JP7444460B2 - ロボット用充電ステーション - Google Patents

Description

本発明は、ロボットの充電を行うための充電ステーションに関する。

ヒューマノイドロボットやペットロボット等、人間との対話や癒しを提供する自律行動型ロボットの開発が進められている（特許文献１参照）。このようなロボットとして、周囲の状況に基づいて自律的に学習することで行動を進化させ、生命を感じさせるものも出現しつつある（特許文献２参照）。

このようなロボットも電気エネルギーで動作する以上、充電が必要となる。このため、ロボットを充電ステーションと通信可能とし、充電残量が基準値以下となったときにそのステーションへ誘導し、自律的に充電させる技術も提案されている（特許文献３参照）。

特開２０００－３２３２１９号公報 国際公開第２０１７／１６９８２６号 特開２００１－１２５６４１号公報

しかしながら、ロボットをステーションの設定位置に正確な角度で進入させなければ、互いの端子を接続できない。特にロボットが車輪駆動のものである場合、ステーションに近づいたときに何度も切り替えしが必要になるなど、ロボットの精密な移動制御が必要となる。このため、処理負荷が大きくなるうえ時間もかかるといった問題があった。

本発明は上記課題認識に基づいてなされた発明であり、その主たる目的は、充電ステーションにおいてロボットとの接続容易性を高めることにある。

本発明のある態様は、車輪で走行するロボットの充電を行うための充電ステーションである。この充電ステーションは、車輪が乗り上げる上面を有するベースと、ロボットの充電端子に接続する給電端子と、を備える。ベースの上面は、奥側領域に目標位置が設定される一方、入口側の特定位置と目標位置とをつなぐ基準進入ラインが設定され、進入してくる車輪に対して基準進入ライン側への重力成分をもたせる三次元曲面形状の傾斜面を含む。給電端子は、車輪が目標位置に到達した状態で充電端子に接続される。

本発明の充電ステーションによれば、ロボットの接続容易性を高めることができる。

上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

ロボット用充電システムの概要を説明するための図である。 ロボットの外観を表す正面図である。 ロボットの外観を表す側面図である。 ロボットの構造を概略的に表す断面図である。 車輪収納機構の構造および動作を模式的に示す側面図である。 車輪収納機構の構造および動作を模式的に示す正面図である。 ロボットのハードウェア構成図である。 ロボットシステムの機能ブロック図である。 ロボットシステムの機能ブロック図である。 ロボットが外皮を装着した状態を表す右側面図である。 ロボットが外皮を装着した状態を表す正面図である。 ロボットが外皮を装着した状態を表す背面図である。 ステーションの外観を表す斜視図である。 充電ユニットの外観を表す斜視図である。 充電ユニットの外観を表す正面図である。 ベースの上面の形状を表す説明図（斜視図）である。 ベースの上面の形状を表す説明図（正面図）である。 ベースの上面の形状を表す説明図（平面図）である。 ベースの上面の形状を表す説明図（図１１ＢのＸ－Ｘ矢視断面図）である。 ベースの上面の形状を表す説明図（図１２ＡのＡ－Ａ矢視断面）である。 ベースの上面の形状を表す説明図（図１２ＡのＢ－Ｂ矢視断面）である。 ベースの上面の形状を表す説明図（図１２ＡのＣ－Ｃ矢視断面）である。 ベースの上面の形状を表す説明図（図１２ＡのＤ－Ｄ矢視断面）である。 ベースの上面の形状を表す説明図（図１２ＡのＥ－Ｅ矢視断面）である。 ベースの上面の形状を表す説明図（図１２ＡのＦ－Ｆ矢視断面）である。 ベースの上面の形状を表す説明図（図１２ＡのＧ－Ｇ矢視断面）である。 ベースの上面の形状を表す説明図（図１２ＡのＨ－Ｈ矢視断面）である。 給電端子を含む端子ユニットおよびその周辺構造を表す図である。 給電端子を含む端子ユニットの先端部を示す正面図である。 給電端子を含む端子ユニットの先端部を示す側面図である。 ベースにおける端子ユニットの支持構造を表す模式図のうち、端子ユニットの待機状態（無負荷状態）を示す図である。 ベースにおける端子ユニットの支持構造を表す模式図のうち、ロボットが端子ユニットに接続されるときに生じ得る状態（負荷状態）を示す図である。 ベースにおける端子ユニットの支持構造を表す模式図のうち、ロボットが端子ユニットに接続されるときに生じ得る状態（負荷状態）を示す図である。 充電端子と給電端子との接続構造を表す模式図のうち、部分断面図である。 充電端子と給電端子との接続構造を表す模式図のうち、接続過程における端子ユニットの動きを示す図である。 充電端子と給電端子との接続構造を表す模式図のうち、接続過程における端子ユニットの動きを示す図である。 ロボットの進入動作を表す図で、その動作過程を示す図である。 ロボットの進入動作を表す図で、その動作過程を示す図である。 ロボットの進入動作を表す図で、その動作過程を示す図である。 車輪誘導メカニズムを例示する模式図で、車輪誘導過程を平面視する図である。 車輪誘導メカニズムを例示する模式図で、車輪誘導過程を平面視する図である。 車輪誘導メカニズムを例示する模式図で、車輪誘導過程を平面視する図である。 車輪誘導メカニズムを例示する模式図で、車輪誘導過程において後輪が位置する箇所の鉛直断面を示し、図１８Ａに対応する図である。 車輪誘導メカニズムを例示する模式図で、車輪誘導過程において後輪が位置する箇所の鉛直断面を示し、図１８Ｂに対応する図である。 車輪誘導メカニズムを例示する模式図で、車輪誘導過程において後輪が位置する箇所の鉛直断面を示し、図１８Ｃに対応する図である。 ステーションからロボットが退出するときの動作を表す図で、充電完了時の状態を示す図である。 ステーションからロボットが退出するときの動作を表す図で、端子解除動作を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明においては便宜上、図示の状態を基準に各構造の位置関係を表現することがある。また、以下の実施形態およびその変形例について、ほぼ同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。

図１は、ロボット用充電システム１０の概要を説明するための図である。
充電システム１０は、２台のロボット１００を同時に充電可能な充電ステーション（以下、単に「ステーション」とよぶ）５００を備える。ロボット１００は車輪走行型の自律行動型ロボットである。ロボット１００は、２つの前輪と１つの後輪を備える。左右の前輪が駆動輪、後輪がキャスターからなる従動輪である（詳細については後述する）。

ステーション５００は、複数のロボット１００の巣（寝床）を演出する。２台のロボット１００が隣り合わせで仲良く充電できるよう、２つの充電スペース５０２が横並びに近接配置されている。ロボット１００は、充電のために巣に戻り、充電中は正面を向くことで周囲に愛らしさをアピールする。このため、ロボット１００は、充電スペース５０２に対して後ろ向きに進入する。すなわち、その進入の際にはキャスターが先頭となる。

充電スペース５０２には、キャスターが乗り上げるベース５０４が設けられる。キャスターがベース５０４上の目標位置に到達することで、ステーション５００の給電端子とロボット１００の充電端子とが安定に接続し、充電が可能となる。本実施形態では、キャスターを目標位置に簡易にかつ効率良く到達させるために、ロボット１００の移動に伴う慣性とキャスターの重力を利用する。すなわち、ベース５０４の上面が、進入してくるキャスターに対し目標位置へ向かう重力成分をもたせるための三次元曲面形状の傾斜面を含む。キャスターは３６０度の旋回自由度を有するが、自ら旋回することはできない。そこで、キャスターが三次元曲面形状の傾斜面を転動する過程で重力成分の方向に旋回し、目標位置に自然に誘導できるようにする。以下、このような誘導を実現するロボット１００およびステーション５００の具体的構成について説明する。

［基本構成］
図２は、ロボット１００の外観を表す図である。図２Ａは正面図であり、図２Ｂは側面図である。
ロボット１００は、外部環境および内部状態に基づいて行動を決定する自律行動型のロボットである。外部環境は、カメラやサーモセンサなど各種のセンサにより認識される。内部状態はロボット１００の感情を表現する様々なパラメータとして定量化される。ロボット１００は、オーナー家庭の家屋内を行動範囲とする。以下、ロボット１００に関わる人間を「ユーザ」とよぶ。

ロボット１００のボディ１０４は、全体的に丸みを帯びた形状を有し、ウレタンやゴム、樹脂、繊維などやわらかく弾力性のある素材により形成された外皮３１４を含む。ロボット１００に服を着せてもよい。ロボット１００の総重量は５～１５キログラム程度、身長は０．５～１．２メートル程度である。適度な重さと丸み、柔らかさ、手触りのよさ、といった諸属性により、ユーザがロボット１００を抱きかかえやすく、かつ、抱きかかえたくなるという効果が実現される。

