ロボットシステム
【課題】所望する目的のロボット動作を安定して得られ、しかもロボットの小型軽量化とコスト低減を図ることができるロボットシステムを提供する。
【解決手段】巡回路に沿って走行される警備ロボット１０の電源として充電式電池２１を使用し、また、巡回路１１の途中に複数の充電ステーション１３ａ〜１３ｃを配置し、これら充電ステーション１３ｂ〜１３ｃに警備ロボット１０が達するごとに、それぞれの充電部３１により前記充電式電池２１を満充電まで充電し巡回警備のための走行を継続させるようにした。また、組み込まれる充電式電池２１として１０Ｃ以上の電流で急速充電できるリチウムイオン二次電池が用いられことも特徴とする。
【解決手段】巡回路に沿って走行される警備ロボット１０の電源として充電式電池２１を使用し、また、巡回路１１の途中に複数の充電ステーション１３ａ〜１３ｃを配置し、これら充電ステーション１３ｂ〜１３ｃに警備ロボット１０が達するごとに、それぞれの充電部３１により前記充電式電池２１を満充電まで充電し巡回警備のための走行を継続させるようにした。また、組み込まれる充電式電池２１として１０Ｃ以上の電流で急速充電できるリチウムイオン二次電池が用いられことも特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律走行するロボットを用いたロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、ロボットは、各方面に広く応用されており、例えば、警備用のロボット（以下、警備ロボットと称する。）を使って施設内を警備するロボットシステムが実用化されている。
【０００３】
このようなロボットシステムでは、各種センサやカメラなどの監視機器を搭載した自律走行型の警備ロボットを使用し、この警備ロボットを夜間などに施設内の予め決められた順路を自律走行により巡回させ、センサやカメラによって異常の有無を監視するとともに、監視状況を管理センター等に伝えることにより警備を行うようにしている。
【０００４】
このようなシステムを採用することは、従来、人間が主体であった警備システムに対し、警備員の負担を減らすことができるなど、コスト削減につなげることが可能となり、また、人間では常時警備を続けることは困難であるが、警備ロボットであれば、決められた警備時間の間は、常に巡回し続けるということも可能であり、セキュリティーのレベルも格段に向上できることになる。
【０００５】
ところで、自律走行型の警備ロボットは、外部電源を使用することができないため、例えば、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池などの充電式電池が搭載されている。
【特許文献１】特開２００５−１２３１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、充電式電池は、一般的に用いられる、例えばニッケル水素蓄電池の場合、普通充電で１２時間程度、急速充電で２〜３時間の充電時間が必要である。このため、このような充電式電池を用いた警備ロボットでは、多大な時間を費やして電池充電を行うなど事前の準備をしなくてはならず、また、この充電期間中は巡回警備ができないことにもなる。このことは、決められた時間毎に警備ロボットを走行させて巡回警備するといった運用法に限られてしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、常に警備ロボットを走行可能にして巡回警備を実現するため、例えば一晩中警備ロボットを走行可能にするだけの大容量の充電式電池を搭載することも考えられるが、これでは、充電式電池自体が非常に大きなものになるため、警備ロボット全体が大型で重くなってしまい巡回警備に必要な機動性に欠けるとともに、コスト的にも高価になってしなう。また、常時巡回警備をしなくとも巡回する際の走行距離が長くなると、必要とする電池容量が大きくなり、この場合も、警備ロボット自体が非常に大きなものになってしまう。このため、警備ロボットの巡回する走行距離を短くするか、複数の警備ロボットを使用してシステムの運用でカバーするかといった対処法となってしまうが、これではセキュリティーレベルの向上やコスト削減といった警備ロボット導入の初期の目的が果たせなくなるという問題を生じる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所望する目的のロボット動作を安定して得られ、しかもロボットの小型軽量化とコスト低減を図ることができるロボットシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、ロボット本体と、該ロボット本体内部に設けられる１０Ｃ以上の電流で急速充電可能な充電式電池と、該充電式電池の出力を電源として前記ロボット本体を自律走行させる駆動手段を有するロボットと、前記ロボットが自律走行される走行路と、前記走行路に少なくとも１個配置され、前記充電式電池を充電する充電手段を有する充電ステーションと、を具備し、前記ロボットは、前記走行路を自律走行され、且つ前記充電ステーションで前記充電手段により前記充電式電池が充電されることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ロボット及び充電ステーションは、これらロボット及び充電ステーションの間を連結可能にする連結手段と、該連結手段の連結状態で前記充電式電池を前記充電手段に接続する接続端子を有することを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記充電ステーションは、前記走行路に沿って所定間隔をおいて複数配置されることを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記充電式電池は、前記ロボットの少なくとも次の充電ステーションまでの距離の自律走行に必要な電池容量を有することを特徴としている。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、さらに前記充電式電池の過充電、過放電及び過電流の少なくとも一つを検出し、前記充電式電池の充電又は放電を停止させる監視保護手段を有することを特徴としている。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ロボットは、周囲の状態を検出する状態検出手段と、該状態検出手段の検出情報を無線信号で送信する通信手段を有する警備ロボットであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、所望する目的のロボット動作を安定して得られ、しかもロボットの小型軽量化とコスト低減を図ることができるロボットシステムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明のロボットシステムに適用される警備ロボットの概略構成を示すもので、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は背面図である。
【００１８】
図１において、１０は警備ロボットを示している。この警備ロボット１０は、ロボット本体１を有し、このロボット本体１の下端部に、ロボット本体１を自律走行させるための走行用車輪２が設けられている。この走行用車輪２は、ロボット本体１の前進、後退及び左右の移動をも可能にするものである。また、走行用車輪２には、振動を最小限にしてロボット走行を円滑にするためゴムタイヤなどが用いられる。
【００１９】
ロボット本体１の正面中央部には、センサ群３が配置されている。この場合、センサ群３には、熱センサ、煙センサなど周囲の異常を感知するものが用いられる。センサ群３の上方には、ライト４が配置されている。このライト４は、ロボット本体１の走行方向、つまり前方に光を照射するもので、後述する監視カメラ５の撮影用照明として用いられる。また、ライト４は、監視カメラ５の撮影方向に合わせて照明光の照射方向を変更できるようにもなっている。
【００２０】
ロボット本体１の上端部には、監視カメラ５が設けられている。この監視カメラ５は、撮影方向を上下左右に移動できるようにしている。
