JP7003097B2 - 無人搬送車 - Google Patents
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Description
本願において、直交座標系のX方向、Y方向およびZ方向が以下のように定義される。Z方向は鉛直方向であって、+Z方向は上方向である。X方向は水平方向であって、無人搬送車の前後方向であり、+X方向は無人搬送車の前方向である。Y方向は水平方向であって、X方向に直交する方向であり、無人搬送車の左右方向(幅方向)である。本願において「水平面方向」の用語には、X方向およびY方向に加えて、Z軸周りの周方向が含まれる。
以下の実施形態では、荷物を積載する台車が搬送対象物である場合を例にして説明する。
図1は、台車および無人搬送車の斜視図である。台車1は、ロールボックスパレット(RBP)のようなかご台車である。台車1は、底板2と、枠体4と、車輪5と、を有する。
枠体4は、パイプ材を格子状に組み合わせて形成される。枠体4は、底板2の上面の縁辺から、+Z方向に立設される。枠体4の内側には、荷物(不図示)が積載可能である。
車輪5は、床面に水平な車軸の周りを回転可能である。複数の車輪5が、底板2の下面の四隅に装着される。車輪5は、Z軸の周りを回転自在な自在輪(キャスタ)と、Z軸の周りに回転しない固定輪と、を有する。
車体11は、直方体の箱状に形成される。車体11は、平面視において無人搬送車10の中央部に配置される。車輪12は、Y方向と平行な車軸を有する。車輪12は、平面視において車体11の四隅の外側に配置される。駆動モータ13は、車体11の四隅の内側に配置される。駆動モータ13は、複数の車輪12を相互に独立して回転駆動する。駆動モータ13には、回転量を検知するエンコーダが付属している。
結合部は、搬送対象物に対して着脱可能に結合する。本願でいう「結合」とは、「2つの対象を関係付ける」程度の広い概念を意味し、搬送対象物を支持する(例えば下方から持ち上げる)ことや、搬送対象物に係合する(例えば引っ掛かる)ことなども該当する。結合部であるリフトユニット15は、搬送対象物である台車1の重量の少なくとも一部を支持する。以下には、台車1の重量の一部を支持することを「台車1を半支持する」と言う場合がある。
天板16は、平面視において略矩形の平板状に形成される。天板16は、車体11の+Z方向に配置される。昇降機構17は、天板16の-Z方向に配置される。一対の昇降機構17が、X方向に離れて配置される。昇降機構17の個数は、2個に限られず、1個でもよく、3個以上でもよい。昇降機構17は、リンク機構と、モータやアクチュエータなどの動力源(不図示)と、を含む。リンク機構の上端部は天板16に接続され、下端部は車体11に接続される。動力源は、リンク機構をZ方向に伸縮させる。これにより、リンク機構に接続された天板16がZ方向に昇降する。昇降機構17は、直動アクチュエータにより直接的に天板16を昇降させてもよい。
バンパ20は、車体11の±X方向および±Y方向に配置される。±Y方向のバンパ20は、車輪12のY方向の外側に配置される。バンパ20と車体11との間には、感圧センサが配置される。感圧センサの出力信号により、無人搬送車10のバンパ20と物体との接触が検知可能である。接触センサ21は、無人搬送車10の四隅に配置される。接触センサ21は、車体11から放射状に延びるアームの先端に装着される。接触センサ21の出力信号により、無人搬送車10と物体との接触が検知可能である。
力覚センサ25は、力またはモーメントの作用により物理量が変化する検出素子(不図示)を有する。力覚センサ25は、検出素子のひずみなどの物理量に対応する電気信号を出力する。力覚センサ25の出力信号により、力覚センサ25に作用する各軸方向の力および各軸周りのモーメントが検知可能である。力覚センサ25は、リフトユニット15の天板16と昇降機構17との間に配置される。一対の昇降機構17に対応して、一対の力覚センサ25が配置される。天板16に作用する全ての力およびモーメントは、一対の力覚センサ25に伝達される。一対の力覚センサ25で計測された力およびモーメントを合成することで、天板16に作用する力を推定することができる。力覚センサ25の個数は、2個に限定されず、1個でもよく、3個以上でもよい。
