JP4739137B2 - 荷物搬送ロボット - Google Patents

Description

本発明は、荷物搬送ロボットに関するものである。

床面上に載置された荷物を荷台上に移載する方法としては、特許文献１、２に記載されたものが知られている。特許文献１記載のものは、荷台前方に張り出したフォークフロントにより荷物をすくい上げた後、コンベアを使用して荷台上に移動させる。

また、特許文献２のものは、荷台上に屈曲して姿勢変更可能で、先端部に多段スライドアームを備えた支持アームを備える。床面上の荷物は、支持アームの先端に設けられる把持機構により把持されて吊り上げられ、荷台上に移載される。
特開平５-６９７７６号公報 特開平１１-１２４２９８号公報

しかし、これら従来例の移載装置を利用して荷物搬送ロボットを構成する場合には、以下の欠点がある。すなわち、前者のものは、フォークフロントを床面上に張り出させる必要があるために、大きな走行スペースを要するために、狭い廊下等がある一般室内で運用されるようなロボットには採用できない。

また、後者のものは、荷物を直接吊下して荷物の搭載を行うために、強度、引き上げ力ともに大きなアームを要し、装置が大型化する。

本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、小さな操作力で重い荷物を効率よく積載、荷下ろしすることが可能な荷物搬送ロボットの提供を目的とする。

荷物搬送ロボットは、荷物３をハンドリングするためのアーム４が搭載された荷台２を有し、走行部１により走行駆動される。走行部１には、車輪、あるいはクローラが使用される。

床面５上の荷物３を荷台２上に移載するに際し、まず、走行部１が駆動されて荷台２の前端縁が荷物３に正対する位置までロボットを移動させ（以後、本明細書において、荷台２が荷物３に正対した位置において、荷台２を中心に荷物３に正対する側を「前方」、反対方向を「後方」とする。）、次いで、アーム４を使用して荷物３の後端縁を引き上げる。

後端縁近傍が引き上げられた荷物３は前端縁を回転中心として前傾姿勢となり、この後、さらに、アーム４により荷物３を斜め上方に引き上げ、あるいは荷台２を前進移動させて荷台２前端を傾斜荷物３の底面に接触させる。次いで、荷物３の後端を荷台２側に引き上げると、荷物３の前端が床面５から離れる。この状態で荷物３の荷重の一部は、荷台２先端により支持されており、アーム４への荷重負担が軽減する。

この結果、アーム４の操作力、および強度を過度に大きくする必要がなくなり、ロボットの専有面積を小さくすることが可能になる。

本発明によれば、小さな操作力で重い荷物を効率よく積載、荷下ろしすることができる。

図１に示すように、荷物搬送ロボットは、走行部１を備えた荷台２上にアーム保持部８を搭載して形成される。荷台２には、加重計、あるいは反射型フォトインタラプタ等により形成される荷物確認センサ９が搭載される。

走行部１は、４個の車輪から構成されてモータ等の走行部用アクチュエータ１０により回転駆動され、さらに、図外の操舵部により方向転換できる。なお、この実施の形態において走行部１は車輪から構成されるが、クローラにより構成することもできる。

４は先端に荷物３の把持、係止、押圧等の操作が可能な荷物ハンドリング部４ａを備えたアームであり、中間に関節部４ｂを有してアーム保持部８に連結される。アーム保持部８は、荷台２部上に前後方向移動可能に立設される支柱８ａと、支柱８ａに上下移動可能に連結され、上記アーム４の一端が連結されるアーム連結ブロック８ｂとを有する。また、アーム保持部８の上端には、カメラ、レーザレンジファインダ等により形成される荷物位置計測センサ１１を備えた頭部１２が固定される。

アーム４の荷物ハンドリング部４ａを所望の位置に移動させるために、ロボットには、アーム駆動用アクチュエータ１３が搭載される。図１において、アーム駆動用アクチュエータ１３は、支柱８ａを前後方向に駆動し、さらに、アーム連結ブロック８ｂを支柱８ａに沿って上下駆動するアーム位置変更用アクチュエータ１３ａと、アーム４のアーム連結ブロック８ｂに対する回転駆動、関節部４ｂにおける回転駆動、および荷物ハンドリング部４ａの駆動を行うアーム姿勢変更用アクチュエータ１３ｂとから構成される場合を示したが、配置、個数は適宜変更できる。

