JP6078009B2 - 移動ロボット用のドッキングステーション - Google Patents

Description

本発明は、移動ロボットが特定の機能を実現するために、例えば、充電式電源を充電するために協働するドッキングステーションに関する。また、本発明は、移動ロボット及び関連のドッキングステーションを含むロボットシステムに関する。

移動ロボットを住居の方々で使用することが当たり前になっている。例えば、特に真空掃除用及び床モップ掃除用に設計された移動ロボットが存在する。また、移動ロボットは、住居で移動見張り装置として使用することができる。そのような移動見張り装置は適切なセンサ群を備え、センサ群により、見張り装置が世帯又はオフィス空間を自律走行して、温度レベルの上昇又は区域内の侵入者等の異常状態を検出できる。

このような移動ロボットに共通することは、自律移動する必要があるのでロボットの壁面電源ソケットへの依存を断ち切る一般にバッテリパックの形態の充電式電源を備えることである。一般に、ロボットは、内部の電力監視ルーティンで構成されることになるので、残存する電力レベルに関連する自己認識レベルを有する。電力レベルが低い場合、ロボットはドッキングステーションに戻り、バッテリパックを充電するためにドッキングステーションに接続することができる。

移動ロボットのドッキングステーションは、大抵、接点セットを有する充電システムを備える。この接点はロボットの相補的な接点と係合可能であり、ロボットに充電電流を供給する。しかしながら、ドッキングステーションは、ロボットをドッキングステーションに位置決めするのを助けるために、無線信号又は他の放射電磁波を提供する機器を有する場合がある。さらに、幾つかの真空掃除機用途のロボットにおいて、ドッキングステーションは、移動ロボットのほこり容器が一杯になった場合に空にできるほこり抽出装置を備え、これによりユーザの定期的なこの作業を無くしてロボットの自律性を高めるようになっている。

しかしながら、このような複雑性は不具合を生ずる。多くの場合、移動式ドッキングステーションは、大型の嵩張る物品であり、住居の部屋内の電源ソケットの近くに置く必要がある。この物理的な存在は相当な視覚的影響があり、ユーザへの影響を最小にする必要があるという移動ロボットの優先すべき原則を損なう。

本発明は、これらの問題を考慮してなされたものである。

第１の態様において、本発明は、移動ロボットのためのドッキングステーションを提供し、ドッキングステーションは、床上に設置可能なベース部分と、ベース部分に対して枢動可能な背部分とを備える。従って、ドッキングステーションは、持ち運び可能で薄型であり、このことは使用環境で邪魔にならないことを助ける。このことは、例えば、通常は整頓されていることが望まれる家庭内住居において特に重要である。また、所望であれば、ヒンジ結合作用により、ドッキングステーションは、コンパクトな収容構成に折畳むことができる。

ドッキングステーションを折畳む場合及び展開する場合、ユーザに「手応え」要素を与えるために、ベース部分と背部分との間の枢動可能なインターフェースは、背部分をベース部分に対して直立位置に解放可能に保持する戻り止め構成を含むことがでる。従って、ドッキングステーションは、ユーザが折畳み動作を行うために所定の力を加えるまで展開状態に保持される。

理論的には、背部分はベース部分に対して種々の方法で枢動可能に取付けることができるが、１つの実施形態では、背部分は、ベース部分の枢動領域にスナップ嵌めされる。枢動領域は枢動軸を含むことが好ましく、枢動軸は背部分のスリーブ部材を受け入れることができ、スリーブ部材は枢動軸に対して摺動できる。

ベース部分は、移動ロボットがドッキングステーションにドッキングされる場合に、移動ロボットへの電気接続を確立する充電用接点手段を含むことができる。接点手段は、隣接する第１及び第２の接点を備えることができ、ロボットとドッキングステーションとの間のある範囲の横方向及び角度方向の位置合わせ不良に対応する細長い形状とすることができる。

接点手段には絶えず電力を供給することができるが、安全機構として、ドッキングステーションは、ロボットが正しいドッキング位置へ移動すると該ロボットが作動させる活性化機構を含むことができる。安全機構は、ロボットとドッキングステーションとの間の接点手段によるハンドシェイクプロトコルを含む電気インターフェースの形態を取ることができるが、１つの実施形態では、活性化機構は、ドッキングステーションのベース部分の周りで枢動する可動レバーの形態で機械的に作動される。好ましい実施形態では、レバーは、ベース部分の後部分の周りを枢動するので、ドッキングステーションの折畳み動作と協働して動くことができる。

ドッキングステーションは、ケーブルを介して接続される主電源出力部に十分に接近した状態で、部屋の壁を背にして置くことができる。さらに別の態様において、ドッキングステーションを設置する際にユーザに自由度を与えるために、本発明は、第１の側面部及び第２の側面部を含み、電力入力手段を有する電気システムを収納する、移動ロボットのドッキングステーションを提供し、電力入力手段は、第１の側面部に設けられた第１の電力入力ソケット及び第２の側面部に設けられた第２の電力入力ソケットを含む。

電力供給プラグ／ジャックをドッキングステーションのいずれの側面に接続するかを選択できるので、ユーザにはドッキングステーションをどこに設置するかの自由度が与えられる。側面部はドッキングステーションの何らかの表面とすることができるが、１つの実施形態では、第１及び第２の側面部は、ドッキングステーションの両側面に配置され、好ましくは、ドッキングステーション上の使用時に壁に対して置くことができる最後方部の端部に配置される。

少なくとも２つのソケットがあるので、プラグを各ソケットに対して同時に接続する悪影響を避けるために、各ソケットは、プラグが挿入された状態では他のソケットを作動不能とするスイッチを含むことができる。

