JP2013168150A - 充電ステーションおよび充電システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成とし、且つ、製品コストの低減を実現しながらも、清掃ロボットを正確に、しかも速やかに誘導させる充電ステーションおよび充電システムを提供することを目的とする。
【解決手段】第一境界と第二境界を有し、第一境界が充電ステーションに対して垂直またはほぼ垂直となる第一赤外光線を発射するために用いられる赤外線発射器と、赤外線発射器に接続されるコントローラーとを備え、赤外線発射器は、第一赤外光線を発射し、清掃ロボットを第一境界に沿って充電ステーションに移動させ、コントローラーは、清掃ロボットが充電ステーションに接近すると判断した場合に、赤外線発射器を制御して第二赤外光線を発射させ、清掃ロボットに充電ステーションとの接続準備をするよう通知するものであることを特徴とする充電ステーションを提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、充電ステーションおよび充電システムに関するものであって、特に、清掃ロボットに用いる充電ステーションおよび充電システムに関するものである。

科学技術の進歩に伴い、電子製品の種類はますます多くなり、ロボット（ｒｏｂｏｔ）もそのうちの一種である。多くの移動可能なロボット裝置中、自動移動の機能を達成するため、ロボットは、通常、駆動裝置、検出器および移動コントローラーを有する。たとえば、清掃ロボットは一種の清掃裝置で、使用者による操作が不要で、自動で移動すると共に、床のほこりを吸いとることができる。

このような清掃ロボットは、自動で清掃作業を行うために必要な電力を供給する充電式のバッテリーが備えられ、バッテリー充電を行う際に外部充電装置（充電ステーション）を用いるのが一般的である。そのため、清掃ロボットを充電ステーションに帰還させてバッテリーの充電を実行するにあたっては、清掃ロボットの充電ステーションへの正確な誘導が求められる。

たとえば、特許文献１（特開２００２−３２５７０７号公報）には、複数の輪を駆動する駆動部と、外部環境を撮像できるように本体上に設置された少なくとも一つのカメラと、外部充電装置との結合位置を認識できるイメージを前記カメラにより撮像して保存し、前記カメラにより撮像できた現在イメージと記憶された充電装置結合位置イメージを比較しながら前記外部充電装置の結合位置を追跡して前記外部充電装置へ帰還する制御部とを含むロボット掃除機等に関して記載されている。

特開２００２−３２５７０７号公報

しかし、この特許文献１に記載されているロボット掃除機に用いる外部充電装置および外部充電システムでは、ロボット掃除機の外部充電装置への帰還をより正確に行うために、予め保存されたイメージと新たに撮像したイメージとの比較に高い分析能力が必要とされ、また、高精度な撮像が可能な撮像装置が必要となるため、ロボット掃除機に用いられる充電ステーションおよび外部充電システムの製品コストの増大を招いてしまう。また、この特許文献１に記載されているロボット掃除機に用いる外部充電装置および外部充電システムは、構成が複雑であるため、ロボット掃除機の制御動作に異常が生じた場合の原因探求および復旧作業が困難である。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成とし、且つ、製品コストの低減を実現しながらも、清掃ロボットを正確に、しかも速やかに誘導させる充電ステーションおよび充電システムを提供することを目的とする。

本発明に係る充電ステーション： 本発明に係る充電ステーションは、清掃ロボット用充電ステーションであって、第一境界と第二境界を有し、前記第一境界が前記充電ステーションに対して垂直またはほぼ垂直となる第一赤外光線を発射するために用いられる赤外線発射器と、前記赤外線発射器に接続されるコントローラーとを備え、前記赤外線発射器は、前記第一赤外光線を発射し、前記清掃ロボットを前記第一境界に沿って前記充電ステーションに移動させ、前記コントローラーは、前記清掃ロボットが前記充電ステーションに接近すると判断した場合に、前記赤外線発射器を制御して第二赤外光線を発射させ、前記清掃ロボットに充電ステーションとの接続準備をするよう通知するものであることを特徴とするものである。

本発明に係る充電ステーションは、無線信号を検出するのに用いる無線信号感知器を含み、前記無線信号感知器が前記無線信号を検出し、且つ、前記無線信号の強度が所定値より大きい場合に、前記無線信号感知器は、第一信号を前記コントローラーに発信し、前記コントローラーは、前記第一信号に基づいて、前記赤外線発射器を制御して、前記第二赤外光線を発射することが好ましい。

本発明に係る充電ステーションは、前記清掃ロボットが発する音響信号を受信するのに用いる音響信号受信器を含み、前記音響信号の強度が所定値より大きい場合に、前記音響信号受信器は、第一信号を前記コントローラーに発信し、前記コントローラーは、前記第一信号に基づいて、前記赤外線発射器を制御して、前記第二赤外光線を発射することが好ましい。

本発明に係る充電ステーションは、前記コントローラーを接続した赤外線受信器を含み、前記赤外線受信器が前記第一赤外光線を受信し、且つ、受信した第一赤外光線の強度が所定値より大きい場合に、前記赤外線受信器は、第一信号を前記コントローラーに発信し、前記コントローラーは、前記第一信号に基づいて、前記赤外線発射器を制御して、前記第二赤外光線を発射することが好ましい。

本発明に係る充電ステーションは、出力電圧を前記清掃ロボットに出力するのに用いる前記コントローラーに結合された電圧出力装置を含み、前記コントローラーは、前記清掃ロボットの識別情報に基づいて、前記出力電圧を調整することが好ましい。

