把工業(yè)機(jī)器人放出籠子！起底百億美元協(xié)作機(jī)器人市場(chǎng)
時(shí)值全球自動(dòng)化浪潮和中國(guó)制造2025的戰(zhàn)略布局，制造業(yè)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的需求高漲，而投資者也將在高投資回報(bào)、更新快速的龐大市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，下注機(jī)器人布局。相比于笨重、危險(xiǎn)，僅適用于大型環(huán)境的傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人，協(xié)作型機(jī)器人正在克服挑戰(zhàn)，顛覆產(chǎn)業(yè)。
以下為智能內(nèi)參整理呈現(xiàn)的干貨：
COBOT打開(kāi)百億市場(chǎng)
20世紀(jì)60年代初，德沃爾2000磅重的Unimatearm在通用汽車工廠安了家，這是第一個(gè)工業(yè)機(jī)器人，負(fù)責(zé)熱壓鑄金屬。Unimatearm可以抓握、焊接、鉆孔和噴灑，www.tka.net.cn，液壓臂的路徑使用磁鼓式硬盤驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行編程。
再往前走五十年，機(jī)器人的定義有了翻天覆地的變化，現(xiàn)代機(jī)器人是可編程的網(wǎng)絡(luò)物理機(jī)器，當(dāng)然，不包括汽車和空中無(wú)人機(jī)。
通常說(shuō)的工業(yè)機(jī)器人是大型的籠式裝置，用來(lái)代替人類重復(fù)、危險(xiǎn)的工作。而隨著智能手機(jī)的革命和自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展，更小、更靈巧、成本更低的機(jī)器人進(jìn)入了工廠。
這些重量較輕、成本較低的機(jī)器人可以配備傳感器，使它們能夠在工業(yè)環(huán)境中與人類協(xié)同工作，成為“COBOT”（協(xié)作機(jī)器人）。機(jī)器人可以執(zhí)行特定的任務(wù)，如抓緊小物體、觀察，甚至學(xué)習(xí)處理“邊緣情況”（edgecases）。
盡管協(xié)作機(jī)器人僅占400億美元規(guī)模的工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)的很小一部分，但下一個(gè)十年將迅猛增長(zhǎng)成為100億美元市場(chǎng)。
機(jī)器人的痛點(diǎn)和解法
從歷史上看，機(jī)器人行業(yè)在很大程度上一直困擾著一些問(wèn)題：
1、視覺(jué)問(wèn)題：允許機(jī)器人識(shí)別和導(dǎo)航物體（包括人）的視覺(jué)技術(shù)一直在緩慢改進(jìn)，公司依靠籠子來(lái)保護(hù)人類，同時(shí)也就杜絕了近程操縱的可能。
2、靈巧性問(wèn)題：機(jī)器人抓握和機(jī)械能力仍然有限。
3、低投資回報(bào)：昂貴的機(jī)器人價(jià)格加上低勞動(dòng)力成本，阻礙了在農(nóng)業(yè)和制造等領(lǐng)域廣泛普及機(jī)器人技術(shù)的需求。
下文將詳述COBOT（協(xié)作機(jī)器人）如何應(yīng)對(duì)這些技術(shù)挑戰(zhàn)，并改變制造業(yè)、電子商務(wù)、農(nóng)業(yè)和食品服務(wù)等產(chǎn)業(yè)的。
新的視覺(jué)技術(shù)
隨著機(jī)器人逐漸被應(yīng)用于世界各地的工廠，研發(fā)視覺(jué)系統(tǒng)，使機(jī)器人可以識(shí)別物體，進(jìn)行安全導(dǎo)航，被提上日程。
