JP4965094B2

JP4965094B2 - 自動搬送車

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Publication number: JP4965094B2
Application number: JP2005224537A
Authority: JP
Inventors: スミスマーク; ミニフィーリチャード; 勉川瀬
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2005-08-02
Filing date: 2005-08-02
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2025-08-02
Also published as: EP1752850A2; EP1752850B1; EP1752850A3; JP2007038818A

Description

本発明は、操縦者の搭乗しない自動搬送車に関するものであり、更に詳しくは、物などを搭載して所定の搬送ルートを移動する自動搬送車に関する。

自動車工場やＯＡ機器、半導体、その他の製造工場において、部品や製品を搬送するためには様々な自動搬送車が用いられている。これらの自動搬送車は、荷物を載せる台を設けた車体と、車体を移動させるための走行駆動操舵系を備えている。

この走行駆動操舵系は、駆動エネルギー源であるバッテリーと、バッテリーで回転する駆動用電動モーターと、駆動用電動モーターで回転する駆動輪と、操舵用電動モーターと、従動輪と、駆動用電動モーターや操舵用電動モーター等をコントロールする制御回路からなる駆動制御部とを備えている。

駆動制御部は、マイクロプロセッサとインターフェース回路等を備えた制御部と、制御部からの制御信号を受けて、駆動用電動モーターや操舵用電動モーターへの電力供給制御を行うリレー回路等を備えた駆動ドライブ部等で構成されている。

自動搬送車を無人走行させるための誘導手段としては、所定の輸送区間に誘導線や磁気テープ或いは反射テープ等のガイド手段を配置する。自動搬送車には、当該ガイド手段を検出するガイドセンサ等のガイド検出手段を設置する。自動搬送車は、このガイド検出手段によって前記ガイド手段を検出しながら、駆動制御部の自動操縦プログラムによって所定の輸送区間において自動的に物体を搬送するように、構成されている。

前述の自動搬送車の走行駆動操舵系としては、後述の特許文献１〜３に開示されるように、いくつかの方法が提案されている。

（１）第１の文献は特開平９−３０１１５５号公報である。この公報記載の「無人搬送車」は、独立して操舵制御可能な車輪を少なくても３個有し、これらの車輪を三角形状に配置し、３個の車輪の中の２を独立に駆動制御する駆動輪とし、３個の車輪の中の１を操舵制御可能な従動輪とし、従動輪にブレーキを設けたものである。

（２）第２の文献は特開平８ー３４２４５号公報である。この公報記載の「無人搬送車」は、車体に鉛直支軸を介して水平回動部材を設け、水平回動部材に車体の前後方向向きの水平支軸を設け、この水平支軸にモータ支持部材を設け、モータ支持部材に左右一対の駆動輪及び電動モータを取り付け、駆動輪の路面に対する追従性を高めて動力損失を極力なくそうとしている。

（３）第３の文献は特開２００２−２２００４８号公報である。この公報記載の「無人搬送車」は、車体フレームの中央部に互いに独立して正逆回転可能で且つ高さを微動調整可能な左右一対の電動機付き駆動輪を設け、車体フレームの前後四隅に旋回自在なキャスターを取り付け、各キャスターの車輪をそれぞれ昇降可能に設けると共に、車輪を弾性体により床面側へ押圧付勢して接地させたものである。第３の文献の「無人搬送車」はこれによって直進走行時の車体左右方向の振れを防止するという点で無人搬送車の安定走行を意図している。

（４）第４の文献は実開平１−１２０２１３号公報である。この文献４の無人搬送車は、１つの駆動輪と一対のキャスターからなる従動輪とで車体を支持し、駆動輪を駆動モータと共に駆動輪ユニットとし、この駆動輪ユニットを水平回動させることによって、操舵するものである。

（５）第５の文献は特開平２−５１７０９号公報である。この文献５のものは、左右一対の駆動輪と、方向の固定された従動駆動輪（キャスター）で構成され、左右の駆動輪の回転速度差により操舵するものである。

（６）第６の文献は特開平７−８１３０１号公報である。この文献６は、２乃至４個の球体ホイールを用いた自動搬送車を提示するものであり、この文献６の自動搬送車は、駆動輪以外の車輪を球体ホイールで構成し、路面からの衝撃を吸収しやすくしたり、走行安定性を確保したりしている。

（７）第７の文献は特開２００３−２３３４２１号公報である。この文献７の無人搬送車は、左右の前輪を誘導帯の幅よりも広い間隔を有する駆動輪とし、左右の後輪を誘導帯より広い間隔を有する駆動輪とし、駆動輪の操舵角度に応じて左右の駆動輪の回転数に差を設けるようにしており、これによって、誘導帯に対する追従性を高くし、誘導帯を破損することを防止している。
特開平９−３０１１５５号公報特開平８−３４２４５号公報特開２００２−２２００４８号公報実開平１−１２０２１３号公報特開平２−５１７０９号公報特開平７−８１３０１号公報特開２００３−２３３４２１号公報

