(57)【要約】  品物を自動注文履行システム内で運搬するモバイルロボットに設けられた電源を再充電するためのオポチューニスティック（opportunistic）式レール充電システムが開示される。充電レールからの施設ライン電圧を各モバイルロボットに設けられている再充電可能な電源の定格電圧に変換するための個々の充電器が各モバイルロボット中に組み込み可能である。
2021512580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
施設内における複数のモバイルロボットのための電源システムであって、
軌道システム内に設けられた充電レールを含み、前記複数のモバイルロボットは、前記充電レールに沿って移動し、前記充電レールは、第１の電圧を提供するよう構成され、
複数のモバイルロボットの各々に設けられた充電器から成る複数の充電器を含み、前記複数のモバイルロボットの各々の前記充電器は、前記第１の電圧を前記充電レールから前記第１の電圧よりも低い第２の電圧に変換し、
前記複数のモバイルロボットの各々に設けられた再充電可能なエネルギー貯蔵装置から成る複数の再充電可能なエネルギー貯蔵装置を含み、前記複数のモバイルロボットの各々の前記再充電可能なエネルギー貯蔵装置は、前記第２の電圧を用いて充電される、電源システム。
【請求項２】
前記複数のモバイルロボットは、前記充電レールに接続されることによって同時に充電される、請求項１記載の電源システム。
【請求項３】
前記充電レールは、前記軌道システムの垂直部分内に設けられている、請求項１記載の電源システム。
【請求項４】
前記充電レールは、前記軌道システムの水平部分内に設けられている、請求項１記載の電源システム。
【請求項５】
前記第１の電圧は、前記施設からの線間電圧である、請求項１記載の電源システム。
【請求項６】
前記複数のモバイルロボットのうちの一モバイルロボットでハイバーネート機能を実行するよう構成されたコントローラをさらに含み、前記ハイバーネート機能は、前記モバイルロボットが前記充電レールから離れて長期間にわたって待機せざるをえない場合に電源負荷を前記再充電可能エネルギー貯蔵装置から切り離す、請求項１記載の電源システム。
【請求項７】
前記再充電可能エネルギー貯蔵装置は、スーパーキャパシタである、請求項１記載の電源システム。
【請求項８】
前記スーパーキャパシタは、通常の電気二重層キャパシタ、リチウムスーパーキャパシタ及び極低インピーダンスキャパシタのうちの１つである、請求項７記載の電源システム。
【請求項９】
前記複数のモバイルロボットのうちの少なくとも５つのモバイルロボットは、前記少なくとも５つのモバイルロボットの前記充電器及び／又は前記再充電可能エネルギー貯蔵装置の定格値としての最大速度で前記少なくとも５つのモバイルロボットの再充電可能エネルギー貯蔵装置を同時に充電することができる、請求項１記載の電源システム。
【請求項１０】
前記充電レールは、前記軌道システムの垂直レール内に設けられ、前記垂直レールは、前記充電レール上で充電を行いながら前記複数のモバイルロボットの垂直移動を可能にするためのラック歯車をさらに有する、請求項１記載の電源システム。
【請求項１１】
施設内における複数のモバイルロボットのための電源システムであって、前記モバイルロボットは、コンテナを前記施設内の保管ロケーションに搬送したり該保管ロケーションから搬送したりするよう軌道システム上で移動するよう構成され、前記電源システムは、
前記軌道システム内に設けられた充電レールを含み、前記充電レールは、第１の電圧を提供するよう構成され、
複数のモバイルロボットの各々に設けられた充電器から成る複数の充電器を含み、前記複数のモバイルロボットの各々の前記充電器は、前記充電レールからの前記第１の電圧を前記第１の電圧よりも低い第２の電圧に変換し、
前記複数のモバイルロボットの各々に設けられた再充電可能なエネルギー貯蔵装置から成る複数の再充電可能なエネルギー貯蔵装置を含み、前記複数のモバイルロボットの各々の再充電可能エネルギー貯蔵装置は、前記複数のモバイルロボットのうちの各モバイルロボットが前記軌道システム上で移動してコンテナを前記施設内の保管ロケーションに搬送したり該保管ステーションから搬送したりしているときに、第２の電圧を用いてオポチューニスティック方式で充電される、電源システム。
【請求項１２】
前記充電レールは、前記軌道システムの垂直部分内に設けられている、請求項１１記載の電源システム。
【請求項１３】
前記複数のモバイルロボットのうちの既定最大数のモバイルロボットが前記施設内における保管ロケーションへの前記コンテナの搬送及び前記保管ロケーションからの前記コンテナの搬送中、所与の時間で前記軌道システムの前記垂直部分内を移動し、前記既定最大数のモバイルロボットは、各モバイルロボットが前記軌道システムの前記垂直部分内を移動している間、前記既定最大数のモバイルロボットの最大速度を変更することができる、請求項１２記載の電源システム。
【請求項１４】
前記複数のモバイルロボットのナビゲーションを制御するとともにコンテナを保管ロケーションに移送したり該保管ロケーションから移送したりする状態から前記充電レールとの接続状態にモバイルロボットをそらす命令を実行する資材管理システム（ＭＣＳ）をさらに含み、前記モバイルロボットが保管ロケーションへのコンテナの移送及び保管ロケーションからのコンテナの移送を続行するためにより多くの電荷を必要とすることが前記ＭＣＳによって決定される、請求項１１記載の電源システム。
【請求項１５】
前記ＭＣＳは、前記複数のモバイルロボットの各々の前記充電を別個独立に制御するよう前記複数のモバイルロボットの各々の前記充電器と通信する、請求項１４記載の電源システム。
【請求項１６】
前記充電レールは、前記軌道システムの垂直部分内に設けられ、前記ＭＣＳは、前記垂直軌道システム内の全てのモバイルロボットが前記モバイルロボットの最大速度で充電することができるよう所与の時間で前記軌道システムの前記垂直部分内にある多数のモバイルロボットを制御する、請求項１４記載の電源システム。
【請求項１７】
前記充電レールは、前記軌道システムの垂直部分内に設けられ、前記ＭＣＳは、前記施設の遊休期間において前記モバイルロボットの最大充電速度よりも遅い速度で充電するよう前記軌道システムの前記垂直部分内の前記複数のモバイルロボットを位置決めする、請求項１４記載の電源システム。
