隨著機器人市場快速發展，多種多樣的機器人相繼問世，多種類型的機器人協同作業的應用需求不斷擴大，其優勢和價值不斷被市場認可。與此同時，市場也開始對具備混合調度能力的機器人管理系統提出更高需求和期望。本文分析了多種機器人協作的發展與行業典型應用，以及多種機器人混合調度的優勢、面臨的挑戰與技術要點。機遇與挑戰并存的多種機器人混合調度，必將成為新的趨勢和亮點。

作者：肖曉清 劉明  南通羲和軟件科技有限公司

近些年，機器人市場以前所未有的速度迅猛發展，越來越多的終端客戶部署了基于機器人的解決方案，隨著機器人廠家和機器人種類層出不窮，使得這個市場愈發繁榮和活躍， “黑燈工廠”呼之欲出。終端客戶不斷享受著智能科技帶來的改變。然而，在終端客戶持續拓展機器人部署和應用時，一個至關重要的應用需求和趨勢漸漸浮現——多種機器人協同作業。

一，多種機器人協作概念與發展

多種機器人協同作業，不單指多個同種類機器人協同作業，也不單指多個協作機器人，而是指在一個任務中，由不同類型的機器人（例如：無人叉車、搬運AGV、機械臂等）協同工作來完成任務的過程。這些機器人之間通過通信和協作來共同實現任務目標。

《“十四五”機器人產業發展規劃》關于機器人核心技術攻關行動中提到的“共性技術”，就包含了多種機器人協同作業技術，其重要性不言而喻。

隨著機器人產業不斷快速發展，機器人的應用覆蓋率也隨之增長，市場慢慢發現，一種機器人已經無法滿足同一場地豐富的自動化的需求，進一步催生多種機器人協作的產生。例如，在制造業中，一個產品需要經過多個環節才能完成生產，每個環節都需要特定的機器人進行加工作業。

圖1 多種機器人調度平臺在不同行業占比

來自Interact Analysis的報告預測，AMR多種機器人混合調度市場預計2021年至2027年間的復合年均增長率為138%。如圖1所示，多種機器人協作在各個行業都有廣泛應用，目前耐用品制造行業占主要部分。可見混合調度市場發展增速之快，范圍之廣。其發展過程，在某種程度上與WCS（倉庫控制軟件）的發展歷史部分相似。在固定自動化的早期，出現了大量的“自動化孤島”， 如圖2所示，當倉庫開始同時使用多種類型的固定自動化時， WMS必須將任務傳達給多個子控制系統，導致效率低下，因為子系統之間沒有進行通信。因此，我們看到可以與多種類型的固定自動化技術對接的WCS解決方案的出現，允許跨不同子系統進行一定程度的編排。

圖2 WCS的發展

二，行業典型應用分析

隨著機器人應用解決方案的普及和不斷迭代，多種機器人協同作業已經在各行各業得到實際落地并取得顯著成果。接下來，我們將詳細分析一些典型應用案例。

1.堆高叉車、雙向穿梭車和地面托盤搬運車，在托盤高密度存取和搬運場景的優化應用

例如，一些終端客戶，已經在其工廠或倉庫部署了基于穿梭車的穿梭式貨架，用人工遙控穿梭車+人工叉車來實現貨物存取，由于穿梭車只能在一個巷道來回穿梭，換巷道就需要通過人工叉車來將穿梭車搬運到不同巷道口。隨著無人堆高叉車的引進，通過統一的調度，利用無人叉車和穿梭車配合（如圖3），實現了此道工序的無人自動化。無人叉車和穿梭車都由統一的調度系統來對接和控制，實現了兩種類型車型無縫協同作業，包括其充電的時機都能以最佳方式協調，對于上位系統，如WMS，只需將要存取的貨架信息發給調度系統，由調度系統分別下發任務給叉車和穿梭車來完成，并反饋最終狀態給上游系統。上游系統信息收集和反饋也實現自動化，并且非常易于集成。

