JP2021516651A - 輸送デバイス - Google Patents

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Abstract

本発明は、輸送デバイス(100)の方向変更がより容易かつ迅速に実現されるような、積み荷取り扱いシステム(1)のための装置および方法を提供することを目的とする。輸送デバイス(100)は、輸送デバイス(100)が1つより多くの方向により容易に移動することを可能にする全方向駆動ユニット(101)を備える。コンテナ(10)を輸送するように構成された輸送デバイスが提供され、コンテナは施設中に保管され、施設はコンテナ(10)を複数のスタック中に保管するように構成され、施設はスタックの上方に格子状構造を形成するようにセルに構成された複数の経路(22 22a)を備え、格子状構造は第1の方向および第2の方向に伸長し、輸送デバイスは格子状構造上で動作するように構成される。輸送デバイスは、輸送デバイス(100)を第1の方向および/または第2の方向に駆動するように構成された全方向駆動ユニットを備える。【選択図】図5

Description

優先権主張
本出願は、2018年2月27日に出願された英国特許出願番号1804867.8号からの優先権を主張し、本出願のすべての内容は、参照によってここに組み込まれている。
本発明は、一般に、輸送デバイスの分野に関する。より具体的には、全方向に移動するように構成されている輸送デバイスに関する。
背景
オンラインの食料雑貨店やスーパーマーケットのような、複数の製品ライン/バッチ/ロットを販売しているオンライン小売ビジネスは、数万の、または、数十万もの異なる製品ラインを保管することができるシステムを必要とする。必要とされるスタックのすべてを収容するために非常に広いフロアエリアが必要とされることから、このようなケースにおける単一製品スタックの使用は、非実用的であることがある。さらに、傷みやすいもの、または、あまり頻繁に注文されない品物のような、いくつかのアイテムの少量だけを保管することが望ましいことがあり、単一製品スタックを非効率的な解決策としている。
国際特許出願WO98/049075A(Autostore)は、複数製品のコンテナのスタックがフレーム構造内で構成されているシステムを説明しており、その内容は参照によってここに組み込まれている。
PCT公開番号WO2015/185628A(Ocado)は、さらなる既知の保管およびフルフィルメントシステムを説明しており、容器またはコンテナのスタックは、フレームワーク構造内に構成されている。容器またはコンテナは、フレーム構造の最上部に位置付けられている軌道上で動作可能な積み荷取り扱いデバイス(「輸送デバイス」としても知られている)によってアクセスされる。積み荷取り扱いデバイスは、スタックから容器またはコンテナを持ち上げ、複数の積み荷取り扱いデバイスは、スタックの一番下のポジションに位置付けられている容器またはコンテナにアクセスするために協同する。このタイプのシステムは、添付の図面の図1〜図4において概略的に図示している。
図1および図2において示しているように、容器10として知られている積み重ね可能なコンテナは、スタック12を形成するように、互いの最上部に積み重ねられている。スタック12は、倉庫または製造環境における格子フレームワーク構造14中に構成されている。図1は、フレームワーク構造14の概略的な斜視図であり、図2は、フレームワーク構造14内に構成されている容器10のスタック12を示している、上面から見下ろした図である。各容器10は、典型的に、(示されていない)複数の製品アイテムを保持しており、容器10内の製品アイテムは、同一であるかもしれず、または、用途に依存して異なる製品タイプのものであるかもしれない。
フレームワーク構造14は、水平部材18、20を支持する複数の直立部材16を備えている。直立部材16によって支持される複数の水平格子構造を形成するために、平行な水平部材18の第1のセットは、平行な水平部材20の第2のセットに垂直に構成されている。部材16、18、20は、典型的には金属から製造される。フレームワーク構造14が、容器10のスタック12の水平移動に対してガードし、容器10の垂直移動を誘導するように、容器10は、フレームワーク構造14の部材16、18、20の間に積み重ねられている。
フレーム構造14の最上レベルは、スタック12の最上部に渡って格子パターンで構成されているレール22を含んでいる。さらに図3および図4を参照すると、レール22は、複数のロボット積み荷取り扱いデバイス30を支持する。平行レール22の第1のセット22aは、フレーム構造14の最上部に渡って第1の方向(X)への積み荷取り扱いデバイス30の移動を誘導し、第1のセット22aに対して垂直に構成された平行レール22の第2のセット22bは、第1の方向に対して垂直な第2の方向(Y)への積み荷取り扱いデバイス30の移動を誘導する。このように、積み荷取り扱いデバイス30がスタック12のうちのいずれかの上方のポジションに移動できるように、レール22は、水平X−Y平面における、2次元での横方向の積み荷取り扱いデバイス30の移動を可能にする。
積み荷取り扱いデバイス30の1つの形態は、ノルウェー特許番号317366号においてさらに説明されており、その内容は、参照によってここに組み込まれている。図3(a)および図3(b)は、容器10を配置する積み荷取り扱いデバイス30の概略断面図であり、図3(c)は、容器10を持ち上げる積み荷取り扱いデバイス30の概略正面斜視図である。しかしながら、ここで説明するシステムと組み合わせて使用されてもよい、積み荷取り扱いデバイスの他の形態がある。例えば、ロボット積み荷取り扱いデバイスのさらなる形態が、PCT特許公報WO2015/019055号(Ocado)で説明されており、参照によってここに組み込まれており、ここでは、各ロボット積み荷ハンドラがフレームワーク構造の1つの格子空間のみをカバーし、したがって、積み荷ハンドラのより高い密度が、および、したがって、所定サイズのシステムに対してより高いスループットが可能となる。
各積み荷取り扱いデバイス30は、スタック12の上方で、フレーム構造14のレール22上で、X方向およびY方向に移動するように構成されている車両32を備えている。車両32の正面のホイール34の対と、車両32の背面のホイール34の対とからなる、ホイール34の第1のセットは、レール22の第1のセット22aの2つの隣接レールに係合するように構成されている。同様に、車両32の各側面のホイール36の対からなる、ホイール36の第2のセットは、レール22の第2のセット22bの2つの隣接レールに係合するように構成されている。ホイール34、36の各セットを、持ち上げ、降下することができるので、ホイールの第1のセット34、または、ホイールの第2のセット36のいずれかは、どの時点においても、レール22a、22bのそれぞれのセットに係合される。
ホイール34の第1のセットがレール22aの第1のセットに係合され、ホイールの第2のセット36がレール22から完全に持ち上げられているとき、車両32中に収容されている駆動機構(示されていない)を通して、積み荷取り扱いデバイス30をX方向に移動させるために、ホイール34を駆動することができる。積み荷取り扱いデバイス30をY方向に移動させるために、ホイールの第1のセット34は、レール22から完全に持ち上げられて、ホイールの第2のセット36は、レールの第2のセット22aとの係合へと降下される。その後、駆動機構を使用して、ホイールの第2のセット36を駆動し、Y方向への移動を達成することができる。
積み荷取り扱いデバイス30は、持ち上げデバイスを装備している。持ち上げデバイス40は、4本のケーブル38によって積み荷取り扱いデバイス32の本体から吊り下げられている把持板39を備えている。ケーブル38は、車両32内に収容されている(示されていない)巻き線機構に接続されている。車両32に関する把持板39のポジションをZ方向に調節できるように、ケーブル38は、積み荷取り扱いデバイス32に、または、積み荷取り扱いデバイス32から巻き取られることができる。
把持板39は、容器10/コンテナの最上部と係合するように適合されている。例えば、把持板39は、容器10の最上面を形成するリム中の(示されていない)対応する穴と結合する(示されていない)ピンと、容器10を把持するためにリムと係合可能な(示されていない)滑動クリップを含んでいてもよい。ケーブル38自体を通して、または(示されていない)別個の制御ケーブルを通して、または他の通信機構を通して、伝えられる信号によって電力供給され、制御される把持板39内に収容される適切な駆動機構によって、クリップは、容器10と係合するように駆動される。
スタック12の最上部から容器10を取り出すために、積み荷取り扱いデバイス30を必要に応じてXおよびY方向に移動させ、把持板39をスタック12の上方に位置付ける。把持板39は、その後、図3(c)中に示すように、スタック12の最上部の容器10と係合するように、Z方向に垂直に降下される。把持板39は、容器10を把持し、その後、取り付けられた容器10とともに、ケーブル38上に引っ張り上げられる。その垂直移動の最上部において、容器10は、車両本体32の下に収容され、レール22のレベルの上方に保持される。このような方法で、容器10を別のロケーションに輸送するために、X−Y平面において異なるポジションに積み荷取り扱いデバイス30を移動させることができ、積み荷取り扱いデバイス30とともに容器10を運ぶ。積み荷取り扱いデバイス30が、フロアレベルを含むスタック12の任意のレベルから容器を取り出し、置くことができるように、ケーブル38は十分長い。車両32の重量は、ホイール34、36の駆動機構に電力供給するために使用されるバッテリーの一部を備えてもよい。
