JP2019142417A - 連結装置、連結移動装置及び自律移動装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図2は、実施形態の自律移動装置である自走ロボット1と、連結対象であるカゴ台車2との説明図である。
本実施形態は、カゴ台車2のような被牽引台車に自動で接続して、牽引することで所望の搬送先へ被牽引台車を自動搬送する自走ロボット1のような自律移動装置と、この自走ロボット1を用いた搬送システムに関する実施形態である。
磁気センサ3及び測域センサ9は、自走ロボット1の周辺環境を認識する環境認識手段である。
カゴ台車2は、搬送物を積載する底板32と、底板32上に積載された搬送物の周囲を囲むカゴ部20と、四角形状の底板32の四隅の下方に配置されたキャスター23と、カゴ部20の側面に配置されたID表示パネル21とを備える。
ID表示パネル21は、カゴ台車2に取り付けられており、搬送位置などの情報もしくはテーブル参照によって認識できるID情報を読み取れるようになっている。マーカーのIDの表示方法は一般的なバーコードやQRコード(登録商標)が使える。また、IDとしてカラーコードや、濃淡バーコードによって単位面積当たりの情報量を増やすことで、より遠くから認識できるようになる。
図3(a)は、カゴ台車2にIDがカラーコードからなるマーカーを表示するID表示パネル21が配置された例の斜視図である。図3(b)はカラーコードの一例の説明図であり、図3(c)は濃淡バーコードの一例の説明図である。
QRコードやカラーコードはバーコードと異なり、カメラを使った読み取りを行うことで、コードのID情報とともにカメラによって撮像された撮像画像に基づいてカメラに対するID表示パネル21の位置情報を同時に取得することができる。このため、読み取る対象物(本実施形態ではID表示パネル21)が置かれている位置を認識することができる。
自走ロボット1による搬送動作は、次の(1)〜(3)の三つの作業に分割される。
(1)仮置きエリアでの搬送対象の探索および連結。
(2)走行エリアの走行。
(3)保管エリアでの保管場所探索と荷卸し。
図5に示す搬送システムは、走行エリア50と、仮置きエリアAと、第一保管エリアBと、第二保管エリアCとを備える。走行エリア50には自走ロボット1の誘導用の磁気テープまたは光学テープがライン状に設けられ、自走ロボット1が走行する本線51が設けられている。本線51上には自走ロボット1のスタート位置Sがある。また、走行エリア50における仮置きエリアA、第一保管エリアB及び第二保管エリアCの入り口には、本線51の近傍に番地マーク52が配置されている。
まず、本線51上に移動体である自走ロボット1を配置してライン認識できている状態でスタートさせることで、自走ロボット1は本線51に沿った走行を開始する(S1)。本線51を走行中はラインの位置を見て指定速度で走行する。仮置きエリアAの番地マーク52を探索しながら走行し、仮置きエリアAの番地マーク52を検出したら(S2で「Yes」)停止する。
自走ロボット1は、本線51が設けられた走行エリア50から仮置きエリアAに進入すると、走行しながら、仮置きされているカゴ台車2のID表示パネル21のマーカーを読み取り、カゴ台車2のリストを生成する。このとき、IDとX,Y座標、搬送先、および優先順位があれば一緒に記録する。そして、仮置きエリアAの終端の番地マークで走行停止し、生成したカゴ台車2のリストから搬送対象を選定し(S4)、選定した搬送対象のカゴ台車2との連結動作を開始する(S5)。
自走ロボット1は、本線51が設けられた走行エリア50から保管エリア(BまたはC)に進入すると、走行しながら、保管されているカゴ台車2のID表示パネル21のマーカーを読み取り、カゴ台車2のリストを生成する。このとき、IDとX,Y座標、搬送先、および優先順位があれば一緒に記録する。次に、保管エリア(BまたはC)の終端の番地マークで走行停止し、生成したカゴ台車2のリストから空き番地を探す(S11)。そして、空き番地の中から搬送中のカゴ台車2を車庫入れする番地を選定し(S12)、選定した空き番地への車庫入れ動作を開始する(S13)。
連結を解除したら保管エリア(BまたはC)から本線51に戻り、再び仮置きエリアAの探索を開始する(S14)。
仮置きエリアA、保管エリア(BまたはC)は本線51から外れた位置に配置する。エリア内を探索走行するための走行ライン53と停止マーク54とを付けておく。カゴ台車2を置く位置(駐車場55)には、枠線やマークを付けておき、人が置き易くする。自走ロボット1は、仮置きエリアAまたは保管エリア(BまたはC)に進入したら停止マーク54を検知するまで走行ライン53上をライン誘導によって走行する。
自走ロボット1は、移動しながら測域センサ9を使って置いてあるカゴ台車2を探索しリスト化し、停止マーク54を見つけたら停止して、連結対象のカゴ台車2または車庫入れを行う番地(駐車場55)を選定する。
