JPWO2019082779A1 - ロボット用充電ステーション - Google Patents

Abstract

ステーション２００は、ロボットが乗り上げるテーブル２０２と、テーブル２０２上の設定位置に到達したロボットを充電する充電部と、を備える。テーブル２０２は、ロボットの進入方向奥側に設けられ、その形状に沿ってロボットの所定の誘導部分を目標点へ向けてガイドし、それによりロボットが設定位置へ導かれるガイド部２２０と、ロボットの進入方向手前側に設けられ、誘導部分および車輪の作動に基づいて作用するモーメント力に応じて変位可能な可動部２１２と、を含む。

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。このようなロボットは、制御プログラムにしたがって動作するが、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。

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。そこで、ロボットの充電残量が少なくなると、ユーザに向けてアラームが出力される。ユーザは、そのアラームに気づくと、ロボットを専用の充電ステーションにセットし、充電が完了するのを待つ。あるいは、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（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−１２５６４１号公報

後者の充電ステーションは、ユーザの手を煩わせない点で優れている。しかし、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。このため、特にステーションに近づいたときにロボットの精密な移動制御が必要となり、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簡易な構成に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、ロボットが乗り上げるテーブルと、テーブル上の設定位置に到達したロボットを充電する充電部と、を備える。テーブルは、ロボットの進入方向奥側に設けられ、その形状に沿ってロボットの所定の誘導部分を目標点へ向けて案内し、それによりロボットが設定位置へ導かれるガイド部と、ロボットの進入方向手前側に設けられ、誘導部分および車輪の作動に基づいて作用するモーメント力に応じて変位可能な可動部と、を含む。

本発明の別の態様も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、ロボットが乗り上げるテーブルと、テーブル上のロボットを充電する充電部と、を備える。テーブルは、ロボットの移動に対する拘束力を軽減する方向へ、ロボットを乗せた状態で変位する可動機構を含む。

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。

実施形態に係るロボットの充電システムを表す図である。 実施形態に係るロボットの外観を表す図である。 ロボットの構造を概略的に表す断面図である。 車輪収納動作を模式的に示す図である。 ステーションの構成を表す概略図である。 ステーションの構成を表す概略図である。 充電システムの機能ブロック図である。 ロボットの進入動作を表す図である。 可動部のスライドメカニズムを例示する模式図である。

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ことがある。

図１は、実施形態に係るロボット１００の充電システム１０を表す図である。同図には、ロボット１００が充電ステーション（以下、単に「ステーション」とよぶ）２００にセットされた状態を示す。ステーション２００は、ロボット１００が一台のみ進入可能なテーブル２０２を有する。テーブル２０２上の設定位置には給電端子２０４が露出し、ロボット１００の底面には充電端子３０２が露出している。ロボット１００がテーブル２０２に乗り上げて設定位置にて着座姿勢をとることにより、充電端子３０２が給電端子２０４に当接し、充電が開始される。給電端子２０４およびその周辺が、充電を要するロボット１００を到達させるべき「設定位置」に対応する。なお、ロボット１００およびステーション２００の各構成および動作の詳細については後述する。

図２は、実施形態に係るロボット１００の外観を表す図である。図２（ａ）は正面図であり、図２（ｂ）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や仕草（ジェスチャー）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の感情を表現するさまざまなパラメータとして定量化される。

ロボット１００は、３輪走行するための３つの車輪を備える。図示のように、一対の前輪１０２（左前輪１０２ａ，右前輪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が個別に制御可能とされている。後輪１０３は、いわゆるキャスターからなり、ロボット１００を前後左右への移動させるために回転自在となっている。左前輪１０２ａよりも右前輪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。右前輪１０２ｂよりも左前輪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、後述する駆動機構（回動機構、リンク機構）によりボディ１０４に完全収納できる。走行時においても各車輪の大部分はボディ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、車輪の収納動作に伴ってボディ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つの手１０６を有する。手１０６には、モノを把持する機能はない。手１０６は、図示しない内蔵ワイヤを引っ張る又は緩めることにより、上げる、振る、振動するなど簡単な動作が可能である。２つの手１０６も個別制御可能である。

