隨著移動機器人在企業(yè)的深度應(yīng)用，一些潛伏的問題開始引起重視：如何優(yōu)化移動機器人利用率，滿足業(yè)務(wù)高峰節(jié)拍？如何減少機器人擁堵死鎖，提高效率？多機種協(xié)作、多區(qū)域運行、多設(shè)備交互應(yīng)如何實現(xiàn)？事實上，這一系列問題有一個共同的答案，那就是移動機器人調(diào)度系統(tǒng)。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? 在某知名汽車品牌剛投入使用的智能工廠中，一輛無人駕駛平衡重叉車式機器人在前往物料暫存區(qū)搬運貨物的途中偶遇了一輛載著貨架的AGV機器人，倆“人”遠(yuǎn)遠(yuǎn)地打了個招呼，輕移腳步擦身而過。 ? 從前在科幻電影中見到的場景，如今在各個制造工廠、倉庫中已屢見不鮮。 ? 近年來，隨著我國數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能升級的腳步加快，企業(yè)對機器人的需求逐年增加，機器人產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展期，尤其是以AGV、AMR、無人叉車等為代表的移動機器人市場規(guī)模更是擴張迅速。從數(shù)據(jù)上來看，我國移動機器人市場規(guī)模由2018年的34.96億元擴大至2022年的96.73億元[1]。2023年前三季度移動機器人領(lǐng)域共發(fā)生20起融資事件，融資總額累計超過12億[2]。 ? 不過，隨著移動機器人在企業(yè)的深度應(yīng)用，一些潛伏的問題開始引起重視： ? ? 如何優(yōu)化移動機器人利用率，滿足業(yè)務(wù)高峰節(jié)拍？ ??如何減少機器人擁堵死鎖，提高效率？ ??多機種協(xié)作、多區(qū)域運行、多設(shè)備交互應(yīng)如何實現(xiàn)？ ? 事實上，這一系列問題有一個共同的答案，那就是移動機器人調(diào)度系統(tǒng)。 ? ?

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移動機器人調(diào)度系統(tǒng)概覽

目前，移動機器人的調(diào)度大致可以分為兩個部分，一個是依靠移動機器人自身搭載的車載控制系統(tǒng)，能夠進行簡單的車輛驅(qū)動、導(dǎo)航、導(dǎo)引和路徑選擇等功能，另一部分則是發(fā)布指令的核心上位系統(tǒng)，即移動機器人調(diào)度系統(tǒng)。 ? 移動機器人調(diào)度系統(tǒng)向上連接MES、WMS等上游系統(tǒng)，向下管理區(qū)域內(nèi)所有移動機器人，能夠?qū)茌爡^(qū)域內(nèi)資源進行配置管理與動態(tài)分配，對各類移動機器人進行任務(wù)指派、調(diào)度協(xié)同和交通管制，以提高移動機器人的工作效率，實現(xiàn)多臺移動機器人協(xié)同作業(yè)，是名副其實的移動機器人“指揮官”。 ? 移動機器人調(diào)度系統(tǒng)通常由以下幾個模塊組成： ?

圖1 移動機器人調(diào)度系統(tǒng)功能 ?

地圖構(gòu)建模塊：該模塊通常負(fù)責(zé)生成和維護移動機器人工作場景地圖。通過移動機器人搭載的傳感器（如激光雷達、攝像頭、超聲波傳感器等）感知周圍環(huán)境，并上傳至地圖構(gòu)建模塊；地圖構(gòu)建模塊會對收集到的傳感器數(shù)據(jù)進行處理和濾波，以消除噪聲和異常值，提高地圖的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；通過分析數(shù)據(jù)，地圖構(gòu)建模塊會提取環(huán)境中的特征信息，并將提取到的信息轉(zhuǎn)化為地圖表現(xiàn)形式，通常有柵格地圖或拓?fù)涞貓D兩種，柵格地圖將環(huán)境劃分為網(wǎng)格單元，每個單元表示一種狀態(tài)（如自由、占據(jù)、未知等），拓?fù)涞貓D則側(cè)重于描述環(huán)境中不同位置之間的關(guān)系。地圖構(gòu)建模塊支持實時地圖更新，隨時反映環(huán)境變化。構(gòu)建的地圖將為移動機器人的導(dǎo)航、路徑規(guī)劃和決策等任務(wù)提供支持。

