(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給部と、
移動型ロボットが有する複数の受電用端子にそれぞれ対応して設けた複数の電力供給用端子と、
前記電力供給部と前記複数の電力供給用端子との間の導通状態と非導通状態とを切り替えるスイッチ部と、
前記移動型ロボットへの電力供給に際して、前記複数の受電用端子による前記複数の電力供給用端子に対する全ての押圧力が一定範囲内に収まる第１の条件、前記複数の電力供給用端子の全ての押圧タイミングが一定時間内に収まる第２の条件、及び前記複数の受電用端子の入力インピーダンスがそれぞれ予め定められた範囲内の値である第３の条件の少なくとも２つが成立した場合に、前記電力供給部と前記複数の電力供給用端子とが導通状態となるよう前記スイッチ部を制御する制御部と、
を備えた電力供給ステーション。
【請求項２】
請求項１において、
前記制御部が、前記第１〜第３の条件の全てが成立した場合に、前記電力供給部と前記複数の電力供給用端子とが導通状態となるよう前記スイッチ部を制御することを特徴とした電力供給ステーション。
【請求項３】
請求項１において、
前記スイッチ部の制御に先立ち、前記移動型ロボットに対して移動停止を要求する停止信号を送信する送信部をさらに備えたことを特徴とする電力供給ステーション。
【請求項４】
請求項１において、
前記第１〜第３の条件の少なくとも２つが成立しない場合に、前記移動型ロボットに対して前記複数の受電用端子の接触位置の再調整を要求するエラー信号を送信する送信部をさらに備えたことを特徴とする電力供給ステーション。
【請求項５】
電力供給部と、移動型ロボットが有する複数の受電用端子にそれぞれ対応して設けた複数の電力供給用端子と、前記電力供給部と前記複数の電力供給用端子との間の導通状態と非導通状態とを切り替えるスイッチ部と、を備えた電力供給ステーションにおける前記移動型ロボットへの電力供給制御方法であって、
前記複数の受電用端子による前記複数の電力供給用端子に対する押圧力、前記複数の電力供給用端子の押圧タイミング、及び前記複数の受電用端子の入力インピーダンスの少なくとも２つを検出する第１ステップと、
全ての押圧力が一定範囲内に収まる第１の条件、全ての押圧タイミングが一定時間内に収まる第２の条件、及び前記入力インピーダンスがそれぞれ予め定められた範囲内の値である第３の条件の少なくとも２つが成立した場合に、前記スイッチ部を制御して、前記電力供給部と前記複数の電力供給用端子とを導通状態とする第２ステップと、
を備えた電力供給制御方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記第２ステップが、前記第１〜第３の条件の全てが成立した場合に、前記スイッチ部を制御して、前記電力供給部と前記複数の電力供給用端子とを導通状態とすることを特徴とした電力供給制御方法。
【請求項７】
請求項５において、
前記スイッチ部の制御に先立ち、前記移動型ロボットに対して移動停止を要求する停止信号を送信するステップをさらに備えたことを特徴とする電力供給制御方法。
【請求項８】
請求項５において、
前記第１〜第３の条件の少なくとも２つが成立しない場合に、前記移動型ロボットに対して前記複数の受電用端子の接触位置の再調整を要求するエラー信号を送信するステップをさらに備えたことを特徴とする電力供給制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動型ロボットに対する充電や給電を行う電力供給ステーション及びその電力供給制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、屋内や屋外を移動して、予め定められた作業や自律動作を行う移動型ロボットが開発されつつある。このような移動型ロボットは、内部に充電可能なバッテリーを備え、このバッテリーに蓄えられた電気容量が所定量以下に減少すると、所定の位置座標等の目標地点に設置された電力供給ステーションまで自律的に移動してバッテリーを充電し、以てその後の動作を継続することができる。また、バッテリーの充電中に、電力供給ステーションにより給電された状態で動作を行う移動型ロボットもある。
【０００３】
また、電力供給ステーションは、一般に、自分自身に設けられた電力供給用端子と移動型ロボットが有する受電用端子との接触を検出すると、移動型ロボットへの電力供給を開始する(例えば、特許文献１〜４参照)。
