(57)【要約】【課題】  充電装置の特別な動作や形状を必要とせず、さらに、移動ロボットの位置決め誤差を小さくするために複雑な制御や高価な部品、機構を必要とせずに、充電装置の充電用接点と移動ロボットの充電用電極が確実に接触可能な移動ロボットシステムを提供する。【解決手段】任意の方向に移動可能な移動ロボットが充電を行う際、壁を背にした充電装置の位置を認識し、前記充電装置付近へ移動すると、前記壁の方向へ移動し、前記移動ロボットに取り付けられた接触部と、前記壁が接触していることを確認すると、前記接触部を前記壁に押し当てながら、前記充電装置の方向へ近づき、前記接触部に取り付けられた充電用電極と前記充電装置内に収納された充電用接点が接触したことを確認すると、前記移動ロボット内に収納された充電池の充電を開始する移動ロボットシステム。【選択図】図１
2010250474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁面を有する走行環境内を走行するバッテリ搭載の移動ロボットと、
前記移動ロボットの動作を制御する制御装置と、
前記走行環境内の前記壁面に近接して設置され側方に充電用接点が設けられた充電装置と、
前記移動ロボットに形成され、前記壁面に当接して前記壁面に案内されて前記移動ロボットをスライド移動させるガイド部材と、
前記ガイド部材に設けられ、前記充電用接点と接触することで前記充電装置の電力を前記バッテリに供給する充電用電極と、
前記移動ロボットに設けられ、前記移動ロボットから前記充電装置の方向を検出する位置センサと、を有し、
前記制御装置は、
前記移動ロボットが前記バッテリ充電を行なう必要がある要充電状態であるか否かを判定する充電判定部と、
前記充電判定部により要充電状態であると判定されると、
前記移動ロボットを前記壁面側に走行させて前記ガイド部材を前記壁面に当接させ、前記ガイド部材を前記壁面に当接させた状態で前記位置センサにより検出された前記充電装置の方向に前記移動ロボットを走行させる充電走行制御部とを有している
ことを特徴とする、移動ロボットシステム。
【請求項２】
前記ガイド部材には、前記壁面との接触状態を検知する接触センサが設けられ、
前記充電走行制御部は、前記接触センサにより前記ガイド部材が前記壁面に接触したことが検知されると、前記壁面に対して前記ガイド部材を押し付けながら前記充電装置側に進む方向に前記移動ロボットを走行する
ことを特徴とする、請求項１記載の移動ロボットシステム。
【請求項３】
前記充電装置には特徴的な図柄のランドマーク部が設けられ、
前記位置センサはカメラを有し、撮像された画像から前記ランドマーク部を検出する
ことを特徴とする請求項１または２記載の移動ロボットシステム。
【請求項４】
前記ガイド部材の前記壁面に当接する当接面には車輪が取り付けられている
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の移動ロボットシステム。
【請求項５】
前記要充電状態であるときに前記移動ロボットと前記充電装置との距離が予め設定された所定値よりも小さいことを検出する距離確認手段を備え、
前記充電走行制御部は、
前記距離確認手段により前記距離が小さいことが検出されると前記移動ロボットの走行速度を減速する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の移動ロボットシステム。
【請求項６】
前記充電用接点を覆う開閉可能なハッチを備える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の移動ロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンプルな構成で、かつ複雑な制御を必要とせずに、充電池への充電を確実に行えるようにする移動ロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工場内で荷物や部品を搬送するものや、掃除機など、さまざまな分野で移動ロボットが現在使用されている。このような移動ロボットは電源に充電池を使用していることが多い。
かかる移動ロボットの分野においては、さらなる自動化等を実現するため移動ロボットが自律的に充電を行なうことが望ましく、移動ロボットの自動充電に関する技術が提案されている。
【０００３】
自動充電を行う際、移動ロボットが充電装置に近づき、移動ロボットの充電用電極と充電装置の充電用接点が接触する必要がある。
このとき、移動ロボットの充電用電極と充電用接点とを正確に接触させて移動ロボットが自発的に充電を行なうためには、移動ロボット本来の機能以上に高度な位置決め精度が要求され、コストの増大の一因となる。
【０００４】
これを解決するため、特許文献１には、充電装置の充電用接点をガイドにして誤差を吸収する機構が提案されている。