本発明に係る充電ステーションは、前記清掃ロボットに電気的に接続された充電ポートを含み、前記充電ポートが前記清掃ロボットに電気的に接続される場合に、前記コントローラーは、トリガー信号を受信すると共に、前記電圧出力装置を制御して、清掃ロボットに充電を開始することが好ましい。

本発明に係る充電ステーションは、前記赤外線発射器の一側に設置された平行導光板を含み、前記赤外光線の前記第一境界が、前記充電ステーションに対して垂直となることが好ましい。

本発明に係る充電システム： 本発明に係る充電システムは、第一境界と第二境界とを有する赤外光線を発射するために用いられる赤外線発射器と、前記赤外線発射器を制御して前記赤外光線を発射させるコントローラーとを備えた充電ステーションと、前記赤外光線を検出するのに用いる光検出器を有する清掃ロボットとからなる清掃ロボット用充電システムであって、前記赤外線発射器は、前記充電ステーションに対して垂直またはほぼ垂直である第一境界を有する赤外光線を発射し、前記コントローラーは、前記赤外線発射器を制御し、前記清掃ロボットを前記第一境界に沿って前記充電ステーションに移動させる第一赤外光線または前記清掃ロボットに充電ステーションとの接続準備をするよう通知する第二赤外光線を前記赤外線発射器より発射させ、前記清掃ロボットは、前記光検出器が前記第一赤外光線を検出した場合に、前記第一境界に沿って前記充電ステーションに移動し、前記前記第二赤外光線を検出した場合に、前記清掃ロボットに充電ステーションとの接続準備をするよう通知することを特徴とするものである。

本発明に係る充電システムにおいて、前記充電ステーションは、前記清掃ロボットが発する無線信号を検出するのに用いる無線信号感知器を含み、前記無線信号感知器が前記無線信号を検出し、且つ、前記無線信号の強度が所定値より大きい場合に、前記無線信号感知器は、第一信号を前記コントローラーに発信し、前記コントローラーは、前記第一信号に基づいて、前記赤外線発射器を制御して、前記第二赤外光線を発射することが好ましい。

本発明に係る充電システムにおいて、前記充電ステーションは、前記清掃ロボットが発する音響信号を受信するのに用いる音響信号受信器を含み、前記音響信号の強度が所定値より大きい場合に、前記音響信号受信器は、第一信号を前記コントローラーに発信し、前記コントローラーは、前記第一信号に基づいて、前記赤外線発射器を制御して、前記第二赤外光線を発射することが好ましい。

本発明に係る充電システムにおいて、前記充電ステーションは、前記清掃ロボットが発する磁気信号を受信する磁気信号受信器を含み、前記磁気信号の強度が所定値より大きい場合に、前記磁気信号受信器は、第一信号を前記コントローラーに発信し、前記コントローラーは、前記第一信号に基づいて、前記赤外線発射器を制御して、前記第二赤外光線を発射することが好ましい。

本発明に係る充電システムにおいて、前記充電ステーションは、前記コントローラーに接続された赤外線受信器を含み、前記赤外線受信器が前記第一赤外光線を受信し、且つ、受信した第一赤外光線の強度が所定値より大きい場合に、前記赤外線受信器は、第一信号を前記コントローラーに発信し、前記コントローラーは、前記第一信号に基づいて、前記赤外線発射器を制御して、前記第二赤外光線を発射することが好ましい。

本発明に係る充電システムにおいて、前記充電ステーションは、前記コントローラーに接続されて出力電圧を前記清掃ロボットに出力する電圧出力装置を含み、前記コントローラーは、前記清掃ロボットの識別情報に基づいて、前記出力電圧を調整することが好ましい。

本発明に係る充電システムにおいて、前記充電ステーションは、前記清掃ロボットを電気的に接続した充電ポートを含み、前記充電ポートが前記清掃ロボットに電気的に接続する場合に、前記コントローラーは、トリガー信号を受信すると共に、前記電圧出力装置を制御して、前記清掃ロボットに充電を開始することが好ましい。

本発明に係る充電システムにおいて、前記充電ステーションは、前記清掃ロボットに電気的に接続された充電ポートを含み、前記充電ポートが前記清掃ロボットに電気的に接続される場合に、前記コントローラーは、トリガー信号を受信すると共に、前記電圧出力装置を制御して、前記清掃ロボット進行に充電を開始し、前記充電ステーションは、ネットワークに接続して、ネットワークデータを送受信すると共に、前記ネットワークデータを前記清掃ロボットに伝送することが好ましい。

本発明に係る充電システムにおいて、前記充電ステーションは、前記赤外線発射器の一側に設置された平行導光板を含み、前記赤外光線の前記第一境界を前記充電ステーションに対してほぼ垂直にすることが好ましい。

本発明に係る充電システムにおいて、前記清掃ロボットが前記充電ステーションの充電ポートに電気的に接続される場合に、前記清掃ロボットは、識別情報を前記コントローラーに伝送することが好ましい。

本発明に係る充電システムにおいて、前記清掃ロボットが前記充電ステーションの充電ポートに電気的に接続される場合に、前記清掃ロボットは、識別情報を前記コントローラーに伝送し、前記充電システムが非接触式充電裝置である場合に、前記識別情報に基づいて、ハンドシェイクネットワークデータを送受信し、無線充電を実行することができることが好ましい。

