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遙控機器人

102/05/21 11922

楊谷洋｜國立交通大學電機工程學系暨科技與社會中心智庫研究團隊

日本福島核災已屆兩周年，從媒體上我們看到許多紀念活動與相關的討論；且台灣關於第4核能發電廠是否續建、停建的議題，也開始廣泛受到注意與熱烈討論。事實上，面對這種等級的災難，人類顯得相當無助與無能為力；尤其在面對核災時，即使已賦予相當的防護，人類還是不宜進入現場進行搜救或修護任務，加上目前機器人的自主性仍不足以單獨應付災變後混亂、廣受破壞的現場環境，因此一個可行的方案是利用遙控機器人來進行救災工作。也就是說，進入災變現場的是機器人，而人類透過人機介面對機器人下指令執行任務；由於全球天災頻傳，世界各國陸續朝向由機器人擔任救災先鋒，2013年5月，美國哈佛大學團隊研發成功號稱全球最小型的遙控機器人「機器蜜蜂」未來可望用予協助搜救及環境監控等。然此種模式成功與否的關鍵乃在於人與機器人間能否有效的溝通與合作。

在遙控機器人系統中，主要的角色包括：人、機器人、以及居間擔任橋樑工作的人機介面。在人機介面方面，基本上需要有操控器供使用者進行操作，及場景模擬系統來呈現遠方的環境；在機器人方面，為了能掌握所在環境的變化，常會在機器人上面加裝視覺與力覺感應器，希望能看到並感受到環境中的各物件，以讓遙控機器人系統能適用於更多不同需求的任務，尤其是處理與物件接觸等需要精巧操作的工作。遙控機器人系統基本控制流程簡單描述如下：使用者首先操作操控器送出指令，此指令經由人機介面適當處理後，傳送至場景模擬系統，場景中的機器人及各物件也隨之產生因應的動作，接著經由專線或網路，模擬系統將指令送至遠端的機器人，當機器人執行工作與環境中的物件產生接觸、互動時所產生位置與力的變化，將經由機器人上的視覺與力覺感應器所量得，再傳回人機介面，場景模擬系統利用這些資訊來更新、校正虛擬場景，以取得虛擬與真實場景的一致性。

這種利用電腦繪圖的技術來建立擬真虛擬環境的方式，稱之為遠端呈現(Telepresence)，而它的成功實現將讓使用者有沉浸其中、身歷其境的感覺，此臨場感十分有益於使用者的操作；另一方面操控器也會將力資訊反映到使用者手中，使其感受到觸感，如此，經由場景模擬系統中以視訊呈現的場景變化與經由操控器所感受到的力感，會讓使用者更真切地感受到機器人所面對到的狀況，以利其做出正確的決定與操控；再者，由於遙控系統常是透過網路進行資訊傳輸，需要考慮傳輸延遲對系統的影響，資訊的暢通對系統的實用性極其重要。

日本在機器人領域的成就舉世矚目，也已有許多遙控機器人系統開發的經驗，但據了解，2年前福島核災時，剛開始並沒有機器人進入災區協助，可見在巨大災害現場想要仰賴機器人救災，仍有一段路要走；期待學界與業界共同努力，發展出經得起惡劣、不確定環境挑戰的遙控機器人系統。日本福島50壯士堅守核電廠之事蹟，卻在在提醒了我們：在努力科技發展之餘，對大自然要常保敬畏之心。（本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫─電機科技新知與社會風險之溝通｣執行團隊撰稿）

責任編輯：陳永平｜國立交通大學電機工程學系暨科技與社會中心智庫研究團隊

遙控機器人(4) 人機介面(10) 電繪圖(2) 科發月刊(5210)

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