JPH0710121B2 - 自走式作業ロボツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、ロボット本体の移動手段を駆動して自走さ
せ、その自走とともに作業をする作業手段を有する自走
式作業ロボットに関し、たとえば床面の清掃を行う清掃
ロボットとして使用することができるものである。

（ロ）従来の技術 この種の第１の従来装置として、特開昭59−201115号公
報に開示されているように、ロボット本体の移行手段
（たとえばモータ）を搭載電池にて駆動して自走させ、
又この搭載電池にてロボット本体に設けた作業手段を作
動させるロボットがある。

また、第２の従来装置として、特開昭60−106302号公報
に開示されているように、ロボット本体に設けた作業手
段を作動させる各ステーシヨン毎に給電コンセントを設
け、このステーシヨンにおいて、ロボット本体の受電プ
ラグを給電コンセントに連結して、ロボット本体を移行
させる搭載電池を充電すると共に、ロボット本体の静止
状態において、作業手段を給電コンセントからの電力で
作動させるロボットがある。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 上記第１の従来装置においては、ロボット本体の移行手
段及び作業手段を搭載電池にて作動させるため、その作
動時間が短かく、搭載電池の充電頻度が多くなる。また
この充電頻度を少なくするには大容量電池を搭載すれば
よいが、ロボット本体の重量が大となり、大型となる欠
点がある。

また、上記第２の従来装置においては、ロボット本体の
作業手段は、ロボット本体の搭載電池が充電されるステ
ーシヨンのみで作動するものであるから、作業手段の作
動範囲が極めて限定される欠点がある。

本発明はかかる点に鑑み発明されたものにして、搭載電
池の容量を少なくすることができると共に作業手段の作
動範囲を拡大でき、且少なくともロボット本体の移行作
業時に搭載電池を適正に充電することができる自走式作
業ロボットを提供せんとするものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 本発明は、作業手段（４）と、走行制御装置（21）と、
給電連結手段（５）と、外部電力分配手段（８）と、給
電手段（７）の探索センサ（11）と、指令手段（12）
と、二次電池（３）を有する内部電源装置（22）とを備
えた自走式作業ロボットであって、走行制御装置（21）
は、外部電力分配手段（８）、または内部電源装置（2
2）からの電力が供給され、給電連結手段（５）は、送
り出し巻き取り可能なコード（5b）を有し、その一端に
受電手段（5a）を有して移行領域に設けられた１、また
は複数のうちの１つの給電手段（７）に連結可能であ
り、他端が外部電力分配手段（８）に接続され、外部電
力分配手段（８）は、給電手段（７）からの電力を内部
電源装置（22）と作業手段（４）と走行制御装置（21）
とに対し任意に分配可能であり、指令手段（12）は、探
索センサ（11）の出力を入力して、走行制御装置（21）
を内部電源装置（22）の電力で駆動して所定の給電手段
（７）へ自走させ、受電手段（5a）を給電手段（７）に
連結する指令信号を出力し、内部電源装置（22）は充電
回路手段（９）を有し、充電電力量を走行制御装置（2
1）を内部電源装置（22）の電力で移行させる移行時間
と作業手段の作業時間の比に応じて決定し、外部電力分
配手段（８）からの電力で二次電池（３）の浮動充電す
るものである。

（ホ）作用 本発明によれば、ロボット本体に設けた受電手段が、ロ
ボット本体が移行する領域内に設けた壁コンセント等の
給電手段に連結されると、受電手段からの外部電力に
て、ロボット本体に設けた作業手段及び走行制御装置が
作動する。この走行制御装置の作動によりロボット本体
は自走し、且つ作業手段が作動する。そして、受電手段
からの外部電力にて内部電源装置が充電され、受電手段
が給電手段に連結されていない状態におけるロボット本
体の移行電源として準備される。

また、充電回路手段により、二次電池の充電量が異なる
作業場間の移行時間と移動作業を行う作業時間の比に応
じて決定され、外部電力分配手段からの電力で二次電池
が浮動充電される。

（ヘ）実施例 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は自走式作業ロボットの模型原理図である。

この図面においては、１は作業ロボットのロボット本体
であり、ロボット本体１には作業手段４と、移動手段２
および制御手段10を有する走行制御装置21と、二次電池
３および充電回路手段９を有する内部電源装置22と、外
部電力分配手段としての作動回路手段８と、指令手段12
と、給電手段７の探索センサ11等を搭載している。移動
手段２は４個の車輪2aとその内の２個の車輪をデイフア
レンシヤルギアを介して駆動する第１のモータ2bを有
し、このモータは二次電池３にて作動し得る。作業手段
４はこの実施例では床面掃除機であり、集塵フアン4a及
びその駆動用の第２のモータ4bを含むものである。

