JPWO2015052825A1 - 搬送ロボットシステム - Google Patents

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Abstract

ロボット（２００）は、棚（１００）を着脱可能に保持し、前記棚（１００）と電気的に接続できる接続部（２０２）と、駆動部（２０３）と、制御部（２１１）とを有し、前記制御部（２１１）は、前記ロボット（２００）を、前記駆動部（２０３）により第一の棚（１００ｘ）近傍まで移動させ、前記ロボット（２００）と前記第一の棚（１００ｘ）とを前記接続部（２０２）を介して接続させて第二の棚（１００ｙ）近傍まで移動させ、前記接続部（２０２）を介して前記第一または/および第二の棚（１００ｘ，１００ｙ）の移送部（１０１）に給電し、移動対象となる物品（１３０ａ，ｂ，ｃ）が載置された位置に対応する前記移送部（１０１）を稼働させ、前記移動対象となる物品（１３０ａ，ｂ，ｃ）が載置された一方の棚（１００ｘ）から、他方の棚（１００ｙ）の所定箇所に前記移動対象となる物品（１３０ａ，ｂ，ｃ）を移動さる搬送ロボットシステム（１０）。

Description

本発明は、荷物を格納した棚を搬送する搬送ロボットを用いた搬送ロボットシステムに関する。
荷物をある地点から別の地点へと移動する搬送作業を担うロボットは、無人搬送車あるいはＡＧＶと呼ばれ、倉庫、工場、港湾などの施設内にて広く導入されている。
さらに、荷物の格納場所と搬送ロボットとの間で発生する荷物の受け渡し作業、つまり荷役作業を自動で行う荷役装置も組み合わせて用いることで、施設内物流の大部分の作業を自動化することができる。
また、近年の顧客ニーズの多様化を受けて、通販倉庫等の多品種少量物品を扱う倉庫の数が増えており、このような管理物品の性質上、商品を探し、積み荷を行うことに時間と人員コストがかかっていた。そのため、旧来からの単一商品を大量に扱うような倉庫以上に施設内物流の作業自動化が求められている。
ここで、特許文献１には、多種多様な商品を扱う通販倉庫や多品種少量生産工場での部品搬送に適した例として、倉庫などの空間内に、可動の格納棚を配し、搬送ロボットが必要な商品あるいは部品が格納されている棚と結合し、商品箱詰めや製品組み立てが行われる作業場まで格納棚ごと搬送するシステムが開示されている。
一方、特許文献２には、搬送ロボットと自動荷役装置を導入した倉庫システムにおいて、
棚からの荷物を搬送ロボットに移動させる荷役装置を格納棚に取り付け、搬送ロボットが荷役装置に接続した際に、ロボットが荷役装置への電力供給と荷役装置の制御を行うことで、荷役装置に電源を設けることなく荷役作業を自動化するシステムが開示されている。
また、特許文献３には、工場内で生産された大量のウェハを、搬送ロボットに設けられた多段収納棚に収納させることで一度に搬送できる技術について開示されている。
特表２００９−５３９７２７号公報 特開平４−３３３４０４号公報 特開平１０−３０３２７４号公報
ここで、特許文献１に記載の方法は、ある棚に格納されているある物品が必要となったとき、その棚の中に格納されている全ての物品を同時に搬送しなければならない。
その棚の中にある物品の多くが不必要であった場合、その不必要な物品の重量を搬送するのに必要な分のエネルギーを余計に消費することになってしまう。
このように特許文献１では、必要な物品のみ、あるいはその物品を入れたトレーのみを個別搬送する技術については考慮されていない。
また、必要な複数の物品が異なる棚に分かれて格納されている場合には、それらの棚の全てを作業場まで運ばなければならない。
そのため、格納場所と作業場所との間の搬送を棚の個数分実行する必要があり、搬送時間効率、エネルギー効率ともに良好であるとはいえなかった。
これに対し、特許文献２に記載の方法では、搬送ロボットに搭載された収納スペースに必要な物品あるいはトレーを積載することで、必要物品のみを搬送することが可能である。しかし、ロボットの物品載置容積には限界があり、一度に搬送できる量も限られてしまう。
一方で、特許文献３に記載のように、ロボット自体に多段の収納スペースを設けて、複数の物品を搬送することも可能である。しかし、この多段収納スペースはロボットの一部であるため、必要物品を収納せずに移動する場合にも、重量物である多段収納棚を保持し続けることが必要となる。
そのため、多量の物品を搬送できるロボットにおいて、物品やトレーを運ばない通常の移動を行う際に、自重を含めた運ぶべき総重量が多くなってしまうことから、エネルギー効率が低くなってしまうという課題があった。
上述の従来技術では、物品を運ばない通常移動時と物品搬送時の少なくともどちらか一方において、過剰な重量物を運ぶ必要がある。
本発明では、上記のような問題意識の下、通常移動時と物品搬送時との両場面において、一度に多量な物品を運びつつも、搬送時間効率、エネルギー効率に優れた自動搬送を可能とする搬送ロボットシステムを提供することを目的としている。
上記課題を解決するため、本発明は、格納された物品を移動させる移送部を夫々有する複数の可動棚と、所定の棚を、所定位置まで搬送できる少なくとも１台のロボットと、前記ロボットに対して搬送指示を行う管理端末とを有し、前記ロボットは、前記棚を着脱可能に保持し、前記棚と電気的に接続できる接続部と、駆動部と、制御部とを有し、前記制御部は、前記ロボットを、前記駆動部により第一の棚近傍まで移動させ、前記ロボットと前記第一の棚とを前記接続部を介して接続させて第二の棚近傍まで移動させ、前記接続部を介して前記第一または/および第二の棚の前記移送部に給電し、移動対象となる物品が載置された位置に対応する前記移送部を稼働させ、前記移動対象となる物品が載置された一方の棚から、他方の棚の所定箇所に前記移動対象となる物品を移動させることを特徴とする搬送ロボットシステムを提供する。
本発明によれば、一度に多量な物品を運ぶことが出来る搬送ロボットシステムにおいて、通常移動時と物品搬送時との両場面における搬送時間効率、エネルギー効率に優れた自動搬送を実現することができる。
実施例１における搬送ロボットシステム１０ａの構成図の例である。 実施例１における１つのタスク９０２ｘに対する搬送ロボットシステム１０の全体的な動作を表すフローチャートの例である。 実施例１における棚１００ａの構成図の例である。 実施例１における被接触面１０３の構成図の例である。 実施例１における棚１００ｂの構成図の例である。 実施例１におけるロボット２００の構成図の例である。 実施例１における接触面２０７の構成図の例である。 実施例１における被接続部１０２と接続部２０２とが接続する様子を表す模式図の例である。 実施例１における棚１００ｘを準備する様子を表す模式図の例である。 実施例１における棚１００ｘを準備する際のロボット２００ｘ及びロボット２００ｙの動作を表すフローチャートの例である。 実施例１における管理端末３００が把握している棚１００に関する棚情報９０５の構成図の例である。 実施例１における管理端末３００に入力されるオーダ９００の構成図の例である。 実施例１における管理端末３００が作成するタスク９０２の構成図の例である。 実施例１における棚１００状態遷移情報９１５の構成図の例である。 実施例１における異なる高さの収納スペース間で物品を受け渡す様子を表す模式図の例である。 実施例２における搬送ロボットシステム１０ｂの構成図の例である。 実施例２における段変更移送棚６００の構成図の例である。 実施例２における異なる高さの収納スペース間で物品を受け渡す様子を表す模式図の例である。 実施例１における一台のロボット２００ｘが棚１００ｘ、１００ｙを制御する様子を表す模式図の例である。 実施例１における管理端末３００が有する管理端末機能３１０の構成図の例である。
以下、図面を用いて実施例を説明する。
本実施例では、通販倉庫における商品の出し入れや多品種少量生産工場における部品の出し入れなどを想定した、棚ごと物品を搬送する搬送ロボットシステム１０ａの例を説明する。本例では、好適な例として通販倉庫を例示するが、物品数や種別に拠らず、本発明を適用でき、さらに生産工場全般においても本発明を適用できることは云うまでもない。
図１は、本実施例における搬送ロボットシステム１０ａの構成図の一例である。搬送ロボットシステム１０ａは、２台以上の棚１００、１台以上のロボット２００、管理端末(以下、管理コンピュータともいう)３００、ユーザインターフェース４００、充電ステーション５００から構成される。
本例においては、特に断りが無い限り、２台以上の棚１００、２台以上のロボットが倉庫内に配置されている例に基づき、以下説明する。
格納エリア１０００には、複数の棚１００が設置されており、複数の物品が格納しているものも、物品が格納されていないものも存在する。作業エリア２０００には、ユーザインターフェース４００が設置され、作業員２０は、ここで、ロボット２００ｘが搬送してきた棚１００ｘに対し物品の取り出しや補充などの作業を行う。
ユーザインターフェース４００はＰＣなどとして実装され、管理コンピュータ３００とユーザインターフェース４００とは無線あるいは有線での通信が可能であり、それぞれに図示しない送信部、受信部を設けた構成となっている。また、管理コンピュータ３００とロボット２００との間も無線通信が可能であり、当該ロボット２００にも図示しない送信部、受信部を有する構成となっている。
管理コンピュータ３００は、搬送ロボットシステム１０ａ全体を管理し運用する。管理コンピュータ３００が有する機能を管理端末機能３１０と呼ぶこととする。図２０は、本実施例における管理端末機能３１０の構成図の一例である。管理端末機能３１０は、棚１００の状態の変遷を詳細に記載したタスクリスト９０３を作成するタスクリスト作成機能３２０、搬送ロボットシステム１０ａのロボット２００やユーザインターフェース４００の動作を計画するシステム動作計画機能３３０、搬送ロボットシステム１０ａによるタスクリスト９０３の遂行状況を管理するタスクリスト遂行管理機能３４０に大別される。
まず、タスクリスト作成機能３２０について説明する。本搬送ロボットシステム１０ａの管理者３０は、管理コンピュータ３００の持つオーダリスト入力機能３２１を利用して、管理コンピュータ３００に、ある一定時間、例えば１日間、に遂行すべき全てのオーダ９００をオーダリスト９０１として入力する。
オーダ９００とは、商品や部品の注文あるいは補充である。管理コンピュータ３００は、オーダリスト並び替え機能３２２を用いてそのオーダリスト９０１に対し並び替えなどを行い、そのオーダ列を全て遂行するための複数のタスク９０２を計画し、タスクリスト９０３を作成する。タスク９０２とは、作業員２０が１つの棚１００に対して行う作業に関わる搬送ロボットシステム１０ａの一連の動作である。本実施例において、タスクリスト９０３を作成する時点では、どのロボット２００をどのタスク９０２に割り当てるか、どのタイミングでロボット２００に充電させるか、については決定しないこととするが、タスクリスト９０３を作成する時点でそれらを決定しても良い。
本実施例において、管理コンピュータ３００は、タスクリスト９０３を作成する際に、まず、オーダリスト９０１に含まれる各オーダ９００をチェックし、同一種の物品を作業対象としたオーダ９００同士を纏めるなどの並び替えを行う(オーダリスト並び替え機能３２２)。搬送ロボットシステム１０ａ導入時において、同一種の物品について、小型物品１２０は単一のトレー１１０内に格納し、トレー１１０及び中型物品１３０はなるべく単一の棚１００に収納するように予め準備しておく。すると、上記並び替えにより、特に出庫時において、同一の棚１００を何度も搬送する必要が無くなり、搬送効率を向上することができる。
