JP6123081B2 - 自動給電システム、自動給電装置および自律移動システム - Google Patents

Description

本発明は、移動体に給電する自動給電システム、自動給電装置および自律移動システムに関する。

従来より、自動車や自律移動装置などの移動体に給電するための自動給電装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

図１２は、従来の自動給電装置を示す図である。従来の自動給電装置１１６は、離れた位置に停止した移動体に対して充電するため、給電端子と受電端子１１７が所定の位置誤差範囲以内での接触を実現することを目的に、位置補正を実施する機構を備えるものである。

特開２００６−０８１３１０号公報

しかしながら、上記従来の技術では、移動体が自動給電装置から離れて停止した場合、給電部を長い距離だけ移動させる必要が生じ、給電部の駆動機構が複雑になるという問題を有していた。

一方、自律移動装置に代表される移動体は、障害物への衝突を避けるため、自律移動装置の付近に停止領域を保有することが一般的とされている。自律移動装置は、停止領域に障害物を検出すると停止し、停止領域に障害物を検知している状態では再始動することはできない。そのため、従来の移動体では、移動体を自動給電装置に接近させることは困難であった。

本開示は、上記従来の技術に係る問題を解決するものであり、移動体が自動給電装置への接近を可能とし、自動給電装置の駆動部を簡単な構成にすることができ、かつ、給電中のスペースをより有効に利用可能な自動給電装置および自律移動システムを提供することである。

上記課題を解決するため、本開示の自動給電装置は、給電用の端子を有し、移動体に設けた受電部を介して移動体に搭載の電池に給電する自動給電装置であって、給電用の端子を含む給電部を駆動させる駆動機構を備え、自動給電装置を為す筐体の一部にくぼみ部を有する。

本発明の自動給電装置によれば、移動体が自動給電装置への接近を可能とし、自動給電装置の駆動部を簡単な構成にすることができ、かつ、給電中のスペースをより有効に利用することが可能となる。

本開示の第１の実施形態にかかる自律移動装置の構成を示す斜視図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自律移動装置の配置と環境情報取得センサの計測平面３の関係を示す図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自動給電装置の、給電部１２が自動給電装置１１の筐体内に収納された状態を示す斜視図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自動給電装置の、給電部１２が自動給電装置１１の筐体外に出ている状態を示す斜視図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自動給電システムについて、自律移動装置が、自動給電装置前の給電位置に停止したときに、その状態を上から見た図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自動給電システムについて、自律移動装置が、自動給電装置前の給電位置に停止したときに、その状態を横から見た図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自律移動装置が自動給電装置の前に自動給電のために停止している状態を上から見た図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自律移動装置と自動給電装置との接続を上から見た図であり、自律移動装置が自動給電装置に接近するときの様子を示す図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自律移動装置と自動給電装置との接続を上から見た図であり、自律移動装置が自動給電装置の前に到着したときの様子を示す図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自律移動装置と自動給電装置との接続を上から見た図であり、自動給電装置の駆動部により給電部を自律移動装置に押しあて、自動充電を実施しているときの様子を示す図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自律移動装置と自動給電装置との接続を横から見た図であり、自律移動装置が自動給電装置に接近するときの様子を示す図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自律移動装置と自動給電装置との接続を横から見た図であり、自律移動装置が自動給電装置の前に到着したときの様子を示す図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自律移動装置と自動給電装置との接続を横から見た図であり、自動給電装置の駆動部により給電部を自律移動装置に押しあて、自動充電を実施しているときの様子を示す図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自律移動装置が、自動給電装置の手前で停止している状態を示す図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自律移動装置が停止時計測する自動給電装置の形状を示す図である。 本開示の第１の実施形態にかかる自動給電装置の表示部と、自律移動装置との配置関係を示す図である。 本開示の第２の実施形態にかかる自動給電システムについて、自律移動装置と自動給電装置との、給電時での配置を示す図である。 本開示の第３の実施形態にかかる自動給電システムの、自動給電装置と、自律移動装置との配置関係を示す図である。 本開示の第３の実施形態にかかる自動給電装置の変形例を示す図である。 本開示の第３の実施形態にかかる自動給電装置の変形例を示す図である。 従来の自動給電装置を示す図である。

