JP2018156243A - ワゴン搬送システム - Google Patents

Abstract

【課題】自律移動ロボットがワゴンを保持しつつ障害物を自律的に回避することが可能なワゴン搬送システムを提供すること。【解決手段】本発明にかかるワゴン搬送システム１は、自律移動ロボット１０によってワゴン２０を搬送するワゴン搬送システム１であって、自律移動ロボット１０は、ワゴン２０を認識する認識センサ１７と、認識センサ１７によって認識されたワゴン２０を保持する保持部１６と、ワゴン２０の搬送方向前方に位置する障害物を検出する光学式センサ１４と、を備え、ワゴン２０が、認識センサ１７によって認識されるための特徴部を有すると共に、光学式センサ１４のセンサ光Ｌの光路上に位置するワゴンの支柱２３ａが、センサ光Ｌを所定量以上透過する光透過性材料から構成されており、自律移動ロボット１０は、認識センサ１７によって認識したワゴン２０を保持して搬送しつつ、光学式センサ１４によって検出した障害物を自律的に回避する。【選択図】図１

Description

本発明は、ワゴン搬送システムに関するものである。

ロボットには、決められた軌道上を移動するロボットと、自律移動を行うロボットがある。工場等における搬送システムの一つとして、ロボットによる搬送システムがある。特許文献１には、物体を載せたワゴンを搬送ロボットが保持し、あらかじめ決められた目標軌道上を移動することによってワゴンを搬送する搬送システムが開示されている。

特開２００９−００６４１５号公報

しかしながら、従来の搬送ロボットでは、ワゴンを保持しつつ自律移動を行うことが困難であった。その理由として、搬送ロボットがワゴンを保持した状態においては、搬送ロボットの搬送方向にワゴンが位置するため、搬送ロボットにとってワゴンは障害物であると認識してしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、ワゴンを保持しつつ障害物を自律的に回避することが可能なワゴン搬送システムを提供するものである。

本発明にかかるワゴン搬送システムは、自律移動ロボットによってワゴンを搬送するワゴン搬送システムであって、前記自律移動ロボットは、前記ワゴンを認識する認識センサと、前記認識センサによって認識された前記ワゴンを保持する保持部と、前記ワゴンの搬送方向前方に位置する障害物を検出する光学式センサと、を備え、前記ワゴンが、前記認識センサによって認識されるための特徴部を有すると共に、前記光学式センサのセンサ光の光路上に位置する前記ワゴンの支柱が、前記センサ光を所定量以上透過する光透過性材料から構成されており、前記自律移動ロボットは、前記認識センサによって認識した前記ワゴンを前記保持部によって保持して搬送しつつ、前記光学式センサによって検出した障害物を自律的に回避する。

本発明にかかるワゴン搬送システムは、光学式センサのセンサ光の光路上に位置するワゴンの支柱が、センサ光を所定量以上透過する光透過性材料から構成されており、自律移動ロボットは、認識センサによって認識したワゴンを保持部によって保持して搬送しつつ、光学式センサによって検出した障害物を自律的に回避する。このような構成により、自律移動ロボットがワゴンを保持しつつ障害物を自律的に回避することができる。

本発明により、自律移動ロボットがワゴンを保持しつつ障害物を自律的に回避することが可能なワゴン搬送システムを提供することができる。

実施の形態１にかかるワゴン搬送システムの側面図である。 実施の形態１にかかるロボットの脚部に設けられたレーザセンサとワゴンの台座部上に設けられた透明支柱との位置関係を示す平面図である。 実施の形態１にかかるワゴン搬送システムの搬送工程を示すフローチャートである。 実施の形態２にかかるワゴン搬送システムの側面図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするために、図面は適宜、簡略化されている。
なお、当然のことながら、図１、２及び４に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸プラス向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１にかかるワゴン搬送システムの側面図である。本実施の形態において、ロボット１０がワゴン２０を保持し、障害物を回避しつつ搬送を行う自律移動を開始した状態を示している。ロボット１０は、脚部１１と、胴体部１２と、頭部１３とを備える。ワゴン２０は、台座部２１と、車輪２２と、透明支柱２３ａと、支柱２３ｂと、カゴ部２４ａ及びカゴ部２４ｂと、持ち手２５とを備える。

