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機(jī)器人如何做到自主決策機(jī)器人視覺給出答案

讓工業(yè)機(jī)器人做重復(fù)性工作，而把人的智能發(fā)揮到最大程度首先問大家一個(gè)問題，平時(shí)住在家里最讓你頭疼的一件事是什么？對(duì)于有兩個(gè)孩子的我來說，最頭疼的是每次回到家里，都要面對(duì)孩子弄得一團(tuán)糟的房間，而每次收拾這個(gè)房間，重復(fù)的勞動(dòng)讓我累覺不愛，相信很多人都跟我有一樣的煩惱，那你們希不希望有個(gè)智能的機(jī)器人能替你收拾這個(gè)房間呢？它可以走進(jìn)你的房間，把沙發(fā)收拾干凈，把你給孩子講的故事書羅列整齊，把孩子玩的玩具放進(jìn)箱子里，你只需要在旁邊葛優(yōu)躺，家里的一切都會(huì)嶄新如初，是不是很吸引人？但現(xiàn)在市面上沒有這個(gè)機(jī)器人，那視頻里的機(jī)器人是怎么做到的？實(shí)際是旁邊有個(gè)人通過一個(gè)遙控手柄一點(diǎn)一點(diǎn)地控制這個(gè)機(jī)器人把所有的事情做成，干了幾個(gè)小時(shí)，甚至比人親自做的時(shí)間還長(zhǎng)。那機(jī)器人離我們想象中的未來機(jī)器人差了些什么？還差感知世界的能力和作出自我決策的能力，也就是相當(dāng)于有了手臂和身體，但沒有眼睛和大腦，這個(gè)機(jī)器人不具備智能。其實(shí)我們?cè)诩依锟梢砸贿吢犚魳芬贿吀苫?，并不是那么枯燥，但在工廠里，工人要面對(duì)的是焊接的粉塵撲面而來，是打磨飛濺的火花甚至鐵屑環(huán)繞身體，是旁邊金屬性的撞擊刺痛耳膜，這些都會(huì)對(duì)人的身體造成永久的傷害。這就是為什么現(xiàn)在 90 后、00 后，寧可領(lǐng)個(gè)并不高的工資，也要待在辦公室或宅在家里，哪怕再高的工資都不愿意去工廠，或者可能這個(gè)年輕人干了半年就辭職了，或者心情不好導(dǎo)致工件質(zhì)量出現(xiàn)問題，所以在工廠環(huán)境里，更需要工業(yè)機(jī)器人把人類從惡劣的環(huán)境里解脫出來，用工業(yè)機(jī)器人替代人去干焊接、打磨、搬運(yùn)重物這些繁重的工作，而把人的智能發(fā)揮到最大程度。其實(shí)上世紀(jì)很早就有了工業(yè)機(jī)器人，例如在汽車行業(yè)這種產(chǎn)品一致性非常高的領(lǐng)域里，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛了。這張圖是特斯拉最新的、全球最先進(jìn)的機(jī)器人工廠，它造的特斯拉的模型都比較統(tǒng)一，機(jī)器人要干什么？只要給它編好程從 A 到 B，它就可以一直這樣干，制造的汽車都是一樣的。賦予機(jī)器人智能的視覺，真正做到機(jī)器換人然而在通用工業(yè)領(lǐng)域件尺寸并不固定，可能今天來了一個(gè)一米的工件，明天客戶要求你做一個(gè)半米的工件，原先的工業(yè)機(jī)器人的程序就不能用了，或者今天的物流是個(gè)箱子，明天是個(gè)柔性的塑料袋，而且隨機(jī)地放置，這些問題都不能讓不夠智能的機(jī)器人來解決。那解決這些問題要通過什么？就像前面的視頻里，需要一個(gè)遙控手柄，在機(jī)器人行業(yè)里實(shí)際就是個(gè)操縱盒，告訴機(jī)器人要走一米的長(zhǎng)度，或者半米的長(zhǎng)度。而如果換了一個(gè)物件，人不去盯著它，就會(huì)像盲人摸象一樣，機(jī)器人不知道要做什么事，很有可能把這個(gè)工件做錯(cuò)。那怎么解決這個(gè)問題？我們提出的解決思路是給工業(yè)機(jī)器人一雙慧眼。什么是慧眼？慧眼就是智能的視覺，我們給機(jī)器人智能的視覺，機(jī)器人就具備了柔性的能力。機(jī)器人視覺到底是怎么工作的？它其實(shí)就是具備了人眼的功能，人眼干什么機(jī)器人視覺就干什么。右邊是替代人眼的工業(yè)相機(jī)，跟手機(jī)相機(jī)沒太大區(qū)別，只不過更結(jié)實(shí)，能夠在工廠環(huán)境里抗干擾。用工業(yè)相機(jī)替代人眼實(shí)現(xiàn)視覺的功能，人眼看到的是蒙娜麗莎的畫像，而工業(yè)相機(jī)獲得的是一個(gè)二維數(shù)組，二維數(shù)組里每一個(gè)數(shù)字都代表圖像里的每個(gè)像素，通過獲得的數(shù)組加上開發(fā)的智能軟件和算法就可以獲取想要的信息。工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)中經(jīng)常要解決三維的問題。剛才所說的是一只眼睛，只能看到二維的世界，在三維到二維的過程中損失了一個(gè)深度信息，而我們要做的就是利用雙目或者多目的方法把丟失的信息找回來，用兩個(gè)攝像頭從不同的角度去看，可以把特征匹配起來，把二維又重構(gòu)成三維，甚至用多目的方法會(huì)比人的眼睛更加出色、更加智能。