當(dāng) AI 遇上機(jī)械臂？NVIDIA 再破局，讓下一代機(jī)器人技術(shù)觸手可及
2024-10-8 來源：- 作者：-
在工業(yè)應(yīng)用中，機(jī)械臂很長(zhǎng)一段時(shí)間都被當(dāng)作一個(gè)特定動(dòng)作的強(qiáng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用，例如在固定場(chǎng)景下進(jìn)行定點(diǎn)上下料、搬運(yùn)、焊接、涂膠等動(dòng)作，但我們的世界并不是一條可預(yù)測(cè)的生產(chǎn)線。
近幾年，人們對(duì)個(gè)性化的需求越來越高，普通流程化制造的商品越來越難以滿足需求，小批量、多品種的趨勢(shì)席卷了汽車、電子、家電等各類消費(fèi)品，一體化、柔性化成為了機(jī)器人行業(yè)及制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)。在此背景下，機(jī)械臂也正經(jīng)歷著從單一功能向多功能、從固定場(chǎng)景向靈活應(yīng)用的深刻轉(zhuǎn)變，朝著更智能的方向發(fā)展。
目前，機(jī)械臂技術(shù)在高精度和可重復(fù)性方面取得了顯著進(jìn)展，然而，這種出色的精度往往未能有效地轉(zhuǎn)化為對(duì)許多日常物體的操縱能力，這為機(jī)器臂開發(fā)乃至整個(gè)行業(yè)都帶來了新的挑戰(zhàn)，AI 的到來或許能夠破局。
以打造 AI 芯片而聞名，近年來，AI 的蓬勃發(fā)展已使 NVIDIA 成為全球最具價(jià)值的公司之一。在今年 3 月的 GTC 上，NVIDIA 創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官黃仁勛將機(jī)器人稱為“物理形態(tài)的人工智能”，并預(yù)言，機(jī)器人將成為“AI 發(fā)展的下一波浪潮”，會(huì)上發(fā)布的眾多新品，向行業(yè)展示了其進(jìn)軍機(jī)器人賽道的決心。
針對(duì)機(jī)械臂，NVIDIA 發(fā)布了 Isaac Manipulator，可幫助開發(fā)商利用 AI 加快構(gòu)建產(chǎn)品，AI 與機(jī)械臂的完美結(jié)合，也將有效推動(dòng)機(jī)械臂在復(fù)雜任務(wù)執(zhí)行上的邊界能力。
力求為行業(yè)帶來“智慧”機(jī)械臂
具體來看，NVIDIA Isaac Manipulator 是 NVIDIA 專為機(jī)械臂設(shè)計(jì)的一款綜合性 AI 解決方案，可為機(jī)械臂提供一系列先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)生成和模塊化 AI 功能，以及各種強(qiáng)大的基礎(chǔ)模型和 GPU 加速庫，可助力企業(yè)快速構(gòu)建能夠無縫感知、理解并與環(huán)境交互的機(jī)械臂，幫助企業(yè)加速解決在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的挑戰(zhàn)。
圖片來源：NVIDIA
Isaac Manipulator 的誕生并非偶然，而是 NVIDIA 在計(jì)算領(lǐng)域長(zhǎng)期積累和創(chuàng)新的結(jié)果。Isaac Manipulator 充分利用了 NVIDIA 在 GPU 計(jì)算領(lǐng)域的深厚技術(shù)，其為機(jī)械臂提供的一系列 GPU 加速庫能夠顯著提升機(jī)械臂路徑規(guī)劃、雙目視覺深度感知、目標(biāo)檢測(cè)等關(guān)鍵任務(wù)的計(jì)算速度，這種加速能力使得機(jī)械臂能夠在更短的時(shí)間內(nèi)完成復(fù)雜任務(wù)，提高生產(chǎn)效率和響應(yīng)速度。
除強(qiáng)大的 GPU 加速能力外，零樣本感知是 Isaac Manipulator 進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)的另一大技術(shù)亮點(diǎn)。在機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)可泛化的機(jī)器人操縱一直是研究的熱點(diǎn)。
為了實(shí)現(xiàn)可泛化的機(jī)器人操縱，傳統(tǒng)機(jī)械臂在執(zhí)行新任務(wù)時(shí)往往需要依賴于海量數(shù)據(jù)進(jìn)行模仿學(xué)習(xí)，但是在真實(shí)場(chǎng)景中收集充足的機(jī)器人數(shù)據(jù)過于昂貴，導(dǎo)致成本問題顯著。