ソケットは、ドッキングステーション内に収納されドッキングステーションの電気接点へのエネルギー流を制御する制御モジュールと電気的に接続する。移動ロボットが接点手段から電力を受け取るように、移動ロボット自身をドッキングステーションの適切な位置に操縦する必要がある。移動ロボットが自身を許容可能な位置に操縦する能力は、ナビゲーションシステムの有効性に相当依存する。移動ロボットがドッキングステーションと正しくドッキングする能力が堅牢であることを保証するために、ドッキングステーションと移動ロボットとの間で横方向及び角度方向の両方である程度の位置合わせ不良を許容しながら、依然として移動ロボットがドッキングステーションから充電エネルギーを受け取ることができるように良好なドッキングを実現する手段が望ましい。従って、別の態様において、本発明は、ロボットシステムを提供し、該ロボットシステムは、充電式電源を収納する本体及び該本体の下側に配置された第１の電気接点手段を含む移動ロボットと、第２の電気接点手段を含むドッキングステーションとを備え、移動ロボットは充電式電源を充電するためにドッキングステーションとドッキング可能である。第１の電気接点手段は、第１の接点軸上に位置合わせされた少なくとも１つの電気接点を含み、第２の電気接点手段は、少なくとも１つの細長い電気接点を含み、ロボットがドッキングステーションにドッキングする場合、第１の電気接点手段と第２の電気接点手段との間の電気接触を確立するようになっており、少なくとも１つの細長い電気接点は、第１の接点軸を横切る方向に延びる。

ドッキングステーションの少なくとも１つの電気接点は、ロボットの少なくとも１つの電気接点を横切るので、システムは、ロボットとドッキングステーションとの間の横方向及び角度方向の位置合わせ不良に対応する。

移動ロボットの電気接点がドッキングステーションの電気接点と確実に係合するのを助けるために、ドッキングステーションの電気接点は、ドッキングステーションに弾性的に取付けることができ、好ましくは、ドッキングステーションのベース部分に少なくとも部分的に突出するように取付けることができる。

ドッキングステーションの接点への電気エネルギー流は、ロボットがドック位置になった場合にロボットが動かすことができる活性化機構によって規制することができる。活性化機構は、電圧が印加された接点にユーザが不注意で接触することを防ぐ安全機構として機能する。

活性化機構は、ドッキングステーションと移動ロボットの各接点の間の電気インターロック、又は機械インターロックの形態とすることができる。１つの実施形態では、活性化機構は機械インターロックであり、ドッキングステーションの後方部へ随意的に枢動可能に取付けられたヒンジ結合レバーの形態である。

別の態様において、本発明は、移動ロボットがドッキングすることができるプラットフォームを提供することによって、移動ロボットに対する充電サービスを可能にするドッキングステーションを提供し、ベース部分は細長い形状の電気接点を備える。１つの実施形態では、一対の細長い接点が設けられ、こられは直線状である。１つの実施形態では、細長い接点は、ニッケル被覆黄銅から形成され、長さが約６０ｍｍで、幅が約５ｍｍである。本質的に、接点は、幅よりも長さがより大きいことが必要であり、正確な寸法は、概して接点が取付けられるベース部分の寸法によって決まることになる。

代替案の実施形態では、細長い接点は弓形とすることができ、長さは異なることができる。

本発明の上述したいずれかの態様の好ましい及び／又は随意的な特徴は、本発明の他の態様のいずれかに組み合わせることができることを理解すべきである。

本発明をより容易に理解できるように、本発明の実施形態は、例示的に添付図面を参照して説明される。

本発明による移動ロボット及びドッキングステーションを備える例示的なロボットシステムが設置された部屋の斜視図である。 下側から見た構成要素のレイアウトを示す移動ロボットの概略図であり。 移動ロボットの電子制御システムのシステム図である。 図１に示したドッキングステーションの斜視図であり、ドッキングステーションは展開状態にある。 折畳み又は「収容」状態にあるドッキングステーションの斜視図である。 ドッキングステーションのベース部分から分離されたドッキングステーションの背部分の斜視図である。 部分的に分解されたドッキングステーションのベース部分の斜視図であり、ベース部分に設けられた枢動機構を示す。 収容状態の図５のドッキングステーションを下側から見た図である。 図８ａの線ＺＺ−ＺＺに沿う断面図である。 図８ａの線Ｚ−Ｚに沿う断面図である。 展開状態の図４のドッキングステーションを下側から見た図である。 図９ａの線ＸＸ−ＸＸに沿う断面図である。 図９ａの線Ｘ−Ｘに沿う断面図である。 ドッキングステーションの部分分解図であり、電気システムを示す。 「電源オフ」位置にある活性化機構の位置を示すドッキングステーションの図である。 「電源オフ」位置にある活性化機構の位置を示すドッキングステーションの図である。 図１１ａに対応する「電源オン」位置にある活性化機構を示す図である。 図１１ｂに対応する「電源オン」位置にある活性化機構を示す図である。 ドッキングステーションの上に重なる「公称」ドッキング位置にあるロボットの概略図である。 図１３に対応するロボットを単純化した形態で示す部分側面図であり、ロボット及びドッキングステーションの接点を示す。 図１３と同様の概略図であるが、ロボットはドッキングステーション上で極端に横方向のドッキング位置にある。 図１３と同様の概略図であるが、ロボットはドッキングステーション上で極端に横方向のドッキング位置にある。 図１３と同様の概略図であるが、ロボットはドッキングステーション上で極端に角度があるドッキング位置にある。 図１３と同様の概略図であるが、ロボットはドッキングステーション上で極端に角度があるドッキング位置にある。 図１３と同様の概略図であるが、ドッキングステーションの接点手段の別の構成を示す。 図１３と同様の概略図であるが、ドッキングステーションの接点手段の別の構成を示す。 図１３と同様の概略図であるが、ドッキングステーションの接点手段の別の構成を示す。

図１を参照すると、ロボットシステム２は、移動ロボット４と、それに結合されるドッキングステーション６を含む。本実施形態では、移動ロボット４を、真空掃除機ロボットと関連して示すが、これは本発明では必須ではなく、本発明は、家庭環境等における任意の移動ロボットに適用できることを理解すべきである。移動ロボット４は、自律型であり、搭載された適切なナビゲーションシステムの支援により部屋の方々を進むことを可能にし且つ進行する際に床を掃除するのに十分な処理能力及び検知能力を有する。

