JP2000006062A - Leg type mobile robot - Google Patents

Leg type mobile robot

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JP2000006062A
JP2000006062A JP10179195A JP17919598A JP2000006062A JP 2000006062 A JP2000006062 A JP 2000006062A JP 10179195 A JP10179195 A JP 10179195A JP 17919598 A JP17919598 A JP 17919598A JP 2000006062 A JP2000006062 A JP 2000006062A
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直秀 小川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a leg type mobile robot which prevents output voltage of operating power supply from dropping to operation ensuring voltage or lower while the leg type mobile robot is operating by suppressing reduction in the availability efficiency of the operating power supply and an increase in weight. SOLUTION: This leg type mobile robot is provided with an operation control means 11, a capacitor 2 which supplies operating power supply to the leg type mobile robot, a voltage detecting means 5, a fuel cell 8, a charging means 9 charging the capacitor 2, a voltage drop detecting means 16 which determines whether or not the output voltage of the capacitor 2 drops less than the prescribed operation ensuring voltage when operation is started and performed, and an operation management means 14 which orders the stop of the operation to the operation control means 11 or makes a change to the operation to contents executable with the output voltage of the capacitor 2 detected by the voltage detecting means 5 for performing it, when the voltage drop detecting means 16 determines that the output power supply of the capacitor 2 drops less than the operation ensuring voltage.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術の分野】本発明は、脚式移動ロボッ
トに関し、特に内蔵電源の出力電圧に応じた脚式移動ロ
ボットの動作の制御に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a legged mobile robot, and more particularly, to controlling the operation of a legged mobile robot according to the output voltage of a built-in power supply.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、脚式移動ロボットにおいて、例え
ば所定距離の歩行等の動作を実行する際に、該動作の内
容に応じて該脚式移動ロボットに備えられたモータ等の
アクチュエータの作動シーケンスを決定し、該作動シー
ケンスに従って各アクチュエータを作動させることで、
該動作を行うようにしたものが知られている。そして、
脚式移動ロボットに搭載される作動用電源としては、ニ
ッカド電池やリチウムイオン電池等の二次電池が一般的
に採用されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, when a legged mobile robot performs an operation such as walking for a predetermined distance, an operation sequence of an actuator such as a motor provided in the legged mobile robot according to the content of the operation. Is determined, and each actuator is operated according to the operation sequence.
A device that performs the operation is known. And
As an operating power supply mounted on the legged mobile robot, a secondary battery such as a nickel-cadmium battery or a lithium-ion battery is generally employed.

【0003】しかし、二次電池の重量は充電容量が大き
くなるほど重くなるため、脚式移動ロボットの歩行性能
の低下を考慮すると、搭載可能な二次電池の充電容量は
制限される。そのため、二次電池を作動用電源として搭
載した脚式移動ロボットの作動可能時間は、短時間(例
えば30分)にならざるを得ない。
[0003] However, since the weight of the secondary battery increases as the charging capacity increases, the charging capacity of the rechargeable battery that can be mounted is limited in consideration of the decrease in walking performance of the legged mobile robot. Therefore, the operable time of the legged mobile robot equipped with the secondary battery as the operating power source must be short (for example, 30 minutes).

【0004】そこで、二次電池よりも重量当たりのエネ
ルギー容量(充電容量に相当)が大きい燃料電池を脚式
移動ロボットの作動用電源として採用し、該燃料電池を
脚式移動ロボットに搭載することが考えられる。しか
し、燃料電池の瞬時最大出力は二次電池の瞬時最大出力
よりも低いため、燃料電池の出力で直接脚式移動ロボッ
トを作動させることは困難である。
Therefore, a fuel cell having a larger energy capacity per weight (corresponding to a charging capacity) than a secondary battery is adopted as a power supply for operating a legged mobile robot, and the fuel cell is mounted on the legged mobile robot. Can be considered. However, since the instantaneous maximum output of the fuel cell is lower than the instantaneous maximum output of the secondary battery, it is difficult to directly operate the legged mobile robot with the output of the fuel cell.

【0005】そのため、燃料電池の出力により小容量の
二次電池を充電し、該二次電池から脚式移動ロボットの
作動用電力を取り出すようにすることで、脚式移動ロボ
ットの作動に必要となる瞬時的な大電力の供給を確保す
ることが考えられる。
[0005] Therefore, a small-capacity secondary battery is charged by the output of the fuel cell and power for operating the legged mobile robot is extracted from the secondary battery, which is necessary for the operation of the legged mobile robot. It is conceivable to secure an instantaneous supply of large power.

【0006】ここで、脚式移動ロボットにおいては、歩
行時の消費電力は、停止時の消費電力よりも大幅に増加
する。そのため、早足歩行のような消費電力の大きい動
作を実行すると、燃料電池から二次電池に供給される充
電用電流よりも二次電池から脚式移動ロボットへの供給
電流のほうが大きくなる場合がある。
Here, in the case of the legged mobile robot, the power consumption when walking is much larger than the power consumption when stopping. Therefore, when an operation with large power consumption such as fast walking is performed, the current supplied from the secondary battery to the legged mobile robot may be larger than the charging current supplied from the fuel cell to the secondary battery. .

【0007】この場合には、二次電池に充電されていた
電荷が放電されるため、該二次電池の出力電圧が低下す
るが、二次電池の残充電量が少なく、該二次電池の出力
電圧が低い状態で消費電力の大きい動作を実行すると、
該動作の実行中に該二次電池の出力電圧が脚式移動ロボ
ットの動作保証電圧よりも低くなるまで低下するおそれ
がある。そして、このように二次電池の出力電圧が脚式
移動ロボットの動作保証電圧よりも低くなると、脚式移
動ロボットの正常動作が不能となる。
In this case, since the charge charged in the secondary battery is discharged, the output voltage of the secondary battery decreases, but the remaining charge of the secondary battery is small, and When the operation with large power consumption is performed in the state where the output voltage is low,
During the execution of the operation, there is a possibility that the output voltage of the secondary battery decreases until it becomes lower than the operation guarantee voltage of the legged mobile robot. When the output voltage of the secondary battery becomes lower than the operation guarantee voltage of the legged mobile robot, normal operation of the legged mobile robot becomes impossible.

【0008】そこで、脚式移動ロボットが動作を開始す
る際に二次電池の出力電圧を検出し、検出した該出力電
圧で該動作を開始したときに、該動作の実行中に該二次
電池の出力電圧が前記動作保証電圧以下まで低下するか
否かを判定し、低下すると判定したときには該動作の実
行を中止することが望ましい。
Therefore, the output voltage of the secondary battery is detected when the legged mobile robot starts operation, and when the operation is started with the detected output voltage, the secondary battery is detected during execution of the operation. It is desirable to determine whether or not the output voltage falls below the operation assurance voltage, and when it is determined that the output voltage drops, the execution of the operation is stopped.

【0009】しかし、二次電池の内部抵抗は該二次電池
の温度や残充電量によって変化し、該内部抵抗の変化に
応じて該二次電池の出力電圧も変化する。そのため、脚
式移動ロボットの動作を開始する際に、該動作を実行し
たときに二次電池の出力電圧が前記動作保証電圧以下ま
で低下する否かを正確に判定することは難しかった。
However, the internal resistance of the secondary battery changes depending on the temperature of the secondary battery and the remaining charge amount, and the output voltage of the secondary battery also changes according to the change in the internal resistance. Therefore, when the operation of the legged mobile robot is started, it has been difficult to accurately determine whether or not the output voltage of the secondary battery drops below the operation guarantee voltage when the operation is executed.

【0010】そして、二次電池の出力電圧が前記動作保
証電圧以下まで低下するか否かの判定を誤り、脚式移動
ロボットの動作中に二次電池の出力電圧が前記動作保証
電圧よりも低くなったときには、上述したように脚式移
動ロボットの正常動作が不能となるという不都合があっ
た。
[0010] Then, it is erroneously determined whether or not the output voltage of the secondary battery drops below the operation guarantee voltage. During the operation of the legged mobile robot, the output voltage of the secondary battery is lower than the operation guarantee voltage. When this happens, there is a disadvantage that the legged mobile robot cannot operate normally as described above.