＜ロボット１０の構成＞
まずロボット１０の構成について説明する。
ロボット１０は、脚部１１と、胴体部１２と、頭部１３とを備える。脚部１１は、上面（ｚ軸正側の面）にレーザセンサ１４を備える。

図１に示すように、レーザセンサ１４は、ロボット１０の脚部１１の上面（ｚ軸正側の面）に設けられている。レーザセンサ１４は、ワゴン２０の搬送方向前方（ｘ軸正方向）に向かってレーザ光Ｌ（破線）を照射することによって、ワゴン２０の搬送方向前方（ｘ軸正方向）に位置する障害物を検出する光学式センサである。

レーザセンサ１４から照射されるレーザ光Ｌの光路上には、ワゴンの支柱であり光透過性材料からなる透明支柱２３ａが設けられている。ワゴンの支柱として光透過性材料からなる透明支柱２３ａを用いている理由としては、ロボット１０のレーザセンサ１４が、ワゴン２０の透明支柱２３ａは障害物であると誤って認識してしまうことを防ぐためである。詳しくは後述する。

図１に示すように、胴体部１２は、胴体部１２に接続されたアーム１５と、アーム１５に設けられたハンド１６とを備える。ハンド１６は、ワゴン２０の持ち手２５を保持する保持部である。本実施の形態においては、ワゴン２０の持ち手２５を保持するためにハンド１６を用いているが、持ち手２５を保持することが可能な保持部であれば、どのような形状であってもよい。また、ワゴン２０の持ち手２５を把持するものに限らず、磁力等を用いて保持するものであってもよい。

図１に示すように、頭部１３は、カメラ１７を備える。カメラ１７は、ロボット１０の頭部１３に設けられている。カメラ１７は、ワゴン２０の持ち手２５に設けられたＡＲ（Augmented Reality）マーカ、又は特徴的なパターンや形状等を検出する光学式の認識センサである。ワゴン２０の持ち手２５に設けられた特徴的なパターンの例として、白黒のパターン、縞模様のパターン、凹凸のテクスチャなどがあるが、画像特徴量として表れやすいパターン又は形状であれば何でもよい。

本実施の形態において、カメラ１７の検出領域を一点鎖線によって示しているが、これは一例である。頭部１３は可動式であるため、頭部１３に設けられたカメラ１７を上下左右の任意の方向に動かすことが可能である。したがって、頭部１３の動作に伴いカメラ１７の検出領域はその都度変化する。

また、本実施の形態においては光学式の認識センサであるカメラ１７を用いているが、ワゴン２０の持ち手２５を認識することができるセンサであれば、これに限定されない。カメラ１７及びＡＲマーカ等の代用として、例えば、電波を用いた非接触な読み取りが可能なＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）等を用いてもよい。

＜ワゴン２０の構成＞
次に、ワゴン２０の構成について説明する。
図１に示すように、ワゴン２０は、台座部２１と、台座部２１に設けられている車輪２２及び透明支柱２３ａと、透明支柱２３ａによって支えられているカゴ部２４ａと、支柱２３ｂと、支柱２３ｂによって支えられているカゴ部２４ｂと、カゴ部２４ｂに設けられている持ち手２５とを備える。

図１及び図２に示すように、台座部２１はワゴン２０の底部に設けられた、例えば平面視矩形状の板状部材である。図１に示すように、車輪２２は、台座部２１の下面（ｚ軸負側の面）の四隅に固定されている。車輪２２の車輪の数は、例えば四輪であるが、三輪であっても六輪であってもよく、ワゴン２０に荷物を載せて搬送することができる構成であれば、車輪の数は問わない。また、車輪２２は、ｚ軸回りに回転可能に設けられていることが好ましい。

図１及び図２に示すように、透明支柱２３ａは、台座部２１の上面（ｚ軸正側の面）の四隅に固定された円柱状部材であって、鉛直上向き（ｚ軸正向き）に延設されている。透明支柱２３ａは、光透過性材料から構成されている。

