本次实训室建设是以真实物流电商企业的实际运用为依托进行的科学、完美的规划设计，具体实训室建设方案优势如下：
（1）存储区无人化：领先的机器人产品和人工智能技术可大幅减少人工，仅需在入库、出库环节设置少量的人工作业；
（2）提升作业效率：利用工作台拣货，无需人工找货，采用多订单一次拣选的方式，一次处理多个订单，效率较高；
（3）闲时倒库：利用订单信息，进行大数据分析，可以利用闲时进行倒库，提高忙时出库和入库效率；
（4）提高空间利用率：相比传统叉车，物流机器人无转弯半径，通道宽度仅需1.2米；
（5）行走路径：采用自动路径计算方法，减少物流机器人在仓库行走时间；
（6）机器人“不堵车”：采用多AGV中央协调控制系统，保证多物流机器人在仓库内有序运行，不会产生拥堵。
1.3课程介绍以及建设内容
依托智能物流机器人开发的实验教学课程，课程涵盖认知、操作、设计等方面。
1、课程内容
序号 | 实验课程名称 | 实验课时 | 实验类别 | 实验目的 | 实验内容 |
1 | 智能仓储概述 | 1 | 认识 | 了解无人仓储组成、主要功能、应用场景。 | 1.认识无人仓储基本组成； 2.了解无人仓储的主要功能及应用场景； 3.了解各智能仓库的优缺点。 |
2 | 智能仓储机器人认识 | 1 | 认知 | 本实验为基础知识学习，系统认识性实验，主要通过PPT讲解、实物参观等手段，让学员对智能仓储机器人有基本的认识。 | 1.认识智能仓储机器人的基本结构； 2.了解智能仓储机器人的导航原理； 3.了解智能仓储机器人的拣选模式。 |
3 | 拣选作业方式的认识及工作原理认识 | 1 | 认知 | 让学生练习电子拣货标签及其相关设备的使用，对比播种式拣货与摘果式拣货的区别。 | 1.电子标签拣选的类型； 2.不同类型电子标签的工作流程和应用范围。 |
认知 | 1.认识各和拣选作业的方式； 2.了解各拣选方式（条码拣选、电子标签拣选、语音拣选、货到人拣选）的流程，及适应的场景、各拣选方式的优缺点。 | 1.认识各拣选方式； 2.各拣选方式的对比； 3.了解货到人拣选产生的原因，及优缺点； 4.了解货到人拣选的应用场景。 | |||
4 | 订单调度与机器人调度算法 | 1 | 认识 | 1.了解订单调度算法； 2.了解机器人调度算法； 3.多车协同调度算法。 | 1.了解订单分批的主要算法； 2.了解多车协同调度算法； 3.了解规划物流机器人运行路径，实现多车协同作业，解决避碰和死锁算法； 4.了解机器人自动充电及停车算法。 |
5 | RCS系统实验 | 2 | 操作 | 1.让学员深入了解物流机器材人； 2.利用RCS系统实现对机器人各种操作； 3.让学员深入了解机器人的功能及工作原理。 | 1.了解RCS系统； 2.利用RCS系统实现对机器人各种操作； 3.让学员深入了解机器人的功能及工作原理。 |
6 | 货到人拣选实验 | 10 | 操作 | 1.让学员深入了解各个系统对智能机器人拣选运作时不同的功能； 2.与传统仓储存储相比，其优缺点是什么； 3.智能机器人拣选如何进行实际货物进出库操作； 4.具有智能机器人的仓储拣选环境在实际运行操作中可能会遇到的一些异常，以及应当如何处理。 | 1.通过WMS系统做出、入库作业操作、流程解析； 2.货物配送以及操作费用结算等系统操作实验； 3.系统控制原理实验； 4.系统控制实验与指令反馈操作实验。 |
7 | 系统维护 | 2 | 操作 | 1.了解各设备的基本保养及维护； 2.了解地标、货架编号、储位的编码规则； 3.规划维护线路。 | 1.了解机器人的基本保养； 2.机器人电池保养； 3.规划及维护线路； 4.地标、货货架编号、储位的编码规则管理。 |
