成果展示

智慧機器


第一名

全向輪型保全機器人

蕭皇錦衣衛


本作品利用三個萬向輪研製一台載具,上方搭載可控光圈、對焦、變焦式雲台攝影機、GigE攝影機與連發式電控玩具槍之巡邏機器人,此目的是製造出具有身分識別的保衛型機器人(Security Robot)。本篇以萬向輪運動控制、人臉識別技術與辨識射擊目標為研究主題。攝影機結合影像處理的方法來辨識射擊目標與人臉識別;除此之外也加入速度控制使之具有移動追蹤的功能。 萬向輪除了本體外,還有多顆滾輪設置在其圓周上,滾輪的運動方向垂直於本體的轉動方向,其效果是具有兩軸的自由度,而由三個萬向輪彼此相鄰120度組成的平台稱為Kiwi Drive,只要使用三顆馬達就能在任何方向上移動。本作品所做的Kiwi Drive平台是透過本體姿態與目標間距離計算出加減速曲線,並在運動時三個萬向輪也具有閉迴路控制調配其角速度,使機器人運動能穩定。人臉辨識系統是引用Adam Geitgey在GitHub上所著的face recognition優化修改而成,並使用OpenCV (Open Source Computer Vision Library)與Dlib開源函式庫在Python上開發,能夠辨識出是否為使用人員身份。 本文設計的萬向輪載具搭載射控系統,配合遠端遙控與攝影機即時人臉辨識,用來實現巡邏機器人所具備之能力。實驗結果由三種模式說明本文研製的保衛型機器人具有高機動性、高準度、高辨識的特質,若能再減輕其硬體重量,效率將有所提升。而未來我們也會利用人臉辨識,作為後續功能發展的目標。 關鍵字 : 萬向輪、影像伺服控制、人臉識別(Face Recognition)、Dlib、OpenCV

第二名

智慧型非破壞式水果品質檢測系統

碩果僅存


目前台灣的農民大多以機械對水果進行重量分類,但在品 質檢測與外觀甜度分級仍需要人力及破壞性的技術檢測才能 得知,不僅費時費力,準確性也有待商確。台灣農業以精緻聞 名,在量少質精的目標下,導入自動化檢測裝置有其必要性。 本作品經訪查後整理出農民所需的水果檢測需求:外觀辨識、 重量感測、非破壞性的甜度及脆度量測,可搭配輸送帶進行分 級運作。同時考量小農低營運成本的目標,設計適用於果農所 需之檢測裝置,節省人力且增加檢測正確性。 本作品智慧型非破壞式水果品質檢測系統,於嵌入式系統 上實作,以 Python 語言進行開發,目標為達成全自動化水果 品質檢測。首先以應變規進行水果重量量測,再以攝影機 360 度拍攝水果外觀以電腦視覺與人工智慧方式分析水果外觀比 例及辨識有無蟲蛀或瑕疵。光譜感測器測得水果不同之光譜數 據經由隨機森林法判定水果甜度。最後利用螺桿按壓裝置測試 水果密度,結合水果受到機構壓力所得到的感測數據並以共變 異數分析其脆度。完成檢測後會將水果測得之重量、甜度、脆 度與蟲蛀點照片等資訊顯示至視覺化介面,該結果可以用於進 行後續分類或淘汰參考。本系統以芭樂作為主要檢測之水果, 結合人工智慧之非破壞式檢測方式可有效取代傳統人工目視 檢驗脆度等級與甜度計抽樣式的破壞檢測方法,達成水果產品 全檢的目的,精確的檢驗結果也能保證農產品的品質。