移動ロボット４は、内部バッテリパック（図１には示されていない）の形態の充電式電源から電力が供給される。このようなバッテリパックは、本技術分野では一般的に知られており、様々な電池化学反応の複数の電池で構成される。リチウムイオン系の電池化学反応は、出力密度が高く、電荷損失が少なく、更にメモリ効果がないので、現時点では好ましいが、ニッケル水素及びニッケルカドミウム等の他の電池化学反応も条件を満たしている。

ロボット４は、ドッキングステーション６とドッキング可能であり、バッテリパックが消耗状態に近づいた場合に再充電することができる。ロボットをドッキングステーションに位置決めしてドッキングする正確な方法は、本発明の一部を構成しなので、本明細書ではこれ以上詳しく説明しない。

部屋の壁にもたれるように配置されたドッキングステーション６を図１に示す。ドッキングステーション６は、電気接点手段８を含み、後で説明するように、ドッキングステーションは、ロボット４がドッキング位置にあるとき、電気接点手段８によってロボット４に充電エネルギーを供給することができる。ドッキングステーション６は、電力供給部１２及びケーブル１４を介して主電源壁出力部１０に取付けられ、ドッキングステーション６の電気接点手段８に電力が供給される。

また、図２及び図３を参照して以下にロボット４を詳細に説明する。本実施形態では、ロボット４は、実質的に円筒形であり且つ高さが約１５ｃｍから約２０ｃｍの範囲の本体１６を含み、ロボット４は、低い物体、例えば椅子及びテーブルの下側を移動できる。ロボット４は、床の上を移動するための牽引手段２０を含む。牽引手段２０は、本実施形態では一対のホイールの形態であり、軌道又は脚部などの他の解決策を実施可能である。ホイール２０は、本体１６の両側に配置され、互いに独立して作動して、ロボット４は、前方向及び後方向に移動すること、ホイールの速度及び回転方向に応じて湾曲経路を左右にたどること、又はある地点で任意の方向に旋回することができる。このような構成は、移動ロボットの用途では一般的であり、本明細書ではこれ以上詳細に説明しない。しかしながら、本体１６の具体的な形状は例示であり、当業者は、本体１６が他の形態を取り得ることを理解すべきである。

また、ロボットは、床面を清掃するために、ブラシバーハウジング２４に収納されたブラシバー２２を含む。ブラシバー２２はロボット４の本体１６を横切って横方向に延び、隣接した面から汚れを動かすために回転可能である。図１及び図２に示していないが、ロボット４は、モータ及びファンユニットの形態の適切な真空発生器、及び床から持ち上げた汚れを集める汚れ容器を含むことを理解すべきである。これらの構成要素の正確な構成は、本発明の概念では必須ではないので、それらをこれ以上詳細に説明しない。

また、本体１６の下面は、電気接点手段２６を含む。図示の実施形態では、電気接点手段２６は、ロボット本体１６の下面に支持された第１の電気接点２８及び第２の電気接点３０を含む。第１の電気接点２８及び第２の電気接点３０の各々は、整列した構成で取付けられる。具体的には、各電気接点２８、３０は、ロボット４の長手方向軸線Ｌと整列し、軸線に沿って離間する。後で説明するように、電気接点は、ドッキングステーション６の電気接点手段８と接続可能である。本図には示していないが、電気接点２８、３０はロボット４の電気システムに接続され、接点に供給される電気エネルギーは、ロボット４の充電式バッテリパックへ供給される。

図３は、ロボット４の制御システム３２及び前述の構成要素を備えるインターフェースを概略的に示す。制御システム３２は、適切な制御回路及び処理機能を有するコントローラ４０を含み、種々のセンサから受信した信号を処理してロボット２を適切な方式で駆動するように構成される。コントローラ４０は、ロボット４のセンサ群３４にインターフェース接続され、ロボットは、環境の地図を作り掃除の道順を決めるために、この手段を用いて周辺環境に関する情報を収集する。センサ群３４は図１にも概略的に示されており、ロボット４に周囲の全景を提供するナビゲーションセンサ４２と、ロボット４に障害物を検出する機能を提供する近視野近接検知センサ群４４とを含む。最後に、衝突検出システム４５が設けられるが、これは図１には示されていない。ナビゲーションセンサ、近接センサ、及び衝突検出センサは、移動ロボット、特に家庭用ロボットには一般的な構成要素であることに留意すべきである。従って、本明細書では、ロボット４上のこのようなセンサの存在は完全性のために記述されるが、それらは本発明の一部を構成することは意図されていない。

ユーザが、例えば掃除プロセスの始動／停止の指令をロボット４に出すために、ユーザインターフェース４６が設けられる。図１には、ユーザインターフェース４６が概略的に示されている。ユーザインターフェース４６は、１つ又はそれ以上の機械式ボタン、又はタッチスクリーン技術を用いたグラフィカルユーザインターフェース等の種々の形態とすることができる。

また、コントローラ４０は、ホイールに関連する駆動信号を牽引モータ４８へ供給し、ホイールから走行距離データを受信するように構成される。この目的のために、牽引モータ４８には回転エンコーダなどの適切な回転検知手段５０が設けられる。

吸引モータ５２及びブラシバーモータ５４には、適切な電力及び制御入力が供給される。最後に、コントローラ４０にはバッテリパック５６からの電力入力が供給され、コントローラ４０は、バッテリ供給電圧が低下して適切な閾値よりも低くなった場合にバッテリパック５６を充電することができる充電用インターフェース５８を有する。充電用インターフェース５８は、ロボット４の下面に設けられた充電用接点２８、３０として具体化されることを理解すべきである。

前述では、ドッキングステーション６は、適切な文脈で認識するために概括的な用語で記載した。図４から図１２を参照して以下に機械的及び電気的機能を詳細に説明する。

ドッキングステーション６は、２つの主要部品である、ベース部分６０と、このベース部分６０に対して枢動可能な背部分６２を有する。ドッキングステーション６は、部屋内でユーザによって位置決め可能であり、典型的には、ユーザは、図１に示すようにベース部分６０を、その後縁部が壁に隣接するように位置決めすることを選択する。本実施形態では、背部分６２は略矩形で実質的に平らであるが、このことは必須ではなく、背部分６２は、ベース部分６０に対して折畳み可能であれば別の形状とすることができることを理解すべきである。

