編者按：

2022世界機(jī)器人大會主論壇群星璀璨，產(chǎn)、學(xué)、研各領(lǐng)域大咖齊聚首，共話巔峰，為機(jī)器人未來發(fā)展領(lǐng)航。

峰會現(xiàn)場，申昊科技副總經(jīng)理熊俊杰發(fā)表了題為《工業(yè)領(lǐng)域機(jī)器人巡檢系統(tǒng)的技術(shù)與應(yīng)用》的演講。以下為熊俊杰演講內(nèi)容的整理。

今天給大家?guī)硎顷P(guān)于機(jī)器人如何在工業(yè)場景下面巡檢和作業(yè)的應(yīng)用探索，先從現(xiàn)狀和背景出發(fā)回答三個技術(shù)要素實現(xiàn)機(jī)器人開放環(huán)境下操作，以及當(dāng)前產(chǎn)品應(yīng)用。

十八世紀(jì)中期我們開始工業(yè)文明以來，我們生產(chǎn)制造從手工作坊到動力驅(qū)動到大規(guī)模機(jī)器人生產(chǎn)到現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線，未來還一定是自動化系統(tǒng)，我國已經(jīng)進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，需要有強(qiáng)有力高端制造業(yè)來支撐當(dāng)前或者將來更美好的現(xiàn)代生活。

“十四五”機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展文件明確指出，我國正迎來機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略機(jī)遇期，必須加快解決）技術(shù)積累不足，基礎(chǔ)薄弱，高端供給缺乏等問題，推動機(jī)器人產(chǎn)業(yè)邁向中高端，為了大力提升電力安全生產(chǎn)整體水平，“十四五”文件指出需要加大智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用覆蓋率，并且要開發(fā)帶電作業(yè)機(jī)器人，從根本上讓人從作業(yè)風(fēng)險之中脫離出來。

為了確保電力系統(tǒng)安全、高效運行，機(jī)器人投入大量研究和應(yīng)用示范。在我看來，目前巡檢機(jī)器人應(yīng)用較為完善，作業(yè)機(jī)器人相對起步較晚，從輪式、掛軌式機(jī)器人實現(xiàn)巡檢拓展極端環(huán)境應(yīng)用，在我國北方極寒地方能實現(xiàn)巡檢機(jī)器人的作業(yè)。接下來利用機(jī)器人發(fā)現(xiàn)問題，發(fā)展到利用機(jī)器人解決問題，排除故障。

作業(yè)場景有非結(jié)構(gòu)化和復(fù)雜特征，室內(nèi)相比室外有溫度、光照、風(fēng)等等不確定性，讓整個任務(wù)變的復(fù)雜。同時作業(yè)相對于巡檢，需要有環(huán)境的交互，這些開關(guān)柜、線路等等都是作業(yè)里不確定性和復(fù)雜性的引入。為了解決剛才說的這些復(fù)雜性和不確定性，我們自主作業(yè)機(jī)器人需要結(jié)合機(jī)器人學(xué)和人工智能技術(shù)，讓它具備環(huán)境感知能力，并且根據(jù)環(huán)境規(guī)劃相應(yīng)路徑和位置，最終在作業(yè)的時候可以通過柔順控制，我們不能忽略人的作用，在人決策輔助完成指令輔助動作。

環(huán)境感知是機(jī)器人運動的基礎(chǔ)，單一感知不能完全理解環(huán)境，正如人除了眼睛、聲音、嗅覺，我們在機(jī)器人上面利用多傳感器信息融合，把三維建模建立之后，在這個基礎(chǔ)之上識別作業(yè)目標(biāo)和對應(yīng)位置方向，最終執(zhí)行過程里面通過觸覺感知在人、環(huán)境、交互過車?yán)锎_保安全。詳細(xì)地說，技術(shù)細(xì)節(jié)咱們時間有限不過多展開了，我們基于3D點云和深度相機(jī)，建立稠密具有顏色和細(xì)節(jié)信息三維模型，剛才也提到人在決策過程中參與進(jìn)去，單純?nèi)S模型對于人并不是十分直觀，需要有顏色和更多細(xì)節(jié)人在判斷才能更好觀察模型。在環(huán)境里面，我們有很多需要識別出來的作業(yè)對象有標(biāo)記、開關(guān)閘道和按鈕等等，除了知道是作業(yè)對象以外，也需要知道按鈕相對于機(jī)器人作業(yè)工具是什么樣的朝向，才能從正確角度觸發(fā)按鈕，采用合適位置執(zhí)行動作，這里有相應(yīng)基于圖像以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到整套工作流程。為了確保萬一小概率機(jī)器和環(huán)境觸碰最終的安全，我們想象一下人皮膚是一面巨大傳感器，我們借鑒了這個理念，開發(fā)了觸覺功能仿生皮膚。視頻里有演示，當(dāng)他感知到特別小厘米級距離與物體進(jìn)行接觸，機(jī)器人會停止，風(fēng)險已經(jīng)排除會繼續(xù)執(zhí)行原來操作任務(wù)。

