JP2024094473A - 荷役車両、荷役車両の制御方法及び荷役車両の制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】荷崩れの発生を好適に抑制する。
【解決手段】フォークリフト１は、直進走行及び旋回走行が可能な車体１０と、車体１０に設けられて荷Ｌを保持するフォーク１２と、荷Ｌの重量を取得する荷重センサ２９と、フォーク１２の加速度及び角速度の少なくとも一方を取得するフォークＩＭＵ２５と、制御部２７とを備える。制御部２７は、荷Ｌの重心位置を取得し、フォーク１２の加速度及び角速度の少なくとも一方と、荷Ｌの重量及び重心位置とに基づいて、荷Ｌの動的な重心位置であるＺＭＰを算出し、ＺＭＰに基づいて、荷Ｌが転倒するか否かを判定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、荷役車両、荷役車両の制御方法及び荷役車両の制御プログラムに関する。

フォークリフト等の荷役車両を使用する現場では、荷の転倒や落下を含む荷崩れを防ぐために、車両速度が制限される場合がある。車両速度が制限されると作業効率が悪化するため、車両速度の制限度合いを緩和しつつ好適に荷崩れを抑制できる技術が望まれていた。

そこで、例えば特許文献１に記載の技術では、車載カメラで撮影した画像に基づいて荷の外郭座標を検出し、当該外郭座標に基づいて荷が偏って配置されているか否かを判定している。

特開２０２２－１２３５３７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、専用の車載カメラを必要としている。より簡便な構成で荷崩れの発生を抑制できることが望ましい。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、荷崩れの発生を好適に抑制することを目的とする。

本発明に係る荷役車両は、
直進走行及び旋回走行が可能な車体と、
前記車体に設けられて荷を保持する荷役装置と、
前記荷の重量を取得する第１取得部と、
前記荷役装置の加速度及び角速度の少なくとも一方を取得する第２取得部と、
前記荷の重心位置を取得する第３取得部と、
前記荷役装置の加速度及び角速度の少なくとも一方と、前記荷の重量及び重心位置とに基づいて、前記荷の動的な重心位置であるＺＭＰ（ゼロモーメントポイント）を算出する算出部と、
前記ＺＭＰに基づいて、前記荷が転倒するか否かを判定する判定部と、
を備える。

本発明によれば、荷崩れの発生を好適に抑制することができる。

実施形態に係るフォークリフトの側面図である。 実施形態に係るフォークリフトの概略の制御構成を示すブロック図である。 実施形態に係る荷崩れ抑制処理の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る荷崩れ抑制処理を説明するための図である。 実施形態に係る荷の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［フォークリフトの構成］
図１は、本実施形態に係るフォークリフト１の側面図である。
本実施形態に係るフォークリフト１は、本発明に係る荷役車両の一例であり、例えば倉庫内での荷Ｌの搬送を含む荷役作業を行う。フォークリフト１は、特に限定はされないが、無人（自動）で動作可能な無人搬送フォークリフト（ＡＧＦ：Automated Guided Forklift）であり、管理サーバ２００（図２参照）からの動作指令等に基づいて所定の荷役作業を行う。
なお、以下の説明において、前後左右上下の各方向の記載は、特に断りのない限り、フォークリフト１から見た方向を意味するものとする。

具体的に、フォークリフト１の車体１０は、車両本体１１、フォーク１２、昇降体（リフト）１３、マスト１４、車輪１５を備える。車体１０は、所定の向きで進行方向に走行可能となっている。マスト１４は車両本体１１の後方に設けられ、図示しない駆動源によって駆動されて車両本体１１の前後に傾斜する。昇降体１３は、図示しない駆動源によって駆動され、マスト１４に沿って昇降する。昇降体１３には、荷Ｌやパレット３０などを保持する左右一対のフォーク１２が取り付けられている。一対のフォーク１２は、マスト１４及び昇降体１３の駆動により、車両本体１１に対する傾斜及び昇降が可能となっている。本発明に係る荷役装置は、フォーク１２、昇降体１３及びマスト１４を含む。なお、マスト１４は傾斜せずに、昇降体１３がマスト１４に対して傾斜する構成であってもよい。
パレット３０は、荷Ｌが載置された荷受台である。このパレット３０は、短矩形板状に形成され、一対のフォーク１２が挿入される２つの孔部（フォークポケット）３２を有する。

