机器人技术2015年展望：协作、连接、融合（上）

模糊的界限。机器人产业最重要的变革时期将降临在我们身上。这将会是一个合作、连接和融合的阶段，将我们推入生活中各个方面都充满着自动化的世界。它已经以很多形式存在。智能手机、智能家居，所有的车用传感器。只是我们将这些视之为理所当然。 未来，智能家居和智能办公也将不足为奇。 就像台式电脑让位给笔记本，平板电脑也正在模糊我们工作和家庭生活。机器人将无处不在，用途广和适应性强。自动化将一如既往做该做的事情。让一切变得更快、更简单、更美好。 工业化，需要协作，需要服务机器人。差异化将变得微不足道。最先进技术的汇聚将创造可以完成工作的机器人。协作将变的大众化。 从人-机器人、机器人-机器人到机器人-机械设备，协作将超越物种的局限，它将无缝地集成先进技术，赋予机器人智慧—传感、感知、学习、交流和抓取能力。协作将聚集在一起的机器人供应商、集成商、科研人员、贸易和协议组织、创业公司、投资者、加速器和最终用户都互惠互利。 未来将会以物联网的形式连接。连接在一起的企业、机器人、机械设备和各种形式的自动化将通过免费的电缆相互通信，与人类合作分享有价值的数据。 各自的界限会逐渐消失。协作将成为第二天性。自动化将扎根我们的生活，它将无所不在以至于我们熟视无睹。 天使投资和加速器 机器人领域被很多倡导者拥护，如果你愿意也可以成为布道者。他们推动了所有重要的合作。机器人布道者Andra Keay就是这支强大队伍的领军人物。 Keay是Silicon Valley Robotics（SVR）的主管，SVR是由湾区的机器人公司结盟发起的非盈利工业集团，发起成员包括AdeptTechnology、Bosch、SRI International和 Willow Garage。 Keay说：“SVR非常多样化，我们扩展了许多不同的垂直行业，各种规模的公司都有。我们不仅和IntuitiveSurgical拥有全球最大的机器人公司之一，同时也有很多小型创业公司。” “从创业生态系统发展来看，过去十年发生了巨大变化，”她说。“我们看到越来越多专注于硬件的加速器建立，特别是在机器人领域。Qualcomm和TechStars也成立了一家机器人加速器，这并不是第一个专注于机器人的加速器。2012年以前，只有两个硬件加速器，最近两年约有15个加速器建立。这个速度太惊人了！” 她把这种现象归功于小批量制造、快速成型、大众募资和天使投资人，所有的这些因素使得机器人创业更加容易。 Keay有很多职务头衔。她是网站Robohub.org的董事，这个全球性的网站提供关于机器人的新闻和观点；她也是RobotLaunchpad的创始人，提供全球性机器人创业竞争；她还是Robot Garden的合伙人，宣扬机器人技术和STEAM（科学、技术、工程、艺术和数学）的家庭友好式社区活动。Keay在澳大利亚长大，她从童年开始就迷恋高科技。” “对于正在发生的这些变化，我感到很兴奋。这是我们技术的革新，作为社会成员我们要如何面对这种变化。我很清楚，机器人将会成为改变世界技术的下一个浪潮。” 传感器，软件和末端工具 我们在展览大厅中看到的机器人，除了新型的协作机器人和双臂摇头机器人，机器人本身并没有取得任何巨大技术飞跃，至少在工业领域没有。甚至是传统的机器人制造商也会告诉你，传感器、软件和末端工具（EOAT）才是游戏规则的最大改变者。这些是近期取得的最大进展，未来五年预计会有更多飞跃。

一个软驱动机器人夹持器处理各种电子商务产品（图片来源：Soft Robotics） Keay认同这种看法：“最让我高兴的是末端执行器正在发生变化，我认为它将完全改变游戏规则。” 她提到了名单上的一些公司。（Keay在文中提到了某些公司，她同时也是这些公司的顾问和投资者） “我真的很喜欢通用机械手（是指最先由康奈尔大学提出的Empire Robotics jamming transition技术，我们去年的文章中曾做过相关报道）。但我真正兴奋的是软体机器人所取得的进展。” Keay说。 她列举了两家创业公司，SoftRobotics和Pneubotics。