JP2022059321A - Unmanned carriage - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無人搬送台車に関する。 The present invention relates to an automatic guided vehicle.
出発地点から目標地点まで自律的に移動する無人搬送車(所謂AGC:Automatic Guided Vehicle)が開発されている。この種の無人搬送車は、出発地点から目標地点までの経路を決定し当該経路に基づいて高速移動する。 Automated guided vehicles (AGCs) that move autonomously from the starting point to the target point have been developed. This type of automatic guided vehicle determines a route from the starting point to the target point and moves at high speed based on the route.
無人搬送台車は、移動経路の幅等に制限を生じる場合があり、直進だけでなく後退や左右移動、回転など全方向に移動する必要がある。これは一般に、駆動輪を操舵すると共に従動輪により車体を支持する機構や、例えばオムニホイールやメカナムホイール等の全方向移動車輪により実現される(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、オムニホイールやメカナムホイールを用いると車輪そのものに全方向移動可能な複雑な機構を設けることになる。この種の無人搬送台車は、全方向に移動できる一方で、車輪形状の性質上、段差を登れなかったり、振動が大きく搬送物に衝撃を与えずに運搬することができない。 The automatic guided vehicle may have restrictions on the width of the movement route, etc., and it is necessary to move not only straight but also in all directions such as backward movement, left-right movement, and rotation. This is generally realized by a mechanism that steers the drive wheels and supports the vehicle body by the driven wheels, or an omnidirectional moving wheel such as an omni wheel or a mecanum wheel (see, for example, Patent Document 1). However, if an omni wheel or a mecanum wheel is used, the wheel itself will be provided with a complicated mechanism that can move in all directions. While this type of automatic guided vehicle can move in all directions, it cannot climb steps or can not be transported without giving an impact to the transported object due to its large vibration.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、また、車輪そのものに複雑な機構を設けることなく構成できるようにすることを第1目的とし、搬送物に衝撃を極力与えることなく運搬できるようにすることを第2目的とした無人搬送台車を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and the first object of the present invention is to enable the wheel itself to be configured without providing a complicated mechanism, and the transported object can be transported without giving an impact as much as possible. The second purpose is to provide an automatic guided vehicle.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、車輪ユニットモジュールが少なくとも3輪以上備えられており、搬送物を搭載可能に構成された車体を車輪を用いて支持している。車体は、前記の3輪以上の車輪ユニットモジュールを装着可能な被装着部を備える。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is provided with at least three wheels of a wheel unit module, and supports a vehicle body configured to be capable of mounting a conveyed object by using wheels. The vehicle body includes a mounted portion on which the above-mentioned three or more wheel unit modules can be mounted.
車輪ユニットモジュールは、その全てが被装着部に着脱可能に構成され車輪を駆動する駆動部を備えた駆動輪ユニットにより構成されると共に、それぞれ走行可能な方向を操舵する操舵部を備える。全ての車輪ユニットモジュールの操舵部を用いて操舵することで進行方向を変更する。これにより、各車輪ユニットモジュールの各車輪の操舵方向を変更することで車体の進行方向を変更できると共に、各車輪を駆動輪として当該進行方向に走行できるようになる。 The wheel unit module is composed of a drive wheel unit all of which are detachably attached to and detachable from the mounted portion and has a drive unit for driving the wheels, and also includes a steering unit for steering in a travelable direction. The direction of travel is changed by steering using the steering section of all wheel unit modules. As a result, the traveling direction of the vehicle body can be changed by changing the steering direction of each wheel of each wheel unit module, and each wheel can be used as a driving wheel to travel in the traveling direction.
無人搬送台車は、全方向に移動できる一方、車輪形状の性質上、段差を登れなかったり、たとえ段差を登ったとしても振動を大きく生じることから、搬送物を積載しているときには、衝撃を与えることなく運搬しにくくなるということもある。請求項2記載の発明によれば、車輪ユニットモジュールの車輪は、地面に接触して回転する回転接触面を曲面形状に備え、その円曲面形状の中心に挿通される回転軸を中心として回転するため、凹凸のない車輪を用いて走行でき、走行中に搬送物への衝撃を抑制できる。 Although the automatic guided vehicle can move in all directions, it cannot climb a step due to the nature of the wheel shape, and even if it climbs a step, it causes a large vibration, so it gives an impact when loading a transported object. It may be difficult to carry without it. According to the invention according to claim 2, the wheel of the wheel unit module is provided with a rotating contact surface that rotates in contact with the ground in a curved surface shape, and rotates about a rotation axis inserted through the center of the circular curved surface shape. Therefore, it is possible to travel by using wheels having no unevenness, and it is possible to suppress an impact on a transported object during traveling.