図4中に示すように、複数の同一の積み荷取り扱いデバイス30が設けられ、各積み荷取り扱いデバイス30は、システムのスループットを増加させるために、同時に動作できる。図4中に図示したシステムは、容器10をシステム中にまたはシステムから輸送できる、ポートとして知られている特定のロケーションを含んでいてもよい。(示されていない)さらなるコンベヤシステムは、各ポートに関係付けられ、積み荷取り扱いデバイス30によってポート24に輸送される容器10は、コンベヤシステムによって別のロケーション、例えば、(示されていない)ピッキングステーションに輸送されることができる。同様に、コンベヤシステムによって、容器10を外ユニットロケーションからポート24に、例えば、(示されていない)容器詰めステーションに移動でき、システム中にストックを補充するために、積み荷取り扱いデバイス30によってスタック12に輸送できる。
各積み荷取り扱いデバイス30は、一度に1つの容器10を持ち上げ、移動することができる。スタック12の最上部上に位置付けられていない容器10(「ターゲット容器」)を取り出す必要がある場合、上に横たわる容器10(「非ターゲット容器」)を、ターゲット容器10へのアクセスを可能にするために、最初に移動しなければならない。これは、以下で「掘り出し」として呼ばれる動作で達成される。
図4を参照すると、掘り出し動作の間、積み荷取り扱いデバイス30のうちの1つは、ターゲット容器10bを含むスタック12から各非ターゲット容器10aをシーケンシャルに持ち上げ、それを別のスタック12内の空のポジションに配置する。その後、ターゲット容器10bは、積み荷取り扱いデバイス30によってアクセスされ、さらなる輸送のためにポート25に移動されることができる。
積み荷取り扱いデバイス30のそれぞれは、中央コンピュータの制御下にある。適切な容器10を取り出し、輸送し、必要に応じて置き換えることができるように、システム中の各個々の容器10は追跡される。例えば、掘り出し動作の間、非ターゲット容器10aを追跡できるように、非ターゲット容器10aのそれぞれのロケーションは、ログ記録される。
図1から4を参照して説明するシステムは、多くの利点を有し、広範囲の保管と取り出し動作に適している。特に、これは、製品の非常に密な保管を可能にし、容器10中に大規模な範囲の異なるアイテムを保管する非常に経済的な方法を提供する一方で、ピッキングのために必用とされるとき、容器10のすべてへの合理的で経済的なアクセスを可能にする。
しかしながら、このようなシステムにはいくつかの欠点があり、これらはすべて、ターゲット容器10bがスタック12の最上部にないときに実行されなければならない上述した掘り出し動作から結果として生じる。
また、輸送デバイスの方向変更を達成するのが困難である。特に、上述のシステムは、複雑で高価な方向変更機構を使用して、輸送デバイスの2つの面上のホイールを昇降させ、所定の瞬間にホイールの1セットのみがレールと接触し、それによって輸送デバイスが直交方向に移動できるようにする。これらの既存の方向変更機構は、輸送デバイスの動作を減速させ、横方向に移動せず、代わりに方向を変更するのにかなりの時間が費やされる。したがって、方向変更のためのより迅速かつ容易な構成が望ましい。
概要
既知の積み荷取り扱いシステムにおける問題を考慮して、本発明は、輸送デバイスの方向変更がより容易に、かつより迅速に実現されるような積み荷取り扱いシステムのための装置および方法を提供することを目的とする。
一般的には、本発明は、輸送デバイスが1つより多くの方向により容易に移動することを可能にする全方向駆動ユニットを導入する。
本発明にしたがうと、コンテナを輸送するように構成された輸送デバイスが設けられ、コンテナは施設中に保管され、施設はコンテナを複数のスタック中に保管するように構成され、施設はスタックの上方に格子状構造を形成するようにセルに構成された複数の経路を備え、格子状構造は、第1の方向および第2の方向に伸長し、輸送デバイスは、格子状構造上で動作するように構成されている。輸送デバイスは、輸送デバイスを第1の方向および/または第2の方向に駆動するように構成された全方向駆動ユニットを備えている。
本発明はまた、X方向に伸長する平行レールまたは軌道の第1のセット、および、複数の格子空間を備える格子パターンを形成するように実質的に水平面において、第1のセットに対して横のY方向に伸長する平行レールまたは軌道の第2のセットと、レールの下に位置付けられ、各スタックが単一の格子空間の占有面積内に位置付けられるように構成された複数のコンテナのスタックと、を備える保管システムを提供する。保管システムは、前述の少なくとも1つの輸送デバイスをさらに備え、少なくとも1つの輸送デバイスは、スタックの上方でX方向および/またはY方向に移動するように構成される。
本発明はまた、コンテナを輸送するように構成された輸送デバイスを制御する方法も提供し、コンテナは施設中に保管され、施設はコンテナを複数のスタック中に保管するように構成され、施設はスタックの上方に格子状構造を形成するようにセルに構成された複数の経路を備え、格子状構造は、第1の方向および第2の方向に伸長し、輸送デバイスは、格子状構造上で動作するように構成される。方法は、輸送デバイスを第1の方向および/または第2の方向へ、全方向に駆動することを含む。
本発明はまた、複数の格子空間を備える格子パターンを形成するように実質的に水平面において、X方向に伸長する平行レールまたは軌道の第1のセット、および、第1のセットに対して横のY方向に伸長する平行レールまたは軌道の第2のセットと、レールの下に位置付けられ、各スタックが単一の格子空間の占有面積内に位置付けられるように構成された複数のコンテナのスタックと、レール上で、スタックの上方でX方向および/またはY方向へ横方向に選択的に移動するように構成された、少なくとも1つの輸送デバイスと、を備える保管システムを提供する。少なくとも1つの輸送デバイスは、X方向に駆動するように構成された輸送デバイスの第1の面に位置付けられたホイールの第1のセットと、Y方向に駆動するように構成された輸送デバイスの第2の面に位置付けられたホイールの第2のセットとを備え、第2の面は実質的に第1の面に垂直であり、平行レールの第1のセットは、ホイールの第2のセットが駆動されるとき、ホイールの第1のセットがY方向に移動することができる領域を含み、平行レールの第2のセットは、ホイールの第1のセットが駆動されるとき、ホイールの第2のセットがX方向に移動することができる領域を含む。
本発明はまた、保管システムを制御する方法を提供し、保管システムは、複数の格子空間を備える格子パターンを形成するように実質的に水平面において、X方向に伸長する平行レールまたは軌道の第1のセット、および、第1のセットに対して横のY方向に伸長する平行レールまたは軌道の第2のセットと、レールの下に位置付けられ、各スタックが単一の格子空間の占有面積内に位置付けられるように構成された複数のコンテナのスタックと、少なくとも1つの輸送デバイスと、を備える。少なくとも1つの輸送デバイスは、X方向に駆動するように構成された輸送デバイスの第1の面に位置付けられたホイールの第1のセットと、Y方向に駆動するように構成された輸送デバイスの第2の面に位置付けられたホイールの第2のセットとを備え、第2の面は実質的に第1の面に垂直であり、平行レールの第1のセットは、ホイールの第2のセットが駆動されるとき、ホイールの第1のセットがY方向に移動することができる領域を含み、平行レールの第2のセットは、ホイールの第1のセットが駆動されるとき、ホイールの第2のセットがX方向に移動することができる領域を含む。方法は、輸送デバイスをX方向および/またはY方向へ横方向に選択的に移動することを含む。
単なる例として、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、同様の参照番号は、同じまたは対応する部分を示している。
図1は、既知のシステムにしたがうフレームワーク構造の概略図である。 図2は、図1のフレームワーク構造内に構成された容器のスタックを示す上から見下ろしたビューの概略図である。 図3(a)は、容器を配置する積み荷取り扱いデバイスの概略斜視図である。 図3(b)は、容器を配置する積み荷取り扱いデバイスの概略斜視図である。 図3(c)は、容器を持ち上げている積み荷取り扱いデバイスの概略前方斜視図である。 図4は、フレームワーク構造上で動作する積み荷取り扱いデバイスを示すシステムの概略図である。 図5は、本発明の第1の実施形態したがう輸送デバイスの概略図である。 図6は、本発明の第1実施形態にしたがう輸送デバイスの側面の概略図である。 図7は、ボールを備える全方向駆動ユニットの第1の例を示している。 図8(a)は、ボールを輸送デバイスに実装する例を示している。 図8(b)は、ボールを輸送デバイスに実装する例を示している。 図8(c)は、ボールを輸送デバイスに実装する例を示している。 図8(d)iは、ボールを輸送デバイスに実装する例を示している。 図8(d)iiは、ボールを輸送デバイスに実装する例を示している。 図8(d)iiiは、ボールを輸送デバイスに実装する例を示している。 図9(a)は、ボールを輸送デバイスに実装するさらなる例を示している。 図9(b)は、ボールを輸送デバイスに実装するさらなる例を示している。 図10aは、ボールを輸送デバイスに実装するさらに別の例を示している。 図10bは、ボールを輸送デバイスに実装するさらに別の例を示している。 図10cは、ボールを輸送デバイスに実装するさらに別の例を示している。 図10dは、ボールを輸送デバイスに実装するさらに別の例を示している。 図11(a)iは、ボールを輸送デバイスに実装するさらに別の例を示している。 図11(a)iiは、ボールを輸送デバイスに実装するさらに別の例を示している。 図11(a)iiiは、ボールを輸送デバイスに実装するさらに別の例を示している。 図11(a)ivは、ボールを輸送デバイスに実装するさらに別の例を示している。 