JP7114536B2

JP7114536B2 - 運搬装置

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Publication number: JP7114536B2
Application number: JP2019164913A
Authority: JP
Inventors: 秀一中本; 淳一郎大賀; 博高橋; 貴光砂押
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2022-08-08
Anticipated expiration: 2039-09-10
Also published as: US20210070594A1; US11111121B2; JP2021042037A

Description

本発明の実施形態は、運搬装置に関する。

荷物を運搬する作業の省力化を実現する運搬装置として、無人フォークリフトが知られている。しかし、無人フォークリフトは車体側に大きなカウンターウェイトを配置することで、フォーク部で持ち上げた荷物の重量によってバランスが崩れることを防止する構造であり、装置の大型化が避けられない。

一方で、作業者が操作するハンドリフタなどの運搬装置においては、フォーク部の先端側に設けた補助輪を走行面に接触させることで、荷物の重量をフォーク部側で支えられるようにしたものもある。このような運搬装置は、カウンターウェイトが不要となるため、コンパクトに構成することができる。

しかし、ハンドリフタなどのコンパクトな運搬装置は、作業者が操作することを前提とした構造となっており、そのままの構造で無人化することは難しい。特に、フォーク部の先端側に設けた補助輪を走行面に接触させて荷重を支える構造の運搬装置は、荷物を高く持ち上げたり、走行面の段差を乗り越えたりといった動作を無人で行うことができない。

特開２０１７－１７８５６７号公報特開２００５－２９０８２号公報

本発明が解決しようとする課題は、コンパクトな構成で且つ荷物の運搬に必要な様々な動作を無人で行うことが可能な新規な構造の運搬装置を提供することである。

実施形態の運搬装置は、フォーク部と、前記フォーク部を上下に駆動するリフト部と、前記リフト部を支持し、駆動輪の駆動により走行面を移動可能な移動台車部と、前記移動台車部に設けられ、前記フォーク部の長手方向に沿って移動可能であり、前記移動台車部に対する位置が可変である補助輪を有する補助脚部と、前記フォーク部の先端側に設けられ、前記走行面に非接触の状態と前記走行面に接触する状態との切り替えが可能な先端支持機構部と、を備える。

実施形態の運搬装置の全体構成を示す斜視図。実施形態の運搬装置の全体構成を示す斜視図。移動台車部の詳細を示す斜視図。補助脚部の詳細を示す斜視図。補助脚部の詳細を示す斜視図。補助脚部の詳細を示す斜視図。先端支持機構部の詳細を示す斜視図。先端支持機構部の詳細を示す斜視図。実施形態の運搬装置が備える各種センサの配置例を示す模式図。実施形態の運搬装置の制御システムの構成例を示すブロック図。パレット持ち上げ動作を示す模式図。パレット持ち上げ動作を示す模式図。パレット持ち上げ動作を示す模式図。パレット持ち上げ動作を示す模式図。パレット持ち上げ動作を示す模式図。段差が上り段差の場合の段差乗り越え動作を示す模式図。段差が上り段差の場合の段差乗り越え動作を示す模式図。段差が上り段差の場合の段差乗り越え動作を示す模式図。段差が下り段差の場合の段差乗り越え動作を示す模式図。段差が溝の場合の段差乗り越え動作を示す模式図。荷台乗り上げ動作を示す模式図。荷台乗り上げ動作を示す模式図。荷台乗り上げ動作を示す模式図。荷台乗り上げ動作を示す模式図。荷台乗り上げ動作を示す模式図。荷台乗り上げ動作を示す模式図。荷台乗り上げ動作の変形例を示す模式図。荷台乗り上げ動作の変形例を示す模式図。移動制御部および持ち上げ制御部による処理の流れを示すフローチャート。段差検知部および段差乗り越え制御部による処理の流れを示すフローチャート。重心位置算出部および転倒防止制御部による処理の流れを示すフローチャート。重心位置を算出する方法の具体例を説明する模式図。運搬装置が転倒するか否かの判定方法の具体例を説明する模式図。運搬装置が転倒するか否かの判定方法の具体例を説明する模式図。

以下、実施形態の運搬装置について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、添付図面のうちの模式図においては、図の見易さを考慮して運搬装置を構成する各部を簡略化して図示しているため、これら各部の形状、寸法、配置などが必ずしも正確に図示されていない点に留意されたい。

まず、実施形態の運搬装置の機械的な構成について説明する。図１および図２は、実施形態の運搬装置の全体構成を示す斜視図である。図１および図２に示すように、実施形態の運搬装置は、フォーク部１００と、リフト部１２０と、移動台車部１４０と、補助脚部１６０と、先端支持機構部１８０とを備える。なお、この運搬装置における前後、左右、上下の各方向は、図に示す通りとする。

フォーク部１００は、運搬装置が運搬する荷物（パレットおよびパレット上に積載される積載物）を支えるものであり、左右一対のツメ１０１をホルダ１０２で保持した構成となっている。一対のツメ１０１は、それぞれ長手方向の先端側が運搬装置の前方に位置し、基端側にてホルダ１０２に固定されている。ホルダ１０２は、後述の接続部材１２５に接続される。一対のツメ１０１の間隔は、パレットのフォーク挿入孔の間隔に合せて定められている。一対のツメ１０１は、間隔が調整できるようにホルダ１０２に取り付けられた構造であってもよい。

リフト部１２０は、フォーク部１００を上下に駆動するものであり、上下方向に立設されたフレーム１２１内に油圧シリンダ１２２が配置された構成となっている。フレーム１２１には、油圧シリンダ１２２を動作させる作動油を貯留するタンク１２３が取り付けられている。