続いて、纏めた複数のオーダ９００について、それらに記載されている物品が入っている棚１００をリストアップする(作業物品格納棚リストアップ機能３２３)。リストアップされた棚１００の中から、作業エリア２００へと運ぶ棚１００ｘと、棚１００ｘと物品受け渡しを行う棚１００ｙを選択する(作業棚選択機能３２４)。棚１００ｘは１台のみを選択するが、棚１００ｙは台数の制限は無い。棚１００ｘについて収納されるべき物品と現在収納されている物品とを比較し、過不足が無ければ、棚１００ｙは選択されない。
出庫時における棚１００ｘの選択方法として、例えば、必要な物品を収納している移送部１０１が多い棚１００を棚１００ｘとして選択する方法が考えられる。これにより、棚１００間の物品受け渡しの回数を削減し、搬送効率が向上することができる。必要な物品を収納している移送部１０１の個数が同一である棚１００が複数存在する場合は、何も収納していない移送部１０１の個数が多い棚１００を棚１００ｘとして選択すると良い。これにより、不必要な物品を他の棚１００ｙへと受け渡す回数を削減し、搬送効率を向上することができる。また、後ほど図５を用いて詳しく説明するが、大型物品１４０は移送部１０１の一部を取り外して収納する場合がある。このような大型物品１４０を必要とし、かつ、それを収納可能な棚１００が少数である場合は、その大型物品１４０を収納している棚１００を優先的に棚１００ｘとして選択する必要がある。
入庫時における棚１００ｘの選択方法として、空いている移送部１０１が多い棚１００を棚１００ｘとして選択する方法が考えられる。これにより、作業エリア２０００において、一つの棚１００ｘに多くの物品を収納することができる。ただし、トレー１１０に格納されていない小型物品１２０を入庫する場合は、同一種の小型物品１２０を格納しているトレー１１０を収納している棚１００を棚１００ｘとして選択する必要がある。また、大型物品１４０を入庫し、かつ、それを収納可能な棚１００が少数である場合は、それを収納可能とする収納スペースが空いている棚１００を優先的に棚１００ｘとして選択する必要がある。
また、入庫については、一つの棚１００に対する同一種物品の収納を優先する方法も考えられる。例えば、入庫する同一種の物品が少数である場合、あるいは、多数の小型物品１２０を収納した少数のトレー１１０ごと入庫する場合において、同一種の物品を多数収納し、かつ、全ての移送部１０１が同一種の物品で埋まっているわけではない棚１００を棚１００ｘとして選択する方法が考えられる。これにより、同一種の物品を単一の棚１００に纏めるように入庫することが可能となり、上述した通り、出庫時の搬送効率を向上することができる。
作業棚選択機能３２４はタスク９０２に利用する棚１００の候補を選択し、作業棚間物品受け渡し調査機能３２５などを用いて候補を絞り、最終的に棚１００を選択しても良い。出庫時における棚１００ｙ候補の選択方法として、例えば、本作業に必要でかつ棚１００ｘに収納されていない物品を収納している棚１００のうち、空いている移送部１０１を含んでいる棚１００を棚１００ｙ候補として選択する方法が考えられる。棚１００ｘに不必要な物品を棚１００ｘから棚１００ｙ候補へと移送し、棚１００ｘに必要な物品を棚１００ｙ候補から棚１００ｘへと移送することができる。棚１００ｙ候補を選出すると、目的の物品受け渡しが可能か否かを詳細に調査する(作業棚間物品受け渡し調査機能３２５)。目的の物品受け渡しが可能な棚１００ｙ候補が複数存在する場合は、棚１００ｘと棚１００ｙ候補間の道のりと、棚１００ｙ候補と作業エリア２０００間の道のりを算出し、それらの和が最少となる棚１００ｙ候補を棚１００ｙとして選択する。これにより、ロボット２００ｘの移動距離が短くなり、搬送効率を向上することができる。また、複数台の棚１００ｙ群を選択する場合は、棚１００ｘと最初に巡る棚１００ｙ候補間の道のり、棚１００ｙ候補間の道のり、最後に巡る棚１００ｙ候補と作業エリア２０００間の道のりを算出し、それらの和が最小となる棚１００ｙ候補群を棚１００ｙ群として選択する。
入庫時においては、必ずしも棚１００ｙを選択する必要は無い。ただし、一つの棚１００に対する同一種物品の収納を優先する場合、棚１００ｘに少数個収納されており、かつ、入庫物品とは異なる種類の物品あるいはトレー１１０を、棚１００ｘから別の棚１００へと移動させることが望ましい。その相手となる棚１００ｙに相応しい候補として、棚１００ｘ移動させたい物品を多く収納し、かつ、空いている移送部１０１を含んでいる棚１００を選択する方法が考えられる。これにより、棚１００ｘから移動させたい物品を、その物品を多く収納する棚１００ｙ候補に移動することができ、同一種の物品を一つの棚に纏めるように収納することが可能になる。棚１００ｙ候補を選出すると、出庫時と同様に、目的の物品受け渡しが可能か否かを詳細に調査し、目的の物品受け渡しが可能な棚１００ｙ候補が複数存在する場合は、棚１００ｘ、棚１００ｙ、作業エリア２０００間の道のりを算出し、それらの和が最少となる棚１００ｙ候補を棚１００ｙとして選択する。
以上の棚１００ｘ、１００ｙの選択結果と、棚１００ｘ、１００ｙ間の物品受け渡し調査結果から、棚１００ｘ、棚１００ｙの棚状態遷移情報９１５ｘ、９１５ｙを作成し(棚状態遷移情報作成機能３２６)、タスク９０２ｘとして纏める。
システム動作計画機能３３０は、実際にタスク９０２を遂行する際に用いられ、タスク９０２を遂行するロボット２００を選択するロボット選択機能３３１、タスク９０２内の棚状態遷移情報９１５に記載されている棚１００の位置や物品配置などの変遷を実現するため、ロボット２００の動作を計画するロボット動作計画機能３３２、ロボット２００が作業エリア２０００に搬送してきた棚１００への作業を作業員２０に伝えるため、ユーザインターフェース４００の動作を計画するユーザインターフェース動作計画機能３３３を有する。
また、タスクリスト遂行管理機能３４０は、タスクリスト９０３内の各タスク９０２に対し、実施済み、実施中、未実施のいずれであるかを管理するタスクリスト進捗管理機能３４１、現在実施中のタスク９０２に対し現在の棚状態９０７を把握する個別タスク進捗管理機能３４２、各ロボット２００がタスク遂行中であるか否か、充電中か否かなどを把握するロボット状態管理機能３４４、各タスク９０２の進捗状況に応じて各棚１００の棚状態９０７を更新する棚情報更新機能３４４を有する。さらに、タスクリスト遂行管理機能３４０には、タスクリスト９０を遂行するための、ロボット２００との通信機能３４５、ユーザインターフェース４００との通信機能３４６も含む。
図２は、本実施例における１つのタスク９０２ｘに対する搬送ロボットシステム１０ａの全体的な動作を表すフローチャートの例である。まず、管理コンピュータ３００は、タスク９０２ｘに対し、関連する棚１００が他のタスク９０２によって使用されていないこと、他のどのタスク９０２も担当していないロボット２００がタスク９０２ｘを遂行するのに必要な台数以上存在することを確認した時点で、タスク９０２ｘの実行を決定する。図２は、タスク９０２ｘの実行が決定した時点からスタートする。
まず、管理コンピュータ３００は、ロボット選択機能３３１によりタスク９０２ｘに関わるロボット２００を決定し、ロボット動作計画機能３３２によりそのロボット２００の動作を計画し、無線通信により計画した動作をロボット２００へと伝える(Ｓ１００)。
本実施例において、割り当てられるロボット２００は、棚１００ｘを搬送する第１のロボット２００ｘ、物品の入れ替えを行う際にサポートする第２のロボット２００ｙの２台とするが、物品の入れ替えを行う際にサポートするロボット２００は複数存在しても良い。
搬送する棚１００ｘについて、収納されるべき物品と現在収納されている物品とを比較し、過不足が無ければ第１のロボット２００ｘのみを割り当て、過不足があれば２台の第１のロボット２００ｘと第２のロボット２００ｙを割り当てる。
また、上記の過不足があったとしても、割り当てるロボットを１台とし、棚１００ｘと棚１００ｙとを電気的に接続させ、ロボット２００ｘからの制御指示を棚１００ｘ、棚１００ｙの双方が受け取ることができように構成することも可能である。
また、棚１００ｘと１００ｙとを電気的に接続せずとも、ロボット２００ｘからの制御指示に基づき、棚１００ｘ、棚１００ｙのいずれかの移送部を駆動させて、駆動させていない側の棚に対して物品を送り出すことを行うことも可能である。
動作の計画には、ロボット２００ｘ、２００ｙに対する移動経路９０４ｘ、９０４ｙ、棚１００の積載と設置のタイミング、棚１００の移送部１０１の制御手順及びタイミングなどが含まれる。この計画の後、管理コンピュータ３００は、ロボット２００ｘ、２００ｙに計画した動作を無線通信により指示する。
指示を受けたロボット２００ｘ、２００ｙは、格納エリア１０００にて棚１００ｘを準備する(Ｓ１０１)。まず、指示に含まれる移動経路９０４ｘ、９０４ｙに沿って、棚１００が存在する格納エリア１０００へと移動する。格納エリア１０００に到着した後、ロボット２００は、指示された動作に基づき、作業エリア２０００へと搬送する棚１００ｘを準備する。
具体的には、ロボット２００ｘは搬送する棚１００ｘの位置まで移動し、積載する。さらに、他の棚１００ｙとの物品の入れ替えが必要な場合は、ロボット２００ｘは棚１００ｘを棚１００ｙとの物品入れ替えが可能な位置まで搬送し、ロボット２００ｙは棚１００ｙの位置まで移動し、ロボット２００ｘは棚１００ｘの移送部１０１を動作させ、ロボット２００ｙは棚１００ｙの移送部１０１を動作させ、物品の入れ替えを行う。物品の入れ替えを行う上で、棚１００ｘと棚１００ｙとが物品入れ替えが可能な相対位置関係となれば良く、その相対位置関係となるようにロボット２００ｙが棚１００ｙを搬送しても良い。棚１００ｘの準備が完了次第、ロボット２００ｙはその旨を管理コンピュータ３００へと報告する。これにより、ロボット２００ｙの作業は終了となる。
ここで、上記の例においては棚１００一つに対して一台のロボット２００を割り当てることで、棚１００間の物品受け渡しを行う例を示したが、図１９に示すように、ロボット２００ｘが、棚１００ｘを棚１００ｙの隣へと搬送し、棚１００ｘと棚１００ｙとを電気的に接続させ、ロボット２００ｘが棚１００ｘの移送部１０１ｘと棚１００ｙの移送部１０１ｙとの両方を同時に制御することにより、ロボット２００一台のみで棚１００間の物品受け渡し及びタスク９０２ｘを実行できるように構成することも可能である
続いて、ロボット２００ｘは、棚１００ｘを作業エリア２０００へと搬送し、到着次第、管理コンピュータ３００にその旨を報告する(Ｓ１０２)。
棚１００ｘが作業エリア２０００に到着次第、作業員２０はその棚１００ｘに対し作業を行う(Ｓ１０３)。まず、管理コンピュータ３００は、ユーザインターフェース４００を介して、作業員２０に棚１００ｘに対する作業を指示する。作業員２０は、ユーザインターフェース４００の画面に表示される指示に基づき、棚１００ｘに対する作業を行い、作業完了の後、作業員２０は、ユーザインターフェース４００への入力により作業完了の旨を管理コンピュータ３００へと通知する。
棚１００ｘへの作業が終了次第、棚１００ｘを格納エリア１０００へと戻す(Ｓ１０４)。
