JP2014184529A - 充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑えて、円柱形状のロボットをより確実に充電できる充電システムを提供する。
【解決手段】充電システム１００に、円柱形状のロボット１と、充電ステーション２と、を備え、ロボット１は、ロボット１のヨー軸方向に摺動可能に取り付けられた充電端子１１を備え、充電ステーション２は、ドッキング部２２と、充電端子２１と、を備え、ドッキング部２２は、充電ステーション２に摺動可能に取り付けられた第１のフローティングプレート２２１及び第２のフローティングプレート２２２と、第１及び第２のフローティングプレート２２１、２２２と充電端子２１とを連結するリンク機構部２２８と、を備え、第１及び第２のフローティングプレート２２１、２２２とが、互いに離れる方向に充電ステーション２上を摺動することにより、リンク機構部２２８によって、充電端子２１が充電ステーション２から突出する方向に移動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ロボットの充電システムに関する。

近年、人の生活圏内で稼働するロボットとして、ロボットが移動したり回転したりする際に人や障害物と接触してしまうことを避けるため、円柱形状のロボットが開発されている。
ロボットの形状が円柱形状である場合、ロボットが充電装置にドッキングする際に、ロボットが備えるセンサの性能によっては、ヨー軸方向において、ロボットの位置と充電装置の位置とがずれてしまう場合がある。この場合、ロボット側の充電端子と充電装置側の充電端子とが正確に当接できず、ロボットが充電されない場合がある。当該問題を解決するため、ロボットのセンサの性能を高めると、ロボットの製造コストが高くなってしまう。そこで、コストを抑えて、円柱形状のロボットをより確実に充電できる技術が望まれている。

ロボットを充電する技術として、例えば、特許文献１には、ロボットと充電ステーションとの位置決めを行う際にロボットに生じる負担を軽減した充電システムが記載されている。具体的には、特許文献１には、脚式移動ロボットのリアカバーが充電ステーションのホルダのガイド部に案内されることにより、ホルダがスライドすることが記載されている。

また、特許文献２には、移動ロボットの充電電極構造が記載されている。具体的には、特許文献２には、ロボットが固定電極部に取り付けられた後、ロボット内部に格納している電極端子を固定電極部側に突出させることが記載されている。

特開２００７−２４５３３２号公報 特開２００１−０７９７９２号公報

しかしながら、特許文献１乃至３に記載の技術では、円柱形状のロボットが充電装置にドッキングする際に生じるロボットと充電装置とのヨー軸方向の位置ずれを修正することはできない。

本発明の第１の態様にかかる充電システムは、円柱形状のロボットと、前記ロボットを充電する充電装置と、を備える。また、前記ロボットは、前記ロボットのヨー軸方向に摺動可能に取り付けられた第１の充電端子を備える。また、前記充電装置は、前記ロボットが前記充電装置にドッキングするためのドッキング部と、前記ロボットに給電するための第２の充電端子と、を備える。また、前記ドッキング部は、前記充電装置から所定の角度で突出する第１の受け部と、前記充電装置から前記第１の受け部の突出方向に対して対称な方向に突出する第２の受け部と、前記第１の受け部及び前記第２の受け部と前記第２の充電端子とを連結するリンク機構部と、を備える。また、前記第１の受け部及び前記第２の受け部は、前記充電装置に、摺動可能に、且つ、前記充電装置から離間するにつれて互いが離間するように、取り付けられている。そして、前記第１の受け部と前記第２の受け部とが、互いに離れる方向に前記充電装置上を摺動することにより、前記リンク機構部によって、前記第２の充電端子が前記充電装置から突出する方向に移動する。