本発明に係る充電ステーションおよび充電システムによれば、簡易な構成とし、且つ、製品コストの低減を実現しながらも、清掃ロボットを正確に、しかも速やかに充電ステーションに移動させて充電を行うことができる。このほか、本発明に係る充電ステーションは、異なる形態の無線信号送受信装置と組み合わせて清掃ロボットと通信することができ、使用者がネットワークにより制御信号とデータを中継の充電ステーションに伝送し、充電ステーションにより各種無線形式の信号が清掃ロボットに伝達されて、清掃ロボットの運転を制御することができる。

本発明に係る清掃ロボットと仮想壁の実施形態を示す図である。 本発明に係る清掃ロボットと充電ステーションの実施形態を示す図である。 本発明に係る充電ステーションの赤外線発射器の実施形態を示す図である。 本発明に係る充電ステーションの赤外線発射器の別の実施形態を示す図である。 本発明に係る充電ステーションの実施形態を示す図である。 本発明に係る充電ステーションの赤外線発射器の別の実施形態を示す図である。 本発明に係る充電ステーションの作動方法のフローチャートである。 本発明に係る充電ステーションの機能ブロック図である。

図１は、本発明に係る清掃ロボットと仮想壁の実施形態を示す図である。仮想壁１２は光線１５を発して、清掃ロボット１１が進入できない制限領域を表示する。清掃ロボット１１は、リブ（ｒｉｂ）１４を有する非全方向光検出器１３を含む。リブ１４は、非全方向光検出器１３の表面を被覆すると共に、非透光領域を形成し、非透光領域は、非全方向光検出器１３に、光線を受信することができない所定角度を持たせ、所定角度の範囲は、約３０度から９０度である。

リブ１４は、非全方向光検出器１３の表面に固定されるか、または、別の回転可能な装置に固定され、リブ１４は、非全方向光検出器１３の表面に沿って、３６０度回転する。本実施形態において、非全方向は、単なる一機能上の描写であって、非全方向光検出器１３が、リブ１４のために、一定の領域は光線を検出できないことを説明する。

よって、非全方向光検出器１３は二種の方式で実現される。非全方向光検出器１３の第一実現方式は、全方向光検出器とリブ１４は、直接組み合わせ、リブ１４は、全方向光検出器の表面上の固定位置に固定される。続いて、非全方向光検出器１３は、直接モーター駆動により回転するように設計されるか、または、非全方向光検出器１３は、プラットホーム上に設置されて、プラットホームがモーターにより回転するように設計され、非全方向光検出器１３を回転させる目的を達成する。このような方式により、非全方向光検出器１３が光線１５を検出する時、非全方向光検出器１３を回転させることにより、光線１５の入射角度を検出することができる。

非全方向光検出器１３の第二実現方式は、マスクキット（ｍａｓｋ ｋｉｔ）を全方向光検出器の外側に設置し、且つ、マスクキットは回転可能であるが、全方向光検出器は回転できない。マスクキットはモーターの駆動により回転する。非全方向光検出器１３が光線１５を検出する時、マスクキットを回転させることにより、光線１５の入射角度を検出することができ、清掃ロボット内のコントローラーは、入射角度に基づいて、清掃ロボットが、仮想壁に移動、または、仮想壁から遠く移動するように制御する。

図２は、本発明に係る清掃ロボットと充電ステーションの実施形態を示す図である。充電ステーション２１は赤外線発射器を有し、赤外光線２５を発射する。赤外光線２５は、第一符号フォーマットか第一変調フォーマットを含む。赤外光線２５は、第一境界ｂ１と第二境界ｂ２を有し、第一境界ｂ１は充電ステーション２１に対して垂直かほぼ垂直である。本実施形態において、充電ステーション２１は、清掃ロボットが第一境界ｂ１に沿って、充電ステーションに帰還するのを誘導し、充電を実行する。

赤外光線２５は、符号化された赤外線信号であり、充電ステーション２１に関する相関情報、たとえば、充電ステーション２１の識別コードを含むことができる。一実施形態において、赤外光線２５が含む情報中、一つの第一ビットのデータは、赤外光線２５の第一境界ｂ１または第二境界ｂ２が、充電ステーション２１に対して垂直であることを示す。つまり、第一ビットは、清掃ロボット２２が、第一境界ｂ１または第二境界ｂ２に沿って、充電ステーションに帰還することを示す。

清掃ロボット２２は、赤外光線２５が含む情報から、第一境界ｂ１か第二境界ｂ２に沿って、充電ステーションに帰還すべきかを知るので、よって、第一境界ｂ１は、充電ステーション２１に対して垂直でなくてもよい。別の実施形態において、第一境界ｂ１は充電ステーション２１に対して挟角をなし、挟角は１０度より小さい。

たとえば、赤外光線２５の左側（第一境界ｂ１）が充電ステーション２１に対して垂直である場合、または、第一境界ｂ１が、清掃ロボットを充電ステーションに帰還するのを誘導するように設定される場合には、前記第一ビットは１に設定される。赤外光線２５の右側（第二境界ｂ２）が充電ステーション２１に垂直である場合、または、第二境界ｂ２が、清掃ロボットが充電ステーションに帰還するのを誘導するように設定される場合には、このビットは０に設定される。本実施形態において、第一境界ｂ１は充電ステーション２１に対してほぼ垂直であるため、第一ビットは１に設定される。

