亞馬遜履行中心使用了數(shù)以千計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人。為了保持產(chǎn)品流動(dòng)，亞馬遜機(jī)器人公司的研究人員精心設(shè)計(jì)了獨(dú)特的解決方案。

每一天，亞馬遜都會(huì)收到數(shù)百萬份訂單。對(duì)于每一個(gè)訂單，它都會(huì)對(duì)這些商品何時(shí)出現(xiàn)在客戶的門口做出承諾。

為了滿足這些最后期限，亞馬遜建立了由50多萬個(gè)移動(dòng)機(jī)器人組成的車隊(duì)。典型的亞馬遜履行中心有四層樓，每層樓都有幾個(gè)足球場大小，有4000個(gè)或更多的機(jī)器人將產(chǎn)品運(yùn)送到站臺(tái)，由員工選擇運(yùn)輸。在一些大樓里，額外的機(jī)器人會(huì)按照郵政編碼對(duì)這些發(fā)出的包裹進(jìn)行分類，以便運(yùn)送。

對(duì)于亞馬遜機(jī)器人公司的研究人員來說，數(shù)量龐大的機(jī)器人需要一些創(chuàng)造性的解決問題方法。

亞馬遜機(jī)器人AI的首席應(yīng)用科學(xué)家邁克爾沃爾夫（Michael Wolf）說："想象一下，我們希望我們的機(jī)器人在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)盡可能多地取送物品。起初，我們可以通過增加更多的機(jī)器人來提高吞吐量。但到了一定程度，它們的龐大數(shù)量開始造成擁堵。機(jī)器人會(huì)相互干擾，降低整個(gè)系統(tǒng)的效率。"

這是一個(gè)少數(shù)公司面臨的挑戰(zhàn)。亞馬遜，因?yàn)槠渚薮蟮囊?guī)模和取悅客戶的需要，已經(jīng)成為利用機(jī)器人的領(lǐng)導(dǎo)者，同時(shí)其科學(xué)團(tuán)隊(duì)努力使擁堵不影響運(yùn)營效率。

亞馬遜機(jī)器人公司的研究和科學(xué)高級(jí)經(jīng)理喬伊·達(dá)勒姆(Joey Durham)幫助領(lǐng)導(dǎo)了這一進(jìn)程。他在10年前亞馬遜收購Kiva系統(tǒng)公司之前加入了該公司，這是一家倉庫機(jī)器人的先驅(qū)。當(dāng)時(shí)，Kiva客戶平均使用約250個(gè)機(jī)器人。亞馬遜的愿景是要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越這些界限。

達(dá)勒姆說："當(dāng)我們第一次開始關(guān)注它時(shí)，我們認(rèn)為需要超過8000個(gè)機(jī)器人來維持一個(gè)亞馬遜履約中心的運(yùn)行，但是沒有足夠的空間容納它們。這時(shí)我們真的必須解決擁堵問題。如今我們已經(jīng)解決了這個(gè)問題，因此我們的效率大大提高了。"

雖然亞馬遜對(duì)擁堵挑戰(zhàn)的答案隨著時(shí)間的推移而演變，但其最初的解決方案并不涉及交通管理。相反，這一切都是為了幫助機(jī)器人做出更好的決定。

了解地板

為了理解為什么更好的決策很重要，考慮一下亞馬遜的大型矩形履約中心是如何布局的。機(jī)器人和被稱為 "吊艙 "的四面存儲(chǔ)架位于中間，其中包含數(shù)百萬件獨(dú)立產(chǎn)品。

裝有產(chǎn)品的吊艙從中間流向周邊的站臺(tái)，在那里，員工們選擇履行每個(gè)訂單所需的物品，并將其放入周轉(zhuǎn)箱。當(dāng)需要一個(gè)特定的吊艙時(shí)，一個(gè)機(jī)器人從1000磅重的吊艙下面滑過，把它從地板上抬起來，然后把它帶到站臺(tái)上。這與傳統(tǒng)倉庫正好相反，在傳統(tǒng)倉庫中，工人們每天都要走過數(shù)英里的過道，一個(gè)一個(gè)地挑選產(chǎn)品。通過消除這些行程，亞馬遜極大地提高了生產(chǎn)力。

