JP3952637B2 - Mobile robot - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数箇所のステーション間を走行してロボット作業を行う移動ロボットに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、半導体製造工場では、複数箇所の作業ステーション間を移動する走行部上に、被搬送物(例えばウエーハカセット)を相手側から受け取ったり相手側に引き渡したりするなどのロボット作業を行うための多関節アームロボットを搭載した多数台の移動ロボット(無人搬送車)が使用されている。このような移動ロボットにおいては、自走する必要がある関係上、走行用モータなどを二次電池より成るバッテリにより駆動する構成とした上で、充電ステーションを兼用した作業ステーションでの停止中に外部交流電源から充電する構成としている。
【0003】
近年では、バッテリに充電するための充電器を移動ロボット側に搭載することが行われているが、このような充電器には、安定した充電動作を行うために大容量の平滑用コンデンサを設けることが一般的となっている。但し、このような大容量の平滑用コンデンサを備えた充電器にあっては、外部交流電源に接続された当初において極めて大きな突入電流が流れて回路素子に悪影響が及ぶという問題が出てくる。このため、実際には、充電器の入力側に突入電流を制限するための抵抗素子を設けると共に、突入電流レベルが低下した所定タイミングで抵抗素子の両端を短絡するスイッチ要素を設ける構成とすることが行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来構成では、突入電流抑制機能が設けられている関係上、移動ロボットが作業ステーション(充電ステーション)に到着して充電器と外部交流電源とが接続された状態となった後に、その充電器が立ち上がるまでの時間(平滑用コンデンサに対し十分なレベルまで充電される時間)が比較的長くなってタイムロスが発生するという事情がある。これに対して、移動ロボットにあっては、作業ステーションでの停止時間が比較的短い時間に限定されることが多いという事情があるため、上記のようなタイムロスが発生する場合には十分な充電時間を確保することが困難になる。このため、場合によってはバッテリが過放電気味になることがあり、このような状態に陥ったときには、移動ロボットを充電のためだけに作業ステーションに停止させておくことが必要になって、その移動ロボットの仕事率が低下するという問題点が出てくる。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、充電ステーションに停止した期間に充電器によりバッテリへの充電を行う場合に、充電器が立ち上がるまでのタイムロスをなくすことにより充電可能時間を最大限確保できるようになる移動ロボットを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項1に記載した手段を採用できる。この手段によれば、移動ロボットが充電ステーションに停止した状態では、充電器が外部の交流電源出力を整流平滑するようになり、その整流平滑出力によりバッテリに充電されるようになる。この場合、充電制御手段は、移動ロボットが上記充電ステーションに到達する前の時点で、バッテリの出力を充電器に与えることにより当該充電器内に設けられた平滑用コンデンサに所定レベルまで充電するという制御、つまり充電器を予め立ち上げておく制御を行うようになる。このため、移動ロボットが充電ステーションに到達してからバッテリの充電が開始されるまでの時間を、最大で零時間近くまで短縮できるようになって、従来構成のようなタイムロスが発生する恐れがなくなる。この結果、充電ステーションでの停止時間が比較的短い時間に限定されるような状況下であっても、バッテリに対する充電時間を極力長く確保できるため、そのバッテリが過放電気味になることを未然に防止可能になる。従って、移動ロボットが充電のためだけに停止状態とされる可能性が低くなって、その移動ロボットの仕事率が向上するようになる。
【0009】
請求項2記載の手段によれば、充電器内の平滑用コンデンサに流れ込む突入電流が電流制限手段により抑制されるから、回路素子に悪影響が及ぶ恐れがなくなるという利点があるが、充電器が立ち上がるまでの時間が長くなるという事情がある。従って、このような事情がある場合には、前述したように充電器をを予め立ち上げておく制御を行うことが非常に有益となる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
図1には、多関節アームロボット(図示せず)を搭載した移動ロボット1の電気的構成のうち、本発明の要旨に関係した部分の構成が、充電ステーションに設置された電源装置2と共に機能ブロックの組み合わせにより示されている。尚、図1中においては、電力ラインを実線で示すと共に信号ラインを破線で示している。また、図1中において、交流線路及びこれに接続される回路要素は実際には三相用のものであるが、ここでは簡略化した状態で示している。
【0013】
この図1において、電源装置2は、三相200Vの商用交流電源3とこれに接続された給電カプラ4とを備えた構成となっている。移動ロボット1は、当該移動ロボット1が充電ステーションに停止された状態で前記給電カプラ4と接続される受電カプラ5を備えており、以下、この移動ロボット1の内部構成の要部について説明する。
【0014】
即ち、受電カプラ5と主電源線6との間には、サーキットブレーカ7及び例えばトライアックより成る電源スイッチ8が直列に接続されている。尚、電源スイッチ8は、他の半導体スイッチング素子或いはリレースイッチのような機械的スイッチにより構成することもできる。
【0015】
