JP4952536B2

JP4952536B2 - 充電装置、充電方法、及び充電システム

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Publication number: JP4952536B2
Application number: JP2007303160A
Authority: JP
Inventors: 武北條
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: JP2009131044A

Description

本発明は、充電装置、充電方法、及び充電システムに関し、特に詳しくは移動体のバッテリを充電する充電装置、充電方法、及び充電システムに関する。

近年、人間と共生するロボットが開発されている。このようなロボットでは、様々な機能を付加することによって、より人間の役に立つようになる。従って、ロボットを高機能化することが望まれている。さらに、ロボットを大型化、又は高速化しようとすると、ロボットを駆動するためのモータなどの負荷が大きくなる。従って、ロボットを高出力化することが望まれている。

このようなロボットの高出力化、高機能化が進むにつれて、ロボットに供給される電源電圧の高圧化、高容量化が進んできている。移動型のロボットでは、電源供給用の導電線を外部に接続したままとすることができないため、通常、電源を供給するバッテリが内蔵されている。このバッテリからの電源電圧によって、モータが動作して、移動することができる。

また、移動型のロボットでは、充電の自動化が必要となってきている。一般的に、移動型のロボットが自動充電する場合、ロボットの充電用端子を、充電器に設けられた電力供給用の端子と接触させて、バッテリに電力を供給する。これらの端子には高電圧、高容量の電流が流れるため、自動充電では常に危険を伴っており、その安全性が求められている。例えば、特許文献１には、これらの端子が正常に接続されたときに、自動充電を開始させる安全装置が開示されている。
実開平３−１２４７５１号公報

ところで、手動の充電では、人間が総合的に最終判断して充電のＯＮ／ＯＦＦ切り替えを行う。それに対し、自動充電では、充電器を構成する各電子ユニットの状態、指令、応答などにより、充電のＯＮ／ＯＦＦ切り替えを行っている。しかしながら、充電器を構成する電子ユニットや電子部品は、破損したり、誤動作したりする可能性がある。従って、一部のユニットや部品が通常ではない状況に陥った場合に、それらを感知して、自動充電における危険を回避させる必要がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、移動体のバッテリを安全に自動充電することができる充電装置、充電方法、及び充電システムを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる充電装置は、移動体（本発明にかかるロボット１００）のバッテリを充電する充電装置であって、電源を供給する電源供給部（本発明にかかる電源供給ユニット２６０）と、前記移動体のバッテリに接続された電源入力端子と当接する電源出力端子と、前記電源出力端子が前記移動体に接触しているか否かを感知する接触スイッチと、前記接触スイッチの状態に応じて、第１のスイッチと、前記電源供給部による電源供給とを制御する第１の制御部（本発明にかかる第１ＣＰＵ２４０）と、前記接触スイッチの状態に応じて、第２のスイッチを制御する第２の制御部（本発明にかかる第２ＣＰＵ２３０）と、を備え、前記電源供給部は、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを介して前記電源出力端子に接続されているものである。これにより、いずれか一方のスイッチが破損、誤動作しても、他方のスイッチによって電源供給を遮断できる。このため、移動体のバッテリを安全に自動充電することができる。

本発明の第２の態様にかかる充電装置は、上述の充電装置であって、前記第１の制御部と前記第２の制御部とは、相互監視を行っており、前記第１の制御部は、前記第２の制御部の異常を感知した場合に、前記第１のスイッチをＯＦＦにし、前記第２の制御部は、前記第１の制御部の異常を感知した場合に、前記第２のスイッチをＯＦＦにするものである。これにより、一方の制御部の異常を他方の制御部が感知し、他方の制御部が制御するスイッチによって電源供給を遮断できる。このため、移動体のバッテリをさらに安全に自動充電することができる。

本発明の第３の態様にかかる充電装置は、上述の充電装置であって、前記接触スイッチの状態に応じて制御されるリレー（本発明にかかる接点リレー２５１）をさらに備え、前記リレーは、前記電源供給部と前記電源出力端子との間で、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチに直列接続されているものである。これにより、第１の制御部と第２の制御部とに異常が発生しても、リレーによって電源供給を遮断できる。このため、移動体のバッテリをさらに安全に自動充電することができる。

本発明の第４の態様にかかる充電装置は、上述の充電装置であって、前記電源供給部は、前記電源出力端子へ供給される電流値を検出し、前記検出した電流値に基づいて電源供給を制御するものである。これにより、正常ではない充電がなされていることを感知して、電源供給を停止できる。このため、移動体のバッテリをさらに安全に自動充電することができる。

本発明の第５の態様にかかる充電装置は、上述の充電装置であって、所定の距離に前記移動体が位置していることを検出するセンサをさらに備え、前記第１の制御部は、前記接触スイッチの状態とともに、センサの検出結果に応じて前記第１のスイッチと、前記電源供給部による電源供給とを制御するものである。これにより、充電中に移動体が所定の位置から移動したことを感知して、充電を停止できる。このため、移動体のバッテリをさらに安全に自動充電することができる。

本発明の第６の態様にかかる充電方法は、上述の充電装置を用いて、移動体に設けられたバッテリを充電するものである。これにより、一部のユニットや部品が通常ではない状況に陥った場合にそれらを感知して自動充電における危険発生を回避できる。このため、移動体のバッテリを安全に自動充電することができる。

