東芝創業者之一，人稱“機關儀右衛門”的田中久重，因在日本江戶時代（1603年(nián)-1868年(nián)）制作出“射箭童子”等可(kě)進行(háng / xíng)高難度動作的機器人而(ér)聞名于(yú)世。傳承創業者的“智”造DNA，長久以來，東芝一直緻力于(yú)機器人的開發(fā／fà)事(shì)業。
在“機關儀右衛門”時代，機器人的存在意義僅在于(yú)技術本身，而(ér)現在的機器人開發(fā／fà)事(shì)業主要(yào / yāo)是爲了滿足社會(huì)需求。如(rú)今，21世紀的第一個20年(nián)即将過(guò)去(qù)，東芝究竟研究出了何種“機關”呢，這些“機關”又能(néng)滿足哪些社會(huì)需求呢？
一、機器人高度智能(néng)化，創造未來無限可(kě)能(néng)
随着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)社會(huì)的不斷發(fā／fà)展，勞動人口減少導緻的勞動力嚴重不足已成爲當前社會(huì)的一大難題。勞動力不足的問題遠遠要(yào / yāo)比我們想象的嚴重，它對(duì)各行(háng / xíng)各業都有影響，特别是物流行(háng / xíng)業。近年(nián)來，一個沖擊性詞彙“物流崩潰”出現在了人們的視野，這才讓整個社會(huì)意識到勞動力嚴重不足已成爲刻不容緩的問題。
東芝在解決這個問題的道路上從未停下(xià)腳步。爲滿足制造、流通、物流等行(háng / xíng)業的需求，東芝此前也開發(fā／fà)過(guò)各式各樣的機器人。早在1967年(nián)，東芝就(jiù)開發(fā／fà)出了世界首台具有手寫識别功能(néng)的“郵編自(zì)動讀取分揀機”。該機器與翌年(nián)（1968年(nián)）開始實行(háng / xíng)的郵編制度完美結合，采用(yòng)機械化方式處理長期依靠人工操作的郵包分揀工作，爲處于(yú)快速成長期的日本提供了強有力的支撐。目前，東芝在該領域仍占有較高的市場份額。
1967年(nián)推出的世界首台實用(yòng)手寫郵編自(zì)動讀取分揀機
該“郵編自(zì)動讀取分揀機”采用(yòng)機械化方式代替以前的人工操作，即：“查看收件地址，進行(háng / xíng)分揀作業”，這大幅提高了工作效率。僅從該項操作來看，機械化作業速度遠超人工，且24小時持續作業，無需休息。但是郵政業務的全過(guò)程是“将投遞到郵箱的郵包準确地送達至收件地址”，就(jiù)整個鏈條而(ér)言，仍有很多工作需要(yào / yāo)人工完成。
與郵政行(háng / xíng)業一樣，制造、流通、物流等行(háng / xíng)業也引進了機器人，負責完成各種自(zì)動化作業。盡管如(rú)此， “物流崩潰”仍成爲了一項社會(huì)問題。因爲，“物流崩潰”問題的根源在于(yú)勞動力不足。要(yào / yāo)想解決這一難題，我們需要(yào / yāo)實現更廣泛領域的自(zì)動化，即：需要(yào / yāo)在“必須由人類完成”的作業領域實現自(zì)動化。
二、取代人類作業，機器人必備哪些功能(néng)？
傳統工業機器人擅長重複性作業，換而(ér)言之，它們不擅長根據周圍環境和情況來改變作業内容。這是因爲機器人不具備人類特有的能(néng)力。雖然它們能(néng)夠在預先設想的一定範圍内進行(háng / xíng)判斷作業，但無法實現非定型作業（即：應對(duì)無限增加的新情況，選擇高效方法進行(háng / xíng)作業） 。
