JP5844203B2 - スタッカクレーンおよびスタッカクレーンを使用して荷を入れ替える方法 - Google Patents

Description

本発明は、スタッカクレーンおよびスタッカクレーンを使用して荷を入れ替える方法に関する。

日用品や雑貨、食品等を扱う物流センタでは、物品の搬入や搬出を自動で行う自動倉庫が採用されることが多い。自動倉庫を採用すると、人手に頼る場合よりも効率的かつ正確に物品を管理できるようになる。

近年のインターネットの普及およびそれに伴うオンラインショッピングの社会への浸透などにより、物流センタが取り扱う物品の量も増大している。そのような状況でも物流の遅れを生じさせないように、自動倉庫に対して物品の取り扱い効率をさらに高めることが求められている。

特許文献１、２、３には、自動倉庫における物品の効率的な取り扱いに使用されるスタッカクレーンが開示されている。

特開２０００−２３８９０４号公報 特開２０１１−１１８９１号公報 特開２０００−２５５７０８号公報

特許文献１、２、３に開示されるような従来のスタッカクレーンでは、自動倉庫の棚との間で物品を受け渡しする際、まずスタッカクレーンの昇降台を棚の目的の位置まで移動させる。次に昇降台からシャトルフォークを棚に向けて伸ばし、シャトルフォークを伸ばした状態で昇降台全体を昇降させることで棚から物品を受けたり、棚へ物品を渡したりする。しかしながら、昇降台は一般に比較的重いのでその移動も遅い。スタッカクレーンと棚との間の物品の受け渡しを高速化しようとする場合、この昇降台の移動の遅さがボトルネックとなる可能性がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は荷の受け渡しをより高速化できるスタッカクレーンおよびそのスタッカクレーンを使用して荷を入れ替える方法の提供にある。

本発明のある態様はスタッカクレーンに関する。このスタッカクレーンは、棚との間で荷を受け渡す昇降台と、昇降台を昇降方向に沿って昇降させる第１昇降機構と、を備える。昇降台は、第１昇降機構と接続されたフレームと、棚とフレームとの間で伸縮自在に構成され、荷が搭載されるべきシャトルフォークと、昇降台が第１昇降機構によって昇降方向で位置決めされた後、シャトルフォークをフレームに対して昇降方向に沿って昇降させる第２昇降機構と、を含む。

この態様によると、シャトルフォークをフレームに対して昇降方向に沿って昇降させることができる。

本発明の別の態様は、方法である。この方法は、第１荷スペースおよび第２荷スペースのそれぞれを、シャトルフォークに対応する位置とそうでない位置との間で動かす荷保持部を備えるスタッカクレーンを使用して第１の荷と第２の荷とを入れ替える方法であって、第１荷スペースに第１の荷が保持され、第２荷スペースが空の状態のスタッカクレーンを、棚に置かれている第２の荷に対して位置決めするステップと、シャトルフォークを伸縮させることで第２の荷を第２荷スペースに入れるステップと、スタッカクレーンの本体を停止させたまま、第１荷スペースをシャトルフォークに対応する位置に動かすステップと、シャトルフォークを伸縮させることで第１の荷を第２の荷が置かれていた棚の箇所に置くステップと、を含む。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を装置、方法、システム、コンピュータプログラム、コンピュータプログラムを格納した記録媒体などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、スタッカクレーンを使用した荷の受け渡しをより高速化できる。

実施の形態に係るスタッカクレーンの正面図である。 図１の昇降台の正面図である。 図２の矢印Ａに対応する断面図である。 図２の矢印Ｂに対応する断面図である。 第２昇降機構がシャトルフォークを下降させたときの、図２の矢印Ｃに対応する断面図である。 図６（ａ）〜（ｊ）は、自動倉庫の棚に置かれた第１ケースとスタッカクレーンが保持する第２ケースとを入れ替える場合の動作を模式的に示す図である。

