技术的真相 | 你真的知道如何实现无人自动化仓储吗？ - 极术社区

随着电商行业的蓬勃发展，企业为提升服务效率与质量，对无人自动化的物流仓储需求激增，随之而来的则是要解决，如何能合理调配无人仓储中的多种设备的技术难点。本期技术的真相带大家了解一种通用接驳逻辑的设计和实现。

一、概述

在无人自动化仓储领域，有各种设备需要接驳的情况。所面临的挑战是设备种类很多，两种设备间的接驳方式有差异，导致要实现每种设备接驳逻辑的时候，都要考虑其他 N 种设备的情况，非常复杂。而且单个接驳过程要保证安全。当出现大量需要接驳任务的时候，要保证高效。本文首先分析了几种接驳场景，然后以柔性设备和刚性设备接驳为例，抽象出一种通用的接驳逻辑（或协议）。

这种方法很好的做到设备控制逻辑与接驳逻辑的解耦，当出现新的接驳场景，只需要实现这个场景下的接驳逻辑即可，不用变动设备控制逻辑。旷视河图根据这套协议，很好的实现了一些重大项目，能够同时调度多种设备的接驳，并达到很好的效果。而且这个通用的接驳逻辑已经有良好的接口定义，只需将接口实现即可完成功能。最后讨论了更复杂场景——机械臂工作站码垛/拆垛情况，这套通用逻辑是能够很好的满足现实需要的。

本文内容涉及到较多行业专有名词，提前了解含义，方便大家阅读

二、行业名词解释

AGV：Automated Guided Vehicle，自动导引车，是一类轮式移动机器人，沿着地板上的磁条、标记块，或者通过视觉导航或激光导航进行运动
拣选：仓储配送中心的配货人员按订单要求的商品名，规格，型号，数量，将商品从存储的货架或货垛中取出
分拣：拣选作业完成后，将拣选出的商品按照不同的客户，不同的配送路线进行分类，集中，等待装车配载，送货作业的流程
运力组：用于完成特定任务的一组运力资源的集合
移库：由于业务需要，将仓内物料移动至同一逻辑区下的另一个位置
容器：用于存放商品的器具，常见容器包括料箱、中转箱、托盘等
PS: Pallet Shuttle，一种搬运托盘的 AGV
CTU：Cargo Transport Unit，一种可同时搬运多个料箱的 AGV
Chute 口：用于存放同一订单或同一目的地对应商品的格口
叠托：当托盘被捡空后，将多个托盘叠在一起，便于回收及存储

三、场景举例

在无人自动化仓储领域，由多设备协同来完成一次搬运是比较普遍的情况。下面举一些例子：

CTU 小车将料箱传给箱线，或从箱线上收取料箱；
AGV 小车将托盘传给托盘线，或从托盘线接收托盘；
AGV 小车将托盘传给提升机，或从提升机接收托盘；
AGV 小车乘坐提升机，去其他的楼层；
机械臂从箱线抓取料箱，将料箱码放在 AGV 小车顶举的托盘上。

以上例子都涉及两个或多个设备之间交互协同的情况，需要进行精准高效的控制，控制不好会造成安全事故，或卡死阻塞后续流程的情况，引发严重后果。

四、设备协同

接驳站点是两个设备产生容器交接的位置，人工工作站也是一个接驳站点，是设备和人做交接的站点。接驳站点首先需要一个位置，接驳的设备都可以到达这个位置，不是任何位置都可以做接驳的。其次，需要一套接驳流程，哪个设备先操作，如何交接等。

在当前设备多样性的情况下，接驳的流程就比较复杂了，需要设备之间的配合。例如A类设备与B类设备之间接驳，可以用一套流程，A类设备与C类设备之间接驳，如果定义一套新流程，那么A类设备的逻辑就会非常复杂了。

