JP3701004B2

JP3701004B2 - 無人フォークリフト

Info

Publication number: JP3701004B2
Application number: JP2000092395A
Authority: JP
Inventors: 俊雄和田; 英城安藤; 剛和西田; 英一六角
Original assignee: 日本輸送機株式会社
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: JP2001278593A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種の荷物を自動的に昇降運搬する無人フォークリフトに係り、特には荷物の重さに応じた適切な積み降ろし制御を行うための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、各種の荷物の運搬、積み降ろしに使用する無人フォークリフトにおいては、省力化の要請、小回り性の良さ等の利便性があることから、近年、多々活用されるようになってきている。
【０００３】
ところで、このような従来の無人フォークリフトにおいては、図１０に示すように、車体２にコントローラ３、磁気センサ５、走行エンコーダ６、昇降エンコーダ７等が設けられるとともに、車体２の前方に立設されたマスト１０にはフォーク１１が昇降可能に設けられており、コントローラ３は、床面１２上に敷設された磁性体１４を磁気センサ５で検出するとともに、走行エンコーダ６の検出出力に基づいて車体２が所定の軌道に沿って自律走行するように制御し、また、昇降エンコーダ１４の検出出力に基づいてフォーク５の昇降動作を制御するようになっている。
【０００４】
そして、たとえば、パレット１５の上に載置されている荷物１６を所定のラック１８の棚１９の上まで運搬する場合には、まず、パレット１５をフォーク１１で支持した状態で所定のラック１８が設置されている箇所まで走行し、次に、フォーク１１を昇降させて棚１９に荷物１６が置けるように所定の高さに保持しつつラック１８に接近する。
【０００５】
続いて、コントローラ３は、走行エンコーダ６の検出出力に基づいてラック１８から所定距離Ｌだけ離れた基準位置に到着したならば前進走行を停止し、次いで、フォーク１１を緩やかに下降させてパレット１５をラック１８の棚１９の上に降ろす。これにより荷物１６の運搬が終了するので、次の作業のために、車体２を後退する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような無人フォークリフトにおいて、フォーク１１に荷物１６を載置して荷取、運搬等の作業を行う場合、フォーク１１を上下動可能に支持するマスト１０は、フォーク１１に載置された荷物１６の重さに応じて変形して垂直位置よりも車体２の前方側に傾斜する。すなわち、通常、フォーク１１に荷物１６が置かれていない無負荷時には、マスト１０が床面１２に対する垂直位置よりも若干車体２側に後傾するように設定しているが、荷物１６の重さが大きい場合にはマスト１０がフォーク１１とともに垂直位置よりも車体２の前方側に傾斜する。
【０００７】
したがって、走行エンコーダ６の検出出力に基づいて車体２を停止させた場合、荷物１６の重さによってその傾斜量が異なるため、荷物１６の積み降ろし位置が区々となり、荷物１６の積み降ろし作業を円滑に行えないという不都合を生じる。
【０００８】
すなわち、マスト１０の前傾量が多いときには、荷物１６を棚１９の所定位置よりも余分に奥側に置いてしまったり、あるいは、マスト１０の前傾量が少ないときには、パレット１５にフォーク１１を差し込んで荷物１６を取り出す場合に、フォーク１１の差し込み量が不足してパレット１５を安定した状態で持ち上げられなくなる。
【０００９】
なお、従来技術では、ラック１８に対する車体２の停止位置が常に適正になるようにするために、フォーク１１の下側基端部に一種の近接センサであるラックビームセンサ２０を設け、このラックビームセンサ２０で棚１９の位置を検出した時に車体２の前進走行を停止させるようにしたものも提供されている。
