本次實訓(xùn)室建設(shè)是以真實物流電商企業(yè)的實際運用為依托進行的科學(xué)、完美的規(guī)劃設(shè)計，具體實訓(xùn)室建設(shè)方案優(yōu)勢如下：
（1）存儲區(qū)無人化：領(lǐng)先的機器人產(chǎn)品和人工智能技術(shù)可大幅減少人工，僅需在入庫、出庫環(huán)節(jié)設(shè)置少量的人工作業(yè)；
（2）提升作業(yè)效率：利用工作臺揀貨，無需人工找貨，采用多訂單一次揀選的方式，一次處理多個訂單，效率較高；
（3）閑時倒庫：利用訂單信息，進行大數(shù)據(jù)分析，可以利用閑時進行倒庫，提高忙時出庫和入庫效率；
（4）提高空間利用率：相比傳統(tǒng)叉車，物流機器人無轉(zhuǎn)彎半徑，通道寬度僅需1.2米；
（5）行走路徑：采用自動路徑計算方法，減少物流機器人在倉庫行走時間；
（6）機器人“不堵車”：采用多AGV中央?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，保證多物流機器人在倉庫內(nèi)有序運行，不會產(chǎn)生擁堵。
1.3課程介紹以及建設(shè)內(nèi)容
依托智能物流機器人開發(fā)的實驗教學(xué)課程，課程涵蓋認知、操作、設(shè)計等方面。
1、課程內(nèi)容
序號 | 實驗課程名稱 | 實驗課時 | 實驗類別 | 實驗?zāi)康?/strong> | 實驗內(nèi)容 |
1 | 智能倉儲概述 | 1 | 認識 | 了解無人倉儲組成、主要功能、應(yīng)用場景。 | 1.認識無人倉儲基本組成； 2.了解無人倉儲的主要功能及應(yīng)用場景； 3.了解各智能倉庫的優(yōu)缺點。 |
2 | 智能倉儲機器人認識 | 1 | 認知 | 本實驗為基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，系統(tǒng)認識性實驗，主要通過PPT講解、實物參觀等手段，讓學(xué)員對智能倉儲機器人有基本的認識。 | 1.認識智能倉儲機器人的基本結(jié)構(gòu)； 2.了解智能倉儲機器人的導(dǎo)航原理； 3.了解智能倉儲機器人的揀選模式。 |
3 | 揀選作業(yè)方式的認識及工作原理認識 | 1 | 認知 | 讓學(xué)生練習(xí)電子揀貨標簽及其相關(guān)設(shè)備的使用，對比播種式揀貨與摘果式揀貨的區(qū)別。 | 1.電子標簽揀選的類型； 2.不同類型電子標簽的工作流程和應(yīng)用范圍。 |
認知 | 1.認識各和揀選作業(yè)的方式； 2.了解各揀選方式（條碼揀選、電子標簽揀選、語音揀選、貨到人揀選）的流程，及適應(yīng)的場景、各揀選方式的優(yōu)缺點。 | 1.認識各揀選方式； 2.各揀選方式的對比； 3.了解貨到人揀選產(chǎn)生的原因，及優(yōu)缺點； 4.了解貨到人揀選的應(yīng)用場景。 | |||
4 | 訂單調(diào)度與機器人調(diào)度算法 | 1 | 認識 | 1.了解訂單調(diào)度算法； 2.了解機器人調(diào)度算法； 3.多車協(xié)同調(diào)度算法。 | 1.了解訂單分批的主要算法； 2.了解多車協(xié)同調(diào)度算法； 3.了解規(guī)劃物流機器人運行路徑，實現(xiàn)多車協(xié)同作業(yè)，解決避碰和死鎖算法； 4.了解機器人自動充電及停車算法。 |
5 | RCS系統(tǒng)實驗 | 2 | 操作 | 1.讓學(xué)員深入了解物流機器材人； 2.利用RCS系統(tǒng)實現(xiàn)對機器人各種操作； 3.讓學(xué)員深入了解機器人的功能及工作原理。 | 1.了解RCS系統(tǒng)； 2.利用RCS系統(tǒng)實現(xiàn)對機器人各種操作； 3.讓學(xué)員深入了解機器人的功能及工作原理。 |
