姚鎮(zhèn)城 張小彤

【摘要】研究了基于四輪轉(zhuǎn)向物流機(jī)器人的搬運(yùn)技術(shù)，著重討論了機(jī)器人的行走路徑、機(jī)器人與人、其他物流設(shè)備的作業(yè)銜接等技術(shù)。結(jié)果表明，機(jī)器人在物流配送揀貨中的運(yùn)用能減少人的作業(yè)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率。隨著工業(yè)機(jī)器人的性能不斷增強(qiáng)，將機(jī)器人運(yùn)用到揀貨中是可行的。

【關(guān)鍵詞】物流機(jī)器人 揀貨優(yōu)化

配送是物流的重要功能之一，其作業(yè)水平對(duì)物流效率的影響至關(guān)重要。目前多數(shù)配送中心的揀貨工作仍然主要依賴人工完成。隨著人力資源成本的不斷上升、人對(duì)工作環(huán)境的要求越來越高，對(duì)高強(qiáng)度勞動(dòng)工作的排斥，傳統(tǒng)的人工高強(qiáng)度揀貨勞動(dòng)一方面難以適應(yīng)現(xiàn)代物流快速響應(yīng)的需求，另一方面也導(dǎo)致勞動(dòng)力成本高昂、招工困難。基于上述背景，將自主研發(fā)的四輪轉(zhuǎn)向物流機(jī)器人運(yùn)用到某配送中心的揀貨環(huán)節(jié)，使用機(jī)器人承擔(dān)部分揀貨作業(yè)任務(wù)，特別是揀貨環(huán)節(jié)中產(chǎn)品輸送環(huán)節(jié)的工作，減少配送中心內(nèi)揀貨人員的行走路程里程，有效地降低勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約了勞動(dòng)力成本。

一、配送中心揀貨流程分析

某配送中心為電商企業(yè)提供配送服務(wù)。本課題以該配送中心的商超/食品倉(cāng)庫(kù)（以下簡(jiǎn)稱“倉(cāng)庫(kù)”）作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象。該倉(cāng)庫(kù)內(nèi)共有托盤式貨架40組，儲(chǔ)位約為1200個(gè)。庫(kù)內(nèi)整箱商品存儲(chǔ)在貨架第二層及以上貨位，拆零商品儲(chǔ)存在貨架第一層（即地面層）的貨位。揀貨員通過人工作業(yè)揀選拆零商品履行訂單。當(dāng)?shù)谝粚迂浳坏牟鹆阖浳锊蛔銜r(shí)，采取高位叉車從貨架的上層貨位取下整箱商品進(jìn)行補(bǔ)充。

倉(cāng)庫(kù)通過收集B2B門店客戶的訂單信息自動(dòng)生成揀貨單。揀貨單被分配給揀貨員，揀貨員領(lǐng)取手推車、物料箱和手持終端，根據(jù)揀貨單從揀選區(qū)的貨架第一層揀選出貨物，并將貨物放置在手推車中。待所分配的揀貨單所有貨物揀選完畢之后，將手推車推送到復(fù)合打包的流水線起端，將手推車上裝有貨物的物料箱搬移到輸送帶上，完成揀貨作業(yè)環(huán)節(jié)。作業(yè)完成后，揀貨員推動(dòng)手推車回到訂單分配處，領(lǐng)取新的揀貨單，開始一個(gè)新的揀貨過程。在揀貨過程中，揀貨員在揀選區(qū)、通道和復(fù)合打包區(qū)之間來回走動(dòng)。倉(cāng)庫(kù)布局示意圖及作業(yè)流程具體如圖1。

二、基于四輪轉(zhuǎn)向物流機(jī)器人的揀貨方案設(shè)計(jì)

1.四輪轉(zhuǎn)向物流機(jī)器人

四輪轉(zhuǎn)向物流機(jī)器人是課題組自主研發(fā)的一種具備全方位移動(dòng)能力的搬運(yùn)平臺(tái)，該機(jī)器人可承載裝有貨物的物料箱、與傳送帶之間銜接輸送物料箱，并實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)平臺(tái)向任意方向平移及原地自轉(zhuǎn)的功能。該機(jī)器人采用30*30的鋁型材搭建機(jī)身，由單片機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器、電池、直流有感無刷輪轂電機(jī)和能實(shí)現(xiàn)全方位移動(dòng)的輪系、光學(xué)自動(dòng)導(dǎo)引裝置構(gòu)成。機(jī)器人自重40kg，最大載重200kg，運(yùn)行速度60m/分。

2.揀貨方案設(shè)計(jì)

