以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態では、作業者とピッキングロボットとが連携してピッキング作業を行うことにより、ピッキング作業の効率(スループット)を向上する。本実施形態では、それぞれの作業対象領域の異なる第1ピッキングロボットと第2ピッキングロボットとの間で、作業者が所定の処理を実行することにより、第1ピッキングロボットによるピッキング作業と第2ピッキングロボットによるピッキング作業とを連動させる。
本実施形態では、作業者による作業と各ピッキングロボットによる作業とを同時並行に実行することができるため、作業者一人が単位時間当たりに搬送車から降ろすワークの数量を増加させることができる(スループットの向上)。
本実施形態では、第1ピッキングロボットと第2ピッキングロボットとにより、搬送車からワークを取り出す作業を作業対象領域毎に分けるため、並列処理の数を増加させることができ、ピッキング作業のスループットを向上させることができる。
本実施形態では、共通構造のピッキングロボットの設置方法を変えることにより、異なる作業対象領域についてのピッキング作業を実施するため、比較的小型で安価なピッキングロボットを用いることができる。したがって、第1作業対象領域および第2作業対象領域の両方を一台のピッキングロボットが担当する場合に比べると、本実施形態ではピッキングロボットの導入コストを抑えることができる。
本実施形態では、第1ロボット作業区画と第2ロボット作業区画との間に作業者区画を配置し、作業者により所定の作業を実施するため、仮に第1ピッキングロボットが第1作業対象領域内のワークを全て取り出すことができず、第1作業対象領域内にワークが残っていても、作業者区画の作業者により取り出すことができる。したがって、この場合は、少なくとも第1ピッキングロボットの画像認識などの精度が低くても、ピッキングシステム全体としては、信頼性を維持しつつスループットを向上できる。
図1〜図5を用いて第1実施例を説明する。図1は、ピッキングシステム1の全体概要を示す。ピッキングシステム1は、例えば、少なくとも一つの第1ピッキングロボット10と、少なくとも一つの第2ピッキングロボット20と、少なくとも一つの篭車30と、少なくとも一つのコンベア装置50と、を備える。本実施例のワーク40は、例えば、段ボール箱のような容器である。段ボール箱に限らず、プラスチック製または金属製の容器でもよい。ワーク40は、容器に限らず、物流現場で仕分けされる何らかの物体であればよい。ワーク40は、例えば直方体に形成されるが、必ずしも直方体である必要はなく、円柱状、三角柱状、半球状などの形状であってもよい。
本実施例では、作業効率を高めるために、「搬送車」としての篭車30を所定数(例えば3個)連結することにより、一組の篭車を形成する。第1ピッキングロボット10および第2ピッキングロボット20も、それぞれ所定数ずつ配置される。なお、所定数は「3」に限らず、「2」以上の値であればよい。
本実施例では、篭車30内を2つの収容部31,32に区切る場合を説明するが、これに代えて、篭車30内を3つ以上の収容部に区切ってもよい。また、各収容部は敷板などで物理的に区切られていなかった場合でも、複数のロボットの作業対象領域に区切るならば本発明の範疇である。
第1ピッキングロボット10は、篭車30の上側収容部31についてピッキング作業を行うため、上側ピッキングロボットと呼ぶこともできる。第2ピッキングロボット20は、篭車30の下側収容部32についてピッキング作業を行うため、下側ピッキングロボットと呼ぶこともできる。
先に、作業区画の配置について説明する。本実施例では、篭車30の移動方向に沿って、複数のロボット作業区画AMと複数の作業者区画AWとが交互に配置される。換言すれば、ロボット作業区画AMの上流側および下流側には、作業者区画AWがそれぞれ配置される。上流側および下流側とは、篭車30の移動方向の上流側および下流側である。篭車30の移動方向に沿ってコンベア装置50が平行に配置されるため、本明細書にいう上流側および下流側とは、コンベア装置50の搬送方向でもある。
図1に示す例では、第1作業者区画AW1、第1ロボット作業区画AM1、第2作業者区画AW2、第2ロボット作業区画AM2、第3作業者区画AW3の順番で、上流側から下流側にかけて配置されている。一人の作業者Wが、これら複数の作業者区画AW1〜AW3を有する一つのラインを担当する。後述の実施例では、一つの作業者Wが複数のラインを担当する。
