(57)【要約】  【解決手段】  天井と床により支持された複数の保管棚とを有する倉庫において使用するオーバーヘッド倉庫保管システムは、前記天井に固定された複数の軌道を含み、各軌道は少なくとも１つの保管棚に関連して備えられている。各軌道には少なくとも１つのロボットモジュールが係合され、当該軌道上で平行移動自在である。各ロボットモジュールは、前記軌道に係合し当該軌道に沿って前記ロボットモジュールを平行移動させる動力キャリアと、その動力キャリアに連結されたユーティリティヘッドとを含む。前記ユーティリティヘッドは、前記動力キャリアに対し垂直方向に位置決め可能で、垂直軸を中心として回転自在である。少なくとも１つのグリッパヘッドは、前記ユーティリティヘッドから水平方向に平行移動自在で、当該ユーティリティヘッドに対し回転自在であり、小荷物を把持する複数のグリッパフィンガーを含む。本システムには、前記ロボットモジュールの小荷物運搬作業の一部を行うよう、複数のドローンを導入することができる。  【選択図】      図１
2018509357.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井と床により支持された複数の保管棚とを有する倉庫において使用するオーバーヘッド倉庫保管システムであって、
前記倉庫の前記天井に固定された複数の軌道であって、当該軌道の各々は前記保管棚のうちの少なくとも１つに関連して備えられているものである、前記複数の軌道と、
各前記軌道に係合され、当該軌道上で平行移動自在な少なくとも１つのロボットモジュールであって、
前記軌道に係合され、当該軌道に沿って前記ロボットモジュールを平行移動させる動力キャリアと、
前記動力キャリアに動作可能に取り付けられたユーティリティヘッドであって、前記動力キャリアに対して垂直方向に位置決め可能であり、前記動力キャリアに対して垂直軸を中心として角回転自在なユーティリティヘッドと、
前記ユーティリティヘッドに動作可能に取り付けられ、前記ユーティリティヘッドから水平方向に平行移動自在であるとともに前記ユーティリティヘッドに対して角回転自在な少なくとも１つのグリッパヘッドであって、複数のグリッパフィンガーを含み、当該グリッパフィンガーの各々は小荷物を把持し、降下させるように動作可能なものである、前記少なくとも１つのグリッパヘッドと
を有するものである、前記少なくとも１つのロボットモジュールと
を有するオーバーヘッド倉庫保管システム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、前記軌道の各々は、離間されたデュアルトラックを有するものであるシステム。
【請求項３】
請求項２記載のシステムにおいて、前記動力キャリアの各々は一対のガイドを有し、当該ガイドは前記軌道トラックの１つをそれぞれ受容するものであるシステム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、さらに、
前記少なくとも１つのロボットモジュールと通信可能な通信サブシステムであって、指定された倉庫受け取り位置と、指定された小荷物取り出し位置と、指定された小荷物降下位置との間で前記各軌道における当該少なくとも１つのロボットモジュールの平行移動を制御する通信サブシステムを有するものであるシステム。
【請求項５】
請求項４記載のシステムにおいて、前記通信サブシステムは前記少なくとも１つのロボットモジュールと通信可能であり、それにより、前記ロボットモジュールの前記動力キャリアに対する前記ユーティリティヘッドの垂直方向の位置決めと、小荷物を把持して降下させるための、前記ユーティリティヘッドに対する前記グリッパヘッドの水平方向の平行移動および角回転とを制御するものであるシステム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、さらに、
複数のドローンを有し、当該ドローンの各々は、動作可能に取り付けられたユーティリティヘッドと、当該ユーティリティヘッドに動作可能に取り付けられ、当該ユーティリティヘッドから垂直方向に平行移動自在であるとともに当該ユーティリティヘッドに対して角回転自在なグリッパヘッドとを有し、前記グリッパヘッドは小荷物を把持し降下させるように各々動作可能な複数のグリッパフィンガーを有するものであるシステム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムにおいて、さらに、
前記複数のドローンの各々と通信可能な通信サブシステムを有し、当該通信サブシステムは、軌跡をプロットし、指定されたドッキングステーションと、指定された倉庫受け取り位置と、指定された小荷物取り出し位置と、指定された小荷物降下位置との間で前記軌跡に沿って前記各ドローンの飛行を制御するものであるシステム。
【請求項８】
請求項７記載のシステムにおいて、前記通信サブシステムは前記複数のドローンの各々と通信可能であり、それにより、前記ユーティリティヘッドに対する前記グリッパヘッドの垂直方向の平行移動および角回転と、前記複数のグリッパフィンガーの各々の小荷物を把持し、降下させる動作を制御するものであるシステム。
【請求項９】
天井と床により支持された複数の保管棚とを有する倉庫において使用するオーバーヘッド倉庫保管システムであって、
前記倉庫の前記天井に固定された複数の軌道であって、当該軌道の各々は前記保管棚のうちの少なくとも１つに関連して備えられているものである、前記複数の軌道と、
各前記軌道に係合され、当該軌道上で平行移動自在な少なくとも１つのロボットモジュールであって、
前記軌道に係合され、当該軌道に沿って前記ロボットモジュールを平行移動させる動力キャリアと、
前記動力キャリアに連結されたユーティリティヘッドであって、前記動力キャリアに対して垂直方向に位置決め可能であり、垂直軸を中心として前記動力キャリアに対して角回転自在なユーティリティヘッドと、
前記ユーティリティヘッドから水平方向に平行移動自在な少なくとも１つのグリッパヘッドであって、小荷物を把持する複数のグリッパフィンガーを含むものである、前記少なくとも１つのグリッパヘッドと
を有する少なくとも１つのロボットモジュールと、
