JP2019059618A

JP2019059618A - 荷台搬送用ロボット

Info

Publication number: JP2019059618A
Application number: JP2018104438A
Authority: JP
Inventors: 津久井　慎吾; Shingo Tsukui; 慎吾津久井; 岩城　秀和; Hidekazu Iwaki; 秀和岩城; 幸司櫻井; Koji Sakurai; 道雄海部屋; Michio Kaibeya
Original assignee: Topy Industries Ltd
Current assignee: Topy Industries Ltd
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2038-05-31
Also published as: JP2019059460A; JP7175105B2

Abstract

【課題】作業スペースが狭くて済み、荷台に対する位置制御を正確に行なえる荷台搬送用ロボットを提供する。【解決手段】荷台搬送ロボットＲは、ボデイ１と、ボデイ１に設けられた一対のクローラ装置２（走行装置）と、ボデイ１に設けられてカーゴ１００（荷台）を持ち上げるリフタ７０と、ボデイ１に設けられカーゴ１００のキャスタ１０２（脚部）を検知可能な走査範囲を有するレーザ距離センサ８と、ボデイ１に設けられクローラ装置２とリフタ７０を制御するコントローラ１ａと、を備えている。コントローラ１は、レーザ距離センサ８によるカーゴ１００のキャスタ１０２の距離情報に基づき、カーゴ１００に対するロボットＲの位置を演算し、この演算されたロボット位置情報に基づきクローラ装置２を制御することにより、ロボットＲのカーゴ１００に対する潜り込みや位置決めを行う。【選択図】図１０

Description

本発明は、カーゴ等の荷台を搬送するためのロボットに関する。

特許文献１に開示されているように、フォークリフトは、荷物を載せたカーゴ等の荷台を持ち上げて目的地まで搬送する。
特許文献２に開示されたロボットは牽引部を有し、この牽引部を車輪付き荷台に着脱可能に連結して走行する。荷台はロボットに牽引されロボットに追随して移動する。
特許文献３，４に開示されたロボットは荷台を有し、この荷台に直接荷物を載せて搬送する。
特許文献５に開示されたロボットは、本願の実施形態と同様に２方向に走行可能なクローラ装置を備えている。

特開２０００−２２６１９６号公報特開平９−２５４７８８号公報特開２００８−１７９１８７号公報特開２０１０−２３５０８２号公報ＷＯ２０１７／００６９０９号公報

特許文献１に開示されたフォークリフトでは、荷物を荷台に載せたまま搬送できるため、荷物の揚げ降ろし作業を必要としないが、荷台をフォークにより片持ち状態で持ち上げるため、フォークリフトを大型にして搬送を安定させる必要がある。その結果、広い作業スペースを必要とする。
特許文献２に開示されたロボットでは、車輪付き荷台を牽引するだけであるため、荷台の搬送が不安定である。また、牽引部を荷台に着脱可能に連結する作業も煩雑である。
特許文献３，４に開示されたロボットでは、ロボットの荷台に直接荷物を載せるため、作業スペースは狭くて済むが、荷物の揚げ降ろし作業が煩雑である。
特許文献５に開示されたロボットは荷物を搬送するためのものではないが、仮に荷物を搬送することができるとしても特許文献３，４と同様の不都合が生じる。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、荷台を搬送するロボットであって、ボデイと、上記ボデイに設けられた走行装置と、上記ボデイに設けられ、上記荷台を持ち上げるリフト手段と、上記ボデイに設けられ、上記荷台の脚部を検知可能な走査範囲を有するレーザ距離センサと、上記ボデイに設けられ、上記走行装置と上記リフト手段を制御するコントローラと、を備え、
上記コントローラは、上記レーザ距離センサによる上記荷台の脚部の距離情報に基づき、上記荷台に対する上記ロボットの位置を演算し、この演算されたロボット位置情報に基づき、上記走行装置を制御することを特徴とする。

上記構成によれば、荷物を荷台ごとロボットで搬送するので、ロボットへの揚げ降ろし作業をすることなく荷物を搬送することができる。荷台の下に潜り込んで持ち上げることができるので、搬送に要するスペースを小さくすることができる。リフト手段を昇降させるだけで、ロボットと荷台の連携および連携解消が可能であるので、作業性が良い。
さらに、ロボットの荷台に対する位置を、レーザ距離センサによる荷台の脚部の距離情報から算出するので、荷台に対するロボットの中心位置のみならず、その向きをも算出することが可能であり、荷台に対するロボットの位置制御を正確に行なうことができる。

好ましくは、上記コントローラは、上記ロボットが上記荷台から離間した状態で、上記レーザ距離センサからの情報に基づく上記ロボットの上記荷台に対する位置情報にしたがって上記走行装置を制御することにより、上記ロボットを上記荷台の下に潜り込ませるとともに上記荷台に対する基準位置に位置させる。
上記構成によれば、ロボットの荷台に対する潜り込みと位置合わせを一連の自動制御で行うことができる。

上記コントローラは、上記ロボットが上記荷台に潜り込んだ状態で、上記レーザ距離センサからの情報に基づく上記ロボットの上記荷台に対する位置情報にしたがって上記走行装置を制御することにより、上記ロボットを上記荷台に対する基準位置に位置させてもよい。
上記構成では、潜り込み状態にあるロボットを荷台に対して自動的に位置合わせすることができる。

好ましくは、上記コントローラは、上記ロボットを上記荷台に対する基準位置に位置させた後、上記リフト手段を制御することにより上記荷台を持ち上げる。
上記構成によれば、ロボットの荷台に対する位置合わせ後に荷台の持ち上げ制御を自動的に行うことができる。

