隨著電子商務(wù)的蓬勃發(fā)展，倉(cāng)庫(kù)管理機(jī)器人已經(jīng)經(jīng)歷了相當(dāng)大的發(fā)展。為了它們的進(jìn)化，研究工作正在進(jìn)行，包括生物啟發(fā)式的各種股。

經(jīng)驗(yàn)之談

●機(jī)器人在物流領(lǐng)域找到了越來(lái)越多的空間和用途，亞馬遜和沃爾瑪?shù)染揞^部署機(jī)器人系統(tǒng)管理倉(cāng)庫(kù)的戰(zhàn)略就是證明。僅就移動(dòng)機(jī)器人而言，這是一個(gè)非常有活力的市場(chǎng)，預(yù)計(jì)2025年全球收入將達(dá)到180億美元。

●倉(cāng)庫(kù)中的機(jī)器人已經(jīng)存在了很長(zhǎng)時(shí)間，但隨著電子商務(wù)的發(fā)展--在大流行的幫助下--它們已經(jīng)變得異常普遍，在過(guò)去的20到30年里，由于越來(lái)越多地使用人工智能，它們的技術(shù)演進(jìn)也變得異常廣泛。

●為了開(kāi)發(fā)智能和自主機(jī)器人系統(tǒng)，研究工作正在幾個(gè)方面進(jìn)行。在最原始的股中，至少有兩個(gè)靈感來(lái)自大自然，特別是共生和蜂群，值得一提。

機(jī)器人技術(shù)在物流領(lǐng)域的傳播有許多相似之處。最近的一件事涉及亞馬遜，它是電子商務(wù)巨頭，也是世界上最大的倉(cāng)庫(kù)管理機(jī)器人投資者，在該領(lǐng)域的總投資中占38%。去年春天，它宣布啟動(dòng)一個(gè)10億美元的工業(yè)創(chuàng)新基金，以支持機(jī)器人公司。

9月對(duì)比利時(shí)Cloostermans公司的最新收購(gòu)，該公司專(zhuān)門(mén)從事倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化的技術(shù)解決方案，也指向了這個(gè)方向。它將成為亞馬遜機(jī)器人公司的一部分，該部門(mén)是為開(kāi)發(fā)使用移動(dòng)機(jī)器人的訂單履行系統(tǒng)而設(shè)立的。

世界上最大的連鎖超市沃爾瑪，也在爭(zhēng)取在倉(cāng)庫(kù)中更廣泛地使用機(jī)器人。這就是為什么它擴(kuò)大了與專(zhuān)門(mén)從事基于人工智能的供應(yīng)鏈技術(shù)的Symbotic集團(tuán)的合作，在美國(guó)的所有42個(gè)配送中心部署機(jī)器人解決方案和軟件自動(dòng)化平臺(tái)。

Symbotic的系統(tǒng)具有簡(jiǎn)化訂單執(zhí)行過(guò)程的視覺(jué)技術(shù)、用于包裝和拆包物品的機(jī)械臂以及移動(dòng)機(jī)器人。正是對(duì)后者越來(lái)越感興趣：根據(jù)Interact Analysis的估計(jì)，移動(dòng)機(jī)器人市場(chǎng)的收入將在2025年達(dá)到180億美元。同一家分析公司在另一份報(bào)告中預(yù)測(cè)，未來(lái)三年將售出近210萬(wàn)臺(tái)移動(dòng)機(jī)器人，其中僅2025年就有近86萬(wàn)臺(tái)。

為什么倉(cāng)庫(kù)里對(duì)機(jī)器人有這么大的需求？為了滿足物流基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)的自動(dòng)化需求，預(yù)計(jì)其數(shù)量也將急劇上升：根據(jù)Interact分析，全球倉(cāng)庫(kù)的數(shù)量將從2020年的約150,600個(gè)增加到2025年的180,000個(gè)。

對(duì)這一趨勢(shì)的確認(rèn)是多方面的：物料搬運(yùn)協(xié)會(huì)的一項(xiàng)調(diào)查指出，在未來(lái)五年內(nèi)，物流業(yè)對(duì)機(jī)器人技術(shù)的采用將增加50%或以上。

許多人都在打賭，機(jī)器人技術(shù)將改變倉(cāng)庫(kù)的管理和設(shè)計(jì)方式。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，對(duì)研究的需求將越來(lái)越大，因此將開(kāi)發(fā)出越來(lái)越多的高性能和 "智能 "技術(shù)解決方案。

倉(cāng)庫(kù)中的機(jī)器人：它們做什么和使用什么類(lèi)型的機(jī)器人

用于物流和自動(dòng)化的機(jī)器人解決方案當(dāng)然不是新事物。我們想到了傳送帶、掃描儀和其他創(chuàng)新，它們促進(jìn)了行業(yè)的發(fā)展，并使之有可能滿足訂單處理中不斷增長(zhǎng)的速度要求。

