隨著經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)，中國(guó)物流行業(yè)正以前所未有的速度快速發(fā)展與演進(jìn)，在其發(fā)展的背后離不開商品的倉(cāng)儲(chǔ)和流動(dòng)。與此同時(shí)，巨大的需求促使我國(guó)的物流行業(yè)正在努力地從勞動(dòng)型向技術(shù)型轉(zhuǎn)變，由傳統(tǒng)模式向現(xiàn)代化、智能化升級(jí)，隨之而來的就是各種各樣先進(jìn)技術(shù)裝備的運(yùn)用和普及。
如今，具有搬運(yùn)、碼垛、分揀等功能的智能機(jī)器人的運(yùn)用，已經(jīng)成為物流行業(yè)中必不可少的一項(xiàng)技術(shù)，智能倉(cāng)儲(chǔ)物流機(jī)器人在其中扮演著極其重要的角色。倉(cāng)儲(chǔ)物流機(jī)器人是面向商品倉(cāng)儲(chǔ)、配送環(huán)節(jié)所開發(fā)的智能機(jī)器人，可廣泛運(yùn)用于商品揀選、搬運(yùn)、分揀等環(huán)節(jié)，也在新一代智慧工廠中扮演著重要的角色。
01 AMR的定位技術(shù)
從分類上來說，倉(cāng)儲(chǔ)物流機(jī)器人隸屬于自主移動(dòng)機(jī)器人(Autonomous Mobile Robot, AMR)，與傳統(tǒng)的AGV相比，AMR本身具備較強(qiáng)的計(jì)算能力，它可以通過傳感器感知周圍環(huán)境并做出相應(yīng)的決策，更靈活、更智能且布置起來也更方便。
在圍繞著AMR的諸多技術(shù)中，始終要回答“我在哪里?”“我要去哪兒?”和“我怎樣到達(dá)那里?”的問題，這背后主要指移動(dòng)機(jī)器人的感知、定位、規(guī)劃和控制問題，其中最核心的就是定位問題。那么什么是機(jī)器人的定位呢?機(jī)器人在工作過程中確定自身相對(duì)于環(huán)境的位置及姿態(tài)就叫定位。
早期影響定位技術(shù)的，主要是傳感器本身能力。上世紀(jì)中后期，磁導(dǎo)航是一個(gè)比較常用的定位導(dǎo)航方案。磁導(dǎo)航機(jī)器人也被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。磁導(dǎo)航技術(shù)既是定位技術(shù)也是導(dǎo)航技術(shù)，機(jī)器人利用磁傳感器檢測(cè)地面磁條，并沿著磁條移動(dòng)。
后續(xù)激光雷達(dá)的發(fā)展推動(dòng)了基于反光板的導(dǎo)航方案。1996年，科爾摩根公司將反光板定位導(dǎo)航技術(shù)NDC方案推廣到中國(guó)，逐漸占領(lǐng)了中國(guó)主流AGV和無人叉車市場(chǎng)。反光板導(dǎo)航的方式，即在環(huán)境中布置由反光材料制成的反光板，通過機(jī)器人的雷達(dá)掃描，依據(jù)三角定位原理解算機(jī)器人位姿。
Kiva于2010年提出了二維碼導(dǎo)航，其在2012年被亞馬遜收購(gòu)。隨后機(jī)器人被廣泛運(yùn)用于亞馬遜內(nèi)部倉(cāng)庫(kù)，大大提升了揀選效率。二維碼導(dǎo)航的方案是在地面鋪設(shè)二維碼陣列，通過機(jī)器人下部的相機(jī)掃描二維碼實(shí)現(xiàn)自身位姿的估計(jì)。與磁導(dǎo)航方案不同的是，二維碼只是一個(gè)定位方案，在機(jī)器人導(dǎo)航調(diào)度上靈活性更強(qiáng)。
考慮到柔性導(dǎo)航的需求，大家開始探討無標(biāo)記的定位導(dǎo)航方案。激光SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)作為目前比較成熟SLAM方案，早在幾十年前就在學(xué)術(shù)圈被廣泛研究，直到最近10年才在機(jī)器人領(lǐng)域逐漸使用。極智嘉(Geek+)也在2016年開始進(jìn)行激光SLAM算法研究和產(chǎn)品落地。
近幾年各項(xiàng)定位技術(shù)逐漸成熟，其優(yōu)勢(shì)和不足也充分展現(xiàn)。另一方面，在應(yīng)用層面的廣泛需求促使AMR從一個(gè)技術(shù)導(dǎo)向逐漸向應(yīng)用導(dǎo)向發(fā)展?；旌隙ㄎ粚?dǎo)航方案也逐漸成為AMR的標(biāo)準(zhǔn)方案，在效率和柔性，技術(shù)難度和實(shí)施難度上達(dá)到一個(gè)均衡。
02 定位技術(shù)在倉(cāng)配機(jī)器人中的應(yīng)用
電商倉(cāng)儲(chǔ) —— 二維碼導(dǎo)航
面對(duì)高速增長(zhǎng)的電商市場(chǎng)，傳統(tǒng)物流倉(cāng)儲(chǔ)方式遠(yuǎn)不能滿足行業(yè)需求。針對(duì)此場(chǎng)景，基于視覺二維碼的導(dǎo)航方案是具有絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的，主要有以下三方面原因：
首先是精度高，基于視覺二維碼的方案在全局的定位精度可達(dá)到±1cm，有著較高的準(zhǔn)確性，對(duì)聲光無干擾，穩(wěn)定性較高。
