JP2022012801A - 物品自動搬送システムおよび物品自動搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】管理システムの負荷を軽減し、作業計画策定や見直しを迅速に行う自動搬送技術を提供する。【解決手段】本発明は、第一、第二搬送車を含む複数の搬送車２００－1～ｎと、複数の搬送車を制御する管理システム１００を備え、管理システムは、複数の搬送車が共同で行う複数の搬送作業の作業計画を策定する。管理システムは、複数の搬送作業のうち、第一搬送車が第一の搬送作業を行う事を演算で決定し、第二搬送車を含む他の搬送車に第一の搬送作業を通知し、第一の搬送作業を第一搬送車に実行させる。管理システムは、複数の搬送作業のうち、第一搬送車を含む他の搬送車が作業しない搬送作業の中で、第二搬送車が行う第二の搬送作業を演算で決定し、他の搬送車に第二の搬送作業を通知し、第二の搬送作業を第二搬送車に実行させる。複数の搬送車が共同で行う複数の搬送作業が高搬送効率になる様に、第二の搬送作業を演算する。【選択図】図１

Description

本発明は、自律走行ロボットを用いた物品の自動搬送技術に関する。

近年、工場や物流倉庫の生産性向上、人手不足解消のため、各種ロボットの導入が進んでいる。例えば、自動車工場では車両の組立ロボット、物流倉庫では物品のピッキングロボットなどが導入されており、ショッピングモールやイベント会場などでは来場者への案内を行うロボットも導入されている。これらのロボットは作業位置が固定されているが、さらなる生産性向上のため、自走式ロボットの導入が検討されている。

特許文献１には、ｅ－ｃｏｍｍｅｒｃｅなどを対象とした物品の配送システムに関する自動車両の制御方法が開示されている。自動車両管理システムが移動時間、コスト、安全性などを考慮して移動ルートを設定し、人の介入なしに複数の自動車両がそれぞれのネットワークエリア内を互いに移動し、物品の受取りや受渡しを行う。

特許文献２には、異なるタスクの移動を行うロボット間の移動を効率的に実施する制御方法が開示されている。各ロボットは行動情報を送受信する機能を有する。前記行動情報は、ロボットの現在の位置情報、実行中のタスクについてのタスク情報、および当該タスクについての利益関数を含み、各ロボットは、ロボット自身が或る移動候補点を選択した場合の利益と、他のロボットが或る移動候補点を選択した場合の利益に基づく相互利益が最大となる組み合わせを選択して、経路計画を作成する。

特許文献３は、ピッキング作業に関するそれぞれ異なる複数の機能要素を含む組合せパターンを検出する組合せ検出部と、検出された各組合せパターンについて、所定の評価基準に基づいて評価する評価部と、を備え、全体最適なピッキング作業を実現することが開示される。

特許文献４は、ピッキング支援システムに係り、各棚の中から選択された仕分け棚を複数の作業場所の中から選択された作業場所へ移動させて、選択された作業場所に配置された保管棚から仕分け棚へ物品をピッキング作業により移動させる、所定の一連の処理を、仕分け棚が所定の物品を収容するまで作業場所を変えながら繰り返して実行させることが開示される。

ＵＳ９７８６１８７号公報 特開２０２０－２１３５１号公報 特開２０２０－３３１５４号公報 特開２０２０－１８６８号公報

特許文献１は、多数の自動車両の制御を自動車両管理システムにて行うため、作業計画の策定に時間を要する。この問題は、扱う自動車両の数が増えるほど、また扱う物品の種類が増えるほど顕在化する。さらに、ある自動車両で何らかのトラブルが発生した場合に、迅速な作業計画の見直しが困難であるという課題がある。

特許文献２は、各ロボットが与えられたタスクにおける移動経路を自ら作成するため、特許文献１よりも管理システムの負荷は軽くなるが、各ロボットは異なるタスクを行っているため、ある自動車両で何らかのトラブルが発生した場合にそのタスクが停止してしまうという課題がある。

特許文献３および４も、特許文献１と同様の課題がある。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、管理システムの負荷を軽減し、作業計画の策定や見直しを迅速に行うことができる自動搬送技術を提供することを目的とする。

本発明の好ましい一側面は、第一搬送車と第二搬送車を含む複数の搬送車と、前記複数の搬送車を制御する管理システムとを備える。前記管理システムは、前記複数の搬送車に対して、前記複数の搬送車が共同で行う複数の搬送作業で実行される作業計画を策定する。前記管理システムは、前記複数の搬送作業のうち、前記第一搬送車が第一の搬送作業を行うことを演算により決定し、前記第二搬送車を含む他の搬送車に前記第一の搬送作業を通知し、前記第一の搬送作業を前記第一搬送車に実行させる。前記管理システムは、前記複数の搬送作業のうち、前記第一搬送車を含む他の搬送車が作業しない搬送作業の中で、前記第二搬送車が行う第二の搬送作業を演算により決定し、他の搬送車に前記第二の搬送作業を通知し、前記第二の搬送作業を前記第二搬送車に実行させる。前記複数の搬送車が共同で行う複数の搬送作業の搬送効率が高くなるように、前記第二の搬送作業を演算する。以上を特徴とする、物品自動搬送システムである。