特别是现代自动化加工，自动化仓储领域，对柔性设备的使用大大增加，柔性设备具有更好的鲁棒性和自适应性，是世界上最先进的自动化应用技术，能够有效的提升生产率。

柔性设备可以很方便的增加减少，同时柔性设备种类也很丰富，因此在接驳时，需要定义一套通用的接驳逻辑，所有的设备都遵循该协议，只需要实现自己的逻辑，就能完成容器的顺利交接了。

从接驳站点的角度看，是一套规则，规定接驳的设备能不能来，能不能操作容器。这套规则要能够适用大多数场景。

值得注意的是，不能完全依赖设备探测的情况，可能会出事故。例如托盘线跟AGV 小车接驳，当 AGV 顶起托盘，托盘线就检测不到了，这时候如果后续托盘向前跟进，AGV 又没有及时离开，就会发生碰撞。

一次接驳过程可以分为：接驳前，接驳中，接驳后，三个阶段，下面分别讨论。

4.1 接驳前

对于柔性设备接驳给刚性设备，例如 AGV 小车将托盘，接驳给托盘线，是一个典型的场景。

要去接驳的 AGV 小车，从各自的位置出发，去同一个点送托盘，由于有路途的远近，以及路上的不确定性，就需要控制谁先谁后，这是一个局部的群体决策问题，而且需要有动态的调整。如果决定某个 AGV 小车可以先去接驳，那么其余的小车要如何处理，既要能够快速的衔接，又不要占住关键道路资源。

对于刚性设备接驳给柔性设备，例如托盘线接驳给 AGV 小车。

接驳前，需要 AGV 小车在接驳点附近待命，这样在托盘即将到达接驳点时，小车也能够快速的到达接驳点。

4.2 接驳中

接驳中，接驳的设备都到达指定位置，开始接驳，一般有两种接驳方式：

两个设备一起动作，例如滚动传输。为了保证鲁棒性，要求接收方比发送方要提前一点，防止发送方开始滚动，把货物卡住；
一个设备先放下容器，另一个设备再取走容器。要求一个设备在操作时，另一个设备要保持静止。

无论哪种情况，都要求对设备的精准控制，否则就会发生危险的事情。

4.3 接驳后

对于 AGV 小车接驳给托盘线的情况，接驳后，小车要迅速离开，防止阻碍其他的小车过来接驳。

五、通用接驳逻辑

从接驳站点的视角考虑，对于每一个过来接驳的设备，相当于该设备与站点的交互，类似于一套协议，无论什么设备，只要遵守接驳协议，就能顺利的接驳，而不用关心对方是什么设备。

这是对接驳站点的一次抽象和实例化的过程，接驳设备面向的是抽象的站点，而不同的站点，要有自己的实例化，控制接驳过程中的状态变化。

旷视河图在具体项目的实际应用中，逐步提炼出这套接驳协议，一方面满足项目复杂接驳场景的需求，另一方面具有很好的通用性和可扩展性，能够扩展为各种设备的接驳，而且具有很好的安全性和鲁棒性。下面详细阐述。

5.1 接驳协议

所有跟接驳站点交互的设备，都要遵循如下接口协议，具体的站点则要实现具体的逻辑。

请求到达 AskForArrival

AGV 小车在去站点之前调用，因为是群体决策，接口参数要包含此刻所有要去该站点的 AGV 小车，接口要返回这些小车过去的顺序。对于可以去站点的小车，要导航去站点，不能去的小车有两种选择，优先看是否可以在等待区等待（等待区参考后续章节），其次即可以在原地等待。

群体决策过程一般采用距离优先策略，防止堵住去站点的通路。距离优先意味着可以抢占，如果突然出现一个距离站点近任务，则距离远的任务会被改变目标位置，去队列或等待。除了距离优先，还可以有其他策略，例如要求货品的出库顺序，是一种特殊需求，但效率可能要打折扣。