ロボット１００は、一対の前輪１０２（左輪１０２ａ，右輪１０２ｂ）と、一つの後輪１０３を含む。前輪１０２が駆動輪であり、後輪１０３が従動輪である。前輪１０２は、操舵機構を有しないが、左右輪の回転速度や回転方向を個別に制御可能とされている。後輪１０３は、キャスターであり、ロボット１００を前後左右へ移動させるために回転自在となっている。後輪１０３はオムニホイールであってもよい。左輪１０２ａよりも右輪１０２ｂの回転数を大きくすることで、ロボット１００が左折したり、左回りに回転できる。右輪１０２ｂよりも左輪１０２ａの回転数を大きくすることで、ロボット１００が右折したり、右回りに回転できる。

前輪１０２および後輪１０３は、駆動機構（回動機構、リンク機構）によりボディ１０４に完全収納できる。ボディ１０４の下半部には左右一対のカバー３１２が設けられている。カバー３１２は、可撓性および弾性を有する樹脂材（ラバー、シリコーンゴム等）からなり、柔らかい胴体を構成するとともに前輪１０２を収納できる。カバー３１２には側面から前面にかけて開口するスリット３１３（開口部）が形成され、そのスリット３１３を介して前輪１０２を進出させ、外部に露出させることができる。

走行時においても各車輪の大半はボディ１０４に隠れているが、各車輪がボディ１０４に完全収納されるとロボット１００は移動不可能な状態となる。すなわち、車輪の収納動作にともなってボディ１０４が降下し、床面Ｆに着座する。この着座状態においては、ボディ１０４の底部に形成された平坦状の着座面１０８（接地底面）が床面Ｆに当接する。

ロボット１００は、２つの腕１０６を有する。腕１０６の先端に手があるが、モノを把持する機能はない。腕１０６は、後述するアクチュエータの駆動により、上げる、曲げる、手を振る、振動するなど簡単な動作が可能である。２つの腕１０６は、それぞれ個別に制御可能である。

ロボット１００の頭部正面には顔領域１１６が露出している。顔領域１１６には、２つの目１１０が設けられている。目１１０は、液晶素子または有機ＥＬ素子による画像表示が可能である。顔領域１１６の中央には、鼻１０９が設けられている。鼻１０９には、アナログスティックが設けられており、上下左右の全方向に加えて、押し込み方向も検出できる。また、ロボット１００には複数のタッチセンサが設けられており、頭部、胴部、臀部、腕など、ロボット１００のほぼ全域についてユーザのタッチを検出できる。ロボット１００は、音源方向を特定可能なマイクロフォンアレイや超音波センサなど様々なセンサを搭載する。また、スピーカーを内蔵し、簡単な音声を発することもできる。

ロボット１００の頭部にはツノ１１２が取り付けられる。ツノ１１２には全天周カメラ１１３が取り付けられ、ロボット１００の上部全域を一度に撮像可能である。ツノ１１２にはまた、サーモセンサ１１５（サーモカメラ）が内蔵されている。ツノ１１２には、緊急停止用のスイッチが設けられており、ユーザはツノ１１２を引き抜くことでロボット１００を緊急停止できる。

図３は、ロボット１００の構造を概略的に表す断面図である。
ボディ１０４は、本体フレーム３１０、一対の腕１０６、一対のカバー３１２および外皮３１４を含む。本体フレーム３１０は、頭部フレーム３１６および胴部フレーム３１８を含む。頭部フレーム３１６は、中空半球状をなし、ロボット１００の頭部骨格を形成する。胴部フレーム３１８は、角筒形状をなし、ロボット１００の胴部骨格を形成する。胴部フレーム３１８の下端部が、ロアプレート３３４に固定されている。頭部フレーム３１６は、接続機構３３０を介して胴部フレーム３１８に接続されている。

胴部フレーム３１８は、ボディ１０４の軸芯を構成する。胴部フレーム３１８は、ロアプレート３３４に左右一対のサイドプレート３３６を固定して構成され、一対の腕１０６および内部機構を支持する。胴部フレーム３１８の内方には、バッテリー１１８、制御回路３４２および各種アクチュエータ等が収容されている。ロアプレート３３４の底面が着座面１０８を形成する。

胴部フレーム３１８は、その上部にアッパープレート３３２を有する。アッパープレート３３２には、有底円筒状の支持部３１９が固定されている。アッパープレート３３２、ロアプレート３３４、一対のサイドプレート３３６および支持部３１９が、胴部フレーム３１８を構成している。支持部３１９の外径は、左右のサイドプレート３３６の間隔よりも小さい。一対の腕１０６は、環状部材３４０と一体に組み付けられることでアームユニット３５０を構成している。環状部材３４０は円環状をなし、その中心線上を径方向に離隔するように一対の腕１０６が取り付けられている。環状部材３４０は、支持部３１９に同軸状に挿通され、一対のサイドプレート３３６の上端面に載置されている。アームユニット３５０は、胴部フレーム３１８により下方から支持されている。

頭部フレーム３１６は、ヨー軸３２１、ピッチ軸３２２およびロール軸３２３を有する。頭部フレーム３１６のヨー軸３２１周りの回動（ヨーイング）により首振り動作が実現され、ピッチ軸３２２周りの回動（ピッチング）により頷き動作，見上げ動作および見下ろし動作が実現され、ロール軸３２３周りの回動（ローリング）により首を左右に傾げる動作が実現される。各軸は、接続機構３３０の駆動態様に応じて三次元空間における位置や角度が変化し得る。接続機構３３０は、リンク機構からなり、胴部フレーム３１８に設置された複数のモータにより駆動される。

胴部フレーム３１８は、車輪駆動機構３７０を収容している。車輪駆動機構３７０は、前輪１０２および後輪１０３をそれぞれボディ１０４から出し入れする前輪駆動機構および後輪駆動機構を含む。前輪１０２および後輪１０３は、ロボット１００を移動させる「移動機構」として機能する。前輪１０２は、その中心部にダイレクトドライブモータを有する。このため、左輪１０２ａと右輪１０２ｂを個別に駆動できる。前輪１０２はホイールカバー１０５に回転可能に支持され、そのホイールカバー１０５が胴部フレーム３１８に回動可能に支持されている。

一対のカバー３１２は、胴部フレーム３１８を左右から覆うように設けられ、ボディ１０４のアウトラインに丸みをもたせるよう、滑らかな曲面形状とされている。胴部フレーム３１８とカバー３１２との間に閉空間が形成され、その閉空間が前輪１０２の収容空間Ｓとなっている。後輪１０３は、胴部フレーム３１８の下部後方に設けられた収容空間に収容される。

外皮３１４は、本体フレーム３１０および一対の腕１０６を外側から覆う。外皮３１４は、人が弾力を感じる程度の厚みを有し、ウレタンスポンジなどの伸縮性を有する素材で形成される。これにより、ユーザがロボット１００を抱きしめると、適度な柔らかさを感じ、人がペットにするように自然なスキンシップをとることができる。外皮３１４は、カバー３１２を露出させる態様で本体フレーム３１０に装着されている。外皮３１４の上端部には、開口部３９０が設けられる。この開口部３９０がツノ１１２を挿通する。

本体フレーム３１０と外皮３１４との間にはタッチセンサが配設される。カバー３１２にはタッチセンサが埋設されている。これらのタッチセンサは、いずれも静電容量センサであり、ロボット１００のほぼ全域におけるタッチを検出する。なお、タッチセンサを外皮３１４に埋設してもよいし、本体フレーム３１０の内側に配設してもよい。

腕１０６は、第１関節３５２および第２関節３５４を有し、両関節の間に腕３５６、第２関節３５４の先に手３５８を有する。第１関節３５２は肩関節に対応し、第２関節３５４は手首関節に対応する。各関節にはモータが設けられ、腕３５６および手３５８をそれぞれ駆動する。腕１０６を駆動するための駆動機構は、これらのモータおよびその駆動回路３４４を含む。

図４は、車輪収納機構の構造および動作を模式的に示す図である。図４Ａは側面図であり、図４Ｂは正面図である。図中点線は車輪が収容空間Ｓから進出して走行可能な状態を示し、図中実線は車輪が収容空間Ｓに収納された状態を示す。

車輪駆動機構３７０は、前輪駆動機構３７４および後輪駆動機構３７６を含む。前輪駆動機構３７４は、回動軸３７８およびアクチュエータ３７９を含む。回動軸３７８がホイールカバー１０５に連結されている。本実施形態では、アクチュエータ３７９としてモータが採用される。アクチュエータ３７９の駆動によりホイールカバー１０５を回動させることで、前輪１０２を収容空間Ｓから外部へ進退駆動できる。

