JP6937022B2 - ロボット在庫処理 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に自動化に関し、特に自動化在庫処理のためのシステム、方法およびロボット型装置に関するものである。

（関連出願の相互参照）
本出願は２０１５年６月９日出願の米国暫定特許出願６２／１７３，１３０（特許文献１）の恩恵を主張し、それは参照により本明細書に組み込まれる。

物流センター（ＤＣ）はオンライン小売サプライチェーンの主要リンクの１つであり、そしてまた主要なボトルネックの１つである。物流センターは一般に、食料雑貨品のような、異なるタイプ、寸法、梱包および他の物理的特徴の商品の大きな在庫を保管する。顧客の注文に応答して、物流センターの要員は顧客への出荷のために必要な在庫品をピックアップし、配送用包装に梱包する。

在庫品を倉庫内の棚から棚へ自動的に移動させるための多数のシステムが開発されている。例えば、米国特許出願公開第２０１５／００７１７４３号（特許文献２）は、その各々が荷物を自動的に積み込みおよび降ろす手段を含む、自律型車両の使用により入出荷コンテナ内の品物を選択し組み合わせる方法および装置を記載している。その車両は、通路のネットワークを介して作業空間内の物品のコンテナを移動させる際に、移送機能と輸送機能の両方を実行する。コンピュータ制御の下で、その自律車両は、入庫受け入れステーション、中間保管場所、および、コンテナ全体または個々の物品ユニットが出荷用コンテナに組み合わされる、出荷注文―組立ステーション、の間で物品ユニットのケースコンテナを移送して輸送する。

別の例として、米国特許出願公開第２０１５／００６８８７５号（特許文献３）は、線形移送システムが、直線運動で一斉に、第１の処理ステーションの入口および出口を通過して移動する複数の移送ユニットから構成される、資材処理システムおよび方法について記載している。その移送ユニットは、物品を出口から受け取り、そして物品を入口に降ろす、あるいは、第１の処理ステーションと第２の処理ステーションの間で物品を移送するかのいずれかである。制御は、処理ユニットのオペレーションを向上させるような方法で、移送ユニットと第１の入口及び出口との間、または、第１の処理ステーションと第２の処理ステーションとの間で、物品を順番に配列する。

米国暫定特許出願６２／１７３，１３０号 米国特許出願公開第２０１５／００７１７４３号 米国特許出願公開第２０１５／００６８８７５号

以下に記載される本発明の実施形態は自動化在庫処理のための改良されたシステム、方法およびロボット型装置を提供する。

したがって本願の１つの実施形態によれば、在庫処理システムであって、水平な床に設置される多重の棚ユニットを有し、棚ユニットのそれぞれは、コンテナが置かれる棚の垂直なアレイを有する在庫処理システムが提供される。１つ以上の床ロボットと、床ロボットは棚ユニットの間を床の上の第一の通路に沿って移動するように構成される。１つ以上のリフトロボットは、床ロボットとは独立して、棚ユニットの垂直表面上の垂直平面内の第２の通路に沿って移動し、そしてコンテナを棚と床ロボットとの間で移送するように構成される。

１つの開示された実施形態では、床ロボットはコンテナを棚ユニットから梱包ステーションに運搬し、そしてコンテナを棚へ置くためにリフトロボットに届けるように構成される。追加的にまたは代替的に、棚ユニットは、床より上方に持ち上げられ、そして床ロボットはコンテナを棚ユニットの側面に沿った通路側の位置においてリフトロボットから受け取り、そしてコンテナを目的地に届けるため棚の下を移動するように構成される。

いくつかの実施形態では、多重の棚ユニットは、床の上に並んで配置され、隣接する床ユニットの垂直表面の間に既定の隙間を有し、そしてリフトロボットは隙間の中で第２の通路に沿って移動するように構成される。典型的に、リフトロボットは、隙間の中を移動するときに、隙間の両側の棚ユニットに係合するように構成される。追加的にまたは代替的に、リフトロボットは、互いに独立して移動し、それにより２つ以上のリフトロボットが同時に、隣接する棚ユニット間に同一の隙間を有するそれぞれの第２の通路に沿って移動することができる。１つの実施形態では、リフトロボットは、自律的に棚ユニットの垂直表面から床ロボットの上に係合を解くように構成され、そして床ロボットは１つのリフトロボットを棚ユニットの中の１つの隙間から別の１つの隙間に搬送するように構成され、その後リフトロボットは、別の１つの隙間内の棚ユニットの垂直表面に再係合する。

開示された実施形態では、リフトロボットは、垂直平面内でそれぞれ垂直方向と水平方向に沿った第１と第２の移動モードを有し、そして第２の通路は、リフトロボットによりそれぞれ第１の移動モードと第２の移動モードにおいて横断される、垂直と水平の通路セグメントから構成される。いくつかの実施形態では、棚は垂直平面内に水平な前縁を有し、そして棚ユニットは棚の水平な前縁の間に延在する垂直支柱を有し、そしてリフトロボットは垂直通路セグメントを移動する時は垂直支柱に係合し、水平通路セグメントを移動する時は水平な前縁に係合する。１つの実施形態では、棚ユニットは垂直支柱に沿って配置される垂直な歯付きラックを有し、そしてリフトロボットは、リフトロボットを少なくとも垂直通路セグメントに沿って推進するため、垂直な歯付きラックに係合するように構成されるピニオンを有する。もう１つの実施形態では、リフトロボットは垂直支柱および水平な前縁に対して回転するように構成される車輪を有し、そしてシステムはウインチを有し、ウインチはリフトロボットに連結されるケーブルを有し、そしてウインチは垂直通路セグメントに沿ってリフトロボットを上げたり下げたりするように構成される。

さらにもう１つの実施形態では、棚ユニットは垂直な表面から外側に伸長する突起のアレイを有し、そしてリフトロボットはチェーンガイドと、チェーンガイドの上に取り付けられ、そしてリフトロボットを少なくとも垂直通路セグメントに沿って推進するため、チェーンガイドの周りを廻る間に突起に係合するように構成されるチェーンと、を有する。

