JP3872389B2 - 移動型ロボットのための電源制御装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電機構を持つ移動型ロボットの電源を制御する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
近年、ロボット技術の進歩に伴い、産業用ロボット、ペットロボット、および家庭内で使用されるホームロボットのような多種多様なロボットが提案されている。これらのロボットの多くは車輪、クローラ、足等の移動機構を備えており、移動型ロボットと呼ばれている。従来の移動型ロボットは大容量の電流を必要とする移動機構駆動部とそれほど大きな電流を必要としないロジック部からなるにもかかわらず、これらの２つの部分の充電機構は明確に分離されておらず、必ずしも最適な電源制御が行われているとはいえない。
【０００３】
本発明の課題は、移動型ロボットの電源をより効率良く制御する装置および方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の電源制御装置の原理図である。
本発明の第１の電源制御装置は、移動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、充放電回路手段１１、制御手段１２、およびコンピュータ手段１３を備える。
【０００５】
充放電回路手段１１は、バッテリの充電および放電を電気的に制御する。制御手段１２は、バッテリの残量をチェックして残量が十分でないと判断したとき、移動機構１５の動作を禁止して残量が十分でないことを示すアラームを出力するとともにバッテリの充電を充放電回路手段１１に指示し、残量が十分であると判断したとき移動機構の動作を許可する。コンピュータ手段１３は、ロボットシステムの一連の動作を制御するプログラムを実行し、制御手段１２からアラームを受け取ったときユーザに対する充電要求メッセージを出力する。
【０００６】
充放電回路手段１１は、バッテリの充電パスおよび放電パスを有し、制御手段１２は、バッテリの残量が十分でなければ移動機構の動作を禁止し、残量が十分であれば移動機構の動作を許可する。移動型ロボットシステムにおいて最も電力を消費するのは移動機構であるので、その動作を禁止することでバッテリの残量低下を遅らせることができ、残された電力を有効に使用することができる。
【０００７】
また、制御手段１２は、バッテリの残量が十分でないときコンピュータ手段１３に対してアラームを出力し、コンピュータ手段１３が充電要求メッセージを出力する。これを受けてユーザは電源アダプタのプラグを外部電源に差し込むといった作業を行う。そして、充電の準備が完了すると、制御手段１２からの指示により充放電回路手段１１がバッテリの充電を開始する。このように、制御手段１２とコンピュータ手段１３による制御を併用することにより、電源制御が最適化される。
【０００８】
本発明の第２の電源制御装置は、駆動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、充放電回路手段１１および制御手段１２を備える。
【０００９】
充放電回路手段１１は、電源アダプタからバッテリと駆動機構とに分岐する電流パスを有し、電源アダプタから供給される電流によりバッテリを充電しながら電源アダプタから駆動機構に対して電流を供給する。制御手段１２は、バッテリの充電を充放電回路手段１１に指示するとともに、充電中における駆動機構の動作を許可する。
【００１０】
駆動機構は、移動機構だけでなく、腕の関節、マニピュレータ、およびカメラのようなロボットシステムの可動部を駆動する機構を含む。電源アダプタを用いたバッテリの充電中に駆動機構にも電流を供給できる電流パスを設けることで、充電中であっても駆動機構の一部を定電圧で動作させることが可能となる。
【００１１】
本発明の第３の電源制御装置は、バッテリおよび制御用ロジック部を有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、充放電回路手段１１および制御手段１２を備える。
【００１２】
充放電回路手段１１は、電源アダプタからバッテリとロジック部とに分岐する電流パスを有し、ロジック部が動作していないとき電源アダプタから供給される電流によりバッテリを充電し、ロジック部が動作しているとき電源アダプタから供給される電流によりバッテリを充電しながら電源アダプタからロジック部に対して電流を供給する。制御手段１２は、バッテリの充電を充放電回路手段１１に指示する。
【００１３】
ロジック部は、ロボットシステムの動作を制御する機構に相当し、例えば、制御手段１２、コンピュータ手段１３、およびその他のロジック回路を含む。電源アダプタを用いたバッテリの充電中にロジック部にも電流を供給できる電流パスを設けることで、充電電流を確保しながらロジック部を動作させることが可能となる。一方、ロジック部が動作していないときはその消費電流を充電に使用することができるので、最大の充電電流を確保することが可能となる。
【００１４】
本発明の第４の電源制御装置は、駆動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、コンピュータ手段１３およびスイッチ手段１４を備える。
【００１５】
コンピュータ手段１３は、ロボットシステムの一連の動作を制御するプログラムを実行する。スイッチ手段１４は、コンピュータ手段１３が駆動されているか否かを検知し、コンピュータ手段１３が駆動されていないときバッテリから駆動機構への電力供給を自動的に遮断する。
【００１６】
スイッチ手段１４は、バッテリと駆動機構の間に設けられ、バッテリから駆動機構への電力供給をオン／オフする。このとき、コンピュータ手段１３が駆動されているか否かを電気的に検知し、それが駆動されていないことが検知されると電力供給を遮断する。通常、コンピュータ手段１３が駆動されていないときは駆動機構を動作させる必要がないので、バッテリと駆動機構を切り離すことにより、無駄な放電を防止することができる。
【００１７】
図１の充放電回路手段１１、制御手段１２、およびコンピュータ手段１３は、例えば、後述する図２の電気的充放電回路２２、マイクロコントローラ２５、およびパーソナルコンピュータ部２６にそれぞれ対応し、図１のスイッチ手段１４は、例えば、後述する図３のスイッチ６２に対応する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図２は、本実施形態のロボットシステムのブロック図である。図２のロボットシステムは、例えば、充電機構を持つ移動型ロボットに対応し、ＡＣ（alternate current ）アダプタ２１（交流アダプタ）、電気的充放電回路２２、バッテリ２３、駆動機構２４、マイクロコントローラ２５、およびパーソナルコンピュータ部２６を備える。
【００１９】
充放電回路２２は、ＡＣアダプタ２１から供給される電流によるバッテリ２３の充電とその放電を電気的に制御し、パーソナルコンピュータ部２６は、ロボットの一連の動作を制御するアプリケーション（プログラム）を実行する。マイクロコントローラ２５は、パーソナルコンピュータ部２６からの指令を受けて駆動機構２４を駆動するとともに、バッテリ状態を監視しながら充放電回路２２を制御する。
【００２０】
充放電回路２２による電気的制御と、マイクロコントローラ２５によるローカル電源制御と、マイクロコントローラ２５およびパーソナルコンピュータ部２６を併用するグローバル電源制御という３つの概念を用いることにより、ロボットシステムの電源制御が最適化される。
【００２１】
このシステムでは、ロボットの駆動制御を行うマイクロコントローラ２５を使用してバッテリ２３の充電制御が行われる。マイクロコントローラ２５は、バッテリ２３の状態を検知することができ、バッテリ残量が規定値以下になると自動的に再充電を開始する。また、パーソナルコンピュータ部２６から駆動指令を受けたときにバッテリ残量が十分でないと判断した場合、駆動のための放電を停止し、パーソナルコンピュータ部２６にアラームを上げる。パーソナルコンピュータ部２６は、基本的には充電制御を行う必要はないが、アプリケーションの状況に応じてユーザに対する充電のオン／オフ指示を行うことができる。
【００２２】
このように、マイクロコントローラ２５によるパッシブ充電制御とパーソナルコンピュータ部２６によるアクティブ充電制御を組み合わせることにより、移動型ロボットの電源制御を最適化することが可能となる。
【００２３】
図３は、図２のロボットシステムの構成図である。パーソナルコンピュータ部２６のマザーボードには、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（read only memory）、ＲＡＭ（random access memory）、およびソフトスイッチ５１が搭載されている。ポインティングデバイス３１およびマイク３５は、ユーザからの指示や情報の入力に用いられ、ディスプレイ装置３２およびスピーカ３４は、ユーザに対する問い合わせや情報の出力に用いられる。
【００２４】
充放電回路２２は、メインスイッチ３３を介してＡＣアダプタ２１に接続される。バッテリ監視コントローラ５３は、バッテリ２３の充放電状態を検知し、マイクロコントローラ２５にその状態を通知する。バッテリ２３としては、例えば、ニッケル水素充電池が用いられる。
【００２５】