ロボット本体１の一方側面には、警報手段として警報用スピーカ６が設けられている。この警報用スピーカ６は、警備上の異常の際に、サイレン音などの警報や音声による警告などを発生する。また、ロボット本体１の他方側面には、通信アンテナ７が設けられている。この通信アンテナ７は、センサ群３で検出した検出情報、監視カメラ５の撮影画像などの情報の無線信号を不図示の管理センターに送信する。
【００２１】
一方、ロボット本体１の背面には、ドッキング部８を有している。このドッキング部８は、後述する充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）にドッキングして、後述する充電式電池２１の充電を可能にするものである。このドッキング部８についての詳細は、後述する。
【００２２】
このように構成される警備ロボット１０は、走行路として図２に示すような巡回路１１に沿って走行される。巡回路１１は、予め設定されるもので、警備ロボット１０の巡回警備の起点となるホーム１２と、巡回路１１に沿って複数（図示例では３個）配置された充電ステーション１３ａ〜１３ｃを有し、ホーム１２を出発した警備ロボット１０が各充電ステーション１３ａ〜１３ｃを経由して、再びホーム１２に戻るように構成されている。この場合、ホーム１２と充電ステーション１３ａの間、各充電ステーション１３ａ〜１３ｃの間及び充電ステーション１３ｃとホーム１２の間は、それぞれ後述する充電式電池２１の１回の充電で走行可能な距離に設定されている。
【００２３】
図３は、警備ロボット１０と充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）の連結部の構成を示している。この場合、連結手段として、警備ロボット１０のドッキング部８に対し、充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）にもドッキング部１４が設けられている。
【００２４】
警備ロボット１０のドッキング部８は、ドッキング部本体８０１の円弧状に突出したドッキング面８０１ａに接続端子として凹状の充電端子８０２，８０３が並んで配置され、これら充電端子８０２，８０３の両側にドッキングセンサ８０４、８０５が配置されている。
【００２５】
一方、充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）のドッキング部１４は、ドッキング部本体１４１の円弧状に凹んだドッキング面１４１ａに接続端子として凸状の充電端子１４２，１４３が並んで配置され、これら充電端子１４２，１４３の両側にドッキングセンサ１４４、１４５が配置されている。この場合、前記ドッキング部８の円弧状に突出したドッキング面８０１ａが前記ドッキング部１４の円弧状に凹んだドッキング面１４１ａに当接した状態、つまりドッキング状態で、前記凸状の充電端子１４２，１４３が前記凹状の充電端子８０２，８０３内に嵌合され、これらの間が電気的に接続される。また、ドッキングセンサ８０４、８０５、１４４、１４５は、前記ドッキング部８とドッキング部１４の間のドッキング状態を検出するもので、ここでは、ドッキングセンサ８０４と１４４、ドッキングセンサ８０５と１４５がそれぞれ対になっている。図示例では、ドッキングセンサ１４４、１４５にＬＥＤ、ドッキングセンサ８０４、８０５にフォトダイオードが用いられ、ＬＥＤから発せられる光をフォトダイオードで受光するようにしている。
【００２６】
図４は、このように構成されたロボットシステムの回路構成を示している。なお、図４は、上述した図１及び図３と同一部分には同符号を付している。
【００２７】
図４において、２１は充電式電池で、この充電式電池２１は、前記ロボット本体１内部に設けられている。充電式電池２１には、急速充電が可能なリチウムイオン二次電池が用いられる。リチウムイオン二次電池は、アルミニウムラミネートフィルムからなる外装部材による容器と、この容器内に収容された非水電解質と、前記容器内に収納されアルミニウム箔よりなる正極集電体にリチウムコバルト酸化物を正極作用物質として含む正極層が担持された正極と、前記容器内に収納されアルミニウム箔よりなる負極集電体に平均粒子径が１μｍ以下の粒度分布を有するチタン酸リチウムを負極活物質粒子として含む負極層が担持された負極とを備えた構造を有している。
【００２８】
ここで、リチウムイオン二次電池についてさらに詳細に説明する。かかる、リチウムイオン二次電池は、リチウムチタン酸化物を活物質として含む負極を備えている。活物質であるリチウムチタン酸化物は、特許文献１に開示される通り、リチウムを吸蔵・放出可能な材料であり、リチウムイオンの挿入・離脱が１．４Ｖから１．７Ｖ／Ｌｉ付近で行われる。このため、この二次電池は大電流での急速充電を行っても、従来の負極活物質に炭素材料を用いた場合と比べてリチウムの析出が起こらずに安全性を確保できる。また、リチウムの吸蔵放出に伴う膨張収縮が生じるのを抑制することができるため、２０Ｃ電流の急速充電を繰り返し行った際にも負極活物質の構造破壊を抑えることができる。その結果、充放電を繰り返し行った場合においても長い寿命を維持できる。電池の電位としては２．４Ｖ程度であることから、従来のニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池の２本直列分に相当するため、使用本数で５０％の減量化が達成できる。
【００２９】
具体的には、以下のような方法で組み立てたリチウムイオン二次電池は２０Ｃで３分間充電することにより約８０％電池容量まで充電することが可能な急速充電二次電池であることが確認されている。ここで、『Ｃ』は充放電率を表す単位であり、完全放電から完全充電（または完全充電から完全放電）までを定電流充電した場合に計算上１時間で行えるレートを１Ｃとして表現する。１／１０時間の場合、１０Ｃと表現する。したがって、例えば２０Ｃ充電とは、１Ｃ充電の２０倍の電流が必要になる。
【００３０】
＜負極の作製＞
活物質として、平均粒子径５μｍでＬｉ吸蔵電位が１．５５Ｖ(ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ+)のチタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）粉末と、導電剤として平均粒子径０．４μｍの炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比で９０：７：３となるように配合し、これらをｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散してスラリーを調製した。
【００３１】
なお、活物質の粒子径の測定には、レーザー回折式粒度分布測定装置（島津製作所株式会社 型番ＳＡＬＤ−３００）を用いた。まず、ビーカー等に試料約０．１ｇを入れた後、界面活性剤と１〜２ｍＬの蒸留水を添加して十分に攪拌し、攪拌水槽に注入した。２秒間隔で、６４回光強度分布を測定し、粒度分布データを解析し、累積度数分布が５０％の粒径（Ｄ５０）を平均粒子径とした。
【００３２】
次いで、厚さ１０μｍのアルミニウム箔（純度９９．９９％）を負極集電体に前記スラリーを塗布し、乾燥した後、プレスを施すことにより電極密度２．４ｇ／ｃｍ3の負極を作製した。
【００３３】
＜正極の作製＞
活物質としてリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2）と、導電材として黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比で８７：８：５となるように配合し、これらをｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散させてスラリーを調製した。厚さ１５μｍのアルミニウム箔（純度９９．９９％）にスラリーを塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度３．５ｇ／ｃｍ3の正極を作製した。
【００３４】
＜二次電池の組み立て＞
