JP4590644B2 - 移動型ロボットの充電装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動型ロボットに搭載したバッテリに充電するための充電装置に関する。

従来、移動型ロボットの充電装置として、移動型ロボットの適所に移動型ロボットに搭載したバッテリに接続される受電コネクタを設けると共に、移動型ロボットが移動可能な範囲内に、充電用電源とこれに接続される給電コネクタとを設けた充電スタンドを設置し、移動型ロボットの動きで受電コネクタを充電スタンドの給電コネクタに接続して、充電用電源によりバッテリに充電するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このものでは、バッテリの残存容量が低下したときに、移動型ロボットが自ら充電スタンドの設置場所に移動して、受電コネクタを給電コネクタに接続することにより自動的に充電することができる。

ここで、上記従来例のものでは、給電コネクタが充電スタンドに固定されている。そのため、充電中は、移動型ロボットが受電コネクタを介して給電コネクタにより拘束され、移動型ロボットの動きの自由度が大幅に制約されてしまう。その結果、充電中は移動型ロボットの持つエンターテイメント性を有効に発揮できず、鑑賞者に失望感を与えてしまう。

ところで、充電用電源に一端が接続された配線部材の他端を移動型ロボットに接続して、配線部材が移動型ロボットに連れ動きするように構成すれば、充電中も移動型ロボットを比較的大きく動かすことができる。然し、配線部材の長さは限られているため、配線部材を引張るほどの大きな動作を移動型ロボットが行うと、配線部材の損傷といった不具合を生ずる虞がある。
特開２００１−１７９６６３号公報

本発明は、以上の点に鑑み、配線部材を用いて充電中も移動型ロボットを左程の制約を受けることなく動かすことができるようにすると共に、配線部材の損傷といった不具合の発生も防止できるようにした移動型ロボットの充電装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決すべく、本発明は、移動型ロボットに搭載したバッテリに充電するための充電装置であって、充電用電源と、充電用電源を制御する制御基板と、一端が充電用電源に接続され、他端が移動型ロボットに接続されて該ロボットに連れ動きする配線部材とを備え、充電用電源からの電力を配線部材を介して移動型ロボットのバッテリに給電すると共に、配線部材の引張り状態を段階的に検出する引張り検出器を備え、制御基板は、引張り検出器で配線部材の第１段階の引張りが検出されたときに、前記移動型ロボットにその動きを制限すべきことを指示する第１の動き制限信号を送信し、引張り検出器で配線部材の第１段階よりも強い第２段階の引張りが検出されたときに、移動型ロボットに第２の動き制限信号を送信するように構成され、第１の動き制限信号は、移動型ロボットの充電装置から離れる方向への動きを禁止する信号又は移動型ロボットを充電装置に近付く方向に動かす信号であり、第２の動き制限信号は、移動型ロボットを停止させる信号であることを特徴とする。

本発明によれば、移動型ロボットに連れ動きする配線部材を介してバッテリへの充電を行うため、充電中も移動型ロボットを左程の制約を受けることなく動かすことができ、移動型ロボットの持つエンターテイメント性を有効に発揮させて、鑑賞者を楽しませることができる。また、移動型ロボットの動きが大きくなり過ぎて、配線部材が引張られたときは、引張り検出器がこれを検出する。

そして、本発明では、引張り検出器で配線部材の第１段階の引張りが検出されたときに、移動型ロボットの充電装置から離れる方向への動きを禁止する信号や、移動型ロボットを充電装置に近付く方向に動かす信号を送信し、配線部材の第２段階の引張りが検出されたときに、移動型ロボットを停止させる信号を送信するため、配線部材がそれ以上強く引張られなくなり、配線部材が損傷するといった不具合の発生を防止することができる。

また、引張り検出器で配線部材の第２段階の引張りが検出されたときに、充電用電源からの給電を停止するように制御基板が構成されていれば、配線部材が引張られる事態になったときに、オペレータの操作によらずに給電を自動的に停止して、フェールセーフを図ることができ、有利である。

図１を参照して、１は人型の移動型ロボット、２は移動型ロボット１用の充電装置たる充電スタンドを示している。移動型ロボット１の背面のコントロールボックス１ａにはバッテリ１ｂが収納されており、コントロールボックス１ａの下に、バッテリ１ｂに接続される受電コネクタ１ｃが設けられている。

充電スタンド２には、充電用電源３と、充電用電源３を制御する制御基板４と、充電用電源３に接続した配線部材５とを備えている。尚、充電スタンド２は、その下端に取付けた車輪２ａにより移動自在である。また、充電スタンド２の下端には、ストッパ２ｂが上下動自在に取り付けられており、ストッパ２ｂを下降させることで、充電スタンド２が所定の設置場所に据え付けられる。