清掃ロボット２２が前に移動し続ける時、非全向式光検出器２３は、赤外光線２５を検出する。清掃ロボット２２内のコントローラーは、赤外光線２５に復号を実行し、第一ビットの値が１であることを知る。続いて、非全向式光検出器２３が回転し、リブ２４のサポートにより、充電ステーション２１が清掃ロボット２２の左方に位置することを知る。

清掃ロボット内のコントローラーが第一ビットの値と充電ステーション２１の位置に基づいて、清掃ロボット２２が、第二境界ｂ２から第一境界ｂ１の方向に移動すべきことを知ると、清掃ロボット２２は、第一境界ｂ１に沿って充電ステーションに帰還する。よって、非全向式光検出器２３が赤外光線２５を検出しない場合には、清掃ロボット２２が第一境界ｂ１から離れ、清掃ロボットが反時計回りで回転し、また、非全向式光検出器２３が赤外光線２５を検出する場合には、清掃ロボットが回転を停止する。

非全向式光検出器２３が赤外光線２５を検出する場合には、リブ２４は非全向式光検出器２３の前面に設置されて、非全向式光検出器２３が充電ステーション２１の発する光線を検出できなくする。これにより、清掃ロボット２２が充電ステーション２１に接近する前、非全向式光検出器２３が赤外光線２５を検出しない場合には、清掃ロボット２２が、第一境界ｂ１に沿って、真っ直ぐに、充電ステーション２１に帰還するのを保証することができる。

非全向式光検出器２３が充電ステーション２１に帰還する途中で、赤外光線２５を検出する場合には、清掃ロボット２２は移動を停止すると共に、非全向式光検出器２３を利用して、再度、清掃ロボット２２の移動方向に校正を行う。

清掃ロボット２２と充電ステーション２１の距離が所定値より小さい時、清掃ロボット２２前端の衝突センサーは、停止信号を清掃ロボット２２のコントローラーに発信する。衝突センサーは清掃ロボット２２の前端に設置されて、清掃ロボット２２の前方に障害物があるか検出する。衝突センサーが障害物を検出した場合、清掃ロボット２２は、まず、障害物が充電ステーション２１なのか判断する。その場合、清掃ロボット２２は前進を停止すると共に、別の方向に転換して前進を継続する。清掃ロボット２２が、障害物が充電ステーション２１でないと判断する場合、清掃ロボット２２は、まず障害物を回避し、続いて、元の移動経路に戻る。

本実施形態において、充電ステーション２１は無線信号感知裝置を設置して、清掃ロボット２２の衝突センサーが発する無線信号を感知する。充電ステーション２１内のコントローラーが、無線信号の強度が第一所定値より大きいと判断する場合には、充電ステーション２１は、赤外光線２５の符号モードを第二符号モードに変更するか、または、赤外光線２５の変調モードを第二変調モードに変更する。つまり、充電ステーション２１は、少なくとも二つの異なるタイプの符号または変調の赤外光信号を発信することができる。よって、清掃ロボット２２が、非全向式光検出器２３が検出した赤外光信号を、第二符号モードまたは第二変調モードであると判断する場合は、清掃ロボット２２前方の障害物が充電ステーションであることを示す。

別の実施形態において、赤外光線４５が含む情報中、一つの第二ビットのデータは、清掃ロボット２２が充電ステーション２１に接近することを通知するのに用いられる。たとえば、第二ビットの値が０の場合には、清掃ロボットがまだ充電ステーション２１に接近してないことを示す。第二ビットの値が１の場合には、清掃ロボットが充電ステーション２１から近いことを示す。よって、清掃ロボット２２は、検出した赤外光線２５の復号を実行すると共に、第二ビットのロジックレベルを検出することにより、清掃ロボット２２の前方が障害物なのか充電ステーション２１なのかを判断する。

別の実施形態において、清掃ロボット２２が充電ステーション２１に接近する時、充電ステーション２１は、無線信号を清掃ロボット２２の受信器に発信して、清掃ロボット２２は、清掃ロボット２２が充電ステーション２１に非常に接近していることを知る。別の実施形態において、清掃ロボット２２と充電ステーション２１上に装着される近距離無線通信（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＮＦＣ）裝置を利用して、同じ目的を達成することができる。清掃ロボット２２上のＮＦＣ裝置が、充電ステーション２１上のＮＦＣ裝置から伝送されるデータや信号を受信する時、これは、清掃ロボット２２と充電ステーション２１が非常に接近していて、且つ、清掃ロボット２２が充電ステーションに帰還し、充電しなければいけないことを示す。一般に、近距離無線通信の感知距離は約２０ｃｍである。

図３は、本発明に係る充電ステーションの赤外線発射器の実施形態を示す図である。充電ステーション３１は赤外線発射器３２を含み、赤外線発射器３２の設置時、θ角で偏移して、赤外線発射器３２が発する赤外光線の第一境界ｂ１が、充電ステーション３１に対してほぼ垂直になる。本実施形態において、赤外線発射器３２が発する赤外光線は散乱角２θを有し、よって、赤外線発射器３２をθ角偏移する方式により、赤外光線の第一境界ｂ１を充電ステーション３１に対して垂直にする。赤外光線の第二境界ｂ２は、充電ステーション３１に対して２θの挟角をなす。

図２において、赤外光線の第一境界ｂ１が充電ステーション３１に対して垂直である場合、充電ステーションは、清掃ロボットを、第一境界ｂ１に沿って充電ステーションに帰還するよう誘導する。同様に、図１における仮想壁１２も、光線１５の境界を仮想壁１２に対して垂直にすることができ、この境界により、清掃ロボットが仮想壁１２に接近したり離れたりするように誘導する。