【００１０】
しかしながら、このようなラックビームセンサ２０を設けた場合には、センサ２０が別途必要となってコストアップを招来する。また、フォーク１１を床面１２まで下げて荷取するような場合には、センサ２０が床面１２上の他の異物に接触してセンサ２０を損傷することがある。さらに、ラック１８が設けられていないような固定台の上に荷物１６を載置するときには、ラックビームセンサ２０では固定台を検出できないことがあり、車体２をどの位置で停止すればよいかを判断することができなくなる。
【００１１】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、フォークに載置される荷物の重さに応じて、荷物の積み降ろしに必要な車体の停止位置あるいはフォークのリーチ位置を自動的に調整して、常に適正な状態で荷物の積み降ろし作業を行うことができる無人フォークリフトを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、次のようにしている。
【００１３】
すなわち、請求項１記載の無人フォークリフトは、荷物の昇降速度を検出する速度検出手段と、この速度検出手段で検出される荷物の昇降速度の大きさに基づいて荷物の重さを算出する荷重算出手段と、この荷重算出手段で算出された荷物の重さに応じて、これに対応したマストの傾斜量を求める傾斜量算出手段と、この傾斜量算出手段で得られたマストの傾斜量に応じて、車体の走行停止位置とフォークのリーチ位置の少なくとも一方を調整する積降位置調整手段とを備えることを特徴としている。
【００１４】
これにより、フォークに載置した荷物を昇降する際、荷重が大きいときには上昇時の速度は遅くなり、逆に、下降時には速度が速くなるので、荷重の大小による昇降速度の違いから荷重の大きさを算出でき、その算出結果に基づいてマストの傾斜量を求めることができる。そして、その傾斜量の大小に応じて自動的に車体の走行停止位置あるいはフォークのリーチ位置が調整されるため、常に適正な状態で荷物の積み降ろし作業を行うことができる。
【００１５】
また、請求項２記載の無人フォークリフトは、マストが前後方向に沿って移動するリーチ型のものであって、荷物の昇降速度を検出する速度検出手段と、この速度検出手段で検出される荷物の昇降速度の大きさに基づいて荷物の重さを算出する荷重算出手段と、この荷重算出手段で算出された荷物の重さに応じて、これに対応したマストの傾斜量を求める傾斜量算出手段と、この傾斜量算出手段で得られたマストの傾斜量に応じて、フォークのリーチ位置を調整する積降位置調整手段とを備えることを特徴としている。
【００１６】
これにより、フォークに載置した荷物を昇降する際、荷重が大きいときには上昇時の速度は遅くなり、逆に、下降時には速度が速くなるので、荷重の大小による昇降速度の違いから荷重の大きさを算出でき、その算出結果に基づいてマストの傾斜量を求めることができる。そして、その傾斜量の大小に応じて自動的にマストのリーチ位置が調整されるため、常に適正な状態で荷物の積み降ろし作業を行うことができる。
【００１７】
通常、フォークリフトには、荷物を載置したフォークの昇降高さを検出するために、フォークの昇降距離に応じた個数のパルス列を発生する昇降エンコーダが設けられているので、請求項２記載のように、この既存の昇降エンコーダを速度検出手段の一部として利用すれば、特に、荷重検出用の圧力センサ等を別途設ける必要がないため都合がよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態に係る無人フォークリフトで荷物の積み降ろしを行う場合の説明図であり、図１０に示した従来技術に対応する部分には同一の符号を付す。
【００１９】
図１において、１は無人フォークリフトの全体を示し、２は車体、３はこの無人フォークリフト１を自動運転制御するためのコントローラ、３２は車体２の前方側の左右に設けられた走行輪、３３は車体２の後方に設けられた単一の駆動操舵輪、８は駆動操舵輪３３を駆動する走行駆動装置、９は駆動操舵輪３３を操舵するためのステアリング装置である。
