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IkeaBot: MIT發表自己學習如何組裝IKEA家具的機器人

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想像一下我們買IKEA家具回家自己組裝的時候,通常都會先把說明書丟在一旁,直接開始東拼西湊,嘗試這塊板子跟那塊柱子能不能拼起來。這時候不禁感嘆,如果有個機器人可以自動幫我們把家具組裝起來該有多好。今年MIT的團隊ICRA 2013發表了一套能夠自己推敲出如何組裝IKEA家具的系統:IkeaBot。這套系統最特別的地方在於,機器人事先並不知道這個家具組裝起來是什麼東西,而是靠一個Geometric Planner從家具零件的幾何資訊(比方說桌腳有幾根、有幾個孔、幾個螺絲等等)推理出一個合理的組裝結果。合理的組裝結果必須滿足兩個條件,第一,每個零件都必須被用到;第二,每個孔都必須被其他零件連接起來。接著,這個團隊設計的另一個Symbolic Planner會根據組裝結果輸出一連串組裝的步驟。最後系統把這些步驟分配到不同的機器人上,比方說有的機器人負責抓零件,有的機器人負責栓緊螺絲,藉著數個機器人的合作把家具組裝起來。

下面的影片展示了幾個KUKA youBots如何在沒有人類操控的情況下合作組裝一個IKEA Lack table


這套系統雖然還很陽春,拿到現實生活中也是無法幫我們組裝太複雜的家具。但這個研究的價值在於,IkeaBot在對於結果(組裝後的成品)完全沒有任何了解的情況下,他們設計的系統完全透過機器人自己對環境的認知(零件基本資訊跟數量)來找出解決問題的答案,並且產生一個可以讓不同機器人合作的方案來增加效率。如此一來機器人具有更高的自主性,在不同的環境下依舊能夠以同一套原則解決問題。這個團隊還計畫讓整個系統更有彈性,讓IkeaBot組裝更複雜的東西。此外,他們也希望讓機器人執行更複雜的合作,並且讓不同種類的機器人能夠同時合作完成一件工作。

參考資料

  1. MIT Robots Can Assemble Your IKEA Furniture For You, Evan Ackerman, IEEE Spectrum Robotics Blog
  2. IkeaBot: An Autonomous Multi-Robot Coordinated Furniture Assembly System, Ross A. Knepper, Todd Layton, John Romanishin, and Daniela Rus, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) 2013

圖片來源

  1. IkeaBot: An Autonomous Multi-Robot Coordinated Furniture Assembly System, Ross A. Knepper, Todd Layton, John Romanishin, and Daniela Rus, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) 2013
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Rapyuta: 機器人也要漫步在雲端

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RoboEarth團隊近日宣布推出機器人雲端平台Rapyuta。Rapyuta是一個針對機器人所設計的Platform-as-a-Service (PaaS)開源framework,主要的目的有兩個。第一是提供遠端的運算資源,機器人可以把需要大量運算〈但不需要即時得到結果〉的工作〈例如辨認物體是什麼〉交給遠端的平台。第二是透過雲端提供強大的學習資料庫(Knowledge Database),不管是靠機器學習或是彙集人類的知識,幫助機器人完成更多人類的日常工作。舉例來說,當機器人需要辨識物體的時候,只要把物體的影像傳回雲端平台透過上面的資料庫搜尋出答案,不需要把所有的資料都存在客戶端機器人上面。客戶端機器人只需要擁有基本的運算能力跟sensor蒐集現場的資訊,利用Rapyuta建立強大的後端運算資源跟資料庫來分析出有用的資訊,因此可以大大節省機器人的製造成本跟大量運算所帶來的耗電量。當然,這樣的平台意味著機器人極度依賴穩定的網路傳輸,占用大量的網路頻寬。一旦後端系統無法提供穩定的服務,機器人就失去該有的功能,而這些後端的支援又不是客戶端機器人所能控制的,所以在這種框架下,如何提供可靠的基礎設施(infrastructure)保證客戶端機器人能夠維持運作是一大課題。以目前的網路設施而言,要利用雲端系統來做到即時影像辨識甚至建構地圖是有困難的,因為當前的網路速度可能無法負荷如此大量的資料傳輸。比較可行的應用是上傳一張影像,用雲端資料庫快速地辨識物品,幫助機器人選擇抓取(grasping)物品的策略。隨著整體科技的進步,相信雲端能夠開始幫助機器人完成更多更複雜的工作,讓我們距離Skynet的夢想又向前邁進一步了!

