JP6172293B2

JP6172293B2 - トレーラやコンテナから製品を荷下し／荷解きするための自動トラック荷下し装置

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Publication number: JP6172293B2
Application number: JP2015553877A
Authority: JP
Inventors: ティム・クリスウェル
Original assignee: Daifuku Co Ltd
Current assignee: Daifuku Co Ltd
Priority date: 2013-01-20
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2034-01-20
Also published as: US9701492B2; EP2945894B1; US20160368720A1; CN105143075A; US20140205403A1; CN105143075B; CA2895282A1; US9533841B1; MX361792B; WO2014113762A1; US10266351B2; US20170113885A1; CA2895282C; US20190315582A1; EP2945894A1; EP2945894A4; US9434558B2; US10035667B2; JP2016504983A; US10556761B2

Description

本発明は、一般には、製品を取り扱うための機械、より詳しくは、トレーラやコンテナから箱やケース等の製品を荷下し/荷解きするように構成された自動トラック荷下し装置、を利用するシステムと方法とに関する。

大型の商業用および工業用建築物においては、荷積みドックおよび荷積みベイが一般的にみられ、これらは、トラックやバンによって持ち込み/持ち出しされる大きな積み荷の到着/出発ポイントを提供する。例えば、トラックが荷積ベイに後付けしてその荷積ベイ側のバンパがトレーラの側のバンパに当たり、荷積ベイとトレーラとの間に隙間が形成されることがある。一定の実質的に平坦な表面を提供するために、ドックレベラ又はドックプレートによってこのトラックと倉庫との間の隙間を橋渡す。次に、フォークリフトやコンベアベルト等の動力移動装置を利用して、倉庫からトラックへ貨物を運ぶ。次に、人間労働を利用して、貨物をトラックに積み込む。これは、トラック又は貨物コンテナからの例えば箱やケース等の製品の積み下しに特に当てはまる。

これらのシステムは、労働力を保護し、その寿命を長引かせるべく人間労働の利用を最小限にしながら荷降ろされる貨物の量を最大化するように構成されている。しかしながら、トラック又は貨物コンテナ中の箱の構成とサイズを前もって予測することが困難であることから人間労働を削減することは困難であった。従って、トレーラやコンテナから、ケースや箱等の製品を荷下し/荷解きする際の人間労働の使用を更に削減する改善されたトラック荷下しシステムが未だ求められている。

〔発明の要旨〕
最小限の人間労働を使用して、又は人間労働を使用することなく、トレーラやコンテナからの完全な荷下しを可能にし、それによってトラックからの荷下しのための時間と、人的資本の必要性とを最小限にする、ケースや箱等の製品の自動化荷下し/荷解きのためのシステムと方法を達成することが有益であろう。又、トレーラとコンテナから様々なサイズの箱とケースの荷下し/荷解きを行うことによってこの問題に対応するロボットによる解決を可能にすることも望まれる。これらの課題の一つ又は複数により良く対処するために、一実施例において、トレーラおよびコンテナから、箱やケース等の製品を荷下し/荷解きするための自動トラック荷下し装置が開示される。可動ベース構造体が、駆動サブアセンブリ、搬送サブアセンブリ、産業ロボット、適合深さ原理(adaptive depth principle)を利用するカメラ等の距離測定サブアセンブリ、および制御サブアセンブリ、のための支持フレームワークを提供する。前記制御サブアセンブリの作動により、吸引カップ式グリッパアームを備える産業ロボットが前記トレーラから選択的に箱を取出し、これらの箱を動力付き搬送路に置く。前記制御サブアセンブリは、前記距離測定サブアセンブリの検出空間内における箱を含む対象物の検出と、当該制御サブアセンブリに提供される前記トレーラの寸法、とに基づいて、前記産業ロボットの選択的操作(articulated)移動と前記駆動サブアセンブリの作動とを調節する。従って、本自動トラック荷下し装置を利用するこれらのシステムと方法は、労働力を保護し、その寿命を長引かせるため人間労働の利用を最小限にしながら荷降ろされる貨物の量を最大化するように構成されている。本発明のこれらおよびその他の態様は、以下に記載される実施例を参照することによってより明らかになるであろう。

トラックのトレーラ内において製品を位置決めする自動トラック荷下し装置の一実施例の一部断面側面図である。図1の自動トラック荷下し装置の平面図である。図1の自動トラック荷下し装置の側面図である。図1の自動トラック荷下し装置の第2の側面図である。図1の自動トラック荷下し装置の背面図である。図1の自動トラック荷下し装置の前面図である。図1の自動トラック荷下し装置の前方斜視図である。図1の自動トラック荷下し装置の後方斜視図である。図1の自動トラック荷下し装置の一部分の斜視図、特に、可動ベースの一実施例の詳細図である。図3Aに図示の可動ベースの第2の斜視図である。前記自動トラック荷下し装置の一部を形成する、端部作動体(end effector:エンド・エフェクタ)の一実施例の前方斜視図である。図4Aの端部作動体の前面図である。図4Aの端部作動体の側面図である。図4Aの端部作動体の後方斜視図である。図4Cの線4E-4Eに沿った前記端部作動体の断面図である。第1グリップ位置において箱をグリップしている端部作動体の一実施例の側面図である。第2グリップ位置において箱をグリップしている図5Aの端部作動体の側面図である。第3グリップ位置において箱をグリップしている図5Aの端部作動体の側面図である。トラックのトレーラに箱を積み下ろす図1の自動トラック積み下し装置の一実施例の略図である。トラックのトレーラに箱を積み下ろす図1の自動トラック積み下し装置の一実施例の略図である。トラックのトレーラに箱を積み下ろす図1の自動トラック積み下し装置の一実施例の略図である。トラックのトレーラに箱を積み下ろす図1の自動トラック積み下し装置の一実施例の略図である。図6A〜6Dに図示の作業に対応する実施例の平面図である。図6A〜6Dに図示の作業に対応する実施例の平面図である。図6A〜6Dに図示の作業に対応する実施例の平面図である。図6A〜6Dに図示の作業に対応する実施例の平面図である。自動ケース積み込み装置の一実施例の概略ブロック図である。自動ケース積み込み装置の一実施例の概略ブロック図である。前記自動ケース積み込み装置の一部を形成するロボットコントローラの一実施例の略図である。前記自動ケース積み込み装置の一つのコンポーネントを形成する距離測定サブアセンブリの一実施例の略図である。前記自動ケース積み込み装置の一つのコンポーネントを形成する距離測定サブアセンブリの別実施例の略図である。

