而實現(xiàn)Kiva巨大成功的核心--Kiva機器人，出于商業(yè)保密考慮，一直鮮有曝光，支撐其強大性能的軟硬件、結(jié)構(gòu)設(shè)計細(xì)節(jié)我們無從知曉。然而，風(fēng)投公司Bolt的創(chuàng)始人Ben Einstein搞到了一臺老版本的Kiva機器人，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)驗的結(jié)晶。
Kiva部署的倉庫地面上每隔大約1米就有一個二維碼，Kiva就根據(jù)這些標(biāo)記進(jìn)行定位。它的每一個動作都來自于云端的指令。在它到達(dá)目標(biāo)貨架底部后，其使用一個精巧的滾珠絲杠升降梯結(jié)構(gòu)，通過原地旋轉(zhuǎn)來升高自己，將貨架頂起約10厘米。
Kiva機器人做的事情聽上去很簡單。但你要意識到，一個貨架往往裝著重達(dá)半噸的貨物，一個倉儲中心通常有上萬個貨架，成千上百臺機器人，以及幾十個進(jìn)貨出貨口。在這么復(fù)雜而密集的系統(tǒng)里，需要保證機器人不發(fā)生碰撞。任何一臺機器人如果發(fā)生碰撞，把貨架摔倒，造成的損失都將是巨大的。
Kiva機器人如何做到如此可靠？下面就讓我們跟著Ben Einstein一邊拆，一邊看。
系統(tǒng)架構(gòu)和機械結(jié)構(gòu)
從外面看，Kiva機器人外殼的每一側(cè)都有紅外傳感陣列，以及氣動保險杠，用于檢測和緩沖碰撞。外殼上還有充電接口和一系列狀態(tài)指示燈。每一臺Kiva機器人有三個獨立的自由度：兩個驅(qū)動輪，加上一個用于起重的旋轉(zhuǎn)電機。起重電機轉(zhuǎn)動時，兩個驅(qū)動輪反方向旋轉(zhuǎn)，結(jié)果是托盤相對于地面沒有旋轉(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)動方案比如液壓、剪式升降臺，Kiva的這種利用輪子的結(jié)構(gòu)顯然更加簡單可靠。
圖：Kiva的X形托盤
起重結(jié)構(gòu)托盤的頂部是一些厚實的X形鋁鑄件，這些鑄件全部使用319號通用鋁。每個鋁鑄件上還有二次精密加工出來的參考面和螺紋孔。這種工藝在包括汽車發(fā)動機和液壓泵等設(shè)備中大量使用。
每一個紅外傳感器都配有獨立的濾波芯片，通過串口總線通訊。在圖中你可以看到升降模塊使用的電機和巨大齒輪。在機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的真空塑形機和數(shù)控銑想必都體積巨大。這個版本的Kiva外殼既復(fù)雜又造價高昂，新版本估計會采用全注塑結(jié)構(gòu)。
碰撞傳感器
對于像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非常聰明的低成本解決方案：用乙烯/橡膠管充氣，加上一個簡單的氣壓傳感器。一旦檢測到管內(nèi)氣壓變化，機器人就立即停止所有運動。 上圖右邊的黑盒子用于檢測壓力信號和所有紅外傳感器的信號，以簡化與主控制器的協(xié)議和接線。
升降機構(gòu)
齒輪箱，升降電機和大口徑滾珠絲杠。升降機構(gòu)使用了一個定制的滾珠絲杠，經(jīng)由一個標(biāo)準(zhǔn)尼龍齒輪和電機連接。升降機使用的電機和兩個驅(qū)動輪電機是同一款Pittman電機。它能夠輸出約3N*M的扭矩和1KW的堵轉(zhuǎn)功率。電機輸出軸經(jīng)過25:1的日本Brother齒輪箱，能在72rpm輸出46N*M的扭矩。這款齒輪箱單價高達(dá)1000美金，想必大量訂貨的話會便宜不少。
底盤和驅(qū)動輪
把升降結(jié)構(gòu)拆下來后，我們可以把機器人翻個底朝天來看一看其底盤上的驅(qū)動裝置。兩個電機以及其齒輪箱和升降電機相同，兩個定制的輪子組成可以原地旋轉(zhuǎn)的差分結(jié)構(gòu)。三個砂鑄鋁部件構(gòu)成了機器人底盤的大部分。它們由簡單的U形夾銷連接，形成一個簡單的被動雙懸掛結(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。注意下圖中底盤上加工出來的散熱結(jié)構(gòu)，其背面裝著的正是電機驅(qū)動器的巨型MOSFET。這種結(jié)構(gòu)可以自然地利用底盤來以獲得最大的散熱效率。
連接懸掛結(jié)構(gòu)的U型夾銷，底盤上的散熱片。
電子元件
要讓Kiva機器人身上這三個大功率電機和一身的傳感器長時間可靠地工作，電子設(shè)備的設(shè)計是相當(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）整個系統(tǒng)的能源來自于四個串聯(lián)的12V，28Ah 鉛蓄電池。四個電池中的兩個還安裝了熱電偶以確保它們不會過熱。當(dāng)電量過低時，機器人會自動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)計留有很大空間裕度，保證機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。兩個都安裝于滾珠絲杠內(nèi)部。置于升降機構(gòu)內(nèi)部的是Kiva系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一：定制的雙攝像機成像模塊。 一個攝像頭向下看地面以識別倉庫地板上的2D條形碼， 另一個向上看貨架的底部。每個攝像頭都配備6個紅色LED用于照明。 夾在兩個攝像機之間的是圖像處理模塊，其核心是ADI ADSP-BF548 Blackfin多媒體處理器，通過高速串口獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)矩陣檢測。主板和子板
堪稱神器的升降模塊
根據(jù)工藝復(fù)雜度，整個升降結(jié)構(gòu)的成本估計在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無縫解決方案中的公司之一，并且已經(jīng)建立了一個能夠極大地改變我們的購買，銷售和生活方式的系統(tǒng)。很明顯， Kiva Systems公司里養(yǎng)著一幫非常強大的硬件工程師，這可能是亞馬遜在2012為收購Kiva拋出7.75億美元天價的一個重要原因。這篇文章只討論了機器人本體，但要注意這只是整個Kiva解決方案中一個很小的（但也超屌的）一部分。（來源 | Robohub, 編譯 | 機器人學(xué)家）
