JP6651159B1 - 作業ロボットシステム - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の作業ロボットを同時に運用して作業を行わせる場合において作業ロボットへの充電を効率的に行うことができる作業ロボットシステムを提供する。【解決手段】作業ロボットシステムは、複数の作業ロボットと、充電ロボットとを備え、充電ロボットと作業ロボットの位置情報を取得し、作業ロボットの電池残量と可動時間と残作業時間を取得し、可動時間と残作業時間とに基づいて作業ロボットの充電の要否を判定して判定結果に基づいて今回の充電の対象である対象作業ロボットを決定し、該対象作業ロボットの位置まで移動して該対象作業ロボットに充電する充電指令を生成する。充電ロボットは、充電指令に基づいて対象作業ロボットへの充電を行う。【選択図】図1

Description

本発明は、複数の作業ロボットと、充電ロボットとを備える作業ロボットシステムに関する。
従来、充電ロボットを備える作業ロボットが知られている。(特許文献1参照)。
特許文献1の作業ロボットによれば、充電ロボットを用いて作業ロボットに充電を行うことで、作業ロボットの連続使用が可能となる。
特開平06−133411号公報
特許文献1の作業ロボットを、広い範囲を移動しながら芝刈り、清掃、見回りその他の作業を行う自走式の作業ロボットを含む作業ロボットシステムに応用することが想定される。
ところで、作業対象が広い範囲に及ぶ場合、複数の作業ロボットを同時に運用して作業を行わせることが効率的である。そして、複数の作業ロボットを同時に運用して作業を行わせる場合には、同時に運用されている複数の作業ロボットのうちいずれの作業ロボットに対していつのタイミングで充電を行うかを適切に判断して充電を行うことが求められる。
しかしながら、特許文献1の作業ロボットにおいては、1台の充電ロボットが、1台の作業ロボットに対して充電が行われる。そのため、1台の作業ロボットに対して、1台の充電ロボットが必要となるので、経済的でない。
また、特許文献1の作業ロボットにおいては、1台の充電ロボットが、複数の作業ロボットに対して充電を行うことが想定されていないため、同時に運用されている複数の作業ロボットのうちいずれの作業ロボットに対していつのタイミングで充電を行うかを適切に判断することができない。そのため、作業ロボットへの充電が間に合わずに作業ロボットが作業途中で停止してしまうなどの不都合を生じさせるおそれがある。
本発明の目的は、かかる従来技術の課題に鑑み、複数の作業ロボットを同時に運用して作業を行わせる場合において作業ロボットへの充電を効率的に行うことができる作業ロボットシステムを提供することにある。
本発明の作業ロボットシステムは、 充電可能な電池を備えた複数の作業ロボットと、該複数の作業ロボットに充電を行う充電ロボットとを備える作業ロボットシステムであって、
前記充電ロボットと前記複数の作業ロボットそれぞれの位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記複数の作業ロボットそれぞれの電池残量を取得する電池残量取得部と、
前記電池残量取得部により取得された前記複数の作業ロボットそれぞれの電池残量に基づいて、該複数の作業ロボットそれぞれが充電せずに作業を継続できる時間である可動時間を取得する可動時間取得部と、
前記複数の作業ロボットそれぞれが残りの作業の完了に要する時間である残作業時間を取得する残作業時間取得部と、
前記位置情報取得部により取得された前記充電ロボットと前記複数の作業ロボットそれぞれの位置情報に基づいて、該充電ロボットが該複数の作業ロボットそれぞれの位置まで移動するのに必要な時間である移動所要時間を算出する移動所要時間算出部と、
前記複数の作業ロボットそれぞれの前記電池残量が所定量以下でありかつ前記残作業時間が前記可動時間よりも長い場合に該作業ロボットへの充電が必要であると判定して、今回の充電の対象である対象作業ロボットを決定する対象作業ロボット決定部と、
前記対象作業ロボット決定部が決定した前記対象作業ロボットの位置まで所定の時間に移動して該対象作業ロボットに充電することを指令する情報である充電指令を生成する充電指令部とを備え、
前記対象作業ロボット決定部は、前記電池残量取得部により取得された前記複数の作業ロボットそれぞれの電池残量と前記移動所要時間算出部により算出された移動所要時間とに基づいて前記作業ロボットそれぞれの充電の必要性の高さを示す情報である充電スコアを算出し、該算出された充電スコアが所定の閾値以上である場合に、該作業ロボットへの充電が必要であると判定するように構成されており、
前記充電ロボットは、前記充電指令を取得して該充電指令に基づいて前記対象作業ロボットの位置まで前記所定の時間に移動して該対象作業ロボットへの充電を行うように構成されていることを特徴とする。
本発明の作業ロボットシステムは、充電可能な電池を備えた複数の作業ロボットと、該複数の作業ロボットに充電を行う充電ロボットとを備えている。
そのため、1台の充電ロボットが、複数の作業ロボットに対して充電を行うことができるので、1台の作業ロボットに対して1台の充電ロボットを用意する必要がなく、経済的である。
また、対象作業ロボット決定部により、複数の作業ロボットそれぞれの電池残量が所定量以下でありかつ、複数の作業ロボットそれぞれが残りの作業の完了に要する時間である残作業時間が複数の作業ロボットそれぞれが充電せずに作業を継続できる時間である可動時間よりも長い場合に該作業ロボットへの充電が必要であると判定して、今回の充電の対象である対象作業ロボットが決定され、充電指令部により、対象作業ロボット決定部が決定した対象作業ロボットの位置まで所定の時間に移動して該対象作業ロボットに充電することを指令する情報である充電指令が生成される。
そして充電指令に基づいて対象作業ロボットの位置まで所定の時間に移動した充電ロボットにより、対象作業ロボットへの充電が行われる。
そのため作業ロボットシステムは、同時に運用されている複数の作業ロボットのうちいずれの作業ロボットに対していつのタイミングで充電を行うかを適切に判断して作業ロボットに充電をすることができるので、作業ロボットへの充電が間に合わずに作業ロボットが作業途中で停止してしまうなどの不都合を生じさせない。