第三名

空品監控目標比對導引物聯機器人

Double two


隊伍編號 10259 隊伍名稱 Double two 參賽組別 智慧機器 作品名稱 空品監控目標比對導引物聯機器人 英文名稱 An IoT Mobile Robot With In-situ Air Quality Monitoring for Target Object Matching and Guiding 作品簡介 室內具移動能力之服務型機器人在各領域已見諸多應用,舉凡居家清掃、倉庫搬運、社交/陪伴、導覽、行李搬運等,激發軟硬體發展並促進各領域技術整合。除了定位、路徑規劃與避障等基本問題,對外在環境感測也是新興需求,其中空氣品質偵測已是重要議題。本作品開發一內建空氣品質感測之室內服務型機器人,可在移動過程感測與顯示溫濕度、PM1.0/2.5/10、TVOC、CO與CO2,達成非定點實時監控室內 (例如博物/美術館、醫院、倉庫) 各區環境品質以提供改善或警示。也能透過網路上傳讀數以達成資料共享並遙控相關電器運作 (例如冷暖氣、除濕機、空氣清淨機等)。本作品採用RGB-D感測器進行3D 自我地位與地圖建構 (ORB-SLAM),並於過程自動紀錄經過景物之特徵資料,故可針對僅有影像卻不知位置之目標物進行比對與導航功能 (不須事先知曉目標物在地圖上之位置),適合一些導覽、尋人/物之應用場合。導航過程LiDAR可即時避障,偏離路徑時可重新規劃路徑。另外開發手機app以藍芽或Wi-Fi與本體溝通資料與變更設定。本作品刻意建構於掃地機平台上以突顯其後續產品化與能為市場接受之潛力。

愛不釋手

香又甜


隨著計算機技術和人工智慧技術的飛速發展,使機器人在功能和技術層次上有了很大的提高。目前機器人根據市場需求共分為兩大種類別,分別為可協助製造、加工型的工業型機器人(Industrial robots)與提供服務的服務型機器人(Service Robots),而在面向家庭、健康照護的服務型機器人,又有了個人服務機器人(Personal Service Robots)之稱。 機器人控制系統是一門綜合性複雜的問題,一套完整的機器人系統中會包含結構、力學、控制、感測元件等技術相輔相成。然而不管是任何類型的機器人,在執行當前任務時,我們都要考量到目前的關節狀態及如何透過特定的軌跡移動至目的地,這種移動的過程是機器人控制領域中的核心,也被稱為機器人運動學。 在傳統機器人運動學裡,都透過正逆向運動學的推算來操控機器人。正向運動學是由固定支點做為出發,並利用結構間角度差推算至結構終端;逆向運動學則是以終端座標為主,回推其他角度至固定支點。 而近年來深度學習技術越來越熱門,從2016年Google DeepMind所開發的人工智慧AlphaGo,在眾人的目光下擊敗了韓國職業九段棋士,而這次的舉動導致深度學習領域逐漸被世人廣泛討論。 在深度學習發光的現代,萌生了一種以深度學習技術建置機器人運動學的想法,使機器手臂擁有自身獨特的運動模型,而不依靠傳統運動學方法控制手臂,利用3D成型技術打造機械手臂,且以多種深度學習技術作為逆向運動學建模方法,比較模型間不同的學習效果。

LINE著你的植物好朋友

小白菜好朋友


自古以來,農業是台灣產業發展中重要的一部份,日新月異的時代裡也沒有在科技進步的潮流裡缺席,正在邁入農業 4.0 時代的台灣,智慧農業已逐漸成為普遍的種植型態。 我們發現關於現代農業的幾個問題: 1. 年長農夫們未跟上科技的蓬勃發展 對於操作繁瑣的科技化設備依舊感到陌生,甚至排斥。傳統農作的工作負擔並不會因此而降低,更可能因為競爭對手的種植過程逐漸智慧化,使得尚未完全接受智慧農業的年長農業從事者們面臨生存的壓力。 2. 都市生活想接觸田園卻苦無機會 現代生活中總盯著電子螢幕,死板也缺少植物的色彩;屢次食安危機也打擊著我們對外食的信心,越來越多人希望在蔬菜水果的方面達成「自給自足」。每當想種植植物、蔬菜時,卻總因沒有足夠的時間和精力每天照顧,可能害死植物也失去種植的興致。 我們利用日常生活熟悉的 LINE,作為主要的使用者介面,相較於其他智慧農業系統需要學習各種不一樣的系統介面,對於長者來說更具有吸引力,並且能每日推播使用者植物生長狀況(即時照片、生長環境數值等),也能在環境參數異常時主動通知使用者,即時控制灌溉等種植動作,讓不習慣高科技產品的農業從事者,能像聊天一樣接收作物資訊並控制遠端設備。針對忙碌的都市人,本系統也增加了植物心情系統,能更生動的向使用者表現植物狀態,對話式的操作介面除了讓種植過程較傳統智慧農業更具互動性與趣味性,也讓使用者能更快速的適應系統使用及設備操作。 種植過程中,本系統也介接了政府的各種Open Data API,第一個是氣象局天氣資料,並如實紀錄植物的生長狀況及環境因子,透過圖表在網頁上呈現。第二個是農糧署的Open Data近十年菜價訓練出一個價格預測模型,用來預測市場的價格走向,協助使用者根據價格選擇適合的種植方向進而提升農民的收益。第三個是農委會的最新消息資訊,主動推播給農民最新的政府資訊,讓農民能夠即時了解到目前政策走向或是災害補助等資訊。