図11(b)iは、ボールを輸送デバイスに実装するさらに別の例を示している。 図11(b)iiは、ボールを輸送デバイスに実装するさらに別の例を示している。 図11(b)iiiは、ボールを輸送デバイスに実装するさらに別の例を示している。 図11(b)ivは、ボールを輸送デバイスに実装するさらに別の例を示している。 図12(a)は、オムニホイールを備える全方向駆動ユニットの第2の例を示している。 図12(b)は、オムニホイールを備える全方向駆動ユニットの第2の例を示している。 図13(a)は、操縦可能なホイールを備える全方向駆動ユニットの第3の例を示している。 図13(b)は、操縦可能なホイールを備える全方向駆動ユニットの第3の例を示している。 図13(c)は、操縦可能なホイールを備える全方向駆動ユニットの第3の例を示している。 図14は、空気ジェット発生器を備える全方向駆動ユニットの第4の例を示している。 図15は、リニアモーターを備える全方向駆動ユニットの第5の例を示している。 図16は、少なくとも1つのリニアモーターを備える全方向駆動ユニットと、少なくとも1つのボールを備える支持ユニットとを備える輸送デバイスの例を示している。 図17は、少なくとも1つのリニアモーターを備える全方向駆動ユニットの第5の例を示しており、少なくとも1つのリニアモーターは、平坦なレール上で動作するように設計されている。 図18は、リニアモーターを備える全方向駆動ユニットと、平坦なレール上で動作するように設計されたボールを備える支持ユニットとを備える輸送デバイスの例を示している。 図19は、磁気浮遊発生器を備える全方向駆動ユニットの第6の例を示している。 図20は、第1の実施形態にしたがう方法を示している。 図21は、本発明の第2の実施形態にしたがう輸送デバイスの第1の例を示している。 図22は、本発明の第2の実施形態にしたがう、輸送デバイスの第2の例を示している。 図23は、第2の実施形態にしたがう方法を示している。
実施形態の詳細な説明
第1の実施形態
図5は、本発明の第1の実施形態にしたがった、輸送デバイス100を示している。輸送デバイス100は、格子200上で動作するように構成されている。格子200は、第1の方向(例えば、X方向)に伸長する平行レールの第1のセットと、第2の方向(例えば、Y方向)に伸長する平行レールの第2のセットとを備えている。レールの第1のセットと第2のセットが交わる場所は、交点を形成する。輸送デバイス100は、レールの上方を第1の方向および第2の方向に移動するように構成されている。レールの下には、輸送デバイス100による取り出し/配置のために、コンテナを積み重ねることができる。輸送デバイス100は、コンテナを収容するための収容空洞(示されていない)を通してこれを達成する。
それによって、格子200は、セルの2次元アレイを形成し、その上を輸送デバイス100が移動し、停止して、コンテナを取り出す/配置することができる。
この点に関して、第1の実施形態の輸送デバイス100は、輸送デバイス100を第1の方向および/または第2の方向に駆動するように構成された全方向駆動ユニット101を備えている。全方向駆動ユニット101は、前述の既存の解決策と比較して、多数の利点を提供する。特に、全方向駆動ユニット101は、輸送デバイスのホイールを上下に(すなわち、第3の方向、例えばZ方向に)動かす必要なく、輸送デバイス100が第1の方向から第2の方向に、または、第2の方向から第1の方向に、方向を変えることを可能にする。後述するように、本発明者は、全方向駆動ユニット101が、それぞれが特定の利点を有する多数の方法で実装できることを見出した。
輸送デバイス100は、格子200の上方で輸送デバイス100を支持するように構成された支持ユニット102をさらに備えることができる。これにより、支持ユニット102は、輸送デバイス100の本体(言い換えれば、支持ユニット102を除く輸送デバイス100の特徴)が格子200から適切な距離に配置されることを確実にするように構成されてもよく、その結果、輸送デバイス100は、全方向駆動ユニット101を通して移動および/またはコンテナの取り出し/配置のその動作を行うことができる。
図6は、図5中に示されている輸送デバイス100の側面図を示している。説明したように、輸送デバイス100は、格子200の上方で動作するように構成されている。したがって、格子200を渡って移動するとき、輸送デバイス100は、全方向駆動ユニット101を利用して、少なくとも1つの方向に移動することができる。全方向駆動ユニット101は、方向を変更するためにホイールをレール上に昇降させる必要がないように構成される。このようにして、輸送デバイス100の方向変更のスピードを高めることができる。輸送デバイス100は、格子200からの動作距離で輸送デバイス100を支持するように構成された支持ユニット102をさらに備えてもよい。例示的な状況では、支持ユニット102は、他の状態で輸送デバイス100のシャーシ/本体を格子上に引き寄せ、全方向駆動ユニット101が輸送デバイス100を移動させることを防止する重力に対して輸送デバイス100を支持するように構成される。しかしながら、低/微小重力状況では、支持ユニットは、代わりに、輸送デバイス100が格子200に比較的近接したままであり、格子200からの輸送デバイス100の適切な動作距離なく浮遊しないことを確実にするように要求されるかもしれない。本発明者は、支持ユニット102を実装する多数の方法を検討し、そのうちのいくつかは、格子200に接触し、それによって、重力に対する輸送デバイス100を支持する。他の例では、これらは、輸送デバイス100の底部から放出される空気のジェットを使用して重力に対抗する浮遊技術および/または磁気浮遊技術を利用している。
本発明者はまた、全方向駆動ユニット101および支持ユニット102が一体的に形成されるときに、利益を実現する。このようにして、全方向駆動ユニット101は、輸送デバイス100に駆動力を提供するとともに、輸送デバイス100を格子200から適切な動作距離に保つように支持ユニット102を実装するように構成することができる。しかしながら、全方向駆動ユニット101は、後述するように、各解決策の最良の特徴を提供するために、異なる支持ユニット102と組み合わせて使用されてもよい。
図7から19において、全方向駆動ユニット101および/または支持ユニット102を実装する多数の例を説明する。
図7は、本発明の実施形態にしたがった、輸送デバイス100を示している。明確にするために、輸送デバイス100は、複数のスタックから容器/コンテナを収容するように構成された空洞103と共に示されている。
第1の実施形態のこの第1の例では、全方向駆動ユニット101は、第1の方向および第2の方向の両方に転がるように構成された実質的にボール状の転がり手段700を通して提供される。例えば、ボールは、所定のその実質的球状を用いてもよい。説明の残りの部分を通して参照を容易にするために、実質的にボール状の転がり手段700は「ボール」と呼ばれるが、当業者は、実質的にボール状の転がり手段がボールに限定されないことを理解するだろう。最適には、ボール700は、格子200を渡って全方向に輸送デバイス100を駆動するように、輸送デバイス100の各角に設けられる。理解されるように、ボール700は、全方向移動を可能にする輸送デバイス100の周りの任意のロケーションに配置することができる。図7に示されるように、ボール700は、格子のレールにおける溝を通して格子200上に配置されて示されている。これは、有利なことに、ボールをレール上で操縦する必要なく、ボールがレールに沿ってより容易に移動することを可能にする。これにより、ボール700は、格子200を渡って第1の方向または第2の方向に輸送デバイス100を駆動する駆動力を提供する。
オプション的に、支持ユニット102は、輸送デバイス100を格子からの動作距離に保つために、ボール700を通して提供されてもよい。したがって、ボール700を使用して、格子からの動作距離で輸送デバイス100を支持することと、格子200を渡って輸送デバイス100を移動させるように駆動することができる。
図8から11は、輸送デバイス100を移動/支持するために必要な駆動力および/または支持力を提供する、輸送デバイス100へのボール700の駆動解決策および搭載解決策の例を示している。
図8(a)は、支持ユニット102においてボール700を実装する第1の例を示している。図8(a)において、ボール801は、コイル802によって磁化されやすい素材から形成される。このようにして、ボール801は電磁石を形成する。ボールは、例えば格子200のレールの表面であってもよい表面800上で動作する。ボール801は、コイル802を通して磁化され永久磁石803を反発し、それによって摩擦のないベアリングを作り出す。永久磁石803は、輸送デバイス100のシャーシ/本体に搭載されてもよい。これにより、永久磁石803に作用する反発力を輸送デバイス100の支持力として利用して、輸送デバイス100を格子から適切な距離に維持することができる。ボール801が永久磁石803上に適切に位置付けられたままであることを確実にするために、平衡電磁石804が永久磁石803の周りに構成され、輸送デバイス100のシャーシ/本体に搭載される。このようにして、ボール801のポジショニングを維持することができる。
図8(b)は、全方向駆動ユニット101としてボール700を実装する第2の例を示している。図8(b)は、第2の例の側面図および斜視図である。この例では、ボール805は、レールの表面のような表面800上で動作するように構成されている。ボール805は、例えば鋼で形成されたコアと、銅またはアルミニウムの外側領域とを含むことができる。オプション的に、ボール805の寿命を延ばすために、銅またはアルミニウム領域の周りに耐摩耗性コーティングを使用することができる。2次元リニアモーター806は、ボールを複数の方向のうちのいずれか/すべてに駆動し、それによって全方向の駆動力を提供するために設けられる。