【0011】また、このような誤判定を防ぐため、動作
を開始する際の二次電池の出力電圧が前記動作保証電圧
に対してかなりの余裕があるときにのみ該動作を開始す
るようにすることも考えられるが、この場合には実際に
必要な充電容量よりも大きな容量を持つ二次電池を脚式
移動ロボットに搭載する必要がある。そのため、二次電
池の充電容量のうち実際に使用される充電量の割合が小
さくなって二次電池の使用効率が悪くなると共に、二次
電池の重量も増加するという不都合があった。
In order to prevent such an erroneous determination, the operation is started only when the output voltage of the secondary battery at the time of starting the operation has a considerable margin with respect to the operation guarantee voltage. However, in this case, it is necessary to mount a secondary battery having a larger capacity than the actually required charging capacity on the legged mobile robot. Therefore, the ratio of the actually used charge amount to the charge capacity of the secondary battery is reduced, so that the use efficiency of the secondary battery is deteriorated and the weight of the secondary battery is increased.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記不都合
を解消し、作動用電源の使用効率の悪化や重量の増加を
抑制して、脚式移動ロボットの動作中に該作動用電源の
出力電圧が動作保証電圧以下となることを防止した脚式
移動ロボットを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned disadvantages, suppresses the use efficiency of the power supply for operation and suppresses an increase in weight, and suppresses the output of the power supply during operation of the legged mobile robot. It is an object of the present invention to provide a legged mobile robot in which a voltage is prevented from being lower than an operation guarantee voltage.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の脚式移動ロボットは、該脚式移動ロボット
の作動を制御する作動制御手段と、該脚式移動ロボット
に作動用電力を供給するコンデンサと、該コンデンサの
出力電圧を検出する電圧検出手段と、燃料電池と、該燃
料電池の出力電力から前記コンデンサの充電用電流を生
成し、前記電圧検出手段により検出される前記コンデン
サの出力電圧が所定の基準電圧となるように該充電用電
流により前記コンデンサを充電する充電手段と、前記脚
式移動ロボットが動作を開始する際に、前記電圧検出手
段により検出される前記コンデンサの出力電圧に基づい
て、該動作を実行したときに、前記コンデンサの出力電
圧が所定の動作保証電圧以下まで低下するか否かを判定
する電圧低下判定手段と、該電圧低下判定手段により、
前記動作を実行したときに前記コンデンサの出力電圧が
前記動作保証電圧以下まで低下すると判定されたとき
に、前記作動制御手段に対して、前記動作の実行中止を
指示し、又は前記動作を前記電圧検出手段で検出された
前記コンデンサの出力電圧で実行可能な内容に変更して
実行することを指示する動作管理手段とを備えたことを
特徴とする。
In order to achieve the above object, a legged mobile robot according to the present invention comprises an operation control means for controlling the operation of the legged mobile robot, and an operation power supplied to the legged mobile robot. A capacitor to be supplied, voltage detecting means for detecting an output voltage of the capacitor, a fuel cell, and a charging current for the capacitor generated from output power of the fuel cell. Charging means for charging the capacitor with the charging current so that the output voltage becomes a predetermined reference voltage; and an output of the capacitor detected by the voltage detecting means when the legged mobile robot starts operating. A voltage drop determining means for determining whether or not the output voltage of the capacitor drops below a predetermined operation guarantee voltage when the operation is performed based on the voltage; When, by the voltage drop judging means,
When it is determined that the output voltage of the capacitor decreases to the operation guarantee voltage or less when the operation is performed, the operation control unit is instructed to stop performing the operation, or the operation is controlled to the voltage. And an operation management means for instructing execution by changing to contents executable by the output voltage of the capacitor detected by the detection means.

【0014】本発明においては、前記コンデンサは前記
充電制御手段により、その出力電圧が前記基準電圧に保
たれるように充電される。しかし、前記脚式移動ロボッ
トが早足歩行を行うときのように、前記脚式移動ロボッ
トの消費電力が大きい動作が前記作動制御手段によって
実行されると、前記コンデンサから前記脚式移動ロボッ
トへの放電量が、前記充電手段から前記コンデンサへの
充電量を上回って、該コンデンサの出力電圧が低下する
場合がある。
In the present invention, the capacitor is charged by the charge control means so that the output voltage is maintained at the reference voltage. However, when an operation that consumes a large amount of power of the legged mobile robot is executed by the operation control unit, such as when the legged mobile robot walks fast, the discharge from the capacitor to the legged mobile robot is performed. When the amount exceeds the amount of charge from the charging means to the capacitor, the output voltage of the capacitor may decrease.

【0015】そして、前記コンデンサの出力電圧が前記
動作保証電圧以下となると、前記脚式ロボットの正常動
作が不能となる。そこで、前記電圧低下判定手段は、脚
式ロボットが動作を開始する際に、前記コンデンサの出
力電圧に基づいて、該動作を実行したときに、前記コン
デンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下まで低下する
か否かを判定する。
If the output voltage of the capacitor is lower than the operation guarantee voltage, the legged robot cannot operate normally. Therefore, the voltage drop determination means, when the legged robot starts operation, based on the output voltage of the capacitor, when the operation is executed, the output voltage of the capacitor drops to the operation guarantee voltage or less. It is determined whether or not to perform.

【0016】ここで、コンデンサの内部抵抗は残充電量
によっては変化せず、また、温度に対する依存性も二次
電池よりも低いため安定性が高い。そのため、前記コン
デンサの出力電圧がその内部抵抗の影響で変動すること
がなく、前記電圧低下判定手段は、前記動作が実行され
たときに、前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電
圧以下まで低下するか否かを正確に判定することができ
る。
Here, the internal resistance of the capacitor does not change depending on the remaining charge amount, and the temperature dependence is lower than that of the secondary battery, so that the stability is high. Therefore, the output voltage of the capacitor does not fluctuate due to the effect of its internal resistance, and the voltage drop determination unit reduces the output voltage of the capacitor to the operation guarantee voltage or less when the operation is performed. Can be accurately determined.

【0017】そのため、前記電圧低下判定手段の誤判定
により、前記動作の実行時に前記コンデンサの出力電力
が前記動作保証電圧以下となることを防止するため、前
記コンデンサの容量に大きな余裕を持たせる必要がな
く、前記コンデンサに充電されていた電荷を最後まで使
い切ることができる。これにより、前記コンデンサの使
用効率を高めると共に、燃料電池の出力で二次電池を充
電するようにした場合よりも、電源部を小型化すること
ができ、また、電源部の耐久性を向上させることができ
る。
Therefore, in order to prevent the output power of the capacitor from being lower than the operation guarantee voltage during the execution of the operation due to the erroneous judgment of the voltage drop judging means, it is necessary to give a large margin to the capacitance of the capacitor. And the electric charge stored in the capacitor can be completely used up. As a result, the use efficiency of the capacitor can be increased, and the power supply unit can be downsized and the durability of the power supply unit can be improved as compared with a case where the secondary battery is charged with the output of the fuel cell. be able to.

【0018】そして、前記動作管理手段は、前記電圧低
下判定手段により、脚式移動ロボットの動作を開始した
ときに前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以
下となると判定されたときには、前記動作制御手段に対
して該動作の実行中止を指示し、又は該動作を前記コン
デンサの出力電圧で実行可能な内容に変更して実行する
ことを指示する。そのため、前記コンデンサの出力電圧
が低い状態で脚式移動ロボットの動作が開始され、該動
作の実行中に前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証
電圧以下となって、脚式移動ロボットの作動に支障をき
たすことを防止することができる。
[0018] The operation management means is configured to execute the operation control when the voltage drop determination means determines that the output voltage of the capacitor is equal to or lower than the operation guarantee voltage when the operation of the legged mobile robot is started. Instructing means to stop the execution of the operation, or instructing the unit to execute the operation after changing the operation to a content executable by the output voltage of the capacitor. Therefore, the operation of the legged mobile robot is started in a state where the output voltage of the capacitor is low, and the output voltage of the capacitor becomes equal to or lower than the operation assurance voltage during execution of the operation, which hinders the operation of the legged mobile robot. Can be prevented.

【0019】また、前記動作管理手段は、前記作動制御
手段に対して前記動作の実行中止を指示した後、前記電
圧低下判定手段により、該動作を実行したときに、前記
コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下まで低下
しないと判定されるレベルまで、前記充電手段により前
記コンデンサが充電されたときに、前記作動制御手段に
対して前記動作の実行開始を指示することを特徴とす
る。
The operation management means, after instructing the operation control means to stop the execution of the operation, when the operation is executed by the voltage drop determination means, the output voltage of the capacitor is reduced by the voltage drop determination means. When the charging means charges the capacitor to a level determined not to drop below the operation guarantee voltage, the operation control means is instructed to start executing the operation.

