猶記兒時的無敵鐵金剛，倘若那時候能夠擁有一台隨心所欲的機器人，簡直不可思議。但隨著科技爆炸的時代，已經不是夢想，細膩的動作與高科技的內涵更是推陳出新。不同於深鎖在工廠內默默從事生產的工業機器人，智慧型機器人正逐漸以平價、多功能、百變的造型進入你我的生活，與人們密切互動。
近年來市面上出現多款人形兩足機器人，共同的特色都是除了基本的移動外，還可以做到很多高難度的動作，例如翻筋斗、倒地後爬起甚至拉單槓等等，但是我們發現到這一類型的機器人除了可以拿來表演以外似乎是沒有其他娛樂用途，另外目前市面上的人形機器人單價過高，很難有發展空間，因此決定自己開發低成本且娛樂性質高並具有互動性質的娛樂型對戰二足機器人。圖一為對戰的基本構想圖。
此對戰遊戲是以無線傳輸的方式透過電腦發送控制訊號，控制機器人來進行互相對打的目的，並透過機器人身上的小型攝影機將影像傳回電腦，玩家可以透過攝影機觀看周圍環境，使得遊戲更有臨場感，比其他一般在螢幕顯示之電動玩具更具吸引力，不僅如此也提昇了人與人之間的互動性。
工作原理
RC伺服機
機器人最主要的驅動來源為RC伺服馬達機，如何控制RC伺服馬達成為最重要的目標。RC 馬達的控制原理是利用PWM 的方式控制馬達在一固定範圍內轉動，當馬達轉動到PWM 訊號所給定的位置時，馬達就會鎖定停在該處固定不動，直到PWM 訊號改變馬達才會轉動停在其他的位置。
PWM的週期為20ms（50Hz），脈波寬度調變為0.5ms～2.5ms。舉例說明，假設RC伺服器的轉動角度為0°～180°，而RC伺服器脈波寬度調變的範圍為0.5ms～2.5ms。因此設0.5ms脈波寬度時，馬達轉動到的位置為0°；那當脈波寬度為2.5ms 時，馬達轉動到的位置就為180°。所以當脈波寬度為1.5ms時，馬達轉動到的位置就為90°，其驅動示意圖如圖二所示。
中文語音模組
本模組是採用SD178A為核心，該晶片是一款能將輸入中文文字及英文字母轉換成語音輸出的單一晶片處理器，其應用非常廣泛，例如電子書、全球定位導航系統等各種掌上型、行動式通訊產品的語音輸出。內建30bytes資料緩衝器，輸入的中文Big5碼或ASCII碼經由輸入接腳接收暫存於該緩衝器，並會自動將緩衝器內的資料即時的轉換成高品質語音輸出，及清除已轉換完成的資料，以便輸入文字能持續不斷的送入緩衝器內。其電路方塊圖如圖三所示。
SD178A可以直接和其他的微處理器做連接，如圖四所示。/RDY、/SCLK和SDI這三條線為處理核心與主控器（使用者所用的處理器）間溝通的串列傳輸介面。
圖五則是SD178A與主控制器間溝通的時序圖。當/RDY為LOW的時候，表示正處於準備接收資料的狀態，當/SCLK的信號由HIGH變LOW的瞬間（負緣），這時候則會讀取目前SDI上的狀態一次。
無線模組
本系統中使用無線RF模組作為機器人與PC間的通訊平台(如圖六)，而這穩定的無線通訊模組，由GMSK調變的NRF905模組所架構成，433MHz/868MHz/915MHz的3段通訊頻段可供選擇外，低工作電壓、消耗功率小的特性也是我們所選擇的關鍵，抗干擾能力強及最遠的通訊範圍為300公尺，更是作為本系統通訊平台的最佳無線通訊模組。使用AT89C2051單晶片作為處理模組通訊的核心，由SPI串列傳輸方式進行收發資料的傳遞，而處理機器人核心部份的HT46RU25單晶片使用UART串列傳輸與堅控電腦溝通，如此本系統即可做到穩定的無線通訊傳輸。
系統架構
機器人主體架構
本組所製作的對戰機器人基本上是由16顆RC馬達組成。雙腳部份，左右腳各為5個自由度；雙手部份，左右手各為3個自由度(一個自由度代表一顆RC馬達)。組合完成後的機器人整體高度預估大約為30cm左右，另外，會在機器人身體正面ㄥ模組ㄨ高度兩隻ㄡㄨㄤ 設置一塊光敏電阻電路模組，目的用來作受攻擊之攻擊目標。