図8(c)は、支持ユニット102としてボール700を実装する第3の例を示している。図8(c)は、第3の例の側面図および斜視図を含む。この例では、ボール807は、レールの表面のような表面800上で動作するように構成されている。ボール807は、摩擦のないベアリングを形成することができるアルミニウムまたは銅のような素材で形成できる。ボール807の寿命を延ばすために、耐摩耗性コーティングをその上に形成してもよい。輸送デバイス100のシャーシ/本体に搭載されたスピニングハルバッハ配列808を使用して、レンツ効果を通してボール807に反発力を誘発し、それによってスピニングハルバッハ配列808とボールとを分離した状態に保ち、それによって支持ユニット102を提供することができる。点線は、ハルバッハ配列内の永久磁石のうちの1つの分極軸を示す。ハルバッハ配列の性質は、このケースでは、交互の磁石がボールに対して径方向および接線方向に分極されてもよく、図8(c)は、半径方向の磁石のみを示している。
図8(d)i〜図8(d)iiiは、全方向駆動ユニット101および/または支持ユニット102としてボール700を実装する第4の例を示している。図8(d)iは、第3の例の側面図を含む。図8(d)iiは、第4の例の第1の変形の斜視図を含み、図8(d)iiiは、第4の例の第2の変形の斜視図を含む。この例では、ボール808は、レールの表面のような表面800上で動作するように構成されている。ボール808は、摩擦のないベアリングを形成することができるアルミニウムまたは銅などの高導電性素材で形成することができる。ボール808の寿命を延ばすために、耐摩耗性コーティングをその上に形成してもよい。スピニングハルバッハ配列809は、ボール808の周りに形成されて、レンツ効果を通してボール808に反発力を誘発し、それによって、スピニングハルバッハ配列809とボール808とを分離して保ち、それによって支持ユニット102を提供することができる。両方の変形において、効果的な磁場は、(リングおよび/またはホイールとして形成される)ハルバッハ配列809およびボール808の両方に対して半径方向である。ハルバッハ配列809は、対で機能し、それぞれは、対向するハルバッハ配列809と対になっている。図8(d)iiの変形では、ハルバッハ配列809は、個別に制御することができるホイールとして垂直面に構成される。一対のホイールは、揚力と回転力の両方を発生するために、したがって駆動を発生するために、それらの軸の周りを互いに同じ方向に回転する。他のホイールは、揚力のみを発生するために、オプション的に、それらの軸を中心に互いに対向方向に回転してもよい。代替的に、このホイールの第2のセットを互いに同じ方向に回転させて、揚力と操縦力の両方を発生できる。図8(d)iiiの変形では、一方の対のホイールは、上方から見て互いに対向して(または両方のホイールの中心を通る線に沿って見た場合に同じ方向に)回転して、揚力および回転力の両方を発生する。他のホイールは、オプション的に、揚力と操縦力の両方を発生するために、(上から見て)互いに同じ方向にそれらの軸の周りを回転してもよい。オプション的に、各スピニングハルバッハ配列809は、全向性であってもよい方向に作用する駆動力を発生し、それによって輸送デバイス100を移動させるように構成された(図8(d)iiiに示されるが、図8(d)iiにも等しく適用されてもよい)少なくとも1つの駆動コイル810を備えてもよい。
図9(a)は、全方向駆動ユニット101および/または支持ユニット102としてボール700を実装する第5の例を示している。この例では、ボール901は、レールの表面のような表面900上で動作するように構成されている。ボール901は磁性球として形成され、その表面は交互の磁極から形成される。電磁石902のアレイは、輸送デバイス100のシャーシ/本体に搭載され、電磁石902を励磁することによって輸送デバイス100を動的に駆動し、それによってボール901を引き付け/反発させ、輸送デバイス100を移動させる。さらに、電磁石902は、ボール901の上方におよび格子902のレールの上方に輸送デバイス100を浮上させるために電磁石を励磁することによって、格子200のレールから予め定められた距離で輸送デバイス100を支持するために使用されてもよい。あるいは、電磁石902は、可変永久磁石として実装されてもよい。例えば、円筒形で中空の永久磁石は、磁石の中空の中心に軟鉄コアを伸長または後退させることによって実装される可変場を有してもよい。これにより、可変磁石からの距離において、磁石の極性を変化させることができる。同様に、中空でない永久磁石は、軟鉄コアからの可変距離に保持され、それによって、磁石からある距離における磁場強度を減少/増加させてもよい。代替的に、その軸に直交して分極された円筒形磁石は、凸状端を含む軟鉄コアの隣で回転して変化してもよい。このようにして、磁石からの距離における磁界強度を変化させることができる。代替的に、極性が交互に変わる4つの永久磁石を円錐形状の軟鉄コアに隣接する円形の配置に構成し、配置が回転すると、離れた磁場強度が変化する。
図9(b)は、全方向駆動ユニット101および/または支持ユニット102としてボール700を実装する第6の例を示している。この例では、ボール903は、レールの表面のような表面900上で動作するように構成されている。ボール903は、輸送デバイス100のシャーシ/本体に搭載されるように構成されたマウント904に対して、ボールベアリング905を通して回転可能に支持されてもよい。このようにして、ボール903は、ボールベアリング905と共に、輸送デバイス100に支持力を提供することができる。オプション的に、ボールベアリング905は、磁性素材でできてもよく、マウント904は、ボールベアリングをマウント904に近いロケーションに保持し、それによってボール903の容易な回転を確実にするために、永久磁石を備えてもよい。代替的に、ボールベアリング905の代わりに、前の例で説明したような摩擦のないベアリングを使用してもよい。ボール903を駆動するために、駆動ホイール906をボール903と接触して設けることができる。さらに、ボール903の直交軸上に設けられた第2の駆動ホイールは、それによって、輸送デバイス100をある方向に移動させるように構成された全方向駆動ユニット101を提供する。
図10(a)は、全方向駆動ユニット101としてボール700を実装する第7の例を示している。この例では、ボール1001は、レールの表面のような表面1000上で動作するように構成されている。この例では、ボールは鋼で形成することができ、レール1000は、ボール1001を引き付けるように構成された少なくとも1つの電磁石1002を備えている。このようにして、ボール1001は、電磁石1002を引き付けることによって輸送デバイス100を駆動するように構成されてもよく、それにより、ボールが移動すると、輸送デバイス100も移動する。有利には、この例は、電力要求がレール1000に存在する電磁石1002にのみ存在することから、全方向駆動ユニット101の電力供給を必要としない。
図10(b)は、支持ユニット102としてボール700を実装する第8の例を示している。この例では、ボール1003は、レールの表面のような表面1000上で動作するように構成されている。この例では、ボール1003は鋼で形成されてもよく、コイル1004は輸送デバイス100の本体/シャーシに搭載される。したがって、コイル1004を励磁すると、ペイロード1005として示されるように、コイル1004とボール1003との間に引力が生じさせ、それによって、輸送デバイス100を支持する。
図10(c)および10(d)は、支持ユニット102としてボール700を実装する第9の例を示している。この例では、ボール1006は、レールの表面のような表面1000上で動作するように構成されている。図10(c)は装置の側面図を示し、図3(d)は平面図を示している。この例では、ボール1006は鋼で形成されてもよい一方で、電磁石1008は、ペイロード1007として示される、輸送デバイス100の本体/シャーシに搭載される。このようにして、電磁石1008を励磁することにより、輸送デバイス100は格子200から予め定められた距離で支持される。
図11(a)(i)および11(a)(iv)は、支持ユニット102としてボール700を実装する第10の例を示す。この例では、ボール1101は、レールの表面のような表面1100上で動作するように構成される。図11(a)(i)および11(a)(ii)は、それぞれ、第10の例の第1の変形の側面図および斜視図を示す。図11(a)iおよび11(a)iiに示すように、外側ボールおよび内側ボールを含むボール1101が提供される。内側ボールには電磁石1102が取り付けられている。外側ボールと内側ボールとの間には、ボールベアリングが設けられている。1つの例では、電磁石1102は、ボール1101の外側に位置付けられた鋼/フェライト要素1103への引力を形成するように選択的に励磁される。鋼要素1103は、ペイロード1104として示される、輸送デバイス100に搭載されてもよい。このようにして、電磁石1102を励磁することによって、輸送デバイス100をレール1100から予め定められた距離で支持することができる。したがって、この例は、動的磁気サスペンションを形成するための磁気引力に依存する。代替的に、(第10の例の第2の変形の側面図および斜視図をそれぞれ含む)図11(a)iiiおよび11(a)ivに示すように、鋼要素1103は、永久磁石1105と置き換えられてもよい。このようにして、磁気反発を使用して動的磁気浮上を形成することができる。
