特許 7395444 運搬装置、制御方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-01

(45)【発行日】2023-12-11

(54)【発明の名称】運搬装置、制御方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   B66F 9/24 20060101AFI20231204BHJP

   B66F 9/075 20060101ALI20231204BHJP

【ＦＩ】

B66F9/24 J

B66F9/075 L

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2020149819

(22)【出願日】2020-09-07

(65)【公開番号】P2022044271

(43)【公開日】2022-03-17

【審査請求日】2022-08-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(74)【代理人】

【識別番号】100111121

【弁理士】

【氏名又は名称】原 拓実

(74)【代理人】

【識別番号】100149629

【弁理士】

【氏名又は名称】柘 周作

(74)【代理人】

【識別番号】100200148

【弁理士】

【氏名又は名称】今野 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100139538

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 航介

(74)【代理人】

【識別番号】100200115

【弁理士】

【氏名又は名称】杉山 元勇

(74)【代理人】

【識別番号】100200137

【弁理士】

【氏名又は名称】浅野 良介

(72)【発明者】

【氏名】肥後 亮佑

(72)【発明者】

【氏名】中本 秀一

(72)【発明者】

【氏名】高橋 博

【審査官】八板 直人

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－０６０１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭５０－０２６８２３（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】実開昭６４－０５５１６８（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開平０６－００８３９０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平１０－０２５０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２７２７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０９０３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６０２７３０３（ＵＳ，Ａ）

【文献】独国実用新案第２０２００６０１４４１４（ＤＥ，Ｕ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６６Ｆ ９／００－１１／０４

Ｂ６２Ｄ ５７／０２４；５７／０２８

Ｂ６２Ｂ １／００－５／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

荷物を支えるフォーク部と、
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、を含む車体と、
前記荷物を搬送する前記車体の重心位置を算出する算出部と、
前記走行面に段差がある場合、前記算出部で算出された重心位置に基づいて、前記移動台車部が前記段差に乗り上げるように、前記フォーク部、前記移動台車部、および前記補助脚部の動作を制御する制御部と、
を備える運搬装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記フォーク部を前記走行面に接触させ、前記補助脚部の前記補助輪を前記段差に乗り上げさせる、請求項１に記載の運搬装置。

【請求項3】

前記フォーク部は車輪をさらに備え、
前記制御部は、前記リフト部が前記フォーク部を下方に駆動させ、前記車輪を前記段差に接触させることにより、前記移動台車部の前記駆動輪を前記段差に乗り上げさせる、請求項１または請求項２に記載の運搬装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記補助脚部の前記補助輪にブレーキをかけ、前記補助脚部に沿って前記移動台車部を移動させ、前記移動台車部の前記駆動輪を前記段差に乗り上げさせる、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の運搬装置。

【請求項5】

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をさらに備える請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の運搬装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記リフト部が前記フォーク部を下方に駆動させ、前記先端支持機構部を前記段差に接触させることにより、前記移動台車部の前記駆動輪を前記段差に乗り上げさせる、請求項５に記載の運搬装置。

【請求項7】

荷物を支えるフォーク部と、
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、を含む車体と、
前記荷物を搬送する前記車体の重心位置を算出する算出部と、
前記走行面に段差がある場合、前記算出部で算出された重心位置に基づいて、前記移動台車部が前記段差を乗り上げるように、前記リフト部、前記移動台車部、および前記先端支持機構部の動作を制御する制御部と、
を備える運搬装置。

【請求項8】

前記フォーク部は車輪をさらに備え、
前記制御部は、前記リフト部が前記フォーク部を下方に駆動させ、前記車輪を前記段差に接触させることにより、前記移動台車部の前記駆動輪を前記段差に乗り上げさせる、請求項７に記載の運搬装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記リフト部が前記フォーク部を下方に駆動させ、前記先端支持機構部を前記段差に接触させることにより、前記移動台車部の前記駆動輪を前記段差に乗り上げさせる、請求項７または請求項８に記載の運搬装置。

【請求項10】

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をさらに備える請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載の運搬装置。

【請求項11】

前記制御部は、前記フォーク部を前記走行面に接触させ、前記補助脚部の前記補助輪を前記段差に乗り上げさせる、請求項１０に記載の運搬装置。

【請求項12】

前記制御部は、前記補助脚部の前記補助輪にブレーキをかけ、前記補助脚部に沿って前記移動台車部を移動させ、前記移動台車部の前記駆動輪を前記段差に乗り上げさせる、請求 項１０または請求項１１に記載の運搬装置。

