2009年8月25日 星期二

我們的第一個金矽獎─莊淳富(電機博四)、劉欣宇(電機博三)


今年第九屆旺宏金矽獎,毫無意外地,常勝軍─由王文俊教授所帶領的王家班以及徐國鎧/李柏磊教授團隊,再度拿下了獎項。對於三位教授而言,拿下沈甸甸的獎座,稀鬆平常,然而,對於莊淳富與劉欣宇來說,此次不再隱身於學弟團隊背後,首次參賽便獲得大獎,是意外中的事,卻也不是太訝異。
(左為劉欣宇,右為莊淳富,於頒獎現場與王文俊教授及跟隨機器人合影)

研究室的倫理是這樣,老師不在實驗室時,博士生是碩士生的小老師,負責幫忙解惑、看進度。雖然參加校外競賽多是由碩士生組隊,但背後都有高人,也就是直屬博士生的協助。而王家班採取學長帶學弟的制度,是在碩士生入學時,除了研究方向與博士學長近似者之外,其他人就由老師指派學長,而學長平日就負責帶領學弟。因此這次參加金矽獎的作品,分別由二人的直屬學弟設計製作,因此掛名本就理所當然。


跟隨我,到幾樓?
為了鼓勵學生、增強實力,並且期待對學生往後就業帶來助力,因此王文俊教授總會要求學生參加金矽獎賽事。莊淳富的小隊是以「跟隨我,到幾樓?」作品獲得評審團金獎。這件作品的設計目的在於製作自主跟隨主人與自動搭乘電梯的機器人,且基於其能載物的特性,能讓機器人負責為主人提取重物,提供主人便利的服務。
首先在跟隨功能方面,透過影像辨識的技術以及紅外線距離感測器來實現跟隨主人的機制,不論主人是一般行走速度、快步走、很慢甚至是突然停止,機器人都能如影隨形的跟著,且在遇到障礙物時亦可自動閃避,並與主人保持一定距離。在搭乘電梯功能方面,透過機械手臂與其上所架設之微型針孔攝影機,可實現機器人自動搭乘電梯的機制,由主人透過人機介面給予機器人目標樓層命令,到達指定樓層出電梯後便繼續跟隨主人。此機器人可運用於大賣場、醫院、機場等場所,最終達到攜物、跟隨、自動搭電梯等服務目的。

如此具人性化的作品,其發想與製作,是自二年前王文俊教授的國科會計畫延伸而來。教授與學生搜尋國內外網站與資料,才得出製作此項功能機器人之想法。
王家班有個不成文的傳統,就是機構組裝,全都是學生獨力完成;而寫code以及功能也由學生親自上陣。也因此,王家班的機器人外型總是沒有太多修飾,雖外觀精簡,卻極具功能性。

跟隨機器人最原始的機構,有四個輪子。不過在測試時,容易發生騰空的現象,因此團隊才改成三個輪子。整個機器人在機構部分花了半年多的時間完成,然後用了一年的時間測試其功能性。
由於各家電梯面板在設計上略有差異,因此考量通用性及便利性後,莊淳富團隊採用殘障用電梯面版規格作為設計依據。而科四館內的電梯,就是他們花了一年反覆測試的主要地點。

得了金獎,同時亦肯定了團隊的努力,不過莊淳富表示,所設計的「自動跟隨並按壓電梯機器人」若要商品化,肯定還有一大段路要走。目前雖已達到預期的功能,但還有許多尚待改良之處。進一步說明,此機器人在跟隨部分完成度較高;而自動按電梯的部份,則易受環境及光源變化而影響其控制的準確性。因此,他也期待學弟妹能夠繼續改良與精進該機器人的功能性及對環境的適應性。

智慧型撿乒乓球機
在這次比賽中,劉欣宇則是分別因跟隨機器人以及智慧型撿乒乓球機而獲獎。撿乒乓球機是碩士生丁彥智的畢業作品,劉欣宇是他的直屬學長。
說起這台智慧型檢乒乓球機的設計源由,是為了服務打乒乓球的人,讓他們能盡興打球,不用因為撿球而中斷手感。這部機器人為可移動式輪型機器人,能在桌球場上快速移動,扮演球僮的角色,讓打球的人不用花時間撿乒乓球。整個系統將以微處理器為控制中心,控制輪型機器人的移動,再加上CCD影像擷取裝置,利用BASIC STAMP軟體程式執行演算法,實現機器人撿拾乒乓球的動作。當機器人以CCD發現到乒乓球時,則會儘速執行撿拾乒乓球。若無發現乒乓球,則會進行隨機搜尋乒乓球。當場上的乒乓球已清除,或是蒐集數量已足夠,機器人會自動歸回乒乓球收集站,將球倒至收集盒裡,接著保持待命。另外,為了防止機器人妨礙球員打球,會設置打球區域避免機器人誤闖。

當然,機器人還是由學生自行購買材料組裝。他們改裝一般市面上的自走式吸塵器,採用原來的機身當作載台,自行在上面增加一個壓克力容器和強力的直流馬達,壓克力容器負責做為儲藏乒乓球的空間,而直流馬達負責用來吸取散落在一地的乒乓球。使用影像模組當作機器人的視覺,追蹤指定的特定物體,也增加了機器人的避障功能,使用觸碰感測器來偵測前後左右是否有障礙物,最後利用紅外線歸位裝置讓機器人知道要如何回到原點。

點子很有趣,而且,劉欣宇以持平的眼光來看,認為這件作品完成度極高。他說,這件作品功能已相當完整,目前只要穩定性再加強,並且增加智慧功能,應該很快就可以商業化了。不過團隊也表示,由於原先硬體就已經固定成型,要在新增其他零件上去並不是相當容易,大大的降低了擴充性。將來如果可以的話,希望能結合機械相關背景的科系,利用Solidwork設計出設計圖然後開模,做出符合要求的硬體,不再受限於原有的硬體。

拿到了第一個金矽獎,對莊淳富而言,得獎是課業中額外的bonus。他笑說,他現在全心想著都只是:努力趕快畢業。對於未來的方向,他說,走學界或走業界其實都不錯,一切順其自然;至於劉欣宇,他謙稱,一切都是團隊的合作努力。對於未來,因為興趣所然,已經確立了從事學術研究的目標。

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