JP6792819B2 - 連結装置、連結走行装置及び自律走行装置 - Google Patents

Description

本発明は、連結装置、連結走行装置及び自律走行装置に関するものである。

従来、連結対象に引掛ける引掛け部材を備える連結装置が知られている。

特許文献１には、係る連結装置を備える連結走行装置として、連結対象であるカゴ台車に引掛け部材である爪部材を引掛けて連結し、カゴ台車を搬送するカゴ台車用補助車両が記載されている。

特許文献１に記載の連結走行装置では、連結対象と連結する際には、連結装置と連結対象との相対的な位置を合わせて、引掛け部材を連結対象に引掛ける。このとき、連結装置と連結対象との相対的な位置が離れていると、引掛け部材を連結対象に引掛けることができない。しかし、連結装置と連結対象との相対的な位置を、引掛け部材を引掛けることができる位置にするために、連結走行装置を連結対象に近づけると、連結走行装置が連結対象に接触することがある。この接触により、連結走行装置が連結対象を押してしまい、連結対象が連結走行装置から離れる方向に移動するおそれがある。

上述した課題を解決するために、本発明は、連結対象に引掛ける引掛け部材を備える連結装置において、上下方向に延在する回動軸を前記連結装置の本体に保持し、前記連結対象に吸着する吸着部材と前記引掛け部材を前記回動軸を中心に回動する回動部材に備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、引掛け部材を備える連結装置で、連結対象と容易に連結することができる、という優れた効果がある。

実施形態の自走ロボットとカゴ台車との説明図。 ＩＤ表示パネルの説明図、（ａ）は、ＩＤ表示パネルが配置されたカゴ台車の斜視図、（ｂ）は、カラーコードの一例の説明図、（ｃ）は、濃淡バーコードの一例の説明図。 物流倉庫の一例の説明図。 本実施形態の搬送システムを模式的に示す説明図。 自走ロボットが仮置きエリアから保管エリアにカゴ台車を搬送する動作の流れを示すフローチャート。 第二保管エリアの拡大図。 搬送システムの変形例を模式的に示す説明図。 連結装置の説明図、（ａ）は連結爪が開いた状態の斜視図、（ｂ）は連結爪が閉じた状態の斜視図、（ｃ）は上面図。 連結装置における回動部材とともに固定板材に対して回動する部分の説明図、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図。 回動部材に対する磁石の固定方法の説明する連結装置の断面説明図。 連結爪の動作を説明する連結装置の断面説明図、（ａ）は連結爪が閉じた状態の断面図、（ｂ）は連結爪が開いた状態の断面図。 連結爪の先端形状の説明図、（ａ）は先端の曲がった部分が一枚の形状の説明図、（ｂ）は先端の曲がった部分が二枚の形状の説明図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。
図１は、実施形態の自律移動装置である自走ロボット１と、連結対象であるカゴ台車２との説明図である。
本実施形態は、カゴ台車２のような被牽引台車に自動で接続して、牽引することで所望の搬送先へ自動搬送する自走ロボット１のような自律移動装置と、この自走ロボット１を用いた搬送システムに関する実施形態である。

自走ロボット１は、搬送物を積載するカゴ台車２に自動で連結する機能を持った自律移動装置である。これにより、自走ロボット１には積載が可能な構成を持たせることなく、簡易な移動装置によってカゴ台車２を牽引させることで、カゴ台車２に積載された多数の搬送物を搬送させることができる。

自走ロボット１は、装置本体であるロボット本体部１００、磁気センサ３、コントローラ４、カメラ５、電力源（バッテリー）６、動力モータ７、モータドライバ８、測域センサ９、連結装置１０、駆動車輪７１及び従動車輪７２等を備える。
磁気センサ３及び測域センサ９は、自走ロボット１の周辺環境を認識する環境認識手段である。

本実施形態の搬送システムでは、自走ロボット１の走行可能な経路の床面に磁気テープを設置し、磁気センサ３を用いて磁気テープを検出することにより自走ロボット１が走行可能な経路上に位置していることを認識することができる。床面にテープを設置する誘導方式としては、磁気テープを用いる構成に限らず、光学テープを用いる構成としてもよい。光学テープを用いる場合は、磁気センサ３の代わりに反射センサやイメージセンサなどが利用できる。

また、本実施形態の搬送システムでは、二次元あるいは三次元地図と測域センサ９の検出結果との照合によって自己位置を認識する自律走行を行うことができる。測域センサ９は物体にレーザー光を照射してその反射光から物体までの距離を測定するレーザー測域センサである。検出結果と二次元あるいは三次元地図との照合によって自己位置の認識に用いるセンサとしては、ステレオカメラやデプスカメラなども利用できる。

自走ロボット１は、磁気センサ３や測域センサ９の検出結果に基づいてコントローラ４がモータドライバ８を介して動力モータ７の駆動を制御し、動力モータ７が駆動車輪７１を回動駆動することで自走ロボット１が自律走行を行う。
カゴ台車２は、カゴ部２０を保持する底板２２と、四角形状の底板２２の四隅に配置されたキャスター２３と、カゴ部２０の側面に配置されたＩＤ表示パネル２１とを備える。

所定の場所に置かれたカゴ台車２には認識用のマーカーが表示されたＩＤ表示パネル２１が取り付けられている。マーカーは、二次元のカラーコード等を用いて、カゴ台車２の識別番号情報、搬送先情報、搬送の優先度情報がコード化されている。
ＩＤ表示パネル２１は、カゴ台車２に取り付けられており、搬送位置などの情報もしくはテーブル参照によって認識できるＩＤ情報を読み取れるようになっている。マーカーのＩＤの表示方法は一般的なバーコードやＱＲコード(登録商標)が使える。また、ＩＤとしてカラーコードや、濃淡バーコードによって単位面積当たりの情報量を増やすことで、より遠くから認識できるようになる。

