智能倉儲(chǔ)物流機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)應(yīng)用研究

曽驥 韓巍

摘? 要：物流行業(yè)的發(fā)展在邁向未來的過程中必將逐漸走向智能化，這在倉儲(chǔ)管理領(lǐng)域中表現(xiàn)得尤為明顯。該文以倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)為研究對象，從倉庫物資的出入庫、移庫和盤庫的智能化、無人化展開研究，引入自主移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人技術(shù)，并從倉庫物資自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)出入庫、貨位定位、門禁智動(dòng)等進(jìn)行智能倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)的構(gòu)建，進(jìn)一步提高倉儲(chǔ)行業(yè)智能物流水平，提升效率、降低成本，構(gòu)建一個(gè)部署靈活、集約型的智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：倉儲(chǔ)物流;自主移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人;智能倉儲(chǔ)

中圖分類號(hào)：TP242;TH692.3? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2020）01-0157-03

Abstract：The development of the logistics industry will gradually become intelligent as it moves towards the future， especially in the field of warehousing management. This paper takes the warehouse logistics system as the research object，studies the intelligent and unmanned warehouse in and out，warehouse transfer and inventory，introduces the technology of autonomous mobile operation robot，and constructs the intelligent warehouse logistics system from the automatic identification，automatic in and out，location positioning and access control of warehouse materials，then further to improve the level of intelligent logistics in the storage industry，improve efficiency，reduce costs，and build a flexible and intensive intelligent storage system.

Keywords：warehousing logistics;autonomous mobile operation robot;intelligent warehousing

0? 引? 言

勞動(dòng)強(qiáng)度大、重復(fù)性較強(qiáng)、危險(xiǎn)大的復(fù)雜勞動(dòng)都可由智能機(jī)器人來出色完成，但是，我國對專門從事物流工作的智能機(jī)器人的研究才剛剛起步。[1]“機(jī)器換人”已經(jīng)深入到倉儲(chǔ)物流行業(yè)，但在倉儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用中，由于每個(gè)倉庫的布局和作業(yè)內(nèi)容存在差異，若在出入庫、移庫和盤庫等環(huán)節(jié)全部實(shí)現(xiàn)無人化管理，涉及布局改造、相關(guān)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)、信息化系統(tǒng)等投入的軟硬件成本較高，且各部分的信息交互和聯(lián)通也存在較多制約，因此本文將從針對如何更好地在智能倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)中應(yīng)用機(jī)器人進(jìn)行研究，目的是實(shí)現(xiàn)當(dāng)前智能倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)柔性化和智能無人化的目標(biāo)。

本項(xiàng)目采用自主移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人（以下簡稱AGV，如圖1所示）。該機(jī)器人采用2D激光+IMU+視覺多傳感器融合的自然無軌導(dǎo)航，無須在通道地面貼標(biāo)識(shí)，一鍵指令自動(dòng)完成物資貨架快速精準(zhǔn)的出入庫搬運(yùn)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)機(jī)器人協(xié)作搬運(yùn)，最高速度可達(dá)1.5 m/s，自主充電，24小時(shí)待命，并具備多層安全檢測和聲光警示功能，自主避障，實(shí)現(xiàn)黑燈作業(yè)。可以滿足目前各類倉儲(chǔ)企業(yè)無人智能化倉儲(chǔ)系統(tǒng)的快速建設(shè)和個(gè)性化業(yè)務(wù)需求。

1? 智能倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

1.1? 自主移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人

自主移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人，可通過自身內(nèi)部和外部傳感器感知周圍環(huán)境信息，根據(jù)任務(wù)和目標(biāo)位置，自行規(guī)劃行走路線，同時(shí)在行走過程中實(shí)現(xiàn)避障或繞障，最終完成精準(zhǔn)定位執(zhí)行作業(yè)任務(wù)，在物流應(yīng)用中，也普遍被稱為AGV（自動(dòng)引導(dǎo)小車）。盡管目前智能倉儲(chǔ)機(jī)器人的概念非常火爆，但是行業(yè)內(nèi)并沒有形成標(biāo)準(zhǔn)的定義。從物流領(lǐng)域應(yīng)用的機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的功能來看，主要包括搬運(yùn)、拆垛、碼垛、揀選、分揀等作業(yè)，因此智能倉儲(chǔ)機(jī)器人也可以視為以上不同類型物流機(jī)器人的總稱。[2]

倉儲(chǔ)物流通常是指利用自己修建或租用他人的庫房和場地，對商品進(jìn)行保管、儲(chǔ)存、配送及裝卸搬運(yùn)。物聯(lián)網(wǎng)是指通過各類信息傳輸感應(yīng)設(shè)施，按照約定的協(xié)議，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)物品互聯(lián)互通的網(wǎng)上連接，最終實(shí)現(xiàn)物品與運(yùn)送物品流通的網(wǎng)的相互連接，將相關(guān)信息進(jìn)行連接、溝通并交換，從而實(shí)現(xiàn)物品管理、識(shí)別、監(jiān)控、定位和跟蹤的智能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。自動(dòng)控制、智能信息管理、數(shù)據(jù)挖掘、智能機(jī)器人堆碼垛、移動(dòng)計(jì)算等技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)在倉儲(chǔ)物流領(lǐng)域的主要應(yīng)用。[3]

