JP2000354985A

JP2000354985A - 移動ロボット

Info

Publication number: JP2000354985A
Application number: JP11165510A
Authority: JP
Inventors: Norihito Higo; 徳仁肥後
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-06-11
Filing date: 1999-06-11
Publication date: 2000-12-26
Anticipated expiration: 2019-06-11
Also published as: JP3952637B2

Abstract

(57)【要約】【課題】移動ロボットが充電ステーションに停止した
期間にバッテリへの充電を行う場合に、その充電準備動
作に伴うタイムロスをなくすことにより充電可能時間を
最大限確保できるようにすること。【解決手段】上位コントローラは、移動ロボット１が
まもなく充電ステーションに到着する状態となったとき
に、充電制御コントローラ１９に割り込み信号を与え
る。充電制御コントローラ１９は、割り込み信号を受け
たときに、補助電源スイッチ２３をオンさせてバッテリ
１７の出力を充電器９に与える動作を行い、これにより
整流平滑回路１１内の大容量の平滑用コンデンサに所定
レベルまで充電する。充電制御コントローラ１９は、割
り込み信号を受けたときに、スタンバイスイッチ２２を
オンさせてＥＣＵ１５の電源を立ち上げると共に、ＥＣ
Ｕ１５に対し充電条件データをシリアル信号にて送信す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数箇所のステー
ション間を走行してロボット作業を行う移動ロボットに
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体製造工場では、複数箇所
の作業ステーション間を移動する走行部上に、被搬送物
（例えばウエーハカセット）を相手側から受け取ったり
相手側に引き渡したりするなどのロボット作業を行うた
めの多関節アームロボットを搭載した多数台の移動ロボ
ット（無人搬送車）が使用されている。このような移動
ロボットにおいては、自走する必要がある関係上、走行
用モータなどを二次電池より成るバッテリにより駆動す
る構成とした上で、充電ステーションを兼用した作業ス
テーションでの停止中に外部交流電源から充電する構成
としている。

【０００３】近年では、バッテリに充電するための充電
器を移動ロボット側に搭載することが行われているが、
このような充電器には、安定した充電動作を行うために
大容量の平滑用コンデンサを設けることが一般的となっ
ている。但し、このような大容量の平滑用コンデンサを
備えた充電器にあっては、外部交流電源に接続された当
初において極めて大きな突入電流が流れて回路素子に悪
影響が及ぶという問題が出てくる。このため、実際に
は、充電器の入力側に突入電流を制限するための抵抗素
子を設けると共に、突入電流レベルが低下した所定タイ
ミングで抵抗素子の両端を短絡するスイッチ要素を設け
る構成とすることが行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来構
成では、突入電流抑制機能が設けられている関係上、移
動ロボットが作業ステーション（充電ステーション）に
到着して充電器と外部交流電源とが接続された状態とな
った後に、その充電器が立ち上がるまでの時間（平滑用
コンデンサに対し十分なレベルまで充電される時間）が
比較的長くなってタイムロスが発生するという事情があ
る。これに対して、移動ロボットにあっては、作業ステ
ーションでの停止時間が比較的短い時間に限定されるこ
とが多いという事情があるため、上記のようなタイムロ
スが発生する場合には十分な充電時間を確保することが
困難になる。このため、場合によってはバッテリが過放
電気味になることがあり、このような状態に陥ったとき
には、移動ロボットを充電のためだけに作業ステーショ
ンに停止させておくことが必要になって、その移動ロボ
ットの仕事率が低下するという問題点が出てくる。

【０００５】一方、従来では、充電器を通じてバッテリ
に充電する際に、当該充電器による充電条件をバッテリ
の状態（残存容量、温度など）に基づいて制御すること
が行われている。具体的には、バッテリの状態に基づい
て上記充電条件を決定するための充電制御コントローラ
を設けた上で、充電器側に、上記充電制御コントローラ
で決定された充電条件データを受信すると共に、その充
電条件データに応じて充電器を通じたバッテリへの充電
状態を制御する充電状態制御回路を設けることが行われ
ている。また、この場合には、上記充電条件データをシ
リアル信号で送信する構成とすることにより、ハードウ
エア構成の簡略化を図ることが行われている。

