随着内部物流行业的快速发展，越来越多的移动机器人被投入到仓储配送应用中，成为企业制胜的关键。大部分解决方案都是将料箱从 A 点转移到 B 点。当它们将货物从输送带或半拖车搬运货物，以及对货运包装箱上的料箱进行码垛和卸垛时，可能会遇到各种限制。为了更好地满足仓储配送中心的需求，波士顿动力公司开发出了一款名为 StretchTM 的新型智能仓储物流机器人，它是一种用于卸货应用的自主移动式货箱搬运解决方案，完美结合了机器人技术领导者三十年来不断积累的研发成果与倍福的自动化和集成式安全技术。
波士顿动力公司与倍福
共同打造出一款商用机器人解决方案
Stretch 机器人为了应对物流行业日益增长的需求，配备了一个体积超小、操控性极强底座，允许向任何方向移动，并能够绕过障碍物并上下坡道。一个装满计算机视觉驱动的摄像头和传感器的感知桅杆可以快速、精确地识别货箱。Stretch 的与众不同之处在于，它配备了一个具有七个自由度的巨型机械臂和一个真空夹具，可与感应系统配合使用，处理各种货箱。Stretch 配备大容量电池，一次充电可运行超过一个完整班，支持连续、灵活的卸货。
Stretch™ 的安全系统配备的是 EtherCAT I/O 端子模块和黄色 TwinSAFE 安全模块，机器人和远程控制柜中都安装了这些模块
Stretch 在设计上与波士顿动力公司的其它机器人一样，都是旨在协助人类完成制造业和仓储业中枯燥、肮脏甚至危险的工作，Stretch 硬件工程技术总监 Matthew Meduna 解释道：“Spot® （机器狗）用户发现机器人可以带来巨大价值，它能自动高效地完成工业设备检验、危险气体检测或可疑包裹检查等任务，保护人类免受伤害。而 Stretch 同样可以实现仓库和第三方物流设施（如拖车等）的自动装卸任务，解决人员调度问题，为客户带来巨大价值。”
Stretch 开发团队
始终把人的生命安全放在首位
波士顿动力公司在设计 Stretch 时，确定了以下几个目标。首先，机器人需要具有自主性，能够智能响应环境和处理需求的变化，这是区别于市场上其它同类产品的关键。它需要扩展波士顿动力公司其它平台的世界一流的操控能力，为内部物流行业客户创造独特的价值。其次，它需要具有移动性，结合其自主性和很强的操控性，每天能够在各个工位之间灵活穿梭。Stretch 不仅需要在确保系统高可用性的同时实现这些功能，还需要具有很强的安全性，防止人身伤害或物品损坏。
“我们必须找到一个既支持机器人所需的所有不同类型的传感器和安全功能，又可通过以太网为黑色通道安全通信协议提供可靠支持的解决方案。”Meduna 说道。“倍福 TwinSAFE 集成式安全解决方案与设备控制器配合完美，正是我们要找的。”
波士顿动力公司的工程团队在 2019 年开始设计 Stretch 时就与包括区域销售工程师 Brian Buck 在内的当地倍福技术专家合作。“倍福技术的灵活性和广泛选择是波士顿动力公司决定为其机器人内部和外部配备我们的控制和整体安全解决方案的关键因素。”Buck 补充道。
Stretch™ 结合了波士顿动力公司三十年的研发成果以及倍福的自动化及集成式安全技术
标准化、精简，安全更是重中之重
每台 Stretch 机器人内都安装了一台 CX5130 嵌入式控制器，负责监控系统并与 PC 通信，进行车队管理。“CX5130 确定机器人所处的环境是否足够安全，然后才会允许运动，当控制软件提出要求时，它就会接通各个配电区并释放制动器。”Meduna 说道。除了多款 EtherCAT 端子模块之外，还使用了包括 EL1918、EL2912 和 EL2904 在内的 TwinSAFE 和 TwinSAFE SC 端子模块来实现安全功能。它们对于监测机械臂关节以及车轮的速度和角度来说非常关键。两个单通道编码器接口端子模块用于验证定位数据的准确性：EL5001-0090 用于 SSI 编码器，EL5101-0090 用于带差分信号（RS422）或 TTL 单端输入的增量式编码器。
