JP2023550292A - 倉庫内でペイロードを保管及び回収するための移動台車 - Google Patents

Abstract

本発明は、三次元倉庫システムにおいて、複数のレベルでペイロードの効率的な保管及び回収を提供する移動台車を用いたマテリアルハンドリングシステムに関するものである。一実施形態では、移動台車は、８つの車輪からなる第１フレームを含み、第１フレームの第１の４車輪は、移動台車を「Ｘ」方向の動きに動かすように構成され、第１フレームのピニオン内蔵車輪である第２の車輪は、移動台車を「Ｚ」方向の動きで動かすように構成される。さらに、移動台車は、第１フレームに移動可能に取り付けられた第２フレームを含み、第２フレームは、ギアモータ、駆動プーリ、駆動ベルト、４つのリードスクリューユニット、複数のセンサ及び第３の４車輪を含み、第３の４車輪は、移動台車を「Ｙ」方向の動きに動かすように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、移動台車（移動台車）に関し、より詳細には、１つ以上の格納場所への誘導及び格納場所からのペイロードの回収を制御するためのコンピュータサブシステムによって制御及び管理される移動台車システムに関する。

マテリアルハンドリングの分野では、最も一般的な倉庫環境では、多くの品物を在庫として保管し、不定期に取り出して使用する必要がある。倉庫の設備が大きければ大きいほど、保管できる物の数も多くなる。さらに、大規模な倉庫施設は、地理的に大きなスペースを必要とする。現代の倉庫は、大きな距離に広がっているだけでなく、その高さによって、多くの物を１つ上に積み重ねて保管することができる。それぞれの物の位置やビンは、Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸で特定できる。よって、特定の物の倉庫の位置を一意に特定することができる。

多くの倉庫では、高所に保管されている物品にアクセスできる範囲が限られているなどの理由で、利用可能な垂直スペースのほんの一部しか利用されていない。垂直の保管ラックに物品を保管する自動保管回収システム（しばしばＡＳＲＳまたはＡＳ／ＲＳと呼ばれる）の形の三次元ラックシステムが提案されている。しかし、これらの垂直システムは、商業的にいくつかの重大な欠点を有している。従来のＡＳＲＳシステムでは、１台のガントリーロボットが長い通路を移動して保管回収作業を行っていた。移動速度は通常良好だったが、制限として、一度に１つの物品しか、通路から保管または回収することができなかった。並列処理もできなかった。次世代ＡＳＲＳでは、Ｘ－Ｙ平面で移動するロボットが登場し、並列処理の問題を解決した。しかし、この問題は、ある特定のＸ－Ｙ平面に対してのみ解決される。Ｚ軸をカバーするために、ロボットは垂直方向に移動することができない。Ｚ方向に移動できるように、戦略的な場所にリフトを設置する解決策もあった。しかし、そのようなリフトは、ロボットが別のＺレベルに移動するために行列を作らなければならないボトルネックになった。

ＡＧＶ（Automated Guided Vehicle：無人搬送車）は、一般的に倉庫で使用され、人が全く、あるいはほとんど介在せずに、様々なマテリアルハンドリング機能を自動的に実行する。ＡＧＶは一般的に、特定のマテリアルハンドリング作業を完了するために必要な従業員の数を制限することによって、安全性を向上させ、オーバーヘッドを削減するために使用されている。さらに、ＡＧＶは、信頼性があり、２４時間連続運転が可能である。このような人手による作業より優れた性能は、倉庫設備の効率化につながる。従来のＡＶＧは、移動方向が非常に限定されており、水平軸・水平面での移動が制限されているものや、垂直軸・垂直面での移動が制限されているものがある。

従来技術でＸ－Ｙ軸とＹ－Ｚ軸で移動することが提案されているが、ラックシステムとともに全体的な構造が非常に複雑で、操作が煩雑である。このような自動配送システムには進歩が見られるが、大規模なシステムを展開する際のスケーラビリティとスピードを高めるために、構造面や操作面でより複雑でない自動ＡＶＧの必要性が依然として存在する。