まず、管理コンピュータ３００は、タスク９０２ｘにおける作業の完了を確認すると、ロボット２００ｘに移動再開を指示する。
すると、ロボット２００ｘは格納エリア１０００へと棚１００ｘを搬送し、指示された位置に棚１００ｘを設置する。設置完了次第、ロボット２００ｘは、管理コンピュータ３００にその旨を報告し、管理コンピュータ３００が了解すると、タスク９０２ｘは終了する。
また、ロボット２００は、充電が必要と判断した場合、管理コンピュータ３００にその旨を伝える。タスク９０２の遂行中に判断した場合は、設置完了報告と同時に伝える。すると、管理コンピュータ３００は、ロボット２００が充電ステーション５００へと向かう移動経路９０４を計画し、その移動経路９０４をロボット２００へと送信する。移動経路９０４を受信したロボット２００は、移動経路９０４に沿って移動し、充電ステーション５００に到着した後、充電ステーションと電気的に接続し、電源２０４の充電を行う。充電が完了すると、ロボット２００は、管理コンピュータ３００にその旨を伝え、管理コンピュータ３００からの指示を待つ。
ここで充電ステーション５００は、棚１００とは別途設けられる例を上記したが、これに限らず、任意の棚内部に充電用のバッテリを搭載するように構成することも可能である。
以下、図３〜１５を用いて本実施例の特徴を詳細に説明する。
図３は、本実施例における棚１００ａの構成図の例である。
左図が収納スペースに物品が無い状態、右図が収納スペースに物品がある状態を表している。どちらの図も説明の便宜上、上板を透明にして内部が透けるように描いているが、必ずしも透明である必要はない。
棚１００ａは、収納スペースが３段で、１段の収納スペースに対し２×２セットの移送部１０１ａを備えており、計１２セットの移送部１０１ａＡ〜１０１ａＬを備えている。このように移送部１０１を複数に分けることで、物品を個別に移動させることが可能となる。大型の物品を移動させる場合は複数の移送部１０１を同時に動作させれば良い。収納スペースの段、１段の収納スペースに対する移送部１０１のセット数はこれに限定されるものではない。
移送部１０１は棚間で物品を移す機構であるが、ローラコンベア、ベルトコンベア、物品を置く面を滑りの良いものとしてその面を傾ける機構、などのようにスライドさせる機構として実装することが望ましい。
これらの実装により、フォークやマニピュレータのように棚の収納スペースの外側に機構を取り付ける必要が無く、コンパクトな設備となることから、収納率やロボット２００の機動力を高く保つことが可能となる。
また、物品の出し入れ方向を２方向とするため、移送部１０１は搬送方向の反転を制御可能とする方が望ましく、物品の大きさや重さに応じて搬送速度を調節するため、搬送速度が可変であることが望ましい。
これらは、例えば、移送部１０１に供給する電力の電位の反転、電位差や電流量によって制御を可能とする方法が考えられる。電流量の調節はＰＷＭ制御(パルス幅変調制御)によって実現する方法が考えられる。
棚１００は、収納スペースに物品を保持することを可能とする。１セットの移送部１０１に対し小さい小型物品１２０については、１セットの移送部１０１と同程度の大きさのトレー１１０に入れて格納し、１つのトレー１１０に対し１セットの移送部１０１を割り当てている。１セットの移送部１０１と同程度の大きさの中型物品１３０については、そのまま１セットの移送部１０１を割り当てている。１セットの移送部１０１に対し大きい大型物品１３０については、複数セットの移送部１０１を割り当てる。
ロボット２００と電気的に接続する被接続部１０２については、ロボット２００が棚１００を積載する際に接触する、棚１００の移送部１０１の最下段よりも下方に設けられた被接触面１０３に設けられる。これにより、接触させなければならない面を他に設ける必要が無くなり、その分だけ構造上の制限を無くすことができる。
本実施例においては、ロボット２００が棚１００の下に潜り込み、棚１００の底面を持ち上げることで棚１００を保持することから、棚１００の底面を被接触面１０３としているが、その限りではない。ただし、棚１００の底面を被接触面１０３として被接続部１０２を設けることにより、ロボット２００の機動力を損なうことなく接続が可能となる。
例えば、ロボット２００の側面に対し接続することを考える場合は、棚１００の足間に板を取り付ける必要が発生し、その板のある方向についてロボットは通り抜けができなくなるが、本実施例の構成ではロボット２００の機動力は失われない。
図４は、本実施例における棚１００の被接触面１０３の構成図の例である。被接触面１０３は、移送部１０１のセット数分×２の被接続部１０２を備え、本実施例では２４個の被接続部１０２を備える。被接続部１０２は電気を通す金属面であり、移送部１０１と電気的に繋がっている。被接続部１０２と移送部１０１とを繋ぐケーブルは棚１００を構成するフレームの内部に収納される。
被接続部１０２は、ロボット２００との接続の際のロボット２００の移動制御誤差を許容可能とするため、ロボット２００の移動制御誤差の平均値よりも大きいサイズとすることが望ましい。
図４に示す被接触面１０３上の被接続部１０２の配置は一例であり、この限りではない。ただし、図４に示すように、上下左右どの方向から見ても被接続部１０２の配置が同じとすることが望ましい。ロボット２００の接続部２０２の配置についても同様に前後左右どの方向から見ても同じとすることにより、棚１００に対しロボット２００が前後左右どの方向から潜り込んだとしても、全ての被接続部１０２に対応する接続部２０２を過不足無く割り当てることが可能となる。これにより、被接続部１０２、接続部２０２の個数を最小限にしつつ、棚１００に対するロボット２００のアクセス方向が前後左右どの方向であったとしても、棚１００の下でロボット２００がその場旋回による姿勢制御を行うことなく、棚１００の任意の移送部１０１を制御することが可能となる。
図３に示す被接続部１０２に記されている大文字のアルファベットは、図３に示す移送部１０１のものと対応している。同一の大文字のアルファベットを持つ被接続部１０２において、小文字のアルファベットａが記されている被接続部１０２ａとアルファベットｂが記されている被接続部１０２ｂとの間に電位差を与えると、対応する移送部１０１に電流が流れる。
図４に示す被接触面１０３の右上の角が、図３に示す棚１００の中の移送部１０１Ａ、１０１Ｅ、１０１Ｉが設置されている方向の角に対応している。
本実施例では、図３の移送部１０１Ａから移送部１０１Ｃに向かう方向に物品が移動する方向を正方向とする。移送部１０１が移動方向の反転を制御可能とする場合、例えば、被接続部１０２ａの方が被接続部１０２ｂより電位が大きいときに移送部１０１は正方向に物品を移動させるように動作し、被接続部１０２ａ、１０２ｂ間の電位が逆転しているときに移送部１０１は逆方向に物品を移動させるように動作するようにすれば良い。また、移送部１０１の搬送速度を可変とする場合、例えば、被接続部１０２ａ、１０２ｂ間の電位差や電流量の絶対値が大きさに応じて搬送速度を変えられるようにすれば良い。
ロボット２００は、棚１００に対し、４方向から潜り込むことが考えられる。どの方向から潜り込んだ場合においても、棚１００の移送部１０１を適切に制御可能とするため、４方向に対し対称的に被接続部１０２を配置することが望ましい。
さらに、ロボット２００側の接続部２０２についても、４方向に対し対象的に配置することにより、ロボット２００がどの方向から棚１００へと潜り込んだとしても、ロボット２００は、その場旋回を行うこと無く、そのままの姿勢にて、各被接続部１０２に接続可能な接続部２０２が存在する状況を作ることができる。すると、ロボット２００は棚１００に対しどの方向を向いているかを把握しているため、どの接続部２０２に電流を流せばどの移送部１０１を操作可能なのかを把握することができ、棚１００の移送部１０１を適切に制御することができる。
また、ロボット２００が棚１００を積載する際に、積載する棚１００の棚ＩＤ９０６を確認可能とする仕組みがあると、ロボット２００が管理コンピュータ３００から指示された通りの棚１００を積載しているかを認識し、指示通りでない場合にロボット２００は管理コンピュータ３００に対しアラームを報告することが可能となる。
また、ロボット２００が棚１００との相対位置姿勢関係を認識可能とする仕組みがあると、ロボット２００の接続部２０２と棚１００の被接続部１０２とが接続可能な状態にあるか否かを確認し、接続負荷の状態にあることが確認された場合、ロボット２００は自身の位置を微修正することが可能となる。この仕組みを実現するため、本実施例の棚１００は、棚底に棚底マーカ１０４を備える。棚底マーカ１０４は、２次元バーコードなどとして実装される。
ここで、棚１００は、高さ的に１段分の収納スペースには収まらない大きな大型物品１４０も格納可能とするため、複数の移送部１０１とそれらを支える部材を取り外せる機構となっていることが望ましい。
さらに、残った移送部１０１については、棚１００ａと同様に制御可能とすることが望ましい。一例として、図３の棚１００ａにおける移送部１０１Ｅ〜１０１Ｈを取り外した棚１００ｂの構成図の例を、図５に示す。左図が収納スペースに物品が無い状態、右図が収納スペースに物品がある状態を表しており、どちらの図も上板を透明にして内部が透けるように描いている。このように、搬送ロボットシステム１０ａには、通常の棚１００ａに加え、大型物品１４０ＡＨのような１段分の収納スペースに収まらない物品を格納するための棚１００ｂなど、複数種類の棚１００が存在していても良い。
図６は、本実施例におけるロボット２００の構成図の例であり、左図がロボット２００の外見図で、右図がロボット２００を正面からロボット進行方向２５０の逆方向に見た内部構造である。本実施例では、ロボット２００の動作を制御する制御部２１１を、ロボットメインコンピュータ２０６と接続部給電制御コントローラ２０５とに分けて実装しているが、これらを一つのデバイスとして実装しても良い。
本実施例におけるロボット２００は、棚１００の下に潜り込み、荷役部２０１を動作させることで、棚１００を持ち上げる。荷役部２０１は、ロボット２００の上部に位置し、棚１００を持ち上げるように動作する機構であり、モータ、モータ制御コントローラ、回転移動を鉛直上下方向移動に変換するギアとシャフト、モータを制御するコントローラ、上板によって構成される。
荷役部２０１は、電源２０４及びロボットメインコンピュータ２０６と繋がっており、ロボットメインコンピュータ２０６からの指令に基づき、自身のモータを制御し、上板を上下させる。上板以外の各構成機器は複数存在しても構わないが、上板を水平に保つため、複数のモータには同期をとりながら同一の動きをさせることが好ましい。
ロボット２００が棚１００を持ち上げる際、まず、ロボットメインコンピュータ２０６は駆動部２０３を制御し、ロボット２００を棚１００の下に潜り込ませる。この状態で、ロボットメインコンピュータ２０６は、荷役部２０１にモータを制御し上板を上昇させるように指示を出す。荷役部２０１は、指示通りに上板を徐々に押し上げていく。すると、荷役部２０１の上板の表面は、棚１００の底である被接触面１０３の高さに到達し、接触する。荷役部２０１の上板の表面は、棚１００の被接触面１０３と接触することから、接触面２０７と呼ぶこととする。さらに、荷役部２０１の上板を上昇させていくと、棚１００の足が地面から離れ、棚１００は持ち上がった状態となる。つまり、ロボット２００は荷役部２０１を用いて棚１００を積載している状態となる。