前記少なくとも１つのロボットモジュールと通信可能な通信サブシステムであって、指定された倉庫受け取り位置と、指定された小荷物取り出し位置と、指定された小荷物降下位置との間で前記各軌道における前記少なくとも１つのロボットモジュールの平行移動を制御する通信サブシステムと、
複数のドローンであって、当該ドローンの各々は、動作可能に取り付けられたユーティリティヘッドと、当該ユーティリティヘッドに動作可能に取り付けられ、当該ユーティリティヘッドから垂直方向に平行移動自在であるとともに当該ユーティリティヘッドに対し角回転自在なグリッパヘッドとを有し、前記グリッパヘッドは小荷物を把持し降下させるように各々動作可能な複数のグリッパフィンガーを有するものである、前記複数のドローンと
を有し、
前記通信サブシステムは、前記複数のドローンの各々と通信可能であり、軌跡をプロットし、指定されたドッキングステーションと、指定された倉庫受け取り位置と、指定された小荷物取り出し位置と、指定された小荷物降下位置との間で前記軌跡に沿って前記各ドローンの飛行を制御するものである、
オーバーヘッド倉庫保管システム。
【請求項１０】
請求項９記載のシステムにおいて、前記軌道の各々は、離間されたデュアルトラックを有するものであるシステム。
【請求項１１】
請求項１０記載のシステムにおいて、前記動力キャリアの各々は一対のガイドを有し、当該ガイドは前記軌道トラックの１つをそれぞれが受容するものであるシステム。
【請求項１２】
請求項９記載のシステムにおいて、前記通信サブシステムは前記少なくとも１つのロボットモジュールと通信可能であり、それにより、前記ロボットモジュールの前記動力キャリアに対する前記ユーティリティヘッドの垂直方向の位置決めと、小荷物を把持して降下させるための、前記ユーティリティヘッドに対する前記グリッパヘッドの水平方向の平行移動および角回転とを制御するものであるシステム。
【請求項１３】
請求項１２記載のシステムにおいて、前記通信サブシステムは前記複数のドローンの各々と通信可能であり、それにより、前記ユーティリティヘッドに対する前記グリッパヘッドの垂直方向の平行移動および角回転と、前記複数のグリッパフィンガーの各々の小荷物を把持し、降下させる動作を制御するものであるシステム。
【請求項１４】
請求項９記載のシステムにおいて、前記通信サブシステムは前記複数のドローンの各々とも通信可能であり、それにより、前記ユーティリティヘッドに対する前記グリッパヘッドの垂直方向の平行移動および角回転と、前記複数のグリッパフィンガーの各々の小荷物を把持し、降下させる動作を制御するものであるシステム。
【請求項１５】
天井と床により支持された複数の保管棚とを有する倉庫において使用するオーバーヘッド倉庫保管方法であって、
複数の軌道および複数のロボットモジュールを提供する工程であって、当該軌道の各々は、前記倉庫の前記天井に固定され、前記保管棚のうち少なくとも１つに関連して備えられているものであり、前記複数のロボットモジュールのうち少なくとも１つは、各前記軌道に係合され、当該軌道上で平行移動自在であり、前記ロボットモジュールの各々は、グリッパヘッドと、当該グリッパヘッド上の複数のグリッパフィンガーとが動作可能に取り付けられたユーティリティヘッドを有するものである、前記提供する工程と、
前記少なくとも１つのロボットモジュールを対応する前記軌道の１つに沿って、指定された小荷物取り出し位置と、指定された小荷物降下位置との間で平行移動させる工程と、
前記ロボットモジュール上の前記ユーティリティヘッドに対して、前記グリッパヘッドを水平方向に平行移動させ、かつ角回転させるとともに、前記グリッパヘッド上の前記複数のグリッパフィンガーの各々が小荷物を把持し降下するように動作させる工程と
を有するオーバーヘッド倉庫保管方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の方法において、さらに、
前記少なくとも１つのロボットモジュールと通信可能な通信サブシステムを動作させて、前記指定された小荷物取り出し位置と、前記指定された小荷物降下位置との間で前記各軌道における前記少なくとも１つのロボットモジュールの前記平行移動を制御する工程を有するものである方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法において、さらに、
前記少なくとも１つのロボットモジュールと通信可能な前記通信サブシステムを動作させて、前記ユーティリティヘッドの垂直方向の位置決めと、小荷物を把持し降下させるために、前記グリッパヘッドの前記ユーティリティヘッドに対する水平方向の平行移動および角回転とを制御する工程を有するものである方法。
【請求項１８】
請求項１６記載の方法において、さらに、
複数のドローンを提供する工程を有し、前記複数のドローンの各々は、動作可能に取り付けられたユーティリティヘッドと、当該ユーティリティヘッドに動作可能に取り付けられ当該ユーティリティヘッドから垂直方向に平行移動自在であるとともに当該ユーティリティヘッドに対し角回転自在なグリッパヘッドとを有し、前記グリッパヘッドは、小荷物を把持し降下させるように各々動作可能な複数のグリッパフィンガーを有するものである方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、さらに、
前記複数のドローンの各々と通信可能な前記通信サブシステムを動作させて軌跡をプロットし、指定されたドッキングステーションと、指定された小荷物取り出し位置と、指定された小荷物降下位置との間で前記軌跡に沿って前記各ドローンの飛行を制御する工程を有するものである方法。
【請求項２０】
請求項１９記載の方法において、さらに、
