機(jī)械社區(qū)

“機(jī)器人將會(huì)改變世界！”“未來(lái)是屬于機(jī)器人的！”最近，包括Google Venture在內(nèi)的一些美國(guó)硅谷投資機(jī)構(gòu)一再重申這樣的言論，然而在通往機(jī)器人普及道路并非一帆風(fēng)順。如果以電腦發(fā)展史的思路來(lái)看機(jī)器人的發(fā)展，目前機(jī)器人的硬件本身已經(jīng)發(fā)展到了一定的成熟度，然而并沒(méi)有出現(xiàn)一個(gè)跨平臺(tái)的編程語(yǔ)言能夠讓開(kāi)發(fā)者方便的為機(jī)器人編程。創(chuàng)始人來(lái)自CMU和MIT的工業(yè)機(jī)器人編程平臺(tái)Mujin便希望掃除這一障礙，并在最近獲得了來(lái)自日本風(fēng)投公司Jafco和Utec的600萬(wàn)美元融資。

機(jī)器人比1歲小孩還不聽(tīng)話

事實(shí)上，我們所說(shuō)的機(jī)器人都不是“人”，而是一些可以模仿人類行為的機(jī)械，在工程師的“調(diào)教”下，他們能夠行走和搬運(yùn)物體。不過(guò)“教”一個(gè)機(jī)器人走路遠(yuǎn)比教一個(gè)1歲的小朋友走路更辛苦，因?yàn)闄C(jī)器人的“大腦”一片空白，它的舉手抬足應(yīng)該以何種角度，到怎樣的高度，都需要工程師憑邏輯和經(jīng)驗(yàn)一一設(shè)定。不僅如此，正如《大眾對(duì)機(jī)器人技術(shù)都有哪些誤解》這篇文章所言，由于目前并沒(méi)有成熟而通用的能對(duì)機(jī)器人行為進(jìn)行復(fù)雜行為編程的平臺(tái)，機(jī)器人工程師不僅需要良好的編程功底，對(duì)底層硬件也必須有相當(dāng)?shù)牧私�。因此，這早就了機(jī)器人編程人才巨大的技術(shù)門(mén)檻和相關(guān)人才的稀缺，所以機(jī)器人目前只活躍在少數(shù)領(lǐng)域完成簡(jiǎn)單而重復(fù)的動(dòng)作。

產(chǎn)品生產(chǎn)線便是一個(gè)目前有較多機(jī)器人部署的領(lǐng)域。比如特斯拉汽車的生產(chǎn)線和富士康的一部分生產(chǎn)線上邊部署了大量的機(jī)器人，以特定頻率重復(fù)特定的動(dòng)作來(lái)協(xié)作裝配。相比于人類工人，機(jī)器人既不需要休息，也不會(huì)因?yàn)閯诶鄱�降低效率，或產(chǎn)生錯(cuò)誤，在許多方面比人類裝配工人更有優(yōu)勢(shì)。

工業(yè)機(jī)器人就容易調(diào)教了？Naive！

但盡管前景良好，機(jī)器人目前在生產(chǎn)線裝配的上的運(yùn)用依然十分有限，除了上文提到的，機(jī)器人工程師的巨大技術(shù)門(mén)檻導(dǎo)致的人才稀缺，以及高價(jià)雇用稀缺人才導(dǎo)致的巨大人力成本外，生產(chǎn)線這個(gè)特殊的應(yīng)用場(chǎng)景也會(huì)帶來(lái)許多額外的問(wèn)題。

目前最明顯的一個(gè)問(wèn)題便是機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。裝配空間是一個(gè)復(fù)雜的環(huán)境，機(jī)械臂在其中怎樣協(xié)作，怎樣避開(kāi)障礙物，怎樣更加快速和高效的協(xié)作，都不是簡(jiǎn)單的問(wèn)題。一些我們看起來(lái)稀松平常的機(jī)器人的動(dòng)作，往往都是工程師們熬了不知多少個(gè)夜晚調(diào)試出來(lái)了。而日本公司Mujin則試圖通過(guò)其建立工業(yè)機(jī)器人的編程平臺(tái)來(lái)一勞永逸的解決這個(gè)問(wèn)題。

通用機(jī)器人編程平臺(tái)Mujin

Mujin作為一個(gè)工業(yè)機(jī)器人的通用編程平臺(tái)其實(shí)主要做了兩件事，通用和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。利用Mujin的編程平臺(tái)，程師可以直接控制不同制造商的機(jī)械臂規(guī)劃行為，而不必再去學(xué)習(xí)其使用的編程語(yǔ)言或底層的硬件邏輯，降低了學(xué)習(xí)成本；其二則是這不僅是一個(gè)高級(jí)的編程語(yǔ)言平臺(tái)，能將更為抽象的語(yǔ)言編譯為機(jī)器語(yǔ)言，更是一個(gè)高級(jí)的機(jī)器人操控平臺(tái)，在輸入抽象的行為后能夠自動(dòng)規(guī)劃?rùn)C(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。

