特許 7474419 連結装置、連結移動装置、自律移動装置及び誘導システム

(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】2024-04-17

(45)【発行日】2024-04-25

(54)【発明の名称】連結装置、連結移動装置、自律移動装置及び誘導システム

(51)【国際特許分類】

   B61G 1/02 20060101AFI20240418BHJP

   B60D 1/34 20060101ALI20240418BHJP

   B62B 3/00 20060101ALI20240418BHJP

   B62B 5/00 20060101ALI20240418BHJP

   B61B 13/00 20060101ALI20240418BHJP

   G05D 1/43 20240101ALN20240418BHJP

【ＦＩ】

B61G1/02

B60D1/34

B62B3/00 B

B62B5/00 C

B61B13/00 S

G05D1/43

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020084494

(22)【出願日】2020-05-13

(65)【公開番号】P2021178561

(43)【公開日】2021-11-18

【審査請求日】2023-02-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000006747

【氏名又は名称】株式会社リコー

(74)【代理人】

【識別番号】100098626

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 壽

(72)【発明者】

【氏名】高橋 泰史

(72)【発明者】

【氏名】工藤 宏一

(72)【発明者】

【氏名】岡本 敏弘

(72)【発明者】

【氏名】古口 茂和

(72)【発明者】

【氏名】南木 晋

(72)【発明者】

【氏名】宮西 英司

【審査官】渡邊 義之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１７９１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平４－２８７７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－９００８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－５１９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６７０２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－２４９０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／００９０２６７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６１Ｇ １／０２

Ｂ６１Ｇ １／００

Ｂ６１Ｇ １／１０

Ｂ６０Ｄ １／３４

Ｂ６０Ｄ １／００

Ｂ６０Ｄ １／０２－ １／０４

Ｂ６２Ｂ ３／００

Ｂ６２Ｂ ５／００

Ｂ６１Ｂ １３／００

Ｇ０５Ｄ １／４３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、
前記連結装置本体に対する前記可動部材の動きは回動中心の回りでの回動であり、
前記可動部材の回動範囲の内の特定の角度を取るように前記可動部材を付勢する付勢手段を有し、
前記回動範囲は、前記回動中心の回りの６０度以上であり、
前記連結手段は、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あたって前記連結対象に吸着する吸着部材とを備える
ことを特徴とする連結装置。

【請求項2】

請求項１に記載の連結装置において、
前記付勢手段として引っ張りスプリングを用いることを特徴とする連結装置。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の連結装置において、
前記回動範囲を規定する回動範囲規制手段を設けたことを特徴とする連結装置。

【請求項4】

移動装置本体と、移動手段と、連結対象と連結する連結装置と、を備える連結移動装置において、
前記連結装置として、請求項１乃至３の何れか一の連結装置を用いることを特徴とする連結移動装置。

【請求項5】

移動装置本体、移動手段、及び、連結対象と連結する連結装置を備える連結移動装置と、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、
前記連結移動装置として、請求項４の連結移動装置を用いることを特徴とする自律移動装置。

【請求項6】

自律移動装置の誘導システムであって、
自律移動装置として請求項５の自律移動装置を用い、
前記回動範囲の角度を±θ_０としたとき、前記連結装置で連結した車庫入れすべき台車を搬送する自律移動装置の本線に対して前記θ _０ より小さい所定の角度φだけ傾いた車庫エリアに車庫入れを行うように誘導することを特徴とする自律移動装置の誘導システム。

【請求項7】

請求項６の自律移動装置の誘導システムにおいて、
前記本線における前記角度φだけ傾いた車庫エリアに向かう地点において、前記台車を停止させた状態で前記回動中心の回りで前記所定の角度φの旋回を行った後に前記角度φだけ傾いた車庫エリアに向けての前進を開始して車庫入れを行うことを特徴とする自律移動装置の誘導システム。

【請求項8】

請求項６又は７の自律移動装置の誘導システムにおいて、
前記本線から旋回して進む方向に前記所定の角度φだけ傾いた車庫エリアを複数設定し、手前の車庫エリアに達したときに、その前方の車庫エリアの空き状況を検知することを特徴とする自律移動装置の誘導システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、連結装置、連結移動装置、自律移動装置及び誘導システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、連結対象に連結する連結手段と、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。例えば、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手段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自律移動装置が記載されている。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、自律移動装置が、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。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、従来の連結装置を備えた自律移動装置のような連結移動装置では、四輪自在の台車と異なり、二輪が固定された台車、特に中央部の二輪を固定輪とする六輪カートとよばれる台車を連結して移動させようとする場合に、カーブを曲がることが困難であった。

【課題を解決するための手段】

【0004】

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、前記連結装置本体に対する前記可動部材の動きは回動中心の回りでの回動であり、前記可動部材の回動範囲の内の特定の角度を取るように前記可動部材を付勢する付勢手段を有し、前記回動範囲は、前記回動中心の回りの６０度以上であり、前記連結手段は、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あたって前記連結対象に吸着する吸着部材とを備えることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0005】

