智慧機(jī)器人2020！未來發(fā)展與應(yīng)用

文：黃正傑 2020-04-28

發(fā)布時間： 2020-04-27 14:48:00

創(chuàng)新 AI人工智慧機(jī)器人智慧製造數(shù)位轉(zhuǎn)型

人類的機(jī)器人夢，能美夢成真嗎?

智慧機(jī)器人是人類的終極夢想。近期，由於電腦視覺、自然語言、機(jī)器學(xué)習(xí)/深度學(xué)習(xí)等技術(shù)發(fā)展，使得機(jī)器人能適應(yīng)更複雜的環(huán)境，甚至與人類進(jìn)行對話與合作。那麼機(jī)器人是什麼? 機(jī)器人如何在製造業(yè)應(yīng)用呢? 本文介紹機(jī)器人在製造業(yè)的典型應(yīng)用，諸如：辨認(rèn)環(huán)境、物件抓取、行動規(guī)劃、環(huán)境互動等。

機(jī)器人是人類的夢

還記得原子小金剛、哆啦A夢、星際大戰(zhàn)R2-D2、鐵巨人、變形金剛、和人造意識/機(jī)械姬嗎? 這些存在於電視、電影裡的機(jī)器人，編織了人們對機(jī)器人的想像。人工智慧追求的終極夢想正是智慧機(jī)器人。

現(xiàn)今，從SONY AIBO (愛寶機(jī)器狗)、軟銀Pepper (機(jī)器人)到波士頓動力Atlas (人形機(jī)器人)，似乎一步步實(shí)現(xiàn)人類的夢想。2018年，沙烏地阿拉伯第一位公民機(jī)器人Sophia搭乘飛機(jī)「貨艙」抵達(dá)臺灣「演講」，吸引眾人目光，然記者採訪時，仍需事先提供提問稿、且提問內(nèi)容不能超出提問稿範(fàn)圍。到底現(xiàn)在機(jī)器人智不智慧呢?

什麼是機(jī)器人?

以下先摘錄有關(guān)機(jī)器人發(fā)展的歷史：

● 1500年前：人類發(fā)展機(jī)器來協(xié)助日常工作，如：埃及人利用「水鐘」來協(xié)助自動計(jì)時。

●?1921年：捷克作家卡雷爾 ? 恰佩克創(chuàng)造了機(jī)器人(Robots)這個名詞。

●?1954年：美國科學(xué)家 George Devol發(fā)明了第一個自動化工業(yè)機(jī)器人Unimate。

●?1961年：Unimate機(jī)器人大量製造，成為工業(yè)機(jī)器人(手臂)的濫觴。至此，工業(yè)機(jī)器手臂比消費(fèi)型機(jī)器人運(yùn)用更廣，協(xié)助人類在工廠、倉儲環(huán)境中，進(jìn)行搬運(yùn)、組裝、焊接等工作。

●?2002年：iRobot公司發(fā)展Roomba掃地機(jī)器人，進(jìn)入家庭日常家務(wù)工作。

●?2014年：軟體銀行(Softbank)，發(fā)表類人型機(jī)器人Pepper，可以辨認(rèn)人臉、與人類說話、具備表情及可自動移動的客戶服務(wù)機(jī)器人。

什麼是機(jī)器人呢? 美國機(jī)器人協(xié)會定義：「透過各種程式化動作完成各類任務(wù)，用於移動物體、零件、工具或?qū)I(yè)設(shè)備，並可以寫入程式的多功能操作器?！箼C(jī)器人可能是以手臂、類人型、類犬型等形式存在，內(nèi)部具備基礎(chǔ)機(jī)械構(gòu)件、感測器、致動器、控制器、使用介面等功能。近期，由於電腦視覺、自然語言、機(jī)器學(xué)習(xí)/深度學(xué)習(xí)等技術(shù)發(fā)展，使得機(jī)器人控制器不僅具備規(guī)則程式，還具有學(xué)習(xí)型的推論引擎，讓機(jī)器人能適應(yīng)更複雜的環(huán)境互動。