【0020】かかる本発明によれば、前記動作管理手段
は、前記作動制御手段に対して、前記動作の実行中止を
指示した後、前記電圧低下判定判定手段により、前記動
作を実行したときに、前記コンデンサの出力電圧が前記
動作保証電圧以下まで低下しないと判定されるレベルま
で、前記コンデンサが充電されたときに、前記作動制御
手段に対して前記動作の実行を指示する。そのため、前
記作動制御手段は、前記動作の実行中に前記コンデンサ
の出力電圧が前記動作保証電圧以下となることを防止し
て、前記動作を実行することができる。
According to the present invention, the operation management means, after instructing the operation control means to stop the execution of the operation, executes the operation by the voltage drop determination determination means. When the capacitor is charged to a level at which the output voltage of the capacitor is determined not to drop below the operation guarantee voltage, the operation control unit is instructed to execute the operation. Therefore, the operation control means can execute the operation while preventing the output voltage of the capacitor from being equal to or lower than the operation assurance voltage during execution of the operation.

【0021】また、前記コンデンサの出力電流を検出す
る電流検出手段と、該電流検出手段により検出される出
力電流と前記電圧検出手段により検出される前記コンデ
ンサの出力電圧とを用いて前記コンデンサの内部抵抗を
算出し、算出結果を前記電圧低下判定手段に通知する内
部抵抗監視手段とを備えたことを特徴とする。
A current detecting means for detecting an output current of the capacitor; and an internal circuit of the capacitor using an output current detected by the current detecting means and an output voltage of the capacitor detected by the voltage detecting means. And an internal resistance monitoring means for calculating the resistance and notifying the calculation result to the voltage drop determining means.

【0022】上述したように、コンデンサの内部抵抗は
安定であるため、一度測定により求めておけば、基本的
には、その後再度コンデンサの内部抵抗を求める必要は
ない。しかし、経時変化や過充電による劣化等により、
コンデンサの内部抵抗が変化する場合があり、この場合
にはコンデンサの出力電圧が変化して、前記電圧低下判
定手段による判定が誤ってなされるおそれがある。
As described above, since the internal resistance of a capacitor is stable, once it has been determined by measurement, there is basically no need to subsequently determine the internal resistance of the capacitor again. However, due to aging and deterioration due to overcharging,
In some cases, the internal resistance of the capacitor changes. In this case, the output voltage of the capacitor changes, and the determination by the voltage drop determining unit may be erroneously made.

【0023】そこで、前記内部抵抗監視手段は、前記コ
ンデンサの内部抵抗を算出して前記電圧低下判定手段に
通知する。これにより、前記電圧低下判定手段は、前記
コンデンサの内部抵抗の変化を考慮して、前記動作を実
行したときに、前記コンデンサの出力電圧が前記動作保
証電圧以下となるか否かの判定を正確に行うことができ
る。
Therefore, the internal resistance monitoring means calculates the internal resistance of the capacitor and notifies the voltage drop determination means. With this, the voltage drop determination unit can accurately determine whether or not the output voltage of the capacitor is equal to or less than the operation assurance voltage when the operation is performed in consideration of the change in the internal resistance of the capacitor. Can be done.

【0024】また、前記脚式移動ロボットが動作を開始
する際に、前記電圧検出手段により検出される前記コン
デンサの出力電圧に基づいて、該動作を実行したとき
に、前記コンデンサの出力電圧が該コンデンサの定格上
限電圧付近に設定された充電上限電圧以上まで上昇する
か否かを判定する電圧上昇判定手段と、該電圧上昇判定
手段により、前記動作を実行したときに前記コンデンサ
の出力電圧が前記充電上限電圧以上まで上昇すると判定
されたときに、前記基準電圧を低下させる充電電圧変更
手段とを設けたことを特徴とする。
Further, when the legged mobile robot starts operation, based on the output voltage of the capacitor detected by the voltage detecting means, when the operation is executed, the output voltage of the capacitor becomes equal to the output voltage of the capacitor. Voltage rise determining means for determining whether or not the voltage rises to or above a charging upper limit voltage set near the rated upper limit voltage of the capacitor, and by the voltage rise determining means, the output voltage of the capacitor is increased when the operation is executed. A charging voltage changing means for lowering the reference voltage when it is determined that the voltage rises to the charging upper limit voltage or more is provided.

【0025】脚式移動ロボットが、例えばしゃがみ込み
動作等を行うと、アクチュエータから回生エネルギーが
発生する場合がある。この場合、発生した回生エネルギ
ーにより前記コンデンサが充電されるため、前記コンデ
ンサの出力電圧が上昇する。そして前記コンデンサの出
力電圧が前記定格上限電圧を越えることは、コンデンサ
の特性を保護する上で好ましくない。
When the legged mobile robot performs, for example, a crouching operation, regenerative energy may be generated from the actuator. In this case, since the capacitor is charged by the generated regenerative energy, the output voltage of the capacitor increases. It is not preferable that the output voltage of the capacitor exceeds the rated upper limit voltage in protecting the characteristics of the capacitor.

【0026】そこで、前記充電電圧変更手段は、前記電
圧上昇判定手段により、前記動作を行ったときに、前記
コンデンサの出力電圧が前記定格上限電圧付近に設定さ
れた前記充電上限電圧以上まで上昇すると判定されたと
きには、前記基準電圧を低下させる。これにより、前記
動作を開始する際の前記コンデンサの出力電圧を低下さ
せることができ、前記動作の実行中に前記コンデンサの
出力電圧が前記定格上限電圧を越えることを防止するこ
とができる。
In view of the above, the charging voltage changing means determines that the output voltage of the capacitor rises above the charging upper limit voltage set near the rated upper limit voltage when the operation is performed by the voltage rise determining means. When it is determined, the reference voltage is reduced. Thus, the output voltage of the capacitor at the time of starting the operation can be reduced, and the output voltage of the capacitor can be prevented from exceeding the rated upper limit voltage during the execution of the operation.

【0027】また、前記コンデンサは電気二重層コンデ
ンサであることを特徴とする。電気二重層コンデンサ
は、残充電量や温度に変化に対する内部抵抗の変化率が
特に小さく安定性が高い。そのため、前記コンデンサと
して電気二重層コンデンサを用いることで、前記電圧低
下判定手段の判定精度をさらに高めることができる。
Further, the capacitor is an electric double layer capacitor. The electric double layer capacitor has a particularly small change rate of the internal resistance with respect to the change in the remaining charge amount and the temperature, and has high stability. Therefore, by using an electric double layer capacitor as the capacitor, the determination accuracy of the voltage drop determination unit can be further increased.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例を図1
〜図4を参照して説明する。図1は本発明の脚式移動ロ
ボットの制御ブロック図、図2は図1に示した充電回路
の動作説明図、図3は図1に示したコンデンサの出力電
圧の推移を示した説明図、図4は図1に示した充電回路
の定電流制御の説明図である。
FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention.
This will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a control block diagram of the legged mobile robot of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the charging circuit shown in FIG. 1, FIG. 3 is an explanatory diagram showing a transition of the output voltage of the capacitor shown in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of the constant current control of the charging circuit shown in FIG.

【0029】図1を参照して、本発明の脚式移動ロボッ
ト1は、脚式移動ロボット1の作動用電源である電気二
重層コンデンサ2(本発明のコンデンサに相当)、電気
二重層コンデンサ2を充電する充電部3、脚式移動ロボ
ット1の作動を制御する作動制御部4、電気二重層コン
デンサ2の出力電圧を検出する電圧センサ5、及び電気
二重層コンデンサ2の出力電流を検出する電流センサ6
を備える。
Referring to FIG. 1, a legged mobile robot 1 of the present invention includes an electric double layer capacitor 2 (corresponding to the capacitor of the present invention), which is a power supply for operating the legged mobile robot 1, and an electric double layer capacitor 2 , A control unit 4 for controlling the operation of the legged mobile robot 1, a voltage sensor 5 for detecting the output voltage of the electric double layer capacitor 2, and a current for detecting the output current of the electric double layer capacitor 2. Sensor 6
Is provided.