図４と図５とを比較すると分かるように、ドッキングステーション６は、背部分６２がベース部分６０に対してヒンジ式に結合される意味において、折畳み可能である。背部分６２及びベース部分６０は、本実施形態では比較的平らな形状であり、これにより、２つの構成要素は、非折畳み位置又は「展開」位置（図４）と、折畳み位置又は「収容」位置（図５）との間で枢動可能であり、収容位置では、背部分６２は約９０度枢動してベース部分６０に当接し、この位置では２つの構成要素は実質的に平行である。従って、収容位置にある場合、ドッキングステーション６は、側面が薄型であり、必要時にしまうことが容易であり、更に、最小のこん包容積になるので運送には非常に効率的な形状である。

詳細には、ベース部分６０は、細長い後部分６４と、後部分６４から前方に延びるプラットフォーム７０を含む。従って、ベース部分６０の全体的な形態は「Ｔ」形であり、Ｔ形の横棒は、細長い後部分６４であり、Ｔ形の幹部は、前方のプラットフォーム７０である。

ドッキングステーションの背部分６２は、細長い後部分６４にヒンジ式に結合され且つ後部分６４から取外し可能であるので、細長い後部分６４は、ベース部分６０の枢動領域として機能する。背部分６２の辺７２は、辺７２の各端部にある離間した第１及び第２のスリーブ７４を含む。スリーブの断面はＣ形状であり、対向する一対の前縁７６、７８が背部分６２の辺７２から見て外方に向くチャンネル又はスロット８０を構成する。スリーブ７４は、スロット８０により半径方向にある程度の弾力性を備えるので、スリーブの直径は、ベース部分６０にスナップ嵌め作用で取付けるために少し広がる。従って、スリーブ７４は、細長い後部分６４がもたらす相補的なインターフェースと噛合う取付けインターフェースとして機能する。

図７に示すように、ベース部分６０の細長い後部分６４は、第１及び第２の枢動軸８２を含み、第１及び第２の枢動軸８２は、プラットフォーム７０の各側からそれから遠ざかるように延び、軸線Ｘ上で整列する。枢動軸８２は、略円筒形であり、背部分６２のスリーブ７４を滑り嵌めで受け入れる寸法を有する。スリーブ７４が枢動軸８２の周りの滑り嵌めを構成しているとき、それにより、背部分６２がベース部分６０に対して枢動することを可能にする。

いったん背部分６２を展開状態にセットしたときに背部分６２が展開状態に留まることを可能にするために、枢動軸８２は、スリーブ７４と協働する戻り止め手段８４を含む。この点について、図７、図８ａ〜図８ｃ及び図９ａ〜図９ｃに示すように、枢動軸８２の各側の戻り止め手段８４が同一であるので、本明細書において簡潔化のために、枢動軸８２の１つだけを詳細に説明することに留意すべきである。

戻り止め手段８４は、枢動軸８２の内寄り領域及び外寄り領域に設けられた長手方向の溝形態を有する。この説明の目的のために、全体的に８６で示す内寄り領域がプラットフォームに最も近い枢動軸８２の部分であり、全体的に８８で示す外寄り領域が内寄り領域８６に隣接するプラットフォームから遠い方の枢動軸８２の部分であることに留意すべきである。本実施形態では、溝形態は、細長く且つ実質的に真っ直ぐであるが、このことが必須でないことを理解すべきである。

概説すると、内寄り領域８６は、第１の溝９０及び第２の溝９２を含み、外寄り領域８８は、第３の溝９４及び第４の溝９６を含む。また、外寄り領域８８は、第３の溝９４と第４の溝９６の間の移行面９８を含む。後で説明するように、溝９０〜９６は、スリーブ７４の内寄り領域１０２及び外寄り領域１０６に設けられた係合リブと相補的であり、係合リブは、各溝と噛合うように構成される。係合リブを図６に示し、第１のリブ１００は、スリーブ７４の一方の前縁７６の内寄り領域１０２に設けられ、第２のリブ１０４は、スリーブ７４の反対側の前縁７８の外寄り領域１０６に設けられる。

図８ａ〜図８ｃは、背部分６２が収容状態にあるときのスリーブ７４と枢動軸８２の間の係合を示す。図８ｂを特に参照すると、図８ｂは、枢動軸８２及びスリーブ７４の外寄り領域８８、１０６における断面を示し、第２のリブ１０４は、第４の溝９６に着座する。同様に、特に図８ｃを参照すると、図８ｃは、枢動軸８２及びスリーブ７４の内寄り領域８６、１０２における断面を示し、第１のリブ１００は、第２の溝９２に着座する。従って、第２の溝９２及び第４の溝９６は、第１の溝セットを構成する。

第１のリブ１００及び第２のリブ１０４が第２の溝９２及び第４の溝９６に配置されるので、背部分６２及びベース部分６０は折畳み位置にしっかりと保持され、このことは、ドッキングステーションの偶発的な展開を防ぐ。しかしながら、スリーブ７４の半径方向の弾性のため、背部分６２に加えられる力を介して十分なトルクがスリーブ７４にいったん加えられると、第１のリブ１００及び第２のリブ１０４は、溝から解放され又は飛び出すことができる。このような構成は、収容位置への積極的な感触を与える。当業者であれば理解できるように、必要とされる力の量は、非常に主観的であるが、背部分６２を展開するのに必要な力が大き過ぎる溝配列を構成することは望ましくない。実際には、背部分６２の上縁に加えられる約５Ｎ（ニュートン）±２Ｎの力が適当な量の感触を与えることが分かった。

いったん第１のリブ１００及び第２のリブ１０４が第２の溝９２及び第４の溝９６から解放されると、スリーブ７４は、枢動軸８２の外周の周りを自由に摺動することが可能になり、ドッキングステーション６が展開状態になる位置にある第２の溝セット（第１の溝９０及び第３の溝９４）に向かう。

