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Kazuhiro Kosuge:人機協作的最新演進方向與前景展望

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華盛頓人 發表於 2018-8-19 08:01 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
K     2018年08月18日 11:05 新浪科技


 [size=4] 新浪科技訊 8月18日消息,2018世界機器人大會擬於8月15日至19日在北京亦創國際會展中心舉行。大會以「共創智慧新動能 共享開放新時代」為主題,由「論壇」、「博覽會」、「大賽」、「地面無人系統展示活動」四大版塊構成。 本屆大賽匯聚了來自美國、俄羅斯、德國、日本、以色列等全球近20個國家和地區的1萬餘支賽隊和數百名頂尖專家,共計超過5萬多名參賽選手同台競技。


  日本東北大學機器人系教授Kazuhiro Kosuge在論壇上發表了題為「人機協作的最新演進方向與前景展望」的演講。


  以下為演講全文:


  今天要介紹的主題是關於人機協作的最新演進方式和前景展望,希望能夠回答昨天在討論當中提出的一些問題。


  很多年前我們有過很多討論都是關於機器人如何能夠服務於我們的社會,所以希望能夠探索機器人最基礎的研究,以及和社會價值之間的關係。其中我們得到的結論是,這些機器人能夠提供服務,這些服務能夠貢獻於社會,所以從它的社會價值來說一共有三個方面:改善個人的生活質量,提高社區工業產業競爭力,還可以解決全球性的問題。


  這是基礎機器人研究的課題,很多課題都有價值服務能夠給到社會,比如從全球的角度來說,環境的監測、空間的探測、疾病的防控等等,這些都是機器人能夠帶來的社會價值,從社區的角度來說,機器人可以帶來很多服務,包括農業、礦業、建築業等等,生活質量方面機器人也可以帶來很多價值給到我們的社會,最重要的一點就是很多發言人提到機器人是一個系統。


  我們需要很多不同的技術,所以通常要把現有的技術結合起來,但可能缺失了一些東西,如果能夠製造這樣的機器人,最重要的就是設計出這種服務,能夠照顧老人,並且能夠有可持續的商業計劃。日本有很多新的機器人原型,但很少真的能夠上市,因為沒有找到一個商業方案。現有的有些技術還不足夠應對新的應用,所以我們必須要用這些新的技術。有些時候我們可以找到基礎性的機器人研究,也能夠應用到服務型機器人當中,所以通過更好的應用和提供服務進行開發,這是我們討論得出的一個關鍵內容。


  回到今天的話題人機交互,這裡選擇了兩種人機協作的方式:一種是外骨骼,一種是共同工作機器人。外骨骼的概念是1960年出現的,但可惜的是沒有得出實質的結果。1993年左右哈德米爾教授進一步改善了人類能力增強的概念,並且開始了這樣的項目,主要是人類能力的拓展,也是更好地有控制器,並且對環境動力學方面有進一步的改善。2012年進一步進行了改善,也是在卡薩魯尼教授授權以後,包括行走輔助系統和很多現在可以看到存在的系統。


  康復方面外骨骼也是可以使用的,來自日本的桑凱教授做出了一個叫做HUB的系統,主要是用於運動康復,德國有些保險公司也在研發這種系統,並且建立了一些相關的企業。工業領域外骨骼也有一系列的研發,可以應用於工人身上,現在中國也有一些企業正在生產。


  相信外骨骼的概念可以使用在很多不同的應用場景,現在這個概念已經非常流行了,我們也需要探索更多的應用。就像剛才說的,現在外骨骼系統還是有很多可持續的商業發展模式,昨天也有很多人在說這種共同協作的機器人,第一次是在1996年的時候成立了這樣的公司,來賣給了三立這家企業,然後製造了很多類型的產品,為了避免一些安全上的隱患和問題,可以看到它的輪子部分,然後對運動有一定的限制,並且進行裝配的相關工作。


  這是通過人類能力增強製造的產品,我們有不同的方式實現這種人類能力的增強,但非常遺憾的是,我們沒有能夠成功地讓它進行商業化。尤吉教授帶領的小組進一步改善了這個概念,並且非常成功地把它開發成了技巧輔助,起了這樣一個名字,並且非常成功地把它放入到了豐田生產組裝線當中,現在美國也有一部分企業在使用這個產品。


  為了能夠更好更有效地使用這些機器人,我們仍然需要這樣一種技術建立這種系統。我們要考慮人機協作的問題,很多人都會說我是做了一些非常奇怪的研究,這些研究安全嗎?所以我經常會開這樣的玩笑,開發出了幫助人們做工作的機器人,這是一種移動機器人,可以幫助我們搬運一些東西,開發的過程當中我們也到了很多,利用這種輔助機器人,但有些工作它做不了,因為機器人還不知道怎麼和人合作。這是非常重要的一點,大多數的機器人應用都是基於具體的場景,不是通用場景的機器人。