また、充電ロボットが作業ロボットのところまで移動して充電を行うので、作業ロボットは充電量が少なくなるたびに充電ロボットのところに戻る必要が無く、効率的である。
このように、本発明の作業ロボットシステムによれば、複数の作業ロボットを同時に運用して作業を行わせる場合において作業ロボットへの充電を効率的に行うことができる作業ロボットシステムを提供することができる。
本発明の作業ロボットシステムによれば、移動所要時間算出部によって、位置情報取得部により取得された充電ロボットと複数の作業ロボットそれぞれの位置情報に基づいて、該充電ロボットが該複数の作業ロボットそれぞれの位置まで移動するのに必要な時間である移動所要時間が算出される。
そして対象作業ロボット決定部によって、電池残量取得部により取得された複数の作業ロボットそれぞれの電池残量と移動所要時間算出部により算出された移動所要時間とに基づいて作業ロボットそれぞれの充電の必要性の高さを示す情報である充電スコアが算出され、該算出された充電スコアが所定の閾値以上である場合に、該作業ロボットへの充電が必要であると判定される。
これにより、作業ロボットそれぞれの電池残量と充電ロボットが該複数の作業ロボットそれぞれの位置まで移動するのに必要な時間とが考慮された、作業ロボットそれぞれの充電の必要性の高さを示す充電スコアに基づいて作業ロボットへの充電の要否が判定されて対象作業ロボットが決定されるので、作業ロボットへの充電が間に合わずに作業ロボットが作業途中で停止してしまうなどの不都合を生じさせるおそれが効果的に低減される。
このように、本発明の作業ロボットシステムによれば、複数の作業ロボットを同時に運用して作業を行わせる場合において作業ロボットへの充電をより効率的に行うことができる作業ロボットシステムを提供することができる。
本発明の作業ロボットシステムにおいて、
前記対象作業ロボット決定部は、式(1)を用いて前記充電スコアを算出するように構成されていることが好ましい。
Sij=w1/Rwj+w2/tij・・・(1)
ここで、
Sijは、前記充電スコアであり、
w1は、前記電池残量の重み付け値であり、
Rwjは、前記複数の作業ロボットそれぞれの電池残量であり、
w2は、前記移動所要時間の重み付け値であり、
tijは、前記充電ロボットが該複数の作業ロボットそれぞれの位置まで移動するのに必要な移動所要時間である。
例えば作業範囲の広さや、作業ロボットの充電容量などの状況に応じて、作業ロボットへの充電の必要性の高さに対する電池残量及び移動所要時間の重要度が異なる場合がある。そのため、作業ロボットへの充電の必要性の高さに対する電池残量及び移動所要時間の重要度を考慮して、作業ロボットへの充電の必要性の高さが判断されれば、作業ロボットへの充電を状況に対応しながら効率的に行うことができる。
本発明の作業ロボットシステムによれば、作業ロボットへの充電の必要性の高さに対する電池残量及び移動所要時間の重要度を考慮した数式を用いて充電スコアが算出されるので、作業ロボットへの充電を状況に対応しながら効率的に行うことができる。
このように、本発明の作業ロボットシステムによれば、複数の作業ロボットを同時に運用して作業を行わせる場合において作業ロボットへの充電を状況に対応しながら効率的に行うことができる作業ロボットシステムを提供することができる。
本発明の作業ロボットシステムにおいて、
前記複数の作業ロボットは前記電池残量が前記所定量よりも少ない所定量以下となった場合及び前記充電ロボットから給電を受け付けている間は作業を停止するように構成されており、
前記複数の作業ロボットそれぞれの移動の順路を少なくとも含む作業の工程を示す情報である作業計画を記憶する記憶部を備え、
前記作業計画に基づいて、前記複数の作業ロボットそれぞれが該作業計画に基づいて作業を行った場合の、該複数の作業ロボットそれぞれが前記電池残量が前記所定量よりも少ない所定量以下となった場合及び前記充電ロボットから給電を受け付けている間に作業を停止している時間である作業停止時間を、該作業計画及び前記式(1)に基づいて前記電池残量の重み付け値、前記移動所要時間の重み付け値及び前記充電スコアの前記閾値の異なる複数の組合せを用いて複数算出し、該算出された該作業停止時間の総和が最短となる該電池残量の重み付け値、該移動所要時間の重み付け値及び該充電スコアの該閾値の組合せを選択するシミュレーション部を備え、
前記対象作業ロボット決定部は、前記シミュレーション部により選択された前記電池残量の重み付け値、前記移動所要時間の重み付け値及び前記充電スコアの前記閾値の組合せを用いて前記充電スコアを算出し、前記対象作業ロボットを決定するように構成されていることが好ましい。
本発明の作業ロボットシステムによれば、複数の作業ロボットは電池残量が、対象作業ロボット決定部により充電が必要であると判定されるための所定量(第1所定量)よりも少ない所定量(第2所定量)以下となった場合及び充電ロボットから給電を受け付けている間は作業を停止するように構成されている。
これにより、作業ロボットは電池残量が第2所定量以下となってから充電ロボットが充電を終了するまでの間は作業を停止するので、作業途中で電池残量が無くなり、通信も行えないために、充電を行うことできない状態となるおそれが軽減される。
そして、記憶部により複数の作業ロボットそれぞれの移動の順路を少なくとも含む作業の工程を示す情報である作業計画が記憶されている。
また、シミュレーション部により、作業計画に基づいて、複数の作業ロボットそれぞれが作業計画に基づいて作業を行った場合の作業停止時間が、作業計画及び式(1)に基づいて電池残量の重み付け値、移動所要時間の重み付け値及び充電スコアの閾値の異なる複数の組合せを用いて複数算出され、算出された作業停止時間の総和が最短となる電池残量の重み付け値、移動所要時間の重み付け値及び充電スコアの閾値の組合せが選択される。
そして、対象作業ロボット決定部により、シミュレーション部により選択された電池残量の重み付け値、移動所要時間の重み付け値及び充電スコアの閾値の組合せを用いて充電スコアが算出され、対象作業ロボットが決定される。
