JP2015066986A - バッテリー交換ロボット、バッテリー交換システムおよびバッテリー交換ロボットの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリー収容部へのバッテリーの差込み力で作動してバッテリーをロックするロック機構が設置されていても、その損傷を防止しつつ、ロック機構によってバッテリーをロックすることが可能なバッテリー交換ロボットを提供する。
【解決手段】バッテリー交換ロボット５の制御部２７は、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み力で作動してバッテリー３をロックするロック機構によるバッテリー３のロックやコネクタ同士の接続が行われる接続動作の開始前は、バッテリー３に係合してバッテリー３を移動させるバッテリー係合部の駆動用のモータの負荷が第１基準値を超えるとモータを停止させ、接続動作が開始されると、モータの負荷が第１基準値よりも小さい第２基準値を超えてもこの状態で基準時間が経過するまでモータを駆動させるとともに、モータの負荷が第２基準値を超えた状態で基準時間が経過するとモータを停止させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に搭載されるバッテリーを交換するためのバッテリー交換ロボット、および、かかるバッテリー交換ロボットを有するバッテリー交換システムに関する。また、本発明は、かかるバッテリー交換ロボットの制御方法に関する。

従来、バスに搭載されるバッテリーを交換するためのバッテリー交換ロボットを備えるバッテリー交換システムが本出願人によって提案されている（たとえば、特許文献１〜３参照）。特許文献１〜３に記載のバッテリー交換システムでは、バッテリーが収容されるバッテリー収容部がバスに取り付けられている。バッテリー収容部には、バッテリーとバスとを電気的に接続するためのコネクタが取り付けられている。バッテリーの背面には、バッテリー収容部のコネクタに接続されるコネクタが取り付けられている。

また、特許文献１〜３に記載のバッテリー交換システムでは、バッテリー交換ロボットは、バッテリー収容部からのバッテリーの引抜きおよびバッテリー収容部へのバッテリーの差込みを行うバッテリー抜差機構を備えている。バッテリー抜差機構は、バッテリーの引抜き時および差込み時にバッテリーが搭載されるバッテリー搭載部を有するバッテリー搭載機構と、バッテリーの引抜き時および差込み時にバッテリーに係合してバッテリー搭載部上でバッテリーを移動させるバッテリー係合部を有するバッテリー移動機構とを備えている。

さらに、特許文献１〜３に記載のバッテリー交換システムでは、バッテリー搭載機構は、バッテリー搭載部に加えて、バスに近づく方向およびバスから離れる方向へバッテリー搭載部を移動させる搭載部移動機構を備えている。バッテリー移動機構は、バッテリー係合部に加えて、バスに近づく方向およびバスから離れる方向へバッテリー係合部を移動させる係合部移動機構を備えている。バッテリー係合部は、バッテリーに取り付けられる取手部に係合する係合爪部と、係合爪部を上下動させるエアシリンダと、エアシリンダが取り付けられる基部とを備えている。

特許文献１〜３に記載のバッテリー交換システムでは、バスからバッテリーの引抜きを行う際に、まず、バッテリー搭載部がバスに近づく方向へ移動するとともに、バッテリー係合部がバスに近づく方向へ移動してから、係合爪部が下降してバッテリーの取手部に係合する。その後、バッテリー係合部がバスから離れる方向へ移動する。また、バッテリー係合部が所定量移動して、バッテリーがバッテリー搭載部に搭載されると、バッテリー搭載部とバッテリー係合部とが同期しながら、バスから離れる方向へ移動する。また、バスへのバッテリーの差込みを行う際には、まず、バッテリーが搭載されたバッテリー搭載部とバッテリー係合部とが同期しながら、バスに近づく方向へ移動する。その後、バッテリーの取手部に係合しているバッテリー係合部がバスに近づく方向へ移動して、バスへのバッテリーの差込みを行う。

国際公開第２０１２／１０５５２８号 国際公開第２０１２／１０５５２９号 国際公開第２０１２／１０５５３０号

特許文献１〜３に記載のバッテリー交換システムでは、バッテリー収容部に収容されたバッテリーをバッテリー収容部に確実に固定するために、バッテリーのロック機構をバッテリー収容部に設けることが好ましい。そこで、バッテリー係合部によるバッテリー収容部へのバッテリーの差込み力で作動してバッテリーをロックする機械式のロック機構をバッテリー収容部に設置することが検討されている。また、特許文献１〜３に記載のバッテリー交換システムでは、バッテリーに設けられたコネクタとバッテリー収容部に設けられたコネクタとは、バッテリー係合部によるバッテリー収容部へのバッテリーの差込み力で接続される。

特許文献１〜３に記載のバッテリー交換システムにおいて、バッテリー係合部によるバッテリーの差込み力で作動してバッテリーをロックする機械式のロック機構がバッテリー収容部に設置される場合、たとえば、ロック機構によってバッテリーをロックする際に、ロック機構に対してバッテリーが位置ずれを起こしてロック機構とバッテリーとが干渉すると、ロック機構やバッテリー係合部等に過負荷がかかって、バッテリー収容部、バッテリーおよびバッテリー交換ロボットが損傷するおそれがある。また、特許文献１〜３に記載のバッテリー交換システムでは、バッテリーに設けられたコネクタとバッテリー収容部に設けられたコネクタとがバッテリー係合部によるバッテリー収容部へのバッテリーの差込み力で接続されるため、コネクタ同士を接続する際に、コネクタ同士が位置ずれを起こして干渉すると、コネクタやバッテリー係合部等に過負荷がかかって、バッテリー収容部、バッテリーおよびバッテリー交換ロボットが損傷するおそれがある。

そこで、本発明の課題は、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み力で作動してバッテリーをロックする機械式のロック機構がバッテリー収容部に設置され、かつ、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み力でバッテリー側のコネクタとバッテリー収容部側のコネクタとを接続する場合であっても、バッテリー収容部、バッテリーおよびバッテリー交換ロボットの損傷を防止しつつ、ロック機構によってバッテリーをロックしたり、バッテリー側のコネクタと収容部側のコネクタとを接続したりすることが可能なバッテリー交換ロボット、バッテリー交換システムおよびバッテリー交換ロボットの制御方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明のバッテリー交換ロボットは、車両に搭載されているバッテリーを交換するためのバッテリー交換ロボットにおいて、車両に取り付けられるとともにバッテリーが収容されるバッテリー収容部からのバッテリーの引抜きおよびバッテリー収容部へのバッテリーの差込みを行うバッテリー抜差機構と、バッテリー抜差機構を制御する制御部とを備え、バッテリーは、車両とバッテリーとを電気的に接続するためのバッテリー側コネクタを備え、バッテリー収容部は、収容されたバッテリーをロックするロック機構と、バッテリー側コネクタに接続される収容部側コネクタとを備え、バッテリー抜差機構は、バッテリーが搭載されるバッテリー搭載部と、バッテリーに係合してバッテリーを移動させるバッテリー係合部と、バッテリー係合部を駆動するためのモータとを備え、ロック機構は、バッテリー係合部によるバッテリー収容部へのバッテリーの差込み力で作動してバッテリーをロックする機械式のロック機構であり、バッテリー側コネクタと収容部側コネクタとは、バッテリー係合部によるバッテリー収容部へのバッテリーの差込み力で接続され、制御部は、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み動作時において、ロック機構によるバッテリーのロックおよびバッテリー側コネクタと収容部側コネクタとの接続の少なくともいずれか一方が行われる接続動作の開始前は、モータの負荷が所定の第１基準値を超えるとモータを停止させる第１制御によってモータを制御し、接続動作が開始されると、モータの負荷が第１基準値よりも小さい第２基準値を超えてもモータの負荷が第２基準値を超えた状態で所定の基準時間が経過するまでモータを駆動させるとともにモータの負荷が第２基準値を超えた状態で基準時間が経過するとモータを停止させる第２制御によってモータを制御することを特徴とする。

また、上記の課題を解決するため、本発明のバッテリー交換ロボットの制御方法は、車両に取り付けられるとともにバッテリーが収容されるバッテリー収容部からのバッテリーの引抜きおよびバッテリー収容部へのバッテリーの差込みを行うバッテリー抜差機構を備え、バッテリーは、車両とバッテリーとを電気的に接続するためのバッテリー側コネクタを備え、バッテリー収容部は、収容されたバッテリーをロックするロック機構と、バッテリー側コネクタに接続される収容部側コネクタとを備え、バッテリー抜差機構は、バッテリーが搭載されるバッテリー搭載部と、バッテリーに係合してバッテリーを移動させるバッテリー係合部と、バッテリー係合部を駆動するためのモータとを備え、ロック機構は、バッテリー係合部によるバッテリー収容部へのバッテリーの差込み力で作動してバッテリーをロックする機械式のロック機構であり、バッテリー側コネクタと収容部側コネクタとは、バッテリー係合部によるバッテリー収容部へのバッテリーの差込み力で接続されるバッテリー交換ロボットの制御方法であって、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み動作時において、ロック機構によるバッテリーのロックおよびバッテリー側コネクタと収容部側コネクタとの接続の少なくともいずれか一方が行われる接続動作の開始前は、モータの負荷が所定の第１基準値を超えるとモータを停止させ、接続動作が開始されると、モータの負荷が第１基準値よりも小さい第２基準値を超えてもモータの負荷が第２基準値を超えた状態で所定の基準時間が経過するまでモータを駆動させるとともに、モータの負荷が第２基準値を超えた状態で基準時間が経過するとモータを停止させることを特徴とする。

