JP2000042959A - 移動ロボットシステムの充電制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 移動ロボットが作業途中で充電ステーション
に移動等、作業効率の低下を招くような充電形態を取る
ことのないようにする。 【解決手段】 バッテリ残量が、移動ロボットが繰り返
し行う１作業サイクルで消費する電力量以下となると、
移動ロボットの制御部は、空き状態のある充電ステーシ
ョンと、移動ロボットの以後の作業工程での消費電力量
と、現在の蓄電量とから、最もロスの少ない充電ステー
ションを決定し、その充電ステーションで充電を受け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動ロボットに搭
載された充電式バッテリの蓄電状態を検出し、残容量が
少なくなったとき、移動ロボットを充電ステーションに
自動走行させてそのバッテリを充電する移動ロボットシ
ステムの充電制御装置に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】近年のＦＡ（ファクト
リ・オートメーション）化に伴い、移動ロボットシステ
ムを採用することが多くなってきている。この移動ロボ
ットシステムとしては、通常、複数の移動ロボットと、
これら移動ロボットを統括して制御する制御局とからな
り、制御局は、全ての移動ロボットの現在位置や作業中
にあるか否かなどの状態を監視し、無線通信手段により
移動ロボットと交信しながら作業指示を行うように構成
されている。

【０００３】移動ロボットは、制御局の指示に従い、作
業地点に自動走行してワークの積み降ろし、或いは、組
み立て作業等を行う。この移動ロボットは、通常、充電
式バッテリを動力源として自動走行したり、ロボット作
業を行ったりするようになっている。このため、移動ロ
ボットの充電式バッテリについては、定期的に充電する
必要がある。

【０００４】この移動ロボットの充電制御方法として特
開平４−９０００９号公報に開示された技術がある。こ
れは、移動ロボットから充電要求があった場合、制御局
は、複数の充電ステーションのうちから、その移動ロボ
ットにとって一番近い充電ステーションを選択し、その
充電ステーションに移動ロボットを誘導するというもの
である。

【０００５】しかしながら、上記の充電制御構成では、
いわゆるバッテリ上がりを防止するためには、充電タイ
ミングをバッテリ残量が或る量になった時点に定めざる
を得ず、このため、本来ならば、もう少しで作業が終了
するような場合でも、途中で作業を中止して充電ステー
ションに移動してしまい、作業効率が著しく低下すると
いう問題があった。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、その目的は、移動ロボットが作業途中で充電ステ
ーションに移動等、作業効率の低下を招くような充電形
態を取るおそれのない移動ロボットシステムの充電制御
装置を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の移動ロボットシステムの充電制御装置
は、充電式バッテリを動力源とした複数台の移動ロボッ
トと、これら移動ロボットの前記充電式バッテリに充電
を行う充電ステーションと、前記複数台の移動ロボット
を制御する制御局とを備えた移動ロボットシステムにお
いて、前記各移動ロボットの前記充電式バッテリの蓄電
状態を検出する蓄電状態検出手段と、前記複数の移動ロ
ボットのうち、前記蓄電状態検出手段により検出された
前記充電式バッテリの蓄電量が所定のレベル以下と判定
された移動ロボットに対し、当該移動ロボットの以後の
作業工程での消費電力量を予測し、その予測した消費電
力量と現在の蓄電量とにより、前記充電ステーションへ
移動する時期を設定する制御手段とを設けたことを特徴
とするものである。

【０００８】この構成によれば、例えば、或る移動ロボ
ットの充電式バッテリの現在の蓄電量が次に行なう２工
程の作業で消費する電力量を上回るが、３工程の作業で
消費する電力量よりは少ない場合、次の２工程で作業を
行なった後、充電ステーションへ移動するようになり、
移動ロボットが作業途中で充電ステーションに移動して
しまうというような事態が生じない。

【０００９】請求項２の移動ロボットシステムの充電制
御装置は、前記蓄電状態の前記所定のレベルは、前記移
動ロボットが繰り返し行う作業サイクルの、少なくとも
１サイクルの作業で消費する電力量であることを特徴と
するものである。この構成によれば、充電ステーション
へ移動する時期の設定は、充電式バッテリの現在の蓄電
量が少なくとも１サイクルの作業で消費する電力量とな
ったとき、すなわち、以後、順次各工程で作業を行ない
ながら移動しても、現在の位置に戻って来ることができ
る電力を保有しているので、充電ステーションに近い作
業工程まで作業し、そこから充電ステーションへ移動す
るように設定することができる。

