小仓库大发展：智能无人仓库的众生相

智能无人仓库是如何发展到现在这么灵活化，智能化的？

各种各样的无人仓库，到底有什么区别，哪个最牛？

下一代机器人仓库长什么样，竟然能上天入地？

物流研究者，行业从业者，智能设备爱好者，必读好文，3000字带你了解智能无人仓库的众生相！

一、智能无人仓库发展史

始祖诞生：第一个智能无人仓，也就是全自动仓库系统，即所谓的AS/R系统（也称巷道堆垛机式仓库），是德国企业Demag在20世纪60年代推出的。从那时起，仓库发生了重大变化，开始逐步引入了新的存储和处理技术以及先进的IT系统。在此后长达半个世纪的时间里，配备有堆垛机和传送带的自动化立体仓库广泛的应用在工业生产和物资流通等实际场景中，同时在学术界以Roodbergen和Rene de koster为先锋的科学家们开始发表了大量的相关学术研究论文，促进了自动化仓库在各类场景中运作效率的提升。

穿梭车统治时代：近十几年来，随着互联网和电子商务业务的出现与发展，对仓储场景产生了重大影响。电子商务运营的特点是储存了大量的产品，订单结构复杂且订单量变化很大，这也带来了具有高存储和灵活吞吐能力的AVS/R系统（也称穿梭车式自动立体库），这些系统使用带内部通道的高密度立体货架，并在通道内灵活部署自主运行的穿梭车（Shuttle），而且货架的垂直运输通过升降机实现。由Witron公司开创，将多种自动化技术相结合，诞生了这类更具有成本效益的高密度自动化体力仓库。

机器人广泛应用：而伴随着机器人技术飞速发展，智能机器人在物流仓储业的应用也越来越广泛，一种由机器人提升和搬运可移动货架的仓库系统开始出现，即2008年率先由KIVA Systems公司在美国注册专利，2010年前后应用在亚马逊仓库的KIVA系统（也称移动货架式机器人仓库）。在这类仓库中，机器人载着可移动货架，在工作站和货架区下方灵活运输。这类系统在吞吐量方面也非常灵活，因为可以向仓库配置可变数量的机器人和工作站，这对于面临柔性需求的互联网零售商来说尤其重要。

上天入地自爬变革：当前，智能科技时代的到来掀起了仓储设备智能化大潮，国家制造强国建设战略咨询委员会发布的《中国制造2025》强调推动智能设备在工业界的应用，更为先进和新兴的机器人技术应用到了仓储场景中。近几年，出现了一类Self-climbing系统，即自爬式机器人仓库，自爬式机器人可以独立地爬上和爬下货架，在货架上存取标准化的料箱，自爬式机器人可以在仓库中移动，没有轨道，并将料箱运送到工作站。通过配置自爬式机器人和特定的三维密集存储货架，这类仓库已经在Exotec Solutions和 Attabotics等企业得到实际应用，学术界Yeming Gong教授团队对这类前沿系统开展了相关运作管理的研究。

二、各类智能无人仓库介绍、分析、对比

1、AS/R系统也减肥，同样拥有“紧致身材”

这种系统包括货架和自动搬运设备（如起重机，自动叉车）。这些搬运设备可以是巷道固定式（通常为起重机）或巷道漫游式（通常是高位自动叉车）。为了执行存储操作，起重机通常从输送机上拾取货物，并将其存储在30至40米高的货架中，一般过道中的驾驶和提升同时进行。AS/R系统还可以配备倍深式货架，例如在双倍深式货架中，起重机可以配备双深位伸缩叉。

而在特定需要紧致化空间存储的环境中，比如新鲜农产品和冷藏仓库，多倍深AS/R系统可以将货物存储在存储通道中更深处，如图所示。起重机负责在货架的水平和垂直方向上的移动，起重机通过配合多深位存取设备，来实现在货架深度的货物存取。