RoboEarth的目標是建立一個機器人用的網路(a World Wide Web for robots),一個可以讓各種機器人共享的知識庫,讓機器人像人類一樣能夠彼此互相學習,執行更複雜的工作,改善人類與機器人的互動。Rapyuta是RoboEarth計畫底下的版圖之一,從RoboEarth的架構圖下可以得知,Rapyuta就是RoboEarth的Cloud Engine,扮演客戶端機器人與後端RoboEarth Database的橋梁。關於RoboEarth更詳細的資訊,可以參考這篇IEEE Robotics and Automation Magazine的文章RoboEarth – A World Wide Web for Robots

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Rapyuta的官方影片說明Rapyuta在現實生活中的使用情境。

參考資料

  1. D. Hunziker, M. Gajamohan, M. Waibel, R. D’Andrea, ‘Rapyuta: The RoboEarth Cloud Engine’, IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) 2013
  2. http://rapyuta.org/rapyuta-the-roboearth-cloud-engine
  3. http://www.roboearth.org
  4. Cloud Robotics Engine Goes Live with Rapyuta Service

圖片來源

http://www.roboearth.org


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HRI 2013: 人與機器人互動學術研討會

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隨著機器人產業的發展,機器人已經開始走出傳統的工業機房,而進入一般社會大眾的生活環境。這種轉移代表著,不再只有專業技術的人可以接觸機器人,一般民眾將會有越來越多與機器人互動接觸的機會。普羅百姓如何跟機器人在日常生活環境中自然有效地互動?而機器人又如何扮演改善人類生活環境,提升工作效率的角色呢?

一年一度的學術研討會 Human-Robot Interaction (HRI)聚集了世界各地的研究人員,包含機器人學家,電腦科學家,認知語言學家,心理學家等,一起探討機器人與人類之間的互動。這個研討會是由 ACM 和 IEEE 共同主辦,今年是第八屆會議,每年的開會地點由亞洲,歐洲,北美,輪流舉行。今年HRI研討會主題是Robots as Holistic Systems,在日本東京科學未來館(Miraikan)舉辦,為期四天(3/3~3/6),包括第一天的workshops和接下來三天的主會議。今年的與會人數超過300人,主要來自於日本,美國,和歐洲國家。亞洲區以日本與韓國在此領域和研討會較為活躍。今年的HRI研討會沿襲著歷年的慣例維持著低錄取率(24%),接受26篇會議文章,目標是維持高水平的研究發表。不同以往的是,今年首度把HRI期刊文章(Journal of Human-Robot Interaction)也列入口頭發表,共有7篇期刊文章被收入。

今年的最佳會議論文(Will I bother here: A robot anticipating its influence on pedestrian walking comfort)是來自日本ATR(Advanced Telecommunications Research Institute Interactional)和大阪大學合作的研究團隊,主要在探討機器人如何在狹小人潮擁擠的環境中選擇最適合的位置,例如在百貨公司的樓層中,機器人應該選擇哪個位置與民眾互動。當機器人出現在這樣的環境中,往往會吸引不少民眾圍觀,如果機器人選擇的位置不適當,將會造成人潮過度擁擠而影響百貨業者生意或造成一些不感興趣的民眾移動不便。該團隊首先研究人群如何在類似的環境走動,然後根據這些資料設計一個模型(model)讓機器人可以在類似的環境中模擬人群的移動,進而選擇適當位子。這個研究將會有助於機器人在公共空間的使用與應用。

除了主會議之外,HRI會議也有許多有趣新奇的展示demo。今年最佳demo (Robotic wheelchair moving alongside with a companion) 來自於日本埼玉大學,展示一個機器化輪椅如何自動地與人肩並肩移動(見以下圖片),其動機來自於高齡化社會的需求,如何讓使用者坐在輪椅上,可以自動地與他的親朋好友或看護人員並肩地移動,而不需要雙手的操縱。如此的設計將使使用者有更多的機會與他的隨行人員互動,而不只是專注於輪椅操控。
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其他有趣的demo還包括一個利用不同動作(motion)來改變外形的球狀機器人(見下圖),使用者可以快速甩動手臂來改變機器球的形狀。
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可攜帶式的隨身機器人Teroos。這個機器人可以讓在遠方/遠端的使用者(例如,家人親友)看到你看到的視野,簡單的說就是可以分享你的生活經驗給不在你身邊的遠端使用者。
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這種"共享經驗"的概念似乎受到越來越多重視。今年展示中就有兩個握手(肢體接觸)機器人/界面。實體接觸帶來了不一樣的互動模式和感受,至於是好是壞則是見仁見智。筆者現場的經驗是跟機器界面握手感覺很詭異,很不自然。
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另外一個有趣的機器人是來自Bossa Nova Robotics的輪球式平衡機器人(見下圖),上面可加裝平板電腦提供遠端操縱的功能。這種可遠端登入操縱的機器人,近年來有增加的趨勢,主要是為了縮短距離所帶來的阻隔,例如在不同地點的工作夥伴可以利用這種機器人,讓合作關係更密切更有效率。之後我們也將會有專題介紹這類型機器人。
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會議的最後,由日本知名機器人設計和製造家 高橋智隆(Tomotaka Takahashi) 的closing keynote做結,講題為The creation of a new Robot era。
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演講一開始,高橋智隆便展示他最新的機器人Robi。Robi是一個小型互動式人形機器人,直立約35公分,重約一公斤。