許多機(jī)器人的功能是在高度結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中，執(zhí)行可重復(fù)的任務(wù)。因此，傳統(tǒng)的安全措施通常由一個(gè)籠子組成，簡(jiǎn)單有效的避免了人類與機(jī)器人接觸產(chǎn)生的危險(xiǎn)。但現(xiàn)在，變化正在發(fā)生。
近年來(lái)，機(jī)器人維修，視覺(jué)硬件（如激光雷達(dá)）已經(jīng)變得更便宜、更有效，并且得到了更廣泛的應(yīng)用。如今，許多初創(chuàng)公司都在使用基于新的視覺(jué)技術(shù)的協(xié)作機(jī)器人，它們裝載著傳感器，人類員工可以站在它身邊進(jìn)行操控。
大約1996，有許多不同的形狀和大小的協(xié)作機(jī)器人被發(fā)明了出來(lái)，根據(jù)人類工作場(chǎng)所進(jìn)行了設(shè)計(jì)。這種機(jī)器人容易重新編程，相對(duì)自治，力量上遠(yuǎn)不如低技術(shù)型工業(yè)機(jī)器人。
協(xié)作機(jī)器人在小型工廠環(huán)境找到了“絕佳位置”，進(jìn)行3D打印，制造醫(yī)療設(shè)備，或完成更多的認(rèn)知任務(wù)，如倉(cāng)庫(kù)訂單揀選等。在那里，人類員工也參與工作。
機(jī)器人的認(rèn)知
教機(jī)器人適配環(huán)境（map）和操作物體，是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。有幸的是，谷歌的DeepMind和UC伯克利的一些研究進(jìn)展已經(jīng)成功證明了“一次性學(xué)習(xí)”（one-shotlearning）的可行性，即協(xié)作機(jī)器人可以在沒(méi)有大量訓(xùn)練數(shù)據(jù)的情況下識(shí)別新的對(duì)象。
未來(lái)的機(jī)器人可能只需要觀察人類員工的工作流程就能完成任務(wù)學(xué)習(xí)；或者操作者可以使用VR手勢(shì)進(jìn)行編程（協(xié)變開(kāi)創(chuàng)的方法），使機(jī)器人掌握工作方式。
雖然這項(xiàng)技術(shù)還有很長(zhǎng)的路要走，但今天的技術(shù)已經(jīng)足夠成熟到可以讓機(jī)器人和人類協(xié)同工作了。目前，協(xié)作機(jī)器人和它的麻吉AGVs（自動(dòng)引導(dǎo)車輛/運(yùn)輸機(jī)器人），已經(jīng)成為制造業(yè)和倉(cāng)庫(kù)環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)配置。
機(jī)器人可以很容易地完成重復(fù)的、可預(yù)測(cè)的任務(wù)。
但是對(duì)于結(jié)構(gòu)化相對(duì)不明顯的任務(wù)，例如從一個(gè)隨機(jī)分類中挑選出一個(gè)項(xiàng)目，對(duì)應(yīng)著很多更獨(dú)特的場(chǎng)景，就需要特別的算法。真正的協(xié)同工作情況下，運(yùn)輸機(jī)器人就必須自主地“看到”人類員工的行動(dòng)，并采取相應(yīng)行動(dòng)。
開(kāi)發(fā)處理這些邊緣情況的算法成為了前沿的人工智能（AI）、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和自動(dòng)駕駛研究課題。
在人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)上，為90%的場(chǎng)景自動(dòng)化路徑很容易——難的是最后的“一公里”。頂級(jí)風(fēng)投A16Z的BenedictEvans指出，機(jī)器學(xué)習(xí)是要解決那種對(duì)機(jī)器來(lái)說(shuō)很難，對(duì)人來(lái)說(shuō)很容易的問(wèn)題，或者說(shuō)，是人們很難描述成計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的問(wèn)題。
