JP4893887B2

JP4893887B2 - 充電装置

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Publication number: JP4893887B2
Application number: JP2007095979A
Authority: JP
Inventors: 聡金子; 幸治岡崎; 教男根木; 博行牧野; 隆司中山; 維昭室町
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2007-04-02
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2027-04-02
Also published as: EP2052819B1; US7642745B2; EP2052819A1; DE602008002199D1; JP2008254079A; US20080238365A1

Description

本発明はロボットに搭載されているバッテリを充電する装置に関する。

基体から延設された複数の脚部の動作が制御システムによって制御されることにより、当該複数の脚部で立った状態で静止かつ移動可能なロボットに搭載されているバッテリを充電する装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。当該充電装置によれば、充電装置側の第１コネクタと、ロボット側の第２コネクタとが接続された状態で、充電用電源からの出力電流が接続状態にある当該２つのコネクタを介してバッテリに供給されることにより、当該バッテリが充電される。
特開平０６−０３１６６８号公報

しかし、第１および第２コネクタを接続状態から分離状態に切り替えるためにロボットが静止したまま第１コネクタが動かされる場合、当該ロボットに力が作用してその姿勢が不安定になる可能性が生じる。

そこで、本発明は、ロボットがその複数の脚部により立った状態で安定に静止した状態を維持しながら、当該ロボットに搭載されているバッテリを充電することができる装置を提供することを解決課題とする。

本発明は、基体から延設された複数の脚部の動作が制御システムによって制御されることにより、前記複数の脚部で立った状態で静止かつ移動可能なロボットに搭載されているバッテリを充電する装置であって、充電用電源と、第１コネクタと、前記第１コネクタを駆動するコネクタ駆動機構と、前記コネクタ駆動機構の動作を制御する充電制御部とを備え、前記第１コネクタには第１充電用端子及び第１信号用端子が設けられ、前記基体には前記第１コネクタと接続される第２コネクタが設けられ、前記第２コネクタには第２充電用端子及び第２信号用端子が設けられ、前記第１及び第２コネクタの接続状態において、前記第１及び第２充電用端子が接続され、かつ、前記第１及び第２信号用端子が接続される一方、前記第１及び第２コネクタの分離状態において、前記第１及び第２充電用端子が分離され、かつ、前記第１及び第２信号用端子が分離され、前記充電制御部が、前記第１及び第２コネクタの分離状態にあるとき前記ロボットが前記複数の脚部で立ったまま所定位置に所定姿勢で静止している状況を確認したことを要件として、前記第１及び第２コネクタを接続状態にするため、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタを前進駆動させ、前記制御システムと前記第１及び第２信号用端子を介して通信することにより前記第１及び第２コネクタが接続状態にあることを確認したことを要件として、前記充電用電源からの出力電流により前記第１及び第２充電用端子を介して前記バッテリを充電し、前記第１及び第２コネクタを接続状態から分離状態にするため、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタを後退駆動させ、前記第１コネクタが後退駆動されている途中で前記第１及び第２信号用端子を介して前記制御システムと通信可能であることを要件として前記第１コネクタの後退駆動量を制限する装置に関する。

前記課題を解決するための第１発明の充電装置は、前記充電制御部が前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタを後退駆動させるとき、前記ロボットが有する傾斜センサから出力される角度信号を前記第１及び第２信号用端子を介して受信することができ、かつ、当該角度信号により表される前記基体の鉛直方向に対する傾斜角度が、前記第１コネクタをそれ以上後退駆動させた場合に前記ロボットの姿勢が不安定になる可能性があるような第１所定角度以上である場合、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタの後退駆動を停止させることを特徴とする。

第１発明の充電装置によれば、ロボットの位置および姿勢のそれぞれが所定位置および所定姿勢にあることが確認されたことを要件として、第１コネクタが前進駆動される。したがって、ロボットが所定位置に所定姿勢で立って静止している状態が実現されれば、ロボットに姿勢変更等のためのさらなる動作を強いることなく、第１コネクタが前進駆動されることによって第１および第２コネクタが確実に接続されうる。

また、第１および第２信号用端子を介して充電制御部がロボットの制御システムと通信することにより接続状態にあることが確認されたことを要件として、充電用電源の出力電流が第１および第２充電用端子を介してバッテリに供給される。したがって、第１および第２コネクタが接続状態にないにもかかわらず、充電制御部が、バッテリが充電されている状態であると誤認する等の異常事態が回避されうる。

さらに、バッテリの充電完了等のタイミングで第１コネクタが後退駆動されることによって第１および第２コネクタが確実に分離される。そして、ロボットが複数の脚部の動きによって充電装置から離れて移動することができる。

一方、第１コネクタが後退駆動されたにもかかわらず第１および第２コネクタが接続されたままだと、ロボットの基体が第１コネクタに引っ張られるように傾斜する。しかるに、第１および第２コネクタの接続状態が解除されていないため、第１および第２信号用端子の接続状態が維持されていることを利用して、ロボットの姿勢が不安定になる事態が回避されうる。すなわち、充電制御部が第１および第２信号用端子を介して制御システムと通信することが可能な状況では第１コネクタの後退駆動が制限される。したがって、第１コネクタが無条件で後退駆動されることによりロボットの姿勢が不安定になる事態が回避されうる。

さらに、第１コネクタが後退駆動されている途中で、充電制御部によってロボットの傾斜センサから出力された角度信号が受信された場合、当該角度信号により表される基体の傾斜角度が認識されうる。角度信号が受信可能であることは、第１及び第２コネクタの接続状態が維持されていること、ひいては第１コネクタがそれ以上後退駆動されるとロボットの姿勢が不安定になる可能性が高くなることを意味している。そこで、当該傾斜角度が第１所定角度以上であるという判定結果に応じて、第１コネクタの後退駆動が停止される。このため、第１コネクタが第２コネクタから分離されるときに、立ったまま静止しているロボットの姿勢が不安定になる事態が回避されうる。