本願の１つの実施形態によればそのうえさらに、在庫処理のための方法であって、水平な床の上に載置され、棚の垂直なアレイを含む多重の棚ユニットにコンテナを置くステップを含む方法が提供される。１つの棚ユニットのうちの１つの棚の上の現在の位置から、指定された目的地に移送されるべき、コンテナが指定されると、床ロボットが、棚ユニットの間を第１の通路に沿って合流点へ移動するように操作される。リフトロボットが、床ロボットとは独立して、棚ユニットの１つの垂直表面上の垂直平面内の第２の経路に沿って、指定されたコンテナの現在の位置に移動され、そして指定されたコンテナを現在の位置から合流点の床ロボットへ移送するように操作される。指定されたコンテナは、床ロボットを使用して指定された目的地に搬送される。

１つの開示された実施形態では、床ロボット上の指定されたコンテナを合流点から包装ステーションに運搬するステップを有する。追加的にまたは代替的に、コンテナを棚の上に置くステップは、棚の上に置くために、床ロボットからリフトロボットへとコンテナを届けることを含む。

さらに追加的にまたは代替的に、リフトロボットを動作させるステップは、リフトロボット上の少なくとも１つの引っ張りアームを作動させて棚ユニットの１つの垂直表面を通って延在させ、そして輸送のため指定されたコンテナを現在の位置からリフトロボット内に引き出すステップを有する。

本願は以下の図を参照する実施形態の詳細な説明により、完全に理解されよう：
本願の１つの実施形態による、自動化物流センターの絵画的概略図である。 本願の１つの実施形態による、自動化物流センターのロボットおよび棚ユニットの概略側面図である。 本願の１つの実施形態による、水平面上でコンテナを搬送するためのロボットの絵画的概略図である。 本願の１つの実施形態による、垂直平面内の通路に沿ってコンテナを搬送するためのロボットの絵画的概略図である。 本願の１つの実施形態による、垂直平面内の通路に沿ってコンテナを搬送するためのロボットの詳細を示す絵画的概略図である。 本願の１つの実施形態による、図５のロボットのさらなる詳細を示す絵画的概略図である。 本願の別の１つの実施形態による、垂直平面内の通路に沿ってコンテナを搬送するためのロボットの詳細を示す絵画的概略図である。 本願の１つの実施形態による、図７のロボットの絵画的概略図であり、垂直な構成から水平な構成へのロボットの連続する移行ステージを示す。 本願の１つの実施形態による、図７のロボットの絵画的概略図であり、垂直な構成から水平な構成へのロボットの連続する移行ステージを示す。 本願の１つの実施形態による、図７のロボットの絵画的概略図であり、垂直な構成から水平な構成へのロボットの連続する移行ステージを示す。 本願のさらに別の１つの実施形態による、棚ユニットと、棚ユニットの垂直表面上の通路に沿ったコンテナの輸送のためのロボットを絵画的に概略示す図である。 本願の１つの実施形態による、垂直移動構成の図１１のロボットの詳細を示す絵画的概略図である。 本願の１つの実施形態による、水平移動構成の図１１のロボットの詳細を示す絵画的概略図である。

本明細書で説明される本発明の実施形態は、多量の多様な物品を高密度で保管することを可能にし、コンパクトな設備の中へおよび外に高スループットで輸送することを可能にする在庫処理のためのロボット型解決策を提供する。これらの解決策は、小売物流センター、例えば顧客の注文に応じて食料雑貨品をピッキングして梱包する場合に特に有効である。それら解決策は、そのような施設が現地に配備されるのに十分に小型化され、既存の実小売店舗に取り付けられる可能性がある。しかしながら、本発明の原理は、この特定の用途環境に限定されず、他の在庫管理ニーズに対処する際に同様に適用されてもよい。

開示された実施形態では、在庫処理システムは、水平な床の上に取り付けられる複数の棚ユニットを備え、それは床自体に取り付けられるか、またはその上方に懸架される。各棚ユニットは、コンテナがその上に置かれる棚の垂直配列を有する。床ロボットは床上の通路に沿って棚ユニット間を移動する。リフトロボットは、床ロボットとは別個に独立して、棚ユニットの垂直表面上の垂直平面内の水平および垂直通路に沿って移動する。リフトロボットはコンテナを棚から取り出して床ロボットに移送し、また、その逆も同様であり、一方床ロボットはコンテナを棚ユニットから梱包ステーションに運搬し、そしてコンテナを棚に置くために床ロボットに届ける。

２つのタイプのロボット（棚ユニットの表面上のリフトロボットおよびその下の床ロボット）の、独立しているが調整された移動通路は、限られたスペース内で多くの在庫物品の迅速かつ効率的な移動を可能にする。これらの能力は、いくつかの実施形態では、コンテナを積載した床ロボットが棚の下を移動できるように、棚ユニットを床の上方に持ち上げる、例えば十分な高さの脚の上に乗せることによってさらに強化される。したがって、床ロボットは、棚ユニットの側面に沿った通路側の位置においてリフトロボットからコンテナを受け取り、コンテナをその目的地に運ぶために棚の下を移動する。この構成により、棚ユニット間の通路側に生じる可能性のあるボトルネックをなくすことで、床ロボットによる柔軟なルート計画と効率的な輸送が可能になる。

いくつかの実施形態では、複数の棚ユニットは、隣接する棚ユニットの垂直表面の間に所定の隙間をあけて、並んで床の上方に配置される。リフトロボットは、隙間の両側の棚ユニットと係合しながらこれらの隙間内の垂直平面内の通路に沿って移動する。このアプローチは、棚の間の垂直および水平通路に沿ったリフトロボットの確実で効率的な動きを可能にする。これらの実施形態のいくつかでは、リフトロボットが互いに独立して移動するので、２つ以上のリフトロボットが、隣接する棚ユニット間に同じ隙間を有する、異なるそれぞれの通路に沿って同時に移動することができる。