配線部材５は、一端を充電用電源３に接続したケーブル５ａと、ケーブル５ａの他端に取付けた給電コネクタ５ｂとで構成されている。充電スタンド２の上端には、給電コネクタ５ｂを受電コネクタ１ｃに着脱する、制御基板４で制御されるコネクタ着脱装置６が搭載されている。この着脱装置６は、給電コネクタ５ｂを保持するコネクタホルダ６ａと、コネクタホルダ６ａを進退させるアクチュエータ６ｂとを備えている。

尚、ケーブル５ａには、充電用電源３に接続される給電線に加えて制御基板４に接続される信号線も設けられている。そして、給電コネクタ５ｂと受電コネクタ１ｃとに給電端子部に加えて信号端子部を設け、制御基板４と移動型ロボット１との間での相互通信を行うことができるようにしている。

移動型ロボット１は、バッテリ１ｂの残存容量が低下したときに、自ら充電スタンド２の設置場所に移動し、受電コネクタ１ｃが給電コネクタ５ｂの前方に正対する所定の充電位置で停止する。コネクタ着脱装置６は、移動型ロボット１が充電位置に到達したときにこれを検出するロボット位置センサ（図示省略）を備えており、ロボット位置センサからの信号が制御基板４に入力される。そして、制御基板４は、ロボット位置センサからの信号を受けて充電制御を実行する。

充電制御の詳細は図３に示す通りであり、先ず、ロボット位置センサからの信号に基づいて移動型ロボット１が充電位置に到達したか否かを判別する（Ｓ１）。そして、充電位置に到達したと判別されたときは、配線部材５を移動型ロボット１に接続する処理を実行する（Ｓ２）。この処理では、コネクタ着脱装置６のアクチュエータ６ｂを作動させてコネクタホルダ６ａを前進させ、コネクタホルダ６ａに保持される給電コネクタ５ｂを受電コネクタ１ｃに接続する。また、接続に際し、コネクタホルダ６ａを介して給電コネクタ５ｂを回動させ、受電コネクタ１ｃに給電コネクタ５ｂをロックする。接続処理が完了すると、コネクタホルダ６ａを後退させる（Ｓ３）。次に、移動型ロボット１から制御基板４に充電条件が送信され、この条件で充電用電源３によるバッテリ１ｂへの充電が開始される（Ｓ４）。

ここで、コネクタホルダ６ａを後退させると、給電コネクタ５ｂからコネクタホルダ６ａが離脱して、移動型ロボット１は、図１に仮想線で示す如く、配線部材５を介してのみ充電スタンド２に連結された状態になる。そのため、移動型ロボット１を配線部材５が伸びきらない範囲で自由に動かすことができる。従って、充電中も移動型ロボット１の持つエンターテイメント性を有効に発揮させて、鑑賞者を楽しませることができる。

次に、後述する第１マイクロスイッチ７１がＯＮしているか否かを判別し（Ｓ５）、ＯＮしていれば、バッテリ１ｂの充電完了時に移動型ロボット１から出される充電停止信号が入力されたか否かを判別する（Ｓ６）。充電停止信号が入力されたときは、充電用電源３によるバッテリ１ｂへの充電を停止する（Ｓ７）。この際、移動型ロボット１は上記充電位置に戻る動作を行う。そして、ロボット位置センサからの信号に基づいて移動型ロボット１が充電位置に復帰したと判別されたとき（Ｓ８）、配線部材５の移動型ロボット１への接続を解除する処理を行う（Ｓ９）。この接続解除処理では、コネクタホルダ６ａを前進させて、受電コネクタ１ｃに接続されている給電コネクタ５ｂをコネクタホルダ６ａで保持し、次に、給電コネクタ５ｂをコネクタホルダ６ａを介してアンロック方向に回動させてロックを解除し、その後、コネクタホルダ６ａを後退させて給電コネクタ５ｂを受電コネクタ１ｃから離脱させる。これにより、図１の実線示の状態に戻り、移動型ロボット１は完全に自由な状態になる。

ところで、充電中に誤動作等で移動型ロボット１が大きく動きすぎたり、配線部材５の長さが正規長さより短かった場合、充電中に配線部材５が引張られて、配線部材５の損傷を生じたり、充電スタンド２が倒れるといった不具合を生ずる虞がある。そこで、本実施形態では、充電スタンド２に、配線部材５の引張りを検出する引張り検出器７を設けている。

引張り検出器７は、図２に示す如く、充電スタンド２に設けたフレーム２ｃの配線部材５の導出部に配置した第１と第２の一対のマイクロスイッチ７１，７２で構成されている。第１マイクロスイッチ７１は、配線部材５のケーブル５ａに固定したカラー７１ａと協働する。そして、配線部材５が移動型ロボット１の過大な動作で引張られて、カラー７１ａが図２（ｂ）に示す如くフレーム２ｃのケーブル導出孔２ｄから前方に引き抜かれたとき、第１マイクロスイッチ７１がＯＦＦする。