したがってこの実施の形態において、アーム位置変更用アクチュエータ１３ａを駆動することにより、用途に応じた種々の姿勢を取ることができる。図１（ａ）は、アーム連結ブロック８ｂを支柱８ａの上端近傍に位置させるとともに、支柱８ａを荷台２の後端部近傍に位置させることにより、荷物３への引き上げ操作力付与が可能で、かつ、荷台２上に荷物３搭載スペースを確保した姿勢を示す。

これに対し、図１（ｂ）は、アーム連結ブロック８ｂを支柱８ａの下端近傍に位置させるとともに、支柱８ａを前方に移動させてアーム連結ブロック８ｂを荷台２の中央部に位置させることにより重心位置を低く、かつ、荷台２中心に位置させ、高速走行時の安定性を高めた姿勢を示す。

以上のように構成される荷物搬送ロボットの荷台２上への荷物３の移載動作を説明する。ロボットは、図２（ａ）に示すように、荷物３移載、あるいは荷下ろし動作を制御する荷物処理制御部１４を備える。図外の総合制御部から荷物３の移載命令を受けた荷物処理制御部１４は、図２（ｂ）に示す制御フローにしたがって、まず、床上の荷物３を検出する（ステップＳ１）。図３（ａ）に示すように、荷物位置計測センサ１１により荷物３が検出されると、荷台２と荷物３の相対位置を確認し（ステップＳ２）、最適位置になるまで走行部用アクチュエータ１０を駆動して前進、あるいは後退駆動する（ステップＳ２-１）。

最適位置までロボットを移動させると、次に、図３（ｂ）に示すように、荷物ハンドリング部４ａによる荷物３のハンドリングが可能なように、アーム駆動用アクチュエータ１３を駆動し（ステップＳ３）、次いで、荷物ハンドリング部４ａにより荷物３の後端を引き上げて図３（ｃ）に示すように、荷物３を傾ける（ステップＳ４）。

ステップＳ４において後面上縁が荷台２上縁より高くなるまで荷物３が傾斜したことを荷物位置計測センサ１１が検知すると、走行部１を前進駆動し（ステップＳ５）、荷台２前縁を傾斜荷物３の底面に当接させる（図４（ａ）参照）。荷物３底面への荷台２前縁の突き当て操作は、荷台２前縁を荷物３の下に入れた後、アーム４へのサーボ制御をオフ状態として行われる。

以上のようにして荷台２前縁を荷物３底面に突き当てた後、アーム駆動用アクチュエータ１３を駆動して荷物３を引き上げる（ステップＳ６）。図４（ｂ）に示すように、ステップＳ６は、荷物３の底面が荷台２の前端に載った状態で実行されるために、アーム４だけで荷物３を吊り上げる場合に比して小さな操作力で荷物３の引き上げ操作を行うことができる。

ステップＳ６による荷物３の引き上げ操作は、荷物確認センサ９が確認信号を出力するまで実行され（ステップＳ７）、荷物３積載が確認されると、アーム４がリリースされて移載操作が終了する（図４（ｃ）参照）。

図５以下に図１の変形例を示す。なお、以下の説明において、上述した実施の形態と実質的に同一の構成要素は図中に同一符号を付して説明を省略する。

図５は荷台２の前端にコロ状の回転体６を配置した変形例を示す。このように荷台２前端に回転体６を空転自在に配置することにより、アーム４により荷物３を引き上げる際の荷物３と荷台２との摺動抵抗が軽減されるため、より操作力を低減させることができる。

また、図６は、走行部１の前輪を回転体６として使用する場合の変形例を示す。この変形例において、まず、ステップＳ５を実行し、図６（ａ）に示すように、前輪を傾斜荷物３の底面に当接させた後、図６（ｂ）に示すように、走行部１を後退駆動する。後退動に伴う前輪の回転に伴って、前輪に乗り上げている荷物３には後方への移動操作力が付与され、荷物３は所定位置に移動する。前輪の走行部１の後退駆動に際し、アーム４による荷物３の拘束は、コンプライアンス制御への切り替え、あるいは弱いサーボゲインへの切り替えにより緩やかな状態とされ、荷物３の傾き角の変化に追随する。