交通管制模塊：通過移動機器人搭載的傳感器，交通管制模塊能對場景內(nèi)交通狀況進行實時監(jiān)測，包括擁堵程度、碰撞事故等情況。對交通數(shù)據(jù)進行收集、分析后，交通管制模塊可以實現(xiàn)交通狀況的預(yù)測，基于實時交通數(shù)據(jù)和預(yù)測結(jié)果，交通管制模塊可以及時優(yōu)化移動機器人的路線，并與調(diào)度系統(tǒng)中的其他模塊進行實時通信，如任務(wù)調(diào)度模塊等，及時改變調(diào)度策略，實現(xiàn)全局的交通調(diào)度和協(xié)同，提高移動機器人的運行效率。

任務(wù)調(diào)度模塊：任務(wù)調(diào)度模塊是移動機器人調(diào)度系統(tǒng)中的核心模塊。當(dāng)它接收到來自上層系統(tǒng)（如MES、WMS等）的任務(wù)請求后，會計算出完成該任務(wù)所需的步驟和資源，如所需機器人數(shù)量、路徑規(guī)劃、時間安排等，再選擇可用的移動機器人來執(zhí)行任務(wù)。這通常涉及到移動機器人的狀態(tài)（如是否空閑、電量、位置等）和執(zhí)行能力（如承載能力、速度等）。一旦選擇了工作用機，任務(wù)調(diào)度模塊還會實時監(jiān)控執(zhí)行情況，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，重新規(guī)劃任務(wù)或分配給其他移動機器人來完成。

碰撞避免模塊：碰撞避免模塊是移動機器人調(diào)度系統(tǒng)中的“安保人員”，用于確保移動機器人在執(zhí)行任務(wù)時能夠安全、順利、避免碰撞的完成任務(wù)。碰撞避免模塊會依據(jù)地圖構(gòu)建模塊中儲存的地圖，進行預(yù)先規(guī)劃避開已知障礙，同時，在移動機器人運行過程中，模塊還會通過傳感器實時檢測移動機器人與障礙物之間的距離和相對運動狀態(tài)，若檢測到潛在的碰撞風(fēng)險，則會立即采取措施避免碰撞，如通過調(diào)整移動機器人的速度、方向或這行緊急停止等操作，保障移動機器人在復(fù)雜的環(huán)境中安全地執(zhí)行任務(wù)。

物流仿真模塊：物流仿真模塊通過對移動機器人工作場景和流程進行系統(tǒng)建模，利用相應(yīng)的應(yīng)用程序模擬實際系統(tǒng)運行狀況，并統(tǒng)計和分析模擬結(jié)果，可以在實際部署前進行優(yōu)化設(shè)計和效果驗證。例如評估移動機器人數(shù)量、布局方式、運行流程，模擬移動機器人分布和任務(wù)分配策略，以確定高效、低成本、低等待的運行方案；還能夠輔助工程師驗證移動機器人分配、碰撞避免、路徑規(guī)劃等算法的可行性和準(zhǔn)確性，檢測和糾正潛在問題，減少實際部署時的故障和風(fēng)險；模擬不同負(fù)載和環(huán)境條件下移動機器人的執(zhí)行情況，以評估系統(tǒng)的效果和性能；通過實際場景的模擬，驗證不同算法和策略下移動機器人的執(zhí)行情況，以確定合適的應(yīng)用方案。

遠(yuǎn)程預(yù)警模塊：通過監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等，遠(yuǎn)程預(yù)警模塊能及時監(jiān)測到潛在事故風(fēng)險（如煙霧、火災(zāi)等），并及時向相關(guān)人員發(fā)送警報，以便及時采取措施。遇到移動機器人出現(xiàn)故障、電量不足或其他問題導(dǎo)致任務(wù)無法完成的情況時，遠(yuǎn)程預(yù)警模塊也會發(fā)出警報，避免任務(wù)延誤。同時，遠(yuǎn)程預(yù)警模塊還會監(jiān)測移動機器人傳感數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，遇到數(shù)據(jù)異?；蚱钸^大的情況，模塊也會發(fā)出警報，提醒相關(guān)人員進行檢修或校準(zhǔn)。

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移動機器人調(diào)度系統(tǒng)典型應(yīng)用案例

隨著移動機器人在工廠、車間、倉儲物流等場景下的廣泛應(yīng)用，移動機器人調(diào)度系統(tǒng)已成為移動機器人核心的配套件之一。以下是移動機器人調(diào)度系統(tǒng)的一些典型的應(yīng)用案例： ?