作業者Wは、図外から一組の篭車を第1作業者区画AW1へ手動で引き入れ、各篭車30の扉を開けるなどの前処理作業を行う。各篭車30は、上側に位置する上側収容部31と、下側に位置する下側収容部32とを備えており、これら空間31,32の間は仕切板33により仕切られている。上側収容部31は「第1作業対象領域」に対応し、下側収容部32は「第2作業対象領域」に対応する。図示せぬ扉は、収容部31,32毎に個別に設けられていてもよいし、共通の扉でもよい。
ここでは、一組の篭車は連結されており、作業者Wにより手動で移動される場合を例に挙げて説明するが、これに代えて、各篭車30の下側に自走式搬送ロボットを位置させ、その搬送ロボットにより篭車30を移動させてもよい。あるいは、一組の篭車のうちいずれか一つまたは複数のみに自走式搬送ロボットを配置させて移動させてもよい。自走式搬送車は、或る一組の篭車を作業区画間で移動させた後で、他の一組の篭車へ移動し、他の一組の篭車を他の作業区画間で移動させることができる。
作業者Wは、前処理作業が完了すると、一組の篭車を第1ロボット作業区画AM1へ手動で搬入する。作業者Wが第1ロボット作業区画AM1の外に出て安全が確保されると、第1ロボット作業区画AM1に配置された各第1ピッキングロボット10によるピッキング作業が開始される。ピッキング作業の処理方法は、図5で後述する。
ここでは簡単に説明する。第1ピッキングロボット10は、上述の通り、篭車30の数に合わせて配置されている。作業者Wが一組の篭車を第1ロボット作業区画AM1へ引き入れて、所定の位置で停止させると、各第1ピッキングロボット10の正面に篭車30が一台ずつ位置することになる。
第1ピッキングロボット10は、例えば、アームロボット11と、アームロボット11を支持する台座12と、台座12およびアームロボット11を篭車30に対して進退させるスライダ13とを備える。アームロボット11は、例えば、真空吸着パッドなどにより、ワーク40を吸着して取り出すことができるようになっている。
アームロボット11の上方には、カメラ15が設けられている。カメラ15により上側収容部31のワーク積載状態が撮影されて画像処理され、その画像処理の結果に基づいてアームロボット11の動作が制御される。これら一連の制御を行う制御装置100の例は、図2で後述する。カメラ15および後述のカメラ25は、例えばステレオカメラ、三次元距離画像カメラとして構成されてもよい。
アームロボット11は、上側収容部31から一つずつワーク40を取り出し、取り出したワーク40を背後のコンベア装置50へ置く。
コンベア装置50は、篭車30の移動方向に沿って、延設されている。コンベア装置50の上流側は、上段用コンベア51であり、第1ピッキングロボット10により上側収容部31から取り出されたワーク40が載置される。コンベア装置50の下流側は、下段用コンベア52であり、第2ピッキングロボット20により下側収容部32から取り出されたワーク40が載置される。上段用コンベア51と下段コンベア52とは、スロープ部53により連結されている。したがって、上段用コンベア51に置かれたワーク40は、上段用コンベア51からスロープ部52を介して下段コンベア53へ進入する。
作業対象領域の高さが異なる第1ピッキングロボット10と第2ピッキングロボット20とで共通のコンベア装置50を用いることにより、作業現場をコンパクトに形成することができ、コストも低減することができる。しかし、共通のコンベア装置50に代えて、第1ピッキングロボット10用のコンベア装置と第2ピッキングロボット20用のコンベア装置とを別々に設置してもよい。
第1ロボット作業区画AM1でのピッキング作業が完了すると、作業者Wは、一組の篭車を第1ロボット作業区画AM1から手動で引き出して、第2作業者区画AW2へ引き入れる。
作業者Wは、第2作業者区画AW2において、第1ロボット作業区画AM1についての後処理作業と第2ロボット作業区画AM2についての前処理作業とを実行する。第1ロボット作業区画AM1についての後処理作業には、例えば、上側収容部31の目視確認作業と、上側収容部31に残されたワーク40(第1ピッキングロボット10が取り出さなかったワーク)の手動による取り出し作業とが含まれる。
