智能物流的必由之路—“无人驾驶”

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智能物流的使命是将物流产业从劳动密集型产业转变为技术密集型产业。自动驾驶技术是实现这一目标的唯一途径。从仓储分拣到货物运输,从物流中转中心到物流网点,从物流网点到消费者,每一个环节都需要自动驾驶技术来提升效率。自动驾驶技术以其便捷、成本低、安全等优点成为物流行业最佳的智能选择。

 

自动化的最后一英里革命

 

目前物流行业最大的成本在于终端,约占快递配送成本的50%。尤其是最后一公里的效率极低,需要在终端配备大量的送货员和车辆,满足消费者的需求。消费者和企业都希望包裹能快速送达。在整个物流过程中,包裹从投递到快递点的运输基本上完全是规模化、自动化的,但最后一公里一直是硬骨头。

即使不包括运输、分拣和收集货物的成本,仅考虑人工和车辆成本,估计全球每年的成本将超过1000亿美元。随着电子商务和快递邮件的增长,预计这一数字将继续增加。如何实现最后一英里运输的自动化已经成为电子商务公司和快递行业发展的主要目标。同时,最后一公里自动化的需求也推动了自动驾驶技术的发展。最后一英里的费用主要包括人工和车辆。电商和快递公司希望通过引入无人送货机器人,大幅降低车辆成本和人工成本,同时加快送货时间。

 

在巨大需求的驱动下,很多电商和物流公司都在计划使用无人驾驶机器人来解决这些问题,从自动货运卡车到运输车辆,再到小型道路运输机器人和人行道机器人,所有这些都采用自动驾驶模式。随着机器人公司和自动驾驶汽车公司意识到无交付机器人的潜在市场,许多初创公司也加入了战场,包括图简单、努罗和星舰。目前,在全过程自动化的发展中,我们现在处于行业的初级阶段。

 

智能物流解决方案——无人配送机器人

 

无人送货机器人有不同的形状、大小和运输方式。包括无人机(谷歌翼和亚马逊无人机)、无人地面车、自动机器人和人形生物(波士顿机器人)。降低物流成本、更快的配送速度和更高的客户满意度将为第三方物流和电子零售商带来更高的利润。像亚马逊这样的第三方物流和电子零售商正在投入数十亿美元来加速快递自动化,尤其是最后一英里流程。在过去的几十年里,这一领域的技术进步缓慢,但近年来,特别是人工智能技术的快速发展,智能物流行业发生了巨大的变化。

 

送货机器人最初在校园里给学生送食物。在新冠肺炎大流行期间,他们开始从校园走上街头。这些小型机器人通过向消费者运送食物和必需品来满足社会隔离的需求,这也加速了送货机器人的使用。据统计,目前有60多家初创公司提供送货机器人服务。

在存储方面与移动机器人最大的区别在于,这些机器人没有自己的工作场所,需要与人类共享道路和人行道。仓储移动机器人通常在有组织的环境中工作,而送货机器人则在完全不规则的环境中工作,两者之间有着巨大的差异。开发人员必须确保送货机器人不会与任何人发生碰撞。

 

无人送货机器人的一些技术来自自动驾驶汽车。在街上行驶的机器人就像自动驾驶汽车(速度和里程有差异),而一些技术来自移动存储机器人。存储机器人在短距离内工作良好,但在复杂环境中会出现问题。除了成本优势,送货机器人还有很多其他优势,比如安全和方便。机器人可以配备安全登录系统(如临时识别码),该系统仅授予正确的收件人访问权限,客户将能够选择最方便的交付时间。与传统送货车相比,无人送货机器人可以避免交通拥堵,更加环保。

送货机器人发展的主要挑战之一是设计一个强大的基于AI的感知组件,类似于自动驾驶汽车面临的问题。基于视觉的行为预测和感知是自动驾驶最困难的技术。他们需要高精度的定位和高清晰度的周边环境来检测车道标志、行人和其他车辆。

 

无人送货机器人最理想有效的运输区域在10公里以内。送货机器人充当平台。企业不卖机器人,而是通过出租或按次数、公里数付费赚取费用。在还有空剩余送货机器人的情况下,不同商家也可以选择插队运输自己的货物。

 