図４は、本発明に係る充電ステーションの赤外線発射器の別の実施形態を示す図である。充電ステーション３３は、赤外線発射器３４と平行導光板３５を含む。平行導光板３５は、赤外線発射器３４の前端に設置される。本実施形態において、平行導光板３５は、赤外線発射器３４の前端の半分だけを占領する。平行導光板３５は、受信した光線を平行光線に転換するのに用いられ、よって、第一境界ｂ１は、平行導光板３５に対してほぼ垂直になる。第二境界ｂ２は、充電ステーション３３に対して挟角θをなす。

図３および図４に示される充電ステーションにおいて、赤外線発射器が発射する光線は、その他のメッセージも含み、清掃ロボットに、第一境界ｂ１または第二境界ｂ２に沿って充電ステーションに帰還しなければいけないことを通知するのに用いられる。よって、図３および図４において、第一境界ｂ１は充電ステーションに対して垂直となるように示されているが、第一境界ｂ１が充電ステーションに対して所定の角度を持たせることもでき、この角度の範囲はプラスマイナス１０度以下である。

図５は、本発明に係る充電ステーションの実施形態を示す図である。充電ステーション４１は、赤外線発射器４２および無線信号受信器４３を含む。赤外線発射器４２は、第一符号や第一変調を有する赤外線信号を発射して、清掃ロボットが充電ステーション４１に帰還して充電するのを誘導し、無線信号受信器４３は、赤外線受信器または音響信号受信器である。一実施形態において、清掃ロボットの前端は反射レンズを設置し、よって、清掃ロボットが充電ステーション４１に接近する時、反射レンズは、赤外線発射器４２が発する赤外線信号を無線信号受信器４３に反射する。充電ステーション４１内のコントローラーは、無線信号受信器４３が受信する信号が、赤外線発射器４２が発する赤外線信号であるかを検出、または判断する。それが赤外線信号で、且つ、受信した信号強度が所定値より大きい場合、清掃ロボットが既に充電ステーション４１に接近していることを示す。

別の実施形態において、清掃ロボットは第一赤外線発射器を設置し、第一赤外線信号を発射するのに用いられ、第一赤外線信号は、清掃ロボットに関する情報、たとえば、清掃ロボットの型番および清掃ロボットの充電電圧を含む。無線信号受信器４３が第一赤外線信号を受信し、且つ、前記第一赤外線信号の強度が所定値より大きい時、清掃ロボットが充電ステーション４１に接近することを示す。赤外線発射器４２は、第二符号や第二変調を有する赤外線信号を発射する。清掃ロボットが赤外線信号を受信後、清掃ロボットは、既に充電ステーションに接近していることを知り、充電ステーションに帰還する準備を行う。

別の実施形態において、無線信号受信器４３は音響信号受信器であり、清掃ロボットの前端には超音波発射器を設置する。無線信号受信器４３が、清掃ロボットが発する超音波信号を受信し、且つ、超音波信号の強度が所定値より大きい時、清掃ロボットが充電ステーション４１に接近することを示す。赤外線発射器４２は、第二符号または第二変調を含む赤外線信号を発射する。清掃ロボットが赤外線信号を受信後、清掃ロボットは既に充電ステーションに接近していることを知り、充電ステーションに帰還する準備を行う。

別の実施形態において、無線信号受信器４３は磁気信号受信器で、且つ、清掃ロボットは、磁気信号発射器を設置している。磁気信号受信器は、磁気信号発射器が発する磁気信号を受信し、磁気信号の強度が所定値より大きい時、清掃ロボットが充電ステーション４１に接近することを示す。赤外線発射器４２は、第二符号または第二変調を含む赤外線信号を発射する。清掃ロボットが赤外線信号を受信後、清掃ロボットは、既に充電ステーションに接近していることを知り、充電ステーションに帰還する準備を行う。

本実施形態において、赤外線発射器４２は、第一符号か第一変調を有する赤外線信号を発射して、清掃ロボットが充電ステーション４１に帰還するのを誘導する。清掃ロボットと充電ステーション４１の間の距離が所定距離、たとえば３０ｃｍより小さい時、赤外線発射器４２は、第一符号か第一変調を含む赤外線信号を発射して、清掃ロボットに、充電ステーションに帰還する準備を行わせる。

図６は、本発明に係る充電ステーションの赤外線発射器の別の実施形態を示す図である。充電ステーション５１は、第一赤外線発射器５２、第二赤外線発射器５３および無線信号送受信装置５４を含む。第一赤外線発射器５２は第一赤外光線５６を発射し、第一赤外光線５６の境界ｂ３は充電ステーション５１に対してほぼ垂直となる。第二赤外線発射器５３は第二赤外光線５５を発射し、第二赤外光線５５の境界ｂ２は充電ステーション５１に対してほぼ垂直となる。第一赤外光線５６と第二赤外光線５５は、第一符号の赤外線信号を含む。

本実施形態において、境界ｂ３および境界ｂ２は、充電ステーション５１に対して垂直である。しかし、境界ｂ３および境界ｂ２は、充電ステーション５１に対して垂直でなくてもよく、充電ステーションのコントローラーは、第一赤外光線５６と第二赤外光線５５により、情報を清掃ロボットに伝送して、清掃ロボットが、境界ｂ２と境界ｂ３の間の領域内で、充電ステーション５１に移動できるようにする。つまり、第一符号の赤外線信号は、境界ｂ２と境界ｂ３の情報を含む。

