物流時代的協作機器人

物流機器人的發展

物流時代的協作機器人

協作機器人

隨著智能物流時代的到來,機器人在物流中的發展勢不可擋。目前的問題不再是能否將機器人大量引入物流行業,而是我們應以多快的速度引進機器人,以及如何做好準備迎接物流時代。

物流機器人的發展主要分為三個階段:

第一階段,物流機器人主要是以傳送帶及相關機械為主的設備,為機器人原型,實現從人工化到自動化的轉變。

第二階段,機器人主要以亞馬遜的移動機器人小車(Kiva)為代表,解決一些簡單的搬運功能。這個階段仍需要人工完成貨物分揀操作,人力仍然存在。

第三階段,以Fetch Robotics為代表的機器人,目的是在通過機器人取代人的分揀。在小車的基礎上,增加了機械臂、機械手、視覺系統等等。2015-2016年,這種形式的機器人得到普遍關注,如Adept、Robotnik、PAL等等都有此類機器人。如今,這些公司發現,這種方式從形式上可以替代人工,但是從技術角度來看,並不成熟,分揀效率比人低很多,比如在2016年亞馬遜分揀大賽的冠軍代爾夫特團隊設計研發的獨臂機器人Suckbot,它的第一次分揀貨物的時間為30秒,而人在幾秒鐘內就能完成。

物流時代的協作機器人

抓取機器人

物流中的機器人與人——協作機器人(Collaborative Robot)

現階段物流機器人不足以替代人類分揀,所以現階段的物流應該還處在機器人第二階段。但這個階段,已經不再滿足於現階段的亞馬遜的模式——人分揀、小車搬運,而是不久後會出現的人機協作的模式——協作機器人,屬於第二階段第三階段之間的產物。協作機器人是一種從設計之初就考慮降低傷害風險,可以安全的與人類進行直接交互(Direct Interaction)/接觸(Physical Contact)的機器人。雖然亞馬遜模式也是一種人機協作,但人和機器人實際的工作區域是分離的,這裡說的協作機器人是一種深度的人機合作模式,即人和機器人是在同一區域——協作區域(Collaborative Workspace)——工作的。由人類負責對柔性,模糊,靈活要求比較高的工序,機器人則利用其快速、準確、力量要求較高的工序。比如,在物流領域,傳統工業機械臂受限於技術和歷史原因,為了保證安全在搬運重物時把人類排除在工作區域之外,且每次只能將貨物擺放在指定位置。可是在人員混雜、貨物每次擺放的位置相對不固定的倉庫,傳統工業機械臂無用武之地。針對這種倉庫,如果採用協作機器人中的平衡吊機器人(如圖1所示),由人直接扶握重物,平衡吊機器人提供“零重力”懸浮,人可以將重物輕鬆放置到任意位置。協作機器人的出現,實際上針對傳統機器人某種程度的不足,主要有兩點:

  1. 現階段的物流機器人(第二階段)的部署成本非常高。首先需要大規模改建倉庫,且改建的週期較長。其次單體機器人價格偏高,單體機械臂根據其負載能力以及精度的不同,價格大約在10萬-40萬之間,此外可能還需要傳送裝置,立體存儲等,改建費用可能需要上千萬。根據行業內反饋,回本的週期大約需要3-5年。協作機器人恰恰不需要太多的部署就能實現;
  2. 傳統機器人無法滿足物流行業的協作需求。物流行業的特點是貨物品類繁多、體積不一,重量不同,而傳統分揀機器人分揀時必須要求貨物體積儘量統一,重量的差異不能太大。所以分揀多品類貨物時,傳統的分揀機器人很難給出滿意的解決方案,需要人的介入。如果人與機器人協作,不在同一區域恐怕會嚴重影響工作效率,所以需要協作機器人。

協作機器人與傳統機器人之間並沒有非常大的不同,只是基於不同的設計理念生產的工業機器人產品。現階段的協作機器人還是以機械臂的形式為主,比如,ABB的Yumi機器人,Rethink的Swayer機器人等等(如表1所示),具體應用還不是很廣。目前,有一些國外的物流公司在其倉儲環境測試Baxter和Sawyer智能協作機器人,評估其執行合作包裝與高附加值任務的能力,如裝配、配套、打包及售前服務能力,為倉儲工作人員提供具有主動適應性的智能解決方案,幫助物流公司倉儲中心員工提高工作效率。

物流時代的協作機器人

表1:常見協作機器人

展望

在物流領域,有亞馬遜這樣行業巨頭,也有優速這樣的中小型企業。亞馬遜可以通過收購Kiva實現其物流領域的自動化野心,而中小企業也有在物流領域內自己的自動化需求。實際上,類似於亞馬遜這樣的行業巨頭有能力自己實現其自動化需求,偏偏是這些中小企業不能在研發上投入太多,且自己本身的資金不夠充足,對他們來說如果有便宜且不用太多針對倉庫進行部署改建的機器人,他們會十分歡迎的,所以協作機器人會有更廣闊的市場。

物流時代的協作機器人

平衡吊機器人

1.《人機協作備受關注 協作機器人機遇挑戰並存》

2.《【解析】協作機器人為什麼那麼火》


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