2018-10-19 16:45:31 來源：產業(yè)智能宮
Rethink是工業(yè)協(xié)作機器人這個門類的開創(chuàng)者，也曾經是眾多機器人研究者和從業(yè)者們重點關注的一家企業(yè)。它的誕生、發(fā)展和最終失敗，對于許多人都有著非常高的參考價值。事件本身可以從任何角度解讀，而Rethink的成敗得失真的不是三言兩語能說清的。從我個人的角度，這更多的是一個商業(yè)故事而不是技術故事。在里面你能看到一切生意場中的經典拼圖，偉大的構想、光輝的前景、激進的設計、延誤的開發(fā)、錯失的機會、重生的希望、急切的策略、絕望的自救，以及最后最經典的，無情的商業(yè)邏輯。即使身為很多事情的親歷者，也不敢說了解事情的全貌。眼看機會一個個錯過，從不甘到惋惜，到現(xiàn)在也只能淡然。我輩能做的，就是踩著前人肩膀砥礪前行，盡力不掉進同一條河。在此，我將一些所思所見記錄下來，如果能對自己、也對同道中人有一丁點的啟發(fā)，便不枉了。
Baxter!
圖：Baxter機器人
從第一天起，Rethink的愿景就是做出便宜的、好用的機器人。創(chuàng)始團隊瞄準的不是現(xiàn)在大家耳熟能詳?shù)墓I(yè)機器人市場，而是小作坊、全手工的小工廠這一類有自動化需求但無法負擔整條生產線升級的潛在客戶，他們也許只想引入一兩臺機器人，保留大部分工人，而不對生產線進行全面的改造。也因此，構想中的產品也并不是傳統(tǒng)的工業(yè)機器人，而是一個擁有與人相似能力、相似常識的、對環(huán)境有相當感知能力的、可以與人肩并肩工作的、人可以將其引為同伴的機器人伙伴，也就是我們后來所說的協(xié)作機器人。而這也就是為什么Baxter會擁有一個在很多人看來完全不可思議的基礎架構：兩個七自由度、臂展一米的機械臂，一張可以轉動、可以點頭的臉，而在不那么明顯的地方，頭上和手腕上各有一個攝像頭，頭頂一圈還有十二個超聲波傳感器，這些都是為了讓他擁有更多與人相似的感知能力和反應能力，能夠更好地和人協(xié)作，同時讓人可以更容易地將其作為伙伴而不是工具。事實上這一策略也一直達到了目的 ---- 所有使用者在談起B(yǎng)axter和Sawyer時，都會擬人化地用“他”來指代機器人，而談及其他機器人時，無一例外都只會用到“它”。
所以要達到上述目標，機器人的基本特征也就固定了下來：便宜、易用、安全。后來Rethink所有機器人最鮮明的特點：價格低廉，拖動示教，碰撞檢測，其實都是這三點的一些體現(xiàn)罷了，卻不是全部。
很美好對吧？這樣一個機器人，其最初構想的售價是多少呢？5000美元。即使考慮通脹，2008年的5000美元也并不算多，要達到上述構型，其對成本控制的要求之高可想而知。（而后來我們果然看到其官方目標價格從5000到10000，到20000，到最后全套成品要接近30000美元。）那么如果是你，要達到這樣嚴苛的成本要求，你會怎么做？
機器人的成本之所以透明，主要就是因為電機、減速機、伺服驅動器三大件的價格其實沒什么水分。Rethink的團隊并不是神，他們想到的辦法跟你我是差不多的，那就是采用便宜的電機，加上便宜的齒輪箱，外加自己開發(fā)通信協(xié)議和電機控制系統(tǒng)，同時使用開源的ROS。便宜的電機就只好選低扭矩高轉速的；至于減速箱，諧波太貴，肯定要自主設計一套便宜的，那么性能就肯定很低、體積肯定很大，而背隙么，就只能假裝看不見了。到這里，第一個先天缺陷已經很明顯：基礎性能受到硬件條件的限制，速度、重復性、精確度等關鍵性能的上限都已經被限制住了。實際上Baxter后來成為產品后所具有的一系列缺陷，在這里已經種下了原因。許多人認為的SEA關節(jié)的剛度過低的缺陷，其實是被Baxter的齒輪箱的背隙給誤導了……
