JP2006301938A - 自律移動ロボットの充電制御システム。 - Google Patents

Abstract

【課題】 ロボットが充電ステーションで電池充電中であっても、走行機能以外のロボット機能を中断することなく働かせておくことのできる充電制御システムを小型低コストで提供する。
【解決手段】 充電アダプタＣからの交流電気によって常時充電状態にある第２の電池５を備えた充電ステーションＢを備え、ロボットＡが充電ステーションに接続されたときに、ロボットの第１の電池３と制御部１とを結ぶ回路が切断されると同時に充電アダプタＣとロボットＡの第１の電池３との回路がつながって該電池を充電すると共に、充電ステーションＢの第２の電池５がロボットの制御部１に電源として接続されるように動作する回路切替手段Ｄを備えている構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電式電池を用いて空間内を自律移動するロボットの充電制御システムに関するもので、殊に、自律移動中に電池の残存容量が低下すると充電ステーションに立ち寄って充電する方式の充電制御システムに関するものである。

産業や生産分野において、製造工場におけるメンテナンス作業、部品の搬送作業、組み立作業、店舗や工場内の清掃作業等、各種作業を行う自律移動ロボットがある。これらロボットは、電池を動力源とする自走機能を備え、自立的に作業空間内を走行する。従って一定時間の走行によって電池の残存容量が低下すると電池への充電が必要となる。そこで、ロボットの電池残存容量が設定値まで低下すると、ロボットがこれを検知して所定の位置に置かれた充電ステーションまで自走し、自動的に充電するようにした技術が知られている（特許文献１〜４参照）。
特開平０７−８４２８号公報 特開２０００−４７７２８号公報 特開２００１−９２５２９号公報 特開２００３−１８６５３９号公報

自律走行型ロボットには様々な電子機器が搭載されており、これら電子機器には、例え充電ステーションで電池充電中であっても中断することなく機能を働かせておく必要のあるものがある。このような場合、例えば、ロボットに非常用の補助電池を搭載しておいて、主電池の充電中は補助電池で必要な電子機器を働かせるようにすることも考えられるが、ロボットに２つの電池を搭載することとなり、それだけロボットが大型化すると共にコストアップになる。また、ロボットが充電ステーションで停止中に、充電ステーションから電池の充電とロボットへの駆動電力供給とを同時並行してまかなうようにすればよいが、充電ステーションは電気容量が大きなものにする必要があるとともに、充電を制御する手段とロボットへの駆動電力供給手段とが個別に必要となるため充電ステーションの規格・サイズ並びに重量が大きくなり、且つ、コスト高となって問題であった。

また、従来の充電ステーションでは、接続されるＡＣ電源が１００Ｖ用、２００Ｖ用といったように一定であり、一つの充電ステーションで異なるＡＣ電源に兼用することがでず、汎用性に欠けるといった問題点もあった。

そこで本発明は、ロボットが充電ステーションで電池充電中であっても、走行機能以外のロボット機能を中断することなく働かせておくことのできる充電制御システムを、小型の規格で実現し、できるだけ低コストで提供することを主たる目的とするものである。

更に本発明の次なる目的は、異なる電圧を有するＡＣ電源に対してもそのまま使用することのできる汎用性に優れた充電ステーションを備えた充電制御システムを提供することにある。

上記目的を達成する為に本発明では次のような技術的手段を講じた。即ち、本発明に係る自律移動ロボットの充電制御システムは、ロボットの各機能を制御する制御部並びに該制御部の電源となる第１の電池を備えた自律走行ロボットと、前記ロボットが接続されたときに前記電池を充電するための充電ステーションと、該充電ステーションに接続された充電アダプタとからなり、前記充電ステーションは、前記ロボットが未接続状態のときに充電アダプタからの電力によって充電状態にある第２の電池を備え、前記充電アダプタはＡＣ−ＤＣコンバータを含み、更に、前記ロボットが充電ステーションに接続されたときに、第１の電池の制御部への回路が切断されると同時に充電アダプタと第１の電池との回路がつながって該電池を充電すると共に、第２の電池がロボットの制御部に電源として接続されるように動作する回路切替手段を備えている構造としたものである。

従って、本発明によれば、ロボットの第１の電池が充電中であっても、充電ステーションの第２の電池により制御部の電源が確保され、ロボットの必要な機能を作動させておくことができるものでありながら、充電ステーションにロボット作動用電源として直流電源を設けなくてよいから充電ステーションの電気容量が少なくてすみ、且つ充電アダプタを充電ステーションとは分離して別個に設けたので充電ステーションを小型且つ低コストで製作でき、加えて、充電アダプタは市販のものが利用できるからコストが安く且つ電磁波妨害等の安全規格の面で有利であり、更には充電アダプタを取り替えるだけで、異なる電圧のＡＣ電源に対しても使用することができるといった種々の効果がある。

（その他の課題を解決するための手段及び効果）
上記発明において、前記回路切替手段は、ロボットに設けられた第１の切替回路と、充電ステーションに設けられた第２の切替回路を含み、該切替回路は電流を検出してＯＮ、ＯＦＦ動作するように形成されている構造とするのがよい。
これにより、スイッチ接点が切り替わった直後に信号がＯＮ／ＯＦＦを繰り返すようなチャタリング現象の発生をなくすることができ、制御部のＣＰＵ動作も安定して働かすことができるといった効果がある。