車庫入れ動作の場合は、駐車場55の番地のX,Y座標に位置決めするように環境認識をしながら移動しても良いし、位置決め用のラインを敷設して、ラインによる位置決めを行っても良い。
変形例の搬送システムでは、仮置きエリアAと保管エリアDとが本線51のすぐ横にある構成である。変形例では、自走ロボット1は、本線51を走行したまま、仮置きエリアAや保管エリアDのエリア内の探索を行う。仮置きエリアA内に搬送対象となるカゴ台車2を見つけたら、本線51上からカゴ台車2への連結動作に移行する。また、保管エリアDに対しても、本線51上から空き番地を探索して、車庫入れ動作を行う。
具体的には、連結する対象にマーカーを取り付けて、自律移動装置に取り付けた距離情報の取得装置によってマーカーを認識し、マーカーの位置座標を算出することで、連結位置の認識を行う。そして、認識した連結位置で停止するように、自律移動装置の駆動を制御して位置決めを行う。
固定部材30は自走ロボット1のロボット本体部100に対して連結装置10を固定する部材であり、固定ネジ穴30aでロボット本体部100のフレームにネジ止めすることで固定する。
図10は、図9に示す連結装置10について、回動部材11に固定され、回動部材11とともに固定部材30に対して回動する回動部分200と、固定部材30に固定された固定部分300との説明図である。図10(a)は、連結装置10の全体図であり、図10(b)は回動部分200の斜視図であり、図10(c)は固定部分300の斜視図である。図10(a)及び図10(c)では、図9に示す駆動分岐部カバー24と爪駆動トルクリミッタカバー38とを透過させている。
回動部材11は、図10(b)中の矢印「G」で示すように回動軸111を中心に回動可能である。
第一のステップでは、自走ロボット1をカゴ台車2に対して一定の距離でかつ略正対した姿勢になるように駆動する。
第二のステップでは、略正対した姿勢のままでカゴ台車に向かって速度を落として進む。
第三のステップでは、カゴ台車2の前側下部フレーム22aに対する磁石13の吸着が確認された後に自走ロボット1を停止させると共に、連結爪12を動作させて連結する。
磁石13としては、回動部材11に複数個配置することが好ましい。これは以下の理由による。
すなわち、カゴ台車2における連結対象となる前側下部フレーム22aは、一般的に高さ方向に短く、幅方向に長い。これに対し汎用の磁石は円筒型また角型のものが多いので、例えば小型の磁石を二個横方向に並べて使うことで、横長のフレームに対して磁力を作用させる面を大きくでき、大型の磁石を一個用いるよりも安価で確実に吸着させることができる。
また、本実施形態の連結装置10は、一つのモータによって連結爪12の昇降動作と、バンパー40の突き出し及び退避動作とを行うことにより、駆動源の数の増加を抑制し、低コスト化を図る構成となっている。
図12は、駆動伝達機構400における駆動伝達の概略を示すブロック図である。図11及び図12に示す駆動伝達機構400によって、一つのモータによって、連結爪12の症状動作と、バンパー40の突き出し及び退避動作とを行う構成を実現できる。
爪昇降用シャフト37に対する連結爪12の取り付け方法は、図14中の実線に示すように、連結が完了した状態で、爪昇降用シャフト37の下方に連結爪12が位置するように取り付けることが好ましい。このように取り付けることで、搬送対象であるカゴ台車2の前側下部フレーム22aと接触する連結爪12における接触部12aが爪昇降用シャフト37の回転中心37aよりも下方となる。これにより、前側下部フレーム22aに連結した状態の連結爪12を上昇させるときに、接触部12aは図14中の矢印「E」方向に移動するが、前側下部フレーム22aから離れる方向(図14中の右方向)への分力(図14中の矢印「E1」)が生じる。矢印「E1」で示すような分力が生じることで、路面の傾斜などにより、連結を解除しようとする際に、カゴ台車2と連結爪12とが引っ張り合っている状態となっていても、連結爪12による連結を確実に解除することが可能となる。
よって、自走ロボット1では、連結対象であるカゴ台車2に対して完全に正対して静止した状態でなくても、引掛け部材である連結爪12による連結動作を行うことができる。
このように、連結装置10は、連結爪12で連結する前に連結対象を吸着する磁石13を備え、さらに、磁石13と連結爪12とを保持し、回動可能な回動部材11を備えることで、連結対象との連結を容易に行うことが可能となる。
これに対して、連結装置10は、回動部材11に配置された磁石13と連結爪12とによって連結対象と連結した後に、二本のバンパー40を突き出す。これにより、回動部材11に連結された連結対象が回動部材11の回動軸を中心に回動しようとすると、二本のバンパー40のうちの一方に連結対象が突き当たり、ロボット本体部100に対する連結対象の回動範囲がなくなる構成としている。これにより、走行中にカゴ台車2がふらつくことを防止できる。
バンパー40にゴム材等の弾性部材を用いることで、カゴ台車2との連結時やカゴ台車2の牽引搬送時に、カゴ台車2とバンパー40とが接触することに起因する音の発生やカゴ台車2のフレームの損傷を防ぐことができる。
