JP7013239B2 - 保管箱移送用ロボット - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに定義された保管システムから保管箱をピックアップするための遠隔操作運搬具またはロボット、および箱を保管するための保管システムに関する。

保管システムから保管箱をピックアップするための遠隔操作運搬具が知られている。関連する先行技術の保管システムの詳細な記述はＷＯ９８／４９０７５に提示されており、そのような保管システムに適した先行技術の運搬具の詳細は、ノルウェー国特許Ｎ０３１７３６６に詳細に開示されている。そのような先行技術の保管システムは、一定の高さまで互いに積み重ねられた保管箱を収容する３次元の保管格子を備える。保管格子は、通常、上部レールによって相互連結されたアルミニウムの列として構築され、その上部レールの上に、複数の遠隔操作運搬具、またはロボットが、横方向に移動するように配置される。各運搬具には、保管格子に保管される箱をピックアップし、搬送し、置くためのリフト、および運搬具に組み込まれたモータに電力を供給するための再充電可能バッテリが装備されている。運搬具は、典型的にはワイヤレスリンクを介して制御システムと通信し、必要な場合、典型的には夜間に、充電ステーションで再充電される。

先行技術の保管システムの例が、図１に示される。保管システム３は、専用の支持レール１３上でＸおよびＹ方向（デカルト座標系１００を参照）に移動し、箱保管格子１５内の保管列から保管箱２を受け取るように構成された複数の運搬具またはロボット１を含む。先行技術の保管システム３は、専用の箱リフト装置５０も含むことができ、箱リフト装置５０は、保管システム３の最上位レベルで運搬具１から保管箱２を受け取り、配送ステーションまたはポート６０まで、垂直方向に保管箱２を下へ運ぶように配置されている。

しかし、この知られているシステムでは、各運搬具が、下にある保管システムの２つの保管列に相当する断面を覆い、それにより同時に動作する運搬具の最大数が制限される。

したがって、本発明の目的は、保管箱をうまくハンドリングする間に、同時に動作する運搬具の数を大幅に増加させることができる運搬具および保管システムを提供することである。

本発明は主請求項において記載および特徴付けられ、従属請求項では、本発明の他の特徴が記述される。
特に、本発明は、下にある保管システムから保管箱をピックアップするための遠隔操作運搬具であって、下にある保管システムから保管箱を持ち上げるのに適したリフト装置と、運搬具本体の対向する側壁に配置された第１の転がしセットおよび第２の転がしセットを備え、使用中、下にある保管システム上で第１の方向（Ｘ）に沿った運搬具の移動を可能にする第１の運搬具転がし手段と、運搬具本体の対向する側壁に配置された第１の転がしセットおよび第２の転がしセットを備え、使用中、下にある保管システム上で、第１の方向（Ｘ）に直交する第２の方向（Ｙ）に沿った運搬具の移動を可能にする第２の運搬具転がし手段とを備え、前記転がしセットのそれぞれが少なくとも２つの車輪を備える、遠隔操作運搬具に関する。第１および第２の転がしセットは、下にある保管システム上で運搬具の前方および／または後方への移動を可能にするベルト、チェーントラック、または任意の他の機構もしくは機構の組み合わせも含むことができる。

運搬具は、第１の運搬具転がし手段に、または少なくとも部分的にその中に位置し、第１の方向（Ｘ）への転がしセット固有の駆動力を運搬具に提供するのに適した第１の駆動手段と、第２の運搬具転がし手段に、または少なくとも部分的にその中に位置し、第２の方向（Ｙ）への転がしセット固有の駆動力を運搬具に提供するのに適した第２の駆動手段と、それぞれの転がしセットの車輪のうちの２つの車輪間の容積内に配置されたモータ制御電子機器であって、第１および第２の運搬具転がし手段に電力を供給するように構成されたモータ制御電子機器とをさらに備える。使用中、第１および第２の運搬具転がし手段のうちの少なくとも１つは、下にある保管システムと接触している。

