態誤差。由於我們所使用之平台為兩輪單獨控制之 mobile robot，故由圖五十七 及簡單的計算可得 別為左右輪之轉速。並且我們將此系統轉換為以下三階之 chained-form 形式的 Error Model：
⎥⎦
完成定位控制後，我將結論推廣至追蹤控制問題。假設給定一欲追蹤的軌跡
0 ) ( )
( inf
lim→∞
∫
+0 +∫
+0 >T t
t r
T t
t r
t
v
τd
τw
τd
τ ， (18)則追蹤控制系統之閉迴路系統必為全域均勻穩定(UGAS)及局部指數穩定。雖然 此方法可以達到局部指數穩定，但是精確的收斂比率仍然不清楚，所以我們線性 化和極點移置方法來提升控制器的性能。最後，我們選擇兩個典型的軌跡規劃即 路邊停車和倒車入庫來驗證控制法則的表現。為了強調新控制器的停車表現，我 們把它與一個來自文獻[167]的舊控制器比較，實驗結果如圖六十一。圖六十二 說明平行停車實驗的部份圖片。結果顯示這個新控制器不僅能夠解決一般停車問 題而且保證快速的收斂效果。
圖 六十一 和[177]舊控制器做一比較(a)位置變動 (b) 追蹤誤差 (c) 中心點的線性速度 (d) 角速度
New Controller Old Controller
1. 4.
2. 5.
3. 6.
圖 六十二 平行停車實驗
圖六十三為 L 形軌跡以進行倒車入庫實驗。
圖六十三 顯示倒車入庫實驗結果
Eq. (32) Eq. (31)
接下來我們將建立兩輪移動式機器人在影像空間上的數學模型，相關模型已出現 在文獻[163]及[168]上，我們以此推導一非常簡單之定位控制器，不需使用正確的目 標高度及 focal length 等資訊。
取一 Lyapunov 函數如下:
V
= ζ1 2 +f
ζ2 2. (19)微分 V 可得
V
& =f
ζ2v
/h
ˆ. 並且hˆ的符號已知設為σ(hˆ)。取控制器如下：
v
=−k
ζ2σ(h
ˆ). (20)則
V
& =−kf
ζ22 /h
ˆ ≤0. 則任取一滿足 PE 條件之ω皆可使相關於(ζ1,ζ2)的子系統穩 定，特別的取) sin( 0
0
t
k
ωω = , (21)
此式滿足且θ 值只在某一範圍變動，而且每經一周期，θ 將回到原起始狀態。控制 器(20)-(21)的優點可條例如下：
1. 非常簡單，易實現。
2. 不需要相機內在參數如 focal length 及物體實際高度等資訊。因為具指數穩定 性，故有相當的強健特性可抵抗干擾及 un-modeled 的部份。
與文獻[163]比較，我們不需要額外估測hˆ，但是其缺點為需要先知道hˆ的正負。
五、 結果與討論
本計畫完成兩台家用機器人雛型，此機器人具備一三自由度之機械手臂，可 藉由視覺導引抓取環境中之特定物體。此機器人具有自主式閃避障礙物導航功 能，透過無線網路（WLAN）可由一般個人電腦及 PDA 網路遠控及監測，以機 器人上攝影機可達成家庭成員之人臉辨識及追蹤，已具備實用性之助理功能。
我們建構了家用機器人的視覺模組架構，機器人可以建立三維場景的模型，
並推估自身與所處環境間的相對幾何關係，以及解決與障礙物發生碰撞的問題。
整體架構分為數個功能模組，其中包含影像特徵點擷取，相機內部參數自我校 正，相機外部參數校正，以及空間幾何架構的建立。在特徵點對應模組方面我們 所提出的演算法能成功地自影像中獲取相當正確而完整的對應關係，包含特徵點 的運動軌跡。在路徑規劃模組方面，在環境障礙物碰撞的問題，我們發展的方法 可以成功的達到目標，且規劃出的移動路徑為最佳避碰路徑且為平滑路徑。在人
臉辨識研究，也有相當不錯的效能。
利用立體視覺來判斷週遭環境的多機器人合作系統，我們建構的立體視覺系 統成功地運用在機器人身上。經過以上實驗與理論推導中，我們發現對於我們所 設計的多機器人環境地圖建立系統，其可行性是存在的，而且效果也相當不錯，
未來我們希望能將此機器人系統加入實際家庭環境場景中，希望能建立出可靠的 環境地形表示，以提供智慧型家用機器人後續使用以及家庭成員利用。