為了讓機器人看上去更像人，兩條機械臂都設計成了7軸，這不是問題，但是由于J1的關節(jié)扭矩不足，無法支撐起整條手臂維持在一個抬起的狀態(tài)，在“腋窩”處加上了輔助支撐用的彈簧。事實證明，這兩根彈簧也引入了很大的變數(shù)，或者說他們本身就是變數(shù)。至少在當年，這些低成本的彈簧其機械性能的樣本偏差大到了我們無法想象的地步，同時隨著使用時數(shù)的增加，其性能會發(fā)生不可預測的非線性改變，這是控制組和機械組一直無法填上的又一個天坑。
同時，別忘了SEA中的SE這兩個字母，扭矩傳感器在其中可是最核心的部分。為了降低成本，不出意外的自行設計了一個C型彈簧，但是坑爹的是，其固定點只有C型兩端，這導致了一系列的強度和傳感性能問題，一個cross talk足夠把進度再拖慢至少幾周，甚至更長。
所以到現(xiàn)在為止我們得到了什么？一臺還算便宜的、本體性能實在不算好的機器人，而且其性能隨著時間會有未知的變化……我們能拿他做什么呢？
嗯嗯嗯，看到這里很多人都會認為Rethink是一群傻子組成的，而實際上他們（不包括當時的我）是一群相當聰明且有經驗的家伙，你覺得上面這些問題他們會在設計之初完全沒料到嗎？當然不會，而他們的解決方案至少在當時看來，還是很有希望的，那就是 - 視覺。廉價機械臂的性能當然會很差，而且很不一致，但只要有靠譜的視覺引導，仍然*應該*可以從一堆靜態(tài)的或者在傳送帶上移動的物體中瞄準一個然后將其成功抓取。大家看出來了，這就是機器人學家們公認易學難精的Visual Servo。
到此為止一切順利，但是成本控制又一次成功制造了障礙。Baxter的三個攝像頭用的都是WebCam同款成像模組，你沒看錯，沒有任何深度信息，而且其樣本方差之大令人咋舌，分辨率也實在不算高。好在我們的俄國科學家同志用精湛的數(shù)學推導最大限度的彌補了這個缺陷，同時一個測距器（洗手間水龍頭下面那種自動出水用的測距器，數(shù)據(jù)可靠性大家可以盡情猜測一下）提供一個點的深度信息，至于這個點是在物體上還是在桌面上，祝你好運。那么來自傳感器的圖像有了，下面一步就該識別了。無需多言，2008年的圖像識別和2018年相比可以說是兩個世界，而況我們當年想做的就是用一個勉強算是HD的視頻流去精確識別、定位流水線上幾乎所有可能出現(xiàn)的物體，四位MIT博士絞盡腦汁，仍然在這個任務面前遇到了無法逾越的障礙，不是由于能力不足，而是在當年這實際上是個不可能完成的任務，保守的講，即使現(xiàn)在也恐怕很難有人有信心做到。好在大量的物體不是圓形就是方形，總能找到Baxter能識別的物體，所以雖然成功率暫時達不到工業(yè)生產的要求，Baxter還是能完成一些任務（的Demo）。
隨著（反復延期的）發(fā)售日期的臨近，一個日益明顯的事實是，視覺引導的抓取實在效率不高，我們需要盲取盲放來提升節(jié)拍和降低循環(huán)時間。而要盲取盲放，視覺所能提供的糾正就完全不存在了，這時我們會怎么樣？答對了，我們掉進了最初因為成本控制而給自己挖的坑 - 機械臂的性能太差了！
此時Baxter 已經馬上要發(fā)售，性能的大幅改進已經不可能了。投放市場后，初期的熱度過后其本身的性能缺陷被越來越多的暴露出來，原本設想的與人直接互換式的使用模式并沒能在真實世界中得到驗證，而同時來自傳統(tǒng)小型化機械臂的競爭，令他無法在工業(yè)機器人領域找到容身之處。也因此他最成功的領域剛巧和PR2相同 - 教育和科研。這個市場對低成本、多傳感器的設備有著非常大的偏好，同時對性能和可靠性要求很低，Baxter在這里找到了最適合的市場。但這個市場又能有多大呢？起碼比原本的目標市場要小很多。也因此整個公司經歷了裁員的陣痛后，馬上便頭也不回的轉入了下一版硬件的開發(fā)。
