原ABB首席科学家甘中学:我们要做“心灵手巧“的工业机器人

GAIR

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甘中学,1987年留学美国康涅狄格州大学,机械工程博士学位,2002年回国前任美国ABB公司机器人研究中心主任兼首席科学家。2003年回国发展,现任宁波市智能制造产业研究院院长,致力于发展融入人工智能的新型工业机器人。在近日举行的余姚中国机器人峰会上,他从一个兼顾学术和产业的角度,为我们清晰阐述了工业机器人智能化的具体措施。下面是雷锋网(搜索“雷锋网”公众号关注)为大家整理的精华演讲部分。

今天讲的题目是发展心灵手巧的机器人,探索人机融合的智能制造模式。刚才听了几位的报告,他们比我这个还厉害。我讲的是宏观层面一点的。前面我听了对机器人整个全过程的设计布局,非常有用。特别是他这个对具有间隙的机器人的运动机构,做到无间隙的运动确实是非常好的技术。

我今天谈的重点是灵巧性,下面谈谈我个人的看法。今天我说三方面,第一发展心灵手巧的工业机器人。

发展心灵手巧的工业机器人

目前工业机器人,在中国浙江机器换人是一个热潮,但是用现有的工业机器人能够代替人工作的,大概是30-35%左右。还有约70%的工作,现在的工业机器人还不能代替,为什么呢?

就是因为现在的工业机器人,实际上是一个六个轴的机械臂,它的手是专用卡具做的,灵活性和柔性大大受到了限制。因此我们要想机器人真的像人一样,具有很好的柔性,能够适应不同的加工的条件,首先,要有一个灵巧的手,同时,还得有一个人工智能的智慧。所以说,发展心灵手巧的双臂和机器机器人是能够让工业机器人的工作范围和工作多样性所必须的。

我们人在做工作的时候,之所以柔性,就是因为我们人有我们的柔性的手,还有眼的视觉和我们的这种手的这种触觉,通过感知偏差,然后纠偏。

我们要想做心灵手巧的工业机器人,就要模仿人的这种,进行加工劳动的原理,就是我们要用我们柔性的手,去一手拖着工具,然后随时随地的利用我们的视觉和力觉感知误差,通过大脑的反馈,发出控制命令,校正误差,达到我们加工工件的要求。因此用一个王阳明的话说,就是要做到知行合一。

工业机器人要想真正实现最基本的智能,首先要实现这种从感知,到反馈,到校正,到执行,在不断的这种智能循环反馈过程。那么,对于双臂机器人,由于是两个手都能够解放出来,增加了加工过程中的柔性和多样性。

心灵手巧的机器人是智能终端

那么,这里有两个反馈,第一个反馈是我们从工具之间误差的这种感知和反馈。这是一个,我叫智能循环。

另外一个我们人在操作机器人,根据机器人所工作的状态,进行反馈,来实时校正我们的控制的参数, 形成以手带臂的复合运动。这是另一个,我们叫复合运动。

如果这两个反馈,都能够实现的话,那我们就实现了人的智慧和机器人的控制之间的一种人机融合。所以说形成手脑眼的闭环,智能循环是让机器人真正能够有智能的一个最基本的条件。

心灵手巧的机器人是智能管理平台

第二件事,现在的机器人是把一个卡具放上以后进行6个自由度的运动规划,这个规划是受很大限制的。我们人在做加工工作的时候,由于有丰富的多自由度,然后以手代臂工作方式,因此我们去做未来的这种机器人,一定要有对于手的这种自由度的控制,以及臂的控制,来实现机器人的柔性。刚才也谈到我们真正实现机器人的时候,不光是运动规划,更多是工艺流,根据工艺来完成整体的运动规划。

根据工艺流,同时还有物流,还有信息流,这三流的融合是真正做好机器人完成一个完整的动作的必须。那么,对于机器人来讲,现在的机器人是单臂。我们的人是两个臂。随着机器人的发展我们发展多臂,有两个臂不一样,根据你工具的运动,可以这两个臂做成一个短,一个长,一个复杂一个简单,可以做三个臂,四个手臂的,这是我们对未来机器人的一个想法。

