JP2019536183A

JP2019536183A - ３ｄ駆動ユニット及びシステム

Info

Publication number: JP2019536183A
Application number: JP2019545397A
Authority: JP
Inventors: ニューウェル，グレゴリー; カシミーロ，フィリペ
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-11-09
Filing date: 2017-11-09
Publication date: 2019-12-12
Also published as: US20190270375A1; AU2017356672A1; CN109923485A; WO2018087698A1

Abstract

本発明は、重い荷物を運ぶための機械装置及びそれを用いるシステムに関し、標準のパレットやカートを、十分な昇降力及び運搬トルクを供給しながら、低姿勢の荷物のフォーマットを持ち上げる際の問題を解決する。３次元駆動ユニット（１２０）が開示され、筒状駆動ハウジング（１３０）内に搭載された組立体中に１以上の車輪を備え、この筒状駆動ハウジング（１３０）は回動可能に支持され、筒状シャーシスリーブ（２１０）及びスリップリング組立体（１５０）を備える。本発明は、典型的なアプリケーション、例えばパレット、紙ロール、ケーブルリール、乗り物、カートなどを移動する場合のロボット移動機として使用される。【選択図】図３

Description

本発明は、荷物をあらゆる方向に運ぶための装置及びシステムに関する。

カートや手押し車（トロッコ）のような車輪のある積み荷、又は滑り材（スキッド）やパレットのような車輪のない積み荷に関連する自主的/ロボット的に制御された移動機（移載機）は、比較的新しい製品の分類である。これらの人気は近年増加しており、サイクルタイムの増加に対する圧力、労働内容の減少、エラーの減少などのために、製造業、倉庫業、物流業など全てを通じてこの種の自動操作の裏にある駆動力がみられる。自動操作の割合は、自動車技術、ナビゲーションセンサ技術、もちろん一般的なコンピュータ技術の継続的な進歩という多くの近年の進歩によって、可能となる。

現状、自主的/機械的な移載機の多くのブランドは、アマゾンロボティック（以前はKIVAシステム）、フェッチロボティック（バーチャルコンベヤーロボット）、クリアパスロボティック社（OTTO）、モーションコントロールロボティック（MCRI）、KUKA（モバイルプラットフォーム）、BMW（スマートトランスポートロボット）、SSIシェーファー(Weasel, AGV 2Move)、モバイル産業ロボットApS (MiR)やその他多くの会社からの製品を有しているものが存在する。しかしながら、これらの製品の共通の欠点は以下となる。

(i)現状のロボット移動機は、伝統的なデザインであり、これらの移載機は、典型的にはパレットの下、又はパレットのような高さのカートに適応するにはあまりに高く、そのため、カートやパレットをロボットのプラットフォームの高さまで持ち上げる追加の積み荷装備及び荷下ろし装備が必要となる。しかしながら、本発明では、極端に低いプロファイル（90ｍｍの高さ以下）、しかし80ｍｍ径の駆動車輪を有し、この結果、ユーロのパレットの標準100ｍｍのクリアランスを満たす10ｍｍの内側のクリアランスを適用することができる。

(ii)現状のロボット移動機は、典型的に固定されたサイズ、形、荷役能力であり、一方、顧客が使用するカートやパレットは、典型的に様々な寸法や高さを有している。全ては100ｍｍのクリアランスで６つの異なる標準の次元を有してはいるが、標準のユーロのパレットでさえそうである。一方、本発明は、駆動部の間を伸縮及び旋回することでそのサイズや形を変態し、多少は荷役能力を増加又は減少させることができる。

(iii）現状のロボット移動機は、脚部、駆動システム、センサー、バッテリーパック、制御部等のデザインが統一されているため、ほとんど全ての新しいアプリケーションにおいて、全く新しいロボット移動機のデザインが要求される。一方、本発明では、駆動、ターン、昇降を供する駆動システムは、どのような最終機械形状やデザインにも素早くそして簡単に適するように構成されたコンパクト、モジュール、及び低コストユニットに分かれる。

(iv）現状のロボット移動機は、典型的には、ユニット単位では高コストであり、商業軌道に乗せる前に多くの費用を要求する、一方、本発明は、必要な時にはトルクを増加して、駆動旋回及び持ち上げ機能の両方のため同じセンサーを使うことにより（通常はそれぞれ別の駆動システムが用いられる）、コンパクト及びとても低いコストの構成部を実現している。さらに、その構造は、低コストの射出成型プラスチック又はアルミニウムの押出形材から製造されるようデザインされ、そのため原料の使用量が少ない。この結果、本発明は、潜在可能なアプリケーションの範囲を拡げるよう、ロボット移動機の多くの異なる構成要素に合致する多大な柔軟性を有した、非常に低コストな駆動ユニットとなる。

本発明の装置は、ここでは、３DD（３D 駆動）ユニットとし、XY平面（地面に沿った前後、及びあらゆる方向への回転）での効果的な動作に加えて、移載する荷物に合わせて、相当な機械的な有利点を有して、上昇することができるものである。それ自体のハウジングの中での駆動装置の回転を通じて、３DDは、垂直上昇力を生成し、このため、Z方向への移動となる。これは、３DDを備えるシステムは、荷物の下に入り、それから持ち上げ（又は荷物を動かすために駆動車輪に対して牽引力を供する十分な上昇力を与える）、その後、荷物をいかなる方向にも運ぶことを可能とする。