Robi目前並沒有商業量產,想要收藏的民眾,必須購買Robi雜誌,每一期雜誌會伴隨著一小部份的零件組,並且教受如何組裝,當訂閱完整齊的雜誌,將可以組裝完成一支與影片中一樣的Robi機器人。該雜誌於去年十月開始發行,據高橋智隆所說,創刊號不到一天內即銷售一空,可見其受歡迎程度。除了Robi之外,高橋智隆也展示了一些他過去所製造的機器人。最令筆者印象深刻的是這個他為Panasonic所製造的小型機器人Evolta,該機器人主要目的是用來顯示Panasonic的電池續航力。為此證明,Evolta搭載著Panasonic的電池完成了24小時的賽跑和爬升美國大峽谷的任務。請見以下廣告影片。


高橋智隆強調機器人不在於大小,而在於他是否能發會他的用處與留在人們的心中。他所製造的機器人想必正在日本社會中發散著這樣的力量!

今年的HRI會議順利地在日本東京結束了。各國的研究人員帶著滿滿的收穫與靈感回到各自研究領域,並相約明年見。明年的HRI會議將在德國Bielefeld舉辦。對於HRI有興趣的讀者也請繼續閱讀,本網誌將繼續為大家介紹HRI領域的新研究與發展。

圖片來源

http://humanrobotinteraction.org/2013/


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Grishin Robotics – 專注於機器人消費性產品的風投公司

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Grishin Robotics是來自俄羅斯的創投公司,2012年成立,總部設在紐約,主要目標在投資消費型機器人產品的創業公司。創辦人Dmitry Grishin是來自俄羅斯的網路創業家,目前同時是俄羅斯最大的科技公司之一Mail.Ru Group的CEO。在網路產業擁有多年經驗的Dmitry Grishin為何在這個時候想要跳進機器人產業呢?

IEEE Spectrum去年跟Grishin做了一次專訪,Grishin解釋他一直都夢想著將機器人的應用帶入日常生活中〈Grishin大學時期在Moscow State Technical University的主修是Engineering跟Robotics〉。他認為當今的機器人產業就像1980年代的PC產業跟1990年代的網路產業,各方面的技術逐漸成熟,而且這類的科技產品逐漸從政府跟研究機構走入一般人的生活當中,是一個即將爆發的產業。但是許多科學家跟工程師擁有很棒的技術,卻始終無法推出消費者真正需要的產品。同時目前的投資環境對機器人的創業公司並不是非常有利,許多投資人對投資機器人產業的信心還不足,因此這些公司很難取得資金。Grishin希望藉由自己在網路產業的經驗,幫助機器人公司利用現有的技術轉化成對顧客真正有用的產品,改善整個產業的環境。除了產品設計的構思,Grishin強調當今的機器人產業也亟需人才、技術、資金、跟好的產業環境彼此整合,形成一個完整的生態體系,如果擁有資金的人願意投資,技術人才能夠得到足夠資源,投注時間心力去開發出色的產品。反過來說,如果越來越多公司成功在這個領域開拓新市場,也會增加投資人的信心投入更多資金。有些公司無可避免地會失敗,但最終總有些會成功,這個產業必須經歷不斷成功失敗汰換的過程才會進步。

