早在1978年，波士頓動(dòng)力的創(chuàng)始人Raibert就寫了一篇關(guān)于機(jī)器學(xué)習(xí)的文章。這篇文章里，作者用了一個(gè)特別小的電腦，300B的通信速度，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手對外界負(fù)載的自適應(yīng)。
學(xué)習(xí)原本是生物體具備的一項(xiàng)重要技能，而隨著人工智能的蓬勃發(fā)展，人們逐漸開始談?wù)摍C(jī)器學(xué)習(xí)在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域中的作用與應(yīng)用，讓機(jī)器人能夠模擬或?qū)崿F(xiàn)人類的學(xué)習(xí)行為，以獲取新的知識或技能，并重組已有知識結(jié)構(gòu)，使之不斷改善并提升自身性能。
機(jī)器學(xué)習(xí)的四大演變子集
機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)際上是實(shí)現(xiàn)真實(shí)AI的一個(gè)子集和途徑。亞瑟塞繆爾在1959年曾提到，機(jī)器學(xué)習(xí)即沒有明確編程的學(xué)習(xí)能力，意為讓算法自主學(xué)習(xí)或被訓(xùn)練去做一些事情，而不是用一組特定的硬編碼去執(zhí)行特定的方向。多年來，機(jī)器學(xué)習(xí)也演變成了幾個(gè)不同的子集。
1. 監(jiān)督：在有監(jiān)督的設(shè)置中，計(jì)算機(jī)程序會被標(biāo)注數(shù)據(jù)，比如標(biāo)記全部圖像，然后被要求為它們分配排序參數(shù)。
2. 半監(jiān)督：半監(jiān)督只會標(biāo)記一些圖像。計(jì)算機(jī)程序?qū)⒉坏貌皇褂盟惴?，通過其過去的數(shù)據(jù)來找出未標(biāo)記的圖像。
3. 無監(jiān)督：無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)不涉及任何初步標(biāo)記的數(shù)據(jù)。這一設(shè)置可以基于將相似的對象歸在一起，先通過外觀識別，再根據(jù)其發(fā)現(xiàn)的相似性去創(chuàng)建規(guī)則，自動(dòng)為自己分類。
4. 加強(qiáng)：這一子集可以理解為強(qiáng)化學(xué)習(xí)。它的任務(wù)不僅僅是簡單的分類，在極大數(shù)量且沒有先前知識積累的數(shù)據(jù)領(lǐng)域中，它能夠過通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并給出準(zhǔn)確的結(jié)論。
機(jī)器學(xué)習(xí)在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域的“用”與“途”
目前，仍有多數(shù)工業(yè)機(jī)器人僅被編程為無需思考就能完成重復(fù)任務(wù)，而在智能制造風(fēng)潮涌起的今天，簡單、機(jī)械化的機(jī)器人已無法滿足客戶日益增長的生產(chǎn)需求，這時(shí)候就該輪到機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)上場了。
機(jī)器學(xué)習(xí)與機(jī)器人都是未來世界發(fā)展的重要組成部分，原本是兩個(gè)獨(dú)立的話題，而如今，這二者正在慢慢重疊，相互補(bǔ)充。那么，機(jī)器學(xué)習(xí)對于工業(yè)機(jī)器人來說能實(shí)現(xiàn)哪些功能?工業(yè)機(jī)器人又是如何依靠機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來提升自身能力，實(shí)現(xiàn)“自我”價(jià)值的呢?