Baxter是無可爭議的第一款協(xié)作機器人，然而它留下的卻是一個不太成功的案例，相反，其余的一些機器人企業(yè)在同期將他們的小型機械臂用協(xié)作的概念重新包裝后卻獲得了相當?shù)某晒?。個人認為，幾件事情是值得思考的：
1. 領先半步是天才，領先一步是瘋子。激進的產品設計（極低成本硬件、用軟件彌補性能）實際上是當時的技術所無法支持的愿景。而比傳統(tǒng)機器人小、輕、安全一點點的小型機械臂實際上只比當時市場上的其他產品領先半步，境況卻好得多。
2. 任何機器人產品首先必須是合格的、能做事的機器人，然后增加的亮點才有意義。只有亮點不能完成任務的機器人是沒有用的。換句話說，滿足需求之后噱頭才能加分。
3. 從一開始就為了達到某個極低成本目標而設計的產品，往往在連串妥協(xié)之后無法控制住成本，同時在其他方面（如性能）引入更多的妥協(xié)。
4. 貿然采用大量自主設計的、未經驗證的核心元器件，對研發(fā)過程帶來的風險遠大于收益。
5. 堆積大量傳感器沒有意義，除了增加宣傳噱頭，徒增成本和可靠性風險，夠用的傳感器（數(shù)量、種類）就是最好的。
Sawyer!
圖：Sawyer機器人
痛定思痛，Sawyer實際上是一個遠比Baxter保守的產品，后退了半步，進行了重大更新的構型實際上擯棄了原來的思路，更向單一目的的小型工業(yè)機械臂靠攏，伺服電機+諧波的方案讓基礎的性能有了最低保障，仍然非常堅硬的傳感器也幫助機械臂的整體靜態(tài)剛度維持在一個較高的水平。起碼這一次，重復精度總算降到了亞毫米級。同時吸取了上次的教訓，這次終于用了知名大廠的工業(yè)級機器視覺攝像頭模組……當然，老朋友成本控制還在線，所以為了抵消新的傳感器成本，仍然用了高轉速低扭矩的廉價電機，諧波前面加上了一級減速齒輪導致整個減速比達到了3、400，帶來的直接后果就是重復精度稍微下降以及其他一些大大小小的影響，不過跟Baxter相比仍然是天淵之別。起碼紙面看上去，硬件素質可以接近競爭對手了。同時，大幅縮小的外形尺寸和精湛的工業(yè)設計令其在保持了家族化語言的同時變得更加性感、漂亮。從早期市場的反饋來看，在Baxter并不能算完全失敗的教育、科研領域的表現(xiàn)的支撐下，大家對Sawyer在工業(yè)方面的應用仍然維持了相當高的期待。
然而，這次的Nemesis不再是愿景指導下的成本控制，而是時間，投資人的耐心逐漸耗盡，換句話說，留給Rethink的時間不多了。
平心而論，Rethink其實非常幸運，多少初創(chuàng)企業(yè)根本沒有被給予第二次機會，然而任何事情都有代價，這次的代價，就是需要在最短的時間內拿出扭轉局面的產品，打開營收通道，也就是要早一點開始賣貨。而要早一點開賣，就要壓縮研發(fā)的周期。如果由你來負責，你會在每次迭代中優(yōu)先壓縮哪個環(huán)節(jié)？提示：每次迭代包括設計、制造、測試，之后再更新設計和重新制造并測試。
對，和你想的一樣，測試環(huán)節(jié)被壓縮了。實際上每次迭代都是設計完上一版連制造還沒完就開始設計下一版，中間的Verification幾乎被完全省略。這樣做似乎可以在早期加快進度，但是出來混總是要還的，前面欠的賬，總要在后面某個地方連本帶利的吐出來。這件事情的影響稍后再說。