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

実施の形態に係るスタッカクレーンは、自動倉庫で荷の出し入れや入れ替えを行う。荷は、物品そのものや物品を入れるケースやパレットなどである。このスタッカクレーンの昇降台は、移動式の荷保持部と、昇降機構の付いたシャトルフォークと、を有する。これにより、棚内に格納された荷をより素早く入れ替えたり、荷の入出庫をより高速化できる。

図１は、実施の形態に係るスタッカクレーン１０の正面図である。スタッカクレーン１０は、自動倉庫内でのスタッカクレーン１０の移動を可能とする走行系２０と、昇降台１００を昇降方向すなわち鉛直方向Ａ１に沿って昇降させる第１昇降機構３０と、制御部４０と、自動倉庫の棚との間でケース１０４、１０６を受け渡す昇降台１００と、を備える。

走行系２０は車輪２２と走行モータ２４と台車２６とを含む。台車２６に搭載された走行モータ２４が車輪２２を回転させることにより、スタッカクレーン１０は自動倉庫内を有軌道または無軌道で走行する。

第１昇降機構３０は昇降ワイヤ３２と昇降装置３４とクレーンマスト３６とを含む。昇降ワイヤ３２の一端側は昇降装置３４に、他端側は昇降台１００に、不図示のシーブまたはスプロケット等を介して接続される。昇降装置３４が昇降ワイヤ３２を巻き上げる（巻き出す）と、昇降台１００は鉛直方向Ａ１に延在するクレーンマスト３６に沿って上昇（下降）する。昇降ワイヤ３２の代わりにチェーンを使用してもよい。
なお、走行系２０および第１昇降機構３０は例えば特許文献１、２、３に記載される公知のスタッカクレーンにおける走行系および昇降機構と同様に構成されてもよい。

制御部４０はマイコンやＰＬＣ（programmable logic controller）などにより構成され、ボタンなどのユーザインタフェースを有してもよい。制御部４０は所定のプログラムにしたがって、走行モータ２４、昇降装置３４および昇降台１００を制御する。

昇降台１００は、昇降ワイヤ３２と接続された昇降フレーム１０２と、自動倉庫の棚と昇降フレーム１０２との間で伸縮自在に構成されるシャトルフォーク１０８と、シャトルフォーク１０８をフレーム１０２に対して鉛直方向Ａ１に沿って昇降させる第２昇降機構１１０と、昇降フレーム１０２に対して移動可能に構成された荷保持部１１２と、を含む。

シャトルフォーク１０８は例えば３段のテレスコーピック構成を有し、上面にケースやパレットなどの荷が搭載される。シャトルフォーク１０８は、スタッカクレーン１０が走行する方向Ａ２（以下、走行方向と称す）および鉛直方向Ａ１の両方と略直交する方向Ａ３（以下、シャトル方向と称す）に沿って伸縮する。

第２昇降機構１１０は、シャトルフォーク１０８を昇降フレーム１０２に対して鉛直方向Ａ１に沿って昇降させる。第２昇降機構１１０は、油圧式や空気圧式や電動のリニアアクチュエータであってもよく、例えばガイド付きのエアシリンダであってもよい。

荷保持部１１２は荷が保持されるべき第１荷スペース１１４および第２荷スペース１１６を画定する。図１では第１荷スペース１１４にケース１０４が保持され、第２荷スペース１１６にケース１０６が存在する状態が示される。荷保持部１１２はケース１０４の底面の縁を支えることによってケース１０４を保持する。第１荷スペース１１４と第２荷スペース１１６とは走行方向Ａ２に沿って並んで配置される。

荷保持部１１２は、第１荷スペース１１４および第２荷スペース１１６のそれぞれを、シャトルフォーク１０８に対応する位置（以下、シャトル位置と称す）とそうでない位置との間で動かす。シャトルフォーク１０８に対応しない位置は例えばシャトルフォーク１０８から外れた位置であってもよい。

荷保持部１１２は、第２荷スペース１１６がシャトル位置にあり、第１荷スペース１１４がシャトル位置の左隣の位置にある第１状態（図１で示される状態）と、第１荷スペース１１４がシャトル位置にあり、第２荷スペース１１６がシャトル位置の右隣にある第２状態を取り得る。荷保持部１１２は昇降フレーム１０２に対して走行方向Ａ２に沿って移動することにより、第１状態と第２状態とを切り替える。

