CN114919908B - 一种仓储机器人配置数量规划方法和装置、电子设备 - Google Patents

一种仓储机器人配置数量规划方法和装置、电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种仓储机器人配置数量规划方法和装置、电子设备，属于机器人技术领域，所述方法包括：确定仓储系统的服务能力和空闲概率；依据所述服务能力和空闲概率，确定货物等待队列的平均队长；依据货物等待队列的平均队长、服务能力和空闲概率，确定每件货物的平均等待时间；依据单件货物的收益、货物平均到达率、每个机器人的启动成本和等待成本、货物等待队列的平均队长和每件货物的平均等待时间，确定单位时间内仓储系统利润最大情况下，对应的机器人启动数量；启动相应数量的机器人执行单位时间内的货物搬运任务。通过本申请公开的仓储机器人配置数量规划方法，能够保证仓储系统利润最大化，提升仓储系统效益。

Description

一种仓储机器人配置数量规划方法和装置、电子设备
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种仓储机器人配置数量规划方法和装置、电子设备。
背景技术
在仓储系统中，仓储机器人用于实现货物入库，将货物搬运至货架。货物的流转过程具体参照图1，货物分拣输送系统上传入库货物信息至仓库管理系统，仓库管理系统与仓库控制系统进行交互，从而向仓储机器人发送启动指令，仓储机器人默认在充电桩充电，被启动的仓储机器人离开充电桩，从货物分拣输送系统一侧取走货物并将货物搬运至货架。
仓储机器人能够替代人工进行货物流转，在实际实现过程中，如果启动过多的仓储机器人将导致仓储机器人工作量不饱和，如果启动的仓储机器人数量过少又会导致货物堆积的问题。因此，如何启动合理数量的仓储机器人以实现仓储系统利润最大化是目前本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种仓储机器人配置数量规划方法和装置、电子设备，能够解决现有技术中存在的仓储系统利润无法最大化的问题。
为解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：
本申请提供了一种仓储机器人配置数量规划方法，其中，所述方法包括：
确定仓储系统的服务能力；
依据所述服务能力和待确定的仓储机器人启动数量，确定所述仓储系统的空闲概率；
依据所述服务能力和所述空闲概率，确定货物等待队列的平均队长；
依据所述货物等待队列的平均队长、所述服务能力和所述空闲概率，确定每件货物的平均等待时间；
依据单件货物的收益、货物平均到达率、每个仓储机器人的启动成本、每个仓储机器人的等待成本、所述货物等待队列的平均队长和所述每件货物的平均等待时间，确定单位时间内所述仓储系统利润最大情况下，对应的仓储机器人启动数量；
启动所述数量的仓储机器人，执行单位时间内的货物搬运任务。
可选地，确定仓储系统的服务能力的步骤，包括：
依据货物平均到达率、每个仓储机器人在单位时间内平均服务数量和待确定的仓储机器人启动数量，确定仓储系统的服务能力。
可选地，依据所述服务能力和待确定的仓储机器人启动数量，确定所述仓储系统的空闲概率的步骤，包括：
依据所述服务能力、所述待确定的仓储机器人启动数量、所述仓储系统的货物容量以及所述仓储系统内机器人总数量，确定所述仓储系统的空闲概率。
可选地，依据所述服务能力和所述空闲概率，确定货物等待队列的平均队长的步骤，包括：
依据所述服务能力、所述空闲概率、所述待确定的仓储机器人启动数量以及所述仓储系统的货物容量，确定货物等待队列的平均队长。
可选地，依据所述货物等待队列的平均队长、所述服务能力和所述空闲概率，确定每件货物的平均等待时间的步骤，包括：
依据货物平均到达率、所述待确定的仓储机器人启动数量、所述仓储系统的货物容量、所述服务能力和所述空闲概率，确定第一数值；
将所述货物等待队列的平均队长与所述第一数值之商，作为每件货物的平均等待时间。
本申请还提供了一种仓储机器人配置数量规划装置，其中，所述装置包括：
第一确定模块，用于确定仓储系统的服务能力；
第二确定模块，用于依据所述服务能力和待确定的仓储机器人启动数量，确定所述仓储系统的空闲概率；
第三确定模块，用于依据所述服务能力和所述空闲概率，确定货物等待队列的平均队长；
第四确定模块，用于依据所述货物等待队列的平均队长、所述服务能力和所述空闲概率，确定每件货物的平均等待时间；
第五确定模块，用于依据单件货物的收益、货物平均到达率、每个仓储机器人的启动成本、每个仓储机器人的等待成本、所述货物等待队列的平均队长和所述每件货物的平均等待时间，确定单位时间内所述仓储系统利润最大情况下，对应的仓储机器人启动数量；
