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機器人手眼並用

台灣工業技術研究院機械所及國際機器人大廠都積極投入具手眼協調能力的工業機器人系統研發,以往工業用機器人主要著重於其手臂及載運功能上的開發,而未來新的研發趨勢代表何種技術之突破?又會帶來如何的影響?
 
 
 

工業技術研究院是台灣產業先進技術開發非常重要的單位,包括科學園區在內,相當多廠商都曾有技術轉移來自工業技術研究院之經驗,其對於台灣高科技產業發展有很大的貢獻;而近年來工研院機械所對機器人領域十分著重,也陸續有創新的技術與成果推出。國內及國際機器人大廠均投入具手眼協調能力之工業機器人系統開發,此研發趨勢意味著視覺功能的引進,也讓機器人得以面對具變化、不確定性的工作環境,生產過程中的各物件也將被允許存在一定的隨機性,在容錯、容變異的彈性度高度提升下,機器人甚至有機會走出井然有序的工廠,踏入較生活化的工作環境。

說起機器人的概念剛被提出時,原先的想像是建構出像人的機器,有手、有腳、有眼睛,也擁有人類的各種感知與思考能力,但實際上,工業機器人的發展與當初人們的期待及科幻小說描寫的景象,有著極大的落差;工業機器人作為自動化家族中的一份子,乃設定為工業用途,而它與工具機的相似度還遠大於它像人的部分,基本上它就是個機電系統,由於具有類似人類手臂的結構與運動方式,非常適合汽車的製造,而後也隨著汽車業的發展而興起,再漸漸擴展到其他之應用,陸續也有自走車式機器人系統出現,作為物品載運之用,但由於它們大多沒有視覺與應變能力,活動場域大致侷限於工廠;也許有些家庭中有掃地機器人,但也有人認為它不過是部自動吸塵器罷了。

時至今日,外型與功能均近似人類的機器人仍然沒有實現,即使是複現接近人的眼睛或是手的功能都是極大的挑戰,然而讓機器人擁有人類視覺能力及雙手靈活度與纖細的手感對機器人領域有著致命的吸引力,也是大家持續努力的目標。

手眼協調是相當精巧的行為,機器人如果想要達成像人一樣的表現,首先要能清楚、快速地擷取到工作對象的影像,其中除了二維的平面座標,還必須知道深度資訊,這可以利用兩個視覺裝置或是單個具判別深度能力的攝影機來達成,接著則需要推導出機器手臂每個軸應轉動的角度,精準、流暢地到達視覺系統所指定的空間位置,在系統的實踐上,高度地要求彼此座標系統的一致性,也就是說,機器人所看到的和手臂所達到的必須是相同的,而且兩者執行速度都必須夠快,才足以應付現今各種工業應用上的需求,這就得仰賴立體視覺搭配多軸運動伺服控制技術以及高速運算晶片系統的開發。

工研院機械所推出的投籃機器人─海豹神射手,就是個很好的機器人手眼協調系統示範,這是之前於台北國際自動化及機器人展上大放異彩的機器人,成功地運用了上述的視覺伺服及精準校正技術,可以在不同籃框距離與高度情形下,達到近乎百分之百的投籃命中率,尤其可愛的海豹造型,也讓它在Youtube上創下極高的點閱率。機器人加上視覺後,的確功力大增,也具有走入家庭的潛力,但這並不是件簡單的任務,但只要持續不斷的努力,也許有一天,就可能如微軟創辦人比爾蓋茲所預言,「家家都會有機器人」(本文由科技部補助「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/103年/01月)

責任編輯:黃承揚|英商牛津儀器海外行銷有限公司

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