(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脚式移動ロボットの作動を制御する作動制御手段と、該脚式移動ロボットに作動用電力を供給するコンデンサと、該コンデンサの出力電圧を検出する電圧検出手段と、燃料電池と、該燃料電池の出力電力から前記コンデンサの充電用電流を生成し、前記電圧検出手段により検出される前記コンデンサの出力電圧が所定の基準電圧となるように該充電用電流により前記コンデンサを充電する充電手段と、
前記脚式移動ロボットが動作を開始する際に、前記電圧検出手段により検出される前記コンデンサの出力電圧に基づいて、該動作を実行したときに、前記コンデンサの出力電圧が所定の動作保証電圧以下まで低下するか否かを判定する電圧低下判定手段と、
該電圧低下判定手段により、前記動作を実行したときに前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下まで低下すると判定されたときに、前記作動制御手段に対して、前記動作の実行中止を指示し、又は前記動作を前記電圧検出手段で検出された前記コンデンサの出力電圧で実行可能な内容に変更して実行することを指示する動作管理手段とを備えたことを特徴とする脚式移動ロボット。
【請求項２】
前記動作管理手段は、前記作動制御手段に対して前記動作の実行中止を指示した後、前記電圧低下判定手段により、該動作を実行したときに、前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下まで低下しないと判定されるレベルまで、前記充電手段により前記コンデンサが充電されたときに、前記作動制御手段に対して前記動作の実行開始を指示することを特徴とする請求項１記載の脚式移動ロボット。
【請求項３】
前記コンデンサの出力電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段により検出される出力電流と前記電圧検出手段により検出される前記コンデンサの出力電圧とを用いて前記コンデンサの内部抵抗を算出し、算出結果を前記電圧低下判定手段に通知する内部抵抗監視手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の脚式移動ロボット。
【請求項４】
前記脚式移動ロボットが動作を開始する際に、前記電圧検出手段により検出される前記コンデンサの出力電圧に基づいて、該動作を実行したときに、前記コンデンサの出力電圧が該コンデンサの定格上限電圧付近に設定された充電上限電圧以上まで上昇するか否かを判定する電圧上昇判定手段と、
該電圧上昇判定手段により、前記動作を実行したときに前記コンデンサの出力電圧が前記充電上限電圧以上まで上昇すると判定されたときに、前記基準電圧を低下させる充電電圧変更手段とを設けたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項記載の脚式移動ロボット。
【請求項５】
前記コンデンサは電気二重層コンデンサであることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか１項記載の脚式移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、脚式移動ロボットに関し、特に内蔵電源の出力電圧に応じた脚式移動ロボットの動作の制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、脚式移動ロボットにおいて、例えば所定距離の歩行等の動作を実行する際に、該動作の内容に応じて該脚式移動ロボットに備えられたモータ等のアクチュエータの作動シーケンスを決定し、該作動シーケンスに従って各アクチュエータを作動させることで、該動作を行うようにしたものが知られている。そして、脚式移動ロボットに搭載される作動用電源としては、ニッカド電池やリチウムイオン電池等の二次電池が一般的に採用されている。
【０００３】
しかし、二次電池の重量は充電容量が大きくなるほど重くなるため、脚式移動ロボットの歩行性能の低下を考慮すると、搭載可能な二次電池の充電容量は制限される。そのため、二次電池を作動用電源として搭載した脚式移動ロボットの作動可能時間は、短時間（例えば３０分）にならざるを得ない。
【０００４】