本発明の特徴および利点のより完全な理解のために、次に、異なる図面における対応する番号が対応する部分を指し示す添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
以下に本発明の様々な実施例の製造と使用について詳述するが、本発明は、多様な具体的態様で実施可能な多数の発明概念を提供するものであると理解される。ここに記載する具体的実施例は、本発明を製造し使用する具体的な方法を例示するものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

先ず図1を参照すると、ここには、概略図示されその全体が10で示され、自動トラック荷下し装置と称することが可能な自動トラック荷下し装置が図示されている。この自動トラック荷下し装置10は、トレーラ、コンテナ、等の自動化トラック荷下し、パッキングのためのシステムと方法に利用されるものである。作業者キャブ14を備えるトラクタトレーラ12が、前壁18と、二つの側壁20A, 20B(たとえば、図6A〜6Dに最もよく示されている)、床22、屋根24、開放ドアによってアクセス可能な後方アクセス開口部26を有するトレーラ16を牽引している。当該トレーラ16のバンパ28が、当該バンパ28が積み込みベイ30のパンパ34に接触するように、積み込みドック32の積み込みベイ30に後ろ付けされている。ドックプレート36によって、前記床22と積み込みドック32のデッキ38との間の隙間が橋渡されている。

以下更に詳述するように、前記自動トラック荷下し装置10のコンポーネントである、距離測定サブアセンブリ(単数又は複数)の管理下で、前記自動トラック荷下し装置10は、前記前壁18に可能な限り近い位置にまで、前記トレーラ16内を、操縦移動する。尚、作業者が前記自動トラック荷下し装置10を操作していることは図示されていないが、作業者は、不要ではあるが、位置40つまり作業者プラットフォーム、に位置することができる。前記前記自動トラック荷下し装置10は、作業者から独立して作動し、作業者は、ある種のトラブルシューティング、メンテナンス、等のためにのみ必要とされる。前記自動トラック荷下し装置10には伸縮自在(テレスコピック)コンベアユニット42が接続されている。矢印48によって示されているように、任意のサイズのものとすることが可能な標準ケース又は箱46A-46Hとしての、製品46の流れが、その取出し後に、前記自動トラック荷下し装置によって供給されている。具体的には、前記自動トラック荷下し装置10は、箱46A〜46Eその他を、たとえば、前記前壁18の近傍の製品46と床22との交点に既に荷下ししている。図示されているように、前記自動トラック荷下し装置10は、箱46fを荷下し中であり、その後は、箱46g, 46hおよびその他の箱46が続くことになる。前記自動トラック荷下し装置10は、製品46の荷下しと前進移動とを交互に行って、トレーラ16から少なくとも製品46の一部が荷下しされるまで、前壁18と当該前記自動トラック荷下し装置10との間で製品46をグリップするためのより多くの機会を作り出す。

図2A〜2Gおよび図3A〜3Bは、前記自動トラック荷下し装置10を更に詳細に図示している。可動ベース50が、駆動サブアセンブリ52、搬送サブアセンブリ54、産業ロボット56、位置決めサブアセンブリ58、安全サブシステム60、そして、前記駆動サブアセンブリ52、搬送サブアセンブリ54、産業ロボット56、位置決めサブアセンブリ58、安全サブシステム60を相互接続する制御サブアセンブリ62、を支持している。前記可動ベース50は、前端部64と、後端部66と、更に、側部68, 70と、表面72と下方キャリッジ74、とを有する。

前記駆動サブアセンブリ52は、前記可動ベース50の前記下方キャリッジ74に接続されて可動性を提供する。以下に更に詳しく記載されるように、前記側部70, 68のそれぞれの近傍で前記下方キャリッジ74には駆動車輪アセンブリ78, 80が配設されている。前記後端部66側で前記両側部68, 70の間で中心合わせされて前記下方キャリッジ74上にユニバーサル車輪アセンブリ82が配設されている。協働することで、車輪サブアセンブリ78, 80, 82は、前進駆動、後進駆動および操舵を提供する。前記下方キャリッジ74上には、更に、前記端部64と側部68との交差点及び端部66と側部70との交差点のそれぞれの近傍に、格納可能な安定化アセンブリ84, 86も配設されている。暗に言及したように、トレーラ16内への、又はトレーラ16からの移動等の、前進又は後進駆動とステアリング操作において、駆動車輪アセンブリ78, 80とユニバーサル車輪アセンブリ82が作動されて、前記積み込みドッグ32のデッキ38と接触し、他方、前記格納可能な安定化アセンブリ84, 86は前記下方キャリッジ74に近い位置において前記デッキ38との接触状態から引き込まれる。他方、前記自動トラック荷下し装置10が、たとえば、前記産業ロボット56の使用中等、製品の積み込み又は積み下し作業を行っている時には、前記格納可能な安定化アセンブリ84, 86は前記デッキ38との接触状態に位置して前記自動トラック積み下し装置10を固定する。尚、前記自動トラック積み下し装置10は、荷下し/荷解きとの関係で記載されるが、この自動トラック積み下し装置10は、箱やケースを含む製品のトレーラへの積み込み、パッキングにも使用することが可能である。

前記搬送サブアセンブリ54は、前記可動ベース50の表面72上に配設されて、前記自動トラック荷下し装置10の用途および作業割り当ての必要に応じて、前記後端部66から、前記産業ロボット56の近傍の前端部64への箱の、測定、分離、搬送および積み込み、のための動力付き搬送経路88を提供する。図示されているように、前記動力付き搬送経路88は、箱46を、そこで前記産業ロボット56の操作が開始される陸揚げプラットフォーム94へ運ぶローラ部材92を備える動力付きローラコンベア90を有する。尚、単一の動力付きローラコンベア90のみが図示されているが、前記動力付き搬送経路88は、複数のタイプのコンベア、昇降装置、スタッカ、バイパス、を任意に組み合わせて備えることができ、前記動力付き搬送経路84のために選択されるコンポーネントの特定の組み合わせは、特定の箱またはその他の製品、および前記自動トラック荷下し装置10の用途に応じたものとされる。