本実施の形態における光透過性材料とは、ロボット１０の脚部１１に設けられたレーザセンサ１４から照射されるレーザ光Ｌを所定量以上透過する材料のことを指す。透明支柱２３ａを構成する光透過性材料としては、例えば、ガラス、アクリル、ポリカーボネートなどがあるが、レーザ光Ｌを所定量以上透過する光透過性材料であれば、これに限定されない。透明支柱２３ａの形状は、透明支柱２３ａからの反射光Ｒを軽減する観点から、円柱状であることが好ましいが、レーザ光Ｌを所定量以上透過し、ワゴン２０としての強度を保つことができるものであれば、形状は特に問わない。

また、透明支柱２３ａは任意の高さに調節を行うことが可能である。したがって、レーザセンサ１４から照射されるレーザ光Ｌの光路に応じて透明支柱２３ａの位置（ｚ軸方向）の変更を行うことが可能である。なお、ワゴン２０に透明支柱２３ａを設ける際は、レーザ光Ｌの波長と透明支柱２３ａに用いる材料の厚さとの関係から、透明支柱２３ａにおけるレーザ光Ｌの透過率が高い組み合わせを選択するものとする。

図１に示すように、カゴ部２４ａ及びカゴ部２４ｂは、例えば上面（ｚ軸正側の面）が開口した箱型の形状を有しているが、目的の荷物を搬送するために適した形状に適宜変更可能である。カゴ部２４ａは、透明支柱２３ａの上側（ｚ軸正側の面）に設けられている。すなわち、カゴ部２４ａは、透明支柱２３ａによって支えられている。また、支柱２３ｂは、カゴ部２４ａの底面の四隅に設けられている。カゴ部２４ｂは、支柱２３ｂの上側（ｚ軸正側の面）に設けられている。すなわち、カゴ部２４ｂは、支柱２３ｂによって支えられている。

支柱２３ｂは、透明支柱２３ａと比較してレーザ光Ｌの透過性が低い材料からなる支柱である。支柱２３ｂは、ワゴン２０としての強度を保つことができる材料であればよい。例えば、透明支柱２３ａと同様の光透過性材料から構成されていてもよいし、不透明な物質、例えば金属などから構成されていてもよい。

なお、本実施の形態においては、透明支柱２３ａは台座部２１の上面（ｚ軸正側の面）の四隅に設けられているが、レーザ光Ｌを透過し、ワゴン２０に荷物を載せて搬送することができる構成であれば、透明支柱２３ａの数は問わない。同様に、支柱２３ｂはカゴ部２４ａの底面の四隅に設けられているが、ワゴン２０に荷物を載せて搬送することができる構成であれば、支柱２３ｂの数は問わない。

持ち手２５には、前述の通り、ＡＲ（Augmented Reality）マーカ、又は特徴的なパターンや形状等が設けられている。持ち手２５に設けられた特徴的なパターンの例として、白黒のパターン、縞模様のパターン、凹凸のテクスチャなどがあるが、ロボット１０のカメラ１７が画像特徴量として検出しやすいパターン又は形状であれば何でもよい。

図２は、実施の形態１にかかるロボットの脚部に設けられたレーザセンサとワゴンの台座部上に設けられた透明支柱との位置関係を示す平面図である。図１と図２とは対応している。図１と同様、ロボット１０がワゴン２０を保持し、障害物を回避しつつ搬送を行う自律移動を開始した状態を示している。ここで、ロボット１０がワゴン２０を保持した状態とは、ロボット１０にとってワゴン２０は搬送方向（ｘ軸正方向）に位置するという意味である。ロボット１０のレーザセンサ１４から照射されるレーザ光Ｌは、搬送方向（ｘ軸正方向）に位置する障害物を検出するため、ワゴン２０がロボット１０にとって障害物であると、ロボット１０が誤って認識してしまうことを防ぐ必要がある。

そこで、本実施の形態においては、レーザセンサ１４から照射されるレーザ光Ｌの光路上に設けられたワゴン２０の支柱が、前述の通り透明支柱２３ａによって構成されている。透明支柱２３ａは、光透過性材料であるガラスによって構成されているため、レーザ光Ｌを所定量以上透過することができる。ワゴン２０を構成する透明支柱２３ａがレーザ光Ｌを透過するということは、すなわち、レーザセンサ１４はワゴン２０を障害物として検出しないという意味である。

