JP2021132524A - 充電ステーション及び充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】充電ステーションにおいて、通常時に移動体の転倒や位置ずれが生じないようにしつつ、異常時に移動体を手動充電可能にする。【解決手段】充電ステーション１は、自律移動体３を充電するためのものである。充電ステーション１は、充電部１１と、プレート部１３とを備えている。充電部１１は、給電端子１５を有する。プレート部１３は、自律充電時に自律移動体３が乗り上げるものであり、硬質である。充電部１１は、プレート部１３上に、取り外し機構２１によって、上下方向に取り外し可能であるが水平に相対変位不可に接続されている。【選択図】図４

Description

本発明は、充電ステーション及び充電システム、特に自律移動する移動体を充電する充電ステーション及び充電システムに関する。

家庭用又は商業用を問わずに、自律的に走行可能なロボットと、当該ロボットのバッテリを充電するための充電ステーションなどの目標物と、を備えた自律走行車システムが知られている（例えば、特許文献１を参照）。ロボットは、定期的に又は必要に応じて充電ステーションまで移動して、自動的に充電される。
充電ステーションはロボットを使用するエリアに固定設置されることが多い。そして、充電ステーションは、ロボットや人の接触によって転倒や位置ずれが起こらないような大型又は大重量のものになっている。

特開２０１７−０４９９３３号公報

上記のような大型又は大重量の充電ステーションの場合、ロボットが充電ステーション以外の場所でバッテリ切れを起こしたときに、充電ステーションをロボットまで運ぶのは困難である。
一方で、商業用に使用されている自律移動を行うロボット、例えば案内ロボットや搬送ロボットでは、家庭用ロボット掃除機などに比べ大型で重量も大きいため、ロボットを充電ステーションまで運ぶことも困難である。
そこで、持ち運び可能な予備充電器を新たに設けることが考えられるが、それは煩雑でありコストも上昇する。

本発明の目的は、充電ステーションにおいて、通常時に移動体の転倒や位置ずれが生じないようにしつつ、異常時に移動体を手動充電可能にすることである。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係る充電ステーションは、移動体を充電するためのものである。充電ステーションは、充電部と、プレート部とを備えている。
充電部は、給電端子を有する。
プレート部は、自律充電時に移動体が乗り上げるものであり、硬質である。
充電部は、プレート部上に、接続部によって、上下方向に取り外し可能であるが水平に相対変位不可に接続されている。
この充電ステーションでは、硬質のプレート部と充電部とが分離可能に接続されている。
プレート部が硬質であるので、移動体の自律充電時には移動体の転倒や位置ずれが生じにくい。
また、充電部がプレート部から分離可能であるので、移動体がプレート部から離れた場所で電池切れを起こしたときに、充電部を移動体まで運ぶことで、簡単に充電作業ができる。

充電部の重量は１０ｋｇ以下であってもよい。
この充電ステーションでは、充電部の持ち運びが容易である。

充電部において、充電端子が設けられている面に交差する水平方向の長さは、１５０ｍｍ以下であってもよい。
この充電ステーションでは、充電部を壁の近傍に設置した場合に、人が壁沿いを歩いても、充電部に足を引っかけることがない。

充電ステーションは、プレート部の裏面に設けられた摩擦部材をさらに備えていてもよい。
この充電ステーションでは、プレート部の位置ずれが防止される。なお、摩擦部材の材料は、特に限定されず、ゴムシート、スポンジ、コルクでもよい。また、摩擦部材は、プレート部の全面に対応していてもよいし、部分的に対応していてもよい。
充電ステーションは、マークをさらに備えていてもよい。マークは、プレート部に設けられ、移動体が給電端子に接続されているときの移動体の外枠位置を示してもよい。
この充電ステーションでは、充電ステーションのプレート部に移動体の外枠位置を示すマークが設けられているので、作業者が手動によって移動体を充電ステーションにドッキングするときに、作業者は、操作正面からは給電端子を目視できなかったとしても、移動体をマークに合わせることで容易にドッキングを達成できる。

本発明の他の見地に係る充電システムは、上述の充電ステーションと、上述の移動体とを備えている。
充電部は、給電端子に電力を供給する充電回路と、充電回路をオンオフする充電回路スイッチと、をさらに有している。
移動体は、受電端子と、充電回路起動突起とを有している。
移動体が給電端子に近づいて接触する際、給電端子と受電端子が接触し、その後に充電回路起動突起が充電回路スイッチをオンにする。
この充電システムでは、移動体が充電ステーションに接近すると、最初に移動体の受電端子が給電端子に接触する。このとき、充電回路スイッチはオフである。さらに移動体が充電ステーションに接近すると、移動体の充電回路起動突起が、充電回路スイッチをオンにする。この結果、電力が、充電回路から給電端子を通じて移動体の受電端子に供給される。以上の場合、受電端子と給電端子が接触している状態で給電が開始されるので、アーク発生等の不具合が生じにくい。
このようにして、充電部を可搬型とした場合に、移動体側での充電制御が不要になる。