ロボット１００の頭部正面（顔）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素子により、様々な表情で表示される。ロボット１００は、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の頭頂部にはツノ１１２が取り付けられる。ツノ１１２には全天球カメラが内蔵され、上下左右全方位を一度に撮影できる。また、ロボット１００の頭部正面には、高解像度カメラが設けられる（図示せず）。

このほか、ロボット１００は、周辺温度を検出する温度センサ、複数のマイクロフォンを有するマイクロフォンアレイ、計測対象の形状を測定可能な形状測定センサ（深度センサ）、超音波センサなどさまざまなセンサを内蔵する。

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、ベースフレーム３０８、本体フレーム３１０、一対のホイールカバー３１２および外皮３１４を含む。ベースフレーム３０８は、ボディ１０４の軸芯を構成するとともに内部機構を支持する。ベースフレーム３０８は、ロアプレート３３４に複数のサイドプレート３３６を立設して構成される。ベースフレーム３０８の内方には、バッテリ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を形成し、一対の充電端子３０２が露出している。

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、段付筒形状をなし、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、リンク構造３３０を介して胴部フレーム３１８に接続されている。

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、リンク構造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。

胴部フレーム３１８は、ベースフレーム３０８および車輪駆動機構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をそれぞれ駆動し、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（以下「ＤＤモータ」と表記する）を有する。このため、左前輪１０２ａと右前輪１０２ｂを個別に駆動することができる。胴部フレーム３１８は、ボディ１０４のアウトラインに丸みをもたせるよう、上半部が滑らかな曲面形状とされている。胴部フレーム３１８の下半部は、ホイールカバー３１２との間に前輪１０２の収納スペースＳを形成するために小幅とされ、前輪１０２の回動軸３７８を支持している。

一対のホイールカバー３１２は、胴部フレーム３１８の下半部を左右から覆うように設けられている。ホイールカバー３１２は、胴部フレーム３１８の上半部と連続した滑らかな外面（曲面）を形成する。ホイールカバー３１２の上端部が、上半部の下端部に沿って連結されている。それにより、下半部の側壁とホイールカバー３１２との間に、下方に向けて開放される収納スペースＳが形成されている。

前輪駆動機構は、前輪１０２を回転させるための回転駆動機構と、前輪１０２を収納スペースＳから進退させるための収納作動機構とを含む。前輪駆動機構の駆動により、前輪１０２を収納スペースＳから外部へ向けて進退駆動できる。後輪駆動機構の駆動により、後輪１０３を収納スペースＳから外部へ向けて進退駆動できる。

外皮３１４は、本体フレーム３１０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。本体フレーム３１０の内側には、静電容量型のタッチセンサが設けられる。タッチセンサは、複数箇所に設けられ、ロボット１００のほぼ全域におけるタッチを検出する。なお、変形例においては、タッチセンサを本体フレーム３１０と外皮３１４との間に設けてもよい。手１０６は、外皮３１４と一体に形成されている。外皮３１４の上端部には、開口部３９０が設けられる。ツノ１１２の下端部が、開口部３９０を介して頭部フレーム３１６に接続されている。

手１０６を駆動するための駆動機構は、外皮３１４に埋設されたワイヤ１３４と、その駆動回路３４０（通電回路）を含む。ワイヤ１３４は、本実施形態では形状記憶合金線からなり、加熱されると収縮硬化し、徐熱されると弛緩伸長する。ワイヤ１３４の両端から引き出されたリード線が、駆動回路３４０に接続されている。駆動回路３４０のスイッチがオンされるとワイヤ１３４（形状記憶合金線）に通電がなされる。

ワイヤ１３４は、外皮３１４から手１０６に延びるようにモールド又は編み込まれている。ワイヤ１３４の両端から胴部フレーム３１８の内方にリード線が引き出されている。ワイヤ１３４は外皮３１４の左右に１本ずつ設けてもよいし、複数本ずつ並列に設けてもよい。ワイヤ１３４に通電することで腕（手１０６）を上げることができ、通電遮断することで腕（手１０６）を下げることができる。