そこで、二次電池よりも重量当たりのエネルギー容量（充電容量に相当）が大きい燃料電池を脚式移動ロボットの作動用電源として採用し、該燃料電池を脚式移動ロボットに搭載することが考えられる。しかし、燃料電池の瞬時最大出力は二次電池の瞬時最大出力よりも低いため、燃料電池の出力で直接脚式移動ロボットを作動させることは困難である。
【０００５】
そのため、燃料電池の出力により小容量の二次電池を充電し、該二次電池から脚式移動ロボットの作動用電力を取り出すようにすることで、脚式移動ロボットの作動に必要となる瞬時的な大電力の供給を確保することが考えられる。
【０００６】
ここで、脚式移動ロボットにおいては、歩行時の消費電力は、停止時の消費電力よりも大幅に増加する。そのため、早足歩行のような消費電力の大きい動作を実行すると、燃料電池から二次電池に供給される充電用電流よりも二次電池から脚式移動ロボットへの供給電流のほうが大きくなる場合がある。
【０００７】
この場合には、二次電池に充電されていた電荷が放電されるため、該二次電池の出力電圧が低下するが、二次電池の残充電量が少なく、該二次電池の出力電圧が低い状態で消費電力の大きい動作を実行すると、該動作の実行中に該二次電池の出力電圧が脚式移動ロボットの動作保証電圧よりも低くなるまで低下するおそれがある。そして、このように二次電池の出力電圧が脚式移動ロボットの動作保証電圧よりも低くなると、脚式移動ロボットの正常動作が不能となる。
【０００８】
そこで、脚式移動ロボットが動作を開始する際に二次電池の出力電圧を検出し、検出した該出力電圧で該動作を開始したときに、該動作の実行中に該二次電池の出力電圧が前記動作保証電圧以下まで低下するか否かを判定し、低下すると判定したときには該動作の実行を中止することが望ましい。
【０００９】
しかし、二次電池の内部抵抗は該二次電池の温度や残充電量によって変化し、該内部抵抗の変化に応じて該二次電池の出力電圧も変化する。そのため、脚式移動ロボットの動作を開始する際に、該動作を実行したときに二次電池の出力電圧が前記動作保証電圧以下まで低下する否かを正確に判定することは難しかった。
【００１０】
そして、二次電池の出力電圧が前記動作保証電圧以下まで低下するか否かの判定を誤り、脚式移動ロボットの動作中に二次電池の出力電圧が前記動作保証電圧よりも低くなったときには、上述したように脚式移動ロボットの正常動作が不能となるという不都合があった。
【００１１】
また、このような誤判定を防ぐため、動作を開始する際の二次電池の出力電圧が前記動作保証電圧に対してかなりの余裕があるときにのみ該動作を開始するようにすることも考えられるが、この場合には実際に必要な充電容量よりも大きな容量を持つ二次電池を脚式移動ロボットに搭載する必要がある。そのため、二次電池の充電容量のうち実際に使用される充電量の割合が小さくなって二次電池の使用効率が悪くなると共に、二次電池の重量も増加するという不都合があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記不都合を解消し、作動用電源の使用効率の悪化や重量の増加を抑制して、脚式移動ロボットの動作中に該作動用電源の出力電圧が動作保証電圧以下となることを防止した脚式移動ロボットを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の脚式移動ロボットは、該脚式移動ロボットの作動を制御する作動制御手段と、該脚式移動ロボットに作動用電力を供給するコンデンサと、該コンデンサの出力電圧を検出する電圧検出手段と、燃料電池と、該燃料電池の出力電力から前記コンデンサの充電用電流を生成し、前記電圧検出手段により検出される前記コンデンサの出力電圧が所定の基準電圧となるように該充電用電流により前記コンデンサを充電する充電手段と、前記脚式移動ロボットが動作を開始する際に、前記電圧検出手段により検出される前記コンデンサの出力電圧に基づいて、該動作を実行したときに、前記コンデンサの出力電圧が所定の動作保証電圧以下まで低下するか否かを判定する電圧低下判定手段と、該電圧低下判定手段により、前記動作を実行したときに前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下まで低下すると判定されたときに、前記作動制御手段に対して、前記動作の実行中止を指示し、又は前記動作を前記電圧検出手段で検出された前記コンデンサの出力電圧で実行可能な内容に変更して実行することを指示する動作管理手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、前記コンデンサは前記充電制御手段により、その出力電圧が前記基準電圧に保たれるように充電される。しかし、前記脚式移動ロボットが早足歩行を行うときのように、前記脚式移動ロボットの消費電力が大きい動作が前記作動制御手段によって実行されると、前記コンデンサから前記脚式移動ロボットへの放電量が、前記充電手段から前記コンデンサへの充電量を上回って、該コンデンサの出力電圧が低下する場合がある。
