專題報導 2006/10/02

電機系機器人FIRA摘金
鐵足踢 出一片天

文/符人懿 圖/陳振堂

一年一度的「台北國際發明暨技術交易展」,9月初在台北的世貿展覽館展出。今年展覽共有來自美國、日本、匈牙利、韓國、馬來西亞、香港與台灣等發明人或團體參與展出,展出數百件創意無限的作品。但是其中最受媒體矚目的,是本校電機系主任翁慶昌的視覺全自主機器人及人型機器人,國科會主委陳建仁、經濟部部長陳瑞隆參觀的第一站就是我校攤位。這也難怪,電機系機器人名揚國際已久,2003年在FIRA世界盃機器人足球賽奪得冠軍,2004、2005年獲得亞軍,今年再度在德國比賽的FIRA世界盃機器人足球賽中,勇奪視覺全自主(中型)機器人組 ( RoboSot ) 冠軍與人形機器人組(HuroSot)季軍。

中型機器人 為國爭光

這次奪得冠軍的中型機器人賽制是三對三,由電機所博三的隊長李世安與王候禕率領博一鄧宏志、碩二劉智誠與碩一陳冠華、許正忠、葉家瑀和鄭安成。李世安統籌工作進度、電路板設計與設備採購。王候禕規劃機器人的策略行為、基本動作等。鄧宏志設計影像處理系統,辨識球位與計算球與機器人之距離。劉智誠負責馬達測試、控制機器人移動與電路板控制等。

電機系主任翁慶昌解釋說:「它是一個視覺自主的機器人,要讓機器人踢足球,它就要能自己去找球,找到球後它要移到一個適當的位置,再去取角、射門。」李世安說,整台機器人由中央處理器、CCD攝影機、感測器、足部馬達、轉向機構與電池所構成,全部都是研發團隊自行設計組裝,中央處理器可說是機器人的大腦,採用Intel Pentium M 1.6GHz,而在攝影機方面,今年改用CCD全方位攝影機。鄧宏志說,過去機器人採用CMOS攝影機,只能進行2D平面影像辨識,而且視野限制在前方,CCD攝影機則可以進行3D立體影像辨識,且為360度全方位辨識,對球路的掌握比過去優越,也是今年致勝的關鍵之一。

另外,轉向機構也做了改善,李世安說,位於機器人腳底的轉向機構原為兩輪平行配置,像筷子一樣,這一次改為三輪以正三角形三邊排列,在物理學來說,三角形是最穩定的形狀,而三角形的轉向機構可以讓機器人轉向更加靈活方便。動力的來源為電池,採用鋰電池。

各機器人之間的通訊採用WiFi無線網路,在比賽時藉此互相溝通佈陣、分享資訊。除了硬體之外,最重要的就是程式的部分,王候禕表示,機器人的人工智慧部分採用C++語言撰寫,以達到與機器人硬體系統的相容性。

人形機器人首度得名

人形機器人在這次FIRA首次獲得前3名,隊長黃楷翔說,本校人形機器人從2001年開始研究,經歷從零代原型機至至這次得名的第3代,共4代機器人的努力,總算有了收穫。

黃楷翔繼續介紹人形機器人的發展歷程,

第零代原型機只能夠以四肢爬行,無法站立;

第1代開始比照FIRA規範製作,已經可以步行與站立;

第2代起機器人有了手與腳,符合FIRA與RoboCUP的規範,也首度出國比賽,比賽期間從其他國家獲得了許多寶貴的知識及經驗,逐步改進造就了今天第3代人形機器人。

人形機器人共採用26個馬達,馬達愈多行動更靈活,可是也增加設計與控制的難度。人形機器人分為運動與影像處理兩核心,各有其專司的中央處理器;攝影機採用CMOS。組員除了隊長黃楷翔之外,包括楊玉婷、蔡依伶、詹翔閔、黃俊捷、胡越陽6位同學,分別負責運動控制、人機介面、影像處理等項目。

化險為夷 千鈞一髮奪冠

這次的FIRA大賽,電機系參加中型與人形機器人兩項目的比賽,比賽開始前,機器人就必須要進行一連串的測試與調校,以適應球場環境。李世安說,我們幾乎不眠不休為機器人做測試,要瞭解球場的地貌,球門與邊線的位置,調整到最佳狀態。