Starship和Nuro的自主移动机器人已经成功交付,但它们的操作仅限于小型受控环境,只能在白天和特定道路上运行。自主移动机器人只有大面积使用,才能吸引更多的商家和客户。使用无人机或机器人代替运输卡车或汽车将使最后一英里更安全、更便宜、更环保。电动机器人可以将卡车和货车移离道路,从而减少拥堵和空气体中的有害气体含量。

 

无人机交付也是最后一英里自动化的一个选择。目前,无人机设计没有统一的标准。市场上有很多不同的版本。亚马逊Prime Air无人机看起来像外星飞船,而Google Wing无人机看起来像微型飞机。机翼通过着陆钩和上升钩运输货物。

 

亚马逊在2013年宣布了Prime Air计划,但很快就遇到了物流和法规方面的问题。2019年,亚马逊推出了最新版本的Prime Air Delivery无人机,这是一款可以垂直起降、连续向前飞行的混合动力飞机。新型无人机结合了热像仪、深度相机和声纳来探测危险。在机器学习模型的帮助下,车载计算机可以自动识别障碍物并在障碍物周围导航。亚马逊表示,Prime Air服务的目标是制造一架全电动无人机,该无人机可以飞行24公里,并在30分钟内向客户交付约2公斤的包裹。目前,无人机的交付仅限于农村地区,因为这些地区的导航空控制障碍最低。

 

与在空飞行的无人机相比,地面机器人在空之间具有一定的优势,可以利用现有路线大规模应用,而在空飞行的无人机在运输环境上要比地面机器人简单得多,因此无需担心因意外情况而中断运输行程。无人机也可以和自动驾驶汽车一起使用。当无人机被限制在一个较小的传输半径时,无人机可以通过自主车进行部署,扩大投放范围。

 

自动驾驶汽车和无人送货机器人也可以一起使用。一旦无人驾驶汽车成为我们日常生活的一部分,多功能自动驾驶汽车将具有成本效益,其尺寸将能够比当前的机器人携带更多的包裹。

 

——电商智能代表亚马逊Scout

 

目前,电子商务公司正在开发无人送货机器人,包括亚马逊、沃尔玛、JD.COM和阿里巴巴。电子商务公司是商业送货机器人最迫切的参与者。无人送货机器人是解决最后一英里和偏远地区物流的最佳交通工具。他们可以打破时间空的限制,更大规模地拓展电商版图,其中最杰出的代表就是亚马逊Scout。

2019年1月,亚马逊在西雅图推出送货机器人Scout,并于8月将其测试活动扩展至加州。目前,Scout正在四个城市进行测试。亚马逊发言人表示:安全是亚马逊的重中之重。Scout旨在实现安全性和可控性。Scout必须能够安全地在行人、宠物和障碍物周围行走,并能够自主导航房屋附近的障碍物,如垃圾桶、滑板车和长凳。

 

机器人技术是未来送货机器人的重要组成部分。亚马逊在无人机和机器人的研发和测试方面投入巨资,还在西雅图建立了专门的软硬件实验室,为工程师、科学家和运营商提供快速建造和测试交付的便利。

 

在新冠肺炎大流行期间,亚马逊一直在运行送货机器人和营救被困人员。现在它的测试车队已经扩展到南部城市,Scout开始向南加州的客户交付包裹。2020年7月,亚马逊开始在佐治亚州和田纳西州测试Scout自动配送系统,让Scout设备能够适应不同的气候,正常运行。与运输车辆和驾驶员相比,Scout机器人的低成本和便捷性最具吸引力。目前,亚马逊已经开始小批量交付这些机器人,但这些机器人只能在周一到周五的白天工作,而且必须遵循它们的交付路线,并有专门的陪同人员随时准备在出现问题时接手。

 

亚马逊和联邦快递希望共同推动配送机器人的部署。目前,他们正在十几个州联合游说,希望送货机器人能在路上合法化。两家公司都认为送货机器人是自动化最后一公里的最佳产品。

 

——Roxo:物流公司的智能代表

 

通过快递员规模化的网点优势和严格的配送体系,降低成本,提高服务质量,增加市场份额,是物流公司的最高战略。无人配送机器人可能会改变快递公司目前的策略,因为配送机器人最终会取代码头的人力和车辆,未来码头的成本会变得更近。决定公司成本的最终因素可能是各公司无人配送机器人的水平,未来快递公司的竞争可能从人力和网络竞争转向技术竞争。目前联邦快递、DHL、UPS、JD.COM、菜鸟网络都在研发无人送货机器人,其中最突出的就是联邦快递Roxo。

 