有利な実施形態では、駆動手段のうちの少なくとも１つは、ブラシレス電気ＤＣ（直流）モータなどの永久磁石を使用する電気モータを備える。
別の有利な実施形態では、第１および第２の駆動手段のうちの少なくとも１つは、対応するそれぞれの運搬具転がし手段の外側周囲の内側表面に配置された回転子磁石を備える。

別の有利な実施形態では、第１の駆動手段および第２の駆動手段のうちの少なくとも１つは、運搬具転がし手段と同じ回転平面内に少なくとも部分的に、好ましくは完全に、かつ運搬具本体内に少なくとも部分的に、好ましくは完全に配置された固定子を備える。この実施形態では、回転平面とは、運搬具転がし手段の回転軸から直角に延在する平面を意味する。

別の有利な実施形態では、運搬具は、少なくとも１つの運搬具転がし手段の起電力（ｅｍｆ）を（少なくとも間接的に）測定するのに適した手段であって、固定子および回転子のうちの１つと信号通信して、それにより動作中に運搬具の転がしセット固有の速度登録を可能にする手段を備える。例えば、逆ｅｍｆ測定回路は、運搬具転がし手段と信号通信するように設置されてもよい。代替として、またはそれと組み合わせて、ホールセンサが使用されてもよい。

別の有利な実施形態では、運搬具は、第１および第２の運搬具転がし手段のうちの少なくとも１つに（少なくとも間接的に）接続されて、それにより動作中に角度位置フィードバックを可能にするロータリエンコーダを備える。そのようなロータリエンコーダは、運搬具転がし手段の角運動を、アナログまたはデジタルのコードに変換するのに適している。ロータリエンコーダ（またはシャフトデコーダ）は、アブソリュートロータリエンコーダおよび／またはアブソリュートマルチターンエンコーダのタイプのものとすることができる。前記アブソリュートロータリエンコーダは、機械式エンコーダ、光学式エンコーダ、磁気エンコーダ、および容量式エンコーダのうちの少なくとも１つとすることができる。さらに、アブソリュートマルチターンエンコーダは、電池式マルチターンエンコーダ、歯車式マルチターンエンコーダ、および自己出力式マルチターンエンコーダのうちの少なくとも１つとすることができる。

別の有利な実施形態では、ロータリエンコーダは、第１および第２の運搬具転がし手段のうちの少なくとも１つの外側周囲内に、好ましくは外側周囲と回転子磁石との間に配置されたロータリエンコーダディスクである。

別の有利な実施形態では、運搬具は、第１および第２の運搬具転がし手段のうちの少なくとも１つの加速度を測定するのに適した手段であって、固定子と信号通信する手段をさらに備える。そのような手段は、好ましくは１つまたは複数の圧電センサ、例えばＰＣＢ（商標）Ｐｉｅｚｏｔｒｏｎｉｃｓ社からの加速度計を備える。圧電センサの代替として、または圧電センサと組み合わせて、１つまたは複数の誘導センサが使用されてもよい。

別の有利な実施形態では、それぞれの転がしセットは少なくとも２つの車輪を備え、運搬具は、それぞれの転がしセットの車輪のうちの２つの車輪間の容積内に配置されたモータ制御電子機器をさらに備える。前記モータ制御電子機器は、この実施形態においては、第１および第２の運搬具転がし手段に電力を供給するように構成され、好ましくは通信信号も送信することができる。

別の有利な実施形態では、第１の運搬具転がし手段は、第１の方向にその回転方向を有する４つのＸ車輪を備え、第２の運搬具転がし手段は、第２の方向にその回転方向を有する４つのＹ車輪を備え、Ｘ車輪のそれぞれ、およびＹ車輪のそれぞれが、それぞれ第１の駆動手段および第２の駆動手段に駆動可能に接続される。車輪のそれぞれは、車輪の外側周囲の内側表面内に配置された好ましくは複数の（例えば回転子磁石ディスクの形態の）回転子磁石と、好ましくは車輪の回転軸の位置と同じ、またはほぼ同じ高さにおいて運搬具本体内に少なくとも部分的に、例えば完全に配置された複数の（例えば固定子ディスクの形態の）固定子とを備える。この実施形態では、高さは、使用中に下にある保管システムの最高点からの距離を指す。前記固定子は、巻線とヨークの両方を含み、固定子界磁巻線は、車輪の外側周囲をたどっている。