自走ロボット１には、マーカー読取装置が設置されている。マーカー読取装置はＩＤ認識手段であるカメラ５と復号部とからなる。本実施形態ではコントローラ４が復号部としての機能を有する。カメラ５の撮影画像からマーカーの特徴の画像認識によってマーカーのコードを認識する。復号部では認識したマーカーのコード情報をデコードすることで、カゴ台車２の認識番号情報、搬送先情報、優先度情報を得る。

本実施形態では、カゴ台車２に設置されたマーカーとして、カラーコードを用いているため、カメラ５を用いて読み取っている。ＩＤを表示するマーカーがバーコードやＱＲコードの場合は、ＩＤ認識手段としてバーコードリーダが使用できる。マーカーが濃淡バーコードの場合はレーザー測域センサの反射強度情報をＩＤコードに用いることができる。

自走ロボット１は、環境認識手段として、周辺環境との距離を取得するレーザーレンジファインダ（ＬＲＦ）等の測域センサ９を備える。コントローラ４は、測域センサ９によって位置を認識したＩＤ表示パネル２１と測域センサ９との距離情報からＩＤ表示パネル２１の位置座標を算出する。算出したＩＤ表示パネル２１の位置座標を用いて、コントローラ４が動力モータ７の駆動制御を行うことで、自走ロボット１をカゴ台車２におけるＩＤ表示パネル２１正面の所定の位置に位置決めする。

カゴ台車２との連結動作を制御するために、カゴ台車２に設置されたＩＤ表示パネル２１の位置を認識するＩＤ表示パネル位置認識手段としては、ＩＤ認識手段でＩＤ表示パネル２１の位置も読み取れる場合には兼用することが出来る。例えば、ＩＤ表示パネル２１のマーカーのＩＤとして濃淡バーコードをＩＤ認識手段としてレーザー測域センサで読み取る場合は、レーザー測域センサによってＩＤ表示パネル２１の位置を検出しながらＩＤ表示パネル２１のＩＤを読み取ることができる。また、マーカーのＩＤとしてカラーコードを用いる場合もカメラ５で、ＩＤ表示パネル２１の位置を検出しながらＩＤ表示パネル２１のＩＤを読み取ることができる。

また、濃淡バーコードは、レーザーレンジファインダによる検知が可能であり、レーザーレンジファインダは、高精度なＩＤ表示パネル２１の位置検出手段及び自律走行のための環境認識センサとしても使用できる。

図２にＩＤ表示パネル２１の例を示す説明図である。
図２（ａ）は、カゴ台車２にＩＤがカラーコードからなるマーカーを表示するＩＤ表示パネル２１が配置された例の斜視図である。図２（ｂ）はカラーコードの一例の説明図であり、図２（ｃ）は濃淡バーコードの一例の説明図である。
ＱＲコードやカラーコードはバーコードと異なり、カメラを使った読み取りを行うことで、コードのＩＤ情報とともにカメラによって撮像された撮像画像に基づいてカメラに対するＩＤ表示パネル２１の位置情報を同時に取得することができる。このため、読み取る対象物（本実施形態ではＩＤ表示パネル２１）が置かれている位置を認識することができる。

ＩＤが濃淡バーコードの場合は、レーザー測域センサで読み取ることができる。図２（ｃ）に示す濃淡バーコードは、黒色の濃度の異なる複数種類の線状マークを用いており、それぞれの濃度に対してコード番号が割り当てられている。濃淡バーコードを用いる構成では、コントローラ４に、各濃度の線状マークに対応した反射光の受光強度に対してコード番号を記憶しておき、レーザー測域センサの受光強度に応じて、コード番号を認識する。

レーザー測域センサは、レーザー光の照射部を水平方向に回動し、レーザー光の照射方向を周期的に変化させてレーザー光で周囲を走査し、照射したレーザー光の反射光によってレーザー光を反射した物体までの距離情報を取得することができる。また、レーザー光の照射方向に基づいてレーザー光を反射した物体の位置についてのレーザー測域センサからの角度情報を取得することができる。さらに、反射光の受光強度の変化に基づいて濃淡バーコードを見つけることができる。

濃淡バーコードを見つけたときに、濃淡バーコードの距離情報と角度情報とに基づいて、濃淡バーコードが付されたＩＤ表示パネル２１とレーザー測域センサとの相対的な位置情報を得ることが出来る。このため、濃淡バーコードをレーザー測域センサで読み取る構成では、レーザー測域センサで取得した情報を、連結時の自走ロボット１の位置決めに用いるフィードバック情報として用いることができる。

自走ロボット１を用いた本実施形態の搬送システムは、物流倉庫などにおける、カゴ台車などのキャスター付き搬送対象を搬送する作業を自動化するものである。
自走ロボット１による搬送動作は、次の（１）〜（３）の三つの作業に分割される。
（１）仮置きエリアでの搬送対象の探索および連結。
（２）走行エリアの走行。
（３）保管エリアでの保管場所探索と荷卸し。

図３は、本実施形態の搬送システムを適用することが想定される物流倉庫１０００の一例の説明図である。図３に示す物流倉庫１０００では、作業者Ｍが、トラック２０００からプラットフォーム１００１に荷卸しされた荷物を整列しておき、他の作業者Ｍがこの荷物をエレベータ１００２の前のエリアに搬送して、他階に移送する。この物流倉庫１０００では、上記（１）の仮置きエリアは、プラットフォーム１００１で荷卸しされた荷物を整列しておく場所が想定される。上記（３）の保管エリアは、エレベータ１００２で他階へ移送する場合のエレベータ前エリアが想定される。また、上記（２）の走行エリアは図３中の矢印によって仮置きエリアと保管エリアとの往復経路を示す場所が想定される。

自走ロボット１は、本線動作は床面に設置された磁気テープや光学テープのラインをセンサで認識するライン認識による誘導方式で移動する。また、ラインの横にある番地マークを検出してエリアを判断する。また、ＩＤ表示パネル２１は搬送エリアの情報と優先順位の情報が含まれている。

