JP7360619B2 - 連結装置、連結移動装置及び自律移動装置 - Google Patents

Description

本発明は、連結装置、連結移動装置及び自律移動装置に関するものである。

従来、連結対象に連結する連結手段と、前記連結手段を保持し、連結装置本体に対して可動な可動部材と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移動装置として、連結対象であるカゴ台車に連結部材である二つの連結爪を引掛けて連結し、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。二つの連結爪は連結装置の車輌への固定板材（連結装置本体）に対して回動可能な回動部材（可動部材）に保持されている。これにより、カゴ台車に対して傾いた状態で近接した場合にも、回動部材が回動し、二つの連結爪をカゴ台車の横フレームに対して平行で連結可能な位置関係にすることが容易になるとされている。

特許文献１に記載の連結装置では、連結対象と連結する際に適切な連結ができるが、係る連結装置を備える連結移動装置が、連結対象を連結して移動するときに連結対象がふらついてしまう点で改善の余地があった。

上述した課題を解決するために、本発明は、連結対象に連結する連結手段と、前記連結手段を保持し、連結装置本体に対して可動な可動部材とを備える連結装置において、
前記可動部材の前記連結装置本体に対する動きを規制する状態と、前記動きを許容する状態とを切り替える動き規制手段を有し、前記連結手段は連結対象を機械的に連結する連結部材を有し、前記動き規制手段は、前記連結装置本体の部分又は部材との機械的な係合を行う前記可動部材に設けられた規制部材を有し、前記連結部材と前記規制部材とは、共通の駆動軸に取り付け、前記駆動軸の回動は、前記連結部材を前記連結対象と連結する連結用位置と前記連結用位置から退避した退避位置の間で変更させ得るとともに、前記規制部材を前記連結装置本体の部分又は部材と機械的に係合する規制用位置と、前記規制用位置から退避した退避位置との間で変更させ得ることを特徴とするものである。

本発明によれば、連結対象と連結する際に適切な連結ができるとともに、連結対象を連結して移動するときに連結対象がふらつくのを抑制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。 本実施形態の搬送システムを模式的に示す説明図。 自走ロボットの動作の流れを示すフローチャート。 連結装置の斜視図。 連結装置の側面図。 連結装置の他の状態の斜視図。 連結装置の同状態の平面図。 連結装置の同状態の底面図。 連結装置の同状態の下方からの斜視図。 自走ロボットがカゴ台車に連結する位置に達する直前の状態を示す側面図。 カゴ台車に対し小さい角度θがついた状態で自走ロボットが接近する状態を示す平面図。 自走ロボットの揺動部材がカゴ台車に正対した状態の平面図。 カゴ台車に連結した状態の自走ロボットとカゴ台車の状態を示す平面図。 連結装置を下側から見た斜視図。 図４におけるＸ－Ｘ断面を矢印方向からみた断面図。 他の状態における図４におけるＸ－Ｘ断面を矢印方向からみた断面図。 更に他の状態における図４におけるＸ－Ｘ断面の斜視図。 変形例に係る連結装置の底面図。 他の変形例に係る連結装置の図１６と同様の断面図。 更に他の変形例に係る連結装置の斜視図。

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連結して、牽引することで所望の搬送先へ被牽引台車を自動搬送する自走ロボット１のような自律移動装置（連結移動装置、連結移動手段）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を牽引させることができ、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、自走装置本体（移動装置本体）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、電力源であるバッテリー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（制御手段）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、搬送物を積載する底板を備えた下部フレーム２２と、底板上に積載された搬送物の周囲を囲むカゴ部２０と、四角形状の下部フレーム２２の四隅の下方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、認識用のマーカーが表示されたＩＤ表示パネル２１とを備える。

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。

カゴ台車２に設置されたマーカー（標識）としては、カラーコードを用い、カメラ５で読み取っている。ＩＤを表示するマーカーがバーコードやＱＲコード（登録商標）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。

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２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。この搬送システムは、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プ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３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（Ｓ１４）。