圖3 叉車+穿梭車混合調度

但實際運行一段時間后，我們會發現，堆高叉車在長距離搬運環節的優勢并不高，體現為幾方面：1.成本高；2.體積大；3.速度不夠快，轉彎不夠靈活；4.人機混行安全性低。因此，單純使用堆高叉車，在成本、效率和安全上，有可能都無法滿足客戶降本增效的需求。

為此，繼續利用多種機器人協同作業的思路，對這一解決方案進行優化，引入成本更低、體積更小、專注搬運的地面托盤搬運機器人，例如潛伏機器人、類地牛機器人等，實現長距離搬運的低成本、高效和安全性。利用穿梭車實現高密度存儲，利用堆高車的功能特性實現高位的存取，利用地面搬運機器人實現高效轉運。可見，結合不同品牌種類機器人，將它們有機結合而成的解決方案，可以實現1+1>2的效果，并且可以不斷柔性擴展，組合千變萬化。

2.移動機器人與固定位機器人搭配

例如，在工廠中，使用按鈕來觸發事件，下發任務至機器人執行特定任務，使用多色燈來反饋任務執行狀態。對于不同工序，使用不同上裝的機器人，如移動機器人上裝滾筒工裝搬運料箱等載具，可與滾筒線對接，如果不同點的滾筒線有高低差，可以使用帶有升降裝置的滾筒上裝。對于有抓取的工序，可以將機械臂安裝在移動機器人上前往指定工位作業。移動機器人工裝可以按工序需求任意搭載。當然，也可以讓移動機器人移動載具與固定位機器人對接處理。比如固定位的機械臂將貨物裝載到托盤上，再由移動機器人搬運到指定位置。移動機器人移動過程中，可以自動與自動門、電梯交互實現跨樓層；與固定位的承重裝置實現重量自動測量；與固定位的包裝機交互，實現自動包裝等。移動機器人與固定位機器人的豐富組合，可以滿足工廠物流等復雜的工序需求。

3.場景解決方案混合使用

例如，倉庫中可使用高密度存儲解決方案（如四向穿梭車高密度貨架）結合“貨到人”解決方案（潛伏機器人+潛伏貨架），來提高“貨到人”解決方案的存儲密度，通過四向穿梭車與潛伏車接駁，來轉運貨架到揀選工作站。在揀貨工作站，人工將商品揀選到籠車等載具中，再由搬運機器人搬運至機器人分撥系統，對商品進行自動化分撥。通過組合不同機器人的解決方案，來實現系統的更高能力。

4.其他

多種機器人協同作業的應用很多，并且會層出不窮。基本思路是利用多種機器人在功能、載重、大小、性能、導航類型、成本、品牌等維度的不同優勢，進行最優化組合，實現最佳解決方案。如立體運動機器人（爬貨架機器人等）結合地面機器人，實現高密度存取和搬運。利用超高位的料箱機器人結合潛伏搬運機器人，設置組合式貨架、高位使用料箱貨架、低位使用潛伏貨架，實現混合存儲的上存下揀解決方案。再例如，利用高位料箱車和地面轉運料箱車搭配來代替多背簍料箱車的解決方案，從而提高料箱存儲密度和降低成本。

三，多種機器人混合調度的優勢

隨著客戶對機器人解決方案的深入接觸和了解，越來越多客戶開始意識到多種機器人協同作業的價值和重要性，多種機器人混合調度的需求隨之激增，其價值和優勢主要體現在以下幾個方面：

1.豐富解決方案

隨著機器人行業迅猛發展，為各種場景設計的應用型機器人層出不窮。客戶通過使用混合調度技術，可靈活搭配不同類型的機器人使用，集各家之所長，來實現原本一家供應商無法實現的特定應用場景。

2.降本增效

往往一家供應商能提供的機器人種類有限，通過多種機器人混合部署，客戶可以選擇從多家供應商采購，并選用各品牌最具性價比的機型，從而降低采購成本。同時選擇最適合的機型，避免“殺雞用宰牛刀”，從而進一步提高作業效率，達到降本增效的目的。