本発明に係る充電ステーションでは、通常時に移動体の転倒や位置ずれが生じず、かつ、異常時に移動体を手動充電可能になる。

自律走行車システムの構成を示す図。 自律移動体の構成を示す図。 自律移動体の制御部の構成を示す図。 充電ステーションの斜視図。 充電ステーションの部分斜視図。 充電ステーションと自律移動体の充電構造を示す模式図。 充電ステーションと自律移動体の充電構造を示す詳細模式図。 自律移動体が充電ステーションにドッキングする動作を示す模式的平面図。 自律移動体が充電ステーションにドッキングする動作を示す模式的平面図。 自律移動体が充電ステーションにドッキングする動作を示す模式的平面図。 自律移動体が充電ステーションにドッキングする動作を示す模式的平面図。 充電ステーションと自律移動体の充電構造を示す詳細模式図。 充電ステーションと自律移動体の充電構造を示す詳細模式図。 第２実施形態の充電ステーションの斜視図。

１．第１実施形態
（１）自律走行車システムの全体構成
図１を用いて、第１実施形態に係る自律走行車システム１００の全体構成を説明する。図１は、自律走行車システムの構成を示す図である。
自律走行車システム１００は、充電ステーション１（充電ステーションの一例）を備える。充電ステーション１は、自律走行車システム１００の自律移動体３（後述）が移動する移動平面ＭＳを形成する１つの壁Ｗの近傍に配置されている。充電ステーション１は、自律移動体３に備わるバッテリ３５（後述）を充電するための充電器として機能する。

自律走行車システム１００は、自律移動体３（移動体の一例）を有している。自律移動体３は、自身の周囲に存在する移動平面ＭＳ上の物体Ｏ（例えば、移動平面ＭＳに設けられた柱、壁、商品などを載置する棚、移動平面ＭＳを移動する他の移動物（他の移動体や、人間、動物など））の形状に関する情報を取得し、当該取得した物体Ｏの形状に関する情報に基づいて、移動平面ＭＳを自律的に移動する。

自律移動体３は、例えば、自律移動体３が通過すべき複数の移動平面ＭＳ上の位置に関する情報（通過目標点）を記憶したデータ（走行スケジュールと呼ぶ）に従って任意の走行経路を自律的に移動可能である。自律移動体３が任意の走行経路を自律的に移動する走行モードを「第１走行モード」と呼ぶことにする。走行スケジュールにおいて、走行経路の開始位置を特に「自律走行開始位置」と呼び、終了位置を特に「自律走行終了位置」と呼ぶ。
第１走行モードの実行時において、自律移動体３の走行制御部３４４（後述）が上記の走行スケジュールに記憶された移動平面ＭＳ上の各位置を通過するように走行部３２（後述）を制御することによって、自律移動体３（本体部３１）は、走行スケジュールに示された走行経路を自律的に再現走行できる。

一方、自律移動体３のバッテリ３５の充電を行う必要があると判断された場合、又は、上記の第１走行モードの実行後に、自律移動体３は充電ステーション１へと自律的に移動する。自律移動体３が充電ステーション１へと自律的に移動する走行モードを「第２走行モード」と呼ぶことにする。
上記の第２走行モードは、自律移動体３が充電ステーション１近傍の所定の位置（第２走行モード開始位置と呼ぶことにする）に到達したとき開始される。すなわち、第２走行モードは、自律移動体３が第２走行モード開始位置から充電ステーション１まで自律的に移動する走行モードである。
自律走行車システム１００において、上記のように自律移動体３が第１走行モードと第２走行モードとを実行可能であることにより、自律移動体３は、移動平面ＭＳ上の任意の位置から充電ステーション１へと確実に自律的に移動できる。

（２）自律移動体の構成
（２−１）全体構成
図２を用いて、自律移動体３の構成の詳細を説明する。図２は、自律移動体の構成を示す図である。
最初に、自律移動体３の全体構成を説明する。自律移動体３は、本体部３１を有する。本体部３１は、自律移動体３の本体を構成する筐体である。
自律移動体３は、走行部３２を有する。図２に示すように、走行部３２は、例えば、本体部３１の内底面の略中央部に配置される。走行部３２は、自律移動体３の本体部３１を移動させる。具体的には、走行部３２は、進行動作と回転動作により本体部３１を移動させる。進行動作は、本体部３１を前後方向（図２）へ進行させる動作である。回転動作は、姿勢角θ（後述）を変化させて本体部３１の向き（姿勢）を変化させる動作である。

自律移動体３は、レーザレンジセンサ３３を有する。レーザレンジセンサ３３は、例えば、レーザ発振器によりパルス発振されたレーザ光を物体Ｏに放射状に照射し、物体Ｏから反射した反射光をレーザ受信器により受信するレーザレンジファインダ（ＬＲＦ：Ｌａｓｅｒ Ｒａｎｇｅ Ｆｉｎｄｅｒ）である。
レーザレンジセンサ３３は、本体部３１の前後方向を定める軸である前後軸（図２）上において本体部３１の前部分に配置されている。
レーザレンジセンサ３３は、本体部３１の前進方向（図２）に対して左右方向にレーザ光を放射状に発生する。本実施形態において、レーザレンジセンサ３３は、レーザレンジセンサ３３を中心とした、上記の前進方向に延びる半径２０ｍ程度の円内に含まれる物体Ｏから反射された反射光を受信する。