これにより、作業ロボットの作業停止時間が最短となるような電池残量の重み付け値、移動所要時間の重み付け値及び充電スコアの閾値の組合せが予め定められて、当該定められた電池残量の重み付け値、移動所要時間の重み付け値及び充電スコアの閾値の組合せを用いて対象作業ロボットが決定されるので、結果的に作業ロボットによる総作業時間が最短となる。
このように、本発明の作業ロボットシステムによれば、複数の作業ロボットを同時に運用して作業を行わせる場合において作業ロボットへの充電を効率的に行いつつ、作業ロボットによる総作業時間を最短にすることができる作業ロボットシステムを提供することができる。
本発明の作業ロボットシステムにおいて、
前記充電指令部は、前記位置情報取得部により取得された前記充電ロボットと前記複数の作業ロボットそれぞれの位置情報に基づいて、前記充電ロボットが前記対象作業ロボットに充電を行う位置である充電予定地点と該充電ロボットが該対象作業ロボットに充電を行う時間である充電開始時間とを決定し、該充電開始時間に該充電予定地点まで移動して該充電ロボットから給電を受け付けることを指令する情報である給電指令を生成し、かつ該充電開始時間に該充電予定地点まで移動して該対象作業ロボットに充電することを指令する情報を含む充電指令を生成するように構成され、
前記作業ロボットは、前記給電指令を取得して該給電指令に基づいて、前記充電開始時間に前記充電予定地点まで移動して前記充電ロボットから給電を受け付けるように構成され、
前記充電ロボットは、前記充電指令を取得して該充電指令に基づいて前記充電開始時間に前記充電予定地点まで移動することにより該対象作業ロボットの位置まで移動して該対象作業ロボットへの充電を行うように構成されていることが好ましい。
本発明の作業ロボットシステムによれば、充電指令部により、充電ロボットと複数の作業ロボットそれぞれの位置情報に基づいて、充電ロボットが対象作業ロボットに充電を行う位置である充電予定地点と該充電ロボットが該対象作業ロボットに充電を行う時間である充電開始時間とが決定される。
また充電指令部により、充電開始時間に充電予定地点まで移動して充電ロボットから給電を受け付けることを指令する情報である給電指令が生成され、給電指令に基づいて充電開始時間に充電予定地点まで移動した作業ロボットにより充電ロボットからの給電が受け付けられる。
さらに充電指令部により、充電開始時間に充電予定地点まで移動して対象作業ロボットに充電することを指令する情報を含む充電指令が生成され、充電指令に基づいて充電開始時間に充電予定地点まで移動することにより対象作業ロボットの位置まで移動した充電ロボットにより、対象作業ロボットへの充電が行われる。
これにより、対象作業ロボットへの充電が行われる時間と場所とが明確になるとともに対象作業ロボットと充電ロボットとが充電が行われる時間と場所との情報を共有するので、確実に対象作業ロボットへの充電を行わせることができる。
このように、本発明の作業ロボットシステムによれば、複数の作業ロボットを同時に運用して作業を行わせる場合において作業ロボットへの充電を確実かつ効率的に行うことができる作業ロボットシステムを提供することができる。
本発明の全体構成の一例を説明するブロック図。 本発明の作業ロボットの構成の一例を説明するブロック図。 本発明の作業ロボットの構成の一例を説明する概略図。 本発明の充電ロボットの構成の一例を説明するブロック図。 本発明の充電ロボットの構成の一例を説明するブロック図。 本発明の充電ロボットの構成の一例を説明する概略図。 本発明の外部処理装置の構成の一例を説明するブロック図。 本発明の処理内容の一例を説明するフローチャート。 本発明の処理内容の一例を説明するフローチャート。 本発明の処理内容の一例を説明するイメージ図。 本発明の処理内容の一例を説明するイメージ図。
<作業ロボットシステムの構成>
まず図1〜4を用いて、本実施形態の作業ロボットシステムの構成について説明する。本実施形態の作業ロボットシステムは、図1に示す通り、複数の作業ロボット10と、作業ロボットに充電する充電ロボット20と外部処理装置30とを含んで構成される。
図1においては作業ロボット10による作業の対象となる領域Arに配置された一群の作業ロボット10は、領域Arにて作業を行う場合を示している。
なお、作業ロボット10による作業の対象となる領域が複数(例えば、Ar1及びAr2)である場合は、一方の領域Ar1に配置された一群の作業ロボット10は、一方の領域Ar1にて作業を行い、一方の領域Ar1に配置された充電ロボット20は、一方の領域Ar1に配置された一群の作業ロボット10に対して充電を行う。
また、他方の領域Ar2に配置された一群の作業ロボット10は、他方の領域Ar2にて作業を行い、他方の領域Ar2に配置された充電ロボット20は、他方の領域Ar2に配置された一群の作業ロボット10に対して充電を行う。
なお、作業ロボット10による作業の対象となる領域は複数であっても一つであってもよい。また図1においては、一群の作業ロボット10に対して1台の充電ロボット20が充電を行う構成について記載しているがこれに限定されない。作業ロボットシステムの経済性を損なわない限りにおいて、一群の作業ロボット10に対して複数の充電ロボット20が共同して充電を行うこととしてもよい。
作業ロボット10は、図2Aに示す通り受電ユニット110、作業ロボットバッテリパック115、作業ロボット通信ユニット120、作業ロボット制御部130、作業ロボット記憶部140、作業ロボット測位部150、作業ユニットモータ制御回路161、作業ユニットモータ163、作業ロボット左車輪モータ制御回路170、作業ロボット左車輪モータ175、作業ロボット右車輪モータ制御回路180、作業ロボット右車輪モータ185を含んで構成されている、例えば図2Bに示すような自走式の車型ロボットである。
なお作業ロボット10は、例えば後述する対象作業ロボット決定部235により電池残量が当該作業ロボット10への充電が必要であると判定されるための所定量(第1所定量)よりも少ない所定量(第2所定量)以下となった場合及び充電ロボット20から給電を受け付けている間は作業を停止するように構成されている。
受電ユニット110は、例えば充電ロボット20からの給電電力を受け付ける受電パッド111と、受電パッド111を介した作業ロボットバッテリパック115への充電を制御する作業ロボット充電回路113とにより構成される。