無人搬送車10は、力検知部として、力覚センサ25に代えて、感圧センサ25cを有してもよい。感圧センサ25cは、作用する力に応じた信号を段階的に出力する。例えば、感圧センサ25cは、所定値以上の大きさの力が作用するときに信号を出力する。
図8は、第1の実施形態の無人搬送車のブロック図である。図9は、第1の実施形態の無人搬送車のシステム説明図である。以下には、文章中に括弧を付けて図9中の符号を引用することにより、無人搬送車のシステムを説明する。
制御部30の各機能部は、例えば、少なくとも一部が、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などのハードウェアプロセッサが記憶部に格納されたプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。また、制御部30の各機能部の一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)などのハードウェア(回路部;circuitry)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
物理モデル獲得部31は、無人搬送車10および台車1の物理モデルを獲得する。物理モデル獲得部31は、無人搬送車10のサイズや重量、車輪12の配置、車輪12の直径など、移動動作に関連するパラメータを既知情報として保有している。無人搬送車10が決められた台車1を扱う場合には、台車1のサイズや重量、車輪5の配置などの物理モデルが、既知情報として予め物理モデル獲得部31に入力されている。未知の台車1の場合には、荷積み作業など別の作業時や荷積み作業終了後に、台車1の重量を計測しておく。計測した台車1の重量は、個々の台車1と紐付けて記憶させておき、ネットワーク等を用いて物理モデル獲得部31に通知されてもよい。物理モデル獲得部31の重心位置推定部32については後述される。
物理モデル獲得部31は、台車1の持ち上げ前に力覚センサ25に作用する垂直荷重の合計値を計測する。物理モデル獲得部31は、台車1を完全に持ち上げた状態で、力覚センサ25に作用する垂直荷重の合計値を計測する。物理モデル獲得部31は、台車1の持上げ前後の垂直荷重の差分ΔFを計算する。物理モデル獲得部31は、台車1の質量MをM=ΔF/Gにより計算する。Gは重力加速度である。物理モデル獲得部31は、台車1が完全に持ち上がると垂直荷重の合計値が変化しなくなることを利用して、台車1の持ち上げ完了を判定する。
物理モデル獲得部31は、台車1を完全に持ち上げずに半接地状態とする。物理モデル獲得部31は、無人搬送車10に任意の加速度aで直進動作を行わせる。このとき、無人搬送車10の動作生成を、物理モデル推定用動作生成(S52)に切り替える(S76)。物理モデル獲得部31は、力覚センサ25が計測する合力のうち、動作と逆方向に発生した力成分F´を求める。物理モデル獲得部31は、台車1の質量の一部Mを、M=F´/aとして求める。無人搬送車10の直進動作時には、外部からの衝突等の影響がないことが保証されるようにする。すなわち、無人搬送車10の動作により生じる慣性力のみが、力覚センサ25の計測値に上乗せされるような意図的な環境下でテスト動作を行わせるようにする。
無人搬送車10の車輪12の駆動モータ13には、それぞれエンコーダが備わっている(S61)。物理現象推定部33は、エンコーダが出力する単位時間あたりの車軸の回転量から、順運動学(Direct Kinematics、デッドレコニング、S62)により、無人搬送車10の移動量を算出する。これにより、物理現象推定部33は、無人搬送車10の自己位置(現在位置)を推定する(S63)。