本発明によれば、二輪が固定された台車を連結した状態で従来に比して良好にカーブを曲がることができる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態の自走ロボットと台車の説明図。

【図2】本実施形態の搬送システムを模式的に示す説明図。

【図3】自走ロボットの台車搬送動作のフローチャート。

【図4】本実施形態の搬送システムに適した六輪カートと自走ロボットの斜視図。

【図5】同自走ロボットの連結装置の斜視図。

【図6】同連結装置の側面図。

【図7】自走ロボットが六輪カートを接続した状態の模式図。

【図8】自走ロボット本体と六輪カートに角度をつけた状態を示した図。

【図9】回動範囲と回転半径について説明図。

【図10】自走ロボットの連結装置が取り付けられた側の斜視図。

【図11】図１０の状態の連結装置の底面図。

【図12】連結装置の課題の説明図。

【図13】変形例に係る連結装置の斜視図。

【図14】車庫レイアウトの一例の説明図。

【図15】自走ロボットに対する六輪カートが追従動作の説明図。

【図16】同追従動作の軌跡の説明図。

【図17】車庫レイアウトの他の例の説明図。

【図18】自走ロボットのコントローラの機能ブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

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、連結対象である台車２との説明図である。本実施形態は、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）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。

【0008】

自走ロボット１は、搬送物を積載する台車２に自動で連結する機能を持った自律移動装置である。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台車２を牽引させることができ、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。

【0009】

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。

【0010】

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。このような磁気テープや光学テープを用いる場合にはこれらも搬送システムあるいは自走ロボット１の誘導システムの構成要素となる。

【0011】

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。

【0012】

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。図示の台車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を備えたカゴ台車である。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を備える。カゴ部を備えない板台車を用いることもできる。ＩＤ表示パネル２１を取り付けるとともに、板台車の底板上から積載物が落ちるのを防止するための底板上面から上方に延びる部分を設けた台車を用いることもできる。

【0013】

図１に図示の例の台車２は、四角形状の下部フレーム２２の四隅の下方に、向き変更自在な車輪であるキャスター２３が配置されている。一般的なカゴ台車では、四隅の車輪は向き変更自在なキャスター２３になっている。本実施形態の搬送システムは、後述するように、カゴ台車が向き変更不能に固定された一対の車輪（以下、固定車輪という）を含むものである場合に適したものである。たとえば、四隅のキャスター２３に加え、前後方向中央に固定車輪を備えた六輪カート（六輪台車）を連結して搬送するのに適したものである。

【0014】

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、台車２の認識番号情報、搬送先情報、優先度情報を得る。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

台車２との連結動作を制御するために、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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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、仮置きされている台車２のＩＤ表示パネル２１のマーカーを読み取り、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台車２との連結動作を開始する（Ｓ５）。

【0022】

連結動作では、リスト上のＸ，Ｙ座標を元に指定された台車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、台車２の手前まで移動する。その後、台車２に近接したら連結装置１０によって台車２と連結する。搬送対象の台車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。

【0023】

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、保管されている台車２のＩＤ表示パネル２１のマーカーを読み取り、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）。

【0024】

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）。

【0025】

図４は本実施形態の搬送システムに適した固定車輪を備えた台車である六輪カート１０２と、自走ロボット１との斜視図である。六輪カート１０２は平面形状が前後に長い長方形状の下部フレーム２２を備える。下部フレーム２２の下方の、四隅にキャスター２３を備え、長手方向の中央に中央固定車輪１２３を備える。下部フレーム２２の上には天板１２２が載置されている。長手方向の両端それぞれから上方に立ち上がる棚枠１２０も備えられている。このような六輪カート１０２は固定された二輪の外側に回転自在の四輪を配置することで、容易に人間が回転させることができるため、取り扱いに優れている。

【0026】

一方の棚枠１２０にはＩＤ表示パネル２１が取り付けられている。下部フレーム２２のＩＤ表示パネル２１の側で自走ロボット１に連結される。以下、六輪カート１０２のＩＤ表示パネル２１が設けられ、連結される側を六輪カート１０２の前側と呼ぶ。図４の符号１２が連結爪である。連結爪１２は連結対象である台車に連結する連結手段を構成する機械的な連結用の連結部材に相当する。

【0027】

本実施形態の自走ロボット１は、少なくもと４つの車輪のうち対になる２つの車輪が向き固定の固定車輪である。具体的には駆動車輪７１が固定車輪で、従動車輪７２が向き変更自在になっている。駆動車輪７１は個別に正逆回転制御可能になっている。このためには左右それぞれの駆動車輪７１毎に正逆回転可能なモータを設けてもよいし、一つの正逆回転可能又は一方向回転可能なモータの駆動を正逆回転で切り替えたり、駆動の伝達の接続遮断を切り替えたりする駆動伝達系を介して各駆動車輪７１に伝達するようにしてもよい。一対の駆動車輪７１の回転速度や向きを制御することにより、操舵制御を行う。駆動車輪７１、従動車輪７２、モータなどが移動手段を構成している。

