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2019-05-14 18:55:53 来源: 通州信息港

【编者按】机器人、无人机和机器视觉等前沿科技正在渗透到各个领域,对传统行业产生巨大冲击。万亿市场的物流行业就是一个典型的例子,这些科技将从订单拣选、分拣抓取到货物配送等环节产生巨大变革。本文为《东方超机械智能物流报告》解读的下篇,干货满满,值得细读。

本文转载自图漾科技,亿欧,供行业内人士参考。

三、分拣抓取机器人:实现无人仓储的重要一步

机器人拣选作业是由机器人来进行品种拣选,如果品种多,形状各异,机器人需要带有图象识别系统和多功能机械手,机器人每到一种物品托盘就可根据图象识别系统“看到”的物品形状,采用与之相应的机械手抓取,然后放到搭配托盘上。分拣抓取机器人要进入市场仍需一段时间,一旦这些智能化的分拣机器人应用于电子商务、工厂、物流等行业,将极大地提高仓储管理的工作效率,压缩人工成本。短期内仓储系统必然是以自动化与人工辅助的形式存在的,要真正实现无人仓储还需要一段时间。

3.1Fetch and Freight:拣货机器人和仓储运输机器人的深度结合

Fetch和Freight是硅谷机器人公司FetchRobotics的仓储机器人。Fetch Robotics成立于2014年,2015年6月从以软银为中心的三家公司获得了2000万美元的融资。Fetch Robotics与Innovation Matrix于2015年7月底缔结了销售合作关系。Innovation Matrix将在日本、台湾、新加坡和澳大利亚销售Fetch Robotics的商品。

Fetch and Freight实现拣货机器人和仓储运输机器人的深度结合,从而保证整个仓储系统的无缝运行。Fetch and Freight主要包括两个部分,配备可从货架上拿取特定商品的机械臂的Fetch;与Fetch一同行动,运输拿到商品的“Freight”。Fetch可利用摄像头、图像处理和导航技术等,根据订单内容,利用机械臂将位于货架某一位置上的特定商品取下来,然后交给Freight运回打包。不工作时,机器人会自动返回充电桩进行充电。

Fetch and Freight工作原理:Fetch经由无线LAN与服务器通信,根据服务器的指示在货架之间移动,捡取商品。移动过程中利用激光传感器和摄像头掌握周围的情况,实时将障碍物的位置录入数字地图中。这样就能一边躲避障碍物一边向正确位置移动。Fetch的机械臂长2英尺(约60厘米),配备7个关节,能在避开货架和其他商品的同时,拾取6千克重的商品。Fetch取下的商品交给一同行动的Freight。

Freight也配备了激光传感器和摄像头,能根据数字地图边躲避障碍物边自律移动。“Fetch”和“Freight”都可以自动跑去充电,使用相同的充电座。从电池到驱动器,Fetch都是明显地瞄准产品需求,而非实验室需求。它们耐久力很好,即使在差的使用场景下也有一万三千小时的使用寿命(指让机械臂连续挥舞一个6公斤负载)。在更一般的情况下,“Fetch”预计可用每天工作16小时,一年工作365天,连续四年而不发生故障。“Freight”因为没有安装复杂的机械臂,预计可以用更久。

Fetch:其核心部件是一个可以反转(back-Drivable)的7自由度机械臂,拥有高达6公斤的额定载荷,这个力量足够应对实际典型仓储中90%~95%的货物。“Fetch”长长的手臂能够够到从地板到将近两米的高度,这意味着它可以基本上覆盖人类的抓取范围。其模块化的抓取器拥有标准ISO接口,并配有以太接口。“Fetch”头部装配有一个PrimeSense的3D感知器,可以上下左右转动。头部还有一系列空余接口,可以按需要装配更多传感器。基座有一个充电座,一个25米有效范围的导航避障SICK激光雷达,和一个差分驱动。

Freight:基本上就是把“Fetch”从腰部截断剩下的部分。它配有相同的差分驱动和25米激光雷达。和“Fetch”相比,其优势就是速度——现在它可以轻松达到2m/s,并且有可能冲到3m/s。“Freight”顶部有很多固定点,用户可以把任何他认为合适的篮子放在上面。它可以承重70公斤,其实甚至可以更多。