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（フックユニット）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４は連結装置１０の斜視図である。連結手段を構成する連結部材（引掛け部材）である連結爪１２が開いた状態を示す。図５はその状態の連結装置１０の側面図である。図６は連結爪１２を綴じた状態の連結装置１０の斜視図である。図７は同状態の連結装置１０の平面図である。図８は同状態の連結装置１０の底面図である。図９は同状態の連結装置１０の下方からの斜視図である。図６～図９には、連結装置１０が固定されるロボット本体部１００の一部も示している。

例えば、図４に示すように、連結装置１０は、連結装置本体である固定部材３０、可動部材である揺動部材１１、連結爪１２、及び、吸着部材である磁石１３等を備える。
固定部材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（図６参照）。固定部材３０は板金からなり、連結対象側において幅方向中央部が連結対象側に突出して回動軸１１１を保持する軸保持部３０ｂを形成している。

揺動部材１１は、上下方向に延在する回動軸１１１を中心に、固定部材３０の上方で固定部材３０に対して揺動（回動）可能に取り付けられている。これにより、固定部材３０が固定されたロボット本体部１００に対して揺動可能となっている。固定部材３０の上面部には、揺動部材１１の上面抑えベアリング６１、揺動部材１１の下面支持部材６２（図１５参照）、揺動部材１１の揺動範囲規制用ピン６３である。この揺動範囲規制用ピン６３は幅方向の両側にそれぞれ設けられ、例えば正逆４度（＋－４（ｄｅｇ））、合計８度の揺動可能範囲（回動可能範囲）に規制する。自走ロボット１を水平な床面上で使用する場合、回動軸１１１は鉛直方向に延び、揺動部材１１の揺動は回動軸１１１と直交する水平面内での揺動になる。

揺動部材１１の上面部には、連結爪１２が両端に取り付けられた爪昇降用シャフト３７が幅方向に延在するように、両端部それぞれをベアリングホルダ３１ａ、３１ｂによって保持されている。図中奥側のベアリングホルダ３１ｂには、フックモータ１５及び減速器１６が取り付けられている。この減速器１６からの駆動がタイミングベルト１７やプーリーを介して爪昇降用シャフト３７に伝えられるようになっている。爪昇降用シャフト３７が連結爪１２の駆動軸である。フックモータ１５、減速器１６、爪昇降用シャフト３７などで連結部材位置変更手段を構成している。爪昇降用シャフト３７における２つの連結爪１２の幅方向中央の位置には揺動部材１１の揺動を規制する規制部材としての揺動ロック板８０の上端が固定されている。この揺動ロック板８０については後に詳述する。

連結爪１２は、爪昇降用シャフト３７を中心に回転して下方に折れ曲がった先端が昇降移動する。自走ロボット１を水平な床面上で使用する場合、爪昇降用シャフト３７は水平方向に延び、連結爪１２の移動方向は爪昇降用シャフト３７と直交して鉛直方向になる。図５において実線で示すのが、連結爪１２を最も高い退避位置を取らせた状態であり、二点差線（仮想線）で示すのが連結用位置を取らせた状態である。

連結爪１２の折れ曲がった先端が、退避位置から下降することで、図５に二点差線（仮想線）で示すカゴ台車２の共通の形である跳ね上げ式の底板３２と下部フレーム２２（前側下部フレーム２２ａ）との間に連結爪１２を差し込める連結用位置を取る。これにより、幅広い種類のカゴ台車２に対して無改造で連結を行うことを可能にする。

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。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。

揺動部材１１は連結対象側が幅方向全域にわたって下方に折れ曲がった連結側下垂板部１１ａを備えている。この連結側下垂板部１１ａの連結対象側の面部に磁石１３やマイクロスイッチ１４が設けられている。

磁石１３はカゴ台車２の前側下部フレーム２２ａ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、磁石１３が付くことができるものからなる。磁石１３は、揺動部材１１に複数個配置することが好ましい。カゴ台車２における連結対象となる前側下部フレーム２２ａ（図１０、図１１参照）は、一般的に高さ方向に短く、幅方向に長い。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（水平方向）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。磁石１３としては永久磁石を用いても良いし、電磁石を用いてもよい。

マイクロスイッチ１４は、磁石１３が前側下部フレーム２２ａに吸着した際に前側下部フレーム２２ａ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（機械接触式）スイッチである。このマイクロスイッチ１４によってカゴ台車２の前側下部フレーム２２ａに対する磁石１３の吸着を確認する。