【００１０】請求項３の移動ロボットシステムの充電制
御装置は、前記移動ロボットは、ループ状の走行路を一
方向に向かって走行するように構成されていると共に、
前記制御手段は、前記充電ステーションへ移動する時期
を、前記予測消費電力量と現在の蓄電量とに加え、前記
充電ステーションへの移動開始時から該充電ステーショ
ンに到達までに要する時間および該充電ステーションか
ら前記走行路に復帰するに要する時間を加味して設定す
ることを特徴とするものである。この構成によれば、充
電ステーションへ移動するに要する時間、充電ステーシ
ョンから次の作業工程へ移動する時間を短くでき、作業
効率を向上させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて説明する。移動ロボットシステムは、図４に示
すように、制御局１と、複数台の移動ロボット２とを備
えており、制御局１と各移動ロボット２とは後述のよう
に無線により通信できるようになっている。移動ロボッ
ト２は、充電式バッテリ３を搭載し、このバッテリ３を
動力源として自動走行したり、各種の作業を行ったりす
る。

【００１２】移動ロボット２の自動走行は、例えば、床
面に張り付けられた磁気テープによって構成されるルー
プ状の走行路Ｌによって案内されて一方向、例えば図４
で反時計方向に移動する。そして、走行路Ｌに沿って第
１〜第１０の作業ステーションＷ１〜Ｗ１０が設置され
ていると共に、第８および第９の両作業ステーションＷ
８およびＷ９との間には、第１の充電ステーションＳ１
が設置されている。なお、第１の充電ステーションＳ１
で充電を受けている移動ロボット２が存在する場合に、
他の移動ロボット２が該第１の充電ステーションＳ１を
迂回して第８の作業ステーションＷ８から第９の作業ス
テーションＷ９へと走行できるようにするために、走行
路Ｌには第１の充電ステーションＳ１を迂回する第１の
分岐路Ｌ１が設けられている。

【００１３】また、走行路Ｌには、第６の作業ステーシ
ョンＷ６を過ぎた箇所で分岐し第７の作業ステーション
Ｗ７の手前で合流する第２の分岐路Ｌ２と、第１０の作
業ステーションＷ１０を過ぎた箇所で分岐し第１の作業
ステーションＷ１の手前で合流する第３の分岐路Ｌ３と
が設けられており、それら第２および第３の分岐路Ｌ２
およびＬ３に沿って第２および第３の充電ステーション
Ｓ２およびＳ３が設置されている。

【００１４】さて、図２は制御局１の電気的構成を示す
もので、移動ロボットシステムの全体を統括制御する制
御部４、記憶装置５、通信装置６、無線通信装置７等を
有している。上記通信装置６は、充電ステーションＳ１
〜Ｓ３と有線で通信するもので、無線通信装置７は、移
動ロボット２と電波で通信するものである。

【００１５】また、上記記憶装置５には、地図データ、
作業管理データ、バッテリ管理データ、充電管理デー
タ、走行経路管理データ等が記憶されている。そのう
ち、地図データ記憶部には、図４の走行路Ｌ，Ｌ１〜Ｌ
３の各ノードの座標データ、作業ステーションか充電ス
テーションかなどのノードの識別を示すデータ、ノード
間の距離、充電ステーションＳ１〜Ｓ３における給電カ
ップの座標等が記憶されている。

【００１６】作業管理データ記憶部には、各作業ステー
ションＷ１〜Ｗ１０で行う作業内容、移動ロボット２が
完了した作業や実行中にある作業等が記憶され、バッテ
リ管理データ記憶部には、各移動ロボット２について充
電式バッテリ３が充電が必要と判定した時刻、移動ロボ
ット２から逐次送られてくる充電式バッテリ３の蓄電量
等が記憶されている。また、走行経路管理データ記憶部
には、各移動ロボット２の移動経路、現在地等が記憶さ
れている。