また、限られた倉庫のスペースと利用可能なエネルギーの利用効率を高める技術も必要とされている。

本発明は、上記のような制限に鑑みて創案されたものであり、その目的は、３次元的に全て移動することができ、ペイロード（荷物）の効率的な保管及び回収が効率的により収納スペースを最大限に活用できる自動３軸移動台車を提供することにある。

本発明の一態様では、倉庫型施設内の少なくとも２つの集配スタンドの間でペイロードを保管及び回収するための移動台車である。一実施形態では、駆動システム、制御システム、およびペイロードエリアを含む第１フレームを含む。第１フレームは、８つの車輪を備え、第１フレームの第１の４車輪は、移動台車を「Ｘ」方向に移動させるように構成される。ピニオン内蔵車輪である第１フレームの第２の車輪は、移動台車を「Ｚ」方向に移動させるように構成されている。さらに、第１フレームに移動可能に取り付けられている第２フレームを含み、第２フレームは、ギアモータ、駆動プーリ、駆動ベルト、４つのリードスクリューユニット、複数のセンサ及び第３の４車輪を含み、第３の４車輪は、移動台車を「Ｙ」方向の動きに動かすように構成されている。「Ｘ」方向から「Ｙ」方向へ、「Ｙ」方向から「Ｚ」方向へ、「Ｘ」方向から「Ｚ」方向へ、その逆方向へ変えるための車輪変更機構により、移動台車は動作中に三次元の動きを実現する。

理解されるべきこととして、本明細書に記載および図示されたシステム、装置および技術は、倉庫管理、製造、流通、小売などを含むがこれらに限定されない多数の状況および環境において利用することができる。本発明のさらなる形態、目的、特徴、側面、利益、利点、および実施形態は、ここに提供される詳細な説明および図面から明らかになるであろう。

本発明は、以下に示す詳細な説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面から、より完全に理解されるであろう。

図１は、本発明の一実施形態による、倉庫型施設内でのペイロードの保管及び回収を容易にする、位置にある第１フレームおよび第２フレームを含む移動台車（（ａ）としての上面図および（ｂ）としての下面図）を示す。

図２（ａ）は、本発明の一実施形態による移動台車の第１フレームから切り離された第２フレームを示す図である。（ｂ）および（ｃ）は、本発明の一実施形態例による第２フレームのエレベーション機構を示す。

図３は、本発明の一実施形態による、倉庫型施設の多段式保管構造物における移動台車の動作を示す。

当業者は、図中の単純化および明確化のために図示され、縮尺通りに描かれていない場合があることを理解するだろう。例えば、図中の要素の一部の寸法は、本開示の様々な例示的な実施形態の理解を向上させるために、他の要素に対して誇張されている場合がある。

図面を通して、同じまたは類似の要素、特徴、および構造を描写するために、同様の参照番号が使用されていることに留意されたい。

本発明の原理の理解を促進する目的で、次に、図面に例示された実施形態を参照し、特定の言語を使用して同じものを説明する。それにもかかわらず、本発明の範囲の限定がそれによって意図されないことが理解されるであろう。記載された実施形態における任意の変更およびさらなる修正、ならびに本明細書に記載された本発明の原理の任意のさらなる適用は、本発明が関連する技術分野の当業者に通常生じるであろうように企図される。本発明の一実施形態は、非常に詳細に示されているが、関連する技術分野の当業者には、本発明に関連しないいくつかの特徴については、分かりやすくするために図示しない場合があることが明らかであろう。

