仓储成为 AI 机械人的孵化器!
货物种类多样重大,客栈无法导入古板机械手臂处置惩罚
透历程式设计,工厂内常见的机械手臂能以逾越人类的高精度、高速率重复执行特定使命,甚至举起人类无法负荷的重物。
可是,就算是现在最先进的机械手臂,也无法像人类一样无邪转变。一旦生产商品或流程变换,工程师就需要重新编写程式;甚至只要情形中有些微转变,例如某个零件稍微往左移动几公分,机械手臂往往就无法应变,更不必说要处置惩罚时常变换的客制化零件。
为此,系统整合业者特殊设计了振动台、送料器、运送带等,以确;等四芤酝慕嵌群臀恢没袢⊥牧慵;然而这些周边硬体和整适用度,往往比机械手臂自己还要贵四五倍以上,不但所费不赀、也不敷有弹性。
这也是为什么车厂无法完全自动化的缘故原由之一:平均来说,一辆汽车会有一到两万多个自力零件。若是这样听起来已经够多、够重大,想像一下一样平常客栈中,通常有上百万种商品、以及林林总总的包装,这样的多样化水平,为机械手臂的自动化应用增添了许多灾度。对古板的机械视觉及自动化来说,这意味着必需事先登录上百万种商品、并且编写程式教育机械人对各个商品做差别的处置惩罚,不但旷日费时,并且险些是不可能的使命。
深度强化学习让机械手臂更智慧
然而这个以往看来不可能的使命,现在却由于深度强化学习(Deep Reinforcement Learning,DRL)的泛起而泛起契机;由于 DRL 可以协助机械识别、应对周围情形,并自主学习处置惩罚多样的产品及事情内容。
有了足够的资料与训练,DRL 机械人就能自学新能力、逐渐前进;就像我们的学习方法一样,经由实验、或是他人树模,机械也可以学着识别影像、打赢电玩游戏,或是像 Deep Mind 研发的 Alpha Go Zero 一样,使用 DRL 自我学习,最终战胜天下棋王。
每次的抓取和试验,都使机械人变得更智慧、更善于掌握使命内容;别的,云端连线的机械人还能相互学习交流。这样的重大转变,使得机械人解决计划越发灵巧、弹性、并且有用率。那么事实什么是深度强化学习?
深度强化学习简朴来说,就是深度学习(DL)以及强化学习(RL)的团结:
深度学习(DL)
深度学习以人工神经网路架构为基础,是机械学习的一种,主要用于影像分类。举例说明:若是要你找出一套规则,教机械怎样辨识猫,你可能会说「一只猫有四只脚、两只耳朵、毛茸茸的」。但这样和形容狗有什么差别?
深度学习不需要我们自己找出规则,只要直接给机械一堆猫的照片,就能让机械自己学会一套区分猫的规则。
强化学习(RL)
强化学习的灵感来自于行为心理学;透过赏罚机制、边做边试、从过失中学习,从而学习到怎样强化控制方法。举例来说,我们学习走路的时间,并不需要先看「走路时枢纽怎样运动」的照片;而是直接实验,逐渐从跌跌撞撞前进到可以顺遂自行行走。
同样的,机械也可以透过这种方法来学习行动。
深度强化学习(DRL)
深度强化学习(DRL)同时团结了以上两种要领。因此机械手臂现在能透过深度学习,来自主辨识差别的物体;并藉由强化学习,关于差别物体採取差别的因应行动。
这样的手艺还在生长当中,现在适用的规模包括了:
1. 简朴或模拟的使命
2. 容错(fault-tolerant)使命
3. 需要处置惩罚的状态许多样,因此很难以人工编写规则的事情
4. 容易界说夸奖机制及目的的事情
5. 情形中不确定因素较低的事情
切合 5 大条件,客栈成为 AI 机械人的孵化器
一样平常公认,客栈货物分拣作业是最适合 AI 机械手臂早期普遍应用的使用情境。以上述适合 DRL 应用的五个条件来说:
首先,货物分拣是相对简朴、并且可以容错的使命;就算机械人不小心失误,也只要将货物重新捡起来,不破损物品就可以。相反的,若是手术机械人泛起失误,就不是可以容易解决的问题。
其次,使命内容虽然相对简朴,但需要处置惩罚的商品多达上百万种、包装千奇百怪,因此无法光靠人工编写程式来完成使命?梢岳殖傻啬萌』跷锞褪抢殖伞⒎粗褪鞘О,以是相对容易界说夸奖机制及目的。
最后,一样平常的自动化客栈是相对受限的情形;虽然照旧有不确定性,但相关于一样平常家庭或大街上,不确定因素照旧少了许多。
另外,客栈中需要完成的使命往往十分相似,并且订单拣货佔了大大都客栈营运本钱的 40% 以上,人工本钱佔客栈总预算高达 70%;因此在亚马逊(Amazon)等电子商务公司降低本钱、追求快速到货的推波助澜下,零售商无一不想法追求客栈自动化,而这也让仓储自动化成为 AI 机械人的应用案例首选。
许多新创公司都选择客栈货物分拣作为第一个应用案例,希望使用客栈做为试验场,让 AI 机械人手艺更进一步、也让更多古板公司瞭解这项新手艺。
货物分拣是机械人研究领域的「最终目的」
客栈自动化已经保存数十年,也生长出了自动仓储系统、自动扶引车(AGV,如 Amazon Robotics 现行的「Kiva」)等种种装备。
但大都人不知道的是,自动化客栈内的货物拣选与包装作业仍然是由人工执行;而这些作业的人工本钱,更高达仓储谋划总预算的 50% 到 70%。
除此之外,机械人的本钱自 1990 年月以来一连大幅下降;同时,客栈工人欠缺却导致每年平均人为上涨 6% 至 8%。综合以上缘故原由,货物分拣一直是客栈业者想自动化、却苦无要领着力的最终目的。
以是,「拣货能力」恒久以来一直是机械人研究中被誉为圣杯(holy grail)、也就是难以突破的「最终目的」。
年复一年,Amazon 和 KUKA 等公司都为新创公司和学术团队举行机械人挑战赛,希望藉此打造出有能力识别、拣货、贮放货物的机械。近年来,由于深度学习手艺的泛起,终于促使机械人有能力识别、挑选、并且妥善安排数百、甚至多达数千件的物品。
但这项手艺仍未臻完善。对机械来说,识别数万万个物件、并处置惩罚可变形物件或透明包装物品,仍然充满挑战;然而,凭证访谈 Locus Robotics 与 OSARO 等美国客栈机械人新创的效果,许多工业专家预计这项手艺很快就会成熟,在接下来五年内大宗获得客栈採用。
另一方面,包括亚马逊、Standard Cognition 等公司,都正在开发无人市肆、生长使用 AI 的商品识别手艺;或许在不久的未来,就会泛起能识别客栈里大部分商品的智慧相机。
若是这种情形真的爆发,不但足以影响仓储作业,还将攻击零售、出货,以及许多其他我们从未想像过的应用场景。