主電源線6に接続された充電器9は以下のような構成となっている。即ち、充電器9の入力段には、主電源線6に重畳するノイズ成分を除去するためのラインフィルタ10が接続されている。整流平滑回路11は、主電源線6からラインフィルタ10を通じて与えられる交流電源出力を整流平滑するためのもので、これは大容量の平滑用コンデンサ(図示せず)を備えた構成となっている。この場合、充電器9の入力部、特にはラインフィルタ10と整流平滑回路11との間には、上記図示しない平滑用コンデンサに流れ込む突入電流を抑制するための抵抗素子12(電流制限手段に相当)と例えばトライアックより成るバイパス用スイッチ13(スイッチ要素に相当)との並列回路が接続されており、以て抵抗素子13の両端をトライアック13により選択的に短絡できる構成とされている。尚、上記バイパス用スイッチ13も、前記電源スイッチ8と同様に他の半導体スイッチング素子或いはリレースイッチのような機械的スイッチにより構成することができる。
【0016】
スイッチング回路14は、整流平滑回路11の出力をスイッチングして可変電圧の交流出力を発生するためのものであり、そのスイッチング動作はECU15(充電状態制御回路に相当)により制御される構成となっている。このスイッチング回路14の出力を受ける整流平滑回路16は、入力段に昇圧トランス(図示せず)を備えた構成となっており、その出力をバッテリ17のプラス側端子が接続された直流電源ライン18に与えるようになっている。尚、バッテリ17のマイナス側端子は接地されている。
【0017】
この場合、ECU15は、後述する充電制御コントローラ19(充電制御手段に相当)から出力される充電開始指令及び充電条件データを受けるようになっており、充電開始指令を受けたときには、スイッチング回路14のスイッチング動作(つまりバッテリ17の充電動作)を開始させると共に、そのスイッチングレートを上記充電条件データに応じた状態とすることにより、整流平滑回路16からバッテリ17に供給される充電電流の大きさを最適状態に制御する構成となっている。
【0018】
この他、充電器9内には、前記ECU15に電源を供給するための第1の補助電源20及び第2の補助電源21が設けられている。第1の補助電源20は、出力電圧が例えばDC12Vの補助電源端子+VD からスタンバイスイッチ22を通じて与えられる直流出力を安定化させた状態でECU15に与えるようになっている。第2の補助電源21は、第1の補助電源20が機能しなくなったときにこれを検知して動作するもので、前記直流電源ライン18から与えられる直流出力を降圧・安定化させた状態でECU15に与える構成となっている。
【0019】
このように構成された充電器9を制御するための前記充電制御コントローラ19は、充電器9内のECU15並びに移動ロボット1に搭載された図示しない上位コントローラと間で信号の授受をそれぞれ行うと共に、前記電源スイッチ8、バイパス用スイッチ13、スタンバイスイッチ22並びに後述する補助電源スイッチ23のオンオフ制御を行う構成となっている。特に、この場合において、充電制御コントローラ19は、バッテリ17の状態(例えば電圧及び電流及び温度)を監視し、その監視結果に基づいて充電器9によるバッテリ17の充電条件を決定すると共に、決定した充電条件データをECU15に対してシリアル信号により送信する構成とされている。尚、この充電制御コントローラ19の電源は、直流電源ライン18の出力を12V程度に降圧するDC/DCコンバータ24の出力端子(この出力端子が前述した補助電源端子+VD に相当する)から与えられる。
【0020】
上記補助電源スイッチ23は、直流電源ライン18と充電器9内におけるラインフィルタ10及び抵抗素子12の共通接続点との接続されており、そのオン状態で、バッテリ17の出力を充電器9の入力として与える構成となっている。尚、この補助電源スイッチ23及び前記スタンバイスイッチ22は、リレースイッチのような機械的スイッチや半導体スイッチング素子により構成することができる。
【0021】
図2のフローチャートには、充電制御コントローラ19が実行する制御用プログラムのうち、本発明の要旨に直接関係した充電準備ルーチンの内容が概略的に示されており、以下これについて説明する。
即ち、図示しない上位コントローラは、移動ロボット1の位置を常時において把握しており、走行中の移動ロボット1がまもなく充電ステーションに到着する状態となったときに、割り込み信号を充電制御コントローラ19に与える。充電制御コントローラ19は、上記割り込み信号を受けたときに図2の充電準備ルーチンを開始する。
【0022】
この充電準備ルーチンでは、まず、スタンバイスイッチ22及び補助電源スイッチ23をオンさせる(ステップS1)。すると、スタンバイスイッチ22のオンに応じて、バッテリ17の出力が充電器9内の第1の補助電源20に対しDC/DCコンバータ24の出力端子(補助電源端子+VD )を通じて与えられるようになるため、ECU15に対する電源供給が開始される。また、補助電源スイッチ23のオンに応じて、バッテリ17の出力が充電器9内の整流平滑回路11に対し抵抗素子12を通じて与えられるようになり、その整流平滑回路11内の図示しない平滑用コンデンサがバッテリ17の出力により充電開始される。尚、このときには、上記平滑用コンデンサの充電が抵抗素子12を通じて行われるから、大きな突入電流が流れることが抑制される。
【0023】
次いで、ECU15の電源確立に必要な遅れ時間τが経過するまで待機し(ステップS2)、その遅れ時間τが経過した後には、バッテリ17の状態に基づいて決定した充電条件を示すデータをECU15に対してシリアル信号により送信する動作を開始する(ステップS3)。そして、この後には、充電条件データの送信が終了し、且つ前記整流平滑回路11内の平滑用コンデンサが所定の充電レベルに到達するのに必要な時間Tが経過するまで待機する(ステップS4)。尚、上記充電レベルは、満充電状態に対応したレベルとする必要はなく、これに近いレベルであれば良い。
