JP2023051006A

JP2023051006A - 搬送カートおよび搬送カート用の差動二輪ユニット

Info

Publication number: JP2023051006A
Application number: JP2021161421A
Authority: JP
Inventors: 宏樹久継; Hiroki Hisatsugu; 鋭寧; Rui Ning; 学加藤; Manabu Kato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2023-04-11
Also published as: CN115892152A

Abstract

【課題】
本発明では、従来、考慮されていなかった搬送カートの走行性能を向上することを課題とする。
【解決手段】
上記の課題を解決するための本発明の構成は、積載物を搬送する搬送カートにおいて、当該搬送カートの利用者により、操作される手押し用ハンドルと、積載物を積載するかご部と、当該搬送カートの走行方向に列ごとに配置される複数の自由輪回転従属輪と、モーターからの出力に応じて、当該搬送カートを駆動する差動二輪と、前記手押し用ハンドル、前記かご部、前記自由輪回転従属輪および前記差動二輪と接続する本体部とを有し、前記差動二輪が、前記複数の自由輪回転従属輪の各列の間に配置された搬送カートである。
【選択図】図４

Description

本発明は、荷物や商品等を積載する台車や搬送カート（以下、単に搬送カート）に関する。

現在、スーパーマーケットや工場、ビルなどの施設において、荷物や商品などの物品（積載物）を搬送するために、搬送カートが利用されている。搬送カートは、搬送などのために駆動されることがある。例えば、特許文献１では、重量のある荷物の搬送を行う台車が開示されている。

特許文献１には、「通常の台車より車輪が、前または後に突出せず、余分なハンドルの操作も不要で、走行安定性の良いアシスト台車、すなわち通常の手動手押し台車と同等の操作でありながら、重い物も軽く、凹凸の走行路でも安全に運転できる電動アシスト台車」について開示されている。具体的には「１つの手押し枠体と４つの非駆動輪と荷台面と１つの駆動輪を有し、手押し枠体を押せば前進を電動アシストし、引けば後退を電動アシストし、押しも引きもしない時は停止する機構を有しながら、操作は通常の手動Ｌ型台車相当とするため駆動輪を非駆動の２つの後輪間近傍に配置した」台車が開示されている。

特開２００６－２９０３１９号公報

ここで、特許文献１では、いわゆる「アシスト」付きの台車であり、自律走行機能を有さない。このため、特許文献１では、自律走行の際における走性、特に旋回性については考慮されていなかった。そこで、本発明では、搬送カートの走行性能、特に自律走行の際の旋回性を向上することを課題とする。

本発明では、上記の課題を鑑みなれたもので、搬送カートの回転従属輪の間に差動二輪（駆動輪）を設けた。より具体的には、積載物を搬送する搬送カートにおいて、当該搬送カートの利用者により、操作される手押し用ハンドルと、積載物を積載する積載部と、当該搬送カートの走行方向に列ごとに配置される複数の回転従属輪と、動力源からの出力に応じて、当該搬送カートを駆動する差動二輪と、前記手押し用ハンドル、前記積載部、前記回転従属輪および前記差動二輪と接続する本体部とを有し、前記差動二輪が、前記複数の回転従属輪の各列の間に配置された搬送カートである。また、本発明には、上述の差動二輪を少なくとも含み、搬送カートと接続ないし取り外し可能な搬送カート用差動二輪ユニットも含まれる。

本発明によれば、走行性能をより向上した搬送カートを提供することが可能となる。

本発明の一実施例における搬送カートの外観を示す図である。本発明の一実施例における搬送カートの側面を示す図である。本発明の一実施例における差動二輪の配置位置を示す図である。本発明の一実施例における搬送カートを含むシステムの機能ブロック図である。本発明の一実施例における搬送カートの制御フローを示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。本実施例では、自律走行可能な搬送カート１を例に説明するが、本発明はこれに限定されない。駆動力を発揮する搬送カートであればよく、例えば、手動走行を支援する機能を有する搬送カートにも、本発明を適用できる。また、搬送カートは積載物を人力によって搬送を行う機能も有している機器であり、ショッピングカートや各種台車など様々な形状のものを含む。

