JP2021062964A - 自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システム - Google Patents

Abstract

【課題】荷役、安全機能、情報端末機能を向上させた自律走行フォークリフトと自律走行無人搬送車を連携させ、一気通貫でトラックバース物流の効率化を実現する自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システムを提供する。【解決手段】所定位置に停車したトラック１０の物品の積載情報を記載したデータベースと、自律走行フォークリフト１１に搭載されて、前記データベースから前記積載情報が入力される電子装置とを備え、トラック１０と自律走行フォークリフト１１の位置から自律走行フォークリフト１１の動作プログラムを構築し、該動作プログラムに沿って自律走行フォークリフト１１で、トラック１０から前記物品の荷下ろしをする。【選択図】図２

Description

本発明は、自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車（ＡＧＶ）を用いた物品（部品、半製品、製品を含む）の搬送システムに関する。

現在、自動車生産工場は最新のロボットやＩｏＴ（Internet of Things）を活用した大きな変革の中にあり、フレキシブルで高効率な生産ラインが益々求められ、先進的な高度で機能的な製造ラインが構築されている。このような生産ラインの高度化の流れの中で、従来工場内の床に貼られた磁気誘導テープに沿って部品を繰り返し搬送するのが役割であった無人搬送車（以下、「ＡＧＶ」とも言う）も大きく変貌しつつある。
例えば、特許文献１、２にも示すように、工程間を移動しコンベアを補完するためにコンベアを搭載するもの、大型ステージボードを設けたもの、小回りの利く低床型棚移送を行うもの、ＡＧＶに機能性ロボットを搭載したもの（移動型ロボット）のように、その求められるＡＧＶの役割は大きく変ってきている。更に、ＡＧＶはガイドテープなしで自律走行できる走行機能を備え始めている。

特開２０１７−２０４９４７号公報 特開２０１９−３６３０２号公報

一方、現時点での自律走行フォークリフトは、有人フォークリフトに比べ極端に作業効率が劣ることに起因して、需要が少ないのが現状である。
自動車工場内での生産及び物流の生産性向上のニーズに一早く対応するには、自律走行機能を有し、パレット、カゴ台車など多種多様な荷姿のリフトを可能とし、直置き、直取り、段積みといったＡＧＶにはできないハンドリングを可能とする自律走行型フォークリフトの投入が課題である。
また、物流の効率化に手つかずの一つにトラックバースを中心とした物流がある。構内物流には、接車したトラックから荷下ろしして一旦仮置き場に集積する作業と、仮置き場から生産ラインまで搬送する作業があり、対応業者がそれぞれ違うことから、スムーズな移行ができていない。それに伴う、入庫、在庫、出庫、ピッキング、配送の伝票処理作業、調整等の物流業務負担も大きい。

フォークリフトは、トラックで搬送されてくる荷物を扱う供給物流とそれを製造現場に配送する構内物流との中継点である上に、主要物流装置であるため、その効率的運用が難しいことに課題がある。
即ち、供給物流と構内物流の２つの物流の流れを一元化し、トラックで運ばれて来た荷物を製造現場まで一気通貫で配送するために、新たな自律走行フォークリフト、自律走行ＡＧＶ、及び運用（搬送）システムを開発し、トラックバースでの物流の効率化を実現する必要がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、荷役、安全機能、情報端末機能を向上させた自律走行フォークリフトと自律走行ＡＧＶを連携させ、一気通貫でトラックバース物流の効率化を実現する自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システムを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システムは、自律走行フォークリフトとこれに後続する自律走行無人搬送車とを用いた物品の搬送システムにおいて、
所定位置に停車したトラックの物品（製品、部品、積み荷を含む）の積載情報を記載したデータベースと、前記自律走行フォークリフトに搭載されて、前記データベースから前記積載情報が入力される電子装置とを備え、前記トラックと前記自律走行フォークリフトの位置から前記自律走行フォークリフトの動作プログラムを構築し、該動作プログラムに沿って前記自律走行フォークリフトで、前記トラックから前記物品の荷下ろしをする。

