JP3844473B2 - 移動ロボットの充電装置 - Google Patents

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Description

本発明は移動ロボットが自ら充電し得るようにする移動ロボットの充電装置に関するものである。
移動ロボットは産業分野で製品の生産に必要な部品、作業道具などを所望位置に移動させるのに用いられる。
近来は、産業分野だけでなく家庭でも移動ロボットを積極的に活用している趨勢にある。家庭においては、主に掃除のため、かつ使用者の安全及び財産保護などのために移動ロボットを用いている。
移動ロボットは室内空間のような制限された領域内で与えられた機能と任務を行うようになっている。このため、移動ロボットは活動領域内で自身の移動方法と位置を認識し、その内部に、輪駆動用モータなど、各種負荷に駆動電源を供給するための充電池を持っている。
移動ロボットは充電池に蓄積された電源が一定レベル以下に低下すると、充電池の充電のための充電のために充電器に移動する。この際、移動ロボットは通常充電器と交信して充電器の付近に移動した後、充電器と移動ロボット間の電気接続のために充電器に密着するように移動して、充電池と充電器が電気的に接触するようにする。
移動ロボットが充電器に密着するように移動するとき、移動ロボットと充電器間の支持面上の障害物又は輪と支持面間の摩擦により位置誤差が発生して電気的接続が失敗すると、移動ロボットが前後左右に動きながら電気的接続を試し直す施行錯誤を繰り返す。このため、充電するにかかり時間が長くなり、充電不良が発生する。
これに鑑みて、充電器にランプを設け、移動ロボットはランプから発光する光を受信して接続位置に移動するようにしたものが知られている。しかし、この方式も接続位置をおおざっぱに認識するため、施行錯誤を減らすことができるばかりで、依然として失敗の頻度が高くて実用的でない。
失敗の頻度を減らすためには、充電器と移動ロボットに高価の誘導手段を設け、この誘導手段の誘導により移動ロボットの位置移動を制御して電気接続をより容易にすることができるが、高価の誘導手段を設けなければならないため、経済的負担がある。
したがって、本発明の目的は、充電器の充電構造を改善することにより、充電器と移動ロボット間の電気接続を容易にし、経済的負担を減らし、充電不良を防止するようにした移動ロボットの充電装置を提供することにある。
前記のような目的を達成するため、本発明は、移動ロボットの充電装置において、前記移動ロボットに含まれた充電池及び接触端子と、少なくとも一つが移動ロボットの接触端子に電気的に接続して移動ロボットの充電池に充電電流を供給する複数の充電端子部を含む充電器とを含んでなり、前記各充電端子部は、本体と、前記本体に動けるように連結された接触板とを含み、前記接触板は、前記移動ロボットの接続端子に電気的に接続されるように前記ヘッドの所定部に装着される移動ロボットの充電装置を提供する。
前記複数の充電端子部は複数列に配列される。
前記各充電端子部は、前記本体を支持するための支持軸と、前記本体を元の位置に復帰させる弾性部材とをさらに含む。
前記本体は凹部を含み、前記ヘッドは前記本体と単一体をなすように前記凹部から延長される。
前記接触板を前記充電器の端子板から延長される電気ケーブルに電気的に接続するため、前記本体及び前記ヘッド内に電気接続部材が埋設される。
前記充電装置は前記本体を前記ヘッドに連結する連結部をさらに含む。
前記連結部は金属板、金属ピン、又は一端にボールが設けられた連結棒からなる。
また、本発明は、充電池及び接触端子を有する移動ロボットの充電装置において、ケースと、前記ケースに設けられた端子板と、外部電源に接続される充電回路と、前記端子板に形成された案内孔と、充電端子部とを含んでなり、前記充電端子部は、前記案内孔に挿入される第１支持部材及び前記端子板から突出するように前記第１支持部材から延長される第２支持部材を有する本体と、前記本体の前記第２支持部材に可動状態に連結され、前記充電回路に電気的に接続されるように一部に接触板が設けられたヘッドとを含む移動ロボットの充電装置を提供する。