まず、本実施例の搬送カート１の構造について説明する。図１は、本実施例における搬送カート１の外観を示す図である。また、図２は、本実施例における搬送カート１の側面を示す図である。図１および図２において、搬送カート１は、かご部１１、手押し用ハンドル１２、本体部１３、自由輪回転従属輪１４および差動二輪部１５を有する。

本実施例の搬送カート１は、本体部１３を介して、他のかご部１１、手押し用ハンドル１２、自由輪回転従属輪１４および差動二輪部１５が接続されている。特に、差動二輪部１５については、差動二輪１５１が本体部１３と直接と接続してもよい。このため、本体部１３は、いわゆるフレームで実現できる。

また、かご部１１は、積載物を積載する積載部の一種であるなお、積載部は、積載物を積載できればよく、かご部１１以外の荷台などで実現可能である。

また、手押し用ハンドル１２は、利用者により操作されるものでる。つまり、利用者が手押し用ハンドル１２を握り、これを押すことで搬送カート１が手動走行する。また、図１に示すように、手押し用ハンドル１２は、右用の手押しハンドル１２－１、左手用の手押しハンドル１２－２で構成されるが、これに限定されない。

さらに、手押し用ハンドル１２には、表示部１６および入力部１７が設置される。ここで、表示部１６は、自律走行に関する情報などを表示する。また、入力部１７は、利用者からの操作や端末装置２（図４参照）などから自律走行に関する指示を受け付ける。自律走行に関する操作には、自律走行の開始や終了、速度や目的地の設定などが含まれる。なお、表示部１６や入力部１７は、かご部１１や本体部１３に設置してもよい。さらに、表示部１６および入力部１７は、タッチパネルのように一体で構成してもよい。

また、自由輪回転従属輪１４は、利用者の手押しや差動二輪１５１の駆動に応じて、回転する回転従属輪である。自由輪回転従属輪１４は、他の装置の駆動に応じて回転する回転従属輪で実現できる。なお、図１に示すように、自由輪回転従属輪１４は、４輪（１４－１～１４－４）で構成される。なお、本実施例の自由輪回転従属輪１４は、いわゆる自在輪を示す。

これら４輪は、２輪を一列として、搬送カート１の走行方向に配置されている。また、各列においては、走行方向と垂直に各自由輪回転従属輪が配置される。なお、走行方向とは、図２の左右方向である。また、自由輪回転従属輪１４は、搬送カート１の走行方向に配置された複数であればよく、２輪や３輪、さらに５輪以上で構成可能である。さらに、自由輪回転従属輪１４は、列ごとに配置されればよく２列に限定されず、３列以上であってもよい。この場合、上述する差動二輪部１５もしくは差動二輪１５１は、各列の間に配置されることが望ましい。

また、差動二輪部１５は、差動二輪１５１、可変サスペンション１５２を有する。本実施例では、差動二輪部１５および／または差動二輪１５１（以下、単に差動二輪１５１）は、自由輪回転従属輪１４の列の間に配置される。なお、このため、自由輪回転従属輪１４が３列以上の場合は、差動二輪１５１を、各列の間に配置してもよいし、一部の配置に配置してもよい。より好適には、自由輪回転従属輪１４のそれぞれの旋回抵抗モーメントが略等しい位置に配置される。このため、差動二輪１５１は、各列、つまり、自由輪回転従属輪１４のそれぞれから略等距離にされることが望ましい。

本実施例の配置の一例である旋回抵抗モーメントが略等しい位置となる差動二輪１５１の配置について、図３を用いて説明する。図３は、実施例における差動二輪１５１の配置位置を示す図である。図３は、搬送カート１の下面図であり、図示したように、本体部１３に、差動二輪１５１（左右の１５１－１、１５１－２）と自由輪回転従属輪１４（４輪分の１４－１～１４－４）が配置されている。

ここで、図３の回転矢印の方向に方向転換する場合、差動二輪１５１－１および１５１－２のそれぞれが対応する矢印の方向に駆動（回転）が発生される。この場合、自由輪回転従属輪１４の旋回抵抗モーメントが等しくなる位置に、差動二輪１５１の旋回中心（図中破線の交点）となるように配置される。なお、差動二輪１５１－１および１５１－２は、各自由輪回転従属輪１４（１４－１～１４－４）のそれぞれから略等距離に位置するようにして実現してもよい。これらの配置によって、手押し時と自律走行時の両方でカートの旋回性が向上する効果がある。また、この輪配置にすることで、カートの既存輪を置き換えることなく、差動二輪ユニットを後付けできる効果もある。