コストを抑えて、円柱形状のロボットをより確実に充電できる充電システムを提供することができる。

本発明の実施の形態１にかかる充電システムの充電方法を模式的に説明する側面図である。 本発明の実施の形態１にかかる充電システムの充電方法を模式的に説明する側面図である。 本発明の実施の形態１にかかる充電システムの充電方法を模式的に説明する側面図である。 本発明の実施の形態１にかかる充電システムを説明する上面図である。 本発明の実施の形態１にかかる充電システムにおける充電方法を説明する上面図である。 本発明の実施の形態１にかかる充電システムにおける充電方法を説明する上面図である。 本発明の実施の形態１にかかる充電システムにおける充電方法を説明する上面図である。 本発明の実施例１にかかる充電システムを説明する上面図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃは、本発明の実施の形態１にかかる充電システム１００の充電方法を模式的に説明する側面図である。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃに示すように、本発明の実施の形態１にかかる充電システム１００は、円柱形状のロボット１と、充電ステーション２（充電装置）と、を備える。
ロボット１は、充電システム１００から充電されるための充電端子１１（第１の充電端子）を備える。
また、充電ステーション２は、ロボット１に給電するための充電端子２１（第２の充電端子）を備える。
そして、図１Ｃに示すように、ロボット１が充電ステーション２にドッキングし、充電端子１１と充電端子２１とが当接することにより、充電ステーション２がロボット１を充電する。
なお、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃにおいて、充電端子１１及び充電端子２１は、説明簡単のため、それぞれ、ロボット１及び充電ステーション２から露出しているように記載されているが、本実施の形態１では、充電端子１１はロボット１から露出していない。また、ロボット１が充電ステーション２とドッキングしていない場合、充電端子２１は、充電ステーション２から露出していない。

以下、充電方法について、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃを用いて、簡単に説明する。
まず、図１Ａに示すように、ロボット１は、ロボット１に搭載されている各種センサ等を使用し、充電ステーション２へ近づく。
次に、図１Ｂに示すように、ロボット１の充電端子１１と、充電ステーション２の充電端子２１とが接触する。
そして、図１Ｃに示すように、充電ステーション２がロボット１を充電する。

次に、図２を参照しながら、実施の形態１にかかる充電システム１００について詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態１にかかる充電システム１００を説明する上面図である。
図２に示すように、ロボット１は、上面から見た形状が略円形の円柱形状のロボットである。また、ロボット１は、充電端子１１、揺動スライドレール１２、１対の引張ばね１３等を備える。
また、図２に示すように、充電ステーション２は、充電端子２１、ロボット１が充電ステーション２にドッキングするためのドッキング部２２等を備える。

充電端子１１は、充電端子２１を篏合可能な凹部を備える。また、充電端子１１は、ロボット１のヨー軸方向（ｙａｗ軸方向）に摺動可能に取り付けられている。具体的には、充電端子１１は、揺動スライドレール１２上を摺動可能に取り付けられている。これにより、ロボット１が充電ステーション２にドッキングする際にロボット１の位置と充電ステーション２の位置とがヨー軸方向に多少ずれていたとしても、充電端子１１がヨー軸方向に摺動することにより、充電端子１１と充電ステーション２の充電端子２１とが当接することができる。なお、ロボット１のヨー軸方向とは、ロボット１を上面から見たときにロボット１が回動する方向である。換言すれば、ロボット１のヨー軸方向とは、円柱形状のロボット１の上下方向の中心軸周りにロボット１が回動する方向である。

揺動スライドレール１２は、略円弧形状のスライドレールである。揺動スライドレール１２の円弧形状は、ロボット１の外形の円形に沿う形状である。

１対の引張ばね１３は、充電端子１１が揺動スライドレール１２の略中央に位置するように、充電端子１１を弾性的に付勢する。具体的には、１対の引張ばね１３の一方の端部が揺動スライドレール１２の端部側に固定され、１対の引張ばね１３他方の端部が充電端子１１に固定されている。これにより、１対の引張ばね１３は、充電端子１１を弾性的に付勢する。

充電端子２１は、ロボット１の充電端子１１の凹部に嵌合可能な略棒状の端子である。そして、充電端子２１は、ロボット１の充電端子１１と当接することにより、ロボット１に給電する。
また、充電端子２１は、充電ステーション２に摺動可能に取り付けられている。これについては、以下に詳述する。

ドッキング部２２は、図２に示すように、第１のフローティングプレート２２１（第１の受け部）、第２のフローティングプレート２２２（第２の受け部）、第１のスライダー２２３、第２のスライダー２２４、第１のスライドレール２２５、１対の引張ばね２２６（引張部）、引張ばね２２７（引張部）、リンク機構部２２８、第２のスライドレール２２９、第３のスライドレール２３０（レール部）等を備える。

第１のフローティングプレート２２１は、所定の大きさの板状部材で、充電ステーション２から所定の角度で突出している。
また、第２のフローティングプレート２２２は、第１のフローティングプレート２２１と同様に、所定の大きさの板状部材である。また、第２のフローティングプレート２２２は、充電ステーション２から第１のフローティングプレート２２１の突出方向に対して対称な方向に突出している。
また、第１のフローティングプレート２２１及び第２のフローティングプレート２２２は、充電ステーション２に、充電ステーション２から離間するにつれて互いが離間するように取り付けられている。

