JP2024002433A - バッテリ交換装置用制御装置およびバッテリ交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体のバッテリを交換するバッテリ交換設備において、バッテリの引っかかりを抑制して交換効率を向上させること。【解決手段】把持部と把持部を旋回させて所定のあそび量を有する旋回機構と、測距センサ部と報知部と、を有し、バッテリ交換設備を制御する制御部は、バッテリ交換設備の近傍に移動体が停止した状態で測距センサ部の計測データから、移動体が停止状態での把持部の延伸によるバッテリの搭載および回収を、旋回機構の旋回方向への旋回を停止させた状態であそび量の範囲内で実行可能であるか否かの第１の判定を行い、第１の判定結果に応じた指示情報を報知部に出力する。【選択図】図２

Description

本発明は、バッテリ交換装置用制御装置およびバッテリ交換装置に関し、特に、着脱可能な蓄電池（バッテリ）を搭載した電動車両において、バッテリを交換する電池ステーションに適用して好適なものである。

従来、電池ステーションにおいては、設備の略中央に、蓄電池であるバッテリを把持可能および解放可能なフォークを１式有する交換装置が設けられ、少なくとも１つの空棚と複数の保管棚とが、交換装置の中心に対して放射状に並べられて設けられている。着脱可能なバッテリを搭載した電動車両などの移動体に対して、交換装置はまず、フォークによってバッテリを把持して取り外す。次に、交換装置は、フォークによって把持したバッテリを電池ステーションに引き込んだ後、フォークを空棚まで旋回させてからバッテリを解放して空棚に載置する。続いて、交換装置は、フォークを旋回させてバッテリが載置された他の保管棚（電池ラック）から充電されたバッテリを把持して取り出し、フォークを車両まで旋回させてバッテリを解放して車両に載置する。

例えば特許文献１には、車両に搭載されているバッテリを交換するバッテリ交換システムにおいて、車両の一方の側面側に取り付けられた第１バッテリ収容部に収容されているバッテリを交換するための第１バッテリ交換ロボットと、車両の他方の側面側に取り付けられた第２バッテリ収容部に収容されているバッテリを交換するための第２バッテリ交換ロボットと、バッテリ交換システムを制御する制御部とを有する構成が開示されている。

特開２０１４－３１０３２号公報

上述した従来技術においては、バッテリを交換する設備であるバッテリ交換設備の交換側の前に電動車両などの移動体が停止する際に、バッテリ交換設備の設定された停止位置に対して、移動体の進行方向に沿って前後方向や左右方向にずれて停車する可能性があった。そこで、車両止めによって移動体の停車位置を規定してズレ量を検出し、前後方向および左右方向のズレ量においては、レーザセンサを用いて移動体の停車位置を検出していた。

また、移動体に搭載されたバッテリの交換時においては、バッテリを把持可能でバッテリを移動可能な把持部を用いて、バッテリを移動体から取り外したり移動体に搭載したりする。しかしながら、把持部を用いて、バッテリを移動体から取り外して収納部に引き込んだり、収納部から取り出してバッテリを移動体に搭載したりする際に、移動体におけるバッテリの搭載部にバッテリが引っかかり、バッテリを円滑に取り外したり搭載させたりすることが困難になるという問題があった。バッテリが移動体の搭載部に引っかかると、把持部の動作が停止して、復帰させるまでに時間を要するため、バッテリの交換効率が著しく低下することになる。そのため、バッテリ交換設備において、バッテリの引っかかりを抑制して交換効率を向上させる技術が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、移動体のバッテリを交換するバッテリ交換設備において、バッテリの引っかかりを抑制して交換効率を向上させることにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の第１の態様に係るバッテリ交換装置用制御装置は、移動体に着脱可能に搭載されたバッテリを把持可能および解放可能ならびに所定方向に延伸可能に構成された把持部と、前記把持部を所定の回転面で旋回可能、かつ旋回方向において所定のあそび量を有する旋回機構と、前記移動体との距離を計測可能なセンサ部と、指示情報を外部に報知するよう構成された報知部と、を有する、前記移動体の前記バッテリを交換可能に構成されたバッテリ交換装置を制御するのに用いられる制御部を備えたバッテリ交換装置用制御装置であって、前記制御部は、前記移動体が前記バッテリ交換設備の近傍に停止した状態での前記センサ部による計測データに基づいて、前記移動体が停止した状態における前記把持部の延伸によって、前記移動体における前記バッテリの搭載位置に対して、前記把持部による前記バッテリの搭載および回収を、前記旋回機構の旋回方向への旋回を停止させた状態で前記あそび量の範囲内で実行可能であるか否かの第１の判定を行い、前記第１の判定結果に応じた指示情報を前記報知部に出力する。

本発明の第２の態様に係るバッテリ交換装置用制御装置は、上記第１の態様に係る発明において、前記移動体は、前記把持部によって側面側から前記バッテリを取り外し可能および搭載可能に構成され、前記把持部は、伸縮可能な伸縮機構の先端側に設けられている。

本発明の第３の態様に係るバッテリ交換装置用制御装置は、上記第２の態様に係る発明において、前記センサ部は、複数の測距センサから構成され、前記制御部は、前記複数の測距センサから取得した複数の計測値に基づいて、前記移動体における、前記伸縮機構の伸縮方向に平行な左右方向、水平方向で前記左右方向に対して直角の前後方向、および前記前後方向に対して傾斜した傾斜角度を導出する。

本発明の第４の態様に係るバッテリ交換装置用制御装置は、上記第１～第３のいずれか１つの態様に係る発明において、前記旋回機構は、互いに噛合する固定側旋回用歯車と移動側旋回用歯車とを有し、前記移動側旋回用歯車が前記固定側旋回用歯車の周りを噛合しつつ旋回することにより、前記把持部を所定の旋回軸の周りに旋回可能に構成されている。

本発明の第５の態様に係るバッテリ交換装置用制御装置は、上記第４の態様に係る発明において、前記移動体は、前記移動体のキャリアから前記バッテリを回収する際、および前記キャリアに前記バッテリを搭載する際に、前記キャリアの移動を案内する案内部を備え、前記移動体における前記バッテリを前記案内部による案内可能な所定範囲内において、前記案内部による案内によって前記把持部が追従可能になるように、前記所定のあそび量として前記固定側旋回用歯車と前記移動側旋回用歯車との噛合部分におけるバックラッシ量を設定する。

本発明の第６の態様に係るバッテリ交換装置用制御装置は、上記第２の態様または上記第２の態様を引用する第３～第５のいずれか１つの態様に係る発明において、前記伸縮機構は、前記旋回機構に対して前記旋回機構の旋回方向に弾性力が作用して所定の伸縮量を有する弾性体を介して固定され、前記移動体は、前記移動体のキャリアから前記バッテリを回収する際、および前記キャリアに前記バッテリを搭載する際に、前記キャリアの移動を案内する案内部を備え、前記移動体における前記バッテリを前記案内部による案内可能な所定範囲内において、前記案内部による案内によって前記把持部が追従可能になるように、前記所定のあそび量として前記弾性体の伸縮量を設定する。

本発明の第７の態様に係るバッテリ交換装置用制御装置は、上記第１～第６のいずれか１つの態様に係る発明において、前記制御部は、前記移動体の停止位置の前記バッテリ交換設備からの距離があらかじめ設定された距離の範囲内であるか否かの第２の判定を行い、前記第２の判定結果に応じた指示情報を前記報知部に出力する。

