JP4908104B2

JP4908104B2 - 充電装置

Info

Publication number: JP4908104B2
Application number: JP2006221776A
Authority: JP
Inventors: 研郎鵜殿
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2026-08-16
Also published as: US7825633B2; US20080042620A1; JP2008044069A

Description

本発明は、基体から延設された複数の脚体の動きにより移動可能な脚式移動ロボットに搭載されているバッテリを充電する装置に関する。

脚式移動ロボットに搭載されているバッテリの充電方法として、たとえば、ロボットを椅子に着席させた状態で、ロボットの受電コネクタと椅子の給電コネクタとを接続させ、当該接続された給電コネクタおよび受電コネクタを通じて当該バッテリを充電する技術が提案されている。
特開２００１−１７９６６３号公報

しかし、椅子が占めるスペースが比較的大きいので、ロボットを充電するとき以外は歩行者にとって充電装置が邪魔になる可能性がある。また、ロボットの充電終了後、ロボットが椅子から起立する必要がある分だけ、ロボットの移動開始が遅れてしまう。これらの点に鑑みて、椅子よりもコンパクトな充電装置により、ロボットを起立させたままで当該ロボットを充電することが好ましい場合がある。

そこで、ロボットを起立させた状態で充電することが考えられるが、ロボットの基体（または上体）が脚体の動きに伴って揺れ動くので、ロボットがその基体に設けられた受電コネクタを充電器の固定された給電コネクタに接続させるのが困難な場合がある。その他、ロボットを立たせたまま静止させ、充電装置の給電コネクタを駆動して受電コネクタに接続させることが考えられるが、当該接続に伴いロボットに作用した力によってロボットが揺れ動く場合がある。このため、ロボットがその姿勢を安定に維持する等のために脚体等を動かす必要が生じ、これによりバッテリの蓄電力がいたずらに消費される可能性がある。

そこで、本発明は、ロボットが有する受電コネクタへの給電コネクタの当接による当該ロボットの姿勢不安定を回避しながら、当該ロボットに搭載されているバッテリを充電しうる装置を提供することを解決課題とする。

前記課題を解決するための第１発明の充電装置は、前後方向位置を揃えた左右一対の脚体により起立し、かつ目標ＺＭＰを脚体の爪先とかかととの間に位置させつつ、爪先とかかととを床に同時に着けている起立状態の脚式移動ロボットに対して、充電用電源からの出力により当該ロボットに搭載されているバッテリを充電する装置であって、前記ロボットの受電コネクタに接続される給電コネクタと、当該給電コネクタを当該ロボットの当該受電コネクタに接続することによって当該ロボットの目標ＺＭＰまわりに生じるモーメントＭが所定の式で定義される範囲に収まるように当該給電コネクタを動かす制御部とを備え、前記所定の式とは、−ｍｇｘ ₁ ≦Ｍ≦−ｍｇｘ ₂ であり、ただし、「ｍ」は当該ロボットの質量、「ｇ」は重力加速度、「ｘ ₁ （＞０）」は床上の爪先の接触点とかかとの接触点を結ぶ方向にｘ座標の軸方向を設定して目標ＺＭＰを原点Ｏとした爪先位置のｘ座標、「ｘ ₂ （＜０）」は当該座標系におけるかかと位置のｘ座標であることを特徴とする。

第１発明の充電装置によれば、給電コネクタが動いて起立したまま静止しているロボットの受電コネクタに接続されることに伴ってロボットの目標ＺＭＰまわりに生じるモーメントが、当該ロボットの目標ＺＭＰまわりに発生しうる床反力モーメントを超えないように給電コネクタの動きが制御される。すなわち、ロボットが起立したままで踏みこたえられないような過剰な力が給電コネクタからロボットに作用しないように、当該給電コネクタの動きが制御される。これにより、給電コネクタおよび受電コネクタが接続されるとき、ロボットの姿勢が不安定になる事態が回避されうる。したがって、ロボットが姿勢を安定に維持するために脚体を動かす必要はなく、その分だけロボットに搭載されているバッテリに蓄えられている電力が消費される事態が回避される。