図11(b)i〜図11(b)ivは、支持ユニット102としてボール700を実装する第11の例を示す。第10の例と同様に、ボール1101は、レールの表面のような表面1100上で動作するように構成される。外側ボールおよび内側ボールを含むボール1101が提供される。しかしながら、第10の例とは異なり、内側ボールは、それに固定された少なくとも1つの永久磁石1107を備える。外側ボールと内側ボールとの間には、外側ボールが内側ボールの周りを回転することを可能にするボールベアリングが設けられる。1つの例では、図11(b)iおよび11(b)iiに示すように、第11の例の第1の変形の側面図および斜視図がそれぞれ示されている。図11(b)iおよび11(b)iiに示すように、ボール1101の周囲には電磁石1108が設けられている。電磁石1108を励磁することによって、ペイロード1104として示されている輸送デバイス100に支持力を与えて、輸送デバイス100をレール1000から予め定められた距離に配置させることができる。代替的に、(それぞれ、第11の例の第2の変形の側面図および斜視図を含む)図11(b)iiiおよび11(b)ivに示されるように、電磁石は、リング磁石であることが想定される永久磁石1109および平衡コイル1110によって置き換えられてもよい。永久磁石1109および平衡コイル1110は、輸送デバイス100のシャーシ/本体に固定されることが想定される。これにより、永久磁石1107、1109間の反発力によって支持力を発生させることができる。ボール1101の平衡は、平衡コイル1110によって達成することができる。これにより、輸送デバイス100に支持力を与えることができる。有利には、この例では、動力は内側ボールに提供される必要はない。
図12(a)および12(b)は、本発明の第1の実施形態の第2の例にしたがう輸送デバイス100を示す。第1の実施形態のこの第2の例では、全方向駆動ユニット101は、オムニホイール1200を通して提供される。
図12(a)に示すように、オムニホイール1200は、ハブの中心の軸の周りを回転させることができるホイールハブ1201を備える。さらに、オムニホイール1200は、ハブ1201の回転/駆動方向に垂直な、ハブ1201の円周の周りの回転要素1202も備える。効果は、ホイールを全力で駆動することができるが、非常に容易に横方向にも滑動することである。
最適には、オムニホイール1200は、格子200を渡って全方向に輸送デバイス100を駆動するように、輸送デバイス100の各角の近くに設けられる。理解されるように、オムニホイール1200は、全方向移動を可能にする輸送デバイス100の周囲の任意のロケーションに配置されてもよい。図に示すように、オムニホイール1200は、格子のレール内の溝を通して格子200上に配置されて示されている。これは、有利なことに、オムニホイールをレール上で操縦する必要なく、オムニホイールがレールに沿ってより容易に移動することを可能にする。これにより、オムニホイール1200は、格子200を渡って第1の方向または第2の方向に輸送デバイス100を駆動する駆動力を提供する。しかしながら、オムニホイール1200は、レールのいかなる部分にも干渉しないように、軸方向に、すなわちオムニホイール1200の駆動方向に垂直な方向に移動するときに、格子200の溝の内側に乗るような形状でなければならない。
オプション的に、支持ユニット102は、輸送デバイス100を格子からの動作距離に保つためにオムニホイール1200を通して提供されてもよい。したがって、オムニホイール1200を使用して、格子からの動作距離にある輸送デバイス100を支持することと、輸送デバイス100を格子200を渡って移動させるように駆動することの両方を行うことができる。
図12(b)に示されるように、全方向移動を可能にするために、オムニホイール1200は、全方向移動を可能にするようなパターンで輸送デバイス100上に配置されなければならない。図12(b)に示す例は、対角パターンに配置されたオムニホイール1200を示し、輸送デバイス100の対向する角は、オムニホイール1200を第1の方向に駆動されるように整列させ、言い換えれば、第2の方向にそれらのそれぞれの軸を整列させる。一方、輸送デバイス100の残りの2つの角のオムニホイールは、第2の方向に駆動されるように整列され、言い換えれば、第1の方向にそれらのそれぞれの軸を整列させる。他のコンフィギュレーションも可能である。例えば、輸送デバイス100の各面は、(例えば、図21に示すように)同じ方向に整列された2つのオムニホイール1200を備えてもよい。これは、輸送デバイス100の第1および第2の面上のオムニホイール1200を第1の方向に駆動しながら、第3および第4の面上のオムニホイール1200を横方向に滑動/移動することを可能にし、その逆も同様である。代替的に、4つのオムニホイール1200が、輸送デバイス100の各角に配置され、輸送デバイス100の面に対して例えば45度の角度をなしてもよい。このようにして、輸送デバイス100の4つのホイールすべてが輸送デバイス100を駆動し、部分的な駆動および部分的な横方向の移動を通して移動をもたらす。
図13(a)〜13(c)は、本発明の第1形態の第3例にしたがう輸送デバイス100を示す。第1の実施形態のこの第3の例では、全方向駆動ユニット101は、操縦可能なホイール1300を通して提供される。
図13(a)に示すように、操縦可能なホイール1300は、駆動セクション1301と操縦セクション1302とを備えている。このようにして、駆動シャフトの軸が各ホイールの中心を通るので、駆動されている間にホイールを操縦することができ、任意の方向に駆動することができる。これにより、駆動シャフトは操縦軸と同軸となる。
操縦セクション1320の最上部における大きな歯は、(たとえこれらが同軸であっても)それを通過する駆動軸を独立して回転することができるが、その下の支持セクション1302に固定される:小さな歯が回転するとき、大きな歯は、操縦セクション1302全体と一緒に回転し、これらと共に、駆動セクション1301のホイールおよび駆動コンポーネントも一緒に回転する。同様に、底部のホイールおよび歯は、これらを通って進む耐荷重性軸の周りを自由に回転する。
最適には、図13(b)に示すように、格子200を渡って輸送デバイス100を全方向に駆動するように、輸送デバイス100の各角に操縦可能なホイール1300が設けられる。理解されるように、操縦可能なホイール1300は、全方向移動を可能にする輸送デバイス100の周りの任意のロケーションに配置されてもよい。図13(b)に示すように、操縦可能なホイール1300は、格子のレール内の溝を通して格子200上に配置されて示されている。これは、有利なことに、操縦可能なホイール1300がレールに沿ってより容易に移動することを可能にする。これにより、操縦可能なホイール1300は、格子200を渡って第1の方向または第2の方向に輸送デバイス100を駆動する駆動力を提供する。しかしながら、操縦可能なホイール1300は、格子200の溝の内側に乗るように形作られなければならず、移動するとき、軸方向に移動しないように操縦されなければならない。
単一のモーターを使用して、(適切な駆動シャフトおよび歯車デバイスを間に有する)操縦可能なホイール1300のすべてを駆動することができ、別のモーター、サーボ、リニアモーター、またはソレノイドを使用して、4つのホイールのすべてをそろえて90度まで操縦することができる。背景のセクションで説明したように、輸送デバイスは、通常、8つの駆動モーターと4つの操縦モーターとを備える。したがって、各モーターを1に低減することは、駆動障害がその現在のレートの1/6に低減されることを示唆する。さらに、より少ない能動コンポーネントは、輸送デバイス100をより軽くし、より安価にし、より効率的にし、必要とされるスペアの数、保守労力、およびダウンタイムを低減する。
そのような輸送デバイス100は、任意の方向に操縦されてもよいが、格子は、方向を厳密にXおよびYに限定する。しかしながら、保守エリアのようなこれらの方向に制約されないエリアでは、輸送デバイス100は、格子に整列される必要はない。これにより、保守エリアは、構築(すなわち、単純に平坦な表面)、管理、および作業の危険性の低減(床に穴/つまずく危険がない)をより容易にすることができる。
オプション的に、支持ユニット102は、輸送デバイス100を格子からの動作距離に保つために、操縦可能ホイール1300を通して提供されてもよい。したがって、操縦可能なホイール1300は、格子からの動作距離で輸送デバイス100を支持することと、格子200に渡って輸送デバイス100を移動させるように駆動されることとの両方に使用されてもよい。
図13(c)は、操縦可能なホイール1300の別のインプリメンテーションを示す。この例では、駆動セクション1301はホイールのハブに構築されたモーターを通して提供され、操縦セクション1302は図13(a)と同様に提供されている。有利なことに、これは、操縦可能ホイール1300の設計および構築を簡略化する。
図13(a)および13(c)に示した操縦可能なホイールでは、操縦は、レールに直交する軸の周りで行われ、第1の方向および第2の方向のレールの中心線の交点でレールと交差する。しかしながら、各ホイールは、隣接するレールの上方の空間に突出してはならず、さもなければ、そのレール上の他の輸送デバイス100の自由な移動を妨げるかもしれない。これは、ホイール直径を制限する。
しかしながら、本発明者は、各操縦可能なホイールの操縦軸がホイールから離れ、さらに輸送デバイス100に入っている場合、ホイールはさらに後方に位置付けられ、レールを広げることなくより広いホイール直径を可能にするように操縦するための小さな円弧で移動することができることを見出した。