ＤＣ（direct current）−ＤＣコンバータ５４（直流コンバータ）は、充放電回路２２に直接接続されるとともに、メインスイッチ３３およびスイッチ６２を介してバッテリ２３に接続される。そして、バッテリ２３または充放電回路２２から供給される電源電圧をロジック回路用の５Ｖに変換してＨＵＢ５６に供給する。ＨＵＢ５６は、マイクロコントローラ２５、パーソナルコンピュータ部２６、およびＣＭＯＳ（complementary metal-oxide semiconductor ）カメラ４３に接続される。
【００２６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５５は、メインスイッチ３３およびスイッチ６２を介してバッテリ２３に接続され、バッテリ２３から供給される電源電圧を５Ｖに変換してパン／チルト用モータ４４に供給する。カメラ４３は、モータ４４により駆動され、パン／チルト動作を行う。カメラ４３の電源（５Ｖ）はパーソナルコンピュータ部２６から供給され、レギュレータ５９はその電源電圧を３．３Ｖに変換してゲートアレイ５７に供給する。
【００２７】
ゲートアレイ５７は、ＦＰＧＡ（field programmable gate array ）である。このゲートアレイ５７には、赤外線発信機３６、赤外線受信機３７、ＡＤ（analog to digital ）コンバータ５８、押ボタンスイッチ４１、ＬＥＤ（light-emitting diode ）４２、およびドライバ６０、６１が接続されている。
【００２８】
ＬＥＤ４２は、充電状態を表示するインジケータとして機能し、充電中は点滅し、充電が完了すると消灯する。ＡＤコンバータ５８には、距離センサ３８、パン用ポテンショメータ３９、およびチルト用ポテンショメータ４０が接続されている。
【００２９】
モータ４５は、ロボットシステムの移動機構（左右の車輪およびクローラ）を駆動する。ドライバ６０および６１は、それぞれモータ４４および４５を制御し、エンコーダ４６は、モータ４５の回転を検知する。モータ４４および４５は、図２の駆動機構２４に対応する。
【００３０】
メインスイッチ３３は、例えば、ロボットシステムのボディ表面に設けられ、ユーザにより操作される。また、ソフトスイッチ５１は、パーソナルコンピュータ部２６によりオン／オフされるスイッチ回路である。
【００３１】
スイッチ６２は、パーソナルコンピュータ部２６の駆動／非駆動を電気的に検知して動作するスイッチ回路であり、ソフトスイッチ５１がオンのときオンとなり、ソフトスイッチ５１がオフのときオフとなる。このようなスイッチ６２を設けることで、パーソナルコンピュータ部２６の非駆動時にはマイクロコントローラ２５が介在することなく自動的に、バッテリ２３から駆動系回路（モータ４４、４５）への電力供給を遮断することができる。
【００３２】
移動型ロボットの場合、パーソナルコンピュータ部２６が駆動されていない状態でバッテリ２３を放電することは好ましくない。このとき、スイッチ６２により駆動系のもれ電流を完全に遮断することで、バッテリ２３の寿命を延ばすことが可能となる。
【００３３】
図４は、メインスイッチ３３およびスイッチ５１により制御されるバッテリ２３の充電と放電の関係を示している。メインスイッチ３３がオフのとき、充放電回路２２はＡＣアダプタ２１から切り離されており、バッテリ２３も駆動系回路へのパス（ＤＣ９．６Ｖ）から切り離されている。したがって、充電およびモータ動作は不可能であり、バッテリ２３の自己放電のみが行われる。
【００３４】
メインスイッチ３３がオンになると、充放電回路２２がＡＣアダプタ２１に接続されるとともに、バッテリ２３が駆動系回路に接続される。ここで、ＡＣアダプタ２１にＡＣ１００Ｖが供給されているか否か（オンかオフか）、および、ソフトスイッチ５１がオンかオフかに応じて、以下の４つの場合が考えられる。ＡＣアダプタ２１のオン／オフは、ＡＣアダプタ２１のプラグが外部のＡＣ電源に差し込まれているか否かを表す。
（１）ＡＣアダプタがオフでソフトスイッチがオフの場合
ＡＣアダプタ２１がオフであるから充電は不可能である。また、ソフトスイッチ５１がオフであるからスイッチ６２もオフとなり、バッテリ２３がモータ４４、４５から切り離されているのでモータ動作も不可能である。しかし、パーソナルコンピュータ部２６には充放電回路２２を介してバッテリ２３から電源が供給されているので、ＣＰＵ待機電力（数ｍＡ程度）の放電が行われる。
（２）ＡＣアダプタがオフでソフトスイッチがオンの場合
充電は不可能である。しかし、ソフトスイッチ５１がオンであるからスイッチ６２もオンとなり、バッテリ２３がＤＣ−ＤＣコンバータ５５およびモータ４５に接続される。したがって、モータ動作は不可能である。また、バッテリ２３はＤＣ−ＤＣコンバータ５４にも接続されるので、ロジック部およびモータ４４、４５において放電が行われる。
【００３５】
ロジック部は、パーソナルコンピュータ部２６および図５に示すマイクロコントローラ部内のロジック回路の総称であり、このロジック回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５４、５５、マイクロコントローラ２５、ゲートアレイ５７、ＡＤコンバータ５８、およびドライバ６０、６１等を含む。
【００３６】
この場合、マイクロコントローラ２５は、バッテリ２３の残量チェックを行い、バッテリ残量が十分であればモータ動作を許可する。一方、バッテリ残量が十分でなければ、モータ動作を禁止するとともに、パーソナルコンピュータ部２６にアラームを上げる。
（３）ＡＣアダプタがオンでソフトスイッチがオフの場合
ＡＣアダプタ２１がオンであるから充電は可能である。しかし、バッテリ２３がモータ４４、４５から切り離されているのでモータ動作は不可能である。パーソナルコンピュータ部２６においてＣＰＵ待機電力の放電が行われる。
（４）ＡＣアダプタがオンでソフトスイッチがオンの場合
充電およびモータ動作は可能である。しかし、ＡＣアダプタ２１のプラグがＡＣ電源に固定されているため、ロボットシステムが移動すると充電に支障をきたす恐れがある。また、移動機構を駆動するには大容量の電流が必要であり、充電中にその移動機構を動作させることは好ましくない。そこで、マイクロコントローラ２５の制御により、充電中にはモータ４５の動作を禁止して移動機構の駆動を不可能にする。
【００３７】
このとき、カメラ４３を完全に駆動不可とすると不都合がある場合があるので、モータ４４の動作は許可されている。したがって、カメラ４３はパン／チルト動作を行うことが可能である。この場合、電力に余裕のあるＡＣアダプタ２１から直接電力を供給することにより、モータ４４の定電圧（５Ｖ）駆動が可能となる。
【００３８】
充電が完了すると、パーソナルコンピュータ部２６の指示により、ユーザはＡＣアダプタ２１をオフにし、マイクロコントローラ２５はモータ４５の動作を許可する。これにより、充電が停止され、バッテリ２３からの電力によりカメラ４３と移動機構がともに動作可能となる。
【００３９】
このように、充電状態に応じて移動機構の駆動をダイナミックに変化させることで、バッテリ残量を確保しながら駆動系回路に直接かかる電圧変動のリスクを回避することができる。
【００４０】
また、バッテリ２３が定電流充電を行っている状態でソフトスイッチ５１がオンとなってパーソナルコンピュータ部２６が駆動された場合は、パーソナルコンピュータ部２６の電源をバッテリ２３からではなくＡＣアダプタ２１から供給する。ＡＣアダプタ２１の定格電流を充電電流とロジック部消費電流の和になるように設計しておき、ＡＣアダプタ２１から供給される電流のパスをロジック部とバッテリ２３に分離することで、このような電源制御が可能となる。
【００４１】
例えば、充電電流とロジック部消費電流がそれぞれ１．５Ａである場合、ＡＣアダプタ２１の定格電流を３Ａに設定すればよい。このとき、充放電回路２２は、以下のような充放電制御を行う。
【００４２】
ロジック部が一時的に１．５Ａを超える電流を必要とする場合は、充電電流が削減され、削減された分がロジック部に配られる。それでも足りない場合は、バッテリ２３が充電しながら放電を行うことで不足分を補う。ロジック部がオフのときは、３Ａの電流で充電を行うことができる。充電完了時には、最大１．５ＡがＡＣアダプタ２１からロジック部に供給される。モータ４５を駆動するために１．５Ａを超える電流が必要となる場合は、不足分がバッテリ２３から供給される。
【００４３】
このように、電流パスをロジック部とバッテリ２３に分離することで、ロジック部のオン／オフにかかわらず最大の充電パフォーマンスを得ることができる。以上説明したように、バッテリ２３の充放電動作を機能別に細分化することで、限られたリソースであるバッテリ２３の充放電パフォーマンスを最大限に引き出すことが可能となる。
【００４４】
次に、図５から図７までを参照しながら、図３のロボットシステムの構成および動作についてより詳細に説明する。
図５は、上述したマイクロコントローラ部の構成図である。図５では、図３のメインスイッチ３３がオンの場合を想定している。マイクロコントローラ部７１は、充放電回路２２、ＦＥＴ（field-effect transistor ）７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、マイクロコントローラ２５、ＤＣ−ＤＣコンバータ５４、５５、モータ制御回路７９、ダイオード８０、８１、および抵抗８２、８３を含む。
【００４５】