隨著機(jī)器學(xué)習(xí)工具的廣泛普及，初創(chuàng)公司正注力于計(jì)算機(jī)視覺(jué)，以支持新一輪的機(jī)器人技術(shù)。
下圖是VeoRobotics（左）和Osaro（右）演示的基于視覺(jué)系統(tǒng)的機(jī)器人揀選和排序。VeoRobotics的創(chuàng)立者是RethinkRobotics的前雇員，公司旨在用“人類級(jí)眼睛”改造笨重的機(jī)械臂。Osaso則由PeterThiel、EladGil和SeanParker等人創(chuàng)立，面向制藥和食品服務(wù)等行業(yè)開(kāi)發(fā)機(jī)器人配套的視覺(jué)軟件。
靈巧性的追求
雖然機(jī)器人變得越來(lái)越普遍，但它們還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出我們所期待的智能或靈巧性，就像摩登家庭或終結(jié)者2想象的那樣。著名的機(jī)器人學(xué)家HansMoravec在莫拉維克悖論中提出：
“讓計(jì)算機(jī)在智力測(cè)試或西洋跳棋上表現(xiàn)出成人水平的表現(xiàn)是比較容易的，在感知和移動(dòng)性方面，很難或不可能賦予他們一歲人類的水平。”
換句話說(shuō)，高級(jí)推理只需要很少的計(jì)算，但是低水平的感覺(jué)或運(yùn)動(dòng)技能需要巨大的計(jì)算資源。靈巧性是機(jī)器人學(xué)的一大挑戰(zhàn)，相對(duì)而言，改進(jìn)硬件是更加有效的途徑。
高投資回報(bào)
更便宜、更好的協(xié)作機(jī)器人硬件為專注于計(jì)算機(jī)視覺(jué)和定制軟件的初創(chuàng)公司提供了機(jī)遇。最大的協(xié)作機(jī)器人制造商是丹麥的UniversalRobots（優(yōu)傲），2015年被美國(guó)的TelaDaye（泰瑞達(dá)）收購(gòu)，它家的協(xié)作機(jī)械臂為初創(chuàng)公司提供鎬鏟（picks-and-shovels）。
有著風(fēng)投背景的初創(chuàng)公司，如ReadyRobotics、FetchRobotics和VoodooManufacturing都利用優(yōu)傲的協(xié)作機(jī)械臂構(gòu)建機(jī)器人系統(tǒng)。ReadyRobotics正在為工業(yè)自動(dòng)化任務(wù)提供機(jī)器人服務(wù)（RAS）。FetchRobotics的協(xié)作機(jī)器人執(zhí)行電子商務(wù)分揀，VoodooManufacturing使用協(xié)作機(jī)器人進(jìn)行多個(gè)3D打印機(jī)的自動(dòng)化管理。
根據(jù)優(yōu)傲的說(shuō)法，有些機(jī)械臂平均工作195天就能回本。在整個(gè)行業(yè)中，協(xié)作機(jī)器人的平均售價(jià)為24000美元，據(jù)估計(jì)這在2020年將是30億美元的市場(chǎng)。
機(jī)械手
盡管靈巧度有所提高，但通用的末端執(zhí)行器——一種能操縱任何物體的機(jī)械手，仍然難以實(shí)現(xiàn)。
現(xiàn)在的機(jī)械手沒(méi)辦法兼容多項(xiàng)任務(wù)，但初創(chuàng)公司正在動(dòng)用聰明的黑客，探索末端執(zhí)行器抓取各種各樣的對(duì)象。
舉個(gè)例子，專門從事柔性機(jī)器人的EmpireRobotics和SoftRobotics，使用靈活的材料、流體或空氣壓力，而不是機(jī)械力學(xué)。這類操作仍然不完善，柔性機(jī)器人是一種很好的解決方法，可以避免用不適當(dāng)?shù)牧D壓對(duì)象物體。SoftRobotics的手爪機(jī)器人（gripper）被FDA批準(zhǔn)處理食品，目前用于食品包裝。
此外，對(duì)于較不敏感的材料，Grave在傳統(tǒng)的機(jī)器人臂上采用電粘附材料，而Optoforce使傳感器結(jié)合專門的工具進(jìn)行應(yīng)對(duì)。