【特許文献１】特開平１１−２８２５３３号公報
【特許文献２】特開２００１−２７３９４５号公報
【特許文献３】特開２００４−２３７０７５号公報
【特許文献４】特開２００７−２４５３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、移動型ロボットを人間の居住する環境下で動作させる場合には、電力供給ステーションを同一環境下に設置する必要がある。しかしながら、上記の特許文献１〜４では、電力供給ステーションの電力供給用端子と移動型ロボットの受電用端子の間に人体の一部が誤って挟まれた場合であっても、両端子の接触を検出して電力供給を開始してしまうため、感電の虞があるという問題があった。
【０００５】
従って、本発明は、感電の危険性を伴うこと無く、移動型ロボットへの電力供給を行うことが可能な電力供給ステーション及びその電力供給制御方法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】
【０００６】
本発明の一態様に係る電力供給ステーションは、電力供給部と、移動型ロボットが有する複数の受電用端子にそれぞれ対応して設けた複数の電力供給用端子と、前記電力供給部と前記複数の電力供給用端子との間の導通状態と非導通状態とを切り替えるスイッチ部と、前記移動型ロボットへの電力供給に際して、前記複数の受電用端子による前記複数の電力供給用端子に対する全ての押圧力が一定範囲内に収まる第１の条件、前記複数の電力供給用端子の全ての押圧タイミングが一定時間内に収まる第２の条件、及び前記複数の受電用端子の入力インピーダンスがそれぞれ予め定められた所定範囲内の値である第３の条件の少なくとも２つが成立した場合に、前記電力供給部と前記複数の電力供給用端子とが導通状態となるよう前記スイッチ部を制御する制御部とを備える。また、前記制御部は、前記第１〜第３の条件の全てが成立した場合に、前記電力供給部と前記複数の電力供給用端子とが導通状態となるよう前記スイッチ部を制御することが好ましい。
【０００７】
このような電力供給ステーションにおいては、電力供給対象として予め定めた移動型ロボットによる端子間の適切な接触条件が満たされた場合にのみ、電力供給を開始することができる。従って、電力供給用端子に人体が接触しても電力供給が行われることが無く、以て感電の危険性を解消することが可能である。
【０００８】
また、このような電力供給ステーションが、前記スイッチ部の制御に先立ち、前記移動型ロボットに対して移動停止を要求する停止信号を送信する送信部をさらに備えても良い。すなわち、移動型ロボットの移動(接触動作)を停止させることにより、電力供給用端子と移動型ロボットの受電用端子との適切な接触を維持した状態で電力供給を行うことができる。
【０００９】
また、このような電力供給ステーションが、前記第１〜第３の条件の少なくとも２つが成立しない場合に、前記移動型ロボットに対して前記複数の受電用端子の接触位置の再調整を要求するエラー信号を送信する送信部をさらに備えても良い。すなわち、電力供給用端子と受電用端子の接触が不適切である場合には、移動型ロボットに接触動作を再び実行させることができる。
【００１０】
さらに、本発明の他の一態様は、電力供給部と、移動型ロボットが有する複数の受電用端子にそれぞれ対応して設けた複数の電力供給用端子と、前記電力供給部と前記複数の電力供給用端子との間の導通状態と非導通状態とを切り替えるスイッチ部と、を備えた電力供給ステーションにおける前記移動型ロボットへの電力供給制御方法を提供するものである。この電力制御方法は、前記複数の受電用端子による前記複数の電力供給用端子に対する押圧力、前記複数の電力供給用端子の押圧タイミング、及び前記複数の受電用端子の入力インピーダンスの少なくとも２つを検出する第１ステップと、全ての押圧力が一定範囲内に収まる第１の条件、全ての押圧タイミングが一定時間内に収まる第２の条件、及び前記入力インピーダンスがそれぞれ所定範囲内の値である第３の条件の少なくとも２つが成立した場合に、前記スイッチ部を制御して、前記電力供給部と前記複数の電力供給用端子とを導通状態とする第２ステップとを備える。また、前記第２ステップは、前記第１〜第３の条件の全てが成立した場合に、前記スイッチ部を制御して、前記電力供給部と前記複数の電力供給用端子とを導通状態とすることが好ましい。
【００１１】