容器（外装部材）の形成材料として、厚さが０．１ｍｍのアルミニウム含有ラミネートフィルムを用意した。このアルミニウム含有ラミネートフィルムのアルミニウム層は、膜厚約０．０３ｍｍであった。アルミニウム層を補強する樹脂には、ポリプロピレンを使用した。このラミネートフィルムを熱融着で貼り合わせることにより、容器（外装部材）を得、さらに金属アルミニウムの容器に収めた。
【００３５】
次いで、前記正極に正極端子を電気的に接続すると共に、前記負極に負極端子を電気的に接続した。厚さ１２μｍのポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータを正極に密着させて被覆した。セパレータで被覆された正極に負極を対向するように重ね、これらを渦巻状に捲回して電極群を作製した。この電極群をプレスして扁平状に成形した。容器（外装部材）に扁平状に成形した電極群を挿入した。
【００３６】
エチレンカーボネート（ＥＣ）とγ−ブチルラクトン（ＧＢＬ）が体積比（ＥＣ：ＧＢＬ）で１：２の割合で混合された有機溶媒にリチウム塩であるＬｉＢＦ4を１．５ｍｏｌ／Ｌ溶解させ、液状の非水電解質を調製した。得られた非水電解質を前記容器内に注液し、リチウム二次電池を組み立てた。このようなリチウム二次電池は、満充電時電圧２．８Ｖ、放電終止電圧１．５Ｖで使用することができる。
【００３７】
この実施の形態では、前記充電式電池２１として、１０Ｃ以上の電流で急速充電可能なリチウムイオン二次電池が使用される。勿論、かかる充電式電池２１は、上述した２０Ｃで３分間充電することにより約８０％電池容量まで充電可能なものである。
【００３８】
このような充電式電池２１には、前記充電端子８０２、８０３が接続され、また、電源スイッチ２２を介して制御手段としての制御部２３及び自律走行のための駆動手段としてモータ２４が接続されている。電源スイッチ２２は、手動により操作され、前記制御部２３及びモータ２４への電源の入り切りを行う。モータ２４は、後述するモータ駆動部２５の指示により前記走行用車輪２を回転駆動する。
【００３９】
制御部２３には、上述したセンサ群３、監視カメラ５、警報用スピーカ６、ドッキングセンサ８０４（８０５）の他、モータ駆動部２５及び通信部２６が接続されている。また、制御部２３は、走行制御手段２３１、状態検出手段２３２、充電ステーション検出手段２３３を有している。走行制御手段２３１は、予め用意されたプログラムに従って前記巡回路１１に沿った警備ロボット１０の走行を制御するもので、前記モータ駆動部２５を介してモータ２４を駆動制御する。状態検出手段２３２は、前記センサ群３を構成する熱センサ、煙センサなど検出出力により周囲の異常を検出するもので、警報用スピーカ６よりサイレン音や音声による警告を発生させる。充電ステーション検出手段２３３は、ドッキングセンサ８０４、８０５の出力により充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）を検出するとともに、充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）とのドッキング状態を検出する。この場合、充電ステーション検出手段２３３は、例えばドッキング部８のドッキングセンサ８０４，８０５を構成するフォトダイオードが、充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）側のドッキング部１４のドッキングセンサ１４４、１４５を構成するＬＥＤからの光を受光することにより充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）を検出し、さらに前記フォトダイオードがそれぞれ対応するＬＥＤの光を各別に受光した状態で、これら受光する光の強度がほぼ等しく、且つ最大になった状態でドッキング状態を検出する。
【００４０】
さらに、制御部２３は、センサ群３で検出した検出情報、監視カメラ５の撮影画像情報などを通信部２６で無線信号に変換し、通信アンテナ７を介して不図示の管理センターなどに送信させる。
【００４１】
充電式電池２１には、監視保護手段として監視保護回路２７が設けられている。この監視保護回路２７は、充電式電池２１の状態を監視するもので、かかる監視結果に応じて不図示のスイッチを駆動して充電式電池２１の充放電を停止させる。この場合、監視保護回路２７は、充電式電池２１の過充電、過放電及び過電流を監視する。そして、充電式電池２１の充電電圧が所定値の範囲では、充電式電池２１の充放電を許容し、充電式電池２１の充電電圧が所定値以上になると過充電と判断し前記スイッチ（不図示）を開放して充電式電池２１の充電を停止させ、また、充電式電池２１の充電電圧が所定値以下になると過放電と判断し前記スイッチ（不図示）を開放して充電式電池２１の放電を停止させる。さらに充電式電池２１の放電電流が所定値以上になると、過電流と判断し前記スイッチ（不図示）を開放して充電式電池２１の放電を停止させる。これにより、充電式電池２１が過充電状態になって電解液の分解によりガスが発生し、電池内部の圧力が上昇して漏液するのを防止し、また、充電式電池２１が過放電状態になって負極の集電体の銅が電解液で溶解し電池性能を劣化させるのを防止する。このような監視保護回路２７は、モジュール化され、前記充電式電池２１内部に一体に組み込まれるものが用いられる。
なお、監視保護回路２７は、充電式電池２１の過充電、過放電及び過電流の少なくとも一つを監視するものであっても良い。
【００４２】
一方、充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）には、前記充電端子１４２，１４３が設けられている。この充電端子１４２，１４３には、充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）へ警備ロボット１０がドッキングした状態で前記充電端子８０２、８０３が電気的に接続される。図示例はこの状態を示している。充電端子１４２，１４３には、充電手段として充電部３１が接続されている。充電部３１は、電源コード３２を介して不図示のＡＣ電源に接続され、警備ロボット１０の充電式電池２１を満充電まで充電可能にしている。
【００４３】
次に、このように構成したロボットシステムの動作を図５に示すフローチャートに従い説明する。
【００４４】
まず、ステップ５０１で、図２に示すホーム１２から最初の充電ステーション１３ａに向けての警備ロボット１０を走行させる。この場合、制御部２３は、走行制御手段２３１により予め用意されたプログラムに従ってモータ駆動部２５を介してモータ２４を制御し、前記走行用車輪２を駆動させて、前記巡回路１１に沿った警備ロボット１０の走行を制御する。
【００４５】
次に、ステップ５０２で、周囲の状況を監視する。この場合、制御部２３は、監視カメラ５による撮影画像情報を通信部２６で無線信号に変換し、通信アンテナ７を介して不図示の管理センターに送信する。同時に、状態検出手段２３２によるセンサ群３の熱センサ、煙センサなどの検出情報も、通信部２６で無線信号に変換し、通信アンテナ７を介して不図示の管理センターに送信する。管理センターでは、監視カメラ５の撮影画像情報やセンサ群３の検出情報から周囲の状況を逐一監視する。
【００４６】
次に、ステップ５０３で、異常の有無が判断される。この場合、前記状態検出手段２３２は、センサ群３の熱センサ、煙センサなどの検出出力により周囲の異常の有無を検出する。ここで、異常を検出すると、ステップ５０４に進み、警報用スピーカ６よりサイレン音や音声による警告を発生させる。そして、ステップ５０５で、警備員などが駆けつけ異常原因が確認されると、その後、ステップ５０１に戻り、再び上述したステップ５０１以降の動作が実行される。
【００４７】
一方、ステップ５０３で、異常が検出されない場合は、ステップ５０６に進み、充電ステーションの有無が判断される。この場合、制御部２３は、充電ステーション検出手段２３３によりドッキング部８のドッキングセンサ８０４，８０５を構成するフォトダイオードが、充電ステーション１３ａ側のドッキング部１４のドッキングセンサ１４４、１４５を構成するＬＥＤからの光を受光しているか否かで最初の充電ステーション１３ａを検出する。ここで、充電ステーション１３ａが検出されない場合は、ステップ５０１に戻り、再び上述したステップ５０１以降の動作が実行される。