本発明の第７の態様にかかる充電システムは、移動体と、前記移動体のバッテリを充電する充電装置とを備えた充電システムであって、前記移動体は、前記移動体のバッテリに接続された電源入力端子を備え、前記充電装置は、電源を供給する電源供給部と、前記移動体の前記電源入力端子と当接する電源出力端子と、前記電源出力端子が前記移動体に接触しているか否かを感知する接触スイッチと、前記接触スイッチの状態に応じて、第１のスイッチと、前記電源供給部による電源供給とを制御する第１の制御部と、前記接触スイッチの状態に応じて、第２のスイッチを制御する第２の制御部と、を備え、前記電源供給部は、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチを介して前記電源出力端子に接続されているものである。これにより、いずれか一方のスイッチが破損、誤動作しても、他方のスイッチによって電源供給を遮断できる。このため、移動体のバッテリを安全に自動充電することができる。

本発明の第８の態様にかかる充電システムは、上述の充電システムであって、前記第１の制御部と前記第２の制御部とは、相互監視を行っており、前記第１の制御部は、前記第２の制御部の異常を感知した場合に、前記第１のスイッチをＯＦＦにし、前記第２の制御部は、前記第１の制御部の異常を感知した場合に、前記第２のスイッチをＯＦＦにするものである。これにより、一方の制御部の異常を他方の制御部が感知し、他方の制御部が制御するスイッチによって電源供給を遮断できる。このため、移動体のバッテリをさらに安全に自動充電することができる。

本発明の第９の態様にかかる充電システムは、上述の充電システムであって、記充電装置は、前記接触スイッチの状態に応じて制御されるリレーをさらに備え、前記リレーは、前記電源供給部と前記電源出力端子との間で、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチに直列接続されているものである。これにより、第１の制御部と第２の制御部とに異常が発生しても、リレーによって電源供給を遮断できる。このため、移動体のバッテリをさらに安全に自動充電することができる。

本発明の第１０の態様にかかる充電システムは、上述の充電システムであって、前記電源供給部は、前記電源出力端子へ供給される電流値を検出し、前記検出した電流値に基づいて電源供給を制御するものである。これにより、電源供給部は、検出した電流値に応じて適切な制御を行うことができる。このため、移動体のバッテリをさらに安全に自動充電することができる。

本発明の第１１の態様にかかる充電システムは、上述の充電システムであって、前記電源供給部は、前記検出した電流値が所定の範囲外であるときは、電源供給を停止するものである。これにより、正常ではない充電がなされていることを感知して、電源供給を停止できる。このため、移動体のバッテリをさらに安全に自動充電することができる。

本発明の第１２の態様にかかる充電システムは、上述の充電システムであって、前記充電装置は、所定の距離に前記移動体が位置していることを検出するセンサをさらに備え、前記接触スイッチの状態とともに、前記センサの検出結果に応じて、前記第１の制御部は、前記第１のスイッチと、前記電源供給部による電源供給とを制御するものである。これにより、充電中に移動体が所定の位置から移動したことを感知して、充電を停止できる。このため、移動体のバッテリをさらに安全に自動充電することができる。

本発明の第１３の態様にかかる充電システムは、上述の充電システムであって、前記移動体は、前記充電器に対して充電開始又は充電停止を指令する指令部をさらに備え、前記接触スイッチの状態、及び前記センサの検出結果とともに、前記指令部からの指令に応じて、前記第１の制御部は、前記第１のスイッチと、前記電源供給部による電源供給とを制御するものである。これにより、移動体から充電開始の指令がないときには、充電を停止できる。このため、移動体のバッテリをさらに安全に自動充電することができる。

本発明によれば、移動体のバッテリを安全に自動充電することができる充電装置、充電方法、及び充電システムを提供することができる。

本実施の形態にかかるロボットについて図１を用いて説明する。図１はロボット１００の構成を模式的に示す外観図である。本実施の形態では、ロボット１００が、自律移動する移動ロボットとして説明する。ロボット１００は、車輪２と、筐体３と、腕部４と、を備えている。そして、筐体３の内部には、車輪２と接続されたモータ、及びモータを駆動するためのバッテリ１４１などが設けられている。このモータがロボット１００を駆動するための駆動機構となる。モータを駆動することによって、車輪２が回転して、ロボット１００が移動する。また、腕部４には、関節４ａが設けられている。腕部４の関節４ａは、モータと接続されている。モータ等によって関節４ａを駆動することによって、腕部４の位置、及び姿勢が制御される。さらに、腕部４が駆動することによって、物体の把持などが行なわれる。胴体部、及び頭部１の筐体３には、カメラ、ＬＥＤ、マイク、スピーカなどが設けられている。筐体３の少なくとも一部は、金属等の導電体によって形成されている。

次に、ロボット１００の制御系について図２を用いて説明する。図２は、ロボット１００の制御系を示すブロック図である。ロボット１００は、制御部１０１、入出力部１０２、駆動部１０３、電源部１０４、及び外部記憶部１０５などを有している。

入出力部１０２は、周囲の映像を取得するためのＣＣＤ（Charge Coupled Device）などからなるカメラ１２１、周囲の音を集音するための１又は複数の内部マイク１２２、音声を出力してユーザと対話等を行なうためのスピーカ１２３、ユーザへの応答や感情等を表現するためのＬＥＤ１２４、タッチセンサなどからなるセンサ部１２５などを備える。また、センサ部１２５は、レーザレンジファインダ、エンコーダなどの各種センサを有している。

また、駆動部１０３は、モータ１３１及びモータを駆動するドライバ１３２などを有し、ユーザの指示などに従って車輪２、腕部４の関節４ａを駆動させる。電源部１０４は、バッテリ１４１及びその放充電を制御するバッテリ制御部１４２を有する電源ユニットであり、各部に電源を供給する。すなわち、バッテリ１４１から供給される電源は、バッテリ制御部１４２によって制御される。そして、バッテリ１４１からの電源は、制御部１０１、入出力部１０２、駆動部１０３、外部記憶部１０５等に供給される。電源部１０４は、例えば、筐体３の内部に設けられている。ロボット１００に内蔵されたバッテリ１４１は二次電池であり、例えば、外部のＡＣ電源と接続することによって充電が行なわれる。従って、外部と導電線などで接続されていない状態で、各部を動作させることができる。すなわち、外部のＡＣ電源などに接続していない状態で、ロボット１００が移動する。