本発明の好ましい他の一側面は、第一搬送車と第二搬送車を含む複数の搬送車を、作業計画策定部と演算部を備える管理システムで制御する物品自動搬送方法である。この方法は、前記作業計画策定部が、前記複数の搬送車に対して、前記複数の搬送車が共同で行う複数の搬送作業で実行される作業計画を策定する第１のステップ、前記演算部が、前記複数の搬送作業のうち、前記第一搬送車が行う第一の搬送作業を決定する第一の演算を行う第２のステップ、前記管理システムが、前記第二搬送車に前記第一の搬送作業を通知する第３のステップ、前記演算部が、前記複数の搬送作業のうち、前記第一の搬送作業以外の作業の中で、前記第二搬送車が行う第二の搬送作業を決定する第二の演算を行う第４のステップ、を実行する。前記第二の演算は、目的関数を最小または最大にする最適化問題を解く演算であって、前記目的関数は、前記第一の搬送作業と前記第二の搬送作業の干渉の度合いを評価するペナルティ項を有する。

本発明のさらに具体的な構成の例では、前記第二の演算を行う演算部は、前記第二搬送車に搭載されたＣＭＯＳアニーリングマシンである。

本発明のさらに具体的な構成の別の例では、前記ペナルティ項は、前記搬送車の混雑度および前記搬送車の経路の交差確率の少なくとも一つを評価する項である。

管理システムの負荷を軽減し、作業計画の策定や見直しを迅速に行うことができる自動搬送技術を提供することができる。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

実施例に係る物品自動搬送システムの処理フロー図。 実施例に係る物品自動搬送システムの作業計画の例を示す表図。 実施例に係る物品自動搬送システムの搬送車作業エリアの平面図。 実施例に係る管理システムの構成を示すブロック図。 実施例に係る搬送車の構成を示すブロック図。 搬送車２００の演算装置５０３が行う処理の一例を示すフロー図。 実施例に係る物品自動搬送システムの物流倉庫全体への適用例を示すブロック図。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。

以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、重複する説明は省略することがある。

同一あるいは同様な機能を有する要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、複数の要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数、順序、もしくはその内容を限定するものではない。また、構成要素の識別のための番号は文脈毎に用いられ、一つの文脈で用いた番号が、他の文脈で必ずしも同一の構成を示すとは限らない。また、ある番号で識別された構成要素が、他の番号で識別された構成要素の機能を兼ねることを妨げるものではない。

図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

本明細書で引用した刊行物、特許および特許出願は、そのまま本明細書の説明の一部を構成する。

本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。

本実施例では、物品自動搬送システムが、物品を搬送する配下の複数の搬送車に対して作業計画を指示し、各搬送車が自車の作業内容を決定する。複数の搬送車の作業内容を実行することにより、作業計画が実現される。

実施例の一つの例では、物品自動搬送システムは、第一搬送車と第二搬送車を含む複数の搬送車と、複数の搬送車を制御する管理システムとを含んでいる。管理システムは、複数の搬送車に対して、複数の搬送車が共同で行う複数の搬送作業に関する作業計画を策定する。第一搬送車は、複数の搬送作業計画のうち、第一搬送作業を行うことを演算により決定し、第二搬送車を含む他の搬送車に第一搬送作業の作業状況を通知して第一の搬送作業を実行する。第二搬送車は、複数の搬送作業計画のうち、第一搬送車を含む他の搬送車が作業していない作業の中で、第二搬送車が行う第二搬送作業を演算により決定し、他の搬送車に第二搬送作業の作業状況を通知して第二搬送作業を実行する。第二搬送車が行う第二搬送作業の演算は、複数の搬送車が共同で行う搬送作業の搬送効率が高くなるように演算する。

さらに、この管理システムは、複数の搬送車の作業状況を収集する機能を有し、作業状況に応じて複数の搬送作業に関する計画を見直し、見直しされた計画に基づき、複数の搬送車が其々の搬送作業を更新する。

＜１．物品自動搬送システムの処理フロー＞
図１は、本発明の実施形態１に係る物品自動搬送システムの処理フローである。管理システム１００と複数（ｎ台）の搬送車２００－１～２００－ｎそれぞれの処理フローと、管理システム１００と複数の搬送車２００の間のデータの流れを示している。処理の流れを実線で、データの流れを点線で示す。

