JP2004312981A - ロボット充電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ロボットと充電器本体の電気的な接続なしにロボットの電源バッテリーの充電を容易にするロボット充電装置を提供する。
【解決手段】ロボットの電源バッテリーに充電電源を供給して充電するロボット充電装置において、充電器本体と、前記充電器本体に設けられて商用電源を受けて整流し、所定の高周波電流に変換する高周波電流発生部と、前記高周波電流発生部から出力される前記高周波電流を受けて電磁気場を発生する１次誘導コイルと、前記１次誘導コイルから発生された前記電磁気場を放出する供給側端子部とを有する供給充電部と、前記ロボットに設けられて前記供給側端子部とかみ合う受容側端子部と、前記１次誘導コイルから発生された前記電磁気場により誘導電流を発生する２次誘導コイルと、前記２次誘導コイルから発生された前記誘導電流を整流して前記電源バッテリーに直流電源を供給する直流変換部とを有する受け充電部とを含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明はロボット充電装置に係り、ロボットの電源バッテリーに充電電源を供給して充電するロボット充電装置に関する。
一般に、産業現場では事物を積載、運搬する移動装置としてロボットが使用されている。このようなロボットは移動しながら作業を行うため、作業半径が広くて電源の供給を有線とせず、主にバッテリーを内装して電源を供給している。バッテリーを使用する場合、所定の時間が経過すると、バッテリーの充電作業が必要になる。
かかるロボットのバッテリー充電方法が韓国特許登録公報第１９９７−５８３号に開示されている。ロボットは内装しているバッテリーが充電を必要とする状態であるかを判断する。その結果、充電が必要な状態なら、充電器に取り付けられた発光部から発信される光信号をロボットの受光部で受信しながらロボットは充電器に向いて移動する。さらに、ロボットは充電器と電気的に接続されてバッテリーを充電し始める。
しかし、このように電気的に接続可能な接点部分を通じて充電器から電力が供給される従来のロボットは、ロボット側又は充電器側の接点が外部に露出されて導体(例えば、コインなど)、水などによりショート(short)されてバッテリー及びロボット内部回路の故障原因となる。さらに、接点を外部に露出させないように設計する場合、ロボットの底面など接点を備える位置が限定される。
また、ロボットと充電器の接点が正確に接続されなければ、充電されないという問題点もある。これにより、ロボットの正確な位置制御が行われるべきである。
韓国特許登録公報第１９９７−５８３号
したがって、本発明の目的は、ロボットと充電器本体との電気的な接続なしにロボットの電源バッテリーの充電を容易にするロボット充電装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、ロボットの位置制御誤差の発生時にもロボットの電源バッテリーの充電が可能なロボット充電装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、ロボットの電源バッテリーに充電電源を供給して充電するロボット充電装置において、充電器本体と、前記充電器本体に設けられて商用電源を受けて整流し、所定の高周波電流に変換する高周波電流発生部と、前記高周波電流発生部から出力される前記高周波電流を受けて電磁気場を発生する１次誘導コイルと、前記１次誘導コイルから発生された前記電磁気場を放出する供給側端子部とを有する供給充電部と、前記ロボットに設けられて前記供給側端子部とかみ合う受容側端子部と、前記１次誘導コイルから発生された前記電磁気場により誘導電流を発生する２次誘導コイルと、前記２次誘導コイルから発生された前記誘導電流を整流して前記電源バッテリーに直流電源を供給する直流変換部とを有する受け充電部とを含むことを特徴とする。
ここで、前記供給側端子部は、前記充電器本体に対して相対移動可能な端子部材と、前記端子部材と前記充電器本体との間に介在される弾性変形可能な緩衝部材とを含むことにより、充電器本体とロボットの凹凸整合による銃撃を減らし、ロボットの捻じり移動時にもロボットが充電位置に置かれることができる。
また、前記受容側端子部は、前記ロボットに対して相対移動可能な端子部材と、前記端子部材と前記ロボットとの間に介在される弾性変形可能な緩衝部材とを含むことにより、 充電器本体とロボットの凹凸整合による銃撃を減らし、ロボットの捻じり移動時にもロボットが充電位置に置かれることができる。
また、前記受容側端子部はかみ合い突起を備え、前記供給側端子部は前記かみ合い突起を受容するかみ合い受容部を備えることが好ましい。