このような自走ロボット１が、カゴ台車２のＩＤ表示パネル２１正面の所定の位置へ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。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一のステップと、略正対した姿勢のままでカゴ台車２に向かって進む第二のステップと、磁石１３とカゴ台車２のフレームと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第三のステップである。

第二のステップであるカゴ台車２に向かって進む際は、連結爪１２を最も高い位置にし、磁石１３とマイクロスイッチ１４を進行方向の前側にした状態で連結対象であるカゴ台車２に接近する。この間に、カゴ台車２との距離は前述した測距センサで測定を行う。

図１０は、自走ロボット１がカゴ台車２に連結する位置に達する直前の状態を示す側面図である。この状態から自走ロボット１が図中の右に進み、磁石１３がカゴ台車２に吸着してマイクロスイッチ１４が押されることでカゴ台車２への連結位置に達したと判断し、フックモータ１５を稼働させてカゴ台車２の底板３２と下部フレーム２２の前側下部フレーム２２ａとの間に連結爪１２を差し込み連結用位置を取らせることで連結動作が完了する。

図１１は、カゴ台車２に対し小さい角度θがついた状態で自走ロボット１が接近する状態を示す平面図である。自走ロボット１はカゴ台車２に取り付けられたＩＤ表示パネル２１の位置情報をもとに接近を行うが、その位置情報の測定誤差やカゴ台車２の置かれた状態により図のような角度θが生じる。図示はθ＝４度（ｄｅｇ）の状態である。自走ロボット１とカゴ台車２との間の角度θは自走ロボット１のロボット本体部１００（図１参照）とカゴ台車２との傾斜角度である。よって、この傾斜角度は連結装置１０の固定部材３０とカゴ台車２との傾斜角度でもある。揺動部材１１は固定部材３０に対して揺動可能であり、揺動の中心位置にあるときには、揺動部材１１とカゴ台車との傾斜角度も等しい。

図１２は、自走ロボット１のロボット本体部１００とカゴ台車２に角度θが生じる方向から接近した場合に、揺動部材１１が揺動の中心位置から外れるように回動し、連結爪１２と磁石１３やマイクロスイッチ１４などを含む揺動部材１１がカゴ台車２に正対した状態を表している。ここで揺動部材１１がカゴ台車２に正対するとは、２つの連結爪１２を結ぶ線ｌ（図１１参照）が、連結対象であるカゴ台車２の前側下部フレーム２２ａと平行になることをいう。このように自走ロボット１のロボット本体部１００がカゴ台車２に対して角度θを持って斜めに位置している場合、揺動部材１１が揺動の中心位置から外れるように揺動することで連結部材である連結爪１２がカゴ台車２に対して正対することが可能となっている。揺動部材１１の揺動は磁石１３の吸着力によって起こる。図１２では見やすいように磁石１３とカゴ台車２とが離れているように描いているが、吸着力によって両者は接触する。

この連結装置１０の揺動範囲（揺動可能範囲）は大きいほど自走ロボット１とカゴ台車２の角度のずれを補正することができる。しかし大きくなりすぎると、連結装置が振動することによる不具合が大きくなったり、カゴ台車２との角度が大きくなりすぎ、磁石１３やマイクロスイッチ１４の片当たりや、連結爪１２の片掛かりにつながったりする。そこで揺動範囲は揺動範囲規制用ピン６３により規制され、本実施形態では揺動中央の位置に対して＋－４（ｄｅｇ）の範囲としているのである。

図１３は、角度θずれ４（ｄｅｇ）でカゴ台車２に連結した状態の自走ロボット１とカゴ台車２の状態を示す平面図である。前述のように連結動作時には揺動部材１１が揺動することが好ましいが、連結後に揺動部材１１が自由に揺動すると、搬送時にその範囲でカゴ台車２がふらつくことになる。ふらつきの原因はカゴ台車２の荷物の重量や配置、搬送するコースの形状などが大きく影響する。