【００１５】
そして、前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下となると、前記脚式ロボットの正常動作が不能となる。そこで、前記電圧低下判定手段は、脚式ロボットが動作を開始する際に、前記コンデンサの出力電圧に基づいて、該動作を実行したときに、前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下まで低下するか否かを判定する。
【００１６】
ここで、コンデンサの内部抵抗は残充電量によっては変化せず、また、温度に対する依存性も二次電池よりも低いため安定性が高い。そのため、前記コンデンサの出力電圧がその内部抵抗の影響で変動することがなく、前記電圧低下判定手段は、前記動作が実行されたときに、前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下まで低下するか否かを正確に判定することができる。
【００１７】
そのため、前記電圧低下判定手段の誤判定により、前記動作の実行時に前記コンデンサの出力電力が前記動作保証電圧以下となることを防止するため、前記コンデンサの容量に大きな余裕を持たせる必要がなく、前記コンデンサに充電されていた電荷を最後まで使い切ることができる。これにより、前記コンデンサの使用効率を高めると共に、燃料電池の出力で二次電池を充電するようにした場合よりも、電源部を小型化することができ、また、電源部の耐久性を向上させることができる。
【００１８】
そして、前記動作管理手段は、前記電圧低下判定手段により、脚式移動ロボットの動作を開始したときに前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下となると判定されたときには、前記動作制御手段に対して該動作の実行中止を指示し、又は該動作を前記コンデンサの出力電圧で実行可能な内容に変更して実行することを指示する。そのため、前記コンデンサの出力電圧が低い状態で脚式移動ロボットの動作が開始され、該動作の実行中に前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下となって、脚式移動ロボットの作動に支障をきたすことを防止することができる。
【００１９】
また、前記動作管理手段は、前記作動制御手段に対して前記動作の実行中止を指示した後、前記電圧低下判定手段により、該動作を実行したときに、前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下まで低下しないと判定されるレベルまで、前記充電手段により前記コンデンサが充電されたときに、前記作動制御手段に対して前記動作の実行開始を指示することを特徴とする。
【００２０】
かかる本発明によれば、前記動作管理手段は、前記作動制御手段に対して、前記動作の実行中止を指示した後、前記電圧低下判定判定手段により、前記動作を実行したときに、前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下まで低下しないと判定されるレベルまで、前記コンデンサが充電されたときに、前記作動制御手段に対して前記動作の実行を指示する。そのため、前記作動制御手段は、前記動作の実行中に前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下となることを防止して、前記動作を実行することができる。
【００２１】
また、前記コンデンサの出力電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段により検出される出力電流と前記電圧検出手段により検出される前記コンデンサの出力電圧とを用いて前記コンデンサの内部抵抗を算出し、算出結果を前記電圧低下判定手段に通知する内部抵抗監視手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
