(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業空間上をバッテリで自律的に移動する移動ロボットと、該移動ロボットを収容してバッテリの充電オペレーションを実現する充電ステーションとで構成される移動ロボットのための充電システムであって、
前記充電ステーションの所定部位に配設された視認性識別データと、
前記移動ロボットに搭載された撮像手段と、
前記撮像手段による撮像画像を基に前記移動ロボットから前記充電ステーションまでの距離・方向を算出する演算手段と、
前記演算手段による算出結果を基に前記移動ロボットを前記充電ステーションに向かって探索せしめる探索手段と、
を具備し、
前記の視認性識別データは、表示装置に画面出力された表示データであり、移動ロボットから距離に応じて表示データを切り換える、
ことを特徴とする充電システム。
【請求項２】
前記移動ロボットと前記充電ステーション間でデータ交換を実現する通信手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項３】
前記の視認性識別データは色又は模様の組み合わせで構成されるパターンである、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項４】
前記の視認性識別データは２次元バーコードである、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項５】
前記充電ステーション又は前記移動ロボットは、バッテリ状態を表示するインジケータを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項６】
前記充電ステーションは、さらに、光、赤外線、音波、超音波、電波、磁場のうち少なくとも1つの信号波を発信する発信手段を備えるとともに、
前記移動ロボットは、さらに、前記発信手段からの発信波を受信する受信手段を備え、
前記演算手段は、前記撮像手段による撮像画像又は前記受信手段による受信データを基に前記移動ロボットから前記充電ステーションまでの距離・方向を算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項７】
前記移動ロボットは胴体部ユニットに対して首振り運動可能な頭部ユニットを備え、
前記撮像手段又は前記受信手段は前記移動ロボットの前記頭部ユニットに搭載されていることを特徴とする請求項６に記載の充電システム。
【請求項８】
前記発信手段は光、赤外線、音波、超音波、電波、磁場のうち２以上の信号波を発信し、
前記受信手段は、前記充電ステーションと前記移動ロボット間の距離に応答して受信信号波を切り換える、
ことを特徴とする請求項６に記載の充電システム。
【請求項９】
前記発信手段は、光をスリット状に出力するとともに、照射方向に応じて発光するスリットのパターンを切り換える、
ことを特徴とする請求項６に記載の充電システム。
【請求項１０】
前記発信手段は出力強度及び周波数成分の異なる２以上の信号波を発信する、
ことを特徴とする請求項６に記載の充電システム。
【請求項１１】
前記充電ステーションは、前記充電システム外の機器とデータ交換するための通信手段を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項１２】
前記移動ロボットは、イヌなどの四肢による脚式歩行を行うタイプで、胴体部ユニットの腹部に電源コネクタを有し、
前記充電ステーションは、凹み状の収容部と、該収容部底面に配設された電源コネクタを備え、
前記収容部は、しゃがみ込んだ状態の前記移動ロボットを支持する、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項１３】
前記充電ステーションは２色以上の色からなる色パターンをその壁面に含み、
前記移動ロボットは、前記撮像手段による撮像画像中の各色の配置関係を基に前記充電ステーションを探索する、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項１４】
前記移動ロボットは、イヌなどの四肢による脚式歩行を行うタイプで、胴体部ユニットの臀部に電源コネクタを有し、
前記充電ステーションは、擂り鉢状の窪みをした収容部を持つとともに、該窪みの略中央にお椀形の突起を備え、
前記収容部は、お座りをした状態の前記移動ロボットを支持する、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項１５】
前記移動ロボットは、イヌなどの四肢による脚式歩行を行うタイプで、胴体部ユニットの臀部に電源コネクタを有し、
前記充電ステーションは、擂り鉢状で且つ回転体形状の窪みをした収容部を持つとともに、該窪みの略中央にお椀形で且つ回転体形状の突起を備え、
前記収容部は、任意の角度でお座りをした状態の前記移動ロボットを支持する、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項１６】
前記移動ロボットは、頭部ユニット、両肩、若しくは臀部の少なくとも1つにテーパ形状が構成され、
前記充電ステーションは、前記移動ロボットに形成されたテーパを受容可能な内壁面を有する略Ｕ字構造を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項１７】
前記移動ロボットは、頭部ユニット、両肩、若しくは臀部の少なくとも1つにテーパ形状が構成され、
前記充電ステーションは、前記移動ロボットに形成されたテーパを受容可能な内壁面を有する略Ｕ字構造体であり、該Ｕ字構造の最奥部にコネクタを上面に配した舌状突起を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項１８】
前記移動ロボットは、頭部ユニット、両肩、若しくは臀部の少なくとも1つにテーパ形状が構成され、
前記充電ステーションは、前記移動ロボットに形成されたテーパを受容可能な内壁面を有する略Ｕ字構造体であり、該Ｕ字構造の最奥部にコネクタを上面に配した舌状突起が配設され、該コネクタの各端子は該Ｕ字の奥行き方向に長い電気的接続部分を持つ、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項１９】
前記移動ロボットは脚式歩行による移動を行うタイプであり、少なくとも1つの足底に電極端子が配設されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項２０】
さらに、前記移動ロボットと前記充電ステーションのコネクタ同士が接続し又は切り離されるような磁界を発生させる電磁石を１以上備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項２１】
前記充電ステーションは、前記移動ロボットと良好な係合位置に位置決めするための駆動機構を具備する、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項２２】
前記充電ステーションは、前記移動ロボットを収容可能な略Ｕ字構造をなすとともに、該Ｕ字の内側に移動ロボットを把持する把持手段を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項２３】
前記充電ステーションは、前記移動ロボットを収容可能な略Ｕ字構造をなすとともに、該Ｕ字の内側に移動ロボットを把持する把持手段を備え、移動ロボットの把持状態でキャリング・ケースとして使用可能である、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項２４】
前記移動ロボットは、イヌなどの四肢による脚式歩行を行うタイプであり、
前記充電ステーションは、イヌ小屋形状をなし、該小屋内の壁面に１以上のコネクタが配設されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒトやイヌ、その他の動物が持つ生体メカニズムの全部又は一部を模した構造を有する機械装置すなわちロボットに係り、特に、２足又は４足などによる脚式移動（歩行）やクロール式移動などにより作業空間を自在（無経路）に移動することができる移動ロボットに関する。
【０００２】
更に詳しくは、本発明は、充電式バッテリを用いて外部電源ケーブルによる拘束なしに作業空間を無経路で移動自在な移動ロボット及びその充電メカニズムに係り、特に、自律作業中にバッテリの残存容量が低下すると充電ステーションに立ち寄って自動的に充電するとともに、充電完了とともに充電ステーションから離れて作業を再開するタイプの移動ロボット及びその充電メカニズムに関する。
【０００３】
【従来の技術】
ロボットの語源は、スラブ語のＲＯＢＯＴＡ（奴隷機械）に由来するといわれている。わが国では、ロボットが普及し始めたのは１９６０年代末からであるが、その多くは、工場における生産作業の自動化・無人化などを目的とした多関節アーム・ロボット（マニピュレータ）や搬送ロボットなどの産業用ロボット（ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  ｒｏｂｏｔ）であった。
【０００４】
最近では、イヌやネコのように４足歩行の動物の身体メカニズムやその動作を模したペット型ロボット、あるいは、ヒトやサルなどの２足直立歩行を行う動物の身体メカニズムや動作を模した「人間形」若しくは「人間型」のロボットなど、脚式移動ロボットやその安定歩行制御に関する研究開発が進展し、実用化への期待も高まってきている。これら脚式移動ロボットは、クローラ式ロボットに比し不安定で姿勢制御や歩行制御が難しくなるが、階段の昇降や障害物の乗り越え等、柔軟な歩行・走行動作を実現できるという点で優れている。
【０００５】
アーム式ロボットのように、ある特定の場所に植設して用いるような据置きタイプのロボットは、部品の組立・選別作業など固定的・局所的な作業空間でのみ活動する。これに対し、移動式のロボットは、作業空間は非限定的であり、所定の経路上または無経路上を自在に移動して、所定の若しくは任意の作業を代行したり、ヒトやイヌその他の生命体に置き換わる種々のサービスを提供する。
【０００６】
また、「人間形」若しくは「人間型」と呼ばれる移動ロボット（ｈｕｍａｎｏｉｄ  Ｒｏｂｏｔ）は、人間の住環境下で人間と共存し、産業活動や生産活動等における各種の単純作業や危険作業、難作業の代行を行うことができる。例えば、原子力発電プラントや火力発電プラント、石油化学プラントにおけるメンテナンス作業、製造工場における部品の搬送・組立作業、高層ビルにおける清掃作業、火災現場その他における救助活動といったように、さまざま場面において活躍の場が見出されている。人間型ロボットは、２足歩行により障害物を好適に乗り越えたり迂回しながら、所望の現場まで自律的に移動して、指示された作業を忠実に遂行することができる。
【０００７】
また、イヌやネコなどの愛玩動物を模したエンターティンメント向けの移動ロボット、すなわちペット型ロボットの場合、難作業の代行などの生活支援というよりも、生活密着型、すなわち人間との「共生」という性質が強い。ペット型ロボットは、実際の動物を扱うよりも手軽であるだけでなく、従来の玩具に比し、高機能・高付加価値を有する。
【０００８】
従来の玩具機械は、ユーザ操作と応答動作との関係が固定的であり、玩具の動作をユーザの好みに合わせて変更することはできない。この結果、ユーザは同じ動作しか繰り返さない玩具をやがては飽きてしまうことになる。これに対し、ペット型ロボットは、動作生成の時系列モデルに従って動作を実行するが、ユーザ操作などの外部からの刺激を検出したことに応答してこの時系列モデルを変更する、すなわち「学習効果」を付与することによって、ユーザにとって飽きない又は好みに適応した動作パターンを提供することができる。
【０００９】