この点に関して、図９ａ〜図９ｃは、ドッキングステーションが展開状態にあるとき場のスリーブ７４と枢動軸８２の間の係合を示す。特に図９ｂを参照すると、枢動軸８２の外寄り領域８８及びスリーブ７４の外寄り領域１０６における断面が示されている。第２のリブ１０４は、第３の溝９４に着座している。同様に、図９ｃを参照すると、第１のリブ１００は、第１の溝９０に着座している。

第１のリブ１００及び第２のリブ１０４が第１の溝９０及び第３の溝９４に配置されるので、背部分６２及びベース部分６０は、展開位置にしっかりと保持される。しかしながら、収容位置にあるときに第１のリブ１００及び第２のリブ１０４を第１の溝セットから自由にするのに所定の力が必要とされるのと同様、展開位置にあるときに第１のリブ１００及び第２のリブ１０４を第２の溝セットから自由にするのに所定の力が必要とされる。この構成は、ドッキングステーションの収容位置への積極的な感触を与えるとともに、ドッキングステーションが正しい位置にあることをユーザに確認させる。

枢動軸８２の外寄り領域８８に設けられた移行領域９８は、ドッキングステーション６を収容状態と展開状態との間で移行させるときの感触の感知をユーザに与える。移行領域９８は、図７に示されており、図８ｂ及び図９ｂにその断面を示す。移行領域９８は、第４の溝９６と第３の溝９４との間に延びるカム面を備える。図８ｂ及び図９ｂから分かるように、移行領域９８のカム面は、第４の溝９６から第３の溝９４に向かって直径が増加し、第３の溝９４で終端する。これにより、ドッキングステーション６が展開位置へ移動するにつれてユーザが徐々に増大する抵抗を感じることになり、更に第２のリブ１０４が第３の溝９４に配置されたとき、ドッキングステーションは、収容位置に達したという所定位置にカチッと収まる効果がある。

以上、ドッキングステーションの折畳み動作について説明したが、以下に、図１０、図１１ａ、１１ｂ、図１２ａ、１２ｂを更に参照して、ドッキングステーションの電気システムを説明する。

前述したように、ドッキングステーション６の主たる機能は、ロボット４に搭載されたバッテリパック５６を充電できる手段を提供することである。この機能を達成するために、ドッキングステーション６自体が電源に接続可能であること、及び前述したように本実施形態では、ロボット４に電気を伝送する手段が電気接点手段８に設けられることが必要である。これとの関連で、ベース部分６０は、ドッキングステーション６の充電システム１２０を収納する。概説すると、充電システム１２０は、電気接点手段８、電力供給用の電子ボード１２４、関連のスイッチ機構１２５、及び電力供給ルーム（ｌｏｏｍ）１２６を備える。

電力は、ベース部分６０の両方の側部に設けられた第１及び第２の電力入力ソケット１２８を介して充電システム１２０に供給される。より具体的には、第１及び第２の電力入力ソケット１２８は、ベース部分６０の細長い後部分６４に収納される。高強度アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）で作られた管状のハウジング１２９が、枢動軸８２の中を延び、細長い後部分６４のための強化された背骨部を構成する。製造効率の点からポリマー材料が好ましいが、管状金属材料等の他の材料を使用してもよいことを理解すべきである。

枢動軸８２の外端は開口し、ケーブル１２と結合される電力供給プラグ又はジャック１２７を電力入力ソケット１２８のいずれか一方に挿入できる。この構成により、ドッキングステーション６の位置決めが自在になる。例えば、住居内のどの部屋にもある壁面主電源プラグソケットの数は限られているので、ユーザがドッキングステーションの電力入力ソケットの特定の側面を位置付けることが制限される場合がある。ドッキングステーションが単一の電力入力ソケットだけしか有しない場合、ドッキングステーションを位置決めは、電力入力ソケットが主電源プラグソケットから遠い方に面することを意味し、それにより、主電源電力ケーブルの都合の悪い引き回しが必要となる。電力入力ソケットをドッキングステーションの両側に配置することにより、これを回避できる。

本実施形態では、電力入力ソケット１２８は、ドッキングステーションの両側の側部に配置され、細長い後部分６４の軸線Ｘに沿って整列する。しかしながら、これは必須ではなく、電力入力ソケット１２８は軸線方向に整列する必要はないことを理解すべきである。重要な要因は、ドッキングステーションに電力を供給する１つよりも多くの場所がユーザに与えられることであり、これにより部屋内でのドッキングステーションの配置が一層自在になる。

電力供給ルーム１２６は、電力入力ソケット１２８から電子ボード１２４に通じる。図には明示しないが、電子ボード１２４は、ロボット４がドッキング位置に到達したときに、適切な電圧及び電流をロボット４に電気接点手段８を介して供給するのに必要な全ての回路を有する。

電気接点手段８は、ベース部分６０の下側ハウジング部１３２に弾性的に取付けられた導電性の第１及び第２の電力供給接点１３０ａ、１３０ｂを有する。本実施形態では、電力供給接点１３０ａ、１３０ｂの各々は、一対のコイルバネ上に取付けられるが、接点を弾性的に取付けるための他の手段が想定されていることを理解すべきである。例えば、幾つかの非限定的な例を挙げると、電力供給接点１３０ａ、１３０ｂは、リーフバネ、弾性ゴム緩衝器、液体充填クッションに取付けられてもよい。電力供給接点１３０ａ、１３０ｂは、弾性支持によって下側ハウジング部１３２から離れる方向に上向きに付勢されるので、電力供給接点の上面は、ベース部分６０の上面に設けられた開口１３４を貫通して突出する。電力供給接点１３０ａ、１３０ｂに力が加わると、これらの電力供給接点は、開口内へ後退するが、これにより、ロボットの接点２８、３０とドッキングステーションの接点１３０ａ、１３０ｂとの間で好ましい電気的接触が確実に確立される。電力供給接点１３０ａ、１３０ｂは導電性であり、本実施形態では耐久性目的でプレス加工されたニッケル被覆黄銅合金で形成される。しかしながら、当業者には他の導電性材料、金属等が明らかであろう。

