JPH0454804A - 移動ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は移動しながら清掃等の作業を行なう移動ロボッ
トに関するものである。

従来の技術 従来、無経路で動く移動ロボットのバッテリーに電力を
供給する場合は、操作者が作業終了後に充電装置の位置
まで移動ロボット本体を動かして充電コードを機械的に
接続して、充電作業を行っていた。

発明が解決しようとする課題 前記したように、従来の移動ロボットは自動機器として
使用するものであるにもかかわらず、充電作業だけは手
動で行われるものであった。このため、自動充電の実現
に対する要望は極めて高いものがあった。すなわち、第
一には充電装置の位置まで正確に移動することができる
移動ロボ１．トの実現であり、第二にはこの移動ロボッ
トに電力を自動供給することである。

本発明は以上のような技術課題を解決しようとするもの
であり、充電装置の位置に正確に移動することができる
移動ロボットを提供することを第一の目的とするもので
ある。またこの移動ロボットに電力を自動供給すること
ができることを第二の目的とするものである。また移動
範囲を拡大することができる移動ロボットを提供するこ
とを第三の目的とするものである。更に移動方向が曲が
っている場合であっても、正確に充電位置に移動するこ
とができる移動ロボットを提供することを第四の目的と
するものである。また位置検出を容易にかつ簡単な構成
で実現できるようにしたことを第五の目的とするもので
ある。

課題を解決するための手段 第一の発明の移動ロボットは、移動ロボット本体に設け
た、磁界方向検出手段と、この磁界方向検出手段の出力
により制御される操舵兼駆動手段と、動力源であるバッ
テリーと、磁界発生手段を有するとともに移動ロボット
本体の外部から前記バッテリーに電力を供給する充電装
置とを備えたものである。

また第二の発明の移動ロボットは、移動ロボット本体に
充電装置からの電力を受給しバッテリーに電力を供給す
る充電電力受給手段を備えたものである。

また第三の発明の移動ロボットは、移動ロボット本体に
磁界の強さを判別する磁界強度検出手段と、この磁界強
度検出手段の出力から充電装置の位置を判別する位置判
別手段とを備え、この位置判別手段の出力を磁界方向検
出手段に伝えるものである。

更に第四の発明の移動ロボットは、操舵兼駆動手段を左
右独立駆動とするとともに充電装置との相対位置を検出
する左右一対の位置検出手段を設けたものである。

また第五の発明の移動ロボットは、磁界発生手段に代え
て非対称交番磁界を発生する非対称磁界発生手段を備え
たものである。

作用 第一の発明による移動ロボットは、充電装置に設けた磁
界発生手段で作られる磁界を検出する磁界方向検出手段
を有しており、充電装置の方向へ自動的に移動でき、ま
た所定の位置に達した時点でこの充電装置の充電電力を
自動的に受けることができるものである。

第二の発明による移動ロボットは、移動ロボット本体を
誘導するとともに、移動ロボット本体が所定の位置に到
着すれば、充電電力受給手段によりバッテリーに対して
電力を供給することができるものである。

第三の発明による移動ロボットは、磁界強度検出手段と
充電位置判別手段を備えており、充電装置の位置を正確
に判別することができ、移動範囲をより大きくとること
ができるものである。

第四の発明による移動ロボットは、充電装置との相対位
置を検出する左右一対の位置検出手段と左右独立駆動と
した操舵兼駆動手段とにより、充電装置近傍に達したと
きの姿勢にかかわらず充電装置と正対することができ、
充電のための位置決めが正確にできるものである。

第五の発明による移動ロボットは、移動ロボット本体を
誘導するための交番磁界をピーク強度で非対称とする非
対称磁界発生手段を備えており、移動ロボット本体が磁
界の方向を検知する場合、この検知が容易に行えるよう
作用するものである。

実施例 以下、本発明の第一の実施例を第１図から第７図を参照
して説明する。第１図、第２図におて、移動ロボット本
体１は無経路で自由に移動しながら作業を行うものであ
り、充電装置２はこの移動ロボット本体１に外部から電
力を供給するものである。移動ロボット本体１は、以下
の各要素を備えている。３は操舵兼駆動手段であって、
操舵兼駆動輪４Ｒ１４Ｌとモータ５Ｒ１５Ｌとを有し、
左右独立に駆動されるようになっている。６ａは磁界方
向検出手段で、充電装置２が発生する誘導磁界の方向を
検出して充電装ｆ２の方向を検出しこの信号を前記操舵
兼駆動手段３に伝達して操舵兼駆動手段３を制御するも
のである。６ｂは磁界の強さを検出する磁界強度検出手
段である。６ｃは前記磁界強度検出手段６ｂが検出した
磁界強度を基準値と比較することにより、充電位置を判
別する充電位置判別手段である。また７は充電装置２か
らの充電電力を受給し動力源であるバッテリー９に電力
を供給する充電電力受給手段であり、７ａは充電装置２
が有している磁界発生手段８の出力を受けるコイル、７
ｂはコイル７ａが発生する電圧を定電圧に変換する定電
圧変換手段である。８は充電装置２に装備した磁界発生
手段で、移動ロボット１を誘導する誘導磁界を発生する
とともに、移動ロボット１に電力を供給する。