【0030】充電部3は、燃料ボンベ7と、燃料電池8
と、充電回路9と、充電特性設定器10とを備える。燃
料ボンベ7は、燃料電池8の燃料である水素を保持して
燃料電池8に供給する。燃料電池8は、燃料ボンベ7か
ら供給される水素と空気中の酸素との化学反応によって
電力を生じさせて充電回路9に出力する。充電回路9
は、燃料電池8から供給される電力から充電用電流を生
成してコンデンサ2に供給する。
The charging section 3 includes a fuel cylinder 7 and a fuel cell 8
, A charging circuit 9 and a charging characteristic setting device 10. The fuel cylinder 7 holds hydrogen, which is the fuel of the fuel cell 8, and supplies it to the fuel cell 8. The fuel cell 8 generates electric power by a chemical reaction between hydrogen supplied from the fuel cylinder 7 and oxygen in the air, and outputs the electric power to the charging circuit 9. Charging circuit 9
Generates a charging current from the power supplied from the fuel cell 8 and supplies the charging current to the capacitor 2.

【0031】充電回路9は、燃料電池8からの入力電流
を制限する機能と、電気二重層コンデンサ2への出力電
圧を制限する機能を有する。以下、図2(a)〜図2
(c)を参照して充電回路9の動作内容について説明す
る。
The charging circuit 9 has a function of limiting the input current from the fuel cell 8 and a function of limiting the output voltage to the electric double layer capacitor 2. Hereinafter, FIGS. 2A to 2
The operation of the charging circuit 9 will be described with reference to FIG.

【0032】図2(a)は燃料電池8の出力特性図であ
り、出力電流が増加するにつれて出力電圧が低下する。
そして、燃料電池8の出力電流が出力リミット値を越え
ると、燃料電池8が所望の特性の通りに動作しなくなる
おそれがあるため、燃料電池8は充電回路9への出力電
流が出力リミット値に達したときには、充電回路9に入
力禁止(INHIBIT)信号を出力する。充電回路9
は、入力禁止信号を入力している間は、燃料電池8から
の電流入力ポートをハイインピーダンス状態とする。こ
れにより、燃料電池8から充電回路9に燃料電池8の出
力リミット値を越える電流が流れ込むことを制限して燃
料電池8が所望の特性の通りに動作するようにしてい
る。
FIG. 2A is an output characteristic diagram of the fuel cell 8, and the output voltage decreases as the output current increases.
If the output current of the fuel cell 8 exceeds the output limit value, the fuel cell 8 may not operate as desired characteristics. When it reaches, an input inhibit (INHIBIT) signal is output to the charging circuit 9. Charging circuit 9
Sets the current input port from the fuel cell 8 to a high impedance state while the input prohibition signal is being input. As a result, the flow of a current exceeding the output limit value of the fuel cell 8 from the fuel cell 8 to the charging circuit 9 is restricted, so that the fuel cell 8 operates according to desired characteristics.

【0033】また、図2(b),図2(c)を参照し
て、充電回路9は、電圧センサ2で検出される電気二重
層コンデンサ2の出力電圧が、充電基準電圧VB に達す
るまで(時刻t0 〜t1 )は、一定電流I2 で電気二重
層コンデンサ2を充電する。これにより、電気二重層コ
ンデンサ2の充電量が少なくその出力電圧が低い状態で
充電回路9から電気二重層コンデンサ2に高電圧(例え
ばVB )が出力されることを制限し、電気二重層コンデ
ンサ2に過電流が流れることを防止している。
Further, FIG. 2 (b), with reference to FIG. 2 (c), the charging circuit 9, the output voltage of the electric double layer capacitor 2 is detected by the voltage sensor 2 reaches the charging standard voltage V B up (time t 0 ~t 1) charges the electric double layer capacitor 2 with a constant current I 2. This limits output of a high voltage (for example, V B ) from the charging circuit 9 to the electric double layer capacitor 2 in a state where the charge amount of the electric double layer capacitor 2 is small and its output voltage is low. 2 prevents an overcurrent from flowing.

【0034】そして、充電回路9は、電気二重層コンデ
ンサ2の出力電圧が充電基準電圧V B に達した後は、電
圧センサ5で検出される電気二重層コンデンサ2の出力
電圧が、充電基準電圧VB (例えば144V)と一致す
るように、充電用電流の大きさを調節する。例えば、図
2(b)では、時刻t1 以後は、充電用電流をI1 に保
つことで(このとき、脚式移動ロボット1の消費電流=
1 )電気二重層コンデンサ2の出力電圧を充電基準電
圧VB に保っている。
The charging circuit 9 includes an electric double layer capacitor.
Output voltage of the sensor 2 is the charging reference voltage V BAfter reaching
Output of electric double layer capacitor 2 detected by pressure sensor 5
The voltage is the charging reference voltage VB(For example, 144V)
Thus, the magnitude of the charging current is adjusted. For example, figure
2 (b), the time t1Thereafter, the charging current is set to I1Keep
(At this time, the current consumption of the legged mobile robot 1 =
I1) Output voltage of electric double layer capacitor 2 is charged
Pressure VBI keep it.

【0035】次に、図1を参照して、脚式移動ロボット
1の消費電力は脚式ロボット1の作動状況に応じて変化
し、それに応じて脚式移動ロボット1への供給電流(負
荷電流)IL が変化する。そして、充電回路9は、上述
したように、電圧センサ5で検出される電気二重層コン
デンサ2の出力電圧が、充電基準電圧VB に一致するよ
うに充電用電流ID の大きさを調節する。
Next, referring to FIG. 1, the power consumption of the legged mobile robot 1 changes according to the operating state of the legged robot 1, and accordingly, the current supplied to the legged mobile robot 1 (load current). ) I L is varied. Then, the charging circuit 9, as described above, the output voltage of the electric double layer capacitor 2 is detected by the voltage sensor 5, to adjust the magnitude of the charging current I D to match the charging reference voltage V B .

【0036】しかし、充電回路9から供給可能な充電用
電流ID には上限があり、負荷電流IL が該上限を超え
たときには、充電用電流ID よりも負荷電流IL が大き
くなり(ID <IL )、脚式ロボット1への供給電流が
不足する。この場合には、負荷電流IL の不足分を補う
ため、電気二重層コンデンサ2から脚式移動ロボット1
に対して放電電流IS が供給される。
[0036] However, there is an upper limit to the charging current I D can be supplied from the charging circuit 9, when the load current I L exceeds the upper limit, the load current I L is greater than the charging current I D ( I D <I L), insufficient current supplied to the legged robot 1. In this case, the load current to compensate for the shortage of the I L, an electric double layer capacitor 2 from the legged mobile robot 1
Discharge current I S is supplied to.

【0037】そして、放電電流IS の供給が継続して行
われると、電気二重層コンデンサ2の残充電量の減少に
伴ってその出力電圧VC が低下する。この場合、電気二
重層コンデンサ2の出力電圧VC が、脚式移動ロボット
1に搭載されたコンピュータの規格電圧や、脚式移動ロ
ボット1の停止状態を保持するために必要な供給電圧等
から定まる動作保証電圧Vm を下回ると、脚式移動ロボ
ット1が正常に作動することができなくなる。
When the supply of the discharge current I S is continued, the output voltage V C of the electric double layer capacitor 2 decreases as the remaining charge of the electric double layer capacitor 2 decreases. In this case, the output voltage V C of the electric double layer capacitor 2 is determined from the standard voltage of the computer mounted on the legged mobile robot 1, the supply voltage necessary for maintaining the stopped state of the legged mobile robot 1, and the like. below the operation guarantee voltage V m, it becomes impossible legged mobile robot 1 operates normally.

【0038】そこで、作動制御部4は、電気二重層コン
デンサ2の出力電圧VC が前記動作保証電圧Vm 以下と
ならないように脚式移動ロボット1の作動を制御する。
図1を参照して、作動制御部4は、作動制御手段11
と、内部抵抗監視手段12と、電圧変動判定手段13
と、動作管理手段14と、充電電圧変更手段15とを備
える。
Therefore, the operation control unit 4 controls the operation of the legged mobile robot 1 so that the output voltage V C of the electric double layer capacitor 2 does not become lower than the operation guarantee voltage V m .
Referring to FIG. 1, operation control unit 4 includes operation control unit 11.
, Internal resistance monitoring means 12 and voltage fluctuation determining means 13
, An operation management unit 14 and a charging voltage changing unit 15.