本発明の第８の態様に係るバッテリ交換装置は、移動体に着脱可能に搭載されたバッテリを保管可能な保管部と、前記移動体に着脱可能に搭載されたバッテリを把持可能および解放可能ならびに所定方向に延伸可能に構成された把持部と、前記把持部を旋回可能、かつ旋回方向において所定のあそび量を有する旋回機構と、前記移動体との距離を計測可能なセンサ部と、指示情報を外部に報知するよう構成された報知部とを備え、前記移動体の前記バッテリを交換可能に構成されたバッテリ交換設備を制御する制御部を備えたバッテリ交換装置であって、前記制御部は、前記移動体が前記バッテリ交換設備の近傍に停止した状態での前記センサ部による計測データに基づいて、前記移動体が停止した状態における前記把持部の延伸によって、前記移動体における前記バッテリの搭載位置に対して、前記把持部による前記バッテリの搭載および回収を、前記旋回機構の旋回方向への旋回を停止させた状態で前記あそび量の範囲内で実行可能であるか否かの第１の判定を行い、前記第１の判定結果に応じた指示情報を前記報知部に出力する。

本発明の第９の態様に係るバッテリ交換装置は、上記第８の態様に係る発明において、前記移動体は、前記把持部によって側面側から前記バッテリを取り外し可能および搭載可能に構成され、前記把持部は、伸縮可能な伸縮機構の先端側に設けられ、前記旋回機構は、互いに噛合する固定側旋回用歯車と移動側旋回用歯車とを有し、前記移動側旋回用歯車が前記固定側旋回用歯車の周りを噛合しつつ旋回することにより、前記把持部を所定の旋回軸の周りに旋回可能に構成されている。

本発明の第１０の態様に係るバッテリ交換装置は、上記第９の態様に係る発明において、前記移動体は、前記移動体のキャリアから前記バッテリを回収する際、および前記キャリアに前記バッテリを搭載する際に、前記キャリアの移動を案内する案内部を備え、前記移動体における前記バッテリを前記案内部による案内可能な所定範囲内において、前記案内部による案内によって前記把持部が追従可能になるように、前記所定のあそび量として前記固定側旋回用歯車と前記移動側旋回用歯車との噛合部分におけるバックラッシ量が設定されている。

本発明の第１１の態様に係るバッテリ交換装置は、上記第８～第１０のいずれか１つの態様に係る発明において、前記制御部は、前記移動体の停止位置の前記バッテリ交換設備からの距離があらかじめ設定された距離の範囲内であるか否かの第２の判定を行い、前記第２の判定結果に応じた指示情報を前記報知部に出力する。

本発明に係るバッテリ交換装置用制御装置およびバッテリ交換装置によれば、移動体のバッテリを交換するバッテリ交換設備において、バッテリの引っかかりを抑制して交換効率を向上させることが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態による制御装置を適用したバッテリ交換システムの構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態によるバッテリ交換設備の構成を概略的に示す上面図である。 図３は、本発明の一実施形態による中央に停止した電動車両におけるレーザと検出ドグとの関係を説明するための図である。 図４は、本発明の一実施形態による前方に停止した電動車両におけるレーザと検出ドグとの関係を説明するための図である。 図５は、本発明の一実施形態による後方に停止した電動車両におけるレーザと検出ドグとの関係を説明するための図である。 図６は、本発明の一実施形態によるバッテリ交換施設に対して傾斜して停止した電動車両におけるレーザと検出ドグとの関係を説明するための図である。 図７は、本発明の一実施形態によるバッテリ交換施設に対して傾斜して停止した電動車両におけるバッテリの交換について説明するための図である。 図８は、本発明の一実施形態によるフォークの旋回駆動について説明するための図である。 図９は、図８に示す旋回用歯車の噛合部分を示す拡大図である。 図１０は、本発明の一実施形態の変形例によるフォークの旋回機構について説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。以下に説明する実施形態は、例えば塵芥車や配送車などの電気によって駆動および走行する電気自動車（以下、電動車両）のバッテリ交換を行う電池ステーション（バッテリ交換施設）における、バッテリの位置検出およびフォークの追従機能に関するものである。

図１は、本発明の一実施形態による制御が適用されるバッテリ交換システムを示す。図１に示すように、電池交換ステーションとしてのバッテリ交換システム１は、ネットワーク２を介して互いに通信可能な、制御装置１０、およびバッテリ交換施設２０を有する。なお、制御装置１０はバッテリ交換施設２０と一体に構成されていても良く、バッテリ交換施設２０が制御装置１０を備えても良く、設定場所は限定されない。

ネットワーク２は、有線通信や無線通信が適宜組み合わされて構成され、インターネット回線網や携帯電話回線網などの通信網から構成される。ネットワーク２は、例えば、専用線、インターネットなどの公衆通信網、例えばＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）、携帯電話などの電話通信網や公衆回線、ＶＰＮ（Virtual Private Network）などの一または複数の組み合わせからなる。制御装置１０とバッテリ交換施設２０とは、ネットワーク２を介して接続されている。

（電動車両）
移動体としての電動車両３０は、バッテリ４０を着脱可能かつ搭載可能に構成される。電動車両３０は、例えば塵芥車や配送車などの車両からなり、電気によって駆動される電気自動車の構成を有する。電動車両３０は、ＩＤ出力部３１と検出ドグ３３とを備える。ＩＤ出力部３１は、例えばＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）機器などからなり、個々の電動車両３０を互いに識別するための車両識別ＩＤの情報を出力する。

電動車両３０は、バッテリ交換施設２０との間で非接触通信可能に構成される。すなわち、バッテリ交換施設２０が備えるＩＤセンサ２６によって、ＩＤ出力部３１との間で非接触通信を行うことにより、少なくとも電動車両３０の車両識別ＩＤを非接触的に相互に通信可能に構成される。検出ドグ３３は、所定の基準位置に対するズレ量を計測するためのドグである。

（制御装置）
バッテリ交換装置用制御装置としての制御装置１０は、制御部１１、記憶部１２、および通信部１３を備える。制御装置１０は、ハードウェアを有する制御手段としてバッテリ交換施設２０を制御する。

制御部１１は、具体的に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのプロセッサ、およびＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの主記憶部を備える。

記憶部１２は、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、およびリムーバブルメディアなどから選ばれた記憶媒体から構成される。なお、リムーバブルメディアは、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、または、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、またはＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）のようなディスク記録媒体が挙げられる。記憶部１２には、オペレーティングシステム（Operating System：ＯＳ）や、車両情報データベース１２１などの、各種プログラム、各種テーブル、各種データベースなどを格納することができる。

ハードウェアを有するプロセッサとしての制御部１１は、記憶部１２に格納されたプログラムを主記憶部の作業領域にロードして実行し、プログラムの実行を通じて、交換制御部１１１、および車両識別部１１２の機能を実現できる。ここで、プログラムは、機械学習などによって生成された学習モデルを含む。なお、学習モデルは、学習済みモデルやモデルなどとも称される。学習モデルは、教師あり学習として、所定の入力パラメータと出力パラメータとの入出力データセットを教師データとした例えばニューラルネットワークを用いた深層学習（ディープラーニング）などや、教師なし学習である強化学習などの機械学習により生成できる。

通信部１３は、例えば、ＬＡＮインターフェースボード、有線通信のための有線通信回路、または無線通信のための無線通信回路である。ＬＡＮインターフェースボードや有線通信回路や無線通信回路は、ネットワーク２に接続される。送信部および受信部としての通信部１３は、ネットワーク２に接続してバッテリ交換施設２０との間で通信可能に構成される。

（バッテリ交換施設）
バッテリ交換施設２０は、通信部２１ａを有する制御部２１、少なくとも１つの保管ラック２３と、少なくとも１式のフォーク２４と、センサ部２５とを備えたバッテリ交換設備２２、ＩＤセンサ２６、および報知部２７を備える。バッテリ交換設備２２の各構成要素は、制御部２１によって制御される。

