什么是人工智能機器人？

人工智能（AI） 機器人是在現(xiàn)實世界環(huán)境中工作的人工智能體。機器人和人工智能領(lǐng)域的變化正在促使制造商從傳統(tǒng)上用于生產(chǎn)的自動化流程轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂米灾鲗W(xué)習(xí)的過程。除了機器人處理日常任務(wù)的能力之外，機器人現(xiàn)在還可以對人類和環(huán)境輸入做出反應(yīng)。

制造自動化的現(xiàn)狀

根據(jù)國際機器人聯(lián)合會（IFR）最近發(fā)布的一份報告，2018 年全球工業(yè)機器人手臂的出貨量達到了 38.4 萬件，創(chuàng)下了歷史新高。在主要進口國中，中國是最大的市場（占35%），其次是日本和美國。汽車和電子制造仍然是工業(yè)機器人手臂最大的應(yīng)用市場，約占60%，高于金屬、塑料、食品等其他行業(yè)。

由于傳統(tǒng)機器人和計算機自動化的局限性，目前除了汽車和電子行業(yè)，幾乎沒有倉儲、農(nóng)業(yè)等行業(yè)開始使用機械臂。這種局面將被人工智能機器人、深度學(xué)習(xí)等新技術(shù)改變。自動化和工業(yè)機械臂在制造業(yè)已經(jīng)有幾十年的歷史了，但即使是自動化程度最高的汽車制造業(yè)，離所謂的熄燈工廠還有很長的路要走。例如，汽車組裝的大部分零件仍然是手工完成的。這也是汽車制造廠勞動強度最大的部分。平均而言，汽車廠三分之二的員工在裝配車間。

為什么全自動化如此困難？

迄今為止，自動化仍然存在無法克服的技術(shù)限制。

今天的自動化生產(chǎn)線一般都是為大規(guī)模生產(chǎn)而設(shè)計的。它們可以有效降低成本，但缺乏靈活性。隨著消費者喜歡生命周期越來越短的產(chǎn)品，定制生產(chǎn)的需求也隨之增加。人類通常比機器人更能對這些新產(chǎn)品線做出反應(yīng)，因為他們不需要花費大量時間來重寫程序或改變制造流程。

• 靈巧性和復(fù)雜性

盡管技術(shù)進步很快，但人類仍然比機器人靈巧得多。雖然組裝過程已經(jīng)高度自動化，但它們?nèi)匀恍枰褂萌肆M行編程操作。

制造和倉儲所需的材料準(zhǔn)備是可以提高生產(chǎn)效率的一個領(lǐng)域。在組裝過程中，組裝所需的所有零件都可以放在一個工具箱中。然后機器人可以從工具箱中取出每個零件并執(zhí)行裝配操作。如果每個零件都處于固定的位置和角度，則自動編程相對容易。相反，在需要從雜亂無章的零件盒中識別和檢索零件的地方，這對現(xiàn)有的機器視覺和機器人技術(shù)是一個挑戰(zhàn)。

• 視覺和非視覺反饋

許多復(fù)雜的裝配操作需要操作員的經(jīng)驗或感覺。無論是安裝汽車座椅還是將零件放入工具箱，這些看似簡單的動作都需要操作員或機器人根據(jù)各種視覺甚至觸覺信號來接收和調(diào)整動作的角度和力度。

這些微調(diào)要求讓傳統(tǒng)的自動化編程幾乎毫無用處，因為每次拾取或放置物品時，過程都不一樣。你需要有能力從多次嘗試中學(xué)習(xí)，并像人類大腦一樣總結(jié)所需的行動。然而，機器學(xué)習(xí)，尤其是深度學(xué)習(xí)和強化學(xué)習(xí)，可以給機器人技術(shù)帶來重大變化。

機器人 2.0：人工智能可以讓生產(chǎn)做什么？

AI給機械臂帶來的最大變化是：在過去，機械臂只能重復(fù)執(zhí)行工程師編寫的程序。雖然精度和速度很高，但它們無法應(yīng)對任何環(huán)境或工藝的變化。但現(xiàn)在因為有了人工智能，機器可以自己學(xué)習(xí)更復(fù)雜的任務(wù)。

具體來說，AI機器人與傳統(tǒng)機械臂相比，在三大領(lǐng)域有重大突破：

• 視覺系統(tǒng)

即使是最高端的 3D 工業(yè)相機，也無法像人眼一樣準(zhǔn)確判斷深度和距離。它們也無法識別透明包裝、反光表面或變形物體。機器視覺在過去幾年取得了長足的進步，它利用深度學(xué)習(xí)、語義分割和場景理解來提高低端相機的深度和圖像識別能力。這使得制造商無需使用昂貴的相機即可獲得足夠準(zhǔn)確的圖像。這種圖像識別可以成功識別透明或反光物體包裝。

