AI 和 5G 与机器人技术结合,正在不断催生新的消费电子品类。AI 解决机器理解世界,以及人机交互的问题。5G 拓展机器人的活动边界,并为机器人提供更大的算力和存储空间(云协作机器人) 。

根据 IFR 的分类方法,机器人大致可分为工业机器人和服务机器人两类。传统的工业机器人主要应用于汽车整车和零部件、电子制造、金属和机械、食品加工等方面,其主要特点是按照预定的程序,沿规定路径完成规定动作。

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AI/5G 如何赋能机器人?

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AI 人工智能的应用,催生了服务机器人。服务机器人涵盖的范围非常广泛,包括医疗、物流、农业、商业、民用等方面。通过 AI 技术的使用,可通过数据采集、分析、计算,服务机器人能够学习人类的行为,理解人类的意图,与人类产生协作。

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服务机器人主要类别及代表性产品

根据 IFR 的测算,2017 年全球机器人市场达 232 亿美元,其中,工业机器人市场达 147亿美元,每万人的保有量达 85 台。其余为服务机器人市场,市场规模达 85 亿美元。

到 2030 年,预计机器人的市场规模达 1,028 亿美元,约为智能手机市场的 20%。服务机器人将达 561 亿美元,维持 16% 的年复合增长率,并快于工业机器人的年复合增速。

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机器人市场规模拆分

1、机器视觉硬件可采集周围环境信息

目前常用的视觉传感器主要有:摄像头、ToF 镜头和激光雷达技术。

机器视觉相机 。机器视觉相机的目的是将通过镜头投影到传感器的图像传送到能够储存、分析和(或者)显示的机器设备上。可以用一个简单的终端显示图像,例如利用计算机系统显示、存储以及分析图像。

激光雷达技术 。激光雷达是一种采用非接触激光测距技术的扫描式传感器,其工作原理与一般的雷达系统类似,通过发射激光光束来探测目标,并通过搜集反射回来的光束来形成点云和获取数据,这些数据经光电处理后可生成为精确的三维立体图像。采用这项技术,可以准确的获取高精度的物理空间环境信息,测距精度可达厘米级。

ToF 摄像头技术 。TOF 是飞行时间(Time of Flight)技术的缩写,即传感器发出经调制的近红外光,遇物体后反射,传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差,来换算被拍摄景物的距离,以产生深度信息,此外再结合传统的相机拍摄,就能将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。

2、AI 视觉技术算法帮助机器人识别周围环境

视觉技术包括:人脸技术、物体检测、视觉问答、图像描述、视觉嵌入式技术等。

人脸技术:人脸检测能快速检测人脸并返回人脸框位置,准确识别多种人脸属性;人脸比对通过提取人脸的特征,计算两张人脸的相似度并给出相似度百分比;人脸查找是在一个指定人脸库中查找相似的人脸;给定一张照片,与指定人脸库中的 N 个人脸进行比对,找出最相似的一张脸或多张人脸。根据待识别人脸与现有人脸库中的人脸匹配程度,返回用户信息和匹配度,即 1:N 人脸检索。

物体检测:基于深度学习及大规模图像训练的物体检测技术,可准确识别图片中的物体类别、位置、置信度等综合信息。视觉问答:视觉问答(VQA)系统可将图片和问题作为输入,产生一条人类语言作为输出。图像描述:需要能够抓住图像的语义信息,并生成人类可读的句子。视觉嵌入式技术:包括人体检测跟踪、场景识别等。

3、SLAM 技术赋予机器人更好的规划移动的能力

SLAM,全称叫做 Simultaneous Localization and Mapping,中文叫做同时定位与建图。在SLAM 理论中,第一个问题称为定位(Localization),第二个称为建图(Mapping),第三个则是随后的路径规划。通过机器视觉的映射,机器人可以通过复杂的算法同时定位并绘制出位置环境的地图,通过 SLAM 技术可以有效解决规划不合理,路径规划无法覆盖所有地区,导致清洁效果一般的问题。

Sony 的 Aibo 机器狗

另一种是大型的直立机器人,最为有名的就是本田的 Asimo,波士顿动力等优秀企业的机器人。这类大型机器人一般配备双足,可实现上下楼梯、抓取物品,与人类交互等功能。

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本田Asimo

5、医疗机器人:AI 和 5G 在医疗诊断、外科手术和肢体康复中需求强烈

胶囊机器人:胶囊机器人+自动诊断系统:可能过采集到的图像自动判断病人可能出现的问题,为医生诊断提供参考意见。搭配云端的自动诊断系统,可实现异地诊断,多地诊断。

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胶囊机器人

外科手术机器人 :目前广泛采用的手术机器人包括持物臂式机器人、导航机器人和主从式机器人。

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手术持物臂式机器人

导航机器人:为外科医生规划手术路径、在手术中进行提示 。手术导航目前分为光学导航和电磁导航两种。光学导航精度高、不受其他设备的电磁干扰,但容易被遮挡光路。电磁导航操作灵活、体位要求低但会受到电磁干扰。

光学导航主要应用在神经外科、脊柱外科、关节外科、颌面外科中。电磁导航主要应用在颅内活检、置管、支气管镜检查方面。

主从机器人:为外科医生远程手术、离台手术提供技术支持 。

达芬奇机器人手术系统,就是一种主从式机器人系统,可帮助医生在未来实现离台手术,甚至远程手术,让医生可以坐着手术,减少因为疲劳、失神造成的医疗事故。

肢体运动康复机器人 。目前的康复机器人主要是上肢的康复机器人,以及下肢的外骨骼机器人。

6、商业零售机器人:室内无人配送机器人的规模化及普及

在商业零售领域,近年,已有许多机器人进入,包括超市导购机器人、酒店送水送餐机器人等,这些室内配送机器人帮助商业零售提高运作效率,减少人力成本,并为服务增添趣味性,受到用户的欢迎。随着人力成本的继续上升,商业机器人的前景广阔,值得关注。

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导购机器人与人类交互

7、仿生机器人:成为人类的一部分

意识控制的机器人:在一些前沿机器人研究中,已出现意识控制的机器人手臂。用户需要将机械手臂接入人类脑部系统,通过一定的训练,可控制机械手臂抓取饮料。

仿生学机器人:人类已经开发出一些仿人类器官的机器人,利用前面提到的意识控制可让残疾人恢复正常的功能,这将是个很大的市场。

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意识控制的机器人

5G+AI技术影响的行业很多,但没有哪个像机器人行业的未来那样令人憧憬。AI 将帮助传统机器人从不能与人类协作,走向可以服务人类,并逐渐向认知、推理、决策的智能化进阶;而 5G 技术的成熟,将进一步拓展机器人的应用边界。通过低延时、高速率、广连接的特点,5G 可以拓展服务机器人的应用边界,并为机器人提供更大算力和更多存储空间,形成知识共享。未来,随着技术积累到质变点,扫地机器人、物流机器人这类将成为“小儿科”,如科幻电影般的机器人很有可能在不远的将来出现,并全面渗入人类社会,帮助人类共同生活。

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