図２は、フォークリフト１の概略の制御構成を示すブロック図である。
この図に示すように、フォークリフト１は、上記構成に加え、駆動部２１、操作部２２、表示部２３、通信部２８、車体ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit；慣性計測ユニット）２４、フォークＩＭＵ２５、荷重センサ２９、記憶部２６、制御部２７を備える。

駆動部２１は、フォークリフト１の各種駆動源である走行モータ、操舵モータ及び荷役モータ（いずれも図示省略）を含む。走行モータは、車輪１５のうちの駆動輪を駆動する。操舵モータは、車輪１５のうちの操舵輪を回転（操舵動作）させる。これにより、フォークリフト１（車体１０）は、直進走行及び旋回走行が可能となっている。荷役モータは、昇降体１３の昇降とマスト１４の傾倒との各動作を行わせる駆動源である。荷役モータ（荷役アクチュエータ）は油圧アクチュエータ等であってもよい。

操作部２２は、例えば有人（手動）運転時に運転者が各種操作を行う操作手段である。操作部２２は、例えばハンドルやペダル、レバー、各種ボタン等を含み、これらの操作内容に応じた操作信号を制御部２７に出力する。
表示部２３は、例えば液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイその他のディスプレイであり、制御部２７から入力される表示信号に基づいて各種情報を表示する。なお、表示部２３は、操作部２２の一部を兼ねるタッチパネルであってもよい。また、表示部２３は、音声出力可能な音声出力部を含んでもよい。
通信部２８は、管理サーバ２００等との間で各種情報を送受信可能な通信デバイスである。

車体ＩＭＵ２４は、車体１０に配置され、車体１０の三次元の加速度及び角速度を計測して、その結果を制御部２７に出力する。
フォークＩＭＵ２５は、フォーク１２に内蔵され、フォーク１２の三次元の加速度及び角速度を計測して、その結果を制御部２７に出力する。ただし、フォークＩＭＵ２５は、直進時のフォーク１２（車体１０）の加速度と、旋回時のフォーク１２の角速度との少なくとも一方を取得できればよい。

荷重センサ２９は、駆動部２１のうちの荷役アクチュエータの荷重（負荷）を検出するセンサである。荷重センサ２９は、例えば、昇降体１３を昇降させる油圧アクチュエータの油圧を検出する油圧センサを含む。

記憶部２６は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等により構成されるメモリであり、各種のプログラム及びデータを記憶するとともに、制御部２７の作業領域としても機能する。本実施形態の記憶部２６は、後述の荷崩れ抑制処理（図３参照）を実行するための荷崩れ抑制プログラム２６０を予め記憶している。
制御部２７は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成され、フォークリフト１各部の動作を制御する。具体的に、制御部２７は、管理サーバ２００からの動作指令等に基づいて駆動部２１を動作させたり、記憶部２６に予め記憶されているプログラムを展開し、展開されたプログラムと協働して各種処理を実行したりする。

［荷崩れ抑制処理］
続いて、荷役作業中のフォークリフト１が荷崩れ抑制処理を実行するときの動作について説明する。
図３は、荷崩れ抑制処理の手順を示すフローチャートであり、図４は、荷崩れ抑制処理を説明するための図である。

荷崩れ抑制処理は、フォークリフト１が荷役作業を行うときに、フォーク１２上に保持した荷Ｌのパレット３０上での転倒を抑制する処理であって、作業中に継続的に実行される処理である。荷崩れ抑制処理は、フォークリフト１の制御部２７が記憶部２６から荷崩れ抑制プログラム２６０を読み出して展開することで実行される。
なお、荷崩れ抑制処理は、荷役作業の略全体を制御する荷役処理に含まれてもよい。

図３に示すように、荷役処理に伴って荷崩れ抑制処理が実行されると、まず制御部２７は、図示しない管理サーバ２００からの動作指令に基づいて、例えば倉庫内等でパレット３０上の荷Ｌを搬送する荷役作業を開始し（ステップＳ１）、フォーク１２上に荷Ｌを保持する。

フォーク１２上に荷Ｌを保持すると、制御部２７は、荷重センサ２９により荷Ｌの重量を検出する（ステップＳ２）。

次に、制御部２７は、車体１０の動作によって荷Ｌに作用する慣性力を求める（ステップＳ３）。車体１０の動作には、並進（直進）、回転（旋回）、及びこれらの複合が含まれる。
具体的に、制御部２７は、フォークＩＭＵ２５により計測したフォーク１２（荷Ｌ）の加速度又は角速度と、ステップＳ２で求めた荷Ｌの重量とに基づいて、荷Ｌに作用する慣性力を算出する。