また、本発明は、移動ロボットの充電装置において、前記移動ロボット内に含まれた充電池及び複数の接触端子と、前記移動ロボットの充電池に充電電流を供給するため、前記接触端子の対応端子に接触するように設けられた複数の充電端子部を含む充電器とを含んでなり、前記各充電端子部は、外部電源に電気的に接続される導電材を有する本体と、前記本体に移動可能に連結されたヘッドとを含み、前記ヘッドは、前記移動ロボットの接触端子の対応端子に電気的に接触するように前記導電材に電気的に接続され前記ヘッドの所定部に設けられた接触板を有する移動ロボットの充電装置を提供する。
前記移動ロボットの接触端子が前記移動ロボットの中心及び前記充電端子部の中心を通過する線上に配置される方向に対して所定の角度の方向に前記充電器の充電端子部の対応端子部と接触するとき、前記充電端子部の各ヘッドは前記充電端子部の対応本体に対して相違した方向に曲がる。
前記接触端子は前記移動ロボットの円周方向に配置され、前記充電端子部は第１ヘッドを有する第１本体と第２ヘッドを有する第２本体とをそれぞれ有する第１充電端子部と第２充電端子部とを含み、前記移動ロボットの中心及び前記充電端子部の中心部を通過する中心に対して第１距離を有する線上に配置された前記第１充電端子部の第１ヘッドは前記第１充電端子部の第１本体に対して第１方向に移動し、前記移動ロボットの中心及び前記充電端子部の中心部を通過する中心に対して第２距離を有する線上に配置された前記第２充電端子部の第２ヘッドは前記第２充電端子部の第２本体に対して第２方向に移動する。
以上のような本発明は、充電器に複数の充電端子部を配設し、その充電端子部のヘッドが動ける充電構造を有するため、充電器と移動ロボット間の電気接続が容易で迅速になされる効果がある。また、本発明は、充電不良を防止するため、従来のように電気接続のための高価の誘導手段を備えなければならない問題点を解決することができるので、経済的負担を減らすことができる。
以下、本発明の好ましい実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による移動ロボットの充電装置を示す図、図２は本発明による移動ロボットの充電装置において、移動ロボットが充電器に接近する場合を示す図である。
本発明による移動ロボットの充電装置は、図１に示すように、充電器１０と移動ロボット３０とを含む。
充電器１０は、ケース１１の外側に、充電端子部２０を取り付けるための第１端子板１２が設けられ、ケース１１の上部に、移動ロボットと交信するための第１アンテナ１３と、壁面１のコンセント２に接続するための電源コード１４が設けられる。
第１端子板１２には複数の充電端子部２０が設けられる。
充電端子部２０は複数列で一定範囲内に集中して設けられ、外力により充電器１０に対して移動自在に取り付けられる。
移動ロボット３０は活動領域内で作業を行うが、充電が必要であると、充電器１０から第１アンテナ１３を介して伝送された信号に応じて前もって決められた基準位置Ａに移動し、この基準位置Ａに位置してから、充電器の第１端子板１２に密着するように移動する。
図２に示すように、移動ロボット３０はロボット本体３１の外側に第２端子板３２が設けられ、この第２端子板３２には第１接触端子３３ａ及び第２接触端子３３ｂが固着される。第１接触端子３３ａ及び第２接触端子３３ｂは電気ケーブル３４を介して充電池３５に電気的に連結される。
ロボット本体３１の下側に設けられた輪３６は輪駆動用モータ（図示せず）により駆動される。この輪駆動用モータはロボット制御手段（図示せず）から伝送された信号に応じて充電池３５から駆動電源を受ける。この制御信号は第２アンテナ３７を介して受信される。
充電器の第１端子板１２は移動ロボット３０の第１接触端子３３ａ及び第２接触端子３３ｂを有する第２端子板３２に対応する高さに設けられ、第１端子板１２の内部には案内孔１５が上下に配列されている。
符号１６は移動ロボットと交信する動作を含む充電器の諸般動作を制御するための制御回路が内蔵された制御箱であり、符号１７はコンセント２と電源コード１４を介して外部電源を受けて充電電流を発生し、この充電電流を電気ケーブル２５を介して充電端子部２０に出力するための充電回路が内蔵された充電回路箱である。