前記ドローンの各々と通信可能な前記通信サブシステムを動作させて前記グリッパヘッドの前記ユーティリティヘッドに対する垂直方向の平行移動および角回転と、前記複数のグリッパフィンガーの各々の小荷物を把持し、降下させる動作を制御する工程を有するものである方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許協力条約（ＰＣＴ）特許出願は、２０１５年３月２４日付出願済み米国仮特許出願第６２／１３７，４８３号の優先権を主張する２０１６年３月２２日付出願済み同時係属米国非仮特許出願第１５／０７６，９９５号の優先権を主張するものである。前記出願は双方ともこの参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、自動倉庫保管のための機器および方法に関する。より具体的にいうと、本開示は、従来の床に設置されたシステムと対照的に、倉庫の屋根または天井から懸架された自動倉庫保管システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
自動化とは、一般に、機器、例えば機械類、工場の工程、電話網スイッチングなどの運用に種々の制御システムを使用して人的介入を最小限に押さえ若しくは低減することをいう。一部の工程は、完全に自動化された結果、人的労働、エネルギー、および材料が著しく削減されるとともに、品質、正確度、および精度も改善されてきている。自動化の種は産業革命の初期にまかれていたが、真の自動化はこの数十年でいっそう勢いを増しており、同時にコンピュータ処理との統合で望ましい精度制御をもたらしている。
【０００４】
産業の規模と範囲が広がるとともに、それら産業の各種製造業者が製造した製品の保管スペースを拡大する必要性も高まった。製品需要の高まりに伴い、製造から流通までの間、または種々の流通段階間で、それらの製品を保管する面積もさらに拡大する必要が生じる。その結果、そのような保管目的で一般に「倉庫」と呼ばれる大型の専用建物が建設された。効率的な保管と物品の取り出しを容易にするには、最低限の検索努力で必要に応じて物品を取り出せるよう、物品の数量および倉庫内の配置場所について正確なデータを維持管理しなければならない。自動化前は、物品を取り出す必要があると、作業者が物品依頼を受け取り、保管場所を調べ、その位置まで行って所望の数量を取り出したのち、元の場所に戻って流通手続きをとっていた。人件費の増大に伴い、そういった倉庫物品の保管および取り出しの労働集約的方法がコスト面で採算が合わなくなると、倉庫保管は、当該コストを抑えるため自動化形態の導入と結び付けられていった。
【０００５】
従来の倉庫保管は、これまでの２０世紀の数十年来、減少しており、効率の改善、例えば「看板方式（ジャストインタイム）」配達技術が徐々に導入されてきた。この看板方式では、倉庫を使わずに、製品を供給業者から直接消費者へ配達するのが容易になる。しかしながら、グローバル経済の成長もあり、商品の著しい長距離国際輸送には一定量の倉庫保管がいまだ必要とされている。また、最近の小売動向として、倉庫スタイルの小売店、別名ビッグボックスストア（大規模小売店舗）が発展している。高い天井を伴うこれらの建物では、従来の小売棚ではなく、高い頑健な産業用棚に小売商品を展示する。通常、販売準備が整った物品は棚の底部にあり、パレットに載せた在庫製品は上方の棚に保管される。前記パレットに載せた在庫製品にアクセスする必要がある場合は、フォークリフトを利用して前記上方の棚から当該パレットを取り出して下方の棚に展示する。そのため、保管および取り出しシステムは床または地上に設置され、製品を移動させるために利用される機器は床面により支持されて床面を移動する。
【０００６】
また、自動保管および取り出しシステムを利用する大型倉庫は、倉庫内の製品を倉庫内で動かす際、床または地上に設置された機器に依存する。このようなシステムは倉庫保管概念、例えばパレットシャトルを含み、その場合、フォークリフトがパレットシャトル頂部に荷を載せて保管棚内のトラック（軌道）に沿って移動し、正しい位置に荷を降ろす。パレットシャトルシステムには、高密度かつ半自動であるという利点がある。可動棚システムでは、棚を横方向に平行移動してフォークリフトその他の機構が指定の棚から在庫製品を取り出す棚を生成できるよう、指定された一式の直線状トラック上で横方向に動かせる棚を実装している。このシステムは、高密度で、かつ、棚に保管されたいずれのパレットにも直接的なアクセスを可能にするという利点もある。他のシステムでは、自動スタッカー式クレーンを実装して有人フォークリフトの代わりとし、高さ約５０フィートの保管場所までアクセスすることができる。このシステムは、重いパレットだけでなく個々の箱にも利用できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ただし、以上に述べたシステムは、すべて床または地上に設置された機器を利用し、それらの機器は高さ制限があることが多いため、結果的に建物内の上方の到達範囲にあるスペースは使用されず無駄になることが多い。そのため、天井に設置されて建物の内部空間を最大限に活用するための最適化を容易にする、自動的で正確かつ効率的な倉庫保管システムが明らかに必要とされている。  
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、全体として、床により支持された天井および複数の保管棚（ｓｔｏｒａｇｅ  ｒａｃｋｓ）を有する倉庫において使用するオーバーヘッド倉庫保管システムを対象としたものである。
【０００９】
本発明の一観点において、当該オーバーヘッド倉庫保管システムは、
前記倉庫の前記天井に固定された複数の軌道であって、各軌道は前記保管棚のうち少なくとも１つに関連して備えられているものである、前記複数の軌道と、
各軌道に係合され、当該軌道上で平行移動自在な少なくとも１つのロボットモジュールであって、
前記軌道に係合され、当該軌道に沿って前記ロボットモジュールを平行移動させる動力キャリアと、
前記動力キャリアに動作可能に取り付けられたユーティリティヘッドであって、前記動力キャリアに対し垂直方向に位置決め可能であり、前記動力キャリアに対して垂直軸を中心として角回転自在なユーティリティヘッドと、
前記ユーティリティヘッドに動作可能に取り付けられ、前記ユーティリティヘッドから水平方向に平行移動自在であるとともに前記ユーティリティヘッドに対して角回転自在な少なくとも１つのグリッパヘッドであって、複数のグリッパフィンガーを含み、当該グリッパフィンガーの各々は小荷物を把持し、降下させるように動作可能なものである、前記少なくとも１つのグリッパヘッドと
を含む少なくとも１つのロボットモジュールと
を含む。
【００１０】