外部記憶部１０５は、着脱可能なＨＤＤ、光ディスク、光磁気ディスク等からなり、各種プログラムや制御パラメータなどを記憶し、そのプログラムやデータを必要に応じて制御部１０１内のメモリ（不図示）等に供給する。

制御部１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、無線通信用のインターフェースなどを有し、ロボット１００の各種動作を制御する。そして、この制御部１０１は、例えばＲＯＭに格納された制御プログラムに従ってロボット１００の各部を制御する。制御部１０１は、ドライバ１３２に駆動信号を出力して、モータ１３１の動作を制御する。これにより、ロボット１００が所定の位置まで自律的に移動する。あるいは、関節４ａが駆動して、腕部４が自律的に移動する。具体的には、制御部１０１は、目標位置までの移動経路を生成して、その移動経路に追従するように、モータを制御する。

モータ１３１、及びドライバ１３２は、２つの車輪２にそれぞれ設けられている。これにより、２つの車輪２を独立して駆動することができる。例えば、ドライバ１３２は、モータ１３１の回転数を制御する。これにより、車輪２を所定の回転数で駆動することができる。よって、ロボット１００の目標位置までの移動が可能となる。モータ１３１はロボット１００の内部に取り付けられている。なお、ロボットの態様は上述の態様に限られるものではない。例えば、上記の説明では、車輪型のロボット１００について説明したが、これに限るものではない。例えは、関節が設けられた脚部を有する歩行型のロボットであってもよい。

ロボット１００の大部分の構成は、フレームとなる筐体３に収納されている。例えば、車輪２などを除いた、制御部１０１、入出力部１０２、駆動部１０３、電源部１０４、及び外部記憶部１０５などが筐体３内に配設されている。もちろん、筐体３は、全ての機器を収納する必要はなく、一部の機器のみを収納してもよい。ここで、フレームグランドを取るため、筐体３は、金属によって形成されている。もちろん、筐体３の全体が金属製でなく、一部が金属製であればよい。そして、制御部１０１、入出力部１０２、駆動部１０３、電源部１０４、及び外部記憶部１０５の各機器に接続されたアースラインが筐体３の金属部分と接続されている。

次に、上記のロボット１００とそのバッテリ１４１に電源を供給する充電器とを有する充電システムの構成について、図３を用いて説明する。図３に示すように充電システムは、ロボット１００と、充電器２００とを備えている。

ロボット１００には、電源入力端子１４３を有する入力端子部１４５が設けられている。すなわち、入力端子部１４５には、電源部１０４と接続された電源入力端子１４３が設けられている。ここでは、２つの電源入力端子１４３が筐体３の外側に露出している。電源入力端子１４３は、電源部１０４のバッテリ１４１と電気的に接続されている。従って、一方の電源入力端子１４３はバッテリ１４１の＋端子と接続され、他方の電源入力端子１４３が−端子と接続される。電源入力端子１４３を介してバッテリ１４１が充電される。

入力端子部１４５の近傍には、筐体３の金属部分１４６が設けられている。筐体３の金属部分１４６は外側に露出している。この金属部分１４６には、上記の通り、各機器のアース線が接続されている。従って、金属部分１４６の露出部分がロボット側アース端子１４７となる。ロボット側アース端子１４７は、筐体３の金属部分１４６の一部によって構成することができる。もちろん、金属部分１４６、及びアース端子１４７は、２つの電源入力端子１４３と絶縁されている。

充電器２００は、出力端子部２２０、端子マイクロスイッチ（ＳＷ）２１０、第１ＣＰＵ（制御部）２４０、第２ＣＰＵ（制御部）２３０、ＡＮＤ回路２５０、電源供給ユニット２６０、第２スイッチ２３１、第１スイッチ２４１、接点リレー２５１、センサ２８０、及び筐体２７０を有している。端子マイクロスイッチ（ＳＷ）２１０、第１ＣＰＵ２４０、第２ＣＰＵ２３０、ＡＮＤ回路２５０、電源供給ユニット２６０、第２スイッチ２３１、第１スイッチ２４１、及び接点リレー２５１は、筐体２７０に収納されている。

出力端子部２２０には、２つの電源出力端子２２１、及び１つのアース端子２２２が設けられている。電源出力端子２２１、及びアース端子２２２は筐体２７０の外側に露出している。充電する際には、ロボット１００を、充電器２００に近づけていく。このとき、ロボット１００が充電量が不足したことを感知して、自動的に充電器２００に近づいていってもよく、外部からの指令によって、充電器２００に近づいてもよい。そして、電源出力端子２２１を電源入力端子１４３と接触させ、アース端子２２２をロボット側アース端子１４７と接触させる。電源出力端子２２１は、第２スイッチ２３１、第１スイッチ２４１、及び接点リレー２５１を介して電源供給ユニット２６０に接続されている。これにより、第２スイッチ２３１、第１スイッチ２４１、及び接点リレー２５１が全てＯＮ状態のときには、ロボット１００側の端子と充電器２００側の端子とを導通させることができ、電気的な接続が可能になる。また、アース端子２２２は、後述するアース２５２に電気的に接続され、接地されている。従って、アース端子２２２を通じて除電される。

