JP6573284B2

JP6573284B2 - パワーアシスト機能付き作業用台車

Info

Publication number: JP6573284B2
Application number: JP2017198984A
Authority: JP
Inventors: 賢治長屋
Original assignee: 株式会社アイセイ
Priority date: 2017-10-13
Filing date: 2017-10-13
Publication date: 2019-09-11
Anticipated expiration: 2037-10-13
Also published as: JP2019073086A

Description

本発明は、重量物の搬送や位置決めなどの作業に際して、作業者の負担を軽減し、且つ操作しやすいパワーアシスト機能付き作業用台車に関する。

工場や倉庫などでは重量物の搬送作業や重量部品の取り付け作業が行われる。そのような場所では天井クレーンなどのパワーアシスト装置が使用され、作業者の負担軽減が図られている。パワーアシスト装置の従来例としては、例えば下記特許文献１に記載のパワーアシスト機能付き全方向移動台車を挙げることができる。これはオムニホイールを使用した搬送用台車であって、重量が大きい積載物にも対応できるようにしたものである。具体的には、４個のオムニホイールが取り付けられた荷台に、更に４個の自在キャスターが取り付けられたものであり、荷台にかかる積載荷重が自在キャスターによって支えられるようになっている。そして、パワーアシスト機能付きの台車には、荷台の端部に起立した操作部が設けられ、作業者がオムニホイールの回転方向や回転速度を制御するためのハンドルがロードセルを介して設けられている。

特開２０１４−４６８９０号公報

前記従来例の台車は、ハンドルを回転させるほか、ハンドルを直進や横方向に力を加えることにより移動方向をコントロールし、積載した重量物を目標とする位置に運ぶことができる。しかし、こうしたパワーアシスト機能付きの台車は、重量物の運搬について負担を軽減することにとどまっており、それ以外の作業は作業者の負担として残ったままであった。この点、フォークリフトは作業部となるフォークを備え、重量物の持ち上げや、高さのある場所への重量物の積み込みなどが可能になっている。しかし、そうしたフォークリフトであっても、前述した台車などに比べて大きく、狭い場所での作業には不向きであるなどの問題がある。特に、誰もが容易に操作できるわけではなく、さらに細かい操作ともなれば熟練した操作技術が必要になる。

そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、作業者の負担を軽減し、且つ操作しやすいパワーアシスト機能付き作業用台車を提供することを目的とする。

本発明に係るパワーアシスト機能付き作業用台車は、走行用モータによって駆動する複数の全方向移動車輪を備えた走行台と、前記走行台に対して起立した状態で固定された支柱と、前記支柱に対して昇降用モータの駆動によって昇降するように取り付けられた作業用アームと、前記作業用アームに力覚センサと一体になって取り付けられ、前記走行用モータおよび前記昇降用モータを駆動制御するための操作手段と、前記操作手段からの操作信号を基に前記走行用モータおよび前記昇降用モータを駆動制御するため制御装置と、前記走行用モータおよび前記昇降用モータに電力を供給する電源手段とを有する。

前記構成によれば、全方向移動車輪を備えた走行台と、その走行台に対して昇降可能な作業用アームについて、それぞれの走行用モータや昇降用モータの駆動制御を、作業者が作業用アームに取り付けられた操作手段の操作によって行うため、モータの駆動により作業者の負担は軽減され、また、作業者の手の動きが直接走行台や作業用アームの動きになるため、微細な位置合わせなどであっても非常に操作しやすいものになっている。

パワーアシスト機能付き作業用台車の一実施形態を示した側面図である。パワーアシスト機能付き作業用台車の一実施形態を示した平面図である。パワーアシスト機能付き作業用台車の一実施形態を示した背面図である。パワーアシスト機能付き作業用台車の一実施形態を示した底面図である。走行台を前後方向から示した図である。パワーアシスト機能付き作業用台車の作業状況を示した側面図である。改良を加えたパワーアシスト機能付き作業用台車の作業状況を示した側面図である。

次に、本発明に係るパワーアシスト機能付き作業用台車の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１乃至図４は、本実施形態のパワーアシスト機能付き作業用台車（以下、単に「作業用台車」と記載する）を示した図であり、図１は側面図、図２は平面図、図３は背面図、そして図４は底面図である。なお、本実施形態では、作業用台車１の前後方向をＸ軸方向、左右の幅方向をＹ軸方向、そして高さ方向をＺ軸方向として説明する。

