國科會工程處控制學門召集人林進燈教授於97年學門複審會議上確立了六個研究主題。其中機器人研究主題，由李祖聖教授、陳永耀教授及莊家峰教授共同負責規劃，並於國科會舉行之規劃書撰寫會議上決議將機器人規劃書分為四大子題：機器人核心技術（Robot Key Technologies）、人形機器人（Humanoid Robots）、醫療保健機器人（Health Care Robots）及應用導向機器人（Application Oriented Robots）。
機器人的關鍵技術涵蓋機械結構設計、馬達設計與控制、即時影像/語音處理、感測電路設計與實現、嵌入式系?軟硬體設計、微處理器應用與IC設計、智慧型控制技術、機電整合等等的專業知識，是一個需要系統整合才能有效發展的研究領域。本規劃主題初稿係來自「智慧型機器人」跨領域專案計畫。各研究子題的規劃摘要敘述如下，完整規劃書內容請至學門網頁下載http://cnn.cn.nctu.edu.tw/IMLab/ctrl_tech/。

子題一：機器人核心技術（Robot Key Technologies）
機器人領域是二十一世紀極具潛力之新興產業。近年來，機器人領域的發展一日千里，有許多新的突破，例如：機器人的行走能力已經由靜態平衡延伸到動態平衡的研究，機器人走入人群似乎已經指日可待。在加上導航與移動能力的提升，機器人越來越有可能成為智慧型自走裝置。人機互動的開發使得機器人可以具有表情，更為擬人化，具有高速視覺與聽覺能力，甚至機器人認知能力的開發，將使機器人能夠與人互動，能夠接受人發出之指令或對人之需要做出反應。以上種種技術的開發，預期將使機器人成為人的夥伴與幫手，協助人類社會之進步，成為二十一世紀可能是最重要之社會變遷與發展。
1-1. 高速視覺（High-speed vision） -- 陳永耀教授
對機器人來說，利用CCD攝影機取得外界資訊是極重要的事。在現階段CCD攝影機不僅已是低成本的感測器，擷取到的影像資訊亦是相當豐富，經由影像處理技術，可以將影像轉換成機器人所需要的資訊，再加以應用，例如：人臉偵測、表情辨識、手勢辨識、人體運動分析、物件追蹤、視覺導航…等。視覺處理架構可分成兩大部分，技術基礎部分包含影像前處理、特徵擷取、立體視覺及攝影機校正，技術應用部分則包含了物件追蹤、影像辨識，其最終目的是讓機器人能對周圍環境做出適當反應以到其設定目標。
1-2. 地圖建立與定位（Map Building and Localization） -- 許陳鑑教授
所謂的地圖建立是指在靜態物體之間建立其空間關係的過程，因此機器人必須能夠在未知的環境中建立虛擬環境地圖，定位則是計算機器人與靜態環境之相對關係，藉由感知器與里程計所獲得環境感測資訊與地圖資料庫進行分析比對，進而推算出機器人自身在整個環境中的位置座標。機器人自主認知環境，包含環境地圖資料庫的建立與自我定位的評估能力，對各種用途領域機器人的研製與應用至為重要，應用此技術可實現機器人之環境探索、最佳路徑規劃、物件搜尋機制等更高層次、更具智慧性的功能開發。
1-3. 人機互動（Human-Robot Interaction） -- 宋開泰教授
由於電子資訊與通訊科技的進步，近年來已經陸續有許多的服務性機器人被開發出來，應用於導覽、伴侶、娛樂等方面。這些服務型機器人與人們在日常生活中互動頻繁，因此在人機互動的設計上需要更加的安全、友善並且容易操作。人機互動的技術著重於設計開發各種機器人與使用者之間之介面與溝通硬體與軟體。人類的心理情緒、生理反應都是最直接、直覺的行為，因此，人機互動方式除了傳統的觸控、語音外，如何透過辨識手勢、表情、生理訊號等傳達人類生理狀態、心理狀態的訊號作為人機溝通的訊號，將是一發展重點。