【0024】
時間Tが経過したときには、バイパス用スイッチ13をオンさせる(ステップS5)。但し、このバイパス用スイッチ13のオンタイミングは、必ずしも時間T経過後に設定する必要はなく、平滑用コンデンサに対する突入電流の大きさが許容範囲に収まるタイミングであれば支障ないものであり、また、移動ロボット1が充電ステーションに停止した後に、電源装置2からの電力供給が開始された後のタイミングであっても良いものである。
【0025】
この後には、移動ロボット1が充電ステーションに到達するまで待機し(ステップS6)、到達したときには受電カプラ5が電源装置2側の給電カプラ4に接続されたか否かを上位コントローラからの信号に基づいて判断する(ステップS7)。そして、受電カプラ5が給電カプラ4に接続されたときには、補助電源スイッチ23をオフさせるステップS8、電源スイッチ8をオンさせるステップS9を順次実行した後に、ECU15に対し、極めて短いデータ長のシリアル信号より成る充電開始指令を与えるステップS10を実行してリターンする。
【0026】
従って、移動ロボット1が充電ステーションに到達して給電カプラ4及び受電カプラ5が接続されたときには、充電制御コントローラ19から充電開始指令が出力されるのに応じて、充電器9によるバッテリ17の充電動作が直ちに開始されるようになる。尚、このように充電動作を直ちに開始させるためには、図示しない上位コントローラから充電制御コントローラ19に割り込み信号を与えるタイミングを、移動ロボット1が充電ステーションに到着して給電カプラ4及び受電カプラ5が接続状態となる時点より少なくとも時間T以上前の時点に設定することが必要になるものである。
【0027】
要するに、上記した本実施例によれば、移動ロボット1が充電ステーションに停止した状態では、その移動ロボット1に搭載された充電器9が、充電ステーションに設けられた電源装置2の交流電源出力を整流平滑するようになり、その整流平滑出力によりバッテリ17に充電されるようになる。この場合、移動ロボット1が上記充電ステーションに到達する前の所定タイミングで補助電源スイッチ23がオンされるものであり、これにより、バッテリ17の出力により充電器9内に設けられた大容量の平滑用コンデンサに所定レベルまで充電するという制御、つまり充電器9を予め立ち上げておく制御が行われる。
【0028】
このため、移動ロボット1が充電ステーションに到達してからバッテリ17の充電が開始されるまでの時間を、最大で零時間近くまで短縮できるようになって、従来構成のようなタイムロスが発生する恐れがなくなる。この結果、充電ステーションでの停止時間が比較的短い時間に限定されるような状況下であっても、バッテリ17に対する充電時間を極力長く確保できるため、そのバッテリ17が過放電気味になることを未然に防止可能になる。従って、移動ロボット1が充電のためだけに停止状態とされる可能性が低くなって、その移動ロボット1の仕事率が向上するようになる。
【0029】
また、移動ロボット1が充電ステーションに到達する前の時点において、充電器9内のECU15の電源が立ち上げられると共に、バッテリ17の状態に基づいて決定された充電器9による充電条件データが当該ECU15に送信されるものであり、ECU15は、移動ロボット1が充電ステーションに到着した後に、上記のよう受信した充電条件データに基づいて、充電器9を通じたバッテリ17への充電動作を直ちに開始するようになる。従って、移動ロボット1が充電ステーションに到着してから充電器9による充電動作が開始されるまでの間に、充電条件データの送信所要時間に起因したタイムロスが発生することがなくなる。このため、このような面からも、移動ロボット1が充電ステーションに到達してからバッテリ17の充電が開始されるまでの時間を短縮できるようになって、従来構成のようなタイムロスが発生する恐れがなくなり、上述同様に移動ロボット1の仕事率が向上するようになる。
【0030】
また、充電器9内の平滑用コンデンサに流れ込む突入電流を抑制する抵抗素子12が設けられているから、充電器9を構成する回路素子に悪影響が及ぶ恐れがなくなるという利点がある。特に、このような抵抗素子12を設けた場合には、充電器9が立ち上がるまでの時間が長くなるという事情があるため、前述したように充電器9を予め立ち上げておく制御を行うことが非常に有益となる。
【0031】
さらに、充電条件データがシリアル信号として送信される構成となっているから、ハードウエア構成を簡略化できるという利点がある。特に、このようなシリアル通信を行う構成とした場合には、充電条件データの送信所要時間が長くなるという事情があるため、前述したようにECU15の電源を確立すると共に当該ECU15に対し予め充電条件データを送信しておく制御を行うことが非常に有益となる。
【0032】
尚、上記した実施例では、ECU15の電源を、移動ロボット1がまもなく充電ステーションに到達する状態となった時点で立ち上げる構成としたが、ECU15自体は消費電力が小さいものであるから、その電源を常時において立ち上げておく構成としても良く、この場合にはスタンバイスイッチ22は不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の電気的構成を示す機能ブロック図
【図2】充電制御コントローラの制御内容の要部を示すフローチャート
【符号の説明】
1は移動ロボット、2は電源装置、3は商用交流電源、4は給電カプラ、5は受電カプラ、6は主電源線、8は電源スイッチ、9は充電器、11は整流平滑回路、12は抵抗素子(電流制限手段)、13はバイパス用スイッチ(スイッチ要素)、14はスイッチング回路、15はECU(充電状態制御回路)、16は整流平滑回路、17はバッテリ、19は充電制御コントローラ(充電制御手段)、22はスタンバイスイッチ、23は補助電源スイッチを示す。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a mobile robot that travels between a plurality of stations to perform robot work.