油圧シリンダ１２２は、油圧モータの駆動によりタンク１２３から作動油が供給されることによって内部の圧力が高められ、この圧力によりピストンロッド１２４を押し上げる。ピストンロッド１２４は、フォーク部１００のホルダ１０２が接続された接続部材１２５に連結されており、油圧シリンダ１２２を駆動してピストンロッド１２４を押し上げることにより、フォーク部１００が上昇する構造となっている（図２参照）。また、油圧シリンダ１２２の内部の作動油がタンク１２３に回収されると、油圧シリンダ１２２の内部の圧力が低下し、フォーク部１００の重さによりピストンロッド１２４が押し下げられて、フォーク部１００が下降する（図１参照）。

なお、接続部材１２５の上側にはピストンロッド１２４と一体に動く筒状の保護カバー１２６が設けられており、油圧シリンダ１２２の駆動によって押し上げられたピストンロッド１２４の周囲がこの保護カバー１２６によって覆われることで、ピストンロッド１２４が保護される構成となっている（図２参照）。

移動台車部１４０は、リフト部１２０を支持する移動体である。移動台車部１４０の詳細を図３に示す。図３に示すように、移動台車部１４０は、リフト部１２０のフレーム１２１が固定される台座１４１と、台座１４１上に配置された一対の駆動モータ１４２と、一対の駆動モータ１４２の出力軸に減速機を介して各々接続された左右一対の駆動輪１４３とを有する。移動台車部１４０は、一対の駆動モータ１４２を制御して左右一対の駆動輪１４３を駆動することにより、走行面上を直進移動したり旋回移動したりすることができる。

左右一対の駆動輪１４３の上側は、それぞれ台座１４１に固定されたホイールカバー１４４で覆われている。そして、このホイールカバー１４４上に、運搬装置の全体の電源として使用されるバッテリ１４５が配置されている。これにより、移動台車部１４０の水平投影面積を小さくすることができる。

補助脚部１６０は、フォーク部１００のツメ１０１の長手方向（すなわち、運搬装置の前後方向）に沿って移動可能に移動台車部１４０に連結された構造体である。補助脚部１６０の詳細を図４Ａ乃至図４Ｃに示す。なお、図４Ａおよび図４Ｃは、補助脚部１６０を運搬装置の下側から見た様子を示し、図４Ｂは、補助脚部１６０を運搬装置の上側から見た様子を示している。

図４Ａおよび図４Ｃに示すように、補助脚部１６０は、左右一対の補助脚１６１を連結部１６２で連結した構造を有する。補助脚部１６０は、左右一対の補助脚１６１の間隔がフォーク部１００の一対のツメ１０１の間隔と略等しくなるように構成され、これら一対の補助脚１６１が上下方向に見て一対のツメ１０１と重なるように、移動台車部１４０の台座１４１の裏面側（リフト部１２０のフレーム１２１が固定される面とは逆側）に配置される。

一対の補助脚１６１の先端側（運搬装置の前方側）と連結部１６２に接続される基端側（運搬装置の後方側）には、それぞれ走行面に接触する補助輪１６３が設けられている。補助脚部１６０は、これら４つの補助輪１６３が走行面に接触することで、運搬装置の荷重を移動台車部１４０の駆動輪１４３に集中させずに分散して支持する役割を持つ。なお、走行面に接触する補助輪１６３は、少なくとも一対の補助脚１６１の先端側（前方側）に設けられていればよく、一対の補助脚１６１の基端側（後方側）は走行面に接触しない構成であってもよい。

また、補助脚部１６０は、補助輪１６３の回転を抑止するブレーキ機構を備えることが望ましい。例えば、補助輪１６３の回転軸に固定したディスクに対して電磁力により移動する摩擦板を押し当てることにより補助輪１６３の回転を抑止する構成のブレーキモジュールを補助脚部１６０に搭載するようにしてもよい。

移動台車部１４０の台座１４１の裏面側には、両端部にピニオンが取り付けられた回転シャフト１６４が、運搬装置の左右方向に沿って配置されている。また、台座１４１の裏面側には、回転シャフト１６４の両端部の近傍に位置して、後述のリニアレール１６６と係合するＬＭ（Linear Motion）ブロック１６５が配置されている。一方、補助脚部１６０の一対の補助脚１６１には、図４Ｂに示すように、長手方向（運搬装置の前後方向）に沿って、ＬＭブロック１６５に係合するリニアレール１６６と、回転シャフト１６４の両端部に取り付けられたピニオンに係合するラック１６７とが設けられている。

台座１４１の裏面側に配置された回転シャフト１６４は、補助脚移動用モータ１６８の動力がウォームギヤおよびウォームホイール１６９を介して伝達されることで回転する。この回転シャフト１６４の回転は、ピニオンおよびラック１６７によって補助脚部１６０の直線運動に変換され、補助脚部１６０がＬＭブロック１６５およびリニアレール１６６に案内されて前後方向に移動する。すなわち、補助脚移動用モータ１６８を制御することによって、図４Ａおよび図４Ｃに示すように補助脚部１６０を前後方向に移動させて、走行面に接触する補助輪１６３の移動台車部１４０に対する相対的な位置を変化させることができる。

なお、補助脚移動用モータ１６８の動力をウォームギヤおよびウォームホイール１６９を介して回転シャフト１６４に伝達する構成とすることで、補助脚移動用モータ１６８が動作していないときに、外力などによって補助脚部１６０が想定外の動きをすることを有効に抑制できる。その結果、運搬装置の安定性を高めて転倒を防止することができる。

先端支持機構部１８０は、フォーク部１００の一対のツメ１０１の先端側に各々設けられ、走行面に非接触の状態と走行面に接触する状態との切り替えが可能な機構を有する。先端支持機構部１８０の詳細を図５Ａおよび図５Ｂに示す。なお、図５Ａおよび図５Ｂは、先端支持機構部１８０を運搬装置の下側から見た様子を示している。

図５Ａおよび図５Ｂに示すように、先端支持機構部１８０は、フォーク部１００のツメ１０１の裏側に収納されたホルダ１８１と、このホルダ１８１に固定された回転軸１８２に基端側が挿通され、回転軸１８２の軸周りに回転可能にホルダ１８１に支持された先端アーム１８３とを有する。先端アーム１８３の先端側には、車輪１８４が設けられている。