まず始めに、ステップＳ１０１で物品情報Ｍをメモリに格納する。物品情報Ｍは、管理システム１００の上位装置から受信すること、あるいは、別途ユーザが入力することを想定する。物品情報Ｍの具体例としては、前の工程から到着した物品のデータ、後の工程へ送出する物品のデータ、必要に応じて他の工程の進捗状況などである。

前の工程から到着した物品のデータの例としては、入庫情報がある。入庫情報とは、例えば、いつ、どの商品が、どの物品棚に到着したかの情報である。後の工程へ送出する物品のデータの例としては、各顧客からの注文情報がある。各顧客からの注文情報とは、例えば、いつ、どの商品を、どの顧客に発送するか（あるいはどの発送場所に移動させるか）の情報である。各商品、各物品棚、各顧客、各発送場所は、例えばIDにより識別され得るものとする。他の工程の進捗状況とは、例えば、搬送車のメンテナンス情報や、作業員のシフト情報等である。これらの情報を基に作業計画を策定する。

次に前記物品情報Ｍに基づきステップＳ１０２で作業計画Ｐを策定し、ステップＳ１０３で作業計画Ｐを各搬送車２００に送信する。作業計画Ｐとは、例えば本実施例の場合、物品情報に含まれる商品について、いつ、どこに、どの商品を、移動させるかを示す情報である。物品情報Ｍから作業計画Ｐを生成する場合、ユーザが人手で作成しても良いが、自動的に生成できれば作業効率を高くできる。物品情報Ｍから作業計画Ｐを生成する例として、特許文献４がある。

図１では、作業計画Ｐを各搬送車２００に並列的に送信しているが、作業内容Ｗの演算前に受信できる限り、直列的にリレー方式で送信してもよい。作業計画Ｐを各搬送車２００に送信するための、管理システム１００と搬送車２００間の通信手段は特に制限しないが、一般的な無線通信方式を採用することが考えられる（以下同様）。

複数の搬送車２００では、まずステップＳ２０１－１にて第１搬送車２００－１が自車の作業内容Ｗ１を演算により決定し、他の搬送車２００および管理システム１００にその作業内容Ｗ１を送信し、ステップＳ２０２－１にて作業を実行する。作業内容Ｗとは、例えば本実施例の場合、作業計画Ｐを実行するために、自車が、物品情報に含まれる商品について、いつ、どこに、どの商品を、どのように移動させるかを示す情報である。どのように移動させるかを示す情報とは、例えば搬送車がとる経路を示す情報である。

図１では、搬送車２００－１の作業内容Ｗ１は、第１搬送車２００－１から第ｎ搬送車２００－ｎに向けてリレー方式で送信され、最終的に第ｎ搬送車２００－ｎから管理システム１００に作業内容Ｗ１～Ｗｎが纏めて送信されることにした。ただし、第１搬送車２００－１から、第２搬送車２００－２～第ｎ搬送車２００－ｎ、および管理システム１００に対して並列的に送信してもよい。送信方法は、各搬送車２００が、他の搬送車の作業内容Ｗを、自車の作業内容の演算前に受信できる限り制限はない。

次に、ステップＳ２０１－２にて第２搬送車２００－２が前記作業計画の内、前記第１搬送車２００－１を含む他の搬送車が作業していない作業の中で、前記第２搬送車２００－２が行う作業内容Ｗ２を演算により決定し、他の搬送車２００および管理システム１００にその作業内容Ｗ２を送信し、ステップＳ２０２－２にて作業を実行する。

以下同様な処理を繰り返し、ステップＳ２０１－ｎにて第ｎ搬送車２００－ｎが作業内容Ｗｎを演算により決定し、その作業内容Ｗｎを管理システム１００に送信するとともにステップＳ２０２－ｎにて作業を実行する。さらに、各搬送車２００-１～２００－ｎはその作業状況Ｓ１～Ｓｎを管理システム１００に随時送信する。

各搬送車２００－１～２００－ｎから送られた作業内容Ｗ１～Ｗｎは、ステップＳ１０４にて管理システム１００に格納され、各搬送車２００－１～２００－ｎから随時送られる作業状況Ｓ１～Ｓｎは、ステップＳ１０５にて管理システム１００に格納され、各搬送車の作業状況が管理される。ステップＳ１０６にて、ステップＳ１０２で策定した作業計画とステップＳ１０５で管理している作業状況を比較し、ステップＳ１０７にて計画した作業が終了しているか否かを判断する。

ここで作業状況Ｓとは、作業計画Ｐを実行するために、各リソースが行っている作業の状態を変数で示したデータである。

計画した作業が終了していればステップＳ１０２にて次の作業計画を策定し、計画した作業が終了していなければステップＳ１０８にて作業計画の見直しが必要か否かを判断する。作業計画の見直しが必要なければステップＳ１０５にて作業進捗の管理に戻り、作業計画の見直しが必要な場合は、ステップＳ１０９にて作業計画の見直しを行い、ステップＳ１０３にて見直し後の作業計画を各搬送車に送信する。