特許文献１の構成によれば移動ロボットの充電用電極と充電装置側の充電用接点とを精度良く接触させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０４３０３５号公報（第１１頁、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、補正可能な位置決め誤差の範囲が、充電装置の充電用接点の左右のストローク長やガイド手段の大きさに依存するため、位置決め誤差の大きい移動ロボットに対しては充電装置の寸法を大きくしなければいけないという課題があった。
反対に、移動ロボットの位置決め誤差を小さくするためには、移動ロボットに検出精度の高いセンサや駆動系を搭載する必要となり、移動ロボットの費用が大きくなるという課題がある。
【０００７】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、よりシンプルな構成で精度良く自動充電を行なうことができるようにした、移動ロボットシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、壁面を有する走行環境内を走行するバッテリ搭載の移動ロボットと、前記移動ロボットの動作を制御する制御装置と、前記走行環境内の前記壁面に近接して設置され側方に充電用接点が設けられた充電装置と、前記移動ロボットに形成され、前記壁面に当接して前記壁面に案内されて前記移動ロボットをスライド移動させるガイド部材と、前記ガイド部材に設けられ、前記充電用接点と接触することで前記充電装置の電力を前記バッテリに供給する充電用電極と、前記移動ロボットに設けられ、前記移動ロボットから前記充電装置の方向を検出する位置センサと、を有し、前記制御装置は、前記移動ロボットが前記バッテリ充電を行なう必要がある要充電状態であるか否かを判定する充電判定部と、前記充電判定部により要充電状態であると判定されると、前記移動ロボットを前記壁面側に走行させて前記ガイド部材を前記壁面に当接させ、前記ガイド部材を前記壁面に当接させた状態で前記位置センサにより検出された前記充電装置の方向に前記移動ロボットを走行させる充電走行制御部とを有していることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１のものにおいて前記ガイド部材の前記壁面に当接する当接面には、前記壁面との接触状態を検知する接触センサが設けられ、前記充電走行制御部は、前記接触センサにより前記ガイド部材が前記壁面に接触したことが検知されると、前記壁面に対して前記ガイド部材を押し付けながら前記充電装置側に進む方向に前記移動ロボットを走行することを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２のものにおいて前記充電装置には特徴的な図柄のランドマーク部が設けられ、前記位置センサはカメラを有し、撮像された画像から前記ランドマーク部を検出することを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかのものにおいて前記ガイド部材の前記壁面に当接する当接面には車輪が取り付けられていることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかのものにおいて前記要充電状態であるときに前記移動ロボットと前記充電装置との距離が予め設定された所定値よりも小さいことを検出する距離確認手段を備え、前記充電走行制御部は、前記距離確認手段により前記距離が小さいことが検出されると前記移動ロボットの走行速度を減速するものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかのものにおいて前記充電用接点を覆う開閉可能なハッチを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明によれば、複雑な制御を行うことなく、移動ロボットの位置決め誤差を吸収するために、充電装置の特別な動作や形状を設ける必要がなくなる。そのため、充電装置の構成要素がシンプルになり、充電装置の省スペース、低コストが可能になる。また移動ロボットに精度の高いセンサや、駆動系を使用する必要がなり、移動ロボットについても低コストが可能になり、かつ移動ロボットの充電用電極と充電装置の充電用接点を確実に接触することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる移動ロボットシステムの全体構成を示す模式的な上面図
【図２】本発明の一実施形態にかかる移動ロボットの構成を示す模式的な上面図
【図３】（ａ）〜（ｄ）はいずれも充電モード時の動作の推移を示す模式的な上面図