１つの実施形態では、リフトロボットは、棚ユニットの垂直表面から、下方に待機している床ロボットの上に自律的に係合を解除することができる。したがって、床ロボットは、棚ユニットの間でリフトロボットをある隙間から別の隙間に運ぶことができる。次いで、リフトロボットは、他の隙間内の棚ユニットの垂直表面と再び係合する。

開示された実施形態では、リフトロボットは、垂直平面内のそれぞれ垂直および水平通路に沿って２つの異なる移動モードを有する。 所与の棚ユニットの垂直表面（または、特に隣接する２つの棚ユニットの表面の間の隙間内の）に沿ってある場所から別の場所に移動するために、リフトロボットは２つの移動モードを交互に繰り返し、それにより垂直および水平通路セグメントから構成される通路を横断する。これらの原理を実施する多くの異なるタイプのリフトロボットが以下に説明される。

典型的には、各棚ユニットの垂直表面は、棚の水平な前縁と、これらの水平な前縁の間に延在する垂直支柱によって画定される。いくつかの実施形態では、リフトロボットは、垂直通路セグメントを横断するときにこれらの垂直支柱に係合し、水平通路セグメントを横断するときに棚の水平前縁に係合する。１つの実施形態では、垂直支柱に沿って、歯付きラックが配置され、場合によっては棚の水平前縁に沿っても歯付きラックが配置され；リフトロボットは、対応する通路セグメントに沿ってリフトロボットを推進させるために、これらの歯付きラックに係合するピニオンを備える。別の実施形態では、リフトロボットは、垂直支柱および水平前縁に対して回転する車輪を含み、一方でリフトロボットに連結されたケーブルを備えるウインチが、垂直通路セグメントに沿ってリフトロボットを上昇および下降させる。別の実施形態では、リフトロボットは、摩擦接触によって棚の垂直支柱および水平前縁に係合するキャタピラーのトレッドを備える。

さらに別の実施形態では、棚ユニットは、垂直表面から外向きに延在する円筒状ピンのような突起のアレイを含む。この場合のリフトロボットは、チェーンガイドとチェーンを備え、チェーンは、チェーンガイド上に嵌合して突起と係合する。チェーンは、垂直および水平通路セグメントに沿ってリフトロボットを推進するように、チェーンガイドの周りを回転するように駆動される。あるいは、棚ユニットは、穴または窪みのアレイを備えることができ、一方、リフトロボットは、穴に係合しながら回転する歯付き車輪を有する。

本明細書では、ロボットおよび適合する棚ユニットの特定の構成を図示およびきさいされるが、本発明の原理は、他の棚およびロボットの設計を用いて同様に実施することができる。そのような代替設計はすべて本発明の範囲内にあると見做される。

（システムの記述）
図１は、本発明の一実施形態による、自動物流センター２０の絵画的概略図である。物流センター２０は、複数の棚ユニット２２を備えており、それらは水平床２４の上に並べて取り付けられている。図示の実施形態では、棚ユニット２２は脚２６によって床に取り付けられているが、代わりに、棚ユニット２２は当技術分野で知られている任意の適切な手段によって床の上に保持されてもよい。以下の説明を明確かつ便宜的にするために、床２４の水平面は、Ｘ軸が棚ユニット２２の長さに沿って延びるＸＹ平面であるように設定される。したがって、棚ユニット２２の垂直表面は、図１に示すように、Ｘ−Ｚ面であるように設定される。

各棚ユニット２２は、その上にコンテナ３０が配置される棚２８の垂直アレイを含む。 （この種のコンテナは一般に「トート」とも呼ばれる。）コンテナ３０が同一の大きさおよび形状であることが必須ではないが、有利である。各コンテナは、特定のタイプの在庫物品、または場合によっていくつかの異なるタイプの在庫物品を保管する。中央サーバ（図示せず）は、物流センター２０内のロボットおよび人員の作業を計画し、指示するためにコンテナ３０の内容物および内容物のそれぞれの位置を追跡するが、これらの動作上の側面は本発明の記載の範囲外である。

リフトロボット３２は、棚ユニット２２の垂直表面によって画定された平面内の垂直および水平通路に沿って移動する。所与のコンテナ３０の位置に到達すると、リフトロボット３２は、その棚２８からコンテナを取り出し、離れたところに運搬し、そして同様に、コンテナを棚の空の位置に戻す。図１には単一の、単純化されたリフトロボットが示されているが、実際には、一般的に複数のリフトロボットが棚ユニット２２の間に配置され、隣接する棚ユニット２２の間のそれぞれの隙間３４において互いに独立して移動する。いくつかの実施形態では、スループットを上げるため、２つ以上のリフトロボットが作動し、同じ隙間内の別々の通路に沿って自律的に移動することができる。

開示された実施形態では、リフトロボット３２は、隙間に隣接する棚ユニット２２の一方または両方の垂直表面と係合しながら隙間３４内の通路に沿って移動する。リフトロボットは、このようにして、隙間の両側の２つの棚ユニット２２のコンテナにアクセスすることができる。隙間は、以下に詳細に説明するように、隙間の両側の棚ユニットの垂直表面に係合しながらリフトロボットを動かすことを可能にする、予め規定された、十分に制御された幅を有する。リフトロボット３２は、各棚ユニットの一方の側（すなわち、隣接する隙間に面する側）からのみ棚２８にアクセスする必要があるので、棚ユニット２２のペアは、図１に示すように背中合わせに配置されてもよい。あるいは、棚ユニットは、棚ユニットの両側に隙間３４を有し、２つのコンテナをＹ方向に端と端を接触させて保持するのに十分な深さであってもよい。