多深位存取设备目前主流的主要有三种：

（1）多深位伸缩叉，较为常见，装配在起重机上机械地将货物推入储位；

（2）传送带，在货架上配有可以双向移动的传送带，通常搭配后进先出的存储规则；

（3）穿梭车（Shuttle），带有穿梭车的起重机来存取货物，并行驶至存储货架，穿梭车来执行深位货架的货物存取。

（多倍深AS/R系统）

2、AVS/R系统的改进竟然启发于儿童游戏？

AS/R系统在吞吐量方面缺乏灵活性，而AVS/R系统基于穿梭车和升降机，通过增加或减少设备数量，具有更大的生产灵活性，适用于安全可靠地处理各种产品，如纺织品、汽车零部件，电商件等。同样的，基于存储能力的提升，这类系统可以配置更为密集的多层多通道多倍深式的存储货架，这些穿梭车（四向/六向穿梭车）在每个存储货架内的货品或料箱下方移动，以存储或取出货物。

为了实现绝对最大的存储密度，减少穿梭车的行驶巷道数量以提升存储能力，有一类特殊的穿梭车式立体仓库：Puzzle-based系统（或Live-Cube），如图所示。这类仓库模型由Kevin Gue教授于2007年最先发表，其灵感来源于Sam Loyd著名的儿童益智游戏（15张拼图游戏，其中15个编号的卡片在4×4的网格内滑动，游戏的目标是从随机的初始排列开始，按正确的数字顺序排列卡片，不允许跨越卡片。类似于中国民间益智游戏华容道）。

卡片代表存储在货架中的料箱或托盘。货架平面上只有一个空置位，这就有（n−1）/n存储密度，其中n是货架中的储位数。为了存取目标储位的货品，穿梭车利用空置位，重复移动料箱，最终将目标货品带到出入口，由升降梯进行出入作业。目前许多仓储设备制造商正在开发该类型的系统，基于这一概念的实际实现和原型在许多不同领域都在增长，尤其是在自动化停车库，集装箱自动化码头等。

（Puzzle-based系统）

3、KIVA系统统治电商领域，新王登基

这类仓库中，由于可移动式货架的灵活移动，存储位置和商品储位完全是动态的，操作员可以在符合人体工程学设计的工作站中工作，真正实现“货到人”，而不是“人找货”。

众所周知，各行业都存在自有的周期性，柔性化与协同式的仓储技术解决方案能够更好地在订单低点减少生产和运营费用，在订单峰值发挥规模效应高效完成订单，柔性化与效益成正相关，仓储技术柔性化程度越高，效益越大，因此企业对于柔性化与高效化的仓储技术的需求非常大，大量亚马逊、京东、阿里等电商巨头的无人仓库中，随处可见KIVA系统的应用场景。

4、Self-climbing系统上天入地，爬来爬去

自爬式机器人仓库可以配置高密度三维货架，因为机器人正好适合在货架之间的过道上行走，取代了传统自动化仓库的过道和巷道，最大限度地提高了仓库订单履行的灵活性和速度，并优化了空间。根据机器人路由轨迹和货架结构，主要有两种：灵活组合式自爬仓库（Exotec公司已应用）和紧致三维式自爬仓库（Attabotics公司已应用）。

（1）灵活组合式自爬仓库中，如图，货架布局呈巷道式排列，机器人在工作站和货架之间的地面和巷道内行驶，到达货架后，在巷道内开始爬行货架上升至目标储位存取货物。这类仓库与传统穿梭车式仓库完全不同，常规穿梭车作业时是在固定轨道上运行，将货物运送到指定地点，由升降机进行接驳转运，而升降机对于穿梭车式仓库的性能提升是很大的瓶颈，而自爬式机器人既能在货架上运行，又能在地上行走，具有更高的性能效率和灵活性。

（2）紧致三维式自爬仓库中，如图，货架为紧致密集排列，并将传统的平面巷道浓缩为一个单一的垂直巷道，在货架结构内部，机器人穿梭在货架的上方，下方，以及垂直巷道，在三维货架空间中移动，工作站紧邻配置在货架区外部，这大大提升了仓库的空间效率。相比于第一种自爬式仓库，第二种仓库真正实现了全空间三维行走的机器人，机器人可以在底层实现四向的水平行走，搬运货物到工作站。机器人可以垂直爬货架到顶层，并在顶层同样实现四向水平行走，机器人可以从顶层向下垂直爬货架实现料箱的上架和下架。

（灵活组合式自爬仓库）

 （紧致三维式自爬仓库）

（各类智能无人仓库对比分析表）