(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電ステーションに停止した期間に外部の交流電源から給電されるように設けられ、その交流電源出力を整流平滑した出力により負荷駆動用のバッテリを充電する充電器と、前記充電器の入力部に設けられた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電流制限手段とを備え、充電ステーションに停止した状態で負荷駆動用のバッテリに充電するように構成され、さらに自身の位置を常時把握するための上位コントローラを有した移動ロボットにおいて、
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。
【請求項２】
前記充電器の入力部には、前記電流制限手段の両端を選択的に短絡するスイッチ要素が配置されることを特徴とする請求項１記載の移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【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。
【図１】
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【図２】
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