大学生创新训练项目申请书
项目编号
项目名称 电商物流中心背景下的搬运机器人数量和仿真研究
项目名称 电商物流中心背景下的搬运机器人数量和仿真研究
项目简介
电商物流中心的规模日益壮大，搬运机器人在缓解人力资源的
紧张，提高生产效率上越来越显得至关重要。搬运机器人应当以恰
到好处的量变来促成电商物流中心循序渐进的质变。然而，智能大
数据预测存在不准确的分析和推断出与事实截然相反的结果
……
等
现象。本项目根据现有电商物流公司搬运机器人设置场所和使用数
量，及其对物流中心发展的利弊影响，在现有的仿真工具和计算方
式下比较这三者的相互联系和制约为立足点。从以下几个方面进行
研究，对电商物流中心的实际规模和所在位置及市场定位等因素进
行详细分析和种类划分，最后分析三者联系和制约因素及搬运机器
人的实际及预购买数量进行数量和仿真研究，以期预测出较准确的
数量设置结果。
负责人曾经参与
科研的情况
无
指导教师承担科
研课题情况
承担市厅级项目 2 项，校级 1 项，参与国家级 2 项
指导教师对本项
目的支持情况
为团队从选题、研究过程等多方面提供全程指导二、立项依据（可加页）
（
一
） 研究目的
本项目旨在综合分析全球和我国机器人产业发展趋势及特征，围绕产业的规模效
益、结构水平、创新能力、集聚情况和发展环境等方面，综合分析评价长三角、
珠三角、京津冀、东北、中部和西部全国六大区域的机器人产业发展现状及水平，
并围绕区域特色竞争、产业集聚发展、应用场景延伸、多元细分市场、双创服务
平台、资本收益风险、人才培养瓶颈、智能化新增长等方面归纳具备突出性的发
展趋势特征与潜在问题。在此基础上，提出了加强顶层设计、拓宽投融资渠道、
提升自主创新能力、搭建行业共享平台、有序推进应用示范、完善标准及检测认
证体系的措施建议。本团队希望通过对搬运机器人进行数量和仿真研究，了解电
商物流中心对搬运机器人的应用规模。再根据电商物流公司对搬运机器人现有状
况进行在运输、储存、包装、装卸搬运和流通加工等物流作业的数量调查。然后
加上数学分析和建模设计还有仿真检验，希望电商物流中心能合理安排搬运机器
人的数量，增加自身利益和促进自身发展。
（二） 研究内容
2.1 搬运机器人应用规模分析研究
本项目通过访谈、问卷调查对搬运机器人的应用规模进行实地调查，主要针对不
同电商物流中心的搬运机器人在运输、储存、包装、装卸搬运和流通加工等物流
作业的应用规模进行数量和区域安排上的时间和空间变化分析和探究。
2.2 电商物流中心渠道下搬运机器人数量预测分析
通过对上海百蝶物流电商公司等渠道挖掘到的搬运机器人应用规模情况，从现状
上探寻搬运机器人的实际需求，了解预测匹配程度。通过数学建模的方法，从运
输、储存、包装、装卸搬运和流通加工等物流作业搬运机器人的需求情况出发。
预测搬运小车实际需求数量。
—
5
—2.3 搬运机器人数量仿真检验研究
基于上述分析结果，利用 matlab 进行数量仿真检验研究。增加数据的科学性和可
利用性。针对动态化的电商物流中心的搬运小车数量需求，做出准确的数值预测，
促进电商物流中心的发展。
2.4 搬运机器人
本团队希望通过电商物流中心搬运小车过去的现状是什么？现在的数量应该改变
多少？未来各种不确定情况下的数量应该是多少？并且对上述三点进行预测，讨
论数量是否符合以及相应的发展。相信上述的信息能够使搬运小车的数量合理化，
进而促进电商物流中心的发展。
（三） 国、内外研究现状和发展动态
3.