図14は、本発明の第1の実施形態の第4の例にしたがう輸送デバイス100を示す。第1の実施形態のこの第4の例では、全方向駆動ユニット101は、空気ジェット発生器(示されていない)を通して提供される。空気ジェット発生器は、輸送デバイス100の本体/シャーシに組み込まれてもよく、輸送デバイス100の直交面に設けられた通気孔1400を通して輸送デバイス100から選択的に放出されてもよい空気のジェットを発生させるように構成される。このようにして、ジェットを使用して、輸送デバイス100の側面で作用する力を生じさせ、輸送デバイスを特定の方向に駆動させることができる。理解されるように、輸送デバイス100の側面の通気孔1400により、輸送デバイス100を格子から予め定められた距離に保つための支持力は供給されない。したがって、例えば、ボール、オムニホイール、操縦可能なホイール等を使用する、前述したような支持ユニット102を使用してもよい。
代替的に、本発明者は、通気孔1400を輸送デバイス100の底部に設けて、一定の空気ジェットを提供し、それにより、重力に対して輸送デバイス100を支持することを見出した。
空気ジェット発生器は、多数の方法で実現することができる。例えば、輸送デバイス100の内ユニットで動作するプロペラは、空気の加速を通気孔1400から選択的に通気させるように構成されてもよい。代替的に、圧縮空気(または他のガス)のタンクを使用して、通気孔1400からガスを通気し、それによって輸送デバイス100を方向付けてもよい。
図15は、本発明の第1の実施形態の第5の例にしたがう輸送デバイス100を示す。第1の実施形態のこの第5の例では、全方向駆動ユニット101は、垂直面に構成されたリニアモーター1500を通して提供される。リニアモーター1500は、輸送デバイス100の本体/シャーシに組み込まれ、輸送デバイス100上で作用する力を生じさせ、それにより、移動を生じさせるように構成されてもよい。これを達成するために、銅またはアルミニウムのような高い導電性を有するレールを鋼で補強して、磁気回路を完成させることができる。このようにして、第1の方向のリニアモーター1500は、その同じ方向の移動を生じさせることができ、第1の方向に垂直な第2の方向のリニアモーター1500は、第2の方向の移動を生じさせることができる。図15は、輸送デバイス100の側面にリニアモーターを示しているが、リニアモーターは、代わりに、輸送デバイス100の角に搭載されてもよいことが理解されるだろう。これにより、この例は、リニア誘導モーターを提供し、リニアモーター1500は、輸送デバイス100内に搭載され、反作用プレート(鋼裏当てを有するアルミニウム)は、レールとして搭載される。
理解されるように、リニアモーターは、輸送デバイス100を格子から予め定められた距離に保つための支持力を供給することができない。したがって、支持ユニット102は、例えば、ボール、オムニホイール、操縦可能なホイール等を使用する、前述したような支持ユニット102を使用してもよい。
さらに、図15に示したレールは、リニアモーターを備える輸送デバイス100には必要ない溝を含む。したがって、レールは、代わりに、アルミニウムまたは銅を含む平坦な素材で形成されてもよい。これはまた、リニアモーターがレールに近接することを可能にし、リニアモーターによって達成される駆動力を最大にする。代替的に、レールは、リニアモーターが駆動力の方向に逆らって移動するときに溝と干渉することなくリニアモーターを移動させることができるエリア(「刻み目エリア」と呼ばれる)を提供するように形成されてもよい。
しかしながら、例えば、オムニホイールが支持ユニット102として使用されるとき、溝を有するレールを形成することが有利であるかもしれない。しかしながら、これは、結果として、リニアモーターがレールから離れて置かれ、リニアモーターの駆動力を減少させるかもしれない。したがって、本発明者は、ある方向に移動するときにリニアモーター1500を昇降させるために用いられてもよい持ち上げユニットを考慮した。例えば、第1の方向に移動する輸送デバイス100について、第1の方向に力を発生するように構成されたリニアモーターは、レールの近くまで降下してもよく、第2の方向に力を発生するように構成されたリニアモーター1500は、溝から離れるように上昇してもよい。同様に、方向変更が生じるとき、第1の方向についてのリニアモーターを上昇させ、第2の方向のリニアモーターを降下させることができる。代替的に、溝は、レールに近接したリニアモーターの自由な移動を可能にする刻み目を備えてもよい。
図16は、ボール201と共に使用されるリニアモーター1500の例を示す。この例では、全方向駆動ユニット101はリニアモーター1500を備え、支持ユニット102はボール201を備える。見て分かるように、ボール201は、レールの溝内を進み、したがって、前述のように、適切な場合、リニアモーター1500を上昇/下降させることが有利である。リニアモーター1500は、輸送デバイス100を第1の方向または第2の方向に移動させるように構成され、ボール201は、輸送デバイス100をレールから適切な距離に保つための支持力を提供する。
図17は、リニアモーター1700が輸送デバイス100の全周に渡って伸長している例を示す。図17に示される平坦なレールと共に使用されるとき、純粋に第1の方向または第2の方向ではなく、第1および第2の方向の組み合わせである方向に輸送デバイス100を移動することを可能にする。言い換えれば、輸送デバイス100は、レールを渡って斜め方向に移動するように構成されてもよい。リニアモーター1700は輸送デバイス100の全周に渡って伸長することから、リニアモーターの少なくとも一部分が常にレールの一部分に近接しているので、リニアモーターが輸送デバイス100を移動させることができないレール上のポジションはない。しかしながら、図17は、輸送デバイス100に支持力を提供するように構成された支持ユニット102を示していない。
図18は、図17と同様の例を示しているが、支持ユニット102は、ここでは、輸送デバイス100の周囲にボール201を通して設けられている。このようにして、示した輸送デバイス100は、輸送デバイス100が斜めに移動しているときに少なくとも1つのボール201がレールの少なくとも一部分と接触しており、輸送デバイス100が常に適切な支持力を与えられているので、平坦なレール上で動作することができる。
図19は、本発明の第1の実施形態の第6の例にしたがう輸送デバイス100を示す。第1の実施形態のこの第6の例では、全方向駆動ユニット101は、例えば輸送デバイス100の角に構成された少なくとも1つのレンツホイール1901を通して提供される。レンツホイール1901は、輸送デバイス100の本体/シャーシに組み込まれてもよく、輸送デバイス100に力を作用させ、それによって移動をもたらすように構成される。レンツホイールは、スピニングハルバッハ配列を含むことができ、これは、銅製のハーフパイプ1902で形成されたレール内で回転し、スピニングハルバッハ配列を浮上させ、ハーフパイプ中でそれ自体を中心に置かせる。ハルバッハ配列を傾斜させ、および/または他のハルバッハ配列に対していくつかのハルバッハ配列のスピードを低下させることによって、輸送デバイス100に差動駆動力を誘発することができる。このようにして、輸送デバイス100は、レンツホイール1901によって発生される駆動力を通して移動できる。
さらに、支持ユニット102は、銅製ハーフパイプ中にスピニングハルバッハ配列を通して形成されてもよく、それによって、輸送デバイス100がレールから適切な距離を維持することを確実にするための、輸送デバイス100上の支持力を発生する。
このように、全方位駆動ユニット101および/または支持ユニット102に対して、磁気浮上装置が使用される。
同様に、輸送デバイス100のそのベースに電磁石を設けてもよい。輸送デバイス100のベース内の電磁石が励磁され、磁気レールと共に使用されるとき、輸送デバイス100は、レール上で浮上することができ、各コイル内の励磁量は、輸送デバイス100に支持ユニット102を提供し、それがレールから適切な距離を維持することを確実にするために使用される。同様に、電磁石を選択的に励磁することにより、駆動力を輸送デバイス100に作用させて、磁気レールに対する電磁石の作用に基づいて輸送デバイス100を第1および/または第2の方向に移動させることができる。代替的に、レール内に電磁石を配置し、輸送デバイス100のベースを磁性体とし、レール内の電磁石を通して輸送デバイス100に作用するように支持力および/または駆動力の制御を生じさせてもよい。このようにして、輸送デバイス100の電力要求を低減することができる。
図20は、本発明の第1の実施形態にしたがう方法S2000を示す。
ステップS2001において、方法は、輸送デバイスを第1の方向および/または第2の方向へ、全方向に駆動する。このようにして、遅く、それによって輸送デバイス100の効率を低下させる、ホイール1つのセットを垂直方向に移動させる必要なく、格子上に構成されたレールを渡る移動は、容易に達成することができる。前述のように、輸送デバイス100を駆動することができる多数の異なる手段を説明した。各ケースにおいて、「方向変更動作」なく、輸送デバイス100を移動させることができる方向を容易に達成することができる。
ステップS2002において、オプション的に、格子状構造の上方で輸送デバイスを支持するための支持力が提供される。このようにして、輸送デバイス100と格子との間の距離は、輸送デバイス100の効率的な移動と、コンテナのスタック上へのコンテナの最適な取り出し/配置との両方を可能にするように、最適に構成できる。
第2の実施形態
本発明の第2の実施形態を図21および22に示す。本発明の第2の実施形態は、輸送デバイス100の面上に搭載されたホイールの滑動を可能にするために、レールに対する修正が選択的な点で行われることを除いて、第1の実施形態と同様である。
