設置したカメラで状況を正確に認識し、ロボットアームは最適な方法で動作する


 物流業界で人手不足が深刻さを増している。商品の注文受付から決済までの“入口”にあたる受注業務のデジタル化は急速に進展したが、一方で倉庫からの商品出荷や配送という“出口”の多くはデジタル化から取り残されたままだ。

 解決する方法はないのか。答えの代わりにまず、2017年11月にネット上に公開された次の動画を見ていただきたい。中国のネット通販2位、京東集団(JDドットコム)が上海に開設した大型物流センターの内部を撮影したものである。

JDドットコムの物流センター(YouTubeのJD.com,Inc.チャネルから)

 物流センターへ商品が入荷すると、ローラーコンベアの上を流れてくる商品をロボットアームが器用に持ち上げ、プラスチックコンテナに整然と収納して保管棚に送る。注文が入ると、対象商品を収めた保管棚のコンテナが所定の場所まで送られ、ロボットアームがコンテナから商品を取り出して梱包工程に引き渡す。そして、自動梱包されて出荷準備が整った商品を搬送ロボットが出荷エリアに運んでいく。

 ご覧の通り、物流センターの中に人影は見えない。JDドットコムの動画は、すでに利用可能な数々のテクノロジーを駆使すれば、物流業界が直面している人手不足という難問の解決が可能なことを示している。

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長期間かかるロボットへのティーチングを不要に

 ロジテック――。ロジスティクスとテクノロジーの造語で、倉庫内を縦横無尽に自律移動する搬送ロボットなど、物流革新を促進するテクノロジーが注目を集めている。ロジテックの粋を結集したJDドットコムの物流センターは、倉庫内のオペレーションを完全に無人化した世界初の例だとされる。

 この完全無人化を実現するにあたり、日本のベンチャーMUJINが極めて大きな役割を果たした。同社は従業員数45人のうち約6割を、10カ国以上から集まった海外人材が占める。そして、産業用ロボットの制御装置「MUJINコントローラ」を開発した。

 JDドットコムは、そのMUJINコントローラを物流センターに大量導入。さまざまな商品をピッキングするロボットアームの自動制御に活用している。また国内ではアスクルがMUJINコントローラを使い、物流センター内の商品ピッキングをロボットアームで自動化した。

写真1 MUJINの産業用ロボット制御装置「MUJINコントローラ」 (MUJINがYouTubeで公開している動画より)


 これまで、ロボットアームを動かすには、作業内容に合わせてロボットの関節の動作を細かく設定する「ティーチング」が必要だった。テーブルに置かれた茶碗を持つときに、肩より下に腕を下げた状態で、肘を少し延ばし、手首を上向きに軽くひねるというように、人間なら無意識に行っている動作をロボットにあらかじめ一つひとつ教え込まなければならない。

 ロボットがモノをつかむ瞬間、アームの先端の位置(手先の位置)はX軸・Y軸・Z軸の座標で決まり、先端の姿勢(手先の向き)はX軸・Y軸・Z軸を回転軸とする角度で定まる。ロボットアームのティーチングとは、そのポジションをアームの先端が正確にとれるよう、複数の関節の動きを調整してロボットに記憶させるイメージだ。

 作業内容によっては数千種類もの動作を覚えさせる必要がある。もちろん、関節ごとの稼働可能範囲(角度の制限)や、作業エリア周辺の壁や柱といった障害物との位置関係からロボットの動きを干渉する「特異点」も考慮しなければならない。

 そのため、自動化を図るためにロボットを設置したとしてもすぐには使えず、「ティーチングだけで1年ほどを要する例が珍しくない」と、MUJINの山内龍王氏は話す。しかも、それだけの手間をかけても、扱うモノの形や物流センター内のレイアウトなどが少しでも変われば、ティーチングのやり直しが生じてしまう。

 MUJINコントローラは、このようなティーチングが必要ない「ティーチレス」を製品の特徴として掲げる。ロボットの導入時に避けられなかった緻密なティーチングの負担をなくし、「早ければ2週間程度でロボットを現場で稼働させることができる」(山内氏)という。現に、JDドットコムの大型物流センターのプロジェクトでは導入期間が4カ月ほどだったが、MUJINはMUJINコントローラを難なく導入できた。

AIを使ってロボットアームが自ら動作する

 MUJINコントローラがティーチレスであるのは、人工知能(AI)技術「モーションプランニングAI」のおかげだ。MUJINコントローラを接続したロボットアームは、作業エリアに設置したカメラ「MUJIN3Dビジョン」で撮影した画像を基に、刻々と変化する目の前の状況を3次元で正確に認識する(MUJIN3Dビジョンは1ページのトップ画像を参照)。そしてピッキングするモノの形状や姿勢(向きや傾き)、コンテナ内にある他のモノとの重なりなどを見定め、特異点を踏まえた最適な動作方法を瞬時に考え出す。

 ロボットアームの導入時には、ティーチングを行う代わりに、作業環境は詳しくロボットに教える必要がある。具体的には、ロボットの稼働可能範囲や周辺にある障害物の位置、コンベアを流れてくるコンテナとロボットとの位置関係などで、これをMUJINコントローラに設定する。そのうえで、左から右にモノを移すといったように搬送先を指定すれば、その後はコンテナに入ったモノをロボットアームが自らの判断でハンドリングできるようになる。

写真2 MUJINコントローラに設定した作業環境のイメージ


 これまで物流センターの完全無人化を阻んできた大きな理由の一つは、取り扱うモノの形状がバラバラで、日用品や食品の全商品を対象にしたティーチングが事実上、不可能だったということだ。MUJINはこのハードルをクリアした。多品種のピッキングができるようにする専用の登録システムを用意した。扱う商品を登録システムに投入すると、形状やパッケージ画像を自動で読み取る。そのデータをMUJINコントローラに登録するとともに、商品をしっかりと持てる場所を指定すれば、箱形状の商品だけでなく、インスタントラーメンから練り歯磨きのチューブ、スプレー式の洗剤までロボットアームでピッキングできるようになる。

 MUJINコントローラの適用領域は、多品種商品のピッキングの無人化にとどまらない。人手に頼っているトラックからの荷下ろしや荷積みも、ロボットアームで代替できる可能性がある。

筆者:栗原 雅