JP2007283419A

JP2007283419A - Autonomous robot

Info

Publication number: JP2007283419A
Application number: JP2006111500A
Authority: JP
Inventors: Junichi Tamamoto; 淳一玉本; Atsuo Nishihara; 淳夫西原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-04-14
Filing date: 2006-04-14
Publication date: 2007-11-01

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To lengthen the life of a battery and attain high reliability by cooling an autonomous robot efficiently with small power consumption. <P>SOLUTION: This autonomous robot includes: a drive control device 12 connected to an arithmetic control device 11 to drive the head 2, the body part 3, a moving mechanism 4 and the arms 5; a battery 13 for supplying power; a base member 14 for placing the arithmetic control device, the drive control device and the battery; a cover member 15 provided in the periphery of the base member 14 to cover the arithmetic control device, the drive control device and the battery; an exhaust fan 16 for discharging the air in the cover member downward; and an inlet port 17 provided on the upper part of the cover member 15, wherein the arithmetic control device 11 is disposed on the upstream side of an air passage extending from the inlet port 17 to the exhaust fan 16, and the drive control device 12 is disposed on the downstream side. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は制御装置や電源等を搭載した自律ロボットに関し、特に日照条件下で屋外作業を行う自律ロボットに好適である。 The present invention relates to an autonomous robot equipped with a control device, a power source, and the like, and is particularly suitable for an autonomous robot that performs outdoor work under sunshine conditions.

従来、制御装置や電源等を搭載した自律ロボットにおいて、制御装置の正常動作を図るために、熱せられた空気が上昇する性質を利用して、空気の流路を下方から上方に設け、制御装置を冷却している。また、野外や悪天候下，多湿，粉塵が舞う環境で、特に低温な環境で耐久性及び信頼性を向上するため、モータの制御回路や制御ＣＰＵ等の熱源からの廃熱を利用してギアボックスを温めることが知られ、例えば特許文献１に記載されている。 Conventionally, in an autonomous robot equipped with a control device, a power supply, etc., in order to achieve normal operation of the control device, using the property that heated air rises, an air flow path is provided from below to above, and the control device Is cooling. In order to improve durability and reliability in outdoor, bad weather, humid and dusty environments, especially in low-temperature environments, gearboxes utilize waste heat from heat sources such as motor control circuits and control CPUs. Is known, for example, as described in Patent Document 1.

特開２００５−２５２４０１号公報JP 2005-252401 A

上記従来技術では、単に制御装置を冷却したり、廃熱を利用したりしているだけなので、屋外の日照条件下でロボットを作業させることが考慮されてない。つまり、外気温が高くなると、制御装置が正常動作しなくなる恐れがあり、例えば、アスファルト路面では地表近くの温度が６０℃を超えるとされており、一般的な制御装置の動作温度の上限である４０℃を上回る。
また、自律ロボットの場合、動力源としてバッテリーを内蔵することが多く、使用可能な電力は限られる。そのため、例えば熱サイクルを利用した冷却装置など電力を多量に消費する冷却機構を使用することができず、さらに、バッテリーは高温環境では寿命が短くなる。 In the above-described prior art, since the control device is simply cooled or waste heat is used, it is not considered to operate the robot under outdoor sunshine conditions. That is, when the outside air temperature becomes high, the control device may not operate normally. For example, the temperature near the ground surface exceeds 60 ° C. on an asphalt road surface, which is the upper limit of the operation temperature of a general control device. Above 40 ° C.
In the case of an autonomous robot, a battery is often built in as a power source, and usable electric power is limited. Therefore, for example, a cooling mechanism that consumes a large amount of power, such as a cooling device using a thermal cycle, cannot be used, and the life of the battery is shortened in a high temperature environment.

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、自律ロボットの冷却を効率良く小さい消費電力で行い、バッテリーの寿命が長く、かつ信頼性の高い自律ロボットを提供することにある。 An object of the present invention is to solve the above-described problems of the prior art, to provide an autonomous robot that cools the autonomous robot efficiently and with low power consumption, has a long battery life, and is highly reliable.