前記搬送サブアセンブリ54、そして、前記テレスコピックコンベアユニット42のそれぞれは、又、このテレスコピックコンベアユニット42と前記搬送サブアセンブリ54を通る製品の自動流れの速度を調節するために一連の端部停止エリアセンサ(フォトアイ)を備えたものとして構成することができる。そのような構成は、安定して連続した製品の流れを提供し、適切な箱又は製品の分離を維持し、製品と製品との間の不要なギャップ、詰まりを防止する。

テレスコピックコンベアインターフェース104によって、前記搬送サブアセンブリ54のローラコンベア90は、前記テレスコピックコンベアユニット42と、前記積み込みドック32と関連付けられた倉庫に配置することが可能なピックベルトシステムの残り部分と接続される。前記テレスコピックコンベアユニット42と前記テレスコピックインターフェース104と搬送サブアセンブリ54とに関連する自動フォロー回路は、前記テレスコピックコンベアユニット42の最後のブームに設けられた光センサを利用して前記搬送サブアセンブリのエッジにおいて反射テープを検出して、前記テレスコピックコンベアユニット42を伸長、縮小させて、自動トラック積み下し装置10に対する適切な位置を維持するように構成することができる。別の実施例において、前記テレスコピックコンベアユニット42をパッシブ式に構成し、前記自動トラック積み下し装置10がこのテレスコピックコンベアユニット42を伸長又は縮小させるための力を提供するように構成することも可能である。

前記産業ロボット56は、前記前端部64に配設され、前記動力付き搬送経路88の陸揚げプラットフォーム94と到達可能空間132との間での端部作動体130の選択的操作移動を提供して、前記産業ロボット56によって前記製品46を前記到達可能空間132に置くように構成してもよい。前記端部作動体130は、協働の相補的なグリッパ136A, 136Bによって製品を扱うように構成されたグリッパアーム134を有している。尚、任意のタイプの端部作動体130を産業ロボットとして使用することが可能であり、前記端部作動体130は、前記製品46と特定の自動トラック積み下し装置10用途とに応じて選択される。例えば、前記グリッパ136A, 138Bを備えるグリッパアーム134が箱46A-46Hの荷下し/荷解き用に好適である。但し、前記製品46は、積み込みを必要とするその他のケースに入った又はケース無しの対象物等の任意の品とすることができる。

一実施例において、前記産業ロボット56は、6つの自由度を有する選択的操作運動を提供するべく6つの関節150, 152, 154, 156, 158, 160によって接続された7つのセグメント130, 138, 140, 142, 144, 146,148を有している。より詳しくは、図2Fおよび2Gに最もよく図示されている前述した到達可能空間132は、主垂直軸心回りでの産業ロボット56全体の回転運動、ブームアームを備える前記セグメント144の伸長と縮小を提供する水平軸心回りでの、タワー構造を有するセグメント146の回転運動、前記ブームアームの上昇と下降とを提供する前記水平軸心回りでの前記ブームアームの回転運動、三つのリスト軸心周りでの選択的回転運動、を含む6つの軸心回りの回転を提供する、前記産業ロボット56の移動によって形成される。

前記位置決めサブアセンブリ58は、前記可動ベース50全体に渡って分散されている。前記可動ベース50の前記前端部64に配置された距離測定サブアセンブリ170は、前記前端部64の前に位置する検出空間172内での対象物の距離と存在を判定する。一実施例において、前記検出空間172と前記到達可能空間132とは少なくとも部分的にオーバラップしている。前記距離測定サブアセンブリ170は、自動トラック積み下し装置10を補助して、当該自動ケース積み込み装置10の前後移動と位置変更とによって、製品46を載置用の別の空の到達可能空間132を作り出す。更に、前記距離測定サブアセンブリ170は、前記産業ロボット56の調節と作動を補助する。前記距離測定サブアセンブリ170によって収集された距離と測定情報は、前記制御サブアセンブリ62に提供される。

以下に更に詳しく説明するように、前記距離測定サブアセンブリ170は、TOF(Time-of-Flight)方式又は方法、に基づいて作動するレーザ区域検出装置、あるいは、適合深さ原理(adaptive depth principle)に基づいて作動するカメラ、として構成することができる。但し、その他のタイプの距離測定も本発明の教示範囲内であると理解される。例えば、そして、非限定的に、前記距離測定サブアセンブリは、レーザ区域検出装置、カメラ、超音波測定装置、傾斜計、およびこれらの組み合わせを含むことができる。距離測定サブアセンブリ170と同様、距離測定サブアセンブリ174, 176が、それぞれ、前記側部68, 70に配設されている。これらの距離測定サブアセンブリ174, 176は、それぞれ、一実施例において、前記自動トラック荷下し装置10の横移動中に前記制御サブアセンブリ62に対して測定および距離情報を提供するための検出空間(図示せず)を有するものとして構成することができる。

前記安全サブシステム60は、前記可動ベース50に分布、配設されている。当該安全サブシステム60は、前記自動トラック荷下し装置10の現状の迅速な表示を作業者に提供する光タワーと、無線ネットワークを介して個人のポケットベル又は携帯電話にコンタクトする無線作業者アラートシステム182とを備えて構成することができる。更に、より高い安全性を作業者に提供するために、前記作業者プラットフォームの周りにケージとレールとを設けることができる。即座の電源停止を提供するために前記自動トラック荷下し装置10全体に渡って複数の緊急ボタンを配置することができる。更に、対象物との衝突中に、前記自動トラック積み下し装置10、人、および製品を保護するために、前記前端部64と後端部64とに前方安全スキャナ188と後方安全スキャナ190とを配置することができる。又、これら前方安全バンパ188と後方安全バンパ190とは、対象物の存在を検出して衝突中に自動電源OFFを引き起こす検出器を備えることができる。図示はされていないが、側方安全スキャナも利用することが可能である。尚、安全バンパ等のその他の安全構成を、前記自動トラック積み下し装置10に組み込むことが可能である。

