AI賦能的移動(dòng)機(jī)器人單體智能與群體智能發(fā)展趨勢

文 / 王宏玉

曠視高級(jí)副總裁兼機(jī)器人產(chǎn)品部總經(jīng)理中國移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟名譽(yù)主席

王宏玉從1991年開始一直從事移動(dòng)機(jī)器人和自動(dòng)化物流技術(shù)的研發(fā)，看到技術(shù)始終是推動(dòng)產(chǎn)品創(chuàng)新的主要?jiǎng)恿χ?，?dāng)前整個(gè)移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)都在積極擁抱人工智能（AI）技術(shù)。在作者看來，無論是傳統(tǒng)企業(yè)，還是新興企業(yè)，都應(yīng)該加強(qiáng)分享，相互學(xué)習(xí)、共同提高，把中國移動(dòng)機(jī)器人行業(yè)做好，爭取在世界舞臺(tái)產(chǎn)生一定影響力。

一、移動(dòng)機(jī)器人市場：蓬勃發(fā)展

當(dāng)前，消費(fèi)者需求日趨個(gè)性化、多樣化，產(chǎn)品更新迭代速度加快，企業(yè)需要以更加精益、高效、靈活的方式生產(chǎn)，自動(dòng)化、智能化改造有助于企業(yè)提高工作彈性和效率，增加自身競爭力。與此同時(shí)，勞動(dòng)成本的上升，熟練工人的短缺，以及人工對(duì)安全、健康工作環(huán)境的追求，也推動(dòng)企業(yè)加大應(yīng)用機(jī)器人替代人工。2020年的疫情也進(jìn)一步加速了企業(yè)開展自動(dòng)化、智能化改造的計(jì)劃。

在這一背景下，移動(dòng)機(jī)器人市場蓬勃發(fā)展。根據(jù)Interact Analysis預(yù)測，全球移動(dòng)機(jī)器人（AGV/AMR）市場在2024年將超過125億美元；制造業(yè)對(duì)機(jī)器人技術(shù)的投資將持續(xù)增長，移動(dòng)機(jī)器人在制造業(yè)的投資將在2024年達(dá)到約50億美元的峰值。

中國移動(dòng)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、新戰(zhàn)略機(jī)器人產(chǎn)業(yè)研究所數(shù)據(jù)顯示，2019年度，中國移動(dòng)機(jī)器人（AGV/AMR）市場規(guī)模達(dá)到61.75億元，同比增長45.2%。2019年移動(dòng)機(jī)器人所有品類產(chǎn)品新增量33400臺(tái)（不含小黃人類別），同比增長約12.8%。

作為移動(dòng)機(jī)器人最主要的應(yīng)用場景，智能倉儲(chǔ)及物流的市場也呈現(xiàn)持續(xù)高速增長的態(tài)勢。網(wǎng)經(jīng)社《2019年度中國物流科技行業(yè)數(shù)據(jù)報(bào)告》顯示，近十年來中國智慧物流市場平均增速高于20%。在智能制造以及工業(yè)4.0建設(shè)持續(xù)推進(jìn)的背景下，企業(yè)都在尋求應(yīng)用機(jī)器人、AI、5G等新技術(shù)實(shí)現(xiàn)降本、增效、提質(zhì)，提升自身競爭優(yōu)勢，對(duì)移動(dòng)機(jī)器人的需求明顯增加。

二、移動(dòng)機(jī)器人發(fā)展趨勢：更加智能

移動(dòng)機(jī)器人主要需要解決定位、規(guī)劃、控制等問題，目前重點(diǎn)的研究領(lǐng)域包括環(huán)境感知與建模、定位與導(dǎo)航、環(huán)境理解、多機(jī)器人協(xié)調(diào)等。人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的成熟和應(yīng)用，促進(jìn)移動(dòng)機(jī)器人的感知、決策能力大幅提升，設(shè)備之間交互更加高效，數(shù)據(jù)流動(dòng)更加自由，軟硬件協(xié)同效能更大。

移動(dòng)機(jī)器人的未來發(fā)展趨勢可以概括為單體智能和群體智能。

1. 單體智能

單體智能是指單個(gè)機(jī)器人的智能化程度，即單個(gè)機(jī)器人的感知能力、理解能力以及自主決策能力的大小。移動(dòng)機(jī)器人未來會(huì)擁有更多AI元素。其中，基于SLAM（Simultaneous Localization and Mapping，即時(shí)定位與地圖構(gòu)建）技術(shù)、尤其是視覺SLAM技術(shù)的多傳感器融合導(dǎo)航方式，以及基于深度學(xué)習(xí)的環(huán)境理解，是支撐單體智能化程度不斷升級(jí)的重要技術(shù)方向。具體而言，有以下主要趨勢：