以下、幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図示しているようにXY座標系を用いて説明する。断らない限りXY方向を水平方向と考慮して説明する。なお、説明の便宜上、XY方向を水平方向と称するが、水平に限られるものではない。 Hereinafter, some embodiments will be described with reference to the drawings. In addition, as shown in the figure, it will be described using the XY coordinate system. Unless otherwise specified, the XY direction will be considered as the horizontal direction. For convenience of explanation, the XY direction is referred to as a horizontal direction, but the direction is not limited to the horizontal direction.
(第1実施形態)
図1から図8は、第1実施形態の説明図を示す。図1に外観を示す無人搬送台車10(無人搬送車本体相当)は、様々な施設内の対象範囲を自律走行可能に構成されるもので、車体11に車輪ユニット12…15が装着されることで構成される。各車輪ユニット12…15は、モジュール化されている車輪ユニットモジュール相当である。また車輪ユニット12…15は、互いに同一構造で構成されており、それぞれが車輪21の駆動源を備えた駆動輪ユニットとして構成されている。
(First Embodiment)
1 to 8 show explanatory views of the first embodiment. The automatic guided vehicle 10 (corresponding to the main body of the automatic guided vehicle) shown in FIG. 1 is configured to be capable of autonomously traveling in a target range in various facilities, and the
図1に示すように、車体11は全体的に矩形箱状のボディにより構成されている。車体11は、車輪ユニット12…15を装着可能な被装着部11aを備える。各車輪ユニット12…15は車体11を車輪21を用いて支持することで、無人搬送台車10は施設内の通路を走行可能に構成される。車輪ユニット12~15は、少なくとも3以上構成されており、3点以上通路と接触することで、車体11を安定的に走行制御できれば良い。ここでは4つの車輪ユニット12…15を組み込んだ例を説明する。
As shown in FIG. 1, the
安全レーザスキャナ18、19は、無人搬送台車10の少なくとも前後左右の障害物を認識可能な非接触型センサにより構成され、例えばLIDARと称されるレーダユニットにより構成される。安全レーザスキャナ18、19は、車体11に対し当該車体11の水平方向全方位をセンシング可能に備え付けられる。
The
例えば安全レーザスキャナ18、19は、車体11の水平方向四隅のうち対角位置となる2つの隅に設置されていると良い。すると安全レーザスキャナ18、19は、車体11の対角位置からそれぞれ水平方向270度を効率的にセンシングできる。なお、安全レーザスキャナ18、19の設置箇所は、この設置位置に限られるものではなく、前後左右の全方位にわたり物体を検出できればどのように設置されていても良い。これにより安全レーザスキャナ18、19は、車体11の前後左右全方位にわたり、柱や壁といった障害物などの物体を検出できる。
For example, the
図2に無人搬送台車10の下面図を示すように、車輪ユニット12…15にはそれぞれ車輪21が装着されている。個々の車輪ユニット12…15は、互いに同一構造の駆動輪ユニットであり、その全てが被装着部11aに着脱可能に構成される。
As shown in FIG. 2 is a bottom view of the automatic guided
以下、図3から図5を参照して車輪ユニット12の構造を説明し、他の車輪ユニット13…15の説明を省略する。図3から図5に示すように、車輪ユニット12の車輪21は、地面に接触して回転する回転接触面を曲面形状に備え、その円曲面形状の中心に挿通される回転軸を中心として回転するように構成されている。車輪ユニット12は、車輪21を駆動する走行用駆動モータ33を備えた駆動輪ユニットとして構成される。車輪ユニット12には、主に安全制御用の機器として、それぞれの車輪21の進行方向の速度を検出する速度検出部としての安全エンコーダ35、車輪21の操舵角を検出する操舵角検出部としての安全非接触スイッチ28、及び、車輪21の回転を制動する制動機器としての電磁ブレーキ36が組み込まれている。
Hereinafter, the structure of the
