移动操作机器人(一)

移动操作机器人(一)

西西弗斯机器人

从事富有创造性和意义感的工作,有助于防治抑郁。反过来一想,在无止境且无新意的劳动:比如收拾屋子、刷锅洗碗、来回打转、工作中的重复劳动,就会难免让现在的年轻人感觉在浪费生命。

我们每一代人的努力创作与工作,都希望下一代能够有更多的人,不再像西西弗斯一样,永无止境地做着无望的劳动。

“诸神认为再也没有比进行这种无效无望的劳动更为严厉的惩罚了。西西弗斯的生命就在这样一件无效又无望的劳作当中慢慢消耗殆尽。”

MOMA的构成

因此,我们来跟大伙儿聊聊MOMA,一种有可能在未来二十年解放大部分人类重复劳动的机器人。

MOMA,全称是Mobile Manipulator,中文习惯称为“移动操作机器人”,也叫移动机械手(臂)、移动抓取机器人或者复合机器人。

用维基百科的话说,移动操作机器人,就是由移动平台与安装在上面的机械手,组成的整体系统。

移动机器人+机械臂+工具+视觉,就成为了移动操作机器人。

把“腿”、“臂膀”、“手”、“眼睛”放到一块,当然还要加点脑子,这就有人样了:能在广阔的空间里活动,看到要做的事,移动到目的地,把任务完成。

MOMA走入工厂

或许有朋友觉得,这样的机器人才有“人味儿”?

外形亲和当然很美妙,但现实中优先考虑的,还是能听话、能出活。

在工业领域,移动操作机器人已有了广泛应用,同样是“移动+机械臂+工具+视觉”的核心组成,配合具体用途,呈现出多样的最终形态:

在户外,可以长得像坦克,也可以像狗子。

轻型机械臂,搭配不同的“下半身“——轮子、履带或腿足式,便能对应平整程度各异的地面条件。

到了室内场景,可能需要更强健的臂弯,或者更大大负载,或更灵活的腿脚(全向轮),根据需求,什么样的办法我们都能找到。

MOMA走入家庭

对于家庭场景,短期内由于成本和智能化的限制,也许不会那么快普及,但是根据各个研究所的现阶段研究,我们已经能看到家用实用型机器人的曙光了。

丰田研究院在2012年发布了家庭服务机器人HSR(HumanSupport Robot),旨在帮助残疾人在家中完成一些日常任务,现在已经开始广泛地落地试点,做实用型测试。

下面是一段来自HSR家务整理的视频:

进入一片杂乱无章的房间,一段时间后就能把它整理好,这对于机器人是非常不简单的。这台机器人首先要主动感知各种物品,在视野里识别到它们,移动到位后,给机械臂发送指令。

机器人脑袋里需要计算得出的物体位置与朝向,知道要按什么角度伸出机械臂,还需要判断出五花八门的东西怎么取放:抓住还是吸起来?拿起来之后,需不需要小心轻放?是插进笔筒、放进洗衣筐,还是扔进垃圾桶?

东西运到半路,听到“你去把另外那个啥收拾了”的要求,还懂得先回复“等我把手上这个弄完就做”。训练一个听话的小朋友完成这些,所需时间可能都要按年计算。在机器人身上实现,则更需要多种软硬件的协同。

作为家用机器人,外形设计上也尤其需要注意,不要陷入机器人恐怖谷:

左图:丰田HSR,右图:随便搜服务机器人让你感受creepy

机器人恐怖谷:由于机器人与人类在外表、动作上相似,所以人类亦会对机器人产生正面的情感;直到一个特定程度,他们的反应便会突然变得极为负面。哪怕机器人与人类只有一点点的差别,都会显得非常显眼刺眼,整个机器人显得非常僵硬恐怖,使人有面对僵尸的感觉。可是,当机器人和人类的相似度继续上升,相当于普通人之间的相似度的时候,人类对他们的情感反应会再度回到正面,产生人类与人类之间的移情作用。

下面我们来看看丰田HSR有哪些重要部分:

移动机器人部分(“下肢”):本体、激光雷达。有时还会增加超声波传感器(用于反光物体的避障)、碰撞传感器(触发物理碰撞后急停)、底部深度相机(拓展低位视觉)。

机械臂部分:本体、力矩传感器、末端手眼系统、夹持器和真空吸盘。

躯干部分:可升降躯干、IMU模块、状态显示LED、急停开关。

头部:可控旋转云台,搭载双目相机、宽幅相机、深度相机、用户交互显示屏和麦克风阵列。

不容丝毫失误的控制力和稳定性,是工业场景对移动操作机器人的最大挑战之一;而在民用环境,对精度的要求就不再如此严苛。毕竟,我们人类能够精确地捻起每一根头发丝,靠的不是本身手臂精确的控制,而是手与眼相配合,不断动态调整我们手臂动作从而完成工作。

也因此,当视觉伺服更加成熟,无需配备控制柜的轻质机械臂,能根据“看到”的东西,做出每一个行动。那时的移动操作机器人,如何参与到我们的日常生活中,有着无限畅想的空间。

移动操作机器人的实用化过程,和别的技术一样,是从军事用途、工业用途、商业用途最后才过渡到家庭用途。现在是处在工业应用阶段,5~10年后就会在商业应用上看到它,再有20年,它们就能够走入家庭。

或许未来某天,我们跟机器人共处时会想到:他们是家电?是帮手?或是家人?

《夏娃的时间》剧照