これらのユニットはまた、そのとてもコンパクトなサイズ、低い製造コスト、モジュール性、スケーラビリティ、汎用性のために類を見ないものである。本発明は、使用の要求に応じて異なるバターンで結合された多少のユニットで、様々なアレンジや構造に適するように構成できる。素早く再方向して、どのような方向にも駆動する３DDユニットの能力で、それらを、結合の伸縮/延長、又は接続の旋回を含む結合に適するように構成することは、機械を、異なるサイズや形状の荷物に適した異なる形状や異なるサイズに変態することを可能にする。

３DDユニットは、約1,000kgの重量を持ち上げることができ、（仮に典型的な転がり抵抗値で）横方向には5,000kgまでの荷物を運ぶことができる。（多くの場合、荷物は既に車輪上にあり、動かすのに十分に持ち上げる必要はなく、しかしながら、上方向の力は、例えば３DDユニットのような小さくて軽い駆動ユニットが車輪にある荷物をあちこちに動かすことを許容するための係合やコントロールを供するものとなる）。

ほとんどのアプリケーションにおいて、複数の３DDユニットは共に使用されるだろうことが予測され、時には他の非駆動車輪やキャスターに加え、単一の原料の操作器の中にハウジングされる。これは、相当な重量を、必要なら容易に再方向や再配置させることを実現する。ここで、アプリケーションにはパレット、紙ロール、ケーブルリール、乗り物、カートなどの移動が含まれる。

本発明のこれら及び他の特徴、側面及び有利点は、下記の図面を伴う説明により、より容易に理解される。

実施形態に係る3DDユニットの“二重駆動車輪”の側面図である。同上３DDユニットの部分断面図である。同上３DDユニットの部分断面図である。同上３DDユニットの裏返した状態の底面図である。同上３DDユニットの裏返した状態の底面図である。同上３DDユニットの二重駆動車輪の部分断面図である。同上３DDユニットの二重車輪の部分断面図である。勾配に配置された同上３DDユニットの二重駆動車輪の一部断面図である。勾配に配置された同上３DDユニットの二重駆動車輪の一部断面図である。勾配に配置された同上３DDユニットの二重駆動車輪の一部断面図である。同上３DDユニットの主な組立体の分解図である。非回転の駆動ハウジング組立体の分解図である。スリップリング組立体の分解図である。駆動車輪組立体の分解斜視図である。同上３DDユニットの昇降高さ調節可能であることの説明図である。同上３DDユニットの昇降高さ調節可能であることの説明図である。同上３DDユニットの昇降高さ調節可能であることの説明図である。同上３DDユニットの昇降高さ調節可能であることの説明図である。同上３DDユニットの昇降高さ調節可能であることの説明図である。同上３DDユニットの昇降高さ調節可能であることの説明図である。他の形態の単一の駆動車輪及び内部回転モータを有する３DDユニットの説明図である。同上３DDユニットの分解斜視図である。別の形態の単一の駆動車輪を有する３DDユニットの説明図である。同上３DDユニットの斜視図である。同上３DDユニットの斜視図である。複数の３DDユニットを備えるシステムの説明図である。同上システムの底面図である。同上システムの底面図である。同上システムの底面図である。同上システムの分解斜視図である。

本発明の様々な形態は以下に記述され、最初に好ましい実施の形態から始め、同じような作用効果を奏する他の実施の形態が続いて述べられる。

図１は、動かす荷物の下で動くための空隙を供するため、非回転駆動ハウジングを下方に下げる3DDユニットの“二重駆動車輪”の実施形態の側面図であり、垂直方向に充分に収縮される回転駆動組立体を有する。

図２は、図１に示す３DDユニットの部分断面図であり、部分的に延長された（中間まで）回転可能駆動組立体、及び（回転）駆動組立体の嵌め込まれた形状、及び可視可能な（非回転）駆動ハウジングを備える。２つの車輪を反対方向に駆動することで（例えば両方を時計方向など同じ回転方向）、駆動組立体は、駆動ハウジング内で回転され、それらの間での垂直方向での変位を起こす。2つの駆動モータを理想的なスピードで操作すると、駆動組立体及びそのハウジングを共通中心として、３DDユニットは回転し、それ故に、３DDの水平方向の移動が生じることがなく、ハウジングの駆動組立体に対する上昇又は下降となる。

図３は、図１に示す３DDユニットであって、垂直方向にフルに延長した回転駆動組立体であり、非回転の駆動ハウジングが上昇し、このハウジングに接着されたどのようなものに対しても、上昇力を与える。

図４及び図５は、裏返した状態の３DDユニットの底面図である。もし、１のモータが他のモータとは異なる回転スピード（異なるrpm）で駆動するならば、ここでは異なる駆動として参照するが、これは、駆動ユニットの進行方向の再配向の効果を有し、進行方向の曲がりを起こす。

