JP2008129696A - 移動ロボット、移動ロボット充電システム及び移動ロボット充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
充電ステーションの電力供給用端子に対して適切に接触した状態を、時間差を生じることなく認識し、適切な端子の接触状態で充電可能な移動ロボットを提供すること。
【解決手段】
本発明にかかる移動ロボットは、充電用コネクタ２２を揺動可能に支持する揺動軸２２ｃと、充電用コネクタ２２の充電側表面に設けられた充電用端子２２１と、充電用端子２２１とバッテリー２１とを、電気的に導通可能／不能な状態とに切り換える切り換え部２３と、充電用コネクタ２２の、充電側表面から付与された外力に起因して生じる姿勢変化に基づいて信号を送信するセンサ部２２ｅと、センサ部２２ｅから送信された信号と、外力による充電用コネクタ２２の揺動軸周りの揺動量とに基づいて、切り換え部を切り換え、バッテリー２１と充電用端子２２１との間を電気的に導通する制御部１５と、を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、設置された充電ステーションまで移動し、電力を供給されることで充電可能な移動ロボット、およびこのような移動ロボット充電システム、および移動ロボット充電方法に関するものである。

屋内や屋外を移動し、定められた作業や自律動作を行う移動型のロボットとして、内部に充電可能なバッテリーを備えるものが従来より知られている。このようなロボットは、内部のバッテリーに蓄えられた電気容量が所定量以下に減少すると、指定された位置座標等の目標地点に設けられた充電ステーションまで自律的に移動し、この充電ステーションにおいてバッテリーを充電した後、動作を継続することができる。

このようなロボットが自律的な動作を行う自律移動型ロボットである場合、バッテリーの残存電気容量を自律的に把握し、必要に応じて電力を供給する充電ステーションに対して自律的に移動することができる。そして、充電を完了すると、充電ステーションから離脱し、さらに自律的な動作を継続する。

ところで、前述のような自律的な動作を行うロボットを充電する場合、一般的には、充電ステーションに設けられた電力供給用の端子と、ロボットの充電用端子と適切に接触し、電力供給用の端子が適切量押し込まれた状態になった際に電力を供給するように構成される。そして、これらの端子の接触状態が適切であれば、充電ステーションはロボットに対して信号を送信し、その移動を停止させ、充電を開始する。（例えば特許文献１参照）
特開２００５−１４９８０８号公報

しかしながら、このような充電システムにおいては、移動するロボットが充電ステーションに対して移動し、充電用端子を充電ステーションの電力供給用端子に接触させた時刻と、充電ステーションからの信号によりロボットが停止する時刻とに微小な時間差が生じる。そのため、この微小時間の間にロボットが移動し、端子間の接触状態にずれが生じたり、互いに斜めに接触した状態のまま、充電が開始される場合がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、充電ステーションに対して近接離間可能に移動する移動ロボットが、充電ステーションの電力供給用端子に対して適切に接触した状態を、時間差を生じることなく認識し、適切な端子の接触状態で充電可能な移動ロボット、および移動ロボット充電システム、および移動ロボット充電方法を提供することを目的としている。

本発明にかかる移動ロボットは、充電ステーションに対して近接離間可能に移動するための移動手段と、充電可能なバッテリーを備えるロボット本体部と、充電ステーションからの電力を受け、前記バッテリーに電気を供給する充電用コネクタと、を備えるとともに、前記充電用コネクタを揺動可能に支持する揺動軸と、前記充電用コネクタの充電側表面に設けられた充電用端子と、前記充電用端子とバッテリーとを、電気的に導通可能な状態と導通不能な状態とに切り換える切り換え部と、前記充電用コネクタの、充電側表面から付与された外力により押込まれる押込み量に起因して生じる姿勢変化に基づいて信号を送信するセンサ部と、前記センサ部から送信された信号と、前記外力による充電用コネクタの揺動軸周りの揺動量とに基づいて、充電可能状態にあるか否かを判定するとともに、充電可能状態にあると判定された場合に、前記切り換え部を切り換え、バッテリーと充電用端子との間を電気的に導通する制御部と、を備えることを特徴としている。

このような移動ロボットは、充電用端子が適切に充電ステーションの電力供給用端子に対して接触した状態を、時間差を生じることなく認識することができる。これによって、充電用端子が充電ステーションの電力供給用端子に対して適切に接触した状態を認識した後に、遅滞無く充電用コネクタとバッテリーとを電気的に導通可能な状態へ切り換えることが可能になる。

なお、前記充電用コネクタの姿勢変化を検出するために、前記移動ロボットが移動手段により移動しつつ、充電用コネクタに外力が付与された状態において、前記充電用コネクタの揺動量が所定量以下であり、かつ、前記充電用コネクタが所定の力以上で押し込まれた場合に、所定の姿勢変化が生じたと判断し、前記制御部が前記切り換え部を切り換えてバッテリーと充電用端子との間を電気的に導通するようにしてもよい。このように、充電用コネクタの姿勢変化に基づいて、バッテリーと充電用端子との間を電気的に導通するように切り換えるタイミングを判断することで、移動ロボットが充電ステーションに対して適切な姿勢をとる場合にのみ、充電を開始することができる。

