JP2004291154A - Battery mounted robot - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭内あるいは公共施設内において、一般ユーザーに各種サービスを提供する機能を持つ個人利用向けロボットに係り、特に、ロボットに内蔵搭載した2次電池への充電手段に関する。
【0002】
【従来の技術】
ここ近年は、オフィスや病院等の一般公共施設内、さらには家庭内にも個人利用用途でロボットが入るようになってきた。一般家庭内に入ったロボットの代表としては、ソニー株式会社が開発したペットを模擬したペットロボットAIBO(http://www.jp.aibo.com/)や、家庭用パーソナルコンピュータ同様に電子メールやインターネット情報の検索、家電製品のリモコン操作などの機能を有したロボット(例えば、日本電気株式会社のPaPeRo(http://www.incx.nec.co.jp/robot/))、あるいは家庭内の巡回監視の機能を持つ移動ロボットなど各種開発され発表されている。この場合、これらロボットの駆動用電源としては、一般に充放電が可能な2次バッテリ電池を内蔵して利用するものが多く、搭載するバッテリが消耗したり、あるいは作業等を行わない待機時には、この2次バッテリ電池への充電を目的とした充電ステーションに、何らかの方法で戻るか、人がセットしてやることで、接続プラグを介して充電ステーション側に装着して充電を行うことが行われていた。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−125641公報
【特許文献2】
特開2002−325707公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこの場合、ロボットがユーザから与えられた指示で作業中であっても搭載する2次バッテリ電池の容量が消耗したときは作業続行が不可能となり、搭載する2次電池を充電するために専用の充電ステーションに何らかの方法によって戻り、ドッキング装着して充電を行う必要があった。あるいはまた、作業等を行わない待機時間中には、次の稼働に備えて、常に搭載したバッテリの容量を満たすため充電ステーションに戻す必要もあった。これは一定時間毎に室内を巡回監視するようプログラム指示した場合にも、必ず一旦は充電ステーションに戻ってバッテリに充電することとなり、
その時間帯は監視が出来ないなど稼働効率の点からもよいとは言えず、不便であった。
【0005】
また、ロボット搭載の機能を利用するためロボットを屋外に持ち出したりした場合には、充電ステーションも一緒に持っていく必要があったり、場合によっては屋外では充電ステーションが使用できないことも充分に想定され、ロボットが利用できなくなったり、あるいは取り替えようの2次バッテリ電池を別途用意しておくなど利用上も不便であった。このことは、停電時や何かの災害が発生して一般家庭内のコンセントから電気が使用できないときにも当てはまることである。
この発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、搭載する2次バッテリ電池が消耗しても、わざわざ充電するために充電ステーションに戻る必要もなく、充電ステーションが不要になるとともに、充電時間にロボットが使用できないといった問題も軽減され、長時間の無充電稼働できる個人利用向けロボットを提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明によれば、前記ロボット内蔵の充放電可能な2次バッテリ電池と共に、前記2次電池に対して充電が可能な燃料電池、および充電回路をロボット本体内に補助バッテリとして有し、前記燃料電池に対する充電指令ON状態では、前記2次電池に対して過充電検知信号が作用するまで、随時、前記燃料電池から前記2次電池に充電が行われ、さらには前記燃料電池には燃料となるメタノール等のタンク内容量を検出する手段を有し、容量が少なくなれば、それを通知すると共に燃料を適宜、補充することで燃料電池の発電作用が保たれて前記2次電池への充電が維持できるように構成して、2次電池と燃料電池を併用可能とした手段を有する。
【0007】
また、この発明によれば、前記2次バッテリ電池において、その出力電圧値やバッテリ温度などバッテリ状態検出手段を有し、バッテリ残量に相当する検出した出力電圧値が一定レベル以下に下がると働く過放電検知信号が作用すれば、前記燃料電池に対する充電指令OFF状態であっても自動的に前記燃料電池から前記2次電池側に、過充電検知信号が作用するまで充電が行われるよう充電回路を含めて2次電池と燃料電池を併用する手段を有する。
【0008】