図１３のカゴ台車２が幅６５０ｍｍ、長さ８５０ｍｍであるとすると、揺動可能範囲＋－４（ｄｅｇ）の条件では、搬送方向に直角な方向にカゴ台車２が＋－５８ｍｍの範囲（図中Ｌが５８ｍｍ）で振動することになる。このように連結動作においては揺動することが好ましいが、その後の搬送の過程ではでカゴ台車２のふらつきを抑制するために揺動しないことが好ましい。

図１４は、連結装置１０を下側から見た斜視図である。連結を行う際には連結爪１２が取り付けられた爪昇降用シャフト３７の中央に先端が固定された揺動ロック板８０の先端側が固定部材３０に形成された貫通孔８１を貫通して底面側に延び出している。この先端部８０ａには勘合部であるスリット８０ｂが形成されている。揺動部材１１が揺動中心にあるときに幅方向においてこのスリット８０ｂと対向する固定部材３０の底面側箇所に係合部材である揺動ロックピン９０の先端部９０ａが延び出している。この先端部９０ａの径は、スリット８０ｂの幅Ｓよりも若干小さく設定されている。

スリット８０ｂが形成された先端部８０ａの幅Ｗは、揺動部材１１が揺動可能範囲内で揺動した場合に、揺動ロックピン９０の先端部９０ａがこの幅Ｗから外れないように設定されている。すなわち、幅方向における揺動ロックピン９０の先端部９０ａの位置は、揺動部材１１が揺動中心にあるとはスリット８０ｂに対向し、それ以外の揺動範囲にあるときは、スリット８０ｂの側方の先端部部分に対向するように設定されている。

図１５は図７に示すＸ－Ｘ断面を矢印方向からみた断面図である。図１５の状態は爪昇降用シャフト３７が退避位置を取る図４の状態である。図で示すように連結爪１２が連結用位置に下りる前（カゴ台車２連結前）は揺動ロック板８０と揺動ロックピン９０は勘合しておらず、揺動部材１１は自由に揺動できる。揺動ロックピン９０は固定部材３０の上面側に位置する箇所に、固定部材３０の貫通孔よりも大径のフランジ部９０ｂを有する（図１７参照）。

図１６は揺動部材１１が揺動中心にあるときに爪昇降用シャフト３７が連結用位置まで回転した状態の図１５と同様に断面図である。揺動部材１１が揺動中心にあるときに連結爪１２が下りて連結用位置に到達した後（カゴ台車２連結後）は揺動ロック板８０の先端部８０ａのスリット８０ｂに揺動ロックピン９０の先端部９０ａが勘合し、揺動部材１１の揺動が規制されて揺動できなくなる。この図１６に示す状態で揺動ロック板８０のとる位置が規制用位置である。

図１７は、揺動部材１１が揺動中心にから外れたところにあって爪昇降用シャフト３７が連結用位置まで回転した状態を上方から見た図１５と同様の断面の斜視図である。揺動ロックピン９０が揺動ロック板８０の先端部８０ａに押し上げられて上方向に移動している。一定範囲で上下方向に移動できるようにすることで、揺動部材１１が揺動中心から外れたところにあるときにも、爪昇降用シャフト３７が連結用位置まで回転して連結爪１２でカゴ台車２を連結できるようにしている。

この状態ではまだ揺動が可能であるので、その後に揺動部材１１が揺動して揺動中央に達した際に、重力により揺動ロックピン９０は落下することで図１６のように揺動ロック板８０と勘合する。

揺動ロックピン９０は上方に抜けないように、図９に示す板金ブラケット８２によって上方から押さえられる構成となっている。この構成により、連結前の連結爪１２が上がっている状態では揺動部材１１の揺動が可能であり、連結後の連結爪１２が下がった状態では揺動部材１１の揺動ができなくなる（正確には連結後に揺動ロックピン９０が落下した後に揺動できなくなる）。その結果、連結のときは自走ロボット１とカゴ台車２の間に角度θの傾斜があっても連結可能であると同時に、連結後の搬送時は揺動できない状態にできるため、カゴ台車２のふらつきを防止することが可能となる。

