JP2000326271A - 移動ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 付帯システムの簡略化を実現すると共に、エ
ネルギ効率の向上を図ること。 【解決手段】 移動ロボット２１が作業ステーションに
停止した状態では、受電カプラ２５が電源装置２２側の
給電カプラ２４に接続される。この接続状態では、整流
ユニット２９が三相交流電源２３の出力を整流してコン
トローラ３０に供給するようになると共に、コントロー
ラ３０から切り離されたバッテリ３９に充電器４２を通
じて充電される。バッテリ３９は、整流ユニット２９の
出力電圧（２８０Ｖ程度）と同等レベルの出力電圧（公
称値で２８８Ｖ）を発生する構成とされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数箇所の作業ス
テーション間を走行してロボット作業を行う移動ロボッ
ト、特には作業ステーションで停止した期間に充電され
る負荷駆動用バッテリを備えた移動ロボットに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】例えば、半導体製造工
場では、複数箇所の作業ステーション間を移動する走行
部上に、被搬送物（例えばウエーハカセット）を相手側
から受け取ったり相手側に引き渡したりするなどのロボ
ット作業を行うためのロボット部を搭載した多数台の移
動ロボット（無人搬送車）が使用されている。このよう
な移動ロボットにおいては、自走する必要がある関係
上、少なくとも走行用負荷を二次電池より成るバッテリ
により駆動する構成とした上で、作業ステーションでの
停止中に外部交流電源から充電する構成とすることが一
般的となっている。

【０００３】具体的には、図２に概略的に示すように、
作業ステーションには、商用交流電源１の出力に基づい
て比較的低い電圧レベルの電流を発生する充電器２及び
給電カプラ３を備えた電源装置４が設けられる。また、
移動ロボット５側には、作業ステーションに停止した状
態で上記給電カプラ３と接続される受電カプラ６が設け
られており、この受電カプラ６から搭載バッテリ７に充
電すると共に、負荷８の電源も同時に供給する構成とな
っている。尚、負荷８の定格電源電圧が高い場合には、
バッテリ７の後段に昇圧用のＤＣ／ＤＣコンバータが設
けられることになる。さらに、実際には、移動ロボット
５側には、走行制御やロボット部のジョブ制御などを行
う制御回路やバッテリ７の充電制御を行うバッテリチャ
ージコントローラなど（何れも図示せず）が搭載されて
いる。

【０００４】しかしながら、このような構成では、電源
装置４側から移動ロボット５側に、負荷８のための負荷
電流及びバッテリ７のための充電電流の双方を供給する
必要があって、充電器２の負担がきわめて大きくなり、
能力が大きな充電器２が必要になるという事情がある。
また、移動ロボット５側のバッテリチャージコントロー
ラと電源装置４（特には充電器２）との間で、バッテリ
７の充電状態を制御するための情報（例えば電圧情報、
温度情報）をフィードバックするなどの通信動作を行う
必要があるため、移動ロボット５が作業ステーションに
停止した状態で、その移動ロボット５と外部の電源装置
４との間を接続するための通信線が別途に必要になると
いう事情がある。以上のような事情により、図２のよう
な構成では、移動ロボットに付帯したシステム全体の構
成の大型化及び複雑化が伴うため、設備コストが高騰す
るという問題点があった。

【０００５】このような問題点を解決するために、移動
ロボット５側に充電器を搭載し、その充電器をバッテリ
の充電のみに使用する構成とすることが考えられてい
る。具体的には、図３に概略的に示すように、作業ステ
ーションには、商用交流電源１の出力を直接的に受ける
給電カプラ３を備えた電源装置４′が設けられる。ま
た、移動ロボット９側においては、受電カプラ６を通じ
て与えられる交流電流に基づいて負荷８を直接的に駆動
する構成とされ、その交流電流を受けてバッテリ７に充
電する充電器１０、バッテリ７の出力を昇圧して負荷８
に与えるインバータ（ＤＣ／ＡＣコンバータ）１１が搭
載される。尚、負荷８は、その入力部分に整流回路を内
蔵した構成となっている。

【０００６】この場合、移動ロボット９にあっては、作
業ステーションに停止した状態では、インバータ１１を
動作停止させて負荷８の電源を電源装置４′から得るよ
うになっており、作業ステーションから離れた状態で
は、インバータ１１を動作させることにより負荷８の電
源をバッテリ７から得る構成とされるものである。つま
り、充電器１０はバッテリ７の充電電流を出力するだけ
で良くなって、その負担が大幅に軽減するものである。
また、移動ロボット５と電源装置４′との間を接続する
ための通信線（バッテリ７の充電状態制御のため通信
線）が不要となり、総じて前記図２に示した構成におけ
る問題点を解決できることになる。