このような電力制御方法においては、電力供給ステーションの電力供給用端子に人間が接触しても電力供給が行われることが無く、以て感電の危険性を解消することが可能である。
【００１２】
また、このような電力制御方法が、前記スイッチ部の制御に先立ち、前記移動型ロボットに対して移動停止を要求する停止信号を送信するステップをさらに備えても良い。また、このような電力制御方法が、前記第１〜第３の条件の少なくとも２つが成立しない場合に、前記移動型ロボットに対して前記複数の受電用端子の接触位置の再調整を要求するエラー信号を送信するステップをさらに備えても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電力供給ステーションが、感電の危険性を伴うこと無く移動型ロボットへの電力供給を行うことができ、以てその安全性を従来の電力供給ステーションと比較して大幅に向上させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る電力供給ステーションの実施の形態を、図1〜図5を参照して説明する。
【００１５】
図1は、本実施の形態に係る電力供給ステーション100の設置例を示している。本実施の形態においては、電力供給対象の移動型ロボットとして１対の車輪を駆動することで平面上を自律的に移動する車輪駆動型の車両10を用いるものとし、図示の如く車両10の移動領域AR内に電力供給ステーション100を設置している。なお、脚式歩行型のロボット等を用いた場合も、以降の説明が同様に適用される。
【００１６】
ここで、車両10は、図2に示す如く１対の対向する車輪11L及び11Rとキャスタ12とで水平に支持されるものであり、車輪11L及び11Rをそれぞれ駆動するモータ13L及び13Lと、これらのモータ13L及び13Rに駆動信号を与えて車両10の移動速度、移動方向、移動距離等を制御する制御部14と、電力供給ステーション100からの電力供給を受ける受電部15と、電力供給ステーション100から制御信号を受信して制御部14に与える受信部16とを備えている。以下、受電部15について図3を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図3に示すように、受電部15は、受電用コネクタ21と、充電可能なバッテリー22と、電力供給ステーション100からの給電を受けるための給電部23と、受電用コネクタ21とバッテリー22及び給電部23との接続を切り替える電気回路24とを備えており、受電用コネクタ21を電力供給ステーション100に接続することによって、バッテリー22に対する充電及び給電部23に対する給電を行うことができる。なお、バッテリー22に蓄えられた電力の残量は、図2に示した制御部14によって定期的に監視されている。
【００１８】
また、受電用コネクタ21の表面には、受電用端子としての充電用端子21a、GND(グランド)用端子21b、及び給電用端子21cが車両10の外側に露出するよう設けられている。そして、充電用端子21aに接続されたリード線、GDN用端子21bに接続されたリード線、及び給電用端子21cに接続されたリード線は、電気回路24を介してそれぞれバッテリー22、GND、及び給電部23に電気的に導通されている。すなわち、電気回路24は、受電用端子21a〜21cとバッテリー22、GND、及び給電部23との間の導通状態と非導通状態とを切り替えるものであり、制御部14によって制御されている。
【００１９】
一方、電力供給ステーション100は、図4に示すように、充電器111及び給電器112から成る電力供給部110と、車両10が有する受電用端子21a〜21cにそれぞれ対応して設けた電力供給用端子としての充電用端子120a、GND用端子120b、及び給電用端子120cと、電力供給部110と電力供給用端子120a〜120cとの間の導通状態と非導通状態とを切り替えるスイッチ部130と、各電力供給用端子120a〜120cに対する押圧力、押圧タイミング、及び各受電用端子21a〜21cの入力インピーダンスに基づきスイッチ部130を制御する制御部140と、この制御140からの指示に従い車両10に対して制御信号を送信する送信部150とを備えている。
【００２０】