この種のペット型ロボットは、飼い主としてのユーザによる「褒める」、「遊んであげる（可愛がる）」、「撫でる」、あるいは「叱る」、「叩く」などのユーザ入力に対して動的に反応して、「喜ぶ」、「甘える」、「すねる」、「叱る」、「吠える」、「尻尾を振る」などの感情的動作を実行するようにプログラムすることによって、育成シミュレーションを享受することができる。ペット型ロボットは、一般家庭内の部屋などを作業空間として、２足又は４足歩行により、障害物を好適に乗り越えたり迂回しながら、無経路上を自由且つ自動的に自律的に探索する。
【００１０】
ところで、上述した各種のロボットはいずれも、電気電動式の機械装置であり、装置への給電作業は当然欠かすことができない。
【００１１】
前述のアーム型ロボットのように特定の場所に固定的に設置するタイプのロボットや、行動半径や動さパターンが限定されたロボットの場合、商用ＡＣ電源から電源ケーブルを介して常時給電することができる。
【００１２】
これに対し、自律的且つ自在に動き回るタイプの移動ロボットの場合、電源ケーブルによって行動半径が制限されてしまうため、商用ＡＣ電源による給電は不可能である。この当然の帰結として、移動ロボットには充電式バッテリによる自律駆動が導入される。バッテリ駆動によれば移動ロボットは、電源コンセントの場所や電源ケーブル長などの物理的な制約を意識せず、人間の住空間や各種の作業空間を自走することができる。
【００１３】
但し、バッテリ駆動式のロボットはバッテリの充電作業を伴うことが難点となる。移動ロボットは自動機器として使用するものであるにも拘らず、充電作業は完全自動化の障壁になる。また、充電のためのバッテリ交換や電源コネクタ接続は、ユーザにとって手間でもある。
【００１４】
そこで、移動ロボットのためのバッテリ充電を確実且つ完全に自動化する方式として、いわゆる「充電ステーション」が導入されている。充電ステーションとは、その字義通り、移動ロボットのバッテリ充電を行うための専用スペースのことである。
【００１５】
ロボットは、自走式・自律的な作業を行っている期間中にバッテリの残存容量が低下したことを検知すると、作業を中断して、自ら（すなわち自動的に）充電ステーションに立ち寄る。充電ステーション内では、ロボットと電源との間で所定の電気接続を果たし、バッテリへの給電を受ける。そして、バッテリが満充電若しくは所定容量まで回復したら、電源との電気接続を解除するとともに充電ステーションを立ち去って、中断していた作業を再開する。
【００１６】
例えば、作業空間内に複数の充電ステーションを設置することにより、移動ロボットは、最寄の充電ステーションで給電を受けることができる。すなわち、移動ロボットは、充電ステーション間を跨いで移動することができ、行動半径が実質的に拡張される。また、１つの充電ステーションを複数のロボット間で共有することもでき、充電ステーション数を節約することもできる。また、充電機能の一部を充電ステーションに移管することにより、ロボット本体の要求仕様や重量、コストなどを削減することができる。
【００１７】
しかしながら、充電ステーションを用いて作業期間中に自動的且つ円滑に充電オペレーションを挿入するためには、移動ロボットを充電ステーションに導き入れる（あるいは、移動ロボットは充電ステーションの場所を探索する）とともに、充電ステーションとの間で位置検出・位置決め制御を行い、電源と正確且つ確実に接続しなければならない。
【００１８】
移動ロボットであっても、予め定義された固定的な経路上しか移動しないロボット（例えば搬送ロボット）の場合、ロボットを充電ステーション内にセットすることは比較的容易であろう。何故ならば、通常の作業経路上に充電ステーションを配設しておけば、ロボットは予め定義された工程の１つとして充電ステーションに立ち寄り、円滑且つ作業の途切れなく充電オペレーションを行うことができる。
【００１９】
これに対し、人間型ロボットやペット型ロボットのように、自律的な自由歩行が許容されたロボットの場合、その自由度がゆえに充電ステーションにロボットをセットするためには、充電ステーション内におけるロボットの位置検出や位置決めなど、技術的な困難を伴なう。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、充電式バッテリによって自律駆動する移動ロボットのための、優れた充電メカニズムを提供することにある。
【００２１】
本発明の更なる目的は、バッテリ駆動により作業空間を無経路で自由に移動することができる移動ロボットのための、優れた充電メカニズムを提供することにある。
【００２２】
本発明の更なる目的は、バッテリ駆動により作業空間を無経路で自在に移動する移動ロボットに対して充電ステーションによって充電を行うための、優れた充電メカニズムを提供することにある。
【００２３】
本発明の更なる目的は、充電オペレーションのために充電ステーションに立ち寄る移動ロボットを正確且つ確実に電気接続することができる、優れた充電メカニズムを提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段及び作用】
本発明は、上記課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面は、作業空間上をバッテリで自律的に移動する移動ロボットと、該移動ロボットを収容してバッテリの充電オペレーションを実現する充電ステーションとで構成される移動ロボットのための充電システムであって、
前記充電ステーションの所定部位に配設された視認性識別データと、
前記移動ロボットに搭載された撮像手段と、
前記撮像手段による撮像画像を基に前記移動ロボットから前記充電ステーションまでの距離・方向を算出する演算手段と、
前記演算手段による算出結果を基に前記移動ロボットを前記充電ステーションに向かって探索せしめる探索手段と、
を具備することを特徴とする充電システムである。
【００２５】
本発明の第１の側面に係る充電システムによれば、移動ロボットは、充電ステーションの所定部位に配設された視認性識別データを目標にして、カメラの撮像画像を基にして充電ステーションを探索することができる。したがって、無経路上を自由に移動する移動ロボットの充電作業を自動化することができる。
【００２６】
移動ロボットと前記充電ステーション間でデータ交換を実現する通信手段をさらに備えてもよい。通信手段は、例えば、ＲＳ−２３２Ｃ、ＩＥＥＥ１２８４、ＵＳＢ、ｉ−Ｌｉｎｋ、ＩｒＤＡなど、特にインターフェース・プロトコルは特定されない。例えば、充電ステーション内に移動ロボットを収容したときの誘導作業（正確な位置決めなど）や、充電の開始及び終了時期の通知などに、通信手段を使用することができる。
【００２７】
また、前記の視認性識別データは、前記充電ステーションの表面に貼設された印刷媒体であってもよい。また、該印刷媒体は円筒形、四角柱、球などの立体的な物体表面上に複数貼設されていてもよい。このような場合、移動ロボットは複数方向から識別データを発見することができ、任意の方向から充電ステーションに接近することができる。
【００２８】
また、前記の視認性識別データは、表示装置に画面出力された表示データであってもよい。このような場合、作業空間の環境に埋没しない識別データを動的に用いることができる。また、移動ロボットから距離に応じて表示データを切り換えることもできる。
【００２９】
視認性識別データは、例えば、色や模様のパターンで構成される。あるいは、サイバーコードのような２次元バーコード、その他のビジュアル・マークであってもよい。
【００３０】
また、視認性識別データは前記充電ステーションの高所に配設することで、移動ロボットは遠方から充電ステーションの所在を発見することができる。
【００３１】
また、前記充電ステーション及び／又は前記移動ロボットは、充電中」、「充電完了（満充電）」、「異常」などの各種のバッテリ状態を表示するインジケータを備えていてもよい。
【００３２】
また、前記充電ステーションは、さらに、光、赤外線、音波、超音波、電波、磁場のうち少なくとも１つの信号波を発信する発信手段を備えるとともに、前記移動ロボットは、さらに、前記発信手段からの発信波を受信する受信手段を備えてもよい。このような場合、前記演算手段は、前記撮像手段による撮像画像と前記受信手段による受信データの双方を基に前記移動ロボットから前記充電ステーションまでの距離・方向を算出することができるので、より正確且つ高速に充電ステーションを探索することができる。
【００３３】
前記発信手段による発信波は、作業空間において発生する他の信号とは容易に区別・分離できる成分で構成されることが好ましい。
【００３４】
また、前記移動ロボットは胴体部ユニットに対して首振り運動可能な頭部ユニットを備え、前記撮像手段及び／又は前記受信手段は前記移動ロボットの前記頭部ユニットに搭載されていてもよい。このような場合、首振り運動によって容易に充電ステーションを発見し、探索することができる。
【００３５】
また、前記発信手段は光、赤外線、音波、超音波、電波、磁場のうち２以上の信号波を発信し、前記受信手段は、前記充電ステーションと前記移動ロボット間の距離に応答して受信信号波を切り換えるようにしてもよい。例えば、途中に障害物が散在する遠方では回折性の高い音波を用いて探索し、至近距離では光や赤外線など直進性の高い信号葉に切り換えて正確に探索することができる。
【００３６】
また、  前記発信手段は、光をスリット状に出力するとともに、照射方向に応じて発光するスリットのパターンを切り換えるようにしてもよい。このような場合、単一の発信手段だけで、移動ロボットは複数方向から充電ステーションに接近することができる。
【００３７】
また、前記発信手段は出力強度及び周波数成分の異なる２以上の信号波を発信するようにしてもよい。例えば高周波信号を高強度で出力するとともに、低周波信号を低強度で出力することにより、受信手段は、高周波成分のみ受信する領域では比較的距離が離れており、低周波成分を受信可能な領域に突入したことにより充電ステーションに近づいたことを認識することができる。
【００３８】
また、前記充電ステーションは、前記充電システム外の機器とデータ交換するための通信手段を備えてもよい。通信手段は、例えばネットワーク・インターフェース・カード（ＮＩＣ）であり、例えば外部のホスト・システムがネットワーク経由で充電ステーションをリモート・コントロールすることができる。
【００３９】
また、前記発信手段は、前記充電ステーション外部に配設されていてもよい。例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて充電ステーションの探索を行うこともできる。
【００４０】
また、前記移動ロボットは、イヌなどの四肢による脚式歩行を行うタイプで、胴体部ユニットの腹部に電源コネクタを有し、
前記充電ステーションは、凹み状の収容部と、該収容部底面に配設された電源コネクタを備え、
前記収容部は、しゃがみ込んだ状態の前記移動ロボットを支持するようにしてもよい。
【００４１】
また、前記充電ステーションは２色以上の色からなる色パターンをその壁面に含み、
前記移動ロボットは、前記撮像手段による撮像画像中の各色の配置関係を基に前記充電ステーションを探索するようにしてもよい。
【００４２】
また、前記移動ロボットは、イヌなどの四肢による脚式歩行を行うタイプで、胴体部ユニットの臀部に電源コネクタを有し、
前記充電ステーションは、擂り鉢状の窪みをした収容部を持つとともに、該窪みの略中央にお椀形の突起を備え、
前記収容部は、お座りをした状態の前記移動ロボットを支持するようにしてもよい。
【００４３】
あるいは、前記移動ロボットは、イヌなどの四肢による脚式歩行を行うタイプで、胴体部ユニットの臀部に電源コネクタを有し、
前記充電ステーションは、擂り鉢状で且つ回転体形状の窪みをした収容部を持つとともに、該窪みの略中央にお椀形で且つ回転体形状の突起を備え、
前記収容部は、任意の角度でお座りをした状態の前記移動ロボットを支持するようにしてもよい。
