一种管理和调度移动订单车的系统及其方法与流程

本发明涉及仓储系统的自动化和智能化技术领域，具体地说，是涉及一种管理和调度移动订单车的系统及其方法。

背景技术：

随着现代电子商务的迅速发展，客户订单量日益剧增，商品库存操作频率极高，品类繁多，数量庞大。传统运营方式下，数据化管理不完善、库位规划不合理、人工操作效率低下等问题严重制约了相关企业的发展。如何利用现代先进的供应链管理、物流业务优化和移动机器人控制技术，实现仓储管理的全流程可视化、自动化、智能化，提高库内和出入库作业效率，降低人力成本，是仓储物流行业亟待解决的问题。

现代化智能仓库大多采用移动机器人来实现库存的自动化操作，其中一个非常重要的环节就是如何合理地管理和调度这些移动机器人。现有的管理和调度移动机器人的系统，如美国亚马逊公司智能仓库中的管理系统(美国专利号：us7873469b2、us8068978b2、us8265873b2)，在设计时将接口服务、库存管理和订单处理等功能都放在一个模块内，导致在系统实现时会让单个模块的功能庞大且耦合严重，不利于后期的分布式维护和分项功能升级。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决已有技术的不足之处，提供一种管理和调度移动订单车(本发明中，所述移动订单车即为移动机器人)的系统及其方法。本发明重点解决智能仓库中管理和调度移动机器人的系统所具有接口服务、库存管理和订单处理等功能的解耦问题，从而支持后期的分布式维护和分项功能升级。

为实现本发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种管理和调度移动订单车的系统，其特征在于，该系统包括：接口服务模块、库存管理模块、订单处理模块、资源调度模块以及消息通信模块；所述接口服务模块通过所述库存管理模块与所述消息通信模块相连；所述库存管理模块与订单订单处理模块之间、订单处理模块与资源调度模块之间均通过信息通信模块进行通信，且通过消息通信模块实现该管理和调度移动订单车的系统与移动订单车之间的通信；其中，

所述接口服务模块，负责与上层用户进行信息交互，为上层用户提供接口服务；

所述库存管理模块，负责维护各类商品的库存状态，并生成移库订单；

所述订单处理模块，负责对库存操作订单信息进行分析处理，并转化成一系列移动订单车可执行的运载任务；

所述资源调度模块，负责将所述订单处理模块生成的运载任务分配给移动订单车，规划移动订单车的运行路线，协调处理移动订单车运行过程中的各种冲突问题；

所述消息通信模块，对该管理和调度移动订单车的系统与移动订单车通信的消息按照事先预定的逻辑规则进行处理或转发。

可选地，所述资源调度模块包括任务分派、路径规划和冲突协调三个子模块；其中，所述任务分派子模块用于将所述订单处理模块生成的运输任务分配给相应的移动订单车来执行；所述路径规划子模块用于根据移动订单车执行任务的起点和终点搜索一条合理的运行路线；所述冲突协调子模块用于在多个移动订单车同时运行存在路线冲突时对这些冲突状况进行处理和规避。

本发明名还提出一种基于上述系统的管理和调度移动订单车方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)由所述接口服务模块导入出入库订单，或由所述库存管理模块周期地根据历史订单信息和实时的库存状态生成移库订单；

2)所述库存管理模块根据步骤1)得到的库存操作订单信息分配需要操作的仓储库存并更新该库存的预约状态；

3)所述订单处理模块根据步骤1)得到的库存操作订单信息处理生成一系列移动订单车的运载任务；

4)资源调度模块将步骤3)中订单波次的所有运载任务分配给相应移动订单车，并依次规划生成各移动订单车前往下一目的地的运行路径信息，该运行路径信息由所述消息通信模块发送给移动订单车；

5)移动订单车根据接收到的运行路径信息向目的地行走；

6)在移动订单车行走过程中，所述资源调度模块根据实时的移动订单车全局状态信息判断移动订单车是否需要进行路径避让；若需要，执行步骤7)；否则，移动订单车按照当前行驶路径行走，直至达到目的地，执行步骤8)；