本発明の別の態様において、前記オーバーヘッド倉庫保管システムは、
前記倉庫の前記天井に固定された複数の軌道であって、当該軌道の各々は前記保管棚のうちの少なくとも１つに関連して備えられているものである、前記複数の軌道と、
各前記軌道に係合され、当該軌道上で平行移動自在な少なくとも１つのロボットモジュールであって、
前記軌道に係合され、当該軌道に沿って前記ロボットモジュールを平行移動させる動力キャリアと、
前記動力キャリアに連結されたユーティリティヘッドであって、当該ユーティリティヘッドに対し垂直方向に位置決め可能であり、前記動力キャリアに対して垂直軸を中心として角回転自在なユーティリティヘッドと、
前記ユーティリティヘッドから水平方向に平行移動自在な少なくとも１つのグリッパヘッドであって、小荷物を把持する複数のグリッパフィンガーを含むものである、前記少なくとも１つのグリッパヘッドと
を含む少なくとも１つのロボットモジュールと、
前記少なくとも１つのロボットモジュールと通信可能な通信サブシステムであって、指定された倉庫受け取り位置と、指定された小荷物取り出し位置と、指定された小荷物降下位置との間で前記各軌道における前記少なくとも１つのロボットモジュールの平行移動を制御する通信サブシステムと、
複数のドローンであって、当該ドローンの各々は、動作可能に取り付けられたユーティリティヘッドと、当該ユーティリティヘッドに動作可能に取り付けられ、当該ユーティリティヘッドから垂直方向に平行移動自在であるとともに当該ユーティリティヘッドに対し角回転自在なグリッパヘッドとを有し、前記グリッパヘッドは小荷物を把持し降下させるように各々動作可能な複数のグリッパフィンガーを有するものである、前記複数のドローンと
を含み、
前記通信サブシステムは、前記複数のドローンの各々と通信可能であり、軌跡をプロットし、指定されたドッキングステーションと、指定された倉庫受け取り位置と、指定された小荷物取り出し位置と、指定された小荷物降下位置との間で前記軌跡に沿って前記各ドローンの飛行を制御するものである、
少なくとも１つのロボットモジュール。
【００１１】
本発明の別の態様において、前記オーバーヘッド倉庫保管システムは前記少なくとも１つのロボットモジュールと通信可能である前記通信サブシステムを含み、この通信サブシステムは、前記ロボットモジュールの前記動力キャリアに対する前記ユーティリティヘッドの垂直方向の位置決めと、小荷物を把持して降下させるための、前記ユーティリティヘッドに対する前記グリッパヘッドの水平方向の平行移動および角回転とを制御する。
【００１２】
本発明の別の態様において、前記オーバーヘッド倉庫保管システムは前記ドローンの各々と通信可能な前記通信サブシステムを含み、この通信サブシステムは、前記ユーティリティヘッドに対する前記グリッパヘッドの垂直方向の平行移動および角回転と、前記複数のグリッパフィンガーの各々の小荷物を把持し、降下させる動作を制御する。
【００１３】
本発明の別の態様において、天井と床により支持された複数の保管棚とを有する倉庫において使用するオーバーヘッド倉庫保管方法は、
複数の軌道およびロボットモジュールを提供する工程であって、当該軌道の各々は、前記倉庫の前記天井に固定され、前記保管棚のうち少なくとも１つに関連して備えられているものであり、前記複数のロボットモジュールのうち少なくとも１つは、各前記軌道に係合され、当該軌道上で平行移動自在であり、前記ロボットモジュールの各々は、グリッパヘッドと、当該グリッパヘッド上の複数のグリッパフィンガーとが動作可能に取り付けられたユーティリティヘッドを有するものである、前記提供する工程と、
前記少なくとも１つのロボットモジュールを、対応する前記軌道の１つに沿って、指定された小荷物取り出し位置と、指定された小荷物降下位置との間で平行移動させる工程と、
前記ロボットモジュール上の前記ユーティリティヘッドに対して、前記グリッパヘッドを水平方向に平行移動させ、かつ角回転させるとともに、前記グリッパヘッド上の前記複数のグリッパフィンガーの各々が小荷物を把持し降下するように動作させる工程と
を含む。
【００１４】
本発明の別の態様において、前記オーバーヘッド倉庫保管方法は、前記少なくとも１つのロボットモジュールと通信可能な通信サブシステムを動作させて、前記指定された小荷物取り出し位置と、前記指定された小荷物降下位置との間で前記各軌道における前記少なくとも１つのロボットモジュールの前記平行移動を制御する工程も含む。
【００１５】
本発明の別の態様において、前記オーバーヘッド倉庫保管方法は、前記少なくとも１つのロボットモジュールと通信可能な前記通信サブシステムを動作させて、前記ユーティリティヘッドの垂直方向の位置決めと、小荷物を把持し降下させるために、前記グリッパヘッドの前記ユーティリティヘッドに対する水平方向の平行移動および角回転とを制御する工程も含む。
【００１６】
本発明の別の態様において、前記オーバーヘッド倉庫保管方法は、複数のドローンを提供する工程を有し、前記複数のドローンの各々は、動作可能に取り付けられたユーティリティヘッドと、当該ユーティリティヘッドに動作可能に取り付けられ当該ユーティリティヘッドから垂直方向に平行移動自在であるとともに当該ユーティリティヘッドに対し角回転自在なグリッパヘッドとを有し、前記グリッパヘッドは、小荷物を把持し降下させるように各々動作可能な複数のグリッパフィンガーを有する。
【００１７】
本発明の別の態様において、前記オーバーヘッド倉庫保管方法は、前記複数のドローンの各々と通信可能な前記通信サブシステムを動作させて軌跡をプロットし、指定されたドッキングステーションと、指定された小荷物取り出し位置と、指定された小荷物降下位置との間で前記軌跡に沿って前記各ドローンの飛行を制御する工程も含む。
【００１８】
本発明の別の態様において、前記オーバーヘッド倉庫保管方法は、前記ドローンの各々と通信可能な前記通信サブシステムを動作させて前記グリッパヘッドの前記ユーティリティヘッドに対する垂直方向の平行移動および角回転と、前記複数のグリッパフィンガーの各々の小荷物を把持し、降下させる動作を制御する工程も含む。
【００１９】
