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创新软件平台,赋能下一代机器人

作者:石林才2020.05.11阅读 1490

  劳动力短缺和高昂的成本、市场需求的个性化以及技术的快速迭代更新推动着制造模式的变革,我们已然迈进智能制造时代。如果说前三次工业革命关注效率、质量和成本,那么第四次工业革命更多的是强调柔性、智能和资源。作为现代工业生产力的代表之一,机器人行业在近十年内蓬勃发展,中国市场的平均增长率更是全球的两倍以上。制造业转型提升保障和带动了工业机器人的旺盛需求,物联网、大数据、人机交互等关键技术的加速突破,服务机器人下游应用场景也日趋广泛,迎来发展机遇。

  下一代机器人
  自动化、数字化技术的发展给各行各业带了了长远的影响,机器人行业也不例外。 
  ■Cobots 协作机器人
  智能手机革命和自动驾驶汽车的发展降低了现成硬件的成本,更小、更灵巧的机器人已进入工厂车间。这些重量更轻、成本更低的机器人可以配备传感器,在工业环境中与人类协同工作,由此诞生了协作机器人。
  从历史上看,机器人行业一直受到诸多问题的困扰:如引导机器人识别和导航物体(包括人)的视觉技术改进缓慢,只能凭借一些简单粗暴的手段保护人类免受机器人失控的影响;机器人的抓握和机械能力仍然有限;机器人24小时工作,带来了平均成本的降低,机械自动化是趋势,但是技术并没有让机器人发展到能处理一切。
  随着机器人在全球范围内扩散到工厂,它们越来越需要具备识别并安全地在物体周围运作,这就对视觉系统的提升要求很高。过去许多机器人在高度结构化的环境中执行可重复的任务,因此为了安全起见,生产环境中机器人更多需要隔离防护,随着技术发展,3D传感器、机器视觉的发展,机器人可以识别和导航物体和人类,随着机器学习AI的发展,机器人可以在示教学习中学习解决"边缘情况"的可能。
  算法的加持让协作机器人更敏捷地应对变化,旨在确保人和生产环境的安全。机器人不再是简单重复动作,而是和人近距离的协作,Cobots机器人技术以及AGV(无人搬运车),已经成为制造业和仓库环境方面的标准。
  ■云联机器人
  云的兴起,使得大量的计算资源,存储资源,和在此基础上的创新服务变得触手可得。当计算资源,存储资源后置到云端时,机器人可以变得更加小巧,更加节能,省去了本地的大量维护和开发工作,同时拥有大量计算资源来处理大数据,机器学习等等场景。
  机器人和云端通过通信,包括5G技术来实现资源共享,便利高效的同时,本地的实时响应,高效通信,以及通信的安全问题就变得尤为重要。
  ■共享控制机器人
  在医疗领域中,医生通过操作界面控制机器人操作精密的手术,这种控制机器人可以减少人类的失误,提升医疗水平。同时,机器人需要给操作的医生适当的反馈,以带来现场感知。这需要机器人动作和操作者动作之间保持低延时通信,如果涉及远程手术,还要保证通信的信息安全。
  随着老龄化人口的增加,生活中的共享控制机器人比如霍金的轮椅,也会被普及化,人和机器一起控制运动,机器识别人操作的轨迹进行移动,同时自行监控轨迹上可能的风险,共同达成最终的运行线路。机器和人之间的实时响应,通信的低延时直接影响到设备的可用性。
  新技术的机遇和挑战
  AI以及其子集ML发展迅猛。机器人利用AI以及ML能力,从复杂任务或者失误中学习,收集数据,进行决策,从自动化走向自治化,极大减少了人的工作负荷。如京东数科机房巡检AI机器人,集成了大量的传感器,激光雷达、热成像相机、温湿洁净度等多种传感器,可实时监测机房内的温度、湿度、粉尘、烟雾、噪音等环境指标,并对服务器的仪表盘、设备指示灯、屏显、开关等进行检测。
  这类应用场景涉及到复杂的人类交互,比如自然语言的交互,是未来的趋势。同时,新的应用发展迅猛,需要机器人本身的软件平台对于快速频繁的创新以及AI/ML相关的应用友好,便于快速部署,快速验证,而不对原有系统造成负担。
  借助机器视觉,影像,红外或者X射线以及传感器技术,机器人能够感知外界环境。技术为机器人的动作控制提供视觉反馈,如生产线上识别工件,识别人的位置、方向和行动轨迹,便于自适应控制;为机器人提供视觉导航,如实时检测视觉信息跟踪路径,检测障碍物,识别路标以及环境,确定方位;机器人更多被用于代替或帮助人工进行质量控制和安全检查。
  这些机器人的新应用场景,除了依赖云端提供的计算和存储资源外,更多的是将识别加入到控制周期中,进行反馈控制,而不只是监控,然而也增加了控制的复杂性。这需要边缘系统的开放性、实时性来满足要求,不仅能添加识别的功能,还要保证控制的及时。
  此外,大量新技术的应用,需要更多拥有更强计算力的高性能硬件平台,软件以及软件平台要相适配,以充分发挥这些硬件的能力,并且要易于部署和验证,保持架构的友好。在新功能部署的情况下,通过功能安全的认证,同时确保信息安全非常重要。
  现有机器人产品尚不能满足用户智能化需求,人机交互、柔顺控制、功能仿生、智能感知等关键技术,新技术和新应用的涌现,对功能安全和信息安全也带来的新的挑战。总的来说,创新软件平台帮助机器人拥有更多的功能,同时不影响机器人的实时响应和安全特性,旨在快速验证新的应用功能。 