複数の搬送車２００では、見直し後の作業計画に基づき、上記と同様のフローで各搬送車がそれぞれの作業内容を演算により決定し実行する。

本実施例において作業内容Ｗとは、作業計画Ｐを実行するために、リソース（この場合搬送車２００）毎の作業を変数で示したデータである。作業内容Ｗは、例えば、各搬送車が作業で扱う物品と作業開始時間と作業終了時間と搬送経路（出発地と目的地を含む）を変数として表すことができる。作業内容の例については、特許文献４等に記載がある。作業内容は種々の組み合わせをとることができるが、効率的な作業内容は、所定の制約条件下で目的関数を最大または最小とする解を探索する最適化問題の解として求めることができる。最適化問題を解く一般的な方法はノイマン型アーキテクチャのコンピュータによって計算することである。一方、近年最適化問題を解き得る技術として、特開２０１６－０５１３１４号公報には、イジングモデルの基底状態を求めるために基本構成単位となる構成要素をアレイ状に配置した半導体装置で、量子スピンの状態を疑似的に表現する構成が示されている。

本実施例では、上記のような半導体装置を搬送車２００に搭載することで、各搬送車に自車の作業内容の決定（Ｓ２０１）を実行させる構成とした。ただし、作業内容を計算するための構成は、必ずしも搬送車２００内に持つ必要はなく、管理システム１００内部に設けてもよい。

本実施例では、第１搬送車２００－１から第ｎ搬送車２００－ｎの順で、自車の作業内容Ｗを順次決定していくものとした。搬送車の順番は任意でよく、例えば搬送車のＩＤ順とする。第ｘ搬送車（１＜ｘ＜ｎ）は、第１搬送車２００－１の作業内容Ｗ１～第（ｘ－１）搬送車２００－（ｘ－１）の作業内容Ｗｘ－１の作業内容は確定済みとして、それ以外の作業の範囲から自車の作業内容を決定する。

＜２．作業計画と作業内容＞
次に各搬送車２００の作業内容について物流倉庫を例にして図２～図３を用いて説明する。図２に、前記ステップ１０２にて策定される作業計画の例を示す。

図２の左側は物品到着棚データを示し、物品到着棚に到着するコンテナのＩＤ、当該コンテナに格納される物品名あるいはＩＤ、当該物品の員数、および到着棚への到着時間を示している。

図２の右側は、ピックアップステーションデータを示し、ピックアップステーションからの配送先名あるいはＩＤ、当該配送先へ配送する物品名あるいはＩＤ、当該物品の員数、および配送準備の終了時間を示している。配送準備の終了時間は、この時刻までに準備が終了している必要があるため、作業内容の終了制限時間となる。

ここで具体的な作業計画は、物品到着棚データに示される物品を、ピックアップステーションデータに示される配送先に対応する作業エリアに、終了制限時間までに所定種類、所定員数移動させるという計画になる。

図３に、図２に記載の物品到着棚およびピックアップステーションを含む搬送車の活動領域の平面図を示す。

各搬送車２００は物品到着棚３０１から複数の物品が入ったコンテナ３０２を受け取り、ピックアップステーション３０３まで搬送する。ピックアップステーション３０３では、各配送先の作業エリア３０４にて作業員がそれぞれの配送先に必要な員数をピックアップする。他の物品に対しても同様な作業を繰り返し、各配送先に必要な物品を仕分けていく。これらの操作は、作業計画Ｐに従って定められる。

＜３．搬送車の作業内容の決定＞
各搬送車２００の作業内容の決定方法について説明する。図２の作業計画に基づき、まず始めに第１搬送車２００－１が作業内容Ｗ１を決定する。この際、他の搬送車が作業をしていなければランダムに作業内容を選んでも良いし、移動距離が長いものから選んでも良い。他の搬送車が作業を行っていない状況では、移動距離が長い、複雑な作業から行った方が、渋滞や交差などが起こりにくく作業効率を高くできると考えられる。

ここでは、第１搬送車２００－１が、物品ＡをＸ店向け、Ｙ店向けの順にそれぞれの作業エリアに搬送する作業を選択したとする。次に第２搬送車２００－２が作業内容Ｗ２を決定する際は、移動距離、ピックアップステーションの混雑度、他の搬送車との交差確率、終了制限時間などから作業内容を演算により決定する。ここでは、物品ＢをＸ店向け、Ｙ店向けの作業エリアに搬送する作業を選択できるが、第１搬送車２００－１と同じＸ店向け、Ｙ店向けの順に搬送するとピックアップステーションで第１搬送車の作業完了待ちになる可能性があるため、Ｙ店向け、Ｘ店向けの順に搬送する経路を選択し、全体としての搬送効率が向上するように作業内容を決定する。