启动模块，用于启动所述数量的仓储机器人，执行单位时间内的货物搬运任务。
可选地，所述第一确定模块具体用于：
依据货物平均到达率、每个仓储机器人在单位时间内平均服务数量和待确定的仓储机器人启动数量，确定仓储系统的服务能力。
可选地，所述第二确定模块具体用于：
依据所述服务能力、所述待确定的仓储机器人启动数量、所述仓储系统的货物容量以及所述仓储系统内机器人总数量，确定所述仓储系统的空闲概率。
可选地，所述第三确定模块具体用于：
依据所述服务能力、所述空闲概率、所述待确定的仓储机器人启动数量以及所述仓储系统的货物容量，确定货物等待队列的平均队长。
可选地，所述第四确定模块包括：
第一子模块，用于依据货物平均到达率、所述待确定的仓储机器人启动数量、所述仓储系统的货物容量、所述服务能力和所述空闲概率，确定第一数值；
将所述货物等待队列的平均队长与所述第一数值之商，作为每件货物的平均等待时间。
本申请提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现上述任意一种仓储机器人配置数量规划方法的步骤。
本申请提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现上述任意一种仓储机器人配置数量规划方法的步骤。
采用上述技术方案，相比于现有技术，本申请的技术效果有：
本申请提供的仓储机器人配置数量规划方法，依据单件货物的收益、货物平均到达率、每个仓储机器人的启动成本、每个仓储机器人的等待成本、货物等待队列的平均队长和每件货物的平均等待时间，确定单位时间内仓储系统利润最大情况下，对应的仓储机器人启动数量，启动相应数量的仓储机器人在单位时间内执行货物搬运任务，能够最大程度的提升仓储机器人的利用率，保证仓储系统利润最大化，提升仓储系统效益。
附图说明
图1是仓储系统中货物流转过程示意图；
图2是表示本申请实施例的一种仓储机器人配置数量规划方法的步骤流程图；
图3是表示本申请实施例的一种仓储机器人配置数量规划装置的结构框图；
图4是表示本申请实施例的一种电子设备的结构框图。
具体实施方式
为使本申请要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的仓储机器人配置数量规划方案进行详细地说明。
如图2所示，本申请实施例的仓储机器人配置数量规划方法包括以下步骤：
步骤201：确定仓储系统的服务能力。
本申请实施例的仓储机器人配置数量规划方法可用于任意适当的电子设备，电子设备为可以为仓储管理系统系统中的电脑、服务器等。电子设备可以基于单位时间内仓储系统利润最大原则，确定单位时间内共启动的仓储机器人数量，后续仓库管理系统与仓库控制系统进行交互，启动对应数量的仓储机器人在单位时间内进行货物流转。
本申请实施例提供的仓储机器人配置数量规划方法，旨在确定单位时间内启动仓储机器人的数量，因此仓储机器人配置数量规划方法执行过程中，该启动的仓储机器人的数量是未知的，又可称为待确定的仓储机器人启动数量。下文中设定待确定的仓储机器人启动数量为c(待优化指标)为例进行说明。
一种可行性的确定仓储系统的服务能力的方式可以为：依据货物平均到达率、每个仓储机器人在单位时间内平均服务数量和待确定的仓储机器人启动数量，确定仓储系统的服务能力。
货物的到达时间服从参数为λ的负指数分布；每个仓储机器人的搬运服务时间服从参数为μ的负指数分布；在实际实现过程中，可通过如下公式(1)计算仓储系统的服务能力ρ：
Figure BDA0003650917370000051
其中，λ表示单位时间内到达的货物平均数量，即货物平均到达率，如λ＝2件/min表示每分钟到达2件货物；μ表示每个仓储机器人在单位时间内搬运完成的平均货物数量，即每个仓储机器人在单位时间内平均服务数量，如μ＝1/2件/min表示每个仓储机器人搬运一件货物需要2分钟。
需要说明的是，上述参数中，参数λ和μ会随着单位时间而变化。
步骤202：依据仓储系统的服务能力和待确定的仓储机器人启动数量，确定仓储系统的空闲概率。
一种可行性的依据仓储系统的服务能力和待确定的仓储机器人启动数量，确定仓储系统的空闲概率的方式可以为：依据仓储系统的服务能力、待确定的仓储机器人启动数量、仓储系统的货物容量以及仓储系统内机器人总数量，确定仓储系统的空闲概率。
在实际实现过程中，可通过如下公式(2)计算仓储系统的空闲概率P0：
Figure BDA0003650917370000052