以上に述べた本発明の機能および優位性等は、当業者であれば、以下の明細書と請求項と添付の図面とを参照することにより、さらに明確に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
以下、本発明について例をとり添付の図面を参照して説明するが、図中、同様な参照番号は同様な要素を示している。
【図１】図１は、例示的な実施態様に係るオーバーヘッド倉庫保管システムの等角投影図を示しており、当該システムは、オーバーヘッド軌道上で平行移動自在な複数のロボットモジュールを含む。
【図２】図２は、１若しくはそれ以上の小荷物を把持するユーティリティヘッドを有する代表的なロボットモジュールの等角投影図を示したものである。
【図３】図３は、前記代表的なロボットモジュールの等角投影図を示しており、前記１若しくはそれ以上の小荷物を把持するユーティリティヘッドは、９０度回転された状態で示されている。
【図４】図４は、軌道に係合された代表的なロボットモジュールの側面図を示し、前記ユーティリティヘッドの垂直方向および水平方向の可動性を図示したものである。
【図５】図５は、図２のものと同様な前記代表的なロボットモジュールの等角投影図を示しているが、前記軌道に係合された状態で図示されている。
【図６】図６は、保管棚から取り出すべき小荷物を収納した指定されたセルに近づいているロボットモジュールの等角投影図を示したものである。
【図７】図７は、前記ロボットモジュールの等角投影図を示しており、そのユーティリティヘッドは、小荷物取り出しのため、個々のセルステーションに水平方向に位置合わせされている。
【図８】図８は、前記ロボットモジュールの等角投影図を示しており、そのユーティリティヘッドは、取り出しすべき小荷物と垂直方向に位置合わせされている。
【図９】図９は、前記ロボットモジュールの等角投影図を示しており、図中、前記ユーティリティヘッドのグリッパヘッドの複数のフィンガーは小荷物に係合され、これを保管棚セルから一部引き出した状態で示されている。
【図１０】図１０は、前記ロボットモジュールの等角投影図を示しており、図中、前記ユーティリティヘッドは、前記軌道に沿った平行移動に備えて９０度回転した状態である。
【図１１】図１１は、当該倉庫保管システムを上から見た等角投影図を示しており、前記ロボットモジュールが取り出した小荷物をコンベア上に配置している様子を図示している。
【図１２】図１２は、コンピュータ制御および通信サブシステムを含む例示的なオーバーヘッド倉庫保管システムの概略図を示したものである。
【図１３】図１３は、例示的な実施態様に係る代替オーバーヘッド倉庫保管システムの等角投影図を示しており、図中、この代替システムにより導入された複数のドローンがドッキングステーションに位置して示されているが、当該システムのオーバーヘッド軌道およびロボットモジュールは図示されていない。
【図１４】図１４は、図１３のシステムの上面図を示しており、図中、ドローンは、ドローンドッキングステーションから、指定された取り出し位置に保管された製品までの最も直接的な経路として計算された軌跡に沿って飛行している状態で示されている。
【図１５】図１５は、図１３のシステムの等角投影図を示しており、図中、前記ドローンは、図１４に示した軌跡に沿って飛行している状態で示されている。
【図１６】図１６は、前記指定された取り出し位置で小荷物の取り出しを行っている前記ドローンの等角投影図を示したものである。
【図１７】図１７は、前記指定された取り出し位置で小荷物の取り出しを完了した後の前記ドローンの等角投影図を示したものである。
【図１８】図１８は、図１４に示したシステムの上面図を示しており、この時点で、ドローンは、指定された取り出し位置から、指定された降下位置までの最も直接的な経路として計算された軌跡に沿って飛行している状態で示されている。
【図１９】図１９は、前記指定された降下位置で小荷物を降ろしている前記ドローンの等角投影図を示したものである。
【図２０】図２０は、図１４および１８に示したシステムの上面図を示しており、この時点で、ドローンは、前記指定された降下位置から、前記ドローンドッキングステーションまでの最も直接的な経路として計算された軌跡に沿って飛行している状態で示されている。本図面の種々の図にわたり、同様な参照番号は同様な部分を表している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の詳細な説明は、単に例示的なものであり、説明する実施形態またはその応用または用途を限定することを目的としたものではない。本明細書における用語「例示的な」（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）あるいは「例示的な」または「図示した」（ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｖｅ）とは、「例、事例、または図としての役割を果たす」（ｓｅｒｖｉｎｇ  ａｓ  ａｎ  ｅｘａｍｐｌｅ，  ｉｎｓｔａｎｃｅ，  ｏｒ  ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ）ことを意味する。「例示的な」（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）あるいは「例示的な」または「図示した」（ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｖｅ）ものとして本明細書で説明する任意の実施態様は、必ずしも他の実施態様と比べて好適または有利であると解釈すべきではない。以下で説明するすべての実施態様は、当業者が本開示の実施形態を作製または使用できるようにするための例示的な実施態様であり、請求項により定義される本開示の範囲を限定することを目的としたものではない。本明細書の説明の目的上、用語「上方」（ｕｐｐｅｒ）、「下方」（ｌｏｗｅｒ）、「左」（ｌｅｆｔ）、「後部」（ｒｅａｒ）、「右」（ｒｉｇｈｔ）、「前部」（ｆｒｏｎｔ）、「垂直」（ｖｅｒｔｉｃａｌ）、「水平」（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ）、およびこれらの派生語は、図１のように配向された本発明に関する。さらに、以上の技術分野、背景、簡単な説明、または以下の詳細な説明で表現または暗示される理論のいずれによる限定も意図するものではない。また、添付の図面で示し以下の明細書で説明する特定の装置および工程は、添付の請求項において定義される本発明概念の単なる例示的な実施形態であることを理解すべきである。したがって、本明細書で開示する実施形態に関した特定の寸法および他の物理的特徴は、請求項に別段の断りがない限り、限定的なものと見なすべきではない。