1-4. 力順從與安全設計（Haptics） -- 楊谷洋教授
Haptic裝置作為一種操控介面，同時提供了位置與力資訊的雙向溝通，相較於傳統的操控器，力感的呈現讓使用者對於環境有更真實的掌握，進而達到更適切的決策與操作，因此非常適合應用於須與環境接觸的工作。由於Haptic裝置需同時處理位置與力資訊，面對的環境與物件也常是具有不同物理性質，如軟硬度等，如何設計出具高力矩、頻寬、解析度、以及合理價位的機制，具相當的挑戰。
1-5. 多機器人協調與合作（Multi-robot Coordination and Cooperation） -- 連豊力教授
從系統設計的角度來說，針對個別系統之動態需求以及與鄰近區域個體間相互訊息的交換管理與控制機制之優劣與否，皆會對整體系統之表現效能扮演著重要的角色。因此，如何建構一個多機器人系統資訊溝通機制與分析其整體系統穩定性，以達到系統與個體間即時通訊與合作機制，進而達成整體系統之最佳化運作目標，即成為當前重要的研究課題。
1-6. 感測與感知（Sensing and Perception） -- 蔡清池教授
感測器的功能是將待測物理量轉換成與電相關特性的量測裝置，而感知的目的是從量測的訊號，進行特徵萃取、圖像識別、景物解讀，以及在智慧機器人之應用。目前感測與感知之最主要的應用是環境的認知、地圖建立、定位、行為決策、防碰撞、人機互動、機器人視覺、聽覺、觸覺、味覺等功能。藉由改善與整合感測器，並進行模組化及微型化之研究改進，提供更完整的環境資料擷取能力，以及方便安裝的小型模組化規格，以因應目前小型、自動化的機器平台發展，這對於未來完成行動敏捷與自主移動的機器人是非常重要的一環。
1-7. 移動與導航（Locomotion and Navigation） -- 洪欽銘教授、潘同泰教授
機器人在導航的過程中必須隨時都能知道自己的姿態與位置，然後才能做路徑規劃，以便執行運動命令。機器人利用感測器量測環境資訊，用以躲避障礙物、並建立環境地圖。運動規劃系統不但要能夠建構出一組準確的地圖，並且還要有效的獲取環境資訊。地圖資訊處理的方式不但要考慮運算的效率，最好也能夠具備有足夠的資訊來讓系統判斷該如何移動。獲取環境資訊最常用的就是雷射測距儀與超音波感測器，它們可以同時獲得動態與靜態的環境資訊，不但可以用來判斷機器人目前的位置，同時也用於機器人避障。
1-8. 機器人認知（Robotic Cognition） -- 蘇順豐教授
機器人認知可分為兩個部份，其一為感測的認知，而另一部份為認知的推衍與決策。在感測的認知方面，就是透過感測元件或影像提取來認知現在的狀況（Perception），當然這部份也可包括對外在命令的認知（Human Agent），這是因為智慧型機器人也會被要求在有人的環境下運動與操作，因此對命令的認知也是需要的。而在認知的推衍及決策方面，則是要將狀況加以認知及利用法則庫或知識庫系統來推衍機器人基於現在狀況下要有的反應之動作或行為以及較高層的決策行為。

子題二：人形機器人（Humanoid Robots）
自1973年第一台全人形機器人自日本Ichiro Kato出現，人形機器人對人類而言，不再是遙不可及的幻想。人形的機器人可以代替人類前進危險的地區，可以代替人類操作人類所使用的工具，可以代替人類照顧更多的人類，可以讓人類產生更自然的互動。近幾年來，機器人技術進展快速，國內外已有許多智慧型機器人被研發出來，未來這些機器人將逐漸走入家庭中，不僅能幫助人類工作，也能扮演人類的夥伴。卡內基美濃大學每年投入大量人力與研究經費發展各項智慧型輔助裝置與系統，促進未來人類生活品質，顯示機器人領域相關議題受重視之程度。
