JP6757891B2

JP6757891B2 - 搬送装置およびこれに搭載されるラック

Info

Publication number: JP6757891B2
Application number: JP2017517607A
Authority: JP
Inventors: 中西　努; 努中西; 植村　猛; 猛植村; 依子中尾; 崇宏秋好
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-05-13
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2036-04-26
Also published as: JPWO2016181627A1; US20180141752A1; WO2016181627A1

Description

本開示は、姿勢を制御しながら積載物を運搬する装置に関する。

従来から、車輪を有した本体部と、本体部に取り付けられた台座とを有し、この台座に搭載物を搭載して、自動走行する装置が実施されていた（特許文献１参照）。

特許第５１３８６８１号公報

しかしながら、特許文献１では、搭載物の搬送時において、搭載物を搭載した状態で上述の装置の姿勢が安定しないという課題があった。

上記課題を解決するために、本開示の搬送装置は、搭載物を搭載する装置本体部と、搭載物を搭載した状態の装置本体部の状態を検出するセンサとを備える。装置本体部は、装置本体部に接続されると共に、搭載物を搭載する台座と、装置本体部に接続され搬送装置を走行させる車輪と、車輪を駆動する駆動モジュールと有し、センサの出力を用いて搭載物の重心が搬送装置の重心に近づくように装置本体部の姿勢を制御することで、搭載物の姿勢を制御する。

上記構成により本開示は、積載物の搬送時において、積載物を搭載した状態で上述の装置の姿勢を制御できる。

図１は、本開示の実施の形態１の装置の斜視図である。図２Ａは、同装置がラックに向かって進行している図である。図２Ｂは、同装置がラックを持ち上げている図である。図３は、ラックの重量に偏りがある場合を示す図である。図４は装置が斜面を走行している状態を示す図である。図５は装置にかかる慣性力を示す図である。図６は、実施の形態２のラックを示す図である。

（実施の形態１）
以下に、実施の形態１の搬送装置１と、ラック１３と、積載物１４とについて図面を参照しながら説明する。ここで、搭載物は、ラック１３と、積載物１４とを含んでいる。なお、搬送装置１の本体部２の側面方向をＸ軸方向、搬送装置１が移動する方向をＹ軸方向、搬送装置１の台座３が移動する方向をＺ軸方向として説明する。

図１は、本開示の実施の形態１の搬送装置１の斜視図である。図２Ａは、同搬送装置１がラック１３に向かって進行している図で、矢印は同搬送装置１が移動している方向を示し、図２Ｂは同搬送装置１がラック１３を持ち上げている図であり、矢印は同ラック１３の持ち上げと、同搬送装置１の移動方向を示している。図３はラック１３の重量に偏りがある場合を示す図である。図４は搬送装置１が斜面を走行している状態を示す図であり、矢印は同搬送装置1の移動方向を示している。図５は搬送装置１にかかる慣性力を示す図であり、矢印は同搬送装置の加速方向と、その時の慣性力を示している。

図１に示すように、搬送装置１は、装置本体部２と、装置本体部２の上部に接続されると共に、搭載物を搭載する台座３と、本体部２の下部に接続された車輪４と、車輪４を駆動させ制御する駆動モジュール５と、角速度センサ６と、加速度センサ２６と、重量センサ８と、障害物センサ９と、車輪速センサ１０とを有する。さらに、このような各種の電気部品に電力を供給するバッテリー（図示せず）の残容量を計測するバッテリー計測センサ１１と、を有している。

本体部２は、外形が直方体の箱形状をしており、本体部２の中に駆動モジュール５が内蔵されている。本体部２の形状は図１に示す箱形状に限られるものではなく、使用条件に応じて適宜変更することが出来る。駆動モジュール５が車輪４を動かすことにより、本体部２は移動することが出来る。

