機器人如何做到自主決（jué）策？機器人視覺（jiào）給出答案
2019-7-5 來源： 作者（zhě）：
工業視覺中，機器人視覺領域在技術和（hé）商用程度上（shàng）均（jun1）有較好的表現。本文從機器人視覺（jiào）的（de）市場需求、技術原理以及（jí）發展趨勢三個層麵，深入（rù）淺出地闡述了機器人視覺在工（gōng）業（yè）智能進程中的重要地位。
智能製造，機器人視覺，工業視覺（jiào）
工業視覺是當前工業領域應用（yòng）較廣的 AI 技術，主要用於質量檢測、尺寸測量（liàng）、缺陷檢查、識（shí）別和定位等，在汽（qì）車和電子 3C 製造業中應用廣泛。而在工業視覺中，機器人視覺領域在技術和（hé）商用程度上均有較好的表現。
本文從機器人視覺（jiào）的（de）市場需求（qiú）、技術原理以及發展趨勢三個層麵，深入淺出地（dì）闡述了機（jī）器人視覺在工業智（zhì）能進程中的重（chóng）要地位。
作者表（biǎo）達的精髓觀點有：
1． 工業機（jī）器人需（xū）要替（tì）代更多重複性（xìng）的、生產（chǎn）環境惡劣的勞動，而機（jī）器人視覺（jiào）可使工業機器人擁有（yǒu）感知和決策能力，以適應更多“機器換人”的生產場景。
2． 工業（yè）機器人可通過（guò）雙（shuāng）目或多目技術、激光相（xiàng）機技術、三維傳感器技術等實現智能（néng）的視覺功能，進而擺脫（tuō）人為（wéi）操控限製（zhì），大幅提（tí）高（gāo）生產效率。
3． 目前工業機器人處在增加視覺、觸覺等（děng）感知力的階段，未來將向著AI＋AR的方向發展。AI能夠提高機器人識別的準確率，AR保證了機器人的感知力，更好的與人協作。
本次分享的內容來自演繹 inSite 第十七期節目＆清華校（xiào）友總會先進製造專業委員會（huì）聯合（hé）專場（chǎng）“工業機器（qì）人視覺——賦予機器（qì）柔性與智慧（huì）”中吳哲明博士的演講。
大家好，我是來自清研先進製造研究（jiū）院（洛陽）有限公司的吳哲明，今天我將帶領大家走進未來機器人的（de）世（shì）界。
讓工（gōng）業機器人做重複性工作，而把人的智能（néng）發揮到（dào）最大程度
首先問大家一個問題，平時住在家（jiā）裏最讓你頭（tóu）疼的一（yī）件事是什麽（me）？對於有兩個孩（hái）子的我來說，最頭疼的是每次回（huí）到家裏，都要麵對孩子（zǐ）弄得（dé）一團糟的房間，而每次收拾這（zhè）個房間，重複的勞動讓我累（lèi）覺不愛，相（xiàng）信很多人都跟（gēn）我有一樣的煩惱（nǎo），那你們希不希望有個智能的機器人能替你收拾這個房間呢？
工業（yè）機器人在（zài）打掃房間（來源：the Salisbury Robotics Lab， Stanford University）
正如圖1的工（gōng）業機器人，它可以走進你的房間，把沙（shā）發（fā）收拾幹淨，把（bǎ）你（nǐ）給孩子講的故事（shì）書羅（luó）列整齊，把孩（hái）子玩的玩具放進箱子裏，你（nǐ）隻需要在旁邊葛優（yōu）躺，家裏的一（yī）切都會嶄新如初，是不是很吸引人？
但現在市麵上沒有這個機器人，那視頻裏的機器人是怎麽做到的？實際是旁邊有個（gè）人通（tōng）過一個遙控（kòng）手柄一點一點地控製這個機器人把所有的事情做（zuò）成，幹了幾個小時，甚（shèn）至比人親自做的時間還長。那機（jī）器人（rén）離我們想象中的未來機器人差了些什麽？還差（chà）感知世界的能力和作出自我決策的能力，也（yě）就是相當於有了手（shǒu）臂（bì）和身體，但沒有眼睛和（hé）大腦，這個機器人不具備智能（néng）。
其實我們在家裏（lǐ）可以一邊聽音樂一邊幹活，並不是那麽枯燥，但在工廠裏，工人要麵對的是焊接的粉塵撲麵而來，是打磨飛濺的火花甚至鐵屑環繞身體，是旁邊金屬性的撞擊刺痛耳膜，這些都會對人的身體造成永久的傷害。
焊（hàn）接環（huán）境（來源：Pixabay）