また、前記かみ合い突起と前記かみ合い受容部のうち、少なくとも一つはかみ合い方向に沿って案内傾斜面を有することにより、かみ合い突起がかみ合い受容部に容易に受容されるようにすることが好ましい。
また、前記かみ合い受容部は前記かみ合い突起をかみ合い方向の横方向へ所定の幅だけ流動可能に受容することにより、ロボットが所定の範囲の中で位置制御誤差が発生する場合にかみ合い突起がかみ合い受容部に受容されてロボットが充電位置に置かれることができる。
上述したように、本発明によれば、ロボットと充電器本体の電気的な接続なしにロボットの電源バッテリーの充電を容易にするロボット充電装置が提供される。
さらに、本発明によれば、ロボットの位置制御誤差発生時にもロボットの電源バッテリーの充電が可能なロボット充電装置が提供される。
以下、添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。
図１は本発明によるロボット充電装置の制御ブロック図である。示したように、ロボット充電装置は、充電器本体１０と；充電器本体１０に設けられて外部から入力される商用電源を整流する整流部３０及び整流部３０を通じて整流された電源を高周波矩形波信号に変換するインバーター３２を有する高周波電流発生部と、インバーター３２から印加された高周波矩形波信号により電磁気場を発生する１次誘導コイル４０と、１次誘導コイル４０で発生された前記電磁気場を放出する供給側端子部とを有する供給充電部３８と；ロボット２０に設けられて供給側端子部とかみ合う受容側端子部と、供給充電部３８から放出された電磁気場により誘導電流を発生する２次誘導コイル５６と、２次誘導コイル５６から発生された誘導電流を整流してバッテリー４４に直流電源を供給する直流変換部４２とを有する受け充電部５４とを含む。
充電器本体１０に備えられた供給充電部３８は、ロボット２０と無線通信を行うための無線通信部３６と、前記無線通信部３６を通じて伝えられた充電制御部４６の制御信号に応じてインバーター３２を制御する電力制御部３４とをさらに含む。
さらに、ロボット２０に備えられた受け充電部５４は、充電器本体１０と無線通信を行うための無線通信部４８と、ロボットメイン制御部５０の制御に応じて充電器本体１０に備えられた電力制御部３４を制御する充電制御部４６とをさらに含む。
整流部３０は交流電圧である商用電源を整流して直流電圧に変換する。このような整流部３０はブリッジダイオードと平滑用コンデンサーを含み、商用電源がブリッジダイオードを通じて電波整流され、平滑用コンデンサを通じて平らな直流電圧に変換される。
インバーター３２はトランジスタなどのスイッチング素子(図示せず)を含み、後述する電力制御部３４の制御信号に応じてスイッチング素子がオン・オフされる。これにより、整流部３０の出力電圧がスイッチング素子の動作により高周波矩形波信号に変換される。高周波矩形波信号が１次誘導コイル４０に印加されると、１次誘導コイル４０は磁束を発生させる。
無線通信部３６は充電器本体１０とロボット２０との間でデータを無線通信するためのものであって、例えば、近距離Ｒ/Ｆ通信モジュールなどが設けられる。
電力制御部３４はインバーター３２に備えられたスイッチング素子のオン・オフを制御して１次誘導コイル４０に流れる電流を制御するマイコンが好ましい。無線通信部３６を通じて充電制御部４６から充電要求信号が受信されると、電力制御部３４はスイッチング素子のオン・オフを制御する。これにより、１次誘導コイル４０に流れる電流が変化して１次誘導コイル４０では磁束が発生する。一方、無線通信部３６を通じて充電完了を示す緩衝信号が受信されると、スイッチング素子をオフさせて１次誘導コイル４０に流れる電流を遮断して充電を完了させる。
ロボット２０と充電器本体１０が受容側端子部と供給側端子部により物理的な接触状態にあるとき、充電器本体１０の１次誘導コイル４０とロボット２０の２次誘導コイル５６が近接位置に配列される。
充電器本体１０の１次誘導コイル４０から発生された電磁気場によりロボット２０に備えられた２次誘導コイル５６は誘導電流を発生させる。この誘導電流は直流変換部４２に印加されて直流電源に変換される。
直流変換部４２は電圧レギュレータが好ましく、交流電源を直流電源に変換し、ロボット２０が必要な電圧に減圧してバッテリー４４に提供する。
無線通信部４８には近距離Ｒ/Ｆ通信モジュールなどが装着され、充電器本体１０とロボット２０との無線通信を行う。
充電制御部４６はバッテリー４４の充電量を感知するバッテリー充電量感知部(図示せず)による感知結果、バッテリー４４の充電が必要であると判断されれば、ロボットメイン制御部５０にその判断情報を伝える。これにより、ロボットメイン制御部５０は駆動部５２を制御してロボット２０を充電器本体１０に向いて移動させる。ロボット２０の位置移動は光信号の送受信により行われる。さらに、充電制御部４６はロボットメイン制御部５０の制御により無線通信部４８を通じて充電制御信号を電力制御部３４へ伝送する。