為了使家用機器能夠對不同的家庭成員提供適當的服務與互動，使家用機器 人能更人性化，我們發展一種家庭成員的辨識方法，使家用機器人能夠辨識不同 的家庭成員，進而與成員間產生智慧型互動。為了使機器人的使用更為「自然」
與「方便」，並且賦予機器人與使用者之間能夠產生溝通的能力，本計畫一方面 藉由影像辨識技術來發展人臉辨識系統，以達成提供機器人作家庭成員的辨識，
讓機器能對不同的使用者提供不同的服務及互動，並且發展語音辨識系統，讓機 器人能夠藉由使用者的訊息，作出適時適當的反應動作。
在語音互動方面，目前我們己完成語音操控系統。為了方便使用者對家用機 器人的操作，我們使用先前完成之語音辨識系統，製作一對於家用機器人之行為 操控系統。機器人只需要使用者給定所需要的資訊，利用這些資訊，讓家用機器 人可以正確地執行任務，機器人也可以語音的方式回應資訊給使用者，增加與使 用者之間的互動性。
我們成功地運用 Embedded Linux 技術成功的建構出 Home Robot 之即時嵌入 式 Linux 乙太網路伺服控制器，此控制器擁有 Ftpd、Telnetd、Httpd、NFS Client、
Real Time Task 等多項能力，並且運用 RTLinux 建構於核心當中提供硬體即時排 程規劃。使 Home Robot 擁有無限成長，學習與記憶空間，所以 Internet 連線之 電腦就可以是 Robot 的大腦。與 Robot 相處附近的 Robot House PC 便猶如一個 閘道，可視為 Robot 的小腦與脊椎神經，其與 Robot 之間，則是一個負責即時與 命令反應動作的控制單元。理想規劃下，網際網路猶如其大腦神經系統。我們可 以運用網際網路上無限多的訊息資訊提供給機器人系統，並可運用網路上無限多 的計算資源建構一個複雜且龐大的學習與合作的機制。
本計劃所發展的遠端呈現與操控系統主要包括遠端呈現模擬系統以及具力 回饋功能的操控器，我們利用虛擬實境的技術來實踐遠端呈現模擬，建立擬真的 虛擬場景，並利用電腦視覺的資訊來提高虛擬與真實場景的相似性，在虛擬場景 的建立中，著重在機器人與環境互動時位置與力變化的呈現，利用計劃發展的具 力回饋功能的操控器可提供使用者來自遠方環境的接觸力，讓使用者更能掌握全 局，進行有效的操控。
此計畫不僅完整地落實解決資訊、控制、電機機械與系統整合的問題，並讓 人工智慧與學習理論相關學術研究擁有一個很好的橋樑，更可進一步驗證多層式 即時多工控制理論架構的可行性，並給予產業學術界注入一股新的契機與力量。
六、 結論
本計畫已開發出家用機器人感測控制與資訊整合平台，此平台上是以 PC-based 嵌入式工業電腦為基礎，連結並控制各種感測器與致動器，配合適當之 微控器(Microcontroller)、數位訊號處理器(DSP)與可程式化裝置(FPGA) ，機器 人可以達成即時性之反應。我們成功的實現了多超音波環境感測器、數位影像立 體視覺、人臉辨識與追蹤、語音辨識與聲控、網路遠端遙控、自主式導航及多機 器人合作感測。我們提出機器人互動控制方面的新架構與理論，也研發出具體之 機器人與外界互動之硬體設備與處理法則，對智慧型機器人的未來實際應用將十 分有幫助。
本計畫之研究內容與原計畫完全符合並已達到預期目標，所發展之家用機器 人設計等研究成果具有學術價值與實用性，已發表有三十六篇學術論文其中七篇 期刊論文及二十九篇發表於國際研討會 ICMT 2002、IEEE ICRA2003、IEEE CIRA 2003、IEEE CCA 2004、IEEE IROS 2004、IEEE SMC 2004 及中華民國自動控制 研討會，另有較完整的論文近期內將投稿於學術期刊。
七、 參考文獻
[1] K. Hirai, M. Hirose, Y. Hirose, Y. Haikawa, and T. Takenaka, “The development of Honda humanoid robot,” Proceedings IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 1321 – 1326,1998.