作業ロボットバッテリパック115は、充電ロボット20から受け付けられた給電電力を蓄電し作業ロボット10への給電を行う。
作業ロボット通信ユニット120は、作業ロボット10と外部処理装置30とを通信可能に接続するための通信装置であり、外部処理装置30から作業計画のデータ等を受信し、作業ロボット測位部150により取得された情報を外部処理装置30に送信する。
作業ロボット制御部130は、例えばマイコンであり、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置、メモリ、及びI/O(Input/Output)デバイスなどにより構成されている。
作業ロボット制御部130は、例えば所定の周期にて作業ロボットバッテリパック115から電圧及び電池残量の情報を取得し、作業ロボット測位部150を構成するセンサから当該センサが検知した情報を取得して、作業ロボット通信ユニット120を介して外部処理装置30にこれらの取得した情報を運転情報として送信する。また作業ロボット制御部130は、作業ユニット160、作業ロボット左車輪モータ制御回路170、作業ロボット右車輪モータ制御回路180に対応する各モータの動作を制御する制御指令を送信する。
作業ロボット記憶部140は、例えばROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)等の記憶装置により構成されている。
作業ロボット記憶部140は、当該作業ロボット10の移動の順路と該順路上で実行する作業の内容を示す情報である作業計画データを作業計画データベース(DB)141に記憶しており、また必要に応じて作業ロボット制御部130の処理結果を記憶する。
作業ロボット測位部150は、当該作業ロボットの位置情報を取得するためのGPSアンテナ151の他、例えばRGB−Dセンサ153、2D−LiDAR155及びIMU(Inertial Measurement Unit)157を含んで構成される。
作業ユニット160は、作業ロボット10に与えられた作業を実行するための機構である。作業ロボット10に与えられた作業を実行するための機構は、作業ロボット10に与えられた作業が、例えば芝刈りであれば芝刈り用のカッターであり、例えば床面の清掃であれば清掃ブラシであり、アームを用いた特定の作業であれば当該アームなどである。
作業ユニットモータ制御回路161は、作業ロボット制御部130からの制御指令に応じて作業ユニットモータ163の動作を制御する。作業ユニットモータ163は、作業ロボット10に与えられた作業を実行するように作業ユニット160を動作させる。
作業ロボット左車輪モータ制御回路170が作業ロボット制御部130からの制御指令に応じて作業ロボット左車輪モータ175の動作を制御して、作業ロボット右車輪モータ制御回路180が作業ロボット制御部130からの制御指令に応じて作業ロボット右車輪モータ185の動作を制御してそれぞれの車輪Whを動かすことにより作業ロボット10を作業の対象となる領域において移動させる。
充電ロボット20は図3Aに示す通り、充電ユニット210、充電ロボットバッテリパック215、充電ロボット通信ユニット220、充電ロボット制御部230、充電ロボット記憶部240、充電ロボット測位部250、給電回路260、給電パッド265、充電ロボット左車輪モータ制御回路270、充電ロボット左車輪モータ275、充電ロボット右車輪モータ制御回路280、充電ロボット右車輪モータ285を含んで構成されている。充電ロボット20は、充電指令部236により生成される充電指令に基づいて対象作業ロボットへの充電を行う、例えば図3Cに示すような自走式の車型ロボットである。
充電ユニット210は、例えば外部電源からの給電電力を受け付ける受電端子211と、受電端子211を介した充電ロボットバッテリパック215への充電を制御する充電ロボット充電回路213とにより構成される。
充電ロボットバッテリパック215は、外部電源から受け付けられた給電電力を蓄電し充電ロボット20への給電を行う。
充電ロボット通信ユニット220は、充電ロボット20と外部処理装置30とを通信可能に接続するための通信装置であり、充電ロボット通信アンテナ221を介して、無線通信により作業ロボット10及び外部処理装置30との通信を行う。
充電ロボット制御部230は、例えばマイコンであり、CPU等の演算処理装置、メモリ、及びI/Oデバイスなどにより構成されている。
充電ロボット制御部230は、所定のプログラムを読み込んで実行することにより、位置情報取得部231、電池残量取得部232、可動時間取得部233、残作業時間取得部234、対象作業ロボット決定部235、充電指令部236として機能し、あるいはさらに移動所要時間算出部237、シミュレーション部238として機能する。
位置情報取得部231は、充電ロボット20及び複数の作業ロボット10それぞれの位置情報を取得する。
電池残量取得部232は、複数の作業ロボット10それぞれの電池残量を取得する。あるいはさらに電池残量取得部232は、必要に応じて充電ロボット20の電池残量を取得する。電池残量取得部232は、例えば作業ロボット10から作業ロボットバッテリパック115の電圧の値を取得して、当該取得した電圧の値に基づいて作業ロボット10の電池残量を推定して取得する。
可動時間取得部233は、電池残量取得部232により取得された複数の作業ロボット10それぞれの電池残量に基づいて、該複数の作業ロボット10それぞれが充電せずに作業を継続できる時間である可動時間を取得する。可動時間取得部233は、例えば充電ロボット記憶部240に記憶された複数の作業ロボット10それぞれの作業計画及び現在の位置情報に基づいて、該複数の作業ロボット10それぞれの可動時間を取得する。
残作業時間取得部234は、複数の作業ロボット10それぞれが残りの作業の完了に要する時間である残作業時間を取得する。
対象作業ロボット決定部235は、複数の作業ロボット10それぞれの電池残量が所定量以下でありかつ残作業時間が可動時間よりも長い場合に該作業ロボット10への充電が必要であると判定して、今回の充電の対象である対象作業ロボットを決定する。