另外，對戰機器人的相關控制電路與電池設置於機器人身體內部，左右手裝設攻擊用的雷射裝置，與防守用的盾牌。如圖七所示
對戰機器人身上所設置的微控制器為機器人主要的控制核心，用來控制對戰機器人所有的行為。以下對於整個架構做簡單的說明
- ●機器人電路控制部份，由微控器作為機器人電路板的主要核心，微控器可以控制對戰機器人周邊電路，其中包括無線接收模組、光敏電阻路模組、RC馬達控制電路、語音IC、雷射等。
- ●為了使機器人擁有充裕的電力，使用5顆鎳鎘電池。
- ●機器人主體上的通訊模組(無線模組)，能夠接收從電腦RS232的傳輸介面經由通訊模組所發出來的訊號，進而完成指令的傳達，達成各項需要動作。
- ●RC馬達的控制電路，藉由微控制器發送脈波訊號來控制馬達的轉動角度，進而控制機器人本身的各項動作。
- ●光敏電阻電路為攻擊目標，當被雷射擊中後會產生訊號通知微控制器。
- ●雷射槍的部分則由微控制器控制是否要發射雷射攻擊。
- ●語音IC則是，當光敏電阻被雷射擊中或進行攻擊時會由主核心通知語音IC執行發音的動作。
圖八為系統架構圖，HT46RU24為主要控制器（MASTER），控制所有機器人之功能與行為，另外，HT46R24（Slave）主要功能用來產生控制RC伺服馬達之脈波訊號，是控制機器人所有運動軌跡的核心，主核心模組（master）與RC伺服馬達控制電路（slave）之間的溝通是利用晶片中的I2C功能，由主核心傳送資料至slave後，slave收到資料並判斷對應動作為何，之後產生PWM訊號控制機器人完成所應完成之動作。
控制架構
以為PC基礎，控制對戰機器人執行對戰，如圖九所示，由PC螢幕上設計的介面，藉由滑鼠來控制，傳輸方法為電腦將欲發送的訊號經由RS232傳輸介面，再透過無線收發模組處理後再將訊號發送出去；在PC控制介面上可即時觀看我方對戰機器人的生命值，並有按鍵作為機器人的動作控制，進而構成完整的對戰系統。針對此系統之通訊方式如圖十所示
機器人的控制方式為PC遙控，包含無線控制命令傳輸的功能，由PC螢幕上設計的介面，藉由滑鼠或鍵盤的控制來取代無線遙控器。
對戰機器人的操作方式其實很簡單，只要按一下按鍵機器人就會依照所按下的按鍵動作，就跟控制遙控玩具是一樣的，不同的是遙控玩具是以遙控器控制，我們是使用pc介面控制並有影像回傳的功能。
A：影像顯示視窗
B：機器人血量表
C：機器人行走方向控制鍵
D：機器人攻擊方向控制鍵、攻擊鍵、防守鍵。
機器人之行為
機器人攻擊
日本機器人格鬥比賽是以衝撞近身格鬥的方式進行攻擊，此種攻擊方式會因為過度的衝撞造成機器人機身的故障與損壞，久而久之機器人的機體會容易產生故障或損傷。我們所設計的對戰機器人遊戲，與日本機器人格鬥比賽不同的地方在於，我們的攻擊方式是使用雷射當成攻擊武器（雷射槍），屬於遠距離的攻擊方式，其優點是比較不會因衝撞而產生機體的故障或損傷，雷射武器是使用市面上的雷射筆，再搭配一個pnp電晶體當作雷射武器的開關，以微控制器所送出的訊號來控制是否發動攻擊；是，雷射槍發射；否，雷射槍關閉。
被攻擊後所產生之反應：
當遊戲開始後被攻擊者擊中也是就被對方以紅外線照射到己方身上的光敏電阻時，PC介面的生命值與機器人身上的LED燈會各暗一顆，並且對戰機器人自己會發出提示聲音提醒操作者已經被對方攻擊到，同時機器人會自動將盾牌舉起保護自己避免2次傷害。
當PC介面的生命值為0或機器人身上LED燈全滅時，代表機器人已經陣亡，遊戲也因此結束；而遊戲結束時輸的一方則發出「遊戲結束，我掛了」來代表敗北。
當中我們利用光敏電阻的原理製作標靶，當光敏電阻受到攻擊時（亮度變化）電阻值會改變，因電阻值的改變所影響到的電壓，經過比較器來判斷的輸出電位的高低變化，再將高低變化回傳給微控制器，讓微控制器判斷是否有被擊中，若是，則發出訊號通知語音IC發出被擊中的聲音，同時產生相對應的行為反應，並且主控制器會將剩餘血量，透過無線模組送出訊號給電腦介面，顯示目前生命值為何。