佳 作

智慧機器視覺之機械手臂分類系統

智慧機器視覺

本作品以Staubli機械手臂搭載機器視覺進行物件分類工作。 主要物件分為三大類:寶特瓶、利樂包及鐵鋁罐。三者底部直徑十分接近(皆為6.5cm~7cm)且擷取之影像由上至下無法辨別方形或圓形,唯一相差較多的條件為高度(23cm、11.5cm、16cm),因此我們以高度作為物件判別之條件。 我們計算出的物件於各傾斜角度的尺寸特徵如下,在Φ = 0° ~ 45°(Φ = -135°~ 180°)時,可由長度(x軸)作為物件辨識特徵,而在Φ = 45°~ 90°(Φ = 90°~ 135°)時,則可由寬度(z軸)作為物件辨識的特徵,將影像處理過後辨識出的各項物件依據其位於x-z平面上之尺寸進行分析,可得到各項物件於影像中各種傾斜角度(Φ)所能量測到之邊長(x軸、z軸)數據,根據此特徵即可辨識出物件種類。 確認判別條件後我們使用LabVIEW進行影像處理功能,首先以webcam擷取物件平面之原始影像,因一個物件包含許多不同色塊,為避免誤判成多項物件,故先將原始影像灰階化(數值0~255),灰階處理過後,背景與物件在短距離內的數值變化較大,所以在sobel高頻濾波(一階微分)時會有較好的邊緣檢測效果,此時已完成第一步:區分物件與背景。接著為了使邊緣影像更加明顯,使用二值化來提高對比度(以熵演算法計算門檻值,門檻值為6,範圍0~255)。經過二值化的影像雖已有明顯形狀,但中央有缺口並不完整,因此再使用形態學中的閉合填補中斷部份,然後以凸殼將圖形空隙進行填補,填補過後影像會出現些許雜訊,必須使用侵蝕將雜訊清除,完成這個步驟之後物件可能會失真,標準流程應該使用膨脹將物件回歸原始面積,但因我們只需抓出物件中心點及傾斜角度,故可以省去這些過程而加快影像處理速度。 經由以上步驟,即可框取出獨立物件,得到中心點座標及傾斜角度,接著再將座標回傳至Staubli機械手臂,讓機械手臂移動至該點進行夾取,最後再移至該夾取物件所對應之分類區位置放置物品。

智慧居家監控系統

快停工作室

在5G時代即將來臨,希望可以低成本開發出高度相容與操作簡單民用化的系統,可以讓物聯網的技術廣泛地在民間使用,即使是低階手機只要可以上網也可以順暢使用,只需要做簡單的講解就可以了解如何操作,本系統涵蓋的範圍為感測器、開關、自動控制與IP攝影機。 在5G的時代即將來臨,為了可以使5G可以充分的發揮,希望可以建立一個民用化低成本的物聯網系統,簡易的操作就可將所有物件都可以透過此系統作連線控制。而系統是以低成本開發出高度相容與操作簡單民用化的系統,希望可以讓物聯網的技術廣泛地在民間使用,只需要做簡單的講解就可以了解如何操作,無須任何程式基礎只需要動動滑鼠即可自行完成設定。 據本團隊發現,現在現有物聯網系統中發現的的缺點: 1. 操作難易度: 在一些物聯網系統中,操作難易度與設定非常繁瑣,使的這些系統僅限於企業、商業等在使用而已,無法推廣至大眾可接受範圍。 2. 成本:由於物聯網系統現在還不普及,若要使用必須買特定設備或軟體使的成本大幅提升,而物聯網技術也無法在民間廣泛使用。 故本團隊著手開發本系統。 本系統的目的: 1. 操作簡單: 只需要做簡單的設定即可使用。 2. 成本低: 不需要購買特定設備或軟體。 3. 相容性高: 無論是開關還是感測器都可以輕鬆安裝。