以下に説明する移動台車システムは、シャトル、動力付きトロリーなどを含むがこれらに限定されない、任意のタイプの無人搬送車を含むことができる。移動台車は、典型的には、工場、倉庫、流通センター、勾配路などの案内された経路又はルートの周りを移動する無人で自走する車両である。潜在的な移動台車の用途のいくつかの例を挙げると、材料の取り扱い、倉庫での部品の配送、及び製造プロセスの様々な段階を通して車両シャーシなどのワークピース又はアセンブリを前へ進めることが挙げられる。本明細書でさらに説明するように、移動台車は、製造装置を静止したワークピースに誘導してその上で製造プロセスを実行するためにも使用することができる。熟練した技術者は、いくつかの例を挙げると、光学センサ、磁気センサ、電界センサ、全地球測位システム（ＧＰＳ）センサ、慣性誘導手段、レーザ誘導、およびジョイスティックまたは他の制御装置を介した人間の制御を用いて移動台車を所望の経路に沿って移動させるものを含む多数の異なるタイプの移動台車があることを理解するであろう。以下に説明する移動台車システムは、特定のタイプの移動台車に限定されるものではなく、先に述べた例のいずれでも、また、当技術分野で知られている他のタイプの移動台車でも使用することができる。

図１（ａ）及び（ｂ）は、フレーム、ペイロードエリア又はプラットフォーム、一対の駆動機構及び車輪を含む例示的な移動台車を示す。もちろん、移動台車は、センサ、電子制御ユニット、バッテリパック、バッテリ充電装置、ドッキングシステム、部品持ち上げ機構などのような他の構成要素も含み得る。これらの他の構成要素は、当業者に公知の方法で構成及び組立が可能であり、したがって、これ以上詳細には説明しない。フレームは、移動台車のシャーシ又は構造的枠組みとして機能し、任意の数の異なる配置に従って、様々な材料から構築することができる。ペイロードエリア又はプラットフォームは、フレームにしっかりと固定され、好ましくは、移動台車が輸送するために設計されたあらゆる荷物を運ぶように設計される。場合によっては、移動台車は、物体又はアセンブリ（例えば、材料、小包など）を輸送することが期待され、そのような場合、フレーム及び／又はプラットフォームは、強化される必要があるかもしれない。その名が示すように、駆動機構は一般に、移動台車が案内された経路に沿って進む際に、移動台車を駆動または推進する。駆動機構が移動台車を駆動することも、他のタスクを組み合わせて実行することも可能である。移動台車は、リチウムイオン電池で構成された電源を備えている。電源は、バスバー、コンデンサ、非接触給電などが考えられるが、これらに限定されない。移動台車は、経路に沿った１つ以上の障害物を検出するために、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）センサを使用する。障害物検出のための他のセンサは、超音波センサ、ＩＲベースの近接センサ、レーザーセンサ、ビジョンベースセンサであってもよい。

駆動機構のより詳細な説明は以下に提供されるが、移動台車上の駆動機構の数および位置は、アプリケーションの特定のニーズに従って変化し得ることを理解されたい。例えば、例示的な移動台車は、ギアモータの助けを借りて、複数の駆動機構を含む。この特定の実施形態では、前部及び後部駆動機構の両方が移動台車の第１フレーム上に配置されているが、駆動機構の他の位置も可能である。移動台車の車輪は、キャスターまたは任意の他の適切なタイプの回転体であってもよく、案内された経路に沿って移動台車を円滑に移動させることを支援できる。

