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【科學新聞】居家服務的機器人:宅機器人與WALBOT

Written By: admin on 四月 7, 2011 17 Comments
居家服務的智慧型機器人有針對娛樂功能設計,如閱報與溝通能力;也有針對特定病人設計,如協助行動不便者行走並前往欲達到之目的地。
文/游雅麟、楊嘉慧
審稿/台灣大學電機系教授 傅立成、交通大學電控工程研究所教授 宋開泰

隨著台灣步入高齡化社會,未來居家服務智慧型機器人的需求將與日俱增。居家服務的機器人多半具有室內導航、閃避障礙物等基本功能,可以在室內任意走動,再附加設計其他功能。台灣大學電機系教授傅立成帶領學生開發的「宅」機器人,即是一款居家服務的智慧型機器人,主要功能包含感知環境是否有人、與家庭成員互動,如即時播報天氣、新聞、播放音樂與電影等。「宅」機器人並在經濟部工業局主辦的「98 年智慧居家服務型機器人產品創意競賽-夢想實現組」中,被評為第一名。兩種自我定位法?「宅」機器人的名字為 Julia,外觀是採用白色為主、紅色為輔,並搭配中國風的圖騰來點綴。它是以雷射測距儀避障及做自我定位。定位方法是先在室內走一遍,利用雷射測距儀掃描環境資訊,同時建立地圖;之後要做位置判別時,只要再利用雷射測距儀分析當前環境,即可判斷出自己的位置(詳見科學 Easy Learn 網路版〈娛樂兼導覽功能的花博機器人──香草寶貝與粉紅哈妮 http://sa.ylib.com/saeasylearn/saeasylearnshow.asp?FDocNo=1696&CL=89)。

Julia以中國風的圖騰點綴,造型十分特別。它可做簡單表情,並且轉動頭部。(影像來源:台灣大學電機系)


Julia 還可用影像偵測定位,就是從不同角度拍攝到的環境畫面,分析出特徵值,如客廳會有電視、沙發等物體。往後若要做位置判別,只要從擷取到的畫面解讀出當前環境的特徵,即可辨識機器人的所在位置,另外也可進行空間路徑規劃,引導使用者前往想去的地方。?

辨識及追蹤週遭中的人?

「宅」機器人具有環境感知能力,可辨識環境中是否有人存在。由於人腿的彎曲弧度及寬度有一定的模式,可利用雷射測距儀量到的結果,算出是否有人出現。例如雷射測距儀測量障礙物時,會水平打出近 600 道光束,若前方的障礙物是人,約會有連續 5 道光束落在人的單隻小腿上,這 5 道光束測出來的距離不同,可據此算出障礙物的弧度,判別是否為人腿。當人在走動中,機器人也能比對前一單位時間測得的資料,判別人(障礙物)是否在移動,而追蹤此人行走的方向,直到此人離開機器人可偵測的範圍。?

此外,Julia 還內建一套人臉偵測軟體,偵測方法是將攝影機拍到的影像畫面轉成灰階,利用擷取出的特徵值,判斷是否為人臉。像人臉為近似橢圓形,而且眼睛部位的黑點比額頭多,嘴巴掃到的黑點也比鼻子多等(「宅」目前只能辨識左右傾角加起來不超過 30 度的正臉)。最後,從取得的各種特徵值,綜合判斷畫面中是否出現人臉。一旦辨識出人臉,Julia 就可以轉動身上的頭,做人臉追蹤,讓攝影鏡頭對準使用者。?

與Julia互動?

使用者也能與 Julia 進行簡單溝通,如說:「Julia,請到客廳來,謝謝!」Julia 會先從內建的語音模組判斷哪些是贅詞(請、來、謝謝),哪些是它要執行任務的關鍵詞(到客廳),並回答:「好,我過去。」使用者也可以請它上網抓今天的氣象資料或新聞訊息(目前是內建進入中央氣象局網站查各地天氣,及連結到奇摩新聞查最新 10 則新聞),並唸給使用者聽。例如 Julia 會問使用者要查哪個地方的天氣,若回答:「台中。」Julia 會立刻回報台中的氣溫及天候狀況。再如想知道今天的新聞,Julia 會先上網找到最新的 10 則新聞標題並唸出來,假設使用者聽完後對它說:「請念第三則。」Julia 便會唸出完整的第三則新聞。?

Julia 還會做簡單的臉部表情,如讀新聞時,嘴巴會動,而其他時間則呈現笑臉,未來,研究者希望針對不同情境做出喜怒哀樂的表情。?

「宅」機器人Julia讀新聞。(影像來源:台灣大學電機系)
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行走輔助機器人WALBOT?


居家服務智慧型機器人除了提供使用者想知道的訊息或做簡單溝通外,也能經由與機器人接觸,協助行動不便者在家移動。交通大學電控工程研究所教授宋開泰帶領學生設計的 Walbot,就是一款能協助中風者、盲人、老人家等使用者前進、後退、轉彎的行走輔助機器人。研究團隊設計的 Walbot 並在經濟部工業局主辦的「98 年智慧居家服務型機器人產品創意競賽-夢想實現組」中,獲得第二名。

Walbot的正面與側面圖,使用者可扶著胸前的白色把手,與機器人一同前進、後退、轉彎。(影像來源:楊嘉慧)


估測外力的訣竅?

Walbot 的操作方法非常簡單,使用者只需扶著機器人身上的扶手,輕輕地推往要去的方向,Walbot 就能依照施力的方位移動。Walbot 下面有四個輪子,輪子一端接有馬達及電流估測板。當使用者推動 Walbot,機器人經由四個輪子馬達轉速及電流的變化,估測出使用者推力方向及大小,從中推算出使用者是否要前進、後退或轉彎,之後再透過馬達輸出力量協助使用者移動。?

Walbot 與多數智慧型服務機器人一樣裝有雷射測距儀以避障,並且能自動轉向到無障礙物的方向,讓行走時通行無阻。此外,Walbot 可以自行做路徑規劃,但要事先輸入環境資訊,如可以走動的範圍及固定家具之位置等。之後還要搭配 Walbot 馬達內安裝的可記錄馬達旋轉資訊的軸編碼器,計算機器人移動的距離及方向,推估機器人所在位置。如此一來,使用者就能在觸控螢幕點選目的地,請 Walbot 引導前進。?

延伸閱讀
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〈讓機器人猜拳〉,柏宜金撰文,《科學人》2006年10月
http://sa.ylib.com/news/newsshow.asp?FDocNo=912&CL=63

〈越像真人越詭異〉,斯蒂克斯撰文,《科學人》2009年1月
http://sa.ylib.com/news/newsshow.asp?FDocNo=1319&CL=63

《機器人零件配備完全手冊 2010》,慕客館日文書

來源:

http://sa.ylib.com/saeasylearn/saeasylearnshow.asp?FDocNo=1722&CL=89
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