• 可擴展性

深度學(xué)習(xí)不需要像傳統(tǒng)機器視覺那樣預(yù)先構(gòu)建每個項目的 3D 模型。只需輸入圖像，經(jīng)過訓(xùn)練，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就可以自動識別圖像中的物體。它甚至可以使用無監(jiān)督或自監(jiān)督學(xué)習(xí)來減少手動標(biāo)記數(shù)據(jù)或特征的需要。這使機器能夠以一種更接近人類的方式學(xué)習(xí)，消除人工干預(yù)，并允許機器人面對新任務(wù)而無需工程師重寫程序。隨著機器的不斷運轉(zhuǎn)，收集到的數(shù)據(jù)越來越多，機器學(xué)習(xí)模型的準(zhǔn)確性進一步提高。

由于深度學(xué)習(xí)模型一般都存儲在云端，機器人之間可以相互學(xué)習(xí)，共享知識。這不僅節(jié)省了其他機器的學(xué)習(xí)時間，而且保證了質(zhì)量的一致性。

• 智能擺放

“請輕拿輕放，或?qū)⑽锲窋[放整齊”，這對機械臂來說是一個巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。

如何定義“小心輕放”？當(dāng)物體接觸桌面時，它會停止施力嗎？或者是移動到一定距離，然后放開，讓物體自然下落？這是對這項技術(shù)的考驗。

“整齊地擺放物品”更是難上加難。為了準(zhǔn)確地將物品放置在所需的位置和角度，我們必須首先從正確的位置拾取物品。機械臂仍然不如人手靈巧。大多數(shù)機械臂使用吸盤或夾具，要實現(xiàn)人體關(guān)節(jié)和手指的靈活性還有很長的路要走。其次，我們需要能夠即時確定被抓取物體的角度位置和形狀。我們需要知道其他物體或障礙物在哪里，以便判斷放置物品的位置以節(jié)省最多空間。

通過AI，機械臂可以更準(zhǔn)確地判斷深度，也可以通過訓(xùn)練學(xué)習(xí)提高。物品可以面朝上、面朝下或其他不同位置放置。您還可以使用對象建模來預(yù)測和重建3D對象，以便機器可以更準(zhǔn)確地確定實際對象的大小和形狀，并將物品放置在適當(dāng)?shù)奈恢谩?

AI機器人將如何顛覆制造業(yè)？

行業(yè)現(xiàn)有參與者普遍選擇專注于持續(xù)創(chuàng)新、改進現(xiàn)有產(chǎn)品和服務(wù)，以服務(wù)現(xiàn)有客戶。這時，一些資源較少的小公司可以抓住機會瞄準(zhǔn)被忽視的市場，在這些市場上站穩(wěn)腳跟。AI機器人將為制造業(yè)帶來顛覆性創(chuàng)新。

顛覆性創(chuàng)新分為初級市場創(chuàng)新和新市場創(chuàng)新兩種。人工智能機器人帶來的是對新市場的顛覆性創(chuàng)新。新市場創(chuàng)新是指新公司針對現(xiàn)有公司尚未服務(wù)的新市場所帶來的創(chuàng)新。

由于汽車和電子制造行業(yè)占工業(yè)機械臂的 60%，許多制造商專注于持續(xù)創(chuàng)新，做他們最擅長的和客戶最需要的，從而進一步提高速度和準(zhǔn)確性。倉儲、食品制造和材料準(zhǔn)備工藝都被忽視了。客戶并不缺乏高速、高精度的機器人，但他們正在尋找更靈活、能夠?qū)W會靈活執(zhí)行不同任務(wù)的機械臂。看到這種未被滿足的需求，AI 機器人公司開始將人工智能應(yīng)用到機器人上，使機械臂可以用于材料準(zhǔn)備、包裝和倉儲等新市場。機器學(xué)習(xí)模型中使用的低級攝像頭可自動執(zhí)行材料準(zhǔn)備和貨物分揀等程序，而這些程序過去只能手動完成。機器人手臂可以在更多的地方和廣泛的行業(yè)中使用。

AI機器人帶來的挑戰(zhàn)與機遇

AI和機器人的結(jié)合帶來了許多可能性，但這些變化絕不會一蹴而就。即便機械臂公司開始投資人工智能，也必須思考如何重構(gòu)組織和發(fā)展戰(zhàn)略，以最大限度地減少轉(zhuǎn)型的負面影響，并滿足各公司管理層提出的需求。

另一方面，開拓新市場絕非易事。初創(chuàng)公司仍然需要與制造商密切合作，以開發(fā)更好地滿足客戶需求的解決方案。制造過程比倉儲更加復(fù)雜和多樣化。雖然初創(chuàng)公司了解人工智能和機器人技術(shù)，但他們不一定了解制造過程。

在制造業(yè)發(fā)展人工智能，不僅帶來了解應(yīng)用案例、掌握數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，更通過人工智能機器人等新技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。傳統(tǒng)制造廠商通過和這些初創(chuàng)企業(yè)合作，不僅可以通過流程自動化提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還可以為過去難以執(zhí)行的流程提供定制化的解決方案。通過擺脫大規(guī)模制造和降價競爭的策略，初創(chuàng)公司可以成為新一代人工智能機器人的試驗場，為電子或半導(dǎo)體制造行業(yè)開發(fā)專屬解決方案。