(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自走式走行装置に搭載されるバッテリの交換を行うバッテリ交換装置であって、装置本体と前記自走式走行装置のバッテリ載置部のバッテリ取り出し口との間を前後動するバッテリ出入部と、前記バッテリ出入部の前端部に配設されたバッテリ掴手部と、前記バッテリ出入部の前方に前記装置本体の左右方向に並設された２以上のバッテリ収納部と、前記バッテリ出入部の前部側に配設され前記バッテリ出入部の前後動方向に対して直交方向に前記バッテリ収納部を移動させる送り機構部と、前記装置本体の前後方向に前後動する引き込み部と、前記引き込み部の両側部側に配設された引き込みアームと、前記引き込みアームの先端部に配設され前記自走式走行装置を係止して前記装置本体側へ引き込む一対の係止フックと、を備えていることを特徴とするバッテリ交換装置。
【請求項２】
前記引き込みアームが、前記引き込み部の両側端部に軸着され水平方向に旋回する一対の基腕部と、前記基腕部の先端部に軸着され水平方向に旋回する一対の支腕部と、前記支腕部の先端部に配設され前記自走式走行装置の両側部の係止部に係止される一対の前記係止フックと、を備えていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ交換装置。
【請求項３】
前記装置本体の後部側に前後に敷設され前記バッテリ出入部が摺動する本体側出入用レールと、各々の前記バッテリ収納部の内部底面上に敷設され前記本体側出入用レールに接続する収納側出入用レールと、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリ交換装置。
【請求項４】
前記バッテリ出入部が、前記バッテリ掴手部を正転及び逆転方向に回転させる掴手用モータを備え、前記バッテリ掴手部が、前記バッテリを押し出す押し出し壁部と、鉤状に形成され前記押し出し壁部に互いに対向して突設された一対の引き込み爪部と、を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の内いずれか１項に記載のバッテリ交換装置。
【請求項５】
前記装置本体の前部の前記自走式走行装置との当接部分に配設され前記自走式走行装置側にテーパ状に形成された位置決め用受け部と、前記装置本体の左右方向に床面に敷設され前記装置本体を左右方向にスライドさせる位置決め用スライドレールと、を備えていることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１項に記載のバッテリ交換装置。
【請求項６】
各々の前記バッテリ収納部が、前記バッテリを収納した状態で充電を行う充電用端子を備えていることを特徴とする請求項１乃至５の内いずれか１項に記載のバッテリ交換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自走式走行装置のバッテリを交換するバッテリ交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、工場やビル等の安全を確保するために監視用又は警備用等のロボット等の自走式走行装置による監視や警備が行われている。また、工場内等で運搬用に自動式走行装置が用いられている。工場やビル等の監視や警備、運搬を行う自走式走行装置は、工場やビル等の建物内の指定された巡回経路を自走で走行し広い範囲を移動するため、電源としてバッテリを搭載するのが一般的である。
自走式走行装置に搭載されたバッテリは、その容量の低下に伴い、充電又は十分な容量を有するバッテリとの交換が必要である。従来では、コスト性や生産性の面から、一般的に前者の方法が用いられ、自走式走行装置に搭載されたバッテリの充電を行う装置としてバッテリ充電装置が用いられている。このようなバッテリ充電装置は、自走式走行装置の巡回経路の途中に設置され、自走式走行装置に搭載されたバッテリの充電を行う際には、バッテリの容量が少なくなった自走式走行装置が、一時移動を止め、バッテリ充電装置が設置された場所へ移動させ、バッテリ充電装置にバッテリのコネクタ等を接続してバッテリの充電を行い、充電が完了すると巡回経路等に戻り移動を再開していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術では、以下のような課題を有していた。
（１）従来のバッテリ充電装置を用いたバッテリの充電では、自走式走行装置は常時稼動されることが望ましいため充電に迅速性が要求されるが、急速充電を行った場合、バッテリの寿命を縮めるという課題を有していた。
（２）従来のバッテリ充電装置を用いたバッテリの充電では、自走式走行装置はバッテリの充電の間バッテリ充電装置に接続され巡回等の移動ができないため自走式走行装置の稼働率が低下するという課題を有していた。
【０００４】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、バッテリを消費した自走式走行装置のバッテリの交換を迅速に行うことができ移動の空白時間を著しく短縮できるとともに、自走式走行装置の稼動率を高めることができるバッテリ交換装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のバッテリ交換装置は、以下の構成を有している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のバッテリ交換装置は以下の構成を有している。