さらに、前記移動ロボットが、移動手段により移動しつつ、充電用コネクタに外力が付与された状態において、充電可能状態にあると判定されると、前記制御部が、移動手段による移動を停止するように構成されることが好ましい。このような移動ロボットは、充電ステーションに対して充電する際に適切な姿勢をとった状態で、その動きを停止することができるため、充電用端子が充電ステーションの電力供給用端子に対して適切に接触した状態を維持しつつ、充電を開始することができる。

また、前記移動ロボットが、移動手段により移動しつつ、充電用コネクタに外力が付与された状態において、前記揺動量が所定量を超えた場合においては、前記移動手段により該揺動量を低減する方向に自己の向きを修正するように構成されることが好ましい。このように構成された移動ロボットは、充電ステーションに対して適切な姿勢をとりうるまで、何度でも充電ステーションに対する姿勢を変更するように移動を継続するため、充電ステーションに設けられた電力供給用端子に対して、充電用コネクタが不完全に接触した状態で充電動作が行われることがなくなる。

また、前記揺動軸を回動制御可能に構成することで、移動ロボットが、移動手段により移動しつつ、充電用コネクタに外力が付与された状態において、前記揺動量が所定量を超えた場合に、前記揺動量を低減する方向に前記揺動軸を回動させるようにしてもよい。このような、揺動軸の回動と、移動ロボットの姿勢変更とは、独立して、または同時に行われてもよい。

さらに、前記移動ロボットは、充電用コネクタが外力を受けていない状態において、前記充電用コネクタを一定の姿勢に維持するための弾性力を付与する弾性部材をさらに備えていることが好ましい。このようにすると、充電用コネクタが外力を受けていない状態で常に一定の姿勢を維持できるため、充電用コネクタの姿勢変化した状態が確実に検出できるという効果が得られる。なお、このような弾性部材は複数設けられていることが好ましく、これら全ての弾性部材が所定距離押し込まれた場合に、前記制御部が前記切り換え部を切り換えてバッテリーと充電用端子との間を電気的に導通するようにしてもよい。

また、本発明は、充電ステーションと、前記充電ステーションに対して近接離間可能に移動するための移動手段と、充電可能なバッテリーを備えるロボット本体部と、充電ステーションからの電力を受け、前記バッテリーに電気を供給する充電用コネクタと、を備える移動ロボットと、からなる移動ロボット充電システムをも提供するものであり、この移動ロボット充電システムは、前記移動ロボットが、前記充電用コネクタを揺動可能に支持する揺動軸と、前記充電用コネクタの充電側表面に設けられた充電用端子と、前記充電用端子とバッテリーとを、電気的に導通可能な状態と導通不能な状態とに切り換える切り換え部と、前記充電用コネクタの、充電側表面から付与された外力に起因して生じる姿勢変化に基づいて信号を送信するセンサ部と、前記センサ部から送信された信号と、前記外力による充電用コネクタの揺動軸周りの揺動量とに基づいて、充電可能状態にあるか否かを判定するとともに、充電可能状態にあると判定された場合に、前記切り換え部を切り換え、バッテリーと充電用端子との間を電気的に導通する制御部と、を備え、前記充電ステーションが、充電器本体と、電力供給用端子と、前記充電器本体および電力供給用端子とを電気的に導通可能な状態と導通不能な状態とに切り換えるスイッチ部と、該スイッチ部を制御するスイッチ制御部と、を備えることを特徴としている。

このような移動ロボット充電システムにおいては、充電用端子が適切に充電ステーションの電力供給用端子に対して接触した状態を、時間差を生じることなく認識することができるとともに、移動ロボットの充電用コネクタとバッテリーとを電気的に導通可能な状態へ切り換え、充電ステーションからの電力を電力供給用端子を介して供給することができる。

このような移動ロボット充電システムにおいては、充電ステーションにおける電力供給用端子が所定方向に移動可能に構成され、前記スイッチ制御部が、電力供給用端子の移動量に基づいて、スイッチ部を制御するように構成されていてもよい。このようにすると、充電用コネクタにより押し込まれた電力供給用端子の移動量に基づいて、移動ロボットが充電ステーションに対して相対的に適切な姿勢をとっているか否かを容易に判断することが可能になる。

さらに本発明は、移動ロボットを充電ステーションにおいて充電するための移動ロボット充電方法をも提供するものであり、このような移動ロボット充電方法は、充電ステーションに対して近接離間可能に移動するための移動手段と、充電可能なバッテリーを備えるロボット本体部と、充電ステーションからの電力を受け、前記バッテリーに電気を供給する、姿勢変化可能な充電用コネクタと、前記充電用端子とバッテリーとを、電気的に導通可能な状態と導通不能な状態とに切り換える切り換え部と、を備える移動ロボットを、充電ステーションに備えられた電力供給用端子に前記充電用端子を接触させて移動ロボットを充電するためのものであって、前記充電用コネクタが、充電側表面から付与された外力に起因する姿勢変化の度合いに基づいて、移動ロボットを移動停止させるか否かを判断する第１のステップと、前記移動ロボットを移動停止させると判断した場合に、移動ロボットを停止するとともに、前記充電用コネクタとバッテリーとを電気的に導通可能な状態に切り換える第２のステップと、前記充電ステーションにおける電力供給用端子の押し込み量に基づいて、前記移動ロボットが充電可能状態にあるか否かを判断する第３のステップと、前記充電器本体および電力供給用端子とを電気的に導通可能な状態に切り換える第４のステップと、を備えることを特徴としている。