爲了讓機器人勝任這種非定型作業，就(jiù)需要(yào / yāo)實現機器人智能(néng)化，即：觀察、思考、行(háng / xíng)動。具體而(ér)言，“觀察”能(néng)力即“識别技術”，“思考”能(néng)力即“規劃技術”，“行(háng / xíng)動”能(néng)力即“機構控制技術”。
但随着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)智能(néng)機器人在作業時與人類的距離的逐漸縮小，在涉及機器人技術開發(fā／fà)時，我們必須确保其(qí)建立在人類安全的“安全設計技術”基礎之上。
人類是通過(guò)視覺和觸覺等感官來感知周圍情況的。爲了讓機器人能(néng)像人類一樣觀察、确認周圍情況，需要(yào / yāo)更高端的“識别技術”。
例如(rú)，想要(yào / yāo)從雜亂堆積、形态各異的物體中正确地抓取目标，這就(jiù)需要(yào / yāo)有“物體輪廓提取技術”的支持，即：正确判斷目标位置存在何種物體，各種物體是如(rú)何放置的。
在判斷物體輪廓的技術領域，東芝的判斷精度已達世界領先水平※1
1V. Pham et al. “BiSeg: Simultaneous Instance Segmentation and Semantic Segmentation with Fully Convolutional Networks”. The Proceedings of the British Machine Vision Conference 2017
這種識别技術對(duì)于(yú)控制“行(háng / xíng)動”的“機構控制技術”而(ér)言，是不可(kě)或缺的信息獲取手段。
傳統的機器人通過(guò)追蹤（識别）導軌及地闆上的标記等實現正确移動。而(ér)在現有的識别技術支撐下(xià)，機器人能(néng)夠對(duì)标準位置與當前位置進行(háng / xíng)比較，判斷出自(zì)身位置，即使在沒有導軌和标記的地方，也能(néng)正确、自(zì)如(rú)地移動。這是機器人自(zì)行(háng / xíng)判斷并繪制最佳路線時必備的功能(néng)。
如(rú)上所(suǒ)述，可(kě)以說識别技術的目标就(jiù)是賦予機器人像人眼一樣的視覺能(néng)力。
通過(guò)識别技術判斷自(zì)身位置。利用(yòng)圖像判斷自(zì)身位置，無需地闆上的導軌或标記
用(yòng)于(yú)“思考”的“規劃技術”是根據識别技術獲取到的信息，讓機器人具備自(zì)行(háng / xíng)思考并行(háng / xíng)動的能(néng)力。
例如(rú)，要(yào / yāo)抓取箱子内的物品時，人類思考的是，想抓取的物品在哪裏(lǐ)，大小及重量如(rú)何，爲避免碰到箱子内側及其(qí)他物品又應該如(rú)何伸出自(zì)己的手臂。
但對(duì)機器人而(ér)言，需要(yào / yāo)規劃動作，即：如(rú)何移動機器人手臂，才能(néng)在不碰撞周圍物品的前提下(xià)，抓取到目标物品。迄今爲止，這個動作規劃一直是在人類指示下(xià)完成的。但是，機器人未來将會(huì)根據自(zì)身收集的信息進行(háng / xíng)思考，規劃動作。這便是規劃技術。機器人制定“動作規劃”時的實現方式是：根據識别技術獲取到的信息，在計算機制作的模型空間内反複模拟操作，規劃出最佳動作方案。
一旦完成“動作規劃”，下(xià)一步就(jiù)是實際“行(háng / xíng)動”了。這種“行(háng / xíng)動”所(suǒ)需的技術就(jiù)是“機構控制技術”。這在人類看來，也可(kě)以說是“用(yòng)于(yú)實現靈巧動作的技術”