Grishin Robotics的投資重點將放在Personal Robotics的產品。Dmitry Grishin特別強調,他所認知的機器人領域分成三大類:軍用機器人〈Military Robotics〉、工業用機器人〈Industrial Robotics〉、跟一般家用服務型機器人〈Service Robotics〉。Grishin認為只要是給一般人用的Service Robot都可以稱作Personal Robot,例如醫療用、教育、交通等等,所以他們投資的範圍其實非常廣。此外,投資對象以略具規模的小型創業公司為主,Grishin預期被投資的公司大約有二十個工程師,並且已經開發出產品的雛形,但是需要注入資金來協助公司成長〈scale〉。Grishin認為小型創業公司比較容易激盪出創新,因為小公司不會有太多營運的負擔,不需要疲於應付客戶,能夠把資源專注於產品上。這種創新的能量,對於推動機器人產業發展非常重要,因此他才把投資重點放在這類的公司上。初期他們預計操作兩千五百萬美金的資金,目標是投資10到20間公司,每個公司獲得的資金從美金一百萬到五百萬都有可能。

介紹了半天,到底Grishin Robotics投資了哪些公司呢?根據Grishin Robotics在Crunchbase上的profile,目前已知有三間公司獲得他們的投資。第一間Double Robotics的產品將iPad與類似Segway的移動平台結合,變成一個可以到處跑的iPad機器人。2012年12月,Robot App Store從Grishin Robotics得到一筆美金二十五萬的資金。Robot App Store致力於提供機器人的應用平台,就像智慧型手機一樣,使用者可以下載各式各樣的軟體應用程式用於自己的機器人。此外,2013年2月Techcrunch報導Grishin Robotics投資了一間波士頓的硬體公司孵化器Bolt 〈同時一起投資的還有Logitech跟Autodesk〉。Grishin說根據他們過去半年的經驗,有些創業公司有很棒的點子,但是需要外界的引導,這個時候接受VC的資金對他們來說太早了,所以他們認為像Bolt這種孵化器是很好的出發點。Bolt提供為期六個月的輔導專案,讓硬體創業公司得到專業Mentor的訓練指導,同時擁有良好的工作環境跟設備。

如果你有好的點子,心動不如馬上行動,趕快到這裡申請Grishin Robotics的資金!

參考資料

  1. Grishin Robotics Has $25 Million to Invest in Robot Startups, IEEE Spectrum
  2. Mail.ru CEO Starts $25 Million Fund To Spark Personal Robotics Start-Ups, TechCrunch
  3. RobotAppStore Raises $250K From Grishin Robotics To Take The App Distribution Model To The World Of Robots, TechCrunch
  4. Grishin Robotics Invests In Boston-Based Incubator, Bolt, TechCrunch

圖片來源

  1. http://grishinrobotics.com


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Willow Garage

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時至今日,機器人似乎始終只是存在於科幻小說的情節。要說目前最貼近我們日常生活的機器人,直覺想到的可能是iRobotRoomba。Roomba像是個超級聰明的吸塵器,但跟一般人印象中的機器人還是有點距離。就算現在科技已經如此發達,我們還是很難想像家中有個機器人可以完全聽懂我們說話,每天幫燒飯洗衣完全取代人類工作。不過不用著急,現在有越來越多公司正在努力把機器人的夢想與現實的距離大幅縮短,希望能夠讓機器人的技術在我們生活中發揮更大的影響力,Willow Garage正是其中之一。

Willow Garage是一間成立於2006年的機器人研究中心,由前Google早期員工Scott Hassan創辦,總部位於加州的Menlo Park。Willow Garage致力於開發個人用機器人(Personal Robots)的軟硬體,透過Open Source以及統一的軟體介面,促進Personal Robotics產業的發展。該公司最著名的產品是他們專門針對機器人平台而開發的Open Source軟體ROS (Robot Operating System),以及機器人PR2 (Personal Robot 2)。除了生產機器人與軟體開發,Willow Garage同時也是個學術單位。他們雇用了一批科學家在此進行各項Robotics的研究,自成立以來已經發表多篇學術論文。他們的研究領域偏向人型機器人所需要的基礎技術,包括Grasping/Manipulation、Human-Robot Interaction、Motion Planning、Robot Perception、Task Planning。

ROS – Robot Operating System

ROS是Robot Operating System的簡稱,但是ROS並不是真正的管理process或memory的作業系統,而是一個專為機器人應用而設計的framework,可以安裝在不同的作業系統上 (例如Ubuntu)。2009年ROS的開發團隊在ICRA(IEEE International Conference on Robotics and Automation)發表了一篇文章ROS: an open-source Robot Operating System介紹ROS,其中提到機器人軟體的開發主要有幾項挑戰。第一,不同的機器人需要用到許多不同種類的硬體設備。第二,機器人平台上的程式涵蓋範圍非常廣,同一個平台上的程式可能包含低階的驅動程式,到非常高階的認知、影像識別等等,沒有一個人擁有足夠的知識獨立完成所有的程式。因此,機器人的軟體架構必須能夠支援大規模分散式的開發跟整合環境。

