JP6911388B2

JP6911388B2 - 自動走行移動体システム

Info

Publication number: JP6911388B2
Application number: JP2017040357A
Authority: JP
Inventors: 岸　和人; 和人岸
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2017-03-03
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-03-03
Also published as: JP2018148658A

Description

本発明は、自動走行移動体システムに関する。

工場や物流倉庫等においては、物品を搬送するための自動走行移動体システムが利用されている。この自動走行移動体システムは、図４に示す模式図のように複数台の自動走行移動体９１と複数の作業エリア９４とを有しており、各自動走行移動体９１は蓄電池によって走行駆動される。この蓄電池は、充電残量が少なくなりすぎると走行を停止してしまうため、適切なタイミングにおいて充電を行う必要がある。

自動走行移動体９１に充電を行うための充電エリア９２に設けられる自動充電装置９３は、設置スペース及び設置コストの点からその設置数を制限されるため、複数台の自動走行移動体９１で１機の自動充電装置９３を共用している。このため、１台の自動走行移動体９１が自動充電装置９３を使用して充電を行っている間において他の自動走行移動体９１は充電を行うことができず、全ての自動走行移動体９１に対して同時に充電を行うことはできない。従って、一つの作業毎に１回の充電を行うような固定的な作業ルーチンでは複数台の自動走行移動体９１が同時に充電エリア９２に入るタイミングがあり、充電のための待ち時間が発生する等、時間的な無駄が多くなってしまうという問題点があった。

上述の問題点を解決するため、実際に自動走行移動体が稼働するにあたり、適宜稼働状況予測シミュレーションを行い、充電のための時間を確保可能な場合には充電作業を割り付ける技術が開示されている（例えば「特許文献１」参照）。
この技術における充電タイミングの決定は、自動走行移動体が走行する区間距離に応じた消費電力量、すなわち走行駆動用の蓄電池消費量のみに基づいている。

しかし上述の技術では、蓄電池の電力は走行駆動用のみではなく自動走行移動体に取り付けられた作業駆動部にも供給されるため、作業駆動部における電力消費量が大きかった場合には蓄電池の充電残量が少なくなりすぎて自動走行移動体のシステム自体が停止してしまう虞があるという問題点がある。
本発明は、上述した問題点を解決し、作業駆動部における電力消費量が大きい場合においてもシステムの停止を防止することが可能な自動走行移動体を用いた自動走行移動体システムの提供を目的とする。

請求項１記載の発明は、充放電可能な蓄電池を有する電源と走行するための駆動源である走行駆動部と自動走行を制御する走行制御部とを備えた本体部と、前記本体部に対して追加可能であり、走行以外の作業を行うための駆動源である作業駆動部と前記作業駆動部を制御する作業制御部とを有する作業部とを備え、前記本体部に対して前記作業部が追加された場合に、前記電源から前記作業駆動部に対して電力供給が可能な自動走行移動体の動作を制御する自動走行移動体システムであって、前記電源の残電力量と前記走行駆動部の消費電力量と前記作業駆動部の消費電力量とを管理する管理部を備え、前記管理部は、複数の前記自動走行移動体の作業負荷種類毎にそれぞれ異なる電力消費量を考慮した充電優先順位が設定された充電優先度設定テーブルを有し、複数の前記自動走行移動体が充電を必要とした場合に、前記充電優先度設定テーブルに設定された前記充電優先順位に応じた順序で充電を行うことを特徴とする。

本発明によれば、本体部に対して作業部を追加可能であると共に本体部が有する電源から作業部への給電が可能であるので、作業用電源を別途備えることが不要でありコストダウン及び小型化が可能であると共に、自動充電装置から走行用電力の他に作業用電力も充電可能であるので作業用電力使用による自動走行移動体の電力不足による停止を防止することができる。

本発明の一実施形態を適用した自動走行移動体システムの概略図である。本発明の一実施形態に用いられる自動走行移動体及び充電エリアの概略図である。本発明の一実施形態における移動体システム管理装置による制御動作を説明するフローチャートである。従来の自動走行移動体システムを示す概略図である。

図１は、本発明の一実施形態を適用した自動走行移動体システムを示している。この自動走行移動体システム１６は、明示的に示された所定の移動経路５を無人で移動する自動走行移動体１を複数台、本実施形態では２台備えると共に、自動走行移動体１が有する蓄電池に対して無人で充電を行うための自動充電装置３を１機以上備えた充電エリア２を１箇所以上備えており、自動走行移動体１の台数が自動充電装置３よりも多くなるように構成されている。
充電エリア２には、図２に示すように、自動充電装置３の他、管理部として機能する移動体システム管理装置６、通信装置７等が設けられている。なお、移動経路５は明示されている必要はなく、自律的に自動走行移動体１が経路を設定して移動する方式であってもよい。

