JP2016159739A - 台車装置及び作業システム - Google Patents

Abstract

【課題】作業装置に対して機能ユニットが着脱自在な構成で、機能ユニットを作業装置に装着した際における作業装置の荷重負担をより軽減すること。【解決手段】作業装置に着脱自在に装着される機能ユニットを備えた台車装置であって、走行ユニット、前記機能ユニットを支持する支持ユニット、前記走行ユニットに対して前記支持ユニットを昇降自在に支持する昇降機構を備える。前記支持ユニットは、前記作業装置に設けられた装着部に係合され、前記装着部に対して前記支持ユニットを上下方向に回動自在に支持させる少なくとも一つの第一係合部、前記第一係合部よりも下方に配置され、前記装着部と係合することにより前記第一係合部を中心とした前記支持ユニットの回動を規制する少なくとも一つの第二係合部を備える。前記昇降機構は、前記支持ユニット又は前記走行ユニットの一方に固定され、他方に対して相対変位可能である。【選択図】 図５

Description

本発明は台車装置及び作業システムに関する。

ワークに対する処理を行うシステムとして、作業装置に対して機能ユニットを入れ替え自在にしたシステムが知られている。

この種のシステムとしては、例えば、ワークに対して部品を装着する作業装置と、主装置へ部品を供給する機能ユニットとを備えたシステムが提案されている。多数のワークを連続して順次作業位置に搬送し、組み付け作業を効率よく行うには、組み付ける部品を大量に準備する必要があるが、一回に準備する部品の数には限界がある。そこで、機能ユニットの入れ替えによって部品を複数回に分けて供給する。このようなシステムの作業装置としては、例えば、電子部品実装装置（マウンターとも称される）が知られている。

また、この種のシステムとしては、作業装置の作業を補助する補助作業を行う機能ユニットを備えたシステムも提案されている。機能ユニットを入れ替えることにより、ワークに対して異なる作業を行うことが可能となる。

この種のシステムにおいては、機能ユニットの入れ替え作業を効率的に行うため、機能ユニットを搭載する台車装置を用いたものが提案されている。特許文献１には、台車装置から作業装置へ機能ユニットを移載して搭載するシステムが開示されている。特許文献２には機能ユニットの装着中、台車装置を作業装置に支持させるシステムが開示されている。特許文献３には台車装置を床上に停止させた状態とするシステムが開示されている。

特許第３５５２８１０号公報 特許第４０１３６５５号公報 特許第５０５９５６６号公報

機能ユニットの入れ替えの際、作業装置に対する機能ユニットの位置決めが要求される。特許文献３のように台車装置を作業装置に支持しない構成の場合、機能ユニットと作業装置との位置関係が床面の状態に影響され易くなる。この点で特許文献１及び特許文献２のように作業装置に対して機能ユニットが着脱自在な構成は有利である。しかし、特許文献１のように機能ユニットを台車装置から分離するものは、機能ユニットを分離した後の台車装置の保管場所が必要となると共に保管場所への移動作業が必要となる。特許文献２のように台車装置を作業装置に支持させる構成の場合、台車装置の保管場所は必要ないが、作業装置が台車装置の重量を負担可能な剛性を有している必要がある。

本発明の目的は、作業装置に対して機能ユニットが着脱自在な構成で、機能ユニットを作業装置に装着した際における作業装置の荷重負担をより軽減することにある。

本発明によれば、作業装置に着脱自在に装着される機能ユニットを備えた台車装置であって、走行面を走行自在な走行ユニットと、前記機能ユニットを支持する支持ユニットと、前記走行ユニットに支持され、前記走行ユニットに対して前記支持ユニットを昇降自在に支持する昇降機構と、を備え、前記支持ユニットは、前記作業装置に設けられた装着部に係合され、前記装着部に対して前記支持ユニットを上下方向に回動自在に支持させる少なくとも一つの第一係合部と、前記第一係合部よりも下方に配置され、前記装着部と係合することにより前記第一係合部を中心とした前記支持ユニットの回動を規制する少なくとも一つの第二係合部と、を備え、前記昇降機構は、前記支持ユニット又は前記走行ユニットの一方に固定され、他方に対して相対変位可能である、ことを特徴とする台車装置が提供される。

また、本発明によれば、作業装置と、前記作業装置に着脱自在に装着される機能ユニットを備えた台車装置とを備える作業システムであって、前記作業装置は、作業ユニットと、前記台車装置が装着される装着部と、を備え、前記台車装置は、走行面を走行自在に移動可能な走行ユニットと、前記機能ユニットを支持する支持ユニットと、前記走行ユニットに支持され、前記走行ユニットに対して前記支持ユニットを昇降自在に支持する昇降機構と、を備え、前記支持ユニットは、前記装着部に係合され、昇降方向の位置および水平面方向の位置を当接して規定する少なくとも一つの第一係合部と、前記第一係合部よりも下方に配置され、前記第一係合部を中心とした前記支持ユニットの回動を規制する少なくとも一つの第二係合部と、を備え、前記昇降機構は、前記支持ユニット又は前記走行ユニットの一方に固定され、他方に対して相対変位可能である、ことを特徴とする作業システムが提供される。

本発明によれば、作業装置に対して機能ユニットが着脱自在な構成で、機能ユニットを作業装置に装着した際における作業装置の荷重負担をより軽減することができる。

本発明の一実施形態に係る作業システムの概略図。 図１の作業システムの制御系のブロック図。 図１の作業システムを構成する台車装置の斜視図。 図３の台車装置の分解斜視図。 図３の台車装置の分解斜視図。 作業装置に対する図３の台車装置の装着態様を示す図。 作業装置の装着部の説明図。 作業装置に対する図３の台車装置の装着態様を示す図。 図３の台車装置が備える昇降機構の斜視図。 図３の台車装置が備える昇降機構の一部破断斜視図。 図３の台車装置が備える規制機構の一部破断斜視図。 図３の台車装置が備える規制機構の一部破断斜視図。 図３の台車装置が備える規制機構の説明図。 作業装置に対する図３の台車装置の装着手順を示す図。 作業装置に対する図３の台車装置の装着手順を示す図。 作業装置に対する図３の台車装置の装着手順を示す図。