這就（jiù）是（shì）為什（shí）麽（me）現在 90 後、00 後，寧可領個並不高的工（gōng）資，也要待在（zài）辦公室或（huò）宅（zhái）在家裏，哪怕再高的工資（zī）都不願意去工廠，或（huò）者可能這個年輕人幹了半年就辭職了，或者心情不好導致工件質量出現問題，所以在工廠環境裏，更需要工業機器人把人類從惡劣的環境裏解脫出來，用工業機器（qì）人替代人去幹焊接、打磨、搬運重物（wù）這些繁重的工作，而把人（rén）的智能發揮到（dào）最大程度。
特斯拉機器人工廠（來（lái）源：OPPORTUNITYENERGY）
其（qí）實上世（shì）紀很早就有了工業機器人，例如在汽車行業這種產品一致性非常高的領域裏，工業機器人應用已（yǐ）經非常廣泛了。圖3是特斯拉最新的（de）、全球最先進的機器人工廠，它造的特斯拉的模型都比較統（tǒng）一，機器人要幹什麽？隻要給它（tā）編好程從 A 到 B，它就可以一直這樣（yàng）幹，製造的汽車都是一樣的。
賦予機器人智能的（de）視（shì）覺，真正做到機（jī）器換人
然而在通用工業領域件尺寸（cùn）並不固定，可能今天來了一個一米的工件，明（míng）天客戶要求你做一個半米（mǐ）的工件，原先的工業機器（qì）人的程序就不能用了，或者今天的物流是個箱子，明天（tiān）是個柔性的塑（sù）料袋，而（ér）且（qiě）隨機地放置，這些問題都不（bú）能讓不夠智能的機器人來（lái）解決。
那解決這些問題要（yào）通過什麽？就像前麵的視頻裏，需要一個遙控手柄，在機器人行業裏實際就是個操縱盒，告訴機器人要走一米的長度，或者半米的長度。而如果換了一個物件，人不去（qù）盯著它，就會像盲人摸象一樣，機器人不知道要做什麽事，很有可能把（bǎ）這個工件做錯。那怎麽解決這個問題？我們提出的解決思路是給工業機器人一雙慧眼。
什麽是慧眼？慧（huì）眼就是智能的視覺，我們給機器人智能的視覺，機器人就具備了柔性的能力。
慧眼與工業相機
機器人視覺到底是（shì）怎麽工作（zuò）的？它其實就是具備（bèi）了人（rén）眼的功能，人眼幹什麽機（jī）器人視覺就幹什麽。如（rú）圖4所（suǒ）示，右邊是替代（dài）人眼的工業相機，跟（gēn）手機相機沒太大區別，隻不（bú）過更結實，能夠在工廠環境裏（lǐ）抗幹擾。
圖像與二維數組
如圖5所示，用工業相機替代人眼實現視覺的功能，人眼（yǎn）看到的（de）是蒙娜麗莎的畫像（xiàng），而工業相機獲得的是一個二維數組，二維數組裏每一個數字都代表圖像（xiàng）裏的每個像素，通過獲（huò）得的數組加上開發的智能軟件和算法就可以獲取想要的信息。
工業機器人（rén）在工業中經常要解決三維（wéi）的問題。剛才所說的是一隻眼睛，隻能看到二維的世界，在三維到（dào）二維的過程（chéng）中損失了一個深度信息，而我們要做的（de）就是利用雙目或者多目（mù）的方法（fǎ）把丟失的信息找回來，用兩個攝像頭（tóu）從不（bú）同的角度去看，可以把特征匹配起來，把二維又重構成（chéng）三維，甚至用多目的方法會比人的（de）眼睛更加出色、更加智能。
搭配眼睛的工業機器人（來源：PICKIT3D）
如圖6右邊是一個工業機器人，左邊則是我們給（gěi）它配的眼睛，它的眼睛可以不斷地（dì）識別不同種類不同樣子的物體，隨機擺放也（yě）可以找（zhǎo）到物體的位置，獲取物體的形狀信息。而機器人有了眼睛、有了決策（cè）能力（lì），就可以進行自（zì）主（zhǔ）地隨機地碼放（fàng），這機（jī）器人就有了柔性和智慧。
工業相機（來源：AGTROBOTICS）
在工廠裏並不是都用（yòng）雙目的方式，還會（huì）采用更加可靠的方式。如圖7所示是 CCD，就是常用的工業相（xiàng）機（jī），下麵是用一個抗幹（gàn）擾的強激光打到一個物體上，近的時候激光（guāng）反射到相機上是一個位置（zhì），遠的時候是另一個位置，通過兩個位（wèi）置的變化就知道物體到底離我們近（jìn）還是遠，這是一個點的問（wèn）題。
而線的問題上，打一個橫的激光可以獲得一個線上物體的三維位置，而把這個線通過運動掃描就可以獲得完整物體（tǐ）的三維位置，通過這個物體的三維位置加以我們的算法，就可以告訴機器人應該怎麽做（zuò）這件事。
工業機器人（rén）掃描工件（來源：YaskawaUK）