本発明の実施形態では、移動台車は、倉庫型施設内の少なくとも２つの集配スタンドの間でペイロードの保管及び回収のためのものである。移動台車は、互いに重ね合わされ、共にフレーム構造を形成する第１フレームと第２フレームを含む。実施形態では、第１フレームは、第２フレームに対するハウジングとして機能する。第１フレームは、駆動システム、制御システム、及びペイロードエリアを含む。駆動システムは、一般に、移動台車が地面又は他の表面に沿って進む際に、移動台車を駆動、移動、又は推進する。駆動システムは、フレームに取り付けられてもよく、駆動システムの数及び位置は、用途の特定の必要性に応じて変化してもよい。例えば、例示的な移動台車は、移動台車の前方に第１の駆動システムを、後方に第２の駆動システムを含むことができるが、これは必要ではなく、移動台車を推進するために１つほどの駆動システムを含んでてもよい。駆動システムの正確な数、位置および配置は、移動台車が輸送すると予想されるペイロードの性質、および移動台車が意図されたルートまたは誘導された経路に従うために行う必要がある操作または旋回によって決定され得る。第１フレームは、４車輪からなり、第１フレームの第１の４車輪は、移動台車を「Ｘ」方向の動きに動かすように構成され、第１フレームの第２の車輪であるピニオン内蔵車輪は、移動台車を「Ｚ」方向の動きに動かすように構成される。第１フレームに移動可能に取り付けられる第２フレームであって、第２フレームは、ギアモータ、駆動プーリ、駆動ベルト、４つのリードスクリューユニット、複数のセンサ及び第３の４車輪を含み、第３の４車輪は、移動台車を「Ｙ」方向の動きに動かすように構成される。実施形態では、移動台車は、リードスクリュー機構を用いて軸を変更することができる（すなわち、Ｘ－Ｙ軸変更及びＸ／Ｙ－Ｚ軸変更）。フレームの相対的な移動により、ＸＹＺ軸の変更のための移動台車が可能になる。この可動性により、移動台車は、保管構造物のどの地点からでも独立してＺ方向に移動できるため、リフトの（持ち上げる）必要性やボトルネックを解消する。

ペイロードエリアを覆う第１フレームは、ペイロードの保管及び回収（格納及び取り出し）のための格納可能手段を有し、格納可能手段は、指状の物を有する複数のケーシングを含む。例示的な実施形態では、格納可能手段は、伸縮可能なアームを含み、指状の物の機能性（すなわち、回転可能）のためにペイロードエリアへ又はからペイロードをプッシュ／プルする。保管及び回収のための他の機構は、アンダースライドフォーク、チェーンと指状の物を使った機構、グリッパー機構などであってもよい。

一実施形態では、取り付けられた第１の４車輪を使用する移動台車は、車両を水平方向に移動することを支援し、取り付けられた第２の４車輪は、車両を垂直方向に移動することを支援する。この実施形態では、第１／第２／第３の車輪は、相対的なフレーム位置に応じて、トラックと選択的に係合したり、係合解除されたりする。このため、移動台車の車輪は、移動したいどの方向にも移動できるように常に装備されている。移動台車の軸変更機構は、第１の車輪をＸ軸と係合させるか、第２の車輪をＺ軸と係合させるか、第３の車輪をＹ軸と係合させるかのいずれかを単独で担当する。一実施形態では、相対的なフレーム位置の検出は、ＩＲベースの近接センサによるものである。他のセンサは、リミットスイッチ、レーザーセンサ、超音波センサ等であってもよい。トラックを横切ってガイドするために、移動台車は、視覚ベースのバーコードリーダーを使用する。他の位置決めシステムには、レーザーベースのバーコードリーダー、磁気テープ、ＬＩＤＡＲベースのナビゲーション、視覚ベースのナビゲーション、レーザーガイドナビゲーション、誘導ワイヤーベースのナビゲーションが含まれる。

図２は、本発明の一実施形態に係る移動台車の第１フレームから切り離された第２フレーム（ａ）を示す。本発明の一実施形態では、第１フレームに移動可能に取り付けられる第２フレームは、ギアモータ、持ち上げ用駆動プーリ、駆動ベルト、４つのリードスクリューユニット、複数のセンサ及び第３の４車輪を含み、第３の４車輪は移動台車を「Ｙ」方向の動きで動かすように構成される。例示的な実施形態において、第２フレームは、第１フレームの支持構造として機能する。移動台車の車輪変更機構は、動作中に三次元の動きを実現する。この機構は、「Ｘ」から「Ｙ」方向への動き、「Ｙ」から「Ｚ」方向への動き、「Ｘ」から「Ｚ」方向への動き、およびその逆方向の動きの両方に変えるために使用される。主に、車輪変更機構は、ギアモータ、駆動プーリ、駆動ベルト、４つのリードスクリューユニット、持ち上げ位置確認のために取り付けられた近接センサー（１７）を含む。移動台車の方向変更時には、時計回りまたは反時計回りに車輪を回転させるギアモータを使用して、第３の４車輪を上昇または下降させる。