【0028】

図５は連結装置１０の斜視図である。連結装置１０は、連結爪１２と、連結手段を保持し連結装置本体である固定部材３０に対して可動な可動部材としての揺動部材１１とを備えている。揺動部材１１は固定部材３０に設けられた上下方向の回動軸１１１に一端側が回動可能に取り付けられている。これにより、この回動軸１１１の中心回りの回動によって揺動可能である。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。

【0029】

連結爪１２は幅方向に間隔を置いて一対設けられ、それぞれ共通の爪昇降用シャフト３７に基端部が固定されている。揺動部材１１には、連結爪１２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しての磁石１３、マイクロスイッチ１４、昇降駆動用のフックモータ１５、減速器１６なども保持されている。図５は爪先端が下方に下がる連結爪１２が開いた状態を示す。

【0030】

図６は連結爪１２が開いた状態の連結装置１０の側面図である。図６で符号３１は爪昇降用シャフト３７のベアリングホルダ、符号６２は揺動部材１１の下面に固定され、下端が固定部材３０の上面に接触する下面支持部材、をそれぞれ示す。図６では、六輪カート１０２の一部も図示している。六輪カート１０２の下部フレーム２２の端は円Ａで囲った部分の断面図に示すように下側に曲げられている。爪昇降用シャフト３７の図中反時計回りの回転で、矢印Ｂで示すように上昇してきた連結爪１２の上側に折り曲げられた先端部分１２ａが、下部フレーム２２の下に延びる曲げ部２２ａの裏側入り込む連結用位置を取る。これにより、牽引が可能になる。モータ駆動による連結爪の回転運動で連結及び遮断の切り替えを行っているが、アクチュエータによる上下動や台車を挟み込む構成により連結及び遮断の切り替えを行ってもよい。

【0031】

磁石１３は六輪カート１０２の前側の下部フレーム２２に吸着させるためのものである。一般的に六輪カート１０２の下部フレーム２２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。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。

【0032】

マイクロスイッチ１４は、磁石１３が前側の下部フレーム２２に吸着した際に下部フレーム２２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によって六輪カート１０２の下部フレーム２２に対する磁石１３の吸着を確認する。

【0033】

このような自走ロボット１が、六輪カート１０２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を六輪カート１０２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六輪カート１０２に向かって進む第二のステップと、磁石１３と六輪カート１０２の下部フレーム２２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。

【0034】

第二のステップである六輪カート１０２に向かって進む際は、連結爪１２を最も低い位置にし、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六輪カート１０２に接近する。この間に、六輪カート１０２との距離は前述した測域センサ９で測定を行う。

【0035】

図６は、自走ロボット１が六輪カート１０２に連結する位置に達する直前の状態を示す。この状態から自走ロボット１が図中の右に進み、磁石１３が六輪カート１０２に吸着してマイクロスイッチ１４が押されることで六輪カート１０２への連結位置に達したと判断し、フックモータ１５を稼働させて連結爪１２に連結用位置を取らせることで連結動作が完了する。

【0036】

自走ロボット１は六輪カート１０２に取り付けられたＩＤ表示パネル２１の位置情報をもとに略正対した姿勢で接近を行うが、その位置情報の測定誤差や六輪カート１０２の置かれた状態により小さな角度θが生じることがある。θ＝４度（ｄｅｇ）程度である。このように自走ロボット１が六輪カート１０２に対して傾きを持って近づいた場合でも、揺動部材１１が回動することによって磁石１３を六輪カート１０２の下部フレーム２２に対して平行にすることができ、確実に吸着させることができる。このような構成によって、高精度な位置決めを必要とすることなく、自走ロボット１と六輪カート１０２とを確実に連結することが可能となる。

【0037】

特許文献１の連結装置では、固定部材３０に設けられた回動範囲規制部材を設けて回動範囲を限定している。連結時やカゴ台車の牽引時に、（回動部材）揺動部材１１とロボット本体部１００、カゴ台車と自走ロボット１との接触を防止することが可能となり、接触に起因する損傷を防ぐためであるとしている。特許文献１の装置で上述の傾きをもって接近する場合の傾斜を吸収するための回動範囲は、揺動中央の位置に対して±４（ｄｅｇ）の範囲程度である。よって、特許文献１に記載の事項からは、回動範囲規制部材によって規制される回動範囲は±４（ｄｅｇ）の範囲になる。

【0038】

ところが、台車が六輪カート１０２のように固定車輪を備えたものである場合、特に、自走ロボット１も固定車輪を備えるものである場合に、カーブを良好に曲がることが困難であることが判明した。図７～図９は、回動範囲と回転半径について説明図である。

