JP7454410B2 - 空中搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、重量物を空中搬送する装置に関する。

倉庫内や工場内などにおける荷物の搬送手段として、現在ではフォークリフト、搬送コンベア或いは台車が一般的に用いられているが、三次元的な空間を利用した搬送手段としてドローンも提案されている。

搬送手段としてのドローンには機体の割に重い荷物を搬送することができず、また搭載バッテリーの寿命、搬送中の騒音、更には墜落の危険性などの問題がある。

そこで、本発明者は特許文献１として、ワイヤーを用いた空中搬送手段を提案した。この特許文献１では、例えば搬送空間の４箇所に支柱を立設し、この支柱の頂点から搬送空間の中央に向かってワイヤーを伸ばし、これらワイヤーの先端にロボットハンドを連結し、またワイヤーを巻取り及び繰出し可能とし、特に前記ワイヤーのうち少なくとも１本はロボットハンドの移動用兼ロボットハンドの開閉用として機能し、他のワイヤーはロボットハンドの移動用として機能するように構成した内容が開示されている。

ワイヤーを用いた空中搬送手段は特許文献１の出願前にも提案されており、特許文献２には、気球の下に重量物を吊り下げるフックを取付け、このフックに４か所に設置した巻取機から繰り出したワイヤーの先端を連結し、ワイヤーの繰出しと巻取りをコントロールすることで重量物を吊り下げた状態でフックが空中を移動する内容が開示され、また特許文献３には固定翼を備えた飛行体に回転半径の小さな旋回動を行わせ、飛行体から垂下するワイヤーの下端に取付けたフックに重量物を引っ掛け、飛行体に上昇旋回動を行わせることで重量物を持ち上げて空中移動させることが記載されている。

特許第６５９１０９８号公報 特開２００１－３５４１９６号公報 特開２００６－２９００１４号公報

ワイヤーの先端にロボットハンドを連結した構成の搬送手段にあっては、特許文献１に開示されたものを含め、荷物を把持した際にロボットハンド自体が空中に浮いているため、姿勢が不安定になることである。

例えば、ロボットハンドにて把持する物が液体を入れた容器である場合には、液体がこぼれたり、また把持する物の形状が長尺或いは変則的な形状の場合はバランスが崩れて他の物にぶつかるなどの問題が生じる。更に縦向きに置かれていた物を横向きにした状態で移動で搬送することを従来の機構では達成できない。

上記の課題を解決するため、本発明に係る空中搬送装置は、ロボットハンドを備え、このロボットハンドは空中搬送装置本体に対し水平軸を介して支持され、この水平軸は第１のモータによって回動せしめられ、また前記水平軸には直交する方向にカンターバランス装置が取付けられ、このカンターバランス装置はウェイトとこのウェイトを前記水平軸と直交する方向に移動せしめる第２のモータを備え、この第２のモータはロボットハンドを水平軸廻りに回動することで生じる第１のモータに係る負荷トルクがゼロになる位置にウェイトを移動させるように駆動が制御される構成である。

本発明に係る空中搬送装置はワイヤーによって支持されるもの或いはドローンの何れにも適用できる。また、空中での姿勢維持用のフライホイールを備えることも可能である。

本発明に係る空中搬送装置によれば、ロボットハンドによって被搬送物を把持したり持ち上げた際の空中搬送装置の傾きや振れを最小限に抑えることができる。
その結果、安定して被搬送物を搬送でき、また被搬送物の破損や落下も防止できる。

本発明に係る空中搬送装置を適用したシステムの一例を示す全体図 同空中搬送システムの平面図 同空中搬送システムの側面図 本発明に係る空中搬送装置の全体斜視図 図５の要部拡大図 別実施例に係る空中搬送装置のロボットハンドを省略した空中搬送装置本体の斜視図 図６に示した空中搬送装置本体のカウンターバランス装置の動きを説明した図 同空中搬送装置本体を斜め上方から見た図

図１に示すように空中搬送システムは、搬送空間の４隅に支柱１を立設し、各支柱１の基部にはステッピングモータにてドラム（ウィンチ）が回転する巻取り・繰出し装置２が設けられ、各ドラムにはステンレス製ワイヤー３、４、５、６が巻回され、各ワイヤーは各支柱１の上端部に設けられたプーリ７を介して搬送空間の中央に向かって伸びている。

