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【選購指南】選購人形機器人要注意什麼?

作者:Alec Huang


接續上篇《選購人形機器人前要思考什麼?》,我們即將實際進入機器人規格戰的領域,談談在選購時需要注意的項目。我們整理出來至少需要注意下列八大項目:(其實還不少@@)

  1. 外觀及機構設計
  2. 控制單元規格
  3. 提供輸入輸出功能
  4. 自由度〈伺服機〉
  5. 無線控制方法
  6. 電池型式
  7. 人機介面
  8. 擴充性
配圖2-3

選購機器人時須注意的八大項目 (簡報/Alec Huang)

1. 外觀及機構設計

雖然機器人的長相對功能不會有什麼影響,但討喜的外觀倒是可以提升我們對它的認同感,進而更能享受在互動中所產生的樂趣。尤其是人形機器人,近似人類的外型,舉手投足之間更容易激發我們無限的想像力。

機器人的機構設計決定了它整體運動性能的表現。相同的控制單元和致動器〈例如:伺服機〉,安裝在不同結構上,可能產生完全不一樣的操控體驗。設計師在進行機構設計時,需考量許多參數,像是:機器人的重心配置、各關節(伺服機)的角度設計、各零組件放置和鎖固的位置、外觀,以及拆裝及使用的方便性等等。

若單純以零件的角度來看,機構件主要包含了外觀零件和機器人的主體結構件,而這兩項功能有時會結合在一起。純外觀應用的機構件,不需承受機器人主體的重量,就算全部移除,也對機器人的運動沒有影響,換句話說,有或沒有都可以;因此,這部分的零件,使用者可以自由調整改變。

另外一部份,則是當成主體結構的機構件,它們被用來固定所有零組件,並需承受主體重量,這部分的機構件設計就是機器人設計的精髓所在。一般而言,如果玩家對機器人作動原理不夠熟悉的話,不容易自行變更這部分的結構件。而機構設計的優劣,對機器人的移動和平衡會有很大的影響,也進一步會表現在機器人動作的流暢和靈巧程度。

配圖2-1

2. 控制單元規格

所有的機器人設計都需要有控制單元。我們可以把它想像成是機器人的大腦,掌控了管理機器人所有的計算、邏輯判斷、通訊和動作控制等等。控制單元通常包含了微控制器、馬達控制器、電源控制板和特殊功能專用擴充板,可能由一塊到多塊PCB板串接而成。如果單純由控制單元的物理外觀來觀察,可以看到:數位及類比訊號接腳、微控制器溝通介面(例如:USB)、儲存設備插槽、充電接口等等。

控制單元除了影響機器人出廠時所能提供的功能外,還關係著使用者對它作控制的難易程度〈程式編寫〉,和機器人硬體未來的可擴充性。所以,除非有特殊需求,我們會建議選用市面上最普及的控制單元做應用,因為廣大的社群和應用範例,可以幫我們有效節省許多摸索的時間。目前較常應用在機器人的控制單元有Arduino和Raspberry Pi。

3. 提供輸入及輸出功能

通常提到機器人的功能,我們所說的就是機器人所能提供的「輸入」和「輸出」功能。在輸入部分,機器人可應用各式各樣的傳感器來「感知」週邊的環境。例如:可以量測與障礙物距離的測距儀、可以偵測機器人是否保持平衡的陀螺儀等等。輸出部分,像是有具控音功能的喇叭,以及可以控制燈光閃爍的LED。

4. 自由度〈伺服機〉

一般來說,機器人的自由度,就是整體致動器的使用數目,可以把它想像成人類或動物的關節。伺服機使用越多,機器人的動作就越靈巧。對機器人而言,伺服機〈伺服馬達或舵機〉是最常被使用的致動器,它是機器人主要的動力來源,因此選擇伺服機時,首先要注意輸出扭矩的大小;扭矩越大,機器人能夠乘載的重量和輸出的力量也越大。伺服機本身就包含了很大學問,未來有機會將以專章來詳細介紹。以機器人應用來說,選擇伺服機的扭矩越大越好。

配圖2-2

5. 無線通訊形式 

除了讓機器人自主控制外,能夠透過遙控器或是手機等硬體來遙控機器人,也是非常有成就感的體驗。如果希望使用遙控功能,那在選購時就需要特別,注意機器人是不是有提供無線傳輸的功能?例如Bluetooth、Wifi、RF、紅外線等等。若出廠時未提供,則需要確認機器人主體未來是否可進行通訊功能的擴充。

6. 電池型式

機器人是使用鋰電池?鎳氫電池?或是市售的乾電池?對應不同的電池形式,之後機器人運轉和使用時的充電策略,也會有所不同。

7. 人機介面

人機介面是我們和機器人溝通的介面,我們需要藉由這個介面來控制操作機器人的行為和動作。人機介面可能為指令形式或圖形介面;而一個設計良好的介面,可以替玩家節省許多學習控制程式的時間。

8. 擴充性

除了機器人本身在購入時已提供的功能,一般而言,控制單元大多都有預留的接口來和其他的IO元件串接,像是:紅外線測距、超音波測距、光感應、陀螺儀、水平儀等等。因此,在選購時也可詳細了解,該款機器人提供哪些功能擴充的接口,以便預先為未來的進階應用做準備。

本篇與上篇【選購指南】選購人形機器人前要思考什麼?針對人形機器人選購前需思考的問題、從人型機器人可以學到什麼,以及選購時需要注意的規格做介紹。希望能對準備採購機器人的朋友們有些幫助。

(本文經作者同意轉載自九號空間 – 機器人工作室,原文「如何選購人形機器人(下) – 選購機器人需注意的項目」)

想進一步了解?可收看作者Alec在Maker Hatch Night的分享影片:

 

阿里哥

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九號空間創辦人,熱愛機器人,設立九號空間希望能讓人們更容易進入機器人的世界!
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