次に、制御部２７は、荷Ｌの重心の位置を求める（ステップＳ４）。
ここでは、制御部２７は、管理サーバ２００から予め（又は当該ステップＳ３の時点で）取得した荷Ｌの形状情報（サイズ情報を含む）と、ステップＳ２で検出した荷Ｌの重量とに基づいて、荷Ｌの重心の位置を求める。
なお、形状に加えて荷Ｌの密度又は重量分布の情報等を取得できた場合には、荷Ｌの重心の位置を直接算出できるが、詳細な荷Ｌの情報を得ることができない場合もあり得る。このような場合には、簡易的に荷Ｌの中心位置を重心と設定してもよい。また、荷Ｌの転倒に対する安全サイドの考え方を採用し、算出された位置（又は荷Ｌの中心位置）よりもやや上側の位置を重心としてもよい。また、例えば形状を取得可能なセンサを車体１０に搭載していた場合には、当該センサにより荷Ｌの形状情報を取得してもよい。

次に、制御部２７は、荷Ｌの動的な重心位置であるゼロモーメントポイント（ＺＭＰ）の位置を求める（ステップＳ５）。
ＺＭＰは、重力Ｍと慣性力Ｎの合力Ｆのモーメントがゼロとなる位置である。すなわち、ＺＭＰは、図４（ａ）に示すように、重力Ｍと慣性力Ｎの合力（ベクトル）Ｆが床面（パレット３０表面）と交わる点である。具体的に、制御部２７は、ステップＳ２～Ｓ４で求めた荷Ｌの重量（重力Ｍ）、作用する慣性力Ｎ、重心Ｇの位置に基づいて、合力Ｆを算出し、当該合力Ｆとパレット３０表面との交点としてＺＭＰの位置を算出する。

次に、制御部２７は、ステップＳ５で求めたＺＭＰの位置が、パレット３０と接触する荷Ｌの底面Ｌａ内の所定範囲に含まれているか否かを判定する（ステップＳ６）。
ここでは、制御部２７は、ＺＭＰの位置が、底面Ｌａ上の所定の点Ｐ２よりも内側（荷Ｌの重心Ｇに近い側）に位置するか否かを判定する。点Ｐ２は、慣性力Ｎの方向における底面Ｌａの端点Ｐ１よりも内側の点であって、重心Ｇから底面Ｌａに下ろした垂線の足を中心として幅ａＷを有する２点のうち、慣性力Ｎが作用している方向（側）の点である。幅ａＷは、慣性力Ｎの方向における底面Ｌａの幅（長さ）Ｗに対して１未満の係数ａを乗じたものである。係数「ａ」は、１未満であれば特に限定されず（例えば０．９５）、種々の演算誤差や安全率を見込んで設定される。
そして、ＺＭＰの位置が荷Ｌの底面Ｌａ内の所定範囲に含まれていると判定した場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、制御部２７は、荷Ｌがパレット３０上で転倒するおそれは少ないと判断し、車体１０の動作をそのまま続行させる（ステップＳ７）。

一方、ステップＳ６において、ＺＭＰの位置が荷Ｌの底面Ｌａ内の所定範囲に含まれていないと判定した場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、制御部２７は、ＺＭＰの位置が荷Ｌの底面Ｌａ内の所定範囲に含まれるように、慣性力Ｎを抑制する（ステップＳ８）。
ここで、慣性力Ｎを抑制しない場合には、図４（ｂ）に示すように、ＺＭＰの位置が荷Ｌの底面Ｌａの外側に外れて荷Ｌが底面Ｌａの端点Ｐ１回りに転倒するおそれがある。そこで、制御部２７は、ＺＭＰの位置がより確実に荷Ｌの底面Ｌａ（の所定範囲）内に入って転倒のおそれが低減するように、慣性力Ｎ（すなわち加速度又は角加速度）を小さくする。

次に、制御部２７は、荷崩れ抑制処理を終了させるか否かを判定し（ステップＳ９）、終了させないと判定した場合には（ステップＳ９；Ｎｏ）、上述のステップＳ２へ処理を移行し、荷役作業を続ける。
そして、例えば荷役作業の終了等により、荷崩れ抑制処理を終了させると判定した場合には（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、制御部２７は、荷崩れ抑制処理を終了させる。