1、集群統(tǒng)一調(diào)度

為了提高效率、減少人力成本，某物流倉儲中心部署了大量移動機器人，并引入了移動機器人調(diào)度系統(tǒng)。通過調(diào)度系統(tǒng)和移動機器人的共同作用，該物流倉儲中心實現(xiàn)了自動化的貨物運輸，配送由人工改為由移動機器人運輸，物流人員從5個減少到1個，配送次數(shù)由每天200余次上升至1000余次。在后續(xù)訂單量快速增長的情況下，移動機器人調(diào)度系統(tǒng)通過仿真模塊模擬新的運送方案，很快適應(yīng)了變化的需求，實現(xiàn)了靈活的移動機器人調(diào)度。

2、運力動態(tài)調(diào)度

根據(jù)任務(wù)量的不同，調(diào)度系統(tǒng)會調(diào)整執(zhí)行任務(wù)的移動機器人數(shù)量。在任務(wù)較少的時段，以不影響交期為前提，將任務(wù)集中分配到一組機器人上，以最小化完成所有任務(wù)；在任務(wù)增多的時段，依據(jù)現(xiàn)場情況和移動機器人狀態(tài)，增加任務(wù)分配的移動機器人數(shù)量。這種動態(tài)調(diào)整可以幫助用戶確保資源的最佳利用，在提高生產(chǎn)效率的同時降低運營成本。 ?

3、復(fù)雜地形調(diào)度

某企業(yè)制造基地不僅地形動線復(fù)雜，還縱跨多個樓層，為移動機器人的運行提出了很高的要求。該企業(yè)將基地地圖上傳至調(diào)度系統(tǒng)中的地圖構(gòu)建模塊，快速生成可用地圖，通過碰撞避免模塊，保障移動機器人安全、快速地到達目的地。為了幫助移動機器人乘坐電梯跨越樓層，移動機器人調(diào)度系統(tǒng)與電梯控制器、自動門等設(shè)備按照通信協(xié)議進行信號交互，實現(xiàn)了移動機器人自主上下樓。 ? ?

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移動機器人調(diào)度系統(tǒng)發(fā)展趨勢

隨著移動機器人面臨的工作場景越來越復(fù)雜和多元化，任務(wù)調(diào)度頻率和復(fù)雜程度快速上升，對調(diào)度系統(tǒng)提出了更為嚴(yán)苛的挑戰(zhàn)，技術(shù)升級成為擺在移動機器人調(diào)度系統(tǒng)提供商面前的核心課題。 ? 針對此，系統(tǒng)提供商們正從以下幾個方面加速攻關(guān)，以提高復(fù)雜調(diào)度的能力。

1、多種移動機器人混合調(diào)度

為了滿足生產(chǎn)需求，客戶會對移動機器人進行綜合考量，這往往會造成不同品牌不同類型的移動機器人要在同一場景下運作的情況，客戶面臨著需要使用多個調(diào)度系統(tǒng)的尷尬境地——不僅系統(tǒng)冗雜，還容易形成機器人孤島。這些移動機器人在尺寸大小、運動模態(tài)、功能類型、控制力度等方面都存在差異，要求調(diào)度系統(tǒng)更加精準(zhǔn)、細(xì)致的分類和算法控制；且由于品牌不同，移動機器人的接口、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)也各不相同，對調(diào)度系統(tǒng)在對接協(xié)議、調(diào)度協(xié)議、適配協(xié)議、交管協(xié)議及各接口上也提出了更開放、統(tǒng)一的要求。 ?

2、加強設(shè)備互動性

數(shù)字化改造使企業(yè)廠房、車間變得越來越自動化，自動化產(chǎn)線、智能倉庫，甚至電梯、自動門等都是移動機器人可能需要聯(lián)通的設(shè)備，這對調(diào)度系統(tǒng)的連接能力和互動能力提出了更高要求。加強調(diào)度系統(tǒng)與設(shè)備的互動性，建立有效的數(shù)據(jù)互聯(lián)，才能令移動機器人成為設(shè)備與設(shè)備之間連接的橋梁，有利于優(yōu)化物流流程，提高整體效率和智能化水平，最終實現(xiàn)無人工廠的愿景。 ?

