基于群体机器人的智能仓储系统优化资源分配策略研究

朱红帅

摘 要：智能仓库系统（IWS）为拾取包装和运输仓库创造了一个新模式，显著提高了工人的生产率，从而带来了前景广阔的新研究方向。整个系统的吞吐量是资源优化的关键挑战性问题。然而，该领域的研究几乎没有探索。在这项工作中，我们介绍了资源分配优化问题，如订单分配、货架分配和机器人分配的拍卖方法。

关键词：IWS；资源配置优化；优化策略

1 简介

IWS受到与移动机器人相关的AI技术的高度影响，但是所使用的许多技术是众所周知的算法的教科书实现。在多移动机器人领域，在关于任务分配的问题上已经引起了极大的关注[1]。它只是属于IWS研究领域的一部分。移动机器人群将货架从存储位置运输到工作站，工人可以从货架上取下货物并将货物放入货运箱[2]。

与传统仓库相比，IWS过程订单更有效率。当一批订单进来时，准备填写订单的工人站在有空纸板箱的工作站。当订单完成时，纸板箱行进到输送机上的运送区域或由机器人运送。仓库管理系统（WMS）负责入站管理，出站管理和信息集成[3]。

2 问题描述

IWS解决方案的优势在于它允许每个工人随机访问仓库中的任何产品。此外，产品可以并行检索[4]。对于一个大型仓库，人员节省可能是显着的。智能仓库的一个小区域，存储货架为绿色，移动机器人为橙色，工作站在左侧蓝色队列[5]。

机器人分配的数学描述

机器人系统中的所有机器人设置R={R1，R2，...，Rm}。有n个任务，由T={T1，T2，...，Tn}表示。机器人Ri完成任务T的成本是 ，它有n个任务。

因此，机器人组R执行任务T的目标函数Sr被表示为：

其中成本函数pij表示机器人需要支付任务的成本Ri。机器人Ri选择任务Tj的概率定义为xij。当xij=1，表示WMS将任务Tj分配给机器人Ri，xij=0与此相反。

3 机器人分配的优化

在将架子分配给所需的工作站之后，当需要分配移动机器人以将架子递送到每个工作站以完成任务时，出现另一个优化机会。鉴于选择了货架，存在几个基本问题。

机器人选择的拍賣标准分配（r-ACA）

为了合理且有效地将移动机器人与候选货架匹配，类似于货架分配的优化的拍卖标准分配应当实施以下操作。

3.1 生成报价

在初始状态下，智能仓库系统中存在的货架将给出报价作为买方，而移动机器人给出询价报价作为卖方。我们将完成产品交付的基本收入br定为5。机器人的利润pr定义为从运载所需的货架到工作站交付产品。权重参数ar设置为0.02，并且IMS的更新时间（Tu）被设置为0.5。

3.2 处理价格报价

我们使用两个堆结构来组织出价。通过它们是代表买入或卖出报价以及它们是否在当前匹配集中来区分出价。

3.3 清除和匹配

买方数量必须等于Min中的卖方数量。清算价格设置为Min的顶级节点。然后，通过拆解堆Min中的价格，买方和卖方将按顺序匹配。拍卖发生在仓库管理系统每0.5秒标准分配的基础上，移动机器人将发送一批货架到所需的工作站。在完成一批交付后，每个工作站附近的机器人将重新选择完成根据拍卖标准分配交付货架的任务的路由。移动机器人将往返于每个工作站，完成产品的交付。在此期间，机器人不断地通过拍卖标准分配来增加新的任务添加到交付产品的队列。

参考文献

[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.