特開 2024-11189 自動充電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024011189

(43)【公開日】2024-01-25

(54)【発明の名称】自動充電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240118BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 301E

H02J7/00 301B

H02J7/00 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022113005

(22)【出願日】2022-07-14

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100124062

【弁理士】

【氏名又は名称】三上 敬史

(74)【代理人】

【識別番号】100148013

【弁理士】

【氏名又は名称】中山 浩光

(72)【発明者】

【氏名】竹上 功起

【テーマコード（参考）】

5G503

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503FA01

5G503FA03

(57)【要約】

【課題】電極同士が半当たりした状態におけるバッテリの充電を抑制することができる自動充電システムを提供する。
【解決手段】自動充電システム１は、自律走行ロボット３の周囲物体を検出するレーザセンサ２５と、充電装置２に設けられ、レーザセンサ２５から照射されたレーザ光Ｌを反射させる高反射材１３と、充電器６に電気的に接続された電極端子８とバッテリ４に電気的に接続された電極プレート２０との接続状態が正常であるかどうかを判定する接続状態判定部３４と、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であると判定されると、バッテリ４の充電を開始するように充電器６を制御する充電制御部３６，４３とを備え、接続状態判定部３４は、レーザセンサ２５により高反射材１３での反射光を受光したかどうかを判定することで、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であるかどうかを判定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

充電器を有する充電装置を用いて、走行体に搭載されたバッテリの自動充電を行う自動充電システムにおいて、
前記走行体に搭載され、前記走行体の周囲にレーザ光を照射して前記レーザ光の反射光を受光することにより、前記走行体の周囲に存在する物体を検出するレーザセンサと、
前記充電装置に設けられ、前記レーザセンサから照射されたレーザ光を反射させる反射材と、
前記レーザセンサの検出データに基づいて、前記充電装置を認識する認識部と、
前記認識部により前記充電装置が認識されると、前記充電器に電気的に接続された電極端子と前記バッテリに電気的に接続された電極受け部とが接続可能な充電位置まで前記走行体を前記充電装置に向かって走行させるように制御する走行制御部と、
前記走行体が前記充電位置に到達したときに、前記レーザセンサの検出データに基づいて、前記電極端子と前記電極受け部との接続状態が正常であるかどうかを判定する接続状態判定部と、
前記接続状態判定部により前記電極端子と前記電極受け部との接続状態が正常であると判定されると、前記バッテリの充電を開始するように前記充電器を制御する充電制御部とを備え、
前記反射材は、前記レーザセンサから照射されたレーザ光を前記充電装置における前記反射材以外の領域よりも高い強度で反射させ、
前記接続状態判定部は、前記レーザセンサにより前記反射材での反射光を受光したかどうかを判定することで、前記電極端子と前記電極受け部との接続状態が正常であるかどうかを判定する自動充電システム。

【請求項2】

前記接続状態判定部は、前記レーザセンサにより受光されたレーザ光の輝度が予め決められた閾値以上であるかどうかを判断し、前記レーザ光の輝度が前記閾値以上であるときは、前記レーザセンサにより前記反射材での反射光を受光したと判定することで、前記電極端子と前記電極受け部との接続状態が正常であると判定する請求項１記載の自動充電システム。

【請求項3】

前記充電装置は、前記充電装置の認識に使用されるマーカを有し、
前記マーカは、第１の反射材と、前記第１の反射材の上側及び下側にそれぞれ配置された第２の反射材とを有し、
前記第１の反射材は、前記レーザセンサから照射されたレーザ光を前記第２の反射材よりも高い輝度で反射させ、
前記認識部は、前記レーザセンサの検出データに基づいて前記マーカを検知することで、前記充電装置を認識し、
前記接続状態判定部は、前記レーザ光の輝度が前記閾値以上であるときは、前記レーザセンサにより前記第１の反射材での反射光を受光したと判定することで、前記電極端子と前記電極受け部との接続状態が正常であると判定する請求項２記載の自動充電システム。

【請求項4】

前記充電装置は、前記充電器を収容する筐体と、前記筐体の前側に対して凹状を呈する凹状部材とを有し、
前記電極端子は、前記筐体の前端部に取り付けられており、
前記反射材は、前記凹状部材の凹底面に接合されている請求項２または３記載の自動充電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動充電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

自動充電システムとしては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載の自動充電システムは、無人車側機器と地上側設備とから構成されている。無人車側機器は、バッテリと、このバッテリと接続され、正負充電端子を含む充電端子ユニットとを備えている。地上側設備は、充電器と、この充電器と接続された正負充電端子と、この正負充電端子間の電圧を測定する電圧検出器とを備えている。無人車側機器の正負充電端子（無人車側正負充電端子）と地上側設備の正負充電端子（地上側正負充電端子）とが接触すると、充電器によるバッテリの充電前に、電圧検出器により地上側正負充電端子間の電圧が測定され、その測定結果に基づいて無人車側正負充電端子と地上側正負充電端子との接続状態が判定される。具体的には、電圧検出器により測定された地上側正負充電端子間の電圧が規定値以上であるときは、無人車側正負充電端子と地上側正負充電端子との接続状態が正常であると判定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－８８２１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、無人車が地上側設備に向かって走行する走行路上にケーブルやゴミ等の落下物が存在する場合、無人車側正負充電端子（無人車側電極）が地上側正負充電端子（地上側電極）に接続される直前に無人車が落下物に乗り上げると、無人車側電極と地上側電極とが上下方向にずれて半当たりの状態で接触することがある。そのように電極同士が半当たりした状態で、充電器によるバッテリの充電が行われると、電極同士の接触抵抗の増大による電極の発熱を引き起こす可能性がある。上記従来技術では、電極同士が半当たりした状態でも、電極の一部同士が接触していれば、電極同士の接続状態が正常であると判定される。このため、バッテリの充電が開始されることとなる。