ロボット２００が棚１００を持っている状態から棚１００を設置する際、まず、ロボットメインコンピュータ２０６は駆動部２０３を制御し、棚１００を設置すべき位置までロボット２００を移動させる。その位置に達した後、ロボットメインコンピュータ２０６は、荷役部２０１にモータを制御し上板を下降させるように指示を出す。荷役部２０１は、指示通りに上板を徐々に下降させていくと、同時に棚１００も下降していく。やがて、棚１００の足が地面に到達し、接触する。さらに、荷役部２０１の上板を下降させていくと、ロボット２００の接触面２０７と棚１００の被接触面１０３とが離れ、棚１００の設置が完了する。
また、荷役部２０１の上板には、棚１００の被接続部１０２と電気的に接続する接続部２０２が複数取り付けられている。
本実施例では、棚１００の被接続部１０２の個数と同様に２４個の接続部２０２a〜２０２ｘが取り付けられている。接続部２０２は、ケーブルを介して接続部給電制御コントローラ２０５と繋がっている。また、荷役部２０１の上板には、充電ステーション５００の充電用被接続端子５０１と電気的に接続する充電用接続端子２０８が複数取り付けられている。本実施例では、４個の充電用接続端子２０８が取り付けられており、これらはケーブルを介して電源２０４と繋がっている。
このように、荷役の際に接触と同時に棚１００あるいは充電ステーション５００と電気的に接続される構造とすると、他に接触する部位を設ける必要が無くなり、その分だけ構造上の制約を無くすことができる。また、棚１００の下に潜り込むロボット２００においては、その機動力を損なうことが無くなる。また、ロボット２００と棚１００との接続方法と、充電ステーション５００との接続方法を統一することで、搬送ロボットシステム１０ａの実装を単純化することができる。
本実施例におけるロボット２００は、駆動部２０３を動作させることで、自身を移動させる。駆動部２０３は、モータ、モータ制御コントローラ、車輪などによって構成される。さらには、車輪の回転を計測するロータリエンコーダを搭載していても良い。
ロボット２００の２次元的な移動を実現するためには、独立して動作する２つのモータと３つの車輪が最低限必要となる。例えば、ロボット２００の左右に一つずつ車輪を取り付け、それらを独立に制御するためのモータ及びモータ制御コントローラを搭載し、さらに１つのキャスターを取り付けることが考えられる。すると、ロボット２００は、左右の車輪の回転速度を同じにすると直進し、左右の車輪の回転方向を逆転させるとその場で旋回する。駆動部２０３は、電源２０４及びロボットメインコンピュータ２０６と繋がっており、ロボットメインコンピュータ２０６からの指令に基づき、自身のモータを制御し、ロボット２００を移動させる。
電源２０４はバッテリとして実装される。ロボット２００の荷役部２０１、駆動部２０３、接続部給電制御コントローラ２０５、ロボットメインコンピュータ２０６、棚認識用センサ２０９、自己位置認識用センサ２１０に電力を供給する。本実施例では、棚認識用センサ２０９と自己位置認識用センサ２１０については、ロボットメインコンピュータ２０６を介して間接的に電力を供給しているが、各機器に対する電力の供給を直接的とするか間接的とするかについては、その機器の実装に基づき決めて良い。
また、電源２０４は、ロボット２００が棚１００の移送部１０１を動作させる際には、接続部給電制御コントローラ２０５、接続部２０２、棚１００の被接続部１０２を介して、棚１００の移送部１０１へと電力を供給する。さらに、電源２０４は、荷役部２０１の上板に取り付けられている充電用接続端子２０８ともケーブルを介して繋がっている。充電用接続端子２０８は、充電ステーション５００の充電用被接続端子５０１と接続することを想定して設けられており、充電ステーション５００は、接続用被接続端子５０１を介して、ロボット２００の充電用接続端子２０８間に電位差を与えることで、ロボット２００の電源２０４を充電することができる。図５に示したロボット２００は、電源２０４を２個搭載しているが、その個数に制限は無い。
本実施例におけるロボット２００は、接続部給電制御コントローラ２０５を動作させることで、棚１００の移送部１０１を制御する。接続部給電制御コントローラ２０５は、接続部２０２、電源２０４、ロボットメインコンピュータ２０６と繋がっており、ロボットメインコンピュータ２０６からの指示に基づき、電源２０４を用いて各接続部２０２の電位を割り当てる。接続部２０２と棚１００の被接続部１０２が接続し、接続部給電制御コントローラ２０５が各接続部１０２に電位を割り当てることで、移送部１０１に対応する被接続部１０２ａ、１０２ｂ間に電位差が生じると、移送部１０１が動作する。図５に示したロボット２００は、接続部給電制御コントローラ２０５を２個搭載し、担当する接続部２０２を分けているが、接続部給電制御コントローラ２０５の個数に制限は無い。
ロボットメインコンピュータ２０６は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、外部記憶媒体、無線通信機能の組み合わせとして実装される。外部記憶媒体はＨＤＤやフラッシュメモリなど、無線通信機能は無線ＬＡＮなどとして実装される。ロボットメインコンピュータ２０６は、電源２０４からの電力の供給を受け、ロボット２００内部の他の機器、つまり、荷役部２０１、駆動部２０３、接続部給電制御コントローラ２０５、棚認識用センサ２０９、自己位置認識用センサ２１０を制御する。また、ロボットメインコンピュータ２０６は、無線通信機能により、管理コンピュータ３００と通信し、動作指令を受信し、動作状況報告を行う。さらに、他のロボット２００と共同で棚１００間の物品移し替えを行う際は、無線通信機能を用いて他のロボット２００と通信し、お互いの状況を報告し合う。
ロボットメインコンピュータ２０６は、管理コンピュータ３００から受信した移動経路９０４に沿った移動を行うため、自己位置認識用センサ２１０が取得した計測結果に基づき自身の位置姿勢を算出し、自身の位置姿勢の算出結果と移動経路９０４に基づきロボット２００の姿勢と目標となる移動方向との差分を算出し、差分の算出結果に基づき駆動部２０３の直近の動作パラメータを決定する。
ここで、駆動部２０３の構成要素であるロータリエンコーダの計測結果を取得し、自己位置認識あるいは動作パラメータの決定に利用しても良い。また、搬送あるいは移送部１０１作動の対象となる棚１００の棚ＩＤ９０６の確認、棚１００との相対位置姿勢ずれの確認を行うため、棚認識用センサ２０９が取得した計測結果に基づき、棚１００の棚底マーカ１０４を読み取り、棚１００の棚ＩＤ９０６を認識し、ロボット２００と棚１００との相対位置姿勢ずれを算出する。
棚認識用センサ２０９は、ロボット２００が棚１００の下に潜り込んだ際に、棚１００の棚底マーカ１０４を計測するために、鉛直上方向を計測可能なように搭載される。その機器は、棚底マーカ１０４の特徴に合わせて選定される。例えば、棚底マーカ１０４が２次元バーコードであれば、棚認識用センサ２０９は、グレーカメラ、カラーカメラなどとして実装される。棚認識用センサ２０９は、ロボットメインコンピュータ２０６と繋がり、ロボットメインコンピュータ２０６からの指令に基づき、計測を行い、計測結果をロボットメインコンピュータ２０６へと送信する。
自己位置認識用センサ２１０は、ロボット２００が移動経路９０４に沿って移動する際に、自身の位置を認識し、移動経路９０４からのずれを把握して駆動部２０３へと送信する制御パラメータを算出するために搭載される。その機器は、自己位置認識方法に合わせて選定される。
例えば、床面３０００に対し格子状に２次元バーコードなどの床面マーカ３００１を貼付し、その床面マーカ３００１を読み取ることで自身の位置と姿勢を認識する方法を採用するのであれば、自己位置認識用センサ２１０は、床面３０００方向に向けて取り付けられたグレーカメラ、カラーカメラなどとして実装される。
また、空間全体の形状地図を教示し、ロボット２００が計測する空間内の部分形状が形状地図のどこに当てはまるかを算出することで自身の位置と姿勢を認識する方法を採用するのであれば、自己位置認識用センサ２１０は水平面上の障害物を計測するように取り付けられたレーザ距離センサやソナーなどとして実装される。自己位置推定用センサ２１０は複数取り付けられていても良く、それらの種類は異なっていても良い。
棚認識用センサ２１０は、ロボットメインコンピュータ２０６と繋がり、ロボットメインコンピュータ２０６からの指令に基づき、計測を行い、計測結果をロボットメインコンピュータ２０６へと送信する。
本実施例では、ロボット２００の動作を制御する２１１をロボットメインコンピュータ２０６と、接続部への給電を制御する接続部給電制御コントローラ２０５とに分けて示したが、他の実施例の記載を含めこれに限らず、これらを一体にした制御部２１１を設けても良いことは云うまでもない。
図７は、本実施例におけるロボット２００の接触面２０７の構成図の例である。接触面２０７は、棚１００の被接続部１０２の個数と同個数分の接続部２０２を備え、本実施例では２４個の接続部２０２を備える。接続部２０２は電気を通す金属性のばねであり、接続部給電制御コントローラ２０５と電気的に繋がっている。接続部２０２は、棚１００との接続の際のロボット２００の移動制御誤差を許容可能とするため、被接続部１０２からはみ出すことが無いよう、なるべく細く実装することが望ましい。充電用接触端子２０８については、２個以上を必要とし、本実施例では４個設けている。これも、接続部２０２と同様の金属製のばねとして実装され、電源２０４と電気的に繋がっている。
図８は、棚１００の被接続部１０２とロボット２００の接続部２０２との接続の様子を表す模式図の例であり、左図が接続前、右図が接続後を表している。ロボット２００が棚１００の下に潜り込み、ロボット２００が荷役部２０１を動作させて上板を上げていくと、まず、接続部２０２の先端が被接続部１０２の表面に接触し、電気的に接続される。さらに上板を上げていくと、接続部２０２のばねが縮み、その後、棚１００の被接触面１０３とロボットの接触面２０７とが接触する。このような構成にすると、被接続部１０２及び接続部２０２にかかる荷重は、接続部２０２のばねが縮んだ分の復元力のみであり、棚１００の重量分の荷重を受ける部位は被接触面１０３及び接触面２０７となる。また、充電ステーション５００の充電用被接続端子５０１とロボット２００の充電用接触端子２０８は、棚１００の被接続部１０２とロボット２００の接続部２０２と同様のものとすれば良い。
これから、図２に示した棚１００ｘの準備(Ｓ１０１)について詳述する。図９は、本実施例における棚１００ｘを準備する様子を表す模式図の例であり、図１０はそのときのロボット２００ｘ、２００ｙの動作を表すフローチャートの例である。図９、図１０はあくまで実施例における棚１００ｘの準備(Ｓ１０１)の１シーンであり、本発明の構成によれば、このシーン以外にも様々なシーンで棚間の物品受け渡しが可能となる。ここで、本シーンでは、棚１００の下段の収納スペース同士での物品受け渡しを行う。そのため、図９に示した棚１００は、上段の収納スペース、中段の収納スペースの描画を省略している。