本体部２の上部にはアクチュエータ１２を介して台座３が設けられており、アクチュエータ１２がＺ軸方向に伸び縮みすることによって台座３は上下に移動する。矩形板形状の台座３の４コーナー下部、各々に、アクチュエータ１２が設けられている。図２Ａに示すように装置１がラック１３の下、ラック１２の上面視における中心（中央）に移動し、図２Ｂに示すように、本体部２をラック１３の下に移動させてアクチュエータ１２で台座３が上昇させることでラック１３を持ち上げる。ここで、ラック１３の下に本体部２を移動させるには、本体部２が備える画像センサ（図示せず）からの出力により制御部（図示せず）を適切な位置を判別させる。これに代わって、作業者の手により、本体部２を動かし、移動させることもできる。また、アクチュエータ１２は本体部２に４つ設けられているため、各アクチュエータ１２の長さを、Ｚ軸方向に伸び縮みする量を、個別に変更することによって、台座３の本体部２に対する傾き方を自由に変更することが出来る。４つのアクチュエータ１２の長さを調整することにより、ラック１３の重心が上面視で装置１と実質的に一致するように調整することが出来る。ここで言う実質的に一致するとは、装置１が移動するときに、ラック１３の姿勢を崩さない程度のずれを実質的一致と言う。これにより、装置１がラック１３を持ち上げて移動する際に、ラック１３の重心が装置１の進行方向に対して後方に移動した場合や、装置１が斜面上にいてラック１３の重心位置が斜面下方にずれた場合でも、４つのアクチュエータ１２の長さを調整することでラック１３の重心が上面視で装置１と一致し、ラック１３の姿勢を安定させることが出来る。

各アクチュエータ１２には重量センサ８が設けられており、台座３が持ち上げているラック１３の重量を計測している。また、４つの各アクチュエータ１２に重量センサ８が設けられているため、台座３が持ち上げているラック１３の、上面視での重量バランスを計測することが出来る。４つのアクチュエータ１２は個別にＺ軸方向の長さを調整することができるため、ラック１３の重量の計測結果からラック１３の重心位置が装置１の重心位置にあうようにアクチュエータ１２の長さを制御することが出来る。このように、装置１は重量センサ８を用いてラック１３の重心を装置１の重心と実質的に一致させて移動することで、ラック１３の姿勢を安定させることが出来るため、装置１からラック１３やラック１３上の積載物１４が落ちることを防止することが出来る。また、４つのアクチュエータ１２を個別に動かすことが出来るため、ラック１３上の積載物１４の位置が偏っている場合でも、ラック１３の姿勢を安定させて装置１を移動させることが出来る。さらに、ラック１３の重量に応じて装置１の搬送スピードを変更させても良い。これにより、装置１の制動距離を所望の範囲内に収めることが出来る。なお、４つのアクチュエータ１２の長さを個別に調整することでラック１３の姿勢を制御したが、台座３とラック１３の下面とが接触する箇所を、台座３をＸ軸方向やＹ軸方向に移動させることで、移動させ、ラック１３の姿勢を制御しても良い。

本体部２の内部の所望の位置に角速度センサ６が設けられている。角速度センサ６を設けていることにより、装置１が移動する際に装置１に生じているＹａｗ、Ｒｏｌｌ、Ｐｉｔｃｈの姿勢変化を検知することが出来る。角速度の検出結果を用いてアクチュエータ１２をＺ軸方向に伸縮させることで、ラック１３の姿勢を制御することが出来る。これにより、例えば、装置１が走行している通路に設けられた配線を横断する場合や、通路に凹凸があり凹凸の上を走行する場合の装置１の角速度を検出し、ラック１３の重心が上面視で装置１と一致するように、アクチュエータ１２の長さを個別に調整してラック１３の姿勢を変更、または、台座３の速度を調整する等を行う。このため、ラック１３に生じる揺れによる積載物１４同士の衝突による破損や積載物１４の落下、装置１からのラック１３の落下等を防ぐことが出来る。

本体部２の内部の所望の位置に加速度センサ７が設けられている。加速度センサ７を設けていることにより、装置１の移動、搬送中に生じている慣性力や傾斜を計測することが出来る。加速度の検出結果を用いて各アクチュエータ１２をＺ軸方向に伸縮させることで、ラック１３の姿勢を制御することが出来る。これにより、路面の傾斜によって生じた装置１の姿勢変化による積載物１４同士の衝突による破損や積載物１４の落下、装置１からのラック１３の落下等を防ぐことが出来る。また、装置１の走行開始時、走行時、停止時に生じる速度変化や旋回走行によりラック１３により生じる慣性力による積載物１４同士の衝突による破損や積載物１４の落下、装置１からのラック１３の落下等を防ぐことが出来る。