【請求項１８】
前記第１の電圧は、前記施設からの線間電圧である、請求項１１記載の電源システム。
【請求項１９】
自動保管・出庫システム施設内における複数のモバイルロボットの再充電可能エネルギー貯蔵装置を充電する方法であって、
（ａ）前記施設のための線間電圧を充電レールに送るステップと、
（ｂ）前記複数のモバイルロボットのうちの一モバイルロボットを方向付けて該モバイルロボットを、充電レールを有する軌道に接続させるステップと、
（ｃ）前記モバイルロボットと前記充電レールとの接続時、前記施設からの前記線間電圧を前記モバイルロボットに設けられた充電器により前記モバイルロボットの再充電可能なエネルギー貯蔵装置を充電するよう使用できる低電圧に変換するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ｃ）で変換された前記電圧で前記モバイルロボットの前記再充電可能エネルギー貯蔵装置を充電するステップと、を含む、方法。
【請求項２０】
前記複数のモバイルロボットのうちの一モバイルロボットを方向付けて該モバイルロボットを軌道に接続する前記ステップ（ｂ）は、前記モバイルロボットの充電とは別個独立の目的で実施される、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記モバイルロボットの再充電可能エネルギー貯蔵装置を充電する前記ステップ（ｄ）は、前記充電器及び／又は前記再充電可能エネルギー貯蔵装置が定格されている最大速度で前記モバイルロボットの前記再充電可能エネルギー貯蔵装置を充電するステップを含み、複数のモバイルロボットが前記充電レールに接続されている、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
〔関連出願の参照〕
本願は、２０１８年２月８日に出願された米国特許仮出願第６２／６２８，１５９号（発明の名称：OPPORTUNISTIC CHARAGING SYSTEM FOR AN AUTOMATED STORAGE AND RETRIEVAL SYSTEM）の優先権主張出願であり、この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする。
【０００２】
サプライチェーンで使用される自動注文履行（オーダフルフィルメント）システムは、個々の製品アイテム（本明細書では「イーチ（each）」とも言う）に関する注文を履行することができる。伝統的な注文履行施設は、保管スペースの垂直及び水平アレイを備えたマルチレベル型（多くの高さ位置を持つ形式）の保管構造体内でイーチをコンテナに入れた状態で保管する。自動注文履行システムは、コンテナを保管構造体内において保管スペースに移送したり保管スペースから移送したりするよう保管構造体内で水平に動いたり垂直に動いたりするモバイルロボットをさらに含む。
【０００３】
定期的な再充電を必要とする搭載型エネルギー貯蔵装置によりこれらモバイルロボットに電力供給することが知られている。もっとも普通の解決策は、一般に構造体中である種々の場所に配置される別個の充電ステーションを採用することである。ロボットが再充電を必要とした場合、資材管理システム（Material Control System：ＭＣＳ）は、ロボットを充電ステーションに方向付けて再充電を行う。数機の充電ステーションが存在する場合があるが、この再充電方法は、ロボットをこれらロボットの注文履行業務からそらす。
【０００４】
例えばオペックス・コーポレーション（Opex Corporation）に譲渡された米国特許第９，８１５，６２５号明細書に開示されている別の方式は、電圧を充電レールに供給し、ロボットは、その注文履行作業中にこの充電レールを通って動く。かくして、ロボットは、これが充電レールへの接続によってその業務を行っているときに再充電可能である。かかるシステムは、ＤＣ電力供給装置又はバッテリ充電器が電源（例えば、壁コンセント）と充電レールとの間に配置されるように構成されている。これら従来型充電レールシステムは、単一のモバイルロボット又は数機のモバイルロボットを低い充電速度で迅速に充電するのに十分な電力を提供する。加うるに、あらゆる充電レールは、それ自体の充電器／ＤＣ電力供給装置を必要とし、それによりコストの増大、システムの複雑さの増加、及び信頼性の低下が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第９，８１５，６２５号明細書
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、注文履行システム内のモバイルロボットのためのオポチューニスティック式（opportunistic：チャンスを逃さないような方式の）バッテリ充電システムに関する。バッテリ充電システムは、ロボットがこれらロボットの注文履行業務を行っているときにロボットが係合して通常の在庫出庫及び配送作業中にオポチューニスティック方式で充電を行うようにする１本又は２本以上の充電レールを含む。１本又は２本以上の充電レールは、在庫保管構造体全体を通じて移動するモバイルロボットによって用いられる軌道システムの垂直塔及び／又は水平レール上に設けられるのが良い。１本又は２本以上の充電レールは、施設電源から比較的高い非規制電圧、例えば１２０〜２４０ＶＡＣを受けることができる。各モバイルロボットは、高い充電容量を有するとともに迅速な充電時間を実現することができる再充電可能なエネルギー貯蔵装置、例えば列状に配置されたスーパーキャパシタを備えるのが良い。各モバイルロボットは、エネルギー貯蔵装置を再充電するための搭載型充電器をさらに備えるのが良い。定額償却費用が最小限に抑えられ、と言うのは、レールに電力供給するのに過剰電流保護（ヒューズ又は回路遮断器）が必要であるに過ぎないからである。
【０００７】
モバイルロボットが充電レールに沿って動いているとき、各モバイルロボット内の充電器は、レールを再充電可能エネルギー貯蔵装置が定格されている電圧に変換する。レールに加わる電圧は、各モバイルロボットエネルギー貯蔵装置内で用いられる電圧と比較して比較的高いので、多数のロボットを同一の充電レールから離して同時に迅速に再充電することができる。加うるに、充電器は、同一のレールに接続された各モバイルロボットの各エネルギー貯蔵装置への電流の流れを制御する。かくして、多数のモバイルロボットを単一の充電レールから制御された仕方で迅速に再充電することができる。