また、本例においては棚１００一つに対して一台のロボット２００を割り当てることで、棚１００間の物品受け渡しを行う例を示したが、図１９に示すように、ロボット２００ｘが、棚１００ｘを棚１００ｙの隣へと搬送し、棚１００ｘと棚１００ｙとを電気的に接続させ、ロボット２００ｘが棚１００ｘの移送部１０１ｘと棚１００ｙの移送部１０１ｙとの両方を同時に制御することにより、ロボット２００一台のみで棚１００間の物品受け渡し及びタスク９０２ｘを実行できるように構成することも可能である。
この場合には、一例として棚１００ｘ、棚１００ｙとが電気的に接続できるように、夫々の側面の枠体に棚間被接続部１０５、棚間接続部１０６を設けることとして、棚１００ｘと棚１００ｙとをロボット２００ｘの指示によって移送部１０１の動作を制御できるようにする。またその際、棚１００ｘもしくは１００ｙの被接触面１０３には、２つの棚１００の移送部１０１それぞれの動作を制御するための被接続部１０２を設けることが好ましく、ロボット２００ｘの接触面２０７にも棚１００の被接続部１０２に対応する接続部２０２を設けることが望ましい。
しかし、搬送対象である棚１００ｘから、搬送を要しない物品を棚１００ｙに荷物を積み降ろす場合には、棚１００ｘの移送部１０１を稼動させることのみで、棚１００ｙに対して不要物品／必要物品を受け渡すことも可能である。
これにより、搬送ロボット２００ｘの一台のみで、積み荷、積み下ろし作業が行えるため、作業過多の場合などに、一台のみでの搬送作業を指示することが可能となるため、少ない台数でより多くの搬送作業を実現することが可能となる。
図９のシーンにおいて、棚１００ｙは壁面３００２付近に設置されており、棚１００ｙを移動させない場合は壁面３００２のある面に棚１００ｘを設置して物品受け渡しを行うことはできない。棚１００ｘ、棚１００ｙは共に図３で示した棚１００ａと同種であり、各移送部１０１については、図３のアルファベットａをｙあるいはｘへと置き換えて表記することとする。図９の棚１００ｘと棚１００ｙの向きは、図３の棚１００ａと同一方向となっている。
図９で示したロボット２００ｘ、２００ｙは、管理コンピュータ３００より、棚１００ｙに収納されている中型物品１３０ｃを棚１００ｘに収納し、棚１００ｘに収納されている中型物品１３０ａを棚１００ｙに収納することで、棚１００ｘを準備するように指示される。これはタスク９０２の一部であり、ロボット２００ｘ、２００ｙに対する移動経路９０４ｘ、９０４ｙ、棚１００ｘ、１００ｙの積載と設置のタイミング、棚１００ｘ、１００ｙの移送部１０１ｘ、１０１ｙの制御手順及びタイミングなどが既に管理コンピュータ３００により計画されており(図２Ｓ１００)、その計画指示の通りにロボット２００ｘ、２００ｙが動作することで、棚１００ｘの準備(Ｓ１０１)も実現される。
図９のシーンは、中型物品１３０ｃが壁面３００２と中型物品１３０ｂとに挟まれている状態から、棚１００ｘの最下段の収納スペースには中型物品１３０ｃのみが収納されている状態とすることが、タスク９０２の一部となっている。これを実現する方法としては、棚１００ｙが壁面３００２から離れるように棚１００ｙを搬送する方法や、中型物品１３０ｂを棚１００ｘに一旦移し、目的の中型物品１３０ｃも棚１００ｘに移した後、もう一度棚１００ｙに中型物品１３０ｂを戻す方法などが考えられる。
図９、図１０は、本実施例として後者の方法を選択した一例を示す。
まず、ロボット２００ｘ、２００ｙはそれぞれ指示された移動経路９０４ｘａ、９０４ｙａに沿って棚１００ｘ、１００ｙの位置まで移動する(図９(ａ)、図１０Ｓ２００、Ｓ３００)。ロボット２００ｘ、２００ｙは、それぞれ棚１００ｘ、１００ｙの位置まで辿り着く、つまり、棚１００ｘ、１００ｙに潜り込むと、それぞれの荷役部２０１ｘ、２０１ｙを動作させ、棚１００ｘ、１００ｙを積載する(図９(ｂ)、(ｃ)、図１０Ｓ２０１、Ｓ３０１)。その後、ロボット２００ｘは、指示された移動経路９０４ｘｂに基づき、棚１００ｘと棚１００ｙとの物品受け渡しが可能となる位置まで棚１００ｘを搬送する(図９(ｃ)、図１０Ｓ２０２)。この例では、ロボット２００ｙが棚１００ｙを搬送することは無いが、ロボット２００ｘが棚を積載した状態であることから、高さを合わせるためにロボット２００ｙも棚１００ｙを積載する。
その後、ロボット２００ｘ、２００ｙは、棚１００ｙに格納されており作業エリアに搬送すべき物品を棚１００ｙから棚１００ｘに移動させ、棚１００ｘに格納されており作業エリア２０００に搬送すべきでない物品を棚１００ｘから棚１００ｙへ移動させる(図１０Ｓ２０３〜Ｓ２０５、Ｓ３０２〜Ｓ３０４)。本実施例では、棚１００ｙに格納されている中型物品１０３ｃを棚１００ｘに移動させ、棚１００ｘに格納されている中型物品１３０ａを棚１００ｙへと移動させる作業を例にとり、ロボット２００ｘ、２００ｙの動作を詳細に説明する。
まず、中型物品１３０ａを棚１００ｘから棚１００ｙへと移動させ、中型物品１３０ｂを棚１００ｙから棚１００ｘへと一時的に移動させる(図９(ｄ)、図１０Ｓ２０３、Ｓ３０２)。中型物品１３０ｂを移動させる理由は、上述の通り、移送部１０１ｙＢに格納されている中型物品１３０ｃを棚１００ｘへと移動させるためには、移送部１０１ｙＤを経由する必要があり、移送部１０１ｙＤに格納されている中型物品１３０ｂが中型物品１３０ｃの移動の妨げとなっているためである。
ロボット２００ｘは、自身が棚１００ｘの移送部１０１ｘを制御する準備が整った後、ロボットメインコンピュータ２０６ｘ内の無線通信機能を用いてロボット２００ｙへ準備完了のメッセージを送信する。そのメッセージを受け取ったロボット２００ｙも同じく、自身も棚１００ｙの移送部１０１ｙを制御する準備が整った後、無線通信機能を用いてロボット２００ｘへ準備完了のメッセージを送信する。ロボット２００ｘはそのメッセージを受信し、ロボット２００ｙの準備完了を知る。
ロボット２００ｘは上記メッセージを受信した時点で、ロボット２００ｙは上記メッセージを送信した時点で、移送部１０１ｘ、１０１ｙの制御を開始する。移送部１０１ｘ、１０１ｙを利用した棚１００ｘ、棚１００ｙ間の物品受け渡しには、ロボット２００ｘ、２００ｙ間で移送部１０１ｘ、１０１ｙ制御の同期をとる必要があるが、メッセージの送受信がその役割を担う。ロボット２００ｘ、２００ｙ間の距離は近接しており、無線通信の遅延は無視できる。
ロボット２００が棚１００の移送部１０１を制御する上で、棚１００との相対向きに応じて、どの接続部２０２に対し電位を与えるのかが変わる。本実施例では、管理コンピュータ３００は、ロボット２００の動作を計画する際に、棚１００の向きを考慮に入れ、どの接続部２０２に電位を与えるかまで計画し、ロボット２００への動作指令にその情報を加えることとする。他の方法として、管理コンピュータ３００が棚１００の向きを知りえない場合においては、ロボット２００が、棚認識用センサ２０９を用いて棚１００の姿勢を認識し、電位を与える接続部２０２を決定しても良い。
また、予め、移送部１０１の１セット分(棚１００の半個分、半マス分)の物品移動に要する時間を計測しておき、ロボット２００は、ロボットメインコンピュータ２０６の外部記憶媒体に、その時間をパラメータとして記憶させておき、移送部１０１の動作時間として用いる。
ロボット２００ｘは、接続部給電制御コントローラ２０５ｘを用いて接続部２０２ｘに適切に電位を与え、棚１００ｘの移送部１０１ｘＢを正方向に、移送部１０１ｘＡ、１０１ｘＣを逆方向に、移送部１０１の１セット分だけ動作させる。図９(ｄ)の場合において、移送部１０１ｘＢを正方向に動作させるために、接続部２０２ｘｇ、２０２ｘｈ間で接続部２０２ｘｇの電位が高くなるようにし、移送部１０１ｘＡを逆方向に動作させるために、接続部２０２ｘａ、２０２ｘｂ間で接続部２０２ｘｂの電位が高くなるようにし、移送部１０１ｘＣを逆方向に動作させるために、接続部２０２ｘｍ、２０２ｘｎ間で接続部２０２ｘｎの電位が高くなるようにする。
同時に、ロボット２００ｙは、接続部給電制御コントローラ２０５ｙを用いて接続部２０２ｙに適切に電位を与え、棚１００ｙの移送部１０１ｙＢ、１０１ｙＤを正方向に、移送部１０１の１セット分だけ動作させる。図９(ｄ)の場合において、移送部１０１ｙＢを正方向に動作させるために、接続部２０２ｙｇ、２０２ｙｈ間で接続部２０２ｙｇの電位が高くなるようにし、移送部１０１ｙＤを正方向に動作させるために、接続部２０２ｙｓ、接続部２０２ｙｔ間で接続部２０２ｙｓの電位が高くなるようにする。
この結果、中型物品１３０ａが棚１００ｘの移送部１０１ｘＣから移送部１０１ｘＡへ、中型物品１３０ｂが棚１００ｙの移送部１０１ｙＤから棚１００ｘの移送部１０１ｘＢへ、中型物品１３０ｃが棚１００ｙの移送部１０１ｙＢから移送部１０１ｙＤへとそれぞれ移動する。
さらに、ロボット２００ｘは、接続部給電制御コントローラ２０５ｘを用いて、移送部１０１ｘＡを逆方向に、移送部１０１の１セット分だけ動作させ、ロボット２００ｙは、接続部給電制御コントローラ２０５ｙを用いて、移送部１０１ｙＣを逆方向に、移送部１０１の１セット分だけ動作させる。ロボット２００ｘにおいて、接続部２０２ｘａ、２０２ｘｂ間で接続部２０２ｘｂの電位が高くなるようにし、ロボット２００ｙにおいて、接続部２０２ｙｍ、２０２ｙｎ間で接続部２０２ｙｎの電位が高くなるようにする。この結果、中型物品１３０ａが棚１００ｘの移送部１０１ｘＡから棚１００ｙの移送部１０１ｙＣへと移動する。
続いて、中型物品１３０ｃを棚１００ｙから棚１００ｘへと移動させる(図９(ｅ)、(ｆ)、図１０Ｓ２０４、Ｓ３０３)。
まず、棚１００ｘの位置を半マス分ずらし、棚１００ｙの移送部１０１ｙＬと棚１００ｘの移送部１０１ｘＩとが接するように、ロボット２００ｘは指示された移動経路９０４ｘｃに沿って棚１００ｘを搬送する(図９(ｅ))。
ロボット２００ｘの移動が完了次第、移送部１０１ｘＡ、１０１ｙＤを動作させ、中型物品１３０ｃを移動させる(図９(ｆ))。このとき、図１０Ｓ２０３、Ｓ３０２の場合と同様に、お互いに準備完了のメッセージを送受信し合う。これによりタイミングを合わせ、ロボット２００ｘは、接続部給電制御コントローラ２０５ｘを用いて、移送部１０１ｘＡを正方向に、移送部１０１の１セット分だけ動作させ、ロボット２００ｙは、接続部給電制御コントローラ２０５ｙを用いて、移送部１０１ｙＤを正方向に、移送部１０１の１セット分だけ動作させる。ロボット２００ｘにおいて、接続部２０２ｘａ、２０２ｘｂ間で接続部２０２ｘａの電位が高くなるようにし、ロボット２００ｙにおいて、接続部２０２ｙｓ、２０２ｙｔ間で接続部２０２ｙｓの電位が高くなるようにする。この結果、中型物品１３０ｃが棚１００ｙの移送部１０１ｙＤから棚１００ｘの移送部１０１ｘＡへと移動する。
最後に、一時的に棚１００ｘへと預けていた中型物品１３０ｂを棚１００ｙへと戻す(図９(ｇ)、(ｈ)、図１０Ｓ２０５、Ｓ３０４)。
まず、棚１００ｘの位置を１マス分ずらし、棚１００ｙの移送部１０１ｙＣと棚１００ｘの移送部１０１ｘＢとが接するように、ロボット２００ｘは指示された移動経路９０４ｘｄに沿って棚１００ｘを搬送する(図９(ｇ))。
ロボット２００ｘの移動が完了次第、図１０Ｓ２０３、Ｓ３０２の場合と同様に、お互いに準備完了のメッセージを送受信し合う。これによりタイミングを合わせ、ロボット２００ｘは、接続部給電制御コントローラ２０５ｘを用いて、移送部１０１ｘＢを逆方向に、移送部１０１の１セット分だけ動作させ、ロボット２００ｙは、接続部給電制御コントローラ２０５ｙを用いて、移送部１０１ｙＡ、１０１ｙＣを逆方向に、移送部１０１の１セット分だけ動作させる(図９(ｈ))。ロボット２００ｘにおいて、接続部２０２ｘｇ、２０２ｘｈ間で接続部２０２ｘｈの電位が高くなるようにし、ロボット２００ｙにおいて、接続部２０２ｙａ、２０２ｙｂ間で接続部２０２ｙｂの電位が、接続部２０２ｙｍ、２０２ｙｎ間で接続部２０２ｙｎの電位がそれぞれ高くなるようにする。この結果、中型物品１３０ａが棚１００ｙの移送部１０１ｙＣから移送部１０１ｙＡへ、中型物品１３０ｂが棚１００ｘの移送部１０１ｘＢから棚１００ｙの移送部１０１ｙＣへとそれぞれ移動する。