３DDユニットが曲がる度に、地面に対して僅かではあるが駆動ハウジングの上昇又は下降が生じる。というのも、駆動ハウジング内での駆動組立体の回転は、その２つの間に垂直の変位を生じるからである。ほとんどのアプリケーションでは、このわずかな垂直の変位は何の結果も生じることはない。より好ましい形態では、ネジ山のピッチは５ｍｍであり、そのため例えば９０度回転は垂直方向への1.25ｍｍの上昇又は下降となる。しかしながら、より小さなネジ山のピッチは、より遅い上昇又は下降となり、しかしながら、それは回転時のより小さな垂直変位となる。例えば、２ｍｍのネジ山のピッチでは、９０度の回転でたった1/2ｍｍの上昇/下降となる。これはまた、他の方向と比較して、一の方向に回転することを困難にするが、しかしながら、これは相対的に直進することで２つの方法で補償される。

1つ目は、荷物が最初に接触し持ち上げられるとき、amp(増幅)ドローは、荷物の重量の表示、すなわちより大きなamp、より重く、それからそれに従って重量計測し、この重量に基づいて目盛りを決める、ことを提供する。このampバイアスは、それからその荷物を動かすための定数となり得て、モータに対してa％のampの増加は備わり、その結果、より大きなampが荷物を上昇する方向に回転するときにモータに与えられ、より小さなampが荷物を下降する方向に回転するときに提供される。

2つ目は、モータは、“閉ループ”制御を有することが必要となる。時には、“速度駆動”制御とも参照される。これは、車の走行制御に類似したシステムであり、この場合、閉ループ制御は、コントローラが常にモータのrpmを読み込み、それを理想のrpmと比較して、モータに対する電力の供給を調整し、その理想のrpmに近い状態で走行するということを意味する。従って、曲がることは、閉ループモータ制御でどちらの方向にも予測され得るが、ampの伝達は、荷物を下降させるときの方向に曲がるより、荷物を上昇させる方向に曲がるときに、より大きなものとなる。

図６は、３DDユニットの二重駆動車輪の部分断面図であり、特に垂直変位センサー１２８及び位置アクチェーター１５２を示している。垂直変位センサー１２８は、非回転の駆動ハウジング組立体１３０内の、窪み部に嵌合接着される、柔軟性のある背面粘膜のポテンショメータである。駆動車輪組立体２１０が駆動ハウジング組立体１３０に相対して回転すると、垂直変位センサー１２８は垂直方向で上下する。スリップリング組立体１５０は駆動車輪組立体２１０と共に上下に動作し、しかし、ハウジング上部１５１は駆動車輪組立体２１０と共には回転しない。従って、位置アクチェーター１５２は、水平の方位を合わせて、上部ハウジング１５１中に収容され、垂直変位センサー１２８上のパスのスクライビングの一端でバネ付きボールでの固定となる。これは、駆動車輪組立体２１０及び駆動ハウジング組立体１３０の間の正確な垂直変位値のコントローラへのアナログ入力を供する。

図７は、３DDユニットの二重車輪の部分断面図であり、特に角度位置センサー１５４及び位置アクチェーター１５２を示している。角度位置センサー１５４は、スリップリング組立体１５０の非回転のハウジング上部１５１内の、窪み部に嵌合接着される、柔軟性のある背面粘膜のポテンショメータである。従って、位置アクチェーター１５２は、垂直の方位を合わせで、上部駆動車輪キャップ２１２中に収容され、それ故、上部駆動車輪キャップ２１２と共に回転し、角度位置センサー１５４上のパスのスクライビングの一端でバネ付きボールでの固定となる。これは、駆動車輪組立体２１０の駆動ハウジング組立体１３０に対する正確な角度方向のコントローラへのアナログ入力を供する。

図８乃至１０は、旋回駆動車輪組立体かいかに地面とのコンスタントな接触を維持するかを示し、この特徴の理由を説明する。

図８は、勾配に配置された３DDユニットの二重駆動車輪の一部断面図である。３DDユニットは、水平を維持し、しかし、床（接触エリア内の）は、この仮定の場合では勾配であり角度がある。

図９は、図８の３DDユニットの駆動ユニットの再配向を示し、多分、回転の理由又は上昇又は下降の理由である。２つの駆動車輪は、車輪間の垂直軸の中間点からオフセット（相殺）されるため（この垂直軸は駆動車輪組立体２１０の回転軸でもあり）、静止摩擦のために両方の車輪が地面との接触を常に保つことは重要である。

例えば、もし一方の車輪が地面と接触し、他方の車輪が接触せず又は一部のみの接触である場合には、これは好ましくない結果となり、多分、駆動組立体の予測のできない移動及び/又は配向となる。シャーシ旋回ピン２２８は、駆動車輪組立体がスムーズに旋回するようにし、このため、この組立体は、両方の車輪が非水平表面の地面との接触を維持するように回転する。ここで、旋回するシャーシは、完全な解決策とはなり得ない、というのも、少なくとも一方（両方は極めて稀）の車輪の静止摩擦のロスが時として生じるからである。駆動車輪組立体の計算された配向やその高さ（駆動ハウジング組立体に対するもの）と、実際の値（測定された高さ及び垂直変位センサー１２８及び角度位置センサー１５４からのデータに基づく配向）との誤差に対処するため、計算値と測定値とは常に比較され、必要に応じてメインコンピュータ２００による調整がなされる。

図１０は、正面からの図８の一部断面図を示し、旋回軸に垂直で、駆動ハウジング組立体１３０に相対する駆動車輪組立体２１０の旋回を示す。可能な傾きの範囲は、ベースリング旋回ストップ２４２で制限され、これはその接触点を超えての駆動車輪シャーシ２２０の旋回を防止する。

