基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能分揀機(jī)器人價(jià)值探討和創(chuàng)新分析

萬(wàn) 航

（浙江經(jīng)濟(jì)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 310018）

0 引言

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的催動(dòng)下，信息化、精細(xì)化、品質(zhì)化的新物流系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，所以要將物聯(lián)網(wǎng)與智能分揀協(xié)同管理的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合， 在工業(yè)4.0 和 “中國(guó)制造2025”規(guī)劃統(tǒng)籌設(shè)計(jì)下，形成發(fā)展合力，以應(yīng)用催生需求，完成智能化分揀機(jī)器人的價(jià)值探討，以實(shí)現(xiàn)智能互聯(lián)、資源共享。

目前國(guó)內(nèi)關(guān)于面向制造與物流技術(shù)的揀選裝置探究少之甚少，追溯其緣由歸結(jié)于國(guó)內(nèi)物流業(yè)發(fā)展起步較晚的影響，物流揀選難度出現(xiàn)階段性上升，難以適應(yīng)物流行業(yè)快速增長(zhǎng)的消費(fèi)內(nèi)卷、推進(jìn)行業(yè)精細(xì)化的需求。 智能分揀技術(shù)作為物流業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要推動(dòng)力，對(duì)于物流細(xì)分市場(chǎng)的供應(yīng)鏈優(yōu)化與上下游降本增效具有十分重要的引領(lǐng)意義。

近年來(lái)，智能化分揀逐漸興起，代替了傳統(tǒng)的手工分揀作業(yè)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及以及大眾對(duì)人工智能的認(rèn)可，各種復(fù)雜環(huán)境下的物流作業(yè)由機(jī)器人代替完成，在解放勞動(dòng)力的同時(shí)，提高了倉(cāng)儲(chǔ)與分揀效率， 快速推進(jìn)了物流企業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型和技術(shù)變革，以適應(yīng)細(xì)分市場(chǎng)對(duì)快遞分揀的需求。 在這一過(guò)程中，筆者結(jié)合現(xiàn)有的智能分揀技術(shù)，探討了新模式的分揀機(jī)器人方式，提出了創(chuàng)新分析[1]。

1 智能分揀國(guó)內(nèi)外對(duì)比存在的主要差距

1.1 國(guó)內(nèi)普遍存在人工的分揀模式

由于我國(guó)物流業(yè)現(xiàn)代化起步晚，分揀系統(tǒng)的應(yīng)用和技術(shù)研究比較落后，分揀系統(tǒng)中人工作業(yè)的比例很高。 新冠肺炎疫情中暴露出來(lái)的醫(yī)療、應(yīng)急、冷鏈、食品等行業(yè)領(lǐng)域的物資倉(cāng)儲(chǔ)、 揀選物流系統(tǒng)中的問(wèn)題，更能說(shuō)明人工揀選模式的疲軟和響應(yīng)不及時(shí)。 總的來(lái)說(shuō)， 國(guó)內(nèi)供應(yīng)鏈分揀應(yīng)用模式反映出精細(xì)化程度低、應(yīng)急物流保障能力低的特點(diǎn)。 而人工分揀也出現(xiàn)了分揀現(xiàn)場(chǎng)秩序混亂，識(shí)別率低，作業(yè)強(qiáng)度大，容錯(cuò)率高，人工成本高，節(jié)假日爆倉(cāng)等現(xiàn)象。 這種物流分揀方式越來(lái)越難以滿足市場(chǎng)高速發(fā)展的需求[2]。

1.2 國(guó)外采用成熟的自動(dòng)化分揀方式

國(guó)際物流公司Knapp （科納普） 與軟件開(kāi)發(fā)公司SAP 以及現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)穿戴設(shè)備公司Ubimax 聯(lián)合研制了一款基于視覺(jué)模式的揀貨系統(tǒng)。 這種分揀方式能連續(xù)、大批量地分揀貨物，極大地提高了分揀速度和質(zhì)量。 該視覺(jué)揀貨系統(tǒng)可以完成室內(nèi)精準(zhǔn)制導(dǎo)、識(shí)別貨物二維碼、 進(jìn)行上架和下架管理以及物體的跟蹤識(shí)別。 業(yè)務(wù)員可在VR 設(shè)備中尋見(jiàn)分揀單號(hào)以及路徑規(guī)劃的最優(yōu)線路，通過(guò)綜合調(diào)控減少時(shí)間成本以提升分揀效能；揀貨系統(tǒng)需要依賴二維碼來(lái)確認(rèn)業(yè)務(wù)員有無(wú)到達(dá)規(guī)定貨品記號(hào)位， 并通過(guò)VR 技術(shù)顯示引導(dǎo)其迅速發(fā)現(xiàn)貨物；收貨人員掃描二維碼將收貨記錄上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)中，完成了貨品大數(shù)據(jù)的信息更替[3]。

