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  • 缺少一个运动脑,机器人只能是“人工智障”

      在草坪上奔跑、跳跃、后空翻,一步一个坑;吭哧吭哧爬楼梯,震的楼梯一直颤抖……
     
      这些“捣蛋行为”,都来自波士顿动力的机器人
     
      从这家公司发布第一个机器人运动视频开始,几乎每一次,它们的新动态都能引起行业的极大关注。原因无它,打上“波士顿动力”标签的机器人,在运动控制方面,都是行业顶级。
     
      但即便如波士顿动力的运动机器人,实现那些小孩子随手可作的动作行为时,依然表现的无法令人满意。对机器人行业来说,运动能力为什么会这么得难?
     
      这得从运动机器人的发展历程开始说起。
     
      事实上,运动机器人的准确研发史很难追溯。两千多年前古代中国人发明的指南车大概可以?#39057;?#19978;是运动机器人这一概念的鼻祖了。?#30340;?#25645;载一个“机械传动系统”,利?#20040;?#36882;转向时两车轮的差动信息指明方向,无疑这是机械控制技术的一次成功应用
     
     
      到1961年,Unimation为通用汽车研发了世界第一台工业机器人,用于生产汽?#24471;擰?#36710;窗把柄、换档旋钮、灯具固定架,以及汽?#30340;?#37096;的其他?#24067;?#31561;。至此,机器人开始替代人类,逐渐被应用于多个传统产业?#23567;?/div>
     
      而随着现代相关技术的发展和创新应用的出现,单纯的机械运动早已不能满足需求,运动机器人的概念开始被慢慢普及开来,研发难点也被广泛重视起来。
     
      运动机器人,应该是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能为一体的综合?#24067;?#31995;统。
     
      要做到这些,便要求我们在机器人“体内”必须汇集诸如传感器技术、信息处理、电子工程、计算机工程、自动化控制工程以及人工智能等多项尖端技术,要求机器人拥有灵活的“运动脑”,而这些在世界范围内,都不是短?#22868;?#21487;?#28304;?#25104;的。
     
      没有运动脑,机器人只能是“人工智障”
     
      “对于机器人行业来说,有三大关键技术:计算机视觉、语义理解和运动控制。而运动控制,是较难的一关。”在谈及机器人控制关键技术时,Vincross COO徐凯?#21549;?#22914;是说。
     
      机器人运动控制有多难?它们被称为“智障”是不是太委屈?
     
      所谓的“运动机器人”不管是行为控制、还是环境判?#31995;?#33021;力都与期望中有极大的差距。不客气地说,它们还处于“人工智障”的阶段。
     
      为此钢铁侠机器人创始人&CEO张锐认为,“它们需要拥有一个‘会运动的脑子’,也就是‘运动脑’。”
     
      纵观当前推出的各种运动型机器人,要么只能“站”在原地,用一个“画”着人脸的屏幕说着前言不搭后语的话,可以稍微点?#33452;?#22836;;要么就是一举一动非常机械,摆动着双手双脚跳舞,毫无实?#35270;?#29992;意义可言。
     
      能自主规划路线、感应环境自动避障地移动,可以通过灵活的关节不机械地活动,是对机器“人”最基本的要求。
     
      而这其中,有两大技术难关:移动和活动。
     
      移动得不好,就会乱碰乱撞?#25442;?#21160;得不好,就毫无灵性,彷如智障。
     
      移动的关键在“底盘”,机械结构设计、传感器和算法三者缺一不可
     
      按照移动方式划分,移动机器人可大致被分为:轮式、履带式和足式三大类。而前两类机器人移动的关键,都在下半身,也就是俗称的“底盘”。
     
      科沃斯机器人(南京)人工智能研?#21549;?#38498;长于元隆表示,“底盘”其实只是一个载体,其中搭载和应用了传感器、智能算法和驱动机构?#28909;?#22823;关键技术。
     
      从当前移动机器人的工作状态看,其主要的工作流程应该是“传感器用于感知环?#24120;?#24182;将环境信息传输给‘控制大脑’,也就是智能算法;‘大脑’通过分析环境信息给出‘执行命令’,最终控制驱动机构输出行为动作。”
     