本発明に係る自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システムにおいて、前記自律走行フォークリフトの電子装置には、前記自律走行無人搬送車の位置及び積載可能部の情報も入力され、前記自律走行フォークリフトからの物品を前記自律走行無人搬送車に自動搭載し、前記自律走行無人搬送車は前記物品を所定の場所に搬送するのが好ましい。
また、前記自律走行フォークリフトには、事故を防止するセンサ又はカメラが設けられているのがよい。

更に、構内物流のうち、トラックからの荷下ろし、及び検査から製造ラインへの配送を担う自律走行ＡＧＶへの荷積載を自律走行フォークリフト１台で行い、帳票（受け入れ作業、入庫管理、出庫、配送に伴う伝票）による物流業務は、フォークリフトの電子装置で、ＱＲコード（登録商標）読み取りから社内システムと連動させるのが好ましい。

本発明に係る自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システムは、例えば、トラックバースにいるトラックの物品（製品、部品、積み荷）の積載情報をデータベース（例えば、ＱＲコード（登録商標）、無線又は有線で接続可能な特定データベース、以下、電子装置１という）に記憶させておき、自律走行フォークリフトに搭載されている電子装置２がトラックの積載情報を電子装置１から受け取り、トラック内の物品の位置を認識し、フォークリフトの動きを決めるプログラム１を自動構築する。フォークリフトは周囲をセンサ（例えば、光センサ、赤外線センサ、レーザ位置センサ、タッチ式センサ等）及びカメラにより監視して事故を防止しながら積み下ろし作業を行う。なお、プログラム１はこれらのセンサ入力を考慮して修正プログラムを作成しながら作業を行うのが好ましい。

次に、自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システムは、自律走行フォークリフトがトラックから物品を受け取った後、自動走行して自律走行無人搬送車がある領域まで物品を移動させる。自動走行の仕組みは、従来のように磁気テープを利用したものでもよいし、光センサ、赤外線センサ、カメラ、場合によってはＧＰＳ等を使用して位置測定して走行するものでもよい。前述したセンサの利用と共に、自律走行無人搬送車への積載は、自律走行フォークリフトの電子装置２に入力された自律走行無人搬送車の位置及び積載可能部の情報を用い、予め設定されたプログラム２によって行ってもよい。要は、自律走行フォークリフトを自動運転することによって、トラックからの物品を自動で下ろし、自動で自律走行無人搬送車に積み込み、製造現場（組み立て工場、倉庫等）に搬送することによって全体が高能率化される。

本発明に係る自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システムによって、１）搬入・搬送・受注業務の省力化、２）作業時間の定時化が可能となり、３）荷設置の省スペース化が達成でき、更にはシステムの効率化によって、ＣＯ_２の削減も可能となる。

本発明の一実施の形態に係る自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システムの説明図である。 同搬送システムの具体例の説明図である。 同搬送システムの具体例の説明図である。 同搬送システムの具体例の説明図である。 同搬送システムの具体例の説明図である。 同搬送システムの具体例の説明ブロック図である。 同搬送システムの具体例の説明ブロック図である。 同搬送システムの具体例の説明図である。 同搬送システムに使用する自律走行フォークリフトの斜視図である。 安全を阻害する項目と対応要素技術の説明図である。

本発明の実施の形態に係る自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システムを開発の経緯から順を追って説明する。
１．事業計画の背景
本発明者の他との差別化技術の一つに独自のワイヤレス給電機能を持つＡＧＶ（工場内無人搬送）がある。ワイヤレス給電は電池駆動の台車に載せた電池の人手による充電操作を不要にでき、この独自の給電機能を持ったＡＧＶは、高い対応力で国内略全ての自動車メーカの工場に納入し実績を上げてきた。一方自動車生産工場は現在最新のロボット、ＩｏＴを活用した大きな変革の中にあり、フレキシブルで高効率な生産ラインが益々求められ、先進的な高度で機能的な製造ラインが構築されている。このような生産ラインの高度化の流れの中で、従来工場内の床に貼られた磁気誘導テープに沿って部品を繰り返し搬送するのが役割であったＡＧＶも大きく変貌しつつある。

