(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右に独立して駆動可能な２輪の駆動輪を有する走行型ロボットに対する車輪位置決め機構であって、
前記駆動輪の間隔に合わせて所定形状の２個の穴を上面から底面に向かって形成した位置決め台と、
同一のローラ径のフラットローラと、端部のローラ径が異なるテーパローラとを所定の間隔で前後に、回転軸を平行にして配置した２連ローラと、
２個の前記２連ローラは、それぞれが前記位置決め台の穴に前記回転軸を相対して配置し、該位置で該２連ローラの上部は該位置決め台の上面から所定高さ露出して該走行型ロボットの駆動輪に当接して回転可能とし、前記テーパローラは該位置決め台の外側に対して大きいローラ径となる向きに、さらに前記フラットローラに対して該走行型ロボットの進入側に配置した
ことを特徴とする車輪位置決め機構。
【請求項２】
前記２連ローラは、進入する前記走行型ロボットの駆動輪に当接して自由回転し、後進する前記走行型ロボットの駆動輪に当接して自由回転をロックする
ことを特徴とする請求項１に記載の車輪位置決め機構。
【請求項３】
左右に独立して駆動可能な２輪の駆動輪を有する走行型ロボットに対する車輪位置決め機構であって、
前記駆動輪の間隔に合わせて所定形状の２個の穴を上面から底面に向かって形成した位置決め台と、
同一のローラ径のフラットローラと、端部のローラ径が異なるテーパローラとを所定の間隔で前後に、回転軸を平行にして配置した２連ローラと、
２個の前記２連ローラは、それぞれが前記位置決め台の穴に前記回転軸を相対して配置し、該位置で該２連ローラの上部は該位置決め台の上面から所定高さ露出して該走行型ロボットの駆動輪に当接して回転可能とし、前記テーパローラは該位置決め台の外側に対して小さいローラ径となる向きに、該フラットローラは該テーパローラに対して該走行型ロボットの進入側に配置した
ことを特徴とする車輪位置決め機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行型ロボットに対する車輪位置決め機構に関し、より詳細には走行型ロボットの駆動輪に当接して走行型ロボットの進入方向および左右の位置ずれを自動修正する車輪位置決め機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ロボットの開発は目ざましいものがあり、産業の場から生活や公共の場に利用が拡大され身近なものとなりつつある。そのような場においてもロボットの利用は多岐に渡っており、利用目的に応じて要求される形状や機能は異っている。中でも自律的に走行するロボット（以降、自律走行型ロボット、または単に走行型ロボットと言う）は、その利用分野としてサービスロボットやホームロボットとしての利用が期待されている。
【０００３】
一般に、自律走行型ロボットは２次電池を搭載し、この２次電池を動力源として車輪を駆動して走行する。走行に際しては、搭載している視覚センサや距離センサ、車輪エンコーダを用いて現在位置の認識や周辺環境の認識を行い、走行経路を逐次算出して目的位置まで移動する。搭載している２次電池の残容量は常時モニタリングされ、所定の残容量になると充電ステーションまで自走し、充電装置に接続して充電を行う。充電の方法は、充電装置の電極端子とロボットの電極端子とを直接接触させて充電装置から直流電流の供給を受ける方法、あるいは充電装置に備えられた１次コイル（給電コイル）から電磁誘導によりロボットに備えられた２次コイル（充電コイル）に高周波電流を発生させ、これを直流に変換して充電を行う方法がある。後者の電磁誘導による方法は１次コイルと２次コイルを近接させるだけでよい。充電に際しては、充電装置の給電部とロボットの充電部の位置を正確に合わせることが必要である。位置ずれが生じていると、電極端子間の接続ができなかったり、電磁誘導による方法では受電効率が低下する等の問題が起こる場合がある。
【０００４】
図７は、自律走行型ロボットが充電ステーションで充電する例を示している。この例は電磁誘導により充電を行う方式であり、充電ステーション５００は自律走行型ロボット４００に電力を供給する１次コイルからなる給電部５１０を備え、この給電部５１０の高さに合わせては自律走行型ロボット４００の背面下部に２次コイルを含む充電部４１０を備えている。自律走行型ロボット４００は充電ステーション５００が設置されている場所まで自走すると向きを変えて充電部４１０が給電部５１０に正しく対向するように位置決めを行う。このとき、前述した視覚センサ、距離センサおよび車輪エンコーダを用いて、充電部４１０と給電部５１０間の前後の位置および左右の位置が予め定めた範囲内に位置するよう位置決めがなされる。位置ずれが生じた場合は、前後移動と切り返し動作を行って再度位置決めを試みることになる。