この作業用台車１は、モータの駆動力によって走行台３が走行し、作業用アーム４を昇降させるようにしたパワーアシスト機能を備えたものである。走行台３や作業用アーム４はフレーム部材１１が組まれたフレーム構造をしている。そのフレーム部材１１は、軽量化のためにアルミが使用され、剛性を高めるために中央の孔や４面における溝が長手方向に沿って形成された断面形状で形成されている。走行台３は、図４に示すように正方形であって、その四隅には車輪用固定プレート１８が固定され、各々に車輪が取り付けられている。

作業用台車１には全方向移動車輪５が使用され、本実施形態ではオムニホイール（登録商標）が取り付けられている。ただし、走行台３に対して全方向の移動を可能にするものであれば、全方向移動車輪５としてメカナムホイール（登録商標）などを使用するようにしてもよい。全方向移動車輪５には、サーボモータ１３と減速機１４とが駆動部として車軸に連結されている。そして、走行台３に取り付けられた４つの全方向移動車輪５（５ＦＲ，５ＦＬ，５ＲＲ，５ＲＬ）は同一円周上に等間隔で配置され、各々の車軸が作業用台車１の前後左右方向（Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に対して４５度の傾きで取り付けられている。

次に、走行台３は、図２や図４に示すように、複数のフレーム部材１１が隅部にブラケット１２を使用するなどして組み付けられ、全体の形状が正方形になるように形成されている。ただし、この走行台３は、車体前後方向（Ｘ軸方向）に２分割され、前方側走行台３０１と後方側走行台３０２とが連結されて一体になっている。前方側走行台３０１と後方側走行台３０２は、同じ形のフレーム構造であり、幅方向の長尺フレーム部材１１１が前後に２本配置され、それを幅方向に並べた４本の短尺フレーム部材１１２によって連結された梯子型構造である。

前方側走行台３０１および後方側走行台３０２は、互いの長尺フレーム部材１１１同士が前後に重なる走行台３の中央部分に、それぞれ２本の短尺フレーム部材１１２を掛け渡した連結プレート１７が固定され、各々に同じピロー形の軸受ブロック１５が固定されている。軸受ブロック１５は、中央の盛り上がった山形部分に貫通孔が形成され、その左右両側には連結プレート１７にボルト締めするための張り出した部分が形成されている。そして、一対の軸受ブロック１５は、各々の貫通孔内に無給油ブッシュが嵌め込まれ、前後方向に重ねられた両方の貫通孔を１本のツバ付きの連結ロッド１６が挿入され、ネジ止めされた金属ワッシャによって抜け止めされている。

前方側走行台３０１と後方側走行台３０２は、Ｘ軸方向の連結ロッド１６を介して連結されて一体になり、その連結ロッド１６を支点として、各々が独立して左右方向（Ｙ軸方向）に傾くことが可能なシーソー構造となっている。ここで、図５は、走行台３を示した背面図である。そして、この図では、図面手前側に位置する後方側走行台３０２について右側部分を一部削除し、図面奥側に位置する前方側走行台３０１が見えるように記載されている。特に、前方側走行台３０１の右側に位置する全方向移動車輪５ＦＲが障害物８０を乗り上げた状態が表現されている。

この走行台３は、全方向移動車輪５ＦＲが障害物８０に乗り上げると、シーソー構造により、連結ロッド１６を支点として前方側走行台３０１の右側が持ち上げられて傾く一方、後方側走行台３０２は水平な状態が保たれるようになっている。このとき、軸受ブロック１５は、連結ロッド１６に対して上下方向に多少の変位が可能になっている。このように本実施形態の走行台３がシーソー構造になっているのは、４つの全方向移動車輪５が常に適切な接地力を得られるようにするためである。

つまり、走行台３の移動速度や方向などは、オムニホイール（登録商標）である４つの全方向移動車輪５について、それぞれのＸ軸方向の駆動力とＹ軸方向の駆動力との合成によって決定される。そのため、仮に走行台３が正方形の一体型フレーム構造であったならば、全方向移動車輪５ＦＲとその対角線上にある全方向移動車輪５ＲＬは接地していたとしても、他の全方向移動車輪５ＦＬ，５ＲＲのいずれか一つが浮き上がってしまう。そして、一つでも全方向移動車輪５が確実に接地していなければ、走行台３の移動方向を正確にコントロールすることができなくなってしまう。この点、本実施形態では、走行面の状況に応じて前方側走行台３０１と後方側走行台３０２とが異なる姿勢をとることにより、全ての全方向移動車輪５が適切な接地状態を維持できるようになっている。