【０００８】
一実施形態では、本発明は、施設内における複数のモバイルロボットのための電源システムであって、本電源システムは、軌道システム内に設けられた充電レールを含み、複数のモバイルロボットは、充電レールに沿って移動し、充電レールは、第１の電圧を提供するよう構成され、本電源システムは、複数のモバイルロボットの各々に設けられた充電器から成る複数の充電器をさらに含み、複数のモバイルロボットの各々の充電器は、充電レールからの第１の電圧を第１の電圧よりも低い第２の電圧に変換し、本電源システムはさらに、複数のモバイルロボットの各々に設けられた再充電可能なエネルギー貯蔵装置から成る複数の再充電可能なエネルギー貯蔵装置を含み、複数のモバイルロボットの各々の再充電可能なエネルギー貯蔵装置は、第２の電圧を用いて充電されることを特徴とする電源システムに関する。
【０００９】
この発明の概要の項は、詳細な説明の項において以下にさらに説明する単純化された形態でひとまとまりの技術的思想を導入するために設けられている。この発明の概要の項は、クレーム請求された発明の重要な特徴又は必須の特徴を特定するものではなく、またクレーム請求されている発明の範囲の決定にあたっての助けとして使用されるものでもない。クレーム請求されている発明は、技術の背景の項に記載された任意の又は全ての欠点を解決する具体化例には限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る注文履行施設の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る充電レールを含む注文履行施設の軌道システムの一部分の前から見た斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る再充電可能なエネルギー貯蔵装置及び充電器を備えたモバイルロボットの上から見た斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係る再充電可能なエネルギー貯蔵装置及び充電器を備えたモバイルロボットの下から見た斜視図である。
【図５】エネルギー貯蔵装置及び充電器を軌道システムの充電レールに接続するための結合機構体の細部を示す図である。
【図６】エネルギー貯蔵装置及び充電器を軌道システムの充電レールに接続するための結合機構体の細部を示す図である。
【図７】本発明の実施形態にかかる垂直塔内の充電レールを含む保管ベイの正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、おおまかに説明すると、自動注文履行システム内において品物を搬送するモバイルロボットに設けられた電源を再充電するためのオポチューニスティック式レール充電システムに関する。本発明の諸観点によれば、モバイルロボットを充電するための１本又は２本以上の充電レールが軌道システムに組み込まれるのが良く、ロボットは、通常の在庫出庫及び配送作業中、この軌道システムに沿って移動する。本発明の別の諸観点では、電圧を充電レールから各モバイルロボットの再充電可能な電源供給装置が定格されている電圧に変換するための個々の充電器が各モバイルに組み込まれている。個々の充電器により、充電レールは、充電レール上に低い電流で高い電圧を利用することができる。低い電流により、小さな断面積を有する充電レールの使用が可能である。加うるに、個々の充電器及び充電レールにかかる高い電圧により、数機のモバイルロボットを同一の充電レールから離して同時に迅速かつ効率的に再充電することができる。
【００１２】
本発明を多くの互いに異なる形態で具体化できるので、本発明を本明細書において説明する実施形態に限定されるものと解されてはならないことが理解される。これとは異なり、これら実施形態は、本開示が徹底的でありかつ完全であり、本発明を当業者に完全に理解させるよう提供されている。確かに、本発明は、特許請求の範囲の記載によって定められる本発明の範囲及び精神に含まれるこれら実施形態の変形例、改造例及び均等例を含むものである。さらに、本発明の以下の詳細な説明において、多くの特定の細部が本発明の徹底的な理解を提供するために記載されている。しかしながら、当業者には明らかなように、本発明をかかる特定の細部なしで実施できる。
【００１３】
本明細書で用いられる場合のある「頂部」、「底部」、「上方」、「下方」、「垂直」、及び「水平」という用語は、例示でありかつ説明の目的のためのものであり、言及するアイテムを位置及び向きにおいて交換することができるので、本発明の説明を限定するものではない。また、本明細書で用いられる「実質的に」及び／又は「約」という用語は、特定の寸法又はパラメータが所与の用途について許容可能な製造公差内においてばらつきのあることを意味している。一つの実施形態において、許容製造公差は、所与の寸法の±０．２５％である。
【００１４】
図１は、保管ロケーション１０６の多数のベイ１０４を含む保管構造体１０２を示している注文履行施設１００の一実施形態の部分図である。具体的に説明すると、各ベイ１０４は、水平列をなす保管ロケーション１０６のｙ‐ｚアレイ及びこの実施形態では垂直塔（タワー）であるのが良い列に沿うレベル（高さ位置）変更塔を含む。以下に説明するように、モバイル（移動）ロボット１５０がレベル変更塔内で保管レベル相互間をｚ方向に移動することができる。対をなすベイ１０４は、通路（アイル）１０８によって隔てられた状態で、互いに向くよう配置されている。通路１０８は、通路１０８内で移動しているモバイルロボット１５０がトートを通路１０８の各側でベイ１０４に移送することができるような幅を有するのが良い。注文履行施設１００は、保管構造体１０２の互いに異なる水平レベルのところに互いに間隔を置いて配置されたデッキ１１２をさらに含むのが良い。デッキ１１２は、ロボットが各デッキのｘ‐ｙ平面内で通り抜けて互いに異なる通路相互間を移動することができるよう通路相互間に延びるのが良い。
【００１５】