      传感器方面,更准、更高精度的环境感知能力是评价其性能最重要的指标。但高性能的传感器,就意味着高成本。以科沃斯为例,克服传感器依?#21040;?#21475;、高成本等问题,拥有自主研发的传感器专利是唯一解决之道。
     
      而智能算法,也是近几年各大机器人厂商重点发力的部分。这其中,涉及到了环境感知、导航定?#24359;?#36991;障、决策、视觉、语音、人机?#25442;?#31561;多个关键技术。
     

     
      同时于院长也表示,“现在各个厂商在智能算法方面还处于浅水区,只是做到了一些基本功能的应用。简单来说,就是现在的机器人还不够聪明。”
     
      这里的“不够聪明”体现在三方面:第一,感知能力不够智能;第二、行为决策能力不够;第三,人机?#25442;?#24615;差。
     
      就目前的发展趋势看,多模态传感器和智能算法相结合是一种?#34892;?#30340;解决方式。当机器人可以?#34892;?#22320;感知环境变化、准确地推理和做出决策、结合用户需求提供针对性服务时,就是我们进入“深水区”的时候了。
     
      驱动结构方面,则涉及了机械结构设计、?#34892;?#39537;动力、减速器等多个机械工程问题。而这些,都直接关系到机器人移动时的灵活性。
     
      想必,谁也不想看到机器人要么不动,要么“嗖”地冲出去然后撞倒墙上的场面吧。
     
      也正因为此,当前大多移动机器人应用都只局限于室内场景?#23567;?#32780;市场所需要的机器人,应该拥有更多的能力,如自然地做着肢体动作,可以“端茶倒水”,甚至“翻山越岭”。
     
      这就涉及到机器人的活动能力了。
     
      活动的重点在“关节”,伺服舵机和运动算法成制胜关键
     
      谈及“活动”机器人,最为常见的,就是舞台表演类机器人。
     
      旋转、挥手、踢腿……这些都是跳舞机器人最为常见的动作。其中,以上过?#21644;?#30340;优必选机器人最为知名。而它们最大的优势在于技术——伺服舵机及步态算法等的自主研发。
     
      优必选创始人&CEO周剑曾说过,“伺服舵机本身就是一个比较难的技术壁垒。尤其是大扭矩伺服舵机,在全球来讲都是机器人产业里一个很大的难题。”
     
      和普通的电机相比,伺服舵机涉中?#36141;?#30422;了减速、传?#23567;?#30005;机、芯片、改进算法、旋转自由度等多种技术问题。也正因为此,伺服舵机能够极大的提升机器人活动时的关节灵敏度。所以优必选没有放弃研发伺服舵机,尽管他们花了近5年的?#22868;洌?#32791;资半亿。
     
     
      其实,伺服舵机并不是一个新概念,日本、瑞士等机器人研发大国早有“伺服舵机”相关产品。只是当时进口成本极高,即便是最低性能的成本价也需要50美元/个,?#20197;?#26399;需求量不高,所以一直没有被广泛应用。
     
      对此,周剑表示:“一般来看,仅伺服舵机的成本,就能占去机器人总成本的一半。这样一来,一旦量少,供应链就根本起不来,相应的芯片、CPU、电池成本也都降不下来。”
     
      但随着用户对机器人活动灵敏度要求地提高,伺服舵机早已成为机器人厂商差异化竞争的关键,原本所说的“需求量不高”已经成为了一个伪命题。
     
      然而,正如周剑所说,?#34892;⌒推?#19994;在早期“量不大”且进口成本较高的情况下,自研不失为一条出路。
     
      那么,机器人能动了,要怎么让它动起来呢?
     
      举个例子,赶?#22868;?#26102;,“人”的正常生理?#20174;?#20250;让我们的步子会迈得很大,走路的速度和身体的摆动幅度等都会随之变化;而如果?#22868;?#27604;较宽裕,你可能就会优哉游哉的颠着小碎步,?#33452;?#36319;着摇摇?#20301;巍?#21452;臂随意摆动。
     
      机器人也应该是这样的。不同场景下,步态及身体的每个部分,都会表现出不同的运动状态。说的通俗点,机器人在活动时应该更?#25317;?#27668;,而不是只会木讷的重复着单一或仅有的几个动作。
     
