當(dāng)機(jī)器人會(huì)分揀水果

沈建苗

一家英國咨詢公司制造的一款水果分揀機(jī)器人聽起來不像是饒有興味的技術(shù)飛躍。實(shí)際上，它卻是最清晰地表明工業(yè)自動(dòng)化即將迎來重大變化，我們可能邁入全新工業(yè)革命的技術(shù)杰作之一。

水果隨機(jī)地堆放在一只碗里面。機(jī)器人會(huì)利用機(jī)器視覺和智能軟件，識(shí)別最上面的水果。它會(huì)將該信息轉(zhuǎn)換成實(shí)際坐標(biāo)，并確定末端操縱裝置的方位，抓取水果。末端操縱裝置會(huì)適應(yīng)每個(gè)物體（水果）的形狀和紋理，在不破壞物體的情況下抓取。這個(gè)機(jī)器人會(huì)認(rèn)真分析碗里的情況，按類別或顏色來分揀。

這是劍橋咨詢公司（CambridgeConsultants）研發(fā)出一種機(jī)器人夾具和視覺系統(tǒng)一一水果分揀機(jī)器人，能夠區(qū)分并選擇性地挑選不同品種、形狀、大小和顏色的水果?？蓮氖聫?fù)雜的拾取和涉及不規(guī)則組織項(xiàng)目任務(wù)，如分揀水果和蔬菜。

這個(gè)演示意義重大，它要求機(jī)器人執(zhí)行的任務(wù)并不是嚴(yán)格定義，相反，機(jī)器人需要識(shí)別并適應(yīng)牽涉幾個(gè)變化因素的復(fù)雜情形。

引人入勝的挑戰(zhàn)

普通機(jī)器人面臨的最大挑戰(zhàn)之一就是，無法處理物體的自然變化。比如在一條汽車生產(chǎn)線上，機(jī)器人能夠?qū)⒅匚飶囊粋€(gè)地方搬移到另一個(gè)地方，并且實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)焊接?？墒侨绻囬T框稍稍變形或者位置不對(duì)，同樣那些機(jī)器人就束手無策。如果裝配過程中出現(xiàn)了什么岔子，管理人員就得將生產(chǎn)線停下來，重新調(diào)試一番。要是所處理的物體發(fā)生變化，就需要為機(jī)器人重新編程或重新配置，這個(gè)過程既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢。

而這基本上就是工業(yè)自動(dòng)化在過去50年來的運(yùn)作方式。但是未來學(xué)家們長(zhǎng)期以來認(rèn)為，有朝一日，工業(yè)機(jī)器人能夠與人一起工作，處理不規(guī)則物體，并且適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。這就是為什么分揀不同種類的水果是一項(xiàng)引人入勝的挑戰(zhàn)，這個(gè)挑戰(zhàn)需要物體識(shí)別和任務(wù)規(guī)劃技術(shù)。

雖然機(jī)器人通常是在在一個(gè)可控的環(huán)境中重復(fù)做著同樣的事情，如果任務(wù)或環(huán)境發(fā)生變化，他們就會(huì)方寸大亂。例如，要在倉庫中拾取水果和蔬菜，機(jī)器人必須要和人一起共事，并要處理不規(guī)則事項(xiàng)，應(yīng)對(duì)不斷變化的環(huán)境。需要執(zhí)行許多不同的任務(wù)，從識(shí)別對(duì)象，計(jì)算拾取順序，計(jì)劃抓取、放置的先后順序。

“傳統(tǒng)機(jī)器人在處理不確定的事項(xiàng)時(shí)會(huì)出現(xiàn)混亂。我們將現(xiàn)有技術(shù)與新的信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合研發(fā)出新型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這是準(zhǔn)備要擾亂行業(yè)的節(jié)奏啊?！眲蜃稍児镜墓I(yè)機(jī)器人負(fù)責(zé)人克里斯·羅伯茨（Chris Roberts）說：“我們的世界級(jí)工業(yè)傳感和控制團(tuán)隊(duì)將高效率圖像處理算法與低成本傳感器和大眾化硬件結(jié)合起來，以便任務(wù)不是嚴(yán)格定義時(shí)，讓機(jī)器可以實(shí)現(xiàn)‘軟控制。即使面對(duì)的物體缺少詳細(xì)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)模型，系統(tǒng)也能夠處理?！?/p>

通過將水果隨意堆砌在碗中對(duì)此技術(shù)進(jìn)行測(cè)驗(yàn)，機(jī)器人通過其機(jī)器視覺系統(tǒng)和一些智能軟件，以確定哪些水果片放在上面?？蓽?zhǔn)確定位要拾取哪一個(gè)水果，并同時(shí)不會(huì)碰到旁邊對(duì)象。機(jī)器人手剛好適合水果的形狀并牢固夾住水果而不造成損壞，并且可對(duì)水果進(jìn)行顏色分類。

低成本

這種設(shè)計(jì)的“低成本”方面則是另一大突破。劍橋咨詢公司是一家設(shè)計(jì)公司，并不從事制造新產(chǎn)品的業(yè)務(wù)。為了設(shè)計(jì)這款演示機(jī)器人，公司的工程師們使用了成本低廉的傳感器，這類傳感器隨處可見，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)界。換句話說，要制造該機(jī)器人，該團(tuán)隊(duì)不需要發(fā)明任何新技術(shù)。只要巧妙地運(yùn)用現(xiàn)有的解決方案，就是這么回事。

羅伯茨最近表示：“現(xiàn)有的解決方案往往部署起來成本高昂。我們?cè)谂Ρ砻鬟@一點(diǎn)，即通過使用成本相對(duì)便宜的硬件和傳感器，以及眾多巧妙的圖像處理軟件，我們就能獲得良好的效果?！?/p>

羅伯茨認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)會(huì)在不遠(yuǎn)的將來徹底改變工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，而這項(xiàng)技術(shù)的大部分已經(jīng)到位，等待合理利用。“我們看到與工業(yè)實(shí)際應(yīng)用存在脫節(jié)。我們?cè)诤枚啻髮W(xué)看到許多諸如此類的點(diǎn)子，到時(shí)會(huì)有實(shí)驗(yàn)室演示，表明這種技術(shù)是可行的；但是缺少的是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。關(guān)鍵在于，讓實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下可行的技術(shù)進(jìn)入到工業(yè)環(huán)境?！?/p>

而這項(xiàng)技術(shù)正在實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，通過將編程、電子和機(jī)械工程專業(yè)與機(jī)器視覺和機(jī)器人技術(shù)相結(jié)合，展示出智能系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)各種工業(yè)商業(yè)過程進(jìn)行轉(zhuǎn)換。它將改變制造和交付產(chǎn)品的方式。劍橋咨詢公司預(yù)計(jì)，此項(xiàng)技術(shù)將提高整個(gè)生態(tài)鏈的生產(chǎn)效率。

“我們看到的一個(gè)趨勢(shì)是，一大批技術(shù)現(xiàn)在趨于融合。有物聯(lián)網(wǎng)，有高性能計(jì)算機(jī)，還有可與人交互的機(jī)器人技術(shù)，它們都融為一體，讓更智能的工廠能夠更迅速地響應(yīng)需求?！?/p>

在機(jī)器人技術(shù)方面，這意味著我們會(huì)看到更靈活的系統(tǒng)能夠迅速變換角色，處理不同的任務(wù)。