【0039】作動制御手段11は、所定歩数の歩行のよ
うな、脚式移動ロボット1の動作を制御するものであ
る。作動制御手段11は、脚式移動ロボット1の動作内
容に応じて脚式ロボット1の各アクチュエータ(モータ
等)の作動シーケンスを決定し、該作動シーケンスに従
って各アクチュエータを作動させることで、該動作を実
行する。
The operation control means 11 controls the operation of the legged mobile robot 1, such as walking a predetermined number of steps. The operation control means 11 determines the operation sequence of each actuator (motor or the like) of the legged robot 1 according to the operation content of the legged mobile robot 1 and operates each actuator according to the operation sequence to perform the operation. Execute.

【0040】内部抵抗監視手段12は、電圧センサ5に
より検出される電気二重層コンデンサ5の出力電圧と、
電流センサ6により検出される電気二重層コンデンサ2
の出力電流とから、電気二重層コンデンサ2の内部抵抗
rを算出し、算出結果を電圧低下判定手段16に通知す
る。電気二重層コンデンサ2の内部抵抗rは、電気二重
層コンデンサ2の残充電量の変化や温度変化に対する変
化率が低く安定性が高いため、基本的には一度測定によ
り求めておけば、その後再度求める必要はない。しか
し、経時変化等により、電気二重層コンデンサ2の内部
抵抗が変化することも考えられる。そこで、内部抵抗監
視手段12は、上述したように電気二重層コンデンサ2
の内部抵抗を算出して電圧低下判定手段16に通知す
る。
The internal resistance monitoring means 12 calculates the output voltage of the electric double layer capacitor 5 detected by the voltage sensor 5,
Electric double layer capacitor 2 detected by current sensor 6
Then, the internal resistance r of the electric double layer capacitor 2 is calculated from the output current of the electric double layer capacitor 2, and the calculation result is notified to the voltage drop determining means 16. The internal resistance r of the electric double layer capacitor 2 is low in the rate of change of the remaining charge amount and temperature change of the electric double layer capacitor 2 and high in stability. No need to ask. However, it is conceivable that the internal resistance of the electric double layer capacitor 2 changes due to a change over time or the like. Therefore, the internal resistance monitoring means 12 is connected to the electric double layer capacitor 2 as described above.
Is calculated and notified to the voltage drop determining means 16.

【0041】電圧変動判定手段13は、電圧低下判定手
段16と電圧上昇判定手段17とを有する。電圧低下判
定手段16は、作動制御手段11により決定された、脚
式移動ロボット1の動作に応じた作動シーケンスの内容
を解析し、該動作を実行したときに電気二重層コンデン
サ2の出力電圧がどのように変化するかを予測する。そ
して、該動作を実行したときに、電気二重層コンデンサ
2の出力電圧が前記動作保証電圧Vm 以下まで低下する
か否かを判定する。
The voltage fluctuation judging means 13 has a voltage drop judging means 16 and a voltage rise judging means 17. The voltage drop judging means 16 analyzes the content of the operation sequence according to the operation of the legged mobile robot 1 determined by the operation control means 11, and when the operation is executed, the output voltage of the electric double layer capacitor 2 is reduced. Predict how it will change. Then, when the operation is performed, it is determined whether or not the output voltage of the electric double layer capacitor 2 drops to the operation guarantee voltage Vm or less.

【0042】ここで、電気二重層コンデンサ2の内部抵
抗rは上述したように安定であり、また、電気二重層コ
ンデンサ2の出力電圧は電気二重層コンデンサ2の残充
電量(電荷量)に比例する。そのため、電気二重層コン
デンサ2の残充電量と出力電圧との関係が、内部抵抗r
の影響で変化することがない。
Here, the internal resistance r of the electric double layer capacitor 2 is stable as described above, and the output voltage of the electric double layer capacitor 2 is proportional to the remaining charge amount (charge amount) of the electric double layer capacitor 2. I do. Therefore, the relationship between the remaining charge amount of the electric double layer capacitor 2 and the output voltage is determined by the internal resistance r
It does not change under the influence of.

【0043】したがって、電圧低下判定手段16は、動
作実行時の脚式移動ロボット1の消費電力の推移を想定
し、定電流充電回路9からの充電用電流ID の大きさを
考慮してコンデンサ2の残充電量の推移を予測すること
で、該動作を実行したときの電気二重層コンデンサ2の
出力電圧の推移を正確に予測することができる。これに
より、該動作の実行したときに、電気二重層コンデンサ
2の出力電圧Vc が動作保証電圧Vm 以下まで低下する
か否かを正確に判定することができる。また、上述した
内部抵抗監視手段12によって算出される電気二重層コ
ンデンサ2の内部抵抗を考慮して、電気二重層コンデン
サ2の出力電圧の推移を予測することで、電圧低下判定
手段16の判定精度をさらに向上させることができる。
Therefore, the voltage drop determination means 16 assumes the change in the power consumption of the legged mobile robot 1 during the execution of the operation, and takes into account the magnitude of the charging current ID from the constant current charging circuit 9 to obtain a capacitor. By estimating the change of the remaining charge amount of No. 2, it is possible to accurately predict the change of the output voltage of the electric double layer capacitor 2 when the operation is executed. Thus, when the execution of said operating, whether the output voltage V c of the electric double layer capacitor 2 decreases to less secure operating voltage V m can be determined accurately. Further, by predicting the transition of the output voltage of the electric double layer capacitor 2 in consideration of the internal resistance of the electric double layer capacitor 2 calculated by the above-described internal resistance monitoring means 12, the judgment accuracy of the voltage drop judgment means 16 is determined. Can be further improved.

【0044】以下、図3(a)を参照して、電圧低下判
定手段16の作動について説明する。図3(a)は、早
足8歩の歩行(早足歩行,t11〜t12)と、早足8歩
の歩行(早足歩行,t13〜t14)を連続して実行する
ことを想定したときに、電圧低下判定手段16により予
測された電気二重層コンデンサ2の出力電圧の推移を示
している。
The operation of the voltage drop judging means 16 will be described below with reference to FIG. 3 (a) it is walking trot 8 steps (trot walking, t 11 ~t 12) and, trot 8 steps walking (rapid walking gait, t 13 ~t 14) when the is intended to be executed continuously 3 shows the transition of the output voltage of the electric double layer capacitor 2 predicted by the voltage drop determining means 16.

【0045】先ず、早足歩行(t11〜t12)を行うと
きは、図1を参照して、脚式移動ロボット1の脚の移動
に応じて、充電用電流ID よりも負荷電流IL が大きく
なり、電気二重層コンデンサ2から放電電流IS が供給
されて電気二重層コンデンサ2の出力電圧が低下する
が、動作保証電圧Vm 以下となることはない。そのた
め、電圧低下判定手段16は、早足歩行を行ったとき
に、電気二重層コンデンサ2の出力電圧が動作保証電圧
Vm 以下まで低下することはないと判定する。
[0045] First, when performing rapid walking gait (t 11 ~t 12), referring to FIG. 1, in accordance with the movement of the legs of the legged mobile robot 1, the load than the charging current I D current I L increases, although the electric double-layer capacitor 2 discharge current I S is supplied the output voltage of the electric double layer capacitor 2 decreases does not become less secure operating voltage Vm. Therefore, the voltage drop determining means 16 determines that the output voltage of the electric double layer capacitor 2 does not drop below the operation assurance voltage Vm when walking fast.

【0046】次に、早足歩行の実行後、電気二重層コ
ンデンサ2の出力電圧VC が充電基準電圧Va 付近まで
回復する前に、早足歩行(t13〜t14)を行ったとき
には、電気二重層コンデンサ2の出力電圧が動作保証電
圧Vm 以下となってしまう。そのため、電圧低下判定手
段16は、早足歩行を行ったときには、電気二重層コ
ンデンサ2の出力電圧が動作保証電圧Vm 以下まで低下
すると判定する。
Next, after the execution of the rapid walking gait, before the output voltage V C of the electric double layer capacitor 2 is restored to near the charging reference voltage V a, when subjected to rapid walking gait (t 13 ~t 14), the electrical second output voltage of the layer capacitor 2 becomes equal to or less than the guaranteed operating voltage V m. Therefore, the voltage drop determining means 16 determines that the output voltage of the electric double layer capacitor 2 drops to the operation guarantee voltage Vm or less when the user walks fast.