この磁界発生手段８は、コイル８ａとコイル８ａを駆動
する駆動手段８ｂとで構成されている。１０は移動ロボ
ット本体１を移動自在とするキャスターである。１１は
磁界発生手段８により充電装置２の前方に発生する誘導
磁界を示す。１２Ｒ１１２Ｌは移動ロボット本体１の後
部に設は充電装置２との相対位置を検出する左右一対の
位置検出手段であり、本実施例ではマイクロスイッチで
構成している。

以下、充電装置２を構成している磁界発生手段８の構成
と作用について第３図と第４図に基づいて説明する。電
源２０にコンデンサ２１．２２が直列に接続され、コイ
ル８ａとコンデンサ２３とで構成されるＬＣ共振回路に
、トランジスタ２４．２５で電力を供給する構成として
いる。ダイオード２６．２７はフライホイールダイオー
ドである。

この磁界発生手段８の作用を第４図で説明する。トラン
ジスタ２６．２７のベース電圧の波形をＳＷに示すよう
に交互にＯＮする構成とすると、コイル８ａに発生する
電圧はＶ　に示すような波形となる。この場合、コイル
８ａに流れる電流はＩ、のように正弦波となり、コイル
８ａがらは、このＩＬに相似の正負方向に対称な誘導磁
界１１が発生する。

次に、第５図と第６図を用いて移動ロボット本体１に搭
載されている磁界方向検出手段６ａ、磁界強度検出手段
６ｂ、並びに充電位置判別手段６Ｃの構成と作用につい
て説明する。

磁界方向検出手段６ａは、以下の四要素から構成されて
いる。第一にフェライト３０．３１にコイル３２．３３
を巻き検出方向Ａに対して対称の角度θ（ここでは４５
°）で構成したサーチコイル、第二にこのコイル３２．
３３の一端に接続されている抵抗３４．３５である。こ
のサーチコイルと抵抗３４．３５によって、充電装置２
が発生する誘導磁界１１によって誘起される電圧を検出
する。第三に前記電圧を整流するダイオード３６．３７
とコンデンサ３８．３９並びに抵抗４０．４１である。

第四に前記整流された出力を差動増幅する差動増幅器４
２である。この差動増幅器４２の出力Ｖｃは、磁界方向
Ａからの角度のズレを示す信号として取り出される。ま
た磁界強度検出手段６ｂは、前記第一の要素であるサー
チコイル・第二の要素である抵抗３４．３５と、第三に
この抵抗３４．３５を通過した信号を波形整形するダイ
オード４３．４４、コンデンサ４５、抵抗４６で構成さ
れている。また充電位置判別手段６ｃは、前記抵抗４６
を通過した信号を基準値と比較する比較器４８と、この
基準値であるスレッシュ電圧４７を備えている。

この磁界方向検出手段６ａの作用を、第６図を参照して
説明する。図においてＶ、■は、検出へ　　　　　Ｂ 磁界方向Ａからのズレ角度を横軸にとったときのそれぞ
れのコイル３２、＄３に誘起された整流電圧である。ま
たＶは、これらの電圧Ｖ、ｖのＣＡＢ 差を差動増幅器４２で取り出したときの差動増幅器４２
の出力である。本実施例の磁界方向検出手段６ａを使用
すれば、この第６図に示すように±４５°４５°は角度
に相関を持った電圧出力が得られる。この電圧出力は、
操舵兼駆動手段３に伝えられ、この信号に応じて操舵兼
駆動輪４Ｒ１４Ｌが駆動される。

磁界強度検出手段６ｂは、コイル３２・３３に誘起され
、抵抗３４．３５で整形された２つの電圧を、ダイオー
ド４３．４４、コンデンサ４５、抵抗４６が構成する論
理ＯＲ回路によってどちらか高い方のレベルを検出する
ものである。この磁界強度検出手段６ｂの出力信号は、
磁界強度検出手段６ｂに連設されている充電位置判別手
段６Ｃに送られる。充電位置判別手段６Ｃは、この磁界
強度検出手段６ｂの出力とスレッシュ電圧４７とを比較
器４８で比較して、磁界強度検出手段６ｂの出力が一定
レベル以上に達したことを検出する。この充電位置判別
手段６ｃの出力信号によって、操舵兼駆動手段４の動作
が開始され、移動ロボット本体１は充電装置２に誘導さ
れる。