この一連の動作の結果、中型物品１３０ｃを棚１００ｘに収納し、中型物品１３０ａ、１３０ｂを棚１００ｙに収納することができる。最後に、ロボット２００ｙは荷役部２０１ｙを動作させ棚１００ｙを設置し(図９(ｉ)、図１０Ｓ３０５)、終了となる。
このように、本実施例で示す搬送ロボットシステム１０ａは、棚１００間での物品の入れ替えをロボット２００に実施させることができる。
図１１は、本実施例における管理コンピュータ３００が把握している棚１００に関する棚情報９０５の構成図の例である。棚情報９０５は、棚ＩＤ９０６、棚種別ＩＤ９１７、棚状態９０７からなる。棚ＩＤ９０６は棚１００を識別する番号であり、棚種別ＩＤ９１７は棚の種類が複数ある場合にそれらを識別する番号である。
本実施例においては、図３で示した棚１００ａと図５で示した棚１００ｂとは、本質的な差が無いことから、区別せずに同一の棚種別ＩＤ９１７を与えることとする。棚状態９０７は、棚Ｘ座標９０８、棚Ｙ座標９０９、棚Ｚ座標９１０、棚Θ座標９１１、移送部１０１格納状態９１２Ａ〜９１２Ｌを含む。移送部１０１格納状態９１２は、棚１００が移送部１０１を搭載可能な個数分用意され、本実施例では１２個となる。
棚Ｘ座標９０８と棚Ｙ座標９０９は２次元平面空間上における棚１００の位置であり、棚Θ座標９１１は同一平面上での棚１００の向きである。また、棚Ｚ座標９１０は鉛直方向の座標であり、棚の足が床面３０００に接している状態を基準とした高さを表す。
移送部１０１格納状態９１２は、その移送部１０１の存在有無、格納している物品種類、物品個数を表す。図３右側に示す棚１００ａを例にとって説明する。移送部１０１ａＪ格納状態９１２ａＪは“有、中型物品１３０Ｊ、１個”となる。
トレー１２０Ｈに入っている小型物品１２０Ｈの個数が２０個であれば、移送部１０１ａＨ格納状態９１２ａＨは“有、小型物品１２０Ｈ、２０個”となる。
また、移送部１０１ａＩには何も格納されていない。その場合、移送部１０１ａＩ格納状態９１２ａＩは“有、物品無し、０個”となる。
大型物品１４０を複数の移送部１０１を用いて格納している場合、どれか１つの移送部１０１を主として物品種類とその個数を入力し、その他には主となる移送部１０１を入力する。つまり、大型物品１４０ＡＢを格納している移送部１０１ａＡ、１０１ａＢについて、移送部１０１ａＡ格納状態９１０ａＡは“有、大型物品１４０ＡＢ、１個”、移送部１０１ａＢ格納状態９１２ａＢは“有、移送部１０１ａＡ、０個”と入力する。
図５に示す棚１００ｂにおいて、中段の移送部１０１ｂＥ〜１０１ｂＨは外れた状態になっている。すると、移送部１０１ｂ格納状態９１２ｂＥ〜９１２ｂＨの存在有無には無が入力される。図５左側において、移送部１０１ｂ格納状態９１２ｂＥ〜９１２ｂＨは“無、物品無し、０個”と入力する。ここで、図５右側において、中段の移送部１０１ｂＥ〜１０１ｂＨを開けておかなければ、大型物品１４０ＡＨは格納できない。この場合、中段の移送部１０１ｂＥ〜１０１ｂＨも大型物品１４０ＡＨの搬送を担っていると考える。
そのため、移送部１０１ｂ格納状態９１２ｂＥ〜９１２ｂＨは“無、移送部１０１ｂＡ、０個”と入力する。このように記述しておくと、図５右側の棚１００ｂから大型物品１４０ＡＨを別の棚１００に移動したい場合、棚１００ｂの棚状態９０７ｂを確認すれば、大型物品１４０ＡＨを格納するのに必要な収納スペースの大きさを判断することができる。
図１２は、本実施例における管理コンピュータ３００に入力するオーダ９００の構成図の例である。オーダ９００は、入出庫フラグ９１３と物品種類数分の作業物品情報９１４で構成される。図１２における作業物品情報９１３の個数は３であるが、その限りではない。入出庫フラグ９１３は入庫か出庫かどちらかを指定するフラグであり、作業物品情報９１４は入庫あるいは出庫する物品種類と物品個数で構成される。このオーダ９００を複数集めたものがオーダリスト９０１となる。
図１３は、本実施例における管理コンピュータ３００が幾つかのオーダ９００を遂行するために作成するタスク９０２の構成図の例である。タスク９０２は、関係する棚１００の個数分の棚状態遷移情報９１５によって構成される。図１３は、棚１００ｘ、棚１００ｙが関係する場合のタスク９０２を示しているが、関係する棚１００の個数はこの限りではない。
図１４は、本実施例における棚１００状態遷移情報９１５の構成図の例である。棚１００状態遷移情報９１５には、棚ＩＤ９０６、棚種別ＩＤ９１７、棚状態９０７、同期制御棚ＩＤ９１６が含まれる。棚状態９０７と同期制御棚ＩＤ９１６は複数個含まれ、棚状態９０７の個数は同期制御棚ＩＤ９１６の個数よりも１つ多くなる。図１４は、棚状態９０７の個数が７となる例を示しているが、その限りではない。
棚１００状態遷移情報９１５には、棚１００の棚状態９０７がどのように移り変わっていくかを記述したものであり、棚１００の位置(９０８〜９１０)と向き(９１１)、移送部１０１が格納している物品(９１２)が移り変わる回数分、棚状態９０７が含まれる。棚１００のタスク９０２開始時の棚状態９０７ａは必ず記述される。棚１００の移動については、座標の線形変化の組合せで表現することとし、その節々の棚状態９０７が入力される。例えば、棚１００が、１回目の並進移動、その場旋回、２回目の並進移動の一連の移動を行う場合、開始時の棚状態９０７ａ、１回目の並進移動後の棚状態９０７ｂ、その場回転後の棚状態９０７ｃ、２回目の並進移動後の棚状態９０７ｄの計４つの棚状態９０７ａ〜９０７ｄが記載される。
ここで、棚１００ｘ、１００ｙ間で物品受け渡しを行う場合、上述のように同期を取る必要がある。棚１００ｘの棚状態９０７ｘｅから棚状態９０７ｘｆへの変化が、別の棚１００ｙとの同期を取った後に行われる場合、棚状態９０７ｘｆに対応する同期制御棚ＩＤ９１６ｆに棚１００ｙの棚ＩＤ９０６ｙを入力する。また、棚１００ｘが同期を取ることなく単独で動作した結果を表す棚１００ｘの棚状態９０７ｘｂに対応する同期制御棚ＩＤ９１６ｘｂについては、“無”を表す番号を入力する。ここで、ロボット２００ｘによる棚１００ｘの作業エリア２０００への搬送が完了した際、ロボット２００ｘは管理コンピュータ３００に到着の旨を報告し、管理コンピュータ３００は作業員２０からの作業完了報告を受信した後にロボット２００ｘへ移動再開を指令し、ロボット２００ｘは移動を再開する。再開後に棚１００ｘを搬送した結果を表す棚状態９０７ｘｐについて、それに対応する同期制御棚ＩＤ９１６ｘｐには、作業エリア２０００に設置されたユーザインターフェース４００を表す番号を入力すれば、この管理コンピュータ３００を介した作業員２０からの作業完了報告待ちを表現することができる。
図１３で示したタスク９０２に基づき、管理コンピュータ３００は、関わるロボット２００の決定とロボット２００の動作の計画を行う(Ｓ１００)。
また、本実施例における搬送ロボットシステム１０ａによると、棚１００間で持ち上げる高さを収納スペース分ずらすことにより、異なる高さの収納スペース間で物品を受け渡すことも可能である。
図１５は、本実施例における異なる高さの収納スペース間で物品を受け渡す様子を表す模式図の例である。図１５のシーンでは、棚１００ｐの上段に位置する移送部１０１ｐＩに収納されている中型物品１３０ｐを、棚１００ｑの中段に位置する移送部１０１ｐＧに移動させるため、ロボット２００ｑは荷役部２０１を動作させ、棚１０１ｑを収納スペースの高さ分持ち上げることで、棚１００ｐの上段と棚１００ｑの中段の高さを揃えている。この状態で、ロボット２００ｐが棚１００ｐの移送部１０１ｐＩを逆方向に動作するよう接続部給電制御コントローラ２０５ｐを動作させ、ロボット２００ｑが棚１００ｑの移送部１０１ｑＧを逆方向に動作するよう接続部給電制御コントローラ２０５ｑを動作させることにより、中型物品１３０ｐを棚１００ｐの上段に位置する移送部１０１ｐＩから棚１００ｑの中段に位置する移送部１０１ｑＧへと移動させることができる。
図１５に示した、異なる高さの収納スペース間での物品受け渡しを段階的に複数回行うことにより、ロボット２００の荷役部２０１が棚１００の収納スペース１つ分の高さだけ棚１００を持ち上げることができれば、棚１００の上段に位置する移送部１０１に格納されている物品を、棚１００の下段に位置する移送部１０１へと移すことも可能である。
上記実施例においては、格納された物品を移動させる移送部を夫々有する複数の可動棚と、所定の棚を、所定位置まで搬送できる少なくとも１台のロボットと、ロボットに対して搬送指示を行う管理端末とを有し、ロボットは、棚を着脱可能に保持し、棚と電気的に接続できる接続部と、駆動部と、制御部とを有し、制御部は、ロボットを、駆動部により第一の棚近傍まで移動させ、ロボットと第一の棚とを接続部を介して接続させて第二の棚近傍まで移動させ、接続部を介して第一または/および第二の棚の移送部に給電し、移動対象となる物品が載置された位置に対応する移送部を稼働させ、移動対象となる物品が載置された一方の棚から、他方の棚の所定箇所に前記移動対象となる物品を移動させる点を一例として、具体例を説明した。
このように、上記実施例によれば、通常移動時は、多段の収納スペースなどの重量物を運ぶ必要が無い。また、物品搬送時は、棚間で格納している物品やトレーを交換し、必要な物品やトレーを複数格納した棚を搬送することができる。このように、一度に多量な物品を運ぶことが出来る搬送ロボットシステムにおいて、通常移動時と物品搬送時との両場面における搬送時間効率、エネルギー効率に優れた自動搬送を実現することができる。
本実施例では、ロボット２００の荷役部２０１が、棚１００の収納スペース１つ分の高さ、棚１００を持ち上げる能力が無い場合でも、異なる高さの収納スペース間での物品受け渡しを実現可能な搬送ロボットシステム１０ｂの例を説明する。
図１６は、本実施例における搬送ロボットシステム１０ｂの構成図の例である。搬送ロボットシステム１０ｂは、２台以上の棚１００、２台以上のロボット２００、管理コンピュータ３００、ユーザインターフェース４００、充電ステーション５００、段変更移送棚６００から構成される。本実施例における棚１００、ロボット２００、管理コンピュータ３００、ユーザインターフェース４００、充電ステーション５００の構成及び基本的な役割は、実施例１におけるものと同一であり、説明を省略する。また、本実施例における格納エリア１０００、作業エリア２０００、作業員２０の位置付けも、実施例１におけるものと同一であり、説明を省略する。
本実施例における搬送ロボットシステム１０ｂと実施例１における搬送ロボットしシステム１０ａとの違いは、段変更移送棚６００が新たに加わり、２つの棚１００間において異なる高さの収納スペース間での物品受け渡しを行う際に、段変更移送棚６００を利用することにある。