自律移動体３は、制御部３４を有する。制御部３４は、本体部３１に設置されている。制御部３４は、ＣＰＵ、記憶装置（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、ＳＳＤなどのデータを記憶する装置）、無線及び／又は有線にて外部の端末などと通信するインターフェース、Ａ／Ｄ及び／又はＤ／Ａコンバータなどの各種インターフェース、を有するコンピュータシステムである。また、制御部３４は、走行部３２のモータ３２１ａ、３２１ｂ（後述）を制御する駆動電力を供給するモータドライバである。
制御部３４は、自律移動体３における各種情報処理及び走行部３２の制御を実行する。具体的には、制御部３４は、上記のレーザレンジセンサ３３から反射光の受信信号を入力し、当該受信信号を情報処理する。また、制御部３４は、バッテリ３５（後述）から供給された電力（電圧及び／又は電流）を用いて、走行部３２のモータ３２１ａ、３２１ｂに供給する駆動電力を発生する。これにより、制御部３４は、モータ３２１ａ、３２１ｂの回転量やトルクなどを制御できる。
さらに、制御部３４は、コントローラなどの入力装置による操作者の操作を、無線及び／又は有線にて受け付け、当該操作に基づいて駆動電力を制御してもよい。これにより、操作者により、自律移動体３を操作できる。

自律移動体３は、バッテリ３５を有する。バッテリ３５は、本体部３１の受電端子３６（後述）の取り付け位置の近傍に設置される。バッテリ３５は、走行部３２を駆動する。具体的には、バッテリ３５は、電力を制御部３４に供給する二次電池であり、例えばリチウムイオンバッテリである。
バッテリ３５は、制御部３４だけでなく、レーザレンジセンサ３３など電力の必要な他の構成要素にも電力を供給してもよい。

自律移動体３は、受電端子３６を有する。受電端子３６は、本体部３１の後端に取り付けられている。受電端子３６は、本体部３１が充電ステーション１に到達した時に、充電ステーション１の給電端子１５と電力伝達可能に接続される。
この実施形態は、給電端子１５が一対の接点であり、受電端子３６は、当該一対の接点に接触可能な一対の接点である。
なお、変形例として、充電ステーション１の給電端子が電気ソケットである場合、受電端子３６は、当該電気ソケットに差し込める電気プラグである。また、給電側が非接触電力伝送可能なコイルなどである場合には、受電側は、変動電磁界を受信して電力を発生できるコイルなどである。
受電端子３６は、電圧調整回路（図示せず）を介して、バッテリ３５に接続されている。

自律移動体３は、補助輪部３７を有していてもよい。補助輪部３７は、２つの補助車輪３７ａ、３７ｂを有する。２つの補助車輪３７ａと３７ｂは、それぞれが独立に回転可能なように本体部３１の後方底部に取り付けられている。
自律移動体３が上記の構成を有することにより、自律移動体３は、自身の周囲に存在する移動平面ＭＳ上の物体Ｏの形状に関する情報に基づいて、移動平面ＭＳを自律的に移動できる。

（２−２）走行部の構成
図２を用いて、自律移動体３の走行部３２の構成を説明する。
走行部３２は、一対のモータ３２１ａ、３２１ｂを有する。一対のモータ３２１ａ、３２１ｂは、本体部３１の底部の中央付近に設置されている。一対のモータ３２１ａ、３２１ｂは、制御部３４から入力した駆動電力に応じた回転数及び／又はトルクを出力回転軸に出力する、ブラシレスモータなどの電動モータである。
走行部３２は、一対の車輪３２３ａ、３２３ｂを有する。一対の車輪３２３ａ、３２３ｂは、それぞれ、移動平面ＭＳの走行面に接するように、モータ３２１ａ及びモータ３２１ｂを介して、本体部３１の底部の中央付近に設置されている。具体的には、一対の車輪３２３ａ、３２３ｂは、それぞれ、モータ３２１ａの出力回転軸及びモータ３２１ｂの出力回転軸に、当該出力回転軸の回転に応じて回転可能に接続されている。これにより、一対の車輪３２３ａ、３２３ｂのそれぞれは、独立に回転速度とトルクとが制御されて回転可能となっている。

走行部３２は、エンコーダ３２５ａ、３２５ｂ（図３）を有する。エンコーダ３２５ａ、３２５ｂのそれぞれは、例えば、モータ３２１ａ及びモータ３２１ｂの出力回転軸に取り付けられているインクリメンタル型のエンコーダである。エンコーダ３２５ａ、３２５ｂは、モータ３２１ａ、３２１ｂの出力回転軸の回転量を、パルス信号のパルス数として制御部３４に出力する。
上記構成により、走行部３２は、制御部３４から入力した駆動電力に基づいて、後述する進行動作と回転動作とを実行し、本体部３１を移動できる。上記のような、独立に回転速度やトルクなどを制御可能な一対の車輪により構成されている走行部３２を、「差動二輪型」の走行部と呼ぶ。