マイクロコントローラ部７１内の回路のうち、充放電回路２２を除く部分がロジック回路であり、５Ｖ以下の電圧で動作する。ＦＥＴ７３、７４、７５、７６は、図３のスイッチ６２に対応し、モータ制御回路７９は、図３のドライバ６０、６１に対応する。
【００４６】
ＦＥＴ７３、７５、７７は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、ゲートＧに論理“１”の信号が入力したときオンとなって、ソースＳ０をドレインＤに接続する。また、ＦＥＴ７２、７４、７６、７８は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴであり、ゲートＧに論理“０”の信号が入力したときオンとなって、ソースＳ０、Ｓ１、Ｓ２をドレインＤ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に接続する。したがって、ＦＥＴ７３、７５、７７のゲートＧにそれぞれ論理“１”の信号が入力されると、ＦＥＴ７４、７６、７８の入力がそれぞれの出力に接続される。
【００４７】
充放電回路２２は、スイッチ９１、９２を含み、マイクロコントローラ２５により制御される。これらのスイッチとしては、例えば、ＦＥＴが用いられる。スイッチ９１は、バッテリ２３の充電開始時にオンとなり、充電完了時にオフとなる。スイッチ９２は、ＡＣアダプタ２１がオンのときにオンとなり、ＡＣアダプタ２１がオフのときにオフとなる。充電中はスイッチ９１、９２がともにオンとなっているため、ＡＣアダプタ２１からの電流パスは、充放電回路２２内でバッテリ２３へのパスとロジック部へのパス（ＶＣＣＳＹＳＶ）の２つに分岐する。
【００４８】
ＦＥＴ７２は、バッテリ２３からの電流パスをＶＣＣＳＹＳＶに繋ぐスイッチであり、通常はオンとなっている。充放電回路２２は、バッテリ２３が過放電状態になったときにＦＥＴ７２をオフにする。
【００４９】
パーソナルコンピュータ部２６が駆動されると、パーソナルコンピュータ部２６からＦＥＴ７３、７５に論理“１”のオン信号が出力され、ＦＥＴ７４、７６がオンとなる。これにより、ＶＣＣＳＹＳＶがモータ４５の電源ライン（ＶＣＣ９．６Ｖ）およびＤＣ−ＤＣコンバータ５４、５５の入力に接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ５４は、５Ｖの定電圧（ＶＣＣ５ＶＤ）を発生し、マイクロコントローラ部７１内のロジック回路に供給する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５５は、５Ｖの定電圧をモータ４４に供給する。
【００５０】
一方、パーソナルコンピュータ部２６が駆動されていないときは、ＦＥＴ７４、７６がオフとなり、ＶＣＣＳＹＳＶはモータ４５およびＤＣ−ＤＣコンバータ５４、５５から切り離される。
【００５１】
マイクロコントローラ２５は、ＦＥＴ７７を制御することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ５４が発生する定電圧をモータ制御回路７９に供給したり、モータ制御回路７９への電力供給を停止したりすることができる。モータ制御回路７９は、供給される電圧（ＶＣＣ５ＤＤ）により動作し、マイクロコントローラ２５からの指示に従ってモータ４４、４５の駆動制御を行う。
【００５２】
図６は、マイクロコントローラ２５により行われる充電制御処理のフローチャートである。この処理は、パーソナルコンピュータ部２６からの指示を受けることなく自律的に行われる。
【００５３】
マイクロコントローラ２５は、まず、バッテリ監視コントローラ５３から通知されるバッテリ２３の状態が過放電状態であるか否かをチェックする（ステップＳ１）。バッテリ２３が過放電状態であれば、充放電回路２２に対して低電流充電を指示して（ステップＳ６）、ステップＳ１のチェックを繰り返す。
【００５４】
バッテリ２３が過放電状態でなければ、次に、バッテリ監視コントローラ５３から通知されるバッテリ２３の残量が一定値以下か（例えば、７０％以下か）否かをチェックする（ステップＳ２）。残量が一定値を超えていれば充電の必要はないので、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。
【００５５】
残量が一定値以下であれば、モータ４４、４５の駆動を禁止してパーソナルコンピュータ部２６にアラームを通知し、ＡＣアダプタ２１がオンか否かをチェックする（ステップＳ３）。ＡＣアダプタ２１がオフであれば、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。
【００５６】
ＡＣアダプタ２１がオンであれば、充放電回路２２に対して充電を指示し（ステップＳ４）、バッテリ監視コントローラ５３から通知されるバッテリ２３の状態が満充電状態であるか否かをチェックする（ステップＳ５）。バッテリ２３が満充電状態でなければステップＳ４以降の処理を繰り返し、バッテリ２３が満充電状態であればステップＳ１以降の処理を繰り返す。
【００５７】
このように、バッテリ２３の残量が十分でないときにモータ４４、４５の駆動を禁止することで、バッテリ２３の放電をロジック部のみに限定することができる。また、パーソナルコンピュータ部２６にアラームを上げることで、パーソナルコンピュータ部２６はユーザに対して充電要求を行うことが可能となる。
【００５８】
図７は、パーソナルコンピュータ部２６上のアプリケーションにより行われるロボットシステムの動作制御処理を示している。このアプリケーションは、一般家庭等において、ユーザの留守中に携帯電話からの遠隔操作により侵入者監視や簡単な作業を行うためのプログラムに相当する。
【００５９】
パーソナルコンピュータ部２６は、ソフトスイッチ５１がオンになると起動され、初期化処理（ステップＳ１１）を行った後、アイドルモード（ステップＳ１２）となる。アイドルモードでは、ロボットシステムに内蔵された電話の着信と、メモリアクショントリガを監視する。
【００６０】
パーソナルコンピュータ部２６は、図３のスピーカ３４およびマイク３５を用いてハンズフリーで通話することができる。電話監視とは、ユーザからの電話の着信を監視し、かかってきた電話の発信元の番号をチェックして、許可されている番号であれば受話する処理を表す。
【００６１】
また、メモリアクションは、あらかじめ登録されたロボットの一連の動作に対応し、例えば、玄関に行ってドアの鍵口の写真をとりユーザの携帯電話にその画像を送信するといった動作を表す。メモリアクショントリガは、あるメモリアクションを起こすトリガとなるイベントに対応する。
【００６２】
アイドルモードにおいて、パーソナルコンピュータ部２６は、留守番開始とともに省電力モードに移行し、留守番終了とともにアイドルモードに復帰する。省電力モードでは、電話をかけたり、メモリアクションを選択したりすることはできない。
【００６３】
電話が着信した場合および電話をかける場合は、電話選択／着信処理（ステップＳ１３）を行い、ユーザの携帯電話に電話画面を表示させる。この処理においても、電話監視およびメモリアクショントリガ監視が行われ、電話画面が終了した場合および着信が切れた場合はアイドルモードに戻る。一方、電話をとった場合および電話をかけた場合は、電話呼出／通話処理（ステップＳ１４）を行い、呼出／通話が終了すると再び電話選択／着信処理を行う。
【００６４】
アイドルモードにおいて、ユーザからメモリアクション選択指示を受けた場合は、メモリアクション選択処理（ステップＳ１５）を行う。この処理では、ユーザの携帯電話にメモリアクション選択画面を表示し、電話監視およびメモリアクショントリガ監視を行う。そして、ユーザがメモリアクション選択を終了するとアイドルモードに戻る。
【００６５】
メモリアクション選択処理において、電話が着信した場合および緊急電話をかける必要がある場合は電話選択／着信処理を行い、着信が切れると再びメモリアクション選択処理を行う。
【００６６】
アイドルモードにおいて侵入者監視を開始した場合は、侵入者監視処理（ステップＳ１８）を行う。この処理では、図３のカメラ４３を用いて侵入者がいないかどうかを監視し、電話監視およびメモリアクショントリガ監視を行う。侵入者監視が終了するとアイドルモードに戻る。
【００６７】
侵入者監視処理において、電話が着信した場合、緊急電話をかける必要がある場合、および侵入者を検知した場合は、電話選択／着信処理を行い、着信が切れると再び侵入者監視処理を行う。
【００６８】
電話選択／着信処理において、ユーザからの指示により遠隔操作トリガが発生した場合は、遠隔操作処理（ステップＳ１７）を行う。そして、遠隔操作が終了するとアイドルモードに戻り、侵入者監視を行う場合は侵入者監視処理を開始する。
【００６９】
アイドルモード、電話選択／着信処理、メモリアクション選択処理、および侵入者監視処理において、メモリアクショントリガが発生した場合は、メモリアクションを実行する（ステップＳ１６）。この処理においては、電話監視も行われる。そして、メモリアクションを終了／中止した場合はアイドルモードに戻り、電話が着信した場合および緊急電話をかける必要がある場合は電話選択／着信処理を行う。
【００７０】
ステップＳ１２〜Ｓ１８の処理中にバッテリレベルが低下して、マイクロコントローラ２５からアラームが通知されると、充電要求処理（ステップＳ１９）を行う。この処理では、ディスプレイ装置３２の画面に充電要求メッセージを表示するとともに、スピーカ３４から同様のメッセージを音声で出力する。ユーザが在宅していれば、このメッセージを受けてＡＣアダプタ２１のプラグをＡＣ電源に差し込むことで、マイクロコントローラ２５の制御により充電が開始される。
