CN110834851B - 一种柔性仓储拣选系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体提供了一种柔性仓储拣选系统，包括：地面导轨和顶部导轨，货架通过滑轮设置在地面导轨上，货架在水平方向上为开口结构，货架内壁两侧对应设置凸槽，货箱外表面对应的两侧设置凹槽，所述凹槽与货架内凸槽结合，升降台通过缆绳与拣选机器人连接，升降台具有伸缩臂，伸缩臂上设置有水平伸缩的机械手，拣选机器人设置在顶部导轨上，拣选机器人设置4个上下伸缩的缆绳，升降台设置在4个缆绳间，本系统按“货格－货架－单元－系统”层级分类进行设计，环环紧扣、密集组装、节约动力、智能高效。

Description

一种柔性仓储拣选系统及方法

技术领域

本发明涉及物流仓储技术领域，尤其涉及一种柔性仓储拣选系统及方法。

背景技术

现阶段，电商、快递业的迅速发展带动了自动化智能设备的需求，大量的移动机器人和智能系统被引入物流仓配中心等场所。

传统仓配中心以“人到货”的订单拣选方式为主，该模式中货品固定，拣货工作人员行走至货品放置处对货品进行拣选。近年来，为进一步提高效率，亚马逊、Swisslog等公司率先采用了由移动搬运机器人实现“货到人”的订单拣选方式，极大地提高了订单拣选的效率，降低了人力成本的投入。但现有系统也存在若干不足，如传统的基于堆垛机的有通道自动化仓库虽以实现无人化，但是存储密度较低；基于AGV的Kiva仓储系统每次需要将整个货架托举并移动到拣选工作站，消耗能源且效率相对较低，再者当移动搬运机器人托举货架时，由于需要托举货架及其上的全部货品，整体重心高，因此不能进行高速运动；Autostore系统在拣选底层货格时需对上方所有货格进行翻箱作业，订单拣选耗时耗力；基于“拼图”的仓储拣选系统虽然能够高密度存储，灵活拣选，但当系统规模较大、负载车较多时，将目标负载车移动到I/O口耗时较长。

由此可见，需要对现有物流仓储的“货到人”拣选系统进行改进，以降低投资和维护成本，提高拣选作业的时间成本，节约能源消耗并提高效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性仓储拣选系统(Drawer-Based柔性仓储拣选系统)，以降低投资和维护成本，节约能源消耗并提高效率。

为达到上述目的，一方面，本发明提供一种柔性仓储拣选系统包括：

运输导轨，所述运输导轨包括地面导轨和顶部导轨，所述地面导轨设置在仓储中心的地面上，所述顶部导轨对应所述底部导轨的位置设置在仓储中心的天花板上；

货架，所述货架通过滑轮设置在地面导轨上，所述货架在水平方向上为开口结构，所述货架内壁两侧对应设置凸槽；

货箱，所述货箱外表面对应的两侧设置凹槽，所述凹槽与货架内凸槽结合；

拣选机器人，所述拣选机器人设置在顶部导轨上，所述拣选机器人设置4个上下伸缩的缆绳，所述4个缆绳间设置升降台。所述升降台通过缆绳与拣选机器人连接，所述升降台具有伸缩臂，所述伸缩臂上设置有水平伸缩的机械手。

另一方面，本发明提供一种柔性仓储拣选方法包括

获取订单信息，拣选机器人根据所述订单信息移动至目标货箱所在货架的上方；

移动所述货架左边或右边的货架，获得所述目标货箱水平移动的空间；

拣选机器人在所述空间内通过缆绳将升降台下放至所述目标货箱的底部水平位置；

所述升降台通过机械手将所述目标货箱拉至升降台上，所述拣选机器人通过缆绳和升降台将所述目标货箱提升至货架上方；

所述拣选机器人将所述目标货箱运送到人工工作区，完成拣选作业；

所述拣选机器人将完成作业的目标货箱运送到货架的空隙位置。

上述发明具有如下有益效果：本系统中货架非整体固定结构，单元货架可地面沿导轨进行移动，更具有灵活性，对货格的拣选作业起到辅助作用；本系统中，在顶部安装机器人提拉装置，可由机器人将目标货格中的货物进行提拉并运送至工作站，工作站可通过运输导轨移动到打包区，实现“货到人”的拣选作业过程；本系统中可根据货物周转频率、货品关联原则等进行货位的自组织优化，实现高需求货品的优先出库，提高仓储运作效率。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的一种柔性仓储拣选系统的货架结构示意图；