【0005】

本発明の目的は、電極同士が半当たりした状態におけるバッテリの充電を抑制することができる自動充電システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、充電器を有する充電装置を用いて、走行体に搭載されたバッテリの自動充電を行う自動充電システムにおいて、走行体に搭載され、走行体の周囲にレーザ光を照射してレーザ光の反射光を受光することにより、走行体の周囲に存在する物体を検出するレーザセンサと、充電装置に設けられ、レーザセンサから照射されたレーザ光を反射させる反射材と、レーザセンサの検出データに基づいて、充電装置を認識する認識部と、認識部により充電装置が認識されると、充電器に電気的に接続された電極端子とバッテリに電気的に接続された電極受け部とが接続可能な充電位置まで走行体を充電装置に向かって走行させるように制御する走行制御部と、走行体が充電位置に到達したときに、レーザセンサの検出データに基づいて、電極端子と電極受け部との接続状態が正常であるかどうかを判定する接続状態判定部と、接続状態判定部により電極端子と電極受け部との接続状態が正常であると判定されると、バッテリの充電を開始するように充電器を制御する充電制御部とを備え、反射材は、レーザセンサから照射されたレーザ光を充電装置における反射材以外の領域よりも高い強度で反射させ、接続状態判定部は、レーザセンサにより反射材での反射光を受光したかどうかを判定することで、電極端子と電極受け部との接続状態が正常であるかどうかを判定する。

【0007】

このような自動充電システムにおいては、走行体において充電装置が認識されると、走行体が充電装置に向かって充電位置まで走行するように制御される。充電位置は、充電装置の充電器に電気的に接続された電極端子と走行体に搭載されたバッテリに電気的に接続された電極受け部とが接続可能な位置である。そして、走行体が充電位置に到達したときに、レーザセンサの検出データに基づいて、電極端子と電極受け部との接続状態が正常であるかどうかが判定される。具体的には、レーザセンサにより反射材での反射光を受光したと判定されたときは、電極端子と電極受け部との接続状態が正常であると判定される。そして、バッテリの充電が開始されるように充電器が制御される。一方、レーザセンサにより反射材での反射光を受光していないと判定されたときは、電極端子と電極受け部との接続状態が正常でないと判定される。従って、走行体が充電位置に到達する前に落下物に乗り上げることで、走行体が充電装置に対して上下方向に傾いた状態となり、電極端子と電極受け部とが半当たりした状態となった場合には、レーザセンサにより反射材での反射光が受光されず、電極端子と電極受け部との接続状態が正常でないと判定されることとなる。この場合には、充電器によるバッテリの充電が開始されない。このように電極同士が半当たりした状態におけるバッテリの充電が抑制される。

【0008】

接続状態判定部は、レーザセンサにより受光されたレーザ光の輝度が予め決められた閾値以上であるかどうかを判断し、レーザ光の輝度が閾値以上であるときは、レーザセンサにより反射材での反射光を受光したと判定することで、電極端子と電極受け部との接続状態が正常であると判定してもよい。

【0009】

反射材で反射されたレーザ光の輝度は、充電装置における反射材以外の領域で反射されたレーザ光の輝度よりも高い。そこで、レーザセンサにより反射材での反射光を受光したかどうかの判定において、レーザセンサにより受光されたレーザ光の輝度を用いることにより、電極端子と電極受け部との接続状態が正常であるかどうかの判定が容易に行われる。

【0010】

充電装置は、充電装置の認識に使用されるマーカを有し、マーカは、第１の反射材と、第１の反射材の上側及び下側にそれぞれ配置された第２の反射材とを有し、第１の反射材は、レーザセンサから照射されたレーザ光を第２の反射材よりも高い輝度で反射させ、認識部は、レーザセンサの検出データに基づいてマーカを検知することで、充電装置を認識し、接続状態判定部は、レーザ光の輝度が閾値以上であるときは、レーザセンサにより第１の反射材での反射光を受光したと判定することで、電極端子と電極受け部との接続状態が正常であると判定してもよい。

【0011】

このような構成では、充電装置の認識に使用されるマーカの上下方向の寸法が大きくなるため、レーザセンサによりマーカの検知が行いやすくなる。従って、走行体において充電装置の認識精度が向上する。

【0012】

充電装置は、充電器を収容する筐体と、筐体の前側に対して凹状を呈する凹状部材とを有し、電極端子は、筐体の前端部に取り付けられており、反射材は、凹状部材の凹底面に接合されていてもよい。

【0013】

このような構成では、凹状部材の凹底面が凹状部材の先端よりも筐体の後側に位置することになる。このため、走行体が充電位置にある状態において、レーザセンサから反射材までの距離が長くなる。従って、レーザセンサにより受光されたレーザ光の輝度の精度が高くなるため、レーザセンサにより反射材での反射光を受光したかどうかの判定精度が向上する。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、電極同士が半当たりした状態におけるバッテリの充電を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る自動充電システムを示す側面図（一部断面を含む）である。