其中，待确定的仓储机器人启动数量为c满足0≤c≤K，K表示仓储系统内机器人的总数量，包括已启动的仓储机器人和未启动的仓储机器人；仓储系统的货物容量为N，即仓储系统内已启用的仓储机器人装载的货物数量与缓存台上暂存的货物数量总和。
需要说明的是，考虑到不同时间仓储系统可以使用的仓储机器人不同(如一些仓储机器人可能需要去维修维护充电等)，因此，仓储机器人总数量K也可能随时间变化。
步骤203：依据仓储系统的服务能力和空闲概率，确定货物等待队列的平均队长。
一种可选地依据仓储系统的服务能力和空闲概率，确定货物等待队列的平均队长的方式可以为：依据仓储系统的服务能力、仓储系统的空闲概率、待确定的仓储机器人启动数量以及仓储系统的货物容量，确定货物等待队列的平均队长。
在实际实现过程中，货物等待队列的平均队长L，可通过如下公式(3)计算得到：
Figure BDA0003650917370000061
公式(3)中各参数的指示涵义，参照前述公式(1)、(2)中的相关说明即可，在此不再赘述。
步骤204：依据货物等待队列的平均队长、仓储系统的服务能力和空闲概率，确定每件货物的平均等待时间。
一种可选地依据货物平均到达率、待确定的仓储机器人启动数量、仓储系统的货物容量、仓储系统的服务能力和空闲概率，确定第一数值；将货物等待队列的平均队长与第一数值之商，作为每件货物的平均等待时间。
在实际实现过程中，可通过如下公式(4)计算每件货物的平均等待时间W：
Figure BDA0003650917370000062
公式(4)中各参数的指示涵义，参照前述公式(1)、(2)以及(3)中的相关说明即可，在此不再赘述。
步骤205：依据单件货物的收益、货物平均到达率、每个仓储机器人的启动成本、每个仓储机器人的等待成本、货物等待队列的平均队长和每件货物的平均等待时间，确定单位时间内仓储系统利润最大情况下，对应的仓储机器人启动数量。
在实际实现过程中，可将单件货物的收益、货物平均到达率、每个仓储机器人的启动成本、每个仓储机器人的等待成本、货物等待队列的平均队长和每件货物的平均等待时间作为已知参数，输入预先设定的数学模型中，该数学模型可保证单位时间内仓储系统利润最大化，预先设定的数学模型如下：
maxY(c)＝C1·λ-C2·c-C3·(L·W)
其中，c表示仓储机器人启动数量，Y(c)表示启动c台仓储机器人时仓储系统在单位时间内的利润，本数学模型通过最大化系统利润来求解单位时间内仓储机器人启动数量的最优值；C1表示单件货物的收益，λ表示单位时间内到达的货物平均数量，即货物平均到达率；C2表示每个仓储机器人的启动成本；C3表示每个仓储机器人的等待成本，L表示货物等待队列的平均队长，W表示每件货物的平均等待时间。
步骤206：启动相应数量的仓储机器人，执行单位时间内的货物搬运任务。
单位时间可以由本领域技术人员灵活设置，例如：设置为1分钟、5分钟或者10分钟等，本申请实施例对此不做具体限制。
需要说明的是，步骤201至步骤206为对仓储系统中仓储机器人进行单次配置数量规划的流程，在实际实现过程中，可间隔单位时间重复执行步骤201至步骤206对仓储系统中的仓储机器人进行配置数量规划。每次规划完成后，均按照所确定的数量启动仓储机器人，执行单位时间内货物的搬运任务。
本申请实施例提供的仓储机器人配置数量规划方法，依据单件货物的收益、货物平均到达率、每个仓储机器人的启动成本、每个仓储机器人的等待成本、货物等待队列的平均队长和每件货物的平均等待时间，确定单位时间内仓储系统利润最大情况下，对应的仓储机器人启动数量，启动相应数量的仓储机器人在单位时间内执行货物搬运任务，能够最大程度的提升仓储机器人的利用率，保证仓储系统利润最大化，提升仓储系统效益。
图3为实现本申请实施例的一种仓储机器人配置数量规划装置的结构框图。
本申请实施例的仓储机器人配置数据规划装置包括如下功能模块：
第一确定模块301，用于确定仓储系统的服务能力；
第二确定模块302，用于依据所述服务能力和待确定的仓储机器人启动数量，确定所述仓储系统的空闲概率；
第三确定模块303，用于依据所述服务能力和所述空闲概率，确定货物等待队列的平均队长；
第四确定模块304，用于依据所述货物等待队列的平均队长、所述服务能力和所述空闲概率，确定每件货物的平均等待时间；
第五确定模块305，用于依据单件货物的收益、货物平均到达率、每个仓储机器人的启动成本、每个仓储机器人的等待成本、所述货物等待队列的平均队长和所述每件货物的平均等待时间，确定单位时间内所述仓储系统利润最大情况下，对应的仓储机器人启动数量；
启动模块306，用于启动所述数量的仓储机器人，执行单位时间内的货物搬运任务。
可选地，所述第一确定模块具体用于：
依据货物平均到达率、每个仓储机器人在单位时间内平均服务数量和待确定的仓储机器人启动数量，确定仓储系统的服务能力。
