CN115115302A - 基于仓储搬运机器人为主体的企业物流实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于仓储搬运机器人为主体的企业物流实现方法，该方法采用智能物流仓储系统执行，系统包括自动搬运堆垛机器人、库位监控系统、标准料笼、WMS系统和WCS系统，自动搬运堆垛机器人用于实现对货物的自动搬运和堆垛等功能，库位监控系统通过高空相机对库位的监测，实现搬运任务的自动触发，并关联WMS和WCS系统，实现对流转物料的统计；该系统运作时包括环流模式、拉动模式、推动模式、转运模式以及分布式仓储；本发明的方法完全实现基于生产需求的自动物料流转，彻底改变传统的物流模式。因为更少的人工参与，所以不会出现生产零部件短缺或者库存积压的问题，极大的提高企业生产效率并降低生产中库存积压成本。

Description

基于仓储搬运机器人为主体的企业物流实现方法

技术领域

本发明涉及AGV技术和自动化仓储技术领域，更具体地说，是涉及基于仓储搬运机器人为主体的企业物流实现方法。

背景技术

企业内部使用的工业车辆在企业的物流系统中扮演着非常重要的角色，是物料搬运设备中的主力军，广泛应用于车站、港口、机场、工厂、仓库等国民经济中的各个部门。随着智能制造的大力推广，制造业正逐步从人工劳动密集型向技术设备密集型转换，传统的生产模式朝着智能化升级，先进的智能化设备市场需求迅速扩大。在众多智能化工业中，具备搬运、堆垛等功能的搬运机器人成为行业热点。但目前的搬运机器人都是在解决传统生产模式下的自动搬运问题，虽然解放了一些人力，但是从生产效率和投资回报率角度来说，并没有解决客户的问题，导致目前市场接受度不高，项目落地困难。比如传统生产模式下，仓库的位置一般是固定的。这样做的原因一是为了货物进出时便于统计，二是可以通过货物的立体存放节省空间。这种立体仓储一般都是由货架组成，所以一旦建成，不方便拆卸和移动。另外，货架对应的通道多，土地利用率不高。

如果仓库集中固定，而工厂的产线多而分散，且仓库和产线之间存在空间距离时，就会导致复杂的物流需求。而当前搬运机器人的作用正是在解决这种传统仓储模式下导致的物流问题。随着生产环节的复杂度提高，以及更多的人工参与，那么很可能会出现供应链库存积压增大，零部件需求响应变差，送货可靠性得不到保障的问题。

传统工业仓储物流包含原材料卡车卸货、转运到原材料仓库、原材料仓库堆垛存储、原材料仓库根据产线需求送货、产线之间半成品运输、产线成品入库、成品仓库堆垛存储、成品仓库根据发货需求出库、转运到装货位置等过程，每个过程都需要人工操作搬运或堆垛设备来实现。在整个场内物流发展过程中，虽然设备的成本在不断降低，但人的成本上升远远高于设备所降低的成本，导致物流总体成本不断上升。另外，人的操作不可避免会犯错、会偷懒导致效率低下，同时存在很大的安全隐患。在工业4.0的背景下，工业物流的转型升级至关重要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于仓储搬运机器人为主体的企业物流实现方法，该方法极大的提高企业生产效率并降低生产中库存积压成本。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

基于仓储搬运机器人为主体的企业物流实现方法，该方法采用智能物流仓储系统执行，所述系统包括自动搬运堆垛机器人、基于相机的库位监控系统、标准料笼、WMS系统和WCS系统，自动搬运堆垛机器人用于实现对货物的自动搬运和堆垛等功能，所述基于相机的库位监控系统通过高空相机对库位的监测，实现搬运任务的自动触发，并关联WMS和 WCS系统，实现对流转物料的统计；

该系统运作时包括以下五种模式：环流模式、拉动模式、推动模式、转运模式以及分布式仓储；

所述环流模式时，自动搬运堆垛机器人通过环线运输，形成一个柔性的物料传送带；

所述拉动模式为生产需求端发起的物流模式，该模式由基于相机的库位监控系统、自动搬运堆垛机器人和WMS系统来实现，基于相机的库位监控系统监测到某生产线的线边仓出现原料短缺，同时某分布式仓库中有该原材料时，即可自动触发搬运任务，调度自动搬运堆垛机器人实现物料运转，并更新WMS系统；

