JP2006529038A - 自動電力再充電機能を有する自律システム - Google Patents

Abstract

本発明は、自動的に再充電可能なコードレスシステムに関し、システムは、電池、特に、再充電可能な電池を備えるモバイルデバイス（１）と、固定式再充電ベース（２）とを備え、前記固定式再充電ベース（２）は、電力を供給するために、前記固定式再充電ベース（２）の開口内に位置する再充電端子と、前記固定式再充電ベース（２）の位置に関する情報を含む符号化された位置特定信号を送信する送信手段とを備え、前記モバイルデバイス（１）は、前記位置特定信号を受信するためのセンサと、前記固定式再充電ベース（２）の前記再充電端子との前記モバイルデバイス（１）の結合を可能にする動力化手段を備える。

Description

本発明は、自動的に再充電可能な自律システムに関する。

本発明の目的は、よりユーザフレンドリな自律システム、特に、「マウス」と一般に呼ばれる指示システムなどのコンピュータに関連するシステム、ロボット、たとえば、情報を提供する、かつ／または、コンピュータユーザを楽しませる、机の上で周囲を移動するロボット、または、有益なロボットの仕事、たとえば、表面処理、監視、テレプレゼンス、娯楽、または操作のような家庭の仕事を実施するロボット、または、さらに、産業または軍事アプリケーションを実行する自律モバイルロボットを作ることである。
システムが自律的であると、システムは、いずれの電力源にも接続されず、したがって、たとえば、電池を使用して、補給のないままでそれ自体の電力を供給しなければならない。
電池を非常に頻繁に交換しなければならないことを回避するために、これらのシステムは、現在、４〜６ヶ月の期間にわたって動作するのに十分な組み込み電源を永続的に保持する。
これは、コードを装備する従来システムより大きな容積および重量になる。
さらに、電池を時々交換することがそれでも必要である。この電池交換操作は、ユーザが自分のコンピュータを使用したいと思う場合に、利用可能な予備の電池が存在しない時に問題となる。