本実施形態では、左輪１０２ａと右輪１０２ｂの進退駆動を個別に制御できる。すなわち、左輪１０２ａ用のアクチュエータ３７９ａと、右輪１０２ｂ用のアクチュエータ３７９ｂが設けられ、それぞれ独立に駆動できる。左輪１０２ａのホイールカバー１０５が回動軸３７８ａを介してアクチュエータ３７９ａに接続され、右輪１０２ｂのホイールカバー１０５が回動軸３７８ｂを介してアクチュエータ３７９ａに接続されている。なお、以下の説明において、回動軸３７８ａ，３７８ｂを特に区別しないときには「回動軸３７８」と称し、アクチュエータ３７９ａ，３７９ｂを特に区別しないときには「アクチュエータ３７９」と称す。

後輪駆動機構３７６は、回動軸４０４およびアクチュエータ４０６を含む。回動軸４０４は、前輪駆動機構３７４の回動軸３７８と平行に設けられ、その軸線周りに後輪１０３を回動可能に支持する。後輪１０３はキャスターであり、主軸４０７（旋回軸）と車軸４０８を有する。主軸４０７から二股のアーム４１０が延び、それらのアーム４１０の先端に車軸４０８が設けられている。車軸４０８に車輪が回転自在に支持されている。主軸４０７の上端が回動軸４０４の中央に接続され、自軸周りに回動自在に支持されている。車軸４０８は主軸４０７の軸線上にはなく、オフセットされている。主軸４０７は、後輪１０３の向き（進行方向）を任意に変化させる。アクチュエータ４０６の駆動により回動軸４０４が回動し、後部収容空間から外部へ後輪１０３を進退駆動できる。

車輪収納時には、アクチュエータ３７９，４０６が一方向に駆動される。このとき、ホイールカバー１０５が回動軸３７８を中心に回動し、前輪１０２が床面Ｆから上昇する。また、アーム４１０が回動軸４０４を中心に回動し、後輪１０３が床面Ｆから上昇する（一点鎖線矢印参照）。それにより、ボディ１０４が降下して着座面１０８が床面Ｆに接地し（実線矢印参照）、ロボット１００がお座りした状態が実現される。アクチュエータ３７９，４０６を反対方向に駆動することにより、各車輪を進出させ、ロボット１００を立ち上がらせることができる。

なお、後輪１０３の外側には尻尾を模した後部カバー１０７が設けられており、後輪１０３の進退と連動してボディ１０４の後部下開口部を開閉する。すなわち、後輪１０３を進出させるときには後部カバー１０７が開動作し、後輪１０３を収納するときには後部カバー１０７が閉動作する。

図５は、ロボット１００のハードウェア構成図である。
ロボット１００は、内部センサ１２８、通信機１２６、記憶装置１２４、プロセッサ１２２、駆動機構１２０およびバッテリー１１８を含む。駆動機構１２０は、上述した接続機構３３０および車輪駆動機構３７０を含む。プロセッサ１２２と記憶装置１２４は、制御回路３４２に含まれる。各ユニットは電源線１３０および信号線１３２により互いに接続される。バッテリー１１８は、電源線１３０を介して各ユニットに電力を供給する。各ユニットは信号線１３２により制御信号を送受する。バッテリー１１８は、リチウムイオン二次電池であり、ロボット１００の動力源である。

内部センサ１２８は、ロボット１００が内蔵する各種センサの集合体である。具体的には、カメラ、マイクロフォンアレイ、測距センサ（赤外線センサ）、サーモセンサ、タッチセンサ、加速度センサ、気圧センサ、ニオイセンサなどである。タッチセンサは、ボディ１０４の大部分の領域に対応し、静電容量の変化に基づいてユーザのタッチを検出する。ニオイセンサは、匂いの元となる分子の吸着によって電気抵抗が変化する原理を応用した既知のセンサである。

通信機１２６は、各種の外部機器を対象として無線通信を行う通信モジュールである。記憶装置１２４は、不揮発性メモリおよび揮発性メモリにより構成され、コンピュータプログラムや各種設定情報を記憶する。プロセッサ１２２は、コンピュータプログラムの実行手段である。駆動機構１２０は、複数のアクチュエータを含む。このほか、表示器やスピーカーなども搭載される。

駆動機構１２０は、主として、車輪と頭部を制御する。駆動機構１２０は、ロボット１００の移動方向や移動速度を変化させるほか、車輪を昇降させることもできる。車輪が上昇すると、車輪はボディ１０４に完全に収納され、ロボット１００は着座面１０８にて床面Ｆに当接し、着座状態となる。また、駆動機構１２０は、腕１０６を制御する。

図６は、ロボットシステム３００の機能ブロック図である。
ロボットシステム３００は、ロボット１００、サーバ２００および複数の外部センサ１１４を含む。ロボット１００およびサーバ２００の各構成要素は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および各種コプロセッサなどの演算器、メモリやストレージといった記憶装置、それらを連結する有線または無線の通信線を含むハードウェアと、記憶装置に格納され、演算器に処理命令を供給するソフトウェアによって実現される。コンピュータプログラムは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、それらの上位層に位置する各種アプリケーションプログラム、また、これらのプログラムに共通機能を提供するライブラリによって構成されてもよい。以下に説明する各ブロックは、ハードウェア単位の構成ではなく、機能単位のブロックを示している。ロボット１００の機能の一部はサーバ２００により実現されてもよいし、サーバ２００の機能の一部または全部はロボット１００により実現されてもよい。

家屋内にはあらかじめ複数の外部センサ１１４が設置される。サーバ２００は、外部センサ１１４を管理し、必要に応じてロボット１００に外部センサ１１４により取得された検出値を提供する。ロボット１００は、内部センサ１２８および複数の外部センサ１１４から得られる情報に基づいて、基本行動を決定する。外部センサ１１４はロボット１００の感覚器を補強するためのものであり、サーバ２００はロボット１００の処理能力を補強するためのものである。ロボット１００の通信機１２６がサーバ２００と定期的に通信し、サーバ２００が外部センサ１１４によりロボット１００の位置を特定する処理を担ってもよい（特許文献２も参照）。

（サーバ２００）
サーバ２００は、通信部２０４、データ処理部２０２およびデータ格納部２０６を含む。通信部２０４は、外部センサ１１４およびロボット１００との通信処理を担当する。データ格納部２０６は各種データを格納する。データ処理部２０２は、通信部２０４により取得されたデータおよびデータ格納部２０６に格納されるデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部２０２は、通信部２０４およびデータ格納部２０６のインタフェースとしても機能する。

データ格納部２０６は、モーション格納部２３２と個人データ格納部２１８を含む。ロボット１００は、複数の動作パターン（モーション）を有する。腕１０６を震わせる、蛇行しながらオーナーに近づく、首をかしげたままオーナーを見つめる、など様々なモーションが定義される。

モーション格納部２３２は、モーションの制御内容を定義する「モーションファイル」を格納する。各モーションは、モーションＩＤにより識別される。モーションファイルは、ロボット１００のモーション格納部１６０にもダウンロードされる。どのモーションを実行するかは、サーバ２００で決定されることもあるし、ロボット１００で決定されることもある。ロボット１００のモーションの多くは、複数の単位モーションを含む複合モーションとして構成される。

個人データ格納部２１８は、ユーザの情報を格納する。具体的には、ユーザに対する親密度とユーザの身体的特徴・行動的特徴を示すマスタ情報を格納する。年齢や性別などの他の属性情報を格納してもよい。

ロボット１００は、ユーザごとに親密度という内部パラメータを有する。ロボット１００が、自分を抱き上げる、声をかけてくれるなど、自分に対して好意を示す行動を認識したとき、そのユーザに対する親密度が高くなる。ロボット１００に関わらないユーザや、乱暴を働くユーザ、出会う頻度が低いユーザに対する親密度は低くなる。

データ処理部２０２は、位置管理部２０８、認識部２１２、動作制御部２２２、親密度管理部２２０および状態管理部２４４を含む。位置管理部２０８は、ロボット１００の位置座標を特定する。状態管理部２４４は、充電率や内部温度、プロセッサ１２２の処理負荷などの各種物理状態など各種内部パラメータを管理する。また、状態管理部２４４は、ロボット１００の感情（寂しさ、好奇心、承認欲求など）を示す様々な感情パラメータを管理する。

認識部２１２は、外部環境を認識する。外部環境の認識には、温度や湿度に基づく天候や季節の認識、光量や温度に基づく物陰（安全地帯）の認識など多様な認識が含まれる。ロボット１００の認識部１５６は、内部センサ１２８により各種の環境情報を取得し、これを一次処理した上でサーバ２００の認識部２１２に転送する。

認識部２１２は、ロボット１００の内蔵カメラによる撮像画像から抽出された特徴ベクトルと、個人データ格納部２１８にあらかじめ登録されているユーザ（クラスタ）の特徴ベクトルと比較することにより、撮像されたユーザがどの人物に該当するかを判定する（ユーザ識別処理）。また、認識部２１２は、ユーザの表情を画像認識することにより、ユーザの感情を推定する。認識部２１２は、人物以外の移動物体、例えばペットである猫や犬についてもユーザ識別処理を行う。