対象作業ロボット決定部235は例えば、電池残量取得部232により取得された複数の作業ロボット10それぞれの電池残量と移動所要時間算出部237により算出された移動所要時間とに基づいて作業ロボット10それぞれの充電の必要性の高さを示す情報である充電スコアを算出し、該算出された充電スコアが所定の閾値以上である場合に、該作業ロボット10への充電が必要であると判定したうえで対象作業ロボットを決定する。
充電指令部236は、対象作業ロボット決定部235が決定した対象作業ロボットの位置まで所定の時間に移動して該対象作業ロボットに充電することを充電ロボット20に指令する情報である充電指令を生成する。
充電指令部236は、例えば位置情報取得部231により取得された、充電ロボット20と複数の作業ロボット10それぞれの位置情報に基づいて、充電ロボット20が対象作業ロボットに充電を行う位置である充電予定地点と該充電ロボット20が該対象作業ロボットに充電を行う時間である充電開始時間とを決定し、該充電開始時間に該充電予定地点まで移動して該充電ロボット20から給電を受け付けることを指令する情報である給電指令を生成し、かつ該充電開始時間に該充電予定地点まで移動して該作業対象ロボットに充電することを指令する情報を含む充電指令を生成するように構成されている。
移動所要時間算出部237は、位置情報取得部231により取得された充電ロボット20と複数の作業ロボット10それぞれの位置情報に基づいて、該充電ロボット20が該複数の作業ロボット10それぞれの位置まで移動するのに必要な時間である移動所要時間を算出する。
シミュレーション部238は、作業計画に基づいて、複数の作業ロボット10それぞれが該作業計画に基づいて作業を行った場合に必要となる作業停止時間を、該作業計画及び後述する式(1)に基づいて電池残量の重み付け値、移動所要時間の重み付け値及び充電スコアの閾値の異なる複数の組合せを用いて複数算出し、該算出された該作業停止時間の総和が最短となる該電池残量の重み付け値、該移動所要時間の重み付け値及び該充電スコアの該閾値の組合せを選択する。
なお、作業停止時間とは、複数の作業ロボット10それぞれが、対象作業ロボット決定部235により充電が必要であると判定されるための所定量(第1所定量)よりも少ない所定量(第2所定量)以下となった場合及び充電ロボットから給電を受け付けている間に作業を停止している時間である。
充電ロボット記憶部240は、例えばROM、RAM、HDD等の記憶装置により構成されている。充電ロボット記憶部240は、各作業ロボット10の作業計画を作業計画DB241に、各作業ロボット10及び充電ロボット20に対する充電指令を充電計画DB243に、各作業ロボット10及び充電ロボット20の運転情報を運転情報DB235にそれぞれ記憶しており、また必要に応じて充電ロボット制御部230の処理結果を記憶する。
充電ロボット測位部250は、当該充電ロボットの位置情報を取得するためのGPSアンテナ251の他、例えばRGB−Dセンサ253、2D−LiDAR255及びIMU257を含んで構成される。
給電回路260は、充電ロボット制御部230からの制御指令に応じて、給電パッド265を介した作業ロボット10への給電を制御する。
充電ロボット左車輪モータ制御回路270が充電ロボット制御部230からの制御指令に応じて充電ロボット左車輪モータ275の動作を制御して、充電ロボット右車輪モータ制御回路280が充電ロボット制御部230からの制御指令に応じて充電ロボット右車輪モータ285の動作を制御してそれぞれの車輪Whを動かすことにより充電ロボット20を作業の対象となる領域において移動させる。
外部処理装置30は、例えばパーソナルコンピューターであり、図4に示すように外部処理装置本体31及び通信装置32により構成される。外部処理装置本体31は、図4に示す通り外部処理装置制御部310及び外部処理装置記憶部340、外部処理装置入力部350、外部処理装置出力部360を含んで構成される。
外部処理装置制御部310は、CPU等の演算処理装置、メモリ、及びI/Oデバイスなどにより構成されている。
外部処理装置記憶部340は、例えばROM、RAM、HDD等の記憶装置により構成されている。外部処理装置記憶部340は、例えば作業ロボットシステムの操作者により入力を受け付けた情報と、必要に応じて外部処理装置制御部310の処理結果を記憶する。
外部処理装置入力部350は、作業ロボットシステムの操作者による情報の入力を受け付ける入力装置であり、たとえばキーボード、マウス、タッチパッド又はタッチパネルその他のポインティングデバイスを含んで構成される。
外部処理装置出力部360は、作業ロボットシステムの操作者に対する情報を表示するディスプレイである。
通信装置32は、外部処理装置本体31と作業ロボット10及び充電ロボット20とを通信可能に接続するための装置であり、たとえば無線ルータである。
<作業ロボットシステムの処理内容>
次に、図5Aを参照して作業ロボットシステムの全体の処理の概要について説明する。外部処理装置30は、作業ロボット10及び充電ロボット20による作業の実施に先立って、まず作業ロボット10及び充電ロボット20の作業すべき領域Arを指定する情報の入力を受け付ける。
外部処理装置30は例えば、外部処理装置出力部360であるディスプレイに地図を表示して、外部処理装置入力部350であるマウスを介して当該地図内において作業の対象とする範囲をクリック等させることにより、作業ロボット10及び充電ロボット20の作業すべき領域Arを指定する情報の作業ロボットシステムの操作者による入力を受け付けて、当該入力された情報を充電ロボット20に送信する(図5A/S10)。
その後、複数の作業ロボット10及び充電ロボット20は、作業ロボットシステムの操作者により初期位置にそれぞれが配置される(図5A/S20)。
その後、充電ロボット20は例えば外部処理装置30から受信した作業ロボット10及び充電ロボット20の作業すべき領域Arを指定する情報と、充電ロボット20及び複数の作業ロボット10の現在の位置情報とに基づいて作業計画を自動的に作成して、充電ロボット記憶部240に記憶するとともに、当該作成された作業計画を各作業ロボット10に送信する(図5A/S30)。