制御部２１および通信部２１ａはそれぞれ、物理的および機能的には、上述した制御部１１および通信部１３と同様の構成を有する。なお、制御部２１による情報処理は、制御装置１０によって実行されることが好ましい。すなわち、バッテリ交換施設２０の制御部２１として制御装置１０を用いることが好ましい。

本実施形態において、複数の保管ラック２３はそれぞれ、バッテリ４０を保管可能および充電可能に構成される。旋回機構の一部としてのフォーク２４は、旋回式の昇降機構（図示せず）により旋回可能および昇降可能に構成されるとともに、例えばラック＆ピニオン機構のモータ（図示せず）を回転させることにより伸縮可能に構成される。センサ部２５は、第１センサ２５０、第２センサ２５１、第３センサ２５２、第４センサ２５３、および第５センサ２５４を有して構成される。第１センサ２５０～第５センサ２５４はそれぞれ、測距センサなどのレーザセンサから構成される。ＩＤセンサ２６は、電動車両３０に設けられたＩＤ出力部３１と、非接触通信可能に構成される。報知部２７は、音声、視覚、触覚により外部に報知する構成であれば良く、例えばスピーカやパトランプ、画面表示や振動などによって報知する構成であり、制御部２１からの指示情報を示す信号により、所定の情報を外部に報知可能に構成される。

図２は、本実施形態によるバッテリ交換施設２０および電動車両３０の構成を概略的に示す図である。図２に示すように、本実施形態によるバッテリ交換施設２０においては、バッテリ交換設備２２は制御部２１により制御される。制御部２１は通信部２１ａを有し、ネットワーク２を介して外部、すなわち制御装置１０と通信可能に構成される。ＩＤセンサ２６は、制御部２１により制御され、ＩＤセンサ２６が受信した車両識別ＩＤは、制御部２１に送信される。

バッテリ４０を搭載した電動車両３０がバッテリ交換施設２０に到着すると、バッテリ交換施設２０を介して使用後のバッテリ４０を保管ラック２３に収納されている新たなバッテリ４０と交換可能である。

フォーク２４は、少なくとも１式、好適には偶数式配置されて構成される。偶数式のフォーク２４が設けられた場合には、保管ラック２３からのバッテリ４０の取り出しと、電動車両３０へのバッテリ４０の搭載とを平行して実行することが可能である。伸縮式のフォーク２４は、昇降機構から所定方向、例えば水平方向の外側に延伸可能に構成され、伸縮して延在長を調整可能である。これにより、フォーク２４のストロークによって、先端側の把持部２４ａを±１００ｍｍまで調整可能である。また、フォーク２４は、長手方向（伸縮方向）に直角かつ水平方向に沿って所定の可動範囲を移動可能に構成される。フォーク２４の水平可動範囲ｄｗ₀は、例えば±５０ｍｍ（ｄｗ₀＝±５０ｍｍ）程度であるが、フォーク２４の構造に応じて変更することが可能である。フォーク２４が交換用開口部２２ａを通じて電動車両３０に延伸することによって、バッテリ４０を把持可能または解放可能となる。フォーク２４の先端には、バッテリ４０を把持可能および解放可能に構成された把持部２４ａが設けられている。

電動車両３０の所定位置には、検出ドグ３３が設けられている。図２に示す例では、バッテリ４０を搭載する載置台としてキャリア３２の近傍部分に設けられている。

本実施形態においてバッテリ４０を交換する場合、まず、電動車両３０に搭載しているバッテリ４０を取り外して、バッテリ交換設備２２内の保管ラック２３に格納し、満充電されたバッテリ４０を他の保管ラック２３から取り出して、電動車両３０に搭載させる。電動車両３０のキャリア３２にバッテリを正確に搭載するためには、電動車両３０に搭載されたバッテリ４０の位置、換言すると、キャリア３２の位置を可能な限り正確に検出する必要がある。そこで、バッテリ４０の位置の確認方法として、３つの測距センサ（第１センサ２５０～第３センサ２５２）を用いて、それぞれのセンサ２５０～２５２から出射されるレーザ光を検出ドグ３３に照射することによって、バッテリ４０の位置を検出する。図２に示す例では、第１センサ２５０は、基準レーザ光Ｌｂを出射して、バッテリ交換設備２２と電動車両３０との距離を計測する。これにより、他の２つの第２センサ２５１および第３センサ２５２はそれぞれ、調整レーザ光Ｌａ₁，Ｌａ₂を出射して、電動車両３０が停止した際に前進方向および後退方向（以下、前後方向とも言う）に発生するバッテリ４０の位置ズレを計測する。

なお、方向について詳細には、バッテリ交換設備２２におけるフォーク２４の水平位置を基準として、道路面に平行な面内でのフォーク２４の伸縮方向に対する直角方向が前後方向となる。また、道路面に平行な面内でのフォーク２４の伸縮方向を、左右方向とする。すなわち、検出ドグ３３は、バッテリ４０および電動車両３０の停止位置におけるバッテリ交換設備２２からの距離、例えば電動車両３０の前輪までの距離、および停止すべき位置（以下、標準位置）からの前後方向および左右方向へのズレ量を、センサ２５０～２５２によって計測するためのドグである。

図３、図４、および図５はそれぞれ、本実施形態による電動車両３０におけるセンサと検出ドグとの関係を説明するための図である。図３は、電動車両３０が前後方向において正確な位置に停止した場合を示す。図３に示すように、検出ドグ３３は、平面からなる基準面３３１と、段差面３３２とを有して構成される。段差面３３２は、互いに等しい高さおよび等しい幅となるように複数の段差から構成される。また、検出ドグ３３は、電動車両３０のキャリア３２に設けられていても、バッテリ４０の側部に設けられていても良い。

第１センサ２５０から出射された基準レーザ光Ｌｂは、検出ドグ３３の基準面３３１の所定位置Ｓ₀に照射される。第２センサ２５１および第３センサ２５２はそれぞれ、所定間隔隔てて設けられている。ここでは、第２センサ２５１および第３センサ２５２のそれぞれ、段差面３３２の例えば４段分の間隔を隔てて設けられている。第２センサ２５１および第３センサ２５２のそれぞれから出射された調整レーザ光Ｌａ₁，Ｌａ₂は、検出ドグ３３の段差面３３２に所定位置Ｐ₁，Ｐ₂に照射される。

基準面３３１の所定位置Ｓ₀に照射された基準レーザ光Ｌｂによって、バッテリ交換設備２２（第１センサ２５０の設置位置）と電動車両３０との間の距離ΔＬｂを計測可能である。なお、バッテリ交換設備２２の任意の位置と第１センサ２５０の設置位置との距離に関する補正値をあらかじめ導出しておくことにより、任意の位置から電動車両３０までの距離を計測可能である。また、第２センサ２５１および第３センサ２５２のそれぞれから、検出ドグ３３の段差面３３２にそれぞれ調整レーザ光Ｌａ₁，Ｌａ₂を照射する。段差面３３２の所定位置Ｐ₁，Ｐ₂にそれぞれ照射された調整レーザ光Ｌａ₁，Ｌａ₂によって、第２センサ２５１および第３センサ２５２と電動車両３０の段差面３３２とのそれぞれの間の距離ΔＬａ₁，ΔＬａ₂を計測可能である。