好ましくは、上記走行装置は、第１方向に延びるとともにこの第１方向と直交する第２方向に互いに離間して配置された一対のクローラ装置を有し、上記一対のクローラ装置の各々は、上記第１方向に延びる第１回転軸線を中心に回転可能にして上記ボデイに支持されたクローラユニットを有し、各クローラユニットは、上記第１回転軸線に沿って延びるサポ―トと、上記サポ―トに設けられるとともに上記第１回転軸線を挟んで配置された一対のクローラ部とを有しており、さらに上記クローラ装置の各々は、上記一対のクローラ部を同時駆動することにより上記第１方向のクローラ走行を実行するクローラ走行用駆動手段と、上記クローラユニットを上記第１回転軸線を中心に回転させることにより上記第２方向のローリング走行を実行するローリング走行用駆動手段と、を有する。
上記構成によれば、走行装置が一対のクローラ装置であるので、車輪式走行装置に比べて接地領域が広く、滑りを抑制できる。また、クローラ部の駆動によるクローラ走行では通常のクローラ式走行装置と同様に溝や小さな障害物に対して容易に乗り越えられる。クローラユニット全体がローリングするので、十分に大きな径でローリング走行を行なうことができ、溝や小さな障害物に対して容易に乗り越えられる。その結果、安定して荷台を搬送することができる。また、２方向に走行可能なクローラ装置を用いることにより方向転換が簡単である。

好ましくは、上記コントローラは、
上記ロボットが上記荷台から離間した状態で、上記レーザ距離センサからの情報に基づく上記ロボットの上記荷台に対する位置情報にしたがって、上記ロボットを上記クローラ走行またはローリング走行の一方を実行することにより上記ロボットを上記荷台に近づける第１工程と、
上記レーザ距離センサからの情報に基づく上記ロボットの上記荷台に対する位置情報にしたがって、上記一対のクローラ装置のクローラ部を同速度で逆方向に回転させることにより上記ロボットを超進地旋回させ、上記ロボットの向きを上記荷台の向きに合わせる第２工程と、
上記レーザ距離センサからの情報に基づく上記ロボットの上記荷台に対する位置情報にしたがって、上記クローラ走行またはローリング走行の他方を実行することにより、上記ロボットを上記荷台に正対する潜り込み準備位置に移動させる第３工程と、
上記レーザ距離センサからの情報に基づく上記ロボットの上記荷台に対する位置情報にしたがって、上記クローラ走行またはローリング走行の上記一方を実行することにより、上記ロボットを上記荷台の下に潜り込ませるとともに上記ロボットの中心を上記荷台の中心に一致させる第４工程と、
を実行する。
上記構成によれば、ロボットの荷台に対する潜り込みと位置合わせを一連の自動制御で行うことができ、しかも、クローラ走行、ローリング走行、超進地旋回の組み合わせにより、比較的簡単な制御で行うことができる。

さらに好ましくは、上記コントローラは上記第４工程に続いて、
上記レーザ距離センサからの情報に基づく上記ロボットの上記荷台に対する位置情報にしたがって、上記一対のクローラ装置のクローラ部を同速度で逆方向に回転させることにより上記ロボットを超進地旋回させ、上記ロボットの向きを上記荷台の向きに合わせる第５工程を実行する。
上記構成によれば、上記にアぢに対するロボットの位置調整をより一層高精度に行うことができ、荷台をより一層安定して持ち上げることができる。

さらに好ましくは、上記コントローラは、上記第１工程で上記クローラ走行を実行し、上記第３工程で上記ローリング走行を実行し、上記第４工程で上記クローラ走行を実行し、上記第４工程では上記ロボットの中心軸線に対する上記荷台の中心の横ずれに対応した旋回を実行する。
上記構成によれば、一対のクローラ装置による旋回機能を利用して、ロボットを荷台に対してより一層正確に位置決めすることができる。

好ましくは、上記リフト手段は、単一の受けプレートを有し、この受けプレートが下限位置にある状態で、上記ボデイと上記受けプレートとの間に隙間が形成されており、この隙間を上記レーザ距離センサからのレーザ光が通過可能である。
上記構成によれば、レーザ距離センサを受けプレートの上方に突出させずに、その走査範囲を広くすることが可能である。

本発明によれば、作業スペースが狭くて済み、搬送前後の作業性をも高めることができる。しかも、ロボットの荷台に対する位置制御を正確に行なうことができる。

本発明の第１実施形態に係る荷台搬送用ロボットの概略平面図である。図１においてＡ方向から見た上記ロボットの概略側面図である。上記ロボットに装備されるクローラ装置の平断面図である。上記ロボットに装備されるリフタの側面図であり、（Ａ）は受台が下限位置にある状態を示し、（Ｂ）は受台が上限位置にある状態を示す。上記ロボットがカーゴの下に潜り込んだ状態を示す概略側面図である。上記ロボットがカーゴを持ち上げた状態を示す概略側面図である。本発明の第２実施形態に係る荷台搬送用ロボットの概略平面図である。同第２実施形態のロボットの上部の概略側面図である。同第２実施形態において上記ロボットをカーゴの下に潜り込ませる制御を示すフローチャートである。同第２実施形態において、上記潜り込み制御を開始する直前の状態を示す概略平面図である。同ロボットが図１０の位置からクローラ走行してカーゴに近づいた状態を示す概略平面図である。同ロボットが図１１の位置で超信地旋回してロボットの向きをカーゴの向きに合わせた状態を示す概略平面図である。同ロボットが図１２の位置からローリング走行して、ロボットがカーゴに正対した潜り込み準備位置にある状態を示す概略平面図である。同ロボットが図１３の位置から僅かに旋回しながらクローラ走行して、ロボットの中心がカーゴの中心と一致した状態を示す概略平面図であり、ロボットのカーゴに対する傾きを誇張して示す。同ロボットが図１４の位置で超信地旋回することによりロボットの向きがカーゴの向きと合致した状態を示す概略平面図である。