棚との間でケースの受け渡しが行われる際、昇降台１００は第１昇降機構３０によって鉛直方向Ａ１で位置決めされる。その後、昇降フレーム１０２が棚に対して静止した状態で、第２昇降機構１１０はシャトルフォーク１０８を昇降させる。

例えば第２荷スペース１１６に存在するケース１０６を棚に渡す場合、昇降台１００の位置決めの後、第２荷スペース１１６がシャトル位置にくるよう荷保持部１１２が動作する。第２昇降機構１１０はシャトルフォーク１０８を上昇させる。シャトルフォーク１０８が上昇するとケース１０６は荷保持部１１２から離れ、シャトルフォーク１０８に載置される（図１に示される状態）。シャトルフォーク１０８はシャトル方向Ａ３に沿って伸び、シャトルフォーク１０８に載置されたケース１０６は棚に向けて移動する。第２昇降機構１１０は伸びた状態のシャトルフォーク１０８を下降させる。これによりケース１０６が棚に置かれる。

図２は、昇降台１００の正面図である。図３は、図２の矢印Ａに対応する断面図である。図４は、図２の矢印Ｂに対応する断面図である。
荷保持部１１２は、ケースを受けるための荷受け部群と、鉛直方向Ａ１に延在し荷受け部を支持する縦フレーム群と、縦フレーム群を支持する横フレーム群と、横フレーム群に回転自在に取り付けられる荷保持車輪群と、荷保持部移動機構１５２と、を含む。

第１荷受け部１１８および第２荷受け部１２０は協働してケースを保持し、第１荷スペース１１４を規定する。第１荷受け部１１８はケースの底面の一方の縁と接触し、第２荷受け部１２０は他方の縁と接触する。第１荷受け部１１８および第２荷受け部１２０は、シャトルフォーク１０８に搭載されるときのケースのシャトルフォーク１０８に対する位置を修正するよう構成される。ケースを何回も受け渡ししていると、ケースのシャトルフォーク１０８に対する位置が次第にずれていくことがある。第１荷受け部１１８および第２荷受け部１２０はそのようなずれを修正する。

特に第１荷受け部１１８は、ケースの底面の縁が載置される底面接触部１１８ａと、底面接触部１１８ａに対して上方に傾斜する傾斜部１１８ｂと、を含む。傾斜部１１８ｂにケースの角が当たると、その角は傾斜部１１８ｂの傾斜に沿って底面接触部１１８ａに向けて移動する。第２荷受け部１２０も同様に構成される。これにより、ケースは第１荷受け部１１８および第２荷受け部１２０に保持されるときに自動的にセンタリングされる。
第３荷受け部１２２および第４荷受け部１２４も同様に協働してケースを保持し、第２荷スペース１１６を規定する。

第１縦フレーム１２６および第４縦フレーム１３８のそれぞれの下端部に第１荷受け部１１８が取り付けられ、上端部に第５横フレーム１５６が取り付けられる。第２縦フレーム１２８および第５縦フレーム１４０のそれぞれの下端部に第２荷受け部１２０および第３荷受け部１２２が取り付けられ、上端部に第４横フレーム１５４が取り付けられる。第３縦フレーム１３０および第６縦フレーム１４２のそれぞれの下端部に第４荷受け部１２４が取り付けられ、上端部に第３横フレーム１４６が取り付けられる。

第３横フレーム１４６、第４横フレーム１５４および第５横フレーム１５６はいずれもシャトル方向Ａ３に延在し、第１横フレーム１３６および第２横フレーム１４４に取り付けられる。第１横フレーム１３６は走行方向Ａ２に延在し、第１荷保持車輪１３２および第２荷保持車輪１３４を不図示の軸受を介して回転自在に支持する。第２横フレーム１４４は走行方向Ａ２に延在し、第３荷保持車輪１４８および第４荷保持車輪１５０を不図示の軸受を介して回転自在に支持する。

