JP2021097452A - 充電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体に余分な応力を作用させることなく、移動体を確実に充電し得る充電装置を提案する。【解決手段】車輪を回転駆動して移動する移動体を充電する充電装置において、充電時に移動体が乗り上げる床機構部と、移動体が床機構部上の充電位置にまで進行してきたときに、移動体の所定位置に設けられた受電用接続部と接続されるように所定位置に配置された送電用接続部とを有し、床機構部は、移動体と接触することで当該移動体の進行方向をガイドするガイド機構と、床機構部の床面を形成し、ガイド機構にガイドされて床機構部上を充電位置に向けて進行する移動体の進行方向と垂直な方向の成分を含む第１の方向に移動自在に配設された可動部とを設けるようにした。【選択図】 図２

Description

本発明は充電装置に関し、例えば、移動用の車輪を回転駆動して移動する移動ロボット用の充電装置に適用して好適なものである。

近年、ビル内での案内、受付、警備又は巡回などの各種サービスを提供するサービスロボットが数多く実用化されている。この種のサービスロボットは、人との共存空間で使用することを想定したロボットであり、この種のサービスロボットを用いることでコストの低減や作業効率の向上が期待されている。

一方で、サービスロボットが人的労働力の代わりとして物理的な作業を達成するためには、サービスを継続的に提供できることが求められており、サービスロボットを継続的に稼働させることが課題となる。これを実現するためには、サービスロボットを定期的かつ確実に充電する必要がある。

この点について、例えば特許文献１には、自走式ロボットの受電端子と給電端子とを確実に接続して充電を行うことができるロボットの充電装置が開示されている。この自走式ロボットの充電装置は、左右方向に移動可能な稼動部材と、この稼動部材と一体的に左右方向に移動する給電端子とを備え、さらに、稼動部材は左右方向に対して傾斜する２つの案内部を備えている。これにより、受電部のローラが案内部に接触した状態で装着方向へ移動すると、それに伴って、稼動部材が左右方向に移動し、給電端子が受電端子と接続可能な位置に調整されることで、確実な充電を可能としている。

特開２００７−３１２４５０号公報

しかしながら、特許文献１に開示された充電装置によると、給電端子を左右方向に移動することで給電端子と受電端子が接続可能な位置に調整されるが、給電端子を左右方向に移動させる水平方向の力がロボットに加わるため、ロボットの各関節に余分な応力が加わり、場合によってはロボットに損傷を生じさせるおそれがあった。

また、かかる充電装置では、受電部のローラが案内部に接触した際、反作用の力によりロボットの進行方向が変わり、給電端子と受電端子の位置にずれが生じ、うまく給電端子が受電端子と接続できない可能性もあった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、車輪を回転駆動して移動する移動体に余分な応力を作用させることなく、移動体を確実に充電し得る充電装置を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、車輪を回転駆動して移動する移動体を充電する充電装置において、充電時に前記移動体が乗り上げる床機構部と、前記移動体が前記床機構部上の充電位置にまで進行してきたときに、前記移動体の所定位置に設けられた受電用接続部と接続されるように所定位置に配置された送電用接続部とを設け、前記床機構部が、前記移動体と接触することで当該移動体の進行方向をガイドするガイド機構と、前記床機構部の床面を形成し、前記ガイド機構にガイドされて前記床機構部上を前記充電位置に向けて進行する前記移動体の進行方向と垂直な方向の成分を含む第１の方向に移動自在に配設された可動部とを備えるようにした。

本発明の充電装置によれば、移動体がガイド機構と接触して進行方向をガイドされる際に当該ガイド機構から反作用力が与えられた場合においても、移動体が可動部と一体に第１の方向に移動するため、移動体に余分な応力を生じさせることなく移動体を床機構部上の所定位置に位置決めすることができる。

本発明によれば、車輪を回転駆動して移動する移動体に余分な応力を作用させることなく、移動体を確実に充電し得る充電装置を実現できる。

（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施の形態による移動ロボットの外観構成を示す正面図、側面図及び背面図である。 本実施の形態による充電装置の全体構成を示す斜視図である。 移動ロボットが充電装置から給電されているときの移動ロボット及び充電装置の位置関係を示す斜視図である。 床機構部の一部構成を示す分解斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、床機構部の可動板の動きの説明に供する上面図である。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）本実施の形態による移動ロボット及び充電装置の構成
図１において、１は全体として本実施の形態による移動ロボットを示す。この移動ロボット１は、人の外形形状を模したヒューマノイド型のロボット装置であり、胴体部２の上部に取り付けられた頭部３と、胴体部２の左右側面の上端部にそれぞれ取り付けられた腕部４と、胴体部２の下端部の左右両側にそれぞれ取り付けられた脚部５とを備えて構成される。