（２−３）制御部の構成
図３を用いて、制御部３４の構成を説明する。図３は、自律移動体の制御部の構成を示す図である。なお、以下に説明する制御部３４の各構成要素の機能の一部は、制御部３４を構成するコンピュータシステムにて動作可能なプログラムとして実現されていてもよい。または、制御部３４の各構成要素の機能の一部は、カスタムＩＣなどにより実現されていてもよい。
制御部３４は、記憶部３４１を有する。記憶部３４１は、制御部３４を構成するコンピュータシステムの記憶装置の記憶領域の一部である。記憶部３４１は、自律移動体３を制御するための各種データを記憶する。

具体的には、記憶部３４１には上記の走行スケジュールが記憶されている。記憶部３４１には、環境地図が記憶されている。環境地図は、移動平面ＭＳ上に存在する物体Ｏの位置に関する情報（移動平面ＭＳ上の物体Ｏの座標値）の集合体である。すなわち、環境地図は、移動平面ＭＳ上の物体Ｏの位置（座標値）を示す地図情報である。後述するように、環境地図は、位置推定部３４３（後述）がローカルマップ（後述）を用いて本体部３１の位置推定を行う際の基準として用いられる。

記憶部３４１には、充電ステーション１に関する情報が記憶されている。具体的には、記憶部３４１には、充電ステーション１のランドマーク２５（後述）の形状に関する情報が、目標物に関する情報として記憶されている。ランドマーク２５の形状に関する情報は、例えば、移動平面ＭＳ上におけるランドマーク２５の存在位置を示す座標値の集合体である。
記憶部３４１には、充電ステーション１のプレート部１３（後述）上における第２走行モード開始領域に関する情報が記憶されている。
その他、記憶部３４１には、自律移動体３及び／又は充電ステーション１に関する各種設定値、及び、制御部３４の各機能を実現するプログラム等が記憶されている。

制御部３４は、センサ制御部３４２を有する。センサ制御部３４２は、レーザレンジセンサ３３を制御する。また、センサ制御部３４２は、物体Ｏの本体部３１からの相対的な位置を算出する。具体的には、レーザレンジセンサ３３からレーザ光を照射したタイミングと、反射光をレーザレンジセンサ３３（レーザ受信器）にて受信したタイミングとの時間差から、レーザレンジセンサ３３と物体Ｏとの距離を算出する。
また、例えば、反射光を受信した時のレーザ受信器の受光面の前後軸を基準とした場合の相対的な角度から、本体部３１から見た物体Ｏが存在する方向を算出する。
センサ制御部３４２は、上記の物体Ｏが存在する相対的な距離と方向に関する情報を、移動平面ＭＳ上の座標値に変換する。物体Ｏの存在位置を移動平面ＭＳ上の座標値で表すことにより、物体Ｏの位置と形状とを、移動平面ＭＳを表す座標平面上に投影できる。

制御部３４は、位置推定部３４３を有する。位置推定部３４３は、本体部３１の移動平面ＭＳ上の位置を推定する。具体的には、位置推定部３４３は、レーザレンジセンサ３３及びセンサ制御部３４２にて取得された本体部３１の周囲に存在する物体Ｏに関する情報（ローカルマップと呼ぶ）と、エンコーダ３２５ａ、３２５ｂから取得したモータ３２１ａ、３２１ｂの回転量と、に基づいて、自律移動体３の位置を推定する。さらに具体的には、例えば、次のようにして、本体部３１の位置を推定する。
まず、エンコーダ３２５ａ、３２５ｂから取得したモータ３２１ａ、３２１ｂの回転量から本体部３１の移動距離と姿勢角変化とを算出する。次に、位置推定部３４３にて前回推定された推定位置に、当該算出した移動距離と姿勢角変化とを加算して、現在の位置を推定する（デッドレコニングによる位置推定）。このとき、車輪３２３ａ、３２３ｂと移動平面ＭＳの走行面との滑り等を考慮して、複数の位置と姿勢角の「候補」を推定しておく。
なお、上記の複数の位置と推定角の「候補」のそれぞれには、本体部３１が当該各「候補」の位置及び姿勢角のそれぞれに到達する確率を関連づけておいてもよい。

次に、上記の複数の位置の「候補」のそれぞれに、当該位置の「候補」における姿勢角に対応する角度だけ傾けたローカルマップを配置する。その後、上記の位置の「候補」に配置されたローカルマップと環境地図とを、例えば、「尤度計算」を実行してマップマッチングし、環境地図と最もマッチしたローカルマップが配置された位置及び姿勢角の「候補」を、本体部３１の最終的な位置及び姿勢角と推定する（マップマッチングによる位置推定）。

制御部３４は、走行制御部３４４を有する。走行制御部３４４は、レーザレンジセンサ３３及びセンサ制御部３４２により取得された物体Ｏの形状に関する情報に基づいて推定された本体部３１の移動平面ＭＳ上の位置及び／又は姿勢角に基づいて、走行部３２を制御する。
例えば、走行制御部３４４は、走行部３２のモータ３２１ａ、３２１ｂのそれぞれの制御量を算出し、当該制御量に基づいた駆動電力をモータ３２１ａ、３２１ｂのそれぞれに出力するモータドライバである。走行制御部３４４は、エンコーダ３２５ａ、３２５ｂから入力したモータ３２１ａ、３２１ｂの単位時間あたりの回転量（回転速度）が、所望の回転速度となるように、モータ３２１ａ、３２１ｂの制御量を算出している（フィードバック制御）。