移動台車に使用されるセンサは、制御ユニット又は複数のユニットに電子的に結合され、移動台車の位置、整列、及び／又は向きに関する情報を提供又は収集する１又は複数のセンサを含むことができる。センサは、もちろん、当該技術分野で知られている他のあらゆる種類のものであってもよく、代替的にまたは追加的に、位置特定機構の一部として含まれるかまたは使用されてもよい。例示的な実施形態では、センサは、障害物からの３６０度の保護を提供する複数のＬＩＤＡＲセンサである。センサの他の例としては、赤外線、超音波、視覚及びレーザーベースのセンサが挙げられるが、これらに限定されない。さらにリードスクリューは、回転運動を直線運動に変換または転換する、当技術分野で知られているいくつかのタイプのいずれでもよい。リードスクリューは、内ねじ式のナット内でねじ付きロッドを回転させることでその機能を発揮し、ナットは上下に動かすべき部品に固定されている。ナットは、ねじ付きロッドが回転すると、ねじ付きロッドに沿って移動する。リードスクリューは、当該技術分野で知られているように、ボールスクリューであってもよく、ナットは、より低摩擦でより正確な方法で転換を可能にするために、ねじ付きロッドのねじに沿って耐荷重ボールを移動させて再循環させるボールアセンブリである。さらに、図２－（ｂ）及び（ｃ）は、本発明の例示的な実施形態による第２フレームのギアモータを用いたエレベーションまたは持ち上げ機構を示す図である。

図３を参照すると、一般に２１で示される倉庫システムの一部が示されており、経路の複数レベルのグリッドと、グリッドを通って移動するように制御される移動台車（カートまたはシャトルとも呼ばれ得る）をさらに定義している。ラック構造２１は、移動台車が移動し得る複数の経路を集合的に規定する、全方向に延びる複数の離間したレールを含む。後述するように、複数の方向経路は、ペイロード又は材料が保管される保管区域の下を通る。倉庫システムは、複数のペイロード保管レベルを含み、カートが保管され得る、複数のカート保管レベルを含み得る。ラック構造は、ペイロードの有無にかかわらず、カートを様々なレベル間で移動させるように構成されたアセンブリも含んでいる。したがって、ラック構造は、カートが異なるレベルの位置の間を長く移動するための経路を規定する。図示された実施形態は、わずか数個のレベル、および保管エリアを有する限定されたサイズであるが、倉庫システムは、任意の適切な数のレベル、保管エリア、およびｘ、ｙ、ｚ方向経路を有することができる。図３に示すように、第２の車輪を用いた移動台車は、鉛直方向に移動する。ピニオン内蔵車輪である第２の車輪は、移動台車を「Ｚ」方向の動きに動かすように構成されている。

倉庫システムは、システムを操作する制御ロジックを実装するためにソフトウェア命令を実行するコントローラを含むことができる。コントローラは、カートの動きを制御するようにプログラムされてもよいし、カートは、コントローラから命令を受け取り、その動きと動作を制御するためにソフトウェア命令を実行する処理システムを含んでもよい。カートは、ローカル・ポジショニング・システムを介して、システム内のロケーション・マーカーを介して、又は距離及び方向のトラッキングなど、任意の適切な方法で自分自身の位置を特定することができる。コントローラは、無線通信、有線、またはＩＲなど、任意の適切な方法で、カートと直接または間接的に、および倉庫システムの他の処理システムと通信してもよい。

