課程名稱:運動控制概論 學生姓名:邱宇嶠 班 級:控晶四乙 學 號:4982c065 授課教師:王明賢

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課程名稱:運動控制概論 學生姓名:邱宇嶠 班 級:控晶四乙 學 號:4982c065 授課教師:王明賢 利用Kinect體感,遠端來遙控機器人 維基百科 T客邦 癮科技 Engadget中文版 課程名稱:運動控制概論 學生姓名:邱宇嶠 班 級:控晶四乙 學 號:4982c065 授課教師:王明賢

運動控制讓我想到了一部我超喜歡的電影「鋼鐵擂台」, 在電影裡面人類使用控制器來操作機器人來對打,而在現 實裡雖然沒有像電影裡的機器人那麼靈活,但是卻有了不 用控制器來控制機器人的方式了,而是把人類本身當作了 控制器來操作機器人,Kinect則是讓這原本不可能的事情 成為了可能的關鍵。 摘要

Kinect介紹 Kinect for Xbox 360,簡稱 Kinect,是由微軟開發, 應用於 Xbox 360 主機的周邊設備。它讓玩家不需要手持 或踩踏控制器,而是使用語音指令或手勢來操作 Xbox 360 的系統介面。它也能捕捉玩家全身上下的動作,用身 體來進行遊戲,帶給玩家「免控制器的遊戲與娛樂體驗」。 「Kinect」為 kinetics(動力學)加上 connection(連 接)兩字所自創的新詞彙,這個名詞也成為了運動控制的 一個代表作了。

Kinect控制介紹 Kinect 有三個鏡頭,中間的鏡頭是 RGB 彩色攝影機,用 來錄製彩色圖像。左右兩邊鏡頭則分別為紅外線發射器和 紅外線 CMOS 攝影機所構成的 3D 結構光深度感應器,用 來擷取深度數據(場景中物體到攝影機的距離)。彩色攝 影機的最高解析度為 1280*960,紅外攝影機的最高解析 度則為 640*480 成像。Kinect主要就是靠3D深度感應器 偵測玩家的動作,中間視訊鏡頭則是用來辨識玩家身分 (靠著人臉辨識和身體特徵)、以及辨識基本的臉部表情, 此外也能應用在擴增實境遊戲、以及視訊通話時,Kinect 還搭配了追焦技術,底座馬達會隨著對焦物體移動跟著轉 動。Kinect 也內建陣列式麥克風(Microphone Array), 由四個麥克風同時收音,比對後消除雜音,並透過其採集 聲音,進行語音識別和聲源定位。

▲Kinect中間的鏡頭是攝影機、左右兩顆鏡頭則是3D深度感應器;同時具有追焦功能,底座馬達可左右旋轉27度。此外還有陣列式麥克風。

骨架追蹤系統 Kinect如何獲得影像後,接下來就是進行辨識的工作。透過Light Coding技術所獲得的只是基本的影像資料,重點還是要辨識影 像,轉換為動作指令,微軟會將偵測到的3D深度圖像,轉換到骨 架追蹤系統。該系統最多可同時偵測到6個人,包含同時辨識2個 人的動作;每個人共可記錄20組細節,包含軀幹、四肢以及手指 等都是追蹤的範圍,達成全身體感操作。為了看懂使用者的動 作,微軟也用上機器學習技術(machine learning),建立出龐 大的圖像資料庫,形成智慧辨識能力,盡可能理解使用者的肢體 動作所代表的涵義。 Kinect偵測的最佳距離為1.2公尺到3.5公尺間,水平視野則是57 度,偵測範圍似乎比原本想像的還要小,看來還是不能站的太隨 意;Kinec也配備了追焦系統,如果玩家超出影像範圍,底座馬達 可驅動Kinect左右旋轉27度。整體看來Kinect對操作空間的限 制,似乎比其他體感裝置更嚴格些。

Windows 專用 Kinect 最新發展 微軟在台灣舉辦了一場「自然人機介面技術研討會」,說明他們 的 Kinect for Windows SDK 計畫,並且也表示了未來的確會 針對 PC 環境與需求,推出與現在Kinect for Xbox 360 不同、 Windows 專用的 Kinect ,如果你對Kinect的印象只是Xbox 360的一項體感周邊,只能拿來玩體感遊戲的話,那從現在開始 就得改觀了,微軟在2011年9月在台舉辦了一個「Kinect for Windows 2011 創新概念分享會」,展示學界跟業界運用Kinect for Windows SDK,將Kinect與PC結合,創造出許多教育、醫 療的用途之外,也開辦了一些工作坊,將這一套低成本動作捕捉 設備Kinect跟官方提供的對應SDK介紹給程式設計者,鼓勵他們 發揮創意,創造新的自然人機介面應用。什麼是SDK?SDK全名 是Software Development Kit,指的就是一套軟體開發的工具 組合,包含一些開發文件、軟體,也就是說用 Kinect for Windows SDK能夠讓程式開發者,簡單的把kinect安裝到電腦 上,並且取得Kinect偵測的影像跟聲音的數據資料,加上友善的 使用介面,提昇開發Kinect 的Windows應用軟體的效率。

利用Kinect體感,遠端來遙控機器人的SmartPal技術 Kinect研發到今,用途真的是不可限量,不論是較早之前的光劍對打,或是最近的智慧簡報技術,都是超乎原本Kinect的目的,所達到的全新應用。或許某些角度來看十分的粗糙,但畢竟都是第一代的技術,相信隨著業界與玩家不斷鑽研下,潛力實在難以想像。既然Kinect可以控制虛擬的電玩人物,那麼理論上實體的機器人應該不是問題吧!日本知名的機械人製造商安川電機,於2011年展覽中發表了利用Kinect控制女僕機器人SmartPal的成果。  

SmartPal SmartPal的命名,似乎透露了這款設備易於使用與生活化 的特性,展示中的影片可以看到操作者無須任何學習,僅 對於Kinect的感應就能夠撿起地面上細小的物件,不論是 反應靈敏度與力道控制度都十分的出色。或許影片乍看之 下十分平凡,但卻看到了許多過去不易呈現的技術,例如 撿起物件這個工作,如果力道過大會摧毀一個柔弱的布娃 娃,但透過了觸控感應元件(Touch Sensor)的輔助下,就 能夠安然的拿起娃娃並放入箱子內。 smartpal影片展示

就原廠所設定的研發目標來看,SmartPal V應該是人類最能接受的機器人種。因為它主要的功能是用來服伺人們的,而不是來搶人類的工作。SmartPal V能夠辨識主人的聲音,聽取主人的指令;而特別強化過的腰部,不僅能夠向主人行九十度大鞠躬禮好滿足人類小小的自尊心外,要撿取地上的東西時也更為靈活。

結語 Kinect的運用在控制機器人方面越來越多了,在2011年3月 11號福島核電廠發生的核災,如果此技術成熟,那就能輕 鬆的解決許多事情,也不會有核電廠的員工冒著輻射線的 危險去第一線處理危機的情形了,而遠端控制機器人除了 做研究也可以用於探索宇宙以及民間各種具有危險性且人 類難以完成的事情上,現在google推了無人車,他也是使 用了影像處理來完成,如果完全研究成功那對盲人以及人 類是一大幫助。