このような移動ロボット充電方法においては、充電用端子が適切に充電ステーションの電力供給用端子に対して接触した状態を、時間差を生じることなく認識することができるとともに、移動ロボットの充電用コネクタとバッテリーとを電気的に導通可能な状態へ切り換わり、かつ、充電ステーションからの電力が電力供給用端子を介して供給することができる。

このような移動ロボット充電方法において、前記第２のステップが、移動ロボットが移動手段により移動しつつ、充電用コネクタに外力が付与された状態において、前記充電用コネクタの揺動量が所定量以下であり、かつ、前記充電用コネクタが所定距離以上に押し込まれた場合に、前記制御部が前記切り換え部を切り換えてバッテリーと充電用端子との間を電気的に導通するようにしてもよい。

さらに、前記移動ロボットが、移動手段により移動しつつ、充電用コネクタに外力が付与された状態において、充電可能状態にあると判定されると、前記制御部が、移動手段による移動を停止するステップをさらに備えていてもよい。このようにすると、移動体が充電ステーションに対して充電する際に適切な姿勢をとった状態で、その動きを停止することができるため、充電用端子が充電ステーションの電力供給用端子に対して適切に接触した状態を維持したまま、充電を開始することができる。

また、前記移動ロボットが、移動手段により移動しつつ、充電用コネクタに外力が付与された状態において、前記揺動量が所定量を超えた場合に、前記移動手段により該揺動量を低減する方向に自己の向きを修正するステップをさらに備えるようにしてもよい。このようにすると、充電ステーションに対して適切な姿勢をとりうるまで、何度でも充電ステーションに対する姿勢を変更するように移動を継続するため、充電ステーションに設けられた電力供給用端子に対して、充電用コネクタが不完全に接触した状態で充電動作が行われることがなくなる。

以上、説明したように、本発明によると、移動ロボットが、充電ステーションの電力供給用端子に対して適切に接触した状態を、時間差を生じることなく認識し、適切な端子の接触状態で充電可能にすることができる移動ロボット、移動ロボット充電システム及び移動ロボット充電方法を提供することが可能となる。

以下に、図１から図６を参照しつつ本発明の実施の形態にかかる移動ロボットを含む移動ロボット充電システムについて説明する。この実施の形態においては、移動体ロボットは１対の車輪を駆動することで平面上を自律的に移動する車輪駆動型の車両である例を示すものとする。

図１は、移動する平面としての床部１上の限られた移動マップＰ（破線に囲まれた領域）内を、移動ロボットとしての車両１０が移動する一実施形態を概略的に示すものである。この実施の形態においては、平面１上の移動マップＰ内には充電ステーション１００が載置されており、車両１０は、移動マップＰ内を自律的に移動することができるものとする。

図２に示すように、車両１０は、箱型の車両本体１０ａと、移動手段としての1対の対向する車輪１１、１１と、キャスタ１２と、車両本体１０ａの内部に設けられた車輪１１、１１を各々駆動する駆動部としてのモータ１３、１３と、を備える対向2輪型の車両である。すなわち、移動ロボット１の移動手段は、車輪１１、キャスタ１２、モータ１３とで構成されており、車両１０は、車輪１１、１１、キャスタ１２とで車両本体１０ａが水平に支持されている。

車両１０は、さらに、車輪１１の回転数を検出するためのカウンタ１４と、車輪１１を駆動するための制御信号を作成し、モータ１３、１３にその制御信号を送信する演算処理部としての制御部１５を備えている。そして、制御部１５内部に備えられた記憶部としてのメモリなどの記憶領域１５ａには、制御信号に基づいて車両１０の移動速度や移動方向、移動距離などを制御するためのプログラムとともに、移動マップＰによって特定される領域の大きさや形状、さらに、移動マップＰ内に予め載置される物体（例えば充電ステーション１００）の位置が記憶されている。記憶領域１５ａに記憶された床部１上の移動マップＰには、その全体に亘って略一定間隔ｄ（例えば１０ｃｍ）に配置された格子点を結ぶグリッド線を仮想的に描写されており、制御部１５はこのようなグリッド線で囲まれたグリッド単位を用いて、車両１０の自己位置に相当する場所、および目的地である移動終了点、および移動終了点における車両１０の移動方向を特定している。なお、グリッド単位の間隔は、車両１０の移動可能な曲率や絶対位置を認識する精度などの条件に応じて、適宜変更可能である。

制御部１５は、移動マップＰ上において特定された自己位置を移動始点とし、この移動始点から目的地である移動終点までの移動経路を作成する。制御部１５は、移動マップＰ内の格子点上を結ぶことで概略的に定められた概略経路を作成した後に、この概略経路に対して所定のスムージング処理等を行うことで、直線と滑らかな曲線とを組み合わせた移動経路を作成する。そして、車両１０は、移動速度や移動距離からリアルタイムに自己位置を算出し、作成された移動経路に沿って移動を行う。

また、車両１０は、自己位置を算出するために、カウンタ１４で検知された車輪１１、１１の回転数を制御部１５において積算することで、自己の移動速度や移動距離、移動方向など求め、これによって、移動マップ内における車両１０の自己位置（オドメトリ位置）を算出する。そして、記憶した移動マップＰ上における移動始点を任意に定め、その移動始点からの移動距離および方向などから現在の自己位置を推定する。