以下、本発明の第１実施形態をなすロボット（荷台搬送用ロボット）について図面を参照しながら説明する。図１、図２において互いに直交するＸ方向（第１方向）とＹ方向（第２方向）を定める。
図１、図２に示すように、ロボットＲは、ボデイ１と、一対のクローラ装置２（走行装置）と、４つのリフタ７０からなるリフト手段を備えている。このボデイ１は平面矩形をなしており、ボデイ１には、クローラ装置２、リフタ７０等を制御するマイクロコンピュータおよびインターフェイスを含むコントローラ１ａ（図２にのみ示す）、送受信器、バッテリ等（いずれも図示せず）が内蔵されている。

一対のクローラ装置２は２方向に走行可能であり、それぞれＸ方向に延びる細長い円筒形状をなすクローラユニット３を有している。一対のクローラユニット３は互いにＹ方向に離間している。各クローラユニット３は、ボデイ１からＹ方向に突出する一対のブラケット４により、Ｘ方向に延びる第１回転軸線Ｌ１を中心として回転可能にボデイ１に支持されている。クローラユニット３がボデイ１の側方に配置されているので、ボデイ１を低くしても、クローラユニット３の径を大きくすることができる。

図３に示すように、各クローラ装置２のクローラユニット３は、サポ―ト１０と、サポ―ト１０に設けられた一対のクローラ部２０Ａ，２０Ｂと、サポ―ト１０に設けられた一対の接地構造３０Ａ，３０Ｂとを有している。

上記サポ―ト１０は、互いに平行をなしＸ方向（第１回転軸線Ｌ１方向）に延びるとともに第１回転軸線Ｌ１を挟んで対峙する一対の細長い支持板１１，１１と、これら支持板１１，１１の一端部に回転可能に連結された原動側シャフト１２と、支持板１１，１１の他端部に連結された従動側シャフト１３と、支持板１１、１１の中間部に固定された固定板１４とを有している。

原動側シャフト１２と従動側シャフト１３の中心軸線Ｌ２，Ｌ２’は、上記第１回転軸線Ｌ１と直交し互いに平行をなして延びており、それぞれ後述するスプロケットホイール２１，２２の回転軸線（第２回転軸線）として提供される。

上記一対のクローラ部２０Ａ，２０Ｂは、第１回転軸線Ｌ１を挟んで対向配置されている。これらクローラ部２０Ａ，２０Ｂの各々は、第１回転軸線Ｌ１方向に離れた原動スプロケットホイール２１（ホイール）および従動スプロケットホイール２２（ホイール）と、これらスプロケットホイール２１，２２に掛け渡されたチェーン２３（無端条体）と、このチェーン２３に等間隔をなして固定された例えばゴムからなる多数の接地部材２４とを有している。

一方のクローラ部２０Ａの原動スプロケットホイール２１は原動側シャフト１２に直接固定されており、他方のクローラ部２０Ｂの原動スプロケットホイール２１は、後述の傘歯車４２ｂを介して原動側シャフト１２に固定されている。
一対のクローラ部２０Ａ，２０Ｂの従動スプロケットホイール２２，２２は、従動側シャフト１３に回転可能に支持されている。

上記一対の接地構造３０Ａ，３０Ｂの各々は、第１回転軸線Ｌ１方向に間隔をおいて配置された複数（本実施形態では５個）の接地板３１を有している。これら接地板３１は、例えばゴムからなり、支持板１１の外面に固定され、支持板１１と直角をなして第２回転軸線Ｌ２，Ｌ２’方向に突出している。

図２に示すように、上記一対のクローラ部２０Ａ，２０Ｂの接地部材２４の外面および上記一対の接地構造３０Ａ，３０Ｂの接地板３１の外面は、円弧形状をなし、上記スプロケットホイール２１，２２間において、上記第１回転軸線Ｌ１を中心とする仮想円筒面に沿って配置されている。接地板３１の外面には、切欠３１ａが形成されている。
上記接地構造３０Ａ，３０Ｂは、クローラユニット３に所定範囲のデッドゾーンを提供している。

クローラユニット３は、第１回転軸線Ｌ１上に配置された第１回転シャフト４１と第２回転シャフト４２を介して一対のブラケット４に回転可能に支持されている。
第１回転シャフト４１の外端部は一方（図３における右側）のブラケット４に回転可能に支持されている。第１回転シャフト４１の内端部は固定板１４に回転可能に支持されている。第１回転シャフト４１の内端部には傘歯車４２ａが固定されており、この傘歯車４２ａは、原動側シャフト１２に固定された傘歯車４２ｂと噛み合っている。第１回転シャフト４１はその中間部で上記従動側シャフト１３を貫通している。なお、この貫通状態において、第１回転シャフト４２の第１回転軸線Ｌ１を中心とする回転は許容されている。

上記第１回転シャフト４１の外端部は、クローラ走行用駆動機構５０（クローラ走行用駆動手段）に接続されている。このクローラ走行用駆動機構５０は、ブラケット４に固定されたモータ５１と、動力伝達機構５５を有している。モータ５１は正逆回転可能である。動力伝達機構５５は、タイミングプーリ５５ａ，５５ｂと、これらタイミングプーリ５５ａ，５５ｂに架け渡されたタイミングベルト５５ｃを有している。一方のタイミングプーリ５５ａはモータ５１の出力軸に固定され、他方のタイミングプーリ５５ｂは第１回転シャフト４１に固定されている。

