基于群體機器人的智能倉儲系統優化資源分配策略研究

朱紅帥

摘 要：智能倉庫系統（IWS）為拾取包裝和運輸倉庫創造了一個新模式，顯著提高了工人的生產率，從而帶來了前景廣闊的新研究方向。整個系統的吞吐量是資源優化的關鍵挑戰性問題。然而，該領域的研究幾乎沒有探索。在這項工作中，我們介紹了資源分配優化問題，如訂單分配、貨架分配和機器人分配的拍賣方法。

關鍵詞：IWS；資源配置優化；優化策略

1 簡介

IWS受到與移動機器人相關的AI技術的高度影響，但是所使用的許多技術是眾所周知的算法的教科書實現。在多移動機器人領域，在關于任務分配的問題上已經引起了極大的關注[1]。它只是屬于IWS研究領域的一部分。移動機器人群將貨架從存儲位置運輸到工作站，工人可以從貨架上取下貨物并將貨物放入貨運箱[2]。

與傳統倉庫相比，IWS過程訂單更有效率。當一批訂單進來時，準備填寫訂單的工人站在有空紙板箱的工作站。當訂單完成時，紙板箱行進到輸送機上的運送區域或由機器人運送。倉庫管理系統（WMS）負責入站管理，出站管理和信息集成[3]。

2 問題描述

IWS解決方案的優勢在于它允許每個工人隨機訪問倉庫中的任何產品。此外，產品可以并行檢索[4]。對于一個大型倉庫，人員節省可能是顯著的。智能倉庫的一個小區域，存儲貨架為綠色，移動機器人為橙色，工作站在左側藍色隊列[5]。

機器人分配的數學描述

機器人系統中的所有機器人設置R={R1，R2，...，Rm}。有n個任務，由T={T1，T2，...，Tn}表示。機器人Ri完成任務T的成本是 ，它有n個任務。

因此，機器人組R執行任務T的目標函數Sr被表示為：

其中成本函數pij表示機器人需要支付任務的成本Ri。機器人Ri選擇任務Tj的概率定義為xij。當xij=1，表示WMS將任務Tj分配給機器人Ri，xij=0與此相反。

3 機器人分配的優化

在將架子分配給所需的工作站之后，當需要分配移動機器人以將架子遞送到每個工作站以完成任務時，出現另一個優化機會。鑒于選擇了貨架，存在幾個基本問題。

機器人選擇的拍賣標準分配（r-ACA）

為了合理且有效地將移動機器人與候選貨架匹配，類似于貨架分配的優化的拍賣標準分配應當實施以下操作。

3.1 生成報價

在初始狀態下，智能倉庫系統中存在的貨架將給出報價作為買方，而移動機器人給出詢價報價作為賣方。我們將完成產品交付的基本收入br定為5。機器人的利潤pr定義為從運載所需的貨架到工作站交付產品。權重參數ar設置為0.02，并且IMS的更新時間（Tu）被設置為0.5。

3.2 處理價格報價

我們使用兩個堆結構來組織出價。通過它們是代表買入或賣出報價以及它們是否在當前匹配集中來區分出價。

3.3 清除和匹配

買方數量必須等于Min中的賣方數量。清算價格設置為Min的頂級節點。然后，通過拆解堆Min中的價格，買方和賣方將按順序匹配。拍賣發生在倉庫管理系統每0.5秒標準分配的基礎上，移動機器人將發送一批貨架到所需的工作站。在完成一批交付后，每個工作站附近的機器人將重新選擇完成根據拍賣標準分配交付貨架的任務的路由。移動機器人將往返于每個工作站，完成產品的交付。在此期間，機器人不斷地通過拍賣標準分配來增加新的任務添加到交付產品的隊列。

參考文獻

[1]Enright J， Wurman P R. Optimization and Coordinated Autonomy in Mobile Fulfillment Systems.[C]// Automated Action Planning for Autonomous Mobile Robots， Papers From the 2011 AAAI Workshop， San Francisco， California， Usa， August. 2011.

[2]Konolige K， Fox D， Ortiz C， et al. Centibots： Very Large Scale Distributed Robotic Teams[M]// Experimental Robotics IX. Springer Berlin Heidelberg， 2004：131-140.

[3]Ma H， Wu X， Gong Y， et al. A Task-Grouped Approach for the Multi-robot Task Allocation of Warehouse System[C]// 2015 International Conference on Computer Science and Mechanical Automation （CSMA）. IEEE Computer Society， 2015：277-280.

[4]Zhai X， Ward J E， Schwarz L B. Coordinating a one-warehouse N-retailer distribution system under retailer-reporting[J]. International Journal of Production Economics， 2011， 134（1）：204-211.

[5]Guizzo， Erico. Three Engineers， Hundreds of Robots， One Warehouse[J]. IEEE Spectrum， 2008， 45（7）：26-34.