基于四轮转向物流机器人的拣货方案优化

姚镇城 张小彤

【摘要】研究了基于四轮转向物流机器人的搬运技术，着重讨论了机器人的行走路径、机器人与人、其他物流设备的作业銜接等技术。结果表明，机器人在物流配送拣货中的运用能减少人的作业强度，提高作业效率。随着工业机器人的性能不断增强，将机器人运用到拣货中是可行的。

【关键词】物流机器人 拣货优化

配送是物流的重要功能之一，其作业水平对物流效率的影响至关重要。目前多数配送中心的拣货工作仍然主要依赖人工完成。随着人力资源成本的不断上升、人对工作环境的要求越来越高，对高强度劳动工作的排斥，传统的人工高强度拣货劳动一方面难以适应现代物流快速响应的需求，另一方面也导致劳动力成本高昂、招工困难。基于上述背景，将自主研发的四轮转向物流机器人运用到某配送中心的拣货环节，使用机器人承担部分拣货作业任务，特别是拣货环节中产品输送环节的工作，减少配送中心内拣货人员的行走路程里程，有效地降低劳动强度、节约了劳动力成本。

一、配送中心拣货流程分析

某配送中心为电商企业提供配送服务。本课题以该配送中心的商超/食品仓库（以下简称“仓库”）作为实验研究对象。该仓库内共有托盘式货架40组，储位约为1200个。库内整箱商品存储在货架第二层及以上货位，拆零商品储存在货架第一层（即地面层）的货位。拣货员通过人工作业拣选拆零商品履行订单。当第一层货位的拆零货物不足时，采取高位叉车从货架的上层货位取下整箱商品进行补充。

仓库通过收集B2B门店客户的订单信息自动生成拣货单。拣货单被分配给拣货员，拣货员领取手推车、物料箱和手持终端，根据拣货单从拣选区的货架第一层拣选出货物，并将货物放置在手推车中。待所分配的拣货单所有货物拣选完毕之后，将手推车推送到复合打包的流水线起端，将手推车上装有货物的物料箱搬移到输送带上，完成拣货作业环节。作业完成后，拣货员推动手推车回到订单分配处，领取新的拣货单，开始一个新的拣货过程。在拣货过程中，拣货员在拣选区、通道和复合打包区之间来回走动。仓库布局示意图及作业流程具体如图1。

二、基于四轮转向物流机器人的拣货方案设计

1.四轮转向物流机器人

四轮转向物流机器人是课题组自主研发的一种具备全方位移动能力的搬运平台，该机器人可承载装有货物的物料箱、与传送带之间衔接输送物料箱，并实现搬运平台向任意方向平移及原地自转的功能。该机器人采用30*30的铝型材搭建机身，由单片机运动控制器、电池、直流有感无刷轮毂电机和能实现全方位移动的轮系、光学自动导引装置构成。机器人自重40kg，最大载重200kg，运行速度60m/分。

2.拣货方案设计

采用四轮转向物流机器人替代拣货员从拣货区到复核打包区之间的行走，具体如图2所示。课题组设计了机器人运行路径，具体如下：机器人在B点待命，四轮转向物流机器人与拣货员手持终端进行对接，当拣货员按照拣货单拣选完成所有货物放置在手推车上物料箱后，拣货员从手持触发指令，机器人从B点出发，按照指定路径运行到拣选区，拣货员在机器人抵达后，将物料箱搬移到机器人上，由机器人继续沿着当前指定路径行驶抵达A点。在A点，机器人通过上升平台，将物料箱推送到复合输送带上。完成作业后，机器人沿合流路径运行到B点，完成作业。

为了防止机器人之间运行冲突，设计单一的单行路径。路径中A到B点之间设计为合流线，即所有机器人在A点将物料箱输送入复合传送带后均沿着合流路径按照先后次序行驶到B点。在合流路径中，机器人按照作业的先后顺序运行。机器人在B点待命，按照拣货员指令，当拣货员下达指令后，机器人根据指令进入对应的路径运行。为了方便作业，每一条货架通道对应设置一条路径，并且将该路径设置在通道的一侧。在没有机器人经过的时间段，拣货员移动手推车在货架通道的任意一侧作业。当机器人进入通道，拣货员可在另一侧继续作业。此外，机器人设计遇障停止运行装置，避免机器人与拣货员、手推车撞击。

机器人运行轨迹使用地面二维码，通过安装在机器人下方的工业相机读取地面粘贴的二维码，实现机器人直行、直角转弯、行进和停止。在A点，二维码中增加了载物平台升举、输送货物命令，实现机器人上物料箱向传送带转移，完成作业衔接。

三、实验效果

本次实验共投入了6台四轮转向物流机器人。通过测算，此批物流机器人投入后，机器人与拣货人员共同完成拣货作业，显著提升了拣选环节的作业效率。

投入物流机器人后，日人均拣货量约提升了一倍，仓库总劳动力投入节约2/3，拣货员每日行走路程大大减少，降低了劳动人员的工作强度。

当前物流机器人造价约为20000元/台。若按照20000元/台的造价、仓库日工作时间7.5小时、拣货员劳动报酬16元/h核算（不计机器人能耗、维修成本等），则该仓库投入的6台物流机器人固定投资成本在100个工作日后将产生效益，每日将可为仓库节约1200元的劳动报酬支出。

四、主要结论

基于仓库采用人工拣货中存在的劳动强度大、劳动成本高效率低的现状，新的拣货方案采取物流机器人辅助人工进行拣货作业，替代了部分的人工劳动。根据实验结果，新的方案显著提升了劳动效率，有效地降低了劳动强度和成本高，拣货作业采用流机器人辅助作业是有效可行的。

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