JP2023090275A - 作業システム - Google Patents

Abstract

【課題】 バッテリに蓄えられた電気エネルギによって移動して作業する移動作業機を含んで構成される作業システムの実用性を向上させる。【解決手段】 複数の移動作業機１０と、移動作業機の数より少ない数の充電ポート６２を有して移動作業機のバッテリを充電するための充電設備５８と、移動作業機のオペレーションを管理するコントローラ７０とを備えた作業システムにおいて、バッテリ残量がより少ないバッテリを有する移動作業機に対して、優先的に、充電を行わせる。少ない数の充電ポートしか有しない充電設備であっても、効率的に、複数の移動作業機に対して充電を行わせることが可能となる。【選択図】 図２

Description

本発明は、バッテリに蓄えられた電気エネルギによって移動して作業する移動作業機を含んで構成される作業システムに関する。

上記作業システムにおいては、例えば、上記移動作業機は、バッテリを有し、そのバッテリに蓄えられた電気エネルギによって作動する。そのような作業システムでは、そのバッテリへの充電、言い換えれば、移動作業機に対する充電を行う必要がある。下記特許文献では、移動作業機であるサービス車両に対する充電の管理を、運行計画に基づいて行い、充電設備への車両の移動、充電設備での充電が滞りなく行われるようにされている。

特開２０２１－２２１５号公報

移動作業機に対する充電は、その移動作業機の作業効率，充電設備の効率等に配慮して行うことが望ましい。その観点からすれば、作業システムにおける移動作業機の充電に関して、改良の余地が多分に残されており、何らかの改良を施すことにより、その作業システムの実用性を向上させることが可能である。本発明は、そのような実情に鑑みてなされたものであり、実用性の高い作業システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の作業システムは、(a)それぞれが、バッテリを有し、そのバッテリに蓄えられた電気エネルギによって、移動して作業を行う複数の移動作業機と、(b)充電ポートを有し、その充電ポートに接続された前記移動作業機の前記バッテリを充電するための充電設備と、(c)前記移動作業機のオペレーションを管理するコントローラとを備えた作業システムであって、
前記充電設備の前記充電ポートの数が、前記移動作業機の数より少なく、
前記コントローラが、前記バッテリに蓄電されている電気エネルギの残量であるバッテリ残量がより少ない前記バッテリを有する前記移動作業機に対して、優先的に、充電を行わせるよう構成される。

上記本発明の作業システムによれば、少ない数の充電ポートしか有しない充電設備であっても、効率的に、複数の移動作業機に対して充電を行わせることが可能となる。

発明の態様

本発明の作業システムにおける「移動作業機」は、特に限定されるものではない。詳しく言えば、例えば、典型的には、物を移動，運搬等する車両、工事，検査等の種々の作業を行う車両等が該当する。また、車両と呼ぶことのできない移動体、例えば、ドローン等であってもよい。移動作業機は、人間が運転，操作するものであっても、自動で運転，操作するものであってもよい。つまり、ロボットのようなものであってもよいのである。また、移動作動機が移動する場所についても特に限定されず、屋内であっても、屋外であってもよい。

充電設備の「充電ポート」は、充電するために移動作業機に接続される部分，充電するために移動作業機が位置すべき場所等を意味する。充電設備は、複数の充電ポートを有する１つの充電器を備えたものであっても、１つの充電ポートを有する複数の充電器を備えたものであってもよい。

「コントローラ」は、移動作業機のオペレーションを管理するものであるため、例えば、移動作業機が有する端末と各種情報，各種指示を通信可能な通信機を有するものであることが望ましい。また、コントローラは、移動作業機の作業計画を取得若しくは作成する機能を有するものであってもよい。具体的には、コントローラは、コンピュータを主体的な構成要素とするものであってもよい。

コントローラは、例えば、少なくとも１つの充電ポートが空いていることを条件として、充電を行わせることが可能な移動作業機の中から、各移動作業機のバッテリ残量を基に、充電を行わせる前記移動作業機を決定するように構成すればよい。

複数の移動作業機に少ない充電ポートしか有しない充電設備で効率的に充電するという観点からすれば、各移動作業機のバッテリ残量に大きな差が生じないようにすることが望ましい。そこで、コントローラを、作業を行わない状態である非作業状態が設定時間以上連続する移動作業機に対して、１回の充電として、設定時間以下に設定された充電時間以下の時間だけの充電を行わせるように構成することが望ましい。詳しく言えば、充電の開始，終了が煩雑とならない限り、上記設定時間は短く設定することが望ましい。具体的には、例えば、設定時間は、５分～１５分程度に設定すればよい。このような短い時間の充電を、各移動作業機に対して行うことで、各移動作業機のバッテリ残量の差を小さくすることが可能となる。