2-1. 兩足機器人步行/步態研究（Biped/Gait Study） -- 杜國洋教授
美國陸軍在1967年的一份報告中說明地球陸地大約有50%的區域，是車輛甚至坦克都不能到達的地方。但是這50%的區域是人類或可步行動物很容易到達的地方。未來兩足機器人研究方向是設計雙足機器人能如人一般行走。在機構上嵌入加速度計與陀螺儀，將可使雙足機器人運動時取得絕對訊號，此訊號是其能靈巧運動的基礎。雙足機器人的動態現象複雜，而其具多自由度的特性，亦使得其在運動學上規劃與控制並不簡單，因此雙足機器人的步態規劃與步行控制是極具挑戰性的研究題目。
2-2. 仿情感研究（Emotional Study） -- 宋開泰教授
一個擬人化機器人除了其類人之運動功能外，亦需要加上與人互動之情感與趣味以打動人心。仿情感研究即是在探討機器人之情緒表達，透過辨識技術瞭解使用者之情緒進而採取適當之互動反應。為求機器人能與人自然互動之目的，擬人化之表情頭部是一個研究的重點。仿情感研究之目的主要在於增進機器人與人互動之行為能力，讓機器人能如同人類一般具有情感。而為達成此能力，機器人須能偵測使用者姿態、語音、意向與情緒狀態，然後經由人工智慧方法產生出機器人自身情緒反應，最後再藉由親切之人機介面來達成與人互動之目的。
2-3. 雙臂技術開發（Dual arm technologies） -- 蔡清池教授
智慧型雙手是一個必然的趨勢，所以多自由度雙臂與雙手指之機構及控制模組化是必經的過程。匯集觸感與力感等多樣感測器於一體，並發展多功能手指的模組，手指與手臂的結合才能符合類人型雙手臂架構，多感多軸控制器模組化也是重要目標之一。此外賦予影像辨識與認知智慧，進而達成自主手指/雙手互動協調任務，以及影像-雙手互動。最終的研究目標是以[?巧雙手影像（眼）協調分工（腦）] IT為核心模組，發展?巧手眼並用之智慧擬人式雙手。模組化後的雙手，即可快速的應用發展在休閒娛樂、家庭服務、公共服務、照護服務等用途。
2-4. 新型機構設計（Novel Mechanism Design） -- 王銀添教授
人形機器人在新型機構設計方面的研究成果，可以分為腳部機構與其它部位機構等的設計。腳部主要控制人形機器人的運動與平衡，在機構設計上會面臨比較多的挑戰。其它部位的機構包括手與手指、軀幹、頭部、與眼球等。新型機構設計的理念主要朝向具彈性與複雜性的機構發展，以模仿人類身體高複雜度與高效率的機構。此外，為了機器人整體之平衡穩定，設計具彈性的機器人機構連桿之間的連接軸，尤其是腳踝關節、膝關節、與手軸關節等。可以將主動吸震器設計在連接軸裡面，以吸收機器人在行走或跳躍時，腳部與地面撞擊力或者手部與外物接觸時的撞擊力。
2-5. 靜/動態平衡（Static/Dynamic Balancing） -- 黃志良教授
我們期望人形機器人在日常生活中能扮演重要的角色。為了實現這個目標，人形機器人穩定地走在各式各樣的環境，就是其中一項重要的能力。例如，不平坦的地面走路、上下樓梯、跨越障礙物、溜冰等。人形機器人自主動態平衡之研究主要以動態感知器量測人形機器人的姿態，常用的動態感知器包括力量感測器、壓力感測器、陀螺儀、加速度感測器、位置感測器等。結合卡曼濾波器，融合相關感測器訊號，以改善人形機器人之動態平衡。
2-6. 輪式人形機器人自我平衡（Wheeled Robot Self-balancing） -- 王文俊教授