空中搬送装置を移動させるのに必要なワイヤーの本数は２本以上であるので、４本のうち１本は光ファイバーケーブルとし、空中搬送装置にカメラを搭載した際の信号の伝送に用いることもできる。また、ワイヤーを二重と芯の部分を電力供給用とすることもできる。このようにすることで、バッテリーを搭載せずに済み空中搬送装置の軽量化が図れる。

前記プーリ７の上方にはレーザ光の発信及び受信を行う位置検出装置８が取り付けられ、前記ワイヤー３、４、５、６の先端に連結された空中搬送装置１０のミラー１１からの反射光により空中搬送装置１０の位置をリアルタイムで検出するようにしている。

空中搬送装置１０は前記ワイヤーに支持される装置本体１２と、この装置本体１２に連結部１３を介して着脱自在に支持されるロボットハンド１４からなる。被搬送物の形状や重量に合わせてロボットハンド１４を交換可能とすることで汎用性が高まる。

ワイヤー３、４、５、６はプーリ１５にガイドされ、ブレーキ部材にてワイヤーをプーリ１５に押し付けることでロックされる。ロック機構としてはブレーキ機構以外の構造であってもよい。

ワイヤー３、４、５、６を繰り出したり、巻き取ることで空中搬送装置１０を移動させる際は、ブレーキを効かせた状態で行い、目的の位置まで移動した時点で例えばワイヤー５，６のブレーキを解除する。ワイヤー５，６のブレーキを解除してもワイヤー３、４はロボットハンド１４に結合しているためロボットハンド１４の位置は変わらない。

また、装置本体１２の枠状フレームには４つのフライホイール装置１６が対向して取り付けられ、移動する際の空中搬送装置１０の急激な姿勢変化をジャイロの原理で緩和する構成としている。このフライホイール装置１６を設けることでワイヤー２本でも空中搬送装置１０の姿勢を維持できる。

ロボットハンド１４は３本のフィンガー１７を備え、外部からの信号或いは前記ワイヤーのうちの１本を操作することで開閉動作を行う。また、ロボットハンド１４は水平軸を中心として上下方向に回動可能とされ、更に上下方向に回動した際の振れが小さくなるようにカウンターバランス装置を備えている。カウンターバランス装置の詳細は図６～図８の別実施例の空中搬送装置１０において説明する。

図６～図８で示した別実施例に係る空中搬送装置１０では、図面を見やすくするためロボットハンド１４は省略している。

空中搬送装置１０の装置本体１２の上部にはバッテリーケース１８が配置され、このバッテリーケース１８の下方にフライホイール装置１６が設けられている。前記実施例では４つのフライホイールを対向配置しているが、この実施例では対向するフライホイールの一方はモータを兼用している。このようにすることでモータの個数が２つになり部品点数の削減が図れる。但し隣接するフライホイール（モータ）の軸との交差干渉するのを防止するため、隣接するフライホイール（モータ）同士の軸を上下方向にずらしている。

フライホイール装置１６の下方には二股状の支持ブラケット１９が設けられ、この支持ブラケット１９に左右一対の水平軸２０が回動自在に支持されている。一対の水平軸２０のそれぞれにカンターバランス装置２１が取付けられている。

二股状の支持ブラケット１９の内側に突出する水平軸２０間には支持プレート２２が取り付けられ、この支持プレート２２は水平軸２０と一体的に回動する。
支持プレート２２の中央には軸２３を介して円盤２４が回転自在に取り付けられ、この円盤２４の下面にはロボットハンド（この図面では図示していない）を着脱自在に保持するチャック２５が設けられている。

二股状の支持ブラケット１９から外側に突出する一方の水平軸２０にはプーリ２６が固着され支持ブラケット１９に取り付けた第１のモータ２７の駆動力をタイミングベルト２８を介して水平軸２０に伝達し、水平軸２０とともにカンターバランス装置２１を水平軸２０廻りに回動せしめる構造になっている。ここで、他方の水平軸２０にはプーリ２６を固着せずフリーの状態になっているが、左右一対の水平軸２０は支持プレート２２を介して連結しているため、左右のカンターバランス装置２１は同じ動きをする。

