突破邊界,移動機器人需要更加“智能”。
文|張雷
CMR產業(yè)聯(lián)盟主席
新松機器人自動化股份有限公司 技術總監(jiān)
2022年,工業(yè)應用移動機器人行業(yè)依舊保持了較強的增長韌性,市場呈現(xiàn)出高速增長,在一些細分與創(chuàng)新領域應用超過預判。而隨著移動機器人廣度和深度的不斷擴展,也對技術迭代更新提出了更多樣的要求。未來,什么樣的移動機器人才是真正符合新時代發(fā)展需求的產品,企業(yè)又該朝著怎樣的方向去探索?
在2022年年底的“中國移動機器人(AGV/AMR)行業(yè)發(fā)展年會”上,CMR產業(yè)聯(lián)盟主席張雷分享了其對移動機器人技術發(fā)展的思考,從發(fā)展現(xiàn)狀、技術特點以及未來趨勢等多個角度進行了詳細解讀。
CMR產業(yè)聯(lián)盟主席、新松機器人自動化股份有限公司技術總監(jiān) 張雷
移動機器人的技術發(fā)展現(xiàn)狀與特點
2015年左右,國內興起移動機器人開發(fā)高潮,眾多企業(yè)的入局推動了技術的快速發(fā)展,且相繼在多個方面取得了突破性的發(fā)展。
從AGV到AMR:移動機器人兼具“車輛”與“機器人”屬性,目前,針對其“機器人”屬性的研究創(chuàng)新大大超過對其“車輛”屬性的研究。
導航技術的多樣化發(fā)展:移動機器人已發(fā)展出多種不同的導航技術,通過傳感器數(shù)據(jù)融合,可以解決更多場景的導航問題,其中,自然導航技術的廣泛應用,大大擴展了移動機器人的應用領域和應用模式。
全流程參與復雜應用:移動機器人由簡單的交通管理發(fā)展到大規(guī)模的智能群控,同時發(fā)展出多種多樣的具體應用,與流程 、工藝緊密結合,參與全流程應用。
部分產品走向標準化:盡管大多數(shù)移動機器人仍以非標訂制的形式出現(xiàn),但也出現(xiàn)了一些標準化產品。
綜合來看,技術發(fā)展多元化、與其他技術的緊密融合以及核心技術突破+應用領域擴展是近年移動機器人技術發(fā)展的主要特點。移動機器人需要進入各種任務場景,應用方式多種多樣,這就決定了移動機器人技術需要多元化發(fā)展;移動機器人技術的發(fā)展,與其它領域的技術發(fā)展密切相關,如人工智能、移動通訊、云計算、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生、虛擬現(xiàn)實等;技術突破與應用拓展相輔相成,核心技術突破決定了的應用發(fā)展的縱深,而與應用領域結合則決定了發(fā)展的廣度。
技術的發(fā)展推動了移動機器人應用的深入,但從百億級市場到千億級市場,移動機器人的邊界還需要進一步突破。當前,移動機器人在建模與導航、作業(yè)能力、場景理解、人機交互以及系統(tǒng)管理等方面還有待進一步提升。
建模與導航:在相對穩(wěn)定的環(huán)境下,可采用SLAM技術來實現(xiàn)自然導航,但有時仍需要布置少量的人工標識物,在特征稀缺的情況下,常常不能實現(xiàn)正常的導航。
作業(yè)能力:目前移動機器人能夠完成比較簡單的作業(yè)(頂升、叉取、夾抱、輥道輸送、末端夾持),當貨物位置存在偏差時,末端操縱能力比較弱。
場景理解:對任務場景的理解不足,導致在任務生成、路徑規(guī)劃、安全防護等方面存在困難。
與人交互和協(xié)同:僅能夠通過比較簡單的方式與人類進行交互,由于感知、理解等方面的原因,與人類協(xié)同還存在困難。
移動機器人系統(tǒng)管理:在結構化環(huán)境下,已可以實現(xiàn)比較復雜的多機器人系統(tǒng)的管理和調度,在非結構化環(huán)境下,對多機器人系統(tǒng)的高效協(xié)同還有待提高。
突破邊界,移動機器人需要更加“智能”
突破邊界,整體而言,就是移動機器人還需要更加“智能”,結合當前技術發(fā)展現(xiàn)狀及市場應用趨勢,預測未來移動機器人技術呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢:
1、導航技術仍是突破重點,3D技術應用將不斷增多