図１１は、３DDユニット１２０の二重駆動車輪バージョンの、完全な主な組立体の分解図を示す。上部には非回転の駆動ハウジング組立体１３０、次にスリップリング組立体１５０、そして底部には駆動車輪組立体２１０がある。

図１２は、非回転の駆動ハウジング組立体１３０の分解図を示す。上部カバー６０は、上部カバー留め金具６２を用いて、駆動ハウジング外筒７０に形成されたチューブ穴７２に締結される。駆動ハウジング外筒７０の内部に積み重ねられるのは１以上の駆動ハウジング内部スリーブ１３３であり、これはボトムカバー９０で垂直方向に保持され、ボトムカバー９０は、駆動ハウジング外筒７０の同じチューブ穴７２にボトムカバー留め金具９１を用いて締結される。駆動ハウジング内部スリーブ１３３は、駆動ハウジング外筒７０によって垂直に、回転可能に保持され、駆動ハウジング外筒７０はハウジング内部スリーブ１３３と嵌合する形状を有する。また、垂直変位センサー１２８も駆動ハウジング外筒７０に搭載され、例えば、柔軟性のある背面粘膜のポテンショメータとなる（このセンサーのアクチュエータは、高さ位置の読み込みを供するポテンショメータに係合するスリップリング組立体１５０の上部の非回転ハウジング中に搭載される）。最後に、電力、アース/グランド及びデータ（モータ中のホールイフェクトセンサー、垂直変位センサー１２８、角度回転センサー１５４からのセンサデータを含む）は、ケーブル供給、データ/信号ケーブル１０４に代表され、これらは駆動ハウジング外筒７０を介して入り、スリップリング組立体の（非回転）ハウジングの上部に、壁面の中の内部空室を通してその中に補充する。

図１３は、スリップリング組立体150の分解図を示す。このスリップリングの目的は、機械からの（モータコントローラ、メインコンピュータなどから）電力、信号/データ及びアース/グランドを、非回転の駆動ハウジングに供給し、それから回転駆動車輪組立体２１０との連続的な接続を維持することである。スリップリングは、位置アクチュエータ１５２（スリップリング組立体１５０と共に上下動する））を収容するハウジング上部１５１（非回転）を備え、そして垂直変位センサー/ポテンショメータに接触し、位置変位センサーは３DDユニットの高さを示す連続的な信号を提供する。角度位置センサー１５４/ポテンショメータ、例えば柔軟性のある背面粘膜のリング膜のポテンショメータであり、ハウジング上部１５１の下面に搭載される。ハウジング上部１５１の中心壁穴窪み部の周りに、上部の（非回転）電力/データリング１５６があり、ハウジング上部１５１のその箇所に嵌合される。このリング１５６は、薄い銅リングから形成され、組み立てられたときハウジング上部１５１を通して突出する上面上の端子接続点を有し、各電線が接続される。底部の（回転）電力/データリング１５７の同様のセットは、底部（回転）ハウジング１５８内で上部リングとして同じ平面で収容され、そのようにすることで、これらは極端に近い近接性を上部リングに有し、直径はその周囲に関して幾つかの点でリングと物理的接触を常に作ると考える。このため、位置や動作に関わらず、各リングは、たとえ一つのセットが非回転で他のセットが回転しているとしても、ペアとなるリングとは幾つかの接触点を維持し、というのもそれらは互いに近接して（約0.1ｍｍのクリアランス）収容されているためである。

図１４は、駆動車輪組立体２１０の分解斜視図を示す。組立体の上部には、上部駆動車輪キャップ２１２がある。それは、駆動ハウジング内部スリーブ１３３の内周上の窪みと係合するために、その外周上に嵌め込まれる。上部駆動車輪キャップ２１２と駆動車輪バンパーリング２４０の間には、駆動車輪シャーシ２２０が挟持され、これは駆動組立体２３０を有する。このシャーシは、駆動ギヤボックス２３４の中心出力シャフトをサポートする中心シャーシサポート板２２２を備える。これは、シャーシ旋回ピン２２８の一端をサポートし、このピン２２８は、全ての駆動車輪組立体２１０がホールの内側で旋回することで、上部駆動車輪キャップ２１２及び駆動車輪バンパーリング２４０のどちらか一方の一端、その間で挟まれる。サイドシャーシサポート板２２４は、中央シャーシサポート板２２２の一端に締結され、このサポート板２２２は、エンドシャーシ留め金具２２７を用いて組立体の前後両方において、エンドシャーシ接続板２２６に接続する。駆動組立体２３０は、中央シャーシサポート板２２２に対して鏡面となる、全ての部品を有する二重駆動デザインである。駆動モータ２３６は、サイドシャーシサポート板２２４にサイドシャーシモータ留め金具２２５を用いて締結される。モータは、駆動ギヤボックス２３４の入力シャフト上に搭載され、このギヤボックス２３４は、その周囲の駆動車輪２３２に搭載される。これらの駆動車輪２３２は、典型的には、ギヤボックスの外側の円筒状ハウジングに可動装着されたスリーブの接着されたポリウレタントレッドである。全ての組立体は、それから駆動バンパー留め金具２４４のセットを用いて取り付けられ、この止め金具２４４は、駆動車輪バンパーリング２４０を上部駆動車輪キャップ２１２に接続し、その間にシャーシ旋回ピン２２８を補足している。２つの駆動バンパー旋回ストップ２４２が駆動車輪バンパーリング２４０上に配置され、このストップ２４２は、センター駆動車輪シャーシ２２０ができる旋回の総量を制限する。