カンターバランス装置２１は図７に示すように第２のモータ２９と、この第２のモータ２９によって回転せしめられるスクリュー３０と、このスクリュー３０に螺合し、スクリュー３０の回転によって筒体内を直線的に進退動するウェイト３１とからなる。

また前記支持プレート２２には第３のモータ３２が取り付けられ、この第３のモータ３２の駆動力はタイミングベルト３３及びプーリ３４を介して前記円盤２４に伝達され、チャック２５を介して円盤２４に支持されているロボットハンドを軸２３廻りに回動せしめる。

したがって、ロボットハンドは第１のモータ２７によって水平軸２０廻りに回動し、第３のモータ２９によって軸２３廻りに回動し、全体としてこれらが合成された動きをなす。

例えば、床に置いてある被搬送物を空中搬送装置１０の垂直状態にあるロボットハンド１４でつかみ、そのままの状態で空中搬送装置１０が上昇し所定の場所まで移動してロボットハンド１４の把持状態を解除するのが最も単純な搬送方法である。

一方、被搬送物の形状或いは障害物を避けるため、ロボットハンド１４で掴んだ状態から横向き或いはある程度角度を持たせて搬送することが考えられる。この場合には第１のモータ２７を駆動してロボットハンド１４を水平軸２０廻りに回動させることになる。

ロボットハンド１４が水平軸２０廻りに回動すると空中搬送装置１０全体の重心位置が変化し空中搬送装置１０が大きく振れ、安定した移動ができなくなる。そこで、本発明にあっては、第２のモータ２９を駆動し、空中搬送装置１０全体のバランスが狂わないようにする。具体的には、ロボットハンド１４が斜めになることで生じる第１のモータ２７に作用する負荷トルクがゼロになる位置にウェイト３１がくるように第２のモータ２９を駆動しウェイト３１を移動する。
尚、第１のモータ２７に作用する負荷トルクは第１のモータ２７の軸に取り付けたセンサにて測定する。

以上の実施例ではワイヤーによって空中を移動する搬送装置を示したが、本発明の主要部分であるロボットハンドの傾きによるバランスをカンターバランス装置で修正する構成は、ドローンによる搬送にも応用することができる。

１…支柱、２…巻取り・繰出し装置、３、４，５、６…ワイヤー、７…プーリ、８…位置検出装置、１０…空中搬送装置、１１…ミラー、１２…空中搬送装置の装置本体、１３…連結部、１４…ロボットハンド、１５…プーリ、１６…フライホイール装置、１７…フィンガー、１８…バッテリーケース、１９…二股状の支持ブラケット、２０…水平軸、２１…カンターバランス装置、２２…支持プレート、２３…軸、２４…円盤、２５…チャック、２６…プーリ、２７…第１のモータ、２８…タイミングベルト、２９…第２のモータ、３０…スクリュー、３１…ウェイト、３２…第３のモータ、３３…タイミングベルト、３４…プーリ。

Claims (3)

1. ロボットハンドを備えた空中搬送装置において、前記ロボットハンドは空中搬送装置本体に対し水平軸を介して支持され、この水平軸は第１のモータによって回動せしめられ、また前記水平軸には直交する方向にカンターバランス装置が取付けられ、このカンターバランス装置はウェイトとこのウェイトを前記水平軸と直交する方向に移動せしめる第２のモータを備え、この第２のモータはロボットハンドを水平軸廻りに回動することで生じる第１のモータに係る負荷トルクがゼロになる位置にウェイトを移動させるように駆動が制御され、また前記空中搬送装置本体は４つのフライホイールを備え、これら４つのフライホイールは交差干渉を防止すべく上下にずれて配置された２本の軸に対向配置され、対向配置された２つのフライホイールの一方はモータを兼用し、他方は兼用しないことを特徴とする空中搬送装置
2. 請求項１に記載の空中搬送装置において、前記空中搬送装置本体はワイヤーによって支持されワイヤーを巻取り及び繰出すことで空間を移動可能とされたことを特徴とする空中搬送装置。
3. 請求項１に記載の空中搬送装置において、前記空中搬送装置本体はドローンであることを特徴とする空中搬送装置。
   
   
   

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