【０００５】
充電ステーションへのロボットの進入角度を容易に修正し、充電端子を確実に接続する方法が提案されてきる。この方法は、充電ステーションの床面にアイドローラを配置し、このアイドローラに当接したロボットの駆動輪により進入角度を修正するものである（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００６−２３１４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記に述べたように、自律走行型ロボットが充電を行う場合には、自律走行型ロボットを充電ステーションに向きと前後左右の位置を正しく位置決めする必要がある。このために視覚センサや距離センサ等を用いて厳密な制御を行う必要があり、複雑な制御はコストアップ要因になっている。また、位置ずれが生じた場合は、自律走行型ロボットは再度位置決めを行うこと（リトライ）を行うことになるが、これに要する時間のロスが発生する、という問題もある。
【０００７】
特許文献１による方法は、ロボットの向きを修正する点で有効と考えられるが、左右の位置を修正する点についての考慮はされていない。また、ロボットを充電ステーションから離脱させる場合の機構についても考慮されていない。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みて樹裏のようにセンサを用いることなく、リトライが不要でロボットの向きと左右の位置ずれを自動的に修正する車輪位置決め機構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】
【０００９】
（１）第１の発明
第１の発明の車輪位置決め機構は、左右に独立して駆動可能な２輪の駆動輪を有する走行型ロボットに対する車輪位置決め機構であり、位置決め台と２連ローラとで構成する。
【００１０】
位置決め台は駆動輪の間隔に合わせて所定形状の２個の穴を上面から底面に向かって形成したものであり、２連ローラは同一のローラ径のフラットローラと、端部のローラ径が異なるテーパローラとを所定の間隔で前後に、回転軸を平行にして配置したものである。
【００１１】
そして、２個の２連ローラは、それぞれが位置決め台の穴に回転軸を相対して配置し、その位置で２連ローラの上部は位置決め台の上面から所定高さ露出して走行型ロボットの駆動輪に当接して回転可能とし、テーパローラは位置決め台の外側に対して大きいローラ径となる向きに、さらにフラットローラに対して走行型ロボットの進入側に配置した、ことを特徴とする。
【００１２】
第１の発明による車輪位置決め機構は例えば充電装置の前に設置され、走行して来た走行型ロボットが車輪位置決め機構の位置決め台上に進入すると、走行型ロボットの駆動輪は２連ローラの位置で正しい向きと左右位置に位置決めさせる。位置決めされた状態で走行型ロボットの充電が行なわれることになる。
（２）第２の発明
第２の発明の車輪位置決め機構は、第１の発明の車輪位置決め機構の２連ローラが進入する走行型ロボットの駆動輪に当接して自由回転し、後進する走行型ロボットの駆動輪に当接して自由回転をロックする、ことを特徴とする。
（３）第３の発明
第３の発明の車輪位置決め機構は、第１の発明のフラットローラがテーパローラに対して走行型ロボットの進入側に配置した、ことを特徴とするものである。
（４）第４の発明
第４の発明の車輪位置決め機構は、第１から第３の発明の位置決め台に配置した２連ローラのテーパローラが、それぞれが位置決め台の外側に対して小さいローラ径となる向きに配置した、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明によれば、次に示す効果が得られる。
【００１４】
第１の発明により、走行型ロボットが車輪位置決め機構に斜めや左右にずれて進入しても、簡単な構造で正しい向きと左右の位置に修正することが可能な車輪位置決め機構を提供できる。
【００１５】
第２の発明により、走行型ロボットが車輪位置決め機構から離脱する場合にローラの回転をロックするようにしたので、簡単な構造で走行型ロボットが車輪位置決め機構から離脱できる。
【００１６】
第３の発明により、第１の発明と同様の効果がある車輪位置決め機構を提供できる。
【００１７】