また、第１のフローティングプレート２２１は、第１のスライダー２２３を介して、充電ステーション２に取り付けられている。同様に、第２のフローティングプレート２２２は、第２のスライダー２２４を介して、充電ステーション２に取り付けられている。また、第１のスライダー２２３、第２のスライダー２２４は、第１のスライドレール２２５上に摺動可能に取り付けられている。また、第１のスライドレール２２５は、略直線形状のスライドレールであり、充電ステーション２のロボット１がドッキングする面に沿って設けられている。これにより、第１のフローティングプレート２２１及び第２のフローティングプレート２２２は、充電ステーション２に摺動可能に取り付けられている。

１対の引張ばね２２６及び引張ばね２２７は、充電ステーション２にロボット１がドッキングしていない場合に、第１のフローティングプレート２２１と第２のフローティングプレート２２２とが第１のスライドレール２２５の略中央の位置で互いに近接しているように、第１のフローティングプレート２２１及び第２のフローティングプレート２２２を弾性的に付勢する。具体的には、１対の引張ばね２２６の一方の端部が第１のスライドレール２２６の端部側に固定され、１対の引張ばね２２６他方の端部が第１のスライダー２２３又は第２のスライダー２２４に固定されている。また、引張ばね２２７の一方の端部が第１のスライダー２２３に固定され、引張ばね２２７の他方の端部が第２のスライダー２２４に固定されている。これにより、１対の引張ばね２２６及び引張ばね２２７は、第１のフローティングプレート２２１及び第２のフローティングプレート２２２を弾性的に付勢する。

リンク機構部２２８は、第１のフローティングプレート２２１及び第２のフローティングプレート２２２と充電端子２１とを連結する。具体的には、リンク機構２２８は、図２に示すように、２本のリンク（節）及び３つのピンを有している。また、一方のリンクの一端は第１のスライダー２２３にピンで固定され、他方のリンクの一端は第２のスライダー２２４にピンで固定されている。また、一方のリンクの他端と他方のリンクの他端と充電端子２１の充電ステーション２の内側の端部とがピンで固定されている。これにより、第１のフローティングプレート２２１と第２のフローティングプレート２２２とが、互いに離れる方向に前記充電装置上を摺動することにより、リンク機構部２２８によって、充電端子２１が充電ステーション２から突出する方向に移動する。

第２のスライドレール２２９は、略直線形状のスライドレールであり、第１のスライドレール２２５より充電ステーション２の内側に、第１のスライドレール２２５と略平行に設けられている。また、第３のスライドレール２３０は、略直線形状のスライドレールであり、第２のスライドレール２２９に略直交する方向に設けられている。また、第３のスライドレール２３０は、第２のスライドレール２２５上を摺動可能に設けられている。そして、第３のスライドレール２２３は、充電端子２１を摺動可能に保持する。これにより、充電端子２１は、第３のスライドレール２２３上を摺動することにより、充電ステーション２から突出する方向に移動することができる。

次に、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃを参照して、充電システム１００における充電方法を説明する。
まず、図３Ａに示すように、ロボット１が、ロボット１に搭載されている各種センサ等を使用し、充電ステーション２へ近づく。この際、ロボット１の位置と充電ステーション２の位置との間には、ずれが生じる場合がある。また、ロボット１の位置と充電ステーション２の位置との間にずれが生じていなくても、ロボット１の充電端子１１が充電ステーション２の充電端子２１の方に向いていない場合がある。

次に、図３Ｂに示すように、ロボット１がさらに充電ステーション２に近づき、ロボット１の筐体カバーが第１のフローティングプレート２２１及び第２のフローティングプレート２２２に接触する。次いで、第１のフローティングプレート２２１に取り付けられている第１のスライダー２２３及び第２のフローティングプレート２２２に取り付けられている第２のスライダー２２４が第１のスライドレール上を摺動する。これにより、ロボット１の位置と充電ステーション２の位置との間に生じたずれが解消される。