就現今的機器人發展技術，雙足移動模式可預期會遭遇以下困難：雙足行走在崎嶇不平的路面上，如碎石地面，移動平衡會變得相當困難；需要高速移動時，雙足邁步的速度仍不如車型機器人上輪子馬達全速運轉來的敏捷。為了可以提升機器人的移動效能，並且減少行動上的地形環境限制，輪式移動機構仍是值得研究的方向。根據輪式機器人的物理特性，包括輪式平台的馬達扭力、負載質量、摩擦力、移動和轉動慣量，以常用的動態建模法建立其數學模型，再針對數學模型設計出合適的控制器。亦可使用模糊邏輯或類神經網路等理論，藉由模糊語言推論或網路學習演算法，完成對於兩輪式機器人的控制器設計。
2-7. 模仿人類（Human Mimicking） -- 翁慶昌教授
模仿人類一直是人形機器人發展中一個相當重要的指標，機器人之所以要為人形，其主要目的就是希望可以模仿人類。機器人如果要能夠代替人類前進危險的地區，則必須要模仿人類對於環境的適應能力；機器人如果要能夠代替人類操作工具，完成工作，則必須要模仿人類使用工具；機器人如果要能夠代替人類照顧更多的人類，則必須要模仿人類的形態，具有親和力；機器人如果要能夠與人類產生更自然的互動，則必須要模仿人類的語言與姿態等表達方式。這般的機器人才能被大部分的人類接受，真正達到服務於人群的功能。模仿首重觀察，機器人借由影像系統觀察人類的各式表情與動作，透過智慧型演算法反覆訓練及分析，掌握非線性的行為模式，再依據機器人本身的機構模仿出相似的動作。

子題三：醫療保健機器人（Health Care Robots）
由於少子化以及平均壽命的延長，台灣正快速邁向高齡化社會。據統計結果顯示台灣65歲以上的人口已經超過10%，預計10年後就會達到22%，高齡化社會勢必會增加許多社會及醫療保建上的需求。因此，在身心障礙者及老年人的陪伴與照料上，醫療保健領域機器人的開發更被寄予厚望。目前國際上已競相投入醫療保健機器人相關技術與產品研發並成功開發成商品的案例，如Otto Bock及德國DLR已紛紛推出能模擬大部分人類動作的電子機器手臂。日本CYBERDYNE公司針對殘障與看護人士開發出可增強使用者下肢與上肢力量的穿戴式外骨幹裝置HAL。醫療手術機器人方面，美國的Da Vinci 以及ROBODOC，以及英國的Acrobot，為最典型也已經商業化的成功例子。此領域未來研究方向除了機器人本身技術之研究開發之外，由於醫療保健機器人的服務對象是人，且與人有直接接觸行為。這部份跟一般醫療一樣，安全性絕對是一不能忽視的問題。
3-1. 殘障輔助器（Handicap Aids） -- 郭重顯教授
在內政部所統計之身心障礙人口分佈中，以肢體障礙者為數最多，而殘障輔助又是肢體障礙人士相當重要的活動輔助裝置，因此在近年來『智慧型機器人』的發展中，其相關技術也應用到殘障輔助器上面。目前非電子式之機械義肢雖然在美觀與外形上有相當大的貢獻，但其對於功能性能力之恢復卻相當有限。另一方面，電子義肢過高的成本降低使用者裝置之意願。因此，未來電子義肢之發展將朝向以『人』為設計理念的中心，並藉由『仿生學』與『生物智能』技術來研發出更類似於人類肢體運動模式之『智慧型動力輔助仿生義肢』。
3-2. 智慧型輪椅（Intelligent Wheelchairs） -- 郭重顯教授
電動輪椅可提供使用者透過輪椅搖桿來操作輪椅的前進以及轉彎等後退的動作。然而由於老人或是肢障人士在認知感官能力較差的情況之下不能精確的操控輪椅，可能將導致產生一些危險的情形發生。因此，智慧型機器人技術將可以用於研發自主導航輪椅機器人，此一技術便是採用了所謂的行動機器人的技術，將所謂的距離感測、障礙物感測等技術，融入到輪椅的控制器裡面，另外透過智慧型演算法，以達到更舒適的輪椅操控環境。
3-3. 穿戴式肌肉?化裝置（Power Suits Exoskeleton） -- 莊家峰教授