【００２２】
例示的な一実施態様におけるオーバーヘッド倉庫保管システム１００を図１に示し、その各種構成要素を例示しているが、図中、倉庫１９０は床１９２を有し、その床１９２の上に複数の保管棚１０６が支持されている。各保管棚１０６は、複数の個別セル１０８に分割される。本明細書の種々の図は、物理的な壁で互いに分離されたセル１０８を有するものとして保管棚１０６を例示しているが、当業者であれば、各セル１０８は、１つのセル１０８を隣接するセル１０８から分離する物理的な壁を必要とすることなく、一意の物理的座標により、たやすく識別できることが容易に理解できるであろう。
【００２３】
図１に示すように、複数の軌道１０２は、当該倉庫１９０の床面１９２に支持された前記保管棚１０６の上方に配置されている。軌道１０２上では図１に示すようにロボットモジュール１１０が平行移動し、この軌道１０２は種々の図にわたりレールとして示されている。ただし、これらの軌道１０２は、代替態様として、当該軌道１０２上のロボットモジュール１１０の平行移動を可能にするオーバーヘッドレール、ケーブル、または他の適切なトラックから成るものとしてもよい。これらの軌道１０２は、前記倉庫１９０の天井（明瞭性のため図示せず）に固定され、または天井から懸架される。この倉庫保管システム１００を倉庫の天井に実装すると、床に設置される通常の倉庫保管システムであれば利用できない天井付近まで、保管スペースを使用することができるため、高価な床スペースまたは追加倉庫への金融投資をすることなく、製品処理能力を高めることができる。当業者であれば、本明細書で説明するオーバーヘッド倉庫保管システム１００を従来の床設置式システムと組み合わせるとハイブリッド倉庫保管システムを作製できることが容易に理解できるであろう。当該オーバーヘッド倉庫保管システム１００を既存の床設置式システムに加えると、利用可能な倉庫スペースの使用をさらに最適化することができる。現在、大規模小売店舗は、通常、大量在庫保管用の保管棚の上方レベルを使用し、床設置式の機械システム、例えばフォークリフトで在庫にアクセスしている。当該オーバーヘッドシステム１００は、すでに確立されたシステムが上方の棚領域での大量保管用に当該オーバーヘッドシステム１００を利用可能にするとともに、床設置式システム、例えば消費者がアクセスできる下方の展示領域まで在庫を移動する作業者運転式フォークリフトも継続して使用できるようにする。各軌道１０２は、保管棚１０６に近接して配置され、それに係合された少なくとも１つのロボットモジュール１１０を有し、複数のロボットモジュール１１０を有することが好ましい。
【００２４】
図２〜５に最もよく例示されているように、このロボットモジュール１１０は、前記軌道１０２の単一トラックを受容しこれに沿って平行移動するための少なくとも１つの軌道ガイド１１４を有した動力キャリア１１２を含む。例示的な一実施形態で図示したように、前記動力キャリア１１２は、位置決めモーター（図示せず）および２つの離間した軌道ガイド１１４を含み、各軌道ガイド１１４は、前記軌道１０２の離間されたデュアルトラックのうち対応する１つをそれぞれ受容し、前記位置決めモーターは、前記軌道１０２の前記トラックに係合し、それに沿って矢印「Ｅ」方向へ当該ロボットモジュール１１０を平行移動させる（図５）。前記軌道１０２の前記離間されたデュアルトラックにより、前記ロボットモジュール１１０が安定する。前記動力キャリア１１２は、例えば前記軌道１０２の前記デュアルトラック、柔軟な配線（図示せず）、または電池（図示せず）を通じて受電できる。前記オーバーヘッド倉庫保管システム１００の実施態様に応じて、前記ロボットモジュールとその内部の位置決めモーターへの供電は、当該技術分野で知られている種々のモダリティにより提供できる。前記ロボットモジュール１１０が電池式の場合、当該オーバーヘッド倉庫保管システム１００は、当該ロボットモジュール１１０を充電ステーション（図示せず）でオフラインにする機構も含む。本システム１００は、複数の充電ステーションを含むことができ、充電を必要とする特定のロボットモジュール１１０用の充電ステーションの選択は、そのロボットモジュール１１０の位置と、利用可能な電力と、利用可能な作業負荷とにより決定される。
【００２５】
前記軌道１０２は、それに沿ってインデキシングポイント１３６を一定間隔で含み、各ロボットモジュール１１０の前記動力キャリア１１２は、自らを前記軌道１０２上で正確に位置決めするため、個々の前記インデキシングポイント１３６を検出する位置決めエンコーダを含むことができる。その配置のための通信は、通信サブシステム１６０（図１２）により生成され、配線１７２または無線信号１７４のどちらかを介して前記動力キャリア１１２に伝送される。各ロボットモジュール１１０は、通信の個別化用に一意の識別子を有する。また、前記ロボットモジュール１１０の各種機能用の電力は、前記軌道１０２沿いの機械的な接続およびインターフェースを使って伝送できる。
【００２６】
前記動力キャリア１１２は、そこから垂直軸１５０に沿って下方へ延出した垂直制御部１１６も含む（図２）。この垂直制御部１１６は、動力による態様で、前記軸１５０に沿って双方向に矢印「Ｄ」方向へ、垂直方向に延長可能である（図３）。さらに、この垂直制御部１１６の動力制御により、当該垂直制御部１１６は前記垂直軸１５０を中心として矢印「Ａ」方向へ容易に回転することもできる（図２）。
【００２７】