【００１７】一方、図３は移動ロボット２の電気的構成
を示すもので、移動ロボット２の全体を統括制御する制
御部８、記憶装置９、走行制御装置１０、ロボット制御
装置１１、制御局１との間で通信する無線通信装置１
２、蓄電状態検出手段としてのバッテリ残量計１３等を
備えている。

【００１８】上記走行制御装置１０は、予め設定された
走行プログラムに基づいて走行用のモータや操舵装置を
制御して移動ロボット２を定められた地点に走行させる
もので、ロボット制御装置１１は、ロボット装置を各作
業ステーションＷ１〜Ｗ１０で予め教示された作業内容
で動作するように制御するものである。なお、走行制御
装置１０は、制御局１からの指令により移動ロボット２
を指令された地点に走行させるように制御するものであ
っても良い。

【００１９】また、記憶装置９は、制御局１の記憶装置
５が記憶する地図データと同様の地図データ、現在位
置、各作業ステーションＷ１〜Ｗ１０での消費電力量、
各作業ステーションＷ１〜Ｗ１０から各受電ステーショ
ンＳ１〜Ｓ３への移動に要する時間および各受電ステー
ションＳ１〜Ｓ３から最寄りの作業ステーションへ移動
するに要する時間、充電式バッテリ３のバッテリ残量
（蓄電量）データ、その他各種のデータを記憶する。そ
のうち、現在位置記憶部には、移動ロボット２の現在位
置が記憶されているが、その現在位置は、制御部８が、
地図データと走行距離と走行方向とから周知のようにし
て演算するようになっている。

【００２０】バッテリ残量計１３は、充電式バッテリ３
の入出力線３ａの充放電電流を検出する電流センサ１４
に接続されている。このバッテリ残量計１３は、積分器
を備え、電流センサ１４の出力値を積分して充放電時の
電力を検出する。そして、バッテリ残量計１３は、記憶
部に記憶した蓄電量に対し、充電時には積分器による検
出電力を加算し、放電時には積分器による検出電力を減
算するようになっており、従って、バッテリ残量計１３
は常に現在の充電式バッテリ３のバッテリ残量データを
保有しているものである。なお、３ｂは充電カップに接
続される受電カップである。

【００２１】次に、上記構成において、各移動ロボット
２の制御部８による充電制御の作用を説明する。制御手
段としての移動ロボット２の制御部８は、まずステップ
Ｓ１でバッテリ残量計１３から充電式バッテリ３の蓄電
状態（バッテリ残量）および１サイクルの作業に要する
消費電力量を読み込み、次のステップＳ２でバッテリ残
量が１サイクルの作業に要する消費電力量以下か否かを
判断する（比較手段）。ここで、１サイクルの作業に要
する消費電力量とは、作業ステーションＷ１〜Ｗ１０で
の作業を順に実行していった場合の消費電力量で、その
電力量は、記憶装置９に記憶されている第１〜第１０の
作業ステーションＷ１〜Ｗ１０での消費電力量を合計す
ることによって求められるものである。

【００２２】バッテリ残量が１サイクルの作業に要する
消費電力量より多い場合には、制御部８は、ステップＳ
２で「ＮＯ」となり、前記ステップＳ１に戻る。そし
て、移動ロボット２は、予め設定された通りに作業ステ
ーションＷ１〜Ｗ１０での作業を順に繰り返し実行す
る。

【００２３】バッテリ残量が１サイクルの作業に要する
消費電力量以下になると、制御部８は、ステップＳ２で
「ＹＥＳ」となってステップＳ３に移行し、ここで、制
御局１と通信して充電ステーションの空き情報を取得す
る。

【００２４】この後、制御部８は、ステップＳ４に移行
して１サイクルの各作業ステーションＷ１〜Ｗ１０毎の
消費電力量と、各作業ステーションＷ１〜Ｗ１０から通
信結果により空いているとされた充電ステーションへと
移動するときの往側の移動時間（往側作業ロス時間）お
よび該充電ステーションから最寄りの作業ステーション
に移動するときの復側の移動時間（復側作業ロス時間）
を記憶装置９から読み込み、そして、次の充電ステーシ
ョンと充電タイミングとを決定するステップＳ５に移行
する。