【００４８】
一方、ステップ５０６で、充電ステーション検出手段２３３により最初の充電ステーション１３ａが検出されると、続けて充電ステーション１３ａとのドッキング状態も検出される。この場合、充電ステーション検出手段２３３は、前記フォトダイオードがそれぞれ対応する前記ＬＥＤの光を各別に受光した状態で、これら受光する光の強度がほぼ等しく、且つ最大になったときにドッキング状態を検出する。
【００４９】
警備ロボット１０のドッキング部８が充電ステーション１３ａのドッキング部１４にドッキングすると、この状態で、充電ステーション１３ａ側の凸状の充電端子１４２，１４３が警備ロボット１０側の凹状の充電端子８０２，８０３内に嵌合され、これら間が電気的に接続される。
【００５０】
この状態で、ステップ５０７に進み、充電部３１により充電式電池２１の充電が開始される。そして、充電式電池２１が満充電になると（ステップ５０８）、ステップ５０９に進む。ここで、充電式電池２１の満充電は、充電時間や前記監視保護回路２７で監視される充電式電池２１の充電状況から判断される。
【００５１】
ステップ５０９では、ホーム１２に到着したかが判定される。ここで、ＮＯと判断されると、ステップ５０１に戻り、再び上述したステップ５０１以降の動作が実行される。この場合、警備ロボット１０は、充電ステーション１３ａから充電ステーション１３ｂ、充電ステーション１３ｂから充電ステーション１３ｃ、充電ステーション１３ｃからホーム１２のそれぞれの間の巡回路１１に沿って走行され、各充電ステーション１３ｂ〜１３ｃに到達するごとに、それぞれの充電部３１により満充電まで充電される。
【００５２】
その後、ステップ５０９で、ホーム１２に到着したと判断されると、警備ロボット１０による警備巡回は終了する。
【００５３】
従って、このようにすれば、巡回路１１に沿って走行される警備ロボット１０の電源として充電式電池２１を使用し、また、巡回路１１の途中に複数の充電ステーション１３ａ〜１３ｃを配置し、これら充電ステーション１３ｂ〜１３ｃに警備ロボット１０が達するごとに、それぞれの充電部３１により前記充電式電池２１を満充電まで充電し、次の巡回警備のための走行を継続させるようにした。また、組み込まれる充電式電池２１として１０Ｃ以上の電流で急速充電できるリチウムイオン二次電池が用いられことも特徴としている。これにより、巡回警備の途中で繰り返し充電ができ、しかも、充電式電池２１は短時間の急速充電が可能なので、警備を長時間中断することなく、ほぼ連続した警備が実現できるなど、警備ロボットシステムとして所望する目的のロボット動作を安定して得ることができる。また、複数の充電ステーション１３ｂ〜１３ｃを設置することによって、巡回途中で頻繁に充電式電池２１の充電ができるので、搭載する電池数を減らすことが可能で、警備ロボット１０自体の小型軽量化とともにコスト低減につなげることができる。これらのことは、急速充電が可能な充電式電池２１を使用することによって実現できることである。従来の急速充電で２〜３時間を要する二次電池を使用した場合は、例え巡回路の途中に複数の充電ステーションを設置したとしても、各充電ステーションで長時間がかかって充電をしなければ先に進めないため、トータルの巡回時間が非常に長くかかってしまうばかりか、充電期間中は巡回警備かできないため、警備に長い空白時間ができてしまい、警備ロボットシステムとして所望するロボット動作を安定して得ることができない。
【００５４】
また、警備ロボット１０の充電式電池２１は、図２に示す巡回路１１を走行する場合、ホーム１２から充電ステーション１３ａ、充電ステーション１３ａから充電ステーション１３ｂ、充電ステーション１３ｂから充電ステーション１３ｃ、充電ステーション１３ｃからホーム１２のそれぞれの間の距離を走行できるだけの小さな電池容量を備えていればよいため、巡回警備を終えてホーム１２にも戻っても、次の巡回に必要な充電を短時間で行うことができ、次の巡回警備に直ちに出発することも可能である。図２の例では巡回路１１が４分割されているので、従来の全巡回路を走行可能なだけの容量を有する二次電池の１／４の電池容量の充電式電池２１を用意すればよい。
【００５５】
さらに、搭載する充電式電池２１を小型化できることにより空いたスペースは、警備ロボット１０自体の小型化につなげることができるので、例えば、固定式の監視カメラの死角になるような狭いところにも入り込めるような設計を実現でき、警備範囲を広げることも可能であり、さらには、空いたスペースに、従来では搭載していなかったセンサなど新たな警備手段を搭載してセキュリティーレベルを上げることも可能である。
【００５６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、ロボットシステムとして警備ロボットに適用した例を述べたが、例えば、決められた順路に従って客を案内しながら展示内容を説明するような案内ロボットや、オフィース内の決めら順路に沿って掃除を行う掃除用ロボットなどにも適用することができる。
【００５７】
その他、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態のロボットシステムに適用される警備ロボットの概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態に適用される警備ロボットが走行される巡回路を示す図。
【図３】第１の実施の形態に適用される警備ロボットと充電ステーションとのドッキング構成を示す図。
【図４】第１の実施の形態のロボットシステムの回路構成を示す図。
【図５】第１の実施の形態のロボットシステムの動作を説明するフローチャート。
【符号の説明】
【００５９】
１…ロボット本体、２…走行用車輪、３…センサ群
４…ライト、５…監視カメラ、６…警報用スピーカ
７…通信アンテナ、８…ドッキング部
８０１…ドッキング部本体、８０１ａ…ドッキング面
８０２．８０３…充電端子、８０４．８０５…ドッキングセンサ
１０…警備ロボット、１１…巡回路
１２…ホーム、１３ａ〜１３ｃ…充電ステーション
１４…ドッキング部、１４１…ドッキング部本体
１４１ａ…ドッキング面、１４２．１４３…充電端子
１４４．１４５…ドッキングセンサ、２１…充電式電池
２２…電源スイッチ、２３…制御部
２３１…走行制御手段、２３２…状態検出手段
２３３…充電ステーション検出手段、２４…モータ
２５…モータ駆動部、２６…通信部、２７…監視保護回路
３１…充電部、３２…電源コード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律走行するロボットを用いたロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、ロボットは、各方面に広く応用されており、例えば、警備用のロボット（以下、警備ロボットと称する。）を使って施設内を警備するロボットシステムが実用化されている。
【０００３】
このようなロボットシステムでは、各種センサやカメラなどの監視機器を搭載した自律走行型の警備ロボットを使用し、この警備ロボットを夜間などに施設内の予め決められた順路を自律走行により巡回させ、センサやカメラによって異常の有無を監視するとともに、監視状況を管理センター等に伝えることにより警備を行うようにしている。
【０００４】
このようなシステムを採用することは、従来、人間が主体であった警備システムに対し、警備員の負担を減らすことができるなど、コスト削減につなげることが可能となり、また、人間では常時警備を続けることは困難であるが、警備ロボットであれば、決められた警備時間の間は、常に巡回し続けるということも可能であり、セキュリティーのレベルも格段に向上できることになる。
【０００５】
ところで、自律走行型の警備ロボットは、外部電源を使用することができないため、例えば、ニッケル水素蓄電池やリチウムイオン二次電池などの充電式電池が搭載されている。