第２発明の充電装置は、第１発明の充電装置において、前記充電制御部が、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタの後退駆動を停止させた後、前記第１コネクタを前進駆動させ、前記角度信号により表される前記基体の鉛直方向に対する傾斜角度が前記第１所定角度より小さい第２所定角度以下になったとき、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタの前進駆動を停止させ、かつ、前記第１コネクタを再び後退駆動させることを特徴とする。

第２発明の充電装置によれば、ロボットの姿勢が不安定にならないうちに、ロボットの姿勢を第１コネクタの後退駆動開始時におけるもとの姿勢に近づけた上で第１コネクタが再び後退駆動される。すなわち、第１及び第２コネクタの分離が不首尾に終わった場合でも、ロボットの姿勢安定を図りながら第１及び第２コネクタの分離が再び試行されうる。

第３発明の充電装置は、第２発明の充電装置において、前記充電制御部が、前記第１及び第２コネクタの接続状態から分離状態への試行回数又は累積時間が閾値を超えた場合、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタのさらなる後退駆動を停止させることを特徴とする。

第３発明の充電装置によれば、第１コネクタの後退駆動の繰り返し等によって第１及び第２コネクタを分離させることができないような異常状態では、第１コネクタのさらなる後退駆動が禁止されるため、充電装置の動作経済が図られる。

前記課題を解決するための第４発明の充電装置は、前記充電制御部が、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタを後退駆動させた上で、前記第１コネクタをそれ以上後退駆動させた場合に前記ロボットの姿勢が不安定になる可能性があるような第１所定位置に停止させ、前記制御システムとの通信可否を判定し、当該通信が可能であると判定したことを要件として、前記コネクタ駆動機構による前記第１コネクタのさらなる後退駆動を禁止することを特徴とする。

第４発明の充電装置によれば、第１コネクタが後退駆動された上で第１所定位置に停止された状態で、充電制御部によってロボットの制御システムとの通信可否が判定される。この状態で当該通信が可能であることは、第１及び第２コネクタの接続状態が維持されていることを意味し、さらには第１コネクタがそれ以上後退駆動されるとロボットの姿勢が不安定になる可能性が高くなることを意味している。そこで、当該通信が可能であるという判定結果に応じて、第１コネクタのさらなる後退駆動が禁止される。このため、第１コネクタが第２コネクタから分離されるときに、立ったまま静止しているロボットの姿勢が不安定になる事態が回避されうる。

第５発明の充電装置は、第４発明の充電装置において、前記充電制御部が、前記コネクタ駆動機構による前記第１コネクタの後退駆動を禁止してから、該コネクタ駆動機構に該第１コネクタを前進駆動させた上で第２所定位置に停止させ、該コネクタ駆動機構に該第１コネクタを再び後退駆動させることを特徴とする。

第５発明の充電装置によれば、ロボットの姿勢が不安定にならないうちに、ロボットの姿勢を第１コネクタの後退駆動開始時におけるもとの姿勢に近づけた上で第１コネクタが再び後退駆動される。すなわち、第１及び第２コネクタの分離が不首尾に終わった場合でも、ロボットの姿勢安定を図りながら第１及び第２コネクタの分離が再び試行されうる。

さらに、第６発明の充電装置は、第５発明の充電装置において、前記充電制御部が、前記第１及び第２コネクタの接続状態から分離状態への試行回数又は累積時間が閾値を超えた場合、該コネクタ駆動機構に該第１コネクタのさらなる後退駆動を停止させることを特徴とする。

第６発明の充電装置によれば、第１コネクタの後退駆動の繰り返し等によって第１及び第２コネクタを分離させることができないような異常状態では第１コネクタのさらなる後退駆動が停止されるため、充電装置の動作経済が図られる。

また、第７発明の充電装置は、第１〜第６発明のうちいずれか１つの充電装置において、前記充電制御部が、前記コネクタ駆動機構による前記第１コネクタの後退移動量が増大するにつれて、該コネクタ駆動機構に該第１コネクタの後退駆動速度を段階的又は連続的に低下させることを特徴とする。

第７発明の充電装置によれば、立ったまま静止しているロボットの姿勢が不安定になる蓋然性が高まるにつれて第１コネクタが徐々に低速度で後退駆動される。したがって、ロボットの基体が鉛直方向に対して傾斜している状態で第１及び第２コネクタが分離状態になったとき、基体がそれまで第１コネクタから受けていた力の慣性によって動き続け、立ったまま静止しているロボットの姿勢が不安定になる事態が回避される。

さらに、第８発明の充電装置は、第１〜第７発明のうちいずれか１つの充電装置において、前記第１コネクタに第１係合部が設けられ、前記第２コネクタに第２係合部が設けられ、該第１及び第２コネクタの接続状態において該第１及び第２係合部が係合している一方で、該第１及び第２コネクタの分離状態において該第１及び第２係合部の係合が解除されていることを特徴とする。

第８発明の充電装置によれば、第１及び第２係合部の係合によって第１及び第２コネクタの接続状態の確実が図られる。一方、第１コネクタが後退駆動されるときに第１及び第２係合部の係合が解除されないために第１及び第２コネクタが分離されない場合、前記のように第１コネクタの後退移動が停止等されるため、ロボットの姿勢が不安定になる事態が回避される。

また、第９発明の充電装置は、第８発明の充電装置において、前記第１係合部として前記第１コネクタに設けられたロッドの側壁から径方向に突設されているピンを備え、該ロッドの先端部は前記ロボットが前記所定姿勢で前記所定位置にいる状況で、前記第１充電用端子及び前記第１信号用端子のそれぞれよりも前記第２コネクタの近くに位置し、該ロッドはロッド回転駆動機構により軸回りに回転駆動され、前記第２係合部として該ロッドが軸方向に抜き差しされるチューブの側壁に形成されているガイドの終端部を備え、該ガイドは該ロッドが軸回りに回転しながら軸方向に動かされて該チューブに抜き差しされるときに該ピンを該チューブの周方向に案内し、前記充電制御部が該ロッド回転駆動機構によって該ロッドを軸回りに回転させ、かつ、該ロッドが軸方向に移動するように前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタを前進駆動又は後退駆動させることを特徴とする。