上記の課題を解決するため、本発明は、頭部，胴体部，移動機構，腕，動作制御のための演算を行う演算制御装置、を有する自律ロボットにおいて、前記演算制御装置に接続され前記頭部，胴体部，移動機構，腕を駆動する駆動制御装置と、前記演算制御装置および前記駆動制御装置に電力を供給するバッテリーと、前記演算制御装置、前記駆動制御装置、前記バッテリーを載置するベース部材と、前記ベース部材の周りに設けられ前記演算制御装置、前記駆動制御装置、前記バッテリーを覆うカバー部材と、前記ベース部材に取り付けられ前記カバー部材内の空気を下方向へ排気する排気ファンと、前記カバー部材の上部に設けられた吸入口と、を備え、前記演算制御装置は前記吸入口から前記排気ファンへ至る空気流路の上流側に、前記駆動制御装置は下流側に配置されたものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an autonomous robot having a head, a torso, a moving mechanism, an arm, and an arithmetic control device that performs an operation control operation. A drive control device that drives a body, a body portion, a moving mechanism, and an arm, a battery that supplies power to the arithmetic control device and the drive control device, the arithmetic control device, the drive control device, and the battery A base member, a cover member that is provided around the base member and covers the arithmetic and control unit, the drive control unit, and the battery; and an exhaust fan that is attached to the base member and exhausts air in the cover member downward And an intake port provided in an upper portion of the cover member, and the arithmetic and control unit is disposed upstream of the air flow path from the intake port to the exhaust fan. Turning control apparatus may be disposed on the downstream side.

本発明によれば、自律ロボットを屋外で作業させても、路面近傍の熱せられた空気ではなく、上方のより低い温度の外気を取り込むことができるので、効率良く冷却を行うことができ、信頼性を向上することができる。 According to the present invention, even when the autonomous robot is operated outdoors, it is possible to take in the outside air at a lower temperature rather than the heated air in the vicinity of the road surface. Can be improved.

図１は、一実施形態であるヒューマノイド型の自律ロボット１であり、自律ロボット１は、頭部２と、胴体部３と、移動機構４と、腕５とを備える。頭部２は、例えば目を模した意匠とされている。
胴体部３は、演算制御装置１１と、駆動制御装置１２と、バッテリー１３と、ベース部材１４と、カバー部材１５と、排気ファン１６と、吸入口１７とを備え、演算制御装置
１１は、ＣＰＵ(Central Processing Unit) やメモリ等の記憶装置を備え、自律ロボット１全体の動作を制御するための演算を行う。 FIG. 1 shows a humanoid autonomous robot 1 according to an embodiment, and the autonomous robot 1 includes a head 2, a trunk 3, a moving mechanism 4, and an arm 5. The head 2 is, for example, a design that simulates eyes.
The body part 3 includes a calculation control device 11, a drive control device 12, a battery 13, a base member 14, a cover member 15, an exhaust fan 16, and a suction port 17. The calculation control device 11 is a CPU. (Central Processing Unit) and a storage device such as a memory are provided, and calculations for controlling the operation of the entire autonomous robot 1 are performed.

駆動制御装置１２は、モータ等の駆動装置やＤＣコンバータ等の電圧変換装置を備え、演算制御装置１１に比べ、より動作温度範囲が高温に耐える制御装置である。バッテリー１３は、例えばリチウムイオンバッテリーやニッケル水素バッテリーなどの再充電可能な二次電池であり、ベース部材１４は、演算制御装置１１と、駆動制御装置１２と、バッテリー１３を載置する構造部材である。
カバー部材１５は、演算制御装置１１と、駆動制御装置１２と、バッテリー１３と、ベース部材１４を覆う構造部材である。特に、カバー部材１５内部の空気の流路を保つため通気性が無く、日照による熱伝導が低く、移動の妨げにならないよう軽量な材料が望ましく、例えばプラスチック材料が良い。
また、空気の流路を確保するため、カバー部材１５とベース部材１４とは近接して配置し、空気の漏れを少なくしている。 The drive control device 12 includes a drive device such as a motor and a voltage conversion device such as a DC converter, and is a control device that can withstand a higher operating temperature range than the arithmetic control device 11. The battery 13 is a rechargeable secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery, and the base member 14 is a structural member on which the arithmetic control device 11, the drive control device 12, and the battery 13 are placed. is there.
The cover member 15 is a structural member that covers the arithmetic control device 11, the drive control device 12, the battery 13, and the base member 14. In particular, it is desirable to use a lightweight material that does not have air permeability to maintain the air flow path inside the cover member 15, has low heat conduction due to sunshine, and does not hinder movement, for example, a plastic material.
Further, in order to secure an air flow path, the cover member 15 and the base member 14 are arranged close to each other to reduce air leakage.