図１５乃至２０は、３DDユニットの昇降高さ調節可能であることの説明図である。これは、駆動ハウジング組立体１３０（駆動ハウジング内部スリーブ１３３の増加によって）及び駆動車輪組立体２１０（同じ高さの増加によって）の高さの増加の両方の高さの延長を含む。より好ましい形態では、各駆動ハウジング内部スリーブは１５ｍｍの高さであり、図中では３DDユニットの最小の高さの時と、１つ及び２つの追加スリーブを用いた際を比較できる。

図１５は、ハウジング内部スリーブ１３３を５つ、駆動車輪組立体２１０内に延長リング２５０を一つも使用していない最小高さを示す。これは、３DDユニットがカートやパレット、その他の移動する物体の下に入る際の、空隙に等しい９０ｍｍの最小の高さとなる。

図１６は、図１５に示す３DDユニットの最大上昇の状態を示す。最小から最大の高さになるには、駆動車輪組立体２１０が９回の３６０度の回転を行い、各回転で５ｍｍ上昇し、計４５ｍｍの上昇となる。これで総高さは１３５ｍｍに到る。

図１７は、１ずつのリングを増やした場合の高さを示す。従って、上部駆動車輪キャップ２１２及び駆動車輪バンパーリング２４０の間に、６のハウジング内部スリーブ１３３及び１の駆動車輪延長リング２５０がある。これは、動かされるどのような物体の下を通る際の空隙に等しい１０５ｍｍの高さにまで３DDユニットの高さが延長している。

図１８は、図１７に示す３DDユニットの最大上昇の状態を示す。最小から最大の高さになるには、駆動車輪組立体２１０が１２回の３６０度の回転を行い、各回転で５ｍｍ上昇し、計６０ｍｍの上昇となる。これで総高さは１６０ｍｍに到る。

図１９は、２ずつのリングを増やした場合の高さを示す。従って、上部駆動車輪キャップ２１２及び駆動車輪バンパーリング２４０の間に、７のハウジング内部スリーブ１３３及び２の駆動車輪延長リング２５０がある。これは、動かされるどのような物体の下を通る際の空隙に等しい１２０ｍｍの高さにまで３DDユニットの高さが延長している。

図２０は、図１９に示す３DDユニットの最大上昇の状態を示す。最小から最大の高さになるには、駆動車輪組立体２１０が１５回の３６０度の回転を行い、各回転で５ｍｍ上昇し、計７５ｍｍの上昇となる。これで総高さは１９０ｍｍに到る。

異なる駆動は、アプリケーションを操作するための原料のために望ましい垂直移動を引き出し、３DDユニットのネジ山に係合することを要求される回転に影響を与える唯一の方法ではない。駆動車輪組立体に１の駆動車輪を用いることも可能であり、同時に、荷物を押すための第二の車輪がないという事実を保証するため、車輪のサイズやパワーを増加させる。１の駆動車輪を使うと、第二の駆動源は、ネジ山の係合が上昇力を実行することを介して、駆動車輪組立体を駆動ハウジング内部スリーブに対して回転することが要求される。図２１及び図２２は、メイン駆動車輪の周囲に４か所でギヤドモータが収容された簡易なデザインを示し、これらは回転動作に影響を与える駆動ハウジングと係合している。図２３，２４，２５は、駆動ハウジング外に１以上のギヤドモータが配置された変形デザインを示し、駆動ハウジング内でギャップを介して駆動車輪組立体に係合することができる。このコンセプトに基づく第三の変形例は、外部の（駆動ハウジングまで）駆動源が、駆動車輪ハウジングよりむしろ駆動ハウジングを回転し、その結果、ネジ山係合が駆動車輪組立体を下方に駆動する。これは、駆動ハウジングを上昇駆動する他のシステムと同じである。（これは、そのうえで捕捉されたナットを動かしてネジ棒を回転させることｖｓナット中で軸方向の前後にネジ棒を駆動するネジ棒上でナットを回転すること、に類似する。

図２１は、異なる駆動（すなわち、独立して駆動できる２つの駆動車輪２３２）を使用する代わりに、移動のため単一の駆動車輪４０を用いて回転、昇降及び下降をする３DDユニットの他の形態を示す。この実施形態では、追加の回転モータ１００があり、モータの数は持ち上げる必要のある荷物に応じており、駆動車輪組立体５０内に収容され、その出力ギヤ１０２は、駆動ハウジングスリーブ８０のギヤ歯に係合する歯を有する。ギヤモータ１００の数を増加させるのは、より大きな荷物やより好ましい回転力を得るためのオプションである。これらのモータ１００の作動は、駆動ハウジング７０に対する駆動車輪４０の配向を変更する。図１９に示すように、駆動車輪４０は、ハブボディ５４及び駆動モータ４１により拘束される軸４２を備える。駆動モータ４１はそのようなタイプでも良く、しかしながら本願発明に係るより好ましい形態では、駆動車輪４０内に搭載されるハブ式モータを利用する。駆動モータ４１は、回転の駆動力を発生し、どのような方向にも動く駆動ユニット１０を生じる。ギヤモータ１００は、ハブボディ５４に締結され、より好ましくはギヤモータ１００は、DCモータであり、位置のフィードバックを供するための回転エンコーダーを備える。また好ましくは、ギヤモータ１００は減速機を有し、その結果、大きな回転力がオプションの回転スピードで生成される。モータサイズや選択は、電気分野で共通である。ギヤモータ１００は、ケーブルを介して給電され制御される。ギヤ１０２は、ギヤモータ１００の出力シャフトに拘束される。筒状ハウジング７０は、より好ましくは押出アルミニウムで構成され、好ましい高さに切断され、しかしながら好ましい荷物の状態に適するどのような材料でも構成できる。筒状ハウジング７０は、どのような直径、高さでも作ることができ、特別なアプリケーションに適している。筒状ハウジング７０は、内部に、スリーブ８０の外部のスリープ状溝８１の配列に対応して係合するために、内部筒状溝７１の配列を有する。筒状溝７１及びスリーブ状溝８１の係合は、スリーブ８０が筒状ハウジング７０に関して回転することを継続し、その間に荷物を移動する。スリーブ状溝８１は、せん断で、大きな力を伝える手段を供する。