例えば、工程間を移動しコンベアを補完するコンベア搭載、大型ステージボード搭載、小回りの利く低床型棚移送、移動型ロボット（ＡＧＶに機能性ロボットを搭載）のように、その求められるＡＧＶの役割は大きく変わってきている。更にＡＧＶはガイドテープなしで自律走行できる走行機能を備え始めている。重要顧客である自動車工場内生産・物流の生産性向上のニーズに一早く対応するには、自律走行機能と、パレット、カゴ台車など多種多様な荷姿のリフトを可能とし、直置き、直取り、段積みといったＡＧＶにはできないハンドリングを可能とする自律走行型フォークリフトの投入が課題である。本発明者は開発したＡＧＶ自律走行技術をベースに３Ｄカメラ、レーザのＳＬＡＭ技術、画像認識技術、ディープラーニング技術を加えて機動性のよい、特に安全性に重点を置いた自律走行型フォークリフト、自律走行型ＡＧＶ及び情報を取込んだ搬送システムを開発し、自動車工場の外部（調達物流）と構内物流の接点であるトラックバースから生産現場への物流効率化システムを開発する。

２．開発概要
従来、自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車（ＡＧＶ）を用いた物品の搬送システムは、ハードで出来る生産性の向上を図ってきたが、これだけでは全体の生産性アップに大きく貢献できない。
また、物流の効率化に手つかずの一つにトラックバースを中心とした物流があり、トラックで搬送されてくる荷物を扱う供給物流とそれを製造現場に配送する構内物流との中継点である上に、主要物流装置であるフォークリフトの効率的運用が難しいことに課題があると考えられる。
そこで、図１に示すように、この２つの物流の流れを一元化し、トラックで運ばれて来た荷物を製造現場まで一気通貫で配送するため、（１）自律走行フォークリフトの開発、（２）自律走行ＡＧＶの開発、（３）運用（搬送）システムの開発を行い、トラックバース物流の効率化を実現する。即ち、物流設備（自律走行フォークリフト及び自律走行ＡＧＶ）の高機能化（自律化及び情報端末化）と運用を実現し、ＰＬＭ（Product Life cycle Management／製品の企画、設計から生産、販売に至るまでの全てのプロセスの製品情報を一元管理する仕組み）を担うシステムを開発する。
具体的には、本発明者の自律走行ＡＧＶ技術をベースに安全性を強化し、更なる荷役・安全機能・情報端末機能を向上させた自律走行フォークリフトを開発し、それらを連携させ、一気通貫でトラックバース物流の効率化を実現するシステムを開発する。

３．自律走行ＡＧＶ・フォークリフトの現状
２０１６年の国内向け、輸出向けを合わせたＡＧＶ（無人搬送車）台数は２８９３台で前年実績を４０．２％上回った。納入件数の車両タイプ別の割合は、「無人搬送車（台車）」が２９．４％、「無人けん引車」が６５．４％、「無人フォークリフト」が５．１％（１２６台）であった。業種別割合は、「自動車・同付属品製造業」向けが５５．９％と最も多く、次いで「一般機械器具製造業」向けが９．７％であり、車両誘導方式別割合は、「磁気式」が９４．７％と大半を占め、「レーザー式」は１．９％にとどまった（社団法人日本産業車両協会）。ちなみに２０１８年度の国内ＡＧＶ市場規模は１４７億８２００万円の見込み（矢野経済研究所２０１８／１２／１７）である。
自律走行フォークリフトはレーザ誘導ＳＬＡＭ技術を使った方式がメインで、現在実用化されているものの、効率的な荷役作業と安全確保の点から、限られた場所で、かつ比較的均一に荷を搭載したパレットの荷役作業の実用化例が報告されている。しかし、需要は各社数十台／年程度でまだ少ない。現状の自律走行フォークリフトの展開は、荷物仕様・周囲環境が構内物流では多様であることから、種々の用途対応は難しいと思われる。一方自律走行ＡＧＶについては各社倉庫、構内での搬送用途が多く発表されている。