図２は、通路１０８内の軌道システム１１６の一区分の斜視図である。軌道システム１１６は、水平レール１１８及びレベル変更塔１２０（破線で囲まれている）を含む。図２に示された水平レベル１１８及びレベル変更塔１２０の数は、例示に過ぎず、別の実施形態では、これよりも多くの又はこれよりも少ない水平レール１１８及び／又はレベル変更塔１２０が設けられても良い。しかしながら、１つの実施形態ではベイ１０４内の保管ロケーション１０６の各水平レベルについて１組の水平レール１１８が存在する。保管ロケーション１０６（図２には示されていない）は、通路１０８の互いに反対側で軌道システム１１６に隣接して位置決めされる。
【００１６】
注文履行施設１００は、トート又は他の製品コンテナをベイ１０４内のワークステーション（図示せず）及び保管ロケーション１０６に移送したりワークステーション及び保管ロケーション１０６から移送したりするための多数のモバイルロボット１５０をさらに含むのが良い。モバイルロボット１５０については以下に詳細に説明するが、モバイルロボット１５０は、トート又は他の製品コンテナをモバイルロボット１５０と保管ロケーション１０６との間で移送するよう通路１０８内で軌道システム１１６に沿って水平に動いたり垂直に動いたりするよう自己誘導式であるのが良い。モバイルロボット１５０は、保管ロケーション１０６のレベル相互間でレベル変更塔１２０内においてｚ方向に垂直に移動することができる。標的水平レベルにいったん位置すると、モバイルロボットは、レール１１８に沿って選択された保管ロケーション１０６まで水平に動いて在庫をその保管ロケーションから出庫し又は在庫をその保管ロケーションに配送することができる。
【００１７】
デッキ１１２は、保管構造体１０２の互いに異なるレベルでも通路１０８相互間におけるモバイルロボット１５０の移動及び通路１０８中へのモバイルロボット１５０の移動を可能にする。デッキ１１２は、レベル変更塔のところで、デッキフローリングに設けられた開口部１１２ａを備えるのが良い。開口部１１２ａにより、レベル変更塔１２０のレベル相互間で垂直に動いているモバイルロボットは、通路内で１つ又は２つ以上のデッキ１１２を通過することができる。
【００１８】
本発明と関連して使用できる保管構造体、軌道システム及びモバイルロボットのそれ以上の細部は、例えば、以下の米国特許及び米国特許出願、すなわち、２０１５年９月２２日に発行されてジョン・ラート（John Lert）に付与された米国特許第９，１３９，３６３号明細書（発明の名称：Automated System For Transporting Payloads）、２０１６年６月２日にジョン・ラート及びウィリアム・フォスナイト（William Fosnight）名義で出願された米国特許出願公開第２０１６／０３５５３３７号明細書（発明の名称：Storage and Retrieval System）、及び２０１７年５月１０日にジョン・ラート及びウィリアム・フォスナイト名義で出願された米国特許出願公開第２０１７／０３１３５１４号明細書（発明の名称：Order Fulfillment System）に記載されている。これら米国特許及び米国特許出願の各々を参照により引用し、当該記載内容全体を本明細書の一部とする。
【００１９】
本発明の諸観点によれば、充電レール１３０は、レベル変更塔１２０のうちの１つ又は２つ以上の一方の側部で垂直軌道中に組み込まれるのが良い。充電レール１３０は、電圧を施設電源１３２から受け取るよう施設電源１３３２に電気的に結合されるのが良い。実施形態では、１本又は２本以上の充電レール１３０の各々に受け取られた電圧は、例えば１２０Ｖ、２２０Ｖ又は２４０ＶにおいてＡＣ電圧であるのが良い。言うまでもないこととして、施設電源は、別の実施形態では他のＡＣ電圧を提供することができる。加うるに、電圧をＤＣ電圧又は施設電源１３２とは異なる電圧に変換するための電圧変換器が施設電源１３２と充電レール１３０との間に設けられるのが良い。
【００２０】
一般に、１本又は２本以上の充電レール１３０は、施設電源からの比較的高い電圧で定電流を流す。充電レールには電圧をモバイルロボットエネルギー貯蔵装置によって使用可能なレベルまで変換するための充電レールの各区分のところに充電器又は他の機器を提供する必要なく、施設電源から直接電圧を供給することができるということが本発明の特徴である。低電流により、充電レール１３０の比較的小さな断面積及び低い送電損失の実現が可能である。１つの実施例では、充電レール１３０は、充電レール１３０を通って１１，０００Ｗの電力を送るために５０Ａで２２０Ｖに耐えることができる。これらの数値は、一礼に過ぎず、別の実施形態では様々であって良い。充電レール１３０は、良導体、例えば、銅、ステンレス鋼、これらの合金、又は他の材料で作られたプレート、ワイヤ又はケーブルであるのが良い。充電レール１３０がプレートである場合、充電レールは、断面積が１０ｍｍ2の平たいプレートであるのが良い。別の実施形態では、充電レールは、少なくとも一部分が以下に説明するモバイルロボットの結合機構体を受け入れるよう全体として平たい多種多様な断面形状のうちの任意のものを形成するようその長さに沿って曲げられたプレートであるのが良い。充電レール１３０がワイヤ又はケーブルである場合、この充電レールは、１０ｍｍ2の断面積を有するのが良い。
【００２１】
以下に説明するように、充電レール１３０は、レベル変更塔１２０の垂直レールから電気的に絶縁されるのが良い。充電レール１３０への接触を回避するための安全措置が講じられるのが良い。１つの実施例では、充電レール１３０は、モバイルロボット１５０がレベル変更塔１２０に沿って動いている間にモバイルロボット１５０の結合機構体が充電レール１３０に依然として接触することができるようにした状態で人の接触を阻止する保護絶縁ガード２２４（図５及び図６）内に埋め込まれるのが良い。実施形態では、充電レール１３０は、注文履行施設内における単一のレベル変更塔１２０、幾つかのレベル変更塔１２０、又は全てのレベル変更塔１２０の一方の側に設けられるのが良い。別の実施形態では、充電レール１３０は、所与のレベル変更塔１２０内の互いに反対側の軌道の両方内に設けられるのが良い。さらに別の実施形態では、充電レール１３０は、１つ又は２つ以上のレベル変更塔１２０に備えることに代えて又はこれに加えて水平軌道１１８のうちの１本又は２本以上の中に組み込まれるのが良い。
【００２２】