【請求項13】

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をさらに備える請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の運搬装置。

【請求項14】

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をさらに備える請求項１３に記載の運搬装置。

【請求項15】

請求項３または請求項８に記載の運搬装置が、段差に乗り上げるための制御方法であって、
前記フォーク部を下方に駆動させるステップと、
前記フォーク部の前記車輪を前記段差に接触させるステップと、
前記移動台車部の前記駆動輪が前記段差に乗り上げさせるステップと、
を含む制御方法。

【請求項16】

前記補助脚部の前記補助輪にブレーキをかけさせるステップと、
前記補助脚部に沿って前記移動台車部を移動させるステップと、
前記移動台車部の前記駆動輪を前記段差に乗り上げさせるステップと、
を含む請求項１、２、４、及び請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の制御方法。

【請求項17】

前記フォーク部を下方に駆動させるステップと、
前記先端支持機構部を前記段差に接触させるステップと、
前記移動台車部の前記駆動輪を前記段差に乗り上げさせるステップと、
を含む請求項５乃至７、及び請求項９のいずれか一項に記載の制御方法。

【請求項18】

請求項３または請求項８に記載の運搬装置が、段差に乗り上げる制御をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記フォーク部を下方に駆動させ、
前記フォーク部の前記車輪を前記段差に接触させ、
前記移動台車部の前記駆動輪が前記段差に乗り上げさせる、
プログラム。

【請求項19】

前記補助脚部の前記補助輪にブレーキをかけさせ、
前記補助脚部に沿って前記移動台車部を移動させ、
前記移動台車部の前記駆動輪を前記段差に乗り上げさせる、
請求項１、２、４、及び請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載のプログラム。

【請求項20】

前記フォーク部を下方に駆動させ、
前記先端支持機構部を前記段差に接触させ、
前記移動台車部の前記駆動輪を前記段差に乗り上げさせる、
請求項５乃至７、及び請求項９のいずれか一項に記載のプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、運搬装置、制御方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

パレットを運搬する運搬装置において、車輪径が小さく、さらに駆動輪に必要なトルクが不足しているため、段差に乗り上げるのが困難であるという問題がある。これに対して、ハンドパレットトラックの車輪径を大きくする補助具が提案されている。しかし、補助具を装着した状態ではパレットにフォーク部を挿入することができないため、パレットを置く際に、この補助具を取り外す必要があり手間がかかってしまう。また、段差に応じた乗り換え方法を選択する移動ロボットが提案されているが、この機構はパレットトラックにそのまま適用できるものではない。
そのため、スムーズに段差に乗り上げることができる運搬装置が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－１９０１０５号公報

【文献】登録実用新案第３２０７５４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、積載重量の変動の影響を低減してスムーズな段差乗り上げ動作が可能な運搬装置、制御方法、およびプログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態の運搬装置は、荷物を支えるフォーク部と、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、を含む車体と、前記荷物を搬送する前記車体の重心位置を算出する算出部と、前記走行面に段差がある場合、前記算出部で算出された重心位置に基づいて、前記移動台車部が前記段差に乗り上げるように、前記フォーク部、前記移動台車部、および前記補助脚部の動作を制御する制御部と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態の運搬装置の全体構成を示す斜視図。

【図2】実施形態の運搬装置の全体構成を示す斜視図。

【図3】移動台車部の詳細を示す斜視図。

【図4A】補助脚部の詳細を示す斜視図。

【図4B】補助脚部の詳細を示す斜視図。

【図4C】補助脚部の詳細を示す斜視図。

【図5A】先端支持機構部の詳細を示す斜視図。

【図5B】先端支持機構部の詳細を示す斜視図。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】段差乗り上げ動作を示す模式図。

【図9】段差乗り上げ動作を示す模式図。

【図10】段差乗り上げ制御部による処理の流れを示すフローチャート。

【図11】段差乗り上げ動作の判断を示す模式図。

【図12】先端指示機構部を利用した段差乗り上げ動作を示す模式図。

【図13】先端指示機構部を利用した段差乗り上げ動作の流れを示すフローチャート。

【図14】フォーク部を利用した段差乗り上げ動作を示す模式図。

【図15】フォーク部を利用した段差乗り上げ動作の流れを示すフローチャート。

【図16】補助脚部を利用した段差乗り上げ動作を示す模式図。

【図17】補助脚部を利用した段差乗り上げ動作の流れを示すフローチャート。

【図18】段差平面の長さが短い場合の段差乗り上げ動作を示す模式図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