慣性力推定部34は、無人搬送車10の加速度aと力覚センサ25(S66)の出力値とを常に監視している。慣性力推定部34は、無人搬送車10の並進加速度aと無人搬送車10の質量Mとを用いて、慣性力FI=-Maを推定する(S68)。慣性力推定部34は、複数の力覚センサ25の合力FにFIを合成する。これにより、慣性力推定部34は、力覚センサ25が計測した合力から慣性力成分を除外した外部入力(外力)F´=F+FIを推定する(S69)。
制御部30は、制御モード選択部48を有する。制御モード選択部48は、動作制御部40における無人搬送車10の動作の制御モードを選択する。制御モード選択部48は、どのモードで動作出力するかをフラグにより切り替えて、モード管理(S75)を行う。フラグは、システム上のシーケンス管理により自動的に切り替えられる場合のほか、タッチパネルやスイッチなど外部入力インタフェースからの入力により手動で切り替えられる場合がある。
無人搬送車10に備えられたアシストモード有効化スイッチ(S77)をONにすると、それまで有効であった動作遮断モードが無効になり、代わりに移動補助モードが有効になる。また、動作遮断モードに使用する第1閾値の大きさF1と、移動補助モードにおける作業者の操作入力の大きさF2が、F1>F2の大小関係でさらに十分差がある場合には、動作遮断モードを無効にせず同時に有効にしたままでもよい。
力覚センサ25の計測値から各車輪12の速度出力を生成するためのアルゴリズムは上記に限定されない。例えば、加速度の算出の際に、現在の速度に比例した逆方向の力(減衰力)を生じさせるダンピング項を追加して、外力が働かない場合でもカゴ台車が一定加速度で停止するような制御則にしても良い。
動作制御部40は、動作確認部44を有する。動作確認部44は、動作確認モードを実行する。動作確認部44は、無人搬送車10の移動を試行したとき、外力推定部35により推定された外力が第2閾値を超える場合に、車体11の動作を遮断するとともに警報を出力する。例えば、動作確認部44は、台車1の搬送開始時に、台車1が車輪ロック等により移動不能になっていないか確認する。
動作制御部40は、回転中心補正部45を有する。回転中心補正部45は、予め設定された回転中心に基づいて無人搬送車10の移動を試行したとき、外力推定部35によって推定された外力が第3閾値を超える場合に、回転中心を補正する。
前述されたように、台車1は、Z軸の周りを回転自在な自在輪(キャスタ)5rと、Z軸の周りに回転しない固定輪5sと、を有する。例えば、台車1の+X方向の2輪が自在輪5rであり、-X方向の2輪が固定輪5sである。固定輪5sの車軸はY方向に平行である。台車1をZ軸の周りに回動させるとき、一対の固定輪5sの中間点O´を回動中心とすれば、回動抵抗が最も小さくなる。台車1を水平移動させるとき、一対の固定輪5sの車軸と直交する方向に移動させれば、移動抵抗が最も小さくなる。回転中心補正部45は、台車1の回動の回転中心を、無人搬送車10の中心点Oから、一対の固定輪5sの中間点O´にシフトする。回転中心シフト量Sを(Sx,Sy,Sz)とする。SxはX方向の移動量、SyはY方向の移動量、SzはZ軸の周りの回転量である。
無人搬送車10は、各種データを記憶する記憶部50を有する。記憶部50は、台車1の重量を記憶する重量記憶部57を有する。力覚センサ25は、無人搬送車10に結合された台車1の重量を検知可能である。重量監視制御部37は、力覚センサ25により台車1の重量を計測する。重量監視制御部37は、計測した台車1の重量を重量記憶部57に保存する。
重心位置推定部32は、力覚センサ25により台車1の重量を検知する。重心位置推定部32は、複数の力覚センサ25により検知した力のバランスから、X方向およびY方向の重心位置を検知する。重心位置推定部32は、無人搬送車10を所定加速度で微小移動させる。重心位置推定部32は、物理現象推定部33の慣性力推定部34により、物理現象として台車1に作用する慣性力を推定する。重心位置推定部32は、複数の力覚センサ25により検知した力、並びに台車1の重心位置に作用する台車1の重量および慣性力の、モーメントのつり合いから、Z方向の重心位置を検知する。
