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这个仓库机器人能轻松分拣搬运大而重的盒子
Dextrous Robotics 联合创始人 Sam Zapolsky(左)和 Evan Drumwright 展示了他们最新的仓库机器人

尽管机器人已经出现在仓库中,在箱子之间搬运小物品以进行运输或存储,但它们尚未接管搬运大而重的物品的工作。这正是它们最有用的地方,因为拖拽对人们来说很难做到。

有几家公司正在解决这个问题,而且可能有足够的空间供所有公司使用,因为机会是巨大的。那里有很多拖车需要卸??载。可以说,最有趣的方法来自Dextrous Robotics,该公司有一个机器人,可以用一双巨大的筷子移动盒子。
我们首次撰写有关 Dextrous Robotics 的文章 是在 2021 年,当时他们正在使用 Franka Panda 机械臂进行概念验证。从那时起,这个概念得到了成功的证明,Dextrous 已经扩展到一个更大的机器人,它可以用它的筷子操纵器每小时处理数百个重盒子。
“筷子式的方法非常有效,”Dextrous 首席执行官Evan Drumwright告诉我们。“我们可以通过非常精确的操作来搬运重物和小物品。独立可动的筷子可以通过简单的机械设计来抓取几乎无限种类的物体。这是抓取问题的真正简化。”

上面的视频显示,在模拟卸载装满的拖车的场景中,机器人每小时移动约 150 个箱子,但系统的运行速度要快得多。演示是在没有任何路径优化的情况下完成的。在整洁的环境中,Dextrous 能够以每小时 900 个盒子的速度操作系统,大约是一个人每小时处理 300 至 500 个盒子的速度的两倍。

当然,盒子越重,人就越难保持这个速度。一旦箱子的重量超过20公斤左右,就需要两个人才能搬动。到那时,劳动效率就会大大降低。理论上,Dextrous 机器人的硬件能够以高达 3 g ·s 的加速度搬运 40 公斤的箱子,以较低的加速度搬运高达 65 公斤的箱子。这相当于每小时 2,000 个盒子。确实,这只是理论上的最大值,但这正是 Dextrous 正在努力的方向。

如果唯一的问题是快速移动沉重的箱子,机器人早就解决了。然而,在你移动盒子之前,你首先必须把它捡起来,这让事情变得复杂。其他机器人公司利用吸力来拾取物体。仅灵巧的人就喜欢巨大的筷子。

吸力确实有一个优点,那就是在感知和规划方面更容易处理:找到一个平坦的表面,坚持下去,然后就可以了。这种方法假设您可以找到一个平坦的表面,但大多数演示视频中看到的有序堆叠的盒子不一定是您在仓库中得到的。吸力还存在其他问题:它的有效负载限制通常为 20 公斤左右,对于奇数尺寸的盒子不能很好地工作,并且在低于 10°C 的温度下运行时会出现问题。抽吸系统还会吸入大量污垢,这可能会导致机械问题。

吸力系统通常仅附着在一个表面上,这限制了它在不失去抓力或撕开盒子的情况下移动的速度。灵巧的筷子可以从两侧支撑一个盒子。但充分利用这种能力给感知和规划方面增加了难度。

“走到这一步已经是硬核了,”德拉姆赖特说。“我们的感知系统和操作必须达到一定的精确度,才能充满信心地理解我们正在挑选的东西。我们最初的工程障碍非常非常高。”

使用筷子等刚性机械手来操纵刚性物体,Dextrous 花了数年时间才得以完善。“弄清楚如何让机器人感知和理解其环境,找出最适合挑选的物品,然后操纵该物品并在合理的时间内完成所有这一切 - 这真的非常困难,”Drumwright 告诉我们。“我不会说我们已经 100% 解决了这个问题,但它运行得很好。我们还有很多事情要做,但是概念验证是否能够真正让机器人进行基于接触的操作,在合理的时间内从不受约束的环境中拾取不同大小的物体?我们已经解决了这个问题。”
这是另一个视频,展示了持续的箱子处理顺序;如果您仔细观察,您会注意到机器人使用其操纵器稍微重新定位盒子以使其获得最佳抓握时的各种精确的小动作:
所有这些动作使机器人看起来几乎像是在远程操作,但德拉姆赖特向我保证它是完全自主的。事实证明,远程操作在这种情况下效果不太好。“我们考虑过做 teleop,但实际上我们做不到。我们发现我们的控制器非常精确,以至于我们实际上无法通过远程操作使系统表现得比自主表现更好。” 至于机器人如何决定做什么,“我无法确切地告诉你这些行为从何而来,”德拉姆赖特说,“我们就称之为人工智能吧。但这些都是自主操纵行为,机器人能够利用这套不同的技能来弄清楚如何挑选每个盒子。”

您可能已经注意到视频中的盒子非常破旧。德拉姆赖特说,这是因为机器人已经用这些盒子练习了几个月,但 Dextrous 意识到小心是必要的。“我们从一开始就担心的一件事是,我们如何以温和的方式做到这一点?但我们最新版本的机器人具有非常灵敏的灵敏度,可以非常温和地处理盒子。”

我问德拉姆赖特,他的机器人最难拾取的物体是什么。我建议使用保龄球(重、滑、球形)。他的回答是“具有挑战性,但绝不是不可能的”,他引用了华盛顿大学悉达多·斯里尼瓦萨(Siddhartha Srinivasa)的研究,该研究表明,带有筷子的机器人可以学习对球形物体进行动态精细操纵。不过,Dextrous 并不算是作弊,它在筷子的末端执行器上添加了一层薄薄的硬橡胶涂层,仅增加了一点点顺应性——不足以扰乱计划或控制,但足以让其抓住一些棘手的物体容易一点。

一年前,Dextrous 已经证明它可以在有限的情况下高速移动箱子。在过去的一年里,它一直在确保系统能够处理仓库中可能遇到的各种场景。接下来是将这两件事结合起来——加快速度,同时仍然可靠和自主地工作。

“在操纵方面,该系统是完全自主的,”德拉姆赖特说。“目前,我们需要人类将机器人驾驶到容器中,然后在机器人拾取它能到达的所有区域后操纵它前进,但我们也正在使其完全自动化。” 到目前为止,该机器人非常可靠,只需要润滑即可。

Drumwright 表示,目前业务方面最大的挑战就是制造足够的机器人,因为该公司是在内部制造硬件的。剩下的问题是从实验到产品的过渡需要多长时间。该公司正在启动一些商业试点,德拉姆赖特表示,最让他们放慢速度的是制造足够的机器人来满足需求。

“我们已经解决了所有最困难的技术问题,”他说。“现在,是业务部分。”
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