這個(gè)視頻里右邊是一個(gè)工業(yè)機(jī)器人，左邊則是我們給它配的眼睛，它的眼睛可以不斷地識(shí)別不同種類不同樣子的物體，隨機(jī)擺放也可以找到物體的位置，獲取物體的形狀信息。而機(jī)器人有了眼睛、有了決策能力，就可以進(jìn)行自主地隨機(jī)地碼放，這機(jī)器人就有了柔性和智慧。在工廠里并不是都用雙目的方式，還會(huì)采用更加可靠的方式。這張圖片上是 CCD，就是常用的工業(yè)相機(jī)，下面是用一個(gè)抗干擾的強(qiáng)激光打到一個(gè)物體上，近的時(shí)候激光反射到相機(jī)上是一個(gè)位置，遠(yuǎn)的時(shí)候是另一個(gè)位置，通過兩個(gè)位置的變化就知道物體到底離我們近還是遠(yuǎn)，這是一個(gè)點(diǎn)的問題。而線的問題上，打一個(gè)橫的激光可以獲得一個(gè)線上物體的三維位置，而把這個(gè)線通過運(yùn)動(dòng)掃描就可以獲得完整物體的三維位置，通過這個(gè)物體的三維位置加以我們的算法，就可以告訴機(jī)器人應(yīng)該怎么做這件事。圖 | 工業(yè)機(jī)器人掃描工件（來源：YaskawaUK）這個(gè)視頻里工業(yè)機(jī)器人終端的一個(gè)焊槍上，加了三維的傳感器，通過結(jié)構(gòu)光掃描把整個(gè)物體的形貌掃下來，然后告訴機(jī)器人應(yīng)該從工件哪里開始焊接在哪里停止，如果工業(yè)變了照樣可以通過掃描來確定運(yùn)動(dòng)軌跡。從視頻中可以看到，最后機(jī)器人通過掃描發(fā)現(xiàn)了終點(diǎn)，運(yùn)動(dòng)應(yīng)該停止它就會(huì)抽身離去，這樣的工業(yè)機(jī)器人就具備了完整的視覺，不需要人再去操控它。這兩個(gè)視頻都說明了工業(yè)機(jī)器人搭配視覺的好處，首先不需要再雇一個(gè)懂機(jī)器人編程的人去控制機(jī)器人，真正做到了機(jī)器換人的目的，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)柔性的加工，通過加入視覺大大地提高生產(chǎn)效率，而且可以保證生產(chǎn)質(zhì)量，機(jī)器人不會(huì)像人一樣鬧情緒。未來機(jī)器人如何提高智能？接下來跟大家分享一下工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)，工業(yè)機(jī)器人上世紀(jì)中代就已經(jīng)開始發(fā)展，最早期經(jīng)歷了第一代機(jī)器人，也就是現(xiàn)在使用的主流，機(jī)器人需要教它怎么干，它才知道怎么干，這種使用已經(jīng)受限了。現(xiàn)在機(jī)器人正處在第二個(gè)階段，就是增加視覺乃至觸覺等一系列的傳感的方法，讓這個(gè)機(jī)器人更加智能，更加具有柔性。而接下來我想給大家展望一下未來機(jī)器人的模樣，就是我們期望的主流，要提高它的智能、做自主的決策。從我的角度來看，機(jī)器人未來發(fā)展方向是加上 AI 和 AR。首先來看 AI，上圖是上世紀(jì) 60 年代 IBM 開發(fā)的世界最新型的計(jì)算機(jī)，大概有一個(gè)小房間那么大，正是用它把人類通過阿波羅計(jì)劃送上了月球，可這個(gè)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力甚至不如現(xiàn)在手機(jī)計(jì)算能力的 1% 甚至 1‰，人類已經(jīng)通過摩爾定律掌握了大量處理數(shù)據(jù)的硬件計(jì)算能力，所以我們可以引入深度學(xué)習(xí)這種人工智能方法。左邊是喬治華盛頓的圖像，我們通過不斷地圖片訓(xùn)練，不斷的大數(shù)據(jù)的引入，給它供應(yīng)很多人臉的數(shù)據(jù)，最后可以得出我們要的結(jié)果——他的名字。而工業(yè)機(jī)器人通過大量的訓(xùn)練，也可以通過視覺判斷這是什么樣的東西，我應(yīng)該怎么做，有了 AI 的功能，機(jī)器人未來將會(huì)更加強(qiáng)大。而通過 AR 使得人和機(jī)器人相互作用，可以達(dá)到更加智能的效果，我們說的機(jī)器換人并不是把人完全用機(jī)器人替掉，而是人干人最適合干的工作、更智能的工作，機(jī)器干重復(fù)的有傷害性的工作，而人機(jī)協(xié)作是未來的一個(gè)大方向。我們通過 AR 的方式，可以讓人的智能發(fā)揮非常好的作用，人看見機(jī)器人將要做的工作，只需要給個(gè)指示告訴機(jī)器人，1 號(hào) 2 號(hào)工件應(yīng)該怎樣裝配，大大發(fā)揮人的智能性。而擰螺絲甚至焊接這種傷身體的工作，重復(fù)性勞動(dòng)的工作由機(jī)器人來干，通過 AR 和機(jī)器人技術(shù)的結(jié)合，會(huì)讓我們的未來世界中機(jī)器人應(yīng)用更加廣泛。

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