DeX-Platform是代客思智能科技推出的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)，為用戶提供了從硬件到軟件的整套開發(fā)解決方案?；诖似脚_(tái)，開發(fā)者可高效完成工業(yè)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用工藝包、快速對(duì)接視覺系統(tǒng)等智能應(yīng)用方案、滿足各類機(jī)器人非標(biāo)應(yīng)用需求，甚至可以獨(dú)立開發(fā)全套上層編程示教系統(tǒng)，或針對(duì)科學(xué)研究、創(chuàng)客教育開發(fā)獨(dú)立上層軟件系統(tǒng)，極大促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)解決方案的發(fā)展和完善。
為什么開發(fā)這樣一套系統(tǒng)？
“我有一個(gè)很棒的想法，能幫助廚師在電腦上管理菜譜！”
“太棒了，讓我們開始研發(fā)這臺(tái)電腦吧！”
以上對(duì)話顯然是不可能發(fā)生在今天這個(gè)時(shí)代的。一個(gè)軟件應(yīng)用的開發(fā)者，他開發(fā)一個(gè)軟件之前，并不需要先研發(fā)出能夠運(yùn)行那個(gè)軟件的電腦。
然而，這個(gè)荒唐的事目前正發(fā)生在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域。
閃兔分揀機(jī)多少錢在過去數(shù)十年，工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)狹窄，核心技術(shù)被少數(shù)公司把持，因此以國際四大家族為代表的工業(yè)機(jī)器人傳統(tǒng)大廠都選擇自行研發(fā)各種工藝包、提升系統(tǒng)的附加價(jià)值，而不愿向外提供過多的開發(fā)接口。由于傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用門類有限，因此一家公司能夠開發(fā)出焊接、噴涂、碼垛等較為全面的工藝包，供給用戶選擇購買。這套模式也成為了工業(yè)機(jī)器人商業(yè)化控制系統(tǒng)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)模式。
隨著市場需求的不斷擴(kuò)大，以及核心零部件、人工智能算法和各類傳感器技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)展、甚至正在從純工業(yè)領(lǐng)域擴(kuò)展到民用服務(wù)領(lǐng)域。近幾年，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)被用于手術(shù)醫(yī)療、電影拍攝、游樂設(shè)施、無人餐廳等越來越多的新興服務(wù)場景。
并聯(lián)分揀機(jī)器人醫(yī)療手術(shù)
游樂設(shè)施
餐飲
而當(dāng)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大，各種新型需求涌現(xiàn)，尤其是當(dāng)其向民用服務(wù)領(lǐng)域擴(kuò)展的時(shí)候，行業(yè)對(duì)控制系統(tǒng)軟件功能多樣性的需求已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往。此時(shí)，傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人公司再也無法滿足所有市場應(yīng)用，尤其是各類新興需求。
受傳統(tǒng)國外機(jī)器人大廠技術(shù)路線的影響，國內(nèi)具備相關(guān)研發(fā)能力的廠家大多也選擇了封閉的系統(tǒng)模式。因此，現(xiàn)有工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品系統(tǒng)的開放程度往往很難滿足開發(fā)者的需求，廠家設(shè)置的開發(fā)門檻和條件也很高，價(jià)格上不具優(yōu)勢?；谶@個(gè)現(xiàn)實(shí)，很多新加入這個(gè)行業(yè)的開發(fā)者會(huì)選擇自己從頭搭建機(jī)器人系統(tǒng)，并最終推出一套全新的機(jī)器人產(chǎn)品。在這個(gè)模式下，開發(fā)一個(gè)機(jī)器人產(chǎn)品需要將80%的精力和成本都花在硬件本體和搭建測試底層系統(tǒng)上。