図４は、本実施形態の搬送システムを模式的に示す説明図である。
図４に示す搬送システムは、走行エリア５０と、仮置きエリアＡと、第一保管エリアＢと、第二保管エリアＣとを備える。走行エリア５０には自走ロボット１の誘導用の磁気テームまたは光学テープがライン状に設けられ、自走ロボット１が走行する本線５１が設けられている。本線５１上には自走ロボット１のスタート位置Ｓがある。また、走行エリア５０における仮置きエリアＡ、第一保管エリアＢ及び第二保管エリアＣの入り口には、本線５１の近傍に番地マーク５２が配置されている。

図５は、自走ロボット１が仮置きエリアＡから保管エリア（ＢまたはＣ）にカゴ台車２を搬送する動作の流れを示すフローチャートである。
まず、本線５１上に移動体である自走ロボット１を配置してライン認識できている状態でスタートさせることで、自走ロボット１は本線５１に沿った走行を開始する（Ｓ１）。本線５１を走行中はラインの位置を見て指定速度で走行する。仮置きエリアＡの番地マーク５２を探索しながら走行し、仮置きエリアＡの番地マーク５２を検出したら（Ｓ２で「Ｙｅｓ」）停止する。

仮置きエリアＡの番地マーク５２を検出して（Ｓ２で「Ｙｅｓ」）停止すると、仮置きエリアＡへの進入動作を開始する（Ｓ３）。
自走ロボット１は、本線５１が設けられた走行エリア５０から仮置きエリアＡに進入すると、走行しながら、仮置きされているカゴ台車２のＩＤ表示パネル２１のマーカーを読み取り、カゴ台車２のリストを生成する。このとき、ＩＤとＸ，Ｙ座標、搬送先、および優先順位があれば一緒に記録する。そして、仮置きエリアＡの終端の番地マークで走行停止し、生成したカゴ台車２のリストから搬送対象を選定し（Ｓ４）、選定した搬送対象のカゴ台車２との連結動作を開始する（Ｓ５）。

連結動作では、リスト上のＸ，Ｙ座標を元に指定されたカゴ台車２の列まで移動する。ＩＤ表示パネル２１との相対位置情報を使って、カゴ台車２の手前まで移動する。その後、カゴ台車２に近接したら連結装置１０によってカゴ台車２と連結する。搬送対象のカゴ台車２との連結を検知すると（Ｓ６で「Ｙｅｓ」）、本線５１に戻り（Ｓ７）、本線５１を走行し（Ｓ８）、搬送中のカゴ台車２を保管する保管エリア（ＢまたはＣ）の番地マーク５２を検出したら（Ｓ９で「Ｙｅｓ」）停止する。

保管エリア（ＢまたはＣ）の番地マーク５２を検出して（Ｓ９で「Ｙｅｓ」）停止すると、保管エリア（ＢまたはＣ）への進入動作を開始する（Ｓ１０）。
自走ロボット１は、本線５１が設けられた走行エリア５０から保管エリア（ＢまたはＣ）に進入すると、走行しながら、保管されているカゴ台車２のＩＤ表示パネル２１のマーカーを読み取り、カゴ台車２のリストを生成する。このとき、ＩＤとＸ，Ｙ座標、搬送先、および優先順位があれば一緒に記録する。次に、保管エリア（ＢまたはＣ）の終端の番地マークで走行停止し、生成したカゴ台車２のリストから空き番地を探す（Ｓ１１）。そして、空き番地の中から搬送中のカゴ台車２を車庫入れする番地を選定し（Ｓ１２）、選定した空き番地への車庫入れ動作を開始する（Ｓ１３）。

車庫入れ動作では、リスト上のＸ，Ｙ座標を元に指定された空き番地の車庫の列まで移動する。その後、指定された空き番地に着いたら搬送中のカゴ台車２との連結を解除する。
連結を解除したら保管エリア（ＢまたはＣ）から本線５１に戻り、再び仮置きエリアＡの探索を開始する。

図６は、第二保管エリアＣの拡大図である。図６では、Ｘ軸方向が「列方向」であり、Ｙ軸方向が「行方向」である。
仮置きエリアＡ、保管エリア（ＢまたはＣ）は本線５１から外れた位置に配置する。エリア内を探索走行するための走行ライン５３と停止マーク５４とを付けておく。カゴ台車２を置く位置（駐車場５５）には、枠線やマークを付けておき、人が置き易くする。自走ロボット１は、仮置きエリアＡまたは保管エリア（ＢまたはＣ）に進入したら停止マーク５４を検知するまで走行ライン５３上をライン誘導によって走行する。

このとき、仮置きエリアＡでは最初に見つけたカゴ台車２に対して連結する動作を行っても良い。保管エリア（ＢまたはＣ）では最初に見つけた空き番地の駐車場５５に駐車するように制御しても良い。
自走ロボット１は、移動しながら測域センサ９を使って置いてあるカゴ台車２を探索しリスト化し、停止マーク５４を見つけたら停止して、連結対象のカゴ台車２または車庫入れを行う番地（駐車場５５）を選定する。

連結の場合は、リスト化されたＸ，Ｙ座標に移動を始めるが、番地の列方向に移動してから、９０［°］旋回して、真っ直ぐに連結対象のカゴ台車２に接近していくと、連結動作がし易い。連結に際しては、ＩＤ表示パネル２１との相対位置情報を用いて自走ロボット１の走行を制御することで、精度の高い位置決めができる。また、環境地図を使った自律走行を行っている場合には、連結対象のカゴ台車２を環境地図のデータ上に配置して、その座標を元に走行制御しても良い。
車庫入れ動作の場合は、駐車場５５の番地のＸ，Ｙ座標に位置決めするように環境認識をしながら移動しても良いし、位置決め用のラインを敷設して、ラインによる位置決めを行っても良い。