図３〜図５を参照してモバイルロボット１５０のそれ以上の細部について説明する。モバイルロボット１５０は、本明細書ではエネルギー貯蔵装置１６０とも呼ばれる搭載型再充電可能なエネルギー貯蔵装置１６０を有するのが良く、このエネルギー貯蔵装置は、実施形態では、列状に配置されたスーパーキャパシタであるのが良く又は列状に配置されたスーパーキャパシタを含むのが良い。スーパーキャパシタは、これらが普通のキャパシタよりも単位体積あたり例えば１０〜１００倍のエネルギーを貯蔵することができるという点でエネルギー貯蔵装置としての利点を提供する。加うるに、スーパーキャパシタは、極めて大きな電流を受け入れることができ、かくして、スーパーキャパシタは、極めて短い期間で、例えば２秒以下で再充電が可能である。種々のスーパーキャパシタのうちの任意のものをエネルギー貯蔵装置１６０内に用いることができ又はエネルギー貯蔵装置１６０として用いることができ、かかるスーパーキャパシタとしては、例えば、通常の電気二重層キャパシタ、リチウムスーパーキャパシタ及び極低インピーダンスキャパシタが挙げられる。さらに言うまでもないこととして、搭載型エネルギー貯蔵装置１６０は、別の実施形態ではスーパーキャパシタとは異なる種々の再充電可能な電力供給装置であっても良く又は種々の再充電可能な電力供給装置を含んでいても良く、かかる再充電可能な電力供給装置としては、例えば、通常のキャパシタ、電気化学的バッテリ及び他形式の再充電可能電源が挙げられる。再充電可能エネルギー貯蔵装置１６０は、エネルギー貯蔵装置の動作を制御し、例えば以下において説明するハイバーネーション（hibernation）モードを実行する関連マイクロコントローラを有するのが良く、ハイバーネーションモードでは、モバイルロボット駆動装置からの負荷がエネルギー貯蔵装置１６０から切り離される。
【００２３】
モバイルロボット１５０は、充電レール１３０からの電力を受け取り、そしてこれをエネルギー貯蔵装置１６０によって使用可能な低い電圧に変換する充電器１６２をさらに有する。実施形態では、エネルギー貯蔵装置１６０によって使用可能な電圧は、一般に、商業的因子の組み合わせによって決定されるのが良く、かかる商業的因子としては、例えば、どのような電圧が最も高い電荷貯蔵能力を許容するか及びどのような電圧が１ドル当たり最も多くのエネルギー貯蔵量を提供するかが挙げられる。１つの実施例では、エネルギー貯蔵装置１６０は、２０〜７０Ｖの電圧を用いるのが良いが、この範囲の外にある電圧を別の実施形態において用いることができる。以下において、モバイルロボット１５０の独立した電荷管理及び効率的な充電を可能にする充電器１６２のそれ以上の細部について説明する。エネルギー貯蔵装置１６０及び充電器１６２が別々のコンポーネントとして図示されているが、別の実施形態では、エネルギー貯蔵装置１６０と充電器１６２は、互いに一体化されても良い。
【００２４】
モバイルロボット１５０は、モバイルロボット１５０をデッキ１１２に沿って水平に推進し、そして軌道システム１１６に沿って水平に推進したり垂直に推進したりするようにするために用いられる種々の駆動システムをさらに有するのが良い。１つの実施例では、モバイルロボット１５０は、駆動輪１６８の回転を制御するための１対の位置制御モータ１６６（これらのうちの１つが図４に見える）を含む水平駆動システムを有するのが良い。位置制御モータ１６６は、タンデム環境をなして作動してモバイルロボットを軌道システム１１６のレール１１８に沿って前進させることができる。位置制御モータ１６６は、モバイルロボットをこれが平坦な表面、例えばデッキ１１２上で移動するときに左又は右に制御可能に方向転換させるよう別個独立に作動することができる。
【００２５】
モバイルロボット１５０は、レベル変更塔１２０内でモバイルロボットを垂直に推進するために用いられる種々の駆動システムをさらに有するのが良い。１つの実施例では、モバイルロボット１５０は、駆動シャフト１７２に取り付けられた垂直駆動装置１７０を有するのが良い。駆動シャフト１７２は、その反対側の端部のところに１対の案内ベアリング１７４をさらに有するのが良く、各案内ベアリングは、レベル変更塔の互いに反対側の側部に設けられた垂直チャネル１７３（図５及び図６）内のラック歯車１７１と係合するよう構成されている。垂直駆動装置１７０によるラック歯車に沿う案内ベアリング１７４の回転により、モバイルロボットは、レベル変更塔内で制御可能に上下に動く。
【００２６】
モバイルロボット１５０は、支承シャフト１７７の互いに反対側の端部のところに取り付けられたカウンタベアリング１７５をさらに有するのが良い。カウンタベアリングは、モバイルロボットを垂直移動中、全体として水平の向きに維持するようレベル変更塔内の案内ベアリング１７４を受け入れる垂直チャネルの背後に位置する表面にのっている。
【００２７】
モバイルロボット１５０は、通路１０８の各側で保管ロケーション１０６のところで在庫コンテナを出庫したり及び／あるいは配送したりするために用いられる駆動システムをさらに有するのが良い。１つの実施形態では、モバイルロボット１５０は、駆動シャフト１８２に取り付けられたコンテナ移送駆動装置１８０を有するのが良い。駆動スプロケット１８４が駆動シャフト１８２の反対側の端部に取り付けられるのが良い。駆動スプロケット１８４は、第１のチェーン１８８によって被動スプロケット１８６に結合されるのが良い。第２のチェーン１９０が被動スプロケット１８６に巻き付くのが良い。１対のフリッパ１９２，１９４が第２のチェーン１９０に取り付けられている。第２のチェーン１９０及びフリッパ１９２，１９４は、トート又は他のコンテナを運搬するためのペイロードベッド１９８の側壁１９６に取り付けられるのが良い。駆動装置１８０の回転により、第２のチェーン１９０及びフリッパ１９２，１９４が回転する。反対側の側壁２００が第２のチェーン及びフリッパの同様な組立体を有し、第２のチェーン及びフリッパもまた、駆動装置１８０によって回転する。両方の側壁に設けられたフリッパ１９２，１９４は、コンテナを保管ロケーション１０６に移送するようペイロードベッド１９８上に着座したコンテナの特徴部に係合するよう構成されている。これら特徴部はまた、コンテナを保管ロケーション１０６からペイロードベッド１９８上に移送するよう両方の側壁上のフリッパ１９２，１９４と係合するのが良い。