同様に可動ベース50に分布配置された前記制御サブアセンブリ62は、前記作業者プラットフォーム76近くの側部70に配設されたユーザインターフェースを備える制御ステーションを備えて構成することができる。前述したように、前記駆動サブアセンブリ52、搬送サブアセンブリ54、産業ロボット56、位置決めサブアセンブリ58、および安全サブシステム60は、相互接続されるとともに、隠され被覆されたケーブルとワイヤのネットワークを介して前記制御サブアセンブリ62と通信する。この構成により、前記制御サブアセンブリ62は、前記自動トラック積み下し装置10の手動および自動操作を調整することができる。更に、視覚検出サブシステム162が前記端部作動体と連動し、当該視覚検出サブシステム162は、後に詳述するように、前記制御サブアセンブリによる処理のための製品空間を撮像する。

溶接スチールチューブから構成されるメインフレーム200は、矩形のフレームワークを提供する複数の筒状部202, 204, 206, 208を有する。前記筒部202-208は、前記矩形フレームワークを補強し更に支持する筒状部208, 210, 214, 216, 218, 220によって支持されている。前記メインフレーム200には、取り付けプレート222, 224等のすべての取り付けプレートと、前記可動ベース50に取り付けられた前記種々のコンポーネントを保持するために必要なボルト穴が設けられている。例えば、大きなプレート222, 224が、前記自動トラック荷下し装置10に対するカウンタウエイトと、これら取り付けプレート222, 224の近傍に配設された前記産業ロボット56に対するバランスとを提供しながら、前記制御ステーションと前記ユーザインターフェースを保持する。前記後端部66の近傍に取り付けられたトラクタウエイトによって追加のカウンタウエイトを提供することができ、これは、又、前記メインフレーム200に対する追加の支持と一体性も提供する。

駆動車輪サブアセンブリ78, 80は、前記前端部64近く、より詳しくは、前記筒状部208, 214と筒状部204, 214とのそれぞれの交点近く、に配設された一対の前方駆動車輪252, 250を有する。二段減速ギアボックス258, 260を備える各ACモータ254,256がそれらに動力を提供する。二段減速ギアボックス258を備える前記ACモータ254は前記筒状部214と前記前方駆動車輪250に近接して配設されている。同様に、二段減速ギアボックス260を備える前記ACモータ256は前記筒状部214と前記前方駆動車輪252に近接して配設されている。前記ユニバーサル車輪アセンブリ82は、前記後端部66の近傍に配設されたフレーム286に取り付けられた後方ステアリング車輪284を有する。

前記可動ベース50との関連における前記駆動サブアセンブリ52の作動に言及すると、前記駆動車輪アセンブリ78, 80とユニバーサル車輪アセンブリ82は、前記自動トラック積み下し装置10の長さ方向に沿った移動性を提供する。各二段減速ギアボックス258, 260を備える前記ACモータ254, 256が前記前方駆動車輪250, 252を駆動する。具体的には、各前方駆動車輪250, 252は、独立して駆動されて、転回能力を提供するとともに、揺動駆動モードを提供する。前記ユニバーサル車輪アセンブリ82は、前記自動トラック積み下し装置10のより高い操舵能力を提供するべく後方ステアリング車輪284を提供する。前後進能力を提供することに加えて、一実施例において、前記駆動サブアセンブリ52は、トラック積み下し装置10全体を、前記積み込みドック32においてトレーラ又は固定された対象物に対して垂直に移動させる能力を提供する横駆動システムを提供するように構成できる。

次に図4A〜4Eを参照すると、ここには、グリッパ136A, 136Bを備える前記端部作動体130のグリッパアーム134が図示されている。より詳しくは、前記グリッパアーム134は、前記産業ロボット56への取り付け用の支持フレーム281を備えるメインフレーム280を有する。当該メインフレーム280には、ジョイント284によって移動フレーム半部分282が選択的に枢支されて、概略、当該メインフレーム280と前記移動フレーム282との間の平行部分と、概略、前記メインフレーム280と前記移動フレーム282との間の垂直部分、との移動範囲を提供する。前記ジョイント284は、ヒンジピン290, 292によって固定されたヒンジ対286, 288を有する。これらヒンジ対286, 288のそれぞれには自動アラインメントボールベアリング294, 296が設けられて、前記メインフレーム280と、移動フレーム半部分282と、ケースや箱等の製品の表面との間の係合の改善を提供している。同様に前記メインフレーム280を前記移動フレーム半部分282に接続しているショルダファスナ298とボールジョイント端部ロッド300によって、前記メインフレーム280に対する前記移動フレーム半部分282の選択的揺動移動を引き起こす。

複数の吸引カップ302が、前記メインフレーム280の面303と連動(associated)し、同様に、複数の吸引カップ304が、前記移動フレーム半部分282の面305と連動(associated)している。バルクヘッド取り付け具306によって前記複数の吸引カップ304を前記移動フレーム半部分282に固定している。前記メインフレーム280内において、パドルシリンダ308、直線状取り付け具(straight fitting)310およびエルボー取り付け具312が真空マニホルド314, 316を、前記吸引カップ302, 304と通気する前記メインフレーム280に固定している。前記メインフレーム280の前記吸引カップ302の近傍には真空センサ318, 320が取り付けられている。前記メインフレームには視覚検出サブシステム162が収納され、これはカメラアセンブリ322、照明アセンブリ324およびカメラマウント326を有している。

次に図4A〜5Cを参照すると、荷下し作業において、前記真空センサ318, 320は、箱46の存在を感知する。頂部Tを有する箱46等の対象物の検出に応答して、前記真空センサ318, 320は、前記真空マニホルド314, 316を作動して前記吸引カップ302, 304を介してその対象物をグリップするための真空力を作り出す。図5A〜5Cに図示されているように、前記産業ロボット56とグリッパアーム134は、荷下し/荷解き作業の要求に応じて、三つの位置のうちのいずれか一つの位置において箱46をグリップすることができる。ボトムフロントグリップ(図5A)、トップフロントグリップ(図5B)又はトップグリップ(図5C)を使用することができる。