排気ファン１６は羽根を周設した回転型の送風器などが用いられる。排気ファン１６はベース部材１４に取り付けられ、カバー部材１５内部の空気を外部へ排出する。図１において、路面Ｇへ向かう方向に、すなわち下向きに空気の流れを発生させる。
吸入口１７はカバー部材１５に設けられた空気の取り込み口であり、カバー部材１５において排気ファン１６から遠い場所に設けられる。すなわち、図１においてはカバー部材１５の上部、頭部２の近傍に設けられる。これにより、路面Ｇ近傍の熱せられた空気ではなく、周辺環境温度に近いより低い温度の空気を取り込むことができる。 The exhaust fan 16 is a rotary blower having blades. The exhaust fan 16 is attached to the base member 14 and discharges the air inside the cover member 15 to the outside. In FIG. 1, an air flow is generated in a direction toward the road surface G, that is, downward.
The suction port 17 is an air intake port provided in the cover member 15, and is provided in a location far from the exhaust fan 16 in the cover member 15. That is, in FIG. 1, it is provided in the upper part of the cover member 15 and in the vicinity of the head 2. Thereby, not the heated air in the vicinity of the road surface G but air having a lower temperature close to the ambient environment temperature can be taken in.

移動機構４は胴体部３の下方にあり、自律ロボット１を移動させる機構である。図１においては車輪を用いた移動機構を示しているが、その他、例えば二足型の移動機構であっても良い。腕５は胴体部３の両側にあり、特にヒューマノイド型ロボットにおいては、胴体部３の上部に接続される。 The moving mechanism 4 is a mechanism for moving the autonomous robot 1 below the body part 3. Although FIG. 1 shows a moving mechanism using wheels, a bipedal moving mechanism, for example, may be used. The arms 5 are on both sides of the body part 3 and are connected to the upper part of the body part 3 particularly in a humanoid robot.

図２は自律ロボット１の胴体部３の断面図であり、演算制御装置１１と、バッテリー
１３と、カバー部材１５の配置を示している。
バッテリー１３は演算制御装置１１と比較して重いため、自律ロボット１の重心を考慮して、中央近くに配置する必要がある。また、自律ロボット１を連続的に動作させることを考慮して、バッテリー１３を矢印Ｒに示す経路で交換容易にするため、バッテリー１３の一面がカバー部材１５に相対するように配置する。従って、演算制御装置１１はバッテリー１３を取り囲むようにカバー部材１５に沿って配置される。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the body portion 3 of the autonomous robot 1, and shows the arrangement of the arithmetic and control unit 11, the battery 13, and the cover member 15.
Since the battery 13 is heavier than the arithmetic and control unit 11, it is necessary to arrange it near the center in consideration of the center of gravity of the autonomous robot 1. In consideration of continuously operating the autonomous robot 1, the battery 13 is disposed so that one surface thereof faces the cover member 15 in order to facilitate replacement of the battery 13 along the path indicated by the arrow R. Therefore, the arithmetic and control unit 11 is disposed along the cover member 15 so as to surround the battery 13.

バッテリー１３はその長手方向を吸入口１７から排気ファン１６へ至る方向に沿って、つまり略平行に配置し、バッテリー１３と演算制御装置１１との間には隙間Ｓを設ける。これにより、空気の流路を確保し、演算制御装置１１とバッテリー１３の周囲温度を外気温近傍に保つことができる。 The battery 13 is arranged with its longitudinal direction along the direction from the suction port 17 to the exhaust fan 16, that is, substantially in parallel, and a gap S is provided between the battery 13 and the arithmetic and control unit 11. Thereby, the flow path of air can be ensured and the ambient temperature of the arithmetic and control unit 11 and the battery 13 can be kept near the outside air temperature.