以上の自律フォークリフトの需要が伸びない理由として、無人フォークリフトが有人フォークリフトに比べ極端に作業効率が劣ることに起因する。走行速度、荷役速度を有人フォークリフト並みに上げることで需要は大幅に増加すると見込まれる。これは、現状の技術で十分対応可能ではあるが、人との共存を前提とした現在の物流現場では安全性が大きな課題となっている（三菱重工技報ｖｏｌ.５４Ｎｏ.１（２０１７））。

４．トラックバースから生産現場までの物流システムの開発
バース内物流の課題として、調達物流の大きな課題であったトラックの待機時間は、バース予約管理システムが導入され改善が始まった。残るはバース内での荷役作業効率の改善である。
現状での課題は以下の通りである。
（１）構内物流には現状作業が２つあり、一つは接車したトラックから荷下ろしし、一旦仮置き場に集積すること、もう一つは生産ラインに提供の為、そこからラインまで配送することである。しかしながら、対応業者がそれぞれ違うことから、スムーズな移行ができていない。
（２）それに伴う、入庫、在庫、出庫、ピッキング、配送の伝票処理作業、調整等の物流業務負荷が大きい。
そこで対策として、図２に示すように、構内物流のうち、トラック１０からの荷下ろし、及び検査から製造ラインへの配送を担う自律走行ＡＧＶ１２への荷積載を、１台の自律走行フォークリフト１１で行い、帳票による物流業務についてはフォークリフト１１でＱＲコード（登録商標）読み取りから社内システムと連動させる。この方法により（１）、（２）の問題が改善できる。
（１）＋（２）への対策を講じた、トラックバースの物流効率化システムを開発することが必要である。

５．具体的提案と現状のバース荷役作業
図３に示すように、工場内の外部との接触場所であるトラックバース利用の効率化を進め、工場内物流の効率化に貢献する自律走行フォークリフト並びに自律走行ＡＧＶを開発する。
工場内物流：サプライヤーからトラックで運ばれてきた資材・部品は、工場のバースで荷下ろしされ（Ａ作業）、次に生産管理の指示によって、生産ラインに供給される（Ｂ作業）。この２つの作業を統合して無人化するために、トラックからの荷降ろし、その荷を搬送ＡＧＶに積載するまでを自律走行フォークリフトで行い、ＡＧＶは自律走行で各製造ラインまで荷を配送する

６．高い連動性と安全を強化した自律走行フォークリフトと自律走行ＡＧＶの動作
トラックからの荷下ろし作業は、トラックの種類は言うに及ばず、荷姿、重さ、対象荷物の配置場所といった変動要因が多く、かつ周囲の環境も頻繁に変化し、安全も含め従来のレーザ誘導方式では対応が難しい。そこで、図４に示すように、リアルタイムな対象物、障害物の判断と効率的な荷役作業を行う。

７．荷役及び搬送作業の制御概要（図５参照）

８．自律走行フォークリフト・ＡＧＶを用いた運用システム構成
従来のマテリアルハンドリングシステム（即ち、あらゆる時と場所で、運搬を合理化し、運搬手法を活用して、経済性、生産性を向上するシステム）は、モノと情報の一元化は進んでいない。そこで、図６に示すように、トラックから自律走行フォークリフトで荷を下ろし、その荷を引き続き自律走行ＡＧＶで製造現場へと無人でつなぐ仕組みを開発し物流業務の省力化を図る。