また、先端アーム１８３を回転させる動力源となる先端支持駆動用モータ１８５の出力軸に、ナット１８６が挿通されたボールねじ１８７が連結されている。ナット１８６にはナットリンク１８８が固定されており、ナットリンク１８８と先端アーム１８３とが中継リンク１８９を介して連結されている。中継リンク１８９は、一端側がフリージョイントでナットリンク１８８に接続され、他端側がフリージョイントで先端アーム１８３に接続されている。

先端支持駆動用モータ１８５の駆動によりボールねじ１８７が回転すると、ナット１８６およびナットリンク１８８がボールねじ１８７の軸方向に直動する。ナットリンク１８８が直動すると、その動力が中継リンク１８９を介して先端アーム１８３に伝達され、先端アーム１８３が回転軸１８２の軸周りに回転する。すなわち、先端支持駆動用モータ１８５を制御することによって、先端支持機構部１８０の先端アーム１８３を、図５Ａに示すようにフォーク部１００のツメ１０１と平行に寝かせた状態と、図５Ｂに示すようにフォーク部１００のツメ１０１に対して垂直に起立させた状態とに変化させることができる。図５Ａに示す状態のとき、先端アーム１８３は走行面と接触することはないが、図５Ｂに示す状態のとき、先端アーム１８３は走行面と車輪１８４で接触することができる。

次に、実施形態の運搬装置の制御系の構成について説明する。図６は、実施形態の運搬装置が備える各種センサの配置例を示す模式図である。図６に示すように、実施形態の運搬装置は、加速度センサ２０１と、傾斜センサ２０２と、圧力センサ２０３と、荷重センサ２０４と、カメラ２０５と、距離センサ２０６とを備える。

加速度センサ２０１は、例えば移動台車部１４０に設けられ、移動台車部１４０が移動する際の加速度や減速度（移動加減速度）を検知する。傾斜センサ２０２は、例えばリフト部１２０に設けられ、運搬装置の傾きを検知する。

圧力センサ２０３は、リフト部１２０の油圧シリンダ１２２内部の圧力を検知することで、フォーク部１００が支える荷物の重量を間接的に検知する。荷重センサ２０４は、フォーク部１００に設けられ、荷物の重量を直接検知する。圧力センサ２０３と荷重センサ２０４は、フォーク部１００が支える荷物の重量を検知する荷物重量検知部の一例である。

カメラ２０５は、例えば先端支持機構部１８０に設けられ、運搬装置の前方の画像を撮影する。距離センサ２０６は、例えば先端支持機構部１８０に設けられ、運搬装置の前方に存在する各種の物体までの距離を計測する。カメラ２０５が撮影する画像や距離センサ２０６が計測する距離の情報は、運搬装置の前方の状況を示す前方情報の一例であり、カメラ２０５や距離センサ２０６は、前方情報を取得する取得部の一例である。

図７は、実施形態の運搬装置の制御システムの構成例を示すブロック図である。図７に示すように、運搬装置の制御システムは、移動台車部１４０を駆動する移動台車駆動部３０１と、リフト部１２０を駆動するリフト駆動部３０２と、補助脚部１６０を駆動する補助脚駆動部３０３と、先端支持機構部１８０を駆動する先端支持機構駆動部３０４と、これら各部の動作を制御する制御用プロセッサ３１０とを備える。移動台車駆動部３０１には上述の駆動モータ１４２、リフト駆動部３０２には上述の油圧モータ１２７、補助脚駆動部３０３には上述の補助脚移動用モータ１６８、先端支持機構駆動部３０４には上述の先端支持駆動用モータ１８５がそれぞれ含まれている。

制御用プロセッサ３００には、上述の加速度センサ２０１、傾斜センサ２０２、圧力センサ２０３と荷重センサ２０４を含む荷物重量検知部３０５、カメラ２０５と距離センサ２０６を含む取得部３０６がそれぞれ接続されている。

制御用プロセッサ３１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などの汎用プロセッサを用いて構成され、所定の制御プログラムに従って各種の演算を行うことにより、図７に示すように、移動制御部３１１、持ち上げ制御部３１２、段差検知部３１３、段差乗り越え制御部３１４、重心位置算出部３１５、転倒防止制御部３１６などの各種の制御機能を実現する。なお、制御用プロセッサ３１０は、これらの制御機能が実装されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などの専用ハードウェアを用いて構成されてもよい。

移動制御部３１１は、取得部３０６により取得された前方情報（カメラ２０５により撮影された画像や距離センサ２０６により計測された距離情報）に基づいて、移動台車駆動部３０１に制御指令を出力して、移動台車部１４０の走行面上での移動を制御する。持ち上げ制御部３１２は、パレットなどの荷物をフォーク部１００で支えてバランスを取りながらリフト部１２０で持ち上げるように、リフト駆動部３０２、先端支持機構駆動部３０４および補助脚駆動部３０３に制御指令を出力して、リフト部１２０、先端支持機構部１８０および補助脚部１６０の動作を制御する。

段差検知部３１３は、取得部３０６により取得された前方情報（カメラ２０５により撮影された画像や距離センサ２０６により計測された距離情報）に基づいて、移動台車部１４０が移動する走行面の段差を検知する。段差乗り越え制御部３１４は、段差検知部３１３により検知された段差を乗り越えるように、先端支持機構駆動部３０４および補助脚駆動部３０３に制御指令を出力して、先端支持機構部１８０および補助脚部１６０の動作を制御する。

重心位置算出部３１５は、荷物重量検知部３０５により検知された荷物の重量に基づいて、荷物を搬送する運搬装置の重心位置を算出する。転倒防止制御部３１６は、重心位置算出部３１５により算出された重心位置と、事前に設定された移動台車部１４０の移動加減速度とに基づいて、運搬装置が荷物を搬送する際に転倒するか否かを判定し、転倒すると判定した場合は、転倒を防止するための制御を行う。転倒を防止するための制御は、例えば、走行面に非接触の状態の先端支持機構部１８０を走行面に接触させる、または、後方側の補助輪１６３が駆動輪１４３の後方で走行面４００に接触するように補助脚部１６０を移動させる、または、移動台車部１４０の移動加減速度を低下させるといった制御である。

