亚马逊告诉机器人如何堆装货物

将物品装入仓库的移动货架是一个非常困难的问题。

仓库中的操作机器人大多数都用于从箱子里取出物品。这种拣货操作可能很困难，特别是不同类型物品的数量达到数百万时。但机器人越来越擅长这种工作。此外，它们也开始擅长将物品放入箱子的堆装操作。

一个月前，亚马逊推出了Spa-rrow，并称其为“仓库中第一个能够从库存中识别、挑选和处理单个产品的机器人系统”。然而，周边系统是通过为Sparrow提供非常适合机器人搬运的箱子来完成大部分繁重工作的。在各地高度自动化的仓库中，大多数箱子要么只装相同的物品，要么只装少量不同物品。

但是，对于亚马逊仓库中的绝大多数物品，采用机器人友好的箱子并不现实，主要原因是人堆放物品的方式通常靠直觉完成，这会让机器人感到很困惑。华盛顿大学保罗•G. 艾伦计算机科学与工程学院教授西达尔塔•斯里尼瓦萨（Siddartha Srinivasa）在2022年底以前，一直担任亚马逊机器人人工智能总监，他将堆装物品的问题描述为“一场噩梦……堆装从根本上打破了所有现有工业机器人思维”。但过去几年里，为了解决这一问题，亚马逊机器人公司的研究人员做了一些认真的工作，重点研究了大多数亚马逊仓库的实际运行方式：通过人来完成大多数复杂操作。

在标准的仓库中，亚马逊的转送装置（顶部有货架的移动机器人，称为“吊舱”）从人们身边驶过，就像服务员为顾客端上美味佳肴一样。人们在货架中挑选物品、创建订单。因此，拣货的任务是由机器人和人共同完成的。但人让物品进入亚马逊仓库的工作流程是一开始就把物品放在这些移动货架上。事实证明，这种方式能够最有效地利用空间。这很有道理。

亚马逊仓库在收到一批新货库存时，显然要做的事可能就是召唤一个移动机器人，用它充足的货架堆装所有物品。这样，有人订购一件物品时，刚刚装货的移动机器人就会出现，人们可以从货架上取出相应物品。然而，如果移动机器人被卡住、破损，或者无法使用，那么人们就无法得到需要的物品，这会降低整个系统的速度。亚马逊的策略是将货物分配给多个移动机器人，始终保持部分可用。

这种分布式堆装的过程是随机的，在这个过程中，堆装员可能会将一些物品装入出现的任何移动机器人中。堆装员决定堆装物品最适合的位置，包括已装有其他随机物品的箱子，亚马逊其实并不在乎具体怎么装，只要库存系统能够追踪物品的去向即可。

评估该系统的观察人员很快注意到了两个问题：首先，亚马逊产品的堆装方式与传统的拣货机器人完全不兼容。其次，我们很容易理解为什么堆装对机器人是一场噩梦。机器人不仅必须小心翼翼地摆布杂乱的物品，在箱子中腾出空间，还必须处理松紧带，维持物品不从箱子中掉落，物品还必须摆放妥当，不能遮挡视线或妨碍操作。

“对我来说，这很难，但也不是太难，这是机器人可行操作的最前沿。”亚马逊机器人人工智能的应用科学高级经理亚伦•帕内斯（Aaron Parness）说，“这是一件非常有趣的工作。”

帕内斯加入亚马逊之前在斯坦福大学和喷气推进实验室研究了StickyBot和LEMUR等机器人，负责设计在微重力条件下抓取小行星的微脊椎抓取器。“拥有能够在高度杂乱和高接触环境中进行交互的机器人是非常激动人心的，我认为这会开启一波全新的应用。”他补充道。

亚马逊的堆装任务针对堆装人员进行了高度优化，这对机器人来说既是前沿，又是噩梦。这意味着，实现对以人为中心的工作流程产生重大影响的机器人解决方案不会很远。因此，帕内斯和高级应用科学家帕克•奥万（Parker Owan）必须一起开发能够解决该问题的硬件和软件。

他们的想法是这样的：在硬件方面，设计一个挂钩系统来将松紧带扯出，以便使货物进入箱子。这是容易的部分，困难的部分体现在机械臂末端工具（EOAT）上。机械臂末端工具有两个长的传送板，能轻轻挤压拾取物品；内表面有传送带，能将物品送入箱子。在传送板之前，可延伸的薄金属铲进入箱子，必要时能移动物品，腾出空间。

要使用所有硬件，需要一些非常复杂的软件，因为系统要能感知箱子里的物品（有些带有松紧带的物品可能会阻挡看到其他物品的视线）、判断每个物品的特征、根据要堆装的对象制定一个计划、安全移动这些物品，并使箱内可用空间最大化，然后执行操作，实现全部计划。通过在实验室内分解这一过程，亚马逊研究人员已经能够实现堆装成功率超过90%。

现在，原型机正在华盛顿州的一个亚马逊运营中心堆装实际库存物品。其目标是堆装亚马逊数百万件物品库存中的85%。85%的比例已经足够好，因为该系统将安装在公司员工所用的同一操作流程中。该系统若无法处理某项任务，就会将其交给人来完成。

至于亚马逊仓库问题的另一部分：拣货，亚马逊已经开始与学术界进行更多的接触。“我的团队赞助了麻省理工大学和华盛顿大学的研究。”帕内斯说，“华盛顿大学的团队实际上正在研究拣货。堆装和拣货都是非常困难、非常诱人的问题，我希望能及时解决这两个问题！”

审核编辑 ：李倩