本発明は、上述した問題を解決する。本発明は、自動的に再充電可能なコードレスシステムであり、前記システムは、
−電池、特に、再充電可能な電池を備えるモバイルデバイスと、
−固定式再充電ベースとを備え、
前記再充電ベースは、
−電力を供給するために、前記固定式再充電ベースの開口内に位置する再充電端子と、
−前記固定式再充電ベースの前記開口の軸上に位置する、たとえば、４５°のオーダーの窓を有する、特に円錐ゾーンで位置特定信号を送信する送信手段とを備える。前記符号化された位置特定信号は、前記固定式再充電ベースの位置に関する情報を含み、
前記モバイルデバイスは、
−前記位置特定信号を受信するために、前記モバイルデバイスの前面および両側面上に位置するセンサ、特にフォトトランジスタと、
−動力化手段、特に、タンクに似た構成の２つの電動機であって、
・前記固定式再充電ベースに対する前記モバイルデバイスの自動自律移動と、
・特に、前記電池の端子と前記固定式再充電ベースの前記再充電端子との間のガルバニック接触の形態で、前記固定式再充電ベースの前記再充電端子への前記モバイルデバイスの結合とを可能にする、動力化手段と、
−前記動力化手段を前記位置特定信号に応じて制御する制御手段とを備え、
それによって、上記モバイルデバイスは、上記固定式再充電ベースの位置特定を行い、上記モバイルデバイスの電池を再充電するために、上記固定式再充電ベースと結合するように自律的に移動する。
この技術的特徴の組み合わせの結果は、本発明によるデバイスが、固定式再充電ベースの位置特定を行い、モバイルデバイスの電池を再充電するために、この固定式再充電ベースと結合するように自律的に移動することである。
この新しいシステムは、連続して利用可能な自律システムを持つことを可能にする。さらに、再充電を定期的に行うことができるため、組み込み電源の容量を低減することができ、空間および重量の節約をもたらす。
この意味で、新しいシステムは、コードの不都合さを無くした、コードを装備するシステムの人間工学的設計に近づく。
ユーザが使用しない時に自分の自律システムを再充電するために設置するクレードルで構成された、知られている再充電システムと比較して、本発明による自動的に再充電可能なシステムの１つの利点は、この自動化システムでは、ユーザは、自分の利用法を訓練される必要がなく、ユーザは、必要とする時にシステムを使用し、ユーザが一定の期間システムを使用することを中断するたびに、システムは、再充電システムに戻るように移動することである。
ユーザは、自分の自律システムの電力が消耗していることに気づくという不都合を受けることは決してない。
この最後の点は、可能性のある製品についての著しい利点である可能性がある。
一実施形態では、前記システムは、前記固定式再充電ベースの前記送信手段が、断続的に、特に、１秒ごとに１０ｍｓで、前記位置特定信号を送信し、
それによって、上記送信手段が、上記期間の１％が使用可能であり、上記時間の９９％が使用不能であるようなものであり、
それによって、上記送信機によって送信される電力量が制限されるようなものである。
一実施形態によれば、前記システムは、前記動力化手段が、伸縮自在の要素で全て、または、一部が構成され、前記伸縮自在の要素は、前記固定式再充電ベースの前記再充電端子に前記モバイルデバイスがそれぞれ結合した後に、前記制御手段によって、引っ込んだ位置に自動的に駆動され、
それによって、上記動力化手段を構成するデバイスは、モバイル指示デバイスが前記ユーザによって手動で制御される時の上記モバイル指示デバイスの移動を妨げない。
一実施形態では、前記モバイルデバイスは、前記ユーザによって手動で制御される前記モバイルデバイスの移動を測定するセンサを備え、前記モバイルデバイスを制御する前記手段は、同様に、前記動力化手段を、
・前記センサによって実施される前記モバイルデバイスの移動の前記測定、および／または、
・特に、所与の時間間隔または予め決めた前記電池の充電レベルの関数としての所定のパラメータ
の関数として始動するために、前記センサと連携するマイクロコントローラを備え、
それによって、上記ユーザが一定の時間間隔を超えた時間間隔の間、上記モバイルデバイスを使用することを中断する時、および／または、上記モバイルデバイスの前記電池の上記充電レベルが所与の閾値未満に低下した時に、上記動力化手段が始動される。
一実施形態によれば、前記システムは、前記固定式再充電ベースが、同様に、前記コンピュータ機器と独立した、電源、特に、幹線電源に接続され、
それによって、前記モバイルデバイスは、上記コンピュータ機器がターンオフされた時でも、上記モバイルデバイスの上記電池を再充電するために、上記固定式再充電ベースと結合するように自律的に移動することができる。
一実施形態では、位置特定信号は赤外レンジで送信される。
一実施形態では、モバイルデバイスは、一般に「マウス」と呼ばれる指示デバイスである。
別の実施形態では、モバイルデバイスは、机の上で周囲を移動し、コンピュータユーザを楽しませる、かつ／または、コンピュータユーザを支援することを意図した「モバイル端末」タイプのロボットコンピュータ周辺機器である。
一実施形態では、モバイルデバイスは、有益な仕事、たとえば、表面処理、監視、テレプレゼンス、娯楽、または操作などの家庭の仕事、あるいは、さらに産業または軍事アプリケーションを実施するロボットシステムである。
本発明はまた、先行する請求項のいずれかに記載のシステムを使用してコードレス自動再充電方法［ｓｉｃ］を実施する方法に関する。
本発明の他の特徴および利点は、添付図を参照して非制限的な、具体的に示す例として以下に示される、実施形態の説明から明らかになるであろう。
以下の本発明の説明は、最初の例では、コードレスマウスに関する。
システムは、モバイル指示デバイス１および固定式再充電ベース２で構成される。モバイル指示デバイス１は、コンピュータマウスであり、コンピュータマウスの主要な機能は、表面に対するユニットの移動およびこのユニット内に配設された他のセンサの動作を測定することである。このデバイス１は、これらの測定値を、測定値を使用するコンピュータに、無線波または赤外放射によって送信する。
システムの新規性は、システムが、自律的に始動し、再充電ベース２に対してそれ自体の位置特定を行うことが可能であることである。再充電ベース２の主要な機能は、指示デバイス１が再充電されることを可能にする電圧を供給することである。このベース１［ｓｉｃ］は固定され、符号化された赤外フィールドをベース１自体の周囲に放出し、この赤外フィールドは、システム１がベース１の方に移動するために、システムの位置特定を行うことを可能にする。

