JP7000378B2

JP7000378B2 - 無人搬送ロボットシステム

Info

Publication number: JP7000378B2
Application number: JP2019085596A
Authority: JP
Inventors: 陽平山口; 一隆中山
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2022-01-19
Anticipated expiration: 2039-04-26
Also published as: DE102020204768A1; US20200338742A1; US11628573B2; CN111923005A; JP2020181485A

Description

本開示は、無人搬送ロボットシステムに関するものである。

ハンド部にレーザセンサおよびカメラ等のセンサを備えるマニピュレータを搭載して走行するアレンジロボットが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
このアレンジロボットは、移動の際に、マニピュレータを作動させてセンサにより計測を行って、取得した情報を元に自動制御される。また、マニピュレータによって対象物を把持する際にも、マニピュレータを作動させてセンサにより計測を行って、取得した情報を元に、マニピュレータによる把持作業を自動制御する。

特許文献１のアレンジロボットは、ソーラパネル、ヘリオスタット等のパネル部材を清掃する清掃ロボットを順次、未清掃のパネル部材に移載するものである。そのため、アレンジロボットは、センサによりパネル部材の位置および障害物の有無を計測して走行し、パネル部材の傾きや清掃ロボットの位置を計測して、清掃ロボットの回収、移動および載置を行う。

特開２０１２－１３９７９２号公報

無人搬送車に搭載されたロボットが複数の作業ステーションにおいて作業を行うには、ロボットが各作業ステーションに対して精度よく位置決めされる必要がある。そして、各作業ステーションにおけるロボットの位置決め簡易に行うためには、作業ステーション間において、走行経路を大きく逸脱することなく走行することが好ましい。

本開示の一態様は、複数の作業ステーション間の路面を走行可能な無人搬送車と、該無人搬送車に搭載され、該無人搬送車に対して可動な可動部を有するロボットと、該ロボットの前記可動部に搭載され、該可動部の動作によって前記ロボットの動作範囲内において移動可能であり、検出範囲内の前記路面の状態を検出するセンサと、前記ロボットおよび前記無人搬送車を制御し、該無人搬送車を所定の走行経路に従って走行させる制御部とを備え、前記ロボットの動作範囲が、前記センサが前記無人搬送車の周辺の前記路面の状態を検出可能な位置を含み、前記可動部の動作によって、前記センサの前記検出範囲を前記無人搬送車の周囲において移動させることができ、前記制御部が、前記センサにより取得された前記路面の状態に基づいて、前記無人搬送車を制御するとともに、前記所定の走行経路に基づいて前記ロボットを制御することによって、前記無人搬送車がこれから通過する前記所定の走行経路上の路面の状態を検出する位置へ前記検出範囲を移動させる無人搬送ロボットシステムである。

本開示の一実施形態に係る無人搬送ロボットシステムを示す斜視図である。図１の無人搬送ロボットシステムにおける無人搬送車の走行経路の一例を示す模式的な平面図である。図１の無人搬送ロボットシステムにおいて、センサにより路面の状態を検出するロボットの姿勢の一例を示す斜視図である。図１の無人搬送ロボットシステムにおいて、走行経路が湾曲している場合のロボットの動作を説明する斜視図である。図１の無人搬送ロボットシステムにおいて、無人搬送車の走行速度が高い場合のロボットの動作を示す斜視図である。

本開示の一実施形態に係る無人搬送ロボットシステム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る無人搬送ロボットシステム１は、図１に示されるように、路面を走行可能な自走式の無人搬送車２と、無人搬送車２に搭載されたロボット３と、ロボット３に搭載されたセンサ４と、無人搬送車２に搭載され、ロボット３および無人搬送車２を制御する制御部５とを備えている。

無人搬送車２は、操舵可能な４輪車であり、その上面にロボット３を搭載するとともに、ロボット３の動作範囲内にワーク等を搭載する載置台６を備えている。
無人搬送車２は、図２に示されるように複数の作業ステーションＡ，Ｂにおいて、ロボット３による作業を実施するために、作業ステーションＡ，Ｂ間において予め定められた走行経路Ｃに従って走行させられる。走行経路Ｃは制御部５に記憶されており、ＧＰＳ、ＳＬＡＭまたは磁気誘導等の任意の手法により、無人搬送車２が走行経路Ｃを辿って移動させられる。