図４は、車輪収納動作を模式的に示す図である。図４（ａ）は側面図であり、図４（ｂ）は正面図である。図中点線は車輪が収納スペース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納スペース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。前輪１０２の車軸３９８は、アーム４００を介して回動軸３７８と一体化されている。アクチュエータ３７９の駆動により、収納スペースＳから外部へ前輪１０２を進退駆動できる。

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の中央に回転軸４０７が支持されている。回転軸４０７からは二股のアーム４０８が延び、その先端に車軸４１０が一体に設けられている。車軸４１０に後輪１０３が回転可能に支持されている。回転軸４０７は自軸周りに回転自在であり、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、収納スペースＳ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、アーム４００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４０８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、着座面１０８が床面Ｆに接地する（実線矢印参照）。これにより、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、各車輪を収納スペースＳから進出させ、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および図６は、ステーション２００の構成を表す概略図である。図５（ａ）は斜視図であり、図５（ｂ）は平面図である。図６（ａ）は、図５（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図である。図６（ｂ）は、可動部およびその駆動機構を中心に示す。なお、以下では説明の便宜上、ステーション２００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」と表現することがある。

図５（ａ）および（ｂ）に示すように、ステーション２００は、テーブル２０２および一対のストッパ２０６を備える。テーブル２０２は、テーブル本体２０８にベース部２１０および可動部２１２を組み付けて構成されている。テーブル本体２０８は、平面視長方形状をなし、手前端を除いた三方が一段高くされて段部２１４を形成している。段部２１４の内側には、手前側からスロープ２１６、可動部２１２およびベース部２１０が配設され、それらによるロボット１００の進入路が形成されている。テーブル本体２０８におけるベース部２１０の左右には、半円状の凹部２１８が設けられている。一対の凹部２１８は、ベース部２１０に向けて開放されている。

段部２１４の両サイドの間隔は、凹部２１８よりも奥側において奥方に向けて徐々に幅狭とされており、その両サイドの内側壁によりガイド部２２０が構成されている。ガイド部２２０は、テーブル本体２０８の中央ラインＬに対して傾斜するテーパ面を有する。ベース部２１０は、床面Ｆに平行な上面（載置面）を有し、その中央に一対の給電端子２０４が露出している。ベース部２１０の奥端の狭小領域には、円形の車輪受２２２が凹設されている。スロープ２１６は、緩やかな勾配を有し、床面Ｆと滑らかにつながっている。

一対のストッパ２０６は、テーブル本体２０８の奥方領域に立設されている。両ストッパ２０６の間隔はロボット１００（ボディ１０４）の幅よりも小さい。これらのストッパ２０６は、その手前端がテーパ形状とされており、ボディ１０４を滑らかに受け止めることができる。これらのストッパ２０６は、仮にもロボット１００がガイド部２２０に乗り上げてステーション２００を乗り越えることがないようにする。テーブル本体２０８の内部には、充電回路２２４が配設されている。

図６（ａ）に示すように、車輪受２２２は比較的浅く、緩やかな曲面を有し、ロボット１００の後輪１０３を滑らかに受け入れることができる。車輪受２２２は「目標点」に対応する。凹部２１８は、ベース部２１０の上面とほぼ平行な底面と、その底面の外側に設けられたテーパ面を有する。凹部２１８の底面は、ベース部２１０の上面よりもやや高位置にある。可動部２１２は、床面Ｆと平行なベース接続部２２６と、スロープ２１６と同じ勾配を有するスロープ接続部２２８を有する。ベース接続部２２６はベース部２１０の上面よりやや低位置にあり、スロープ接続部２２８はスロープ２１６とほぼ面一とされている。

図６（ｂ）にも示すように、可動部２１２は、平面視扇状の通路形成部２３０と、通路形成部２３０の奥方に段差をもって連設された支持部２３２を有する。通路形成部２３０は、ベース接続部２２６およびスロープ接続部２２８を含む。段部２１４の内側壁における通路形成部２３０との対向位置にはスリット２１５が形成されており、通路形成部２３０の両端がそれぞれ潜り込めるように構成されている（破線参照）。

