淺談機器人運動規(guī)劃的未來

機器人行業(yè)發(fā)展已經(jīng)進入了下半場面，未來機器人將結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，達到柔性化、智能化和更高效的能力水平。新一代機器人能夠進入更多的應(yīng)用場景，從制造到物流、醫(yī)療、建筑、交通等領(lǐng)域不斷延伸，為人類社會向前發(fā)展提供強大的動力。

近日，三菱電機宣布已收購了美國一家技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司Realtime Robotics的股權(quán)，該公司致力于開發(fā)運動規(guī)劃技術(shù)，并推進其項目的商業(yè)化落地。此次三菱電機注入資金，將幫助Realtime Robotics加速工業(yè)機器人系統(tǒng)的研發(fā)，推出安全性和更高性能的解決方案。

在機器人方面，三菱電機推出了MELFA系列工業(yè)機器人，并加入了視覺能力，力傳感器和人工智能技術(shù)，實現(xiàn)了高速、高精度拾取和控制解決方案。據(jù)悉，三菱電機預(yù)計將在2020年推出新的工業(yè)機器人系統(tǒng)，Realtime Robotics的運動規(guī)劃技術(shù)將整合到一起。

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為什么需要實時運動規(guī)劃？

運動規(guī)劃是利用計算機和軟件算法技術(shù)，確定機器人達到目的地的最優(yōu)路徑的過程，同時保證不與任何障礙物碰撞，該技術(shù)主要應(yīng)用于工業(yè)機器人和自動駕駛汽車方向。三菱電機作為工業(yè)自動化領(lǐng)先廠商，通過收購Realtime Robotics將可以進一步增強其智能制造解決方案。

提前計劃機器人的運動路線，讓機器人按指定的規(guī)劃進行運動，這似乎并不難，但希望機器人實時做出反應(yīng)就不是容易實現(xiàn)。傳統(tǒng)的機器人每次需要重新規(guī)劃其路線時必須停下并等待30分鐘，當(dāng)遇到一些變化的環(huán)境顯示是無效的。

Realtime Robotics的運動路徑規(guī)劃解決方案可以進行實時計算，規(guī)劃出機器人或者自動駕駛最佳路徑，以降低車輛行駛過程的風(fēng)險和提升設(shè)備的使用效率。隨著智能工廠中移動機器人的增加，用于搬運的AGV機器人在路徑規(guī)劃下進行，可以為企業(yè)創(chuàng)造更高的收益。

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實時運動規(guī)劃的解決方案

雖然，過去十年中運動規(guī)劃算法有了很大的改進，但想要在機器人上實現(xiàn)實時規(guī)劃路線卻是很難的，這種規(guī)劃算法對于硬件的要求很高。對于機器人的運動規(guī)劃，目前有四個方案。

第一個是Realtime Robotics的Rapid Plan處理器解決方案，RapidPlan可以每秒30幀的速度進行多達800000次動作，滿足不斷變化環(huán)境下識別和響應(yīng)的需求，從而實現(xiàn)機器人和自動駕駛汽車的實時引導(dǎo)。

第二個是英特爾的片上系統(tǒng)Search-and-Rescue SoC，其運動規(guī)劃是通過專用加速器實現(xiàn)的，包括控制小型機器人所需的所有計算功能，例如實時傳感和處理、電源管理、驅(qū)動和通信等等。

第三個是明尼蘇達大學(xué)一個團隊開發(fā)的Wave Computer，它是一種專用于運行AI算法的固態(tài)芯片，比在計算機和圖形處理器上運行相同算法的能效高出約100萬倍。Wave Computer不僅限于運動規(guī)劃，還可以用于更多應(yīng)用程序。

第四個是密歇根大學(xué)研究人員的SLAMmer，這是一種專用芯片，使用同步本地化和映射（SLAM）。SLAM已經(jīng)在新一代移動機器人中使用，能夠即時構(gòu)建地圖，同時還能定位機器人在該地圖內(nèi)的位置。

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機器人運動規(guī)劃的未來

目前，運動規(guī)劃所需的計算仍然依賴于云端服務(wù)器，需要移動機器人將現(xiàn)場數(shù)據(jù)上傳到云端，這種方法必需保證有穩(wěn)定可靠和高速的網(wǎng)絡(luò)，不然，實時性的效果會很拉低。從長遠來看，在云端進行運動規(guī)劃并不是一個可行的解決方案。

自動駕駛汽車汽車已對有了專門的硬件平臺，新的硬件技術(shù)對于機器人是至關(guān)重要的。在工業(yè)機器人中，沒有實時生成計劃路線，實際上是非常危險的。所以，機器人需要一個運動規(guī)劃器，使得機器人能夠在邊緣完成路線規(guī)劃的任務(wù)。