図７は、本実施形態の自走ロボット１を用いることができる搬送システムの変形例を模式的に示す説明図である。
変形例の搬送システムでは、仮置きエリアＡと保管エリアＤとが本線５１のすぐ横にある構成である。変形例では、自走ロボット１は、本線５１を走行したまま、仮置きエリアＡや保管エリアＤのエリア内の探索を行う。仮置きエリアＡ内に搬送対象となるカゴ台車２を見つけたら、本線５１上からカゴ台車２への連結動作に移行する。また、保管エリアＤに対しても、本線５１上から空き番地を探索して、車庫入れ動作を行う。

変形例の構成では、一台の自走ロボット１が動作中のときは、他の自走ロボット１が通行不可になるが、仮置きエリアＡと保管エリアＤとの専有面積を狭くすることができ、作業時間も短縮することができる。

物流倉庫や工場では、搬送物を積載する台車として、カゴ台車と呼ばれる四輪が自在キャスターで構成される汎用の台車がよく用いられる。一般に、自律移動装置による自動連結は、連結位置の認識と自律移動装置の位置決めとによって行われる。
具体的には、連結する対象にマーカーを取り付けて、自律移動装置に取り付けた距離情報の取得装置によってマーカーを認識し、マーカーの位置座標を算出することで、連結位置の認識を行う。そして、認識した連結位置で停止するように、自律移動装置の駆動を制御して位置決めを行う。

その後、アームのような連結機構を動作させて連結する。例えば、充電ステーションのような対象場所に自律移動装置を連結する場合に用いることができる。しかし、前述のような自在キャスターを備える台車に対して連結する場合は、自律移動装置のより正確な位置決めが必要となる。これは、台車に対して位置決めを行う途中で、自律移動装置が台車に接触する場合が考えられるからである。自律移動装置の位置決めと連結機構の動作が完了する前に接触すると、自律移動装置が台車を押してしまうことにより、台車が自律移動装置から離れていってしまう。

上述した充電ステーションのように動かない対象物への位置決めであれば、位置決めの前に自律移動装置が連結対象に接触するような制御でもよい。しかし、頻繁にカゴ台車の搬送作業を行う現場など、キャスターを解除状態で置く運用を行うような台車に対して、同様の動作を行うと、上述した理由により容易には連結できないという問題が生じる。

カゴ台車２のような回転自在なキャスター２３を有する台車は、上述したように、連結が完了する前に自走ロボット１が接触すると自走ロボット１から離れる方向に移動する可能性がある。このため、自走ロボット１の連結装置１０をカゴ台車２に近接させ、かつ接触しないように自走ロボット１を精密に位置決め制御することが求められる。本実施形態の自走ロボット１の連結装置１０では、自走ロボット１が接触したときにカゴ台車２が移動してしまわないように仮保持する機構を備えている。

自走ロボット１には、搬送対象のカゴ台車２を保持するための連結装置１０が取り付けられている。以下、自走ロボット１が備える連結装置１０の詳細について説明する。
図８は、連結装置１０の説明図であり、図８（ａ）は連結爪１２が開いた状態の連結装置１０の斜視図であり、図８（ｂ）は連結爪１２が閉じた状態の連結装置１０の斜視図であり、図８（ｃ）は連結装置１０の上面図である。

連結装置１０は、固定板材３０、回動部材１１、引掛け部材である連結爪１２及び吸着部材である磁石１３等を備える。
固定板材３０は自走ロボット１のロボット本体部１００に対して連結装置１０を固定する部材であり、固定ネジ穴３０ａでロボット本体部１００のフレームにネジ止めすることで固定する。

回動部材１１は、上下方向に延在する回動軸１１１を中心に固定板材３０に対して回動可能な部材である。図９は、図８に示す連結装置１０について、回動部材１１に固定され、回動部材１１とともに固定板材３０に対して回動する部分に斜線を付した連結装置１０の説明図である。図９（ａ）は斜視図であり、図９（ｂ）は上面図である。回動部材１１は、図９（ｂ）中の矢印「Ｇ」で示すように回動軸１１１を中心に回動可能である。固定板材３０は回動範囲規制部材３２を備え、回動する回動部材１１の前端（自走ロボット１の前後方向についての回動部材１１の前側端）である回動部材前端部１１ｅが回動範囲規制部材３２に突き当たる位置で、回動部材１１の回動範囲を規制する。

本実施形態では仮保持する機構として磁石１３の磁力を利用して仮保持した後に、連結爪１２による本固定を行う。また、磁石１３を回動部材１１に配置して磁石１３を用いた仮固定機構が回動可能な構成となっている。この構成によって、自走ロボット１がカゴ台車２に対して傾いた状態で近接した場合にも、回動部材１１が回動して、二つの連結爪１２をカゴ台車２の横フレームに対して平行にすることができる。これにより、連結爪１２とカゴ台車２の横フレームとの位置関係を連結可能な位置関係とすることが容易となる。

固定板材３０は板金からなり、回動軸１１１を保持する軸保持部３１を備える。固定板材３０をロボット本体部１００に固定することで、回動部材１１は回動軸１１１を中心にロボット本体部１００に対して回動可能となっている。連結爪１２及び磁石１３は、回動部材１１に取り付けられている。連結爪１２は、カゴ台車２のフレームに引掛けて固定するためのものである。磁石１３はカゴ台車２のフレームに吸着させるためのものである。

一般的にカゴ台車２のフレームはスチール材でできており、本実施形態で用いるカゴ台車２は、スチール材のように磁石１３が付くことができるものからなる。連結爪１２は、連結していない状態では、連結動作の際にカゴ台車２のフレームに引掛らないように、図８（ａ）に示すように上方に退避させてある。
連結爪１２と磁石１３との両方を用いるのは、以下の理由による。
すなわち、連結爪１２だけでは連結動作のタイミングが計れずに自走ロボット１の高精度な位置決めが必要になり、磁石１３だけでは搬送対象であるカゴ台車２の重量が大きい場合に搬送中に離れることがあるためである。