しかしながら、上記の特許文献１乃至特許文献７のいずれの文献に記載されるものであっても、無人搬送車の車輪がキャスターで構成されていると、複雑になり、かつ重量が動輪の軸にかかるため、耐久性がなく、メンテナンスが必要になる。また、向きを変えるときに、荷重を受けるポイントと旋回中心となるポイントが異なるため、旋回時に車体が左右に振れて安定性が悪くなる。

これを解消するため、モータの制御をスムースにし、制御の応答性などにより、振れを減らしているが、急角度のコーナーの旋回性能が落ちたり、ガイドから外れてしまうことがある。また、安定度を得るために、キャスターの方向回転自由度を制限すると、コーナーでのパワーロスを生じたり、回転半径が大きくなる。特に、キャスターの方向変換には従動移動のための助走が必要であるために、回転半径が大きくなってしまう。

また、キャスターが路面のギャップに遭遇すると、キャスターがギャップに引っかかって動けなくなったり、軌道を外れたりするため、これを防止するためにホイール径を大きくすると、今度は荷重を受けるポイントと旋回中心となるポイントの離間距離が大きくなるため、助走距離や重心移動量が大きくなると言う問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、重量負荷や駆動負荷による駆動系への負荷が少なく、メンテナンスが少なくて済み、重量物や重心が偏ったものを載せても、安定してカーブを回ることが出来る自動搬送車を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願の請求項１に記載の発明は、車体と、一対のモータと、前記車体の前部左右及び後部左右の角部付近に設けられ、当該車体の荷重を支えるとともに転がり方向が自在に変更可能な球体ホイールと、前記前部左右の球体ホイールと前記後部左右の球体ホイールとの間で、前記車体に鉛直軸を介して且つ該鉛直軸回りに回転自在に設けられ、一対の操舵輪を有して該操舵輪の各々が前記モータで回転駆動されて前記車体を移動させる操舵輪ユニット部と、前記各球体ホイールに設けられ、該球体ホイール内のボールの回転を光学的に検出する球体ホイールセンサと、前記車体に設けられ、当該車体が移動する床面上に設置されたガイドラインを検出するガイドセンサと、前記球体ホイールセンサ及び前記ガイドセンサからの検出信号を取り込んで、前記モータの回転を制御する制御装置とを備え、前記ガイドラインに沿って移動する自動搬送車であって、前記球体ホイールは、前記車体に取り付けられた半球形状のハウジング部を有し、該ハウジング部に前記球体ホイールセンサが取り付けられ、かつ前記ハウジング部の内部にベアリングを介して前記ボールが配置され、前記ベアリングは、前記床面に沿う水平面内の正三角形の各頂点となる位置と、前記ボールの頂点部の位置とに配置され、かつ前記ベアリングは前記ハウジング部の内面と前記ボールの外面とに接触している一方、前記操舵輪ユニット部にも前記球体ホイールが設けられ、該球体ホイールは前記操舵輪ユニット部の左右対称中心線から右側もしくは左側にずれた位置に配置されていることを特徴とする。

本願の請求項１に記載の発明によれば、車体の荷重を受ける支持輪が、転がり方向が自在に変更可能な球体ホイールで構成されているので、ボールの径を大きくしても荷重を受けるポイントと回転中心ポイントとが一致すると共に、転がり方向が自在に変更可能であるため、カーブを走行したり、その場で向きを変えるときに、助走距離がなくても安定して旋回することが出来る。
また、ボールの回転を検出する際に光学的に非接触で検出しているので、ボールの外面とセンサとの距離を一定に保つことができ、機械式のようなスリップ等がなく、ボールの回転量及び回転方向を正確に検出できる。
また、球体ホイールが車体の前後左右の角部付近に設けられているので、車体の床部の中心部を中心としたり、所望の部位を回転中心として選んで車体の回転方向や回転角度を自在に変えることが出来る。
さらに、球体ホイールセンサの各々に球体ホイールセンサが設けられているので、車体が旋回するときなどの各球体ホイール内のボールの回転量を精度良く計測でき、その結果、車体の姿勢変化に迅速に対応できる。
また、一対のモータを互いに異なる回転速度で回転させると、操舵輪ユニット部は鉛直軸回りに回転し、これにより、車体の進行方向を容易に変えることができる。
さらに、操舵輪ユニット部に球体ホイールを設けることによって、操舵輪ユニット部に前進又は後進の駆動力がかかったときに、操舵輪ユニット部及びその取付部に作用する大きなストレスを球体ホイールが支えるので、操舵輪ユニット部の動きが抑制され、ベアリングを傷めたりすることが防止され、追従するためのガイドラインとセンサの位置や距離が変化するということが防止される。