事實(shí)上，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃遠(yuǎn)沒(méi)有聽(tīng)上去那樣輕松。在有限的空間中，怎樣避開(kāi)其他障礙物，怎樣讓機(jī)械臂的移動(dòng)距離最短，怎樣讓機(jī)械臂的磨損更小，都需要多名經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師少則數(shù)日多則數(shù)月的調(diào)試。并且機(jī)械臂的移動(dòng)方式往往是反直覺(jué)的，為了達(dá)到較優(yōu)的運(yùn)動(dòng)軌跡，機(jī)械臂時(shí)常會(huì)做出180°旋轉(zhuǎn)等人類無(wú)法實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作。

Mujin在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃方面使用的是目前學(xué)界較為流行的一種叫RRT（Rapidly exploring Random Tree）的算法，簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)便是在三維空間中，隨機(jī)產(chǎn)生可以從點(diǎn)a到點(diǎn)b的路徑，再?gòu)闹腥�機(jī)機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)且最短最短的路徑。Mujin的CTORosen Diankov的博士導(dǎo)師James Kuffner便是RRT算法的發(fā)明人之一。因此，將裝配車間的三維模型導(dǎo)入在Mujin平臺(tái)后，輸入有關(guān)機(jī)械臂任何運(yùn)動(dòng)指令，Mujin都會(huì)直接計(jì)算出較優(yōu)的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后告訴機(jī)械臂怎樣運(yùn)動(dòng)。并且，算法能夠計(jì)算出人類完全無(wú)法想象的多維機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)軌跡，比如有7個(gè)關(guān)節(jié)的機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。

Mujin的愿景

盡管RRT算法聽(tīng)上去很“暴力”，但這已經(jīng)是目前人類所知的最高效而通用的運(yùn)動(dòng)軌跡算法了，并且算法的效率實(shí)質(zhì)取決于使用者對(duì)其的理解，優(yōu)化，和實(shí)行。畢業(yè)于麻省理工學(xué)院的Mujin軟件開(kāi)發(fā)總監(jiān)劉歡告訴我，Mujin的目前幾乎可以做到實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃，也就是說(shuō)，幾乎在輸入指令的同時(shí)，機(jī)器人便可以展示計(jì)算出的軌跡。這樣的計(jì)算效率的領(lǐng)先程度，目前幾乎沒(méi)有任何其他的大學(xué)實(shí)驗(yàn)室或者商用公司可以實(shí)現(xiàn)。

Mujin的團(tuán)隊(duì)由中國(guó)、日本、美國(guó)、烏克蘭、印度，等多個(gè)國(guó)家的程序員組成，辦公室坐落在目前世界上工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用的最廣泛的日本。Mujin平臺(tái)已經(jīng)被部署在了包括佳能，本田，日產(chǎn)等日本企業(yè)的一部分生產(chǎn)線。

目前，一條有20個(gè)通用機(jī)械臂的生產(chǎn)線對(duì)機(jī)械臂的成本支出在40~100萬(wàn)美元，但操控機(jī)械臂帶來(lái)的人力成本往往是機(jī)械臂成本的數(shù)倍。因此，理想情況下，使用少量工程師加上Mujin平臺(tái)能為一個(gè)條生產(chǎn)線節(jié)省大量的費(fèi)用，而且因?yàn)樗惴ㄉ�成的運(yùn)動(dòng)軌跡往往比憑工程師經(jīng)驗(yàn)規(guī)劃的軌跡更為更快速有效，使用Mujin后的生產(chǎn)效率也會(huì)得到提高。然而這只是理想情況，在穩(wěn)定的前提下追求高效的大廠商憑什么信任一個(gè)初創(chuàng)企業(yè)？對(duì)此，劉歡自信的告訴我，“本來(lái)我也有些疑問(wèn)，但他們（日本企業(yè)的代表）真的很有經(jīng)驗(yàn)，看到Mujin平臺(tái)計(jì)算出的運(yùn)動(dòng)軌跡就知道它在這方面做的更快更高效�！盡ujin也因此獲得了來(lái)自Jafco和Utec兩家日本風(fēng)投機(jī)構(gòu)的的600萬(wàn)美元融資。

在更長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度上，Mujin希望能將此平臺(tái)推廣到更多領(lǐng)域�？梢浦驳木幊陶Z(yǔ)言，和智能的運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃幾乎是機(jī)器人在通往大眾普及道路上必經(jīng)的兩步路。通過(guò)提供高級(jí)，通用，不用考慮運(yùn)動(dòng)規(guī)劃的機(jī)器人編程平臺(tái)，讓開(kāi)發(fā)者甚至是普通人都能更好的利用機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)”industrial robots for everyone“便是Mujin對(duì)未來(lái)的使命與愿景。

對(duì)許多科技上的樂(lè)觀主義者來(lái)說(shuō)，Mujin正在做一些激動(dòng)人心的事情，然而這條路在現(xiàn)實(shí)中不僅異常繁瑣而且困難重重。但我認(rèn)為Mujin正在做出很好的嘗試：在學(xué)界和業(yè)界的融合中，人類離機(jī)器人的大眾化運(yùn)用又邁進(jìn)了不知距離的一步。