導(dǎo)語(yǔ)

曠視AI技術(shù)說(shuō)，打造專(zhuān)業(yè)的AI技術(shù)分享課堂，致力于讓每個(gè)人都能更便捷得獲取AI+物流知識(shí)，學(xué)習(xí)AI技術(shù)，了解AI在物流領(lǐng)域的應(yīng)用。

第一期AI技術(shù)說(shuō)來(lái)自曠視研究院，主要介紹倉(cāng)內(nèi)智能機(jī)器人任務(wù)的分發(fā)及執(zhí)行的相關(guān)內(nèi)容。

曠視研究院是曠視非凡科技的源頭，持續(xù)通過(guò)基礎(chǔ)創(chuàng)新突破AI技術(shù)邊界。以工程創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)技術(shù)到產(chǎn)品的快速轉(zhuǎn)化，探索用深度學(xué)習(xí)的方法開(kāi)展人工智能技術(shù)研究和應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

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目錄

1.概述

2.背景介紹

3.搬運(yùn)任務(wù)分發(fā)

a)業(yè)務(wù)約束

b)任務(wù)約束

c)AGV約束

d)核心匹配算法

e)搬運(yùn)成本

f)任務(wù)執(zhí)行

g)評(píng)價(jià)及靈敏度分析

4.泊車(chē)任務(wù)調(diào)度

5.行業(yè)名詞解釋

概述

本文主要介紹倉(cāng)內(nèi)智能機(jī)器人任務(wù)的分發(fā)及執(zhí)行的相關(guān)內(nèi)容。任務(wù)分發(fā)，顧名思義，針對(duì)當(dāng)前待執(zhí)行的一批任務(wù)（倉(cāng)內(nèi)場(chǎng)景常見(jiàn)任務(wù)包括搬運(yùn)任務(wù)及泊車(chē)任務(wù)），為其分配可用的AGV(Automated Guided Vehicle)資源，即倉(cāng)內(nèi)不同場(chǎng)景下的任務(wù)需求與可用搬運(yùn)機(jī)器人資源的匹配。AGV資源是執(zhí)行任務(wù)的運(yùn)力資源，因此任務(wù)分發(fā)又叫做運(yùn)力分配。

一個(gè)簡(jiǎn)單的示例如下：

一個(gè)好的任務(wù)分發(fā)系統(tǒng)，可以充分調(diào)動(dòng)機(jī)器人資源，并在運(yùn)行時(shí)間、距離等方面全局或局部最優(yōu)，從而達(dá)到效率最高。本文對(duì)現(xiàn)有機(jī)器人常見(jiàn)的兩大類(lèi)任務(wù)，即搬運(yùn)任務(wù)和泊車(chē)任務(wù)，進(jìn)行具體討論，探討搬運(yùn)任務(wù)中的任務(wù)分配模式和執(zhí)行策略以及泊車(chē)任務(wù)中的泊車(chē)點(diǎn)選擇等內(nèi)容。

背景介紹

隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展、企業(yè)數(shù)字化和自動(dòng)化程度的不斷提升，越來(lái)越多的機(jī)器人逐漸進(jìn)入倉(cāng)儲(chǔ)和生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域各環(huán)節(jié)作業(yè)場(chǎng)景中。

雖然機(jī)器人形式多樣并且應(yīng)用的作業(yè)環(huán)節(jié)或者作業(yè)模式各有不同，但是所執(zhí)行的基本操作或者所實(shí)現(xiàn)的基本功能卻有共性，即完成搬運(yùn)功能并在任務(wù)完成后選擇合適地點(diǎn)泊車(chē)等待后續(xù)任務(wù)。機(jī)器人搬運(yùn)任務(wù)可以抽象為將需搬運(yùn)目標(biāo)(比如托盤(pán)、貨架、料箱和商品等) 從起始點(diǎn)(比如儲(chǔ)位、提升機(jī)接駁點(diǎn)、上包臺(tái)和貨架揀選處等) 搬運(yùn)至目的點(diǎn)(比如揀選工作站、分揀Chute口和復(fù)核打包工作站等)，泊車(chē)任務(wù)即機(jī)器人完成任務(wù)后選擇合適泊車(chē)點(diǎn)等待，從而能夠快速響應(yīng)之后任務(wù)，提高作業(yè)效率。