第４の発明により、第１の発明と同様の効果がある車輪位置決め機構を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の車輪位置決め機構の実施形態を図１〜図６を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本発明による車輪位置決め機構を示すもので、上の図は車輪位置決め機構の側面図（正確には下の図のＡ−Ａ’断面）で、下の図は上方から見た平面図である。図１に示すように、車輪位置決め機構１００は位置決め台２００と２連ローラ３００とで構成する。
【００２０】
位置決め台２００は２個の穴２１０、２２０が位置決め台２００の上面から下面（底面）に向かって形成しており、後述のようにこの穴に２連ローラ３００を配置する。穴２１０と穴２２０の中心の間隔ｄは、走行型ロボット４００の２個の駆動輪４２０、４３０の間隔と等しくしてある（ここでは、駆動輪の車輪径は１５０ｍｍ、車輪間隔は４００ｍｍである）。位置決め台２００の左端にはスロープを形成しており、走行型ロボット４００が進入できにようにしている（図の矢印は走行型ロボット４００の進入の方向を示している）。即ち、走行型ロボット４００の車輪が位置決め台２００の段差で進入を妨げられることのないようにしている。
【００２１】
２連ローラ３００は、同一径のフラットローラ３１０とテーパ形状のテーパローラ３２０とからなり、図１に示すようにそれぞれの回転軸３１１、３２１は平行に配置され、回転軸間の間隔はフラットローラ３１０とテーパローラ３２０とが接触しない程度の間隙（例えば、数ｍｍ）である。フラットローラ３１０とテーパローラ３２０のそれぞれの長手方向の中心は揃えられ、穴２１０、２２０の中心に合わせている。従って、２連ローラ３００のフラットローラ３１０とテーパローラ３２０のそれぞれの長手方向の中心は、穴２１０と２２０の中心と一致している。ここでは、フラットローラ３１０のローラ径は４０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、材質は硬質ウレタンゴムである。また、テーパローラ３１０の大きい方のローラ径は５０ｍｍ、小さい方のローラ径は３０ｍｍ、長さ、材質はフラットローラ３１０と同一である。
【００２２】
穴２１０、２２０に配置した２連ローラの上部は、図に示すように位置決め台２００の上面から露出して突き出している。この部分に進入した走行型ロボット４００の２駆動輪が接することになる。このため、位置決め台２００の高さは穴２１０、２２０に配置した２連ローラ３００の大部分が埋まる寸法以上であればよい。ここでは、位置決め台２００の高さを５５ｍｍとしている。
【００２３】
次に、図１で説明した車輪位置決め機構１００に走行型ロボット４００がある角度を持って斜めに進入したり、中心から偏って進入した場合に自動的に角度や偏りを修正するメカニズムを説明する。
【００２４】
まずその前に図２と図３を用いて、走行型ロボット４００が車輪位置決め機構１００に対して偏りなく真っ直ぐに（角度“０”）に進入する例を説明する。図２は走行型ロボット４００が車輪位置決め機構１００に進入しようとしている状態を示している。図２（ａ）は側面から見た図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）を上から見た平面図で示すものである。走行型ロボット４００は図７に示したものと同一のものであり、ここでは車輪と充電部４１０で構成する下部の部分を走行型ロボット４００として示している（以降も、走行型ロボット４００を下部の部分を走行型ロボット４００として示す）。車輪は駆動輪４２０、４３０と補助輪４４０、４５０で構成し、走行型ロボット４００を走行させるものは駆動輪４２０、４３０である。補助輪４４０、４５０は走行型ロボット４００の前後の転倒を支えたり、段差を乗り越えるためのものである。図２（ａ）に示されるように、走行型ロボット４００は車輪位置決め機構１００のスロープがついた側から進入し２連ローラ２００に向かって進む（即ち、矢印に示す方向に進む）。このとき走行型ロボット４００は充電部４１０を先頭にして進入する（図７に示したように充電部４１０は走行型ロボット４００の背面に位置しているので車輪位置決め機構１００への進入は走行型ロボット４００が後進しながら進入することになる）。
【００２５】
また、車輪位置決め機構１００には図２の示す位置（車輪位置決め機構１００の右端部）に電磁誘導型の充電装置５００を搭載している。充電装置５００の給電部５１０は２連ローラ３００の側にある。
【００２６】