【００２０】
１０は車体２の前方側において立設されたマスト、１１はマスト１０に昇降可能に取り付けられたフォーク、１６はフォーク１１上に載置された荷物である。また、７はフォーク１１の昇降高さを検出するための昇降エンコーダで、この昇降エンコーダ７とフォーク１１との間がワイヤ３０で連結されるとともに、ワイヤ３０の中間部分がガイドローラ３１で案内されるようになっている。２２はフォーク１１を昇降駆動する昇降モータである。
【００２１】
上記の昇降エンコーダ７としては、たとえばロータリ式エンコーダが適用され、昇降モータ２２で駆動されるフォーク１１の上昇に伴ってワイヤ３０が昇降エンコーダ７から引き出され、また、フォーク１１の下降に伴ってワイヤ３０が昇降エンコーダ７に巻き取られることにより、各動作に応じて昇降エンコーダ７が回転し、これに応じて、昇降エンコーダ７からはフォーク１１の昇降距離に応じた個数のパルス列が発生されるようになっている。
【００２２】
５は無人フォークリフト１を自律走行するために車体２に設けられた磁気センサ、１４は無人フォークリフト１の自律走行のために床面１２に埋め込まれた金属製の磁性体である。
【００２３】
図２は無人フォークリフト１における自動運転制御を行う制御系統の概略を示すブロック図である。
【００２４】
同図において、３はコントローラ、７は昇降エンコーダ、８は走行駆動装置、９はステアリング装置、２２は昇降モータである。
【００２５】
走行駆動装置８は、駆動操舵輪３３の駆動用の走行モータ２３、この走行モータ２３の回転駆動回路である走行モータ駆動部２４、および走行モータ２３の回転数から走行距離を検出するための走行エンコーダ６を備えている。
【００２６】
コントローラ３は、マイクロコンピュータなどからなるもので、メモリ２６とＣＰＵなどで構成される演算制御部２７とを含む。メモリ２６は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、あるいは外部記憶装置などで構成され、このメモリ２６には、予め、図３に示すような荷物１６の重さＷとその各荷重下でのフォーク１１の昇降速度Ｖとの関係を示すデータ、ならびに、図４に示すような荷物１６の各々の重さＷに応じたフォーク１１の昇降高さＨとマスト１０の傾斜量Δとの関係を示すデータが共にテーブル化されて記憶されている。ここで、傾斜量Δとは、図５に示すように、マスト１０が基準位置（たとえば垂直位置）から傾いたときの水平移動距離である。
【００２７】
すなわち、フォーク１１に載置された荷物１６を昇降する際、フォーク１１に大きな荷重がかかるとき、上昇時の速度は遅くなり、逆に、下降時の速度は速くなるので、このような荷物１６の上昇時と下降時の状態に対応できるように、メモリ２６には、図３に示したように、荷物１６が上昇されるときの荷重Ｗと昇降速度Ｖとの関係を示すデータ（同図中、実線で示す）と、荷物１６が下降されるときの荷重Ｗと昇降速度Ｖとの関係を示すデータ（同図中、破線で示す）とがそれぞれ記憶されている。また、マスト１０の傾斜量Δは、フォーク１１の昇降高さＨだけでなく、荷物１６の重さＷにも影響されるため、メモリ２６には、図４に示したように、荷物１６のそれぞれの重さＷ（Ｗ０，Ｗ１，Ｗ２，…）に応じたフォーク１１の昇降高さＨとマスト１０の傾斜量Δとの関係を示すデータ（同図中、破線、実線、一点鎖線などで示す）が記憶されている。
【００２８】
上記の演算制御部２７は、上記の各部８，９，２２，…を制御するものであって、荷物１６の昇降速度Ｖを検出する速度検出手段４１、この速度検出手段４１で検出される荷物１６の昇降速度Ｖの大きさに基づいて荷物１６の重さＷを算出する荷重算出手段４２、この荷重算出手段４２で算出された荷物１６の重さＷに応じて、これに対応したマスト１０の傾斜量Δを求める傾斜量算出手段４３、およびこの傾斜量算出手段４３で得られたマスト１０の傾斜量Δに応じて、車体２の走行停止位置を制御する運転制御手段４４を含んで構成されている。なお、上記の昇降エンコーダ７は速度検出手段４１の一部に含まれる。
【００２９】
