多個機器人在物料搬運應(yīng)用中協(xié)同工作。這是一個可以通過工作單元優(yōu)化來加速的潛在應(yīng)用。

（作者：Dan Sorin，系Realtime Robotics（美國馬薩諸塞州波士頓）創(chuàng)始人兼首席架構(gòu)師）

在工業(yè)環(huán)境中部署機器人時，性能是首要目標(biāo)之一。在工業(yè)機器人工作單元中，性能通常用周期時間來衡量：完成一組任務(wù)所需的時間。典型的任務(wù)包括噴漆、焊接和檢查。無論哪種任務(wù)，目標(biāo)都是盡快完成，以便工作單元可以開始下一組任務(wù)的工作。特定單元的周期過長會導(dǎo)致該單元成為裝配線上的瓶頸。

提高性能的一種方法是在同一工作單元中使用多個機器人。在多機器人工作單元中，任務(wù)可由機器人分擔(dān)，期望機器人能同時完成工作，從而縮短周期時間。從理論上講，更多的機器人意味著更高的性能，但正如在廚房中增加廚師一樣，實際結(jié)果并不總是符合預(yù)期。

多機器人工作單元性能的挑戰(zhàn)

最近，一位客戶在工作單元中增加了第二個機器人后找到我們，說他們只將周期時間縮短了 10%。雖然我們不能期望獲得完美的并行性（從 1 個機器人增加到 N 個機器人，周期時間是之前的 1/N），但我們希望在工作單元中增加機器人能帶來最大的效益。

為什么多機器人工作單元難以實現(xiàn)更好的性能？想象一下，您正在設(shè)計一個有四個機器人的工作單元，每個周期需要完成 50 個任務(wù)。如果我們認為設(shè)計既是為機器人分配任務(wù)，也是為每個機器人安排任務(wù)的順序，那么就有大量可能的設(shè)計需要考慮。

首先，有大量可能的機器人任務(wù)分配。也許這種可能性會受到一些限制，因為有些機器人無法執(zhí)行某些任務(wù)，要么是因為它們無法到達，要么是因為機器人是異構(gòu)的，某些類型的機器人只能執(zhí)行任務(wù)的子集。不過，可能分配的任務(wù)數(shù)量通常非常多，在本例中為 450 個（比 1030 個多一點）。然后，一旦分配了這些任務(wù)，機器人就可以按照大量不同的順序執(zhí)行任務(wù)。在我們的例子中，至少還有 1034 種可能的組合（假設(shè)任務(wù)平均分配為 12！4，如果任務(wù)分配不均，情況會更糟），因此我們最終需要考慮超過 1064 種可能的設(shè)計。即使我們可以每納秒測試一個設(shè)計，所需的時間也比宇宙的年齡還要長。顯然，設(shè)計的數(shù)量遠遠大于可以窮盡搜索的數(shù)量。

是什么將眾多可能的設(shè)計區(qū)分開來呢？在好的設(shè)計中，每個機器人每個周期花費的時間大致相同；我們要避免一些機器人閑置，而另一些機器人仍在工作。同樣，在一個好的設(shè)計中，每個機器人都能移動，而無需花費大量時間等待其他機器人讓路，或采取非最佳路徑以避開其他機器人。設(shè)計的目標(biāo)是實現(xiàn)機器人的高性能編排。

在如此廣闊的設(shè)計空間中，好的設(shè)計和差的設(shè)計之間的性能差異可能很大。即使忽略明顯的不良設(shè)計，例如，將幾乎所有任務(wù)分配給一個機器人，或?qū)θ蝿?wù)進行排序，使機器人的總運動量最大--看似合理的設(shè)計之間仍然存在顯著的性能差異。

Realtime Robotics 的工程師正在研究多機器人緊固和檢查單元

我們的團隊開發(fā)了優(yōu)化即服務(wù) (OaaS)，利用專有算法找到高性能的設(shè)計方案，否則工程師團隊需要花費數(shù)月時間才能發(fā)現(xiàn)這些方案。與經(jīng)驗豐富的工程師費力開發(fā)的設(shè)計相比，使用我們的 OaaS（稍后討論），我們的速度提高了 5%-20%。這一結(jié)果說明，設(shè)計既非常困難，又非常重要。

目前如何進行多機器人工作單元設(shè)計

工程師如何從如此龐大的設(shè)計空間中選擇設(shè)計方案？從根本上說，搜索任何類型的巨大空間的唯一方法就是從其中抽取樣本（選擇一個設(shè)計），評估該設(shè)計（評估其性能），并根據(jù)對該樣本和之前抽取的任何樣本的評估結(jié)果，決定下一個樣本的位置。這種設(shè)計循環(huán)一直持續(xù)到獲得性能足夠好的設(shè)計，或者確定付出更多努力也不可能獲得更好的設(shè)計為止。