下面我們將分別討論機(jī)器人的這兩種基本任務(wù)。

搬運(yùn)任務(wù)分發(fā)

搬運(yùn)任務(wù)分發(fā)

搬運(yùn)任務(wù)

當(dāng)前倉(cāng)儲(chǔ)和生產(chǎn)制造等領(lǐng)域，地面機(jī)器人主要實(shí)現(xiàn)的核心功能之一就是對(duì)物品或者容器的搬運(yùn)．一條搬運(yùn)任務(wù)的要素主要包括：機(jī)器人、搬運(yùn)目標(biāo)、起始點(diǎn)、中轉(zhuǎn)點(diǎn)、目的點(diǎn)和行駛路線，其中：

1. 機(jī)器人：搬運(yùn)任務(wù)的具體執(zhí)行載體

2. 搬運(yùn)目標(biāo)：機(jī)器人要搬運(yùn)的實(shí)體，在不同場(chǎng)景下其具體表現(xiàn)形式不唯一。比如，在貨到人系統(tǒng)中搬運(yùn)目標(biāo)主要是多層貨架或者托盤(pán)；在分揀場(chǎng)景下主要是待分撥的包裹；而在揀選支持系統(tǒng)中則是人工揀選出的貨品

3. 起始點(diǎn)：機(jī)器人開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)的所在點(diǎn)，比如泊車(chē)點(diǎn)或者工作站等

4. 中轉(zhuǎn)點(diǎn)：搬運(yùn)任務(wù)下必經(jīng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，而非行駛路徑上的一般節(jié)點(diǎn)。這里的中轉(zhuǎn)點(diǎn)往往是有業(yè)務(wù)相關(guān)的節(jié)點(diǎn)。比如，貨到人機(jī)器人系統(tǒng)下的貨架存放點(diǎn)，也就是儲(chǔ)位點(diǎn)，機(jī)器人從初始點(diǎn)出發(fā)前往儲(chǔ)位點(diǎn)搬取貨架之后送到工作站；在揀選支持機(jī)器人系統(tǒng)中則是一系列揀選點(diǎn)，機(jī)器人需要經(jīng)停并揀選或者搬運(yùn)由人工揀選出的貨品

5. 目的點(diǎn)：搬運(yùn)目標(biāo)最終需要到達(dá)的地方，比如工作站或者分揀隔口等

6. 行駛路徑：依據(jù)路網(wǎng)連通性和道路擁堵情況等因素規(guī)劃出的機(jī)器人行走路徑

這里我們認(rèn)為，每一條任務(wù)包含一個(gè)機(jī)器人和對(duì)應(yīng)的一個(gè)搬運(yùn)目標(biāo)，機(jī)器人從一個(gè)起始點(diǎn)出發(fā)，可以經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)中轉(zhuǎn)點(diǎn)到達(dá)一個(gè)或多個(gè)目的點(diǎn)。對(duì)于入庫(kù)上架和回庫(kù)任務(wù)，在庫(kù)存系統(tǒng)對(duì)貨架和儲(chǔ)位進(jìn)行了選擇。經(jīng)過(guò)庫(kù)存系統(tǒng)和訂單批處理系統(tǒng)處理，搬運(yùn)任務(wù)中的搬運(yùn)目標(biāo)、中轉(zhuǎn)點(diǎn)和目的點(diǎn)均已經(jīng)確定。

系統(tǒng)層級(jí)

搬運(yùn)任務(wù)的任務(wù)分發(fā)系統(tǒng)分為兩層，分別為上層的業(yè)務(wù)約束定義和底層的核心匹配算法。

搬運(yùn)任務(wù)分發(fā)

業(yè)務(wù)約束

業(yè)務(wù)約束涉及大量不同場(chǎng)景，需要滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)要求，較為復(fù)雜。