＜作業システム＞
図１は本発明の一実施形態に係る作業システムＡの概略図である。作業システムＡは、一つの作業装置１と、複数の台車装置２とを備える。なお、作業システムＡは、複数の作業装置１と一つの台車装置２とを備えてもよい。また、作業システムＡを複数の作業装置１と複数の台車装置２とを備えてもよい。

作業装置１は、作業ユニット１０ａと、搬送機構１０ｂと、架台１１とを備える。架台１１は、作業ユニット１０ａと搬送機構１０ｂとを支持する構造体であり、本実施形態の場合、架台１１は枠体である。搬送機構１０ｂは、作業対象のワークを搬送する機構であり、例えば、ローラコンベア、ベルトコンベア等のコンベアである。作業ユニット１０ａは、搬送機構１０ｂにより搬送されるワークに対して所定の作業を行うユニットである。所定の作業としては、例えば、ワークに対する部品の組み付け、ワークの加工（例えば孔開け、切断、溶接等）、ワークの検査等が含まれる。

架台１１には、複数の装着部１２が設けられている。各装着部１２には台車装置２が着脱自在に装着される。各台車装置２は、機能ユニット２０を備えている。機能ユニット２０は台車装置２を介して作業装置１に着脱自在に装着されることになる。

機能ユニット２０は、作業装置１の機能を補完するユニットである。機能ユニット２０としては、例えば、部品の供給装置や、作業ユニット１０ａが行う作業を補助する装置（例えば、部品の組み付け、ワークの加工、ワークの検査等）が挙げられる。作業装置１に装着させる機能ユニット２０を入れ替えることにより、部品の供給を連続的に行ったり、或いは、異なる機能を有する作業システムＡをより簡易に構築したりすることができる。なお、本実施形態の場合、機能ユニット２０は台車装置２に対して位置が固定される構成を想定しているが、作業装置１に対して台車装置２を装着した状態で、機能ユニット２０が作業ユニット１０ａに対して進退可能な構成であってもよい。

＜制御ユニット＞
図２は作業システムＡの制御系のブロック図である。作業システムＡは、制御装置１３と、制御装置２６とを含む。制御装置１３は、ホストコンピュータ３の指示に従って作業システムＡ全体の制御を行う。

制御装置１３は、ＣＰＵ等の処理部１３１と、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶部１３２と、外部デバイスを構成する入力デバイス１３４および出力デバイス１３５と処理部１３１とのインターフェースであるインターフェース部１３３と、を含む。インターフェース部１３３には、ホストコンピュータ３や制御装置２６との通信を行う通信インターフェースも含まれる。また、制御装置１３は、コネクタ１３６が台車装置２の装着可能数だけ準備されている。コネクタ１３６には、台車装置２に搭載される制御装置２６に接続されている電線等のコネクタ２６３が接続される。ホストコンピュータ３は、例えば、作業システムＡが配置された製造設備全体を制御するコンピュータである。

処理部１３１は記憶部１３２に記憶されたプログラムを実行し、入力デバイス１３４から入力される情報や、ホストコンピュータ３の指示に基づいて、出力デバイス１３５を制御する。入力デバイス１３４には、例えば作業ユニット１０ａや搬送機構１０ｂが備えるセンサが含まれる。出力デバイス１３５には、例えば作業ユニット１０ａや搬送機構１０ｂが備えるモータ、バルブ等のアクチュエータが含まれる。処理部１３１はまた、コネクタ１３６およびコネクタ２６３を通して制御装置２６へ機能ユニット２０の制御命令を出力し、機能ユニット２０の動作を制御する。また、制御装置１３は、台車装置２に構成される機能ユニット２０の駆動源（電源や制御エアー）もコネクタ１３６およびコネクタ２６３を介して供給する。

制御装置２６は、台車装置２毎に設けられる。制御装置２６は、識別ユニット２６１と、駆動回路２６２とを含む。駆動回路２６２は機能ユニット２０を駆動する回路であり、処理部１３１からの制御命令にしたがって機能ユニット２０を駆動する。また、制御装置２６の駆動源（電源等）は、コネクタ２６３を作業装置１に準備されているコネクタ１３６へ接続することで供給される。

識別ユニット２６１は作業装置１の処理部１３１が機能ユニット２０の種類を判別するためのユニットである。識別ユニット２６１は、例えば、処理部１３１がアクセス可能なメモリであり、機能ユニット２０の種類を示す識別情報を記憶する。処理部１３１は、識別ユニット２６１から識別情報を読み取り、作業装置１に装着されている台車装置２の機能ユニット２０の種類を判別することができる。処理部１３１は適切な機能ユニット２０が装着されているか否かを判断することができ、台車装置２の装着誤りを防止することができる。また、同じ種類の複数の機能ユニット２０を個別に特定する識別子を割り当てることで、同じ種類の複数の機能ユニット２０を区別することができる。識別子の割り当てに代えて、識別情報が機能ユニット２０を個別に特定するための情報を含んでいてもよい。

本実施形態の作業システムＡでは、台車装置２を作業装置１に装着した際、作業者が作業装置１に設けられたコネクタ１３６に台車装置２に設けられたコネクタ２６３を接続し、制御装置１３と制御装置２６とを電気的に接続することで、台車装置２へ電力が供給される。制御装置２６の電源がＯＮとなった場合、制御装置２６から処理部１３１へ接続完了信号を出力するようにし、処理部１３１は接続完了信号の受信を契機として識別ユニット２６１から識別情報を読み取ってもよい。別の構成例として、制御装置２６の電源がＯＮとなった場合、識別ユニット２６１から処理部１３１へ識別情報を送信する構成であってもよい。更に別の構成例として、処理部１３１から定期的に識別情報の取得要求を出力する構成とし、識別ユニット２６１は、電源ＯＮ時に取得要求に応答して識別情報を処理部１３１へ送信する構成であってもよい。

識別ユニット２６１は、無線ＩＤタグであってもよく、処理部１３１は無線通信によって識別ユニット２６１から識別情報を取得する構成でもよい。また、識別ユニット２６１は、ロータリスイッチやＤＩＰスイッチ等のスイッチであってもよい。作業者がスイッチの接点を切り替えることで機能ユニット２０の種類を手動で設定し、処理部１３１は、選択されている接点から機能ユニット２０の種類を判別することができる。