7)所述资源调度模块生成冲突避让信息，并由所述消息通信模块发送给移动订单车；移动订单车根据收到的冲突避让信息进行冲突避让操作，直至到达最终目的地，执行步骤8)；

8)移动订单车执行相应的库存操作，所述库存管理模块根据该库存操作结果更新相关商品的库存状态；

9)所述资源调度模块判断当前订单波次的所有运载任务是否执行完毕，如否则继续调度移动订单车前往下一目的地，如是则结束该订单波次的调度任务。

本发明的特点及有益效果：

本发明将智能仓库中管理和调度移动机器人的系统按照主要功能分为了接口服务、库存管理、订单处理、资源调度和消息处理五大模块，同时又将资源调度模块细分成了任务分派、路径规划和冲突协调三个子模块，并给出了这些模块如何相互作用实现有效管理和调度的方法。与现有技术相比，本发明提出的系统功能模块更加清晰全面，使得接口服务、库存管理和订单处理等主要功能在系统实现时得到解耦，从而支持后期的分布式维护和分项功能升级。

附图说明

图1是本发明所提出的管理和调度移动订单车的系统的一种实施例的结构示意图。

图2是本发明所提出的管理和调度移动订单车的系统的一种实施例所涉及的资源调度模块的结构示意图。

图3是本发明所提出的管理和调度移动订单车的系统的一种实施例所涉及的仓库场地布局的示意图。

图4是本发明所提出的管理和调度移动订单车的系统的一种实施例所涉及的库存货架的示意图。

图5是本发明所提出的管理和调度移动订单车的系统的一种实施例所涉及的移动订单车的示意图。

图6是本发明所提出的管理和调度移动订单车的系统的一种实施例所涉及的操作站位的示意图，其中图6a表示入库操作站位，图6b表示库内操作站位，图6c表示出库操作站位。

图7是本发明所提出的管理和调度移动订单车的方法的一种实施例的示意图。

图8是本发明实施例所涉及的仓储系统的入库流程的示意图。

图9是本发明实施例所涉及的仓储系统的出库流程的示意图。

图10是本发明实施例所涉及的仓储系统的移库流程的示意图。

具体实施方式

下面通过本发明的实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

图1是本发明所提出的管理和调度移动订单车的系统的一种实施例的结构示意图。该系统包括接口服务模块51、库存管理模块53、订单处理模块52、资源调度模块54以及消息通信模块55，接口服务模块51通过库存管理模块53与消息通信模块55相连，库存管理模块53与订单订单处理模块52之间、订单处理模块52与资源调度模块54之间均通过信息通信模块55进行通信，且通过消息通信模块55实现该管理和调度移动订单车的系统与移动订单车之间的通信。其中，

接口服务模块51，负责与上层用户进行信息交互，为上层用户提供接口服务；该接口服务包括商品信息的管理、库存操作信息的导入、系统状态信息的监控等；

库存管理模块53，负责维护各类商品的库存状态，并生成移库订单；该移库订单是周期地根据历史订单信息和实时的库存状态生成；

订单处理模块52，负责对库存操作订单信息进行分析处理，进而转化成一系列移动订单车可执行的运载任务；所述库存操作包括入库、出库、移库等；

资源调度模块54，负责将订单处理模块52生成的运载任务分配给移动订单车，规划移动订单车的运行路线，协调处理移动订单车运行过程中的各种路径冲突问题；

消息通信模块55，对该管理和调度移动订单车的系统与移动订单车通信的消息按照事先预定的逻辑规则进行处理或转发。

所述资源调度模块54的结构如图2所示，包括任务分派、路径规划和冲突协调三个子模块；其中，任务分派子模块57用于将订单处理模块52生成的运输任务分配给相应的移动订单车来执行；路径规划子模块58用于根据移动订单车执行任务的起点和终点搜索一条合理的运行路线；冲突协调子模块59用于在多个移动订单车同时运行存在路线冲突时对这些冲突状况进行处理和规避。

本发明各模块及子模块均采用常规编程技术实现。

本发明还提出一种管理和调度移动订单车的方法，该方法包括以下步骤：

1)由接口服务模块51导入出入库订单，或由库存管理模块53周期地根据历史订单信息和实时的库存状态生成移库订单；所述出入库订单包括商品类别、出入库数量等信息；所述移库订单包括原始库位、目的库位、商品类别、移库数量等信息。

2)库存管理模块53根据步骤1)得到的库存操作订单信息分配需要操作的仓储库存并更新该库存的预约状态；

3)订单处理模块52根据步骤1)得到的库存操作订单信息处理生成一系列移动订单车的运载任务；

4)资源调度模块54将步骤3)中订单波次的所有运载任务分配给相应移动订单车，并依次规划生成各移动订单车前往下一目的地的运行路径信息，该运行路径信息由消息通信模块55发送给移动订单车；