舉例說(shuō)明，在執(zhí)行任務(wù)分發(fā)時(shí)，待做任務(wù)可能是不同類(lèi)型的，有的任務(wù)更緊急，優(yōu)先級(jí)更高，需要先做；有的任務(wù)等待成本較高，因此需要為其時(shí)刻預(yù)留一定份額的運(yùn)力，保證當(dāng)該類(lèi)任務(wù)下發(fā)時(shí)，可以立即分配運(yùn)力進(jìn)行搬運(yùn)；閑置AGV可能存在不同類(lèi)型，有的類(lèi)型的AGV只能執(zhí)行特定類(lèi)型的任務(wù)。

由于業(yè)務(wù)要求的復(fù)雜性，對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行分層、細(xì)致的梳理，是對(duì)倉(cāng)內(nèi)搬運(yùn)任務(wù)進(jìn)行提效的重點(diǎn)。

搬運(yùn)任務(wù)分發(fā)

任務(wù)約束

任務(wù)優(yōu)先級(jí)

不同任務(wù)的優(yōu)先級(jí)不同，具體可用以下指標(biāo)衡量：

1. 任務(wù)下發(fā)/截止時(shí)間：在當(dāng)前非空任務(wù)池中，不同任務(wù)存在不同的下發(fā)時(shí)間或截至?xí)r間，一般來(lái)說(shuō)優(yōu)先考慮截止時(shí)間，越早優(yōu)先級(jí)越高；截止時(shí)間未知時(shí)，考慮下發(fā)時(shí)間。

2. 任務(wù)類(lèi)型：任務(wù)按照類(lèi)型劃分，包含托盤(pán)入庫(kù)、托盤(pán)出庫(kù)、空托回庫(kù)、疊托移庫(kù)、阻礙托移庫(kù)、料箱入庫(kù)、料箱出庫(kù)等。

一般來(lái)說(shuō)，不同任務(wù)類(lèi)型優(yōu)先級(jí)滿(mǎn)足出庫(kù)任務(wù)>入庫(kù)任務(wù)>理貨任務(wù)，當(dāng)然順序并非絕對(duì)，主要依據(jù)業(yè)務(wù)效率要求。

3. 排隊(duì)狀況：以CTU入庫(kù)任務(wù)為例，某個(gè)工作站可能積壓了大量任務(wù)需要CTU來(lái)搬運(yùn)，因此該工作站任務(wù)的優(yōu)先級(jí)高于其他工作站。

優(yōu)先級(jí)評(píng)分機(jī)制

對(duì)于每一個(gè)任務(wù)，都可以根據(jù)其指標(biāo)屬性給出一個(gè)綜合打分，來(lái)評(píng)價(jià)其優(yōu)先程度；分?jǐn)?shù)越低，優(yōu)先級(jí)越高。

對(duì)于單個(gè)指標(biāo)，限定每個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)分?jǐn)?shù)在0~1之間，且可配置。例如對(duì)于任務(wù)類(lèi)型這一指標(biāo)，ctu出庫(kù)任務(wù)，ctu入庫(kù)任務(wù)該指標(biāo)的分?jǐn)?shù)分別為0.5，0.8，則代表出庫(kù)任務(wù)先于入庫(kù)任務(wù)。

任務(wù)類(lèi)型屬于類(lèi)別指標(biāo)，對(duì)于數(shù)量（任務(wù)對(duì)應(yīng)工作站排隊(duì)數(shù)量）或者時(shí)間（任務(wù)截止時(shí)間）類(lèi)型的指標(biāo)，一種方式是根據(jù)值來(lái)排序，然后由序來(lái)擬合一個(gè)分?jǐn)?shù)。例如，假設(shè)該次任務(wù)集合為A,B,C,D,E共5個(gè)任務(wù)，其截止時(shí)間按照升序?yàn)锽,C,A,E,D，那么A,B,C,D,E對(duì)應(yīng)序號(hào)為3/(3+1+2+5+4)或 。

不同指標(biāo)同樣存在優(yōu)先考慮順序，一種簡(jiǎn)單的方法是為不同指標(biāo)的評(píng)分乘以一個(gè)具有顯著區(qū)分度的權(quán)重，得到每個(gè)任務(wù)加權(quán)后的綜合分?jǐn)?shù)。