 ล้อ เพื่อให้สามารถเคลื่อนและ Strafing สำหรับการจัดแนวในพื้นที่โรงรถได้

ผู้สร้างไม่ได้ใช้ SLAM แต่ใช้ Pre-programmed Movement ผสมกับ LiDAR Reading เพื่อพา Robot เข้าไปยังตำแหน่งโดยประมาณ

เข้าใกล้แล้วค่อยใช้ Camera + ChARuco จัดแนวละเอียด

เมื่อ Robot เข้าใกล้รถแล้ว ระบบจะเปลี่ยนมาใช้กล้อง 1080p สำหรับ Final Alignment กับ ChARuco Board ที่ติดอยู่ใต้บริเวณ Charge Port

การ Align ต้องการ Pose ทั้งตำแหน่งและมุม ได้แก่ x, y, z, roll, pitch และ yaw เพื่อให้หัวชาร์จตั้งฉากกับ Charge Port ได้เหมาะสมก่อนดันเข้าไป

ทำไมเปลี่ยนจาก AprilTag มาใช้ ChARuco?

ผู้สร้างระบุว่า ตอนใช้ AprilTag เดี่ยว Pose Uncertainty มากเกินไป จนส่งผลต่อ Alignment

เมื่อเปลี่ยนมาใช้ ChARuco Board ผู้สร้างพบว่า Tracking มีความเสถียรมากขึ้นสำหรับงานนี้

LED มีหน้าที่ใน Vision Pipeline ด้วย

README ระบุว่า Camera PCB มี NeoPixels ด้านหน้า 8 ดวง และด้านหลัง 2 ดวง

Software ใช้ Closed-loop Logic ปรับความสว่างของ LED จน Frame Brightness อยู่ในระดับที่เหมาะกับ การตรวจ Marker

ปัญหาจริงคือ Robot เบาเกินไปสำหรับแรงเสียบหัวชาร์จ

เมื่อ Gear Assembly ดันหัวชาร์จไปด้านหน้า แรงปฏิกิริยาสามารถผลัก Robot ให้ถอยหลังได้ โดยเฉพาะเมื่อออกแบบ Robot ให้เตี้ยและน้ำหนักไม่มาก

วิธีแก้ของ Project คือใช้ Suction Cups สองตัว ยึด Robot กับพื้นที่รอบ Charge Port เพื่อให้ตัวรถกลายเป็นจุดรับแรง ขณะ Mechanism ดัน Connector เข้าไป

Current Sensor ช่วยรู้ว่า Vacuum ติดหรือยัง

ผู้สร้างระบุว่า เมื่อ Vacuum เกิดอย่างเหมาะสม Current ของ Motor จะเปลี่ยนไป จึงใช้ข้อมูลนี้เป็นอีกสัญญาณหนึ่ง ในการตรวจว่า Alignment และการยึดด้วย Suction Cup สำเร็จหรือไม่

Robot เปิด Charge Port ผ่าน API ก่อนเข้าไปเสียบ

README ระบุว่าผู้สร้างเคยลองทำงานตรงกับ Tesla Fleet API แต่ Current Implementation เปลี่ยนมาใช้ Tessie API

Robot ใช้ API สำหรับคำสั่งและสถานะที่เกี่ยวข้อง เช่นการเปิด Charge Port และการตรวจสถานะรถก่อนเริ่มขั้นตอนอัตโนมัติ

เงื่อนไขระดับ Workflow ที่ README ระบุ

• LiDAR ตรวจพบสิ่งที่อยู่ใน Range
• ตรวจว่ารถเคยออกจาก Geofence แล้วกลับมา
• รถอยู่ในตำแหน่งบ้าน/จุดชาร์จ
• Charging State เป็น Disconnected
• Shift State อยู่ใน Park

ตัวอย่าง Code: ตรวจว่ารถพร้อมให้ Robot เข้าไปชาร์จหรือยัง

Snippet ด้านล่างมาจาก api/tesla_control.py ใน Official GitHub และไม่มี API Token, VIN หรือ Credential จริงอยู่ในตัวอย่าง

def car_ready_to_be_charged(self) -> bool:
    car_state = self.get_charging_related_data()
    if (car_state is not None):
        self.logger.debug(f"car_state: {car_state}")
        return (car_state["charge_state"] == "Disconnected" and
                car_state["is_at_charger"] and
                car_state["shift_state"] == 'P')
    else:
        self.logger.warning("car_state is None")
        return False

Mechanical CAD และ Custom PCB ก็เปิดให้ดู

ผู้สร้างเปิด Onshape CAD สำหรับดู Mechanical Assembly ของ Robot ซึ่งเหมาะกับคนที่ต้องการศึกษาว่า การวาง Wheel, Elevator, Camera และ Connector Mechanism ถูกจัดใน Chassis อย่างไร

Custom PCB

ดู Robotic Car Charger ทำงานจริง

Reference Projects ที่ผู้สร้างลิงก์ไว้ใน README

วิดีโอด้านล่างเป็นโปรเจกต์ก่อนหน้า ที่ผู้สร้างรวบรวมไว้เป็น Reference ไม่ใช่วิดีโอของ Robot ตัวนี้โดยตรง

Source Code, CAD และ Downloads ที่เกี่ยวข้อง

Safety และ Security ที่ควรแยกจากความสนุกของ Project

FAQ คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ Robotic Car Charger

สรุป: จุดเด่นไม่ได้อยู่แค่ Vision แต่อยู่ที่การแก้ปัญหาแรง

Robotic Car Charger โปรเจกต์นี้ รวมหลายศาสตร์เข้าด้วยกัน ทั้ง Robotics, Computer Vision, Mechanical Design, Vehicle API และ Embedded Electronics

Mecanum Wheels กับ LiDAR ช่วยให้ Robot เข้าใกล้รถ จากนั้น 1080p Camera และ ChARuco รับช่วงต่อเพื่อจัด Pose ก่อนเสียบหัวชาร์จ

แต่ Engineering Detail ที่ทำให้ Project นี้น่าสนใจจริง ๆ คือ Suction Cups เพราะมันแก้ปัญหาพื้นฐานว่า Robot ที่ตั้งใจทำให้เล็กและเบา จะหา Reaction Force จากที่ไหน เมื่อต้องดัน Connector เข้า Charge Port

สำหรับ Maker จุดที่ศึกษาได้ต่อมีตั้งแต่ Vision Tracking, LiDAR, Mecanum Control, ESP32, Raspberry Pi, API Integration ไปจนถึง Mechanical CAD โดย Source Code และ CAD ถูกเปิดให้ศึกษาใน GitHub และ Onshape แล้ว

References / แหล่งข้อมูลต้นฉบับ

• Robotic Car Charger Locks On With Suction - Hackaday
• Mew463 / roboticcarcharger - GitHub
• Tesla Robotic Car Charger - Main Video
• OpenCV ChArUco Detection Documentation
• Robotic Car Charger Mechanical CAD - Onshape