図１８は、変形例に係る連結装置１０の底面図である。この変形例に係る連結装置１０は、揺動ロック板８０によるロックがされていない状態に揺動部材１１の揺動を抑えるために幅方向両側で一対の引張りスプリング９１を組み込んだ構成を示している。引張りスプリング９１を組み込む以外は上述の連結装置１０と同じである。それぞれの引張りスプリング９１の一端は連結装置１０が固定されているロボット本体部１００のフレームに連結しており、他端側は揺動部材１１に連結している。

引張りスプリング９１としては、揺動をある程度規制できるとともに、連結時には揺動できる状態を維持できる程度の弱い引張り力のものを用いる。これにより、自律走行装置が単体動作時に揺動部材１１が不要に振動することを防止する。引張りスプリングの代わりに圧縮スプリングを組み込むことも可能である。しかし、スプリングの脱落の危険性から保持部を長くする必要があり、揺動を抑制する力が強くなりやすい。そのため揺動を抑制するための機構は引張りスプリングが好ましい。

図１９は、更に他の変形例に係る連結装置１０の図１６と同様の断面図である。図１６の状態から爪昇降用シャフト３７の回転がさらに進み、揺動ロック板８０の先端部８０ａが揺動するベースとしての固定部材３０の裏側の箇所（当接箇所）に接触する状態を表している。通常の連結動作時は図１６の状態で連結爪１２がカゴ台車２の下部フレーム２２に掛かったところで回転が止まる。しかしカゴ台車２の連結時以外のモータによって回転が規制されていないときなどに、回転をメカ的に止める構成が必要になる。

爪昇降用シャフト３７に突起を取り付け、その突起の回転を抑える構成が考えられるが、突起の追加が必要になる。そこで、揺動ロック板８０を爪昇降用シャフト３７の回転止めとして兼用した。モータによって回転が規制されていないときなどに、揺動ロック板８０の先端部８０ａを固定部材３０の裏側の箇所に当接させるための当接力は、次のようにして得られる。爪昇降用シャフト３７の軸心回りの回転モーメントが当接側に向くように連結爪１２や揺動ロック板８０の質量などを設定したり、スプリングなどによる付勢力を用いたりすることで得られる。これにより、回転を止めるための部品を別に追加する必要がなくなり、部品の材料費や組立費のコストダウンにつなげることが可能となる。その他の点は上述の連結装置１０と同じであり、図１８の構成と同時に採用することもできる。

図２０は、更に他の変形例に係る連結装置１０の斜視図である。この連結装置１０は連結のためにカゴ台車２に接近する初期段階で、障害物を検知するための検知手段としてのバンパー４０を移動可能に設けたものである。他の構成は上述の連結装置１０と同じであり、各変形例の構成と同時に採用することもできる。

図２０において、揺動部材１１の幅方向両側それぞれで下方に折れ曲がった側方下垂板部１１ｂの外側面部にスライドガイド４１が取り付けられている。このスライドガイド４１によって連結対象との距離方向に進退自在にスライダー４２が保持されている。このスライダー４２にバンパー４０の両端それぞれが取り付けられ、これにより、バンパー４０が揺動部材１１に保持されている。

このバンパー４０には物体検知部材としてのテープスイッチと呼ばれる接触時に電流が流れる構成が組み込まれている。テープスイッチは電極板がわずかな空隙を空けた状態で配置され、接触時にこの隙間がなくなることで電流が流れ、接触を検知できる原理である。このテープスイッチで物体を検知した場合には、障害物と接触したとして、走行を停止するなどの制御を行う。

スライダー４２上には、爪昇降用シャフト３７の両端部それぞれ固定された作用片３８の先端部が当接する当接部４３が設けられている。爪昇降用シャフト３７が正逆回転によって連結爪１２を上下動させるのに伴って作用片３８の先端を連結対象との距離方向に移動させる。この作用片３８の当接により当接部４３を介してスライダー４２を同距離方向に進退移動させるようになっている。例えば作用片３８が二股になっており、当接部４３に対して何れの方向の当接力も発揮できるようになっている。図中のカゴ台車から離れ方向への当接のみ作用片３８の押圧で行い、逆向きへのスライダー４２の移動はスプリングなどの付勢力で行ったり、これとは逆の押圧及び付勢関係にしたりしてもよい。フックモータ１５、減速器１６、爪昇降用シャフト３７、作用片３８、当接部４３、スライダー４２、スライドガイド４１などで検知部材位置変更手段を構成している。