      这需要一个同样?#25317;?#27668;的算法。
     
      什么时候动?动哪里?#21549;?#20040;动?频率如何?幅度多大?#31354;?#20123;都是在做算法时必须考虑的事情。尤其在场景多样化且复杂时,算法开发的工程量将成?#23545;?#21152;。
     
      徐凯强也说,“让机器人动动手脚,看起来很简单,但为了做好这一点,我们花了整整三年的?#22868;洹?rdquo;
     
      而张锐谈及的“如果人是可以广泛生存于这个世界的,那么机器人就应该能被广泛应用于各个领域,这需要不同的算法赋予其不同的功能。”
     
      而这其实已有解决方?#28014;?#21482;要给机器人加上一个基于Gazebo的仿真平台和基于Ubuntu的ROS系?#24120;?#20854;在?#24067;?#25509;口和开源等方面就能接入更多的开发者了。
     
      钢铁侠就是这样做的,“我们提供的不仅是一个?#24067;?#20135;品,还同时为开发者们提供了一个软件开发平台。”
     
      无独?#20449;迹琕incross也是从运动控制技术出发,为机器人开发者提供便捷的开发平台的。
     
      “行业公认的,机器人将成为新一代的计算平台,就像十年前的手机一样。但实际上,由于机器人开发技术门槛高,目前大多数的开发者还难以胜任机器人开发任务。因此,我们需要一个可以提供便捷操作的平台,这是开发与创新的先决条件。”
     
     
      简单来说,就是基于机器人搭建一个编写简易的开发平台,吸引开发者按照自己的想法,赋予机器人更多的功能。
     
      举个例子,让机器人“?#25918;?rdquo;:基于机器人原本就有的摄像头实时图像处理功能,编写相应的代码,让其在接收到红色信号时就立马“冲”出去。
     
      当然,这只是一个简单的游戏类应用。随着运动机器人场景地增多和应?#20040;?#26032;地增加,开放平台将极大地缩短开发周期,提升产?#25443;?#23637;速度。
     
      虽能力有限,但垂直领域蓝海早已出现
     
      据不完全数据统计,仅国内创企,就有超40家专门从事运动机器人研发的公司。其中,已经市场商业化的已超过了80%,且分布于各个领域?#23567;?/div>
     
      这里?#30830;?#20139;一个?#39057;?#24212;用场景下的案例:
     
      去年,苏州洲际?#39057;?#24212;用移动机器人用于代替人工负责领路、送餐等工作。在其2017年12月基于携程平台的48条评价中,有11条提及了“机器人”这一关键词。
     
      通过计算,这11条评论的平均得分为4.98分,而其他不含“机器人”关键词的平均分只有4.72分。
     
      “我们很多客户,在应用机器人之前的综合评分只有4.5分,但在应用机器人之后,评分就有了很大?#33041;?#38271;,甚至有些在短期内上涨到了4.8分以上。除此之外,1个机器人最多可以替代4个人工,在人工成本方面,也为?#39057;?#20570;出了贡献。” 云迹科?#20960;?#32423;副总裁张名举说。
     
      除?#39057;?#22806;,在工?#25443;?#38754;,诸如京东的?#25191;?#26426;器人;家庭服务方面,诸如科沃斯的扫地机器人等也都已获得了用户的普遍认可。而在农业、医疗、城市安全、国防和空间探测等更为垂直的领域中,运动机器人也开始去到人类难以去到的危险地带,从事一些极具挑战性的工作,所发挥的价值也越来越大。
     
      毫无疑问,运动机器人行业的蓝海已现。

      总结
     
      波士顿动力机器人虽然是“业界传奇”,却也依旧没能达到让人满意的程度。
     
      但需要明确的是,在机器人三大关键要素中,运动控制确实是最难且最复杂的,并不是能一蹴而就的。
     
      然而,值得一提的是,当前机器人应用场景开发尚未成熟,大多为固定且极为垂直,如?#39057;輟?#21830;场、实验田等,虽然专业度要求比较高,但对机器人运动的处理和复杂度要求不高,有些甚至只要拥?#26800;?#30424;移动能力就可以了。
     
      这是机器人产业的成就。
     
      当然,更具?#25442;?#24615;、个性的机器人是用户最?#36134;?#38656;。未来,机器人所能提供的服务将越来越多,真正“类人”的通用型机器人?#19981;?#23558;成为主流。虽然前路漫漫,仍然值得奋斗。
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