各脚部５の下端には、それぞれピッチ方向に回転自在に軸支された移動用車輪６と、同じくピッチ方向に回転自在に軸支された補助用車輪７とが矢印ｘで示す前方向及びこれと逆の後ろ方向に並ぶように配置されている。

また各脚部５の内部には、それぞれ移動用車輪６を回転駆動させるためのモータ等の図示しないアクチュエータ（以下、これを移動用アクチュエータと呼ぶ）が収納されており、これらの移動用アクチュエータを駆動して移動用車輪６を回転駆動させることにより、移動ロボット１を前後方向に移動させたり、矢印ｙで示す右方向及びこれと逆の左方向に旋回させることができるようになされている。

このため各脚部５には、それぞれ脛部５Ａの内側にバッテリ８が配設されており、これらのバッテリ８から移動用アクチュエータに対して駆動電力を供給し得るようになされている。なお、バッテリ８の出力電力は、移動ロボット内の他の電気部品や電子部品に対しても駆動電力として供給される。

図２は、かかる移動ロボット１用の充電装置１０を示す。この充電装置１０は、設置先の床面上に載置される床機構部１１と、当該床機構部１１に対してほぼ垂直に（矢印ｚで示す上方向及びこれと逆の下方向とほぼ平行に）立設された背面機構部１２とを備え、これら床機構部１１及び背面機構部１２がフレーム１３により一体化されて構成されている。

背面機構部１２は、フレーム１３により床機構部１１に対してほぼ垂直に支持された背面板２０を有し、当該背面板２０の表面側に所定構造の雄型コネクタから構成される送電用接続部２１が配設されている。送電用接続部２１は、図１（Ｃ）のように移動ロボット１の胴体部２の背面に設けられた所定構造の雌型コネクタから構成される受電用接続部９に対応させて、図３のように移動ロボット１が床機構部１１上の左右方向の中央位置に位置した状態のときに当該受電用接続部９と嵌め合わされるように配置されている。

これにより、移動ロボット１が背面板２０に対して胴体部２の背面を向けて床機構部１１の左右方向の中央位置に位置決めした状態で後退することで、充電装置１０の送電用接続部２１が移動ロボット１の受電用接続部９に嵌り込み、送電用接続部２１及び受電用接続部９が物理的及び電気的に接続されて、充電装置１０から移動ロボット１に対して充電電力を供給し得るようになされている。

このため移動ロボット１には、バッテリ８の出力電圧が所定の閾値以下となった場合に、充電装置１０に戻って、上述のようにして送電用接続部２１及び受電用接続部９を物理的及び電気的に接続させることでバッテリ８を自動充電する自動充電機能が搭載されており、これにより移動ロボット１がサービスを継続的に提供し得るようになされている。

床機構部１１は、図４に示すように、フレーム１３に固定され、設置先の床面に対して固定された位置に配置される矩形状の固定板３０を有し、当該固定板３０の前方向の先端部にスロープ板３１が取り付けられている。また固定板３０の上面側には、それぞれ前後方向と平行な軸の回りに回転自在に配置された複数のローラを有する一対のフラットローラ３２が左右方向と平行に配設されている。

さらに各フラットローラ３２の上側には、フラットローラ３２とほぼ同じ大きさ及び形状の平板状の保護板３３がそれぞれ配設されると共に、これらの保護板３３と、固定板３０の上面とを一体に覆うように、充電装置１０における床機構部１１の床面を形成する平板状の可動板３４が配置されている。

この場合、可動板３４は、左右方向の幅が固定板３０の左右方向の幅よりも短い矩形状に形成されており、これにより可動板３４が、フレーム１３等に邪魔されることなく、フラットローラ３２上を保護板３３と一体に滑らかに左右方向にスライド移動し得るようになされている。

