我的同事是机器人

德国物流企业Sigloch公司是第一家在仓库中使用独立运行的自动机器人的公司。这台机器人由总部在慕尼黑的初创企业Magazino开发。

Toru(左和右)是一台个头与冰箱差不多的机器人,它是德国南部一座仓库的“员工”。

在位于德国南部的纽伦堡与曼海姆之间的小镇Blaufelden,快递公司Sigloch迎来了一名叫“Toru”的新同事。虽然Toru跟其他员工不太一样,但他很招人喜欢,因为他能出色地完成别人不太愿意做的工作,比如从公司偏僻的库房里运来很少有人订购的书籍。不仅如此,他还绝对服从命令,从来不说任何“如果”或“但是”。其实,Toru是一台机器人。像这样让机器人在仓库中与人类合作共事,尚属历史首次。Toru由Magazino公司研发。公司的三位创始人之一Nikolas Engelhard表示:“目前,在客户使用的机器人中,没有任何其它机器人能够在仓库中自己导航、找到、抓取一本书籍,并将之转交给配送流程的下一环节。”

Toru让我们得以一窥未来仓库物流的景象。Engelhard说:“我们采用的技术与传统自动化解决方案中的完全不同。”迄今为止,自动化仓库系统只能移动整箱物品或货物托盘,而单件物品的拾取则由人完成。然而,Toru却能打破这个界限。Toru的“大脑”是一台工业计算机,它装载的软件包括了大量标准化和专门开发的算法。Toru还有自己的“眼睛”,由一台2D摄像头和一个能帮助它识别物体的十字激光器构成。此外,Toru还有“肌肉”和“触觉”。它身上的传感器能够估计出它是如何与目标物接触的,而它身上的驱动单元则让它的夹钳能够完成抓取书的动作。尤为重要的是,Toru“知道”,只要有人穿过它的移动路线,它就必须站住不动。安全激光将持续扫描Toru四周以保证必要之时Toru能够停下来。

沿着脑内地图,Toru能在仓库最偏僻的角落里找到少有人问津的书籍。

破纪录的诞生

仅用了一年时间,Toru就从开发工程师的手中诞生了,打破了开发周期的记录,而这要归功于各路机器人专家。他们有的独自研发了所有机器人模块,有的则利用标准组件来装配机器人模块。在Magazino,软件开发人员、机械工程师、工业设计师和电气工程专家等并肩合作,共同开发解决方案。目前,约有40人在Magazino工作。Siemens Innovative Ventures拥有这家公司49.9%的股份。

不同于只能抓取货物托盘的常规仓库系统,Toru可以拿起单件物品。

2014年,在Nikolas Engelhard、Lukas Zanger和Frederik Brantner共同创办Magazino公司之后,当时正在慕尼黑工业大学撰写电气工程学硕士论文的Marcel Debout加入了这支队伍。Debout在他的论文中分析了常用的“面形激光”光学测量技术,他希望利用这项技术打造出让机器人“看见东西”的系统。Debout表示:“我们想要一个不用昂贵的3D摄像头,就能达到毫米精度的光学测量系统。”

当一件物品送至打包站之后,Toru便准备好接受下一项任务了。它可以不出错地连续执行3项任务。

Toru如何识别书籍

Toru的第一个任务是参与书籍配送,这并非巧合。Engelhard指出:“方形物体最容易被识别。”Sigloch公司库内每本书的外形尺寸数据都保存在它的数据库中。这些数据可以用来计算包装尺寸。当Toru收到运送一本书的命令时,这些数据和书在仓库内的位置信息就将通过Wi-Fi发送给Toru。然后,脑中有一张地图的Toru便出发了。尽管如此,地图的创建仍需要Magazino员工的协助。他们通过控制杆,引导Toru走过通道,熟悉周围环境。未来,这个过程将变得更加简单。Engelhard说:“我们希望Toru能在客户打开它的包装后就立即独立启动并测绘周围环境的地图。”

尽管地图不可或缺,但Toru四处走动所需要的却不只是地图。安装在Toru的“脚”(即轮子)上方的激光传感器将持续不断地扫描它的周围环境。Toru通过分析激光束反射的方式来决定到底是绕开障碍物,还是站着不动,这一点类似于蝙蝠的回声定位能力。由于Toru与人类要并肩合作,因此,它使用的激光扫描仪要符合相应的国际安全认证。譬如,德国制造商Sick公司就提供了适当的激光器。Engelhard指出:“没有这样的认证,机器人只能在防护栏围住的区域内工作。”

Magazino的软件专家正在思考改进产品的方法。

占仓储成本的55%

Toru的激光扫描器已经连接至机器人操作系统(ROS)框架。这是一个广泛使用的开源软件库和工具集合。国际机器人社区正在不断扩充和改进这个框架。Magazino公司使用了许多ROS程序。Engelhard坦言:“如果我们不得不为Toru的每个模块都开发驱动软件,那么它现在将仍在研发之中。”尽管得到了ROS的帮助,Magazino的工程师仍须完成大量编程工作。例如,Magazino与Basler公司合作为Toru的2D摄像头开发了驱动软件。为了回报机器人社区,Magazino与Basler共同决定在ROS网站上公开这个软件包。Engelhard指出:“这也很好地宣传了我们的技术专长。”

出于安全原因,Toru在Sigloch的仓库里以仅1米/秒的速度移动,这比人类的平均行走速度(1.4米/秒)慢一些。然而,比速度更为重要的是,Toru可以不出错地连续执行三个任务。除去找到物件在仓库中的正确位置之外,由于拿到错误的书而浪费的时间占仓库工人平均工作时间的10%。

Nikolas Engelhard是Magazino公司的三位创始人之一。他是一名计算机视觉专家。

目前,从仓库中取回电商商品的成本依然不菲。数字技术与管理中心(CDTM)的信息显示,由工人取回商品的人工成本占物流公司仓储成本的55%。因此,物流中心亟需实现自动化。未来,在执行较困难或令人不适的工作时,企业要做的可能并非为工人配备更多的技术产品(如数据眼镜和容易出错的语音控制系统),而是借助机器人的帮助来完成像从上层货架取物这样的任务。然而,有了机器人,人类工人也不会变得多余。如果Toru不能根据数据库信息在指定的位置找到某本书籍,它将通知仓库工人,由仓库工人追查到这件缺失的商品。

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