相比傳統(tǒng)倉庫，智慧倉庫的一個顯著特征是在系統(tǒng)執(zhí)行層應(yīng)用了各類智慧裝備技術(shù)，包括自動導(dǎo)引運(yùn)輸車、無人叉車、貨架穿梭車、智能穿戴設(shè)備等，主要用于倉內(nèi)收貨、上架、存儲、揀選、集貨、發(fā)貨各工藝環(huán)節(jié)，可有效提升倉內(nèi)的操作效率，降低物流成本。

壹、收貨上架環(huán)節(jié)智慧技術(shù)

（1)自然導(dǎo)航無人AGV

托盤搬運(yùn)作業(yè)是將整托盤貨物從運(yùn)輸車輛上搬運(yùn)至收貨區(qū)等待質(zhì)檢入庫。目前，自動化解決方案采用激光或慣性導(dǎo)航的無人AGV實現(xiàn)托盤搬運(yùn)作業(yè)。這些無人AGV通常在某個固定的區(qū)域內(nèi)，人為地設(shè)置好反光板、磁釘?shù)葮?biāo)記物或反射器，工作環(huán)境固定，工作狀態(tài)穩(wěn)定，是目前最為成熟、完善的倉儲自動化解決方案。優(yōu)為智造在傳統(tǒng)激光導(dǎo)航AGV基礎(chǔ)上，致力于研發(fā)SLAM（同時定位與地圖創(chuàng)建）技術(shù)實現(xiàn)無人AGV的自然導(dǎo)航，不需要安裝標(biāo)記或反射器，只需讓裝有環(huán)境感知傳感器的無人AGV在未知環(huán)境中從某一位置出發(fā)，根據(jù)其移動過程中內(nèi)部與外部傳感器獲取的感知信息進(jìn)行自定位，同時逐漸建立一個連續(xù)的環(huán)境地圖，然后在此地圖的基礎(chǔ)上可以實現(xiàn)無人叉車的精確定位與路徑規(guī)劃，完成導(dǎo)航任務(wù)。自然導(dǎo)航無人AGV具有安裝時間短、投入成本低、自由創(chuàng)建新路徑等特點，是優(yōu)為智造下一代智能無人AGV的研發(fā)方向。

（2）智能拆垛機(jī)械手

拆垛作業(yè)是將轉(zhuǎn)運(yùn)托盤上碼放的貨物一箱箱搬運(yùn)到輸送線上。傳統(tǒng)自動化解決方案是采用工業(yè)機(jī)器人手臂抓取或吸取完成，由于工業(yè)機(jī)器人手臂作業(yè)控制依據(jù)的是計算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存儲的箱型尺寸和碼垛規(guī)則，而不在線識別現(xiàn)場作業(yè)對象，因此只能實現(xiàn)從同一托盤中取出相同規(guī)格的箱子，當(dāng)面臨成千上萬種貨物箱型時數(shù)據(jù)庫的維護(hù)是一個非常繁重的任務(wù)。電商公司收到的同一托盤上的貨物箱型大小不一，且碼垛無固定規(guī)則，傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人手臂難以操作。智能拆垛機(jī)械手借助3D視覺和深度學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人手臂作業(yè)的自我訓(xùn)練、自我校正，無須箱型和垛型的數(shù)據(jù)庫維護(hù)。工業(yè)機(jī)器人通過3D深度攝像頭識別頂層貨物輪廓，當(dāng)首次拾起一個箱子時，它就建立起了一個關(guān)于箱子外形的模型，并基于這個模型加快對下一個箱子的識別。

貳、存儲環(huán)節(jié)智慧技術(shù)

在傳統(tǒng)集中式作業(yè)過程中，同一品規(guī)的貨物以托盤為單元大批量進(jìn)出倉庫，存儲環(huán)節(jié)最常用的自動化解決方案是自動化立體倉庫（Autonomous Vehicles Storage and Retrieval System，AVS/RS），貨物以托盤為單位存儲在高位貨架上，通過堆垛機(jī)完成托盤出入庫作業(yè)。而在碎片式作業(yè)過程中，為便于后期海量品項、成千上萬訂單行的拆零揀選，貨物更多以料箱方式進(jìn)行存儲，借助智能調(diào)度算法指揮小車群體完成貨物出入庫作業(yè)。

（1）KIVA機(jī)器人系統(tǒng)

KIVA機(jī)器人系統(tǒng)由成百上千個舉升搬運(yùn)貨架單元的機(jī)器小車組成。貨物開箱后放置在貨架單元上，通過貨架單元底部的條碼將貨物與貨架單元信息綁定，倉庫地面布置條碼網(wǎng)格，機(jī)器小車應(yīng)用兩臺攝像機(jī)分別讀取地面條碼和貨架單元底部的條碼，在編碼器、加速計和陀螺儀等傳感器的配合下完成貨物搬運(yùn)導(dǎo)航。此外，機(jī)器小車不支持移動與轉(zhuǎn)向同步，轉(zhuǎn)向時需要固定在原地位置進(jìn)行。該系統(tǒng)的核心是控制小車的集中式多智能體調(diào)度算法。

