自动化机器人系统将承担危险的仓库作业

Spidernaut

这只被称为“蜘蛛侠”（Spidernaut）的蜘蛛是2005年设计制造的原型机器人团队中的一员，其任务是在月球上组装太阳能电池阵列。该任务的目标不仅是让这些机器人完成手工操作，还要让这些机器人在没有人类指导的情况下开展相互协同性工作。

“一只600磅重的蜘蛛能去哪里？她想去哪儿就去哪儿。”这只被称为“蜘蛛侠”（Spidernaut）的蜘蛛是2005年设计制造的原型机器人团队中的一员，其任务是在月球上组装太阳能电池阵列。该任务的目标不仅是让这些机器人完成手工操作，还要让这些机器人在没有人类指导的情况下开展相互协同性工作。为了达到这一目标，工程师们需要将多个已经进行过任务优化的机器人进行编队，找到能够从头到尾指导整个操作的应用软件。这项工作目前也还在持续进行，参与“蜘蛛侠”（Spidernaut）及其团队工作的研究人员也将有关经验带入相关商业领域，这些软件可实现仓库内及其他地方各种困难、危险和枯燥的体力作业的自动化操作。

外观略凶猛的“蜘蛛侠”（Spidernaut）的任务是爬上支撑太阳能电池阵列的桁架，并将太阳能电池板安装在需要安装的地方。“在质量给定的情况下，要想获得最大面积，桁架的质量就得更小”，美国国家航空航天局（NASA)约翰逊航天中心改变游戏规则开发项目的软件、机器人及仿真部门的首席技术专家Rob Ambrose解释说。“谁最适合爬上网状桁架？当然是蜘蛛。”该团队还设计了一个可以用扭矩工具固定关节的六肢机器人，以及肢体如细卷须的装有摄像头的第三类机器人。

为如此不同的三类机器人设计软件，并驱动其完成如此复杂的任务，是一项艰巨的工作。因此，这个由美国喷气动力试验室和兰利研究中心资助、Ambrose领导的NASA团队向卡内基梅隆（Carnegie Mellon）大学的计算机编程团队寻求帮助。Fred Heger即是此团队中的一员。在参与此项目时，Fred Heger还是卡内基梅隆（Carnegie Mellon）大学的一名研究生，他回忆说，“众多的挑战之一就是确保机器人按序完成各项任务，你可不想让你的机器人困在半完工的建筑中而无法出来。”

Ambrose说，在2005年的短短9个月时间里，NASA和卡内基梅隆大学的团队一直在研究这三种机器人原型及其驱动软件。虽然该计划最终在机构优先权转移期间被取消，但Ambrose说，“许多关键部件的应用技术促成了NASA后续设计的多个机器人的多项创新应用。”

Heger也在这项工作中受益，他现在是Vecna Technologies公司（位于马萨诸塞州剑桥）的一名高级研究员。该公司最近推出了一套可在仓库中移动物品的机器人，而该产品的研发有一部分就是基于Heger之前为NASA所做的工作。“今天人们在仓库里所使用的商业化设备，其功用已趋完善，但是它们仍需人为参与其操作和控制，而我们公司通过应用基于人工智能的计算机、传感器和机器人软件，使这些传统的需人为操作的设备实现了自动化。”Vecna Technologies公司的联合创始人兼首席创新官Daniel Theobald解释道。“有了这个系统，就好比在许多简易的机器人驾驶员面前，安排了一名机器人主管，这个主管能够告诉机器人驾驶员该去哪里，”他说。Heger在其研发过程中应用的软件可直接追溯至他当年为NASA研发的软件。“数学关系和模型都是相同的，只是编写了新代码，使其在更现代化的框架中得以应用。”Theobald解释道。

Vecna Technologies公司的自动化套件软件主要用于货运仓库等场所，这类场所通常需要将一辆卡车中的货物分装至其他不同的货运卡车中。Heger解释说，它虽然已是一个高度自动化的、配备有传送带和扫描机的系统，但是随着电子商务的繁荣，人们购买的各类奇形怪状的东西也迅速增加，即使这些东西不能放在传送带上分类，航运公司也得运输这些货物。例如，需要通过人力将卷起的地毯或自行车从卡车卸载到推车上，然后再通过人力将推车推到出发配送的卡车处，最后还需通过人力将其装载到配送的卡车上。而Vecna Technologies公司的智能机器人可以自行驾驶推车和其他设备，于是就只需通过人力进行装卸。并且，由于软件可驱动多个机器人，因此，可以最有效的方式在整个仓库中传送包裹，从而加快整个装运过程。“这个软件知道所有卡车的位置及包裹堆放点。它可根据已知需求，以及预测或掌握的需求模式，将机器人指派需要它们的地点，”Heger解释说，并指出这是一项人类并不太擅长的问题解决方式。他补充说，该软件还可使这些机器人帮助人们提高工作效率，因为该软件可以始终使工人有空车可装，不必等候。

▲“蜘蛛侠”（Spidernaut）是NASA约翰逊航天中心设计的机器人团队中的一员，其任务是在月球上自主组装太阳能电池阵列。Vecna Technologies公司的高级研究员Fred Heger将其高超的编程技艺应用于此项目，开发了一个确保机器人以最优顺序完成任务的应用系统

除了提高工作效率，机器人还可显著减少事故的发生，而这些事故每年会造成数千人受伤。“我们设计了一个经过安全认证的系统，使其能够进行单重、双重和三重检查。如果机器人有较大概率发生碰撞，系统会在碰撞发生之前将其自动关闭。”这意味着，即便机器人系统将物体从A点运送至B点的效率和成本与人工相同，但在减少事故方面，它仍遥遥领先，Heger说。

目前，Vecna Technologies公司与美国一家重要的航运公司签订了合同。他们认为该系统软件在仓库以外的市场也有着巨大应用潜力。“我们系统的优势之一就是不需要全新的设备。您可以将我们的传感器和软件添加到现有设备中，整个系统便成为机器人系统”，Theobald解释说。Heger说，“公司设想有一天，你在办公室看到的任何东西，都是机器人从其产地运送到你门口的。这仅是战略的一部分：我们设计的机器人系统可以在任何车辆上工作——托盘搬运车、叉车、高尔夫球车，以及各类大/小车，任何移动的东西都可以实现自动化。”

我们设计的机器人系统，可以在任何车辆上工作，包括托盘搬运车、叉车、高尔夫球车，以及各类大/小车，任何移动的东西都可以实现自动化。

—— Fred Heger, Vecna Technologies公司（本文译自NASA Spinoff 2018报告）

▲Vecna Technologies公司利用基于NASA项目的专业知识，为商业仓库设备研制出“自动化套件”，以实现包装处理等作业的自动化。“自动化套件”中的软件主要用于实现多个机器人协同工作，从而确保机器人系统能够以最有效的方式在仓库中进行包裹运输

Ambrose认为，这类系统对NASA的计划也是至关重要的。他说：“我们正在考虑将人们送入外太空，这个挑战最好通过预先部署的机器人来完成。第一次进入外太空就让人类参与，这并不划算。”而且机器人还可以在人类未到访之前，在无人条件下进行设备维护，还能为落地后的宇航员提供帮助。“因此，Fred精心将各种不同机器人组成一个团队的经验，也将会是NASA关注的事情。”