実施形態の運搬装置は、上述した構造と制御システムを有することにより、荷物の運搬に必要な様々な動作を無人で行うことが可能となっている。以下では、実施形態の運搬装置の動作のうち、主要なものを説明する。

まず、図８Ａ乃至図８Ｅを参照して、実施形態の運搬装置によるパレット持ち上げ動作を説明する。図８Ａ乃至図８Ｅは、パレット持ち上げ動作を示す模式図である。

運搬装置は、移動台車部１４０が走行面４００上を移動することによりパレット５００の直前に到達し、パレット５００の直前で一旦停止する（図８Ａ参照）。そして、パレット５００の直前で、補助脚部１６０を後方に移動させる（図８Ｂ参照）。

その後、移動台車部１４０が前進することによりフォーク部１００をパレット５００のフォーク挿入孔に挿入し、フォーク部１００の先端がパレット５００を突き抜けると停止する（図８Ｃ参照）。このとき、補助脚部１６０は後方に移動しているため、パレット５００に干渉しない。

次に、先端支持機構部１８０を駆動して走行面４００に車輪１８４を接触させるとともに、リフト部１２０によりフォーク部１００を上昇させる（図８Ｄ参照）。これにより、フォーク部１００の先端側でパレット５００の荷重を受けることができる。また、これら先端支持機構部１８０の動作とリフト部１２０によりフォーク部１００を上昇させる動作を連動して行うことにより、パレット５００を支えるフォーク部１００を水平な状態に保つことができる。なお、先端支持機構部１８０と連動してフォーク部１００を上昇させるリフト部１２０の動作は、フォーク部１００を水平な状態に保つ動作として予め計算された動作パターンに従った動作であってもよいし、傾斜センサ２０２の出力をモニタリングしながらフォーク部１００が水平な状態となるように上昇させる動作であってもよい。

最後に、先端支持機構部１８０の車輪１８４が走行面４００に接触している状態で、補助脚部１６０を前方に移動させる（図８Ｅ参照）。これにより、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３が走行面４００に接触する位置が、フォーク部１００により支えられたパレット５００の下方となるため、パレット５００の重量によって前方に偏った運搬装置の荷重を補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３で受けることができる。

その後、パレット５００を持ち上げた状態で走行面４００上を走行（移動台車部１４０が移動）する際には、先端支持機構部１８０を元に戻して、車輪１８４が走行面４００に非接触の状態となるようにしてもよい。また、リフト部１２０がフォーク部１００を下降させ、パレット５００が補助脚部１６０上に載置された状態で走行面４００上を走行させてもよい。

次に、図９Ａ乃至図９Ｃ、図１０および図１１を参照して、実施形態の運搬装置による段差乗り越え動作を説明する。図９Ａ乃至図９Ｃは、段差が上り段差の場合の段差乗り越え動作を示す模式図である。また、図１０は段差が下り段差の場合の段差乗り越え動作を示す模式図であり、図１１は段差が溝の場合の段差乗り越え動作を示す模式図である。

ここでは、運搬装置は、フォーク部１００でパレット５００を持ち上げた後、先端支持機構部１８０の車輪１８４を走行面４００に非接触の状態として走行面４００を走行しているものとする。この走行中に走行面４００の上り段差４１０が検知されると、運搬装置は、その上り段差４１０の直前で一旦停止する（図９Ａ参照）。そして、先端支持機構部１８０を駆動して、上り段差４１０の前方の走行面４００に、先端支持機構部１８０の車輪１８４を接触させる。これにより、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３を、上り段差４１０の手前の走行面４００から浮かせることができる（図９Ｂ参照）。

その後、運搬装置は、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３を浮かせた状態で前進することにより、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３を上り段差４１０の前方の走行面４００に接触させることができる（図９Ｃ参照）。これにより、パレット５００の重量によって前方に偏った運搬装置の荷重が上り段差４１０の前方の走行面４００にかかり、上り段差４１０の手前の走行面４００に接触している移動台車部１４０の駆動輪１４３に対する負荷が低減する。この状態でさらに前進すると、運搬装置は車輪径が大きい駆動輪１４３により、上り段差４１０を容易に乗り越えることができる。

また、運搬装置は、走行中に走行面４００の下り段差４２０が検知されると、その下り段差４２０の直前で一旦停止し、先端支持機構部１８０を駆動して、下り段差４２０の前方の走行面４００に、先端支持機構部１８０の車輪１８４を接触させる（図１０参照）。その後、運搬装置は、先端支持機構部１８０の車輪１８４が下り段差４２０の前方の走行面４００に接触している状態で前進する。これにより、運搬装置は、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３を走行面４００から浮かせた状態で、車輪径が大きい駆動輪１４３により、大きな衝撃を受けることなく下り段差４２０を乗り越えることができる。

また、運搬装置は、走行中に走行面４００の溝４３０が検知されると、その溝４３０の直前で一旦停止し、先端支持機構部１８０を駆動して、溝４３０の前方の走行面４００に、先端支持機構部１８０の車輪１８４を接触させる（図１１参照）。その後、運搬装置は、先端支持機構部１８０の車輪１８４が溝４３００の前方の走行面４００に接触している状態で前進する。これにより、運搬装置は、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３を走行面４００から浮かせた状態で、車輪径が大きい駆動輪１４３により、大きな衝撃を受けることなく溝４３０を乗り越えることができる。

次に、図１２Ａ乃至図１２Ｆを参照して、実施形態の運搬装置による荷台乗り上げ動作を説明する。図１２Ａ乃至図１２Ｆは、荷台乗り上げ動作を示す模式図である。荷台乗り上げ動作とは、トラックの荷台や大きな上り段差などを運搬装置が乗り上げる動作である。