また、第２発明の充電装置は、第１発明の充電装置において、前記制御部が、前記給電コネクタが起立状態にある前記ロボットの前記受電コネクタに接続することによって当該ロボットに作用する力の鉛直方向成分が、当該力の水平方向成分よりも強くなるように当該給電コネクタを動かすことを特徴とする。

第２発明の充電装置によれば、給電コネクタおよび受電コネクタが接続されるとき、主として鉛直方向からロボットに力を作用させ、水平方向からロボットに作用する力を抑制しうる。これにより、起立状態のロボットが過剰に横揺れするまたはふらつく等、その姿勢が不安定になる事態が回避されうる。

さらに、第３発明の充電装置は、第１または第２発明の充電装置において、前記制御部が、前記給電コネクタが起立状態にある前記ロボットの前記充電箇所に上方または下方から当接するように当該給電コネクタを動かすことを特徴とする。

第３発明の充電装置によれば、給電コネクタおよび受電コネクタが接続されるとき、上方または下方からロボットに力を作用させることにより、起立状態のロボットが過剰に横揺れする等、その姿勢が不安定になる事態が回避されうる。

また、第４発明の充電装置は、第１〜第３発明のうちいずれか１つの充電装置において、前記給電コネクタを可動に保持する保持機構を備えていることを特徴とする。

第４発明の充電装置によれば、ロボットの起立位置が正確な位置から若干ずれていても、当該ロボットに起立位置や姿勢の変更動作を強いることなく給電コネクタを受電コネクタに接続させることができる。

さらに、第５発明の充電装置は、第１〜第４発明のうちいずれか１つの充電装置において、前記給電コネクタが、前記受電コネクタとの基準接続位置の手前で停止したことに応じて信号を出力する第１センサと、当該第１センサからの出力信号に応じて、前記ロボットに位置、姿勢、または位置および姿勢の修正動作を指示する信号を出力する動作指示部とをさらに備えていることを特徴とする。

第５発明の充電装置によれば、給電コネクタおよび受電コネクタの接続が失敗に終わった可能性が高い状況に応じて、ロボットの起立位置や姿勢を修正させることで両コネクタの再接続が図られる。

また、第６発明の充電装置は、第１〜第５発明のうちいずれか１つの充電装置において、前記給給電コネクタが前記受電コネクタとの基準接続位置を越えて移動したことに応じて信号を出力する第２センサをさらに備え、前記制御部が当該第２センサからの当該信号出力に応じて、当該給電コネクタを当該受電コネクタから離反する方向に動かすことを特徴とする。

第６発明の充電装置によれば、ロボットが充電を完了または一時停止して行動するために動作し、給電コネクタおよび受電コネクタの接続が解除されつつある状況に応じて、充電電流の供給の停止やロボットの移動の妨げにならないように給電コネクタが受電コネクタから離反する方向に動かされうる。

さらに、第７発明の充電装置は、第１〜第６発明のうちいずれか１つの充電装置において、前記給電コネクタが受ける外力を緩衝する緩衝機構をさらに備えていることを特徴とする。

第７発明の充電装置によれば、給電コネクタが受電コネクタに接続されるときにロボットから受ける反力等の力が、当該給電コネクタまたは給電コネクタに連結されている部材等に過剰なストレスを加える事態が回避される。また、ロボットにその動作や姿勢制御のためのサーボモータが搭載され、かつ、充電装置に給電コネクタの駆動のためのサーボモータが搭載されている場合、各モータが直接的に干渉し合って発振する事態が回避される。

また、第８発明の充電装置は、第１〜第７発明のうちいずれか１つの充電装置において、前記制御部が、前記ロボットの起立位置および姿勢が、前記給電コネクタがそのまま動かされた場合に前記受電コネクタに接続されうる適正状態にあるか否かを一または複数段階にわたって確認し、当該ロボットの起立位置および姿勢が当該適正状態にあることを確認したことを要件として当該給電コネクタを当該受電コネクタに近づく方向に動かすことを特徴とする。

第８発明の充電装置によれば、ロボットの位置および姿勢に鑑みて給電コネクタが受電コネクタに接続させうることが確認された上で給電コネクタが駆動されることにより、両コネクタの確実な接続が図られる。