重心位置監視制御部38は、台車1の搬送ジョブの開始前に、台車1の重心位置P0を計測して、重心位置記憶部58に保存する。重量監視制御部37は、所定時間ごとに、台車1の重心位置Ptを計測する。重量監視制御部37は、重心位置記憶部58に記憶された台車1の重心位置P0と、新たに計測された台車1の重心位置Ptとを比較する。台車1の内部で荷崩れが発生していれば、重心位置Ptは重心位置P0からずれている。重量監視制御部37は、重心位置P0と重心位置Ptとの距離が第5閾値を超える場合に、荷崩れが発生したと判断する。この場合に、重量監視制御部37は、無人搬送車10の動作を変更する。例えば、重量監視制御部37は、無人搬送車10の動作を遮断し、無人搬送車10を停止させる。重量監視制御部37は、荷崩れに関する警報を出力する。
台車1に作用する力は、リフトユニット15に伝達され、力覚センサ25により検知される。これにより、台車1を外部障害物との接触検知機構の一部に組み込むことができる。力覚センサ25は、各方向の力およびモーメントを検知可能である。したがって、台車1に作用する外力の検知能力の向上を図ることができる。
物理現象推定部33は、無人搬送車10の加減速により生じる慣性力を推定する慣性力推定部34を有する。外力推定部35は、力覚センサ25により検知された力から、慣性力推定部34により推定された慣性力を除外することで、外部から台車1に作用する外力を推定する。
これにより、台車1に作用する外力が精度よく検知される。したがって、台車1に作用する外力の検知能力の向上を図ることができる。
動作制御部40は、外力推定部35により推定された外力の大きさが第1閾値を超える場合に、無人搬送車10の動作を遮断する動作遮断部42を有する。
これにより、台車1および周囲の物体を保護することができる。
これにより、無人搬送車10と結合した台車1に対して作業員が手で力を加えると、その力に応じて無人搬送車10は台車1を床面内で自在に移動させる。搬送対象物である台車1を入力装置として利用するので、入力装置分の無駄なスペースを占有する必要がなく、またコストを抑制することができる。
これにより、台車1の移動不能を判断して報知することができる。
これにより、台車1の固定輪5sが床面から抵抗力を受けにくい方向に台車1を搬送することが可能になる。したがって、台車1の搬送が安定する。
これにより、複数の制御モードを適時に選択して実行することができる。
無人搬送車10は、台車1の下方に潜り込み、台車1を支持または半支持して搬送する。これにより、台車1を改造することなく、多くの台車1を搬送することができる。
力覚センサ25の上下方向の相対位置が固定されない。これにより、昇降機構17により天板16を下降させたとき、天板16の下面が異物に接触すると、天板16が昇降機構17から離れる。したがって、力覚センサ25の破損が防止される。一方、力覚センサ25の水平面方向の相対位置が固定される。これにより、力覚センサ25は水平面方向の力およびモーメントを検知可能である。
これにより、台車1からの荷物の落下を検知することができる。
これにより、台車1の内部における荷崩れを検知することができる。
図6に示されるように、第1変形例の無人搬送車10は、天板16の上面に摩擦部材16fを有する点で、第1の実施形態とは異なる。第1の実施形態と同様である点についての第1変形例の説明は省略される。
図16は第1の実施形態の第1変形例の無人搬送車の側面図であり、図17は平面図である。天板16あるいは摩擦部材16fの上面に対して、(タイヤのような波目状の)溝状の加工を施すことで、台車1の底板2との接触時における摩擦力のさらなる向上を図ってもよい。複数の溝部16gを形成することにより、天板16または摩擦部材16fの上面には複数の突状部(突条部)16rが形成される。