但是，由于過(guò)去兩年電子商務(wù)的指數(shù)式增長(zhǎng)--由大流行病引起的--所帶來(lái)的投資和變化的速度，以及更迅速和更有效地處理訂單的需要，導(dǎo)致了它們的使用急劇增加。

因此，對(duì)機(jī)器人和自動(dòng)化系統(tǒng)的需求不斷增加，其在倉(cāng)庫(kù)的存在是歷史性的。想想自主移動(dòng)機(jī)器人（或AMR）：第一個(gè)最基本的例子是由英國(guó)神經(jīng)生理學(xué)家威廉-格雷-沃爾特在20世紀(jì)40年代和50年代之交發(fā)明的。

盡管與今天的人工智能驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人相比，那些最早的自主機(jī)器人相當(dāng)粗糙，但它們?yōu)槠涿黠@的進(jìn)步奠定了基礎(chǔ)。人工智能因素明顯地加速了它們的演變，這解釋了過(guò)去30年AMR的根本變化。在某些方面，它們被比作自主導(dǎo)航車(chē)（AGV），也是允許在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)運(yùn)輸材料的自動(dòng)化解決方案。但自主移動(dòng)機(jī)器人在技術(shù)上要先進(jìn)得多。

機(jī)器人以及與人類(lèi)操作員的協(xié)作

在物流領(lǐng)域，最著名和最廣泛的機(jī)器人系統(tǒng)是cobots，即協(xié)作機(jī)器人。這些是半自主的移動(dòng)機(jī)器人，旨在通過(guò)與人類(lèi)操作員的協(xié)作和互動(dòng)，幫助他們?cè)趥}(cāng)庫(kù)環(huán)境中完成各種任務(wù)。一些人跟隨工人在倉(cāng)庫(kù)周?chē)邉?dòng)，充當(dāng)揀選訂單的移動(dòng)容器。還有一些人執(zhí)行更高級(jí)的任務(wù)。

這些機(jī)器人配備了傳感器，使其能夠區(qū)分各種障礙物，從而確保在設(shè)施中準(zhǔn)確導(dǎo)航。長(zhǎng)期以來(lái)，研究工作一直致力于改善人與機(jī)器之間的這種關(guān)系。在這方面，讓我們回顧一下歐洲MindBot項(xiàng)目，該項(xiàng)目由IRCCS Eugenio Medea研究所構(gòu)思和協(xié)調(diào)。

物流自動(dòng)化的解決方案還包括自動(dòng)存儲(chǔ)和檢索系統(tǒng)（AS/RS）。這些是計(jì)算機(jī)和機(jī)器人輔助的系統(tǒng)，能夠檢索物品或?qū)⑵鋬?chǔ)存在特定區(qū)域，幫助實(shí)現(xiàn)庫(kù)存管理自動(dòng)化，并按需儲(chǔ)存/檢索貨物。

物流業(yè)的機(jī)器人技術(shù)：增長(zhǎng)由人工智能驅(qū)動(dòng)

機(jī)器人技術(shù)在物流中的應(yīng)用越來(lái)越多，其關(guān)鍵在于人工智能技術(shù)的使用越來(lái)越多。專(zhuān)門(mén)的研究分支正在成倍增加。

其中包括在美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的制造業(yè)未來(lái)研究所（MFI）開(kāi)展的工作。在這里，一個(gè)工程師和計(jì)算機(jī)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)正在研究未來(lái)的倉(cāng)庫(kù)機(jī)器人。

研究的重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)各種解決方案，如多代理路徑規(guī)劃與進(jìn)化強(qiáng)化（MAPPER），這是一種基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的方法，使機(jī)器人能夠進(jìn)行自主探索和自我學(xué)習(xí)。

相反，機(jī)器人根據(jù)他們的本地觀察做出獨(dú)立決定。他們的這些能力將越來(lái)越多地使機(jī)載傳感器能夠在越來(lái)越大的范圍內(nèi)觀察動(dòng)態(tài)障礙物。但通過(guò)強(qiáng)化學(xué)習(xí)，機(jī)器人將能夠在學(xué)習(xí)中不斷發(fā)展，以處理越來(lái)越復(fù)雜的情況。

這些智能機(jī)器人將使倉(cāng)庫(kù)更容易、更快速、更經(jīng)濟(jì)地部署大型機(jī)器人車(chē)隊(duì)，包括在能源效率方面。事實(shí)上，當(dāng)機(jī)器人行駛的距離較短時(shí)，將有可能減少能源消耗，因?yàn)樗鼈兡軌蜃灾鞯貙W(xué)習(xí)規(guī)劃路線，以節(jié)省能源。