以下、本発明の実施の形態にかかる自動搬送車の構成を説明する。図１は実施の形態にかかる自動搬送車の主要な構成を示している。自動搬送車１は、車体の骨格を構成するフレーム２がほぼ直方体に形成されており、物体を搭載して無人搬送しうるようになっている。この自動搬送車１はいわゆるライントレーサロボットを構成している。車体のフレーム２の下部には、図２に示すように、回転方向が自在に変化しうる一対の球体ホイール３、３と、回転方向が固定された一対の車輪４、４と、回転軸は同方向に設定された一対の操舵輪５Ｒ、５Ｌとが設置されている。

この自動搬送車１において、一対の球体ホイール３、３は自動搬送車１の前部左右両側部に配置され、一対の車輪４、４は自動搬送車１の後部左右両側部に配置されている。一対の球体ホイール３、３と一対の車輪４、４は自動搬送車１及び搬送物の重量の大半を支持し、操舵輪５Ｒ、５Ｌはもっぱら走行方向を決めるために床面上を回転する。

図３は球体ホイール３の構成を示す。球体ホイール３はボール９の直径を大きくしても荷重を受けるポイントはボール９の上下の頂点であるので、ボール９にかかる荷重を直に床面に伝達でき、ボール９の転がり方向が自在とされているので、車体の旋回時に助走なしに移動方向の向きを変えることができる。球体ホイール３は車体のフレーム２に固定されるネジ部６Ａを備えており、このネジ部６Ａをフレーム２のネジ穴（図示せず）に通し、ワッシャを通してナットを固定する。ネジ部６Ａを備えた円筒状の基部６Ｂにハウジング部７が取り付けられている。ハウジング部７は鋼製の椀型の半球形状部材で構成されており、このハウジング部７内部に小径のベアリング８が位置ずれしないように保持されている。ベアリング８は床面に沿う水平面内の正三角形の頂点となる位置に合計３個配備され、天頂部に１個配備されている。合計４個のベアリング８によってプラスチックからなるボール９が保持されている。

ハウジング部７の内壁にはボール９の外周面に向かって光を照射してボール９からの反射光を読み取る球体ホイールセンサ１０が設置されている。この球体ホイールセンサ１０は、周知の光学式マウスの構成と同様であり、ボール９の表面に赤外光を照射するＬＥＤとボール９からの反射光を受光するイメージセンサと、イメージセンサに集光するレンズ系とを備えている。

図８に示すように、球体ホイールセンサ１０のイメージセンサの出力は、制御装置１１のマイクロプロセッサ１２に送信され、マイクロプロセッサ１２においてボール９の回転に基づいて球体ホイール３の回転量及び回転方向が計算される。

すなわち、球体ホイールセンサ１０は、ボール９に対して赤外光のパルス光を照射し、ボール９の表面からの反射光をイメージセンサで読み取る。図１２に示すマイクロプロセッサ１２は、時間的に前後するイメージをそれぞれ比較して、所定時間当たりの同一箇所の移動距離及び移動方向を測りボール９の移動距離及び移動方向を計算する。球体ホイールセンサ１０とボール９の位置は定められているので、ボール９が転がるときに、イメージセンサが読み取るイメージの移動量を正確に測ることができる。

この場合、ボール９の表面のイメージ画像を得やすいように、ボール９の表面に白黒の不規則な縞模様や不規則な白黒のドット形状を設けても良い。また、ボール９の表面を粗面にしても良い。このようなボール９の表面に明白な模様や粗面を形成することによって、球体ホイールセンサ１０は、ボール９の回転を検出し易くなり、マイクロプロセッサ１２がボール９の回転量及び回転方向をより正確に計算できるようになる。車輪４の軸受板は車体下部のフレーム２に取り付けられている。

図６に示すように、駆動ユニット５のフレーム５Ｆには、操舵輪５Ｒ、５Ｌと、操舵輪５Ｒ、５Ｌを駆動するＤＣモーター５Ｒｄ、５Ｌｄと、ガイドラインＬを観察するガイドセンサ１３とが、備えられている。フレーム５Ｆは車体の底部において鉛直軸回りに回動可能に取り付けられ、フレーム５Ｆは中心軸５Ｇを中心として左右に約１０°程度の回動可能とされている。フレーム５Ｆには突起部５Ｈが形成され、車体の底部には突起部５Ｈの両脇に位置するように突起部２Ａが形成されている。左右一対の突起部２Ａ、２Ａと中間部の突起部５Ｈとの間には、フレーム５Ｆの中心線が回動後に真っ直ぐ前を向くように、フレーム５Ｆの向きを規制する一対のスプリング５Ｓが設けられている。スプリング５Ｓは車体が旋回するときの駆動ユニット５と車体のずれとを吸収し、揺れを防止する。