さらに、電源出力端子２２１、及びアース端子２２２のそれぞれには、接触スイッチ２２３（ＳＷ）が設けられている。すなわち、充電器２００には、３つの接触ＳＷ２２３が設けられている。接触ＳＷ２２３は、機械的な動作で、端子の接触を感知する。すなわち、可動型の接触ＳＷ２２３は、端子が接触すると、その一部が移動する。例えば、接触ＳＷ２２３は、バネなどによって電源出力端子２２１、及びアース端子２２２を付勢している。ロボット１００を充電するために、電源出力端子２２１、及びアース端子２２２を、電源入力端子１４３、及びロボット側アース端子１４７にそれぞれ接触させると、電源入力端子１４３、及びロボット側アース端子１４７が電源出力端子２２１、及びアース端子２２２を押す。接触ＳＷ２２３は、各端子が押されると、接触ＳＷ２２３の可動部分が動いて、ＯＮ状態となる。このように、電源出力端子２２１、及びアース端子２２２を電源入力端子１４３、及びロボット側アース端子１４７が変位させることによって、接触ＳＷ２２３がＯＮ／ＯＦＦ制御される。

接触ＳＷ２２３は、端子マイクロＳＷ２１０と電気的に接続されている。接触ＳＷ２２３がＯＮすると、端子マイクロＳＷ２１０が第２ＣＰＵ２３０、第１ＣＰＵ２４０、及びＡＮＤ回路２５０に制御信号２１６を出力する。すなわち、端子マイクロＳＷ２１０は、接触ＳＷ２２３がＯＮ状態となっていることを示す制御信号２１６を第２ＣＰＵ２３０、第１ＣＰＵ２４０、及びＡＮＤ回路２５０に出力する。ここでは、３つの接触ＳＷ２２３に対応して、３つの端子マイクロＳＷ２１０が設けられている。それぞれの端子マイクロＳＷ２１０からの制御信号２１６が、第２ＣＰＵ２３０、第１ＣＰＵ、及びＡＮＤ回路２５０のそれぞれに入力される。よって、第２ＣＰＵ２３０、第１ＣＰＵ２４０、及びＡＮＤ回路２５０では、３つの接触ＳＷ２２３のＯＮ／ＯＦＦ状態が独立に監視されている。

センサ２８０は、筐体２７０の外部又は内部に設けられ、ロボット１００の有無を検出する。ロボット１００が充電器２００から所定の位置まで近づいてくると、センサ２８０は第１ＣＰＵ２４０に制御信号２８６を出力する。すなわち、センサ２８０は、充電器２００とロボット１００との距離を測定する。そして、予め設定された所定の距離にロボット１００が位置していることを検出すると、正常距離にロボット１００が有ることを示す制御信号２８６を第１ＣＰＵ２４０に出力する。一方、センサ２８０は、所定の距離にロボット１００が位置していないことを検出すると、正常距離にロボット１００が有ることを示す制御信号２８６を出力しない。換言すると、所定の距離にロボット１００が位置していないことを検出すると、正常距離にロボット１００が無いことを示す制御信号を出力する。このように、センサ２８０によって、ロボット１００と充電器２００との間の距離が、正常距離であるか異常距離であるかが検出される。この検出結果に応じて、制御信号２８６が第１ＣＰＵ２４０に入力される。

さらに、充電する際には、ロボット１００は充電開始を指令する。すなわち、ロボット１００は充電を開始させることを示す制御信号１１６を、充電器２００に対して出力する。例えば、ロボット１００の指令部１１１から、充電を開始させるための制御信号１１６が電波等を介して送信され、第１ＣＰＵ２４０によって受信される。従って、ロボット１００の指令によって、第１ＣＰＵ２４０に制御信号１１６が入力される。

第１ＣＰＵ（制御部）２４０には、端子マイクロＳＷからの３つの制御信号２１６、センサ２８０からの制御信号２８６、及びロボット１００からの制御信号１１６が入力される。これら５つの制御信号に基づいて、第１ＣＰＵ２４０は、電源供給ユニット２６０を制御する。すなわち、３つの接触ＳＷ２２３がＯＮ状態で、且つロボット１００が正常距離にあるときに、ロボット１００から充電開始の指令が入力されると、電源供給ユニット２６０からの電源供給を開始させる。従って、３つの端子マイクロＳＷ２１０から接触ＳＷ２２３がＯＮ状態となっていることを示す制御信号２１６と、ロボット１００が正常距離にあることを示す制御信号２８６と、充電を開始させることを示す制御信号１１６とが第１ＣＰＵ２４０に入力された場合に、電源供給ユニット２６０からの電源供給が行われる。このように、第１ＣＰＵ２４０は、電源供給ユニット２６０を制御するメインＣＰＵとして機能する。

一方、１つ以上の端子マイクロＳＷ２１０から接触ＳＷ２２３がＯＮ状態となっていることを示す制御信号２１６、ロボット１００が正常距離にあることを示す制御信号２８６、及び充電を開始させることを示す制御信号１１６のいずれか１つ以上が入力されない場合、電源供給ユニット２６０からの電源供給が行われない。換言すると、１つ以上の端子マイクロＳＷ２１０から接触ＳＷ２２３がＯＦＦ状態となっていることを示す制御信号、ロボット１００が異常距離にあることを示す制御信号、及び充電を終了させることを示す制御信号のいずれか１つ以上が入力されると、電源供給ユニット２６０からの電源供給が行われない。従って、充電中に、１つ以上の接触ＳＷ２２３がＯＦＦ状態となったり、ロボット１００が所定の位置から移動したり、ロボット１００が充電終了させる指令を出すと、電源供給ユニット２６０からの電源供給が停止する。