爲達到“靈巧動作”的目标，東芝認爲必需具備的最低性能(néng)标準是：通過(guò)模拟操作制定機器人手臂的動作規劃，并按照規劃正确移動機器人手臂。
例如(rú)，人類将貨物放入箱内時，會(huì)把貨物靠着(zhe／zhuó／zhāo／zháo)箱子邊緣放置。爲了讓貨物靠近箱子邊緣，人類會(huì)用(yòng)眼睛觀察并确認箱子邊緣，然後(hòu)将貨物放在靠近箱子邊緣的位置。再緩慢向箱壁推動貨物，感覺到貨物碰到箱壁的反作用(yòng)力時，則确認貨物已靠緊箱子邊緣，此時，才會(huì)松手。
而(ér)讓機器人手臂實現這些人類的無意識動作則要(yào / yāo)複雜很多，需要(yào / yāo)“用(yòng)于(yú)實現靈巧動作的技術”。
具體而(ér)言，就(jiù)是通過(guò)安裝于(yú)機器人手臂上的“力覺傳感器”，檢測出貨物與箱壁的接觸行(háng / xíng)爲，實現動作的靈巧性。
在機器人手臂上安裝能(néng)夠檢測箱壁與貨物接觸行(háng / xíng)爲的“力覺傳感器”後(hòu)，則可(kě)以像人類一樣，将貨物靠緊箱邊放置。
此外，貨物形狀通常也不是固定的。如(rú)果堆積得(dé / de / děi)雜亂無章，則可(kě)能(néng)出現傾斜情況。除貨物大小和形狀外，貨物重量也各不相同。這種差異對(duì)于(yú)人手來說可(kě)以靈活應對(duì)。例如(rú)，改變抓取傾斜物體時的手勢及搬起重物時的姿勢等。爲了發(fā／fà)揮與人類相近的靈巧性，東芝開發(fā／fà)出了具有“複合抓取功能(néng)”的機器人手臂，用(yòng)于(yú)抓取各種形狀的物體。
複合抓取機構，用(yòng)于(yú)抓取大小、重量、形狀各異的物體
三、機器人使用(yòng)安全升級
機器人走向高度智能(néng)化，這讓機器人動作更靈巧，其(qí)目的是：讓機器人取代人類，完成上面所(suǒ)述的“必須由人類完成”的作業。然而(ér)，在其(qí)取代人類後(hòu)我們首先要(yào / yāo)考慮的，就(jiù)是“确保安全性”。
由于(yú)人類與機器人的距離變近，出現事(shì)故的風險增高。爲确保安全性，需要(yào / yāo)将機器人與人類的作業區域分開，并進行(háng / xíng)全面管理。
一直以來，機器人都需要(yào / yāo)人類從旁輔助，以承擔部分作業，機器人的作業區域與人類非常接近。人與人之間即便有接觸，危險性也很小。但人類與機器人接觸，則可(kě)能(néng)引發(fā／fà)重大事(shì)故，因此，爲了确保人類安全，必須引進以ISO13849-1等爲标準的“安全設計技術”。
安全設計技術的基本原則之一就(jiù)是“隔離原則”。即：機器人作業區域和人類作業區域互不幹涉的原則。但存在的問題是：目前機器人隻是取代人類的部分作業，因此，難以實現與人類作業區域互不幹涉的要(yào / yāo)求。
針對(duì)此問題，東芝采用(yòng)“作業區域選擇算法”，爲了實現與人類互不幹涉的要(yào / yāo)求，開發(fā／fà)出了讓機器能(néng)夠選擇作業區域并自(zì)律移動的系統，從而(ér)确保了人類的安全。此外，與AGV（無人搬運車）控制動作的控制器不同，東芝配備了獨立的速度監視模塊，能(néng)夠始終進行(háng / xíng)客觀的監視，判斷“是否在一定速度之下(xià)行(háng / xíng)駛”，以确保安全。
東芝認爲，機器人涉及的所(suǒ)有技術都應建立在确保人類安全的基礎之上。在基礎構思階段，将機器人可(kě)能(néng)傷害人類的悲劇徹底排除，這才是最重要(yào / yāo)的課題。
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