図6A〜6Dは、トラックのトレーラにおいて箱46A-46Sを荷下し/荷解きする自動トラック荷下し装置10の一作動実施例を図示している。図6Aを参照すると、当該自動トラック荷下し装置10によつて、箱46A-46Gがトラックの空トレーラに位置決めされている。更に具体的には、前記距離測定サブアセンブリ170が、前記トレーラ内における自動トラック荷下し装置10の位置を連続的に測定し、箱46を含む対象物の存在が判る。取出し作業を開始するに当たって、前記自動トラック荷下し装置10は、製品空間、たとえば、製品スカイライン330を含む、箱46A〜46Sの空間、を同定し、荷下し作業を開始するためのアクティブ象限(active quadrant)332を選択する。当該アクティブ象限(active quadrant)332は、前記製品空間のサブスペース(副空間)である。更に、前記視覚検出サブシステム162を使用して、突出している対象物を同定しこれを除去する。図6Aにおいて、この除去は、箱46Bを除去することによって開始される。

図6Bを参照すると、箱46A、次に箱46C、の除去により、前記荷下し/荷解き作業は、新たに形成されたスカイライン332において前記アクティブ象限(active quadrant)332において続けられる。前記製品空間が減少するに従い、前記アクティブ象限(active quadrant)332が再調節され、それぞれの新たなスカイライン内において、一実施例においては高さとすることができる突出に基づいて、箱が取り除かれる。図6Cを参照すると、この方法はスカイライン330と、象限(active quadrant)332の変化とで続けられる。このアクティブ象限(active quadrant)332において、箱46J、次に46K、次に46Lが取り除かれる。これらの箱の一連の取り除きは、図6Dに図示されているように、箱46P〜46Sがまだ除去されずに残った状態で、トラックのトレーラがほとんど空になるまで、続けられる。

図7A〜7Dにおいて、本発明の前記自動トラック積み下し装置10のための自動トラック積み下しシステムと方法とが図示されている。先ず、図7Aに図示されているように、前記トレーラ16は、トラクタトレーラ12の動力によって、前記自動トラック荷下し装置10が作業中である前記デッキ38の近傍の積み込みドック32の積み込みベイ30に位置決めされている。前記トレーラ16は、通常の方法で、反転され、セットアップされ起動される。前記ドックプレート36が前記積み込みベイ30からトレーラ16内部に展開されてブリッジを提供する。その後、前記トレーラ16を、自動トラック積み下し装置10の自動積み込み作業の障害となりうる大きなダメージが無いかについて検査する。追加の検査によって、トレーラが前記積み込みベイ30内において適正に位置決めされていることを確認し、デッキ38の障害物が無いことを確認するようにしてもよい。この時点において、更なる安全対策として、前記自動トラック積み下し装置10が前記トレーラ16内において作業している時に、運転手が誤ってトレーラ16を積み込みベイ30から引き抜くことを防止するためにキングピンロックアウトを設けることも可能である。このキングピンロックアウト又はそれに類似の安全対策によって、作業者と装置との両方が保護され、トレーラ16の車輪がチェックされて、車輪が自動トラック積み下し装置10の使用中に転動することがないように確認される。

引き続き図7Aを参照すると、トレーラ16が積み込みベイ30に位置決めされると、前記自動トラック積み下し装置10は、トレーラ16の後方アクセス開口部26の前方へと移動される。当該自動トラック積み下し装置10は、手動又は自動後進モードを利用して、当該自動トラック積み下し装置10の、当該装置に対して直角の位置にあるテレスコピックコンベアユニット42までのバックアップにおいて作業者(自動トラック積み下し装置10上にいるか、もしくは、遠隔地にいる)を補助する。次に、自動トラック積み下し装置10の前記搬送サブアセンブリ54を、テレスコピックコンベアユニット42に接続する。この時点において、前記ドックプレート36が前記デッキ38からトレーラ16に位置決めされると、自動トラック積み下し装置10をトレーラ16の近傍の、複数の列の箱344a〜344jの一つの列を形成している後部の箱の列344jの近傍へトレーラ16内を進行させることができる。

図7Bを参照すると、前記自動トラック積み下し装置10がトレーラ16内に進行すると、一実施例において、前記位置決めサブアセンブリ58、特に、前記距離測定サブアセンブリ170が、トレーラ16内におけるこの自動トラック積み下し装置10の位置を連続的に測定する。より具体的には、複数の測定が行われる。前記自動トラック積み下し装置10の位置と角度とが、前記側壁20A, 20Bとそれらによって規定される内幅、に対して測定される。更に、前記トレーラ16内の近い壁と床22とに対しても測定が行われる。前記近壁は、前記トレーラ16の前壁18と、トレーラ16内に位置する、製品46、たとえば、ケースによって形成されるエッジ、との近い方である。前記自動トラック積み下し装置がドックプレート36を横切ってトレーラ16内へと移動する時に、前記自動トラック積み下し装置10の近傍の床22に対する角度が測定される。一実施例において、横断がうまくいった後に、前記床22に対する角度は一定であると推定することができる。

このようにして、自動トラック積み下し装置10が移動する時に、この自動トラック積み下し装置10の、箱を含むその環境における対象物に対する位置が判り、自動トラック積み下し装置10は作業を適切に調節することができる。作業の調節としては、産業ロボット56の作動、搬送サブアセンブリ54の作動、駆動サブアセンブリ52の起動、を含むことができるが、これらに限定されるものではない。前記側壁20A, 20Bと近壁の位置を利用して、自動トラック積み下し装置10のトレーラ16の長さに沿った位置、トレーラ16の幅を横切る位置、自動ケース積み込み装置の側壁20A, 20Bに対する角度、ヨー(yaw)を測定する。前記測定によって更に、自動トラック積み下し装置10のトレーラ16の床22に対する位置を測定する。トレーラ16内での位置測定において自動トラック積み下し装置10を補助するために、一実施例において、当該自動トラック積み下し装置10には、トレーラ16の寸法がプログラミングされている。