図３に示すように、本発明の第１実施例による充電端子部２０は、本体２１と、この本体２１を支持する支持軸２４と、復元スプリング２２と、接触板２３とを含む。本体２１には断面弧状の環状凹部２１ｂが形成され、その環状凹部からヘッド２１ａが延長される。ヘッド２１ａには接触板２３が固定される。本体２１は、ヘッドに外力が作用するとヘッドが動けるように、柔軟な絶縁体から作られ、接触板２３は銅材からなる。
電気ケーブル２５は支持軸２４と本体２１の内部に埋設され、その一端は接触板２３に電気的に接続される。接触板２３は移動ロボットの第１接触端子３３ａ及び第２接触端子３３ｂの対応端子と面接触する。
接触板２３が第１接触端子３３ａ及び第２接触端子３３ｂの対応端子により押されると、本体に連結された復元スプリング２２が収縮し、支持軸２４が第１端子板１２の案内孔１５内に押し込まれる。この際、接触板２３がまっすぐに押されるとヘッド２１ａが直後方に押されて支持軸２４が案内孔１５内に深く押し込まれるが、接触板２３が斜めに押されるとヘッド２１ａが曲がりながら後方に押されるので、支持軸２４が案内孔２４内により少なく押し込まれる。
第１接触端子３３ａ及び第２接触端子３３ｂの対応端子により接触板２３が押される動作が解除されると、復元スプリング２２により本体２１が元の位置に戻る。
図４に示すように、移動ロボット３０が充電器２０の第１端子板１２に垂直な方向（Ｐ１）に接近する場合、第１端子板１２の上部に配列された複数の充電端子部２０が第２端子板３２の上部の第１接触端子３３ａの対応端子に電気的に接続され、図示していないが、第１端子板１２の下部に配列された複数の充電端子部２０も第２端子板３２の下部の第２接触端子３３ｂの対応端子に電気的に接続される。
移動ロボット３０が充電器１０に密着するように移動するとき、移動ロボット３０と充電器１０間の支持面上の障害物又は輪３６と支持面間の摩擦のような理由で位置誤差が発生し得る。図５に示すように、直進方向（Ｐ）に対して角度βのＰ２方向に充電器１０の第１端子板１２に移動ロボット３０が接近する場合、一部の充電端子部２０が第２端子板３２の上部の第１接触端子３３ａの対応端子に電気的に接続され、図示していないが、第１端子板１２の下部に配列された一部の充電端子部２０も第２端子板３２の下部の第２接触端子３３ｂの対応端子に電気的に接続される。このようにあまり大きくない位置誤差が発生した場合にも、充電器と移動ロボット間の電気接続が可能である。
第１接触端子３３ａのなかで少なくとも一つの充電端子部が電気的に接続され、第２接触端子３３ｂに少なくとも一つの充電端子部が電気的に接続されると、電気ケーブル２５、３４を介して充電電流が充電池３５に流れて、充電池３５の充電が始まる。充電池の電流が設定レベルに到達すると、充電動作を終了するため、移動ロボットが後退して充電器との電気的接続を解除する。
本発明の第１実施例による充電端子部２０は本体２１から延長してヘッド２１ａを形成する構成である。
各充電端子部の本体にヘッドを結合する構造は本発明の範囲から逸脱しないで変更できる。以下、図６ないし図８に基づいて本発明のほかの実施例による充電端子部を説明する。本発明のほかの実施例による充電端子部は図３の充電端子部と同一機能を有する。
図６に示すように、本発明の第２実施例による充電端子部５０は、本体５１と、この本体５１を支持する支持軸５４と、復元スプリング５２と、接触板５３とを含む。
充電端子部５０は本体５１から分離されたヘッド５６を含む。本体５１とヘッド５６は連結板５７により連結される。本体５１とヘッド５６は絶縁体である。
連結板５７は金属薄板からなるので、連結板に連結されたヘッド５６に外力が作用するとヘッドが動けるようになっている。
ヘッド５６には接触板５３が固着される。接触板５３は銅材からなる。
電気ケーブル５５は支持軸５４及び本体５１の内部に埋設される。埋設された電気ケーブルの電線５８は連結板５７の一端に電気的に接続される。この連結板５７の他端と接触板５３は金属片５９により電気的に接続される。