【０００６】しかしながら、この構成では、充電条件デ
ータの送信に比較的長い時間を必要とするため、移動ロ
ボットが作業ステーションに到着してから充電器による
充電動作が開始されるまでの間に、充電条件データの送
信所要時間に相当したタイムロスが発生することにな
る。従って、このようなタイムロスが発生する場合にお
いても、バッテリの充電時間を十分に確保することが困
難になって、移動ロボットを充電のためだけに作業ステ
ーションに停止させておくことが必要になる場合があ
り、結果的に移動ロボットの仕事率の低下という問題点
が出てくる。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、充電ステーションに停止した期間に
バッテリへの充電を行う場合に、その充電準備動作に伴
うタイムロスをなくすことにより充電可能時間を最大限
確保できるようになる移動ロボットを提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載した手段を採用できる。この手段によ
れば、移動ロボットが充電ステーションに停止した状態
では、充電器が外部の交流電源出力を整流平滑するよう
になり、その整流平滑出力によりバッテリに充電される
ようになる。この場合、充電制御手段は、移動ロボット
が上記充電ステーションに到達する前の時点で、バッテ
リの出力を充電器に与えることにより当該充電器内に設
けられた平滑用コンデンサに所定レベルまで充電すると
いう制御、つまり充電器を予め立ち上げておく制御を行
うようになる。このため、移動ロボットが充電ステーシ
ョンに到達してからバッテリの充電が開始されるまでの
時間を、最大で零時間近くまで短縮できるようになっ
て、従来構成のようなタイムロスが発生する恐れがなく
なる。この結果、充電ステーションでの停止時間が比較
的短い時間に限定されるような状況下であっても、バッ
テリに対する充電時間を極力長く確保できるため、その
バッテリが過放電気味になることを未然に防止可能にな
る。従って、移動ロボットが充電のためだけに停止状態
とされる可能性が低くなって、その移動ロボットの仕事
率が向上するようになる。

【０００９】請求項２記載の手段によれば、充電器内の
平滑用コンデンサに流れ込む突入電流が電流制限手段に
より抑制されるから、回路素子に悪影響が及ぶ恐れがな
くなるという利点があるが、充電器が立ち上がるまでの
時間が長くなるという事情がある。従って、このような
事情がある場合には、前述したように充電器をを予め立
ち上げておく制御を行うことが非常に有益となる。

【００１０】前記目的を達成するために請求項３記載の
手段を採用することもできる。この手段によれば、移動
ロボットが充電ステーションに停止した期間に、外部の
交流電源出力を整流平滑する充電器を通じてバッテリの
充電が行われる。この場合、充電制御手段は、移動ロボ
ットが上記充電ステーションに到達する前の時点におい
て、バッテリの状態に基づいて充電器による充電条件を
決定した上で、その充電条件データを充電状態制御回路
へ送信する動作を行うようになる。これに応じて、充電
状態制御回路が、受信した充電条件データに基づいて充
電器を通じたバッテリへの充電状態を制御するようにな
る。このように、充電状態制御回路に対し予め充電条件
データが送信される場合には、移動ロボットが充電ステ
ーションに到着してから充電器による充電動作が開始さ
れるまでの間に、充電条件データの送信所要時間に相当
したタイムロスが発生することがなくなる。このため、
移動ロボットが充電ステーションに到達してからバッテ
リの充電が開始されるまでの時間を短縮できるようにな
って、従来構成のようなタイムロスが発生する恐れがな
くなる。この結果、充電ステーションでの停止時間が比
較的短い時間に限定されるような状況下であっても、バ
ッテリに対する充電時間を極力長く確保できるため、そ
のバッテリが過放電気味になることを未然に防止可能に
なる。従って、移動ロボットが充電のためだけに停止状
態とされる可能性が低くなって、その移動ロボットの仕
事率が向上するようになる。

