特開 2024-58879 作業ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024058879

(43)【公開日】2024-04-30

(54)【発明の名称】作業ロボット

(51)【国際特許分類】

   G05D 1/43 20240101AFI20240422BHJP

   B25J 5/00 20060101ALI20240422BHJP

【ＦＩ】

G05D1/02 H

B25J5/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022166271

(22)【出願日】2022-10-17

(71)【出願人】

【識別番号】000149033

【氏名又は名称】株式会社エクセディ

(74)【代理人】

【識別番号】100149098

【弁理士】

【氏名又は名称】小野 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】薮田 大輔

(72)【発明者】

【氏名】吉川 直孝

(72)【発明者】

【氏名】竹内 宏佑

【テーマコード（参考）】

3C707

5H301

【Ｆターム（参考）】

3C707AS34

3C707CS08

3C707HS27

3C707KS10

3C707KS36

3C707KT02

3C707KT04

3C707WA16

5H301BB05

5H301BB14

5H301GG08

(57)【要約】

【課題】汎用性の高い作業ロボットを提供する。
【解決手段】作業ロボット１００は、走行ユニット２と、第１作業ユニット３とを備える。走行ユニット２は、自律走行可能に構成される。走行ユニット２は、第１制御部２６及び第１コネクタ２７を有する。第１制御部２６は、自律走行に関する第１処理を実行する。第１コネクタ２７は、第１制御部２６と電気的に接続する。第１作業ユニット３は、走行ユニット２上に取り外し可能に搭載される。第１作業ユニット３は、第２制御部３５及び第２コネクタ３６を有する。第２制御部３５は、作業に関する第２処理を実行する。第２コネクタ３６は、第２制御部３５と電気的に接続されるとともに第１コネクタ２７に取り外し可能に接続される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

自律走行に関する第１処理を実行するように構成される第１制御部、及び前記第１制御部と電気的に接続する第１コネクタ、を有し、自律走行可能に構成される走行ユニットと、
作業に関する第２処理を実行するように構成される第２制御部、及び前記第２制御部と電気的に接続されるとともに前記第１コネクタに取り外し可能に接続される第２コネクタ、を有し、前記走行ユニット上に取り外し可能に搭載される第１作業ユニットと、
を備える、作業ロボット。

【請求項2】

前記第１作業ユニットは、前記第２コネクタと前記第２制御部とを連結するＬＡＮケーブルを有する、
請求項１に記載の作業ロボット。

【請求項3】

前記第１制御部は、前記第２制御部から取得したデータに基づき、前記第１処理を実行するように構成される、
請求項１に記載の作業ロボット。

【請求項4】

前記走行ユニットは、対象物との距離を検出するように構成される第１センサを有し、
前記第１作業ユニットは、前記対象物との距離を検出するように構成される第２センサを有し、
前記第１制御部は、前記第１センサ及び前記第２センサから取得したデータに基づき、前記第１処理を実行するように構成される、
請求項１に記載の作業ロボット。

【請求項5】

前記第２処理における作業とは異なる作業に関する第３処理を実行するように構成される第３制御部、及び前記第３制御部と電気的に接続されるとともに前記第１コネクタに取り外し可能に取り付けられる第３コネクタ、を有し、前記第１作業ユニットに代わって前記走行ユニット上に取り外し可能に搭載される第２作業ユニットをさらに備える、
請求項１に記載の作業ロボット。

【請求項6】

前記走行ユニット又は前記第１作業ユニットは、作業中に取得したデータをインターネットを介してサーバに送信するように構成される通信部を有する、
請求項１に記載の作業ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業ロボットに関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、飲食店内で配膳を行う配膳ロボットなどのような作業ロボットが使われ始めている。例えば、特許文献１には、人や物などの障害物を検知して回避しながら飲食店内を自律走行可能な配膳ロボットが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１０４３０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した配線ロボットは、基本的には配膳のみにしか使用が出来ず、汎用性が低いという問題がある。そこで、本発明の課題は、汎用性の高い作業ロボットを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