また、この発明によれば、前記個人利用向けロボットおいて、移動動作や人へのサービス提供機能などロボット実働稼働状態にあるか、あるいは必要最小限のコントローラのみ働かせた待機スリープ状態にあるかを監視する手段を有し、稼働状態から待機スリープ状態に移って一定時間以上たつと前記燃料電池から前記2次電池側へ過充電検知信号が作用するまで充電が自動的に行われるように充電回路を含めて2次電池と燃料電池を併用するよう構成した手段を有する。
【0009】
さらに、この発明によれば、前記個人利用向けロボットおいて、内蔵した充放電可能な2次バッテリ電池に対して、バッテリ容量減少時や、あるいは稼働待機時には、前記2次電池への充電が可能な充電ステーションに自律的に戻るか、人が戻してやることで、接続プラグを介し接続することで充電が行えるよう充電回路を含めて構成すると共に、一方で、前記2次電池へ充電用としてモジュール的に前記接続プラグを利用して燃料電池をロボットに装着することで、その装着を検出する検知部からの信号により、前記燃料電池装着時には前記充電ステーションを利用しなくても、前記燃料電池から前記2次電池に過充電検知信号が作用するまで充電が自動的に行われるよう構成した充電回路をロボット本体内に有して、充電ステーションと燃料電池との併用を可能にする手段を有する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るバッテリ搭載ロボットにおける実施の形態を、図面を参照して説明する。
【0011】
図1は、本発明に係るバッテリ搭載ロボットの本体外観イメージ図の一例である。本ロボットの基本構成は、頭部にカメラ1、スピーカー2、マイク3を装備した雲台4を持ち、胴体部にアーム5やディスプレイ6、通信装置12を装備し、その内部に制御装置7、駆動用主電源の2次バッテリ電池8、および補助バッテリとして燃料電池9を搭載したロボット本体10、および本体下部に設けられた移動機構11を備えた形態となっている。
【0012】
図2は、本発明に係るバッテリ搭載ロボット本体内部の制御装置7、バッテリ電池8、9の全体構成を示すブロック図である。同図において、制御装置7は、ロボット全体を管理・運動制御を行うCPUボードからなる演算処理装置13、スピーカ2、マイク3はじめ、装備した機構部からのセンサ入出力を行うインタフェースボード14、搭載したアーム5及び移動機構11を駆動させるサーボモータ16およびそのモータドライバ15、さらに電源管理用マイコンボード17から構成される。この制御装置7に所定の電圧を供給する主電源として、充放電が可能な2次バッテリ電池8がDC−DCコンバータを介し利用される。2次バッテリ電池8には、例えば、モータ駆動など高出力にも対応出来るリチウムイオン電池が用いられ、過充電や過放電に対処した保護回路およびその出力電圧値やバッテリ温度など状態監視回路21が設けられて、状態監視信号25が制御装置内の電源管理用マイコン17で制御される。この2次電池8に対し、補助バッテリとして燃料電池9が充電制御回路19を介して接続される。燃料電池9には、例えば、高濃度メタノールを燃料電池の濃度として最適な3〜6%に希釈して循環させるシステムを組み込み小形化した、メタノール型燃料電池が用いられ、燃料であるメタノールを注入する容量検出通知機能を持ったタンク22、この燃料を利用して化学反応で発電作用を行わせる発電装置部24、およびその状態を監視制御する回路部23から構成され、電源管理用マイコン17で発電動作の制御や状態監視27が行われる。
【0013】
ロボットでは、移動動作やCPUへの負荷が多くかかる作業を行う場合に、大電流が必要となるが、小さな電流しか必要としない時間も多くある。大電流がかかると燃料電池9の電圧レベルが低下する性質を使うことで、大電流必要時はメインの2次バッテリ電池8が使用され、燃料電池9は常に2次バッテリ側に瞬時の電気容量は少なくても充電制御回路19を介して充電供給し続けて、メインの2次バッテリ容量の消費を補うことで併用が可能となる。これにより、充電動作制御信号26により充電指令ON状態では、2次バッテリ電池8に対して過充電検知信号25が作用するまで、随時、燃料電池から2次電池に充電が行われる。充電制御回路19は、定電流定電圧充電が行えるよう回路構成されており、場合によっては昇圧回路20も含んでいる。
【0014】
図3は、2次バッテリ電池8に燃料電池9から充電制御回路9を介して充電動作を行わせる処理手順の一例を示したものである。同図において、2次電池はバッテリ容量監視が行われており、バッテリ残量に相当する出力電圧値が設定レベル以下になれば、過放電検知信号25が働き、充電動作制御信号が作用して充電指令OFF状態にあっても燃料電池9から充電動作が開始されて、2次電池側の過充電検知信号25が働くまで充電が行われる。この際に、燃料電池側では燃料の残量チェックが行われ、少なくなると補充通知信号が働く。
【0015】