6 | 貨到人揀選實驗 | 10 | 操作 | 1.讓學(xué)員深入了解各個系統(tǒng)對智能機器人揀選運作時不同的功能； 2.與傳統(tǒng)倉儲存儲相比，其優(yōu)缺點是什么； 3.智能機器人揀選如何進行實際貨物進出庫操作； 4.具有智能機器人的倉儲揀選環(huán)境在實際運行操作中可能會遇到的一些異常，以及應(yīng)當(dāng)如何處理。 | 1.通過WMS系統(tǒng)做出、入庫作業(yè)操作、流程解析； 2.貨物配送以及操作費用結(jié)算等系統(tǒng)操作實驗； 3.系統(tǒng)控制原理實驗； 4.系統(tǒng)控制實驗與指令反饋操作實驗。 |
7 | 系統(tǒng)維護 | 2 | 操作 | 1.了解各設(shè)備的基本保養(yǎng)及維護； 2.了解地標、貨架編號、儲位的編碼規(guī)則； 3.規(guī)劃維護線路。 | 1.了解機器人的基本保養(yǎng)； 2.機器人電池保養(yǎng)； 3.規(guī)劃及維護線路； 4.地標、貨貨架編號、儲位的編碼規(guī)則管理。 |
8 | 倉庫布局及路徑設(shè)置實驗 | 6 | 設(shè)計 | 1.讓學(xué)員深入了解智能倉儲機器人的倉庫布局及路徑設(shè)置方法； 2.智能倉儲機器人的倉庫布局及路徑設(shè)置有哪些注意事項； 3.如何評價智能倉儲機器人的倉庫布局及路徑設(shè)置的優(yōu)劣； 4.驗證倉庫布局及路徑設(shè)置的效果。 | 1.規(guī)劃倉庫布局； 2.路徑規(guī)劃； 3.仿真模擬。 |
9 | 物流機器人控制實驗 | 10 | 設(shè)計 | 1.讓學(xué)員深入了解智能倉儲機器人的控制方法； 2.讓學(xué)員通過實例學(xué)習(xí)智能倉儲機器人SDK的使用方法； 3.了解如何將智能倉儲機器人集成在其他系統(tǒng)中； 4.通過自己開發(fā)的程序，控制智能倉儲機器人運行。 | 1.介紹SDK的使用方法； 2.構(gòu)建程序框架； 3.開發(fā)控制程序； 4.控制智能倉儲機器人運行。 |
2、課程建設(shè)目標
? 結(jié)合市場需求及科技前沿：物流機器人，目前已在國內(nèi)外眾多電商倉庫中使用，并契合中國制造2025遠景 。
? 綜合性的實驗課程：課程集系統(tǒng)認知、硬件學(xué)習(xí)、系統(tǒng)設(shè)計、實際操作為一體的綜合性實驗課程，可加強物流專業(yè)主干課程的學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)。
? 全面提升認知水平、動手能力：直觀了解科技前沿狀態(tài)，并讓學(xué)生有機會親自動手完成倉儲解決方案中的設(shè)計、運營以及操作。
3、場地要求
? 布設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)，場地內(nèi)能夠穩(wěn)定通訊；如空間較大，可用多個無線路由橋接；
? 地面每隔一定距離貼二維碼；
? 貨架間的間距（預(yù)留通道）不小于1.2米。
（1）兩輪差速驅(qū)動
采用兩輪差速驅(qū)動，實現(xiàn)原地零轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)向、掉頭，方便在倉庫狹窄通道以及貨架底部靈活移動；
（2）高穩(wěn)定性
自動識別貨架編號，并自動與貨架中心對齊；智能化的揀貨算法，負載均衡；更大的托舉托盤接觸面積，給予貨架更穩(wěn)定的支撐；
（3）智能避障
具有激光雷達及超聲波檢測技術(shù)，實現(xiàn)智能避障；
（4）多種轉(zhuǎn)向模式
負載貨架運動時具備多種轉(zhuǎn)向模式?？梢愿鶕?jù)所揀貨物在貨架上的位置智能調(diào)整貨架朝向，方便揀選；
（5）高精度定位
采用視覺識別與慣性導(dǎo)航技術(shù)，實現(xiàn)高精度的室內(nèi)自動定位導(dǎo)航；