次に、図３Ｃに示すように、ロボット１がさらに充電ステーション２に近づき、第１のフローティングプレート２２１と第２のフローティングプレート２２２とが、互いに離れる方向に充電ステーション２上を摺動する。これにより、リンク機構部２２８によって、充電端子２１が充電ステーション２から突出する方向に移動する。そして、充電端子２１とロボット１の充電端子１１とが嵌合する。次いで、充電ステーション２はロボット１に対して充電を開始する。なお、充電端子２１が充電端子１１に嵌合する際、充電端子１１は、ロボット１の揺動スライドレール１２上を摺動する。これにより、ロボット１の充電端子１１が充電ステーション２の充電端子２１の方に向いていない場合でも、充電端子１１を充電端子２１の方に向かせることができる。

以上に説明した実施の形態１にかかる充電システム１００においては、円柱形状のロボット１と、ロボット１を充電する充電ステーション２と、を備える。また、ロボット１は、ロボット１のヨー軸方向に摺動可能に取り付けられた充電端子１１を備える。また、充電ステーション２は、ロボット１が充電ステーション２にドッキングするためのドッキング部２２と、ロボット１に給電するための充電端子２１と、を備える。また、ドッキング部２２は、充電ステーション２から所定の角度で突出する第１のフローティングプレート２２１と、充電ステーション２から第１のフローティングプレート２２１の突出方向に対して対称な方向に突出する第２のフローティングプレート２２２と、第１のフローティングプレート２２１及び第２のフローティングプレート２２２と充電端子２１とを連結するリンク機構部２２８と、を備える。また、第１のフローティングプレート２２１及び第２のフローティングプレート２２２は、充電ステーション２に、摺動可能に、且つ、充電ステーション２から離間するにつれて互いが離間するように、取り付けられている。また、第１のフローティングプレート２２１と第２のフローティングプレート２２２とが、互いに離れる方向に充電ステーション２上を摺動することにより、リンク機構部２２８によって、充電端子２１が充電ステーション２から突出する方向に移動する。

これにより、ロボット１が充電ステーション２に近づき、ロボット１の筐体カバーが第１のフローティングプレート２２１及び第２のフローティングプレート２２２を押すことにより、第１のフローティングプレート２２１と第２のフローティングプレート２２２とが、互いに離れる方向に充電ステーション２上を摺動する。これにより、ロボット１の位置と充電ステーション２の位置との間に生じたずれが解消される。換言すれば、ロボット１に搭載されるセンサの性能を高めたり、アクチュエータを用いたりしなくても、ロボット１の位置と充電ステーション２の位置との間に生じたずれを解消することができる。よって、コストを抑えて、円柱形状のロボット１をより確実に充電できる充電システム１００を提供することができる。
また、ロボット１と充電ステーション２とのドッキングにアクチュエータを用いる必要がないため、ドッキング部２２の構成をよりシンプルにすることができる。
また、ロボット１の重量が大きい場合であっても、第１のフローティングプレート２２１及び第２のフローティングプレート２２２が充電ステーション２上を摺動するため、ロボット１の向きをより確実に充電ステーション２側に向けることができる。一方、第１のフローティングプレート２２１及び第２のフローティングプレート２２２が充電ステーション２上を摺動することができない場合、ロボット１の重量が大きいと、ロボット１の静止摩擦力のために、ロボット１が第１のフローティングプレート２２１及び第２のフローティングプレート２２２に触れることにより、ロボット１が止まってしまう。この場合、ロボット１が当該静止摩擦力を超える駆動力を発揮すればよいが、当該駆動力に耐えるように充電ステーション２を構成すると、充電ステーション２が大型化してしまう問う問題がある。

また、ドッキング部２２は、充電ステーション２にロボット１がドッキングしていない場合に、第１のフローティングプレート２２１と第２のフローティングプレート２２２とが近接しているように、第１のフローティングプレート２２１及び第２のフローティングプレート２２２を弾性的に付勢する引張部ばね２２６、２２７を備える。これにより、ロボット１が充電ステーション２にドッキングしていない場合に、充電端子２１が充電ステーション２から露出してしまうことを防ぐことができ、漏電や感電等を防止でき、安全性を向上することができる。なお、手動で第１のフローティングプレート２２１と第２のフローティングプレート２２２とを互いに離れる方向に充電ステーション２上を摺動させることも可能であるが、充電ステーション２の電気システム上、充電端子１１と充電端子２１とが接触していないときには、電流が流れないようになっている。

また、ドッキング部２２は、充電ステーション２から突出する方向に移動可能に充電端子２１を保持する第３のスライドレール２３０を備える。これにより、充電端子２１は、充電ステーション２から突出する方向にスムーズに移動することができる。