ロボット３は、例えば、６軸多関節型ロボットである。ロボット３は、無人搬送車２の上面に固定されたベース７と、鉛直な第１軸線Ｊ１回りにベース７に対して回転可能に支持された旋回胴８とを備えている。さらに、ロボット３は、水平な第２軸線Ｊ２回りに旋回胴８に対して回転可能に支持された第１アーム９と、第２軸線Ｊ２に平行な第３軸線Ｊ３回りに第１アーム９に対して回転可能に支持された第２アーム１０とを備えている。さらに、ロボット３は、第２アーム１０の先端に、３軸の手首ユニット１１を備えている。

ロボット３の手首ユニット１１先端には、ワークを把持する等の作業を行うツールであるハンド１２が装着されている。ベース７に対する旋回胴８、旋回胴８に対する第１アーム９、第１アーム９に対する第２アーム１０の移動を組み合わせることにより、手首ユニット１１を動作範囲内の任意の３次元位置に配置することができる。また、３軸の手首ユニット１１を作動させることにより、ハンド１２の姿勢を任意に移動させることができる。

センサ４は、例えば、２次元画像を取得するカメラである。本実施形態においては、センサ４はハンド１２に固定されている。これにより、ロボット３の動作によって、ハンド１２を任意の３次元位置の任意の姿勢に配置すると、センサ４も任意の３次元位置の任意の姿勢に配置することができる。

本実施形態においては、ロボット３は、図３に示されるように、無人搬送車２の少なくとも走行方向前方の路面にセンサ４を対向させることができる動作範囲を有している。
また、ロボット３は、図４に矢印で示されるように、第１軸線Ｊ１回りに旋回胴８を回転させることにより、路面の状態を検出する範囲Ｘを無人搬送車２の周囲において移動させることができる。

制御部５は、センサ４により取得されたデータを処理して、路面の状態を求める。路面の状態としては、例えば、凹凸の深さ、凹凸のピッチ、凹凸の大きさ、路面の傾き、路面上の障害物の数および大きさなどの特徴量を挙げることができ、制御部５は取得されたデータからこれらの特徴量を抽出する。例えば、センサ４がカメラの場合には、無人搬送車２の走行中に時間間隔をあけて画像（データ）を取得することにより、視差を有する２枚の画像を取得することができ、凹凸の深さを求めることが可能となる。また、センサ４により取得されたデータが制御部５に入力されない場合、制御部５は、無人搬送車２を停止させるよう制御する。

また、制御部５は、センサ４により時系列的に取得された複数のデータに基づいてセンサ４の振動の振幅（無人搬送車２に発生する振動の振幅）を算出する。
そして、制御部５は、無人搬送車２の走行速度と、路面の状態と、振動の振幅とのデータセットを大量に蓄積することにより、それらのデータセットにある特徴を学習し学習モデルを獲得する。学習モデルとしては、路面の状態から振動の振幅を所定の閾値以下にする無人搬送車２の走行速度の最大値を推定するものを挙げることができる。
そして、制御部５は、推定された走行速度となるように無人搬送車２を制御する。

このように構成された本実施形態に係る無人搬送ロボットシステム１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る無人搬送ロボットシステム１において、一の作業ステーションＡから予め定められた走行経路Ｃに沿って他の作業ステーションＢに移動する場合について説明する。

制御部５が無人搬送車２を一方向に走行させる場合に、ロボット３を作動させて、図３に示されるように、ハンド１２に取り付けたセンサ４による検出範囲Ｘを無人搬送車２の進行方向前方の路面に配置する。
この状態でセンサ４により路面のデータが取得されると、制御部５はデータから路面の状態を表す特徴量を抽出し、抽出された特徴量を学習モデルに入力する。これにより、学習モデルは、入力された特徴量から振動の振幅が所定の閾値以下となる走行速度の最大値を出力する。制御部５は出力された走行速度に無人搬送車２を制御する。

その結果、無人搬送車２の進行方向前方の路面の状態が悪く、設定された走行速度で走行すると振動の振幅が大きくなると判断される場合には、走行速度が低下させられた状態で走行させられる。これにより、無人搬送車２に発生する振動の振幅が所定の閾値以下に抑えられ、搭載しているワークの荷崩れおよび振動による無人搬送車２の走行経路Ｃからの逸脱等の問題の発生を未然に防止し、走行経路Ｃを精度よく辿らせることができる。また、無人搬送車２の停止位置決め精度も向上することができる。