ここでは、運搬装置がトラックの荷台４５０に乗り上げる場合を例に説明する。運搬装置がトラックの荷台４５０に近づくと、リフト部１２０がフォーク部１１０を上昇させて、フォーク部１１０が支えるパレット５００を荷台４５０の高さ以上に持ち上げる。そして、運搬装置は荷台４５０の直前で停止する（図１２Ａ参照）。

その後、リフト部１２０がフォーク部１１０を下降させて、フォーク部１１０が支えるパレット５００を荷台４５０上に載置するとともに、補助脚部１６０を後方に移動させる（図１２Ｂ参照）。これにより、パレット５００の重量によって前方に偏った運搬装置の荷重の多くが、荷台４５０上で支持された状態となる。

この状態でリフト部１２０がフォーク部１００を下降させるように駆動すると、フォーク部１００が支えているパレット５００が荷台４５０に接触していてフォーク部１００は下降できないため、リフト部１２０を支持する移動台車部１４０と、この移動台車部１４０に連結された補助脚部１６０とが、走行面４００から離れて浮上する（図１２Ｃ参照）。

そして、補助脚部１６０が荷台４５０の高さまで浮上したら、補助脚部１６０を前方に移動させて前方側の補助輪１６３を荷台４５０に接触させ、ブレーキ機構により前方側の補助輪１６３の回転を抑止することで、前方側の補助輪１６３が荷台４５０上で動かないようにする。さらに、先端支持機構部１８０を駆動して荷台４５０に車輪１８４を接触させるとともに、リフト部１２０によりフォーク部１００を上昇させて、フォーク部１００が支えるパレット５００を荷台４５０から浮かせる（図１２Ｄ参照）。

この状態で補助脚部１６０を後方に移動させるように駆動すると、補助脚部１６０はブレーキ機構によって前方側の補助輪１６３の回転が抑止され、荷台４５０上で動かないようになっているため、移動台車部１４０が前方に移動することになり、駆動輪１４３が荷台４５０に接触する（図１２Ｅ参照）。

その後、ブレーキ機構を解除して補助脚部１６０を前方に移動させる（図１２Ｆ参照）。これにより、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３がフォーク部１００により支えられたパレット５００の下方で荷台４５０に接触した状態となるため、運搬装置は荷台４５０上で安定的に移動することができる。

なお、先端支持機構部１８０の車輪１８４が駆動力を持つ構成とした場合には、図１２Ｄおよび図１２Ｅに示した動作に代えて、図１３Ａおよび図１３Ｂに示す動作によって、移動台車部１４０の駆動輪１４３を荷台４５０に接触させるようにしてもよい。

すなわち、図１２Ｃの状態から補助脚部１６０を前方に移動させて前方側の補助輪１６３を荷台４５０に接触させた後（図１３Ａ参照）、先端支持機構部１８０を駆動して荷台４５０に車輪１８４を接触さるとともに、リフト部１２０によりフォーク部１００を上昇させて、フォーク部１００が支えるパレット５００を荷台４５０から浮き上がらせる。この際、先端支持機構部１８０の車輪１８４を駆動して移動台車部１４０を前方に引き込むことにより、移動台車部１４０の駆動輪１４３を荷台４５０に接触させることができる（図１３Ｂ参照）。

なお、運搬装置がトラックの荷台４５０に乗り上げる場合は、図１２Ａに示したように、補助脚部１６０を前方に突き出した状態で荷台４５０に近づくことができるが、運搬装置が大きな上り段差に乗り上げる場合は、補助脚部１６０を前方に突き出した状態で上り段差に近づくと補助脚部１６０が干渉してしまう。そこで、大きな上り段差に乗り上げる場合は、補助脚部１６０を後方に移動させながら移動台車部１４０が前進することで大きな上り段差に近づくとともに、リフト部１２０がフォーク部１１０を下降させて、フォーク部１１０が支えるパレット５００を荷台４５０上に載置する。これにより図１２Ｂに示した状態と同じ状態になり、以降は上述の手順により大きな段差に乗り上げることができる。

次に、制御用プロセッサ３１０の制御機能により実行される処理の具体例について説明する。まず、図１４を参照して、上述のパレット持ち上げ動作における移動制御部３１１および持ち上げ制御部３１２による処理を説明する。図１４は、パレット持ち上げ動作における移動制御部３１１および持ち上げ制御部３１２による処理の流れを示すフローチャートである。

移動制御部３１１は、まず、取得部３０６により取得された前方情報（カメラ２０５により撮影された画像や距離センサ２０６により計測された距離情報）に基づいてパレット５００の位置を確認し（ステップＳ１０１）、運搬装置が現在位置からそのまま前進することで、フォーク部１１０をパレット５００のフォーク挿入孔に挿入できるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。そして、フォーク部１１０をパレット５００のフォーク挿入孔に挿入できないと判定した場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、移動制御部３１１は、移動台車部１４０を適切な位置に移動させることにより、運搬装置の位置や向きを調整し（ステップＳ１０３）、ステップＳ１０１およびステップＳ１０２の処理を繰り返す。

一方、運搬装置が現在位置からそのまま前進することで、フォーク部１１０をパレット５００のフォーク挿入孔に挿入できると判定した場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、移動制御部３１１は、取得部３０６により取得される前方情報をモニタリングしながら移動台車部１４０の動作を制御し、運搬装置をパレット５００の直前まで前進させて、パレット５００の直前で停止させる（ステップＳ１０４）。

運搬装置がパレット５００の直前で停止すると、次に、持ち上げ制御部３１２が、補助脚部１６０を後方に移動させる（ステップＳ１０５）。このとき、持ち上げ制御部３１２は、フォーク部１００の高さがパレット５００のフォーク挿入孔の位置からずれていれば、リフト部１２０の動作を制御してフォーク部１００の高さ位置を調整する。そして、移動制御部３１１が、取得部３０６により取得される前方情報をモニタリングしながら移動台車部１４０の動作を制御し、フォーク部１００の先端がパレット５００を突き抜けるまで運搬装置を前進させる（ステップＳ１０６）。