図示されていない別の実施形態では、リフトロボット３２は、別の対向する棚ユニットに必ずしも係合することなく、棚ユニット２２の単一の垂直表面上を移動する。この種の状況は、例えば、棚ユニットが壁に面する場合に生じ得、その場合、リフトロボットは棚ユニットと壁との間の隙間内を移動する。そのような場合には、棚ユニットの垂直表面に係合することに加えて、特別なフレームワークが壁に取り付けられ、リフトロボットによって係合され得る。あるいは、リフトロボットは、リフトロボットの反対側の何らかの種類のフレームワークまたは支持体に係合することなく、単一の棚ユニットの垂直表面にのみ係合するように構成されてもよい。

床ロボット３６は、リフトロボット３２とは独立して、しかし協働して作動し、床２４上の水平通路に沿って棚ユニット２２の間を移動する。リフトロボット３２は、棚２８から取り出したコンテナ３０を床ロボット３６に移送し、床ロボット３６はその後棚ユニット２２から、指定された目的地までコンテナを運搬する。図示の実施形態では、棚ユニット２２の脚２６は、床ロボット３６が棚２８の下を移動してコンテナ３０をその目的地に運ぶことができるように十分に高い。例えば、物流センター２０において、床ロボットはコンテナ３０をコンテナステーション３８に運搬し、そこでピッカー４２はコンテナから顧客に配送するためのカートン４４へ物品４０を移動させる。同様に、床ロボット３６は、棚２８上に載置するためにリフトロボット３２にコンテナ３０を運ぶ。

別の実施形態（図示せず）では、棚ユニット２２は、貯蔵施設の複数のフロアにわたって垂直に延在する。棚ユニットに接続された垂直レールは、床の開口部を通って延在するので、リフトロボットは異なるフロアの棚ユニット間でレールに沿って移動することができる。

図２は、本発明の一実施形態による、物流センター２０内のロボット３２，３６および棚ユニット２２の詳細を示す概略側面図である。先に述べたように、床ロボット３６は、隙間３４内の棚ユニット２２に沿った位置でリフトロボット３２からコンテナを受け取り、そしてリフトロボット３２にコンテナを移送する。床ロボットはコンテナをその目的地に配送し、またリフトロボットとの合流点に達するために棚２８の下を移動する。したがって、例えば、いくつかの実施例では、隙間３４は、主として、床ロボット３６の積載ゾーンとして機能し、棚２８の下の領域は、搬入および搬出レーンとして機能する。選択肢として、１つ以上の床ロボットは、リフトロボット自体がこれらの床ロボットに降下して運搬されることを可能にする一種の足場（図示せず）を備えることができる。

図３は、本発明の一実施形態による、床ロボット３６の詳細を示す絵画的概略図である。床ロボット３６は、コンテナ３０を運搬するのに適し、車輪５２に取り付けられたキャリアプラットフォーム５０を備える。駆動ユニット５４は、床ロボット３６を当技術分野で公知の無線制御下でその目的地に向けて推進する。

図４は、本発明の一実施形態によるリフトロボット３２の詳細を示す絵画的概略図である。リフトロボット３２は、シャーシ６２と、輸送コンテナ３０を受け入れて運搬するのに適した形状および寸法のコンテナホルダ６４とを含むフレーム６０を備える。（シャーシ６２の大部分は、ロボット３２を駆動するモータおよびアクチュエータと共に、ケース６６内に閉じ込められている。）１つまたは複数の引っ張りアーム６８は、運搬のためコンテナ３０を棚２８からコンテナホルダ６４に引き込むために、棚ユニット２２の棚２８のフレームワークおよび垂直表面にある垂直支柱を通って延在できる。引っ張りアーム６８はまた、コンテナホルダ６４からコンテナを棚の上に押し出すために使用することができる。床ロボット３６との合流点に達すると、コンテナホルダ６４は、コンテナ３０を床ロボットのキャリアプラットフォーム５０上に解放する。同様にコンテナホルダ６４は、コンテナを棚の１つの指定された場所に運搬するために、コンテナをプラットフォーム５０から持ち上げることができる。

リフトロボット３２は、シャーシ６２に取り付けられ、そしてＸ−Ｚ平面内の垂直および水平通路セグメントに沿って垂直および水平移動モードが可能な搬送機構７０を備える。この目的のために、本実施形態では、機構７０は、棚ユニット２２内の棚２８間の垂直支柱に対して垂直に回転する垂直ホイール７２と、棚の水平前縁に対して回転する水平ホイール７４とを備える。任意の所定の段階において、現在の移動セグメントが垂直か水平かに応じて、車輪（７２または７４）の組の１組のみが係合され、他方の組は係合されず、場合によっては引き込まれる。

代替的な搬送機構を備えた多数の例示的なリフトロボットが、以下の図に示されている。これらのロボットは、典型的には、コンテナ３０用のコンテナホルダ６４および、コンテナをホルダ内に引き込み、そしてホルダからコンテナを押し出すための引っ張りアーム６８または他の機構を含む。しかし説明を簡単かつ明瞭にするために、これらの要素のいくつかは図面から省略されている。

（ピニオンベースの推進力を持つリフトロボット）
次に、図５および図６は、本発明の一実施形態による、垂直平面内の通路に沿ったコンテナ３０の移送のためのリフトロボット８０の概略図である。図５は、一対の隣接する棚ユニット２２の垂直表面の間の隙間３４内を移動するリフトロボット８０を示している。リフトロボット８０は、両方の面に同じ態様で係合しているが、図の明確さのために２つの棚ユニットのうちの一方のみが示されている。図６は、リフトロボット８０の搬送機構の詳細を示す。

垂直および水平の歯付きラック８４，８６のフレームワーク８２が、棚ユニット２２の垂直表面に展開され、隙間３４の反対側の棚ユニット上に（または場合によっては壁または他の支持体上に）同様のフレームワークが配置される。ラック８６は、棚２８の水平前縁に沿って配置され、ラック８４は、棚の間に延在する垂直支柱８８に沿って配置される。ラックは、例えば、棚および支柱の一部として一体的に形成されてもよく、または適切な締結具または溶接によって取り付けられてもよい。