3.2日立HITACHI智能机器人:实现在物流仓库内移动并自动装卸和搬运货物

目前,在物流仓库实际投入使用的搬运机器人能连续搬运同一形状的纸箱等货物。但是,从货架上的箱子中取出特定货物,或搬运多种形状的物品在技术上仍有困难。日立开发的新型机器人采取的构造是,在移动平板车上安装2个升降台,然后分别装上操作臂型的机器人。一条机械臂的顶端装有吸附装置,另一条顶端装有2根机械手指。移动到指定货架之后,调整升降台高度,利用机械臂上安装的摄像头确认货物,然后以符合其形状和重量的方法拿起来。日立将建立在实际仓库内能稳定运行的系统,首先在本公司的物流仓库上使用,之后再考虑向其它公司出售。

例如,在取出箱中的PET瓶时,首先利用吸附装置将货架上的箱子移到近前,然后用2根手指抓住箱中的PET瓶并拿出来。如果是重量较大的物品,还会从下面托着进行搬运。从硬纸箱到1块肥皂,新型机器人可处理各种大小和重量的货物。

由于整体构造包括1台平板车、2个升降台和2条机械臂,总共5个装置,因此能实现多样化动作。但要相互协同工作,各个装置之间需要通信联动。平板车一边利用智能传感器测量与货架之间的距离一边行驶,但只在距离还剩1米、需要共同作业时才会向机械臂发出信号。通过减少通信量,提高了动作速度。从在货架前停止到取出箱中物品,只需3秒即可完成。

3.3Bastian机器人:的货到机器人电子履单系统

Bastian系统方案公司研发出的货到机器人电子履单系统,Bastian机器人系统中集成了自动化存储及选单系统、滑索式运输机装置,可拣选单个物品,功能强大,极大减少了运输线上物品的拣选及运送时间,从而达到提高生产效率的目标。

Bastian机器人集成了一些先进的2-D和3-D视觉组件,有着灵活强健的机械手臂末端工具(EoAT),专门为货到机器人(goods-to-robot)拣选解决方案而设计。该解决方案能够对复杂的成批产品进行拣选。系统能以模块化方式设计,允许容易地引入新产品并由机器人进行鉴别。

工作原理:首先,一个装有任意物品的货品箱出现在3-D摄像系统中,在这一点上拍摄一系列照片绘制出物品的方位,就在一瞬间,机器人和视觉控制系统识别出“可能的”拣选对象,释放机器人进行选择。一旦确定了目标对象,控制系统操纵机械臂和货品箱内的EoAT,使用吸力或一个扣人心弦的技术来选择一个物品,而不碰到其他物品或手提袋的四壁。此时机器人从箱子中缩回,把物品放到二级装运箱,然后准备下一个物品拣选,并按顺列排好。

主要优势体现在:不需要上游分拣随机箱装的产品;缩短了从成堆商品中选择物件的繁琐耗时的过程;新引入的SKU快速模块化编程;降低人工成本;提高订单准确度;每小时拣选产品多达350个;无缝集成产品输送机、托盘输送机和AS/RS等辅助设备。扩展应用范围广,如将散装物品成批运送到输送机,为质量检查选择散装的、不规则的物品,通过从多个箱子里挑选零件进行零件装配等。

四、货物配送:无人机及机器人都将成为可能

4.1无人机送货:未来物流业发展的一个潜在方向

无人机送货工作原理:无人机快递飞行器配有GPS自控导航系统、iGPS接收器、各种传感器以及无线信号发收装置。无人机具有GPS自控导航、定点悬浮、人工控制等多种飞行模式,集成了三轴加速度计、三轴陀螺仪、磁力计、气压高度计等多种高精度传感器和先进的控制算法。

无人机配有黑匣子,以记录状态信息。同时无人机还具有失控保护功能,当无人机进入失控状态时将自动保持精确悬停,失控超时将就近飞往快递集散分点。无人机通过4G络和无线电通信遥感技术与调度中心和自助快递柜等进行数据传输,实时的向调度中心发送自己的地理坐标和状态信息,接收调度中心发来的指令,在接收到目的坐标以后采用GPS自控导航模式飞行,在进入目标区域后向目的快递柜发出着陆请求、本机任务报告和本机运行状态报告,在收到着陆请求应答之后,由快递柜指引无人机在快递柜顶端停机平台着陆、装卸快递、以及进行快速充电。