本発明のバッテリー交換ロボットでは、制御部は、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み動作時において、ロック機構によるバッテリーのロックおよびバッテリー側コネクタと収容部側コネクタとの接続の少なくともいずれか一方が行われる接続動作の開始前は、モータの負荷が所定の第１基準値を超えるとモータを停止させる第１制御によってモータを制御し、接続動作が開始されると、モータの負荷が第１基準値よりも小さい第２基準値を超えてもモータの負荷が第２基準値を超えた状態で所定の基準時間が経過するまでモータを駆動させるとともにモータの負荷が第２基準値を超えた状態で基準時間が経過するとモータを停止させる第２制御によってモータを制御している。また、本発明のバッテリー交換ロボットの制御方法では、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み動作時において、ロック機構によるバッテリーのロックおよびバッテリー側コネクタと収容部側コネクタとの接続の少なくともいずれか一方が行われる接続動作の開始前は、モータの負荷が所定の第１基準値を超えるとモータを停止させ、接続動作が開始されると、モータの負荷が第１基準値よりも小さい第２基準値を超えてもモータの負荷が第２基準値を超えた状態で所定の基準時間が経過するまでモータを駆動させるとともに、モータの負荷が第２基準値を超えた状態で基準時間が経過するとモータを停止させている。

本発明では、接続動作が開始された後、接続動作開始前の第１基準値よりも小さい第２基準値をモータの負荷が超えた状態で基準時間が経過するとモータを停止させているため、ロック機構によってバッテリーをロックする際に、ロック機構に対してバッテリーが位置ずれを起こしてロック機構とバッテリーとが干渉し、バッテリー交換ロボット等に損傷が生じる程の過負荷がモータにかかったときや、バッテリー側コネクタと収容部側コネクタとを接続する際に、コネクタ同士が位置ずれを起こして干渉し、バッテリー交換ロボット等に損傷が生じる程の過負荷がモータにかかったときに、モータを停止させることが可能になる。

また、本発明では、接続動作が開始されると、モータの負荷が第２基準値を超えてもモータの負荷が第２基準値を超えた状態で所定の基準時間が経過するまでモータを駆動させているため、ロック機構によってバッテリーをロックする際や、バッテリー側コネクタと収容部側コネクタとを接続する際に、バッテリー交換ロボット等に損傷が生じない程度の短時間の過負荷がモータにかかっても、ロック機構によってバッテリーをロックしたり、バッテリー側コネクタと収容部側コネクタとを接続したりすることが可能になる。

したがって、本発明では、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み力で作動してバッテリーをロックする機械式のロック機構がバッテリー収容部に設置され、かつ、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み力でバッテリー側のコネクタとバッテリー収容部側のコネクタとを接続する場合であっても、バッテリー収容部、バッテリーおよびバッテリー交換ロボットの損傷を防止しつつ、ロック機構によってバッテリーをロックしたり、バッテリー側コネクタと収容部側コネクタとを接続したりすることが可能になる。

また、本発明では、接続動作の開始前は、第２基準値よりも大きな第１基準値をモータの負荷が超えなければモータが停止しないため、モータの加減速度を大きくすることが可能になる。したがって、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み動作を開始してから接続動作が開始されるまでのバッテリーの移動時間を短くすることが可能になる。

本発明において、たとえば、第１制御は、モータの電流値が第１基準値である第１基準電流値を超えるとモータを停止させる電流制御であり、第２制御は、モータの電流値が第２基準値である第２基準電流値を超えてもモータの電流値が第２基準電流値を超えた状態で基準時間が経過するまでモータを駆動させるとともに、モータの電流値が第２基準電流値を超えた状態で基準時間が経過するとモータを停止させる電流制御である。

また、本発明において、たとえば、ロック機構によるバッテリーのロックが開始されるロック開始位置、および、バッテリー側コネクタと収容部側コネクタとの接続が開始されるコネクタ接続開始位置の少なくともいずれか一方までバッテリー係合部が移動すると、接続動作が開始される。

本発明において、接続動作開始前のモータの回転速度は、接続動作開始後のモータの回転速度よりも速くなっていることが好ましい。このように構成すると、接続動作開始前のバッテリー係合部の移動速度が速くなるため、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み動作を開始してから接続動作が開始されるまでのバッテリーの移動時間を短くすることが可能になる。また、このように構成すると、接続動作開始後のモータの回転速度が遅くなるため、ロック機構によってバッテリーをロックする際に、ロック機構に対してバッテリーが位置ずれを起こしてロック機構とバッテリーとが干渉し、バッテリー交換ロボット等に損傷が生じる程の過負荷がモータにかかったときや、バッテリー側コネクタと収容部側コネクタとを接続する際に、コネクタ同士が位置ずれを起こして干渉し、バッテリー交換ロボット等に損傷が生じる程の過負荷がモータにかかったときに、短時間でモータを停止させることが可能になる。したがって、バッテリー収容部、バッテリーおよびバッテリー交換ロボットの損傷を効果的に防止することが可能になる。

本発明において、制御部は、接続動作が開始されると、接続動作開始後のモータの駆動時間の計測を開始し、ロック機構によるバッテリーのロックおよびバッテリー側コネクタと収容部側コネクタとの接続が完了する接続動作完了位置にバッテリー係合部が移動するまでの間に、接続動作開始後のモータの駆動時間が所定時間を経過すると、バッテリーの引抜き方向へバッテリー係合部を退避させることが好ましい。接続動作開始後のモータの駆動時間が所定時間を経過しているにもかかわらず、接続動作完了位置までバッテリー係合部が移動しない場合には、ロック機構とバッテリーとの干渉やバッテリー側コネクタと収容部側コネクタとの干渉等が発生しており、これらの構成に過負荷がかかっていることが想定される。そのため、このように構成すると、ロック機構等にかかっている過負荷を取り除いて、バッテリー収容部、バッテリーおよびバッテリー交換ロボットの損傷を防止することが可能になる。なお、接続動作開始後のモータの駆動時間が所定時間を経過したときに、モータを停止させてバッテリー係合部を停止させることも可能であるが、バッテリー係合部が停止しても、ロック機構等にかかっている過負荷を取り除くことができないため、バッテリー収容部、バッテリーおよびバッテリー交換ロボットが損傷するおそれがある。

本発明のバッテリー交換ロボットは、バッテリー収容部を備えるバッテリー交換システムに用いることができる。このバッテリー交換システムでは、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み力で作動してバッテリーをロックする機械式のロック機構がバッテリー収容部に設置され、かつ、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み力でバッテリー側のコネクタとバッテリー収容部側のコネクタとを接続する場合であっても、バッテリー収容部、バッテリーおよびバッテリー交換ロボットの損傷を防止しつつ、ロック機構によってバッテリーをロックしたり、バッテリー側コネクタと収容部側コネクタとを接続したりすることが可能になる。また、このバッテリー交換システムでは、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み動作を開始してから接続動作が開始されるまでのバッテリーの移動時間を短くすることが可能になる。

以上のように、本発明のバッテリー交換ロボット、バッテリー交換システムおよびバッテリー交換ロボットの制御方法では、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み力で作動してバッテリーをロックする機械式のロック機構がバッテリー収容部に設置され、かつ、バッテリー収容部へのバッテリーの差込み力でバッテリー側のコネクタとバッテリー収容部側のコネクタとを接続する場合であっても、バッテリー収容部、バッテリーおよびバッテリー交換ロボットの損傷を防止しつつ、ロック機構によってバッテリーをロックしたり、バッテリー側のコネクタと収容部側のコネクタとを接続したりすることが可能になる。

本発明の実施の形態にかかるバッテリー交換システムの斜視図である。 図１のＥ部を別の角度から示す斜視図である。 図２のＦ部の拡大図である。 図１に示すバッテリーおよびバッテリー収容部の構成を説明するための概略図である。 図２に示すバッテリー抜差機構および昇降機構を正面から示す図である。 図５のＨ−Ｈ方向からバッテリー抜差機構および昇降機構を示す図である。 図５に示すバッテリー搭載機構を正面から説明するための図である。 図５に示すバッテリー搭載機構を上面から説明するための図である。 図５に示すバッテリー移動機構を側面から説明するための図である。 図９に示すバッテリー係合部がバスから離れる方向へ移動したときの状態を側面から説明するための図である。 図５に示すバッテリー移動機構を上面から説明するための図である。 図２に示すバッテリー交換ロボットのバッテリーの交換動作を説明するためのフローチャートである。 図２に示すバッテリー交換ロボットによるバスからのバッテリーの引抜き動作を説明するための図である。 図２に示すバッテリー交換ロボットによるバスへのバッテリーの差込み動作を説明するための図である。 図２に示すバッテリー交換ロボットのバッテリーの差込み動作時の制御を説明するためのフローチャートである。 図２に示すバッテリー交換ロボットのバッテリーの差込み動作時における過負荷制御を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（バッテリー交換システムの概略構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるバッテリー交換システム１の斜視図である。図２は、図１のＥ部を別の角度から示す斜視図である。以下の説明では、互いに直交する３方向のそれぞれをＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向とする。本形態では、Ｚ方向が上下方向（鉛直方向）と一致する。また、以下の説明では、Ｘ方向を前後方向、Ｙ方向を左右方向とする。