本体部２の前面（Ｙ軸方向の一方の面）に障害物センサ９が設けられている。障害物センサ９は、装置１の進行方向にある落下物等の障害物を検知する。障害物センサ９の検知結果により、装置１は障害物を避けて移動したり、減速・停止をすることにより障害物への衝突を防ぐ。これにより、装置１が障害物と衝突することによりラック１３に衝撃が加わることによる積載物１４同士の衝突による破損や積載物１４の落下、装置１からのラック１３の落下等を防ぐことが出来る。

車輪４には、装置１の車輪４速度を検知する車輪速センサ１０が設けられている。装置１の各車輪４の車輪４速度を検知することで、各車輪４に生じているトルクを推定して、装置１の横転を検知する。また、装置１の積載重量が重く、走行速度も大きい場合、車輪４にスリップが生じる恐れがあるが、車輪速センサ１０を用いて適切な減速をすることで車輪４のスリップを防止することが出来る。

装置１にはバッテリー（図示せず）が設けられており、バッテリーにはバッテリー計測センサ１１が設けられている。バッテリー計測センサ１１によりバッテリーの残量を計測する。例えば、工場で装置１を複数運用する際に、各装置１でバッテリーの残量にばらつきが生じる。ここで、バッテリーを充電するタイミングを全ての装置１で固定していた場合、バッテリーに余裕があり軽量のラック１３ならば搬送することが出来る装置１でも充電することになる。この場合、バッテリーを最大限利用することが出来ないため、搬送の時間効率の低下を招く。しかしながら、バッテリー計測センサ１１を搭載しているため、搬送ラック１３の重量に応じたバッテリー残量の装置１を最適配置してバッテリーを最大限利用し、充電タイミングを最適化することができる。これにより、搬送の時間効率の向上を図ることが出来る。

次に、このように形成された装置１によるラック１３の搬送方法を説明する。

装置１は図２Ａ、図２Ｂに示されるように、最初のステップでラック１３の下に移動する。次のステップで台座３を上昇させ、ラック１３を持ち上げる。次のステップで目的地に向かって装置１を移動させる。この移動させるときに、ラック１３の姿勢を重量センサ８を用いて検出する。次のステップで、ラック１３の重心が上面視で装置１と実質的に一致するように制御する。ラック１３の重量にしたがって、４つのアクチュエータ１２を個別制御したり、台座３の位置をＸＹ平面方向に移動させることにより、ラック１３の姿勢制御をする。ここで、ラック１３の重量によって装置１の搬送速度を最適な速度に制御することにより、ラック１３の姿勢を制御する。次のステップで、装置１の加速度を検出し、加速度に応じたラック１３の姿勢制御をする。次のステップで装置１に生じる角速度を検出し、角速度に応じたラック１３の姿勢制御をする。次のステップで、装置１の車輪４速を検出し、車輪４速に応じたラック１３の姿勢制御をする。また、バッテリーの残量が減ってきた場合は、バッテリーの残量に応じて搬送するラック１３の最適化を行う。また、装置１の前方に障害物を検出した場合には、障害物に対する回避行動を行う。

なお、装置１には、重量センサ８、角速度センサ６、加速度センサ７、車輪速センサ１０のどれか一つが設けられていればラック１３の姿勢制御を行うことができ、全て備えることでより正確な姿勢制御を行うことが出来る。

（実施の形態２）
以下に、実施の形態２の装置とラックについて図面を参照しながら説明する。なお、ラックの側面の一方向をＸ軸方向とＹ軸方向、ラックの上下方向をＺ軸方向として説明する。

図６は、実施の形態２のラックを示す図である。

実施の形態２の装置１は、搬送用のラック２１の信号を受信し、より最適な装置１の制御を行う。装置１は、ラック２１と通信するための無線部（図示せず）をさらに有している。

