智能物流：机器人、无人机和智能系统成标配

发布时间：2017-10-07 作者：佚名来源：机器视觉

关键字：智能物流无人机

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全球范围技术进步将开启智能物流新时代：智能物流是利用集成智能化技术、智能设备等使物流系统能模仿人的智能，具有思维，感知，学习，推理判断和自行解决物流中某些问题的能力。

Kiva系统作业效率要比传统的物流作业提升2-4倍，机器人每小时可跑30英里，准确率达到99.99%，同时能够提高近50%的库存处理能力，每笔订单都能省下将近1个小时时间。根据物流咨询公司MWPVL国际的数据，使用Kiva机器人，亚马逊每发送一件商品就能节省21.3美分，也就是节省了48%的成本。

2.1.3 Kiva Systems：软件控制系统是整个系统核心部分，是系统整合关键点

KIVA系统通过使用数以百计的机器人，构成多移动机器人系统。多机器人系统，不仅仅是各个单机器人的简单叠加，还融合有计算机系统、控制系统、通信机制和控制、传感系统等各个方面的内容。一套完整的Kiva系统配送中心主要包括：可移动式货架、机器人小车、Kiva系统工作站台、软件控制系统、无线网络等构成。

1）可移动式货架：根据存储功能的不同，分为存货货架（InventoryPods）和输送货架（Shipping Pods）两种。

2）机器人小车Bot是Kiva 系统最基本的组成部分：主要包括举升装置、碰撞检测系统、导航系统、充电系统、行驶系统、控制系统。举升装置：机器人小车上装有螺旋升降机构。当小车到达货架底部，通过螺旋装置可以将货架举起离开地面。为了保证货架不随着升降机构的旋转而旋转，通过小车下面的轮子使小车进行反方向的旋转来保证货架的平滑无旋转举升。Kiva系统的机器人小车是与移动式货架相互配合使用的。当小车需要运输货架时，小车到达货架的底部，通过小车的升降设备将货架顶起离开地而，进而携带货架行驶。

碰撞检测系统：机器人小车的前后面装有红外传感器和能够快速反应的碰撞杆，该系统能够快速检测到小车周边出现的其他物体，并能迅速停止小车以免发生碰撞。导航系统：机器人小车上装有两个摄像头，一个正面朝上，位于螺旋升降机构的中心；另一个正面朝下，位于小车的底部。向上的摄像头用來读取可移动式货架底部的条形码，识别货架的信息；向下的摄像头用来读取路面上的二维码，识别地理位置信息。通过整合其他导航传感器获得的信息并分析，来确定小车的导航方向。

充电系统：机器人小车以及其车载电子设备的电力供应由四节铅酸电池组成，当小车电量低下时，小车会自动前往充电站台进行充电。行驶系统：在小车底部的两个侧面安装了橡胶驱动轮，其运动由两个直流电机独立控制，小车双向行驶，且小车的行驶速度达到米秒。控制系统：每个小车上安装有控制系统，负责机器人小车的导引、路径选择、小车行走和装卸操作等功能。

3）Kiva 系统工作站台：Kiva系统的拣选站台，由拣选工作者、待拣选存储货架、装有订单容器的输送货架、信息传送设备以及货架的运输机器人小车组成，位于仓库的周边位置。Kiva系统的信息传送设备由激光指示器、电脑显示屏幕、条形码扫描设备和电子标签辅助拣选设备组成。其中激光指示器用来指示存储货架上待拣选货物的位置，电脑显示屏幕用来显示需要拣选的货物的数量和种类，条形码扫描器确认拣选货物的准确性，电子标签辅助拣选设备用来指示在输送货架上货物相应的订单容器位置，Kiva系统的拣选站台，提供一种“系统指示”作业模式。

4）软件控制系统（MHE）：是Kiva 系统整体解决方案的重要组成部分，是整个系统的大脑。MHE软件系统相当于一个独立的子系统，与WMS（ERP）相连接，管理Kiva 移动执行系统（MFS）。MHE系统包括一系列复杂的算法，对移动机器人最佳行驶路线进行规划，保证机器人停留排队的时间最短，同时也保证在执行最大化任务量时所使用的移动机器人量最小。同时系统可以根据货品热消度决定货架放置的位置，热销度最高的货品所在货架被放置在离拣选站台最近的地方。

5）无线网络（WIFI）：Kiva 的服务器是直接与每个驱动单元通过WIFI无线网络来连接的，这样设置起来非常容易，而且非常容易与仓库内部的其他无线系统进行整合与拆分。