ドッキングステーション６は、接点１３０ａ、１３０ｂへの電力供給を開始するためにオン位置とオフ位置との間で移動可能な活性化機構１４０を含む。従って、以下に説明するように、活性化機構１４０が作動するまで接点１３０ａ、１３０ｂには「電気が流れ」ないので、活性化機構１４０は、安全機構として機能する。

図１０に示すように、活性化機構は、機械的に駆動されるアクチュエータ１４２を有し、アクチュエータ１４２は、パドル形態をなす。アクチュエータ１４２は、枢動軸８２と枢動軸８２の間の隙間にジャーナル支持された管状本体１４４と、管状本体１４４から所定の傾斜角度で離れる方向に延びる作動レバー１４６を有する。管状本体１４４は、ベース部分６０にジャーナル支持されているので、作動レバー１４６は、枢動軸８２の軸線周りを第１の位置と第２の位置との間で角度方向に移動することができる。アクチュエータ１４２の２つの作動位置を図１１ｂ及び図１２ｂに示す。図１１ｂでは、アクチュエータ１４２は「電源オフ」の位置にあり、接点１３０ａ、１３０ｂには電力が供給されず、図１２ｂでは、アクチュエータ１４２は角度方向移動して背部分６２に当接した「電源オン」の位置にあり、接点１３０ａ、１３０ｂに電力が供給される。ロボットが許容可能なドッキング位置に進んだとき、作動レバー１４６は「オン」位置に押されることに留意すべきである。

アクチュエータ１４２は、接点１３０ａ、１３０ｂへの電力の流れを制御するために電力電子ボード１２４と協働する。ここで、電力電子ボード１２４には例示目的で部品が実装されており、これらは正確であることも限定的な描写も意図していないことを理解すべきである。電力電子ボード１２４は、入力ソケット１２８に供給される入力電力を電気接点１３０ａ、１３０ｂでの適切な出力電圧に継電するのに必要な部品を備えるだけで十分である。

この目的のために、１つの選択肢は、屋内の電気主電源出力部１０に取付けられた電力供給部１２に関して、出力部で利用可能な主電源電圧（英国では約１３Ａで２４０ＶＡＣ）をドッキングステーション６に適した低い直流電圧、例えば１５〜２０ＶＤＣに変換することである。従って、電力電子ボード１２４の主たる機能は、接点手段８への電力供給を必要に応じてオン又はオフに切り換えることであり、これにより電力電子ボード１２４の電気的構成が単純になり、これは現時点では好ましいと考えらえる。もしくは、壁面出力部１０に取付けられた電力供給部１２は、単純に電力電子ボード１２４を直接、主電源出力電圧に接続するように構成してもよく、電力電子ボード１２４は、高い交流電圧を適切な直流電圧へ変換して接点手段８に供給することが必要になる。しかしながら、この機能性は、電力電子ボード１２４の空間要求を促進させる適当な電力変圧器及び整流回路を必要とし、また電力損が増加することになり、望ましくないであろう。

図示しないが、万一ユーザが電力入力ソケット１２８の両方に電力入力ジャック１２７を差し込もうと試みる場合に備えて、一方の電力入力ソケット１２８だけが電力電子ボード１２４に電力を供給できるようにする手段を電力入力ソケット１２８及びそれに対応する電力供給ルーム１２６に設けるのがよいことに留意すべきである。本実施形態では、電力入力ソケット１２８の各々は、電力入力ジャック１２７がソケット１２８に挿入された状況において、反対側の電力入力ソケット１２８を作動不能とするように作動するスイッチを含む。電力入力ジャック１２７及びそれに対応する電力入力ソケット１２８は、適当な「既成」の部品であるのがよく、例えば、電力入力ジャック１２７は、Ｓｈｅｎ Ｍｉｏｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ（Ｄｏｎｇ Ｇｕａｎ）社から部品番号８６５−８１８として供給され、電力入力ソケット１２８はＴｅｃｈｎｉｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ社から部品番号ＴＤＣ−０９１−ＰＡ６６２Ｄ−ＴＳとして供給される。

活性化機構は、アクチュエータ１４２の管状本体１４４に配置される歯１５０をさらに含み、歯１５０は、スライダ１５２に逆らって作動し、更にスライダ１５２は、電力電子ボード１２４に配置された小型スナップ式スイッチの形態のトリガスイッチ１５４と係合可能である。スライダ１５２は、拡大中間セクション１５２ａを含み、拡大中間セクション１５２ａは、ベース部分６０によって定められたチャンネル１５６内でスライダ１５２が直線的に往復移動するとき、マイクロスイッチ１５４を活性化したり及び解放したりする。チャンネル１５６の遠位端は、スライダ１５２に作用してマイクロスイッチ１５４から離れる位置に付勢するバネ（図示せず）のための当接面として機能するエンドストップ部１５８を規定する。

図１１ａにおいて、活性化機構１４０は「オフ」位置にあり、歯１５０は、マイクロスイッチが作動しないように、スライダ１５２がマイクロスイッチ１５４に対して後退した角度方向位置にあることが分かる。従って、この位置では、接点１３０ａ、１３０ｂは電気的に活性化されていない。図１１ａの位置は、図１２ａの位置と比較する必要があり、図１２ａでは、作動レバー１４６の移動によって歯１５０が角度方向に移動して、チャンネル１５６内のスライダ１５２を上向きに押し、結果的にマイクロスイッチ１５４が作動して、接点１３０ａ、１３０ｂが電気的に活性化する。

活性化機構が確実に不作動位置に戻るように、本実施形態では螺旋捩りバネ１６０の形態の付勢手段が設けられ、螺旋捩りバネ１６０は、アクチュエータ１４２の管状本体１４４の端部に取付けられ、管状本体１４４及びハウジング１６０の保持箇所１６２に留められる。