[0002]
[Prior art]
For example, in a semiconductor manufacturing factory, a lot of robot operations such as receiving an object to be transported (for example, a wafer cassette) from a partner side or delivering it to a partner side on a traveling unit that moves between a plurality of work stations. A large number of mobile robots (automated guided vehicles) equipped with articulated arm robots are used. In such a mobile robot, because it is necessary to run on its own, the driving motor is driven by a battery made of a secondary battery, and the mobile robot is externally stopped during a stop at a work station that also serves as a charging station. It is configured to be charged from an AC power source.
[0003]
In recent years, a charger for charging a battery has been mounted on the mobile robot side, and such a charger is provided with a large-capacity smoothing capacitor in order to perform a stable charging operation. It has become common. However, in a charger equipped with such a large-capacity smoothing capacitor, there is a problem in that an extremely large inrush current flows at the beginning of connection to an external AC power source and adversely affects circuit elements. Therefore, in practice, a resistance element for limiting the inrush current is provided on the input side of the charger, and a switch element that short-circuits both ends of the resistance element at a predetermined timing when the inrush current level is reduced is provided. Has been done.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional configuration, since the inrush current suppression function is provided, after the mobile robot arrives at the work station (charging station) and the charger and the external AC power source are connected, There is a situation that the time until the charger starts up (the time required for charging the smoothing capacitor to a sufficient level) becomes relatively long and time loss occurs. In contrast, mobile robots are often limited to a relatively short stop time at the work station, so that sufficient charging is required when the above time loss occurs. It becomes difficult to secure time. For this reason, in some cases, the battery may be over-discharged. When this happens, it is necessary to stop the mobile robot at the work station just for charging. There is a problem that the work rate of the robot decreases.