上述したように、コンデンサの内部抵抗は安定であるため、一度測定により求めておけば、基本的には、その後再度コンデンサの内部抵抗を求める必要はない。しかし、経時変化や過充電による劣化等により、コンデンサの内部抵抗が変化する場合があり、この場合にはコンデンサの出力電圧が変化して、前記電圧低下判定手段による判定が誤ってなされるおそれがある。
【００２３】
そこで、前記内部抵抗監視手段は、前記コンデンサの内部抵抗を算出して前記電圧低下判定手段に通知する。これにより、前記電圧低下判定手段は、前記コンデンサの内部抵抗の変化を考慮して、前記動作を実行したときに、前記コンデンサの出力電圧が前記動作保証電圧以下となるか否かの判定を正確に行うことができる。
【００２４】
また、前記脚式移動ロボットが動作を開始する際に、前記電圧検出手段により検出される前記コンデンサの出力電圧に基づいて、該動作を実行したときに、前記コンデンサの出力電圧が該コンデンサの定格上限電圧付近に設定された充電上限電圧以上まで上昇するか否かを判定する電圧上昇判定手段と、該電圧上昇判定手段により、前記動作を実行したときに前記コンデンサの出力電圧が前記充電上限電圧以上まで上昇すると判定されたときに、前記基準電圧を低下させる充電電圧変更手段とを設けたことを特徴とする。
【００２５】
脚式移動ロボットが、例えばしゃがみ込み動作等を行うと、アクチュエータから回生エネルギーが発生する場合がある。この場合、発生した回生エネルギーにより前記コンデンサが充電されるため、前記コンデンサの出力電圧が上昇する。そして前記コンデンサの出力電圧が前記定格上限電圧を越えることは、コンデンサの特性を保護する上で好ましくない。
【００２６】
そこで、前記充電電圧変更手段は、前記電圧上昇判定手段により、前記動作を行ったときに、前記コンデンサの出力電圧が前記定格上限電圧付近に設定された前記充電上限電圧以上まで上昇すると判定されたときには、前記基準電圧を低下させる。これにより、前記動作を開始する際の前記コンデンサの出力電圧を低下させることができ、前記動作の実行中に前記コンデンサの出力電圧が前記定格上限電圧を越えることを防止することができる。
【００２７】
また、前記コンデンサは電気二重層コンデンサであることを特徴とする。電気二重層コンデンサは、残充電量や温度に変化に対する内部抵抗の変化率が特に小さく安定性が高い。そのため、前記コンデンサとして電気二重層コンデンサを用いることで、前記電圧低下判定手段の判定精度をさらに高めることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例を図１〜図４を参照して説明する。図１は本発明の脚式移動ロボットの制御ブロック図、図２は図１に示した充電回路の動作説明図、図３は図１に示したコンデンサの出力電圧の推移を示した説明図、図４は図１に示した充電回路の定電流制御の説明図である。
【００２９】
図１を参照して、本発明の脚式移動ロボット１は、脚式移動ロボット１の作動用電源である電気二重層コンデンサ２（本発明のコンデンサに相当）、電気二重層コンデンサ２を充電する充電部３、脚式移動ロボット１の作動を制御する作動制御部４、電気二重層コンデンサ２の出力電圧を検出する電圧センサ５、及び電気二重層コンデンサ２の出力電流を検出する電流センサ６を備える。
【００３０】
充電部３は、燃料ボンベ７と、燃料電池８と、充電回路９と、充電特性設定器１０とを備える。燃料ボンベ７は、燃料電池８の燃料である水素を保持して燃料電池８に供給する。燃料電池８は、燃料ボンベ７から供給される水素と空気中の酸素との化学反応によって電力を生じさせて充電回路９に出力する。充電回路９は、燃料電池８から供給される電力から充電用電流を生成してコンデンサ２に供給する。
【００３１】
充電回路９は、燃料電池８からの入力電流を制限する機能と、電気二重層コンデンサ２への出力電圧を制限する機能を有する。以下、図２（ａ）〜図２（ｃ）を参照して充電回路９の動作内容について説明する。
【００３２】
