服務型機器人前景看好　ITRI投入開發軟體平台 電子工程專輯 2008-05-20 　 機器人正逐漸從傳統的工業應用走向家庭，跳脫以往在現場應用中負責生產、製造、搬運......等任務的範疇，今天許多‘單一功能任務型’機器人由於加入了智慧功能，正受到消費市場的重視，如iRobot的Roomba清掃機器人，甚至是廣受歡迎且具有學習功能的Furby、Pleo、AIBO等電子寵物，均受到大量消費者的歡迎。 這些兼具娛樂功能的個人化‘服務型’機器人在市場上獲得的成功，為所有想投入此一發展領域的廠商及研究單位們敲開了廣大的機器人應用商機，在全球各國紛紛投入機器人軟硬體研發之際，台灣也沒有置身於此一發展趨勢之外。 在台灣，工研院(ITRI)機械所於2年前啟動了一項科專計劃，目標是開發機器人軟體平台。工研院機械所智慧系統工程技術組智慧機電整合部經理鮑朝安指出，這套軟體平台可應用於多種移動硬體系統，當成快速發展智慧機器人的系統平台，應用領域涵蓋了管家機器人、保全機器人、導覽機器人及智慧輪椅等各式服務型機器人。 鮑朝安表示，工研院目前針對智慧型機器人所開發的共同軟體平台，主要著重在可以快速整合已經開發好的機器人軟體元件(Component)方面。例如，結合無線通訊與影像處理及語音互動技術，可為智慧機器人研發人員提供穩健且具經濟效益的驗證平台。 此外，“由於之前國內已經有許多學校著手研究服務型機器人，並已獲得了諸多成果，因此，在此計劃當初設定目標，就是要將學校研究能量也納入，希望建立一種產學研‘三位一體’的架構，”他指出。 自有軟體平台架構 目前，工研院的機器人軟體平台應用架構包含四大部份，分別為‘情境元件’、‘智慧元件’、‘中介層軟體’、‘硬體層元件’。中介層軟體為訊息導向中介軟體 (Message Oriented Middleware，MOM)；智慧元件部份則包括同步定位及地圖建構(SLAM)與避障系統；而硬體層元件則包含了機器人運動控制、聲納感測器與雷射測距驅動器(laser range finder driver)。 此外，工研院也與多所大學及研究單位就智慧影像、定位導航、避障技術進行合作開發。鮑朝安指出，這些研究單位在不同領域均擁有不同的技術研發成果，例如台大的定位導航SLAM技術(Laser+UltraSonic)；中正大學的智慧影像系統－－全景針孔影像定位；明道的空間避障系統；資通所的語音互動 (中文語音合成及辨識)以及人臉互動(人臉偵測追蹤)等技術。 鮑朝安表示，經濟部技術處的科專計劃可視為一個發展的起點，它兼具著整合的作用，可將已具研究能量的學校研發成果，結合至工研院的軟體平台上進行應用。 目前，工研院是以Windows作業系統為主要搭載平台，透過一種鬆散耦合方式以資訊傳送達成異質性整合目的，以保障學界或產業界既有投資，更具有彈性選擇使用者介面，及更低的擁有成本和快速反應變化的能力。 鮑朝安指出，他們的開發初衷並不侷限於特定程式語言的機器人控制軟體，相反地，他們主張善用各種程式語言環境的優點，初期並不針對機器人的行為設計特定 API。因此，目前開發人員已經可以使用工研院資通所的中文語音合成、語音辨識、人臉偵測追蹤，及由學界所開發，運用雷射技術建立地圖及路徑控制等軟體元件。 技術挑戰 然而，在開發一個具備智慧功能的機器人平台時，所面臨的技術挑戰是難以想像的。“最主要是如何定位此平台，是以完整發展工具或以平台性質為主軸？”鮑朝安說。“在我們的考量中，重點在於以現有計劃規模及開發時程，研發出完整的發展工具。而這必須要有眾多機器人軟體元件作為基礎，再搭配一個結構化的平台加以整合。” 這些需求看似簡單明確，但卻無法以現有資源完成。因為機器人產業尚在萌芽初期，這代表著尚無明確產品，若初期即開發完整工具，可能無法符合市場的彈性化需求。因此，以平台性質為主軸應是主要思考方向。但在此同時，又必須考量“是要統一在單一程式語言環境？或是不限制程式語言環境呢？”鮑朝安表示。由於須納入學校單位研究成果，因此，平台必須具備異質整合特性，未來才可避免多種程式語言環境整合困擾。 基於這個原因，工研院機械所採用資料傳播方式來整合各個軟體元件。但這個方法也有其侷限性，因為“在過去與學界的合作過程中，最大瓶頸即來自於軟體元件本身的品質考量。” 因此，機器人軟體平台計劃的初期即必須建立品質管制機制、選擇已開發完成的軟體元件，並要求測試範例及驗收測試，以提高其可用性。長期來看，這個過程必須與學界建立長期與深度合作，並選擇最關鍵的軟體元件技術；此外，未來也必須努力開發跨平台系統，以便將現有Windows作業系統平台上的成果順利移植到更具競爭力的環境中。 開發成果 目前，工研院已開發出的機器人相關應用成果包括有‘機器人移動平台’與‘機器人搖頭機構模組’。‘機器人移動平台’的技術特色包含：8組超音波距離感測器 /紅外線距離感測器；DSP與FPGA雙系統架構運動控制差動輪移動；可提供通訊命令控制與狀態回報；可透過無線網路進行控制與狀態查詢。另外，該平台還具備了PC端遙控通訊軟體，是國人自主開發的軟硬體模組化技術，可依需求適應設計。 而‘機器人搖頭機構模組’的技術特色在於其頭部可由步進馬達加減速機進行左右之搖頭動作；也可由步進馬達結合時規皮帶進行仰頭及低頭之點頭動作。另外，這個模組可安裝具備取像功能的攝影機、具聲音擷取的麥克風，以及裝置於頭部兩側的高亮度投射照明燈，同樣可依需求進行模組化設計。 目標：服務型機器人市場 據市調公司ABI Research預估，個人型機器人的組成元件市場在2015年將達到120億美元，這些組件包括處理器、微控制器、感測器、伺服裝置等。而其中，大約有 48%來自於任務型機器人，而51%來自於娛樂型機器人；另外1%~2%才是來自於教育與安全型機器人。 在可預見的未來，機器人的發展趨勢必然更著重於個人化服務功能。因此，鮑朝安表示，為加速國內智慧型機器人的開發進程，工研院所開發平台的首要目標即為建立共通平台，以減少重複投資，並希望在共通平台上累積軟體元件、加工製造、各種關鍵零組件的研發經驗，以便能快速建立各式各樣應用。 由於服務型機器人產業尚在萌芽初期，因此，鮑朝安指出，在FY95~FY96的第一期科專計劃中，主要是以建立軟體平台架構及融合學校研究能量進行系統驗證為主，因此主要驅動力量是在本計劃本身與少數已具研究能量學校。 而在現行的第二階段(FY97~FY98)中，將以此架構用於快速建立各種應用展現為主要目標，同時也計劃以此架構為基礎，進行更大規模的學界合作，讓機器人發展系統及應用經驗更臻完善。因此，第二階段的主要驅動力量是在與外界計劃合作。 而在第三階段(FY99~FY100)，鮑朝安預估，整體產業對機器人的需求將更加活躍，因此，在第三階段中，將把第二階段與學界合作的成果轉化為產業應用，以推動國內機器人產業的發展。