充電ロボット20は例えば予め定められた所定のアルゴリズムにより、効率的な複数の作業ロボット10それぞれの移動の順路を計算により導き出して、当該移動の順路を示す情報を含む複数の作業ロボット10それぞれの作業計画を作成して複数の作業ロボット10それぞれに送信する。
そして作業ロボット10それぞれは、充電ロボット20から受信した作業計画をそれぞれの作業ロボット記憶部140に記憶して、当該作業計画に基づいてそれぞれに作業を実行する(図5A/S40)。
続いてシミュレーション部238は、電池残量の重み付け値、移動所要時間の重み付け値及び充電スコアの閾値の組合せを選択する(図5A/S50)。なお、シミュレーション部238による当該組み合わせの選択は、毎回行われてもよいし、1回選択された後は所定の条件を満たした際若しくは所定のタイミングなどに必要に応じて実行されることとしてもよい。
その後、充電ロボット20は、充電計画の作成に関する一連の処理を実行して、充電計画を作成し、作成した充電計画に基づいて充電ロボット20と対象作業ロボットとに充電を指令する(図5A/S60)。
充電の指令を受けた充電ロボット20及び対象作業ロボットは、充電を実行する(図5A/S70)。
そして、例えば充電ロボット20は、すべての作業ロボット10による作業が終了したか否かを判定し(図5A/S80)、すべての作業ロボット10による作業が終了するまでS20〜S70の処理を繰り返す。
複数の作業ロボット10及び充電ロボット20は、すべての作業ロボット10による作業が終了するとこれらの一連の処理を終了する。
<充電計画の作成>
続いて、図5Bを参照して充電計画の作成に関する一連の処理の内容について説明する。なお充電ロボット20は、図5Bに示すような一連の処理を例えば所定の頻度にて繰り返して実行する。また以下においては充電ロボット20が複数台存在し、その中の1台が以下の一連の処理を実行する場合について説明する。
処理を開始すると、充電ロボット20の位置情報取得部231は作業ロボット10の位置情報Pwj(jは1〜nであり、nは作業ロボットの台数である。)及び当該充電ロボットを含む充電ロボット20の位置情報Pbi(iは1〜mであり、mは充電ロボットの台数である。)をそれぞれ取得し(図5B/S501)、電池残量取得部232は作業ロボット10それぞれの電池残量Rwjを取得する(図5B/S503)。
例えば位置情報取得部231は自身の位置情報をGPSアンテナ251を介して取得しつつ、作業ロボット10及び他の充電ロボット20に対して、位置情報(Pwj、Pbi)を送信するように要求する情報を送信して、電池残量取得部232は電池残量(Rwj、Pbi)を送信するように要求する情報を送信して、当該情報を受信した作業ロボット10と充電ロボット20から位置情報及び電池残量をそれぞれ受信する。
次に可動時間取得部233は、作業ロボット10それぞれの可動時間Twjを取得する(図5B/S505)。可動時間取得部233は例えば、作業ロボット10ごとの電池残量Rwjを作業ロボット10ごと時間当たりの平均消費電力量で除することにより、作業ロボット10それぞれの可動時間Twjを算出して取得する。
続いて残作業時間取得部234は、作業ロボット10それぞれの残作業時間Lwjを取得する(図5B/S507)。残作業時間取得部234は例えば、作業計画に基づく作業ロボット10ごとの残りの作業量を作業ロボット10ごとの時間当たりの平均作業量で除することにより、作業ロボット10それぞれの残作業時間Lwjを算出して取得する。
その後、移動所要時間算出部237は、充電ロボット20と作業ロボット10それぞれが合流するのに要する時間tijを算出する(図5B/S509)。tijは、i番目の作業ロボット10に対してj番目の充電ロボット20が充電をするために移動するとした場合に、i番目の作業ロボット10とj番目の充電ロボット20とが合流するのに要する時間の推定値である。
移動所要時間算出部237は例えば、i番目の作業ロボット10とj番目の充電ロボット20との現在の距離を、j番目の充電ロボット20の平均移動速度からi番目の作業ロボット10の平均移動速度を差し引いた値で除することにより、移動所要時間tijを算出して取得する。なお、充電ロボット20の平均移動速度は、作業ロボット10の平均移動速度よりも早くなるように調整されている。
そして対象作業ロボット決定部235は、充電ロボット20の充電状態Cbiと、作業ロボット10の充電状態Cwjを取得する(図5B/S511)。例えばi番目の作業ロボット10が充電中であればCbiは「1」であり、充電中でなければCbiは「0」である。
続いて充電ロボット20は、充電の要否を判定し、充電が必要と判定された作業ロボット10に対する充電を指令する一連の処理を行う(図5B/S521〜S535)。充電ロボット20はこれら一連の処理を作業ロボット10ごとに繰り返して実行し(図5B/L1)、作業ロボット10ごとに繰り返して実行する(図5B/L2)。
対象作業ロボット決定部235は、まず処理対象の作業ロボット10の電池残量Rwjが所定の閾値以下であるか否かを判定する(図5B/S521)。当該判定が肯定的である場合(図5B/S521:Yes)には、対象作業ロボット決定部235は続いて、処理対象の作業ロボット10の残作業時間Lwjが、当該作業ロボット10の可動時間Twjよりも大きいか否かを判定する(図5B/S523)。
当該判定が肯定的である場合(図5B/S523:Yes)は、残作業時間Lwjの方が可動時間Twjよりも大きいので、そのまま作業を継続させると、処理対象の作業ロボット10作業が終了する前に電池がなくなってしまうこととなる。
そのため当該判定が肯定的である場合(図5B/S523:Yes)はその後、対象作業ロボット決定部235は処理対象の充電ロボット20又は作業ロボット10が充電中でないかを判定する(図5B/S525)。処理対象の充電ロボット20が充電中であればその間は他の作業ロボット10に充電することはできず、また処理対象の作業ロボット10が充電中であればさらに充電する必要はないので、いずれも充電の指令を行う対象から除外されるべきと考えられるためである。