當(dāng)亞馬遜收到一個(gè)訂單時(shí)，該訂單會(huì)被分配到設(shè)施或最能滿足它的設(shè)施。然后，一個(gè)基于云的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)決定訂單中的每件物品使用哪個(gè)吊艙，以及哪些訂單要一起處理，以優(yōu)化每個(gè)吊艙交付的物品。就像拼車一樣，每個(gè)吊艙挑選更多的物品將減少機(jī)器人的擁擠程度。

在這一過程中，有一些權(quán)衡。亞馬遜希望在地板上存儲(chǔ)最大數(shù)量的貨物。同時(shí)，它希望盡可能有效地將產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到站點(diǎn)。杜倫說："我們一直面臨的挑戰(zhàn)是如何在增加存儲(chǔ)空間的同時(shí)給機(jī)器人足夠的操作空間。"

尋找流量

雖然良好的工作分配和路線決策可以順暢交通并減少不必要的行程，但管理機(jī)器人的實(shí)際運(yùn)動(dòng)也很重要。為了簡化任務(wù)，亞馬遜的云計(jì)算服務(wù)創(chuàng)建了相當(dāng)于城市網(wǎng)格地圖的虛擬空間，機(jī)器人可以在上面 "南北 "或 "東西 "行駛。一旦機(jī)器人拿起一個(gè)吊艙，計(jì)算服務(wù)就會(huì)創(chuàng)建一條通往其最終目的地的路線。

為了優(yōu)化整體系統(tǒng)效率并確保機(jī)器人不會(huì)相互干擾，亞馬遜開發(fā)了協(xié)調(diào)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的算法。主要挑戰(zhàn)是制定足夠快的計(jì)劃以領(lǐng)先于所有移動(dòng)機(jī)器人。該團(tuán)隊(duì)使用的一種方法是計(jì)算“社會(huì)規(guī)則”來指導(dǎo)機(jī)器人的整體流動(dòng)以避免交通混亂，同時(shí)還要考慮是否應(yīng)該允許機(jī)器人打破這些規(guī)則以走捷徑并更有效地到達(dá)目的地。

然而，履行中心的動(dòng)態(tài)特性意味著新訂單不斷送達(dá)，員工進(jìn)出站點(diǎn)，機(jī)器人在感知到意外問題時(shí)會(huì)停下來。再加上地板上的吊艙和機(jī)器人的數(shù)量以及亞馬遜的規(guī)模，你就會(huì)開始意識(shí)到挑戰(zhàn)的范圍。沃爾夫說：“實(shí)際上有數(shù)萬億種可能性，我們必須實(shí)時(shí)解決這些問題。”

相反，該系統(tǒng)尋求不斷調(diào)整計(jì)劃以適應(yīng)地板上的條件。達(dá)勒姆解釋說：“這種反應(yīng)對(duì)我們來說比全球優(yōu)化的時(shí)間表更重要。理想情況下，我們都想要。因此，我們必須在確保系統(tǒng)具有反應(yīng)性和盡可能優(yōu)化之間找到這種微妙的平衡。”

走下滑道

一旦訂單被打包并貼上標(biāo)簽，它們就會(huì)進(jìn)入分揀中心。在那里，工人和機(jī)械臂將包裹從傳送帶上拉下來，掃描條形碼以獲取目的地信息，然后將每個(gè)包裹放在一個(gè)小型機(jī)器人上。然后機(jī)器人繞著地板上的一系列洞穿行，每個(gè)洞代表一組不同的郵政編碼。當(dāng)它到達(dá)正確的位置時(shí)，它會(huì)將包裹從滑槽下落到下面的裝卸碼頭，然后在那里進(jìn)行交付。一個(gè)典型的分揀樓層有數(shù)百個(gè)滑槽和一千個(gè)機(jī)器人，它們將包裹運(yùn)送到那里。

然而，與履行相比，分揀提供的優(yōu)化選擇較少。在分揀中，隨機(jī)混雜的包裹在傳送帶上滾動(dòng)，系統(tǒng)必須在包裹到達(dá)時(shí)處理它所發(fā)現(xiàn)的任何東西。