远程车队管理面板使用的是 CX8190 嵌入式控制器以及EtherCAT 和 TwinSAFE 模块，确保整个机器人工作范围的安全。模块读取急停按钮、安全 I/O、小车或输送带检测以及充电线缆检测等信号。“这种控制装置用于实现 Stretch 工作范围内的所有安全通信。”Buck 解释道，“除了能够控制三色灯警示灯之外，车队管理人员还可以使用这些技术，通过本地 Wi-Fi 网络无线控制 Stretch 机器人的安全状态。例如，如果按下急停按钮或有人进入工作区域，Stretch 就会进入安全模式。”
倍福的 TwinCAT 3 自动化软件为安全应用提供了一个端到端开发和运行时平台。波士顿动力团队基于 TwinCAT 平台编写 PLC 和安全逻辑程序，并使用实时以太网通信系统与解决方案中的其它计算机进行 UDP 通信。TwinCAT 让工程师们能够选择他们最熟悉的或最适合自己项目的编程语言，包括面向对象的 IEC61131-3 标准语言和高级语言、功能块和 Microsoft Visual Studio® 中的计算机科学标准语言。“有了对这些标准的支持，我们就可以考虑用自动化组件建立一个庞大的生态系统。”Meduna 说道，“这一点对我们继续开发集成式解决方案极为重要。”
移动机器人可带来极高的投资回报
Stretch 于 2022 年初投入商用，明显区别于市场上其它常见的移动机器人。Stretch 可以自主卸载卡车和运输集装箱，并保持惊人的灵活性。该机器人配备强大的真空夹具和先进的机器视觉系统，能够搬运重约 50 磅（23 公斤）的各种类型和大小的箱子，不需要对 SKU 编号或包装箱尺寸信息进行任何预编程，甚至能够自主回收在卸载过程中移动或掉落的任何包裹。
自动化技术和机器人专家们在波士顿动力公司的测试中心：(左起）倍福内部物流行业应用专家 Gilbert Petersen；倍福区域销售经理 Brian Buck；波士顿动力公司 Stretch 硬件技术总监 Matthew Meduna；波士顿动力公司供应链总监 Eric Landry；以及倍福全球物料搬运和内部物流行业经理 Doug Schuchart
倍福强大的产品实力以及销售和应用工程师的可靠支持确保了 Stretch 成功推向市场。倍福提供的大量设备和功能选择让波士顿动力公司能够在很短的时间内迅速加强 Stretch 机器人功能安全的覆盖范围。“这让我们能够灵活适应新的设计变化，并支持使用很多不同类型的传感器和组件。”Meduna 说道。
展望未来，波士顿动力公司计划使用更多倍福技术为一些个性化的客户应用提供最佳支持，确保机器人技术未来的安全性和可靠性。“我们一直开发和发布新的软件和硬件，并不断完善我们的系统，让我们的机器人在现实生活应用中可以更好地协助人类。”他补充道，“创新是我们公司的命脉。波士顿动力公司近 30 年来一直致力于研究和开发先进的移动机器人，而 Stretch 移动机器人就是我们的量产化实践成果。”
关于德国倍福
倍福（Beckhoff）是一家专注于自动化新技术的德资企业，创立于 1980 年，总部位于德国威尔市。作为全球自动化技术的驱动者，倍福定义了自动化领域的许多标准，是国际标准的制定者和推动者。公司所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。经过 40 年的发展和努力，倍福已在世界各地设立 30 多家分支机构，加上全球的合作伙伴，业务遍及 70 多个国家和地区。
倍福于 1997 年进入中国市场，中国区总部落户于上海市北高新产业园区，现有员工 300 人，办事处遍及国内 30 座大中城市。创新产品和解决方案广泛应用于风力发电、半导体、光伏太阳能、电子制造、金属加工、包装机械、印刷机械、塑料加工、轮胎加工、木材加工、玻璃机械、物流输送以及楼宇自动化等众多领域。
公司倾力推广的 EtherCAT 实时工业以太网于 2014 年成为中国国家推荐性标准，并已入编工信部的《国家智能制造标准体系建设指南》。作为一家技术驱动型公司，倍福一直注重在技术上寻求突破创新，在业内享有“创新引擎”的美誉。倍福基于 PC 的控制技术具有良好的开放性，它支持所有主流的工业通信协议，将 IT 技术、互联网和自动化技术完美融合在一起，为实现工业 4.0 和智能制造奠定了坚实的技术基础。
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