【図2】図１に示された自動充電システムの平面図（一部断面を含む）である。

【図3】図１に示された充電装置の正面図である。

【図4】図１に示された自動充電システムにおける自律走行ロボットに具備された構成を示すブロック図である。

【図5】図１に示された自動充電システムにおける充電装置に具備された構成を示すブロック図である。

【図6】図４に示された自律走行ロボットの走行制御部により実行される走行制御処理の手順を示すフローチャートである。

【図7】図４に示された自律走行ロボットの接続状態判定部により実行される接続状態判定処理の手順を示すフローチャートである。

【図8】図４に示された自律走行ロボットの充電制御部により実行される充電制御処理の手順を示すフローチャートである。

【図9】図４に示された自律走行ロボットの充電完了判定部により実行される充電完了判定処理の手順を示すフローチャートである。

【図10】図５に示された充電装置の到達判定部により実行される到達判定処理の手順を示すフローチャートである。

【図11】図５に示された充電装置の充電制御部により実行される充電制御処理の手順を示すフローチャートである。

【図12】電極端子と電極プレートとの接続状態が正常である場合と、電極端子と電極プレートとの接続状態が正常でない場合とを比較して示す側面図（一部断面を含む）である。

【図13】電極端子と電極プレートとが半当たりした状態を示す側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

【0017】

図１は、本発明の一実施形態に係る自動充電システムを示す側面図（一部断面を含む）である。図２は、図１に示された自動充電システムの平面図（一部断面を含む）である。図１及び図２において、本実施形態の自動充電システム１は、充電装置２を用いて、自律走行ロボット３に搭載されたバッテリ４の自動充電を行うシステムである。

【0018】

充電装置２は、指定の充電エリアに設置されている。充電装置２は、図１～図３に示されるように、平面視四角形状の筐体５と、この筐体５内に収容され、バッテリ４の充電を行う充電器６とを備えている。

【0019】

筐体５の前面５ａの下部には、樹脂製の取付用突起７が設けられている。取付用突起７には、２つの電極端子８及びリミットスイッチ９が充電装置２の上下方向に並ぶように取り付けられている。つまり、電極端子８及びリミットスイッチ９は、筐体５の前端部に取り付けられている。

【0020】

電極端子８は、取付用突起７の先端面７ａから突き出るように固定されている。電極端子８は、充電器６と電気的に接続されている。リミットスイッチ９は、電極端子８の下側に配置されている。リミットスイッチ９は、取付用突起７の先端面７ａから突き出るように筐体５に支持されている。リミットスイッチ９は、バネ（図示せず）により取付用突起７の先端面７ａに対して進退自在となっている。

【0021】

筐体５の前面５ａにおける取付用突起７の上側には、レーザ光を照射する発光器１０が取り付けられている。

【0022】

筐体５の上部には、筐体５の前面５ａに開口した収容部１１が設けられている。収容部１１には、充電装置２の認識に使用されるマーカ１２が配置されている。マーカ１２は、平面視で筐体５の前側に対してＶ字状を呈している。つまり、マーカ１２は、筐体５の前側に対して凹状を呈する凹状部材である。マーカ１２は、例えば鋼板等の金属板の表面に塗装が施されている。

【0023】

マーカ１２の左右方向の中央部に位置するＶ字底面１２ａ（凹底面）には、高反射材１３及び２つの低反射材１４が接合されている。高反射材１３及び低反射材１４は、例えば反射テープまたは反射シールで構成され、Ｖ字底面１２ａに貼り付けられている。高反射材１３及び低反射材１４は、光が当たると明るくなる材料で形成されている。高反射材１３は、マーカ１２の上下方向の中央部に配置された第１の反射材である。低反射材１４は、高反射材１３の上側及び下側にそれぞれ配置された第２の反射材である。なお、高反射材１３及び低反射材１４については、後で詳述する。

【0024】

自律走行ロボット３は、例えばピッキング作業等で使用され、荷物（図示せず）を搬送する無人搬送車（走行体）である。自律走行ロボット３は、車体であるロボット本体１５と、このロボット本体１５の前後左右に配置された４つの車輪１６と、上記のバッテリ４とを備えている。ロボット本体１５は、略円柱状の基台１７と、この基台１７の上に配置され、荷物が置かれる荷台１８とを有している。

【0025】

車輪１６は、例えば４５度オムニホイールである。これにより、自律走行ロボット３は、水平面内の全方向に移動可能である。水平面内の全方向は、前後方向、左右方向、斜め方向及び旋回方向である。各車輪１６は、走行モータ（図示せず）により個別に回転駆動される。バッテリ４は、自律走行ロボット３の電気部品に電力を供給する。

【0026】

基台１７の下部には、樹脂製の取付板１９が固定されている。取付板１９には、２つの電極プレート２０が自律走行ロボット３の上下方向に並ぶように取り付けられている。電極プレート２０は、バッテリ４と電気的に接続されている。電極プレート２０は、充電装置２の電極端子８を受ける電極受け部である。

【0027】

取付板１９における電極プレート２０の下側には、充電装置２のリミットスイッチ９と係合する直方体状の突起部２１が設けられている。突起部２１がリミットスイッチ９を押圧すると、通常は電極端子８と電極プレート２０とが接触して接続された状態となる。電極端子８と電極プレート２０とが接続された状態では、充電器６とバッテリ４とが電極端子８及び電極プレート２０を介して電気的に接続される。このため、充電器６によりバッテリ４の充電が可能となる。