さらに、車両本体１０ａの前面には、移動する方向に現れた障害物等を認識するためのカメラ１６が固定されており、このカメラ１６で認識した画像や映像等の情報が制御部１５に入力された結果、前記プログラムに従って車両の移動する方向や速度等が決定される。このように構成された車両１０は、1対の車輪１１、１１の駆動量をそれぞれ独立に制御することで、直進や曲線移動（旋回）、後退、その場回転（両車輪の中点を中心とした旋回）などの移動動作を行うことができる。そして、車両１０は、外部からの移動場所を入力して指定する入力部（図示せず）からの指令にしたがって、移動マップＰ内の指定された目的地までの移動経路を自律的に作成し、その移動経路に追従するように移動することで、目的地に到達する。

さらに、車両１０は、後述する充電ステーションの信号送信部からの信号を受けて、その受信した信号を制御部１５に送信する受信部１７と、充電ができない異常状態である旨を外部に対して告知する告知部（図示せず）を備えている。この受信部１７によって、充電ステーションから送信される信号内容に基づいて、車両１０の移動を制御することができる。

また、車両１０は、モータ１３、１３に電力を供給するためのバッテリー２１と、充電用コネクタ２２と、バッテリー２１とを充電用コネクタ２２とを接続する切り換え部としての電気回路２３と、を含む充電部２０を備えており、後述する充電ステーションに充電用コネクタ２２を接続することによって、バッテリー２１を充電するものとする。なお、バッテリー２１に蓄えられた電力の残量は、制御部１５によって定期的に監視されている。以下、充電部２０について図３を用いて詳細に説明する。

図３に示すように、充電部２０に含まれる充電用コネクタ２２は、略円筒形状の支持部材２２ａと、支持部材２２ａの先端に固定された、車両１０の外部に表面２２０を露出する板状部材２２ｂと、支持部材２２ａの後端を揺動自在に支持する揺動軸２２ｃと、を備えている。また、板状部材２２ｂには、車両１０の内部から表面２２０へ向けた方向に各々付勢力を与える、弾性部材としての複数のバネ部材２２ｄが取り付けられているとともに、これらのバネ部材２２ｄが押し縮められた力を検出することで、板状部材２２ｂに加わった外力を推定するためのセンサ部２２ｅが設けられている。

支持部材２２ａは、図３に示すように、揺動軸２２ｃを中心として板状部材２２ｂを揺動自在に支持するとともに、板状部材２２ｂの表面２２０から内部へ向く方向について、その変形量（歪み量）を検出する歪センサ（図示せず）を備えている。これによって、支持部材２２ａに接続された板状部材２２ｂが、支持部材２２ａの伸びる方向について外力を受けた場合に、その外力によって支持部材２２ａが歪む量を検出し、検出した歪み量に基づいた信号を制御部１５に送信する。制御部１５では、受け取った信号から、板状部材２２ｂが受けた外力の大きさを推定する。

なお、板状部材２２ｂに対して外部から作用した力の大きさを検出する手段としては、前述のような歪センサに限られるものではない。例えば、板状部材および支持部材が、表面２２０に対して略垂直な方向に摺動可能に構成されるとともに、その摺動動作に抗する付勢力を与えるような力センサを備えている場合は、この力センサによって、板状部材に対して外部から作用する力の大きさを求めることができる。

また、板状部材２２ｂは、その表面に所定の面積を有する、充電用端子２２１を備えており、この充電用端子２２１と電気的に導通するリード線２２２が、電気回路２３に接続されている。この充電用端子２２１が、後述する充電ステーションの電力供給用端子と接触することで、バッテリー２１に電力を供給することができる。

バネ部材２２ｄは、揺動軸２２ｃ周りに揺動可能に支持された板状部材２２ｂを、板状部材２２が外力を受けない状態においては、車両１０の表面と略水平である一定の姿勢を保つように支持している。そして、センサ部２２ｅによって、各々のバネ部材２２ｄの収縮によって生じる弾性力を検出し、検出した弾性力に基づいた信号を送信する。送信した信号は、図示しないＡ／Ｄ変換機を介して制御部１５に送信され、制御部１５においては、板状部材２２ｂが受けた外力の大きさが推定されるとともに、各バネ部材２２ｄに作用する力に基づいて、板状部材２２ｂの揺動量および揺動方向が推定される。

電気回路２３は、充電用端子２２１に導通したリード線２２２と、バッテリー２１とを接続しているとともに、充電用端子２２１とバッテリーとを電気的に導通した状態と、電気的に遮断した状態とを切り換える、切り換え部として作用している。充電用端子とバッテリーとを電気的に導通／遮断した状態への切り換えは、制御部１５によって制御されている。

制御部１５は、前述のように、歪みセンサからの信号や、センサ部２２ｅからの信号を受けて、充電端子２２１とバッテリーとを電気的に導通させるか否かを判断する。この切り換えを行う判断の詳細については後述する。

次に、充電ステーション１００について、図４を用いて説明する。図４に示すように、充電ステーション１００は、充電器１０１ａを有する充電器本体１０１と、電力供給部１１０と、を備えている。

電力供給部１１０は、移動ロボットの充電用端子２２１に接触する一対の電力供給用端子１１１と、電力供給用端子を固定する板状の固定部材１１２と、固定部材１１２に対して、充電ステーションの内部から外側へ向けた方向に付勢力与える複数のバネ部材１１３と、バネ部材１１３に固定され、バネ部材１１３が外部からの力によって押し縮められた収縮量を検出する検出部１１４と、を備えている。検出部１１４は、複数のバネ部材１１３のうち、最も押し縮められた量の少ないバネ部材の収縮量に基づいて、後述するスイッチ制御部に信号を送信する。固定部材１１２は、外部からの力が作用しなくなると、バネ部材の復元力によって、元の位置および姿勢に戻る。