実施例の作業システムである物流倉庫内製品搬送システムが備える移動作業機としての搬送ロボットを示す斜視図である。 搬送ロボットが稼働する物流倉庫を示す模式図である。 搬送ロボットの作業計画を示す表である。 物流倉庫内製品搬送システムにおいて実行される充電指示プログラムおよび充電実行プログラムのフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例である作業システムを、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記実施例の他、前記〔発明の態様〕の項に記載された形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の形態で実施することができる。

［Ａ］搬送ロボット
実施例の作業システムは、製品を運搬する移動作業機としての搬送ロボットを複数備えた物流倉庫内製品搬送システム（以下、「搬送システム」と略す場合がある）であり、図１は、その搬送ロボットを示している。搬送ロボット１０は、短い円筒形状のベース１２を有している。図の右下側が前、左上側が後ろであり、ベース１２は、図では表されていないが、左右に１対の駆動輪と、前後に１対の転舵輪を有している、ベース１２には、左右１対のポスト１４が立設されており、１対のポスト１４の間には、それらポスト１４に沿って昇降可能なテーブル１６が配設されている。テーブル１６上には、前後に移動可能なスライドアーム１８が配設されている。スライドアーム１８の前端には、クランプベース２０と１対の把持プレート２２とを有するクランプ２４が配設されている。クランプ２４は、左右に移動可能とされており、１対の把持プレート２２は、それらの間で、概して直方体の製品若しくは商品（以下、「製品等」という場合がある）を把持すべく、左右に開閉するようにされている。搬送ロボット１０は、前後に移動可能とされるとともに、その場で旋回可能とされている。

搬送ロボット１０は、電動で作動するため、ベース１２内にバッテリ２６を有している。つまり、搬送ロボット１０は、バッテリ２６に蓄えられた電気エネルギによって移動して作業を行う。また、搬送ロボット１０は、自動で、移動し、作業を行うため、クランプ２４の上部に、前方を認識するためのカメラ２８およびLiDAR（ライダ）３０が配設されており、１対のポスト１４の一方の上端に、後に説明するビーコンからの信号を受信するための受信機３２が配置されている。さらに、後に説明する管制装置との通信を行うためのアンテナ３４が、１対のポスト１４の他方の上端に、設置されている。なお、搬送ロボット１０は、自動で走行し、自動で作業を行うが、それらの手法については、既に公知の手法を任意に採用すればよく、本搬送システムにおいて採用されている手法については、ここでの説明を省略する。なお、搬送ロボット１０は、自身の制御を行うために、コンピュータを主体とする制御端末３６を有している。

［Ｂ］搬送ロボットが稼働する物流倉庫
物流倉庫は、図２に模式的に示すように、内部に、棚５０が複数列に並んでいる。なお、以下の説明では、図の右上端に示すように、図の上側を北側、下側を南側、左側を西側、右側を東側と呼ぶことにする。

具体的に言えば、倉庫内には、最も北側に東西に延びる通路α（図では、通路の両端にαの符号が示されている。他の通路も同様とする。），南北の中央に東西に延びる通路β，最も南側に東西に延びる２つの通路である通路γおよび通路δが設けられており、また、通路αと通路βとを繋いで南北に延びる複数の通路である通路ａ～通路ｌ，通路βと通路γとを繋いで南北に延びる４つの通路である通路ｍ～通路ｐ，通路βと通路δとを繋いで南北に延びる４つの通路である通路ｑ～通路ｔが設けられている。

棚５０は、通路ａ～通路ｔの各々の両側に複数個並んでいる。詳しく言えば、通路ａ～通路ｌの各々の両側には、南北に１３個並んでおり、通路ｍ～通路ｔの各々の両側には、南北に１４個並んでいる。見方を変えて言えば、通路ａ～通路ｔの互いに隣り合うものに挟まれた棚５０は互いに背中合わせに配設されている。以下、棚５０の列（以下、「棚列」という場合がある）を、通路ａ～通路ｔに関連付けて、通路の西側にあるものを（ａ～ｔ）Ｗ、通路の東側にあるものを（ａ～ｔ）Ｅと呼ぶこととし、各列の棚５０については、図の左端の棚５０に示すように、北側から順に、棚列（ａ～ｌ）Ｗ，（ａ～ｌ）Ｅに属するものは１～１３と、棚列（ｍ～ｔ）Ｗ，（ｍ～ｔ）Ｅに属するものは１～１４と、それぞれ番号付けることとする。したがって、例えば、図の☆で示す棚５０は、棚番号で表せば、ｅＷ４である。また、各棚５０は、図の右下端に示すように、４段とされており、４つの収納スペースを有している。各段、すなわち、各収納スペースは、上から順にＡ～Ｄの番号付けがされている。したがって、図の☆で示す棚番号ｅＷ４の棚５０の上から２段目の収納スペースは、ｅＷ４Ｂと表すこととする。各収納スペースには、１若しくは複数種類の製品等が、１若しくは複数個ずつ収納される。