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。

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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）。

【0012】

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）。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

移動台車部１４０の台座１４１の裏面側には、両端部にピニオン（歯車）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、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（歯車）に係合するラック１６７とが設けられている。

【0020】

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、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。

【0021】

なお、補助脚移動用モータ１６８の動力がウォームホイール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。

【0022】

なお、補助脚部１６０は、運搬装置に必ずしも備わっている必要はない。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

なお、先端支持機構部１８０は、運搬装置に必ずしも備わっている必要はない。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

なお、図６に示す各種センサの位置は一例であり、運搬装置で各種センサを取り付ける位置は変えることができる。

【0033】

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。

【0034】

制御用プロセッサ３１０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。

【0035】

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、段差乗り上げ制御部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。

【0036】

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。

【0037】

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。段差乗り上げ制御部３１４は、段差検知部３１３により検知された段差を乗り上げるように、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、先端支持機構部１８０および補助脚部１６０の動作を制御する。

【0038】

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。

【0039】

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で、運搬装置が段差を乗り上げる動作について説明する。

【0040】

図８で、運搬装置の段差の検出方法と、運搬装置が段差に乗り上げできるかどうかの判断方法について述べる。運搬装置の上部に距離センサ２０６を取り付けた場合を考える。距離センサ２０６は、例えば、レーザー距離計などである。

【0041】

図８（ａ）に示すように、距離センサ２０６は、走行面に垂直な方向に対して、角度θの方向で、走行面と距離センサ２０６の間の距離を検出する。ここで、距離センサ２０６と垂直な方向において、走行面と距離センサ２０６の間の距離D₁は、D₁=d₁cosθと求められる。その後、図８（ｂ）に示すように、運搬装置が前進して、距離センサ２０６が段差を検出すると、距離センサ２０６は、走行面に垂直な方向に対して、角度θの方向で、段差と距離センサ２０６の間の距離d₂を検出する。ここで、距離センサ２０６と垂直な方向において、段差と距離センサ２０６の間の距離D₂は、D₂=d₂cosθと求められる。段差の高さhはh=D₁-D₂と求められる。

【0042】

段差乗り上げ制御部３１４は、運搬装置が段差を乗り上げることができるかどうかを判断する。段差乗り上げ制御部３１４は、距離センサ２０６で検出した段差の高さh、運搬装置の重量、駆動輪１４３の出せる最大トルク、および駆動輪１４３の半径に基づいて判断する。段差乗り上げ制御部３１４は、予めCADデータなどから推定された運搬装置の重心位置と重量の推定値と、距離センサ２０６で検出した段差の高さhを使用して、段差に乗り上げるために必要な駆動輪１４３のトルクを算出する。

【0043】

段差と駆動輪１４３の接触点において、走行面の垂直方向に力Fがかかっていたとする。駆動輪１４３の半径をrとして、運搬装置が段差に乗り上げるのに必要なトルクτは、τ=F√{r^2-(r-h)²}と推定できる。段差乗り上げ制御部３１４は、駆動モータ１４２の最大トルクがこの推定値を超えているならば、運搬装置が段差に乗り上げることが可能だと判断する。

【0044】

次に、段差乗り上げ制御部３１４は、駆動輪１４３が段差に接触したかどうかを判定する。段差乗り上げ制御部３１４は、距離センサ２０６で検出した段差情報と、駆動輪１４３の速度、駆動輪１４３の直径に基づいて、駆動輪１４３と段差の間の距離を算出する。

【0045】

走行面で平面を検出していた距離センサ２０６が、走行面の段差を検出すると、距離センサ２０６で検出する距離が変化する。段差乗り上げ制御部３１４は、距離センサ２０６の出力と、距離センサ２０６と駆動輪１４３の間の距離に基づいて、駆動輪１４３と段差までの距離を算出する。