充電器本体１０１は、床部１に設置された充電器本体１０１の内部に、電力源としての充電器１０１ａを備えているとともに、電力供給部１１０と充電器１０１ａとをリード線１０２ａを介して接続するスイッチ部としてのスイッチ回路１０２と、スイッチ回路１０２を制御するスイッチ制御部１０３と、信号送信部１０４と、を備えている。

スイッチ回路１０２は、電力供給用端子１１１とバッテリーとを電気的に導通した状態と、電気的に遮断した状態とを切り換えるものであり、スイッチ制御部１０３は、検出部１１４によって検出された、外部から作用する力によって電力供給用端子１１１の押し込まれた量を推定し、外力によって電力供給用端子１１１が所定量以上に押し込まれた場合に、電力供給用端子１１１と充電器１０１ａとを電気的に導通させるようにスイッチ回路１０２を制御している。また、信号送信部１０４は、スイッチ制御部１０３によって、外力によって電力供給用端子１１１が所定量以上に押し込まれていないと判断された場合に、車両１０に対して信号を送信し、充電用端子と電力供給用端子とが適切に接触していないことを通知する。

なお、図示は省略するが、電力供給用端子１１１の両側には、車両１０の移動を規定するためのガイド部が設けられており、移動ロボットが充電を行うために充電ステーション近傍に近づいた際に、その移動する方向および姿勢を規定することができる。

このように構成された移動ロボットおよび充電ステーションにより、移動ロボットを充電するための手順について、図５および図６に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。なお、図５は、車両１０における制御フローであり、このような制御フローが開始されるまでは、車両１０は、移動を停止しており、バッテリーには移動可能な量の電力が蓄えられた状態であり、さらに、電気回路２３は、充電部２０に含まれる充電用コネクタ２２とバッテリー２１とを電気的に遮断した状態に維持されている。また、図６は充電ステーション１００における制御フローを表すものであり、充電ステーション１００においても、このような制御フローが開始されるまでは、スイッチ回路１０２は電力供給部１１０と充電器１０１ａとをリード線１０２ａを電気的に遮断した状態に維持されているものとする。

まず、充電が行われる際の車両１０における制御について説明する。図５に示すように、まず、車両１０がバッテリー２１から供給される電力によってモータ１３を駆動し、移動を開始すると、車両１０は、自己位置を取得しつつ移動動作を行う一方、制御部１５によってバッテリー２１の電力残量が監視される（ＳＴＥＰ１０１）。そしてバッテリー２１が充電の必要な状態か否かを判断し（ＳＴＥＰ１０２）、バッテリー２１の電力残量が所定量以上であり、充電する必要がない場合はＳＴＥＰ１０１に戻って車両１０の移動を継続する。

一方、制御部１５によって、バッテリーに蓄積された電力残量が所定量を下回ると判断されると、車両１０は、その際の自己位置を取得し、その自己位置から、記憶された移動マップＰに内に位置する充電ステーションの位置までの移動経路を作成する（ＳＴＥＰ１０３）。なお、この充電ステーションまでの移動経路は、車両１０が、充電ステーションの電力供給部１１０に対して、充電用端子２２１を接触させる経路を含むように作成される。

そして、車両１０は、充電部２０に含まれる充電用コネクタ２２を、充電ステーション１００の電力供給部１１０へ向けて移動し、充電用コネクタ２２の充電用端子２２１を電力供給部１１０の電力供給用端子１１１へ接触させる（ＳＴＥＰ１０４）。なお、制御部１５は、充電用端子２２１を電力供給用端子１１１へ接触させる際に、モータ１３からの動力を低減させることで移動ロボットの移動速度を徐々に下げる。そして、車両１０は電力供給部両側のガイド部によって、その移動する方向および姿勢を規定され、充電用端子２２１を電力供給用端子１１１に緩やかに接触させ、徐々に充電用端子２２１で電力供給用端子１１１を押し込む。

車両１０が充電用端子２２１を電力供給用端子１１１に対して押し込むと、車両の充電用コネクタ２２の板状部材２２ｂがその表面側から力を受ける。センサ部２２ｅは、バネ部材２２ｄからの力を受け、その力に基づいた信号を制御部１５へ送信する。制御部１５は、センサ部２２ｅからの信号を受けて、板状部材２２ｂに作用した外力が所定の大きさ以上の場合に、板状部材の揺動量および揺動方向を推定する（ＳＴＥＰ１０５）。

そして、推定した板状部材２２ｂの揺動量が、所定の閾値と比較することで、充電用端子２２１が電力供給用端子１１１に対して適切に接触しているか否かを判断する（ＳＴＥＰ１０６）。板状部材２２ｂの揺動量が所定の閾値に満たない場合は、制御部１５は、モータ１３の駆動を停止し（ＳＴＥＰ１０７）、充電用端子２２１と電力供給用端子１１１との接触が適切に維持された状態で、車両１０と充電ステーション１００との相対位置を定める。車両１０が停止すると、制御部１５は、電気回路２３を切り換えて、充電用コネクタ２２とバッテリー２１とを電気的に導通した状態とし（ＳＴＥＰ１０８）、充電ステーション１００からの電力供給を待つ。