第９発明の充電装置によれば、ロッドが軸回りに、たとえば時計回りに回転駆動されながら第１コネクタが前進駆動される。これにより、ロッドの側壁に突設されたピンがチューブの側壁に形成されたガイドによってガイドの後端部に向かって案内されながら、ロッドがチューブに徐々に挿入される。さらに、第１充電用端子及び第１信号用端子のそれぞれが、第２充電用端子及び第２信号用端子のそれぞれに接続される。また、第１及び第２コネクタの位置が若干ずれていても、ロッドがチューブに挿入されていく過程で第１及び第２コネクタの当該位置ずれが補正される。そして、ピンがガイドの終端部に係合することにより第１及び第２コネクタの接続状態の確実を図ることができる。

一方、ロッドが軸回りにたとえば反時計回りに回転駆動されながら第１コネクタが後退駆動される。これにより、ピンがガイドによってガイドの先端部に向かって案内されながら、ロッドがチューブから徐々に引き抜かれる。また、第１充電用端子および第１信号用端子のそれぞれが、第２充電用端子および第２信号用端子のそれぞれから分離される。そして、ピンおよびガイドが引っかかっている等の原因により、第１および第２コネクタが分離状態にならない場合でも、第１コネクタの後退駆動が停止等されるため、ロボットの姿勢が不安定になる事態が回避される。

さらに、第１０発明の充電装置は、第１〜第９発明のうちいずれか１つの充電装置において、前記第１及び前記第２コネクタが接続状態にあるとき、前記基体の変位にともなう該第２コネクタの変位に追従しうるように前記コネクタを保持するコンプライアンス機構を備えていることを特徴とする。

第１０発明の充電装置によれば、第１及び第２コネクタが接続状態にあるときにロボットが動作することにより基体が変位した場合、基体の変位にともなう第２コネクタの変位に第１コネクタを追従変位させることができる。したがって、ロボットの動作によって第１及び第２コネクタに損傷をきたすような無理な力が各コネクタに作用する事態が回避されうる。

本発明の充電装置の実施形態について図面を用いて説明する。まず、充電装置およびその充電対象であるバッテリが搭載されているロボットの構成について説明する。

図１に示されている充電装置１は充電用電源１０の出力電流によりロボット２に搭載されているバッテリ２０を充電するための装置である。

充電装置１は充電用電源１０と、充電装置１の動作を制御等する充電制御部１１と、第１コネクタ１２と、コネクタ駆動機構１３とを備えている。また、充電装置１はロボット２のかかと部分に設けられた第１マークＭ１を赤外光等の光を利用して検知する第１センサ１１１と、ロボット２の基体Ｐ０の背面に設けられた第２マークＭ２を赤外光等の光を利用して検知する第２センサ１１２とを備えている。

図２および図３に示されているように第１コネクタ１２には第１充電用端子１２２、第１信号用端子１２４およびロッド１２６が並列に水平方向に突出して設けられている。ロッド１２６の側壁には一対のピン（第１係合部）１２７が突設されている。ロッド１２６はコンプライアンス機構によって径方向への動きまたはぶれが可能な状態で第１コネクタ１２に取り付けられている。

コネクタ駆動機構１３はシリンダ式の駆動機構である。図３に示されているようにコネクタ駆動機構１３は、基礎１３０と、先端部に第１コネクタ１２が取り付けられているスライダ１３１と、スライダ１３１を基礎１３０の上でスライド往復させるシリンダロッド１３２と、シリンダロッド１３２をその径方向への動きまたはぶれが可能な状態で保持するコンプライアンス機構１３４と、ロッド１２６を軸回りに回転駆動するロッド回転駆動機構１３６とを備えている。第１コネクタ１２の位置はシリンダロッド１３２によるスライダ１３１の駆動量に基づいて測定される。

ロボット２はヒューマノイドロボットであり、基体Ｐ０の上方に配置された頭部Ｐ１と、基体Ｐ０の上部に上部両側から延設された左右の腕部Ｐ２と、左右の腕部Ｐ２のそれぞれの先端に設けられている手部Ｐ４と、基体Ｐ０の下部から下方に延設された左右の脚部Ｐ３と、左右の脚部Ｐ３のそれぞれの先端に設けられている足部Ｐ５とを備えている。ロボット２はバッテリ２０と、ロボット１の動作を制御等する制御システム２１と、基体Ｐ０の背面側に設けられている第２コネクタ２２とを備えている。ロボット２は頭部Ｐ１に搭載された頭カメラ２１１と、基体Ｐ０の前面側下部に設けられている腰カメラ２１２とを備えている。ロボット２は基体Ｐ０の鉛直方向に対する傾斜角度に応じた信号を出力する傾斜センサ２１６のほか、腕部Ｐ２や脚部Ｐ３等の各関節角度に応じた信号を出力するロータリーエンコーダ、および手部Ｐ４や足部Ｐ５等に作用する力に応じた信号を出力する６軸力センサ等の種々のセンサを備えている。さらに、ロボット２は腕部Ｐ２、手部Ｐ４および脚部Ｐ３等の駆動源として各関節部分等に設けられたアクチュエータを備えている。

図２および図４に示されているように第２コネクタ２２には第２充電用端子２２２、第２信号用端子２２４およびチューブ２２６が並列に設けられている。チューブ２２６の側壁が部分的に切り欠かれてガイド（第２係合部）２２７が形成されている。

第１コネクタ１２および第２コネクタ２２の接続状態において、第１充電用端子１２２および第２充電用端子２２２が接続され、第１信号用端子１２４および第２信号用端子２２４が接続され、ロッド１２６がチューブ２２６に挿入され、かつ、ピン１２７がガイド２２７の終端部に係合している。一方、第１コネクタ１２および第２コネクタ２２の分離状態において、第１充電用端子１２２および第２充電用端子２２２が離反され、第１信号用端子１２４および第２信号用端子２２４が離反され、ピン１２７がガイド２２７の終端部との係合が解除され、かつ、ロッド１２６がチューブ２２６から引き抜かれている。

