第二十一單元A篇：物流機(jī)器人技術(shù)1.物流機(jī)器人技術(shù)的現(xiàn)狀研究表明，目前80%的倉庫是手動(dòng)操作的，沒有配套的自動(dòng)化操作系統(tǒng)。這些倉庫通過為現(xiàn)有的工作人員提供良好的布局設(shè)計(jì)、移動(dòng)式物料搬運(yùn)設(shè)備以及不斷提升的信息技術(shù)，來滿足提高生產(chǎn)率和吞吐量的需求。目前，大約有15%的倉庫是機(jī)械化的倉庫。使用除了機(jī)械化技術(shù)以外，這些倉庫或配送中心也使用某種類型的物料搬運(yùn)自動(dòng)化設(shè)施，如輸送機(jī)、分揀機(jī)、到貨分揀機(jī)和其他機(jī)械化設(shè)備，以進(jìn)一步提高現(xiàn)有勞動(dòng)生產(chǎn)率。雖然這些系統(tǒng)的部分組件（ASRS/AGV/shuttles）可以準(zhǔn)確地視為機(jī)器人的一種類型，但通常不屬于目前本文所討論的機(jī)器人系列的同一類型。研究發(fā)現(xiàn)，目前只有5%的倉庫是自動(dòng)化的。今天的現(xiàn)實(shí)是，這些自動(dòng)化倉庫通常處于高度機(jī)械化的環(huán)境，但在一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)中仍然需要人工操作。一個(gè)典型的例子就是現(xiàn)代分揀中心，它比之前的分揀中心有更高的生產(chǎn)率和準(zhǔn)確性。即使有了所有這些先進(jìn)的技術(shù)，在大型分揀中心，仍可能有1,000多名員工花很多的時(shí)間在裝卸卡車、處理包裹、集裝箱以及手動(dòng)分揀尺寸特殊的物品上。2.拖車和集裝箱卸貨機(jī)器人在歐洲和美國銷售的許多商品都是在亞洲制造的，這些商品中的大多數(shù)都是用標(biāo)準(zhǔn)化的集裝箱進(jìn)行越洋運(yùn)輸?shù)摹榱斯?jié)省運(yùn)輸成本，這些貨物中的大部分都裝在集裝箱的底板上，并在沒有托盤的情況下一直堆放到天花板上。當(dāng)集裝箱到達(dá)港口時(shí)，將其裝載到卡車上并被送往配送中心。到達(dá)后，集裝箱內(nèi)的貨物通常由人工卸載、分揀并堆放在托盤上，以便儲(chǔ)存在倉庫中。這一勞動(dòng)密集型的手動(dòng)操作過程可能需要幾個(gè)小時(shí)。類似地，許多長途包裹的卡車也是從低到高地疊放，沒有托盤，卸貨需要大量勞動(dòng)力。為了解決這一問題，2003年DHL及其業(yè)務(wù)和研究合作伙伴開發(fā)了一種新的包裹機(jī)器人的原型——（如圖21.1所示），該機(jī)器人主要由以下部件組成：底盤、伸縮式傳送帶、3D激光掃描儀，以及由鉸接機(jī)械臂和抓取器組成的抓取系統(tǒng)。機(jī)器人被安置在集裝箱前面卸貨，并采用激光掃描所有箱子。而后，一臺(tái)集成計(jì)算機(jī)分析包裹的各種尺寸，并確定最佳卸載順序。機(jī)器人撿起一個(gè)箱子，把它放到傳送帶上，傳送帶將物品從集裝箱中運(yùn)出，然后進(jìn)入分揀中心。圖21.1DHL包裹機(jī)器人資料來源：DeutschePostDHLGroup；機(jī)器人在工作時(shí)向前移動(dòng)，直到整個(gè)卡車的卸載工作完成。DHL從未在其網(wǎng)絡(luò)上推廣這一概念，因?yàn)樵?003年，該項(xiàng)技術(shù)還不夠成熟，無法實(shí)施。盡管如此，DHL的創(chuàng)新包裹機(jī)器人向世界證明了機(jī)器人卸貨是可能的，此后幾家公司進(jìn)一步發(fā)展了這一概念。一家名為Wynright的美國公司目前出售一種卡車卸貨機(jī)器人。與DHL包裹機(jī)器人一樣，它以每小時(shí)500多個(gè)包裹的速度將箱子卸載到可伸縮傳送帶上。與DHL機(jī)器人不同的是它使用低成本攝像機(jī)來定位包裹，而不是更昂貴的激光掃描儀。隨著時(shí)間的推移，隨著相機(jī)、計(jì)算機(jī)和機(jī)械臂的不斷改進(jìn)，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)該變得更具成本效益、更快、更可靠。3.固定式揀貨機(jī)器人傳統(tǒng)的倉庫工作人員通常會(huì)花大部分時(shí)間在倉庫周圍走動(dòng)，目的是收集訂單所需的所有物品。在亞馬遜的人工倉庫里，一個(gè)分揀員每班可能走7到15英里。如前所述，為了通過減少步行時(shí)間節(jié)省勞動(dòng)力，亞馬遜收購了制造移動(dòng)機(jī)器人的Kiva公司。這些機(jī)器人可以揀起一個(gè)貨架上的貨物，并將整個(gè)貨架交給停留在一個(gè)位置的揀選者，有效地將這些人轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ǖ难b配線工人。揀選者選擇到所需的物品后，架子移開，另一個(gè)架子過來取而代之。