走行制御部３４４は、第１走行モードと第２走行モードとを実行可能となっている。第１走行モードの実行時においては、走行制御部３４４は、走行スケジュールに示された各通過位置と、位置推定部３４３において推定された現在の本体部３１の位置との差に基づいて、モータ３２１ａ、３２１ｂのそれぞれの制御量を算出して、算出された制御量に基づいた駆動電力を、モータ３２１ａ、３２１ｂのそれぞれに出力する。
これにより、走行制御部３４４は、第１走行モードの実行時においては、本体部３１を、上記の自律走行開始位置から第２走行モード開始領域内の所定の位置まで回転動作及び／又は進行動作によって移動できる。
一方、第２走行モードの実行時においては、走行制御部３４４は、第２走行モードにおいて通過すべき位置（例えば、充電ステーション１の配置位置）と、ランドマーク２５の形状を十分に反映したローカルマップを用いて位置推定部３４３において推定された現在の本体部３１の位置との差に基づいて、モータ３２１ａ、３２１ｂのそれぞれの制御量を算出する。走行制御部３４４は、算出された制御量に基づいた駆動電力を、モータ３２１ａ、３２１ｂのそれぞれに出力する。

制御部３４は、走行スケジュール作成部３４５を有している。走行スケジュール作成部３４５は、走行スケジュールを作成し、記憶部３４１に記憶する。
具体的には、走行スケジュール作成部３４５は、無線又は有線にて自律移動体３と通信可能なコントローラ又はコンピュータシステム、又は、自律移動体３に設けられた操作ハンドル（図示せず）などを用いた操作者の操作を受け付けて、当該操作者の操作を走行制御部３４４に出力する。これにより、自律移動体３は、操作者により操作可能となる。

操作者がコントローラや操作ハンドルを用いて自律移動体３を操作中に、走行スケジュール作成部３４５は、所定の時間間隔毎に、位置推定部３４３において推定された本体部３１の位置及び姿勢角を入力する。その後、走行スケジュール作成部３４５は、位置推定部３４３から入力した位置及び姿勢角と、当該位置及び姿勢角を推定した時刻とを関連づけて走行スケジュールを作成し、当該走行スケジュールを記憶部３４１に記憶する。
制御部３４が上記の走行スケジュール作成部３４５を有することにより、操作者の操作を走行スケジュールとして記憶できる。

（３）充電ステーションの構成
図４〜図６を用いて、充電ステーション１の構成を説明する。図４は、充電ステーションの斜視図である。図５は、充電ステーションの部分斜視図である。図６は、充電ステーションと自律移動体の充電構造を示す模式図である。
充電ステーション１は、充電部１１（充電部の一例）と、プレート部１３（プレート部の一例）とを備えている。

（３−１）充電部
充電部１１は、主に、筐体１７と、充電用電源１９から構成されている。筐体１７は、四角い箱形であり、充電ステーション１の本体を構成する。
充電用電源１９は、例えば、家庭等のコンセントに接続されている。なお、変形例として、充電ステーション１は、バッテリを搭載していてもよい。その場合、コンセントが近くに無くても自律移動体３を充電できる。

筐体１７は小型かつ薄型である。筐体１７の厚み（前面１７ａに交差する水平方向の長さ）は、１５ｃｍ以下である。したがって、充電部１１を壁の近傍に設置した場合に、人が壁沿いを歩いても、充電部１１に足を引っかけることがない。なお、充電部１１は、一例として、高さが３５５ｍｍ、幅が２５０ｍｍ、厚み８０ｍｍである。
充電部１１の重量は１０ｋｇ以下である。したがって、充電部１１の持ち運びが容易である。

筐体１７の前面１７ａには、ランドマーク２５が設けられている。ランドマーク２５は、レーザ光などを反射できる。ランドマーク２５は、具体的には、３つの部材により構成されている。ランドマーク２５は、例えば、白塗装の壁面に設けられた白プリズムである。壁面は黒等の他の色の塗装でもよいし、ランドマークは黒ビーズ等の他の構成でもよい。また、ランドマークは、金属やプラスチックなどの板状部材であってもよい。なお、ランドマーク２５を構成する部材の数や形状は、上記の例に限られない。
上記のように充電ステーション１が特徴的な形状を有するランドマーク２５を有することにより、筐体１７が図４に示すように中空の直方体のような特徴的でない形状を有している場合にも、自律移動体３は、ランドマーク２５の特徴的な形状に基づいて、自律移動体３の位置や向き（姿勢角θ）を推定できる。

充電部１１は、さらに、給電端子１５（給電端子の一例）を有している。給電端子１５は、筐体１７の前面１７ａに設けられている。給電端子１５は、充電用電源１９からの電力を供給する端子である。給電端子１５は、自律移動体３のバッテリ３５を充電するための充電電力を出力する。従って、給電端子１５は、筐体１７の前面１７ａにおいて、自律移動体３の受電端子３６（後述）と同じ高さに配置されている。
給電端子１５は、受電端子３６の一対の接点と接触可能な一対の接点である。なお、変形例として、給電端子は、電力を出力するソケットでもよい。その他、給電端子は、非接触電力伝送が可能な、時間的に変動する電流（交流電流）が流れるコイルでもよい。