また、フレーム５Ｆの上部と車体の底部の間には衝撃吸収用のコイルスプリング５Ｓｈが取り付けられている。コイルスプリング５Ｓｈは、操舵輪５Ｒ、５Ｌによる回転時の車体の上下の揺れを吸収する。フレーム５Ｆにおいて、操舵輪５Ｒ、５Ｌは車体の中央部でやや前側の部位に左右一対配備されており、それぞれバッテリーで回転するＤＣモーター５Ｒｄ、５Ｌｄと、ＤＣモーター５Ｒｄ、５Ｌｄの回転軸に連系する減速ギア機構とを備えている。

操舵輪５Ｒ、５Ｌは減速ギア機構の最終段ギアの回転軸に取り付けられている。一対の操舵輪５Ｒ、５Ｌは、それぞれのＤＣモーター５Ｒｄ、５Ｌｄの給電制御によって、同じ方向に等速で回転することも可能であり、どちらか一方を他方より速くして回転することも可能とされ、一方を正方向に回転させ、他方を逆方向に回転させることも可能とされている。

図１５乃至図１７は駆動ユニット５の可動側フレーム５Ｆ’に、球体ホイール３’を設けたものである。このように、可動側フレーム５Ｆ’に球体ホイール３’を設けることによって、自動搬送車１が旋回するときに、可動側フレーム５Ｆ’と車体とを結合している取付部にかかる負担を減少させ、取付部の摩耗やベアリングの損傷等を防止することができる。また、旋回時の動きによってガイドラインＬとガイドセンサ１３との距離や位置の変化により、ガイドセンサ１３の感度が変化するということを防止できる。

球体ホイール３’は、図１６に示すように、可動側フレーム５Ｆ’の左右対称中心線ＣＬの上に位置するように配置されても良いが、対称中心線ＣＬから右或いは左に僅かにそれた位置に配置されるのが好ましい。球体ホイール３’が左右対称中心線ＣＬから右或いは左に僅かにそれた位置に配置されることによって、駆動ユニット５がガイドラインＬに沿って移動するときに、球体ホイール３’が往復の時に同じ道を通ることが回避され、ガイドラインＬが汚れたり損傷することが極力少なくなり、ガイドセンサがガイドラインを読み取る時に読み誤り等が発生することが極力少なくなる。

図４、図７は、車輪に設ける球体ホイール３を、車体の四隅に設置した例を示す。図４に示す一対の操舵輪５Ｒ、５Ｌは両者の離間距離が大きく設定されている例を示す。球体ホイール３は図１２、図１４に示すように車体の底部の前後対角線上に設置しても良い。

駆動ユニット５には、自動搬送車１を誘導するガイドラインＬを読み取るためのガイドセンサ１３が設けられている。このガイドセンサ１３は、制御装置１１のマイクロプロセッサ１２に接続されており、周知の反射型フォトインタラプタを用いたものであり、ガイドラインＬを描いた床面に発光素子から光を照射し、床面からの反射光を受光素子で検出する。また、ガイドセンサ１３のインタラプタはガイドラインＬの幅方向に複数個設けられる。なお、反射型フォトインタラプタの代わりに磁気センサを複数取り付け、ガイドラインに磁気テープを使っても同じ効果を得ることができる。

制御装置１１は、一対の操舵輪５Ｒ、５ＬのＤＣモーター５Ｒｄ、５Ｌｄを制御するマイクロプロセッサ１２と、データの送受信に用いるインターフェース回路、記憶素子、通信回路等の周辺回路、操作に伴う音を発生するメロディＩＣ、バンパー１５に設けられて物体を検知する物体検知センサ（前側中央部、前側左部、前側右部）やバンパー１５の歪みセンサ、方向指示表示器、点滅器並びにこれらの回路や素子への電力を供給する電源回路を備えている。

図８に示すように、マイクロプロセッサ１２には、駆動ユニット５のガイドセンサ１３、球体ホイールセンサ１０ＦＬ、１０ＦＲと、インターフェース回路、記憶素子、通信回路等の周辺回路、メロディＩＣ、物体検知センサ（前側中央部、前側左部、前側右部）、バンパー歪みセンサ、方向指示表示器、点滅器（パトライト（登録商標））が接続されている。マイクロプロセッサ１２の記憶回路には、自動搬送車１の走行を制御する走行プログラムその他のプログラムや搬送のために必要なデータ及びプログラム等が記憶されている。