而 Isaac Manipulator 先進(jìn)的零樣本感知技術(shù)，使機(jī)械臂能夠在沒有預(yù)先訓(xùn)練數(shù)據(jù)的情況下，快速適應(yīng)新環(huán)境和新任務(wù)，這一技術(shù)突破極大地提高了機(jī)械臂的靈活性和適應(yīng)性，且降低了企業(yè)的開發(fā)成本和周期。
Isaac Manipulator 還提供了一系列可定制的模塊化 AI 組件，包括各種強(qiáng)大的基礎(chǔ)模型、感知算法、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃等。
具體包括：用于對(duì)以前未見過的物體進(jìn)行 6D 姿勢(shì)估計(jì)和追蹤的開創(chuàng)性基礎(chǔ)模型 FoundationPose；通過同時(shí)運(yùn)行多個(gè)軌跡優(yōu)化來解決工業(yè)規(guī)模機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃問題的 GPU 加速運(yùn)動(dòng)規(guī)劃器 cuMotion；基于 transformer，可對(duì)未知 3D 物體進(jìn)行密集抓取預(yù)測(cè)的一種新的統(tǒng)一基礎(chǔ)模型 FoundationGrasp（即將上市）；可加快新對(duì)象的檢測(cè)、渲染和訓(xùn)練速度的適用于室內(nèi)環(huán)境的對(duì)象檢測(cè)模型 SyntheticaDETR。
圖片來源：NVIDIA
圖片來源：NVIDIA
開發(fā)者可以根據(jù)具體任務(wù)需求自由組合這些組件，構(gòu)建出最適合的解決方案。這種高度模塊化的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了開發(fā)流程，滿足不同行業(yè)對(duì)機(jī)械臂智能化的需求，使機(jī)械臂能夠更廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)制造場(chǎng)景，也為企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí)提供了有力支撐。
在真實(shí)場(chǎng)景下決勝最后 1 厘米
隨著 AI 與機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)器人被譽(yù)為通往自動(dòng)化的“最后一公里”，而讓機(jī)器人技術(shù)觸手可及的機(jī)械臂則是實(shí)現(xiàn)智能化操作的“最后一厘米”。基于 NVIDIA Isaac Manipulator，現(xiàn)代智能機(jī)械臂有望在工業(yè)制造、柔性物流、商用服務(wù)等場(chǎng)景中廣泛落地。
在探討機(jī)械臂技術(shù)的諸多方面時(shí)，末端執(zhí)行器是其中尤為關(guān)鍵的一環(huán)。機(jī)械臂要真正實(shí)現(xiàn)類人手臂般的作業(yè)，末端執(zhí)行器的抓取、放置、遠(yuǎn)程操作等多樣化用途顯得尤為重要。然而，開發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、易于使用且功能豐富的末端工具仍是科研人員面臨的一大問題。
Alphabet 旗下軟件和 AI 機(jī)器人子公司 Intrinsic 在今年 5 月份芝加哥舉行的 Automate 展會(huì)上，重點(diǎn)展示了由 Isaac Manipulator 賦能的基礎(chǔ)模型在推進(jìn)機(jī)器人末端執(zhí)行器開發(fā)上的技術(shù)突破。
Intrinsic 在其跨機(jī)器人軟件平臺(tái)中成功測(cè)試了 Isaac Manipulator，向行業(yè)展示了一種可擴(kuò)展且普適的機(jī)器人抓握潛力，這種技能可以作用于不同的抓手、環(huán)境和物體，使機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)與人手臂相仿的靈活性。
圖片來源：Intrinsic
據(jù)介紹，借助 NVIDIA Omniverse 平臺(tái)上的 NVIDIA Isaac Sim，Intrinsic 利用金屬板和吸力抓手 CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）模型生成了真空抓取的合成數(shù)據(jù)，以此創(chuàng)建出了一個(gè)原型。