【００７１】
充電が開始されるとパーソナルコンピュータ部２６はアイドルモードに移行する。このとき、ＬＥＤ４２が点滅して充電中であることを表示する。充電が完了するとＬＥＤ４２が消灯する。ユーザは、ＬＥＤ４２の消灯により充電が完了したことを認識し、ＡＣアダプタ２１のプラグをＡＣ電源から引き抜く。なお、充電完了時にディスプレイ装置３２およびスピーカ３４から充電完了メッセージを出力してもよい。
【００７２】
充電要求処理中にバッテリレベルがさらに低下すると、パーソナルコンピュータ部２６は、バッテリ２３の放電を抑えるためにソフトスイッチ５１をオフにする。
【００７３】
メモリアクション選択処理および遠隔操作処理においてロボットシステムが移動する場合は、マイクロコントローラ２５に対してモータ４５の駆動が指示される。また、電話選択／着信処理および侵入者監視処理においては移動の必要がないので、マイクロコントローラ２５に対して移動制御用回路の電源をオフにする指示が与えられる。
【００７４】
このように、マイクロコントローラ２５からアラームが通知されたときにユーザに対して充電要求を行うことで、ユーザはＡＣアダプタ２１をオンにすることができる。さらに、ソフトスイッチ５１を自動的にオフにすることでＦＥＴ７４、７６がオフとなり、駆動系回路のもれ電流を遮断することができる。
（付記１） 移動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、
前記バッテリの充電および放電を電気的に制御する充放電回路手段と、
前記バッテリの残量をチェックして該残量が十分でないと判断したとき、前記移動機構の動作を禁止して該残量が十分でないことを示すアラームを出力するとともに該バッテリの充電を前記充放電回路手段に指示し、該残量が十分であると判断したとき該移動機構の動作を許可する制御手段と、
前記ロボットシステムの一連の動作を制御するプログラムを実行し、前記制御手段から前記アラームを受け取ったときユーザに対する充電要求メッセージを出力するコンピュータ手段と
を備えることを特徴とする電源制御装置。
（付記２） 駆動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、
電源アダプタから前記バッテリと前記駆動機構とに分岐する電流パスを有し、該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電しながら該電源アダプタから該駆動機構に対して電流を供給する充放電回路手段と、
前記バッテリの充電を前記充放電回路手段に指示するとともに、充電中における前記駆動機構の動作を許可する制御手段と
を備えることを特徴とする電源制御装置。
（付記３） バッテリおよび制御用ロジック部を有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、
電源アダプタから前記バッテリと前記ロジック部とに分岐する電流パスを有し、該ロジック部が動作していないとき該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電し、該ロジック部が動作しているとき該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電しながら該電源アダプタから該ロジック部に対して電流を供給する充放電回路手段と、
前記バッテリの充電を前記充放電回路手段に指示する制御手段と
を備えることを特徴とする電源制御装置。
（付記４） 駆動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、
前記ロボットシステムの一連の動作を制御するプログラムを実行するコンピュータ手段と、
前記コンピュータ手段が駆動されているか否かを検知し、該コンピュータ手段が駆動されていないとき前記バッテリから前記駆動機構への電力供給を自動的に遮断するスイッチ手段と
を備えることを特徴とする電源制御装置。
（付記５） 移動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御方法であって、
前記バッテリの残量をチェックし、
前記残量が十分でないと判断したとき前記移動機構の動作を禁止してユーザに対する充電要求メッセージを出力し、該ユーザが電源アダプタをオンにすると前記バッテリを充電し、
前記残量が十分であると判断したとき前記移動機構の動作を許可する
ことを特徴とする電源制御方法。
（付記６） 駆動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御方法であって、
電源アダプタから前記バッテリと前記駆動機構とに分岐する電流パスを用いて、該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電しながら該電源アダプタから該駆動機構に対して電流を供給する
ことを特徴とする電源制御方法。
（付記７） バッテリおよび制御用ロジック部を有する移動型ロボットシステムのための電源制御方法であって、
電源アダプタから前記バッテリと前記ロジック部とに分岐する電流パスを用いて、該ロジック部が動作していないとき該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電し、該ロジック部が動作しているとき該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電しながら該電源アダプタから該ロジック部に対して電流を供給する
ことを特徴とする電源制御方法。
（付記８） 駆動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御方法であって、
前記ロボットシステムの一連の動作を制御するプログラムを実行するコンピュータが駆動されているか否かを検知し、
前記コンピュータが駆動されていないとき前記バッテリから前記駆動機構への電力供給を自動的に遮断する
ことを特徴とする電源制御方法。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、移動型ロボットにおいてバッテリの充放電動作を機能別に細分化することで、バッテリの充放電パフォーマンスを最大限に引き出すことが可能となる。これにより、ロボットの電源制御が最適化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電源制御装置の原理図である。
【図２】ロボットシステムのブロック図である。
【図３】ロボットシステムの構成図である。
【図４】充電と放電の関係を示す図である。
【図５】マイクロコントローラ部の構成図である。
【図６】充電制御処理のフローチャートである。
【図７】アプリケーションによる制御処理を示す図である。
【符号の説明】
１１ 充放電回路手段
１２ 制御手段
１３ コンピュータ手段
１４ スイッチ手段
２１ ＡＣアダプタ
２２ 電気的充放電回路
２３ バッテリ
２４ 駆動機構
２５ マイクロコントローラ
２６ パーソナルコンピュータ部
３１ ポインティングデバイス
３２ ディスプレイ装置
３３ メインスイッチ
３４ スピーカ
３５ マイク
３６ 赤外線発信機
３７ 赤外線受信機
３８ 距離センサ
３９ パン用ポテンショメータ
４０ チルト用ポテンショメータ
４１ 押ボタンスイッチ
４２ ＬＥＤ
４３ ＣＭＯＳカメラ
４４、４５ モータ
４６ エンコーダ
５１ ソフトスイッチ
５３ バッテリ監視コントローラ
５４、５５ ＤＣ−ＤＣコンバータ
５６ ＨＵＢ
５７ ゲートアレイ
５８ ＡＤコンバータ
５９ レギュレータ
６０、６１ ドライバ
６２、９１、９２ スイッチ
７１ マイクロコントローラ部
７２、７３、７４、７４、７５、７６、７７、７８ ＦＥＴ
７９ モータ制御回路
８０、８１ ダイオード
８２、８３ 抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電機構を持つ移動型ロボットの電源を制御する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
近年、ロボット技術の進歩に伴い、産業用ロボット、ペットロボット、および家庭内で使用されるホームロボットのような多種多様なロボットが提案されている。これらのロボットの多くは車輪、クローラ、足等の移動機構を備えており、移動型ロボットと呼ばれている。従来の移動型ロボットは大容量の電流を必要とする移動機構駆動部とそれほど大きな電流を必要としないロジック部からなるにもかかわらず、これらの２つの部分の充電機構は明確に分離されておらず、必ずしも最適な電源制御が行われているとはいえない。
【０００３】
本発明の課題は、移動型ロボットの電源をより効率良く制御する装置および方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の電源制御装置の原理図である。
本発明の第１の電源制御装置は、移動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、充放電回路手段１１、制御手段１２、およびコンピュータ手段１３を備える。
【０００５】