自動搬送車１が追従するガイドラインＬは通常反射加工又は黒色塗装されているので、自動搬送車１がガイドラインＬ上をトレースしているとき、ガイドセンサ１３はガイドラインＬの両側縁部と床面との境界部を検出して制御装置１１に送信し、制御装置１１は、車体がガイドラインＬ上を移動するように、操舵輪５Ｒ、５ＬのＤＣモーター５Ｒｄ、５Ｌｄを制御する。

ガイドラインＬには、自動搬送車１を誘導するために「右（又は左に）に９０°曲がる」「右に（又は左に）１８０°曲がる」「停止する」「減速する」等のコマンドを示すマークが表示されている。このコマンドはマークを表示するほかにも、ガイドラインＬの幅で決めたり、バーコード状のデータ記録部を形成しても良い。自動搬送車１の速度により所定時間内に当該バーコードを読み取れば、所定時間内にどのような制御を行わなければならないかを判断でき、マイクロプロセッサ１２は操舵輪５Ｒ、５ＬのＤＣモーター５Ｒｄ、５Ｌｄを制御できる。

次に、走行プログラムの動作制御について説明する。

図９は自動搬送車１のメインスイッチをオンにし、走行プログラムを開始させた時の処理の流れを示す。走行プログラムが開始すると、ガイドセンサ１３から「９０°右側（若しくは左側）に曲がれ」「減速せよ」「停止せよ」等々の命令が所定時間内にあったかどうかをチェックする（ステップＳ1）。このチェックにおいて、ガイドセンサ１３が何ら命令を検知してなければ、直線走行モードを続行する。このチェックにおいて、ガイドセンサ１３が何ら命令を検知していれば該当するモードを実行する（ステップＳ２）。直線走行モードにおいては、ステップ1の後に、ガイドセンサ１３におけるガイドラインＬの幅方向中心を「０」とし、車幅方向に車体の変位度数を設定して計測単位をセットする（ステップＳ３）。

ステップＳ３の後は、ボール９の動きの回転量とガイドセンサ１３により検出された移動予想量との対応が適正かどうかを判定し（ステップＳ４）、ボール９の動きがガイドセンサ１３の移動予想量より大きい場合には、前記変位度数の検出単位を減らし、ボール９の動きが移動予想量より小さい場合には、前記変位度数の検出単位を増やす等の適正処理を行う（ステップＳ５）。

なお、ボール９の動きを球体ホイールセンサ１０で検出する場合は、前述のように発光素子の赤外線ＬＥＤから赤外線のパルス光を照射し、イメージセンサでボール９からの反射したパルス光を検出する。制御装置１１はパルス毎のボール９の表面の動きを計算してボール９の回転方向及び移動量を算出し、自動搬送車１の搬送方向及び搬送速度並びに搬送量を演算する。

ガイドセンサ１３のセンターがガイドラインＬのセンターと一致するか許容範囲であるかは、ガイドラインＬの端縁部を検出したインタラプタの位置と床面を検出したインタラプタの位置によって特定される。このため、ステップＳ５の次に、ガイドセンサ１３のセンターがガイドラインＬのセンターに一致しているか又は許容範囲内に位置しているかどうかの判定を行い（ステップＳ６）、一致しているか許容範囲内であれば、左右のＤＣモーター５Ｒｄ、５Ｌｄの回転量を等しく保って走行を持続する（ステップＳ９）。

ガイドセンサ１３の中心部がガイドラインＬの中心部から前進の進行方向に向かって右寄りに位置していれば、右側の操舵輪５Ｒが遅れているので、遅れている操舵輪５ＲのＤＣモーター５Ｒｄの回転量を大きく保って走行を持続する（ステップＳ７）。

ガイドセンサ１３の中心部がガイドラインＬの中心部から前進方向に向かって左寄りに位置していれば、左側の操舵輪５Ｌが遅れているので、遅れている操舵輪５ＬのＤＣモーター５Ｌｄの回転量を大きく保って走行を持続する（ステップＳ８）。

ガイドセンサ１３による車体のガイドラインＬ幅方向のチェックの後には、球体ホイール３のボール９の動きを球体ホイールセンサ１０で検出し（ステップＳ９）、続行するかどうかの判別により（ステップＳ１０）、続行する場合には、再びガイドセンサ１３からの検出結果を待ちながらＤＣモーター５Ｒｄ、５Ｌｄの駆動を継続する。続行しない場合には終了する。

次に、直線走行モードにおける減速走行モードについて説明する。図１０は減速走行モードの処理のフローを示す。減速走行は、コーナーの手前や方向変換地点の手前で、コースアウトを防いだり、停止位置を正確にするために行われる。