【００２５】すなわち制御部８は、ステップＳ５で、現
在のバッテリ残量で、どの作業ステーションまで作業す
ることが可能かを判断し、そのバッテリ残量で作業可能
な各作業ステーションと空いている充電ステーションと
の全ての組み合わせから往復の作業ロス時間を演算す
る。そして、その往復の作業ロス時間の合計が最も少な
い作業ステーションと充電ステーションとの組み合わせ
を求め、その作業ステーションでの作業を終了した時点
を充電タイミングに決定するものである。なお、バッテ
リ残量が１サイクルの作業に要する消費電力量より少な
くなってステップＳ２で「ＹＥＳ」となった場合、ステ
ップＳ５までの処理は、ステップＳ２で「ＹＥＳ」と判
断したときの作業ステーションから次の作業ステーショ
ンへの移動を開始する前に行われる。

【００２６】さて、上記のように充電タイミングを決定
すると、制御部８は、充電タイミングになったか否かを
判断する状態となる。そして、充電タイミングになると
（ステップＳ６で「ＹＥＳ」）、制御部８は、移動ロボ
ット２をステップＳ５で決定した作業ステーションから
充電ステーションに移動させ（ステップＳ）、移動ロボ
ット２が充電ステーションまで移動すると、そこで充電
を行なわせ（ステップＳ８）、充電完了後、移動ロボッ
ト２をステップＳ５で設定された復側の作業ステーショ
ンに移動させ（ステップＳ８）、前述のステップＳ１に
戻る。

【００２７】このように本実施例によれば、途中で作業
を中止して充電ステーションに移動してしまう、という
ような事態の発生を防止でき、作業効率の向上を図るこ
とができる。このことを例を挙げて説明する。 （例１）今、各作業ステーションＷ１〜Ｗ１０での作業
の消費電力は、全て同じＡワット時であり、各作業ステ
ーションＷ１〜Ｗ１０間、作業ステーションＷ８と第１
の充電ステーションＳ１と作業ステーションＷ９の間の
移動時間は全て同じＴ時間、作業ステーションＷ６と第
２の充電ステーションＳ２と作業ステーションＷ７との
間、作業ステーションＷ１０と第３の充電ステーション
Ｓ３と作業ステーションＷ１との間の移動時間は２Ｔ時
間であるとする。

【００２８】そして、図４に示すように、３台の移動ロ
ボット２のうち、移動ロボット２ａが作業ステーション
Ｗ２でバッテリ残量が１サイクルの作業に要する消費電
力量より少なくなってステップＳ２で「ＹＥＳ」とな
り、そのときのバッテリ残量が７Ａワット時であったと
する。また、充電ステーションＳ１〜Ｓ３は、全て空き
状態にあるとする。

【００２９】この場合、移動ロボット２ａは、作業ステ
ーションＷ６から第２の充電ステーションＳ２へ移動す
る場合と、作業ステーションＷ８から第１の充電ステー
ションＳ１へ移動する場合と、作業ステーションＷ１０
から充電ステーションＳ３へ移動する場合とが考えられ
るが、そのうち、作業ステーションＷ８での作業を終了
した後に第１の充電ステーションＳ１で充電を受ける場
合が、往作業ロス時間Ｔ時間、復作業ロス時間がＴ時間
で、合計の作業ロス時間が２Ｔ時間と最も短いので、充
電タイミングは、作業ステーションＷ８での作業終了時
点で、第１の充電ステーションＳ１で充電を受ける、と
設定される。

【００３０】これに対し、従来では、作業ステーション
Ｗ２で充電要となると、該作業ステーションＷ２から最
も近い充電ステーションである第２の充電ステーション
Ｓ２へと移動する。このため、従来では、往側の作業ロ
ス時間が６Ｔ、復側の作業ロス時間（充電ステーション
Ｓ２から作業ステーションＷ７への移動時間）が２Ｔ
で、合計８Ｔとなり、本発明の方が作業ロス時間を短く
でき、作業効率が向上する。

