德國(guó)物流企業(yè)Sigloch公司是第一家在倉(cāng)庫(kù)中使用獨(dú)立運(yùn)行的自動(dòng)機(jī)器人的公司。這臺(tái)機(jī)器人由總部在慕尼黑的初創(chuàng)企業(yè)Magazino開發(fā)。西門子擁有這家公司49.9%的股權(quán)。

在位于德國(guó)南部的紐倫堡與曼海姆之間的小鎮(zhèn)Blaufelden，快遞公司Sigloch迎來了一名叫“Toru”的新同事。雖然Toru跟其他員工不太一樣，但他很招人喜歡，因?yàn)樗艹錾赝瓿蓜e人不太愿意做的工作，比如從公司偏僻的庫(kù)房里運(yùn)來很少有人訂購(gòu)的書籍。不僅如此，他還絕對(duì)服從命令，從來不說任何“如果”或“但是”。其實(shí)，Toru是一臺(tái)機(jī)器人。像這樣讓機(jī)器人在倉(cāng)庫(kù)中與人類合作共事，尚屬歷史首次。Toru由Magazino公司研發(fā)。公司的三位創(chuàng)始人之一Nikolas Engelhard表示：“目前，在客戶使用的機(jī)器人中，沒有任何其它機(jī)器人能夠在倉(cāng)庫(kù)中自己導(dǎo)航、找到、抓取一本書籍，并將之轉(zhuǎn)交給配送流程的下一環(huán)節(jié)?！盨iemens Innovative Ventures擁有這家公司49.9%的股份。

沿著腦內(nèi)地圖，Toru能夠在倉(cāng)庫(kù)最偏僻的角落里找到少有人問津的書籍。

不同于只能抓取貨物托盤的常規(guī)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，Toru可以拿起單件物品。

將一件物品送至打包站之后，Toru便準(zhǔn)備好接受下一項(xiàng)任務(wù)了。它可以不出錯(cuò)地連續(xù)執(zhí)行三項(xiàng)任務(wù)。

Toru讓我們得以一窺未來倉(cāng)庫(kù)物流的景象。Engelhard說：“我們采用的技術(shù)與傳統(tǒng)自動(dòng)化解決方案中的完全不同。”迄今為止，自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)只能移動(dòng)整箱物品或貨物托盤，而單件物品的拾取則由人完成。然而，Toru卻能打破這個(gè)界限。Toru的“大腦”是一臺(tái)工業(yè)計(jì)算機(jī)，它裝載的軟件包括了大量標(biāo)準(zhǔn)化和專門開發(fā)的算法。Toru還有自己的“眼睛”，由一臺(tái)2D攝像頭和一個(gè)能幫助它識(shí)別物體的十字激光器構(gòu)成。此外，Toru還有“肌肉”和“觸覺”。它身上的傳感器能夠估計(jì)出它是如何與目標(biāo)物接觸的，而它身上的驅(qū)動(dòng)單元?jiǎng)t讓它的夾鉗能夠完成抓取書的動(dòng)作。尤為重要的是，Toru“知道”，只要有人穿過它的移動(dòng)路線，它就必須站住不動(dòng)。安全激光將持續(xù)掃描Toru四周以保證必要之時(shí)Toru能夠停下來。

破紀(jì)錄的誕生
僅用了一年時(shí)間，Toru就從開發(fā)工程師的手中誕生了，打破了開發(fā)周期的記錄，而這要?dú)w功于各路機(jī)器人專家。他們有的獨(dú)自研發(fā)了所有機(jī)器人模塊，有的則利用標(biāo)準(zhǔn)組件來裝配機(jī)器人模塊。在Magazino，軟件開發(fā)人員、機(jī)械工程師、工業(yè)設(shè)計(jì)師和電氣工程專家等并肩合作，共同開發(fā)解決方案。目前，約有40人在Magazino工作。

Magazino的軟件專家正在思考改進(jìn)產(chǎn)品的方法。

2014年，在Nikolas Engelhard、Lukas Zanger和Frederik Brantner共同創(chuàng)辦Magazino公司之后，當(dāng)時(shí)正在慕尼黑工業(yè)大學(xué)撰寫電氣工程學(xué)碩士論文的Marcel Debout加入了這支隊(duì)伍。Debout在他的論文中分析了常用的“面形激光”光學(xué)測(cè)量技術(shù)，他希望利用這項(xiàng)技術(shù)打造出讓機(jī)器人“看見東西”的系統(tǒng)。Debout表示：“我們想要一個(gè)不用昂貴的3D攝像頭，就能達(dá)到毫米精度的光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)?！?