（３−２）プレート部
プレート部１３は、自律充電時に自律移動体３が乗り上げるものであり、硬質である。具体的には、プレート部１３は、スチール等の金属製である。
プレート部１３は、平面視で円形である。なお、プレート部は、三角形、四角形、多角形等の形状でもよい。
プレート部１３は、自律移動体３がその場で回転できるサイズである。具体的には、プレート部１３は、自律移動体３の長軸を直径とする円より大きい。
充電部１１は、プレート部１３上に、取り外し機構２１によって、上下方向に取り外し可能であるが水平に相対変位不可に接続されている（後述）。

上述のようにプレート部１３が硬質であるので、自律移動体３の自律充電時には自律移動体３の転倒や位置ずれが生じにくい。
また、充電部１１がプレート部１３から分離可能であるので、自律移動体３がプレート部１３から離れた場所で電池切れを起こしたときに、充電部１１を自律移動体３まで運ぶことで、簡単に充電作業ができる。

充電ステーション１は、図４に示すように、プレート部１３の裏面に設けられた摩擦部材２３（摩擦部材の一例）をさらに有している。したがって、プレート部１３の位置ずれが防止される。なお、摩擦部材の材料は、特に限定されず、ゴムシート、スポンジ、コルクでもよい。また、摩擦部材２３は、プレート部１３の全面に対応していてもよいし、部分的に対応していてもよい。なお、摩擦部材は必須ではなく、適宜省略されてもよい。
このようにプレート部１３が床面に対して位置ずれしにくいので、自律移動体３の環境地図と現実との間で充電部１１の位置のずれが生じにくい。

（３−３）接続構造
図５を用いて、プレート部１３と充電部１１の接続構造を説明する。プレート部１３は、円板部１３Ａと、充電部収納部１３Ｂとを有している。充電部収納部１３Ｂは、円板部１３Ａと一体に連続して形成されている。充電部収納部１３Ｂは、底部と、その周囲の縁突起部とを有しており、それにより充電部１１の下部を収納して、その状態で充電部１１が水平方向に移動不能になるように支持している。
取り外し機構２１は、充電部１１がプレート部１３に載置された状態で、ロック及びロック解除するための機構である。ロック状態では、充電部１１は、プレート部１３の充電部収納部１３Ｂから上方に分離できない。ロック解除状態では、充電部１１は、プレート部１３の充電部収納部１３Ｂから上方に分離できない。
なお、取り外し機構２１は、公知の金属ベルトであり、その種類は特に限定されない。

（４）充電構造
図６及び図７を用いて、充電ステーション１と自律移動体３の充電構造を説明する。図６は、充電ステーションと自律移動体の充電構造を示す模式図である。図７は、充電ステーションと自律移動体の充電構造を示す詳細模式図である。
図６に示すように、充電ステーション１は、充電用電源１９（充電回路の一例）と、給電端子１５と、マイクロスイッチ５１（充電回路スイッチ）とを有している。マイクロスイッチ５１は、充電用電源１９をオンオフする。マイクロスイッチ５１は、給電端子１５に近接して筐体１７の前面１７ａに設けられている。
図６に示すように、自律移動体３は、バッテリ３５と、受電端子３６と、制御部３４と、電圧検出回路５５と、モータ３２１ａ、３２１ｂと、充電用電源起動突起５３（充電回路起動突起の一例）とを有している。

電圧検出回路５５は、受電端子３６における電圧を検出する。制御部３４は、検出された電圧を参照して、モータ３２１ａ、３２１ｂを制御する。
充電用電源起動突起５３は、マイクロスイッチ５１をオンオフするための部材である。充電用電源起動突起５３は、受電端子３６に近接して本体部３１の後端に設けられている。
図７は、図６を詳細に描いた図面であり、給電端子１５と受電端子３６がそれぞれ一対の端子であることを示している。なお、図７は自律移動体３が充電ステーション１にドッキングする前の状態を示しており、したがって給電端子１５と受電端子３６は離れている。また、マイクロスイッチ５１と充電用電源起動突起５３も離れており、したがって、マイクロスイッチ５１はオフ状態であり、それに伴い充電用電源１９もオフである。

（５）充電動作
（５−１）自律移動体の動作
図８〜図１１を用いて、自律移動体３が充電ステーション１にドッキングして充電を開始する動作を説明する。図８〜図１１は、自律移動体が充電ステーションにドッキングする動作を示す模式的平面図である。
第２走行モードを開始すると、図８に示すように、自律移動体３は、プレート部１３の上まで移動する。具体的には、第２走行モードにおいては、自律移動体３は、レーザレンジセンサ３３により取得された充電ステーション１のランドマーク２５の特徴的な形状に関する情報を用いて本体部３１の位置を推定しながら、第２走行モード開始位置から充電ステーション１の手前まで移動する。そして、自律移動体３は、プレート部１３の上で、本体部３１の前部が充電ステーション１と正対した状態で停止する。