一方、ＳＴＥＰ１０６において、板状部材２２ｂの揺動量が所定量以上であると判断された場合は、充電用端子２２１と電力供給用端子１１１とが適切に接触されていないと判断し、車両の姿勢を変更する（ＳＴＥＰ２０６）。このような車両の姿勢変更は、モータ１３により左側の車輪と右側の車輪とを異なる方向に駆動させることで行われる、いわゆる「その場回転」により実現される。なお姿勢変更を行う程度は、推定した板状部材２２ｂの揺動量および揺動した方向に基づいて、適宜決定される。そして、このような車両１０の姿勢変更を行った後、再度ＳＴＥＰ１０６に戻って板状部材の揺動量が所定の閾値以内となったか否かを確認する。このように、充電用端子２２１と電力供給用端子１１１とが適切に接触されていると判断されるまで、車両１０の姿勢が変更され続ける。

ＳＴＥＰ１０８において、充電ステーションからの電力供給を待っている状態となった後は、充電ステーション１００の電力供給が開始されるか否かを監視し（ＳＴＥＰ１０９）、電力が供給されるとバッテリー２１に蓄積された電力が十分な量になるまで電力供給を継続する。そして、バッテリーに十分な量の電力が蓄積された後に、制御部１５は、電気回路２３を切り換えて充電用コネクタ２２とバッテリー２１とを電気的に遮断した状態とする（ＳＴＥＰ１１０）。そして、移動を継続するか否かを判断し（ＳＴＥＰ１１１）、移動を継続する場合は、バッテリー残量の不足を検知した際に、次に移動予定であった目的地を読み出し、充電ステーションにおいて停止している位置からその目的地までの移動経路を作成する（ＳＴＥＰ２１２）。そして、その移動経路に従って移動を行い、ＳＴＥＰ１０１に戻ってバッテリーの蓄積電力量を監視しつつ、移動を継続する。一方、ＳＴＥＰ１１１において移動を継続しないと判断した場合は、充電ステーションから若干離れて充電用端子と電力供給用端子との接触を解除させた後に、その動きを停止して次の指令を待つ（ＳＴＥＰ１１２）。

一方、ＳＴＥＰ１０９において、充電ステーションから電力が供給されない場合は、充電ステーション側の信号送信部１０４からの信号を受信部１７が受信し、電力供給部における電力供給用端子１１１が所定量押し込まれていないと判断される。そして、制御部１５は、モータ１３を駆動させて車両１０を充電ステーション１００側に微小量だけ近接させる（ＳＴＥＰ２０９）。そして、再度充電ステーションから電力の供給がされるか否かを判断し（ＳＴＥＰ２１０）、電力が供給されると、バッテリーを充電し、ＳＴＥＰ１１０に戻って、バッテリーに十分な量の電力が蓄積された後に、充電用コネクタ２２とバッテリー２１とを電気的に遮断する。また、ＳＴＥＰ２１０において、電力供給がなされない場合は、充電ステーション側にシステム上の異常が生じていると判断し、車両１０の移動を停止し、異常である旨を告知部により周囲に告知する（ＳＴＥＰ２１１）。

なお、本実施形態において、充電ステーションから車両に対して信号を送信する機構が備えられていない場合や、車両が信号を受信する機能を有しない場合は、ＳＴＥＰ１０９において、充電ステーションから電力供給が行われないと、所定時間経過したことにより、電力供給部における電力供給用端子１１１が所定量押し込まれていないと判断するようにしてもよい。

次に、図６を用いて充電ステーション１００側の制御フローについて説明する。充電ステーション１００は、車両１０が移動し、充電を行わない間は特に動作をせず、車両１０が充電のために充電ステーションに近接した際に動作する。

まず、スイッチ制御部１０３は、電力供給用端子に車両１０の充電用端子が接触することで、検出部１１４によって力が検出されると、検出された力に基づいて、電力供給用端子１１１が所定量以上に押し込まれたか否かを検出する（ＳＴＥＰ３０１）。そして、電力供給用端子１１１が所定量以上にいると判断すると、スイッチ制御部１０３は、スイッチ回路１０２を切り換えて、電力供給用端子１１１と充電器１０１ａとを電気的に導通させる（ＳＴＥＰ３０２）。

一方、電力供給用端子１１１が所定量以上に押し込まれていない場合は、信号送信部１０４より車両１０に対して信号を送信し、充電用端子と電力供給用端子とが適切に接触していないことを通知する（ＳＴＥＰ３１２）。そして、再度ＳＴＥＰ３０１に戻って電力供給用端子１１１が所定量以上に押し込まれたか否かを検出する。

充電器１０１ａにより車両１０のバッテリー２１に充電を行い、バッテリーに十分な電力が蓄積され、充電用端子と電力供給用端子との接触が解除されたことを検知すると（ＳＴＥＰ３０３）、スイッチ制御部１０３は、スイッチ回路１０２を切り換えて、電力供給用端子１１１と充電器１０１ａとを電気的に遮断した状態に戻す（ＳＴＥＰ３０４）。

このように、充電ステーションにおいては、電力供給用端子が外部から押し込まれた量に基づいてスイッチ回路が制御され、電力供給用端子と充電器１０１ａとの電気的な導通が切り換えられる。

