新型智能仓储机器人及其应用

文/本刊记者 任 芳

目前智能仓储机器人系统已经开始在电商、鞋服、图书、快递、制造等行业得到越来越广泛的应用。为了更好满足不同行业不同客户的要求，使系统在不同的作业场景发挥更高效率，同时进一步降低成本，不同的智能仓储机器人解决方案开始涌现。

自亚马逊于2012年收购Kiva systems公司的机器人项目以来，以新型智能仓储机器人帮助完成仓库拣选作业的方式开始在全世界范围内引起关注。随后几年时间，亚马逊不断扩大Kiva机器人的使用规模，其成功应用迅速助推这种新型的“货到人”解决方案项目在中国市场落地。这期间，正好是中国电商、快递行业迅猛发展时期，为智能仓储机器人提供了市场空间。在资本助力下，以Geek+、快仓等代表的一大批国内智能仓储机器人公司开始涌现。

随着中国人口红利的逐渐消失，人力成本不断上升，物流自动化成为行业发展必然趋势。为了实现更高作业效率，适应满足更多应用场景的物流需要，同时降低作业成本，很多公司均加大力度对仓储机器人解决方案进行创新研发，多种形式的智能仓储机器人系统走进大众视野。

智能仓储机器人及其特点

尽管目前智能仓储机器人的概念非常火爆，但是行业内并没有形成标准的定义。从物流领域应用的机器人其实现的功能来看，主要包括搬运、拆垛、码垛、拣选、分拣等作业，因此智能仓储机器人也可以视为以上不同类型物流机器人的总称。本文探讨的对象则主要聚焦于后两类——具有拣选、分拣功能的智能仓储机器人，即类Kiva机器人。

实际上，这类机器人也被称为新型AGV（自动导引小车），导航方式更加先进，包括行业主流的二维码导航、激光导航、SLAM导航等，行驶路径不受限制，机器人可以自由行走。此外，智能仓储机器人拥有更加强大的上位软件系统，可以对多台机器人的混合作业实现控制和调度。更为重要的是，智能仓储机器人可以不依靠人工，自动完成搬运、分拣等作业，非常适用于SKU量大、商品数量多的随机存储与拆零拣选场景。

京东无人仓内的智能分拣机器人

Geek+ 分拣机器人

井松在2018 LET China上展示的可升降智能仓储机器人

国自Star System系统中的Cart AGV

由京东集团X事业部美国硅谷与北京研发团队合力打造的飞马机器人系统

国自Star System系统中的Picking AGV

据北京极智嘉科技有限公司（Geek+）CEO郑勇介绍，与其他货到人系统相比，除了同样具备高度自动化，可以大幅度降低人工成本，提高拣货效率和准确率等特点外，智能仓储机器人系统还具有诸多优势，如：（1）项目实施速度非常快，交付周期短，通常3个月内即可完成项目部署，且现场安装调试简单。这对于电商等业务发展较快的行业来说，是巨大的优势；（2）系统柔性强。智能仓储机器人系统可根据业务需要随时增减机器人的用量，实现系统的灵活部署与扩展，货架布局同样也可以根据商品拣选频率实现灵活调整；（3）投资低、回报周期短。由于人工成本及管理成本得到大幅度降低，使得整个项目投资回报期较传统自动化项目更短。

智能仓储机器人主要创新方向

凭借以上诸多优势，目前智能仓储机器人系统已经开始在电商、鞋服、图书、快递、制造等行业得到了越来越多的应用。为了更好地满足不同行业不同客户的要求，使系统在不同的作业场景发挥更高的效率，同时进一步降低成本，不同的智能仓储机器人解决方案开始涌现，这些创新主要表现在以下几个方面。

1.分拣机器人载具多样化

分拣机器人目前主要应用于电商、邮政、快递等行业的包裹快速分拣，具有大规模调度能力和智能路径规划能力，但是处理对象的类型、重量、尺寸等均受到一定程度的限制。为了适应更多的业务场景，机器人的载具正变得越来越多样化。

翻板：以申通“小黄人”、京东“小红人”为典型代表，该解决方案已经在多个快递转运中心及电商分拣中心内得到应用。公开资料显示，在2017年“双11”业务高峰期间，京东无人仓内共有330台（平常作业规模为300台）“小红人”在1000平方米的场地上作业，运行速度达到3m/s，效率大幅提升。

皮带：即将翻板结构替换为皮带结构，通过这一改造可以突破翻板分拣机器人对包裹重量的限制，一般来说，这种机器人可以分拣20公斤以上的包裹。目前，Geek+、快仓、牧星等企业均已经推出了该类型产品，范德兰德（Vanderlande）计划将在机场行李分拣场景下应用。