【００４４】
このような場合、充電オペレーションに対して、お座りをした状態で餌を与えるというメタファを与えることができ、エンターティンメント性が高まる。
【００４５】
また、前記移動ロボットは、頭部ユニット、両肩、若しくは臀部の少なくとも１つにテーパ形状が構成され、
前記充電ステーションは、前記移動ロボットに形成されたテーパを受容可能な内壁面を有する略Ｕ字構造を備えるようにしてもよい。さらに、該Ｕ字構造の最奥部にコネクタを上面に配した舌状突起を備えるようにしてもよい。また、該コネクタの各端子は該Ｕ字の奥行き方向に伸びるように構成してもよい。
【００４６】
また、前記移動ロボットは脚式歩行による移動を行うタイプであり、少なくとも１つの足底に電極端子が配設されていてもよい。このような場合、通常の歩行動作によって電極間の接続を実現することができる。
【００４７】
また、さらに、前記移動ロボットと前記充電ステーションのコネクタ同士が接続し及び／又は切り離されるような磁界を発生させる電磁石を１以上備えていてもよい。
【００４８】
また、前記充電ステーションは、前記移動ロボットと良好な係合位置に位置決めするための駆動機構を具備していてもよい。このような場合、移動ロボット側は精密な位置決め機構を不要とし、ロボット本体の要求仕様や重量、製造コストなどを低減することができる。
【００４９】
また、前記充電ステーションは、前記移動ロボットを収容可能な略Ｕ字構造をなすとともに、該Ｕ字の内側に移動ロボットを把持する把持手段を備えていてもよい。また、移動ロボットの把持状態でキャリング・ケースとして使用してもよい。このような場合、充電ステーションのＵ字状の筐体は、搬送中の衝撃から移動ロボットを保護することができる。
【００５０】
また、前記移動ロボットは、イヌなどの四肢による脚式歩行を行うタイプであり、
前記充電ステーションは、イヌ小屋形状をなし、該小屋内の壁面に１以上のコネクタが配設されていてもよい。
【００５１】
また、本発明の第２の側面は、作業空間上をバッテリで自律的に移動する移動ロボットと、該移動ロボットを収容してバッテリの充電オペレーションを実現する充電ステーションとで構成される移動ロボットのための充電システムにおいて、充電ステーション外に置かれた発信機が発信する信号波に基づいて充電ステーションを探索する方法であって、
前記移動ロボットを一旦充電ステーションに設置して、前記発信機からの信号波を基に充電ステーションの位置を教示するステップと、
前記作業空間上に任意の位置で前記移動ロボットが前記発信機からの信号波を基に前記充電ステーションまでの距離や方向を算出して探索するステップと、
を具備することを特徴とする充電ステーションを探索する方法である。
【００５２】
また、本発明の第３の側面は、作業空間上をバッテリで自律的に移動する移動ロボットと、該移動ロボットを収容してバッテリの充電オペレーションを実現する充電ステーションとで構成される移動ロボットのための充電システムにおいて、充電ステーション外に置かれた発信機が発信する信号波に基づいて充電ステーションを探索する方法であって、
前記発信機の位置に従って設定される基準点に対する前記充電ステーションの位置情報を予め移動ロボット内のメモリに格納するステップと、
前記作業空間上に任意の位置で前記移動ロボットが前記発信機からの信号波を基に前記基準点に対する自己の位置情報を算出するとともに、前記充電ステーションの前記メモリから読み出し、前記充電ステーションまでの距離や方向を算出して探索するステップと、
を具備することを特徴とする充電ステーションを探索する方法である。
【００５３】
また、本発明の第４の側面は、作業空間上をバッテリで自律的に移動する移動ロボットと、該移動ロボットを収容してバッテリの充電オペレーションを実現する充電ステーションとで構成される移動ロボットのための充電システムにおいて、充電ステーション外に置かれた発信機が発信する信号波に基づいて充電ステーションを探索する方法であって、
前記移動ロボットが、前記発信機の位置に従って設定される基準点に対する自己の位置情報を前記発信機からの信号波を基に算出するステップと、
前記充電ステーションが、前記基準点に対する自己の位置情報を前記発信機からの信号波を基に算出するステップと、
前記充電ステーションが前記移動ロボットに対して自己の位置情報を連絡するステップと、
前記移動ロボットが、各位置情報間の相対的関係に従って前記充電ステーションまでの距離や方向を算出して探索するステップと、
を具備することを特徴とする充電ステーションを探索する方法である。
【００５４】
また、本発明の第５の側面は、少なくとも胴体部ユニットと２以上の脚部ユニットを含み、前記脚部による歩行を行うタイプの移動ロボットであって、少なくとも１つの脚部ユニットの先端に給電用の電極端子を備えることを特徴とする移動ロボットである。かかる移動ロボットの構成によれば、通常の歩行動作によって電極間の接続を実現することができる。
【００５５】
また、本発明の第６の側面は、少なくとも胴体部ユニットと２以上の脚部ユニットを含み、前記脚部による歩行を行うタイプの移動ロボットであって、前記胴体部ユニットの腹部又は背中に給電用の電極端子を備えることを特徴とする移動ロボットである。
【００５６】
また、本発明の第７の側面は、少なくとも胴体部ユニットと２以上の脚部ユニットと尻尾を含み、前記脚部による歩行を行うタイプの移動ロボットであって、前記尻尾の先端に給電用の電極端子を備えることを特徴とする移動ロボットである。かかる移動ロボットの構成によれば、尻尾を振るという愛嬌のある動作によって電極間の接続を実現することができる。
【００５７】
また、本発明の第８の側面は、略半球状の突起表面に輪切り状に区切られた２以上の接続端子が配設されて構成されることを特徴とするコネクタである。この場合、前記突起の先端側の輪切り端子に信号線を割り当てるとともに、底側の輪切り端子に電源線を割り当てることで、コネクタ同士を接合する際の誤動作を好適に防止することができる。
【００５８】
また、本発明の第９の側面は、コネクタ同士の接触によって通電状態を実現する電気的接続構造であって、
一方のコネクタはプローブ形状をなし、他方のコネクタはメッシュ状をなし、前記プローブが前記メッシュの不定位置に挿入されることによって通電状態が実現することを特徴とする電気的接続構造である。前記のプローブ状のコネクタは、該プローブの長さ方向に複数の端子を割り当てるとともに、前記メッシュ状のコネクタは複数層構造であってもよい。
【００５９】
また、本発明の第１０の側面は、コネクタ同士の接触によって通電状態を実現する電気的接続構造であって、コネクタ同士が接続し及び／又は切り離されるような磁界を発生させる電磁石を１以上備えることを特徴とする電気的接続構造である。
【００６０】
本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳細な説明によって明らかになるであろう。
【００６１】
【発明の実施の形態】
本発明は、移動ロボット、とりわけ作業空間を無経路で自由に移動することができるバッテリ駆動式の移動ロボットに対して、充電ステーションを用いて充電を行う充電メカニズムに関する。勿論、特定の経路上のみを移動するタイプの移動ロボットに対しても、本発明を好適に適用することができることは言うまでもない。
【００６２】
また、後述する実施例では、４足歩行のロボットを用いて説明しているが、移動ロボットは、２足、４足、６足などの脚式歩行を行うロボットの他、クロール式など他の移動メカニズムを採用するロボットであっても、同様に本発明を好適に適用することができる。
【００６３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳解する。
【００６４】
図１には、本発明を実施に供される、四肢による脚式歩行を行う移動ロボット１の外観構成を示している。図示の通り、該ロボット１は、四肢を有する動物の形状や構造をモデルにして構成された多関節型の移動ロボットである。とりわけ本実施例の移動ロボット１は、愛玩動物の代表例であるイヌの形状及び構造を模してデザインされたペット型ロボットという側面を有し、例えば人間の住環境において人間と共存するような形態で、ユーザ操作に応答した動作表現することができる。
【００６５】
移動ロボット１は、胴体部ユニット２と、頭部ユニット３と、尻尾４と、四肢すなわち脚部ユニット６Ａ〜６Ｄで構成される。
【００６６】
頭部ユニット３は、ロール、ピッチ及びヨーの各軸方向（図示）の自由度を持つ首関節７を介して、胴体部ユニット２の略前上端に配設されている。また、頭部ユニット３には、イヌの「目」に相当するＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）カメラ１５と、「耳」に相当するマイクロフォン１６と、「口」に相当するスピーカ１７と、触感に相当するタッチセンサ１８が搭載されている。これら以外にも、生体の五感を構成するセンサを含んでいても構わない。
【００６７】
尻尾４は、ロール及びピッチ軸の自由度を持つ尻尾関節８を介して、胴体部ユニット２の略後上端に湾曲若しくは揺動自在に取り付けられている。
【００６８】
脚部ユニット６Ａ及び６Ｂは前足を構成し、脚部ユニット６Ｃ及び６Ｄは後足を構成する。各脚部ユニット６Ａ〜６Ｄは、それぞれ、大腿部ユニット９Ａ〜９Ｄ及び脛部ユニット１０Ａ〜１０Ｄの組み合わせで構成され、胴体部ユニット２底面の前後左右の各隅部に取り付けられている。大腿部ユニット９Ａ〜９Ｄは、ロール、ピッチ、ヨーの各軸の自由度を持つ股関節１１Ａ〜１１Ｄによって、胴体部ユニット２の各々の所定部位に連結されている。また、大腿部ユニット９Ａ〜９Ｄと脛部ユニット１０Ａ〜１０Ｄの間は、ロール及びピッチ軸の自由度を持つ膝関節１２Ａ〜１２Ｄによって連結されている。
【００６９】
なお、移動ロボット１の関節自由度は、実際には各軸毎に配備されモータ（図示しない）の回転駆動によって提供される。また、移動ロボット１が持つ関節自由度の個数は任意であり、本発明の要旨を限定するものではない。
【００７０】
図２には、移動ロボット１の電気・制御系統の構成図を模式的に示している。同図に示すように、移動ロボット１は、全体の動作の統括的制御やその他のデータ処理を行う制御部２０と、入出力部４０と、駆動部５０と、電源部６０とで構成される。以下、各部について説明する。
【００７１】
入出力部４０は、入力部として移動ロボット１の目に相当するＣＣＤカメラ１５や、耳に相当するマイクロフォン１６、触感に相当するタッチセンサ１８など、五感に相当する各種のセンサを含む。また、出力部として、口に相当するスピーカ１７など、脚などによる機械運動以外の手段によって外部出力を行う装置類を含む。
【００７２】
移動ロボット１は、カメラ１５を含むことで、作業空間上に存在する任意の物体の形状や色彩を認識することができる。また、移動ロボット１は、カメラのような視覚手段の他に、赤外線、音波、超音波、電波などの発信波を受信する受信装置をさらに備えていてもよい。この場合、各伝送波を検知するセンサ出力に基づいて発信源からの位置や向きを計測することができる（後述）。
【００７３】
駆動部５０は、制御部２０が指令する所定の運動パターンに従って移動ロボット１の機械運動を実現する機能ブロックであり、首関節７、尻尾関節８、股関節１１Ａ〜１１Ｄ、膝関節１２Ａ〜１２Ｄなどのそれぞれの関節におけるロール、ピッチ、ヨーなど各軸毎に設けられた駆動ユニットで構成される。図示の例では、移動ロボット１はｎ個の関節自由度を有し、したがって駆動部５０はｎ個の駆動ユニットで構成される。各駆動ユニットは、所定軸回りの回転動作を行うモータ５１と、モータ５１の回転位置を検出するエンコーダ５２と、エンコーダ５２の出力に基づいてモータ５１の回転位置や回転速度を適応的に制御するドライバ５３の組み合わせで構成される。
【００７４】