第１態様に係る作業ロボットは、走行ユニットと、第１作業ユニットとを備える。走行ユニットは、自律走行可能に構成される。走行ユニットは、第１制御部及び第１コネクタを有する。第１制御部は、自律走行に関する第１処理を実行するように構成される。第１コネクタは、第１制御部と電気的に接続する。第１作業ユニットは、走行ユニット上に取り外し可能に搭載される。第１作業ユニットは、第２制御部及び第２コネクタを有する。第２制御部は、作業に関する第２処理を実行するように構成される。第２コネクタは、第２制御部と電気的に接続されるとともに第１コネクタに取り外し可能に接続される。

【0006】

この構成によれば、第１作業ユニットは、走行ユニットに対して取り外し可能に搭載されているため、第１作業ユニットを走行ユニットから取り外して第１作業ユニットの代わりに他の作業ユニットに取り換えることができる。このため、作業ロボットは、高い汎用性を有する。

【0007】

第２態様に係る作業ロボットは、第１態様に係る作業ロボットにおいて、次のように構成される。第１作業ユニットは、第２コネクタと第２制御部とを連結するＬＡＮケーブルを有する。

【0008】

第３態様に係る作業ロボットは、第１又は第２態様に係る作業ロボットにおいて、次のように構成される。第１制御部は、第２制御部から取得した情報に基づき、第１処理を実行するように構成される。

【0009】

第４態様に係る作業ロボットは、第１から第３態様のいずれかに係る作業ロボットにおいて、次のように構成される。走行ユニットは、対象物との距離を検出するように構成される第１センサを有する。第１作業ユニットは、対象物との距離を検出するように構成される第２センサを有する。第１制御部は、第１センサ及び第２センサから取得したデータに基づき、第１処理を実行するように構成される。

【0010】

第５態様に係る作業ロボットは、第１から第４態様のいずれかに係る作業ロボットにおいて、第２作業ユニットをさらに備える。第２作業ユニットは、第１作業ユニットに代わって走行ユニット上に取り外し可能に搭載される。第２作業ユニットは、第３制御部及び第３コネクタを有する。第３制御部は、第２処理における作業とは異なる作業に関する第３処理を実行するように構成される。第３コネクタは、第３制御部と電気的に接続されるとともに第１コネクタに取り外し可能に取り付けられる。

【0011】

第６態様に係る作業ロボットは、第１から第５態様のいずれかに係る作業ロボットにおいて、次のように構成される。走行ユニット又は第１作業ユニットは、作業中に取得したデータをインターネットを介してサーバに送信するように構成される通信部を有する。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、作業ロボットの汎用性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】作業ロボットの概略図。

【図2】変形例に係る作業ロボットの概略図。

【図3】変形例に係る作業ロボットの概略図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本実施形態に係る作業ロボットについて図面を参照しつつ説明する。図１に示すように、作業ロボット１００は、走行ユニット２と、第１作業ユニット３とを有している。本実施形態では、例えば、作業ロボット１００は、飲食店内において配膳ロボットとして使用される。

【0015】

＜走行ユニット＞
走行ユニット２は、第１ユニット本体２１、一対の駆動輪２２、一対の従動輪２３、一対の電気モータ２４、複数の第１センサ２５、第１制御部２６、及び第１コネクタ２７を有している。走行ユニット２は、自律走行可能に構成されている。走行ユニット２は、いわゆるＡＭＲ（Autonomous Mobile Robot）である。

【0016】

駆動輪２２及び従動輪２３は、第１ユニット本体２１に取り付けられている。駆動輪２２は、左右に間隔をあけて配置されている。一対の従動輪２３は、前後に間隔をあけて配置されている。従動輪２３は、第１ユニット本体２１に対して旋回可能に取り付けられている。例えば、従動輪２３は、キャスターである。駆動輪２２は、前後方向において、一対の従動輪２３の間に配置されている。なお、走行ユニット２は、一対の従動輪２３の代わりに一対の駆動輪２２を有していてもよい。すなわち、走行ユニット２の４輪とも駆動輪２２であってもよい。

【0017】

電気モータ２４は、駆動輪２２を駆動するように構成されている。なお、電気モータ２４が正回転することで、走行ユニットは前進し、電気モータ２４が逆回転することによって走行ユニット２は後進する。一対の電気モータ２４のうち一方は右の駆動輪２２を駆動し、もう一方の電気モータ２４は左の駆動輪２２を駆動する。