認識部２１２は、ロボット１００になされた様々な応対行為を認識し、快・不快行為に分類する。認識部２１２は、また、ロボット１００の行動に対するオーナーの応対行為を認識することにより、肯定・否定反応に分類する。快・不快行為は、ユーザの応対行為が、生物として心地よいものであるか不快なものであるかにより判別される。

動作制御部２２２は、ロボット１００の動作制御部１５０と協働して、ロボット１００のモーションを決定する。動作制御部２２２は、ロボット１００の移動目標地点とそのための移動ルートを作成する。動作制御部２２２は、複数の移動ルートを作成し、その上で、いずれかの移動ルートを選択してもよい。動作制御部２２２は、モーション格納部２３２の複数のモーションからロボット１００のモーションを選択する。

親密度管理部２２０は、ユーザごとの親密度を管理する。親密度は個人データ格納部２１８において個人データの一部として登録される。快行為を検出したとき、親密度管理部２２０はそのオーナーに対する親密度をアップさせる。不快行為を検出したときには親密度はダウンする。また、長期間視認していないオーナーの親密度は徐々に低下する。

（ロボット１００）
ロボット１００は、通信部１４２、データ処理部１３６、データ格納部１４８、内部センサ１２８および駆動機構１２０を含む。通信部１４２は、通信機１２６（図５参照）に該当し、外部センサ１１４、サーバ２００および他のロボット１００との通信処理を担当する。データ格納部１４８は各種データを格納する。データ格納部１４８は、記憶装置１２４（図５参照）に該当する。データ処理部１３６は、通信部１４２により取得されたデータおよびデータ格納部１４８に格納されているデータに基づいて各種処理を実行する。データ処理部１３６は、プロセッサ１２２およびプロセッサ１２２により実行されるコンピュータプログラムに該当する。データ処理部１３６は、通信部１４２、内部センサ１２８、駆動機構１２０およびデータ格納部１４８のインタフェースとしても機能する。

データ格納部１４８は、ロボット１００の各種モーションを定義するモーション格納部１６０を含む。モーション格納部１６０には、サーバ２００のモーション格納部２３２から各種モーションファイルがダウンロードされる。モーションは、モーションＩＤによって識別される。車輪を収容して着座する、腕１０６を持ち上げる、２つの前輪１０２を逆回転させることで、あるいは、片方の前輪１０２だけを回転させることでロボット１００を回転行動させる、車輪を収納した状態で前輪１０２を回転させることで震える、ユーザから離れるときにいったん停止して振り返る、などの様々なモーションを表現するために、各種アクチュエータ（駆動機構１２０）の動作タイミング、動作時間、動作方向などがモーションファイルにおいて時系列定義される。データ格納部１４８には、個人データ格納部２１８からも各種データがダウンロードされてもよい。

データ処理部１３６は、認識部１５６および動作制御部１５０を含む。認識部１５６は、内部センサ１２８から得られた外部情報を解釈する。認識部１５６は、視覚的な認識（視覚部）、匂いの認識（嗅覚部）、音の認識（聴覚部）、触覚的な認識（触覚部）が可能である。

認識部１５６は、画像から移動物体、特に、人物や動物に対応する画像領域を抽出し、抽出した画像領域から移動物体の身体的特徴や行動的特徴を示す特徴量の集合として「特徴ベクトル」を抽出する。特徴ベクトル成分（特徴量）は、各種身体的・行動的特徴を定量化した数値である。例えば、人間の目の横幅は０～１の範囲で数値化され、１つの特徴ベクトル成分を形成する。人物の撮像画像から特徴ベクトルを抽出する手法については、既知の顔認識技術の応用である。移動物体を検出したときには、ニオイセンサや内蔵の集音マイク、サーモセンサ等からも身体的特徴や行動的特徴が抽出される。これらの特徴も定量化され、特徴ベクトル成分となる。認識部１５６は、特許文献２等に記載の既知の技術に基づいて、特徴ベクトルからユーザを特定する。ロボット１００は、特徴ベクトルをサーバ２００に送信する。

検出・分析・判定を含む一連の認識処理のうち、認識部１５６は認識に必要な情報の取捨選択や抽出を行い、判定等の解釈処理はサーバ２００の認識部２１２により実行される。認識処理は、サーバ２００の認識部２１２だけで行ってもよいし、ロボット１００の認識部１５６だけで行ってもよいし、上述のように双方が役割分担をしながら上記認識処理を実行してもよい。ロボット１００は内部センサ１２８によりユーザの行為を物理的情報として取得し、サーバ２００の認識部２１２は快・不快を判定する。また、サーバ２００の認識部２１２は特徴ベクトルに基づくユーザ識別処理を実行する。

サーバ２００の認識部２１２は、ロボット１００に対するユーザの各種応対を認識する。各種応対行為のうち一部の典型的な応対行為には、快または不快、肯定または否定が対応づけられる。一般的には快行為となる応対行為のほとんどは肯定反応であり、不快行為となる応対行為のほとんどは否定反応となる。快・不快行為は親密度に関連し、肯定・否定反応はロボット１００の行動選択に影響する。

認識部１５６により認識された応対行為に応じて、サーバ２００の親密度管理部２２０はユーザに対する親密度を変化させる。原則的には、快行為を行ったユーザに対する親密度は高まり、不快行為を行ったユーザに対する親密度は低下する。

動作制御部１５０は、サーバ２００の動作制御部２２２と協働してロボット１００のモーションを決める。一部のモーションについてはサーバ２００で決定し、他のモーションについてはロボット１００で決定してもよい。また、ロボット１００がモーションを決定するが、ロボット１００の処理負荷が高いときにはサーバ２００がモーションを決定するとしてもよい。サーバ２００においてベースとなるモーションを決定し、ロボット１００において追加のモーションを決定してもよい。モーションの決定処理をサーバ２００およびロボット１００においてどのように分担するかはロボットシステム３００の仕様に応じて設計すればよい。

動作制御部１５０は、選択したモーションを駆動機構１２０に実行指示する。駆動機構１２０は、モーションファイルにしたがって、各アクチュエータを制御する。

動作制御部１５０は、親密度の高いユーザが近くにいるときには「抱っこ」をせがむ仕草として両方の腕１０６をもちあげるモーションを実行することもできるし、「抱っこ」に飽きたときには左右の前輪１０２を収容したまま逆回転と停止を交互に繰り返すことで抱っこをいやがるモーションを表現することもできる。駆動機構１２０は、動作制御部１５０の指示にしたがって前輪１０２や腕１０６、頭部（頭部フレーム３１６）を駆動することで、ロボット１００に様々なモーションを表現させる。

次に、以上の基本構成を前提として、本実施形態におけるロボットシステム３００の実装について説明する。以下では特に、本実装の特徴と目的および基本構成との相違点を中心として説明する。

図７は、ロボットシステム３００の機能ブロック図である。
ロボットシステム３００は、ロボット１００、ステーション５００および複数の外部センサ１１４を含む。サーバ２００は、ステーション５００に設けられている。ロボット１００は、図６に示した構成に加え、バッテリー１１８および充電回路１７０を含む。内部センサ１２８は、さらに電池残量センサを含む。

一方、ステーション５００は、充電回路２５０および誘導部２５２をさらに含む。ロボット１００の充電回路１７０がステーション５００の充電回路１７０に接続されることにより、バッテリー１１８への充電が可能となる。誘導部２５２は、ロボット１００をステーション５００に誘導するための誘導信号を出力する発信回路を含む。サーバ２００のデータ処理部２０２が、その発信回路を制御する。誘導方法等の詳細については後述する。

図８Ａ～図８Ｃは、ロボット１００が外皮３１４を装着した状態を表す図である。図８Ａは右側面図であり、図８Ｂは正面図であり、図８Ｃは背面図である。なお、ロボット１００の外観は、ほぼ左右対称となっている。

ロボット１００における胴部フレーム３１８の後部下方には、後輪１０３を収容するための収容口３７７が設けられている。そして、収容口３７７の左右に一対の充電端子５１０が突設されている。充電端子５１０の基端は、胴部フレーム３１８の内部に位置し、図示しない配線を介して充電回路１７０（図７参照）に接続されている。充電端子５１０の先端は、やや大径の円板状とされ、ボタン態様をなしている。

外皮３１４は、外皮本体４２０と弾性装着部４２２とを縫い合わせて構成される。外皮本体４２０および弾性装着部４２２は、いずれも柔軟素材からなる。外皮本体４２０は、頭部フレーム３１６に被せられる袋状部４２４と、袋状部４２４の左右側面から下方に延びる一対の手部４２６と、袋状部４２４の正面から下方に延びる延在部４２８と、袋状部４２４の背面から下方に延びる延在部４３０とを含む。袋状部４２４の前面側に、顔領域１１６を露出させるための開口部４３２が設けられている。