前記構成の充電装置１の機能について説明する。

まず、ロボット２が位置および姿勢のそれぞれを所定位置および所定姿勢に一致させるように制御する。たとえば図５（ａ）に示されているように充電装置１に近づくように移動し、図５（ｂ）に示されているように充電装置１に背を向けて立ち、図５（ｃ）に示されているように後ろ向きに移動した上で立ったまま静止する。ロボット２の制御システム２１は頭カメラ２１１により撮像された画像から充電装置１の存在を認識し、また、腰カメラ２１２により撮像されたフロアマークＦＭ１およびＦＭ２の位置および姿勢に基づき、充電装置１に対する立ち位置および姿勢を認識することができる。

一方、充電装置１においては充電制御部１１により「第１制御処理」が実行される。具体的には、充電装置１が商業用電源に接続された等のタイミングで第１センサ１１１がＯＦＦからＯＮに切り替えられ（図６／Ｓ１０２）、第１コネクタ１２および第２コネクタ２２の接続試行回数を表す指数ｍが初期値「０」にリセットされる（図６／Ｓ１０４）。なお、第１センサ１１１は定常的にＯＮとされていてもよい。また、第１センサ１１１によりロボット２のかかと部分（足部Ｐ５の後側）に付されている第１マークＭ１が検知されたことを要件として（図６／Ｓ１０６‥ＹＥＳ）、第２センサ１１２がＯＦＦからＯＮに切り替えられる（図６／Ｓ１０８）。また、第２センサ１１２によりロボット２の基体Ｐ０の背面に付されている第２マークＭ２が検知されたことを要件として（図６／Ｓ１１２‥ＹＥＳ）、コネクタ駆動機構１３により第１コネクタ１２が前進駆動または第２コネクタ２２に接近する方向に駆動される（図６／Ｓ１１４）。

その後、第１コネクタ１２が一定時間内に中間位置に到達したか否かが判定される（図６／Ｓ１１６）。当該判定結果が肯定的であった場合（図６／Ｓ１１６‥ＹＥＳ）、第１コネクタ１２がさらに前進駆動される（図６／Ｓ１１８）。また、第１コネクタ１２が一定時間内に接続位置に到達したか否かが判定される（図６／Ｓ１２０）。第１コネクタ１２が当該接続位置にあるとき、ロッド１２６の先端部がチューブ２２６に挿入され、かつ、ピン１２７がガイド２２７の先端部に案内されている。

当該判定結果が肯定的であった場合（図６／Ｓ１２０‥ＹＥＳ）、コネクタロック駆動が実行される（図６／Ｓ１２２）。このとき、ロッド回転駆動機構１３６によりロッド１２６が軸回りに一定方向に回転駆動される。また、第１コネクタ１２がコネクタロックの実現を補助するために前進駆動される。これにより、ロッド１２６の側壁に突設されているピン１２７がチューブ２２６のガイド２２７により案内されながら、ロッド１２６がチューブ２２６に徐々に挿入され、ピン１２７がガイド２２７の終端部にいたって係合してコネクタロックが実現される。コネクタロックの実現により第１コネクタ１２および第２コネクタ２２が接続状態になる。すなわち、第１充電用端子１２２および第２充電用端子２２２が接続され、かつ、第１信号用端子１２４および第２信号用端子２２４が接続される。

さらに、ロッド回転駆動機構１３６によるロッド１２６の回転角度に基づき、一定時間内にコネクタロックが終了したか否かが判定される（図６／Ｓ１２４）。そして、当該判定結果が肯定的である場合（図６／Ｓ１２４‥ＹＥＳ）、第１コネクタ１２の前進駆動が停止され（図６／Ｓ１２６）、第２センサ１１２がＯＮからＯＦＦに切り替えられる（図６／Ｓ１２８）。また、充電制御部１１が第1信号用端子１２４および第２信号用端子２２４を介して制御システム２１と通信することによりバッテリ２０の帯電量（ＳＯＣ）等を認識した上で、バッテリ２０の充電が開始される（図６／Ｓ１３０）。これにより、充電用電源１０からの出力電流が第１充電用端子１２２および第２充電用端子２２２を介してロボット２に供給され、バッテリ２０が充電される。

なお、第２センサ１１２により第２マークＭ２が検知されなかった場合（図６／Ｓ１１２‥ＮＯ）、第２センサ１１２がＯＮからＯＦＦに切り替えられる（図６／Ｓ１３６）。また、指数ｍが閾値「３」以下であることを要件として（図６／Ｓ１４８‥ＮＯ）、第１センサ１１１による第１マークＭ１の検知（図６／Ｓ０１６参照）以降の処理が繰り返される。一方、指数ｍが閾値「３」を超えたことを要件として、第１制御処理の実行が禁止され、スピーカ（図示略）から音が出力される等の異常対応処理が実行される（図６／Ｓ１４８‥ＹＥＳ，Ｓ１５０）。

また、第１コネクタ１２が一定時間内に中間位置または接続位置に到達しなかった場合（図６／Ｓ１１６‥ＮＯ，Ｓ１２０‥ＮＯ）、第１コネクタ１２の前進駆動が停止される（図６／Ｓ１３８）。また、第２センサ１１２がＯＮからＯＦＦに切り替えられ（図６／Ｓ１４０）、かつ、第１コネクタ１２が後退駆動される（図６／Ｓ１４２）。また、一定時間内に第１コネクタ１２が初期位置に復帰したか否かが判定される（図６／Ｓ１４４）。そして、当該判定結果が肯定的である場合（図６／Ｓ１４４‥ＹＥＳ）、第１コネクタ１２の後退駆動が停止される（図６／Ｓ１４６）。さらに、指数ｍが３以下であることを要件として（図６／Ｓ１４８‥ＮＯ）、第１センサ１１１による第１マークＭ１の検知（図６／Ｓ０１６参照）以降の処理が繰り返される。一方、指数ｍが３より大きいことを要件として（図６／Ｓ１４８‥ＹＥＳ）、異常対応処理が実行される（図６／Ｓ１５０）。