図２（ａ）は燃料電池８の出力特性図であり、出力電流が増加するにつれて出力電圧が低下する。そして、燃料電池８の出力電流が出力リミット値を越えると、燃料電池８が所望の特性の通りに動作しなくなるおそれがあるため、燃料電池８は充電回路９への出力電流が出力リミット値に達したときには、充電回路９に入力禁止（ＩＮＨＩＢＩＴ）信号を出力する。充電回路９は、入力禁止信号を入力している間は、燃料電池８からの電流入力ポートをハイインピーダンス状態とする。これにより、燃料電池８から充電回路９に燃料電池８の出力リミット値を越える電流が流れ込むことを制限して燃料電池８が所望の特性の通りに動作するようにしている。
【００３３】
また、図２（ｂ），図２（ｃ）を参照して、充電回路９は、電圧センサ２で検出される電気二重層コンデンサ２の出力電圧が、充電基準電圧ＶB に達するまで（時刻ｔ0 〜ｔ1 ）は、一定電流Ｉ2 で電気二重層コンデンサ２を充電する。これにより、電気二重層コンデンサ２の充電量が少なくその出力電圧が低い状態で充電回路９から電気二重層コンデンサ２に高電圧（例えばＶB ）が出力されることを制限し、電気二重層コンデンサ２に過電流が流れることを防止している。
【００３４】
そして、充電回路９は、電気二重層コンデンサ２の出力電圧が充電基準電圧ＶB に達した後は、電圧センサ５で検出される電気二重層コンデンサ２の出力電圧が、充電基準電圧ＶB （例えば１４４Ｖ）と一致するように、充電用電流の大きさを調節する。例えば、図２（ｂ）では、時刻ｔ1 以後は、充電用電流をＩ1 に保つことで（このとき、脚式移動ロボット１の消費電流＝Ｉ1 ）電気二重層コンデンサ２の出力電圧を充電基準電圧ＶB に保っている。
【００３５】
次に、図１を参照して、脚式移動ロボット１の消費電力は脚式ロボット１の作動状況に応じて変化し、それに応じて脚式移動ロボット１への供給電流（負荷電流）ＩL が変化する。そして、充電回路９は、上述したように、電圧センサ５で検出される電気二重層コンデンサ２の出力電圧が、充電基準電圧ＶB に一致するように充電用電流ＩD の大きさを調節する。
【００３６】
しかし、充電回路９から供給可能な充電用電流ＩD には上限があり、負荷電流ＩL が該上限を超えたときには、充電用電流ＩD よりも負荷電流ＩL が大きくなり（ＩD ＜ＩL ）、脚式ロボット１への供給電流が不足する。この場合には、負荷電流ＩL の不足分を補うため、電気二重層コンデンサ２から脚式移動ロボット１に対して放電電流ＩS が供給される。
【００３７】
そして、放電電流ＩS の供給が継続して行われると、電気二重層コンデンサ２の残充電量の減少に伴ってその出力電圧ＶC が低下する。この場合、電気二重層コンデンサ２の出力電圧ＶC が、脚式移動ロボット１に搭載されたコンピュータの規格電圧や、脚式移動ロボット１の停止状態を保持するために必要な供給電圧等から定まる動作保証電圧Ｖm を下回ると、脚式移動ロボット１が正常に作動することができなくなる。
【００３８】
そこで、作動制御部４は、電気二重層コンデンサ２の出力電圧ＶC が前記動作保証電圧Ｖm 以下とならないように脚式移動ロボット１の作動を制御する。図１を参照して、作動制御部４は、作動制御手段１１と、内部抵抗監視手段１２と、電圧変動判定手段１３と、動作管理手段１４と、充電電圧変更手段１５とを備える。
【００３９】
作動制御手段１１は、所定歩数の歩行のような、脚式移動ロボット１の動作を制御するものである。作動制御手段１１は、脚式移動ロボット１の動作内容に応じて脚式ロボット１の各アクチュエータ（モータ等）の作動シーケンスを決定し、該作動シーケンスに従って各アクチュエータを作動させることで、該動作を実行する。
【００４０】
内部抵抗監視手段１２は、電圧センサ５により検出される電気二重層コンデンサ５の出力電圧と、電流センサ６により検出される電気二重層コンデンサ２の出力電流とから、電気二重層コンデンサ２の内部抵抗ｒを算出し、算出結果を電圧低下判定手段１６に通知する。電気二重層コンデンサ２の内部抵抗ｒは、電気二重層コンデンサ２の残充電量の変化や温度変化に対する変化率が低く安定性が高いため、基本的には一度測定により求めておけば、その後再度求める必要はない。しかし、経時変化等により、電気二重層コンデンサ２の内部抵抗が変化することも考えられる。そこで、内部抵抗監視手段１２は、上述したように電気二重層コンデンサ２の内部抵抗を算出して電圧低下判定手段１６に通知する。
【００４１】