続いて、図９に示すように、自律移動体３は、プレート部１３の上で回転行う。詳細には、本体部３１の中心点Ｃを中心として本体部３１を回転させて、姿勢角θを変化させる。
その結果、図１０に示すように、自律移動体３は、プレート部１３の上で、本体部３１の後部が充電ステーション１と正対する。その結果、受電端子３６と充電ステーション１の給電端子１５とが正対する。

続いて、図１１に示すように、自律移動体３は、本体部３１の後部を充電ステーション１に向けた状態にて後進することで、充電ステーション１に接近する。
本体部３１が充電ステーション１に到達すると、受電端子３６と給電端子１５とが接続される。その結果、給電端子１５からバッテリ３５を充電するための充電電力が受電端子３６に出力される。この結果、バッテリ３５が充電される。なお、自律移動体３は、充電完了までの間、その場で停止している。

（５−２）給電構造の動作
図７、図１２及び図１３を用いて、充電ステーション１と自律移動体３の給電構造の動作を説明する。図１２及び図１３は、図７と同じく、充電ステーションと自律移動体の充電構造を示す詳細模式図である。
図７の状態から自律移動体３が充電ステーション１に接近すると、図１２に示すように、受電端子３６が給電端子１５に接触する。このとき、充電用電源起動突起５３がマイクロスイッチ５１をオンにしていないので、マイクロスイッチ５１はオフである。
その後、さらに自律移動体３が充電ステーション１に接近すると、図１３に示すように、充電用電源起動突起５３がマイクロスイッチ５１をオンにする。
この結果、充電用電源１９がオンされて、電力が、充電用電源１９から給電端子１５を通じて自律移動体３の受電端子３６に供給される。以上の場合、受電端子３６と給電端子１５が接触している状態で給電が開始されるので、アーク発生等の不具合が生じにくい。
以上に述べたように、この充電システムでは、充電部１１を可搬型とした場合に、自律移動体３側での制御が不要になる。
なお、制御部３４が電圧検出回路５５を通じて給電開始を検知すれば、自律移動体３の移動（充電ステーション１への接近）を停止する。または、マイクロスイッチ５１がオンになってから所定時間の経過又はモータステップ数が所定数に達すれば自律移動体３を停止してもよい。
なお、自律移動体３が充電ステーション１から離脱する動作は、上記ドッキング動作の逆の順番で行われる。

（６）従来の問題点及び本実施形態による解決
（６−１）床が柔らかい素材の場合（その１）
従来では、床がカーペットなど柔らかい素材の場合、充電ステーションとロボットの床材への沈み込み量が異なるので、ロボット側の充電端子とステーション側の充電端子の高さがそろわないことがあった。また、充電ステーションの前でロボットが回転する際に、床材が柔らかいとロボットの回転精度が悪くっていた。以上の結果、ロボットと充電ステーションの充電端子のドッキング精度が悪くなっていた。
それに対して、本実施形態では、自律移動体３と充電ステーション１のドッキング精度が向上している。具体的には、充電ステーション１に、自律移動体３がドッキングする際に乗るための、金属製などの硬いプレート部１３を設けることで、充電ステーション１と自律移動体３が同一平面に配置され、給電端子１５と受電端子３６との高さがそろう。さらに、支持面がプレート部１３によって硬くなっているので、自律移動体３の回転精度が向上する。

（６−２）床が柔らかい素材の場合（その２）
従来では床材が柔らかい場合、充電ステーションのフットやロボットの車輪など、継続して重量を受ける部分の床材が凹んでしまう。また、充電ステーション前の同じ場所でロボットが回転することになり、車輪痕が付いてしまう。
それに対して、本実施形態では、充電ステーション１と自律移動体３による床材へのダメージを軽減できる。具体的には、プレート部１３によって、充電ステーション１と自律移動体３の重量が分散して床材にかかるので凹みが生じにくい。さらに、自律移動体３が回転動作をする場所はプレート部１３なので、床材に車輪痕が残らない。

（６−３）薄型の充電ステーションの場合
従来では、充電ステーションが邪魔にならないように薄くすると安定性が悪くなり、ロボットがドッキングしたり、人が接触した際に倒れやすかったりしていた。
それに対して、本実施形態では、充電部１１がプレート部１３と一体化するので、充電部は安定性が向上して倒れにくい。

（６−４）ロボットのバッテリ切れ（異常発生の一例）の場合
従来では、充電ステーションから離れた場所でロボットのバッテリが切れた場合に、充電ステーションをロボットのところまで移動させるか、又は可搬型の充電器が必要になっていた。
それに対して、本実施形態では、充電部１１を可搬型充電器として利用にすることができ、利便性を向上させている。具体的には、充電部１１をプレート部１３と分離可能にすることにより、充電部１１を可搬型充電器として利用することができる。

２．第２実施形態
図１４を用いて、第２実施形態の充電ステーションを説明する。図１４は、第２実施形態の充電ステーションの斜視図である。
充電ステーション１は、第１実施形態の充電ステーションと基本構成は同じである。