本発明の請求項１に記載のバッテリ交換装置は、自走式走行装置に搭載されるバッテリの交換を行うバッテリ交換装置であって、装置本体と前記自走式走行装置のバッテリ載置部のバッテリ取り出し口との間を前後動するバッテリ出入部と、前記バッテリ出入部の前端部に配設されたバッテリ掴手部と、前記バッテリ出入部の前方に前記装置本体の左右方向に並設された２以上のバッテリ収納部と、前記バッテリ出入部の前部側に配設され前記バッテリ出入部の前後動方向に対して直交方向に前記バッテリ収納部を移動させる送り機構部と、前記装置本体の前後方向に前後動する引き込み部と、前記引き込み部の両側部側に配設された引き込みアームと、前記引き込みアームの先端部に配設され前記自走式走行装置を係止して前記装置本体側へ引き込む一対の係止フックと、を備えている構成を有している。
【０００７】
この構成により、以下のような作用を有する。
（１）バッテリ出入部を自走式走行装置のバッテリ取り出し口へ前進させてバッテリ掴手部によりバッテリを保持し、バッテリ出入部を後退させてバッテリを自走式走行装置から引き出し、バッテリ交換装置のバッテリ収納部に収納することができる。更に、送り機構部により充電されたバッテリを自走式走行装置のバッテリ取り出し口の正面に移送し、バッテリ出入部を前進させバッテリ掴手部により、充電されたバッテリを押し出し、自走式走行装置に装填し、バッテリの交換作業を迅速に行うことができる。
（２）バッテリ交換装置により、自走式走行装置のバッテリの交換を行うことができるとともに、２以上の複数のバッテリ収納部を備え、２以上のバッテリを収納でき、収納したバッテリの充電をバッテリ収納部において行い、充電が完了したバッテリを自走式走行装置に供給できるので、バッテリの充電時間を十分取ることができバッテリを急速充電する必要がないため充電の寿命を延ばすことができる。
（３）バッテリを消費した自走式走行装置を引き込みアームにより捕獲し、引き込み部により装置本体側へ引き込むことができる。
（４）一対の係止フックを備えているので、自走式走行装置が斜めになったりせず、自走式走行装置からバッテリを引き出し、更に自走式走行装置へ充電されたバッテリを押し出し、自走式走行装置に装填するバッテリ交換作業を確実に行うことができる。
【００１０】
ここで、引き込みアーム、バッテリ出入部、バッテリ掴手部、送り機構部は、各々、動作完了をリミットスイッチや近接センサ等のセンサにより検知し、次動作へ順次移行するシーケンス制御により制御されることが好ましい。これにより、バッテリの交換を自動で行うことができ、人等による操作が不要であるため省力性に優れる。なお、用いられるセンサとしては、リミットスイッチやフォトセンサ等のように２値信号で出力するものでもよく、また、対象の変化を逐次検出し出力するものでもよい。
【００１１】
請求項２に記載のバッテリ交換装置は、請求項１に記載の発明において、前記引き込みアームが、前記引き込み部の両側端部に軸着され水平方向に旋回する一対の基腕部と、前記基腕部の先端部に軸着され水平方向に旋回する一対の支腕部と、前記支腕部の先端部に配設され前記自走式走行装置の両側部の係止部に係止される一対の前記係止フックと、を備えた構成を有している。
【００１２】
この構成により、請求項１の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）基腕部及び支腕部を装置本体の外側から自走式走行装置側へ旋回させ、支腕部の先端部に設けられた係止フックにより自走式走行装置を両側から捕獲し、引き込み部を後退させることにより、自走式走行装置を装置本体側へ容易に引き込むことができる。
【００１３】
請求項３に記載のバッテリ交換装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記装置本体の後部側に前後に敷設され前記バッテリ出入部が摺動する本体側出入用レールと、各々の前記バッテリ収納部の内部底面上に敷設され前記本体側出入用レールに接続する収納側出入用レールと、を備えた構成を有している。
【００１４】
この構成により、請求項１又は２の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）バッテリ出入部を本体側出入用レールから収納側出入用レールへ前進させ、バッテリ掴手部によりバッテリを保持し、バッテリ出入部を本体側出入用レールまで後退させることにより、保持したバッテリを直接バッテリ収納部に収納することができる。
【００１５】
請求項４に記載のバッテリ交換装置は、請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の発明において、前記バッテリ出入部が、前記バッテリ掴手部を正転及び逆転方向に回転させる掴手用モータを備え、前記バッテリ掴手部が、前記バッテリを押し出す押し出し壁部と、鉤状に形成され前記押し出し壁部に互いに対向して突設された一対の引き込み爪部と、を備えた構成を有している。
【００１６】
この構成により、請求項１乃至３の内いずれか１項の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）バッテリにＴ字状の取手が設けられている場合、バッテリ出入部の先端部のバッテリ掴手部をバッテリの取手の位置まで前進させ、掴手用モータを回転させてバッテリの取手に引き込み爪部の鉤状部分を掛止させ、バッテリ出入部を後退させることでバッテリを自走式走行装置から引き出すことができる。
（２）バッテリ出入部を前進させ充電されたバッテリを押し出し壁部により押し出して自走式走行装置に装填することができる。
（３）バッテリにＴ字状の取手が設けられ、取手の回転によりバッテリのロック及びその解除を行うことができる場合は、バッテリ出入部の先端部のバッテリ掴手部をバッテリの取手の位置まで前進させ、掴手用モータを回転させてバッテリの取手に引き込み爪部を掛止させると共に、バッテリのロックを解除することができる。
【００１７】
請求項５に記載のバッテリ交換装置は、請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の発明において、前記装置本体の前部の前記自走式走行装置との当接部分に配設され前記自走式走行装置側にテーパ状に形成された位置決め用受け部と、前記装置本体の左右方向に床面に敷設され前記装置本体を左右方向にスライドさせる位置決め用スライドレールと、を備えた構成を有している。