また可動板３４の後端部は、図５（Ａ）に示すように、２本のコイルばね３５を介して固定板３０の後端部と連結されている。この場合、各コイルばね３５は、図５（Ａ）に示すように、それぞれ可動板３４の左右方向の中央と、固定板３０の左右方向の中央とが一致する位置（以下、これを基準位置と呼ぶ）に可動板３４が位置しているときに伸張していない自然長の状態にあるように可動板３４及び固定板３０間に架け渡されている。

かくして可動板３４が図５（Ａ）のように基準位置に位置した状態から図５（Ｂ）のように左方向にスライド移動（変位）したり、図５（Ｃ）のように右方向にスライド移動（変位）した場合に、コイルばね３５が伸びて可動板３４を固定板３０上の左右方向の中央位置に戻すように付勢することにより、このコイルばね３５の付勢力によって可動板３４を常に基準位置に戻すことができるようになされている。

さらに図２及び図４に示すように、固定板３０の左右両側には、固定板３０の上面における可動板３４により覆われない部分（可動板３４の左右方向の移動により露出する固定板３０の左右の端部を含む）を覆い隠すためのカバー３６が可動板３４の左右方向のスライド移動を妨げないようにそれぞれ取り付けられており、これにより可動板３４に覆われていない固定板３０の上面部分に埃が堆積するなどして可動板３４の左右方向のスライド移動が妨げられるのを未然に防止し得るようになされている。

一方、図２に示すように、可動板３４の上方には、それぞれ後部が左右方向と平行に配置された一対の棒状ガイド部材３７から構成される第１のガイド機構３８が設けられている。この場合、各棒状ガイド部材３７は、それぞれ長さ方向の中央部近傍で前部３７Ｂを外側方向（右側の棒状ガイド部材３７は右側方向、左側の棒状ガイド部材３７は左側方向）にそれぞれ屈曲できるように形成されている。

そして各棒状ガイド部材３７は、後部３７Ａが可動板３４の上方に浮かんだ状態で位置するように、それぞれ後部３７Ａの後端側が背面機構部１２の背面板２０に固定されると共に、前部３７Ｂ及び後部３７Ａの接続部３７Ｃが固定板３０に固定されている。これにより第１のガイド機構３８が可動板３４の左右方向のスライド移動を邪魔するのを未然に防止し得るようになされている。

また各棒状ガイド部材３７は、移動ロボット１の一方の移動用車輪６（図１）の側面カバーの外側表面から他方の移動用車輪６の側面カバーの外側表面までの距離よりも極僅かに離反し、かつこれら各棒状ガイド部材３７間の左右方向の中央が固定板３０の左右方向の中央と一致するように配設されている。

これにより移動ロボット１が充電のために後ろ向きで充電装置１０に進行して床機構部１１に乗り上げる際、移動ロボット１の位置が固定板３０の左右方向の中央からずれている場合には、移動ロボット１の左右のいずれか一方の脚部５の補助用車輪７（図１）及び又は移動用車輪６の外側面や、これら補助用車輪７及び又は移動用車輪６の側面カバーの外側部分が、一方の棒状ガイド部材３７の側面と接触することで、移動ロボット１が固定板３０上の左右方向の中央位置に向けて後退するように、移動ロボット１の後退方向を第１のガイド機構３８によりガイドし得るようになされている。

他方、固定板３０の左右方向の中央上方には、全体として板状に形成された第１のガイド部３９と、当該第１のガイド部３９上に形成された第２のガイド部４０とから構成される第２のガイド機構４１が前後方向と平行に配置されている。

この第２のガイド機構４１は、図２からも明らかなように、可動板３４の上方に浮かんだ状態に位置するように、第１のガイド部３９の前端部がスロープ板３１に固定されると共に、第１のガイド部３９の後端部が連結部材４２を介して背面機構部１２の背面板２０に固定されている。これにより第２のガイド機構４１が可動板３４の左右方向のスライド移動を邪魔するのを未然に防止し得るようになされている。

この場合、第１のガイド部３９は、前方向の先端部が船首形状に形成されており、その上面から可動板３４の上面までの高さが、移動ロボット１の補助用車輪７（図１）の最下点から脛部５Ａの内側の下端点までの高さよりも低くなるように厚みが選定されている。