更に、一実施例において、前記自動トラック積み下し装置10は、産業ロボット56の前記到達可能空間132もプログラミングされる。図示されているように、トレーラ16内の箱46の除去を開始可能とし、箱46が産業ロボット56の到達可能空間132内に位置するように自動トラック積み下し装置が箱列344jの近傍に位置決めされると、自動トラック積み下し装置10は前進を止める。引き続き図7Bを参照すると、前記箱46は前記搬送サブアセンブリ54を形成するテレスコピックコンベアユニット42へと搬送され、この箱46の流れが、荷下し/荷解き中に、前記産業ロボット56によって提供される。前記到達可能空間132を通る選択的な操作移動によって、産業ロボット56は、箱46をトレーラから取り出し、アクティブ象限において特定の箱がどれだけ大きく突出しているかに応じて、取り出すべき箱を順次選択する。

図7Cに図示されているように、前記自動トラック積み下し装置10は、箱46の複数の水平列344B-344Jの積み下しを完了している。積み下し作業中、前記産業ロボット56による箱46の積み下しは、前記距離測定サブアセンブリ170が到達可能空間132内にける箱46の存在を検出することに応答して、一時的に中断される。更に、この情報を前記制御サブアセンブリ62に対して利用可能として、前記搬送サブアセンブリ54に対して、製品46の動力搬送を減速するか又は一時的に休止するように信号を送ることができる。

列344B-344J等の、一列の箱の取り除きの完了の結果、前記自動トラック積み下し装置10は周期的に前進し、前記到達可能空間132を更新するべく位置変更し、それにより自動トラック積み下し装置10は、置かれた箱46の壁に対する追加の箱46の取出しが産業ロボット56の到達可能空間132内となるように、置かれた箱46の壁、たとえば、前記製品空間、の近くに位置決めされる。自動トラック積み下し装置10の位置変更中、前記テレスコピックコンベアユニット42は、自動ケース積み込み/積み下し装置10の新たな位置に対応するべく、前記搬送サブアセンブリ54との接触を維持しながら、適切に前進する。

図7Dを参照すると、図7A〜7Cに図示されている自動トラック積み下し装置10の反復される積み下し作業と位置変更が続けられ、トレーラ16は空になっている。図8Dにおいて、前記トレーラ16は、列344A-344Jを含む箱46が取り出されて、完全に空であり、自動トラック積み下し装置10は完全にデッキ38上の位置へと戻されている。その後、箱が空になったトレーラ16は、積み込みドック32を離れることができ、その後、前述したように、新たな満載のトレーラを積み込みベイ30に位置決めして積み下しを行うことができる。

図8は、自動トラック積み下し装置10の一実施例を図示し、ここで、自動トラック積み下し装置10は、バス352に接続されたプロセッサ350を有し、送信/受信回路354と、出力部356と、入力部358と、メモリ360と、それらに接続されたストーレジ362とを有するコンピュータベースのアーキテクチュアを備えたものとして図示されている。一実施例において、前記制御アセンブリ192は、前記プロセッサ350に対してアクセス可能な前記メモリ360を有する。当該メモリ360は、その実行時において、プロセッサ350に対して、箱46又はその他の対象物の荷下し/荷解きのためのインストラクションを実行させるプロセッサ実行可能インストラクションを含む。例えば、但しそれに限定されるものではないが、前記インストラクションは、製品空間内において製品スカイラインを同定するための検索作業を指定するものとすることができる。その後、前記製品空間内のアクティブ象限を同定するための検索作業を指示することができる。突出する製品が同定されると、この突出する製品に対応する製品を積み下ろすための除去作業が指示され、この突出する製品に対応する製品を取り除くためのインストラクションが計算される。これらのインストラクションは反復的に継続することができる。

図9は、自動トラック積み下し装置10と、たとえば、図9に図示のコンピュータアーキテクチャを介して展開可能なそれに対応の制御信号の一実施例を図示している。図示されているコンポーネントは、前記自動トラック積み下し装置10の種々の機能と作動を調整する。前記ユーザインターフェース194、作業環境データベース370、プログラマブルロジックコントローラ372、ロボットコントローラ374、および距離測定サブアセンブリ170, 174, 176は相互接続されている。コンベア/エレベータのための制御376によって表されている、前記駆動サブアセンブリ52と、搬送サブアセンブリ54が前記プログラマブルロジックコントローラ372に接続されている。最後に、前記産業ロボット56がロボットコントローラ374に接続されている。一実施例において、前記ユーザインターフェース194、作業環境データベース370およびプログラマブルロジックコントローラ372は前記制御サブアセンブリ62の一部であり、前記ロボットコントローラ374は前記産業ロボット56の一部を形成する。前記安全コントローラ358は、前記安全サブシステム60に含まれ、このサブシステムの上述したコンポーネントに対して演算を提供する。

前記ユーザインターフェース194は、前記自動トラック積み下し装置10に対する、ユーザ制御と相互作用を提供する。前記ユーザインターフェース194は、ラベルおよび/又はテキストに関連するアイコンを利用してナビゲーションと、作業者に利用可能な情報とアクションの完全な表示を提供する。積み込み作業に加えて、ユーザ相互作用を、自動トラック積み下し装置10を作動状態に維持しトラブルの発生を防止する、メンテナンス、修理およびその他のルーチンアクションに関連付けることも可能である。

前記作業データ環境データベース370は、産業ロボット56の到達可能空間132に関するデータ、スタッキング方法データ、製品情報、更に、トレーラの標準サイズに関する情報、を含む。前記製品情報は、前記作業データ環境データベース350に記憶され、上述したように前記搬送サブアセンブリ54によって収集するか、又は、それらの組み合わせによって得ることができる。トレーラの標準サイズを予めロードしておくことにより、このデータを入力しなければならない作業者の時間が節約されるともに、この追加情報によって自動トラック積み下し装置10の性能が改善される。例えば、表IおよびIIは、自動トラック積み下し装置10が位置と製品プレースメントを決定するに当たって利用可能なトレーラデータの具体例を示している。

前記プログラマブルロジックコントローラ372は、全体の作業を調整し、手動と自動を含む様々な作業モード間で切り替わる。前記プログラマブルロジックコントローラ372は更に、品物の自動作業中に必要とれさる、現在の荷下し象限、自動ナビゲーション中の荷下しステアリング角度、等の高レベル計算と調節も提供する。

前記ロボットコントローラ374は、組み込まれた入力と、産業ロボット56と端部作動体130とを介する有線出力とによって産業ロボット56の動きを制御する。尚、前記自動ケース積み込み装置の制御のための特定のアーキテクチュアを提示したが、本発明の教示範囲内でその他のアーキテクチャも可能であると理解される。例えば、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア、を任意に組み合わせて使用することが可能である。別の例として、制御の配分をここに提示したものと異なるものとすることが可能である。

