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京东首曝无人仓 四款机器人引爆智慧物流黑科技

双11临近,各大电商在争相以低价吸引消费者的同时,也饱受着物流低效所带来的桎梏。或许这个节点正是发布一项物流黑科技的好时机。

昨日,CSDN记者受邀参加京东X事业部无人仓首次媒体开放日。在此之前,京东一直对其无人仓储技术讳莫如深,实行严格的保密政策。本次媒体开放日共展出四种类型的仓储作业机器人,这四款仓储机器人均以京东自主设计的机器人本体为基础,融合视觉检测技术和无线通讯技术。四种机器人协同作业,能全自动完成仓储任务,包括搬运、码垛、商品出库以及分拣。在京东,无人仓与无人机、无人车并称“三无产品”,无人仓的出现完整了京东智慧物流的环节链条。

京东的物流可以概括为三代。第一代以人力为主,效率很低。第二代(也就是大家熟知的亚洲一号),着重于系统化。通过一些机械设备、自动化设备,例如无线、手持、搬运机器人和一些存储机器人,提升空间使用效率。但因为涉及到人,第二代在很多高峰促销环节仍然存在瓶颈。第三代直接针对瓶颈所在,用机器人取代人,极大地提升了物流仓储效率。

智能搬运机器人AGV

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这个外形酷似扫地机器人的自动导引小车叫做AGV。它非常灵活,一般行驶速度两米每秒,自重一百公斤,最大负荷三百公斤,可以不间断地运行工作8小时,具有电量低自动充电的功能。AGV的车身为全国最低,因此它能够为京东的仓储货架释放更多的有效利用空间。

为了提升AGV的运行速度和稳定性,京东自主研发了运动控制器。通过快速地提取AGV的运动状态来驱动电机的速度,实现差速轨迹控制算法。这个算法使得AGV在运行的时候更加平稳,而且运行轨迹更加的准确。AGV机器人的前后车身内嵌入了防撞传感器和无线通讯模块,使它在京东仓库复杂的工况环境里面轻松自如的工作。

AGV的行驶依靠惯性导航和二维码,能够完全自主行走以及转弯,可以根据实际情况来调整安全速度,可以自动避障。AGV是可以与人协作的设备,人或者设备出现它面前的时候,它会自动停止进行保护;两个AGV在仓储里面相遇的时候,可以重新规划路径。

SHUTTLE货架穿梭车

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SHUTTLE货架穿梭车用于在货架间存取货物。它能够高速行走,空载状态下峰值速度为6m/s,处于全球比较靠前的位置(国际最高速度为6.6m/s,为一家日本企业的技术 );且能根据货物大小自动适配,宽度在400mm-630mm之间;配合高速提升机,吞吐量可达每小时一千六百箱,效率是传统人工出入库的十倍。

京东在穿梭车的任务调度算法,速度规划算法,高精度定位系统和容错系统方面都做了自主创新,使得穿梭车在高速运行的过程中,车身结构所受到的冲击力最小,而且安全性能最高。

DELTA型分拣机器人

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DELTA型分拣机器人是此次京东无人仓技术的重头戏,用于小件商品的分拣环节。京东是国内首家自主研发三维动态拣选技术的公司,在世界范围内也只有两家公司能够掌握这一个技术。

DELTA机器人的分拣速度可以达到每小时三千六百次,合一秒钟一次,是目前人工拣选效率的5到6倍。DELTA机器人可以拣选5公斤以内的小件商品,工作直径最大为1600mm,可以根据产品的不同的尺寸和种类更换拾取器。
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在为不同的产品选择更换不同的拾取器方面,京东与英伟达合作,为DELTA机器人配备了图像识别设备。在设备的训练方面,京东在其全国234个自营的仓库中,单独新建了一条标准操作线,来训练这些商品在不同姿态下的识别准确率,将算法的识别度从60%提升至97%。目前京东所要面对的问题是,当新商品入库,对于这个商品的识别率需要经过一段时间的训练才能提高,如何迅速识别新商品将是京东需要突破的难题。

六轴机器人

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六轴机器人普遍应用在汽车制造行业,包括焊接和3C类的行业内,用于拾取大件物品,在京东仓储场景下,六轴机器人主要被用来码垛。

六轴高两米左右,重约1.7吨,每做一个单次的动作需要8到12秒,可以承载165公斤以内的大型货物,最大转角速度为每秒两百度,最大臂展2.7米左右。效率方面相较于人工可以提高30%。

由于在工业内已被普遍使用,所以六轴机器人本体制造的难度不是很大。但对于京东的使用场景来说,由于需要搬运的箱体大小不一,因此在算法层面对该机器人的要求较高,即如何将不同尺寸的箱子组合,达到最高的装载率。京东现在码垛的算法,永远没有一个完美的答案,只有更好,没有最好。

自动化与智慧化

若想要整个无人仓系统高效运行,还需要优秀的机器人运动控制算法。像AGV和SHUTTLE小车这类可以行走的机器人,绝对不会以单体的形式出现,而是以
三位数的量级协同工作。因此重要的不仅仅是单体智慧化的设计,更要深入到上层的调度系统的设计。整个无人仓系统需要在稳定性和效率之间做平衡,来取得最优解。

这其中就包括:

  1. 分析商品在每日订单中的命中情况来决定其位置分配。
  2. 机器人的定位算法和调度算法,通过机器人位置的实时公布来提前规划所有机器人路径的重合点,防碰撞、防拥挤。
  3. 定制化地开发了一套算法,加上数理和三维的空间重构技术,再结合库房的数据网络,实现货品的二维和三维的动态拣选。

目前无人仓系统的拣选速度为每秒一件商品,而传统人工所需的时间为30秒左右。

京东在无人仓方面的优势

京东在研发无人仓上面的优势主要有三点:

  1. 对于无人仓系统,京东既是产品方、也是需求方。这使得其研发出来的产品能够放在实际应用场景里面进行快速的迭代,这是其他厂商做不到的。
  2. 在数据为王的时代,京东每日庞大的出库、入库量对于其调度算法的优化、图像识别系统的训练都有很大的便利。
  3. 京东自主研发的控制产品打破了国外对控制器件的垄断,大大降低了设备的成本,为未来国内无人仓的普遍使用增加了可能。

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