【0028】

基台１７における取付板１９の上側には、充電装置２の発光器１０から照射されたレーザ光を受光する受光器２２が取り付けられている。リミットスイッチ９が突起部２１により押圧されるときは、受光器２２が発光器１０と向き合っている状態であるため、発光器１０から照射された光が受光器２２により受光される。

【0029】

また、自律走行ロボット３には、２Ｄのレーザ光Ｌを照射するレーザセンサ２５が搭載されている。レーザセンサ２５は、自律走行ロボット３の前方を含む周囲に向けてレーザ光Ｌを照射し、レーザ光Ｌの反射光を受光することにより、自律走行ロボット３の周囲に存在する物体を検出する。自律走行ロボット３の周囲に存在する物体には、充電装置２も含まれる。レーザセンサ２５としては、例えば赤外線レーザを照射するレーザレンジファインダまたはＬＩＤＡＲ（light detection andranging）等が使用される。

【0030】

上記の高反射材１３及び低反射材１４は、レーザセンサ２５から照射されたレーザ光Ｌを充電装置２における高反射材１３及び低反射材１４以外の領域よりも高い強度で反射させる。

【0031】

高反射材１３は、レーザセンサ２５から照射されたレーザ光Ｌを低反射材１４よりも高い輝度で反射させる。つまり、高反射材１３で反射されたレーザ光Ｌの輝度は、低反射材１４で反射されたレーザ光Ｌの輝度よりも高い。低反射材１４で反射されたレーザ光Ｌの輝度は、マーカ１２における高反射材１３及び低反射材１４以外の領域で反射されたレーザ光Ｌの輝度よりも高い。

【0032】

高反射材１３は、レーザセンサ２５と同等の高さ位置に配置されている。具体的には、高反射材１３は、自律走行ロボット３が充電装置２に対して上下方向に傾いていない通常状態（図１２（ａ）参照）において、レーザセンサ２５から照射されたレーザ光Ｌが当たってレーザセンサ２５に向けて反射させる高さ位置に配置されている。

【0033】

高反射材１３は、自律走行ロボット３が充電装置２に対して上下方向に傾くことで、電極端子８と電極プレート２０とが半当たりした状態（図１３参照）となったときに、レーザセンサ２５から照射されたレーザ光Ｌが当たらないような高さ寸法Ｗを有している。電極端子８と電極プレート２０とが半当たりした状態は、電極端子８の一部が電極プレート２０に当たり、電極端子８の他の一部が取付板１９に当たる状態である。

【0034】

図４は、自動充電システム１における自律走行ロボット３に具備された構成を示すブロック図である。図４において、自動充電システム１は、上記のレーザセンサ２５と、上記の受光器２２と、電圧センサ２６と、駆動部２７と、警報器２８と、通信機２９と、コントローラ３０とを備えている。

【0035】

レーザセンサ２５は、自律走行ロボット３の周囲に存在する物体までの距離を検出すると共に、受光したレーザ光Ｌの輝度を検出する。受光器２２は、発光器１０から照射されたレーザ光を受光したときに、受光信号（ＯＮ信号）を出力する。電圧センサ２６は、バッテリ４の電圧を検出するセンサである。駆動部２７は、自律走行ロボット３の各車輪１６を走行させる走行モータ（前述）である。

【0036】

警報器２８は、充電装置２の電極端子８と自律走行ロボット３の電極プレート２０との接続状態が正常でないときに、その旨の警報を行う。警報器２８は、例えばライト、タブレットまたは音により警報を行う。通信機２９は、充電装置２の通信機３９（後述）と無線通信を行う。

【0037】

コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。コントローラ３０は、自己位置推定部３１と、マーカ検知部３２と、走行制御部３３と、接続状態判定部３４と、警報制御部３５と、充電制御部３６と、充電完了判定部３７とを有している。

【0038】

自己位置推定部３１は、レーザセンサ２５の検出データと地図メモリ（図示せず）に予め記憶された地図データとに基づいて、自律走行ロボット３の自己位置を推定する。具体的には、自己位置推定部３１は、例えばＳＬＡＭ（simultaneous localization andmapping）手法を用いて、レーザセンサの検出データと地図データとをマッチングさせて自律走行ロボット３の自己位置を推定する。ＳＬＡＭは、センサデータ及び地図データを用いて自己位置の推定を行う自己位置推定技術である。

【0039】

マーカ検知部３２は、レーザセンサ２５の検出データに基づいて、充電装置２のマーカ１２を検知することで、充電装置２を認識する認識部である。

【0040】

走行制御部３３は、自己位置推定部３１により推定された自律走行ロボット３の自己位置に基づいて、自律走行ロボット３が充電装置２に向かって走行するように駆動部２７を制御する。

【0041】

また、走行制御部３３は、マーカ検知部３２により充電装置２が認識されると、受光器２２の出力信号に基づいて、自律走行ロボット３を充電装置２に向かって充電位置ＪＰ（図１及び図２参照）まで走行させるように駆動部２７を制御する。充電位置ＪＰは、充電装置２の手前において、充電器６に電気的に接続された電極端子８とバッテリ４に電気的に接続された電極プレート２０とが接続可能となる位置である。