充電ステーション１は、マーク１４をさらに備えている。マーク１４は、プレート部１３の上面に形成されている。マーク１４は、自律移動体３が給電端子１５に接続されているときの自律移動体３の外枠位置を示す。マーク１４は、具体的には、自律移動体３の外枠位置の全体に対応する複数の線からなる外形線であり、プレート部１３にスリットとして形成されている。さらに具体的には、複数の線の数は、６本である。
したがって、作業者が手動によって自律移動体３を充電ステーション１にドッキングするときに、作業者は、操作正面からは給電端子１５を目視できなかったとしても、自律移動体３をマーク１４に合わせることで容易にドッキングを達成できる。特に、マーク１４がスリットであるので、視認性が良い。

マークは、１本の実線、破線、点線等の他の線種でもよい。
マークは、線ではなく、複数の点又は図形からなる印であってもよい。
マークは、プレート部に、印刷又は刻印によって形成されてもよい。さらに、マークは自律移動体の外形線が印刷されたシートであって、シートがプレート部に貼られていてもよい。
マークは、摩擦材に形成されていてもよい。

３．実施形態の特徴
前記実施形態は下記のようにも説明できる。
充電ステーション１（充電ステーションの一例）は、自律移動体３（移動体の一例）を充電するためのものである。充電ステーション１は、充電部１１と、プレート部１３とを備えている。
充電部１１（充電部の一例）は、給電端子１５（給電端子の一例）を有する。
プレート部１３（プレート部の一例）は、自律充電時に自律移動体３が乗り上げるものであり、硬質である。
充電部１１は、プレート部１３上に、取り外し機構２１（接続部の一例）によって、上下方向に取り外し可能であるが水平に相対変位不可に接続されている。
この充電ステーション１では、硬質のプレート部１３と充電部１１とが分離可能に接続されている。
プレート部１３が硬質であるので、自律移動体３の自律充電時には移動体の転倒や位置ずれが生じにくい。
また、充電部１１がプレート部１３から分離可能であるので、自律移動体３がプレート部１３から離れた場所で電池切れを起こしたときに、充電部１１を自律移動体３まで運ぶことで、簡単に充電作業ができる。

４．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
プレート部と充電部を平面方向において位置決めするガイドをさらに設けてもよい。例えば、充電部の足部に対応する凹部をプレート部の充電部収納部に設けてもよい。
自律移動体は、本体部３１の後進方向に対して左右方向にレーザ光を放射状に発生する後進用レーザレンジセンサを有していてもよい。その場合は、自律移動体３が充電ステーションとドッキングする動作において、自律移動体３はプレート部１３の上で回転する必要がない。
自律移動体は、特に限定されず、清掃ロボット、サイネージロボット、工場の物流システムにおいて使用される無人搬送車であってもよい。

本発明は、自律移動する移動体を充電する充電ステーションに広く適用できる。

１ ：充電ステーション
３ ：自律移動体
１１ ：充電部
１３ ：プレート部
１３Ａ ：円板部
１３Ｂ ：充電部収納部
１４ ：マーク
１５ ：給電端子
１７ ：筐体
１７ａ ：前面
１９ ：充電用電源
２１ ：取り外し機構
２３ ：摩擦部材
２５ ：ランドマーク
３１ ：本体部
３２ ：走行部
３３ ：レーザレンジセンサ
３４ ：制御部
３５ ：バッテリ
３６ ：受電端子
３７ ：補助輪部
３７ａ ：補助車輪
３７ｂ ：補助車輪
５１ ：マイクロスイッチ
５３ ：充電用電源起動突起
５５ ：電圧検出回路
１００ ：自律走行車システム
３２１ ：モータ
３２１ａ ：モータ
３２１ｂ ：モータ
３２３ａ ：車輪
３２３ｂ ：車輪
３２５ａ ：エンコーダ
３２５ｂ ：エンコーダ
３４１ ：記憶部
３４２ ：センサ制御部
３４３ ：位置推定部
３４４ ：走行制御部
３４５ ：走行スケジュール作成部

Claims (6)

1. 移動体を充電するための充電ステーションであって、
   給電端子を有する充電部と、
   自律充電時に前記移動体が乗り上げる硬質なプレート部と、を備え、
   前記充電部は、前記プレート部上に、接続部によって、上下方向に取り外し可能であるが水平に相対変位不可に接続されている、充電ステーション。
2. 前記充電部の重量は１０ｋｇ以下である、請求項１に記載の充電ステーション。
3. 前記充電部において、前記給電端子が設けられている面に交差する水平方向の長さは、１５０ｍｍ以下である、請求項２に記載の充電ステーション。
4. 前記プレート部の裏面に設けられた摩擦部材をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載の充電ステーション。
5. 前記プレート部に、前記移動体が前記給電端子に接続されているときの前記移動体の外枠位置を示すマークをさらに備えている、請求項１〜４のいずれかに記載の充電ステーション。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の前記充電ステーションと、前記移動体とを備えた充電システムであって、
   前記充電部は、前記給電端子に電力を供給する充電回路と、前記充電回路をオンオフする充電回路スイッチと、をさらに有し、
   前記移動体は、受電端子と、充電回路起動突起とを有し、
   前記移動体が前記給電端子に接近して接触する際、前記給電端子と前記受電端子が接触し、その後に前記充電回路起動突起が前記充電回路スイッチをオンにする、充電システム。

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