さらに、第９発明の充電装置は、第１〜第８発明のうちいずれか１つの充電装置において、前記制御部が、前記給電コネクタおよび前記受電コネクタが接続されたか否かを判定し、当該両コネクタが接続されたことを確認したことを要件として充電用電源から充電電流を出力させることを特徴とする。

第９発明の充電装置によれば、給電コネクタおよび受電コネクタが接続されたことが確認された上で充電用電源から充電電流が出力されるので、ロボットに搭載されているバッテリの安全で確実な充電が図られる。

また、第１０発明の充電装置は、第１〜第９発明のうちいずれか１つの充電装置において、前記給電コネクタが先端部に取り付けられているアームをさらに備え、前記制御部が当該アームをその初期状態から一定方向に駆動することで当該給電コネクタを前記受電コネクタに接続させることを特徴とする。

第１０発明の充電装置によれば、アームを初期状態から一定方向に駆動する（たとえばアームを回動させる）という比較的簡易な駆動方式によって給電コネクタを動かすことができる。

さらに、第１１発明の充電装置は、第１０発明の充電装置において、前記給電コネクタおよび前記アームが収納されるベースをさらに備えていることを特徴とする。

第１１発明の充電装置によれば、ロボットに搭載されているバッテリを充電する必要がないときはアームおよび給電コネクタをベースに収納させておくことで、当該アームがロボットの移動等にとって障害となる事態が回避される。

本発明の充電装置の実施形態について図面を用いて説明する。

図１〜図５は本発明の充電装置の構成説明図であり、図６〜図７は本発明の充電装置の機能説明図である。

まず、充電装置の構成について図１〜図５を用いて説明する。

図１に示されている充電装置１は、脚式移動ロボット２に搭載されているバッテリ２０に充電用電流を出力する充電用電源１０と、ロボット２の後方下部に配置された受電コネクタ２２に接続される給電コネクタ１２と、制御ユニット（制御部）１４とを備えている。

充電用電源１０は、プラグを介して供給される交流電力を降圧する変圧回路、変圧回路から出力される交流電圧を全波整流する整流回路、および整流回路から出力される直流電圧を変圧するＤＣ／ＤＣコンバータ等を備え、バッテリ２２への充電電流を出力する。充電装置１は略円柱状のベース１００と、ベース１００の側壁に開設された縦長のスリット１０２に収納されるアーム１１０とを備えている。ベース１００の上部には斜面が形成され、その斜面に操作ボタンや充電電流値等を表示するディスプレイを有するパネル１０６が設けられている。

給電コネクタ１２は受電コネクタ２２の受電端子２２２に接続される給電端子１２２を備えている（図２参照）。給電コネクタ１２は、図３に示されているようにアーム１１０の先端に設けられた有底円筒状の収納部１１８内に収納かつ固定されるベース１２０と、ベース１２０の中央孔に遊嵌される略円柱状の下部材１２１と、ベース１２０の上側で下部材１２１の上側に固定される中間部材１２３と、中間部材１２３の上側に固定される上部材１２５とを備えている。下部材１２１は図４（ａ）に示されているようにベース１２０に３つのバネ１２４を介して保持され、かつ、図４（ｂ）に示されているように３つのバネ１２４のそれぞれの変形によってベース１２０に対して可動とされている。

充電装置１はアーム１１０の駆動機構を備えており、当該駆動機構は図５に示されているようにモータ１１と、第１駆動部材１１１と、第２駆動部材１１２と、第３駆動部材１１３とを備えている。第１駆動部材１１１はモータ１１の出力軸に接続される。第２駆動部材１１２はアーム１１０の根元部分１１６に開設されている貫通孔を通じて第１駆動部材１１１に接続されている。第３駆動部材１１３はアーム１１０の根元部分１１６に接続されている。第２駆動部材１１２および第３駆動部材１１３はサスペンションスプリング（本発明の「緩衝機構」に相当する。）１１４を介して相互に力の伝達が可能とされている。アーム１１０の根元部分１１６には、第２駆動部材１１２の動きを当該第２駆動部材１１２の上部に設けられた切欠部１１５の範囲内に制限するノックピン１１７が取り付けられている。