ラック２１は、４本の脚部２２と複数の棚２３とで構成されている。ラック２１には、重量センサ２４と、角速度センサ２５と、加速度センサ２６と、装置１と通信するための無線部２７と、が設けられている。また、実施の形態２に用いる装置１は、ラック２１の無線部２７と通信するための通信部（図示せず）を有している一方、上述の実施の形態１の装置１が備えている後述するセンサーを備えていない。これ以外、実施の形態２の装置１は、実施の形態１の装置１の構成と同様であり、詳細な説明は省略する。

ラック２１の各脚部２２には、重量センサ２４が設けられている。各脚部２２に重量センサ２４が設けられていることにより、各重量センサ２４からの出力をラック２１の無線部２７を介して、装置1の通信部に送り、ラック２１の全体重量と重心位置を検出する。また、各重量センサ２４からの出力をラック２１内の演算部（図示せず）で、ラック２１の全体重量と重心位置を演算して、無線部２７を介して、それら情報を装置１に伝送しても良い。ラック２１の重心位置が検出できるため、装置１の４つのアクチュエータ１２の長さを調整することで、ラック２１の重心位置と装置１の重心位置とをより正確に一致させることが出来る。これにより、ラック２１の揺れ、振動に起因する積載物１４同士の衝突による破損や積載物１４の落下、装置１からのラック２１の落下等を防ぐことが出来る。無線を介して、また、ラック２１の全体重量に応じて装置１の搬送速度を最適化し、装置１の制動距離を適切な距離に調整できる。また、ラック２１の重量に応じたバッテリーの残量の装置１を最適配置することができ、バッテリーを最大限利用するとともに、充電タイミングを最適化することが出来る。

ラック２１の各棚２３には、重量センサ２４が設けられている。各棚２３に重量センサ２４が設けられていることにより、ラック２１のＺ軸方向の重心位置を検出することが出来る。同じ重量のラック２１でもＺ軸方向の重心位置が上部にあるほど、ラック２１は不安定になる。しかしながら、ラック２１のＺ軸方向の重心位置を検出することにより、加速度や姿勢変化があった場合に生じるラック２１の慣性モーメントを推定することが出来る。これにより、積載物１４同士の衝突による破損や積載物１４の落下、装置１からのラック２１の落下等が起こらない範囲で装置１の搬送速度を最大化することが出来る。

ラック２１の棚２３には、角速度センサ２５が設けられている。ラック２１に角速度センサ２５が設けられていることにより、ラック２１に生じる角速度を検出することが出来る。これにより、ラック２１に生じるＸ軸、Ｙ軸周りの揺れを角速度センサ２５で検出し、角速度に応じて装置１のアクチュエータ１２を制御することにより、ラック２１の姿勢制御をすることが出来る。これにより、ラック２１に生じた揺れによる積載物１４同士の衝突による破損や積載物１４の落下、装置１からのラック２１の落下等を防ぐことが出来る。また、角速度センサ２５は棚２３に設けられていることで振動による外乱の影響が少なく、装置１及びラック２１の姿勢を精度よく検出することが出来る。なお、角速度センサ２５を棚２３に設けたラック２１で説明したが、棚２３の最下段と最上段の間であれば、脚部２２に設けても装置１及びラック２１の姿勢を精度良く制御することが出来る。

ラック２１の棚２３には、加速度センサ２６が設けられている。ラック２１に加速度センサ７が設けられていることにより、ラック２１に生じた加速度を検出することが出来る。ラック２１に生じる任意の１点におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向の揺れを加速度で検出し、アクチュエータのＺ軸方向の長さを調整することで、ラック２１の姿勢制御をすることが出来る。これにより、ラック２１に生じた加速度による積載物１４同士の衝突による破損や積載物１４の落下、装置１からのラック２１の落下等を防ぐことが出来る。また、装置１の加速度センサ７の検出結果と比較することにより、より精度良くラック２１の姿勢制御をすることが出来る。なお、加速度センサ２６は、ラック２１の最上段の棚２３に設けることで、より精度良く加速度を検出することができる。なお、最上段の棚２３と同じ高さであれば脚部２２に設けても同様の効果を得ることが出来る。