カゴ台車２のＩＤ表示パネル２１の正面の所定の位置への自走ロボット１の位置決めと連結動作は、次の三つのステップによって行う。
第一のステップとして、自走ロボット１をカゴ台車２に対して一定の距離でかつ略正対した姿勢になるように駆動する。
第二のステップとして、略正対した姿勢のままでカゴ台車に向かって速度を落として進む。
第三のステップとして、カゴ台車２のフレームに対する磁石１３の吸着が確認された後に自走ロボット１を停止させると共に、連結爪１２を動作させて固定する。

自走ロボット１は、磁石１３がフレームに吸着した際にフレームと接触する磁石１３の表面と同一平面に物体が接触したことを検知することが可能な接触式スイッチであるマイクロスイッチ１４を備えている。このマイクロスイッチ１４によってカゴ台車２のフレームに対する磁石１３の吸着を確認することができる。

ＩＤ表示パネル２１の位置座標を求めるためのマーカーの読取においては、測域センサ９による検出の誤差及び算出の誤差が含まれる。また、自走ロボット１を駆動する際の車輪のスリップ等による誤差も生じる。このため、自走ロボット１がカゴ台車２に対して傾きと位置ずれを持った状態になることが通常で、完全に正対させることは困難である。

本実施形態では、第二のステップで磁石１３がカゴ台車２に吸着するときに、速度を落として進むだけで良いので、自走ロボット１をカゴ台車２との接続位置で精度良く停止させるような高精度な位置決め動作が不要になる。このため、位置ずれに対して寛容となる。また、自走ロボット１がカゴ台車２に対して傾きを持って近づいた場合でも、回動部材１１が回動することによって磁石１３をカゴ台車２のフレーム面に対して平行にすることができ、確実に吸着させることができる。このような構成によって、高精度な位置決めを必要とすることなく、自走ロボット１とカゴ台車２とを確実に連結することが可能となる。

磁石１３としては、電磁石を用いることが好ましい。電磁石は電力の供給によりＯＮ−ＯＦＦの制御を行うため、吸着と解除とが自在である。このため、上述した位置決めと連結動作とを行う上記第二のステップのときに電力を「ＯＮ」とするなど、必要なときにだけ吸着させることができる。

電磁石としては永電磁式の電磁石を用いることもできる。永電磁式の電磁石は、電力がＯＦＦのときは永久磁石として吸着でき、電力がＯＮのときに解除を行うことができる。永電磁式の電磁石を用いると、停電や断線が生じた場合でも磁力が無くならないため、より確実にカゴ台車２の保持を行うことができる。いずれの電磁石を用いた場合も、自走ロボット１によって所定の場所に搬送したカゴ台車２を、簡単な操作で自動的に切り離し解除するようなシステムとして運用することが可能となる。

磁石１３として、永久磁石を用いる構成の場合、所定の場所に搬送したカゴ台車２を切り離すために、カゴ台車２を押圧して、自走ロボット１から離間させる離間機構を設けても良い。

次に、回動部材１１に取り付ける磁石１３について説明する。
磁石１３としては、回動部材１１に複数個配置することが好ましい。これは以下の理由による。
すなわち、カゴ台車２における連結対象となるフレームは、一般的に高さ方向に短く、幅方向に長い。これに対し汎用の磁石は円筒型また角型のものが多いので、例えば小型の磁石を二個横方向に並べて使うことで、横長のフレームに対して磁力を作用させる面を大きくでき、大型の磁石を一個用いるよりも安価で確実に吸着させることができる。

図１０は、回動部材１１に対する磁石１３の固定方法の説明する連結装置１０の断面説明図である。図１０は、図８（ｃ）中のＥ−Ｅ断面における断面図である。
図１０に示す断面では、回動部材１１はＬ字型の断面となっており、水平方向に延在する回動部材１１の後側（連結時の連結対象側、図１０中の右側）の端部で折れ曲がり、鉛直下方に延在する回動部材磁石取付部１１ａを形成している。

回動部材磁石取付部１１ａは、図１０中の左右方向に貫通する貫通孔を備える。連結装置１０は、磁石１３を保持する磁石保持部材１３１を備える。磁石保持部材１３１は、回動部材磁石取付部１１ａの貫通孔を貫通する磁石保持シャフト１３１ｂと、磁石保持シャフト１３１ｂを挟んで磁石１３とは反対側に配置され、後述する第一バネ１３２が突き当たる磁石保持突き当て部１３１ａとを備える。

連結装置１０は、磁石保持シャフト１３１ｂが内側に位置するように配置された第一バネ１３２と第二バネ１３３とを備える。第一バネ１３２は回動部材磁石取付部１１ａの前側（連結時の連結対象とは反対側、図１０中の左側）の面と、磁石保持突き当て部１３１ａの後側（連結時の連結対象側、図１０中の右側）の面とに突き当たるように配置されている。第二バネ１３３は回動部材磁石取付部１１ａの後側（連結時の連結対象側、図１０中の右側）の面と、磁石１３の前側（連結時の連結対象とは反対側、図１０中の左側）の面とに突き当たるように配置されている。
また、連結装置１０は、磁石保持シャフト１３１ｂを介して回動部材磁石取付部１１ａに保持された磁石１３が下方に移動して磁石保持シャフト１３１ｂが傾くことを防止する構成として磁石１３の下面を保持する磁石下面保持部を備える。

このような構成により、磁石保持突き当て部１３１ａと回動部材磁石取付部１１ａとの間、及び、回動部材磁石取付部１１ａと磁石１３との間を第一バネ１３２及び第二バネ１３３等の弾性部材を用いて接続することができる。
自走ロボット１がカゴ台車２に対して傾いた状態で連結しようとしている場合に、磁石１３の吸着力によって回動部材１１が回動する前に、磁石１３の角が片当たりすることでカゴ台車２のフレームを突いてしまうおそれがある。これに対して、本実施形態の連結装置では、弾性部材によって片当たりした磁石１３の向きを変えることができるので、より確実に吸着させることができる。