当該判定が肯定的である場合(図5B/S525:Yes)、処理対象の作業ロボット10と充電ロボット20のいずれも充電中ではないので、充電要否判定部315は、処理対象の作業ロボット10と充電ロボット20との組み合わせにおける充電スコアSijを算出する(図5B/S527)。なおSijは、i番目の作業ロボット10とj番目の充電ロボット20との組み合わせにおける充電スコアである。
対象作業ロボット決定部235は、処理対象の作業ロボット10と充電ロボット20との組み合わせにおける充電スコアSijを例えば以下の数式(1)により計算される。
Sij=w1/Rwj+w2/tij・・・(1)
ここで、
Sijは、充電スコアであり、
w1は、電池残量の重み付け値であり、
Rwjは、複数の作業ロボット10それぞれの電池残量であり、
w2は、移動所要時間の重み付け値であり、
tijは、充電ロボット20が複数の作業ロボット10それぞれの位置まで移動するのに必要な移動所要時間である。
なお、上記判定の何れかが否定的であった場合(図5B/S521:No、S523:No又はS525:No)に対象作業ロボット決定部235は、処理対象の作業ロボット10と充電ロボット20との組み合わせにおける充電スコアSijを「0」であると算出する(図5B/S529)。
その後に対象作業ロボット決定部235は、処理対象の作業ロボット10と充電ロボット20との組み合わせにおける充電スコアSijが閾値以上であるか否かを判定する(図5B/S531)。
当該判定が肯定的である場合(図5B/S531:Yes)に対象作業ロボット決定部235は、処理対象の作業ロボット10を今回の充電の対象である対象作業ロボットとして決定し、処理対象の充電ロボット20を当該対象作業ロボットに充電を行う対象充電ロボットとして決定する。
そして充電指令部236は、位置情報取得部231により取得された、充電ロボット20と複数の作業ロボット10それぞれの位置情報に基づいて、図6Aに示すように、充電ロボット20が対象作業ロボットに充電を行う位置である充電予定地点CPと該充電ロボット20が該対象作業ロボットに充電を行う時間である充電開始時間とを決定し、該充電開始時間に該充電予定地点まで移動して該充電ロボット20から給電を受け付けることを指令する情報である給電指令を生成し、かつ該充電開始時間に該充電予定地点まで移動して該作業対象ロボットに充電することを指令する情報を含む充電指令を生成して、対象充電ロボット20には給電指令を、対象作業ロボット10充電指令をそれぞれ送信し(図5B/S533)、処理対象の充電ロボット20の充電状態Cbiと処理対象の作業ロボット10の充電状態Cwjとをそれぞれ「1」に、すなわち充電中に変更する(図5B/S535)。
当該判定が否定的である場合(図5B/S531:No)に充電指令部236は、充電指令及び給電指令を送信せず、また充電状態の変更も行わない。
そして充電ロボット20は、すべての充電ロボット20及び作業ロボット10に対するこれらの処理(図5B/S521〜S270)が終了した際に、ループL1及びL2を抜けて今回の処理を終了する。
そして充電ロボット20は、図6Bに示すように、充電指令を取得して該充電指令に基づいて充電開始時間に充電予定地点CPまで移動することにより対象作業ロボットの位置まで移動して該対象作業ロボットへの充電を行い、作業ロボット10は、給電指令を取得して該給電指令に基づいて、充電開始時間に充電予定地点CPまで移動して充電ロボット20から給電を受け付ける(図5A/S50)。
なお、作業ロボット10は、充電指令を受信した以降も、自身の電池残量Rwjが所定量以下になるまではそのまま作業を継続し、電池残量Rwjが所定量以下となった際には例えばその場で作業及び移動を停止する。
その後、作業ロボット10は、充電が終了すると作業計画に基づく作業を再開する(図5A/S30)。なおこれに先立って充電ロボット20は、充電ロボット20及び複数の作業ロボット10の現在の位置情報に基づいて作業計画を再度自動的に作成して、充電ロボット記憶部240に記憶するとともに、当該再度作成された作業計画を各作業ロボット10に送信する(図5A/S20)。
これは、作業ロボット10が充電のために停止している間にも他の作業ロボット10は作業を継続しており、当初の作業計画にて各作業ロボット10による作業を継続させるよりも、作業計画を見直した方が効率的に作業を終えることができる可能性があるためである。
以上説明したように、本発明の作業ロボットシステムによれば、複数の作業ロボットを同時に運用して作業を行わせる場合において作業ロボットへの充電を効率的に行うことができる作業ロボットシステムを提供することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
例えば上記においては、充電ロボット20が上記の一連の処理を行う構成について説明したがこれに限定されない。例えば外部処理装置30が上記の一連の処理の全部又は一部を行うこととしてもよい。
なおこの場合、例えば外部処理装置30の外部処理装置制御部310が所定のプログラムを読み込んで実行することにより、位置情報取得部231、電池残量取得部232、可動時間取得部233、残作業時間取得部234、対象作業ロボット決定部235、充電指令部236、移動所要時間算出部237、シミュレーション部238として機能する。あるいはこれらの機能の一部が必要に応じて作業ロボット10の作業ロボット制御部130にて実行されてもよい。
あるいは例えば上記においては、外部処理装置30を備える構成について説明したが、外部処理装置30を省略してもよい。
あるいは例えば充電ロボット20は、充電ロボットバッテリパック215に替えて又は加えて、発電機を備え、該発電機から作業ロボット10及び充電ロボット20に給電するように構成されていてもよい。
あるいは例えば残作業時間取得部234は、予め設定された作業ロボット10それぞれの作業に要する時間から作業開始以降の経過時間を差し引いた時間を当該作業ロボット10の残作業時間として取得してもよく、また予め設定された作業ロボット10それぞれの予定総移動距離から既に移動した距離を差し引いた距離を当該作業ロボット10の時間当たりの平均移動距離で除して得られる値により当該作業ロボット10の残作業時間として取得してもよい。