充放電回路手段１１は、バッテリの充電および放電を電気的に制御する。制御手段１２は、バッテリの残量をチェックして残量が十分でないと判断したとき、移動機構１５の動作を禁止して残量が十分でないことを示すアラームを出力するとともにバッテリの充電を充放電回路手段１１に指示し、残量が十分であると判断したとき移動機構の動作を許可する。コンピュータ手段１３は、ロボットシステムの一連の動作を制御するプログラムを実行し、制御手段１２からアラームを受け取ったときユーザに対する充電要求メッセージを出力する。
【０００６】
充放電回路手段１１は、バッテリの充電パスおよび放電パスを有し、制御手段１２は、バッテリの残量が十分でなければ移動機構の動作を禁止し、残量が十分であれば移動機構の動作を許可する。移動型ロボットシステムにおいて最も電力を消費するのは移動機構であるので、その動作を禁止することでバッテリの残量低下を遅らせることができ、残された電力を有効に使用することができる。
【０００７】
また、制御手段１２は、バッテリの残量が十分でないときコンピュータ手段１３に対してアラームを出力し、コンピュータ手段１３が充電要求メッセージを出力する。これを受けてユーザは電源アダプタのプラグを外部電源に差し込むといった作業を行う。そして、充電の準備が完了すると、制御手段１２からの指示により充放電回路手段１１がバッテリの充電を開始する。このように、制御手段１２とコンピュータ手段１３による制御を併用することにより、電源制御が最適化される。
【０００８】
本発明の第２の電源制御装置は、駆動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、充放電回路手段１１および制御手段１２を備える。
【０００９】
充放電回路手段１１は、電源アダプタからバッテリと駆動機構とに分岐する電流パスを有し、電源アダプタから供給される電流によりバッテリを充電しながら電源アダプタから駆動機構に対して電流を供給する。制御手段１２は、バッテリの充電を充放電回路手段１１に指示するとともに、充電中における駆動機構の動作を許可する。
【００１０】
駆動機構は、移動機構だけでなく、腕の関節、マニピュレータ、およびカメラのようなロボットシステムの可動部を駆動する機構を含む。電源アダプタを用いたバッテリの充電中に駆動機構にも電流を供給できる電流パスを設けることで、充電中であっても駆動機構の一部を定電圧で動作させることが可能となる。
【００１１】
本発明の第３の電源制御装置は、バッテリおよび制御用ロジック部を有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、充放電回路手段１１および制御手段１２を備える。
【００１２】
充放電回路手段１１は、電源アダプタからバッテリとロジック部とに分岐する電流パスを有し、ロジック部が動作していないとき電源アダプタから供給される電流によりバッテリを充電し、ロジック部が動作しているとき電源アダプタから供給される電流によりバッテリを充電しながら電源アダプタからロジック部に対して電流を供給する。制御手段１２は、バッテリの充電を充放電回路手段１１に指示する。
【００１３】
ロジック部は、ロボットシステムの動作を制御する機構に相当し、例えば、制御手段１２、コンピュータ手段１３、およびその他のロジック回路を含む。電源アダプタを用いたバッテリの充電中にロジック部にも電流を供給できる電流パスを設けることで、充電電流を確保しながらロジック部を動作させることが可能となる。一方、ロジック部が動作していないときはその消費電流を充電に使用することができるので、最大の充電電流を確保することが可能となる。
【００１４】
本発明の第４の電源制御装置は、駆動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、コンピュータ手段１３およびスイッチ手段１４を備える。
【００１５】
コンピュータ手段１３は、ロボットシステムの一連の動作を制御するプログラムを実行する。スイッチ手段１４は、コンピュータ手段１３が駆動されているか否かを検知し、コンピュータ手段１３が駆動されていないときバッテリから駆動機構への電力供給を自動的に遮断する。
【００１６】
スイッチ手段１４は、バッテリと駆動機構の間に設けられ、バッテリから駆動機構への電力供給をオン／オフする。このとき、コンピュータ手段１３が駆動されているか否かを電気的に検知し、それが駆動されていないことが検知されると電力供給を遮断する。通常、コンピュータ手段１３が駆動されていないときは駆動機構を動作させる必要がないので、バッテリと駆動機構を切り離すことにより、無駄な放電を防止することができる。
【００１７】
図１の充放電回路手段１１、制御手段１２、およびコンピュータ手段１３は、例えば、後述する図２の電気的充放電回路２２、マイクロコントローラ２５、およびパーソナルコンピュータ部２６にそれぞれ対応し、図１のスイッチ手段１４は、例えば、後述する図３のスイッチ６２に対応する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図２は、本実施形態のロボットシステムのブロック図である。図２のロボットシステムは、例えば、充電機構を持つ移動型ロボットに対応し、ＡＣ（alternate current ）アダプタ２１（交流アダプタ）、電気的充放電回路２２、バッテリ２３、駆動機構２４、マイクロコントローラ２５、およびパーソナルコンピュータ部２６を備える。
【００１９】
充放電回路２２は、ＡＣアダプタ２１から供給される電流によるバッテリ２３の充電とその放電を電気的に制御し、パーソナルコンピュータ部２６は、ロボットの一連の動作を制御するアプリケーション（プログラム）を実行する。マイクロコントローラ２５は、パーソナルコンピュータ部２６からの指令を受けて駆動機構２４を駆動するとともに、バッテリ状態を監視しながら充放電回路２２を制御する。
【００２０】
充放電回路２２による電気的制御と、マイクロコントローラ２５によるローカル電源制御と、マイクロコントローラ２５およびパーソナルコンピュータ部２６を併用するグローバル電源制御という３つの概念を用いることにより、ロボットシステムの電源制御が最適化される。
【００２１】
このシステムでは、ロボットの駆動制御を行うマイクロコントローラ２５を使用してバッテリ２３の充電制御が行われる。マイクロコントローラ２５は、バッテリ２３の状態を検知することができ、バッテリ残量が規定値以下になると自動的に再充電を開始する。また、パーソナルコンピュータ部２６から駆動指令を受けたときにバッテリ残量が十分でないと判断した場合、駆動のための放電を停止し、パーソナルコンピュータ部２６にアラームを上げる。パーソナルコンピュータ部２６は、基本的には充電制御を行う必要はないが、アプリケーションの状況に応じてユーザに対する充電のオン／オフ指示を行うことができる。
【００２２】
このように、マイクロコントローラ２５によるパッシブ充電制御とパーソナルコンピュータ部２６によるアクティブ充電制御を組み合わせることにより、移動型ロボットの電源制御を最適化することが可能となる。
【００２３】
図３は、図２のロボットシステムの構成図である。パーソナルコンピュータ部２６のマザーボードには、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（read only memory）、ＲＡＭ（random access memory）、およびソフトスイッチ５１が搭載されている。ポインティングデバイス３１およびマイク３５は、ユーザからの指示や情報の入力に用いられ、ディスプレイ装置３２およびスピーカ３４は、ユーザに対する問い合わせや情報の出力に用いられる。
【００２４】
充放電回路２２は、メインスイッチ３３を介してＡＣアダプタ２１に接続される。バッテリ監視コントローラ５３は、バッテリ２３の充放電状態を検知し、マイクロコントローラ２５にその状態を通知する。バッテリ２３としては、例えば、ニッケル水素充電池が用いられる。
【００２５】
ＤＣ（direct current）−ＤＣコンバータ５４（直流コンバータ）は、充放電回路２２に直接接続されるとともに、メインスイッチ３３およびスイッチ６２を介してバッテリ２３に接続される。そして、バッテリ２３または充放電回路２２から供給される電源電圧をロジック回路用の５Ｖに変換してＨＵＢ５６に供給する。ＨＵＢ５６は、マイクロコントローラ２５、パーソナルコンピュータ部２６、およびＣＭＯＳ（complementary metal-oxide semiconductor ）カメラ４３に接続される。
【００２６】
ＤＣ−ＤＣコンバータ５５は、メインスイッチ３３およびスイッチ６２を介してバッテリ２３に接続され、バッテリ２３から供給される電源電圧を５Ｖに変換してパン／チルト用モータ４４に供給する。カメラ４３は、モータ４４により駆動され、パン／チルト動作を行う。カメラ４３の電源（５Ｖ）はパーソナルコンピュータ部２６から供給され、レギュレータ５９はその電源電圧を３．３Ｖに変換してゲートアレイ５７に供給する。
【００２７】
ゲートアレイ５７は、ＦＰＧＡ（field programmable gate array ）である。このゲートアレイ５７には、赤外線発信機３６、赤外線受信機３７、ＡＤ（analog to digital ）コンバータ５８、押ボタンスイッチ４１、ＬＥＤ（light-emitting diode ）４２、およびドライバ６０、６１が接続されている。
【００２８】