前記は、電気接点１３０ａ、１３０ｂを、作動レバー１４６を作動させるロボット４によって活性化状態と非活性化状態との間で切換える方法を説明し、結果的に、ロボットの通常使用時にユーザが損傷を受けないようにする安全インターロックとして機能する。作動レバー１４６を作動させるためには、ロボット４は許容可能なドック位置に存在する必要があり、このことは、以下の説明で明らかになるように接点の構成によって助長される。

前述のように、細長い接点１３０ａ、１３０ｂは、ベース部分６０の長手方向軸線を横切る方向に延びる全長を有する。本実施形態では、接点１３０ａ、１３０ｂは長さ６０ｍｍ、幅約５ｍｍであるが、これらの寸法は例示であることを理解すべきである。しかしながら、接点の少なくとも一方、好ましくは第１の接点１３０ｂは細長いこと、以下に説明するように、ロボットとドッキングステーションとの間の横方向及び角度方向の位置合わせ不良を許容するために、幅よりも長さが大きいことが重要である。以下に図１３及び図１４図、図１５ａ、図１５ｂ、並びに図１６ａ、図１６ｂに関連して、この技術的側面の意義を説明する。ここで、ロボット４の長手方向軸線はＬで表わし、ベース部分６０の長手方向軸線はＬＬで表わし、接点１３０ａ、１３０ｂは、長手方向軸線ＬＬと実質的に直交して細長い後部分６４の軸線Ｘと平行な別の軸線Ｔと平行に整列される。

図１３は、「公称」ドッキング位置でドッキングステーションとドッキングしたロボット４を示す。図示のように、ロボット４の充電用接点２８、３０（従って、ロボットの長手方向軸線Ｌ）は、ドッキングステーションの長手方向軸線ＬＬと整列するので、電気接点１３０ａ、１３０の実質的に中間部で係合する。別の視点から、図１４は、ロボット４とドッキングステーション６との間の空間的関係を側面から示し、ロボット４がドック位置にある場合、ロボット４の接点２８、３０はドッキングステーション６の接点１３０ａ、１３０ｂと接触することが分かる。

公称ドッキング位置は、ロボット４がドッキングステーション６とドッキングする理想的な位置である。実際には、ロボット４のナビゲーションシステムは、ロボットを公称位置に正確に戻すことができない場合がある。しかしながら、ドッキングステーションの接点１３０ａ、１３０ｂの向きに対するロボット４の電気接点２８、３０の横方向配置は、ロボット４とドッキングステーション６との間にかなりの程度の位置合わせ不良を許容するが、依然としてこれらの間の良好な電気的接触をもたらす。

図１５ａ及び図１５ｂは、横方向に極端に位置合わせ不良となったロボットの２つのドッキング位置を示す。図１５ａでは、ロボット４は最も左寄り位置にあり、図示のようにロボット４の長手方向軸線Ｌはドッキングステーション６の長手方向軸線ＬＬから左方へ距離Ｘ₁だけ離間する。対照的に、図１５ｂでは、ロボット４は最も右寄り位置にあり、図示のようにロボットの長手方向軸線Ｌはドッキングステーション６の長手方向軸線ＬＬから右方へ距離Ｘ₂だけ離間する。従って、ロボットは、Ｘ₁＋Ｘ₂までの位置合わせ不良でもドッキングステーションとドッキングすることができ、依然として良好な電気的接触が与えられることを理解すべきである。Ｘ₁＋Ｘ₂の適切な距離は３０ｍｍであるが、これは例示にすぎず、接点は任意の適切な長さであってもよいことを理解すべきである。

以下に図１６ａ及び図１６ｂを参照して説明するように、ロボットとドッキングステーションとの間の公称ドッキング位置から離れる方向のかなりの程度の横方向位置合わせ不良を許容するのと同様、ロボットの接点２８、３０とドッキングステーション６の電気接点１３０ａ、１３０ｂとの相補的構成は、かなりの角度方向の位置合わせ不良を許容する。

図１６ａに示すロボット４のドッキング位置の位置を図１３に例示するロボット４の公称ドッキング位置と比較すると、ロボット４の接点２８、３０とドッキングステーション６の電気接点１３０ａ、１３０ｂとの間の横断方向は、反時計方向で少なくともθ₁度のかなりの角度方向の位置合わせ不良を許容できることが分かる。対照的に、図１６ｂは、接点の横断構成が、ロボット４とドッキングステーション６との間に時計方向で少なくともθ₂度の角度方向の位置合わせ不良を許容することが分かる。従って、ロボット４は、依然として図１３に示す公称ドッキング位置から離れる方向の角度方向位置の種々の範囲でドッキングステーション６に対して電気的にドッキングできることを理解すべきである。本実施形態によれば、接点の横断構成は、１０度から３０度の間の位置合わせ不良の全角度範囲を許容できることが想定される。

この利点は、ナビゲーションシステムは、ロボット４をドッキングステーション６にドッキングするプロセス時に、高精度の機能をもつ必要がないことである。従来技術から分かるように、ドッキングステーションが指向性ビームシステムを含むことは一般的であり、指向性ビームシステムは、超音波又は赤外線送信機を利用してドッキングステーション上の正確なドッキング位置に向かってロボットを案内する。このシステムは、高精度である可能性があるが、ドッキングステーション及びロボットの複雑性及び費用が高くなる。対照的に、本発明のロボットシステムでは、ナビゲーションシステムは、横方向及び角度方向の位置合わせ不良のかなり大きな区域内で、ロボットをドッキングステーションに向かって操縦することを必要とするだけであり、ロボットは、ドッキングステーションと良好に電気的に接触して内部バッテリを充電することができる。

前述の特定の実施形態のいくつかの変形例をすでに説明した。しかしながら、当業者であれば、請求項で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、特定の実施形態に対して他の変形及び修正を行い得ることを理解すべきである。