荷保持部移動機構１５２の一端は昇降フレーム１０２に取り付けられ、他端は第４横フレーム１５４に取り付けられる。荷保持部移動機構１５２が走行方向Ａ２に沿って伸縮することにより、第４横フレーム１５４すなわち荷保持部１１２が昇降フレーム１０２に対して走行方向Ａ２で移動する。荷保持部移動機構１５２は走行方向Ａ２に沿って伸縮自在なリニアアクチュエータであってもよく、例えばエアシリンダであってもよい。荷スペースが２つの場合は、一方の荷スペースがシャトル位置にある状態を伸び位置に、他方の荷スペースがシャトル位置にある状態を縮み位置に、それぞれ対応させることができるので、エアシリンダを使用するのが好適である。あるいはまた、荷スペースの３以上の場合は荷保持部移動機構にモータを使用してもよい。

昇降フレーム１０２は、荷保持部１１２の移動を可能とするための逃げスペース１８２を画定する。この逃げスペース１８２は走行方向Ａ２においてひとつの荷スペース分以上の大きさを有する。すなわち、昇降フレーム１０２は、走行方向Ａ２において荷保持部１１２よりもひとつの荷スペース分以上大きくなるよう構成される。

昇降台１００はさらに各種のセンサを備える。シャトルフォーク飛び出し検知センサの投光部１５８ａおよび受光部１５８ｂは昇降フレーム１０２に取り付けられる。投光部１５８ａは受光部１５８ｂに向けてレーザ光１５８ｃを発する。シャトルフォーク１０８が伸びた状態になるとレーザ光１５８ｃは遮られる。

第１荷幅オーバセンサ１６０の投光部１６０ａおよび受光部１６０ｂは昇降フレーム１０２に取り付けられる。投光部１６０ａは受光部１６０ｂに向けてレーザ光１６０ｃを発する。第２荷幅オーバセンサ１６２の投光部１６２ａおよび受光部１６２ｂは昇降フレーム１０２に取り付けられる。投光部１６２ａは受光部１６２ｂに向けてレーザ光１６２ｃを発する。ケースが大きすぎる場合や走行方向Ａ２に片寄ってシャトルフォーク１０８に載置される場合、ケースはレーザ光１６０ｃまたはレーザ光１６２ｃを遮る。

第１荷はみ出し検知センサ１６４の投光部１６４ａおよび受光部１６４ｂは昇降フレーム１０２に取り付けられる。投光部１６４ａは受光部１６４ｂに向けてレーザ光１６４ｃを発する。第２荷はみ出し検知センサ１６８の投光部１６８ａおよび受光部１６８ｂは昇降フレーム１０２に取り付けられる。投光部１６８ａは受光部１６８ｂに向けてレーザ光１６８ｃを発する。ケースが大きすぎる場合やシャトル方向Ａ３に片寄ってシャトルフォーク１０８に載置される場合、ケースはレーザ光１６４ｃまたはレーザ光１６８ｃを遮る。

第１荷高さオーバセンサ１６６の投光部１６６ａおよび受光部１６６ｂは昇降フレーム１０２に取り付けられる。投光部１６６ａは受光部１６６ｂに向けてレーザ光１６６ｃを発する。ケースが高すぎる場合、レーザ光１６６ｃはケースによって遮られる。

荷保持部１１２は、各荷スペースに対応する在荷センサ（不図示）を有する。荷スペースにケースが存在する場合、在荷センサのレーザ光１７０、１７２が遮られる。

図５は、第２昇降機構１１０がシャトルフォーク１０８を下降させたときの、図２の矢印Ｃに対応する断面図である。第３荷幅オーバセンサ１７４の投光部１７４ａおよび受光部１７４ｂは昇降フレーム１０２に取り付けられる。投光部１７４ａは受光部１７４ｂに向けてレーザ光１７４ｃを発する。