該原型使用 Intrinsic Flowstate 實(shí)現(xiàn)流程可視化、相關(guān)感知和運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，通過一套包含 Isaac Manipulator 的工作流，生成抓取姿勢(shì)和由 CUDA 提供加速的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)先通過 Isaac Sim 進(jìn)行仿真評(píng)估以節(jié)省成本，隨后再通過 Intrinsic 平臺(tái)部署到現(xiàn)實(shí)世界中。這一測(cè)試也充分驗(yàn)證了 Isaac Manipulator 在機(jī)械臂開發(fā)上的卓越性。
作為工業(yè)機(jī)器人的重要分支，協(xié)作機(jī)器人已成為機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的必爭(zhēng)之地，而提高協(xié)作機(jī)器人的性能更是推動(dòng)整個(gè)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵。
近些年，全球協(xié)作機(jī)器人巨頭優(yōu)傲機(jī)器人一直在加強(qiáng)其產(chǎn)品的 AI 能力，該公司與 NVIDIA 在 AI 領(lǐng)域有著深度合作。據(jù)悉，優(yōu)傲機(jī)器人正在將 Isaac Manipulator 集成到其 PolyScope X 軟件平臺(tái)中，以解鎖新的協(xié)作機(jī)器人解決方案。
圖片來源：優(yōu)傲機(jī)器人
PolyScope X 作為優(yōu)傲機(jī)器人的軟件平臺(tái)，已經(jīng)支持多樣化的編程方式和靈活部署，為用戶提供了便捷的操作體驗(yàn)，集成更多先進(jìn)的 AI 功能后，將給整個(gè)行業(yè)帶來更強(qiáng)大、更智能的機(jī)器人解決方案。
而 Isaac Manipulator 作為先進(jìn)的 AI 工具，具有強(qiáng)大的路徑規(guī)劃和抓取姿勢(shì)生成能力，如果成功集成到 PolyScope X 軟件平臺(tái)，將顯著提升優(yōu)傲機(jī)械臂的自動(dòng)化水平和靈活性。
此外，cuMotion 路徑規(guī)劃器利用 NVIDIA GPU 的并行處理能力，不僅可以自動(dòng)計(jì)算無碰撞軌跡的路徑規(guī)劃，還可以根據(jù)其他標(biāo)準(zhǔn)（如速度、最小磨損或能源效率）進(jìn)行路徑優(yōu)化。
cuMotion、PolyScope X 和優(yōu)傲協(xié)作機(jī)器人的結(jié)合將使一系列以前無法完全自動(dòng)化的應(yīng)用程序成為可能，它還可以改進(jìn)現(xiàn)有的編程概念，對(duì)于客戶來說，該技術(shù)可以簡(jiǎn)化常見工業(yè)應(yīng)用的設(shè)置，促進(jìn)機(jī)器人在高混合、低體積場(chǎng)景中的采用，大大提高自動(dòng)化客戶的效率。
寫在最后
中國(guó)機(jī)械臂市場(chǎng)規(guī)模近年來呈現(xiàn)出顯著的增長(zhǎng)趨勢(shì)。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，2022 年我國(guó)機(jī)械臂市場(chǎng)規(guī)模接近 178.3 億元，2023 年市場(chǎng)規(guī)模增至 186.4 億元。隨著全球制造業(yè)升級(jí)和自動(dòng)化需求的推動(dòng)，機(jī)械臂在汽車制造、電子制造、物流倉儲(chǔ)等領(lǐng)域的應(yīng)用將持續(xù)擴(kuò)大，預(yù)計(jì)到 2025 年，國(guó)內(nèi)機(jī)械臂市場(chǎng)規(guī)模總值將超過 200 億。
而 AI 技術(shù)對(duì)機(jī)械臂開發(fā)的重要意義在于，它賦予了機(jī)械臂更高級(jí)別的智能化能力，使其能夠感知、理解和適應(yīng)環(huán)境，執(zhí)行更復(fù)雜和精細(xì)的任務(wù)。NVIDIA Isaac Manipulator 為機(jī)械臂的創(chuàng)新和發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，它也為機(jī)械臂開辟了更廣闊的應(yīng)用前景。
隨著科技的融合應(yīng)用，未來的機(jī)械臂將不僅僅是執(zhí)行簡(jiǎn)單任務(wù)的工具，更將成為智能制造系統(tǒng)中的決策者和協(xié)調(diào)者。在這種發(fā)展趨勢(shì)下，只有不斷提升機(jī)械臂的控制精度和智能水平，才能滿足未來復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境的需要，讓機(jī)械臂在汽車制造、3C 電子、醫(yī)療、物流等關(guān)鍵細(xì)分市場(chǎng)大有作為。
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