自動(dòng)化機(jī)器人系統(tǒng)將承擔(dān)危險(xiǎn)的倉庫作業(yè)

Spidernaut

這只被稱為“蜘蛛俠”（Spidernaut）的蜘蛛是2005年設(shè)計(jì)制造的原型機(jī)器人團(tuán)隊(duì)中的一員，其任務(wù)是在月球上組裝太陽能電池陣列。該任務(wù)的目標(biāo)不僅是讓這些機(jī)器人完成手工操作，還要讓這些機(jī)器人在沒有人類指導(dǎo)的情況下開展相互協(xié)同性工作。

“一只600磅重的蜘蛛能去哪里？她想去哪兒就去哪兒?！边@只被稱為“蜘蛛俠”（Spidernaut）的蜘蛛是2005年設(shè)計(jì)制造的原型機(jī)器人團(tuán)隊(duì)中的一員，其任務(wù)是在月球上組裝太陽能電池陣列。該任務(wù)的目標(biāo)不僅是讓這些機(jī)器人完成手工操作，還要讓這些機(jī)器人在沒有人類指導(dǎo)的情況下開展相互協(xié)同性工作。為了達(dá)到這一目標(biāo)，工程師們需要將多個(gè)已經(jīng)進(jìn)行過任務(wù)優(yōu)化的機(jī)器人進(jìn)行編隊(duì)，找到能夠從頭到尾指導(dǎo)整個(gè)操作的應(yīng)用軟件。這項(xiàng)工作目前也還在持續(xù)進(jìn)行，參與“蜘蛛俠”（Spidernaut）及其團(tuán)隊(duì)工作的研究人員也將有關(guān)經(jīng)驗(yàn)帶入相關(guān)商業(yè)領(lǐng)域，這些軟件可實(shí)現(xiàn)倉庫內(nèi)及其他地方各種困難、危險(xiǎn)和枯燥的體力作業(yè)的自動(dòng)化操作。

外觀略兇猛的“蜘蛛俠”（Spidernaut）的任務(wù)是爬上支撐太陽能電池陣列的桁架，并將太陽能電池板安裝在需要安裝的地方?！霸谫|(zhì)量給定的情況下，要想獲得最大面積，桁架的質(zhì)量就得更小”，美國國家航空航天局（NASA)約翰遜航天中心改變游戲規(guī)則開發(fā)項(xiàng)目的軟件、機(jī)器人及仿真部門的首席技術(shù)專家Rob Ambrose解釋說?！罢l最適合爬上網(wǎng)狀桁架？當(dāng)然是蜘蛛?！痹搱F(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了一個(gè)可以用扭矩工具固定關(guān)節(jié)的六肢機(jī)器人，以及肢體如細(xì)卷須的裝有攝像頭的第三類機(jī)器人。

為如此不同的三類機(jī)器人設(shè)計(jì)軟件，并驅(qū)動(dòng)其完成如此復(fù)雜的任務(wù)，是一項(xiàng)艱巨的工作。因此，這個(gè)由美國噴氣動(dòng)力試驗(yàn)室和蘭利研究中心資助、Ambrose領(lǐng)導(dǎo)的NASA團(tuán)隊(duì)向卡內(nèi)基梅?。–arnegie Mellon）大學(xué)的計(jì)算機(jī)編程團(tuán)隊(duì)尋求幫助。Fred Heger即是此團(tuán)隊(duì)中的一員。在參與此項(xiàng)目時(shí)，F(xiàn)red Heger還是卡內(nèi)基梅?。–arnegie Mellon）大學(xué)的一名研究生，他回憶說，“眾多的挑戰(zhàn)之一就是確保機(jī)器人按序完成各項(xiàng)任務(wù)，你可不想讓你的機(jī)器人困在半完工的建筑中而無法出來?！?/p>

Ambrose說，在2005年的短短9個(gè)月時(shí)間里，NASA和卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的團(tuán)隊(duì)一直在研究這三種機(jī)器人原型及其驅(qū)動(dòng)軟件。雖然該計(jì)劃最終在機(jī)構(gòu)優(yōu)先權(quán)轉(zhuǎn)移期間被取消，但Ambrose說，“許多關(guān)鍵部件的應(yīng)用技術(shù)促成了NASA后續(xù)設(shè)計(jì)的多個(gè)機(jī)器人的多項(xiàng)創(chuàng)新應(yīng)用?！?/p>

Heger也在這項(xiàng)工作中受益，他現(xiàn)在是Vecna Technologies公司（位于馬薩諸塞州劍橋）的一名高級(jí)研究員。該公司最近推出了一套可在倉庫中移動(dòng)物品的機(jī)器人，而該產(chǎn)品的研發(fā)有一部分就是基于Heger之前為NASA所做的工作?！敖裉烊藗?cè)趥}庫里所使用的商業(yè)化設(shè)備，其功用已趨完善，但是它們?nèi)孕枞藶閰⑴c其操作和控制，而我們公司通過應(yīng)用基于人工智能的計(jì)算機(jī)、傳感器和機(jī)器人軟件，使這些傳統(tǒng)的需人為操作的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化?！盫ecna Technologies公司的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席創(chuàng)新官Daniel Theobald解釋道。“有了這個(gè)系統(tǒng)，就好比在許多簡易的機(jī)器人駕駛員面前，安排了一名機(jī)器人主管，這個(gè)主管能夠告訴機(jī)器人駕駛員該去哪里，”他說。Heger在其研發(fā)過程中應(yīng)用的軟件可直接追溯至他當(dāng)年為NASA研發(fā)的軟件。“數(shù)學(xué)關(guān)系和模型都是相同的，只是編寫了新代碼，使其在更現(xiàn)代化的框架中得以應(yīng)用。”Theobald解釋道。