本形態のバッテリー交換システム１は、車両２に搭載されているバッテリー３を交換するためのシステムである。本形態の車両２は、電気バスである。したがって、以下では、車両２を「バス２」とする。バス２には、複数のバッテリー３が収容されるバッテリー収容部４が取り付けられている。バッテリー収容部４は、バス２の一方の側面２ａに取り付けられるカバー部材（図示省略）を取り外すと、側面２ａに露出するように配置されている。また、バッテリー収容部４は、バス２の座席の下側に配置されている。バッテリー３の交換時には、バス２は、その進行方向と左右方向とが略一致するように停止している。

バッテリー交換システム１は、バッテリー収容部４に収容されているバッテリー３を交換するためのバッテリー交換ロボット５（以下、「ロボット５」とする。）を備えている。ロボット５は、バッテリー収容部４に収容されているバッテリー３の交換が可能となるように、前後方向でバス２の側面２ａと向き合っている。このロボット５は、バッテリー収容部４に収容されているバッテリー３を引き抜いて、図示を省略するバッファステーションへ搬入するとともに、バッファステーションに収容された充電済みのバッテリー３をバッファステーションから搬出してバッテリー収容部４に差し込む。

なお、バス２の側面２ａには、バス２の位置を検出するための検出用プレート１３が形成または固定されている。検出用プレート１３は、平板状に形成されるとともに、上下方向でその幅が略一定な略矩形状に形成されている。この検出用プレート１３は、たとえば、バス２の進行方向におけるバッテリー収容部４の手前側に配置されている。検出用プレート１３は、側面２ａに取り付けられるカバー部材（図示省略）を取り外すと、側面２ａに露出する。

（バッテリーおよびバッテリー収容部の構成）
図３は、図２のＦ部の拡大図である。図４は、図１に示すバッテリー３およびバッテリー収容部４の構成を説明するための概略図である。

バッテリー収容部４は、バッテリー３が搭載されるバッテリー置き台６と、左右の側壁７とを備えており、バッテリー置き台６と側壁７とによって、バッテリー３の収容空間が形成されている。バッテリー収容部４には、複数のバッテリー３の収容空間が形成されており、複数のバッテリー３が収容可能となっている。たとえば、バス２には、４個のバッテリー３が搭載可能となっており、バッテリー収容部４は、４個のバッテリー３のそれぞれが搭載される４個のバッテリー置き台６を備えている。

バッテリー置き台６の前面には、バッテリー３の位置を間接的に検出するための検出用マーク８が形成されている。検出用マーク８は、バッテリー置き台６の左右方向の両端側のそれぞれに形成されている。この検出用マーク８は、上側に向かうにしたがって左右方向の幅が次第に狭くなる略正三角形状に形成されている。

また、バッテリー収容部４は、図４に示すように、収容されたバッテリー３をロックするロック機構９と、バス２とバッテリー３とを電気的に接続するための収容部側コネクタとしてのコネクタ１０とを備えている。ロック機構９は、ロック部材１１と、付勢部材１２とを備えている。コネクタ１０は、バッテリー収容部４の奥側に配置されている。

ロック部材１１は、たとえば、左右方向へ移動可能となるように側壁７に保持されている。このロック部材１１は、図示を省略する付勢部材によって左右方向の内側へ付勢されており、側壁７からバッテリー収容部４の内側へ突出している。また、ロック部材１１は、たとえば、略三角柱状に形成されており、前後方向と上下方向とから構成されるＺＸ平面に対して傾斜する傾斜面１１ａと、左右方向と上下方向とから構成されるＹＺ平面と平行な端面１１ｂとを備えている。端面１１ｂは、ロック部材１１の奥側の端面を構成している。傾斜面１１ａは、バッテリー収容部４の手前側に向かうにしたがって、左右方向の外側へ広がるように傾斜している。なお、ロック部材１１は、上下方向へ移動可能となるようにバッテリー置き台６に保持されても良い。この場合には、傾斜面１１ａは、バッテリー収容部４の手前側に向かうにしたがって、上下方向の外側へ広がるように傾斜している。

付勢部材１２は、たとえば、圧縮コイルバネである。この付勢部材１２は、バッテリー３に形成される後述の係合突起１５の端面１５ｂとロック部材１１の端面１１ｂとが所定の接触圧で接触するように、バッテリー収容部４の手前側に向かってバッテリー３を付勢する機能を果たしている。

バッテリー３の前面には、バッテリー収容部４からバッテリー３を引き抜くための取手部１４が形成されている。本形態では、バッテリー３の前面の、左右方向の両端側のそれぞれに取手部１４が形成されている。また、バッテリー３は、図４に示すように、ロック部材１１に係合する係合突起１５と、コネクタ１０に接続されるバッテリー側コネクタとしてのコネクタ１６とを備えている。コネクタ１６は、バッテリー収容部４に収容されたバッテリー３の奥端面（背面）に取り付けられている。

係合突起１５は、たとえば、バッテリー３の左右の側面に固定されており、バッテリー３の左右の側面から左右方向の外側へ突出している。この係合突起１５は、たとえば、略三角柱状に形成されており、ＺＸ平面に対して傾斜する傾斜面１５ａと、ＹＺ平面と平行な端面１５ｂとを備えている。端面１５ｂは、係合突起１５の手前側の端面を構成している。傾斜面１５ａは、バッテリー収容部４の手前側に向かうにしたがって、左右方向の外側へ広がるように傾斜している。また、ＺＸ平面に対する傾斜面１１ａの傾斜角度と、ＺＸ平面に対する傾斜面１５ａの傾斜角度とは略等しくなっている。

本形態では、バッテリー収容部４にバッテリー３を収容する際に、バッテリー３がバッテリー収容部４に差し込まれていくと、やがて、係合突起１５の傾斜面１５ａとロック部材１１の傾斜面１１ａとが接触する。この状態でさらに、バッテリー３がバッテリー収容部４に差し込まれると、図４（Ｂ）に示すように、付勢部材の付勢力に抗して、ロック部材１１が左右方向の外側へ移動する。係合突起１５がロック部材１１を通過するまでバッテリー３がさらに差し込まれると、ロック部材１１は、付勢部材の付勢力によって左右方向の内側へ移動する。また、係合突起１５がロック部材１１を通過するまでバッテリー３がさらに差し込まれると、付勢部材１２がバッテリー３の奥端面に接触して、バッテリー収容部４の手前側に向かってバッテリー３を付勢する。

すると、図４（Ｃ）に示すように、バッテリー３に形成される係合突起１５の端面１５ｂとロック部材１１の端面１１ｂとが所定の接触圧で接触して、バッテリー収容部４に収容されたバッテリー３がロックされる。このように、本形態のロック機構９は、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み力で作動してバッテリー３をロックする機械式のロック機構である。具体的には、本形態のロック機構９は、ロボット５を構成する後述のバッテリー係合部２４によるバッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み力で作動してバッテリー３をロックする機械式のロック機構である。また、本形態では、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み力によって、コネクタ１０とコネクタ１６とが接続される。具体的には、後述のバッテリー係合部２４によるバッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み力によって、コネクタ１０とコネクタ１６とが接続される。

なお、本形態では、図４（Ｃ）に示す状態から（すなわち、ロック機構９にバッテリー３がロックされた状態から）さらにバッテリー３をバッテリー収容部４の奥側へわずかに押し込むと、ロック部材１１が退避して、端面１５ｂと端面１１ｂとの接触状態が解除されるように、ロック機構９が構成されている。そのため、ロック機構９にバッテリー３がロックされた状態からさらにバッテリー３をバッテリー収容部４の奥側へわずかに押し込むと、ロック機構９によるバッテリー３のロック状態が解除されて、バッテリー収容部４からのバッテリー３の引抜きが可能になる。

（バッテリー交換ロボットの概略構成）
図２に示すように、ロボット５は、バッテリー収容部４からの４個のバッテリー３のそれぞれの引抜きおよびバッテリー収容部４への４個のバッテリー３のそれぞれの差込みを行うバッテリー抜差機構１７と、バッテリー抜差機構１７を昇降させる昇降機構１８と、上下方向を軸方向としてバッテリー抜差機構１７および昇降機構１８を回動させる回動機構１９と、バッテリー抜差機構１７、昇降機構１８および回動機構１９を左右方向へ移動させる水平移動機構２０とを備えている。また、ロボット５は、検出用マーク８および検出用プレート１３を検出するための検出機構２１を備えている。バッテリー抜差機構１７、昇降機構１８、回動機構１９および水平移動機構２０は、ロボット５を制御する制御部２７（図２参照）に接続されており、これらの構成は、制御部２７によって制御される。また、検出機構２１も制御部２７に接続されている。