（6）自主充電
閑時自動充電，支持大型倉庫7×24小時的繁忙作業(yè)。
1.4物流機器人任務(wù)及調(diào)度系統(tǒng)
物流機器人任務(wù)及調(diào)度系統(tǒng)是以機器人技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，將機器人集群協(xié)同技術(shù)、高精度室內(nèi)定位技術(shù)、3D實時跟蹤技術(shù)、人工智能技術(shù)和遠程監(jiān)控技術(shù)等結(jié)合起來，形成多物流機器人中央控制系統(tǒng)，并可用智能移動終端進行遠程監(jiān)控，實現(xiàn)物流機器人集群協(xié)同作業(yè)和智能倉庫自動化系統(tǒng)有機融合的軟件產(chǎn)品。
1、中央控制系統(tǒng)
中央控制系統(tǒng)是后臺系統(tǒng)，是物流機器人系統(tǒng)的核心，主要功能是接收指令及調(diào)度系統(tǒng)的任務(wù)、規(guī)劃路徑、多物流機器人任務(wù)調(diào)度、物流機器人自主充電，它可與物流機器人控制接口對接，從而實現(xiàn)任務(wù)的指派及物流機器人的調(diào)度，因此中央控制系統(tǒng)具有如下功能：
（1）根據(jù)倉庫地標，建立倉庫模型及路網(wǎng)信息；
?。?）讀取指定的發(fā)運計劃，對訂單進行分批；
?。?）根據(jù)訂單分批的結(jié)果，將任務(wù)一次下達給指定工作臺；
?。?）根據(jù)倉庫地圖信息，分派物流機器人完成貨架的搬運，歸位等操作；
（5）規(guī)劃物流機器人運行路徑，實現(xiàn)多車協(xié)同作業(yè)，解決避碰和死鎖等異常情況；
（6）調(diào)用物流機器人控制系統(tǒng)接口，將具體指令下達給物流機器人。
具體可實現(xiàn)以下功能模塊：
?。?）訂單分批：主要解決訂單排程和工人分配的問題。一個批次（Batch）需要多個工作臺進行處理，每個站點有不同的可用工人，如何對這些訂單進行排程、并使工人分配能滿足工作量需求是主要需要解決的問題。
?。?）關(guān)聯(lián)群組：按順序依次讀取每個批次，獲取各批次在排隊系統(tǒng)中分配的工作臺及該工作臺所屬群組（一個工作人員對應(yīng)一個工作臺群組，每個群組包含多個工作臺）。如果該群組尚未關(guān)聯(lián)批次，則將當(dāng)前批次與該群組進行關(guān)聯(lián)。
?。?）分派物流機器人：按順序讀取當(dāng)前待執(zhí)行批次（即群組關(guān)聯(lián)的批次）中的訂單，根據(jù)以下優(yōu)先級來分配給空閑物流機器人：1）優(yōu)先找物流機器人；2）優(yōu)先找電量充足；3）任務(wù)量均衡。
在安排機器人時，需要下達行駛至貨架所在點、提升貨架至緩沖點、和放下貨架等指令。由于貨架具有A/B兩面，如果需要進行操作的面與正對工作臺面不同，還需命令機器人將貨架運送至旋轉(zhuǎn)區(qū)進行旋轉(zhuǎn)換面操作。分派物流機器人還包括對機器人的路徑規(guī)劃，指令分段下發(fā)、避障以及死鎖監(jiān)測與解決等調(diào)度管理。
?。?）貨架歸位：完成任務(wù)后，需要對貨架進行歸位，系統(tǒng)會判定目前正在執(zhí)行的所有批次中是否也需要該貨架，如果需要且存在可用緩存位，就將該貨架歸位至空閑的緩存位，否則歸位到原庫存位。
（5）自動充電與停車：物流機器人會不斷向中央控制系統(tǒng)上報其電量及狀態(tài)信息。如果物流機器人電量低于充電量（20%）且狀態(tài)為空閑，即當(dāng)前沒有接受指令，中央控制系統(tǒng)會查詢是否存在空閑充電點，如果有，則調(diào)度物流機器人行駛至該空閑充電點進行充電；否則，在物流機器人下一次上報信息時再次監(jiān)測。物流機器人完成充電后，會駛?cè)肟臻e停車位停泊。如此，即可實現(xiàn)物流機器人的自動充電與停車。