このように、ワゴン２０の支柱を透明支柱２３ａとすることによって、ワゴン２０がロボット１０にとって障害物であると、ロボット１０が誤って認識してしまうことを防ぐことができる。したがって、ロボット１０はワゴン２０を搬送しつつ、レーザセンサ１４から照射されるレーザ光Ｌによって障害物を検出し、検出した障害物を回避する自律移動を行うことができる。

ただし、図２に示すように、反射光Ｒが生じる場合がある。反射光Ｒは、レーザセンサ１４の条件や透明支柱２３ａの材料によって、レーザ光Ｌが透明支柱２３ａを一部透過せず反射される場合を指す。反射光Ｒが生じると、反射光Ｒをもとに、ロボット１０はワゴン２０を障害物として誤って認識してしまうため、そのような誤認識を防ぐ必要がある。そこで、反射光Ｒが生じた場合、当該反射光Ｒを除去する処理を行う。

ロボット１０がワゴン２０を保持した状態におけるロボット１０のレーザセンサ１４とワゴン２０の透明支柱２３ａとの相対位置関係の情報を、ロボット１０はあらかじめ保持している。このレーザセンサ１４と透明支柱２３ａとの相対位置関係の情報をもとに、反射光Ｒが透明支柱２３ａによって生じたものであるか否かを検出する。ここで、図２における反射領域ＲＡ（透明支柱２３ａの太い実線部分）によって生じた反射光Ｒは、透明支柱２３ａによって生じた反射光Ｒであると検出されるため、当該反射光Ｒは制御部によって除去される。このような反射光Ｒの除去処理を行うことによって、ロボット１０がワゴン２０を障害物として誤って検出してしまうことを防ぐことができる。

なお、前述の通り、透明支柱２３ａの反射領域ＲＡにおいて必ず反射光Ｒが生じるわけではなく、レーザ光Ｌが透過するか反射するかはレーザセンサ１４の条件や透明支柱２３ａの材料による。また、本実施の形態においては、ロボット１０のレーザセンサ１４とワゴン２０の透明支柱２３ａとの相対位置関係の情報をロボット１０にあらかじめ保持させているが、レーザセンサ１４と透明支柱２３ａとの相対位置関係は、カメラ１７によってマーカ等を認識した結果を用いることもできる。

＜ワゴン搬送システムの搬送工程＞
以下、図１〜図３を用いて、実施の形態１にかかるワゴン搬送システムの一連の流れを説明する。図３は、実施の形態１にかかるワゴン搬送システムの搬送工程を示すフローチャートである。以下、各ステップの詳細を、図１及び図２を用いて説明する。なお、図１及び図２はステップＳ４を示しており、ステップＳ１〜Ｓ３、Ｓ５については図示していない。そのため、ステップＳ１〜Ｓ３、Ｓ５については、図１及び図２を参考にして説明する。また、一連の制御は、すべて制御部（不図示）において行われている。

＜ステップＳ１＞
まず、ロボット１０は床Ｆ上を移動しワゴン２０の置き場へ向かう。ワゴン２０の置き場はロボット１０にとって既知である。ここで既知とは、例えば、ロボット１０に、ロボット１０が動作する環境内の地図中における、ｘｙ座標情報を保持させておくこと等を指す。ロボット１０がワゴン２０の置き場へ自律移動する際は、ロボット１０の脚部１１に設けられたレーザセンサ１４及び頭部１３に設けられたカメラ１７の両方が稼働している状態である。ロボット１０がワゴン２０の置き場へ自律移動する間、ロボット１０はロボット１０の脚部１１に設けられたレーザセンサ１４からレーザ光Ｌを照射することによって進行方向（ｘ軸正方向）の障害物を検知し、回避する。

＜ステップＳ２＞
ワゴン２０の置き場へ移動したロボット１０は、ワゴン２０を認識する。具体的には、ワゴン２０の持ち手２５に設けられたＡＲマーカを、ロボット１０のカメラ１７が検出することによって、ロボット１０はワゴン２０を認識する。

＜ステップＳ３＞
ワゴン２０を認識したロボット１０は、ワゴン２０の持ち手２５をハンド１６によって保持する。ロボット１０がワゴン２０を認識した時点において、ワゴン２０の持ち手２５を保持するために、ロボット１０がアーム１５及びハンド１６をワゴン２０の持ち手２５まで移動させる距離については既知である。ここで既知とは、ロボット１０のハンド１６とワゴン２０の持ち手２５との相対位置情報をロボット１０にあらかじめ保持させておくこと等を指す。