5)移动订单车根据接收到的运行路径信息向目的地行走；

6)在移动订单车行走过程中，资源调度模块54根据实时的移动订单车全局状态信息判断移动订单车是否需要进行路径避让；若需要，执行步骤7)；否则，移动订单车按照当前行驶路径行走，直至达到目的地，执行步骤8)；

7)资源调度模块54生成冲突避让信息，并由消息通信模块55发送给移动订单车；移动订单车根据收到的冲突避让信息进行冲突避让操作，直至到达最终目的地，执行步骤8)；

8)移动订单车执行相应的库存操作，库存管理模块53根据该库存操作结果更新相关商品的库存状态；

9)资源调度模块54判断当前订单波次的所有运载任务是否执行完毕，如否则继续调度移动订单车前往下一目的地，如是则结束该订单波次的调度任务。

本发明可应用于一种自动处理及履行订单的仓储系统中，该仓储系统位于仓库场地内，该仓储系统包括：

若干个库存货架，用于存储仓库场地内的库存商品；

若干个移动订单车，用于搬运出入库商品，各移动订单车根据绑定的订单在仓库场地内运载移动并与操作人员或机器人进行对接，直至移动订单车将所有与该移动订单车绑定订单的关库存操作执行完毕；

若干个操作站位，分布在库存货架附近，用于承载仓储操作活动，在操作站位的操作人员或机器人执行补给上架、出库拣选、库内移货或运输出库商品的库存操作并与相应的移动订单车进行对接；

本发明所述管理和调度移动订单车的系统，与各移动订单车通过无线网络连接，该系统根据上层用户提供的库存操作信息转化为运载任务，并调度相应的移动订单车合理、有序地执行各运载任务。

图3是本发明所提出的管理和调度移动订单车的系统的一种实施例所涉及的仓库场地布局的示意图。仓库场地10内，设有入库操作站位11a、出库操作站位11c、库内操作站位11b、空闲停靠站位11d和车辆充电站位11e共五类站位，其中入库操作站位11a和出库操作站位11c分别设置在仓库的入口和出口，库内操作站位11b设置在库存货架30的旁边，移动订单车40在仓库场地10内部和外围的各站位之间来回穿梭。

在不同的实施例中，移动订单车40和操作站位11的数量可能是不一样的，可以根据实际的仓库布局情况和业务流程进行部署规划。

图4是本发明所提出的管理和调度移动订单车的系统的一种实施例所涉及的库存货架的示意图。本发明所涉及的库存货架30为典型的各类无需搬运的库存货架。该实施例中库存货架30的框架31上放置多个载货筐41b，载货筐41b里面用于存放拆零商品21，且每个载货筐41b所在位置设置有电子看板提示装置32，各库位按照位置邻近原则分组，即根据订单操作要求，可以将若干相邻的框架31分成一组，每组旁边设置一个库内操作站位11b，由该站位的操作人员60b负责该组货架的库存操作。当需要取货或放货时，电子看板提示装置32可以提示取货或放货商品的位置和数量信息，方便操作人员60b准确、快速地进行操作。

另一种实施例中，库存货架30上没有载货筐41b，而是由框架31分成不同的隔断分别存储拆零商品21。

另一种实施例中，电子看板提示装置32不存在，仅由移动订单车40上的显示器一体机46进行提示。

图5是本发明所提出的管理和调度移动订单车的系统的一种实施例所涉及的移动订单车的示意图。移动订单车40包括：车体42、设置于所述车体42底部的车轮43、与车轮43传动连接的驱动机构、以及导航控制单元(图中未示出)，导航控制单元接收所述管理调度系统50发送的运载任务，控制驱动机构驱动车轮43行驶至指定位置，车体42上固定有竖直方向设置的安装架44，所述安装架44上固定有若干层用于支撑载货筐41a的支撑板45，安装架44的顶部固定有显示器一体机46、扫描枪47，显示器一体机46和扫描枪47相连接。显示器一体机46用于取货或放货库位、品名、编码、数量的显示。扫描枪47用于货物条码扫描，条码扫描后显示器一体机46会显示该拆零商品21信息以及需要放置的载货筐41a位置。所述置架支撑板45上设置有用于标识该支撑板位置信息的身份标识装置，所述身份标识装置至少显示有该身份标识装置所对应的载货筐41a位置编码48。所述导航控制单元及显示器一体机46均通过无线网络接入本发明实施例的管理和调度移动订单车的系统。

图6是本发明所提出的管理和调度移动订单车的系统的一种实施例所涉及的操作站位的示意图，其中图6a表示入库操作站位11a，图6b表示库内操作站位11b，图6c表示出库操作站位11c。