以下、本開示にかかる発明の実施形態に係る自動給電システム、自動給電装置および自律移動システムを、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
本開示の第１の実施形態にかかる自律移動装置１の構成を、図１の斜視図に示す。図１に示すように、自律移動装置１は、環境情報取得センサ２、受電部５、充電池６、および移動手段７を有する。

環境情報取得センサ２は、自律移動装置１の周囲空間に存在する障害物の位置情報を取得する。充電池６は、自律移動装置１は、充電池６から供給される電力により駆動する。受電部５は、図３Ａ以降に示す自動給電装置１１から電力を得て充電池６に電力を供給する。移動手段７は、例えば車輪よりなる。なお、本実施の形態に係る自律移動装置１は、移動体の一例である。

環境情報取得センサ２は、より具体的には、図１に示すように、走行面Ｒに略平行な面内である、計測平面３の情報を取得する。

環境情報取得センサ２は、例えば、水平面を走査するレーザレーダを用いることができる。レーザレーダは、所定の面内において所定角度でレーザビームを走査して、所定の半径を有する前方の半円形の障害物検出エリアにおいて、物体や障害物までの距離を取得する距離センサである。レーザレーダは、例えば、測定距離３０ｍ、進行方向左右±９０゜の範囲を０．５゜ごとに測距する。環境情報取得センサ２は、例えば、一定の制御周期のもとで間欠的に走査を行って、１回の走査毎に取得する距離データの集合を各時点における環境情報（センサ情報）として記憶部（図示せず）に記憶させる。

図２は、自律移動装置１の配置と環境情報取得センサ２の計測平面３との関係を示す図であり、自律移動装置１の上方からみた図である。図２に示すように、自律移動装置１に対し、環境情報取得センサ２の計測平面３の一部において、自律移動装置１を安全に停止させるための領域として安全停止エリア４が設定されている。安全停止エリア４は、例えば、自律移動装置１の進行方向前方の外周から、周囲５ｃｍに設定する。このように設定することで、この領域に障害物が検出された場合、自律移動装置１は停止することができ、障害物への接触を防止することができる。

上記のセンサ構成、センサの例は、本実施の形態を実現する一つの例であって、これらに限定されるわけではなく、種々のセンサを用いることができる。

次に、自動給電装置１１について、図３Ａおよび図３Ｂを用いて説明する。図３Ａおよび図３Ｂは自動給電装置１１の斜視図である。図３Ａは給電部１２が自動給電装置１１の筐体内に収納された状態を示し、図３Ｂは自律移動装置１への給電をするため、給電部１２が筐体外に出ている状態を示す。

自動給電装置１１は、電源からの供給電源を整流し、自律移動装置１に、給電部１２を介して給電する。給電部１２は、前後方向に駆動させることができ、給電するための給電端子１３を保有する。給電部１２は、待機状態では筐体内に収納されており（図３Ａ）、給電時、筐体から外側に移動することで（図３Ｂ）、自律移動装置１の受電部５に接触する。

自動給電装置１１は、通信を介して、充電開始のタイミング、充電終了のタイミングを取得する。通信は、たとえば、自律移動装置１と自動給電装置１１の間で光通信を用いて直接行うこともでき、たとえば、自律移動装置１や自動給電装置１１を一括で制御する中央監視部(図示せず)からの指令であってもよい。

自動給電装置１１は、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、筐体の一部にくぼみ部１４と、表示部１５を有する。くぼみ部１４は、自律移動装置１の計測平面３と同じ高さ位置に設けられ、簡単な形状としては、矩形の形状を用いることができる。

次に、図４Ａおよび図４Ｂを用いて、本実施形態にかかる自動給電システムについて説明する。特に、自動給電装置１１のくぼみ部１４と自律移動装置１の安全停止エリア４、および、自動給電装置１１と自律移動装置１の位置関係について説明する。

図４Ａは、自律移動装置１が、自動給電装置１１前の給電位置に停止したときに、その状態を上から見た図である。図４Ｂは、自律移動装置１が、自動給電装置１１前の給電位置に停止したときに、その状態を横から見た図である。