图2是本发明的一种柔性仓储拣选系统的货箱结构示意图；

图3是本发明的一种柔性仓储拣选系统的单元局部作业图；

图4是本发明的一种柔性仓储拣选系统的梯形凸槽结构示意图；

图中标号：1-货格，2-凸槽，3-凹槽，4-顶部导轨，5-目标货箱，6-地面导轨，7-拣选机器人，8-缆绳，9-升降台，10-货架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种柔性仓储拣选系统，用于物流仓储中心基于货到人的柔性仓储拣选系统包括：

运输导轨，所述运输导轨包括地面导轨6和顶部导轨4，所述地面导轨6设置在仓储中心的地面上，所述顶部导轨4对应所述底部导轨的位置设置在仓储中心的天花板上；

货架10，所述货架10通过滑轮设置在地面导轨6上，所述货架10在水平方向上为开口结构，所述货架10内壁两侧对应设置凸槽2；

货箱，所述货箱外表面对应的两侧设置凹槽3，所述凹槽3与货架10内凸槽2结合；

拣选机器人7，所述拣选机器人7设置在顶部导轨4上，所述拣选机器人7设置4个上下伸缩的缆绳8，所述4个缆绳8间设置升降台9。所述升降台具有伸缩臂，所述伸缩臂上设置有水平伸缩的机械手；

优选地，所述凸槽(2)与货架(10)为分体式结构，有利于凸槽(2)的维修与更换工作。

优选地，所述凸槽2以第一高度均匀设置所述货架10内壁上。

优选地，所述货箱还包括根据货品体积和重量特征设计分类货箱，所述货箱的长与货架的深度一致，所述货箱的宽与货架的宽一致，所述货箱的高度为所述第一高度的整数倍，所述货箱以所述第一高度为单位设置凹槽(3)，如设计ABC小中大三种不同容积的货箱，分别容纳不同体积重量的货品，B类货箱设置2道凹槽(3)，C类货箱设置3道凹槽(3)，能够有效的提高货箱的固定性，具体如下：

A货箱：长60厘米，宽60厘米，高40厘米，存放体积小于24000cm³的货品,每格至少存放6件货品。

B货箱：长60厘米，宽60厘米，高80厘米，18000cm³<存放货品的体积<48000cm³的货品,每格至少存放6件货品。

C货箱：长60厘米，宽60厘米，高120厘米，48000cm³<存放货品的体积<72000cm³，最少存放6件货品。

优选地，所述系统还包括3个电力装置，所述第一电力装置连接所述滑轮，所述第二电力装置连接所述升降台，所述第三电力装置连接所述拣选机器人。

优选地，所述地面导轨6和顶部导轨4均为网格结构。

优选地，所述地面导轨6沿地面平行安装，所述货架10设置为多个，所述多个货架以垂直于所述地面导轨6的方向并排设置，所述地面导轨6沿货架10移动方向上的长度较所述多个货架的整体厚度多出至少2个货架厚度。

优选地，所述货架10的高度为所述货箱高度的公倍数，在货箱与货架10组合方面，货箱是以抽屉式插放至货架10内，故货架高度需为所有不同规格货箱高度的公倍数，例如一个货架10可以存储12层A类货箱，6层B类货箱，4层C类货箱，既需满足单一品类货箱的存储，也需满足混合多品类货箱的存储。货箱离开货架并进行作业后，此时货架留出空位，货箱可以择优返回到效益最佳的货架空位，此时货箱与货架就进行了重组，且可以满足不同体积的货箱都可以回到货架。

优选地，所述地面导轨6沿地面平行安装，所述货架10设置为多个，所述多个货架10以垂直于所述地面导轨6的方向并排设置，所述地面导轨6沿货架10移动方向上的长度较所述多个货架10的整体厚度多出至少2个货架10厚度，为货格水平移出货架提供空间，一个货架10代表一个堆栈，若干个货架10依次紧密排放在地面的一条导轨上，这些货架10形成一个仓储单元，通过货架10底部的电动轮可以实现货架10的移动，同一条导轨上的电动轮相互协调，使得作业时货架10同步移动，并留出空隙位置，让货箱进行抽拉动作。每个货架10移动留出的空隙位置都分别拥有固定的坐标点，有利于拣选机器人7与货箱的精准定位。该柔性仓储拣选系统为柔性系统，货架10和地面导轨6可以根据仓库具体空间设置，并且货架10的数量可以根据需求量的变化而变化。