2019年2月,联邦快递发布了自己的自动送货机器人Roxo,外观像一个小冰箱,目前已经在四个城市完成路试。Roxo是一款基于轮椅底座的电池驱动机器人,在人行道和路边运行,限速16公里每小时。这个机器人是由卡曼(iBot爬楼梯轮椅的发明者)创立的。

Roxo基于iBot的力量,iBot是美国美国食品药品监督管理局批准的先进移动设备,为残疾人提供超过1000万小时的真实可靠操作。Roxo机器人可以通过其技术在路边导航、踏梯,实现更广泛的配送服务。

 

联邦快递以B2B配送著称,但其最后一英里配送机器人的发布,显示了联邦快递拓展B2C业务的决心。2020年,联邦快递CEO史密斯在致股东的信中写道,Roxo正在准备第二轮测试,我们将在这场竞争中脱颖而出。安全一直是联邦快递的头等大事。Roxo的设计注重行人、顾客和车辆的安全。该机器人配备了激光雷达、摄像头和机器学习,可以帮助其在行驶过程中避开障碍物。

 

面对无人送货机器人大规模商用的压力,传统店铺也开始行动起来。目前,联邦快递的零售合作伙伴包括AutoZone、租跑道、劳埃德集团、必胜客、沃尔格林和沃尔玛。

 

2019年10月,walgreen开始改变,成为美国第一家使用家用无人机的零售商。公司与谷歌子公司Wing合作,为部分居民提供有限的无人机运输服务,walgreen也与联邦快递合作,为未来潜在的巨大变化做准备。Walgreen说,walgreen为消费者提供便利。平均60%以上的顾客住在距离店铺5公里以内,平均购物行程只需8分钟。然而,随着自动机器人的出现,地理位置不再是核心因素,以walgreen为代表的传统店铺开始拥抱自动驾驶。

 

——小型无人运载机器人的代表——星舰

 

小型无人送货机器人是一种采用自动驾驶技术,只在人行道或自行车道上行驶的机器,其最具代表性的公司是Starship。Starship是一家总部位于伦敦的初创公司,由Skype的两位联合创始人于2014年创立,是该地区最知名的送货机器人公司之一。自该产品首次推出以来,该公司共筹集了1亿多美元,估值超过10亿美元。

星舰于2018年开始向付费客户提供商业服务。2021年1月,公司迎来了新的发展里程碑,交付量突破100万,完全自主运营60万小时,无人驾驶里程240万公里。随着数百万次交付的里程碑,星际飞船还宣布计划在加州大学洛杉矶分校、布里奇沃特州立大学和莫德斯托部署新的无人机器人。

 

星舰主要在人行车道提供送货服务,从而减少道路使用、能源消耗、交通拥堵和道路安全风险。除了人行道,这些机器人每天还要经过5万个路口,可能会带来一些安全隐患。因此,星舰在最初设计时体积相对较小,重量较轻,减少了自身的危险,即使它撞上了什么东西或什么人。伤害和伤害会很小;同时,当星舰遇到紧急情况时,必须停在同一个地方,然后向远程操作中心求助。双重保证降低了可能发生碰撞的概率。星舰一般能在30分钟内发货。

星舰的第一个战场在英国中部的重要城镇米尔顿凯恩斯。无人送货机器人已经在超过75%的地区使用。自2018年4月以来,星舰已经在米尔顿凯恩斯完成了10万次交付。这些车辆有GPS跟踪、摄像头和超声波传感器,送货成本约1英镑。尽管米尔顿·凯恩斯取得了巨大的成功,但无人驾驶机器人的最大市场还是在美国。

 

于是Starship开始在美国部署无人驾驶机器人,校园因为相对封闭的环境和学生特点(学生热衷于订餐,喜欢低成本的机器人送货)成为最好的测试场地。在大学校园里,Starship已经部署了数百个机器人来处理食物和杂货的运送,学生可以通过Starship应用程序快速订购食物。Starship已经在八个大学校园和一个公司校园部署了机器人,这是美国大学校园中交付机器人最多的公司。

Starship创始人表示,无人驾驶机器人运输有望大幅降低成本,确保安全和低能耗;送货车堵塞道路,污染空气,而且不划算。随着人们对机器人、无人机或人形机器人越来越熟悉,许多企业开始选择替代解决方案,自动送货对零售商的吸引力也越来越大。2020年的一份新报告显示,到2030年,全球20%的包裹可以通过无人机、机器人或自动驾驶汽车送达,这将是一个巨大的市场。