［本実施形態の技術的効果］
以上のように、本実施形態によれば、荷重センサ２９により取得された荷Ｌの重量と、フォークＩＭＵ２５により取得されたフォーク１２（荷Ｌ）の加速度及び角速度の少なくとも一方と、荷Ｌの重心位置と、に基づいて、荷Ｌの動的な重心Ｇ位置であるＺＭＰが算出される。そして、ＺＭＰに基づいて、荷Ｌが転倒するか否かが判定される。
これにより、専用の車載カメラを必要とすることなく簡便な構成で荷Ｌが転倒するか否かを判定できる。したがって、荷崩れの発生を好適に抑制することができる。
また、フォークＩＭＵ２５をフォークリフト１に搭載することで、フォークリフト１自体の転倒防止制御に流用できたりピッチングや振動を検出できるので、フォークリフト１自体の安定化制御に利用しつつ、ＺＭＰの算出にも利用して荷Ｌが転倒しないように制御できる。

また、本実施形態によれば、ＺＭＰが荷Ｌの底面Ｌａ内の所定範囲よりも外側に外れている場合に、荷Ｌが転倒する（おそれがある）と判定される。
つまり、底面Ｌａの端点Ｐ１を判定閾値とした場合、その判定時点で荷Ｌの転倒が生じるおそれがあるところ、端点Ｐ１よりも手前（内側）の位置で判定することで、荷Ｌの転倒をより確実に抑制できる。
また、本実施形態によれば、ＺＭＰが荷Ｌの底面Ｌａ内の所定範囲よりも外側に外れて、荷Ｌが転倒する（おそれがある）と判定された場合に、車体１０に作用する慣性力Ｎが抑制される。
これにより、慣性力Ｎを抑えてＺＭＰを底面Ｌａの所定範囲内に移動させ、荷Ｌの転倒を抑制できる。

また、本実施形態によれば、少なくとも荷Ｌの形状の情報が通信部２８を通じて管理サーバ２００等から取得され、取得された荷Ｌの形状の情報に基づいて荷Ｌの重心Ｇ位置が算出される。
これにより、好適に荷Ｌの形状の情報を取得して、荷Ｌの重心Ｇの位置を求めることができる。
なお、物流システムにおいては、トラックなどを利用して、製造工場から複数の倉庫を経由して小売店又は配送センターに配送され、これらの物流を効率的に行うため、倉庫内やトラック内においても、荷Ｌの種別や座標が高度に管理されるケースが想定される。そのようなケースにおいては、荷Ｌの寸法（XYZ）や重量の情報の情報を記憶・記録しておくのが望ましい。そうして取得した情報を用いることで、容易に精度よくＺＭＰを算出することができる。また、物流（例えばコンベアでの搬送）の中で、設備側のセンサでXYZ寸法を測定しておくこと等もできる。荷役車両が備えるセンサで形状を取得しても良いが、センサの配置によっては、死角が生じることも想定されるため、物流の中で予め情報を記録して保持しておくのがより好ましい。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態（変形例含む）に限られない。
例えば、上記実施形態では、荷Ｌがパレット３０上で一体的に転倒する場合について説明した。しかし、本発明は、例えば図５に示すように、荷Ｌが複数の荷Ｌ１を含み、そのなかで荷Ｌ１が個別に転倒する場合を含む。この場合、管理サーバ２００から荷Ｌ１の数量の情報を取得できれば、全体の重量を当該数量で割ることにより荷Ｌ１の単位重量が分かる。荷Ｌ１の形状は管理サーバ２００から取得できる。

また、上記実施形態では、水平に載置された荷Ｌの転倒について説明した。しかし、フォークリフト１が斜面を走行して車体１０が傾斜していたり、フォーク１２がチルト操作されて車体１０に対して傾斜していたりする場合には、これらの傾斜を加味する必要がある。この場合でも、荷Ｌの傾斜は、フォークＩＭＵ２５から姿勢情報として取得できる。ただし、車体ＩＭＵ２４を利用して取得してもよい。
また、車体１０に対して並進運動の加速度と回転運動の角加速度とが複合して作用する場合には、これら両者を加味すればよい。