支持部２３２は、テーブル本体２０８の中央ラインＬに沿って奥方に延在し、ベース部２１０が部分的にオーバラップする。テーブル本体２０８の底部には、中央ラインＬ上の奥側に回動軸２３６、手前側にガイド軸２３８が突設されており、支持部２３２に設けられた軸孔２４０、ガイド孔２４２にそれぞれ挿通されている。ガイド孔２４２は、幅方向に所定長さを有する。このような構成により、可動部２１２は、ガイド軸２３８にガイドされつつ、回動軸２３６を中心に回動できる。すなわち、通路形成部２３０がテーブル本体２０８の幅方向（左右）にスライドできる。

また、テーブル本体２０８の中央ラインＬ上に設けられたばね受け２４４と、支持部２３２の先端部との間にスプリング２４６が介装されている。スプリング２４６は、可動部２１２が外力を受けて回動した後、その外力が解除されたときに可動部２１２を図示の初期位置（可動部２１２の中心線が中央ラインＬに沿う位置）に復帰させるものである。

充電回路２２４から延びる配線が一対の給電端子２０４に接続されている。充電回路２２４は、図示しない電源ケーブルを介して電源に接続される。充電回路２２４および給電端子２０４は、「充電部」として機能する。

図７は、充電システム１０の機能ブロック図である。
上述のように、充電システム１０は、ロボット１００およびステーション２００を含む。ロボット１００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は、内部センサ１２８、通信部１４２、データ処理部１３６、データ格納部１４８、駆動機構１２０、バッテリ１１８および充電回路４２０を含む。内部センサ１２８は、各種センサの集合体であり、カメラ、マイクロフォンアレイ、温度センサ、形状測定センサおよび充電残量センサ等を含む。

通信部１４２は、図示しない外部サーバ（外部端末）や他のロボット等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記憶装置である。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、プロセッサおよびプロセッサ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、ロボット１００による様々なモーションが定義される。モーションは、モーションＩＤによって識別される。前輪１０２を収容して着座する、手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、前輪１０２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、などのさまざま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。また、ロボット１００がステーション２００に進入した後に行う充電姿勢なども定義されている。

データ処理部１３６は、認識部１５６および制御部１５０を含む。制御部１５０は、移動制御部１５２および動作制御部１５４を含む。移動制御部１５２は、ロボット１００の移動方向を決める。駆動機構１２０は、移動制御部１５２の指示にしたがって前輪１０２を駆動することで、ロボット１００を移動目標地点に向かわせる。

動作制御部１５４は、ロボット１００のモーションを決める。動作制御部１５４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。

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、カメラ、温度センサおよび形状測定センサの検出情報を定期的に取得し、人やペットなどの移動物体や、オーディオやテレビ等の固定物体を検出できる。認識部１５６は、移動物体の特徴（身体的特徴と行動的特徴）を抽出し、これらの特徴に基づいて複数の移動物体をクラスタ分析できる。

認識部１５６は、また、形状測定センサにより被写体の三次元形状を測定し、その被写体が所定の形状を有する物体であるか否かを判定する。例えば、認識部１５６は、被写体が凹凸形状を有するか否かを判定する。凹凸形状を有しないとき、被写体はテレビ、壁、鏡などの平面体であると推定できる。

充電残量センサは、バッテリ１１８の充電残量を検出する。データ処理部１３６は、充電残量が所定値以下となると、後述する充電のための制御処理を開始する。移動制御部１５２は、ロボット１００をステーション２００へ移動させる。充電回路４２０がステーション２００の充電回路２２４に接続されることにより、バッテリ１１８への充電可能となる。

一方、ステーション２００は、充電回路２２４を含む簡易な構成からなる。ロボット１００がステーション２００の設定位置に着座すると、給電端子２０４と充電端子３０２とが当接し、ステーション２００の充電回路２２４とロボット１００の充電回路４２０とが接続され、充電が開始される。なお、本実施形態では、ステーション２００を簡易かつ低コストに実現するために、ロボット１００との通信部や各機構の制御部を設けていないが、変形例においては、これらを設けてもよい。