此外，分散的方法將減少經(jīng)典集中式方法所需的計(jì)算和通信的能量。

MFI開(kāi)發(fā)的另一個(gè)研究基礎(chǔ)是上下文感知安全強(qiáng)化學(xué)習(xí)（CASRL），這是一個(gè)元學(xué)習(xí)框架，通過(guò)該框架，機(jī)器人可以學(xué)習(xí)安全地適應(yīng)其環(huán)境中的非穩(wěn)定干擾。

通過(guò)CASRL，機(jī)器人可以學(xué)會(huì)在復(fù)雜的情況下或在不可預(yù)見(jiàn)的干擾下安全導(dǎo)航，而這些干擾在現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用中隨處可見(jiàn)，并且會(huì)帶來(lái)無(wú)窮的麻煩。

但在未來(lái)的物流管理中，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的科學(xué)家們還會(huì)有其他的機(jī)會(huì)：特別是一個(gè)新的項(xiàng)目，將基于數(shù)字雙胞胎和安全關(guān)鍵的元態(tài)環(huán)境的生成，這對(duì)于開(kāi)發(fā)越來(lái)越智能和可靠的生產(chǎn)機(jī)器人至關(guān)重要。

物流業(yè)機(jī)器人的未來(lái)：從啟發(fā)式算法...

物流機(jī)器人技術(shù)研究要滿足的需求涉及機(jī)器人移動(dòng)履行系統(tǒng)，需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化以滿足更快、更準(zhǔn)確的訂單處理需求。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必須進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。這就是中國(guó)大連理工大學(xué)莊艷玲領(lǐng)導(dǎo)的研究小組正在進(jìn)行的工作。他們的研究重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)模型和算法以提高機(jī)器人系統(tǒng)的效率。

特別是，Zhuang正在開(kāi)發(fā)一個(gè)具有多個(gè)拾取站的移動(dòng)機(jī)器人躲避系統(tǒng)，作為一個(gè)混合編程模型。然后，他和他的團(tuán)隊(duì)一起引入了一種啟發(fā)式算法，在多個(gè)分揀站生成訂單和貨架序列。他使用真實(shí)數(shù)據(jù)，測(cè)試了所提方法的性能。據(jù)研究人員說(shuō)，結(jié)果令人驚訝。

......從大自然中獲得靈感的方法：共生和群居

還是關(guān)于物流機(jī)器人的新研究領(lǐng)域，我們想提一下受大自然啟發(fā)的兩條研究路線。第一種是以共生為線索，即兩個(gè)生命體之間的共存和合作，如螞蟻和蚜蟲(chóng)之間的共存。

它旨在簡(jiǎn)化交付和倉(cāng)庫(kù)管理，由南加州大學(xué)工業(yè)和系統(tǒng)工程教授約翰-古納爾-卡爾松領(lǐng)導(dǎo)的研究小組正在研究。

為了開(kāi)發(fā)優(yōu)化技術(shù)以幫助實(shí)現(xiàn)這一新方案，他剛剛獲得了豐田公司雷蒙德公司的20萬(wàn)美元資助。

2023年期間，卡爾森將設(shè)計(jì)一個(gè)設(shè)施，以展示 "輔助車(chē)輛 "車(chē)隊(duì)，如自動(dòng)地面機(jī)器人或空中無(wú)人機(jī)，如何在自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等背景下與大型送貨車(chē)輛快速有效地協(xié)同工作。

該科學(xué)家開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)被稱(chēng)為共生車(chē)輛路由，是一種進(jìn)化版的車(chē)輛路由。教授本人對(duì)其工作原理解釋如下："在一個(gè)共生系統(tǒng)中，你可以有一個(gè)大型叉車(chē)與地面上的小型機(jī)器人一起運(yùn)行，運(yùn)輸單個(gè)物品并將其放置在需要的地方。

卡爾森和他的團(tuán)隊(duì)將使用一種算法來(lái)實(shí)現(xiàn)共生路由系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，倉(cāng)庫(kù)中的大型主車(chē)可以移動(dòng)整個(gè)貨架，同時(shí)得到拾取個(gè)別物品的 "助手 "AGV車(chē)隊(duì)的協(xié)助。這個(gè)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的算法將被該團(tuán)隊(duì)用于實(shí)驗(yàn)中，以找到主機(jī)和助手之間最有效的路線。

在這個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)之間相互協(xié)作的角度，還有另一條研究路線，在這種情況下，它著眼于蜂群。我們正在談?wù)摲淙簷C(jī)器人：它們?cè)谟?guó)已經(jīng)有了具體的用途，Ocado是技術(shù)驅(qū)動(dòng)的軟件和機(jī)器人平臺(tái)的專(zhuān)家，為在線雜貨購(gòu)物提供解決方案。