さらに、ピン１２７がガイド２２７の途中で引っかかった等の原因により、一定時間内にコネクタロックが終了しなかった場合（図６／Ｓ１２４‥ＮＯ）、コネクタアンロック駆動が実行される（図６／Ｓ１３２）。このとき、ロッド回転駆動機構１３６によりロッド１２６が軸回りにコネクタロック駆動時とは反対方向に回転駆動される。また、第１コネクタ１２がコネクタアンロックの実現を補助するために後退駆動されてもよい。これにより、ロッド１２６の側壁に突設されているピン１２７がチューブ２２６のガイド２２７により案内されながら、ロッド１２６がチューブ２２６から徐々に引き抜かれてコネクタアンロックが実現される。コネクタアンロックの実現により第１コネクタ１２および第２コネクタ２２が分離状態になる。すなわち、第１充電用端子１２２および第２充電用端子２２２が分離され、かつ、第１信号用端子１２４および第２信号用端子２２４が分離される。

また、ロッド回転駆動機構１３６によるロッド１２６の回転角度に基づき、一定時間内にコネクタアンロックが実現されたか否かが判定される（図６／Ｓ１３４）。当該判定結果が肯定的である場合、第１コネクタ１２が一定時間内に中間位置または接続位置に到達しなかったと判定された場合と同様に、第２センサ１１２がＯＮからＯＦＦに切り替えられる等の処理が実行される（図６／Ｓ１３４‥ＹＥＳ，Ｓ１４０等参照）。一方、当該判定結果が否定的である場合、異常対応処理が実行される（図６／Ｓ１３４‥ＮＯ，Ｓ１５０）。

バッテリ２０の充電開始後、充電装置１において充電制御部１１により「第２制御処理」が実行される。具体的には、第１コネクタ１２および第２コネクタ２２の分離試行回数を表す指数ｎが初期値「０」にリセットされる（図７／Ｓ２０２）。また、制御システム２１から出力される、バッテリ２０の充電が終了したことを表す充電完了信号の有無が判定される（図７／Ｓ２０４）。当該判定結果が否定的であった場合（図７／Ｓ２０４‥ＮＯ）、制御システム２１から出力される、ロボット２が充電装置１から離れて移動することを示す充電終了指令信号の有無が判定される（図７／Ｓ２０６）。充電完了信号または充電終了指令信号があったと判定された場合（図７／Ｓ２０４‥ＹＥＳ，Ｓ２０６‥ＹＥＳ）、充電用電源１０からバッテリ２０への電流供給が停止される（図７／Ｓ２０８）。

その上で、コネクタアンロック駆動が実行され（図７／Ｓ２１０）、一定時間内にコネクタアンロックが終了したか否かが判定される（図７／Ｓ２１２）。一定時間内にコネクタアンロックが終了したと判定された場合（図７／Ｓ２１２‥ＹＥＳ）、コネクタ駆動機構１３により第１コネクタ１２が後退駆動される（図７／Ｓ２１４）。

また、傾斜センサ２１６から出力される、図９に示されているようなロボット２の基体Ｐ０の鉛直方向に対する傾斜角度θを表す角度信号の有無が判定される（図７／Ｓ２２０）。角度信号がないと判定された場合（図７／Ｓ２２０‥ＹＥＳ）、第１コネクタ１２が初期位置に復帰したか否かが判定される（図７／Ｓ２６０）。当該判定結果が否定的である場合（図７／Ｓ２６０‥ＮＯ）、第１コネクタ１２の後退駆動が継続される（図７／Ｓ２１４）。一方、当該判定結果が肯定的である場合（図７／Ｓ２６０‥ＹＥＳ）、第１コネクタ１２の後退駆動が停止される（図７／Ｓ２６２）。これにより充電装置１の一連の動作が終了する。

一方、角度信号があると判定された場合（図７／Ｓ２２０‥ＮＯ）、当該角度信号により表される傾斜角度θが第１所定角度θ１未満であるか否かが判定される（図７／Ｓ２２２）。そして、基体Ｐ０の傾斜角度θが第１所定角度θ１未満であると判定された場合（図７／Ｓ２２２‥ＹＥＳ）、第１コネクタ１２の後退駆動が継続される（図７／Ｓ２１４）。一方、基体Ｐ０の傾斜角度θが第１所定角度θ１以上であると判定された場合（図７／Ｓ２２２‥ＮＯ）、コネクタ駆動機構１３により第１コネクタ１２の後退駆動が停止され（図７／Ｓ２２４）、かつ、前進駆動される（図７／Ｓ２２６）。

さらに、基体Ｐ０の傾斜角度θが第１所定角度θ１より小さい第２所定角度θ２以下になったか否かが判定される（図７／Ｓ２２８）。そして、基体Ｐ０の傾斜角度θが第２所定角度θ２より大きいと判定された場合（図７／Ｓ２２８‥ＮＯ）、第１コネクタ１２の前進駆動が継続される（図７／Ｓ２２６）。一方、基体Ｐ０の傾斜角度θが第２所定角度θ２以下であると判定された場合（図７／Ｓ２２８‥ＹＥＳ）、コネクタ駆動機構１３により第１コネクタ１２の前進駆動が停止され（図７／Ｓ２７０）、かつ、指数ｎが１だけ増加される（図７／Ｓ２７２）。

そして、指数ｎが閾値「３」以下であることを要件として（図７／Ｓ２７４‥ＮＯ）、第１コネクタ１２が再び後退駆動される等、一連の処理が繰り返される（図７／Ｓ２１４等参照）。一方、指数ｎが閾値「３」を超えたことを要件として（図７／Ｓ２７４‥ＮＯ）、異常対応処理が実行される（図７／Ｓ２７６）。なお、一定時間内にコネクタアンロックが終了しない場合も（図７／Ｓ２１２‥ＮＯ）、異常対応処理が実行される（図７／Ｓ２７６）。