本実施例では、ロボット作業区画の下流側に作業者区画を配置し、その作業者区画において作業者Wが後処理作業を実施するため、ロボット作業区画におけるピッキング作業に完全を求める必要がない。もしも幾つかのワーク40の取り出しに失敗したとしても、残されたワーク40は、作業者区画の作業者により手動で取り出されて、コンベア装置50に置かれる。したがって、カメラ15で撮影する際の照明の当て方、機械的振動や電気的ノイズなどにより、画像処理の精度が低下した場合でも、作業者Wによる作業が補うため、ピッキングシステム1全体として高い信頼性を維持することができる。
作業者Wは、第1ロボット作業区画AM1についての後処理作業が終了すると、第2ロボット作業区画AM2についての前処理作業を行う。この前処理作業では、例えば、仕切板33を篭車30から取り外したり、下側収容部32の扉を開けたりする。作業者Wは、第2ロボット作業区画AM2についての前処理作業が終了すると、一組の篭車を第2作業者区画AW2から手動で引き出して、第2ロボット作業区画AM2へ引き入れる。
第2ピッキングロボット20は、第1ピッキングロボット10と同様に、例えば、アームロボット21と、アームロボット21を支持する台座22と、台座22およびアームロボット21を篭車30に対して進退させるスライダ23とを備える。アームロボット11は、例えば、真空吸着パッドなどにより、ワーク40を吸着して取り出す。アームロボット21の上方には、カメラ25が設けられている。カメラ25により下側収容部32のワーク積載状態が撮影されて画像処理され、その画像処理の結果に基づいてアームロボット21の動作が制御される。
ここで、カメラ15は、上側収容部31内を全て撮影できるように、画角または取り付け位置などが設定されている。同様に、カメラ25は、下側収容部32を全て撮影できるように、画角または取り付け位置などが設定されている。
第1ピッキングロボット10と第2ピッキングロボット20とは、主に台座12,22の高さが異なるだけであり、アームロボット11,21の基本的構成は同一である。共通のアームロボットを用いて、台座の高さを変えることにより、第1ピッキングロボット10は、篭車30の天井から深さ寸法H1までの上側収容部31内でピッキング作業を行うことができる。第2ピッキングロボット20は、仕切板33から深さ寸法H2までの下側収容部32内でピッキング作業を行うことができる。
作業者Wは、第2ロボット作業区画AM2でのピッキング作業が終了すると、一組の篭車を第2ロボット作業区画AM2から手動で引き出して、第3作業者区画AW3へ引き入れる。作業者Wは、第3作業者区画AW3において、第2ロボット作業区画AM2についての後処理作業を行う。後処理作業としては、例えば、下側収容部32の目視確認作業と、下側収容部32に残されたワーク40(第2ピッキングロボット20が取り出さなかったワーク)の手動による取り出し作業とが含まれる。したがって、第2ピッキングロボット20は、照明系の設定、機械的振動および電気的ノイズに対する対策などをあまり考慮せずに、ピッキング作業を実施することができる。
作業者Wは、全てのワーク40が取り出されたことを確認すると、一組の篭車を図外の待機場所へ搬出させる。待機場所に置かれた一組の篭車には、別のワーク40が収容されて、第1作業者区画AW1へ搬入される。
なお、第1ピッキングロボット10および第2ピッキングロボット20によりコンベア装置50へ載置されたワーク40は、コンベア装置50により図外の出荷場所へ運び出される。
図2は、ピッキングシステム1のシステム構成を示す。ピッキングシステム1を制御する制御装置100には、例えば、入力装置110と、出力装置120と、センサ130とが接続されている。さらに制御装置100は、通信ネットワークCNを介して、第1ピッキングロボット10と、第2ピッキングロボット20と、コンベア装置50と、指示装置60とにそれぞれ接続されている。
制御装置100は、例えば、マイクロプロセッサ(図中、CPU)101と、メモリ102と、記憶装置103と、通信部104とを備える。汎用計算機を用いて制御装置100を構成してもよいし、専用装置から制御装置100を構成してもよい。