（1）導(dǎo)航技術(shù)定義產(chǎn)品形態(tài)，基于SLAM的AMR將成為主流

移動(dòng)機(jī)器人的導(dǎo)航技術(shù)經(jīng)歷了有軌方式（如磁帶牽引方式）、信標(biāo)方式（如二維碼）、無信標(biāo)方式（如SLAM）的不同階段。二維碼導(dǎo)航機(jī)器人需要在現(xiàn)場張貼二維碼，對(duì)二維碼粘貼精度要求高，且易損壞。SLAM技術(shù)可以讓機(jī)器人在無信標(biāo)的情況下實(shí)現(xiàn)定位導(dǎo)航，具有易部署、柔性等特點(diǎn)，更加適合在運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜、業(yè)務(wù)經(jīng)常變動(dòng)的場景下應(yīng)用，因此受到越來越多客戶青睞，正在成為機(jī)器人領(lǐng)域的主流趨勢。

隨著導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展，工廠內(nèi)的設(shè)備形態(tài)從最初傳統(tǒng)企業(yè)使用的自動(dòng)導(dǎo)引車即AGV（Automated Guided Vehicle），逐漸過渡到智能化、自主化程度都更高的自主移動(dòng)機(jī)器人AMR（Automated Mobile Robot）。2020年可以說是SLAM機(jī)器人的應(yīng)用元年，越來越多大型企業(yè)采購和部署AMR，基于SLAM技術(shù)的AMR正在受到越來越多的客戶青睞，將成為業(yè)界主流趨勢。

曠視MegBot—S800V視覺建圖及視覺導(dǎo)航演示

（2）新技術(shù)降低感知成本，視覺SLAM是未來方向

在工業(yè)物流領(lǐng)域，基于SLAM技術(shù)實(shí)現(xiàn)的機(jī)器人自主導(dǎo)航，根據(jù)傳感器不同主要分為激光SLAM和視覺SLAM。目前，激光SLAM技術(shù)相對(duì)更加成熟，是市場應(yīng)用的主流。但視覺SLAM也開始興起。這得益于機(jī)器人單體主處理器處理能力的提升，特別是一些帶GPU（Graphics Processing Unit，圖形處理器）、N P U（N e u r a lnetwork Processing Unit，嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器）的處理器的應(yīng)用，機(jī)器人視覺處理能力得到極大提升，以深度學(xué)習(xí)技術(shù)為核心的視覺處理可以在機(jī)器人上實(shí)現(xiàn)。

目前，視覺技術(shù)已經(jīng)逐漸被應(yīng)用到機(jī)器人立體視覺避障（人/ 物區(qū)分識(shí)別），以及視覺導(dǎo)航和末端高精定位上。隨著視覺算法技術(shù)的成熟，傳感器成本低、感知信息量大的視覺SLAM導(dǎo)航機(jī)器人，將會(huì)成為未來方向。

（3）深度學(xué)習(xí)技術(shù)廣泛應(yīng)用，大幅增強(qiáng)移動(dòng)機(jī)器人的“理解力”

深度學(xué)習(xí)是本輪人工智能爆發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)AI在計(jì)算機(jī)視覺、自然語言理解等領(lǐng)域取得了突破進(jìn)展。深度學(xué)習(xí)的廣泛應(yīng)用，也大大提升了機(jī)器人的理解力，使得機(jī)器人在交互、執(zhí)行的過程中安全性、準(zhǔn)確性更強(qiáng)。

深度學(xué)習(xí)技術(shù)在計(jì)算機(jī)視覺中的應(yīng)用主要有物體識(shí)別、目標(biāo)檢測與跟蹤、語義分割、實(shí)例分割等，具體到機(jī)器人場景中，語義SLAM能把物體識(shí)別與視覺SLAM結(jié)合起來，將標(biāo)簽信息引入優(yōu)化過程中，構(gòu)建帶物體標(biāo)簽的地圖，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境內(nèi)容的理解。

2. 群體智能

群體智能是指整個(gè)系統(tǒng)的智能化程度，即系統(tǒng)在集群作業(yè)中是否能夠不斷實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度的能力。物流倉儲(chǔ)等領(lǐng)域面臨的最大挑戰(zhàn)是海量設(shè)備與系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，無法協(xié)同運(yùn)行導(dǎo)致效率難以提升，因此實(shí)現(xiàn)群體智能既是技術(shù)趨勢，又是市場剛需。詳情如下：

（1）規(guī)?；鹤鳂I(yè)成必然，人工智能算法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)調(diào)度