第３搬送車２００－３についても第２搬送車２００－２と同様に、移動距離、ピックアップステーションの混雑度、他の搬送車との交差確率、終了制限時間などから作業内容を演算により決定する。この時、物品ＣをＸ店向け、Ｙ店向け、Ｚ店向けの作業エリアに搬送する作業は、ピックアップステーションでの搬送車の渋滞を引き起こす可能性があるため、物品ＤをＺ店向けの作業エリアに搬送する作業に決定する。

このように、各搬送車が搬送作業全体の効率を向上させるように演算を行うことにより、全体として最適化を行うことができる。なお、作業内容を決定する際の最適化計算は、相互作用モデルを用いたＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）アニーリングマシンなどのアニーリング型計算機や、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）上にソフトウェア実装された最適化問題を解くためのソフトウェアを用いることができる。

実施例１の物品自動搬送システムに依れば、管理システム１００は複数の搬送車２００が行う作業計画を策定し、その作業計画に基づき、各搬送車が自らの作業内容を演算により決定するため、管理システム１００の負荷を軽減できる。また、管理システム１００は複数の搬送車２００の作業進捗を随時モニタリングしており、必要に応じて作業計画の見直しも可能である。見直した作業計画に基づき、各搬送車が自らの作業内容を演算により決定するため、作業計画の策定や見直しおよび作業内容への反映を迅速に行うことができる。

＜４．管理システム１００構成例＞
図４および図５は、本発明の管理システム１００および搬送車２００の構成例である。

図４において、管理システム１００は、通信装置４０１、記憶装置４０２、演算装置４０３、作業計画策定部４０４、作業進捗解析部４０５からなる。管理システム１００は、一般的なサーバ等の情報処理装置で構成することを想定している。キーボード等の入力装置、画像モニタ等の入力装置のような、サーバが通常備える構成については省略している。

本実施例では計算や制御等の機能は、記憶装置４０２に格納されたプログラムが演算装置４０３によって実行されることで、定められた処理を他のハードウェアと協働して実現することができる。計算機などが実行するプログラム、その機能、あるいはその機能を実現する手段を、「機能」、「手段」、「部」、「装置」等と呼ぶ場合がある。

本実施例中、ソフトウェアで構成した機能と同等の機能は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などのハードウェアでも実現できる。図４では、作業計画策定部４０４、作業進捗解析部４０５を、記憶装置４０２に格納されたソフトウェアとして示したが、上記のように同様の機能をハードウェアで実装することも可能である。

通信装置４０１は上位システムや入力装置からの物品情報Ｍの受信、各搬送車２００への作業計画Ｐの送信、各搬送車の作業内容Ｗおよび作業状況Ｓの受信などを行う。記憶装置４０２は物品情報Ｍや、作業計画Ｐ、作業内容Ｗ、作業状況Ｓなどの情報を格納する。また、記憶装置４０２は、演算装置４０３が実行するプログラムである、作業計画策定部４０４と作業進捗解析部４０５を格納する。

演算装置４０３は、作業計画策定部４０４と作業進捗解析部４０５の処理を実行する。作業計画策定部４０４と作業進捗解析部４０５は、作業計画Ｐの策定と作業状況Ｓの解析をそれぞれ行う。

＜５．搬送車２００－ｎ構成例および動作例＞
図５は、ｎ番目の搬送車の構成例を示すブロック図である。図５において、搬送車２００－ｎは、通信装置５０１、記憶装置５０２、演算装置５０３、カメラ５０４、センサ５０５、センサデータ解析装置５０６、モータ制御装置５０７、モータ５０８からなる。

通信装置５０１は管理システム１００からの作業計画Ｐの受信、他の搬送車２００からの作業内容Ｗの受信、管理システム１００や他の搬送車２００への作業内容Ｗｎの送信、管理システム１００への作業状況Ｓｎの送信を行う。

記憶装置５０２は作業計画Ｐや他の搬送車の作業内容Ｗ、自車の作業内容Ｗｎと作業状況Ｓｎなどの情報を格納する。演算装置５０３は、自らの作業内容Ｗｎを決定するための最適化計算などを行う。演算装置５０３は、例えば特開２０１６－０５１３１４号公報に記載されるＣＭＯＳアニーリングマシンなどのアニーリング型計算機により、イジングモデルの基底状態を求める技術を採用することができる。本実施例では、演算装置５０３は、ＦＰＧＡ等で構成されたコントローラと、特開２０１６－０５１３１４号公報記載の技術を適用した最適化問題を解くためのハードウェアであるコプロセッサ５１０で構成した。ただし、ソフトウェアで実装することも可能である。