對身心障礙人士及老年人而言，日常活動如行走、爬樓梯、搬取物品等，均感覺相當吃力或者已喪失這些基本的行為能力。穿戴式肌肉?化裝置的目的為增加使用者上肢與下肢力量，裝置本身並具有可穿戴式之方便性。經由穿戴此裝置，一般失能者可擁有與正常人一般的基本行為能力；對於正常人而言，亦可使其具有超人般的力量，避免職業傷害。例如對看護者而言，常常須搬動病人或幫其翻身，長期下來往往造成脊椎傷害。利用此裝置，看護者不需要特別挑選體壯者，一樣能輕易搬動病人，進而提高工作效率。
3-4. 醫療（手術）機器人（Medical/Surgical Robots） -- 顏炳郎教授
隨著人口老年化，以及病患對於醫療品質的日益重視，醫療在質與量上都需要滿足更高的需求，透過醫療機器人系統所能提供的靈巧操控，精準定位，以及術前規劃等，醫療機器人在未來的治療過程中，將扮演極為重要的角色。因此自從1985年，第一個在腦神經外科手術中，協助醫師將手術器械抓持在特定方位的裝置開始，世界各國都極力在這個領域發展，目前大都已進入臨床實驗階段，或已經商業化，如美國的da Vinci以及ROBODOC，以及歐洲如英國的Acrobot，即為最典型也已經商業化的成功例子。亞洲如日本、韓國、大陸也都非常積極投入。
3-5. 居家/護理照料機器人（Home/Nursing Care Robots） -- 徐國鎧教授
擷取大腦的腦波訊號，使這些病人可以不需要依靠周邊神經和肌肉，就可以達到與外界溝通、傳達訊息、自主行動，以及自我照顧等目的，此種技術稱之為『大腦人機界面』。此系統對於有肢體障礙但思慮清楚患者特別有幫助。所以還是可以藉由偵測並辨識其腦電波訊號來送出病床或其相他相關的控制訊號。一套大腦人機介面系統包含有腦波訊號擷取、濾波和放大電路，以及訊號的辨識轉換電路。本研究主題的相關研究成果預期除了能減少看護人員的需求和負擔外，還能增加病患或是老人家的生活自主能力，進而提升其自尊心和生活品質。

子題四：應用導向機器人（Application Oriented Robots）
97年10月30日於交通大學舉辦的智慧型機器人產品論壇-家用機器人之現況與未來發展，iRobot台灣代理商來思比科技股份有限公司總經理以微波爐在美國市場的歷史資料，用來說明未來清潔機器人市場將會蓬勃發展。根據經驗，一項創新的產品需經過試用及流行階段，才能達到1%的裝置比率，一旦達到1%，表示該產品已具有普遍的接受程度。微波爐從發明後經過了30年才達到1%的裝置比率，從1%的裝置比率到90%的裝置比率又用了30年。根據台灣精密機械研究發展中心的統計，益智娛樂機器人、保全機器人、醫療照顧機器人與家用機器人這幾項是國內學界機器人研究的重點。
4-1. 水下機器人（Underwater robots） -- 莊季高教授
台灣四面環海，而海洋覆蓋著地球四分之三的表面，其中孕育了無數的生命，也蘊藏著無盡的資源。概括而言，海洋對於人類的經濟發展、生態環境、科學研究乃至戰略軍事等領域均有相當重要的影響。水下機器人能對水下環境加以探勘，並可協助作從事如海下石油開採、海底光電纜鋪設、水下建築施工與維修等，將對未來人類的生活空間與生活品質產生極大的影響。
4-2. 飛行機器人（Flying Robots） -- 蘇仲鵬教授
自主無人飛行載具（AUV）或飛行機器人的設計與發展，是一項非常重要的研究主題，各國在這方面投入的經費都非常的可觀。其中值得加以研究的即為無人旋翼機，由於可以不受較長的起飛與降落跑道的限制，在任何地形都可以垂直起降，並可以進行定點、固定高度的滯空停懸，配合尾旋翼更可以控制機身的轉向，非常適合用於架構移動式低空的資料擷取與監控系統。
4-3. 音樂演奏機器人（Music Playing Robots） -- 林其禹教授
