自動化機器人系統將承擔危險的倉庫作業

Spidernaut

這只被稱為“蜘蛛俠”（Spidernaut）的蜘蛛是2005年設計制造的原型機器人團隊中的一員，其任務是在月球上組裝太陽能電池陣列。該任務的目標不僅是讓這些機器人完成手工操作，還要讓這些機器人在沒有人類指導的情況下開展相互協同性工作。

“一只600磅重的蜘蛛能去哪里？她想去哪兒就去哪兒。”這只被稱為“蜘蛛俠”（Spidernaut）的蜘蛛是2005年設計制造的原型機器人團隊中的一員，其任務是在月球上組裝太陽能電池陣列。該任務的目標不僅是讓這些機器人完成手工操作，還要讓這些機器人在沒有人類指導的情況下開展相互協同性工作。為了達到這一目標，工程師們需要將多個已經進行過任務優化的機器人進行編隊，找到能夠從頭到尾指導整個操作的應用軟件。這項工作目前也還在持續進行，參與“蜘蛛俠”（Spidernaut）及其團隊工作的研究人員也將有關經驗帶入相關商業領域，這些軟件可實現倉庫內及其他地方各種困難、危險和枯燥的體力作業的自動化操作。

外觀略兇猛的“蜘蛛俠”（Spidernaut）的任務是爬上支撐太陽能電池陣列的桁架，并將太陽能電池板安裝在需要安裝的地方。“在質量給定的情況下，要想獲得最大面積，桁架的質量就得更小”，美國國家航空航天局（NASA)約翰遜航天中心改變游戲規則開發項目的軟件、機器人及仿真部門的首席技術專家Rob Ambrose解釋說。“誰最適合爬上網狀桁架？當然是蜘蛛。”該團隊還設計了一個可以用扭矩工具固定關節的六肢機器人，以及肢體如細卷須的裝有攝像頭的第三類機器人。

為如此不同的三類機器人設計軟件，并驅動其完成如此復雜的任務，是一項艱巨的工作。因此，這個由美國噴氣動力試驗室和蘭利研究中心資助、Ambrose領導的NASA團隊向卡內基梅隆（Carnegie Mellon）大學的計算機編程團隊尋求幫助。Fred Heger即是此團隊中的一員。在參與此項目時，Fred Heger還是卡內基梅隆（Carnegie Mellon）大學的一名研究生，他回憶說，“眾多的挑戰之一就是確保機器人按序完成各項任務，你可不想讓你的機器人困在半完工的建筑中而無法出來。”

Ambrose說，在2005年的短短9個月時間里，NASA和卡內基梅隆大學的團隊一直在研究這三種機器人原型及其驅動軟件。雖然該計劃最終在機構優先權轉移期間被取消，但Ambrose說，“許多關鍵部件的應用技術促成了NASA后續設計的多個機器人的多項創新應用。”

Heger也在這項工作中受益，他現在是Vecna Technologies公司（位于馬薩諸塞州劍橋）的一名高級研究員。該公司最近推出了一套可在倉庫中移動物品的機器人，而該產品的研發有一部分就是基于Heger之前為NASA所做的工作。“今天人們在倉庫里所使用的商業化設備，其功用已趨完善，但是它們仍需人為參與其操作和控制，而我們公司通過應用基于人工智能的計算機、傳感器和機器人軟件，使這些傳統的需人為操作的設備實現了自動化。”Vecna Technologies公司的聯合創始人兼首席創新官Daniel Theobald解釋道。“有了這個系統，就好比在許多簡易的機器人駕駛員面前，安排了一名機器人主管，這個主管能夠告訴機器人駕駛員該去哪里，”他說。Heger在其研發過程中應用的軟件可直接追溯至他當年為NASA研發的軟件。“數學關系和模型都是相同的，只是編寫了新代碼，使其在更現代化的框架中得以應用。”Theobald解釋道。

Vecna Technologies公司的自動化套件軟件主要用于貨運倉庫等場所，這類場所通常需要將一輛卡車中的貨物分裝至其他不同的貨運卡車中。Heger解釋說，它雖然已是一個高度自動化的、配備有傳送帶和掃描機的系統，但是隨著電子商務的繁榮，人們購買的各類奇形怪狀的東西也迅速增加，即使這些東西不能放在傳送帶上分類，航運公司也得運輸這些貨物。例如，需要通過人力將卷起的地毯或自行車從卡車卸載到推車上，然后再通過人力將推車推到出發配送的卡車處，最后還需通過人力將其裝載到配送的卡車上。而Vecna Technologies公司的智能機器人可以自行駕駛推車和其他設備，于是就只需通過人力進行裝卸。并且，由于軟件可驅動多個機器人，因此，可以最有效的方式在整個倉庫中傳送包裹，從而加快整個裝運過程。“這個軟件知道所有卡車的位置及包裹堆放點。它可根據已知需求，以及預測或掌握的需求模式，將機器人指派需要它們的地點，”Heger解釋說，并指出這是一項人類并不太擅長的問題解決方式。他補充說，該軟件還可使這些機器人幫助人們提高工作效率，因為該軟件可以始終使工人有空車可裝，不必等候。

▲“蜘蛛俠”（Spidernaut）是NASA約翰遜航天中心設計的機器人團隊中的一員，其任務是在月球上自主組裝太陽能電池陣列。Vecna Technologies公司的高級研究員Fred Heger將其高超的編程技藝應用于此項目，開發了一個確保機器人以最優順序完成任務的應用系統

除了提高工作效率，機器人還可顯著減少事故的發生，而這些事故每年會造成數千人受傷。“我們設計了一個經過安全認證的系統，使其能夠進行單重、雙重和三重檢查。如果機器人有較大概率發生碰撞，系統會在碰撞發生之前將其自動關閉。”這意味著，即便機器人系統將物體從A點運送至B點的效率和成本與人工相同，但在減少事故方面，它仍遙遙領先，Heger說。

目前，Vecna Technologies公司與美國一家重要的航運公司簽訂了合同。他們認為該系統軟件在倉庫以外的市場也有著巨大應用潛力。“我們系統的優勢之一就是不需要全新的設備。您可以將我們的傳感器和軟件添加到現有設備中，整個系統便成為機器人系統”，Theobald解釋說。Heger說，“公司設想有一天，你在辦公室看到的任何東西，都是機器人從其產地運送到你門口的。這僅是戰略的一部分：我們設計的機器人系統可以在任何車輛上工作——托盤搬運車、叉車、高爾夫球車，以及各類大/小車，任何移動的東西都可以實現自動化。”

我們設計的機器人系統，可以在任何車輛上工作，包括托盤搬運車、叉車、高爾夫球車，以及各類大/小車，任何移動的東西都可以實現自動化。

—— Fred Heger, Vecna Technologies公司（本文譯自NASA Spinoff 2018報告）

▲Vecna Technologies公司利用基于NASA項目的專業知識，為商業倉庫設備研制出“自動化套件”，以實現包裝處理等作業的自動化。“自動化套件”中的軟件主要用于實現多個機器人協同工作，從而確保機器人系統能夠以最有效的方式在倉庫中進行包裹運輸

Ambrose認為，這類系統對NASA的計劃也是至關重要的。他說：“我們正在考慮將人們送入外太空，這個挑戰最好通過預先部署的機器人來完成。第一次進入外太空就讓人類參與，這并不劃算。”而且機器人還可以在人類未到訪之前，在無人條件下進行設備維護，還能為落地后的宇航員提供幫助。“因此，Fred精心將各種不同機器人組成一個團隊的經驗，也將會是NASA關注的事情。”