以下において、本発明にかかる自律移動ロボットの充電制御システムを図面に基づき説明する。
図１は本発明の充電制御システムの第１実施例の構成を示す説明図であり、図２はその概略的な電気回路図を示すものであって、この充電制御システムは、ロボットの各機能を制御する制御部１並びに該制御部１の電源となる第１の電池２を備えた自律走行ロボットＡと、前記電池２を充電するための充電ステーションＢと、該充電ステーションＢに接続された充電アダプタＣとから構成される。

前記ロボットＡは、制御部１によってコントロールされて車輪２により走行する自走機構と、前記制御部１によってコントロールされる通信装置等の各種電子機器（図示外）と、前記制御部の電源となる充電可能な第１の電池３と、後述する第１の切替回路４とを備えている。

前記充電ステーションＢは、充電アダプタＣからの電力によって常時充電状態にある第２の電池５と、後述する第２の切替回路６とを備えている。

前記充電アダプタＣは、ＡＣ電源からの直流電気を交流電気に変換するＡＣ−ＤＣコンバータを内蔵する市販タイプのものであり、本実施例では交流１００Ｖ電圧を直流２４Ｖ電圧に変換するものが用いられている。

前記したロボットＡ、充電ステーションＢ並びに充電アダプタＣには相互に電気的に接続するためのコネクタ７、８、９、１０が設けられている。

更に、前記ロボットＡが充電ステーションＢに接続されたときに、第１の電池３の制御部１への電源回路が切断されると同時に充電アダプタＣと第１の電池３との回路がつながって該電池３を充電すると共に、充電ステーションＢの第２の電池５がロボットの制御部１に電源として接続されるように動作する回路切替手段Ｄが設けられている。この回路切替手段Ｄは図２に示すように、ロボットＡの電源回路に組み込まれた第１の切替回路４と、充電ステーションＢの電気回路に組み込まれた第２の切替回路６を備えている。本実施例ではこの切替回路４、６は、シャント抵抗１１に電流が流れていないときにスイッチ１２がＯＮになり、流れているときにＯＦＦ動作するように設定されている。

今、図２において、ロボットＡが充電ステーションＢに接続されていない状態を示す。この状態では充電アダプタＣからの交流電気は第２の電池５に供給され、常に充電状態にある。またロボットＡでは第１の電池３と制御部１との電源回路が形成されて該電池３が放電状態にある。

ロボットＡの電池３の残存容量が少なくなって、充電のためにロボットＡが充電アダプタＢに接続されると、シャント抵抗１１に流れる電流を検知して第１の切替回路４並びに第２の切替回路６のスイッチ１２がＯＦＦになる。これにより、ロボットＡの第１の電池３は制御部１との電源回路が切断されて充電アダプタＣにつながり該充電アダプタＣからの電力が供給されて充電状態となる。同時に充電ステーションＢの第２の電池５とロボットＡの制御部１との回路が形成されて第２の電池５が放電状態となる。これによりロボットＡの第１の電池３が充電中であっても、充電ステーションＢの第２の電池５により制御部１の電源が確保され、ロボットの機能を働かせておくことができる。

ロボットＡと充電ステーションＢに取付けられるコネクタ７，８は、図１に示すようにロボットＢが自走して充電ステーションＢに接触したときに自動的に接続できるようなタイプのものが好ましいが、これに代えて図３に示すように、接続コード１３を介して人為的に行うようにしてもよい。

また本発明において、前記回路切替手段における切替回路４、６は、上記した実施例のものに限らず、当該実施例で示した動作を発揮する範囲内で、別の切替回路で形成することも可能である。また、充電アダプタによって変換される交流電気の電圧は、ロボットのサイズや使用電気量によって異なるものであり、例えば小型の玩具ロボット用の１．５Ｖから上記実施例で示した２４Ｖまで、或いはそれ以上のものが適用される。

本発明は、車輪やキャタピラにより走行するロボットや、犬、猫のような４足歩行のペット型ロボット、或いは２足直立歩行の人間型ロボット等のバッテリーを電源とする種々のタイプの移動ロボットの充電制御システムに利用することができる。

本発明にかかる充電制御システムの第１実施例の構成を示す説明図。 上記充電制御システムの概略的な電気回路図。 本発明にかかる充電制御システムの別の実施例の構成を示す説明図。

符号の説明

Ａ ロボット
Ｂ 充電ステーション
Ｃ 充電アダプタ
Ｄ 回路切替手段
１ 制御部
２ 車輪
３ 第１の電池
４ 第１の切替回路
５ 第２の電池
６ 第２の切替回路

Claims (2)

1. ロボットの各機能を制御する制御部並びに該制御部の電源となる第１の電池を備えた自律走行ロボットと、前記ロボットが接続されたときに前記電池を充電するための充電ステーションと、該充電ステーションに接続された充電アダプタとからなり、
   前記充電ステーションは、前記ロボットが未接続状態のときに充電アダプタからの電力によって充電状態にある第２の電池を備え、
   前記充電アダプタはＡＣ−ＤＣコンバータを含み、
   更に、前記ロボットが充電ステーションに接続されたときに、第１の電池の制御部への回路が切断されると同時に充電アダプタと第１の電池との回路がつながって該電池を充電すると共に、第２の電池がロボットの制御部に電源として接続されるように動作する回路切替手段を備えている自律移動ロボットの充電制御システム。
2. 前記回路切替手段は、ロボットに設けられた第１の切替回路と、充電ステーションに設けられた第２の切替回路を含み、該切替回路は電流を検出してＯＮ、ＯＦＦ動作するように形成されている請求項１に記載の自律移動ロボットの充電制御システム。
   

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