以上により、路面Ｇ近くの熱せられた空気ではなく、上方のより低い温度の空気を取り込むことができる。また、高温に弱い演算制御装置１１を駆動制御装置１２より、吸入口１７に近い上流側に配置することにより、周囲温度をより低い温度とし、安定した動作を実現することができる。さらに、バッテリー１３を胴体部３の中央に配置し、かつ空気の流路方向とバッテリー１３の長手方向とを略平行に配置して、バッテリー１３の周囲に演算制御装置１１を配置することにより、両者の周囲温度を下げることができる。 Thus, not the heated air near the road surface G but the upper lower temperature air can be taken in. Further, by arranging the arithmetic and control unit 11 that is vulnerable to high temperatures on the upstream side closer to the suction port 17 than the drive control unit 12, the ambient temperature can be set to a lower temperature and a stable operation can be realized. Furthermore, by arranging the battery 13 in the center of the body portion 3 and arranging the air flow direction and the longitudinal direction of the battery 13 substantially in parallel, the arithmetic control device 11 is arranged around the battery 13. The ambient temperature of both can be lowered.

図３を参照して空気の流れをより確実にする構成を説明する。
図３において、循環ファン１８を演算制御装置１１の上流側に配置した。これにより、演算制御装置１１付近における空気の澱みを防ぐことができ、演算制御装置１１へ外気を導入することができる。また、排気ファン１６と循環ファン１８との２段構成にすることにより、胴体部３内での流路抵抗を改善することができる。
ベース部材１４とカバー部材１５との間に隙間が生じた場合、矢印Ｃで示すように空気の循環が発生してしまい、胴体部３内の冷却が確実に行えないことがある。しかし、排気ファン１６と循環ファン１８とを２段となるようにしているので、胴体部３上方の空気を充分に取り込むことができ、矢印Ｃのような不要な流れを防いで冷却を確実にできる。 With reference to FIG. 3, the structure which makes the flow of air more reliable is demonstrated.
In FIG. 3, the circulation fan 18 is arranged on the upstream side of the arithmetic and control unit 11. As a result, air stagnation in the vicinity of the arithmetic and control unit 11 can be prevented, and outside air can be introduced into the arithmetic and control unit 11. Further, by using a two-stage configuration of the exhaust fan 16 and the circulation fan 18, it is possible to improve the flow path resistance in the body portion 3.
When a gap is generated between the base member 14 and the cover member 15, air circulation occurs as indicated by an arrow C, and the body part 3 may not be reliably cooled. However, since the exhaust fan 16 and the circulation fan 18 are arranged in two stages, the air above the body part 3 can be sufficiently taken in, and an unnecessary flow as indicated by the arrow C is prevented to ensure cooling. it can.

ヒューマノイド型の自律ロボット１の場合、頭部２や胴体部３の上部に集音マイク１９を配置することがある。この集音マイクは、例えば人間とのコミュニケーションのため、音声認識に使用されるものである。ここで、集音マイク１９に循環ファン１８の風切り音が入ると、集音に悪影響を与える。そのため、循環ファン１８は排気ファン１６より、ファンの羽が大きく、回転数が低いものを用いると良い。 In the case of the humanoid-type autonomous robot 1, the sound collection microphone 19 may be disposed above the head 2 and the torso 3. This sound collecting microphone is used for voice recognition, for example, for communication with humans. Here, if the wind noise of the circulation fan 18 enters the sound collection microphone 19, the sound collection is adversely affected. Therefore, it is preferable to use a circulation fan 18 having a larger fan blade and a lower rotation speed than the exhaust fan 16.

また、カバー部材１５の上部に吸入口１７を設けた場合、雨やゴミなどの異物が侵入する可能性がある。そこで、ヒューマノイド型の自律ロボット１の場合、図４に示すように、頭部２の下部かつ下向きに吸入口１７を設け、頭部２と胴体部３を接続する首部２０を通して、矢印Ｎの経路で外気を導入する。これにより、路面Ｇから離れた上方の空気を、異物の混入無く取り込むことができ、信頼性を向上できる。 Further, when the suction port 17 is provided in the upper part of the cover member 15, there is a possibility that foreign matters such as rain and dust may enter. Therefore, in the case of the humanoid-type autonomous robot 1, as shown in FIG. Introducing outside air. Thereby, the upper air away from the road surface G can be taken in without mixing in foreign matters, and the reliability can be improved.