弾性装着部４２２は、外皮３１４の底部を構成し、外皮本体４２０の前後の延在部４２８，４３０を下方で連結している。弾性装着部４２２には、収容口３７７と対応する位置に開口部４３４が設けられている。弾性装着部４２２の後部下方には一対の孔４３６が形成されている。孔４３６は、ボタン穴のような小幅形状を有するが、弾性装着部４２２が柔軟であるため、幅方向に押し広げることができる。これらの孔４３６に、一対の充電端子５１０が挿通される。充電端子５１０の孔４３６への挿通後、孔４３６は弾性力により元の小幅形状に戻る。それにより、充電端子５１０の頭部が孔４３６の周辺に引っ掛かり、外皮３１４が脱げることを防止できる。すなわち、充電端子５１０は、充電のための端子であるとともに、外皮３１４を固定するための部材でもある。

また、ロボット１００の後部カバー１０７（尻尾）には、内部センサ１２８として赤外線センサ１７２および一対のマイク１７４が設けられている。すなわち、後部カバー１０７の中央部に赤外線センサ１７２が設けられ、その左側に左マイク１７４Ｌ、右側に右マイク１７４Ｒが設けられている。後部カバー１０７が開き、後輪１０３が出された状態で、これらはロボット１００の後方を向く。赤外線センサ１７２および一対のマイク１７４は、ロボット１００がステーション５００へ進入する際の誘導制御に用いられる。

図９は、ステーション５００の外観を表す斜視図である。なお、以下では説明の便宜上、ステーション５００においてロボット１００の進入方向奥側（進入方向先側）を「奥側」、進入方向手前側（進入方向後側）を「手前側」，「正面側」と表現することがある。
ステーション５００は、充電のための主要部分である充電ユニット５０６と、一対の背面パネル５０８などの装飾のための部材を含む。充電ユニット５０６は、ベース５０４およびユニット本体５１２を含む。ベース５０４は、平面視長方形状をなし、左右に充電スペース５０２が設けられている。ベース５０４の上面中央にユニット本体５１２が立設されている。ユニット本体５１２は、上半部が拡大された筐体５１４を有する。一対の背面パネル５０８は、筐体５１４の正面左右にそれぞれ配置されている。背面パネル５０８は、固定部材５０９を介してユニット本体５１２に着脱可能に取り付けられる。固定部材５０９はアーム状の部材であり、その一端が背面パネル５０８の裏面に、他端が筐体５１４の裏面にそれぞれ着脱可能に固定される。筐体５１４の左右には、各背面パネル５０８の下方位置に誘導部２５２がそれぞれ設けられている。

図１０は、充電ユニット５０６の外観を表す図である。図１０Ａは斜視図であり、図１０Ｂは正面図である。
充電ユニット５０６は、左右対称構造を有し、向かって左側の充電スペース５０２（「左スペース５０２Ｌ」ともいう）と、右側の充電スペース５０２（「右スペース５０２Ｒ」ともいう）のそれぞれにおいてロボット１００の充電が可能である。筐体５１４は、サーバ２００および充電回路２５０を収容している。各充電スペース５０２にそれぞれ一対の給電端子５２０が配設されている。一対の給電端子５２０の一方が充電回路２５０の電源ラインに接続され、他方がグランドラインに接続される。

ベース５０４の左右上面は、各充電スペース５０２にロボット１００を円滑に誘導するための傾斜面を有する。ベース５０４の左右上面には、充電スペース５０２ごとに目標位置Ｐ１が設定されている。目標位置Ｐ１には、ロボット１００の後輪１０３を落とし込むための車輪受５２２が設けられている。ベース５０４における入口側は広く開放されており、目標位置Ｐ１とその入口正面位置Ｐ２（「特定位置」に対応する）とをつなぐように仮想的に基準進入ラインＬが設定されている。基準進入ラインＬは、ロボット１００が充電ユニット５０６に対して最も効率良く進入できる経路、言い換えれば、後輪１０３が目標位置Ｐ１に最も効率良く到達できる経路を示し、本実施形態では直線的に設定される。

ベース５０４は、各充電スペース５０２において基準進入ラインＬを奥方に向かうにしたがってその左側および右側が隆起する形状を有する。左右の隆起部の奥方の間隔が小さくされ、後輪１０３を目標位置Ｐ１へ直線的に誘導するための誘導路５２３が形成されている。誘導路５２３の幅は、後輪１０３の幅よりもやや大きい。誘導路５２３の中央に車輪受５２２が設けられている。左右の隆起部の手前側には、一対の開口部５０５が設けられ、一対の給電端子５２０をそれぞれ突出させている。一対の開口部５０５は、誘導路５２３の左側と右側にそれぞれ位置する。給電端子５２０は、正面やや上方かつ基準進入ラインＬ寄りに向けて延出している。すなわち、一対の給電端子５２０が、充電スペース５０２に対してやや内向きとなるように支持されている。一対の給電端子５２０は、後輪１０３が車輪受５２２に到達した状態で一対の充電端子５１０にそれぞれ接続可能である。

一対の誘導部２５２は、筐体５１４の左右側面からそれぞれ突出するように設けられている。左側の誘導部２５２は左スペース５０２Ｌの基準進入ラインＬの上方に位置する。右側の誘導部２５２は右スペース５０２Ｒの基準進入ラインＬの上方に位置する。各誘導部２５２は、対応する充電スペース５０２にロボット１００を誘導するための誘導信号を発信する。誘導部２５２は、誘導信号として超音波信号を送信する超音波送信機と、赤外線信号を送信する赤外線送信機を有する。これらの送信機は、サーバ２００に接続され、データ処理部２０２により制御される。

ロボット１００がステーション５００に近づくと、誘導部２５２から超音波信号と赤外線信号が送信される。ロボット１００は、赤外線センサ１７２により赤外線信号を受信し、一対のマイク１７４（左マイク１７４Ｌ、右マイク１７４Ｒ）により超音波信号を受信する（図８Ｃ参照）。ロボット１００は、誘導部２５２から送信される超音波信号と赤外線信号の到達時間差に基づいて目標位置Ｐ１までの距離を演算し、その算出結果に基づいて走行速度（充電スペース５０２への進入速度）を調整する。ロボット１００は、また、左マイク１７４Ｌと右マイク１７４Ｒのそれぞれが受信する超音波信号の到達時間差に基づいて充電スペース５０２への進入角度を演算し、その演算結果に基づいて走行方向（充電スペース５０２への進入角度）を調整する。

ユニット本体５１２の上部前面には、キャリブレーションのための基準値提供部５２４が設けられている。ステーション充電ステーション５００では、ロボット１００のサーモセンサ１１５についてキャリブレーションを行うことができる。基準値提供部５２４は、サーバ２００により制御される。基準値提供部５２４は、異なる温度に設定された２つの恒温源を有する。それらの温度差が予め設定されている（２つの恒温源の温度差を「設定温度差」ともいう）。ロボット１００は、サーモセンサ１１５の出力値から２つの恒温源の温度差を計測する（このとき計測された温度差を「計測温度差」ともいう）。ロボット１００は、設定温度差と計測温度差とを比較し、その差分を補正することでキャリブレーションを実行できる。

次に、ステーション５００における車輪誘導構造および充電端子接続構造について詳細に説明する。
図１１～図１３は、ベース５０４の上面の形状を表す説明図である。説明の便宜上、図１０ＢのＡ部に対応する部分を抽出する形で示され、給電端子５２０は省略されている。図１１Ａは斜視図であり、図１１Ｂは正面図である。図１２Ａは平面図であり、図１２Ｂは図１１ＢのＸ－Ｘ矢視断面図である。図１３Ａ～図１３Ｈは、それぞれ図１２ＡのＡ－Ａ～Ｈ－Ｈ矢視断面を示す。

図１１に示すように、ベース５０４は、その奥側領域に車輪受５２２が凹設され、目標位置Ｐ１が設定されている。ベース５０４の正面入口には、床面Ｆとの段差がほとんどない平坦部５３０が設けられている。ベース５０４は、その平坦部５３０に滑らかにつながる傾斜面５３２を有する。

図１２にも示すように、入口正面位置Ｐ２から目標位置Ｐ１に向けて、基準進入ラインＬに沿って上り傾斜５３４と下り傾斜５３６とを連続的に有する。そして、上り傾斜５３４のほうが下り傾斜５３６よりも勾配が緩やかとされている。下り傾斜５３６の先に車輪受５２２が設けられ、その中央に目標位置Ｐ１が設定されている。図示のように下り傾斜５３６の勾配を大きくしつつ、その幅を小さくすることで、目標位置Ｐ１に到達した後輪１０３が反動で手前側に戻らないようにしている。車輪受５２２は、充電端子５１０と給電端子５２０との間に接触圧が作用するように位置決めされている。本実施形態では図示のように、基準進入ラインＬの法線上に誘導部２５２が位置する。そして、誘導部２５２から送信される超音波および赤外線の指向性（指向角θ）がいずれも６０度程度（基準進入ラインＬを中心に左右それぞれ３０度程度）となるように設定されているが、それ以外の値を設定してもよい。

