robot 機器人

前言
2009~2010 FLL（First Lego League）世界盃機器人大賽首度在高雄市進行為期2天（5月7日～5月8日）的決賽，這不僅是高雄市政府第一次爭取到國際性機器人競賽，也是台灣第一 次爭取到FFL世界盃機器人競賽的主辦權。筆者今年有幸擔任競賽評審，因此有機會瞭解整個競賽過程與運作，並介紹給大家。
FFL世界盃機器人競賽 是一項歷史悠久的機器人競賽，有別於一般機器人競賽所講求的速度與效率，FFL機器人競賽係結合機器人競技與以科學解決現實問題為主軸，旨在鼓勵孩子於競 賽過程中，透過科學的方法調查研究，進一步解決問題，培養孩子團隊合作、創意思考、主動實驗的態度。自1989年於美國首次舉辦以來，已有超過40個國家 的學童參與FLL機器人競賽，其參賽的對象係針對全世界9~16歲的兒童與青少年為主，每隊可由10位擁有不同專長與技能的成員組成，以解決競賽過程中可 能遭遇到的各種難題。
 

圖1 象徵最高榮譽的冠軍獎盃

台灣區選拔賽介紹
台灣區選拔賽，今年2月份於高雄國立科學工藝博物館舉辦決賽，共有385名來自全台各地的指導教練及學生報名參加（共32 支隊伍），爭取僅僅8張代表台灣參加國際賽的資格門票。根據本屆FLL組織全球同步公告的主題-「智慧移動大挑戰（Smart Move）」，參賽隊伍需在有限的時間內完成符合競賽主題之作品，包含「簡報」、「機器人競技賽」兩大部份，其中為了在未來國際賽中順利對國際評審進行簡 報，因此在「簡報」的部份需以英文簡報方式呈現，對於國內參賽學生而言，著實是另一項挑戰。
台灣區選拔賽經過兩天的激烈比賽，來自高雄市的旗津國 小「魔術車潮」團隊獲得評審團一致肯定，榮獲台灣區選拔賽的第一名，旗津國小學童觀察到平時路上的車輛，大都只有一名駕駛在車內，對於有限的道路空間，易 造成上下班尖峰時段塞車的情形，因此，團隊共同設計出以個人移動載具為概念的「夥伴車」，雖然車體本身只能夠容納一個人，但是需要多人結伴同行時，每一台 「夥伴車」可依照乘載人數的需求，以模組化方式組合成一輛車體；此外，搭配智慧型交通號誌，可自動偵測車流量，進而控制紅綠燈秒數，如此，不僅可大幅降低 塞車情況，更可降低車輛因塞車產生的空氣污染與能源浪費。而第二名到第八名分別為台南市億載國小「雷敵傑特門」隊、高雄市陽明國小「太陽之子」隊、台北市 「EASY GO」隊、新竹市實驗國小「紅血球」隊、高雄市苓洲國小「苓洲飛颺」隊、台北市「快樂移動」隊、新竹市亞太美國學校「旗開得勝」隊，這些隊伍將代表台灣參 加5月份於高雄巨蛋舉行的國際賽。
 

圖2 旗津國小「魔術車潮」評審過程

FFL世界盃機器人競賽介紹
2009~2010 FFL世界盃機器人競賽總計有23個國家，64支隊伍來台參賽。首先進行的是「簡報」賽程，各國代表隊按照時程，至指定會議室進行三場的簡報，分別為「研 究主題」，說明團隊如何發掘現實生活當中與「智慧移動」相關的問題，並提出創新解決方案。「團隊營運管理」，說明隊伍成員如何分工合作完成作品，過程中如 何維持團隊正常運作。「機器人機構設計」說明，讓評審瞭解該隊伍所設計的機器人機構概念與優勢，並解釋如何在競技賽當中完成任務。這次主題研究作品中，不 乏許多創意的構想，且兼顧可行性。台灣代表隊除了有旗津國小的個人移動載具-夥伴車的構想之外，還有陽明國小以災區重建為主題，深入八八風災災區實地拜 訪，提出以解決水災重建與山地運輸困難的構想。日本隊伍則想出在捷運列車自動門直接感應車票裡的感應晶片，省去收票口的手續，讓大眾捷運系統可以快速疏散 人潮。荷蘭隊伍則意識到都市擴張不斷威脅野生動物棲息地，導致經常有車輛撞死野生動物的情形，因此發想出可隔絕車輛通行的生態通道，達到都市發展與生態平 衡雙贏局面，目前該構想亦實際應用在當地，因此在研究主題方面獲得評審相當高的評價。
賽程進行到第二天，競賽場地周圍則可以看到充滿各國文化特色 的展示攤位，不管是評審或來賓，只要對任何一隊的作品有興趣，攤位裡的選手都會很熱情地跟大家解說作品設計概念。而當天真正的比賽則是在競賽場地中央區的 「機器人競技賽」，參賽機器人的硬體需以LEGOR機器人套件為平台，軟體則使用美商國家儀器公司（National Instruments）LabVIEW為基礎架構開發之LEGOR MindstormsR軟體，限時2分30秒內挑戰包含機器人抓取圓環、車輛碰撞測試、碰撞通行號誌、感應牆維持直立、維持乘客安全並送達目的地等全自主 任務。比賽時間，筆者留意到獲得好成績之隊伍，以獲得滿分的旗津國小為例，不僅具備成熟程式撰寫能力，以確保機器人精準完成任務，另一方面也兼顧機器人車 體的機構設計，除了有效配置感測器之外，同時善用策略物件（零件），以達到最短時間內完比賽。
 