Kiva系统在减少货物搬运时间，提高效率方面彻底实现了“人找货”与“货找人”的方式的颠倒，使配送中心、仓库等物流节点彻底脱离了传统的拣货模式。同时，该系统能够将货架在需要的时候运送到工作人员面前，不需要搁置在周转区域。同时也证明，新一代库内搬运系统提高效率的基础是货物的流动代替了人的流动，减少了库内人员寻货、搬货、返库等动作，代之以货物的准确移动，避免了人员操作的无用劳动；另一方面，如果没有可靠而强大的管理系统以及无线通讯系统的支持，这样的高效率库内工作是无法进行下去的。

Kiva机器人以及精密的控制系统和算法，将亚马逊的物流配送中心变成了一整套灵活的、富有生命的仓储系统。作为一种仓储机器人KIVA系统最大的亮点就是：颠覆了过去意义上的仓储搬运作业，改变了场地适应货品的现状，其仓储机器人系统可以在任意时间将任意物品送达任意位置，做到让物品来适应场地。

一个个独立可以自主导航、通讯的货架搬运机器人就是KIVA仓储机器系统的基础。系统与机器人之间的指令通过通过Wi-Fi 网络传输，机器人的活动路径规划是由系统通过算法计算完成的；最后导航装置将机器人托举的货架及货物运送到指定地点。

为了读取二维码和坐标点信息，每个机器人还安装上、下的两个摄像头。两个摄像头利用单核汇聚式处理器执行控制、信号与图像处理的独特能力，执行实时图像分析，并实现与机器人主控制器进行交互配合的通信协议。

此系统的摄像头传感器执行两个基本而独立的功能：朝上的摄像头读取二维码，这些二维码能够识别独一无二的货架，并实现货架的接驳。朝下的摄像头处理坐标点信息，以确定机器人的位置。处理器执行用于图像采集、分段、亚像素目标定位和数据矩阵代码读取的复杂图像处理算法。此处理器的性能、足够高的系统带宽以及片上存储器可加快图像流水线处理，从而确保动态、快速和高效率的移动机器人导航。

Kiva系统对传统配送中心作业流程带来一种变革，优势明显。Kiva系统的“货到人”拣选系统借助先进的人工智能技术、物流自动化技术等，对配送中心的拣选工艺实现自动化。利用多个机器人小车，将传统的静态仓储系统转变为动态的流动货架存储，提高配送中心的拣选作业效率。拣选系统借助强大的计算机软件、机器人小车、穿梭式货架、工作站台等完成自动化操作。

相比传统配送中心作业流程，优势主要体现在：

1）设备安装周期短，并且降低投入成本。

2）具有更强的可拓展性和柔性。Kiva系统中的设备可移动，货架、小车甚至工作台都是可以移动的，可以实现设备数量增长与业务增长速度同步，灵活调整相关作业区域的大小，使系统具有很好的可扩展性，提高了系统的柔性。

3）具有更高的灵活性和准确性。通过按灯拣选、按灯存放、条码扫描技术，保证拣选货物的髙度准确性。而且，Kiva系统能够对货品种类、速度、订单优先级等方面的变化做出快速反应，具有高度的灵活性。

4）应用可以拓展到多层，降低土地使用面积。对于土地成本比较高的环境，因为小车的导航依靠地面上贴有的二维条形贴码，没有嵌入式网线、磁性材料等复杂设备，使得Kiva系统的应用可以扩展到多层，因此可以建立夹层或多楼层，通过Kiva垂直升降机将各层连接起来，来减少占地面积降低成本。此时可以将工作站布置在多层作业，或者限制高层只用来存放货物等，提高了作业的灵活性。

5）Kiva系统采用员工8小时、小车24小时工作制。在保证工作效率的前提下，降低了员工的工作强度。晚上，到达截单时间后，系统处理订单，确定任务货架并到相应拣选站台排队等候。白天员工到岗，补货作业、拣货作业按优化后的队列有序进行。对于新增的订单，直接进入系统，根据订单的优先性和商品分布情况将相应的任务货架加入到现有的拣货作业队列中。

白天收货的商品，系统会自动判断是否有出货需求，并优先将有出货需求的货架运输到补货区或拣货区。在作业过程中将发生拣选误差的货架运送至库存整理区进行循环盘点，消除误差。当货架上的存储密度小于一定程度时，系统会触发货位优化任务，计算出哪些货架需要进行合并。

2.2 海康威视：依托传统优势，推出“阡陌”机器人智能仓储系统

海康威视依托多年在图像传感、音频采集、人工智能等领域的技术积累和自主创新，近期推出了基于机器人的智能仓储系统：“阡陌”。“阡陌”智能系统由智能仓储机器人、机器人调度系统(RCS)和智能仓储管理系统(iWMS)三大核心模块组成。三大模块协作共同打造“货到人”智能仓储系统。