心灵手巧的机器人是智慧决策中心

同时,以后我们的机器人不单是一个执行工具,执行终端,未来的我们的机器人,应该有管理的智能,有决策的智能

也就是一个机器人本身,既是智能终端,也是管理中心,也是一个决策中心。但处理自身的运动,而且处理工艺过程中间和其他机器人相互协同的问题,同时能够很好的在本工艺上发生整个生产线有什么问题,再反馈云大脑平台进行决策,诊断、处理和控制。

这是我讲第一个问题,我认为如果我们想扩展工业机器人的范围和多样性,我们以后要根据它的工艺过程,发展两个臂、多个臂的机器人。

开拓人机融合新模式

第二个问题,开拓人机融合新模式。

首先这是个什么概念?大家都知道,我们现在智能是流水的,这种的最早发明是从亨利福特把复杂的人工造汽车的劳动分解成简单的、单一的劳动,形成流水生产线,这样每个人,只要你有一些智能就可以做。自动流水线的发明大大简化了流程,这就造成了汽车由过去老爷车变成的大众车,这是生产方式的变革,但是随着历史的发展,人的这种个性化的需求,对于制造的个性化柔性要求越来越高。

目前的车间生产已经不是批量生产了。那么,这种流水式生产线,已经不是不适应个性化制造的发展。因此,如果要想造出一个机器人或者一个机器,能够实现个性化制造,应该对现在流水线的生产方式进行变革。那么怎么进行变革?

大家看到特斯拉造新能源汽车,它就是进行了变革,由过去一条线性方式变成了环型的加工。好比我在中间放一个机器人,这个机器人可以单臂、多臂,完全同时进行运动,一个完成了,利用环型(???)的流水线克服了简单的流水线的弊病,就增加了个性化,增加了柔性,同时,也提高了劳动效率。

所以说,根据这样的,我们对心灵手巧的多臂机器人,我们有一个创客钟爱的万能制造平台。我给大家放一个录像,这是一个装配一个电路版过程,很多创客说我要一个工作台,我想做什么都能做。

我今天可以做电路板,明天可以做一个玩具,我怎么做呢?这种有双手的东西,一个手是对于工艺的多样性,一个是对工件的,这样扩展了人的加工,可变的空间。而且它的运动可以是左右上下都可以的。那么,有了这种双臂的工业机器人就可以为创客提供一个个性化的柔性加工港。这是第一种方式。

第二种方式就是现在的自动生产线,我想我们做过工业的人都知道,一般的加工工业,最中间是最核心加工,你车床是加工、切割,大量前处理和后处理都是排在一堆人在这做,为什么?因为这个工作是柔性的,是复杂的,是机器不能承担的,如果用了双臂机器人,我们前面建一个环型岛,然后可以进行处理。然后把后处理也有一个环型岛处理,这样对于一个中小企业,你有一个核心单元和前处理单元和后处理单元,三个机器人或者两个机器人可以搞定一个基本的生产线。这种个性化生产制造线,对于中小企业是适用的。

这是一个注塑机,然后抛光,打磨。前面是上料,添附加装备都在上面,注塑机有两个机器。

另外一种就是对于这种还需要大臂的,比如我们像做高铁,不能完全个性化,是规模化定制。对于规模化的定制我们怎么做?我们有了双臂、多臂机器人大大简化了规模化定制线,这是规模化的智能制造车间,通过多臂机器人,和多机位,有的无人机实现物流。这样构造了立体化智能化车间,一方面是自动线,我物流根据环型,根据立体体面的定位和立体无人机进行合作,缩短了在车间的空间、物流、时间。这样可以进行规模化车间的设计。

我给大家举个例子,这是我们对规模化定制的一个高铁的车厢内的装备。现在一个高铁车厢装备非常难的,一个车箱三百人干16天,才能把所有灯,所有的安好。

现在大家可以看。我们用了这种双臂机器人安玻璃。过去安多臂两个人,一个人把玻璃放上,然后拧螺丝,而且还有一个物料的传递,现在这个车既可以做物料的传递。三个臂,既是实现了物流线,也是两个工人合体一个工作线。所以说,就是我们到了我们的个性化制造的时代,我们就应该去变革现有的亨利福特生产模式,我们通过环型,立体的,环型加工岛的方式,实现柔性的自动化。

