JP2006231448A - 自律移動型ロボットにおける充電ステーション - Google Patents

Abstract

【課題】 充電ステーションに誘導された自律移動型ロボットの充電端子と、充電ステーション側の給電端子を確実に接続できるようにし、かつ、ロボット側充電端子がロボットの意匠に支障を来すことがない程度に小型であり、充電ステーション側充電装置は構造が簡単で安価、それでいて感電やショート、汚れによる導通不良などを起こさないようにした、自律移動型ロボットにおける充電ステーションを提供することが課題である。
【解決手段】 充電ステーションに給電端子を有した充電装置と、該充電装置に対して前記ロボット進入側に、ロボット側駆動輪を制御して前記給電端子とロボット側充電端子との間隔とロボット進入角度を制御して、給電端子と充電端子とをほぼ対面させる進入角度修正手段を設けた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２輪の駆動輪を有する自律移動型ロボットにおける充電ステーションに係わり、特に、２輪の駆動輪を有する自律移動型ロボットに設けた充電用コネクタを、充電ステーション側充電装置に設けられた給電用コネクタに正確に接続できる機構を備えた、自律走行型ロボットにおける充電ステーションに関するものである。

多関節アームロボットや搬送ロボット等の産業用ロボットは古くから知られ、工場等で多く用いられている。しかしながらこれら産業用ロボットは、その使用目的が溶接、塗装、運搬等といったように限定されており、アームロボット等のように１箇所に固定されたものや、搬送ロボットのように決められたルートを決められた順序で移動するものがほとんどであった。

ところが近年、自律移動型のロボットが発表されている。この自律移動型ロボットは、所定の空間内を自由に移動することができるよう構成され、人間の住環境下で人間と共存し、産業活動や生産活動等における単純作業や危険作業、難作業等の作業の手助けや代行を行うことを目的としている。前記作業としては、例えば原子力プラント、火力発電プラント等におけるメンテナンス作業、高層ビルにおける清掃作業、火災現場等の災害現場での救助活動等を挙げることができる。

また、自律移動型ロボットの活用範囲として、例えば１人暮らしの高齢者の家等に設置し、部屋の掃除や住人の体調管理、あるいは住人が家を留守にしたときの屋内安全確認等、人間の生活に密着して生活支援型としたロボットも発表されている。こういった生活支援型ロボットは、一般家庭にも適用可能なロボットとして位置付けられる。

ところで、こういった自律移動型ロボットの動力源としては、いずれも電気を使用したものが一般的であり、この場合、何らかの方法でロボットに電力を供給する必要がある。

前記したアームロボットのような固定ロボットの場合、常時電源から電力を供給することが可能であり、搬送ロボットのように決められたルートを決められた順路で移動するロボットの場合でも、電源ケーブルを介して常時電力を供給したりルートの途中に電力供給装置を設けて供給することができる。

一方自律移動型ロボットの場合、電源ケーブルを介して常時電力を供給することも可能であるが、意匠的に不細工なものになると共に電源ケーブルが引っ張られることで抜けたり障害物に絡まり、損傷したりする恐れがある。そのため、前記のような自律移動型ロボットでは、充電式バッテリを電源とする方式が多い。

ここで問題となってくるのが充電作業である。前記のような用途に用いられる自律移動型ロボットは、自動で動作し続けることで所定の作業をこなすものがほとんどであり、その観点からも充電作業の自動化が実用化を図る上での問題となる。ロボットの使用者が充電のたびにバッテリを交換したり、その都度バッテリを充電器へ接続したりするのは使用者を煩わせ、作業効率も落ちることになり、また、生活支援型ロボットの場合、住人や家の状況を常に確認する必要があるから、特に留守番機能を利用する場合などでは自動充電が必須の機能となる。

そのため充電式バッテリを電源とする自律移動型ロボットでは、バッテリ充電を自動で行うための充電ステーションを用いるのが一般的である。この充電ステーションは、例えばロボットが次の動作に移る前の待機中、或いは使用者が就寝中など、或る程度の時間使用しない場合や、バッテリ残量、連続駆動時間、使用者よりの命令等、所定の条件が合致したときに現在進行中の作業を中断し、自力で充電ステーションにおける充電装置に接続して充電できるようにするものである。

この時必要なのは、自律移動型ロボットの充電ステーションへの正確な誘導と、充電ステーションにおける充電装置に備えられた給電端子とロボット側の充電端子などを確実に接続する技術である。こういった技術に関しては、例えば特許文献１に、犬型ロボットへの充電ステーションの誘導と充電を行うため、所定部位に配設された視認性識別データをロボットに設けた撮像手段で撮像し、移動ロボットから充電ステーションまでの距離・方向を算出して充電ステーションに向かわせ、かつ、充電ステーション側では、犬型ロボットの伏せ姿勢やお座りをした姿勢で腹部や臀部に設けた充電用接点と充電ステーション側給電端子を接続し、ロボットに給電が行えるようにしたものが示されている。