リフトロボット８０はフレーム９０を備え、フレームはフレームワーク８２と適合するように寸法決めされ、そしてコンテナ３０を輸送するためのホルダ（図示せず）を有する。フレーム９０上の一対の引っ張りアーム９２は、上述のようにコンテナ３０を輸送のためフレームに引き込む。フレーム９０はまた、ピニオン９８の４つの組９６を含む搬送機構が取り付けられたシャーシ９４を有する。ピニオン９８は、ロボット８０が垂直または水平の移動モードにあるかどうかに応じて、それぞれの歯付きラック８４または８６に係合する。モータ１００（または場合によっては複数のモータ）は、ピニオン９８を駆動して、ラック８４，８６によって画定される垂直および水平通路に沿ってフレーム９０を推進する。ラック８４および８６のそれぞれの平行なセグメントに沿って回転するように、ピニオン９８の２つの組９６が、シャーシ９４の両側に取り付けられている。

それぞれのピニオンの組９６は、一方のピニオンが他方の鉛直上方に位置する垂直構成と、図６に示すように２つのピニオンが水平に並んだ水平構成との間で回転可能な一対のピニオン９８を備えている。垂直構成は垂直ラック８４に沿って移動するために使用され、一方水平構成は水平ラック８６に沿って移動するために使用される。ピニオン９８は、それぞれのシャフト１０２の周りを回転し、ピニオン９８の各セット９６は、ジョイント１０４を備え、ジョイント１０４はシャフトに接続され、そしてアクチュエータ１０６の制御下で、シャフトを垂直および水平の構成の間で回転させることができる。

各ジョイント１０４のブレーキ１０８は、ピニオン９８が垂直ラック８４または水平ラック８６に沿って移動しているかどうかに応じて、シャフト１０２を垂直または水平構成でロックする。ブレーキ１０８は、リフトロボット８０がラック８４と８６を移動するときに、垂直と水平通路セグメントの間の移行点において垂直構成と水平構成の間の回転のためシャフトを解放する。図示された実施形態では、フレームワーク８２は、垂直ラック８４および水平ラック８６が交差するフレームワーク８２のコーナーに湾曲した移行ラックセグメント１１０を含む（図５の挿入図に示されるように）。リフトロボット８０がこれらのコーナーの１つを曲がるとき、ブレーキ１０８はジョイント１０４を解放し、それによりピニオン９８がジョイントの周りを回転し、そして湾曲した移行ラックセグメント１１０に係合することを可能にする。

（チェーンドライブ付きリフトロボット）
図７は、本発明の別の実施形態による、垂直平面内の通路に沿ったコンテナ３０の輸送のためのリフトロボット１２０の詳細を示す絵画的概略図である。前の実施形態と同様に、図７は、一対の隣接する棚ユニット２２の垂直表面の間の隙間３４内を移動するリフトロボット１２０を示しており、両方の面に同一の態様で係合している（図解の簡潔さおよび明瞭性のため、図では２つの棚ユニットのうちの１つのみが示されている）。あるいは、前述の実施形態のように、リフトロボット１２０は、単一の棚ユニットと、例えば物流センターの壁に取り付けられた適切なフレームワークとの間の隙間を移動することもできる。

リフトロボット１２０の推進のために、円筒形のピン１２２のような突起のアレイが、棚ユニット２２の垂直表面上に所定のパターンで配置される。ピン１２２は、典型的に（必ずではないが）棚２８の水平前縁および棚の間の垂直支柱８８から直線的パターンで突出して、例えば図７に示すような支柱が棚と交差するコーナーに配置される。したがって、ピン１２２のパターンは、ピンの交差する垂直な列と水平な行を有する。以下に説明するように、リフトロボット１２０は、これらの列および行によって画定される垂直および水平通路に沿って移動する。ピン１２２は、棚２８および垂直支柱８４の一部として一体的に製造されてもよく、または代替的に既存の棚ユニットに後付けされてもよい。

リフトロボット１２０は、ピン１２２のパターンに適合する寸法のフレーム１２４を備え、コンテナ３０を運搬するためのホルダ（図示せず）を有する。フレーム１２４はまた、チェーン駆動装置１２８のペアをベースにした搬送機構がフレーム１２４の両側に取り付けられたシャーシ１２６を備える。各チェーン駆動装置１２８はチェーンガイド１３０を備え、チェーンガイド１３０にはチェーンガイドに取り付けられ、そしてピン１２２と係合するように構成されるチェーン１３２を備える。１つ以上のモータ１３４はチェーン１３２を駆動して、それぞれのチェーンガイド１３０の周りを回転させ、そしてそれにより、ピン１２２の列および行によって画定される垂直および水平通路に沿ってフレーム１２４を推進する。

チェーンガイド１３０は、図７に示すような垂直構成と、図１０に示す水平構成との間で回転可能である。垂直構成では、チェーン１３２が垂直な列のピン１２２に係合し、垂直な通路に沿ってフレーム１２４を推進し、水平な構成では、チェーンは水平な行のピンと係合し、したがって水平通路に沿ってフレームを推進する。図示された例では、チェーンガイド１３０は、図７の垂直構成においては垂直方向の長円主軸を有し、図１０の水平構成においては水平方向の長円主軸を有する長円形（本実施例では丸い端部を有する細長い矩形など）の形状を有する。

垂直構成では、フレーム１２４の両側の２つのチェーン駆動装置１２８は、隙間３４の対応する側の棚ユニット２２の垂直表面のピンのアレイのそれぞれの平行なセグメントに沿ってピン１２２に係合する。リフトロボット１２０は、隣接する一対の垂直支柱８８に沿って上下に登る。チェーンガイド１３０間の間隔は、支柱の間隔、したがってピン１２２の間隔に一致する。あるいは、この実施形態の原理は、他のタイプの突起により実現されてもよく、それらは図７に示すように配置してもよいし、他のパターンに従って配置してもよい。