其次是小巧靈活，眾所周知，對(duì)于電商倉(cāng)儲(chǔ)來說，存儲(chǔ)空間是極其寶貴。視覺二維碼的定位導(dǎo)航方案可被高效利用，即機(jī)器人和機(jī)器人之間、貨架和貨架之間可做到10cm的間距，對(duì)整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)來說空間利用率非常高。
最后是二維碼導(dǎo)航鋪設(shè)實(shí)施效率較高，運(yùn)行過程中機(jī)器人可靈活調(diào)度，整體效率提升明顯。機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)與倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)(WMS)相結(jié)合后，可大大降低庫(kù)存出錯(cuò)概率。
雙十一作為國(guó)內(nèi)網(wǎng)購(gòu)狂歡節(jié)日，需要依托強(qiáng)大的倉(cāng)儲(chǔ)物流體系。在2020年雙十一期間，極智嘉在自營(yíng)的智能倉(cāng)內(nèi)部署了近5500臺(tái)機(jī)器人，通過機(jī)器人倉(cāng)運(yùn)營(yíng)發(fā)貨單量總計(jì)1319萬單，同比增長(zhǎng)超60%。整體來說，發(fā)貨效率是人工3PL倉(cāng)的兩倍，準(zhǔn)確率也高達(dá)99.99%。
智慧工廠 —— 多種導(dǎo)航方式并存
倉(cāng)儲(chǔ)只是整個(gè)體系中一個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)于整個(gè)智慧工廠，環(huán)節(jié)則更加復(fù)雜，包含出入庫(kù)、上下料、測(cè)試和配送等。針對(duì)此場(chǎng)景，無法只用二維碼將整個(gè)區(qū)域覆蓋。另一方面，隨著實(shí)際運(yùn)用范圍的擴(kuò)大，AMR所覆蓋的區(qū)域也逐漸從幾千平的單一區(qū)域，轉(zhuǎn)化到幾萬平甚至幾十萬平的復(fù)雜區(qū)域，各區(qū)域之間的環(huán)境和功能需求都有所不同。
面對(duì)多環(huán)節(jié)、大面積的智慧工廠應(yīng)用，極智嘉提供了覆蓋全場(chǎng)景的全品類機(jī)器人產(chǎn)品線，包含智能叉車機(jī)器人、智能搬運(yùn)機(jī)器人、智能分揀機(jī)器人、貨架揀選機(jī)器人，貨箱揀選機(jī)器人、智能協(xié)作機(jī)器人等多種類型機(jī)器人，來完成多種機(jī)器人協(xié)作的完整方案。
在智慧工廠諸多技術(shù)領(lǐng)域中,定位導(dǎo)航技術(shù)仍然非常關(guān)鍵的，面對(duì)多環(huán)節(jié)、大面積的場(chǎng)景如何能夠較好地解決定位導(dǎo)航問題呢?我們可以從從內(nèi)外兩方面來提高機(jī)器人的定位導(dǎo)航能力：
內(nèi)：提高SLAM環(huán)境適應(yīng)能力
通用的激光SLAM技術(shù)無法應(yīng)對(duì)高動(dòng)態(tài)變化下的定位精度和魯棒性。極智嘉AMR通過局部的高精度定位和全局地圖更新來適應(yīng)環(huán)境變化，并不斷更新地圖，從而提高機(jī)器人的環(huán)境適應(yīng)能力。通過實(shí)際場(chǎng)景的不斷驗(yàn)證，極智嘉AMR可在環(huán)境變化50%以下的場(chǎng)景完成7×24小時(shí)不間斷運(yùn)行，精度保持±1cm。
外：混合導(dǎo)航
激光SLAM技術(shù)始終存在瓶頸，對(duì)于復(fù)雜環(huán)境，我們需要使用多種導(dǎo)航技術(shù)的融合來達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。針對(duì)智慧工廠中的線邊環(huán)境，基本上環(huán)境的變動(dòng)是比較小的，或者是變動(dòng)的頻率比較小，使用激光SLAM導(dǎo)航結(jié)合地圖更新就可以完成該區(qū)域的定位導(dǎo)航。
對(duì)于環(huán)境變化較大(超過50%)的區(qū)域，激光SLAM無法保證100%的穩(wěn)定性，此時(shí)少量輔助標(biāo)記的引入可大大提高此環(huán)境下的魯棒性。對(duì)于貨架倉(cāng)儲(chǔ)區(qū)域，由于所有的貨架是機(jī)器人是自己搬進(jìn)來的，如果要用貨架來進(jìn)行定位，則定位結(jié)果會(huì)逐漸產(chǎn)生偏移。因此需要引入大量輔助定位標(biāo)記，二維碼導(dǎo)航是一個(gè)切實(shí)可行的方案。
綜上，針對(duì)一個(gè)真實(shí)的智慧工廠環(huán)境，AMR往往需要融合多種導(dǎo)航模式，來達(dá)到高精度穩(wěn)定運(yùn)行。
在多種導(dǎo)航方式融合的基礎(chǔ)上，極智嘉在南京搭建了首個(gè)使用機(jī)械臂自動(dòng)生產(chǎn)自主移動(dòng)機(jī)器人(AMR)的智慧工廠：
實(shí)際應(yīng)用案例
▲ 英內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)提高物料配送效率30%
▲ 柯尼卡美能達(dá)(東莞)實(shí)現(xiàn)線邊庫(kù)物料精準(zhǔn)管理
（轉(zhuǎn)載）