前記ロボットモジュール１１０は、選択的に交換可能なユーティリティヘッド１１８も含み、このユーティリティヘッド１１８は、一般的な取り付け用インターフェース１１９を利用して前記垂直制御部１１６に着脱自在に取り付けられる。前記共通の取り付け用インターフェース１１９は、矩形物用の小荷物キャリア１２０、円柱形物用のグリッパ（把持部）、カスタム形状物用のグリッパ、カメラ、スキャナ、計量器、ラベル、電気掃除機、洗浄用ブラシなどを含む（これらに限定されるものではない）、種々の装置の取り付けを可能にする。本明細書の種々の図は、代表的なものとして、前記共通の取り付け用インターフェース１１９により前記垂直制御部１１６に取り付けられた矩形小荷物キャリア１２０を例示している。
【００２８】
前記矩形小荷物キャリア１２０はグリッパ制御部１２１を内蔵しており、このグリッパ制御部１２１は、通信インターフェース、ならびに矩形小荷物１９９（図６〜１０）の運搬、配置、および取り出し用のモーターおよびアクチュエータ（図示せず）を含む。水平制御部アクチュエータ１２２は、前記グリッパ制御部１２１の対向しあう端部の各々に配置される。当業者であれば、前記グリッパ制御部１２１の幾何学的構成は、複数の水平制御部アクチュエータ１２２およびグリッパヘッド１２４に合わせて修正できることが理解できるであろう。各水平制御部アクチュエータ１２２は、当該アクチュエータ１２２の端部に取り付けられたグリッパヘッド１２４をそれぞれ有し、各前記グリッパヘッド１２４の矢印「Ｂ」の方向への角回転（図２）、各前記グリッパヘッド１２４の矢印「Ｃ」の方向への水平平行移動（図３）を容易にする。各グリッパヘッド１２４は複数のグリッパフィンガー１２６を含み、それらのグリッパフィンガー１２６は、前記グリッパヘッド１２４内の動力機構（図示せず）により選択的に位置決め可能である。前記グリッパフィンガー１２６は、矢印「Ｆ」の方向（図５）に沿って開位置に展開してその内部に小荷物１９９を受容したのち、閉じる位置に移動して小荷物１９９を摩擦力により把持し、前記倉庫１９０内で移動させる。前記動力キャリア１１２に動作可能に固定される前記小荷物キャリア１２０は、流通用に、または後日取り出すよう指定されたセル位置に小荷物１９９を配置するため、小荷物１９９を選び取る上で使用できる。前記小荷物キャリアを使用すると、棚に品物を置き、または棚から小荷物を取り出すことができ、コンベア（搬送装置）、ソーター、箱、パレット、クレートなどの上の小荷物を取り、またはその上に小荷物を配置できる。
【００２９】
前記共通の取り付け用インターフェース１１９を利用して種々のユーティリティヘッド１１８を前記垂直制御部アクチュエータ１１６に取り付けるためのステーション（図示せず）も設けられる。これにより、共通の動力キャリア１１２を使って特定のユーティリティヘッド１１８、例えば小荷物キャリア１２０、種々の幾何形状用の特定用途向けグリッパ、カメラ、スキャナ、計量器、ラベラー、およびクリーニング機器を選択的に取り付け若しくは取り外しできるようにする。
【００３０】
ここで図１２を参照すると、前記オーバーヘッド倉庫保管システム１００には通信サブシステム１６０を含めることができる。この通信サブシステム１６０は、倉庫保管プロトコルを実施するようメモリモジュール１６２に格納された命令セットを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）１６１を含む。前記メモリモジュール１６２は、さらに、個々のセル１０８の位置、ならびにどのセル１０８が空いており、どのセル１０８に指定された小荷物１９９が入っているかに関するデータベースを含む。また、前記ＣＰＵ  １６１は、利用者入力装置１６６、例えばキーボード、およびディスプレイ（表示装置）１６４に接続されて、利用者によるインタラクティブな制御を容易にする。前記ＣＰＵ  １６１は、有線接続された通信回線１７２、またはアンテナ１６９からの無線信号送信１７４を介して種々のロボットモジュール１１０に通信可能に接続できる通信用送信機にも接続される。前記ロボットモジュール１１０も前記無線信号送信１７４を受信するアンテナ１３０を有することができ、あるいは、前記軌道１０２を通じて前記ハードウェア１７２からの制御信号を受信することができる。
【００３１】
ここで主に図６〜１２を参照すると、動作中、指定された小荷物１９９を前記複数の保管棚１０６から取り出すことが望ましい場合、利用者は、前記利用者入力装置１６６およびディスプレイ１６４を利用して前記通信サブシステム１６０とインターフェース接続することにより、取り出すべき特定の小荷物１９９を指定する。利用者が、前記希望する小荷物１９９の位置について通信サブシステム１６４にクエリーを行うと、前記ＣＰＵ  １６１は、メモリモジュール１６２に格納された倉庫保管命令セットを実行し、当該メモリモジュール１６２内の前記データベースにより、前記小荷物１９９が配置された個別セル１０９を識別する。前記ＣＰＵ  １６１は、次に前記セル１０９の位置を含む取り出し命令を前記送信機１６８、そして前記指定されたセル１０９でのサービスを実行する前記ロボットモジュール１１０に送信する。前記ロボットモジュール１１０の前記動力キャリア１１２は、前記アンテナ１３０または前記配線接続部１７２を介して前記取り出し信号を受信し、前記軌道１０２上を平行移動する（図６）。エンコーディングセンサーが前記軌道１０２に沿って指定されたインデキシングポイント１３６の前まで来ると、前記ロボットモジュール１１０は、前記取り出すべき小荷物１９９が位置する前記指定されたセル１０９の前で停止する。次に前記垂直制御部アクチュエータ１１６が延出し、前記小荷物キャリア１２０を、前記小荷物１９９と実質的に水平方向に位置合わせして配置する。前記グリッパヘッド１２４は、前記グリッパフィンガー１２６を展開して、その内部に前記小荷物１９９を捕捉できるようにし、前記水平制御部アクチュエータ１２２は、前記グリッパフィンガー１２６が前記小荷物１９９に係合するまで、前記小荷物１９９へ向かって延長される。次いで前記グリッパフィンガー１２６が引き込まれ、それら複数のグリッパフィンガー１２６で前記小荷物１９９が把持され、摩擦力により固定される（図８）。前記グリッパフィンガー１２６により前記小荷物１９９がしっかり把持されると、前記水平制御部アクチュエータ１２２が引き込まれ、前記保管棚１０６の前記指定されたセル１０９から前記小荷物１９９が引き出される（図９）。前記小荷物キャリアは、次に前記垂直軸１５０を中心として９０度回転され、前記軌道１０２に沿った前記ロボットモジュール１１０の平行移動に備えて位置合わせされる（図１０）。前記ロボットモジュール１１０は、次いで指定された目的位置、例えばコンベア（搬送装置）１０４へと前記軌道１０２上を平行移動する。前記垂直制御部アクチュエータ１１６、前記水平制御部アクチュエータ１２２、および前記グリッパヘッド１２４に制御された前記グリッパフィンガー１２６は、次に、前記小荷物１９９を前記コンベア１０４上に配置するよう操作される（図１１）。前記ロボットモジュール１１０は、次いで、新たな小荷物を配置し若しくは取り出すタスクを前記通信サブシステム１６０が自由に再度課せる状態になる。