所述推动模式为生产输出端发起的物流模式，该模式由基于相机的库位监控系统、自动搬运堆垛机器人和WMS系统来实现，基于相机的库位监控系统监测到某生产线的线边仓出现了成品或半成品，可自动触发搬运任务，调度自动搬运堆垛机器人将成品/半成品运输到各个使用的终点；

所述转运模式的触发由拉动模式触发、推动模式触发或者人工触发；通过自动搬运堆垛机器人可以实现货物在卡车与厂区间、厂区与厂区间以及全天候全天时的转运；

所述分布式仓储以标准料笼为载体，通过自动搬运堆垛机器人的自动堆垛和基于空中相机的仓储库位管理系统，实现车间在仓库、仓库在车间的分布式仓储。

作为优选方案：所述分布式仓储设有一个固定位置的进货口，负责接收存放进分布式仓储的货物；还设有一个固定位置的出货口，负责发送线边仓所需要的货物，所有的货物都由标准料笼封装。

作为优选方案：所述分布式仓储管理系统会根据以下准则调度自动搬运堆垛机器人进行标准料笼的摆放和堆垛：

1)、根据仓库货物的种类和仓库的面积最优化生成仓库立体空间图；

2)、根据产线用料频率和排产周期，生成优化物料摆放位置，将最先使用的物料摆放在货物最外围；

3)、确保使用频次低的物料在货物外围至少有一笼；

4)、分布式仓储管理系统可以自动生成最优化取放货路径，提高自动堆垛机器人取放货的效率。

作为优选方案：所述环流模式时，自动搬运堆垛机器人在特定线路上循环运行，且按照按点停靠的公交模式或者随叫随停的的士模式运行。

作为优选方案：所述拉动模式中生产线的线边仓是否出现原料短缺是通过监测线边仓的物料库位是否为空来实现的，分布式仓库中是否有该原材料是通过WMS系统查询获取的。

作为优选方案：所述标准料笼为标准化的载具，包括支撑板，以及设置支撑板四个角部的支腿，所述支腿的底部设有锥形定位柱，所述支腿顶部设有与锥形定位柱相匹配的定位孔，通过定位柱和定位孔的配合将多个标准料笼堆叠。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明针对传统工业物流模式带来的低效率、高成本、高安全风险问题，提出了一种专门以搬运机器人为主体的全新智能物流仓储系统。该系统的硬件由自动搬运堆垛机器人、基于相机的库位监控系统和标准料笼等几部分组成；整个系统由环流模式、拉动模式、推动模式、转运模式和分布式仓储等几部分构成。结合WMS和WCS，该系统可以完全实现基于生产需求的自动物料流转，彻底改变传统的物流模式。因为更少的人工参与，所以不会出现生产零部件短缺或者库存积压的问题，极大的提高企业生产效率并降低生产中库存积压成本。

因为整个物流仓储系统从顶层是基于仓储搬运机器人为主体设计的，所以与现有搬运机器人去适应传统物流仓储模式相比，从系统上来说是最优的。通过提出的五大模式用机器人解决了传统制造企业的装、卸、运、堆四个过程，重新定义了制造企业的物流4.0。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明方法的整体示意图；

图2为本发明方法的拉动模式的示意图；

图3为本发明的拉动模式自动触发流程图；

图4为本发明的推动模式自动触发流程图；

图5为本发明的标准料笼的示意图；

图6为本发明的标准料笼堆垛后的示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、部件和/或它们的组合。

此外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示的基于仓储搬运机器人为主体的企业物流实现方法，该方法采用智能物流仓储系统执行，所述系统包括自动搬运堆垛机器人、基于相机的库位监控系统、标准料笼、 WMS系统和WCS系统，自动搬运堆垛机器人用于实现对货物的自动搬运和堆垛等功能，它是对匹配五大物流模式搬运机器人的统称，里面包含很多机器人种类，如顶升机器人，室内外远距离转运机器人，自动堆垛机器人等。

所述基于相机的库位监控系统通过高空相机对库位的监测，实现搬运任务的自动触发，并关联WMS和WCS系统，实现对流转物料的统计。该系统主要以高空相机为主，也包括平板等便携式控制器等。