【0042】

接続状態判定部３４は、受光器２２の出力信号に基づいて、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達したかどうかを判断すると共に、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達したときに、レーザセンサ２５の検出データに基づいて、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であるかどうかを判定する。接続状態判定部３４は、レーザセンサ２５により高反射材１３での反射光を受光したかどうかを判定することで、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であるかどうかを判定する。

【0043】

警報制御部３５は、接続状態判定部３４により電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常でないと判定されると、警報動作を行うように警報器２８を制御する。

【0044】

充電制御部３６は、接続状態判定部３４により電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であると判定されると、充電器６によるバッテリ４の充電を開始するための充電開始指示信号を通信機２９を介して充電装置２に送信する。充電制御部３６は、後述する充電完了判定部３７によりバッテリ４の充電が完了したと判定されると、バッテリ４の充電を終了するための充電終了指示信号を通信機２９を介して充電装置２に送信する。

【0045】

充電完了判定部３７は、電圧センサ２６により検出されたバッテリ４の電圧に基づいて、充電器６によるバッテリ４の充電が完了したかどうかを判定する。

【0046】

図５は、自動充電システム１における充電装置２に具備された構成を示すブロック図である。図５において、自動充電システム１は、上記のリミットスイッチ９と、通信機３９と、上記の発光器１０と、上記の充電器６と、コントローラ４０とを備えている。

【0047】

リミットスイッチ９は、自律走行ロボット３の突起部２１との接触を検出する。リミットスイッチ９は、突起部２１と接触しない状態ではＯＦＦ信号を出力し、突起部２１と接触した状態ではＯＮ信号を出力する。通信機３９は、自律走行ロボット３の通信機２９と無線通信を行う。発光器１０及び充電器６は、上述した通りである。

【0048】

コントローラ４０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入出力インターフェース等により構成されている。コントローラ４０は、到達判定部４１と、発光制御部４２と、充電制御部４３とを有している。

【0049】

到達判定部４１は、リミットスイッチ９の検出信号に基づいて、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達したかどうかを判定する。

【0050】

発光制御部４２は、到達判定部４１により自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達したと判定されると、発光器１０からレーザ光を照射するように発光器１０を制御する。

【0051】

充電制御部４３は、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達した後、自律走行ロボット３からの充電開始指示信号及び充電終了指示信号に応じて充電器６を制御する。

【0052】

ここで、上記の接続状態判定部３４は、発光制御部４２、発光器１０及び受光器２２と協働して、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達したときに、レーザセンサ２５の検出データに基づいて、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であるかどうかを判定する接続状態判定部を構成する。

【0053】

上記の充電制御部３６及び充電制御部４３は、接続状態判定部により電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であると判定されると、バッテリ４の充電を開始するように充電器６を制御する充電制御部を構成する。

【0054】

図６は、自律走行ロボット３の走行制御部３３により実行される走行制御処理の手順を示すフローチャートである。

【0055】

図６において、走行制御部３３は、まず自己位置推定部３１により取得された自律走行ロボット３の自己位置データを取得する（手順Ｓ１０１）。そして、走行制御部３３は、自律走行ロボット３の自己位置に基づいて、自律走行ロボット３を充電装置２に向かって走行させるように駆動部２７を制御する（手順Ｓ１０２）。充電装置２の設置位置は、予め分かっている。

【0056】

続いて、走行制御部３３は、マーカ検知部３２により充電装置２のマーカ１２が検知されたかどうかを判断する（手順Ｓ１０３）。走行制御部３３は、マーカ１２が検知されていないと判断したときは、自律走行ロボット３において充電装置２が認識されていないと判定し、上記の手順Ｓ１０１を再度実行する。

【0057】

走行制御部３３は、マーカ１２が検知されたと判断したときは、自律走行ロボット３において充電装置２が認識されたと判定し、自律走行ロボット３を充電装置２の正面に向かって前進させるように駆動部２７を制御する（手順Ｓ１０４）。充電装置２の正面は、筐体５の前面５ａに相当する。

【0058】

続いて、走行制御部３３は、受光器２２の出力信号を取得する（手順Ｓ１０５）。そして、走行制御部３３は、受光器２２の出力信号がＯＮ信号であるかどうかを判断する（手順Ｓ１０６）。走行制御部３３は、受光器２２の出力信号がＯＮ信号でなくＯＦＦ信号であると判断したときは、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達していないと判定し、上記の手順Ｓ１０４を再度実行する。

【0059】

走行制御部３３は、受光器２２の出力信号がＯＮ信号であると判断したときは、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達したと判定し、自律走行ロボット３を停止させる（手順Ｓ１０７）。

【0060】

図７は、自律走行ロボット３の接続状態判定部３４により実行される接続状態判定処理の手順を示すフローチャートである。

【0061】

図７において、接続状態判定部３４は、まず受光器２２の出力信号を取得する（手順Ｓ１１１）。そして、接続状態判定部３４は、受光器２２の出力信号がＯＮ信号であるかどうかを判断する（手順Ｓ１１２）。接続状態判定部３４は、受光器２２の出力信号がＯＮ信号でなくＯＦＦ信号であると判断したときは、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達していないと判定し、上記の手順Ｓ１１１を再度実行する。

【0062】

接続状態判定部３４は、受光器２２の出力信号がＯＮ信号であると判断したときは、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達したと判定し、レーザセンサ２５の検出データを取得する（手順Ｓ１１３）。

