JP2008043035A - 自走式ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】ロボット本体の充電用端子部と外部充電装置の充電用接点部との結合を簡易、確実に行える自走式ロボットを提供することを目的とする。
【解決手段】充電可能な充電池２と充電用端子部３を有するロボット本体１と、ロボット本体１の充電用端子部３が結合される充電用接点部５を有し充電池２を充電する外部充電装置４とを備え、ロボット本体１の充電用端子部３と外部充電装置４の充電用接点部５はそのいずれかを可動可能として充電用端子部３と充電用接点部５とを結合するようにしたものである。これにより、例え、充電用端子部３と充電用接点部５間にずれがある場合でも、充電用端子部３と充電用接点部５のいずれかが可動可能であるため、そのずれを修正するように動いて簡易、確実に結合でき充電状態に入ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電池への充電が確実に行えるようにした自走式ロボットに関するものである。

通常、自走式ロボットは、ロボット本体の充電池量が減少すれば外部に設けられた外部充電装置により充電が可能である。そのため、充電池が消費されると、充電池に充電するため所定場所に設けた外部充電装置に自ら戻る機能を備えている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−１４８０８９号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ロボット本体の充電用端子部と外部充電装置の充電用接点部は小さく、しかも床面が絨毯であったり、床面に段差があったりするため、両者の結合はことのほか難しいものである。両者の結合を確実に行うためには高精度の誘導手段などを用いればよいがコスト高となり実用的ではない。したがって、充電池の容量が減少した状態でロボット本体と外部充電装置との結合のために何度も動作を繰り返すと、最悪の場合、戻るための電池容量をも使い果たし充電前に停止してしまうことも起こるという課題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ロボット本体の充電用端子部と外部充電装置の充電用接点部との結合を簡易、確実に行える自走式ロボットを提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の自走式ロボットは、充電可能な充電池と充電用端子部を有するロボット本体と、ロボット本体の充電用端子部が結合される充電用接点部を有し充電池を充電する外部充電装置とを備え、前記ロボット本体の充電用端子部と外部充電装置の充電用接点部はそのいずれかを可動可能として充電用端子部と充電用接点部とを結合するようにしたものである。

これにより、例え、充電用端子部と充電用接点部間にずれがあり明らかに結合ができないと見られる場合でも、充電用端子部と充電用接点部のいずれかが可動可能であるため、そのずれを修正するように動いて簡易、確実に結合でき充電状態に入ることができる。

本発明の自走式ロボットは、ロボット本体の充電用端子部と外部充電装置の充電用接点部との結合が簡易、確実に行える。

第１の発明は、充電可能な充電池と充電用端子部を有するロボット本体と、ロボット本体の充電用端子部が結合される充電用接点部を有し充電池を充電する外部充電装置とを備え、前記ロボット本体の充電用端子部と外部充電装置の充電用接点部は少なくともそのいずれかを可動可能として充電用端子部と充電用接点部とを結合する自走式ロボットとしたことにより、例え、充電用端子部と充電用接点部間にずれがあり明らかに結合ができないと見られる場合でも、充電用端子部と充電用接点部のいずれかが可動可能であるため、そのずれを修正するように動いて簡易、確実に結合でき充電状態に入ることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、充電用端子部と充電用接点部との可動は、すべての方向に自由に可能としたことにより、充電用端子部と充電用接点部間のずれ方向がいずれの方向であってもそのずれを修正するように動いて簡易、確実に結合できる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、充電用端子部と充電用接点部との可動は、ロボット本体を外部充電装置へ案内するガイド手段の案内と連動して行うことにより、結合においてずれがあったとしてもガイド手段の案内と連動してずれを修正することができ、簡易、確実に結合ができるものである。

第４の発明は、特に、第３の発明において、ガイド手段は、非接触でロボット本体を案内するようにしたことにより、充電用端子部と充電用接点部とがどの方向にずれているかがわかり、それと連動して可動させることができるため、より確実に結合ができるものである。