別の有利な実施形態では、駆動手段の少なくとも一部、好ましくは全部が、車輪の外側周囲内に配置されている。
例えば、本発明の運搬具をＸおよびＹ方向に駆動するために４つのベルトが適用されている場合、合計で４つのモータが、４つのベルトのそれぞれに動作可能に係合して設置されてもよく、それにより所望の転がしセット固有の駆動力が実現される。同様に、運搬具をＸおよびＹ方向に駆動するために８つの車輪が適用される場合には、合計で８つのモータが、８つの車輪のそれぞれに動作可能に係合して設置されてもよく、それにより所望の転がしセット固有の駆動力が実現される。

本発明は、箱を保管するのに適した保管システムにも関する。保管システムは、複数の保管列を備える箱保管構造体であって、各保管列が、垂直方向に積み重なった保管箱を収容するように配置されている、箱保管構造体と、上で言及された実施形態のいずれかに記載の遠隔操作運搬具とを備える。

以下の記述では、特許請求される運搬具および保管システムの実施形態の完全な理解をもたらすために、具体的な詳細が紹介される。しかし、当業者であれば、１つもしくは複数の具体的な詳細がなくても、または他の構成要素、システムなどを用いても、これらの実施形態が実施され得ることを理解するであろう。開示される実施形態の態様を不明瞭にすることを回避するために、他の事例では、よく知られた構造もしくは動作は示されない、または詳細には記述されない。

格子および複数の遠隔操作運搬具／ロボットを備える先行技術の保管システムの斜視図である。 本発明の一実施形態による遠隔操作運搬具の上から見た斜視図である。 図２の運搬具の下から見た斜視図である。 運搬具の１つの主方位に沿って見た、図２および図３の運搬具の断面図である。 本発明の一実施形態による、上から見た保管システムの斜視図であって、本発明の運搬具が、５つの隣接した保管列の直上に配置された状態で示されている図である。 図６Ａは、隣接する列上の本発明の運搬具を、運搬具の１つの主方位に沿って示す、図５の保管システムの断面図である。図６Ｂは、隣接する列上の本発明の運搬具を、運搬具の別の１つの主方位に沿って示す、図５の保管システムの断面図である。 本発明の一実施形態による運搬具の一部を構成する転がしセットの斜視図である。 図８Ａは、本発明の一実施形態による運搬具の一部を構成する車輪の斜視図である。図８Ｂは、本発明の一実施形態による運搬具の一部を構成する車輪の斜視図である。 図９Ａは、車輪のうちの１つが取り外された図７の転がしセットを示し、運搬具の１つの主方位に沿って見た転がしセットの断面図である。図９Ｂは、車輪のうちの１つが取り外された図７の転がしセットを示し、運搬具の別の主方位に沿って見た転がしセットの断面図である。図９Ｃは、車輪のうちの１つが取り外された図７の転がしセットを示し、車輪が取り除かれた転がしセットの一部の斜視側面図である。

本発明の運搬具（以降、ロボットと称される）を記述するために使用される上方、下方、横方向、垂直方向、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向などのすべての相対的な用語は、上で言及した先行技術の保管システム（図１）を参照システムとして使用して解釈されるものとする。わかりやすくするために、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向は、図１～図７および図９においてデカルト座標系１００によって示される。