次に、ステーション２００の特徴的機能について説明する。
図８は、ロボット１００の進入動作を表す図である。図８（ａ）〜（ｃ）は、その動作過程を示す。
バッテリ１１８の充電残量が所定値以下になると、ロボット１００は、ステーション２００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２００へ向かう。ロボット１００は、図８（ａ）に示すようにステーション２００に接近すると、その向きを反転してバックし、ステーション２００に進入する。

このとき、図８（ｂ）に示すように、ロボット１００の進行方向（後進方向）がステーション２００の中央ラインＬに対して傾いている場合、ロボット１００をそのまま直進させてもベース部２１０上の設定位置にはたどり着けない。この点、本実施形態では、後輪１０３がガイド部２２０に突き当たることを契機に可動部２１２が回動（スライド）し、ロボット１００の進行方向を中央ラインＬに沿うようにガイドする。それにより、図８（ｃ）に示すように、ロボット１００をステーション２００の奥方まで導くことができ、設定位置に到達させることができる。

このとき、後輪１０３が車輪受２２２に受け入れられることで、ロボット１００の位置決めがなされる。その状態から前輪１０２および後輪１０３をそれぞれ収容することで、ロボット１００が着座姿勢となる。なお、ロボット１００の左右には一対の凹部２１８があるため、ホイールカバー３１２が段部２１４に干渉するなどしてその着座動作を妨げるようなことはない。この着座姿勢をとることにより、充電端子３０２が給電端子２０４に当接し、充電が開始される（図１参照）。

図９は、可動部２１２のスライドメカニズムを例示する模式図である。図９（ａ）〜（ｃ）は、その動作過程を示す。同図においては説明の便宜上、ロボット１００に関しては前輪１０２と後輪１０３との位置関係のみを示し、ステーション２００に関してはロボット１００の進入路のみを示している。

ここでは、図９（ａ）に示すように、ロボット１００の進入方向とステーション２００の進入路の方向とがずれた状態、つまりロボット１００が中央ラインＬに対して所定以上傾いた角度でステーション２００へ進入してきた場合を仮定する。図示の例では、後輪１０３がガイド部２２０に突き当たったときに、右前輪１０２ｂの接地面ＰＲは可動部２１２に位置し、左前輪１０２ａの接地面ＰＬはスロープ２１６に位置する。すなわち、後輪１０３がガイド部２２０に差し掛かる状態で、右前輪１０２ｂは可動部２１２に乗り上げ、左前輪１０２ａは可動部２１２に乗り上げない位置関係となっている。この場合、ガイド部２２０が中央ラインＬに対して傾斜しているため、後輪１０３がガイド部２２０に接触することで、その後輪１０３を中央ラインＬ側に向ける力ｆ１が生じる。一方、後輪１０３と前輪１０２との位置関係が固定されているため、ガイド部２２０には右前輪１０２ｂの回転による摩擦力が作用する。この摩擦力の分力ｆ２により可動部２１２に回転力（モーメント力）が生じ、図９（ｂ）に示すように、可動部２１２が回動軸２３６を中心に図中反時計回りに回動（スライド）する。

この可動部２１２の回動が、ロボット１００を左旋回させる。ロボット１００は、後輪１０３が車輪受２２２へ向けてガイドされることで、テーブル２０２上の設定位置に導かれる。言い換えれば、可動部２１２は、段部２１４からの反力、つまりロボット１００の移動に対する拘束力を軽減する方向へ変位する。左前輪１０２ａが可動部２１２に乗り上げる段階では、ロボット１００の進入方向がステーション２００の中央ラインＬと平行に近い状態となり、ロボット１００を設定位置にスムーズに導けるようになる。

図９（ｃ）に示すように、後輪１０３が車輪受２２２に到達する段階では、前輪１０２の接地面ＰＲ，ＰＬは、可動部２１２から離脱した状態となる。つまり、後輪１０３が目標点へ到達する前に、前輪１０２が可動部２１２から離脱する位置関係となる。このため、ロボット１００が充電を開始する前に、可動部２１２を初期位置に復帰させることができる。そのため、充電完了後にロボット１００がステーション２００から退出する際、前輪１０２が可動部２１２から反力を受けることもなく、スムーズに脱出できる。