【００３１】（例２）また、図５に示すように、第１の
充電ステーションがなく、第２および第３の充電ステー
ションＳ２，Ｓ３だけであった場合、上記の例１と同じ
く、各作業ステーションＷ１〜Ｗ１０での作業の消費電
力は、全てＡワット時であり、各作業ステーションＷ１
〜Ｗ１０相互間の移動時間はＴ時間、作業ステーション
Ｗ６と第２の充電ステーションＳ２と作業ステーション
Ｗ７との間、作業ステーションＷ１０と第３の充電ステ
ーションＳ３と作業ステーションＷ１との間の移動時間
は２Ｔ時間であるとする。

【００３２】そして、３台ある移動ロボット２のうち、
移動ロボット２ａが作業ステーションＷ２でバッテリ残
量が１サイクルの作業に要する消費電力量より少なくな
ってステップＳ２で「ＹＥＳ」となり、そのときのバッ
テリ残量が７Ａワット時であったとする。また、充電ス
テーションＳ２では、他の移動ロボット２ｂが充電中に
あるとする。

【００３３】この場合、本発明では、移動ロボット２ａ
は、作業ステーションＷ２〜Ｗ９まで順に作業を行い、
そして、作業ステーションＷ９から充電ステーションＳ
３に移動し充電を受け、充電後、作業ステーションＷ１
に移動する。この場合の作業ロス時間は５Ｔである。

【００３４】これに対し、従来では、作業ステーション
Ｗ２での作業を終了すると、作業ステーションＷ３から
作業ステーションＷ１０の作業は行なわず、それらステ
ーションを素通りして充電ステーションＳ３まで移動
し、充電を受け、作業ステーションＷ１の移動する。こ
のときの往側作業ロス時間は１０Ｔ時間、復側作業ロス
時間は２Ｔ時間で、合計の作業ロス時間は１２Ｔ時間と
なり、本発明の方が作業ロス時間を短くでき、作業効率
が向上する。

【００３５】なお、以上のような制御は、制御局１の制
御部４が行なうように構成しても良い。充電ステーショ
ンと充電タイミングとを決定するための制御局１の制御
部８のステップＳ３以降の動作開始は、バッテリ残量が
１サイクルの作業に要する消費電力よりも少なくなった
場合に限らず、複数サイクルの作業に要する消費電力よ
りも少なくなった場合、１サイクルの作業に要する消費
電力の半分等であっても良く、或いは、作業サイクルと
は関係なく所定の電力以下となったときに行うようにし
ても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すフローチャート

【図２】制御局の電気的構成を示すブロック図

【図３】移動ロボットの電気的構成を示すブロック図

【図４】移動ロボットの走行路の一例を示す平面図

【図５】他の走行路を示す図４相当図

【符号の説明】

図中、１は制御局、２は移動ロボット、３は充電式バッ
テリ、８は移動ロボットの制御部（制御手段）である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電式バッテリを動力源とした複数台の
   移動ロボットと、 これら移動ロボットの前記充電式バッテリに充電を行う
   充電ステーションと、 前記複数台の移動ロボットを制御する制御局とを備えた
   移動ロボットシステムにおいて、 前記各移動ロボットの前記充電式バッテリの蓄電状態を
   検出する蓄電状態検出手段と、 前記複数の移動ロボットのうち、前記蓄電状態検出手段
   により検出された前記充電式バッテリの蓄電量が所定の
   レベル以下と判定された移動ロボットに対し、当該移動
   ロボットの以後の作業工程の予測消費電力量と現在の蓄
   電量とにより、前記充電ステーションへ移動する時期を
   設定する制御手段とを設けたことを特徴とする移動ロボ
   ットシステムの充電制御装置。
2. 【請求項２】 前記蓄電状態の前記所定のレベルは、前
   記移動ロボットが繰り返し行う作業サイクルの、少なく
   とも１サイクルの作業で消費する電力量であることを特
   徴とする請求項１記載の移動ロボットシステムの充電制
   御装置。
3. 【請求項３】 前記移動ロボットは、ループ状の走行路
   を一方向に向かって走行するように構成されていると共
   に、 前記制御手段は、前記充電ステーションへ移動する時期
   を、前記予測消費電力量と現在の蓄電量とに加え、前記
   充電ステーションへの移動開始時から該充電ステーショ
   ンに到達までに要する時間および該充電ステーションか
   ら前記走行路に復帰するに要する時間を加味して設定す
   ることを特徴とする請求項１または２記載の移動ロボッ
   トシステムの充電制御装置。