前記機能を発揮する充電装置１によれば、ロボット２の位置および姿勢のそれぞれが所定位置および所定姿勢にあることが確認されたことを要件として、第１コネクタ１２が前進駆動される（図５（ｃ），図６／Ｓ１０６，Ｓ１１０，Ｓ１１２，Ｓ１１４，Ｓ１１８参照）。したがって、ロボット２が所定位置に所定姿勢で立って静止している状態が実現されれば、ロボット２に姿勢変更等のためのさらなる動作を強いることなく、第１コネクタ１２が前進駆動されることによって第１コネクタ１２および第２コネクタ２２が確実に接続されうる。

また、第１信号用端子１２４および第２信号用端子２２４を介して充電制御部１１がロボット２の制御システム２１と通信することにより接続状態にあることが確認されたことを要件として、充電用電源１０の出力電流が第１充電用端子１２２および第２充電用端子２２２を介してバッテリ２０に供給される（図６／Ｓ１２４，Ｓ１３０参照）。したがって、第１コネクタ１２および第２コネクタ２２が接続状態にないにもかかわらず、充電制御部１１が、バッテリ２０が充電されている状態であると誤認する等の異常事態が回避されうる。

さらに、バッテリ２０の充電完了等のタイミングで第１コネクタ１２が後退駆動されることによって第１コネクタ１２および第２コネクタ２２が確実に分離される（図７／Ｓ２１４，Ｓ２６２参照）。そして、ロボット２が複数の脚部Ｐ４の動きによって充電装置１から離れて移動することができる。

一方、第１コネクタ１２が後退駆動されたにもかかわらず第１コネクタ１２および第２コネクタ２２が接続されたままだと、図９に示されているようにロボット２の基体Ｐ０が第１コネクタ１２により後方に引っ張られるように傾斜する。しかるに、第１コネクタ１２および第２コネクタ２２の接続状態が解除されていないため、第１信号用端子１２４および第２信号用端子２２４の接続状態が維持されていることを利用して、ロボット２の姿勢が不安定になる事態が回避されうる。すなわち、第１コネクタ１２が後退駆動されている途中で、充電制御部によってロボット２の傾斜センサ２１２から出力された角度信号が受信された場合、当該角度信号により表される基体Ｐ０の傾斜角度θが認識されうる（図７／Ｓ２２０，Ｓ２２２参照）。角度信号が受信可能であることは、第１コネクタ１２および第２コネクタ２２の接続状態が維持されていること、ひいては第１コネクタ１２がそれ以上後退駆動されるとロボット２の姿勢が不安定になる可能性が高くなることを意味している（図９参照）。そこで、当該傾斜角度θが第１所定角度θ１以上であるという判定結果に応じて、第１コネクタ１２の後退駆動が停止される（図７／Ｓ２２２，Ｓ２２４参照）。このため、第１コネクタ１２が第２コネクタ２２から分離されるときに、立ったまま静止しているロボット２の姿勢が不安定になる事態が回避されうる。

さらに、第１コネクタ１２の後退駆動の停止後、第１コネクタ１２が前進駆動される（図７／Ｓ２２４，Ｓ２２６参照）。そして、当該傾斜角度θが第１所定角度θ１より小さい第２所定角度θ２以下になったとき、第１コネクタ１２の前進駆動が停止され、かつ、第１コネクタ１２が再び後退駆動される（図７／Ｓ２２８，Ｓ２７０，Ｓ２１４参照）。これにより、ロボット２の姿勢が不安定にならないうちに、ロボット２の姿勢を第１コネクタ１２の後退駆動開始時におけるもとの姿勢に近づけた上で第１コネクタ１２が再び後退駆動される。すなわち、第１コネクタ１２および第２コネクタ２２の分離が不首尾に終わった場合でも、ロボット２の姿勢安定を図りながら第１コネクタ１２および第２コネクタ２２の分離が再び試行されうる。

また、第１コネクタ１２および第２コネクタ２２の分離試行回数ｎが閾値３を超えた場合、第１コネクタ１２のさらなる後退駆動が停止される（図６／Ｓ２７４，Ｓ２７６）。これにより、第１コネクタ１２の後退駆動等の繰り返しによって第１コネクタ１２および第２コネクタ２２を分離させることができないような異常状態では、第１コネクタ１２のさらなる後退駆動が禁止されるため、充電装置１の動作経済が図られる。

さらに、シリンダロッド１３２の軸方向へのぶれを吸収するコンプライアンス機構１３４が設けられている（図３参照）。このため、第１コネクタ１２および第２コネクタ２２が接続状態にあるときにロボット２がその場で腕部Ｐ２を振る等、動作することにより基体Ｐ０が変位した場合、基体Ｐ０の変位にともなう第２コネクタ２２の変位に第１コネクタ１２を追従変位させることができる。したがって、ロボット２の動作によって第１コネクタ１２および第２コネクタ２２に損傷をきたすような無理な力が作用する事態が回避されうる。

なお、前記実施形態では角度信号に基づいて第１コネクタ１２の後退駆動が制限された（図７／Ｓ２２０，Ｓ２２２，Ｓ２２４参照）。そのほか、第１コネクタ１２が後退駆動される途中で、充電制御部１１により制御システム２１との通信可否が定常的に判定され（通信信号が角度信号に限定されない。）、当該通信が可能であると判定されたことを要件として、第１コネクタ１２の後退駆動が制限されてもよい。これにより、第１コネクタ１２および第２コネクタ２２の接続状態が解除されていないため、第１信号用端子１２４および第２信号用端子２２４の接続状態が維持されていることを利用して、ロボット２の姿勢が不安定になる事態が回避されうる。すなわち、充電制御部１１が第１信号用端子１２４および第２信号用端子２２４を介して制御システム２１と通信することが可能な状況では第１コネクタ１２の後退駆動が制限される。したがって、第１コネクタ１２が無条件で後退駆動されることによりロボット２の姿勢が不安定になる事態が回避されうる。