這種所謂的“貨到人”的揀貨概念可以在當(dāng)今市場(chǎng)上的幾種技術(shù)中找到，例如Swisslog的CarryPick移動(dòng)系統(tǒng)，如圖21.2所示。在某些情況下，通過這些系統(tǒng)可以減少步行，節(jié)省倉庫揀貨工人50%的勞動(dòng)力。目前，這些系統(tǒng)中的大多數(shù)都是資金密集型的，需要連接貨架、軌道、機(jī)器人穿梭機(jī)、電梯和輸送機(jī)的網(wǎng)絡(luò)。即使在這項(xiàng)投資之后，他們?nèi)匀恍枰罅康娜肆淖詣?dòng)提供的塑料手提袋或移動(dòng)貨架上挑選物品。圖21.2到貨分解機(jī)概念資料來源：Swisslog；雖然這些系統(tǒng)節(jié)省了步行時(shí)間，但相對(duì)較大的勞動(dòng)力仍在從事從一個(gè)容器中拾取物體并將其放入另一個(gè)容器的重復(fù)性工作。除了極其無聊之外，這對(duì)操作員來說也不是最符合人體工程學(xué)的；操作者必須反復(fù)執(zhí)行同一組動(dòng)作，且任務(wù)變化非常有限。那些生產(chǎn)大型貨物至分揀機(jī)物料搬運(yùn)系統(tǒng)的公司將此問題視為將機(jī)械臂引入其系統(tǒng)的一個(gè)機(jī)會(huì)。德國SSISchaefer公司就是一個(gè)例子，該公司提供一種稱為“機(jī)器人拾取”的產(chǎn)品。這是一個(gè)典型的固定式工業(yè)機(jī)器人，用螺栓將其固定在傳統(tǒng)機(jī)器人的工作單元內(nèi)。該機(jī)器人使用攝像機(jī)來識(shí)別塑料手提袋中的物品，該塑料手提袋由SSISchaefer的一個(gè)大型自動(dòng)手提袋存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)運(yùn)送到工作單元。一旦機(jī)器人找到物品，就會(huì)把它揀起來，放在一個(gè)小的緩沖輸送機(jī)上，最終將物品放到一個(gè)單獨(dú)的運(yùn)輸箱中。SSISchaefer聲稱，根據(jù)產(chǎn)品特征和訂單情況，這種機(jī)器人每小時(shí)可以揀取2400件物品。目前，該系統(tǒng)似乎最適用于小型矩形產(chǎn)品，如DVD和藥盒。4.移動(dòng)揀貨機(jī)器人與貨物分揀系統(tǒng)不同的是一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人，它可以像人一樣在傳統(tǒng)的倉庫貨架上駕駛并分揀物品。幾家初創(chuàng)公司目前正在研發(fā)能夠做到這一點(diǎn)的機(jī)器人。IAMRobotics是一家總部位于美國的小公司。該公司目前正在開發(fā)一種移動(dòng)機(jī)器人，這機(jī)器人頂部有一只手臂和一個(gè)攝像系統(tǒng)，可以在現(xiàn)有倉庫中導(dǎo)航，從貨架上揀取物品，并將其放入訂單手提袋中。該系統(tǒng)首次在紐約的一家制藥倉庫進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，在測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，它能夠從40種以前從未見過的物品中挑選測(cè)試訂單。下一步，機(jī)器人將在一個(gè)更普通的貨物倉庫進(jìn)行測(cè)試。將首次與倉庫管理系統(tǒng)（WMS）集成，并拾取實(shí)時(shí)訂單。IAMRobotics希望在2016年某個(gè)時(shí)候推出其系統(tǒng)的商業(yè)版。FetchRobotics公司是一家資金雄厚的初創(chuàng)公司，該公司還開發(fā)了一種機(jī)器人，可以在倉庫里四處走動(dòng)，從貨架上揀取物品。它的主要機(jī)器人稱為Fetch，它可以伸展軀干到達(dá)上層貨架，而一個(gè)小型的輔助機(jī)器人稱為貨運(yùn)機(jī)器人，可以幫助抓起提包，F(xiàn)etch會(huì)將物品揀入其中，如圖21.3所示。每個(gè)Fetch機(jī)器人可以有幾個(gè)較小的貨運(yùn)機(jī)器人支持揀貨過程。敏捷的貨運(yùn)機(jī)器人可以在倉庫內(nèi)快速地從一個(gè)區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)區(qū)域，而速度較慢的取貨機(jī)器人可以待在一個(gè)過道內(nèi)，專注于揀貨。這樣就有效地創(chuàng)造了一個(gè)混合的貨物揀選方法和傳統(tǒng)的手工揀選的概念。FetchRobotics還打算單獨(dú)銷售較小的貨運(yùn)機(jī)器人；對(duì)于取貨機(jī)器人來說太復(fù)雜的作業(yè)，貨運(yùn)機(jī)器人可以用來協(xié)助倉庫工人進(jìn)行作業(yè)。