第二のステップであるカゴ台車２に向かって進む際に、カゴ台車２の直前まではバンパー４０が先端に存在し、カゴ台車２の直前でバンパー４０を内側に引き込み、磁石１３やマイクロスイッチ１４を先端として台車に接触させる。これにより、台車連結直前まではバンパーが先端に位置させることで、障害物の検知を行うことができるようにし、しかも、その後は、磁石１３やマイクロスイッチ１４を先端に位置させることで、台車の連結を自動で行うことができるようにした。

以上の連結装置１０を備える自走ロボット１は、仮保持機構を構成する磁石１３の磁力を利用して仮保持した後に、連結爪１２による連結を行う。しかも、連結爪１２や磁石１３などは数度の範囲で回転できる揺動部材１１に保持し、自走ロボット１本体に対して固定されたフックユニットの中で揺動部材１１が微小な揺動を行える。よって、連結するカゴ台車２が自律走行体に対して傾いていたとしても、揺動部材１１が揺動して、二つの連結爪１２をカゴ台車２の前側下部フレーム２２ａ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の前側下部フレーム２２ａ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。

また、動き規制手段としての揺動ロック板８０、爪昇降用シャフト３７及び揺動ロックピン９０により、可動部材としての揺動部材１１の動きを規制する状態と、動きを許容する状態とを切り替えるようにしたので、連結時には揺動可能な状態とし、搬送中には揺動を規制する状態にできる。よって、連結対象と連結する際に適切な連結ができるとともに、連結対象を連結して移動するときに連結対象がふらつくのを抑制できる。

なお、実施形態では機械的な係合として勘合を用いたが他の機械的な係合でもよい。例えばディスクブレークなどを用いた摩擦力を用いた機械的な係合でもよい。機械的な結合での規制に代え、または、加え、磁気力や静電気力などによる規制であってもよい。

また、動き規制手段は、連結装置本体の部材としての揺動ロックピン９０と可動部材の部材としての揺動ロック板８０との勘合などの機械的な係合によって可動部材の動きを規制するので、台車が重くても揺動を確実に規制できる。例えば、連結爪１２でカゴ台車の被連結部を引っ掛けて互いの距離が拡大できないようにした状態で、被連結部を押圧部材で押して互いの距離を拡大するようにしてもカゴ台車のふらつきをある程度抑制できる。しかし、この方式だと押圧力を相応の強さにしないと重い台車ではふらつく。また、機械的な係合によって決まる姿勢に精度よく規制できる。

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を備える連結移動装置が、移動手段をコントローラ４で制御する自律移動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を備える連結移動装置としては、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。

本実施形態の連結移動装置は、路面上を走行する自走ロボット１であるが、本実施形態に係る連結装置１０を備える連結移動装置としては、路面上を走行するものに限らない。水上や水中、空中を移動する装置に連結装置１０を配置した連結移動装置であってもよい。
また、連結移動装置としては、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。

上述した実施形態の連結装置１０は、一つのモータ（フックモータ１５）や駆動軸としての爪昇降用シャフト３７を、連結爪１２の昇降動作と、揺動ロック板８０の移動、バンパー４０の突き出し及び退避動作に兼用したが、それぞれ、モータや駆動軸を設けたり、少なくもと一つは専用のモータなどを設けたりしてもよい。

上述した実施形態の連結装置１０は、連結装置１０の揺動部材１１の揺動に磁石１３の吸着力を用いたが、磁石１３を用いずに、揺動部材１１側の部分あるいは部材とカゴ台車２側の部分又は部材との幅方における片当たりが生じた後の、自走ロボット１の移動によって幅方向で片当たりしているのとは反対側がカゴ台車２に接近するように揺動するようにしてもよい。