【００１１】請求項４記載の手段によれば、充電条件デ
ータがシリアル信号として送信される構成となっている
から、ハードウエア構成を簡略化できるという利点があ
るが、充電条件データの送信所要時間が長くなるという
事情がある。従って、このような事情がある場合には、
前述したように充電状態制御回路に対し予め充電条件デ
ータを送信しておく制御を行うことが非常に有益とな
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて説明する。図１には、多関節アームロボット
（図示せず）を搭載した移動ロボット１の電気的構成の
うち、本発明の要旨に関係した部分の構成が、充電ステ
ーションに設置された電源装置２と共に機能ブロックの
組み合わせにより示されている。尚、図１中において
は、電力ラインを実線で示すと共に信号ラインを破線で
示している。また、図１中において、交流線路及びこれ
に接続される回路要素は実際には三相用のものである
が、ここでは簡略化した状態で示している。

【００１３】この図１において、電源装置２は、三相２
００Ｖの商用交流電源３とこれに接続された給電カプラ
４とを備えた構成となっている。移動ロボット１は、当
該移動ロボット１が充電ステーションに停止された状態
で前記給電カプラ４と接続される受電カプラ５を備えて
おり、以下、この移動ロボット１の内部構成の要部につ
いて説明する。

【００１４】即ち、受電カプラ５と主電源線６との間に
は、サーキットブレーカ７及び例えばトライアックより
成る電源スイッチ８が直列に接続されている。尚、電源
スイッチ８は、他の半導体スイッチング素子或いはリレ
ースイッチのような機械的スイッチにより構成すること
もできる。

【００１５】主電源線６に接続された充電器９は以下の
ような構成となっている。即ち、充電器９の入力段に
は、主電源線６に重畳するノイズ成分を除去するための
ラインフィルタ１０が接続されている。整流平滑回路１
１は、主電源線６からラインフィルタ１０を通じて与え
られる交流電源出力を整流平滑するためのもので、これ
は大容量の平滑用コンデンサ（図示せず）を備えた構成
となっている。この場合、充電器９の入力部、特にはラ
インフィルタ１０と整流平滑回路１１との間には、上記
図示しない平滑用コンデンサに流れ込む突入電流を抑制
するための抵抗素子１２（電流制限手段に相当）と例え
ばトライアックより成るバイパス用スイッチ１３（スイ
ッチ要素に相当）との並列回路が接続されており、以て
抵抗素子１３の両端をトライアック１３により選択的に
短絡できる構成とされている。尚、上記バイパス用スイ
ッチ１３も、前記電源スイッチ８と同様に他の半導体ス
イッチング素子或いはリレースイッチのような機械的ス
イッチにより構成することができる。

【００１６】スイッチング回路１４は、整流平滑回路１
１の出力をスイッチングして可変電圧の交流出力を発生
するためのものであり、そのスイッチング動作はＥＣＵ
１５（充電状態制御回路に相当）により制御される構成
となっている。このスイッチング回路１４の出力を受け
る整流平滑回路１６は、入力段に昇圧トランス（図示せ
ず）を備えた構成となっており、その出力をバッテリ１
７のプラス側端子が接続された直流電源ライン１８に与
えるようになっている。尚、バッテリ１７のマイナス側
端子は接地されている。

【００１７】この場合、ＥＣＵ１５は、後述する充電制
御コントローラ１９（充電制御手段に相当）から出力さ
れる充電開始指令及び充電条件データを受けるようにな
っており、充電開始指令を受けたときには、スイッチン
グ回路１４のスイッチング動作（つまりバッテリ１７の
充電動作）を開始させると共に、そのスイッチングレー
トを上記充電条件データに応じた状態とすることによ
り、整流平滑回路１６からバッテリ１７に供給される充
電電流の大きさを最適状態に制御する構成となってい
る。