【００２８】
上述の内容は、モバイルロボット１５０内に設けられてエネルギー貯蔵装置１６０によって電力供給される駆動モータのうちの幾つかの一般化された説明のために提供されている。エネルギー貯蔵装置１６０に含まれて電力供給されるのが良い追加の又は別の駆動モータの細部が上述の参照により引用された米国特許出願公開、例えば２０１７年５月１０日に出願されたジョン・ラート及びウィリアム・フォスナイト名義の米国特許出願公開第２０１７／０３１３５１４号明細書（発明の名称：Order Fulfillment System）に提供されている。しかしながら、言うまでもないこととして、上述し又は違ったやり方でモバイルロボット１５０に用いられる特定の駆動システムは、本発明の充電システムにとって必要不可欠であるというわけではなく、本発明の充電システムは、多様な他の又は別の駆動システム、動力コンポーネント及び／又は別の形態を有するモバイルロボットに使用することができる。
【００２９】
各モバイルロボット１５０は、モバイルロボットが信号を資材管理システム（ＭＣＳ）２１０に送ったり信号をＭＣＳ２１０から受け取ったりすることができるようにするアンテナ（図示せず）をさらに有するのが良い。一般に、ＭＣＳ２１０は、モバイルロボットが注文履行施設内全体にわたって移動しているときにモバイルロボットの全体的な作動を制御する。ＭＣＳ２１０は、ロボットに在庫コンテナのピックアップ及び配送という業務を課すとともに施設内全体におけるモバイルロボットの交通の流れを制御する。一般に、モバイルロボット１５０は、そのＭＣＳ指定業務を実行する際にある時点でレベル変更塔１２０に沿って移動し、そして、モバイルロボット１５０は、ＭＣＳ２１０からの別個の充電指令を必要としないでこの時点で再充電が可能である。しかしながら、ＭＣＳ２１０は、ロボットが充電レール１３０を含むレベル変更塔１２０内で移動しないで、ロボットに長距離にわたって移動する業務を課すことが起こる場合がある。この場合、ＭＣＳ２１０は、モバイルロボットがその業務を開始する前にレベル変更塔に沿って充電を行うよう方向付けることができる。
【００３０】
加うるに、実施形態では、ＭＣＳ２１０は、各モバイルロボット１５０の電力レベルをモニタすることができる。モバイルロボットの電力が極めて低い場合、ＭＣＳ２１０は、モバイルロボットをレベル変更塔１２０内の充電レール１３０に向け直すことができる。さらに、以下に説明するように、ＭＣＳ２１０は、モバイルロボットが充電レール１３０から離れて長期間にわたって待機せざるを得ない場合、モバイルロボット１５０についてハイバーネート機能を実行することができる。
【００３１】
作用を説明すると、本発明は、オポチューニスティック式充電システムを提供し、すなわち、モバイルロボット１５０は、これらが充電レール１３０を含むレベル変更塔１２０に沿って移動する機会を有する場合にはいつでも充電を行うことになる。図３及び図４は、充電レール１３０を充電器１６０に電気的に結合するための結合機構体２１６を示している。図５及び図６は、結合機構体２１６のそれ以上の細部を示している。結合機構体２１６は、充電レール１３０の軌道に押しつけられる１対のばね押し充電トウ２１８を含む。充電レール１３０はそれ自体、チャネル１７３のベース内に位置決めされるのが良い。上述したように、チャネル１７３は、チャネルの側壁上にラック歯車１７１をさらに有し、このラック歯車は、モバイルロボット１５０の垂直移動を可能にするよう案内ベアリング１７４と係合する。
【００３２】
モバイルロボットが充電レール１３０を含むレベル変更塔１２０に入ると、充電トウ２１８は、充電レール１３０に押しつけられ、その結果、充電レールからの電流が充電トウを通って充電器１６２まで流れ、それによりエネルギー貯蔵装置１６０を再充電するようになっている。充電トウ２１８は、モバイルロボット１５０がレベル変更塔１２０内に位置している間、充電レールと接触状態のままである。エネルギー貯蔵装置１６０は、モバイルロボット１５０がレベル変更塔１２０内で上方に動いていても下方に動いていてもいずれにせよ、同一の仕方で充電される。しかしながら、エネルギー貯蔵装置１６０は、モバイルロボットが動いている場合に迅速に充電可能であり、と言うのは、潜在的エネルギーの変化の結果として、駆動装置のうちの１つ又は２つ以上の電流がエネルギー貯蔵装置１６０に流れることができるからである。
【００３３】
上述したように、各モバイルロボット１５０は、充電レール１３０からの電圧を、エネルギー貯蔵装置１６０を充電するために用いられる低い電圧に変換するための充電器１６２を備えるのが良い。充電器１６２が従来型システムの場合のように施設電源と充電レールとの間に設けられるのではなく、モバイルロボット１５０の各々に設けられるということが本発明の特徴である。従来型システムでは、充電器が故障すると、その充電器が受け持っていたレールの部分は、最早電力を受け取らず、ルート変更される必要のある幾つかの又は全てのモバイルロボットに潜在的に悪影響を及ぼす。本発明の充電器が故障した場合、このことは、充電器が配置されているモバイルロボットのみに影響を及ぼす。したがって、本発明は、単一の故障箇所のない極めて信頼性の高いシステムを提供する。１つのロボットが故障した場合、これは、循環から取り出されて容易に交換可能である。
【００３４】
本発明はまた、充電器１６２がロボット中に組み込まれているという点で費用効果の良いシステムを提供する。加うるに、充電器をロボットに設けることにより、ＡＣライン電力によってレールに直接的に電力供給することができる。高電圧能力を充電レールに提供することに加えて、この種の電源使用法は、最小限の充電インフラストラクチャ、例えば少数の充電箇所及び充電箇所１個あたりの低コスト（過剰電流保護）を必要とする。さらに、このシステムは、保管構造体に対する変更を必要としないで、多くのロボットを追加することによってシステムを容易にスケールアップすることができる。
【００３５】
本発明はまた、ロボット寿命について利点を提供する。上述したように、充電器１６２をモバイルロボットまで動かすことは、充電器が故障したときの保守のために稼働停止する必要のあるシステムの部分が存在しないということを意味している。この利点をオポチューニスティック式スーパーキャパシタ利用システムと組み合わせることができ、このことは、エネルギー貯蔵装置がロボットの寿命（１０年超）にわたって長持ちし、作動中、ロボットが再充電されるために休止する必要が決してないことを意味している。