また特許文献２には、自律移動型ロボットが滑らかな動作で任意の場所に任意の方向から任意の向きで進入することができるよう、自律移動型ロボットの最も高い部分に周囲の状況を撮像するための魚眼レンズを有した撮像装置を取り付け、ロボットの使用者が任意に設定した充電装置の特定位置の上方に、ロボットの位置、向きにかかわらず前記撮像装置にて撮像可能な高さに、特定位置であることを示すためのマーカを設けて誘導できるようにした特定位置誘導制御方法が示されている。

特開２００１−１２５６４１号公報 特開２００４−３０３１３７号公報

しかしながら特許文献１に示された技術は犬型ロボットを用いたものであり、ロボットを充電ステーションに誘導する技術は応用できても、ロボット側の充電用接点と充電ステーション側給電端子の接続が、犬型ロボットにおける「伏せ」の姿勢や「お座り」の姿勢におけるロボット本体の重量により行われる方式であり、簡単、確実ではあるが、例えば或る程度人の形状をして足の代わりに２輪の駆動輪や補助輪を用いて走行するようにしたロボットでは、こういった「伏せ」や「お座り」の姿勢を取らせることはできないからそのまま適用することはできない。また、充電ステーション側接点は上面が露出しており、人がさわって感電したり金属を落としてショートする可能性が有って家庭用ロボットの充電ステーションとしては危険性があり、さらに塵の付着で導通不良などを起こす可能性もある。

また特許文献２に示された技術は、人型をした自律移動型ロボットを用いてはいるが、このロボットを特定位置に設けた充電装置へ導くための技術であり、ロボット側の充電用接点と充電ステーション側給電端子の接続については何ら触れられておらず、参考にすることはできない。

特に、前記したように例えば或る程度人の形状をして足の代わりに２輪の駆動輪や補助輪で走行するようにし、特定の移動経路を持たない自律移動型ロボットでは、充電ステーションへの誘導、並びにロボット側の充電用接点と充電ステーション側給電端子の接続のためには高度の位置検出、位置決め技術が必要となる。

これは、充電装置における給電コネクタ端子が小型であればあるほど、高精度な位置検出・位置決めが要求されることを示し、高精度な画像認識や、ＧＰＳ（全地球側位システム：Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）などによる位置検出を行い、その結果得られる補正値を持ってロボットを精密に制御して導く必要がある。それに伴い、装置の複雑化、制御プログラムの複雑化、コストの増加は避けられない。

また、コネクタ形状を大きくしたり、ロボットと充電装置間でテーパー外形等を使って位置決めすることで、位置検出、位置決め精度を緩和することが考えられるが、ロボットの意匠に支障をきたし、さらに、コネクタ形状を大きくした場合は充電装置の大きさが不本意に大きくなってしまう場合があり、嫌厭されることがある。

そのため本発明においては、充電ステーションに誘導された自律移動型ロボットにおけるロボット側充電端子と、充電ステーション側の給電端子を確実に接続できるようにし、かつ、ロボット側充電端子がロボットの意匠に支障を来すことがない程度に小型で、しかも充電ステーション側充電装置は、構造が簡単で安価、それでいて感電やショート、汚れによる導通不良などを起こさないようにした、自律移動型ロボットにおける充電ステーションを提供することが課題である。

上記課題を達成するため本発明になる自律移動型ロボットにおける充電ステーションは、
本体に設けられたバッテリへの充電用端子を有し、独立に駆動可能な２輪の駆動輪と、少なくとも１つの従動補助輪とで移動可能に構成された自律移動型ロボットにおける前記バッテリへの充電ステーションであって、
前記充電ステーションは給電端子を有した充電装置と、該充電装置に対して前記ロボット進入側に、前記駆動輪を制御して前記給電端子と充電端子との間隔とロボット進入角度を制御して前記給電端子と充電端子とをほぼ対面させる進入角度修正手段を設けたことを特徴とする。

そして、前記ロボット進入角度修正手段は前記充電ステーション床面に配され、前記自律移動型ロボットにおける駆動輪にそれぞれ別個に当接するアイドラローラであることを特徴とする。