曠視河圖數(shù)字孿生

曠視擁有全球規(guī)模領(lǐng)先的計(jì)算機(jī)視覺研究院

AI在曠視機(jī)器人產(chǎn)品中的應(yīng)用

機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中，通常是以集群的方式協(xié)同完成特定的任務(wù)。如：月臺(tái)的托盤搬運(yùn)集貨，原材料的料箱存儲(chǔ)和揀選，產(chǎn)線之間的物料搬運(yùn)；托盤可以使用無人叉車搬運(yùn)，原材料的存儲(chǔ)揀選可以使用二維碼類KIVA機(jī)器人，產(chǎn)線之間物料搬運(yùn)可以使用SLAM機(jī)器人。

隨著工廠和倉庫自動(dòng)化水平的不斷提高，機(jī)器人（AGV/AMR）、無人叉車、穿梭車、堆垛機(jī)、機(jī)械臂、分揀機(jī)等智能設(shè)備越來越多，需要通過集群的方式協(xié)同完成特定任務(wù)。曠視看到，成百上千臺(tái)多種類型設(shè)備的規(guī)?；鹤鳂I(yè)已成必然，要保證整個(gè)群體協(xié)作的效率，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)調(diào)整策略，需要讓整個(gè)系統(tǒng)能夠不斷學(xué)習(xí)、不斷修正自身策略；在這個(gè)過程中，人工智能將發(fā)揮巨大作用，幫助整個(gè)系統(tǒng)不斷優(yōu)化。

（2）同構(gòu)仿真、數(shù)字孿生，為客戶提供一站式服務(wù)

智能化、自動(dòng)化改造的過程，會(huì)經(jīng)過漫長的決策鏈，從方案設(shè)想，到方案設(shè)計(jì)和實(shí)際投入，這個(gè)決策過程此前基本依賴人的經(jīng)驗(yàn)，這一過程可能會(huì)導(dǎo)致規(guī)劃結(jié)果與實(shí)際需求產(chǎn)生較大偏差，浪費(fèi)人力物力。因此，一套高效、精準(zhǔn)的同構(gòu)仿真系統(tǒng)，能夠極大提高評(píng)估效率。

同構(gòu)仿真是數(shù)字孿生中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前物流行業(yè)中，大多數(shù)仿真系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)是分開的，是異構(gòu)仿真。只有在同構(gòu)仿真的方式下，才能更加體系化地進(jìn)行仿真，隨著軟件的不斷更新迭代可以無限逼近現(xiàn)實(shí)場景，更好地制定最優(yōu)策略。

三、AI賦能機(jī)器人的曠視實(shí)踐：成效初現(xiàn)

曠視是一家世界級(jí)的新興AI公司，有自主研發(fā)的深度學(xué)習(xí)框架和全球規(guī)模領(lǐng)先的計(jì)算機(jī)視覺研究院，在歷次計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的世界頂級(jí)賽事中累計(jì)贏得40項(xiàng)世界冠軍。依托于曠視研究院在三維視覺技術(shù)的長期積累，曠視在SLAM和3D感知等技術(shù)上創(chuàng)造了多項(xiàng)行業(yè)領(lǐng)先的技術(shù)創(chuàng)新，獲得了世界計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域頂級(jí)會(huì)議CVPR2020 SLAM挑戰(zhàn)賽的雙料冠軍。

從2017年開始，曠視就嘗試將AI能力注入移動(dòng)機(jī)器人及物流領(lǐng)域：自研了多款A(yù)I賦能的移動(dòng)機(jī)器人和智能物流裝備，率先推出了AI賦能的機(jī)器人網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)“河圖（HETU）”，并與客戶和合作伙伴攜手共創(chuàng)AI賦能的工業(yè)應(yīng)用案例。

1. AI賦能的單體智能:讓設(shè)備有眼睛、會(huì)思考

目前，曠視自研SLAM技術(shù)已應(yīng)用于MegBot-S800、MegBot-S800V等多款智能物流設(shè)備中。該技術(shù)賦能的機(jī)器人，主要具有以下特點(diǎn)：

（1）智能避障：制造工廠人機(jī)混雜，SLAM機(jī)器人能夠自動(dòng)識(shí)別物體、規(guī)避障礙物，有助于保障作業(yè)中的人、貨和設(shè)備安全。

（2）高精到點(diǎn)：在機(jī)器人與產(chǎn)線或工作站對(duì)接時(shí)，SLAM機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)極高精度，還能做到重復(fù)到點(diǎn)的精度，避免對(duì)接失敗、產(chǎn)線中斷等生產(chǎn)事故，確保作業(yè)的穩(wěn)定、可靠。

（3）重定位：在無人看管和干預(yù)的情況下，曠視SLAM機(jī)器人能夠基于深度學(xué)習(xí)的視覺場景識(shí)別技術(shù)，隨時(shí)隨地自動(dòng)開機(jī)、重啟，投入工作。