国内研究状况：
3.1:企业引入搬运机器人的原因（摘自机器人在线）
物流搬运机器人是智能物流的基础，搬运机器人，不仅可以充分利用工作环境的
空间，而且提高了物料的搬运能力，大大节约了装卸搬运过程中的作业时间，提
高了装卸效率。物流搬运机器人方便灵活的使用方法，大大提高了企业的效率，
减轻了人类繁重的体力劳动。可以说机器人的出现顺应了时代的发展，必将对未
来的生产和社会发展起着重要的作用，相信随着经济的发展，会有更多的机器人
被应用到生产线中。
3.2：搬运机器人的投入和使用情况分析（摘自中国机器人网）
2018 年上半年以来，全球工业机器人市场规模已经达到 155 亿美元，我国市场也
已超过 40 亿美元，庞大的市场销量下，搬运机器人的占比超过了 30%。这些数据
表明，如今搬运机器人不仅是饱受市场追捧的全新热点，更是工业机器人产业发
展的主要力量。
3.3：搬运机器人未来预测： (摘自盘活网）
机器人可以安装不同的末端执行器来承载不同形状和状态的工件，从而大大减少
了人类的繁重劳动。全球使用了超过 100,000 个搬运机器人。它们广泛用于机床
的装卸，冲压机的自动生产线，自动装配线，码垛和装卸，集装箱等自动装卸。
—
6
——
7
—
一
些发达国家制定了最大的人工处理方式，必须由处理机器人来完成。众所周知，
使用机器人移动可以改善员工的工作环境，提高生产效率，为企业节省大量费用，
并节省人力和时间。
3.4:现状分析 （摘自百度文库、搜狐、中商情报网）
3.4.1：优势：（1）对工作环境要求低，可持续作业。机器人能够在相对恶劣的
工作环境下工作，可以持续作业，另外改善工人的劳动条件，采用机器人工作后，
工人只是用来装卸工件，大幅减少了工人的工作强度，大大的提高了生产线的实
际产能。
（2） 产品质量稳定，效率高。使用机器人后，产品质量稳定可靠，方便技术人
员及时了解现场实际生产情况，控制产品质量，减少人为的操作失误造成产品尺
寸超差，可追溯性强。
3.4.2：劣势：（1）成本高。机器人对加工件的定位、已加工尺寸要求高，不适
合多品种少批量的生产模式；另外对从业人员提出了更高的要求，产品设计师在
设计时候应考虑系列化、通用化、模块化的设计，提高产品的通用性。兼容性。
机器人与生产线设备需要有个数据交互的通讯，对原先的设备的交互性要求比较
高，此外陈旧的生产设备难以满足机器人的工艺要求。
3.4.3：机遇：物流机器人产业前景广阔，快递、电商、家电等企业纷纷入局，同
时也吸引越来越多机器人厂商等科技企业积极抢占市场。目前，物流机器人产业
仍处于发展阶段，技术的研发需要大量的资金支持，近年来，物流机器人行业的
投融资十分火热。
3.4.4：挑战：现在面临最主要的挑战就是基础研究不足，核心技术平台和产品严
重依赖进口。
文献参考：
[1] 孙奇
. AGV 系统路径规划技术研究 [D]
.
杭州:浙江大学，2012.
[2] 张辰贝西，黄志球
.
自动导航车(AGV)发展综述[J]
.
中国制造业信息化, 2010,
39: 53
-
55.
[3] 王殿君，魏洪兴，任福君
.
移动机器人自主定位技术[M]
.
北京机械工业出版社,
2013: 7.
[4]朱明超，可重构模块机器人运动学、动力学与控制方法研究[D]
.
长春:吉林大
学, 2006.
[5] 沈扬凤
.
四轮转向汽车的建模与仿真分析[D]
.
武汉:武汉理工大学, 2011.
[6] 杨林
.地面移动机器人载体及搭载平台机械设计与分析[D]
.
南京:南京理工大
学, 2009.[7]葛文韬
.
四轮驱动全轮差速转向移动焊接机器人移动机构设计与仿真[D]
.
南
昌:南昌大学，2012.
[8]徐航宇
.仓储搬运机器人控制系统设计与实现[D]
.
南京:南京理工大学,2017.
[9]刘驰
.
自主导航搬运机器人控制系统的设计间
.
太原:中北大学,2016.
[10]桂仲成，吴建东
.全球机器人产业现状趋势研究及中国机器人产业发展预测
[1]
.
东方电气评论,2014 ,28(112):4
-
10.
[11] 刘 丽 军
. 基 于 单 目 视 觉 的 仓 储 物 流 机 器 人 定 位 方 法 探 讨 [1]
.
电 子 制
作,2018( 12) :63
-
64.
[12]潘成浩
.仓储物流机器人拣选路径规划仿真研究[D]
.
太原:中北大学,2017.
[13]杨文华
.
我国仓储物流机器人发展现状与未来趋势[1]
.
物流技术与应
用,2017 ,22(9):100
-
102.
[15]罗承双
.
自动导引车( AGV)控制系统的与实现[D]
.
赣州:江西理工大学,2018.
[16]刘凤臣
.