人們迫切需要一種低錯(cuò)單率和低人工成本，同時(shí)提高倉儲(chǔ)系統(tǒng)的整體運(yùn)轉(zhuǎn)效率的新型智能自動(dòng)化倉儲(chǔ)物流。在這樣的背景下，以倉儲(chǔ)物流機(jī)器人代替人工進(jìn)行揀選工作的智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，而智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)中如何有效地對倉儲(chǔ)物流機(jī)器人進(jìn)行調(diào)度，使其高效地完成訂單任務(wù)，成為智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)能否最終實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵問題。

1.2? 智能倉儲(chǔ)物流機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)目前智能倉儲(chǔ)信息化、無人化和智能化應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)一種智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)，如圖2所示系統(tǒng)構(gòu)成圖，其包括貨架單元、門控單元、自主移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人、視頻監(jiān)控單元和綜合控制單元。

貨架單元：設(shè)有貨物感知傳感器，識(shí)別貨架的貨物狀態(tài)。

自主移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人（以下簡稱AGV）：采用激光自主導(dǎo)航+視覺伺服自主完成貨架的搬運(yùn)。

門控單元：設(shè)有聯(lián)動(dòng)控制器。

視頻監(jiān)控單元：內(nèi)嵌目標(biāo)識(shí)別算法。

綜合控制單元：通過無線網(wǎng)絡(luò)獲取和聯(lián)通各單元，執(zhí)行控制和調(diào)度AGV作業(yè)任務(wù)和倉庫數(shù)據(jù)更新及用戶管理（出入庫、盤庫、報(bào)警和信息分享）。通過貨架貨物感知傳感器來識(shí)別貨架上貨物狀態(tài)，通過無軌導(dǎo)航AGV及其視覺感知模塊來識(shí)別和自主搬運(yùn)對應(yīng)的貨架并搬運(yùn)到目的地，通過門控單元和視頻監(jiān)控單元上的感知傳感器識(shí)別倉庫內(nèi)工作狀態(tài)，響應(yīng)和監(jiān)管AGV搬運(yùn)貨架作業(yè)的進(jìn)出庫聯(lián)動(dòng)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過綜合控制單元控制和調(diào)度。

1.3? 智能倉儲(chǔ)物流機(jī)器人系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

如圖3所示，倉庫管理人員通過PC/呼叫終端下發(fā)貨架搬運(yùn)任務(wù)，綜合控制單元接收任務(wù)指令后，通過其倉儲(chǔ)信息管理模塊收集貨架單元上貨物的狀態(tài)信息，確定狀態(tài)信息后，綜合控制單元內(nèi)任務(wù)調(diào)度模塊根據(jù)AGV的狀態(tài)（位置、工況）信息，給AGV下發(fā)搬運(yùn)貨架的作業(yè)任務(wù)。

接收到綜合控制單元下發(fā)的任務(wù)后，對應(yīng)的AGV根據(jù)作業(yè)任務(wù)，自動(dòng)規(guī)劃搬運(yùn)路線，并將搬運(yùn)路線回傳到綜合控制單元，再由綜合控制單元輸出給門控單元，控制對應(yīng)的門控單元控制門的開啟。

視頻監(jiān)控單元，實(shí)時(shí)監(jiān)測倉庫貨架、門、AGV和人員及其他目標(biāo)的動(dòng)態(tài)信息，并記錄回傳到綜合控制單元，這一過程中對異常圖像信息進(jìn)行識(shí)別告警。

本系統(tǒng)通過智能無軌AGV實(shí)現(xiàn)倉庫柔性快捷部署，通過與倉庫物資、自動(dòng)化設(shè)備的智能聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)倉庫管理的無人化和智能化管理，滿足了目前各類倉庫智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

2? 智能倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)優(yōu)化未來發(fā)展方向

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和市場的不斷發(fā)展，智能機(jī)器人在未來物流的各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍和規(guī)模都將不斷擴(kuò)大;智能機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展將會(huì)隨著競爭和需求而不斷進(jìn)步。未來，在物流領(lǐng)域如何不斷提高效率，節(jié)省更多的時(shí)間成本到主流事務(wù)上去，必將成為各個(gè)企業(yè)和公司的一個(gè)痛點(diǎn)。2020年，國內(nèi)的自動(dòng)化物流系統(tǒng)市場規(guī)模預(yù)計(jì)將超過1000億元，未來幾年行業(yè)增速有望保持15%以上。智能倉儲(chǔ)機(jī)器人很好地證明了人工智能的無限可能性，因此，智能倉儲(chǔ)機(jī)器人在未來的發(fā)展前景將不可估量。[3]