【００１８】
この構成により、請求項１乃至４の内いずれか１項の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）自走式走行装置の位置決め部を位置決め用受け部に当接させ滑らせながら装置本体側に引き込むことで、装置本体が位置決め用スライドレール上をスライドして、装置本体を自走式走行装置に対して機械的に正確に位置決めすることができるので、位置決め精度に優れる。
【００１９】
請求項６に記載のバッテリ交換装置は、請求項１乃至５の内いずれか１項に記載の発明において、各々の前記バッテリ収納部が、前記バッテリを収納した状態で充電を行う充電用端子を備えた構成を有している。
【００２０】
この構成により、請求項１乃至５の内いずれか１項の作用に加え、以下のような作用を有する。
（１）消費されたバッテリをバッテリ収納部に収納することで、バッテリのケーシング側壁等に配設されたバッテリ側の充電用端子をバッテリ収納部の内部側壁等に配設された収納側の充電用端子に当接させ、バッテリをバッテリ収納部に収納した状態で充電を行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図を用いて説明する。
（実施の形態１）
図１（ａ）は本実施の形態１におけるバッテリ交換装置の全体平面図であり、図１（ｂ）は本実施の形態１におけるバッテリ交換装置の全体側面図である。
図１において、１は本実施の形態１におけるバッテリ交換装置、２はバッテリ交換装置１の装置本体、３は装置本体２の前後方向に摺動する引き込み部、４は引き込み部３の両側部側に配設され装置本体２の前方へ伸縮する引き込みアーム、５は装置本体２の中央部に配設され装置本体２の前後方向に摺動等で移動するバッテリ出入部、５ａはバッテリ出入部５の前部先端に配設されたバッテリ掴手部、６はバッテリ出入部５の前方に配設され装置本体２の左右方向に摺動自在に並設されたバッテリ収納部、６ａはバッテリ収納部６を装置本体２の左右方向に摺動させる送り機構部、７は装置本体２の前端部の中央に配設された位置決め用受け部、８ａは装置本体２の後部中央に配設された投光側光電管、８ｂは装置本体２の後部中央に配設された受光側光電管、９は装置本体２を左右方向にスライドさせる位置決め用スライドレールである。
【００２２】
以上のように構成された本実施の形態１におけるバッテリ交換装置について、その動作を図を用いて説明する。
図２は本実施の形態１におけるバッテリ交換装置の自走式走行装置の捕獲動作開始前の動作を示す要部概略平面図である。
図２において、１は本実施の形態１におけるバッテリ交換装置、Ｘは自走式走行装置、Ｙは自走式走行装置Ｘに搭載されたバッテリ、Ｚは自走式走行装置Ｘの背面側に形成されたバッテリ取り出し口である。
【００２３】
まず、自走式走行装置Ｘは搭載されたバッテリＹが消耗されたことを検知すると、建物や敷地内等の巡回経路から外れ、予めプログラムされたバッテリ交換装置１の設置場所へ移動する。図２に示すように、バッテリ交換装置１は通路の壁面に沿って設置される。自走式走行装置Ｘはバッテリ交換装置１に接近し、バッテリ交換装置１の前方へ移動する。バッテリ交換装置１は投光側光電管８ａにより装置本体２の前方へ常時信号を発信している。自走式走行装置Ｘは、バッテリ交換装置１の正面に到達すると、投光側光電管８ａが発信する信号を受光し、その位置で停止する。バッテリ取り出し口Ｚが形成された自走式走行装置Ｘの背面側をバッテリ交換装置１側へ向けるために旋回する。自走式走行装置Ｘは旋回が完了すると、背面側からバッテリ交換装置１へ向けて信号を発信し、バッテリ交換装置１が受光側光電管８ｂにより自走式走行装置Ｘからの信号を受信すると、バッテリ交換装置１は自走式走行装置の捕獲動作を開始する。
【００２４】
図３（ａ）は自走式走行装置捕獲動作開始時の引き込みアームの動作を示す要部透視平面図であり、図３（ｂ）は自走式走行装置捕獲動作中の引き込みアームの動作を示す要部透視平面図であり、図３（ｃ）は自走式走行装置捕獲動作完了時の引き込みアームの動作を示す要部透視平面図である。
図３において、１は本実施の形態１におけるバッテリ交換装置、２は装置本体、３は引き込み部、４は引き込みアーム、Ｘは自走式走行装置、Ｙはバッテリ、Ｚはバッテリ取り込み口であり、これらは図１又は２において説明したものと同様であるので同一の符号を付けて説明を省略する。３１は引き込みアーム４の基腕部、３２は支腕部、３２ａは係止フック、３３は支腕側プーリ、３４は基腕側プーリ、３５はアーム用ベルト、３６はウォームホイール、３７はウォームギア、３８はシャフト、３９はシャフト用ギア、４０はモータ側ギア、４１はアーム用モータ、４２はアーム用センサ、４３はセンサ用ベルト、４４は基腕側センサ用プーリ、４５はセンサ側プーリである。なお、引き込み部３の両側に設けられた左右の引き込みアーム４は同様の動作を行うため、本実施の形態１においては右腕側の引き込みアーム４の動作のみを説明する。
【００２５】