【０００７】しかしながら、このような構成では、電力
供給系統中にインバータ１１が存在するため、そのイン
バータ１１での損失を無視できず、これが移動ロボット
でのエネルギ効率を低下させる要因になる。また、バッ
テリ７からインバータ１１に至る経路での電圧が比較的
低いため、この部分での電流損失が大きくなるという事
情もあり、これもエネルギ効率を低下させる要因とな
る。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、付帯システムの簡略化を実現できる
と共に、エネルギ効率の向上を図り得るようになる移動
ロボットを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載した手段を採用できる。この手段によ
れば、移動ロボットが作業ステーションで停止した期間
には、受電端子が外部交流電源と接続された状態となる
ため、その移動ロボットに搭載された整流ユニットが、
外部交流電源から受電端子を通じて給電されようになっ
て、ロボット作業用負荷を含む負荷に整流出力を供給す
るようになり、また、同じく外部交流電源から受電端子
を通じて給電された状態となる充電器がバッテリの充電
動作を行うようになる。このバッテリは、外部交流電源
が切り離された状態時、つまり移動ロボットが作業ステ
ーションから離れた状態時に負荷の電源として機能する
ようになる。

【００１０】この場合、上記バッテリ及び充電器は移動
ロボットに搭載されると共に、その充電器がバッテリの
充電のみに使用される構成となっているから、充電器の
負担が小さくなる。このため、従来のように外部の電源
装置に大能力の充電器を設けたり、その電源装置との間
で通信動作を行うための信号線を設けたりする必要がな
くなるから、付帯するシステムの設備コストを低減でき
るようになる。また、搭載されるバッテリは、整流ユニ
ットの出力電圧と同等レベルの出力電圧を発生する放電
性能とされているから、その出力電圧を昇圧するための
手段（つまり、ある程度の大きさの損失を伴う手段）が
不要になると共に、移動ロボット内において負荷電流を
流すための電気系統の電圧レベルが相対的に高くなって
電流損失が小さくなるものであり、結果的に全体のエネ
ルギ効率を向上させ得るようになる。

【００１１】請求項２記載の手段によれば、外部交流電
源から給電される状態時、つまり移動ロボットが作業ス
テーションに停止した状態時には、バッテリと負荷との
間がスイッチ手段により切り離されるようになるから、
バッテリの充電動作を確実に行い得るようになる。

【００１２】請求項３記載の手段によれば、電源スイッ
チは、受電端子が外部交流電源と接続された状態となっ
た後にオンされると共に、その受電端子及び外部交流電
源間の接続状態が解除される前のタイミングでオフされ
ることになるから、受電端子部分で電流断続が行われる
ことがなくなる。この結果、当該受電端子が電流アーク
により損傷する事態を未然に防止できるようになり、し
かも、この電源スイッチは半導体スイッチング素子より
成る無接点タイプのものであるから、アーク電流により
損傷する可能性が高い機械的接点タイプの電源スイッチ
を用いる場合に比べて寿命の長期化を図ることができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１に
基づいて説明する。図１には、移動ロボット２１の電気
的構成が、作業ステーションに設置された電源装置２２
と共に機能ブロックの組み合わせによって示されてい
る。但し、図１では、三相交流線路を単線で表示してお
り、また、これに接続される回路要素も実際には三相用
のものであるが、ここでは簡略化した状態で示してい
る。この図１において、電源装置２２は、三相２００Ｖ
の商用交流電源２３（外部交流電源）とこれに接続され
た給電カプラ２４とを備えた構成となっている。移動ロ
ボット２１側には、当該移動ロボット２１が作業ステー
ションに停止された状態で前記給電カプラ２４と接続さ
れる受電カプラ２５（受電端子）が設けられており、以
下、この移動ロボット２１の内部構成について説明す
る。尚、図１中においては、電力ラインを実線で示すと
共に信号ラインを破線で示している。即ち、受電カプラ
２５と主電源線２６との間には、サーキットブレーカ２
７及びトライアックより成る電源スイッチ２８が直列に
接続されている。

【００１４】主電源線２６に接続された整流ユニット２
９は、全波整流回路及び平滑コンデンサなど（何れも図
示せず）を含んで構成されたもので、その整流出力をコ
ントローラ３０（負荷）を通じて無人搬送車３１（走行
用負荷）及びこの無人搬送車３１上に搭載されたアーム
ロボット３２（ロボット作業用負荷）に与えるようにな
っている。この場合、図示しないが、無人搬送車３１の
駆動源となるモータ、アームロボット３２の駆動源とな
る多数個のモータ（ロボット基台旋回用モータ、アーム
駆動モータ、手首駆動モータなど）は比較的大きな電力
を要するものであり、このため、上記整流ユニット２９
としては大容量のものが使用される。尚、上記コントロ
ーラ３０は、無人搬送車３１の走行動作並びにアームロ
ボット３２のロボット作業を予め設定されたプログラム
により制御する機能などを備えたものである。