整機性能測試也直到研發(fā)的中后期才正式介入，也因此我們得到的性能實際上是探索式測試的成果 – 此前甚至沒有人知道這些漂亮的機器人能做到什么程度。出來的測試結果不太令人滿意，但是這時候再對硬件進行重大修改的余地已經很小，加上確實比Baxter強太多，性能上的提升還是可以捏著鼻子接受的。當然，與傳統(tǒng)機械臂相比略低的性能導致對工作環(huán)境也就是Fixture的要求比原來Baxter時代的設想要高了很多，統(tǒng)計下來，一臺機器人實施過程中的Fixture成本與機器人是同一數(shù)量級，有時偏多，大部分時候偏少。
機器視覺的引入是一個新的亮點，拋棄了WebCam之后，新的完整機器視覺解決方案令整個視覺組長出一口氣 - 終于不用伺候原來那個鬼東西了！放置的位置改到了腕部，避免了永遠被夾具遮擋的窘境。新的攝像頭成像素質高得多，而且整體組裝精度很好，作為高精密系統(tǒng)的一部分是完全合格的，同時，嚴格吸取了上次教訓的我們并沒有一頭沖進形狀識別這個大坑，而是先從簡單得多的標定機器人本體位置開始 – 這回總算是在向著一個可能的目標邁進。然而，一個問題其實不太好回答：為什么別家的機器人上少有直接集成機器視覺攝像頭，而是主要依照任務需求來臨時添加呢？是大家都沒想到嗎？有這個可能，但有沒有別的可能呢？
一開始事情看上去確實好了很多，稍后，當我們再次小心翼翼的踏進物體識別這個領域，試圖從傳送帶上抓取一些PCB時，發(fā)現(xiàn)成功率并不令人滿意，從成像圖中可以看到物體在特定距離上在甚至肉眼可見的范圍內變得模糊，這說明鏡頭的景深并不能覆蓋如此大的距離。好吧，既然如此，我們可以讓物體盡量保持在特定的距離上，雖然會犧牲一些超大或者超小的物體，但還是先以完成他能完成的工作為主吧。那么鏡頭的景深范圍是多大呢？理論上，幾十公分的范圍還是有的，可是實際上幾臺機器人的表現(xiàn)卻并不一致。出了什么問題？
我們都知道光學原理是不變的，特定的鏡頭與傳感器組合其形成的景深是可以計算的，在此景深內的鏡頭分辨率超過傳感器分辨率，即可認為成像都是清晰合格的。然而，我們要求鏡頭在特定距離上聚焦，在供應商那里翻譯過來的要求就是，在特定距離上的測試靶成像清晰，這樣的結果就是所有鏡頭實際上對焦距離都不一致，只是它們的景深剛好都覆蓋我們要求的那個距離而已……換句話說，同一批機器人有些可能近視，有些可能遠視，而且無法從原始校準數(shù)據(jù)中獲得任何線索，這個發(fā)現(xiàn)很是驚呆了一批人。
而事實上，至少到相當近的最近，最高效的機器視覺方案仍然是基于外置攝像頭針對特定應用進行優(yōu)化的方案，不然視覺廠商開發(fā)那么多不同種類的硬件和高度可擴展的軟件就完全失去意義了。一個內置的固定攝像頭可以解決的問題是有限的，很多時候還是外置的視覺方案更加精確、高效且成本更低。而圍繞這個內置的攝像頭要規(guī)劃許多開發(fā)資源，除了市場語言，獲得的回報卻暫時成疑。
除了視覺，受益于整機性能的提升，足夠精確且高帶寬的力覺控制也變成了一個可選的方向?？煽氐牧τX可以實現(xiàn)例如摸索、嘗試這類只有人類才具備的能力，這對于彌補性能的不足有益處，同時，配合一定的自主學習，對于機器人適應半結構化的、經常改變的工作環(huán)境有相當大的意義。無需多言，這個方向的開發(fā)難度要大很多，我們放在這個方向上的名校研究生、博士數(shù)量一點也不比當年的視覺要少。但這必將是一個長期的過程，本質上是基于一個夠用的平臺去進行基礎研究的探索。
不論如何，與Baxter相比，Sawyer的目標要更明確、思路要更清晰、產品的呈現(xiàn)也更接近實際的需求。此時的Sawyer已經基本達到了一般小批量生產階段的平均水平，現(xiàn)在要考慮的是把他賣出去，工業(yè)機器人的傳統(tǒng)市場包括美國國內、日本和歐洲，這些地方當然都是要覆蓋的。除此以外呢？
China!