這就造成了本文開頭那個(gè)荒唐的事實(shí)：“開發(fā)一個(gè)應(yīng)用功能，需要先開發(fā)出能運(yùn)行這個(gè)應(yīng)用的電腦”。如此高的開發(fā)門檻讓很多人對(duì)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)望而卻步，而行業(yè)本身的發(fā)展勢能也就無法釋放。也正是由于這樣一個(gè)低效的模式，工業(yè)機(jī)器人行業(yè)雖然正在快速發(fā)展，但從出貨量和市場規(guī)模上看，仍然還未實(shí)現(xiàn)全面爆發(fā)。
根據(jù)《中國機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》的數(shù)據(jù)，2017年國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人銷量超過11萬臺(tái)，市場規(guī)模達(dá)到42.2億美元。然而，這個(gè)數(shù)據(jù)包含了國外產(chǎn)品的份額。因此，即便按國外產(chǎn)品份額只占一半計(jì)算，國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人的市場規(guī)模也不足20億美元，利潤就更少了。與之相比，《王者榮耀》一季度營業(yè)收入在60億元左右；小米手機(jī)2017年9月份單月出貨量突破一千萬臺(tái)。也就是說，騰訊一款游戲兩個(gè)月的營收，就超過了國產(chǎn)工業(yè)機(jī)器人全年的市場規(guī)模；這個(gè)規(guī)模更是不及一家消費(fèi)電子產(chǎn)品企業(yè)的百分之一。
拿這些已經(jīng)高度成熟的產(chǎn)業(yè)和尚屬兒童期的中國工業(yè)機(jī)器人行業(yè)對(duì)比確實(shí)有些不公平，任何一個(gè)行業(yè)都需要逐漸發(fā)展成熟的過程；但是目前工業(yè)機(jī)器人的狀況確實(shí)反映了整個(gè)行業(yè)在發(fā)展模式方面的嚴(yán)重問題。
反觀現(xiàn)在的智能手機(jī)行業(yè)，在一套良好的行業(yè)參與和開發(fā)模式下，它將無數(shù)的應(yīng)用算法開發(fā)者調(diào)動(dòng)起來，為其貢獻(xiàn)智慧。以蘋果公司為例，Applestore上早已經(jīng)超過100萬個(gè)應(yīng)用，這個(gè)工作量可能100個(gè)蘋果公司也無法完成。iOS的生態(tài)系統(tǒng)是由無數(shù)開發(fā)者共同建立和完成的。iphone是個(gè)硬件本體，開發(fā)者只需要購買一個(gè)本體，就能直接在上面做應(yīng)用開發(fā)——不需要自己造一個(gè)手機(jī)。開發(fā)者將自己的作品發(fā)布在iOS平臺(tái)上，用戶根據(jù)自己的需求下載，開發(fā)者從中得到收益。這個(gè)模式激發(fā)著無數(shù)軟件行業(yè)從業(yè)者為蘋果貢獻(xiàn)力量。
三大應(yīng)用商店應(yīng)用數(shù)量增長柱狀圖
三大平臺(tái)應(yīng)用開發(fā)者數(shù)量增長柱狀圖
快遞分揀機(jī)器人的優(yōu)勢視覺分揀機(jī)器人優(yōu)缺點(diǎn)只有調(diào)動(dòng)更多的人加入并貢獻(xiàn)智慧，一個(gè)行業(yè)才能得到爆發(fā)式的發(fā)展，就像我們身處的智能手機(jī)時(shí)代一樣。而工業(yè)機(jī)器人行業(yè)，現(xiàn)在正需要一個(gè)良性的發(fā)展模式，促成行業(yè)的爆發(fā)。
DeX-Platform介紹
隨著工業(yè)機(jī)器人機(jī)械和硬件系統(tǒng)趨于成熟和穩(wěn)定，軟件控制系統(tǒng)正在成為決定工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域和功能的核心：控制系統(tǒng)向下對(duì)接工業(yè)機(jī)器人本體、伺服系統(tǒng)以及各類先進(jìn)傳感器，向上連接各類先進(jìn)人工智能算法；這個(gè)中樞地位也使控制系統(tǒng)軟件的開發(fā)對(duì)工業(yè)機(jī)器人行業(yè)整體發(fā)展來說具有更為重要的意義。