モータ５１の回転トルクは、動力伝達機構５５を経て第１回転シャフト４１に伝達され、さらに傘歯車４２ａ，４２ｂを経てクローラ部２０Ｂの原動スプロケットホイール２１に伝達され、さらに原動側シャフト１２を介してクローラ部２０Ａの原動スプロケットホイール２１にも伝達される。これにより、一対のクローラ部２０Ａ，２０Ｂが同時に同方向に同速度で駆動される。

上記第２回転シャフト４２の外端部は他方（図３における左側）のブラケット４に回転可能に支持されている。第２回転シャフト４２の内端部は原動側シャフト１２に連結されている。なお、この連結状態において、原動側シャフト１２の第２回転軸線Ｌ２を中心とする回転は許容されている。

上記第２回転シャフト４２の外端部は、ローリング走行用駆動機構６０（ローリング走行用駆動手段）に接続されている。このローリング走行用駆動機構６０は、ブラケット４に固定されたモータ６１と、動力伝達機構６５を有している。モータ６１は正逆回転可能である。動力伝達機構６５は、タイミングプーリ６５ａ，６５ｂと、これらタイミングプーリ６５ａ，６５ｂに架け渡されたタイミングベルト６５ｃを有している。一方のタイミングプーリ６５ａはモータ６１の出力軸に固定され、他方のタイミングプーリ６５ｂは第２回転シャフト４２に固定されている。

モータ６１の回転トルクは、動力伝達機構６５を経て第２回転シャフト４２に伝達され、さらに、原動側シャフト１２を経てサポート１０に伝達されるため、クローラユニット３全体が第１回転軸線Ｌ１を中心にして回転する（ローリングする）。

上記一対のクローラ装置２，２によるロボットＲの走行について説明する。各クローラ装置２において、一対のクローラ部２０Ａ，２０Ｂが接地された状態で、クローラ走行用駆動機構５０のモータ５１を駆動させると、前述したようにクローラ部２０Ａ，２０Ｂが同方向に同時に回転駆動し、これにより、クローラ装置２はＸ方向に走行することができる（クローラ走行）。

一対のクローラ装置２、２のモータ５１，５１を同一方向に同一速度で回転することにより、ロボットＲはＸ方向に直進することができる。モータ５１，５１の回転速度を違えることにより、ロボットＲはカーブを描いて走行する（旋回する）こともできる。また、モータ５１，５１の回転方向を異ならせて同一速度で回転させることにより、ロボットＲはその場旋回（超信地旋回）することもできる。

クローラ装置２のモータ６１を駆動させると、前述したようにクローラユニット５が第１回転軸線Ｌ１を中心に回転（ローリング）する。一対のクローラ装置２が同時に同方向に同速度でローリングすることにより、ロボットＲはＹ方向に直進することができる（ローリング走行）。

ロボットＲは、クローラ走行モードおよびローリング走行モードの一方から他方への切り替えにより、超信地旋回することなく、進行方向を直角に転換することもできる。

クローラ装置２のモータ５１，６１を同時に駆動し、その回転速度、回転方向を制御することにより、ロボットＲは任意の斜め方向へも直線的に走行することもできる（斜め走行）。この斜め走行では、クローラユニット３のローリングによってクローラ部２０Ａ，２０Ｂの上下部が頻繁に逆転するが、クローラユニット３のデッドゾーンが接地している間（接地構造３０の接地板３１が接地している間）に、モータ５１の回転方向の切り替えが行なわれる。

上記クローラ走行では、クローラユニット３がデッドゾーンで着地しておらず、一対のクローラ部２０Ａ，２０Ｂのうち少なくとも一方が接地しクローラ部２０Ａ，２０Ｂの駆動により走行可能な姿勢にする必要がある。そのため、ローリング走行または斜め走行の終了後に、またはクローラ走行の開始前に、図示しない姿勢検出センサからのクローラユニット３の姿勢情報に基づきローリング駆動機構６０を駆動させることにより、上記クローラユニット３が走行可能ゾーンで接地する走行可能姿勢になるように姿勢制御を行うことが好ましい。

図１に示すように、前述の４つのリフタ７０は、ボデイ１の４隅部にそれぞれ設置されている。図４に示すように、各リフタ７０は互いに独立しており、それぞれが、受台７１と、ブラケット７２と、ブラケット７２に支持されて受台７１を昇降させるアクチュエータ７３とを有している。ブラケット７２は、ボデイ１の上板の下面に固定されている。

アクチュエータ７３は、ブラケット７２に固定されたモータ７５と、垂直に延びてブラケット７１に上下動可能に支持された昇降ロッド７６と、モータ７５の回転を減速し昇降ロッド７６の上下動に変換する動力伝達機構７７とを備えている。昇降ロッド７６の上端にはロードセル７８（荷重検出手段）を介して上記受台７１が取り付けられている。

動力伝達機構７７は、ブラケット７２に回転可能に支持されモータ７５の出力軸に減速機構を介して連結されたウオーム７７ａと、ウオーム７７ａと噛み合うウオームホイール７７ｂと、ウオームホイール７７ｂと同軸をなすピニオン７７ｃと、昇降ロッド７６に形成されピニオン７７ｃと噛み合うラック７７ｄとを有している。

リフタ７０の受台７１は、下限位置にある時に、その上面がボデイ１の上面とほぼ同一平面上にある。受台７１の下限位置は、ボデイ１の上面より高くても低くてもよい。受台７１の位置（リフト高さ）は、モータ７５に接続されたロータリーエンコーダ７５ａからの情報に基づき演算されるようになっている。

