波士顿动力公司始终注重机器人的自主性、灵活性以及安全性，将其机器人专业知识与倍福自动化和集成式安全技术相结合，打造出一款商用机器人解决方案
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。
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 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。
TwinSAFE 使用的是经过 TÜV 功能安全认证的 EtherCAT Fail Safe over EtherCAT（FSoE）协议，能够在分级安全架构中通过 Wi-Fi 传输安全状态信息。FSoE 使用“黑色通道”方法，通过标准的 EtherCAT 网络进行安全数据通信。EtherCAT 实时通信系统可以自由选择拓扑结构，在同一个网段中容纳多达 65,535 个节点，同时提供丰富的诊断功能，这些优势都可用于安全系统。TwinSAFE 解决方案显著减少了布线工作、安全交换机的硬接线和不同软件包的管理，从而简化了安全系统的实施。
倍福的 TwinSAFE SC（单通道）也为 Stretch 带来了优势，为移动机器人提供了安全位置信号和安全速度信号信号。TwinSAFE SC 支持利用标准信号实现控制和安全任务，帮助机械达到安全等级 Category 3，满足安全性能等级 PLd，并且无需使用专用的安全编码器。TwinSAFE SC 模块几乎覆盖所有的标准编码器输入信号类型，包括 SSI 接口、Sin/Cos、EnDat 2.2、RS422 增量编码器和 24 V HTL 增量编码器。
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。
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。”