“这两家公司都在研发可以处理各种对象，具备气动、柔软性、协作、安全并且廉价的末端执行器。Pneubotics公司源于旧金山的一家实验室。Soft Robotics公司来自哈佛大学的Whitesides研究小组。我们关注这项研究已经很长一段时间了，它现在终于从实验室走向商业化。” “还有很多像RightHand Robotics这样的公司，”她补充道。 “他们研发了许多有趣、新型低成本和有感知的机械手，每个产品都有完全不同的应用。” Keay认为软体机器人末端执行器将把自动化延伸到新领域。“他们将用于食品、柔性包装和纺织品。同时，还有大量工艺过程可能会采用机器人。” 软体机器人机械手 在以前的文章中，我们提及过软体机器人，它早期得到了美国国防部高级研究计划局的资助（ChemBot），软体机器人将在服务机器人领域中发挥重要作用。 SoftRobotics公司，是哈佛大学教授George Whitesides和其长期合作伙伴Carmichael Roberts以及他们的学术伙伴哈佛大学Wyss仿生工程研究所的Conor Walsh博士于2013年共同创立。他们研发的这款柔软性，兼容性的机械手在去年秋天首次公开亮相。 “我们现在讨论一些大型的公司来展示我们的技术，”Soft Robotics公司的CEO CarlVause说，“我们最有兴趣的是在非结构分拣包装应用中，它在许多电子商务和零售物流业务中有显著优势。” 机械手处理各种电子商务物品，从办公用品、书籍、各种尺寸的纸箱到可变形物体，例如包装的衬衫和袋装的大米，甚至是10磅壶铃。软体机器人并不意味着软弱。 Vause说他们目前正在研发第五代机械手。图片中的末端执行器是第三代。 未来机械手将擅长于集中在电子商务对象的大小和土体抗力，最大程度让机械手的易变性能够适应所有可能的电子商务对象。我们让一个设备尽可能抓取各种类型的对象。 “传统物流专注于移动装有上千件T恤的托盘，”他说。“现在，我们专注于一件T恤、一个足球和沙拉滤盘的移动。” “我们的技术是专注于软启动器，”Vause解释道，将像气球样的机械手和机械装置区别，“当你用液压或气动方式对机器人施压的时候，它们可以完成相应的体力动作，这样你就可以用手指或者合适的抓取器指挥操作。” “如果我们使用一个大设备提起南瓜，或者使用一个小设备拿钢笔或信用卡，它的几何结构非常重要。这个几何结构包括对象的大小和气动网络的具体形状，以及它们在装置内是如何分布。第二个重要的组成部分是材料。我们希望机械手既可以提取西红柿，也能牢固的抓起袋装大米或者哑铃。” 强大且兼容 Vause说他们制造启动器的材料都是弹性体，这种设计选择使他们更加安全。末端执行器是通过电力运转，市场上所有机械手臂都是即插即用。 “关于软体机器人最具颠覆性的是原型设计周期，”Vause解释道。“传统机器人操纵者可能需要数月或数年时间来开发产品原型、调试和上市，我们的原型设计周期现在缩短至三天。其它机器人公司给我们的反馈是，“这是令人难以置信，我们从来没有见过一个公司可以如此快速完成！因为这是快速制造。我们使用3D打印来完成所有的首轮内部原型设计。” “我们目前正在与潜在合作伙伴合作以明确更多应用需求。希望这将为今年带来更多资金投入。目前，我们的目标是物流、仓储和先进制造业。” 3D打印的末端工具

用于注塑成型的3D打印机器人末端执行器（图片来源：ASS End of Arm Tooling） 其它末端执行器制造商也在使用3D打印来加快设计和开发周期。我们听到了整个机器人行业颠覆性技术的隆隆声。 ASS公司采用3D打印技术制造用于塑料成型行业中的真空末端执行器。Juergen Kortberg，是德国EOAT制造商的北美业务副总裁，他说图片中3D打印末端执行器的轻量化设计至关重要，因为低负载直角坐标机器人通常被应用在塑料注塑成型。 他说EOAT的独特之处是可以提供空气和真空的空心内部通道。这样可以不需要空气软管。 “我们也使用3D打印机制造标准化的现成机械手，”Kortberg说。 