コントローラ１ａは、４つの受台７１が下限位置と上限位置の２つの位置を選択するようにリフタ７０のモータ７５を制御する。受台７１の上限位置と下限位置を、モータ７５のロータリーエンコーダ７５ａの情報を用いて検出する代わりに、リミットスイッチを用いて検出してもよい。

図１、図２に示すように、ボデイ１の上面には、一対のレーザ距離センサ８，８（位置検出手段）がＸ方向に離間して設置されている。このレーザ距離センサ８は、水平方向に所定の角度範囲Θ、例えば約２４０°にわたって走査する。なお、このレーザ距離センサ８のレーザ光の仰角は非常に小さいかゼロ（すなわち水平）であり、レーザ距離センサ８，８は、後述するカーゴ１００のキャスタ１０２（脚部）を検知できるようになっている。

上記構成のロボットＲにより、図５に示すカーゴ１００（荷台）を自動搬送する。図５には、カーゴ１００の底部１０１のみが示されている。カーゴ１００の底部１０１は平面長方形（矩形）をなし、その４隅部にキャスタ１０２が取り付けられている。

コントローラ１ａは、設定されたルートを走行するプログラムにしたがって、一対のクローラ装置２を制御することにより、ロボットＲを初期位置から走行させてカーゴ１００の下に潜り込ませる。この時、受台７１は図４（Ａ）、図５に示すように下限位置にある。

次にコントローラ１ａはロボットＲのカーゴ１００に対する位置を検出する。すなわち、レーザ距離センサ８，８を駆動し、各レーザ距離センサ８からカーゴ１００の４つのキャスタ１０２までの距離情報を得る。このようにして得られた４つのキャスタ１０２の距離情報に基づき、ロボットＲのカーゴ１００に対する現在位置を演算する。この現在位置の情報は、荷台１００の中心に対するロボットＲの中心の位置、荷台１００の向きに対するロボットＲの向きの情報を含む。

次に、一対のクローラ装置２を制御して、ロボットＲを基準位置まで移動させる。この基準位置では、ロボットＲの中心がカーゴ１００の底部１０１の中心と一致し、ロボットＲの向きがカーゴ１００の向きと合致する（具体的には、ボデイ１の４つの辺がカーゴ１００の底部１０１の辺と平行になる）。
なお、レーザ距離センサ８からの距離情報に基づきロボットＲの現在位置をリアルタイムで演算しながら、この現在位置を基準位置に近づけるように一対のクローラ装置２を制御してもよい。クローラ装置２の制御では、クローラ走行、ローリング走行、超進地旋回を適宜選択する。

次にコントローラ１ａは、４つのリフタ７０を制御し、図４（Ｂ）、図６に示すように、受台７１を上昇させる。これにより、カーゴ１００は持ち上げられ、キャスタ１０２が床面または地面から浮く。

コントローラ１ａは、４つのリフタ７０の受台７１がより一層バランス良く荷重を負担できるような持ち上げ制御を実行することもできる。バランス良く荷重を負担することにより、カーゴ１００を安定して持ち上げることができるとともに、安定して搬送することができる。以下、具体的に説明する。

コントローラ１ａは、４つのリフタ７０を駆動してそれらの受台７１を上昇させて、カーゴ１００を持ち上げる。ロードセル７８により検出される荷重に、許容範囲を超える大きな偏りある場合には、４つのリフタ７０の受台７１を元の下限位置に戻し、４つのリフタ７０が負担する荷重の差が許容範囲内に収まる修正位置を演算して、ロボットＲを現在の基準位置から演算した修正位置まで移動してカーゴ１００の持ち上げ制御を再開する。この基準位置から修正位置までのロボットＲの移動時にも、レーザ距離センサ８によるキャスタ１０２の位置情報が用いられる。

上述したようにしてカーゴ１００の持ち上げ制御が終了した後、コントローラ１ａはクローラ装置２を制御して、カーゴ１００を予め設定された目的位置まで搬送する。
搬送終了後に受台７１を下降させてカーゴ１００を降ろし、クローラ装置２を制御してロボットＲをカーゴ１００から脱出させる。

ロボットＲは走行装置として２方向に走行可能なクローラ装置２，２を用いるため、直進性が良く、進行方向の変換を容易に行なえる。

コントローラ１ａによるロボットＲのカーゴ１００への潜り込み制御、目的地までのカーゴ１００の搬送制御は、例えばライントレース方式で行ってもよい。この場合、ボデイ１の下面に設けられた例えば５つの光学センサの検出情報に基づいて走行制御される。

ロボットＲの自動走行、自動搬送制御において、レーザ距離センサにより認識された周囲形状をマップマッチングしたり、ＧＰＳセンサを用いて、現在の位置、向きを検出しながら、予め設定された経路に沿って走行してもよい。
上記実施形態では、ロボットＲの潜り込み状態での位置制御のみならず、ロボットＲの荷台１００への潜り込み、カーゴ１００の持ち上げ、搬送をコントローラ１ａによる自動制御で行ったが、これら潜り込み、持ち上げ、搬送の制御をリモートコントローラからの遠隔操作信号をコントローラ１ａに送信することにより、遠隔制御してもよい。

次に、本発明の第２実施形態について図７〜図１５を参照しながら説明する。本実施形態のロボットは、図７に示すようにＸ方向に細長い矩形をなす平面形状のボデイ１を有しているが、基本構成は第１実施形態と同様であるので各構成部に同番号を付してその詳細な説明を省略する。

図７、図８に示すように、ボデイ１のＸ方向両端部にはブラケット９を介してレーザ距離センサ８が設けられている。これらレーザ距離センサ８は、水平方向に約２４０°の走査範囲を有している。
ボデイ１には、その４隅部に対応して４つのリフタ７０（リフト手段）が設けられている。