次に、持ち上げ制御部３１２が、先端支持機構部１８０およびリフト部１２０の動作を制御して、先端支持機構部１８０の車輪１８４を走行面４００に接触させるとともに、フォーク部１００を上昇させてパレット５００を持ち上げる（ステップＳ１０７）。その後、持ち上げ制御部３１２が、補助脚部１６０を前方に移動させることにより（ステップＳ１０８）、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３がパレット５００の下方にて走行面４００に接触している状態として、パレット持ち上げ動作が終了する。

次に、図１５を参照して、上述の段差乗り越え動作における段差検知部３１３および段差乗り越え制御部３１４による処理を説明する。図１５は、段差乗り越え動作における段差検知部３１３および段差乗り越え制御部３１４による処理の流れを示すフローチャートである。

段差検知部３１３は、運搬装置の走行中に、取得部３０６により取得された前方情報（カメラ２０５により撮影された画像や距離センサ２０６により計測された距離情報）に基づいて、走行面４００の段差を検知する（ステップＳ２０１）。ここで検知される段差は、上述の上り段差４１０、下り段差４２０、溝４３０のいずれかであるものとする。

段差検知部３１３によって走行面４００の段差が検知されると、段差乗り越え制御部３１４は、移動台車部１４０の動作を制御し、運搬装置を段差検知部３１３により検知された段差の直前まで前進させて、段差の直前で停止させる（ステップＳ２０２）。そして、段差乗り越え制御部３１４は、先端支持機構部１８０の動作を制御して、先端支持機構部１８０の車輪１８４を段差の前方の走行面４００に接触させ、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３を、段差の手間の走行面４００から浮かせた状態とする（ステップＳ２０３）。

次に、段差乗り越え制御部３１４は、移動台車部１４０の動作を制御して運搬装置を前進させ、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３を、段差の前方の走行面４００に接触させる（ステップＳ２０４）。その後、段差乗り越え制御部３１４は、移動台車部１４０の動作を制御して運搬装置をさらに前進させ、移動台車部１４０の駆動輪１４３が段差を乗り越えることにより（ステップＳ２０５）、段差乗り越え動作が終了する。

次に、図１６を参照して、転倒防止動作における重心位置算出部３１５および転倒防止制御部３１６による処理を説明する。図１６は、転倒防止動作における重心位置算出部３１５および転倒防止制御部３１６による処理の流れを示すフローチャートである。転倒防止動作は、荷物（パレット５００およびパレット５００上に積載される積載物）を搬送する運搬装置が走行開始時や停止時に働く慣性モーメントにより前方または後方に転倒することを防止するための動作であり、運搬装置が走行を開始する前に実施される。

まず、転倒防止制御部３１６は、移動台車部１４０の移動加減速度を設定する（ステップＳ３０１）。次に、重心位置算出部３１５が、荷物重量検知部３０５（圧力センサ２０３または荷重センサ２０４）により検知された荷物の重量に基づいて、荷物を搬送する運搬装置の重心位置Ｘを算出する（ステップＳ３０２）。なお、重心位置Ｘの算出方法の具体例については詳細を後述する。

次に、転倒防止制御部３１６は、ステップＳ３０２で算出された重心位置Ｘと、ステップＳ３０１で設定した移動加減速度とに基づいて、運搬装置の前方への転倒が予測されるか否かを判定する（ステップＳ３０３）。そして、前方への転倒が予測されると判定した場合（ステップＳ３０３：Ｙｅｓ）、転倒防止制御部３１６は、先端支持機構部１８０の車輪１８４を走行面４００に接触させても転倒するか否かを判定する（ステップＳ３０４）。なお、転倒の判定方法の具体例については詳細を後述する。

ここで、先端支持機構部１８０の車輪１８４を走行面４００に接触させても転倒すると判定した場合（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）、転倒防止制御部３１６は、ステップＳ３０１で設定した移動加減速度を低い値に変更し（ステップＳ３０５）、ステップＳ３０３に戻って判定を繰り返す。一方、先端支持機構部１８０の車輪１８４を走行面４００に接触させれば転倒しないと判定した場合（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、転倒防止制御部３１６は、先端支持機構部１８０の動作を制御して車輪１８４を走行面４００に接触させ（ステップＳ３０６）、次のステップＳ３０７に進む。なお、ステップＳ３０３で前方への転倒が予測されないと判定された場合は（ステップＳ３０３：Ｎｏ）、そのままステップＳ３０７に進む。

次に、転倒防止制御部３１６は、ステップＳ３０２で算出された重心位置Ｘと、ステップＳ３０１で設定した移動加減速度またはステップＳ３０５で変更された移動加減速度とに基づいて、運搬装置の後方への転倒が予測されるか否かを判定する（ステップＳ３０７）。そして、後方への転倒が予測されると判定した場合（ステップＳ３０７：Ｙｅｓ）、転倒防止制御部３１６は、補助脚部１６０を後方に移動させても転倒するか否かを判定する（ステップＳ３０８）。

ここで、補助脚部１６０を後方に移動させても転倒すると判定した場合（ステップＳ３０８：Ｙｅｓ）、転倒防止制御部３１６は、移動加減速度を低い値に変更し（ステップＳ３０９）、ステップＳ３０７に戻って判定を繰り返す。一方、補助脚部１６０を後方に移動させれば転倒しないと判定した場合（ステップＳ３０８：Ｎｏ）、転倒防止制御部３１６は、補助脚部１６０を後方に移動させる（ステップＳ３１０）。そして、運搬装置の走行が開始され（ステップＳ３１１）、移動制御部３１１によって、加速度センサ２０１により検知される移動加減速度がステップＳ３０１で設定した移動加減速度またはステップＳ３０５で変更された移動加減速度を超えないように、移動台車部１４０の動作が制御される。なお、ステップＳ３０７で後方への転倒が予測されないと判定された場合は（ステップＳ３０７：Ｎｏ）、そのままステップＳ３１１に進んで、運搬装置の走行が開始される。