続いて、走行台３には、後方側走行台３０２に対して直立した支柱６が固定され、作業用アーム４が昇降可能な状態で組み付けられている。支柱６は、固定用ブラケット２１，２２によって前後から挟み込まれ、ボルトによって短尺フレーム部材１１２に締結されている。そして、この作業用アーム４も走行台３と同じくフレーム部材１１によって構成されている。具体的には、左右２本の長尺フレーム部材１１３が４本の短尺フレーム部材１１４によって連結された梯子型構造で構成されている。支柱６は、そうした作業用アーム４よりも幅が狭く、２本の長尺フレーム部材１１３の間を通すように構成されている。

作業用アーム４と支柱６との間には、支柱６に沿って作業用アーム４が移動するようにした昇降機構が構成されている。先ず、支柱６の前面にはその幅間隔で２本のガイドレール２３が鉛直方向（Ｚ軸方向）に固定され、作業用アーム４には複数のスライドブロック２５を備えた支持用ブラケット２４が固定されている。従って、作業用アーム４は、このガイドレール２３とスライドブロック２５とからなるリニアガイドによって鉛直方向に昇降自在となっている。

そして、作業用アーム４に対して鉛直方向の推進力を与えるため、サーボモータ２６及びボールネジ機構が設けられている。そのため、２本のガイドレール２３に挟まれる位置には、支柱６に固定した軸受を介して鉛直方向にネジ軸２７が回転自在に取り付けられている。また、支柱６の頂部にはサーボモータ２６が固定され、その回転軸がカップリングを介してネジ軸２７に連結されている。そして、支持用ブラケット２４には不図示のナットが保持され、そのナットにはネジ軸２７が貫通するようにして螺合している。

次に、作業用台車１には、走行台３の移動や作業用アーム４の昇降を操作するための操作レバー７が作業用アーム４に取り付けられている。作業用アーム４の後方側端部に取り付け枠２８が固定され、その上に操作レバー７が力覚センサ８と一体になって取り付けられている。よって、作業用台車１は、操作レバー７に作業者の力が作用することにより、サーボモータ１３，２６のパワーアシストを受けた走行台３の移動と作業用アーム４の昇降が行われるようになっている。

力覚センサ８は、操作レバー７に加えられる作業者の力の６成分つまり、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の３軸方向の力成分と、そうした３軸の回りに作用するトルク（モーメント）成分を検出することができる６軸センサである。ただし、本実施形態では、トルク成分に関してはＺ軸回りのトルク成分のみが利用される。従って、作業者の操作レバー７に対する操作は、力覚センサ８において３軸方向の力成分やトルク成分に分解され、各軸の操作情報として検知される。そして、その検知信号（操作信号）が制御部に送られ、サーボモータ１３，２６の駆動制御が行われるようになっている。

走行台３には、前方側走行台３０１に制御ボックス９が搭載され、そこには力覚センサ８からの操作情報に基づき、移動や昇降に必要な駆動力を算出するコンピュータなどが収納されている。制御ボックス９には、コンピュータの他にも演算結果に基づき全方向移動車輪５のサーボモータ１３や昇降用のサーボモータ２６を駆動するモータドライバ、更にサーボモータ１３，２６の各々の回転数を検出するエンコーダ、そしてサーボモータ１３，２６を駆動させるための電源としてバッテリなども収納されている。ただし、制御ボックス９内にバッテリを収めるスペースがない場合には、後方側走行台３０２に直接搭載するようにしてもよい。また、狭い範囲での作業に使用するような場合には、作業用台車１に電源コードを接続するようにしてもよい。

操作レバー７には、頂部に安全ボタン７０１が設けられ、その安全ボタン７０１が押された場合に制御部に対して操作信号が送信可能になっている。そのため、操作レバー７に対して作業者の力が作用していたとしても、安全ボタン７０１が押されていなければ作業用台車１は作動せず、また、作動中の場合には安全ボタン７０１が解除されることで停止することとなる。作業用台車１は、この操作レバー７を作業者が片手で操作することで、パワーアシストを受けて動かすことが可能になっている。そして、その操作レバー７が作業用アーム４に取り付けられているため、作業者の手の動きの方向や移動量に従って作業用アーム４も移動するようになっている。この点、例えばフォークリフトのフォークとそれを操作するレバーとの関係とは異なっている。