図２で示したように、受光側光電管８ｂが自走式走行装置Ｘからの信号を受信すると、アーム用モータ４１に駆動開始信号が送信され、アーム用モータ４１が駆動し、モータ側ギア４０、シャフト側ギア３９を介してシャフト３８が回転する。これにより、シャフト３８の端部に設けられたウォームギア３７が回転し、ウォームホイール３６が回転する。ウォームホイール３６は基腕部３１の一端部に固定され、ウォームホイール３６の回転により基腕部３１が外側へ旋回する（図３（ｂ））。基腕部３１には、一端部にウォームホイール３６に同軸で固定され連動する基腕側プーリ３４が設けられ、支腕側の他端部には支腕側プーリ３３が設けられ、基腕側プーリ３４と支腕側プーリ３３にはアーム用ベルト３５が巻回されている。基腕部３１が外側に旋回すると、基腕側プーリ３４の回転によりアーム用ベルト３５を介して支腕側プーリ３３が回転する。支腕側プーリ３３は支腕部３２の一端部に固定され、支腕側プーリ３３の回転により支腕部３２は旋回する。支腕側プーリ３３と共に支腕部３２は旋回し、基腕部３１に対して相対的に角度を変えるが、支腕側プーリ３３が基腕側プーリ３４に連動するため装置本体２に対しては相対的に角度を変えることなく、支腕部３２は自走式走行装置Ｘ側へ伸長する。支腕部３２の先端部に設けられた係止フック３２ａは、支腕部３２が完全に伸長した位置で自走式走行装置Ｘの両側部の係止部Ａに係止する。このようにして、自走式走行装置捕獲動作が行われる。支腕部３２が完全に伸長し、係止フック３２ａが係止部Ａに係止したこと、即ち自走式走行装置捕獲動作完了の検知は、アーム用センサ４２により行われ、連動して自走式走行装置引き込み動作が行われる。以下、アーム用センサ４２の動作について図を用いて説明する。
【００２６】
図４（ａ）は自走式走行装置捕獲動作開始時のアーム用センサの要部拡大斜視図であり、図４（ｂ）は自走式走行装置捕獲動作中のアーム用センサの要部拡大斜視図であり、図４（ｃ）は自走式走行装置捕獲動作完了時のアーム用センサの要部拡大斜視図である。
図４において、４２はアーム用センサ、４３はセンサ用ベルト、４５はセンサ側プーリであり、これらは図３において説明したものと同様である。４６はアーム用センサ板、４６ａはスリット部、４７ａ、４７ｂは捕獲センサである。なお、捕獲センサ４７ａ、４７ｂとしては、発光素子と受光素子を対向して配置し、２素子間を通過する物体を非接触で検知するフォトセンサを用いた。
【００２７】
図３に示す自走式走行装置捕獲動作において、ウォームホイール３６は１８０°回転する。また、基腕側センサ用プーリ４４はウォームホイール３６に同軸で固定され、同様に１８０°回転する。基腕側センサ用プーリ４４の回転によりセンサ用ベルト４３を介してセンサ側プーリ４５が連動して回転する。図４に示すように、アーム用センサ板４６はセンサ側プーリ４５に固定され連動して回転する。また、アーム用センサ板４６には円周側から中心に向かってスリット部４６ａが形成されている。捕獲センサ４７ａ、４７ｂは、アーム用センサ板４６により発光素子と受光素子が遮蔽されているため、発光素子の発光は受光素子により受光されないが、スリット部４６ａが各々の位置に移動すると、発光素子の発光を受光素子が受光することでスリット部４６ａを検知し、信号を発信する。ウォームホイール３６の回転により、基腕部３１が旋回すると共に、アーム用センサ板４６が同様の回転角で回転し、スリット部４６ａが移動する。図４（ａ）に示すように、自走式走行装置捕獲動作開始時には、スリット部４６ａは捕獲センサ４７ａの位置にあるが、図４（ｃ）に示すように、自走式走行装置捕獲動作完了時には、スリット部４６ａは捕獲センサ４７ｂの位置に移動する。捕獲センサ４７ｂが、スリット部４６ａが捕獲センサ４７ｂの位置に移動したことを検知すると、図３に示すアーム用モータ４１に駆動停止信号が送信され、アーム用モータ４１は駆動を停止する。このようにして、自走式走行装置捕獲動作完了が検知され、続いて自走式走行装置引き込み動作が行われる。
【００２８】
図５（ａ）は自走式走行装置引き込み動作開始時の引き込み部を示す要部透視平面図であり、図５（ｂ）は自走式走行装置引き込み動作完了時の引き込み部を示す要部透視平面図である。
図５において、１は本実施の形態１におけるバッテリ交換装置、２は装置本体、３は引き込み部、４は引き込みアーム、７は位置決め用受け部、Ｘは自走式走行装置、Ｙはバッテリ、Ｚはバッテリ取り出し口、Ａは係止部であり、これらは図１乃至３において説明したものと同様であるので同一の符号を付けて説明を省略する。５１は引き込み用モータ、５２は引き込みレール、５３は直動装置部、５４は雄螺子が形成された直動ロッド、５７は前側引き込みセンサ、５８は後側引き込みセンサ、Ｊは位置決め部である。なお、前側引き込みセンサ５７、後側引き込みセンサ５８としては、発光素子と受光素子を対向して配設したコ字形状に形成され、２素子間を通過する物体を非接触で検知するフォトセンサ等が用いられる。前側引き込みセンサ５７、後側引き込みセンサ５８は、引き込み部３の移動に伴って、引き込み部３の上部又は下部に付設された図示しない引き込みセンサ用突起部が前側引き込みセンサ５７、後側引き込みセンサ５８のコ字形状の間隙を通過すると、それを検知して信号を発信する。なお、前側引き込みセンサ５７、後側引き込みセンサ５８として、引き込みセンサ用突起部（図示せず）の接触により検知する接触型のセンサを用いてもよい。また、直動装置部５３は、直動ロッド５４に環装され歯合し引き込み用モータ５１の駆動により回転駆動する雌螺子部材を備え、引き込み用モータ５１の回転運動を装置本体２の前後方向への直線運動に変換して、引き込み部３を直動ロッド５４に沿って移動させることができる。
【００２９】
図３及び図４で示したように、捕獲センサ４７ｂが、スリット部４６ａが捕獲センサ４７ｂの位置に移動したことを検知すると、アーム用モータ４１に駆動停止信号が送信されアーム用モータ４１が駆動を停止すると共に、図５に示す引き込み用モータ５１に駆動開始信号が送信され、引き込み用モータ５１が駆動する。引き込み用モータ５１の駆動により直動装置部５３は引き込み用モータ５１の回転運動を装置本体２の後部方向への直線運動に変換して直動ロッド５４に沿って移動する。これにより、引き込み部３が引き込みレール５２に沿って摺動し装置本体２の後部方向へ移動する。引き込みアーム４は自走式走行装置Ｘを捕獲しているため、引き込み部３が装置本体２の後部方向へ移動すると、自走式走行装置Ｘは装置本体２側へ引き込まれ移動する。引き込み部３の上部又は下部側には引き込みセンサ用突起部（図示せず）が付設されている。引き込み部３が装置本体２の後部側へ移動し、自走式走行装置Ｘの位置決め部Ｊが装置本体２の前端部に配設された位置決め用受け部７に当接する位置で、引き込みセンサ用突起部（図示せず）が後側引き込みセンサ５８に検知されると、引き込み用モータ５１に駆動停止信号が送信され、引き込み用モータ５１が停止する。このようにして、自走式走行装置引き込み動作が行われる。