＜台車装置＞
台車装置２の詳細について図３〜図１６を参照して説明する。各図においてＸ、Ｙは互いに直交する水平方向を示し、Ｚは上下方向を示す。本実施形態の場合、Ｙ方向は、台車装置２が装着部１２に対して近接・離間する方向（換言すると装着・分離する方向）に設定されている。以下の説明において、Ｙ方向に延びる構成のうち、その装着部１２側となる部分を先端と呼び、反対側となる部分を後端と呼ぶ場合がある。まず、図３〜図５を参照して台車装置２の概要を説明する。図３は台車装置２の斜視図、図４及び図５は台車装置２の分解斜視図である。

台車装置２は、機能ユニット２０と、走行ユニット２１と、支持ユニット２２と、昇降機構２３（図５参照）と、規制機構２４（図１１、図１２を参照）と、側部枠２８とを備える。機能ユニット２０は既に説明したとおりである。

＜支持ユニット＞
支持ユニット２２は機能ユニット２０を支持するユニットである。支持ユニット２２は、支持部２２０と、アーム部２２１と、係合部２２２〜２２４と、側部枠２２５と、を備える。

支持部２２０は方形板状をなしており、支持ユニット２２のベースを構成する。機能ユニット２０は支持部２２０上に搭載されて支持される。後述する昇降機構２３の一部の構成や規制機構２４の一部の構成は、支持部２２０の下面に支持されている。

アーム部２２１は、支持部２２０の一側部（装着部１２側となる側部）に固定されている。アーム部２２１は複数のアーム部材２２１ａと、一つのアーム部材２２１ｂと、を含む。

支持部２２０の一側部に、上下方向に延びる一対の基部２２１ａ’がＸ方向に離間して設けられる。各基部２２１ａ’ の上端には、それぞれ装着部１２側へ突出するアーム部材２２１ａが設けられる。言い換えると、２つのアーム部材２２１ａは、それぞれＹ方向に延びる棒部材で構成される。アーム部材２２１ａと基部２２１ａ’は、例えば一体的に設けられ、全体としてＬ字型をなしている。一対のアーム部材２２１ａにおける対向面と反対側の面（Ｘ方向外側の面）には、係合部２２２が支持されている。アーム部材２２１ａは、本実施形態の場合、２つであるが３以上であってもよい。また、アーム部材２２１ａは１つであってもよい。アーム部材２２１ａを構成する棒部材の断面形状は、円状、多角形状のいずれであってもよい。

２つのアーム部材２２１ａにおける基部２２１ａ’側は、水平方向（Ｘ方向）に延びる連結部材２２１ｃで連結されており、２つの基部２２１ａ’は、水平方向（Ｘ方向）に延びる連結部材２２１ｄで連結されている。連結部材２２１ｃ及び２２１ｄは棒部材であり、アーム部２２１の剛性を向上すると共に、連結部材２２１ｃは係合部２２４を支持し、連結部材２２１ｄは一対の基部２２１ａ’及びアーム部材２２１ｂを支持する。

アーム部材２２１ｂは、本実施形態の場合、１つであるが複数あってもよい。アーム部材２２１ｂは、Ｚ方向に延びる棒部材である。アーム部材２２１ｂの上端は連結部材２２１ｄのＸ方向中央部に固定されており、アーム部材２２１ｂの下端には係合部２２３が支持されている。

係合部２２２及び２２３は、本実施形態の場合、ローラであるが、装着部１２と係合可能な他の構成であってもよい。本実施形態の場合、係合部２２２は２つ設けられているが、１つでもよいし、３以上であってもよい。また、本実施形態の場合、係合部２２３は１つ設けられているが、複数あってもよい。

係合部２２２は、各アーム部材２２１ａに一つずつ回転自在に支持されている。本実施形態の場合、係合部２２２はアーム部材２２１ａの外側側部に支持されている。２つの係合部２２２の回転軸はＸ方向の軸である。２つの係合部２２２はＸ方向に離間して共通軸上に位置しており、支持ユニット２２は全体として、２つの係合部２２２の共通軸回りに回動自在である。係合部２２３は、アーム部材２２１ｂの下端に回転自在に支持されている。係合部２２３の回転軸はＸ方向の軸である。係合部２２３は、係合部２２２の回転軸を含む垂直面よりもＹ方向で支持部２２０側（後端側）に位置しており、かつ、係合部２２３は係合部２２２の回転軸を含む水平面よりも下方に位置している。

係合部２２４は、本実施形態の場合、装着部１２側（先端側）に開放した溝２２４ａが形成された、平面視でＵ字形の部材であるが、装着部１２と係合可能な他の構成であってもよい。本実施形態の場合、係合部２２４は１つ設けられているが、複数あってもよい。係合部２２４は連結部材２２１ｃのＸ方向中央部に固定されている。

ここで、図７、図８を参照して装着部１２の構成、及び、装着部１２に対する係合部２２２〜２２４の係合態様を説明する。図７は装着部１２の説明図である。図８は作業装置１に対する台車装置２の装着態様を示す図である。

装着部１２は、架台１１の一部を利用して構成されている。装着部１２は、水平姿勢のテーブル１２ａを備える。テーブル１２ａの上面には、係合部２２２に対応した係合部１２０と、係合部２２４に対応したガイド部材１２２とが固定されている。

本実施形態の場合、既に述べたとおり、係合部２２２を２つ設けているので、係合部１２０も２つ設けている。同様に、係合部２２４を１つ設けているので、ガイド部材１２２も１つ設けている。

係合部１２０は、本実施形態の場合、上方に開放した溝１２０ａが形成された、側面視でＵ字型の部材であるが、係合部２２２と係合可能な他の構成であってもよい。係合部１２０の溝１２０ａは、係合部２２２の外形状に応じた半円形をなしている。係合部１２０と係合部２２２との係合状態においては、図８に示すように、係合部２２２の周面は係合部１２０の溝１２０ａの内周面に当接し、係合部２２２のＺ方向とＹ方向の位置決めがなされる。つまり、係合部１２０と係合部２２２との係合により、支持ユニット２２のＺ方向とＹ方向の位置が規定される。ただし、係合部２２２の回転軸回りの支持ユニット２２の位置（回転方向の位置）は規定されず、支持ユニット２２はＸ方向の軸周りに（換言するとＺ方向に）回動自在に支持された状態にある。