なお、図１および図２では省略したが、差動二輪部１５には差動二輪１５１の動力源の一種であるモーター１５５やいわゆる可変サスペンションを設けてもよい（図４参照）。なお、図示しないがモーター１５５には、蓄電池（バッテリー）が接続されることになる。

以上で、本実施例の搬送カート１の構造の説明を終わり、次に、自律走行機能について説明する。自律走行機能を実現するための構成を、図４に示す。図４は、本実施例における搬送カート１を含むシステムの機能ブロック図である。図４のシステムでは、搬送カート１は、端末装置２やコンピュータ装置３と接続されている。端末装置２は、近距離無線通信を用いて、入力部１７と接続される。また、コンピュータ装置３は、インターネットのようなネットワーク４を介して通信部１５３と通信する。これら端末装置２やコンピュータ装置３は、搬送カート１の自律走行に関する指示を出力する。端末装置２やコンピュータ装置３は、情報処理装置（コンピュータ）であるスマートフォン、タブレット、ＰＣ等で実現できる。なお、上述の指示については、追って説明する。

まず、搬送カート１は、上述の構造を有し、他に可変サスペンション１５２、通信部１５３、制御部１５４やモーター１５５を有する。通信部１５３、制御部１５４は、通信路を介して入力部１７やモーター１５５と接続される。また、図示していないが、表示部１６も通信路と接続される。

ここで、制御部１５４は、上述の指示、利用者からの指示等に応じて、自身が有する制御プログラムに従って、自律走行を制御する制御信号を生成し、モーター１５５にこれを出力する。

また、モーター１５５は、制御部１５４からの制御信号に従って、動力を出力する。この結果、差動二輪１５１や可変サスペンション１５２が、制御信号に応じた動作を実行する。また、可変サスペンション１５２は、モーター１５５に応じて能動的に動作機能するサスペンションである。なお、可変サスペンション１５２は、通常のサスペンションを用いてもよいし、省略して代わりに駆動輪取付高さを他の自由輪回転従属輪より高くして天秤式の構成としてもよい。また、本実施例では、モーター１５５は、差動二輪１５１ごとに設けられる。なお、差動二輪１５１のそれぞれでは、異なる駆動を発生させることできればよく、モーター１５５は差動二輪ごとに設けなくともよい。

次に、搬送カート１の自律走行の制御の詳細について説明する。図５は、本実施例における搬送カート１の制御フローを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１において、制御部１５４は、搬送カート１が自律走行を行っているか判定する。このために、制御部１５４は、端末装置２や利用者から自律走行指示を受け付けているか、を用いることができる。この結果、自律走行を行っている場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ２に遷移する。また、自律走行を行っていない場合には（ＮＯ）、本フローを終了する。

次に、ステップＳ２において、制御部１５４は、自律走行におけるカーブ等の曲率を判定する。このために、制御部１５４は、自律走行指示の内容や自身で作成した自律走行計画を用いる。そして、ステップＳ３において、制御部１５４は、判定された曲率と指示走行速度に応じて、各差分二輪５１で必要となる回転数（回転速度）もしくは各モーター１５５に発生させる回転数（回転速度）を算出する。このために、制御部１５４は、例えば、以下の（数１）に従って、回転数（回転速度）を算出する。

次に、ステップＳ４において、制御部１５４は、算出された回転数に応じて、制御信号をモーター１５５に出力する。この結果、ステップＳ５において、各モーター１５５は、制御信号に従って、各差動二輪１５１を駆動することになる。このため、搬送カート１は、よりスムーズに自律走行を行うことができる。

また、ステップＳ６において、制御部１５４は、自律走行中に曲率が変化しているかを適宜判定する。この結果、変化がある場合は、ステップＳ２に戻る。また、変化がない場合は、ステップＳ７に遷移する。なお、ステップＳ２～Ｓ６では、差動二輪の駆動のみを説明したが、可変サスペンション１５２の制御を行ってもよい。このために、制御部１５４は、図示しないセンサー等の入力に応じて、搬送カート１ないし積載物の重量を取得し、これに応じて可変サスペンション１５２の制御を行う。このことについては、後述する。