９．技術的可能性と開発課題（図７参照）

１０．新開発自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車には、安全性向上を実現するセンサ類を以下のように使用する。
ａ．カメラを使ったＳＬＡＭ技術：３Ｄカメラを使ったマッピング技術と自分位置確認、障害物形状認識、３Ｄカメラで正確な位置・距離情報収集、レーザで高精度の距離計測、Ｍａｐに沿って走行経路決定
ｂ．ディープラーニング技術 ：バース内地図上の障害物を認識、トラックの荷台の荷物を認識、荷の取降ろし方法を決定
ｃ．画像識別技術：トラック搬送物を事前の情報と一致させ（ＱＲコード（登録商標）読取り）荷台から対象荷を抽出
ｄ．走行・リフト作業の情報共有：各作業の経過、行先の見える化
なお、自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車の［１］狙いの性能の１）スムースな荷役作業の実現、２）安全な配送、３）安全に対する差別化技術、４）バース接車時から製造現場までの情報共有化、伝票レス化、［２］実現するための要求機能、［３］効果については図８参照。

図９を参照しながら、同システムに使用する自律走行フォークリフト２０について説明する。この自律走行フォークリフト２０は、電池、充電装置、走行モータ、制御装置（電子装置）を内部に有するフォークリフト本体２１と、フォークリフト本体２１の前両側に設けられたサイドレール２２、２３と、Ｌ字状の昇降リフトアーム２４、２５を有している。昇降リフトアーム２４、２５の先部にはパレットの差し込み口センサ２６、２７をそれぞれ有し、昇降リフトアーム２４、２５の後部には高さセンサ３８を備えている。また、サイドレール２２、２３の外側とフォークリフト本体２１の側部にはサイドバンパ３０が、後部にはクッションバンパ付きの障害物センサ３１が設けられている。マスト３２の上部の前面と後面には、前方及び後方の状況を認識する左右対となるカメラからなる３Ｄカメラ３４、３５が配置されている。また、この部分にスキャン式のレーザ距離計を配置し対象物の形状、距離を測定してもよい。なお、３６はジョイステック、３７は高視野カメラ、３９は緊急停止ボタンを示す。

各センサの役目については図１０に示す。これによって、サプライヤーからトラックで運ばれてきた資材及び部品（物品）は、工場のバースで荷下ろしされ（Ａ作業）、次に生産管理の指示によって、生産ラインに供給される（Ｂ作業）。この２つの作業を統合して無人化するために、トラックから荷下ろしし、その荷を搬送し、ＡＧＶに積載するまでを自律走行フォークリフトで行い、ＡＧＶは自律走行で各製造ラインまで荷を搬送する。

以上のような構成を有する自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システムを用いることにより、１）従来のＡＧＶではできなかった、低床、バラ荷、段積み、降ろし作業が対応できる、２）自律移動可能な多機能（コンベア搭載、ハンドリングロボット搭載、リフト機能搭載等）ＡＧＶが可能、３）３Ｄカメラとレーザ、ディープラーニング、画像認識技術を融合させユーティリティが高く、早く、安全な荷役作業が可能な自律走行フォークリフトが実現、４）独自のワイヤレス給電技術が高度化できる（複数台の自律走行ＡＧＶ対応）、５）最新の自動車工場のニーズ（物流の効率化）に対応でき、本発明者の持つワイヤレス給電技術と合わせ生産現場の大胆な変革に貢献できる、６）今回のようなユーティリティの高いＡＧＶなので、次の市場と考えている物流倉庫にも対応でき、物流効率化を推進できる、７）フォークの他に様々なアタッチメントを装着すれば、より幅広い貨物の運搬や作業に対応が可能で、８）社会に進出しつつある、配送ロボットビジネスに参入の可能性が出てくる、９）自律走行フォークリフト及び自律走行ＡＧＶのモノの移送の連携、ならびに各々が情報端末としての機能を発揮するマテリアルハンドリングシステムが実現でき、１０）物流管理の効率化が見える形になり、今後種々な現場での物流課題への対応が可能となる。