清掃ロボットは光検出器を有し、第一赤外光線５６と第二赤外光線５５を検出するのに用いられ、充電ステーション５１は、清掃ロボットが、境界ｂ２と境界ｂ３の間の領域内で、充電ステーション５１に帰還するよう誘導する。無線信号送受信装置５４が無線信号を発し、清掃ロボットが接近した時、清掃ロボットは、無線信号を無線信号送受信装置５４に反射する。よって、無線信号送受信装置５４が、反射した無線信号の強度が所定値より大きいと判断する時は、清掃ロボットが既に充電ステーションに接近していることを示す。このとき、第一赤外線発射器５２は、第二符号を有する第一赤外光線５６を発射し、且つ、第二赤外線発射器５３は、第二符号を有する第二赤外光線５５を発射して、清掃ロボットに、清掃ロボットが充電ステーションに接近していることを通知する。

別の実施形態において、無線信号送受信装置５４は赤外線受信器である。清掃ロボットは第三赤外線発射器を設置して、第三赤外線信号を発射するのに用いられ、第三赤外線信号は、清掃ロボットに関する情報、たとえば、清掃ロボットの型番および清掃ロボットの充電電圧を含む。無線信号送受信装置５４が第三赤外線信号を受信し、且つ、第三赤外線信号の強度が所定値より大きい時、清掃ロボットが充電ステーション５１に接近することを示す。このとき、第一赤外線発射器５２は、第二符号を有する第一赤外光線５６を発射し、且つ、第二赤外線発射器５３は、第二符号を有する第二赤外光線５５を発射して、清掃ロボットが充電ステーション５１に接近しており、充電ステーションに帰還する準備を行うよう通知する。

別の実施形態において、清掃ロボットは磁気信号発射器を設置して、充電ステーション５１上に磁気信号受信器を設置し、または、無線信号送受信装置５４を磁気信号受信器とする。磁気信号受信器は、磁気信号発射器が発する磁気信号を受信するのに用いられ、磁気信号の強度が所定値より大きい場合には、第一赤外線発射器５２は、第二符号を有する第一赤外光線５６を発射し、また、第二赤外線発射器５３は、第二符号を有する第二赤外光線５５を発射して、清掃ロボットに、清掃ロボットが充電ステーション５１に接近しており、充電ステーションに帰還する準備を行うよう通知する。

図７は、本発明に係る充電ステーションの作動方法のフローチャートである。工程Ｓ６１において、充電ステーションの赤外線発射器は、第一符号を有する赤外光線を発射し、赤外光線は、第一境界と第二境界を有し、第一境界が充電ステーションに対してほぼ垂直となる。充電ステーションは、清掃ロボットが、第一境界に沿って充電ステーションに帰還するよう誘導する。

工程Ｓ６２において、充電ステーションのコントローラーは、清掃ロボットが充電ステーションに接近しているか判断する。ここで、清掃ロボットが充電ステーションに接近していない場合、工程Ｓ６２を継続して実行する。また、清掃ロボットが充電ステーションに接近している場合、工程Ｓ６３を実行する。工程Ｓ６３において、充電ステーションの赤外線発射器は、第二符号を含む赤外光線を発射して、清掃ロボットに、清掃ロボットが充電ステーションに接近しており、充電ステーションに帰還する準備を行うよう通知する。

工程Ｓ６４において、充電ステーションのコントローラーは、清掃ロボットが充電ステーションの充電ポートと接続されたか判断する。ここで、清掃ロボットが充電ステーションの充電ポートと接続されている場合、工程Ｓ６５を実行し、充電ステーションは清掃ロボットに対し充電を開始する。また、清掃ロボットが充電ステーションの充電ポートと接続されていない場合、充電ステーションのコントローラーは、充電ステーションの充電部の状態を続けて監視して、清掃ロボットが充電ステーションの充電ポートと接続されたか判断をする。

図８は、本発明に係る充電ステーションの機能ブロック図である。充電ステーション７１は、赤外線発射器７２、無線信号受信器７３、コントローラー７４、電圧出力装置７５および充電ポート７６を含む。赤外線発射器７２は、コントローラー７４の制御を受け、第一符号を含む第一赤外光線を発し、第一赤外光線は、第一境界および第二境界を有し、第一境界は、充電ステーションに対して垂直またはほぼ垂直となる。充電ポート７６はコントローラー７４に結合され、清掃ロボットと充電ポート７６とが電気的に接続する場合には、充電ポート７６は、トリガー信号をコントローラー７４に伝送し、コントローラーは、電圧出力装置を制御して、前記清掃ロボットに充電を実行する。この充電裝置は、ネットワークに接続して、ネットワークデータを送受信すると共に、データを清掃ロボットに伝送する。充電ステーション７１は、有線か無線方式でネットワークに接続され、ネットワークデータを送受信すると共に、ネットワークデータを清掃ロボットに伝送する。一実施形態において、ネットワークデータは、ユーザーによりハンドヘルド装置によって伝送されて、清掃ロボットの動作を制御する。