  我們學到的經驗是,機器人要知道它所設計的場景是什麼樣的,也要知道怎樣進行這樣的工作,人希望得到什麼樣的援助和幫助,因為機器人可以做很多事情。大概在2000年的時候我們就在做跳舞機器人,希望了解人和機器人之間進一步的協作。這是最著名的機器人在2005年做的示範,它是一個女性機器人,可以和人跳華爾茲。幸運的是,我們吸引了很多公眾的興趣,也被選為2005年最令人稱奇的發明和設計之一,也在日本得到了很多設計發明獎。


  現在我們面臨的是人和機器人之間互動的挑戰,當時我們開發的是女性機器人,意味著我們要讓機器人和人的腳步協調。很多人會問我在日本跳舞的人當中女性比男性更多,跳舞機器人在日本會有什麼樣的市場?核心技術是怎麼讓機器人了解人類的意圖,如果女性跳舞者比較多的話,我們開發出了男性機器人,男性機器人必須要知道怎麼引導人類的舞者,但人類又如何了解機器人的意圖呢?這是我們面臨的挑戰。


  後來我們開發了一個跳舞教學機器人,由於機器人和人肯定還是有些不一樣的,我們設計的機器人是根據人的運動經理設計。我們要知道怎麼讓對方知道自己的意圖,所以我們進行了研究。這是3D的移動示意圖,我們觀察了人類舞者的方向性改變以及移動情況,發現在傳統的華爾茲舞當中有很多類似的移動模式和方向轉變模式,也就意味著我們對COM這種模式的追蹤,COM模式指的是跳舞當中的上下移動,我們設計出了這樣循序漸進的教學模式,基於這種模式來設計跳舞教學機器人。


  實際上我們也進行了很多的測試,用了一些學生來做實驗,發現這個系統是行得通的,未來我們一定會給這樣的跳舞教學機器人找到一個適用的領域。回到跳舞機器人的話題,之前有一次我訪問了一個汽車工廠,可以看到裡面用了很多機器人。我們相信機器人其實是在做很多車輛集裝的工作,但也可以看到很多的人在做零件的集裝工作。之前有一次我去了一家日本公司,這是他們的一條生產線,小零件都是靠人來裝配的,工作也很辛苦,所以我們決定要開發一個機器人,可以給工人轉送這些工具,這樣可以提高工作效率、減少工作錯誤。


  
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 樓主| 華盛頓人 發表於 2018-8-19 08:02 | 顯示全部樓層
同樣的問題也存在,機器人需要知道用戶的需求和意圖,知道把什麼工具提供給他們。這個項目當時推出的時候正好是在經濟危機之後,很多國家企業的產量都減少了,我們給他們提供了機器人之後把他們的效率提高了20%。現在我們還在繼續這樣的研究,之前的一些系統是基於工人的統計數據,現在我們希望採用機器學習機制,包括對工人工位所在的位置進行建模。這是實驗室的一些實驗,我們需要不斷更新這種模型,同時也進行了運動軌跡的監測監控。


  我們的樣本測試是從起始位置開始,工人要做多個任務,第十次實驗之後我們就不再需要模型了,設計生產線的時候我們就考慮到了工人的移動。這是我們的第一次實驗,下面是第十次實驗,更新十次以後可以看到通過不斷的學習,冗餘的時間被極大地減少了,還有工人常規的移動,對此我們已經寫了一篇論文。整個系統可以適應工人的移動,這是非常令人興奮的。


  相信現在很多電腦系統的速度都非常快,可以利用機器學習的方式,和機器人合作將會被加強,通過使用AI技術可以進一步加強人與機器人的合作。現在我們希望把這個系統應用到其它的部分,這是一個總裝線,我們把它稱為B-PaDY,有意思的是,這裡有一家公司希望應用到他們的總裝線,但最後的效果並不好,因為對它進行了改裝,我們希望讓我們的系統原貌呈現。為了保證工人的安全,我們也開發了幾種技術,但還需要等待一段時間才能進到這個工廠裡面去看。


  最後的結論是,人機協作系統主要有兩種:第一種系統是非常原始性的,就是非常初級的系統。我們也開發了一些新的概念和應用,它們將會有很多工業上的應用機會,相信這個領域將會存在,而且會生產出更多這樣的系統。現在不少製造商都向市場上提供了這樣的協作機器人,現在可以應用在集裝箱流水線上面,所以可以促進人機協作,希望人工智慧增強人機合作技術,並且帶來新的應用。
時代小人物. 但也有自己的思想,情感. 和道德.
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