ガイド部材１２２は、本実施形態の場合、Ｚ方向に延びる軸状の部材であり、その直径は係合部２２４の溝２２４ａの幅よりも僅かに小さい。したがって、図８に示すように係合部２２４の溝２２４ａをＹ方向に移動させてガイド部材１２２に係合させることが可能である。そして、係合部２２４とガイド部材１２２との係合状態においては、溝２２４ａの内周面はガイド部材１２２の外周面に当接し、係合部２２４のＸ方向の位置決めがなされる。つまり、係合部２２４とガイド部材１２２との係合により、支持ユニット２２のＸ方向の位置が規定される。ただし、Ｙ方向、Ｚ方向並びにガイド部材１２２を中心軸とした軸回りの支持ユニット２２の位置は規定されない。

図７に示すように、テーブル１２ａの側面には、後述する規制機構２４が係合する係合部１２３が形成されている。本実施形態の場合、係合部１２３は２つ設けられているが、１つでもよいし、３以上でもよい。本実施形態の場合、係合部１２３はＹ方向に延びる穴であるが規制機構２４と係合可能な他の構成であってもよい。

図７に示すように、装着部１２は、テーブル１２ａの下方において、垂直面１２１を備えるベース部材ＢＭを備える。垂直面１２１には係合部２２３が係合する。これらの係合は垂直面１２１に対する係合部２２３の横からの（Ｙ方向の）当接である。垂直面１２１と係合部２２３の係合により、係合部２２２の回転軸を中心とした支持ユニット２２の回動が規制される。つまり、係合部２２２の回転軸回りの支持ユニット２２の回転方向の位置が規定され、支持ユニット２２はＸ軸周りに（換言するとＺ方向に）回動不能となる。

図７に示すように、装着部１２は接続部１４を備える。接続部１４には、台車装置２が備える、後述する接続部２７が接続される。本実施形態の場合、接続部１４は、ベース部材ＢＭの垂直面１２１に設けられている。接続部１４は、板状の部材に複数の係合部１４１を形成したものである。本実施形態の場合、係合部１４１はＹ方向に延びる穴である。係合部１４１のうち、台車装置２の接続部２７が接続される係合部１４１は開放され、接続されない係合部１４１は不図示のピン等を挿入して閉鎖される。開放する係合部１４１は、作業装置１に装着する機能ユニット２０の種類に応じて選択される。開放する係合部１４１を変更することで、接続部２７との接続態様（ここでは接続部位）を変更することができる。

装着部１２の前方の床上には、一対の案内装置５がＸ方向に離間して設けられている。各案内装置５はＹ方向に配列された複数のローラ５０を備える。ローラ５０の回転軸はＺ方向の軸である。一対の案内装置５間の距離は、台車装置２の幅よりも僅かに長くされている。台車装置２を装着部１２に装着する際、一対の案内装置５の間に台車装置２を進入させることにより、台車装置２が適切な装着位置（Ｘ方向）及びに姿勢に案内されることになる。

図３〜図５に戻り、側部枠２２５は、支持部２２０に取り付けられ、アーム部２２１側の側部を除く、支持ユニット２２の三つの側部を形成する。側部枠２２５は、支持部２２０の下側の機構が外部に露出することを防止するカバーとして機能する。

＜走行ユニット＞
走行ユニット２１は、走行面を走行自在なユニットである。走行面は例えば作業システムＡが設置される工場の床面である。走行ユニット２１は、本実施形態の場合、手押式の台車であり、収容部２１０と、一対のフォーク２１１と、走行輪２１２及び２１３と、を備える。

収容部２１０は中空の箱体である。収容部２１０の天部は開放されているが、その開口は、後述する昇降機構２３のベース２３０（機能ユニット２０の制御ケーブルが通る開口ＯＰが一部に形成されている）により閉口されている。収容部２１０内には制御装置２６を収容することができる。収容部２１０に制御装置２６を収容空間として利用することで、台車装置２の外部に制御装置２６の設置スペースを確保しなくてもよい。また、台車装置２と共に制御装置２６を移動することができ、機能ユニット２０と制御装置２６とを対応づけて管理することが容易になる。

収容部２１０にはハンドル２ａが取付けられている。作業者は、ハンドル２ａを把持して台車装置２を移動させることができる。ハンドル２ａは、収容部２１０の後端面にＸ軸周りに回動可能な回動機構２ｂに装着されており、台車装置２を移動させる際の位置となる移動位置と、台車装置２を装着部１２に装着させた際の位置となる収容位置とに回動可能に構成されている。回動機構２ｂは、不図示の回動規制部材により回動が規制されるように構成されており、少なくともハンドル２ａの移動位置における状態を維持する。ハンドル２ａを移動位置と収納位置とに移動可能に構成することにより、装着部１２に装着された台車装置２の機能ユニット２０に対する作業者の作業が容易になる。

側部枠２８は走行ユニット２１に取り付けられ、昇降機構２３が外部に露出することを防止するカバーとして機能する。

一対のフォーク２１１は収容部２１０の底部に固定されている。各フォーク２１１はＹ方向に延設されており、Ｘ方向に離間して設けられている。上述した案内装置５、５の間に台車装置２を進入させた際に、各フォーク２１１のＸ方向外側の側面がローラ５０に当接する。これにより台車装置２全体が案内装置５により案内される。

各フォーク２１１の先端側には走行輪２１２が設けられている。また、収容部２１０の後端側には走行輪２１３が設けられている。走行輪２１２は２つ設けられており、走行輪２１３もＸ方向に離間して２つ設けられている。合計で４つの走行輪２１２及び２１３を走行面に接地させ、台車装置２は走行される。

収容部２１０の前面（装着部１２側となる面）には、上述した接続部１４に接続される接続部２７が設けられている。本実施形態の場合、接続部２７は２つ設けられているが３以上でもよいし１つでもよい。各接続部２７は、板状の本体部２７１と、本体部２７１から装着部１２側に突出する軸状の接続部材２７２とを備える。本体部２７１には複数の穴２７３（ここではＺ方向に３つ）が形成されており、接続部材２７２はいずれかの穴２７３に嵌合される。接続部材２７２を嵌合する穴２７３の変更をすることで、接続部１４に対する接続態様（ここでは接続部位）を変更することができる。