雖然諸如ROS一類的開源機(jī)器人平臺(tái)功能豐富強(qiáng)大，成為了很多開發(fā)者的選擇，能夠幫助開發(fā)者快速出產(chǎn)品原型，演示功能。但是，也正是由于其開源屬性，缺乏商業(yè)公司對(duì)其提供穩(wěn)定、可靠的技術(shù)支持和維護(hù)，導(dǎo)致ROS在開發(fā)商業(yè)化系統(tǒng)時(shí)存在隱患，也限制了其發(fā)展。未來，機(jī)器人應(yīng)用軟件行業(yè)會(huì)有類似電腦軟件行業(yè)一樣的數(shù)量眾多的開發(fā)公司，并為各自細(xì)分領(lǐng)域的用戶提供穩(wěn)定可靠的服務(wù)。
現(xiàn)在，有越來越多控制系統(tǒng)廠商開放了二次開發(fā)接口，但大多數(shù)通常只支持其自有的機(jī)器人，或需要有條件的單獨(dú)開放，而不提供通用化的支持。UR機(jī)器人依靠著其協(xié)作屬性和較為方便的開發(fā)支持得到了很多上層應(yīng)用開發(fā)者的青睞，做出了許多新興的應(yīng)用；但其系統(tǒng)依然只支持UR自己的機(jī)器人，且整機(jī)系統(tǒng)價(jià)格與國產(chǎn)機(jī)器人相比也無任何優(yōu)勢。
使用UR機(jī)器人系統(tǒng)開發(fā)的各種新型應(yīng)用
DeX-Platform提供了專門針對(duì)輕型工業(yè)機(jī)器人的通用開發(fā)平臺(tái)，包含了完整的工業(yè)機(jī)器人底層硬件解決方案，讓不了解機(jī)器人硬件或底層系統(tǒng)的開發(fā)者們能夠以極低的成本得到一套完整的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，并且可以專注于開發(fā)上層應(yīng)用功能而無需被底層系統(tǒng)問題所困擾。
DeX-Platform系統(tǒng)硬件構(gòu)成
軟件系統(tǒng)架構(gòu)
下面介紹兩個(gè)基于DeXPlatform開發(fā)的典型應(yīng)用示例
基于機(jī)器視覺的智能分揀應(yīng)用
在傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的過程中，工業(yè)機(jī)器人在生產(chǎn)中所能發(fā)揮的作用在不斷的放大。過去，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用主要集中在高強(qiáng)度的、專注完成重復(fù)作業(yè)的場合。而現(xiàn)在，隨著市場需求的變化，為了更加高效的完成復(fù)雜的任務(wù)，工業(yè)機(jī)器人正在逐步向智能、協(xié)作等關(guān)鍵詞靠攏。
為設(shè)備配備視覺對(duì)實(shí)現(xiàn)智能制造有著極其重大的意義。目前，機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)現(xiàn)場有著廣泛的應(yīng)用場景，諸如產(chǎn)品檢測、字符識(shí)別、運(yùn)動(dòng)跟蹤、物品定位等等。將機(jī)器視覺技術(shù)與工業(yè)機(jī)器人相結(jié)合，有助于應(yīng)對(duì)更加靈活的應(yīng)用需求，完成更加復(fù)雜的現(xiàn)場任務(wù)。
垃圾分揀機(jī)器人手工制作為此，DeX-Platform內(nèi)部集成了高性能的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃算法和先進(jìn)的工業(yè)總線技術(shù)，同時(shí)為開發(fā)者提供了Linux操作系統(tǒng)下的SDK，里面包含了大量易用并且強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)接口，幫助開發(fā)者在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)視覺應(yīng)用與機(jī)器人平臺(tái)的完美對(duì)接。
為滿足不同的視覺應(yīng)用開發(fā)需求，DeX-Platform提供了兩種形式的視覺應(yīng)用架構(gòu)。
架構(gòu)一是以個(gè)人電腦或者服務(wù)器為核心的一種更加開放式的組織方式。其中視覺模塊和機(jī)器人控制器可以視為掛載到個(gè)人電腦或者服務(wù)器上的設(shè)備。用戶可以在個(gè)人電腦或者服務(wù)器上對(duì)獲取的圖像進(jìn)行處理，再根據(jù)處理的結(jié)果，調(diào)用機(jī)器人相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)指令，控制機(jī)器人完成任務(wù)。在該種架構(gòu)下，視覺模塊和機(jī)器人還可以作為節(jié)點(diǎn)接入到ROS等開源平臺(tái)，幫助用戶開發(fā)更加靈活的應(yīng)用。