この技術は、たとえば、以下の製品を開発することを可能にする。製品は、主電源−低電圧変圧器、コネクタによって変圧器に接続され、入力／出力ポート、たとえば、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）コネクタによってコンピュータに接続される再充電ベース、およびコードレスマウスで構成される。
通常動作モードでは、マウスは、ユーザの動作（移動、ボタンの押下、トラックボールの動作など）を解釈し、ユーザの動作を無線波または赤外波によって、再充電ベースに、かつ／または、コンピュータに直接に送信する。
再充電ベースがこの情報を受信する場合、再充電ベースは、入力／出力ポート（ＰＳ２ポート、シリアルポート、ＵＳＢバス、または無線通信）によってこの情報をコンピュータに送信する。その点までは、再充電ベースは、従来のコードレスマウスと同様に動作する。ユーザが、マウス上での動作を中断し、所定の時間間隔が経つと、マウスは、再充電ベースへ戻るように自律的に移動する。ユーザがマウスを取り出さない限り、マウスはそこに留まり、マウスの電池を再充電する。充電制御システムは、一旦電池が充電されると、再充電を停止することを可能にする。
機能説明
指示デバイスの説明。指示デバイスまたはマウスは、以下の機能、すなわち、
−再充電ベースに適合する、電池、制御電子部品、接続部、
−センサ（移動、スイッチ、トラックボールなど）、
−（再充電ベースによるか、またはそれによらない）コンピュータへの（無線／赤外）送信のためのチャネル、
−動力化、運動制御、ドライブ機構（^＊）、
−再充電ベースの位置特定を行うシステム（^＊）、
−制御システム（マイクロコントローラ、ＡＳＩＣなど）
を含まなければならない。
（^＊）技術による付加的な要素
指示デバイスの動作図は図２に示される。示す数値参照は、以下の要素、すなわち、接続部３、電池４、制御電子部品５、センサ６、プロセッサ７、位置特定８、送信９、機構１０、電動機１１、電力１２、計器１３、制御部１３に対応する。
動力化、移動制御、ドライブ機構
従来の指示システムと違って、本指示システムは、再充電ベースへ戻ることができるように動力化される。動力化手段は、ポインタが使用中で、かつ、ユーザの移動を妨げるべきでない時に使用可能でなくなる。運動制御は、任意の指示システムにおいて固有の運動センサによって送信される情報によって、マイクロコントローラ内でおそらくは処理されることができる。
再充電ベースの位置特定を行うシステム
位置特定システムは、指示デバイスが再充電ベースに達するようにそれ自体を誘導することができるように、指示デバイスが、再充電ベースの位置特定を行うことを可能にする。２つのデバイス間の空間は明確であり、真っ直ぐな移動経路が可能であると仮定される。
しかし、明確な経路探索技法に関連する障害物回避およびバイパスアルゴリズムは、２つの要素間の空間が込み入っている場合には、非常にうまく使用されるであろう。
再充電ベース内に設置された位置特定システムは、指示デバイスが移動する領域内でメッセージを連続して（または周期的に）送信する。このメッセージは、指示デバイスが再充電システムに接近しようと決めると、再充電システムに接近することを可能にする。
再充電ベースの説明
再充電ベースは、以下の機能、すなわち、
−モバイル指示要素に適合する接続部を有する主電源−低電圧変換器、
−再充電ベースのロケーションを指示するシステム（^＊）、
−可能な制御システム（マイクロコントローラ。ＡＳＩＣなど）
−コンピュータに再送信する可能な（無線／赤外）受信チャネル（ＵＳＢ／ＰＳ２など）（^＊）、
（^＊）技術による付加的な要素
再充電ベースの動作図は図３に示される。示す数値参照は、以下の要素、すなわち、変圧器１５、位置特定情報１６、接続部１７、電力１８、主電力１９に対応する。
実施形態
システムのほとんどの部分は、既存の指示システム（マウス、コード付き、コードレス、トラックボール、光学式など）に依存し、既存の指示システムは、多くのアプリケーション例が存在するため、再調査される必要はない。本システムは、いくつかの点で新規性を提供し、例示的な実施形態は、位置特定システム、動力化手段、および再充電システムで実施することができる。
別の実施形態は、机の上で周囲を移動し、コンピュータユーザを楽しませる、かつ／または、コンピュータユーザを支援することを意図した「モバイル端末」タイプのロボットコンピュータ周辺機器などのモバイルデバイスに関する可能性がある。
別の実施形態は、有益な仕事、たとえば、表面処理、監視、テレプレゼンス、娯楽、または操作などの家庭の仕事、あるいは、さらに産業または軍事アプリケーションを実施するロボットシステムなどのモバイル要素である。
位置特定システム