電圧変動判定手段１３は、電圧低下判定手段１６と電圧上昇判定手段１７とを有する。電圧低下判定手段１６は、作動制御手段１１により決定された、脚式移動ロボット１の動作に応じた作動シーケンスの内容を解析し、該動作を実行したときに電気二重層コンデンサ２の出力電圧がどのように変化するかを予測する。そして、該動作を実行したときに、電気二重層コンデンサ２の出力電圧が前記動作保証電圧Ｖm 以下まで低下するか否かを判定する。
【００４２】
ここで、電気二重層コンデンサ２の内部抵抗ｒは上述したように安定であり、また、電気二重層コンデンサ２の出力電圧は電気二重層コンデンサ２の残充電量（電荷量）に比例する。そのため、電気二重層コンデンサ２の残充電量と出力電圧との関係が、内部抵抗ｒの影響で変化することがない。
【００４３】
したがって、電圧低下判定手段１６は、動作実行時の脚式移動ロボット１の消費電力の推移を想定し、定電流充電回路９からの充電用電流ＩD の大きさを考慮してコンデンサ２の残充電量の推移を予測することで、該動作を実行したときの電気二重層コンデンサ２の出力電圧の推移を正確に予測することができる。これにより、該動作の実行したときに、電気二重層コンデンサ２の出力電圧Ｖc が動作保証電圧Ｖm 以下まで低下するか否かを正確に判定することができる。また、上述した内部抵抗監視手段１２によって算出される電気二重層コンデンサ２の内部抵抗を考慮して、電気二重層コンデンサ２の出力電圧の推移を予測することで、電圧低下判定手段１６の判定精度をさらに向上させることができる。
【００４４】
以下、図３（ａ）を参照して、電圧低下判定手段１６の作動について説明する。図３（ａ）は、早足８歩の歩行（早足歩行▲１▼，ｔ11〜ｔ12）と、早足８歩の歩行（早足歩行▲２▼，ｔ13〜ｔ14）を連続して実行することを想定したときに、電圧低下判定手段１６により予測された電気二重層コンデンサ２の出力電圧の推移を示している。
【００４５】
先ず、早足歩行▲１▼（ｔ11〜ｔ12）を行うときは、図１を参照して、脚式移動ロボット１の脚の移動に応じて、充電用電流ＩD よりも負荷電流ＩL が大きくなり、電気二重層コンデンサ２から放電電流ＩS が供給されて電気二重層コンデンサ２の出力電圧が低下するが、動作保証電圧Ｖm 以下となることはない。そのため、電圧低下判定手段１６は、早足歩行▲１▼を行ったときに、電気二重層コンデンサ２の出力電圧が動作保証電圧Ｖm 以下まで低下することはないと判定する。
【００４６】
次に、早足歩行▲１▼の実行後、電気二重層コンデンサ２の出力電圧ＶC が充電基準電圧Ｖa 付近まで回復する前に、早足歩行▲２▼（ｔ13〜ｔ14）を行ったときには、電気二重層コンデンサ２の出力電圧が動作保証電圧Ｖm 以下となってしまう。そのため、電圧低下判定手段１６は、早足歩行▲２▼を行ったときには、電気二重層コンデンサ２の出力電圧が動作保証電圧Ｖm 以下まで低下すると判定する。
【００４７】
そして、動作管理手段１４は、電圧低下判定手段１６により、脚式移動ロボット１の動作を開始する際に、該動作を実行したならば、電気二重層コンデンサ２の出力電圧ＶC が動作保証電圧Ｖm 以下まで低下すると判定されたときには、該動作の実行を中止、或いは変更することを作動制御手段１１に指示する。これにより、脚式移動ロボット１の動作中に電気二重層コンデンサ１の出力電圧ＶC が動作保証電圧Ｖm 以下まで低下することを防止している。
【００４８】
以下、図３（ｂ），（ｃ）を参照して、動作管理手段１４の作動について説明する。図３（ｂ），（ｃ）は、図３（ａ）に示した、早足歩行▲１▼の終了後、直ちに早足歩行▲２▼を実行しようとしたときに、電圧低下判定手段１６により、該早足歩行▲２▼を実行したときに電気二重層コンデンサ２の出力電圧ＶC が動作保証電圧Ｖm 以下まで低下すると判定され、動作管理手段１４により該判定に応じた処理がなされたときの、電気二重層コンデンサ２の出力電圧ＶC の推移を示したものである。
【００４９】
図３（ｂ）は、動作管理手段１４により、早足歩行▲２▼の実行を中止する処理がなされたときの電気二重層コンデンサ２の出力電圧ＶC の推移を示している。動作管理手段１４は、作動制御手段１１に早足歩行▲２▼の実行中止を指示した後、電圧センサ５で検出される電気二重層コンデンサ２の出力電圧ＶC が充電により上昇し、電圧低下判定手段１６により、早足歩行▲２▼を実行したときにコンデンサ２の出力電圧ＶC が動作保証電圧Ｖm 以下まで低下しないと判定された時（ｔ23）に、作動制御手段１１に対して、早足歩行▲２▼の実行開始を指示する。これにより、作動制御手段１１は、コンデンサ２の出力電圧ＶC が動作保証電圧Ｖm 以下まで低下することを防止して、早足歩行▲２▼（ｔ23〜ｔ24）を実行することができる。
