你负责管理一座仓库的现场,约 24 台自主移动机器人(AMR)把周转箱从存储通道运到四个协作机器人打包单元。每个订单是一趟 240 m 的行程——200 m 穿过机器人专用通道,40 m 穿过有人工作的共享区——外加在单元处的一次拣选。模型根据公开标准和教科书公式,逐分钟计算排队、拥堵、死锁、停止距离、电池能量和充电功率,以及软件版本对停止的影响。这是一个运营原理模型:它不运行机器人软件,数字是通用的,并非任何产品的数据。仅为教学模拟——实际现场应遵循其自身的风险评估。
free traffic: P(new deadlock in a minute) = 1 − e^(−κ·n_moving²/n_I), κ = 0.00001 (× 300 with an aisle closed, n_I = 6 → 4); a robot behind joins with p = 0.5 (≤ 8); the fleet manager re-plans with p = 0.2/min (0.03/min with no detour)[8][10]示意性数值,并非任何真实场地或产品的数值。真实场地根据自身的风险评估和制造商数据设定检测区、速度和限值。
zone reservation: a robot enters only when the zones ahead are granted to it → no circular wait; each crossing W = ρτ / (2(1 − ρ)), ρ = λ_I·τ, τ = 2 s, 6 crossings per task[8][6][9]示意性数值,并非任何真实场地或产品的数值。真实场地根据自身的风险评估和制造商数据设定检测区、速度和限值。
在可能有人的地方,停止距离——反应行程加制动距离——必须落在人员检测区内。
d_stop = v·t_r + v²/(2a) + C ≤ F (t_r = 0.3 s, a = 0.8 m/s², C = 0.1 m, F = 1.3 m ⇒ v ≤ 1.17 m/s where people can be)[1][2]示意性数值,并非任何真实场地或产品的数值。真实场地根据自身的风险评估和制造商数据设定检测区、速度和限值。
v ≤ F / √(μ·k), μ = (1/m_H + 1/m_R)⁻¹, m_R = M/2 + m_L; hand: F = 140 N (quasi-static limit, used conservatively), k = 75 N/mm, m_H = 0.6 kg; M = 24 kg, m_L = 3 kg ⇒ v ≤ 0.67 m/s[3][4]示意性数值,并非任何真实场地或产品的数值。真实场地根据自身的风险评估和制造商数据设定检测区、速度和限值。
tote time = 10 items × (1.5 s + 2 × 0.5 m / v_cobot); v_cobot = collaborative speed while a person is in the cell; 4 cells, served in order of arrival within the minute[3]示意性数值,并非任何真实场地或产品的数值。真实场地根据自身的风险评估和制造商数据设定检测区、速度和限值。
行驶功率:固定的电子设备负载、滚动阻力,以及每次走走停停损失的制动能量。
P = 60 W + C_rr·m·g·v/η + 0.03/m · v · ½mv²·(1 − r)/η (C_rr = 0.012, m = 500 kg, η = 0.75, r = 0.5)[12]示意性数值,并非任何真实场地或产品的数值。真实场地根据自身的风险评估和制造商数据设定检测区、速度和限值。
充电器在电量约 70 % 以下以满功率充电,之后电流逐渐减小(先恒流,后恒压)。
P_charge = 0.8 kW up to 70 % SoC, then × (1 − 0.9·(SoC − 70)/30); battery 0.8 kWh; stranded at 1 %[11][10]示意性数值,并非任何真实场地或产品的数值。真实场地根据自身的风险评估和制造商数据设定检测区、速度和限值。
P(link silent > W in a robot-minute) = 0.224·e^(−W/0.1 s); watchdog W: v1 0.5 s, v2.0 0.15 s, v2.1 0.5 s; stop 2 min[13]示意性数值,并非任何真实场地或产品的数值。真实场地根据自身的风险评估和制造商数据设定检测区、速度和限值。
金丝雀对比:运行最新版本的机器人与车队其余机器人的每机器人小时停止次数对比。
stops per robot-hour, canary vs control: 60·stops / robots (smoothed τ = 10 min); update or rollback = 4 min out of service[13]
本模型的其他常数
task 200 m in zone A + 40 m in the shared area · 6 intersections · 4 cobot cells, a person inside 25 % of minutes · 6 chargers · shift-start charge stratified over mean ± 27.5 % · v1 mislocalises 0.6 % per driving minute in re-racked aisles (others 0.04 %), 6-min stop + 3 operator-min · clearing a deadlock 2 operator-min per robot · tow 15 operator-min示意性数值,并非任何真实场地或产品的数值。真实场地根据自身的风险评估和制造商数据设定检测区、速度和限值。
M. Harchol-Balter — Performance Modeling and Design of Computer Systems (M/G/1 Pollaczek–Khinchine mean wait; M/D/1) — Cambridge University Press, 2013
B. D. Greenshields — A Study of Traffic Capacity (linear speed–density relation) — Highway Research Board Proceedings 14:448–477, 1935