该公司的IPG机械手是由选择性激光烧结（SLS）打印而成，通过张开部件上小开度的内径来抓取物体。 用于3D打印的机器人 多关节型机器人正被用于3D打印原始部件，或用于现有需要修复或者构建的模具或部件中。 “我们有客户正在使用六轴机器人进行3D打印，”加拿大蒙特利尔JabezTechnologies公司的总裁Chahe Bakmazjian说。在之前刊登的文章中曾描述过他们公司用于离线机器人编程的Robotmaster?软件。 Bakmazjian说他现在的客户，有些已经能提供机器人3D打印应用，有些正处于对各种3D打印材料的研发阶段，这些材料包括树脂型家具、冰雕塑、冰酒店的组件和金属零件。他说还有些针对军工行业的应用，他们正在构件能够用来烧结的粉末合金部件。在3D打印中，使用离子体或激光焊接工艺来制造金属原材料部件，然后研磨成形。 “一些客户通过3D打印将补充材料添加到磨损或损坏的部分进行修复，”他补充道。Robotmaster软件正被用于许多这样的应用中，它能够在3D打印过程中自动计算和优化机器人轨迹。 在其它3D打印应用中，据说机器人系统集成商使用3D打印机创造零件以验证他们自身系统设计和概念。这是有必要的，因为他们的客户还没有部件为系统监测。随着3D打印机成本的下降，3D打印需求将会不断上升。 无处不在的传感器 在3D打印影响着EOAT领域的同时，涌入传感器技术的新企业数量也打破了纪录。这对机器人来说是一个好消息。 “传感器是最大的痛点之一，但也是我们所见过最快速提升的领域之一，”Keay说。“传感器的价格正在下降。在其它设备中的应用也越来越广泛，我们正在获得越来越好的传感器。” “我所知道的大多数机器人公司都在呼吁更好、更小、更便宜的传感器以及嵌入式传感器，”她说。“大家都想要LIDAR。在过去六个月中，我正在快速进入各地的LIDAR创业公司。有三个印象深刻的公司是美国LADAR、SCANable和Ocular Robotics。” 在协作面前，传感器发挥着关键作用。智能传感器的使用将使得人类与机器人的协作前途一片光明。 “人们想要更多的互动，”安川技术总监Erik Nieves说。“他们想要安全做到。我认为下一步飞跃就在传感器，机器人将会更擅长确定数量、位置，甚至会人们的意图。” “现在，如果你有一个safety-rated传感器，例如是光幕传感器，“他说。“我跨越障碍进入到里面，然后你紧贴着我进来。虽然我们俩都在那里，但机器人并不能真正感知到。这个现在并不重要，因为即便是我们两者之一在里面，机器人也不会有任何动作。当我们两个人都离开的时候，它才可能会进行下一步操作。” “但是随着机器人和操作变得更加复杂，你可能要停止在二维空间的操作，”Nieves说。“我们需要进入多维空间。这才是真正的大变革。有人正在准备着安全容积传感器。想象一下safety-rated Kinect传感器。未来，机器人会比现在更智能，协作也将会更加和谐。” LeapMotion传感器是智能技术的一个例子。当你指引机器人穿越房间的时候，你的食指变得非常强大。 现在，将这项技术应用到移动机器人。将Leap Motion 与虚拟现实技术、可穿戴设备、机器人结合— 想象这些可能性。将会让我们大开眼界！ 智能软件 智能传感器需要更智能的软件。机器人拥有这两者会更完美。 MoveIt是针对移动操作的一款开源软件。从开发者的网站来看，该软件集成了运动规划、操作、3D感知、运动学、控制和导航的最新优势。它用于各种传统、协作和移动的alpha测试中。 安川Nieves说，这项技术将会在人与机器人之间更复杂的互动中发挥重要作用。 “现在的人机协作中，机器人的表现还很单一，”他说。“机器人按照设定的程序动作，如果我阻碍它，它就会自动停止。无论是它撞击我之前还是撞击我之后停止，这都不重要。它并没有因为我的存在而调整自己的行动。MoveIt软件就比它更智能。它会思考，既然挡住了，那我就重新规划动作，这样我可以用自己的方式和他们协作。” 安川双臂机器人使用这款软件协调直线运动和轨迹规划。机器人可以自己检测到两个双臂和其它对象之间的碰撞。