倉儲智能分揀機器人的路徑該如何規劃？

物流系統是由物流領(lǐng)域中互相關(guān)聯(lián)、互相制約、互相作用的若干組成部分構成的具有某種功能的有機整體。本文的研究范圍在智能物流的倉儲與分揀部分。該部分主要由物流公司獨立負責，屬于人造系統中較為熱門(mén)且發(fā)展迅速的一類(lèi)。我們在該部分中將設計如何為智能分揀機器人收集信息和進(jìn)行決策。

傳統性立體倉儲環(huán)境

整個(gè)系統的外部交互點(diǎn)來(lái)自于出入庫請求，智能分揀機器人代替的是以往分揀員和取貨車(chē)駕駛員的工作。收到任務(wù)數據后，在后臺貨物數據庫檢索貨物是否存在、其對應位置。然后調用機器人去執行相應操作，并在操作結束后給相應物流單以記錄和狀態(tài)反饋。

分揀操作的動(dòng)態(tài)規劃和環(huán)境信息相關(guān)，環(huán)境變量主要有：其他揀選機器人的當前位置和預計的時(shí)空信息、暫存區的狀態(tài)和位置、倉庫布局形狀等諸多因素。本文會(huì )提及這些因素對于揀選機器人可能造成的影響，并將控制這些因素的變化，在確認有可行性的基礎下，主要研究揀選機器人在單寬度通道倉儲模型下的統一路徑規劃問(wèn)題。

物流倉儲模型圖

定位（Positioning）

仿真系統很容易利用坐標系中點(diǎn)的位置的離散型變化模擬機器人移動(dòng)，畢竟所有機器人的移動(dòng)模式都基于對應的動(dòng)作算法。而現實(shí)中給機器人定位則需要一定方法，常用的方法有zigbee信號定位、GPS定位、紅外識別、聲學(xué)識別等方式。

對于本文中仿真系統的應用場(chǎng)景，應用zigbee或其他通信方式進(jìn)行多點(diǎn)通信定位，或結合一些其他方式進(jìn)行，例如RFID（射頻識別技術(shù)）較為有利，在信號獲取的同時(shí)進(jìn)行信號除雜降低噪聲的干擾。GPS定位由于對于室內環(huán)境的定位能力較弱、而紅外識別對透明物體無(wú)法識別等原因，并不適用，可以結合聲學(xué)識別等方式進(jìn)行定位和避障，也可以使用地面畫(huà)線(xiàn)和節點(diǎn)光學(xué)條碼等一系列方式進(jìn)行位置信息同步。
 

調度方式（Scheduling method）

當機器人進(jìn)入倉儲空間，勢必會(huì )遭遇沖突問(wèn)題，即兩機器人預計在同一時(shí)間到達同一位置，或新的貨物揀選需求出現。我們在此采用非匿名的統一調度方式來(lái)處理這類(lèi)問(wèn)題，將所有機器人的位置數據以及任務(wù)數據和環(huán)境的時(shí)間數據與路網(wǎng)狀態(tài)數據結合，進(jìn)行多維度的綜合運籌。

通信方式（way of communication）

鑒于物流揀選機器人的應用場(chǎng)景，有線(xiàn)的通訊方式非常不利于大范圍移動(dòng)的機器人的活動(dòng)，我們需要使用無(wú)線(xiàn)通訊方式。而無(wú)線(xiàn)通訊常有的信號、糾錯、握手等一系列問(wèn)題，均可以參照仿照PC上常用的TCP/IP協(xié)議得到解決，借此完成系統中上位機和下位機之間的通訊。即首先通過(guò)一系列數據互通確認數據連接暢通，其次通過(guò)建立通訊和校驗機制，確保數據的正確傳遞。

使用普通的通訊協(xié)議會(huì )產(chǎn)生大量輪詢(xún)，對整個(gè)系統中的通訊芯片的性能和網(wǎng)絡(luò )質(zhì)量會(huì )有很高要求，同時(shí)也不能很好的完成需求。因此對于數據包的發(fā)送，我們可以借鑒人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的機制，即僅在與目標終端建立連接的發(fā)報端發(fā)送數據包。同時(shí)建立簽名機制，為發(fā)報端和終端建立物理地址和虛擬地址的對應池。通?？梢允褂肐BM的MQTT協(xié)議，就能初步完成消息發(fā)布與訂閱式的信息傳遞。

包傳遞（package-swap）

即貨物在分揀機器人之間傳遞的問(wèn)題。分揀機器人可以交換貨物一定程度上可以解決分揀機器人同時(shí)空沖突的問(wèn)題。但由于包傳遞會(huì )增加流程中的不穩定性、機器人的設計難度以及時(shí)間上也會(huì )有不小損耗，故本文不采用包傳遞模式進(jìn)行算法模型設計，但此方法也是一種解決方案，故列舉出來(lái)以供比較。

背包容量（Backpack capacity）

即一個(gè)機器人能夠裝下多少貨物的問(wèn)題。通常我們可以以件數、大小等多種方式控制，混合性倉庫甚至會(huì )需要多種不同分揀機器人去適配不同類(lèi)型的貨物，在此我們將問(wèn)題簡(jiǎn)化為同一類(lèi)型的貨物和分揀機器人來(lái)討論，將背包容量設置為一常數b。

原子性（Atomicity）

即操作的顆粒度，通常顆粒度越細，上位機計算壓力越大，而優(yōu)化效果越好。在此我們采用單位時(shí)間概念，以一車(chē)寬為一單位長(cháng)度n，則車(chē)移動(dòng)n的時(shí)間為單位時(shí)間t。每一個(gè)單位時(shí)間我們都假設能完成通信指令的傳遞。暫時(shí)忽略停車(chē)和轉彎的實(shí)際用時(shí)。

倉儲貨架位置（storage rack position）

不同的貨架擺放方式也會(huì )直接影響到揀選機器人的效率，本文使用下圖所示的擺放方式進(jìn)行設計。該方法對于其他路網(wǎng)模型的兼容性較高，研究成果擴展性較強，同時(shí)該模型可以大化倉儲空間，也是物流車(chē)輛和倉儲快速對接的一種大化空間利用模型。


如今,在倉庫里作業(yè)的不再是倉庫分揀員，而是一個(gè)個(gè)承載著(zhù)貨架運行的智能倉儲機器人。在未來(lái)，你能想象幾萬(wàn)平米的倉庫中不再需要人力作業(yè)嗎？

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