【００１８】この他、充電器９内には、前記ＥＣＵ１５
に電源を供給するための第１の補助電源２０及び第２の
補助電源２１が設けられている。第１の補助電源２０
は、出力電圧が例えばＤＣ１２Ｖの補助電源端子＋ＶD
からスタンバイスイッチ２２を通じて与えられる直流出
力を安定化させた状態でＥＣＵ１５に与えるようになっ
ている。第２の補助電源２１は、第１の補助電源２０が
機能しなくなったときにこれを検知して動作するもの
で、前記直流電源ライン１８から与えられる直流出力を
降圧・安定化させた状態でＥＣＵ１５に与える構成とな
っている。

【００１９】このように構成された充電器９を制御する
ための前記充電制御コントローラ１９は、充電器９内の
ＥＣＵ１５並びに移動ロボット１に搭載された図示しな
い上位コントローラと間で信号の授受をそれぞれ行うと
共に、前記電源スイッチ８、バイパス用スイッチ１３、
スタンバイスイッチ２２並びに後述する補助電源スイッ
チ２３のオンオフ制御を行う構成となっている。特に、
この場合において、充電制御コントローラ１９は、バッ
テリ１７の状態（例えば電圧及び電流及び温度）を監視
し、その監視結果に基づいて充電器９によるバッテリ１
７の充電条件を決定すると共に、決定した充電条件デー
タをＥＣＵ１５に対してシリアル信号により送信する構
成とされている。尚、この充電制御コントローラ１９の
電源は、直流電源ライン１８の出力を１２Ｖ程度に降圧
するＤＣ／ＤＣコンバータ２４の出力端子（この出力端
子が前述した補助電源端子＋ＶD に相当する）から与え
られる。

【００２０】上記補助電源スイッチ２３は、直流電源ラ
イン１８と充電器９内におけるラインフィルタ１０及び
抵抗素子１２の共通接続点との接続されており、そのオ
ン状態で、バッテリ１７の出力を充電器９の入力として
与える構成となっている。尚、この補助電源スイッチ２
３及び前記スタンバイスイッチ２２は、リレースイッチ
のような機械的スイッチや半導体スイッチング素子によ
り構成することができる。

【００２１】図２のフローチャートには、充電制御コン
トローラ１９が実行する制御用プログラムのうち、本発
明の要旨に直接関係した充電準備ルーチンの内容が概略
的に示されており、以下これについて説明する。即ち、
図示しない上位コントローラは、移動ロボット１の位置
を常時において把握しており、走行中の移動ロボット１
がまもなく充電ステーションに到着する状態となったと
きに、割り込み信号を充電制御コントローラ１９に与え
る。充電制御コントローラ１９は、上記割り込み信号を
受けたときに図２の充電準備ルーチンを開始する。

【００２２】この充電準備ルーチンでは、まず、スタン
バイスイッチ２２及び補助電源スイッチ２３をオンさせ
る（ステップＳ１）。すると、スタンバイスイッチ２２
のオンに応じて、バッテリ１７の出力が充電器９内の第
１の補助電源２０に対しＤＣ／ＤＣコンバータ２４の出
力端子（補助電源端子＋ＶD ）を通じて与えられるよう
になるため、ＥＣＵ１５に対する電源供給が開始され
る。また、補助電源スイッチ２３のオンに応じて、バッ
テリ１７の出力が充電器９内の整流平滑回路１１に対し
抵抗素子１２を通じて与えられるようになり、その整流
平滑回路１１内の図示しない平滑用コンデンサがバッテ
リ１７の出力により充電開始される。尚、このときに
は、上記平滑用コンデンサの充電が抵抗素子１２を通じ
て行われるから、大きな突入電流が流れることが抑制さ
れる。

【００２３】次いで、ＥＣＵ１５の電源確立に必要な遅
れ時間τが経過するまで待機し（ステップＳ２）、その
遅れ時間τが経過した後には、バッテリ１７の状態に基
づいて決定した充電条件を示すデータをＥＣＵ１５に対
してシリアル信号により送信する動作を開始する（ステ
ップＳ３）。そして、この後には、充電条件データの送
信が終了し、且つ前記整流平滑回路１１内の平滑用コン
デンサが所定の充電レベルに到達するのに必要な時間Ｔ
が経過するまで待機する（ステップＳ４）。尚、上記充
電レベルは、満充電状態に対応したレベルとする必要は
なく、これに近いレベルであれば良い。