【0046】

次に、段差乗り上げ制御部３１４は、駆動モータ１４２のエンコーダーを使用して、駆動輪１４３の回転速度(rad/s)を計測する。駆動輪１４３の回転速度から、段差を検出した際の駆動輪１４３の回転距離R_d (rad)が求められる。駆動輪１４３の回転距離に、駆動輪１４３の半径rをかけることで、進行方向への進んだ距離がR_drと求められる。段差乗り上げ制御部３１４は、距離R_drが、算出した駆動輪１４３と段差までの距離よりも大きくなったら、段差に駆動輪１４３が接触していると判断する。

【0047】

図９で、運搬装置の補助脚部１６０が段差に乗り上げる動作について述べる。

【0048】

図９（ａ）に示すように、運搬装置が段差に近づくと、段差乗り上げ制御部３１４は、先端支持機構部１８０が段差の上に位置している状態でフォーク部１００を下げる。フォーク部１００を下げると、先端支持機構部１８０が段差の上面に接触する。先端支持機構部１８０が段差の上面に接触した状態で、さらにフォーク部１００を下げると、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３が走行面から浮く。次に、図９（ｂ）に示すように、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３が段差より高い位置まで浮いたら、駆動輪１４３が前進して段差に近づくことで、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３が段差の上に位置する。

【0049】

図１０に運搬装置の段差乗り上げ動作のフローチャートを示す。

【0050】

まず、運搬装置が段差に近づき、距離センサ２０６で段差の高さを検出する。これは図８（ａ）（ｂ）で示した状態である（Ｓ１０１）。

【0051】

次に、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３が段差の上に位置する。これは図９（ａ）（ｂ）で示した状態である（Ｓ１０２）。

【0052】

次に、重心位置算出部３１５は、荷物を積載した運搬装置の重心の位置を算出する。また、段差乗り上げ制御部３１４は、駆動輪１６３の最大トルクを算出する（Ｓ１０３）。

【0053】

段差乗り上げ制御部３１４は、段差の高さ、荷物を積載した運搬装置の重心の位置、および駆動輪１６３の最大トルクに基づいて、駆動輪１６３で段差に乗り上げることが可能かどうかを判断する（Ｓ１０４）。

【0054】

駆動輪１６３で段差に乗り上げることが可能である場合、運搬装置が前進して段差に乗り上げて（Ｓ１０５）、終了となる（Ｓ１０６）。

【0055】

Ｓ１０４で駆動輪１６３が段差に乗り上げることが不可能である場合、段差乗り上げ制御部３１４は、荷物を積載した運搬装置の重心の位置が車体の前方に偏っているかどうかを判断する（Ｓ１０７）。

【0056】

荷物を積載した運搬装置の重心の位置が車体の前方に偏っている場合、段差乗り上げ制御部３１４は、先端支持機構部１８０を利用した方法で、運搬装置が段差に乗り上げるように制御する（Ｓ１０８）。

【0057】

荷物を積載した運搬装置の重心の位置が車体の前方に偏っていない場合、段差乗り上げ制御部３１４は、荷物を積載した運搬装置の重心の位置が車体の中心付近にあるかどうかを判断する（Ｓ１０９）。

【0058】

荷物を積載した運搬装置の重心の位置が車体の中心付近にある場合、段差乗り上げ制御部３１４は、フォーク部１００を利用した方法で、運搬装置が段差に乗り上げるように制御する（Ｓ１１０）。

【0059】

荷物を積載した運搬装置の重心の位置が車体の中心付近にない場合、段差乗り上げ制御部３１４は、補助脚部１６０を利用した方法で、運搬装置が段差に乗り上げるように制御する（Ｓ１１１）。

【0060】

運搬装置が段差に乗り上げるための、Ｓ１０８の先端支持機構部１８０を利用した方法、Ｓ１１０のフォーク部１００を利用した方法、およびＳ１１１の補助脚部１６０を利用した方法について、以下詳細を述べる。

【0061】

図１１で、段差乗り上げ制御部３１４が、上述の３つの段差に乗り上げる方法のいずれを選択するかの判断について説明する。

【0062】

図１１は、運搬装置の駆動輪１４３の回転軸を０として、運搬装置の側面に沿ってｘ軸を考えた図である。例えば、荷物を積載していない運搬装置の重心を重心Ａとし、ｘ軸での位置をＤ_ｗとする。例えば、ｘ軸方向において、運搬装置の長さをＬとする。Ｄ_ｗから＋ｘ軸方向にＬ／３の位置にある点をＤ_１、Ｄ_ｗから－ｘ軸方向にＬ／３の位置にある点をＤ_２とする。