更に、作業用台車１では、サーボモータ１３，２６に印加される電流の制御によって駆動トルクを可変させ、作業者が操作レバー７を操作する際の反力が調整されるようになっている。すなわち、作業用アーム４に加わる荷重や走行台３に対する走行抵抗などが、例えばトルクセンサによって検出され、その検出値に基づきサーボモータ１３，２６に対する重み付けをしたトルク制御が行われる。このことにより、作業者に重さや抵抗を感じさせることができるようになっている。作業用台車１は、パワーアシスト機能によって重量物に対する運搬などの作業が軽減される。しかし、本実施形態では、操作感覚を敏感にさせるため、あえて作業者にある程度の重さなどを感じさせる構成となっている。

このような構成の作業用台車１は、図６に示すようにしてタイヤ７０の取り付け作業などに使用することができる。工場でのタイヤ７０の取り付けは、例えばリフタやクレーン装置によって作業者の目線程の高さで行われる。そのような場合、タイヤ７０の移動は、ストック位置から自動車の組み付け位置までの距離だけではなく、取り付け位置までの高さもある。そこで、作業者は、作業用台車１にタイヤ７０を載せて移動させ、取り付け位置まで上昇させて位置合わせした後、その状態でタイヤ７０を維持させてハブボルトに対しナットによって締め付け固定する。

その際、作業者は、先ずストック位置に作業用台車１を移動させ、作業用アーム４にタイヤ７０を載せる。そして、安全ボタン７０１を押した状態で操作レバー７を握り、操作しやすい高さまで作業用アーム４を上昇させる。つまり握った手に上向きの力を加えることにより、Ｚ軸方向の力を力覚センサ８が検出し、その操作信号が制御部に送られ、所定の演算処理によりサーボモータ２６の駆動制御が行われる。そして、サーボモータ２６の回転がボールネジ機構を介して直進運動に変換され、作業用アーム４の高さ調整が可能になる。

図６において一点鎖線で示すように、作業用アーム４が上昇した位置では、操作レバー７の位置も高くなり、作業者の歩行しながらの操作が行い易くなる。つまり、作業者が自然な歩行姿勢で操作レバー７を握り、その操作レバー７に対して進行方向に力を与えたり捻じりを加えた走行台３の走行操作が行われる。このとき、力覚センサ８では操作レバー７に作用した力の検出が行われ、その操作信号が制御部に送られる。制御部では演算処理によって４つの全方向移動車輪５についてサーボモータ１３の駆動制御が行われ、それぞれのＸ軸方向およびＹ軸方向の駆動力の合成によって、作業者の操作に従った走行台３の走行や旋回が行われる。そのため、作業用アーム４に搭載されたタイヤ７０が作業位置へと運ばれることとなる。

作業位置へと運ばれたタイヤ７０は、作業者が操作レバー７に上下左右の力を与えることにより微調整が行われ、自動車側のハブボルトに対してタイヤホイールのボルト孔の位置合わせが行われる。このとき、操作レバー７を握った手の上下左右の動きがそのまま作業用アーム４の移動となる。すなわち、フォークリフトのようにレバーを微調整することで作業部分の動きを間接的にコントロールすることとは異なり、作業者の手の動きが直接走行台３や作業用アーム４の動きになっている。そのため、作業用アーム４に搭載したタイヤ７０のボルト孔をハブボルトに位置合わせする微細な操作も容易に行うことができる。

このような作業では、作業用アーム４に加わるタイヤ７０の荷重に応じてサーボモータ１３に対する重み付けをしたトルク制御が行われるため、作業者はタイヤ７０の重みを間接的に感じながら操作を行うこととなる。つまり、荷重に応じて作業用アーム４の昇降や走行台３の移動が鈍くなる。よって、作業用台車１によれば、作業者が自分の手の動きに従ってタイヤ７０などの重量物を動かし、しかもその重さを敏感に感じながら操作することができる。そのため、重量物を扱いながらでも細かい位置合わせを精度よく行うことが可能となる。また、走行時に走行台３が何かに衝突した場合にも、その抵抗を受けて全方向移動車輪５の回転が重くなるため、その重さを感じた作業者が走行を停止させるなどして危険を回避した安全な操作が可能になる。

更に、図５に示すように走行時に一つの全方向移動車輪５が障害物８０に乗り上げたとしても、シーソー構造により前方側走行台３０１および後方側走行台３０２の全ての全方向移動車輪５が接地し状態を保つ。そのため、作業用台車１は、４つの全方向移動車輪５が常に適切な接地力を得て正確な走行操作が可能になる。また、作業用台車１は、走行台３や作業用アーム４がフレーム構造であり、アルミのフレーム部材１１によって構成されているため、十分な剛性を確保しながら台車全体の軽量化が図られている。

