而實(shí)現(xiàn)Kiva巨大成功的核心--Kiva機(jī)器人，出于商業(yè)保密考慮，一直鮮有曝光，支撐其強(qiáng)大性能的軟硬件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)我們無(wú)從知曉。然而，風(fēng)投公司Bolt的創(chuàng)始人Ben Einstein搞到了一臺(tái)老版本的Kiva機(jī)器人，并且把它拆解了并po在公司的博客上。從其中的細(xì)節(jié)里，我們能看到Kiva工程師大量工程思維和經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶。
Kiva部署的倉(cāng)庫(kù)地面上每隔大約1米就有一個(gè)二維碼，Kiva就根據(jù)這些標(biāo)記進(jìn)行定位。它的每一個(gè)動(dòng)作都來(lái)自于云端的指令。在它到達(dá)目標(biāo)貨架底部后，其使用一個(gè)精巧的滾珠絲杠升降梯結(jié)構(gòu)，通過(guò)原地旋轉(zhuǎn)來(lái)升高自己，將貨架頂起約10厘米。
Kiva機(jī)器人做的事情聽(tīng)上去很簡(jiǎn)單。但你要意識(shí)到，一個(gè)貨架往往裝著重達(dá)半噸的貨物，一個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)中心通常有上萬(wàn)個(gè)貨架，成千上百臺(tái)機(jī)器人，以及幾十個(gè)進(jìn)貨出貨口。在這么復(fù)雜而密集的系統(tǒng)里，需要保證機(jī)器人不發(fā)生碰撞。任何一臺(tái)機(jī)器人如果發(fā)生碰撞，把貨架摔倒，造成的損失都將是巨大的。
Kiva機(jī)器人如何做到如此可靠？下面就讓我們跟著B(niǎo)en Einstein一邊拆，一邊看。
系統(tǒng)架構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)
從外面看，Kiva機(jī)器人外殼的每一側(cè)都有紅外傳感陣列，以及氣動(dòng)保險(xiǎn)杠，用于檢測(cè)和緩沖碰撞。外殼上還有充電接口和一系列狀態(tài)指示燈。每一臺(tái)Kiva機(jī)器人有三個(gè)獨(dú)立的自由度：兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，加上一個(gè)用于起重的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。起重電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪反方向旋轉(zhuǎn)，結(jié)果是托盤(pán)相對(duì)于地面沒(méi)有旋轉(zhuǎn)，只在滾珠絲杠的作用下升高。相比于傳統(tǒng)的大負(fù)載直線驅(qū)動(dòng)方案比如液壓、剪式升降臺(tái)，Kiva的這種利用輪子的結(jié)構(gòu)顯然更加簡(jiǎn)單可靠。
圖：Kiva的X形托盤(pán)
起重結(jié)構(gòu)托盤(pán)的頂部是一些厚實(shí)的X形鋁鑄件，這些鑄件全部使用319號(hào)通用鋁。每個(gè)鋁鑄件上還有二次精密加工出來(lái)的參考面和螺紋孔。這種工藝在包括汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓泵等設(shè)備中大量使用。
每一個(gè)紅外傳感器都配有獨(dú)立的濾波芯片，通過(guò)串口總線通訊。在圖中你可以看到升降模塊使用的電機(jī)和巨大齒輪。在機(jī)器人靠近底部的位置，安裝有四塊鉛蓄電池。
外殼
橘黃色的流線型塑料外殼采用ABS材料真空塑形。在其上有大量二次加工的結(jié)構(gòu)。用于造Kiva的真空塑形機(jī)和數(shù)控銑想必都體積巨大。這個(gè)版本的Kiva外殼既復(fù)雜又造價(jià)高昂，新版本估計(jì)會(huì)采用全注塑結(jié)構(gòu)。
碰撞傳感器
對(duì)于像Kiva這種大塊的流線型外殼而言，做傳統(tǒng)的一體化碰撞傳感器是非常困難的。Kiva的工程師們找到了一個(gè)非常聰明的低成本解決方案：用乙烯/橡膠管充氣，加上一個(gè)簡(jiǎn)單的氣壓傳感器。一旦檢測(cè)到管內(nèi)氣壓變化，機(jī)器人就立即停止所有運(yùn)動(dòng)。 上圖右邊的黑盒子用于檢測(cè)壓力信號(hào)和所有紅外傳感器的信號(hào)，以簡(jiǎn)化與主控制器的協(xié)議和接線。