一方、無人搬送車２の進行方向前方の路面の状態が良好である場合には、走行速度が増大させられた状態で走行させられる。これにより、無人搬送車２の振動の振幅を所定の閾値以下に抑えつつ、作業ステーションＡ，Ｂ間の移動時間を短縮することができる。

また、本実施形態に係る無人搬送ロボットシステム１によれば、路面の状態を検出するセンサ４がロボット３の手首ユニット１１に取り付けたハンド１２に固定されているので、ロボット３を作動させるだけで、センサ４の検出範囲Ｘを自由に設定することができるという利点がある。
例えば、無人搬送車２の走行経路Ｃが、図２に示されるように曲がっている場合、または無人搬送車２が旋回動作を行う場合に、センサ４が無人搬送車２の前部に固定されていると、車輪の通過する路面の状態を検出することができない。

このような場合には、図４に示されるように、ロボット３のベース７に対して旋回胴８を第１軸線Ｊ１回りに回転させて、センサ４による検出範囲Ｘを斜め前方にずらすことにより、曲がった先の路面の状態、すなわち車輪の通過する路面の状態を検出することができる。そして、このようにすることで、状態が悪い路面を車輪が通過する前に走行速度を低下させておくことができて、無人搬送車２に発生する振動の振幅を確実に低下させることができる。

また、例えば、無人搬送車２の走行速度が高い場合には、図５に示されるように、手首ユニット１１を作動させて、センサ４の検出範囲Ｘを無人搬送車２の進行方向前方のより遠い位置に配置する。これにより、走行速度が高い場合であっても、状態が悪い路面を検出してから車輪が通過するまでの時間を増大させて、速度を低下させるために必要な時間を確保することができる。

なお、本実施形態においては、制御部５が、無人搬送車２の走行速度と、路面の状態と、振動の振幅とのデータセットを大量に蓄積することにより、データセットにある特徴を学習して得られた学習モデルを用いて、路面の状態から適正な走行速度を求めた。これに代えて、センサ４により取得された画像に基づいて路面の状態を表す１以上のパラメータを抽出し、当該パラメータを計算式に当てはめて適正な走行速度を算出することにしてもよい。パラメータおよび計算式は任意に設定することができる。

また、センサ４として２次元画像を取得可能なカメラを例示したが、３次元画像を取得可能なカメラを採用してもよい。また、センサ４として、距離センサを採用してもよい。また、経時的に取得された画像に基づいて無人搬送車２に発生する振動の振幅を算出したが、これに代えて、別途設けた振動センサあるいは加速度センサによって振動の振幅を検出することにしてもよい。

また、無人搬送車２が進行方向を車体の前方、後方あるいは側方に変更可能な場合には、ロボット３が、進行方向前方となる位置にセンサ４を配置可能な動作範囲を有していればよい。また、センサ４により取得された路面の状態が、無人搬送車２を進行させることができないと判断される場合には、無人搬送車２を停止させるよう制御してもよい。

無人搬送車２を進行させることができないと判断される場合としては、例えば、車輪が完全に落ちてしまう大きさおび深さの穴が存在する場合を挙げることができる。あるいは、車輪によって超えることができない高さの段差が存在する場合、路面の凹凸が酷い場合等も無人搬送車２を停止させるよう制御することが望ましい。

また、ロボット３の姿勢を変更してセンサ４により取得される路面の状態の位置をずらすことによって、路面の状態が良好な領域を探し、無人搬送車２が良好な進行経路を進行するように制御してもよい。
また、本実施形態においては、ロボット３として、６軸多関節型ロボットを採用したが、７軸多関節型ロボットまたは他の形式のロボットを採用してもよい。

また、センサ４がハンド１２に固定されているものを例示したが、センサ４は、旋回胴８、第１アーム９、第２アーム１０または手首ユニット１１に固定されていてもよい。
旋回胴８に固定する場合、路面を確認可能にするため、無人搬送車２上面からセンサ４が飛び出すように、センサ４の固定位置をオフセットするアダプタを使用してもよい。

また、センサ４として、取付固定式のものを例示したが、取付可動式のものを採用してもよい。この場合、ロボット３に対してセンサ４の位置を移動させることができるため、ロボット３の動作範囲に加えてセンサ４の可動分、センサ４の検出範囲Ｘをより遠い位置に配置することができる。

また、本実施形態においては、センサ４として、無人搬送車２の走行中においては連続してデータを取得するものを例示したが、所定の時間間隔でデータを取得するものを採用してもよい。また、無人搬送ロボットシステム１が、外部入力手段を備え、センサ４が、制御部５に部から入力される信号に基づいてデータを取得するものを採用してもよい。