記憶装置103には、所定のコンピュータプログラム1031が格納されている。マイクロプロセッサ101がコンピュータプログラム1031をメモリ102に読み出して実行することにより、ピッキングシステム1を制御するための機能が実現される。
入力装置110は、ピッキングシステム1のオペレータが制御装置100へ情報を入力するための装置である。入力装置110は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、音声入力装置などである。出力装置120は、制御装置100からオペレータへ情報を提供する装置である。出力装置120は、例えば、ディスプレイ、プリンタ、音声合成装置などである。
入力装置110と出力装置120とを一体的に構成してもよい。例えば、デスクトップ型またはノート型のパーソナルコンピュータ、タブレット端末、携帯電話(いわゆるスマートフォンを含む)、腕時計型または眼鏡型などのウエアラブル端末を、情報入出力装置として利用することもできる。AR(Augmented Reality)端末を用いてもよい。
オペレータは、入力装置110から制御装置100へ各種のパラメータおよび設定値などを入力することができる。オペレータは、出力装置120からの情報に基づいて、設定値およびピッキング作業の状況などを確認することができる。
センサ130は、例えば、光電スイッチ、リミットスイッチ、重量センサ、安全スイッチなどの装置である。センサ130によって、ロボット作業区画AM内の篭車30および作業者Wの存在が検出されて制御装置100へ入力される。
作業者Wがピッキングロボット10,20によるピッキング作業の開始を指示するための動作開始スイッチを、センサ130の一種として扱うこともできる。あるいは、入力装置110を動作開始スイッチとして使用することもできる。なお、後述する実施例のワーク検出センサ70も、センサ130の一種として扱うことができる。
通信ネットワークCNは、工場用の通信ネットワークとして構成される。通信ネットワークCNの少なくとも一部に無線通信を取り入れてもよい。
指示装置60は、作業現場に設置されるディスプレイなどである。制御装置100は、ピッキング作業の進展状況を随時確認し、作業者Wに対して次の作業内容を指示装置60から指示する。指示装置60は、ディスプレイに限らず、ランプまたはスピーカーなどと組み合わせてもよい。
指示装置60を作業現場の壁面に設置したり、天井からつり下げたりすることにより、作業現場単位あるいは作業ライン単位で指示装置60を設けてもよい。あるいは、作業者Wの装着するウエアラブル端末を指示装置60として利用し、作業者W毎に作業内容を指示してもよい。
図3は、ピッキング処理のシーケンス図である。図4の模式図を適宜参照しながら説明する。図中では、ワーク40を「箱」と表記している。
作業者Wは、第1作業者区画AW1において一組の篭車に所定の前処理作業(開扉など)をした後、第1ロボット作業区画AM1へ搬入する(S11)。第1ピッキングロボット10は、安全を確認した後に、ピッキング作業を開始する(S12)。
すなわち、第1ピッキングロボット10は、スライダ13により篭車30へ近づき、上側収容部31へアームロボット11を差しのばし、上側収容部31に収容されたワーク40を取り出してコンベア装置50に置く(S12)。この段階を図4(1)に示す。作業者Wは、第1ピッキングロボット10によるピッキング作業が終了するまで待機する。この待機期間中(第1ピッキングロボット10のピッキング作業中)に、作業者Wは、他の作業を行うことができる。
作業者Wは、第1ピッキングロボット10によるピッキング作業の終了を確認すると(S13)、一組の篭車を第1ロボット作業区画AM1から引き出し、第2作業者区画AW2において所定の後処理作業を実行する(S14)。この後処理作業では、例えば、作業者Wは、上側収容部31に残されたワーク40を手動で取り出して、コンベア装置50へ置く。
作業者Wは、第1ロボット作業区画AM1に関する後処理作業が終了すると(S14)、第2作業者区画AW2において、第2ロボット作業区画AM2に関する所定の前処理作業を実行し、そして一組の篭車を第2ロボット作業区画AM2へ搬入する(S15)。前処理作業では、仕切板33を篭車30から取り外したり、下側収容部32の扉を開けたりする。