移動機器人應用所面臨的場景非常多樣,目前的自然導航技術不足以應對所有的情形,導航技術仍是移動機器人需要突破的重點。未來,全生命周期SLAM、動態(tài)目標濾除、多傳感器融合、語義分割與識別等是移動機器人進一步提升導航能力的主要路徑。在這一過程中,3D導航技術的應用將會不斷增多。
3D導航根據(jù)其所使用的傳感器的不同,分為3D激光導航跟3D視覺導航。當前,3D激光推廣條件已基本成熟,首先是算法日趨成熟,其次是3D激光雷達成本大幅降低(部分得益于自動駕駛技術的發(fā)展),同時機器人控制系統(tǒng)的硬件算力和成本也已具備條件。
3D激光的應用有利于機器人自動建立更為詳細的環(huán)境模型,系統(tǒng)部署也更為簡單,即使在環(huán)境特征稀缺的情況下,也能提供更為豐富的環(huán)境信息,有利于穩(wěn)定的導航,在高動態(tài)環(huán)境下的魯棒性比2D激光導航更高,同時對地面平整度的要求有所降低。
3D視覺導航技術的發(fā)展近年也十分迅猛,視覺采集設備成本低,視覺數(shù)據(jù)信息量大,通過多目攝像頭組合可以獲取三維空間內更大范圍的特征數(shù)據(jù),多種不同攝像頭可供采用,技術升級迭代很快,可實現(xiàn)全生命周期SLAM。目前,視覺SLAM技術迅速發(fā)展,已成為激光SLAM的一個有力補充。未來,視覺SLAM甚至可能超越激光SLAM,成為自然導航的首選技術。
2、調度管理系統(tǒng):平衡“單體”與“群體”兩種智能
單體智能是指單個機器人的智能化程度,即單個機器人的感知能力、理解能力以及自主決策能力的大小。機器人需要感知和理解環(huán)境,并自主地調整運行計劃和運行路線。只有理解環(huán)境,才能更好地與人類共事。
群體智能是指整個系統(tǒng)的智能化程度,即系統(tǒng)在集群作業(yè)中是否能夠實現(xiàn)整體最優(yōu)調度的能力。未來,如何將原來移動機器人系統(tǒng)的高效性和AMR繞行的靈活性加以結合,是機器人管理系統(tǒng)需要發(fā)展的方向。
3、AI將在技術創(chuàng)新中起到關鍵作用
近年來深度學習和神經網(wǎng)絡幾乎成了人工智能的代名詞,我們將迎來AI在移動機器人應用領域的迅速擴展應用,在應用端采用AI技術將帶來大量的市場機遇。AI技術將為解決移動機器人在導航、定位、感知、安全、調度管理等方面持續(xù)提供技術賦能,移動機器人將在眾多領域實現(xiàn)突破,如借助于AI的幫助,移動機器人可以搭載更加靈活、智能的機械手臂,可以使復合機器人的應用領域和作業(yè)能力大大增加。移動機器人能力進一步提升后,其應用也會進一步深化,借助于AI技術,一些原本只能由人類完成的工作將可以被移動機器人取代。
4、5G、云計算、大數(shù)據(jù)為移動機器人提供云端“大腦”
目前國內已有一些移動機器人項目采用5G通訊,取得了不錯的應用效果,5G+AGV的應用優(yōu)勢主要集中在兩方面,一是利用5G大帶寬、低時延優(yōu)勢對現(xiàn)有的AGV調度系統(tǒng)在調度數(shù)量、數(shù)據(jù)處理進行革新;二則是對AGV導航算法的優(yōu)化,將部分借助邊緣計算的算法優(yōu)化分析上傳至算力更強大的云端處理。擁有“云端大腦”的移動機器人將有能力檢索海量數(shù)據(jù),并借助云端算力處理更加復雜的問題。未來,借助于5G、云、大數(shù)據(jù)等技術,移動機器人將變得更為智能。
5、標準品與非標訂制的平衡
移動機器人應用的廣泛性決定了它的非標屬性,所以不可能用標準、統(tǒng)一的移動機器人產品來覆蓋如此差異、廣泛的應用場景。但在差異化的應用中,我們確實可以尋找能夠標準化的批量產品。在一些具體行業(yè)中,可以通過深度挖掘應用需求,創(chuàng)造出新的應用模式,并以標準化產品的方式來提供給用戶。同時,實現(xiàn)技術平臺化,可以達 到另一種層級的標準化。由于目前技術還不足以解決各種不同場景的需求,還找不到一種能滿足所有不同應用的技術平臺,所以,由多個廠家推出各自技術平臺的情況還將持續(xù)相當一段時間。