図２２は、単一の駆動車輪及び内部回転モータを有する３DDユニットの分解斜視図を示す。上部カバー６０は、筒状ハウジング７０の筒状穴７２の配列にねじ止めする上部カバー留め金具６１の配列を有する。安定された上部カバー６０は、スリーブ８０が垂直方向に滑ることを防止する。底面カバー９０は、筒状穴７２に締結される底面カバー留め金具９１の配列を有する。底面カバー９０、上部カバー６０、内部筒状グローブ７１及びスリープグローブ８１を結合することで、スリーブ８０をハウジング７０に拘束する。取付金具３０は、駆動ユニット１０を外部部材に保護する手段を供する。取付金具３０は、少なくとも１つの上部カバースロット６２、すくなくとも１の底面カバースロット９２、ハウジング７０の複数の捕捉凸条７３の使用を通して、ハウジング組立体２０に固定される。本図に示すように、ブラケット３０が幅広い装着の形状や位置を供することを許容するハウジング７０の周りの捕捉凸条７３がある。駆動ユニット１０は、特定のアプリケーションに搭載される複数のブラケット３０を有する。ブラケット３０は、図に示すように、ネジ穴を有し、又は、他の共通の装着方法をサポートする鋲を有する。電力スリップリング組立体１５０が上部カバーに装着され、この組立体１５０は、ハウジング組立体６０に固定される電線や信号線を有し、しかしながら、回転ハブ組立体５０との電気接触を維持する。ハブ組立体５０（図示せず）のばねコンタクトと接触するスリップリング２４の導電リングは、ハウジング組立体３０に対してハブ組立体５０がどのような向きであろうと電気のパスを維持する。スリップリングは、伝動装置及びロボット制御の分野で一般的である。ハブ組立体５０は、少なくとも１のギヤモータ１００、少なくとも１の対応ギヤ、ハブ本体５４、及び駆動車輪４０を備える。

図２３は、単一の駆動車輪を有する３DDユニットの別の形態であり、回転を引き出すモータは、回転される駆動車輪組立体の外部に配置される。ここで、ギヤとギヤの歯は、係合して、駆動車輪組立体を回転し、他の駆動移動の様々な手法、例えばチェーン、スプロケット駆動移動、ベルト、及びプーリ駆動移動、摩擦駆動移動やその他を適用することに適している。

図２４は、図２３に示す３DDユニットの他の方向からの斜視図であり、ここで回転を起こすモータは駆動車輪組立体の外部に配置され、しかしながら、この場合は、３DDユニットの最も高さが低くなった状態である。

図２５は、図２３に示す３DDユニットの他の方向からの斜視図であり、しかしながら、この場合は、３DDユニットの最も高さが高くなった状態である。

図２６−３０は、共通の原料を操作するアプリケーションのための３DDユニットのシステムのアプリケーションを示す。複数の３DDユニットが使用された際の、この装置のユニークな能力の幾つかを示すため、モーフィング可能なカート移動装置が示され説明される。ここで、各３DDユニットは、全てが動作、回転、上昇及び下降する機能を有し、装置のデザインでの複雑性のほとんどは除外され、装置は本当に、複数の３DDユニットの接続の手段となる。しかしながら、この広い一般化を超えて、３DDユニットの汎用性はまた、有することがとても複雑であるだろう幾つかの追加の機能特徴を追加する。基本的な前提は、旋回軸３３５（３DDユニットシステムの部分の形状を変更する）及び（３DDユニットシステムの部分のサイズを変更する）テレスコープ延長部/リトラクタとして知られるスライド３２５が、容易に適応されることである。３DDベースシステムの興味深い特徴は、３DDユニットの接続構造が特に強度を要求されない点であり、これは、重いカートを運ばさせているときでさえ、とくに重大な力には遭遇しないためである。その理由は、一旦、３DDユニットの上昇及び荷物を動かすと、荷物はそれ自体、３DDユニットを一緒に接続する役目を有するためである。仮に、各３DDユニットに反する接続が安定で、滑らないのであれば、腕部及び結合部によって供される唯一の構造目的は、３DDユニットが水平から傾くことを防止する。荷物それ自体は、しかしながら、このようにすることを助け、確かに、３DDユニットが平らに配置され接続されることを維持する。