減速走行モードは、ガイドセンサ１３がガイドラインＬを読み取っているときに、制御装置１１がガイドセンサ１３の検出信号から減速コマンドを検出したら（ステップＳ２０）、通常の速度での走行モードから減速走行モードに遷移する。減速走行モードにおいては制御装置１１は左右のＤＣモーターの目標回転数を低く設定する（ステップＳ２１）。

目標回転数を下げたら、前述の直線走行モードと同じ処理が行われるので、前述のステップＳ１乃至ステップＳ１０の説明を援用する。ガイドセンサ１３が他のコマンドを検出しなければ、再び直線走行モードを継続する。再度直線走行モードによって走行する場合は速度が低く設定される。ガイドセンサ１３が他のコマンドを検出したら、検出した他のコマンドの処理を行う。

次に、９０°方向転換時の動作について説明する。図１１は右側に９０°回転するときの流れを示す。直線走行モードによって走行しているとき、ガイドラインＬの方向転換マークをガイドセンサ１３が読み取って、制御装置１１がこれを「右方向に９０°方向転換」と判断したら（ステップＳ３０）、制御装置１１は先ず左右のＤＣモータにブレーキをかける（ステップＳ３１）。このＤＣモーターのブレーキングの後に、ここでは左側前方に設置された球体ホイール３の移動方向と移動量をチェックする（ステップＳ３２）。このチェックにおいて球体ホイール３が動いているときには、停止するまで待つ。球体ホイール３が停止したら、前進方向に向かって左側の操舵輪５ＬのＤＣモーターを前進方向に回転させる一方、前進方向に向かって右側の操舵輪５ＲのＤＣモーターを後退方向に所定量回転させる（ステップＳ３３）。

ステップＳ３３の後は、左右のＤＣモーターを互いに逆方向に回しつつ、前進方向に向かって前側で左側の球体ホイール３のボール９の動きを球体ホイールセンサ１０で検出し、制御装置１１によって前側で左側の球体ホイール３の移動方向と移動量を計測する一方、前進方向に向かって後方で右側の球体ホイール３のボール９の動きを球体ホイールセンサ１０で検出し、制御装置１１によって後方で右側の球体ホイール３の移動方向と移動量を計測する（ステップＳ３４）。

ここで、前後の球体ホイール３の移動方向を比較して、移動方向が所定の方向から外れており、車体が違う方向に移動している場合には、左右のＤＣモーターの回転を停止させてメロディ等の音を発生し、異常を知らせる（ステップＳ３５、Ｓ３６）。

また、前後の球体ホイール３の移動方向を比較して、車体が同じ方向に移動している場合には、車体の前後の球体ホイール３の移動量を計測した後に、前後の球体ホイール３の移動量を比較する（ステップＳ３７）。この比較において、後方右側の球体ホイール３の移動量が小さいときには、操舵輪５ＲのＤＣモーターの回転速度を速め（ステップＳ３８）、前方左側の球体ホイール３の移動量が小さいときには、操舵輪５ＬのＤＣモーターの回転速度を速める（ステップＳ３９）。

右側に９０°方向転換する処理モードにおいて、ガイドセンサ１３が新しいガイドラインＬを検出したかどうかの判定を行い（ステップＳ４０）、新しいガイドラインＬを検出しない場合には、前述の前後の球体ホイール３の移動量を比較する行程まで戻る。

右側に９０°方向転換する処理モードにおいて、ガイドセンサ１３が新しいガイドラインＬを検出した場合には、左右の操舵輪５Ｒ、５ＬのＤＣモーターの回転速度を所定値まで低くする（ステップＳ４１）。

次に、ガイドセンサ１３の中心がガイドラインＬの中心から許容範囲内に入ったかどうかをチェックし（ステップＳ４２）、ガイドセンサ１３の中心が許容範囲内に入っていないときには、前述の前後の球体ホイール３の移動量を比較する行程まで戻る。ガイドセンサ１３の中心が許容範囲内に入っているときには、左右の操舵輪５Ｒ、５ＬのＤＣモーターの回転を停止する。

なお、上の例では右側にターンしてその場で停止する例を示したが、左側にターンする場合には上の説明において左右が反対になる。また、その場で停止せずに回転した方向に進む場合には、検出したガイドラインＬに沿って進行する。

図１２に示すように、ガイドラインＬの終端部等から「Ｕターン」して戻ることができるように１８０°旋回をする場合には、前述の「右側に９０°方向転換」の処理工程において、球体ホイール３の移動量及び移動方向の制御において制御装置１１の旋回角度を「９０°」から「１８０°」に変更する。これによって、１８０°旋回すると、ガイドセンサ１３は走行してきたガイドラインＬを再度検出できるので、このガイドラインＬをたどって元の位置に戻ることができる。