因此，亞馬遜機(jī)器人研究人員著手設(shè)計(jì)更好的流量管理模式。云中的計(jì)算機(jī)為每個(gè)機(jī)器人規(guī)劃一條路徑。與履行層一樣，分揀中心定義了虛擬街道，控制機(jī)器人可以向哪個(gè)方向移動(dòng)——但這里的街道更寬。

這會(huì)產(chǎn)生新的問題和解決這些問題的新算法。例如，當(dāng)多個(gè)機(jī)器人在多車道交叉路口相遇時(shí)，其中一些機(jī)器人想要直行或轉(zhuǎn)向迎面而來的車輛時(shí)會(huì)發(fā)生什么？為了創(chuàng)造更優(yōu)化的交通流，亞馬遜機(jī)器人研究人員正在開發(fā)一種新的多智能體規(guī)劃系統(tǒng)，該系統(tǒng)將同時(shí)考慮更多機(jī)器人。

但即使是最先進(jìn)的多智能體規(guī)劃也無法為亞馬遜大樓中的數(shù)千個(gè)或更多機(jī)器人進(jìn)行足夠快的規(guī)劃。因此，達(dá)勒姆的團(tuán)隊(duì)正在發(fā)明“混合”解決方案，將單個(gè)機(jī)器人的快速規(guī)劃與受最先進(jìn)方法啟發(fā)的協(xié)調(diào)技術(shù)相結(jié)合。達(dá)勒姆說，目標(biāo)是在沖突發(fā)生之前發(fā)現(xiàn)并解決沖突。

達(dá)勒姆說：“我們的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)不斷發(fā)展的計(jì)劃，我們沒有閑工夫在零點(diǎn)坐下來，想出一個(gè)完美的計(jì)劃來讓我們的機(jī)器人動(dòng)起來。相反，我們從已經(jīng)啟動(dòng)和運(yùn)行的計(jì)劃開始，而且我們在一秒鐘前就已經(jīng)解決了。然后，我們用什么變化、什么出錯(cuò)、什么新東西出現(xiàn)來更新它，然后重新確定機(jī)器人應(yīng)該做什么的優(yōu)先次序。"

以增量為基礎(chǔ)

多智能體規(guī)劃將是向前邁出的重要一步，但亞馬遜還有更多的概念正在研究中。亞馬遜在機(jī)器人方面擁有無與倫比的經(jīng)驗(yàn)，其研究人員希望使用機(jī)器學(xué)習(xí)來更好地應(yīng)對(duì)常見挑戰(zhàn)。然后他們可以將這些學(xué)習(xí)到的策略和啟發(fā)式方法整合到一個(gè)更好的多智能體系統(tǒng)中。

沃爾夫說：“當(dāng)這些機(jī)器人移動(dòng)并環(huán)顧四周時(shí)，他們可以評(píng)估他們所看到的并在云中查找最佳策略來處理它，這將為我們節(jié)省為每個(gè)機(jī)器人復(fù)制這些政策的成本，并使世界各地的政策更新變得更加容易。亞馬遜研究人員還在開發(fā)學(xué)習(xí)算法，使系統(tǒng)能夠預(yù)測未來地板上的擁堵區(qū)域會(huì)出現(xiàn)在哪里，以及它們何時(shí)會(huì)消失，這種預(yù)測能力讓規(guī)劃變得更有知識(shí)。”

亞馬遜希望通過與正在探索尚未準(zhǔn)備好商業(yè)化的新概念的學(xué)者聯(lián)系，在這項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上再接再厲。

去年10 月，亞馬遜宣布與麻省理工學(xué)院合作，為機(jī)器人和人工智能創(chuàng)建一個(gè)科學(xué)中心。在那里，亞馬遜正在與使用機(jī)器學(xué)習(xí)研究城市中自動(dòng)駕駛和人工駕駛汽車的交通流量的 Cathy Wu 教授以及運(yùn)籌學(xué)問題專家 Cynthia Barnhart 教授合作，例如如何將機(jī)器人分配給任務(wù)。

他們正在探索如何使用機(jī)器學(xué)習(xí)來讓機(jī)器人車隊(duì)避免擁堵。亞馬遜的科學(xué)家希望利用學(xué)術(shù)研究來開發(fā)更好的算法，以便在擁堵出現(xiàn)之前預(yù)測它，并規(guī)劃算法來避免它。