防守行為
由於對戰機器人，有攻擊就有防守的必要，因此在機器人的左手加裝盾牌，來防止被敵方攻擊到自己身上的光敏電阻。但是考慮到如果一直持續防守狀態，此對戰遊戲將會形成和局的狀態，因為攻擊不到機器人身上的目標（光敏電阻模組），為了避免此類的情形發生，防守狀態只能持續3秒（暫定），達到3秒後盾牌會自動放下，才可進行下一次防守。
實驗結果
針對兩足步行機器人系統，其中比較困難的部分是足部之運動軌跡之規劃，如何在各種運動模式下，步行機器人能夠穩定的完成動作，首先先作單腳獨立之動作，因為人在走路時，以單腳著地之時間最多，如何使用單腳就能保持身體之平衡，也是最為基本之動作，步行機器人舉起右腳，使用左右腳維持身體平衡，步行機器人舉起左腳，使用右腳維持身體平衡，在此實驗中步行機器人皆能維持身體平衡，而不至於跌倒，所以此種運動軌跡是可以接受的。
機器人前進後退
機器人行走方式是先將重心移到右腳，之後將左腳抬起往前跨一小步，再將重心移至左腳，當右腳抬起來後將右腳縮回前面，然後將動作回覆至最初的站立姿勢，這樣看似簡單的一小步卻必須花費許多時間去完成，因為每一個馬達的角度都要小心的規劃，直到走起來順暢且穩定才算是成功，整個行走的過程最難的地方就在於要將重心從後腳移至前腳這一個步驟，當後腳抬起來時重心其實沒有在左腳腳板中心上，而是有點偏往後腳的方向，因此機器人在走這一小步時（後腳抬起時）會特別的不穩定。後退的動作只要將前進的動作反向就可以達到。機器人前進之實驗結果，其前進之線性度相當地好，至於步行機器人之後退運動，則是前進運動之相反方向。
機器人原地左右轉
步行機器人之右轉和左轉運動，其中要驅動足部之旋轉馬達，使其能夠產生左右轉彎之運動。至於步行機器人之右轉運動，則是左轉運動之相反方向。
未來展望
未來將著重於對戰機器人的步伐設計與靈活度的改善，希望此類型的機器人也可以與日本玩家自行製作的一樣在行走時可以流暢靈活，也會嘗試增加自由度，使其之後能夠完成很多高難度的動作。至於其他感測器的加入也是其中一項重點，例如增加加速規或電子羅盤等等，除此之外對戰的方式將以下面幾點為目標：
- ●機器人將以群體控制，做群體對戰為主要導向。
- ●機器人具有自動尋找目標並且攻擊的人工智慧。達到了以上兩個階段性目標後，將會開始著手於戰略的部份，機器人的整體慣性導向，著名兵法的戰略應用等，將機器人對抗推向更高的規格、更廣的視野。
- ●將機器人之間及操控平台與機器人之間的傳輸穩定性提升，以利於往後群組機器人的相關研究。
---本設計作品組員包括雲林科技大學電機工程系之廖凱彬、戴鵬栩、鍾承運、陳澤濬等，指導老師為蘇國嵐---
參考資料：
- [1] NORDIC Semiconductor, ”Single chip 433/868/915 MHz Transceiver nRF905 Data Sheet”, http://www.nordicsemi.no/ 。
- [2] 翔音科技SD178A 中文文字轉語音IC，
- http://www.sounding.com.tw/front/bin/ptdetail.phtml?Category=164350&Part=SD17 8A。
- [3] Ht46xx 微控制器理論與實務寶典。
- [4] RC馬達控制方法
- http://www.playrobot.com/menu05_c1_stamp_howto_servo.htm
- [5] 微電腦感測實驗裝置 KL-600 實驗手冊
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