一実施形態において、無線信号受信器７３は赤外線受信器である。清掃ロボットは第三赤外線発射器を設置して、第三赤外線信号を発射するのに用いられ、第三赤外線信号は、清掃ロボットに関する情報、たとえば、清掃ロボットの型番および清掃ロボットの充電電圧を含む。無線信号受信器７３が第三赤外線信号を受信し、第三赤外線信号の強度が所定値より大きい場合には、清掃ロボットが充電ステーションに接近することを示す。無線信号受信器７３は、第一信号を発信して、コントローラー７４に通知する。このとき、コントローラー７４は、赤外線発射器７２が、第二符号を有する第一赤外光線を発射するのを制御して、清掃ロボットに、清掃ロボットが充電ステーションに接近しており、充電ステーションに帰還する準備を行うよう通知する。

別の実施形態において、無線信号受信器７３は音響信号受信器であり、清掃ロボットの前端には超音波発射器を設置する。無線信号受信器７３が、清掃ロボットが発する超音波信号を受信し、この受信した超音波信号の強度が所定値より大きい場合には、清掃ロボットが充電ステーション７１に接近することを示す。無線信号受信器７３は第一信号を発して、コントローラー７４に通知する。コントローラー７４は、赤外線発射器７２が、第二符号を有する第一赤外線信号を発射するのを制御する。清掃ロボットが第一赤外線信号を受信後、清掃ロボットは、充電ステーションに接近したことを知り、充電ステーションに帰還する準備を行う。

清掃ロボットが充電ステーションに帰還し、充電ポート７６と電気的に接続された後、コントローラー７４は、清掃ロボットの充電電圧に基づいて、電圧出力装置７５が、充電電圧を充電ポート７６に出力するのを制御して、清掃ロボットに充電を実行する。一実施形態において、充電ステーション７１は、非接触式充電方式により清掃ロボットと電気的に接続すると共に、清掃ロボットに充電を実行する。別の実施形態において、コントローラー７４は、清掃ロボットの識別情報に基づいて、電圧出力装置７５の出力電圧と出力電流を調整して、電圧出力装置７５が、清掃ロボットに充電を実行する。

別の実施形態において、清掃ロボットと充電ポート７６が電気的に接続後、清掃ロボットは、充電ポート７６により、識別情報をコントローラー７４に伝送する。このほか、清掃ロボットは、このとき、清掃ロボットの電力状況をコントローラー７４に伝送して、コントローラー７４に、対応する充電モード、たとえば、快速充電モードと一般充電モードを決定させる。快速充電モードは、電圧出力装置７５が大電流を出力して、清掃ロボットに充電を実行することである。一般充電モードは、電圧出力装置７５が定電圧で、清掃ロボットに充電を実行することである。

以上、本発明では好ましい実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

本発明に係る充電ステーションおよび充電システムにより、簡易な構成とし、且つ、製品コストの低減を実現しながらも、清掃ロボットを正確に、しかも速やかに充電ステーションに誘導させて充電を行うことができる。

１１、２２、４２、７２…清掃ロボット
１２…仮想壁
１３、２３…非全向式光検出器
１４、２４…リブ
１５…光線
２１、３１、３３、４１、５１…充電ステーション
３２、３４、４２…赤外線発射器
ｂ１…第一境界
ｂ２…第二境界
３５…平行導光板
４３…無線信号受信器
５２…第一赤外線発射器
５３…第二赤外線発射器
５４…無線信号送受信装置
５５…第一赤外光線
５６…第二赤外光線
７２…赤外線発射器
７３…無線信号受信器
７４…コントローラー
７５…電圧出力装置
７６…充電ポート

Claims (18)