姚赞峰，刘黎明
.
等
.
高速搬运机器人产业应用及发展[J]
.
轻工机
械
.2012. 30(2):108
-
112.
3.5.
发展动态
Topsis 于 1981 年首次提出，TOPSIS 法根据有限个评价对象与理想化目标的接近
程度进行排序的方法，是在现有的对象中进行相对优劣的评价。
—
8
—图 2
-
1：数学方法研究动态
3.6.topsis 法: 是多目标决策分析中
一
种常用的有效方法，又称为优劣解距
离法。有
“
理想解
”
和
“
负理想解
”
两个基本概念，若其中有
一
个方案最接近理
想解，而同时又远离负理想解，则该方案是备选方案中最好的方案。
3.7.
层次分析法: 是由美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂于 20 世纪 70 年代
初提出的
一
种层次权重决策分析方法。这比较适合于具有分层交错评价指标的目
标系统，而且目标值又难于定量描述的决策问题。
3.8.
插值算法:比较常用的有三种类型。第
一
，最近邻插值法。这是最简单的
一
种插值方法，在做数字图像处理时，经常会碰到小数象素坐标的取值问题，这
时就需要依据邻近象素的值来对该坐标进行插值。比如做图像的几何校正。第二，
双线性插值。顾名思义，在像素点矩阵上面，x 和 y 两个方向的线性插值所得的结
果。它具有低通滤波性质，使高频分量受损，图像轮廓可能会有
一
点模糊。第三，
双三次插值。双三次插值是二维空间中最常用的插值方法。其插值精度高，具有
—
9
—更 EI 平滑的边缘，图像损失质量低，但是计算量较大。
3.9.
拟合算法。曲线拟合法（fit theory），俗称拉曲线，是
一
种把现有数据
透过数学方法来代入
一
条数式的表示方式。科学和工程问题可以通过诸如采样、
实验等方法获得若干离散的数据，根据这些数据，我们往往希望得到
一
个连续的
函数（也就是曲线）或者更加密集的离散方程与已知数据相吻合，这过程就叫做
拟合 (fitting)
3.10.dijstra 算法。是由荷兰计算机科学家迪杰斯特拉算法(Dijkstra）于 1959
年提出的克斯特拉于 1959 年提出的。其特点为以起始点为中心向外层层扩展，直
到扩展到终点为止。
3.11.主成分分析法。首先是由 K.
皮尔森（Karl Pearson）对非随机变量引入
的，尔后 H.
霍特林将此方法推广到随机向量的情形。信息的大小通常用离差平方
和或方差来衡量。
3.12.
熵权法。熵权法是
一
种客观赋权方法。在信息论中，熵表示的是不确定
性的量度。如果指标的信息熵越小，该指标提供的信息量越大，在综合评价中所
起作用理当越大，权重就应该越高。因此，可利用信息熵这个工具，计算出各个
指标的权重，为多指标综合评价提供依据。
3.13.
图论聚类法。其最早是由 Zahn 提出的，又称作最大（小）支撑聚类算法。
图论聚类要建立与问题相适应的图，图的节点对应于被分析数据的最小单元，图
的边或者是弧对应于最小数据之间的相似性度量。因此，每个最小处理单元之间
都会有
一
个度量的表达，这就确保数据局部特性比较易于处理。
表 3
-
1：全球机器人销售额
—
10
——
11
—图 3
-
2：我国机器人产业发展主要聚集地
（四） 创新点与项目特色
4.1.
特色
4.1.1 切合现实需要：
随着电商规模增大，搬运机器人为应用机器人运动轨迹实现代替人工搬运的自动
化产品，以提高产品的生产效率和统
一
性，但是在电商物流中心的运营中搬运机
器人的数量不确定会增加成本和增大损失，不利于企业盈利。本次研究可以确定
不同情况下搬运机器人的最优数量，扩大电商物流中心的盈利程度。
4.1.2.地理条件：
本团队就读于广西科技大学，所在地位于广西柳州
――一
个工业城市，是很多物
流企业的选址点和经转点，也是
一
大重物流城市，基于此方便本团队进行电商物
流中心背景下的搬运机器人数量和仿真研究。
4.1.3.
多学科技术的运用：
为了进行课题研究，本团队能够对于现有的物流、计算机、数学、编程等学科技
能和知识进行运用。
4.2.
创新点
—
12
—4.2.1.
