專家們針對(duì)工業(yè)機(jī)器人控制以及ROS系統(tǒng)的看法與討論

由中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)以及紹興市柯橋區(qū)人民政府主辦的2019國(guó)家機(jī)器人發(fā)展論壇暨2019年RoboCup機(jī)器人世界杯中國(guó)賽在浙江紹興輕紡城國(guó)際會(huì)展中心舉行。本次論壇和大賽聚焦多類智能機(jī)器人的發(fā)展、應(yīng)用與創(chuàng)新，推動(dòng)機(jī)器人在智能制造、智慧生活、智能產(chǎn)業(yè)和國(guó)防安全等領(lǐng)域的深入應(yīng)用，億歐作為特邀媒體參會(huì)并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)報(bào)道。

在主題為“工業(yè)機(jī)器人控制與ROS系統(tǒng)”的分論壇上，來(lái)自學(xué)界和業(yè)界的嘉賓分享了他們各自領(lǐng)域的研究成果，并與現(xiàn)場(chǎng)聽(tīng)眾針對(duì)工業(yè)機(jī)器人控制以及ROS系統(tǒng)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行交流與研討。

參加該分論壇的嘉賓有清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系教授、博導(dǎo)、IEEE Fellow、國(guó)家杰青孫富春，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究員、博士生導(dǎo)師王碩，優(yōu)必選科技優(yōu)必選聯(lián)席CTO廖洪濤，珞石機(jī)器人有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人韓峰濤，武漢精鋒微控科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人胡春旭，臺(tái)達(dá)-中達(dá)電通股份有限公司機(jī)電事業(yè)部機(jī)器人產(chǎn)品處經(jīng)理林敬佑，廈門大學(xué)航空航天學(xué)院自動(dòng)化系教授、博士生導(dǎo)師劉暾東，百度主任架構(gòu)師、Apollo自動(dòng)駕駛系統(tǒng)操作系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人王柏生，鋼鐵制造流程優(yōu)化國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室邊巖，蘇州索亞機(jī)器人公司創(chuàng)始人陳剛，華東師范大學(xué)副教授，浙江大學(xué)博士、韓國(guó)梨花女大圖形學(xué)與虛擬現(xiàn)實(shí)研究中心研究教授、美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校研究科學(xué)家張新宇，杭州新松機(jī)器人自動(dòng)化有限公司研究院陳鵬。

工業(yè)機(jī)器人高精度控制研發(fā)成為必然趨勢(shì)

近年來(lái)，隨著我國(guó)人口紅利逐漸消失，人力成本升高，以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展讓人們對(duì)產(chǎn)品的精細(xì)度要求更高，我國(guó)工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張。工業(yè)生產(chǎn)的高質(zhì)量、高效率、高智能的要求也進(jìn)一步提高。在時(shí)代發(fā)展下，對(duì)工業(yè)機(jī)器人高速高精度控制的實(shí)踐研究已成為工業(yè)機(jī)器人發(fā)展的必然趨勢(shì)。

日前，由工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展改革委、財(cái)政部等三部委聯(lián)合印發(fā)了《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》中明確指出，要大力發(fā)展以高性能控制器為代表的工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵核心部件。該規(guī)劃的發(fā)布，為工業(yè)機(jī)器人控制器的研發(fā)進(jìn)程起到了推動(dòng)作用。

廈門大學(xué)航空航天學(xué)院自動(dòng)化系教授、博士生導(dǎo)師，廈門大學(xué)嘉庚學(xué)院兼職副院長(zhǎng)劉暾東在報(bào)告中提到，關(guān)于機(jī)器人高精度控制的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題主要是變工況下綜合運(yùn)動(dòng)誤差建模一級(jí)深度網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)建模和在線學(xué)習(xí)優(yōu)化。前者的研究難點(diǎn)在于變工況下，誤差建模困難，目前的解決方案是通過(guò)減速器機(jī)理建模和有限元彈性變形動(dòng)態(tài)建模。后者的研究難點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)計(jì)算量大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)補(bǔ)償。目前的解決方案是動(dòng)力學(xué)模型對(duì)網(wǎng)絡(luò)初始化，結(jié)合智能優(yōu)化的策略梯度算法。這兩個(gè)解決方案考慮到了機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)誤差的影響，同時(shí)保證了補(bǔ)償模型的準(zhǔn)確性和泛化性。