次に、画像処理技術を用いたＰＬＭ（Product Life cycle Management／製品のライフサイクル管理）を工場生産部材のトラックによる入庫から製造現場への移送までを一元管理するシステムについて説明する。
１）課題
・トラックバースの外部調達物流と構内物流の一元化ができていないため、物流効率が悪い。
・受け渡し指示が紙の帳票で行われているため、時間的ロスや人的ミスが発生する。
・正確な製造実績を把握できていない。
・生産管理システムや施工管理システムなど、他システムとの連携が図れない。
・将来の売上拡大や生産量の増大に対応できない。
・部品の取り間違い、供給間違いが起こる。
・欠品発生により作業が停止する。
・作業指示システムによるミスを防止する。
２）施策
ａ．制御ネットワークを通じて物流システムの流れをつなげるＥｔｈｅｒｎｅｔ（通信規格の異なる装置同士を仲介し通信機能を果たす役割を持つツール）を採用する。
ｂ．自律走行フォークリフトと自律走行ＡＧＶ（自律化、情報端末化）を連携させてモノの流れをつなげる。

３）結果
ＰＬＭツールとしてａ+ｂを活用した自律走行フォークリフト＋自律走行ＡＧＶシステムを開発し、作業指示、実績管理、物流品質情報収集、部品移送までの一連の「情報」と「モノ」を一元管理できる。
４）予想成果
・トラックで入荷〜荷役作業〜製造現場配送までの情報連携によりトラックバースの自動化・効率化を実現できる。
・受入実績の自動収集により、現場に負担をかけずにリアルタイムで荷役搬送実績を把握できる。
・物流進捗状況が各工程でリアルタイムに把握できる。
・工場入門からトラックバースに車接した時から、荷物情報と荷を直接製造現場まで共有することで、ジャストインタイムに対応したリードタイム短縮が実現できる。
・部材納入から生産の工程間をつなぐことによる生産の効率化、リードタイム削減はＰＬＭツールとして展開可能である。

１０：トラック、１１：自律走行フォークリフト、１２：自律走行無人搬送車、２０：自律走行フォークリフト、２１：フォークリフト本体、２２、２３：サイドレール、２４、２５：昇降リフトアーム、２６、２７：差し込み口センサ、３０：サイドバンパ、３１：障害物センサ、３２：マスト、３４、３５：３Ｄカメラ、３６：ジョイステック、３７：高視野カメラ、３８：高さセンサ、３９：緊急停止ボタン

Claims (3)

1. 自律走行フォークリフトとこれに後続する自律走行無人搬送車とを用いた物品の搬送システムにおいて、
   所定位置に停車したトラックの物品の積載情報を記載したデータベースと、前記自律走行フォークリフトに搭載されて、前記データベースから前記積載情報が入力される電子装置とを備え、前記トラックと前記自律走行フォークリフトの位置から前記自律走行フォークリフトの動作プログラムを構築し、該動作プログラムに沿って前記自律走行フォークリフトで、前記トラックから前記物品の荷下ろしをすることを特徴とする自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システム。
2. 請求項１記載の自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システムにおいて、前記自律走行フォークリフトの電子装置には、前記自律走行無人搬送車の位置及び積載可能部の情報も入力され、前記自律走行フォークリフトからの物品を前記自律走行無人搬送車に自動搭載し、前記自律走行無人搬送車は前記物品を所定の場所に搬送することを特徴とする自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システム。
3. 請求項１又は２記載の自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システムにおいて、前記自律走行フォークリフトには、事故を防止するセンサ又はカメラが設けられていることを特徴とする自律走行フォークリフト及び自律走行無人搬送車を用いた物品の搬送システム。

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