電動車両３０の前後方向に生じる位置ズレの距離（以下、位置ズレ量）は、第１センサ２５０により計測される距離ΔＬｂと、第２センサ２５１および第３センサ２５２により計測される距離ΔＬａ₁，ΔＬａ₂とに基づいて、制御部２１または制御部１１により導出可能である。具体的に、第２センサ２５１および第３センサ２５２により計測される距離ΔＬａ₁，ΔＬａ₂においては、制御部１１，２１が平均値（（ΔＬａ₁＋ΔＬａ₂）／２）を導出して、位置ズレ量を導出できる。ここでは、以下の（１）式が成立する位置を基準の距離とする。なお、以下の説明において、種々の計算や導出は制御部１１または制御部２１により実行されるが、その都度の説明は省略する。また、段差の高さと段差の幅とを等しくした場合に（１－１）式のように算出値Ｌを定義することによって、算出値Ｌを前後方向に沿った位置ズレ量として扱うことができる。
ΔＬｂ－（ΔＬａ₁＋ΔＬａ₂）／２＝０ …（１）
Ｌ＝ΔＬｂ－（ΔＬａ₁＋ΔＬａ₂）／２ …（１－１）

図４は、電動車両３０が前後方向において正確な位置に対して前方側に停止した場合を示す。図４に示すように、バッテリ交換設備２２と電動車両３０との距離は、基準レーザ光Ｌｂにより計測される距離ΔＬｂにより計測可能である。また、図４に示す例では、以下の（２）式が成立する。この場合、電動車両３０は（２）式の左辺分だけ前方側に停止していることになる。
Ｌ＝ΔＬｂ－（ΔＬａ₁＋ΔＬａ₂）／２＞０ …（２）

図５は、電動車両３０が前後方向において正確な位置に対して後方側に停止した場合を示す。図５に示すように、バッテリ交換設備２２と電動車両３０との距離は、基準レーザ光Ｌｂにより計測される距離ΔＬｂにより計測可能である。また、図５に示す例では、以下の（３）式が成立する。この場合、電動車両３０は（３）式の左辺分だけ後方側に停止していることになる。なお、（３－１）式は（２）式に対応した式である。
（ΔＬａ₁＋ΔＬａ₂）／２－ΔＬｂ＞０ …（３）
Ｌ＝ΔＬｂ－（ΔＬａ₁＋ΔＬａ₂）／２＜０ …（３－１）

上述した第１センサ２５０によるバッテリ交換設備２２とバッテリ４０までの距離ΔＬｂに基づいて、フォーク２４の延伸長を調整することによって、左右方向の位置ズレ量Ｗは、第２の許容位置ズレ量Ｗ₀（－Ｗ₀≦Ｗ≦＋Ｗ₀）まで許容され、バッテリ４０の搬送位置を調整可能である。ここでは、第２の許容位置ズレ量Ｗ₀は、例えば１００ｍｍであり、バッテリ４０の搬送位置を左右方向に沿って基準位置から例えば－１００ｍｍ～１００ｍｍ程度まで調整可能である。第２の許容位置ズレ量Ｗ₀は、フォーク２４の延伸長の調整可能範囲に基づいて設定可能である。すなわち、電動車両３０が、左右方向において第２の許容位置ズレ量Ｗ₀以下の範囲の位置ズレ量Ｗで停車すれば、左右方向においては、フォーク２４の延伸長の調整によって、バッテリ４０を交換可能である。

また、上述した第１センサ２５０～第３センサ２５２により計測される距離ΔＬｂ，ΔＬａ₁，ΔＬａ₂に基づいて、フォーク２４の前後方向への水平移動を調整することによって、前後方向の位置ズレ量Ｄは、第１の許容位置ズレ量Ｄ₀（－Ｄ₀≦Ｄ≦＋Ｄ₀）まで許容され、バッテリ４０の搬送位置を調整可能である。ここでは、第１の許容位置ズレ量Ｄ₀は、例えば５０ｍｍであり、バッテリ４０の搬送位置を前後方向に沿って基準位置から例えば－５０ｍｍ～５０ｍｍ程度まで調整可能である。第１の許容位置ズレ量Ｄ₀は、フォーク２４の水平移動の調整可能範囲に基づいて設定可能である。すなわち、電動車両３０が、前後方向において第１の許容位置ズレ量Ｄ₀以下の範囲で停車すれば、前後方向においては、フォーク２４の調整によって、バッテリ４０を交換可能である。

以上の観点からは、電動車両３０におけるバッテリ４０を交換するためには、電動車両３０の停車位置が左右方向および前後方向において、上述した第２の許容位置ズレ量Ｗ₀の範囲内かつ第１の許容位置ズレ量Ｄ₀の範囲内である必要がある。反対に、電動車両３０が第２の許容位置ズレ量Ｗ₀または第１の許容位置ズレ量Ｄ₀を超えて停車した場合には、電動車両３０のバッテリ４０を交換することは極めて困難になる。ところが、電動車両３０の停車位置が左右方向および前後方向において、上述した第２の許容位置ズレ量Ｗ₀の範囲内かつ第１の許容位置ズレ量Ｄ₀の範囲内であった場合であっても、バッテリ４０が電動車両３０の一部に引っかかるなどして、バッテリ４０を電動車両３０から円滑に取り出せなかったり、電動車両３０にバッテリ４０を円滑に搭載できなかったりする場合があった。

また、電動車両３０においては、バッテリ４０をキャリア３２に搭載するようにガイド部や案内部（いずれも図示せず）が設けられている。バッテリ４０の搬送方向がキャリア３２の設置方向から若干ずれていた場合であっても、バッテリ４０が案内部などによって案内されることにより、フォーク２４が案内部によって案内されたバッテリ４０の移動経路に追従して前後方向や左右方向に移動し、キャリア３２にバッテリ４０を搭載することが可能となる。しかしながら、案内部が設けられていた場合であっても、バッテリ４０の交換において、電動車両３０から円滑に取り出せなかったり、電動車両３０に円滑に搭載できなかったりする場合があった。

本発明者が上述した問題について検討を行ったところ、本発明者は、バッテリ４０が引っかかるのは、電動車両３０が前後方向に対して傾斜して停車することが原因であることを見出した。従来、電動車両３０の前後方向に対して傾斜する傾斜方向の位置ズレ、すなわち、傾斜ズレの検出を行っていない。従来技術においては、電動車両３０の停止位置の位置ズレについて、前後方向および左右方向に関しては第１センサ２５０～第３センサ２５２などのセンサによって検出し、フォーク２４の位置を検出した位置に追従させていたが、前後方向に対して傾斜して停止した場合は、運転者の技量に依存していた。

そのため、電動車両３０の停止位置の前後方向および左右方向に沿った位置ズレ量がそれぞれ、第２の許容位置ズレ量Ｗ₀および第１の許容位置ズレ量Ｄ₀に含まれていても、電動車両３０の前後方向に対する傾斜角度が大きくなると、バッテリ４０の交換が困難になる。すなわち、電動車両３０が傾斜して停車することによって、フォーク２４によってバッテリ４０を把持した後にうまく引き出せないことがあった。

これらの点を検討した本発明者は、電動車両３０に対する、バッテリ４０の取り外し、および搭載位置の検出および位置決めにおいては、電動車両３０の前後方向に対する傾斜状態を検出することが極めて重要であることを知見した。そこで、本発明者は、以下に説明する電動車両３０の傾斜方向の検出によって、上述した傾斜方向の傾斜ズレを測定する方法を案出した。

図６は、本実施形態によるバッテリ交換設備２２の前後方向に対して傾斜して停止した電動車両３０におけるセンサと検出ドグとの関係を説明するための図である。図６に示すように、第４センサ２５３から出射される調整レーザ光Ｌａ₃が検出ドグ３３の基準面３３１と同様の基準面３３３に照射される。なお、基準面３３３は、上述した基準面３３１と兼用しても良い。第４センサ２５３から出射される調整レーザ光Ｌａ₃が、基準面３３３に照射されることにより、第４センサ２５３から基準面３３３までの距離ΔＬａ₃を計測可能である。計測された距離ΔＬａ₃のデータは、制御部２１を介して制御部１１に送信される。