電源部６０は、その字義通り、移動ロボット１内の各電気回路等に対して給電を行う機能モジュールである。本実施例に係る移動ロボット１は、バッテリを用いた自律駆動式であり、電源部６０は、充電バッテリ６１と、充電バッテリ６１の充放電状態を管理する充放電制御部６２とで構成される。
【００７５】
充電バッテリ６１は、例えば、複数本のニッケル・カドミウム電池セルをカートリッジ式にパッケージ化した「バッテリ・パック」の形態で構成される。
【００７６】
また、充放電制御部６２は、バッテリ６１の端子電圧や充電／放電電流量、バッテリ６１の周囲温度などを測定することでバッテリ６１の残存容量を把握し、充電の開始時期や終了時期などを決定するようになっている。充放電制御部６２が決定する充電の開始及び終了時期は制御部２０に通知され、移動ロボット１が充電オペレーションを開始及び終了するためのトリガとなる。充電オペレーションの詳細については後述に譲る。
【００７７】
制御部２０は、「頭脳」に相当し、例えば移動ロボット１の頭部ユニット３に搭載される。
【００７８】
図３には、制御部２０の構成をさらに詳細に図解している。同図に示すように、制御部２０は、メイン・コントローラとしてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２１が、メモリその他の各回路コンポーネントや周辺機器とバス接続された構成となっている。バス２７上の各装置にはそれぞれに固有のアドレス（メモリ・アドレス又はＩ／Ｏアドレス）が割り当てられており、ＣＰＵ２１はアドレス指定することでバス２７上の特定の装置と通信することができる。
【００７９】
ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）２２は、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  ＲＡＭ）などの揮発性メモリで構成された書き込み可能メモリであり、ＣＰＵ２１が実行するプログラム・コードをロードしたり、作業データの一時的な保存のために使用される。
【００８０】
ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）２３は、プログラムやデータを恒久的に格納する読み出し専用メモリである。ＲＯＭ２３に格納されるプログラム・コードには、移動ロボット１の電源投入時に実行する自己診断テストプログラムや、移動ロボット１の動作を規定する制御プログラムなどが挙げられる。制御プログラムには、カメラ１５やマイクロフォン１６などのセンサ入力を処理する「センサ入力処理プログラム」、センサ入力と所定の「時系列モデル」/*/（後述）とに基づいて移動ロボット１の行動すなわち運動パターンを生成する「行動命令プログラム」、生成された運動パターンに従って各モータの駆動やスピーカ１７の音声出力などを制御する「駆動制御プログラム」などが含まれる。生成される運動パターンには、通常の歩行運動や走行運動以外に、「お手」、「お預け」、「お座り」や、「ワンワン」などの動物の鳴き声の発声などエンターティンメント性の高い動作を含んでいてもよい。
【００８１】
不揮発性メモリ２４は、例えばＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  ａｎｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）のように、電気的に消去再書き込みが可能なメモリ素子で構成され、逐次更新すべきデータを不揮発的に保持するために使用される。逐次更新すべきデータには、例えば、移動ロボット１の行動パターンを規定する時系列モデルなどが挙げられる。
【００８２】
移動ロボット１は、飼い主としてのユーザによる「褒める」、「遊んであげる（可愛がる）」、「撫でる」、あるいは「叱る」、「叩く」などの行為を刺激としてセンサ入力し、不揮発メモリ２４に格納された時系列モデルに従って「喜ぶ」、「甘える」、「すねる」、「叱る」、「吠える」、「尻尾を振る」などの感情的な動作を実行する。また、センサ入力された刺激に応じて不揮発メモリ２４中の時系列モデルを逐次的に更新するという学習効果を付与することができる。このような学習効果により、移動ロボット１の行動パターンに変化を与え、ユーザが飽きない又はその好みに適応した挙動を提供することができる。また、ユーザは、一種の育成シミュレーションをゲーム感覚で楽しむことができる。
【００８３】
インターフェース２５は、制御部２０外の機器と相互接続し、データ交換を可能にするための装置である。インターフェース２５は、例えば、カメラ１５やマイクロフォン１６、スピーカ１７との間でデータ入出力を行う。また、インターフェース２５は、駆動部５０内の各ドライバ５３−１…との間でデータやコマンドの入出力を行う。また、インターフェース２５は、電源部６０との間で充電開始及び充電終了信号の授受を行う。
【００８４】
インターフェース２５は、ＲＳ（Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）−２３２Ｃなどのシリアル・インターフェース、ＩＥＥＥ（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）１２８４などのパラレル・インターフェース、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）インターフェース、ｉ−Ｌｉｎｋ（ＩＥＥＥ１３９４）インターフェース、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）インターフェースなどのような、コンピュータの周辺機器接続用の汎用インターフェースを備え、充電ステーション８０（後述）などの外部機器との間でプログラムやデータの移動を行うようにしてもよい。
【００８５】
また、インターフェース２５の１つとして赤外線通信（ＩｒＤＡ）インターフェースを備え、充電ステーション８０などの外部機器と無線通信を行うようにしてもよい。赤外線通信のための送受信部は、例えば頭部ユニット２や尻尾３など、移動ロボット１本体の先端部に設置されることが受信感度の観点から好ましい。
【００８６】
さらに、制御部２０は、ネットワーク・インターフェース・カード（ＮＩＣ）２６を含み、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ：例えば、ＥｔｈｅｒｎｅｔやＢｌｕｅｔｏｏｔｈなど）やインターネットを経由して外部のコンピュータ・システムとデータ通信したり、遠隔のコンピュータ資源を用いて移動ロボット１の動作をリモート・コントロールするようにしてもよい。あるいは、不揮発性メモリ２４に保管すべき時系列モデルを、ネットワーク経由で移動ロボット１に供給することができる。
【００８７】
［従来の技術］の欄でも説明したように、本実施例に係る移動ロボット１に代表されるような自律駆動式のロボットに対しては、「充電ステーション」を用いてバッテリの充電を行うことができる。充電ステーションとは、その字義通り、移動ロボット１のバッテリ充電を行うためのロボット収容場所のことであり、移動ロボットのためのバッテリ充電を確実且つ完全に自動化する方式として、既に当業界において採用されている。
【００８８】
移動ロボット１は、自走式・自律的な作業を行っている期間中にバッテリ６１の残存容量が低下したことを検知すると、作業を中断して、自ら（すなわち自動的に）充電ステーション８０に立ち寄る。充電ステーション８０内では、移動ロボット１と供給電源との間で所定の電気接続を果たし、バッテリ６１への給電を受ける。そして、バッテリ６１が満充電若しくは所定容量まで回復したら、電源との電気接続を解除するとともに充電ステーション８０を立ち去って、中断していた作業を再開する。
【００８９】
本発明を実現する上で、充電ステーション８０の外観構成は特に限定されない。図１に示すようなイヌの構造を模したペット型ロボット１に対しては、イヌの寝床であるベッドやイヌ小屋をモデルにした充電ステーションに構成すれば、ロボットの通常オペレーションだけでなく、充電ステーションに立ち寄って充電を行う一連の「充電オペレーション」に対しても、エンターティンメント的なメタファを付与することができる。
【００９０】
また、作業空間内に複数基の充電ステーションを設置することにより、移動ロボット１は、最寄の充電ステーションで給電を受けることができる。すなわち、移動ロボット１は、充電ステーション間を跨いで移動することができ、行動半径が実質的に拡張される。また、１つの充電ステーションを複数の移動ロボット間で共有することもでき、ステーション数を節約することもできる。また、充電機能の一部を充電ステーションに移管することにより、ロボット本体の要求仕様や重量、製造コストを削減することができる。
【００９１】
図４には、本発明の実施に供される充電ステーション８０と移動ロボット１を含んだ作業空間の構成を模式的に表した機能ブロック図を示している。
【００９２】
本実施例に係る充電ステーション８０は、移動ロボット１との間で充電作業におけるトランザクションを好適に実現するために、表示部８２、発信機８３、接近・接続検知部８４、インターフェース８５、及び、給電制御部８６を備えるとともに、作業空間上に設けられた外部コンピュータ・システムなどの他の機器と通信を行うためのインターフェース８７を含んでおり、これらの各部は制御部８１によって統括的に制御されている。
【００９３】
表示部８２は、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶表示ディスプレイ）やＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ：陰極線管）ディスプレイのようなグラフィック表示可能な表示装置であり、色や模様の出現に所定のパターンを持たせた視認性の識別データ（例えば、サイバーコード/**/などの２次元バーコードや、その他のビジュアル・マーク）を表示出力して、遠方から眺望した場合であっても充電ステーション８０の視認性・識別性を高めるようにしている。
【００９４】
一方の移動ロボット１側では、カメラ１５による撮像画像を基に、表示部８２に表示されたビジュアル・マーク等の識別データを探索することで、充電ステーション８０の位置を特定するようになっている。必要であれば、カメラ１５が撮像した識別データの模様の大きさなどを基に現在位置から充電ステーション８０までの距離を計算する。また、充電ステーション８０は、移動ロボット１との距離に応じて、表示部８２に表示する模様のパターンや大きさを変更するようにしてもよい。さらに、距離の変化に応じて経路探索アルゴリズムを切替えたり、充電ステーション８０に接近するにつれて歩幅を小さくして充電ステーション８０との合体に至るまでの位置調整を図ってもよい。
【００９５】
表示部８２が表示出力した識別データの模様が周囲（すなわち作業空間内）の風景に埋没してしまうような場合には、認識率が向上するような色、模様のパターンに切替えるようにしてもよい。この場合、制御部８１は、インターフェース８５（後述）及び２５経由で移動ロボット１にパターン切替えを通知するようにしてもよい。また、遠方からの識別用パターンと近隣での識別用パターンなど、移動ロボット１と充電ステーション８０との距離に応じて複数の視認性識別データを使い分けるようにしてもよい。
【００９６】
また、充電ステーション８０本体の表面全体として模様を有したり、識別性のある輪郭形状に構成することにより、その本体の構造自体に視認性識別データを統合させてもよい。また、遠方からは該本体と表示部８２との識別が困難な場合には、表示部８２を高所に設置したり、フラグやパイロット・ランプのような形態で実装してもよい。
【００９７】