給電コネクタ１２はアーム１１０を初期状態から一定方向に回動させるという比較的簡易な構成によって駆動されうる。また、ロボット２に搭載されているバッテリ２０を充電する必要がないときはアーム１１０および給電コネクタ１２をベース１００に収納させておくことで、当該アーム１１０がロボット２の移動等にとって障害となる事態が回避される。サスペンションスプリング１１４により、給電コネクタ１２が受電コネクタ２２に接続されるときにロボット２から受ける力が、モータ１１の出力軸に直接的に伝達される事態が回避される。

また、アーム１１０の根元部分１１６には、アーム１１０の回動位置に応じて信号を出力する第１近接センサ（「第１センサ」に該当する。）１３１および第２近接センサ（「第２センサ」に該当する。）１３２が設けられている。第１近接センサ１３１は給電コネクタ１２が、受電コネクタ２２との基準接続位置の手前で停止したことに応じて信号を出力する。具体的には第１近接センサ１３１は電磁誘導を利用した非接触のセンサで、第２駆動部材１１２の上部突片１１２１の接近を一定時間にわたって検知したときに信号を出力する。第２近接センサ１３２は給電コネクタ１２が受電コネクタ２２との基準接続位置を越えて移動したことに応じて信号を出力する。具体的には第２近接センサ１３２は電磁誘導を利用した非接触のセンサで、第２駆動部材１１２の下部突片１１２２の接近を一定時間にわたって検知したときに信号を出力する。

ベース１００においてスリット１０２の上方に開設された開口部１０４からベース１００の外側を臨む第１光学センサ１５１が設けられている。第１光学センサ１５１はＬＥＤ等の第１発光素子と、第１受光素子とを備えている。

給電コネクタ１２には受電コネクタ２２に対向しうる第２光学センサ１５２が設けられている（図２参照）。第２光学センサ１５２はレーザによるスポット光等の第２発光素子と、第２受光素子とを備えている。

制御ユニット１４はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ等により構成されている。制御ユニット１４は給電コネクタ１２が、起立状態にあるロボット２の受電コネクタ２２に接続することによって当該ロボット２の目標ＺＭＰまわりに生じるモーメントが、当該目標ＺＭＰまわりに発生しうる床反力モーメントの範囲に収まるように、給電コネクタ１２が先端に取り付けられているアーム１１０の動きを制御等する。

ロボット２は、基体２０１と、基体２０１の下部から延設された左右の脚体２０２と、基体２０１の上部側方から延設された左右の腕体２０３と、基体２０１の上部に設けられた頭部２０４とを有している。ロボット２は、左右の脚体２０２を動かすことにより歩行または走行することができる。また、ロボット２は、基体２０１や左右の腕体２０３等を適宜動かすことにより姿勢を安定に維持することができる。ロボット２の基体２０１の後部には第１リフレクタ２５１が設けられ、ロボット２の基体２０１の後方下部には第２リフレクタ２５２が設けられている。

前記構成の充電装置の機能について図６〜図７を用いて説明する。

まず、アーム１１０および給電コネクタ１２がベース１００に収納されている状態で、制御ユニット１４が、ロボット２の起立位置および姿勢が、給電コネクタ１２がそのまま動かされた場合に受電コネクタ２２に接続されうる１次適正状態にあるか否かを確認する（図６／Ｓ０１１）。具体的には、制御ユニット１４は、第１光学センサ１５１の第１発光素子から発せられ、かつ、ロボット２の背面に配置されている第１リフレクタ２５１により反射された光が、第１光学センサ１５１の第１受光素子により感知されたか否かに応じて、ロボット２が起立位置および姿勢が１次適正状態であるか否かを確認する。

ロボット２は自らバッテリ２０の充電が必要であると判断したこと、またはバッテリ２０の充電を外部から指示されたことに応じて充電装置１のそばに移動する。そして、ロボット２は図１に示されているように充電装置１に背を向けて起立したまま静止する。なお、充電装置１に対するロボット２の向きは受電コネクタ２２の位置に応じて、前向き、横向き等、さまざまな向きであってもよい。ロボット２はたとえば頭部２０４に搭載されているカメラを通じて得られた画像を処理することによって充電装置１の位置、または充電装置１の周辺の床に配置されたマーカの位置を確認しながら移動することができる。