接触板５３が移動ロボットの第１接触端子３３ａ及び第２接触端子３３ｂの対応端子により押されると、本体に連結された復元スプリング５２が収縮し、支持軸５４が第１端子板１２の案内孔１５内に押し込まれる。第１接触端子３３ａ及び第２接触端子３３ｂの対応端子により接触板５３が押される動作が解除されると、復元スプリング５２により本体５１が元の位置に戻る。
図７に示すように、本発明の第３実施例による充電端子部６０は、本体６１と、この本体６１を支持する支持軸６４と、復元スプリング６２と、接触板６３とを含む。
充電端子部６０は、本体６１とヘッド６６が金属ピン６７により連結される。ピン６７で連結されたヘッド６６に外力が作用するとヘッド６６が動けるようになっている。本体６１とヘッド６６は絶縁体からなる。ヘッド６６には接触板６３が固定される。接触板６３が銅材からなる。
電気ケーブル６５は支持軸６４及び本体６１の内部に埋設される。埋設された電気ケーブルの電線６８とピン６７の一端は金属折曲片６８ａにより電気的に接続され、ピン６７の他端はヘッド６６に埋設された金属ブッシュ６９ａに電気的に接続され、このブッシュ６９ａと接触片６３は金属片６９により電気的に接続される。
接触板６３が移動ロボットの第１接触端子３３ａ及び第２接触端子３３ｂの対応端子により押されると、本体に連結された復元スプリング６２が収縮し、支持軸６４が第１端子板１２の案内孔１５内に押し込まれる。接触板６３が押される動作が解除されると、復元スプリング６２により本体６１が元の位置に戻る。
図８に示すように、本発明の第４実施例による充電端子部７０は、本体７１と、この本体７１を支持する支持軸７４と、復元スプリング７１と、接触板７３とを含む。
充電端子部７０は、本体７１とヘッド７６が金属連結棒７８により連結される。連結棒７８は金属材からなるもので、その一端にボール７８ａが設けられる。この連結棒７８はヘッド７６の内部に螺合される。本体７１の一側にはソケット７１ａが形成され、このソケット７１ａにボール７８ａが回転可能に挿着される。連結棒７８に連結されたヘッド７６に外力が作用すると、ヘッド７６が動く。本体７１とヘッド７６は絶縁体からなる。ヘッド７６には接触板７３が固定され、接触板７３は銅材からなる。
電気ケーブル７５は支持軸７４及び本体７１の内部に埋設される。埋設された電気ケーブル７５の電線７７と導電性スプリング７７ａ及び金属片７７ｂは電気的に接続される。導電性スプリング７７ａは金属片７７ｂをボール７８ａに密着させる。金属片７７ｂと接触板７３は連結棒７８により電気的に連結される。
接触板７３が移動ロボットの第１接触端子３３ａ及び第２接触端子３３ｂの対応端子により押されると、本体に連結された復元スプリング７２が収縮し、支持軸７４が端子板１２の案内孔１５の内側に押し込まれる。接触板７３の押しが解除されると、復元スプリング７２により本体７１が元の位置に戻る。
本発明による移動ロボットの充電装置を示す斜視図である。 本発明による充電端子部に移動ロボットが密着するように移動する場合を示す側面図である。 本発明の第１実施例による充電端子部を示す斜視図である。 本発明による充電端子部に垂直な方向に移動ロボットが接近する場合を示す平面図である。 本発明による充電端子部に斜めに移動ロボットが接近する場合を示す平面図である。 本発明の第２実施例による充電端子部を示す斜視図である。 本発明の第３実施例による充電端子部を示す斜視図である。 本発明の第４実施例による充電端子部を示す斜視図である。
符号の説明
１０ 充電器
１１ ケース
１２ 第１端子板
１３ 第１アンテナ
１４ 電源コード
１５ 案内孔
２０、５０、６０、７０ 充電端子部
２１、３１、５１、６１、７１ 本体
２２ 復元スプリング
２３、５３、６３、７３ 接触板
２４ 支持軸
２５、３４、７５ 電気ケーブル
３０ 移動ロボット
３２ 第２端子板
３３ａ 第１接触端子
３３ｂ 第２接触端子
３５ 充電池
３６ 輪
５２、６２、７２ 復元スプリング
５４、６４、７４ 支持軸
５６、６６、７６ ヘッド
５７ 連結板
５８、７７ 電線
５９、６９、７７ｂ 金属片
６７ ピン
６８ａ 折曲片
６９ａ 金属ブッシュ
７１ａ ソケット