各３DDユニットおよび運ばれる荷物の間の接続の安定性を改善する多くの単純な方法がある。一つは、カートの下側又は３DDユニットカード移動装置の上面のどちらかに、円錐の形のピンを設けることである。それから、対向するカートの穴、又はそれとマッチされる３DDユニットシステムは、３DDユニットが低いときのみに開放することを許容する接続の結びつきを助ける。

図２６−３０は参考例を示す図である。

図２６は、一般的な4アームのカード移動装置の斜視図を示し、各アームは中心のシャーシから離れて旋回し、中心のシャーシからより離れて延長して自在に収縮できる。中心のシャーシは、メインコンピュータ２００を収容し、このコンピュータ２００は、システムの高度の制御部であり、一方、アームは電池及び各３DDユニットのモータに給電する２チャンネルの出力モータ制御部を収容する。この図において、システムは、ほとんどの場合、最も小さな移動距離になるが、それでも滞りなく動くことができる。

図２７は、図２６と同じカート移動システムを示し、この場合には底面からの図面であり、その結果、各３DDユニットの駆動車輪組立体２１０の配向が可視化できる。この図では、システムが全ての車輪が同じ方向に配向したときに、どんな方向にも進めることを示している。さらに、図示はしていないが、車輪がシステムの中心点に直角に全て配向され、従って、それ自身の中心軸について回転する。代わりに、車輪は要求に応じてどの方向にも配向され得て、その結果、延長、回転、曲がり、又は異なる形状への変形の幾つかの組み合わせとなる。

図２８は、図２６に示す同じカート移動システムを示し、この図では、駆動車輪組立体の全てが中心から外側を目指しており、システムの中心軸から離れるように駆動する。これは、腕部を演出する効果を奏し、３DDユニットシステムのサイズを拡大できる。この仮定では、図２６と同じ３DDユニットシステムであり、カートの４隅の近くを持ち上げることで、小さな四角いカートを移動して安定した接触を維持し、かなり思い大きなカートを動かすために簡単に変形してより大きな形状となる。

図２９は、図２６に示す同じカート移動システムを示し、この図では、新しい位置に旋回するために、シャーシから直角で全て配向された駆動車輪組立体を有し、３DDユニットシステムの形状を変えて、この場合、長い、長方形状の移動軌道となる。従って、この仮定では、図２６と同じ小さな正方形のカートを移動する３DDユニットシステムであり、大きな正方形のカートを移動する図２８から、大きな長方形に変形して、カートの４隅の近くを持ち上げることで安定した接触を維持できる。

図３０は、基本構成を示すために一部分解された図２６の３DDユニットシステムを示し、収縮又は旋回することができる収縮アーム３３５又は旋回アーム３２５に接続されて３DDユニット１２０となる。シャーシの中心にはメインコンピュータ２００が配置され、接続アームの中に、電池１７４及び二重チャンネル出力モータ制御部（図示せず）が配置される。各アームの端部での３DDユニットに接続され、施設内でユニットをナビゲートするセンサーがある。

120 ３DDユニット完成体、二重駆動車輪バージョン
130 駆動ハウジング組立体、二重駆動車輪バージョン
30 アタッチメントブラケット
60 上部カバー
61 上部カバー留め金具
73 アタッチメントブラケットのための捕捉スロット
104 電源及びデータ/信号ケーブル
133 駆動ハウジング内部スリーブ
128 垂直変位センサー/ポテンショメータ
70 駆動ハウジング外筒
72 チューブ穴
90 底面カバー
91 底面カバー留め金具
150 スリップリング組立体
151 上部（非回転）ハウジング
152 位置アクチュエータ
154 角度位置センサー/ポテンショメータ
156 上部（非回転）電源/データリング
157 底面（回転）電源/データリング
158 底面（配点）ハウジング
210 駆動車輪組立体、二重駆動車輪バージョン
212 上部駆動車輪キャップ
220 駆動車輪シャーシ
222 中央シャーシサポート板
224 側面シャーシサポート板
225 側面シャーシモータ留め金具
226 端部シャーシ接続板
227 端部シャーシ留め金具
228 シャーシ旋回ブロック
230 駆動車輪組立体
232 駆動車輪
234 駆動ギヤボックス
236 駆動モータ
237 駆動モータカバー
240 駆動車輪ベースリング
242 ベースリング旋回ストップ
244 ベースリング留め金具
250 駆動写真延長リング（オプション）
373 センサー（ナビゲーション用）
174 電池
325 システム旋回アーム
335 システム延出収縮アーム
195 モータ制御部
200 システム制御部（メインコンピュータ）
10 ３DDユニット完成体、単一駆動/内部回転バージョン
20 駆動ハウジング組立体、単一駆動/内部回転バージョン
60 上部カバー
61 上部カバー留め金具
104 電源及びデータ/信号ケーブル
80 駆動ハウジング組立体内部スリーブ
81 外側表面の溝（ハウジング筒内の回転制限用）
82 内表面のギヤ係合留め金具（回転用）
83 内表面のネジ山係合留め金具（上昇用）
128 垂直変位センサ/ポテンショメータ
70 駆動ハウジング外筒
72 チューブ穴
90 底面カバー
91 底面カバー留め金具
100 ギヤモータ
102 ギヤスプロケット
103 ケーブル
150 スリップリング組立体
151 上部（非回転）ハウジング
152 位置アクチュエータ
154 角度位置センサー/ポテンショメータ
156 上部（非回転）電源/データリング
157 底面（配点）電源/データリング
158 底面（回転）ハウジング
300 駆動車輪組立体、単一駆動/内部回転バージョン
54 駆動車輪ハブボディ
230 駆動車輪組立体
40 駆動車輪
41 駆動モータ
42 駆動軸
237 駆動モータカバー
240 駆動車輪ベースリング
242 ベースリング旋回ストップ
244 ベースリング留め金具