【００２４】時間Ｔが経過したときには、バイパス用ス
イッチ１３をオンさせる（ステップＳ５）。但し、この
バイパス用スイッチ１３のオンタイミングは、必ずしも
時間Ｔ経過後に設定する必要はなく、平滑用コンデンサ
に対する突入電流の大きさが許容範囲に収まるタイミン
グであれば支障ないものであり、また、移動ロボット１
が充電ステーションに停止した後に、電源装置２からの
電力供給が開始された後のタイミングであっても良いも
のである。

【００２５】この後には、移動ロボット１が充電ステー
ションに到達するまで待機し（ステップＳ６）、到達し
たときには受電カプラ５が電源装置２側の給電カプラ４
に接続されたか否かを上位コントローラからの信号に基
づいて判断する（ステップＳ７）。そして、受電カプラ
５が給電カプラ４に接続されたときには、補助電源スイ
ッチ２３をオフさせるステップＳ８、電源スイッチ８を
オンさせるステップＳ９を順次実行した後に、ＥＣＵ１
５に対し、極めて短いデータ長のシリアル信号より成る
充電開始指令を与えるステップＳ１０を実行してリター
ンする。

【００２６】従って、移動ロボット１が充電ステーショ
ンに到達して給電カプラ４及び受電カプラ５が接続され
たときには、充電制御コントローラ１９から充電開始指
令が出力されるのに応じて、充電器９によるバッテリ１
７の充電動作が直ちに開始されるようになる。尚、この
ように充電動作を直ちに開始させるためには、図示しな
い上位コントローラから充電制御コントローラ１９に割
り込み信号を与えるタイミングを、移動ロボット１が充
電ステーションに到着して給電カプラ４及び受電カプラ
５が接続状態となる時点より少なくとも時間Ｔ以上前の
時点に設定することが必要になるものである。

【００２７】要するに、上記した本実施例によれば、移
動ロボット１が充電ステーションに停止した状態では、
その移動ロボット１に搭載された充電器９が、充電ステ
ーションに設けられた電源装置２の交流電源出力を整流
平滑するようになり、その整流平滑出力によりバッテリ
１７に充電されるようになる。この場合、移動ロボット
１が上記充電ステーションに到達する前の所定タイミン
グで補助電源スイッチ２３がオンされるものであり、こ
れにより、バッテリ１７の出力により充電器９内に設け
られた大容量の平滑用コンデンサに所定レベルまで充電
するという制御、つまり充電器９を予め立ち上げておく
制御が行われる。

【００２８】このため、移動ロボット１が充電ステーシ
ョンに到達してからバッテリ１７の充電が開始されるま
での時間を、最大で零時間近くまで短縮できるようにな
って、従来構成のようなタイムロスが発生する恐れがな
くなる。この結果、充電ステーションでの停止時間が比
較的短い時間に限定されるような状況下であっても、バ
ッテリ１７に対する充電時間を極力長く確保できるた
め、そのバッテリ１７が過放電気味になることを未然に
防止可能になる。従って、移動ロボット１が充電のため
だけに停止状態とされる可能性が低くなって、その移動
ロボット１の仕事率が向上するようになる。

【００２９】また、移動ロボット１が充電ステーション
に到達する前の時点において、充電器９内のＥＣＵ１５
の電源が立ち上げられると共に、バッテリ１７の状態に
基づいて決定された充電器９による充電条件データが当
該ＥＣＵ１５に送信されるものであり、ＥＣＵ１５は、
移動ロボット１が充電ステーションに到着した後に、上
記のよう受信した充電条件データに基づいて、充電器９
を通じたバッテリ１７への充電動作を直ちに開始するよ
うになる。従って、移動ロボット１が充電ステーション
に到着してから充電器９による充電動作が開始されるま
での間に、充電条件データの送信所要時間に起因したタ
イムロスが発生することがなくなる。このため、このよ
うな面からも、移動ロボット１が充電ステーションに到
達してからバッテリ１７の充電が開始されるまでの時間
を短縮できるようになって、従来構成のようなタイムロ
スが発生する恐れがなくなり、上述同様に移動ロボット
１の仕事率が向上するようになる。