【0063】

次に運搬装置に荷物を積載した場合を考える。荷物を積載した運搬装置の重心を重心Ｂとし、ｘ軸での位置をＤ_ｗｗとする。

【0064】

例えば、重心Ｂの位置Ｄ_ｗｗがＤ_１よりも＋ｘ方向側にある場合、重心Ｂが運搬装置の車体の前方に偏っている。そのため、段差乗り上げ制御部３１４は、先端支持機構部１８０を利用した段差乗り上げ方法を選択する。

【0065】

例えば、重心Ｂの位置Ｄ_ｗｗがＤ_１とＤ_２の間にある場合、重心Ｂが運搬装置の車体の中心付近にある。そのため、段差乗り上げ制御部３１４は、フォーク部１００を利用した段差乗り上げ方法を選択する。

【0066】

例えば、重心Ｂの位置Ｄ_ｗｗがＤ_２よりも－ｘ方向側にある場合、重心Ｂが運搬装置の車体の後方に偏っている。そのため、段差乗り上げ制御部３１４は、補助脚部１６０を利用した段差乗り上げ方法を選択する。

【0067】

なお、重心Ｂの位置Ｄ_ｗｗと、Ｄ_１、Ｄ_２の位置関係により、段差乗り上げ制御部３１４はどの段差乗り上げ方法にするかを選択したが、この選択基準は変えてもよい。たとえば、重心の位置Ｄ_ｗｗがＤ_１よりも＋ｘ方向側にある場合、段差乗り上げ制御部３１４は、フォーク部１００を利用した段差乗り上げ方法を選択してもよい。

【0068】

また、重心Ａの位置Ｄ_ｗから＋ｘ軸方向にＬ／３の位置にある点をＤ_１、Ｄ_ｗから－ｘ軸方向にＬ／３の位置にある点をＤ_２としたが、重心の位置Ｄ_ｗからＤ_１、Ｄ_２までの距離も変えて良い。

【0069】

図１２（ａ）乃至図１２（ｃ）を参照して、実施形態の運搬装置が先端支持機構部１８０を利用した段差の乗り上げ動作を説明する。

【0070】

まず、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３が段差の上に乗り上げた状態（図９（ｂ）参照）で、運搬装置は段差に向かって前進し、駆動輪１４３を段差に接触させる。駆動輪１４３が段差に接触したら、運搬装置は前進の動作を停止する（図１２（ａ）参照）。

【0071】

運搬装置はフォーク部１００を下げる。運搬装置がフォーク部１００を下げると、段差に先端支持機構部１８０が段差に接触する。先端支持機構部１８０が段差に接触したら、運搬装置は先端支持機構部１８０の車輪１８４にブレーキをかける（図１２（ｂ）参照）。

【0072】

先端支持機構部１８０の関節を回転させると同時に、駆動輪１４３を段差に向かって前進させる。駆動輪１４３のトルクと、先端支持機構部１８０によって発生した引っ張る力の２つが同時に発生するため、運搬装置が駆動輪１４３のみを動作させて段差に乗り上げるようとするよりも、大きな力で段差に乗り上げることができる（図１２（ｃ）参照）。

【0073】

なお、先端支持機構部１８０の先端に車輪１８４が存在しない場合、段差に接触可能な部分を接触させれば良い。

【0074】

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１３を参照して、上述の運搬装置が先端支持機構部１８０を利用した段差の乗り上げ動作における移動制御部３１１および段差乗り上げ制御部３１４による処理を説明する。図１３は、先端支持機構部１８０を利用した段差の乗り上げ動作における移動制御部３１１および段差乗り上げ制御部３１４による処理の流れを示すフローチャートである。