また、第１ＣＰＵ２４０は、第１スイッチ２４１と電気的に接続されている。第２ＣＰＵ２３０は、同様に、５つの制御信号に基づいて、第１スイッチ２４１を制御する。すなわち、第１ＣＰＵ２４０は、３つの接触ＳＷ２２３がＯＮ状態で、且つロボット１００が正常距離にあるときに、ロボット１００から充電開始の指令が入力されると、第１スイッチ２４１をＯＮ状態にさせる。ここでは、第１スイッチ２４１として、例えばＮＭＯＳ等の高耐圧ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）が設けられている。第１ＣＰＵは、第１スイッチ２４１のゲート電極と接続されており、ゲート電圧を供給することによって第１スイッチ２４１を制御する。従って、３つの端子マイクロＳＷ２１０から接触ＳＷ２２３がＯＮ状態となっていることを示す制御信号２１６と、ロボット１００が正常距離にあることを示す制御信号２８６と、充電を開始させることを示す制御信号１１６とが第１ＣＰＵ２４０に入力された場合に、ゲート電圧が供給され、第１スイッチ２４１がＯＮ状態となる。

一方、１つ以上の端子マイクロＳＷ２１０から接触ＳＷ２２３がＯＮ状態となっていることを示す制御信号２１６、ロボット１００が正常距離にあることを示す制御信号２８６、及び充電を開始させることを示す制御信号１１６のいずれか１つ以上が入力されない場合、ゲート電圧が供給されず、第１スイッチ２４１がＯＮ状態にならない。換言すると、１つ以上の端子マイクロＳＷ２１０から接触ＳＷ２２３がＯＦＦ状態となっていることを示す制御信号、ロボット１００が異常距離にあることを示す制御信号、及び充電を終了させることを示す制御信号のいずれか１つ以上が入力されると、ゲート電圧が供給されず、第１スイッチ２４１がＯＮ状態とならない。従って、充電中に、１つ以上の接触ＳＷ２２３がＯＦＦ状態となったり、ロボット１００が所定の位置から移動したり、ロボット１００が充電終了させる指令を出すと、第１スイッチ２４１がＯＦＦ状態となる。このように、制御信号２１６、２８６、１１６を第２ＣＰＵ２４０に入力させることによって、第１スイッチ２４１がＯＮ／ＯＦＦ制御される。

第２ＣＰＵ（制御部）２３０は、第２スイッチ２３１と電気的に接続されている。第２ＣＰＵ２３０は、３つの制御信号２１６に基づいて、第２スイッチ２３１を制御する。すなわち、第２ＣＰＵ２３０は、３つの接触ＳＷ２２３がＯＮ状態になっているときに、第２スイッチ２３１をＯＮ状態にさせる。ここでは、第２スイッチ２３１として、例えばＮＭＯＳ等の高耐圧ＦＥＴが設けられている。第２スイッチ２３１は、第１スイッチ２４１と異なる種類のＦＥＴであることが好ましい。これにより、第２スイッチ２３１と第１スイッチ２４１が、ショートモードにより同時に破損することを防止することができる。第２ＣＰＵ２３０は、第２スイッチ２３１のゲート電極と接続されており、ゲート電圧を供給することによって第２スイッチ２３１を制御する。従って、３つの端子マイクロＳＷ２１０から接触ＳＷ２２３がＯＮ状態となっていることを示す制御信号２１６が第２ＣＰＵ２３０に入力された場合に、ゲート電圧が供給され、第２スイッチ２３１がＯＮ状態となる。このように、第２ＣＰＵ２３０は、電源供給ユニット２６０を直接制御せず、サブＣＰＵとして機能する。

一方、１つ以上の端子マイクロＳＷ２１０から接触ＳＷ２２３がＯＮ状態となっていることを示す制御信号２１６が入力されない場合、ゲート電圧が供給されず、第２スイッチ２３１がＯＮ状態にならない。換言すると、１つ以上の端子マイクロＳＷ２１０から接触ＳＷ２２３がＯＦＦ状態となっていることを示す制御信号が入力されると、ゲート電圧が供給されず、第２スイッチ２３１がＯＮ状態とならない。従って、充電中に、１つ以上の接触ＳＷ２２３がＯＦＦ状態となると、第２スイッチ２３１がＯＦＦ状態となる。このように、制御信号２１６を第２ＣＰＵ２３０に入力させることによって、第２スイッチ２３１がＯＮ／ＯＦＦ制御される。

さらに、３つの制御信号２１６に基づいて、接点リレー２５１が制御される。ここでは、接点リレー２５１として、例えば、機械式リレーが設けられている。端子マイクロＳＷ２１０からの制御信号２１６は、ＡＮＤ回路２５０を介して接点リレー２５１に入力される。すなわち、ＡＮＤ回路２５０は、３つの接触ＳＷ２２３がＯＮ状態になっているときに、接点リレー２５１をＯＮ状態にさせる。従って、３つの端子マイクロＳＷ２１０から接触ＳＷ２２３がＯＮ状態となっていることを示す制御信号２１６がＡＮＤ回路２５０に入力された場合に、接点リレー２５１がＯＮ状態となる。なお、接点リレー２５１は、アース２５２によって接地されている。

一方、１つ以上の端子マイクロＳＷ２１０から接触ＳＷ２２３がＯＮ状態となっていることを示す制御信号２１６がＡＮＤ回路２５０に入力されない場合、接点リレー２５１がＯＮ状態にならない。換言すると、１つ以上の端子マイクロＳＷ２１０から接触ＳＷ２２３がＯＦＦ状態となっていることを示す制御信号がＡＮＤ回路２５０に入力されると、ＡＮＤ回路２５０は接点リレー２５１をＯＮ状態にしない。従って、充電中に、１つ以上の接触ＳＷ２２３がＯＦＦ状態となると、接点リレー２５１がＯＦＦ状態となる。このように、本実施の形態では、接点リレー２５１は、ＣＰＵを介すことなくＯＮ／ＯＦＦ制御される。すなわち、接点リレー２５１はＣＰＵとは独立してＯＮ／ＯＦＦ制御が行われている。

