(57)【要約】【課題】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、かつ信頼性の高いものとする。【解決手段】演算制御装置１１に接続され頭部２，胴体部３，移動機構４，腕５を駆動する駆動制御装置１２と、電力を供給するバッテリー１３と、演算制御装置，駆動制御装置，バッテリーを載置するベース部材１４と、ベース部材１４の周りに設けられ演算制御装置，駆動制御装置，バッテリーを覆うカバー部材１５と、カバー部材内の空気を下方向へ排気する排気ファン１６と、カバー部材１５の上部に設けられた吸入口１７と、を備え、演算制御装置１１は吸入口１７から排気ファン１６へ至る空気流路の上流側に、駆動制御装置１２は下流側に配置されている。【選択図】図１
2007283419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２５２４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態による自律ロボットの正面図。
【図２】一実施の形態による自律ロボット水平断面図。
【図３】他の実施の形態による自律ロボットの正面図。
【図４】他の実施の形態による外気導入経路を示す正面図。
【符号の説明】
【００１９】
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。
【図１】
2007283419.tif 000003
【図２】
2007283419.tif 000004
【図３】
2007283419.tif 000005
【図４】
2007283419.tif 000006