Vecna Technologies公司的自動(dòng)化套件軟件主要用于貨運(yùn)倉庫等場所，這類場所通常需要將一輛卡車中的貨物分裝至其他不同的貨運(yùn)卡車中。Heger解釋說，它雖然已是一個(gè)高度自動(dòng)化的、配備有傳送帶和掃描機(jī)的系統(tǒng)，但是隨著電子商務(wù)的繁榮，人們購買的各類奇形怪狀的東西也迅速增加，即使這些東西不能放在傳送帶上分類，航運(yùn)公司也得運(yùn)輸這些貨物。例如，需要通過人力將卷起的地毯或自行車從卡車卸載到推車上，然后再通過人力將推車推到出發(fā)配送的卡車處，最后還需通過人力將其裝載到配送的卡車上。而Vecna Technologies公司的智能機(jī)器人可以自行駕駛推車和其他設(shè)備，于是就只需通過人力進(jìn)行裝卸。并且，由于軟件可驅(qū)動(dòng)多個(gè)機(jī)器人，因此，可以最有效的方式在整個(gè)倉庫中傳送包裹，從而加快整個(gè)裝運(yùn)過程?！斑@個(gè)軟件知道所有卡車的位置及包裹堆放點(diǎn)。它可根據(jù)已知需求，以及預(yù)測或掌握的需求模式，將機(jī)器人指派需要它們的地點(diǎn)，”Heger解釋說，并指出這是一項(xiàng)人類并不太擅長的問題解決方式。他補(bǔ)充說，該軟件還可使這些機(jī)器人幫助人們提高工作效率，因?yàn)樵撥浖梢允冀K使工人有空車可裝，不必等候。

▲“蜘蛛俠”（Spidernaut）是NASA約翰遜航天中心設(shè)計(jì)的機(jī)器人團(tuán)隊(duì)中的一員，其任務(wù)是在月球上自主組裝太陽能電池陣列。Vecna Technologies公司的高級(jí)研究員Fred Heger將其高超的編程技藝應(yīng)用于此項(xiàng)目，開發(fā)了一個(gè)確保機(jī)器人以最優(yōu)順序完成任務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)

除了提高工作效率，機(jī)器人還可顯著減少事故的發(fā)生，而這些事故每年會(huì)造成數(shù)千人受傷?！拔覀?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)經(jīng)過安全認(rèn)證的系統(tǒng)，使其能夠進(jìn)行單重、雙重和三重檢查。如果機(jī)器人有較大概率發(fā)生碰撞，系統(tǒng)會(huì)在碰撞發(fā)生之前將其自動(dòng)關(guān)閉?！边@意味著，即便機(jī)器人系統(tǒng)將物體從A點(diǎn)運(yùn)送至B點(diǎn)的效率和成本與人工相同，但在減少事故方面，它仍遙遙領(lǐng)先，Heger說。

目前，Vecna Technologies公司與美國一家重要的航運(yùn)公司簽訂了合同。他們認(rèn)為該系統(tǒng)軟件在倉庫以外的市場也有著巨大應(yīng)用潛力。“我們系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)之一就是不需要全新的設(shè)備。您可以將我們的傳感器和軟件添加到現(xiàn)有設(shè)備中，整個(gè)系統(tǒng)便成為機(jī)器人系統(tǒng)”，Theobald解釋說。Heger說，“公司設(shè)想有一天，你在辦公室看到的任何東西，都是機(jī)器人從其產(chǎn)地運(yùn)送到你門口的。這僅是戰(zhàn)略的一部分：我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人系統(tǒng)可以在任何車輛上工作——托盤搬運(yùn)車、叉車、高爾夫球車，以及各類大/小車，任何移動(dòng)的東西都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。”

我們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人系統(tǒng)，可以在任何車輛上工作，包括托盤搬運(yùn)車、叉車、高爾夫球車，以及各類大/小車，任何移動(dòng)的東西都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

—— Fred Heger, Vecna Technologies公司（本文譯自NASA Spinoff 2018報(bào)告）

▲Vecna Technologies公司利用基于NASA項(xiàng)目的專業(yè)知識(shí)，為商業(yè)倉庫設(shè)備研制出“自動(dòng)化套件”，以實(shí)現(xiàn)包裝處理等作業(yè)的自動(dòng)化。“自動(dòng)化套件”中的軟件主要用于實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)器人協(xié)同工作，從而確保機(jī)器人系統(tǒng)能夠以最有效的方式在倉庫中進(jìn)行包裹運(yùn)輸

Ambrose認(rèn)為，這類系統(tǒng)對(duì)NASA的計(jì)劃也是至關(guān)重要的。他說：“我們正在考慮將人們送入外太空，這個(gè)挑戰(zhàn)最好通過預(yù)先部署的機(jī)器人來完成。第一次進(jìn)入外太空就讓人類參與，這并不劃算?！倍覚C(jī)器人還可以在人類未到訪之前，在無人條件下進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，還能為落地后的宇航員提供幫助?！耙虼耍現(xiàn)red精心將各種不同機(jī)器人組成一個(gè)團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)，也將會(huì)是NASA關(guān)注的事情?！?/p>