また、第１コネクタ１２の後退駆動の途中で、充電制御部１１により制御システム２１との通信可否が断続的に判定され、当該通信が可能であると判定されたことを要件として、第１コネクタ１２の後退駆動が制限されてもよい。たとえば、第２制御処理の一部の処理（図７／Ｓ２２０，Ｓ２２２，Ｓ２２４，Ｓ２２６，Ｓ２２８参照）が、図８に示されているような処理に置換されてもよい。図８において図７と共通する処理については説明を省略する。

コネクタアンロック終了後、第１コネクタ１２が第１所定位置に到達したことを要件として第１コネクタ１２の後退駆動が停止される（図８／Ｓ２４０‥ＹＥＳ，Ｓ２４２）。このとき、制御システム２１との通信可否が判定される（図８／Ｓ２４４）。そして、当該通信が不可能であると判定された場合、第１コネクタ１２が再び後退駆動される（図８／Ｓ２４４‥ＹＥＳ，Ｓ２４６）。一方、当該通信が可能であると判定されたことを要件として、第１コネクタ１２のさらなる後退駆動が禁止され、第１コネクタ１２が前進駆動される（図８／Ｓ２４４‥ＮＯ，Ｓ２４８）。また、第１コネクタ１２が第２所定位置に到達したことを要件として第１コネクタ１２の前進駆動が停止され、かつ、第１コネクタ１２が再び後退駆動される（図８／Ｓ２５０‥ＹＥＳ，Ｓ２７０，Ｓ２７２）。

当該構成の充電装置１によれば、第１コネクタ１２が後退駆動された上で第１所定位置に停止された状態で、充電制御部１１によってロボット２の制御システム２１との通信可否が判定される（図８／Ｓ２４４参照）。この状態で当該通信が可能であることは、第１コネクタ１２および第２コネクタ２２の接続状態が維持されていることを意味し、さらには第１コネクタ１２がそれ以上後退駆動されるとロボット２の姿勢が不安定になる可能性が高くなることを意味している（図９参照）。そこで、当該通信が可能であるという判定結果に応じて、第１コネクタ１２のさらなる後退駆動が禁止される。このため、第１コネクタ１２が第２コネクタ２２から分離されるときに、立ったまま静止しているロボット２の姿勢が不安定になる事態が回避されうる。

さらに、ロボット２の姿勢が不安定にならないうちに、ロボット２の姿勢を第１コネクタ１２の後退駆動開始時におけるもとの姿勢に近づけた上で第１コネクタ１２が再び後退駆動される（図８／Ｓ２４８，Ｓ２５０，Ｓ２７０，Ｓ２７２参照）。すなわち、第１コネクタ１２および第２コネクタ２２の分離が不首尾に終わった場合でも、ロボット２の姿勢安定を図りながら第１コネクタ１２および第２コネクタ２２の分離が再び試行されうる。

また、充電制御部１１が、コネクタ駆動機構１３による第１コネクタ１２の後退移動量が増大するにつれて、コネクタ駆動機構１３に第１コネクタ１２の後退駆動速度を段階的または連続的に低下させてもよい。これにより、立ったまま静止しているロボット２の姿勢が不安定になる蓋然性が高まるにつれて第１コネクタ１２が徐々に低速度で後退駆動される（図９参照）。したがって、ロボット２の基体Ｐ０が鉛直方向に対して傾斜している状態で第１コネクタ１２および第２コネクタ２２が分離状態になったとき、基体Ｐ０がそれまで第１コネクタ１２から受けていた力の慣性によって動き続け、立ったまま静止しているロボット２の姿勢が不安定になる事態が回避される。

前記実施形態では第１コネクタ１２は水平方向に進退駆動されたが、他の実施形態として後退駆動時にロボット２に水平方向成分の力が作用するようなあらゆる方向に第１コネクタ１２が進退駆動されてもよい。

充電装置およびロボットの構成説明図。第１および第２コネクタの構成説明図。本発明の充電装置の構成説明図。第２コネクタの構成説明図。ロボットによる位置および姿勢制御方法の説明図。本発明の充電装置による第１制御処理の説明図。本発明の充電装置による第２制御処理（その１）の説明図。本発明の充電装置による第２制御処理（その２）の説明図。充電装置およびロボットの状態例示図。

１‥充電装置、２‥ロボット、１０‥充電用電源、１１‥充電制御部、１２‥第１コネクタ、１３‥コネクタ駆動機構、２０‥バッテリ、２１‥制御システム、２２‥第２コネクタ、１２２‥第１充電用端子、１２４‥第１信号用端子、１２６‥ロッド、１２７‥ピン（第１係合部）、１３６‥ロッド駆動機構、２２２‥第２充電用端子、２２４‥第２信号用端子、２２６‥チューブ、２２７‥ガイド（第２係合部）、Ｐ０‥基体。