走行型ロボット４００が図２の状態からさらに進み、駆動輪４２０、４３０が２連ローラ３００上まできたときの状態が図３である。図３（ａ）に示すように、２連ローラ３００は駆動輪４２０、４３０の回転に伴って図の矢印に示す方向に回転（空転）する。この位置で、２連ローラ３００が回転するために走行型ロボット４００の前進はストップすることになる。走行型ロボット４００の充電部４１０は充電装置５００の給電部５１０に対して一定の距離をもって左右および高さの偏りなく対向する。この状態で充電の作業を行うことになる。
【００２７】
図４（ａ）は、走行型ロボット４００が斜めに進入した状態を示す。即ち、図４（ａ）に示す車輪位置決め機構１００の中心線Ｃに対して“Θ”の角度で進入した状態（矢印は進入の方向を示している）である。図４（ａ）の状態において、駆動輪４２０は２連ローラ３００上にあるが、もう一方の駆動輪４３０は２連ローラ３００上にはなく車輪位置決め機構１００の上面に接した状態にある。このため、駆動輪４２０は２連ローラ３００によってこの位置で回転したまま前方に進むことはないが、駆動輪４３０は車輪位置決め機構１００の上面をさらに前進する。その結果、駆動輪４３０も２連ローラ３００上に進み、図４（ｂ）の矢印に示すように走行型ロボット４００は軸旋回する。即ち、斜めに進入した走行型ロボット４００は、２連ローラ３００の位置で角度が修正されたことになる。
【００２８】
続いて、走行型ロボット４００が偏って進入した場合の例を示す。図５（ａ）に示すように、走行型ロボット４００は車輪位置決め機構１００の中心線Ｃに対して距離“ｄ”下方に偏って進入した場合、駆動輪４２０の前部はフラットローラ３１０に接し、後部はテーパローラ３２０のフラットローラ３１０よりローラ径が太い部分に接する。駆動輪４３０の前部はフラットローラ３１０と接し、後部はテーパローラ３２０のフラットローラ３１０よりローラ径が細い部分に接する。駆動輪４２０と駆動輪４３０の後部が接しているテーパローラ３２０のローラ径が異なるため、両駆動輪の前後の位置がずれて、進行方向が図５（ｂ）のＸ方向に傾く。駆動輪を回転させることで、Ｙ方向に対してはローラ上で空転し、Ｘ方向に対しては位置決め台２００の中心へ向かって移動する。位置決め台２００の中心に近づくにつれて、Ｘ方向の傾きが「０」へ集束し、左右の移動両も「０」となる。
【００２９】
テーパローラ３２０は図１から図５に示した配置の他に、図６に示す配置であっても同様の効果が得られる。即ち、図６（ａ）に示すようにフラットローラ３１０を進入側に配置、あるいは図６（ｂ）に示すようにテーパローラ３２０の小さなローラ径を外側に配置、さらには図６（ｃ）のようにフラットローラ３１０を進入側にしてテーパローラ３２０の小さなローラ径を外側に配置するようにしてもよい。
【００３０】
また、２連ローラ３００は進入する走行型ロボット４００の駆動輪４２０、４３０に接して回転するが、走行型ロボット４００が離脱する方向に駆動輪４２０、４３０が回転した場合は回転がロックするように例えばラチェト機構をフラットローラ３１０とテーパローラ３２０に備えている。回転のロックにより走行型ロボット４００の２連ローラ３００からの離脱が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による車輪位置決め機構である。
【図２】車輪位置決め機構の実施例（その１）である。
【図３】車輪位置決め機構の実施例（その２）である。
【図４】走行型ロボット進入に対する角度修正例である。
【図５】走行型ロボット進入に対する位置修正例である。
【図６】本発明による他の車輪位置決め機構例である。
【図７】従来技術による視覚センサやカメラによる車輪位置決め例である。
【符号の説明】
【００３２】
１００  車輪位置決め機構
２００  位置決め台
２１０  穴
２２０  穴
３００  ２連ローラ
３１０  フラットローラ
３１１  フラットローラの回転軸
３２０  テーパローラ
３２１  テーパローラの回転軸
４００  走行型ロボット
４１０  充電部
４２０  駆動輪
４３０  駆動輪
４４０  補助車輪
４５０  捕縄車輪
５００  充電装置
５１０  給電部
【図１】
0005061923.tif 000002
【図２】
0005061923.tif 000003
【図３】
0005061923.tif 000004
【図４】
0005061923.tif 000005
【図５】
0005061923.tif 000006
【図６】
0005061923.tif 000007
【図７】
0005061923.tif 000008