また、制御部140は、電力供給用端子120a〜120cにバネ部材B1〜B3を介して接続され、受電用端子21a〜21cによる電力供給用端子120a〜120cに対する押圧力をそれぞれ検出する押圧力検出部141a〜141c(以下、符号141で総称することがある)と、電力供給用端子120a〜120cの押圧タイミングをそれぞれ検出する押圧タイミング検出部142a〜142c(以下、符号142で総称することがある)と、受電用端子21a〜21cの入力インピーダンスをそれぞれ検出する入力インピーダンス検出部143a〜143c(以下、符号143で総称することがある)とを有しており、検出した押圧力、押圧タイミング、及び入力インピーダンスが後述する条件を満たした場合にのみ、スイッチ部130内のスイッチ素子130a〜130cを"ON"状態にする。ここで、押圧力検出部141には、歪みゲージや接触センサー等を用いることができる。また、入力インピーダンス検出部143には、一般的なインピーダンス検出回路を用いることができる。また、押圧タイミング検出部142の機能は、電力供給ステーション100内のプロセッサ等が押圧力検出部141による押圧力の検出時刻を計測することにより実現できる。
【００２１】
このように構成された電力供給ステーション100により、図1に示した車両10に対する電力供給を行うための手順について、図5に示すフローチャートを参照して詳細に説明する。なお、図5に示す制御フローが開始される迄は、車両10は、図3に示したバッテリー22の電力を使用して所望の作業や移動を行っている状態(すなわち、電気回路24により、受電コネクタ21とバッテリー22及び給電部23とが電気的に遮断された状態)に在るものとする。また、電力供給ステーション100においては、スイッチ部130内の各スイッチ素子130a〜130cが"OFF"状態(すなわち、電力供給用端子120a〜120cと充電器111及び給電器112とが電気的に遮断された状態)に在るものとする。
【００２２】
図5に示すように、車両10内の制御部14は、車両10の動作中、バッテリー22の電力残量を監視する(ステップS1)。この監視の結果、バッテリー22の電力残量が所定量を下回っている場合、制御部14は、バッテリー22の充電が必要であると判断して(ステップS2)、電力供給ステーション100に向けて移動する(ステップS3)と共に、電力供給用端子120a〜120cに対する受電用端子21a〜21cの接触を開始する(ステップS4)。より詳細には、制御部14は、車両10の現在位置から予め記憶している電力ステーション100の設置位置迄の移動経路(電力供給ステーション100に設けた電力供給用端子120a〜120cに対して、車両10に設けた受電用端子21a〜21cをそれぞれ接触させるための移動経路)を作成し、この移動経路に追従するようにモータ13L及び13Rを駆動する。なお、バッテリー22の充電が不要である場合には、制御部14は、上記のステップS1に戻ってバンテリー22の電力残量の監視を継続する。
【００２３】
上記のステップS3により、電力供給用端子120a〜120cと受電用端子21a〜21cとが接触すると、電力供給ステーション100内の制御部140を構成する押圧力検出141a〜141c、押圧タイミング検出部142a〜142c、及び入力インピーダンス検出部143a〜143cは、それぞれ、押圧力Fa〜Fc、押圧タイミングTa〜Tc、及び入力インピーダンスIa〜Icを検出する。そして、制御部140は、これらの押圧力Fa〜Fc、押圧タイミングTa〜Tc、及び入力インピーダンスIa〜Icが、下記の条件(1)〜(3)をそれぞれ満たしているか否か判定する(ステップS5)。
【００２４】
条件(1)：
全ての押圧力Fa〜Fcが、所定の閾値Th1以上且つ閾値Th2以下である条件。ここで、閾値Th1及びTh2には、車両10に固有の押圧力値が設定されているものとする。この条件が成立しないケースとしては、例えば、人体による電力供給用端子120a〜120cに対する接触や、車両10以外の移動型ロボットによる電力供給用端子120a〜120cの押圧が挙げられる。
【００２５】
条件(2)：
押圧タイミングTa〜Tc間の時間ズレが、所定の閾値Th3以下である条件(すなわち、全ての押圧タイミングTa〜Tcが一定時間内に収まる条件)。この条件が成立しないケースとしては、例えば、電力供給用端子120a〜120c−受電用端子21a〜21c間における異物(人体の一部)の挟み込みが挙げられる。
【００２６】
条件(3)：