このように、本実施形態においては、車両１０は、充電用コネクタの充電側表面から付与された外力により押込まれる押込み量に起因して生じる揺動量に基づいて、充電可能状態にあるか否かを判定するとともに、充電可能状態にあると判定された場合に、前記切り換え部を切り換え、バッテリーと充電用端子との間を電気的に導通するように制御される。その一方で、充電可能状態にないと判定された場合であっても、検出した揺動量から車両の姿勢を修正し、再度充電可能な姿勢をとるように制御可能であるため、移動ロボットとしての車両は、充電用端子を常に適切な姿勢で電力供給用端子に接触させて、充電効率のよい状態で充電を行うことができる。また、充電を行うために適切な姿勢をとった時点を車両側で把握することができるため、車両が適切な姿勢をとった時から時間差を生じることなく車両の動きを停止することができる。

なお、前述の実施形態においては、充電用コネクタ２２は、支持部材２２ａに固定された板状部材２２ｂを揺動軸２２ｃに対して揺動自在となるように構成されているが、揺動軸を別途設けられたモータ等によって、回動制御自在に構成してもよい。このようにすると、前述のＳＴＥＰ１０６において、板状部材の揺動量が所定量以上であると判断された場合に、車両の姿勢を変更することなく、揺動軸を回動することで板状部材を揺動させ、充電に適切な姿勢に調整することができる。このようにすると、特に、板状部材の揺動量の閾値を超えた程度が微小な場合に、車両全体を移動させることなく板状部材の充電用端子と充電部の電力供給用端子とを適切に接触させることができるので、好適である。このように、板状部材の揺動量の閾値からのずれ度合いの程度に応じて、揺動軸を回動することによる姿勢変更を行う場合と、車輪を駆動して車両全体の姿勢を変更する場合とに分けて制御を行うようにすると、より好適である。

また、前述の実施形態においては、車両の姿勢を変更する際に、左右の車輪を逆方向に駆動することによる「その場回転」による姿勢変更を行っているが、本発明はこれに限られるものではない。すなわち、車両の姿勢を変更する必要があると判定されると、所定距離だけ充電ステーションから離れるように後退し、再度充電ステーションの電力供給部に対して近接する動作を行うようにしてもよい。

また、前述の実施形態においては、移動ロボットとしての車両の移動経路は、グリッドマップを用いつつ作成されているが、これに代えて、室内ＧＰＳやその他の手段により作成することも可能である。いずれの手段によって移動経路が作成される場合であっても、移動ロボットとしての車両が、充電ステーションに対して近接する、充電ステーション近くの所定エリア内における移動経路については、特に精度よく経路を特定するように移動経路を作成することが好ましい。このようにすることで、充電ステーションの電力供給部に対して、移動ロボットが適切な姿勢で近接しやすくなる。

また、前述の実施形態において、移動ロボットの一例として、車輪を駆動することで移動する車両を用いて説明を行っているが、これに代えて、脚式歩行型のロボットや、その他の手段により移動する移動ロボットにおいても、本発明を適用することは可能である。

本発明の実施の形態に係る移動ロボット充電システムの一例を概略的に示す概略図である。 図１に示す移動ロボット充電システムに含まれる、移動ロボットとしての車両の内部構成を概念的に示す概略図である。 図１に示す車両の充電部の内部を概略的に示す図である。 図１に示す充電ステーションの電力供給部の内部を概略的に示す図である。 図１に示す移動ロボットとしての車両が充電を行う際の制御フローを示すフローチャートである。 図１に示す充電ステーションが車両のバッテリーに充電を行う際の制御フローを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・床部（平面）
１０・・・車両（移動ロボット）
１０ａ・・・車両本体
１１・・・車輪（移動手段）
１３・・・駆動部
１５・・・制御部
１５ａ・・・記憶領域
２０・・・充電部
２１・・・バッテリー
２２・・・充電用コネクタ
２２ａ・・・支持部材
２２ｂ・・・板状部材
２２ｃ・・・揺動軸
２２ｄ・・・バネ部材（弾性部材）
２２ｅ・・・センサ部
２２１・・・充電用端子
２３・・・電気回路（切り換え部）
１００・・・充電ステーション
１０１・・・充電器本体
１０１ａ・・・充電器
１１０・・・電力供給部
１１１・・・電力供給用端子
１０２・・・スイッチ回路（スイッチ部）
１０３・・・スイッチ制御部

Claims (13)