[2] S. Hashimoto, S. Narita, H. Ksahara, A. Takanishi, S. Sugano, K. Shirai, T. Hoashi,
“Humanoid robot-development of an information assistant robot Hadaly, Proceedings IEEE International Workshop on Robot and Human Communication, pp.106 – 111, 1997.
[3] T.Ikeda, C..Miyazi, “Swimmable hummanoid robot, ” Proceedings IEEE of the 24th Annual Conference of the Industrial Electronics Society, pp1164 –1169, 1998.
[4] J. A. Driscoll, R. A. Peters, and K. R. Cave, “A visual attention network for a humanoid robot , “ Proceedings IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp.96 – 101, 1998.
[5]S.Hashimoto, “Vision system for humanoid robot-toward emotional man-machine-environment interaction,” Proceeding KES ’98 Second International Conference on Knowledge-Based Intelligent Electronic Systems, pp. 269 –273, 1998.
[6] K. Nishiwaki, A. Ionno, K. Nagashima, M. Inaba, and H. Inoue, “ The humanoid Saika that catches a thrown ball,” Proceedings IEEE International Workshop on Robot and Human Communication, pp. 94 – 99, 1997.
[7] R. A. Brooks, “Behavior-based humanoid robotics,” Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robotics and Systems, pp. 1-8, 1996.
[8] S. A. Setieawan, H. H. Sang, J. Yamaguchi, and A. Takanishi, “Physical Interaction between Human and a Bipedal Humanoid Robot –Realization of Human – follow Walking,”Proceedings IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 361 –367, 1999.
[9] T.Inoue, “Future tasks of research in robotics,” Proceedings IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 24, 1995.
[10] O. Tetsuya and S. Shigeki, “Emotional Communication Between Humans and the Autonomous Robot Which has the Emotion Model,” Proceedings IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 3177 –3182, 1999.
[11] M. Toshio, Hiroyasu, and S. Shigeki, “Development of Human Symbiotic Robot:
WENDY,” Proceedings IEEE International Conference on Robotics and Automaion, pp. 3183 –3188, 1999.
[12] T. Atsuo, T. Hideaki, K. Isao, and U. Tomohiko, “Development of the Anthropomorphic Head-Eye Robot WE-3R11 with an Autonomous Facial
Expression Mechanism,” Proceedings IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 3255 – 3260, 1999.
[13] Y. J. Cho, J. M. Park, S. R. Oh, and C. W. Lee, “A control architecture to achieve manipulation task goals for a humanoid robot,” Proc. of IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp206-212, 1998.
[14] S. Lee D.S. Choi, M. Kim, C. W. Lee, and J. B. Song, “An unified approach to teleoperation: human and robot integration, ” Proceedings IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, pp.261 –266, 1998.
[15] S. Lee, D. S. Choi, M. Kim, C. W. Lee ; and J. B. Song, “Human and robot integrated teleoperation,” Proc. IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, pp.3406 – 3058. 1998.