前述の特定の実施形態では、背部分６２は、それに結合される枢動軸８２に嵌合する２つのスリーブ７４によってベース部分６０にヒンジ式に結合される。このような構成は、ヒンジ式結合部を多くの部品で形成する必要がなく、洗練されて簡潔なので技術的な好都合がある。さらに、構成要素のスナップ式作用により、ユーザは、必要に応じて背部分６２を分解及び再組立することができる。このようなヒンジ式結合構造が好ましいが、当業者であれば、他のヒンジ式結合機構でも背部分６２とベース部分６０との間の折畳み構造が可能であることを理解できるはずである。例えば、背部分６２は、ベース部分６０に枢動可能に取付けられた１つ又は複数の適切なブラケットに固定することができる。

本発明のロボットは、内部バッテリパックの形態の充電式電源を使用するものとして記載した。もちろん、このようなロボット用途では充電式電源が最も好都合な形態であるが、例えば大形コンデンサユニットなどの他の形態の電源を除外するものではない。

ベース部分６０の電気接点１３０ａ、１３０ｂは、細長い、直線状で同じ長さのものとして説明したが、他の形態が適切な場合がある。例えば、電気接点１３０ａ、１３０ｂは、直線状である代わりに、曲線状又は弓形であってもよい。図１７ａ、１７ｂ及び１７ｃは、幾つかの実施例を示す。図１７ａでは、第１及び第２の電気接点１３０ａ、１３０ｂは両方とも、細長く且つ湾曲している。この場合、電気接点１３０ａ、１３０ｂの各々は、曲率が実質的に同じであり、実質的に同じ弧の範囲を定める。このような構成は、特にロボットが横方向で公称中心位置にある場合に、ロボット２とドッキングステーション６との間のより広範囲な位置合わせ不良に対応することができる。図１７ｂでは、電気接点１３０ａ、１３０ｂは両方とも、実質的に同じ曲率で湾曲するが、第１の接点１３０ａは、より小さい弧の範囲を定めるように第２の接点１３０ｂよりも短い。図１７ｃには極端な例が示されており、第１の接点１３０ａは細長くなくて実際には実質的に円形であるが、第２の接点１３０ｂは前述の実施例と同様に細長く、湾曲している。

ロボット２に設けられた接点２８、３０に戻ると、前記の説明ではロボットの長手方向軸線Ｌ上に整列されているが、接点２８、３０は、互いに直線状に整列するが長手方向軸線Ｌに沿って整列せずオフセット可能であることを理解すべきである。さらに、接点２８、３０の各々は、空間的制約から望ましい場合、相互にオフセットされてもよく、２つ以上のロボット接点２８、３０が存在する場合もある。例えば、ドッキングステーションに設けられた別の電気接点から供給される補助的な電気信号を受信するように機能する別の電気接点を設けてもよいし、別の電気接点は電気接地としてもよい。

前述の活性化機構１４０は、ドッキングステーション６の後部分６４に枢動可能に取付けられた作動レバー１４６の形態である。この構成によれば、ドッキングステーション上に正しく位置決めされたロボット２に対して、ドッキングステーション接点１３０ａ、１３０ｂへの充電エネルギーの供給をインターロックするという問題に対する空間効率が良い解決法が提供される。しかしながら、枢動レバーの代替案として、例えば、直線移動するプッシュロッド（図示せず）を利用して同様の電力インターロック機能を実現することができる。

前述では、下面に設けられた電気接点２８、３０がドッキングステーションのベース部分６０の上面に設けられた電気接点手段８と協働する移動ロボットに関して重点的に説明したが、ロボットの電気接点２８、３０が上面に設けられ、一方でロボットの接点２８、３０との通信を確立するめにドッキングステーションの電気接点が移動ロボットの頂部を覆って広がる表面上に設けられる場合も、理論的に同等の効果を達成できることに注意すべきである。

４ 移動ロボット
６ ドッキングステーション
８ 電気接点手段
６０ ベース部分
６２ 背部分
６４ 後部分
７４ スリーブ
８２ 枢動軸
８４ 戻り止め手段
１３０ａ、１３０ｂ 電力供給接点

Claims (10)

1. 真空掃除機ロボット用の持ち運び可能なドッキングステーションであって、
   床面に配置可能なベース部分と、
   前記ベース部分に当接するように前記ベース部分に対して枢動可能な背部分と、を有し、
   前記ベース部分の枢動領域は、インターフェースを含み、前記インターフェースは、それと相補的に前記背部分に設けられたインターフェースと、前記背部分が前記ベース部分に対して枢動可能であるように噛合い、
   前記インターフェースは、戻り止め構成を含み、前記戻り止め構成は、前記背部分の回転を前記ベース部分に対する直立姿勢に解放可能に保持し、
   前記戻り止め構成は、所定のトルクが前記インターフェースに加えられるときに前記背部分が前記直立姿勢から解放されるように構成される、ドッキングステーション。
2. 前記背部分は、前記ベース部分の枢動領域にスナップ式に嵌められる、請求項１に記載のドッキングステーション。
3. 前記ベース部分の枢動領域は、少なくとも１つの枢動軸を含み、前記背部分と結合されるスリーブ部材が前記枢動軸に滑り嵌め式に受入れられる、請求項１に記載のドッキングステーション。
4. 更に、充電用接点手段を有し、前記充電用接点手段は、移動ロボットが前記ドッキングステーションにドッキングしたときに電気を前記移動ロボットに供給する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のドッキングステーション。
5. 前記充電用接点手段は、少なくとも１つの導電性の接点を含む、請求項４に記載のドッキングステーション。
6. 前記少なくとも１つの導電性の接点は、前記ドッキングステーションの長手方向軸線を横断する方向に延びる、請求項５に記載のドッキングステーション。
7. 前記少なくとも１つの導電性の接点は、弾性的に取付けられる、請求項５又は６に記載のドッキングステーション。
8. 前記充電用接点手段は、前記ドッキングステーションの前記ベース部分に設けられる、請求項４〜７のいずれか１項に記載のドッキングステーション。
9. 更に、前記充電用接点手段に選択的にエネルギーを供給する活性化機構を含む、請求項４〜８のいずれか１項に記載のドッキングステーション。
10. 前記活性化機構は、前記ドッキングステーションの適当なドッキング位置へ移動する移動ロボットによって機械的に活性化される、請求項９に記載のドッキングステーション。

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