また、本実施形態においては、単体の制御部５によってロボット３および無人搬送車２を制御するものを例示したが、制御部５が複数であり、一方の制御部５がロボット３を制御し、他方の制御部５が無人搬送車２を制御してもよい。

１無人搬送ロボットシステム
２無人搬送車
３ロボット
４センサ（カメラ）
５制御部
Ａ，Ｂ作業ステーション
Ｃ走行経路

Claims

複数の作業ステーション間の路面を走行可能な無人搬送車と、
該無人搬送車に搭載され、該無人搬送車に対して可動な可動部を有するロボットと、
該ロボットの前記可動部に搭載され、該可動部の動作によって前記ロボットの動作範囲内において移動可能であり、検出範囲内の前記路面の状態を検出するセンサと、
前記ロボットおよび前記無人搬送車を制御し、該無人搬送車を所定の走行経路に従って走行させる制御部とを備え、
前記ロボットの動作範囲が、前記センサが前記無人搬送車の周辺の前記路面の状態を検出可能な位置を含み、
前記可動部の動作によって、前記センサの前記検出範囲を前記無人搬送車の周囲において移動させることができ、
前記制御部が、
前記センサにより取得された前記路面の状態に基づいて、前記無人搬送車を制御するとともに、
前記所定の走行経路に基づいて前記ロボットを制御することによって、前記無人搬送車がこれから通過する前記所定の走行経路上の路面の状態を検出する位置へ前記検出範囲を移動させる無人搬送ロボットシステム。
前記無人搬送車が走行方向を変更可能である請求項１に記載の無人搬送ロボットシステム。
前記制御部は、前記センサにより取得された前記路面の状態に基づき前記無人搬送車に発生する振動が所定の閾値以下となるように、前記無人搬送車の走行速度を制御する請求項１または請求項２に記載の無人搬送ロボットシステム。
前記制御部は、前記無人搬送車の動作に応じて、前記ロボットを制御して、所望の路面状態を検出可能な位置に前記センサを配置する請求項１から請求項３のいずれかに記載の無人搬送ロボットシステム。
前記制御部は、前記無人搬送車の走行速度が高いほど、より前方の前記路面の状態を検出可能な位置に前記センサを配置する請求項４に記載の無人搬送ロボットシステム。
複数の作業ステーション間の路面を走行可能な無人搬送車と、
該無人搬送車に搭載され、該無人搬送車に対して可動な可動部を有するロボットと、
該ロボットの前記可動部に搭載され、該可動部の動作によって前記ロボットの動作範囲内において移動可能であり、検出範囲内の前記路面の状態をデータとして取得するセンサと、
前記ロボットおよび前記無人搬送車を制御し、該無人搬送車を所定の走行経路に従って走行させる制御部とを備え、
前記ロボットの動作範囲が、前記センサが前記無人搬送車の周辺の前記路面の状態を検出可能な位置を含み、
前記可動部の動作によって、前記センサの前記検出範囲を前記無人搬送車の周囲において移動させることができ、
前記制御部が、
前記センサにより取得された前記データの時間変化に基づいて前記無人搬送車に発生する振動を検出するとともに、
前記所定の走行経路に基づいて前記ロボットを制御することによって、前記無人搬送車がこれから通過する前記所定の走行経路上の路面の状態を検出する位置へ前記検出範囲を移動させる無人搬送ロボットシステム。
前記制御部は、前記無人搬送車の走行速度情報と、前記路面の状態の情報と、前記無人搬送車に発生する前記振動の情報とを用いて学習を行い、前記センサにより取得された前記データの時間変化に基づいて、前記振動の振幅が所定の閾値以下となる走行速度に前記無人搬送車を制御する請求項６に記載の無人搬送ロボットシステム。
前記センサが、所定の時間間隔で前記データを取得する請求項６または請求項７に記載の無人搬送ロボットシステム。
前記センサが、前記制御部に外部から入力される信号に基づいて前記データを取得する請求項６または請求項７に記載の無人搬送ロボットシステム。
前記ロボットを制御して姿勢を変更することによって、前記無人搬送車の走行経路情報から決定された位置における前記路面の状態の情報を検出可能な位置に前記センサを配置する請求項１から請求項９のいずれかに記載の無人搬送ロボットシステム。