図１３に示すように、ベース５０４の上面は、基準進入ラインＬの両サイドにその基準進入ラインＬに向けて低位となるよう傾斜する三次元曲面形状を有する。図１３Ｂ～（ｅ）に示すように、ベース５０４の上面は、上り傾斜５３４の区間において、基準進入ラインＬを境とする両サイドの勾配（左右方向の勾配）が奥側ほど大きくなる形状を有する。このため、ベース５０４の上面は、入口側に向けて下り勾配となり、かつ扇状に広がる形状を有する。

図１４は、給電端子５２０を含む端子ユニットの構造を表す図である。図１４Ａは、端子ユニットおよびその周辺構造を示す。図１４Ｂは、端子ユニットの先端部を示す正面図である。図１４Ｃは端子ユニットの先端部を示す側面図である。
図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、端子ユニット５５０は、円柱状の本体５５２の先端部に端子支持部５５４を有し、その端子支持部５５４において給電端子５２０を相対変位可能に支持する。本体５５２は、その基端部がベース５０４に支持されている。

給電端子５２０は、複数のピン端子５２１ａ～５２１ｆを含む（これらを特に区別しない場合には「ピン端子５２１」という）。すなわち、給電端子５２０が複数本のピン端子５２１で構成されており、これらのピン端子５２１が電気的に接続されている。各ピン端子５２１の先端は球面状とされている。

図１４Ｂおよび図１４Ｃに示すように、端子支持部５５４は、その先端部に先端に向けて小径となるテーパ面５５６を有し、先端面中央に円板状のマグネット５５８（永久磁石）が設けられている。端子支持部５５４におけるマグネット５５８の周囲には、複数の挿通孔５６０（本実施形態では６つ）が軸線方向に延びるように設けられている。これらの挿通孔５６０は、テーパ面５５６に開口している。ピン端子５２１ａ～５２１ｆが、６つの挿通孔５６０にそれぞれ摺動可能に支持されている。各挿通孔５６０の後部にスプリング５６２（「付勢部材」として機能する）が配設されており、ピン端子５２１を前方に付勢している。このため、ピン端子５２１は、充電端子５１０が給電端子５２０に接続されない状態においてテーパ面５５６の開口部から所定量突出する。

急速充電のために給電端子５２０からの供給電流値が高くなるところ、上記構成により給電端子５２０と充電端子５１０との接触面積を広くして電流密度を下げることができ、発熱を抑制できる。すなわち、両端子間で広い接触面積を確保するためには、広い電極（端子）を用いればよい。しかし、その広い電極を単一の端子で構成すると、その全面で接触させるためにロボット１００の進入角度を厳格に調整する必要がある。この点、本実施形態では、複数のピン状の端子を設けるとともに、それらが端子接続方向に個別に摺動する構造とされている。また、各ピン端子５２１がスプリング５６２により個別に付勢される。このため、給電端子５２０と充電端子５１０とが本来の接続角度に対して傾いているときであっても、各ピン端子５２１が充電端子５１０に向けて当接する方向へ付勢され、それぞれ充電端子５１０に接触する。これにより、ロボット１００の進入角度が理想的な角度からずれていても、両端子の必要な接触面積を確保できる。言い換えれば、ロボット１００の進入角度を寛容にできる。給電端子５２０の接続が完了する前に各ピン端子５２１が充電端子５１０をこすることで酸化被膜が除去される。このことも、接触面積の確保に寄与する。

図１５は、ベース５０４における端子ユニット５５０の支持構造（支持機構）を表す模式図である。図１５Ａは、端子ユニット５５０の待機状態（無負荷状態）を示す。図１５Ｂおよび図１５Ｃは、ロボット１００が端子ユニット５５０に接続されるときに生じ得る状態（負荷状態）を示す。

図１５Ａに示すように、左右一対の端子ユニット５５０が板状の支持部材５６４に支持され、支持部材５６４がベース５０４に支持されている。支持部材５６４は、ベース５０４の内部空間に配置され、ベース５０４に立設された回動軸５６６を中心に回動可能に支持されている。回動軸５６６は、基準進入ラインＬの法線上に設けられ、誘導路５２３の下方に位置する。支持部材５６４の左右には、円ボス状の支持部５６８が設けられている。各支持部５６８は、支持部材５６４の上面に対して傾斜する軸線を有する。各支持部５６８に端子ユニット５５０が取り付けられた際には、図示のように、両ユニットの先端が互いにやや内向きとなり、それぞれ斜め前方かつ上方に向く。

ベース５０４には、外力が作用しない状態において支持部材５６４を回動方向の基準位置に保持するためのスプリング５７０（「付勢部材」として機能する）が配設されている。ここで、「基準位置」は支持部材５６４の前面が正面を向く位置、言い換えれば、一対の端子ユニット５５０が基準進入ラインＬに対して等距離となる位置とされる。

一対の端子ユニット５５０の相対位置は、ほぼ変化しない。しかし、ロボット１００がステーション５００に対して斜めに進入した場合、つまり後輪１０３の進入方向が基準進入ラインＬから少しでもずれると、一対の充電端子５１０の一方が他方よりも先に給電端子５２０に到達する。支持部材５６４の回動構造は、このずれを吸収する。すなわち、先に到達した充電端子５１０による押圧力により支持部材５６４が図中時計回り又は反時計回りに回動する（図１５Ｂ，図１５Ｃ参照)。これにより、後に到達する側の充電端子５１０と給電端子５２０との接続も促される。すなわち、給電端子５２０は、充電端子５１０に合わせて変位可能となるようベース５０４に支持されている。

なお、ベース５０４の開口部５０５は、この支持部材５６４の回動に伴う端子ユニット５５０の変位を許容するよう長孔形状（スリット状）をなしている。スプリング５７０は、両端子の接続に際してショックアブソーバとしても機能する。

図１６は、充電端子５１０と給電端子５２０との接続構造を表す模式図である。図１６Ａは、接続構造を表す部分断面図である。図１６Ｂおよび図１６Ｃは、接続過程における端子ユニット５５０の動きを示す。
図１６Ａに示すように、ロボット１００の充電端子５１０は斜めやや下方を向き、ステーション５００の給電端子５２０は斜め上方を向く。そして上述のように車輪受５２２の手前側に勾配の大きい傾斜が設けられることで（図１２Ｂ参照）、後輪１０３が後方寄り、つまり充電端子５１０と給電端子５２０とを接続する方向へ付勢される。両者が接続する際、ロボット１００の後方向きの慣性力が、充電端子５１０を介した押圧力として端子ユニット５５０の軸線方向に作用する（二点鎖線矢印参照）。

充電端子５１０の接続面５１１が凹球面状であるのに対し、端子ユニット５５０の先端が凸形状（テーパ形状）を有し、両者は概ね相補形状となっている。充電端子５１０と給電端子５２０とは、マグネット５５８により着脱可能に接続される。両端子が接続されるとき、給電端子５２０（６つのピン端子５２１）が、スプリング５６２の付勢力に抗して軸線方向に押し下げられる（一点鎖線矢印参照）。このとき生じるスプリング５６２の弾性反力により、両端子間に十分な接触圧が得られ、安定した接続状態が確保される。

なお、充電時には前輪１０２の駆動力（推進力）がオフにされるため（脱力状態）、そのオフにした反動で両端子を離間させる方向の慣性力が作用する可能性がある。この点、本実施形態ではマグネット５５８による吸着力により両端子の接続状態が維持される。また、図１５Ｂおよび図１５Ｃに示したように、ロボット１００の進入方向が基準進入ラインＬから多少ずれたとしても、マグネット５５８の吸引力により両端子を接続できる。

図１６Ｂに示すように、支持部５６８は、斜め上方に向けて開口するガイド部５７２を有し、端子ユニット５５０の本体５５２を挿通する。ガイド部５７２は、その軸線Ｌ２に沿って本体５５２を摺動可能に支持する。ガイド部５７２は、軸線Ｌ２に対して直角な底面を有する。支持部５６８は、また、その側面に沿って斜め方向に延びるガイド孔５７４を有する。ガイド孔５７４は、支持部５６８の先端付近から後方に向けて軸線Ｌ２を中心とした所定角度範囲に延在している。

一方、本体５５２の後端近傍に係合ピン５７６が突設されている。係合ピン５７６は、本体５５２の半径方向外向きに突出し、ガイド孔５７４と嵌合している。図示のように、係合ピン５７６の外径はガイド孔５７４の幅とほぼ等しい。ガイド部５７２の底面と本体５５２との間には、端子ユニット５５０を突出方向（軸線Ｌ２に沿って上方）に付勢するスプリング５７８（「付勢部材」として機能する）が介装されている。