図２および図３は、ロボット１の２つの異なる角度からの斜視図を提供し、ロボット１は、中央に配置された空洞を内部に呈する矩形の運搬具本体または枠組み４と、本体４の上部分を覆う上部ふた７２と、下にある箱保管格子１５の支持レール１３上をＸ方向に移動するための４つのＸ車輪１０１～１０４を備える第１の運搬具転がし手段１０と、下にある箱保管格子１５の支持レール１３上をＹ方向に移動するための４つのＹ車輪を備える第２の運搬具転がし手段１１とを備え、第１および第２の転がし手段１０、１１は両方とも本体４の外壁に取り付けられている。ロボット１（図３）内の空洞のサイズは、ロボット１によってピックアップされることが意図される最大保管箱２を構成する少なくとも主要部、最も好ましくは箱全体を収容するように適合される。保管箱２をピックアップする動作は、図３の空洞の上端部において後退位置で示されるリフト装置７によって実行される。

図４は、Ｘ方向に沿って見たときのロボット１の断面図を示す。
図５および図６は保管システム３の一部を示し、その保管システム３では、ロボット１が箱保管格子１５の上部に様々な隣接位置で配置されている。５つの位置のうちの４つにおいて、ロボット１は、格子１５の保管列の直上に配置される。図５の保管システム３をそれぞれＹ方向およびＸ方向に沿った断面図で示す図６Ａおよび図６Ｂにおいて最も明らかなように、ロボット１は、Ｘ－Ｙ平面に沿った最大断面積が、対応する（下にある）保管列の断面積以下を占めるように寸法設定される。したがって、２つ以上のロボット１が格子１５の隣接する列の上で同時に動作することができ、先行技術のシステムと比較してより多くの空間を解放する。

第１の運搬具転がし手段１０の片側が、図７に斜視側面図で示される。転がし手段１０は、本発明のこの特定の実施形態では、２つの車輪１０１、１０２を備え、外側リム／縁部９が、運搬具本体４の角の近くにＸ方向に沿って位置する。運搬具本体４の一部を構成するカバー板２５が、２つの車輪１０１、１０２間に配置される。

これらの車輪１０１、１０２のうちの１つのさらなる細部が、図８Ａおよび図８Ｂにおいて提供され、それぞれ外側面および内側面を示す。図８Ｂでは、光学式ロータリ直交エンコーダのタイプのロータリエンコーダ２３が、外側リム９の内側径方向表面内に配置されている。磁気エンコーダ、リニアエンコーダ、電圧ベースのアナログエンコーダなどの他のタイプのエンコーダが使用されてもよい。永久磁石のセット５として示される図８の回転子５は、ロータリエンコーダ２３によって画成される周囲の内側に、すなわち車輪１０１の回転軸のより近くに配置される。

対応する固定子１９は、電気巻線１９ａがヨーク１９ｂの周りに巻かれた形態で図９に示される。しかし、固定子１９および回転子５は、（本発明の他の実施形態では）それぞれ固定子磁石および回転子ヨーク／巻線で構成されてもよいことを、当業者は理解するであろう。

図９Ｂおよび図９Ｃは、加速度を測定するための手段２４が、例えば圧電センサを使用することによって各車輪１０１、１０２の固定子１９と信号通信するように接続されている配置も示す。図９Ａは、Ｘ方向に沿って見た第１の運搬具転がし手段１０の一部の断面図であり、固定子１９が外側リム９によって囲われている状態を示す。

すべての構成要素およびそれらの相互作用／構成は、第２の運搬具転がし手段１１にも有効である。
駆動手段５、１９がロボット１の転がし手段１０、１１の近くまたはその中に配置されることは、動作中の保管システム上の空間を解放することに寄与し、それにより先行技術のロボットと比較してよりコンパクトなロボット１の設計が可能になる。

ロボット１のすべての動作は、ワイヤレス通信手段および遠隔制御ユニットによって制御される。このことは、ロボット移動の制御、運搬具リフト装置７の制御、ロボット位置の測定、ロボット速度の測定、およびロボット加速度の測定のうちの１つまたは複数を含む。