図21は、本発明の第2の実施形態の第1の例を示す。第1の例では、輸送デバイス100の既存の設計で使用されるものと同様のホイール2101を使用することができる。さらに、レールは、レールの残りに対してわずかに異なるレベルにある(例えば、レールの残りと比較して1mmだけ下がっている)平坦領域2102で修正される。さらに、レールの平坦領域2102は、レールの残りの部分の溝を特徴とせず、代わりに、レールは、レールの溝の側面に「刻み目」を備える。さらに、輸送デバイス100がコンテナを取り出す/配置するために格子200のセルの上に位置付けられるとき、平坦領域は、ホイール2101と平坦領域2102とが同軸である、すなわち互いに整列するように位置付けられる。このようにして、ホイール2101は、別の方法ではレールの溝によって制約される、格子セルを渡って軸の方向に滑動/移動することができる。この点に関して、移動の方向は、駆動時のホイールの「通常の」移動方向に対して垂直であり、すなわち、オムニホイール1200の駆動の方向に対して垂直である。
したがって、輸送デバイス100を第1の方向に移動させるホイール2102が係合されるとき、輸送デバイス100の第2の方向に搭載されたホイールは、第1の方向に格子セルを渡って滑動することができ、逆もまた同様である。
代替的に、本発明者は、有利には、各ホイール2101に直径調節ユニットを設けることを見出した。したがって、低くされた表面平坦領域2102を有するレールは、レールの残りの表面よりも低く提供される必要はなく、レールは、その長さに渡って平坦であってもよい。特に、各ホイールは典型的には同じ直径であるので、ホイールを軸方向に滑動/移動させることは、低くされた表面平坦領域2102であっても、ホイール2101のタイヤに摩耗を引き起こす。したがって、本発明者は、タイヤがレールと接触しないことから、軸方向に移動しているホイール2101の直径を減少させることは、この摩耗を減少させることができることを見出した。例えば、輸送デバイス100を第1の方向に移動させるためのホイール2102が係合されるとき、輸送デバイス100の第2の方向に搭載されたホイールは、直径が減少し、次いで、第1の方向に格子セルを渡って滑動することができ、逆もまた同様である。
これを達成するために、本発明者は、ホイール2102のタイヤを膨張させるガスの量を減少させることが、ホイール2101の直径を減少させる効果的な方法であることを見出した。さらに、相補的な方向への移動が必要とされるときに、タイヤを膨張させることができる。代替的に、本発明者は、タイヤを収縮させる磁気手段も有効であることを見出した。これを達成するために、タイヤは、タイヤの内面に永久磁極が埋め込まれ、ホイールのハブは、回転可能な対向する磁極の隣に同じ磁極を含む。したがって、タイヤを収縮させるときには、ホイールのハブを回転させて対向する極を整列させ、それによってタイヤ表面およびハブを引き付け、それによってホイール直径を収縮させる。それに対応して、タイヤを拡張させるために、ハブは、同様の磁極が整列され、それによってハブからタイヤを反発させ、結果としてタイヤの拡張をもたらすように再び回転される。代替的に、タイヤ表面は、ホイールの直径を調節するために、ばね、ピストン、電気活性素材、またはこれらに類するものを通して機械的に操作されてもよい。
代替的に、ホイール2101は、例えば図12(a)に示すように、軸方向の移動を可能にするオムニホイールとして実装されてもよい。この点に関して、「軸方向」は、駆動時にオムニホイールが移動する方向に垂直である、オムニホイールの軸が伸長する方向である。しかしながら、オムニホイールは、直径調節を必要とすることなく(回転要素を通して)軸方向に移動するように構成されることから、平坦領域2102は、レールの残りの表面よりも低く設けられる必要はなく、直径調節ユニットが設けられる必要はない。この意味で、レールは平坦であり、レールの一部分に沿って溝が形成され、これはホイール2102を操縦する必要がないことを意味する。図21に見られるように、ホイールが軸方向に移動するロケーションでは、レールの溝の側面は、軸方向に移動するホイール2101がこのようにすることを可能にするように、除去される/設置されない。したがって、輸送デバイス100がコンテナを配置/取り出すためにセルと整列されるとき、これらのロケーションにおける溝の側面は設置されない。このようにして、ホイールが第1の方向に移動するように係合されるとき、垂直な側のホイールは、レールを渡って第2の方向に移動することができる。
図22は、本発明の第2の実施形態の第2の例を示す。第2の例では、輸送デバイス100の既存の設計で使用されるものと同様のホイール2201を使用することができる。第2の実施形態の第1の例と同様に、レールは、現在駆動していないホイールがこれらの駆動方向に対して垂直に、すなわちこれらの車軸が伸長する方向に移動することを可能にする「刻み目」を備える。さらに、レールは、ローラー2202を備えるように変更される。ローラー2202は、レールが伸長する方向に構成された軸の周り回転するように構成される。例えば、レールが第1の方向に伸長する場合、ローラーの回転軸も第1の方向に整列され、その結果、ローラーは第2の方向に回転する。このようにして、輸送デバイス100がコンテナを取り出す/配置する位置に位置付けられるとき、ホイールはその回転/駆動方向に垂直な方向に移動し、それによって格子200を渡って横方向に移動することができる。ローラー2202の表面は、格子を渡る移動が平らでない表面によって妨げられないように、格子200の最上面に平行になるように構成することができる。ローラー2202を利用することによって、本発明は、ホイール2201のタイヤの表面が、全方向に移動するのに必要とされる滑動運動によって不必要に摩耗しないことを見出した。代わりに、ローラー2202は、これらの「通常の運動」に対して垂直な方向、すなわちホイール2201の駆動方向に対して垂直な方向に移動するときに、ホイール2201に対する格子のより容易な横断を可能にする。
図23は、本発明の第2の実施形態にしたがう方法S2300を示す。
方法は、輸送デバイスをX方向およびY方向へ選択的に移動させるステップS2301を含む。このようにして、遅く、それによって輸送デバイス100の効率を低下させる、ホイールの1つのセットを垂直方向に移動させる必要なく、格子上に構成されたレールを渡る移動を容易に達成することができる。前述のように、輸送デバイス100を駆動することができる多数の異なる手段を説明した。各ケースにおいて、「方向変更動作」なく、輸送デバイス100を移動させることができる方向を容易に達成することができる。
ステップS2302は、オプション的に、ホイールが軸方向に移動している/駆動されていないときにホイールが格子の表面に干渉しないように、ホイールの第1のセットおよび/またはホイールの第2のセットの直径を調節してもよい。このようにして、ホイールの過度の摩耗を回避することができる。
修正およびバリエーション
説明を通して、輸送デバイス100は、格子200の単一の空間を占有するように示されている。しかしながら、輸送デバイス100は、格子に渡って任意の整数のセルをカバーするように、任意のサイズで形成されてもよい。例えば、輸送デバイス100は、第1の方向に2つのセルをカバーし、第2の方向に1つのセルをカバーするように形成されてもよい。代替的に、第1の方向に2つのセル、第2の方向に3つのセルをカバーするように形成されてもよい。このようにして、輸送デバイス100は、どの時点においても、格子200に渡って1つより多くのコンテナを取り出す/配置するように構成されてもよい。同様に、輸送デバイス100は、輸送デバイス100の本体/シャーシ内にコンテナのスタックを保管するように、第3の方向に1つより多くのコンテナを含むように形成されてもよい。
図15〜図18のうちのいずれかに示されるような第5の例にしたがう輸送デバイス100に関して、この例に対するさらなる修正が想定される。例えば、第5の例は、リニア誘導モーターを使用して前述されており、リニア誘導モーターに対する駆動コイルは、輸送デバイス100中に搭載され、対応する反作用プレートは、レール中に形成されている(例えば、鋼で補強されたアルミニウムから形成されている)。しかしながら、このような構成を逆にして、輸送デバイス100中に形成された、鋼を備える反作用プレートを用いて、レール中に形成された(駆動コイルを備える)リニアモーターとともに磁気回路を完成させてもよいことが想定される。この例では、レールに搭載されたリニアモーターは、輸送デバイス100の反作用プレートに逆電圧を誘発するために適切な電流および電圧で駆動される。このような誘導電流および電圧は、輸送デバイス100を浮上させるため、および/または輸送デバイス100を特定の方向に移動させるために使用されてもよい。
代替的に、図15〜図18中に示したリニア誘導モーターの代わりにリニア同期モーターを使用してもよいことが想定される。この修正では、駆動コイルは、輸送デバイス100中に搭載され、対応する永久磁石はレールに搭載される。このようにして、輸送デバイスとレールとの組み合わせは、リニア同期モーターになるように想定される。輸送デバイス中の駆動コイルは、レール中の永久磁石の磁界に対向する磁界を生じさせるために、適切な電圧および電流で駆動される。したがって、輸送デバイス100は、電圧および電流の選択的印加によって浮上および/または移動できる。
同様に、この修正では、駆動コイルをレール中に搭載し、永久磁石を輸送デバイス100中に配置することにより、リニア同期モーターを形成してもよい。このようにして、適切な電圧および電流でコイルを駆動して、輸送デバイス100中の永久磁石の磁場によって反発される磁場をレールの周りに発生させることによって、輸送デバイス100の浮上および/または運動を達成することができる。
本発明の実施形態の前述の説明は、実例および説明の目的で提示している。本開示を開示したまさにその形態に網羅するまたは限定することを意図してはいない。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、修正およびバリエーションを行うことができる。

Claims (23)