可选地，所述第二确定模块具体用于：
依据所述服务能力、所述待确定的仓储机器人启动数量、所述仓储系统的货物容量以及所述仓储系统内机器人总数量，确定所述仓储系统的空闲概率。
可选地，所述第三确定模块具体用于：
依据所述服务能力、所述空闲概率、所述待确定的仓储机器人启动数量以及所述仓储系统的货物容量，确定货物等待队列的平均队长。
可选地，所述第四确定模块包括：
第一子模块，用于依据货物平均到达率、所述待确定的仓储机器人启动数量、所述仓储系统的货物容量、所述服务能力和所述空闲概率，确定第一数值；
将所述货物等待队列的平均队长与所述第一数值之商，作为每件货物的平均等待时间。
本申请实施例提供的仓储机器人配置数据规划装置，依据单件货物的收益、货物平均到达率、每个仓储机器人的启动成本、每个仓储机器人的等待成本、货物等待队列的平均队长和每件货物的平均等待时间，确定单位时间内仓储系统利润最大情况下，对应的仓储机器人启动数量，启动相应数量的仓储机器人在单位时间内执行货物搬运任务，能够最大程度的提升仓储机器人的利用率，保证仓储系统利润最大化，提升仓储系统效益。
本申请实施例中图3所示的仓储机器人配置数据规划装置可以是装置，也可以是服务器中的部件、集成电路、或芯片。本申请实施例中的图3所示的仓储机器人配置数据规划装置可以为具有操作系统的装置。该操作系统可以为安卓(Android)操作系统，可以为iOS操作系统，还可以为其他可能的操作系统，本申请实施例不作具体限定。
本申请实施例提供的图3所示的人体姿态检测装置能够实现图2的方法实施例实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。
可选地，如图4所示，本申请实施例还提供一种电子设备400，包括处理器401，存储器402，存储在存储器402上并可在所述处理器401上运行的程序或指令，该程序或指令被处理器401执行时实现上述仓储机器人配置数据规划方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
需要注意的是，本申请实施例中的电子设备包括上述所述的服务器。
本申请实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序或指令，该程序或指令被处理器执行时实现上述仓储机器人配置数据规划方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
其中，所述处理器为上述实施例中所述的电子设备中的处理器。所述可读存储介质，包括计算机可读存储介质，如计算机只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等。
本申请实施例另提供了一种芯片，所述芯片包括处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行程序或指令，实现上述仓储机器人配置数据规划方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
应理解，本申请实施例提到的芯片还可以称为系统级芯片、系统芯片、芯片系统或片上系统芯片等。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种仓储机器人配置数量规划方法，其特征在于，所述方法包括：
确定仓储系统的服务能力；
依据所述服务能力和待确定的仓储机器人启动数量，确定所述仓储系统的空闲概率；
依据所述服务能力和所述空闲概率，确定货物等待队列的平均队长；
依据所述货物等待队列的平均队长、所述服务能力和所述空闲概率，确定每件货物的平均等待时间；
依据单件货物的收益、货物平均到达率、每个仓储机器人的启动成本、每个仓储机器人的等待成本、所述货物等待队列的平均队长和所述每件货物的平均等待时间，确定单位时间内所述仓储系统利润最大情况下对应的仓储机器人启动数量；
启动所述数量的仓储机器人，执行单位时间内的货物搬运任务；
其中，所述仓储系统的服务能力ρ的计算公式如下：
Figure FDA0004129826600000011
λ表示单位时间内到达的货物平均数量，μ表示每个仓储机器人在单位时间内搬运完成的平均货物数量，c为待确定的仓储机器人启动数量；
所述仓储系统的空闲概率P0的计算公式如下：
Figure FDA0004129826600000012
待确定的仓储机器人启动数量为c满足0≤c≤K，K表示仓储系统内机器人的总数量，仓储系统的货物容量为N；
所述货物等待队列的平均队长L的计算公式如下：
Figure FDA0004129826600000013