次に、ステップＳ７において、制御部１５４は、自律走行が終了したかと判定する。このために、制御部１５４は、端末装置２や利用者から自律走行の終了指示を受け付けているか、搬送カート１が目的地に到着したかを判定する。この結果、自律走行を継続している場合には、ステップＳ４に戻り、該当の制御信号での自律走行を継続する。また、自律走行が終了した場合、本制御フローを終了する。以上で、本実施例における制御の説明を終了する。

ここで、本実施例の変形例について説明する。本変形例では、搬送カート１から、差動二輪１５１を含む差動二輪ユニットを取り外しないし追加可能である。つまり、差動二輪ユニットは、搬送カート１（特に、本体部１３）と接続する接続部を有する。なお、接続部は、搬送カート１や本体部１３に設けてもよい。この差動二輪ユニットは、差動二輪１５１を少なくとも含み、可変サスペンション１５２、モーター１５５を含むことが望ましい。また、制御部１５４や通信部１５３を差動二輪ユニットに設けてもよい。さらに、差動二輪ユニットを、差動二輪１５１ごとのユニットとしてもよい。

なお、本発明は、上述の実施例に限定されず、以下の構成を採用できる。
（１）差動二輪１５１について、利用者が手押しできるようなバックドライバビリティの高い伝動（低減速比ベルト伝動や準ダイレクドドライブ、減速機を用いないダイレクドドライブ）または、電磁クラッチ等による動力伝達遮断ができる機構を設けることが可能である。また、差動二輪１５１は、要求する直進安定性に応じて、トレッド幅を定めることが望ましい。つまり、直線安定性を向上するごとに、トレッド幅を広くとることが望ましい。

（２）可変サスペンション１５２で、自由輪回転従属輪１４と摩擦力を一致させることも可能である。可変サスペンション１５２の押し付け力を、搬送カート１の重さと釣り合うように機体が水平を保つまで高める。なお、過剰に押し付け力を強めると浮き上がる課題もある。そのため、調節時は加速度センサー等を用いて機体姿勢をセンシングし浮き上がりを防ぐ。

押しつけ力の不足は、車輪のすべり検出手段によって知ることができる。車輪への制御入力に対する実際のカート位置変化の差を監視することで、駆動輪のすべり状態を検出する。

可変サスペンション１５２のストロークは、可動域の中央値が平坦な床面に位置するように構成することが望しい。これは、路面のへこみ、でっぱりをなでるように、搬送カート１の差動二輪１５１を接地させるためである。

（３）走行安定化や摩擦力を維持することも可能である。直進性を高めるため、ジャイロセンサー用いて、制御部１５４がPID制御によってヨー軸の振れを抑えた制御を行うことも可能である。これにより、路面変化による車輪のスリップの外乱を吸収することができる。

また、可変サスペンション１５２は、上げ下げ機構でばね支点を動かすことでストロークを調整して実現できる。バネ定数は変えられないので、押さえつけの起点位置を動かして押し付け力を調整する。なお、この場合、可変サスペンション１５２は、走行中に動的に動くものではなく、搬送カートの重さが変化した場合に調節することが望ましい。

（３）また、搬送カート１の安全性を確保するために、モーター１５５等の動力源で発生する駆動力を「空の」搬送カート１を走行するために必要最小限としてもよい。このことで、子供などが搬送カート１に乗ったり、搬送カート１に対するいたずらがされたりしても、搬送カート１の安全性を確保できる。

（４）また、搬送カート１が手押しされている際に、差動二輪１５１を非接地状態としてもよい。このために、搬送カート１に差動二輪１５１を持ち上げる機構を設けることが望ましい。

（５）また、差動二輪１５１に、能動的なブレーキ機構を設けてもよい。

（６）さらに、搬送カート１には、利用者以外の他者が容易に操作可能な位置に非常停止ボタンを設けてもよい。非常停止ボタンの位置は、かご部１１の上部などが想定される。

（７）手押しの際に差動二輪１５１（駆動輪）の受動的な回転によって、バッテリーへの回生発電を行う構成にしてもよい。これにより、搬送カート１のバッテリーへの充電頻度を減らし、より長いサービス時間を提供する。