【００３０】また、充電器９内の平滑用コンデンサに流
れ込む突入電流を抑制する抵抗素子１２が設けられてい
るから、充電器９を構成する回路素子に悪影響が及ぶ恐
れがなくなるという利点がある。特に、このような抵抗
素子１２を設けた場合には、充電器９が立ち上がるまで
の時間が長くなるという事情があるため、前述したよう
に充電器９を予め立ち上げておく制御を行うことが非常
に有益となる。

【００３１】さらに、充電条件データがシリアル信号と
して送信される構成となっているから、ハードウエア構
成を簡略化できるという利点がある。特に、このような
シリアル通信を行う構成とした場合には、充電条件デー
タの送信所要時間が長くなるという事情があるため、前
述したようにＥＣＵ１５の電源を確立すると共に当該Ｅ
ＣＵ１５に対し予め充電条件データを送信しておく制御
を行うことが非常に有益となる。

【００３２】尚、上記した実施例では、ＥＣＵ１５の電
源を、移動ロボット１がまもなく充電ステーションに到
達する状態となった時点で立ち上げる構成としたが、Ｅ
ＣＵ１５自体は消費電力が小さいものであるから、その
電源を常時において立ち上げておく構成としても良く、
この場合にはスタンバイスイッチ２２は不要になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電気的構成を示す機能ブロ
ック図

【図２】充電制御コントローラの制御内容の要部を示す
フローチャート

【符号の説明】１は移動ロボット、２は電源装置、３は商用交流電源、
４は給電カプラ、５は受電カプラ、６は主電源線、８は
電源スイッチ、９は充電器、１１は整流平滑回路、１２
は抵抗素子（電流制限手段）、１３はバイパス用スイッ
チ（スイッチ要素）、１４はスイッチング回路、１５は
ＥＣＵ（充電状態制御回路）、１６は整流平滑回路、１
７はバッテリ、１９は充電制御コントローラ（充電制御
手段）、２２はスタンバイスイッチ、２３は補助電源ス
イッチを示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】充電ステーションに停止した状態で負荷
駆動用のバッテリに充電するように構成された移動ロボ
ットにおいて、前記充電ステーションに停止した期間に外部の交流電源
から給電されるように設けられ、その交流電源出力を整
流平滑した出力により前記バッテリを充電する充電器
と、前記充電ステーションに到達する前の時点で前記バッテ
リ出力を前記充電器に与えることにより当該充電器内に
設けられた平滑用コンデンサに所定レベルまで充電する
制御を行う充電制御手段を搭載したことを特徴とする移
動ロボット。
【請求項２】前記充電器の入力部には、前記平滑用コ
ンデンサに流れ込む突入電流を抑制するための電流制限
手段と、この電流制限手段の両端を選択的に短絡するス
イッチ要素とが配置されることを特徴とする請求項１記
載の移動ロボット。
【請求項３】充電ステーションに停止した状態で負荷
駆動用のバッテリに充電するように構成された移動ロボ
ットにおいて、前記充電ステーションに停止した期間に外部の交流電源
から給電されるように設けられ、その交流電源出力を整
流平滑した出力により前記バッテリを充電する充電器
と、前記バッテリの状態に基づいて前記充電器による充電条
件を決定する充電制御手段と、この充電制御手段から前記充電条件データを受信するよ
うに設けられ、受信した充電条件データに基づいて前記
充電器を通じた前記バッテリへの充電状態を制御する充
電状態制御回路とを備え、前記充電制御手段は、前記充電ステーションに到達する
前の時点で前記充電状態制御回路に対し前記充電条件デ
ータを送信する動作を行うように構成されることを特徴
とする移動ロボット。
【請求項４】前記充電制御手段は、前記充電条件デー
タを前記充電状態制御回路に対してシリアル信号として
送信することを特徴とする請求項３記載の移動ロボッ
ト。