中型機器人組於7月2日展開最後一天的賽程,先對上奧地利維也納工業大學隊,但奧國因為機器人無法操作因而宣布棄權,淡江隊不費吹灰之力就得到一勝,下一場則是奧國對上中國大陸哈爾濱工業大學隊,哈工大以10比0的懸殊比數輕取奧國,冠軍戰即將上演「台海大戰」。

話說哈工大隊與淡江隊說是「世仇」完全不為過,2003年FIRA冠軍戰淡江隊對上哈工大,2小時正規賽分不出勝負,在PK戰才以3比2一分之差擊敗哈工大抱走冠軍;2004與2005兩屆中型機器人組冠軍同樣上演「台海大戰」,淡江隊都在最後欠缺臨門一腳,屈居亞軍,今年又與哈工大第四度對壘,李世安說:「這次一定要把冠軍搶下來!」。

冠軍賽比賽一開始,方才在場外一切正常的機器人竟然失去了控制,陳冠華說,所有的機器人都開始跳起了華爾滋,完全不管球在哪裡了,彷彿2005兵敗獅城的歷史即將重演,哈工大也乘隙攻得2分,隊長緊急喊出暫停,處理後發現只有一台可以正常運作。王候禕說,我們馬上決定調整進攻方式,讓能夠正常運作的那台主攻,另外兩台則扮演防守的角色,角色調整後果然奏效,很快地比數就扳回2比2平手。

淡江隊以一對三,以寡敵眾的情形之下,竟然成功壓制住哈工大隊的火力,並且趁對方士氣下降時,連續攻進3分,終場就以5比2擊敗宿敵哈工大奪下冠軍。

人形機器人比賽項目較多,除了1對1足球PK賽之外,還有前後競走、行走崎嶇地等4項目,黃楷翔說,行走崎嶇地最有挑戰性,因為相當耗費電力,故必須額外背負電池,電池又增加自身重量,必須在電池續航力與本身重量之間取得平衡,比賽結果出爐,淡江隊在參賽10餘隊中獲得第三名。中型機器人第1名為淡江,第2名為哈工大,第3名為奧國;人形機器人第1名為新加坡大學,第2名為武漢工業大學;第3名為淡江大學。

比賽結束後,正好是FIFA世足賽四強戰開打,其中德國對義大利的比賽就是在FIRA舉辦的場地多特蒙德開打。黃楷翔說,我們在球場外看大螢幕,吃著德國香腸喝著啤酒,與其他德國球迷一起觀戰歡呼,一方面樂著現場看球,另一方面也仔細觀察人類足球員的互動,作為修正機器人的參考,期使2050年能與真人足球員交戰。

96年全臺第一機器人研究所

翁慶昌也隨隊前往德國,他表示,全隊非常認真,犧牲睡眠只為了獲得應有的肯定,這次的結果相當圓滿。

翁慶昌指出,96學年度起將成立臺灣第一所機器人工程研究所,為機器人產業培養設計人才。這是將目前屬於電機所的機器人研究小組拆出來,邀集電機、電子、資訊等科系資源,整合師資並向外爭取研究計畫,培育機器人開發專業人才,目前美國、日本與韓國相繼投入資源開發機器人,估計未來機器人有300億新台幣的產值,政府也計劃將機器人作為重點新興產業。

翁慶昌說,未來機器人可以走向生活化,如清潔機器人、導覽機器人、復健機器人或醫療機器人,而日本也已經研發出有具體人型的機器人,但是問題是價格仍然高昂,如何讓機器人大量生產,降低成本,變得如同今日個人電腦一樣普及是努力目標。

至於RoboCUP聯盟所定出在2050年擊敗FIFA世足冠軍的目標,翁慶昌也認為可行。他指出,從萊特兄弟發明飛機到人類登月花費了50年的時間;從電腦發明到1997年IBM深藍電腦擊敗棋王,大約也是50年,故50年大約是一個科技項目發展到新一世代所花費的時間,故以2000年機器人能夠擊敗真人世界盃冠軍的目標並不為過,並且以未來影像、材料與控制技術的演進,相信這一天很快就會到來,淡大的研究團隊也將朝這一個目標努力。

NO.654 | 更新時間: 2010/09/27 | 點閱: 1143 | 下載:

  • 版權所有:淡江時報社
  • 電話:02-26250584
  • 傳真:02-26214169
  • 建議使用 Chrome 瀏覽器
  • 個資相關問題請洽受理窗口,分機2040
  • 管理者:潘劭愷 / 建置單位:淡江大學資訊處
  • 更新日期:2021/5/11 下午 04:39:36
  • 線上人數:5