次に、重心位置算出部３１５による重心位置Ｘの算出方法の具体例について、図１７の模式図を参照して説明する。なお、ここでは運搬装置が上り斜面に停止しているものとして説明する。この場合、荷物重量検知部３０５が検知する荷物の重量Ｗは、実際の荷物の重量Ｗ２の斜面法線方向の成分である。また、傾斜センサ２０２により検知される運搬装置の傾きが、斜面の傾斜角θを表している。

実際の荷物の重量Ｗ２は、荷物重量検知部３０５により検知される荷物重量の斜面法線方向の成分Ｗと、傾斜センサ２０２により検知される傾斜角θとから、Ｗ２＝Ｗ／ｃｏｓθにより求めることができる。なお、運搬装置が水平な走行面４００に停止している場合は、Ｗ２＝Ｗである。

ここで、荷物の重心位置Ｘ２は、荷物の中心付近にあるものとする。また、運搬装置自体の重量Ｗ１と重心位置Ｘ１は既知の値である。荷物を搬送する運搬装置の重心位置Ｘは、これら運搬装置自体の重量Ｗ１および重心位置Ｘ１と、荷物の重量Ｗ２および重心位置Ｘ２とを用いて算出することができる。

すなわち、荷物を搬送する運搬装置の重心位置Ｘは、図１７に示すように、運搬装置自体の重心位置Ｘ１と荷物の重心位置Ｘ２とを結ぶ直線上で、荷物の重量Ｗ２と運搬装置自体の重量Ｗ１との比に応じた位置に存在し、Ｘ１－Ｘ間の距離をＬ１とし、Ｘ－Ｘ２間の距離をＬ２としたときに、Ｌ１：Ｌ２＝Ｗ２：Ｗ１の関係にある。

次に、運搬装置が転倒するか否かの判定方法の具体例について、図１８および図１９の模式図を参照して説明する。まず、図１８に示すように、先端支持機構部１８０の車輪１８４が走行面４００に接触しておらず、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３にて運搬装置の前方側の荷重を支えている場合を考える。この場合、運搬装置の最前接地点Ｐ１は補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３が走行面４００に接触している位置であり、運搬装置の最後接地点Ｐ２は移動台車部１４０の駆動輪１４３（あるいは補助脚部１６０の後方側の補助輪１６３）が走行面４００に接触している位置である。

ここで、最前接地点Ｐ１と運搬装置の重心位置Ｘとを結ぶ線と鉛直方向とのなす角をθ１、最後接地点Ｐ２と運搬装置の重心位置Ｘとを結ぶ線と鉛直方向とのなす角をθ２、運搬装置が前進する場合の加速度（後退している運搬装置の減速度）をα１、運搬装置が後退する場合の加速度（前進している運搬装置の減速度）をα２とすると、幾何的関係により、運搬装置が転倒しない条件は、α１＜ｇ・ｔａｎθ２、かつ、α２＜ｇ・ｔａｎθ１となる。したがって、設定または変更された移動加減速度α１，α２に対し、この条件が満たされるか否かにより、運搬装置が転倒するか否かを判定することができる。

先端支持機構部１８０の車輪１８４を走行面４００に接触させた場合は、図１９に示すように、先端支持機構部１８０の車輪１８４が走行面４００に接触している位置が、運搬装置の最前接地点Ｐ１となる。この場合は、上述のθ１が図１８の例に比べて大きくなり、運搬装置は前方に倒れにくくなる。また、補助脚部１６０を後方に移動させた場合は、図１９に示すように、補助脚部１６０の後方側の補助輪１６３が走行面４００に接触している位置が、運搬装置の最後接地点Ｐ２となる。この場合は、上述のθ２が図１８の例に比べて大きくなり、運搬装置は後方に倒れにくくなる。これらの場合も、設定または変更された移動加減速度α１，α２が上述の条件を満たすか否かにより、運搬装置が転倒するか否かを判定することができる。

以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、実施形態の運搬装置は、フォーク部１００と、フォーク部１００を上下に駆動するリフト部１２０と、リフト部１２０を支持し、駆動輪１４３の駆動により走行面４００上を移動可能な移動台車部１４０と、フォーク部１００の長手方向に沿って移動可能に移動台車部１４０に連結され、走行面４００に接触する補助輪１６３の移動台車部１４０に対する位置が可変とされた補助脚部１６０と、フォーク部１００の先端側に設けられ、走行面４００に非接触の状態と走行面４００に接触する状態との切り替えが可能な先端支持機構部１８０と、を備える。このような構成を有することにより、実施形態の運搬装置は、コンパクトな構成で且つ荷物の運搬に必要な様々な動作を無人で行うことができる。

また、実施形態の運搬装置は、先端支持機構部１８０が走行面４００に非接触の状態から走行面４００に接触する状態に切り替わることに連動して、リフト部１２０がフォーク部１００を上昇させる。これにより、フォーク部１００が支えるパレット５００などの荷物を水平な状態に保ちながら、先端支持機構部１８０を走行面４００に接触させることができる。

また、実施形態の運搬装置においては、先端支持機構部１８０の走行面４００に接触する位置に車輪１８４が設けられている。これにより、先端支持機構部１８０を走行面４００に接触させた状態で、走行面４００上を走行することができる。

また、実施形態の運搬装置において、補助脚部１６０は、フォーク部１００によりパレット５００などの荷物が持ち上げられ、先端支持機構部１８０が走行面４００に接触した状態のときに、補助輪１６３が走行面４００に接触する位置を、荷物の下方から離間した位置から荷物の下方の位置へと変化させる。これにより、荷物の重量によって前方に偏った運搬装置の荷重を補助脚部１６０の補助輪１６３で受けることができ、運搬装置が走行する際の安定性を高めることができる。