【００３２】
ここで図１３〜２０を参照すると、複数のドローン２０２を実装した代替オーバーヘッド倉庫保管システム２００の例示的な実施態様が示されており、これらのドローン２０２は、上記で前記オーバーヘッド軌道１０２および前記ロボットモジュール１１０により行われた作業の一部を行う。前記システム１００の前記オーバーヘッド軌道１０２およびロボットモジュール１１０は、この代替システム２００でも使用されているが、明瞭性のため図１３〜２０には示していない。
【００３３】
図１３では、前記ドローン２０２が指定された充電またはドッキングステーション２０４に設置された状態で示されている。ドローン２０２は、指定された取り出しセル位置から小荷物１９９を取り出すよう、前記通信サブシステム１６０により選択され、割り当てられる。上述のように、セルまたは容器、１０８、１０９は、それぞれ一意の物理座標で容易に識別できる。前記サブシステム１６０は、前記選択されたドローン２０２が前記指定されたドッキングステーション２０４から前記指定された取り出しセル位置１０９に飛行するための取り出し軌跡２０６（他のドローンと干渉せず、かつ最も直接的な経路）をプロットする。前記ドローンの到来に備え、前記セルは、前述した態様で前記通信サブシステム１６０により制御される前記ロボットモジュール１１０（または他の電気機械的機構）を使って開けられる。
【００３４】
図１４〜１５は、前記選択されたドローン２０２が、前記取り出し軌跡２０６に沿って、前記ドローンドッキングステーション２０４から、前記棚１０６の１つにある指定された取り出しセル位置１０９へ飛行する様子を示したもので、この指定された取り出しセル位置１０９に、取り出すべき前記小荷物１９９がある。図１６〜１７は、前記ドローン２０２が、前記指定された取り出し位置で前記小荷物１９９の取り出しを完了している様子を示している。このドローン２０２は、動作可能に取り付けられたユーティリティヘッド２１８（グリッパアクチュエータ２２２を備えたグリッパ制御部２２１を含む）および前記ユーティリティヘッドに（前記グリッパアクチュエータを介して）取り付けられたグリッパヘッド２２４を有し、そのグリッパヘッド２２４に対して選択的に位置決め可能な複数のグリッパフィンガー２２６を有する。それらのグリッパフィンガー２２６は、その内部に前記小荷物１９９を受容するよう開位置へと展開可能で、その後、摩擦力により前記小荷物１９９を把持するよう引き込み可能であり、これは前記ロボットモジュール１１０により行われる前述の動作と同様である。前記グリッパヘッド２２４がこのように前記小荷物を把持すると、前記ドローン２０２は前記取り出しセル位置１０９から離れる方向へ飛行を開始する。前記容器または棚は、前記ロボットモジュール１１０が行う動作により閉じられる。
【００３５】
同時に、前記ドローンドッキングステーション２０４から指定された取り出しセル位置への前記取り出し軌跡２０６をプロットする際、前記通信サブシステム１６０は、前記指定された取り出しセル位置から指定された降下位置２１４への送達軌跡２１２、ならびに前記指定された降下位置２１４から前記ドローンドッキングステーション２０４への帰還軌跡２１６もプロットしていた。図１８〜１９は、前記ドローン２０２が、前記指定された取り出し位置から指定された降下位置への最も直接的な経路として計算された前記送達軌跡２１２に沿って飛行する様子を示している。前記ドローン２０２は、前記指定された降下位置に到達すると、その指定された降下位置に前記小荷物を降ろす。次に、図２０に見られるように、前記ドローン２０２は前記帰還軌跡２１６に沿って飛行し、その充電またはドッキングステーション２０４に着地して、そこでさらに別の命令を待つ。
【００３６】
前記ドローンの１つは、指定された受け取り容器位置に小荷物を在庫品として置くよう選択し、割り当てることができる。上述と同じ工程が実施されるが、前記ドローンは、逆に、指定された倉庫受け取り位置から小荷物を取り上げる。前記ドローンが前記小荷物を移動すべき前記指定された受け取り容器位置は、そのドローンの到着前に、適切なロボットモジュールを使って開けられる。前記通信サブシステム１６０は、前記ドローンがそれぞれ従うべき種々の軌跡（他のドローンと干渉せず、かつ最も直接的な経路に沿った）、すなわち前記指定された倉庫受け取り位置への第１の軌跡、次に指定された受け取り容器位置への第２の軌跡、次いで前記充電またはドッキングステーションに戻る第３の軌跡をプロットする。前記第１の軌跡に沿って飛行し前記指定された倉庫受け取り位置で小荷物を取り上げたのち、前記ドローンは、前記第２の軌跡に沿って、前記容器または棚における既知の空き位置の前記指定された受け取り容器位置へ飛行し、そこで前記小荷物を降ろす。荷下ろし後、前記容器または棚は、前記適切なロボットモジュール（または他の電気機械的機構）により閉じられる。前記ドローンは、前記第３の軌跡に沿って、前記ドッキングステーションに戻り、さらなる命令を待ち、または別の小荷物を選び取るため前記倉庫保管領域へと再び向かう。
【００３７】
以上で説明した本発明の好適な実施形態の細部には多数の修正形態、変形形態、および変更形態が可能であるため、以上で説明し、添付の図面に示した事柄は、すべて例示的であり限定的なものではないと解釈されることが意図されている。そのため、本発明の範囲は、添付の請求項と各々の法的均等物により決定されるべきである。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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