ステップS14での後処理作業とステップS15での前処理作業との段階を、図4(2)に示す。なお、図4では、複数の篭車の組が示されるため、それらを区別するために符号「30a」「30b」を付している。図4(3)は、ステップS15において、作業者Wが一組の篭車を第2ロボット作業区画AM2へ搬入した状態を示す。
第2ロボット作業区画AM2へ一組の篭車が搬入され、安全が確認されると、第2ピッキングロボット20によるピッキング作業が開始される(S16)。すなわち、第2ピッキングロボット20は、スライダ23により篭車30へ近づき、下側収容部32へアームロボット21を差しのばし、下側収容部32に収容されたワーク40を取り出してコンベア装置50に置く(S16)。この段階を図4(3)に示す。
作業者Wは、第2ピッキングロボット20によるピッキング作業中に、作業ラインの上流へ戻り、第1作業者区画AW1において他の一組の篭車についての前処理作業を行った後、他の一組の篭車を第1ロボット作業区画AM1へ搬入する(S17)。この段階を図4(4)に示す。
以下、前記同様に、第1ロボット作業区画AM1では、他の一組の篭車に対して、第1ピッキングロボット10によるピッキング作業が行われる(S18)。第1ピッキングロボット10によるピッキング作業中に、第2ロボット作業区画AM2において第2ピッキングロボット20によるピッキング作業は終了する(S19)。
作業者Wは、先に処理されている一組の篭車を第2ロボット作業区画AM2から引き出して、第3作業者区画AW3へ搬入し、所定の後処理作業を行う(S20)。後処理作業では、作業者Wは、下側収容部32から残されたワーク40を取り出してコンベア装置50に置いたり、篭車の待機場所へ向けて一組の篭車を送り出したりする。この段階を図4(5)に示す。
先の一組の篭車(図4中の符号「30a」)についての作業が完了した後、後の一組の篭車に対する第1ピッキングロボット10のピッキング作業が完了する(S21)。作業者Wは、後の一組の篭車(図4中の符号「30b」)を第1作業者区画AW1へ搬入し、後処理作業を行う(S22)。以下、同様の処理が繰り返される。
図3および図4で述べたように、各ピッキングロボット10,20によるピッキング作業中に、作業者Wも手動作業を行う。したがって、本実施例では、ピッキングロボットの作業と作業者の手動作業とを並列に実行することができ、次々に篭車30からワーク40を取り出して処理することができる。
図5は、ピッキングロボットの制御処理を示すフローチャートである。制御装置100は、カメラの撮影結果あるいはセンサ130からの信号に基づいて、ロボット作業区画AM内に篭車30が存在するか判定する(S31)。
制御装置100は、ロボット作業区画AM内に篭車30が存在することを確認すると(S31:YES)、ロボット作業区画AM内に作業者Wが存在しないことを確認する(S32)。作業者Wの安全を確保するためである。
制御装置100は、ロボット作業区画AM内に作業者Wが存在しないと判定すると(S32:YES)、作業者Wにより動作開始が指示されたか判定する(S33)。
制御装置100は、作業者Wによりピッキング作業の開始が指示されたと判定すると(S33:YES)、カメラにより篭車30の収容部内を撮影する(S34)。制御装置100は、ワーク40の位置および形状を認識し(S35)、その物体認識の結果に応じてアームロボットの動作を算出し、ピッキング作業を実施させる(S36)。
なお、ステップS31,S32,S33のいずれかでNOと判定された場合、ステップS31へ戻る。
制御装置100は、作業対象領域である収容部内の全てのワーク40が取り出されたか判定する(S37)。制御装置100は、収容部内にワーク40が残っていると判定すると(S37:NO)、ステップS31へ戻る。制御装置100は、収容部から全てのワーク40が取り出されたと判定すると(S37:YES)、ピッキング作業を停止させて(S38)、本処理を終了する。なお、上述の通り、本実施例では、ロボット作業区画AMの下流に作業者区画AWが配置されており、作業者区画AWではピッキングロボットによる作業漏れを作業者Wが目視で検査して対処するため、ピッキングロボットによるピッキング作業中の画像認識の精度は高くなくてもよい。
このように構成される本実施例によれば、ピッキングロボット10,20と作業者Wとが共同して作業を並行処理することができるため、作業効率を高めて、スループットを増大させることができる。