次に、上記構成を有する無人フォークリフト１において、荷物１６の重さに応じて適切な荷物の積み降ろし作業を行うための制御動作について、図６に示すフローチャートを参照して説明する。
【００３０】
たとえば、パレット１５の上に載置されている荷物１６を所定のラック１８の棚１９の上まで運搬する場合には、まず、パレット１５をフォーク１１で支持した状態で所定のラック１８が設置されている箇所まで走行する。この走行の際、コントローラ３は、床面１２上に敷設された磁性体１４を磁気センサ５で検出するとともに、走行エンコーダ６の検出出力に基づいて車体２が所定の軌道に沿って自律走行するように走行駆動装置８およびステアリング装置９を制御する。
【００３１】
車体２がラック１８に接近するまでの途中で、コントローラ３は、昇降モータ２２を駆動してフォーク１１を上昇あるいは下降する（ステップ１）。このフォーク１１を昇降させる際、コントローラ３は、昇降エンコーダ７の検出出力に基づいて運搬中の荷物１６の重さＷを検出する。
【００３２】
すなわち、昇降モータ２２の駆動制御によって荷物１６が載置されたフォーク１１が上昇または下降されると、これに伴って昇降エンコーダ７が回転し、昇降エンコーダ７からは図７に示すように、フォーク１１の昇降距離に応じた個数のパルス列が発生される。この場合、たとえば、図７（ａ）に示すように、単位時間Ｔ当たりのパルス数が多ければフォーク１１の昇降速度が速く、図７（ｂ）パルス数が少ないとフォーク１１の昇降速度は遅くなっている。
【００３３】
そして、このパルス列が演算制御部２７に取り込まれるので、演算制御部２７の速度検出手段４１は、昇降エンコーダ７から出力される単位時間Ｔ当たりのパルス数Ｎをカウントして（ステップ２）、次式に基づいて荷物１６の昇降速度Ｖを算出する（ステップ３）。なお、この昇降速度Ｖは、距離または時間とともに変化するため、昇降開始から所定時間経過後の速度を算出するものとしている。
Ｖ＝ｋ・Ｎ／Ｔ ▲１▼
（ただし、ｋは１パルス当たりに対応するフォークの移動距離）
【００３４】
引き続いて、演算制御部２７の荷重算出手段４２は、上記▲１▼式に基づいて得られた昇降速度Ｖの値と、メモリ２６に記憶されている図３のデータとに基づいて荷物１６の重さＷを算出する（ステップ４，５）。すなわち、荷重算出手段４２は、昇降モータ２２で荷物１６を上昇させるときには、図３の実線で示すデータを利用して▲１▼式で得られた昇降速度Ｖに対応した荷重Ｗの値を決定する。これとは逆に、昇降モータ２２で荷物１６を下降させるときには、図３の破線で示すデータを利用して▲１▼式で得られた昇降速度Ｖに対応した荷重Ｗの値を決定する。
【００３５】
また、傾斜量算出手段４３は、昇降エンコーダ７から出力されるパルス数Ｎからフォーク１１の昇降距離（＝ｋ・Ｎ）を算出し、ラック１８の所定の棚１９の上に荷物１６とパレット１５とを載せることができる高さにフォーク１１が保持された時点で、フォーク１１の基準位置からの昇降高さＨを求める（ステップ６）。
【００３６】
続いて、傾斜量算出手段４３は、フォーク１１の現在の昇降高さＨ、およびフォーク１１に載せられている荷物１６の重さＷの両値から、メモリ２６に記憶されている図４に示す各荷物１６の重さＷに応じたデータを用いてマスト１０の傾斜量Δを決定する（ステップ７，８）。
【００３７】
コントローラ３の演算制御部２７は、走行エンコーダ６の検出出力に基づいて車体２の現在の位置を常時認識しているので（ステップ９）、積降位置調整手段４４は、傾斜量算出手段４３で得られた傾斜量Δのデータを参照して、車体２がラック１８から所定の距離Ｌだけ離れた基準位置からマスト１０の傾斜量Δだけ手前の位置に到達するように走行モータ２３を再度駆動するとともに（ステップ１０）、走行エンコーダ６の検出出力を参照して（ステップ１１）、基準位置からマスト１０の傾斜量Δだけ手前の位置に到達した時点で時点で前進走行を停止する（ステップ１２，１３）。
【００３８】