また、第２マイクロスイッチ７２は、ケーブル５ａにカラー７１ａよりも後方に位置させて固定した鍔状のストッパ７２ａと協働する。ストッパ７２ａは、カラー７１ａが引き抜かれてから更にケーブル５ａがフレーム２ｃの前方に引き出されたときに、フレーム２ｃに固定の受部２ｅに図２（ｃ）に示す如く当接し、それ以上ケーブル５ａが引き出されることを阻止する。そして、第２マイクロスイッチ７２は、ストッパ７２ａが受部２ｅに当接したときにＯＮする。従って、本実施形態の引張り検出器７は、第１マイクロスイッチ７１と第２マイクロスイッチ７２とで配線部材５の引張り状態を段階的に検知可能である。

第１と第２の両マイクロスイッチ７１，７２からの信号は制御基板４に入力されている。制御基板４は、充電開始後に上述したように第１マイクロスイッチ７１がＯＮしているか否かを判別し（Ｓ５）、第１マイクロスイッチ７１がＯＦＦしたときは、移動型ロボット１にその動きを制限すべきことを指示する第１の動き制限信号を送信する（Ｓ１０）。移動型ロボット１は、この信号を受けて、それ以上充電スタンド２から離れる方向には動かなくなる。尚、第１の動き制限信号は、移動型ロボット１を充電スタンド２に近付く方向に動かす信号であっても良い。

次に、第２マイクロスイッチ７２がＯＮしたか否かを判別し（Ｓ１１）、ＯＮするまではＳ５のステップに戻る。移動型ロボット１が充電スタンド２に近付く方向に動くと、図示省略したケーブル引込み機構によりカラー７１ａが導出孔２ｄを通して後方に引込まれ、第１マイクロスイッチ７１がＯＮする。この場合は、Ｓ６のステップに進み、上述した通常の充電制御が行われる。

一方、移動型ロボット１に第１の動き制限信号を送信しても、誤動作等で配線部材５が引張り続けられて第２マイクロスイッチ７２がＯＮしたときは、充電用電源３からの給電を緊急停止すると共に、移動型ロボット１に第２の動き制限信号を送信して、移動型ロボット１を緊急停止させ、更に、ブザー等で異常報知を行う（Ｓ１２）。これにより、配線部材５が過度な張力で損傷したり、充電スタンド２が倒れたりすることを防止できる。更に、オペレータの操作によらずに充電用電源３からの給電を自動的に停止して、フェールセーフを図ることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、引張り検出器７をマイクロスイッチ７１，７２で構成しているが、配線部材５を所定の力で巻き取るリールを設け、リールからの配線部材の繰出しを検出するセンサで引張り検出器を構成することも可能である。また、配線部材５に取付けた歪ゲージ等の力センサで引張り検出器を構成しても良い。更に、給電コネクタ５ｂを受電コネクタ１ｃにロックするロック機構に、配線部材５の張力を受ける機械的な受感部を設け、配線部材５の張力が所定値以上になったときに、受感部の動きでロックが解除されて、給電コネクタ５ｂが受電コネクタ１ｃから外れるようにすることも可能である。この場合、受感部で引張り検出器が構成される。

本発明の実施形態の充電装置の側面図。 実施形態の充電装置の引張り検出器を示す説明図。 実施形態の充電装置の制御基板が行う充電制御の内容を示すフロー図。

符号の説明

１…移動型ロボット、１ｂ…バッテリ、２…充電スタンド（充電装置）、３…充電用電源、４…制御基板、５…配線部材、７…引張り検出器。

Claims (2)

1. 移動型ロボットに搭載したバッテリに充電するための充電装置であって、
   充電用電源と、充電用電源を制御する制御基板と、一端が充電用電源に接続され、他端が移動型ロボットに接続されて該ロボットに連れ動きする配線部材とを備え、充電用電源からの電力を配線部材を介して移動型ロボットのバッテリに給電すると共に、配線部材の引張り状態を段階的に検出する引張り検出器を備え、
   制御基板は、引張り検出器で配線部材の第１段階の引張りが検出されたときに、前記移動型ロボットにその動きを制限すべきことを指示する第１の動き制限信号を送信し、引張り検出器で配線部材の第１段階よりも強い第２段階の引張りが検出されたときに、移動型ロボットに第２の動き制限信号を送信するように構成され、
   第１の動き制限信号は、移動型ロボットの充電装置から離れる方向への動きを禁止する信号又は移動型ロボットを充電装置に近付く方向に動かす信号であり、第２の動き制限信号は、移動型ロボットを停止させる信号であることを特徴とする移動型ロボットの充電装置。
2. 前記制御基板は、前記引張り検出器で前記配線部材の第２段階の引張りが検出されたときに、前記充電用電源からの給電を停止するように構成されることを特徴とする請求項１記載の移動型ロボットの充電装置。

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