図７に図５、６の変形例を示す。図７（ａ）は図５の回転体６と前輪の車軸に固定したプーリとをベルト１５で連結したもので、図７（ａ）において矢印Ａで示すように、前輪の後退回転により回転体６が回転駆動され、荷物３を荷台２中央部に搬送する。したがってこの変形例によると、図６に示すように、前輪を荷台２の前方に張り出させることなく走行部１の駆動力を荷台２上での荷物３搬送力に利用できる。

なお、以上において、図７（ａ）を、前輪の車軸の回転力を巻き掛け伝動により伝達する例として示したが、ベルトを車軸とは独立して回転駆動されるモータに巻き掛けるように構成することもできる。この場合、荷台２上での荷物３の移動は、走行部１の駆動を要しないために、作業開始位置に留まったまま作業を終結させることができる。

また、図６、７（ａ）において回転体６は荷台２前端にのみ配置されているが、荷台２上での荷物３の移動操作を容易にするために、荷台２上に複数の回転体６を空転自在に並べたり、あるいは図７（ｂ）に示すように、ベルトコンベア７を構成することができる。空転する回転体６を並べる場合には、荷物３の荷台２からの脱落を防止するための適宜のストッパが設定される。なお、図７（ｂ）においては、走行部１とは独立して駆動されるモータ７ａによりベルトコンベア７を駆動する場合が示されているが、適宜のクラッチ手段を配置することを条件に走行部１の動力により駆動することも可能である。

また、以上においては、床面５上の荷物３を荷台２上に移載する場合を例にとって本発明を説明したが、荷台２からの荷下ろしも移動時と逆の手順を踏むことにより同様に行うことができる。

本発明を示す図で、（ａ）はアームを高い位置に保持した姿勢を示す図、（ｂ）はアームを降下させた状態を示す図である。 ロボットの制御を示す図で、（ａ）は機能ブロック図、（ｂ）はフローチャートである。 ロボットの動作を示す図である。 ロボットの動作を示す図である。 図１の変形例を示す図である。 図１の他の変形例を示す図である。 図１のさらに他の変形例を示す図である。

符号の説明

１ 走行部
２ 荷台
３ 荷物
４ アーム
５ 床面
６ 回転体
７ ベルトコンベア

Claims (6)

1. 走行部を備えた荷台と、
   荷物をハンドリングするハンドリング部を備えるアームとを有し、
   前記荷台からの荷下ろし時において、前記荷台の荷物は、荷下ろし方向の後端部がアームのハンドリング部の上昇により吊り上げられて、先端縁が床面に、中央部裏面が荷台先端に当接する傾斜姿勢により保持され、
   その後、前記走行部を前記荷物離隔方向に移動しながらアームのハンドリング部を降下させて前記荷物を床面上に荷下ろしする荷物搬送ロボット。
2. 床面上の荷物を前記荷台上に移載する移載時において、前記アームのハンドリング部は、荷台に正対した前記床面上の荷物の荷台側辺縁部を引き上げて前記床面上の荷物を傾斜姿勢とした後、前記床面上の荷物の裏面が荷台辺縁により荷重支持された状態で荷台側に引き込んで前記床面上の荷物を荷台上に移載する請求項１に記載の荷物搬送ロボット。
3. 前記荷台には、前記傾斜姿勢をとる荷物の底面に当接する回転体が設けられる請求項１または２記載の荷物搬送ロボット。
4. 前記走行部は、前記傾斜姿勢をとる荷物の底面を支承可能な車輪またはクローラを備える請求項１または２記載の荷物搬送ロボット。
5. 前記荷台上には、一端部が前記傾斜姿勢をとる荷物の底面に当接可能で荷台中央部に延びるベルトコンベアが配設される請求項１または２記載の荷物搬送ロボット。
6. 走行部を備えた荷台と、荷物をハンドリングするハンドリング部を備えるアームとを有する荷物搬送ロボットにおける荷下ろし方法であって、
   前記荷物は、荷下ろし方向の後端部がアームのハンドリング部の上昇により吊り上げられて先端縁が床面、中央部裏面が荷台先端に当接する傾斜姿勢により保持され、
   その後、前記走行部を前記荷物離隔方向に移動しながらアームのハンドリング部を降下させて荷物を床面上に荷下ろしする、荷物搬送ロボットにおける荷下ろし方法。

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