このように、充電ステーションにおける給電端子とロボット側の充電端子とをほぼ対面させるロボット進入角度修正手段を設けたことで、ロボットを充電ステーションに誘導すれば、充電装置に備えられた給電端子とロボット側の充電端子を確実に接続することができる。また、そのロボット進入角度修正手段を充電ステーション床面に配して駆動輪にそれぞれ別個に当接するアイドラローラとすると、このアイドラローラに最初に当接した駆動輪は、アイドラローラを乗り越えようとしたときにアイドラローラの回転によってその場で空転することになってそれ以上進むことができず、それに対して逆側の駆動輪はそのまま進行するから、２つの駆動輪がアイドラローラに当接するまでそれが続き、特に複雑な制御をおこなうことなく、簡単、安価な構成で確実に充電装置側給電端子とロボット側充電端子を対面させて接続することができる充電ステーションを提供することができる。

さらに、前記アイドラローラの前記充電装置側に、ローラカバーを設けることで、アイドラローラに人が乗って転倒するなどのことを防ぐことができる。また、前記アイドラローラにおける前記ローラカバーから露出した部分が、前記自律移動型ロボットにおける本体カバー下部に一部を露出した前記駆動輪と接触する構造としたことで、アイドラローラは小径とすることができ、ローラカバーの存在と相俟って、充電ステーションの意匠を損ねず、かつ、人がつまずくなどのことも防ぐことのできる充電ステーションを提供することができる。

そして、前記アイドラローラの軸方向長さは、前記充電装置における略給電端子幅とすることで、一の駆動輪が同じ側のアイドラローラに当接すれば、必ず充電装置側給電端子とロボット側充電端子を接続することができる充電ステーションを提供することができる。

また、前記課題を達成するため本発明になる自律移動型ロボットにおける充電ステーションは、
本体に設けられたバッテリへの充電用端子を有し、独立に駆動可能な２輪の駆動輪と、少なくとも１つの従動補助輪とで移動可能に構成された自律移動型ロボットにおける前記バッテリへの充電ステーションであって、
前記充電ステーションは給電端子を配した充電装置を有し、前記給電端子は、複数の端子が充電装置における上方に向けて配列されていることを特徴とする。

このように充電ステーションを構成することで、自律移動型ロボットは２輪の駆動輪と従動補助輪とで移動するから上下方向の高さはほぼ一定であり、従って、一般的にアースや複数の給電端子が存在する充電装置側給電端子とロボット側充電端子とは、精度良く接続することができる充電ステーションを提供することができる。

そして、前記充電装置は基部より上部が前記自律移動型ロボット側に傾斜させることで、充電装置は従来装置のように人が簡単に触ることで感電したり金属が落下してショートするといったことが防止でき、また、塵が付着する可能性も小さいから汚れによる導通不良などを起こすことのない、自律移動型ロボットにおける充電ステーションを提供することができる。

また、前記自律移動型ロボットに設けられた充電端子はコネクタ端子を有し、該コネクタ端子は、スプリングにより前記自律移動型ロボットカバー外部方向に突出する力を加えられ、前記給電端子との接触で一部がロボットカバー内部側に収納されることにより、充電端子と給電端子を確実に接触させることができる。

さらに、前記自律移動型ロボットと前記充電装置とは、一側に凸状ホックを、他側に凹状ホックが設けられ、前記自律移動型ロボットが充電状態において前記凸状ホックが凹状ホックと係合するように構成することにより、充電時は自律移動型ロボットが充電装置に捕捉されている形になるから、スプリングなどを用いることで自律移動型ロボットが充電装置から離間する方向の力を受けても、確実に充電を続けることができる充電ステーションを提供することができる。

以上記載のごく本発明によれば、充電ステーションにおける給電端子とロボット側の充電端子とがほぼ対面するように制御するロボット進入角度修正手段を設けたことにより、ロボットを充電ステーションに誘導すれば、充電装置に備えられた給電端子とロボット側の充電端子を確実に接続することができる。また、そのロボット進入角度修正手段を充電ステーション床面に配して駆動輪にそれぞれ別個に当接するアイドラローラとすると、このアイドラローラに最初に当接した駆動輪は、アイドラローラを乗り越えようとしたときにアイドラローラの回転によってその場で空転することになってそれ以上進むことができず、それに対して逆側の駆動輪はそのまま進行するから、２つの駆動輪がアイドラローラに当接するまでそれが続き、特に複雑な制御をおこなうことなく、簡単、安価な構成で確実に充電装置側給電端子とロボット側充電端子を対面させて接続することができる充電ステーションを提供することができる。

また、充電ステーションに配した充電装置における複数の給電端子を、充電装置における上方に向けて配列することで、自律移動型ロボットは２輪の駆動輪と従動補助輪とで移動するから上下方向の高さはほぼ一定であり、従って、一般的にアースや複数の給電端子が存在する充電装置側給電端子とロボット側充電端子とは、精度良く接続することができる充電ステーションを提供することができる。