バッテリー抜差機構１７は、バッテリー３の引抜き時および差込み時にバッテリー３が搭載されるバッテリー搭載部２２を有するバッテリー搭載機構２３と、バッテリー３の引抜き時および差込み時にバッテリー３に係合してバッテリー搭載部２２上でバッテリー３を移動させるバッテリー係合部２４（図５参照）を有するバッテリー移動機構２５とを備えている。バッテリー搭載部２２およびバッテリー係合部２４は、バス２に近づく方向およびバス２から離れる方向へ移動可能となっている。また、バッテリー抜差機構１７は、保持部材２６に保持されている。この保持部材２６は、バッテリー搭載部２２およびバッテリー係合部２４の移動方向の両端が開口する略四角筒状に形成されている。

（バッテリー搭載機構の構成）
図５は、図２に示すバッテリー抜差機構１７および昇降機構１８を正面から示す図である。図６は、図５のＨ−Ｈ方向からバッテリー抜差機構１７および昇降機構１８を示す図である。図７は、図５に示すバッテリー搭載機構２３を正面から説明するための図である。図８は、図５に示すバッテリー搭載機構２３を上面から説明するための図である。

バッテリー搭載機構２３は、上述のバッテリー搭載部２２に加え、バス２に近づく方向およびバス２から離れる方向へバッテリー搭載部２２を移動させる搭載部移動機構３０を備えている。

バッテリー搭載部２２は、上下方向に扁平した扁平なブロック状に形成されている。バッテリー搭載部２２の上面には、バッテリー３の下面に当接する複数のローラ３１、３２が回転可能に取り付けられている。図８に示すように、複数のローラ３１は、バッテリー搭載部２２の移動方向に所定の間隔で配置され、複数のローラ３２も、ローラ３１と同様に、バッテリー搭載部２２の移動方向に所定の間隔で配置されている。

搭載部移動機構３０は、バッテリー搭載部２２を移動させるための構成として、モータ３３と、ボールネジ等のネジ部材３４と、ネジ部材３４に螺合するナット部材３５とを備えている。また、搭載部移動機構３０は、バッテリー搭載部２２を案内するための構成として、直線状に形成されたガイドレール３６と、ガイドレール３６に係合するとともにガイドレール３６に沿って相対移動可能なガイドブロック３７とを備えている。

モータ３３は、バッテリー搭載部２２の後端部の上面側に固定されている。このモータ３３は、制御部２７に接続されている。また、モータ３３は、その回転速度および回転量を検出するためのエンコーダ（図示省略）を備えている。ネジ部材３４は、バッテリー搭載部２２の下面側に回転可能に保持されている。モータ３３とネジ部材３４とは、プーリやベルト等を介して連結されている。ナット部材３５は、保持部材２６に固定されている。また、ガイドレール３６は、バッテリー搭載部２２の下面側に固定され、ガイドブロック３７は、保持部材２６に固定されている。そのため、本形態では、モータ３３が回転すると、バッテリー搭載部２２は、ガイドレール３６およびガイドブロック３７に案内されて、保持部材２６に対して直線的に移動する。

（バッテリー移動機構の構成）
図９は、図５に示すバッテリー移動機構２５を側面から説明するための図である。図１０は、図９に示すバッテリー係合部２４がバス２から離れる方向へ移動したときの状態を側面から説明するための図である。図１１は、図５に示すバッテリー移動機構２５を上面から説明するための図である。

バッテリー移動機構２５は、上述のバッテリー係合部２４に加え、バス２に近づく方向およびバス２から離れる方向へバッテリー係合部２４を移動させる係合部移動機構３９と、バッテリー係合部２４を移動可能に保持するとともに保持部材２６に移動可能に保持される移動保持部材４０とを備えている。

バッテリー係合部２４は、バッテリー３の取手部１４に係合する係合爪部４１と、係合爪部４１を上下動させるエアシリンダ４２と、エアシリンダ４２が取り付けられる基部４３とを備えている。係合爪部４１は、エアシリンダ４２の可動側に固定され、エアシリンダ４２の固定側は、基部４３の先端面に固定されている。本形態では、バッテリー３に形成される２個の取手部１４のそれぞれに係合爪部４１が係合するように、２個の係合爪部４１および２個のエアシリンダ４２が基部４３の先端面に所定の間隔をあけた状態で配置されている。

移動保持部材４０は、バッテリー係合部２４の移動方向に細長い長尺状に形成されている。また、移動保持部材４０は、バッテリー係合部２４の移動方向から見たときの形状が略Ｈ形状となるように形成されている。

係合部移動機構３９は、バッテリー係合部２４および移動保持部材４０を移動させるための構成として、モータ４４と、ボールネジ等のネジ部材４５と、ネジ部材４５に螺合するナット部材４６と、プーリ４７、４８と、プーリ４７、４８に架け渡されるベルト４９とを備えている。また、係合部移動機構３９は、バッテリー係合部２４および移動保持部材４０を案内するための構成として、直線状に形成されたガイドレール５０と、ガイドレール５０に係合するとともにガイドレール５０に沿って相対移動可能なガイドブロック５１とを備え、バッテリー係合部２４を案内するための構成として、直線状に形成されたガイドレール５２と、ガイドレール５２に係合するとともにガイドレール５２に沿って相対移動可能なガイドブロック５３とを備えている。

モータ４４は、保持部材２６の後端部に固定されている。このモータ４４は、制御部２７に接続されている。また、モータ４４は、その回転速度および回転量を検出するためのエンコーダ（図示省略）を備えている。ネジ部材４５は、保持部材２６の上面部に回転可能に保持されている。モータ４４とネジ部材４５とは、プーリやベルト等を介して連結されている。ナット部材４６は、移動保持部材４０の後端部に固定されている。プーリ４７は、移動保持部材４０の後端部に回転可能に保持され、プーリ４８は、移動保持部材４０の前端部に回転可能に保持されている。

ベルト４９は、ベルト固定部材５４を介してバッテリー係合部２４の基部４３に固定されるとともに、ベルト固定部材５５を介して保持部材２６の上面部に固定されている。具体的には、保持部材２６から移動保持部材４０が突出して、プーリ４７の近傍にベルト固定部材５５が配置されるときに、プーリ４８の近傍にベルト固定部材５４が配置され、かつ、保持部材２６の中に移動保持部材４０が収まって、プーリ４８の近傍にベルト固定部材５５が配置されるときに、プーリ４７の近傍にベルト固定部材５４が配置されるように、ベルト４９は、ベルト固定部材５４、５５を介して基部４３および保持部材２６に固定されている。

ガイドレール５０は、保持部材２６の上面部に固定され、ガイドブロック５１は、移動保持部材４０の上面に固定されている。ガイドレール５２は、移動保持部材４０の下面に固定され、ガイドブロック５３は、バッテリー係合部２４の基部４３の上端側に固定されている。

本形態では、モータ４４が回転すると、ネジ部材４５とナット部材４６とによって、バッテリー係合部２４とともに移動保持部材４０がガイドレール５０およびガイドブロック５１に案内されて、保持部材２６に対して直線的に移動する。また、モータ４４が回転すると、プーリ４７、４８とベルト４９とによって、バッテリー係合部２４がガイドレール５２およびガイドブロック５３に案内されて、移動保持部材４０に対して直線的に相対移動する。

（昇降機構、第１連結機構および第２連結機構の構成）
昇降機構１８は、図２、図５に示すように、バッテリー搭載部２２およびバッテリー係合部２４の移動方向（以下、この方向を「第１方向」とする。）と上下方向とに直交する方向（以下、この方向を「第２方向」とする。）の両端側のそれぞれに配置される第１昇降機構５９および第２昇降機構６０を備えている。第１昇降機構５９は、第１連結機構６１によって、保持部材２６の第２方向の一端側に連結されている。第２昇降機構６０は、第２連結機構６２によって、保持部材２６の第２方向の他端側に連結されている。第１昇降機構５９および第２昇降機構６０は、水平方向に対して保持部材２６を傾けるために、個別に駆動可能となっている。また、保持部材２６は、水平方向に対して傾斜可能となるように第１昇降機構５９および第２昇降機構６０に連結されている。

第１昇降機構５９および第２昇降機構６０は、上下方向へ移動可能な昇降部材６３と、昇降部材６３を昇降可能に保持する柱状部材６４と、昇降部材６３を昇降させる昇降駆動機構６５とを備えている。柱状部材６４は、上下方向に細長い柱状に形成されている。図５に示すように、第１昇降機構５９を構成する柱状部材６４の上端と、第２昇降機構６０を構成する柱状部材６４の上端とは、連結部材６６によって連結されており、２個の柱状部材６４と連結部材６６とによって、門型のフレームが構成されている。

昇降駆動機構６５は、図６に示すように、昇降部材６３を昇降させるための構成として、モータ６７と、ボールネジ等のネジ部材６８と、ネジ部材６８に螺合するナット部材６９とを備えている。また、昇降駆動機構６５は、図５に示すように、昇降部材６３を案内するための構成として、直線状に形成されたガイドレール７０と、ガイドレール７０に係合するとともにガイドレール７０に沿って相対移動可能なガイドブロック７１とを備えている。