最終目標(biāo)是繼續(xù)將技術(shù)擴(kuò)展到新的方向。機(jī)器學(xué)習(xí)衍生的策略以及更好的預(yù)測和規(guī)劃算法將使亞馬遜能夠增加其分揀和履行中心的機(jī)器人數(shù)量，并安全地增加交通流量。這將幫助客戶更快地獲得他們的包裹。

盡管取得了長足的進(jìn)步，但這只是開始。機(jī)器人技術(shù)仍然是一門年輕且發(fā)展迅速的科學(xué)。例如，亞馬遜資助了幾所大學(xué)的多個(gè)項(xiàng)目，從機(jī)器學(xué)習(xí)和共享自治到硬件重新設(shè)計(jì)和人機(jī)交互。高級(jí)應(yīng)用科學(xué)經(jīng)理杰里米-懷亞特（Jeremy Wyatt）說：“我們有機(jī)會(huì)不僅可以為我們的客戶使用科學(xué)改進(jìn)產(chǎn)品，還可以支持機(jī)器人研究人員作為公共產(chǎn)品，”

然而，亞馬遜還提供了更多的東西，只有規(guī)模才能提供的東西。

沃爾夫說：“亞馬遜擁有我在行業(yè)中看到的最具挑戰(zhàn)性、最全面、最現(xiàn)實(shí)的問題，如果你想對(duì)現(xiàn)實(shí)世界產(chǎn)生影響，那就是機(jī)器人研究的地方。它讓研究人員有機(jī)會(huì)看到我們的解決方案部署在數(shù)十萬個(gè)機(jī)器人上。而且，由于我們的運(yùn)營一直在發(fā)展，因此總是有一個(gè)令人興奮的新挑戰(zhàn)需要解決。”

在美國亞馬遜機(jī)器人公司(Kiva System)Amazon Robotics，我們一直在重新構(gòu)想現(xiàn)在的樣子。我們看到了大局，設(shè)想了一個(gè)更好的局面，并建立了將復(fù)雜問題變成優(yōu)雅簡單解決方案的聯(lián)系。我們現(xiàn)在朝著更智能，更快，更一致的客戶體驗(yàn)的方向推動(dòng)著亞馬遜以及整個(gè)行業(yè)向前發(fā)展。我們以無畏的決心，以切實(shí)可行的解決方案來解決這一不可能，我們今天將迎接明天的挑戰(zhàn)。我們現(xiàn)在重新想象。

Amazon Robotics成立于2003年，其理念是為了滿足電子商務(wù)中的消費(fèi)者需求，必須有一種更好的訂單履行解決方案。今天，該公司正在徹底改變亞馬遜在全球的運(yùn)營。作為亞馬遜最大的東海岸研究與開發(fā)組織，亞馬遜機(jī)器人公司的發(fā)展速度超過了公司歷史上的任何時(shí)候，而且規(guī)模不斷擴(kuò)大，并擴(kuò)大了我們的技術(shù)章程。

我們所做的

Amazon Robotics是Amazon.com的全資子公司，可通過自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)更智能，更快，更一致的客戶體驗(yàn)。 Amazon Robotics使用多種機(jī)器人技術(shù)方法（包括自動(dòng)移動(dòng)機(jī)器人，復(fù)雜的控制軟件，語言感知，電源管理，計(jì)算機(jī)視覺，深度感測，機(jī)器學(xué)習(xí)，對(duì)象識(shí)別和命令的語義理解）使履行中心的操作自動(dòng)化。

Amazon Robotics專注于研發(fā)，以不斷探索將其產(chǎn)品線擴(kuò)展到新領(lǐng)域的新機(jī)會(huì)，這些新機(jī)會(huì)將重新定義“ Now”的含義，并使Amazon繼續(xù)為客戶提供令人愉悅和驚奇的體驗(yàn)。

Amazon Robotics總部位于波士頓地區(qū)，位于機(jī)器人創(chuàng)新的中心，并已建立企業(yè)和學(xué)術(shù)合作伙伴關(guān)系，以支持整個(gè)機(jī)器人生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)新，從而更快地將前沿技術(shù)引入該領(lǐng)域。