さらに、アイドラローラの充電装置側にローラカバーを設けることで、アイドラローラに人が乗って転倒するなどのことを防ぐことができる。また、アイドラローラにおけるローラカバーから露出した部分が、前記自律移動型ロボットにおける前記駆動輪と接触する構造としたことで、アイドラローラは小径とすることができ、ローラカバーの存在と相俟って、充電ステーションの意匠を損ねず、かつ、人がつまずくなどのことも防ぐことのできる充電ステーションを提供することができる。

そして、充電装置は基部より上部をロボット側に傾斜させることで、人が簡単に触ることで感電したり金属が落下してショートするといったことが防止でき、また、塵が付着する可能性も小さいから、汚れによる導通不良などを起こすことのない自律移動型ロボットにおける充電ステーションを提供することができる。

また、充電端子はコネクタ端子を有し、該コネクタ端子は、スプリングにより前記自律移動型ロボットカバー外部方向に突出する力を加えられ、前記給電端子との接触で一部がロボットカバー内部側に収納されるようにしたことで、充電端子と給電端子を確実に接触させることができ、さらに、ロボットと充電装置の一方に凸状ホックを、他方に凹状ホックを設け、ロボットの充電時、凸状ホックが凹状ホックと係合するように構成することで、充電時は自律移動型ロボットが充電装置に捕捉されている形になって、確実に充電を続けることができる充電ステーションを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は本発明になる自律移動型ロボットとその充電ステーションの概略斜視図、図２は独立に駆動可能な２輪の駆動輪と従動補助輪とで移動可能に構成された自律移動型ロボットにおける正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、背面図（Ｃ）、底面図（Ｄ）とバッテリへの充電端子の位置を示した図（Ｅ）、図３は自律移動型ロボットにおける充電端子の斜視図（Ａ）とロボット本体カバーへの取り付け状況を示した斜視図（Ｂ）、及び端子の断面図（Ｃ）と充電用端子のスプリングによる移動範囲を示した図（Ｄ）、図４は充電ステーションの正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）、及びロボットの駆動輪を当接したときに駆動輪を空転させるためのアイドラローラとカバーの断面図（Ｃ）、充電時に自律移動型ロボットを捕捉するためのホックの断面図（Ｄ）、図５は充電装置の断面図（Ａ）と正面図（Ｂ）、及び斜視図（Ｃ）、図６は自律移動型ロボットにおける駆動輪と充電ステーション側アイドラローラの当接状態を示した図、図７は自律移動型ロボットの充電ステーションにおける充電状態を示した斜視図（Ａ）と側面図（Ｂ）、及び自律移動型ロボット側充電端子と充電装置側給電端子との接続状態を示した図（Ｃ）、図８は自律移動型ロボットが充電ステーションにおける充電装置と対面する状態で進入するときの説明図、図９は自律移動型ロボット１が充電ステーション２へある角度を持って進入したときに、自律移動型ロボット１が充電ステーション２側充電装置とどのようにして対面できる状態となるかを説明するための図、図１０は自律移動型ロボットが充電端子と充電ステーション側給電端子と対面できる状態となるための許容される進入角度を説明するための図である。なお、図中同一構成要素には同一番号を付してある。

本発明になる自律移動型ロボット１とその充電ステーション２は、図１に両者の概略斜視図を示し、図２、図３に自律移動型ロボット１の構成概略を、図４、図５に充電ステーション２の構成概略を示したように、図２（Ｄ）に示した独立に駆動可能な２輪の駆動輪１０と少なくとも１つの従動補助輪１１（図２では２つ）で移動する自律移動可能なロボット１が、所定位置に設けられた充電ステーション２に誘導され、さらに自律移動型ロボット１が充電ステーション２における充電装置５に対し、背後に設けられた充電端子１２を接続するように進入して充電を行うようになっている。

なお、この自律移動型ロボット１の充電ステーション２への誘導については、前記した特許文献２に詳細に述べられているように、例えばロボットの周りを広く撮影することができる魚眼レンズを備えた撮像装置３をロボット１の最も高い部分に真上に向けて取り付け、一方、使用者が特定位置に設けた充電ステーション２には、ポール２０などにより自律移動型ロボット１の位置や向きにかかわらず撮像装置３で撮像可能な高さに特定位置の場所を示すためのマーカ２１を設け、このマーカ２１を撮像装置３により撮像してロボット１と充電ステーション２の位置関係や距離を算出し、自律移動型ロボット１が充電ステーション２へ向かうようにすればよい。