他方、視認性識別データを変化させる必要のない場合には、表示部８２は印刷された固定的なパターン（サイバーコードなど）のみを表示する印刷媒体であってもよい。平板上に印刷媒体を貼設したのでは、正面以外の撮像方向からは視認性・識別性が低下する。このような場合には、円筒形、四角柱、球などの立体的な物体上に複数の印刷媒体を貼設するようにしてもよい。このような場合、２以上の方向から視認性識別データを確認することができ、移動ロボット１は、複数の方向から充電ステーション８０を探索・接近することができる。
【００９８】
なお、表示部８２は、「充電中」、「充電完了（満充電）」、「異常」などの各種のバッテリ状態を表示するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）のようなインジケータをさらに含んでいてもよい。ユーザは、ＬＥＤの表示により、バッテリ状態を容易に視認することができる。このようなインジケータは、充電ステーション８０ではなく、移動ロボット１側に配設されていてもよい。
【００９９】
発信機８３は、光、赤外線、音波、超音波、電波、磁場のうち少なくとも１つの信号波を発信して、移動ロボット１側に対して、充電ステーション８０が存在する位置や方向を割り出す手掛かりを与える。発信信号は、特定の周波数パターンを持ち、作業空間において発生する他の信号とは容易に区別・分離できるようにしておくことが好ましい。
【０１００】
これに対し、移動ロボット１側では、受信機２８（図２には図示せず）による検知出力の信号強度などを基に、発信源すなわち充電ステーション８０の在り処を探索することができる。受信機２８は、指向性に優れ、受信波の強度測定を行えるタイプであることが好ましい。
【０１０１】
受信機２８は、カメラ２５と同様に、移動ロボット１の頭部ユニット３に搭載させていることが好ましい。例えば、２以上の受信機２８を備えて、ステレオ法により充電ステーション８０の距離や方向を算出することができる。
【０１０２】
あるいは、首関節を作動させて頭部ユニット３を首振り運動させることによって、受信機２８の受信方向を変更することができる。この場合、受信した信号強度が最大となる方向に向かって進行（歩行）する操作を繰り返すことによって、発信源のある受信ステーション８０への経路探索を実現することができる。但し、「フェイズド・アレイ・レーダ」のように発信源までの距離と方向の双方を検出できるタイプの受信機２８であれば、信号強度と方向を同時に検出することができるので、首振り動作の必要はない。
【０１０３】
作業空間上に障害物がある場合など、充電ステーション８０に接近するための経路が複雑な場合には、複数の媒体を組み合わせて用いる必要があることもある。
【０１０４】
例えば、充電ステーション８０が不可視領域に隠れている場合には、最初は音波のように回折性のある媒体を信号波に用い、可視領域に突入した段階で光の受信若しくはカメラ１５による探索に切り換えればよい。
【０１０５】
また、発信機８３は、光をスリット状に出力するとともに、照射方向毎に発光するスリットのパターンを切り換えることで、単一の媒体のみで充電ステーション８０の探索が可能になる。
【０１０６】
また、距離に応じて位置決め精度を変えられるように、発信機８３は、複数の信号を出力するようにしてもよい。例えば、音波や超音波、電磁波などの発信波の高周波成分を高強度に、低周波成分を低強度に構成することにより、高周波成分のみを受信する領域では距離が大きいことや、低周波成分を受信可能な領域では距離が小さくなってきていることを容易に認識することができる。
【０１０７】
移動ロボット１と充電ステーション８０の間でＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  ＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ：例えばＥｔｈｅｒｎｅｔやＢｌｕｅｏｏｔｈなど）その他の伝送媒体経由で通信が可能な場合には、お互いの距離に応じて信号強度や周波数を変更する旨の情報などをハンドシェイクするようにしてもよい。
【０１０８】
移動ロボット１が充電ステーション８０を探索し、該ステーション内の所定の収容場所に装着する際に、互いの本体同士、あるいは電極・端子同士の衝突や衝突に伴なう破損を防止するためには、距離に応じた探索作業を行う必要がある。例えば、比較的遠い距離にある期間中は、移動ロボット１は、充電ステーション８０全体を探索目標としてカメラ１５の撮像画像などを基に探索することで、高速に接近することができる。そして、ある程度まで近づいたときには、充電端子など小さな対象物に探索目標を切替えるとともに、カメラ１５よりもさらに正確な距離測定が可能な装置の検出出力に従って探索を行う。例えば、赤外線出力や超音波出力の反射時間を基により正確な距離を測定する方式等を採用することができる。
【０１０９】
接近・接続検知部８４は、移動ロボット１の経路探索作業の結果、移動ロボット１が充電ステーション８０内に収容され、給電制御部８６と充放電制御部６２との電気接続が果たされたことを確認するための装置である。接近・接続検知部８４は、例えばマイクロ・スイッチや近接センサなどで構成することができる。接近・接続検知部８４による検知出力は、例えば給電制御部８６による給電開始のトリガとなる。
【０１１０】
インターフェース８５は、移動ロボット１側のインターフェース２５と双方向接続若しくは一方向接続するための装置であり、例えば、ＲＳ−２３２Ｃ、ＩＥＥＥ１２８４、ＵＳＢ、ｉ−Ｌｉｎｋ、ＳＣＳＩ、ＩｒＤＡ…などいずれか少なくとも１つのインターフェース・プロトコルに従って構成される。インターフェース８５及び２５間は、有線又は無線のいずれの形態で結ばれてもよいが、接近・接続検知部８４の出力が付勢された期間だけ接続が確保されれば充分である。
【０１１１】
給電制御部８６は、商用ＡＣ電源から供給された電源電圧を移動ロボット１側に供給するための給電制御を行う。給電の開始及び終了時期は、例えば接近・接続検知部８４の出力信号がトリガとなる。
【０１１２】
これに対し、充放電制御部６２は、供給電圧を基に充電電流を生成してバッテリ６１に供給する。充放電制御部６２は、充電電流の積算量、バッテリ６１の端子電圧、バッテリ周囲温度などを基に満充電若しくは充電終了時期を検出して、制御部２０に通知する。制御部２０は、さらにインターフェース２５及び８５を介して充電ステーション８０側に充電終了時期を通知してもよい。また、充放電制御部６２は、移動ロボット１がバッテリ６１による自律駆動を行う通常同さ期間中においては、バッテリ６１からロボット内の各部への供給電流（すなわち放電電流）の積算量、端子電圧、バッテリ周囲温度などを計測することで残存容量の低下を常時監視して、充電開始時期を検出するとともに制御部２０に通知する。
【０１１３】
給電制御部８６と充放電制御部６２との電気接続形態は特に限定されない。一般には、電極やコネクタといった機械式接点を持つ電気部品間を接触させることによって通電させる。これ以外にも、電磁誘導の原理を用いて非接触により給電する方式も挙げられる。すなわち、給電制御部８６と充放電制御部６２の双方に誘導コイルを内蔵し、各々のコイルを近接させて、給電制御部８６側のコイルに供給電流を流すことによって、電磁誘導作用により充放電制御部６２側のコイルに充電電流を発生させることができる。
【０１１４】
インターフェース８７は、例えばネットワーク・インターフェース・カード（ＮＩＣ）であり、コンピュータや他の充電ステーションなどの１以上の外部システムとネットワーク接続して（例えば、ＥｔｈｅｒｎｅｔやＢｌｕｅＴｏｏｔｈなど）、メッセージ交換を行うための手段である。すなわち、充電ステーション８０は、ネットワーク経由で他の充電ステーションと相互接続され、連携的に充電オペレーションを行うことができる。また、充電ステーション８０を、ネットワーク経由でホスト・コンピュータの管理下に置き、充電オペレーションをリモート・コントロールすることができる。
【０１１５】
なお、インターフェース８７は、外部システムとのインターフェース・プロトコルを実現するものであれば、特にＮＩＣには限定されない。例えば、ＲＳ−２３２Ｃ、ＩＥＥＥ１２８４、ＵＳＢ、ｉ−Ｌｉｎｋ、ＳＣＳＩ、ＩｒＤＡ…などのインターフェース規格に従って構成されていてもよい。
【０１１６】
図４を参照した上述した説明では、発信機８３は、充電ステーション８０内に配設され、制御部８１の制御下に置かれているが、必ずしもかかる構成には限定されない。例えば、作業空間上で充電ステーション６０とは独立した場所に外部発信機９０を配設してもよい。図５には、充電ステーション８０と移動ロボット１と外部発信機９０を含んだ作業空間の構成を例示している。
【０１１７】
この例では、作業空間上には１以上の外部発信機９０−１…が存在している。これら外部発信機９０−１…は作業空間上の所定位置に固設されており、充電ステーション８０探索のための基準点若しくは基準座標系を定義する。
【０１１８】
これに対し、移動ロボット１は、外部発信機９０−１…に対する自分が置かれた方向や距離を算出することで、外部発信機９０−１…を基準点とする自分の位置を特定することができ、この結果、充電ステーション８０への探索経路を導出することができる。
【０１１９】
外部発信機９０−１…は、充電ステーション８０及び移動ロボット１が存在する作業空間内に配備される必要は必ずしもない。例えば、ＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位システム）の人工衛星や地上制御局を外部発信機９０として活用することも可能である。
【０１２０】
図５に示す例を実現する前提として、移動ロボット１は、充電ステーション８０の位置を予め保持しておく必要がある。充電ステーション８０の位置の求め方は特に限定されないが、例えば以下の３通りの方法をあげることができる。
【０１２１】
［方法１］
移動ロボット１を一旦充電ステーション８０に設置して、外部発信機９０−１…に対する自分が置かれた方向や距離を算出させ記憶させることによって、移動ロボット１に充電ステーション８０の位置を教示する。移動ロボット１は、充電開始時期における自分の位置と記憶された充電ステーション８０との相対関係に従って、充電ステーション８０を探索することができる。
【０１２２】
［方法２］
外部発信機９０−１…を基準点とした充電ステーション８０の位置情報を予め作成し、ロボット１のメモリ上に書き込んでおく。移動ロボット１は、充電開始時期になると、充電ステーション８０の位置情報をメモリから読み出して、算出された現在の自分の位置との相対位置関係を基に探索を行うことができる。
【０１２３】
［方法３］
充電ステーション８０側にも外部発信機９０−１…からの方向や距離を算出する機能を付与する。この場合、充電開始時期に、充電ステーション８０において算出された位置情報を、電波や赤外線などの無線通信を利用して移動ロボット１側に連絡すればよい。移動ロボット１は、通知された位置情報との相対位置関係を基に、充電ステーション８０を探索することができる。
【０１２４】
また、図２〜図４を用いて説明した実施例では、移動ロボット１自身が持つカメラ１５の撮像画像を基に充電ステーション８０を探索するようになっていたが、必ずしもかかる形態には限定されず、充電ステーション８０側にカメラが設置され自走中の移動ロボット１を捕捉するようにしてもよい。
【０１２５】
このような場合、充電ステーション８０側のカメラが認識容易な識別データ（例えばサイバーコード等のビジュアル・マーク）を移動ロボット１の本体表面に形成しておく必要がある。
【０１２６】
また、充電ステーション８０は、移動ロボット１を撮像した画像に基づいて移動ロボット１の距離や方向を算出し、移動ロボット１側に通知するなどのハンドシェイク動作を行うことによって、ロボット１を所定の収容場所まで導く必要がある。移動ロボット１とのハンドシェイクには、例えば、電波やＩｒＤＡなどの無線通信その他の手段によって行えばよい。
【０１２７】
図６には、本実施例に係る移動ロボット１が行う充電オペレーションの処理手順をフローチャートの形式で図解している。以下、同図を参照しながら充電オペレーションについて説明する。