制御ユニット１４はロボット２の起立位置および姿勢が１次適正状態にあることを確認した場合（図６／Ｓ０１１‥ＹＥＳ）、アーム１１０を回動させ、給電コネクタ１２を受電コネクタ２２に対向しうる中間位置まで上昇させる（図６／Ｓ０１２）。

続いて、制御ユニット１４が、ロボット２の起立位置および姿勢が、給電コネクタ１２がそのまま動かされた場合に受電コネクタ２２に接続されうる２次適正状態にあるか否かを確認する（図６／Ｓ０１３）。具体的には、制御ユニット１４は、第２光学センサ１５２の第２発光素子から発せられ、かつ、ロボット２の基体２０１の後方下部に配置されている第２リフレクタ２５２により反射された光が、第２光学センサ１５２の第２受光素子により感知されたか否かに応じて、ロボット２が起立位置および姿勢が２次適正状態であるか否かを確認する。

制御ユニット１４はロボット２の起立位置および姿勢が２次適正状態にあると確認した場合（図６／Ｓ０１３‥ＹＥＳ）、アーム１１０をさらに上昇させて給電コネクタ１２を受電コネクタ２２との基準接続位置に移動させる（図６／Ｓ０１４）。これにより、給電コネクタ１２は受電コネクタ２２に下方から接続されうる。このとき、制御ユニット１４は、給電コネクタ１２を受電コネクタ２２に接続させるときにロボット２に作用する力Ｆによりロボット２の目標ＺＭＰまわりに生じるモーメントＭが、当該目標ＺＭＰまわりに発生しうる床反力モーメントの範囲に収まるように給電コネクタ１２、ひいてはアーム１１０の動きを制御する。すなわち、当該モーメントＭ（図５において反時計回りを「正」とする。）が次の関係式（１）を満たすようにアーム１１０の動きが制御される。

−ｍｇｘ₁≦Ｍ≦−ｍｇｘ₂ ‥（１）
ここで「ｍ」はロボット２の質量、「ｇ」は重力加速度、「ｘ₁（＞０）」は目標ＺＭＰを原点Ｏとした図７に示されている直交座標系における爪先位置のｘ座標、「ｘ₂（＜０）」は当該座標系におけるかかと位置のｘ座標である。

なお、制御ユニット１４は、給電コネクタ１２を受電コネクタ２２に接続させるときの力Ｆのｚ成分（鉛直方向成分）Ｆ_zの大きさが、当該力Ｆのｘ成分Ｆ_xおよびｙ成分Ｆ_yのそれぞれの大きさより大きくなるように給電コネクタ１２を受電コネクタ２２に接続されるようにアーム１１０の動きを制御する。すなわち、関係式（１）に加えて次の関係式（２）が成立するようにアーム１１０の動きが制御されてもよい。

｜Ｆ_x｜＜｜Ｆ_z｜、かつ、｜Ｆ_y｜＜｜Ｆ_z｜ ‥（２）
給電コネクタ１２は保持部１２０に対してバネ１２４を介して可動に保持されている（図４（ａ）（ｂ）参照）。このため、給電コネクタ１２および受電コネクタ２２の位置が若干正確な位置からずれていても、ロボット２に起立位置や姿勢の変更を強いることなく、給電コネクタ１２を受電コネクタ２２に接続させることができる。

給電コネクタ１２および受電コネクタ２２が接続されるとき、サスペンションスプリング１１４（図５参照）の弾性力により当該接続に伴って充電装置１およびロボット２の間に作用する力が緩和されうる。また、給電コネクタ１２および受電コネクタ２２が接続されている状態で、サスペンションスプリング１１４の弾性力により、給電コネクタ１２が受電コネクタ２２に対して押し付けられている。

一方、制御ユニット１４はロボット２の起立位置および姿勢が２次適正状態にないと確認した場合（図６／Ｓ０１３‥ＮＯ）、アーム１１０を下方に回動させてベース１００に収納させる（図６／Ｓ０１７）。制御ユニット１４は「動作指示部」として、ロボット２にその起立位置および姿勢のうち少なくとも一方を修正する指示信号を無線または有線で送信する（図６／Ｓ０１７）。この指示信号に応じてロボット２がその起立位置等を修正した後、１次適正状態の確認処理等の処理が再実行される（図６／Ｓ０１１参照）。