また、図８−１０は、本発明の一実施形態による、図７の垂直移動構成から図１０に示す水平移動構成へのロボットの移行の連続的段階を示す、ロボット１２０の概略図である。この移行は、典型的には、リフトロボット１２０が垂直通路セグメントから水平通路セグメントに曲がるときに、ピン１２２のアレイのコーナーで行われる。逆のプロセスは、水平通路セグメントから垂直通路セグメントへの移行で行われる。図８において、チェーン駆動装置１２８は、図７に示す垂直方向から解放されており、チェーンガイド１３０の主軸は、このようにして水平に向かって内側に傾斜し始めている。このプロセスは図９に続き、チェーンガイド１３０が水平に向いた図１０で完了する。この後者の構成では、チェーン１３２の回転は、棚ユニット２２の対向する表面上のピン１２２の行に沿ってロボット１２０を推進する。

これらの移動モードおよびモード間の安全な移行を可能にするために、各チェーン駆動装置１２８は、リフトロボット１２０が垂直通路に沿って移動する間、チェーンガイド１３０を垂直方向に保持するロック１３６を備える。ロックアクチュエータ１３８はロック１３６を開き、チェーンガイド１３０を解放して徐々に水平方向に回転させる。次いで、回転アクチュエータ１４０は、図８−１０に示すように、それぞれのチェーンガイド１３０をそれぞれの軸の周りで、垂直および水平方向の間で回転させる。垂直移動モードと水平移動モードとの間のこの移行は、ピン１２２がチェーンガイドの回転中心またはその付近に位置するようにリフトロボット１２０が位置するときに生じる。

（ウインチ補助付きリフトロボット）
次に、本発明のさらに別の実施形態による、棚ユニット２２を含むシステム１５０と、棚ユニットの垂直表面上の通路に沿ったコンテナ３０の輸送のためのリフトロボット１５２とを概略的に示す図１１〜図１３を参照する。図１１は、システム１５０の概略図であり、図１２および図１３は、垂直および水平の移動モードにおけるリフトロボット１５２の詳細をそれぞれ示している。前の実施形態の場合と同様に、リフトロボット１５２は、隣接する棚ユニット２２の間の隙間３４内の垂直および水平通路に沿って移動する；しかしロボットの左側の棚ユニットは、リフトロボット１５２のフレームの要素と同様に、簡略化および視覚的明快さのために図から省略されている。あるいは、システム１５０は、リフトロボット１５２がロボットの一方の側に位置する単一の棚ユニットの垂直表面に対してのみ移動し、一方隙間の他方の側は壁または他のフレームワークによって画定されてもよい。

システム１５０は、棚ユニット２２の垂直表面に展開された垂直レール１５４および水平レール１５６のフレームワークを備える（典型的には、隙間３４の反対側に類似のフレームワークを有する）。図示された例では、水平レール１５６が棚２８のそれぞれの前縁から延在し、垂直レール１５４が棚の間の垂直支柱８８から延在する。レール１５４，１５６は、リフトロボット１５２の車輪１５８，１６０がそれらに確実に係合して転動するのに適した任意の輪郭を有することができる。

リフトロボット１５２は、棚２８との間で物品を搬送するように構成され、そして適切なコンテナホルダおよび引っ張りアーム（前の図に示されるように、しかしここでは簡単化のため省略されている）を含む、フレーム１６２を備える。フレーム１６２は、車輪１５８，１６０を含む搬送機構が取り付けられるシャーシ１６４と、フレーム１６２をウインチ１６８に接続するケーブル１６６とを備える。車輪１５８の組と，１６６の組の２つの組は、それぞれフレーム１６４の反対側に連結され、車輪１５８は垂直通路に沿って移動するために垂直レール１５４と係合するように垂直に向けられ、車輪１６０は水平通路に沿って移動するために水平レール１５６に係合するように水平に向けられている。１つ以上のモータ１７０（その１つが図１２に示されている）が水平通路に沿ってフレームを推進するために車輪１６０を駆動し、一方ウインチ１６８が垂直方向に沿ってフレーム１６２を上下させるためにケーブル１６６を巻き込み、巻き戻す。

図１１に示されている実施形態では、ウインチ１６８は隙間３４の上方に吊り下げられ、リフトロボット１５２が隙間内の水平通路に沿って移動するにつれて、例えば搬送モータ１７６に駆動されて、隙間の長さ方向に沿ってレール１７２（または他の適切なサスペンション）上を移動する。リフトモータ１７８は、ウインチ１６８を駆動してケーブル１６６を巻き込み、巻き戻す。図１１には単一のウインチ１６８とリフトロボット１５２のみが示されているが、対応するウインチを有する複数のロボットを隙間３４の長さ方向に沿って展開することができる。あるいは、ウインチは、ケーブル１６６の走行方向に沿って適切なプーリーシステムを用いることにより、固定位置に取り付けることができる。

一般に、車輪１５８または車輪１６０のいずれかは、リフトロボット１５２が移動している間の任意の所与の時間において、リフトロボットの現在の進行方向に応じて、それぞれのレール１５４または１５６に係合し、他の組の車輪は解放される。アクチュエータ１８０および１８２は、必要に応じて車輪に係合し、係合を外す。したがって、図１２に示す垂直運動構成では、アクチュエータ１８０は、垂直レール１５４に係合するように前進垂直ホイール１５８を有し、一方アクチュエータ１８２は水平レール１５６から水平ホイール１６０を外して、リフトロボット１５２がウインチ１６８の制御の下垂直通路に沿って移動することを可能にする。図１３に示す水平運動構成では、アクチュエータ１８２はホイール１６０に係合して水平レール１５６に沿って転動させ、一方垂直ホイール１５８は係合していない。

リフトロボット６６，８０，１２０および１５２の特定の設計が上記に示され説明されたが、システム２０の原理は、これらリフトロボットに具体化される推進メカニズムの種類に基づいて、または上述した説明を読んだ後に当業者には明らかであろう他の推進原理に基づいて、代替設計のリフトロボットを使用して同様に実施できる。そのような代替実施形態の全ては、本発明の範囲内にあるとみなされる。