8 | 仓库布局及路径设置实验 | 6 | 设计 | 1.让学员深入了解智能仓储机器人的仓库布局及路径设置方法； 2.智能仓储机器人的仓库布局及路径设置有哪些注意事项； 3.如何评价智能仓储机器人的仓库布局及路径设置的优劣； 4.验证仓库布局及路径设置的效果。 | 1.规划仓库布局； 2.路径规划； 3.仿真模拟。 |
9 | 物流机器人控制实验 | 10 | 设计 | 1.让学员深入了解智能仓储机器人的控制方法； 2.让学员通过实例学习智能仓储机器人SDK的使用方法； 3.了解如何将智能仓储机器人集成在其他系统中； 4.通过自己开发的程序，控制智能仓储机器人运行。 | 1.介绍SDK的使用方法； 2.构建程序框架； 3.开发控制程序； 4.控制智能仓储机器人运行。 |
2、课程建设目标
? 结合市场需求及科技前沿：物流机器人，目前已在国内外众多电商仓库中使用，并契合中国制造2025远景 。
? 综合性的实验课程：课程集系统认知、硬件学习、系统设计、实际操作为一体的综合性实验课程，可加强物流专业主干课程的学习能力培养。
? 全面提升认知水平、动手能力：直观了解科技前沿状态，并让学生有机会亲自动手完成仓储解决方案中的设计、运营以及操作。
3、场地要求
? 布设无线网络，场地内能够稳定通讯；如空间较大，可用多个无线路由桥接；
? 地面每隔一定距离贴二维码；
? 货架间的间距（预留通道）不小于1.2米。
（1）两轮差速驱动
采用两轮差速驱动，实现原地零转弯半径转向、掉头，方便在仓库狭窄通道以及货架底部灵活移动；
（2）高稳定性
自动识别货架编号，并自动与货架中心对齐；智能化的拣货算法，负载均衡；更大的托举托盘接触面积，给予货架更稳定的支撑；
（3）智能避障
具有激光雷达及超声波检测技术，实现智能避障；
（4）多种转向模式
负载货架运动时具备多种转向模式。可以根据所拣货物在货架上的位置智能调整货架朝向，方便拣选；
（5）高精度定位
采用视觉识别与惯性导航技术，实现高精度的室内自动定位导航；
（6）自主充电
闲时自动充电，支持大型仓库7×24小时的繁忙作业。
1.4物流机器人任务及调度系统
物流机器人任务及调度系统是以机器人技术、物联网技术和大数据技术为基础，将机器人集群协同技术、高精度室内定位技术、3D实时跟踪技术、人工智能技术和远程监控技术等结合起来，形成多物流机器人中央控制系统，并可用智能移动终端进行远程监控，实现物流机器人集群协同作业和智能仓库自动化系统有机融合的软件产品。
1、中央控制系统
中央控制系统是后台系统，是物流机器人系统的核心，主要功能是接收指令及调度系统的任务、规划路径、多物流机器人任务调度、物流机器人自主充电，它可与物流机器人控制接口对接，从而实现任务的指派及物流机器人的调度，因此中央控制系统具有如下功能：
（1）根据仓库地标，建立仓库模型及路网信息；
（2）读取指定的发运计划，对订单进行分批；
（3）根据订单分批的结果，将任务一次下达给指定工作台；
（4）根据仓库地图信息，分派物流机器人完成货架的搬运，归位等操作；
（5）规划物流机器人运行路径，实现多车协同作业，解决避碰和死锁等异常情况；
（6）调用物流机器人控制系统接口，将具体指令下达给物流机器人。
具体可实现以下功能模块：
（1）订单分批：主要解决订单排程和工人分配的问题。一个批次（Batch）需要多个工作台进行处理，每个站点有不同的可用工人，如何对这些订单进行排程、并使工人分配能满足工作量需求是主要需要解决的问题。
（2）关联群组：按顺序依次读取每个批次，获取各批次在排队系统中分配的工作台及该工作台所属群组（一个工作人员对应一个工作台群组，每个群组包含多个工作台）。如果该群组尚未关联批次，则将当前批次与该群组进行关联。