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
６ ：バッテリー
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 ：揺動部材
１１ａ ：連結側下垂板部
１１ｂ ：側方下垂板部
１２ ：連結爪
１３ ：磁石
１４ ：マイクロスイッチ
１５ ：フックモータ
１６ ：減速器
１７ ：タイミングベルト
２０ ：カゴ部
２１ ：ＩＤ表示パネル
２２ ：下部フレーム
２２ａ ：前側下部フレーム
２３ ：キャスター
３０ ：固定部材
３０ａ ：固定ネジ
３０ｂ ：軸保持部
３１ａ ：ベアリングホルダ
３１ｂ ：ベアリングホルダ
３２ ：底板
３７ ：爪昇降用シャフト
３８ ：作用片
４０ ：バンパー
４１ ：スライドガイド
４２ ：スライダー
４３ ：当接部
５０ ：走行エリア
５１ ：本線
５２ ：番地マーク
６１ ：ベアリング
６２ ：下面支持部材
６３ ：揺動範囲規制用ピン
７１ ：駆動車輪
７２ ：従動車輪
８０ ：揺動ロック板
８０ａ ：先端部
８０ｂ ：スリット
８１ ：貫通孔
８２ ：板金ブラケット
９０ ：揺動ロックピン
９０ａ ：先端部
９０ｂ ：フランジ部
９１ ：引張りスプリング
１００ ：ロボット本体部
１１１ ：回動軸
４００ ：駆動伝達機構

特開２０１８－０９００８４号公報

Claims (8)

1. 連結対象に連結する連結手段と、前記連結手段を保持し、連結装置本体に対して可動な可動部材とを備える連結装置において、
   前記可動部材の前記連結装置本体に対する動きを規制する状態と、前記動きを許容する状態とを切り替える動き規制手段を有し、
   前記連結手段は連結対象を機械的に連結する連結部材を有し、
   前記動き規制手段は、前記連結装置本体の部分又は部材との機械的な係合を行う前記可動部材に設けられた規制部材を有し、
   前記連結部材と前記規制部材とは、共通の駆動軸に取り付け、
   前記駆動軸の回動は、
   前記連結部材を前記連結対象と連結する連結用位置と前記連結用位置から退避した退避位置の間で変更させ得るとともに、
   前記規制部材を前記連結装置本体の部分又は部材と機械的に係合する規制用位置と、前記規制用位置から退避した退避位置との間で変更させ得ることを特徴とする連結装置。
2. 請求項１に記載の連結装置において、
   前記動き規制手段は、前記可動部材が前記連結装置本体に対して所定の姿勢を取ったときに、前記機械的な係合が可能になることを特徴とする連結装置。
3. 請求項２に記載の連結装置において、
   前記動き規制手段は、
   前記可動部材が動き得る方向と交差する方向で可動に前記可動部材と前記連結装置本体の一方に設けられ、前記交差する方向の動きで規制用位置と退避位置とを変更する規制部材と、他方に可動に設けられた前記規制部材との係合部材とを有し、
   前記規制部材は、
   前記可動部材が前記連結装置本体に対して所定の姿勢を取ったときに、前記係合部材が勘合して前記可動部材の動きを規制し得る勘合部と、前記所定の姿勢とは異なる姿勢を取ったときに、前記係合部材と当接し前記交差する方向の動きで前記係合部材を移動させる当接部とを備えることを特徴とする連結装置。
4. 請求項１乃至３の何れか一に記載の連結装置において、
   前記退避位置から前記連結用位置を通り越して前記駆動軸が回転したとき、前記規制部材が当接する当接箇所を設けたことを特徴とする連結装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一に記載の連結装置において、
   前記動き規制手段は、前記連結手段が連結対象を連結した状態で、前記可動部材が前記連結装置本体に対して所定の姿勢を取ったときに、前記可動部材の動きの規制を開始することを特徴とする連結装置。
6. 請求項１乃至５の何れか一に記載の連結装置において、
   前記連結手段が、前記連結対象を機械的に連結する連結部材と、前記連結部材による連結に先立って前記連結対象に吸着する吸着部材とを有することを特徴とする連結装置。
7. 移動装置本体と、移動手段と、連結対象と連結する連結手段と、を備える連結移動装置において、
   前記連結手段として、請求項１乃至６の何れか一の連結装置を備えることを特徴とする連結移動装置。
8. 移動装置本体と、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移動装置において、
   前記連結移動手段として、請求項７の連結移動装置を備えることを特徴とする自律移動装置。

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