モータ６７は、柱状部材６４の上端側に固定されている。このモータ６７は、制御部２７に接続されている。ネジ部材６８は、柱状部材６４に回転可能に保持されている。モータ６７とネジ部材６８とは、カップリング７２を介して連結されている。ナット部材６９は、昇降部材６３に固定されている。ガイドレール７０は、柱状部材６４の側面に固定されている。ガイドブロック７１は、昇降部材６３に固定されている。そのため、本形態では、モータ６７が回転すると、昇降部材６３は、ガイドレール７０およびガイドブロック７１に案内されて、柱状部材６４に対して上下動する。

第１連結機構６１は、第１昇降機構５９の昇降部材６３に対する保持部材２６の相対回動が可能となるように、保持部材２６と昇降部材６３とを連結している。また、第２連結機構６２は、第２昇降機構６０の昇降部材６３に対する保持部材２６の相対回動と第２方向への相対移動とが可能となるように、保持部材２６と昇降部材６３とを連結している。

（回動機構および水平移動機構の構成）
回動機構１９は、図２に示すように、バッテリー抜差機構１７および昇降機構１８が搭載されるとともに回動可能な回動部材８５と、回動部材８５を回動させる回動駆動機構８６とを備えている。水平移動機構２０は、図２に示すように、バッテリー抜差機構１７、昇降機構１８および回動機構１９が搭載されるとともに左右方向へ移動可能なスライド部材８７と、スライド部材８７を移動させる水平駆動機構８８とを備えている。

回動部材８５は、略円板状に形成されている。この回動部材８５は、スライド部材８７の上側に配置されている。また、回動部材８５は、その曲率中心を中心にして回動可能となっている。回動部材８５の上面には、２本の柱状部材６４の下端が固定されている。回動駆動機構８６は、回動部材８５を回動させるための構成として、モータ、プーリおよびベルト等を備えている。また、回動駆動機構８６は、回動部材８５を回動方向へ案内するための構成として、ガイドレールと、ガイドレールに係合するとともにガイドレールに沿って相対移動可能な複数のガイドブロックとを備えている。モータの出力軸に固定されるプーリおよび回動部材８５の外周面等にはベルトが架け渡されており、モータが回転すると、回動部材８５は、ガイドレールおよびガイドブロックに案内されてスライド部材８７に対して回動する。

スライド部材８７は、左右方向を長手方向とする略長方形の板状に形成されている。水平駆動機構８８は、スライド部材８７を移動させるための構成として、モータ、プーリおよびベルト等を備えている。また、水平駆動機構８８は、スライド部材８７を左右方向へ案内するための構成として、直線状に形成されたガイドレールと、ガイドレールに係合するとともにガイドレールに沿って相対移動可能な複数のガイドブロックとを備えている。ベルトの一端は、ガイドレールの左端側に固定され、ベルトの他端は、ガイドレールの右端側に固定されている。また、ベルトは、モータの出力軸に固定されるプーリ等に架け渡されており、モータが回転すると、ガイドレールおよびガイドブロックに案内されてスライド部材８７が左右方向へ直線的に移動する。

（検出機構の構成、バスの位置検出方法およびバッテリーの位置検出方法）
検出機構２１は、レーザ光を射出する発光部と、この発光部から射出されバス２の側面２ａやバッテリー置き台６の前面等の反射物で反射されたレーザ光を受光する受光部とを備えるレーザセンサである。この検出機構２１は、図８に示すように、バッテリー搭載部２２の前端側の上面に取り付けられている。本形態では、４個のバッテリー置き台６のそれぞれに形成される一対の（２個の）検出用マーク８に対応するように、２個の検出機構２１がバッテリー搭載部２２に取り付けられている。検出機構２１は、発光部から射出されたレーザ光を反射する反射物が所定の測定レンジ内にあるとオンの状態になり、レーザ光を反射する反射物が測定レンジ内にないとオフの状態になる。また、オンの状態の検出機構２１を用いて、検出機構２１と反射物との距離を検出することが可能となっている。

バス２からバッテリー３を引き抜くときには、まず、検出機構２１と検出用プレート１３とによってバス２の位置を検出する。具体的には、検出機構２１によって、検出用プレート１３の上端および左右の両端の位置を検出して検出用プレート１３の位置を算出することで、バス２の位置を検出する。また、検出機構２１によるバス２の位置の検出後には、検出機構２１と検出用マーク８とによってバッテリー３の位置を検出する。

具体的には、検出機構２１の発光部からのレーザ光が左右方向で検出用マーク８を横切るように、バッテリー搭載部２２を左右方向へ移動させて、検出用マーク８の左右方向の両端を検出することで、左右方向における検出用マーク８の位置を算出する。また、検出用マーク８の左右方向の両端を検出することで、検出用マーク８の、レーザ光が横切った部分の幅を算出する。検出用マーク８は、上側に向かうにしたがって左右方向の幅が次第に狭くなる略三角形状に形成されているため、検出用マーク８の、レーザ光が横切った部分の幅を算出することで、検出用マーク８の高さを算出することができる。また、左右方向における検出用マーク８の位置および検出用マーク８の高さを算出することで、検出用マーク８が形成されるバッテリー置き台６の左右方向の位置および高さを算出して、バッテリー置き台６に位置決めされて搭載されるバッテリー３の左右方向の位置および高さを検出する。また、検出機構２１と検出用マーク８との距離を算出することで、検出用マーク８が形成されるバッテリー置き台６の前後方向の位置を算出して、バッテリー置き台６に位置決めされて搭載されるバッテリー３の前後方向の位置を検出する。

また、一対の検出用マーク８のうちの一方の検出用マーク８の高さと他方の検出用マーク８の高さとに基づいて、前後方向から見たときの左右方向に対するバッテリー置き台６の傾きを算出して、前後方向から見たときの左右方向に対するバッテリー３の傾きを検出する。また、一対の検出用マーク８のうちの一方の検出用マーク８と検出機構２１との距離と、他方の検出用マーク８と検出機構２１との距離とに基づいて、上下方向から見たときの左右方向に対するバッテリー置き台６の傾きを算出して、上下方向から見たときの左右方向に対するバッテリー３の傾きを検出する。

なお、前後左右方向におけるバッテリー３の位置、バッテリー３の高さ、前後方向から見たときの左右方向に対するバッテリー３の傾き、および、上下方向から見たときの左右方向に対するバッテリー３の傾きが検出されると、バッテリー収容部４からバッテリー３を適切に引き抜くことができるように、昇降機構１８、回動機構１９および水平移動機構２０によってバッテリー抜差機構１７の左右方向の位置、高さおよび傾きが調整される。

（バッテリー交換ロボットによるバッテリー交換動作の概略）
図１２は、図２に示すバッテリー交換ロボット５のバッテリー３の交換動作を説明するためのフローチャートである。図１３は、図２に示すバッテリー交換ロボット５によるバス２からのバッテリー３の引抜き動作を説明するための図である。図１４は、図２に示すバッテリー交換ロボット５によるバス２へのバッテリー３の差込み動作を説明するための図である。

バッテリー交換システム１では、バッテリー３が交換されるバス２が所定の停止位置に停止すると、まず、上述のように、バス２の位置が検出される（ステップＳ１）。その後、４個のバッテリー３のうちの交換されるバッテリー３のバス２からの引抜き動作が行われる（ステップＳ２）。ステップＳ２では、具体的には、交換されるバッテリー３の位置（具体的には、交換されるバッテリー３が搭載されるバッテリー置き台６に形成される検出用マーク８の位置）が上述のように検出され（ステップＳ２１）、その後、ロボット５によってバス２からバッテリー３が引き抜かれ（ステップＳ２２）、その後、引き抜かれたバッテリー３がバッファステーションへ収容される（ステップＳ２３）。

ステップＳ１、Ｓ２においては、まず、ホームポジションにあるバッテリー搭載部２２およびバッテリー係合部２４（図１３（Ａ）参照）が、バス２に近づく方向へ移動する。具体的には、図１３（Ｂ）に示すように、バッテリー置き台６からバッテリー搭載部２２へのバッテリー３の載り移りが可能な位置までバッテリー搭載部２２が移動するとともに、バッテリー３の取手部１４に係合爪部４１が係合可能な位置までバッテリー係合部２４が移動する。本形態では、ホームポジションにあるバッテリー搭載部２２およびバッテリー係合部２４が図１３（Ｂ）に示す位置まで移動する前に、バッテリー３の位置が検出される。

また、ステップＳ２においては、図１３（Ｃ）に示すように、係合爪部４１が下降して取手部１４に係合する。上述のように、バッテリー収容部４に収容されたバッテリー３は、ロック機構９によってロックされている。また、上述のように、ロック機構９にバッテリー３がロックされた状態からさらにバッテリー３をバッテリー収容部４の奥側へわずかに押し込むと、ロック機構９によるバッテリー３のロック状態が解除されて、バッテリー収容部４からのバッテリー３の引抜きが可能になる。そのため、係合爪部４１が取手部１４に係合すると、図１３（Ｃ）に示すように、バッテリー係合部２４がバッテリー３をバッテリー収容部４の奥側へわずかに押し込んで（すなわち、バス２に近づく方向へわずかに移動して）、ロック機構９によるバッテリー３のロック状態を解除する。