 

——大型无人送货机器人代表——Nuro

 

大规模无人送货机器人是一种在高速公路上运行的无人机器,比乘用车还要小。大型无人送货机器人比小型机器人货物负载更大,送货速度更快,其最具代表性的公司是Nuro。2016年,Nuro由谷歌自动驾驶汽车项目的两名前工程师共同创立。它是最早识别和瞄准送货机器人的公司之一。2019年,Nuro获得日本软银公司9.4亿美元的投资,2020年11月,Nuro在C系列融资中募资5亿美元,使其融资总额超过15亿美元,估值达到50亿美元。

 

自2016年以来,Nuro一直在开发和测试无人送货服务。2018年,无人驾驶机器人R1正式上线。Nuro的车辆在公路上行驶,而不是像Starship那样在人行道上行驶。在推出第一代机器人之前,Nuro一直在用丰田普锐斯汽车的后备驱动测试其技术。Nuro的机器人车看起来像一辆小型货车,完全不用司机驾驶,长度和宽度大约是传统乘用车的一半。自动驾驶配备了激光雷达、摄像头和雷达。

冠状病毒大流行改变了几乎所有类型企业的管理模式,送货机器人市场一下子引起了人们的关注,几天之内就爆发了巨大的市场需求。事实上,送货机器人最早是在中国使用的。在城市封锁环境下,苏州、深圳、淄博使用自动送餐车送餐,自动出车2500余趟。

 

2020年2月,Nuro发布了《R2》,同时也成为第一家在新冠肺炎大众化环境下获得免疫力,并在公共道路上进行无人驾驶测试的汽车集成商。Nuro R2被宣传为L4(高度自动化)车辆。R2是R1的重大升级。R2在里面增加了三分之二的货舱空,有效载荷高达190公斤,重量增加了一倍,达到1150公斤。可以打开两个鸥翼门进入货物区。当机器人到达他们的位置时,会通过手机上的应用程序通知客户,让他们有权进入无人机器人的货物区。美国交通部将Nuro车辆的最高速度设定为每小时40公里。根据两年的豁免,允许Nuro生产和使用5000个机器人在公共道路上进行测试,这是无人送货机器人领域的重大突破。

 

随着Nuro的合作伙伴越来越多,R2移动送货机器人越来越像一个移动杂货店,里面装着各种各样的商品。与krogh合作为客户提供杂货配送服务,与达美乐旗下的pizza合作配送Pizza,与CVS药房合作为客户提供处方药。目前大小机器人似乎都处于突破时刻,可能会像火山爆发一样爆发。

 

——自动驾驶卡车的智能代表——图简单

 

总部位于圣地亚哥的创业公司TuSimple成立于2015年,专注于长途卡车运输。2019年获得融资2.15亿美元,估值超过10亿美元。2021年2月,公司提交上市文件,预计2021年在美国上市。图简单目前有22个签约客户。

 

图简单的自动驾驶设备是专门为卡车设计的,其由40辆自动卡车组成的车队一直在凤凰城、图森、达拉斯、埃尔帕索、休斯顿和圣安东尼奥的货运站之间运送货物,这些货运站约占美国高速公路的95%。目前,TuSimple已与卡车制造商Navistar和航运巨头UPS合作,在亚利桑那州和得克萨斯州开展站对站自动运行测试,计划到2024年实现L4级自动卡车上路,同时开始向车队运营商销售自动驾驶卡车。

无人驾驶汽车和无人驾驶卡车都依赖类似的基础技术:通过传感器(通常是摄像头、激光雷达和雷达)将数据输入计算机,在大量的训练和模拟中学习控制车辆的技能。原则上,开发自动驾驶卡车比开发自动驾驶汽车更容易,因为卡车和乘用车有不同的轨道。卡车(尤其是长途拖车)通常按照固定路线行驶,大部分时间在高速公路上行驶,没有普通公路那么复杂。

 

与自动驾驶汽车最大的区别是,卡车需要能够提前感知更多情况,以允许更长的制动距离。大多数自动驾驶汽车都装有激光雷达,感应距离约为200米,这显然不足以应对时速120公里的满载卡车。TuSimple通过多个高清摄像头使其感应距离达到1000米,大约是专业卡车司机开车时看到距离的两倍。这个函数给了系统更多的时间来做出最安全的决定。