【００３０】
図６（ａ）はバッテリ保持動作開始時のバッテリ出入部の動作を示す要部平面図であり、図６（ｂ）はバッテリ保持動作時のバッテリ出入部の動作を示す要部平面図である。
図６において、１は本実施の形態１におけるバッテリ交換装置、２は装置本体、３は引き込み部、５はバッテリ出入部、５ａはバッテリ掴手部、Ｘは自走式走行装置、Ｙはバッテリ、Ｚはバッテリ取り出し口であり、これらは図１乃至３において説明したものと同様である。６１は出入用モータ、６１ａはバッテリ出入部５の底部側に配設され出入用モータ６１の駆動により回転するピニオン、６２は本体側出入用レール、６２ａはピニオン６１ａが歯合する本体側ラック、６３は収納側出入用レール、６３ａは本体側ラック６２ａに連設される収納側ラック、６４は出入用センサ用突起部、６５は前側出入用センサ、６６は後側出入用センサ、６７は掴手用モータ、６８は掴手用センサ板、Ｂは取手である。
【００３１】
図５で示したように、引き込みセンサ用突起部（図示せず）が後側引き込みセンサ５８に検知されると、引き込み用モータ５１に駆動停止信号が送信され引き込み用モータ５１が停止すると共に、図６に示す出入用モータ６１に駆動開始信号が送信され、出入用モータ６１が駆動し、ピニオン６１ａが回転駆動する。ピニオン６１ａは本体側ラック６２ａに歯合して回転し、バッテリ出入部５は本体側出入用レール６２に沿って摺動する。本体側ラック６２ａは収納側ラック６３ａに接続し、本体側出入用レール６２は収納側出入用レール６３に接続している。バッテリ出入部５は、本体側出入用レール６２からバッテリ収納部６の底面上に敷設された収納側出入用レール６３に沿って移動し、装置本体２の後部側から前部側へ移動する。バッテリ出入部５が装置本体２の前端部に移動し、バッテリ出入部５に設けられた出入用センサ用突起部６４が前側出入用センサ６５に近接し、前側出入用センサ６５が出入用センサ用突起部６４を検知すると、出入用モータ６１に駆動停止信号が送信され、出入用モータ６１が停止し、バッテリ掴手部５ａがバッテリＹの取手Ｂに当接する位置でバッテリ出入部５が停止する。
【００３２】
図７（ａ）はバッテリ保持動作時のバッテリ掴手部の動作を示す要部拡大図であり、図７（ｂ）はバッテリ保持動作時のバッテリ掴手部の動作を示す要部拡大図であり、図７（ｃ）はバッテリ保持動作完了時のバッテリ掴手部の動作を示す要部拡大図である。なお、バッテリＹは説明の都合上、ケーシングの前部壁のみを示し、その内部は図示していない。
図７において、５ａはバッテリ掴手部、６８は掴手用センサ板、Ｂは取手、Ｙはバッテリであり、これらは図６において説明したものと同様である。６８ａは掴手用センサ板６８の外周から中心へ形成されたスリット部、７１は押し出し壁部、７２ａ、７２ｂは引き込み爪部、７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄは掴手用センサ板６８に等間隔で周設された掴手用センサ、Ｃはロック用ギア部、Ｄはロック用ギア部Ｃの下部側に歯合した下部側ラック、Ｅロック用ギア部Ｃの上部側に歯合した上部側ラック、Ｆは下部側ラックに連設された下部側ロック用ロッド、Ｇは上部側ラックに連設された上部側ロック用ロッド、ＫはバッテリＹのケーシングの前部壁である。
【００３３】
図６で示したように、前側出入用センサ６５が出入用センサ用突起部６４を検知すると、出入用モータ６１に駆動停止信号が送信され、出入用モータ６１が停止すると共に、掴手用モータ６７に駆動開始信号が送信され、掴手用モータ６７が駆動する。掴手用モータ６７の駆動により、連動して図７に示す掴手用センサ板６８及びバッテリ掴手部５ａが回転する。図７（ｂ）に示すように、バッテリ掴手部５ａは９０°回転して引き込み爪部７２ａ、７２ｂにより取手Ｂを保持すると共に、図７（ｃ）に示すように、更に１８０°回転して、バッテリＹのロックを解除する。ロック用ギア部Ｃは、バッテリＹのケーシングの前部壁Ｋの内部側に配設され取手Ｂに歯合されて取手Ｂの回転に連動して回転し、下部側ラックＤ及び上部側ラックＥを介して下部側ロック用ロッドＦ及び上部側ロック用ロッドＧを内側へ移動させ、バッテリＹのロックを解除する。このとき、掴手用センサ板６８のスリット部６８ａは、掴手用センサ７３ｂの位置に移動しているため、掴手用センサ７３ｂはスリット部６８ａを検知し、図６に示した掴手用モータ６７に駆動停止信号を送信し、掴手用モータ６７を停止させる。このようにして、バッテリ保持動作が行われる。
【００３４】
図８（ａ）はバッテリ収納動作開始時のバッテリ出入部の動作を示す要部透視平面図であり、図８（ｂ）はバッテリ収納動作中のバッテリ出入部の動作を示す要部透視平面図であり、図８（ｃ）はバッテリ収納動作完了時のバッテリ出入部の動作を示す要部透視平面図である。
図８において、１は本実施の形態１におけるバッテリ交換装置、２は装置本体、５はバッテリ出入部、５ａはバッテリ掴手部、６１は出入用モータ、６２は本体側出入レール、６２ａは本体側ラック、６３は収納側出入レール、６３ａは収納側ラック、Ｘは自走式走行装置、Ｙはバッテリであり、これらは図１、図２、図６において説明したものと同様である。８１はバッテリ収納部６の下部に配設されたバッテリ収納センサ、８２はバッテリ収納部６内部の側壁に配設された収納側充電用端子、ＨはバッテリＹの底面に突設されたバッテリ用突起部、Ｉはバッテリ側充電用端子である。
【００３５】