1.產(chǎn)品質(zhì)檢：基于AI算法平臺，通過良品、不良品以及不同瑕疵類型的訓(xùn)練圖片，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)能夠完成初期質(zhì)檢能力的建模，提高機(jī)器人質(zhì)檢效率，加快工廠生產(chǎn)進(jìn)度。
2. 3D定位：通過對物料數(shù)據(jù)的收集與學(xué)習(xí)，從而對物料場景中多種物料進(jìn)行識別定位，這項(xiàng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于拆垛、碼垛及單品揀選等領(lǐng)域。
3.運(yùn)行優(yōu)化：通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，找到能耗、物耗、路徑的相對最優(yōu)方案，為機(jī)器人提供運(yùn)行優(yōu)化建議。
4.專家知識庫：記錄機(jī)器人操控信息及對應(yīng)結(jié)果，及時(shí)反饋數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識與技能的沉淀，持續(xù)優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。
5.故障診斷：改善設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)與狀態(tài)描述的對應(yīng)關(guān)系，通過對狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和精準(zhǔn)描述，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的健康診斷和設(shè)備故障預(yù)警、報(bào)警。
6.數(shù)據(jù)甄別：建立多維度數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)聯(lián)模型，精準(zhǔn)識別異常數(shù)據(jù)(包括數(shù)據(jù)造假、數(shù)據(jù)異常、數(shù)據(jù)缺失等) 。
7.自動(dòng)控制：針對不同場景，對機(jī)器人的全過程要素進(jìn)行整合、調(diào)度和控制，充分發(fā)揮機(jī)器人的智能化操作水平。
8.壽期預(yù)測：結(jié)合機(jī)器人設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行工況等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備生命周期的預(yù)測和管理。
9.設(shè)計(jì)優(yōu)化：綜合過程數(shù)據(jù)，對機(jī)器人、產(chǎn)線設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，讓解決方案的硬件設(shè)計(jì)更加合理，使工廠的自動(dòng)化與智能化運(yùn)行更加極致。
實(shí)際上，機(jī)器學(xué)習(xí)更像是一種發(fā)散的思維模式，現(xiàn)在的機(jī)器人所涉及到的學(xué)科非常廣泛，如機(jī)器人學(xué)、圖像處理、機(jī)械電子、通訊技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)等，隨著機(jī)器人的復(fù)雜度越來越高，什么時(shí)間什么地點(diǎn)，要用到哪種機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，還需要研發(fā)人員去做出相應(yīng)的權(quán)衡與折中。
機(jī)器學(xué)習(xí)掀起機(jī)器人行業(yè)變革浪潮
機(jī)器人廠商通過機(jī)器學(xué)習(xí)的手段來提升產(chǎn)品智能化的案例數(shù)不勝數(shù)，接下來我們僅舉幾個(gè)典型案例，看看這一AI技術(shù)為機(jī)器人行業(yè)所帶來的變革。
ABB機(jī)器人
前不久，ABB迎來了雙臂YuMi協(xié)作機(jī)器人的5周年生日。這一大量運(yùn)用了算法、深度學(xué)習(xí)、傳感器和拖動(dòng)示教等技術(shù)的機(jī)器人是世界上第一款真正實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作的雙臂機(jī)器人，集柔性機(jī)械手、進(jìn)料系統(tǒng)、基于相機(jī)的工件定位系統(tǒng)及尖端運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)于一體，能實(shí)現(xiàn)與人類無間的合作，幫助企業(yè)工廠改善工作環(huán)境，提高工作效率。
此外，ABB 還推出了垃圾分類的解決方案，通過機(jī)器人、計(jì)算機(jī)和傳感器結(jié)合的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，像人腦一樣對垃圾進(jìn)行分類和揀選。這套解決方案由YuMi雙臂機(jī)器人、負(fù)責(zé)上料的IRB 1200以及視覺系統(tǒng)、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等組成。云端儀表板向YuMi機(jī)器人展示垃圾圖像，幫助它識別垃圾類型并將垃圾分別揀選至四類垃圾箱中。然后垃圾會轉(zhuǎn)移至輸送帶，IRB 1200 機(jī)器人集取垃圾并將其送入回收利用環(huán)節(jié)。
去年9月，ABB機(jī)器人上海新工廠宣布動(dòng)工，據(jù)了解，新工廠將采用大量機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)字化和協(xié)作解決方案，使其成為機(jī)器人行業(yè)中最先進(jìn)、自動(dòng)化與柔性化程度最高的工廠，此外其研發(fā)中心還將幫助加快人工智能領(lǐng)域的創(chuàng)新。