【0039】

図７は自走ロボット１が六輪カート１０２を接続した状態を模式的に示した図である。車輪についは自走ロボット１、六輪カート１０２それぞれの固定車輪である駆動車輪７１、中央固定車輪１２３のみを描いている。自走ロボット１はこの固定された左右の駆動車輪の回転数や回転の向きで差をつけることでカーブの走行や旋回動作を行う。連結装置１０の固定部材３０に対して揺動部材１１が全く回動できないと、固定車輪である固定中央車輪を有した六輪カート１０２を接続していた場合、六輪カート１０２の固定車輪が負荷となり、基本的に曲がることができない。

【0040】

図８は自走ロボット１の連結装置１０の固定部材３０に対する揺動部材１１の回動により自走ロボット１本体と六輪カート１０２に角度をつけた状態を示した図である。この回動を利用してカーブ走行を行う場合、図中の２本の赤線で示す自走ロボット１の固定車輪である駆動車輪７１の回転中心を結ぶ中心線ＣＬ１の延長線（図中下方への延長線）と六輪カート１０２の中央固定車輪の回転中心を結ぶ中心線ＣＬ２の延長線（図中下方への延長線）とが交わる点がカーブの回転中心となる。この回転中心と自走ロボット１の駆動車輪７１の中央Ｃとの間の距離が回転半径となる。なお、図中に示した符号を付した寸法の一例は次のとおりである。値の単位はｍｍである。
Ｗ１：５４０、Ｌ１：７１５、
Ｗ２：４２４、Ｌ２：１２００、
Ｌ３：１８３、Ｌ４：７９７．５

【0041】

図９は前述の寸法条件で回動の角度と回転半径の関係を示したグラフである。回動角度 ４（ｄｅｇ）における回転半径が約１４（ｍ）と非常に大きい半径であり、倉庫などの物流現場で搬送を行うことができない。倉庫などの通路幅は一般に最小で１～２ｍ程度であることから、回転半径は少なくとも１．５（ｍ）で回動角度４５（ｄｅｇ）、好ましくは回転半径１．０（ｍ）で回動角度６０（ｄｅｇ）である。通路幅が比較的広い場合にも、３０（ｄｅｇ）の回動角度が好ましい。よって、左右のカーブを考慮すると回動範囲のこの倍である。つまり、回動範囲は６０（ｄｅｇ）（中心から±３０）以上である。好ましくは９０（ｄｅｇ）以上、更に好ましくは、１２０（ｄｅｇ）以上である。なお、従来の装置のように例えば回動角度を±４（ｄｅｇ）の場合に、計算上の最小回転半径は約１４（ｍ）となり、現実的に通常のコースを走行することができない。

【0042】

図１０は自走ロボット１の連結装置１０が取り付けられた側の斜視図である。連結装置１０は、±６０（ｄｅｇ）で１２０（ｄｅｇ）の回動範囲を持つ。回動軸１１１は自走ロボット１の駆動車輪７１に近いほど回転半径が小さくなるので、回動の範囲を妨げない範囲で自走ロボット１の内側に近づけている。図示の状態は揺動部材１１が一方の回動範囲の限界である６０（ｄｅｇ）まで回動した状態である。前述の寸法条件下で回転半径１ｍのカーブを走行できるようになった。この図の連結爪１２の状態は先端部分１２ａが上昇して閉じた状態である。理解を容易にするため連結されている六輪カート１０２は表示していない。符号３０ａはロボット本体部１００の下部フレーム２２に対する固定部材３０の固定ネジ３０ａを示す。

【0043】

図１１は図１０の状態の連結装置１０の底面図である。回動範囲の両方の限界を規制する一対の規制部材６３が固定部材３０に固定されている。揺動部材１１側にも規制部材６３と当接する当接部として爪昇降用シャフト３７に一対の当接部材３７ｂが取り付けられている。規制部材６３と当接部材３７ａの少なくもと一方には弾性を持たせることが好ましい。例えば、規制部材６３としてゴムクッションを用いる。図８では図中左側（自走ロボット１に固定のＸ・Ｙ・Ｚ座標系で＋Ｘ側）で規制部材６３と当接部材３７ａとが当接している。規制部材６３と当接部材３７ｂとで回動範囲規制手段を構成している。

【0044】

連結装置１０の揺動部材１１が自由に回動できると、連結前の自走ロボット１単体では揺動部材１１が安定しない。この状態では単体走行時に連結部が振動することになる。このような振動はモータやセンサなどの電装部品の故障につながる危険性や、ボルトの緩みを誘発する懸念がある。また、特許文献１の自走ロボット１と六輪カート１０２の角度を吸収するという観点から要求される回動範囲は例えば４（ｄｅｇ）程度と小さい。これに対し回動範囲が±４５～６０（ｄｅｇ）と大きい状態では、磁石１３が六輪カート１０２のフレームを吸着することができない可能性がある。