図６及び図７で示したように、掴手用センサ７３ｂがスリット部６８ａを検知すると、掴手用モータ６７に駆動停止信号が送信されると共に、出入用モータ６１に駆動開始信号が送信され、出入用モータ６１が駆動する。これにより、バッテリ出入部５は、収納側出入レール６３及びそれに連設された本体側出入レール６２に沿って装置本体２の後部側へ摺動する。図８（ｂ）に示すように、バッテリＹがバッテリ出入部５によりバッテリ収納部６側へ移送され、図８（ｃ）に示すように、バッテリ収納部６へ収納される。バッテリ用突起部Ｈがバッテリ収納センサ８１により検知されると、出入用モータ６１に駆動停止信号が送信され、バッテリ出入部５は一時停止すると共に、バッテリ掴手部５ａを回転させ取手Ｂの保持を解除する。バッテリ掴手部５ａにより取手Ｂの保持が解除されると、出入用モータ５ａに駆動開始信号が送信される。これにより、バッテリ出入部５は装置本体２の後部側へ摺動し、図６で示した後側出入用センサ６６が出入用センサ用突起部６４を検知すると、出入用モータ６１に駆動停止信号が送信され、出入用モータ６１が停止する。このようにして、バッテリ収納動作が行われる。
【００３６】
また、バッテリ収納部６へ収納されたバッテリＹは、収納と同時にバッテリＹ側のバッテリ側充電用端子Ｉがバッテリ収納部６に設けられた収納側充電用端子８２に接触し、バッテリＹの充電が開始される。
【００３７】
図９（ａ）はバッテリ送り動作開始時の送り機構部及びバッテリ収納部の動作を示す要部透視平面図であり、図９（ｂ）はバッテリ送り動作完了時の送り機構部及びバッテリ収納部の動作を示す要部透視平面図である。
図９において、１は本実施の形態１におけるバッテリ交換装置、２は装置本体、６はバッテリ収納部、６ａは送り機構部、Ｙはバッテリであり、これらは図１において説明したものと同様である。６′、６″はバッテリ収納部、Ｙ′はバッテリ収納部６′に収納された充電されたバッテリ、９１は収納部送りモータ、９２は収納用直動装置部、９３は収納用直動ロッド、９４ａ、９４ｂ、９４ｃは各々バッテリ収納部６′、６、６″に配設された収納部送り用センサである。なお、本実施の形態１においては、バッテリ収納部６に消費されたバッテリＹが収納され、バッテリ収納部６′にバッテリ交換により自走式走行装置Ｘに装填される充電されたバッテリＹ′が収納されている場合について説明する。また、収納部送り用センサ９４ａ、９４ｂ、９４ｃは、各々、バッテリ収納部６′、６、６″が装置本体２の中央に移動すると、装置本体２の中央の前端部に配設された図示しない検知用突起部を検知し、収納部送りモータ９１に所定の、即ち、正転開始、逆転開始、停止の内いずれかの駆動信号を送信し、収納部送りモータ９１を駆動させて、バッテリ収納部６′、６、６″を順次装置本体２の中央に移動させる。これにより、充電が十分でないバッテリが自走式走行装置に装填されることを防ぐことができる。なお、バッテリ収納部６′、６、６″に収納されたバッテリを順次装填していくだけでなく、バッテリ収納部６′、６、６″に収納されたバッテリの内充電された電気容量の大きいものをバッテリ容量検知部等により検知し、選択的に装置本体２の中央に移動させるようにしてもよい。また、収納用直動装置部９２は、収納用直動ロッド９３に環装され歯合し収納部送りモータ９１の駆動により回転駆動する雌螺子部材を備え、収納部送りモータ５１の回転運動を装置本体２の左右方向への直線運動に変換して、バッテリ収納部６、６′、６″を収納用直動ロッド９３に沿って左右に移動させることができる。
【００３８】
図６、図７で示したように、後側出入用センサ６６が出入用センサ用突起部６４を検知すると、出入用モータ６１に駆動停止信号が送信されると共に、図９に示す収納部送り用センサ９４ｂによりバッテリ収納部６が装置本体２の中央にあることが検知され、収納部送りモータ９１に正転駆動開始信号が送信され、収納部送りモータ９１が正転駆動する。収納部送りモータ９１が正転駆動すると、収納用直動装置部９２により収納部用直動ロッド９３が右方向へ摺動する。バッテリ収納部６、６′は収納部直動ロッド９３に固定されているため一体的に摺動し、図９（ｂ）に示すように、バッテリＹ′が収納されたバッテリ収納部６′が装置本体２の中央に移動する。バッテリ収納部６′が装置本体２の中央に移動すると、収納部送り用センサ９４ａはこれを検知して、収納部送り用モータ９１に駆動停止信号を送信し、収納部送り用モータ９１の駆動を停止させる。このようにして、バッテリ送り動作が行われる。
【００３９】
バッテリＹ′が収納されたバッテリ収納部６′が装置本体２の中央へ移動すると、図８で示した動作と逆の動作でバッテリ出入部５が自走式走行装置Ｘ側へ摺動し、バッテリ出入部５はバッテリ掴手部５ａの押し出し壁部７１によりバッテリＹ′を押しながら自走式走行装置Ｘ側へ摺動し、自走式走行装置Ｘのバッテリ取り出し口ＺへバッテリＹ′を押し込み、バッテリＹ′が自走式走行装置Ｘに装填されると、図７で示した動作と逆の動作でバッテリ掴手部５ａによりバッテリＹ′をロックする。バッテリＹ′が自走式走行装置Ｘに装填されロックされると、バッテリ出入部５は装置本体２の後部側へ摺動する。更に、自走式走行装置Ｘを保持していた引き込みアーム４ａが装置本体２側へ伸縮し、バッテリの交換が完了する。
【００４０】
なお、本実施の形態１におけるバッテリ交換装置１は図１に示す位置決め用受け部７により高精度な位置決めを行うことができる。以下位置決め用受け部の動作について図を用いて説明する。
【００４１】
図１０（ａ）は位置決め動作中の位置決め用受け部を示す要部透視平面図であり、図１０（ｂ）は位置決め動作完了時の位置決め用受け部を示す要部透視平面図である。
図１０において、１は本実施の形態１におけるバッテリ交換装置、２は装置本体、３は引き込み部、４は引き込みアーム、７は位置決め用受け部、９は位置決め用スライドレール、Ｘは自走式走行装置、Ａは係止部、Ｊは位置決め部であり、これらは図１、図２、図６において説明したものと同様である。
【００４２】