架構(gòu)二是以控制器為核心的一種相對(duì)封閉的組織方式。其中控制器和視覺模塊相連，控制器可以直接獲取目標(biāo)的三維位姿信息，并驅(qū)動(dòng)機(jī)器人完成抓取等操作。用戶可以直接在示教器上調(diào)用視覺指令完成示教編程，也可以在個(gè)人電腦或者服務(wù)器上借助SDK完成視覺任務(wù)。該架構(gòu)的優(yōu)勢在于可以直接對(duì)接成熟的機(jī)器視覺方案，幫助用戶在現(xiàn)場可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成部署，滿足現(xiàn)場的任務(wù)需求。
借助DeX-Platform實(shí)現(xiàn)視覺應(yīng)用的一般過程可以分為坐標(biāo)系標(biāo)定、目標(biāo)位置獲取以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃三個(gè)步驟：
1、利用標(biāo)定算法，得到圖像坐標(biāo)系到機(jī)器人基坐標(biāo)系的變換矩陣;
2、其次根據(jù)獲取的圖像，檢測目標(biāo)的三維位置姿態(tài)，并將其轉(zhuǎn)化到機(jī)器人基坐標(biāo)系下的表示，該表示可以為位置加姿態(tài)角、位置加方向向量以及齊次矩陣;
3、調(diào)用直線、圓弧、門運(yùn)動(dòng)等軌跡規(guī)劃指令驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到相應(yīng)位姿。除此，利用DeX-Platform內(nèi)置的軌跡連續(xù)運(yùn)動(dòng)、NURBS樣條曲線等高級(jí)軌跡規(guī)劃功能，用戶還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤、基于視覺的避障等應(yīng)用。
利用DeX-Platform可以快速的幫助開發(fā)者實(shí)現(xiàn)基于視覺的機(jī)器人應(yīng)用。同時(shí)DeX-Platform也在不斷的豐富機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)模式，提升機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的速度和性能，幫助您更好的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用需求。
機(jī)器人拖動(dòng)示教及同步復(fù)現(xiàn)功能
DeX-Platform提供完善的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)功能支持，基于EtherCAT總線架構(gòu)的底層系統(tǒng)以及模塊化設(shè)計(jì)的動(dòng)力學(xué)算法庫，使開發(fā)者得以高效的為機(jī)器人本體配備安全協(xié)作、拖動(dòng)示教等先進(jìn)功能，打造新一代工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用產(chǎn)品。
以拖動(dòng)示教功能為例。拖動(dòng)示教功能是機(jī)器人人機(jī)協(xié)作屬性的基礎(chǔ)功能，會(huì)成為未來機(jī)器人系統(tǒng)的標(biāo)配?；诹懔刂萍夹g(shù)可以在不需要外部力矩傳感器的情況下實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)示教功能，大大降低了硬件成本。在EtherCAT總線架構(gòu)的支持下，DeX-Platform提供返回電機(jī)力矩值的功能接口，配合機(jī)器人動(dòng)力學(xué)相關(guān)算法和開發(fā)接口，開發(fā)者可以為各類工業(yè)機(jī)器人本體提供拖動(dòng)示教功能；示教完成后，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑可以同步復(fù)現(xiàn)。
實(shí)現(xiàn)機(jī)器人拖動(dòng)示教功能主要分為三個(gè)步驟：機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模、參數(shù)辨識(shí)以及力矩控制。下面對(duì)這三個(gè)步驟進(jìn)行簡單介紹。