【0047】そして、動作管理手段14は、電圧低下判
定手段16により、脚式移動ロボット1の動作を開始す
る際に、該動作を実行したならば、電気二重層コンデン
サ2の出力電圧VC が動作保証電圧Vm 以下まで低下す
ると判定されたときには、該動作の実行を中止、或いは
変更することを作動制御手段11に指示する。これによ
り、脚式移動ロボット1の動作中に電気二重層コンデン
サ1の出力電圧VC が動作保証電圧Vm 以下まで低下す
ることを防止している。
When the operation of the legged mobile robot 1 is started by the voltage drop judging unit 16, if the operation is executed by the voltage drop judging unit 16, the output voltage V C of the electric double layer capacitor 2 is reduced. When it is determined that the voltage drops to the operation guarantee voltage Vm or less, the operation control unit 11 is instructed to stop or change the execution of the operation. This prevents the output voltage V C of the electric double layer capacitor 1 from lowering to the operation guarantee voltage V m or less during the operation of the legged mobile robot 1.

【0048】以下、図3(b),(c)を参照して、動
作管理手段14の作動について説明する。図3(b),
(c)は、図3(a)に示した、早足歩行の終了後、
直ちに早足歩行を実行しようとしたときに、電圧低下
判定手段16により、該早足歩行を実行したときに電
気二重層コンデンサ2の出力電圧VC が動作保証電圧V
m 以下まで低下すると判定され、動作管理手段14によ
り該判定に応じた処理がなされたときの、電気二重層コ
ンデンサ2の出力電圧VC の推移を示したものである。
The operation of the operation management means 14 will be described below with reference to FIGS. 3 (b) and 3 (c). FIG. 3 (b),
(C), after the end of the quick walking shown in FIG.
When attempting to perform a rapid walking gait immediately by the voltage drop determination unit 16, preterm output voltage V C is guaranteed operating voltage V of the electric double layer capacitor 2 when running the legged
3 shows the transition of the output voltage V C of the electric double layer capacitor 2 when it is determined that the voltage falls to m or less and the operation management means 14 performs a process according to the determination.

【0049】図3(b)は、動作管理手段14により、
早足歩行の実行を中止する処理がなされたときの電気
二重層コンデンサ2の出力電圧VC の推移を示してい
る。動作管理手段14は、作動制御手段11に早足歩行
の実行中止を指示した後、電圧センサ5で検出される
電気二重層コンデンサ2の出力電圧VC が充電により上
昇し、電圧低下判定手段16により、早足歩行を実行
したときにコンデンサ2の出力電圧VC が動作保証電圧
m 以下まで低下しないと判定された時(t23)に、作
動制御手段11に対して、早足歩行の実行開始を指示
する。これにより、作動制御手段11は、コンデンサ2
の出力電圧VC が動作保証電圧Vm 以下まで低下するこ
とを防止して、早足歩行(t23〜t24)を実行するこ
とができる。
FIG. 3B shows the operation management means 14
Shows a transition of the output voltage V C of the electric double layer capacitor 2 when the process was made to abort the rapid walking gait. The operation management unit 14 instructs the operation control unit 11 to stop the execution of the quick walking, and then the output voltage V C of the electric double layer capacitor 2 detected by the voltage sensor 5 increases due to charging. When it is determined that the output voltage V C of the capacitor 2 does not drop below the operation assurance voltage V m when the fast walking is performed (t 23 ), the operation control means 11 starts the execution of the fast walking. To instruct. As a result, the operation control means 11
It can be the output voltage V C of is prevented from being lowered to below the guaranteed operating voltage V m, to perform a rapid walking gait (t 23 ~t 24).

【0050】次に、図3(c)は、動作管理手段14に
より、早足歩行を通常8歩の歩行に変更する処理がな
されたときの電気二重層コンデンサ2の出力電圧VC
推移を示している。動作管理手段14は作動制御手段1
1に対して、歩行動作開始時点(t33)の電気二重層コ
ンデンサ2の出力電圧VC で実行可能となるように、作
動制御手段11により決定された動作の内容を変更して
実行することを指示する。
Next, FIG. 3 (c), the operation management unit 14, shows changes in the output voltage V C of the electric double layer capacitor 2 when performing processing to change the rapid walking gait walking usually eight steps ing. The operation management means 14 is the operation control means 1
In contrast to the above, the content of the operation determined by the operation control means 11 is changed so as to be executable at the output voltage V C of the electric double layer capacitor 2 at the time of starting the walking operation (t 33 ). Instruct.

【0051】即ち、消費電力が大きい早足8歩の歩行を
消費電力が小さい通常8歩の歩行に変更して動作を実行
することを作動制御手段11に指示する。この指示に応
じて、作動制御手段11により通常8歩の歩行を行う動
作が実行されるので(t33〜t34)、該動作の実行中
に、コンデンサ2の出力電圧VC が動作保証電圧Vm
下まで低下することを防止することができる。
That is, the operation control means 11 is instructed to change the walking of eight fast steps with high power consumption to the walking of normal eight steps with low power consumption and execute the operation. In response to this instruction, the operation for normal eight steps walking is performed by the operation control means 11 (t 33 ~t 34), during the execution of said operating, the output voltage V C is guaranteed operating voltage of the capacitor 2 It can be prevented from lowering to Vm or less.

【0052】次に、図1を参照して、電圧変動判定手段
13に備えられた電圧上昇判定手段17と、充電電圧変
更手段15は、脚式移動ロボット1のしゃがみ込み動作
時などにおいて、電気二重層コンデンサ2を保護するた
めのものである。脚式移動ロボット1が例えばしゃがみ
込み動作を行うと、脚式移動ロボット1が保持していた
位置エネルギーの減少分が回生エネルギーとなってモー
タ等のアクチュエータで発生する場合がある。
Next, referring to FIG. 1, the voltage rise determining means 17 and the charging voltage changing means 15 provided in the voltage fluctuation determining means 13 are electrically operated when the legged mobile robot 1 squats down. This is for protecting the double layer capacitor 2. When the legged mobile robot 1 performs, for example, a squatting motion, a decrease in the potential energy held by the legged mobile robot 1 may be generated as regenerative energy by an actuator such as a motor.

【0053】このようにして発生した回生エネルギーは
電気二重層コンデンサ2に吸収されるが、該回生エネル
ギーを吸収することで電気二重層コンデンサ2の出力電
圧が上昇する。そして、電気二重層コンデンサ2の出力
電圧が、電気二重層コンデンサの定格上限電圧を越える
ことは、電気二重層コンデンサ2の特性を保護する上で
好ましいことではない。
The regenerative energy generated in this way is absorbed by the electric double layer capacitor 2, and the output voltage of the electric double layer capacitor 2 rises by absorbing the regenerative energy. It is not preferable that the output voltage of the electric double layer capacitor 2 exceeds the rated upper limit voltage of the electric double layer capacitor in order to protect the characteristics of the electric double layer capacitor 2.

【0054】そこで、電圧上昇判定手段17は、電圧低
下判定手段16と同様に脚式移動ロボットの動作を解析
し、該動作を行ったときに脚式移動ロボット1が回生エ
ネルギーを発生し、該回生エネルギーにより電気二重層
コンデンサ2の出力電圧が、電気二重層コンデンサ2の
定格上限電圧付近に設定された充電上限電圧以上まで上
昇するか否かを判定する。
The voltage rise determining means 17 analyzes the operation of the legged mobile robot in the same manner as the voltage drop determining means 16, and when the operation is performed, the legged mobile robot 1 generates regenerative energy. It is determined whether or not the output voltage of the electric double layer capacitor 2 increases to or above the charging upper limit voltage set near the rated upper limit voltage of the electric double layer capacitor 2 by the regenerative energy.

【0055】そして、充電電圧変更手段15は、電圧上
昇判定手段17により、電気二重層コンデンサ2の出力
電圧が前記充電上限電圧以上まで上昇すると判定された
ときには、予め電気二重層コンデンサ2の充電電圧を充
電基準電圧VB よりも低い電圧(例えば136V)に変
更する。これにより、脚式移動ロボット1がしゃがみ込
み動作等を行って、電気二重層コンデンサ2に回生エネ
ルギーが吸収されたときに、電気二重層コンデンサ2の
出力電圧が定格上限電圧を越えることを防止している。
When the voltage rise determining means 17 determines that the output voltage of the electric double layer capacitor 2 has risen to the charge upper limit voltage or more, the charging voltage changing means 15 determines in advance the charging voltage of the electric double layer capacitor 2. change in the charging reference voltage V lower voltage than B (e.g., 136V). This prevents the output voltage of the electric double layer capacitor 2 from exceeding the rated upper limit voltage when the legged mobile robot 1 performs a squatting operation or the like and regenerative energy is absorbed by the electric double layer capacitor 2. ing.