また、充電端子１１は、充電端子２１を篏合可能な凹部を備える。これにより、充電端子１１と充電端子２１とは、確実に当接することができる。

実施例１
次に、図４を参照しながら、本発明の実施例１にかかる充電ステーション１００Ａを説明する。図４は、本発明の実施例１にかかる充電システム１００Ａを説明する上面図である。図４に示すように、実施例１にかかる充電システム１００Ａは、実施の形態１にかかる充電システム１００と、第２のスライドレール２２９及び第３のスライドレール２３０が省略されている点、及びリンク機構部２２８Ａの構成のみが、実施の形態１にかかる充電システム１００と異なるため、同様の構成については、同一の符号を付すとともに、その説明を省略する。

リンク機構部２２８は、第１のフローティングプレート２２１、充電端子２１及び第２のフローティングプレート２２２を連結する平行リンクである。これにより、リンク機構部２２８は、充電端子２１を、充電ステーション２から突出する方向に移動可能に保持することができる。よって、第２のスライドレール２２９及び第３のスライドレール２３０を省略することができる。これにより、第２のスライドレール２２９と第３のスライドレール２３０との間の摩擦、第３のスライドレール２３０と充電端子２１との間の摩擦を削減できる。また、コストをより低く抑えることができるとともに、省スペース化を図ることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、第１のフローティングプレート２２１の上部と第２のフローティングプレート２２２の上部との間に、第１のフローティングプレート２２１と第２のフローティングプレート２２２との間隔が所定長さ以下となることを防ぐ部材を設けてもよい。これにより、第１のフローティングプレート２２１と第２のフローティングプレート２２２との間に指が挟まれたりすることを防ぐことができ、より安全性を高めることができる。

１ ロボット
１１ 充電端子（第１の充電端子）
１２ 揺動スライドレール
１３ 引張ばね
２ 充電ステーション（充電装置）
２１ 充電端子（第２の充電端子）
２２ ドッキング部
２２１ 第１のフローティングプレート（第１の受け部）
２２２ 第２のフローティングプレート（第２の受け部）
２２３ 第１のスライダー
２２４ 第２のスライダー
２２５ 第１のスライドレール
２２６ 引張ばね（引張部）
２２７ 引張ばね（引張部）
２２８、２２８Ａ リンク機構部
２２９ 第２のスライドレール
２３０ 第３のスライドレール（レール部）
１００、１００Ａ 充電システム

Claims (5)

1. 円柱形状のロボットと、前記ロボットを充電する充電装置と、を備え、
   前記ロボットは、前記ロボットのヨー軸方向に摺動可能に取り付けられた第１の充電端子を備え、
   前記充電装置は、前記ロボットが前記充電装置にドッキングするためのドッキング部と、前記ロボットに給電するための第２の充電端子と、を備え、
   前記ドッキング部は、前記充電装置から所定の角度で突出する第１の受け部と、前記充電装置から前記第１の受け部の突出方向に対して対称な方向に突出する第２の受け部と、前記第１の受け部及び前記第２の受け部と前記第２の充電端子とを連結するリンク機構部と、を備え、
   前記第１の受け部及び前記第２の受け部は、前記充電装置に、摺動可能に、且つ、前記充電装置から離間するにつれて互いが離間するように、取り付けられており、
   前記第１の受け部と前記第２の受け部とが、互いに離れる方向に前記充電装置上を摺動することにより、前記リンク機構部によって、前記第２の充電端子が前記充電装置から突出する方向に移動する、充電システム。
2. 前記ドッキング部は、前記充電装置に前記ロボットがドッキングしていない場合に、前記第１の受け部と第２の受け部とが近接しているように、前記第１の受け部及び前記第２の受け部を弾性的に付勢する引張部を備える、請求項１に記載の充電システム。
3. 前記ドッキング部は、前記充電装置から突出する方向に移動可能に前記第２の充電端子を保持するレール部を備える、請求項１又は２に記載の充電システム。
4. 前記リンク機構部は、前記第１の受け部、前記第２の充電端子及び前記第２の受け部を連結する平行リンクである、請求項１又は２に記載の充電システム。
5. 前記第１の充電端子は、前記第２の充電端子を篏合可能な凹部を備える、請求項１乃至４の何れか一項に記載の充電システム。

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