第１実施形態と異なり、４つのリフト７０は個別の受台７１を有さず、その上端が共通の１枚の受けプレート８０に連結されている。具体的には図８に示すように、各リフタ７０のロッド７６の上端が、固定台７９を介して受けプレート８０の下面に固定されている。図７に示すように受けプレート８０はＸ方向に細長い矩形の平板からなり、水平をなしている。

４つのリフタ７０が下限位置にある時に受けプレート８０は、ボデイ1の上面に接近し、４つのリフタ７０が上限位置にある時にボデイ１の上面から離れる。
本実施形態では図８に示すように、受けプレート８０が下限位置にある時でもボデイ１と受けプレート８０との間に間隙が形成されており、この間隙をレーザ距離センサ８からのレーザ光１００が水平に通過可能となっている。そのため、レーザ距離センサ８は受けプレートの上面から突出せずに、広い走査範囲を確保することができる。

第１実施形態と同様に、ロボットがカーゴの下に潜り込んだ後で、４つのリフタ７０によりカーゴ１００（図５参照）を持ち上げる。本実施形態では、４つのリフタ７０に取り付けられた共通の受けプレート８０がカーゴ１００の底部１０１に当たり、カーゴ１００を持ち上げる。受けプレート８０は面積が広く平板状で略水平をなしているので、カーゴ１００の底部１０１の形状が平坦でなく、多数の穴が形成されていたり網状であっても、安定して持ち上げることができる。なお、各リフタ７０は常に等しいリフト高さになるように制御される。

本実施形態では、ロボットＲのカーゴ１００への潜り込みが、レーザ距離センサ８からの距離情報に基づいてコントローラ１ａにより自動制御される。以下、図９のフローチャートと図１０〜図１５を参照しながら説明する。
図１０には、ロボットＲの中心Ｏ_Ｒが示されるとともに、この中心Ｏ_Ｒを通りＸ方向に延びる中心軸線Ｌ_Ｒが示されている。また、長方形をなすカーゴ１００の中心Ｏ_Ｃが示されるとともに、この中心Ｏ_Ｃを通り長辺と直交して延びる中心軸線Ｌ_Ｃが示されている。

ロボットＲは、リモートコントローラにより遠隔制御されて、図１０の初期位置に到達し、ここで潜り込み制御開始信号を受けてコントローラ１ａは図９の潜り込み制御を開始する。なお、ライントレース方式等によりコントローラ１ａがロボットＲを設定されたルートに沿って初期位置まで自動走行制御し、その走行制御終了時に潜り込み制御を開始してもよい。

上記初期位置は、カーゴ１００の保管ヤードの近傍にある。カーゴ１００は、所定位置に正確に位置決めされていなくてもよい。例えば初期位置にあるロボットＲに対してその中心軸線Ｌ_Ｒから許容範囲内で外れていてもよいし、許容範囲内で傾いていてもよい。なお、ロボットＲが初期位置にある時、上記Ｘ方向に延びる中心軸線Ｌ_Ｒがカーゴ１００の保管ヤードを向くようになっている。

最初に、２つのレーザ距離センサ８のうち、カーゴ１００を向くレーザ距離センサ８により、カーゴ１００を含む領域をレーザ走査し、特徴点を検出する（ステップＳ１）。レーザ光はカーゴ１００のキャスタ１０２の高さで照射されるので、特徴点にはカーゴ１００の４つのキャスタ１０２が含まれる。

次にコントローラ１ａは、リフト対象のカーゴ１００を特定する（ステップＳ２）。コントローラ１ａは、各カーゴ１００における４つのキャスタ１０２の位置関係を予め記憶しているので、１つまたは複数のカーゴ１００のキャスタ１０２の群を認識でき、他の特徴点（例えば小さな障害物）を排除する。また、認識したカーゴ１００が複数ある場合には、ロボットＲに最も近いカーゴ１００をリフト対象として特定する。

第１工程
次に、ロボットＲの中心Ｏ_Ｒとカーゴ１００の中心Ｏ_Ｃ間の距離Ｄ１が閾距離ａに到達したか否かを判断し（ステップＳ３）、到達するまでクローラ走行を実行し、ロボットＲを直進させてカーゴ１００に近づける（ステップＳ４）。そして上記距離Ｄ１が閾距離ａに達してステップＳ３で肯定した時に、クローラ走行を停止する（ステップＳ５）。その結果、ロボットＲは図１１に示すように、その中心Ｏ_Ｒがカーゴ１００の中心Ｏ_Ｃから閾距離ａだけ離間した位置に達する。

上述のクローラ走行では、レーザ距離センサ８からの情報を読み込んでリアルタイムにカーゴ１００に対するロボットＲの位置を把握しながら制御しているが、ロボットＲがカーゴ１００から上記閾距離ａだけ離間した位置に到達するまでのクローラ走行の目標走行距離を最初に算出し、クローラ装置２の走行距離情報（例えばモータ５１のロータリーエンコーダ等から算出される走行距離情報）が、上記目標走行距離に達するように、クローラ走行を実行してもよい。

第２工程
次に、レーザ距離センサ８からの情報に基づくキャスタ１０２の位置からロボットＲとカーゴ１００の間の傾き角度（すなわち、カーゴ１００の中心軸線Ｌ_Ｃに対するロボットＲの中心軸線Ｌ_Ｒの交差角度）を算出する（ステップＳ６）。そして、この傾き角度がゼロになるように一対のクローラ装置２を同速度で逆方向に駆動させることにより、ロボットＲを超進地旋回させる。より具体的には、ボデイ１に設けた角速度センサからの情報に基づき回転角度を算出し、この回転角度が上記傾き角度に達したら、超進地旋回を停止する。その結果、図１２に示すようにロボットＲの向きがカーゴ１００の向きと合致する。すなわち、ロボットＲの中心軸線Ｌ_Ｒがカーゴ１００の中心軸線Ｌ_Ｃと平行になる。