【0056】尚、電圧変動判定手段13には、燃料ボン
ベ7,燃料電池8,及び定電流充電回路9から、これら
の動作状況を示すモニタ用信号が入力される。そして、
電圧変更判定手段13は、これらのモニタ用信号により
電気二重層コンデンサ2に対する充電が不能となるおそ
れがあることを認識したときには、動作管理手段14に
対して以後の動作を禁止する指示を与える。
The voltage fluctuation judging means 13 receives a monitoring signal from the fuel cylinder 7, the fuel cell 8, and the constant current charging circuit 9 indicating the operating status of these. And
When recognizing that there is a possibility that charging of the electric double layer capacitor 2 may become impossible from these monitoring signals, the voltage change determining means 13 gives an instruction to the operation managing means 14 to prohibit the subsequent operation.

【0057】また、本実施の形態では、図2(b),図
2(c)に示したように、電気二重層コンデンサ2の出
力電圧が充電基準電圧VB となるまでは、一定電流I2
で充電を行う充電回路9を示したが、他の方法、例え
ば、(1)充電回路9から電気二重層コンデンサ2への
出力電力が一定となるように充電を行う、(2)燃料電
池8から充電回路9に入力される電力が一定となるよう
に充電を行う、(3)燃料電池8から充電回路9に入力
される電流が一定となるように充電を行う、(4)燃料
電池8から充電回路9に入力される電力が、燃料電池8
の最大出力可能電力となるように充電を行う、等の方法
により、電気二重層コンデンサ2の充電を行ってもよ
い。
[0057] Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 2 (b), FIG. 2 (c), the until the output voltage of the electric double layer capacitor 2 is charged reference voltage V B is a constant current I Two
Although the charging circuit 9 for charging is shown in the above, other methods, for example, (1) charging such that the output power from the charging circuit 9 to the electric double layer capacitor 2 is constant, (2) the fuel cell 8 (3) Perform charging so that the current input from the fuel cell 8 to the charging circuit 9 is constant, (4) Fuel cell 8 Is input to the charging circuit 9 from the fuel cell 8.
The electric double layer capacitor 2 may be charged by a method such as charging the electric power so that the maximum output possible power is obtained.

【0058】尚、これらの方法を用いるときには、充電
回路9から電気二重層コンデンサ2に供給される充電用
電流値が、電気二重層コンデンサ2の入力許容電流値を
越えないように、また、充電回路9の出力トランジスタ
の最大出力電流値を越えないように、保護回路が設けら
れる。
When these methods are used, the charging current value supplied from the charging circuit 9 to the electric double layer capacitor 2 should not exceed the allowable input current value of the electric double layer capacitor 2 and the charging should be performed. A protection circuit is provided so as not to exceed the maximum output current value of the output transistor of the circuit 9.

【0059】さらに、一定電流で電気二重層コンデンサ
2の充電を行う場合、図4に示したように、充電回路9
の出力電流I40(電流センサ40で検出)を基準として
定電流制御を行うのが基本であるが、電気二重層コンデ
ンサ2への入出力電流I41(電流センサ41で検出)
や、燃料電池8から充電回路9への出力電流I42(電流
センサ42で検出)を基準としてもよい。
Further, when charging the electric double layer capacitor 2 at a constant current, as shown in FIG.
Is basically based on the output current I 40 (detected by the current sensor 40), but the input / output current I 41 to the electric double layer capacitor 2 (detected by the current sensor 41)
Alternatively, the output current I 42 from the fuel cell 8 to the charging circuit 9 (detected by the current sensor 42) may be used as a reference.

【0060】特に、電気二重層コンデンサ2への入出力
電流I41を基準としたときには、上述した回生エネルギ
ーにより電気二重層コンデンサに流入する回生電流の影
響を考慮した定電流制御を行うことができる。尚、
40,I41,I42のうちのいずれか一箇所の検出電流を
基準として定電流制御を行う他に、I40,I41,I42
うちの複数箇所の検出電流を基準として定電流制御を行
うようにしてもよい。
In particular, when the input / output current I 41 to / from the electric double layer capacitor 2 is used as a reference, constant current control can be performed in consideration of the effect of the regenerative current flowing into the electric double layer capacitor due to the regenerative energy described above. . still,
In addition to performing the constant current control based on the detected current at any one of I 40 , I 41 , and I 42 , the constant current control is performed based on the detected current at a plurality of locations of I 40 , I 41 , and I 42 Control may be performed.

【0061】また、図1を参照して、電圧低下判定手段
16により分析された脚式移動ロボット1の作動内容に
応じて、充電回路9の充電制御の仕様を、例えば上記
(1)〜(4)の間で変更したり、図4に示した定電流
制御の基準とする電流I40〜I 42の選択を変更する充電
特性設定器10を設けてもよい。
Further, referring to FIG.
In the operation contents of the legged mobile robot 1 analyzed by
Accordingly, the specification of the charging control of the charging circuit 9 is changed to, for example,
The constant current shown in FIG. 4 can be changed between (1) to (4).
Current I as a reference for control40~ I 42Change the selection of charging
A property setting device 10 may be provided.

【0062】また、本実施の形態においては、脚式移動
ロボット1の動作として歩行を例に説明したが、他の動
作、例えば重量物の上げ下げ等の動作に対しても、同様
にして、該動作の実行中に電気二重層コンデンサ2の出
力電圧VC が前記動作保証電圧Vm 以下となることを防
止することができる。
Further, in the present embodiment, walking has been described as an example of the operation of the legged mobile robot 1, but other operations, such as raising and lowering a heavy object, are similarly performed. It is possible to prevent the output voltage V C of the electric double layer capacitor 2 from being lower than the operation guarantee voltage V m during the execution of the operation.

【0063】また、本実施の形態においては、比較的短
時間で終了する歩行動作について説明したが、例えば図
3(b)に示したように、通常歩行と早足歩行という2
つの動作を連続して実行するような場合には、該2つの
動作全体を一つの動作として扱うようにしてもよい。こ
の場合には、作動制御手段11は、2つの動作全体を実
行するための各アクチュエータの作動シーケンスを1つ
の行動計画として決定し、電圧低下判定手段16によ
り、該行動計画の実行を開始する際に、該行動計画を実
行したときに電気二重層コンデンサ2の出力電圧VC
前記充電基準電圧Va 以下となるか否かを判定する。
Further, in this embodiment, the walking operation that is completed in a relatively short time has been described. However, as shown in FIG.
When two operations are performed consecutively, the entire two operations may be treated as one operation. In this case, the operation control unit 11 determines the operation sequence of each actuator for executing the entire two operations as one action plan, and the voltage drop determination unit 16 starts the execution of the action plan. to determine whether the output voltage V C of the electric double layer capacitor 2 when executing the action plan is less than or equal to the charging reference voltage V a.

【0064】このように、複数の連続した動作を一つの
行動計画として扱ったときには、図1を参照して、電圧
低下判定手段16により、該行動計画を実行したときに
電気二重層コンデンサ2の出力電圧が充電基準電圧Va
以下まで低下すると判定されたときに、動作管理手段1
4は、電気二重層コンデンサ2の出力電圧が回復するの
を待ってから作動制御手段11に対して、前記行動計画
の開始を指示することができる。これにより、図3
(b)に示したように動作の途中で電気二重層コンデン
サ2の出力電圧の回復を待つために、脚式移動ロボット
1の動作が中断される(t22〜t23)ことや、図3
(c)に示したように動作の途中で動作内容が変更され
ることなく、前記行動計画を実行することができる。
As described above, when a plurality of continuous operations are treated as one action plan, referring to FIG. 1, the voltage drop judging means 16 sets the electric double layer capacitor 2 when the action plan is executed. output voltage is charging reference voltage V a
When it is determined to decrease to below, the operation management means 1
4 can instruct the operation control means 11 to start the action plan after waiting for the output voltage of the electric double layer capacitor 2 to recover. As a result, FIG.
To wait for middle recovery of the output voltage of the electric double layer capacitor 2 operates as shown (b), the operation of a legged mobile robot 1 is interrupted (t 22 ~t 23) that and, FIG. 3
As shown in (c), the action plan can be executed without changing the operation content during the operation.