【0045】

図１２（ａ）は、固定部材３０に対し揺動部材１１が４（ｄｅｇ）回動した状態で六輪カート１０２に接近した状態を示している。この状態であれば磁石１３は六輪カート１０２の下部フレーム２２に吸着して、連結装置１０は六輪カート１０２を接続することが可能である。図１２（ｂ）は固定部材３０に対し揺動部材１１が６０（ｄｅｇ）回動した状態で六輪カート１０２に接近した状態を示している。この状態では磁石１３が六輪カート１０２の下部フレーム２２に吸着できないため、連結装置１０は六輪カート１０２を接続することができない。

【0046】

この問題を解決するためには自走ロボット１の連結装置１０の回動は外部の力がかからない状態では回動範囲の内の特定の角度である回動範囲の中央方向付近を向く角度になるように外力を与える付勢手段を採用することが好ましい。外力を与える方法としては、ばねによる付勢、モータによる回転制御、回動軸１１１を傾けることで重力を利用するなどがある。重力を利用する場合には、揺動部材１１の各種の保持している部品を含めた重心位置を考慮する。いずれの方法でも単体走行時に連結装置１０の揺動部材１１を概ね中央を向くようにできる。

【0047】

図１３は、揺動部材１１を回動範囲の中央方向に向けるため、部品の調達性、コスト、メンテナンスのしやすさなどから引っ張りスプリング２００を用いた例を示す。揺動部材１１を押さえるために２本の引っ張りスプリング２００を組み込んでいる。引っ張りスプリング２００は片側を固定されているロボット本体部１００のフレームに係止部材２００ａを介して取り付けられている。反対側は揺動部材１１のベースに係止ピン２００ｂを介して取り付けている。

【0048】

このように引っ張りスプリング２００による力で回動を抑制することで、六輪カート１０２の連結時には回動できる状態を維持しつつも、自走ロボット１が単体動作時に揺動部材１１が不要に揺れ動くことを防止できる。回動の範囲が両側±にθ_０で合計２＊θ_０とすると、θ_０は少なくとも３０（ｄｅｇ）、図５～図１３の例では６０（ｄｅｇ）と大きいため、揺動部材１１のスプリング取り付け位置は回動軸１１１の近傍が好ましい。付勢手段としての引っ張りスプリング２００は低コストで信頼性の高い。

【0049】

図１４（ａ）は本実施形態の搬送システムにおける車庫入れするための車庫レイアウトの一例を示した図である。左右の延びるＡ地点とＢ地点とを結ぶ経路が本線３００を示す。磁気テープや光学テープを床面に設置してもよい。この本線３００をＡ地点からＢ地点側を見て左側（図中上側）に所定の角度φだけ傾いた長方形が、六輪カート１０２を車庫入れする場所である車庫３１０を示す。車庫３１０の外縁を塗料あるいはテープで目視できるようにしてもよい。図示の例では本線３００の方向に等間隔で４つの車庫３１０が設定されている。

【0050】

４つの車庫３１０の中央に置かれた六輪カート１０２の専有箇所である台車専有領域３２０を、車庫３１０の内側の斜線を付した長方形で示している。図１４（ａ）には４つの車庫３１０それぞれについて、車庫入れするときのルートを実線で示している。このルートは塗料又はテープで目視できるようにしてもよい。これらを光学センサや磁気センサ（磁気テープ利用）などで検出可能にしてもよい。

【0051】

図示の例の各部の幅や長さの寸法例は次のとおりである。数値の単位はｃｍである。
Ｗ２：４２、Ｌ２：１２０、
Ｗ２０：７２、Ｌ２０：１４０、
Ｗ２１：８０、
Ｗ２２：１１３、
Ｗ２３：６８５、Ｌ２４：２５０
Ｌ２１：１０８、
Ｌ２２：５０、
Ｌ２３：５０

【0052】

本実施形態の連結装置１０は、揺動部材１１が回動範囲内で固定部材３０に対し回動し得る。つまり、回動範囲内では揺動部材１１の回動が規制されていない。図１３の例のように引っ張りスプリング２００で中央を向くように付勢されていても、付勢力以上の力で回動させ得る。よって、六輪カート１０２を車庫３１０に向け自走ロボット１を所謂バックさせながらの車庫入れは、揺動部材１１の固定部材３０に対する角度の把握が困難で、回転半径の制御も困難である。このため、牽引しながらの車庫入れが適している。

【0053】

図１４（ａ）でＡ地点からＢ地点まで進む間に進行方向左側の車庫エリア（幅Ｗ２３、長さＬ２４のエリア）の４つの車庫３１０について環境認識手段である測域センサ９などを用いて空いている車庫３１０を探す。ここで３番目の車庫３１０が空き車庫３１０と検知した場合、図のＣ地点で自走ロボット１は左に所定の旋回角度θ（＝＜θ_０）だけ旋回動作を行う。この旋回は連結装置１０の回動軸１１１を中心とすることで、可動な範囲内であれば六輪カート１０２は動かない。そして床のテープを検出、もしくは所定の旋回角度θに達したと判断した後に旋回を停止して、前進動作を始める。