まず、自律移動型ロボット１の構成について図２、図３を用いて説明すると、本発明に用いる自律移動型ロボット１は、図２（Ａ）に正面図、（Ｂ）に側面図、（Ｃ）に背面図、（Ｄ）に底面図、（Ｅ）に自律移動型ロボットに内蔵されたバッテリへの充電用端子１２と、充電時に自律移動型ロボット１を充電ステーション２に捕捉するためのホック１３の位置を示したように、頭、胸、腹部等が略人型をしており、頭における頂部に前記した魚眼レンズを備えた撮像装置３を、本体下部におけるカバー４の内部に、独立に駆動可能な２輪の駆動輪１０と少なくとも１つの従動補助輪１１（この場合は２つ）を有して構成されている。

そしてその背後には、詳細を図３に示した充電用端子１２と、接続状況を図７（Ｃ）で後記する充電ステーション２側ホック５１と係合するホック１３とが設けられている。この充電用端子１２は、図３（Ａ）に斜視図を、（Ｂ）にロボット本体カバー４への取り付け状況を示した斜視図を、（Ｃ）に充電用端子の断面図を、（Ｄ）に充電用端子のスプリングによる移動範囲を示したように、コネクタ端子１２１が充電端子のハウジング１２６、１２７により保持され、スプリング１２２によって自律移動型ロボットカバー４の外部方向に突出する力を加えられている。１２３は、Ｅリング１２４へスプリング１２２が巻き込まれないようにするためのワッシャ、１２５は端子カバー、１２８はコネクタ端子１２１からロボット１の内部のバッテリへ接続するケーブルである。

この充電用コネクタ端子１２１は、図３（Ｂ）に示したようにロボット１におけるカバー４の外部側に端子カバーが被せられ、図３（Ｃ）の断面図に示したように、内部ではハウジング１２６、１２７で保持されて、一端をハウジング１２７に、他端をコネクタ端子１２１の凸部で止められているワッシャ１２２に当接したスプリング１２２で、ロボットカバー４の外部方向に突出する力を加えられている。そのためこのコネクタ端子１２１は、外部からカバー４内部方向の力を加えられると、図３（Ｄ）にｓで示した距離だけ収納されるようになっている。

一方、充電ステーション２には、図４（Ａ）、（Ｂ）に構成概略を示したように自律移動型ロボット１を誘導するためにマーカ２１を設けたポール２０が立設され、充電ステーション２の床面７には、詳細を図５に示した充電装置５、この充電装置５に対して自律移動型ロボット１が進入する側に設けられ、自律移動型ロボット１における駆動輪１０と当接して充電端子１２と充電装置５の間隔とロボット１の進入角度を制御し、充電端子１２と充電装置５とをほぼ対面させる進入角度修正手段たる、図４（Ｃ）に示したアイドラローラ６が設けられている。

このアイドラローラ６は、図４（Ｃ）に示したように充電ステーション２における床面７と接触しないよう両端に設けられたアイドラローラ６１と該アイドラローラ６１を保護すると共に、人がこのアイドラローラ６１を踏んで転倒したりするのを防止するローラカバー６２、アイドラローラ６１を両端で支える軸受６３とで構成され、ローラローラカバー６２は、このローラカバー６２で覆われていない部分が自律移動型ロボットにおける駆動輪１０と当接するようになっている。

また充電装置５は、図５に詳細を示したように上側が自律移動型ロボット１の進入する側に傾き、例えば銅の板で形成されて充電装置５内で電源に接続されている複数の給電端子５０が上方に向けて配列され、この給電端子５０の下には、接続状況を図７（Ｃ）で後記する自律移動型ロボット１におけるホック１３と係合して充電時、自律移動型ロボット１を捕捉するための図４（Ｄ）に示したような凹状でホック５１が設けられている。

給電端子５０の幅ｄは大きくすると位置決め精度を緩和できるが、充電装置の大きさが不本意に大きくなってしまうので例えば１００ｍｍ程度とする。また、図７（Ｃ）の説明で後記するようにこの図４（Ｄ）に示したホック５１を凹状ホックとし、自律移動型ロボット１側のホック１３を凸状ホックとしたが、これを逆にしても良いことはもちろんである。

図６は、自律移動型ロボット１における駆動輪１０と当接して充電端子１２と充電装置５の間隔とロボット１の進入角度を制御し、充電端子１２と充電装置５とをほぼ対面させる進入角度修正手段たる、図４（Ｃ）に示したアイドラローラ６１の、駆動輪１０との当接状況を示した図である。この図６において４は自律移動型ロボット１のカバー、７は充電ステーション２の床面、１０は自律移動型ロボット１の駆動輪、６１はアイドラローラ、６２はローラカバーであり、この図６から明らかなように、アイドラローラ６１とローラカバー６２とは、自律移動型ロボット１における本体カバー４の下部に納まる大きさとされ、さらにローラカバー６２は駆動輪１０とアイドラローラ６１が当接したときに駆動輪１０と接触しないようになっている。