项目研究具有较高的创新性：
在
“
互联网+
”
的推动下，时代讯息万变，物流行业搬运机器人应用越加广泛，但
目前，对于物流行业搬运机器人的学术调研相对较少，且调研成果较为浅显，专
业指导程度相对不高，其次搬运机器人大多数应用于中大型企业，对于其应用数
量合理化的研究更少，所以这次研究的问世极具创新色彩。
4.2.2.
把数学模型和数值仿真相结合：
现有基于电商物流中心背景下搬运机器人的数量和仿真的调研文献较少，专业针
对性不强，本团队可以利用 MATLAB 进行多次不同角度的验证及设计。
（五） 技术路线、拟解决的问题及预期成果
5.1 技术路线
Topsis 于 1981 年首次提出，TOPSIS 法根据有限个评价对象与理想化目标的接近
程度进行排序的方法，是在现有的对象中进行相对优劣的评价。
—
13
—图 2
-
1：数学方法研究动态
5.1.1topsis 法: 是多目标决策分析中
一
种常用的有效方法，又称为优劣解距
离法。有
“
理想解
”
和
“
负理想解
”
两个基本概念，若其中有
一
个方案最接近理
想解，而同时又远离负理想解，则该方案是备选方案中最好的方案。
5.1.2 层次分析法: 是由美国运筹学家匹茨堡大学教授萨蒂于 20 世纪 70 年代
初提出的
一
种层次权重决策分析方法。这比较适合于具有分层交错评价指标的目
标系统，而且目标值又难于定量描述的决策问题。
5.1.3 插值算法:比较常用的有三种类型。第
一
，最近邻插值法。这是最简单的
一
种插值方法，在做数字图像处理时，经常会碰到小数象素坐标的取值问题，这
时就需要依据邻近象素的值来对该坐标进行插值。比如做图像的几何校正。第二，
双线性插值。顾名思义，在像素点矩阵上面，x 和 y 两个方向的线性插值所得的结
果。它具有低通滤波性质，使高频分量受损，图像轮廓可能会有
一
点模糊。第三，
双三次插值。双三次插值是二维空间中最常用的插值方法。其插值精度高，具有
—
14
—更 EI 平滑的边缘，图像损失质量低，但是计算量较大。
5.1.4 拟合算法。曲线拟合法（fit theory），俗称拉曲线，是
一
种把现有数
据透过数学方法来代入
一
条数式的表示方式。科学和工程问题可以通过诸如采样、
实验等方法获得若干离散的数据，根据这些数据，我们往往希望得到
一
个连续的
函数（也就是曲线）或者更加密集的离散方程与已知数据相吻合，这过程就叫做
拟合 (fitting)
5.1.5dijstra 算法。是由荷兰计算机科学家迪杰斯特拉算法(Dijkstra）于 1959
年提出的克斯特拉于 1959 年提出的。其特点为以起始点为中心向外层层扩展，直
到扩展到终点为止。
5.1.6 主成分分析法。首先是由 K.
皮尔森（Karl Pearson）对非随机变量引入
的，尔后 H.
霍特林将此方法推广到随机向量的情形。信息的大小通常用离差平方
和或方差来衡量。
5.1.7 熵权法。熵权法是
一
种客观赋权方法。在信息论中，熵表示的是不确定
性的量度。如果指标的信息熵越小，该指标提供的信息量越大，在综合评价中所
起作用理当越大，权重就应该越高。因此，可利用信息熵这个工具，计算出各个
指标的权重，为多指标综合评价提供依据。
5.1.8 图论聚类法。其最早是由 Zahn 提出的，又称作最大（小）支撑聚类算法。
图论聚类要建立与问题相适应的图，图的节点对应于被分析数据的最小单元，图
的边或者是弧对应于最小数据之间的相似性度量。因此，每个最小处理单元之间
都会有
一
个度量的表达，这就确保数据局部特性比较易于处理。
5.2 拟解决的问题
本团队希望通过电商物流中心搬运小车过去的现状是什么？现在的数量应该改变
多少？未来各种不确定情况下的数量应该是多少？并且对上述三点进行预测，讨
论数量是否符合以及相应的发展。相信上述的信息能够使搬运小车的数量合理化，
进而促进电商物流中心的发展。
5.3 预期成果
—
15
—形成
一
篇系统的完整的研究报告，撰写
一
篇相关的学术论文。
（六） 项目研究进度安排
（七） 已有基础
1.