3.自主可控

客戶可以自由更換機器人，隨時添加所需機器人，隨時改變布局和流程，以滿足企業發展中不同階段的需求。

4.高效對接和擴展

客戶只需對接一套混合調度系統，即可持續擴展和部署機器人應用，無需與多個供應商的調度系統重復對接，并可降低學習和維護成本。

5.打破信息孤島

混合調度可以促進信息共享，通過使用先進的算法進行路徑規劃和統一分配，使得每個任務都被分配給最合適的機器人，并且各個任務流程之間保持最佳的協調，從而提高現場運行的穩定性和效率。

6.提高空間利用率

與固定位置的機器人相比，移動機器人最大的區別是空間共享問題，即交通管控。混合調度可以通過實現統一的交通管控來避免機器人之間的交通死鎖和碰撞。這個方法可以讓不同機器人在同一個區域內協同工作，從而顯著提高空間利用率。

四，面臨的挑戰

多種機器人混合調度的優勢顯而易見，但同時也面臨著多種挑戰。

1.控制權和開放度

機器人管理系統之間無法兼容，但交通管控只能由單個系統來完成，當遇到需要協同作業的場景，就涉及用誰家系統來控制的問題。

供應商往往都有自己專屬的機器人管理系統，并且視為其核心知識產權，往往只開放機器人管理系統的API，且更傾向于提供更全面的機型覆蓋和更全面的解決方案給客戶，從而導致供應商不愿開放機器人API。

2.責任邊界

由于會有多個品牌機器人和調度系統供應商參與，在部署和運維過程中如果遇到問題，需要多個供應商分析和定位，并確定最終由誰來解決問題。機器人協作的背后，也是考驗不同供應商之間的支持與協作。

3.接口標準

各家機器人接口都是按自己最適合的方式實現，標準不統一，不兼容，互操作性差，市場還沒有形成完全統一的標準。雖然有歐洲發布的VDA5050標準、美國發布的Mass Robotics、中國發布的《工業應用移動機器人與其調度系統數據的接口規范》等，但是這些標準仍然在普及的過程中。

4.系統架構和算法

考慮到各種機器人的集成，并且不同場景中應用方式方法各不相同。這就對混合調度系統的架構和算法以及功能等提出更高要求。需要充分考慮任務分配、路徑規劃、交通管控、動作編排等等功能的高效性和靈活度，才能使多種機器人協作真正達到1+1>2的目的。

五，技術要點

1.地圖融合

地圖融合是指將各家供應商專有的地圖數據結構或其他公開標準的地圖結構，通過地圖坐標轉換技術，將地圖的坐標類型、偏移、旋轉角度、縮放比例、度量單位等，按標準統一轉置，進而將各家地圖映射到統一的地圖格式上，并提供用戶統一的編輯和規劃界面。

2.可插拔平臺

對于混合調度技術，需要適配多種機器人、自動化設備、第三方系統和應用場景。適配越來越多的種類，可以提供客戶豐富的組合和選擇。當種類越來越多，管理這些代碼也會變成災難。傳統的代碼分支管理軟件，無法針對如此多的功能進行很好的代碼版本管理。同時，針對單個項目，將所有適配的功能都發布上去，會造成系統的低效和不穩定。此時，類似中國古代活字印刷術的可插拔插件平臺技術完美地解決了這個問題（如圖4）。例如，某個項目只使用了3種車型，2個自動化設備，2種應用場景。此時只需將這7個插件部署到該項目上，并且如果其中一個插件要升級，或者需要做功能修復，也只需替換這一個插件。這將大大降低管理難度，提高系統的效率和穩定性。同時配合插件二次開發功能，使得客戶能自主開發其所需功能，大大提高客戶自主可控性。