＜ステップＳ４＞
図１及び図２に示すように、ワゴン２０を保持したロボット１０は、ワゴン２０を搬送しつつ、レーザセンサ１４から照射されるレーザ光Ｌによって障害物を検出し、検出した障害物を回避する自律移動を開始する。

＜ステップ５＞
搬送先については、ユーザがタブレットなどを用いて任意の目的地を設定することが可能である。ワゴン２０を保持したロボット１０は、ユーザに与えられた目的地の座標（ロボットが動作する環境内の地図のｘｙ座標）を搬送先として認識し、障害物を回避する自律移動によって搬送する。
以上が実施の形態１にかかるワゴン搬送システムの一連の流れである。

従来の搬送ロボットでは、ワゴンを保持しつつ自律移動を行うことが困難であった。その理由として、搬送ロボットがワゴンを保持した状態では、搬送ロボットの進行方向にワゴンが位置するため、搬送ロボットにとってワゴンは障害物であると認識してしまうという問題があった。

そこで本実施の形態におけるワゴン搬送システム１では、光学式センサ１４のレーザ光Ｌの光路上に位置するワゴン２０の支柱２３ａが、レーザ光Ｌを所定量以上透過する光透過性材料から構成されている。そして、自律移動ロボット１０は、認識センサ１７によって認識したワゴン２０を保持部１６によって保持して搬送しつつ、光学式センサ１４によって検出した障害物を自律的に回避する。このような構成により、自律移動ロボット１０がワゴン２０を保持しつつ障害物を自律的に回避することができる。

＜実施の形態２＞
図４は、実施の形態２にかかるワゴン搬送システムの側面図である。本実施の形態において、ロボット３０がワゴン４０を保持し、障害物を回避しつつ搬送を行う自律移動を開始した状態を示している。ロボット３０は、脚部１１と、胴体部１２と、頭部１３とを備える。実施の形態１において、ロボット１０のレーザセンサ１４は脚部１１上（ｚ軸方向）に設けられていたことに対し、実施の形態２においては、ロボット３０のレーザセンサ３４は胴体部１２に設けられている。

具体的には、レーザセンサ３４がロボット３０の胴体部１２のアーム１５に隣接するように設けられている。レーザセンサ３４から照射されるレーザ光Ｌは、カゴ部２４ａと２４ｂとの間を通過する。本実施の形態においては、透明支柱４３ａがカゴ部２４ａとカゴ部２４ｂとの間に設けられており、支柱４３ｂが台座部２１とカゴ部２４ａとの間に設けられている。実施の形態１と同様、透明支柱４３ａは光透過性材料から構成されており、支柱４３ｂは透明支柱４３ａと比較してレーザ光Ｌの透過性が低い材料からなる支柱である。これ以外は実施の形態１と同様である。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１、２ ワゴン搬送システム
１０、３０ ロボット
１１ 脚部
１２ 胴体部
１３ 頭部
１４、３４ レーザセンサ
１５ アーム
１６ ハンド
１７ カメラ
２０、４０ ワゴン
２１ 台座部
２２ 車輪
２３ａ、４３ａ 透明支柱
２３ｂ、４３ｂ 支柱
２４ａ、２４ｂ カゴ部
２５ 持ち手
Ｆ 床
Ｌ レーザ光
Ｒ 反射光
ＲＡ 反射領域

Claims (1)

1. 自律移動ロボットによってワゴンを搬送するワゴン搬送システムであって、
   前記自律移動ロボットは、
   前記ワゴンを認識する認識センサと、
   前記認識センサによって認識された前記ワゴンを保持する保持部と、
   前記ワゴンの搬送方向前方に位置する障害物を検出する光学式センサと、を備え、
   前記ワゴンが、前記認識センサによって認識されるための特徴部を有すると共に、
   前記光学式センサのセンサ光の光路上に位置する前記ワゴンの支柱が、前記センサ光を所定量以上透過する光透過性材料から構成されており、
   前記自律移動ロボットは、前記認識センサによって認識した前記ワゴンを前記保持部によって保持して搬送しつつ、前記光学式センサによって検出した障害物を自律的に回避する、
   ワゴン搬送システム。

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