カゴ台車２のフレームに引掛けて保持した状態の連結爪１２は、磁石１３よりもカゴ台車２側へ突き出た構成であるため、図１０に示すように、磁石１３と連結爪１２との間には隙間がある。自走ロボット１によるカゴ台車２の牽引時は、主に連結爪１２によってカゴ台車を牽引する。このとき、上述した第一バネ１３２が収縮し、第二バネ１３３が伸びることで牽引中も磁石１３がカゴ台車２のフレームから離れないようにすることができる。これによって搬送中に磁石１３がカゴ台車２のフレームに対して吸着したり、離間したりすることに起因して搬送が不安定になることを防ぐことが可能となる。

図１１は、連結爪１２の動作を説明する連結装置１０の断面説明図である。図１１は、図８（ｃ）中のＦ−Ｆ断面における断面図である。
図１１（ａ）は、連結後の連結爪１２が閉じた状態（図８（ｂ）の状態）を示し、図１１（ｂ）は、連結前の連結爪１２が開いた状態（図８（ａ）の状態）を示している。
連結爪１２の動作を行う構成としては、カゴ台車２のフレーム等のカゴ台車２の一部に引掛けて、カゴ台車２を牽引または押圧することができる構成であればよい。本実施形態の連結装置１０では、連結爪１２の動作を行う構成として、直動シリンダによる機構を用いる。

回動部材１１上に連結爪回動軸保持部材であるベアリングホルダ１１３を設置して、連結爪１２が固定された連結爪シャフト１２０を保持する。連結爪１２は、連結爪シャフト１２０の回動動作によって、連結爪１２の先端（図１１中の右側端部）が上下動するような回動動作が行われる。
連結動作を行う際には、まず、連結爪１２の先端がカゴ台車２のフレームに引掛らないように上方に退避させておき、磁石１３による吸着後に連結爪シャフト１２０の回動によって連結爪１２の先端がカゴ台車２のフレーム高さに掛かるように下ろす。
連結を解除する動作を行う際には、同様に連結爪シャフト１２０を連結動作とは逆方向に回動させることで連結爪１２の先端を上げる。

直動シリンダとしては、汎用の電動シリンダ１２１を用い、電動シリンダ１２１の非移動部は回動部材１１に設けた直動シリンダ保持部材１２２上に固定される。
電動シリンダ１２１における移動部であって、電動シリンダ１２１の駆動によって上下方向に移動するシリンダ部１２３の先端は図１１中の下側端部であり、シリンダ部１２３は所定の長さの範囲で伸縮させることができる。

シリンダ部１２３の先端には上下動接続部材１２４が固定されており、上下動接続部材１２４の下端には、シリンダ部１２３の上下動を連結爪シャフト１２０に伝達する上下動伝達部材１２５を備える。本実施形態の上下動伝達部材１２５は図１１中の紙面に直交する回動軸を中心に回動可能なローラ状の部材である。

連結爪シャフト１２０には、上下動伝達部材１２５の下端部が接触し、上下動伝達部材１２５の上下動が伝達される上下動伝達板材１２７が固定されている。さらに、上下動伝達板材１２７の上には、凸形状の内壁面に上下動伝達部材１２５の上端部が接触するように配置された凸状板材１２６が固定されている。
図１１（ａ）に示す状態から電動シリンダ１２１の駆動によりシリンダ部１２３が縮むと、上下動伝達部材１２５が上方に移動し、その上端が接触する凸状板材１２６を上方に押し上げる。これにより、凸状板材１２６が固定された上下動伝達板材１２７が上方に引き上げられ、上下動伝達板材１２７が固定された連結爪シャフト１２０が図１１中の反時計回り方向に回転する。この回転によって連結爪シャフト１２０に固定された連結爪１２も連結爪シャフト１２０を中心に図１１中の反時計回り方向に回転して、図１１（ｂ）に示すように連結爪１２が開いた状態となる。

図１１（ｂ）に示す状態から電動シリンダ１２１の駆動によりシリンダ部１２３が伸びると、上下動伝達部材１２５が下方に移動し、その下端が接触する上下動伝達板材１２７を下方に押し下げる。これにより、上下動伝達板材１２７が固定された連結爪シャフト１２０が図１１中の時計回り方向に回転する。この回転によって連結爪シャフト１２０に固定された連結爪１２も連結爪シャフト１２０を中心に図１１中の時計回り方向に回転して、図１１（ａ）に示すように連結爪１２が閉じた状態となる。

このように、簡易な構成によって直動シリンダである電動シリンダ１２１の伸縮駆動を連結爪１２の回動運動に変換することが出来る。このような直動シリンダによる連結爪１２の動作機構を用いることで、カゴ台車２の共通の形である跳ね上げ式の底板２２とフレームとの間に連結爪１２（引掛け部材）を差し込めるので、幅広い種類のカゴ台車２に対して無改造で対応することが可能である。

次に、連結爪１２の先端形状について説明する。
図１２は、連結爪１２の先端形状の説明図であり、図１２（ａ）は上述した実施形態の連結装置１０で用いた先端の曲がった部分が一枚の形状の説明図であり、図１２（ｂ）は先端の曲がった部分が二枚の形状の説明図である。

図１２（ａ）のように、先端の曲がった部分が一枚の形状では、自走ロボット１が連結爪１２によってカゴ台車２を主に牽引によって引っ張る場合に十分な構成である。
一方、図１２（ｂ）に示す先端の曲がった部分が二枚の形状では、二枚の曲がった部分の間にカゴ台車２のフレームを挟み込んで保持することができる。このため、自走ロボット１がカゴ台車２を牽引する場合だけでなく、自走ロボット１がカゴ台車２を所定の位置に押し入れるような動作を伴う場合に、より安定した動作を行うのに適した構成である。

引掛け部材としては連結爪１２のような爪部材に限るものではない。本実施形態では、先端が直角に曲がった爪部材という簡易な構成で連結対象と連結する構成を実現することが出来る。