次に、制御ユニット１４が給電コネクタ１２の給電端子１２２と、受電コネクタ２２の受電端子２２２とが接続されているか否かを確認する（図６／Ｓ０１５）。具体的には第１近接センサ１３１からの信号出力の有無に応じて、給電端子１２２および受電端子２２２が接続されているか否かが確認される。たとえば、給電コネクタ１２がロボット２の受電コネクタ２２より下方に突出した部分に当接した場合、アーム１１０の回動角度が当該基準接続位置に対応している基準角度未満の第１所定角度にとどまる。これにより、第１近接センサ１３１から信号が出力された場合、給電端子１２２および受電端子２２２が接続されていないと認識されうる。なお、特開２００６−６８８４５号公報に開示されている手法が付加的または代替的に採用されることで、給電端子１２２および受電端子２２２が接続されているか否かが確認されてもよい。

制御ユニット１４は給電端子１２２および受電端子２２２が接続されていることが確認された場合（図６／Ｓ０１５‥ＹＥＳ）、充電用電源１０からバッテリ２０への充電電流の出力を開始させる（図６／Ｓ０１６）。これにより、ロボット２に搭載されているバッテリ２０が充電される。一方、制御ユニット１４は給電端子１２２および受電端子２２２が接続されていないことが確認された場合（図６／Ｓ０１５‥ＮＯ）、アーム１１０を下方に回動させてベース１００に収納させる（図６／Ｓ０１７）。制御ユニット１４は「動作指示部」として、ロボット２にその起立位置および姿勢のうち少なくとも一方を修正する指示信号を無線または有線で送信する（図６／Ｓ０１７）。この指示信号に応じてロボット２がその起立位置等を修正した後、１次適正状態の確認処理等の処理が再実行される（図６／Ｓ０１１参照）。

その後、制御ユニット１４は給電コネクタ１２が受電コネクタ２２との基準接続位置を越えて上方に動いたか否かを確認する（図６／Ｓ０１８）。具体的には第２近接センサ１３２からの信号出力の有無に応じて、給電コネクタ１２が受電コネクタ２２との基準接続位置を越えたか否かが確認される。たとえばロボット２が自らの判断により、または外部からの指示に応じて移動開始等のためにやや腰を上げた場合、サスペンションスプリング１１４の付勢力により給電コネクタ１２が受電コネクタ２２との基準接続位置を越えて上方に動く。これによりアーム１１０の回動角度が当該基準接続位置に対応する基準角度よりも大きい第２所定角度以上になった場合、第２近接センサ１３２から信号が出力され、給電端子１２２が基準接続位置を越えて移動したと認識されうる。

制御ユニット１４は給電コネクタ１２が受電コネクタ２２との基準接続位置を越えていないことを確認した場合（図６／Ｓ０１８‥ＮＯ）、充電用電源１０からの出力を継続させる。一方、制御ユニット１４は給電コネクタ１２が受電コネクタ２２との基準接続位置を越えたことを確認した場合（図６／Ｓ０１８‥ＹＥＳ）、充電用電源１０の出力をすみやかに停止させてバッテリ２０の充電を停止する（図６／Ｓ０１９）。

その後、制御ユニット１４はアーム１１０を回動させて給電コネクタ１２を中間位置まで下降させる（図６／Ｓ０２０）。その上で、制御ユニット１４はバッテリ２０の充電が完了したか否かを判定する（図６／Ｓ０２１）。たとえば、充電用電源１０による出力電流の充電開始から充電停止までの積分値が所定値以上である場合、制御ユニット１４はバッテリ２０の充電が完了したと判定する。なお、この所定値はロボット２が充電装置１から離れた後における、行動範囲の広狭や、動作の軽重に応じて可変的に設定されてもよい。

そして、制御ユニット１４はバッテリ２０の充電が完了したと判定した場合（図６／Ｓ０２１‥ＹＥＳ）、アーム１１０をさらに下降させてベース１００のスリットに収納させる（図６／Ｓ０２２）。一方、制御ユニット１４はバッテリ２０の充電が完了していないと判定した場合（図６／Ｓ０２１‥ＮＯ）、ロボット２に移動を禁止するように指示信号を送信する（図６／Ｓ０２３）。これにより、２次適正状態の確認等の処理が再実行されてバッテリ２０の充電が再開される（図６／Ｓ０１３〜Ｓ０１６参照）。