図4はこの発明に係る、バッテリ搭載ロボットの稼働状態に対応して充電動作を行わせる処理手順の一例を示したフローチャートである。ロボットが移動動作中や人へサービス提供中など実働稼働状態にあるか、あるいは必要最小限に特定のセンサのみを働かせるなどの待機スリープ状態にあるかが検知出来るよう制御装置7内でプログラム構成されており、実稼働状態から待機スリープ状態に移行して一定設定時間以上たてば、燃料電池9から2次バッテリ電池8側へ充電動作制御信号が作用して充電指令OFF状態にあっても充電動作が開始されて、2次電池側の過充電検知信号25が働くまで充電が行われる。この際にも、燃料電池側では燃料の残量チェックが行われ、少なくなると補充通知信号が働く。
【0016】
図5はこの発明に係る、第2の形態によるバッテリ搭載ロボットの制御装置、およびバッテリの全体構成を示すブロック図である。同図において、2次バッテリ電池8に対して、バッテリ容量減少時や稼働待機時に、2次電池への充電が可能な充電ステーション32が用意されており、この充電ステーション利用可能環境化では、ロボットが充電ステーション32に自律的に戻れるようプログラム制御されるか、あるいは、人が戻してセットしてやることで、接続プラグ30を介して2次バッテリ電池8に充電が行えるよう充電制御回路19’が構成される。さらに、充電ステーション32の代わりに接続プラグ30を利用してモジュール的に取付け可能な燃料電池9をロボットに装着すると、その装着を検出する検知部31が働いて電源管理用マイコン17からの制御で、充電制御回路19’内で切り替えが行われ、燃料電池9側から2次バッテリ電池への充電が可能となる。このように、2次電池に対して必要に応じて充電ステーション32と燃料電池9の併用が出来るよう構成される。
【0017】
例えば、本発明に使用するメタノール型燃料電池の仕様の一例として、平均12W、最大20Wの出力で、燃料タンク容量100mlとすると、タンクに満充填した高濃度メタノールで約10時間の動作が可能となる。この場合に、家庭内でロボットを1日3時間巡回監視など実稼働で使用したとして、作業時平均40W、待ち受け待機時には数Wとすると、180WH/日(1260WH/週)程度の電源容量が必要になるが、トータルで1000mlの高濃度メタノールを用意すれば、1週間ロボットを使用できることとなる。
【0018】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のバッテリ搭載ロボットによれば、搭載する2次バッテリ電池が消耗しても、わざわざ充電するために充電ステーションに戻る必要もなく、充電ステーションが不要になるとともに、充電時間にロボットが使用できないといった問題も軽減され、長時間の無充電稼働できる個人利用向けロボットを提供することができる。また、ロボット搭載の機能を利用するためロボットを屋外に持ち出した場合や、停電時や何かの災害が発生して一般家庭内のコンセントから電気が使用できないときにも、充電ステーションの必要が無く長時間の利用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る、バッテリ搭載ロボットの本体外観イメージ図。
【図2】この発明に係る、バッテリ搭載ロボットの制御装置、およびバッテリの全体構成を示すブロック図。
【図3】この発明に係る、バッテリ搭載ロボットの充電動作の処理手順の一例を示すフローチャート図。
【図4】この発明に係る、バッテリ搭載ロボットの稼働状態に対応した充電動作を示すフローチャート図。
【図5】この発明に係る、第2の形態によるバッテリ搭載ロボットの制御装置、およびバッテリの全体構成を示すブロック図。
【符号の説明】
1・・・カメラ
2・・・スピーカー
3・・・マイク
4・・・雲台
5・・・アーム
6・・・ディスプレイ
7・・・制御装置
8・・・2次バッテリ電池
9・・・燃料電池
10・・・ロボット本体
11・・・移動機構
12・・・通信装置
13・・・演算処理装置
14・・・センサ用インタフェースボード
15・・・モータドライバ
16・・・サーボモータ
17・・・電源管理用マイコンボード
18・・・DC−DCコンバータ
19、19’・・・充電制御回路
20・・・昇圧回路
21・・・保護回路・状態監視回路
22・・・燃料タンク
23・・・状態監視回路
24・・・発電装置
26・・・充電動作制御信号
27・・・発電動作制御・状態モニタ信号
30・・・接続プラグ
31・・・装着検知部
32・・・充電ステーション[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a robot for personal use having a function of providing various services to a general user at home or in a public facility, and particularly to a charging unit for a secondary battery built in the robot.