【００３６】
さらに、各モバイルロボット１５０のところで局所的に適用される別個独立の充電管理が可能である。かくして、各モバイルロボットのところでの充電速度が高度に制御される。かくして、例えば、多数のロボットを充電レールに同時に追加することができ、と言うのは、搭載型充電器１６２が全てのロボットの充電速度を調節するからである。充電速度調節は、多様な利点をもたらし、かかる利点としては、電力負荷がＡＣ回路遮断器定格を超えることがないようにするということが挙げられる。さらに、充電器１６２は、エネルギー貯蔵装置１６０が完全に充電されると、エネルギー貯蔵装置１６０への電力を停止することができる。加うるに、充電器１６２は、充電レール１３０に接続され２つ又は３つ以上のモバイルロボット相互間の電気的ショートを阻止する。
【００３７】
充電器１６２はまた、エネルギー貯蔵装置１６０及び充電器１６２の関数であるように充電速度を制御する。具体的に説明すると、エネルギー貯蔵装置は、大きな電力を受け取った際に一般的に迅速に充電を行うことになる。特に、エネルギー貯蔵装置に送られるエネルギーは、電力と時間の積（Ｅ＝Ｐ・ｔ）である。モバイルロボット１５０が充電レールに接続されている時間の長さがモバイルロボットの行き先によって制限されるとともに設定されるので、モバイルロボットに送られるエネルギーは、その時間でそのロボットに送られる電力を最大にすることによって最大になる。
【００３８】
しかしながら、エネルギー貯蔵装置１６０及び充電器１６２のパラメータは一緒になって、エネルギー貯蔵装置１６０に対して最大電力Ｐmaxを定めることになり、これよりも大きい場合、エネルギー貯蔵装置は、迅速には充電を行わないであろう。すなわち、Ｐmaxがエネルギー貯蔵装置１６０にいったん加えられると、加えられた電力をそれ以上に増大させても、結果として充電が迅速にはならない。充電速度は、充電レールによって送られる電力及びその充電レールに接続されているモバイルロボット１５０の機数の関数でもある。上述したように、従来型充電システムは、低電圧低電力充電レールを用いていた。
【００３９】
従来型システムとは対照的に、数機のモバイルロボットを高い充電速度では単一の充電レール１３０から離して充電することができるということが本発明の特徴である。多数のロボットｎが充電レール１３０から離れて同時に充電を行っている場合、モバイルロボットｎにより引き出される電力の合計は、次のように、充電レールによって供給される電力であろう。
Ｐrail＝Σ（Ｐ1＋Ｐ2＋……＋Ｐn）
上述したように、Ｐmaxは、エネルギー貯蔵装置に供給される最大電力Ｐmaxを定めることになり、これよりも大きい場合、エネルギー貯蔵装置は、迅速には充電を行わないであろう。本発明の充電レール１３０が高い電圧及び大きな電力をもたらすと仮定すると、充電レールから離れて充電を行うことができるロボットのある数ｎが存在し、その結果、次のように各ロボットがＰmaxを受け取ることができる。
Ｐrail≧Σ（Ｐ1max＋Ｐ2max＋……＋Ｐnmax）
注文履行システムの通常の作動中、ｍ基という多くのロボットが所与のレベル変更塔内で同時にレベルを変更している場合がある。Ｐmaxで充電レール１３０から離れて充電を行うことができるロボットの数ｎが通常の動作下において一度にレベル変更塔内に存在するロボットの数ｍよりも大きいということが本発明の有利な特徴である。かくして、ｍ基のロボットの各々は、エネルギー貯蔵装置１６０及び充電器１６２によって許容される最も高い充電速度で充電可能である。
【００４０】
例えば、図７は、保管構造体１０２の縁１０４を示している。ベイ１０４は、上述したような充電レール１３０を含むレベル変更塔１２０を有する。図示の実施例は、レベル変更塔１２０内に５基のモバイルロボット１５０を有し、各モバイルロボットは、これらが垂直に動いているときに充電レール１３０から離れて充電を行う。この実施形態では、５基のモバイルロボットは、通常の作動下において任意所与の時刻に塔１２０内に存在する最も多くのモバイルロボットである。
【００４１】
この実施例では、塔１２０内の充電レールが上述したように１１ｋＷまでの電力を送ることができると想定する。この実施例では、さらに、５基のモバイルロボットの各々に設けられたエネルギー貯蔵装置１６０に関するＰmaxが２０００Ｗであると想定する。かくして、次式が成り立つ。
Ｐrail≧Σ（Ｐ1max＋Ｐ2max＋Ｐ3max＋Ｐ4max＋Ｐ5max）
１１，０００Ｗ≧Σ（２０００Ｗ＋２０００Ｗ＋２０００Ｗ＋２０００Ｗ＋
２０００Ｗ）＝１０，０００Ｗ
充電レール１３０により供給される電力が５基のモバイルロボット１５０のためのＰmaxの合計よりも大きいので、モバイルロボットの各々をこれらの電力供給装置について可能な限り最も短い時間（例えば、数秒）で充電レール１３０及び充電器１６２によって同時に充電することができる。４基以下のモバイルロボットの１５０が塔１２０内に存在している場合、各モバイルロボットは、依然として最も短い時間で充電を行う。塔１２０内に６基のモバイルロボットが存在していることが万一起こった場合、充電レールによって供給される最大電力（１１ｋＷ）は、６基のモバイルロボットに関するＰmaxの合計（１２ｋＷ）よりも最早大きくはない。この場合、６基のモバイルロボットは、可能な限り最も短い時間で最早充電を行うことはなく、６基のモバイルロボットは、依然として迅速に充電を行う（１１ｋＷ／６＝１８３３Ｗ）。
【００４２】
モバイルロボットが充電を行う速度が決定的に重要な要因ではないということが起こる場合がある。例えば、注文履行施設の遊休（非稼働）期間中、多数のモバイルロボット（例えば、１００機以上）が図７の塔１２０内に保管される場合があり、各モバイルロボットは、充電レール１３０から離れて充電を行う。実施形態では、各モバイルロボットのエネルギー貯蔵装置は、Ｐmaxよりも十分に低い電力を受け取り、保管状態のモバイルロボットに関する充電時間は、最大充電速度よりも十分に高いであろう。しかしながら、ロボットが保管されて休止状態であると仮定すると、これらロボットを低い電力、例えばトリクル充電で充電することができ、その結果、ある期間後、例えば数時間後、保管状態のモバイルロボットの全てが完全に充電される。各モバイルロボットの充電速度をＭＣＳ２１０内の監視ソフトウェアアルゴリズムによって設定することができ、それによりもしそのように構成されていなければ回路遮断器をトリップ動作させる可能性のある過負荷条件が阻止される。１つの実施例では、アルゴリズムは、各モバイルロボットの充電速度を充電レールに取り付けられているモバイルロボットの機数によって除算された充電レールの電力能力に合わせて設定することができる。
