網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

0
0

文字

分享

0
0
0

仿生機器人──小怪獸(運用篇)

馥林文化_96
・2012/05/09 ・2543字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 517 ・六年級

翻滾吧「小怪獸」!

文/鮑惟聖

讓小怪獸來個伏地挺身

基本上到目前「小怪獸」的硬體算是完成了。原來規劃還有LED與紅外線感測器部分,我們等到「小怪獸」可以行走了之後再來加裝。現在請開啟 InnoBASIC Workshop 2環境,到「動作編輯器」的主畫面(圖A)。機器人最基本的行走原理就類似早期的卡通影片,將許多的靜態畫面連續播放,就形成了動態的畫面。這時候如何正 確而精準地將一個動作拆成幾個分解動作,就是機器人運動能力優劣的關鍵了。現在就先讓「小怪獸」學會暖身來個「伏地挺身」吧。我把「伏地挺身」分成二個分解動作。第一就是標準站姿,第二就是腹部貼近地面。目前畫面上所顯示的初始值都是1500,也正好就是我們所要的標準站姿,注意要先將所有的核取盒打勾, 這樣才有啟動控制功能。接著我們就直接按下「儲存」鍵,將此動作儲存到SC8控制板裡。

圖A

微調的重要性

通 常這時候就會發現明明每個伺服機都按照要求設成1500的位置,但站姿好像不是很正,左看右看每個伺服機都想給它調整一下,這時候我們就需要做「微調」了 (圖B)。造成這各現象的原因有二:第一,伺服機輸出軸與「搖臂」結合處的齒數是有限的,所以不論如何鎖,一定會有機械性的角度誤差;第二,整體性的機構 偏差,例如支架歪斜,使得我們必須靠「微調」來補償機構上的偏差。動作編輯器主畫面的右上角有「設定微調值」的按鍵,按下後即可進入「設定微調值」的主畫 面。其中可以進行微調的通道,即為剛才所核取的通道。基本操作方式與動作設定相同,只是數值範圍較小從-128到+127。邊微調邊觀察伺服機是否轉動到 要求的位置了。當各通道微調值設定好了之後,記得要按下「儲存到模組」按鍵,目前的設定值才會正式被儲存到SC8控制板,否則下次使用SC8控制板會發現 微調值還是舊的。現在大家了解「微調」的用處之後,我們繼續剛才的動作設定。

圖B

完成伏地挺身的動作設定

接 著我們要調整出第二個動作,讓身體貼近地面。其實只要轉動外側的四個伺服機就可以了。現在請慢慢拉動CH1、CH3、CH5、CH7的捲軸或填入數值。這 時候就可以觀察是否有符合您的動作要求。這裡我使用的位置是1200與1800,從中心位置前後大約擺動各30度。因為伺服機安裝的方向不同,左前腳與右 後腳會是同一個數值,右前腳與左後腳會是另一個數值。動作若是一致的,就是要降低身體高度。如果覺得姿態沒問題就先將畫面左上方的動作編號改成1(圖 C),然後按下「儲存」鍵,將此動作儲存到SC8控制板裡。

每次儲存新的動作時一定要記得改變動作編號,否則之前所設計的動作就會被覆蓋掉 了。因為你所設計的動作都儲存在SC8控制板裡,如果想檢視某一個編號的動作,只要改按「讀取」鍵,並輸入動作編號,例如編號0。這時候「小怪獸」就會呈 現原先設定的站立姿態了。好了,動作設定完成,現在開始寫程式吧。

圖C

開始寫程式

首 先從「檔案」/「開新檔案」選單之下開啟一個新檔案,然後輸入下列程式。單引號「’」之後的文字稱之為「註解」,方便自己或他人閱讀程式之用,對程式執行 沒有任何影響。練習的時候如果想省事,「註解」的部份是可以省略。但是正式寫程式的時候可千萬別偷懶,否則現在引以為傲的「武功祕笈」下次在閱讀時,套句 俏皮話,就變成諸葛亮的「出師表」,「臨表涕泣,不知所云」了。

‘==================================================

‘ 小怪獸伏地挺身五次

‘==================================================

Peripheral mySer As ServoRunner8A @ 0

‘ 預設內建模組ID為0

Sub Main ()

Dim I As Byte ‘ 宣告變數

For I=1 to 5 ‘ FOR NEXT 迴圈開端,迴圈執行5次

mySer.LoadFrame(0) ‘ 載入編號0動作的資料

mySer.RunAllServo() ‘ 執行編號0之動作

Pause 1000 ‘ 程式等待一秒,等待伺服機完成動作

mySer.LoadFrame(1) ‘ 載入編號1動作的資料

mySer.RunAllServo() ‘ 執行編號1之動作

Pause 1000 ‘ 程式等待一秒,等待伺服機完成動作

Next I ‘ FOR NEXT 迴圈末端

End Sub

程 式輸入完畢之後(圖D),請在「建立」選單中選取「建立」功能然後開始進行程式編譯與通過USB線下載編譯後的程式碼至SC8控制板。此時「小怪獸」就會 每秒一次「上」或「下」進行「伏地挺身」,而且因為For…Next指令的指定,「小怪獸」將會執行5次「伏地挺身」。

圖D

好啦!伏地挺身還算是簡單,我們現在開始設計步行的動作。原則上愈多分解動作可以達成較好的平衡性與流暢度。但是既然是「入門 級」的機器人,步態設計還是以簡單易懂為原則。這裡就整理出八個分解動作,經由不同的分解動作組合,可以做出前進、後退、轉彎等動作。下面就是這八個動作 的示意圖。首先大家會注意到每隻腳都有對應到三個圓圈,說明足部是在「前」、「中」、「後」哪個位置,這些位置是由內側伺服機控制。虛線的圓圈只是方便辨 識相對位置,實際落腳會以一個「實心圓」與「空心圓」分別表示不同高度,這些高度是由外側的伺服機控制,圖的上方為頭部的方向(圖E)。

圖E

高度可以有「上」、「中」、「下」三個位置,但是目前為止動作規劃還沒有使用到「上」的位置。所以大家有進一步的動作規劃時,可 以再加入「上」的位置。為了方便動作設定,這裡就一併把設定這些動作所需要的伺服機位置數值,建成一張表給各位參考。各位就依照前面伏地挺身的動作設計方 法(圖F),把剩下的動作2到動作7儲存到SC8控制板裡面。

相關網站連結:
動作編輯器(Motion Editor)使用介紹:http://www.innovati.com.tw/website/down/html/?43.html
BASIC Commander & InnoBASIC Workshop 使用手冊: http://www.innovati.com.tw/website/down/html/?33.html
InnoBASIC Workshop 2 安裝程式: http://www.innovati.com.tw/website/down/html/?113.html

*鮑惟聖
擁有中原大學電機工程學士學位,利基應用科技(www.innovati.com.tw)的創辦人。多年來一直從事微處理器應用與系統工具的開發,並致力於推廣智慧型機器人科普教育。

更多:
仿生機器人──小怪獸(製作篇)
仿生機器人──小怪獸(升級篇)

本文原發表於《Make》國際中文版vol.03

文章難易度
馥林文化_96
54 篇文章 ・ 6 位粉絲
馥林文化是由泰電電業股份有限公司於2002年成立的出版部門,有鑒於21世紀將是數位、科技、人文融合互動的世代,馥林亦出版科技機械類雜誌及相關書籍。馥林文化出版書籍http://www.fullon.com.tw/


0

13
5

文字

分享

0
13
5

揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

文章難易度
科技魅癮_96
15 篇文章 ・ 12 位粉絲
《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》