（８）手押しで荷物搬送する際に、差動二輪１５１（駆動輪）によって能動的にパワーアシストする構成としてもよい。

１…搬送カート、１１…かご部、１２…手押し用ハンドル、１３…本体部、１４…自由輪回転従属輪、１５…差動二輪部、１５１…差動二輪、１５２…可変サスペンション、１５３…通信部、１５４…制御部、１５５…モーター、１６…表示部、１７…入力部、２…端末装置、３…コンピュータ装置、４…ネットワーク

Claims

積載物を搬送する搬送カートにおいて、
当該搬送カートの利用者により、操作される手押し用ハンドルと、
積載物を積載する積載部と、
当該搬送カートの走行方向に列ごとに配置される複数の回転従属輪と、
動力源からの出力に応じて、当該搬送カートを駆動する差動二輪と、
前記手押し用ハンドル、前記積載部、前記回転従属輪および前記差動二輪と接続する本体部とを有し、
前記差動二輪が、前記複数の回転従属輪の各列の間に配置された搬送カート。
請求項１に記載の搬送カートにおいて、
前記差動二輪は、前記複数の回転従属輪における旋回抵抗モーメントが略等しい位置に配置される搬送カート。
請求項２に記載の搬送カートにおいて、
前記複数の回転従属輪のそれぞれは、当該搬送カートの走行方向に並べて配置され、
前記差動二輪は、前記複数の回転従属輪それぞれから略等距離に配置される搬送カート。
請求項１乃至３のいずれかに記載の搬送カートにおいて、
前記複数の回転従属輪は、四輪であり、当該搬送カートの走行方向に二輪ずつ並べて配置される搬送カート。
請求項１に記載の搬送カートにおいて、
前記差動二輪は、当該搬送カートの重量に応じて、前記回転従属輪と略同等の接地摩擦で接地するための接地押し付け力を生じる可変サスペンションを介して、前記本体部と接続する搬送カート。
請求項１に記載の搬送カートにおいて、
前記差動二輪は、当該搬送カートが前記利用者により手押しで移動される場合、前記動力源からの駆動力を遮断して動作する搬送カート。
請求項１に記載の搬送カートにおいて、
前記動力源は、前記差動二輪のそれぞれに設けられるモーターであり、前記モーターそれぞれは当該搬送カートの旋回における曲率に応じた回転数で回転する搬送カート。
積載物を搬送する搬送カートに用いられる搬送カート用ユニットにおいて、
前記搬送カートは、当該搬送カートの利用者により、操作される手押し用ハンドルおよび積載物を積載する積載部、当該搬送カートの走行方向に列ごとに配置される複数の回転従属輪と接続する本体部と有し、
前記搬送カートと接続する接続部と、
少なくとも動力源からの出力に応じて、当該搬送カートを駆動する差動二輪を有し、
前記差動二輪は、前記複数の回転従属輪の各列の間に配置される搬送カート用差動二輪ユニット。
請求項８に記載の搬送カート用差動二輪ユニットにおいて、
前記差動二輪は、前記複数の回転従属輪における旋回抵抗モーメントが略等しい位置に配置される搬送カート用差動二輪ユニット。
請求項９に記載の搬送カート用差動二輪ユニットにおいて、
前記複数の回転従属輪のそれぞれは、当該搬送カートの走行方向に並べて配置され、
前記差動二輪は、前記複数の回転従属輪それぞれから略等距離に配置された搬送カート用差動二輪ユニット。
請求項８乃至１０のいずれかに記載の搬送カート用差動二輪ユニットにおいて、
前記複数の回転従属輪は、四輪であり、当該搬送カートの走行方向に二輪ずつ並べて配置される搬送カート用差動二輪ユニット。
請求項８に記載の搬送カート用差動二輪ユニットにおいて、
前記差動二輪は、当該搬送カートの重量に応じて、前記回転従属輪と略同等の接地摩擦で接地するための接地押し付け力を生じる可変サスペンションを介して、前記本体部と接続する搬送カート用差動二輪ユニット。
請求項８に記載の搬送カート用差動二輪ユニットにおいて、
前記差動二輪は、当該搬送カートが前記利用者により手押しで移動される場合、前記動力源からの駆動力を遮断して動作する搬送カート用差動二輪ユニット。
請求項８に記載の搬送カート用差動二輪ユニットにおいて、
前記動力源は、前記差動二輪のそれぞれに設けられるモーターであり、前記モーターそれぞれは当該搬送カートの旋回における曲率に応じた回転数で回転する搬送カート用差動二輪ユニット。