圖3 墨西哥代表隊攤位及作品

 
圖4 台灣代表隊之一攤位及作品

今年FLL世界盃機器人競賽一共頒發了14個獎項，來自德國的「AUP」團隊，由於機器人模組設計紮實，研究主題創新且具有高度可行性，評審團一致 認為該隊具備最佳的整體表現，因此抱走冠軍成為今年競賽最大贏家。而另一個大贏家則是台灣隊，由3支隊伍合力將4座獎項留在台灣；旗津國小的「魔術車潮」 延續台灣區選拔賽奪冠的氣勢，在機器人競技PK賽中打敗中國及以色列團隊，一舉囊括「機器人最佳表現獎」與「主辦國隊伍表現優異獎」；陽明國小的「太陽之 子」則獲得「裁判團獎」，苓洲國小的「SS501」隊獲得「創意簡報獎」。
 

圖5 德國代表隊AUP抱走冠軍獎

 
圖6 旗津國小獲得機器人最佳表現獎與主辦國隊伍表現優異獎

 
圖7 陽明國小獲得裁判團獎

 
圖8 苓洲國小獲得創意簡報獎

小結
樂高（LEGO）自1998年推出第一代樂高機器人（8482–CyberMaster）以來，台灣隊伍即以5年的時間在國際樂高機器 人競賽（包含FFL世界盃機器人競賽與WRO國際奧林匹克機器人大賽）屢創佳績，一方面歸功於學生展現對於機器人科學的無比熱情，肯犧牲自己休閒時間投入 研究與實驗之外，學校多元的教育體制，將機器人課程導入，同時教育家長協同參與，無疑是這些小選手參賽的最佳後盾。然而，要培養一支可在國際競賽發光發熱 的隊伍，以旗津國小為例，經常需面對經費來源的現實問題，必須對外籌措經費，因此未來若能獲得政府支持，提供更好的硬體與資源，同時規劃從小到大的整體機 器人教育養成計畫，相信不只可以造就更多世界冠軍與台灣之光，對於台灣機器人產業而言，由於機器人基礎教育的深耕，未來將培養出更多產業人才。
而 據研究報告指出，2009年全球服務型機器人約有100億美元的產值，其中教育娛樂機器人佔5.14億美元，加上少子化的人口結構趨勢，家長願意花費更多 時間與金錢投資子女，造就國內有開辦機器人課程的補習班與研習營，如雨後春筍般林立。國內坊間針對青少年以下學子開辦的機器人課程，有部份是採用台灣廠商 自行開發的機器人平台：如洛奇科技開發的科學魔法車，以自行開發的麵包板為基礎，藉由電阻、電容等零件的搭配實驗，讓小朋友學習基本電學原理；利基應用科 技以自行開發之BASIC Commander單板個人電腦為基礎，搭配週邊模組與零件，透過教學課程，學生可學習單板電腦程式控制、週邊模組應用，自行完成高階的機器人作品。這類 國內自行開發的機器人套件與課程本身具備價格便宜與中文化介面的優勢，雖有助於進一步推廣國內教育機器人套件，但事實上在知名度與普遍性仍不及以樂高機器 人為平台的課程。
筆者以為，樂高機器人套件較為普及原因，除了國內推廣行之有年之外，套件本身具有無限組裝創意的特性亦是吸引人之處，此外，更重 要的原因為，每年透過國際大賽的舉辦，提供國內學子在國際舞台上發揮所學，甚至有機會在國際競賽上獲獎，這也是家長願意支持孩子參與學習樂高機器人平台的 最大原因之一。國內自行開發的教育機器人套件或許可以此為借鏡，一方面持續強化套件本身趣味性與教育性，啟發學童的學習興趣；另一方面可積極尋求與官方單 位共同舉辦大型競賽，讓學童能夠以參賽經驗與獲獎認證，做為日後升學優勢，而競賽本身若能與國際上既有的競賽接軌，讓國內賽優勝的隊伍沿用相同的機器人套 件進一步參與國際大賽，對於廠商而言，等同藉由參賽隊伍在國際性舞台推廣自家產品；對於學生而言，則可獲得出國交流與學習的寶貴經驗。