【特許文献１】特開２００５−１２３１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、充電式電池は、一般的に用いられる、例えばニッケル水素蓄電池の場合、普通充電で１２時間程度、急速充電で２〜３時間の充電時間が必要である。このため、このような充電式電池を用いた警備ロボットでは、多大な時間を費やして電池充電を行うなど事前の準備をしなくてはならず、また、この充電期間中は巡回警備ができないことにもなる。このことは、決められた時間毎に警備ロボットを走行させて巡回警備するといった運用法に限られてしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、常に警備ロボットを走行可能にして巡回警備を実現するため、例えば一晩中警備ロボットを走行可能にするだけの大容量の充電式電池を搭載することも考えられるが、これでは、充電式電池自体が非常に大きなものになるため、警備ロボット全体が大型で重くなってしまい巡回警備に必要な機動性に欠けるとともに、コスト的にも高価になってしなう。また、常時巡回警備をしなくとも巡回する際の走行距離が長くなると、必要とする電池容量が大きくなり、この場合も、警備ロボット自体が非常に大きなものになってしまう。このため、警備ロボットの巡回する走行距離を短くするか、複数の警備ロボットを使用してシステムの運用でカバーするかといった対処法となってしまうが、これではセキュリティーレベルの向上やコスト削減といった警備ロボット導入の初期の目的が果たせなくなるという問題を生じる。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、所望する目的のロボット動作を安定して得られ、しかもロボットの小型軽量化とコスト低減を図ることができるロボットシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、ロボット本体と、該ロボット本体内部に設けられる１０Ｃ以上の電流で急速充電可能な充電式電池と、該充電式電池の出力を電源として前記ロボット本体を自律走行させる駆動手段を有するロボットと、前記ロボットが自律走行される走行路と、前記走行路に少なくとも１個配置され、前記充電式電池を充電する充電手段を有する充電ステーションと、を具備し、前記ロボットは、前記走行路を自律走行され、且つ前記充電ステーションで前記充電手段により前記充電式電池が充電されることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ロボット及び充電ステーションは、これらロボット及び充電ステーションの間を連結可能にする連結手段と、該連結手段の連結状態で前記充電式電池を前記充電手段に接続する接続端子を有することを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記充電ステーションは、前記走行路に沿って所定間隔をおいて複数配置されることを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記充電式電池は、前記ロボットの少なくとも次の充電ステーションまでの距離の自律走行に必要な電池容量を有することを特徴としている。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、さらに前記充電式電池の過充電、過放電及び過電流の少なくとも一つを検出し、前記充電式電池の充電又は放電を停止させる監視保護手段を有することを特徴としている。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ロボットは、周囲の状態を検出する状態検出手段と、該状態検出手段の検出情報を無線信号で送信する通信手段を有する警備ロボットであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、所望する目的のロボット動作を安定して得られ、しかもロボットの小型軽量化とコスト低減を図ることができるロボットシステムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明のロボットシステムに適用される警備ロボットの概略構成を示すもので、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は背面図である。
【００１８】
図１において、１０は警備ロボットを示している。この警備ロボット１０は、ロボット本体１を有し、このロボット本体１の下端部に、ロボット本体１を自律走行させるための走行用車輪２が設けられている。この走行用車輪２は、ロボット本体１の前進、後退及び左右の移動をも可能にするものである。また、走行用車輪２には、振動を最小限にしてロボット走行を円滑にするためゴムタイヤなどが用いられる。
【００１９】
ロボット本体１の正面中央部には、センサ群３が配置されている。この場合、センサ群３には、熱センサ、煙センサなど周囲の異常を感知するものが用いられる。センサ群３の上方には、ライト４が配置されている。このライト４は、ロボット本体１の走行方向、つまり前方に光を照射するもので、後述する監視カメラ５の撮影用照明として用いられる。また、ライト４は、監視カメラ５の撮影方向に合わせて照明光の照射方向を変更できるようにもなっている。
【００２０】
ロボット本体１の上端部には、監視カメラ５が設けられている。この監視カメラ５は、撮影方向を上下左右に移動できるようにしている。
ロボット本体１の一方側面には、警報手段として警報用スピーカ６が設けられている。この警報用スピーカ６は、警備上の異常の際に、サイレン音などの警報や音声による警告などを発生する。また、ロボット本体１の他方側面には、通信アンテナ７が設けられている。この通信アンテナ７は、センサ群３で検出した検出情報、監視カメラ５の撮影画像などの情報の無線信号を不図示の管理センターに送信する。
【００２１】
一方、ロボット本体１の背面には、ドッキング部８を有している。このドッキング部８は、後述する充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）にドッキングして、後述する充電式電池２１の充電を可能にするものである。このドッキング部８についての詳細は、後述する。
【００２２】
このように構成される警備ロボット１０は、走行路として図２に示すような巡回路１１に沿って走行される。巡回路１１は、予め設定されるもので、警備ロボット１０の巡回警備の起点となるホーム１２と、巡回路１１に沿って複数（図示例では３個）配置された充電ステーション１３ａ〜１３ｃを有し、ホーム１２を出発した警備ロボット１０が各充電ステーション１３ａ〜１３ｃを経由して、再びホーム１２に戻るように構成されている。この場合、ホーム１２と充電ステーション１３ａの間、各充電ステーション１３ａ〜１３ｃの間及び充電ステーション１３ｃとホーム１２の間は、それぞれ後述する充電式電池２１の１回の充電で走行可能な距離に設定されている。
【００２３】
図３は、警備ロボット１０と充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）の連結部の構成を示している。この場合、連結手段として、警備ロボット１０のドッキング部８に対し、充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）にもドッキング部１４が設けられている。
【００２４】
警備ロボット１０のドッキング部８は、ドッキング部本体８０１の円弧状に突出したドッキング面８０１ａに接続端子として凹状の充電端子８０２，８０３が並んで配置され、これら充電端子８０２，８０３の両側にドッキングセンサ８０４、８０５が配置されている。
【００２５】
一方、充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）のドッキング部１４は、ドッキング部本体１４１の円弧状に凹んだドッキング面１４１ａに接続端子として凸状の充電端子１４２，１４３が並んで配置され、これら充電端子１４２，１４３の両側にドッキングセンサ１４４、１４５が配置されている。この場合、前記ドッキング部８の円弧状に突出したドッキング面８０１ａが前記ドッキング部１４の円弧状に凹んだドッキング面１４１ａに当接した状態、つまりドッキング状態で、前記凸状の充電端子１４２，１４３が前記凹状の充電端子８０２，８０３内に嵌合され、これらの間が電気的に接続される。また、ドッキングセンサ８０４、８０５、１４４、１４５は、前記ドッキング部８とドッキング部１４の間のドッキング状態を検出するもので、ここでは、ドッキングセンサ８０４と１４４、ドッキングセンサ８０５と１４５がそれぞれ対になっている。図示例では、ドッキングセンサ１４４、１４５にＬＥＤ、ドッキングセンサ８０４、８０５にフォトダイオードが用いられ、ＬＥＤから発せられる光をフォトダイオードで受光するようにしている。