【００５０】
次に、図３（ｃ）は、動作管理手段１４により、早足歩行▲２▼を通常８歩の歩行に変更する処理がなされたときの電気二重層コンデンサ２の出力電圧ＶC の推移を示している。動作管理手段１４は作動制御手段１１に対して、歩行動作開始時点（ｔ33）の電気二重層コンデンサ２の出力電圧ＶC で実行可能となるように、作動制御手段１１により決定された動作の内容を変更して実行することを指示する。
【００５１】
即ち、消費電力が大きい早足８歩の歩行を消費電力が小さい通常８歩の歩行に変更して動作を実行することを作動制御手段１１に指示する。この指示に応じて、作動制御手段１１により通常８歩の歩行を行う動作が実行されるので（ｔ33〜ｔ34）、該動作の実行中に、コンデンサ２の出力電圧ＶC が動作保証電圧Ｖm 以下まで低下することを防止することができる。
【００５２】
次に、図１を参照して、電圧変動判定手段１３に備えられた電圧上昇判定手段１７と、充電電圧変更手段１５は、脚式移動ロボット１のしゃがみ込み動作時などにおいて、電気二重層コンデンサ２を保護するためのものである。脚式移動ロボット１が例えばしゃがみ込み動作を行うと、脚式移動ロボット１が保持していた位置エネルギーの減少分が回生エネルギーとなってモータ等のアクチュエータで発生する場合がある。
【００５３】
このようにして発生した回生エネルギーは電気二重層コンデンサ２に吸収されるが、該回生エネルギーを吸収することで電気二重層コンデンサ２の出力電圧が上昇する。そして、電気二重層コンデンサ２の出力電圧が、電気二重層コンデンサの定格上限電圧を越えることは、電気二重層コンデンサ２の特性を保護する上で好ましいことではない。
【００５４】
そこで、電圧上昇判定手段１７は、電圧低下判定手段１６と同様に脚式移動ロボットの動作を解析し、該動作を行ったときに脚式移動ロボット１が回生エネルギーを発生し、該回生エネルギーにより電気二重層コンデンサ２の出力電圧が、電気二重層コンデンサ２の定格上限電圧付近に設定された充電上限電圧以上まで上昇するか否かを判定する。
【００５５】
そして、充電電圧変更手段１５は、電圧上昇判定手段１７により、電気二重層コンデンサ２の出力電圧が前記充電上限電圧以上まで上昇すると判定されたときには、予め電気二重層コンデンサ２の充電電圧を充電基準電圧ＶB よりも低い電圧（例えば１３６Ｖ）に変更する。これにより、脚式移動ロボット１がしゃがみ込み動作等を行って、電気二重層コンデンサ２に回生エネルギーが吸収されたときに、電気二重層コンデンサ２の出力電圧が定格上限電圧を越えることを防止している。
【００５６】
尚、電圧変動判定手段１３には、燃料ボンベ７，燃料電池８，及び定電流充電回路９から、これらの動作状況を示すモニタ用信号が入力される。そして、電圧変更判定手段１３は、これらのモニタ用信号により電気二重層コンデンサ２に対する充電が不能となるおそれがあることを認識したときには、動作管理手段１４に対して以後の動作を禁止する指示を与える。
【００５７】
また、本実施の形態では、図２（ｂ），図２（ｃ）に示したように、電気二重層コンデンサ２の出力電圧が充電基準電圧ＶB となるまでは、一定電流Ｉ2 で充電を行う充電回路９を示したが、他の方法、例えば、（１）充電回路９から電気二重層コンデンサ２への出力電力が一定となるように充電を行う、（２）燃料電池８から充電回路９に入力される電力が一定となるように充電を行う、（３）燃料電池８から充電回路９に入力される電流が一定となるように充電を行う、（４）燃料電池８から充電回路９に入力される電力が、燃料電池８の最大出力可能電力となるように充電を行う、等の方法により、電気二重層コンデンサ２の充電を行ってもよい。
【００５８】
尚、これらの方法を用いるときには、充電回路９から電気二重層コンデンサ２に供給される充電用電流値が、電気二重層コンデンサ２の入力許容電流値を越えないように、また、充電回路９の出力トランジスタの最大出力電流値を越えないように、保護回路が設けられる。
【００５９】
さらに、一定電流で電気二重層コンデンサ２の充電を行う場合、図４に示したように、充電回路９の出力電流Ｉ40（電流センサ４０で検出）を基準として定電流制御を行うのが基本であるが、電気二重層コンデンサ２への入出力電流Ｉ41（電流センサ４１で検出）や、燃料電池８から充電回路９への出力電流Ｉ42（電流センサ４２で検出）を基準としてもよい。