これにより移動ロボット１が充電のために後ろ向きで可動板３４上に進行して床機構部１１に乗り上げる際に、移動ロボット１の位置が固定板３０の左右方向の中央からずれている場合に、移動ロボット１の左右のいずれか一方の脚部５の補助用車輪７の内側面が第１のガイド部３９の周端面と当接することで、移動ロボット１が固定板３０上の左右方向の中央位置に向けて後退するように、移動ロボット１の後退方向を第１のガイド部３９によりガイドし得るようになされている。

また第２のガイド部４０は、前方向の先端部が船首形状に形成されると共に、後端部が長方形状に形成されており、長方形状に形成された後端部の横幅（左右方向の長さ）が移動ロボット１の左右の脚部５における脛部５Ａの内側の間隔よりも極僅かに短い長さに選定されている。

これにより移動ロボット１が充電のために後ろ向きで可動板３４上を進行して床機構部１１に乗り上げた状態で移動ロボット１の位置が固定板３０の左右方向の中央からずれている場合に、移動ロボット１の左右のいずれか一方の脚部５の脛部５Ａの内側面が第２のガイド部４０の周側面と当接することで、移動ロボット１が固定板３０上の左右方向の中央位置に向けて後退するように、移動ロボット１の後退方向を第２のガイド部４０によりガイドし得るようになされている。

（２）本実施の形態の効果
以上の構成を有する本実施の形態の充電装置１０では、移動ロボット１が充電のために充電装置１０の背面板２０に背を向けて進行（後退）して床機構部１１の可動板３４に乗り上げる際、移動ロボット１の位置が固定板３０の左右方向の中央からずれている場合には、まず、移動ロボット１の補助用車輪７やその周辺のカバーが第１のガイド機構３８のいずれか一方の棒状ガイド部材３７の前部３７Ｂと接触することにより、床機構部１１の左右方向の中央に向けて進行するよう移動ロボット１の進行方向が補正される。

また、この後、移動ロボット１が固定板３０の左右方向の中央からずれた状態でさらに後退すると、移動ロボット１の補助用車輪７や移動用車輪６又はその周辺のカバーが第２のガイド機構材の第１のガイド部３９の周側面や第１のガイド機構３８の棒状ガイド部材３７の後部３７Ａと接触することにより、床機構部１１の左右方向の中央に向けて進行するよう移動ロボット１の進行方向がさらに補正される。

そして、この後、移動ロボット１の各脚部５の移動用車輪６及び補助用車輪７の双方が床機構部１１の可動板３４上に完全に乗り上げた状態でさらに後退すると、第２のガイド機構４１の第２のガイド部４０が移動ロボット１の脚部５の脛部５Ａの内側に入り込むことで移動ロボット１の床機構部１１上の位置決めが行われ、この状態で移動ロボット１がさらに後退することにより、充電装置１０の送電用接続部２１が移動ロボット１の受電用接続部９に嵌り込む。

このような床機構部１１上の移動ロボットの後退過程において、移動ロボット１は第１のガイド機構３８の棒状ガイド部材３７や第２のガイド機構４１の第１のガイド部３９及び又は第２のガイド部４０と接触して左右方向の反作用力を受けるが、この際、床機構部１１の可動板３４がその反作用力によって移動ロボット１と一体となって左右方向に移動するため、移動ロボット１の脚部５に余分な応力を生じさせることなく移動ロボット１を床機構部１１上の充電位置に位置決めすることができる。よって、かかる応力に起因して移動ロボット１に損傷等が発生することを未然かつ確実に防止しながら、移動ロボット１の充電を確実に行い得る充電装置を実現することができる。

また本実施の形態の充電装置１０では、可動板３４がその左右方向の中央と、固定板３０の左右方向の中央とが一致する基準位置から変位した場合にコイルばね３５が可動板３４を基準位置に戻すように付勢するため、例えば、可動板３４が左右方向の端部に位置しているために移動ロボット１が左右方向にそれ以上移動できず、移動ロボット１の受電用接続部９と充電装置１０の送電用接続部２１とを嵌め合わせることができないという事態が発生するのを未然にかつ確実に防止することができる。

（３）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、本発明を移動ロボット１に適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他自動車などの車輪駆動により前後方向に移動する各種移動体の充電装置に本発明を広く適用することができる。

また上述の実施の形態においては、移動ロボット１をヒューマノイド型に形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、この他種々の構成の車輪移動型のロボット装置に本発明を広く適用することができる。