优选地，所述凸槽(2)为矩形结构或梯形结构，其中，梯形结构能够有效地减少货箱与货架之间的摩擦阻力，有利于货箱的水平移动，具体的梯形结构如下：

如图4(a)、(b)所示，所述梯形结构的侧面为H型，所述H型的左右两边为平行线段，所述H型的上下两边为对称的圆弧形凹槽，所述H型的一边设置在货架内壁里面，所述圆弧形凹槽的最近距离与货架内壁表面重合，所述H型的另一边与货箱上矩形凹槽结合，所述H型的左右两边平行线段的顶部边角为圆角。

在上述描述中，凸槽(2)可以设计为矩形结构或梯形结构，但凹槽(3)始终设计为矩形结构，并没有对应的设计成梯形凹槽结构，本发明克服了凸槽(2)与凹槽(3)需要对应设计的技术偏见，从而实现了上述货箱全部采用矩形凹槽，能够有效的减少货箱与货架上梯形凸槽的接触面积，即减少货箱与货架之间的摩擦阻力，有利于货箱的水平移动，即本发明取得了预料不到的技术效果。

优选地，货架10与导轨的连接处装有滑轮，货架10的移动通过电力驱动滑轮来进行，此外，导轨与货架10之间采用静音滑轮，使得货架10和导轨间的摩擦最小和噪音最小。

根据上述的一种柔性仓储拣选系统，实现仓储拣选的具体实施过程如下：

获取订单信息，当订单到达时，如果所有拣选机器人7都在工作，它将在订单队列中等待，否则，系统将为其分配正处在闲置状态的拣选机器人7承担它的拣货作业，拣选机器人7根据所述订单信息移动至目标货箱5所在货架10的上方；

移动所述货架10左边或右边的货架10，获得所述目标货箱5水平移动的空间；

拣选机器人7在所述空间内通过缆绳8将升降台9下放至所述目标货箱5的底部水平位置；

所述升降台9通过机械手将所述目标货箱5拉至升降台9上，所述拣选机器人7通过缆绳8和升降台9将所述目标货箱5提升至货架10上方；

所述拣选机器人7将所述目标货箱5运送到人工工作区，完成拣选作业；

所述拣选机器人7将完成作业的目标货箱5运送到货架的空隙位置，拣选机器人7将货箱运输到最优的空隙位置，并通过升降台9和伸缩臂将货箱放置在货架中，完成作业后货架根据具体存储策略移动回原来的位置或者停留原地，拣选机器人7驻留在原地。

进一步地，获取订单信息后，根据所述订单信息中的订单货物确定目标货箱，获得所述目标货箱的位置信息，根据所述位置信息拣选机器人(7)完成移动

与本系统最相近的方案主要是Autostore系统与密集存储柜，但本系统与上述二者有着鲜明的区别，主要如下：

与Autostore系统相比：首先，Drawer-Based柔性仓储拣选系统中货架非整体固定结构，单元货架可地面沿导轨进行移动，更具有灵活性，对货箱的拣选作业起到辅助作用；其次，Autostore系统中货格尺寸单一，仅适合拆零商品拣选作业，本系统中货箱可根据实际需要进行调整，适应不同规格商品的同库拣选作业，如设计ABC小中大三种不同容积的货箱，分别容纳不同体积重量的货品。其次，AutoStore系统的翻箱作业流程决定了拣选车要将目标料箱之上阻碍料箱提拉到空余货位，这就增加了拣选作业的时间，尤其目标料箱在堆栈底部时，极大的浪费了作业时间。Drawer-Based柔性仓储拣选系统无论目标货箱在哪个位置，拣选车都能快速将其拉出，提高了仓储系统的整体作业效率。此外，AutoStore系统需要设置多余的空余货位来进行翻箱作业，浪费了一定的空间，Drawer-Based柔性仓储拣选系统的货架中没有设置任何空位，所以其存储密度要高于AutoStore系统。

与可移动密集存储柜相比：首先，密集存储柜中货格同样为单一尺寸，本系统中可设计多种规格、尺寸的货格；其次，密集存储柜需人力对货架进行移动，并需拣选人员到达货格进行拣选作业，即“人到货”拣选作业，而在本系统中，在顶部设置拣选机器人，可由拣选机器人将目标货箱进行提拉并运送至目标工作台，实现“货到人”的拣选作业过程；再次，与密集存储柜的固定位存储相比，本系统中可根据货物周转频率、货品关联原则等进行货位的自组织优化，实现高需求货品的优先出库，提高仓储运作效率。

