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本論文成功地整合了各項發展之軟、硬體技術,雛型系統雖有部分網路 傳遞及機械系統所衍生的小瑕疵,但是就整體而言,本專題已完成論文製作 的目標。

不同的開發機器人的研究者,使用著各式各樣的軟體,例如說像是 inMoov 機器人所配套的 myrobotlab 或者是 Unity 3D[47]等等都是開發者的寵兒,

其中雖然 Processing 這套軟體主要是開發給需要製作影像、動畫、聲音的用 戶使用,但因為界面簡單且有許多開放的 Library 可以下載,對於本論文來 說比起其他較為專業的軟體更適合研究開發。

圖 6-1 Processing 感測手繪圖

序列埠所連結的機械手中有著 Serial.begin() - 開啟 Serial Port 並 設定通訊速率 (baud rate)、Serial.println() - 傳送資料到外部電腦、

Serial.read() - 接收來自外部電腦的資料。而 Serial.read()的指令能夠 暫存由 Processing 所發出的訊息並可以設置一個變數等於 Serial.read 就能 達到近乎無延遲的傳接收訊息。不過 MQTT 方面就不同了,使用雲端的方式發 送且接收資料都要經過 MQTT Broker,這會導致發送訊息及接送訊息速度不 及序列埠。

圖 6-2 MQTT 通訊協定與物聯網 IOT 應用整合概念圖 (摘錄於 GT Wang)

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其中以序列埠的方法所通訊的機械手,延遲時間約莫在 1 秒以內,而由 MQTT 通訊,因為 Leap Motion 不斷的偵測手指的變化故 Processing 端不停 的發送訊息至/lm 這個 topic,導致依靠 Arduino 端雖然不斷收訊但訊息量龐 大時依然會有明顯的延遲,所以 MQTT 通訊方式的機械手的延遲比序列埠的方 法還長,而延遲時間約莫 1 至 2 秒。

使用 Wireshark 來進行封包上傳送與接收的時間軸的解析,這裡針對監 控由 140.127.185.72 傳送至區域網路的每筆封包,由 Processing 傳送至 MQTT Broker 後,再由 MQTT Broker 傳至區域網路,這裡完成一次封包傳送約莫是 0.01 秒,而每十筆封包中約莫有一筆是間隔 0.02 秒完成,所以造成 MQTT 有 1 至 2 秒的延遲,有可能是因為 Arduino 的硬體無法瞬間負載的問題。

圖 6-3 WireShark 解析通訊封包

Arduino Ethernet Shield 必須接上網路線才能與伺服器連線,環境條 件受限,未來可能改用 ESP 8266[46] 以 Wi-Fi 的方式改良,能夠稍微改善 不是處處都有網路線的窘境,另外 Processing 繪圖所繪製的圖略為簡略,可 能以 Node.js[47]或是 Unity 3D 的方式去改善繪圖這方面的問題。

圖 6-4 ESP 8266

(摘錄於 http://k12.camdemy.com/)

實驗機械手臂直立取物實驗中嘗試抓取不同形狀、重量及大小的物件,

而實驗過程中發現因為機械手本身構造上手指彎曲時關節的角度是固定的,

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時的空間的物品就不易拿取,所以我試著加入材質為金鋼沙的止滑膠帶貼在 手指及手掌上,小幅度的提升拿取物件的重量,並成功將螺絲起子、小型鴨子 和人型的公仔、棒球、胡椒罐、眼鏡盒和棉花棒盒成功抓起。

圖 6-5 機械手側面關節角度

表 6 - 1 取 物 伺 服 馬 達 轉 動 角 度 表

大拇指 食指 中指 無名指 小拇指

螺絲起子 175∘ 175∘ 175∘ 175∘ 175∘

鴨子公仔 170∘ 175∘ 170∘ 170∘ 175∘

人型公仔 155∘ 160∘ 165∘ 165∘ 165∘

棒球 155∘ 155∘ 150∘ 155∘ 175∘

胡椒粉罐 155∘ 160∘ 165∘ 165∘ 155∘

眼鏡盒 160∘ 160∘ 160∘ 160∘ 150∘

棉花棒盒 150∘ 155∘ 165∘ 155∘ 155∘

圖 6-6 機械手取物圖

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由表 6-1 中能夠知道,以圓形為例:當物件的直徑超過軟式棒球 H 號 (71.5mm ~ 72.5mm)時,伺服馬達所轉動的角度會有所降低;以長圓柱體為 例:,抓取螺絲起子並不會造成伺服馬達角度上的變化,而抓取胡椒粉罐則 有明顯的降低角度;以不規則體為例:鴨子、人型公仔和眼鏡盒會依照物體 的大小而改變轉動的角度。

由此實驗可得知,InMoov 機械手的構造沒辦法控制機械手的握力,且手 指彎曲時中間的指節角度固定為 90,在指節角度固定為 90的情況下,手 指的長度導致某些體積較大的物件無法抓取。雖說物體的形狀不相同,但一 樣的是物件的體積越大伺服馬達轉動的角度就越小。

表 6 - 2 彎 曲 後 手 指 長 度

大拇指 食指 中指 無名指 小拇指

長度 3.0cm 5.7cm 6.0cm 5.6cm 5.0cm

圖 6-7 機械手彎曲後

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