再充電ベースは、ダイオードからパルス状の赤外円錐ビームを送信する。この円錐ビームは、指示システムの高さにおいて２つのデバイスの接続を可能にする開口の軸上で、ベースの前面の方に送られる。赤外円錐ビームは、たとえば、＋／−４５°のオーダーの窓を有する。モバイル指示システムは、前端部の両側に２つの赤外受信機（フォトトランジスタ）が設置されている。
このために、これら２つの受信機からの受信された（赤外の）信号差は、指示システムが赤外源の正面に面する時に最小になる。一般的な図が図４に示される。数値参照は、以下の要素、すなわち、再充電ベース２０、赤外ビーム２１、指示システム２２、第１赤外受信機１００、第２赤外受信機２００に対応する。
図５に示す曲線は、赤外源からの距離の関数としてのセンサの応答を記述する。この応答の強度は、環境内の背景ノイズを調整するために変換されてもよい。しかし、この測定値は、再充電ベースに対して自己誘導することを可能にしない。数値参照は、以下の要素、すなわち、赤外強度２３、距離２４、距離の関数としてのセンサの受信信号２５に対応する。
図６に示す２つの曲線は、モバイルデバイスを誘導すべき方向を見出すために、センサ間の最小の差を探索することが有利であることを示す。この大きさは、測定値の差が使用されるということによって、周囲レベルから分離することができる。数値参照は、以下の要素、すなわち、赤外強度２６、アルファ角度２７、アルファ角度の関数としての第１センサ受信信号２８、アルファ角度の関数としての第２センサの受信信号２９、赤外強度間の差（第１センサから第２センサを引いたもの）３０、９０°最小３１、アルファ角度３２に対応する。
赤外送信機が送信する電力を制限するために、赤外源の断続的な動作を使用することが可能である。たとえば、再充電ベースに、１秒ごとに１０ｍｓ（すなわち、期間の９９％がオフであり、１％がオンである）で位置特定信号を送信させることが決定されるであろう。このパターンまたは任意の他のデジタルシグネチャは、送信されるビームを認識するための付加的な条件になるであろう。
動力化手段
動力化手段に関する２、３の所見。指示システムの動力化は、ユーザの存在下で気づかれるべきではない。このことは、たとえば、動力化手段が使用可能でない時には動力化手段は引っ込んでいることを意味する。容易に移動し、自己誘導することができるように、タンクに似た構成で２つの電動機で構成される動力化手段が推奨される。
さらに、移動が速い必要がないため、低電力電動機および大幅な歯車の軽減が推奨される。これによって、電動機のサイズおよびそのコストの低減がもたらされる。
再充電
再充電に関する２、３の所見：再充電手順は、以下によって条件付けされることができる。
（１）再充電ベースがポインタから受信した情報を再送信するため、再充電ベースがコンピュータに接続される場合、コンピュータは、位置特定パターンを制御し、指示システムの再充電を許可するか否かを決定することができる。この場合、コンピュータは、最後の充電から経過した時間、可能性のあるユーザの嗜好、および最優先事項として、ユーザが自分のワークステーションを離れたかどうかを考慮すべきである。
（２）再充電ベースが自律的である場合、指示デバイスが、設定された時間間隔の間、使用されておらず、電池レベルが低くなる場合に、指示システムは、再充電手順を始動するであろう。
機械的観点から、再充電は、赤外送信機が送信する軸に沿ってアクセス可能である。２つの要素間の電気的接続は、電動機が接続を行うことが可能であることを生成するのに十分に容易でなければならない。
一実施形態では、再充電システムは、電源ネットワークに永続的に接続され、自律指示システムは、コンピュータがターンオフされた時でも、それ自体を再充電することが可能である。再充電を定期的に行うことができるため、システムの自律性は、かなり減少し、数日になる可能性があり、そのため、蓄電池およびその充電器のコストが低下し、移動すべき容積が減少する。
通常、従来のコードレスマウスタイプのシステムの品質は、電力消費を最小にするために低下するため（自動スタンバイモードは、センサからの情報の送信に遅延を生じる）、従来システムでは、使用法についてのよりよい人間工学的設計について経済的でなくなる可能性がある。
本発明の他の変形を容易に実施することができる。たとえば、コンピュータユーザを楽しませる、かつ／または、コンピュータユーザに情報を提供するためのロボットなどの自律システムが、本発明によるシステムを装備することが可能である。
有益な仕事、たとえば、表面処理、監視、テレプレゼンス、娯楽、または操作などの家庭の仕事を実施する自律モバイルシステムと共に本発明を実施することも可能であり、さらに産業または軍事アプリケーションが、本発明による方法を使用してサポートされることができる。