 

更大尺寸的卡车自然为自动驾驶提供了更多可能性。可以使用大型计算机,可以配备更灵活的传感器(传感器可以安装在离地面更高的位置),提供更多的动力支持,提供更好的视野。这些特点使得自动驾驶卡车比自动驾驶汽车更早商业化。与传统卡车相比,自动驾驶卡车成本更低;与铁路相比,它还可以提供铁路无法提供的门到门服务。从长远来看,垂直集成的专用汽车将具有许多优势。

t简单的自动驾驶卡车必须配备驾驶员,并在需要时随时准备驾驶。TuSimple计划在2021年的某个时候取消人工监管,让卡车从装卸到交付全程无人上车。TuSimple计划在未来四年内扩展其路线。首先,在2021年,它将在达拉斯、休斯顿和圣安东尼奥的得克萨斯三角地区增加新的送货服务(该公司计划让司机留在自动驾驶轮后面),以防出现问题。到2023年,该公司希望在洛杉矶和佛罗里达州杰克逊维尔之间的路线上使用自动驾驶卡车,并希望到2024年在全国范围内销售。美国最大的货运公司之一、大型货运公司US Xpress已经开始通过TuSimple运输货物。

 

TuSimple不仅是唯一一家致力于部署自动驾驶公司的公司,还有包括Aurora、Waymo、戴姆勒和category在内的多家公司。目前,Waymo正在亚利桑那州、加利福尼亚州、密歇根州和佐治亚州进行测试,未来还将在美国西南部和得克萨斯州拓展自动驾驶卡车运输路线。Waymo是一家技术公司,而不是货运管理公司,其最终目标是成功地将Waymo系统集成到更传统的卡车中。

 

虽然TuSimple、Waymo等公司取得了进展,但要全面部署自动驾驶卡车还需要几年时间,卡车工程师和监管人员还在研究自动驾驶卡车(和自动驾驶汽车)在道路上的实际操作。目前,自动驾驶卡车最大的担忧之一是,该行业最终将取代近百万从事重型卡车和拖车的司机。美国劳工统计局的研究人员估计,近50万长途司机最容易受到自动驾驶技术的影响。

 

未来的汽车本质上是一个移动机器人,只需轻点几下智能手机,就能把消费者和商品带到任何地方。自动驾驶卡车在商业部署方面取得了巨大进步。这项技术将使卡车运输更便宜、更安全、更快、更省油。毫无疑问,它们对货物运输的影响将是深远的。

 

未来的挑战

 

智能物流的使命是将物流产业从劳动密集型产业转变为技术密集型产业。自动驾驶技术是实现这一目标的唯一途径。自动驾驶技术的便利性、成本和安全性使其成为物流行业的最佳选择。

 

最后一英里解决方案最大的问题是如何在不撞到行人的情况下有效避开障碍物,尤其是高速行驶的挑战。在许多城市,送货机器人将面临安全出行的巨大挑战。例如,在人口密集的曼哈顿,Nuro和Starship的机器人无法轻松操作。大大小小的机器人都适合交通相对平静、布局良好的郊区,因为没有繁忙的路口和复杂的感知环境,这也是为什么有些城市在部署无人送货机器人方面走在了前面,而有些地区却无法开展。

 

扩大规模在城市运营是无人送货机器人商业化部署面临的最大挑战。如果道路系统混乱,一个送货机器人必然会引发各种实际和法律问题。如果由于交通限制,小型机器人的运动范围只能在少数指定道路上行驶,那么机器人的便利性和成本优势将不复存在,得不偿失。

 

 

相对安全、良好的适合各种尺寸和性能机器人的道路基础设施是机器人上路的前提。目前,美国的交通状况和道路问题正在阻碍无人机器人上路。美国城市必须比大多数欧洲和亚洲城市做出更大的改变,才能成功部署机器人。因此,美国采用机器人更多的是基础设施,而不是技术。

 

行业标准和法规也是自动驾驶汽车面临的潜在挑战。根据什么规定,机器人应该在人行道、自行车道和汽车共享道路上分配货物,无人机应该如何开辟新的路线来运送货物,以及联邦航空局和其他政府机构应该如何监督这些路线。一旦机器人送货公司解决了如何将其技术扩展到人口密集的城市和地区,他们将与成千上万的零售商密切合作,零售商和消费者将真正感受到好处,他们也将期待机器人进一步融入他们的生活。

 

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