庫卡KUKA
庫卡機(jī)器人是一家擁有百年歷史的德國企業(yè)，世界工業(yè)機(jī)器人制造巨頭之一，比如特斯拉汽車就全部采用庫卡機(jī)械手進(jìn)行制造。利用強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)的明星產(chǎn)品智能機(jī)械手LBR iiwa，可實(shí)現(xiàn)三維空間的自由旋轉(zhuǎn)。LBR iiwa看上去比人類手臂還要柔韌靈活，可以以動(dòng)力控制方式快速識別輪廓，感測正確的安裝位置，以最高精度極其快速地安裝工件，記錄軌跡點(diǎn)坐標(biāo)，具備自適應(yīng)、獨(dú)立、反應(yīng)快速、靈敏等優(yōu)勢。
庫卡打服波爾，這句話想必大家都有所耳聞。在獲得了工業(yè)霸主地位之后，庫卡前進(jìn)的步伐沒有停止，而是把機(jī)械手伸到了更多的領(lǐng)域。庫卡曾發(fā)布過一條視頻，讓稱為世界上最快的機(jī)器人 KR AGILUS 在乒乓球臺上挑戰(zhàn)世界冠軍波爾。庫卡靈活的機(jī)械手臂可以處理好任何方向、任意旋轉(zhuǎn)的來球，而且比人的反應(yīng)速度更快，對來球的判斷也更加精準(zhǔn)。波爾在它面前沒有任何優(yōu)勢，甚至是連連敗退，若不是他及時(shí)發(fā)現(xiàn)了庫卡處理不好擦邊球和滾網(wǎng)球漏洞的話會敗得很慘。
值得一提的是，在今年一季度結(jié)束時(shí)，庫卡機(jī)器人宣布斬獲BMW 5000臺巨額訂單，這些機(jī)器人包括不同型號，主要用于車身制造和其它領(lǐng)域，這一訂單在疫情彌漫的今年可謂是“及時(shí)雨”。
發(fā)那科Fanuc
發(fā)那科聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Toru Nishikawa在參觀Fanuc工廠時(shí)，注意到了人工智能技術(shù)的缺失，同時(shí)也看到了應(yīng)用深度學(xué)習(xí)技術(shù)的機(jī)會——利用發(fā)那科制造機(jī)器人收集海量數(shù)據(jù)，同時(shí)提高自己的能力。
Nishikawa的洞察力帶來的回報(bào)是Fanuc的智能邊緣鏈接和驅(qū)動(dòng)器(Field)。這一開放的、基于云的平臺系統(tǒng)在2016年推出，它讓Fanuc以從前難以想象的規(guī)模收集全球制造數(shù)據(jù)，并將其輸送到自主學(xué)習(xí)機(jī)器人處。
FIELD system能為用戶和應(yīng)用開發(fā)者提供先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能功能，并將制造業(yè)引入到生產(chǎn)力和效率的新高度。目前，發(fā)那科已將這些新技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人散堆拾取、生產(chǎn)異常檢測和故障預(yù)測中。
FIELD system 結(jié)合了人工智能和尖端計(jì)算機(jī)技術(shù)，使分布式學(xué)習(xí)成為可能。機(jī)器人和設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上被實(shí)時(shí)的進(jìn)行處理，這也讓各種設(shè)備之間能更智能的進(jìn)行協(xié)調(diào)生產(chǎn)，令原來難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜生產(chǎn)協(xié)調(diào)變得簡單。
安川電機(jī)YASKAWA
說起全球著名的機(jī)器人生產(chǎn)商，大家一定會不約而同地想起這家位于日本福岡縣的機(jī)器人品牌——安川電機(jī)(以下簡稱：安川)。2017年10月，安川提出了實(shí)現(xiàn)新工業(yè)自動(dòng)化革命的概念“i3-Mechatronics”，致力于把AI技術(shù)添加到安全的產(chǎn)品中，為全球客戶提供具有競爭力的新的工業(yè)解決方案。并在2018年3月份成立了致力于AI解決方案開發(fā)的控股子公司AI Cube，公布了與AI解決方案公司Cross Compass的戰(zhàn)略聯(lián)盟關(guān)系。
這一子公司的設(shè)立，旨在收集基于伺服/變頻器和機(jī)器人產(chǎn)品在制造現(xiàn)場產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)，通過AI技術(shù)開發(fā)利用這些大數(shù)據(jù)，幫助客戶解決制造現(xiàn)場面臨的各種問題。安川表示將專注于開發(fā)直接改進(jìn)生產(chǎn)力的解決方案，如用于視覺檢測的圖像處理，用于故障預(yù)測的時(shí)間序列分析以及縮短生產(chǎn)節(jié)拍時(shí)間的優(yōu)化。
安川推出的i3-Mechatronics智能工廠解決方案將伺服電機(jī)、控制器、變頻器、機(jī)器人等產(chǎn)品集成起來，為客戶提供完整的工廠自動(dòng)化解決方案。該方案將記錄生產(chǎn)數(shù)據(jù)、了解生產(chǎn)機(jī)械現(xiàn)狀，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)狀況與運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的全把控。
這是機(jī)器的時(shí)代，但更是機(jī)器類人、機(jī)器助人的時(shí)代。無論是智能制造的需求帶動(dòng)，還是技術(shù)升級的推動(dòng)發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)都將是機(jī)器人在新一輪產(chǎn)業(yè)革命下的核心技術(shù)。學(xué)無止境，相信這句話對機(jī)器人同樣適用。
