一．文献综述
1.研究背景
随着现代经济的快速发展以及人类生活方式的不断变化，物流在社会经济中正扮演着越来越重要的角色。据国家发展改革委及中国物流与采购联合会共同发布的《2019年全国物流运行情况通报》中显示，我国在 2019年的全国社会物流总额已达到298.0万亿元，同比增长5.9%，特别是随着近几年电子商务的发展，人们的消费习惯及消费意识也正发生翻天覆地的变化，网购已成为不局限于年轻人的主流购物方式，而完成这种交易的关键环节就是物流。2019 年 11月11日，天猫双十一购物狂欢节中二十四小时的成交额达到了2684亿，形成的订单数量更是达到12.92亿，随着物流仓储技术的不断发展，未来的前进方向必然是在速度、效率和存储密度上［1］。目前，物流已经成为保障国民经济正常运转的根本环节之一，只有更高效、更稳定、更强大的物流[2]才能保证社会经济的健康增长。
自动化仓储系统是一种通过科学的编码、软件的控制以及设备机械电气自动化的组合，来提高物料或者货物的存取效率和利用率，是能够显著提高仓库管理工作效率的一种高效自动化仓储管理模式。现代物流行业不断在发展，传统的人工或半自动仓储方式越来越难以满足使用需求，自动化高效能的仓储系统成为未来发展的大方向［3］。在这种现代化、智能化的仓库系统中，多种多样的中小型的智能穿梭车应当成为仓库内物流的主力，相比传统的方案，穿梭车可以进行两个甚至三个维度的运动，且在同一维度上允许多个机器人同时作业[4-5]。
自动化立体仓库一般由多层货架、分拣机械手、物流机器人以及一整套管理系统组成，各个机器人既可以通过上位机与调度系统或其他机器人通讯，进行最优路径规划，也可以通过下位机执行相应动作，实现机电一体化的自动管理流程，具有稳定高效 、错误率低等优点。目前应用比较广泛的仓储机器人还普遍配备提升机，布置在货架间的巷道来回穿梭，这是当前自动化仓库最为重要的组成部分[6]，但是这些物流机器人多数工作平面在二维方向，由全向底盘和提升机组合而成，虽然可以达到三维工作空间的效果，但因为二位方向上工作空间和路径有限，能够部署的机器人数量也大受限制，给进一步提高工作效率带来了困难；而三维穿梭车类型的物流机器人可以携带货物在整个三维空间中穿梭，由于工作空间多了一个维度，并且身形更小巧，可以实现更高的自动化和灵活性，在相同的仓库空间内可以布置更多的机器人，大大提高总体工作效率，这也是本项目索要研究的重点方向。
- 国内外研究现状
2.1国外研究现状
当前关于立体仓库的设计，国内外都提出了许多不同的解决方案，其在特定场景下的工作表现甚至非常出色。
US2015127143这份专利公开了一种机器人存取穿梭车，它能够同时从三维存储阵列中的货堆中抬升多个存储箱，从而能够直接对被掩埋在其他存储箱下方的指定存储箱进行操作。操作时由多箱式穿梭车将上层货箱移出，常规的单箱式穿梭车即可取得目标货物。该仓库系统的优点是能够大大减少操作货物所需要的操作步数，提高工作效率，缺点在于需要两种不同的车辆类型，它们需要分别进入，然后才能移开目标货箱[7]。
美国专利2013/0181586中还公开了一种多层的旋转单元存储结构，该结构单元具有径向地连接到中心轴以用于存取货物的多个货箱架，能够通过计算机的自动计算控制存储系统输出货物，但这种设计对实际的存储布局本身没有任何改进[8]。
对于自动化仓库的系统控制，不仅仅有结构方面的设计创新，也有一些与之相辅相成的算法在系统调度层面上进行优化，MALMBORG 等[9]通过设置系统配置参数来优化系统性能；FUKUNARI 等[10]通过闭环排队网络的建模方法，分析系统在单指令周期和双指令周期下的系统效率。
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