次に、ラック２１の検出結果を用いた装置１の制御方法を説明する。

ラック２１が装置１により搬送されたとき、最初のステップで、台座３を上昇させ、ラック２１を持ち上げる。次のステップで目的地に向かって装置１を移動させる。この移動させるときに、ラック２１の姿勢を重量センサ２４を用いて検出する。次のステップで、ラック２１の重心が上面視で装置１と実質的に一致するように制御する。ラック２１の重量にしたがって、４つのアクチュエータ１２を個別制御したり、台座３の位置をＸＹ平面方向に移動させることにより、ラック２１の姿勢制御をする。ここで、ラック２１の重量によって装置１の搬送速度を最適な速度に制御することにより、ラック２１の姿勢を制御する。次のステップで、ラック２１の加速度を検出し、加速度に応じたラック２１の姿勢制御をする。次のステップでラック２１に生じる角速度を検出し、角速度に応じたラック２１の姿勢制御をする。

本開示の搬送装置とラックは、装置、ラックの姿勢を検知し、ラックの姿勢を制御しながらラックを搬送することが出来るため、例えば、工場におけるラックの搬送などに適している。

１装置
２本体部
３台座
４車輪
５駆動モジュール
６，２５角速度センサ
７，２６加速度センサ
８，２４重量センサ
９障害物センサ
１０車輪速センサ
１１バッテリー計測センサ
１２アクチュエータ
１３，２１ラック
１４積載物
２２脚部
２３棚
２７無線部

Claims

搭載物を搬送する搬送装置であって、
搭載物を搭載する装置本体部と、
前記搭載物を搭載した状態の前記装置本体部の状態を検出するセンサとを備え、
前記装置本体部は、
前記装置本体部に接続されると共に、前記搭載物を搭載する台座と、
前記装置本体部に接続され前記搬送装置を走行させる車輪と、
前記車輪を駆動する駆動モジュールと有し、
前記搭載物は、ラックとこれに積載される積載物とを含み、
前記ラックは前記センサを含むと共に、該センサの出力を前記装置本体部に通信をする無線部をさらに備え、
前記センサの出力を用いて前記搭載物の重心が前記搬送装置の重心に近づくように前記装置本体部の姿勢を制御することで、前記搭載物の姿勢を制御する搬送装置。
請求項１の搬送装置の前記ラックは複数の棚と、
前記複数の棚を支える複数の脚部と、
を備えるラック。
前記センサが角速度センサであり、
前記角速度センサは最上段の前記棚と最下段の前記棚の間に設けられている請求項２に記載のラック。
前記センサが加速度センサであり、
前記加速度センサは前記棚の最上段に設けられている請求項２に記載のラック。
前記センサが重量センサである請求項２に記載のラック。
前記重量センサが複数の前記棚の夫々に設けられている請求項２に記載のラック。
前記重量センサが複数の前記脚部の夫々に設けられている請求項２に記載のラック。
搭載物を搬送する搬送装置であって、
搭載物を搭載する装置本体部と、
前記搭載物を搭載した状態の前記装置本体部の状態を検出するセンサとを備え、
前記装置本体部は、
前記装置本体部に接続されると共に、前記搭載物を搭載する台座と、
前記装置本体部に接続され前記搬送装置を走行させる車輪と、
前記車輪を駆動する駆動モジュールと有し、
前記台座は、前記台座を昇降させる第１のアクチュエータと第２のアクチュエータをさらに有し、
前記台座か、前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータのいずれかに第１の重量センサと第２の重量センサが設けられており、
前記装置本体部の状態を検出する前記センサは、前記第１の重量センサと前記第２の重量センサとであり、
前記第１の重量センサの出力と前記第２の重量センサの出力を用いて前記搭載物の重心が前記搬送装置の重心に近づくように前記装置本体部の姿勢を制御することで、前記搭載物の姿勢を制御する搬送装置。
前記第１の重量センサの出力が前記第２の重量センサの出力よりも大きい場合、
前記台座の、前記第１の重量センサが設けられた部分が持ち上げられるように前記第１のアクチュエータと前記第２のアクチュエータを制御する請求項８に記載の搬送装置。