上述した実施形態は例として引用されたものであり、本発明は上記に特に示され、説明されたものに限定されないことが理解されよう。むしろ、本発明の範囲は、上述の様々な特徴の組み合わせおよびサブ組み合わせ、ならびに前述の説明を読んだ当業者に想起される、従来技術に開示されていない変化形および修正の両方を含む。

Claims (26)

1. 在庫処理システムであって：
   水平な床に設置される多重の棚ユニットと、ここでそれぞれの前記棚ユニットは、コンテナが置かれる棚の垂直なアレイを有し；
   前記棚ユニットの間を前記水平な床の上の第１の通路に沿って移動するように構成される１つまたはそれ以上の床ロボットと；
   複数のリフトロボットと、ここで前記リフトロボットは、前記１つまたはそれ以上の床ロボットとは独立して、前記棚ユニットの垂直表面上の垂直平面内の第２の通路に沿って移動し、そして前記コンテナを前記棚と前記１つまたはそれ以上の床ロボットとの間で移送するように構成され；
   ここにおいて前記複数のリフトロボットは前記水平な床の上方に懸架されながら水平移動可能であり、前記水平移動は、前記水平な床の上の前記第１の通路の直線セグメントに平行な１つの直線セグメントを有する水平な通路に沿った移動を含み；
   前記複数のリフトロボットは前記水平な床の上方に懸架されながら垂直移動可能であり、
   前記複数のリフトロボットは、２つ以上の前記リフトロボットが互いに独立して、隣接する前記棚ユニット間の同じ隙間内を移動できるように構成され、
   前記２つ以上のリフトロボットの内の第１のリフトロボットは前記水平な通路上を第１の方向に移動可能であり、一方前記２つ以上のリフトロボットの内の第２のリフトロボットは前記水平な通路上を反対の方向に同時に移動可能であり、
   前記１つまたはそれ以上の床ロボットは前記複数のリフトロボットとは構造的に異なり、そして
   前記複数のリフトロボットは前記水平な床の上方に懸架されながら第１の水平な通路に沿って移動可能であり、前記複数のリフトロボットは前記第１の水平な通路より高く位置する第２の水平な通路に沿って移動可能であり、前記複数のリフトロボットは前記第２の水平な通路より高く位置する第３の水平な通路に沿って移動可能であり、ここで前記第１の水平な通路と前記第２の水平な通路と前記第３の水平な通路とは前記棚ユニットの前記垂直表面の間に位置する、
   ことを特徴とする、在庫処理システム。
2. 前記床ロボットは前記コンテナを、前記棚ユニットから梱包ステーションに運搬し、そして前記棚への配置のために前記コンテナを前記複数のリフトロボットの１つまたはそれ以上のリフトロボットに届けるように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記棚ユニットは、床より上方に持ち上げられ、そして前記床ロボットは前記コンテナを前記棚ユニットの側面に沿った通路側の位置において前記リフトロボットから受け取り、そして前記コンテナを目的地に届けるため前記棚の下を移動するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記多重の棚ユニットは、前記床の上に並んで配置され、隣接する棚ユニットの前記垂直表面の間に既定の隙間を有し、そして前記リフトロボットは前記隙間の中で前記第２の通路に沿って移動するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記リフトロボットは、前記隙間の中を移動するときに、前記隙間の両側の棚ユニットに係合するように構成される、ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 前記リフトロボットは、２つまたはそれ以上の前記リフトロボットが同時に、隣接する棚ユニット間に同一の事前画定された隙間を有するそれぞれの前記第２の通路に沿って移動することができる、ように構成されることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
7. 前記リフトロボットは、自律的に前記棚ユニットの前記垂直表面から前記床ロボットの上に係合を解くように構成され、そして前記床ロボットは１つのリフトロボットを棚ユニットの中の１つの隙間から別の１つの隙間に搬送するように構成され、その後前記リフトロボットは、前記別の１つの隙間内の前記棚ユニットの前記垂直表面に再係合する、ことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
8. 前記リフトロボットは、前記垂直平面内でそれぞれ垂直方向と水平方向に沿った第１と第２の移動モードを有し、そして前記第２の通路は、前記リフトロボットによりそれぞれ前記第１の移動モードと前記第２の移動モードにおいて横断される、垂直と水平の通路セグメントから構成される、ことを特徴とする請求項１−７のいずれかに記載のシステム。
9. 前記棚は前記垂直平面内に水平な前縁を有し、そして前記棚ユニットは前記棚の水平な前縁の間に延在する垂直支柱を有し、そして前記リフトロボットは前記垂直通路セグメントを移動する時は前記垂直支柱に係合し、前記水平通路セグメントを移動する時は前記水平な前縁に係合する、ことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 前記棚ユニットは前記垂直支柱に沿って配置される垂直な歯付きラックを有し、そして前記リフトロボットは、前記リフトロボットを少なくとも前記垂直通路セグメントに沿って推進するため、前記垂直な歯付きラックに係合するように構成されるピニオンを有する、ことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 前記リフトロボットは前記垂直支柱および前記水平な前縁に対して回転するように構成される車輪を有し、そして前記システムはウインチを有し、前記ウインチは前記リフトロボットに連結されるケーブルを有し、そして前記ウインチは前記垂直通路セグメントに沿って前記リフトロボットを上げたり下げたりするように構成される、ことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
12. 前記棚ユニットは前記垂直な表面から外側に伸長する突起のアレイを有し、そして前記リフトロボットはチェーンガイドと、前記チェーンガイドの上に取り付けられ、そして前記リフトロボットを少なくとも前記垂直通路セグメントに沿って推進するため、前記チェーンガイドの周りを廻る間に前記突起に係合するように構成されるチェーンと、を有することを特徴とする請求項８に記載のシステム。
13. 方法であって：
    棚ユニット内の棚の上の現在の位置から、指定された目的地に移送されるべき、コンテナを指定するステップと、ここにおいて前記棚ユニットは水平な床の上に載置され、それぞれの前記棚ユニットは前記棚の垂直なアレイを有し；
    床ロボットを、前記棚ユニットの間を合流点へ向かって移動するように操作するステップと；
    少なくとも２つのリフトロボットを、互いに独立して、隣接する前記棚ユニットの間の同じ隙間内を走らせるステップと；