このため、連結装置10の連結爪12としては、カゴ台車2の連結面の中心に対して、二つの連結爪12がカゴ部20の縦フレームに干渉しない間隔となるように配置する。そして、上述したID表示パネル21をカゴ台車2の連結面における横方向の中心となる位置に設置し、このID表示パネル21の位置を、測域センサ9を用いて認識することで、二つの連結爪12を縦フレームに干渉させずに連結させることが可能となる。
また、連結移動装置としては、連結した連結対象を牽引する構成に限らず、連結対象を押して移動させたり、持ち上げて移動させたりする構成であってもよい。
カゴ台車2等の連結対象に引掛ける連結爪12等の引掛け部材を備える連結装置10等の連結装置において、連結対象に突き当たるバンパー40等の突き当て部材と、突き当て部材を連結対象に向けて移動させるバンパー突出機構43等の突き当て部材移動手段とを備えることを特徴とする。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、連結対象に引掛け部材を引掛けることで、連結装置から離れる方向へ連結対象が移動することを防止できる。また、突き当て部材を連結対象に向けて移動させ、突き当て部材を連結対象に突き当てることで、連結装置に近づく方向へ連結対象が移動することを防止できる。このように、連結装置から離れる方向への連結対象の移動は引掛け部材で防止でき、連結装置に近づく方向への連結対象の移動は突き当て部材で防止できるため、連結後の連結装置と連結対象との相対的な位置を安定させることが可能となる。
態様1において、突き当て部材は、連結対象との接触時の衝撃を緩和する緩衝手段であることを特徴とする。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、連結対象と突き当て部材とが接触することに起因する音の発生や連結対象の損傷を防ぐことができる。
態様1または2において、引掛け部材を移動させる連結爪駆動伝達機構44等の引掛け部材移動手段と、突き当て部材移動手段とは駆動源(連結モータ15等)が共通であることを特徴とする。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、駆動源の数の増加を抑制し、低コスト化を図ることができる。
態様3において、駆動源からの駆動伝達を引掛け部材移動手段と突き当て部材移動手段とに分岐する共通駆動シャフト19等の分岐部を備え、引掛け部材移動手段は、分岐部から引掛け部材までの間にトルクリミッタ29等のトルクリミッタを備えることを特徴とする。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、引掛け部材が連結対象に引っ掛かったあとは、引掛け部材側への駆動伝達を切って、突き当て部材移動手段への駆動伝達を続けることが可能となる。これにより、一つの駆動源で、引掛け部材移動手段と突き当て部材移動手段とを駆動する構成が実現できる。
態様1乃至4の何れかの態様において、突き当て部材移動手段は、回転運動を往復運動に変換するバンパー突出カム64等のカムを備えることを特徴とする。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、突き当て部材の突き出しを簡易な構成で実現することができる。
態様1乃至5の何れかの態様において、連結対象を吸着する磁石13等の吸着部材を備えることを特徴とする。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、吸着部材が連結対象に吸着するため、連結装置または連結装置を備える装置が、連結対象に接触しても連結対象が連結装置から離れる方向に移動することを抑制できる。そして、吸着部材が連結対象に吸着した状態で、引掛け部材による連結動作を行うことにより、連結対象と容易に連結することできる。
態様6において、連結装置の本体(固定部分300等)に対して回動可能な回動部材11等の回動部材を備え、引掛け部材と吸着部材とを回動部材に設け、突き当て部材を本体に設けることを特徴とする。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、回動部材に設けられた引掛け部材と吸着部材とによって連結される連結対象に突き当て部材が突き当たることで、連結後に回動部材と連結対象とが回動してふらつくことを抑制できる。
動力モータ7及び駆動車輪71等の移動手段と、カゴ台車2等の連結対象と連結する連結手段と、を備える自走ロボット1等の連結移動装置において、連結手段として、態様1乃至7の何れかの態様に係る連結装置10等の連結装置を備えることを特徴とする。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、連結対象と容易に連結することできる連結移動装置を実現することができる。