ところで、前述したように、作業用アーム４にタイヤ７０を載せた取り付け作業の場合、複数のボルト孔を自動車側のハブボルトに位置合わせする必要がある。そのため、作業用アーム４にローラを設け、その上に載せたタイヤ７０を回転可能にし、回転方向の位置合わせを可能にするようにしてもよい。このように、作業用台車１は、対象物に応じて作業用アーム４を様々な形態に変更することにより、作業性能を向上させることができる。例えば、図７に示すように、作業用台車１に改良を加えて、作業用アーム４にフック２９を取り付け、重量物の吊下げ搬送が可能な構造にするようにしてもよい。

この場合、フック２９を取り付けた作業を可能にするため、走行台３の前後を逆にして前方側走行台３０１が後方側になり、後方側走行台３０２が前方側になる。そして、後方側走行台３０２には前後反転した支柱６が固定用ブラケット２１，２２によって固定され、その支柱６に対して作業用アーム４がリニアガイドやボールネジ機構などによって昇降可能に組み付けられる。作業用アーム４は、支持用ブラケット２４の固定位置が長手方向の中央部分に移され、先端部分が走行台３から突き出す量が調整される。そして、その突き出した作業用アーム４の先端部分にフック２９が取り付けられる。

この作業用台車１Ｂによれば、フック２９によって重量物の吊下げ搬送が行われ、重心が前方側に偏ってしまうが、制御ボックス９が錘になっている。ただ、制御ボックス９だけで十分でない場合は、走行台３上にバランスウエイトを搭載するようにする。そして、この作業用台車１Ｂでは、作業者は、前記作業用台車１と同じく安全ボタン７０１を押した状態で操作レバー７を握り、上下左右の力あるいは捻じりを作用することによりフック２９を被搬送物に引掛け、所定の位置へ吊下げ搬送することができる。その際、作業者の手の動きが直接作業用アーム４の動きであるため、フック２９の微細な操作を行うことができる。そして、フック２９による持ち上げ作業および、持ち上げ後の重量物の搬送をパワーアシストによって容易に行うことができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、フック２９を取り付けた場合を説明したが、作業用アーム４にはその他の作業用アタッチメントを取り付けるようにしてもよい。また、作業用アーム４の形態も作業に応じて変更するようにしてもよい。このようなことにより作業用台車１及びその改良を加えた作業用台車については幅広い作業への対応を可能とする。

１…作業用台車３…走行台４…作業用アーム５（５ＦＲ，５ＦＬ，５ＲＲ，５ＲＬ）…全方向移動車輪６…支柱７…操作レバー８…力覚センサ９…制御ボックス１１…フレーム部材１３…サーボモータ１４…減速機１６…連結ロッド２３…ガイドレール２５…スライドブロック２６…サーボモータ２７…ネジ軸３０１…前方側走行台３０２…後方側走行台

Claims

走行用モータによって駆動する複数の全方向移動車輪を備えた走行台と、
前記走行台に対して起立した状態で固定された支柱と、
前記支柱に対して昇降用モータの駆動によって昇降するように取り付けられた作業用アームと、
前記作業用アームに力覚センサと一体になって取り付けられ、前記走行用モータおよび前記昇降用モータを駆動制御するための操作手段と、
前記操作手段からの操作信号を基に前記走行用モータおよび前記昇降用モータを駆動制御するため制御装置と、
前記走行用モータおよび前記昇降用モータに電力を供給する電源手段とを有するパワーアシスト機能付き作業用台車。
前記走行台と前記作業用アームはフレーム部材により形成されたものである請求項１に記載のパワーアシスト機能付き作業用台車。
前記作業用アームは、対象物の搭載が可能な形状なもの、又は所定の作業用アタッチメントの着脱が可能なものである請求項１又は請求項２に記載のパワーアシスト機能付き作業用台車。
前記走行台は、前後方向に２分割された前方側走行台と後方側走行台によって構成され、前方側走行台と後方側走行台にはそれぞれ左右に前記全方向移動車輪が配置され、前記前方側走行台と後方側走行台とが、前後方向に配置された回転軸に対してそれぞれが揺動可能に連結されたものである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のパワーアシスト機能付き作業用台車。