很长一段时间,关于自动化做CMS做了大量工作,过去之所以没有实现,第一是没有现在的信息网络这样的一个互联网进行;同时过去的柔性,老是争论在一个单机的工作范围,因为这种实现受到了限制。但是前面做的工作有价值的,我们做新型的机器人,用新的思维方式构造自动化,未来个性化制造车间,柔性单元,单行化制造的智能工厂可以实现的

基于智能空间下的人机融合

下面,我刚才讲的是用这种人机融合的方法做加工。因为我一直在工业界,但是这种思想也可以延伸到我们人机融合的智慧生活。

今天上午大家看到了,会上的机器人倒酒,很笨。因为是一个工业机器人。我们做成很灵巧的一个家庭机器人就可以做这件事。这里我想说一下,当然我是做工业机器人,从工业机器人的角度,我们现在做的这种服务机器人,基本上是和人不接触,不管跳舞,还是教孩子学习,原因是什么?人和机器交互的时候,它的安全,舒适的保证,目前的技术还不到位。

因此,我个人的看法,真正要想让机器人走进家庭,走进千家万户,一定要让人和机器人接触的技术使人绝对安全,绝对舒适,绝对对人友好。我们才可以做。因此我们角度看,一定要把手的运动,要做好。这是我们做的。当然我们做的非常的初级。

另外,就是一旦我们有了机器人,有了无人驾驶汽车,有了无人机,我们的物理空间不再是简单的物理空间,而是有传感器,有信息传递的一个智能空间。我们一定要把这个智能空间,首先构造好。在这个智能空间里面,我们传感器会大大减少,相关的碰撞,不安全也就会大大减少。因此我们在做智慧家庭或者智慧生活的时候,除了对机器人本身控制,更好地是构造一个智能空间。

那么,我刚才正好说了,如果我们能够很好的构造智能空间。你有智能家电,你有空调,你有冰箱,都是加传感器。每个本身都是智能体给我们提供信息。所以说我们在这种技术上我们一定要构造智慧空间,然后再把机器人放进去,机器人和人在智慧空间里面共同交流、互动,就会产生更好的安全的舒适的一个氛围。我相信未来是人机融合的时代。

由于人机的发展,特别是机器人和人相伴,这个时代对传感器的要求,对互联网要求大的提升,机器人时代使我们生活更舒适,使我们生活更有趣,因为机器人代替人做简单重复的工作,机器人代替我们做了危险,不能做的工作。

这时很多人会想到一个问题,机器人能做这些事后,人做什么呢?有人就会失业,我认为计算机的出现也没有让人失业,个人机器人的出现,也不会让我们失业,我们人抛弃简单重复的劳动,代替了是我们干有兴趣的活,我们愿意干的活,我们有创造力的这种工作。所以我认为工业机器人时代是美好,让我们一起为之共同努力,谢谢大家。

小结:

甘中学作为前美国ABB公司机器人研究中心主任兼首席科学家,演讲的时候,主题明确,思路清晰,用词简单地向我们展示了他眼里工业机器人智能化的可执行方式——发展心灵手巧的多臂机器人。

然后基于这个心灵手巧的多臂机器人再进而构建有序的智能管理平台,最后完善至智慧的决策中心。

这些理论看似简单易懂,但在有人系统地提出工业机器人智能化的流程之前,很多人一直对工业机器人停留在自动化设备的认识中,甚至认为之前的工业机器人太过僵硬,庞大,单调而不应该被称作“机器人”,最多能被叫做“一种设备”而已,现在有人想把工业机器人像服务机器人那样,也用智慧大脑武装,那我们应该 举双手欢迎工业机器人也加入到这个“有灵魂”的智能化潮流中来。

原文发布于微信公众号 - AI科技评论(aitechtalk)

原文发表时间:2016-06-15

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