值得一提的是，普通的分拣机器人需要搭建二层钢平台，而钢平台造价不菲，高达3000元/㎡，并且搭建耗时，工期较长，改造成本高，不易于搬迁。为了解决上述问题，Geek+、快仓等企业推出了无需钢平台的落地式分拣系统，可以和笼车接驳完成包裹分拣。这也意味着，一个2000m2的分拣场地如果使用落地式分拣系统，建设成本可以节省数百万元。

辊筒：部分企业将翻板替换为辊筒结构，这种类型的机器人不仅用于分拣环节，同时也较为广泛地与移动机器人结合应用于物料输送，如制造业的生产物流，以及仓库中将货物从存储系统转移到输送系统。在今年的LET China上，井松就展示了这种可升降的智能仓储机器人。

2.拣选机器人解决方案多样化

（1）类Kiva机器人“货到人”解决方案

这种机器人解决方案是目前提供商最多、应用最多、最为主流的解决方案，即机器人将订单商品所在货架运送至拣选站，由机器人代替人工在仓库中行走找货，不仅大大节省了人力，同时有效提高效率和准确率。但是，由于机器人需要潜入货架底部，因此对机器人导航精度要求较高。由于业内对这种解决方案的分析较多，本文不再赘述。

（2）“订单到人”解决方案

据浙江国自机器人技术有限公司总设计师谭文哲介绍，自Kiva机器人推出后，其搬运能耗高一直受到业界的诟病，“为了喝一口牛奶，把整只奶牛搬过来了”是对这种问题的形象比喻。为了提升商品搬运的精准度，节约运力，减少无效物流，需要仓储机器人能够搬运更小的库存单元而不是整个货架，从而进一步提高系统效率，降低运营成本。因此在Kiva机器人之后，国内外出现了以货箱或订单箱为运载单位的“货到人”或“订单到人”仓储机器人解决方案。即货架固定，由机器人替代作业人员进行长距离行走，拣选人员在一定区域内作业。

据郑勇介绍，由于该系统需要机器人与作业人员，作业环境更为复杂，因此导航方式一般采用更新的SLAM技术（即时定位与地图构建）。对比这两种解决方案，“货到人”方案节省人力更加明显，随着无人仓需求的不断扩大，该系统更具优势。“订单到人”系统不需要对仓库进行太大的改造，更容易分阶段应用，相对而言其在工业制造等领域的应用空间更大。

Geek+ 分拣机器人 S20

（3）其他组合解决方案

例如国自机器人推出的Star System拣选解决方案。2017年，该系统获得世界五百强的办公文具巨头史泰博公司（Staples，Kiva的全球第一个用户）大额国际订单而备受行业关注。据谭文哲介绍，新一代仓储机器人解决方案Star System主要面向SKU数量大的整进零出仓库，根据货物被拣频率对仓库进行智能分区，采用“人到货”+“货到人”的方式，“动静结合”履行订单拣选流程，在商品搬运效率、机器人存取效率、系统拣选效率等方面均要大幅度优于Kiva系统，能广泛适应现代仓库的拣选需求。目前，Star System在Staples的仓库中已经完全实现了对Kiva系统的升级替代，未来将在Staples全美超过50个仓库陆续上线。

几种代表性新型智能仓储机器人

1.京东飞马机器人

飞马机器人系统由京东集团X事业部美国硅谷与北京的研发团队合力打造。飞马采用SLAM导航，可以实现无轨自主移动，最高速度可达到3m/s。

该系统具体作业流程为：接到拣选任务后，飞马机器人将按照仓库布局自动计算最优路径，前往目标商品区域；拣货员根据指令将货品放置在机器人自带的货筐内；飞马机器人按照系统指示将货筐送至传输带，并继续执行下一次任务。为了保证系统高效流畅运行，飞马后台系统可以进行大量机器人的实时调度，还可以实现任务动态分配，提高拣选效率。从实际效果来看，采用飞马系统可以节省作业人员40%左右的行走距离。目前，该系统应用于京东“亚洲一号”仓库中，适用于中、小件仓的入库上架、拣选、合流及搬运场景。

目前，很多仓储机器人已经可以实现人员跟随、障碍闪避等功能，飞马机器人也能够根据实际拣选需求实现“车随人走”，并且不需要人工佩戴跟踪设备，而是通过应用飞马系统对跟随人员进行视觉识别，实现机器人的“实时响应”。

2.国自Star System系统

Star System是国自基于GRACE平台开发出的一套完整的创新物流解决方案，可调度超过1200台机器人同时高效运行，实现系统自动对接、订单需求分析、最优任务指派、路径规划等功能。

Star System由Cart AGV、Picking AGV两款机器人以及相关控制软件组成，Picking AGV是典型的“订单到人”解决方案，一个Pikcing AGV一趟可以搬运五个货箱。经实际运行效果测算，它的综合效率（包括单车效率、站台拣货效率、坪效）相较类Kiva机器人有显著提升；同等拣货效率下系统整体运营成本更低，并且仓库面积越大，效果越明显。