固定板材３０に設けられた回動範囲規制部材３２は、回動部材１１が自走ロボット１のロボット本体部１００に対して回転し過ぎないように、回動範囲を限定するためのものである。これによって、連結時やカゴ台車２の牽引時に、回動部材１１とロボット本体部１００、カゴ台車２と自走ロボット１との接触を防止することが可能となり、接触に起因する損傷を防ぐことが可能となる。

また、本実施形態の自走ロボット１は、ロボット本体部１００に対して、バンパー固定部４１を設け、このバンパー固定部４１から自走ロボット１の後方（図８（ｃ）中の上方）に向けて延在するバンパー４０を備える。バンパー４０は、バンパー固定部４１に一端が固定された棒状のバンパーシャフト４０ｂと、バンパーシャフト４０ｂの他端側に固定されたバンパー突当てゴム４０ａとを有する。

バンパー４０の先端にバンパー突当てゴム４０ａのようなゴム材等の弾性部材を用いることで、カゴ台車２の牽引搬送時に、カゴ台車２とバンパー４０とが接触することに起因する音の発生やカゴ台車２のフレームの損傷を防ぐことができる。
本実施形態では、連結時に連結時にバンパー４０の先端が磁石１３よりも先にカゴ台車２に接触しないように、磁石１３よりもバンパー４０が出っ張らない配置としている。また、連結爪１２によるカゴ台車２との連結後に、バンパー４０を伸ばすように駆動する構成としても良い。これにより、自走ロボット１による牽引搬送中のカゴ台車２の挙動をより安定させることができる。
このようなバンパー４０を配置することで、カゴ台車２と自走ロボット１との接触を防止し、接触に起因する損傷を防ぐことが可能となる。

図８に示すように、本実施形態の連結装置１０では、横方向における外側からバンパー４０、連結爪１２、磁石１３の順に配置している。すなわち、横方向の中心から外側に向けて二つ磁石１３を配置し、その外側に二つの連結爪１２、さらに外側に二つのバンパー４０を配置する構成である。これら三つの横方向の配置の順番としてはどのような順番であってもよい。

図１及び図２に示すように、カゴ台車２のカゴ部２０は、複数の横フレームと複数の縦フレームとを組み合わせたカゴ状であり、連結装置１０は、連結爪１２をカゴ部２０の横フレームに引掛ける構成である。
このため、連結装置１０の連結爪１２としては、カゴ台車２の連結面の中心に対して、二つの連結爪１２がカゴ部２０の縦フレームに干渉しない間隔となるように配置する。そして、上述したＩＤ表示パネル２１をカゴ台車２の連結面における横方向の中心となる位置に設置し、このＩＤ表示パネル２１の位置を測域センサ９を用いて認識することで、二つの連結爪１２を縦フレームに干渉させずに連結させることが可能となる。

自律移動装置と連結対象とを連結する構成として、磁石１３のような吸着手段を備えず、連結爪１２のような引掛け部材のみで連結する構成では次のような不具合がある。すなわち、自動で連結しようとしたときに、自律移動装置が連結対象に完全に正対して静止した状態で引掛け部材による連結固定動作ができないと、確実に連結できないという不具合が生じる。
これに対して、本実施形態の自走ロボット１では、連結対象であるカゴ台車２に対して完全に正対して静止した状態でなくても、引掛け部材である連結爪１２による連結固定動作を行うことができる。

自律移動装置の高精度な位置決めを必要としない構成として、パラレルリンク機構を用いた自動連結方法が考えられるが、複雑な機構と高精度なパラレルリンク機構の制御が必要となる。これに対して、本実施形態の自走ロボット１では、磁石１３と連結爪１２という簡易な構成で自動連結を行うことができる。

上述した実施形態では、動力モータ７及び駆動車輪７１等の移動手段と、連結対象であるカゴ台車２と連結する連結装置１０を備える連結走行装置が、移動手段をコントローラ４で制御する自律走行装置としての自走ロボット１である場合について説明した。連結装置１０を備える連結走行装置としては、自律走行装置のように自動で走行するものに限らず、人間が運転する車等の走行装置であってもよい。
また、連結走行装置としては、連結した連結対象を牽引する構成に限らず、連結対象を押して移動させたり、持ち上げて移動させたりする構成であってもよい。

以上に説明したものは一例であり、次の態様毎に特有の効果を奏する。

（態様Ａ）
カゴ台車２等の連結対象に引掛ける連結爪１２等の引掛け部材を備える連結装置１０等の連結装置において、連結対象に吸着する磁石１３等の吸着部材を備える。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、吸着部材が連結対象に吸着するため、連結装置または自走ロボット１等の連結装置が固定された装置が、連結対象に接触しても連結対象が連結装置から離れる方向に移動することを抑制できる。そして、吸着部材が連結対象に吸着した状態で、引掛け部材による連結動作を行うことにより、連結対象と容易に連結することできる。

（態様Ｂ）
態様Ａにおいて、固定板材３０等の連結装置の本体に対して回動可能な回動部材１１等の回動部材を備え、連結爪１２等の引掛け部材と磁石１３等の吸着部材とを回動部材に設ける。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、連結装置の本体がカゴ台車２等の連結対象に対して傾いて近接しても、回動部材が回動することで、引掛け部材と連結対象との位置関係を連結可能な位置関係とすることが容易となる。

（態様Ｃ）
態様Ｂにおいて、回動部材１１等の回動部材の回動範囲を規制する回動範囲規制部材３２等の回動規制手段を備える。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、連結時や連結後の移動時に、回動部材と自走ロボット１等の連結装置が固定された装置との接触や、カゴ台車２等の連結対象と連結装置が固定された装置との接触を防止することが可能となる。これにより、接触に起因する損傷を防ぐことが可能となる。

（態様Ｄ）
態様Ａ乃至Ｃの何れかの態様において、磁石１３等の吸着部材として、電磁石を備える。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、カゴ台車２等の連結対象に対して吸着部材を必要なときだけ吸着させることができる。