【０１２８】
移動ロボット１は、バッテリ駆動により通常オペレーションを実行中であるとする。
【０１２９】
ここで言う通常オペレーションとは、例えばカメラ１５、マイクロフォン１６、タッチセンサ１８などのセンサ入力に応答して、不揮発性メモリ２４中の時系列モデルに従って移動ロボット１が各種の動作表現を実行することを意味する。
【０１３０】
充放電制御部６２は、通常オペレーション中に、バッテリ６１の残存容量の低下すなわち「ロー・バッテリ」状態を検出すると、これを制御部２０に通知する。
【０１３１】
制御部２０内のＣＰＵ２１は、ロー・バッテリの通知に応答して通常オペレーションを中断する。そして、通常オペレーションに割り込む形式で充電オペレーションが開始する。
【０１３２】
充電オペレーションにおいては、まず、移動ロボット１は、充電ステーション８０の場所を探索する（Ｓ１１）。該探索は、例えばカメラ１５の撮像画像や、充電ステーション８０側から発信される電波、音波、超音波、光などを手掛かりにして、所定の経路探索アルゴリズムに従って行われる（前述）。なお、後に作業状態を円滑に再開するためには、充電ステーション８０の探索を行う前に、通常オペレーション中断直前の作業状態やその場所を記憶しておくことが好ましい（ステップＳ１０）。
【０１３３】
探索の結果、移動ロボット１が充電ステーション８０に到着すると、両者間の合体作業が行われる（ステップＳ１２）。合体作業には、移動ロボット１と充電ステーション８０間で給電用の電極若しくはコネクタ端子どうしの接続が含まれる。但し、電磁誘導などを用いて非接触給電を行う場合には「接続」ではなく、誘導コイル間の「接近」でよい。合体作業時には、移動ロボット１の制御部２０は、インターフェース２５及び８５経由で充電ステーション８０側の制御部８１と通信し、ハンドシェイクを行ってもよい。また、合体が完了したか否かは、例えば接近・接続検知部８４の検出信号を基に判断することができる。なお、コネクタ間の接続形態などについては後に詳解する。
【０１３４】
前ステップＳ１２の合体により充電可能な状態になると、給電制御部８６から充放電制御部６２への給電が開始する。充放電制御部６２は、給電電流を、バッテリ６１の充電特性に適した電圧レベルの充電電流に変換して、バッテリ６１に供給する（ステップＳ１３）。
【０１３５】
充電期間中、充放電制御部６１は、バッテリ６１の端子電圧、充電電流の積算量、バッテリ周囲温度などを計測して、バッテリ６１の充電状態を常時監視する。そして、バッテリ６１の満充電状態若しくは充電終了状態を検出すると、これを制御部２０に通知する（ステップＳ１４）。
【０１３６】
制御部２０は、充電終了の通知に応答して、充電ステーション８０からの離脱、すなわち、移動ロボット１と充電ステーション８０間の合体状態の解除を行う（ステップＳ１５）。この離脱作業の際、制御部２０は、インターフェース２５及び８５経由で充電ステーション８０側の制御部８１と通信し、ハンドシェイクを行ってもよい。
【０１３７】
充電ステーション８０からの離脱を終えると、移動ロボット２０は、通常オペレーション中断した時点の居場所を探索する（ステップＳ１６）。そして、該場所に復帰すると、通常オペレーション中断直前の状態を復元して（ステップＳ１７）、中断していた通常オペレーションを再開する。
【０１３８】
次いで、移動ロボット１と充電ステーション８０間における電気的接続のメカニズムについて説明する。
【０１３９】
図７〜図９には、第１の実施形態に係る充電ステーション８０−１の外観構成を示している。同図に示す例では、充電ステーション８０−１は、イヌの寝床（ベッド）をモデルにした箱形であり、略中央部にイヌ型の移動ロボット１を収容する凹み状の収容部８１−１を有している。
【０１４０】
収容部８１−１は、図１に示す移動ロボット１をその胴体部ユニット２の底面で支持することができる形状及び寸法を有し、底面には胴体部ユニット２との間で電気的接続を実現するための電気的接点（コネクタ）８２−１を備えている。
【０１４１】
また、充電ステーション８０−１の前後両端の壁面にはそれぞれ赤及び青の２色からなる色パターンが配色されている。
【０１４２】
移動ロボット１は、充電ステーション８０−１を視界（カメラ１５で捕捉した画像）の中で、赤及び青の色パターンによって充電ステーション８０−１の存在を発見し、さらに各色の配置関係を基に、充電ステーション８０−１と移動ロボット１との距離と位置関係を計算することができる。
【０１４３】
さらに、移動ロボット１は、視界の中で、赤、青の順で２色が１直線上に並ぶように最適な経路を辿って充電ステーション８０−１に向かって歩行することで、最終的に、充電ステーション８０−１を跨ぐように接近することができる。
【０１４４】
そして、充電ステーション８０−１に充分近づき、２色パターンが視界から消えた後、所定のタイミングで歩行を停止する。さらに、腰を下ろすなどの動作を行い、胴体部ユニット２の底面（腹部）を収容部８１−１に着床させることで、コネクタ８２−１を介して充電ステーション８０−１との間で電気的接続を確立し、充電姿勢となる。
【０１４５】
移動ロボット１側のコネクタ（図示しない）は、胴体部ユニット２の底面（腹部）で、コネクタ８２−１と対向する部位に配設されている。充電姿勢では、コネクタには移動ロボット１の自重が印加されるので、その他の機械的係合手段を特に設けなくとも、コネクタ８２−１との電気接続状態が維持される。
【０１４６】
なお、赤及び青を用いた色パターンでは周囲環境の中に埋没してしまうような場合には、他の識別性の高い色パターンに変更してもよい。あるいは、色パターンに代えて、サイバーコードのような視認性・識別性のより高いビジュアル・マークを用いてもよい。
【０１４７】
図１０及び図１１には、第２の実施形態に係る充電ステーション８０−２の外観構成を示している。同図に示す例では、充電ステーション８０−２は、擂り鉢状の構造体であり、擂り鉢の窪みを収容部８１−２とするとともに、該窪みの略中央にお椀形の突起８２−２を有している。充電ステーション８０−２は、例えばイヌ型の移動ロボット１がしゃがみ込んだ（「お座り」をした）姿勢で受容することかできる。
【０１４８】
後述するように突起８２−２が電気的接点として機能する。また、窪み８１−２と突起８２−２の各々は、窪みの深さ方向を軸とした回転体形状に攻勢されていることが好ましい。
【０１４９】
図１２には、突起８２−２の拡大斜視図を示している。同図に示すように、突起８２−２の表面を輪切り状に区切られた１以上の端子が配設されている。例えば、突起８２−２の先端側の輪切り端子に信号線を割り当て、底側の輪切り端子に電源線を割り当てることで、コネクタ同士の接合・離脱時における異種端子同士の接触による誤動作を防止することができる。
【０１５０】
上述したように、収容部８１−２とコネクタ８２−２はいずれも回転体形状をしているので、移動ロボット１は充電ステーション８０に対して１８０度どの向きからもアクセス可能である。
【０１５１】
また、収容部８１−１の内壁はスロープ状に形成されているので、移動ロボット１が充電ステーション８０−２を正確な位置で跨いでいない場合であっても、充電ステーション８０−２にしゃがみ込む動作中に、スロープを滑り落ちるようにして、コネクタ８１−２に自然と位置合わせされる。また、移動ロボット１の自重によってコネクタ８１−２との電気的接続が確保される。
【０１５２】
図１３には、第３の実施形態に係る移動ロボット１−３及び充電ステーション８０−３の外観構成を示している。
【０１５３】
同図に示すように、移動ロボット１−３は、頭部ユニット２−３、両肩、あるいは臀部などがテーパ形状に構成されている。これに対し、充電ステーション８０−３側の入り口は、テーパを受容するに充分な幅の開口を持つとともに、移動ロボット１−３側の対応部位と合致するテーパ形状に構成されている。また、充電ステーション８０−３の入り口前面には、移動ロボット１−３のカメラ１５の撮像画像によって視認可能な色パターン若しくはサイバーコードのようなビジュアル・マークが配設されている（図示しない）。
【０１５４】
移動ロボット１−３は、ビジュアル・マークをカメラ１５で認識すると、これを追跡するようにして入り口に到達し、さらに進入していくと、次第に狭くなるテーパ面に導かれるようにして、テーパ最奥部に到達して、正確な位置関係で電気的接続を果たすようにしている。移動ロボット１−３は、特別な位置決めを意識することなく、テーパ面に摺動するだけで正しい接続場所に導かれる訳である。
【０１５５】
図１４には、充電ステーション８０−３の電気的接続部の構成例を図解している。同図に示すように、充電ステーション８０−３は、略Ｕ字構造をなし、このＵ字の内壁面には、移動ロボット１側のテーパを受容可能なテーパが形成されている。このＵ字構造体の略最奥部から、コネクタ８２−３を上面に配した舌状突起８５が突設されている。
【０１５６】
図１５には、充電ステーション８０−３の電気的接続部分のみを抜き出して拡大斜視している。同図に示すように、コネクタ８２−３’の各端子は移動ロボット１−３の進入方向に長く構成されているので、テーパ内における移動ロボット１−３の停止位置の前後方向における位置決め精度を緩やかにすることができる。
【０１５７】
図１６には、移動ロボット１−３が充電ステーション８０−３に収容されている様子を示している。同図に示す例では、移動ロボット１−３は、両肩に形設されたテーパが、充電ステーション８０−３側のテーパに摺動するようにしてさらに奥へと導かれるようになっている。
【０１５８】
移動ロボット１−３が侵入可能な最深位置Ｄは、移動ロボット１−３の肩幅Ｗによって定義される。舌状突起８５を充分長くすることによって、頭部ユニット２の最先端部分が充電ステーション８０−３の最奥部と衝突する手前の位置で電気的接続を果たすことができる。
【０１５９】
移動ロボット１−３が舌状突起８５を跨ぐようにしてしゃがみ込むことで、移動ロボット１−３と充電ステーション８０−３との電気的接続が達成される。また、移動ロボット１−３の自重によって安定的な接触状態が確保される。
【０１６０】
なお、充電のために移動ロボット１−３がテーパ面に沿って充電ステーション８０−３に侵入したにも拘らず、コネクタ間の電気的接続が果たされない場合には、移動ロボット１−３を一旦所定距離まで充電ステーション８０−３からセットバックした後、改めて充電ステーション８０−３内への侵入を試みるとよい。
【０１６１】
図１７及び図１８には、第４の実施形態に係る電気的接続のメカニズムを図解している。
【０１６２】
図１７に示すように、移動ロボット１の前足６Ａ，６Ｂや後足６Ｃ，６Ｄの底面部など、可動部分の先端に電極端子が設けられている。可動部分は足に限定されず、手や、尻尾、頭部などであってもよい。
【０１６３】
このような場合、移動ロボット１は、脚を動かすという動作によって、充電ステーション８０側の電極端子と接触し、さらに足で踏むという姿勢により接続部分に移動ロボット１の自重の少なくとも一部が印可され、安定的な接触状態を確保することができる。
【０１６４】
充電を行うためには、少なくとも正負両極の接点が必要である。したがって、例えば、左右の前足、左右の後足などの組合せで、各可動部分に電極端子を配設すればよい。
【０１６５】
要するに可動部分が３以上ある場合には、そのうちの２つに正負各極の端子を割り当てればよい。あるいは、電極端子の配置位置の組み合わせてとして、尻尾などのような可動部分と、胴体部ユニット２のような無可動部分との組合せであってもよい。
【０１６６】
図１９及び図２０には、第５の実施形態に係る電気的接続のメカニズムを図解している。
【０１６７】
移動ロボット１側のコネクタ端子は、図１９に示すように細長いプローブ形状をなし、例えば手や脚、尻尾などの可動部分の先端に取り付けられている。
【０１６８】