此時已經是2015年，公認的中國工業(yè)機器人元年是2014年，也就是說整個機器人產業(yè)此時的目光都聚焦在中國，實際上在那前后的中國機器人市場年增長率一直在40%-70%左右，在這個時候進軍中國市場，是一個非常自然的選擇。
由于各種國情的存在，與其他成熟市場相比，中國市場是一個非常獨特的市場，但它大體上仍然遵循基本的市場經濟法則，那就是好東西能賣出去，壞東西賣不出去。而且更利好的一點是，由于市場規(guī)模巨大和層次多樣，在這里稍微差一點的東西也是能賣出去的，只要你的價格不是那么反智，生存下來是沒問題的。可就在這樣一個市場里，Rethink的產品在早期的喧囂過后也仍然一直沒能打開局面，為什么呢？
原因自然很多，外國企業(yè)落地的水土不服、價格的定位、競爭對手的應變都是重要的原因。但說穿了，與在世界其他地方遇到的挑戰(zhàn)相同，那就是與現(xiàn)有產品相比的差異化沒有實際體現(xiàn)在應用中。前面提到過，Rethink的系列產品三個最大的要素就是安全、易用、價格低，但是在一個全民追求效率，恨不得全上無人工廠的國度，安全性的意義并不特別明顯；易用性在機器人對工作環(huán)境的要求提升下，相比現(xiàn)有產品的優(yōu)勢并不大，加上性能畢竟還是有一點差距，這點優(yōu)勢被進一步縮?。欢鴥r格方面也由于機器人市場整體的價格下降，很多時候反而變成了劣勢。此時，如果產品仍然擁有足夠的差異化，則還可以有足夠的說服力。然而Sawyer的兩個新加入的特點：視覺和力覺，分別由于上述的原因，并沒有形成有效的戰(zhàn)斗力。那么還剩下什么？
沒什么了。
可是對中國市場的資源傾斜并不是短時間內能調整的，這導致了對更加成熟、機會更大的美日歐市場的投入相對較少。后期的重心逐漸轉向了歐日，在歐洲特別是德國取得了相當?shù)倪M展。但產品新發(fā)布時最好的機會已經錯過，從這個角度來說，進軍中國的時機實際上是不成熟的，或者說當時的整個公司從人員到產品都還沒有做好準備，當然這純屬事后諸葛亮。
Software, and..