カメラ５０４、センサ５０５は、物品到着棚３０１、ピックアップステーション３０３などの位置把握や、他の搬送車との距離把握、自身の状態把握に必要なデータを収集し、センサデータ解析装置５０６にてそれらのデータを解析する。センサデータの解析結果に基づき、モータ制御装置５０７がモータ５０８を制御し、搬送車２００が自車の作業内容Ｗｎを実行する。また、把握した自車の状況は自車の作業状況Ｓｎとして記憶装置５０２に格納され、通信装置５０１で管理システム１００に送信される。

本実施例の物品自動搬送システムに依れば、搬送車２００はカメラ５０４とセンサ５０５を備えるため、物品到着棚３０１、ピックアップステーション３０３などの位置や、他の搬送車との距離を把握でき自律走行が可能である。

図６は、搬送車２００の演算装置５０３が行う作業内容決定の処理Ｓ２０１の一例を示すフロー図である。

ステップＳ２０１１では、演算装置５０３のコントローラ５０９が、通信装置５０１経由で管理システム１００から作業計画Ｐを受信する。作業計画Ｐは記憶装置５０２に格納する。

ステップＳ２０１２では、コントローラ５０９が、他の搬送車２００からの作業内容Ｗを受信する。作業内容Ｗは記憶装置５０２に格納する。

ステップＳ２０１３では、コントローラ５０９が、作業計画Ｐから他の搬送車の作業内容Ｗの部分を除いた残余作業計画を作成する。自車が実行する作業内容Ｗｎは、残余作業計画の一部または全部を実行することになる。

ステップＳ２０１４では、コントローラ５０９が、残余作業計画から最適化問題を作成する。最適化問題の作成は、所定のルールに従って自動的に生成することができる。所定のルールは公知技術に基づき任意である。一般に最適化問題は、与えられた関数（目的関数）を与えられた条件下（制約条件）で最大化または最小化する問題である。ここで例えば、目的関数の変数は、搬送車が搭載する荷物や搬送する経路、出発時刻や到着時刻である。制約条件は搬送車の作業時間、ピックアップステーションの混雑度、他の搬送車との経路の交差、作業終了時間の制限、物理的な制約（例えば同一の荷物を複数の搬送車に載せない）等である。

目的関数は、例えば以下のように与えられる。
目的関数＝（搬送車の作業時間）＋（ピックアップステーションの混雑度）＋（他の搬送車との経路の交差確率）＋（他の制約）
目的関数を以上のように定義して、目的関数が最小になる解を得ることで、他の搬送車も含めた全体的な作業効率を考慮した解（作業内容）を求めることができる。各制約項には任意の重みをつけることができる。（搬送車の作業時間）は短いほうがよいが、他の制約項の制限も同時に考慮する必要がある。制限時間（図２の「終了時間」）は順守される必要があるので、作業時間が制限時間を超えると例えば無限大の重みにする。（ピックアップステーションの混雑度）や（他の搬送車との経路の交差確率）を小さくすることは、他車との干渉を小さくして全体の作業効率を向上する意味がある。

最適化問題において、目的関数が最小になる解を得ることにより、自車の作業内容Ｗｎを決定することができる。最適化問題の生成については、特に制約はなく公知技術を踏襲してよい。

残余作業計画から各作業内容候補を抽出し、それぞれの作業を選択した場合の作業時間、ピックアップステーションの混雑度、他の搬送車との交差確率などを制約条件として、終了制限時間内に目的関数が最小となるように作業を決定する。ピックアップステーションの混雑度や他の搬送車との交差確率は、決定済みの他の搬送車の作業計画と自車の作業計画案から、同一時間帯に複数の搬送車が近接した領域にあるかどうかを推定して計算することができる。

本実施例では、ピックアップステーションの混雑度、他の搬送車との交差確率等の、他の搬送車の作業内容に影響を与えるために発生するコスト、または他の搬送車の作業内容から影響を受けるために発生するコストを制約項（ペナルティ項）として持つことにする。例えば、ピックアップステーションの混雑度が上がったり、他の搬送車との交差が生じたりしてしまう作業は、干渉により他車の作業効率を低下させるためできるだけ避け、終了制限時間の範囲内であれば移動距離が長くてもピックアップステーションの混雑度が低くて、交差確率が低い作業を選択するなどである。このようにして、搬送車自身の作業効率だけではなく、他の搬送車も含めた作業効率を考慮することができる。

本実施例では、上記の最適化問題を、相互作用モデルを用いたコプロセッサ５１０で解くことにしている。

ステップＳ２０１５では、コントローラ５０９が、最適化問題をコプロセッサで処理するために、最適化問題を相互作用モデルに変換する。相互作用モデルでは、例えば上記変数をノードとし、制約項（制約関数）を規定する係数をノード間の相互作用として計算することができる。