上の記述において、本発明による運搬具および保管システムの様々な態様が、実施形態を参照しながら記述された。説明を目的として、システムおよび構成は、システムおよびその働きの完全な理解をもたらすために記載された。しかし、この記述は、限定する意味で解釈されることは意図されていない。例証的な実施形態の様々な修正形態および変形形態、ならびにシステムの他の実施形態は、開示される主題に係る当業者には明らかであり、本発明の範囲内にあるものとみなされる。

１ 遠隔操作運搬具／ロボット
２ 保管箱
３ 保管システム
４ 運搬具本体／枠組み
５ 回転子／永久磁石
７ リフト装置
９ 外側リム／転がし手段の外側周囲
１０ 第１の運搬具転がし手段／第１の車輪セット
１１ 第２の運搬具転がし手段／第２の車輪セット
１３ 支持レール
１５ 箱保管格子
１９ 固定子
１９ａ 巻線
１９ｂ ヨーク
２３ ロータリエンコーダ
２４ 加速度を測定するための手段／圧電センサ
２５ カバー板
５０ 箱リフト装置
６０ 配送ステーション／ポート
７２ 上部ふた
１００ デカルト座標系
１０１ 第１のＸ車輪
１０１ 第２のＸ車輪
１０２ 第３のＸ車輪
１０３ 第４のＸ車輪
１１１ 第１のＹ車輪
１１２ 第２のＹ車輪
１１３ 第３のＹ車輪
１１４ 第４のＹ車輪

Claims (15)