一実施例において、前記プログラマブルロジックコントローラ732は、前記作業環境データベース372からトレーラ16の寸法にアクセスする。作業者40は、前記ユーザインターフェース194を介して、どのタイプのトレーラがドッキングベイ30に到着したかを指示している。あるいは、前記距離測定サブアセンブリ170は、この情報を検出するべく作動可能である。前記距離測定サブアセンブリ170, 174, 176は、距離および位置データを前記プログラマブルロジックコントローラ352に中継し、当該コントローラ352はこの情報を使用して前記ロボットコントローラ374、駆動サブアセンブリ52、コントローラ372、および安全コントローラ378に制御信号を送る。更に、前記プログラマブルロジックコントローラ372は、これらのコンポーネントそれぞれから、挙動プロセスへの入力である制御信号を受け取る。前記ユーザインターフェース194を介してプログラマブルロジックコントローラ352によって作業者40に対してコンスタントな更新とステータス情報が提供される。

図10は、前記自動トラック積み下し装置10の一部を形成する前記ロボット制御372の一実施例を図示している。前記ロボット制御372の本質は、前記産業ロボット56を制御するロボットシステム又は制御プログラム380である。前記制御プログラム380は、前記ユーザインターフェース194と通信する作業サービス362を介して作業者40によって操作可能であり、ドライバ384によって、前記作業環境データベース370、プログラマブルロジックコントローラ372、および距離測定サブアセンブリ170から入力データを受け取る(又、必要な場合にはインストラクションを提供することもある)。尚、前記ロボットコントローラ372の独立性は様々なものとすることが可能である。一実施例において、前記ロボットコントローラ374は、前記プログラマブルロジックコントローラ374の制御下に置くことが可能である。別の実施例において、図示されているように、前記ロボットコントローラ374は、より自律的であり、前記ユーザインターフェース194に対する直接接続等の特徴構成を備えることも可能である。

一実施例によれば、前記ドライバ384と前記制御プログラム380との間に、ロボットの動きを制御する、フレームプログラム386としての独立したデータ処理レイヤと、発生する状態と信号とに基づく自動又はイベント制御戦略又は挙動選択のためのユニット388とが設けられる。前記フレームプログラム386としての、ユーザアプリケーションプログラム、イベント制御戦略選択およびセンサプログラムは、作業者40によってプログラミングでき、ロボットプログラム390によって指示することができ、これが産業ロボット56の手動および自動制御のバランスと実行をモニタする。

図11は、距離測定サブアセンブリの一実施例、即ち、レーザ測定センサ400、を図示している。ステージング回路402によって、コントローラ408を介して、回転手段とモータとを備えることが可能な、光偏向装置406を回転させつつ、パルスレーザ404に光パルスを送信させる。前記光偏向装置406の角位置は、前記コントローラ408によって前記ステージング回路402に連続的に通信される。光パルスは、送信レンズと、前記光偏向装置406と連動するミラーとを介して前記検出空間172内へ送信される。より詳しくは、前記光偏向装置406の回転ミラーが前記コントローラ408によって駆動されて連続回転運動を行うと、前記ステージング回路402は、パルスレーザ404に光パルスを送信させる。前記光パルスは、検出空間172に伝送され、対象物から反射され、それによって、最終的に(finely)受け取られたパルスは光受信構造410に入る。このようにして、光伝送時間2d/cのt後に、光が前記光受信構造410に到達する。ここで、dは装置からの対象物の空間、cは光速である。

光パルスの送信から受信までの前記時間tは、時間間隔計算機能を備えるコンパレータ412を使用して測定される。前記光パルスを送信すると、前記コンパレータ412内のカウンタ機能がトリガされ、当該コンパレータ412を介して前記光受信構造410によって前記検出空間172からの光パルスが受信されると再び停止される。

対応の電気信号が形成され、これが前記コンパレータ412を介してレーザスキャナコントローラ414と、S/N(シグナル・ノイズsignal to noise)プロセッサ416と対象物に関してこの信号を分析する、本実施例においては対象物が存在すると判断する、検出器418とに与えられる。前記S/Nプロセッサ416に対する前記信号の役割は、受信したノイズレベルに対する検出閾値独立性を制御することにある。この制御によって、照明状況と対象物反射要素の変化に対する、フォルスアラーム率を一定にすることが可能となる。前記S/Nプロセッサ416は、この情報を前記レーザスキャナコントローラ414に利用可能にする。当該レーザスキャナコントローラ414は、前記コンパレータ412、前記S/Nプロセッサ416および検出器418からのデータに基づきピーク値計算を行う。

前記レーザスキャナコントローラ414は前記ステージング回路402との通信によって前記光パルスの角位置を認識しているので、当該レーザスキャナコントローラ414は、対象物の位置とその他のナビゲーション特性とを判断する。前記レーザスキャナコントローラ414は、この情報を他のコンポーネントに転送するように構成されている。

図12は、照明アセンブリ452と、共に、adaptive depth principleを使用するレーザおよび/又は赤外線式カメラアプリケーションを利用する撮像サブアセンブリ454とを備える三次元(3-D)測定システム450として図示されている距離測定サブアセンブリ170の略図である。前記照明アセンブリ452は、光源456と、種々のスポットの固定、非相関パターン等、を備える透明支持体上のポジ像を有するものとして構成できるスライド(transparency)458を有する。

前記光源456は、光放射によって前記スライド458を光透過して、当該スライドの持つ前記スポットパターンの画像を対象物46Aに投影する。これは製品として示されているが、但し、前記収納コンテナに関する様々な環境情報を含むことも可能である。前記撮像アセンブリ454は、照明アセンブリ452によって製品46A上に投影されるパターンを撮像する。当該撮像アセンブリ454は、画像を画像センサ460上にフォーカスする対物光学系464を備えることができる。通常、前記画像センサ460は、CCD又はCMOSタイプの画像センサアレイ、等の、検出素子462の直線列を有する。