中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究員、博士生導(dǎo)師王碩則在報(bào)告中對(duì)中科院自動(dòng)化所智能機(jī)器人系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)在工業(yè)機(jī)器人建模、規(guī)劃與控制方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了介紹。相關(guān)研究涉及工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型標(biāo)定、軌跡規(guī)劃插補(bǔ)、拖動(dòng)示教控制、VR遙操作示教控制等具體算法實(shí)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并探討了如何將人工智能技術(shù)與云計(jì)算技術(shù)同智能機(jī)器人系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。

ROS賦能機(jī)器人智能化變革

ROS是一個(gè)機(jī)器人軟件平臺(tái)，近年來(lái)被提及得越來(lái)越多，它能為異質(zhì)計(jì)算機(jī)集群提供類似操作系統(tǒng)的功能。它的首要目標(biāo)是提供一套統(tǒng)一的開(kāi)源程序框架，用以在多樣化的現(xiàn)實(shí)世界與仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制。利用ROS可以提高機(jī)器人研發(fā)找那個(gè)的軟件復(fù)用率。

蘇州索亞機(jī)器人公司創(chuàng)始人，嘉興學(xué)院副教授，IEEE 高級(jí)會(huì)員，法國(guó)工學(xué)博士陳剛分享了ROS在無(wú)人駕駛車領(lǐng)域的應(yīng)用和實(shí)踐。他指出，無(wú)人駕駛車是人工智能技術(shù)的重要應(yīng)用場(chǎng)景，將改變我們未來(lái)的工作、出行和生活的方式。ROS作為機(jī)器人領(lǐng)域的開(kāi)源軟件框架，在無(wú)人駕駛車領(lǐng)域也收到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，加速了無(wú)人駕駛技術(shù)快速成熟和產(chǎn)業(yè)化快速落地。同時(shí)，他也指出了無(wú)人駕駛技術(shù)的挑戰(zhàn)，主要為三個(gè)，一是海量數(shù)據(jù)的處理、二是高性能計(jì)算能力、三是高可靠執(zhí)行系統(tǒng)。解決方式主要從軟件層面解決四個(gè)問(wèn)題，分別為導(dǎo)航、道路設(shè)置、在道路上的車道設(shè)置以及車道保持。

華東師范大學(xué)副教授，浙江大學(xué)博士、韓國(guó)梨花女大圖形學(xué)與虛擬現(xiàn)實(shí)研究中心研究教授、美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校研究科學(xué)家張新宇則從“ROS助力荒漠生態(tài)恢復(fù)機(jī)器人集群”的角度進(jìn)行了分享報(bào)告。隨著全球氣候變暖、國(guó)家工業(yè)化程度提高，我國(guó)的生態(tài)及生態(tài)恢復(fù)面臨了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，盡管退耕還草、還林取得了一定的成績(jī)，但是生態(tài)退化還在持續(xù)加速。植樹(shù)造林的工程實(shí)施面臨許多問(wèn)題，一方面地處偏遠(yuǎn)、環(huán)境惡劣，人類難以適應(yīng)此環(huán)境下的大規(guī)模作業(yè)。另一方面，全部人工、自動(dòng)化為零的操作方式，效率低，難以跟上現(xiàn)實(shí)環(huán)境的需要。因此，機(jī)器人在該環(huán)境下的應(yīng)用前景廣闊，通過(guò)ROS開(kāi)發(fā)的機(jī)器人，可以助力荒漠生態(tài)恢復(fù)。

武漢精鋒微控科技有限公司聯(lián)合創(chuàng)始人胡春旭從ROS的發(fā)展史開(kāi)始講述，介紹了ROS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與現(xiàn)狀，他表示，ROS社區(qū)內(nèi)的功能包數(shù)量、下載量、WIKI訪問(wèn)量、相關(guān)文章呈大幅度上漲。此外，他介紹了云機(jī)器人，他表示云機(jī)器人的優(yōu)勢(shì)有性能均衡、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、可靠性高、成本較低等。