无人机在发出请求无应答超时之后再次向目的收发柜发送请求,三次超时以后向调度中心发送着陆请求异常报告、本机任务状态报告和本机运行状态报告,请求指令。无人机在与调度中心失去联系或者出现异常故障之后将自行飞往快递集散分点。

无人机快递优势明显,主流电商快递企业纷纷进行无人机送货测试:自动化无人机快递系统利用无人机替代人工投送快递,旨在实现快递投送的自动化、无人化、信息化,提升快递的投递效率和服务质量,以便缓解快递需求与快递服务能力之间的矛盾。

无人机送货可以实现同城物流的加急业务和偏远地区快递业务,进一步开辟物流行业的细分市场,使物流点、终端之间的流转获得更高效率,提升企业在配送领域的竞争能力。另一方面,庞大的快递队伍以及用工难已经成为众多快递企业发展的一大障碍。而无人机送货,在运营成本大幅降低后,可以实现大量人力的节约。近两年来,亚马逊、顺丰、京东、淘宝等主流电商快递企业纷纷开始进行无人机配送的实地测试。

亚马逊积极切入无人机快递领域,提效降本:亚马逊2013年12月首次宣布无人机送货设想,表示有望通过这项业务在30分钟内向多数客户完成送货。据亚马逊方案,亚马逊无人机将能够实时更新行进路线;能够提取收货人智能信息,从而追踪收货人位置。计划使用的无人机“载货量”超过2公斤,覆盖超过86%亚马逊所出售的商品。目前,亚马逊不仅成为技术成熟的企业之一,也在实际应用中积累了大量数据和经验。金融研究公司ARK Invest日前在一项研究中表示,亚马逊无人机送快递每件成本能降低到仅约1美元(约6元人民币),配送时效也提升至快30分钟送达。

美国联邦航空局2015年3月允许亚马逊开始在美国测试无人机,不过飞行高度不得超过122米,而且必须在操纵者视线内飞行。2015年年底,亚马逊在无人机送货方面也取得了新的进展,找到了一个无人机合理降落的解决办法。无人机降落前会先扫描,判断在哪里降落。与此同时,亚马逊无人机已经可以实现在飞行过程中通过传感器和软件自动绕过某些物体。

谷歌申请无人机送快递包裹专利,力争2017年实现实际应用。2015年11月,谷歌Project Wing项目负责人大卫·沃斯(David Vos)表示,谷歌将于2017年实现利用无人机向消费者运送包裹。

2016年年初,谷歌申请了关于无人机送快递包裹的专利。谷歌研发的这个项目,是一个安装在“航空配送设备”上的“快递接收容器”,方便用来把包裹安全的送到目的地。谷歌的这个安装在“航空配送设备”上的“快递接收容器”容器,采用了红外发射器和跟无人机连接的动力机构,用来指导无人机准确投送包裹,并且会有一个防止包裹被偷的锁定机制,在安全性和可实施性上有保障。

实际应用过程中,用户在上下单之后,无人机的“快递接收容器”就会通过红外信号与之连接,将包裹存入容器中,锁闭容器,然后安全送到目的地,到了后会提醒客户接收快递。不过由于无人机的续航问题,因此只能就近送货。

京东测试无人机送货,为农村电商配送提速。2016年年初,京东物流实验室在江苏省宿迁市开展了一系列无人机送货实验,对无人机送货的流程、飞行调动系统、设备需求、人员分工等方面进行了测试。据悉,此次测试是希望利用无人机将商品从配送站传递至乡村推广员手中,目标是解决农村电商一公里的配送需求。无人机配送测试的推进意味着京东正在对传统配送方式进行颠覆式创新,寻求将物流配送行业从劳动力密集型转向科技导向型。

与此前一些电商和物流企业尝试的无人机送货模式不同,这次京东测试的无人机供货不针对消费者的单个订单,主要在于完成从配送站到乡村推广员之间的农村电商配送环节。

随着渠道的下沉,京东农村电商业务快速发展,至2015年底,京东已拥有700多家县级服务中心,覆盖27个省、约800个区县;同时,京东雇佣了约15万乡村推广员,覆盖了12000多个乡镇的近15万个村落,服务超过25万村里百姓;京东帮服务店已在全国开设了1293家,覆盖31个省、约1300个区县、2万左右乡镇、近40万个行政村。

京东通过调研发现,从配送站到村庄直线距离往往小于10公里,但因为地形原因,需翻山过河,配送员进行一次配送有时需要半天以上,时间成本很高。同时,中小件货物的平均重量和体积都不大,很适合采用无人机批量完成。