ＬＥＤ４２は、充電状態を表示するインジケータとして機能し、充電中は点滅し、充電が完了すると消灯する。ＡＤコンバータ５８には、距離センサ３８、パン用ポテンショメータ３９、およびチルト用ポテンショメータ４０が接続されている。
【００２９】
モータ４５は、ロボットシステムの移動機構（左右の車輪およびクローラ）を駆動する。ドライバ６０および６１は、それぞれモータ４４および４５を制御し、エンコーダ４６は、モータ４５の回転を検知する。モータ４４および４５は、図２の駆動機構２４に対応する。
【００３０】
メインスイッチ３３は、例えば、ロボットシステムのボディ表面に設けられ、ユーザにより操作される。また、ソフトスイッチ５１は、パーソナルコンピュータ部２６によりオン／オフされるスイッチ回路である。
【００３１】
スイッチ６２は、パーソナルコンピュータ部２６の駆動／非駆動を電気的に検知して動作するスイッチ回路であり、ソフトスイッチ５１がオンのときオンとなり、ソフトスイッチ５１がオフのときオフとなる。このようなスイッチ６２を設けることで、パーソナルコンピュータ部２６の非駆動時にはマイクロコントローラ２５が介在することなく自動的に、バッテリ２３から駆動系回路（モータ４４、４５）への電力供給を遮断することができる。
【００３２】
移動型ロボットの場合、パーソナルコンピュータ部２６が駆動されていない状態でバッテリ２３を放電することは好ましくない。このとき、スイッチ６２により駆動系のもれ電流を完全に遮断することで、バッテリ２３の寿命を延ばすことが可能となる。
【００３３】
図４は、メインスイッチ３３およびスイッチ５１により制御されるバッテリ２３の充電と放電の関係を示している。メインスイッチ３３がオフのとき、充放電回路２２はＡＣアダプタ２１から切り離されており、バッテリ２３も駆動系回路へのパス（ＤＣ９．６Ｖ）から切り離されている。したがって、充電およびモータ動作は不可能であり、バッテリ２３の自己放電のみが行われる。
【００３４】
メインスイッチ３３がオンになると、充放電回路２２がＡＣアダプタ２１に接続されるとともに、バッテリ２３が駆動系回路に接続される。ここで、ＡＣアダプタ２１にＡＣ１００Ｖが供給されているか否か（オンかオフか）、および、ソフトスイッチ５１がオンかオフかに応じて、以下の４つの場合が考えられる。ＡＣアダプタ２１のオン／オフは、ＡＣアダプタ２１のプラグが外部のＡＣ電源に差し込まれているか否かを表す。
（１）ＡＣアダプタがオフでソフトスイッチがオフの場合
ＡＣアダプタ２１がオフであるから充電は不可能である。また、ソフトスイッチ５１がオフであるからスイッチ６２もオフとなり、バッテリ２３がモータ４４、４５から切り離されているのでモータ動作も不可能である。しかし、パーソナルコンピュータ部２６には充放電回路２２を介してバッテリ２３から電源が供給されているので、ＣＰＵ待機電力（数ｍＡ程度）の放電が行われる。
（２）ＡＣアダプタがオフでソフトスイッチがオンの場合
充電は不可能である。しかし、ソフトスイッチ５１がオンであるからスイッチ６２もオンとなり、バッテリ２３がＤＣ−ＤＣコンバータ５５およびモータ４５に接続される。したがって、モータ動作は不可能である。また、バッテリ２３はＤＣ−ＤＣコンバータ５４にも接続されるので、ロジック部およびモータ４４、４５において放電が行われる。
【００３５】
ロジック部は、パーソナルコンピュータ部２６および図５に示すマイクロコントローラ部内のロジック回路の総称であり、このロジック回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータ５４、５５、マイクロコントローラ２５、ゲートアレイ５７、ＡＤコンバータ５８、およびドライバ６０、６１等を含む。
【００３６】
この場合、マイクロコントローラ２５は、バッテリ２３の残量チェックを行い、バッテリ残量が十分であればモータ動作を許可する。一方、バッテリ残量が十分でなければ、モータ動作を禁止するとともに、パーソナルコンピュータ部２６にアラームを上げる。
（３）ＡＣアダプタがオンでソフトスイッチがオフの場合
ＡＣアダプタ２１がオンであるから充電は可能である。しかし、バッテリ２３がモータ４４、４５から切り離されているのでモータ動作は不可能である。パーソナルコンピュータ部２６においてＣＰＵ待機電力の放電が行われる。
（４）ＡＣアダプタがオンでソフトスイッチがオンの場合
充電およびモータ動作は可能である。しかし、ＡＣアダプタ２１のプラグがＡＣ電源に固定されているため、ロボットシステムが移動すると充電に支障をきたす恐れがある。また、移動機構を駆動するには大容量の電流が必要であり、充電中にその移動機構を動作させることは好ましくない。そこで、マイクロコントローラ２５の制御により、充電中にはモータ４５の動作を禁止して移動機構の駆動を不可能にする。
【００３７】
このとき、カメラ４３を完全に駆動不可とすると不都合がある場合があるので、モータ４４の動作は許可されている。したがって、カメラ４３はパン／チルト動作を行うことが可能である。この場合、電力に余裕のあるＡＣアダプタ２１から直接電力を供給することにより、モータ４４の定電圧（５Ｖ）駆動が可能となる。
【００３８】
充電が完了すると、パーソナルコンピュータ部２６の指示により、ユーザはＡＣアダプタ２１をオフにし、マイクロコントローラ２５はモータ４５の動作を許可する。これにより、充電が停止され、バッテリ２３からの電力によりカメラ４３と移動機構がともに動作可能となる。
【００３９】
このように、充電状態に応じて移動機構の駆動をダイナミックに変化させることで、バッテリ残量を確保しながら駆動系回路に直接かかる電圧変動のリスクを回避することができる。
【００４０】
また、バッテリ２３が定電流充電を行っている状態でソフトスイッチ５１がオンとなってパーソナルコンピュータ部２６が駆動された場合は、パーソナルコンピュータ部２６の電源をバッテリ２３からではなくＡＣアダプタ２１から供給する。ＡＣアダプタ２１の定格電流を充電電流とロジック部消費電流の和になるように設計しておき、ＡＣアダプタ２１から供給される電流のパスをロジック部とバッテリ２３に分離することで、このような電源制御が可能となる。
【００４１】
例えば、充電電流とロジック部消費電流がそれぞれ１．５Ａである場合、ＡＣアダプタ２１の定格電流を３Ａに設定すればよい。このとき、充放電回路２２は、以下のような充放電制御を行う。
【００４２】
ロジック部が一時的に１．５Ａを超える電流を必要とする場合は、充電電流が削減され、削減された分がロジック部に配られる。それでも足りない場合は、バッテリ２３が充電しながら放電を行うことで不足分を補う。ロジック部がオフのときは、３Ａの電流で充電を行うことができる。充電完了時には、最大１．５ＡがＡＣアダプタ２１からロジック部に供給される。モータ４５を駆動するために１．５Ａを超える電流が必要となる場合は、不足分がバッテリ２３から供給される。
【００４３】
このように、電流パスをロジック部とバッテリ２３に分離することで、ロジック部のオン／オフにかかわらず最大の充電パフォーマンスを得ることができる。以上説明したように、バッテリ２３の充放電動作を機能別に細分化することで、限られたリソースであるバッテリ２３の充放電パフォーマンスを最大限に引き出すことが可能となる。
【００４４】
次に、図５から図７までを参照しながら、図３のロボットシステムの構成および動作についてより詳細に説明する。
図５は、上述したマイクロコントローラ部の構成図である。図５では、図３のメインスイッチ３３がオンの場合を想定している。マイクロコントローラ部７１は、充放電回路２２、ＦＥＴ（field-effect transistor ）７２、７３、７４、７５、７６、７７、７８、マイクロコントローラ２５、ＤＣ−ＤＣコンバータ５４、５５、モータ制御回路７９、ダイオード８０、８１、および抵抗８２、８３を含む。
【００４５】
マイクロコントローラ部７１内の回路のうち、充放電回路２２を除く部分がロジック回路であり、５Ｖ以下の電圧で動作する。ＦＥＴ７３、７４、７５、７６は、図３のスイッチ６２に対応し、モータ制御回路７９は、図３のドライバ６０、６１に対応する。
【００４６】
ＦＥＴ７３、７５、７７は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、ゲートＧに論理“１”の信号が入力したときオンとなって、ソースＳ０をドレインＤに接続する。また、ＦＥＴ７２、７４、７６、７８は、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴであり、ゲートＧに論理“０”の信号が入力したときオンとなって、ソースＳ０、Ｓ１、Ｓ２をドレインＤ０、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３に接続する。したがって、ＦＥＴ７３、７５、７７のゲートＧにそれぞれ論理“１”の信号が入力されると、ＦＥＴ７４、７６、７８の入力がそれぞれの出力に接続される。
【００４７】
充放電回路２２は、スイッチ９１、９２を含み、マイクロコントローラ２５により制御される。これらのスイッチとしては、例えば、ＦＥＴが用いられる。スイッチ９１は、バッテリ２３の充電開始時にオンとなり、充電完了時にオフとなる。スイッチ９２は、ＡＣアダプタ２１がオンのときにオンとなり、ＡＣアダプタ２１がオフのときにオフとなる。充電中はスイッチ９１、９２がともにオンとなっているため、ＡＣアダプタ２１からの電流パスは、充放電回路２２内でバッテリ２３へのパスとロジック部へのパス（ＶＣＣＳＹＳＶ）の２つに分岐する。
【００４８】