このアイドラローラ６１の直径φ_２は、その機能から、駆動輪１０の直径φ_１以下であればよいが、自律移動型ロボット１における本体カバー４の下部に納まる必要があることと、あまり大きくなった場合、人が引っかかって転倒するなどの事故が起こる可能性がある。従って、このアイドラローラ６１の直径φ_２は、本体カバー４と充電ステーション２の床面７との間隔ａの大きさと事故が生じない大きさを考慮して決定する必要があり、また、アイドラローラ６１における中心の床面７からの高さｂは、アイドラローラ６１が空転できる高さであれば良いが、この高さｂと直径φ_２が駆動輪１０の中心からアイドラローラ６１の中心間距離ｃに影響するから、これらの点を考慮して決定する必要がある。

図７は、このように構成された自律移動型ロボット１を充電ステーション２における充電装置５によって充電している状態の斜視図（Ａ）と側面図（Ｂ）、及び自律移動型ロボット側充電端子１２を構成するコネクタ端子１２１と充電装置側給電端子５０との接続状態を示した図（Ｃ）であり、自律移動型ロボット１は、充電ステーション２へ背面側から進入し、図２（Ｃ）、（Ｅ）に示したように背面側に設けられたロボット側充電端子１２を構成するコネクタ端子１２１を充電装置側給電端子５０に当接させて充電を行う。

その時自律移動型ロボット側充電端子１２を構成するコネクタ端子１２１は、図３（Ｄ）で説明したように充電装置側給電端子５０への当接でスプリング１２２に抗して自律移動型ロボット１側に収納され、確実に自律移動型ロボット１への充電が行われる。またこのとき、図７（Ｄ）に示したように、自律移動型ロボット１側の凸状ホック１３が充電装置５側に設けられた凹状ホック５１に捕捉され、充電時に自律移動型ロボット１の充電端子側スプリング１２２で自律移動型ロボット１が押し戻され、充電が中断したりする事故が防止できる。

なお、この凸状ホック１３と凹状ホック５１は、前記したように逆にしても良いことはもちろんであり、また、この捕捉手段を磁石などを用いずにホックとしたのは、電源を要しないことと金属などが磁石に引きつけられてショートなどの事故を起こすのを防ぐためである。

図８は、このように構成した自律移動型ロボット１における充電端子１２が、充電ステーション２における充電装置５と対面する状態で進入するときの説明図である。この場合、図８（Ａ）に示したように自律移動型ロボット１（カバー４_１で示す）が、その両駆動輪１０_１から充電ステーション２における両アイドラローラ６までの距離が略等しい状態で充電ステーション２へ進入し、ほぼ同時に両駆動輪１０_１が両アイドラローラ６１に当接する。そのため、図８（Ｃ）に示したように、駆動輪１０はアイドラローラ６１に乗り上げようとするが、そのときアイドラローラ６１が空転し、駆動輪１０はアイドラローラ６１に当接した位置で止まることになる。

それに反して図８（Ｂ）のように駆動輪１０ａが空転しない固定車止め６００に当接したときは、駆動輪１０ｂはこの車止め６００を乗り越え、当接した位置で止まらない。

さらに図９は、自律移動型ロボット１が充電ステーション２へある角度を持って進入したときに、自律移動型ロボット１が充電ステーション２側充電装置とどのようにして対面できる状態となるかを説明するための図である。

今、自律移動型ロボット１が４_３で示したように、充電ステーション２に対して斜めに進入した場合、４_４の位置まで進んだときに駆動輪１０_４の一方がアイドラローラ６１に当接する。すると当接した方の駆動輪１０_４は、前記図８（Ｃ）で説明したようにアイドラローラ６１が空転するためそれ以上進まず、逆側の駆動輪１０が１０_５のように自律移動型ロボット１の向きを４_５のように変えて回転させながら進むことになり、さらに１０_６のように自律移動型ロボット１の向きが４_６のように変えて、４_７の状態になって駆動輪１０_７がアイドラローラ６１に当接する。

そのため自律移動型ロボット１は、この４７の状態でその充電端子１２が充電ステーション２における充電装置５と対面する状態となり、前記したように自律移動型ロボット１の充電端子１２が充電ステーション２における充電装置５の給電端子５０に接触し、かつ、凸状ホック１３と凹状ホック５１が係合して確実に充電が行われる。