第５の発明は、特に、第１〜第４のいずれか１つの発明において、充電用端子部と充電用接点部との結合時にその状態を保持するロック手段を有したことにより、充電中にユーザーが接触したりして結合が離れて充電ができなくなるということがなくなり、より確実に最後まで充電をすることができるものである。また、位置的には結合は行われているが、接触がうまくいっていない場合、例えば、ロボット本体が何かに乗り上げた状態などで傾きがあった場合でも、このロック手段が確実に接触をサポートする働きをして充電を行うことができる。

第６の発明は、特に、第１〜第５のいずれか１つの発明において、充電用端子部と充電用接点部との少なくともいずれか一方に両者の非結合時は閉じ結合時には開くカバーを設けたことにより、充電用端子部や充電用接点部にごみや埃が付着することがなくなり、結合が確実に行われる。また、外部充電装置の充電用接点部にカバーを設ければ、幼児がスプーンなどの金属製のもので充電用接点部を短絡させ感電などの事故が発生したり、充電用接点部に金属製のものを放置した状態でロボット本体が結合しようとして発火したりすることを確実に防止できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１、図２は、本発明の実施の形態１における自走式ロボットを示すものである。

図１に示すように、本実施の形態における自走式ロボットは、充電可能な充電池２と充電用端子部３を有するロボット本体１と、ロボット本体１の充電用端子部３が結合される充電用接点部５を有し充電池２を充電する外部充電装置４とを備えている。前記ロボット本体１の内部構成については、後述するが、ロボット本体１の前方側にはバンパー６を設けている。また、外部充電装置４は、例えば部屋の隅部に設置されていて、電源に接続されている。

そして、外部充電装置４の充電用接点部５は、内蔵したモータ駆動の可動手段７により、水平方向（矢印方向）に可動可能としており、充電用端子部３との結合を確実にするようにしている。

ここで、図２により、ロボット本体１の内部構成について説明する。本実施の形態では自走式ロボットとして室内を掃除する掃除ロボットを例示している。

ロボット本体１の形状は円形状であり、駆動輪８が左右に設けてあって走行手段９としている。走行手段９はギヤードモータを使用しており、回転方向を制御することで前進、後退、回転をさせている。また、バンパー６が障害物に接触した場合に内部にある障害物検知手段１０が働き回避行動をとる。本実施の形態では接触による検知であるが、センサを超音波センサや光センサなどを使えば非接触で障害物を回避できることもできる。充電池２はロボット本体１の電力源であり、ここではニッケル水素電池を使用しており、電圧は２４Ｖとしている。ロボット本体１は制御手段１１により動作が制御されるものであり、あらかじめプログラムされたシーケンスで動作する。

掃除のための作業手段１２は、塵埃を吸い込むためのファンモータ１３で床ノズル１４にある回転ブラシ１５を回転させ、床面の塵埃をかきあげてダストボックス１６に溜めていく。

なお、ロボット本体１は、説明を省略しているが、充電回路、表示装置、スイッチ、ランプ、各種センサなども備わっているものである。

次に、上記自走式ロボットの動作を説明する。

ロボット本体１が作業を行っている時に充電池２の容量が減少すると、充電のために外部充電装置４に戻る制御が働く。ロボット本体１が有しているセンサで外部充電装置４の位置を認識すると、外部充電装置４の方に近づいていく。ロボット本体１は、外部充電装置４に向かって充電結合をするため、図１（ｂ）に示したように移動（後退）する。当然、充電用端子部３側を外部充電装置４に向けている。しかし、ロボット本体１の充電用端子部３の位置と外部充電装置４の充電用接点部５の位置がわずかにずれている場合がある。これは、外部充電装置４が絨毯などに置かれた場合、安定性が悪く少し傾いていたりすることに起因するものや、誘導手段の精度に起因するものや、走行手段９である駆動輪８が絨毯上や木床などでわずかにすべることに起因するものがある。すなわち、どうしてもわずかな充電用端子部３と充電用接点部５のずれが生じることは避けることができない。