以上、実施形態に基づいてロボット１００、ステーション２００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２００によれば、ロボット１００の進入角度がずれていたとしても、可動部２１２の作動によりその進行方向を修正し、設定位置までスムーズにガイドできる。すなわち、ロボット１００と可動部２１２との間に作用する摩擦力を効果的に利用して可動部２１２をスライドさせ、ロボット１００を旋回させる。それにより、ロボット１００の進行方向が自然に修正されるのである。

ロボット１００は、左前輪１０２ａと右前輪１０２ｂとが個別に駆動できるため、ステーション２００への進入制御に際して各輪の制御に細かい補正を繰り返せば設定位置に到達することも不可能ではない。しかし、ステーション２００への進入のために処理負荷が過大となったり、長時間を要するのは運用上好ましくない。この点、本実施形態によれば、各輪を細かく制御しなくとも、可動部２１２が自然にスライドしてロボット１００の進入を補助するため、簡易かつ低コストな運用が可能となる。

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。

上記実施形態では述べなかったが、後輪１０３をボール状のキャスターにて構成してもよい。あるいは、後輪１０３として、例えばオムニホイール等、前後左右に移動自在の他の車輪を採用してもよい。

上記実施形態では、後輪１０３を「誘導部分」として、ガイド部２２０にガイドさせる構成を例示した。変形例においては、ロボットの一部（例えば突き出した部分）を誘導部分とする等、車輪以外の部分をガイド部によりガイドしてもよい。ガイド部の高さ（位置）は、その誘導部分の位置に応じて定めることができる。

上記実施形態では、ロボット１００がバックによりステーション２００に進入する例を示した。すなわち、後輪１０３が進入方向の先輪（進入先輪）、前輪１０２が進入方向の後輪（進入後輪）となる例を示した。変形例においては、ロボットが前進によりステーションに進入する構成としてもよい。上記実施形態のようにロボットの車輪を３輪とする場合、前輪を１輪、後輪を２輪とし、その後輪を駆動輪、前輪を従動輪としてもよい。あるいは４輪とし、進入先輪を従動輪、進入後輪を駆動輪としてもよい。その場合、進入先輪の車輪幅（左輪と右輪との間隔）を進入後輪のそれより小さくしてもよい。

上記実施形態では、ロボット１００が車輪走行する例を示した。変形例においては、２足歩行のロボットに対し、上記実施形態に基づくステーションを構成してもよい。その場合、ロボットの誘導部分（ボディの一部など）がガイド部に差し掛かったときに、脚部の一部（片足）が可動部に乗り上げる位置関係とする。このような構成を採用しても、ガイド部が変位することで、ロボットの進行方向を補正できる。

上記実施形態では、充電端子３０２をロボット１００の底面に設け、給電端子２０４をテーブル２０２の上面に設ける例を示した。変形例においては、充電端子をロボットの背面、背面下部（お尻）、手の内側（脇の下）などの特定の部位に設けてもよい。充電端子の位置に応じて、ステーションにおける給電端子の位置も適宜設定される。その給電端子の位置に応じて、ロボットを誘導すべきテーブル上の設定位置が定められる。

上記実施形態では述べなかったが、ガイド部２２０の摩擦係数は、後輪１０３が当接したときに滑らせることができる程度に小さくする。一方、可動部２１２の摩擦係数は、前輪１０２が空転しない程度に大きくし、前輪１０２の摩擦力を可動部２１２の回動力に変換できるようにする。すなわち、ガイド部２２０および可動部２１２のそれぞれの材質として、そのような摩擦係数を有するものを採用する。

図５（ｂ）に示したように、ガイド部２２０は、ロボット１００の進入方向奥方に向けて幅狭となる形状を有するが、車輪受２２２の手前付近から奥方にかけて等幅とされている。図９（ｃ）に示したように、その等幅部分は、間隔が後輪１０３の横幅よりやや大きく、長さ（奥行）が後輪１０３の前後幅よりやや大きい。図示の例では、後輪１０３としてボール状（球状）のキャスターを採用しているため、等幅部分の間隔および長さが後輪１０３の直径よりもやや大きい程度とされている。このような構成により、後輪１０３が等幅部分に差し掛かって以降、中央ラインＬに沿って進行させることができる。