（4）柔性導(dǎo)航：結(jié)合高精度地圖，曠視SLAM機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了更加靈活、安全和高效的智能導(dǎo)航。

（5）激光-視覺融合：不同于激光SLAM技術(shù)通常用于平面信息的識(shí)別，視覺SLAM技術(shù)可以感知三維空間的信息。曠視MegBot-S800V能夠智能過濾動(dòng)態(tài)物體，更加從容地應(yīng)對(duì)復(fù)雜場景。它能夠進(jìn)行人-物智能識(shí)別區(qū)分，具備低矮障礙物以及高處懸浮物的立體視覺避障功能，如一只口紅掉到地上，機(jī)器人也可以識(shí)別并繞開。

除了機(jī)器人之外，AI還能讓傳統(tǒng)物流裝備有“眼睛”、可以簡單“思考”，提高生產(chǎn)的安全性與效率。曠視人工智能堆垛機(jī)通過裝載的五面掃描探照、3D攝像頭，檢測破損、異物、數(shù)量等異常情況，在提升作業(yè)效率的同時(shí)，保障盤點(diǎn)的準(zhǔn)確率。到目前為止，經(jīng)過1萬多箱型的測試，人工智能堆垛機(jī)數(shù)量清點(diǎn)與真實(shí)情況還沒有出現(xiàn)過差異。曠視已經(jīng)在浙江某“黑燈工廠”部署了全球第一臺(tái)人工智能堆垛機(jī)。

2. AI賦能的群體智能:使系統(tǒng)最優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)更高效的多機(jī)協(xié)作

面對(duì)越來越多的智能設(shè)備和子系統(tǒng)，曠視推出的智慧物流操作系統(tǒng)河圖，將機(jī)器人等智能物流裝備與物流、生產(chǎn)業(yè)務(wù)快速集成，提供規(guī)劃、仿真、實(shí)施、運(yùn)營等一站式解決方案，以曠視核心的AI能力通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接物流各個(gè)環(huán)節(jié)。

曠視金隅實(shí)驗(yàn)倉

曠視河圖能夠?qū)⒉煌愋偷闹悄茉O(shè)備集合在一起統(tǒng)一調(diào)度，具有極大挑戰(zhàn)。以移動(dòng)機(jī)器人和電梯通訊為例，這需要與電梯廠家合作開放接口，將兩者真正打通。尤其重要的是，物流系統(tǒng)當(dāng)中，目前還沒有其他家把仿真系統(tǒng)和運(yùn)營系統(tǒng)做到一起，曠視正在往這個(gè)方向推進(jìn)，因?yàn)檫@樣才能幫助整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效率最優(yōu)化。

徐福記智造工廠中曠視河圖調(diào)度機(jī)器人進(jìn)行無人化物料搬運(yùn)

曠視正在為一家世界500強(qiáng)企業(yè)打造全球領(lǐng)先的柔性服裝類智能倉，依托河圖連接并調(diào)度10類近4000臺(tái)智能物流裝備，包括700余臺(tái)移動(dòng)機(jī)器人，對(duì)作業(yè)效率、多類型機(jī)器人協(xié)同、大集群機(jī)器人管控等綜合能力提出了近乎苛刻的要求。

在徐福記智造工廠，在河圖的統(tǒng)一調(diào)度下，幾十臺(tái)物料搬運(yùn)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了“車間-公共月臺(tái)-發(fā)貨月臺(tái)”之間的自動(dòng)化搬運(yùn)，現(xiàn)場搬運(yùn)作業(yè)人員減少100%，物料搬運(yùn)及時(shí)率和準(zhǔn)確率達(dá)到100%，其自動(dòng)躲避障礙物的功能，也大大降低了車間的安全風(fēng)險(xiǎn)。

在成都一汽富維車間，曠視通過河圖系統(tǒng)，讓車間內(nèi)的機(jī)械臂、輸送機(jī)、搬運(yùn)型設(shè)備、提升機(jī)、堆垛機(jī)等設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)與協(xié)同，整體提升3倍利用率，助力企業(yè)完成了全流程的智能化改造。

未來，曠視機(jī)器人產(chǎn)品部會(huì)繼續(xù)完善機(jī)器人產(chǎn)品體系，搭建具有AI賦能的全機(jī)器人產(chǎn)品體系；研發(fā)市場需要的中高端物流設(shè)備，如基于移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)的新型穿梭車和智能叉車等有一定AI技術(shù)含量的產(chǎn)品。在研發(fā)和產(chǎn)品應(yīng)用過程中，曠視希望與行業(yè)同仁相互分享經(jīng)驗(yàn)，共同推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。