工場や倉庫等における物品の搬送、及び複数箇所（本実施形態では２箇所）に設けられた作業エリア４における作業の実施等が可能な自動走行移動体１は、自動充電装置３によって自身が有する蓄電池に充電が行われる。そして自動走行移動体１は、移動体システム管理装置６によって移動先や移動のタイミング、自動充電装置３へと向かうタイミングを決定される。この決定事項は、蓄電池残量等の情報や図示しない生産管理装置等のさらに上位の情報を元に決定され、通信装置７を介して自動走行移動体１に伝達される。

自動走行移動体１は、２次電池やキャパシタ等の蓄電池と、この蓄電池の状態監視や保護及び安全保護等の機能とを有する電源としての蓄電装置８からの給電によって動作しており、蓄電池に蓄えられた充電残量、すなわち残電力量に応じた所定の時間は外部から電力供給することなしに走行及び作業を行うことが可能である。
さらに自動走行移動体１は、走行するためのタイヤ等を有する走行部９、走行部９を駆動する走行駆動部としての駆動用モータ１０、蓄電装置８の電流や電圧を調整するモータドライバ等からなり走行制御部として機能する駆動制御装置１１、移動体制御装置１２等を備えている。移動体制御装置１２は、移動体システム管理装置６からの情報に基づき駆動制御装置１１の動作を制御すると共に、蓄電装置８の状態を検出して充電の要否を判断し、この情報を移動体システム管理装置６へと送信する。これら蓄電装置８、走行部９、駆動用モータ１０、駆動制御装置１１、移動体制御装置１２等によって本体部１７が構成されている。蓄電装置８からの電力は、本体部１７及び作業用増設装置１３の双方に供給される。

また自動走行移動体１には、走行以外の作業を行うための作業部である作業用増設装置１３が、本体１７に対して追加可能である。作業用増設装置１３は、作業を行うための作業駆動部である作業用モータ１４、作業用モータ１４を制御するためのモータドライバ等からなる作業制御部として機能する作業制御装置１５等を備えている。
ここで走行以外の作業を行う装置とは、部品等をピッキングするためのアーム装置、周囲の状況を把握するカメラ等の撮像装置、自動走行移動体１に棚等の部材を積載させるための自動積載装置、牽引する棚等を把持する把持装置等が挙げられる。

蓄電装置８は、作業用増設装置１３の種類に応じて容量が可変であることが望ましく、２４Ｖ５Ａｈの電池モジュールを基本として、２並列あるいは３並列に増設することによって２４Ｖ１０Ａｈ，２４Ｖ１５Ａｈ等と容量を増やすことができ、１充電での最大稼働時間を増加させることができる。
また蓄電装置８は、図示しないが差動増幅器やＡ／Ｄコンバータ等の組み合わせからなる電圧検出手段を有しており、基準電位と蓄電装置８の電位を分圧した分圧電位とから得られる電位差を差動増幅器が移動体制御装置１２へと出力することにより、蓄電装置８の電圧を検出することができる。

蓄電装置８が有する制御機能は、充電状態の判定及びスイッチ駆動制御機能である。上述した電圧検出手段から複数の蓄電セルからなる蓄電部の総電圧がデジタル信号として蓄電装置８が有する充電状態判定手段に伝達され、蓄電装置８は蓄電部の充電状態を総蓄電池電圧の値に基づいて判定する。
上述の制御は、ハード的に回路が構成されたりマイクロコンピュータとプログラムとから構成されたりしている。

上述の構成により、本実施形態で示した自動走行移動体１によれば、本体部１７に対して作業用増設装置１３を追加可能であると共に本体部１７が有する蓄電装置８から作業用増設装置１３への給電が可能であるので、作業用電源を別途備えることが不要でありコストダウン及び小型化が可能であると共に、自動充電装置３から走行用電力の他に作業用電力も充電可能であるので作業用電力使用による自動走行移動体１の電力不足による停止を防止することができる。

通信装置７は、移動体システム管理装置６で設定された情報を自動充電装置３及び自動走行移動体１のそれぞれに通知すると共に、これ等の情報を移動体システム管理装置６に通知する。通信装置７は自動充電装置３とインターネット、ＷＡＮ、ＬＡＮ等のネットワークによって接続されており、その接続形態は有線であっても無線であってもよい。
自動充電装置３は、商用電源から得た電力の電圧調整及びＡＣ／ＤＣ変換手段等を有しており、自動走行移動体１が備える蓄電装置８に適した電圧及び電流で充電を行う。本実施形態で示した自動充電装置３は充電用端子３ａを蓄電装置８に接触させて電力の供給を行うが、自動充電装置はこの構成には限定されず、例えばワイヤレスで給電する構成であってもよい。

移動体システム管理装置６は、蓄電装置８の蓄電残量と駆動用モータ１０が予定される所定の距離を走行するために必要な電力消費量とを記憶している。また移動体システム管理装置６は、自動走行移動体１が作業を行う際に保持しておくべき充電量の最低値を記憶しており、この最低値は自動走行移動体システム１６の導入状況に応じて設定することができ、例えば「残蓄電量２５％」のように設定する。