接続部材２７２が嵌合される穴２７３は、機能ユニット２０の種類に応じて選択される。既に述べたとおり、装着部１２の複数の係合部１４１のうち、開放する係合部１４１も、作業装置１に装着する機能ユニット２０の種類に応じて選択される。各係合部１４１と、穴２７３とは、互いに位置が対応する関係にある。係合部１４１及び穴２７３の選択が、機能ユニット２０の種類に応じて適切に行われている場合、装着部１２に対して台車装置２を適切な位置に装着すると、接続部材２７２が係合部１４１に挿入される。逆に、誤った（設定と異なる）種類の機能ユニット２０を搭載した台車装置２を装着部１２に装着しようとすると、閉鎖された係合部１４１に接続部材２７２が当接されるため、台車装置２を装着することができない。

このように本実施形態では、接続部１４及び接続部２７によって台車装置２の誤装着を機械的に防止することができる。そのため、電源が供給されていない状態であっても誤装着を防止することができる。特に、図２を参照して説明した識別ユニット２６による電気的な機能ユニット２０の種類の判別と、接続部１４及び接続部２７による機械的な機能ユニット２０の種類の判別と、によって台車装置２の誤装着をより確実に防止することができる。

なお、本実施形態の場合、接続部２７側を接続部１４側へ差し込む構成としているが、逆であってもよい。また、装着態様を変更可能であれば、軸と穴以外の構成（例えば、三角形、四角形、円型などの形状によるマッチングなど）であってもよい。

また、本実施形態の場合、接続されない係合部１４１は閉鎖することとしたが、閉鎖しなくてもよい。この場合、接続部材２７２が嵌合している係合部１４１を特定するセンサを設け、センサの検知結果によって、接続部材２７２が嵌合している係合部１４１が機能ユニット２０の種類に対応した係合部１４１か否かを判定してもよい。センサは、各係合部１４１に配設されるスイッチであってもよい。

さらに、本実施の形態においては、台車装置２が手押し式の台車である場合を例に挙げて説明を行ったが、台車としては、無人搬送車（ＡＧＶ）であってもよい。この場合、台車装置２は、自動で作業装置１の近くまで無人走行し、停止する。その後、例えば、作業者が、台車装置２と作業装置１との連結を行う。または、台車装置２と作業装置１との連結自体も、台車装置２による自動制御で行うようにしても良い。

＜昇降機構＞
次に、図５、図９及び図１０を参照して昇降機構２３について説明する。図９は昇降機構２３の斜視図（一部の構成を除く）、図１０は昇降機構２３の一部破断斜視図である。

昇降機構２３は、ベース２３０と、連結部２３１と、駆動機構２３２とを含む。ベース２３０は走行ユニット２１に固定される固定部を構成する。ベース２３０は、板状の部材であり、収容部２１０に固定されると共に、収容部２１０の天部を塞ぐ天板として機能する。ベース２３０上にはＹ方向に延設された一対のレール２３０１が固定されている。一対のレール２３０１はＸ方向に離間して配設されている。また、ベース２３０には、収容部２１０に収容される制御装置２６接続され支持部２２０に支持される機能ユニット２０に接続される制御ケーブルが挿通される開口が形成されている。

連結部２３１は、ベース２３０の四隅に一つずつ、合計で４つ設けられている。各連結部２３１は、ベース２３０側のリンク２３１１と、支持ユニット２２側のリンク２３１２とを備える。リンク２３１１は、ブラケット２３１１ａと係合部２３１１ｂとを備える。ブラケット２３１１ａはＬ字型の部材であり、ベース２３０に固定されると共に上方に延設される部分を有する。係合部２３１１ｂはブラケット２３１１ａに回転自在に支持されたローラである。係合部２３１１ｂの回転軸はＸ方向の軸である。

リンク２３１２は、ブラケット２３１２ａと係合部２３１２ｂとを備える。ブラケット２３１１ａは板状の部材であり、支持部２２０に固定されると共に下方に延設される部分を有する。係合部２３１２ｂはブラケット２３１２ａに形成された長穴であり、Ｚ方向に延設されている。長穴は貫通孔であるが、溝であってもよい。

係合部２３１１ｂが係合部２３１２ｂに挿入されることで、リンク２３１１とリンク２３１２とは、互いに連結される。係合部２３１２ｂのＺ方向の長さ（穴長さ）は、係合部２３１１ｂの直径よりも長い。つまり、係合部２３１１ｂと係合部２３１２ｂとは係合部２３１２ｂのＺ方向の長さの範囲内で、Ｚ方向に相対変位可能である。本実施形態の場合、更に、係合部２３１２ｂの穴幅（Ｙ方向の長さ）は、係合部２３１１ｂの直径よりも長い。つまり、係合部２３１１ｂと係合部２３１２ｂとは係合部２３１２ｂの幅の範囲内で、Ｙ方向にも相対変位可能である。ただし、Ｙ方向の相対変位量は僅かであり、支持ユニット２２と昇降機構２３との連結における”遊び”程度とされる。Ｙ方向には相対変位しない構成も採用可能である。

係合部２３１１ｂ及び２３１２ｂが相対変位可能であることから、昇降機構２３は、支持ユニット２２に対してＺ方向及びＹ方向に相対変位が可能に連結されている。より厳格に言えば、昇降機構２３のベース２３０と、支持ユニット２２とは互いにＺ方向及びＹ方向に相対変位が可能に連結されている。

なお、連結部２３１の構成はこれに限られず、Ｚ方向又はＹ方向の少なくともいずれか一方の相対変位を許容する他の構成も採用可能である。例えば、Ｚ方向の相対変位を許容する構成例として、ベース２３０側に固定されるレールと、支持ユニット２２に固定されるレールとを備えたスライドレールであってもよい。また、係合部２３１２ｂとして形成されている長穴は、対向する直線部の離間距離が下方に向かって徐々に広がるテーパ形状に形成されてもよい。下広がりのテーパ形状に形成することで支持ユニット２２の上方の位置におけるＸ−Ｙ面における揺動範囲が大きくなり、装着部１２の装着位置への位置合わせが容易になる。

駆動機構２３２は、入力軸２３２０と、ボールねじ機構２３２１と、移動体２３２２と、変換機構２３２３と、ハンドル２３２４とを備える。

入力軸２３２０は、Ｙ方向の軸である。入力軸２３２０にはハンドル２３２４を装着可能である。作業者はハンドル２３２４を操作することで、入力軸２３２０をその軸回りに回転させることができる。