次に、第７図を用いて位置検出手段１２Ｒ，１２Ｌの動
作を説明する。移動ロボット本体ｌが誘導磁界１１に沿
って誘導されて来ると、充電装置２に対して垂直方向の
姿勢で戻って来ないかぎり、実線で示した位置に誘導さ
れる。この時、マイクロスイッチである位置検出手段１
２Ｌが充電装置２の位置に達したことを検出すると、こ
の信号が左右独立である操舵兼駆動手段３に伝達される
。こうして操舵兼駆動輪４Ｌは、位置検出手段１２Ｒが
動作するまでの開停止され、操舵兼駆動輪４Ｒだけが駆
動される。このようにして移動ロボットは、破線で示し
た位置に正確に誘導される。このように位置検出手段１
２Ｒ１１２Ｌを使用することによって、移動ロボット本
体ｌは移動経路にかかわらず、正確に充電装置２の位置
に誘導されるものである。

以上のように構成された移動ロボット本体１の動作につ
いて説明する。本実施例の移動ロボットは、磁界方向検
出手段６ａの出力で左右の操舵兼駆動手段３を制御し、
方向修正を行ないながら誘導磁界１１に沿って充電装置
２に設けられた磁界発生手段８のコイル８ａの中心に向
かって誘導される。この場合、充電装置２の近傍に戻っ
てきたときの姿勢によっては、前記位置検出手段１２Ｒ
１，２Ｌが有効に動作して充電装置２の所定の位置に正
確に到達する。こうして所定の位置に到達すれば、図示
していない電極を、充電装置６に接触させて充電するこ
とが可能である。この場合、本実施例では、コイル８ａ
に方向検出用の誘導磁界１１を発生させるだけではなく
、充電に必要な電力を供給する充電電力供給手段として
の作用も併せて行わせている。すなわち、移動ロボット
本体１には充電電力受給手段７であるコイル７ａ、定電
圧変換手段７ｂを設けるだけで、電極なしにバッテリー
１１への充電ができるものである。

次に本発明の充電装置の第二の実施例を第８同第、９図
を用いて説明する。本実施例は、第一の実施例で使用し
ている磁界発生手段８に代えて、時間的に非対称な誘導
磁界を発生する非対称磁界発生手段４９を使用している
ものである。なお前記第一の実施例と共通のものについ
ては、共通の番号を付与して以下の説明を行う。本実施
例は、電源５０と直列に、コイル８ａとコンデンサ５１
のＬＣ共振並列回路を接続し、これをトランジスタ５２
で駆動している。このような構成とすることによって、
時間的に非対称なすなわちピーク強度の興なる誘導磁界
１１を発生する構成としている。この場合、本実施例で
は、ダイオード５３としてはフライホイールダイオード
を使用している。第９図はこの回路で作られる波形を示
しており、トランジスタ５２をＳＷ波形で示すようにス
イッチングすると、コイル７の電圧Ｖ　はトランジスタ
５２がＯＮの瞬間には、電源電圧Ｖ　となり す、トランジスタ５２がＯＦＦの瞬間には共振電圧とな
る。こうして時間的に非対称な電圧がコイル８ａに印加
され、同様に非対称な電流Ｉ　がコイル８ａに流れる。

この結果、コイル８ａが発生する誘導磁界も時間的に非
対称になり、ピーク強度が異なる誘導磁界が発生する。

次に、第１０図、第１１図に基づいて磁界方向検出手段
６０、磁界強度検出手段６６、並びに充電位置検出手段
７３の一実施例を説明する。磁界方向検出手段６０は、
磁界Ｂの方向を検出するフェライト６１に巻いたコイル
６２と、この電圧の正負それぞれの電圧レベルを検出す
るピークホールド回路６３．６４と、それぞれの電圧出
力を差動増幅する差動増幅器６５を備えている。また磁
界強度検出手段６６は、コイル６２と直角に設けたフェ
ライト６７に巻いたコイル６８と、端が接地されている
抵抗６９と、ダイオード７０、コンデンサ７１、抵抗７
２を備えている。また充電位置検出手段７３は、スレッ
シュ電圧７４と比較器７５を備えている。

以上の構成で第１１図に示すように作用する。

図中、■はコイル６２に誘起される電圧であり、ピーク
ホールド回路６３．６４を経た波形は、ｖ、■である。

この電圧差に比例した電圧Ｖ。

Ｆ が磁界の方向を示す電圧であり、コイル６２の方向が誘
導磁界１１に対して±１８０°の範囲で出力電圧と相関
を持っている。この電圧で前記操舵兼駆動手段３である
モータ５Ｒ１５Ｌを独立に制御することにより、誘導磁
界１１に沿って移動ロボット本体１は移動することがで
きる。