【００２６】
図４は、このように構成されたロボットシステムの回路構成を示している。なお、図４は、上述した図１及び図３と同一部分には同符号を付している。
【００２７】
図４において、２１は充電式電池で、この充電式電池２１は、前記ロボット本体１内部に設けられている。充電式電池２１には、急速充電が可能なリチウムイオン二次電池が用いられる。リチウムイオン二次電池は、アルミニウムラミネートフィルムからなる外装部材による容器と、この容器内に収容された非水電解質と、前記容器内に収納されアルミニウム箔よりなる正極集電体にリチウムコバルト酸化物を正極作用物質として含む正極層が担持された正極と、前記容器内に収納されアルミニウム箔よりなる負極集電体に平均粒子径が１μｍ以下の粒度分布を有するチタン酸リチウムを負極活物質粒子として含む負極層が担持された負極とを備えた構造を有している。
【００２８】
ここで、リチウムイオン二次電池についてさらに詳細に説明する。かかる、リチウムイオン二次電池は、リチウムチタン酸化物を活物質として含む負極を備えている。活物質であるリチウムチタン酸化物は、特許文献１に開示される通り、リチウムを吸蔵・放出可能な材料であり、リチウムイオンの挿入・離脱が１．４Ｖから１．７Ｖ／Ｌｉ付近で行われる。このため、この二次電池は大電流での急速充電を行っても、従来の負極活物質に炭素材料を用いた場合と比べてリチウムの析出が起こらずに安全性を確保できる。また、リチウムの吸蔵放出に伴う膨張収縮が生じるのを抑制することができるため、２０Ｃ電流の急速充電を繰り返し行った際にも負極活物質の構造破壊を抑えることができる。その結果、充放電を繰り返し行った場合においても長い寿命を維持できる。電池の電位としては２．４Ｖ程度であることから、従来のニッケル水素蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池の２本直列分に相当するため、使用本数で５０％の減量化が達成できる。
【００２９】
具体的には、以下のような方法で組み立てたリチウムイオン二次電池は２０Ｃで３分間充電することにより約８０％電池容量まで充電することが可能な急速充電二次電池であることが確認されている。ここで、『Ｃ』は充放電率を表す単位であり、完全放電から完全充電（または完全充電から完全放電）までを定電流充電した場合に計算上１時間で行えるレートを１Ｃとして表現する。１／１０時間の場合、１０Ｃと表現する。したがって、例えば２０Ｃ充電とは、１Ｃ充電の２０倍の電流が必要になる。
【００３０】
＜負極の作製＞
活物質として、平均粒子径５μｍでＬｉ吸蔵電位が１．５５Ｖ(ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ+)のチタン酸リチウム（Ｌｉ4Ｔｉ5Ｏ12）粉末と、導電剤として平均粒子径０．４μｍの炭素粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比で９０：７：３となるように配合し、これらをｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散してスラリーを調製した。
【００３１】
なお、活物質の粒子径の測定には、レーザー回折式粒度分布測定装置（島津製作所株式会社 型番ＳＡＬＤ−３００）を用いた。まず、ビーカー等に試料約０．１ｇを入れた後、界面活性剤と１〜２ｍＬの蒸留水を添加して十分に攪拌し、攪拌水槽に注入した。２秒間隔で、６４回光強度分布を測定し、粒度分布データを解析し、累積度数分布が５０％の粒径（Ｄ５０）を平均粒子径とした。
【００３２】
次いで、厚さ１０μｍのアルミニウム箔（純度９９．９９％）を負極集電体に前記スラリーを塗布し、乾燥した後、プレスを施すことにより電極密度２．４ｇ／ｃｍ3の負極を作製した。
【００３３】
＜正極の作製＞
活物質としてリチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ2）と、導電材として黒鉛粉末と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶｄＦ）とを重量比で８７：８：５となるように配合し、これらをｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶媒に分散させてスラリーを調製した。厚さ１５μｍのアルミニウム箔（純度９９．９９％）にスラリーを塗布し、乾燥した後、プレスすることにより電極密度３．５ｇ／ｃｍ3の正極を作製した。
【００３４】
＜二次電池の組み立て＞
容器（外装部材）の形成材料として、厚さが０．１ｍｍのアルミニウム含有ラミネートフィルムを用意した。このアルミニウム含有ラミネートフィルムのアルミニウム層は、膜厚約０．０３ｍｍであった。アルミニウム層を補強する樹脂には、ポリプロピレンを使用した。このラミネートフィルムを熱融着で貼り合わせることにより、容器（外装部材）を得、さらに金属アルミニウムの容器に収めた。
【００３５】
次いで、前記正極に正極端子を電気的に接続すると共に、前記負極に負極端子を電気的に接続した。厚さ１２μｍのポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータを正極に密着させて被覆した。セパレータで被覆された正極に負極を対向するように重ね、これらを渦巻状に捲回して電極群を作製した。この電極群をプレスして扁平状に成形した。容器（外装部材）に扁平状に成形した電極群を挿入した。
【００３６】
エチレンカーボネート（ＥＣ）とγ−ブチルラクトン（ＧＢＬ）が体積比（ＥＣ：ＧＢＬ）で１：２の割合で混合された有機溶媒にリチウム塩であるＬｉＢＦ4を１．５ｍｏｌ／Ｌ溶解させ、液状の非水電解質を調製した。得られた非水電解質を前記容器内に注液し、リチウム二次電池を組み立てた。このようなリチウム二次電池は、満充電時電圧２．８Ｖ、放電終止電圧１．５Ｖで使用することができる。
【００３７】
この実施の形態では、前記充電式電池２１として、１０Ｃ以上の電流で急速充電可能なリチウムイオン二次電池が使用される。勿論、かかる充電式電池２１は、上述した２０Ｃで３分間充電することにより約８０％電池容量まで充電可能なものである。
【００３８】
このような充電式電池２１には、前記充電端子８０２、８０３が接続され、また、電源スイッチ２２を介して制御手段としての制御部２３及び自律走行のための駆動手段としてモータ２４が接続されている。電源スイッチ２２は、手動により操作され、前記制御部２３及びモータ２４への電源の入り切りを行う。モータ２４は、後述するモータ駆動部２５の指示により前記走行用車輪２を回転駆動する。
【００３９】
制御部２３には、上述したセンサ群３、監視カメラ５、警報用スピーカ６、ドッキングセンサ８０４（８０５）の他、モータ駆動部２５及び通信部２６が接続されている。また、制御部２３は、走行制御手段２３１、状態検出手段２３２、充電ステーション検出手段２３３を有している。走行制御手段２３１は、予め用意されたプログラムに従って前記巡回路１１に沿った警備ロボット１０の走行を制御するもので、前記モータ駆動部２５を介してモータ２４を駆動制御する。状態検出手段２３２は、前記センサ群３を構成する熱センサ、煙センサなど検出出力により周囲の異常を検出するもので、警報用スピーカ６よりサイレン音や音声による警告を発生させる。充電ステーション検出手段２３３は、ドッキングセンサ８０４、８０５の出力により充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）を検出するとともに、充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）とのドッキング状態を検出する。この場合、充電ステーション検出手段２３３は、例えばドッキング部８のドッキングセンサ８０４，８０５を構成するフォトダイオードが、充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）側のドッキング部１４のドッキングセンサ１４４、１４５を構成するＬＥＤからの光を受光することにより充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）を検出し、さらに前記フォトダイオードがそれぞれ対応するＬＥＤの光を各別に受光した状態で、これら受光する光の強度がほぼ等しく、且つ最大になった状態でドッキング状態を検出する。