【0065】さらに、多数の動作を組み合わせた行動計
画を実行するときには、電気二重層コンデンサ2の出力
電圧に応じて、各動作の実行順序を変更したり、或い
は、優先度の低い動作からその実行内容を変更するよう
にしてもよい。
Further, when executing an action plan combining a large number of operations, the execution order of each operation is changed according to the output voltage of the electric double layer capacitor 2, or the operation is started from an operation having a low priority. The content may be changed.

【0066】また、本実施の形態においては、電気二重
層コンデンサを用いることで、電圧低下判定手段16に
よる判定精度をより一層高めているが、他の種類のコン
デンサを用いても本発明の効果を得ることができる。
In this embodiment, the accuracy of the judgment by the voltage drop judging means 16 is further improved by using an electric double layer capacitor. However, the effect of the present invention can be obtained by using other types of capacitors. Can be obtained.

【0067】また、本実施の形態においては、燃料ボン
ベ7から燃料電池8に燃料(水素)を供給するものを示
したが、該燃料ボンベの代わりに、メタノール等の原料
を保持する原料タンクと、該原料タンクから供給される
原料から燃料を生成して燃料電池に供給する改質器とを
備えたものであってもよい。
In the present embodiment, the fuel (hydrogen) is supplied from the fuel cylinder 7 to the fuel cell 8. However, instead of the fuel cylinder, a raw material tank for holding a raw material such as methanol is provided. And a reformer that generates fuel from the raw material supplied from the raw material tank and supplies the fuel to the fuel cell.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の脚式移動ロボットの制御ブロック図。FIG. 1 is a control block diagram of a legged mobile robot of the present invention.

【図2】図1に示した充電回路の動作説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of an operation of the charging circuit shown in FIG.

【図3】図1に示した電気二重層コンデンサの出力電圧
の推移説明図。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing transition of output voltage of the electric double layer capacitor shown in FIG. 1;

【図4】図1に示した充電回路の定電流制御の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of constant current control of the charging circuit shown in FIG.

【符号の説明】 1…脚式移動ロボット、2…電気二重層コンデンサ、3
…充電部、4…作動制御部、5…電圧センサ、6…電流
センサ、7…燃料ボンベ、8…燃料電池、9…充電回
路、10…充電特性設定器、11…作動制御手段、12
…内部抵抗監視手段、13…電圧変動判定手段、14…
動作管理手段、15…充電電圧変更手段、16…電圧低
下判定手段、17…電圧上昇判定手段
[Description of Signs] 1 ... Legged mobile robot 2 ... Electric double layer capacitor 3
... Charging part, 4 ... Operation control part, 5 ... Voltage sensor, 6 ... Current sensor, 7 ... Fuel cylinder, 8 ... Fuel cell, 9 ... Charging circuit, 10 ... Charge characteristic setting device, 11 ... Operation control means, 12
... internal resistance monitoring means, 13 ... voltage fluctuation determination means, 14 ...
Operation management means, 15: charging voltage changing means, 16: voltage drop determining means, 17: voltage rise determining means

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小川 健一 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 小川 直秀 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 小澤 信明 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 3F060 BA07 CA14 HA02  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kenichi Ogawa 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Prefecture Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Naohide Ogawa 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Inside the Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Nobuaki Ozawa 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama F-term inside the Honda R & D Co., Ltd. 3F060 BA07 CA14 HA02

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】脚式移動ロボットの作動を制御する作動制
御手段と、該脚式移動ロボットに作動用電力を供給する
コンデンサと、該コンデンサの出力電圧を検出する電圧
検出手段と、燃料電池と、該燃料電池の出力電力から前
記コンデンサの充電用電流を生成し、前記電圧検出手段
により検出される前記コンデンサの出力電圧が所定の基
準電圧となるように該充電用電流により前記コンデンサ
を充電する充電手段と、 前記脚式移動ロボットが動作を開始する際に、前記電圧
検出手段により検出される前記コンデンサの出力電圧に
基づいて、該動作を実行したときに、前記コンデンサの
出力電圧が所定の動作保証電圧以下まで低下するか否か
を判定する電圧低下判定手段と、 該電圧低下判定手段により、前記動作を実行したときに
前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下まで
低下すると判定されたときに、前記作動制御手段に対し
て、前記動作の実行中止を指示し、又は前記動作を前記
電圧検出手段で検出された前記コンデンサの出力電圧で
実行可能な内容に変更して実行することを指示する動作
管理手段とを備えたことを特徴とする脚式移動ロボッ
ト。
An operation control means for controlling the operation of a legged mobile robot, a capacitor for supplying operating power to the legged mobile robot, a voltage detection means for detecting an output voltage of the capacitor, a fuel cell, Generating a charging current for the capacitor from the output power of the fuel cell, and charging the capacitor with the charging current such that the output voltage of the capacitor detected by the voltage detecting means becomes a predetermined reference voltage. Charging means, when the legged mobile robot starts operation, based on the output voltage of the capacitor detected by the voltage detection means, when the operation is performed, the output voltage of the capacitor Voltage drop determining means for determining whether the voltage drops to an operation guarantee voltage or less; When it is determined that the output voltage of the capacitor is reduced to the operation guarantee voltage or less, the operation control unit is instructed to stop the execution of the operation, or the operation of the capacitor is detected by the voltage detection unit. A legged mobile robot, comprising: operation management means for instructing execution by changing the content to an executable content with an output voltage.
【請求項2】前記動作管理手段は、前記作動制御手段に
対して前記動作の実行中止を指示した後、前記電圧低下
判定手段により、該動作を実行したときに、前記コンデ
ンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下まで低下しない
と判定されるレベルまで、前記充電手段により前記コン
デンサが充電されたときに、前記作動制御手段に対して
前記動作の実行開始を指示することを特徴とする請求項
1記載の脚式移動ロボット。
2. The operation management means, after instructing the operation control means to stop execution of the operation, when the operation is executed by the voltage drop determination means, the output voltage of the capacitor is set to 2. The operation control unit is instructed to start executing the operation when the capacitor is charged by the charging unit up to a level determined not to drop below the operation guarantee voltage. The legged mobile robot described.
【請求項3】前記コンデンサの出力電流を検出する電流
検出手段と、該電流検出手段により検出される出力電流
と前記電圧検出手段により検出される前記コンデンサの
出力電圧とを用いて前記コンデンサの内部抵抗を算出
し、算出結果を前記電圧低下判定手段に通知する内部抵
抗監視手段とを備えたことを特徴とする請求項1又は2
記載の脚式移動ロボット。
A current detecting means for detecting an output current of said capacitor; and an internal portion of said capacitor using an output current detected by said current detecting means and an output voltage of said capacitor detected by said voltage detecting means. 3. An internal resistance monitoring means for calculating a resistance and notifying the calculation result to the voltage drop determining means.
The legged mobile robot described.
【請求項4】前記脚式移動ロボットが動作を開始する際
に、前記電圧検出手段により検出される前記コンデンサ
の出力電圧に基づいて、該動作を実行したときに、前記
コンデンサの出力電圧が該コンデンサの定格上限電圧付
近に設定された充電上限電圧以上まで上昇するか否かを
判定する電圧上昇判定手段と、 該電圧上昇判定手段により、前記動作を実行したときに
前記コンデンサの出力電圧が前記充電上限電圧以上まで
上昇すると判定されたときに、前記基準電圧を低下させ
る充電電圧変更手段とを設けたことを特徴とする請求項
1から3のうちいずれか1項記載の脚式移動ロボット。
4. When the legged mobile robot starts operating, based on the output voltage of the capacitor detected by the voltage detecting means, when the operation is executed, the output voltage of the capacitor is changed to the output voltage of the capacitor. Voltage rise determining means for determining whether or not the voltage rises to or above a charging upper limit voltage set near the rated upper limit voltage of the capacitor; andthe output voltage of the capacitor is increased by the voltage rise determining means when the operation is performed. 4. The legged mobile robot according to claim 1, further comprising a charging voltage changing unit configured to decrease the reference voltage when it is determined that the charging voltage rises to a charging upper limit voltage or higher. 5.
【請求項5】前記コンデンサは電気二重層コンデンサで
あることを特徴とする請求項1から4のうちいずれか1
項記載の脚式移動ロボット。
5. The capacitor according to claim 1, wherein said capacitor is an electric double layer capacitor.
The legged mobile robot described in the item.
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