Claims

３D駆動ユニット（１２０）であって、
非回転の筒状ハウジング組立体（１３０）と、
スリップリング組立体（１５０）と、
回転筒状駆動組立体（２１０）と、
１の独立した駆動車輪又は車輪のセット（４０）又は２の独立した駆動車輪又は車輪のセット（２３２）と、を備え、
前記駆動車輪の組立体は、筒状駆動スリーブ中で支持されて共に駆動組立体を形成し、この駆動組立体は、筒状ハウジング組立体の中で、回動可能に支持される、ことを特徴とする３D駆動ユニット。
前記駆動組立体の外周及び前記ハウジング組立体の内周は互いに係合し、前記駆動組立体の前記ハウジング組立体に対する回転は、結果として、一方が他方に対して垂直方向に変位を生じさせる、ことを特徴とする請求項１記載の３D駆動ユニット。
前記駆動組立体の外周及び前記ハウジング組立体の内周は、ネジ山構造で係合する、ことを特徴とする請求項１又は２記載の３D駆動ユニット。
前記駆動ハウジング内部スリーブ（１３３）又は前記上部駆動車輪キャップ（２１２）は、射出成型プラスチップ原料で形成される、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の３D駆動ユニット。
前記駆動ハウジング外筒（７０）は、射出成型プラスチック又はアルミニウムの押出形材である、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の３D駆動ユニット。
１以上の追加の駆動源、例えばモータやギヤ付きモータが前記駆動組立体に収容され、前記駆動組立体に対して前記ハウジング組立体を回転するため前記ハウジング組立体の前記内部表面と接触し、その結果、回転を前記駆動組立体に与える、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の３D駆動ユニット。
１以上の追加の駆動源、例えばモータやギヤ付きモータが前記ハウジング組立体の外部に収容され、前記ハウジング組立体に対して前記駆動組立体を回転するため前記駆動組立体の前記外部表面と接触し、その結果、回転を前記駆動組立体に与える、ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の３D駆動ユニット。
前記駆動車輪組立体は、水平な旋回軸を有し、１以上の駆動車輪は、当該水平な旋回軸の中で、様々な床の高さや傾きに対応する前記駆動組立体の中央垂直軸に直角な平面で、旋回することができる、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の３D駆動ユニット。
さらに、前記駆動組立体及びハウジング組立体の間の垂直変位を計測するための少なくとも１のセンサーを備え、前記モータに供する電力を調査し、望ましい前記駆動組立体の配向を達成し、又は望ましい前記駆動組立体に対する前記ハウジング組立体の上昇又は下降を達成する、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の３D駆動ユニット。
さらに、前記ハウジング組立体に対する前記駆動組立体の半径の配向を計測する少なくとも１のセンサーを備え、前記モータに供する電力を調査し、望ましい前記駆動組立体の配向を達成し、又は望ましい前記駆動組立体に対する前記ハウジング組立体の上昇又は下降を達成する、ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の３D駆動ユニット。
さらに、前記ハウジングの高さを延長するため追加される、追加の内部の嵌め込み式のハウジングリングと、前記駆動組立体の高さを延長するために追加される追加の外部の嵌め込み式のリングとを有し、共に、前記駆動組立体に対する前記ハウジング組立体の垂直変位の更なる増加を供する、ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の３D駆動ユニット。
前記駆動組立体は、２つの独立した駆動車輪を備え、それぞれ中央の垂直旋回軸のどちらかの側に配置され、異なるスピードで駆動することで前記駆動組立体の回転動作を引き出し、結果として、前記ハウジング組立体の中に収容されている前記駆動組立体の前記ハウジング組立体に対する位置を再配向する、ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の３D駆動ユニット。
１以上の３D駆動ユニットを備え、当該３D駆動ユニットは前記請求項の何れかに記載のものであって、それらを共に組み合わせたものである、ことを特徴とする荷物移動装置又はシステム。
前記請求項１乃至１２のいずれかに記載の前記３D駆動ユニットが、仲介構成に装着され、又は前記３D駆動ユニットに接続可能なブラケットを用いて互いが直接接続される、ことを特徴とする請求項１３に記載の荷物移動装置又はシステム。
接続腕部又は連結部は自在に収縮し、又はさもなければいずれの２つの３D駆動ユニットの間の距離の変位を変えるために収縮又は延出する、ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の荷物移動装置又はシステム。
接続腕部又は連結部は旋回し、又はさもなければいずれの２つの３D駆動ユニットの間の角度又は位置の関係を変える、ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の荷物移動装置又はシステム。
パレット、紙ロール、ケーブルリール、乗り物、カートなどのロボット移動又は非ロボット移動に用いる、ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の３D駆動ユニット又は請求項１３乃至１６のいずれか一項に記載の荷物移動装置又はシステム。