【図４】本発明の一実施形態にかかる移動ロボットの充電モード時のフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図２に示すように物品搬送システム（移動体ロボットシステム）１００は、周囲の辺を壁１０２に囲まれた工場等のフロア１０１上に予め設定された走行経路Ｒに沿って自律走行する、移動ロボット１と、移動ロボット１に対して充電を行なう充電装置３とからなっている。
なお、図２では説明を容易にするために全体経路Ｒは単純化して表現しているが、全体経路Ｒはさらに複雑な経路となるように設定可能であるし、必ずしも定められた走行経路Ｒを設定することを要しない。
また、移動ロボット１の本体部１ｂには図示しない荷台が設けられており、移動ロボット１は荷台に積載された物品を走行経路Rに沿った所望に位置まで搬送するようになっている。
【００１４】
移動ロボット１は図１に示すように、走行ユニット１ａと本体部１ｂとを有しており、制御装置（ＰＬＣ、モータアンプ）１１を搭載している。
走行ユニット１ａは図示しないモータによってそれぞれ駆動される全方向駆動輪（たとえばオムニホイル）１３ａ〜１３ｃを有し、制御装置１１により各駆動輪１３ａ〜１３ｃの駆動量をそれぞれ制御されることにより移動ロボット1（走行ユニット１ａ）を任意の方向に移動もしくは回転するように構成されている。なお、走行ユニット１ａにはバッテリ６が内蔵されており、充電用電極５を介して外部からの電力を充電し、充電された電力を走行ユニット１ａのモータに供給するようになっている。なお、バッテリ６にはバッテリ６の充電率（ＳＯＣ）を検出するためのＳＯＣセンサが設けられておりバッテリ６の充電率は制御装置１１に入力されるようになっている。
【００１５】
本体部１ｂには、接触部（ガイド部材）４，レーザ変位計（接触センサ）７及びカメラ（位置センサ）８が取り付けられている。接触部は本体部１ｂの片側面に設けられた板状の部材であり、接触部４の板状平面側（当接面側）には、車輪４ａが取り付けられている。また、接触部４には非接触光通信装置１２も取り付けられている
【００１６】
また、充電用電極５は、接触部４の板状平面の一端側側面（車輪４ａが取り付けられる当接面に隣接する面）に設けられている。
レーザ変位計７は本体部１ｂに設置された距離センサであり、検出用のレーザ光を発して自身と障害物までの距離を検出し、制御装置１１に検出結果を入力するようになっている。
カメラ８は赤外線（ＩＲ光）を撮像可能な撮像装置であり移動ロボット１の周囲を連続的に撮像し制御装置１１に撮像結果を入力するようになっている。
【００１７】
充電装置３は、フロア１０１を囲む壁１０２のうちの１つの壁２に沿って設置されており、フロア１０１を臨む側面には赤外線ランプ１０が設けられている。また、充電装置３の側面（壁２及びフロア１０１に対して垂直な面）には充電用電極５と嵌合する充電用接点９が設けられている。
なお、充電用電極５と充電用接点９はそれぞれ同じ高さに設けられている。また、充電用電極５が充電用接点９と嵌合（あるいは係合）して充電用電極５と充電用接点９が接触したことを確認すると充電装置３からバッテリ６への給電を開始するようになっている。
【００１８】
充電装置３には非接触光通信装置１４及び開閉ハッチ１５が設けられている。非接触光通信装置１２，１４は互いの距離が通信可能域まで接近すると、相互で情報通信する装置である。開閉ハッチ（ハッチ）１５は、閉じた時には充電用接点９を覆い充電用接点９への塵等の付着を防止し、非接触光通信装置１４を介して信号を受信すると図示しないモータを動作させてハッチ１５が開くようになっている。
【００１９】
（充電時の態様）
次に本システムにおいて移動ロボット１が自律的に充電する際の移動ロボットの動作について説明する。
まず、制御装置１１は、ＳＯＣが予め設定された所定値よりも小さく、且つ、物品を搬送するモードである物品搬送ジョブの実行状態でない場合には、充電が必要である要充電状態として、制御モードを充電モードに切り替える。
制御装置１１が充電モードなると、まず、図３（ａ）に示すように、移動ロボット1はカメラ８で充電装置３に設置されたランドマークである赤外線ランプ１０を撮影する。撮影された赤外線ランプ１０の画像と、予め登録された目的地（ここでは図３（ａ）に示す移動ロボット１の位置）の画像と比較することで、充電装置３までの距離と方向を認識し、目的地である充電装置３付近へ移動する（図４のステップＳ１）。
ステップＳ１において、目的地への移動が完了すると、制御装置１１は走行ユニット１ａを駆動して移動ロボット１を壁２に接近する方向へ走行させる（ステップＳ２）。そして、図３（ｂ）に示すように、予め設定されたレーザ変位計７の規定値、すなわち接触部４に設置された車輪４ａと壁２が接触する位置まで移動をすると走行ユニット１ａを停止させる（ステップＳ３）。
【００２０】