為了克服上述的困難,ROS團隊基於以下幾個原則設計出ROS:

  1. Peer-to-peer
  2. Tools-based
  3. Multi-lingual
  4. Thin
  5. Free and open source


ROS的世界是由以下四種基本單位所構築而成:

  1. Nodes – 處理運算的單位。
  2. Messages – node與node彼此之間的通訊就是message。
  3. Topics – node可以subscribe他需要的資訊。
  4. Services – 每個service包含一個name跟一組嚴格定義好的message request跟message response協定 (類似網路協定http)。同一個name的service只能被一個node所發布。

基於這些原則,ROS提供一個極簡的平台,讓使用者依據需求開發大量的工具跟模組依附在ROS上。開發者可以更專注於他們的研究主題,並且重複利用已經開發的軟體,並且很容易地將新的工具整合到已經存在的機器人平台上,同時ROS也提供許多簡單的介面方便除錯。例如某個PhD研究生想要測試他新設計的機械手臂演算法,把演算法實作在ROS上的一個node,每次修改程式之後只需要重新啟動機械手臂的node,整個機器人平台的其他程式(例如相機、影像識別等等)還是可以維持在運作的狀態。ROS從2008年開始到現在,已經累積龐大的社群,在ROS的wiki上可以看到ROS被移植到許多機器人上面。

PR2

PR2是Willow Garage推出的第一個人型機器人(Humanoid Robot),最初是Stanford的研究計畫PR1演變而來的。PR2的造價不便宜,如果全套設備買下來,官網訂價是$400,000。其中包含兩隻機械手臂跟手掌、一個可以移動的底座、一套sensor系統(camera、IMU、LIDAR等等)、兩台Xeon伺服器(八核i7處理器,24GB記憶體,2TB硬碟)、網路介面(WiFi跟Ethernet)、還有Power System等等。PR2上面的軟體則是運行Willow Garage自家開發的ROS。為了推廣PR2的研究與應用,Willow Garage於2010年宣布免費提供11台PR2給11所學校與研究機構。過去兩年這11個單位各自利用PR2開發了許多有趣的應用跟研究。例如UC Berkeley利用PR2研究如何讓機器人完成洗衣服的一連串步驟,包括把衣服拿進洗衣機,洗好之後把一件件衣服拿出來摺好。

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PR2的官方簡介影片。



UC Berkeley利用PR2研究如何讓機器人摺衣服。

TurtleBot

除了PR2之外,Willow Garage即將陸續推出新款機器人TurtleBot。TurtleBot是一個簡易的mobile robot平台。以iRobot Create為底座,上方利用Kinect當作perception的工具,上面運行的系統不用懷疑就是ROS。

Willow Garage = Robotics Startup Incubator

除了自己開發機器人軟硬體,Willow Garage同時也是一個機器人公司的孵化器。目前已經有七間公司從Willow Garage獨立出來:

  1. Industrial Perception Inc. – 將perception技術整合到工業用機器人。
  2. OpenCV – Computer Vision跟Machine Learning開源函示庫。
  3. Open Perception Foundation – 致力於2D/3D Sensor資訊處理的開源軟體。
  4. Open Source Robotics Foundation – OSRF是非營利組織,致力開發維護推廣用於機器人平台的開源軟體。ROS目前是OSRF底下的project。
  5. Redwood Robotics – Meka、Willow Garage、SRI合資成立的公司。目標產品為工業用的manipulator。
  6. Suitable Technologies – 研發遠端機器人(Remote Presence)的技術。
  7. HiDOF Inc. – Willow最新的spin-off。目標是推廣robotics的技術跟工具於商業上的應用。成員來自ROS的開發團隊。

結語

以上是關於Willow Garage簡單的介紹,未來還會有更多專文詳細介紹Willow Garage不同的產品跟開源軟體。

參考資料

  1. ROS: an open-source Robot Operating System
  2. Willow Garage Giving Away 11 PR2 Robots Worth Over $4 Million, Erico Guizzo, IEEE Spectrum Robotics Blog
  3. Redefining Automation with Willow Garage’s latest Spin-off: hiDOF, Inc , Robotics Business Review

圖片來源

http://www.willowgarage.com/pages/about-us/press-room