搬送ロボット１０は、倉庫内において、複数、走行する。図では、１０台の搬送ロボット１０が示されており、それらには、ロボットNo．として、R1～R10の番号付けがされている。

倉庫内の東西方向の中央の南側のヤードは、入出荷ヤード５２であり、倉庫に出入りするトラック５４に対して入出荷作業を行う。入荷作業では、トラック５４が倉庫に持ち込んだ製品等を、１若しくは複数の搬送ロボット１０が、１個ずつ受け取って、その受け取った製品等を、指定された棚５０まで搬送して、その棚５０に収納する。出荷作業では、１若しくは複数の搬送ロボット１０が、指定された棚５０に収納されている製品等を、１個ずつ取り出してはトラック５４まで搬送し、そのトラック５４に渡す。

入出荷ヤード５２には、搬送ロボット１０の待機スペース５６が設けられている。待機スペース５６の数は、搬送ロボット１０の数だけ設けられており、各搬送ロボット１０は、空いている待機スペース５６にて、待機する。また、入出荷ヤード５２には、充電設備５８が設けられている。充電設備５８は、１つの充電器６０と、複数の充電ポート６２とを有している。本搬送システムでは、図に示すように、充電設備５８は、搬送ロボット１０の数より少ない数の充電ポート６２しか有していない。具体的には、３つの充電ポート６２しか有しておらず、その３つの充電ポート６２は、北側の３つの待機スペース５６に対して設けられている。自身のバッテリ２６に充電する際には、搬送ロボット１０は、その３つの待機スペース５６のいずれかに位置する必要がある。

倉庫の天井には、四隅の各々に、前述のビーコン６４が設置されている。それらビーコン６４からの信号を受信することで、搬送ロボット１０は、自身の倉庫内の位置を、随時把握する。

搬送ロボット１０の作業の管理，バッテリ２６の残量（以下、「バッテリ残量」という場合がある）およびバッテリ２６への充電の管理は、コンピュータおよび通信機を主体として構成された管制装置７０によって行われる。各搬送ロボット１０は、管制装置７０からの作業指示等を受信し、その作業指示に従って、作業等を行う。つまり、管制装置７０は、倉庫外の管制棟に配置されており、搬送ロボット１０のオペレーションの管理を行うコントローラとして機能する。

［Ｃ］管制装置の機能
管制装置７０は、各搬送ロボット１０の作業管理を行うための作業管理機能、および、各搬送ロボット１０のバッテリ２６への充電を管理するための充電管理機能を備えている。

i）作業管理機能
搬送ロボット１０による作業は、先に説明した入荷作業および出荷作業であり、入出荷ヤード５２に入って来るトラック５４ごとに、そのトラック５４から降ろす製品等、若しくは、そのトラック５４に積み込む製品等が、入出荷製品等リストとして、作成されている。管制装置７０は、その入出荷製品等リストに基づいて、各搬送ロボット１０に、入出荷作業を割り振って、図３に示すような作業計画を立案する。

管制装置７０は、上記作業計画に基づいて、トラック５４が入庫した際に、そのトラック５４への入出荷作業を行うために、各搬送ロボット１０に対して、そのトラック５４から製品等を受け取り、その受け取った製品等を、どの棚５０のどの収納スペースに収納するかの指示、若しくは、どの棚５０のどの収納スペースに収納されている製品等を、トラック５４に受け渡すかの指示を行う。

ii）充電管理機能
管制装置７０は、各搬送ロボット１０のバッテリ残量が底をつかないように、充電管理を行う。先に説明したように、本搬送システムでは、充電設備５８は、１０台の搬送ロボット１０に対して、３つの充電ポート６２しか有しておらず、その３つの充電ポート６２を用いて、１０台の搬送ロボット１０に対して、効率的な充電を行う必要がある。

管制装置７０は、各搬送ロボット１０のバッテリ残量を、各搬送ロボット１０から送信されてくる情報によって、常に把握しており、各搬送ロボット１０のバッテリ残量がある程度均等となるように、各搬送ロボット１０に充電の指示を与える。具体的には、管制装置７０は、設定された時間ピッチ（例えば、１分）ごとに、図４にフローチャートを示す充電指示プログラムを実行する。