（2）自動穿梭車倉庫系統(tǒng)

KIVA機(jī)器人系統(tǒng)受貨架單元的高度限制，僅能實現(xiàn)貨物在平面空間上的存儲，而自動穿梭車倉庫系統(tǒng)則采用立體料箱式貨架，實現(xiàn)了貨物在倉庫內(nèi)立體空間的存儲。入庫前，貨物經(jīng)開箱后存入料箱，通過貨架巷道前端的提升機(jī)將料箱送至某一層，然后由該層內(nèi)的穿梭小車將貨物存放至指定的貨格內(nèi)。當(dāng)貨物出庫時，通過穿梭車與提升機(jī)的配合實現(xiàn)完成。該系統(tǒng)的核心是通過貨位分配優(yōu)化算法和小車調(diào)度算法的設(shè)計，均衡各巷道之間以及單個巷道內(nèi)各層之間的任務(wù)量，提高設(shè)備間并行工作時間，發(fā)揮設(shè)備的最大工作效率。

（3）細(xì)胞單元系統(tǒng)

KIVA機(jī)器人系統(tǒng)中的自動導(dǎo)引小車實現(xiàn)地面搬運(yùn)，自動穿梭車倉庫系統(tǒng)中的穿梭車實現(xiàn)貨架軌道上的搬運(yùn)，新型細(xì)胞單元系統(tǒng)則是以上兩種技術(shù)的融合。

當(dāng)細(xì)胞單元小車在貨架或提升機(jī)上時，按照傳統(tǒng)自動穿梭車的工作方式在軌道上運(yùn)動；當(dāng)離開貨架到達(dá)地面時，可以切換至自動導(dǎo)引小車的工作方式在地面運(yùn)行。在地面上的導(dǎo)航方式不同于KIVA機(jī)器人系統(tǒng)，采用的是基于無線傳感網(wǎng)測距、激光測距儀測量和推測航行法的傳感器融合技術(shù)，無線傳感網(wǎng)實現(xiàn)信息通以及全局定位，而激光測距儀測量和推測航行法實現(xiàn)位置跟蹤和定位精度校正，相比KIVA機(jī)器人系統(tǒng)地面標(biāo)簽配合慣性導(dǎo)航的方式更加靈活。細(xì)胞單元系統(tǒng)將立體貨架存儲空間與地面平面存儲空間無縫鏈接在一起，代表了可擴(kuò)展、高柔性化的小車群體技術(shù)的未來發(fā)展方向。

叁、揀選環(huán)節(jié)智慧技術(shù)

（1）AR輔助揀選技術(shù)

傳統(tǒng)的人工揀選解決方案采用手持RF（Radio Frequency，無線射頻）揀選、電子標(biāo)簽揀選（Pick to Light）或語言揀選（Voice Directed Picking）方式。揀貨人員根據(jù)貨架上的指示燈或者手持RF以及穿戴設(shè)備中的提示，揀取貨架中的貨物。傳統(tǒng)的人工揀選方式雖然作業(yè)準(zhǔn)確率提高，但是要求揀貨人員熟悉庫房的布局。通過虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)（Augmented Reality，AR）將真實世界和虛擬世界的信息進(jìn)行“無縫”集成，通過AR眼鏡自動識別庫房環(huán)境，定位待揀貨物位置，并自動規(guī)劃揀選路徑，建立線路導(dǎo)航，指引作業(yè)人員以最短的時間到達(dá)目標(biāo)揀選貨位，通過AR眼鏡自動掃描貨物條碼，指導(dǎo)作業(yè)人員準(zhǔn)確獲取商品，解放雙手，可大幅提高揀選作業(yè)效率。

（2）陣列式自動揀選技術(shù)

傳統(tǒng)的自動化揀選設(shè)備是以A字架系統(tǒng)為代表的通道式揀選機(jī)，同一品項貨物被整齊疊放在立式通道內(nèi)，借助通道底部的彈射機(jī)構(gòu)將貨物揀選至輸送線上，由于揀選通道沿輸送線平行排列，單一貨物品項分揀占地面積大，且設(shè)備成本較高，主要適用于揀選量大且集中于有限品項的配送中心，當(dāng)面對揀選量大且涉及品項多的訂單處理任務(wù)時，常因空間布局和設(shè)備成本限制而無法使用。為此陣列式自動揀選機(jī)設(shè)計研發(fā)并得到成功應(yīng)用。陣列式自動揀選系統(tǒng)（Matrix AutomatedOrder Picking System,MAOPS)是一類由大量水平傾斜式揀選通道在空間中排列組合而成的新型自動化拆零揀選系統(tǒng)。所有揀選通道以一定傾角在設(shè)備上安裝，通道底部裝有流利條，貨物放置在流利條上，在重力作用下滑向通道前端。在每個揀選通道的前端裝有一個彈出機(jī)構(gòu)，彈出機(jī)構(gòu)每動作一次，都會將通道最前端的單件貨物揀出，揀出貨物沿?fù)醢逑禄凛斔途€上，通道內(nèi)剩余貨物在重力作用下不斷補(bǔ)充到彈出機(jī)構(gòu)上，保證貨物揀選的連續(xù)性。通道寬度可在一定范圍內(nèi)調(diào)整，以適應(yīng)不同的貨物尺寸，但每個通道內(nèi)僅放相同品項的貨物，揀選量大的貨物可同時存儲在多個揀選通道內(nèi)。相同長度輸送線對應(yīng)的揀選通道數(shù)量約是A字架系統(tǒng)的5~7倍，而設(shè)備成本僅為A字架系統(tǒng)的1/10~1/5。