ステップＳ２０１６では、コントローラ５０９が、相互作用モデルをコプロセッサ５１０に入力して演算を行う。

ステップＳ２０１７では、コントローラ５０９が、コプロセッサ５１０から最適解を読み出す。

ステップＳ２０１８では、コントローラ５０９が、最適解に基づいて、相互作用モデルを逆変換して自車の作業内容Ｗｎを決定する。

ステップＳ２０１９では、コントローラ５０９が、決定した作業内容Ｗｎを他の搬送車２００や管理システム１００に通知する。

ステップＳ２０１４～ステップＳ２０１８の処理は、例えば特開２０１６－０５１３１４号公報等で開示される技術を踏襲してよい。

本実施例では、管理システム１００は全体の作業計画Ｐを生成して指示するのみで、個々の搬送車２００の動作は各演算装置５０３に委ねられている。このため、管理システム１００側では個々の搬送車２００の制御をする必要がないが、結果として全体の効率化を図ることが可能となっている。また、搬送車２００は、全体の作業計画Ｐと他車の作業内容Ｗのみに基づいて自車の作業内容の最適化を行うことができるため、同期性保証や無矛盾性保証など全体の情報を統合処理することなく制御が可能となる。よって、動作がロバストであり、計画変更も容易である。

本実施例に係る管理システムおよび搬送車の処理フローは図１と同様である。また本実施例に係る搬送車の構成図は図５と同様である。本実施例では、作業中の搬送車２００に何らかのトラブルが起きた場合のフローについて説明する。

搬送車２００に発生したトラブルは、搬送車２００に組み込まれたセンサ５０５とセンサデータ解析装置５０６で検知することができる。例えばモータのトラブルは、モータに振動センサを設置することにより検知することができる。検知された情報は、搬送車の作業状況とともに管理システム１００に送信される。ステップＳ１０５にて搬送車のトラブルが管理システムに認識され、ステップＳ１０６にて計画に対する遅延が計算され、ステップ１０９にて作業計画の見直しが行われる。

次に、搬送車２００の電源系統のトラブルにより、管理システム１００に作業状況Ｓを送ることができなくなった場合の処理について説明する。実施の形態１で述べた通り、複数の搬送車２００は随時、作業状況Ｓを管理システム１００に送信しているため、ある搬送車からの作業状況Ｓが受信できなくなった時点で、管理システム１００はその異常を検知できる。その検知情報に基づき、作業員が現場の状況を確認する。

本実施例の物品自動搬送システムに依れば、ある搬送車に何らかのトラブルが発生した場合でも、管理システムがそのトラブルを検知できるため、作業を停止することが無いよう作業計画の見直しを行うことができる。さらに、見直しされた作業計画に基づき、各搬送車が作業内容を更新するため、トラブルへの対応を迅速に行う自動搬送システムを提供できる。

図７に、本実施例に係る物品自動搬送システムの物流倉庫全体への適用例を示す。物流倉庫は、入荷、補充、ピッキング、仕分け、検品・出荷などの工程を有しており、各工程に本発明の物品自動搬送システムを導入することが可能である。各工程は全体最適化システム７００により管理されており、物品の種類と到着時間、配送先と出荷予定時間などが各工程の管理システム７０３～７０７に送信される。各工程の作業進捗は共通インターフェイス７０２を介して、各工程の管理システム７０３～７０７から全体最適化システム７００に送信される。

本実施例の物品自動搬送システムに依れば、全体最適化システム７００が各工程の作業進捗を管理できるので、物流倉庫全体の最適化が可能であり、生産性の高い物流倉庫を提供できる。

＜本発明の変形例について＞
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、本実施形態１～３の物品自動搬送システムにおいて、搬送車はドローンなどの飛行物体であっても良い。ドローンを活用すると遠隔地への搬送も可能である。

本実施形態１および実施形態２の物品自動搬送システムにおいて、ステップＳ１０７の作業終了判定は、作業が完全に終了していない場合であっても、終了する見込みが得られた時点で次の作業計画を策定しても良い。搬送車の待機時間を削減でき、生産性をさらに向上できる。また、搬送車から管理システムに送信される作業状況とともに搬送車の位置情報を送信しても良い。管理システムがより詳細に作業状況を把握できるため、作業終了見込みをより正確に予測できる。作業内容を演算により決定していく搬送車の順番は、管理システムが指定しても良い。前述の各搬送車の位置情報なども活用すれば生産性をさらに向上できる。