升降機(jī)構(gòu)
齒輪箱，升降電機(jī)和大口徑滾珠絲杠。升降機(jī)構(gòu)使用了一個(gè)定制的滾珠絲杠，經(jīng)由一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尼龍齒輪和電機(jī)連接。升降機(jī)使用的電機(jī)和兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)是同一款Pittman電機(jī)。它能夠輸出約3N*M的扭矩和1KW的堵轉(zhuǎn)功率。電機(jī)輸出軸經(jīng)過(guò)25:1的日本Brother齒輪箱，能在72rpm輸出46N*M的扭矩。這款齒輪箱單價(jià)高達(dá)1000美金，想必大量訂貨的話會(huì)便宜不少。
底盤(pán)和驅(qū)動(dòng)輪
把升降結(jié)構(gòu)拆下來(lái)后，我們可以把機(jī)器人翻個(gè)底朝天來(lái)看一看其底盤(pán)上的驅(qū)動(dòng)裝置。兩個(gè)電機(jī)以及其齒輪箱和升降電機(jī)相同，兩個(gè)定制的輪子組成可以原地旋轉(zhuǎn)的差分結(jié)構(gòu)。三個(gè)砂鑄鋁部件構(gòu)成了機(jī)器人底盤(pán)的大部分。它們由簡(jiǎn)單的U形夾銷(xiāo)連接，形成一個(gè)簡(jiǎn)單的被動(dòng)雙懸掛結(jié)構(gòu)。 同樣，這些鋁件采用319合金，以及先鑄造再精加工的工藝。注意下圖中底盤(pán)上加工出來(lái)的散熱結(jié)構(gòu)，其背面裝著的正是電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的巨型MOSFET。這種結(jié)構(gòu)可以自然地利用底盤(pán)來(lái)以獲得最大的散熱效率。
連接懸掛結(jié)構(gòu)的U型夾銷(xiāo)，底盤(pán)上的散熱片。
電子元件
要讓Kiva機(jī)器人身上這三個(gè)大功率電機(jī)和一身的傳感器長(zhǎng)時(shí)間可靠地工作，電子設(shè)備的設(shè)計(jì)是相當(dāng)重要的一環(huán)。 
電池模塊
電池的線束，充電口（頂視圖和側(cè)視圖）整個(gè)系統(tǒng)的能源來(lái)自于四個(gè)串聯(lián)的12V，28Ah 鉛蓄電池。四個(gè)電池中的兩個(gè)還安裝了熱電偶以確保它們不會(huì)過(guò)熱。當(dāng)電量過(guò)低時(shí)，機(jī)器人會(huì)自動(dòng)脫離中央控制器的指令，并自行回到充電站充電。充電站的設(shè)計(jì)留有很大空間裕度，保證機(jī)器人能夠正常充上電。 
攝像頭和成像模塊
朝上和網(wǎng)下看的攝像頭。兩個(gè)都安裝于滾珠絲杠內(nèi)部。置于升降機(jī)構(gòu)內(nèi)部的是Kiva系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一：定制的雙攝像機(jī)成像模塊。 一個(gè)攝像頭向下看地面以識(shí)別倉(cāng)庫(kù)地板上的2D條形碼， 另一個(gè)向上看貨架的底部。每個(gè)攝像頭都配備6個(gè)紅色LED用于照明。 夾在兩個(gè)攝像機(jī)之間的是圖像處理模塊，其核心是ADI ADSP-BF548 Blackfin多媒體處理器，通過(guò)高速串口獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)矩陣檢測(cè)。主板和子板
堪稱(chēng)神器的升降模塊
根據(jù)工藝復(fù)雜度，整個(gè)升降結(jié)構(gòu)的成本估計(jì)在1000美金左右。
Kiva Systems是少數(shù)幾家能夠?qū)?fù)雜的硬件和軟件巧妙地集成到一個(gè)無(wú)縫解決方案中的公司之一，并且已經(jīng)建立了一個(gè)能夠極大地改變我們的購(gòu)買(mǎi)，銷(xiāo)售和生活方式的系統(tǒng)。很明顯， Kiva Systems公司里養(yǎng)著一幫非常強(qiáng)大的硬件工程師，這可能是亞馬遜在2012為收購(gòu)Kiva拋出7.75億美元天價(jià)的一個(gè)重要原因。這篇文章只討論了機(jī)器人本體，但要注意這只是整個(gè)Kiva解決方案中一個(gè)很小的（但也超屌的）一部分。（來(lái)源 | Robohub, 編譯 | 機(jī)器人學(xué)家）