また、上記実施形態では、フォークリフト１に搭載された制御部２７が各種演算等を行うこととした。しかし、フォークリフト１外に設けられた制御手段（例えば管理サーバ２００等の外部装置）が、フォークリフト１から送信された情報に基づいて演算を行い、その結果をフォークリフト１に送信することとしてもよい。

また、上記実施形態では、フォークリフト１が無人搬送フォークリフトであることとした。しかし、本発明に係る荷役車両は、有人運転（遠隔操作含む）が可能なものや、有人運転と無人運転を切り替え可能なものを含む。また、本発明は有人運転のアシスト機能としても利用可能である。
また、本発明に係る荷役車両は、フォーク（又はそれに類する荷役装置）で荷を保持して走行できるものであればフォークリフトに限定されず、例えば無人で走行する無人搬送車（ＡＧＶ：Automated Guided Vehicle）等を含む。
その他、上記実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ フォークリフト（荷役車両）
１０ 車体
１２ フォーク（荷役装置）
１３ 昇降体
１４ マスト
２４ 車体ＩＭＵ（第２取得部）
２５ フォークＩＭＵ（第２取得部）
２６ 記憶部
２７ 制御部（第３取得部、算出部、判定部、動作制御部）
２８ 通信部
２９ 荷重センサ（第１取得部）
３０ パレット
２００ 管理サーバ
２６０ 荷崩れ抑制プログラム
Ｆ 合力
Ｇ 重心
Ｌ、Ｌ１ 荷
Ｌａ 底面
Ｍ 重力
Ｎ 慣性力
Ｐ１ 荷の底面の端点
ＺＭＰ ゼロモーメントポイント

Claims (6)

1. 直進走行及び旋回走行が可能な車体と、
   前記車体に設けられて荷を保持する荷役装置と、
   前記荷の重量を取得する第１取得部と、
   前記荷役装置の加速度及び角速度の少なくとも一方を取得する第２取得部と、
   前記荷の重心位置を取得する第３取得部と、
   前記荷役装置の加速度及び角速度の少なくとも一方と、前記荷の重量及び重心位置とに基づいて、前記荷の動的な重心位置であるＺＭＰを算出する算出部と、
   前記ＺＭＰに基づいて、前記荷が転倒するか否かを判定する判定部と、
   を備える荷役車両。
2. 前記判定部は、前記ＺＭＰが前記荷の底面内の所定範囲よりも外側に外れている場合に、前記荷が転倒すると判定する、
   請求項１に記載の荷役車両。
3. 前記荷が転倒すると前記判定部が判定した場合に、前記荷に作用する慣性力を抑制する動作制御部を備える、
   請求項２に記載の荷役車両。
4. 外部装置と情報の送受信が可能な通信部を備え、
   前記第３取得部は、
   少なくとも前記荷の形状の情報を、前記通信部を通じて前記外部装置から取得し、
   前記荷の形状の情報に基づいて、前記荷の重心位置を算出する、
   請求項１に記載の荷役車両。
5. 直進走行及び旋回走行が可能な車体と、
   前記車体に設けられて荷を保持する荷役装置と、
   前記荷の重量を取得する第１取得部と、
   前記荷役装置の加速度及び角速度の少なくとも一方を取得する第２取得部と、
   を備える荷役車両の制御方法であって、
   前記荷役車両は、前記荷の重心位置を取得する第３取得部をさらに備え、
   制御部が、
   前記荷役装置の加速度及び角速度の少なくとも一方と、前記荷の重量及び重心位置とに基づいて、前記荷の動的な重心位置であるＺＭＰを算出する算出工程と、
   前記ＺＭＰに基づいて、前記荷が転倒するか否かを判定する判定工程と、
   を実行する荷役車両の制御方法。
6. 直進走行及び旋回走行が可能な車体と、
   前記車体に設けられて荷を保持する荷役装置と、
   前記荷の重量を取得する第１取得部と、
   前記荷役装置の加速度及び角速度の少なくとも一方を取得する第２取得部と、
   を備える荷役車両の制御プログラムであって、
   前記荷役車両は、前記荷の重心位置を取得する第３取得部をさらに備え、
   コンピュータを、
   前記荷役装置の加速度及び角速度の少なくとも一方と、前記荷の重量及び重心位置とに基づいて、前記荷の動的な重心位置であるＺＭＰを算出する算出部、
   前記ＺＭＰに基づいて、前記荷が転倒するか否かを判定する判定部、
   として機能させる荷役車両の制御プログラム。

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