【0018】

第１センサ２５は、走行ユニット２の周囲にある対象物までの距離を検出するように構成されている。第１センサ２５は、その検出した距離に関するデータを第１制御部２６へと出力する。第１センサ２５は、有線又は無線通信により、第１制御部２６と接続されている。第１センサ２５は、例えばＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）等の測距センサである。本実施形態では、第１センサ２５はＬｉＤＡＲである。第１センサ２５は、検出したデータ（例えば点群データ）を第１制御部２６へと出力する。第１センサ２５は、第１ユニット本体２１の前面及び後面のそれぞれに取り付けられている。

【0019】

第１制御部２６は、自律走行に関する第１処理を実行するように構成されている。詳細には、第１制御部２６は、第１処理として、各電気モータ２４を制御するように構成されている。また、第１制御部２６は、第１処理として、自己位置推定及び環境地図作成を行うように構成されている。第１制御部２６は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＲＯＭ(Read Only Memory)等を備えるコンピュータ（例えばマイクロコンピュータ）によって構成されている。ＲＯＭには、種々の演算をするためのプログラムが記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行する。

【0020】

第１制御部２６は、各電気モータ２４を制御することによって、走行ユニット２を前進させたり、後進させたり、左右に旋回させたり、停止させたりする。また、第１制御部２６は、第１センサ２５及び後述する第２制御部３５から取得したデータに基づき、自己位置推定及び環境地図作成を行う。なお、第１制御部２６は、第１センサ２５から取得したデータのみに基づいて、自己位置推定及び環境地図作成を行ってもよい。第１制御部２６は、その作成した環境地図を保存する。第１制御部２６は、その作成した環境地図、第１センサ２５から取得したデータ、及び第２制御部３５から取得したデータに基づき、走行ユニット２を走行させる。

【0021】

第１コネクタ２７は、第１制御部２６と電気的に接続されている。第１コネクタ２７は、第１ユニット本体２１の上面に配置されている。第１コネクタ２７は、具体的には、ＬＡＮポートによって構成されている。

【0022】

＜第１作業ユニット＞
第１作業ユニット３は、配膳作業や案内作業などを実行するように構成されている。第１作業ユニット３は、走行ユニット２上に取り外し可能に搭載されている。第１作業ユニット３は、第２ユニット本体３１、タッチパネル式のモニタ３２、複数の第２センサ３３、複数のカメラ３４、第２制御部３５、第２コネクタ３６、及びＬＡＮケーブル３７を有している。

【0023】

第２ユニット本体３１は、第１ユニット本体２１上に載置された状態で固定されるように、第１ユニット本体２１に取り付けられている。例えば、第１ユニット本体２１は、レール部（図示省略）を有し、第２ユニット本体３１は取り付け凸部（図示省略）を有する。第２ユニット本体３１の取り付け凸部をレール部内に挿入し、第２ユニット本体３１をスライドさせることで、第２ユニット本体３１を第１ユニット本体２１に取り付けることができる。また、第２ユニット本体３１を第１ユニット本体２１に取り付けた後は、第２ユニット本体３１が第１ユニット本体２１に対してスライド移動しないように、ラチェット式締付金具などによって固定する。これにより、工具を用いることなく、第２ユニット本体３１を第１ユニット本体２１に対して取り付けたり取り外したりすることができる。このため、第１作業ユニット３を走行ユニット２から取り外し、第１作業ユニット３の代わりに他の作業ユニットを走行ユニット２に取り付けることができる。

【0024】

第２ユニット本体３１は、内部に複数の棚３１１を有しており、各棚３１１上に料理又は食器などを載置できるように構成されている。

【0025】

モニタ３２は、第２ユニット本体３１の前面に取り付けられている。モニタ３２は、第２制御部３５からのデータに基づき、メニュー又は広告などを表示できるように構成されている。モニタ３２は、タッチパネル式となっており、使用者からの入力を受け付けることができる。モニタ３２は、その入力されたデータを第２制御部３５に出力する。モニタ３２は、第２制御部３５と有線又は無線通信により接続されている。