電源供給ユニット２６０は、第２スイッチ２３１、第１スイッチ２４１、及び接点リレー２５１を介して電源出力端子２２１と電気的に接続されている。これにより、電源供給ユニット２６０からの電源供給が行われているときに、第２スイッチ２３１、第１スイッチ２４１、及び接点リレー２５１が全てＯＮ状態になると、電源出力端子２２１にバッテリ１４１の電圧に対応するＤＣ電圧が供給され、バッテリ１４１が充電される。

このとき流れる充電電流値は、電源供給ユニット２６０によって監視されている。すなわち、電源供給ユニット２６０は、電源供給ユニット２６０から電源出力端子２２１への電流パスに流れる電流値を監視している。そして、電源供給ユニット２６０は、バッテリ１４１の充電が完了したことを感知したとき、電源供給を停止する。例えばこのとき、電源供給ユニット２６０は、充電が完了したことを示す信号を第１ＣＰＵ２４０に出力してもよい。このように、本実施の形態では、ＣＰＵとは独立して、電源供給ユニット２６０は充電電流値の監視を行い、それに基づいた制御を行っている。

また、接触ＳＷ２２３がＯＦＦになったとき、第１ＣＰＵ２４０が電源供給ユニット２６０を制御して電源供給を停止させるとともに、第２スイッチ２３１、第１スイッチ２４１、及び接点リレー２５１はＯＦＦ状態になり、充電が停止される。ロボット１００との距離が異常距離になったとき、又はロボット１００が充電終了の指令を出したとき、第１ＣＰＵ２４０は、電源供給ユニット２６０を制御して電源供給を停止させるとともに、第１スイッチ２４１をＯＦＦ状態にさせて、充電を停止する。

本実施の形態の充電器２００は以上のような電子ユニットや電子部品によって構成されているが、これら電子ユニットは破損したり、誤作動したりする可能性がある。従って、本実施の形態の充電器２００には、一部のユニットや部品が通常ではない状況に陥った場合に、それらを感知して、自動充電における危険を回避させるための、次のような安全設計がなされている。

まず、第１の安全設計として、前述したように、電源供給ユニット２６０から電源出力端子２２１への電流パスに、第２スイッチ２３１と第１スイッチ２４１とを直列に設けている。これにより、一方のスイッチが破損によりショートして、常にＯＮ状態となってしまうような場合でも、電源供給ユニット２６０から電源出力端子２２１への電流パスは、正常に動作する他方のスイッチにより遮断が可能となる。同様に、一方のスイッチが破損等により誤動作してしまう場合も、電源供給ユニット２６０から電源出力端子２２１への電流パスは、正常に動作する他方のスイッチにより遮断が可能となる。従って、電源出力端子２２１へ誤って電流が流れることを防止でき、危険発生を回避できる。なお、第２スイッチ２３１とは異なる部品種のものを第１スイッチ２４１に用いることで、第２スイッチ２３１と第１スイッチ２４１とが同時破損してしまうことを防止できる。

次に、第２の安全設計として、第２スイッチ２３１を制御する第２ＣＰＵ２３０と、第１スイッチ２４１を制御する第１ＣＰＵ２４０とを、相互監視させている。例えば、第１ＣＰＵ２４０と第２ＣＰＵ２３０との間では、ＲＳ２３２Ｃ等の通信が常時双方向に行われている。これにより、ＣＰＵの暴走を双方向で監視する。

具体的には、第１ＣＰＵ２４０は第２ＣＰＵ２３０によってその状態が監視されている。仮に、第１ＣＰＵ２４０が暴走して第１スイッチ２４１をＯＮ状態に誤動作させてしまったとする。本実施の形態では、第１ＣＰＵ２４０と第２ＣＰＵ２３０とが相互監視していて、このとき、第２ＣＰＵ２３０には、第１ＣＰＵ２４０から正常な信号が返信されなくなる。換言すると、第１ＣＰＵ２４０はエラー信号を出力する。これにより、第２ＣＰＵ２３０は、第１ＣＰＵ２４０の異常を感知し、ゲート電圧の供給を停止することで第２スイッチ２３１をＯＦＦ状態にする。従って、電源供給ユニット２６０から電源出力端子２２１への電流パスは、第２スイッチ２３１によって遮断される。そのため、第１ＣＰＵ２４０が暴走しても、電源出力端子２２１へは電流が流れない。

同様に、第２ＣＰＵ２３０は第１ＣＰＵ２４０によってその状態が監視されている。仮に、第２ＣＰＵ２３０が暴走して第２スイッチ２３１をＯＮ状態に誤動作させてしてしまった場合は、第１ＣＰＵ２４０には、第２ＣＰＵ２３０から正常な信号が返信されなくなる。すなわち、第２ＣＰＵ２３０はエラー信号を出力する。これにより、第１ＣＰＵ２４０は、第２ＣＰＵ２３０の異常を感知し、ゲート電圧の供給を停止することで第１スイッチ２４１をＯＦＦ状態にする。従って、電源供給ユニット２６０から電源出力端子２２１への電流パスは、第１スイッチ２４１によって遮断される。そのため、第２ＣＰＵ２３０が暴走しても、電源出力端子２２１へは電流が流れない。