前述の説明は、本発明の１つまたは複数の好ましい例示的な実施形態に関するものであることを理解されたい。本発明は、本明細書に開示された特定の実施形態（複数可）に限定されるものではなく、むしろ、以下の請求項によってのみ定義されるものである。さらに、前述に含まれる記載は、特定の実施形態に関するものであり、用語またはフレーズが上記で明示的に定義されている場合を除き、本発明の範囲または特許請求の範囲で使用される用語の定義に対する制限として解釈されることはないものとする。開示された実施形態（複数可）に対する様々な他の実施形態および様々な変更および修正は、当業者にとって明らかになるであろう。すべてのそのような他の実施形態、変更、および修正は、添付の特許請求の範囲の範囲に入ることが意図されている。

本明細書および特許請求の範囲で使用されるように、用語「例えば」、「例えば」および「そのような」、ならびに動詞「備える」、「有する」、「含む」、およびそれらの他の動詞形は、１つまたは複数のコンポーネントまたは他のアイテムのリストと組み合わせて使用する場合、それぞれオープンエンドとして解釈され、そのリストは他の、追加のコンポーネントまたはアイテムは除外しないと見なされるという意味とする。その他の用語は、異なる解釈を必要とする文脈で使用されない限り、最も広い合理的な意味を用いて解釈されるものとする。

参照番号

Claims (8)

1. 倉庫型施設内の少なくとも２つの集配スタンドの間でペイロードを保管及び回収するための移動台車であって、
   駆動システム、制御システム、およびペイロードエリアを含む第１フレームと、
   第１フレームに移動可能に取り付けられている第２フレームと、を備え、
   第１フレームは４車輪を備え、第１フレームの第１の４車輪は、移動台車を「Ｘ」方向の動きで動かすように構成され、ピニオン内蔵車輪である第１フレームの第２の車輪は、移動台車を「Ｚ」方向の動きで動かすように構成され、
   第２フレームは、ギアモータ、駆動プーリ、駆動ベルト、４つのリードスクリューユニット、複数のセンサ、および第３の４車輪を含み、第３の４車輪は、移動台車を「Ｙ」方向の動きで動かすように構成される、
   移動台車。
2. 動作中に三次元の動きを実現するための車輪変更機構をさらに含み、該機構は、「Ｘ」方向から「Ｙ」方向への動き、「Ｙ」方向から「Ｚ」方向への動きおよび「Ｘ」方向から「Ｚ」方向への動き、およびその逆方向の動きを変えるために使用されることを特徴とする請求項１に記載の移動台車。
3. 車輪変更機構は、ギアモータ（９）、駆動プーリ（１２）、駆動ベルト（１６）、４つのリードスクリューユニット（１４，１５）および近接センサ（１７）を含むことを特徴とする請求項２に記載の移動台車。
4. 方向変更時には、車輪を時計回りまたは反時計回りに回転させるギアモータを用いて第３の４車輪を上昇または下降させることを特徴とする請求項１に記載の移動台車。
5. センサは、持ち上げ位置確認のために取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の移動台車。
6. ペイロードエリアを覆う第１フレームは、ペイロードの保管及び回収のための格納可能手段を有し、格納可能手段は、指状の物を有する複数のケーシングを含むことを特徴とする請求項１に記載の移動台車。
7. 第１の４車輪は、車両を水平方向に移動させることを補助するために取り付けられ、第２の４車輪は、車両の垂直方向に移動させることを補助するために取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の移動台車。
8. フレームの相対的な移動により、移動台車はＸＹＺ軸の変更が可能となり、これにより、移動台車は保管構造物のどの地点からでもＺ方向に独立して移動でき、持ち上げの必要性やボトルネックを解消することを特徴とする請求項１に記載の移動台車。