【0026】

第２センサ３３は、対象物までの距離を検出するように構成されている。第２センサ３３は、ＴｏＦ（Time of Flight）センサ、又はＬｉＤＡＲなどの測距センサである。本実施形態では、第２センサ３３は、ＴｏＦセンサである。また、第１作業ユニット３は、２つの第２センサ３３を有している。２つの第２センサ３３のうち、一方は、前部且つ下部に配置され、もう一方は後部且つ上部に配置されている。第２センサ３３は、その検出した距離に関するデータ（例えば深度画像データ）を第２制御部３５に出力する。第２センサ３３は、有線又は無線通信により、第２制御部３５と接続されている。

【0027】

一対のカメラ３４のうち一方は、第２ユニット本体３１の前部に取り付けられ、もう一方は、第２ユニット本体３１の後部に取り付けられる。カメラ３４は、作業ロボット１００の周囲の人物などを撮像するように構成されている。そして、カメラ３４は、その撮像して得られた画像データを第２制御部３５へと出力する。カメラ３４は、有線又は無線通信により、第２制御部３５と接続されている。

【0028】

第２制御部３５は、作業に関する第２処理を実行するように構成されている。例えば、第２制御部３５は、第２処理として、カメラ３４から取得した画像データに基づき、人物検出を行う。なお、第２制御部３５は、カメラ３４から取得した画像データに加えて、第１制御部２６を介して取得した第１センサ２５から第１制御部２６が取得した点群データを第１制御部２６から取得し、これら画像データ及び点群データに基づき、人物検出を行ってもよい。第２制御部３５は、第２センサ３３から取得した距離情報を第１制御部２６へと出力する。

【0029】

第２制御部３５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＲＯＭ(Read Only Memory)等を備えるコンピュータによって構成されている。ＲＯＭには、種々の演算をするためのプログラムが記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行する。

【0030】

第２コネクタ３６は、第２制御部３５と電気的に接続されている。具体的には、ＬＡＮケーブル３７が第２制御部３５から延びており、ＬＡＮケーブル３７の先端部に第２コネクタ３６が取り付けられている。すなわち、ＬＡＮケーブル３７は、第２コネクタ３６と第２制御部３５とを連結している。

【0031】

第２コネクタ３６は、第１コネクタ２７に取り外し可能に接続されている。第２コネクタ３６を第１コネクタ２７に接続することにより、第１制御部２６と第２制御部３５とが通信可能に接続される。第２コネクタ３６は、例えば、ＬＡＮコネクタである。第２コネクタ３６は、第１コネクタ２７に差し込まれることで、第１コネクタ２７に接続される。

【0032】

＜動作＞
上述したように構成された作業ロボット１００は、以下のように動作する。まず、作業ロボット１００を店内で走行させることによって、第１センサ２５が店内の各障害物までの距離を検出し、その距離に関するデータ（例えば点群データ）を第１制御部２６に出力する。第１制御部２６は、そのデータに基づいて環境地図作成を行う。なお、第１制御部２６は、第１センサ２５から取得したデータに加えて、第２センサ３３からも距離に関するデータ（例えば深度画像データ）を取得し、両方のデータを用いて環境地図作成を行ってもよい。

【0033】

次に、来店した客をテーブルまで案内する際の作業ロボット１００の制御について説明する。まず、店員が操作して作業ロボット１００を案内モードにすることにより、作業ロボット１００は、第１待機ポジションまで移動する。なお、店員は、自身が有する端末によって作業ロボット１００を案内モードにしてもよいし、作業ロボット１００のモニタ３２によって作業ロボット１００を案内モードにしてもよい。

【0034】

客が作業ロボット１００の前に立つと、作業ロボット１００は、そのカメラ３４によって人物を撮像し、その撮像画像データを第２制御部３５へと出力する。第２制御部３５は、そのカメラ３４からの情報に基づき、人物の属性を判断し、記憶部に保存する。

【0035】

店員は、自身が有する端末、又は作業ロボット１００のモニタ３２を操作して、案内するテーブルを指定する。第１制御部２６は、記憶部に保存された環境地図に基づき、指定されたテーブルまでの経路を演算する。そして、第１制御部２６は、環境地図と、第１センサ２５及び第２センサ３３から取得したデータに基づき、電気モータ２４を駆動させて、作業ロボット１００を指定されたテーブルまで走行させる。

