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作者:張程皓、卜令遠、徐業良(2013-04-26);推薦:徐業良(2013-04-26)
附註: 本文發表於2013福祉科技與服務管理國際研討會暨大師級講座,元智大學,桃園,台灣,20130426

Wobot-應用遠端臨場技術之互動溝通平台機器人底座設計與開發

1.      研究背景與目的

為提供高齡者更多元的人際溝通經驗及更豐富的社會參與,元智大學老人福祉科技研究中心長期致力於應用於人際溝通之遠端臨場機器人(Telepresence Robot for Interpersonal Communication, TRiC)的開發,並且在2012年完成之TRiCmini+人型陪伴機器人(如圖1)。遠端使用者可以透過網際網路遙控TRiCmini+在近端行動,並透過平板電腦上呈現的臉部表情與機器人肢體動作來傳達人際互動溝通時之非語言溝通元素。除了方便、友善的介面設計之外,高齡者對科技產品接受度更基本的考慮,是在高齡者既有的記憶與經驗上,能否認同此科技產品-機器人產品可能很難獲得高齡者的認同。因此在下一代產品Wobot開發上決定採用「減法設計」,減去移動功能且不採用人型設計,而以「兩隻手握持平板電腦」的外型設計保有互動、分享以及傳遞情感的功能。

TRiCmini+Wobot都採用“Body & Brain”的架構,以使用者自有的平板電腦為機器人的“Brain”,除了本身既有的網際網路及視訊通訊功能之外,並執行Wobot App負責接收遠端使用者指令進行判斷,控制平板播放表情動畫,以藍芽傳送指令至Wobot機器人底座操控其動作。機器人底座為系統中之負責執行動作的“Body”。本文即在敘述Wobot機器人底座之設計。

 

1. Wobot以「兩隻手握持平板電腦」的外型設計保有TRiCmini+互動、分享以及傳遞情感的功能

2.      研究方法

如前所述,Wobot是針對平板電腦設計的支撐架平台,但同時也擁有擬人化的動作設計來進行更具互動性、趣味性的非語音形式溝通,所以在進行Wobot硬體概念設計時,以著名的皮克斯動畫工作室(Pixar Animation Studios)標誌Luxo Jr.”作為設計參考,Wobot使用三個伺服馬達來達到三個自由度,360度的水平旋轉、最大55度的仰角抬升和左右各90度垂直旋轉,搭配平板電腦之表情動畫,來達到Wobot「三維立體表情圖案」之底座動作。

根據「兩隻手握持平板電腦」的外型設計概念,圖2Wobot機器人底座水平旋轉、仰角抬升、垂直旋轉之動作模擬Wobot機器人底座旋轉動作是由三個伺服馬達所驅動,而其中最重要的考量便是伺服馬達扭力是否足夠。如圖2(b)所示,仰角抬升動作利用滑塊的機構設計來減少伺服馬達的負擔,以電腦輔助分析軟體(SimWise 4D Ver.8.0.2)動態分析結果,當伺服馬達要將平板電腦從最低點抬升之最高點時,最高扭力為4kg-cm,低於伺服馬達的規格最大扭力15.8kg-cm

2. Wobot機器人底座水平旋轉、仰角抬升、垂直旋轉之動作模擬及仰角抬升動作的機構設計

遠端使用者利用Wobot App來控制機器人底座中的平板電腦播放表情動畫時,平板電腦會生成一組控制編碼,經由藍芽傳送至Wobot機器人底座控制底座動作。控制編碼採用模組化的方式設計,如圖3所示,將Wobot的三個伺服馬達分別以A~C編號,搭配三碼的角度值和三碼的速度值(0~255),並且在編碼的前後加上“s”“q”作為起始碼和結束碼。另外起始碼“s”的後設定為馬達個數,代表該次編碼馬達轉動之個數,經過程式計算控制編碼的編碼個數,以確保控制編碼並沒有在傳送的過程中出現錯誤,而導致底座動作出現不正常的現象。

3. 「三維立體表情圖案」之底座動作控制編碼

3.      結果與討論

4所示為Wobot的機器人底座原型,目前正進行各項基本規格測試及軟硬體的整合。Wobot當沒有放置平板電腦時,前傾的轉速為1.7rps,後傾的轉速為1.8rps;放置平板時前傾轉速為1.5rps,後傾的轉速為2.1rpsWobot底座亦具有一般Docking Station基本功能,將電池放置其中來作Wobot的電源供應,並同時能對平板電腦進行充電;當瀏覽影音資料時聲音可由Wobot內建喇叭播出;另外當使用者沒有在使用Wobot時,Wobot底座可以做為LED檯燈,讓Wobot不再僅僅只有在視訊溝通時才會使用的工具,而是可以融入高齡者日常任務中的工具。

4. Wobot機器人底座原型