以上のように構成されたスタッカクレーン１０の動作について説明する。
図６（ａ）〜（ｊ）は、自動倉庫の棚１７６に置かれた第１ケース１７８とスタッカクレーン１０が保持する第２ケース１８０とを入れ替える場合の動作を模式的に示す図である。図６（ａ）〜（ｊ）のそれぞれにおいて、左側は昇降台１００の正面図、右側は左側のＤ−Ｄ線断面図を模式的に示す。なお、以下の動作は、制御部４０が走行モータ２４、昇降装置３４、シャトルフォーク１０８、第２昇降機構１１０、荷保持部移動機構１５２を制御することにより実現される。

第１荷スペース１１４に第２ケース１８０を保持し、第２荷スペース１１６が空の状態のスタッカクレーン１０は、自動倉庫内を走行し、第１ケース１７８が置かれている棚１７６の前に来ると停止する。スタッカクレーン１０は第１昇降機構３０を使用して昇降台１００を上昇または下降させ、昇降台１００を第１ケース１７８に対して位置決めする。スタッカクレーン１０は、昇降フレーム１０２を停止させたまま、第２荷スペース１１６をシャトル位置に動かす。図６（ａ）はこのように第２荷スペース１１６がシャトル位置に動かされた後の状態を示す。第２昇降機構１１０は空のシャトルフォーク１０８を下限の位置としている。

図６（ｂ）に示されるように、下限の位置にある空のシャトルフォーク１０８は棚１７６に向けて伸びる。図６（ｃ）に示されるように、第２昇降機構１１０は伸びた状態のシャトルフォーク１０８を上昇させる。これにより、第１ケース１７８はシャトルフォーク１０８によって棚１７６から掬い上げられる。図６（ｄ）に示されるように、上限の位置にあるシャトルフォーク１０８は第１ケース１７８を搭載したまま縮み、第１ケース１７８は第２荷スペース１１６に進入する。

図６（ｅ）に示されるように、第２昇降機構１１０は縮んだ状態のシャトルフォーク１０８を下降させる。これにより、シャトルフォーク１０８は第２荷スペース１１６から退出し、第１ケース１７８は第３荷受け部１２２および第４荷受け部１２４に預けられる。図６（ｆ）に示されるように、荷保持部移動機構１５２は荷保持部１１２を右に移動させ、第１荷スペース１１４がシャトル位置にくる。

図６（ｇ）に示されるように、第２昇降機構１１０は縮んだ状態のシャトルフォーク１０８を上昇させる。これにより、シャトルフォーク１０８は第１荷スペース１１４に進入し、第２ケース１８０は荷保持部１１２から離れてシャトルフォーク１０８に搭載される。図６（ｈ）に示されるように、上限の位置にあるシャトルフォーク１０８は第２ケース１８０を搭載したまま棚１７６に向けて伸びる。図６（ｉ）に示されるように、第２昇降機構１１０は伸びた状態のシャトルフォーク１０８を下降させる。これにより、第２ケース１８０はシャトルフォーク１０８から離れ、第１ケース１７８が置かれていた棚１７６の箇所に置かれる。図６（ｊ）に示されるように、空になったシャトルフォーク１０８は縮む。
これらの一連の作業において、昇降フレーム１０２を含むスタッカクレーン１０の本体は停止したままとされる。

本実施の形態に係るスタッカクレーン１０によると、スタッカクレーン１０からケースを棚に移す際または棚からケースを受け取る際、第２昇降機構１１０を使用してシャトルフォーク１０８を昇降させる。したがって、昇降台１００全体を昇降させる場合と比較すると、昇降させる対象の重量を低減できるので、より素早くケースの受け渡し動作を完了でき、また消費電力も少なくなる。そのため、特に、棚内で荷同士を入れ替える際や、棚内で荷の位置を変更する際に、作業全体を高速化することができる。

また、本実施の形態に係るスタッカクレーン１０は、２つのケースを保持可能な荷保持部１１２を備え、さらに昇降台１００を停止させたまま昇降台１００上で荷スペースを入れ替えることができる。これにより、棚のケースの入れ替えをより簡単かつ高速に行うことができる。