【0036】

第２制御部３５は、第１センサ２５からの点群データ、及びカメラ３４からの画像データに基づき、客が作業ロボット１００についてきているかを判断する。すなわち、第２制御部３５は、作業ロボット１００と客との距離が所定値以下であるか判断する。そして、第２制御部３５は、上記の距離が所定値以下となるように、第１制御部２６へ出力し、第１制御部２６は、その第２制御部３５から取得したデータに基づき、電気モータ２４を制御して、走行ユニット２を走行させる。すなわち、第１制御部２６は、第２制御部３５における制御内容に応じて、走行ユニット２を制御する。

【0037】

次に、作業ロボット１００によって配膳する際の作業ロボット１００の制御について説明する。店員が、自身が有する端末、又は作業ロボット１００のモニタ３２を操作することにより、作業ロボット１００を配膳モードに切り替える。これにより、作業ロボット１００は、第２待機ポジションへと移動する。店員は、第２待機ポジションに待機する作業ロボット１００の棚３１１上に料理を載置する。そして、店員は、端末又はモニタ３２によって料理を配膳するテーブルを指定する。作業ロボット１００は、案内モードと同様の制御によって、指定されたテーブルまで料理を運ぶ。

【0038】

以上のように配膳ロボットとして動作する作業ロボット１００は、第１作業ユニット３を別の作業ユニットに取り換えることにより、別の作業ロボット１００として動作させることができる。例えば、図２に示すように、第１作業ユニット３を走行ユニット２から取り外して、第２作業ユニット４を走行ユニット２に取り付けることができる。

【0039】

第２作業ユニット４は、第３ユニット本体４１、ピッキングアーム４２、第３センサ４３、カメラ４４、第３制御部４５、ＬＡＮケーブル４６、及び第３コネクタ４７を有している。

【0040】

第３ユニット本体４１は、第２ユニット本体３１と同様に、第１ユニット本体２１上に載置された状態で固定されるように、第１ユニット本体２１に取り付けられている。

【0041】

ピッキングアーム４２は、第３ユニット本体４１に取り付けられている。ピッキングアーム４２は、アクチュエータ（図示省略）によって駆動される。第３センサ４３は、第２センサ３３と同様に、測距センサである。カメラ４４は、作業ロボット１００の周囲の人物やピッキング対象物などを撮像するように構成されている。そして、カメラ４４は、その撮像して得られた画像データを第３制御部４５へと出力する。

【0042】

第３制御部４５は、第２処理における作業とは異なる作業に関する第３処理を実行するように構成される。具体的には、第３制御部４５は、ピッキング作業に関する第３処理を実行する。第３制御部４５は、第３センサ４３及びカメラ４４から取得したデータに基づき、ピッキングアーム４２を制御する。なお、第３制御部４５は、上記データに加えて、第１センサ２５から取得した点群データも用いてピッキングアーム４２を制御してもよい。

【0043】

ＬＡＮケーブル４６は、第３制御部４５から延びており、先端部に第３コネクタ４７が取り付けられている。第３コネクタ４７は、第１コネクタ２７に取り外し可能に接続されている。第３コネクタ４７を第１コネクタ２７に接続することにより、第１制御部２６と第３制御部４５とが通信可能に接続される。第３コネクタ４７は、例えば、ＬＡＮコネクタである。

【0044】

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、図３に示すように、走行ユニット２又は第１作業ユニット３は、通信部３８を有していてもよい。通信部３８は、走行ユニット２又は第１作業ユニット３が作業中に取得したデータをインターネットを介してサーバに送信するように構成されている。例えば、第１作業ユニット３の第２制御部３５は、カメラ３４から取得した情報に基づき、客の属性データ（性別、及び年齢など）を取得する。そして、第２制御部３５は、通信部３８を介して、その属性データをサーバに送信するように構成されている。これによれば、異なる店舗で使用される複数の作業ロボット１００からデータを収集することができる。

【符号の説明】

【0045】

２ ：走行ユニット
２５ ：第１センサ
２６ ：第１制御部
２７ ：第１コネクタ
３ ：第１作業ユニット
３３ ：第２センサ
３５ ：第２制御部
３６ ：第２コネクタ
３７ ：ＬＡＮケーブル
４ ：第２作業ユニット
４５ ：第３制御部
４６ ：ＬＡＮケーブル
４７ ：第３コネクタ
１００ ：作業ロボット

【図1】

【図2】

【図3】