该系统运作时包括以下五种模式：环流模式、拉动模式、推动模式、转运模式以及分布式仓储；

所述环流模式时，自动搬运堆垛机器人通过环线运输，形成一个柔性的物料传送带；其特点是在线路上循环运行。这里面又包含按点停靠的公交模式和随叫随停的的士模式。它解决了传统物流模式下存在的人等货问题，通过低成本的环流模式机器人实现了货等人，进一步提高了生产制造企业的效率。

所述拉动模式为生产需求端发起的物流模式，该模式由基于相机的库位监控系统、自动搬运堆垛机器人和WMS系统来实现，基于相机的库位监控系统监测到某生产线的线边仓出现原料短缺，同时某分布式仓库中有该原材料时，即可自动触发搬运任务，调度自动搬运堆垛机器人实现物料运转，并更新WMS系统，其流程图如图3所示；相比于人工通过呼叫器或者平板触发搬运任务，拉动模式实现了基于生产需求的自动任务触发，保证了生产物流的及时性以及生产数据管理的可靠性。

所述推动模式为生产输出端发起的物流模式，该模式由基于相机的库位监控系统、自动搬运堆垛机器人和WMS系统来实现，基于相机的库位监控系统监测到某生产线的线边仓出现了成品或半成品，可自动触发搬运任务，调度自动搬运堆垛机器人将成品/半成品运输到各个使用的终点，其流程图如图4所示；其特点与拉动模式一样，都是避免了人工任务的触发，提高了物流的效率以及物流数据的可靠性。

所述转运模式的触发由拉动模式触发、推动模式触发或者人工触发；通过自动搬运堆垛机器人可以实现货物在卡车与厂区间、厂区与厂区间以及全天候全天时的转运；与传统物流模式相比，转运模式利用转运机器人实现，它可以实现远距离的户外搬运，避免了人工参与，降低了企业的生产成本，同时还可以保证货物流转数据的可靠性。

分布式仓储：以标准料笼为载体，通过机器人的自动堆垛和空中相机的仓储库位管理，实现车间在仓库、仓库在车间的分布式仓储，彻底改变传统的集中货架仓储模式。分布式仓储由标准料笼、自动堆垛机器人和分布式仓储管理系统三部分组成。其对外有一个固定位置的进货口，负责接收存放进分布式仓储的货物；还有一个固定位置的出货口，负责发送线边仓所需要的货物。所有的货物都由标准料笼封装。分布式仓储管理系统会根据以下准则调度自动堆垛机器人进行标准料笼的摆放和堆垛：1、根据仓库货物的种类和仓库的面积最优化生成仓库立体空间图；2、根据产线用料频率和排产周期，生成做优化物料摆放位置，将最先使用的物料摆放在货物最外围，方便取用；3、确保使用频次低的物料至少在货物外围有一笼，防止万一使用时需要进行理货(将外围的货物移开)，耽误时间；4、分布式仓储管理系统可以自动生成最优化取放货路径，提高自动堆垛机器人取放货的效率。与传统模式相比分布式仓储有以下优点：一是分布式仓储可以设在产线边上，减少货物与产线间的距离，大大提高货物的流转效率；二是分布式仓储通过料笼堆叠来实现，没有传统仓储货架之间的间隔，大大提高了土地的利用效率；三是分布式仓储的料笼堆叠高度一般不超过5米，与传统仓储货架动辄10几米的高度相比，存取货的效率也有明显提升。四是分布式仓储相比于传统仓储是一个柔性仓储，可以根据产线规模自适应增减，而且结合深度学习等人工智能技术，让分布式仓储的物料摆放更加合理，进一步提高物料的流转效率。

标准料笼为标准化的载具，长宽高分别为L,W,H，方便搬运机器人实现料笼的自动堆垛，以实现物料的分布式存储。该载具相比于传统载具具备物料识别信息，可以实现货物的数字孪生，类似于集装箱概念。所述标准料笼包括支撑板，以及设置支撑板四个角部的支腿，所述支腿的底部设有锥形定位柱，所述支腿顶部设有与锥形定位柱相匹配的定位孔，通过定位柱和定位孔的配合将多个标准料笼堆叠。这样就不需要传统仓库的货架了。其示意图如图5所示，堆垛后示意图如图6所示。