７７ａ 導電スプリング
７８ 連結棒
７８ａ ボール

Claims (3)

  1. 移動ロボット内に含まれた充電池及び複数の接触端子と、
    前記移動ロボットの充電池に充電電流を供給するため、前記接触端子の対応端子に接触するように設けられた複数の充電端子部を含む充電器とを含んでなり、
    前記各充電端子部は、外部電源に電気的に接続される導電材を有する本体と、前記本体に移動可能に連結されたヘッドとを含み、前記ヘッドは、前記移動ロボットの接触端子の対応端子に電気的に接触するように前記導電材に電気的に接続され前記ヘッドの所定部に設けられた接触板とを有し、
    前記移動ロボットの接触端子が前記移動ロボットの中心及び前記充電端子部の中心を通過する線上に配置される方向に対して所定の角度の方向に前記充電器の充電端子部の対応端子部と接触するとき、前記充電端子部の各ヘッドは前記充電端子部の対応本体に対して相違した方向に曲がる構成とした移動ロボットの充電装置において、
    前記本体の端と前記ヘッドとが、金属薄板の連結板によって連結してあり、
    前記導電材が前記連結板の一端に電気的に接続してあり、前記接触板が前記連結板の他端に電気的に接続してある構成としたことを特徴とする移動ロボットの充電装置。
  2. 移動ロボット内に含まれた充電池及び複数の接触端子と、
    前記移動ロボットの充電池に充電電流を供給するため、前記接触端子の対応端子に接触するように設けられた複数の充電端子部を含む充電器とを含んでなり、
    前記各充電端子部は、外部電源に電気的に接続される導電材を有する本体と、前記本体に移動可能に連結されたヘッドとを含み、前記ヘッドは、前記移動ロボットの接触端子の対応端子に電気的に接触するように前記導電材に電気的に接続され前記ヘッドの所定部に設けられた接触板とを有し、
    前記移動ロボットの接触端子が前記移動ロボットの中心及び前記充電端子部の中心を通過する線上に配置される方向に対して所定の角度の方向に前記充電器の充電端子部の対応端子部と接触するとき、前記充電端子部の各ヘッドは前記充電端子部の対応本体に対して相違した方向に曲がる構成とした移動ロボットの充電装置において、
    前記ヘッドには、一端が前記接触板と電気的に接続された電気ブッシュが設けてあり、
    前記本体の端には、前記導電材と電気的に接続された金属ピンが設けてあり、
    前記金属ピンが前記電気ブッシュと接続してある構成としたことを特徴とする移動ロボットの充電装置。
  3. 移動ロボット内に含まれた充電池及び複数の接触端子と、
    前記移動ロボットの充電池に充電電流を供給するため、前記接触端子の対応端子に接触するように設けられた複数の充電端子部を含む充電器とを含んでなり、
    前記各充電端子部は、外部電源に電気的に接続される導電材を有する本体と、前記本体に移動可能に連結されたヘッドとを含み、前記ヘッドは、前記移動ロボットの接触端子の対応端子に電気的に接触するように前記導電材に電気的に接続され前記ヘッドの所定部に設けられた接触板とを有し、
    前記移動ロボットの接触端子が前記移動ロボットの中心及び前記充電端子部の中心を通過する線上に配置される方向に対して所定の角度の方向に前記充電器の充電端子部の対応端子部と接触するとき、前記充電端子部の各ヘッドは前記充電端子部の対応本体に対して相違した方向に曲がる構成とした移動ロボットの充電装置において、
    前記ヘッドには、一端が前記接触板と電気的に接続されたボールが設けてあり、
    前記本体の端には、ソケットが形成してあり、
    前記本体の内部には、導電性スプリングと金属片とが、該金属片が該導電性スプリングによって前記ソケット内に突き出る方向にばね付勢されて、且つ、該金属片が該導電性スプリングを介して前記導電材と電気的に接続された状態で設けてあり、
    前記ボールが前記ソケット内に回転可能に挿着してあり、前記金属片の端が前記ボールと密着している構成としたことを特徴とする移動ロボットの充電装置。
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