次いで、コントローラ３は、昇降モータ２２を駆動してフォーク１１を緩やかに下降させて荷物１６が載せられたパレット１５をラック１８の棚１９の上に降ろす。その場合、既に、マスト１０の傾斜量Δを考慮してラック１８との距離が適切になるように調整された後であるから、マスト１０の傾斜量Δが大きいときでも荷物１６は棚１９の所定位置よりも余分に奥側に置いてしまったりすることはなく、常に適切な位置に荷物１６が降ろされる。こうして、荷物１６の運搬が終了すると、コントローラ３は、次の作業のために走行駆動装置８を制御して車体２を後退する。
【００３９】
なお、上記の説明は、荷物１６を運搬してラック１８の棚１９の上に載置する場合について説明したが、ラック１８の棚１９の上にある荷物１６を取り出して他の場所に運搬する場合についても基本的な動作は同じである。ただし、この荷取作業を行う場合、フォーク１１には未だ荷物１６が置かれていないため、マスト１０は幾分後傾していて傾斜量は負の値（−Δ）となる。したがって、車体２がラック１８から所定の距離Ｌだけ離れた基準位置からΔだけ余分にラック１８に近付いた位置に到達した時点で前進走行を停止することになる。
【００４０】
なお、上記の実施の形態では、マスト１０の傾斜量Δに応じて車体２の走行停止位置を調整するようにしたが、マスト１０の傾斜量Δに応じてフォーク１１のリーチ位置を調整するようにしてもよい。
【００４１】
ところで、無人フォークリフトには、図８に示すように、リーチキャリッジ５０の駆動によりマスト５１がリーチレール５２に沿って前後方向に移動するリーチ型のものがある。このようなリーチ型の無人フォークリフトについても本発明は適用可能である。
【００４２】
すなわち、このリーチ型の無人フォークリフトに本発明を適用する場合には、マスト５１のリーチ量を検出する必要があるため、たとえば、リーチキャリッジ５０の部分に磁気スケール５５と磁気センサ５６とからなるリーチ量検出器５４を設ける。そして、図２に示した構成の制御系統に加えて、磁気センサ５６の検出出力をコントローラ３に取り込み、フォーク１１のリーチ位置を油圧モータによるリーチシリンダの駆動にて傾斜量Δに応じて調整するようにする。具体的な制御動作を図９のフローチャートに示す。
【００４３】
図９のフローチャートにおいて、ステップ２１〜ステップ２８までは図６に示したフローチャートに基づく動作と基本的に同じで、フォーク１１の昇降速度の大小に応じて荷物１６の重さを算出し、その重さからマスト５１の傾斜量Δを求めている。こうして、マスト５１の傾斜量Δが決定されると、積降位置調整手段４４によって適正なリーチ移動距離が算出される（ステップ２９）。そして、次に図示しない油圧用モータを駆動しつつ（ステップ３０）、リーチ量検出器５４の磁気センサ５６の検出出力を取り込んで（ステップ３１）、現在のマストのリーチ位置が先に求めた適正なリーチ移動距離に到達すると（ステップ３２）、油圧用モータを停止する（ステップ３３）。
【００４４】
このようにすれば、リーチ型の無人フォークリフトにおいても、荷物１６を適正な位置に積み降ろしすることができる。また、荷物１６を段積みする場合には垂直に積み上げていくことができるため、積み上げた荷物１６の転倒等を防止できる。
【００４５】
上記の実施の形態では、昇降エンコーダ７によって単位時間Ｔ内のパルス数を検出することで荷物１６の昇降速度Ｖを検出するようにしているが、フォーク１１が一定距離Ｌを移動する時間を計測することで、昇降速度Ｖを検出することも可能である。このような場合には、上記のような昇降エンコーダ７を使用する代わりに、マスト１０に対して上下一対のリミットスイッチやフォトカプラなどを一定距離Ｌだけ離して取り付けることで速度検出手段を構成することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、次の効果を奏する。
（１）無人フォークリフトにおいて、荷重の大小による昇降速度の違いから荷重の大きさを算出し、その算出結果に基づいてマストの傾斜量を求め、その傾斜量の大小に応じて自動的に車体の走行停止位置あるいはフォークのリーチ位置が調整されるため、常に適正な状態で荷物の積み降ろし作業を行うことができる。しかも、従来のようなラックビームセンサを特に設けなくても車体の停止位置を確実に調整することができるため、コストダウンを図ることができる。