図１０は、このようにして自律移動型ロボット１が充電ステーション２側の充電装置５と対面できる状態となるために許容される進入角度を説明するための図であり、４_１のように自律移動型ロボット１の充電端子１２が充電装置５と対面する状態を中心に、ほぼ、４５°程度までの角度４_８、４_９、４_１０、４_１１で進入した場合は以上説明してきたように充電端子１２が充電装置５と対面することができるが、進入角度がそれ以上となると、駆動輪１０とアイドラローラ６１とが滑って駆動輪１０がアイドラローラ６１と平行状態になり、充電端子１２が充電装置５と対面することができなくなる。

またアイドラローラ６１の軸方向の有効長さは、前記充電装置５における給電端子５０の幅ｄと略同一か多少長いことが好ましい。こうすると、駆動輪１０がアイドラローラ６１と接触したときは確実に自律移動型ロボット１の充電端子１２が充電装置５と対面できる状態となるが、あまりｄより長くすると、例え自律移動型ロボット１の充電端子１２が充電装置５側を向いても、充電装置５の給電端子５０を外れた位置となり、充電することができない場合が生じる。

以上種々述べてきたように本発明によれば、充電ステーション２における充電装置５の給電端子５０とロボット１側の充電端子１２とがほぼ対面するように制御するロボット進入角度修正手段を設けたことにより、ロボット１を充電ステーション２に誘導すれば、充電装置５に備えられた給電端子５０とロボット１側の充電端子１２を確実に接続することができる。また、そのロボット進入角度修正手段を充電ステーション床面に配して駆動輪１０にそれぞれ別個に当接するアイドラローラ６１とすると、このアイドラローラ６１に最初に接触した駆動輪１０は、アイドラローラ６１を乗り越えようとしたときにアイドラローラ６１の回転によってその場で空転することになってそれ以上進むことができず、それに対して逆側の駆動輪１０はそのまま進行するから、２つの駆動輪１０がアイドラローラ６１に当接するまでそれが続き、特に複雑な制御をおこなうことなく、簡単、安価な構成で確実に充電装置５側給電端子５０とロボット１側充電端子１２を対面させて接続することができる充電ステーションを提供することができる。

また、充電ステーション２に配した充電装置５における複数の給電端子１２を、充電装置５における上方に向けて配列することで、自律移動型ロボット１は２輪の駆動輪１０と従動補助輪１１とで移動するから上下方向の高さはほぼ一定であり、従って、一般的にアースや複数の給電端子が存在する充電装置５側給電端子５０とロボット１側充電端子１２とは、精度良く接続することができる充電ステーション２を提供することができる。

さらに、アイドラローラ６１の充電装置５側にローラカバー６２を設けることで、アイドラローラ６１に人が乗って転倒するなどのことを防ぐことができる。また、アイドラローラ６１におけるローラカバー６２から露出した部分が、前記自律移動型ロボット１における前記駆動輪１０と接触する構造としたことで、アイドラローラ６１は小径とすることができ、ローラカバー６２の存在と相俟って、充電ステーション２の意匠を損ねず、かつ、人がつまずくなどのことも防ぐことのできる充電ステーション２を提供することができる。

そして、充電装置５は基部より上部をロボット１側に傾斜させることで、人が簡単に触ることで感電したり金属が落下してショートするといったことが防止でき、また、塵が付着する可能性も小さいから、汚れによる導通不良などを起こすことのない自律移動型ロボット１における充電ステーション２を提供することができる。

また、充電端子１２はコネクタ端子１２１を有し、該コネクタ端子１２１は、スプリング１２２により前記自律移動型ロボット１のカバー４の外部方向に突出する力を加えられ、前記給電端子５０との接触で一部がロボットカバー４内部側に収納されるようにしたことで、充電端子１２と給電端子５０を確実に接触させることができ、さらに、ロボット１と充電装置５の一方に凸状ホック１３を、他方に凹状ホック５１を設け、ロボット１の充電時、凸状ホック１３が凹状ホック５１と係合するように構成することで、充電時は自律移動型ロボット１が充電装置５に捕捉されている形になって、確実に充電を続けることができる充電ステーション２を提供することができる。

本発明によれば、ロボットの意匠に支障を来すことがない程度に小型で、しかも、構造が簡単で安価、それでいて感電やショート、汚れによる導通不良などを起こさないようにした、自律移動型ロボットにおける充電ステーションを提供することができ、家庭用ロボットの充電装置などに応用して好適な充電ステーションを提供できる。
課題である。