世界各地已發展出不同種類的音樂演奏機器人（MPR）和音樂家機器人。MPR的研發主要目的是重現趨近於人類演奏樂器時控制與律動的技能。這是進一步將機器人加入和藹的、友善的、幽默的仿真人情緒，希望該機器人對人類具有撫慰的能力。
4-4. 家事用機器人（Cleaning Robots） -- 莊季高教授
目前市場上的清潔機器人就可以幫助人清除灰塵、清洗地板、割草、清理游泳池。清潔機器人若以使用的領域不同進行分類，可細分為家用清潔機器人、割草機器人、中大型商業用清潔機器人、泳池清潔機器人與其他類清潔機器人（管路或牆壁清潔機器人）。在窺見其背後的龐大市場可以判定該機器人具有相當大的研發產值。
4-5. 救援機器人（Rescue Robots） -- 呂藝光教授、王偉彥教授
救援機器人之所以不同於一般機器人，是其不僅機構設計特殊而且所遇到的環境變化莫測。因此，如何建立和人類一樣能處理各種不同狀況是救援機器人的研究目標。而這些目標基本上是以電腦、網路以及感應器等技術為基礎的研究，以目前台灣的電子相關產業的優勢，這部分的研究是有發展空間的。
4-6. 危險環境用機器人（Hazardous Environment Robots） -- 徐保羅教授
長久以來，災難後的救援工作一直為世界各國所重視，特別是在災難後黃金48小時內的救援，更是影響受難人員生存的關鍵。為進行智慧型災難救援機器人技術的研究發展，透過機器人機電控制技術的研究，結合日益成熟且多樣的感測、控制、與通訊技術，期望在災難發生後的第一時間內，可快速且自動的進行受難人員的搜救，降低救難人員的危險，提高受難人員的生存機率。
4-7. 休閒/娛樂機器人（Recreational/Entertainment Robots） -- 謝銘原教授
隨著社會型態的改變，少子化、老齡化及年輕人強調樂活的趨勢下，各種強調情感、智能、具備娛樂互動功能之電子產品陸續問世，各國也積極發展休閒/娛樂機器人（Recreational/Entertainment Robots），用以娛樂陪伴、心靈休憩、療傷互動。此類機器人相關之創新學術發展空間極廣，近年來，已有越來越多學者及研究單位發表此類學術成果，相信未來仍適合大批學術界人員的積極投入及耕耘。
4-8. 仿生機器人（Bio-mimetic Robots） -- 陳永耀教授
仿生學在五十年內多方向地蓬勃發展，其所應用的領域涵蓋了機電、資訊、生物工程等等，如今已是具有高價值且具有潛力的研究方向，仿生機械人在近十年內更是逐漸成為熱門的研究題材，可分成陸上、水下、空中等三個研究方向。
4-9. 瀰漫機器人（Ubiquitous Robots） -- 黃國勝教授
瀰漫機器人（Ubiquitous-Robots, UR）是以近年發展蓬勃之IT產業為基礎，透過其完整的資訊與通訊基礎建設，建構以通訊與溝通為核心之機器人，研發隨時隨地可提供各種服務的機器人。此外其另一個重點在機器人價格的降低，因為唯有價格降低到大眾可接受的程度，機器人才能夠真正無所不在。因此UR目標是運用另外一種模式，透過網路進行機器人應用功能的提供，取代Sensing及Motor，以降低機器人之成本但又不減其功能。
4-10. 軍事用機器人（Military Robots） -- 蘇國嵐教授
科技戰爭代表國家科技的發展程度，也是未來戰爭致勝的重要關鍵。目前各國也紛紛投入相關的研究及發展，因為軍事用機器人必須結合機構、通訊、武器系統、操控系統等，包含了各項科技領域，因此各國紛紛投入大量的資源來發展軍事用機器人。相信該題材具備一定的研究與開發價值。

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