如圖8所示，工業機器人終端的一個焊槍上，加了三維的傳（chuán）感器，通過結構光掃描把（bǎ）整個物體（tǐ）的形貌掃下來，然後告訴機（jī）器人應該從工件哪裏開始焊接在哪裏停止，如果工業（yè）變了（le）照樣（yàng）可以通過掃描來確定運（yùn）動軌跡。從視頻中可以看到，最後機（jī）器（qì）人通過掃描發現了（le）終點，運動應該（gāi）停止它就會抽身（shēn）離去，這樣的（de）工業機器人就具備了完整的視覺，不需要人再去操控它。
圖6、圖8都（dōu）說明了工業機器人搭配視覺的（de）好處，首先不需要再雇一（yī）個懂機器人編程（chéng）的人去控製機器人，真正做到了機器換人的目的，同時可以實現柔性的加工，通過加入視覺大大地提高生（shēng）產效率（lǜ），而且可以保證生產質量，機（jī）器人（rén）不會像人一樣鬧情緒。
未來機（jī）器人（rén）如何提高智能？
接下來跟大家分享一下工業機器人的發展趨勢，工業機器人上世（shì）紀（jì）中代就已經開始發（fā）展，最早期經曆了第一代機器人，也就是現在使用的主流，機器人需（xū）要教它怎（zěn）麽幹，它才知道怎麽幹，這種使用已經受限（xiàn）了。
現在機器（qì）人正處在第二（èr）個階段，就（jiù）是增加視覺乃至觸覺等（děng）一係列的傳感的方（fāng）法，讓這個機（jī）器人更加（jiā）智能（néng），更加具有柔性。而接下來我想給大家展望一下未來機器人的模樣，就是我們期望的（de）主流，要提高它的智能、做自主的決策。
上世紀 60 年代 IBM 開發的計算機（來源：CHILTON－COMPUTING）
從我的角度來看，機器人未來發展方向（xiàng）是（shì）加上 AI 和 AR。首先來看 AI，圖9是上世紀 60 年代 IBM 開發的世界最新型的計（jì）算機，大概（gài）有一個小房間那麽大，正（zhèng）是用它把人類通過阿波羅計劃送上了月（yuè）球，可（kě）這個計算機的計算能力甚至不如（rú）現在手機計算能力的 1％ 甚（shèn）至 1‰，人類已經通過摩（mó）爾定律掌握了大量處理數據的硬件計算能力（lì），所以我們可以引入深度學（xué）習這種人工智能方法。
通（tōng）過圖片訓練得到人（rén）名（來源：RESEARCHGATE）
圖10左（zuǒ）邊是喬治華盛頓的圖像，我們通過不斷地圖片訓練，不斷的大數據的引入（rù），給它供應很多人臉的數據，最後可（kě）以得出我們要（yào）的結果（guǒ）——他的名字。而工業機器人通過大量（liàng）的訓練，也可（kě）以通過視覺判斷這是什麽樣的東（dōng）西，我應該怎麽做，有了 AI 的功（gōng）能，機器人未來將會（huì）更加強大。
而通過 AR 使得人和機器人相互作用，可以達（dá）到更加（jiā）智能的效果，我們說的機器換人並不是把人完全用機器（qì）人替掉，而是人幹（gàn）人最適合幹的（de）工作（zuò）、更智能的工作，機（jī）器幹重複的有傷害性的工作，而人機協作是（shì）未來的一個大方向。
我們通過 AR 的方式，可以讓（ràng）人（rén）的智能發揮非常好的作（zuò）用，人看見機器人將要做的（de）工作，隻（zhī）需要給個指示告訴機器人，1 號 2 號工件（jiàn）應該怎樣裝配，大大發揮（huī）人的智（zhì）能性。而擰螺絲甚（shèn）至焊（hàn）接這（zhè）種傷身體的工作，重複性（xìng）勞動的工作（zuò）由機器人（rén）來幹，通過 AR 和機器人技術的結合，會讓我們的未來世界中機器人應用更加廣泛。
投稿箱：
如果您有機（jī）床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部， 郵（yóu）箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有機（jī）床行業、企業相關新聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本網編輯部， 郵（yóu）箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相關信息
