Robots performing tasks in warehouses provide the first example of wide-spread adoption of autonomous vehicles in transportation and logistics. The efficiency of these operations, which can vary widely in practice, are a key factor in the success of supply chains. In this work we consider the problem of coordinating a fleet of robots performing picking operations in a warehouse so as to maximize the net profit achieved within a time period while respecting problem- and robot-specific constraints. We formulate the problem as a weighted set packing problem where the elements in consideration are items on the warehouse floor that can be picked up and delivered within specified time windows. We enforce the constraint that robots must not collide, that each item is picked up and delivered by at most one robot, and that the number of robots active at any time does not exceed the total number available. Since the set of routes is exponential in the size of the input, we attack optimization of the resulting integer linear program using column generation, where pricing amounts to solving an elementary resource-constrained shortest-path problem. We propose an efficient optimization scheme that avoids consideration of every increment within the time windows. We also propose a heuristic pricing algorithm that can efficiently solve the pricing subproblem. While this itself is an important problem, the insights gained from solving these problems effectively can lead to new advances in other time-widow constrained vehicle routing problems.


翻译:在仓库中执行任务的机器人提供了在运输和物流方面广泛采用自主车辆的第一个例子。这些操作的效率在实践中可能大不相同,是供应链成功的关键因素。在这项工作中,我们认为协调一个在仓库中从事采摘作业的机器人车队的问题,以便在遵守问题和机器人特有限制的同时,在一段时间内最大限度地实现所获得的净利润。我们把问题当作一个加权的包装问题,即所考虑的要素是在仓库地板上可被捡到并在指定时间窗口内交付的物品。我们强制实行这样的限制,即机器人不得相互碰撞,每个物品大多由一个机器人接收和交付,而且随时活动的机器人数目不超过现有总数。由于线路的设置在投入规模上是指数性的,我们用柱子生成来优化由此产生的整形线性程序,其中的定价相当于解决一个基本资源受限制的最短的路径问题。我们提出了一个高效的优化计划,避免在时间窗口内考虑每一次递增。我们还提出一个高压性的价格定价算法,以便有效解决车辆定价方面的其他问题,同时限制这些问题。

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