充電指示プログラムに従う処理では、まず、ステップ１（以下、「Ｓ１」と略す。他のステップも同様である）において、充電ポート６２に空きがあるか否か、つまり、３つの充電ポート６２の１以上のものが使用されていないか否かが判定される。充電ポート６２に空きがない場合には、当該プログラムの１回の実行が終了する。

充電ポート６２に空きがある場合、Ｓ２において、上述の作業計画に基づいて、非作業状態が設定時間以上連続する予定の搬送ロボット１０があるか否かが判定される。設定時間は、効果的な充電を行うことが可能な最少の時間（例えば、５～１５分）に設定されている。非作業状態が設定時間以上連続する予定の搬送ロボット１０が存在しない場合には、当該プログラムの１回の実行が終了する。

非作業状態が設定時間以上連続する予定の搬送ロボット１０が１以上存在する場合、Ｓ３において、それらの搬送ロボット１０の各々のバッテリ残量Ｅ_BATが認定され、Ｓ４において、それらの搬送ロボット１０のうちの、バッテリ残量Ｅ_BATが最も少ない搬送ロボット１０が、最少バッテリ残量ロボットとして認定される。そして、Ｓ５において、最少バッテリ残量ロボットに対して、空いている充電ポート６２のある待機スペース５６に移動して充電を行うように指示が発せられる。

一方で、管制装置７０の充電指示を受けて充電ポート６２と接続された搬送ロボット１０では、制御端末３６が、図４にフローチャートを示す充電実行プログラムを、短い時間ピッチ（例えば、１秒）で繰り返し実行する。この充電実行プログラムに従う処理では、まず、Ｓ１１において、タイムカウンタｔが、当該プログラムの実行ピッチに相当するカウントアップ値Δｔだけ、カウントアップされる。

続くＳ１２において、タイムカウンタｔが、設定時間（例えば、５～１５分）以下に設定された１回の充電時間である１回充電時間ｔ_CHARGEを超えたか否かが判定される。１回充電時間ｔ_CHARGEを超えていない場合には、Ｓ１３において、バッテリ残量Ｅ_BATが、満充電量Ｅ_FULLに到達しているか否かが判定される。１回充電時間ｔ_CHARGEを超えている場合、および、１回充電時間ｔ_CHARGEを超えていなくても満充電量Ｅ_FULLに到達している場合には、Ｓ１４において、タイムカウンタｔがリセットされ、Ｓ１５において、１回の充電を終了して、当該プログラムの実行を終了する。１回充電時間ｔ_CHARGEを超えておらず、かつ、満充電量Ｅ_FULLに到達していない場合には、充電を継続すべく、当該プログラムの１回の実行を終了する。

本搬送システムでは、管制装置７０の上記充電指示プログラムの実行、充電に供される搬送ロボット１０の制御端末３６の上記充電実行プログラムの実行によって、搬送ロボット１０の数より少ない充電ポート６２しか有しない充電設備５８であっても、各搬送ロボット１０のバッテリ残量Ｅ_BATに大きな差が生じないことになる。

１０：搬送ロボット〔移動作業機〕 ２６：バッテリ ３６：制御端末 ５０：棚 ５２：入出荷ヤード ５４：トラック ５６：待機スペース ５８：充電設備 ６０：充電器 ６２：充電ポート ７０：管制装置 Ｅ_BAT：バッテリ残量 ｔ_CHARGE：１回充電時間

Claims (3)

1. それぞれが、バッテリを有し、そのバッテリに蓄えられた電気エネルギによって、移動して作業を行う複数の移動作業機と、
   充電ポートを有し、その充電ポートに接続された前記移動作業機の前記バッテリを充電するための充電設備と、
   前記移動作業機のオペレーションを管理するコントローラと
   を備えた作業システムであって、
   前記充電設備の前記充電ポートの数が、前記移動作業機の数より少なく、
   前記コントローラが、前記バッテリに蓄電されている電気エネルギの残量であるバッテリ残量がより少ない前記バッテリを有する前記移動作業機に対して、優先的に、充電を行わせるよう構成された作業システム。
2. 前記コントローラが、
   少なくとも１つの充電ポートが空いていることを条件として、充電を行わせることが可能な前記移動作業機の中から、各移動作業機のバッテリ残量を基に、充電を行わせる前記移動作業機を決定するように構成された請求項１に記載の作業システム。
3. 作業を行わない状態である非作業状態が設定時間以上連続する前記移動作業機に対して、１回の充電として、前記設定時間以下に設定された充電時間以下の時間だけの充電を行わせるように構成された請求項１または請求項２に記載の作業システム。
   

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