以下我们以图1来详细说明基于仓储搬运机器人为主体的企业物流实现方法，尤其是全新智能物流仓储系统的整个工作流程。假设整个工厂由厂区A和厂区B组成。厂区A有N 条产线，厂区B有M条产线。厂区A加工的半成品需要运送到厂区B加工成成品，然后再打包出运。每个厂区的生产线属于流水线。

首先该智能物流仓储系统会通过WMS在每个厂区的产线附近，根据需要动态设置若干分布式仓库，该分布式仓库主要用来存放每个产线需要的原材料或者生产的成品/半成品。该分布式仓库由自动堆垛机器人、标准化料笼和分布式仓库管理系统来实现，因为是动态设置，可以将分布式仓库设置在离产线最近的地方，所以从物料运转效率上来说比集中的货架式仓库要优越。

同时在每条产线的上方设置高空相机，用于监测线边仓的物料库位和成品库位。在物料库位端，我们使用拉动模式。也即当相机监测到产线的物料库位缺货时，就会通过WMS查询相应的分布式仓储中是否有该原材料，如果有的话，就会自动触发一条机器人搬运指令，将分布式仓库中的原材料运送到线边仓。如果分布式仓库中没有该原材料，就会通过WMS 发出原材料短缺的警告，其示意图如图2所示。

在线边仓的成品库位端，我们使用推动模式。也即当相机监测到产线的成品库位为满时，就会通过WMS查询相应的分布式仓库中成品库位是否为空，如果为空的话，就会自动触发一条机器人搬运指令，将线边仓成品库位的货物运送到分布式仓库。如果分布式仓库中没有空位，就会通过WMS发出成品积压的警告。

分布式仓库对外只有一个输入和输出口，里面的物料堆叠与管理由自动堆垛机器人与分布式仓储管理系统来实现。比如由拉动模式自动触发了一条往产线边运送原材料A的需求，这时候WMS会通过网络告知分布式仓储系统需要将原材料A搬运到分布式仓储的输出口。分布式仓储管理系统则会根据原材料A的信息，自动搜索到最优路径下原材料A的摆放位置，并生成调度路线发送给自动堆垛机器人，自动堆垛机器人收到指令后，就会按照生成的路线去取原材料A，并将其送到分布式仓储的输出口。WMS在通过网络给分布式仓储系统下达指令的同时，也会给产线边的搬运机器人下发一条任务链，该任务链包含了去分布式仓储输出口取原材料A，同时取完货后，将原材料A搬运到产线边的某一列。取货和送货的路径都由WMS通过调度系统来实现。产线之间的物料流转可以通过环流模式来实现。环流模式分为公交模式和的士模式。公交模式下机器人会按照设定的站点到站后停一段时间，如果没有人工取货会自动到下一个站点，周而复始。的士模式没有固定的站点，它始终在线路上循环，当工人招手时，会自动停下。环流模式相当于给产线间设置了一个柔性的物料传送带。

在厂区间的成品/半成品运送，我们通过转运模式来实现。转运模式主要解决的是远距离、室内外的货物运输问题。其可以是由拉动触发。比如在原材料的分布式仓库中设置监控相机，一旦监控到某些原材料缺货(可以设置一定的数量阈值，小于该阈值时触发)，就可以直接给供应商发送进货需求，供应商卡车到厂后，就可以通过转运机器人将零部件运送到产线的分布式仓库中。转运模式也可以由推动触发。比如在成品端分布式仓库中设置监控相机，一旦监控到制成品达到一定数量时，就可以自动触发转运指令，通过转运机器人将成品运送至物流卡车上。

本发明完全面向自动搬运机器人自身的特点，通过定义环流模式、推动模式、拉动模式、转运模式和分布式仓储五大概念，构建了一套全新的企业物流新模式。通过这五种模式实现了基于生产需求的自动物料流转，完全基于机器人解决了制造业企业传统的装、卸、运、堆四个过程。从顶层设计上让机器人成为了物流环节的主体，减少了人工的参与，结合WMS和WCS系统，可以实现企业物料库存的可视化与数字化孪生，避免库存因人工统计出错导致的物料积压问题，大大降低企业的生产成本。