車輪ユニット12は、車体11の被装着部11aに固定される固定部としての固定板22、及び、固定板22に対し水平方向に回転可能な可動部23により構成されている。固定板22の上には、当該固定板22の上面に沿って回転可能に設置されたプーリ24、25、及びプーリ24及び25を連結したタイミングベルト26が設置されている。プーリ24の軸には操舵部としての操舵モータ27が連結されている。操舵モータ27は、モータ軸を介してプーリ24を回転駆動することでタイミングベルト26を通じてプーリ25を連動して回転可能になっている。操舵モータ27は、水平方向に車輪21を回転させることができ、走行可能な方向を操舵できる。またエンコーダ34が、タイミングベルト26にプーリ43を介して係合されており、操舵角を検出可能になっている。
The
固定板22には安全非接触スイッチ28がボルト及びナットなどを用いて固定されている。安全非接触スイッチ28は、安全性能を向上するために用いられ、車輪21の操舵角を検出する操舵角検出部として用いられる。図4に例示したように、安全非接触スイッチ28は、固定板22の上方から下方まで貫通し、その先端がフレーム30の脇まで延設されている。安全非接触スイッチ28の先端には、発振回路を用いて磁界出力する誘導検出コイルが設置されている。安全非接触スイッチ28は、後述するフレーム30に設けられた突起31、32と合わせて誘導形近接スイッチとして機能する。安全規格に準拠した方法で操舵角を検出できればどのような方法を用いても良い。
A
固定板22の下面にはベアリング29が設置されている。ベアリング29の下側にはフレーム30が連結されている。フレーム30は、ねじを用いてベアリング29に固定されている。
A
可動部23は、フレーム30を母材として構成され、当該フレーム30に直接又は間接的に連結された、突起31、32、車輪21、走行用駆動モータ33、エンコーダ34、安全エンコーダ35、及び電磁ブレーキ36を備える。その他、可動部23は、回転軸21aなども備える。可動部23は、ベアリング29を通じて固定板22に対して構成要素30…36を一体として水平方向に回転自在に構成されている。
The
突起31、32は、フレーム30の水平方向周囲に所定角度ステップ(例えば90°ステップ)で固定されており、フレーム30と共に一体で水平方向に回転可能になっている。このため、可動部23がベアリング29の回転方向である水平方向に回転することで、突起31、32が、安全非接触スイッチ28の先端位置から外れたり一致したりする。固定板22に固定された安全非接触スイッチ28は、その先端の誘導検出コイルにより発せられる磁界により突起31、32との近接状態を検出することで、車輪21の特定の方向、例えば90°ステップ、の操舵状態を検出できる。これにより、車輪21が進行方向に対する角度の何れの方向を向いているか、例えば前、後、左、右、の何れの方向を向いているか判断できる。
The
走行用駆動モータ33は、車輪21を駆動する駆動部として用いられる。走行用駆動モータ33は、車輪21を正逆回転駆動可能になっており、車輪21を一方向、例えば図示Y方向、X方向又はそれ以外の方向に走行可能にする。本実施形態において、走行用駆動モータ33は、安全エンコーダ35及び電磁ブレーキ36と一体に設けられている。これらは別部品により構成しても良い。
The traveling
走行用駆動モータ33は、フレーム30に固定されており、走行用駆動モータ33の回転軸21aは車輪21に直結されている。安全エンコーダ35は、車輪21の回転数を検出する。回転数はギヤ比変換して検出しても良い。これにより安全エンコーダ35は、各車輪ユニット12…15の進行方向の速度を検出する速度検出部として用いられる。
The traveling
電磁ブレーキ36は、走行用駆動モータ33及び安全エンコーダ35と一体に設けられており、車輪21の回転を制動する制動機器として用いられる。電磁ブレーキ36は、回転軸21aを通じて車輪21の回転を制動する。なお、図3に示したように、各種電気的構成を接続する電気配線42が、ベアリング29の回転軸に沿って設置されている。
The
図6には電気的構成を例示している。無人搬送台車10は、車輪ユニット12…15、環境認識部としての安全レーザスキャナ18、19と共に、制御部50、及び非常停止スイッチ55を搭載している。制御部50は、走行制御コントローラ51、安全コントローラ52、コンタクタ53、及び、制御基板54に搭載された駆動回路54aを組み合わせて構成されている。
FIG. 6 illustrates an electrical configuration. The automatic guided
また前述したように、車体11には安全レーザスキャナ18、19が装着されている。安全レーザスキャナ18、19は、制御部50の安全コントローラ52に電気的に接続されている。各車輪ユニット12…15は、前述した操舵モータ27、安全非接触スイッチ28、走行用駆動モータ33、安全エンコーダ35、電磁ブレーキ36の他、エンコーダ34を備える。エンコーダ34は、走行制御用に車輪21の操舵角を詳細に検出できる。
Further, as described above, the
走行制御コントローラ51は、主に走行制御を担うマイクロコンピュータにより構成されている。走行制御コントローラ51は、CPUがROMなどに記憶されたプログラムを実行することで実現されている。つまりソフトウェアにより実現されているが、これら走行制御コントローラ51をハードウェアにより実現する構成としてもよい。