その後、図１３（Ｄ）に示すように、バッテリー係合部２４がバス２から離れる方向へ移動して、バッテリー置き台６からバッテリー搭載部２２へバッテリー３が載り移り始める。バッテリー係合部２４が所定量移動して、図１３（Ｅ）に示すように、バッテリー３がバッテリー搭載部２２に完全に搭載されると、その後、バッテリー搭載部２２およびバッテリー係合部２４が同期しながら、図１３（Ｆ）に示すように、バス２から離れる方向へ移動して、バス２からのバッテリー３の引抜きが完了する。バス２からのバッテリー３の引抜きが完了すると、ロボット５は、１８０°回動して、バッファステーションにバッテリー３を収容する。

その後、バス２の、バッテリー３が引き抜かれた部分へのバッテリー３の差込み動作が行われる（ステップＳ３）。ステップＳ３では、具体的には、ロボット５によってバッファステーションから充電済みのバッテリー３が取り出され（ステップＳ３１）、その後、取り出されたバッテリー３がバス２に差し込まれる（ステップＳ３２）。

ステップＳ３において、ロボット５は、バッファステーションから充電済みのバッテリー３を取り出すと、１８０°回動して、図１４（Ａ）に示すように、バス２からのバッテリー３の引抜き完了時と同じ状態になる。その後、図１４（Ｂ）に示すように、バッテリー搭載部２２およびバッテリー係合部２４が同期しながら、バス２に近づく方向へ移動する。バッテリー搭載部２２からバッテリー置き台６へのバッテリー３の載り移りが可能な位置までバッテリー搭載部２２が移動すると、図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ）に示すように、バッテリー係合部２４がバス２に近づく方向へ移動して、バス２へのバッテリー３の差込みを行う。バス２にバッテリー３が差し込まれると、図１４（Ｅ）に示すように、係合爪部４１が上昇し、図１４（Ｆ）に示すように、バッテリー搭載部２２およびバッテリー係合部２４がバス２から離れる方向へ移動して（具体的には、ホームポジションまで移動して）、バス２へのバッテリー３の差込みが完了する。

ステップＳ２およびＳ３での動作は、停止しているバス２において交換が必要なバッテリー３の交換が完了するまで（ステップＳ４において“Ｙｅｓ”になるまで）繰り返される。通常は、停止しているバス２の全てのバッテリー３が交換されるまで繰り返される。交換が必要なバッテリー３の交換が完了すると、ロボット５が原点位置へ復帰して（ステップＳ５）、ロボット５によるバッテリー３の交換動作が終了する。

なお、バッテリー交換システム１においては、ロボット５を適切に動作させてバス２のバッテリー３を適切に交換するため、所定の基準位置に停止しているバス２を用いて、予め、ロボット５の教示（ティーチング）が行われる。ロボット５は、教示された位置（教示位置）に沿って動作して、バッテリー３の交換動作を行う。

（バッテリー差込み時の制御方法）
図１５は、図２に示すバッテリー交換ロボット５のバッテリー３の差込み動作時の制御を説明するためのフローチャートである。図１６は、図２に示すバッテリー交換ロボット５のバッテリー３の差込み動作時における過負荷制御を説明するためのフローチャートである。

上述のように、バッテリー３がバッテリー収容部４に差し込まれていくと、係合突起１５の傾斜面１５ａとロック部材１１の傾斜面１１ａとが接触し始めて、ロック機構９によるバッテリー３のロックが開始される。また、バッテリー３がバッテリー収容部４に差し込まれていくと、コネクタ１０とコネクタ１６とが係合し始めて、コネクタ１０とコネクタ１６との接続が開始される。以下では、バッテリー係合部２４によってバッテリー収容部４へバッテリー３を差し込むときであって、ロック機構９によるバッテリー３のロックが開始されるときのバッテリー係合部２４の位置をロック開始位置とし、バッテリー係合部２４によってバッテリー収容部４へバッテリー３を差し込むときであって、コネクタ１０とコネクタ１６との接続が開始されるときのバッテリー係合部２４の位置をコネクタ接続開始位置とする。

本形態では、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作時に、コネクタ１０とコネクタ１６との接続よりも先にロック機構９によるバッテリー３のロックが開始されるようにロック機構９およびコネクタ１０、１６が配置されている場合、バッテリー係合部２４がロック開始位置まで移動すると、バッテリー係合部２４によるバッテリー３の接続動作が開始される。また、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作時に、ロック機構９によるバッテリー３のロックよりも先にコネクタ１０とコネクタ１６との接続が開始されるようにロック機構９およびコネクタ１０、１６が配置されている場合、バッテリー係合部２４がコネクタ接続開始位置まで移動すると、バッテリー係合部２４によるバッテリー３の接続動作が開始される。また、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作時に、ロック機構９によるバッテリー３のロックと、コネクタ１０とコネクタ１６との接続とが同時に開始されるようにロック機構９およびコネクタ１０、１６が配置されている場合、ロック開始位置およびコネクタ接続開始位置までバッテリー係合部２４が移動すると、バッテリー係合部２４によるバッテリー３の接続動作が開始される。

すなわち、本形態では、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作時に、ロック開始位置およびコネクタ接続開始位置の少なくともいずれか一方までバッテリー係合部２４が移動すると、バッテリー係合部２４によるバッテリー３の接続動作が開始され、接続動作時には、ロック機構９によるバッテリー３のロックおよびコネクタ１０とコネクタ１６との接続の少なくともいずれか一方が行われる。また、本形態では、ロック機構９によるバッテリー３のロックが完了するとともに、コネクタ１０とコネクタ１６との接続が完了すると、バッテリー係合部２４によるバッテリー３の接続動作が完了する。また、接続動作が完了して、バッテリー搭載部２２およびバッテリー係合部２４がホームポジションまで移動すると、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込みが完了する。

バッテリー係合部２４によるバッテリー３の接続動作が開始されるときのバッテリー係合部２４の位置を接続動作開始位置とすると、たとえば、図１４（Ｃ）に示すバッテリー係合部２４の位置が接続動作開始位置となる。また、バッテリー係合部２４によるバッテリー３の接続動作が完了するときのバッテリー係合部２４の位置を接続動作完了位置とすると、たとえば、図１４（Ｄ）に示すバッテリー係合部２４の位置が接続動作完了位置となる。本形態では、ロボット５を教示する際に、接続動作開始位置および接続動作完了位置がロボット５に教示されている。

なお、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作時に、コネクタ１０とコネクタ１６との接続よりも先にロック機構９によるバッテリー３のロックが開始されるようにロック機構９およびコネクタ１０、１６が配置されている場合に、バッテリー係合部２４がロック開始位置まで移動してからさらにバッテリー収容部４の奥側へ所定量移動した後に、バッテリー係合部２４によるバッテリー３の接続動作が開始されても良い。また、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作時に、ロック機構９によるバッテリー３のロックよりも先にコネクタ１０とコネクタ１６との接続が開始されるようにロック機構９およびコネクタ１０、１６が配置されている場合に、バッテリー係合部２４がコネクタ接続開始位置まで移動してからさらにバッテリー収容部４の奥側へ所定量移動した後に、バッテリー係合部２４によるバッテリー３の接続動作が開始されても良い。また、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作時に、ロック機構９によるバッテリー３のロックと、コネクタ１０とコネクタ１６との接続とが同時に開始されるようにロック機構９およびコネクタ１０、１６が配置されている場合に、ロック開始位置およびコネクタ接続開始位置までバッテリー係合部２４が移動してからさらにバッテリー収容部４の奥側へ所定量移動した後に、バッテリー係合部２４によるバッテリー３の接続動作が開始されても良い。

また、本形態では、バッテリー係合部２４によるバッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作時において、接続動作開始前と接続動作開始後とで、バッテリー係合部２４を駆動するモータ４４の制御方法が異なる。

接続動作開始前において、制御部２７は、教示位置に沿ってロボット５が動作するようにロボット５を制御する位置制御によってロボット５を制御する。すなわち、接続動作開始前において、制御部２７は、モータ４４の回転量を制御することでモータ４４を制御する位置制御によってモータ４４を制御する。また、接続動作開始前において、制御部２７は、モータ４４の負荷が所定の第１基準値を超えるとモータ４４を停止させる第１制御によってモータ４４を制御する。本形態では、モータ４４の負荷としてモータ４４の電流値を測定しており、制御部２７は、接続動作開始前において、モータ４４の電流値が所定の第１基準電流値を超えるとモータ４４を停止させる電流制御によってモータ４４を制御する。すなわち、本形態の第１制御は、電流制御である。なお、実際には、モータ４４の電流値に所定の定数をかけた値が、第１基準電流値に同様の定数をかけた値を超えると、制御部２７はモータ４４を停止させる。

