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《ROBOCON機器人雜誌》報導:本校生機系師生團隊TDK大賽屢獲佳績
發佈日期 2017-01-06
《ROBOCON機器人雜誌》報導:本校生機系師生團隊TDK大賽屢獲佳績












2017 32期1月號ROBOCON機器人雜誌報導本校生機系師生團隊TDK大賽屢獲佳績




ROBOCON機器人雜誌

採訪、攝影/張嘉幃、潘榮美

2017/01/06

   「TDK盃全國大專校院創思設計與製作競賽」創始構想來自於台灣東電化公司董事長高杉村正先生,旨在啟發大專學子對創思設計及實作興趣,進而訓練學子之創思設計及製造能力,為國家培育出具有創新想法和實作能力之人才,並加強社會及學校對創思實作之重視。此競賽做為全國最有影響力且歷史悠久的機器人競賽,自1997年便以一年一度的方式舉辦至今。在今年10月14~16日,由國立台灣科技大學主辦、財團法人TDK文教基金會及教育部協辦的「第二十屆TDK盃全國大專校院創思設計與創作競賽」(2016 Taiwan TDK Robocon)也於國立台灣科技大學體育館盛大展開,吸引全台各地隊伍前來較勁。

   每一屆的TDK競賽都會有一個供參賽者發想的主題,本次競賽的主題為「水男孩-WaterBOT」,目標是設計在居家環境中擁有取水與送水服務功能的機器人,希望能夠因應台灣未來高齡化社會及少子化造成的人力短缺的問題,促進台灣在智慧家庭及居家照護機器人產業發展。同時希望在競賽中激發學生思考及創造的興趣,進而培育機器人設計和研發人才。

   本賽事分為自動組及遙控組兩大組別,以下將針對不同組別進行報導。

自動組「自主循跡大較勁」

   自動組要求參賽隊伍須設計出可以開冰箱門、取水瓶、辨識物體、倒水、夾取方糖、送水杯與避障功能之全自主式循跡機器人。競賽過程中,首先機器人須循地上的黑色軌道移動至冰箱區,以機械手臂打開冰箱門並取出寶特瓶;之後移動至茶水區,將寶特瓶中的水倒入指定位置的空杯中,再拿起裝滿水的空杯穿越走廊區至調配區。

   其中,走廊區在路邊周遭佈有許多的立牌障礙物,機器人如果在移動時不慎碰撞到立牌,將會在最後分數結算時斟酌扣分。調配區放有一顆冰糖狀的指示物,機器人需要將指示物丟入水中,最後再穿越戶外區,將手上的水杯放置於吧檯區即完成比賽。

   在本次競賽中,循跡的紅外線感測器未能正確地抓到地上的軌道路線,而在轉彎處直接「脫軌」是各隊伍最常出現的問題;另一方面,也有隊伍因為競賽時間相當短,機器人的機動性不夠高而發生無法順利完成競賽的狀況。不過即使如此,各隊伍還是都在設計上發揮了比賽所強調的創思精神,如夾爪的夾持機構的部分,許多隊伍不約而同地將日常生活常見的海綿菜瓜布作為夾爪的夾持部分。除了菜瓜布的部分可增加摩擦力外,藉由海綿柔軟的性質,在夾取杯子的時候也能夠配合杯子的形狀穩定地進行抓取。除了上述的共通特色外,每一支隊伍的機器人,乃至於隊伍本身都有別出心裁之處。

   來自宜蘭大學的「大力水手」隊與「如魚隊」由同一位教授指導,他們的機器人「卜派」 、「得水」分別獲得第四名和第三名的佳績。其主控制核心不同於多數隊伍以Arduino及其他外裝模組為主,而是很純粹地採用了PLC(Programmable Logic Controller),配合大量的電驛來進行邏輯控制。夾持機構則採用了二連桿設計,在手臂後端再加裝直流馬達,模擬人體的車軸關節,夾具移動的元件則是運用T型螺桿跟直流馬達一體成形的方式做呈現,在軸心部分也裝置了編碼器來隨時對夾具的位置做回授。

   但兩隊在細部的設計亦有相異之處,「大力水手」隊「卜派」機器人在冰箱區的通關方案即參考了跟車輛伸縮天線相同的構想,利用一直流馬達驅動機械手臂直線做線性移動,並運用手中的磁鐵吸盤吸住冰箱門,之後再反向驅動,完成開門動作。如魚隊「得水」機器人在夾爪上則裝置了避震機構,並有效地運用了FDM(Fused Deposition Modeling)3D列印技術來幫助夾持機構的設計,而令人關注的是此隊在機器人頭頂上的魚兒裝飾,在機器人移動的時候底下的彈簧結構也會隨之晃動,視覺效果有如真實的魚兒在水池游動一般。

   榮獲本次競賽冠軍的高雄應用大學「飲水思源」隊「Drinking Man」機器人在設計方面力求精簡,手臂主桿僅只有一根鋁方管並交叉另一根鋁方管,感測器也是以常見的超音波和紅外線感測器為主;但該隊伍藉由多次的實測和校正,以及在水平機構上面加裝陀螺儀來力求機器人在賽場上的表現,可說是憑藉著實力技壓群雄,冠軍頭銜當之無愧。

   亞軍則由明新科技大學「服務員」隊的「店小二」機器人獲得,雙夾爪的設計是此隊伍機器人的特點所在。同時, 「店小二」機器人移動的輪子有別於其他隊伍,一般機器人的移動模式常使用萬象輪(mecanum wheels)或全向輪(omni wheels)做全方位的機動性移動,該隊的作法卻反其道而行,採用了傳統車輛的四輪驅動,並用許多電工膠帶和紙膠帶纏繞輪子以增加摩擦力。該隊僅在最後冠亞軍賽時於夾持冰糖的部分出現失誤,其他表現十分優異,可見其實力堅強。

宜蘭大學夾持機構採用了日常生活常見的海綿,對於參賽隊伍來說,比起高單價的夾具,能夠實際解決問題才是本次競賽的優先考慮事項,這便是TDK競賽所強調的「創思」的表現。

宜蘭大學的隊伍採用PLC做為控制核心,此一方式雖然可能面臨成本上升的問題,但卻能更有效地增加配電能力,每一個端點都能夠推動能量需求更大的負載。

宜蘭大學隊伍的手臂機構由線性致動器、直流馬達、光編碼器等多種主動元件組成。

宜蘭大學「大力水手」隊的「卜派」機器人結構採用了M4的方頭鋁擠型。

宜蘭大學「大力水手」隊的「卜派」機器人外裝以大力水手卡通為主題進行設計。

宜蘭大學「如魚」隊的「得水」機器人。


競賽準備全部歷程我們以微電影方式呈現分享:

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