[0007]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to allow charging by eliminating time loss until the charger starts up when charging the battery with the charger during the period when the charging station is stopped. The object is to provide a mobile robot that can secure the maximum amount of time.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the means described in
[0009]
According to the second aspect of the present invention, since the inrush current flowing into the smoothing capacitor in the charger is suppressed by the current limiting means, there is an advantage that there is no possibility of adversely affecting the circuit element, but the charger starts up. There is a circumstance that it takes a long time. Therefore, when there is such a situation, it is very useful to perform control in which the charger is started up as described above.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the configuration of a part related to the gist of the present invention in the electric configuration of a
[0013]
In FIG. 1, the power supply device 2 has a configuration including a three-phase 200 V commercial AC power supply 3 and a
[0014]
That is, a circuit breaker 7 and a power switch 8 made of, for example, a triac are connected in series between the power receiving coupler 5 and the main
[0015]
The charger 9 connected to the
[0016]
The
[0017]
In this case, the ECU 15 is configured to receive a charge start command and charge condition data output from a charge control controller 19 (corresponding to a charge control means) described later. When the charge start command is received, the ECU 15 The switching operation (that is, the charging operation of the battery 17) is started, and the switching rate is set in a state corresponding to the charging condition data, so that the magnitude of the charging current supplied from the rectifying / smoothing circuit 16 to the
[0018]
In addition, the charger 9 is provided with a first
[0019]
The charge control controller 19 for controlling the charger 9 configured as described above performs transmission and reception of signals between the ECU 15 in the charger 9 and a host controller (not shown) mounted on the
[0020]
The
[0021]
The flowchart of FIG. 2 schematically shows the contents of a charge preparation routine directly related to the gist of the present invention, among the control programs executed by the charge control controller 19, and will be described below.
That is, the host controller (not shown) keeps track of the position of the
[0022]
In this charging preparation routine, first, the
[0023]
Next, the ECU 15 waits until a delay time τ necessary for establishing the power source of the ECU 15 elapses (step S2). After the delay time τ elapses, the ECU 15 receives data indicating the charging condition determined based on the state of the
[0024]
When the time T has elapsed, the bypass switch 13 is turned on (step S5). However, the on-timing of the bypass switch 13 does not necessarily need to be set after the elapse of time T. If the magnitude of the inrush current with respect to the smoothing capacitor is within an allowable range, there is no problem. It may be the timing after the power supply from the power supply device 2 is started after the
[0025]
Thereafter, the
[0026]
Therefore, when the
[0027]
In short, according to the above-described embodiment, when the
[0028]
For this reason, the time from when the
[0029]
Further, before the
[0030]
Further, since the resistance element 12 that suppresses the inrush current flowing into the smoothing capacitor in the charger 9 is provided, there is an advantage that there is no possibility that the circuit elements constituting the charger 9 are adversely affected. In particular, in the case where such a resistance element 12 is provided, there is a situation in which the time until the charger 9 starts up becomes long. Therefore, as described above, control for starting up the charger 9 in advance can be performed. It will be very useful.
[0031]
Further, since the charging condition data is transmitted as a serial signal, there is an advantage that the hardware configuration can be simplified. In particular, when the serial communication is configured as described above, there is a situation in which the time required for transmission of the charging condition data becomes long. Therefore, as described above, the power supply of the ECU 15 is established and the charging condition is previously set for the ECU 15. It is very useful to perform control to transmit data.
[0032]
In the above-described embodiment, the power source of the ECU 15 is started up when the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing an electrical configuration of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart showing a main part of control contents of a charge controller.
1 is a mobile robot, 2 is a power supply device, 3 is a commercial AC power supply, 4 is a power supply coupler, 5 is a power reception coupler, 6 is a main power line, 8 is a power switch, 9 is a charger, 11 is a rectifying and smoothing circuit, 12 is Resistance element (current limiting means), 13 is a bypass switch (switch element), 14 is a switching circuit, 15 is an ECU (charge state control circuit), 16 is a rectifying / smoothing circuit, 17 is a battery, 19 is a charge control controller (charge) Control means), 22 is a standby switch, and 23 is an auxiliary power switch.
Claims (2)
前記充電ステーションに到達する状態となったときに前記上位コントローラより出力される割り込み信号に基づいて、前記バッテリ出力を前記充電器に与えることにより前記平滑用コンデンサに所定レベルまで充電する制御を行う充電制御手段を搭載したことを特徴とする移動ロボット。A charger is provided to be fed from an external AC power source during a period when the charging station is stopped, and a battery for driving a load is charged by an output obtained by rectifying and smoothing the AC power source output, and provided at an input portion of the charger. Current limiting means for suppressing inrush current flowing into the smoothing capacitor, and configured to charge the battery for driving the load while stopped at the charging station, and to constantly grasp its own position In a mobile robot with a host controller
Based on an interrupt signal output from the host controller when the state reaching the charging station, charging for performing control for charging the battery output to a predetermined level to said smoothing capacitor by providing the charger A mobile robot characterized by being equipped with a control means.
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