[0002]
[Prior art]
In recent years, robots have come into general public facilities such as offices and hospitals, and even homes for personal use. As a representative of a robot that has entered a general household, a pet robot AIBO (http://www.jp.aibo.com/) that simulates a pet developed by Sony Corporation, as well as an electronic mail and a home personal computer as well. A robot (for example, PaPeRo (http://www.incx.nec.co.jp/robot/) of NEC Corporation) having a function of searching for Internet information, operating a remote control of home electric appliances, or a home Various mobile robots with a patrol monitoring function have been developed and announced. In this case, as a power source for driving these robots, a rechargeable secondary battery which is generally chargeable and dischargeable is generally used in many cases. When the battery is returned to the charging station for the purpose of charging the secondary battery by some method or set by a person, the battery is mounted on the charging station via a connection plug to perform charging.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-125641 A [Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-325707
[Problems to be solved by the invention]
However, in this case, even when the robot is working according to the instruction given by the user, the work cannot be continued if the capacity of the mounted secondary battery is exhausted, and the robot is dedicated to charging the mounted secondary battery. It was necessary to return to the charging station by some method, dock it, and charge it. Alternatively, during the standby time during which no work or the like is performed, it is necessary to always return to the charging station to fill the capacity of the mounted battery in preparation for the next operation. This means that even if the program is instructed to patrol the room at regular intervals, it will always return to the charging station and charge the battery once.
During that time, monitoring was not possible and it was not good from the viewpoint of operating efficiency, which was inconvenient.
[0005]
In addition, if the robot is taken out of the room to use the functions built into the robot, it is necessary to bring the charging station with the robot.In some cases, it is fully assumed that the charging station cannot be used outdoors. However, the use of the robot is inconvenient, for example, the robot cannot be used or a secondary battery for replacement is separately prepared. This is true even in the event of a power outage or when a disaster occurs that makes it impossible to use electricity from outlets in ordinary households.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to eliminate the need to return to the charging station to recharge even if the mounted secondary battery battery is exhausted. It is therefore an object of the present invention to provide a robot for personal use that can be operated for a long time without charging while eliminating the need for a robot and reducing the problem that the robot cannot be used during charging.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to the present invention, a chargeable / dischargeable secondary battery battery built in the robot, a fuel cell capable of charging the secondary battery, and a charging circuit are provided in the robot body. In a state where the charge command for the fuel cell is ON, the fuel cell is charged from the fuel cell to the secondary battery as needed until an overcharge detection signal acts on the secondary battery. The fuel cell has a means for detecting the capacity of the fuel tank such as methanol.If the capacity is low, the fuel cell is notified and the fuel is appropriately refilled to maintain the power generation action of the fuel cell. Means are provided so that charging of the secondary battery can be maintained, and the secondary battery and the fuel cell can be used together.
[0007]
Further, according to the present invention, the secondary battery cell has a battery state detecting means such as the output voltage value and the battery temperature, and operates when the detected output voltage value corresponding to the remaining battery level falls below a certain level. When the overdischarge detection signal is activated, the charging circuit is configured to automatically perform charging from the fuel cell to the secondary battery until the overcharge detection signal is activated even when the charge command for the fuel cell is OFF. And means for using a secondary battery and a fuel cell together.