続いて、図１３、図１４によって、ガイドラインＬが分岐する地点における自動搬送車１の動作について説明する。図１４に示すようにガイドラインＬが左右の複数本に分岐する場合には、ガイドラインＬが分岐することを示す分岐命令のマークＭ或いは識別符号が表示される。ガイドセンサ１３はこれらの識別手段を読み取り、制御装置１１は読み取った識別手段から「次の行程で分岐箇所がある」ことを判断し、「分岐地点における動作」を行う。

この分岐命令のマークＭを検出・判断する方法としては、例えば、ガイドセンサ１３がガイドラインＬに沿って移動する途中で、ガイドセンサ１３のインタラプタのうちガイドラインＬの両外側の検出素子が揃ってガイドラインＬを検出し、その時間が一致しているときに、分岐マークＭを検出したと判断する方法でも良いし、マークＭにバーコード等を含ませても良い。

自動搬送車１がガイドラインＬの分岐部位のマークＭに到達したとき、ガイドセンサ１３は、分岐地点が近くにあることを示すマークＭを読み取り、制御装置１１が分岐地点近くに到達したことを判別する（ステップＳ５０）。分岐地点近くに到達したことを判別した制御装置１１は、次に操舵輪５Ｒ、５ＬのＤＣモーターにブレーキをかける（ステップＳ５１）。このブレーキングはＤＣモーターのＰＷＭ制御等によって行う。ブレーキングを行った後には、球体ホイール３の球体ホイールセンサ１０でボール９を読み取り、制御装置１１によって球体ホイール３が動いているかどうかをチェックする（ステップＳ５２）。この停止チェックにおいて、球体ホイール３が未だ動いていれば停止するまで待つ。

球体ホイール３が停止したら、制御装置１１は、分岐方向を決定し、車体自身の移動すべき方向と移動量を計算し、次に、計算した移動量と移動方向に基づいて左右のＤＣモーターの回転差を計算し、その計算結果により左右のＤＣモーターへの給電を開始する（ステップＳ５３）。

この分岐地点でどの分岐ラインにすすむかは、自動搬送車１が搬送処理する際に決められた搬送目的物の受取場所或いは届け先の場所の如何により分岐方向を選択・決定する。この搬送目的物の受取場所や届け先の場所は、搬送に先だって、図示しない搬送コントローラから制御装置１１に送信され、制御装置１１に更新可能に記憶されている。

ＤＣモーターへの給電開始により車体は移動し始める（図では、進行方向左側に進路を取る）ので、進行方向の前方左側の球体ホイール３の移動方向及び移動量を、その球体ホイール３のボール９の動きによって検出する（ステップＳ５４）。

ステップＳ５４において、このボール９の動きは球体ホイールセンサ１０により検出し、制御装置１１によってボール９の回転方向及び時間当たりの移動量を計算する。進行方向の後方右側の球体ホイール３の移動方向及び移動量を、その球体ホイール３のボール９の動きによって検出する。このボール９の動きは球体ホイールセンサ１０ＦＬ、ＲＲにより検出し、制御装置１１によってボール９の回転方向及び時間当たりの移動量を計算する。

前後左右の球体ホイール３の移動量を計算した後に、左右の球体ホイールの移動量、移動方向をチェックし（ステップＳ５５）、左右の球体ホイールの旋回時の移動方向が目標の方向と異なっていたら、車体の回転動作を停止し、メロディＩＣでメロディを発生して異常を通報する（ステップＳ５６）。

車体が目標とする方向に移動していたら、左右の球体ホイール３の移動量を比較し、後方右側の移動量が目標に対して小さい場合には、進行方向右側のＤＣモーター５Ｒｄの回転を速くする（ステップＳ５８）。前方左側の移動量が目標に対して小さい場合には、進行方向左側のＤＣモーター５Ｌｄの回転を速くする（ステップＳ５９）。

このステップＳ５８、Ｓ５９の後に、ガイドセンサ１３が新しいガイドラインＬを検出したかどうかのチェックを行い（ステップＳ６０）、新しいガイドラインＬを検出したときには、新しいガイドラインＬに沿って移動する（ステップＳ６１）。ガイドセンサ１３が新しいガイドラインＬを検出しないときには、前述の前後左右の球体ホイール３の移動量を計算した後に、それらの移動量を比較するステップＳ５５に戻る。

以上説明したように、この実施の形態にかかる自動搬送車１によれば、自動搬送車１の支持輪として球体ホイール３を用いているので、自動搬送車１がカーブを走行するときやその場で旋回するときに助走距離がなくても安定して回ることが出来る。