このように、第１ＣＰＵ２４０と第２ＣＰＵ２３０とを相互監視させることで、一方のＣＰＵが暴走して一方のスイッチがＯＮ状態に誤動作されても、正常に動作する他方のＣＰＵが他方のスイッチをＯＦＦ状態にすることができる。すなわち、一方のＣＰＵの異常を他方のＣＰＵが感知し、電源供給ユニット２６０から電源出力端子２２１への電流パスを、他方のＣＰＵが制御するスイッチによって遮断することができる。従って、電源出力端子２２１へ誤って電流が流れることを防止でき、危険発生を回避できる。

また、第３の安全設計として、既に詳述したが、電源供給ユニット２６０から電源出力端子２２１への電流パスに、ＣＰＵとは独立してＯＮ／ＯＦＦ制御される接点リレー２５１を設けている。これにより、第１ＣＰＵ２４０と第２ＣＰＵ２３０とが両方とも破損した場合でも、電源供給ユニット２６０から電源出力端子２２１への電流パスを、正常に動作する接点リレー２５１によって遮断することが可能となる。従って、電源出力端子２２１へ誤って電流が流れることを防止でき、危険発生を回避できる。

なお、第１ＣＰＵ２４０は、接点リレー２５１の接点の溶着を監視している。すなわち、第１ＣＰＵ２４０は、接点リレー２５１の接点が溶着して導通しているか否かを判断する。そして、接点リレー２５１の接点が溶着している場合には、第１ＣＰＵ２４０は、エラー信号が入力され、ゲート電圧の供給を停止することで第１スイッチ２４１をＯＦＦ状態にする。従って、電源供給ユニット２６０から電源出力端子２２１への電流パスは、第１スイッチ２４１によって遮断される。これにより、接点溶着により接点リレー２５１がＯＮ／ＯＦＦ制御不能となっても、電源出力端子２２１へは電流が流れない。このように、本実施の形態では、接点リレーの異常を第１ＣＰＵ２４０が感知し、電源供給ユニット２６０から電源出力端子２２１への電流パスを、第１ＣＰＵ２４０が制御する第１スイッチ２４１によって遮断することができる。従って、電源出力端子２２１へ誤って電流が流れることを防止できる。

さらに、第４の安全設計として、前述したように、電源供給ユニット２６０は、充電電流値の監視と、それに基づいた制御とを、ＣＰＵとは独立して行っている。すなわち、電源供給ユニット２６０は、電源供給ユニット２６０から電源出力端子２２１への電流パスに流れる電流値を監視している。そして、前述したように、電源供給ユニット２６０は、バッテリ１４１の充電が完了したことを感知したら、電源供給を停止する。また、電源供給ユニット２６０は、電流値が設定外の値、すなわち異常値となったことを感知し、電源供給ユニット２６０は自ら電源供給を停止する。これにより、充電器２００に何らかの異常が発生して正常ではない充電がなされていることを電源供給ユニット２６０は感知し、電源供給を停止できる。従って、第１ＣＰＵ２４０、第２ＣＰＵ２３０、及び接点リレー２５１が破損した場合でも、誤った充電がなされることを防止できる。

以上のように、本実施の形態では、電源出力端子２２１を、第２ＣＰＵ２３０が制御する第２スイッチ２３１と、第１ＣＰＵ２４０が制御する第１スイッチ２４１とを介して、電源供給ユニット２６０に接続させている。これにより、いずれか一方のスイッチが破損、誤動作しても、他方のスイッチによって電源出力端子２２１への電源供給を遮断できる。

また、本実施の形態では、第２ＣＰＵ２３０と第１ＣＰＵ２４０とを相互監視させている。これにより、一方の制御部の異常を他方の制御部が感知し、他方の制御部が制御するスイッチによって電源供給を遮断できる。さらに、ＣＰＵとは独立してＯＮ／ＯＦＦ制御される接点リレー２５１を第２スイッチ２３１及び第１スイッチ２４１と直列接続している。これにより、第１の制御部と第２の制御部とに異常が発生しても、リレーによって電源供給を遮断できる。また、電源供給ユニット２６０は、電源出力端子２２１へ供給される電流値を検出し、検出した電流値に基づいて電源供給を制御している。これにより、正常ではない充電がなされていることを感知して、電源供給を停止できる。従って、移動体のバッテリをさらに安全に自動充電することができる。

なお、上記の説明では、端子マイクロＳＷ２１０が３極の場合について例示的に説明をしたが、それに限定されるものではない。例えば、２極であってもよい。また、第１ＣＰＵ２４０、第２ＣＰＵ２３０、及びＡＮＤ回路２５０は、３つの制御信号２１６が入力される際、１つ以上の制御信号２１６に遅延がある場合には、異常があったものとして判断してもよい。すなわち、各端子マイクロＳＷ２１０が一定時間内に全てＯＮ状態になったときにのみ、正常と判断し、第１ＣＰＵ２４０、第２ＣＰＵ２３０、及びＡＮＤ回路２５０は各制御を行う。さらに、図３では、電源供給ユニット２６０側から第２スイッチ２３１、第１スイッチ２４１、接点リレー２５１の順で接続したが、これらの順序は任意に決定できるものとする。

以上の説明は、本発明の実施の形態を説明するものであり、本発明が以上の実施の形態に限定されるものではない。また、当業者であれば、以上の実施の形態の各要素を、本発明の範囲において、容易に変更、追加、変換することが可能である。

本発明の実施形態にかかるロボットの構成を模式的に示す図である。本発明の実施形態にかかるロボットの制御系を概念的に表したブロック図である。本発明の実施形態にかかるロボットの充電システムを示す図である。