【0054】

そして六輪カート１０２が車庫３１０の枠内に達したと判断した際に、一旦停止した後に自走ロボット１は六輪カート１０２の接続を解除して、車庫３１０に六輪カート１０２を置く。その後自走ロボット１は単体で前進を再開し、Ｄ地点で旋回もしくはカーブ走行により合流し、Ｂ地点に向かうことになる。

【0055】

図１４（ｂ）及び（ｃ）はＣ地点での旋回を示した図である。回動軸１１１がＣ地点に達した際に六輪カート１０２を接続した自走ロボット１は一旦停止する。この状態で回動軸１１１を中心として自走ロボット１は左旋回を行うように左右の駆動モータを回転させる。床面との駆動車輪７１のスリップがほとんどない場合に回動軸１１１がＣ地点にある状態で左旋回するためには、左右の駆動輪を逆向きに駆動する。なお、図１４（ｂ）には測域センサ９の測域範囲を９ａで示す。右側（図中下側）の９０（ｄｅｇ）を除く２７０（ｄｅｇ）の範囲である。このように前後及び左側を測域範囲とすることから、本線３００の進行方向左側に車庫エリアを設定している。

【0056】

図示の例ではＣ地点の旋回角度θを４５（ｄｅｇ）として描いているが、前述のように連結装置１０の回動可能な範囲であれば、この値は回動可能な範囲内で設定可能である。その後、自走ロボット１は直進で前進動作を行う。この動きに対して六輪カート１０２は追従しながら自走ロボット１と角度を近づける。この動きは自走ロボット１が微小距離ΔＸ進んだ際に、六輪カート１０２は現状の方向にΔＺ進み、両者のなす角度θはΔθ小さくなる。ΔＺおよびΔθをΔＸで表すために以下のように計算する。

【0057】

図１５は自走ロボット１が直進する時に六輪カート１０２が追従する動きを示した図である。自走ロボット１の回動軸１１１をＰ、六輪カート１０２の２つの中央固定車輪１２３の中点をＱ、ＰＱの距離をＡとする。図１５（ａ）の状態から自走ロボット１が微小距離ΔＸだけ図中右方向に進み、図１５（ｂ）に示すように、六輪カート１０２が中央固定車輪１２３の向きにΔＺだけ進み、ＰとＱの位置がＰ’、Ｑ’となったとする。

【0058】

このときＰ’Ｑ’の図中の水平方向の距離はＡｃｏｓθ＋ΔＸ－ΔＺｃｏｓθ、垂直方向の距離はＡｓｉｎθ－ΔＺｓｉｎθとなる。Ｐ’Ｑ’＝ＰＱ＝Ａより
（Ａｃｏｓθ＋ΔＸ－ΔＺｃｏｓθ）^２＋（Ａｓｉｎθ－ΔＺｓｉｎθ）^２＝Ａ^２
となり、二次の微小項を無視するとΔＺ＝ΔＸｃｏｓθとなる。

【0059】

また自走ロボット１と六輪カート１０２のなす角度θはこの移動でθ－Δθになったとすると、
Ａｓｉｎθ－ΔＺｓｉｎθ＝Ａｓｉｎ（θ－Δθ）
となり、これを解くとΔθ＝（ｓｉｎθ／Ａ）・ΔＸとなる。
ここでθ＝４５（ｄｅｇ）、Ａ＝０．９１８５（ｍ）として六輪カート１０２の挙動を計算すると以下のようになる。

【0060】

図１６は初期の角度θが４５（ｄｅｇ）の状態から六輪カート１０２を牽引した際の軌跡を示した図である（単位はｍ）。六輪カート１０２の前側の下部フレーム２２の幅中心点から回動軸１１１までの線分の軌跡である。自走ロボット１はｘ軸上を右に進んでいる。六輪カート１０２の幅Ｗ２：０．４２ｍに対して０．１ｍを車庫３１０内での余裕とすると六輪カート１０２がｙ＝－０．３１からｙ＝０．３１で示す赤線の範囲内に収まれば駐車入れ可能となる。この範囲内に収まるために自走ロボット１が進む距離、すなわち回動軸１１１の位置を示す線分の先端が進む距離は約２．４ｍとなる。

【0061】

よって自走ロボット１が図１４（ａ）のＣ地点で旋回した後に３番目の車庫３１０までに進むべき距離の最小値は２．４ｍとなる。これを満足できるように、直線ＡＢからなる本線３００から車庫３１０までの距離を設定することが必要条件となり、図１４（ａ）のレイアウトについての実寸例はこれを満足するように設計されている。