  1. コンテナを輸送するように構成された輸送デバイスであって、
    前記コンテナは施設中に保管され、
    前記施設は前記コンテナを複数のスタック中に保管するように構成され、
    前記施設は前記スタックの上方に格子状構造を形成するようにセルに構成された複数の経路を備え、
    前記格子状構造は、第1の方向および第2の方向に伸長し、
    前記輸送デバイスは、前記格子状構造上で動作するように構成され、
    前記輸送デバイスは、
    前記輸送デバイスを前記第1の方向および/または前記第2の方向に駆動するように構成された全方向駆動ユニットを備える、輸送デバイス。
  2. 前記全方向駆動ユニットは、
    実質的にボール状の転がり手段と、
    ホイールの回転方向に対して垂直に構成された回転要素を備える前記ホイールと、
    操縦可能なホイールと、
    ガスジェット発生器と、
    リニアモーターと、
    磁気浮上発生器と、のうちの少なくとも1つを備える、請求項1に記載の輸送デバイス。
  3. 前記輸送デバイスは、前記格子状構造の上方で前記輸送デバイスを支持するように構成された支持ユニットをさらに備える、請求項1または2に記載の輸送デバイス。
  4. 前記支持ユニットは、
    実質的にボール状の転がり手段と、
    ホイールの回転方向に対して垂直に構成された回転要素を備える前記ホイールと、
    操縦可能なホイールと、
    ガス浮遊発生器と、
    磁気浮上発生器と、のうちの少なくとも1つを備える、請求項3に記載の輸送デバイス。
  5. 前記全方向駆動ユニットと前記支持ユニットは、一体的に形成されている、請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の輸送デバイス。
  6. 前記実質的にボール状の転がり手段は、前記格子状構造上に形成された溝において移動するように構成されている、請求項2〜5のうちのいずれか1項に記載の輸送デバイス。
  7. 前記実質的にボール状の転がり手段は、前記輸送デバイスの角に構成されている、請求項2〜6のうちのいずれか1項に記載の輸送デバイス。
  8. 前記操縦可能なホイールは、前記輸送デバイスの角に配置される、請求項2〜7のうちのいずれか1項に記載の輸送デバイス。
  9. 前記リニアモーターは、前記リニアモーターを前記格子状構造に向かっておよび前記格子状構造から離れるように昇降するように構成された持ち上げユニットを備える、請求項2〜8のうちのいずれか1項に記載の輸送デバイス。
  10. 前記全方向駆動ユニットは、リニアモーターを備え、前記支持ユニットは、実質的にボール状の転がり手段を備える、請求項2〜9のうちのいずれか1項に記載の輸送デバイス。
  11. 前記全方向駆動ユニットは、前記輸送デバイスの底面の周囲に構成されたリニアモーターを備える、請求項2〜10のうちのいずれか1項に記載の輸送デバイス。
  12. 前記全方向駆動ユニットは、前記輸送デバイスの底面の周りに構成されたリニアモーターを備え、前記支持ユニットは、前記輸送デバイスの前記底面の周りに構成された実質的にボール状の転がり手段を備える、請求項2〜11のうちのいずれか1項に記載の輸送デバイス。
  13. 保管システムであって、
    複数の格子空間を備える格子パターンを形成するように実質的に水平面において、X方向に伸長する平行レールまたは軌道の第1のセット、および、前記第1のセットに対して横のY方向に伸長する平行レールまたは軌道の第2のセットと、
    前記レールの下に位置付けられ、各スタックが単一の格子空間の占有面積内に位置付けられるように構成された複数のコンテナのスタックと、
    前記スタックの上方で前記X方向および/またはY方向に移動するように構成された、少なくとも1つの請求項1から12のうちのいずれか1項に記載の輸送デバイスと、を備える保管システム。
  14. 前記少なくとも1つの輸送デバイスは、前記保管システムにおける単一の格子空間のみを占有する占有面積を有し、1つの格子空間を占有する輸送デバイスは、隣接する格子空間を占有する、または、前記X方向およびY方向に前記隣接する格子空間を横断する輸送デバイスを妨害しない、請求項13に記載の保管システム。
  15. コンテナを輸送するように構成された輸送デバイスを制御する方法であって、
    前記コンテナは施設中に保管され、
    前記施設は前記コンテナを複数のスタック中に保管するように構成され、
    前記施設は前記スタックの上方に格子状構造を形成するようにセルに構成された複数の経路を備え、
    前記格子状構造は、第1の方向および第2の方向に伸長し、前記輸送デバイスは、前記格子状構造上で動作するように構成され、
    前記方法は、
    前記輸送デバイスを前記第1の方向および/または前記第2の方向へ、全方向に駆動することを含む、方法。
  16. 保管システムであって、
    複数の格子空間を備える格子パターンを形成するように実質的に水平面において、X方向に伸長する平行レールまたは軌道の第1のセット、および、前記第1のセットに対して横のY方向に伸長する平行レールまたは軌道の第2のセットと、
    前記レールの下に位置付けられ、各スタックが単一の格子空間の占有面積内に位置付けられるように構成された複数のコンテナのスタックと、
    前記レール上で、前記スタックの上方で前記X方向および/またはY方向へ横方向に選択的に移動するように構成された、少なくとも1つの輸送デバイスと、を備え、
    前記少なくとも1つの輸送デバイスは、前記X方向に駆動するように構成された前記輸送デバイスの第1の面に位置付けられたホイールの第1のセットと、前記Y方向に駆動するように構成された前記輸送デバイスの第2の面に位置付けられたホイールの第2のセットとを備え、前記第2の面は実質的に前記第1の面に垂直であり、
    前記平行レールの第1のセットは、前記ホイールの第2のセットが駆動されるとき、前記ホイールの第1のセットが前記Y方向に移動することができる領域を含み、前記平行レールの第2のセットは、前記ホイールの第1のセットが駆動されるとき、前記ホイールの第2のセットが前記X方向に移動することができる領域を含む、保管システム。
  17. 前記少なくとも1つの輸送デバイスは、前記保管システムにおける単一の格子空間のみを占有する占有面積を有し、1つの格子空間を占有する輸送デバイスは、隣接する格子空間を占有する、または、前記X方向およびY方向に前記隣接する格子空間を横断する輸送デバイスを妨害しない、請求項16に記載の保管システム。
  18. 前記輸送デバイスは、前記ホイールの第1のセットおよび/または前記ホイールの第2のセットの直径を調節するように構成された直径調節ユニットを備える、請求項16または17に記載の保管システム。
  19. 前記ホイールの第1のセットが駆動されるとき、前記直径調節ユニットは、前記ホイールの第2のセットの直径を減少するように構成され、前記ホイールの第2のセットが駆動されるとき、前記直径調節ユニットは、前記ホイールの第1のセットの直径を減少するように構成される、請求項18に記載の保管システム。
  20. 前記直径調節ユニットは、
    前記ホイールの第1のセットおよび/または前記ホイールの第2のセットにおけるガスの量を増加/減少することと、
    前記ホイールの第1のセットおよび/または前記ホイールの第2のセットのタイヤ表面を磁気的に拡張/収縮することと、
    前記ホイールの第1のセットおよび/またはホイールの第2のセットのタイヤ表面を電気機械的に調節することと、
    前記ホイールの第1のセットおよび/または前記ホイールの第2のセットのホイールのタイヤ表面の機械的調節と、のうちの少なくとも1つによって、前記ホイールの直径を調節するように構成されている、請求項18または19に記載の保管システム。
  21. 前記ホイールの第1のセットおよび前記ホイールの第2のセットは、前記ホイールの回転方向に対して垂直に構成された回転要素を備えるホイールを備える、請求項16または17に記載の保管システム。
  22. 前記平行レールの第1のセットの前記領域は、前記Y方向に回転するように構成された第1のローラーを備え、前記平行レールの第2のセットは、前記X方向に回転するように構成されたローラーを備える、請求項16または17に記載の保管システム。
  23. 保管システムを制御する方法であって、前記保管システムは、
    複数の格子空間を備える格子パターンを形成するように実質的に水平面において、X方向に伸長する平行レールまたは軌道の第1のセット、および、前記第1のセットに対して横のY方向に伸長する平行レールまたは軌道の第2のセットと、
    前記レールの下に位置付けられ、各スタックが単一の格子空間の占有面積内に位置付けられるように構成された複数のコンテナのスタックと、
    少なくとも1つの輸送デバイスと、を備え、
    前記少なくとも1つの輸送デバイスは、
    前記X方向に駆動するように構成された前記輸送デバイスの第1の面に位置付けられたホイールの第1のセットと、前記Y方向に駆動するように構成された前記輸送デバイスの第2の面に位置付けられたホイールの第2のセットとを備え、前記第2の面は実質的に前記第1の面に垂直であり、
    前記平行レールの第1のセットは、前記ホイールの第2のセットが駆動されるとき、前記ホイールの第1のセットが前記Y方向に移動することができる領域を含み、前記平行レールの第2のセットは、前記ホイールの第1のセットが駆動されるとき、前記ホイールの第2のセットが前記X方向に移動することができる領域を含み、
    前記方法は、前記輸送デバイスを前記X方向および/またはY方向へ横方向に選択的に移動することを含む、方法。
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