また、第４センサ２５３より前方に設けられた第５センサ２５４から出射される調整レーザ光Ｌａ₄が、電動車両３０の車体表面３３４に照射されることにより、第５センサ２５４から車体表面３３４までの距離ΔＬａ₄を計測可能である。計測された距離ΔＬａ₄のデータは、制御部２１を介して制御部１１に送信される。

制御部２１または制御部１１は、第４センサ２５３により計測された基準面３３３までの距離ΔＬａ₃と、第５センサ２５４により計測された車体表面３３４までの距離ΔＬａ₄とに基づいて、電動車両３０の傾斜角度θを導出できる。

すなわち、第４センサ２５３および第５センサ２５４と電動車両３０の側部とを正対させた場合の、第４センサ２５３と基準面３３３との距離ΔＬａ₃₀、および第５センサ２５４と車体表面３３４との距離ΔＬａ₄₀を基準とする。なお、電動車両３０の車両諸元によって、電動車両３０ごとに距離ΔＬａ₃₀，ΔＬａ₄₀をそれぞれ設定可能である。換言すると、電動車両３０が、車体の長手方向に対して平行な基準面３３３と、バッテリ交換設備２２のフォーク２４の伸縮方向に基づいて設定される前後方向とが平行になる状態を想定する。電動車両３０がこの状態でバッテリ交換設備２２の交換用開口部２２ａ側に停車した場合に、傾斜角度θが０となるように、距離ΔＬａ₃₀，ΔＬａ₄₀に対する補正値δ₃，δ₄を設定する。これらの補正値δ₃，δ₄は電動車両３０ごとに個別に設定可能である。これにより、以下の（４）式によって、傾斜角度θを導出可能となる。ここで、第４センサ２５３と第５センサ２５４との前後方向の設置間隔をＤＳとする。電動車両３０の傾斜角度θが計測可能になることにより、電動車両３０、すなわちバッテリ４０の搭載位置の前後方向および左右方向の位置ズレ量も、傾斜角度θに基づいて幾何学的に補正可能になる。なお、補正値δ₃，δ₄をまとめて補正値δ₀としても良い。
θ＝arctan(（（ΔＬａ₃＋δ₃）－（ΔＬａ₄＋δ₄））／ＤＳ) …（４）

図７は、本実施形態によるバッテリ交換施設２０に対して傾斜して停止した電動車両におけるバッテリの交換について説明するための図である。図７に示すように、電動車両３０が前後方向に対して傾斜して停車した場合、電動車両３０の長手方向、すなわち直進時進行方向に対して、バッテリ４０の長手方向が直角になるため、バッテリ４０も左右方向に対して傾斜して停止することになる。

この状態でバッテリ４０を引き出して回収する際や押し込んで載置する際には、図７に示すように、電動車両３０のキャリア３２の案内部に沿って斜めに移動するように引き出されたり、押し込まれたりする。フォーク２４は、固定側旋回用歯車２４１、移動側旋回用歯車２４２、および旋回モータ２４３により旋回可能に構成され、これらの構成要素によって旋回機構が構成される。フォーク２４は、固定側旋回用歯車２４１、移動側旋回用歯車２４２、および旋回モータ２４３のそれぞれが有するあそび量に応じて、所定の回転面における旋回方向に沿って、所定のあそび量を有する。すなわち、フォーク２４は、旋回モータ２４３が停止した状態であっても、旋回方向に沿って所定のあそび量分だけ微小に旋回可能である。これらのうちの、フォーク２４の旋回方向の所定のあそび量は、主として、固定側旋回用歯車２４１と移動側旋回用歯車２４２との間のバックラッシ量が要因となる。そのため、バックラッシ量を調整することによって、バックラッシ量に基づいて所定のあそび量を設定できる。なお、図７においては説明のために、旋回機構としての、固定側旋回用歯車２４１、移動側旋回用歯車２４２、および旋回モータ２４３をフォーク２４に隣接して描画しているが、旋回モータ２４３の駆動によってフォーク２４が旋回駆動可能であれば、種々の場所に設けることが可能である。また、旋回機構はフォーク２４を旋回可能とし、旋回方向に沿って所定のあそび量を有する構成であれば、必ずしも上述した構成に限定されない。

固定側旋回用歯車２４１は、円筒歯車から構成され、フォーク２４の伸縮時においては回転が停止された状態に制御される。移動側旋回用歯車２４２は、旋回モータ２４３に連結されているとともに、固定側旋回用歯車２４１に噛合して設けられている。移動側旋回用歯車２４２は、旋回モータ２４３の回転駆動に伴って、固定側旋回用歯車２４１の周りを、回転中心Ｏ₂を中心として旋回可能に構成される。移動側旋回用歯車２４２の旋回に連動して、フォーク２４が旋回可能に構成される。

固定側旋回用歯車２４１としては、最大でモジュール５０（ＪＩＳ Ｂ １７０１－２）の歯車から構成され、この一実施形態においては、例えばモジュール６（ＪＩＳ Ｂ １７０１－２）の歯車が用いられる。移動側旋回用歯車２４２は、最大でモジュール５０（ＪＩＳ Ｂ １７０１－２）の歯車から構成され、この一実施形態においては、例えばモジュール６（ＪＩＳ Ｂ １７０１－２）の歯車が用いられる。

フォーク２４は、下部フレームに旋回ベアリング（図示せず）を設置し、回転体側に旋回モータ２４３および移動側旋回用歯車２４２を取り付けて旋回する構造を有する。フォーク２４は、把持部２４ａの延出時や短縮時にキャリア３２の案内部に沿うようにして、バッテリ４０の動きに追従する。この場合、フォーク２４は、旋回方向にバッテリ４０の動きに追従する旋回方向に沿って所定旋回幅Δ、本実施形態においては、例えば±２０ｍｍ程度移動可能に設計する必要がある。所定旋回幅Δは、フォーク２４の延伸長Ｌ₂における先端の把持部２４ａの前後方向に沿った移動距離となる。

そこで、所定旋回幅Δを移動可能なフォーク２４について説明する。図８は、本実施形態によるフォーク２４の旋回駆動について説明するための図であり、図９は、図８に示す旋回用歯車２４１，２４２の噛合部分ＩＸを示す拡大図である。

図８に示すように、バッテリ４０の搬送時においてフォーク２４は、固定側旋回用歯車２４１が固定された状態で移動側旋回用歯車２４２が旋回モータ２４３によって自転されて回転中心Ｏ₂の周りを旋回することによって、旋回される。この場合、フォーク２４の把持部２４ａは、移動側旋回用歯車２４２の移動範囲に対して、所定の拡大率だけ拡大された範囲を移動する。所定の拡大率は、固定側旋回用歯車２４１の半径に相当する基準長Ｌ₁に対する、フォーク２４の先端部分の把持部２４ａまでの延伸長Ｌ₂の比（Ｌ₂／Ｌ₁）に基づいて導出される。すなわち、フォーク２４の把持部２４ａは、移動側旋回用歯車２４２の移動距離に対して、フォーク２４における基準長Ｌ₁に対する延伸長Ｌ₂の比（以下、アーム比率）倍だけ拡大された範囲を移動可能になる。ここで、アーム比率（Ｌ₂／Ｌ₁）は、例えば、４以上８以下程度の５程度であるが、これらの値は、フォーク２４、および固定側旋回用歯車２４１の設計に応じて種々変更可能である。

本発明者は、この点に着目して、傾斜して停止した電動車両３０の傾斜角度θを検出して所定の傾斜角度の範囲内で、フォーク２４の把持部２４ａを電動車両３０のキャリア３２の案内部によって案内可能にする方法について検討した。本発明者は、図９に示すように、固定側旋回用歯車２４１と移動側旋回用歯車２４２との噛合部分におけるバックラッシに着目した。