2 立體倉(cāng)庫(kù)揀選技術(shù)應(yīng)用分析

近幾年我國(guó)居民消費(fèi)不斷升級(jí)，工業(yè)產(chǎn)品種類不斷增加，需要物流過(guò)程有更多的柔性化作業(yè)，對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)中的揀選和分揀作業(yè)效率提出了更高的要求。 傳統(tǒng)的人工作業(yè)和智能化水平不夠高的物流設(shè)備都難以滿足高質(zhì)量分揀的需求，揀選員、分揀工等重復(fù)勞動(dòng)的崗位也逐漸面臨勞動(dòng)力緊缺的問(wèn)題。 物流倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)的智能化揀選和分揀技術(shù)是近年來(lái)行業(yè)持續(xù)關(guān)注的熱點(diǎn)。

2.1 立體多樓層料箱機(jī)器人

料箱是物流環(huán)節(jié)中常見(jiàn)的一種容器， 但是傳統(tǒng)處理料箱的自動(dòng)化裝備普遍存在價(jià)格高昂、 缺乏柔性等問(wèn)題。隨著“貨箱到人”理念的興起，倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人在揀選領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，帶動(dòng)了揀選模式的革新升級(jí)。

極智嘉在2019 年4 月的LogiMAT China 展會(huì)上，展示了新一代貨箱到人倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)RoboShuttle并推出立體多樓層料箱機(jī)器人存儲(chǔ)、揀選方案，在庫(kù)存周轉(zhuǎn)率和盤點(diǎn)效率保持固有高效率運(yùn)作的前提下，引入智能分揀機(jī)器人系統(tǒng)以增強(qiáng)倉(cāng)儲(chǔ)的靈活性， 提高了性價(jià)比，同時(shí)滿足了倉(cāng)儲(chǔ)自動(dòng)化企業(yè)對(duì)高分揀能力、高周轉(zhuǎn)率、高智慧化和高集成度的四維度要求，首次在分揀機(jī)器人領(lǐng)域中完成了倉(cāng)庫(kù)多層立體空間維度利用，讓物流機(jī)器人能夠直接部署于客戶現(xiàn)有倉(cāng)庫(kù)。

2.2 多層穿梭車貨到人系統(tǒng)

多層穿梭車貨到人系統(tǒng)與傳統(tǒng)的自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)、自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)相比，大幅度提高了貨物單元的存取效率。 以醫(yī)藥冷鏈物流為例，傳統(tǒng)的冷鏈藥品儲(chǔ)存區(qū)域主要由裝配式冷庫(kù)及貨架構(gòu)成， 在儲(chǔ)存能力、作業(yè)效率、 冷庫(kù)內(nèi)溫度控制等各方面存在一定弊端。為了在保障冷鏈藥品安全的同時(shí)，提高冷鏈藥品作業(yè)效率、降低物流成本，國(guó)藥山西集團(tuán)采用了多層穿梭車貨到人系統(tǒng)。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能分揀機(jī)器人研發(fā)價(jià)值

3.1 有利于物聯(lián)網(wǎng)和供應(yīng)鏈產(chǎn)業(yè)集成服務(wù)的提升

以“支持供應(yīng)鏈集成服務(wù)專業(yè)群建設(shè)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為架構(gòu)，助力企業(yè)變革，服務(wù)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，推進(jìn)社會(huì)服務(wù)”為宗旨，通過(guò)培育，推行青年教師發(fā)展計(jì)劃培育工程，打造一支以“四有”為標(biāo)準(zhǔn)、具有國(guó)際視野、以中青年拔尖人才為主體、以學(xué)術(shù)骨干為支撐、科研團(tuán)隊(duì)結(jié)構(gòu)合理、專兼結(jié)合的高水平創(chuàng)新型產(chǎn)學(xué)研團(tuán)隊(duì)[4]。 目的是對(duì)接智慧供應(yīng)鏈技術(shù)服務(wù)輸出功能，提升科研社會(huì)服務(wù)水平。

3.2 對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)物流機(jī)器人的發(fā)展助力

智能倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)是運(yùn)用軟件技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、自動(dòng)分揀技術(shù)、光導(dǎo)技術(shù)、RFID、聲控技術(shù)等先進(jìn)的科技手段和設(shè)備對(duì)物品的進(jìn)出庫(kù)、 存儲(chǔ)、 分揀、包裝、配送及其信息進(jìn)行有效的計(jì)劃、執(zhí)行和控制的物流活動(dòng)。 智能倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)主要由存儲(chǔ)系統(tǒng)、揀選系統(tǒng)、分揀系統(tǒng)、裝卸搬運(yùn)系統(tǒng)以及智能管理信息系統(tǒng)構(gòu)成[5]。