摩擦部材16fにより、台車1の底板2との摩擦力が大きくなる。これにより、無人搬送車10と台車1との水平面方向の相対移動が抑制される。したがって、台車1に作用する外力の検知能力の向上を図ることができる。
図11は第1の実施形態の第2変形例の無人搬送車の側面図であり、図12は背面図である。第2変形例の無人搬送車10は、天板16の上面に固定機構を有する点で、第1の実施形態とは異なる。第1の実施形態と同様である点についての第2変形例の説明は省略される。
固定機構である一対のグリッパ82が台車1の被把持部2Bを挟み込むことにより、無人搬送車10と台車1との水平面方向の相対位置が固定される。これにより、台車1に作用する力が、天板16に伝達され、力覚センサ25により検知される。したがって、台車1に作用する外力の検知能力の向上を図ることができる。
図13は、第1の実施形態の第3変形例の無人搬送車の側面図である。第3変形例の無人搬送車10は、天板16の上面に係合部材84を有する点で、第1の実施形態とは異なる。第1の実施形態と同様である点についての第3変形例の説明は省略される。
台車1の底板2は、Z方向に厚く形成される。底板2の底面には、+Z方向に窪む凹部2Cが形成される。凹部2Cの内周面の形状は、係合部材84の外周面の形状に合わせて、円錐面状に形成される。一対の係合部材84に対応して、一対の凹部2Cが、X方向に離れて配置される。
図14は第2の実施形態の無人搬送車の側面図であり、図15は平面図である。第2の実施形態の無人搬送車210は、台車1の牽引ユニット215を有する点で、第1の実施形態とは異なる。第1の実施形態と同様である点についての第2の実施形態の説明は省略される。
牽引部材216は、円柱状に形成され、中心軸をZ方向と平行にして配置される。牽引部材216は、車体11のY方向の中央部であって、車体11の-X方向に配置される。
結合機構217は、車体11に固定され、牽引部材216をZ方向に昇降させる。牽引部材216と結合機構217との間には、力覚センサ25が配置される。
無人搬送車210は、牽引部材216を下降させた状態で、台車1に接近する。無人搬送車210は、結合機構217により牽引部材216を上昇させて、孔部206に挿入する。これにより、牽引部材216が台車1に結合し、無人搬送車10と台車1との水平面方向の相対位置が固定される。
牽引部材216が台車1に結合すると、無人搬送車10と台車1との水平面方向の相対位置が固定される。したがって、台車1に作用する外力の検知能力の向上を図ることができる。
Claims (17)
- 移動機構と、
前記移動機構を駆動する移動機構駆動部と、
搬送対象物に結合可能な結合部と、
前記搬送対象物から前記結合部に作用する力を検知可能な力検知部と、を有し、
前記結合部は、前記搬送対象物との相対位置が水平面方向において変化しないように、前記搬送対象物に結合可能であり、
前記結合部は、前記搬送対象物を載置する天板と、前記天板を昇降させる昇降機構と、を有し、
前記力検知部は、前記天板と前記昇降機構との間に配置され、前記天板および前記昇降機構のうち少なくとも一方に対して上下方向の相対位置が固定されず、前記天板および前記昇降機構の両方に対して水平面方向の相対位置が固定される、
無人搬送車。 - 前記無人搬送車および前記搬送対象物の物理モデルを用いて、前記無人搬送車の動作により生じる物理現象を推定する物理現象推定部と、
前記物理現象推定部により推定された物理現象と、前記力検知部により検知された力の情報から、外部から前記搬送対象物に作用する外力を推定する外力推定部と、を有する、
請求項1に記載の無人搬送車。 - 前記外力推定部により推定された外力に応じて前記無人搬送車の動作を制御する動作制御部を有する、
請求項2に記載の無人搬送車。 - 前記物理現象推定部は、前記無人搬送車の加減速により生じる慣性力を推定する慣性力推定部を有し、
前記外力推定部は、前記力検知部により検知された力から、前記慣性力推定部により推定された慣性力を除外することで、外部から前記搬送対象物に作用する外力を推定する、