図４Ａおよび図４Ｂに示すように、自律移動装置１は、自動給電装置１１に接触しないよう、自動給電装置１１の前に停止し、安全停止エリア４は、くぼみ部１４の中には入りこむが、自動給電装置１１には接触しない。

こうすることで、自動給電装置１１の前で、自律移動装置は、自動給電装置に接触することなく、また、安全停止エリアで自動給電装置１１を検知して停止してしまうことを防止できる。上記により、自律移動装置１は、自動給電装置１１により接近して停止することができるため、図４Ｂに示す給電部１２のように、給電部１２の駆動距離を小さくすることが可能となる。

次に、図５を用いて、自律移動装置１と自動給電装置１１との位置関係をより詳述に説明する。図５は、自律移動装置１が自動給電装置１１の前に自動給電のために停止している状態を上から見た図である。

図５において、Ｌ１は、くぼみ部１４の深さを示しており、Ｌ２は、自律移動装置１が自動給電装置１１の前に到着したときの、自律移動装置１と自動給電装置１１との間の距離を示しており、Ｌ３は、自律移動装置１の先端から、安全停止エリア４の先端までの距離（安全停止エリア４の範囲）を示している。これらＬ１、Ｌ２およびＬ３は、自律移動装置１が自動給電装置１１の前に接触せず停止するためには、以下の条件が成立することが必要である。

Ｌ３ ＜ Ｌ１ ＋ Ｌ２
この条件を成立させるため、Ｌ１、Ｌ２およびＬ３は、例えば、以下に設定することができる。

Ｌ１：５ｃｍ
Ｌ２：５ｃｍ
Ｌ３：８ｃｍ
従来、くぼみ部１４が存在しない状況においては（Ｌ１＝０と同義）、Ｌ３を固定した状態で自律移動装置１が自動給電装置１１の前に接触せず停止するためには、例えばＬ２は１０ｃｍとなり、自律移動装置１は、自動給電装置１１より安全停止エリア４の外側に停止する必要がある。一方、本開示にかかる発明において、自律移動装置１は、自動給電装置１１より安全停止エリア４の内側に停止する。

次に、図６Ａ〜Ｆを用いて、自動充電時の動作フローを説明する。

図６Ａ〜Ｃの図は、自律移動装置１と自動給電装置１１との接続を上から見た図であり、図６Ｄ〜Ｆの図は、当該接続を横から見た図である。図６Ａおよび図６Ｄは、自律移動装置１が自動給電装置１１に接近するときの様子を示す。図６Ｂおよび図６Ｅは、自律移動装置１が自動給電装置１１の前に到着したときの様子を示す。図６Ｃおよび図６Ｆは、自動給電装置１１の駆動部により給電部１２を自律移動装置１に押しあて、自動充電を実施しているときの様子を示す。なお、図６Ａ〜Ｆにおいては、自律移動装置１の自律移動システムも示している。

図６Ａおよび図６Ｄでは、自律移動装置１は、自身を自律移動させつつ、自動給電装置１１の前の停止位置に向かって移動している様子を示している。自律移動装置１は、自己の位置の補正のために、環境情報取得センサ２によって取得したセンサデータと、地図情報をマッチングすることで、自己の位置を補正する機能を有する。自律移動装置１は、自動給電装置１１の前では、自動給電装置１１の形状を用いて自己の位置を補正することが可能である。

このとき、計測平面３に含まれ、かつ自律移動装置１の進行方向に対して垂直な方向への補正を実施する必要がある。この垂直な方向への補正について、図７Ａおよび図７Ｂを用いて説明する。図７Ａは、自律移動装置１が自動給電装置１１の手前で停止している状態を、自律移動装置１の上から見た図であり、図７Ｂは、自律移動装置１が停止時に、環境情報取得センサ２を用いて計測する自動給電装置１１の形状を示す図である。図７Ａに示すように、自動給電装置１１が備えるくぼみ部１４の両端にエッジ１６を設ける。なお、くぼみ部１４の幅（すなわち両端にあるエッジ１６の間隔）は、環境情報取得センサ２が備える障害物検出エリアの直径よりも小さくする。このようにすることで、図７Ｂに示すように、自律移動装置１の環境情報取得センサ２によって計測されたデータにより、自動給電装置１１のくぼみ部１４にエッジ１６を検出することが可能となる。自律移動装置１は、自動給電装置１１のくぼみ部１４の形状を利用し、自律移動装置１の進行方向の位置補正だけでなく、進行方向と垂直な方向の位置補正も可能となり、自律移動装置１は、自動給電装置１１の前に、より正確に停止することが可能となる。