The
走行制御コントローラ51は、制御基板54に搭載された駆動回路54aを通じて走行用駆動モータ33を駆動すると共に、操舵モータ27を駆動することで車輪ユニット12…15の各車輪21を回転制御する。このとき、走行制御コントローラ51は、エンコーダ34により各車輪21の詳細な操舵角を検出してフィードバック制御することで無人搬送台車10を走行制御する。
The
安全コントローラ52は、主に安全制御を担うコントローラでありPLCにより構成される。安全コントローラ52は、安全レーザスキャナ18、19のスキャン検出範囲内における、障害物の存在の有無や当該障害物との距離などの周辺環境の情報を判断する。安全コントローラ52は、走行制御コントローラ51との間で情報を送受可能になっており、安全レーザスキャナ18、19から取得される周辺環境の情報を走行制御コントローラ51に送信可能になっている。走行制御コントローラ51は、安全コントローラ52と連携制御することで自律走行可能になる。
The
また安全コントローラ52は、安全非接触スイッチ28及び安全エンコーダ35の信号を直接入力している。安全コントローラ52は、各車輪ユニット12…15の安全非接触スイッチ28により各車輪ユニット12…15毎の特定の方向への操舵状態を検出できる。さらに安全コントローラ52は、各車輪ユニット12…15の安全エンコーダ35により各車輪ユニット12…15の速度を検出できる。これにより安全コントローラ52は、無人搬送台車10の各種状態を検出できる。
Further, the
安全コントローラ52、安全レーザスキャナ18、19、安全非接触スイッチ28、安全エンコーダ35、及び電磁ブレーキ36は、走行制御の主体としては用いられないものの、安全基準ISO3691-4を満たすうえで必要な機器として設けられ、安全認証済の安全機器として構成される。速度監視機能や操舵検出機能は、ISO13849で定義される安全カテゴリ3かつパフォーマンスレベルDの認証を受けている。
Although the
エンコーダ34は、走行制御用に車輪21の操舵角を詳細に検出しているが、例えば安全非接触スイッチ28は、前述したように特定の方向を検出する上で必須の機器として設けられている。また、走行用駆動モータ33の駆動力が小さくなった場合、何らかの不具合で走行用駆動モータ33の動力の遮断に失敗した場合、安全で且つ確実に無人搬送台車10を停止させるため、電磁ブレーキ36が組付けられている。
The
コンタクタ53は、安全コントローラ52の制御に応じて電源を開閉する電磁開閉器である。コンタクタ53は、安全コントローラ52の制御に応じて制動作用に必要な電力を電磁ブレーキ36に通電可能に構成される。
The
また、コンタクタ53は、安全コントローラ52の制御に応じて制御基板54に通電される電源を通断電可能になっている。非常停止スイッチ55は、外部ユーザにより操作可能なスイッチであり、安全コントローラ52に電気的に接続されており、外部から非常時に停止指示可能になっている。
Further, the
走行制御コントローラ51が、駆動回路54aを通じて走行用駆動モータ33、操舵モータ27、エンコーダ34を用いて自律走行制御している最中でも、非常停止スイッチ55がオン操作されることで、安全コントローラ52が、コンタクタ53を通じて駆動回路54aに通電されている電源を遮断できる。これにより、自律走行制御を停止できる。
Even while the
また安全コントローラ52は、無人搬送台車10の車輪ユニット12…15の状態と当該無人搬送台車10の周辺環境の情報と照合し、周辺に存在する障害物との距離を一定以上確保できる。例えば無人搬送台車10が障害物と衝突しつつあるときには、安全コントローラ52がコンタクタ53を通じて電源を電磁ブレーキ36に通電することで無人搬送台車10を制動できる。
Further, the
走行制御コントローラ51が、各車輪ユニット12…15のそれぞれの走行用駆動モータ33を駆動制御することで、各車輪ユニット12…15の車輪21を正逆回転駆動できる。
The
このため制御部50が、図2に示すように全ての車輪ユニット12…15の車輪21をX方向に操舵することで車体11を横進させることができる。また制御部50が、図7に示すように全ての車輪ユニット12…15の車輪21をY方向に操舵することで車体11を直進させることができる。
Therefore, as shown in FIG. 2, the
また制御部50が、図8に示すように全ての車輪ユニット12…15の車輪21をXY方向に傾斜させることで当該無人搬送台車10をその鉛直軸回りに旋回させることができる。これにより、水平方向の任意の方向へ無人搬送台車10を移動させることができ、無人搬送台車10を360°全方位に走行させることができる。
Further, as shown in FIG. 8, the
図9に無人搬送台車10が搬送物Aを搭載して走行する際の側面図を示している。無人搬送台車10の車輪21は、地面に接触して回転する回転接触面を曲面形状に備え、その円曲面形状の中心に挿通される回転軸を中心として回転する。車輪ユニット12は、凹凸のない車輪21を用いて走行でき、走行中に搬送物Aへの衝撃を抑制できる。
FIG. 9 shows a side view of the automatic guided