【００６０】
特に、電気二重層コンデンサ２への入出力電流Ｉ41を基準としたときには、上述した回生エネルギーにより電気二重層コンデンサに流入する回生電流の影響を考慮した定電流制御を行うことができる。尚、Ｉ40，Ｉ41，Ｉ42のうちのいずれか一箇所の検出電流を基準として定電流制御を行う他に、Ｉ40，Ｉ41，Ｉ42のうちの複数箇所の検出電流を基準として定電流制御を行うようにしてもよい。
【００６１】
また、図１を参照して、電圧低下判定手段１６により分析された脚式移動ロボット１の作動内容に応じて、充電回路９の充電制御の仕様を、例えば上記（１）〜（４）の間で変更したり、図４に示した定電流制御の基準とする電流Ｉ40〜Ｉ42の選択を変更する充電特性設定器１０を設けてもよい。
【００６２】
また、本実施の形態においては、脚式移動ロボット１の動作として歩行を例に説明したが、他の動作、例えば重量物の上げ下げ等の動作に対しても、同様にして、該動作の実行中に電気二重層コンデンサ２の出力電圧ＶC が前記動作保証電圧Ｖm 以下となることを防止することができる。
【００６３】
また、本実施の形態においては、比較的短時間で終了する歩行動作について説明したが、例えば図３（ｂ）に示したように、通常歩行と早足歩行という２つの動作を連続して実行するような場合には、該２つの動作全体を一つの動作として扱うようにしてもよい。この場合には、作動制御手段１１は、２つの動作全体を実行するための各アクチュエータの作動シーケンスを１つの行動計画として決定し、電圧低下判定手段１６により、該行動計画の実行を開始する際に、該行動計画を実行したときに電気二重層コンデンサ２の出力電圧ＶC が前記充電基準電圧Ｖa 以下となるか否かを判定する。
【００６４】
このように、複数の連続した動作を一つの行動計画として扱ったときには、図１を参照して、電圧低下判定手段１６により、該行動計画を実行したときに電気二重層コンデンサ２の出力電圧が充電基準電圧Ｖa 以下まで低下すると判定されたときに、動作管理手段１４は、電気二重層コンデンサ２の出力電圧が回復するのを待ってから作動制御手段１１に対して、前記行動計画の開始を指示することができる。これにより、図３（ｂ）に示したように動作の途中で電気二重層コンデンサ２の出力電圧の回復を待つために、脚式移動ロボット１の動作が中断される（ｔ22〜ｔ23）ことや、図３（ｃ）に示したように動作の途中で動作内容が変更されることなく、前記行動計画を実行することができる。
【００６５】
さらに、多数の動作を組み合わせた行動計画を実行するときには、電気二重層コンデンサ２の出力電圧に応じて、各動作の実行順序を変更したり、或いは、優先度の低い動作からその実行内容を変更するようにしてもよい。
【００６６】
また、本実施の形態においては、電気二重層コンデンサを用いることで、電圧低下判定手段１６による判定精度をより一層高めているが、他の種類のコンデンサを用いても本発明の効果を得ることができる。
【００６７】
また、本実施の形態においては、燃料ボンベ７から燃料電池８に燃料（水素）を供給するものを示したが、該燃料ボンベの代わりに、メタノール等の原料を保持する原料タンクと、該原料タンクから供給される原料から燃料を生成して燃料電池に供給する改質器とを備えたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脚式移動ロボットの制御ブロック図。
【図２】図１に示した充電回路の動作説明図。
【図３】図１に示した電気二重層コンデンサの出力電圧の推移説明図。
【図４】図１に示した充電回路の定電流制御の説明図。
【符号の説明】
１…脚式移動ロボット、２…電気二重層コンデンサ、３…充電部、４…作動制御部、５…電圧センサ、６…電流センサ、７…燃料ボンベ、８…燃料電池、９…充電回路、１０…充電特性設定器、１１…作動制御手段、１２…内部抵抗監視手段、１３…電圧変動判定手段、１４…動作管理手段、１５…充電電圧変更手段、１６…電圧低下判定手段、１７…電圧上昇判定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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