一般に、歯車におけるバックラッシは、歯車が噛合した状態で自由に移動できる部分であり、歯車は本来、適正なバックラッシが設定されている（ＪＩＳ Ｂ １７０５）。そこで、本発明者は、固定側旋回用歯車２４１と移動側旋回用歯車２４２との噛合部分におけるバックラッシ量ｄを調整することによって、移動側旋回用歯車２４２をさらに広い範囲で移動可能にすることを案出した。ここで、移動側旋回用歯車２４２は、バックラッシ量ｄ分だけ旋回可能であり、バックラッシ量ｄに基づいてフォーク２４の旋回方向に沿ったあそび量を調整して設定できる。このバックラッシ量ｄに対して、フォーク２４の把持部２４ａは、基準長Ｌ₁に対する延伸長Ｌ₂の比（Ｌ₂／Ｌ₁）で拡大された移動幅Δθ（－Δθ～＋Δθ）だけ移動可能になる。そのため、バックラッシ量ｄに基づいて把持部２４ａの旋回方向、実際は近似的に電動車両３０の略進行方向に沿うあそび量として移動幅Δθを調整して設定できる。すなわち、フォーク２４の把持部２４ａにおいては、所定のあそび量として、以下の（５）式が成立する。
２Δθ＝ｄ×（Ｌ₂／Ｌ₁） …（５）

また、移動幅Δθを所望の移動幅とするためのバックラッシ量ｄを決定することが可能になる。本実施形態においては、バックラッシ量ｄをフォーク２４のアーム比率（Ｌ₂／Ｌ₁）に基づいて、導出して、フォーク２４の先端部の把持部２４ａにおける移動幅Δθを例えば２５ｍｍ程度（－２５ｍｍ～＋２５ｍｍ）として、２Δθ＝５０ｍｍ程度の移動ができるように設定する。この場合、本実施形態において電動車両３０は、バッテリ交換設備２２におけるフォーク２４の伸縮方向に対して、バッテリ４０の上面からの見た長手方向の傾斜角度θを、所定の許容傾斜角度θ₀、例えば±２度（±２°）まで許容できる。換言すると、電動車両３０が、停止時において長手方向が前後方向に対して所定の許容傾斜角度θ₀の範囲内で傾斜していたとしても、バッテリ４０を交換することが可能となる。

このように、バッテリ４０の交換時において許容される移動幅Δθを設定した場合に、フォーク２４のアーム比率（Ｌ₂／Ｌ₁）に基づいて、バックラッシ量ｄを設定することにより、移動幅Δθの設定の自由度を向上できる。なお、バックラッシ量ｄとしては、固定側旋回用歯車２４１と移動側旋回用歯車２４２との噛合部分における許容されるバックラッシ量ｄが上限となる。

以上のように構成されたバッテリ交換施設２０においては、フォーク２４を駆動させる固定側旋回用歯車２４１と移動側旋回用歯車２４２との噛合部分におけるバックラッシ量ｄが、従来に比して大きくなるように設定されている。また、第１センサ２５０～第５センサ２５４によって電動車両３０の停止位置の位置ズレを検出することにより、位置ズレが許容範囲を超えた場合に、バッテリ交換設備２２によるバッテリ４０の交換作業を開始しないように設定できる。この場合、電動車両３０におけるバッテリ４０の交換は次のように行われる。

（バッテリ交換処理）
以下に、バッテリ交換処理について説明する。なお、バッテリ交換施設２０の各構成要素は、制御装置１０から通信部１３，２１ａを介して取得した信号に基づいて制御部２１により制御され、制御部２１が取得した情報も、適宜または取得した都度、制御装置１０に送信される。そのため、バッテリ交換施設２０の各構成要素は、制御装置１０の制御部１１によって間接的に制御されるが、情報の送受信や通信についての都度の説明は省略する。なお、バッテリ交換施設２０に制御装置１０が設けられている場合には、制御部２１が制御装置１０に置き換えられる。

すなわち、まず、電動車両３０がバッテリ交換設備２２の交換用開口部２２ａ側に到着し、前輪３４が道路に固定された車輪止め２８によって固定されるようにして、交換用開口部２２ａに対していわゆる横付けするように停止する。この際、車両識別工程が実行される。

（車両識別工程）
すなわち、電動車両３０がバッテリ交換施設２０に近づく。バッテリ交換施設２０の制御部２１は、電動車両３０のＩＤ出力部３１とＩＤセンサ２６との非接触通信によって、電動車両３０の車両識別ＩＤを取得する。これにより、制御装置１０の制御部１１は、電動車両３０の車両識別ＩＤを取得して、記憶部１２の車両情報データベース１２１に格納する。制御部１１の車両識別部１１２は、取得した車両識別ＩＤに基づいて、記憶部１２の車両情報データベース１２１から、近づいた電動車両３０に搭載するバッテリ４０の種類を確定する。なお、電動車両３０の車種が略１種類とみなせる場合には、車両識別工程を省略できる。また、バッテリ４０の種類が１種類と見なせる場合には、バッテリ４０の種類を確定する処理を省略できる。バッテリ４０の種類情報は、制御部１１の交換制御部１１１に出力される。

（センサ測距工程）
電動車両３０が停止すると、センサ２５０～２５４によって、センサ測距工程が実行される。すなわち、第１センサ２５０によって、バッテリ交換設備２２から電動車両３０まで、詳細には基準面３３１までの距離ΔＬｂが計測される。並行して、第２センサ２５１および第３センサ２５２によって段差面３３２までの距離ΔＬａ₁，ΔＬａ₂が計測される。なお、計測された距離ΔＬｂ，ΔＬａ₁，ΔＬａ₂の計測データは、通信部２１ａおよびネットワーク２を介して制御装置１０に送信され、記憶部１２に格納される。なお、バッテリ交換設備２２によって計測される種々のデータは、ネットワーク２を介して、計測の都度または適宜、制御装置１０に送信されるが、この点についての都度の説明は省略する。また、第４センサ２５３によって、バッテリ交換設備２２から電動車両３０まで、詳細には基準面３３３までの距離ΔＬａ₃が計測されるとともに、第５センサ２５４によって電動車両３０の車体側面の距離ΔＬａ₄が計測される。計測された計測データは、制御装置１０に送信される。

制御装置１０の制御部１１における交換制御部１１１は、取得した距離ΔＬｂ，ΔＬａ₁，ΔＬａ₂，ΔＬａ₃，ΔＬａ₄の計測値に基づいて、電動車両３０の停止位置の位置ズレ量を導出する。すなわち、交換制御部１１１は、電動車両３０の停止位置における、前後方向に沿った位置ズレ量Ｄ、左右方向に沿った位置ズレ量Ｗ、および前後方向に対する傾斜角度θを導出する。また、あらかじめ電動車両３０ごとに設定された、前後方向および左右方向のそれぞれに沿った許容可能な位置ズレ量Ｄ₀，Ｗ₀（以下、許容位置ズレ量Ｄ₀，Ｗ₀）、および傾斜する方向の前後方向に対する許容可能な傾斜角度θ₀（以下、許容傾斜角度θ₀）は、車両情報データベース１２１に格納されている。なお、許容傾斜角度θ₀は、交換制御部１１１によって、フォーク２４の旋回方向に沿った所定のあそび量に基づいて導出できる。