【0063】

そして、接続状態判定部３４は、レーザセンサ２５の検出データに基づいて、レーザセンサ２５により受光されたレーザ光Ｌの輝度が予め決められた充電開始閾値以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１１４）。充電開始閾値は、低反射材１４で反射されるレーザ光Ｌの輝度よりも高く、且つ高反射材１３で反射されるレーザ光Ｌの輝度よりも低い値である。

【0064】

接続状態判定部３４は、レーザセンサ２５により受光されたレーザ光Ｌの輝度が充電開始閾値以上であると判断したときは、レーザセンサ２５により高反射材１３での反射光を受光したと判定することで、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であると判定する（手順Ｓ１１５）。

【0065】

接続状態判定部３４は、レーザセンサ２５により受光されたレーザ光Ｌの輝度が充電開始閾値よりも低いと判断したときは、レーザセンサ２５により低反射材１４での反射光を受光したと判定することで、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常でないと判定する（手順Ｓ１１６）。

【0066】

そして、接続状態判定部３４は、警報通知信号を警報制御部３５に出力する（手順Ｓ１１７）。これにより、警報制御部３５により警報器２８が制御されることで、警報器２８による警報が行われる。

【0067】

図８は、自律走行ロボット３の充電制御部３６により実行される充電制御処理の手順を示すフローチャートである。

【0068】

図８において、充電制御部３６は、まず接続状態判定部３４により電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であると判定されたかどうかを判断する（手順Ｓ１２１）。充電制御部３６は、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であると判定されたと判断したときは、上記の充電開始指示信号を通信機２９を介して充電装置２の通信機３９に送信する（手順Ｓ１２２）。

【0069】

続いて、充電制御部３６は、充電完了判定部３７によりバッテリ４の充電が完了したと判定されたかどうかを判断する（手順Ｓ１２３）。充電制御部３６は、バッテリ４の充電が完了したと判定されたと判断したときは、上記の充電終了指示信号を通信機２９を介して充電装置２の通信機３９に送信する（手順Ｓ１２４）。

【0070】

図９は、自律走行ロボット３の充電完了判定部３７により実行される充電完了判定処理の手順を示すフローチャートである。

【0071】

図９において、充電完了判定部３７は、まず電圧センサ２６の検出値を取得する（手順Ｓ１３１）。そして、充電完了判定部３７は、電圧センサ２６の検出値に基づいて、バッテリ４の充電率（ＳＯＣ：State of charge）を推定する（手順Ｓ１３２）。具体的には、充電完了判定部３７は、電圧センサ２６の検出値からバッテリ４の開放電圧を求め、バッテリ４の開放電圧からバッテリ４の充電率を求める。なお、バッテリ４は、開放電圧が高くなるほど充電率が高くなるような特性を有している。

【0072】

続いて、充電完了判定部３７は、バッテリ４の充電率が予め決められた規定値以上であるかどうかを判断する（手順Ｓ１３３）。規定値は、バッテリ４の充電率の上限値（例えば８５％～９５％）に設定されている。

【0073】

充電完了判定部３７は、バッテリ４の充電率が規定値よりも低いと判断したときは、充電器６によるバッテリ４の充電が完了していないと判定し（手順Ｓ１３４）、上記の手順Ｓ１３１を再度実行する。充電完了判定部３７は、バッテリ４の充電率が規定値以上であると判断したときは、充電器６によるバッテリ４の充電が完了したと判定する（手順Ｓ１３５）。

【0074】

図１０は、充電装置２の到達判定部４１により実行される到達判定処理の手順を示すフローチャートである。

【0075】

図１０において、到達判定部４１は、まずリミットスイッチ９の出力信号を取得する（手順Ｓ１４１）。そして、到達判定部４１は、リミットスイッチ９の出力信号がＯＮ信号であるかどうかを判断する（手順Ｓ１４２）。

【0076】

到達判定部４１は、リミットスイッチ９の出力信号がＯＮ信号でなくＯＦＦ信号であると判断したときは、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達していないと判定し（手順Ｓ１４３）、上記の手順Ｓ１４１を再度実行する。到達判定部４１は、リミットスイッチ９の出力信号がＯＮ信号であると判断したときは、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達したと判定する（手順Ｓ１４４）。

【0077】

図１１は、充電装置２の充電制御部４３により実行される充電制御処理の手順を示すフローチャートである。

【0078】

図１１において、充電制御部４３は、まず自律走行ロボット３の通信機２９から送信された充電開始指示信号を通信機３９を介して受信したかどうかを判断する（手順Ｓ１５１）。充電制御部４３は、充電開始指示信号を受信したと判断したときは、充電器６の電源をＯＮ制御する（手順Ｓ１５２）。これにより、充電器６によるバッテリ４の充電が開始される。

【0079】

続いて、充電制御部４３は、自律走行ロボット３の通信機２９から送信された充電終了指示信号を通信機３９を介して受信したかどうかを判断する（手順Ｓ１５３）。充電制御部４３は、充電終了指示信号を受信したと判断したときは、充電器６の電源をＯＦＦ制御する（手順Ｓ１５４）。これにより、充電器６によるバッテリ４の充電が終了する。