あるいは例えば対象作業ロボット決定部235は、作業ロボット10それぞれの充電タイミングを予め定めておき、当該予め定めた作業ロボット10それぞれの充電タイミングが到来したか否かにより当該作業ロボット10に充電が必要であると判定してもよい。
あるいは例えば式(1)にかかる充電スコアの閾値、電池残量の重み付け値、移動所要時間の重み付け値を固定値として、シミュレーション部238を省略してもよい。
10…作業ロボット、20…充電ロボット、140…作業ロボット記憶部、231…位置情報取得部、232…電池残量取得部、233…可動時間取得部、234…残作業時間取得部、235…対象作業ロボット決定部、236…充電指令部、237…移動所要時間算出部、238…シミュレーション部。

Claims (4)

  1. 充電可能な電池を備えた複数の作業ロボットと、該複数の作業ロボットに充電を行う充電ロボットとを備える作業ロボットシステムであって、
    前記充電ロボットと前記複数の作業ロボットそれぞれの位置情報を取得する位置情報取得部と、
    前記複数の作業ロボットそれぞれの電池残量を取得する電池残量取得部と、
    前記電池残量取得部により取得された前記複数の作業ロボットそれぞれの電池残量に基づいて、該複数の作業ロボットそれぞれが充電せずに作業を継続できる時間である可動時間を取得する可動時間取得部と、
    前記複数の作業ロボットそれぞれが残りの作業の完了に要する時間である残作業時間を取得する残作業時間取得部と、
    前記位置情報取得部により取得された前記充電ロボットと前記複数の作業ロボットそれぞれの位置情報に基づいて、該充電ロボットが該複数の作業ロボットそれぞれの位置まで移動するのに必要な時間である移動所要時間を算出する移動所要時間算出部と、
    前記複数の作業ロボットそれぞれの前記電池残量が所定量以下でありかつ前記残作業時間が前記可動時間よりも長い場合に該作業ロボットへの充電が必要であると判定して、今回の充電の対象である対象作業ロボットを決定する対象作業ロボット決定部と、
    前記対象作業ロボット決定部が決定した前記対象作業ロボットの位置まで所定の時間に移動して該対象作業ロボットに充電することを指令する情報である充電指令を生成する充電指令部とを備え、
    前記対象作業ロボット決定部は、前記電池残量取得部により取得された前記複数の作業ロボットそれぞれの電池残量と前記移動所要時間算出部により算出された移動所要時間とに基づいて前記作業ロボットそれぞれの充電の必要性の高さを示す情報である充電スコアを算出し、該算出された充電スコアが所定の閾値以上である場合に、該作業ロボットへの充電が必要であると判定するように構成されており、
    前記充電ロボットは、前記充電指令を取得して該充電指令に基づいて前記対象作業ロボットの位置まで前記所定の時間に移動して該対象作業ロボットへの充電を行うように構成されていることを特徴とする作業ロボットシステム。
  2. 請求項に記載の作業ロボットシステムにおいて、
    前記対象作業ロボット決定部は、式(1)を用いて前記充電スコアを算出するように構成されていることを特徴とする作業ロボットシステム。
    Sij=w1/Rwj+w2/tij・・・(1)
    ここで、
    Sijは、前記充電スコアであり、
    w1は、前記電池残量の重み付け値であり、
    Rwjは、前記複数の作業ロボットそれぞれの電池残量であり、
    w2は、前記移動所要時間の重み付け値であり、
    tijは、前記充電ロボットが該複数の作業ロボットそれぞれの位置まで移動するのに必要な移動所要時間である。
  3. 請求項に記載の作業ロボットシステムにおいて、
    前記複数の作業ロボットは前記電池残量が前記所定量よりも少ない所定量以下となった場合及び前記充電ロボットから給電を受け付けている間は作業を停止するように構成されており、
    前記複数の作業ロボットそれぞれの移動の順路を少なくとも含む作業の工程を示す情報である作業計画を記憶する記憶部を備え、
    前記作業計画に基づいて、前記複数の作業ロボットそれぞれが該作業計画に基づいて作業を行った場合の、該複数の作業ロボットそれぞれが前記電池残量が前記所定量よりも少ない所定量以下となった場合及び前記充電ロボットから給電を受け付けている間に作業を停止している時間である作業停止時間を、該作業計画及び前記式(1)に基づいて前記電池残量の重み付け値、前記移動所要時間の重み付け値及び前記充電スコアの前記閾値の異なる複数の組合せを用いて複数算出し、該算出された該作業停止時間の総和が最短となる該電池残量の重み付け値、該移動所要時間の重み付け値及び該充電スコアの該閾値の組合せを選択するシミュレーション部を備え、
    前記対象作業ロボット決定部は、前記シミュレーション部により選択された前記電池残量の重み付け値、前記移動所要時間の重み付け値及び前記充電スコアの前記閾値の組合せを用いて前記充電スコアを算出し、前記対象作業ロボットを決定するように構成されていることを特徴とする作業ロボットシステム。
  4. 請求項1〜の何れかに記載の作業ロボットシステムにおいて、
    前記充電指令部は、前記位置情報取得部により取得された前記充電ロボットと前記複数の作業ロボットそれぞれの位置情報に基づいて、前記充電ロボットが前記対象作業ロボットに充電を行う位置である充電予定地点と該充電ロボットが該対象作業ロボットに充電を行う時間である充電開始時間とを決定し、該充電開始時間に該充電予定地点まで移動して該充電ロボットから給電を受け付けることを指令する情報である給電指令を生成し、かつ該充電開始時間に該充電予定地点まで移動して該対象作業ロボットに充電することを指令する情報を含む充電指令を生成するように構成され、
    前記作業ロボットは、前記給電指令を取得して該給電指令に基づいて、前記充電開始時間に前記充電予定地点まで移動して前記充電ロボットから給電を受け付けるように構成され、
    前記充電ロボットは、前記充電指令を取得して該充電指令に基づいて前記充電開始時間に前記充電予定地点まで移動することにより該対象作業ロボットの位置まで移動して該対象作業ロボットへの充電を行うように構成されていることを特徴とする作業ロボットシステム。
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