一方、接続動作が開始されても、制御部２７は、位置制御によってモータ４４を制御するが、接続動作が開始されると、制御部２７は、図１５および図１６のフローチャートに示すように、モータ４４を制御する。すなわち、図１５に示すように、バッテリー係合部２４によるバッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作が始まり、バッテリー係合部２４が接続動作開始位置まで移動して接続動作が開始されると（ステップＳ４１）、制御部２７は、第２制御としての過負荷制御を開始する（ステップＳ４２）。本形態の過負荷制御は、以下に説明するように電流制御である。

また、接続動作が開始されると、制御部２７は、接続動作開始後のモータ４４の駆動時間の計測を開始する（ステップＳ４３）。その後、制御部２７は、バッテリー係合部２４が接続動作完了位置まで移動したか否かを判断する（ステップＳ４４）。ステップＳ４４において、バッテリー係合部２４が接続動作完了位置まで移動している場合には、制御部２７は、バッテリー３の取手部１４に係合している係合爪部４１を上昇させてからバッテリー搭載部２２およびバッテリー係合部２４をバス２から離れる方向へ退避させて（ステップＳ４５）、バッテリー係合部２４によるバッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作が完了する。

一方、ステップＳ４４において、バッテリー係合部２４が接続動作完了位置まで移動していない場合には、制御部２７は、ステップＳ４３で計測を開始した接続動作開始後のモータ４４の駆動時間が所定の基準時間を経過しているか否かを判断する（ステップＳ４７）。ステップＳ４７で、モータ４４の駆動時間が基準時間を経過していない場合には、ステップＳ４４へ戻る。

また、ステップＳ４７で、モータ４４の駆動時間が基準時間を経過している場合には、制御部２７は、バッテリー３の取手部１４に係合している係合爪部４１を上昇させてから、モータ４４を逆転させて、バッテリー係合部２４をバス２から離れる方向へ退避させる（ステップＳ４８）。すなわち、接続動作完了位置にバッテリー係合部２４が移動するまでの間に、モータ４４の駆動時間が基準時間を経過すると、制御部２７は、バッテリー３の引抜き方向へバッテリー係合部２４を退避させる。なお、本形態では、ステップＳ４８において、バッテリー搭載部２２はバッテリー３の引抜き方向へ退避しないが、ステップＳ４８において、バッテリー搭載部２２がバッテリー３の引抜き方向へ退避しても良い。

その後、制御部２７は、ステップＳ４２で開始した過負荷制御が終了していない場合には、過負荷制御を終了させて（ステップＳ４９）、バッテリー係合部２４によるバッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作が異常終了する。なお、過負荷制御が終了する際には、モータ４４の電流値の閾値が、以下で説明する第２基準電流値から第１基準電流値に切り替わる。

また、ステップＳ４２で過負荷制御が開始されると、図１６に示すように、制御部２７は、モータ４４の負荷に相当するモータ４４の電流値を算出して（ステップＳ５１）、モータ４４の電流値が第２基準電流値を超えているか否かを判断する（ステップＳ５２）。第２基準電流値は、第１基準電流値よりも小さな値である。また、ステップＳ４２において、過負荷制御が開始される際に、モータ４４の電流値の閾値が第１基準電流値から第２基準電流値に切り替わる。なお、実際には、ステップＳ５１では、モータ４４の電流値に所定の定数をかけた値が算出され、ステップＳ５２では、モータ４４の電流値にこの定数をかけた値が、第２基準電流値に同様の定数をかけた値を超えているか否かが判断される。

ステップＳ５２において、モータ４４の電流値が第２基準電流値を超えていない場合には、制御部２７は、バッテリー係合部２４が接続動作完了位置まで移動したか否かを判断する（ステップＳ５３）。ステップＳ５３において、バッテリー係合部２４が接続動作完了位置まで移動していない場合には、ステップＳ５１に戻り、バッテリー係合部２４が接続動作完了位置まで移動している場合には、制御部２７は、過負荷制御を終了する。過負荷制御を終了する際には、モータ４４の電流値の閾値が第２基準電流値から第１基準電流値に切り替わる。

一方、ステップＳ５２において、モータ４４の電流値が第２基準電流値を超えている場合には、制御部２７は、モータ４４の電流値が第２基準電流値を超えている状態の継続時間を計測し（ステップＳ５４）、この継続時間が所定の基準時間を経過しているか否かを判断する（ステップＳ５５）。ステップＳ５５において、この継続時間が基準時間を経過している場合には、制御部２７は、モータ４４を停止させて（ステップＳ５６）、過負荷制御を終了する。一方、ステップＳ５５において、この継続時間が基準時間を経過していない場合には、ステップＳ５３に進む。

なお、ステップＳ５５からステップＳ５３、Ｓ５１、Ｓ５２へ進み、ステップＳ５２で、モータ４４の電流値が第２基準電流値を超えていない場合には、モータ４４の電流値が第２基準電流値を超えている状態の継続時間はリセットされる。一方、ステップＳ５５からステップＳ５３、Ｓ５１、Ｓ５２へ進み、ステップＳ５２で、モータ４４の電流値が第２基準電流値を超えている場合には、モータ４４の電流値が第２基準電流値を超えている状態の継続時間はリセットされずに、ステップＳ５４で、モータ４４の電流値が第２基準電流値を超えている状態の継続時間が加算される。

また、本形態では、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作時において、接続動作開始前のモータ４４の回転速度（すなわち、バッテリー係合部２４の移動速度）は、接続動作開始後のモータ４４の回転速度よりも速くなっている。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態では、制御部２７は、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作時に接続動作が開始されると、接続動作の開始前の第１基準電流値よりも小さい第２基準電流値をモータ４４の電流値が超えた状態で所定の基準時間が経過したときにモータ４４を停止させている。そのため、本形態では、ロック機構９によってバッテリー３をロックする際に、ロック機構９に対してバッテリー３が位置ずれを起こしてロック機構９とバッテリー３とが干渉し、ロボット５等に損傷が生じる程の過負荷がモータ４４にかかったときや、コネクタ１０とコネクタ１６とを接続する際に、コネクタ１０、１６同士が位置ずれを起こして干渉し、ロボット５等に損傷が生じる程の過負荷がモータ４４にかかったときに、モータ４４を停止させることが可能になる。

また、本形態では、接続動作が開始されると、モータ４４の電流値が第２基準電流値を超えても、モータ４４の電流値が第２基準電流値を超えた状態で基準時間が経過するまでは、モータ４４を駆動させている。そのため、本形態では、ロック機構９によってバッテリー３をロックする際や、コネクタ１０とコネクタ１６とを接続する際に、ロボット５等に損傷が生じない程度の短時間の過負荷がモータ４４にかかっても、ロック機構９によってバッテリー３をロックしたり、コネクタ１０とコネクタ１６とを接続したりすることが可能になる。

したがって、本形態では、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み力で作動してバッテリー３をロックする機械式のロック機構９がバッテリー収容部４に設置され、かつ、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み力でコネクタ１０とコネクタ１６とを接続する場合であっても、バッテリー収容部４、バッテリー３およびロボット５の損傷を防止しつつ、ロック機構９によってバッテリー３をロックしたり、コネクタ１０とコネクタ１６とを接続したりすることが可能になる。

本形態では、接続動作の開始前において、モータ４４の電流値が、第２基準電流値よりも大きな第１基準電流値を超えなければモータ４４が停止しない。そのため、本形態では、接続動作の開始前のモータ４４の加減速度を大きくすることが可能になる。したがって、本形態では、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作を開始してから接続動作が開始されるまでのバッテリー３の移動時間を短くすることが可能になる。また、本形態では、接続動作開始前のモータ４４の回転速度が接続動作開始後のモータ４４の回転速度よりも速くなっているため、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作を開始してから接続動作が開始されるまでのバッテリー３の移動時間をより短くすることが可能になる。

本形態では、接続動作開始後のモータ４４の回転速度が接続動作開始前のモータ４４の回転速度よりも遅くなっている。そのため、本形態では、ロック機構９によってバッテリー３をロックする際に、ロック機構９に対してバッテリー３が位置ずれを起こしてロック機構９とバッテリー３とが干渉し、ロボット５等に損傷が生じる程の過負荷がモータ４４にかかったときや、コネクタ１０とコネクタ１６とを接続する際に、コネクタ１０とコネクタ１６とが位置ずれを起こして干渉し、ロボット５等に損傷が生じる程の過負荷がモータ４４にかかったときに、短時間でモータ４４を停止させることが可能になる。したがって、バッテリー収容部４、バッテリー３およびロボット５の損傷を効果的に防止することが可能になる。

本形態では、接続動作開始後、接続動作完了位置にバッテリー係合部２４が移動するまでの間に、接続動作開始後のモータ４４の駆動時間が基準時間を経過すると、制御部２７は、バッテリー３の引抜き方向へバッテリー係合部２４を退避させている。そのため、本形態では、バッテリー収容部４、バッテリー３およびロボット５の損傷を防止することが可能になる。すなわち、接続動作開始後のモータ４４の駆動時間が基準時間を経過しているにもかかわらず、接続動作完了位置までバッテリー係合部２４が移動しない場合には、ロック機構９とバッテリー３との干渉やコネクタ１０とコネクタ１６との干渉等が発生しており、これらの構成に過負荷がかかっていることが想定されるが、本形態では、接続動作完了位置にバッテリー係合部２４が移動するまでの間に、接続動作開始後のモータ４４の駆動時間が基準時間を経過すると、制御部２７が、バッテリー３の引抜き方向へバッテリー係合部２４を退避させているため、これらの構成にかかっている過負荷を取り除いて、バッテリー収容部４、バッテリー３およびロボット５の損傷を防止することが可能になる。