また、実施形態の運搬装置は、走行面４００に段差がある場合、先端支持機構部１８０が走行面４００に接触して、補助脚部１６０の補助輪１６３を走行面４００から浮かせる。これにより、補助脚部１６０の補助輪１６３を走行面４００の段差に干渉させずに、その段差を乗り越えることができる。

また、実施形態の運搬装置では、フォーク部１００またはフォーク部１００が支えるパレット５００などの荷物を荷台４５０に接触させた状態でリフト部１２０がフォーク部１００を下方に駆動することにより、移動台車部１４０を走行面４００から浮上させる。これにより、実施形態の運搬装置は、トラックの荷台４５０などを乗り上げることができる。また、この動作を利用して、大きな段差などを乗り上げることもできる。

また、実施形態の運搬装置では、補助脚部１６０が補助輪１６３の回転を止めるブレーキ機構を有することにより、トラックの荷台４５０などに乗り上げる動作を簡便に行うことができる。

また、実施形態の運搬装置は、フォーク部１００の前方の状況を示す前方情報を取得する取得部３０６と、取得部３０６が取得した前方情報に基づいて、移動台車部１４０の移動を制御する移動制御部３１１とを備えることにより、走行面４００上を適切に走行することができる。

また、実施形態の運搬装置は、取得部３０６が取得した前方情報に基づいて、走行面４００の段差を検知する段差検知部３１３と、移動台車部１４０が段差を乗り越えるように、先端支持機構部１８０および補助脚部１６０の動作を制御する段差乗り越え制御部３１４とを備えることにより、走行面に段差があった場合でもその段差を適切に乗り越えることができる。

また、実施形態の運搬装置は、フォーク部１００が支える荷物の重量を検知する荷物重量検知部３０５と、荷物重量検知部３０５が検知した荷物の重量に基づいて、荷物を搬送する運搬装置の重心位置を算出する重心位置算出部３１５と、重心位置算出部３１５が算出した重心位置と設定された移動加減速度とに基づいて、運搬装置が荷物を搬送する際に転倒するか否かを判定し、転倒すると判定した場合に、走行面４００に非接触の状態の先端支持機構部１８０を走行面４００に接触させる、または、補助輪１６３が駆動輪１４３の後方で走行面４００に接触するように補助脚部１６０を移動させる、または、移動加減速度を低下させる転倒防止制御部３１６を備えることにより、転倒を有効に防止することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００フォーク部
１２０リフト部
１４０移動台車部
１４３駆動輪
１６０補助脚部
１６３補助輪
１８０先端支持機構部
１８４車輪
３０５荷物重量検知部
３０６取得部
３１０制御用プロセッサ
３１１移動制御部
３１２持ち上げ制御部
３１３段差検知部
３１４段差乗り越え制御部
３１５重心位置算出部
３１６転倒防止制御部

Claims

フォーク部と、
前記フォーク部を上下に駆動するリフト部と、
前記リフト部を支持し、駆動輪の駆動により走行面を移動可能な移動台車部と、
前記移動台車部に設けられ、前記フォーク部の長手方向に沿って移動可能であり、前記移動台車部に対する位置が可変である補助輪を有する補助脚部と、
前記フォーク部の先端側に設けられ、前記走行面に非接触の状態と前記走行面に接触する状態との切り替えが可能な先端支持機構部と、を備え、
前記補助輪は、前記長手方向で前記駆動輪より前方に移動可能な補助輪と、前記長手方向で前記駆動輪より後方に移動可能な補助輪と、を含む、
運搬装置。
前記先端支持機構部が前記走行面に非接触の状態から前記走行面に接触する状態に切り替わることに連動して、前記リフト部が前記フォーク部を上昇させる、請求項１に記載の運搬装置。
前記先端支持機構部の前記走行面に接触する位置に車輪が設けられている、請求項１または２に記載の運搬装置。
前記補助脚部は、前記フォーク部により荷物が持ち上げられ、前記先端支持機構部が前記走行面に接触した状態のときに、前記補助輪が前記走行面に接触する位置を、前記荷物の下方から離間した位置から前記荷物の下方の位置へと変化させる、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の運搬装置。
前記走行面に段差がある場合、前記先端支持機構部が前記走行面に接触して、前記補助脚部の前記補助輪を前記走行面から浮かせる、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の運搬装置。
前記フォーク部または前記フォーク部が支える荷物を荷台に接触させた状態で前記リフト部が前記フォーク部を下方に駆動することにより、前記移動台車部を前記走行面から離す、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の運搬装置。
前記補助脚部は、前記補助輪の回転を止めるブレーキ機構を有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の運搬装置。
前記フォーク部の前方の状況を示す前方情報を取得する取得部と、
前記前方情報に基づいて、前記移動台車部の移動を制御する移動制御部と、をさらに備える請求項１乃至７のいずれか一項に記載の運搬装置。
前記前方情報に基づいて、前記走行面の段差を検知する段差検知部と、
前記移動台車部が前記段差を乗り越えるように、前記先端支持機構部および前記補助脚部の動作を制御する段差乗り越え制御部と、をさらに備える請求項８に記載の運搬装置。
前記フォーク部が支える荷物の重量を検知する荷物重量検知部と、
前記荷物の重量に基づいて、前記荷物を搬送する運搬装置の重心位置を算出する重心位置算出部と、
前記重心位置と設定された前記移動台車部の移動加減速度とに基づいて、運搬装置が前記荷物を搬送する際に転倒するか否かを判定し、転倒すると判定した場合に、前記走行面に非接触の状態の前記先端支持機構部を前記走行面に接触させる、または、前記補助輪が前記駆動輪の後方で前記走行面に接触するように前記補助脚部を移動させる、または、前記移動加減速度を低下させる転倒防止制御部と、をさらに備える請求項１乃至９のいずれか一項に記載の運搬装置。