[16] S. Lee. D. S. Choi, M. Kim, and C. W. Lee, “The Distriuted Controller Architecture for a Masterarm and its Application to Teleoperation with Force Feedback,” Proceedings IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 375 – 380, 1999.
[17] K. Berns, T. asfour, and R. Dillmann, “ARMAR – An Anthropomorphic Arm for Humanoid Service Robot,” Proceedings IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp. 702 – 707, 1999.
[18] H. Nishiyama, W. Yamazaki, F. Mizoguchi, “Negotiation protocol for proof of realization of cooperative task in multi-agent robot systems,” Proc. of 2000 IEEE International Conf. On Systems, Man, and Cybernetics, pp. 1685 –1690.
[19] G. Ferretti, S. Filippi, C. Maffezzoni, G. Magnani, and P. Rocco, “Modular Dynamic Virtual-Reality Modeling of Robotic Systems,” IEEE Robotics and Automation Magazine, Vol. 6(4) (1999), 13-23.
[20] A. Goto, R. Inoue, T. Tezuka, and H. Yoshikawa, “A Research on Tele-operation Using Virtual Reality,” in: IEEE Int. Workshop on Robot and Human Communication, 1995, pp. 147-152.
[21] C. P. Kuan, and K. Y. Young, “VR-based Teleoperation for Robot Compliance Control,” accepted by J. Intelligent and Robotic Systems.
[22] J. E. Lloyd, J. S. Beis, D. K. Pai and D. G. Lowe, “Programming Contact Tasks Using a Reality-Based Virtual Environment Integrated with Vision,” IEEE Trans.
Robotics and Automation, Vol. 15(3) (1999), 423-434
[23] M. Mitsuishi, T. Hori and T. Nagao, “Predictive Information Display for Tele-Handling/Machining System,” in: IEEE/RSJ/GI Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, 1994, pp. 260-267.
[24] D. Bomon, “International Survey: Virtual-Environment Research,” Computer, Vol. 28(6) (1995), 57-65.
[25] G. Burdea and P. Coiffet, Virtual Reality Technology, John Wiley & Sons, 1994.
[26] M. Gobel, “Projects in VR: Industrial Applications of VEs,” IEEE Computer Graphics and Applications, Vol. 16(1) (1996), 10-13.
[27] G. Burdea, Force and Touch Feedback for Virtual Reality, John Wiley & Sons, 1996.
[28] Y. Y. Liao, L. R. Chou, T. J. Horng, Y. Y. Luo, K. Y. Young and S. F. Su,
“Force Reflection and Manipulation for a VR-Based Telerobotic System,”
Proceedings of the NSC --- Part A: Physical Science and Engineering, Taiwan, Vol. 24(5) (2000), 382-389.
[29] K. Hirota and M. Hirose, “Providing Force Feedback in Virtual Environments,”
IEEE Computer Graphics and Applications, Vol. 15(5) (1995), 22-39.
[30] L. Oly and C. Andriot, “Imposing Motion Constraints to a Force Reflecting Telerobot Through Real-Time Simulation of Virtual Mechanisms,” in: IEEE Int.
Conf. on Robotics and Automation, 1995, pp. 357-362.
[31] W. A. McNeely, “Robotic Graphics: A New Approach to Force Feedback for Virtual Reality,” in: IEEE Virtual Reality Annual Int. Symposium, 1993, pp.
336-341.
[32] T. Yoshikawa, Y. Yokokohji, T. Matsumoto and X. Z. Zheng, “Display of Feel for the Manipulation of Dynamic Virtual Objects,” ASME J. Dynamic Systems,
[32] T. Yoshikawa, Y. Yokokohji, T. Matsumoto and X. Z. Zheng, “Display of Feel for the Manipulation of Dynamic Virtual Objects,” ASME J. Dynamic Systems,