【0080】

以上のような自動充電システム１において、充電装置２により自律走行ロボット３のバッテリ４の自動充電を行うときは、自律走行ロボット３の自己位置を推定しながら、自律走行ロボット３が充電装置２に向かって自動的に走行する。そして、自律走行ロボット３が充電装置２の手前側に到達し、レーザセンサ２５により充電装置２のマーカ１２が検知されると、自律走行ロボット３が充電装置２の正面に向かって前進する。

【0081】

そして、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達すると、自律走行ロボット３の突起部２１により充電装置２のリミットスイッチ９が押され、リミットスイッチ９からＯＮ信号が出力される。すると、充電装置２の発光器１０からレーザ光が照射され、そのレーザ光が自律走行ロボット３の受光器２２で受光されることで、受光器２２からＯＮ信号が出力され、自律走行ロボット３が停止する。

【0082】

そして、レーザセンサ２５により高反射材１３での反射光を受光したかどうかが判定されることで、充電装置２の電極端子８と自律走行ロボット３の電極プレート２０との接続状態が正常であるかどうかが判定される。

【0083】

具体的には、図１２（ａ）に示されるように、自律走行ロボット３が充電装置２に対して上下方向に傾いていない通常状態では、レーザセンサ２５から照射されたレーザ光Ｌが高反射材１３で反射され、その反射光がレーザセンサ２５により受光される。従って、レーザセンサ２５により受光されたレーザ光Ｌの輝度が充電開始閾値以上となるため、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であると判定される。

【0084】

この場合には、自律走行ロボット３から充電装置２に通信機２９，３９を介して充電開始指示信号が送信されることで、充電器６が電源ＯＮとなり、バッテリ４の充電が開始される。具体的には、充電器６からの電流が電極端子８及び電極プレート２０を流れてバッテリ４に供給される。その後、バッテリ４の充電率が規定値に達すると、自律走行ロボット３から充電装置２に通信機２９，３９を介して充電終了指示信号が送信されることで、充電器６が電源ＯＦＦとなり、バッテリ４の充電が終了する。

【0085】

一方、図１２（ｂ）に示されるように、自律走行ロボット３が充電装置２に向かって走行する走行路上にケーブルやゴミ等の落下物Ａが存在する場合に、電極端子８と電極プレート２０とが接続される直前に自律走行ロボット３が落下物Ａに乗り上げると、自律走行ロボット３が充電装置２に対して上下方向に傾いた状態となる。

【0086】

その状態では、リミットスイッチ９が自律走行ロボット３の突起部２１に押されたとしても、電極プレート２０が電極端子８に対して上方にずれるため、レーザセンサ２５から照射されたレーザ光Ｌが上側の低反射材１４で反射され、その反射光がレーザセンサ２５により受光される。従って、レーザセンサ２５により受光されたレーザ光Ｌの輝度が充電開始閾値よりも低いため、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常でないと判定される。

【0087】

この場合には、充電器６によるバッテリ４の充電が開始されず、警報器２８によりユーザに対して警報が行われる。そして、ユーザが落下物Ａを取り除くことで、自律走行ロボット３が充電装置２に対して上下方向に傾かない通常状態となる。その後、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であると判定されると、充電器６によるバッテリ４の充電が開始される。

【0088】

ところで、自律走行ロボット３が落下物Ａに乗り上げることで、自律走行ロボット３が充電装置２に対して上下方向に傾いた状態になると、図１３に示されるように、電極端子８の一部が電極プレート２０に当たり、電極端子８の他の一部が樹脂製の取付板１９に当たるという、いわゆる電極端子８及び電極プレート２０が半当たりした状態になることがある。電極端子８及び電極プレート２０が半当たりした状態で、充電器６によるバッテリ４の充電が開始されると、電極端子８と電極プレート２０との接触抵抗が増大し、電極端子８及び電極プレート２０の発熱を引き起こす可能性がある。

【0089】

そのような課題に対し、本実施形態では、自律走行ロボット３において充電装置２が認識されると、自律走行ロボット３が充電装置２に向かって充電位置ＪＰまで走行するように制御される。充電位置ＪＰは、充電装置２の充電器６に電気的に接続された電極端子８と自律走行ロボット３に搭載されたバッテリ４に電気的に接続された電極プレート２０とが接続可能な位置である。そして、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達したときに、レーザセンサ２５の検出データに基づいて、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であるかどうかが判定される。具体的には、レーザセンサ２５により高反射材１３での反射光を受光したと判定されたときは、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であると判定される。そして、バッテリ４の充電が開始されるように充電器６が制御される。一方、レーザセンサ２５により高反射材１３での反射光を受光していないと判定されたときは、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常でないと判定される。従って、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達する前に落下物Ａに乗り上げることで、自律走行ロボット３が充電装置２に対して上下方向に傾いた状態となり、電極端子８と電極プレート２０とが半当たりした状態となった場合には、レーザセンサ２５により高反射材１３での反射光が受光されず、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常でないと判定されることとなる。この場合には、充電器６によるバッテリ４の充電が開始されない。このように電極同士が半当たりした状態におけるバッテリ４の充電が抑制される。これにより、電極端子８と電極プレート２０との接触抵抗の増大によって電極端子８及び電極プレート２０の発熱を引き起こすことが抑えられる。