3.Geek+分拣机器人 S20

S20机器人是Geek+针对自动分拣场景打造的国内首款无需钢平台的分拣产品，成本可节省30%～40%。S20机器人本体搭配较高的辊道载具，可直接将包裹传送到笼车之中。

据介绍，该系统非常灵活，既可助力人工分拣效率提升，也可作为全自动化分拣系统实施，同时，进一步降低了智能仓储机器人的部署实施难度，减少工程量及成本，且标准化程度高，施工周期短，20天即可以完成整套系统上线。

4.快仓智能分拣机器人系统

快仓智能分拣机器人分为大皮带和小皮带两种，可以实现边走边投，满足大小包裹的快速、高效的分拣需求。据快仓市场部总监孙迪介绍，与交叉带分拣机相比，快仓智能分拣系统解决方案具有实施周期短、改造成本低、高柔性、可扩充等特点，通过以人工智能算法为核心的智能调度及路径规划，可同时调度近千台机器人，其处理能力最高可以达到1.5万件/小时。

目前，该方案已经在某快递邮件分拣中心实现了成功应用，处理的邮件类型覆盖鞋服、食品、体育用品（分类标准不是一个）等，分拣效率达到1.2万件/小时。主要流程为：包裹经输送线进入分拣区，由快仓小型皮带机器人自动接收包裹，经扫描称重门获取信息，并按照指令将包裹投入指定笼车，再由小型搬运机器人将满载的笼车送到封包区/总包供包区。基于良好的应用效果，未来该物流中心还将进一步扩大机器人的使用规模。

此外，在2018全球智慧物流峰会上，快仓和菜鸟联合展示的智能拣选机器人系统打破了单区作业的局限，通过创新模式实现了“货到人”和“车到人”的联动拣选，大幅提高自动化水平和拣选效率，成为菜鸟无人仓内的关键技术。

智能仓储机器人市场寒冬将至？

除以上提到的机器人产品及解决方案以外，智能仓储机器人还有很多种不同的结构和形式，如带货叉的智能仓储机器人等，由于篇幅所限未能一一列举。不难看出，为更好地适配客户不同的要求，机器人公司、AGV公司、物流设备商及集成商均在纷纷布局该市场，为用户提供各种不同的机器人产品及解决方案。

记者在采访过程中了解到，2017年Geek+、快仓的智能仓储机器人出货量大约均在2000台左右，行业整体出货量预计超过5000台，2018年有望突破1万台。但是，这是否意味着智能机器人行业的春天将要到来，市场即将爆发呢？

郑勇不以为然。他认为，目前智能机器人解决方案并非市场主流，项目也鲜有“回头客”，该行业能否在短期内迎来迅速改变的机会还是未知数，这在很大程度上取决于资本的态度。根据资本市场走向，今年下半年到明年或将进入寒冬期，这对行业无疑会是巨大的考验。如果资本寒冬真的到来，机器人企业应该如何应对，值得深思。

但可以肯定的是，持续提升技术水平，创新解决方案以实现更高的效率和更低的成本，是机器人行业发展的重点所在。在技术方面，郑勇认为室内机器人视觉导航技术会与室外的无人驾驶有越来越多的重合，这也意味着对机器人的智能化程度以及安全性等要求都会越来越高，需要能够实现更加灵活顺畅地避障。

孙迪也表示，未来智能仓储机器人的技术核心，一定是基于仓内无人驾驶技术平台的，平台拥有机器视觉、多传感器融合、多车协同、机器学习，环境感知等技术，让仓储机器人可以睁开眼，能思考，会沟通，有灵魂，通过拥有这样基础能力的技术平台，赋予不同产品形态，运用到整个仓储物流每个环节，包括智能分拣、智能搬运、智能拣选业务场景中去，真正实现仓库作业省力化乃至无人化。

在解决方案方面，谭文哲表示，随着电商、物流行业的迅猛发展以及人工成本的逐年增加，无人仓库、无人配送成为大势所趋。在机械手能够代替人工完成货物拿取和包装作业后，仓库将彻底实现无人化。但就现阶段来说，实现完全无人化的仓库建设成本太高，从投资回报的角度来说是不划算的。因此如何通过“人到货”、“货到人”、“订单到人”的有机结合，尽可能提升仓库效率且控制投资成本，即最大化性价比，是目前所有仓储机器人解决方案需要考虑的重要因素。

此外，郑勇认为，智能仓储机器人解决方案的标准化对于行业未来的发展也非常重要，因为定制化和局部最优的解决方案事实上并不利于整个物流系统的有效性，或者说长时间最优的投入产出比。这也是为什么亚马逊在其物流中心大规模应用Kiva机器人解决方案替代传统作业模式。因此，未来物流自动化系统要实现大规模推广，标准化是很重要的前提，并且只有实现标准化以后才能够大幅度降低机器人成本。