（3）Delta機(jī)械手揀選技術(shù)

陣列式揀選技術(shù)主要適用于包裝標(biāo)準(zhǔn)的盒裝品揀選，無法滿足袋裝、瓶裝等其他貨物包裝類型的揀選需求。瑞典Reymond Clavel教授在20世紀(jì)80年代提出Delta并聯(lián)機(jī)器人，其機(jī)械手的驅(qū)動電動機(jī)被設(shè)計在機(jī)架上，從動臂可以做成輕桿，因此末端可以獲得很高的速度和加速度，特別適合輕型貨物的高速分揀操作型。基于攝像機(jī)和計算機(jī)來模擬人的視覺功能，Delta機(jī)械手能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)揀選，并且機(jī)械手可以根據(jù)產(chǎn)品的不同尺寸和種類更換拾取器，因而適用的包裝類型可以多種多樣。此外，為了保證抓取的準(zhǔn)確性，Delta機(jī)械手需要借助人工智能技術(shù)訓(xùn)練同種商品在不同姿態(tài)下的識別準(zhǔn)確率。

肆、集貨發(fā)貨環(huán)節(jié)智慧技術(shù)

在發(fā)貨區(qū)內(nèi)根據(jù)送貨線路不同劃分不同區(qū)塊，集貨分揀作業(yè)是將揀選完成的訂單放置在對應(yīng)送貨線路的區(qū)塊內(nèi)。傳統(tǒng)的自動化解決方案多采用基于斜輪分流器、滑塊分揀機(jī)或交叉帶機(jī)的自動化分揀線，分揀線僅能解決訂單按照送貨線路分類集中，但無法實現(xiàn)訂單按照送貨線路的固定順序排列，只有等到裝車發(fā)貨時，由發(fā)貨人員根據(jù)送貨線路由遠(yuǎn)及近的客戶順序，將相應(yīng)的訂單貨物依次挑出，裝入車廂內(nèi)，這嚴(yán)重影響裝車效率。

智能發(fā)貨分揀系統(tǒng)采用自動穿梭車技術(shù)，揀選完成的訂單存儲在立體貨架內(nèi)，穿梭車的存取貨又可根據(jù)箱型尺寸進(jìn)行貨叉間距調(diào)整，因而可以適用于不同尺寸的貨物和不同類型的包裝。當(dāng)接到發(fā)貨裝車指令，訂單貨物會根據(jù)送貨線路由遠(yuǎn)及近的客戶順序依次從貨架中取出，通過輸送線送至裝車區(qū)域，若配合伸縮帶機(jī)，可實現(xiàn)直接裝車，減少了中間二次搬運(yùn)環(huán)節(jié)，可大幅改善裝車效率。此外，由于訂單在發(fā)貨區(qū)貨架內(nèi)進(jìn)行立體存儲，相比傳統(tǒng)發(fā)貨區(qū)的地面平面存儲方式，空間利用率得到顯著提高。

綜上所述，智慧倉庫裝備技術(shù)發(fā)展有兩個顯著特點：一是基于數(shù)據(jù)挖掘、人工智能算法和自動感知識別技術(shù)機(jī)器人的快速融入；二是人機(jī)間的友好高效協(xié)作。對于拆垛、揀選等抓取類作業(yè)，配備3D機(jī)器視覺和人工智能算法的機(jī)械手可以逐漸應(yīng)對各類外形重量的商品；對于卸車、入庫、出庫、集貨等搬運(yùn)類作業(yè)，配備各類導(dǎo)航設(shè)備和調(diào)度算法的自動導(dǎo)引小車機(jī)器人可以協(xié)同完成。機(jī)器人融入，使得傳統(tǒng)倉儲物流系統(tǒng)由剛性變?yōu)槿嵝裕斯ぶ悄軇t使得物流作業(yè)更加高效和精準(zhǔn)。與此同時，受商品多樣性和高額建設(shè)成本的限制，全部采用機(jī)器人作業(yè)的無人倉僅會出現(xiàn)在個別行業(yè)或企業(yè)內(nèi)部，并不具備一般適用性，因此在更多應(yīng)用場景中會采用人機(jī)協(xié)作模式。例如在訂單揀選環(huán)節(jié)中，KIVA機(jī)器人系統(tǒng)或自動穿梭車倉庫系統(tǒng)將待選貨物料箱送至揀選臺，由人工來完成揀選作業(yè)，人工揀選效率的提高依賴于揀選工位的設(shè)計，需要增加人機(jī)界面的友好性，讓人工作的更愉快、更舒適，把工位做得更加人性化、智能化，可有效避免差錯。