根据紧致密集、智能节约、高效稳定、易改扩建的设计目标与柔性特征设计的柔性仓储拣选系统，与上述Autostore系统和密集存储柜相比，其优势主要有：

通过货箱分类实现小件拣选系统向多品类、规格中等件拆零系统发展，以装箱法解决货箱与货架的优化组合，实现系统的柔性和结构可重组性。

通过改变动力由地面向顶面转移，再用货架滑轨移动的无通道紧致密集布局，增强系统稳定性的同时更加节能环保，其存储空间利用率超过常见的有通道货到人AGV系统。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种柔性仓储拣选系统，其特征在于，所述柔性仓储拣选系统包括：

运输导轨，所述运输导轨包括地面导轨(6)和顶部导轨(4)，所述地面导轨(6)设置在仓储中心的地面上，所述顶部导轨(4)对应所述地面导轨(6)的位置设置在仓储中心的天花板上；

货架(10)，所述货架(10)通过滑轮设置在地面导轨(6)上，所述货架(10)在水平方向上为开口结构，所述货架内壁两侧对应设置凸槽(2)；

货箱，所述货箱外表面对应的两侧设置凹槽(3)，所述凹槽(3)与货架(10)内凸槽(2)结合；

拣选机器人(7)，所述拣选机器人(7)设置在顶部导轨(4)上，所述拣选机器人(7)设置4个上下伸缩的缆绳(8)，所述4个缆绳(8)间设置升降台(9)，所述升降台(9)通过缆绳(8)与拣选机器人(7)连接，所述升降台(9)具有伸缩臂，所述伸缩臂上设置有水平伸缩的机械手；

其中，所述凸槽(2)以第一高度均匀设置所述货架内壁上；

所述货箱的长与货架的深度一致，所述货箱的宽与货架的宽一致，所述货箱的高度为一种或多种规格，且所述货箱的高度为所述第一高度的整数倍，所述货箱以所述第一高度为单位设置凹槽(3)，所述货架(10)的高度为所述货箱高度的公倍数；

所述凸槽(2)为梯形结构；所述凹槽(3)为矩形结构。

2.如权利要求1所述的柔性仓储拣选系统，其特征在于，所述系统还包括3个电力装置，所述第一电力装置连接所述滑轮，所述第二电力装置连接所述升降台，所述第三电力装置连接所述拣选机器人。

3.如权利要求1所述的柔性仓储拣选系统，其特征在于，所述地面导轨(6)和顶部导轨(4)均为网格结构。

4.如权利要求1所述的柔性仓储拣选系统，其特征在于，所述地面导轨(6)沿地面平行安装，所述货架(10)设置为多个，所述多个货架(10)以垂直于所述地面导轨的方向并排设置，所述地面导轨(6)沿货架(10)移动方向上的长度较所述多个货架(10)的整体厚度多出至少2个货架(10)厚度。

5.如权利要求1所述的柔性仓储拣选系统，其特征在于，所述凸槽(2)与货架(10)为分体式结构。

6.一种柔性仓储拣选方法，应用于如权利要求1-5之一所述的一种柔性仓储拣选系统，其特征在于，所述方法包括：

获取订单信息，拣选机器人(7)根据所述订单信息移动至目标货箱(5)所在货架(10)的上方；

移动所述货架(10)左边或右边的货架(10)，获得所述目标货箱(5)水平移动的空间；

拣选机器人(7)在所述空间内通过缆绳(8)将升降台(9)下放至所述目标货箱(5)的底部水平位置；

所述升降台(9)通过机械手将所述目标货箱(5)拉至升降台(9)上，所述拣选机器人(7)通过缆绳(8)和升降台(9)将所述目标货箱(5)提升至货架(10)上方；

所述拣选机器人(7)将所述目标货箱(5)运送到人工工作区，完成拣选作业；

所述拣选机器人(7)将完成作业的目标货箱(5)运送到货架(10)的空隙位置。

7.如权利要求6所述的柔性仓储拣选方法，其特征在于，所述获取订单信息，拣选机器人(7)根据所述订单信息移动至目标货箱(5)所在货架(10)的上方包括：

获取订单信息，根据所述订单信息中的订单货物确定目标货箱，获得所述目标货箱的位置信息，根据所述位置信息拣选机器人(7)完成移动。

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