ボールねじ機構２３２１は、ボールねじ軸２３２１ａと、ボールナットユニット２３２１ｂと、ベース２３０に固定された一対の支持部材２３２１ｃとを備える。ボールねじ軸２３２１ａは、Ｙ方向に延設され、その両端部が、一対の支持部材２３２１ｃにより回転自在に支持されている。ボールねじ軸２３２１ａの一方端部には入力軸２３２０が同軸で接続されており、入力軸２３２０が回転するとボールねじ軸２３２１ａも回転する。ボールナットユニット２３２１ｂはボールねじ軸２３２１ａと係合するボールナットを備え、ボールねじ軸２３２１ａの回転によりＹ方向に移動する。

移動体２３２２は、複数の軸２３２２ａと、一対の支持板２３２２ｂと、複数の小径ローラ２３２２ｃおよび大径ローラ２３２２ｄとを備える。一対の支持板２３２２ｂは、Ｙ方向に延びる帯状の部材であり、その先端側（図９中では左側）及び後端側（図９中では右側）は軸２３２２ａを介してそれぞれ連結される。後端側の軸２３２２ａはボールナットユニット２３２１ｂに嵌入して設けられる。軸２３２２ａはＸ方向に沿って設けられ、各軸２３２２ａの両端部に、外側から順に小径ローラ２３２２ｃ、大径ローラ２３２２ｄが回転自在にそれぞれ取り付けられている。

小径ローラ２３２２ｃのローラ部がレール２３０１上を転動する。大径ローラ２３２２ｄは後述するようにカムローラであるが、Ｘ方向一方側の大径ローラ２３２２ｄが一方のレール２３０１の内側の面に当接することで、Ｘ方向他方側の小径ローラ２３２２ｃが他方のレール２３０１上から脱輪するのを防止するガイドも兼ねる。

以上の構成により、作業者がハンドル２３２４を操作することで、移動体２３２２をレール２３０１上でＹ方向に移動させることができる。移動体２３２２の移動ストロークは、一対の支持部材２３２１ｃ間のＹ方向の離間距離により規定される。

変換機構２３２３は、移動体２３２２のＹ方向の移動力を支持ユニット２２の上下方向（Ｚ方向）の移動力に変換する機構である。本実施形態の場合、変換機構２３２３は、支持部２２０の下面に固定された板カムであり、支持部２２０の四隅にそれぞれ１つずつ、合計４つ配設されている。変換機構２３２３の下面はカム面を構成する。カム面は、水平面と水平面に連続した斜面とを含む。この斜面はＹ方向一方側（先端側）から他方側（後端側）へ向かって上方へ傾斜している。大径ローラ２３２２ｄのローラ部はカム面に当接する。図１０の例は、大径ローラ２３２２ｃがカム面の水平面部分に当接した状態を示している。言い換えると、移動体２３２２が先端側に前進した状態であり、この状態が最大上昇位置となる。

作業者がハンドル２３２４を操作することで、移動体２３２２がＹ方向に移動し、大径ローラ２３２２ｄとカム面との当接位置が変化する。大径ローラ２３２２ｄがカム面の斜面に当接すると、その当接位置に応じて走行ユニット２１に対して支持ユニット２２が昇降することになる。

支持ユニット２２は、変換機構２３２３を介して移動体２３２２上に”載置されているだけ”の状態であり、走行ユニット２１に対して支持ユニット２２は、基本的には、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向のいずれにも相対変位可能な状態にある。ただし、連結部２３１により、Ｘ方向の相対変位が規制され、Ｙ方向及びＺ方向の相対変位は、係合部２３１２ｂの幅、長さの範囲内でのみ許容され、支持ユニット２２が走行ユニット２１から不用意に脱落してしまうことが防止される。

なお、本実施形態では、昇降機構２３を（より厳密にはベース２３０を）走行ユニット２１に固定する構成としたが、支持ユニット２２に固定する構成としてもよい。

＜規制機構＞
次に、図５、図１１〜図１３を参照して規制機構２４について説明する。図１１及び図１２は規制機構２４の一部破断斜視図であり、図１３は規制機構２４のロック及びロック解除の説明図である。

規制機構２４は、支持ユニット２２に設けられており、装着部１２に対する支持ユニット２２の昇降を規制可能とする機構である。本実施形態の場合、規制機構２４は２組設けられているが、１組であってもよい。各規制機構２４は、規制部材２４０と、複数の支持部２４１と、係合部２４２と、係合部２４３とを備える。

規制部材２４０はＹ方向に延びる棒状の部材であり、本実施形態の場合、丸軸状の部材である。規制部材２４０は支持ユニット２２をＹ方向に貫通するように支持ユニット２２に構成される。規制部材２４０の先端には係合部２４０ａが設けられ、後端には操作部２４０ｂが設けられている。係合部２４０ａは先細りの円錐形状をなし、連結部材２２１ｄに形成したＹ方向の貫通穴Ｈ内に収容されている。操作部２４０ｂは作業者が操作可能なノブを構成しており、作業者が規制部材２４０をＹ方向に押す又は引く操作や、規制部材２４０をその軸回りに回転する操作を容易なものとしている。

複数の支持部材２４１は、Ｙ方向に離間して配設されており、規制部材２４０を支持する穴を備えている。規制部材２４０は、複数の支持部材２４１によって、軸方向の移動可能に、かつ、軸回りの回転可能に支持されている。

係合部２４２は、操作部２４０ｂに隣接して規制部材２４０に固定された、縦と横の長さが異なる長方形の板状の部材であり、規制部材２４０の軸方向に直交するように取り付けられている。係合部２４３は、側部枠２２５に固定され、係合部２４２がその姿勢によって通過可能なスリット２４３ａを有している。

規制機構２４の動作について説明する。図１１は支持ユニット２２の昇降を規制しない非規制状態を示している。係合部２４０ａは貫通穴Ｈ内に位置しており、連結部材２２１ｄから突出していない。係合部２４２は係合部２４３よりも外側（操作部２４０ｂ側）に位置している。

支持ユニット２２の昇降を規制する場合、作業者は規制部材２４０をＹ方向一方側（先端側）に移動させる。図１２は支持ユニット２２の昇降を規制する規制状態を示している。係合部２４０ａは連結部材２２１ｄから装着部１２側へ突出した状態にある。係合部２４０ａは図７に示した係合部１２３に係合し、支持ユニット２２の昇降を規制する。規制を解除する場合は図１１の状態に戻せばよい。