  创新软件平台
  为应对以上这些挑战,风河公司为机器人关键基础设施提供了一些创新的软件平台产品和实践。
  无论是开源的Linux、商业化的RTOS,还是两种产品同时需要,也无论是设计、开发还是部署,风河都为客户提供了全面的软件阵容和业务支持。这种灵活性使风河公司能够提供富有创新的产品,借助于最新的社区驱动型创新,一站式满足关键任务应用的功能安全性、信息安全性和可靠性要求。
  ■将嵌入式系统现代化
  虚拟化技术并不是新技术,已经在企业IT运营中应用了多年,为了在嵌入式系统中释放虚拟化的潜力,风河公司开发了Wind River Helix Virtualization Platform(HVP)。
  Wind River Helix Virtualization Platform将VxWorks实时操作系统(RTOS)和嵌入式Linux融入边缘计算软件平台之中,借助虚拟化技术,将VxWorks和Linux兼容,并支持其他操作系统无需修改即可在同一框架中运行,由此提供了一套跨越整个风河产品集的软件开发环境,帮助企业从旧系统过渡到新系统,进而将嵌入式系统现代化。
  由于许多关键基础设施系统既需要开源Linux又需要经过验证的RTOS,而Wind River Helix Virtualization Platform 恰恰提供了两全其美的环境,将VxWorks和Wind River Linux集成进入了一个单一的解决方案之中,且出自同一提供商。它是专门为实现嵌入式系统虚拟化演进而设计的解决方案,几乎可以运行任何嵌入式系统的单一平台,无论传统既有系统还是现代全新系统。
  随着物联网和5G的发展,万物互联的时代安全是不容忽视的一环。过去30多年来,实时操作系统(RTOS) VxWorks平台一直推动着嵌入式应用功能安全性和信息性的发展,并提供了高度确定性的性能。在此过程中,VxWorks不断发展,满足了软件开发人员不断变化的需求。
  风河正在以VxWorks来颠覆和重新定义嵌入式开发的工程模式,让开发变得更为简便易行,进而提高了生产率。当今的实时操作系统(RTOS)必须接受现代化开发实践,这意味着要与开发人员使用的主流框架、语言和方法相兼容,同时还不能牺牲功能安全性、信息安全性、性能和可靠性。
  ■引领创新与合作
  为了更好地帮助用户应对软件开发面临的挑战,风河系统公司近日推出了创新与合作的新平台--Wind River Labs。这是一个为开发人员量身定制的新网站,技术人员可以在此获得软件工程、概念验证、开源集成、实验性软件和新技术的相关支持,网站还为开发者社区提供了首个免费VxWorks实时操作系统(RTOS)软件开发工具包(SDK)。
  开发周期、时效、成本一直都是企业在进行软件开发中面对的压力。应用开发与应用场景相关,而边缘开发环境数量非常巨大,从而让开发周期更短,节奏更快,此外,还有成本压力,尤其是合格软件工程师的成本。Wind River Labs为开发人员(不限于风河的客户)提供了在边缘进行协作创新的环境,并具备机器学习和计算机视觉等功能。以此为基础,开发人员还能与创建项目的软件工程师互动,与其他软件工程师共同应对类似的挑战,并与风河生态系统成员共同探索新市场和前瞻性设计。

  结语
  机器人行业快速发展,增强感知能力,增强学习能力,自治机器人将扩展到生活方方面面。在未来,人与机器人的协作将更频繁,处理更复杂的事务,提高效率。机器人需要保持实时响应,并确保人和工作环境的安全。创新软件平台需要适应机器人行业的发展,对新应用,新的部署和验证方式友好,满足关键任务型应用的功能安全性、信息安全性和可靠性要求。风河将持续提供安全,可靠,实时,整合,快速部署的软件平台,持续拥抱快速发展的机