一方の充電ステーション８０側の電気的接続部８２−５は、図１９に示すようにメッシュ状の導電材で構成されている。したがって、移動ロボット１は、充電ステーション８０に接近して、メッシュ８２−５上の不定位置にプローブを差し込むだけで電気的接続を果たすことができる。言い換えれば、電気的接続のためには、緩やかな位置決め精度しか必要としない。
【０１６９】
右手と左手、右足と左足というように、２以上の可動部分にそれぞれ１つのプローブ状電極を配設するようにしてもよい。あるいは、図２０に示すように、プローブの長さ方向に複数の端子を割り当てるようにしてもよい。この場合、図示の通り、メッシュ８２−５を複数層構造に構成すればよい。
【０１７０】
また、プローブ状端子を手足などの先端部分から出没自在に構成して、未使用時（すなわち充電以外の動作期間中）に外部からの衝撃などによる破損から保護することもできる。
【０１７１】
図２１〜図２３には、第６の実施形態に係る移動ロボット１−６及び充電ステーション８０−６の構成を図解している。
【０１７２】
図２１及び図２２に示すように、本実施形態に係る移動ロボット１−６は、胴体部ユニット２の底面すなわち腹部にコネクタ１３−６が配設されているので、図７に示した第１の実施形態と同様、イヌのベッドをモデルにした箱型の充電ステーション８０−６で受容することができる。
【０１７３】
また、図２１及び図２２に示すように、コネクタ１３−６を挟むように、一対の電磁石１３Ａ及び１３Ｂが配設されている。一方の充電ステーション側も、収容部の底面には、コネクタ８２−６を挟むように、一対の電磁石８２Ａ及び８２Ｂが配設されている。
【０１７４】
移動ロボット１−６が充電ステーション８０−６に接近して、両コネクタ１３−６及び８２−６が充分近づいたときに、各電磁石に電流を流して電磁石１３Ａと８２Ａ、及び、電磁石１３Ｂ及び８２Ｂが引き合うような磁界を発生させることにより、コネクタ１３−６及び８２−６間の良好な接触状態を保つことができる。
【０１７５】
さらに、充電完了後は、電磁石１３Ａと８２Ａ、及び、電磁石１３Ｂ及び８２Ｂ同士が同極性となり互いに反発し合う磁界を発生させるように電流の流れを切り替えることによって、移動ロボット１−６を充電ステーション８０−６から強制的且つ迅速に切り離すことができる。
【０１７６】
また、移動ロボット１−６と充電ステーション８０−６とを合体させる際、電磁石１３Ａと８２Ａが引き寄せ合うように異極性にするだけでなく、電磁石１３Ａと８２Ｂが反発し合うように同極性にする（当然、１３Ｂと８２Ａも同極性となる）ことにより、コネクタの正しい接続方向を確保することができる。
【０１７７】
なお、移動ロボット１−６と充電ステーション８０−６との間の連結状態を保つために配設すべき電磁石の個数は特に限定されない。例えば１個だけであってもよいし、３個以上であってもよい。
【０１７８】
図２４には、上記第６の実施形態の変形例を図解している。上記の例ではコネクタ１３，８２の周辺に電磁石を配設したが、この例では、コネクタの電極端子自体に電磁石機能を統合する構成とした。
【０１７９】
充電を開始するときには、移動ロボット１−６側の正極端子１３Ａと充電ステーション８０−６側の正極端子８２ＡとがＮ−Ｓ（又はＳ−Ｎ）という磁性の組み合わせとなるように各電磁石の電流の向きを設定して、互いに引き寄せ合うような磁界を発生させる。同様に、移動ロボット１−６側の負極端子１３Ｂと充電ステーション８０−６側の負極端子８２ＢとがＳ−Ｎ（又はＮ−Ｓ）という磁性の組み合わせとなるように各電磁石の電流の向きを設定して、互いに引き寄せ合うような磁界を発生させる。
【０１８０】
このとき、移動ロボット１−６側の正極端子１３Ａと充電ステーション８２−６側の負極端子８２Ｂとが誤って接続しないように、これら両極を同一極性に設定する（同様に負極端子１３Ｂと正極端子８２Ａとを同一極性に設定する）ことによって、コネクタの正しい接続方向を確保することができる。
【０１８１】
次いで、充電が完了したときには、移動ロボット１−６側の正極端子１３Ａと充電ステーション８０−６側の正極端子８２Ａとが同一極性となり、同様に、移動ロボット１−６側の負極端子１３Ｂと充電ステーション８０−６側の負極端子８２Ｂとが同一極性となるように、各電磁石の電流の向きを切り換えて、互いの同電極端子同士が反発し合うような磁界を発生させる。この結果、移動ロボット１−６を充電ステーション８０−６から強制的且つ迅速に切り離すことができる。
【０１８２】
図２５及び図２６には、第７の実施形態に係る充電ステーション８０−７の構成を図解している。
【０１８３】
同図に示す充電ステーション８０−７は、上述した第１の実施形態に係る充電ステーション８０−１と同様、イヌ型の移動ロボット１用のベッドをモデルにした箱型の充電ステーションである。移動ロボット１側と電気接続するためのコネクタ８７がＸＹ各軸方向に可動自在な駆動テーブル８２−７Ｃ上に搭載されている点で、第１の実施形態とは異なる。
【０１８４】
図２６に示すように、アクチュエータ８２−７Ｅを駆動することにより、駆動テーブル８２−７Ｃはボールネジ８２−７ＤによってＸ軸方向に進退する。同様に、アクチュエータ８２−７Ｇを駆動することにより、駆動テーブル８２−７Ｃはボールネジ８２−７ＦによってＹ軸方向に進退する。
【０１８５】
図２５及び図２６には図示しないが、充電ステーション８０−７側のコネクタ８２−７の近傍に、移動ロボット１側のコネクタ１３を認識することができる色センサや赤外線センサを設けておいてもよい。これに対し、移動ロボット１側のコネクタ１３の近傍に、充電ステーション８０側から認識できるような色・模様パターンなどの識別データを表示したり、信号波を発信するようにしてもよい（あるいは、上記とは逆の組み合わせであってもよい）。
【０１８６】
移動ロボット１が充電オペレーションのために接近し、コネクタ８２−７から所定の距離又は範囲内に突入したときには、充電ステーション８０−７は、自らコネクタ８２−７をＸＹ各軸方向に駆動させることで、移動ロボット１側のコネクタ１３との接続位置を探索し、正確な位置決めを行うことができる。
【０１８７】
この実施形態によれば、移動ロボット１側の位置決め機構は緩やかで済む。すなわち、移動ロボット１の仕様や精度を省くことができる分、その本体重量や製造コストを低減することができる。
【０１８８】
さらに、コネクタの周辺若しくは、コネクタ端子自体を電磁石で構成してもよい。この場合、対応するコネクタ同士が引き合う磁界が発生するように各電磁石の電流方向を設定する。但し、移動ロボット１と充電ステーション８０の双方に電磁石を配備する必要は必ずしもなく、一方のみを電磁石とし、他方を磁性部材で構成してもよい。
【０１８９】
図２７には、第８の実施形態に係る充電ステーション８０−８の外観構成を示している。同図に示す充電ステーション８０−８は、図７に示した第１の実施形態に係る充電ステーション８０−１と同様、イヌのベッドをモデルにした構造体であり、上面に窪みを有するとともにその略中央部にコネクタ８２−８を配設している。
【０１９０】
この充電ステーション８０−８は、Ｚ軸回りに可動自在に構成されており、移動ロボット１が充分接近してきたときに充電ステーション８０−８を駆動することにより、コネクタ間の接続位置に向かってスムースに移動させることができる。
【０１９１】
また、図２８には、第８の実施形態の変形例に係る充電ステーション８０−８'の外観構成を示している。同図に示す充電ステーション８０−８'は、図１４に示した第３の実施形態に係る充電ステーション８０−３と同様、上面Ｕ字形状の構造体であり、Ｕ字の内壁は移動ロボット１を円滑に導き入れるようにテーパ状に形設され、Ｕ字の最奥部からはコネクタ８２−８を配設した舌状突起８５−８が突設されている。
【０１９２】
この充電ステーション８０−８’は、ＸＹ各軸方向に可動自在に構成されており、移動ロボット１が充分接近してきたときに充電ステーション８０−８’を駆動することにより、コネクタ間の接続位置に向かってスムースに移動させることができる。
【０１９３】
図２９には、第９の実施形態に係る充電ステーション８０−９の外観構成を図解している。同図に示す充電ステーション８０−９は、図１４に示した第３の実施形態に係る充電ステーション８０−３と同様、上面Ｕ字形状の構造体であり、Ｕ字の内壁は移動ロボット１を円滑に導き入れるようにテーパ状に形設され、Ｕ字の最奥部からはコネクタ８２−８を配設した舌状突起８５−９が突設されている。
【０１９４】
さらにＵ字の左右両側面には、Ｕ字内に進入してきた移動ロボット１を、その両脇で把持することができる一対の把持部８６が設けられている。この把持部８６は、Ｕ字の奥行き方向に向かって移動可能なガイドレール上に搭載されており、把持した移動ロボット１を抱え込んで、さらに奥へと招き入れてコネクタ同士の電機接続位置まで自動的に導くことができる。
【０１９５】
また、移動ロボット１を抱え込んだ状態を固持することにより、充電ステーション８０−９を移動ロボット１のキャリング・ケースとして使用することもできる。例えば、移動ロボットと充電ステーションの組み合わせで製品販売するような場合には、充電ステーションが移動ロボットを抱え込んだ状態で梱包することにより収納スペースをセービングすることができる。また、充電ステーションのＵ字構造体の外壁により、移動ロボット１を搬送中の予期せぬ衝撃などから保護することができる。この結果、移動ロボット１の梱包が容易且つ簡素化する。
【０１９６】
図３０及び図３１には、第１０の実施形態に係る充電ステーション８０−１０の外観構成を図解している。上述した各実施形態とは相違し、移動ロボット１−１０のコネクタ１３−１０は、胴体部ユニット２の底面すなわち腹部ではなく、その上面すなわち背中に配設されている。他方、充電ステーション８０−１０側のコネクタ８２−１０は、上昇及び下降が可能なアーム８８の下端部に取り付けられている。充電ステーション８０−１０は、移動ロボット１−１０を収容したことに応答して、アーム８８が下降して、コネクタ１３−１０及び８２−１０が接合する。
【０１９７】
図３１には、コネクタ１３−１０と８２−１０が係合する機構を詳細に図解している。同図に示すように、コネクタ１３−１０側には、電気接続端子の他に、フック１３−１０Ａ及び１３−１０Ｂが突設されている。これに対し、コネクタ８２−１０側では、電気的接続端子の他に、フック１３−１０Ａ及び１３−１０Ｂを挿通させるための穴８２−１０Ａ及び８２−１０Ｂが穿設され、さらに、他端縁にてアーム８８に蝶番で回動自在に軸支されている。
【０１９８】
所定の位置関係でアーム８８が降下して、穴８２−１０Ａ及び８２−１０Ｂにフック１３−１０Ａ及び１３−１０Ｂが貫挿される。さらに、アーム８８が降下することにより、蝶番が回動して、コネクタ１３−１０及び８２−１０の接合面同士が適正な位置にて密着する。
【０１９９】
図３２には、第１０の実施形態の変形例に係るコネクタ１３−１０’及び８２−１０’の接続構造を図解している。コネクタ１３−１０’は、図１２に示した第２の実施形態と同様、半球状突起の表面を輪切り状に区切られてなる複数の環状端子で構成される。一方のコネクタ８２−１０’は、コネクタ１３−１０’を受容可能なお椀状の構造体であり、所定位置でアーム８８を降下させることによりコネクタ１３−１０’と係合する。
【０２００】
図３３には、第１１の実施形態に係る充電ステーション８０−１１の外観構成を示している。同図に示すように、充電ステーション８０−１１は、イヌ型の移動ロボット１に呼応して、イヌ小屋をモデルにした構造体であり、小屋内部に移動ロボット１を収容した状態でコネクタ接続するようになっている。この場合、移動ロボット１の充電オペレーションに対し、イヌがイヌ小屋に入るというメタファを与えることができ、エンターティンメント性がより高まる。
【０２０１】
図３４には、第１１の実施形態における、コネクタ接続形態の一例を図解している。同図に示すようにイヌ小屋８０−１１の内部には、進入方向の前壁面上部と後壁面上部の各々の場所にコネクタ８２−１１Ａ及び８２−１１Ｂが配設されている。また、移動ロボット１−１１の尻尾４の先端部にコネクタ１３−１１が配設されており、移動ロボット１−１１を所定位置に立たせて尻尾関節８を駆動することによって後部のコネクタ８２−１１Ｂに押し当てることができる。