図１１に示した非規制状態から図１２に示した規制状態へ規制部材２４０を移動する際、係合部２４２は係合部２４３のスリット２４３ａを通過して、図１３の状態ＳＴ１に示すように、係合部２４３のスリット２４３ａよりも側部枠２２５側に位置した状態となる。作業者が操作部２４０ｂを把持して規制部材２４０を９０度回転（一方向に回転）させると、状態ＳＴ２に示すように、係合部２４２が係合部２４３のスリット２４３ａを通過できなくなり、ロック状態となる。つまり、規制状態から不用意に非規制状態に戻ることが防止される。ロック状態を解除する場合は、規制部材２４０を反対方向に９０度回転（他方向に回転）させて係合部２４２と係合部２４３との係合状態を解除させればよい。

＜装着手順＞
図１４〜図１６を参照して装着部１２に対する台車装置２の装着手順について説明する。図１４は装着部１２及び台車装置２の各状態を上方から見た模式図であり、図１５は図１４に対応して装着部１２及び台車装置２の各状態を側方から見た模式図である。図１６は図１５の状態に続く、装着部１２及び台車装置２の各状態を側方から見た模式図である。

図１４及び図１５の状態ＳＴ１１は準備状態を示す。準備状態では、装着部１２に対して台車装置２がＹ方向に離間している。台車装置２は、図７に示した一対の案内装置５の案内により、装着部１２に対して対峙した位置にある。係合部２２２は係合部１２０よりも高い位置にある。規制機構２４は非規制状態にある。

次に装着作業に移る。作業者は、ガイド部材１２２に対する係合部２２４の係合を目安にして台車装置２を装着部１２へ向かって押し出す。状態ＳＴ１２に示すように、機能ユニット２０の種類に応じて設定された接続部２７の接続部材２７２が作業装置１で装着可能に設定された台車装置２に応じて設定された接続部１４の係合部１４１に接続され、台車装置２が適切な台車装置２であるか（所定の種類の機能ユニット２０を搭載したものか）が確認される。ガイド部材１２２に係合部２２４が係合すると、台車装置２のＸ方向、Ｙ方向のおおよその位置決めが行われたことになり、係合部２２２は係合部１２０の上方に位置される。係合部２２３は垂直面１２１に接触するか、僅かに離間した位置となる。この状態まで、支持ユニット２２や機能ユニット２０の重量は走行ユニット２１に負荷されている。

次に、作業者はハンドル２３２４を操作して、図１６の状態ＳＴ１３に示すように移動体２３２２を矢印Ｙ２で示す方向に移動させ、支持ユニット２２を矢印Ｙ３で示す方向に下降させる。下降の途中で、係合部２２２は係合部１２０と係合する。既に述べたとおり、昇降機構２３は支持ユニット２２に対してＺ方向に相対変位が可能に連結されている。このため、係合部２２２が係合部１２０と係合すると、支持ユニット２２はそれ以上には下降せず、支持ユニット２２や機能ユニット２０の重量は装着部１２に負荷される。

係合部２２２が係合部１２０と係合した段階では、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の支持ユニット２２の位置決めが完了している。ただし、係合部２２２と係合部１２０との係合だけでは、係合部２２２の回転軸（状態ＳＴ１３においてＸ１で示す）回りに支持ユニット２２は回動自在である。本実施形態の場合、状態ＳＴ１３において、支持ユニット２２には軸Ｘ１を中心として同図で反時計回りに支持ユニット２２が回動しようとする。しかし、矢印Ｙ１で示すように係合部２２３が垂直面１２１に当接することで、回動が阻止される。支持ユニット２２は、装着部１２に立て掛けられるようにして支持される。この状態で、走行ユニット２１と支持ユニット２２とは、物理的には分離した状態（支持ユニット２１の重量を支持する支持体が走行ユニット２１から装着部１２（作業装置１）へ移動した状態）にあり、走行ユニット２１は走行面に接地した状態にあるので、走行ユニット２１の重量が装着部１２に負荷されることはない。

支持ユニット２２等により装着部１２に作用する荷重は、係合部１２０における垂直荷重と、垂直面１２１における水平荷重である。支持ユニット２２等を一か所（例えば係合部１２０のみ）で支持する場合、応力が集中し易くなる。本実施形態の場合、垂直荷重と水平荷重に荷重が分散されるので、応力が一か所に集中することを防止できる。

続いて、規制機構２４を操作して、規制部材２４０を図１６の状態ＳＴ１４に矢印Ｙ４で示す方向に移動させて係合部１２３に係合させ、規制状態とする。これにより、不用意に支持ユニット２２が上下に昇降することが防止され、支持ユニット２２が装着部１２から脱落することが防止される。その後、コネクタ２６３の接続作業等を行って台車装置２の装着が完了する。なお、ハンドル２ａは、図１６の状態ＳＴ１４に示すように、必要に応じて移動位置から収納位置に移動させてもよい。

以上の通り、本実施形態では、装着部１２に対する台車装置２の装着が完了したとき、装着部１２が走行ユニット２１の重量を負担しない。したがって、台車装置２を作業装置１に装着した際における作業装置１の荷重負担をより軽減することができる。

Ａ 作業システム、１ 作業装置、２ 台車装置、２１ 走行ユニット、２２ 支持ユニット、２３ 昇降機構、２２２ 係合部、２２３ 係合部

Claims (17)

