如何選購人形機器人(下) – 選購機器人需注意的項目[MakerPro同步刊載]

作者: 阿里哥

如何選購人形機器人(上) - 選購前思考問題
如何選購人形機器人(下) - 選購機器人需注意的項目

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選購機器人需注意的項目

接下來將實際進入機器人規格戰的領域。要來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

外觀及機構設計

機器人的長相雖然對功能不至於會有什麼影響,但一個討喜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他整體運動性能的表現。相同的控制單元和致動器(例: 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要考慮到很多的參數,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、和拆裝及使用的方便性等等。

若是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。這兩項功能有時會結合在一起。純外觀應用的機構件不需要承受機器人主體的力量,就算是全部移除也對機器人運動沒有影響,換句話說就是有和沒有都可以。這部分的零件使用者可以自由對他做改變。

另外一部份,則是當成主體結構用的機構件,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,如果對機器人作動原理不夠熟悉的話,不容易對這部分結構件做變更。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。

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、馬達控制器和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,廣大的社群和應用範例可以幫我們節省許多摸索的時間。目前在機器人較常見的控制單元有Arduino和Raspberry Pi。

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的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:可以量測語障礙物間距離的測距儀、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和可以控制閃爍的LED。img_9204

自由度(伺服機)

一般來說機器人的自由度指的就是總體致動器的使用的數目。可以把他想像成人類或動物的關節。伺服機使用越多機器人的靈巧程度也越大。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。因此伺服機的選擇主要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,未來有機會將專章來介紹它。以機器人應用來說,選擇伺服機的扭矩越大越好。

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。如果希望能使用遙控功能,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?像是Bluetooth, Wifi,RF,紅外線等等。若是出廠時未提供,則需要確認機器人主體未來是不是可以擴充這些需求。

電池型式

機器人是使用什麼類型的電池?鋰電池?鎳氫電池?或是市售的乾電池?不同的電池形式對未來機器人運轉和使用時的充電策略也會有不同。

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。可能為指令形式或圖形介面。一個設計良好的介面可以節省許多在控制程式學習入門的時間。

擴充性

除了機器人本身再購入時已提供的功能外,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,在選購時也可以詳細了解該款是機器人提供哪些功能擴充的接口,預先為未來的進階應用做準備。

以上針對人形機器人 選購前需思考的問題,從人型機器人上可以學到什麼 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。

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