未來(lái)， 智能倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)將呈現(xiàn)出不斷更新迭代、高柔性自動(dòng)化、綠色化以及適應(yīng)常態(tài)化疫情防控的發(fā)展趨勢(shì)，將在多品類、作業(yè)程序復(fù)雜的電商物流領(lǐng)域得到更廣泛應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)、電商、醫(yī)藥等各個(gè)領(lǐng)域充分發(fā)揮其高效率的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下四方面。

3.2.1 與新技術(shù)深層次融合

智能倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人是新一代物流行業(yè)中人工智能技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)景，5G 為其提供了有力的通信環(huán)境，其海量接入的特性能夠使倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)中很多智能終端設(shè)備發(fā)揮著更大作用，例如，穿梭車、分揀機(jī)器人、穿戴設(shè)備以及分揀設(shè)備等。 物流技術(shù)與信息技術(shù)發(fā)展的密切結(jié)合有利于優(yōu)化物流作業(yè)， 智能倉(cāng)儲(chǔ)機(jī)器人系統(tǒng)的信息化發(fā)展也將進(jìn)入新階段，助推物流業(yè)降本增效。

3.2.2 高柔性化服務(wù)于客戶

隨著近年來(lái)倉(cāng)儲(chǔ)和分揀市場(chǎng)需求逐步細(xì)分以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，倉(cāng)儲(chǔ)和分揀物流行業(yè)的差異化特征愈發(fā)明顯。 從需求側(cè)角度來(lái)看，不同領(lǐng)域倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)需求的差異化推動(dòng)著物流商業(yè)模式的迭代；從供給側(cè)角度來(lái)看，從事智能制造和智能倉(cāng)儲(chǔ)物流的企業(yè)在高度競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)環(huán)境下，將進(jìn)一步差異化自身定位，強(qiáng)化核心競(jìng)爭(zhēng)力。 倉(cāng)儲(chǔ)智能化的需求不僅是對(duì)設(shè)備的需求，還需要廠商通過(guò)收集并分析數(shù)據(jù)作出決策，指導(dǎo)優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程。 未來(lái)智能倉(cāng)儲(chǔ)需要適應(yīng)多樣化的市場(chǎng)需求，提供柔性化的全供應(yīng)鏈服務(wù)，打造基礎(chǔ)服務(wù)與增值服務(wù)相結(jié)合的倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)務(wù)體系。

3.2.3 綠色化推動(dòng)節(jié)能環(huán)保

物流綠色化發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展理念的體現(xiàn)。 在當(dāng)今環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重的情況下，綠色技術(shù)的應(yīng)用可以有效改善物流業(yè)的污染和能耗問(wèn)題。 實(shí)現(xiàn)物流綠色化發(fā)展，需要倉(cāng)儲(chǔ)行業(yè)廣泛應(yīng)用節(jié)能技術(shù)和清潔能源驅(qū)動(dòng)的設(shè)施設(shè)備。

3.3 對(duì)物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)智能分揀系統(tǒng)的應(yīng)用意義

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和中國(guó)智能制造的發(fā)展，物流系統(tǒng)自動(dòng)化和智能化水平越來(lái)越高。 在制造業(yè)物流領(lǐng)域，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)保持快速發(fā)展態(tài)勢(shì)，大部分自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)均向智慧倉(cāng)儲(chǔ)、分揀系統(tǒng)方向發(fā)展。 隨著高端市場(chǎng)的細(xì)分化需求， 未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)公司將根植于智慧物流系統(tǒng)的集成化研究，立足于傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，秉承“唯有創(chuàng)新”的核心價(jià)值理念，專注于技術(shù)創(chuàng)新與商業(yè)模式創(chuàng)新兩方面，需求更大突破。 智能分揀機(jī)器人系統(tǒng)將深耕智慧物流系統(tǒng)， 讓智慧物流系統(tǒng)能更好地為全球高端市場(chǎng)頭部客戶提供更優(yōu)的物流系統(tǒng)使用體驗(yàn)。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能分揀機(jī)器人價(jià)值探討

4.1 探討建立面向未來(lái)復(fù)雜環(huán)境下的異質(zhì)多移動(dòng)機(jī)器人的協(xié)同任務(wù)價(jià)值體系

面向多移動(dòng)機(jī)器人在復(fù)雜未知或部分已知環(huán)境下的典型協(xié)同任務(wù)需求，分析并構(gòu)建了多機(jī)多目標(biāo)任務(wù)分配的目標(biāo)函數(shù)及約束條件，建立了在全局定位正常、局部失效、完全失效環(huán)境下的任務(wù)動(dòng)態(tài)分配的形式化數(shù)學(xué)模型。