その後、制御装置１１は再び走行ユニット１ａを駆動させ移動ロボット１を壁２をガイドにして充電装置３に接近する方向に走行させる（ステップＳ４）。このとき制御装置１１は走行装置１ａを図３（ｃ）の矢印１６ａ、１６ｂが示すように壁２に対して角度θをなす方向（即ち、壁２に対して接近する方向成分と充電装置３に接近する方向成分とを有する方向）に進むように駆動させ、車輪４ａを壁２に押し付けながら車輪４ａの回転によって充電装置３の方向へ移動させる。
なお、充電装置３方向へ移動中、レーザ変位計７の値を確認し、移動ロボット１と壁２との距離が所定値を越えたとき、即ち、接触部４に設置された車輪４ａと、壁２が接触していないと判定した場合には、ステップＳ２に戻り、制御装置１１は走行装置１ａの進行方向をより壁２側へシフトさせ、車輪４ａと壁２とか接触した状態を維持する。
【００２１】
その後、移動ロボット１が充電装置３に接近し、移動ロボット１と充電装置３双方に設置された非接触光通信装置１２と非接触光通信装置１４が通信可能な位置まで近づくと、制御装置１１は移動ロボット１を減速させ、また充電装置３側面のハッチ１５が図示しないモータにより開く（ステップＳ５）。
そして、図３（ｄ）に示すように接触部４に設置された充電用電極５が、充電装置３内に収納されている充電用接点９に接触すると移動ロボット１が停止し（ステップＳ６）、充電が開始される（ステップＳ７）。
充電が終了すると移動ロボット１は図３、図４の動作と逆の動作で充電装置３から離れ、
制御装置１１は充電モードを解除して通常作業を開始する。
【００２２】
本発明の一実施形態にかかる移動ロボットシステムはこのように構成されているので、移動ロボット１が要充電状態となった場合に、移動ロボット１の走行環境（ここでは、工場）の一部をなす壁２に接触部（車輪４ａ）４を当接させながら充電装置３側に走行するというシンプルな構成によって、壁２をガイドとして案内されて接触部４に設置された充電用電極５を充電装置３の充電用端子９に精度良く移動させることができる。
【００２３】
即ち、一端、目的地に移動した後に壁２に移動するまで（ステップＳ１〜Ｓ２）には高度が精度は要求させず、ステップＳ３においても矢印１６ａ、１６ｂ方向に走行ユニット１ａを走行させることで移動ロボット１が壁２に案内されて充電装置３側に移動することとなるので、高度な位置決め性能を必要としない。そして、接触部４に設けた充電用電極５と充電装置３の充電用端子９の高さ（フロア１０１に対する高さ）、及び、車輪４ａの当接位置から充電用電極５までの壁２の面からの垂直距離と充電用端子９の壁２からの垂直距離とを予め調整しておけば、充電用電極５と充電用端子９とを精度良く接触させることができる。
【００２４】
したがって、充電用電極５と充電用端子９との位置決め精度を確保するために、移動ロボット１に精度の高いセンサや、駆動系を使用する必要がなり、移動ロボットについても低コストが可能になり、かつ移動ロボットの充電用電極と充電装置の充電用接点を確実に接触することができる。
【００２５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、本発明はこのような形態に限らず、サービスロボット等、自律して移動する移動台車等には適宜適用することができる。
また、上述の実施形態では、充電率（ＳＯＣ）が予め設定された所定値よりも小さいことを要充電状態判定の条件としているが、制御装置１１が要充電状態と判定するための条件は適宜設定可能であり、よりシンプルには、所定時間毎に要充電状態となるように設定してもよい。
【００２６】
また、上述の実施形態では、ガイド部材に車輪を設け、壁と車輪とを当接させながら充電装置側に移動するように構成しているが、車輪を省略してもよく、また、車輪を設ける替わりにガイド部材の当接面に摩擦係数の小さい素材で形成した滑り加工面を設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１  移動ロボット
１ａ  走行ユニット
１ｂ  本体部
２  壁面
３  充電装置
４  接触部（ガイド部材）
４ａ  車輪
５  充電用電極
６  充電池
７  レーザ変位計
８  カメラ（位置センサ）
９  充電用接点
１０  赤外線ランプ
１１  制御装置
１２  非接触光通信装置（移動ロボット側）
１３  全方向駆動輪
１４  非接触光通信装置（充電装置側）
１５  ハッチ
１６ａ，１６ｂ  走行ユニットの駆動方向
１７  移動ロボット本体
１８  外部充電装置
１９  充電用電極
２０  充電用接点
２１  可動手段
２２  ガイド手段
【図１】
2010250474.tif 000003
【図２】
2010250474.tif 000004
【図３】
2010250474.tif 000005
【図４】
2010250474.tif 000006