図６で示した自走式走行装置引き込み動作において、位置決め部Ｊをテーパ状に形成された位置決め用受け部７に当接させながら引き込みアーム４により捕獲した自走式走行装置Ｘを引き込み部３により装置本体２側へ引き込む。図１０に示すように、位置決め用受け部７がテーパ状に形成されているので、位置決め用受け部７の片側のテーパ面に位置決め部Ｊを当接させ滑らせながら自走式走行装置Ｘを引き込むことで、装置本体２は位置決め用スライドレール９に沿って右方向へスライドし、自走式走行装置Ｘに対して高精度に位置決めされる。なお、図１に示すように、位置決め用受け部７を板状に形成し、バッテリ交換動作開始時に立ち上げて、それ以外の場合は装置本体２の前端部側に折り畳んで収納しておくこともできる。これにより、通路等の壁面から位置決め用受け部７が突出することがなく、安全性及び省スペース性に優れる。
【００４３】
以上のように本実施の形態１におけるバッテリ交換装置は構成されているので、以下のような作用を有する。
（１）バッテリＹを消費した自走式走行装置Ｘを引き込みアーム４により捕獲し、装置本体２側へ引き込むことができ、バッテリ出入部５を自走式走行装置Ｘのバッテリ取り出し口Ｚへ前進させてバッテリ掴手部５ａによりバッテリＹを保持し、バッテリ出入部５を後退させてバッテリＹを自走式走行装置Ｘのバッテリ載置部から引き出し、バッテリ収納部６に収納することができる。更に、送り機構部６ａにより充電されたバッテリＹ′を自走式走行装置Ｘのバッテリ取り出し口Ｚの正面に移送し、バッテリ出入部５を前進させバッテリ掴手部５ａにより充電されたバッテリＹ′を押し出し、自走式走行装置Ｘに装填し、バッテリの交換を迅速に行うことができる。
（２）基腕部３１及び支腕部３２を装置本体２の外側から自走式走行装置Ｘ側へ旋回させ、支腕部３２の先端部に設けられた係止フック３２ａにより自走式走行装置Ｘを両側から捕獲し、引き込み部３を後退させることにより、自走式走行装置Ｘを装置本体２側へ容易に引き込むことができる。
（３）バッテリ出入部５を本体側出入用レール６２から収納側出入用レール６３へ前進させ、バッテリ掴手部５ａによりバッテリＹを保持し、バッテリ出入部５を本体側出入用レール６２まで後退させることにより、保持したバッテリＹを直接バッテリ収納部６に収納することができる。
（４）バッテリ出入部５の先端部のバッテリ掴手部５ａをバッテリＹの取手Ｂの位置まで前進させ、掴手用モータ６７を回転させてバッテリＹの取手Ｂに引き込み爪部７２ａ、７２ｂの鉤状部分を掛止させ、バッテリ出入部５を後退させることでバッテリＹを自走式走行装置Ｘから引き出すことができる。
（５）バッテリ出入部５を前進させ充電されたバッテリＹ′を押し出し壁部７１により押し出して自走式走行装置Ｘに装填することができる。
（６）バッテリ出入部５の先端部のバッテリ掴手部５ａをバッテリＹの取手Ｂの位置まで前進させ、掴手用モータ６７を回転させてバッテリＹの取手Ｂに引き込み爪部７２ａ、７２ｂを掛止させると共に、バッテリＹのロックを解除することができる。
（７）自走式走行装置Ｘの位置決め部Ｊを位置決め用受け部７に当接させながら自走式走行装置Ｘを装置本体２側に引き込むことで、装置本体２が位置決め用スライドレール９に沿ってスライドし、機械的に正確な位置決めができるので、位置決めの精度に優れる。
（８）消費されたバッテリＹをバッテリ収納部６に収納することで、バッテリＹのケーシング側壁に配設されたバッテリ側充電用端子Ｉをバッテリ収納部６の内部側壁に配設された収納側充電用端子８２に当接させ、バッテリＹをバッテリ収納部６に収納した状態で充電を行うことができる。
【発明の効果】
以上説明したように本発明のバッテリ交換装置によれば、以下のような有利な効果が得られる。
【００４４】
請求項１に記載の発明によれば、
（１）バッテリ出入部を自走式走行装置のバッテリ取り出し口へ前進させてバッテリ掴手部によりバッテリを保持し、バッテリ出入部を後退させてバッテリを引き出し、バッテリ収納部に収納することができる。更に、送り機構部により充電されたバッテリを自走式走行装置のバッテリ取り出し口の正面に移送し、バッテリ出入部を前進させバッテリ掴手部により充電されたバッテリを押し出し、自走式走行装置に装填し、バッテリの交換を迅速に行うことができるバッテリ交換装置を提供することができる。
（２）バッテリを消費した自走式走行装置を引き込みアームにより捕獲し、引き込み部により装置本体側へ引き込むことができるバッテリ交換装置を提供することができる。
【００４６】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加え、
（１）基腕部及び支腕部を装置本体の外側から自走式走行装置側へ旋回させ、支腕部の先端部に設けられた係止フックにより自走式走行装置を両側から捕獲し、引き込み部を後退させることにより、自走式走行装置を装置本体側へ容易に引き込むことができるバッテリ交換装置を提供することができる。
【００４７】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１又は２の効果に加え、
（１）バッテリ出入部を本体側出入用レールから収納側出入用レールへ前進させ、バッテリ掴手部によりバッテリを保持し、バッテリ出入部を本体側出入用レールまで後退させることにより、保持したバッテリを直接バッテリ収納部に収納することができるバッテリ交換装置を提供することができる。
【００４８】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至３の内いずれか１項の効果に加え、
（１）バッテリにＴ字状の取手が設けられている場合、バッテリ出入部の先端部のバッテリ掴手部をバッテリの取手の位置まで前進させ、掴手用モータを回転させてバッテリの取手に引き込み爪部の鉤状部分を掛止させ、バッテリ出入部を後退させることでバッテリを自走式走行装置から引き出すことができるバッテリ交換装置を提供することができる。
（２）バッテリ出入部を前進させ充電されたバッテリを押し出し壁部により押し出して自走式走行装置に装填することができるバッテリ交換装置を提供することができる。