交換制御部１１１は、導出した位置ズレ量Ｄ，Ｗ、および傾斜角度θをそれぞれ、車両情報データベース１２１に格納されている許容位置ズレ量Ｄ₀，Ｗ₀、および許容傾斜角度θ₀を読み出して比較する。交換制御部１１１は、導出した位置ズレ量Ｄ，Ｗ、および傾斜角度θのうちの少なくとも１つが、許容位置ズレ量Ｄ₀，Ｗ₀、および許容傾斜角度θ₀から逸脱していると判定した場合、警報信号を制御部２１に送信する。すなわち、交換制御部１１１は、電動車両３０の停止位置が設定された距離の範囲外である、またはフォーク２４による把持部２４ａのあそび量２Δθの範囲内では、バッテリ４０の搭載または回収が実行不能であると判定した場合、警報信号を制御部２１に送信する。

警報信号を受信した制御部２１は、報知部２７に報知信号を出力し、報知部２７から電動車両３０の位置ズレ量Ｄ、位置ズレ量Ｗ、または傾斜角度θが許容範囲を超過していることを報知する情報を出力する。なお、報知部２７から停車位置の再確認や、再度の停車作業の指示などを出力しても良い。

反対に、交換制御部１１１は、導出した位置ズレ量Ｄ，Ｗ、および傾斜角度θの全てが、許容位置ズレ量Ｄ₀，Ｗ₀、および許容傾斜角度θ₀の範囲内であると判定した場合、次の交換処理開始工程を実行する。なお、この際、交換制御部１１１は、適合信号を制御部２１に送信して、報知部２７から電動車両３０の停車位置が正しい位置であることを報知する情報を出力しても良い。すなわち、判定を行って、その結果のいずれか（範囲内または範囲外）に応じた情報を報知部に出力する構成であれば良い。

（交換処理開始工程）
すなわち、電動車両３０がバッテリ交換設備２２に横付けした状態で、運転手が交換開始ボタンを押下するなどの、交換開始を指示する処理を実行して、交換処理の開始信号を出力する。交換制御部１１１は、交換処理の開始信号を取得すると、バッテリ交換設備２２における交換用開口部２２ａの扉を開放する。

（バッテリ回収工程）
次に、交換制御部１１１は、フォーク２４を制御して先端の把持部２４ａをバッテリ４０まで延伸させて把持する。なお、バッテリ４０の上部にフォークポケットが設けられている場合には、フォークポケットに把持部２４ａを差し込んでフォークポケットを把持する。その後、交換制御部１１１は、フォーク２４を短縮させることにより、バッテリ交換設備２２内にバッテリ４０を引き込む。続いて、交換制御部１１１はフォーク２４を制御して、バッテリ交換設備２２に設置された保管ラック２３のうちから空いている保管ラック２３まで旋回させた後、バッテリ４０を解放して空の保管ラック２３に収納させる。以上により、バッテリ回収工程が実行される。

（バッテリ搭載工程）
次に、交換制御部１１１は、フォーク２４を、バッテリ４０が収納されている保管ラック２３まで旋回させ、把持部２４ａによって充電されたバッテリ４０を把持し、保管ラック２３から取り出す。その後、交換制御部１１１は、ラック＆ピニオン機構のモータ（図示せず）を回転させてフォーク２４を短縮させた後、バッテリ交換設備２２内においてフォーク２４を所定の旋回軸を中心として交換用開口部２２ａまで旋回させる。

続いて、交換制御部１１１は、ラック＆ピニオン機構のモータ（図示せず）を回転させてフォーク２４を延伸させる。この際、電動車両３０のキャリア３２に設けられた案内部によって、バッテリ４０およびフォーク２４の把持部２４ａが案内されることにより、フォーク２４および把持部２４ａが案内部に追従して、自動でキャリア３２におけるバッテリ４０の搭載位置まで案内される。これにより、電動車両３０のキャリア３２の直上にバッテリ４０が配置されるように案内された後、フォーク２４の把持部２４ａを下降させる。バッテリ４０が電動車両３０のキャリア３２に載置されると、把持部２４ａはバッテリ４０を解放する。バッテリ４０は、電動車両３０のキャリア３２の案内部に案内された後に載置されて搭載される。その後、交換制御部１１１は、フォーク２４を短縮させることにより、フォーク２４をバッテリ交換設備２２内に収納する。以上により、電動車両３０におけるバッテリ４０の交換処理が終了し、電動車両３０はバッテリ交換設備２２から発車することが可能となる。

（バッテリ充電工程）
一方、電動車両３０から取り外されたバッテリ４０は、空いている保管ラック２３に収納されて充電が行われる。以上により、バッテリの交換処理が終了する。

以上説明した本実施形態によるバッテリ交換施設２０によれば、塵芥車や配送車などの電動車両３０のバッテリ４０をフォーク２４により交換する際に、バッテリ４０の前後方向の位置ズレ量Ｄ、左右方向の位置ズレ量Ｗ、および傾斜角度θを認識することによって、バッテリ交換施設２０において、フォーク２４の調芯性を持たせることが可能になる。

また、本実施形態によれば、電動車両３０が前後方向に対して傾斜したり、前後方向や左右方向に許容範囲を逸脱したりして停車した場合であっても、許容値範囲か否かを報知することができるので、電動車両３０が許容範囲内に停車した場合は、フォーク２４の把持部２４ａが自動で追従できるため、バッテリ交換が容易になる。また、従来、電動車両３０の停止の際の停車可能な傾斜角度θに関して厳しい状態であったが、バックラッシ量ｄを増加させることにより、フォーク２４の把持部２４ａの可動範囲を増加できることにより、許容範囲を従来に比して大きくすることができるので、フォーク２４の操作性を向上できる。したがって、本実施形態によれば、電動車両３０が前後方向に対して傾斜して停車したことでフォーク２４などのバッテリ交換装置が停止して、バッテリ交換の運用に支障をきたす可能性を減少できる。

（変形例）
次に、上述した一実施形態の変形例について説明する。図１０は、本実施形態の変形例によるフォーク２４の旋回機構について説明するための図８に対応する図である。なお、図１０に示すフォーク２４および昇降機構は、バッテリ交換設備２２内に設けられる。

図１０に示すように、変形例においては、バッテリ交換設備２２内に交換設備支柱としての支柱２２４が設けられている。フォーク２４の昇降機構２２１は、支柱２２４に固定されている。また、昇降機構２２１は、フォーク２４を昇降可能に構成される。フォーク２４における先端側の把持部２４ａとは反対側の基端側には、回転支点となる円柱２２２および２対のガイドローラ２２３が設けられている。

フォーク２４は、例えば３段スライドフォーク構造を有している。すなわち、フォーク２４は、ベースフォーク２４４、サードフォーク２４５、セカンドフォーク２４６、およびトップフォーク２４７を有する。３段スライドフォーク構造によって、把持部２４ａが伸縮方向（図１０中、フォークの長手方向）に延伸される。また、ベースフォーク２４４は、昇降機構２２１に固定されている。昇降機構２２１およびベースフォーク２４４は、一体として、互いに連結されたガイドローラ２２５およびバネなどの弾性体２２６を介して、支柱２２４に連結されている。これにより、フォーク２４には、回動方向に弾性力が作用される。そのため、フォーク２４の把持部２４ａは、昇降機構２２１を回転方向に対して固定させた場合であっても、弾性体２２６の伸縮範囲内または弾性範囲内において、弾性体２２６の伸縮量に基づく所定のあそび量をもって回動可能（図１０中、矢印）に構成される。すなわち、フォーク２４の旋回方向の所定のあそび量は、主として、弾性体の伸縮量が要因となる。そのため、弾性体２２６の伸縮量を調整して設定することにより、弾性体２２６の伸縮量に基づいてフォーク２４に対して、回動方向（旋回方向）に沿った所定のあそび量を設定できる。

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた構成はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成を用いても良い。

すなわち、バッテリ４０の上部にフォークポケットを設け、バッテリ交換施設２０のフォーク２４を延伸させてフォーク２４の先端部分をバッテリ４０のフォークポケットに差し込み、昇降機構によって吊り上げることにより、電動車両３０からバッテリ４０を取り外しても良い。