入力インピーダンスIa〜Icが、それぞれ、所定の閾値Th4a〜Th4c以上且つ閾値Th5a〜Th5cである条件。ここで、閾値Th4a〜Th4c及びTh5a〜Th5cには、それぞれ、車両10の設計情報(すなわち、受電用端子21a〜21cの各々に接続される車両10内部の回路構成やその抵抗値等)に対応する固有の抵抗値が設定されているものとする。この条件が成立しないケースとしては、例えば、人体や車両10以外の移動型ロボットによる電力供給用端子120a〜120cに対する接触が挙げられる。
【００２７】
上記の条件(1)〜(3)が全て成立した場合(ステップS6)、制御部140は、電力供給用端子120a〜120cと受電用端子21a〜21cとが適切に接触していると判断し、送信部150に対して車両10の移動を停止させるための停止信号の送信を指示する。
【００２８】
これにより、電力供給ステーション100(送信部150)−車両10(受信部16)間で停止信号が送受信される(ステップS7)。この停止信号を受信部16を介して受けた車両10内の制御部14は、モータ13L及び13Rの駆動を停止し、以て車両10の移動を停止させる。また、制御部14は、電気回路24を制御して、受電コネクタ21とバッテリー22及び給電部23とを導通状態にする(ステップS8)。
【００２９】
一方、電力供給ステーション100内の制御部140は、車両10により上記のステップS7及びS8が実行されるのを所定時間待機し(ステップS9)、この後、スイッチ部130内の各スイッチ素子130a〜130cを"ON"状態に切り替え、以て電力供給用端子120a〜120cと充電器111及び給電器112とを導通状態にする(ステップS10)。これにより、電力供給ステーション100側の充電器111による車両10側のバッテリー21の充電が開始されると共に、給電器112による給電部23に対する給電が開始される。
【００３０】
一方、上記のステップS6において、上記の条件(1)〜(3)のいずれかが成立しない場合、電力供給ステーション100内の制御部140は、電力供給用端子120a〜120cと受電用端子21a〜21cとの接触が不適切であると判断し、送信部150に対して車両10へのエラー信号の送信を指示する。これにより、電力供給ステーション100(送信部150)−車両10(受信部16)間でエラー信号が送受信される(ステップS11)。このエラー信号を受信部16を介して受けた車両10内の制御部14は、上記のステップS4に戻って、電力供給用端子120a〜120cに対する受電用端子21a〜21cの接触位置の再調整を行う。
【００３１】
なお、上記の実施の形態によって本発明は限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づき、当業者によって種々の変更が可能なことは明らかである。例えば、電力供給ステーション100は、図5のステップS5に示した条件(1)〜(3)の２つが成立した場合に電力供給を開始するようにしても良い。この場合、電力供給に際しての必要最低限の安全性を確保した上で、押圧力検出141、押圧タイミング検出部142、及び入力インピーダンス検出部143のいずれか１つを削減できるため、電力供給ステーション100内の回路規模を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る電力供給ステーションの設置例を示したブロック図である。
【図２】本発明に係る電力供給ステーションの電力供給対象となる移動型ロボットの構成例を示したブロック図である。
【図３】図２に示す移動型ロボットにおける受電部の構成例を示したブロック図である。
【図４】本発明に係る電力供給ステーションの構成例を示したブロック図である。
【図５】図４に示す電力供給ステーションが移動型ロボットに対して電力供給を行う際の制御フローを示したフローチャート図である。
【符号の説明】
【００３３】
10  車両(移動型ロボット)
21a, 120a  充電用端子
21b, 120b  GND用端子
21c, 120c  給電用端子
100  電力供給ステーション
110  電力供給部
130  スイッチ部
140  制御部
141, 141a〜141c  押圧力検出部
142, 142a〜142c  押圧タイミング検出部
143, 143a〜143c  入力インピーダンス検出部
150  送信部
【図１】
0004858466.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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