智慧跟拍無人機

iFD

隨著科技日新月異,人手一機,人人都能當個影音創作者,紀錄下精彩生活的每一刻,但是如果都要用手持設備來拍攝,難免有些大晃動,而且要進行激烈一點的活動沒辦法空出手來拿拍攝器材,例如:在跑步時要拿著手機紀錄影像,而劇烈的晃動會造成影像模糊觀看者也會看得不太舒適,又譬如在攀岩的時候無法騰出一隻手去掌控攝影機,因此我們想到最近常使用在各種影音創作的器材——空拍機,但要自己操控無人機的話就如拿手持拍攝器材一般,沒辦法進行太激烈的活動。 我們構想做出一款可以用手機操作就可以跟拍的無人機,有別於普通需要一直用遙控器操作的空拍機,它會跟隨著特定目標,如果要進行需要空出雙手的活動又想記錄下美好回憶,跟拍無人機便能同時滿足這兩項需求,我們要讓無人機利用ROS(Robot Operating System)的SSH連接每個Node,使Jetson nano執行YOLO3影像辨識鎖定目標,再傳送影像辨識後得到的操控數據給APM飛控板控制飛行,並透過手機app的模擬搖桿操控無人機,還能使用app中的按鈕一鍵切換跟拍、定高、自動返航和環繞拍攝等模式,最後在無人機的四周裝上超音波感測器,當偵測到無人機周遭一公尺內有障礙物時自動避障,如此一來就能達到不會撞到障礙物且不需手持、進行激烈活動也不會使畫面激烈晃動而模糊的目的。

球型飛行器

莫忘世上苦人多

一、 創作主題 1. 題目 球型飛行器 2. 實用功能描述 (1) 具有探索、探勘能力。 (2) 具飛行、懸停機制。 (3) 可在陸地上使用滾動的方式行走。 二、 創意構想 1. 理論基礎 此作品,主要是以STM32F407ZGT6開發版為主控板,藉由遙控端的開發版用ADC的方式讀取三組可變電阻,再使用SPI的傳輸協定與NRF24L01無線模組溝通後再傳輸給飛行器主體。 主體方面則是在接收到訊息之後,使用PWM的方式控制電子變速器與伺服馬達,達成上升下降與前後左右移動的功能,此中間則以光偶合作訊號上的隔離,以防訊號突波沖壞開發版。 而再無收到遙控端傳輸訊號的時候,飛行器為自動開啟回授的功能,藉由I2C讀取MPU6050六軸陀螺儀,搭配卡爾曼濾波後計算出的角度來控制飛行器使之在空中懸停。 2. 設計創新說明 (1) 飛行方式: 此飛行器運用共軸雙槳的設計來飛行,其主要是以上下兩螺旋槳當傳速一致且一正一反,便可平穩上升與下降,如其中一螺旋槳轉速過快或過慢便會有順時針轉與逆時針之情形發生。 (2) 球型外框: 此外框可以使整體飛行器在飛行時,幾乎可以無視外部障礙,因其保護使之內部的機翼可以平穩的飛行不怕碰撞,且搭配圓環的設計,外部的球體可360度的旋轉,更可達到飛行中的平穩前進。 3. 特殊功能描述 回授系統: 此回授系統是以讀取MPU6050經由運算後搭配卡爾曼濾波所得出的歐拉角,來精準控制無刷馬達與伺服馬達,使之能夠再無訊號傳入之時能夠平穩的飛行。 滾動前行: 其滾動方式是以能360度旋轉的圓環系統,搭配球型的外框,運用較低功率的方式前行,使電池的續航力提高。

跨域整合特別獎

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