了解计算机视觉在机器人技术中的集成

机器人领域的 AI 正在以惊人的速度发展，人们正在建造能够以更少人工干预执行更复杂任务的机器人。例如，DeepMind's RoboCat 是一款由 AI 驱动的机器人，只需 100 次演示即可学习新任务。然后，RoboCat 可以使用这些输入来生成更多训练数据并提高其技能，在进一步训练后将其成功率从 36% 提高到 74%。像 RoboCat 这样的创新标志着向创造能够以最少人工输入处理各种任务的机器人迈出了巨大的一步。

图 1. DeepMind's RoboCat 的工作原理。

由 AI 驱动的机器人已经在各种实际应用中产生影响，例如亚马逊使用机器人来简化仓库运营，以及在农业中优化耕作实践的 AI 机器人。此前，我们探讨了机器人中的 AI 的总体作用，并了解了它如何重塑从物流到医疗的行业。在本文中，我们将深入探讨为什么机器人中的计算机 vision 如此关键，以及它如何帮助机器人感知和解释周围环境。

视觉系统在机器人技术中的重要性#

机器人中的视觉系统充当机器人的眼睛，帮助它识别和理解其环境。这些系统通常使用相机和传感器来捕获视觉数据。计算机 vision 算法随后处理捕获的视频和图像。通过目标检测、深度感知和模式识别，机器人可以识别物体、评估周围环境并做出实时决策。

图 2. 配备机器视觉的机器人（来源：roboticstomorrow.com）。

视觉 AI 或机器视觉对于机器人在动态和非结构化环境中自主运行至关重要。如果机器人需要拿起一个物体，它应该能够使用计算机 vision 定位它。这是一个非常简单的例子。构建应用程序需要计算机 vision 系统的相同基本基础，使机器人能够在制造中检查产品或以精确度和准确度协助外科手术。通过提供实时决策所需的感官输入，视觉系统使机器人能够更自然地与其周围环境交互，并扩展它们可以处理各个行业的任务范围。

自主机器人计算机视觉的最新进展#

最近，全球范围内对机器人中计算机 vision 的使用有所增加。事实上，全球机器人视觉市场预计到 2028 年将达到 40 亿美元。让我们来看一些案例研究，展示视觉 AI 如何应用于现实世界的机器人应用中，以提高效率并解决复杂问题。

利用视觉 AI 和机器人技术改进水下检查#

水下检查对于保持管道、海上钻井平台和水下电缆等结构的良好状态至关重要。这些检查有助于确保一切安全且正常运行，以防止代价高昂的维修或环境问题。然而，由于能见度差和难以触及的区域，检查水下环境可能会很困难。

带有计算机视觉的机器人可以捕获清晰、高质量的视觉数据，这些数据可以现场分析，或者用于创建正在检查区域的详细 3D 模型。通过将人类专业知识与该技术相结合，检查变得更安全、更高效，并为维护和长期规划提供了更好的见解。

例如，领先的商业潜水公司 NMS 使用了Blue Atlas Robotics 的 Sentinus 远程遥控潜水器 (ROVs) 进行了一次具有挑战性的水下管道检查，其入口浑浊。配备计算机 vision 的 Sentinus ROV 用其十四盏灯照亮了该区域，并从不同角度捕获了高分辨率图像。然后，这些图像用于创建管道内部的准确 3D 模型，以帮助 NMS 彻底评估其状况并做出明智的维护和风险管理决策。

图 3. Blue Atlas Robotics 的 Sentinus (ROVs) 的工作原理。

利用视觉 AI 和机器人精度建造房屋#

在建筑行业中，在应对劳动力短缺的同时保持一致的质量可能具有挑战性。用工业机器人实现建筑自动化提供了一种简化建造过程、减少对人工的需求并保证精确、高质量工作的方法。通过使机器人能够执行实时监控和检查，可以将计算机 vision 技术集成到这种自动化中。具体而言，计算机 vision 系统可以帮助机器人检测材料中的不对齐或缺陷，以仔细检查一切是否正确定位并符合质量标准。