（態様Ｅ）
態様Ａ乃至Ｄの何れかの態様において、吸着部材として、複数の磁石を備える。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、横長なフレーム等のある程度の大きさがある面に対して、磁石の磁力を作用させる面を大きく確保でき、大型の自作を一個用いるよりも安価で確実に吸着させることが出来る。

（態様Ｆ）
態様Ａ乃至Ｅの何れかの態様において、引掛け部材として、鉤型の爪部の先端を上方から下方に移動させる連結爪１２等の爪部材を備える。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、先端が曲がった爪部材という簡易な構成で連結対象と連結する構成を実現することが出来る。

（態様Ｇ）
動力モータ７及び駆動車輪７１等の移動手段と、カゴ台車２等の連結対象と連結する連結手段と、を備える自走ロボット１等の連結走行装置において、連結手段として、態様Ａ乃至Ｆの何れかの態様に係る連結装置１０等の連結装置を備える。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、連結対象と容易に連結することできる連結走行装置を実現することができる。

（態様Ｈ）
態様Ｇにおいて、カゴ台車２等の連結対象との接触時の衝撃を緩和するバンパー４０等の緩衝手段を備える。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、自走ロボット１等の連結走行装置と、連結対象との接触に起因する音の発生や接触対象の損傷を防ぐことができる。

（態様Ｉ）
動力モータ７及び駆動車輪７１等の移動手段と、カゴ台車２等の連結対象と連結する連結手段とを有する連結移動手段と、移動手段を制御するコントローラ４等の制御手段とを備える自走ロボット１等の自律走行装置において、連結移動手段として、態様ＧまたはＨに係る連結走行装置の構成を備える。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、連結対象と容易に連結することできる自律走行装置を実現することができる。

（態様Ｊ）
態様Ｉにおいて、カゴ台車２等の連結対象に配置されたＩＤ表示パネル２１等の標識を認識するカメラ５等の認識手段を備え、コントローラ４等の制御手段は、認識手段の認識結果に基づいて、連結対象の認識と、連結対象に連結するための位置決めを行うための動力モータ７及び駆動車輪７１等の移動手段の制御とを行う。
これによれば、上述した実施形態について説明したように、連結対象に自動で連結し、所望の搬送先に自動で搬送する自律移動装置を実現することができる。

１ 自走ロボット
２ カゴ台車
３ 磁気センサ
４ コントローラ
５ カメラ
７ 動力モータ
８ モータドライバ
９ 測域センサ
１０ 連結装置
１１ 回動部材
１１ａ 回動部材磁石取付部
１１ｅ 回動部材前端部
１２ 連結爪
１３ 磁石
１４ マイクロスイッチ
２０ カゴ部
２１ ＩＤ表示パネル
２２ 底板
２３ キャスター
３０ 固定板材
３０ａ 固定ネジ穴
３１ 軸保持部
３２ 回動範囲規制部材
４０ バンパー
４０ａ バンパー突当てゴム
４０ｂ バンパーシャフト
４１ バンパー固定部
５０ 走行エリア
５１ 本線
５２ 番地マーク
５３ 走行ライン
５４ 停止マーク
５５ 駐車場
７１ 駆動車輪
７２ 従動車輪
１００ ロボット本体部
１１１ 回動軸
１１３ ベアリングホルダ
１２０ 連結爪シャフト
１２１ 電動シリンダ
１２２ 直動シリンダ保持部材
１２３ シリンダ部
１２４ 上下動接続部材
１２５ 上下動伝達部材
１２６ 凸状板材
１２７ 上下動伝達板材
１３１ 磁石保持部材
１３１ａ 磁石保持突き当て部
１３１ｂ 磁石保持シャフト
１３２ 第一バネ
１３３ 第二バネ
１０００ 物流倉庫
１００１ プラットフォーム
１００２ エレベータ
２０００ トラック
Ａ 仮置きエリア
Ｂ 第一保管エリア
Ｃ 第二保管エリア
Ｄ 保管エリア
Ｍ 作業者
Ｓ スタート位置

特開２００５−１７８５０４号公報

Claims (9)

1. 連結対象に引掛ける引掛け部材を備える連結装置において、
   前記連結対象に吸着する吸着部材と、
   前記連結装置の本体に保持された上下方向に延在する回動軸と、前記回動軸を中心として回動可能な回動部材を備え、
   前記引掛け部材と前記吸着部材とを前記回動部材に設けることを特徴とする連結装置。
2. 請求項１の連結装置において、
   前記回動部材の回動範囲を規制する回動規制手段を備えることを特徴とする連結装置。
3. 請求項１乃至２の何れかに記載の連結装置において、
   前記吸着部材として、電磁石を備えることを特徴とする連結装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の連結装置において、
   前記吸着部材として、複数の磁石を備えることを特徴とする連結装置。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の連結装置において、
   前記引掛け部材として、鉤型の爪部の先端を上方から下方に移動させる爪部材を備えることを特徴とする連結装置。
6. 移動手段と、
   連結対象と連結する連結手段と、を備える連結走行装置において、
   前記連結手段として、請求項１乃至５の何れかに記載の連結装置を備えることを特徴とする連結走行装置。
7. 請求項６の連結走行装置において、
   前記連結対象との接触時の衝撃を緩和する緩衝手段を備えることを特徴とする連結走行装置。
8. 移動手段と、連結対象と連結する連結手段とを有する連結移動手段と、
   前記移動手段を制御する制御手段とを備える自律走行装置において、
   前記連結移動手段として、請求項６または７の連結走行装置を備えることを特徴とする自律走行装置。
9. 請求項８の自律走行装置において、
   前記連結対象に配置された標識を認識する認識手段を備え、
   前記制御手段は、前記認識手段の認識結果に基づいて、前記連結対象の認識と、前記連結対象に連結するための位置決めを行うための前記移動手段の制御とを行うことを特徴とする自律走行装置。