【0075】

まず、補助脚部１６０の前方の補助輪１６３が段差に乗り上げている状態で（Ｓ２０１）、移動制御部３１１は運搬装置の駆動輪１４３を段差に向かって前進させる（Ｓ２０２）。段差乗り上げ制御部３１４は、駆動輪１４３が段差と接触したかどうかを判定する。段差乗り上げ制御部３１４は、距離センサ２０６で検知した段差と運搬装置との距離、および駆動輪１４３の半径に基づいて算出された駆動輪１４３が進んだ距離を用いて、駆動輪１４３が段差と接触したかどうかを判定する（Ｓ２０３）。駆動輪１４３が段差と接触していない場合、移動制御部３１１は駆動輪１４３を段差に向かって前進させる。駆動輪１４３が段差と接触した場合、移動制御部３１１は運搬装置のフォーク部１００を段差に向かって下げる（Ｓ２０４）。段差乗り上げ制御部３１４は、先端支持機構部１８０と段差が接触したかどうかを判定する。段差乗り上げ制御部３１４は、段差の高さ、フォーク部１００の位置、先端支持機構部１８０の回転量、運搬装置の姿勢から、先端支持機構部１８０と段差が接触したかどうかを判定する（Ｓ２０５）。先端支持機構部１８０と段差が接触していない場合、フォーク部１００を段差に向かって下げ続ける。先端支持機構部１８０と段差が接触した場合、先端支持機構部１８０の車輪１８４にブレーキをかける（Ｓ２０６）。先端支持機構部１８０とフォーク部１００の間の関節を回転させると同時に、駆動輪１４３を段差に向かって前進させる（Ｓ２０７）。駆動輪１４３が段差に乗り上げることにより、運搬装置の段差乗り上げ動作は終了する（Ｓ２０８）。

【0076】

図１４（ａ）乃至図１４（ｃ）を参照して、実施形態の運搬装置がフォーク部１００を利用した段差の乗り上げ動作を説明する。フォーク部１００で運搬装置の重量を支えることで、駆動輪１４３にかかる荷重を減らすことできるため、運搬装置が段差に乗り上げることが可能となる。フォーク部１００の出せる力よりも、運搬装置にかかる荷重のほうが小さい場合に有効である。

【0077】

まず、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３が段差の上に乗り上げた状態（図９（ｂ）参照）で、運搬装置は段差に向かって前進し、駆動輪１４３を段差に接触させる。駆動輪１４３が段差に接触したら、運搬装置は前進の動作を停止する（図１４（ａ）参照）。

【0078】

運搬装置はフォーク部１００を下げる。運搬装置がフォーク部１００を下げると、段差に車輪１０５が段差に接触する（図１４（ｂ）参照）。

【0079】

さらにフォーク部１００を下げると同時に、駆動輪１４３を回転させる。フォーク部１００の車輪１０５が段差に接触することで、駆動輪１４３にかかる負荷が減るため、乗り上げが完了する（図１４（ｃ）参照）。

【0080】

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１５を参照して、上述の運搬装置がフォーク部１００を利用した段差の乗り上げ動作における移動制御部３１１および段差乗り上げ制御部３１４による処理を説明する。図１５は、フォーク部１００を利用した段差の乗り上げ動作における移動制御部３１１および段差乗り上げ制御部３１４による処理の流れを示すフローチャートである。

【0081】

まず、補助脚部１６０の前方の補助輪１６３が段差に乗り上げている状態で（Ｓ３０１）、移動制御部３１１は運搬装置の駆動輪１４３を段差に向かって前進させる（Ｓ３０２）。段差乗り上げ制御部３１４は、駆動輪１４３が段差と接触したかどうかを判定する。段差乗り上げ制御部３１４は、距離センサ２０６で検知した段差と運搬装置との距離、および駆動輪１４３の半径に基づいて算出された駆動輪１４３が進んだ距離を用いて、駆動輪１４３が段差と接触したかどうかを判定する（Ｓ３０３）。駆動輪１４３が段差と接触していない場合、移動制御部３１１は駆動輪１４３を段差に向かって前進させる。駆動輪１４３が段差と接触した場合、移動制御部３１１は運搬装置のフォーク部１００を段差に向かって下げる（Ｓ３０４）。段差乗り上げ制御部３１４は、フォーク部１００の車輪１０５と段差が接触したかどうかを判定する。段差乗り上げ制御部３１４は、フォーク部１００の位置、運搬装置の姿勢（傾き具合）から、車輪１０５と段差が接触したかどうかを判定する（Ｓ３０５）。フォーク部１００の車輪１０５と段差が接触していない場合、フォーク部１００を段差に向かって下げ続ける。先フォーク部１００の車輪１０５と段差が接触した場合、さらにフォーク部１００を下げつつ、駆動輪１４３を回転させる（Ｓ３０６）。駆動輪１４３が段差に乗り上げることにより、運搬装置の段差乗り上げ動作は終了する（Ｓ３０７）。