所述每件货物的平均等待时间W的计算公式如下：
Figure FDA0004129826600000021
所述单位时间内所述仓储系统利润最大情况下对应的仓储机器人启动数量的计算公式如下：
maxY(c)＝C1·λ-C2·c-C3·(L·W)
其中，c表示仓储机器人启动数量，Y(c)表示启动c台仓储机器人时仓储系统在单位时间内的利润，C1表示单件货物的收益，λ表示单位时间内到达的货物平均数量，即货物平均到达率，C2表示每个仓储机器人的启动成本，C3表示每个仓储机器人的等待成本，L表示货物等待队列的平均队长，W表示每件货物的平均等待时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定仓储系统的服务能力的步骤，包括：
依据货物平均到达率、每个仓储机器人在单位时间内平均服务数量和待确定的仓储机器人启动数量，确定仓储系统的服务能力。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述服务能力和待确定的仓储机器人启动数量，确定所述仓储系统的空闲概率的步骤，包括：
依据所述服务能力、所述待确定的仓储机器人启动数量、所述仓储系统的货物容量以及所述仓储系统内机器人总数量，确定所述仓储系统的空闲概率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述服务能力和所述空闲概率，确定货物等待队列的平均队长的步骤，包括：
依据所述服务能力、所述空闲概率、所述待确定的仓储机器人启动数量以及所述仓储系统的货物容量，确定货物等待队列的平均队长。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依据所述货物等待队列的平均队长、所述服务能力和所述空闲概率，确定每件货物的平均等待时间的步骤，包括：
依据货物平均到达率、所述待确定的仓储机器人启动数量、所述仓储系统的货物容量、所述服务能力和所述空闲概率，确定第一数值；
将所述货物等待队列的平均队长与所述第一数值之商，作为每件货物的平均等待时间。
6.一种仓储机器人配置数量规划装置，其特征在于，所述仓储机器人配置数据规划装置用于实现如权利要求1-5中任意一项所述的仓储机器人配置数据规划方法，所述装置包括：
第一确定模块，用于确定仓储系统的服务能力；
第二确定模块，用于依据所述服务能力和待确定的仓储机器人启动数量，确定所述仓储系统的空闲概率；
第三确定模块，用于依据所述服务能力和所述空闲概率，确定货物等待队列的平均队长；
第四确定模块，用于依据所述货物等待队列的平均队长、所述服务能力和所述空闲概率，确定每件货物的平均等待时间；
第五确定模块，用于依据单件货物的收益、货物平均到达率、每个仓储机器人的启动成本、每个仓储机器人的等待成本、所述货物等待队列的平均队长和所述每件货物的平均等待时间，确定单位时间内所述仓储系统利润最大情况下，对应的仓储机器人启动数量；
启动模块，用于启动所述数量的仓储机器人，执行单位时间内的货物搬运任务。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块具体用于：
依据货物平均到达率、每个仓储机器人在单位时间内平均服务数量和待确定的仓储机器人启动数量，确定仓储系统的服务能力。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块具体用于：
依据所述服务能力、所述待确定的仓储机器人启动数量、所述仓储系统的货物容量以及所述仓储系统内机器人总数量，确定所述仓储系统的空闲概率。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第三确定模块具体用于：
依据所述服务能力、所述空闲概率、所述待确定的仓储机器人启动数量以及所述仓储系统的货物容量，确定货物等待队列的平均队长。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第四确定模块包括：
第一子模块，用于依据货物平均到达率、所述待确定的仓储机器人启动数量、所述仓储系统的货物容量、所述服务能力和所述空闲概率，确定第一数值；
将所述货物等待队列的平均队长与所述第一数值之商，作为每件货物的平均等待时间。
11.一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如权利要求1-5中任意一项所述的仓储机器人配置数量规划方法的步骤。
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