ＦＥＴ７２は、バッテリ２３からの電流パスをＶＣＣＳＹＳＶに繋ぐスイッチであり、通常はオンとなっている。充放電回路２２は、バッテリ２３が過放電状態になったときにＦＥＴ７２をオフにする。
【００４９】
パーソナルコンピュータ部２６が駆動されると、パーソナルコンピュータ部２６からＦＥＴ７３、７５に論理“１”のオン信号が出力され、ＦＥＴ７４、７６がオンとなる。これにより、ＶＣＣＳＹＳＶがモータ４５の電源ライン（ＶＣＣ９．６Ｖ）およびＤＣ−ＤＣコンバータ５４、５５の入力に接続される。ＤＣ−ＤＣコンバータ５４は、５Ｖの定電圧（ＶＣＣ５ＶＤ）を発生し、マイクロコントローラ部７１内のロジック回路に供給する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ５５は、５Ｖの定電圧をモータ４４に供給する。
【００５０】
一方、パーソナルコンピュータ部２６が駆動されていないときは、ＦＥＴ７４、７６がオフとなり、ＶＣＣＳＹＳＶはモータ４５およびＤＣ−ＤＣコンバータ５４、５５から切り離される。
【００５１】
マイクロコントローラ２５は、ＦＥＴ７７を制御することで、ＤＣ−ＤＣコンバータ５４が発生する定電圧をモータ制御回路７９に供給したり、モータ制御回路７９への電力供給を停止したりすることができる。モータ制御回路７９は、供給される電圧（ＶＣＣ５ＤＤ）により動作し、マイクロコントローラ２５からの指示に従ってモータ４４、４５の駆動制御を行う。
【００５２】
図６は、マイクロコントローラ２５により行われる充電制御処理のフローチャートである。この処理は、パーソナルコンピュータ部２６からの指示を受けることなく自律的に行われる。
【００５３】
マイクロコントローラ２５は、まず、バッテリ監視コントローラ５３から通知されるバッテリ２３の状態が過放電状態であるか否かをチェックする（ステップＳ１）。バッテリ２３が過放電状態であれば、充放電回路２２に対して低電流充電を指示して（ステップＳ６）、ステップＳ１のチェックを繰り返す。
【００５４】
バッテリ２３が過放電状態でなければ、次に、バッテリ監視コントローラ５３から通知されるバッテリ２３の残量が一定値以下か（例えば、７０％以下か）否かをチェックする（ステップＳ２）。残量が一定値を超えていれば充電の必要はないので、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。
【００５５】
残量が一定値以下であれば、モータ４４、４５の駆動を禁止してパーソナルコンピュータ部２６にアラームを通知し、ＡＣアダプタ２１がオンか否かをチェックする（ステップＳ３）。ＡＣアダプタ２１がオフであれば、ステップＳ１以降の処理を繰り返す。
【００５６】
ＡＣアダプタ２１がオンであれば、充放電回路２２に対して充電を指示し（ステップＳ４）、バッテリ監視コントローラ５３から通知されるバッテリ２３の状態が満充電状態であるか否かをチェックする（ステップＳ５）。バッテリ２３が満充電状態でなければステップＳ４以降の処理を繰り返し、バッテリ２３が満充電状態であればステップＳ１以降の処理を繰り返す。
【００５７】
このように、バッテリ２３の残量が十分でないときにモータ４４、４５の駆動を禁止することで、バッテリ２３の放電をロジック部のみに限定することができる。また、パーソナルコンピュータ部２６にアラームを上げることで、パーソナルコンピュータ部２６はユーザに対して充電要求を行うことが可能となる。
【００５８】
図７は、パーソナルコンピュータ部２６上のアプリケーションにより行われるロボットシステムの動作制御処理を示している。このアプリケーションは、一般家庭等において、ユーザの留守中に携帯電話からの遠隔操作により侵入者監視や簡単な作業を行うためのプログラムに相当する。
【００５９】
パーソナルコンピュータ部２６は、ソフトスイッチ５１がオンになると起動され、初期化処理（ステップＳ１１）を行った後、アイドルモード（ステップＳ１２）となる。アイドルモードでは、ロボットシステムに内蔵された電話の着信と、メモリアクショントリガを監視する。
【００６０】
パーソナルコンピュータ部２６は、図３のスピーカ３４およびマイク３５を用いてハンズフリーで通話することができる。電話監視とは、ユーザからの電話の着信を監視し、かかってきた電話の発信元の番号をチェックして、許可されている番号であれば受話する処理を表す。
【００６１】
また、メモリアクションは、あらかじめ登録されたロボットの一連の動作に対応し、例えば、玄関に行ってドアの鍵口の写真をとりユーザの携帯電話にその画像を送信するといった動作を表す。メモリアクショントリガは、あるメモリアクションを起こすトリガとなるイベントに対応する。
【００６２】
アイドルモードにおいて、パーソナルコンピュータ部２６は、留守番開始とともに省電力モードに移行し、留守番終了とともにアイドルモードに復帰する。省電力モードでは、電話をかけたり、メモリアクションを選択したりすることはできない。
【００６３】
電話が着信した場合および電話をかける場合は、電話選択／着信処理（ステップＳ１３）を行い、ユーザの携帯電話に電話画面を表示させる。この処理においても、電話監視およびメモリアクショントリガ監視が行われ、電話画面が終了した場合および着信が切れた場合はアイドルモードに戻る。一方、電話をとった場合および電話をかけた場合は、電話呼出／通話処理（ステップＳ１４）を行い、呼出／通話が終了すると再び電話選択／着信処理を行う。
【００６４】
アイドルモードにおいて、ユーザからメモリアクション選択指示を受けた場合は、メモリアクション選択処理（ステップＳ１５）を行う。この処理では、ユーザの携帯電話にメモリアクション選択画面を表示し、電話監視およびメモリアクショントリガ監視を行う。そして、ユーザがメモリアクション選択を終了するとアイドルモードに戻る。
【００６５】
メモリアクション選択処理において、電話が着信した場合および緊急電話をかける必要がある場合は電話選択／着信処理を行い、着信が切れると再びメモリアクション選択処理を行う。
【００６６】
アイドルモードにおいて侵入者監視を開始した場合は、侵入者監視処理（ステップＳ１８）を行う。この処理では、図３のカメラ４３を用いて侵入者がいないかどうかを監視し、電話監視およびメモリアクショントリガ監視を行う。侵入者監視が終了するとアイドルモードに戻る。
【００６７】
侵入者監視処理において、電話が着信した場合、緊急電話をかける必要がある場合、および侵入者を検知した場合は、電話選択／着信処理を行い、着信が切れると再び侵入者監視処理を行う。
【００６８】
電話選択／着信処理において、ユーザからの指示により遠隔操作トリガが発生した場合は、遠隔操作処理（ステップＳ１７）を行う。そして、遠隔操作が終了するとアイドルモードに戻り、侵入者監視を行う場合は侵入者監視処理を開始する。
【００６９】
アイドルモード、電話選択／着信処理、メモリアクション選択処理、および侵入者監視処理において、メモリアクショントリガが発生した場合は、メモリアクションを実行する（ステップＳ１６）。この処理においては、電話監視も行われる。そして、メモリアクションを終了／中止した場合はアイドルモードに戻り、電話が着信した場合および緊急電話をかける必要がある場合は電話選択／着信処理を行う。
【００７０】
ステップＳ１２〜Ｓ１８の処理中にバッテリレベルが低下して、マイクロコントローラ２５からアラームが通知されると、充電要求処理（ステップＳ１９）を行う。この処理では、ディスプレイ装置３２の画面に充電要求メッセージを表示するとともに、スピーカ３４から同様のメッセージを音声で出力する。ユーザが在宅していれば、このメッセージを受けてＡＣアダプタ２１のプラグをＡＣ電源に差し込むことで、マイクロコントローラ２５の制御により充電が開始される。
【００７１】
充電が開始されるとパーソナルコンピュータ部２６はアイドルモードに移行する。このとき、ＬＥＤ４２が点滅して充電中であることを表示する。充電が完了するとＬＥＤ４２が消灯する。ユーザは、ＬＥＤ４２の消灯により充電が完了したことを認識し、ＡＣアダプタ２１のプラグをＡＣ電源から引き抜く。なお、充電完了時にディスプレイ装置３２およびスピーカ３４から充電完了メッセージを出力してもよい。
【００７２】
充電要求処理中にバッテリレベルがさらに低下すると、パーソナルコンピュータ部２６は、バッテリ２３の放電を抑えるためにソフトスイッチ５１をオフにする。
【００７３】
メモリアクション選択処理および遠隔操作処理においてロボットシステムが移動する場合は、マイクロコントローラ２５に対してモータ４５の駆動が指示される。また、電話選択／着信処理および侵入者監視処理においては移動の必要がないので、マイクロコントローラ２５に対して移動制御用回路の電源をオフにする指示が与えられる。
【００７４】
このように、マイクロコントローラ２５からアラームが通知されたときにユーザに対して充電要求を行うことで、ユーザはＡＣアダプタ２１をオンにすることができる。さらに、ソフトスイッチ５１を自動的にオフにすることでＦＥＴ７４、７６がオフとなり、駆動系回路のもれ電流を遮断することができる。
（付記１） 移動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、
前記バッテリの充電および放電を電気的に制御する充放電回路手段と、
前記バッテリの残量をチェックして該残量が十分でないと判断したとき、前記移動機構の動作を禁止して該残量が十分でないことを示すアラームを出力するとともに該バッテリの充電を前記充放電回路手段に指示し、該残量が十分であると判断したとき該移動機構の動作を許可する制御手段と、