(他の実施形態)
前述実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。
車輪ユニット12…15は、四輪分だけ装着されている形態を示したが、これに限定されるものではなく、三輪でも良いし、五輪、六輪であっても良い。
(Other embodiments)
The embodiment is not limited to the above, and for example, the following modifications or extensions are possible.
The
本発明は、前述した実施形態に準拠して記述したが、当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範畴や思想範囲に入るものである。 Although the present invention has been described in accordance with the above-described embodiment, it is understood that the present invention is not limited to the embodiment or structure. The present invention also includes various modifications and variations within a uniform range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms including one element, more, or less, are within the scope and scope of the invention.
図面中、10は無人搬送台車、11は車体、11a~11dは被装着部、12~15は車輪ユニット(車輪ユニットモジュール)、21は車輪、27は操舵モータ(操舵部)、33は走行用駆動モータ(駆動部)、を示す。 In the drawing, 10 is an unmanned transport trolley, 11 is a vehicle body, 11a to 11d are mounted parts, 12 to 15 are wheel units (wheel unit modules), 21 are wheels, 27 is a steering motor (steering part), and 33 is for traveling. A drive motor (drive unit) is shown.
Claims (3)
前記3輪以上の車輪ユニットモジュールを装着可能な被装着部を備える前記車体(11)と、を備え、
前記車輪ユニットモジュールは、
その全てが前記被装着部に装着可能に構成され前記車輪を駆動する駆動部(33)を備えた駆動輪ユニットにより構成されると共に、それぞれ走行可能な方向を操舵する操舵部(27)を備え、
前記全ての前記車輪ユニットモジュールの前記操舵部を用いて操舵することで進行方向を変更する無人搬送台車。 A wheel unit module (12 to 15) having at least three wheels or more that supports a vehicle body configured to be capable of mounting a transported object by using wheels (21), and a wheel unit module (12 to 15).
The vehicle body (11) having a mounted portion to which the wheel unit module of three or more wheels can be mounted is provided.
The wheel unit module is
All of them are configured to be mountable on the mounted portion, and are composed of a drive wheel unit having a drive unit (33) for driving the wheels, and also have a steering unit (27) for steering in a direction in which the wheels can travel. ,
An automatic guided vehicle that changes the direction of travel by steering using the steering unit of all the wheel unit modules.
The automatic guided vehicle according to claim 1 or 2, wherein the wheel unit module is mounted on the vehicle body with only four wheels.
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