本発明に係るコードレスマウスを示す図である。 指示デバイスの動作図である。 再充電ベースの動作図である。 赤外ビームを示す図である。 赤外源からの距離の関数としてセンサの応答を示す曲線である。 モバイルデバイスを誘導すべき方向を見出すために、センサ間の最小の差を探索することが有利であることを示す曲線である。

Claims (10)

1. 自動的に再充電可能なコードレスシステムであって、
   −電池、特に、再充電可能な電池を備えるモバイルデバイス（１）と、
   −固定式再充電ベース（２）とを備え、
   前記再充電ベース（２）は、
   −電力を供給するために、前記固定式再充電ベース（２）の開口内に位置する再充電端子と、
   −前記固定式再充電ベース（２）の前記開口の軸上に位置する、たとえば、４５°のオーダーの窓を有する、特に円錐ゾーンで位置特定信号を送信する送信手段とを備え、前記符号化された位置特定信号は、前記固定式再充電ベース（２）の位置に関する情報を含み、
   前記モバイルデバイス（１）は、
   −前記位置特定信号を受信するために、前記モバイルデバイス（１）の前面でかつ両側面上に位置するセンサ、特にフォトトランジスタと、
   −動力化手段、特に、タンクに似た構成の２つの電動機であって、
   ・前記固定式再充電ベース（２）に対する前記モバイルデバイス（１）の自動自律移動と、
   ・特に、前記電池の端子と前記固定式再充電ベース（２）の前記再充電端子との間のガルバニック接触の形態で、前記固定式再充電ベース（２）の前記再充電端子への前記モバイルデバイス（１）の結合とを可能にする、動力化手段と、
   −前記動力化手段を前記位置特定信号に応じて制御する制御手段とを備え、
   それによって、前記モバイルデバイスは、前記固定式再充電ベースの位置特定を行い、前記モバイルデバイスの電池を再充電するために、前記固定式再充電ベースと結合するように自律的に移動するシステム。
2. 前記システムは、前記固定式再充電ベース（２）の前記送信手段が、断続的に、特に、１秒ごとに１０ｍｓで、前記位置特定信号を送信し、
   それによって、前記送信手段が、前記時間の１％が使用可能であり、前記時間の９９％が使用不能であるようなものであり、
   それによって、前記送信機によって送信される電力量が制限されるようなものである請求項１に記載のシステム。
3. 前記システムは、前記動力化手段が、伸縮自在の要素で全て、または、一部が構成され、前記伸縮自在の要素は、前記固定式再充電ベース（２）の前記再充電端子に前記モバイルデバイス（１）がそれぞれ結合した後に、前記制御手段によって、引っ込んだ位置に自動的に駆動され、
   それによって、前記動力化手段を構成するデバイスは、モバイル指示デバイスが前記ユーザによって手動で制御される時の前記モバイル指示デバイスの移動を妨げない請求項１または２のいずれかに記載のシステム。
4. 前記モバイルデバイス（１）は、前記ユーザによって手動で制御される前記モバイルデバイス（１）の移動を測定するセンサを備え、前記モバイルデバイス（１）を制御する前記手段は、同様に、前記動力化手段を、
   ・前記センサによって実施される前記モバイルデバイス（１）の移動の前記測定、および／または、
   ・特に、所与の時間間隔または予め決めた前記電池の充電レベルの関数としての所定のパラメータ
   の関数として始動するために、前記センサと連携するマイクロコントローラを備え、
   それによって、前記ユーザが一定の時間間隔を超えた時間間隔の間、前記モバイルデバイスを使用することを中断する時、および／または、前記モバイルデバイスの前記電池の前記充電レベルが所与の閾値未満に低下した時に、前記動力化手段が始動される請求項１から３のいずれかに記載のシステム。
5. 前記システムは、前記固定式再充電ベース（２）が、同様に、前記コンピュータ機器と独立した、電源、特に、幹線電源に接続され、
   それによって、前記モバイルデバイスは、前記コンピュータ機器がターンオフされた時でも、前記モバイルデバイスの前記電池を再充電するために、前記固定式再充電ベースと結合するように自律的に移動することができる請求項１から４のいずれかに記載のシステム。
6. 前記位置特定信号は、赤外レンジで送信されることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載のシステム。
7. 前記モバイルデバイスは、一般に、「マウス」と呼ばれる指示デバイスであることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載のシステム。
8. 前記モバイルデバイスは、前記コンピュータユーザを楽しませる、かつ／または、前記コンピュータユーザを支援することを意図したロボットであることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載のシステム。
9. 前記モバイルデバイスは、有益な仕事、たとえば、表面処理、監視、テレプレゼンス、娯楽、または操作などの家庭の仕事、あるいは、さらに産業または軍事アプリケーションを実施することを意図したロボットであることを特徴とする先行する請求項のいずれかに記載のシステム。
10. 先行する請求項のいずれかに記載のシステムを実施する自動コードレス再充電方法。
    

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