機(jī)器人多領(lǐng)域應(yīng)用亮點(diǎn)頻出

清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系教授，博導(dǎo)，計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系學(xué)術(shù)委員會(huì)主任，智能技術(shù)與系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任，IEEE Fellow，國(guó)家杰青孫富春為我們介紹了“面向機(jī)器人精細(xì)操作的視觸多模態(tài)傳感裝置”。目前，機(jī)器人觸覺(jué)傳感器的測(cè)量模態(tài)單一、分辨率有待提高，孫富春介紹道，他們團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出的傳感裝置，充分挖掘了視覺(jué)傳感器獲取物體多的形狀、顏色以及表面紋理等信息的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合半導(dǎo)體芯片加工的金屬濺射工藝研制了基于微視覺(jué)的高分辨率多模態(tài)智能傳感裝置。從信物融合系統(tǒng)"感-聯(lián)-知"的角度，介紹了"感"部分的高密度觸覺(jué)陣列傳感器和微視覺(jué)多模態(tài)指尖傳感器，"聯(lián)"部分的模塊內(nèi)和模塊間測(cè)量點(diǎn)互聯(lián)和視觸關(guān)聯(lián)，以及"知"部分相關(guān)認(rèn)知計(jì)算方法。最后，提出了研究團(tuán)隊(duì)的未來(lái)設(shè)想。

優(yōu)必選聯(lián)席CTO，機(jī)器人操作系統(tǒng)ROSA負(fù)責(zé)人廖洪濤博士介紹了優(yōu)必選獨(dú)創(chuàng)的機(jī)器人操作系統(tǒng)ROSA技術(shù)架構(gòu)與應(yīng)用開(kāi)發(fā)。從機(jī)器人操作系統(tǒng)現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合當(dāng)下機(jī)器人領(lǐng)域開(kāi)發(fā)過(guò)程中普遍存在的問(wèn)題，重點(diǎn)闡述了優(yōu)必選機(jī)器人操作系統(tǒng)ROSA的開(kāi)發(fā)背景、系統(tǒng)架構(gòu)及技術(shù)特征。同時(shí)，在報(bào)告中還介紹了ROSA如何幫助開(kāi)發(fā)者迅速開(kāi)發(fā)出機(jī)器人應(yīng)用、讓整機(jī)廠商更高效地打造出產(chǎn)品級(jí)機(jī)器人，以及優(yōu)必選如何與內(nèi)容提供者一起構(gòu)建機(jī)器人生態(tài)系統(tǒng)。

任鋼鐵制造流程優(yōu)化國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室工業(yè)機(jī)器人中心副主任邊巖介紹了“熱軋帶鋼柔性在線激光打碼機(jī)器人系統(tǒng)”，這是一種采用激光在熱軋帶鋼表面在線打印鋼卷編碼的機(jī)器人系統(tǒng)，所打編碼包括：企業(yè)名稱、規(guī)格型號(hào)、生產(chǎn)日期以及自動(dòng)生成的二維碼與條形碼。通過(guò)掃碼得出帶鋼生產(chǎn)信息、化學(xué)成分、鋼坯信息等內(nèi)容。

百度主任架構(gòu)師，Apollo自動(dòng)駕駛系統(tǒng)操作系統(tǒng)技術(shù)負(fù)責(zé)人王柏生介紹了“Apollo面向自動(dòng)駕駛的高性能低時(shí)延的安全操作系統(tǒng)”。首先介紹了隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，車控電子設(shè)備對(duì)操作系統(tǒng)提出的新挑戰(zhàn)。自動(dòng)駕駛技術(shù)既要操作系統(tǒng)滿足傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性方面的要求，也要能滿足數(shù)據(jù)中心處理包括Camera、Lidar等大數(shù)據(jù)高吞吐的能力，同時(shí)，還要考慮支撐異構(gòu)計(jì)算、安全（包括功能安全、網(wǎng)絡(luò)安全）以及如何符合車規(guī)等。報(bào)告分享了Apollo自動(dòng)駕駛操作系統(tǒng)在這些方面的探索和實(shí)踐。

臺(tái)達(dá)-中達(dá)電通股份有限公司機(jī)電事業(yè)部機(jī)器人產(chǎn)品處經(jīng)理林敬佑則向大家介紹了臺(tái)達(dá)機(jī)器人工作站整合方案，SCARA標(biāo)準(zhǔn)機(jī)搭配臺(tái)達(dá)開(kāi)發(fā)擴(kuò)展軸模塊成為五軸機(jī)器人，達(dá)到多角度應(yīng)用?？蓪?dǎo)入多種制程，包含涂膠、焊錫、檢測(cè)等。