該模型機(jī)制通過(guò)將在動(dòng)態(tài)環(huán)境下發(fā)現(xiàn)任務(wù)的機(jī)器人作為任務(wù)管理者拍賣機(jī)器人設(shè)定為控制中心（MSC）且一直到任務(wù)結(jié)束，現(xiàn)場(chǎng)信息由傳感器檢測(cè)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸回來(lái)。 根據(jù)檢測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)任務(wù)需求，產(chǎn)生目標(biāo)任務(wù)并宣布拍賣；其他各機(jī)器人在獲取MSC發(fā)出的情況評(píng)估后， 根據(jù)自身?xiàng)l件選擇是否投標(biāo)；MSC 獲取投標(biāo)信息后，對(duì)投標(biāo)進(jìn)行處理，選出若干合適的投標(biāo)， 并將其組隊(duì)和向中標(biāo)機(jī)器人發(fā)布中標(biāo)信息，拍賣結(jié)束轉(zhuǎn)入任務(wù)目標(biāo)執(zhí)行跟蹤階段；若MSC 在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未獲得合適的投標(biāo)信息的， 即投標(biāo)失敗，也結(jié)束拍賣轉(zhuǎn)入故障弱化模型[6]。

相比傳統(tǒng)模型機(jī)制， 在全局定位正常情況下，該模型系統(tǒng)能以靈活組隊(duì)和多任務(wù)處理方式高效完成所有預(yù)期的任務(wù)目標(biāo)；在局部失效情況下，該模型系統(tǒng)即轉(zhuǎn)入為由局部未失效部分組成的區(qū)域自治系統(tǒng)；在完全失效情況下， 該模型系統(tǒng)轉(zhuǎn)入故障弱化模式，最大限度地完成單機(jī)器人能執(zhí)行完成的特定任務(wù)。

4.2 探討物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智能分揀機(jī)器人結(jié)構(gòu)功能組成

本系統(tǒng)主要面向物流公司的快遞分揀中遇到的問(wèn)題，研究一種用于快遞智能分揀機(jī)器人，來(lái)提升快件分揀效率和實(shí)效性，降低快件分揀容錯(cuò)率，完成從進(jìn)貨口到出倉(cāng)口整個(gè)揀選過(guò)程的智能化。 針對(duì)快件分揀運(yùn)作模式和現(xiàn)場(chǎng)感知環(huán)境狀況，提出了智能分揀機(jī)器人的精度控制、 任務(wù)派送及深度能力學(xué)習(xí)方案，并開(kāi)發(fā)自動(dòng)分揀機(jī)器人智能控制系統(tǒng)[7]。 具體結(jié)構(gòu)功能如圖1 所示。

圖1 結(jié)構(gòu)功能圖

5 智能分揀機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新分析

智能分揀機(jī)器人基于機(jī)器視覺(jué)的條碼信息智能識(shí)別技術(shù)，以及自動(dòng)識(shí)別失效后的補(bǔ)碼識(shí)別技術(shù)，兩者相結(jié)合完成目標(biāo)信息識(shí)別?；谖锫?lián)網(wǎng)深度融合技術(shù)、智能機(jī)器人集群調(diào)度技術(shù)， 保障機(jī)器人集群在高速運(yùn)行下可準(zhǔn)確、無(wú)阻礙地到達(dá)目的地，達(dá)成高速分揀作業(yè)目標(biāo)，滿足巨大體量的系統(tǒng)作業(yè)要求。不同規(guī)格目標(biāo)物自動(dòng)匹配及上線流轉(zhuǎn)技術(shù)， 同時(shí)完成對(duì)目標(biāo)物規(guī)格的檢測(cè)和分選，達(dá)到自動(dòng)傳送要求。本人經(jīng)過(guò)實(shí)地調(diào)研分析分揀機(jī)器人在分揀中心的作業(yè)適合的空間布局， 根據(jù)分揀機(jī)器人的作業(yè)分析提出機(jī)器人的功能需求， 進(jìn)而根據(jù)功能需求提出機(jī)器人的整體方案。

6 結(jié)語(yǔ)

面向多維度市場(chǎng)細(xì)分狀態(tài)和倉(cāng)儲(chǔ)物流分揀下的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深度融合，智能分揀機(jī)器人的慣導(dǎo)與視覺(jué)融合導(dǎo)航定位算法顯得尤為重要，本文就智能分揀機(jī)器人的技術(shù)研究路線做了深度剖析， 研究了一套精準(zhǔn)、完備、功能靈活多變的控制系統(tǒng)，以解決復(fù)雜環(huán)境下的協(xié)同作業(yè)、分揀效率的提升。 在研究比對(duì)中進(jìn)一步完善智能分揀體系，為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)以及校企合作深入開(kāi)展奠定基礎(chǔ)，為物流產(chǎn)業(yè)生態(tài)便捷提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。