由于刚性设备在建设时就已经在那里了，所以不需要调用 AskForArrival 接口。

已到达 Arrived

AGV 小车在到达接驳点之后调用，通知站点已经就位。这个通知会触发接驳对方的设备，继续后续的步骤。

同上，刚性设备也不需要调用 Arrived 接口。

请求操作容器 AskForOperate

AGV 小车（或刚性设备）在操作容器之前调用，申请是否可以操作待接驳的容器，接口要返回 true|false 。

完成操作 FinishOperate

AGV 小车（或刚性设备）在操作容器之后调用，表明已完成对容器的发送（或接收）。

已离开 Release

AGV 小车在离开接驳点之后调用，通知站点可以进行后续的其他接驳任务。

对于刚性设备，当容器离开接驳点时，也需要调用 Release ，表示接驳点已空，可以进行后续的接驳。

5.2 效率考量

以上各步虽然能够顺利完成接驳，然而考虑到大规模高效作业的情况下，还需要其他方面的辅助。

高优分配运力

当托盘线或提升机跟 AGV 小车接驳的时候，需要高优分配运力，迅速分配小车将托盘移走，否则该托盘会阻塞后续的托盘，进而拖慢系统的效率。

提前准备运力

当托盘线或提升机跟 AGV 小车接驳的时候，需要提前在接驳点附近准备运力，以减少小车的空驶距离，提前准备运力的时机比较关键，如果过早，则造成运力的闲置浪费。一般要预测托盘预计到达接驳点的时间，如果小于某个阈值，既可以开始准备运力。

送货后及时离开

去接驳点送货的 AGV 小车，在接驳完成后，要及时离开，一般是回到附近的休息区，当然去休息区的任务是可以中断的，如果有其他任务直接去执行其他任务。

接驳点选择

当一次搬运任务，有多个接驳点可用选择的时候（例如跨层搬运，可以选择多个提升机），需要一个接驳点选择策略，一般采用接收方设备的忙闲度优先策略。

旷视河图在实现通用接驳协议的同时，搭配以上各策略，在效率要求苛刻的项目中，也取得很好的效果，说明通用接驳协议可以跟各种算法优化策略结合，具有很好的灵活定制能力。以上各优化点涉及到调度系统的其他方面，具体不在本文的讨论范畴。

六、机械臂工作站

机械臂工作站是比较特殊的存在，一般机械臂的工作是拣选，或容器组合（码托，拆托），因此这种业务场景是围绕机械臂打造的一片工作区域。以码托为例，机械臂将很多原箱，按照一定的垛形，码在托盘上组成一个垛，这就需要机械臂将原箱从一个地方搬到另一个地方，搬出的位置称为来源位，放置的位置称为目标位。

机械臂码垛速度很快，准备原箱和托盘的速度赶不上码垛的速度，因此有时需要多个来源位和目标位。一般做法是围绕机械臂，规划若干站点，或是来源位，或是目标位，根据具体情况而定。AGV 小车在跟机械臂接驳时，同样要遵守站点的接驳协议，机械臂同时与若干设备接驳，需要更复杂的状态控制。

首先，机械臂需要知道每个来源位或目标位的状态，来源位是否有箱，目标位是否有托盘。其次，每个位置的状态变化需要通知机械臂做相应的操作。

来源位的箱子，在送到站点之前，调用 AskForOperate，确保机械臂可以接受来新的箱子；
来源位的箱子，在站点停稳后，调用 FinishOperate，通知机械臂来了一个新箱子；
AGV 小车在去目标位之前，调用 AskForArrival，请求是否可以去目标位；
AGV 小车在目标位停稳后，调用 Arrived，如果不需要降下托盘支架的话，就会触发码垛了。如果需要降下托盘支架，则要调用 AskForOperate和 FinishOperate，通知机械臂，目标位托盘支架已准备完成；
AGV 小车在离开目标位后，调用 Release，通知机械臂目标位已空。

机械臂工作站是所有接驳场景中最复杂的，旷视河图在通用接驳协议的框架下，进行少量定制化改造，能够满足具体项目场景的需求，后续还要扩展协议，做出包含机械臂的通用接驳协议。