動力モータ7及び駆動車輪71等の移動手段と、カゴ台車2等の連結対象と連結する連結手段とを有する連結移動手段と、移動手段を制御するコントローラ4等の制御手段とを備える自走ロボット1等の自律移動装置において、連結移動手段として、態様9に係る連結移動装置を備えることを特徴とする。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、連結対象と容易に連結することできる自律移動装置を実現することができる。
態様9において、連結対象に配置されたID表示パネル21等の標識を認識するカメラ5等の認識手段を備え、制御手段は、認識手段の認識結果に基づいて、連結対象の認識と、連結対象に連結するための位置決めを行うための移動手段の制御とを行う。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、連結対象に自動で連結し、所望の搬送先に自動で搬送する自律移動装置を実現することができる。
2 カゴ台車
3 磁気センサ
4 コントローラ
5 カメラ
6 バッテリー
7 動力モータ
8 モータドライバ
9 測域センサ
10 連結装置
11 回動部材
12 連結爪
12a 接触部
13 磁石
14 マイクロスイッチ
15 連結モータ
16 モータシャフト
17 出力ギヤ
18 共通駆動ギヤ
19 共通駆動シャフト
20 カゴ部
21 表示パネル
22 下部フレーム
22a 前側下部フレーム
23 キャスター
24 駆動分岐部カバー
25 爪駆動プーリー
26 爪駆動ベルト
27 トルクリミッタ前プーリー
28 トルクリミッタ前シャフト
29 トルクリミッタ
30a 固定ネジ穴
30 固定部材
31 軸保持部
32 底板
33 トルクリミッタ後シャフト
34 爪昇降駆動出力プーリー
35 爪昇降ベルト
36 爪昇降駆動入力プーリー
37 爪昇降用シャフト
37a 回転中心
38 爪駆動トルクリミッタカバー
40 バンパー
41 バンパーシャフト
42 バンパー支持部
43 バンパー突出機構
44 連結爪駆動伝達機構
50 走行エリア
51 本線
52 番地マーク
53 走行ライン
54 停止マーク
55 駐車場
60 バンパー駆動プーリー
61 バンパー駆動ベルト
62 バンパーシャフト回転プーリー
63 バンパー突出用シャフト
64 バンパー突出カム
65 カムフォロワ
71 駆動車輪
72 従動車輪
100 ロボット本体部
111 回動軸
200 回動部分
300 固定部分
400 駆動伝達機構
1000 物流倉庫
1001 プラットフォーム
1002 エレベータ
2000 トラック
A 仮置きエリア
B 第一保管エリア
C 第二保管エリア
D 保管エリア
M 作業者
S スタート位置
Claims (10)
- 連結対象に引掛ける引掛け部材を備える連結装置において、
前記連結対象に突き当たる突き当て部材と、
前記突き当て部材を前記連結対象に向けて移動させる突き当て部材移動手段とを備えることを特徴とする連結装置。 - 請求項1の連結装置において、
前記突き当て部材は、前記連結対象との接触時の衝撃を緩和する緩衝手段であることを特徴とする連結装置。 - 請求項1または2の連結装置において、
前記引掛け部材を移動させる引掛け部材移動手段と、前記突き当て部材移動手段とは駆動源が共通であることを特徴とする連結装置。 - 請求項3の連結装置において、
前記駆動源からの駆動伝達を前記引掛け部材移動手段と前記突き当て部材移動手段とに分岐する分岐部を備え、
前記引掛け部材移動手段は、前記分岐部から前記引掛け部材までの間にトルクリミッタを備えることを特徴とする連結装置。 - 請求項1乃至4の何れか一項に記載の連結装置において、
前記突き当て部材移動手段は、回転運動を往復運動に変換するカムを備えることを特徴とする連結装置。 - 請求項1乃至5の何れか一項に記載の連結装置において、
前記連結対象を吸着する吸着部材を備えることを特徴とする連結装置。 - 請求項6の連結装置において、
前記連結装置の本体に対して回動可能な回動部材を備え、
前記引掛け部材と前記吸着部材とを前記回動部材に設け、
前記突き当て部材を前記本体に設けることを特徴とする連結装置。 - 移動手段と、
連結対象と連結する連結手段と、を備える連結移動装置において、
前記連結手段として、請求項1乃至7の何れか一項に記載の連結装置を備えることを特徴とする連結移動装置。 - 移動手段と、連結対象と連結する連結手段とを有する連結移動手段と、
前記移動手段を制御する制御手段とを備える自律移動装置において、
前記連結移動手段として、請求項8の連結移動装置を備えることを特徴とする自律移動装置。 - 請求項9の自律移動装置において、
前記連結対象に配置された標識を認識する認識手段を備え、
前記制御手段は、前記認識手段の認識結果に基づいて、前記連結対象の認識と、前記連結対象に連結するための位置決めを行うための前記移動手段の制御とを行うことを特徴とする自律移動装置。
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