2.1? 智能倉儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)成本的優(yōu)化

智能倉儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)內(nèi)硬件設(shè)備占據(jù)了企業(yè)投入的重要份額，其中包括前期的產(chǎn)品系統(tǒng)采購，后期的運(yùn)營成本投入，對一般的中小倉庫企業(yè)帶來巨大的資金成本投入壓力，因此對于上游的機(jī)器人企業(yè)要不斷降低機(jī)器人的制造和使用成本，為倉庫使用企業(yè)進(jìn)行減負(fù);同時(shí)中小倉庫企業(yè)要努力做好倉儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，從倉儲(chǔ)管理理念和制度上不斷規(guī)范倉儲(chǔ)管理，對城區(qū)域倉儲(chǔ)需求少的中小倉庫企業(yè)，企業(yè)之間建立聯(lián)合倉儲(chǔ)集散基地，做模塊化智能化倉儲(chǔ)管理基地，一方面減少智能倉儲(chǔ)機(jī)器人的定制化設(shè)計(jì)成本，最大化提升智能倉儲(chǔ)機(jī)器人使用價(jià)值，使其工作飽和;另一方面也減少倉庫之外的物流運(yùn)輸成本，這樣也會(huì)加快整個(gè)區(qū)域的智能倉儲(chǔ)物流大系統(tǒng)的建設(shè)。

2.2? 智能倉儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)維人才培養(yǎng)

智能倉儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)的后期使用維護(hù)是目前機(jī)器人企業(yè)和倉庫管理企業(yè)共同面臨的挑戰(zhàn)，由于智能物流系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)性、不可預(yù)見性等諸多特點(diǎn)，因此在倉庫實(shí)際使用中，會(huì)出現(xiàn)諸多問題，如機(jī)器人突然失去連接，不能運(yùn)行或出現(xiàn)異常工作等問題，再因智能倉儲(chǔ)物流機(jī)器人涉及機(jī)、電、光、熱和算法等多學(xué)科交叉綜合知識(shí)，導(dǎo)致一般的倉庫管理人員無法獨(dú)自完成機(jī)器人的運(yùn)維工作，給智能倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)的普及和發(fā)展帶來一定的阻力，因此加大對智能倉儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)維人才隊(duì)伍的培養(yǎng)具有重大意義，尤其是倉儲(chǔ)行業(yè)在職人員和相關(guān)專業(yè)的高校學(xué)生成為未來智能倉儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)重要支撐力量。

2.3? 智能倉儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)信息通道融合

智能倉儲(chǔ)機(jī)器人是智能倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)的核心，需要和倉車內(nèi)所有的物資、貨架、門禁、碼垛機(jī)、掃描設(shè)備等進(jìn)行信息聯(lián)通和任務(wù)調(diào)度，目前的倉庫自動(dòng)化設(shè)備很多通信協(xié)議、接口和信息化系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)互通，導(dǎo)致機(jī)器人廠家需要全盤打通信息，一方面影響效率，一方面導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)環(huán)節(jié)的不穩(wěn)定和不可控因素的增多，因此打造一個(gè)智能倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)，需要一個(gè)統(tǒng)一物聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，同時(shí)設(shè)備商之間要共同打造統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

3? 結(jié)? 論

智能倉儲(chǔ)物流機(jī)器人的運(yùn)用極大提升了倉儲(chǔ)配送物流的作業(yè)效率和準(zhǔn)確性，本文為其適于各類倉儲(chǔ)布局和貨物搬運(yùn)調(diào)度管理等應(yīng)用需求，研究設(shè)計(jì)基于自主移動(dòng)作業(yè)機(jī)器人的智能倉儲(chǔ)物流系統(tǒng)，同時(shí)提出未來智能倉儲(chǔ)機(jī)器人的發(fā)展方向，隨著物流市場的不斷發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步，機(jī)器人必然會(huì)得到廣泛的運(yùn)用，機(jī)器人的發(fā)展將會(huì)隨著競爭和需求而不斷進(jìn)步，對整個(gè)倉儲(chǔ)物流行業(yè)的發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] 傅雅男，李朝敏.淺談物流視角下的智能倉儲(chǔ)機(jī)器人的運(yùn)用與改進(jìn) [J].商場現(xiàn)代化，2018（23）：77-78.

[2] 任芳.新型智能倉儲(chǔ)機(jī)器人及其應(yīng)用 [J].物流技術(shù)與應(yīng)用，2018，23（8）：80-83.

[3] 徐云春.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在倉儲(chǔ)物流領(lǐng)域的應(yīng)用分析與展望 [J].中國市場，2016（32）：140-141.

作者簡介：曽驥（1986-），男，漢族，黑龍江牡丹江人，碩士，研究方向：移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用;韓巍（1980-），男，漢族，山西永濟(jì)人，碩士，研究方向：移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)及應(yīng)用。