[0008]
Further, according to the present invention, in the personal use robot, it is determined whether the robot is in a working state, such as a moving operation or a service providing function for a person, or in a standby sleep state in which only a minimum necessary controller is operated. A charging circuit having monitoring means, and when a predetermined time or more has passed from the operation state to the standby sleep state, charging is automatically performed until an overcharge detection signal is applied from the fuel cell to the secondary battery side. And a means configured to use a secondary battery and a fuel cell together.
[0009]
Further, according to the present invention, in the robot for personal use, the built-in chargeable / dischargeable secondary battery battery can be charged when the battery capacity is reduced or during standby. A self-returning or self-returning charging station is configured to include a charging circuit so that charging can be performed by connecting via a connection plug, and on the other hand, a module for charging the secondary battery By mounting the fuel cell on the robot using the connection plug, the signal from the detection unit that detects the mounting allows the fuel cell to be mounted without using the charging station when the fuel cell is mounted. A charging circuit configured in the robot body so that charging is automatically performed until an overcharge detection signal is applied to the secondary battery; Comprising means for enabling use with charge the battery.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a battery-mounted robot according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 is an example of an external appearance image diagram of a main body of a battery-mounted robot according to the present invention. The basic configuration of this robot has a
[0012]
FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the
[0013]
In a robot, a large current is required when performing a moving operation or a task that places a large load on the CPU, but there are many times when only a small current is required. By using the property that the voltage level of the
[0014]
FIG. 3 shows an example of a processing procedure for causing the
[0015]
FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure for performing a charging operation according to the operating state of the battery-equipped robot according to the present invention. The program is configured in the
[0016]
FIG. 5 is a block diagram showing the overall configuration of a battery-mounted robot control device and a battery according to a second embodiment of the present invention. In the figure, a charging station 32 is provided for the
[0017]
For example, as an example of the specifications of the methanol fuel cell used in the present invention, assuming an average output of 12 W and a maximum output of 20 W and a fuel tank capacity of 100 ml, it is possible to operate for about 10 hours with a high-concentration methanol fully filled in the tank. Become. In this case, assuming that the robot is used in the home for actual operation such as patrol monitoring for 3 hours a day, if the average is 40 W during work and several W during standby, a power supply capacity of about 180 WH / day (1260 WH / week) is required. However, if a total of 1000 ml of high-concentration methanol is prepared, the robot can be used for one week.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the battery-equipped robot of the present invention, even if the secondary battery battery mounted is exhausted, there is no need to return to the charging station for charging, and the charging station is not required. The problem that the robot cannot be used in a short time can be reduced, and a robot for personal use that can be operated for a long time without charging can be provided. In addition, there is no need for a charging station when the robot is taken outside to use the functions installed on the robot, or when a power outage or some other disaster occurs and electricity cannot be used from the outlet in ordinary households. Long-term use becomes possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external appearance image diagram of a battery-mounted robot according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the control device of the battery-mounted robot and the battery according to the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of a charging operation of the battery-equipped robot according to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart showing a charging operation corresponding to the operating state of the battery-equipped robot according to the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing the overall configuration of a battery-mounted robot control device and a battery according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003086802A JP2004291154A (en) | 2003-03-27 | 2003-03-27 | Battery mounted robot |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003086802A JP2004291154A (en) | 2003-03-27 | 2003-03-27 | Battery mounted robot |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2004291154A true JP2004291154A (en) | 2004-10-21 |
Family
ID=33401330
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003086802A Pending JP2004291154A (en) | 2003-03-27 | 2003-03-27 | Battery mounted robot |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2004291154A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20060135142A (en) * | 2005-06-24 | 2006-12-29 | 삼성에스디아이 주식회사 | Fuel cell system and driving method thereof |
KR100820316B1 (en) * | 2006-11-03 | 2008-04-07 | 송기무 | Baby care robot |
US8236459B2 (en) | 2008-02-15 | 2012-08-07 | Korea Institute Of Science And Technology | Hybrid type power supplying apparatus |
US11787043B2 (en) | 2020-01-31 | 2023-10-17 | Seiko Epson Corporation | Robot, vehicle for mounting robot, and mobile robot |
-
2003
- 2003-03-27 JP JP2003086802A patent/JP2004291154A/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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