上記のように超進地旋回を停止した後で、再びレーザ距離センサ８からの情報に基づくキャスタ１０２の位置からロボットＲとカーゴ１００の間の傾き角度を算出し、傾き角度が許容範囲外の場合には上記と同様に超進地旋回を繰り返してもよい。
また、レーザ距離センサ８からの情報を読み込んでリアルタイムにカーゴ１００に対するロボットＲの傾きを把握しながら上記超進地旋回を実行してもよい。

第３工程
次に、カーゴ１００に対するロボットＲの横ずれ、すなわちカーゴ１００の中心軸線Ｌ_ＣとロボットＲの中心軸線Ｌ_Ｒとの間の距離Ｄ２（図１２参照）を演算し（ステップＳ８）、この距離Ｄ２が閾距離ｂ以内であるか否かを判断する（ステップＳ９）。この閾距離ｂは、ローリング走行の際に、接地構造３０Ａまたは３０Ｂが接地した状態（すなわちデッドゾーンが接地した状態）で走行する距離より若干大きい。

ステップＳ９で否定判断した時には、ロボットＲの横移動すなわち、ローリング走行を実行し、図１３に示すように、ロボットＲの中心軸線Ｌ_Ｒをカーゴ１００の中心軸線Ｌ_Ｃと平行に維持したまま近づける。このローリング走行により、ロボットＲはカーゴ１００に正対し、潜り込み準備位置に位置する。

上記ローリング走行が終了した時点で、クローラユニット３がデッドゾーンで接地している状態を回避し、クローラ部２０Ａ，２０Ｂが接地している状態を確保する必要がある。次のクローラ走行を実行するためである。そのため、クローラ部２０Ａ，２０Ｂが接地するとともに、ロボットＲの中心軸線Ｌ_Ｒとカーゴ１００の中心軸線Ｌ_Ｃの間の距離が閾距離ｂ内に収まった時に、ローリング走行を終了する。

上述の理由から、ローリング走行が終了した時点で、モータ６１のロータリーエンコーダ等の情報に基づき算出された走行距離が上記離間距離Ｄ２と一致する場合もあるが、一般的には図１３に示すように、ロボットＲの中心軸線Ｌ_Ｒはカーゴ１００の中心軸線Ｌ_Ｃに対して閾距離ｂ未満の横ずれを有している。
なお、上記ローリング走行を、レーザ距離センサ８からの情報を読み込んでリアルタイムにカーゴ１００に対するロボットＲの位置を把握しながら実行してもよい。

第４工程
次に、レーザ距離センサ８からの情報を読み込んでリアルタイムにカーゴ１００に対するロボットＲの位置を把握しながら、ロボットＲの中心Ｏ_Ｒがカーゴ１００の中心Ｏ_Ｃと一致しているか否かを判断し（ステップＳ１１）、一致するまでクローラ走行を実行する（ステップＳ１２）。このクローラ走行では、中心軸線Ｌ_Ｒがカーゴ１００の中心Ｏ_Ｃを通る場合には直進を選択し、中心軸線Ｌ_Ｒが中心Ｏ_Ｃの右側を通る場合には左旋回し、中心軸線Ｌ_Ｒが中心Ｏ_Ｃの左側を通る場合には右旋回する。

図１４に示すように、ロボットＲの中心Ｏ_Ｒがカーゴ１００の中心Ｏ_Ｃと一致して、ステップＳ１０で肯定判断した時に、クローラ走行を停止する（ステップＳ１３）。上述のクローラ走行時に左旋回または右旋回すると、ロボットＲの向きはカーゴ１００の向きと一致せず傾いている。なお、図１４ではロボットＲの傾きを誇張しているが、上記旋回が緩やかであるため、実際には数度（例えば最大３°程度）である。

第５工程
次に、レーザ距離センサ８からの情報に基づき、上記ロボットＲのカーゴ１００に対する傾きを算出し、この傾きを解消すべく超進地旋回を実行する（ステップＳ１４）。第５工程ではロボットＲがカーゴ１００の下に配置されているため、１つのレーザ距離センサ８では４つのキャスタ１０２を検出できないので、２つのレーザ距離センサ８からの情報が必要である。第５工程の超進地旋回では、第２工程の超進地旋回で述べた他の制御方式を採用することもできる。

上記超進地旋回の結果、図１５に示すようにロボットＲの向きをカーゴ１００の向きに合致させることができ。このようにして、ロボットＲをカーゴ１００を持ち上げるのに最適な基準位置に配置することができる。
上記潜り込み制御が終了した後、次のリフト制御（ステップＳ２０）に移行する。以後の制御は、第１実施形態と同様であるから説明を省略する。

上記第２実施形態において、第１工程でのクローラ走行で旋回を加えてもよい。第５工程は省いてもよい。
上記第２実施形態において、第１、第４工程でローリング走行を実行し、第３工程でクローラ走行を実行してもよい。

本発明は上記実施形態に制約されず、種々の形態を採用可能である。リフト手段は、単一のリフタを備えていてもよいし、周方向に間隔をおいて配置された３つまたは５つ以上のリフタを備えていても良い。

２方向に走行可能なクローラ装置を用いる場合、クローラ部は、一対のホイールと、このホイールに架け渡されてホイールの外周に摩擦係合またはピン係合されるベルトにより構成してもよい。
接地構造は無くてもよい。この場合、クローラ部の接地部材が占める角度範囲を実施形態より大きくする。
クローラ走行用駆動機構はクローラユニットに内蔵してもよい。
クローラユニットは片持ちで支持してもよい。