図６Ｂは、自律移動装置１が自動給電装置１１の前に到着した時の様子を示している。

図６Ｂに示すように、自律移動装置１は、自動給電装置１１に接触する前に、また、自律移動装置１の安全停止エリア４が、自動給電装置１１の筐体を検知する前に停止位置に停止している。

自律移動装置１が自動給電装置１１に到着した後、自動給電装置１１はその到着情報を、通信を介して得るとともに、図６Ｃに示すように、給電部１２を駆動させ、給電端子１３を、自律移動装置１の受電部５へと押し当てる。そして、その後、自動給電装置１１が給電を開始することで、自動給電装置１１から自律移動装置１の充電池６への給電が実現する。

自律移動装置１が自動給電装置１１から離れて、移動を開始する場合には、およそ上記と逆のフローにより、自律移動装置１は移動を開始する。

自律移動装置１が移動を開始する際、自動給電装置１１はその移動開始情報を、通信を介して取得し、取得後、給電部１２を筐体内に収納する。その後、自律移動装置１は、自動給電装置１１の給電部１２が格納されたことを確認したのち、移動を開始する。

自律移動装置１が移動を開始する際、５ｃｍ程度後進してから、その後通常の動作をすることが望ましい。これは、自律移動装置１が、自動給電装置１１が給電部１２を格納した後、その場で旋回動作をすると、安全停止エリア４が自動給電装置１１の筐体の一部を検知する可能性があるからである。

次に、図８を用いて、自動給電装置１１の表示部１５について説明する。図８は、自動給電装置１１の表示部１５と、自律移動装置１との配置関係を上から見た図である。自動給電装置１１は、待機中、充電中、停止中など、いくつかの状態を有する。この状態をユーザーに通知するため、表示部１５を有する。

この場合、表示部１５がユーザーにとって見やすい位置となるよう、自律移動装置１は、表示部１５より離れて停止することが望ましい。図７Ａおよび図７Ｂでは、自律移動装置１は、自動給電装置１１に対して、自律移動装置１の進行方向に対して右側に停止している。また、この際、表示部１５の付近ではくぼみ部１４は不要となるため、図８に示すように、くぼみ部１４は、より小さくすることが可能となる。

上記の内容は、移動体として自律移動装置１を取り上げて説明したが、移動体は自律移動装置１にかかわらず、環境情報取得センサ２を有する他の移動体にも適用することができる。

また、環境情報取得センサ２としてレーザセンサを取り上げて説明したが、種々のセンサを適用することができる。

また、自動給電装置１１の給電方法として接触式の給電方法を用いて説明したが、非接触型の充電装置を用いるなど、種々の充電方法に適用することができる。

また、移動体の電源として充電池を用いて説明したが、駆動源として種々の動力源を適用することができる。

（第２の実施の形態）
第１の実施形態において、くぼみ部１４の形状が矩形状であることを説明したが、くぼみ部１４の形状は種々の形状をとることができる。くぼみ部１４に関する別の形状について、第２の実施形態として、図９を用いて説明する。

第２の実施形態において、自律移動装置１の給電時における自律移動装置１と自動給電装置１１との配置について、上から見た図を図９に示す。なお、図９では、くぼみ部１４の形状として、略扇型を採用している。

自律移動装置１の前方周囲に設けられた安全停止エリア４が扇型の形状である場合、自動給電装置１１の側のくぼみ部１４の形状も同形状とすることで、自律移動装置１の安全停止エリア４をより多く設定した場合であっても、くぼみ部１４を過度に大きくすることを防止できる。