前記ロボットシステムの一連の動作を制御するプログラムを実行し、前記制御手段から前記アラームを受け取ったときユーザに対する充電要求メッセージを出力するコンピュータ手段と
を備えることを特徴とする電源制御装置。
（付記２） 駆動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、
電源アダプタから前記バッテリと前記駆動機構とに分岐する電流パスを有し、該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電しながら該電源アダプタから該駆動機構に対して電流を供給する充放電回路手段と、
前記バッテリの充電を前記充放電回路手段に指示するとともに、充電中における前記駆動機構の動作を許可する制御手段と
を備えることを特徴とする電源制御装置。
（付記３） バッテリおよび制御用ロジック部を有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、
電源アダプタから前記バッテリと前記ロジック部とに分岐する電流パスを有し、該ロジック部が動作していないとき該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電し、該ロジック部が動作しているとき該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電しながら該電源アダプタから該ロジック部に対して電流を供給する充放電回路手段と、
前記バッテリの充電を前記充放電回路手段に指示する制御手段と
を備えることを特徴とする電源制御装置。
（付記４） 駆動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、
前記ロボットシステムの一連の動作を制御するプログラムを実行するコンピュータ手段と、
前記コンピュータ手段が駆動されているか否かを検知し、該コンピュータ手段が駆動されていないとき前記バッテリから前記駆動機構への電力供給を自動的に遮断するスイッチ手段と
を備えることを特徴とする電源制御装置。
（付記５） 移動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御方法であって、
前記バッテリの残量をチェックし、
前記残量が十分でないと判断したとき前記移動機構の動作を禁止してユーザに対する充電要求メッセージを出力し、該ユーザが電源アダプタをオンにすると前記バッテリを充電し、
前記残量が十分であると判断したとき前記移動機構の動作を許可する
ことを特徴とする電源制御方法。
（付記６） 駆動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御方法であって、
電源アダプタから前記バッテリと前記駆動機構とに分岐する電流パスを用いて、該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電しながら該電源アダプタから該駆動機構に対して電流を供給する
ことを特徴とする電源制御方法。
（付記７） バッテリおよび制御用ロジック部を有する移動型ロボットシステムのための電源制御方法であって、
電源アダプタから前記バッテリと前記ロジック部とに分岐する電流パスを用いて、該ロジック部が動作していないとき該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電し、該ロジック部が動作しているとき該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電しながら該電源アダプタから該ロジック部に対して電流を供給する
ことを特徴とする電源制御方法。
（付記８） 駆動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御方法であって、
前記ロボットシステムの一連の動作を制御するプログラムを実行するコンピュータが駆動されているか否かを検知し、
前記コンピュータが駆動されていないとき前記バッテリから前記駆動機構への電力供給を自動的に遮断する
ことを特徴とする電源制御方法。
【００７５】
【発明の効果】
本発明によれば、移動型ロボットにおいてバッテリの充放電動作を機能別に細分化することで、バッテリの充放電パフォーマンスを最大限に引き出すことが可能となる。これにより、ロボットの電源制御が最適化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電源制御装置の原理図である。
【図２】ロボットシステムのブロック図である。
【図３】ロボットシステムの構成図である。
【図４】充電と放電の関係を示す図である。
【図５】マイクロコントローラ部の構成図である。
【図６】充電制御処理のフローチャートである。
【図７】アプリケーションによる制御処理を示す図である。
【符号の説明】
１１ 充放電回路手段
１２ 制御手段
１３ コンピュータ手段
１４ スイッチ手段
２１ ＡＣアダプタ
２２ 電気的充放電回路
２３ バッテリ
２４ 駆動機構
２５ マイクロコントローラ
２６ パーソナルコンピュータ部
３１ ポインティングデバイス
３２ ディスプレイ装置
３３ メインスイッチ
３４ スピーカ
３５ マイク
３６ 赤外線発信機
３７ 赤外線受信機
３８ 距離センサ
３９ パン用ポテンショメータ
４０ チルト用ポテンショメータ
４１ 押ボタンスイッチ
４２ ＬＥＤ
４３ ＣＭＯＳカメラ
４４、４５ モータ
４６ エンコーダ
５１ ソフトスイッチ
５３ バッテリ監視コントローラ
５４、５５ ＤＣ−ＤＣコンバータ
５６ ＨＵＢ
５７ ゲートアレイ
５８ ＡＤコンバータ
５９ レギュレータ
６０、６１ ドライバ
６２、９１、９２ スイッチ
７１ マイクロコントローラ部
７２、７３、７４、７４、７５、７６、７７、７８ ＦＥＴ
７９ モータ制御回路
８０、８１ ダイオード
８２、８３ 抵抗
Claims (5)
- 移動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御装置であって、
前記バッテリの充電および放電を電気的に制御する充放電回路手段と、
前記バッテリの残量をチェックして該残量が十分でないと判断したとき、前記移動機構の動作を禁止して該残量が十分でないことを示すアラームを出力するとともに該バッテリの充電を前記充放電回路手段に指示し、充電中における前記移動機構の動作を禁止し、該残量が十分であると判断したとき、電源アダプタがオフのときは、該移動機構の動作を許可する制御手段と、
前記ロボットシステムの一連の動作を制御するプログラムを実行し、前記制御手段から前記アラームを受け取ったときユーザに対する充電要求メッセージを出力するコンピュータ手段と、
を備えることを特徴とする電源制御装置。 - 前記移動型ロボットシステムは前記移動機構以外の駆動機構をさらに備え、
前記充放電回路手段は、電源アダプタから前記バッテリと前記駆動機構とに分岐する電流パスを有し、該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電しながら該電源アダプタから該駆動機構に対して電流を供給し、
前記制御手段は、充電中における前記駆動機構の動作を許可することを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。 - 前記充放電回路手段は、電源アダプタから前記バッテリと前記制御手段および前記コンピュータ手段を含むロジック部とに分岐する電流パスを有し、該ロジック部が動作していないとき該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電し、該ロジック部が動作しているとき該電源アダプタから供給される電流により該バッテリを充電しながら該電源アダプタから該ロジック部に対して電流を供給することを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。
- 前記移動型ロボットシステムは前記移動機構以外の駆動機構をさらに備え、
前記コンピュータ手段が駆動されているか否かを検知し、該コンピュータ手段が駆動されていないとき前記バッテリから前記駆動機構への電力供給を自動的に遮断するスイッチ手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の電源制御装置。 - 移動機構およびバッテリを有する移動型ロボットシステムのための電源制御方法であって、
前記ロボットシステムの一連の動作を制御するプログラムを実行し、
前記バッテリの充電および放電を電気的に制御し、
前記バッテリの残量をチェックし、
前記残量が十分でないと判断したとき前記移動機構の動作を禁止して該残量が十分でないことを示すアラームを出力し、前記プログラムを実行するコンピュータ手段が前記アラームを受け取ったときユーザに対する充電要求メッセージを出力し、該バッテリの充電を該バッテリの充電および放電を電気的に制御する充放電回路手段に指示し、該ユーザが電源アダプタをオンにすると前記移動機構の動作を禁止して前記バッテリを充電し、
前記残量が十分であると判断したとき、前記電源アダプタがオフのときは、前記移動機構の動作を許可する
ことを特徴とする電源制御方法。
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