さらに上述の実施の形態においては、第１のガイド機構３８を２つの棒状ガイド部材３７により形成し、第２のガイド機構４１を舟形形状の第１及び第２のガイド部３９，４０により形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これら第１及び第２のガイド機構３８，４１の構成としては、この他種々の構成を広く適用することができる。

さらに上述の実施の形態においては、移動ロボット１の受電用接続部９を雌型、充電装置１０の送電用接続部２１を雄型とするようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、移動ロボット１の受電用接続部９を雄型、充電装置１０の送電用接続部２１を雌型とするようにしてもよい。

さらに上述の実施の形態においては、床機構部１１の床面を形成し、第１及び第２のガイド機構３８，４１にガイドされて床機構部１１上を所定の充電位置に向けて進行する移動ロボット１の進行方向と垂直な方向に移動自在に配置された可動部を板状形状の可動板３４により構成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、かかる可動部の構成としては、この他種々の構成を広く適用することができる。

同様に、上述の実施の形態においては、設置先の床面に対して固定された位置に配置される固定部を板状に形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、かかる固定部の構成としては、この他種々の構成を広く適用することができる。

さらに上述の実施の形態においては、固定部上に配置され、左右方向と垂直な軸の回りに回転自在に軸支された１又は複数のローラを有するローラ部材としてフラットローラ３２を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、かかるローラ部材としてこの他種々のローラ部材を広く適用することができる。

さらに上述の実施の形態においては、可動板３４が基準位置から左右方向に変位したときに、当該可動板３４を基準位置に戻すように付勢する付勢部としてコイルばね３５を適用するようにした場合について述べが、本発明はこれに限らず、かかる付勢部として、例えばスポンジやゴム、板ばねなどのこの他種々の構成の部材を広く適用することができる。

さらに上述の実施の形態においては、可動板３４が左右方向にのみスライド移動できるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、可動板３４の移動方向は左右方向に限られず、例えば斜め右方向や左方向など、左右方向の成分を含む方向に可動板３４が移動できるようにしても実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本発明は、車輪を回転駆動して移動する移動体を充電する種々の充電装置に広く適用することができる。

１……移動ロボット、５……脚部、５Ａ……脛部、６……移動用車輪、７……補助用車輪、９……受電用接続部、１０……充電装置、１１……床機構部、１２……背面機構部、２１……送電用接続部、３０……固定板、３１……スロープ板、３２……フラットローラ、３３……保護板、３４……可動板、３５……コイルばね、３６……カバー、３７……棒状ガイド部材、３８……第１のガイド機構、３９……第１のガイド部、４０……第２のガイド部、４１……第２のガイド機構。

Claims (4)

1. 車輪を回転駆動して移動する移動体を充電する充電装置において、
   充電時に前記移動体が乗り上げる床機構部と、
   前記移動体が前記床機構部上の充電位置にまで進行してきたときに、前記移動体の所定位置に設けられた受電用接続部と接続されるように所定位置に配置された送電用接続部と
   を有し、
   前記床機構部は、
   前記移動体と接触することで当該移動体の進行方向をガイドするガイド機構と、
   前記床機構部の床面を形成し、前記ガイド機構にガイドされて前記床機構部上を前記充電位置に向けて進行する前記移動体の進行方向と垂直な方向の成分を含む第１の方向に移動自在に配設された可動部と
   を備えることを特徴とする充電装置。
2. 前記床機構部は、
   前記可動部が基準位置から前記第１の方向に変位したときに、当該可動部を前記基準位置に戻すように付勢する付勢部をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
3. 前記床機構部は、
   設置先の床面に対して固定された位置に配置される固定部と、
   前記固定部上に配置され、前記第１の方向と垂直な軸の回りに回転自在に軸支された１又は複数のローラを有するローラ部材と
   を備え、
   前記可動板は、前記ローラ部材上に載せられ、
   前記付勢部は、前記固定板及び前記可動板間に架け渡されたコイルばねである
   ことを特徴とする請求項２に記載の充電装置。
4. 前記固定部の上面における前記可動部により覆われない前記第１の方向の端部をそれぞれ覆い隠すように、かつ前記可動部の前記第１の方向の移動を妨げないように前記固定部に取り付けられた一対のカバーをさらに備える
   ことを特徴とする請求項３に記載の充電装置。

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