【００４７】
（２）また、リーチ型の無人フォークリフトにおいては、荷物を適正な位置に積み降ろしすることができる。また、荷重の大小に応じてリーチストロークを調整できるため、荷取り時にリーチストロークが不足するといった不都合も無くすことができる。さらに、荷物を段積みする場合には垂直に積み上げていくことができるため、積み上げた荷物の転倒等を防止できて、安全性も高まる。
【００４８】
（３）また、通常、荷物を載置したフォークの昇降高さを検出するために設けられている既存の昇降エンコーダを速度検出手段の一部として利用すれば、荷重を直接に検出する圧力センサ等を設ける必要がなく、余分なコストアップになるのを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る無人フォークリフトで荷物の積み降ろしを行う場合の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る無人フォークリフトにおいて、運転制御を行う制御系統の概略を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態において、フォークに載置された荷物の重さと、そのときのフォークの昇降速度との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の実施の形態において、荷物の重さに応じたフォークの昇降高さとマストの傾斜量との関係を示す特性図である。
【図５】荷物の重さに応じたマストの傾斜量と昇降高さとを示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態において、荷物の重さに応じて適切な積み降ろし作業を行うための制御動作のフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態において、昇降エンコーダから出力されるパルス列の一例を示す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態において、リーチ型の無人フォークリフトのリーチ機構部分を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態において、荷物の重さに応じた適切なリーチ量によって積み降ろし作業を行うための制御動作のフローチャートである。
【図１０】従来の無人フォークリフトにおいて、荷物の積み降ろしを行う場合の説明図である。
【符号の説明】
１無人フォークリフト
２車体
３コントローラ
６走行エンコーダ
７昇降エンコーダ
１０マスト
１１フォーク
１６荷物
２６メモリ
２７演算制御部
４１速度検出手段
４２荷重算出手段
４３傾斜量算出手段
４４積降位置調整手段

Claims

荷物の昇降速度を検出する速度検出手段と、
この速度検出手段で検出される荷物の昇降速度の大きさに基づいて荷物の重さを算出する荷重算出手段と、
この荷重算出手段で算出された荷物の重さに応じて、これに対応したマストの傾斜量を求める傾斜量算出手段と、
この傾斜量算出手段で得られたマストの傾斜量に応じて、車体の走行停止位置とフォークのリーチ位置の少なくとも一方を調整する積降位置調整手段と、
を備えることを特徴とする無人フォークリフト。
マストが前後方向に沿って移動するリーチ型のものであって、荷物の昇降速度を検出する速度検出手段と、
この速度検出手段で検出される荷物の昇降速度の大きさに基づいて荷物の重さを算出する荷重算出手段と、
この荷重算出手段で算出された荷物の重さに応じて、これに対応したマストの傾斜量を求める傾斜量算出手段と、
この傾斜量算出手段で得られたマストの傾斜量に応じて、フォークのリーチ位置を調整する積降位置調整手段と、
を備えることを特徴とする無人フォークリフト。
前記速度検出手段は、フォークの昇降距離に応じた個数のパルス列を発生する昇降エンコーダを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の無人フォークリフト。