図１７は、本実施例における段変更移送棚６００の構成図の例である。段変更移送棚６００は、棚１００と似た構造となっており、棚１００と同様に、ロボット２００と接触及び電気的な接続を行う。そのための被接触面１０３及び被接続部１０２、棚底マーカ１０４は、棚１００のものと同一である。さらに、段変更移送棚６００は棚１００の移送部１０１と同一のものを備え、ロボット２００は、荷役部２０１と駆動部２０３を用いて段変更移送棚６００を搬送し、接続部給電制御コントローラ２０５を用いて段変更移送棚６００の移送部１０１を制御する。段変更移送棚６００の移送部１０１の制御方法は、棚１００の移送部１０１の制御方法と同じである。本実施例において、段変更移送棚６００に搭載する移送部１０１の個数は１２個であり、棚１００に搭載する移送部１０１の個数と同じであるが、必ずしも同じでなければならない訳ではない。
段変更移送棚６００と棚１００との構造的な違いは、段変更移送棚６００の移送部１０１は、異なる高さの収納スペースへと物品を移送可能なように、スロープ状に移送部１０１を配置している点である。本実施例における段変更移送棚６００において、移送部１０１Ａ、１０１Ｃ、１０１Ｅを、正方向に動作させると物品を中段から下段へと移送でき、逆方向に動作させると物品を下段から中段へと移送できる。同様に、移送部１０１Ｇ、１０１Ｉ、１０１Ｋを、正方向に動作させると物品を上段から中段へと移送でき、逆方向に動作させると物品を中段から上段へと移送できる。
図１８は、実施例２における異なる高さの収納スペース間で物品を受け渡す様子を表す模式図の例である。具体的には、棚１００ｗの上段の収納スペースに位置する移送部１０１ｗＫに収納されている中型物品１３０ｖと、棚１００ｗの中段の収納スペースに位置する移送部１０１ｗＧ、１０１ｗＨに収納されている大型物品１４０ｖとを、それぞれ、棚１００ｕの中段の収納スペースに位置する移送部１０１ｕＥへ、棚１００ｕの下段の収納スペースに位置する移送部１０１ｕＡ、１０１ｕＢへと移動させる際に、段変更移送棚６００ｖを利用している。
本実施例では、棚１００ｕ、段変更移送棚６００ｖ、棚１００ｗを、それぞれ、ロボット２００ｕ、２００ｖ、２００ｗが動作させる。
ここでは中型物品１３０ｖの移動について詳述する。まず、ロボット２００ｗ、２００ｖが同期を取り、棚１００ｗの移送部１０１ｗＫと段変更移送棚６００ｖの移送部１０１ｖＫとを同時に正方向に移送部１０１の１セット分動作させ、中型物品１３０ｖを段変更移送棚６００ｖへと移動させる。続いて、ロボット２００ｖは、段変更移送棚６００ｖの移送部１０１ｖＫ、１０１ｖＩを同時に正方向に移送部１０１の１セット分動作させ、その後、移送部１０１ｖＧ、１０１ｖＩを同時に正方向に移送部１０１の１セット分動作させ、一度停止させる。
続いて、ロボット２００ｖ、２００ｕが同期を取り、段変更移送棚６００ｖの移送部１０１ｖＧと棚１００ｖの移送部１０１ｖＡと同時に正方向に移送部１０１の１セット分動作させると、中型物品１３０ｖは棚１００ｖの移送部１０１ｖＡへと移動し、目的が達成される。大型物品１４０ｖも、同様の手順で移動することができ、中型物品１３０ｖの移動と同時に行うことも可能である。
図１８で示した本実施例では３台のロボット２００を使用したが、２台のロボット２００のみで段変更移送棚６００ｖを利用した物品受け渡しを実現することも可能である。例えば、図１８で示したロボット２００ｗがロボット２００ｕの役割を兼務し、まず、棚１００ｗの移送部１０１ｗを制御し、その後、棚１００ｕ側へ移動し、棚１００ｕの移送部１０１ｕを制御する、という方法が考えられる。
本実施例において、段変更移送棚６００は、棚１００の一種として扱う。段変更移送棚６００が棚１００の役割を担っても良く、棚１００が存在しなくとも良い。本実施例における搬送ロボットシステム１０ｂが、図３あるいは図５で示す棚１００と、図１７で示す段変更移送棚６００とを併用する場合、棚１００と段変更移送棚６００とは棚情報９０５や棚状態遷移情報９１５に含まれる棚種別ＩＤ９１７で区別される。
実施例１では、棚１００ｐの上段の収納スペースと、他の棚１００ｑの下段の収納スペースとで物品の受け渡しを行う際に、ロボット２００は棚１００ｑを少なくとも収納スペース一段分持ち上げる必要があり、荷役部２０１にそのようなストロークを持たせる必要があった。本実施例では、段変更移送棚６００を導入することにより、荷役部２０１には棚１００や段変更移送棚６００を浮かせる程度のストロークを持たせれば十分であり、ロボット２００の構造をコンパクトに保つことが可能となる。
１０ 搬送ロボットシステム
２０ 作業員
３０ 管理者
１００ 棚
１０１ 移送部
１０２ 被接続部
１０３ 被接触面
１０４ 棚底マーカ
１０５ 棚間被接続部
１０６ 棚間接続部
１１０ トレー
１２０ 小型物品
１３０ 中型物品
１４０ 大型物品
２００ ロボット
２０１ 荷役部
２０２ 接続部
２０３ 駆動部
２０４ 電源
２０５ 接続部給電制御コントローラ
２０６ ロボットメインコンピュータ
２０７ 接触面
２０８ 充電用接続端子
２０９ 棚認識用センサ
２１０ 自己位置認識用センサ
２１１ 制御部
２５０ ロボット進行方向
３００ 管理端末
３１０ 管理端末機能
３２０ タスクリスト作成機能
３２１ オーダリスト入力機能
３２２ オーダリスト並び替え機能
３２３ 作業物品格納棚リストアップ機能
３２４ 作業棚選択機能
３２５ 作業棚間物品受け渡し調査機能
３２６ 棚状態遷移情報作成機能
３３０ システム動作計画機能
３３１ ロボット選択機能
３３２ ロボット動作計画機能
３３３ ユーザインターフェース動作計画機能
３４０ タスクリスト遂行管理機能
３４１ タスクリスト進捗管理機能
３４２ 個別タスク進捗管理機能
３４３ ロボット状態管理機能
３４４ 棚情報更新機能
３４５ ロボットとの通信機能
３４６ ユーザインターフェースとの通信機能
４００ ユーザインターフェース
５００ 充電ステーション
５０１ 充電用被接続端子
６００ 段変更移送棚
９００ オーダ
９０１ オーダリスト
９０２ タスク
９０３ タスクリスト
９０４ 移動経路
９０５ 棚情報
９０６ 棚ＩＤ
９０７ 棚状態
９０８ 棚Ｘ座標
９０９ 棚Ｙ座標
９０９ 棚Ｚ座標
９１１ 棚Θ座標
９１２ 移送部格納状態
９１３ 入出庫フラグ
９１４ 作業物品情報
９１５ 棚状態遷移情報
９１６ 同期制御棚ＩＤ
９１７ 棚種別ＩＤ
１０００ 格納エリア
２０００ 作業エリア
３０００ 床面
３００１ 床面マーカ
３００２ 壁面
[図1]実施例１における搬送ロボットシステム１０ａの構成図の例である。
[図2]実施例１における１つのタスク９０２ｘに対する搬送ロボットシステム１０ａの全体的な動作を表すフローチャートの例である。
[図3]実施例１における棚１００ａの構成図の例である。
[図4]実施例１における被接触面１０３の構成図の例である。
[図5]実施例１における棚１００ｂの構成図の例である。
[図6]実施例１におけるロボット２００の構成図の例である。
[図7]実施例１における接触面２０７の構成図の例である。
[図8]実施例１における被接続部１０２と接続部２０２とが接続する様子を表す模式図の例である。
[図9]実施例１における棚１００ｘを準備する様子を表す模式図の例である。
[図10]実施例１における棚１００ｘを準備する際のロボット２００ｘ及びロボット２００ｙの動作を表すフローチャートの例である。
[図11]実施例１における管理端末３００が把握している棚１００に関する棚情報９０５の構成図の例である。
[図12]実施例１における管理端末３００に入力されるオーダ９００の構成図の例である。
[図13]実施例１における管理端末３００が作成するタスク９０２の構成図の例である。
[図14]実施例１における棚１００状態遷移情報９１５の構成図の例である。
[図15]実施例１における異なる高さの収納スペース間で物品を受け渡す様子を表す模式図の例である。
[図16]実施例２における搬送ロボットシステム１０ｂの構成図の例である。
[図17]実施例２における段変更移送棚６００の構成図の例である。
[図18]実施例２における異なる高さの収納スペース間で物品を受け渡す様子を表す模式図の例である。
[図19]実施例１における一台のロボット２００ｘが棚１００ｘ、１００ｙを制御する様子を表す模式図の例である。
[図20]実施例１における管理端末３００が有する管理端末機能３１０の構成図の例である。
続いて、纏めた複数のオーダ９００について、それらに記載されている物品が入っている棚１００をリストアップする(作業物品格納棚リストアップ機
能３２３)。リストアップされた棚１００の中から、作業エリア２０００へと運ぶ棚１００ｘと、棚１００ｘと物品受け渡しを行う棚１００ｙを選択する(作業棚選択機能３２４)。棚１００ｘは１台のみを選択するが、棚１００ｙは台数の制限は無い。棚１００ｘについて収納されるべき物品と現在収納されている物品とを比較し、過不足が無ければ、棚１００ｙは選択されない。
また、タスクリスト遂行管理機能３４０は、タスクリスト９０３内の各タスク９０２に対し、実施済み、実施中、未実施のいずれであるかを管理するタスクリスト進捗管理機能３４１、現在実施中のタスク９０２に対し現在の棚状態９０７を把握する個別タスク進捗管理機能３４２、各ロボット２００がタスク遂行中であるか否か、充電中か否かなどを把握するロボット状態管理機能３４３、各タスク９０２の進捗状況に応じて各棚１００の棚状態９０７を更新する棚情報更新機能３４４を有する。さらに、タスクリスト遂行管理機能３４０には、タスクリスト９０を遂行するための、ロボット２００との通信機能３４５、ユーザインターフェース４００との通信機能３４６も含む。
図４に示す被接続部１０２に記されている大文字のアルファベットは、図３に示す移送部１０１のものと対応している。同一の大文字のアルファベットを持つ被接続部１０２において、小文字のアルファベットａが記されている被接続部１０２ａとアルファベットｂが記されている被接続部１０２ｂとの間に電位差を与えると、対応する移送部１０１に電流が流れる。
本実施例におけるロボット２００は、棚１００の下に潜り込み、荷役部２０１を動作させることで、棚１００を持ち上げる。荷役部２０１は、ロボット２００の上部に位置し、棚１００を持ち上げるように動作する機構であり、モータ、モータ制御コントローラ、回転移動を鉛直上下方向移動に変換するギアとシャフトを制御するコントローラ、上板によって構成される。
また、電源２０４は、ロボット２００が棚１００の移送部１０１を動作させる際には、接続部給電制御コントローラ２０５、接続部２０２、棚１００の被接続部１０２を介して、棚１００の移送部１０１へと電力を供給する。さらに、電源２０４は、荷役部２０１の上板に取り付けられている充電用接続端子２０８ともケーブルを介して繋がっている。充電用接続端子２０８は、充電ステーション５００の充電用被接続端子５０１と接続することを想定して設けられており、充電ステーション５００は、充電用被接続端子５０１を介して、ロボット２００の充電用接続端子２０８間に電位差を与えることで、ロボット２００の電源２０４を充電することができる。図５に示したロボット２００は、電源２０４を２個搭載しているが、その個数に制限は無い。
また、空間全体の形状地図を教示し、ロボット２００が計測する空間内の部分形状が形状地図のどこに当てはまるかを算出することで自身の位置と姿勢を認識する方法を採用するのであれば、自己位置認識用センサ２１０は水平面上の障害物を計測するように取り付けられたレーザ距離センサやソナーなどとして実装される。自己位置認識用センサ２１０は複数取り付けられていても良く、それらの種類は異なっていても良い。
.