【0062】

以上はＣ地点での角度θの旋回中に回動軸１１１が定位置を取り、六輪カート１０２を牽引しないようにしているので、図１６を用いて説明したように、角度θの旋回後に六輪カート１０２を車庫とほぼ平行（図１４での本線３００に対し角度φ）にするまでの移動距離を比較的短くでき、車庫エリアの面積の有効利用ができる。書庫エリアの面積に余裕があるは場合には、Ｃ地点で牽引を停止せずにカーブしながら牽引を続けてもよい。

【0063】

図１７は車庫３１０のレイアウトにおいて旋回後に進む方向に複数の車庫３１０を配置したレイアウトの一例である。図では同方向に対して六輪カート１０２の２台分の車庫３１０を配置した図であるが、この方向にさらに増やすことも可能である。

【0064】

この状態ではＡＢ上の本線から見て奥側に優先的に車庫入れする必要がある。図の車庫ａ～ｈに対して車庫入れの優先度は車庫ａ→車庫ｂ→車庫ｃ→・・・→車庫ｇ→車庫ｈとなる。

【0065】

図１４の例と同様にＡ地点からＢ地点に移動しながら手前１列目の車庫の空き状況を確認．しながら走行し、空いていればその場所に入るように旋回を行う。例として車庫ｂ、車庫ｄは満車状態で、車庫ｆが空きの場合は、Ａ地点からＣ地点まで進んだのちにＣ地点で旋回動作を行う。

【0066】

さらに車庫ｆに六輪カート１０２が達した時点で、前方の車庫ｅの空き状況を検知する。車庫ｅが空きの場合、車庫ｆに六輪カート１０２を置くことなく、前進を続けてＤ地点を通過して車庫ｅに達する。ここで車庫入れとして六輪カート１０２の接続を解除し、自走ロボット１は単体でＥ地点にて右にカーブし、Ｂ地点に至る。

【0067】

一方、車庫ｅが満車の場合は、車庫ｆで六輪カート１０２の接続を解除し、Ｄ地点にて右にカーブし、Ｂ地点に至る。このパターンを重ねることで車庫エリアを升目状に並べ、効率的なレイアウトを得ることができるようになる。

【0068】

ここで升目状とは、本線３００に近い手前の一列目の車庫ｂ、ｄ、ｆ、ｈから、二列目の車庫ａ、ｃ、ｅ、ｇに進まずに本線３００に戻るための、本線３００と平行な経路３１１と、二列目の車庫ａ、ｃ、ｅ、ｇを通って本線３００に戻るための本線３００と平行な経路３１２とを、それぞれ図中の横線として捉えることができる。旋回後の同じ方向にある一例目の車庫と二列目の車庫、たとえば、車庫ｂとａ、車庫ｄとｃ、車庫ｆとｅ、車庫ｈとｇと進むそれぞれの経路を本線３００に対してφだけ傾斜している縦線と捉えることができる。このよう複数の横線と複数の縦線とから升目を観念できるような配置である。

【0069】

図１４や図１７の車庫３１０のレイアウトを例にして説明した誘導システムは、自走ロボット１を用い、必要に応じて自走ロボット１が走行する床面に設けた磁気テープや光学テープも併用して構成できる。図１８は自走ロボット１のコントローラ４の機能ブロックの一例を示すものである。自走ロボット１三に通信装置を搭載し、コントローラの機能の一部又は全部を通信相手の例えばサーバ側に持たせ、自走ロボット１に搭載されたセンサの情報、あるいは、これに基づいて生成した情報を送信し、また、制御情報を受信するといった通信を行いなが自走するようにしてもよい。

【0070】

図１８において、コントローラ４は、自己位置推定部４０１と、障害物判定部４０２とを備える。自己位置推定部４０１は、磁気センサ３からの磁気テープ検出情報や測域センサ９から取得する測域情報に基づいて自己位置を推定する。自走ロボット１の車輪にエンコーダを設けてこれからの移動量を併用する等してもよい。障害物判定部２５２は、測域センサ９から取得する距離情報に基づいて障害物を検出する。車庫３１０については六輪カート１０２の有無もこの機能により検知する。

【0071】

コントローラ４は、ＩＤ表示パネル２１を撮影したカメラ５からの情報から画像を認識する画像認識部４０３、画像認識部４０３の認識情報からＩＤ表示パネル２１の情報を取得する情報取得部４０４も備えている。測域センサ９でカメラ５と同等の情報を取得できる場合にはカメラ５を省略できる。マップデータベースメモリ４０５、経路演算部４０６、連結動作演算部４０７、連結モータ制御部４０８、車輪のモータ制御部４０９も備えている。

【0072】

自走ロボット１は、目的地を設定されると、マップデータベースメモリ４０５に予め入力されているマップデータ（地図情報）に基づいて、経路演算部４０６が経路生成を行う。生成された走行経路に応じて、駆動モータ制御部４０９が車輪の動力モータ７を制御し、走行を行う。