1. 作業装置に着脱自在に装着される機能ユニットを備えた台車装置であって、
   走行面を走行自在な走行ユニットと、
   前記機能ユニットを支持する支持ユニットと、
   前記走行ユニットに支持され、前記走行ユニットに対して前記支持ユニットを昇降自在に支持する昇降機構と、を備え、
   前記支持ユニットは、
   前記作業装置に設けられた装着部に係合され、前記装着部に対して前記支持ユニットを上下方向に回動自在に支持させる少なくとも一つの第一係合部と、
   前記第一係合部よりも下方に配置され、前記装着部と係合することにより前記第一係合部を中心とした前記支持ユニットの回動を規制する少なくとも一つの第二係合部と、を備え、
   前記昇降機構は、前記支持ユニット又は前記走行ユニットの一方に固定され、他方に対して相対変位可能である、
   ことを特徴とする台車装置。
2. 請求項１に記載の台車装置であって、
   前記昇降機構は、前記支持ユニット又は前記走行ユニットの一方に固定され、他方に対して少なくとも上下方向に相対変位可能である、
   ことを特徴とする台車装置。
3. 請求項２に記載の台車装置であって、
   前記昇降機構は、前記支持ユニット又は前記走行ユニットの一方に固定され、他方に対して少なくとも水平方向に相対変位可能である、
   ことを特徴とする台車装置。
4. 請求項１に記載の台車装置であって、
   前記支持ユニットは、前記装着部に設けられたガイド部材に係合する少なくとも一つの第三の係合部を備え、
   前記第一の係合部は前記装着部に対して前記支持ユニットの第一の水平方向を規定し、
   前記第三の係合部は前記装着部に対して前記支持ユニットの前記第一の水平方向と直交する第二の水平方向を規定する、
   ことを特徴とする台車装置。
5. 請求項１に記載の台車装置であって、
   前記支持ユニットは、
   前記機能ユニットを支持する支持部と、
   前記支持部の前記装着部側の側部に設けられたアーム部と、を備え、
   前記アーム部は、
   水平方向に延びる少なくとも一つの第一アーム部材と、
   上下方向に延びる少なくとも一つの第二アーム部材と、を備え、
   前記第一アーム部材は前記第一係合部を備え、
   前記第二アーム部材は前記第二係合部を備える、
   ことを特徴とする台車装置。
6. 請求項５に記載の台車装置であって、
   前記第一係合部は、水平軸回りに回転自在に前記第一アーム部材に支持され、前記水平軸方向に離間した二つのローラである、
   ことを特徴とする台車装置。
7. 請求項６に記載の台車装置であって、
   前記第一アーム部材を二つ備え、
   二つの前記第一アーム部材は互いに前記水平軸と平行な方向に離間しており、
   各々の前記第一アーム部材は、前記二つのローラのうちの一つを備える、
   ことを特徴とする台車装置。
8. 請求項１に記載の台車装置であって、
   前記装着部は垂直面を備え、
   前記第二係合部は、水平軸回りに回転自在に支持され、かつ、前記垂直面に横から当接するローラである、
   ことを特徴とする台車装置。
9. 請求項３に記載の台車装置であって、
   前記昇降機構は、
   前記支持ユニット又は前記走行ユニットの一方に固定される固定部と、
   前記支持ユニット又は前記走行ユニットの他方と前記固定部とを連結する連結部と、
   前記固定部に対して前記他方を昇降する駆動機構と、を備え、
   前記連結部は、前記他方の上下方向の相対変位を所定の範囲内で許容し、かつ、前記他方の水平方向の相対変位を所定の範囲内で許容する、
   ことを特徴とする台車装置。
10. 請求項９に記載の台車装置であって、
    前記駆動機構は、
    入力軸と、
    前記入力軸の回転により水平方向に移動する移動体と、
    前記移動体と係合し、前記移動体の移動力を前記固定部に対する前記他方の上下方向の移動力に変換する変換機構と、を備える、
    ことを特徴とする台車装置。
11. 請求項１に記載の台車装置であって、
    前記支持ユニットに設けられ、前記装着部に対する前記支持ユニットの昇降を規制可能な規制機構を更に備え、
    前記規制機構は、
    棒状の規制部材と、
    前記規制部材を水平方向に進退自在に支持する支持部と、を備え、
    前記規制部材の一方端部は、前記装着部に係合する係合部を備え、
    前記規制合部材の他方端部は、操作部を備える、
    ことを特徴とする台車装置。
12. 請求項１に記載の台車装置であって、
    前記走行ユニットは、
    前記機能ユニットの制御装置を収容する収容部と、
    前記作業装置が前記機能ユニットの種類を識別するための識別ユニットと、を備える、
    ことを特徴とする台車装置。
13. 請求項１に記載の台車装置であって、
    前記台車装置は、前記装着部に接続され、前記機能ユニットの種類に応じて接続態様を変更可能な接続部を備える、
    ことを特徴とする台車装置。
14. 作業装置と、前記作業装置に着脱自在に装着される機能ユニットを備えた台車装置とを備える作業システムであって、
    前記作業装置は、
    作業ユニットと、
    前記台車装置が装着される装着部と、を備え、
    前記台車装置は、
    走行面を走行自在に移動可能な走行ユニットと、
    前記機能ユニットを支持する支持ユニットと、
    前記走行ユニットに支持され、前記走行ユニットに対して前記支持ユニットを昇降自在に支持する昇降機構と、を備え、
    前記支持ユニットは、
    前記装着部に係合され、昇降方向の位置および水平面方向の位置を当接して規定する少なくとも一つの第一係合部と、
    前記第一係合部よりも下方に配置され、前記第一係合部を中心とした前記支持ユニットの回動を規制する少なくとも一つの第二係合部と、を備え、
    前記昇降機構は、前記支持ユニット又は前記走行ユニットの一方に固定され、他方に対して相対変位可能である、
    ことを特徴とする作業システム。
15. 請求項１４に記載の作業システムであって、
    前記台車装置は、
    前記作業装置が前記機能ユニットの種類を判別するための識別ユニットを備え、
    前記作業装置は、
    前記作業ユニットを制御する制御装置を備え、
    前記制御装置は、前記識別ユニットからの識別情報に基づいて前記作業装置に装着されている前記台車装置の前記機能ユニットの種類を判別する、
    ことを特徴とする作業システム。
16. 請求項１４に記載の作業システムであって、
    前記台車装置は、前記機能ユニットの種類に応じて接続態様を変更可能な第一の接続部を備え、
    前記作業装置は、前記第一の接続部と接続される第二の接続部を備える、
    ことを特徴とする作業システム。
17. 請求項１４に記載の作業システムであって、
    前記台車装置は、
    前記機能ユニットの種類に応じて接続態様を変更可能な第一の接続部と、
    前記作業装置が前記機能ユニットの種類を識別するための識別ユニットと、を備え、
    前記作業装置は、
    前記第一の接続部と接続される第二の接続部と、
    前記作業ユニットを制御する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、前記識別ユニットからの識別情報に基づいて前記作業装置に装着されている前記台車装置の前記機能ユニットの種類を判別する、
    ことを特徴とする作業システム。

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