本发明提出了基于标准化料笼的分布式仓储概念。通过自动堆垛机器人和分布式仓储管理系统可以实现车间在仓库、仓库在车间的理念。相比于与传统集中式货架仓库，它减少了货物与产线间的距离，去掉了传统仓储货架之间的间隔，提高了土地的利用效率；分布式仓储是一个柔性仓储，可以根据产线规模自适应增减，结合深度学习等人工智能技术，可以让分布式仓储的物料摆放更加合理，进一步提高物料的流转效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.基于仓储搬运机器人为主体的企业物流实现方法，其特征在于：该方法采用智能物流仓储系统执行，所述系统包括自动搬运堆垛机器人、基于相机的库位监控系统、标准料笼、WMS系统和WCS系统，自动搬运堆垛机器人用于实现对货物的自动搬运和堆垛等功能，所述基于相机的库位监控系统通过高空相机对库位的监测，实现搬运任务的自动触发，并关联WMS和WCS系统，实现对流转物料的统计；

该系统运作时包括以下五种模式：环流模式、拉动模式、推动模式、转运模式以及分布式仓储；

所述环流模式时，自动搬运堆垛机器人通过环线运输，形成一个柔性的物料传送带；

所述拉动模式为生产需求端发起的物流模式，该模式由基于相机的库位监控系统、自动搬运堆垛机器人和WMS系统来实现，基于相机的库位监控系统监测到某生产线的线边仓出现原料短缺，同时某分布式仓库中有该原材料时，即可自动触发搬运任务，调度自动搬运堆垛机器人实现物料运转，并更新WMS系统；

所述推动模式为生产输出端发起的物流模式，该模式由基于相机的库位监控系统、自动搬运堆垛机器人和WMS系统来实现，基于相机的库位监控系统监测到某生产线的线边仓出现了成品或半成品，可自动触发搬运任务，调度自动搬运堆垛机器人将成品/半成品运输到各个使用的终点；

所述转运模式的触发由拉动模式触发、推动模式触发或者人工触发；通过自动搬运堆垛机器人可以实现货物在卡车与厂区间、厂区与厂区间以及全天候全天时的转运；

所述分布式仓储以标准料笼为载体，通过自动搬运堆垛机器人的自动堆垛和基于空中相机的仓储库位管理系统，实现车间在仓库、仓库在车间的分布式仓储。

2.根据权利要求1所述的基于仓储搬运机器人为主体的企业物流实现方法，其特征在于：所述分布式仓储设有一个固定位置的进货口，负责接收存放进分布式仓储的货物；还设有一个固定位置的出货口，负责发送线边仓所需要的货物，所有的货物都由标准料笼封装。

3.根据权利要求1所述的基于仓储搬运机器人为主体的企业物流实现方法，其特征在于：所述分布式仓储管理系统会根据以下准则调度自动搬运堆垛机器人进行标准料笼的摆放和堆垛：

1)、根据仓库货物的种类和仓库的面积最优化生成仓库立体空间图；

2)、根据产线用料频率和排产周期，生成优化物料摆放位置，将最先使用的物料摆放在货物最外围；

3)、确保使用频次低的物料在货物外围至少有一笼；

4)、分布式仓储管理系统可以自动生成最优化取放货路径，提高自动堆垛机器人取放货的效率。

4.根据权利要求1所述的基于仓储搬运机器人为主体的企业物流实现方法，其特征在于：所述环流模式时，自动搬运堆垛机器人在特定线路上循环运行，且按照按点停靠的公交模式或者随叫随停的的士模式运行。

5.根据权利要求1所述的基于仓储搬运机器人为主体的企业物流实现方法，其特征在于：所述拉动模式中生产线的线边仓是否出现原料短缺是通过监测线边仓的物料库位是否为空来实现的，分布式仓库中是否有该原材料是通过WMS系统查询获取的。

6.根据权利要求1所述的基于仓储搬运机器人为主体的企业物流实现方法，其特征在于：所述标准料笼为标准化的载具，包括支撑板，以及设置支撑板四个角部的支腿，所述支腿的底部设有锥形定位柱，所述支腿顶部设有与锥形定位柱相匹配的定位孔，通过定位柱和定位孔的配合将多个标准料笼堆叠。

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