しかし、図１（ａ）に示したように、外部充電装置４の充電用接点部５が可動手段７によりずれを補正するように動き、その結果、結合がうまくできるものである。

このように、本実施の形態では、充電用端子部３と充電用接点部５間にずれがあり明らかに結合ができないと見られる場合でも、充電用接点部５が可動可能であるため、そのずれを修正するように動いて簡易、確実に結合でき充電状態に入ることができるものである。

なお、本実施の形態においては、充電用接点部５が可動可能名構成について説明したが、図３に示したように、可動手段７をロボット本体１側に設けて、充電用端子部３を可動可能としてもよい。また、充電用端子部３と充電用接点部５の両者を可動可能とすれば、ずれを吸収しより確実な結合が可能となるものである。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における自走式ロボットを示すものである。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態では、外部充電装置４の充電用接点部５は、可動手段１７により、上下方向にも動くことができるものであり、高さ方向のずれも補正することができるようにしている。このため、ロボット本体１が絨毯上で全体が沈み込んだ場合でも充電用接点部５が下げることでうまく結合することができる。なお、上下方向への可動は充電用端子部３についても同様に行わせることができるものである。

また、充電用端子部３と充電用接点部５との可動は、水平方向、上下方向に限らず、すべての方向に自由に可能とすることも可能であり、この場合は、充電用端子部３と充電用接点部５間のずれ方向がいずれの方向であってもそのずれを修正するように動いて簡易、確実に結合できる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態２における自走式ロボットを示すものである。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態では、充電用接点部５の可動は、ロボット本体１を外部充電装置４へ案内するガイド手段１８の案内と連動して行うようにしたものである。

ガイド手段１８は、ロボット本体１を外部充電装置４へ案内するために円弧状をしており、図５（ｂ）のように、ロボット本体１が外部充電装置４に近づくとその外周がガイド手段１８に当たる。点線枠内に示すようにガイド手段１８に当たるとガイド手段１８は外周に押されるようにして左矢印の方向に押される。ガイド手段１８は充電用接点部５に取り付けているため可動する。その結果、ロボット本体１が進むとガイド手段１８とロボット本体１がうまく合わさり、図５（ａ）のような状態となり結合ができる。このガイド手段１８は機構的に理にかなっているものであればどのような形態でも問題はない。

また、図示していないが、ガイド手段１８としては、非接触でロボット本体１を案内するようにすれば、充電用端子部３と充電用接点部５とがどの方向にずれているかがわかり、それと連動して可動させることができるため、より確実に結合ができるものである。すなわち、ロボット本体１の充電用端子部３の間から一筋の光を出し、光を受ける方は外部充電装置４の充電用接点部５に幅方向に長く受けられるように感知部を設ける。その感知部に光が入るとどちらにずれているかが解る。そのためロボット本体１が近づくに連動して充電用接点部５が移動し最適位置に行き結合するする。この誘導は光方式を用いたが、電波などでも問題はない。接触式よりはコスト高となるが構成が簡単なものとなる。

このように、本実施の形態では、充電用端子部３と充電用接点部５間にずれがあったとしてもガイド手段１８の案内と連動してずれを修正することができ、簡易、確実に結合ができるものである。

なお、ガイド手段１８はロボット本体１に設けて充電用端子部３を可動させるようにしても同様に行わせることができるものである。

（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４における自走式ロボットを示すものである。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態では、実施の形態３におけるガイド手段１８の端部にアーム状のロック手段１９を設けて、充電用端子部３と充電用接点部５との結合時にロボット本体１をロック手段１９で抱き込みその状態を保持するものである。

このように、本実施の形態では、ロック手段１９を有したことにより、充電中にユーザーが接触したりして充電用端子部３と充電用接点部５との結合が離れて充電ができなくなるということがなくなり、より確実に最後まで充電をすることができるものである。また、位置的には結合は行われているが、接触がうまくいっていない場合、例えば、ロボット本体１が何かに乗り上げた状態などで傾きがあった場合でも、このロック手段１９が確実に接触をサポートする働きをして充電を行うことができる。加えて、充電用端子部３と充電用接点部５とは接触圧が足りないと抵抗が変化したり、最悪火花が飛んだりするが、ロック手段１９は強力結合にも寄与するためそのような不具合は解消されるものである。