第一步是建立機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型，利用牛頓歐拉法或者拉格朗日法推導(dǎo)出機(jī)器人動(dòng)力學(xué)的解析表達(dá)式。DeX-Platform中包含了用于計(jì)算逆動(dòng)力學(xué)的函數(shù)DynamicTau和只計(jì)算重力項(xiàng)的函數(shù)DynamicGravTau，計(jì)算耗時(shí)都在100us以內(nèi)。
第二步是對(duì)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。DeX-Platform利用EtherCAT總線通信的PDO數(shù)據(jù)反饋得到各關(guān)節(jié)的角度值、速度值和力矩值，結(jié)合相關(guān)算法可以辨識(shí)出未知參數(shù)。其中，關(guān)節(jié)角度值和速度值由電機(jī)編碼器采集，力矩值由電機(jī)電流計(jì)算得到。DeX-Platform的數(shù)據(jù)反饋周期最小可達(dá)0.5ms。圖2是在辨識(shí)過程中某個(gè)關(guān)節(jié)力矩值的部分?jǐn)?shù)據(jù)圖像。
圖2關(guān)節(jié)力矩采集
第三步是力矩控制。將辨識(shí)出的動(dòng)力學(xué)參數(shù)配置到DeX-Platform中，設(shè)置控制模式為拖動(dòng)示教模式。操作人員在拖動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中，DeX-Platform采集運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)，根據(jù)內(nèi)置函數(shù)實(shí)時(shí)計(jì)算出力矩補(bǔ)償值，使得機(jī)器人拖動(dòng)自如。圖3顯示了拖動(dòng)過程中某一關(guān)節(jié)的力矩補(bǔ)償曲線。拖動(dòng)過程中，DeX-Platform提供實(shí)時(shí)記錄各關(guān)節(jié)軌跡的功能，以便示教復(fù)現(xiàn)。
圖3關(guān)節(jié)力矩補(bǔ)償
在DeX-Platform的支持下，各類輕型工業(yè)機(jī)器人都可以輕松獲得協(xié)作屬性，在大大提升機(jī)器人附加價(jià)值的基礎(chǔ)上，可以對(duì)接和完成更多新興應(yīng)用。
銷售模式
DeX-Platform提供靈活的硬件方案，滿足不同情況開發(fā)者的需求。
本體方案：主要提供負(fù)載10kg以內(nèi)的輕型六軸工業(yè)機(jī)器人。
電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：主要提供使用多摩川17位絕對(duì)值編碼的各類伺服電機(jī)，及清能德創(chuàng)驅(qū)動(dòng)器。
控制系統(tǒng)：代客思智能科技自主研發(fā)的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，包含DeX-Platform。
與使用UR機(jī)器人系統(tǒng)、或其他常見國外機(jī)器人系統(tǒng)相比，代客思智能科技提供的方案具備50%以上的價(jià)格優(yōu)勢，且能大幅度提升開發(fā)效率，縮短開發(fā)者驗(yàn)證和部署產(chǎn)品的時(shí)間。
對(duì)接更多人工智能系統(tǒng)和解決方案
代客思智能科技正在與更多機(jī)器人上層智能應(yīng)用解決方案公司合作，幫助他們以最低的成本、最快的速度驗(yàn)證產(chǎn)品，并推向市場；同時(shí)，我們也在與機(jī)器人本體廠商合作，對(duì)更多的機(jī)型進(jìn)行針對(duì)性的適配和開發(fā)，為客戶提供最高性價(jià)比的工業(yè)機(jī)器人開發(fā)系統(tǒng)。
茂名視覺分揀機(jī)器人代客思智能科技會(huì)持續(xù)完善和改進(jìn)DeX-Platform的相關(guān)功能，不斷提供新的功能接口。我們希望在一套通用、開放的工業(yè)機(jī)器人開發(fā)平臺(tái)下，有越來越多的創(chuàng)業(yè)者進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，幫助他們加速實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人的智能化、民用化發(fā)展，共同促成行業(yè)的真正繁榮。
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