智能仓储机器人以视觉传感器为主，集合图像处理等多种技术：智能仓储机器人凝结了海康威视多年来在图像处理、硬件设计及嵌入式软件领域的技术积累，完全自主开发完成该机器人采用两轮差速底盘，最大运行速度为1.0米每秒，最大负重能力达到500公斤；以视觉传感器为主，融合多种高精度传感器，具备自主定位导航、自动避障、自主充电等功能，定位精度达到毫米级；采用锂电池为主动力，结合智能能源管理系统，可实现7×24小时连续运行。

智能调度系统（RCS）：“阡陌”系统的灵魂，实现最优分配，调度有序，智能运维，实时反馈。RCS负责全部机器人的任务分配、调度及运行维护。RCS采用多种调度算法，实现了任务的最优分配、多机器人路径规划以及机器人交通管理，让机器人集群能协调在一起工作，互相合作又互不影响，发挥出最大的效能。

RCS还负责监控机器人的运行状态，根据每个机器人的历史情况和当前状态，来决定是否需要进行具体项目的保养维护，并结合充电站的运行状态和当前的任务执行情况，合理的安排有需要的机器人进行自主充电，补充能源；并记录分析和汇总全部机器人的告警信息，及时通知运维人员，给出相应的检查和处理的建议，保障整个系统运行的可靠性。

智能仓储管理系统（iWMS）：数据智能分析，优化仓储管理；系统对接，兼容可靠。利用机器人系统作为执行载体，iWMS集成了多种仓储优化技术，实现物料随机存储，提升仓储空间利用率；实时动态调整冷热区物料，提高了出库效率；通过对历史运行数据的分析，可挖掘物料之间的关联，并制定相应的入库策略，提高出库效率；与视频监控互联，实时查看现场运作动态。智能仓储管理系统稳定可靠、兼容性好，实现与企业ERP系统全功能对接。

我们认为海康威视推出的“阡陌”系统是将亚马逊的”KIVA“机器人实现在中国的创新与推广，用仓储机器人这种自动化技术，能够抓取并移动货架和货品，将货品直接发往拣选员工，随后进行包装和发货，对提高仓库拣选效率，减少理货人员，实现仓储自动化的有效途径，我们认为这种”货到人“模式的仓储机器人系统的应用市场发展前景将十分可观。

2.3 瑞仕格Click&Pick：实现自动化存取，“货到人”拆零拣选技术

2015年9月，作为全球领先的仓储及配送解决方案集成商——瑞仕格与母公司KUKA集团联手开发了Automated Item Pick机器人拣选技术，将人与机器人协同作业的概念引入未来的自动化智能仓库设计中。KUKA集团的轻型机器人LBR iiwa具有感知能力，可以在不需要护栏的环境中与人协同工作，并保证人员的安全。机器人与人将实现在同一工作站履行订单任务，机器人可以连续不间断地从事简单的重复性作业，而人可以从事其他的复杂作业。

Automated Item Pick机器人拣选技术是对瑞仕格Click&Pick解决方案的智能扩充。Click & Pick系统采用的是一种三维的立方体网格架系统，每个立方体内有一个标准尺寸的箱子装着特定货物，如果装着所需货物的箱子埋在别的箱子下面，机器人会把上面的箱子拿起来堆在旁边，拿到货物后再放好。Click & Pick一小时能处理一千张订单，速度是人类作业的4-5倍。

Click&Pick的两款核心技术——AutoStore轻载存储拣选系统和CarryPick自动导引车拣选系统，专门针对电子商务及其他行业中小件商品的存储与零拣选，帮助客户实现更高的订单处理速度、更短的订单履行时间和更灵活地扩展系统。

AutoStore轻载存储拣选系统是一款高存储密度与高灵活性的自动化存取、货到人拆零拣选解决方案。系统安装简便快捷，既可用于新建仓库，也适合在任何现有场地内安装，这一优势可以帮助客户高效地利用仓库空间。货物存放在塑料周转箱中，每个料箱中可存储单一品项或多个品项的货物。料箱一个个堆叠起来置于铝制货格内，料箱垛彼此相邻，形成了巨大的密集存储区。AutoStore 机器人行走于货格的上方，往返于货格和拣选站台之间存取料箱。系统中的每台机器人都可以抓取任何一个料箱，并送到任何一个拣选站台，因此系统可以达到极高的冗余性、可靠性与出货效率。

CarryPick实现货到人拣选的解决方案。 CarryPick自动导引车拣选系统融合了可移动的货架、自动导引车、仓储管理软件和移动式多功能工作站台，为零售客户提供灵活可扩展的解决方案，能够快速适应需求的变化。自动化存储与货到人订单处理系统是专为电子商务内部物流设计的，以应对该行业日常面临的产品多样化、发货次数、成本效率等挑战。CarryPick 系统具备很高的灵活性与扩展性，可以根据仓库的需求变化进行快速调整，是可以满足企业当下和未来需求的最佳解决方案。

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。

3.1 Fetch 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，拾取最大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，即使在最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。

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