【００４０】
さらに、制御部２３は、センサ群３で検出した検出情報、監視カメラ５の撮影画像情報などを通信部２６で無線信号に変換し、通信アンテナ７を介して不図示の管理センターなどに送信させる。
【００４１】
充電式電池２１には、監視保護手段として監視保護回路２７が設けられている。この監視保護回路２７は、充電式電池２１の状態を監視するもので、かかる監視結果に応じて不図示のスイッチを駆動して充電式電池２１の充放電を停止させる。この場合、監視保護回路２７は、充電式電池２１の過充電、過放電及び過電流を監視する。そして、充電式電池２１の充電電圧が所定値の範囲では、充電式電池２１の充放電を許容し、充電式電池２１の充電電圧が所定値以上になると過充電と判断し前記スイッチ（不図示）を開放して充電式電池２１の充電を停止させ、また、充電式電池２１の充電電圧が所定値以下になると過放電と判断し前記スイッチ（不図示）を開放して充電式電池２１の放電を停止させる。さらに充電式電池２１の放電電流が所定値以上になると、過電流と判断し前記スイッチ（不図示）を開放して充電式電池２１の放電を停止させる。これにより、充電式電池２１が過充電状態になって電解液の分解によりガスが発生し、電池内部の圧力が上昇して漏液するのを防止し、また、充電式電池２１が過放電状態になって負極の集電体の銅が電解液で溶解し電池性能を劣化させるのを防止する。このような監視保護回路２７は、モジュール化され、前記充電式電池２１内部に一体に組み込まれるものが用いられる。
なお、監視保護回路２７は、充電式電池２１の過充電、過放電及び過電流の少なくとも一つを監視するものであっても良い。
【００４２】
一方、充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）には、前記充電端子１４２，１４３が設けられている。この充電端子１４２，１４３には、充電ステーション１３ａ（〜１３ｃ）へ警備ロボット１０がドッキングした状態で前記充電端子８０２、８０３が電気的に接続される。図示例はこの状態を示している。充電端子１４２，１４３には、充電手段として充電部３１が接続されている。充電部３１は、電源コード３２を介して不図示のＡＣ電源に接続され、警備ロボット１０の充電式電池２１を満充電まで充電可能にしている。
【００４３】
次に、このように構成したロボットシステムの動作を図５に示すフローチャートに従い説明する。
【００４４】
まず、ステップ５０１で、図２に示すホーム１２から最初の充電ステーション１３ａに向けての警備ロボット１０を走行させる。この場合、制御部２３は、走行制御手段２３１により予め用意されたプログラムに従ってモータ駆動部２５を介してモータ２４を制御し、前記走行用車輪２を駆動させて、前記巡回路１１に沿った警備ロボット１０の走行を制御する。
【００４５】
次に、ステップ５０２で、周囲の状況を監視する。この場合、制御部２３は、監視カメラ５による撮影画像情報を通信部２６で無線信号に変換し、通信アンテナ７を介して不図示の管理センターに送信する。同時に、状態検出手段２３２によるセンサ群３の熱センサ、煙センサなどの検出情報も、通信部２６で無線信号に変換し、通信アンテナ７を介して不図示の管理センターに送信する。管理センターでは、監視カメラ５の撮影画像情報やセンサ群３の検出情報から周囲の状況を逐一監視する。
【００４６】
次に、ステップ５０３で、異常の有無が判断される。この場合、前記状態検出手段２３２は、センサ群３の熱センサ、煙センサなどの検出出力により周囲の異常の有無を検出する。ここで、異常を検出すると、ステップ５０４に進み、警報用スピーカ６よりサイレン音や音声による警告を発生させる。そして、ステップ５０５で、警備員などが駆けつけ異常原因が確認されると、その後、ステップ５０１に戻り、再び上述したステップ５０１以降の動作が実行される。
【００４７】
一方、ステップ５０３で、異常が検出されない場合は、ステップ５０６に進み、充電ステーションの有無が判断される。この場合、制御部２３は、充電ステーション検出手段２３３によりドッキング部８のドッキングセンサ８０４，８０５を構成するフォトダイオードが、充電ステーション１３ａ側のドッキング部１４のドッキングセンサ１４４、１４５を構成するＬＥＤからの光を受光しているか否かで最初の充電ステーション１３ａを検出する。ここで、充電ステーション１３ａが検出されない場合は、ステップ５０１に戻り、再び上述したステップ５０１以降の動作が実行される。
【００４８】
一方、ステップ５０６で、充電ステーション検出手段２３３により最初の充電ステーション１３ａが検出されると、続けて充電ステーション１３ａとのドッキング状態も検出される。この場合、充電ステーション検出手段２３３は、前記フォトダイオードがそれぞれ対応する前記ＬＥＤの光を各別に受光した状態で、これら受光する光の強度がほぼ等しく、且つ最大になったときにドッキング状態を検出する。
【００４９】
警備ロボット１０のドッキング部８が充電ステーション１３ａのドッキング部１４にドッキングすると、この状態で、充電ステーション１３ａ側の凸状の充電端子１４２，１４３が警備ロボット１０側の凹状の充電端子８０２，８０３内に嵌合され、これら間が電気的に接続される。
【００５０】
この状態で、ステップ５０７に進み、充電部３１により充電式電池２１の充電が開始される。そして、充電式電池２１が満充電になると（ステップ５０８）、ステップ５０９に進む。ここで、充電式電池２１の満充電は、充電時間や前記監視保護回路２７で監視される充電式電池２１の充電状況から判断される。
【００５１】
ステップ５０９では、ホーム１２に到着したかが判定される。ここで、ＮＯと判断されると、ステップ５０１に戻り、再び上述したステップ５０１以降の動作が実行される。この場合、警備ロボット１０は、充電ステーション１３ａから充電ステーション１３ｂ、充電ステーション１３ｂから充電ステーション１３ｃ、充電ステーション１３ｃからホーム１２のそれぞれの間の巡回路１１に沿って走行され、各充電ステーション１３ｂ〜１３ｃに到達するごとに、それぞれの充電部３１により満充電まで充電される。
【００５２】
その後、ステップ５０９で、ホーム１２に到着したと判断されると、警備ロボット１０による警備巡回は終了する。
【００５３】
従って、このようにすれば、巡回路１１に沿って走行される警備ロボット１０の電源として充電式電池２１を使用し、また、巡回路１１の途中に複数の充電ステーション１３ａ〜１３ｃを配置し、これら充電ステーション１３ｂ〜１３ｃに警備ロボット１０が達するごとに、それぞれの充電部３１により前記充電式電池２１を満充電まで充電し、次の巡回警備のための走行を継続させるようにした。また、組み込まれる充電式電池２１として１０Ｃ以上の電流で急速充電できるリチウムイオン二次電池が用いられことも特徴としている。これにより、巡回警備の途中で繰り返し充電ができ、しかも、充電式電池２１は短時間の急速充電が可能なので、警備を長時間中断することなく、ほぼ連続した警備が実現できるなど、警備ロボットシステムとして所望する目的のロボット動作を安定して得ることができる。また、複数の充電ステーション１３ｂ〜１３ｃを設置することによって、巡回途中で頻繁に充電式電池２１の充電ができるので、搭載する電池数を減らすことが可能で、警備ロボット１０自体の小型軽量化とともにコスト低減につなげることができる。これらのことは、急速充電が可能な充電式電池２１を使用することによって実現できることである。従来の急速充電で２〜３時間を要する二次電池を使用した場合は、例え巡回路の途中に複数の充電ステーションを設置したとしても、各充電ステーションで長時間がかかって充電をしなければ先に進めないため、トータルの巡回時間が非常に長くかかってしまうばかりか、充電期間中は巡回警備かできないため、警備に長い空白時間ができてしまい、警備ロボットシステムとして所望するロボット動作を安定して得ることができない。