1. 清掃ロボット用充電ステーションであって、
   第一境界と第二境界を有し、前記第一境界が前記充電ステーションに対して垂直またはほぼ垂直となる第一赤外光線を発射するために用いられる赤外線発射器と、前記赤外線発射器に接続されるコントローラーとを備え、
   前記赤外線発射器は、前記第一赤外光線を発射し、前記清掃ロボットを前記第一境界に沿って前記充電ステーションに移動させ、
   前記コントローラーは、前記清掃ロボットが前記充電ステーションに接近すると判断した場合に、前記赤外線発射器を制御して第二赤外光線を発射させ、前記清掃ロボットに充電ステーションとの接続準備をするよう通知するものであることを特徴とする充電ステーション。
2. 無線信号を検出するのに用いる無線信号感知器を含み、
   前記無線信号感知器が前記無線信号を検出し、且つ、前記無線信号の強度が所定値より大きい場合に、前記無線信号感知器は、第一信号を前記コントローラーに発信し、
   前記コントローラーは、前記第一信号に基づいて、前記赤外線発射器を制御して、前記第二赤外光線を発射する請求項１に記載の充電ステーション。
3. 前記清掃ロボットが発する音響信号を受信するのに用いる音響信号受信器を含み、
   前記音響信号の強度が所定値より大きい場合に、
   前記音響信号受信器は、第一信号を前記コントローラーに発信し、
   前記コントローラーは、前記第一信号に基づいて、前記赤外線発射器を制御して、前記第二赤外光線を発射する請求項１に記載の充電ステーション。
4. 前記コントローラーを接続した赤外線受信器を含み、
   前記赤外線受信器が前記第一赤外光線を受信し、且つ、受信した第一赤外光線の強度が所定値より大きい場合に、
   前記赤外線受信器は、第一信号を前記コントローラーに発し、
   前記コントローラーは、前記第一信号に基づいて、前記赤外線発射器を制御して、前記第二赤外光線を発射する請求項１に記載の充電ステーション。
5. 出力電圧を前記清掃ロボットに出力するのに用いる前記コントローラーに結合された電圧出力装置を含み、
   前記コントローラーは、前記清掃ロボットの識別情報に基づいて、前記出力電圧を調整する請求項１に記載の充電ステーション。
6. 前記清掃ロボットに電気的に接続された充電ポートを含み、
   前記充電ポートが前記清掃ロボットに電気的に接続される場合に、前記コントローラーは、トリガー信号を受信すると共に、前記電圧出力装置を制御して、清掃ロボットに充電を開始する請求項５に記載の充電ステーション。
7. 前記赤外線発射器の一側に設置された平行導光板を含み、
   前記赤外光線の前記第一境界が、前記充電ステーションに対して垂直となる請求項１に記載の充電ステーション。
8. 第一境界と第二境界とを有する赤外光線を発射するために用いられる赤外線発射器と、前記赤外線発射器を制御して前記赤外光線を発射させるコントローラーとを備えた充電ステーションと、前記赤外光線を検出するのに用いる光検出器を有する清掃ロボットとからなる清掃ロボット用充電システムであって、
   前記赤外線発射器は、前記充電ステーションに対して垂直またはほぼ垂直である第一境界を有する赤外光線を発射し、
   前記コントローラーは、前記赤外線発射器を制御し、前記清掃ロボットを前記第一境界に沿って前記充電ステーションに移動させる第一赤外光線または前記清掃ロボットに充電ステーションとの接続準備をするよう通知する第二赤外光線を前記赤外線発射器より発射させ、
   前記清掃ロボットは、前記光検出器が前記第一赤外光線を検出した場合に、前記第一境界に沿って前記充電ステーションに移動し、前記前記第二赤外光線を検出した場合に、前記清掃ロボットに充電ステーションとの接続準備をするよう通知することを特徴とする充電システム。
9. 前記充電ステーションは、前記清掃ロボットが発する無線信号を検出するのに用いる無線信号感知器を含み、
   前記無線信号感知器が前記無線信号を検出し、且つ、前記無線信号の強度が所定値より大きい場合に、
   前記無線信号感知器は、第一信号を前記コントローラーに発信し、
   前記コントローラーは、前記第一信号に基づいて、前記赤外線発射器を制御して、前記第二赤外光線を発射する請求項８に記載の充電システム。
10. 前記充電ステーションは、前記清掃ロボットが発する音響信号を受信するのに用いる音響信号受信器を含み、
    前記音響信号の強度が所定値より大きい場合に、
    前記音響信号受信器は、第一信号を前記コントローラーに発信し、
    前記コントローラーは、前記第一信号に基づいて、前記赤外線発射器を制御して、前記第二赤外光線を発射する請求項８に記載の充電システム。
11. 前記充電ステーションは、前記清掃ロボットが発する磁気信号を受信する磁気信号受信器を含み、
    前記磁気信号の強度が所定値より大きい場合に、
    前記磁気信号受信器は、第一信号を前記コントローラーに発し、
    前記コントローラーは、前記第一信号に基づいて、前記赤外線発射器を制御して、前記第二赤外光線を発射する請求項８に記載の充電システム。
12. 前記充電ステーションは、前記コントローラーに接続された赤外線受信器を含み、
    前記赤外線受信器が前記第一赤外光線を受信し、且つ、受信した第一赤外光線の強度が所定値より大きい場合に、
    前記赤外線受信器は、第一信号を前記コントローラーに発信し、
    前記コントローラーは、前記第一信号に基づいて、前記赤外線発射器を制御して、前記第二赤外光線を発射する請求項８に記載の充電システム。
13. 前記充電ステーションは、前記コントローラーに接続されて出力電圧を前記清掃ロボットに出力する電圧出力装置を含み、
    前記コントローラーは、前記清掃ロボットの識別情報に基づいて、前記出力電圧を調整する請求項８に記載の充電システム。
14. 前記充電ステーションは、前記清掃ロボットを電気的に接続した充電ポートを含み、
    前記充電ポートが前記清掃ロボットに電気的に接続する場合に、
    前記コントローラーは、トリガー信号を受信すると共に、前記電圧出力装置を制御して、前記清掃ロボットに充電を開始する請求項１３に記載の充電システム。
15. 前記充電ステーションは、前記清掃ロボットに電気的に接続された充電ポートを含み、 前記充電ポートが前記清掃ロボットに電気的に接続される場合に、
    前記コントローラーは、トリガー信号を受信すると共に、前記電圧出力装置を制御して、前記清掃ロボットに充電を開始し、
    前記充電ステーションは、ネットワークに接続して、ネットワークデータを送受信すると共に、前記ネットワークデータを前記清掃ロボットに伝送する請求項１４に記載の充電システム。
16. 前記充電ステーションは、前記赤外線発射器の一側に設置された平行導光板を含み、前記赤外光線の前記第一境界を前記充電ステーションに対してほぼ垂直にする請求項８に記載の充電システム。
17. 前記清掃ロボットが前記充電ステーションの充電ポートに電気的に接続される場合に、前記清掃ロボットは、識別情報を前記コントローラーに伝送する請求項８に記載の充電システム。
18. 前記清掃ロボットが前記充電ステーションの充電ポートに電気的に接続される場合に、前記清掃ロボットは、識別情報を前記コントローラーに伝送し、
    前記充電システムが非接触式充電裝置である場合に、前記識別情報に基づいて、無線充電とハンドシェイクネットワークデータのやりとりを行うことができる請求項１７に記載の充電システム。

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