2、監(jiān)控系統(tǒng)
監(jiān)控系統(tǒng)主要管理物流機器人操作運行中的任務(wù)，并利用web頁面直觀地向用戶反映物流機器人實時的狀態(tài)信息，位置信息等。同時，用戶也可以通過本系統(tǒng)向物流機器人單機發(fā)出一系列任務(wù)命令。主要功能包括：
?。?）車輛運行顯示，顯示車輛當(dāng)前車輛狀態(tài)（空載、運行、充電、故障等）；
（2）車輛故障報警，當(dāng)車輛發(fā)生故障以后，上報故障給監(jiān)控系統(tǒng)；
?。?）車輛運載信息，車輛運載貨物的信息實時與監(jiān)控系統(tǒng)交互；
?。?）下發(fā)指令，對某輛小車發(fā)出抬升、轉(zhuǎn)彎、直行、充電等指令；
?。?）電量顯示，實時顯示所有物流機器人的電量信息。
3、仿真系統(tǒng)
仿真系統(tǒng)建立物流機器人的世界模型，將倉儲地圖轉(zhuǎn)換成物流機器人能夠識別的模型數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)合理的路徑規(guī)劃。
4、系統(tǒng)算法
（1）訂單分批算法
? 系統(tǒng)配置：系統(tǒng)用戶設(shè)置系統(tǒng)調(diào)度配置、排程配置和分組配置。其中任務(wù)排隊可分為自動調(diào)度和手工排程兩大功能，可按情況選取。
? 輸入數(shù)據(jù)：系統(tǒng)用戶事先維護好數(shù)據(jù)庫中的原始數(shù)據(jù)，系統(tǒng)根據(jù)配置會提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，主要包括任務(wù)作業(yè)要求、工作量、作業(yè)流程等倉庫和任務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)，以及工人的工作技能和可用時間等工人資源方面的數(shù)據(jù)。
? 算法計算：系統(tǒng)根據(jù)配置，將輸入數(shù)據(jù)進行計算。
? 結(jié)果輸出：系統(tǒng)的輸出結(jié)果主要包括任務(wù)計劃、工人作業(yè)看板清單、能力短缺分析等。
?。?）路徑優(yōu)化算法
在地圖設(shè)計中，路徑方向設(shè)有上、下、左、右四種，小車只能從當(dāng)前點移動到相鄰點，而不能直接到達對角線方向的點或者弧線點，這些線段首尾相連且相鄰兩端線段互相垂直。系統(tǒng)獲取物流機器人當(dāng)前位置及目的位置后，結(jié)合地圖路網(wǎng)信息，使用A*算法對物流機器人的行走路徑進行規(guī)劃。A*算法是一種靜態(tài)路網(wǎng)中求解短路徑有效的直接搜索方法，具有目標導(dǎo)向效應(yīng)，計算速度快。本算法思想如下：
? 在調(diào)度小車前，首先根據(jù)倉庫的路網(wǎng)信息生成鄰接表；
? 構(gòu)造從起點到達目的點短路徑的距離（即經(jīng)過的網(wǎng)格數(shù)），和路徑經(jīng)過某個點的總預(yù)測距離（從起點到該點的真實距離加上從該點到目的點的直線距離）；
? 使用A*算法求解短路徑。
?。?）多車協(xié)同算法
多車協(xié)同算法是基于圖論和資源授權(quán)的基本思想，制定多車運行的交通規(guī)則，具有沖突識別、解決與預(yù)防等功能，實現(xiàn)多車的無障礙運行，該算法能同時協(xié)調(diào)控制2000臺物流機器人。基于圖論，系統(tǒng)將地圖路徑上的所有點均設(shè)置為資源點，在物流機器人運行過程中，將資源點的狀態(tài)在空閑及占用之間進行轉(zhuǎn)換。小車每次接收到新指令時，需要釋放此前占用的資源點，并占用新的資源點，以此來實現(xiàn)對多臺物流機器人的協(xié)調(diào)控制。