一方、図示しないが、バッテリー４４の過剰供給電圧及び電流を遮断するバッテリー保護回路をさらに備えることもできる。
図２はロボット充電装置の上部を示した簡略図である。示したように、充電器本体１０に設けられた供給側端子部は、充電器本体１０に対して相対移動可能な端子部材１２と、前記端子部材１２と充電器本体１０との間に介在される緩衝部材１４とを備え、ロボット２０に設けられた受容側端子部はかみ合い突起２２を備える。
端子部材１２にはかみ合い突起２２を受容するかみ合い受容部１６が備えられている。ここで、かみ合い受容部１６はかみ合い突起２２をかみ合い方向の横方向へ所定の幅だけ流動可能に受容することにより、ロボット２０が所定の範囲内で位置制御誤差が発生する場合にも、ロボット２０と充電器本体１０の物理的な接触が可能でロボット２０と充電器本体１０が近接位置に配列される。これにより、ロボット２０に備えられたバッテリー４４の充電が可能になる。ここで、近接位置は、充電器本体１０の１次誘導コイル４０により発生された電磁気場によりロボット２０の２次誘導コイル５６で誘導電流を発生させる程度の位置範囲をいう。
例えば、図３に示したように、ロボット２０がロボット２０と充電器本体１０との中心線が一致する充電正位置を中心として左右方向(Ａ方向)へ位置誤差(ｈ)が発生する場合にも、所定の範囲内ではかみ合い受容部１６がロボット２０のかみ合い突起２２を受容することができる。
さらに、ロボット充電装置は、充電器本体１０の設置時やロボット２０にかみ合い突起２２を装着するときの上下位置誤差によりロボット２０が充電正位置に正確に接触されない点を考慮してかみ合い突起２２がかみ合い受容部１６に上下方向へも流動可能に受容される。
かみ合い突起２２とかみ合い受容部１６にはかみ合い方向に沿って案内傾斜面が備えられてかみ合い突起２２がかみ合い受容部１６に受容されることが容易である。
緩衝部材１４はかみ合い突起２２がかみ合い受容部１６に受容されるときに弾性変形が可能で緩衝作用を行うスプリングが好ましい。さらに、図４に示したように、ロボット２０の位置制御が正確に行われなくて中心線から所定の角度(θ)ねじり移動する場合、緩衝部材１４は弾性変形されることにより、ロボット２０のかみ合い突起２２がかみ合い受容部１６に受容されて充電器本体１０とロボット２０の物理的な接触が維持される。すなわち、ロボット２０が充電器本体１０と近接位置である充電位置に置かれる。
このような構成により、本発明によるロボット充電装置の動作過程を説明すると、次の通りである。まず、充電制御部４６でバッテリー充電量感知部の感知結果に基づいてバッテリー４４の充電が必要であるかを判断する。充電制御部４６は感知されたバッテリー４４の電圧が所定のレベル以下として判断される場合、ロボットメイン制御部５０にその判断情報を伝える。これにより、ロボットメイン制御部５０は駆動部５２を制御してロボット２０が充電器本体１０に向いて移動するようにして端子部材１２に備えられたかみ合い受容部１６にロボット２０に備えられたかみ合い突起２２が受容されるようにする。この際、ロボット２０の駆動部５２の制御が正確に行われなくてロボット２０が充電正位置から上下、左右、ねじりなどの誤差が発生してかみ合い突起２２がかみ合い受容部１６に受容されないことを防止するためにかみ合い受容部１６はかみ合い突起２２をかみ合い方向の横方向へ流動可能に受容し、緩衝部材１４はねじりにより弾性変形が可能である。
このようなロボット２０と充電器本体１０の物理的な接触後、充電制御部４６は無線通信部４８を通じて充電制御信号を充電器本体１０へ伝送すると、充電器本体１０に備えられた無線通信部３６を通じて電力制御部３４にその充電制御信号が受信される。すると、電力制御部３４はインバーター３２を制御して高周波矩形波信号を１次誘導コイル４０に印加して電磁気場を形成するようにし、電磁気場誘導によりロボット２０の２次誘導コイル５６では交流電流が発生する。この交流電流は直流変換部４２を通じて直流電源に変換され、その直流電源がバッテリー４４に供給される。
バッテリー４４が完全に充電されると、充電制御部４６は無線通信部４８を通じて電力制御部３４に電源遮断命令を伝送することによりバッテリー４４の充電が完了される。
さらに、充電制御部４６はロボットメイン制御部５０にバッテリー４４の緩衝信号を伝送し、ロボットメイン制御部５０は駆動部５２を制御してかみ合い受容部１６にかみ合い突起２２が受容された状態を解除する。