符号の説明

１頭部、２車輪、３筐体、４腕部、４ａ関節、
１００ロボット、１０１制御部、１０２入出力部、１０３駆動部、
１０４電源部、１０５外部記憶部、１１１指令部、１１６制御信号、
１２１カメラ、１２２内部マイク、１２３スピーカ、１２４ＬＥＤ、
１２５センサ部、１３１モータ、１３２ドライバ、
１４１バッテリ、１４２バッテリ制御部、１４３電源入力端子、
１４５入力端子部、１４６金属部分、１４７アース端子、
２００充電器、２１０端子マイクロスイッチ、２１６制御信号、
２２０出力端子部、２２１電源出力端子、２２２アース端子、
２２３接触スイッチ、２３０第２ＣＰＵ、２３１第２スイッチ、
２４０第１ＣＰＵ、２４１第１スイッチ、
２５０ＡＮＤ回路、２５１接点リレー、２５２アース、
２６０電源供給ユニット、２７０筐体、２８０センサ、２８６制御信号

Claims

移動体のバッテリを充電する充電装置であって、
電源を供給する電源供給部と、
前記移動体のバッテリに接続された電源入力端子と当接する電源出力端子と、
前記電源出力端子が前記移動体に接触しているか否かを感知する接触スイッチと、
前記電源供給部と前記電源出力端子とを接続する配線上に設置され、当該配線の接続のＯＮ／ＯＦＦを切り換える第１のスイッチと、
前記接触スイッチにより感知される前記移動体の接触の有無に応じて前記電源供給部による電源供給の開始及び停止を制御すると共に、前記移動体が接触していないことが感知された場合に前記第１のスイッチをＯＦＦに制御する第１の制御部と、
前記電源供給部と前記電源出力端子とを接続する配線上に、前記第１のスイッチと直列に接続され、当該配線の接続のＯＮ／ＯＦＦを切り換える第２のスイッチと、
前記接触スイッチにより前記移動体が接触していないことが感知された場合に前記第２のスイッチをＯＦＦに制御する第２の制御部と、
を備える充電装置。
前記第１の制御部と前記第２の制御部とは、相互監視を行っており、
前記第１の制御部は、前記第２の制御部の異常を感知した場合に、前記第１のスイッチをＯＦＦにし、
前記第２の制御部は、前記第１の制御部の異常を感知した場合に、前記第２のスイッチをＯＦＦにする請求項１に記載の充電装置。
前記接触スイッチの状態に応じて制御されるリレーをさらに備え、
前記リレーは、前記電源供給部と前記電源出力端子との間で、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチに直列接続されている請求項１又は２に記載の充電装置。
前記電源供給部は、前記電源出力端子へ供給される電流値を検出し、前記検出した電流値に基づいて電源供給を制御する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の充電装置。
所定の距離に前記移動体が位置していることを検出するセンサをさらに備え、
前記第１の制御部は、前記接触スイッチの状態とともに、センサの検出結果に応じて前記第１のスイッチと、前記電源供給部による電源供給とを制御する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の充電装置。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の充電装置を用いて、移動体に設けられたバッテリを充電する充電方法。
移動体と、前記移動体のバッテリを充電する充電装置とを備えた充電システムであって、
前記移動体は、前記移動体のバッテリに接続された電源入力端子を備え、
前記充電装置は、
電源を供給する電源供給部と、
前記移動体の前記電源入力端子と当接する電源出力端子と、
前記電源出力端子が前記移動体に接触しているか否かを感知する接触スイッチと、
前記電源供給部と前記電源出力端子とを接続する配線上に設置され、当該配線の接続のＯＮ／ＯＦＦを切り換える第１のスイッチと、
前記接触スイッチにより感知される前記移動体の接触の有無に応じて前記電源供給部による電源供給の開始及び停止を制御すると共に、前記移動体が接触していないことが感知された場合に前記第１のスイッチをＯＦＦに制御する第１の制御部と、
前記電源供給部と前記電源出力端子とを接続する配線上に、前記第１のスイッチと直列に接続され、当該配線の接続のＯＮ／ＯＦＦを切り換える第２のスイッチと、
前記接触スイッチにより前記移動体が接触していないことが感知された場合に前記第２のスイッチをＯＦＦに制御する第２の制御部と、
を備える充電システム。
前記第１の制御部と前記第２の制御部とは、相互監視を行っており、
前記第１の制御部は、前記第２の制御部の異常を感知した場合に、前記第１のスイッチをＯＦＦにし、
前記第２の制御部は、前記第１の制御部の異常を感知した場合に、前記第２のスイッチをＯＦＦにする請求項７に記載の充電システム。
前記充電装置は、前記接触スイッチの状態に応じて制御されるリレーをさらに備え、
前記リレーは、前記電源供給部と前記電源出力端子との間で、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチに直列接続されている請求項７又は８に記載の充電システム。
前記電源供給部は、前記電源出力端子へ供給される電流値を検出し、前記検出した電流値に基づいて電源供給を制御する請求項７乃至９のいずれか一項に記載の充電システム。
前記電源供給部は、前記検出した電流値が所定の範囲外であるときは、電源供給を停止する請求項１０に記載の充電システム。
前記充電装置は、所定の距離に前記移動体が位置していることを検出するセンサをさらに備え、
前記接触スイッチの状態とともに、前記センサの検出結果に応じて、前記第１の制御部は、前記第１のスイッチと、前記電源供給部による電源供給とを制御する請求項７乃至１１のいずれか一項に記載の充電システム。
前記移動体は、前記充電器に対して充電開始又は充電停止を指令する指令部をさらに備え、
前記接触スイッチの状態、及び前記センサの検出結果とともに、前記指令部からの指令に応じて、前記第１の制御部は、前記第１のスイッチと、前記電源供給部による電源供給とを制御する請求項７乃至１２のいずれか一項に記載の充電システム。