尚、前記照明アセンブリと撮像アセンブリとは固定的な空間関係に保持されているものとして図示されているが、これら両者間の動的な関係を作り出すべくその他さまざまなポジショニング技術を利用することが可能である、と理解される。更に、この点に関して、三次元x, y, z軸を使用することも可能である。対象物又は製品46Aの3Dマップを作り出すために、プロセッサ350に組み込むか、もしくは、関連させることが可能な、プロセッサが、参照画像中の最もマッチングするスポットグループを見つけ出すべく、撮像画像の各領域におけるスポットグループを参照画像と比較する。前記画像中のスポットのマッチンググループ間の相対シフトは、前記参照画像に対する撮像画像の領域の適切なx, y,又はz方向シフトを提供する。前記スポットパターンのこのシフトは、当該技術において公知の画像相関又はその他の画像マッチング計算法によって測定することができる。例えば、その演算原理は、レーザ又は赤外線カメラを利用した赤外線適合深さ原理(infrared adaptive depth principle)を含むものして構成できる。

以上、本発明を実施例を参照して説明したが、この記載は限定的に解釈されることを意図するものではない。本記載を参照することによって、当業者は、本発明の例示した実施例およびその他の実施例の様々な変更および組み合わせに想到するであろう。従って、添付の請求項は、そのようなすべての改変又は実施例を含むものとして意図される。

Claims

トレーラから製品を荷下し/荷解きするための自動トラック荷下し装置であって、当該自動トラック荷下し装置は以下を有する、
第1および第2端部を有する可動ベース構造体、
前記可動ベースに接続された駆動サブアセンブリ、当該駆動サブアセンブリは、前記可動ベースを操舵し駆動するための複数の車輪を有する、
前記可動ベース上に配設された搬送サブアセンブリ、当該搬送サブアセンブリは、前記第1および第2端部間で製品を搬送するように構成された動力付き搬送路を有する、
前記可動ベースの前記第2端部に配設された産業ロボット、当該産業ロボットは、前記動力付き搬送路と到達可能空間との間での端部作動体の選択的操作移動を提供して、これにより前記産業ロボットは前記製品を前記到達可能空間において取り扱い可能である、
前記第2端部に配設された距離測定サブアセンブリ、当該距離測定サブアセンブリは、検出空間内における製品の存在を検出するように構成され、ここで、前記検出空間と前記到達可能空間とは少なくとも部分的に重複する、
前記可動ベース構造体に取り付けられた制御サブアセンブリ、当該制御サブアセンブリは、前記駆動サブアセンブリ、前記産業ロボット、および前記距離測定サブアセンブリと通信し、前記距離測定サブアセンブリの前記検出空間内における製品の検出と、当該制御サブアセンブリに提供される前記トレーラの寸法、とに基づいて、前記産業ロボットの選択的操作移動と前記駆動サブアセンブリの作動とを調節する、そして
前記制御サブアセンブリは、プロセッサに対してアクセス可能なメモリを有し、当該メモリはその実行時において前記プロセッサに以下を行わせるプロセッサ実行可能インストラクションを含む、
製品の集合体が占める空間を製品区間とし、水平方向視での製品の集合体の上側の輪郭を製品スカイラインとして、前記製品空間内における前記製品スカイラインを同定するための検索作業を指定する、
前記製品空間内における前記製品スカイラインを含む領域をアクティブ象限として同定するための検索作業を指定する、
前記製品スカイラインでの前記アクティブ象限内における突出製品を同定するための検索作業を指定する、
前記突出製品に対応する前記製品を荷下ろすための除去作業を指定する、そして
前記突出製品に対応する前記製品を除去するためのインストラクションを演算する。
請求項1の自動トラック荷下し装置であって、前記端部作動体は、更に、吸引カップ式グリッパアームを有する。
請求項1の自動トラック荷下し装置であって、前記端部作動体は、更に、製品としての箱を、当該箱に対して平行な位置と箱に対して垂直な位置とから成るグループから選択されるグリップ位置においてグリップする協働のグリッパによって前記箱を操作するように構成された吸引カップ式グリッパアームを有する。
請求項1の自動トラック荷下し装置であって、前記端部作動体は更に以下を有する、
前記産業ロボットへの取り付け用の支持フレームを備えるメインフレーム、
概略、前記メインフレームと移動フレームとの間の平行部分と、概略、前記メインフレームと前記移動フレームとの間の垂直部分、との移動範囲を提供するべく、ジョイントによって前記メインフレームに選択的揺動可能に接続された移動フレーム半部分、
前記メインフレームの面と連動する第1の複数の吸引カップ、
前記メインフレームの面と連動する第2の複数の吸引カップ、
前記メインフレーム内に前記第1および第2の複数の吸引カップとの連通状態に収納された真空マニホルド、
前記第1の複数の吸引カップの近傍において前記メインフレームに取り付けられた真空センサ、当該真空センサは、製品の検出に応答して、前記真空マニホルドを作動させて当該製品をグリップするための真空力を発生するように構成されている、そして
前記メインフレームに収納された視覚的検出サブシステム、当該視覚的検出サブシステムは、前記制御サブアセンブリによる処理のための前記製品空間の画像を取り込むように構成されている。
請求項1の自動トラック荷下し装置であって、更に、前記端部作動体と連動する視覚的検出サブシステムを有し、当該視覚的検出サブシステムは、前記制御サブアセンブリによる処理のための前記製品空間の画像を取り込むように構成されている。
請求項5の自動トラック荷下し装置であって、前記視覚的検出サブシステムは、更に、前記製品空間をデジタル撮像するためのカメラ/照明アセンブリを有する。
請求項1の自動トラック荷下し装置であって、前記製品空間は、前記検出空間の副空間である。
請求項1の自動トラック荷下し装置であって、前記アクティブ象限は、前記製品空間の副空間である。
請求項1の自動トラック荷下し装置であって、前記複数の車輪は、更に、前記第2端部の近傍に配設された一対の前方駆動車輪を有し、当該前方駆動車輪対は二段減速ギアボックスを備える各ACモータによって動力供給される。
請求項1の自動トラック荷下し装置であって、前記複数の車輪は、更に、前記第1端部の近傍に配設されるとともに、垂直軸心に取り付けられて操舵能力を提供する後方駆動車輪を有する。