【０２０２】
また、図３５には、第１１の実施形態における、コネクタ接続形態の他の例を図解している。この例では、イヌ小屋８０−１１内で移動ロボット１−１１を図３４とは前後反対向きで所定位置に立たせるとともに、尻尾関節８を駆動することによって前部のコネクタ８２−１１Ａに押し当てることができる。
【０２０３】
図３４及び図３５に示すように尻尾４の先端を電極として用いる場合であって、該電極が正極又は負極の単一極しか持たない場合には、他方の電極をさらに設ける必要がある。例えば図１７に示すように足裏に電極を設けておけば、イヌ小屋８０−１１の床面上の所定場所を踏むという自然な動作によって電気接続が果たされる。
【０２０４】
また、尻尾４は細長い棒状構造体であり、その剛性などを考慮すると先端部分をコネクタ１３−１１に接合するような位置決め制御は困難である。したがって、図３４及び図３５に示すように尻尾４の先端を電極として用いる場合には、図２４を参照して説明したように、コネクタ間を電磁石の磁界によって引きつけるように構成すればよい。
【０２０５】
図３６には、尻尾４の先端に配設されたコネクタ１３−１１の構成例を図解している。同図に示す例では、該選択部分は二股構造であり、各枝をそれぞれ正極及び負極に割り当てることによって、他の電気接点を要さず、尻尾４の操作だけで電極接続及び充電を行うことができる。
【０２０６】
なお、尻尾４の先端で１接点（すなわち単一の極）とした場合には、他の接点を用意する必要がある。この場合、図示しないが、イヌ小屋８０−１１内の床面に接点を配設し、移動ロボット１−１１の足の裏に対向接点を設ける（図１７及び図１８を参照のこと）ことにより、床に立つという自然な動作で電極接続及び充電を行うことができる。
【０２０７】
図３７には、第１１の実施形態の変形例に係る充電ステーション８０−１１’の小屋内部の構成を示している。同図に示すように、充電ステーション８０−１１’側のコネクタ８２−１１’は、イヌの餌の代表例である「骨」をモデルにした外観形状を有し、一方の移動ロボット１−１１’は、口若しくは口内に植設された歯牙を端子とするコネクタ１３−１１’を有する。この場合、充電オペレーションに対し、餌を与えるというメタファを付与することができ、エンターティンメント性をさらに高めることができる。
【０２０８】
また、図３９には、第１２の実施形態に係る充電ステーション８０−１２および移動ロボット１−１２が電気接続した様子を示している。同図に示す例では、作業空間の所定の床面に正極及び負極が埋設されている。これに対し、移動ロボット１−１２の上半身側の底面に正極（又は負極）が、同下半身側の底面に負極（又は正極）がそれぞれ配設されている。したがって、図３９に示すように、充電オペレーションに対してしゃがみ込んで「寛ぐ」（すなわち疲れを癒す）というメタファを与えることができ、エンターティンメント性が高まる。
【０２０９】
《注釈》
＊時系列モデル：
移動ロボットなどの機械装置の動作パターンを時系列モデルに従って生成する点や、外部からの刺激などを学習して時系列モデルを更新する点は、例えば、本出願人に既に譲渡されている特願平１１−２１５０号明細書（「機械装置及びその駆動方法」）に開示されている。また、本出願人に既に譲渡されている特願平１１−１２９２７５号明細書には、動作に起因する感情本能モデルを有するとともに、入力情報に基づいて感情本能モデルを変化させることができる「ロボット装置」について開示されている。また、本出願人に既に譲渡されている特願平１１−１２９２７９号明細書には、感情モデル、本能モデル、学習モデル、及び成長モデルなどの各種動作モデルに基づいて行動を生成する「ロボット装置」について開示されている。
【０２１０】
＊＊サイバーコード：
サイバーコードとは、２次元バーコードの一種であり、図３８に示すように、サイバーコードの所在を表すためのガイド・バー表示領域と、２次元状のコード・パターンを表示するコード・パターン表示領域とで構成される。コード・パターン表示領域内は、ｎ×ｍマトリックス（同図では７×７）に配列されたセルで構成され、各セルを白又は黒の２値表現することで識別情報を付与することができる。但し、コード・パターン表示領域の４隅のセルは、識別情報としてではなく位置合わせ（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ）パターンとして常に黒パターンとなっている。
サイバーコードの認識手順は、撮像画像中からガイド・バーを発見するステップと、位置合わせパターンを用いてサイバーコードを位置合わせするステップと、コード・パターンを認識して識別情報を導出するステップに大別される。
サイバーコードの詳細については、例えば、本出願人に既に譲渡されている特願平１０−１８４３５０号明細書（「画像処理装置および方法、並びに提供媒体」）に開示されている。
【０２１１】
［追補］
以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や代用を成し得ることは自明である。すなわち、例示という形態で本発明を開示してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【０２１２】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明によれば、充電式バッテリによって自律駆動する移動ロボットのための、優れた充電メカニズムを提供することができる。
【０２１３】
また、本発明によれば、バッテリ駆動により作業空間を無経路で自由に移動することができる移動ロボットのための、優れた充電メカニズムを提供することができる。
【０２１４】
また、本発明によれば、バッテリ駆動により作業空間を無経路で自在に移動する移動ロボットに対して充電ステーションによって充電を行うことができる、優れた充電メカニズムを提供することができる。
【０２１５】
また、本発明によれば、充電オペレーションのために充電ステーションに立ち寄る移動ロボットを正確且つ確実に電気接続することができる、優れた充電メカニズムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施に供される四肢による脚式歩行を行う移動ロボット１の外観構成を示した図である。
【図２】移動ロボット１の電気・制御系統の構成図を模式的に示した図である。
【図３】制御部２０の構成をさらに詳細に示した図である。
【図４】本発明の実施に供される充電ステーション８０と移動ロボット１を含んだ作業空間の構成を模式的に表した機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施に供される充電ステーション８０と移動ロボット１と外部発信機９０を含んだ作業空間の構成を模式的に表した図である。
【図６】本実施例に係る移動ロボット１が行う充電オペレーションの処理手順を示したフローチャートである。
【図７】第１の実施形態に係る充電ステーション８０−１の外観構成を示した図であり、より具体的には、充電ステーション８０の上面図である。
【図８】第１の実施形態に係る充電ステーション８０−１の外観構成を示した図であり、より具体的には、充電ステーション８０の断面図である。
【図９】第１の実施形態に係る充電ステーション８０−１の外観構成を示した図であり、より具体的には、充電ステーション８０−１の斜視図である。
【図１０】第２の実施形態に係る充電ステーション８０−２の外観構成を示した図であり、より具体的には、充電ステーション８０−２の斜視図である。
【図１１】第２の実施形態に係る充電ステーション８０−２の外観構成を示した図であり、より具体的には、充電ステーション８０−２の断面図である。
【図１２】第２の実施形態に係る充電ステーション８０−２における電気的接点８２−２の拡大斜視図である。
【図１３】第３の実施形態に係る移動ロボット１−３及び充電ステーション８０−３の外観構成を示した図である。
【図１４】第３の実施形態に係る充電ステーション８０−３における電気的接続部の構成例を図解している。
【図１５】充電ステーション８０−３の電気的接続部分のみを抜き出して拡大斜視した図である。
【図１６】移動ロボット１−３が充電ステーション８０−３に収容されている様子を上面から眺望した図である。
【図１７】第４の実施形態に係る電気的接続のメカニズムを示した図であり、より具体的には、接続端子を先端に配備した脚部ユニット６の側面図である。
【図１８】第４の実施形態に係る電気的接続のメカニズムを示した図であり、より具体的には、接続端子を先端に配備した脚部ユニット６の底面図である。
【図１９】第５の実施形態に係る電気的接続のメカニズムを示した図である。
【図２０】第５の実施形態に係る電気的接続のメカニズムを示した図である。
【図２１】第６の実施形態に係る移動ロボット１−６を側面から眺望した図である。
【図２２】第６の実施形態に係る移動ロボット１−６を底面から眺望した図である。
【図２３】第６の実施形態に係る充電ステーション８０−６の側面透視図である。
【図２４】第６の実施形態の変形例を示した図である。
【図２５】第７の実施形態に係る充電ステーション８０−７の構成を示した図である。
【図２６】第７の実施形態に係る充電ステーション８０−７の構成を示した図である。
【図２７】第８の実施形態に係る充電ステーション８０−７の外観構成を示した図である。
【図２８】第８の実施形態の変形例に係る充電ステーション８０−８’の外観構成を示した図である。
【図２９】第９の実施形態に係る充電ステーション８０−９の外観構成を示した図である。
【図３０】第１０の実施形態に係る充電ステーション８０−１０の外観構成を示した図である。
【図３１】第１０の実施形態に係る充電ステーション８０−１０の外観構成を示した図であり、より具体的にはコネクタ同士を係合させる機構を図解したものである。
【図３２】第１０の実施形態の変形例に係るコネクタの接続構造を示した図である。
【図３３】第１１の実施形態に係る充電ステーション８０−１１の外観構成を示した図である。
【図３４】第１１の実施形態における、コネクタ接続形態の一例を示した図である。
【図３５】第１１の実施形態における、コネクタ接続形態の他の例を示した図である。
【図３６】尻尾４の先端に配設されたコネクタ１３−１１の構成例を示した図である。
【図３７】第１１の実施形態の変形例に係る充電ステーション８０−１１’を構成するイヌ小屋内部の構成を示した図である。
【図３８】サイバーコードの構造を模式的に示した図である。
【図３９】第１２の実施形態に係る充電ステーション８０−１２および移動ロボット１−１２が電気接続した様子を示した図である。
【符号の説明】
１…移動ロボット
２…胴体部ユニット
３…頭部ユニット
４…尻尾
６Ａ〜６Ｄ…脚部ユニット
７…首関節
８…尻尾関節
９Ａ〜９Ｄ…大腿部ユニット
１０Ａ〜１０Ｄ…脛部ユニット
１１Ａ〜１１Ｄ…股関節
１２Ａ〜１２Ｄ…膝関節
１５…ＣＣＤカメラ
１６…マイクロフォン
１７…スピーカ
１８…タッチセンサ
２０…制御部
２１…ＣＰＵ
２２…ＲＡＭ
２３…ＲＯＭ
２４…不揮発メモリ
２５…インターフェース
２６…ネットワーク・インターフェース・カード
２７…バス
２８…受信機
４０…入出力部
５０…駆動部
５１…モータ
５２…エンコーダ
５３…ドライバ
６０…電源部
６１…バッテリ
６２…充放電制御部
８０…充電ステーション
８１…制御部
８２…表示部
８３…発信機
８４…接近・接続検知部
８５…インターフェース
８６…給電制御部
８７…インターフェース
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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