Kiva机器人是亚马逊在2012年投资7.75亿美元收购Kivasystems的机器人项目。Kiva机器人看起来像一个冰球，可以在物流中心自由移动3000多磅的商品。Kiva机器人将扫描地面条码向前移动，货物所在的货架可以根据无线订单从仓库运输到员工处理区。这样，员工可以每小时挑选和扫描300件商品，效率是以前的三倍，Kiva机器人的准确性达到99.99%。这样一个省力、智能的Kiva存储机器人的原理是什么？让我们看看。

系统和机械架构

从外部看，Kiva机器人外壳的每一侧都有一个红外传感阵列，用于检测和缓冲碰撞的吸气动保险杠。外壳上还有充电接口和一系列状态指示灯。每个Kiva机器人都有三个独立的自由度：两个驱动轮和一个用于起重的旋转电机。当起重电机旋转时，两个驱动轮朝相反的方向旋转。因此，托盘与地面相比没有旋转，只在滚珠丝杠的作用下编写。与液压、剪切升降台等传统大负荷直线驱动方案相比，Kiva的结构显然更加简单可靠。

起重结构托盘的顶部是一些厚型铝铸件，均为319号通用铝。每个铝铸件还有二次精密加工的参考表面和螺纹孔。该工艺广泛应用于汽车发动机、液压泵等设备中。

外壳

橙色流线型塑料外壳采用ABS材料真空塑形。它有大量的二次加工结构。用于制造Kiva的真空塑形机和数控铣削必须体积巨大。这个版本的Kiva外壳既复杂又昂贵。据估计，新版本将采用全注塑结构。

碰撞传感器

对于像Kiva这样的大型流线型外壳来说，制造传统的集成碰撞传感器是非常困难的。Kiva的工程师们找到了一个非常聪明的低成本解决方案：乙烯/橡胶管充气和一个简单的气压传感器。一旦检测到管道气压变化，机器人将立即停止所有运动。。上图右侧的黑盒用于检测压力信号和所有红外传感器的信号，以简化与主控制器的协议和接线。

升降机构

电梯机构使用一个定制的滚珠丝杠，通过标准尼龙齿轮与电机连接。电梯使用的电机和两个驱动轮电机是相同的Pittman电机。它可以输出约3N*M的扭矩和1KW的阻转功率。电机输出轴通过25:1的日本Brother齿轮箱，可在72rpm内输出46n*M的扭矩。这个齿轮箱的单价高达1000美元。如果你大量订购，它会便宜得多。

底盘和驱动轮

拆下升降结构后，我们可以把机器人翻到底部，看看底盘上的驱动装置。两个电机及其齿轮箱与升降电机相同，两个定制的轮子形成差异结构，可以原地旋转。

电子元件

电子设备的设计是Kiva机器人三大功率电机和传感器长期可靠工作的重要组成部分。

电池模块

整个系统的能源来自四个串联的12V和28Ah铅电池。四个电池中的两个还安装了热电偶，以确保它们不会过热。当电源过低时，机器人会自动从中央控制器的指令中分离出来，直到电源充电。充电站的设计有很大的空间，以确保机器人能够正常充电。

摄像头和成像模块

升降机构内部是Kiva系统的关键设备之一：定制的双摄像头成像模块。-一个摄像头向下看地面，以识别仓库地板上的2D条形码，另一个向上看货架的底部。每个摄像头配备6个红色LED用于照明。图像处理模块夹在两台摄像头之间，其核心是ADIADSP-BF548Blackfin多媒体处理器，通过高速串口获取数据并进行数据矩阵检测。

主板、子板

整体规划是上图中的主要逻辑模块。电机驱动板由电池的48VDC供电；所有逻辑部件都使用单独滤波器的电源。三相直流无刷电机（BLDC）的驱动板也完全定制，由-块莱迪斯的LFXP6CFPGA（隐藏在主板下）驱动。三个电机驱动器均配备电流传感器（注：因此可能是FOC控制）、编码器和六个全桥MOSFET（通过底盘冷却）。

FPGA子板的安装承担了协调无线模块、成像单元、紧急制动、连接红外/压力传感器、电源管理和电机驱动的功能，大大降低了主板的压力。MCU为32位，400MHzFrescaleMPC5123，很可能运行PowerPCLinux。两个以太网端口连接到无线模块和固件存储，由一个MircelKSZ8993切换。

整个机器人唯一现成的电子元件是通信模块:Soekrisengingnet4526双天线路由器，通过以太网连接单个WinstronnewebCM9无线模块。

这一代Kiva的许多设计都非常精致，其中最精彩的是升降模块。它必须能够在1000磅（约半吨）的压力下完成升降，并在整个过程中与地面保持完美平行。首先，这是滚珠丝杠结构的理想任务。通常，市场上看到的滚珠丝杠是实心的，最厚的只有5厘米，Kiva定制的外径为28厘米，为中空和内螺纹结构。丝杠的两个外壳轴承是铝制的，需要二次加工，就像底盘一样。这两个部件都经过表面氧化处理，为轴承提供了良好的润滑和防锈能力。内壳固定，相当于球形螺母，外部有注塑环形结构，用于约束滚珠；外壳旋转时内部接触滚珠，外部通过齿轮与升降电机连接。根据工艺复杂性，整个升降结构的成本估计约为100美元。