５は給電連結手段にして、作業場の壁面６等に設けら
れ、商用電源に接続された給電手段７、たとえば給電コ
ンセントに連結される受電手段5a、たとえば受電プラグ
と、受電手段5aに接続されたコード5bと、コードリール
5cと、コードリール5cを回転してコード5bを巻取る巻取
機5dと、受電手段5aと給電手段７の連結状態を保持する
ロツク手段5eとを有する。受電手段5aはロボット本体１
が給電手段７を設けた壁面６に近接するとき、給電手段
７と連結され、ロツク手段5eにてその連結状態が保持さ
れる。尚、このロツク手段は給電手段７を設けた壁面６
に設けてもよい。

コード5bは作動回路手段８に接続され、コード5bからの
電力は、作動回路手段８を介して、交流電力のまま、又
は直流電力に変換されて、作業手段４の第２モータ4b
と、移動手段２の第１モータ2bと、充電回路手段９を介
して二次電池３等に供給される。

ロボット本体１は制御手段10を有し、この制御手段は給
電手段７を探索するセンサー11の出力に基づいて、ロボ
ット本体１を給電手段７に近接するように移動手段２の
第１モータ2b及び電池３の接続状態を制御するものであ
る。

探索センサー11は給電手段７への誘導信号を検出するも
のであり、誘導信号としては、給電手段７の近傍位置か
ら放射される電波、光等であつてもよく、床面に設けた
光反射テープからの反射光、あるいは床面に配設した電
磁誘導線からの磁界であつてもよい。

12はロボット本体に設けられた指令手段にして、手動指
令部と自動指令部を有し、いずれかの指令部からの指令
により、制御手段10及び作動回路手段８が作動する。手
動指令部は電池３の充電開始時点、あるいは作業手段の
作業開始時点、作業範囲、作業順序等を手動にて入力し
て、その入力に基づいて指令信号を出力するものであ
る。自動指令部は予め記憶されたデータに基づいて自動
的に制御手段10及び作動回路手段８を作動させるもので
ある。

以上の構成において、指令手段12からの指令に基づい
て、作業手段４が作業を開始するに際して、探索センサ
ー11が給電手段７への誘導信号を検出してロボット本体
１を給電手段７に近接するように制御手段10を制御す
る。すなわち、電池３を電源として移動手段２の第１モ
ータ2bを駆動する。この移動手段２の作動により、ロボ
ット本体１が給電手段７に対し所定位置に近接すると、
受電手段5aが給電手段７に連結され、この連結状態をロ
ツク手段5eが保持する。このロツク手段は機械的なもの
でもよく、電気的なものでもよい。実施例では電磁プラ
ンジヤーからなり、受電手段5aが給電手段７に連結され
ると、その給電手段からの電力にてプランジヤーが給電
手段７の掛止部に掛止されて、受電手段5aと給電手段７
の連結状態を保持する。

この連結状態において、コード5bからの電力は、作動回
路手段８を介して移動手段２及び作業手段４等に供給さ
れる。このため、移動手段２の作動により、ロボット本
体１は、第２図に示すようにコードリール5cからコード
5bを伸ばしながら移動し、ロボット本体１が作業領域に
入ると、指令手段12の指令に基づいて作業手段４が作動
して、ロボット本体１が移動しながら、床面の清掃を行
う。このように受電手段5aが給電手段７に連結した状態
においては、主として作業手段４が作動する期間が長い
ため、少なくともこの移行作動時に電池３を充電回路手
段９を介してコード5bからの電力にて充電する。

而して、作業領域における作業手段４の作動が終了する
と、自動的に探索センサー11が給電手段７への誘導信号
を検出してロボット本体１を給電手段７の近傍位置まで
移動させる。この移動に際して、巻取機5dが作動してコ
ードルール5cにてコード5bを巻き取つていく。この巻取
機はコード5bからの電力にて作動するものでもよいし、
移動手段２の作動による回転力を利用したものでもよ
い。

かくして、コード5bを巻き取りながらロボット本体１が
給電手段７に所定状態に近接すると、ロツク手段5eの作
動状態が解除されロボット本体１の移動により、受電手
段5aが給電手段７から分離される。

尚、受電手段5aと給電手段７は、電源トランスの１次コ
イルと２次コイルを分離したいわゆる電磁誘導結合方式
で構成してもよい。

以上に説明したロボット本体１の動作は、１つの作業場
におけるものであり、ロボット本体は異なる作業場で作
業をするものであつて、この点を第３図に基づいて説明
する。

第３図は異なる作業場を示す建物の部分間取図である。
この図面において、作業場である部屋ＡとＢと出入口Ｃ
とＤは廊下Ｅで連絡されており、各部屋の奥部の壁面に
給電手段7a、7bが設けられている。部屋Ａの作業を終了
すると、ロボット本体１は給電手段7aの位置で、受電手
段5aを給電手段7aから分離した後、指令手段12からの指
令に基づき、搭載電池３を電源として、部屋Ａ内の経路
ｘ、廊下Ｅの経路ｙ及び部屋Ｂ内の経路ｚを経て、部屋
Ｂの給電手段7bの位置まで移動し、ロボット本体１の受
電手段5aを部屋Ｂの給電手段7aに結合する。