（3）分派物流机器人：按顺序读取当前待执行批次（即群组关联的批次）中的订单，根据以下优先级来分配给空闲物流机器人：1）优先找物流机器人；2）优先找电量充足；3）任务量均衡。
在安排机器人时，需要下达行驶至货架所在点、提升货架至缓冲点、和放下货架等指令。由于货架具有A/B两面，如果需要进行操作的面与正对工作台面不同，还需命令机器人将货架运送至旋转区进行旋转换面操作。分派物流机器人还包括对机器人的路径规划，指令分段下发、避障以及死锁监测与解决等调度管理。
（4）货架归位：完成任务后，需要对货架进行归位，系统会判定目前正在执行的所有批次中是否也需要该货架，如果需要且存在可用缓存位，就将该货架归位至空闲的缓存位，否则归位到原库存位。
（5）自动充电与停车：物流机器人会不断向中央控制系统上报其电量及状态信息。如果物流机器人电量低于充电量（20%）且状态为空闲，即当前没有接受指令，中央控制系统会查询是否存在空闲充电点，如果有，则调度物流机器人行驶至该空闲充电点进行充电；否则，在物流机器人下一次上报信息时再次监测。物流机器人完成充电后，会驶入空闲停车位停泊。如此，即可实现物流机器人的自动充电与停车。
2、监控系统
监控系统主要管理物流机器人操作运行中的任务，并利用web页面直观地向用户反映物流机器人实时的状态信息，位置信息等。同时，用户也可以通过本系统向物流机器人单机发出一系列任务命令。主要功能包括：
（1）车辆运行显示，显示车辆当前车辆状态（空载、运行、充电、故障等）；
（2）车辆故障报警，当车辆发生故障以后，上报故障给监控系统；
（3）车辆运载信息，车辆运载货物的信息实时与监控系统交互；
（4）下发指令，对某辆小车发出抬升、转弯、直行、充电等指令；
（5）电量显示，实时显示所有物流机器人的电量信息。
3、仿真系统
仿真系统建立物流机器人的世界模型，将仓储地图转换成物流机器人能够识别的模型数据，从而实现合理的路径规划。
4、系统算法
（1）订单分批算法
? 系统配置：系统用户设置系统调度配置、排程配置和分组配置。其中任务排队可分为自动调度和手工排程两大功能，可按情况选取。
? 输入数据：系统用户事先维护好数据库中的原始数据，系统根据配置会提取相应的数据，主要包括任务作业要求、工作量、作业流程等仓库和任务相关的数据，以及工人的工作技能和可用时间等工人资源方面的数据。
? 算法计算：系统根据配置，将输入数据进行计算。
? 结果输出：系统的输出结果主要包括任务计划、工人作业看板清单、能力短缺分析等。
（2）路径优化算法
在地图设计中，路径方向设有上、下、左、右四种，小车只能从当前点移动到相邻点，而不能直接到达对角线方向的点或者弧线点，这些线段首尾相连且相邻两端线段互相垂直。系统获取物流机器人当前位置及目的位置后，结合地图路网信息，使用A*算法对物流机器人的行走路径进行规划。A*算法是一种静态路网中求解短路径有效的直接搜索方法，具有目标导向效应，计算速度快。本算法思想如下：
? 在调度小车前，首先根据仓库的路网信息生成邻接表；
? 构造从起点到达目的点短路径的距离（即经过的网格数），和路径经过某个点的总预测距离（从起点到该点的真实距离加上从该点到目的点的直线距离）；
? 使用A*算法求解短路径。
（3）多车协同算法
多车协同算法是基于图论和资源授权的基本思想，制定多车运行的交通规则，具有冲突识别、解决与预防等功能，实现多车的无障碍运行，该算法能同时协调控制2000台物流机器人。基于图论，系统将地图路径上的所有点均设置为资源点，在物流机器人运行过程中，将资源点的状态在空闲及占用之间进行转换。小车每次接收到新指令时，需要释放此前占用的资源点，并占用新的资源点，以此来实现对多台物流机器人的协调控制。
