[发明专利]一种机器人紧凑型存储和检索系统的配置方法

权利要求书

1.一种机器人紧凑型存储和检索系统的配置方法，其特征在于，包括以下步骤；

1)根据机器人紧凑型存储、检索系统的作业流程和共享存储策略下机器人的运行规则，确定配置优化的目标及问题变量，建立系统的配置优化模型；

2)使用多目标问题求解算法对步骤1)建立的模型进行优化求解，分别得到以平均行程时间排序和以成本排序的最优解集。

2.根据权利要求1所述的一种机器人紧凑型存储和检索系统的配置方法，其特征在于，所述步骤1)中机器人紧凑型存储、检索系统的作业流程分为出库、拣选、入库三个环节；

根据系统的三阶段作业流程可知，系统中机器人服从双指令周期作业，即一个任务周期内，机器人既在出库环节执行一个取货任务，又在入库环节执行一个存货任务；因此，配置优化模型的一个目标是使得作业行程时间最短，将机器人执行双命令周期任务进行拆解，分别建立每一过程中的机器人行程时间模型：

(1)订单到达后，若所有机器人都正忙，则需在订单队列中等待，否则将订单分配给任意空闲的机器人(订单与机器人的分配是随机的)，订单等待时间记为T_w；

(2)机器人接到指令，从驻留点(x_d,，y_d,)行驶至待拣选料箱所在地(x_r,，y_r,)，此段时间记为T₁：

(3)假设目标料箱与工作站位置不重合，采用近似计算思想，机器人从驻留点行驶至目标料箱所在位置(x_r,y_r)，可知最短距离为0，最长距离根据所处位置不同，分为四种情况，具体分析如下：

①当目标料箱位于区域A中，即时，机器人最远行驶距离计算如下：

d_max＝(n_w-x)·w+(n_l-y)·l

则机器人平均行驶距离：

②当目标料箱位于区域B中，即机器人最远行驶距离计算如下：

d_max＝(n_w-x)·w+y·h

则机器人平均行驶距离：

③当目标料箱位于区域C中，即机器人最远行驶距离计算如下：

d_max＝x·w+y·l

则机器人平均行驶距离：

④当目标料箱位于区域D中，即机器人最远行驶距离计算如下：

d_max＝x·w+(n_l-y)·l

则机器人平均行驶距离：

因此机器人在网格平面的平均行驶距离可近似计算如下：

机器人由驻留点到目标料箱所在位置平均行程时间：

(4)机器人停留在目标堆栈上方，取出阻碍料箱放至旁边堆栈，此部分时间记为T₂，移除阻碍料箱具体过程如下：

①上方阻碍料箱被提至堆栈顶部，此部分时间计算如下：

②将阻碍料箱移动至旁边的缓存堆栈上方顶层所花费时间：

③机器人从缓存堆栈上方移动至目标堆栈上方，此部分时间与上一个时间相等，计算如下：

所以，移除一个阻碍料箱的时间：

当目标堆栈上方包含m个阻碍料箱时，所花费的总平均时间：

(5)机器人抓取目标料箱至目标堆栈顶层位置，所需时间计算如下：

(6)机器人将目标料箱输送至工作站，工作站坐标为所需时间计算如下：

与计算驻留点到目标堆栈网格平面上所用时间类似，根据目标堆栈位置不同，分为以下四种情况：

①目标料箱位于区域A时，机器人最远行驶距离：

则机器人平均行驶距离：

②当目标料箱位于区域B时，机器人最远行驶距离计算如下：

则机器人平均行驶距离：

③当机器人位于区域C时，机器人最远行驶距离计算如下：

d_max＝(n_w-x)·w+(y-n_l)·l

则机器人平均行驶距离：

④当机器人位于区域D时，机器人最远行驶距离计算如下：

d_max＝(n_w-x)·w+(n_l-y)·l

则机器人平均行驶距离：

综上，可近似计算得机器人将目标料箱输送至工作站的平均行程时间如下：

(7)当目标料箱输送至工作站时，分为两种情况：

①,工作站处于空闲状态时，目标料箱无需等待，目标料箱被传至工人面前，工作站位于系统的底层，一个待存储料箱由旋转臂交换提升至顶部传给机器人，此过程花费时间计算如下：

②,工作站处于忙碌状态时，设工作站处理前面队列任务时间为t_solve，则此时工作站处理该任务时间：

假设机器人到达工作站服从泊松分布，到达率为λ^*(个/小时)，c个工作站处理任意一个目标料箱的作业时间TB(小时)～N(μ^*，σ^*2)，根据排队系统M/M/c计算如下：

工作站服务强度(忙碌概率)计算如下：

系统平均排队长(机器人平均排队对长)计算如下：

机器人平均队长：

机器人平均等待时间：

系统有两个工作站，即c＝2，则各部分计算如下：

工作站处理前面队列任务时间计算如下：

则忙碌状态下工作站处理该任务时间计算如下：

综上，工作站服务时间计算计算如下：

最终工作站服务时间：

(8)将待存储料箱从工作站输送至待存储位置，由近似思想，此部分时间近似为从目标料箱位置到工作站位置时间，此部分时间计算如下：

假设订单到达服从泊松分布，每小时到达λ个订单，系统中有r个机器人，且每个订单服务时间相互独立，服从参数为μ的负指数分布，平均服务率为此时机器人履行订单构成了一个M/M/r的排队系统。

机器人服务强度(忙碌概率)：

当系统处于稳态时，系统平均排队队长计算如下：

订单平均队长计算如下：

订单等待时间计算如下：

综上，机器人执行一个双命令周期时间的行程时间模型如下：

系统的订单拣选由Nr个机器人完成，则系统的平均行程时间计算如下：