【００１５】主電源線２６に接続された補助整流ユニッ
ト３３も、全波整流回路及び平滑コンデンサなど（何れ
も図示せず）を含んで構成されたもので、その整流出力
を１２Ｖ出力のＤＣ／ＤＣコンバータ３４を通じてバッ
テリチャージコントローラ３５に与えると共に、２４Ｖ
出力のＤＣ／ＤＣコンバータ３６を通じて各種センサよ
り成るセンサユニット３７及び空圧機器用のコンプレッ
サ３８に与えるようになっている。尚、上記各ＤＣ／Ｄ
Ｃコンバータ３４及び３６を前記整流ユニット２９の出
力により動作させる構成とすることにより、補助整流ユ
ニット３８を省略することも可能である。

【００１６】バッテリ３９は、移動ロボット２１が前記
三相交流電源２３から切り離された状態で、前記整流ユ
ニット２９及び補助整流ユニット３３に代わって、前記
コントローラ３０、無人搬送車３１、アームロボット３
２、バッテリチャージコントローラ３５などの電源とし
て機能するものであり、このバッテリ３９とコントロー
ラ３０との間、並びに当該バッテリとＤＣ／ＤＣコンバ
ータ３４及び３６との間は、それぞれリレースイッチ４
０、４１（本発明でいうスイッチ手段に相当）を介して
選択的に接続される構成となっている。つまり、これら
リレースイッチ４０、４１がオフされた状態では、バッ
テリ３９と負荷との間が切り離された状態に保持される
ものである。

【００１７】この場合、上記バッテリ３９は、例えばニ
ッケル・カドミウム電池より成るもので、前記整流ユニ
ット２９の出力電圧と同等レベルの出力電圧を発生する
放電性能とされている。具体的には、三相２００Ｖの交
流電圧を全波整流する整流ユニット２９の出力電圧は、
整流用ダイオードの順方向電圧降下や損失などを考慮す
ると２８０Ｖ程度になるものであり、上記バッテリ２９
は、ニッケル・カドミウム電池の単位セル（公称電圧
１．２Ｖ）を２４０個直列に接続した状態で有する集合
電池として構成することにより、公称値で２８８Ｖの出
力電圧を発生する放電性能とされている。

【００１８】主電源線２６に接続された充電器４２は、
移動ロボット２１が作業ステーションで停止した期間に
前記電源装置２２から受電カプラ２５などを通じて給電
されるものであり、その給電状態でバッテリ３９に充電
するように構成されている。前記バッテリチャージコン
トローラ３５は、この充電器４２による充電動作を、前
記コントローラ３０を通じて消費される負荷電流の大き
さやバッテリ３９の温度及び端子電圧などのフィードバ
ックデータに基づいて制御するものであるが、その制御
内容は周知の事項であるので説明を省略する。

【００１９】また、上記バッテリチャージコントローラ
３５は、上記充電動作の制御の他に、電源スイッチ２８
及びリレースイッチ４０、４１のオンオフ制御なども行
うようになっている。具体的には、例えば、移動ロボッ
ト２１が作業ステーションで停止して受電カプラ２５が
給電カプラ２４に接続された状態となったときに、その
接続タイミング後に電源スイッチ２８をオンさせると共
に、それまでオン状態にあったリレースイッチ４０、４
１をオフさせてバッテリ３９を負荷から切り離す動作を
行い、その後に移動ロボット２１が作業ステーションか
ら離れるとき、つまり受電カプラ２５及び給電カプラ２
４間の接続が解除されるときに、その解除タイミングよ
り以前の時点でリレースイッチ４０、４１をオンさせる
動作を行った後に、電源スイッチ２８をオフさせる。

【００２０】上記した本実施例の構成によれば、移動ロ
ボット２１が作業ステーションで停止した期間には、受
電カプラ２５が電源装置２２側の給電カプラ２４と接続
された状態となると共に、この後に電源スイッチ２８が
オンされるため、その移動ロボット２１に搭載された整
流ユニット２９及び補助整流ユニット３３が、電源装置
２２側の三相交流電源２３から受電カプラ２５などを通
じて給電されようになって、コントローラ３０及びＤＣ
／ＤＣコンバータ３４、３６に整流出力を供給するよう
になり、これにより負荷（アームロボット３２など）の
駆動制御が行われる。また、同じく三相交流電源２３か
ら受電カプラ２５などを通じて給電された状態となる充
電器４２がバッテリ３９の充電動作を行うようになる。
このバッテリ３９は、三相交流電源２３が切り離された
状態時、つまり移動ロボット２１が作業ステーションか
ら離れた状態時に負荷の電源として機能する。