【００５４】
また、警備ロボット１０の充電式電池２１は、図２に示す巡回路１１を走行する場合、ホーム１２から充電ステーション１３ａ、充電ステーション１３ａから充電ステーション１３ｂ、充電ステーション１３ｂから充電ステーション１３ｃ、充電ステーション１３ｃからホーム１２のそれぞれの間の距離を走行できるだけの小さな電池容量を備えていればよいため、巡回警備を終えてホーム１２にも戻っても、次の巡回に必要な充電を短時間で行うことができ、次の巡回警備に直ちに出発することも可能である。図２の例では巡回路１１が４分割されているので、従来の全巡回路を走行可能なだけの容量を有する二次電池の１／４の電池容量の充電式電池２１を用意すればよい。
【００５５】
さらに、搭載する充電式電池２１を小型化できることにより空いたスペースは、警備ロボット１０自体の小型化につなげることができるので、例えば、固定式の監視カメラの死角になるような狭いところにも入り込めるような設計を実現でき、警備範囲を広げることも可能であり、さらには、空いたスペースに、従来では搭載していなかったセンサなど新たな警備手段を搭載してセキュリティーレベルを上げることも可能である。
【００５６】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した実施の形態では、ロボットシステムとして警備ロボットに適用した例を述べたが、例えば、決められた順路に従って客を案内しながら展示内容を説明するような案内ロボットや、オフィース内の決めら順路に沿って掃除を行う掃除用ロボットなどにも適用することができる。
【００５７】
その他、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態のロボットシステムに適用される警備ロボットの概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態に適用される警備ロボットが走行される巡回路を示す図。
【図３】第１の実施の形態に適用される警備ロボットと充電ステーションとのドッキング構成を示す図。
【図４】第１の実施の形態のロボットシステムの回路構成を示す図。
【図５】第１の実施の形態のロボットシステムの動作を説明するフローチャート。
【符号の説明】
【００５９】
１…ロボット本体、２…走行用車輪、３…センサ群
４…ライト、５…監視カメラ、６…警報用スピーカ
７…通信アンテナ、８…ドッキング部
８０１…ドッキング部本体、８０１ａ…ドッキング面
８０２．８０３…充電端子、８０４．８０５…ドッキングセンサ
１０…警備ロボット、１１…巡回路
１２…ホーム、１３ａ〜１３ｃ…充電ステーション
１４…ドッキング部、１４１…ドッキング部本体
１４１ａ…ドッキング面、１４２．１４３…充電端子
１４４．１４５…ドッキングセンサ、２１…充電式電池
２２…電源スイッチ、２３…制御部
２３１…走行制御手段、２３２…状態検出手段
２３３…充電ステーション検出手段、２４…モータ
２５…モータ駆動部、２６…通信部、２７…監視保護回路
３１…充電部、３２…電源コード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボット本体と、該ロボット本体内部に設けられる１０Ｃ以上の電流で急速充電可能な充電式電池と、該充電式電池の出力を電源として前記ロボット本体を自律走行させる駆動手段を有するロボットと、
前記ロボットが自律走行される走行路と、
前記走行路に少なくとも１個配置され、前記充電式電池を充電する充電手段を有する充電ステーションと、を具備し、
前記ロボットは、前記走行路を自律走行され、且つ前記充電ステーションで前記充電手段により前記充電式電池が充電されることを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
前記ロボット及び充電ステーションは、これらロボット及び充電ステーションの間を連結可能にする連結手段と、該連結手段の連結状態で前記充電式電池を前記充電手段に接続する接続端子を有することを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記充電ステーションは、前記走行路に沿って所定間隔をおいて複数配置されることを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記充電式電池は、前記ロボットの少なくとも次の充電ステーションまでの距離の自律走行に必要な電池容量を有することを特徴とする請求項３記載のロボットシステム。
【請求項５】
さらに前記充電式電池の過充電、過放電及び過電流の少なくとも一つを検出し、前記充電式電池の充電又は放電を停止させる監視保護手段を有することを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記ロボットは、周囲の状態を検出する状態検出手段と、該状態検出手段の検出情報を無線信号で送信する通信手段を有する警備ロボットであることを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項１】
ロボット本体と、該ロボット本体内部に設けられる１０Ｃ以上の電流で急速充電可能な充電式電池と、該充電式電池の出力を電源として前記ロボット本体を自律走行させる駆動手段を有するロボットと、
前記ロボットが自律走行される走行路と、
前記走行路に少なくとも１個配置され、前記充電式電池を充電する充電手段を有する充電ステーションと、を具備し、
前記ロボットは、前記走行路を自律走行され、且つ前記充電ステーションで前記充電手段により前記充電式電池が充電されることを特徴とするロボットシステム。
【請求項２】
前記ロボット及び充電ステーションは、これらロボット及び充電ステーションの間を連結可能にする連結手段と、該連結手段の連結状態で前記充電式電池を前記充電手段に接続する接続端子を有することを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項３】
前記充電ステーションは、前記走行路に沿って所定間隔をおいて複数配置されることを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項４】
前記充電式電池は、前記ロボットの少なくとも次の充電ステーションまでの距離の自律走行に必要な電池容量を有することを特徴とする請求項３記載のロボットシステム。
【請求項５】
さらに前記充電式電池の過充電、過放電及び過電流の少なくとも一つを検出し、前記充電式電池の充電又は放電を停止させる監視保護手段を有することを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【請求項６】
前記ロボットは、周囲の状態を検出する状態検出手段と、該状態検出手段の検出情報を無線信号で送信する通信手段を有する警備ロボットであることを特徴とする請求項１記載のロボットシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１５６９２（Ｐ２００８−１５６９２Ａ）
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１８４７６１（Ｐ２００６−１８４７６１）
【出願日】平成１８年７月４日（２００６．７．４）
【出願人】（０００００３５３９）東芝電池株式会社 (109)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月２４日（２００８．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月４日（２００６．７．４）
【出願人】（０００００３５３９）東芝電池株式会社 (109)
【Ｆターム（参考）】
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