以上説明した実施例によれば、各搬送車が行う作業を演算により自ら決定することにより、管理システムの負荷を軽減し、作業計画の策定や見直しおよび作業内容への反映を迅速に行う自動搬送システムを提供できる。さらに、管理システムが各搬送車の作業状況を収集することにより、ある搬送車に何らかのトラブルが発生した場合でも、その作業を停止することが無いよう作業計画を見直しするなどトラブル対応を迅速に行う自動搬送システムを提供できる。

１００：管理システム
２００：搬送車
３００：搬送車作業エリア
３０１：物品到着棚
３０２：コンテナ
３０３：ピックアップステーション
３０４：各配送先の作業エリア

Claims (10)

1. 第一搬送車と第二搬送車を含む複数の搬送車と、前記複数の搬送車を制御する管理システムとを備え、
   前記管理システムは、前記複数の搬送車に対して、前記複数の搬送車が共同で行う複数の搬送作業で実行される作業計画を策定し、
   前記管理システムは、前記複数の搬送作業のうち、前記第一搬送車が第一の搬送作業を行うことを演算により決定し、前記第二搬送車を含む他の搬送車に前記第一の搬送作業を通知し、前記第一の搬送作業を前記第一搬送車に実行させ、
   前記管理システムは、前記複数の搬送作業のうち、前記第一搬送車を含む他の搬送車が作業しない搬送作業の中で、前記第二搬送車が行う第二の搬送作業を演算により決定し、他の搬送車に前記第二の搬送作業を通知し、前記第二の搬送作業を前記第二搬送車に実行させ、
   前記複数の搬送車が共同で行う複数の搬送作業の搬送効率が高くなるように、前記第二の搬送作業を演算することを特徴とする、物品自動搬送システム。
2. 前記複数の搬送車の其々は、搬送対象となる複数の物品および搬送先のうち少なくとも一つに関する管理情報と、他の搬送車の搬送作業の内容を基に、自身の搬送車が行う搬送作業について相互作用モデルを用いて演算する演算装置を前記管理システムの一部として備え、該演算装置を用いて、前記第一の搬送作業および前記第二の搬送作業のうち少なくとも一つを演算により決定することを特徴とする、請求項１に記載の物品自動搬送システム。
3. 前記演算装置は、他の搬送車が作業を行うと通知していない搬送作業の中から自身の搬送車が行う搬送作業を決定するため、自身の搬送車が行う搬送作業の案を変数とし、最大化あるいは最小化すべき作業効率を目的関数とし、他の搬送車の搬送作業に影響を与えるために発生するコスト、または他の搬送車の搬送作業から影響を受けるために発生するコストをペナルティ項として持つ最適化計算を行うことを特徴とする、請求項２に記載の物品自動搬送システム。
4. 前記最適化計算は、前記ペナルティ項として、搬送車の混雑度および搬送車の経路の交差確率の少なくとも一つを持つ、請求項３に記載の物品自動搬送システム。
5. 前記演算装置は、アニーリング型計算機であることを特徴とする、請求項３に記載の物品自動搬送システム。
6. 前記演算装置は、最適化問題を解くためのソフトウェアが実装されたＣＰＵやＧＰＵであることを特徴とする、請求項３に記載の物品自動搬送システム。
7. 前記管理システムは、前記複数の搬送車の作業状況を収集する機能を有し、前記作業状況に応じて前記複数の搬送作業に関する計画を見直し、前記見直しされた計画に基づき、前記複数の搬送車が其々の搬送作業を更新することを特徴とする、請求項２に記載の物品自動搬送システム。
8. 第一搬送車と第二搬送車を含む複数の搬送車を、作業計画策定部と演算部を備える管理システムで制御する搬送方法であって、
   前記作業計画策定部が、前記複数の搬送車に対して、前記複数の搬送車が共同で行う複数の搬送作業で実行される作業計画を策定する第１のステップ、
   前記演算部が、前記複数の搬送作業のうち、前記第一搬送車が行う第一の搬送作業を決定する第一の演算を行う第２のステップ、
   前記管理システムが、前記第二搬送車に前記第一の搬送作業を通知する第３のステップ、
   前記演算部が、前記複数の搬送作業のうち、前記第一の搬送作業以外の作業の中で、前記第二搬送車が行う第二の搬送作業を決定する第二の演算を行う第４のステップ、
   を実行し、前記第二の演算は、目的関数を最小または最大にする最適化問題を解く演算であって、前記目的関数は、前記第一の搬送作業と前記第二の搬送作業の干渉の度合いを評価するペナルティ項を有する、物品自動搬送方法。
9. 前記第二の演算を行う演算部は、前記第二搬送車に搭載されたＣＭＯＳアニーリングマシンである、請求項８に記載の物品自動搬送方法。
10. 前記ペナルティ項は、前記搬送車の混雑度および前記搬送車の経路の交差確率の少なくとも一つを評価する項である、請求項８に記載の物品自動搬送方法。

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