前記機能を発揮する充電装置１によれば、給電コネクタ１２が動いて起立したまま静止しているロボット２の受電コネクタ１１に接続されることに伴ってロボット２の目標ＺＭＰまわりに生じるモーメントＭが、当該ロボットの目標ＺＭＰまわりに発生しうる床反力モーメント［−ｍｇｘ₁，−ｍｇｘ₂］を超えないようにアーム１１０および給電コネクタ１２の動きが制御される（図６／Ｓ０１４、関係式（１）参照）。すなわち、ロボット２が起立したままで踏みこたえられないような過剰な力が給電コネクタ１２からロボット２に作用しないように、当該給電コネクタ１２およびアーム１１０の動きが制御される。また、給電コネクタ１２および受電コネクタ２２が接続されるときの力Ｆのｚ成分の大きさが、当該力Ｆのｘ成分およびｙ成分のそれぞれの大きさよりも大きくされている（図６／Ｓ０１４、関係式（２）参照）。これにより、給電コネクタ１２および受電コネクタ２２が接続されるときロボット２が当該給電コネクタ１２から力を受けてもロボット２がふらつく等、その姿勢が不安定になる事態が確実に回避されうる。

また、ロボット２の起立位置および姿勢が、給電コネクタ１２がそのまま動かされた場合に受電コネクタ２２に接続されうる適正状態にあるか否かが２段階にわたって確認され、当該ロボット２の起立位置および姿勢が当該適正状態にあることを確認したことを要件として給電コネクタ１２が受電コネクタ２２に近づく方向に動かされうる（図６／Ｓ０１１‥ＹＥＳ，Ｓ０１２，Ｓ０１３‥ＹＥＳ，Ｓ０１４参照）。これにより、給電コネクタ１２および受電コネクタ２２の確実な接続およびバッテリ２０の確実な充電が図られる。

さらに、給電コネクタ１２が受電コネクタ２２との接続位置の手前で停止したことに応じて第１センサ１１１が信号を出力し、当該出力信号に応じてロボット２に起立位置および姿勢のうち少なくとも一方の修正動作が指示される（図６／Ｓ０１５‥ＮＯ，Ｓ０１７参照）。これにより、給電コネクタ１２がロボット２の他の部位に接触した等のため、給電コネクタ１２および受電コネクタ２２の接続が失敗に終わった可能性が高い状況に応じて、ロボット１の位置や姿勢を修正させることで給電コネクタ１２および受電コネクタ２２の再接続が図られる。

また、第１センサ１１１からの出力信号の有無に応じて、給電コネクタ１２および受電コネクタ２２が接続されたことが確認されたことを要件として充電用電源１０から充電電流が出力されるので、バッテリ２０の安全で確実な充電が図られる（図６／Ｓ０１５‥ＹＥＳ，Ｓ０１６参照）。

また、給電コネクタ１２が受電コネクタ２２との基準接続位置にある状態から、給電コネクタ１２が基準接続位置を越えて上方に移動したことに応じて第２近接センサ１３２が信号を出力し、当該出力信号に応じて給電コネクタ１２が受電コネクタ２２から離反する方向に動かされる（図６／Ｓ０１８‥ＹＥＳ，Ｓ０２０参照）。これにより、ロボット２の移動のための動作によって給電コネクタ１２および受電コネクタ２２の接続が解除されつつある状況に応じて、充電電流の供給の停止およびロボット２の移動の妨げ等にならないようにアーム１１０の回動によって給電コネクタ１２が下方に動かされる。

なお、前記実施形態ではアーム１１０が回動されることにより給電コネクタ１２がロボット２の受電コネクタ２２に対して下方から接近するように動かされたが、受電コネクタ２２の位置や向きに応じて給電コネクタ１２が直線運動や平行運動等、さまざまな形態で駆動されてもよい。たとえば、ロボット２が起立したまま静止しているときに受電コネクタ２２が上または横に向いている場合、給電コネクタ１２が上または横から当該受電コネクタに接近するように駆動されてもよい。また、給電コネクタ１２が横に動かされた後、上に動かされる等、複数の方向への動きが組み合わせられて当該給電コネクタ１２が受電コネクタ２２に接続されてもよい。