入库操作站位11a用于与移动订单车40对接，操作人员60a将补货的整存商品20拆零后用移动订单车40上的扫描枪47扫描确认后根据显示器一体机46的提示放入移动订单车上的载货筐41a中，此时每个载货筐41a对应一类入库拆零商品21，由移动订单车按照管理调度系统要求运往仓库场地内的库内操作站位11b补给库存。

库内操作站位11b用于与移动订单车40对接，当执行补给上架操作时，操作人员60b根据移动订单车40上的显示器一体机46的提示从移动订单车上的载货筐41a中取出用于补货的拆零商品21，经过扫描枪47扫描确认后放入库存货架30上的载货筐41b中；当执行出库拣选操作时，操作人员60b根据移动订单车40上的显示器一体机46的提示，从库存货架30上的载货筐41b中拣选拆零商品21，经过移动订单车上40上的扫描枪47扫描确认后放入移动订单车上的载货筐41a中；当执行库内移货操作时，操作人员60b根据根据移动订单车40上的显示器一体机46的提示，从库存货架30上的载货筐41b中取出拆零商品21，经过移动订单车上40上的扫描枪47扫描确认后放入移动订单车上的载货筐41a中，或者从移动订单车40上的载货筐41a中取出拆零商品21，经过扫描枪47扫描确认后放入库存货架30上的载货筐41b中。

出库操作站位11c用于与移动订单车40对接，出库操作人员60c用手持终端扫描移动订单车上的载货筐41a对应支撑板45上的载货筐位置编码48以确认订单，并复核打包，此时每个载货框41a对应一个出库订单。

除了以上操作站位，在仓库场地中还设有两类功能站位：空闲停靠站位11d和车辆充电站位11e。空闲停靠站位11d用于存放空闲且电量充足的移动订单车40。车辆充电站位11e用于为电量不足的移动订单车40充电。

另一种实施例中，各操作站位11没有操作人员60，而是由机器人进行自动操作。

本发明提出的一种管理和调度移动订单车的系统的工作原理为：接口服务模块51将库存操作消息发送给库存管理模块53，库存管理模块53综合处理生成订单信息后发送订单处理触发消息给消息通信模块55，消息通信模块55将订单处理触发消息转发给订单处理模块52，订单处理模块52将订单信息转化成运载任务信息后发送任务分配触发消息给消息通信模块55，消息通信模块55将任务分配触发消息转发给资源调度模块54，资源调度模块54分配运载任务给移动订单车并为该移动订单车规划运行路线以导航消息的形式发送给消息通信模块55，消息通信模块55将导航消息转发给移动订单车40。移动订单车40将状态消息发送给消息通信模块55，消息通信模块55将移动订单车40的状态消息转发给资源调度模块54，资源调度模块54根据各移动订单车40的状态生成避让控制消息并发送给消息通信模块55，消息通信模块55将避让控制消息转发给移动订单车40。

图7是本发明所提出的管理和调度移动订单车的方法的一种实施例的示意图，具体步骤包括：

1)由接口服务模块51导入出入库订单，或由库存管理模块53生成移库订单；其中，从接口服务模块51导入的出入库订单包括商品类别、出入库数量等信息；库存管理模块53周期性(该周期根据仓库需要设定，可以是任何时间间隔)地根据历史订单信息(根据历史订单信息可对商品未来的需求进行预测)及实时库存状态生成的移库订单包括原始库位、目的库位、商品类别、移库数量等信息；

2)库存管理模块53根据步骤1)得到的出入库订单或移库订单信息分配需要操作的库存并更新该库存的预约状态(即该库存被预约或没被预约)；

3)订单处理模块52根据步骤1)得到的库存操作订单信息及步骤2)分配的库存生成一系列移动订单车40可执行的运载任务；

4)资源调度模块54将步骤3)中订单波次的所有运载任务分配给移动订单车40，并依次规划生成相应移动订单车前往下一目的地的运行路径信息，该运行路径信息由消息通信模块55发送给移动订单车40；

5)移动订单车40根据接收到的运行路径信息向目的地行走；

6)在移动订单车40行走过程中，资源调度模块54根据实时的移动订单车全局状态信息判断移动订单车40是否需要进行路径避让；若需要，执行步骤7)；否则，移动订单车40按照当前行驶路径行走，直至达到目的地，执行步骤8)；

7)资源调度模块54生成冲突避让信息，并由消息通信模块55发送给移动订单车40；移动订单车40根据收到的冲突避让信息进行冲突避让操作，直至到达最终目的地，执行步骤8)；