【００４３】
別の実施形態では、本発明は、エネルギー貯蔵装置コントローラに組み込まれるハイバーネート機能を含むエネルギー貯蔵解決策をさらに具体化する。エネルギー貯蔵装置コントローラのハイバーネート機能は、ロボットが充電レール１３０から離れて長期間にわたって待機せざるをえない場合、全ての電力負荷をロボット駆動装置から切り離すとともに他のコンポーネントをエネルギー貯蔵装置１６０から切り離す。これは、例えば輸送、点検整備及び／又は作業停止を含む多くの理由の場合に起こることがある。ＭＣＳ２１０の監視ソフトウェアアルゴリズムは、これら又は他の条件についてモニタすることができ、そしてモバイルロボット１５０がその電力を保つためにハイバーネーション（休止）状態にされることが必要であることを判定する。この場合、ＭＣＳ２１０は、ワイヤレス信号をモバイルロボットに送り、その結果、エネルギー貯蔵装置コントローラは、全ての電力負荷をエネルギー貯蔵装置１６０から切り離す。
【００４４】
ＭＣＳ２１０はまた、エネルギー貯蔵装置コントローラによって使用される持続時間を伝えてワイヤレス通信に必要なむき出しの最小限のハードウェアに定期的に電源を入れることができ、それにより作動がいつでも再開できるかどうか又は再開されたかどうかを確認することができる。予測される点検整備までの時間が長ければ長いほど、起動相互間の持続時間がそれだけいっそう長くなり、それによりエネルギーが必要なときに診断及び電動式の運動に利用できるようにする。次に、エネルギー貯蔵装置コントローラは、ＭＣＳ２１０により「チェックイン」する時間までの数分間を数えながら超低電力状態で別個独立に動作し、次にワイヤレス通信サブシステムに電力供給してＭＣＳ２１０への接続を行う。準備ができると、ロボットは電力供給され、もしそうでなければ、ＭＣＳ２１０は、新たな稼働停止期間を定めるための機会を持ち、ロボットをハイバ−ネーション状態に戻す。
【００４５】
ハイバ−ネーション機能をモバイルロボットに組み込むことにより、これらモバイルロボットは、ロボットが充電ロケーションから遠ざかって取り残されているときに長期間にわたってエネルギーを保ち、多くの場合、手動によるロボットの回収の必要性がなくなる。
【００４６】
以上、要するに、本発明は、施設内における複数のモバイルロボットのための電源システムであって、本電源システムが軌道システム内に設けられた充電レールを含み、複数のモバイルロボットは、充電レールに沿って移動し、充電レールは、第１の電圧を提供するよう構成され、本電源システムが複数のモバイルロボットの各々に設けられた充電器から成る複数の充電器をさらに含み、複数のモバイルロボットの各々の充電器は、充電レールからの第１の電圧を第１の電圧よりも低い第２の電圧に変換し、本電源システムがさらに、複数のモバイルロボットの各々に設けられた再充電可能なエネルギー貯蔵装置から成る複数の再充電可能なエネルギー貯蔵装置を含み、複数のモバイルロボットの各々の再充電可能なエネルギー貯蔵装置は、第２の電圧を用いて充電されることを特徴とする電源システムに関する。
【００４７】
別の実施例では、本発明は、施設内における複数のモバイルロボットのための電源システムであって、モバイルロボットは、コンテナを施設内の保管ロケーションに搬送したりこの保管ロケーションから搬送したりするよう軌道システム上で移動するよう構成され、本電源システムが軌道システム内に設けられた充電レールを含み、充電レールは、第１の電圧を提供するよう構成され、本電源システムが複数のモバイルロボットの各々に設けられた充電器から成る複数の充電器をさらに含み、複数のモバイルロボットの各々の充電器は、充電レールからの第１の電圧を第１の電圧よりも低い第２の電圧に変換し、複数のモバイルロボットの各々の再充電可能エネルギー貯蔵装置は、複数のモバイルロボットのうちの各モバイルロボットが軌道システム上で移動してコンテナを施設内の保管ロケーションに搬送したりこの保管ステーションから搬送したりしているときに、第２の電圧を用いてオポチューニスティック方式で充電されることを特徴とする電源システムに関する。
【００４８】
別の実施例では、本発明は、自動保管・出庫システム施設内における複数のモバイルロボットの再充電可能エネルギー貯蔵装置を充電する方法であって、（ａ）施設のための線間電圧を充電レールに送るステップと、（ｂ）複数のモバイルロボットのうちの一モバイルロボットを方向付けてこのモバイルロボットを、充電レールを有する軌道に接続させるステップと、（ｃ）モバイルロボットと充電レールとの接続時、施設からの線間電圧をモバイルロボットに設けられた充電器によりモバイルロボットの再充電可能なエネルギー貯蔵装置を充電するよう使用できる低電圧に変換するステップと、（ｄ）ステップ（ｃ）で変換された電圧でモバイルロボットの再充電可能エネルギー貯蔵装置を充電するステップとを含むことを特徴とする方法に関する。
【００４９】
本発明についての上述の詳細な説明は、例示及び説明の目的で提供されている。網羅的であることを意図しておらず、あるいは本発明を開示した形態そのものに限定することを意図していない。上記教示に照らして多くの改造及び変形が可能である。説明した実施形態は、本発明の原理及びその実際の用途を最も良く説明し、それにより当業者が本発明を種々の実施形態で、しかも想定される特定の使用に合うような種々の改造を施した状態で最も良く利用することができるようにするために選択された。本発明の範囲は、本明細書に添付された特許請求の範囲の記載によって定められることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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