采用四輪轉(zhuǎn)向物流機(jī)器人替代揀貨員從揀貨區(qū)到復(fù)核打包區(qū)之間的行走，具體如圖2所示。課題組設(shè)計(jì)了機(jī)器人運(yùn)行路徑，具體如下：機(jī)器人在B點(diǎn)待命，四輪轉(zhuǎn)向物流機(jī)器人與揀貨員手持終端進(jìn)行對(duì)接，當(dāng)揀貨員按照揀貨單揀選完成所有貨物放置在手推車上物料箱后，揀貨員從手持觸發(fā)指令，機(jī)器人從B點(diǎn)出發(fā)，按照指定路徑運(yùn)行到揀選區(qū)，揀貨員在機(jī)器人抵達(dá)后，將物料箱搬移到機(jī)器人上，由機(jī)器人繼續(xù)沿著當(dāng)前指定路徑行駛抵達(dá)A點(diǎn)。在A點(diǎn)，機(jī)器人通過上升平臺(tái)，將物料箱推送到復(fù)合輸送帶上。完成作業(yè)后，機(jī)器人沿合流路徑運(yùn)行到B點(diǎn)，完成作業(yè)。

為了防止機(jī)器人之間運(yùn)行沖突，設(shè)計(jì)單一的單行路徑。路徑中A到B點(diǎn)之間設(shè)計(jì)為合流線，即所有機(jī)器人在A點(diǎn)將物料箱輸送入復(fù)合傳送帶后均沿著合流路徑按照先后次序行駛到B點(diǎn)。在合流路徑中，機(jī)器人按照作業(yè)的先后順序運(yùn)行。機(jī)器人在B點(diǎn)待命，按照揀貨員指令，當(dāng)揀貨員下達(dá)指令后，機(jī)器人根據(jù)指令進(jìn)入對(duì)應(yīng)的路徑運(yùn)行。為了方便作業(yè)，每一條貨架通道對(duì)應(yīng)設(shè)置一條路徑，并且將該路徑設(shè)置在通道的一側(cè)。在沒有機(jī)器人經(jīng)過的時(shí)間段，揀貨員移動(dòng)手推車在貨架通道的任意一側(cè)作業(yè)。當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入通道，揀貨員可在另一側(cè)繼續(xù)作業(yè)。此外，機(jī)器人設(shè)計(jì)遇障停止運(yùn)行裝置，避免機(jī)器人與揀貨員、手推車撞擊。

機(jī)器人運(yùn)行軌跡使用地面二維碼，通過安裝在機(jī)器人下方的工業(yè)相機(jī)讀取地面粘貼的二維碼，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人直行、直角轉(zhuǎn)彎、行進(jìn)和停止。在A點(diǎn)，二維碼中增加了載物平臺(tái)升舉、輸送貨物命令，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人上物料箱向傳送帶轉(zhuǎn)移，完成作業(yè)銜接。

三、實(shí)驗(yàn)效果

本次實(shí)驗(yàn)共投入了6臺(tái)四輪轉(zhuǎn)向物流機(jī)器人。通過測(cè)算，此批物流機(jī)器人投入后，機(jī)器人與揀貨人員共同完成揀貨作業(yè)，顯著提升了揀選環(huán)節(jié)的作業(yè)效率。

投入物流機(jī)器人后，日人均揀貨量約提升了一倍，倉(cāng)庫(kù)總勞動(dòng)力投入節(jié)約2/3，揀貨員每日行走路程大大減少，降低了勞動(dòng)人員的工作強(qiáng)度。

當(dāng)前物流機(jī)器人造價(jià)約為20000元/臺(tái)。若按照20000元/臺(tái)的造價(jià)、倉(cāng)庫(kù)日工作時(shí)間7.5小時(shí)、揀貨員勞動(dòng)報(bào)酬16元/h核算（不計(jì)機(jī)器人能耗、維修成本等），則該倉(cāng)庫(kù)投入的6臺(tái)物流機(jī)器人固定投資成本在100個(gè)工作日后將產(chǎn)生效益，每日將可為倉(cāng)庫(kù)節(jié)約1200元的勞動(dòng)報(bào)酬支出。

四、主要結(jié)論

基于倉(cāng)庫(kù)采用人工揀貨中存在的勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)成本高效率低的現(xiàn)狀，新的揀貨方案采取物流機(jī)器人輔助人工進(jìn)行揀貨作業(yè)，替代了部分的人工勞動(dòng)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，新的方案顯著提升了勞動(dòng)效率，有效地降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和成本高，揀貨作業(yè)采用流機(jī)器人輔助作業(yè)是有效可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈博聞，于寧波，劉景泰.倉(cāng)儲(chǔ)物流機(jī)器人集群的智能調(diào)度和路徑規(guī)劃[J].智能系統(tǒng)學(xué)報(bào)，2014（06）.

[2]潘成浩.倉(cāng)儲(chǔ)物流機(jī)器人揀選路徑規(guī)劃仿真研究[D].中北大學(xué)，2017.

[3]潘成浩，郭敏.倉(cāng)儲(chǔ)物流機(jī)器人批量揀選路徑規(guī)劃仿真[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2017（03）.

[4]張濤.倉(cāng)儲(chǔ)物流機(jī)器人室內(nèi)定位與路徑規(guī)劃[D].西南交通大學(xué)，2018.

[5]陳浩.滿足不同任務(wù)需求的機(jī)器人最優(yōu)路徑規(guī)劃研究及實(shí)現(xiàn)[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2016.