    前記少なくとも２つのリフトロボットの内の１つのリフトロボットを、前記床ロボットとは独立して、そして前記水平な床の上方に懸架されながら、前記棚ユニットの１つの垂直表面上の垂直平面内で、前記指定されたコンテナの前記現在の位置まで移動するように操作するステップと、
    ここにおいて前記垂直表面は前記水平な床と直交し、
    前記リフトロボットを前記垂直平面内で移動するように操作する前記ステップは、前記水平な床の上方に懸架されながら、前記垂直平面内で水平および垂直に移動するように、前記リフトロボットを操作するステップを有し、
    前記操作するステップは、前記床ロボットが前記棚ユニットの間で移動可能な、前記水平な床の上の少なくとも１つの通路の直線セグメントに平行な、１つの直線セグメントを有する１つの水平な通路に沿って、前記垂直平面内を移動するように前記リフトロボットを操作するステップを有し、
    前記リフトロボットは前記水平な通路上を第１の方向に移動可能であり、一方前記少なくとも２つのリフトロボットの内の第２のリフトロボットは前記水平な通路上を反対の方向に同時に移動可能であり、
    前記操作するステップは、前記水平な床の上方に懸架されながら、第１の水平な通路および前記第１の水平な通路より高い第２の水平な通路および前記第２の水平な通路より高く位置する第３の水平な通路に沿って移動するように、前記リフトロボットを操作するステップを有し、ここで前記第１の水平な通路、前記第２の水平な通路および前記第３の水平な通路は前記棚ユニットの前記垂直表面の間に位置し、
    前記床ロボットは前記リフトロボットとは構造的に異なり；
    前記指定されたコンテナを前記現在の位置から合流点の前記床ロボットへ移送するように前記リフトロボットを操作するステップと；そして
    前記床ロボットを使用して前記指定されたコンテナを前記指定された目的地に搬送するステップと；
    を有することを特徴とする方法。
14. 前記床ロボット上の前記指定されたコンテナを前記合流点から包装ステーションに運搬するステップを有する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. コンテナを前記棚の上に置くステップをさらに有し、前記棚の上に置くステップは前記棚の上に置くために、前記床ロボットから前記リフトロボットへ前記コンテナを搬送するステップを有する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 前記棚ユニットは前記床の上方に持ち上げられ、そして前記床ロボットを操作するステップは、前記棚ユニットの１つの側面にそった通路側内の合流点において、前記コンテナを前記リフトロボットから受け取るように前記床ロボットを位置決めするステップと、そして、前記コンテナを前記指定された目的地に届けるため、前記床ロボットを棚の下を移動するように操作するステップと、を有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. 前記多重の棚ユニットは、隣接する棚ユニットの前記垂直表面の間に１つの既定の間隔を有して、前記床の上に並んで配置され、前記リフトロボットを操作するステップは、前記隙間内で前記リフトロボットを推進するステップを有する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
18. 前記リフトロボットは、前記隙間内を移動するときは前記隙間の両側の前記棚ユニットに係合する、ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記リフトロボットを操作するステップは、多重のリフトロボットを互いに独立して移動させるように駆動するステップを有し、それにより２つ以上の前記リフトロボットが同時に、前記隣接する棚ユニット間で同じ隙間を有するそれぞれの通路に沿って移動できる、ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
20. 前記リフトロボットを前記棚ユニットの前記垂直表面から前記床ロボット上に自律的に解放するステップと、前記床ロボット上で前記リフトロボットを前記棚ユニット間の１つの隙間から別の１つの隙間に搬送するステップと、前記別の１つの隙間内の前記棚ユニットの前記垂直表面に前記リフトロボットを係合させるステップと、を有することを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
21. 前記リフトロボットは、前記垂直平面内でそれぞれ垂直方向および水平方向に沿った第１および第２の移動モードを有し、そして前記リフトロボットを操作するステップは、前記リフトロボットにより、それぞれ第１および第２の移動モードで垂直および水平通路セグメントを横切るステップを有する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
22. 前記棚は前記垂直表面内に水平な前縁を有し、前記棚ユニットは前記棚の前記水平前縁間に延在する垂直支柱を有し、そして前記垂直および水平通路セグメントを横切るステップは、前記垂直通路セグメントを横切るときに前記垂直支柱に係合するステップと、前記水平通路セグメントを横切るときに前記棚の水平前縁に係合するステップと、を有する、ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 前記棚ユニットは、前記垂直支柱に沿って配置された垂直歯付きラックを備え、前記リフトロボットは、少なくとも前記垂直通路セグメントに沿って前記リフトロボットを推進するように前記歯付きラックに係合するように構成されるピニオンを備える、ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
24. 前記垂直通路セグメントを横切るステップは、ケーブルにより前記リフトロボットに連結されたウインチを使用して、前記リフトロボットを前記垂直通路セグメントに沿って昇降させるステップを有する、ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
25. 前記棚ユニットは、前記垂直表面から外向きに延在する突起のアレイを有し、前記垂直および水平通路セグメントを横切るステップは、前記リフトロボットを少なくとも前記垂直通路セグメントに沿って推進させるため、回転しながら前記突起に係合するように前記リフトロボット上のチェーンドライブを操作するステップを有する、ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
26. 前記リフトロボットを操作するステップは、前記リフトロボット上の少なくとも１つの引っ張りアームを作動させて前記棚ユニットの１つの垂直表面を通って延在させ、そして輸送のため前記指定されたコンテナを前記現在の位置から前記リフトロボット内に引き出すステップを有する、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。

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