圖21.3取貨和運(yùn)貨資料來源：FetchRobotics；5.聯(lián)合包裝和定制在許多情況下，定制過程包括打開一盒產(chǎn)品，取出物品，做一些簡單的事情，比如貼上標(biāo)簽，然后將物品包裝回盒子中。這些過程通常并不困難；它們只會(huì)占用空間，需要大量勞動(dòng)力。成為一個(gè)好的聯(lián)合包裝商的關(guān)鍵是靈活性，因?yàn)槊刻於家馕吨褂貌煌漠a(chǎn)品并做出稍微的修改。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人沒有這種靈活性，所以大多數(shù)協(xié)同包裝都是手工完成的。在本文的前面，我們提到了RejectionRobotics公司的機(jī)器人Baxter，如圖21.4所示。讓我們更詳細(xì)地描述一下Baxter，以突出說明該機(jī)器人的一些特殊之處。Baxter是一個(gè)協(xié)作機(jī)器人，其設(shè)計(jì)目的在于讓它能夠在人的周圍進(jìn)行安全工作。它的雙臂是塑料的；它的關(guān)節(jié)中有彈簧和傳感器，可以在手臂撞到任何東西時(shí)關(guān)閉手臂。Baxter的頭部有一個(gè)傳感器，可以掃描機(jī)器人周圍，如果有人靠近它，機(jī)器人就會(huì)減速；Baxter有三個(gè)內(nèi)置攝像頭，用來識(shí)別和揀取物品。Baxter插上一個(gè)普通的墻上插座后，一個(gè)很少或根本沒有受過培訓(xùn)的人就可以在幾分鐘內(nèi)完成安裝。RethinkRobotics可以根據(jù)需要自動(dòng)為機(jī)器人下載軟件進(jìn)行更新以提高其性能。2014年6月的一次更新使機(jī)器人的速度和精度提高了一倍。Baxter設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)是創(chuàng)造一個(gè)普通人只需抓住機(jī)器人的一只手臂并引導(dǎo)它完成一項(xiàng)簡單任務(wù)即可完成訓(xùn)練過程的機(jī)器人。這將允許Baxter“學(xué)習(xí)”這項(xiàng)任務(wù)，并一遍又一遍地執(zhí)行。所有這些功能現(xiàn)在都可以以每臺(tái)機(jī)器人30000美元的低價(jià)獲得。圖21.4DHL亞太創(chuàng)新中心的Baxter；資料來源：德國郵政DHL集團(tuán)從理論上講，Baxter應(yīng)該是完美的聯(lián)合包裝，因?yàn)樗畛跏菫樯a(chǎn)線末端包裝應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。DHL已經(jīng)購買了幾臺(tái)Baxter機(jī)器人，目前正在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中評(píng)估該系統(tǒng)。Baxter是反思機(jī)器人技術(shù)的第一代模型，盡管它以前所未有的方式融合了創(chuàng)新理念和新技術(shù)，但測(cè)試表明它還不能處理所有常見的協(xié)同打包任務(wù)。最近，該公司開發(fā)了第二臺(tái)機(jī)器人，名為Sawyer。該機(jī)器人應(yīng)該能夠解決Baxter所不能解決的問題，同時(shí)還保持了Baxter積極有利的方面。時(shí)間會(huì)告訴我們，是Sawye還是Baxter會(huì)在市場(chǎng)上取得成功。與Baxter特一樣，DHL不久將對(duì)Sawye進(jìn)行測(cè)試，以確定其在物流領(lǐng)域的地位。6.家庭投遞機(jī)器人2015年11月，英國倫敦一家名為星艦科技（StarshipTechnologies）的初創(chuàng)公司宣布將開始制造和銷售包裹遞送機(jī)器人，如圖21.5所示。由Skype最初的兩位聯(lián)合創(chuàng)始人發(fā)起。該公司已經(jīng)擁有強(qiáng)大的資金和一支工程師團(tuán)隊(duì)。雖然現(xiàn)在只是在原型階段，但是Starship團(tuán)隊(duì)的夢(mèng)想很遠(yuǎn)大。他們正在開發(fā)一種小型移動(dòng)機(jī)器人，可以在人行道上以6公里/小時(shí)的速度行駛，并將包裹直接送到消費(fèi)者手中。機(jī)器人能夠攜帶相當(dāng)于兩個(gè)購物袋的物品，設(shè)計(jì)目標(biāo)是在30分鐘內(nèi)完成從本地集散中心或零售點(diǎn)向消費(fèi)者交貨的任務(wù)。客戶將能夠從簡短而精確的交貨期中進(jìn)行選擇，這意味著貨物將在適合他們的時(shí)間到達(dá)。在送貨過程中，購物者將通過移動(dòng)應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)跟蹤機(jī)器人的位置，到達(dá)后，只有顧客才能用手機(jī)解鎖貨物。機(jī)