RESEARCH


本實驗室目前分為三大組別,輪型機器人、人形機器人、工業機械手臂機器人三大組別。

銘傳大學機器人研究中心總體概述影片



輪型機器人
  • 足球
FIRA(下稱FIRA中型組)中型足球機器人比賽按照慣例每年舉辦一次,競賽中要求機器人須能自主性移動,辨識場中之球與球門,達成競賽之目標。因此,本研究之機器人硬體如圖1所示,將使用四組直流馬達搭配四組全方位輪,構成全方位運動平台,通過筆記型電腦運算所得之策略分析結果,利用Arduino-MEGA數位控制電路與MAXON-ESCON Module 50/5驅動電路,達到硬體控制之目的。
 
圖 機器人外觀、處理流程

FIRA比賽場地圖如圖3所示,由綠色地毯與白色邊界所圍成之750 cm x 550 cm大小之矩形,球門分別為黃色與藍色,因此很多參賽隊伍透過預先設定的影像色彩模型來進行定位。在定位演算法中,很多參賽隊伍單單依靠球門定位,如三角定位法,雙圓定位法,此法較易因球門被遮蔽而導致定位失敗。即使雙方球門明顯,其依賴球門的定位方法還存在許多定位盲點,例如三角定位法在角球區域的精確度很低,在實際比賽中成了參賽隊伍的軟肋。
 
圖 FIRA中型足球競賽場地圖

全方位移動新底盤測試

輪型足球機器人概述影片


  • 籃球
台灣玉山機器人協會為激勵國內機器人相關經驗交流與技術發展,於 2010年2月舉辦了第一屆2010 國際機器人實作競賽,該比賽進行至今已第五年,參加隊伍包含台灣、日本、大陸及新加坡等各地隊伍,已變成一國際間之重要賽事,本專題研究以參加 2014 IRHOCS 國際籃球機器人競賽為目標,著手實做出 一台能夠符合參賽標準並能夠與場上各個參賽隊伍較勁的籃球機器人。
   IRHOCS國際籃球機器人競賽分為六個回合,場地圖如圖1所示、賽事分為三大主軸:傳球、避障及投籃,第一、二回合考驗項目為自行取球並傳球給投球員,三、四回合為避障後取球並傳球給投球員,五、六回合為機器人自行取球投籃。
 
圖 籃球場地圖、輪型籃球機器人

本實驗室設計出一輪型籃球機器人,並完成IRHOCS 籃球賽中的各項任務,包含物件辨識、傳球、避障及自主投球,設計出之籃球機器人包含以下
硬體:
(1) 運算主機: 用於進行運算及下達控制命令。
(2) 攝影機:用於場地及物件辨識。
(3) 雷射測距儀:用於測量周邊物件之位置及避障功能之運用。
(4) 移動平台:包含驅動器和馬達,作為行進移動之用。
(5) 拾球與投球機構:拾球機構將球拿起,並藉由投球機構將球投出。
軟體:
(1) 物件辨識系統:利用攝影機辨識籃球、投球員及籃框位置等定位點 
(2) 動態避障策略:搭配雷射測距儀實做出Khatib所提出的人工勢場法。
(3) 投球演算法:參考斜拋運動並加入氣動彈射的參數、算出的速度、力道、軌跡並搭配投球機構將球投出。



人型機器人

本研究使用DARwIn-OP (Dynamic Anthropomorphic Robot with Intelligence - Open Platform) [2]作為研究硬體平台,它包含20顆馬達,故有20的自由度,馬達之起始位置如圖二之紅色箭頭。DARwIn-OP的作業系統為Linux,可透過C++程式撰寫,進行影像處理與機器人動作等功能。
圖 DARwIn-OP之外觀與馬達自由度

FIRA 2014 HuroCup競賽中之避障競賽(obstacle run)與負重登階(lift and carry)為主要議題。
  • 負重登階(lift and carry)競賽項目採用了邊緣不規則形狀的曲面階梯,對於機器人在爬上階梯時必須判斷出適當的位置,避開曲面程度過大的地方才能安全登上階梯,是整合機器人視覺與平衡動作之一大研究。
  • 避障競賽(obstacle run)中有著不規則散落的障礙物,必須運用視覺處理與避障系統的配合才能夠不偏離跑道並且以最快的速度走到終點。
圖 負重登階、避障競賽

人形機器人馬來西亞比賽影片




工業機械手臂機器人
機械手臂(robotic arm)是具有模仿人類手臂功能並可完成各種作業的自動控制設備,這種機器人系統有多關節連結並節允許在平面或三度空間進行運動或使用線性位移移動。
構造上由機械主體、控制器、伺服機構和感應器所組成,並由程式根據作業需求設定其一定的指定動作。機器人的運作由數個馬達驅動移動一隻手臂,張開或關閉一個夾子的動作,並精確的回饋至控制器,以模擬「腕部以及手部」的動作並達成指令下達者的要求,設定完成後就能反覆完成要求。

工業機械手臂機器人