このような構成により、端子ユニット５５０は、支持部５６８から突出する方向に弾性的に支持される。その突出量は、係合ピン５７６がガイド孔５７４の上端に係止されることで規制される。ロボット１００の充電端子５１０が接続する際、端子ユニット５５０は、軸線Ｌ２に沿って斜め下方に押し下げられる。このとき、図１６Ｃに示すように、係合ピン５７６がガイド孔５７４に沿ってガイドされることで、本体５５２ひいては端子ユニット５５０が軸線Ｌ２の周りに回転する。このため、充電端子５１０が給電端子５２０に当接し始めてから、両者の接続が完了するまでに各ピン端子５２１が接続面５１１に対して摺動する。それにより、ピン端子５２１の先端面に付着した酸化被膜や汚れを削ぎ落とし、両端子の通電状態を良好に保つことができる。すなわち、この端子ユニット５５０の回動機構は、端子接触面を良好に保つセルフクリーニング機構として機能する。

図１７は、ロボット１００の進入動作を表す図である。図１７Ａ～図１７Ｃは、その動作過程を示す。
バッテリー１１８への充電を行うタイミングになると、ロボット１００は、ステーション５００へ向けて移動する。このとき、カメラや形状測定センサ等の情報に基づいて障害物を避けながらステーション５００へ向かう。ロボット１００は、ステーション５００に接近すると（図１７Ａ）、その向きを反転してバックし、充電スペース５０２に進入する（図１７Ｂ）。

このとき、ロボット１００の進行方向がステーション５００に設定された基準進入ラインＬに対して多少傾いていたとしても、給電端子５２０と充電端子５１０との接続が促される。既に説明したように、ベース５０４の上面が、進入してくる後輪１０３に対して基準進入ラインＬ側への重力成分をもたせる三次元曲面形状の傾斜面を含む（図１３参照）。このため、ロボット１００が適度な速度で進入すれば、後輪１０３の転動を継続させつつ車輪受５２２（目標位置Ｐ１）へ自然に導くことができる。給電端子５２０は、後輪１０３が目標位置Ｐ１に到達した状態で充電端子５１０に接続される（図１７Ｃ）。

図１８および図１９は、車輪誘導メカニズムを例示する模式図である。図１８Ａ～図１８Ｃは、車輪誘導過程を平面視にて示す。図１９Ａ～図１９Ｃは、車輪誘導過程において後輪１０３が位置する箇所の鉛直断面を示し、それぞれ図１８Ａ～図１８Ｃに対応する。同図においては説明の便宜上、ロボット１００に関して前輪１０２と後輪１０３との位置関係のみを示し、ステーション５００に関しては充電スペース５０２（ロボット１００の進入路）のみを示している。

ここでは、ロボット１００の進入方向と基準進入ラインＬとがずれる状態、つまり後輪１０３が基準進入ラインＬに対して傾いた角度で充電スペース５０２へ進入してきた場合を仮定する。この場合、後輪１０３は、ベース５０４の傾斜に起因する重力成分（高いところから低いところへ向かう力）と前輪１０２による推進力との合力を受けてキャスター特有の動きをし、その転動方向を滑らかに変化させる。

具体的には、後輪１０３は、奥方へ進行しつつ低位側である基準進入ラインＬへ向かうように自然に転動する（図１８Ａ，図１９Ａ）。ベース５０４の奥方に向かうほど基準進入ラインＬの左右の勾配が大きくなるため、その転動は基準進入ラインＬの近傍に収束する（図１８Ｂ，図１９Ｂ）。このようにして、後輪１０３は、最終的に基準進入ラインＬの奥方に設けられた車輪受５２２（目標位置Ｐ１）に到達する（図１８Ｃ，図１９Ｃ）。

図２０は、ステーション５００からロボット１００が退出するときの動作を表す図である。図２０Ａは充電完了時の状態を示し、図２０Ｂは端子解除動作を示す。
充電が完了してロボット１００をステーション５００から退出させる際、充電端子５１０と給電端子５２０との接続を解除する必要がある。しかし、両端子がマグネット５５８の吸引力により接続されているため（図１６Ａ参照）、図２０Ａに示す状態からロボット１００をそのまま前進させてもその接続解除が容易でない場合が想定される。

そこで、左右の前輪１０２が個別に進退駆動できることを利用して端子接合部を捻り、その接続を解除する。すなわち、図２０Ａに示す状態から左輪１０２ａおよび右輪１０２ｂの一方を退避側（車輪収容側）に駆動してボディ１０４の片側を落とすことで、充電端子５１０と給電端子５２０との接合面にせん断力を与え、両端子を引き離すことができる。両端子の接続が解除された後、前輪１０２を進出状態に戻して前進させることで、ロボット１００をステーション５００から退出させることができる。このような退避動作は、あたかもロボット１００がお尻をふって巣から出てくる様子を演出し、生物的な挙動と愛らしさを同時に表現できる。

以上、実施形態に基づいてロボット１００、ステーション５００およびこれらを含む充電システム１０について説明した。ステーション５００によれば、ロボット１００の進入角度がずれていたとしても、後輪１０３の転動に伴う慣性と重力（自重）を利用することで、後輪１０３を目標位置Ｐ１に自然に誘導できる。すなわち、ベース５０４の上面が、進入してくる後輪１０３に対し目標位置Ｐ１へ向かう重力成分をもたせる傾斜面を含むため、後輪１０３の転動方向ひいてはロボット１００の進行方向が自然に修正される。車輪の誘導をベース５０４そのものの形状に担わせるものであり、簡易に実現できる。

なお、本発明は上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。上記実施形態や変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成してもよい。また、上記実施形態や変形例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。

上記実施形態では、図１６Ａに示したように、充電端子５１０と給電端子５２０とをマグネット５５８（永久磁石）にて固定する構成を例示した。変形例においては、永久磁石に代えて電磁石を採用してもよい。充電中は電磁石の通電を維持し、ロボット１００が充電ステーション５００から退出する前に通電を停止することにより、両端子間の離脱を容易にできる。上記実施形態のように、ボディ１０４を捻る動作をしなくとも両端子の接続を解除できる。

上記実施形態では、図２０に示したように、ロボット１００を斜めに傾けることで充電端子５１０と給電端子５２０との接合面にせん断力を与えることで、両端子を引き離すことを例示した。変形例においては、端子ユニット５５０を充電端子５１０と給電端子５２０との接合面にせん断力を与えるように動かすことで、両端子を切り離してもよい。図１５の端子ユニット５５０は、支持部材５６４に取り付けられ、回動軸５６６の周りに回動可能に形成されている。変形例においては、回動軸５６６に直交する方向に延びる回動軸（例えば支持部材５６４の前後方向に延びる回動軸）を追加して、両端子を離脱させるときに、支持部材５６４をその回動軸周りに回動させる。これにより、ロボット１００が斜めに姿勢を変化させなくても、充電端子５１０と給電端子５２０との接合面にせん断力を与えることができる。

上記実施形態では、図３に示したように、左輪１０２ａと右輪１０２ｂのそれぞれに対して回動軸３７８およびアクチュエータ３７９を設け、各輪の進退駆動を個別に制御できるようにした。変形例においては、左右輪に共用の回動軸およびアクチュエータを設け、一体に進退駆動してもよい。この場合、ロボット１００のボディ１０４を捻るのは困難となるが、ボディ１０４を上下に振ることはできるため、両端子間が永久磁石で固定されていても、それを解除することは可能である。ただし、上記実施形態のようにボディ１０４を捻る動作のほうが、両端子の接続面にせん断力を効果的に与えやすい点で好ましい。

上記実施形態では、給電端子のセルフクリーニング機構として、充電端子からの押圧力を利用して給電端子を軸線周りに回転させ、充電端子に対して回転摺動させる構成を例示した。変形例においては、充電端子の押圧力を利用して給電端子を直線的に摺動させる構成としてもよい。例えば、給電端子の先端をテーパ面とし、充電端子の軸線方向への変位に伴って給電端子がその軸線と直角方向の力を受けるように構成してもよい。

上記実施形態では、図９に示したように、充電ステーション５００に背面パネル５０８として背もたれ態様の部材を設け、誘電中におけるロボット１００の休息を演出した。変形例においては、背面パネルとして背景を演出する部材を配置してもよい。例えば、植物等を模擬することにより、巣をイメージさせてもよい。２体のロボット１００が一つの巣に戻ってリラックスする様子を演出してもよい。それにより「ロボットの充電」というユーザの観念を薄め、ロボット１００の生命感を高めることができる。また、季節等に応じて複数種のパネルを交換可能とし、適度にイメージを変化させてもよい。固定部材５０９を共用の部材として、様々な形態の背面パネルを取り付けることができる。

上記実施形態では、基準値提供部５２４によるキャリブレーションの対象をサーモセンサとした。変形例においては、例えば測距センサ、形状測定センサ（深度センサ）など、内部センサ１２８に含まれるその他のセンサとしてもよい。基準値提供部５２４は、センサの測定対象の基準値を出力する。

上記実施形態では、給電端子５２０を構成するピン端子５２１の先端を球面状（半球状）としたが、平坦状としてもよい。給電端子５２０の形状に合わせて充電端子５１０側の接続面（当接面）も平坦にするなど相補形状とするとよい。