機(jī)器人在製造業(yè)應(yīng)用

1950年代開始，已有各式機(jī)器人(手臂)運(yùn)用在工廠中，從事焊接、噴塗、物料抓取、物料搬運(yùn)、組裝、檢測等作業(yè)?，F(xiàn)今，在電腦視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)發(fā)展，使得有更先進(jìn)的應(yīng)用方式：

1. 辨認(rèn)環(huán)境：運(yùn)用電腦視覺與感測器，讓機(jī)器人能彈性地辨認(rèn)環(huán)境狀況。其中，運(yùn)用雷射或攝影機(jī)感測器、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)等，可讓焊接、噴塗機(jī)器手臂更精確辨認(rèn)位置以適應(yīng)不同任務(wù)。例如：上銀公司Delta機(jī)器抓取手臂，搭配3D機(jī)器視覺輔助辨識，即便進(jìn)料雜亂無序的擺放，機(jī)器手臂亦能利用吸盤取物至輸送帶上，減少人工排序前置流程。

2. 物件抓?。?/span>傳統(tǒng)機(jī)器手臂抓取表面多孔的基質(zhì)、內(nèi)容物若為液體軟包裝或者表面不平整的包裝是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。機(jī)器手臂必須針對抓取物件的特性，運(yùn)用機(jī)械機(jī)構(gòu)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，無法快速適應(yīng)環(huán)境，例如：換線生產(chǎn)、換包裝等適應(yīng)問題。運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，可讓機(jī)器人學(xué)習(xí)各種物體形狀，透過電腦視覺辨識並抓取各種物體。例如：Google團(tuán)隊(duì)運(yùn)用大量抓取訓(xùn)練數(shù)據(jù)及增強(qiáng)深度學(xué)習(xí)方法，讓機(jī)器人學(xué)習(xí)能抓取各種形狀物體。又如花王工廠產(chǎn)品檢測抓取作業(yè)，利用機(jī)器手臂導(dǎo)入電腦視覺，以利辨認(rèn)時常改換的不同包裝形狀，進(jìn)行有效抓取。

圖、機(jī)器人物件辨識與抓取(資料來源: Google)

3. 行動規(guī)劃：倉儲搬運(yùn)自動導(dǎo)引車(AGV, Automated Guided Vehicles) 除了可運(yùn)用視覺導(dǎo)引來協(xié)助行走、3D視覺環(huán)境辨認(rèn)等，也可以在路徑規(guī)劃上進(jìn)行改進(jìn)。運(yùn)用傳統(tǒng)路徑規(guī)劃算法，搭配機(jī)器學(xué)習(xí)/深度學(xué)習(xí)技術(shù)可協(xié)助車子學(xué)習(xí)過去經(jīng)驗(yàn)，以動態(tài)避開障礙物或規(guī)劃最短路徑。

4. 環(huán)境互動：讓機(jī)器人能適應(yīng)環(huán)境狀況，如：障礙物、不平整焊接口，甚至與人類相互合作、人機(jī)協(xié)同或機(jī)器間協(xié)同是目前工業(yè)機(jī)器人發(fā)展方向。透過電腦視覺、觸覺感測器，讓機(jī)器人感知環(huán)境變動或要求，以改變抓取力量、改變行動方向、等待或停止等。

人類編織的機(jī)器人夢正在逐步實(shí)現(xiàn)。運(yùn)用新興電腦視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)/深度學(xué)習(xí)、觸覺感測技術(shù)，將可協(xié)助機(jī)器人適應(yīng)不同環(huán)境及邁入機(jī)器協(xié)同、人機(jī)協(xié)同方向發(fā)展。

黃正傑

你喜歡挑戰(zhàn)不斷隆起的技術(shù)高原、探索無限寬廣的創(chuàng)新領(lǐng)域嗎? 那麼我們是同路人。黃正傑，臺大資管博士，協(xié)助鼎新進(jìn)行前瞻技術(shù)研究與應(yīng)用發(fā)展。歷經(jīng)IT架構(gòu)技術(shù)顧問、供應(yīng)鏈管理顧問、軟體產(chǎn)業(yè)分析師等多項(xiàng)職務(wù)，並兼任文化大學(xué)助理教授。讓我們一起從創(chuàng)新與變革角度，探索新興技術(shù)!