本発明の一実施の形態による自律ロボットの正面図。1 is a front view of an autonomous robot according to an embodiment of the present invention. 一実施の形態による自律ロボット水平断面図。The autonomous robot horizontal sectional view by one embodiment. 他の実施の形態による自律ロボットの正面図。The front view of the autonomous robot by other embodiment. 他の実施の形態による外気導入経路を示す正面図。The front view which shows the external air introduction path | route by other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１…自律ロボット、２…頭部、３…胴体部、４…移動機構、５…腕、１１…演算制御装置、１２…駆動制御装置、１３…バッテリー、１４…ベース部材、１５…カバー部材、
１６…排気ファン、１７…吸入口、１８…循環ファン、１９…集音マイク、２０…首部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Autonomous robot, 2 ... Head, 3 ... Body part, 4 ... Movement mechanism, 5 ... Arm, 11 ... Operation control apparatus, 12 ... Drive control apparatus, 13 ... Battery, 14 ... Base member, 15 ... Cover member,
16 ... exhaust fan, 17 ... inlet, 18 ... circulation fan, 19 ... sound collecting microphone, 20 ... neck.

Claims

頭部，胴体部，移動機構，腕，動作制御のための演算を行う演算制御装置、を有する自律ロボットにおいて、
前記演算制御装置に接続され前記頭部，胴体部，移動機構，腕を駆動する駆動制御装置と、
前記演算制御装置および前記駆動制御装置に電力を供給するバッテリーと、
前記演算制御装置，前記駆動制御装置，前記バッテリーを載置するベース部材と、
前記ベース部材の周りに設けられ前記演算制御装置，前記駆動制御装置，前記バッテリーを覆うカバー部材と、
前記ベース部材に取り付けられ前記カバー部材内の空気を下方向へ排気する排気ファンと、
前記カバー部材の上部に設けられた吸入口と、
を備え、前記演算制御装置は前記吸入口から前記排気ファンへ至る空気流路の上流側に、前記駆動制御装置は下流側に配置されたことを特徴とする自律ロボット。 In an autonomous robot having a head, a torso, a moving mechanism, an arm, and an arithmetic control device that performs arithmetic for motion control,
A drive control device that is connected to the arithmetic and control unit and drives the head, body, moving mechanism, and arm;
A battery for supplying power to the arithmetic and control unit and the drive control unit;
A base member on which the arithmetic control device, the drive control device, and the battery are placed;
A cover member that is provided around the base member and covers the calculation control device, the drive control device, and the battery;
An exhaust fan attached to the base member and exhausting the air in the cover member downward;
An inlet provided in an upper part of the cover member;
An autonomous robot characterized in that the arithmetic and control unit is arranged upstream of an air flow path from the suction port to the exhaust fan, and the drive control unit is arranged downstream.

請求項１に記載のものにおいて、前記バッテリーはその長手方向が前記空気流路に略平行に配置されたことを特徴とする自律ロボット。 The autonomous robot according to claim 1, wherein the battery has a longitudinal direction arranged substantially parallel to the air flow path.

請求項１に記載のものにおいて、前記演算制御装置は前記バッテリーの周囲に設けられたことを特徴とする自律ロボット。 2. The autonomous robot according to claim 1, wherein the arithmetic and control unit is provided around the battery.

請求項１に記載のものにおいて、前記空気流路の前記演算制御装置より上流側に循環ファンを設けたことを特徴とする自律ロボット。 2. The autonomous robot according to claim 1, wherein a circulation fan is provided on the upstream side of the arithmetic control unit of the air flow path.

請求項１に記載のものにおいて、前記空気流路の前記演算制御装置より上流側に前記排気ファンより低回転数の循環ファンを設けたことを特徴とする自律ロボット。 The autonomous robot according to claim 1, wherein a circulation fan having a lower rotational speed than the exhaust fan is provided upstream of the arithmetic control unit in the air flow path.

請求項１に記載のものにおいて、前記バッテリーは前記演算制御装置との間で空気流路を確保するように配置されたことを特徴とする自律ロボット。 The autonomous robot according to claim 1, wherein the battery is disposed so as to secure an air flow path between the battery and the arithmetic and control unit.

請求項１に記載のものにおいて、前記バッテリーを中央に配置し、その周囲に前記演算制御装置を配置したことを特徴とする自律ロボット。
2. The autonomous robot according to claim 1, wherein the battery is arranged in the center and the arithmetic and control unit is arranged around the battery.