【0073】

自走ロボット１は、制御システムにて予め決められているタイミングで、測域センサ９によって周囲の物体に対する測距を行う。測距データは、障害物判定部４０２で処理される。

【0074】

障害物判定部４０２では、測距データとマップデータベースメモリ４０５内のマップデータとを比較し、障害物の有無判定が行われる。また、比較結果は自己位置推定部２３３によって自走ロボット１の自己位置の推定にも使用される。

【0075】

自走ロボット１は、自己位置推定部４０１によって推定した位置情報と、マップデータベースメモリ４０５内に記憶された情報とに基づいて、経路演算部４０６で経路演算を行う。これにより、目的地までの効率の良い自律走行を実現することができる。この経路演算部４０６による経路演算のアルゴリズムとして、図１４や図１７の車庫３１０のレイアウトを例にして説明した車庫入れの誘導のアルゴリズムも含まれる。

【0076】

自走ロボット１は、経路演算部４０６の経路情報とマイクロスイッチ１４から情報などに基づいて、連結動作演算部４０７により、連結モータ制御部４０８にフックモータ１５を制御させる。これにより、連結及び連結解除を行う。

【0077】

以上本実施形態では、可動部材が回動中心の回りの６０度以上の回動範囲で回動できるので、二輪が固定された台車を連結した状態で従来に比して良好にカーブを曲がることができる。物流倉庫や工場で用いるのに好適である。また、自走ロボット１と台車それぞれに固定車輪があるので、四輪自在の台車の搬送とは異なり、牽引しながらの直線走行時にふらつきが発生しにくい。また、回動範囲の内の特定の角度を取るように付勢手段で可動部材を付勢することにより、自動連結を行うことが可能となる。また、不要な回動による振動を抑制できるため、部品の故障やボルトの緩みを防止できる。

【0078】

以上の実施形態では、自走ロボット１として固定車輪を駆動車輪とし、従動輪を向き変更自在に設けたが、次のような自走ロボット１にも適用できる。固定車輪を駆動輪とし、従動輪を操舵駆動制御できるもの。従動輪を固定車輪又は向き変更自在車輪とし、駆動輪を操舵駆動制御できるもの。４輪駆動で、少なくもと一対の車輪を操舵駆動できるものなど。何れの場合にも、連結装置１０の回動範囲を６０度以上とすることから回転半径を十分に小さくできる。

【0079】

また、固定車輪を備えた台車として六輪カート１０２を挙げたが、固定車輪を備えたものであればこれに限られない。例えば、二輪を固定車輪とし、他の二輪を向き変更可能な車輪とする四輪の台車も存在し、このように二輪を固定した荷物搬送用の台車についても同様の効果を得ることができる。

【符号の説明】

【0080】

１ ：自走ロボット
２ ：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
１２ ：連結爪
１２ａ ：先端部分
１３ ：磁石
１４ ：マイクロスイッチ
１５ ：フックモータ
１６ ：減速器
２０ ：カゴ部
２１ ：ＩＤ表示パネル
２２ ：下部フレーム
２２ａ ：曲げ部
２３ ：キャスター
３０ ：固定部材
３０ａ ：固定ネジ
３７ ：爪昇降用シャフト
３７ａ ：当接部材
３７ｂ ：当接部材
４５ ：回動角度
５０ ：走行エリア
５１ ：本線
５２ ：番地マーク
６０ ：回動角度
６３ ：規制部材
７１ ：駆動車輪
７２ ：従動車輪
１００ ：ロボット本体部
１０２ ：六輪カート
１１１ ：回動軸
１２０ ：棚枠
１２２ ：天板
１２３ ：中央固定車輪
２００ ：引っ張りスプリング
２００ａ ：係止部材
２００ｂ ：係止ピン
２３３ ：自己位置推定部
２５２ ：障害物判定部
３００ ：本線
３１０ ：車庫
３１１ ：経路
３１２ ：経路
３２０ ：台車専有領域
４０１ ：自己位置推定部
４０２ ：障害物判定部
４０３ ：画像認識部
４０４ ：情報取得部
４０５ ：マップデータベースメモリ
４０６ ：経路演算部
４０７ ：連結動作演算部
４０８ ：連結モータ制御部
４０９ ：モータ制御部
Ａ ：仮置きエリア
Ｂ ：第一保管エリア
Ｃ ：第二保管エリア
ＣＬ１ ：中心線
ＣＬ２ ：中心線
Ｓ ：スタート位置
ａ ：車庫
ｂ ：車庫
ｃ ：車庫
ｄ ：車庫
ｅ ：車庫
ｆ ：車庫
ｇ ：車庫
ｈ ：車庫
ΔＸ ：微小距離
θ ：旋回角度
φ ：角度

【先行技術文献】

【特許文献】

【0081】

【文献】特開２０１８－０９００８４号公報

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【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】