この状態で、部屋Ｂ内で、ロボット本体１は、ジクザグ
状の破線経路ｐで自走しながら作業手段４が清掃作業を
行い、二点鎖線経路ｑを経て、給電手段7bの位置に戻
り、受電手段5aを分離し、次の作業場に移動する。

このように、作業場Ａ、Ｂ間の移行には、搭載の二次電
池３の電力が使用され、各作業場内での移動作業には、
各作業場の給電手段７からの電力が使用される。

作業場間の移動に要する二次電池３の電力は、作業場に
おける作業手段４の作動中に、浮動充電により確保され
る。このため、充電回路手段９は次のように構成されて
いる。

すなわち、第４図に示すように、給電手段７からの商用
電圧を降圧する降圧トランス9aの二次コイル9bに整流回
路9cを設けると共にこの回路の出力端に充電制御インピ
ーダンス回路9dを介して、二次電池３を接続する。充電
制御インピーダンス回路9dはトランジスタのコレクタ・
エミツタ間のインピーダンスが利用され、このトランジ
スタのベースには、指令手段12から、放電時間と充電時
間の比に応じて信号が付与される。放電時間は、第３図
の例では、経路ｘ、ｙ及びｚの移行時間であり、充電時
間は経路ｐ及びｑの移動時間である。

前述の第３図の事例で、ロボット本体１の車幅を30cm、
部屋の寸法を3m×3mとし、作業時の速度と作業場間の移
行時の速度を１対２とすると、その移行時の電池消費電
力と作業時の充電量の比は、3m移動する時間を１と正規
化すれば次式のようになる。

充電効率を0.8とすれば、0.174/0.8＝0.2となる。すな
わち、充電率0.2cで充電すればよく、移行時の電池消費
電力が多くなる場合には、充電率を大きくすればよい。

第４図の充電制御インピーダンス回路9dは指令手段12か
らの指令信号により、そのインピーダンスが調整されて
充電率が定まる。この場合に指令手段12からの指令信号
は、前述の放電時間及び充電時間が定まつている場合に
は予め設定されたものでよく、また、前回の作業場間の
移行時間と作業時間又は移行距離と作業移動距離を、夫
々検出して、その検出値に基づいて定められるようにし
てもよい。

作業場間の移行時には、充電制御インピーダンス回路9d
の両端間に設けた放電用ダイオード13を介して、二次電
池３が放電して移動手段２を駆動する。

（ヘ）発明の効果 以上の如く本発明によれば、作業場における自走式作業
ロボット本体の作業手段、及び走行制御装置を、移行領
域に設けられた給電手段からのコードを介して外部電力
にて作動させるので、内部電源装置の電池容量は、受電
手段を給電手段に連結させるために走行制御装置を作動
させる電池容量を有するものでよいため、従来装置に比
して小型軽量化できると共に、作業手段の作業範囲を拡
大することができる。

また、内部電源装置の充電がロボット本体の移行作業時
に給電手段からの外部電力にて行わせることができ、受
電手段が給電手段に連結されていない状態におけるロボ
ット本体の移行電源として常に準備されることになる。

更に、二次電池の充電量を、異なる作業場間の移行時間
と移動作業を行う作業時間の比に応じて浮動充電にて得
るようにしているため、二次電池を適正に充電すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は作業ロボット
と模型原理図、第２図は作業ロボットの作業状態を説明
するための模型図、第３図は異なる作業場を示す建物の
部分間取図、第４図は充電手段の電気回路図である。 １…ロボット本体、２…駆動手段、３…二次電池、４…
作業手段、７…給電手段、９…充電回路手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業手段（４）と、走行制御装置（21）
   と、給電連結手段（５）と、外部電力分配手段（８）
   と、給電手段（７）の探索センサ（11）と、指令手段
   （12）と、二次電池（３）を有する内部電源装置（22）
   とを備えた自走式作業ロボットであって、 走行制御装置（21）は、外部電力分配手段（８）、また
   は内部電源装置（22）からの電力が供給され、 給電連結手段（５）は、送り出し巻き取り可能なコード
   （5b）を有し、その一端に受電手段（5a）を有して移行
   領域に設けられた１、または複数のうちの１つの給電手
   段（７）に連結可能であり、他端が外部電力分配手段
   （８）に接続され、 外部電力分配手段（８）は、給電手段（７）からの電力
   を内部電源装置（22）と作業手段（４）と走行制御装置
   （21）とに対し任意に分配可能であり、 指令手段（12）は、探索センサ（11）の出力を入力し
   て、走行制御装置（21）を内部電源装置（22）の電力で
   駆動して所定の給電手段（７）へ自走させ、受電手段
   （5a）を給電手段（７）に連結する指令信号を出力し、 内部電源装置（22）は充電回路手段（９）を有し、充電
   電力量を走行制御装置（21）を内部電源装置（22）の電
   力で移行させる移行時間と作業手段の作業時間の比に応
   じて決定し、浮動充電により外部電力分配手段（８）か
   らの電力で二次電池（３）の充電する 自走式作業ロボット。