また、上述したバッテリ交換処理においては、１台のバッテリ４０の交換について説明したが、複数台のバッテリ４０を搭載した電動車両３０においても、複数台のバッテリ４０を同時または順次に交換することも可能である。

上述した各実施形態および各変形例の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付のクレームおよびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ バッテリ交換システム
２ ネットワーク
１０ 制御装置
１１，２１ 制御部
１２ 記憶部
１３，２１ａ 通信部
２０ バッテリ交換施設
２２ バッテリ交換設備
２２ａ 交換用開口部
２３ 保管ラック
２４ フォーク
２４ａ 把持部
２５ センサ部
２６ ＩＤセンサ
２７ 報知部
２８ 車輪止め
３０ 電動車両
３１ ＩＤ出力部
３２ キャリア
３３ 検出ドグ
３４ 前輪
４０ バッテリ
５０ モジュール
１１１ 交換制御部
１１２ 車両識別部
１２１ 車両情報データベース
２２１ 昇降機構
２２２ 円柱
２２３，２２５ ガイドローラ
２２４ 支柱
２２６ 弾性体
２４１ 固定側旋回用歯車
２４２ 移動側旋回用歯車
２４３ 旋回モータ
２４４ ベースフォーク
２４５ サードフォーク
２４６ セカンドフォーク
２４７ トップフォーク
２５０ 第１センサ
２５１ 第２センサ
２５２ 第３センサ
２５３ 第４センサ
２５４ 第５センサ
３３１，３３３ 基準面
３３２ 段差面
３３４ 車体表面

Claims (11)

1. 移動体に着脱可能に搭載されたバッテリを把持可能および解放可能ならびに所定方向に延伸可能に構成された把持部と、前記把持部を所定の回転面で旋回可能、かつ旋回方向において所定のあそび量を有する旋回機構と、前記移動体との距離を計測可能なセンサ部と、指示情報を外部に報知するよう構成された報知部と、を有する、前記移動体の前記バッテリを交換可能に構成されたバッテリ交換装置を制御するのに用いられる制御部を備えたバッテリ交換装置用制御装置であって、
   前記制御部は、
   前記移動体が前記バッテリ交換設備の近傍に停止した状態での前記センサ部による計測データに基づいて、
   前記移動体が停止した状態における前記把持部の延伸によって、前記移動体における前記バッテリの搭載位置に対して、前記把持部による前記バッテリの搭載および回収を、前記旋回機構の旋回方向への旋回を停止させた状態で前記あそび量の範囲内で実行可能であるか否かの第１の判定を行い、
   前記第１の判定結果に応じた指示情報を前記報知部に出力する
   バッテリ交換装置用制御装置。
2. 前記移動体は、前記把持部によって側面側から前記バッテリを取り外し可能および搭載可能に構成され、
   前記把持部は、伸縮可能な伸縮機構の先端側に設けられている
   請求項１に記載のバッテリ交換装置用制御装置。
3. 前記センサ部は、複数の測距センサから構成され、
   前記制御部は、前記複数の測距センサから取得した複数の計測値に基づいて、前記移動体における、前記伸縮機構の伸縮方向に平行な左右方向、水平方向で前記左右方向に対して直角の前後方向、および前記前後方向に対して傾斜した傾斜角度を導出する
   請求項２に記載のバッテリ交換装置用制御装置。
4. 前記旋回機構は、互いに噛合する固定側旋回用歯車と移動側旋回用歯車とを有し、前記移動側旋回用歯車が前記固定側旋回用歯車の周りを噛合しつつ旋回することにより、前記把持部を所定の旋回軸の周りに旋回可能に構成されている
   請求項１に記載のバッテリ交換装置用制御装置。
5. 前記移動体は、前記移動体のキャリアから前記バッテリを回収する際、および前記キャリアに前記バッテリを搭載する際に、前記キャリアの移動を案内する案内部を備え、
   前記移動体における前記バッテリを前記案内部による案内可能な所定範囲内において、前記案内部による案内によって前記把持部が追従可能になるように、前記所定のあそび量として前記固定側旋回用歯車と前記移動側旋回用歯車との噛合部分におけるバックラッシ量を設定する
   請求項４に記載のバッテリ交換装置用制御装置。
6. 前記伸縮機構は、前記旋回機構に対して前記旋回機構の旋回方向に弾性力が作用して所定の伸縮量を有する弾性体を介して固定され、
   前記移動体は、前記移動体のキャリアから前記バッテリを回収する際、および前記キャリアに前記バッテリを搭載する際に、前記キャリアの移動を案内する案内部を備え、
   前記移動体における前記バッテリを前記案内部による案内可能な所定範囲内において、前記案内部による案内によって前記把持部が追従可能になるように、前記所定のあそび量として前記弾性体の伸縮量を設定する
   請求項２に記載のバッテリ交換装置用制御装置。
7. 前記制御部は、
   前記移動体の停止位置の前記バッテリ交換設備からの距離があらかじめ設定された距離の範囲内であるか否かの第２の判定を行い、
   前記第２の判定結果に応じた指示情報を前記報知部に出力する
   請求項１に記載のバッテリ交換装置用制御装置。
8. 移動体に着脱可能に搭載されたバッテリを保管可能な保管部と、前記移動体に着脱可能に搭載されたバッテリを把持可能および解放可能ならびに所定方向に延伸可能に構成された把持部と、前記把持部を旋回可能、かつ旋回方向において所定のあそび量を有する旋回機構と、前記移動体との距離を計測可能なセンサ部と、指示情報を外部に報知するよう構成された報知部とを備え、前記移動体の前記バッテリを交換可能に構成されたバッテリ交換設備を制御する制御部を備えたバッテリ交換装置であって、
   前記制御部は、
   前記移動体が前記バッテリ交換設備の近傍に停止した状態での前記センサ部による計測データに基づいて、
   前記移動体が停止した状態における前記把持部の延伸によって、前記移動体における前記バッテリの搭載位置に対して、前記把持部による前記バッテリの搭載および回収を、前記旋回機構の旋回方向への旋回を停止させた状態で前記あそび量の範囲内で実行可能であるか否かの第１の判定を行い、
   前記第１の判定結果に応じた指示情報を前記報知部に出力する
   バッテリ交換装置。
9. 前記移動体は、前記把持部によって側面側から前記バッテリを取り外し可能および搭載可能に構成され、
   前記把持部は、伸縮可能な伸縮機構の先端側に設けられ、
   前記旋回機構は、互いに噛合する固定側旋回用歯車と移動側旋回用歯車とを有し、前記移動側旋回用歯車が前記固定側旋回用歯車の周りを噛合しつつ旋回することにより、前記把持部を所定の旋回軸の周りに旋回可能に構成されている
   請求項８に記載のバッテリ交換装置。
10. 前記移動体は、前記移動体のキャリアから前記バッテリを回収する際、および前記キャリアに前記バッテリを搭載する際に、前記キャリアの移動を案内する案内部を備え、
    前記移動体における前記バッテリを前記案内部による案内可能な所定範囲内において、前記案内部による案内によって前記把持部が追従可能になるように、前記所定のあそび量として前記固定側旋回用歯車と前記移動側旋回用歯車との噛合部分におけるバックラッシ量が設定されている
    請求項９に記載のバッテリ交換装置。
11. 前記制御部は、
    前記移動体の停止位置の前記バッテリ交換設備からの距離があらかじめ設定された距離の範囲内であるか否かの第２の判定を行い、
    前記第２の判定結果に応じた指示情報を前記報知部に出力する
    請求項８に記載のバッテリ交換装置。

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