本発明になる自律移動型ロボットとその充電ステーションの概略斜視図である。 独立に駆動可能な２輪の駆動輪と従動補助輪とで移動可能に構成された自律移動型ロボットにおける正面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、背面図（Ｃ）、底面図（Ｄ）とバッテリへの充電端子の位置を示した図（Ｅ）である。 自律移動型ロボットにおける充電端子の斜視図（Ａ）とロボット本体カバーへの取り付け状況を示した斜視図（Ｂ）、及び端子の断面図（Ｃ）と充電用端子のスプリングによる移動範囲を示した図（Ｄ）である。 充電ステーションの正面図（Ａ）と側面図（Ｂ）、及びロボットの駆動輪を当接したときに駆動輪を空転させるためのアイドラローラとカバーの断面図（Ｃ）、充電時に自律移動型ロボットを捕捉するためのホックの断面図（Ｄ）である。 充電装置の断面図（Ａ）と正面図（Ｂ）、及び斜視図（Ｃ）である。 自律移動型ロボットにおける駆動輪と充電ステーション側アイドラローラの当接状態を示した図である。 自律移動型ロボットの充電ステーションにおける充電状態を示した斜視図（Ａ）と側面図（Ｂ）、及び自律移動型ロボット側充電端子と充電装置側給電端子との接続状態を示した図（Ｃ）である。 自律移動型ロボットが充電ステーションにおける充電装置と対面する状態で進入するときの説明図である。 自律移動型ロボット１が充電ステーション２へある角度を持って進入したときに、自律移動型ロボット１が充電ステーション２側充電装置とどのようにして対面できる状態となるかを説明するための図である。 自律移動型ロボットが充電端子と充電ステーション側給電端子と対面できる状態となるための許容される進入角度を説明するための図である。

符号の説明

１ 自律移動型ロボット
２ 充電ステーション
３ 撮像装置
４ カバー
５ 充電装置
６ アイドラローラ
７ 充電ステーション床面
１０ 駆動輪
１１ 従動補助輪
１２ 充電端子
１３ ホック
２０ ポール
２１ マーカ

Claims (9)

1. 本体に設けられたバッテリへの充電用端子を有し、独立に駆動可能な２輪の駆動輪と、少なくとも１つの従動補助輪とで移動可能に構成された自律移動型ロボットにおける前記バッテリへの充電ステーションであって、
   前記充電ステーションは給電端子を有した充電装置と、該充電装置に対して前記ロボット進入側に、前記駆動輪を制御して前記給電端子と充電端子との間隔とロボット進入角度を制御して前記給電端子と充電端子とをほぼ対面させる進入角度修正手段を設けたことを特徴とする自律移動型ロボットにおける充電ステーション。
2. 前記ロボット進入角度修正手段は前記充電ステーション床面に配され、前記自律移動型ロボットにおける駆動輪にそれぞれ別個に当接するアイドラローラであることを特徴とする請求項１に記載した自律移動型ロボットにおける充電ステーション。
3. 前記アイドラローラの前記充電装置側に、ローラカバーを設けたことを特徴とする請求項２に記載した自律移動型ロボットにおける充電ステーション。
4. 前記アイドラローラにおける前記ローラカバーから露出した部分が、前記自律移動型ロボットにおける本体カバー下部に一部を露出した前記駆動輪と接触する構造としたことを特徴とする請求項３に記載した自律移動型ロボットにおける充電ステーション。
5. 前記アイドラローラの軸方向長さは、前記充電装置における略給電端子幅であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載した自律移動型ロボットにおける充電ステーション。
6. 本体に設けられたバッテリへの充電用端子を有し、独立に駆動可能な２輪の駆動輪と、少なくとも１つの従動補助輪とで移動可能に構成された自律移動型ロボットにおける前記バッテリへの充電ステーションであって、
   前記充電ステーションは給電端子を配した充電装置を有し、前記給電端子は、複数の端子が充電装置における上方に向けて配列されていることを特徴とする自律移動型ロボットにおける充電ステーション。
7. 前記充電装置は基部より上部が前記自律移動型ロボット側に傾斜していることを特徴とする請求項６に記載した自律移動型ロボットにおける充電ステーション。
8. 前記自律移動型ロボットに設けられた充電端子はコネクタ端子を有し、該コネクタ端子は、スプリングにより前記自律移動型ロボットカバー外部方向に突出する力を加えられ、前記給電端子との接触で一部がロボットカバー内部側に収納されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載した自律移動型ロボットにおける充電装置。
9. 前記自律移動型ロボットと前記充電装置とは、一側に凸状ホックを、他側に凹状ホックが設けられ、前記自律移動型ロボットが充電状態において前記凸状ホックが凹状ホックと係合するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載した自律移動型ロボットにおける充電装置。

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