【0090】

また、本実施形態では、レーザセンサ２５により受光されたレーザ光Ｌの輝度が充電開始閾値以上であるときは、レーザセンサ２５により高反射材１３での反射光を受光したと判定されることで、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であると判定される。高反射材１３で反射されたレーザ光Ｌの輝度は、充電装置２における高反射材１３以外の領域で反射されたレーザ光Ｌの輝度よりも高い。そこで、レーザセンサ２５により高反射材１３での反射光を受光したかどうかの判定において、レーザセンサ２５により受光されたレーザ光Ｌの輝度を用いることにより、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であるかどうかの判定が容易に行われる。

【0091】

また、本実施形態では、高反射材１３の上側及び下側には、低反射材１４がそれぞれ配置されている。この場合には、充電装置２の認識に使用されるマーカ１２の上下方向の寸法が大きくなるため、レーザセンサ２５によりマーカ１２の検知が行いやすくなる。従って、自律走行ロボット３において充電装置２の認識精度が向上する。

【0092】

また、本実施形態では、マーカ１２は、充電装置２の筐体５の前側に対して凹状を呈しており、高反射材１３及び低反射材１４は、マーカ１２のＶ字底面１２ａに接合されている。この場合には、マーカ１２のＶ字底面１２ａがマーカ１２の先端よりも筐体５の後側に位置することになる。このため、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰにある状態において、レーザセンサ２５から高反射材１３までの距離が長くなる。従って、レーザセンサ２５により受光されたレーザ光Ｌの輝度の精度が高くなるため、レーザセンサ２５により高反射材１３での反射光を受光したかどうかの判定精度が向上する。

【0093】

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、マーカ１２は、高反射材１３と、この高反射材１３の上側及び下側にそれぞれ配置された２つの低反射材１４とを有しているが、特にそのような形態には限られない。低反射材１４は、高反射材１３の上側のみに配置されていてもよい。

【0094】

また、レーザセンサ２５から照射されたレーザ光Ｌを反射させる反射材の種類としては、特に高反射材１３及び低反射材１４といった２種類には限られず、１種類（例えば高反射材１３）のみであってもよい。

【0095】

また、上記実施形態では、高反射材１３及び低反射材１４は、充電装置２の筐体５の前側に対してＶ字状を呈するマーカ１２のＶ字底面１２ａに接合されているが、特にそのような形態には限られない。例えば、筐体５の前側に対して矩形凹状や湾曲凹状等を呈する凹状部材の凹底面に反射材が接合されていてもよい。また、筐体５に取り付けられた平板等に反射材が接合されていてもよいし、或いは筐体５自体に反射材が接合されていてもよい。

【0096】

また、上記実施形態では、レーザセンサ２５により受光されたレーザ光Ｌの輝度が充電開始閾値以上であるときは、レーザセンサ２５により高反射材１３での反射光を受光したと判定されることで、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であると判定されているが、特にそのような形態には限られない。例えば、充電装置２の上下方向に沿って横幅寸法が異なる形状（例えば三角形状）の反射材を使用し、レーザセンサ２５の検出データに基づいて反射材の横幅寸法を検出することで、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であるかどうかを判定してもよい。

【0097】

また、上記実施形態では、充電装置２に取り付けられたマーカ１２を検知することで、充電装置２が認識されているが、特にそのようなマーカ１２を使用しなくてもよく、例えば、レーザセンサ２５の検出データに基づいて充電装置２を直接認識してもよい。

【0098】

また、上記実施形態では、充電装置２のリミットスイッチ９が自律走行ロボット３に押されると、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達したと判定されているが、特にその形態には限られず、例えばレーザセンサ２５の検出データに基づいて、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達したかどうかを判定してもよい。

【0099】

また、上記実施形態では、充電装置２の発光器１０から照射されたレーザ光が自律走行ロボット３の受光器２２により受光されると、レーザセンサ２５の検出データに基づいて、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であるかどうかが判定されているが、特にそのような形態には限られない。例えば、自律走行ロボット３が充電位置ＪＰに到達したときに、充電装置２から自律走行ロボット３に接続状態判定指示信号を送信してもよい。この場合には、自律走行ロボット３において接続状態判定指示信号を受信すると、レーザセンサ２５の検出データに基づいて、電極端子８と電極プレート２０との接続状態が正常であるかどうかを判定してもよい。

【0100】

また、上記実施形態では、レーザセンサ２５の検出データによるＳＬＡＭ手法を用いて、自律走行ロボット３の自己位置が推定されているが、特にそのような形態には限られない。自律走行ロボット３の自己位置を推定する手法としては、例えばカメラの画像データによるＳＬＡＭ手法、或いは自律走行ロボット３の移動量及び移動方向を検出するオドメトリセンサ等を用いてもよい。

【0101】

また、上記実施形態では、自律走行ロボット３の自動充電が行われているが、本発明は、フォークリフトやトーイングトラクタ等の走行体の自動充電にも適用可能である。

【符号の説明】

【0102】

１…自動充電システム、２…充電装置、３…自律走行ロボット（走行体）、４…バッテリ、５…筐体、６…充電器、８…電極端子、１０…発光器（接続状態判定部）、１２…マーカ（凹状部材）、１２ａ…Ｖ字底面（凹底面）、１３…高反射材（第１の反射材）、１４…低反射材（第２の反射材）、２０…電極プレート（電極受け部）、２２…受光器（接続状態判定部）、２５…レーザセンサ、３２…マーカ検知部（認識部）、３３…走行制御部、３４…接続状態判定部、３６…充電制御部、４２…発光制御部（接続状態判定部）、４３…充電制御部、ＪＰ…充電位置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】