特に例えば特許文献３に記載されるようなツインフォークのスタッカクレーンでは、棚のケースを入れ替える際にスタッカクレーン全体を走行方向に移動させなければならない。これに対して本実施の形態に係るスタッカクレーン１０では、棚のケースを入れ替える際に荷保持部１１２を昇降台１００に対して移動させるが、スタッカクレーン１０全体を移動させる必要はない。したがって、移動させる対象の重量を低減できるので、より素早くケースの入れ替えを完了でき、また消費電力も少なくなる。

また、本実施の形態に係るスタッカクレーン１０は、ひとつのシャトルフォーク１０８に対して荷スペースを入れ替える構成を有する。したがって、複数のケースを搭載し受け渡し可能でありながら、比較的高価な部材であるシャトルフォークの搭載数を低く抑えることでコスト的にも有利なスタッカクレーン１０が提供される。

以上、実施の形態に係るスタッカクレーン１０の構成と動作について説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

実施の形態では、スタッカクレーン１０は同時に２つの荷を保持可能に構成される場合について説明したが、これに限られず、スタッカクレーンは同時に３つ以上の荷を保持可能に構成されてもよい。

実施の形態では、荷がケースである場合について説明したが、これに限られず、例えばパレットであってもよい。

実施の形態では、各種検出センサとしてレーザ光の投受光により検知する構成について説明したが、これに限られない。例えば、シャトルフォークの飛び出しを、シャトルフォークに内蔵したリミットスイッチにより検知してもよい。

１０ スタッカクレーン、 ２０ 走行系、 ３０ 第１昇降機構、 ４０ 制御部、 １００ 昇降台、 １０８ シャトルフォーク、 １１０ 第２昇降機構、 １１２ 荷保持部、 １１４ 第１荷スペース、 １１６ 第２荷スペース。

Claims (5)

1. 棚との間で荷を受け渡す昇降台と、
   前記昇降台を昇降方向に沿って昇降させる第１昇降機構と、を備え、
   前記昇降台は、
   前記第１昇降機構と接続されたフレームと、
   棚と前記フレームとの間で伸縮自在に構成され、荷が搭載されるべきシャトルフォークと、
   前記昇降台が前記第１昇降機構によって昇降方向で位置決めされた後、前記シャトルフォークを前記フレームに対して昇降方向に沿って昇降させる第２昇降機構と、
   荷が保持されるべき複数の荷スペースのそれぞれを、前記シャトルフォークに対応する位置とそうでない位置との間で動かす荷保持部と、を含むことを特徴とするスタッカクレーン。
2. 前記荷保持部は、荷が存在する荷スペースが前記シャトルフォークに対応する位置にあるとき、前記第２昇降機構の動作により前記シャトルフォークが下降するとその荷スペースに存在する荷を保持し、前記第２昇降機構の動作により前記シャトルフォークが上昇するとその荷スペースに存在する荷から離されることを特徴とする請求項１に記載のスタッカクレーン。
3. 前記荷保持部は、前記フレームに対して、昇降方向および前記シャトルフォークが伸縮する方向の両方と交差する交差方向に沿って移動し、
   前記フレームは、交差方向において前記荷保持部よりもひとつの荷スペース分以上大きくなるよう構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のスタッカクレーン。
4. 前記荷保持部は、前記シャトルフォークに搭載されるときの荷の前記シャトルフォークに対する位置を修正することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のスタッカクレーン。
5. 第１荷スペースおよび第２荷スペースのそれぞれを、シャトルフォークに対応する位置とそうでない位置との間で動かす荷保持部を備えるスタッカクレーンを使用して第１の荷と第２の荷とを入れ替える方法であって、
   第１荷スペースに第１の荷が保持され、第２荷スペースが空の状態の前記スタッカクレーンを、棚に置かれている第２の荷に対して位置決めするステップと、
   前記シャトルフォークを伸縮させることで第２の荷を第２荷スペースに入れるステップと、
   前記スタッカクレーンの本体を停止させたまま、第１荷スペースを前記シャトルフォークに対応する位置に動かすステップと、
   前記シャトルフォークを伸縮させることで第１の荷を第２の荷が置かれていた棚の箇所に置くステップと、を含むことを特徴とする方法。

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