棚認識用センサ２０９は、ロボットメインコンピュータ２０６と繋がり、ロボットメインコンピュータ２０６からの指令に基づき、計測を行い、計測結果をロボットメインコンピュータ２０６へと送信する。
本実施例では、ロボット２００の動作を制御する制御部２１１をロボットメインコンピュータ２０６と、接続部への給電を制御する接続部給電制御コントローラ２０５とに分けて示したが、他の実施例の記載を含めこれに限らず、これらを一体にした制御部２１１を設けても良いことは云うまでもない。
図７は、本実施例におけるロボット２００の接触面２０７の構成図の例である。接触面２０７は、棚１００の被接続部１０２の個数と同個数分の接続22部２０２を備え、本実施例では２４個の接続部２０２を備える。接続部２０２は電気を通す金属性のばねであり、接続部給電制御コントローラ２０５と電気的に繋がっている。接続部２０２は、棚１００との接続の際のロボット２００の移動制御誤差を許容可能とするため、被接続部１０２からはみ出すことが無いよう、なるべく細く実装することが望ましい。充電用接続端子２０８については、２個以上を必要とし、本実施例では４個設けている。これも、接続部２０２と同様の金属製のばねとして実装され、電源２０４と電気的に繋がっている。
図８は、棚１００の被接続部１０２とロボット２００の接続部２０２との接続の様子を表す模式図の例であり、左図が接続前、右図が接続後を表している。ロボット２００が棚１００の下に潜り込み、ロボット２００が荷役部２０１を動作させて上板を上げていくと、まず、接続部２０２の先端が被接続部１０２の表面に接触し、電気的に接続される。さらに上板を上げていくと、接続部２０２のばねが縮み、その後、棚１００の被接触面１０３とロボットの接触面２０７とが接触する。このような構成にすると、被接続部１０２及び接続部２０２にかかる荷重は、接続部２０２のばねが縮んだ分の復元力のみであり、棚１００の重量分の荷重を受ける部位は被接触面１０３及び接触面２０７となる。また、充電ステーション５００の充電用被接続端子５０１とロボット２００の充電用接続端子２０８は、棚１００の被接続部１０２とロボット２００の接続部２０２と同様のものとすれば良い。
しかし、搬送対象である棚１００ｘから、搬送を要しない棚１００ｙに荷物を積み降ろす場合には、棚１００ｘの移送部１０１を稼動させることのみで、棚１００ｙに対して不要物品／必要物品を受け渡すことも可能である。
図１５は、本実施例における異なる高さの収納スペース間で物品を受け渡す様子を表す模式図の例である。図１５のシーンでは、棚１００ｐの上段に位置する移送部１０１ｐＩに収納されている中型物品１３０ｐを、棚１００ｑの中段に位置する移送部１０１ｑＧに移動させるため、ロボット２００ｑは荷役部２０１を動作させ、棚１００ｑを収納スペースの高さ分持ち上げることで、棚１００ｐの上段と棚１００ｑの中段の高さを揃えている。この状態で、ロボット２００ｐが棚１００ｐの移送部１０１ｐＩを逆方向に動作するよう接続部給電制御コントローラ２０５ｐを動作させ、ロボット２００ｑが棚１００ｑの移送部１０１ｑＧを逆方向に動作するよう接続部給電制御コントローラ２０５ｑを動作させることにより、中型物品１３０ｐを棚１００ｐの上段に位置する移送部１０１ｐＩから棚１００ｑの中段に位置する移送部１０１ｑＧへと移動させることができる。
本実施例における搬送ロボットシステム１０ｂと実施例１における搬送ロボットシステム１０ａとの違いは、段変更移送棚６００が新たに加わり、２つの棚１００間において異なる高さの収納スペース間での物品受け渡しを行う際に、段変更移送棚６００を利用することにある。
続いて、ロボット２００ｖ、２００ｕが同期を取り、段変更移送棚６００ｖの移送部１０１ｖＧと棚１００ｕの移送部１０１ｖＡと同時に正方向に移送部１０１の１セット分動作させると、中型物品１３０ｖは棚１００ｕの移送部１０１ｖＡへと移動し、目的が達成される。大型物品１４０ｖも、同様の手順で移動することができ、中型物品１３０ｖの移動と同時に行うことも可能である。

Claims (16)

  1. 格納された物品を移動させる移送部を夫々有する複数の可動棚と、
    所定の棚を、所定位置まで搬送できる少なくとも１台のロボットと、
    前記ロボットに対して搬送指示を行う管理端末とを有し、
    前記ロボットは、
    前記棚を着脱可能に保持し、前記棚と電気的に接続できる接続部と、
    駆動部と、制御部とを有し、
    前記制御部は、
    前記ロボットを、前記駆動部により第一の棚近傍まで移動させ、
    前記ロボットと前記第一の棚とを前記接続部を介して接続させて第二の棚近傍まで移動させ、
    前記接続部を介して前記第一または/および第二の棚の前記移送部に給電し、移動対象となる物品が載置された位置に対応する前記移送部を稼働させ、
    前記移動対象となる物品が載置された一方の棚から、他方の棚の所定箇所に前記移動対象となる物品を移動させることを特徴とする搬送ロボットシステム。
  2. 複数の移動可能な棚と、
    所定の棚を、所定位置まで搬送できる少なくとも１台のロボットと、
    前記ロボットに対して搬送指示を行う管理端末とを有し、
    前記棚は、
    当該棚が格納する物品を移動させる移送部と、
    前記ロボットと電気的に接続させる被接続部とを有し、
    前記ロボットは、
    前記棚を着脱可能に保持し、所定位置に設置させる荷役部と、
    前記棚と電気的に接続し、前記被接続部を介して前記棚へ給電する接続部と、
    当該ロボットを移動させる駆動部と、
    前記管理端末からの搬送指示を受けて、前記ロボットの動作を制御する制御部とを有し、
    前記制御部は、
    前記ロボットを、前記駆動部により第一の棚の前記被接続部まで移動させ、
    前記ロボットの前記接続部を、前記被接続部に接続させ、前記荷役部と前記駆動部とにより第二の棚の近傍まで移動させ、
    前記接続部を介して前記第一または/および第二の棚の前記移送部に給電し、移動対象となる物品が載置された位置に対応する前記移送部を稼働させ、
    前記移動対象となる物品が載置された一方の棚から、他方の棚の所定箇所に前記移動対象となる物品を移動させることを特徴とする搬送ロボットシステム。
  3. 請求項２に記載の搬送ロボットシステムにおいて、
    前記第二の棚を着脱可能に保持できる第二のロボットを備え、
    前記第一の棚の前記移動対象となる物品が、前記第二の棚の前記移送部の所定位置に移動されるときに、
    前記第二のロボットの前記接続部及び前記第二の棚の前記被接続部を介して、少なくとも前記移送部の所定位置を含む領域に電力が供給され、当該移送部の所定位置を含む領域を駆動させることで、前記移動対象となる物品が当該所定位置に載置されることを特徴とする搬送ロボットシステム。
  4. 請求項２に記載の搬送ロボットシステムにおいて、
    前記第二の棚を着脱可能に保持できる第二のロボットを備え、
    前記第二の棚の前記移動対象となる物品が、前記第一の棚の前記移送部の所定位置に移動されるときに、
    前記第一のロボットの前記接続部及び前記第一の棚の前記被接続部を介して、少なくとも前記移送部の所定位置を含む領域に電力が供給され、当該移送部の所定位置を含む領域を駆動させることで、前記移動対象となる物品が当該所定位置に載置されることを特徴とする搬送ロボットシステム。
  5. 請求項２に記載の搬送ロボットシステムにおいて、
    前記移送部は、物品を載置できる複数の領域に区画されており、
    前記被接続部は、前記移送部の当該区画された複数の領域のそれぞれを駆動させるために、前記複数の領域ごとに対応する被接続部を備え
    ることを特徴とする搬送ロボットシステム
  6. 請求項５に記載の搬送ロボットシステムにおいて、
    前記制御部は、動作させる一または複数の前記移送部の領域に対応する前記被接続部に対して前記接続部を接続させ、同時に稼働させることにより、当該移送部の複数領域にまたがって載置される物品を移動させることを特徴とする搬送ロボットシステム
  7. 請求項５に記載の搬送ロボットシステムにおいて、
    前記移送部は載置された前記物品を、当該移送部上でスライドさせるように移動させ、
    前記制御部は、
    区画された第一の移送部と、当該第一の移送部と隣り合う第二の移送部とを同時に稼働させるように前記接続部を制御することで、
    前記第一の移送部に載置されている前記物品を前記第二の移送部へと受け渡す
    ことを特徴とする搬送ロボットシステム
  8. 請求項２に記載の搬送ロボットシステムにおいて、
    前記ロボットは、前記棚の下部に入り込む姿勢により対象となる前記棚の搬送を行い、 前記被接続部は、前記移設部よりも下方であり、かつ下部に入り込んだ前記ロボットと対向する面に形成されており、
    当該被接続部と対面する当該ロボットの面に接続部が形成されていることを特徴とする搬送ロボットシステム。
  9. 請求項２に記載の搬送ロボットシステムにおいて、
    前記ロボットは、
    当該ロボットと前記棚との相対姿勢を認識するための棚認識用センサを有し、
    前記棚の位置へ移動した後、
    前記相対姿勢を認識し、
    前記相対姿勢に基づき前記棚との電気的な接続の可否を判定し、
    前記判定において接続不可と判定した場合に、
    前記相対姿勢に基づき当該ロボットの位置を修正する
    ことを特徴とする搬送ロボットシステム
  10. 請求項９に記載の搬送ロボットシステムにおいて、
    前記被接続部及び前記接続部が、
    複数方向に対して対称となるように複数個配置され、
    前記制御部は、
    当該ロボットと前記棚との相対姿勢に基づき前記被接続部に対応する前記接続部を選択する
    ことを特徴とする搬送ロボットシステム
  11. 請求項５に記載の搬送ロボットシステムにおいて、
    前記移送部は、
    区画された前記移送部の一部が着脱可能であり、当該一部が取り外された後においても、取り外されていない他の移送部は動作可能である
    ことを特徴とする搬送ロボットシステム
  12. 請求項２に記載の搬送ロボットシステムにおいて、
    前記ロボットの電源を充電する充電装置を有し、
    前記ロボットは、
    前記充電装置と電気的に接続する充電用接続部を有し、
    前記充電装置は、
    前記ロボットと電気的に接続する充電用被接続部を有し、
    前記ロボットは、前記棚に対する前記接続部が形成された面と同一の面に前記充電用接続部を備えることを特徴とする搬送ロボットシステム
  13. 請求項１２に記載の搬送ロボットシステムにおいて、
    前記充電装置は、前記棚と一体的に形成され、当該棚の被接続部と、前記ロボットの前記接続部とが接続するときに、同時に前記充電用接続部と前記充電用被接続部との接続が可能であることを特徴とする搬送ロボットシステム。
  14. 請求項２に記載の搬送ロボットシステムにおいて、
    前記ロボットの前記棚からの荷重負荷を軽減するために、前記接続部あるいは前記被接続部は、ばね状の構造を有する
    ことを特徴とする搬送ロボットシステム
  15. 請求項２に記載の搬送ロボットシステムにおいて、
    前記棚のうちのいずれかあるいは前記棚のうちの全てが、
    当該棚が有する前記移送部をスロープ状に設置した段変更移送棚である
    ことを特徴とする搬送ロボットシステム
  16. 格納する物品を移動させる移送部を有する棚を、所定位置まで搬送できる搬送装置において、
    前記棚を着脱可能に保持し、所定位置に設置させる荷役部と、
    前記棚と電気的に接続して前記棚へ給電する接続部と、
    当該ロボットを移動させる駆動部と、
    前記ロボットの動作を制御する制御部とを有し、
    前記制御部は、
    前記ロボットを、前記駆動部により第一の棚まで移動させ、
    前記ロボットの前記接続部を介して前記駆動部により前記第一の棚を第二の棚の近傍まで移動させ、
    前記接続部を介して前記第一または/および第二の棚の前記移送部に給電し、移動対象となる物品が載置された位置に対応する前記移送部を稼働させ、
    前記移動対象となる物品が載置された一方の棚から、他方の棚の所定箇所に前記移動対象となる物品を移動させることを特徴とする搬送装置。
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