3、加強系統(tǒng)可擴展性

在應(yīng)用需求多樣化的背景下，調(diào)度系統(tǒng)的可擴展性對其性價比有著重要影響。一個具有良好可擴展性的調(diào)度系統(tǒng)可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求靈活地擴展其功能和容量，而無需進行大規(guī)模的重構(gòu)或替換，對于客戶來說，能減少額外的時間、成本和資源的投入，還能滿足期待的系統(tǒng)才是更加靈活、高效和經(jīng)濟的解決方案。 ?

4、加快AI融合優(yōu)化調(diào)度水平

對于移動機器人調(diào)度系統(tǒng)來說，大模型可以應(yīng)用于多個模塊之中，例如在路徑規(guī)劃中，通過學(xué)習(xí)大量的歷史數(shù)據(jù)和實時環(huán)境信息，預(yù)測交通狀況、預(yù)估任務(wù)完成時間等，從而生成最優(yōu)的路徑規(guī)劃方案；結(jié)合強化學(xué)習(xí)算法，讓移動機器人在實踐中進行學(xué)習(xí)和優(yōu)化，以達到自動調(diào)整調(diào)度策略的目的，逐步提高系統(tǒng)的整體性能和效率。 ?

5、優(yōu)化仿真驗證能力

近年來，數(shù)字孿生作為實現(xiàn)各行各業(yè)智能化、數(shù)字化的重要工具之一，備受各界關(guān)注。通過數(shù)字孿生技術(shù)為調(diào)度系統(tǒng)的仿真模塊加持，是許多調(diào)度系統(tǒng)軟件廠商近期的重點。在部署與實施調(diào)度系統(tǒng)之前，可以根據(jù)數(shù)據(jù)與實際場景搭建一個數(shù)字孿生體，并對調(diào)度過程、移動機器人的運行進行模擬仿真，一方面可以提供系統(tǒng)運行的基本數(shù)據(jù)，從而可以讓客戶更清楚地了解系統(tǒng)運行時發(fā)生的問題，提前驗證方案可行性，及時對系統(tǒng)進行調(diào)整；另一方面可以通過對數(shù)據(jù)的分析，進行更精準(zhǔn)的預(yù)測，捕捉改進機會，使調(diào)度系統(tǒng)的優(yōu)化更加行之有效，減少實際應(yīng)用中的試錯成本。此外，也可以根據(jù)數(shù)字孿生模型中的設(shè)備健康狀況和預(yù)測性分析結(jié)果，提前對移動機器人進行維護和保養(yǎng)，提高可靠性和穩(wěn)定性。 ?

6、開放接口，完善協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

除了技術(shù)升級外，開放接口、制定完善的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)同樣能夠提升移動機器人調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)度能力。2019年，移動機器人（AGV/AMR）產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（Mobile Robot and AGV/AMR Industry Alliance，簡稱CMR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟）標(biāo)委會正式成立，并開展標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)工作，截止到2023年，CMR產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟共發(fā)布團體標(biāo)準(zhǔn)16項，包括《工業(yè)應(yīng)用移動機器人數(shù)據(jù)通信接口規(guī)范》、《工業(yè)應(yīng)用移動機器人與其調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口規(guī)范》、《工業(yè)應(yīng)用移動機器人無線通信設(shè)計規(guī)范》等，對推動行業(yè)的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展產(chǎn)生了積極影響。未來，聯(lián)盟還將在推動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定的同時，做好標(biāo)準(zhǔn)宣貫工作。 ? ?

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移動機器人調(diào)度系統(tǒng)廠商巡禮

目前，市場上的移動機器人調(diào)度系統(tǒng)大部分是來自移動機器人廠商。一是因為其自研系統(tǒng)能夠完美適配旗下移動機器人的運作，在成本、時間、架構(gòu)、算法合理性之間達到最優(yōu)；其二是能夠通過自研系統(tǒng)展現(xiàn)廠商的軟件實力，更能獲得客戶的青睞。不過，隨著市場對移動機器人調(diào)度系統(tǒng)有了更高的要求，促使移動機器人廠商在調(diào)度系統(tǒng)上狠下功夫外，也催生出了一批專業(yè)的移動機器人調(diào)度廠商。（排名不分先后） ?