（３）バッテリにＴ字状の取手が設けられ、取手の回転によりバッテリのロック及びその解除を行うことができる場合は、バッテリ出入部の先端部のバッテリ掴手部をバッテリの取手の位置まで前進させ、掴手用モータを回転させてバッテリの取手に引き込み爪部を掛止させると共に、バッテリのロックを解除することができるバッテリ交換装置を提供することができる。
【００４９】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４の内いずれか１項の効果に加え、
（１）自走式走行装置の位置決め部を位置決め用受け部に当接させ滑らせながら装置本体側に引き込むことで、装置本体が位置決め用スライドレール上をスライドして、装置本体を自走式走行装置に対して機械的に正確に位置決めすることができるので、位置決め精度に優れるバッテリ交換装置を提供することができる。
【００５０】
請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５の内いずれか１項の効果に加え、
（１）消費されたバッテリをバッテリ収納部に収納することで、バッテリのケーシング側壁等に配設されたバッテリ側充電用端子をバッテリ収納部の内部側壁等に配設された収納側充電用端子に当接させ、バッテリをバッテリ収納部に収納した状態で充電を行うことができるバッテリ交換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるバッテリ交換装置の全体平面図
（ｂ）本発明の実施の形態１におけるバッテリ交換装置の全体側面図
【図２】  本発明の実施の形態１におけるバッテリ交換装置の自走式走行装置捕獲動作開始前の動作を示す要部概略平面図
【図３】（ａ）自走式走行装置捕獲動作開始時の引き込みアームの動作を示す要部透視平面図
（ｂ）自走式走行装置捕獲動作中の引き込みアームの動作を示す要部透視平面図
（ｃ）自走式走行装置捕獲動作完了時の引き込みアームの動作を示す要部透視平面図
【図４】（ａ）自走式走行装置捕獲動作開始時のアーム用センサの要部拡大斜視図
（ｂ）自走式走行装置捕獲動作中のアーム用センサの要部拡大斜視図
（ｃ）自走式走行装置捕獲動作完了時のアーム用センサの要部拡大斜視図
【図５】（ａ）自走式走行装置引き込み動作開始時の引き込み部を示す要部透視平面図
（ｂ）自走式走行装置引き込み動作完了時の引き込み部を示す要部透視平面図
【図６】（ａ）バッテリ保持動作開始時のバッテリ出入部の動作を示す要部平面図
（ｂ）バッテリ保持動作時のバッテリ出入部の動作を示す要部平面図
【図７】（ａ）バッテリ保持動作時のバッテリ掴手部の動作を示す要部拡大図
（ｂ）バッテリ保持動作時のバッテリ掴手部の動作を示す要部拡大図
（ｃ）バッテリ保持動作完了時のバッテリ掴手部の動作を示す要部拡大図
【図８】（ａ）バッテリ収納動作開始時のバッテリ出入部の動作を示す要部透視平面図
（ｂ）バッテリ収納動作中のバッテリ出入部の動作を示す要部透視平面図
（ｃ）バッテリ収納動作完了時のバッテリ出入部の動作を示す要部透視平面図
【図９】（ａ）バッテリ入れ替え動作開始時のバッテリ収納部の動作を示す要部透視平面図
（ｂ）バッテリ入れ替え動作完了時のバッテリ収納部の動作を示す要部透視平面図
【図１０】（ａ）位置決め動作中の位置決め用受け部の動作を示す要部透視平面図
（ｂ）位置決め動作完了時の位置決め用受け部の動作を示す要部透視平面図
【符号の説明】
１  バッテリ交換装置
２  装置本体
３  引き込み部
４  引き込みアーム
５  バッテリ出入部
５ａ  バッテリ掴手部
６、６′、６″  バッテリ収納部
６ａ  送り機構部
７  位置決め用受け部
８ａ  投光側光電管
８ｂ  受光側光電管
９  位置決め用スライドレール
３１  基腕部
３２  支腕部
３２ａ  係止フック
３３  支腕側プーリ
３４  基腕側プーリ
３５  アーム用ベルト
３６  ウォームホイール
３７  ウォームギア
３８  シャフト
３９  シャフト用ギア
４０  モータ側ギア
４１  アーム用モータ
４２  アーム用センサ
４３  センサ用ベルト
４４  基腕側センサ用プーリ
４５  センサ側プーリ
４６  アーム用センサ板
４６ａ  スリット部
４７ａ、４７ｂ  捕獲センサ
５１  引き込み用モータ
５２  引き込みレール
５３  直動装置部
５４  直動ロッド
５７  前側引き込みセンサ
５８  後側引き込みセンサ
６１  出入用モータ
６１ａ  ピニオン
６２  本体側出入用レール
６２ａ  本体側ラック
６３  収納側出入用レール
６３ａ  収納側ラック
６４  出入用センサ用突起部
６５  前側出入用センサ
６６  後側出入用センサ
６７  掴手用モータ
６８  掴手用センサ板
７１  押し出し壁部
７２ａ、７２ｂ  引き込み爪部
７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ  掴手用センサ
８１  バッテリ収納センサ
８２  収納側充電用端子
９１  収納部送りモータ
９２  収納用直動装置部
９３  収納用直動ロッド
９４ａ、９４ｂ、９４ｃ、９４ｄ  収納部送り用センサ
Ｘ  自走式走行装置
Ｙ、Ｙ′  バッテリ
Ｚ  バッテリ取り出し口
Ａ  係止部
Ｂ  取手
Ｃ  ロック用ギア部
Ｄ  下部側ラック
Ｅ  上部側ラック
Ｆ  下部側ロック用ロッド
Ｇ  上部側ロック用ロッド
Ｈ  バッテリ用突起部
Ｉ  バッテリ側充電用端子
Ｊ  位置決め部
Ｋ  前部壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004081266.tif 000007
【図７】
0004081266.tif 000008
【図８】
0004081266.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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