1. 下にある保管システム（３）から保管箱（２）をピックアップするための遠隔操作される運搬具（１）であって、
   前記下にある保管システム（３）から前記保管箱（２）を持ち上げるための運搬具リフト装置（７）と、
   運搬具本体（４）の対向する側壁に配置された第１の転がしセット（１０１～１０２）および第２の転がしセット（１０３～１０４）を備え、使用中、前記下にある保管システム（３）上で第１の方向（Ｘ）に沿った前記運搬具（１）の移動を可能にする第１の運搬具転がし手段（１０）と、
   前記運搬具本体（４）の対向する側壁に配置された第１の転がしセット（１１１～１１２）および第２の転がしセット（１１３～１１４）を備え、使用中、前記下にある保管システム（３）上で、前記第１の方向（Ｘ）に直交する第２の方向（Ｙ）に沿った前記運搬具（１）の移動を可能にする第２の運搬具転がし手段（１１）と、を備え、
   前記転がしセットのそれぞれが少なくとも２つの車輪（１０１～１０４、１１１～１１４）を備える、運搬具（１）において、
   前記第１の運搬具転がし手段（１０）に、または少なくとも部分的にその中に位置し、前記第１の方向（Ｘ）への転がしセット固有の駆動力を前記運搬具（１）に提供するための第１の駆動手段（５、１９）と、
   前記第２の運搬具転がし手段（１１）に、または少なくとも部分的にその中に位置し、前記第２の方向（Ｙ）への転がしセット固有の駆動力を前記運搬具（１）に提供するための第２の駆動手段（５、１９）と、
   それぞれの転がしセット（１０１～１０４、１１１～１１４）の前記車輪のうちの２つの車輪の転動面に挟まれた容積内に配置されたモータ制御電子機器であって、前記第１および第２の運搬具転がし手段（１０、１１）に電力を供給するように構成されたモータ制御電子機器と
   をさらに備えることを特徴とする運搬具（１）。
2. 前記駆動手段（５、１９）のうちの少なくとも１つが、永久磁石（５）を使用する電気モータ（５、１９）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の運搬具（１）。
3. 前記第１および第２の駆動手段（５、１９）のうちの少なくとも１つが、前記運搬具転がし手段（１０、１１）の外側周囲（９）の内側表面に配置された回転子磁石（５）を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の運搬具（１）。
4. 前記第１の駆動手段（５、１９）および前記第２の駆動手段（５、１９）のうちの前記少なくとも１つが、前記運搬具転がし手段（１０、１１）と同じ回転平面内に少なくとも部分的に、かつ前記運搬具本体（４）内に少なくとも部分的に配置された固定子を備えることを特徴とする、請求項２または３に記載の運搬具（１）。
5. 前記第１および第２の駆動手段（５、１９）のうちの少なくとも１つが、回転子（５）と固定子（１９）とを備える電気モータ（５、１９）を備え、
   前記運搬具（１）が
   逆起電力を測定するための手段（２４）であって、前記固定子（１９）および前記回転子（５）のうちの１つと信号通信して、動作中に前記運搬具（１）の転がしセット固有の速度登録を可能にする手段（２４）をさらに備える
   ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の運搬具（１）。
6. 運搬具（１）が、前記第１および第２の運搬具転がし手段（１０、１１）のうちの少なくとも１つに接続されて、動作中に角度位置フィードバックを可能にするロータリエンコーダ（２３）を備えることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の運搬具（１）。
7. 前記ロータリエンコーダ（２３）が、光学式エンコーダのタイプであることを特徴とする、請求項６に記載の運搬具（１）。
8. 前記ロータリエンコーダ（２３）が、前記第１および第２の運搬具転がし手段（１０、１１）のうちの前記少なくとも１つの前記外側周囲（９）内に配置されたロータリエンコーダディスクであることを特徴とする、請求項６または７に記載の運搬具（１）。
9. 前記第１および第２の駆動手段（５、１９）のうちの少なくとも１つが、回転子（５）と固定子（１９）とを備える電気モータ（５、１９）を備え、
   前記運搬具（１）が、前記第１および第２の運搬具転がし手段（１０、１１）のうちの少なくとも１つの加速度を測定するための手段（２４）であって、前記固定子（１９）と信号通信する手段（２４）をさらに備える
   ことを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載の運搬具（１）。
10. 加速度を測定するための前記手段（２４）が、圧電センサおよび誘導センサのうちの少なくとも１つを備えることを特徴とする、請求項９に記載の運搬具（１）。
11. 前記第１の運搬具転がし手段（１０）が、前記第１の方向にその回転方向を有する４つのＸ車輪（１０１～１０４）を備え、
    前記第２の運搬具転がし手段（１１）が、前記第２の方向にその回転方向を有する４つのＹ車輪（１１１～１１４）を備え、
    前記Ｘ車輪のそれぞれ、および前記Ｙ車輪のそれぞれが、それぞれ前記第１の駆動手段（５、１９）および前記第２の駆動手段（５、１９）に駆動可能に接続される
    ことを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の運搬具（１）。
12. 前記車輪（１０１～１０４、１１１～１１４）のそれぞれが、前記車輪の外側周囲（９）の前記内側径方向表面内に配置された複数の回転子磁石（５）と、少なくとも部分的に前記運搬具本体（４）内に配置された複数の固定子界磁巻線（１９ａ）とを有することを特徴とする、請求項１１に記載の運搬具（１）。
13. 前記固定子界磁巻線（１９ａ）が、前記車輪（１０１～１０４、１１１～１１４）の前記外側周囲（９）をたどっていることを特徴とする、請求項１２に記載の運搬具（１）。
14. 各車輪（１０１～１０４、１１１～１１４）に対して、前記駆動手段（５、１９）の少なくとも一部が前記車輪の外側周囲（９）内に配置されていることを特徴とする、請求項１１から１３のいずれかに記載の運搬具（１）。
15. 箱（２）を保管するための保管システム（３）であって、
    複数の保管列を備える箱保管構造体（１５）であって、各保管列（８、８ａ、８ｂ）が、垂直方向に積み重なった保管箱（２）を収容するように配置されている、箱保管構造体（１５）と、
    前記箱保管構造体（１５）の上に配置された請求項１から１４のいずれかに記載の運搬具（１）と
    を備えることを特徴とする、保管システム（３）。

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