しかも、図６に示すように、駆動ユニット５のフレーム５Ｆは車体の底部において鉛直軸回りに回動可能に取り付けられ、フレーム５Ｆは中心軸５Ｇを中心として左右に約１０°程度の回動可能とされ、一対のスプリング５Ｓが設けられているので、車体が旋回するときに、フレーム５Ｆを回動後に進行方向に向けて駆動ユニット５と車体のずれとを吸収し、揺れを防止する。また、コイルスプリング５Ｓｈが操舵輪５Ｒ、５Ｌによる回転時の車体の上下の揺れを吸収する。

また、球体ホイール３の回転量を読み取る際に、球体ホイールセンサ１０によって非接触で光学的に計測するので、球体ホイール３のボール９の被計測表面とセンサ１０の距離を一定に保つことができ、機械式のようにゴミの付着等によるスリップ等がないので正確に計測できる。また、車体の床部の所望の部位を回転中心として選んで回転方向や回転角度を自在に変えることが出来る。さらに、駆動ユニット部の振動を自動搬送車の車体に伝えないので、自動搬送車の回転時のロスを最も少なくすることが出来ると共に、駆動ユニット部と車体との回転自在な状態を止めて両者が一体に回転するように調整することもできる。

さらに、進行方向の前方左側と後方右側などのように、車体の対角線上に位置する角部に球体ホイールセンサ１０を配置することにより、車体が旋回するときなどの回転量の計測精度を高めることができ、姿勢変化を迅速に操舵輪５Ｒ、５Ｌにフィードバックできる。

最良の形態にかかる自動搬送車のフレーム及び搬送手段の概略構成を示す斜視図。図１の自動搬送車の球体ホイール、操舵輪、制御装置の配置状態を示す斜視図。球体ホイールの構成を示す断面図。他の例にかかる球体ホイール、操舵輪、制御装置の配置状態を示す斜視図。車体の下部に配設された駆動ユニット及び球体ホイールの配置状態を示す図。駆動ユニットの構成を下側から見た状態の説明図。自動搬送車の車体の下部から見た状態の底面図。制御装置のマイクロプロセッサに接続された回路を示すブロック回路図。走行開始の際の処理の流れを示す図。減速処理の際の処理の流れを示す図。右側に９０°旋回時の処理の流れを示す図。右側に１８０°旋回時の状態を示す図。分岐処理の際の処理の流れを示す図。ガイドラインが分岐部位にあるときの車体の姿勢変化を示す図。駆動ユニットに球体ホイールを取り付けた構成を下側から見た状態の図。駆動ユニットに左右対称線から外して球体ホイールを取り付けた構成を示す図。球体ホイールを取り付けた駆動ユニットを上から見た図。

符号の説明

１自動搬送車
２フレーム
３、３’ 球体ホイール
５Ｆ駆動ユニットの固定側フレーム
５Ｆ’ 駆動ユニットの可動側フレーム
５Ｒ、５Ｌ操舵輪
５Ｒｄ、５ＬｄＤＣモーター
１１制御装置
１２マイクロプロセッサ
１３ガイドセンサ
Ｌガイドライン

Claims

車体と、
一対のモータと、
前記車体の前部左右及び後部左右の角部付近に設けられ、当該車体の荷重を支えるとともに転がり方向が自在に変更可能な球体ホイールと、
前記前部左右の球体ホイールと前記後部左右の球体ホイールとの間で、前記車体に鉛直軸を介して且つ該鉛直軸回りに回転自在に設けられ、一対の操舵輪を有して該操舵輪の各々が前記モータで回転駆動されて前記車体を移動させる操舵輪ユニット部と、
前記各球体ホイールに設けられ、該球体ホイール内のボールの回転を光学的に検出する球体ホイールセンサと、
前記車体に設けられ、当該車体が移動する床面上に設置されたガイドラインを検出するガイドセンサと、
前記球体ホイールセンサ及び前記ガイドセンサからの検出信号を取り込んで、前記モータの回転を制御する制御装置とを備え、前記ガイドラインに沿って移動する自動搬送車であって、
前記球体ホイールは、前記車体に取り付けられた半球形状のハウジング部を有し、該ハウジング部に前記球体ホイールセンサが取り付けられ、かつ前記ハウジング部の内部にベアリングを介して前記ボールが配置され、
前記ベアリングは、前記床面に沿う水平面内の正三角形の各頂点となる位置と、前記ボールの頂点部の位置とに配置され、かつ前記ベアリングは前記ハウジング部の内面と前記ボールの外面とに接触している一方、
前記操舵輪ユニット部にも前記球体ホイールが設けられ、該球体ホイールは前記操舵輪ユニット部の左右対称中心線から右側もしくは左側にずれた位置に配置されていることを特徴とする自動搬送車。