一个很好的例子是 ABB Robotics 与英国初创公司 AUAR 之间的合作。他们共同使用配备视觉 AI 的机器人微型工厂，用板材木材建造负担得起的、可持续的房屋。计算机视觉使机器人能够精确地切割和组装材料。自动化过程有助于缓解劳动力短缺，并通过专注于单一材料来简化供应链。此外，这些微型工厂可以扩展以满足当地需求并支持附近的工作岗位，同时使建筑更加高效和灵活。

图 4. 视觉 AI 驱动的机器人微型工厂。

使用 3D 视觉 AI 实现 EV 充电自动化#

电动汽车充电是机器人中视觉 AI 的另一个有趣用例。利用 3D 视觉和 AI，机器人现在可以自动定位并连接到电动汽车充电端口，即使在户外停车场等具有挑战性的环境中也是如此。视觉 AI 的工作原理是捕获车辆及其周围环境的高分辨率 3D 图像，使机器人能够准确识别充电端口的位置。然后，它计算连接充电器所需的精确位置和方向。启用视觉的 AI 不仅加速了充电过程，而且使其更可靠并减少了对人工干预的需求。

这方面的一个例子是 Mech-Mind 与一家大型能源公司的合作。他们开发了一种 3D 视觉引导机器人，即使在复杂的照明条件下，也能精确找到并连接到 EV 的充电端口。自动 EV 充电提高了商业空间（如办公楼和商场）的效率和充电能力。

图 5. 3D 视觉引导的 EV 充电。

视觉 AI 对机器人应用的好处#

计算机视觉在机器人技术中提供了多种好处，并帮助机器以更高的自主性、精确度和适应性执行任务。以下是视觉 AI 在机器人技术中的一些独特优势：

• 成本效率：通过自动化需要高精度和一致性的任务，视觉 AI 减少了对人工的需求，降低了错误率，并提高了生产力，从而实现长期的成本节约。
• 自适应学习：通过持续的视觉数据分析，机器人可以随着时间的推移提高其性能，从交互中学习，并适应新任务或环境变化。
• 安全与合规：视觉 AI 使机器人能够检测并避开障碍物、识别不安全情况并遵守法规标准，从而提高了与人类一起工作的机器人的安全性。
• 多任务处理：图像分析允许机器人同时处理多项任务，例如在检查物体时对其进行分类，从而提高整体效率。

机器人技术中的计算机视觉挑战#

虽然视觉 AI 为机器人技术提供了许多优势，但也存在与在机器人技术中实施计算机视觉相关的挑战。这些挑战可能会影响机器人在不同环境中的表现以及它们运行的可靠性，因此在规划机器人系统的开发和部署时记住这些挑战非常重要。以下是在机器人技术中使用计算机视觉的一些关键挑战：

• 与其他传感器的集成：视觉系统通常需要与 LiDAR 或超声波传感器等其他传感器协同工作。确保这些不同的传感器顺利协作以提供对环境的完整理解是一项复杂的任务。
• 实施成本：开发和部署先进的视觉系统可能会很昂贵。平衡实施视觉 AI 的成本与预期收益是许多组织面临的挑战。
• 数据的质量和可用性：机器视觉系统依赖于大型数据集进行训练，但获取高质量、已标记且能准确代表机器人各种情况的数据可能很困难。如果数据较差或不完整，可能会导致模型准确性降低以及机器人性能不佳。
• 跨条件的可靠性：计算机视觉系统需要可靠并在各种设置（如室内和室外环境）中保持一致的表现。然而，在不频繁进行调整或人工干预的情况下确保这种耐用性可能很困难。

视觉 AI 正在塑造下一代机器人#

视觉 AI 正在改变机器人与环境互动的方式，赋予它们曾经无法想象的理解和精度水平。我们已经看到计算机视觉在制造业和医疗保健等领域产生重大影响，机器人正在处理越来越多的复杂任务。随着 AI 的持续发展和计算机视觉系统的改进，机器人的能力上限也在不断提升。机器人技术的发展不仅仅在于先进技术，更在于创造能够与我们协同工作的机器人。随着机器人变得越来越有能力，它们可能会在我们的日常生活中扮演更重要的角色，开辟新的机会，并使我们的世界更加高效和互联。

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