これにより、ロボット２０の位置制御誤差にかかわらず、ロボット２０の電源バッテリー４４の自動充電が可能になり、電気的な接続なしに電磁気場の発生による誘導電流により充電が行われるため、従来の充電用接点のショートによるバッテリー４４及びロボット２０の故障原因を解決することができる。
さらに、充電用の接点を備える必要がなくてロボット２０のデザインを制限せず、ロボット２０のモデルが変更されても同じ充電装置の使用が可能である。
一方、上述した実施例では端子部材１２と緩衝部材１４が充電器本体１０の供給側端子部に備えられると説明したが、ロボット２０の受容側端子部に備えられることもできる。
さらに、上述した実施例では受容側端子部はかみ合い突起２２を備え、供給側端子部はかみ合い突起２２を受容するかみ合い受容部１６を備えると説明したが、受容側端子部がかみ合い受容部１６を備え、供給側端子部はかみ合い突起２２を備えることもできる。
一方、上述した実施例ではかみ合い突起２２とかみ合い受容部１６の両方が案内傾斜面を有すると説明したが、かみ合い突起２２とかみ合い受容部１６のうち、いずれか一つのみが案内傾斜面を有するか、かみ合い突起２２とかみ合い受容部１６の両方とも案内傾斜面を有することができる。
上述したように、本発明は充電器本体１０の１次誘導コイル４０から発生された電磁気場によりロボット２０の２次誘導コイル５６で誘導電流が発生してバッテリー４４に充電電圧を供給するようにし、ロボット２０の位置制御誤差の発生時にもかみ合い突起２２とかみ合い受容部１６の構成によりロボット２０を充電位置に位置させることにより、ロボット２０と充電器本体１０の電気的な接続なしにロボット２０の電源バッテリー４４の充電を容易にし、ロボット２０の位置制御誤差発生時にもロボット２０の電源バッテリー４４の充電が可能になる。
本発明によるロボット充電装置の制御ブロック図である。 本発明によるロボット充電装置の簡略図である。 図２のロボットのＡ方向位置誤差の発生時にロボットが充電器本体に接触した状態図である。 図２のロボットのねじり移動時にロボットが充電器本体に接触した状態図である。
符号の説明
１０ 充電器本体
１２ 端子部材
１４ 緩衝部材
１６ かみ合い受容部
２０ ロボット
２２ かみ合い突起
３０ 整流部
３２ インバーター
３４ 電力制御部
３６，４８ 無線通信部
３８ 供給充電部
４０ １次誘導コイル
４２ 直流変換部
４４ バッテリー
４６ 充電制御部
５０ ロボットメイン制御部
５２ 駆動部
５４ 受け充電部
５６ ２次誘導コイル

Claims (6)

  1. ロボットの電源バッテリーに充電電源を供給して充電するロボット充電装置において、
    充電器本体と、
    前記充電器本体に設けられて商用電源を受けて整流し、所定の高周波電流に変換する高周波電流発生部と、前記高周波電流発生部から出力される前記高周波電流を受けて電磁気場を発生する１次誘導コイルと、前記１次誘導コイルから発生された前記電磁気場を放出する供給側端子部とを有する供給充電部と、
    前記ロボットに設けられて前記供給側端子部とかみ合う受容側端子部と、前記１次誘導コイルから発生された前記電磁気場により誘導電流を発生する２次誘導コイルと、前記２次誘導コイルから発生された前記誘導電流を整流して前記電源バッテリーに直流電源を供給する直流変換部とを有する受け充電部とを含むことを特徴とするロボット充電装置。
  2. 前記供給側端子部は、前記充電器本体に対して相対移動可能な端子部材と、前記端子部材と前記充電器本体との間に介在される弾性変形可能な緩衝部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載のロボット充電装置。
  3. 前記受容側端子部は、前記ロボットに対して相対移動可能な端子部材と、前記端子部材と前記ロボットとの間に介在される弾性変形可能な緩衝部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載のロボット充電装置。
  4. 前記受容側端子部はかみ合い突起を備え、前記供給側端子部は前記かみ合い突起を受容するかみ合い受容部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうち、いずれか一項に記載のロボット充電装置。
  5. 前記かみ合い突起と前記かみ合い受容部のうち、少なくとも一つはかみ合い方向に沿って案内傾斜面を有することを特徴とする請求項４に記載のロボット充電装置。
  6. 前記かみ合い受容部は前記かみ合い突起をかみ合い方向の横方向へ所定の幅だけ流動可能に受容することを特徴とする請求項４に記載のロボット充電装置。

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