運動規(guī)劃，剛才高飛老師和幾位機(jī)器人專家講了很多學(xué)術(shù)前沿的工作。我們在作業(yè)里對軌跡規(guī)劃非常，首先最重要是理解場景理解出一條不會產(chǎn)生規(guī)劃的路徑，為了降低實時工作計算復(fù)合，我們對算法做了優(yōu)化，用八叉樹模型在場景細(xì)節(jié)里面做了抽象，形成一個包圍盒，簡化整個計算的復(fù)雜度。便利可操作空間節(jié)點，我們也是以快速搜索隨機(jī)數(shù)這種抽象簡略的操作方式，我們并不十分追求最簡的操作路徑，我們只是在合適時間、合適計算復(fù)合下面最終實現(xiàn)這個目標(biāo)，對我們來說已經(jīng)足夠了，魯棒性比效率更重要。軌跡規(guī)劃剛才也提到，它會涉及作業(yè)朝向的問題，在工作空間里面，結(jié)合整個機(jī)器人運動學(xué)的約束和朝向角的要求，計算合適的位置顯得尤為重要。這里提到軌跡規(guī)劃里考慮關(guān)節(jié)運動學(xué)的時候會涉及到一些基點，如何避免運動軌跡形成基點，和路徑更加平滑的算法工作。位置剛才也提到了，在工作過程中會涉及有很多潛在碰撞問題，單純的位置控制是不足以克服風(fēng)險。所以在位置控制基礎(chǔ)之上，在機(jī)械臂末端阻抗特性做出考慮，最終形成了一套基于力和位置，還有視覺信息融合控制架構(gòu)，讓機(jī)器人可以更好地去場景沿著軌跡去到作業(yè)位置，提高作業(yè)質(zhì)量。

主從遙控操作，這里人是始終在操作過程監(jiān)控整個過程，所以我們不能忽視人的價值。機(jī)器人在精細(xì)決策的時候有相當(dāng)多的不足，特別是作業(yè)環(huán)境復(fù)雜情況下，我們沒有辦法在最開始的時候把作業(yè)要素考慮完善，所以最終末端執(zhí)行過程中，我們會要求操作員利用手上操作終端，對機(jī)器人執(zhí)行動作做最終決策，保證整個工作的質(zhì)量。這里面利用了主從遙控造作的終端，在展位大家可以去感受一下對力傳感的精確。剛才看到是并型結(jié)構(gòu)的，手臂也好、機(jī)械臂結(jié)構(gòu)也好是串型結(jié)構(gòu)，從并型到串型之間轉(zhuǎn)換存在不少數(shù)學(xué)層面的難點，所以我們也在探索一種可穿戴式人機(jī)協(xié)同的架構(gòu)，基于串型穿戴式操作終端，對對操作員技能要求進(jìn)一步降低，通過非常直觀操作界面實現(xiàn)人機(jī)的互相操作。

以上這些技術(shù)落實具體的產(chǎn)品，可以給大家詳細(xì)介紹一下，在電站里面是我們有開關(guān)倒閘作業(yè)，必要時切換作業(yè)復(fù)合。舉個例子，巡檢機(jī)器人發(fā)現(xiàn)局部線路某些參數(shù)出現(xiàn)異常時，把線路復(fù)合轉(zhuǎn)移另外一個問題，斷開進(jìn)行檢修，以前這個過程需要人操作，但在變電站無人值守的語境下，機(jī)器人發(fā)現(xiàn)問題了，人過去花半小時、一小時的時間有很明顯的滯后?，F(xiàn)在機(jī)器人具備相應(yīng)作業(yè)能力，可以將故障隔離動作在現(xiàn)場執(zhí)行，在發(fā)現(xiàn)問題第一時間就執(zhí)行，讓故障不會蔓延影響整個網(wǎng)絡(luò)。

這個視頻大家看到，當(dāng)利用整個機(jī)器人去執(zhí)行復(fù)合隔離作業(yè)過程，首先需要對頂上面板二次設(shè)備進(jìn)行一定操作，按鍵選鈕開關(guān)等等。這里是把車搖出來，要斷開地道，需要非常大的力矩，人操作有大搖擺，光機(jī)械臂能提供力矩不夠，我們設(shè)計的專門操作平臺，上面二次設(shè)備閘道就斷開了。

這里展示的是室外配電線路上面的作業(yè)機(jī)器人，跟大家分享一下，在外面配電線路架空線路上，10千伏是3—5米高度，人操作的時候會采用帶電作業(yè)的工法，在穿好絕緣服情況下，根據(jù)一定作業(yè)規(guī)程，不斷電情況下對上面工作進(jìn)行操作，培訓(xùn)工作非常復(fù)雜，需要帶點作業(yè)員進(jìn)行大量知識培訓(xùn)，擦作過程也非常簡單，不能產(chǎn)生錯誤，要不就是一個嚴(yán)重出電事故。讓人從風(fēng)險作業(yè)環(huán)境里抽脫出來是電力系統(tǒng)一直在探索的，也是我們做出這款產(chǎn)品原始動力?，F(xiàn)在可以實現(xiàn)帶電情況下接出引流電，這是作業(yè)過程如何剪線，首先基于三維點云模型，做好設(shè)備路徑規(guī)劃，視頻左下方有旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)，不斷對場景進(jìn)行重建，給機(jī)器人做決策。路徑規(guī)劃好，機(jī)器人自主移動到工作位置，這時候人介入進(jìn)去，通過操作終端、決策執(zhí)行作業(yè)的操作。

剛才機(jī)械臂作業(yè)基礎(chǔ)之上，我們看到了當(dāng)下而言，核酸采集工作對于人員復(fù)合是非常大的，我們把整套技術(shù)平移到特定核酸采集場景下，做了機(jī)器人核算采集站，這套設(shè)備完全排除了大白工作，不需要大白參與就能自主完成核酸樣品采集。整個工作流程現(xiàn)在30秒不到，現(xiàn)在公司里采樣點基本通過機(jī)器人來完成。

做一下總結(jié)，我們希望抓住當(dāng)下宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境下面國家戰(zhàn)略政策給我們的行業(yè)紅利，發(fā)展相關(guān)底層技術(shù)，讓機(jī)器人可以在工業(yè)環(huán)境下面帶有風(fēng)險作業(yè)條件下面，提高人身安全，提高作業(yè)質(zhì)量，為現(xiàn)代發(fā)展做一些貢獻(xiàn)！

—— 熊俊杰