与本项目有关的研究积累和已取得的成绩
本项目根据现有电商物流公司搬运机器人设置场所和使用数量，及其对物流
中心发展的利弊影响，在现有的仿真工具和计算方式下比较这三者的相互联系和
制约为立足点。从以下几个方面进行研究，对电商物流中心的实际规模和所在位
置及市场定位等因素进行详细分析和种类划分，最后分析三者联系和制约因素及
搬运机器人的实际及预购买数量进行数量和仿真研究，以期预测出较准确的数量
设置结果。
2. 已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法
知识：
1.1 计算机知识：本团队会熟练运用 Word 文档、Excel 表格、Photoshop、PPT 进
行技术操作。计算机的操作能力较强，能熟练运用 office 办公软件。
—
16
—1.2 物流学知识：本团队均来自于广西科技大学经管学院物流管理专业，对运输、
储存、包装、装卸、搬运和流通加工的概念理解和实例分析具有知识储备。掌握
相关物流器械在时间空间的实际和未来需要。知晓相应的电商物流需要下的搬运
机器人的硬性技术条件和柔性原则。很透彻的明白搬运机器人相对于不同规模的
电商物流中心下搬运机器人的使用必要与否。
1.3 数学知识：掌握运用数据进行分析和 topsis 法以及图表制作等数学方法进行
计算推理、实践运算、验证检验、错因分析的能力。对于数值仿真的软件代码和
数理知识以及实际操作具有
一
定的理解。
2.
条件：
2.1 地理条件：本团队就读于广西科技大学。所在地位于广西柳州
――一
个工业城
市，是很多物流企业的选址点和物资的经转点，也是
一
大重物流城市。国内著名
的四通
一
达都在柳州设置有物流中心，著名的柳州中科机器人自动化股份有限公
司位于广西柳州河西高新科技园内。基于此方便本团队进行电商物流中心背景下
的搬运机器人数量研究和本团队进
一
步的仿真验证。
2.2 学校条件：广西科技大学经济与管理学院构建广西企业管理学科的学术创新、
人才培养和学术交流平台，成为广西高素质企业管理人才培养的重要基地。现有
自治区级质量工程 3 项，分别为自治区高校重点实验室 1 个，自治区级精品课程
两门，广西高校实验教学示范中心 1 个，为本课题的研究提供了技术支持。学校
设置有物流管理专业，并与各大物流中心有着
一
定的交流与合作，为本课题的研
究提供了调研来源及企业支持。
3.
特长：
3.1：本团队对于数据具有极高的敏感度，并且可以较为准确的预测数据背后的实
物价值，对于平均数值具有较好的把控对于波动上下的数值可以较快地反映出对
于整体的影响。
3.2：本团队学习能力强，对物流知识掌握较多。有很多查找相关论文、搜索数据、
拥有很多最新关于机器人、物流等动态新闻的渠道。且具有良好的计算机、数学
及英语基础。
—
17
—3.3:对搬运机器人的操作具有
一
定的敏感度，悉知搬运机器人应用种类和适用范
围。以及掌握历代相关机器人设计编码原则和升级更新后的相关运算、明白不同
类型下的机器人电路设计、仿真验证知识。
4.
兴趣
4.1 本团队热衷于参加与物流相关的技能竞赛，能更好完成物流学科基础知识的
储备以及物料搬运设备的发展与应用。
4.2 本团队喜欢研究与物流相关的搬运设备和探讨相关物流优化建议。本团队喜
欢探索物资数量设定的最优化过程，以及探索既定现实搬运机器人数量设置原因。
4.3 本团队热爱探究搬运机器人在电商物流中心的使用性能能否实现预定目的或
规定用途与数量和物资的需求情况，以及热爱探索搬运机器人的价格与电商物流
中心运营规模是否相匹配，并能物色搬运搬运机器人的使用寿命和性价比是否符
合电商物流中心运营需要。
5. 已有成果：
5.1：本团队成员已经通过了相关的物流比赛，对搬运机器人的状况以及数量安排
有过
一
定的接触，并且已进行了实地调查。
—
18
——
19
—
三、经费预算（单位：元）
财政拨款 学校拨款 申请金额合计
0 20000 20000
开支科目 预算经费 主要用途
阶段下达经费计划（元）
前半阶段 后半阶段
1. 业务费
19500 会议、
差旅
文献检索
论文出版
计算、分析、
测试
9750 9750
（1）计算、分析、
测试费
1500 计算、分析、
测试
750 750
（2）能源动力费
（3）会议、差旅费
7000 会议、
差旅
3500 3500
（4）文献检索费
1000 文献检索 500 500
（5）论文出版费
10000 论文出版 5000 5000
2. 仪器设备购置费
3. 实验装置试制费
4. 材料费
500 打印材料费 250 250—
20