实验表明,这种模式具有很高的可操作性,商品在配送站完成站点验货和包裹装机,通过无人机迅速送到推广员手中,再由他们分发给村里的用户,既提升了配送效率,又带来更好的用户体验。由于从配送站到推广员的飞行线路相对固定,可以通过事先勘察的方式,规划出安全的路线和着陆点,无人机起飞后,推广员会收到系统通知,按时在降落点等候即可。

在完成无人机送货的流程实验后,京东将有计划、分阶段地推进与第三方的合作,共同研发和生产无人机,建立无人机配送调度中心,完善京东无人机送货体系的建设,力争早日实现无人机送货。

无人机快递的推广使用,仍需解决几个关键问题:

1、空域管制:无人机快递的实质是对低空空域的广泛使用,个别试验性运行尚无大碍,当无人机快递广泛普及形成比较密集的低空交通流的时候,空域管理与管制就必不可少;

2、技术能否实现突破:在技术上,无人机快递还处于试验阶段,其可靠性与飞行安全性还要面临考验。无人机的载重量一般不超过3公斤,续航时间仅20分钟上下,其远也不超过10公里。同时如果不能实现比较彻底的高度自主,还需要人员地面遥控,那么这产生的人力成本也会让企业望而却步。因此,成熟可靠的人工智能是技术上的关键所在,而不论国内外,这些技术距离实用化都还有一定距离;

3、隐私保护:如果有人恶意破坏无人机,强取货物,这不仅会对公司造成危害,更甚者还会暴露用户隐私,给用户造成负面影响,让客户感受到不好的体验等等。同时由于无人机送货时带有摄像头,则无人机在送货途中如何保证人们的隐私安全也是一个待解决的问题。

无论从物流成本和配送时效上来看,无人机快递都是未来物流业的一个潜在方向,但考虑目前多方面因素限制问题,无人机快递的大规模推广还需一段时间。

4.2机器人送货

4.2.1Transwheel快递机器人:运输独轮车,未来或可取代快递员

以色列的一个工程和设计专业的学生Shikar设计了一种新型的送货机器人:Transwheel。它是一个采用自平衡独轮来保持载货时能直立行走的机械手臂。该机器人为独轮车模式,如果送大件货物还可多机合作。该机器人能用面部识别技术判定收货人,并可用GPS随时定位,同时还能够智能取件。据悉该机器人将完全智能化,可能取代派件员和送货车。

Transwheel机器人是西卡的大学毕业设计项目,他表示这些机器人可以用来和亚马逊正在研发的用来运送小包裹的快递无人飞行机协同工作。Transwheel的平衡系统与赛格威的类似,尽管承载负荷,依然可以脚踩单轮保持直立行走。机器人将是完全独立自主的,形成机器人运输络的一部分,可在全国范围内运送包裹。将多个Transwheel组合在一起,机器人可承载大型负载如集装箱,可减少道路上的大型货车或卡车。Transwheel可以在夜间在道路上工作时,安静又快捷。Transwheel还有装有LED信号灯,这将使它能够在夜间被其他车辆看到。当它的电池量较低时它知道如何回到一个安全的地方。

4.2.2Starship送货机器人:用机器人解决一公里配送

2015年11月,Skype旗下的Starship公司推出了一种专门用来小件货物配送的“盒子机器人”。“机器人盒子”配置了一系列摄像头和传感器,99%都是的自动操作,能够安全行走在人行道上,会在指定时间从物流中心出发,穿越大街小巷,来到顾客家门口完成快递任务。经过3000小时的测试之后,2016年3月,该种机器人将首先在纽约实现交付使用,计划在2017年启动全面商业运作。

Starship的系统很简单:用户下单购买食品杂货,利用该公司——或其中一家合作商户——的移动应用,选择确认收货人在家的配送时间。机器人在配送过程中,所携带的包裹都是被严密封锁,接收者只有通过其智能才能打开。在送货途中,消费者也可以利用软件随时观察机器人的位置,查看是否“走入歧途”。同时该种送货机器人会在人行道上行驶,避免了机动车道的安全风险。该种机器人多可运送两袋食杂货物,重可承载20磅(约合9公斤)的货物,远可达到物流中心方圆1英里(约合1.6公里)多的范围,行驶速度约为每小时六公里。

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