【００２１】この場合、上記バッテリ３９及び充電器４
２は移動ロボット２１に搭載されると共に、その充電器
４２がバッテリ３９の充電のみに使用される構成となっ
ているから、充電器４２の負担が小さくなる。このた
め、従来のように外部の電源装置に大能力の充電器を設
けたり、その電源装置との間で通信動作を行うための信
号線を設けたりする必要がなくなるから、付帯するシス
テムの設備コストを低減できるようになる。また、搭載
されるバッテリ３９は、整流ユニット２９の出力電圧と
同等レベルの出力電圧（公称値で２８８Ｖ）を発生する
放電性能とされているから、その出力電圧を昇圧するた
めの手段（つまり、ある程度の大きさの損失を伴う手
段）が不要になると共に、移動ロボット２１内において
負荷電流を流すための電気系統の電圧レベルが相対的に
高くなって電流損失が小さくなるものであり、結果的に
全体のエネルギ効率を向上させ得るようになる。尚、整
流ユニット２９にあっては、その損失が比較的小さいか
ら、電源系統にインバータを用いる従来構成（図３参
照）に比べて効率が向上するものである。

【００２２】また、三相交流電源２３から給電される状
態時、つまり移動ロボット２１が作業ステーションに停
止した状態時には、バッテリ３９と負荷との間がリレー
スイッチ４０、４１により切り離されるようになるか
ら、バッテリ３９の充電動作を確実に行い得るようにな
る。

【００２３】さらに、電源スイッチ２８は、受電カプラ
２５が電源装置２２側の給電カプラ２４と接続された状
態となった後にオンされると共に、その受電カプラ２５
及び給電カプラ２４間の接続状態が解除される前のタイ
ミングでオフされることになるから、受電カプラ２５及
び給電カプラ２４の接続部分で電流断続が行われて当該
受電カプラ２５及び給電カプラ２４が電流アークにより
損傷する事態を未然に防止できるようになる。しかも、
この電源スイッチ２８は半導体スイッチング素子（トラ
イアック）より成る無接点タイプのものであるから、ア
ーク電流により損傷する可能性が高い機械的接点を備え
た電源スイッチを用いる場合に比べて寿命の長期化を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電気的構成を示す機能ブロ
ック図

【図２】第１の従来例を説明するための概略的な機能ブ
ロック図

【図３】第２の従来例を説明するための概略的な機能ブ
ロック図

【符号の説明】

２１は移動ロボット、２２は電源装置、２３は商用交流
電源（外部交流電源）、２４は給電カプラ、２５は受電
カプラ（受電端子）、２６は主電源線、２８は電源スイ
ッチ、２９は整流ユニット、３０はコントローラ（負
荷）、３１は無人搬送車（走行用負荷）、３２はアーム
ロボット（ロボット作業用負荷）、３３は補助整流ユニ
ット、３９はバッテリ、４０、４１はリレースイッチ
（スイッチ手段）、４２は充電器を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数箇所の作業ステーション間を走行
   し、所定の作業ステーションで停止中に所定のロボット
   作業を行う移動ロボットにおいて、 前記作業ステーションで停止した期間に外部交流電源と
   接続された状態となる受電端子と、 前記外部交流電源から前記受電端子を通じて給電される
   ように設けられ、その整流出力をロボット作業用負荷を
   含む負荷に供給する整流ユニットと、 この整流ユニットの出力電圧と同等レベルの出力電圧を
   発生する放電性能とされ、前記交流電源が切り離された
   状態で走行用負荷を含む負荷の電源として機能するバッ
   テリと、 前記作業ステーションで停止した期間に前記交流電源か
   ら前記受電端子を通じて給電されるように設けられ、そ
   の給電状態で前記バッテリに充電する充電器とを搭載し
   たことを特徴とする移動ロボット。
2. 【請求項２】 前記交流電源から前記受電端子を通じて
   給電される状態時に前記バッテリと前記負荷との間を切
   り離した状態に保持するスイッチ手段を備えたことを特
   徴とする請求項１記載の移動ロボット。
3. 【請求項３】 半導体スイッチング素子より成る電源ス
   イッチを備え、 前記電源スイッチは、前記作業ステーションで前記受電
   端子が前記外部交流電源と接続された状態となった後に
   オンされ、その受電端子及び外部交流電源間の接続状態
   が解除される前のタイミングでオフされることを特徴と
   する請求項１または２記載の移動ロボット。