走行装置としては種々のタイプの走行装置を用いることができる。例えば一般的なクローラ装置をもちいてもよい。
搬送される荷台としては、カーゴの他に台車であってもよい。

本発明は、荷台搬送用のロボットに適用することができる。

１ボデイ
１ａコントローラ
２クローラ装置（走行装置）
３クローラユニット
８レーザ距離センサ（位置検出手段）
２０Ａ，２０Ｂクローラ部
５０クローラ走行用駆動機構（クローラ用走行駆動手段）
６０ローリング走行用駆動機構（ローリング用走行駆動手段）
７０リフタ（リフト手段）
８０受けプレート
１００カーゴ（荷台）
１０２キャスタ（脚部）
Ｌ１第１回転軸線
Ｌ２，Ｌ２’ 第２回転軸線
Ｒロボット

Claims

荷台を搬送するロボットであって、
ボデイと、
上記ボデイに設けられた走行装置と、
上記ボデイに設けられ、上記荷台を持ち上げるリフト手段と、
上記ボデイに設けられ、上記荷台の脚部を検知可能な走査範囲を有するレーザ距離センサと、
上記ボデイに設けられ、上記走行装置と上記リフト手段を制御するコントローラと、
を備え、
上記コントローラは、上記レーザ距離センサによる上記荷台の脚部の距離情報に基づき、上記荷台に対する上記ロボットの位置を演算し、この演算されたロボット位置情報に基づき、上記走行装置を制御することを特徴とする荷台搬送用ロボット。
上記コントローラは、上記ロボットが上記荷台から離間した状態で、上記レーザ距離センサからの情報に基づく上記ロボットの上記荷台に対する位置情報にしたがって上記走行装置を制御することにより、上記ロボットを上記荷台の下に潜り込ませるとともに上記荷台に対する基準位置に位置させることを特徴とする請求項１に記載の荷台搬送用ロボット。
上記コントローラは、上記ロボットが上記荷台に潜り込んだ状態で、上記レーザ距離センサからの情報に基づく上記ロボットの上記荷台に対する位置情報にしたがって上記走行装置を制御することにより、上記ロボットを上記荷台に対する基準位置に位置させることを特徴とする請求項１に記載の荷台搬送用ロボット。
上記コントローラは、上記ロボットを上記荷台に対する基準位置に位置させた後、上記リフト手段を制御することにより上記荷台を持ち上げることを特徴とする請求項２または３に記載の荷台搬送用ロボット。
上記走行装置は、第１方向に延びるとともにこの第１方向と直交する第２方向に互いに離間して配置された一対のクローラ装置を有し、
上記一対のクローラ装置の各々は、上記第１方向に延びる第１回転軸線を中心に回転可能にして上記ボデイに支持されたクローラユニットを有し、各クローラユニットは、上記第１回転軸線に沿って延びるサポ―トと、上記サポ―トに設けられるとともに上記第１回転軸線を挟んで配置された一対のクローラ部とを有しており、
さらに上記クローラ装置の各々は、上記一対のクローラ部を同時駆動することにより上記第１方向のクローラ走行を実行するクローラ走行用駆動手段と、上記クローラユニットを上記第１回転軸線を中心に回転させることにより上記第２方向のローリング走行を実行するローリング走行用駆動手段と、を有することを特徴とする請求項１に記載の荷台搬送用ロボット。
上記コントローラは、
上記ロボットが上記荷台から離間した状態で、上記レーザ距離センサからの情報に基づく上記ロボットの上記荷台に対する位置情報にしたがって、上記ロボットを上記クローラ走行またはローリング走行の一方を実行することにより上記ロボットを上記荷台に近づける第１工程と、
上記レーザ距離センサからの情報に基づく上記ロボットの上記荷台に対する位置情報にしたがって、上記一対のクローラ装置のクローラ部を同速度で逆方向に回転させることにより上記ロボットを超進地旋回させ、上記ロボットの向きを上記荷台の向きに合わせる第２工程と、
上記レーザ距離センサからの情報に基づく上記ロボットの上記荷台に対する位置情報にしたがって、上記クローラ走行またはローリング走行の他方を実行することにより、上記ロボットを上記荷台に正対する潜り込み準備位置に移動させる第３工程と、
上記レーザ距離センサからの情報に基づく上記ロボットの上記荷台に対する位置情報にしたがって、上記クローラ走行またはローリング走行の上記一方を実行することにより、上記ロボットを上記荷台の下に潜り込ませるとともに上記ロボットの中心を上記荷台の中心に一致させる第４工程と、
を実行することを特徴とする請求項５に記載の荷台搬送用ロボット。
上記コントローラは上記第４工程に続いて、
上記レーザ距離センサからの情報に基づく上記ロボットの上記荷台に対する位置情報にしたがって、上記一対のクローラ装置のクローラ部を同速度で逆方向に回転させることにより上記ロボットを超進地旋回させ、上記ロボットの向きを上記荷台の向きに合わせる第５工程を実行することを特徴とする請求項６に記載の荷台搬送用ロボット。
上記コントローラは、上記第１工程で上記クローラ走行を実行し、上記第３工程で上記ローリング走行を実行し、上記第４工程で上記クローラ走行を実行し、上記第４工程では上記ロボットの中心軸線に対する上記荷台の中心の横ずれに対応した旋回を実行することを特徴とする請求項６に記載の荷台搬送用ロボット。
上記リフト手段は、単一の受けプレートを有し、この受けプレートが下限位置にある状態で、上記ボデイと上記受けプレートとの間に隙間が形成されており、この隙間を上記レーザ距離センサからのレーザ光が通過可能であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の荷台搬送用ロボット。