請求項3に記載の無人搬送車。 - 前記動作制御部は、前記外力推定部により推定された外力の大きさが第1閾値を超える場合に、前記無人搬送車の動作を遮断する動作遮断部を有する、
請求項3または4に記載の無人搬送車。 - 前記動作制御部は、前記外力推定部により推定された外力に応じた前記無人搬送車の移動を補助するように前記無人搬送車を移動させる移動補助部を有する、
請求項3または4に記載の無人搬送車。 - 前記動作制御部は、前記無人搬送車の移動を試行したとき、前記外力推定部により推定された外力が第2閾値を超える場合に、前記無人搬送車の動作を遮断するとともに警報を出力する動作確認部を有する、
請求項3または4に記載の無人搬送車。 - 移動機構と、
前記移動機構を駆動する移動機構駆動部と、
搬送対象物に結合可能な結合部と、
前記搬送対象物から前記結合部に作用する力を検知可能な力検知部と、を有し、
前記結合部は、前記搬送対象物との相対位置が水平面方向において変化しないように、前記搬送対象物に結合可能であり、
前記結合部は、前記搬送対象物を載置する天板と、前記天板を昇降させる昇降機構と、を有し、
前記力検知部は、前記天板と前記昇降機構との間に配置され、
無人搬送車および前記搬送対象物の物理モデルを用いて、前記無人搬送車の動作により生じる物理現象を推定する物理現象推定部と、
前記物理現象推定部により推定された物理現象と、前記力検知部により検知された力の情報から、外部から前記搬送対象物に作用する外力を推定する外力推定部と、
前記外力推定部により推定された外力に応じて前記無人搬送車の動作を制御する動作制御部と、をさらに有し、
前記動作制御部は、予め設定された回転中心に基づいて前記無人搬送車の移動を試行したとき、前記外力推定部によって推定された外力が第3閾値を超える場合に、前記回転中心を補正する回転中心補正部を有する、
無人搬送車。 - 前記動作制御部による前記無人搬送車の動作の制御モードを選択する制御モード選択部を有する、
請求項3から8のいずれか1項に記載の無人搬送車。 - 前記力検知部は、力覚センサを有する、
請求項1から9のいずれか1項に記載の無人搬送車。 - 前記力検知部は、変位センサの出力に基づいて前記結合部に作用する力を検知する、
請求項1から9のいずれか1項に記載の無人搬送車。 - 前記力検知部は、感圧センサの出力に基づいて前記結合部に作用する力を検知する、
請求項1から9のいずれか1項に記載の無人搬送車。 - 前記天板の上面に配置され、前記天板の上面より摩擦係数が大きい摩擦部材を有する、
請求項1から9のいずれか1項に記載の無人搬送車。 - 前記天板または前記摩擦部材の上面に複数の突状部を有する、
請求項13に記載の無人搬送車。 - 前記天板の上面に配置され、前記天板と前記搬送対象物との水平面方向の相対位置を固定する固定機構を有する、
請求項1から9のいずれか1項に記載の無人搬送車。 - 前記搬送対象物の重量を記憶する重量記憶部を有し、
前記力検知部は、結合された前記搬送対象物の重量を検知可能であり、
前記重量記憶部に記憶された前記搬送対象物の重量と、前記力検知部により新たに検知された前記搬送対象物の重量との差が第4閾値を超える場合に、前記無人搬送車の動作を変更する重量監視制御部を有する、
請求項1に記載の無人搬送車。 - 前記搬送対象物の重心位置を記憶する重心位置記憶部を有し、
前記力検知部により検知された力および前記物理現象推定部により推定された物理現象により前記搬送対象物の重心位置を推定する重心位置推定部を有し、
前記重心位置記憶部に記憶された前記搬送対象物の重心位置と、前記重心位置推定部により新たに推定された前記搬送対象物の重心位置との距離が第5閾値を超える場合に、前記無人搬送車の動作を変更する重心位置監視制御部を有する、
請求項2に記載の無人搬送車。
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