1. 充電ステーションに対して近接離間可能に移動するための移動手段と、充電可能なバッテリーを備えるロボット本体部と、充電ステーションからの電力を受け、前記バッテリーに電気を供給する充電用コネクタと、を備える移動ロボットであって、
   前記充電用コネクタを揺動可能に支持する揺動軸と、
   前記充電用コネクタの充電側表面に設けられた充電用端子と、
   前記充電用端子とバッテリーとを、電気的に導通可能な状態と導通不能な状態とに切り換える切り換え部と、
   前記充電用コネクタの、充電側表面から付与された外力により押込まれる押込み量に起因して生じる姿勢変化に基づいて信号を送信するセンサ部と、
   前記センサ部から送信された信号と、前記外力による充電用コネクタの揺動軸周りの揺動量とに基づいて、充電可能状態にあるか否かを判定するとともに、充電可能状態にあると判定された場合に、前記切り換え部を切り換え、バッテリーと充電用端子との間を電気的に導通する制御部と、
   を備えることを特徴とする移動ロボット。
2. 前記移動ロボットが、移動手段により移動しつつ、充電用コネクタに外力が付与された状態において、前記充電用コネクタの揺動量が所定量以下であり、かつ、前記充電用コネクタが所定の力以上で押し込まれた場合に、前記制御部が前記切り換え部を切り換えてバッテリーと充電用端子との間を電気的に導通することを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
3. 前記移動ロボットが、移動手段により移動しつつ、充電用コネクタに外力が付与された状態において、充電可能状態にあると判定されると、前記制御部が、移動手段による移動を停止することを特徴とする請求項１または２に記載の移動ロボット。
4. 前記移動ロボットが、移動手段により移動しつつ、充電用コネクタに外力が付与された状態において、前記揺動量が所定量を超えた場合に、前記移動手段により該揺動量を低減する方向に自己の向きを修正することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の移動ロボット。
5. 前記揺動軸が回動制御可能であり、移動ロボットが、移動手段により移動しつつ、充電用コネクタに外力が付与された状態において、前記揺動量が所定量を超えた場合に、前記揺動量を低減する方向に前記揺動軸を回動させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の移動ロボット。
6. 前記充電用コネクタが外力を受けていない状態において、前記充電用コネクタを一定の姿勢に維持するための弾性力を付与する弾性部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の移動ロボット。
7. 前記弾性部材が複数設けられており、全ての弾性部材が所定距離押し込まれた場合に、前記制御部が前記切り換え部を切り換えてバッテリーと充電用端子との間を電気的に導通することを特徴とすることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の移動ロボット。
8. 充電ステーションと、
   前記充電ステーションに対して近接離間可能に移動するための移動手段と、充電可能なバッテリーを備えるロボット本体部と、充電ステーションからの電力を受け、前記バッテリーに電気を供給する充電用コネクタと、を備える移動ロボットと、からなる移動ロボット充電システムであって、
   前記移動ロボットが、
   前記充電用コネクタを揺動可能に支持する揺動軸と、
   前記充電用コネクタの充電側表面に設けられた充電用端子と、
   前記充電用端子とバッテリーとを、電気的に導通可能な状態と導通不能な状態とに切り換える切り換え部と、
   前記充電用コネクタの、充電側表面から付与された外力に起因して生じる姿勢変化に基づいて信号を送信するセンサ部と、
   前記センサ部から送信された信号と、前記外力による充電用コネクタの揺動軸周りの揺動量とに基づいて、充電可能状態にあるか否かを判定するとともに、充電可能状態にあると判定された場合に、前記切り換え部を切り換え、バッテリーと充電用端子との間を電気的に導通する制御部と、を備え、
   前記充電ステーションが、
   充電器本体と、電力供給用端子と、前記充電器本体および電力供給用端子とを電気的に導通可能な状態と導通不能な状態とに切り換えるスイッチ部と、該スイッチ部を制御するスイッチ制御部と、を備えることを特徴とする移動ロボット充電システム。
9. 前記電力供給用端子が所定方向に移動可能であり、前記スイッチ制御部が、電力供給用端子の移動量に基づいて、スイッチ部を制御することを特徴とする請求項８に記載の移動ロボット充電システム。
10. 充電ステーションに対して近接離間可能に移動するための移動手段と、充電可能なバッテリーを備えるロボット本体部と、充電ステーションからの電力を受け、前記バッテリーに電気を供給する、姿勢変化可能な充電用コネクタと、前記充電用端子とバッテリーとを、電気的に導通可能な状態と導通不能な状態とに切り換える切り換え部と、を備える移動ロボットを、充電ステーションに備えられた電力供給用端子に前記充電用端子を接触させて移動ロボットを充電するための移動ロボット充電方法であって、
    前記充電用コネクタが、充電側表面から付与された外力に起因する姿勢変化の度合いに基づいて、移動ロボットを移動停止させるか否かを判断する第１のステップと、
    前記移動ロボットを移動停止させると判断した場合に、移動ロボットを停止するとともに、前記充電用コネクタとバッテリーとを電気的に導通可能な状態に切り換える第２のステップと、
    前記充電ステーションにおける電力供給用端子の押し込み量に基づいて、前記移動ロボットが充電可能状態にあるか否かを判断する第３のステップと、
    前記充電器本体および電力供給用端子とを電気的に導通可能な状態に切り換える第４のステップと、
    を備えることを特徴とする移動ロボット充電方法。
11. 前記第２のステップが、移動ロボットが移動手段により移動しつつ、充電用コネクタに外力が付与された状態において、前記充電用コネクタの揺動量が所定量以下であり、かつ、前記充電用コネクタが所定距離以上に押し込まれた場合に、前記制御部が前記切り換え部を切り換えてバッテリーと充電用端子との間を電気的に導通することを特徴とする請求項９に記載の移動ロボット充電方法。
12. 前記移動ロボットが、移動手段により移動しつつ、充電用コネクタに外力が付与された状態において、充電可能状態にあると判定されると、前記制御部が、移動手段による移動を停止するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１０または１１に記載の移動ロボット充電方法。
13. 前記移動ロボットが、移動手段により移動しつつ、充電用コネクタに外力が付与された状態において、前記揺動量が所定量を超えた場合に、前記移動手段により該揺動量を低減する方向に自己の向きを修正するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の移動ロボット充電方法。