（他の実施の形態）
上述した形態は、本発明の好適な形態の一例ではあるが、これに限定されるものではなく本発明の要旨を変更しない範囲において種々変形実施が可能である。

上述した形態では、ステップＳ４７において、モータ４４の駆動時間が基準時間を経過している場合に、制御部２７は、モータ４４を逆転させて、バッテリー係合部２４をバス２から離れる方向へ退避させている。この他にもたとえば、ステップＳ４７において、モータ４４の駆動時間が基準時間を経過している場合に、制御部２７は、バッテリー係合部２４を停止させても良い。すなわち、ステップＳ４７において、モータ４４の駆動時間が基準時間を経過している場合に、制御部２７は、モータ４４を停止させても良い。

上述した形態では、接続動作開始前において、制御部２７は、モータ４４の電流値が所定の第１基準電流値を超えるとモータ４４を停止させている。この他にもたとえば、制御部２７は、接続動作開始前において、モータ４４の負荷としてモータ４４の電流値以外の負荷の値を測定し、測定されたこの負荷が所定の第１基準値を超えたときにモータ４４を停止させても良い。たとえば、制御部２７は、バッテリー収容部４へのバッテリー３の差込み動作時のバッテリー３と係合爪部４１との接触圧を測定する圧力センサを用いてモータ４４の負荷を測定するとともに、接続動作開始前において、この圧力センサによって測定されたモータ４４の負荷が所定の第１基準値を超えたときにモータ４４を停止させても良い。

また、上述した形態では、制御部２７は、過負荷制御において、モータ４４の電流値が第２基準電流値を超えても、この電流値が第２基準電流値を超えた状態で所定の基準時間が経過するまではモータ４４を駆動させるとともに、モータ４４の電流値が第２基準電流値を超えた状態で基準時間が経過するとモータ４４を停止させているが、制御部２７は、過負荷制御において、モータ４４の負荷としてモータ４４の電流値以外の負荷の値を測定し、測定されたこの負荷が所定の第２基準値を超えてもこの負荷が第２基準値を超えた状態で所定の基準時間が経過するまでモータ４４を駆動させるとともに、この負荷が第２基準値を超えた状態で基準時間が経過したときにモータ４４を停止させても良い。たとえば、制御部２７は、過負荷制御において、上述の圧力センサを用いてモータ４４の負荷を測定し、圧力センサの検出値が所定の第２基準値を超えてもこの検出値が第２基準値を超えた状態で所定の基準時間が経過するまでモータ４４を駆動させるとともに、この検出値が第２基準値を超えた状態で基準時間が経過したときにモータ４４を停止させても良い。

上述した形態では、ロボット５は、バス２に搭載されるバッテリー３を交換するためのロボットであるが、ロボット５は、トラックや自家用車等のバス２以外の車両のバッテリー３を交換するためのロボットであっても良い。

１ バッテリー交換システム
２ バス（車両）
３ バッテリー
４ バッテリー収容部
５ ロボット（バッテリー交換ロボット）
９ ロック機構
１０ コネクタ（収容部側コネクタ）
１６ コネクタ（バッテリー側コネクタ）
１７ バッテリー抜差機構
２２ バッテリー搭載部
２４ バッテリー係合部
２７ 制御部
４４ モータ

Claims (7)

1. 車両に搭載されているバッテリーを交換するためのバッテリー交換ロボットにおいて、
   前記車両に取り付けられるとともに前記バッテリーが収容されるバッテリー収容部からの前記バッテリーの引抜きおよび前記バッテリー収容部への前記バッテリーの差込みを行うバッテリー抜差機構と、前記バッテリー抜差機構を制御する制御部とを備え、
   前記バッテリーは、前記車両と前記バッテリーとを電気的に接続するためのバッテリー側コネクタを備え、
   前記バッテリー収容部は、収容された前記バッテリーをロックするロック機構と、前記バッテリー側コネクタに接続される収容部側コネクタとを備え、
   前記バッテリー抜差機構は、前記バッテリーが搭載されるバッテリー搭載部と、前記バッテリーに係合して前記バッテリーを移動させるバッテリー係合部と、前記バッテリー係合部を駆動するためのモータとを備え、
   前記ロック機構は、前記バッテリー係合部による前記バッテリー収容部への前記バッテリーの差込み力で作動して前記バッテリーをロックする機械式のロック機構であり、
   前記バッテリー側コネクタと前記収容部側コネクタとは、前記バッテリー係合部による前記バッテリー収容部への前記バッテリーの差込み力で接続され、
   前記制御部は、前記バッテリー収容部への前記バッテリーの差込み動作時において、前記ロック機構による前記バッテリーのロックおよび前記バッテリー側コネクタと前記収容部側コネクタとの接続の少なくともいずれか一方が行われる接続動作の開始前は、前記モータの負荷が所定の第１基準値を超えると前記モータを停止させる第１制御によって前記モータを制御し、前記接続動作が開始されると、前記モータの負荷が前記第１基準値よりも小さい第２基準値を超えても前記モータの負荷が前記第２基準値を超えた状態で所定の基準時間が経過するまで前記モータを駆動させるとともに前記モータの負荷が前記第２基準値を超えた状態で前記基準時間が経過すると前記モータを停止させる第２制御によって前記モータを制御することを特徴とするバッテリー交換ロボット。
2. 前記第１制御は、前記モータの電流値が前記第１基準値である第１基準電流値を超えると前記モータを停止させる電流制御であり、
   前記第２制御は、前記モータの電流値が前記第２基準値である第２基準電流値を超えても前記モータの電流値が前記第２基準電流値を超えた状態で前記基準時間が経過するまで前記モータを駆動させるとともに、前記モータの電流値が前記第２基準電流値を超えた状態で前記基準時間が経過すると前記モータを停止させる電流制御であることを特徴とする請求項１記載のバッテリー交換ロボット。
3. 前記ロック機構による前記バッテリーのロックが開始されるロック開始位置、および、前記バッテリー側コネクタと前記収容部側コネクタとの接続が開始されるコネクタ接続開始位置の少なくともいずれか一方まで前記バッテリー係合部が移動すると、前記接続動作が開始されることを特徴とする請求項１または２記載のバッテリー交換ロボット。
4. 前記接続動作開始前の前記モータの回転速度は、前記接続動作開始後の前記モータの回転速度よりも速くなってい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バッテリー交換ロボット。
5. 前記制御部は、前記接続動作が開始されると、前記接続動作開始後の前記モータの駆動時間の計測を開始し、前記ロック機構による前記バッテリーのロックおよび前記バッテリー側コネクタと前記収容部側コネクタとの接続が完了する接続動作完了位置に前記バッテリー係合部が移動するまでの間に、前記接続動作開始後の前記モータの駆動時間が所定時間を経過すると、前記バッテリーの引抜き方向へ前記バッテリー係合部を退避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バッテリー交換ロボット。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のバッテリー交換ロボットと、前記バッテリー収容部とを備えることを特徴とするバッテリー交換システム。
7. 車両に取り付けられるとともにバッテリーが収容されるバッテリー収容部からの前記バッテリーの引抜きおよび前記バッテリー収容部への前記バッテリーの差込みを行うバッテリー抜差機構を備え、前記バッテリーは、前記車両と前記バッテリーとを電気的に接続するためのバッテリー側コネクタを備え、前記バッテリー収容部は、収容された前記バッテリーをロックするロック機構と、前記バッテリー側コネクタに接続される収容部側コネクタとを備え、前記バッテリー抜差機構は、前記バッテリーが搭載されるバッテリー搭載部と、前記バッテリーに係合して前記バッテリーを移動させるバッテリー係合部と、前記バッテリー係合部を駆動するためのモータとを備え、前記ロック機構は、前記バッテリー係合部による前記バッテリー収容部への前記バッテリーの差込み力で作動して前記バッテリーをロックする機械式のロック機構であり、前記バッテリー側コネクタと前記収容部側コネクタとは、前記バッテリー係合部による前記バッテリー収容部への前記バッテリーの差込み力で接続されるバッテリー交換ロボットの制御方法であって、
   前記バッテリー収容部への前記バッテリーの差込み動作時において、前記ロック機構による前記バッテリーのロックおよび前記バッテリー側コネクタと前記収容部側コネクタとの接続の少なくともいずれか一方が行われる接続動作の開始前は、前記モータの負荷が所定の第１基準値を超えると前記モータを停止させ、
   前記接続動作が開始されると、前記モータの負荷が前記第１基準値よりも小さい第２基準値を超えても前記モータの負荷が前記第２基準値を超えた状態で所定の基準時間が経過するまで前記モータを駆動させるとともに、前記モータの負荷が前記第２基準値を超えた状態で前記基準時間が経過すると前記モータを停止させることを特徴とするバッテリー交換ロボットの制御方法。

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