ロボット１００は、ガイド部２２０の上記等幅部分が長いほど、進行方向を中央ラインＬに沿うように調整し易くなり、充電端子３０２を給電端子２０４に正対させ易くなる。逆に、上記等幅部分が短いと両端子を正対させ難いため、給電端子２０４の幅を充電端子３０２よりも相当大きくしたり、給電端子２０４を充電端子に合わせて可動にする等の必要が生じ得る。この点、上記実施形態では等幅部分の長さが必ずしも十分とは言えないものの、可動部２１２の回動を利用することでロボット１００の進行方向を調整し、両端子を正対させ易くしている。言い換えれば、上記実施形態によれば、ステーション２００を奥行方向にコンパクトに維持しつつ、ロボット１００の接続容易性を高めることができる。

また、図５（ｂ）に示したように、ガイド部２２０を形成する側壁は、ベース部２１０の上面に対して垂直（ほぼ鉛直）とされている。すなわち、ガイド部２２０の側面（「ガイド面」ともいう）は、奥行方向には中央ラインＬに対して傾斜するテーパ形状を有するが、高さ方向にはテーパ形状を有していない。ガイド部２２０は、車輪受２２２に向けて後輪１０３を奥行方向に導くテーパ形状と、後輪１０３が接触するガイド面を有する。

上記実施形態では、後輪１０３をガイド部２２０の側壁に押し当て、その側壁が中央ラインＬに対して傾いていることで、後輪１０３の側壁の接触箇所に中央ラインＬに向かう方向の力成分が生じる。これにより、後輪１０３が側壁を滑りながら中央ラインＬに向かう方向に振られ、次第に後輪１０３が旋回される。つまり、キャスターの車輪の車軸（後輪１０３の車軸４１０）に直交するように設けられる旋回軸まわりに旋回する。すなわち、ロボット１００の進行方向に対して傾斜する壁に後輪１０３を接触させることで、その後輪１０３をステーション２００の中心（中央ライン）に導く手法をとっている。その側壁に対して適度な押圧力を付与できるよう、前輪１０２の駆動力を確保する必要がある。一方で、この駆動力によって後輪１０３がガイド部２２０を乗り越えてしまうことを防止しなければならない。そこで、ガイド面の高さを後輪１０３の回転軸の高さと同等以上とし、後輪１０３がガイド面に乗り上げ難くするのが好ましい。上述のようにガイド面を鉛直面とし、その高さを十分に確保することで、これを実現できる。

Claims (7)

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、
   前記ロボットが乗り上げるテーブルと、
   前記テーブル上の設定位置に到達したロボットを充電する充電部と、
   を備え、
   前記テーブルは、
   前記ロボットの進入方向奥側に設けられ、その形状に沿って前記ロボットの所定の誘導部分を目標点へ向けて案内し、それにより前記ロボットが前記設定位置へ導かれるガイド部と、
   前記ロボットの進入方向手前側に設けられ、前記誘導部分および前記車輪の作動に基づいて作用するモーメント力に応じて変位可能な可動部と、
   を含むことを特徴とする充電ステーション。
2. 前記可動部は、前記テーブルに設けられた回動軸を中心に回動し、前記テーブルの幅方向にスライドする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. 前記可動部に外力が作用しない状態において、その可動部を初期位置に保持するためのスプリングをさらに備え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. 前記ガイド部は、前記ロボットの進入方向奥方に向けて幅狭となる形状を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の充電ステーション。
5. 前記誘導部分が前記ガイド部に差し掛かる状態で、前記車輪が前記可動部に乗り上げる位置関係を有す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. 前記誘導部分が前記目標点へ到達する前に前記車輪が前記可動部から離脱する位置関係を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の充電ステーション。
7. 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、
   前記ロボットが乗り上げるテーブルと、
   前記テーブル上のロボットを充電する充電部と、
   を備え、
   前記テーブルは、
   前記ロボットの移動に対する拘束力を軽減する方向へ、前記ロボットを乗せた状態で変位する可動部を含むことを特徴とする充電ステーション。

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