多個機器人在物料搬運應用中協同工作。這是一個可以通過工作單元優化來加速的潛在應用。

（作者：Dan Sorin，系Realtime Robotics（美國馬薩諸塞州波士頓）創始人兼首席架構師）

在工業環境中部署機器人時，性能是首要目標之一。在工業機器人工作單元中，性能通常用周期時間來衡量：完成一組任務所需的時間。典型的任務包括噴漆、焊接和檢查。無論哪種任務，目標都是盡快完成，以便工作單元可以開始下一組任務的工作。特定單元的周期過長會導致該單元成為裝配線上的瓶頸。

提高性能的一種方法是在同一工作單元中使用多個機器人。在多機器人工作單元中，任務可由機器人分擔，期望機器人能同時完成工作，從而縮短周期時間。從理論上講，更多的機器人意味著更高的性能，但正如在廚房中增加廚師一樣，實際結果并不總是符合預期。

多機器人工作單元性能的挑戰

最近，一位客戶在工作單元中增加了第二個機器人后找到我們，說他們只將周期時間縮短了 10%。雖然我們不能期望獲得完美的并行性（從 1 個機器人增加到 N 個機器人，周期時間是之前的 1/N），但我們希望在工作單元中增加機器人能帶來最大的效益。

為什么多機器人工作單元難以實現更好的性能？想象一下，您正在設計一個有四個機器人的工作單元，每個周期需要完成 50 個任務。如果我們認為設計既是為機器人分配任務，也是為每個機器人安排任務的順序，那么就有大量可能的設計需要考慮。

首先，有大量可能的機器人任務分配。也許這種可能性會受到一些限制，因為有些機器人無法執行某些任務，要么是因為它們無法到達，要么是因為機器人是異構的，某些類型的機器人只能執行任務的子集。不過，可能分配的任務數量通常非常多，在本例中為 450 個（比 1030 個多一點）。然后，一旦分配了這些任務，機器人就可以按照大量不同的順序執行任務。在我們的例子中，至少還有 1034 種可能的組合（假設任務平均分配為 12！4，如果任務分配不均，情況會更糟），因此我們最終需要考慮超過 1064 種可能的設計。即使我們可以每納秒測試一個設計，所需的時間也比宇宙的年齡還要長。顯然，設計的數量遠遠大于可以窮盡搜索的數量。

是什么將眾多可能的設計區分開來呢？在好的設計中，每個機器人每個周期花費的時間大致相同；我們要避免一些機器人閑置，而另一些機器人仍在工作。同樣，在一個好的設計中，每個機器人都能移動，而無需花費大量時間等待其他機器人讓路，或采取非最佳路徑以避開其他機器人。設計的目標是實現機器人的高性能編排。

在如此廣闊的設計空間中，好的設計和差的設計之間的性能差異可能很大。即使忽略明顯的不良設計，例如，將幾乎所有任務分配給一個機器人，或對任務進行排序，使機器人的總運動量最大--看似合理的設計之間仍然存在顯著的性能差異。

Realtime Robotics 的工程師正在研究多機器人緊固和檢查單元

我們的團隊開發了優化即服務 (OaaS)，利用專有算法找到高性能的設計方案，否則工程師團隊需要花費數月時間才能發現這些方案。與經驗豐富的工程師費力開發的設計相比，使用我們的 OaaS（稍后討論），我們的速度提高了 5%-20%。這一結果說明，設計既非常困難，又非常重要。

目前如何進行多機器人工作單元設計

工程師如何從如此龐大的設計空間中選擇設計方案？從根本上說，搜索任何類型的巨大空間的唯一方法就是從其中抽取樣本（選擇一個設計），評估該設計（評估其性能），并根據對該樣本和之前抽取的任何樣本的評估結果，決定下一個樣本的位置。這種設計循環一直持續到獲得性能足夠好的設計，或者確定付出更多努力也不可能獲得更好的設計為止。