なお、上記実施の形態では、ロック手段１９がアーム状をしておりロボット本体１を抱き込むようにしたが、これに代えて、ロック手段１９を電磁石とし、充電用端子部３と充電用接点部５とを吸着保持する構成としてもよいものである。

（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５における自走式ロボットを示すものである。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態では、充電用接点部５に非結合時は閉じ結合時には開くカバー２０を設けたものである。カバー２０は充電用端子部３と充電用接点部５と結合時にロボット本体１の押す力で左右に押し開かれるよう２つの部材から構成し、内部にスプリングを設けていて離れると元の状態に戻るものであるが、この構成に限られるものではない。なお、カバー２０は充電用接点部５に設けることに代えて充電用端子部３に設けることもできるし、両者に設けることもできる。

このように、本実施の形態では、カバー２０を設けたので、充電用端子部３や充電用接点部５にごみや埃が付着することがなくなり、結合が確実に行われる。また、外部充電装置４の充電用接点部５にカバー２０を設ければ、幼児がスプーンなどの金属製のもので充電用接点部５を短絡させ感電などの事故が発生したり、充電用接点部５に金属製のものを放置した状態でロボット本体１が結合しようとして発火したりすることを確実に防止できる。

なお、各実施の形態１〜５で示した構成は、必要に応じて適宜組み合わせることができるものであり、各実施の形態で示した構成に限定されるものではない。

以上のように、本発明にかかる自走式ロボットは、ロボット本体の充電用端子部と外部充電装置の充電用接点部との結合が簡易、確実に行えるので、無人搬送車や自動床面掃除機あるいは監視ロボットなどに適用できるものである。

（ａ）本発明の実施の形態１における自走式ロボットの充電状態を示す平面図（ｂ）充電直前の状態を示す平面図 同自走式ロボットの内部構成を示す平面図 （ａ）同自走式ロボットの他の例における充電状態を示す平面図（ｂ）充電直前の状態を示す平面図 本発明の実施の形態２における自走式ロボットの充電状態を示す側面図 （ａ）本発明の実施の形態３における自走式ロボットの充電状態を示す平面図（ｂ）充電直前の状態を示す平面図 本発明の実施の形態４における自走式ロボットの充電状態を示す平面図 （ａ）本発明の実施の形態５における自走式ロボットの充電状態を示す側面図（ｂ）充電直前の状態を示す側面図

符号の説明

１ ロボット本体
２ 充電池
３ 充電用端子部
４ 外部充電装置
５ 充電用接点部
７、１７ 可動手段
１８ ガイド手段
１９ ロック手段
２０ カバー

Claims (6)

1. 充電可能な充電池と充電用端子部を有するロボット本体と、ロボット本体の充電用端子部が結合される充電用接点部を有し充電池を充電する外部充電装置とを備え、前記ロボット本体の充電用端子部と外部充電装置の充電用接点部は少なくともそのいずれかを可動可能として充電用端子部と充電用接点部とを結合する自走式ロボット。
2. 充電用端子部と充電用接点部との可動は、すべての方向に自由に可能とした請求項１に記載の自走式ロボット。
3. 充電用端子部と充電用接点部との可動は、ロボット本体を外部充電装置へ案内するガイド手段の案内と連動して行う請求項１または２に記載の自走式ロボット。
4. ガイド手段は、非接触でロボット本体を案内するようにした請求項３に記載の自走式ロボット。
5. 充電用端子部と充電用接点部との結合時にその状態を保持するロック手段を有した請求項１〜４のいずれか１項に記載の自走式ロボット。
6. 充電用端子部と充電用接点部との少なくともいずれか一方に両者の非結合時は閉じ結合時には開くカバーを設けた請求項１〜５のいずれか１項に記載の自走式ロボット。