傳統(tǒng)面形激光技術(shù)使用2D攝像頭來記錄激光器投射到被掃描物體上的光線的數(shù)據(jù)點(diǎn)。然后，計(jì)算機(jī)可以根據(jù)這些信息，計(jì)算出物體的形狀。這項(xiàng)技術(shù)常用于質(zhì)量檢查等。為了增強(qiáng)這個(gè)系統(tǒng)，Debout用十字激光器取代了激光器。由于攝像頭和激光器的定位和對(duì)齊總是相同的，Debout開發(fā)的算法能讓計(jì)算機(jī)根據(jù)攝像圖像中激光的位置，計(jì)算出物體的外形尺寸。利用這項(xiàng)技術(shù)，Debout能夠同時(shí)解決許多問題。首先，2D攝像頭比3D攝像頭價(jià)格更低。第二，由于計(jì)算所需數(shù)據(jù)量更小，計(jì)算機(jī)能以比標(biāo)準(zhǔn)方法更快的速度計(jì)算出被掃描物體的外形尺寸。第三，2D攝像頭不規(guī)定與被掃描物體間的最短距離。Debout表示：“這是一個(gè)重要的考量因素，因?yàn)閭}(cāng)庫(kù)過道通常很窄?！?

Toru如何識(shí)別書籍
Toru的第一個(gè)任務(wù)是參與書籍配送，這并非巧合。Engelhard指出：“方形物體最容易被識(shí)別?！盨igloch公司庫(kù)內(nèi)每本書的外形尺寸數(shù)據(jù)都保存在它的數(shù)據(jù)庫(kù)中。這些數(shù)據(jù)可以用來計(jì)算包裝尺寸。當(dāng)Toru收到運(yùn)送一本書的命令時(shí)，這些數(shù)據(jù)和書在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的位置信息就將通過Wi-Fi發(fā)送給Toru。然后，腦中有一張地圖的Toru便出發(fā)了。盡管如此，地圖的創(chuàng)建仍需要Magazino員工的協(xié)助。他們通過控制桿，引導(dǎo)Toru走過通道，熟悉周圍環(huán)境。未來，這個(gè)過程將變得更加簡(jiǎn)單。Engelhard說：“我們希望Toru能在客戶打開它的包裝后就立即獨(dú)立啟動(dòng)并測(cè)繪周圍環(huán)境的地圖?！?

盡管地圖不可或缺，但Toru四處走動(dòng)所需要的卻不只是地圖。安裝在Toru的“腳”（即輪子）上方的激光傳感器將持續(xù)不斷地掃描它的周圍環(huán)境。Toru通過分析激光束反射的方式來決定到底是繞開障礙物，還是站著不動(dòng)，這一點(diǎn)類似于蝙蝠的回聲定位能力。由于Toru與人類要并肩合作，因此，它使用的激光掃描儀要符合相應(yīng)的國(guó)際安全認(rèn)證。譬如，德國(guó)制造商Sick公司就提供了適當(dāng)?shù)募す馄?。Engelhard指出：“沒有這樣的認(rèn)證，機(jī)器人只能在防護(hù)欄圍住的區(qū)域內(nèi)工作?！?

Nikolas Engelhard是Magazino公司的三位創(chuàng)始人之一。他是一名計(jì)算機(jī)視覺專家。

占倉(cāng)儲(chǔ)成本的55%
Toru的激光掃描器已經(jīng)連接至機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）框架。這是一個(gè)廣泛使用的開源軟件庫(kù)和工具集合。國(guó)際機(jī)器人社區(qū)正在不斷擴(kuò)充和改進(jìn)這個(gè)框架。Magazino公司使用了許多ROS程序。Engelhard坦言：“如果我們不得不為Toru的每個(gè)模塊都開發(fā)驅(qū)動(dòng)軟件，那么它現(xiàn)在將仍在研發(fā)之中?！北M管得到了ROS的幫助，Magazino的工程師仍須完成大量編程工作。例如，Magazino與Basler公司合作為Toru的2D攝像頭開發(fā)了驅(qū)動(dòng)軟件。為了回報(bào)機(jī)器人社區(qū)，Magazino與Basler共同決定在ROS網(wǎng)站上公開這個(gè)軟件包。Engelhard指出：“這也很好地宣傳了我們的技術(shù)專長(zhǎng)?！?

出于安全原因，Toru在Sigloch的倉(cāng)庫(kù)里以僅1米/秒的速度移動(dòng)，這比人類的平均行走速度（1.4米/秒）慢一些。然而，比速度更為重要的是，Toru可以不出錯(cuò)地連續(xù)執(zhí)行三個(gè)任務(wù)。除去找到物件在倉(cāng)庫(kù)中的正確位置之外，由于拿到錯(cuò)誤的書而浪費(fèi)的時(shí)間占倉(cāng)庫(kù)工人平均工作時(shí)間的10%。