本発明の充電装置の構成説明図本発明の充電装置の構成説明図本発明の充電装置の構成説明図本発明の充電装置の構成説明図本発明の充電装置の構成説明図本発明の充電装置の機能説明図本発明の充電装置の機能説明図

符号の説明

１‥充電装置、２‥脚式移動ロボット、１０‥充電用電源、１２‥給電コネクタ、１４‥制御ユニット（制御部、動作指示部）、２０‥バッテリ、２２‥受電コネクタ

Claims

前後方向位置を揃えた左右一対の脚体により起立し、かつ目標ＺＭＰを脚体の爪先とかかととの間に位置させつつ、爪先とかかととを床に同時に着けている起立状態の脚式移動ロボットに対して、充電用電源からの出力により当該ロボットに搭載されているバッテリを充電する装置であって、
前記ロボットの受電コネクタに接続される給電コネクタと、
当該給電コネクタを当該ロボットの当該受電コネクタに接続することによって当該ロボットの目標ＺＭＰまわりに生じるモーメントＭが所定の式で定義される範囲に収まるように当該給電コネクタを動かす制御部とを備え、
前記所定の式とは、−ｍｇｘ ₁ ≦Ｍ≦−ｍｇｘ ₂ であり、ただし、「ｍ」は当該ロボットの質量、「ｇ」は重力加速度、「ｘ ₁ （＞０）」は床上の爪先の接触点とかかとの接触点を結ぶ方向にｘ座標の軸方向を設定して目標ＺＭＰを原点Ｏとした爪先位置のｘ座標、「ｘ ₂ （＜０）」は当該座標系におけるかかと位置のｘ座標であることを特徴とする充電装置。
前記制御部が、前記給電コネクタが起立状態にある前記ロボットの前記受電コネクタに接続することによって当該ロボットに作用する力の鉛直方向成分が、当該力の水平方向成分よりも強くなるように当該給電コネクタを動かすことを特徴とする請求項１記載の充電装置。
前記制御部が、前記給電コネクタが起立状態にある前記ロボットの前記充電箇所に上方または下方から当接するように当該給電コネクタを動かすことを特徴とする請求項１または２記載の充電装置。
前記給電コネクタを可動に保持する保持機構を備えていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の充電装置。
前記給電コネクタが、前記受電コネクタとの基準接続位置の手前で停止したことに応じて信号を出力する第１センサと、
当該第１センサからの出力信号に応じて、前記ロボットに位置、姿勢、または位置および姿勢の修正動作を指示する信号を出力する動作指示部とをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の充電装置。
前記給給電コネクタが前記受電コネクタとの基準接続位置を越えて移動したことに応じて信号を出力する第２センサをさらに備え、
前記制御部が当該第２センサからの当該信号出力に応じて、当該給電コネクタを当該受電コネクタから離反する方向に動かすことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の充電装置。
前記給電コネクタが受ける外力を緩衝する緩衝機構をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の充電装置。
前記制御部が、前記ロボットの起立位置および姿勢が、前記給電コネクタがそのまま動かされた場合に前記受電コネクタに接続されうる適正状態にあるか否かを一または複数段階にわたって確認し、当該ロボットの起立位置および姿勢が当該適正状態にあることを確認したことを要件として当該給電コネクタを当該受電コネクタに近づく方向に動かすことを特徴とする請求項１〜７のうちいずれか１つに記載の充電装置。
前記制御部が、前記給電コネクタおよび前記受電コネクタが接続されたか否かを確認し、当該両コネクタが接続されたことを確認したことを要件として充電用電源から充電電流を出力させることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１つに記載の充電装置。
前記給電コネクタが先端部に取り付けられているアームをさらに備え、
前記制御部が当該アームをその初期状態から一定方向に駆動することで当該給電コネクタを前記受電コネクタに接続させることを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか１つに記載の充電装置。
前記給電コネクタおよび前記アームが収納されるベースをさらに備えていることを特徴とする請求項１０記載の充電装置。