雖然Rethink一直聲稱自己是一個軟件公司，“只是剛好制作機器人”，但其早期軟件一切為流程簡化進行優(yōu)化的特點讓它并不適合工業(yè)領域的絕大多數(shù)應用。在產品部門的不懈努力下，整個團隊終于從早期追求易用的窠臼當中爬了出來，另起爐灶開發(fā)了全新的、更適合工業(yè)用戶的軟件，新軟件只保留了經典的表情和拖動示教，但其內核思維完全轉向了工程師而不再是生產線上機器人身邊的工友。同時，軟件功能的更新也配合了逐步轉向歐洲市場的步伐。相比較而言，當時的歐洲市場確實對應該如何正確使用一個工業(yè)機器人產品有更多的經驗，他們幾乎不需要被教育，也很少需要被啟發(fā)，他們明確知道自己要用工業(yè)機器人來做什么，因此在歐洲的應用要比其他地方快得多也容易得多，許多機器人被放到了生產線上，開始實現(xiàn)真正的價值。不過我們早就知道，上帝不但喜歡擲色子，喜歡開玩笑，還有著非常好的記憶力……剛才有什么東西是要稍后再說來著？
沒錯，測試。更具體來說，關鍵組件的長效性和可靠性測試。還記得省略掉的測試環(huán)節(jié)嗎？當時只針對最關鍵的零部件做了壽命測試，但對使用這些關鍵零部件的組件卻并沒有足夠的重視，理由是其他設備都是采購來的，其供應商應該負責保證它們的壽命，聽上去是個足夠好的理由來縮減時間并且加快速度對吧？然而，預計的機器人整機使用強度是按照美國國內的5 x 8小時，到了歐洲卻要適應非人的7 x 24，這些潛在的隱患就很科學地爆發(fā)出來。可靠性理論不會騙人也不會扭曲，假設一個每臺系統(tǒng)中復用5次的組件，即使單個組件數(shù)千小時的MTBF也足夠讓整機MTBF下降到數(shù)百小時，而加上多臺系統(tǒng)在同一個環(huán)境中工作，更會讓整個機隊的可靠性下降到完全無法接受的程度。
實際上整個測試環(huán)節(jié)，不論軟件還是硬件都是一個非常吃力不討好的工作，對于公司內部其他團隊來說，很容易認為產品做好了與測試無關，產品做砸了全是測試的鍋，同時這個環(huán)節(jié)耗時最長，要想加快速度，這是個砍時間的easy target。但是，人可以選擇無視某些東西，科學規(guī)律不會，上帝也不會。
Demise, and new hopes
這時已經到了17、18年，后面的故事大家都可以想象，在反復落空的收購傳言中越來越多的人離開，剩下的人也不知所措。實際上直到周二，所有人的認知都是Rethink會被某個公司以極低的價格收購 – 即使被賣掉也比關門好不是嗎？可惜，商業(yè)邏輯永遠是無情的，在周三回頭看去，很多最后階段的希望不過是一廂情愿。當然，這也是事后諸葛亮。
Rethink倒了，由于受眾對技術的關注往往高于對產品和定位的關注，甚至在機器人圈中對于其核心技術SEA也有幾個常見的誤解：
剛度低？不一定，至少可以不很低。
性能差？不一定，至少可以不差。
成本高？不一定，至少可以不很高。
那么Rethink的問題是技術問題嗎？個人認為不是。從來也不是技術問題，而是產品問題。企業(yè)的核心邏輯是，把一個產品（注意是合格的產品）用什么價格賣給誰。如前所述，一個實業(yè)企業(yè)應該先做出有用的產品，再把它做得更好，而不是反過來。Rethink的核心問題是沒能將其產品與其他產品的不同轉化成使用者能夠實際感受到的益處。即使我們避免了上述研發(fā)過程中的所有陷阱，我們也最多成為一個能自立的公司而不是我們夢想中的成功的公司，除非這個關鍵問題能被解決。
Rethink十年留下了無數(shù)的故事，這里能講的也只是其中很小一部分。許許多多的人為了同一個愿景在其中付出了艱苦卓絕的努力，取得了驚人的成就，至少，Rethink這個名字會隨著協(xié)作機器人一起寫入科技史，成為我們這個時代有限的永恒的一部分。我很幸運在這十年中的超過一半時間里，與這些英雄們并肩奮斗。即使Rethink已經成為歷史，即使我在那之前早已離開，我們共同尋找到的精神卻會一直傳承下去。我的許多朋友們現(xiàn)在Boston Dynamic、Amazon、Google這樣的知名企業(yè)服務，也有許多在Prime、Realtime這樣的初創(chuàng)企業(yè)中以各自的方式推動著各自所在行業(yè)的變革。至于我自己，我很幸運地與博靈機器人的一群同樣優(yōu)秀的年輕人在一個全新的領域，書寫著屬于我們自己的歷史，并且希望能讓歷史成為傳奇，這會是一段全新的冒險，咱們下次再聊。
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