8)移动订单车40到达目的地后执行相应的库存操作，并由库存管理模块53根据库存操作结果更新相关商品的库存状态；

9)资源调度模块54判断当前订单波次的所有运载任务是否执行完毕，如否则继续调度移动订单车40前往下一目的地，如是则结束该订单波次的调度任务。

图8是本发明一种实施例所涉及的仓储系统的入库流程的示意图。管理和调度移动订单车的系统50将入库订单转化成运载任务；然后将运载任务分配给移动订单车40，并控制移动订单车40来到入库操作站位11a；入库操作人员60a将入库整存商品20拆零成入库拆零商品21，用移动订单车40上的扫描枪47扫描确认后，根据显示器一体机46的提示放入移动订单车上的载货筐41a中(此时一个载货筐41a对应一类入库拆零商品21)；入库操作人员60a在完成所在入库操作站位11a所有操作后触发移动订单车40的启动信号；管理和调度移动订单车的系统50接收到移动订单车40的启动触发信号后，控制移动订单车40来到入库拆零商品21所在的库内操作站位11b；库内操作人员60b根据移动订单车40上显示器一体机46的提示(在另一实施例中，也可以是根据库存货架30上的电子看板装置32提示)依次拣选移动订单车40上相应载货筐41a中的入库拆零商品21，经过扫描枪47确认后放入库存货架30上相应的载货筐41b；库内操作人员60b在完成所在库内操作站位11b所有操作后触发移动订单车40的启动信号；管理和调度移动订单车的系统50接收到移动订单车40的启动触发信号后控制移动订单车40继续前往下一库内操作站位11b执行补货操作，直至入库拆零商品21全部完成上架。

图9是本发明一种实施例所涉及的仓储系统的出库流程的示意图。管理和调度移动订单车的系统50将出库订单转化成运载任务；然后将运载任务分配给移动订单车40，并控制移动订单车40来到出库拆零商品21所在的库内操作站位11b；库内操作人员60b根据移动订单车40上的显示器一体机46的提示进行拣货(在另一实施例中，也可以根据库存货架30上的电子看板装置32提示进行拣货)，并将出库拆零商品21用移动订单车40上的扫描枪47确认后根据显示器一体机46的提示放入移动订单车上的载货筐41a中(此时一个载货筐41a对应一个订单)；库内操作人员60b在完成所在库内操作站位11b所有操作后触发移动订单车40的启动信号；管理和调度移动订单车的系统50接收到移动订单车40的启动触发信号后控制移动订单车40继续前往下一库内操作站位11b执行拣货操作，直至对所有出库拆零商品21完成拣货；完成拣货后，管理和调度移动订单车的系统50控制移动订单车40来到出库操作站位11c；出库操作人员60c用手持终端扫描移动订单车上的载货筐41a对应支撑板45上的载货筐位置编码48以确认订单，并复核打包；出库操作人员60c完成所在站位11c所有操作后触发移动订单车40的启动信号，完成出库，并等待管理和调度移动订单车的系统50的调配来到下一个操作站位。

图10是本发明一种实施例所涉及的仓储系统的移库流程的示意图。管理和调度移动订单车的系统50将移库订单转化成运载任务；然后将运载任务分配给移动订单车40，并控制移动订单车40来到待移库商品原始库位所在的库内操作站位11b；库内操作人员60b根据移动订单车40上的显示器一体机46的提示进行取货，将所需移库的拆零商品21用移动订单车40上的扫描枪47扫描确认后，根据显示器一体机46的提示放入移动订单车上相应的载货筐41a中(此时一个载货筐41a对应一个移库项，移库项的内容主要包括待移库商品信息、原始库位和目的库位)；库内操作人员60b完成所在库内操作站位11b所有操作后触发移动订单车40的启动信号；管理和调度移动订单车的系统50接收到移动订单车40的启动触发信号后，控制移动订单车40来到待移库商品的目的库位所在的库内操作站位11b；库内操作人员60b根据移动订单车40上显示器一体机46的提示选取移动订单车上相应载货筐41a中的待移库拆零商品21，经过扫描枪47确认后放入库存货架30上的载货筐41b；库内操作人员60b完成所在库内操作站位11b所有操作后触发移动订单车40的启动信号；管理和调度移动订单车的系统50接收到移动订单车40的启动触发信号后控制移动订单车40继续执行下一移库任务，直至移库任务全部完成。

在一个库内操作站位11b既可以取一个移库项的原始库位拆零商品21，又可以放一个移库项的目的库位拆零商品21。

所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。