上記実施形態では、図１４に示したように、端子ユニット５５０の構成について、先端部中央にマグネット５５８を配置し、その周囲に複数のピン端子５２１を配置する態様を例示した。変形例においては逆に、先端部中央に給電端子（一つの給電端子又は複数に分割したピン端子）を配置し、その周囲又は両サイドにマグネットを配置してもよい。なお、上記実施形態の配置によれば、端子ユニットが正面視でボタン態様に見えるなど、デザイン的要素において演出に貢献できる可能性がある。

上記実施形態では、ロボット１００側の充電端子５１０の端面を凹形状とし、充電ステーション５００側の給電端子５２０の端面を凸形状とする態様を例示した。変形例においては逆に、充電端子の端面を凸形状とする一方、給電端子の端面を凹形状とし、両者を概ね相補形状としてもよい。ただし、凸面よりも凹面のほうが、通常の使用態様において汚れや傷が付き難いため、環境変化が大きいロボット側の充電端子を凹面状（凹球面状を含む）とするのが好ましい。

上記実施形態では、ロボット１００が立ったまま（車輪を進出させたまま）充電をする例を示した。変形例においては、ロボットがしゃがんだ状態（車輪を収納した状態）で充電を行うようにしてもよい。それにより、ロボットが寝ている等の振る舞いを表現し易くなり、演出的効果が得られる。一方、急速充電によりロボットが発熱し易いことを考慮すると、車輪を出すことでボディ１０４との間に隙間を形成し、ボディ１０４の内外の通気を確保するのも好ましい。

上記実施形態では、ベース５０４に乗り上げる車輪（後輪１０３）を一輪とする例を示した。変形例においては二輪としてもよい。具体的には、ロボットの車輪を四輪とし、その二輪をキャスターからなる従動輪としてもよい。また、上記実施形態では、ベース５０４に乗り上げる車輪をロボットの後輪としたが、前輪としてもよい。その場合、後輪を駆動輪、前輪を従動輪とする。

上記実施形態では、ベース５０４に乗り上げる車輪（後輪１０３）をキャスターとする例を示した。キャスターは、車軸が主軸（旋回軸）の軸線上にはなく、オフセットされている（つまりトレールを有する）。このトレールにより、進行方向に車輪の転動を速やかに追従させ易い。このため、車輪をベース５０４の三次元曲面形状に沿って重力成分方向に誘導し易い。言い換えれば、その三次元曲面形状は、このようなキャスターの性質を効果的に利用したものと言える。変形例においては、キャスターでない車輪、つまり車軸が主軸（旋回軸）の軸線上に位置する車輪を採用してもよい。キャスターほどの効果が得られなくとも、重力成分を利用した誘導は可能である。

上記実施形態では、基準進入ラインを目標位置とその入口側正面（真正面）の特定位置とを結ぶ直線状とした。変形例においては、目標位置からみて斜め前方の入口側特定位置と目標位置とを結ぶ直線状に設定してもよい。特に上記実施形態のように充電ステーションに対して複数のロボットを同時に進入可能とする場合、各充電スペースの入口側特定位置を離隔させることで、ロボット間の干渉を防止できる。また、ベースを比較的大きく構成できる場合、基準進入ラインに曲線部分を含めてもよい。すなわち、「基準進入ライン」は、必ずしも直線であることを要しない。なお、ベースにおける基準進入ラインの左右には、進入してくる車輪に対して基準進入ライン側への重力成分をもたせる三次元曲面形状の傾斜面を含めるものとする。

上記実施形態では、充電ステーションのベースに対してロボットの後輪のみが乗り上げる構成を例示した。変形例においては、後輪のみならず前輪も乗り上げる構成としてもよい。ロボットが前輪からベースに乗り上げる場合も同様である。その場合、ベース入口側の平坦部を大きくする。特にベースそのものが軽量で不安定である場合、ロボットの全体重を乗せることにより安定化させることができる。なお、上記実施形態ではユニット本体５１２が十分な重量を有するため、特段その必要はない。

上記実施形態では述べなかったが、充電ステーションにおいて、充電中に上昇する温度を計測（監視）してもよい。充電ステーションは、充電状態を管理する充電制御部を備える。充電制御部は、計測された温度が予め設定した上限温度を超えたときに給電を抑制するなどの充電制御を行ってもよい。

上記実施形態では述べなかったが、バッテリー１１８への充電を行うタイミングは、電池残量が設定値以下となったタイミングとしてもよい。あるいは、例えば４５分おきとするなど、電池残量にかかわらず時間（スケジュール）でタイミングを設定してもよい。

この出願は、××××年×月×日に出願された日本出願特願××××－××××××号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (13)

1. 車輪で走行するロボットの充電を行うための充電ステーションであって、
   前記車輪が乗り上げる上面を有するベースと、
   ロボットの充電端子に接続する給電端子と、
   前記ベースに設けられた回転軸と、
   前記ベースの上面の奥側領域に設けられ、前記車輪を目標位置に向けて直線的に誘導するよう幅
   が規制された誘導路と、
   前記誘導路の下方に配置され、前記回転軸を中心に回動可能に支持された支持部材と、
   前記支持部材の左右に支持され、前記給電端子をそれぞれ含む一対の端子ユニットと、
   を備え、
   前記ベースの上面は、
   奥側領域に目標位置が設定される一方、入口側の特定位置と前記目標位置とをつなぐ基
   準進入ラインが設定され、
   進入してくる車輪に対して前記基準進入ライン側への重力成分をもたせる三次元曲面形
   状の傾斜面を含み、
   前記給電端子は、前記車輪が前記目標位置に到達した状態で前記充電端子に接続される
   ことを特徴とする充電ステーション。
2. 前記ベースの上面は、前記基準進入ラインの両サイドに前記基準進入ラインに向けて低
   位となるよう傾斜する三次元曲面形状を含むことを特徴とする請求項１に記載の充電ステ
   ーション。
3. 前記基準進入ラインは、前記特定位置から前記目標位置に向けて上り傾斜と下り傾斜と
   を連続的に有し、
   前記上り傾斜のほうが前記下り傾斜よりも勾配が緩やかであることを特徴とする請求項
   ２に記載の充電ステーション。
4. 前記ベースの上面は、前記上り傾斜の奥行範囲において、前記両サイドの左右の勾配が
   奥行方向に向けて大きくなる形状を含むことを特徴とする請求項３に記載の充電ステーシ
   ョン。
5. 前記ベースの奥側領域に、前記目標位置を含む車輪受が設けられ、
   前記車輪受は、前記車輪を受け入れた状態で前記充電端子と前記給電端子との間に接触
   圧が作用するよう位置決めされていることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の
   充電ステーション。
6. 前記給電端子は、前記充電端子に合わせて変位可能となるよう前記ベースに支持されて
   いることを特徴とする請求項５に記載の充電ステーション。
7. 前記給電端子と前記充電端子とが、マグネットにより着脱可能に接続されることを特徴
   とする請求項６に記載の充電ステーション。
8. 前記給電端子を相対変位可能に支持する端子ユニットを備え、
   前記端子ユニットは、前記充電端子が前記給電端子に接続するときに受ける付勢力によ
   り、前記給電端子が前記充電端子に対して摺動することを許容することを特徴とする請求
   項１～７のいずれかに記載の充電ステーション。
9. 前記端子ユニットは、
   前記ベースにおける入口側へ向けて延びる本体と、
   前記本体の軸線周りに回転可能に支持される一方、その軸線の周囲に前記給電端子を支
   持する端子支持部と、
   を含むことを特徴とする請求項８に記載の充電ステーション。
10. 前記給電端子が複数の端子を含み、
    各端子が前記軸線の周囲に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の充電ステ
    ーション。
11. 前記ベースの上面は、入口側に向けて下り勾配となり、かつ扇状に広がる領域を有する
    ことを特徴とする請求項１～１０のいずれかに記載の充電ステーション。
12. 車輪で走行するロボットの充電を行うための充電ステーションであって、
    前記車輪が乗り上げる上面を有するベースと、
    ロボットの充電端子に接続する給電端子と、
    前記給電端子を支持する支持機構と、
    を備え、
    前記ベースの上面の奥側領域に、前記車輪を目標位置に向けて直線的に誘導するよう幅
    が規制された誘導路が設けられ、
    前記支持機構は、
    前記ベースに設けられた回転軸と、
    前記誘導路の下方に配置され、前記回転軸を中心に回動可能に支持された支持部材と、
    前記支持部材の左右に支持され、前記給電端子をそれぞれ含む一対の端子ユニットと、
    を含むことを特徴とする充電ステーション。
13. 前記端子ユニットは、
    前記給電端子として複数の端子を含み、
    前記複数の端子を端子接続方向に摺動可能に支持することを特徴とする請求項１２に記
    載の充電ステーション。
    

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