（第３の実施の形態）
次に、複数の自動給電装置１１が並んで設置される場合に、自律移動装置１の自動給電装置１１の前での停止性能を向上させる技術について説明する。

第１の実施形態および第２の実施形態において、自律移動装置１は、自動給電装置１１の形状を用いて自己の位置を補正する技術を有することを述べた。しかし、この技術を用いて、複数台ある自動給電装置１１のうちから、特定の１台の自動給電装置１１に向かって移動する場合、自動給電装置１１が並んで設定されている場合、自律移動装置１は、似通った形状の自動給電装置１１が存在するため、自己の位置補正を誤った自動給電装置１１を用いて実施し、結果、誤った自己位置補正を実施し、誤った自動給電装置１１の前に到着する可能性がある。

そこで、複数台の自動給電装置１１がそれぞれ異なった形状のくぼみ部１４を持つことで、上記の課題を解消することができる。

第３の実施形態にかかる自動給電システムは、図１０に示すように、３台の自動給電装置１１ａ、１１ｂ、１１ｃが並んで配置され、これら自動給電装置１１ａ〜１１ｃのうち特定の装置を自律移動装置１が選択して接近することを示す図であり、自動給電装置１１ａ〜１１ｃを上からみた図である。また、図１０においては、自律移動装置１の自律移動システムも示している。

自動給電装置１１ａは、矩形状のくぼみ部１４ａを有する。自動給電装置１１ｂは、扇型状のくぼみ部１４ｂを有する。また、自動給電装置１１ｃは、大きさの異なる矩形形状を組み合わせた階段状のくぼみ部１４ｃを有する。

自律移動装置１は、自動給電装置１１ａのみから給電を受けるものとする。

自律移動装置１は、環境情報取得センサ２を用い、自動給電装置１１ａ〜ｃのそれぞれのくぼみ部１４ａ〜１４ｃの形状を確認する。そして、特定のくぼみ部１４ａを選択し、自動給電装置１１ａへ接近する。

このようにして、自律移動装置１は、所定の自動給電装置１１ａを選択して接近することができるのである。

なお、くぼみの形状としては、前述の矩形や扇型、大きさの異なる矩形形状を組み合わせた階段状の形状など、種々の形状を用いることができる。

(その他の例)
上記に説明した自動給電装置１１について、変形例として、くぼみ部１４において、図１１Ａに示すようにエッジ１６の一部を突起１７に置き換えてもよい。また、図１１Ｂに示すように、くぼみ部１４の代わりに溝部１８を用い、エッジ１６に対応する位置に突起１７を設けてもよい。

本発明に係る自律給電装置は、環境情報取得センサの計測エリアにおいて安全停止エリアを有する自律移動装置など、物体への接近に関して制約のある移動体への自動給電を容易にする。

１ 自律移動装置
２ 環境情報取得センサ
３ 計測平面
４ 安全停止エリア
５ 受電部
６ 充電池
７ 移動手段
Ｒ 走行面
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 自動給電装置
１２ 給電部
１３ 給電端子
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ くぼみ部
１５ 表示部
１６ エッジ
１７ 突起
１８ 溝部

Claims (5)

1. 周辺の環境情報を取得する環境情報取得センサと、
   前記環境情報に基づき、現在地から所定距離にある地点へ移動させる制御部と、を有する自律移動装置と、
   一部にくぼみ部または溝部を有する筐体を備えた自動給電装置と、を備え、
   前記環境情報取得センサの一部に安全停止エリアを設定し、かつ、
   前記くぼみ部の深さは、
   前記自律移動装置の先端から前記安全停止エリアの先端までの距離から、
   前記自律移動装置が前記自動給電装置に到着したときの、前記自律移動装置の前記先端と前記自動給電装置との間の距離を引いたときの距離よりも大きいこと、
   を特徴とする自律移動システム。
2. 前記くぼみ部は、その一部に突起を有する、請求項１記載の自律移動システム。
3. 前記くぼみ部の形状は、矩形状である、請求項１又は２に記載の自律移動システム。
4. 前記くぼみ部の形状は、扇状である、請求項１又は２に記載の自律移動システム。
5. 前記自動給電装置が複数台配置され、前記複数台の自動給電装置の各々は、前記くぼみ部の形状が他と異なる、請求項１〜４の何れか一項に記載の自律移動システム。