國際廠商

? 科爾摩根（KOLLMORGEN）：科爾摩根成立于1962年，是著名的AGV車輛自動化系統(tǒng)套件供應(yīng)商。旗下科爾摩根NDC解決方案包括導(dǎo)航、軟件、硬件系統(tǒng)以及一系列支持服務(wù)。其中NDC8系統(tǒng)平臺可對多種車型進行控制，滿足各種移動機器人的調(diào)度需求。 ? ??庫卡（KUKA）：庫卡是國際知名的自動化集團公司，為各行各業(yè)提供機器人、生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)系統(tǒng)的定制化解決方案。庫卡自主研發(fā)的庫卡移動機器人專家管理系統(tǒng)K-MReS（KUKA Mobile Robot Expert System）基于多種復(fù)雜AI調(diào)度算法，幫助企業(yè)快速部署移動機器人車隊，管理多臺機器人同場協(xié)同運作。、 ? ??Mobile Industrial Robots（MiR）：MiR成立于2013年5月，致力于開發(fā)并制造業(yè)界領(lǐng)先的AMR自主移動機器人，已形成了豐富的AMR自主移動機器人產(chǎn)品和解決方案組合。MiR Fleet集中車隊控制軟件可控制多達100臺MiR機器人運行，并設(shè)有開放API，可以將機器人集成到ERP或WMS系統(tǒng)之中，高效管理MiR機器人車隊，優(yōu)化內(nèi)部運輸。 ?

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圖2 MiR Fleet ? ??OTTO Motors: OTTO Motors是著名工業(yè)應(yīng)用自主機器人技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)Clearpath Robotics的子公司，主要負(fù)責(zé)研發(fā)生產(chǎn)制造面向工業(yè)的移動機器人。其自主研發(fā)的Fleet Manager（車隊管理系統(tǒng)）可以完成機器人運行控制、作業(yè)監(jiān)督與管理和設(shè)施集成之類的任務(wù)，并可通過HTTP Rest和WebSockets等協(xié)議與公司現(xiàn)有系統(tǒng)連接。2023年9月5日，羅克韋爾自動化宣布收購Clearpath Robotics（包括OTTO Motors）。 ?

國內(nèi)廠商

??羲和軟件：羲和軟件源自于牧星智能，是一家專注從事移動機器人混合調(diào)度系統(tǒng)研發(fā)的軟件企業(yè)。旗下iRMS智能機器人管理系統(tǒng)支持1000+并發(fā)調(diào)度能力，支持開放的全場景多品牌機器人混合調(diào)度，為客戶提供100%高自主和高柔性、100%開放、高性價比、易學(xué)易用和易部署的機器人混合調(diào)度系統(tǒng)與解決方案。 ?

???威聯(lián)加：蘇州威聯(lián)加信息科技有限公司是一家專注于生產(chǎn)制造執(zhí)行管理軟件和工廠內(nèi)部物流咨詢、規(guī)劃和實施的高新技術(shù)企業(yè)?；诔墒斓男袠I(yè)經(jīng)驗，威聯(lián)加AGV智能調(diào)度系統(tǒng)（VConn）兼容多種導(dǎo)航方式，能夠適配不同品牌的調(diào)度協(xié)議，兼容多品牌車型，方便快速對接生產(chǎn)現(xiàn)場的各類設(shè)備。VConn以JAVA平臺為基礎(chǔ)，在滿足本地化部署的同時，也可直接部署到云端。??

圖4 Vconn調(diào)度界面 ?

??華?？萍迹?/strong>華?？萍汲闪⒂?016年，是一家專注于機器視覺、工業(yè)移動機器人產(chǎn)品及解決方案研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技公司。華?？萍纪瞥龅腁MR平臺軟件組合將RCS、ICS相結(jié)合，在實現(xiàn)智能調(diào)度、路徑規(guī)劃、交通管理、任務(wù)管理等功能的同事，無縫對接企業(yè)上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)，并通過PC客戶端、移動APP實現(xiàn)靈活配置執(zhí)行任務(wù)。