【0082】

図１６（ａ）乃至図１６（ｃ）を参照して、実施形態の運搬装置が補助脚部１６０を利用した段差の乗り上げ動作を説明する。

【0083】

まず、補助脚部１６０の前方側の補助輪１６３が段差の上に乗り上げた状態（図９（ｂ）参照）で、補助脚部１６０の前方の補助輪１６３が段差に乗り上げている状態で、補助輪１６３にブレーキをかける（図１６（ａ）参照）。

【0084】

運搬装置は、補助脚部１６０に沿って前進する。運搬装置の駆動輪１４３は、走行面から離れ、補助脚部１６０に沿って前進し、段差に接触する（図１６（ｂ）参照）。

【0085】

運搬装置の駆動輪１４３が段差に接触した後に、駆動輪１４３を回転させる。駆動輪１４３は段差に乗り上げが完了する（図１６（ｃ）参照）。

【0086】

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１７を参照して、上述の運搬装置が補助脚部１６０を利用した段差の乗り上げ動作における移動制御部３１１および段差乗り上げ制御部３１４による処理を説明する。図１７は、補助脚部１６０を利用した段差の乗り上げ動作における移動制御部３１１および段差乗り上げ制御部３１４による処理の流れを示すフローチャートである。

【0087】

まず、補助脚部１６０の前方の補助輪１６３が段差に乗り上げている状態で（Ｓ４０１）、移動制御部３１１は運搬装置の補助脚部１６０の補助輪１６３にブレーキをかける（Ｓ４０２）。段差乗り上げ制御部３１４は、補助脚部１６０に沿って、運搬装置を前進させる（Ｓ４０３）。段差乗り上げ制御部３１４は、駆動輪１４３が段差と接触したかどうかを判定する（Ｓ４０４）。駆動輪１４３が段差と接触していない場合、段差乗り上げ制御部３１４は、補助脚部１６０に沿って、さらに運搬装置を前進させる。駆動輪１４３が段差と接触した場合、段差乗り上げ制御部３１４は、駆動輪１４３を回転させる（Ｓ４０５）。駆動輪１４３が段差に乗り上げることにより、運搬装置の段差乗り上げ動作は終了する（Ｓ４０６）。

【0088】

なお、運搬装置が段差に乗り上げるための、先端支持機構部１８０を利用した方法、フォーク部１００を利用した方法、および補助脚部１６０を利用した方法を説明したが、補助脚部１６０が運搬装置に備わっていない場合、運搬装置は補助脚部１６０を利用して段差に乗り上げることはできない。また、先端支持機構部１８０が運搬装置に備わっていない場合、運搬装置は先端支持機構部１８０を利用して段差に乗り上げることはできない。

【0089】

ここまで、水平方向において、段差の長さが、先端支持機構部１８０とフォーク部１００が接触可能である程度にある場合を説明したが、段差の長さが短く、また段差の高さが運搬装置よりも低い場合に、運搬装置が段差に乗り上げる方法を説明する。

【0090】

図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）を参照して、水平方向において、段差の長さが短く、また段差の高さが運搬装置よりも十分に低い場合に、運搬装置が段差に乗り上げる方法を説明する。

【0091】

まず、段差は運搬装置よりも高さが十分に低いため、リフト部１００は段差の上側に位置している場合を考える。運搬装置がフォーク部１００を下げると、段差を超えた先にある走行面に先端支持機構部１８０の車輪１８４が接触する。この時に、補助脚部１６０の前側の補助輪１６３は走行面を離れている状態になる（図１８（ａ）参照）。駆動輪１４３を段差に向かって前進させる（図１８（ｂ）参照）。駆動輪１４３が段差に接触した後に、駆動輪１４３をさらに回転させ、運搬装置は段差の上に乗り上げて、完了する（図１８（ｃ）参照）。段差の高さが運搬装置よりも低い場合は、駆動輪１４３の力だけで乗り上げることが可能である。

【0092】

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。

【符号の説明】

【0093】

１００ フォーク部
１０５ 車輪
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
２０６ 距離センサ
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 段差乗り上げ制御部
３１５ 重心位置算出部
３１６ 転倒防止制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】