圖4 可插拔插件化平臺

3.萬物互聯

將混合調度技術發揮到極限，需要全面的“萬物”互聯（如圖5），包括上游系統、自動化設備、機器人等，將“萬物”信息打通，統一協調，發揮混合調度最大優勢。

圖5 萬物互聯

4.混用

除了不同類型和品牌的機器人混用，還需支持以下維度的混用：

（1）充電策略混用

為了提高充電樁的復用率，減少空間占用。需針對不同機器人使用不同的充電策略，比如滿充周期、最佳充放電區間、低電量判斷規則、充電曲線、溫度監控，等等，保證多種機器人充電效率最優化。

（2）休息策略混用

通過算法和策略，來實現不同機器人對休息空間的最大化利用率。比如，有些機器人可以在貨架底下休息，有些則需要按隊列化排列休息FIFO，FILO等。針對不同機型使用不同休息策略，使得效率和空間使用率最優化。

（3）場景混用

往往一個場地存在多種不同應用場景，比如物流配置中心，需要搬運、分揀、存取等不同場景靈活組合搭配。混合調度需要能夠滿足不同場景的功能需要，才能實現一套系統整體控制，打破信息孤島，體現混合調度的優勢。

5.無代碼&低代碼

混合調度帶來多變的組合，隨之而來的是豐富的解決方案。同時柔性自動化更是移動機器人為市場帶來的又一大亮點。并且可以感受到，固定流程的部署，無法滿足實際客戶的需要，因為場地經常由于工序等原因，需要變更布局、流程，甚至增減設備等。那么，柔性化、自主化、易用化，就成了客戶最迫切的需求。

通過提供無代碼或低代碼的功能，實現多機混跑任務簡單快速的重新編排，來滿足客戶需求，實現易用易學易部署，縮短部署周期，提高部署后的穩定性。

6.智能算法

算法是多種機器人混合調度的基礎，優秀的算法可以保證系統運行的穩定性，同時帶來1+1>2的效率提升。從大的層面來看，一般涉及任務分配算法、路徑規劃算法、交通管控算法、充電策略算法、停車策略算法、取放貨順序算法等等（如圖6）。隨著AI技術不斷發展，結合AI的智能算法將會是核心競爭力。

圖6 智能算法

7.仿真模擬

在決定采購機器人和設備之前，先通過1：1參數的虛擬機器人在仿真平臺上驗證方案的可行性，找出瓶頸，得出相對最優解和最佳組合，進而采購和快速上線部署。混合調度仿真模擬，如圖7。

圖7 混合調度仿真模擬

六，混合調度供應商

1.機器人主控改造類

將同一品牌主控模塊安裝到不同品牌機器人本體，適配和控制機器人的各種零部件，來實現導航、定位和運動控制等，結合自有的機器人調度系統，實現對不同機器人本體的統一控制和調度。代表公司主要有：仙工、科聰、賓通、鳳源、科爾摩根NDC、BlueBotics等。

2.機器人協議適配類

適配機器人的公有或私有協議，來實現對不同品牌多種機器人的混合調度。代表公司主要有：羲和、威聯加、壹悟、ProfControl、Synaos、Meili Robots、Freedom Robotics、Waku Robotics、Movizon、SVT Robotics等。

例如，專注從事機器人混合調度系統研發的南通羲和軟件科技有限公司，其最新一代智能機器人管理系統 iRMS，支持全場景多種機器人混合調度技術。該系統宣稱100%開放，通過標準化產品為客戶賦能，助力客戶自主部署多種機器人混合調度解決方案。其自研的可插拔模塊化平臺，提供客戶豐富的功能插件，并支持客戶自主二次開發。搭配先進的拖拽式無代碼平臺和OEM定制功能，即刻打造屬于客戶自己的高自主、低成本、低門檻、易學、易用、易部署的機器人管理系統平臺。此外，iRMS還支持與各種自動化設備對接，實現萬物互聯。精心設計的接口方便上游系統（如WMS、MES、ERP等）快速接入。支持通過機器人供應商專屬協議和VDA5050等公有協議來對接機器人。另外，搭配使用其自研的3D仿真模擬系統iSimulator，1：1還原最真實的運行效果，提前驗證方案，確定布局和需購買的資源種類和數量等，可實現最大化降本增效。