Claims

基体から延設された複数の脚部の動作が制御システムによって制御されることにより、前記複数の脚部で立った状態で静止かつ移動可能なロボットに搭載されているバッテリを充電する装置であって、
充電用電源と、第１コネクタと、前記第１コネクタを駆動するコネクタ駆動機構と、前記コネクタ駆動機構の動作を制御する充電制御部とを備え、前記第１コネクタには第１充電用端子及び第１信号用端子が設けられ、
前記基体には前記第１コネクタと接続される第２コネクタが設けられ、前記第２コネクタには第２充電用端子及び第２信号用端子が設けられ、前記第１及び第２コネクタの接続状態において、前記第１及び第２充電用端子が接続され、かつ、前記第１及び第２信号用端子が接続される一方、前記第１及び第２コネクタの分離状態において、前記第１及び第２充電用端子が分離され、かつ、前記第１及び第２信号用端子が分離され、
前記充電制御部が、
前記第１及び第２コネクタの分離状態にあるとき前記ロボットが前記複数の脚部で立ったまま所定位置に所定姿勢で静止している状況を確認したことを要件として、前記第１及び第２コネクタを接続状態にするため、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタを前進駆動させ、
前記制御システムと前記第１及び第２信号用端子を介して通信することにより前記第１及び第２コネクタが接続状態にあることを確認したことを要件として、前記充電用電源からの出力電流により前記第１及び第２充電用端子を介して前記バッテリを充電し、
前記第１及び第２コネクタを接続状態から分離状態にするため、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタを後退駆動させ、前記第１コネクタが後退駆動されている途中で前記第１及び第２信号用端子を介して前記制御システムと通信可能であることを要件として前記第１コネクタの後退駆動量を制限し、
前記充電制御部が前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタを後退駆動させるとき、前記ロボットが有する傾斜センサから出力される角度信号を前記第１及び第２信号用端子を介して受信することができ、かつ、当該角度信号により表される前記基体の鉛直方向に対する傾斜角度が、前記第１コネクタをそれ以上後退駆動させた場合に前記ロボットの姿勢が不安定になる可能性があるような第１所定角度以上である場合、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタの後退駆動を停止させることを特徴とする充電装置。
請求項１記載の充電装置であって、
前記充電制御部が、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタの後退駆動を停止させた後、前記第１コネクタを前進駆動させ、前記角度信号により表される前記基体の鉛直方向に対する傾斜角度が前記第１所定角度より小さい第２所定角度以下になったとき、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタの前進駆動を停止させ、かつ、前記第１コネクタを再び後退駆動させることを特徴とする充電装置。
請求項２記載の充電装置であって、
前記充電制御部が、前記第１及び第２コネクタの接続状態から分離状態への試行回数又は累積時間が閾値を超えた場合、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタのさらなる後退駆動を停止させることを特徴とする充電装置。
基体から延設された複数の脚部の動作が制御システムによって制御されることにより、前記複数の脚部で立った状態で静止かつ移動可能なロボットに搭載されているバッテリを充電する装置であって、
充電用電源と、第１コネクタと、前記第１コネクタを駆動するコネクタ駆動機構と、前記コネクタ駆動機構の動作を制御する充電制御部とを備え、前記第１コネクタには第１充電用端子及び第１信号用端子が設けられ、
前記基体には前記第１コネクタと接続される第２コネクタが設けられ、前記第２コネクタには第２充電用端子及び第２信号用端子が設けられ、前記第１及び第２コネクタの接続状態において、前記第１及び第２充電用端子が接続され、かつ、前記第１及び第２信号用端子が接続される一方、前記第１及び第２コネクタの分離状態において、前記第１及び第２充電用端子が分離され、かつ、前記第１及び第２信号用端子が分離され、
前記充電制御部が、
前記第１及び第２コネクタの分離状態にあるとき前記ロボットが前記複数の脚部で立ったまま所定位置に所定姿勢で静止している状況を確認したことを要件として、前記第１及び第２コネクタを接続状態にするため、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタを前進駆動させ、
前記制御システムと前記第１及び第２信号用端子を介して通信することにより前記第１及び第２コネクタが接続状態にあることを確認したことを要件として、前記充電用電源からの出力電流により前記第１及び第２充電用端子を介して前記バッテリを充電し、
前記第１及び第２コネクタを接続状態から分離状態にするため、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタを後退駆動させ、前記第１コネクタが後退駆動されている途中で前記第１及び第２信号用端子を介して前記制御システムと通信可能であることを要件として前記第１コネクタの後退駆動量を制限し、
前記充電制御部が、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタを後退駆動させた上で、前記第１コネクタをそれ以上後退駆動させた場合に前記ロボットの姿勢が不安定になる可能性があるような第１所定位置に停止させ、前記制御システムとの通信可否を判定し、当該通信が可能であると判定したことを要件として、前記コネクタ駆動機構による前記第１コネクタのさらなる後退駆動を禁止することを特徴とする充電装置。
請求項４記載の充電装置であって、
前記充電制御部が、前記コネクタ駆動機構による前記第１コネクタの後退駆動を禁止してから、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタを前進駆動させた上で第２所定位置に停止させ、前記コネクタ駆動機構に該第１コネクタを再び後退駆動させることを特徴とする充電装置。
請求項５記載の充電装置であって、
前記充電制御部が、前記第１及び第２コネクタの接続状態から分離状態への試行回数又は累積時間が閾値を超えた場合、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタのさらなる後退駆動を停止させることを特徴とする充電装置。
請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の充電装置において、
前記充電制御部が、前記コネクタ駆動機構による前記第１コネクタの後退移動量が増大するにつれて、前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタの後退駆動速度を段階的又は連続的に低下させることを特徴とする充電装置。
請求項１〜７のうちいずれか１つに記載の充電装置において、
前記第１コネクタに第１係合部が設けられ、前記第２コネクタに第２係合部が設けられ、前記第１及び第２コネクタの接続状態において前記第１及び第２係合部が係合している一方で、前記第１及び第２コネクタの分離状態において前記第１及び第２係合部の係合が解除されていることを特徴とする充電装置。
請求項８記載の充電装置において、
前記第１係合部として前記第１コネクタに設けられたロッドの側壁から径方向に突設されているピンを備え、前記ロッドの先端部は前記ロボットが前記所定姿勢で前記所定位置にいる状況で、前記第１充電用端子及び前記第１信号用端子のそれぞれよりも前記第２コネクタの近くに位置し、前記ロッドはロッド回転駆動機構により軸回りに回転駆動され、
前記第２係合部として前記ロッドが軸方向に抜き差しされるチューブの側壁に形成されているガイドの終端部を備え、前記ガイドは前記ロッドが軸回りに回転しながら軸方向に動かされて前記チューブに抜き差しされるときに前記ピンを前記チューブの周方向に案内し、
前記充電制御部が前記ロッド回転駆動機構によって前記ロッドを軸回りに回転させ、かつ、前記ロッドが軸方向に移動するように前記コネクタ駆動機構に前記第１コネクタを前進駆動又は後退駆動させることを特徴とする充電装置。
請求項１〜９のうちいずれか１つに記載の充電装置において、前記第１及び前記第２コネクタが接続状態にあるとき、前記基体の変位にともなう前記第２コネクタの変位に追従しうるように前記コネクタを保持するコンプライアンス機構を備えていることを特徴とする充電装置。