工业机器人要“有脑子”

国际金属加工网 2019年07月18日

穿上“高科技”的外衣,机器人经常出现在“替代人类”的话题里,让人类心中打鼓。殊不知,在生产线24小时连轴转的工业机器人,却经常被抱怨说“太笨了”“一根筋”“不知变通”。

“传统工业机器人只能在固定的环境下,依赖精确的重复定位能力从事重复性的工作,还不能适应动态复杂的环境,或者跟人类合作完成同一项工作。”中国科学院沈阳自动化研究所副研究员张华良告诉《中国科学报》。

随着越来越多的科技人员致力于让工业机器人适用于更多场景、更易用,这一情况正在发生变化。日前,美国一家公司开发出了一种新型芯片。该芯片可以让机器人“思考”如何处理动态场景,并“想象”采取不同动作的结果,最后选择最合适的动作对外输出,以此赋予工业机器人智能。

实验室中,两个机器人装上芯片后,展现出惊人的团队合作能力,它们结伴同行,时不时传递物品,并试图绕开阻碍物品传递的障碍物。工业机器人走向智能化将会为生产生活带来哪些影响?

“头脑简单四肢发达”已过时

工业机器人诞生于上世纪40年代,最初是为了从事高危工作或做人力无法企及之事,比如核燃料处理等。此后,机器人被用于汽车电子、金属和物流等行业,从事焊接、装配、喷涂、打磨、切割、搬运和分拣等工作。

中国是工业制造业大国,自2013年起,中国也成为世界最大的工业机器人消费国。一路高歌猛进的工业机器人近期却出现下降态势,高工产研机器人研究所(GGII)的数据显示,今年一季度,中国多功能工业机器人进口量同比下降了29%。与此同时,国家统计局的数据显示,今年前4个月,中国工业机器人总产量较去年同期下滑10%。

张华良表示,据中国机器人产业联盟发布的2018年中国工业机器人市场信息显示,电子电气设备和器材制造业和汽车行业的需求下降,是导致整个工业机器人市场下降的主要原因。不过销量明显下降的多集中于外资品牌工业机器人,我国自主品牌工业机器人的销量和占比较往年反有提升。

面对总产量下滑的态势,他认为需引起业界重视,对工业机器人的研发做出调整升级。“比如复杂的编程,很大程度上限制了工业机器人的使用范围,导致工业机器人的应用面较窄。”

如何寻找工业机器人发展的突破口?张华良表示,应该拓宽工业机器人的应用领域和行业,积极挖掘中小企业的应用潜能。

梅卡曼德公司创始人兼CEO邵天兰更加简单明了,工业机器人是实现智能制造的关键基础技术。为了工业的发展,赋予工业机器人智能、增加工业机器人应用场景是必由之路。

“察言观色”还不够

何为智能?邵天兰举了一个例子。假如家中的空调能够自动根据室内的温度、人数进行调节,当它发现屋里有老人和小孩时,可自动把风调小,而发现室内有几个大汗淋漓的小伙子时,把风力增强,这就说明空调拥有了智能。

“智能最重要的特征就是感知环境并根据环境状况进行调整。因此,实现工业机器人初级智能最重要的感知能力就是视觉,其次是听觉,其他的感官加起来也没有这两者分量大。”

他认为,实现机器人的视觉和听觉目标,从硬件上说面临两处挑战:一是传感器,特别是视觉传感器;二是拥有智能决策的算法。

目前,以视觉、听觉等感觉为代表的研究成为工业机器人研发的热点。但库柏特科技有限公司创始人兼CEO李淼却不这么认为。“尽管,视觉、力控、触觉等传感器研发是‘库柏特’的核心业务,但工业机器人智能化是系统层面的问题。工业机器人是一个多学科交叉融合的产品,它的智能化涉及多方面,不能只关注视觉或触觉。”

要关注工业机器人的设计,首先要关注原始设计——这决定机器人的能力范围。其次,机器人需要具有决策判断能力,比如当一个乒乓球飞过来时,机器人需要判断来球是上旋还是下旋、正拍还是反拍,攻击发起点在哪里、落点在哪里,这些都要通过感知,之后还要判断它弹起后的状态。经过一系列“思考”后,机器人再去精准执行思考结果,将来球击出。

你以为结束了?其实还有最后最关键的一步——自省。李淼表示,机器人并不是每次都能将球漂亮击出,也有“失手”的时候,这就需要它在自省中发现问题,吸取教训,进行智能化的自动升级。

“智”爱工业

目前,智能化的工业机器人还处于实验室研究阶段,在传统的机器人的基础上“苦练本领”,提高应用性能。

在一线多年,李淼的感触更具体,他认为,大多工业机器人的研究停留在设计、感知、精准执行阶段,触及机器人决策判断的研究较少,能够把“设计-感知—判断—执行—自省”作为一个闭环研究的团队更是鲜见。

尽管尚处于设想和研究阶段,但研发人员窥见一斑,足以畅想工业机器人未来的应用场景。

邵天兰表示,智能化的工业机器人将广泛出现在自动化程度比较低的行业,比如物流等,以及人力密集型行业,比如制衣、制鞋、汽车组装、玩具组装等。

李淼介绍,他们正在研发一款拣蘑菇的机器人。香菇虽然长在同一个地方,但其花纹不同,需要对其进行分类。以往靠人工分拣香菇,赋予工业机器人“分拣”的视觉后,机器人就能对香菇进行判断。

工业机器人被赋予更多智能,它的应用范围将更加广阔。“未来,工业机器人的应用场景将会越来越多,日常生活需要的服务机器人、助残机器人、养老机器人等,也会用到工业机器人的技术,但不可否认的是工业机器人目前的主战场在工业领域。”张华良说。

解放人类劳动

谈及工业机器人是否会替代人类的工作,张华良表示,在某些层面是一定的。比如工厂流水线上,按品类挑选产品的分拣员、打磨器件的工人、检查产品质量的质检员等均有可能被工业机器人取代。“从积极的角度看,随着人类被工业机器人取代,可以督促人类找到新的就业方向。鼓励人类增加工作技能,拥有更复杂的工作能力,这种转变对人类发展是有意义的。”

李淼表示,虽然机器人会替代一部分人,但这些工作大多是重复性的、繁重的,甚至有毒有害的体力劳动,与其说“替代”不如说“解放”,将人力解放出来。当低端的岗位用机器人替代后,人力成本降低,更好的岗位就会在国内涌现。

他强调,除了关注是否会“替代人类”,还应该注意工业机器人给工业数据带来的变革。智能的实现必须通过数据,智能化的核心就是基于数据的决策。工业机器人智能化的过程,也是让工业数据变得更有价值的过程,这才是工业机器人智能化最大的贡献。

(中国科学报)

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