以上のように本実施例とすることにより、一つのコイル
６２で磁界方向の検出が可能となり、また検出範囲も±
１８０°と極めて広くなるものである。

発明の効果 以上の実施例より明らかであるように、第１の発明によ
れば、磁界方向検出手段と、この磁界方向検出手段の出
力により制御される操舵兼駆動手段と、外部からの充電
電力を受給する充電電力受給手段とを備えたことにより
、充電装置に設けた磁界発生手段で作られる磁界を検出
して磁界の方向すなわち充電装置の方向へ自動的に誘導
される移動ロボットを実現できるものである。

また第二の発明によれば、移動ロボット本体を誘導する
とともに、この移動ロボットのバッテリーに電力を供給
する誘導磁界を発生する磁界発生手段を備えたことによ
り、簡単な構成で移動ロボット本体の誘導と充電が自動
的に行えるものである。

第三の発明によれば、磁界の強さを判別する磁界強度検
出手段と、この磁界強度検出手段の出力から充電装置の
位置を判別する位置判別手段とを備えたことにより、移
動範囲の拡大が可能な移動ロボットを実現できるもので
ある。

更に第四の発明によれば、充電装置との相対位置を検出
する左右一対の位置検出手段と左右独立駆動とした操舵
兼駆動手段とにより、充電装置近傍に達したときの姿勢
にかかわらず充電装置と正対することができ、充電のた
めの位置決めが正確にできるものである。

また第五の発明によれば、非対称交番磁界を発生する非
対称磁界発生手段を備えたことにより、磁界方向検出手
段による検出が容易であり、簡素な構成となるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の移動ロボットの第一の実施例を示す平
面図、第２図は同側面図、第３図は同充電装置に使用さ
れる磁界発生手段の一実施例を示す回路図、第４図は同
磁界発生手段による各部波形を示す波形図、第５図は同
移動ロボットに使用される磁界方向検出手段、磁界強度
検出手段、充電位置判別手段の一実施例を示す回路図、
第６図は同磁界方向検出手段による各部の波形を示す波
形図、第７図は同移動ロボットの誘導状態を示す平面図
、第８図は本発明の第二の実施例である充電装置の非対
称磁界発生手段の回路図、第９図は同非対称磁界発生手
段の各部の波形を示す波形図、第１０図は同移動ロボッ
トに使用する磁界方向検出手段・磁界強度検出手段並び
に充電位置判別手段を示す回路図、第１１図は同第１０
図に示した回路各部の波形を示す波形図である。 １・・・移動ロボット、２・・・充電装置、３・・・操
舵兼駆動手段、６ａ・・・磁界方向検出手段、６ｂ・・
・磁界強度検出手段、６ｃ・・・充電位置判別手段、７
・・・充電電力受給手段、８・・・磁界発生手段、１２
Ｒ・１２Ｌ・・・位置検出手段、４９・・・非対称磁界
発生手段。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名１−移動Ｏ
ＸニーｔＬ ２−　　支覧叢１ ３−・−礫加１東１トセカ季７支 ＣＣ−一充脣イ☆１【￥！’ＩＪＪＩＩ千投に、Ｉｌｂ
・−４＆□千設 置！ル１２Ｌ−−イカー漏り嫂出手４く）７−−−１電
電力々剰ト乎秩 第 図 第 図 第 図 第 図 ４ｒ灼−杯る透界石手媛 第 図 第１０ 図 「０

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動ロボット本体に設けた、磁界方向検出手段と
   、この磁界方向検出手段の出力により制御される操舵兼
   駆動手段と、動力源であるバッテリーと、磁界発生手段
   を有するとともに移動ロボット本体の外部から前記バッ
   テリーに電力を供給する充電装置とを備えた移動ロボッ
   ト。
2. （２）移動ロボット本体には充電装置からの電力を受給
   しバッテリーに電力を供給する充電電力受給手段を備え
   た請求項１記載の移動ロボット。
3. （３）移動ロボット本体には磁界の強さを判別する磁界
   強度検出手段と、この磁界強度検出手段の出力から充電
   装置の位置を判別する位置判別手段とを備え、この位置
   判別手段の出力を磁界方向検出手段に伝える請求項１記
   載の移動ロボット。
4. （４）操舵兼駆動手段を左右独立駆動とするとともに充
   電装置との相対位置を検出する左右一対の位置検出手段
   を設けた請求項１記載の移動ロボット。
5. （５）磁界発生手段に代えて非対称交番磁界を発生する
   非対称磁界発生手段を備えた請求項１記載の移動ロボッ
   ト。