伴隨互動教學(機器人模仿人之手臂動作)

伴隨教學的過程與靜態教學類似，同樣藉由手臂與肩上所配戴之紅色手套 與肩上紅布透過章節3.1所介紹的影像處理技術，得到手臂變化的資訊，不同的 部分是由螢幕上分別顯示設定的數個動作，作為自閉症孩童的動作範本，由螢 幕上顯示動作的主要原因是根據目前學者研究指出[30]，自閉症認知的缺陷在 於各種的符號資訊，且相較於一般人，自閉症患者對於非立即消失的訊息，如 圖片、照片等，比停留時間短暫的訊息有較佳的處理能力。

因此，將藉由螢幕上顯示的圖片作為教學提示線索，並帶領著機器人，不

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論孩童的手臂如何擺動，人形機器人將伴隨同樣的姿勢，當自閉症孩童能跟隨 螢幕所顯示的動作，將產生正面鼓勵之環境；反之，將設計適當的音效作為提 示，產生誘導之輔助環境，藉由帶領著機器人，以期能提升自閉症孩童互動意 願的主動性。

 機器人的操控

本研究使用的是ROBOTIS出產的人形機器人，由18顆AX-12馬達所組成，

如圖4-6所示為主要控制手臂之四顆馬達，ID1~ID4，其位置命令為0~1023，由 於正常的手臂擺動大約介於±90度內，故需將手臂轉動的角度轉換至馬達對應之 位置命令。

圖 4-6 人形機器人手臂馬達位置

a. 首先以ID1的馬達為例，由圖4-7可得知機器人右手臂由-90度向上轉至90度 之位置命令為204至818，因此，可求得角度 ₁對應位置命令P₁的之方程式，

如式(4-1)所示，同理也可求得ID2角度 對應位置命令P2的之方程式，見 式(4-2)。

(a) -90度對應204 (b) 0度對應512 (c) 90度對應818 圖 4-7 ID1 馬達轉動角度對應位置命令

1 = ³⁰⁷

0 × ₁ 511 (4-1)

2 = -³⁰⁷

0 × ₂ 511 (4-2) b. 另外由手臂上的ID3馬達，由圖4-8可得知機器人右手臂由0度向內轉至90

度之位置命令為512至239，可求得角度 對應位置命令P3之方程式，如式 (4-3)所示，同理也可求得ID4角度 ₄對應位置命令P₄之方程式，見式(4-4)。

(a) 0度對應512 (b) 90度對應239 圖 4-8 ID3 馬達轉動角度對應位置命令

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3 = - ¹₃₀× ₃ 512 (4-3)

4 = ¹₃₀× ₄ 512 (4-4)

因此透過以上所描述的角度對應機器人位置命令的方程式，便可利用感測 器所得到的姿態資訊，將手臂的垂直與水平角度，轉換至人形機器人的手臂位 置命令，進而控制人形機器人。

 伴隨互動教學流程

一次完整的伴隨互動教學，起初與靜態教學步驟相同，由圖4-2所列的12個 人形機器人動作樣本任意選擇數個動作，並對應至動作資料庫中，將依序在螢 幕上顯示出動作，接著同樣在測試者身上配戴紅色手套與肩上的紅布，機器人 會在教學開始前，做出手臂打平的動作，請測試者模仿，目的為了得到手臂影 像初始的長度，以利教學的正確判斷與確實的控制機器人。

教學開始時，完全由電腦自主判斷動作與操控機器人及音效，人形機器人 起初做出自我介紹且於環境中產生教學音效的氛圍，步驟如圖4-9所示，教學開 始後，螢幕上會依序顯示設定的數個動作，機器人將會不斷的由測試者手臂之 感測資訊改變自身的動作，直到全部動作顯示結束。

圖 4-9 伴隨互動教學完整流程

動作的判斷同靜態互動教學，將由得到的手臂之垂直與水平角度，一方面 以頻率10 Hz控制人形機器人，另一方面，對應動作資料庫中動作的角度，當偵 測的角度範圍介於正確動作的角度±10度內，則自閉症孩童動作與螢幕顯示的動 作匹配，環境將產生正面鼓勵的音效，且持續顯示下一個動作，直到全部動作 結束；反之，當動作不匹配，為避免教學中斷，計時十秒後，還未達成，螢幕 上便重新顯示同樣的動作，並由適當音效產生提示，若再經過十秒還是未完成，

螢幕上將顯示下一個動作，來避免教學無法順利進行，全部動作顯示結束後，

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機器人將做出歡呼的動作並配上音效以茲正面的鼓勵，透過此部分的伴隨互動 教學，訓練自閉症孩童的專注力與行為能力，提升自閉症孩童互動意願的主動 性，如圖4-10與圖4-11分別為動作做對與做錯之情形。

(a) 螢幕上動作樣本與監控端 (b) 機器人伴隨動作 圖 4-10 動作正確情況

(a) 螢幕上動作樣本與監控端 (b) 機器人伴隨動作 圖 4-11 動作錯誤情況