さらに移動体システム管理装置６は、作業用モータ１４が予定される所定の作業を行うために必要な電力消費量を考慮して充電タイミングを設定する。この充電タイミングに到達すると、自動走行移動体１は移動体システム管理装置６からの命令により充電エリア２に移動し、自動充電装置３から給電を受けて蓄電装置８内の蓄電部に充電を行う。
また移動体システム管理装置６は、自動走行移動体１の稼働状況を予測すると共に充電量の予測変化値が設定されている最低値を下回る場合には、自動走行移動体１に作業を行わせることなく充電エリア２への移動及び充電を命令する。このように、予定される電力消費量は走行距離に対して必要な消費電力量を予め把握しておき、予定される作業に必要な走行距離から消費電力量を算出する方法が好ましい。

上述の動作を、図３に示すフローチャートに基づいて説明する。
先ず移動体システム管理装置６が蓄電装置８の蓄電残量を検出し（ＳＴ０１）、検出された値が所定値上であるか否かを判断する（ＳＴ０２）。ステップＳＴ０２で蓄電残量が所定値以下である場合には、自動走行移動体１を充電エリア２の自動充電装置３へと移動させて蓄電装置８への充電を開始させる（ＳＴ０３）。

ステップＳＴ０２において蓄電残量が所定値以上である場合には、先ず作業予定に対する蓄電装置８の電力消費量の情報を確認する（ＳＴ０４）。次に実行する作業とその作業に対して必要となる電力消費量とから作業終了後の蓄電残量を予測し（ＳＴ０５）、この蓄電残量が所定値以上であるか否かを判断する（ＳＴ０６）。ここで予測した蓄電残量が所定値以上である場合には作業を実行する（ＳＴ０７）が、予測した蓄電残量が所定値以下である場合には作業中に蓄電残量が不足して自動走行移動体１が停止する虞があるため、作業を行わせずに自動走行移動体１を充電エリア２へと移動させて自動充電装置３による充電を行わせる。

なお上述した作業には、作業エリアへの移動、すなわち駆動用モータ１０の電力消費量及び自動走行移動体１に設けられた図示しない移載装置やアーム装置等の作業用増設装置１３の作業、すなわち作業用モータ１４の電力消費量が含まれる。作業毎に消費される電力量は駆動用モータ１０及び作業用モータ１４が所定の作業で消費する電力量が初期設定によりデータ化された上で蓄積されているが、自動走行移動体１の設置状況に応じて消費電力量が異なるため、作業及び走行で必要とした消費電力量を蓄積して学習しておき、この実績値を元に算出する方法であってもよい。

この構成により、駆動用モータ１０による電力消費量と作業用モータ１４による電力消費量とを合算して蓄電装置８の使用状態管理を行うことができるので、より適切な移動及び作業及び充電の管理が可能となり、自動走行移動体１の停止時間を最短時間とすることができ、自動走行移動体１に効率よく適切な動作を行わせることが可能な自動走行移動体システム１６を提供することができる。

上述の実施形態において、移動体システム管理装置６は、複数の自動走行移動体１における充電優先度を変更可能に構成されている。移動体システム管理装置６は、少なくとも各自動走行移動体１の充電優先度が設定されている充電優先度設定テーブルを有している。この充電優先度設定テーブルでは、作業負荷種類毎に異なる電力消費量を考慮した充電優先順位が設定されており、複数の自動走行移動体１がそれぞれ同時に充電を必要とした場合には、充電優先度設定テーブルにおいて設定されている優先順位に応じた順序で充電を行う。

この構成により、他の自動走行移動体１の充電待ち時間を低減することができると共に、充電エリア２に設置する自動充電装置３の数をより少なくすることができ、コストダウンを図り効率的な自動走行移動体システムを実現することができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定しない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を例示したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１自動走行移動体
２充電エリア
６管理部（移動体システム管理装置）
８電源（蓄電装置）
１０走行駆動部（駆動用モータ）
１１走行制御部（駆動制御装置）
１３作業部（作業用増設装置）
１４作業駆動部（作業用モータ）
１５作業制御部（作業制御装置）
１６自動走行移動体システム
１７本体部

特許第５１３５５５０号公報

Claims

充放電可能な蓄電池を有する電源と走行するための駆動源である走行駆動部と自動走行を制御する走行制御部とを備えた本体部と、
前記本体部に対して追加可能であり、走行以外の作業を行うための駆動源である作業駆動部と前記作業駆動部を制御する作業制御部とを有する作業部とを備え、
前記本体部に対して前記作業部が追加された場合に、前記電源から前記作業駆動部に対して電力供給が可能な自動走行移動体の動作を制御する自動走行移動体システムであって、
前記電源の残電力量と前記走行駆動部の消費電力量と前記作業駆動部の消費電力量とを管理する管理部を備え、
前記管理部は、複数の前記自動走行移動体の作業負荷種類毎にそれぞれ異なる電力消費量を考慮した充電優先順位が設定された充電優先度設定テーブルを有し、
複数の前記自動走行移動体が充電を必要とした場合に、前記充電優先度設定テーブルに設定された前記充電優先順位に応じた順序で充電を行うことを特徴とする自動走行移動体システム。