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研究發展4

研究發展4:農田生力軍--2008生物機電盃田間機器人競賽

文•圖/胡琬琳 林達德

  美國前總統夫人艾林諾.羅斯福說:「未來屬於那些相信他們美好夢想的人。」夢想總有個起點,旅行總有個方向;一個系、一項產業總需要個獨特的定位,讓大家先立足而後遠颺。生物機電,顧名思義即為將機電整合技術應用在生物產業上。機電整合在工程領域是項極為重要的技術,而機器人則為機電整合技術最典型且富有發展潛力的應用;生物產業涵蓋範圍極廣,其中則以農業為根本。針對農業應用環境,對機器人機體設計與功能進行最佳化,是生物機電領域在技術和應用面的獨到之處。呼應這項特色,歐洲數所大學於2003年起率先舉辦「田間機器人競賽(Field Robot Contest)」,邀請各路好手展現技術與創意,帶著自製的各式機器人到戶外玉米田競速;相較於一般機器人競賽於室內平坦地面與規則的環境進行,田間機器人競賽更具有挑戰性,也更具有特色。2006年,全國生物機電相關科系的有志之士凝聚共識,希望藉由舉辦田間機器人競賽的方式,促使各校師生就此主題互相交流、切磋琢磨,同時向下紮根,激發學生對機器人設計與製作的創意,以培養學生實作整合與創新研發的能力,同時增進學生學習興趣,增加學生團隊合作的經驗。

  比賽構想的雛型成形後,許多細節在大家的研議之下陸續底定。田間機器人競賽之比賽場地為戶外的玉米田,競賽方式為自走的機器人於5分鐘內自動繞行於玉米植株之間,總長約50公尺,以最短時間走完全程,或行走距離最長者為優勝。為避免參賽隊伍受突發狀況影響競賽成績,比賽分兩回合進行,最後取用各隊較好的成績進行計時賽的排名。經考量籌劃與推廣所需時間,先行於2007年8月由臺灣大學生物產業機電工程學系展演示範賽,於2008年下半年正式舉行競賽;競賽則定名為「2008生物機電盃田間機器人競賽」。本競賽由臺灣生物機電學會主辦,國立臺灣大學生物資源暨農學院生物產業機電工程學系承辦。協辦單位包括中華農業機械學會、中華農學會、農業機械化研究發展中心,並獲得臺灣微軟公司贊助嵌入式平台系統及經費,另有研華科技提供硬體支援及技術協助。為鼓勵參賽學生積極創新,本活動除提供獎金,並補助每隊參賽隊伍材料製作費及交通補助費,另設有最佳技術獎、最佳創意獎、最佳團隊獎及最佳造型獎等獎項,由學界和業界的專家進行評分。希望藉由這些鼓勵,刺激參賽隊伍的積極投入,並提高創思設計與製作競賽的風氣。競賽原訂於9月舉辦,但由於籌備期間適逢夏季,強烈颱風辛克樂過境,場地的玉米植株應聲而倒,場地本身也變得泥濘難行,經搶救失敗後,比賽只得往後推移兩個月。然田間機器人若要落實應用,這種惡劣的環境自然無法避免,其設計難度由此可見一斑。

計時比賽前,各參賽隊伍的田間機器人於玉米田競賽場地前一字排開,造型各異其趣。

  此次田間機器人競賽於2008年11月1日下午在本校生物產業機電工程學系的農業機械實習場舉行,總計有10支隊伍參加,分別來自全國5所生物機電相關科系。因應狹窄且崎嶇不平的玉米田賽道,各參賽隊伍在驅動器、行走平臺的選用,乃至於車體本身的組裝上,皆展現獨到的巧思與創意。而為了在玉米植株圍成的賽道間流暢地以S形穿梭,各隊更在軟硬體系統的設計與整合上,展現高科技的應用。綜合各項特點,加之以不同的外觀設計,競賽當天所見即為形形色色的機器人穿梭於玉米田間,好不熱鬧。為避免下雨影響賽程而搭設的帳篷,與現場圍觀的群眾,似乎對不少隊伍選用的感測器造成影響,因此第一回合狀況不斷;有的機器人失控衝出場外,有的機器人轉彎時轉錯道,也有的機器人直接衝入玉米植株間。在此回合中,以穩紮穩打見長的宜蘭大學「MidNight灣岸」隊脫穎而出,在限定時間內順利走完全程。第二回合經過調整後,各參賽隊伍的表現都有所進步。其中嘉義大學「NCYU大機老~二」隊,雖然在行進過程中仍撞倒玉米數次,但其以速度為優先考量和具有創意的人字形轉彎的策略,使他們奪下最終的冠軍寶座。臺灣大學「嘻嘻哈哈」隊的電腦視覺技術在本次競賽中一枝獨秀,該隊所設計的機器人為唯一應用電腦視覺系統進行路徑判斷的工作,可惜受到場地光線變化的影響,雖未能於計時賽中奪標,但是在計數上獲得許多參賽隊伍的肯定。另外,屏東科技大學「赤備」隊,則為將嵌入式平台技術應用得最為純熟出色的一隊,嵌入式平台技術在機器人的應用,在此次競賽過程獲得相當熱烈的討論。

臺灣大學生物機電系「嘻嘻哈哈」隊所設計之田間機器人,應用電腦視覺技術作為前進的自動導引。

 
  在多方鼎力相助,和參賽隊伍積極配合下,本次競賽活動已圓滿落幕。在細節上或許略有不盡周詳之處,然美好的回憶與經驗都將得以傳承,2009年的田間機器人競賽將繼續由宜蘭大學生物機電系承辦,屆時將會吸引更多學子參賽。我們願以本活動為發聲,期望能收拋磚引玉之效,促使國內更多優秀人才在這片領域一同耕耘;我們願以本活動為基石,確立生物機電學界與業界的共同努力方向;我們願以本活動為標竿,激勵全國相關科系,共同邁向頂尖卓越。播下的種子已經抽芽成長,我們相信在不久的將來,定會開出一片繁花似錦,結成一簇纍纍果實。

田間機器人行走於玉米田賽道,遇彎道自行轉彎。 2008年臺灣首度舉辦田間機器人競賽「生物機電盃」,開幕式後參加人員合影。

 

關於作者

  林達德,現任生物產業機電工程學系主任。1981年臺大農業工程學系畢,1989美國康乃爾大學農業暨生物工程博士。研究專長為生物工程、影像處理及機器視覺、核磁共振與磁振影像應用、生物系統模擬與分析、生物材料超低溫保存。

  胡琬琳,助理。生物產業機電工程學系畢。

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