自動行走體系統的製作方法
2023-11-04 11:51:07
專利名稱：自動行走體系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種自控行走裝置系統，包括通過接收電池的供電進行自控行走的自控行走裝置，和用於為自控行走裝置的電池進行充電的充電裝置。
背景技術：
通常，通過接收電池的供電進行自控行走的自控行走裝置包括連接到外部插座上的插頭裝置、獲取周圍圖像的照相裝置、和用於處理由照相裝置取得的圖像的圖像處理裝置。當電池需要充電時，自控行走裝置自控行走到預定充電位置，通過將處理照相裝置獲得的圖像所產生的圖像數據與預先存儲的圖像數據進行比較，確定插座在充電位置中的位置，並根據確定的結果將插頭連接到插座中進行充電(例如，參見日本專利申請公開號2002-268746)。
發明內容
然而，包括照相裝置和圖像處理裝置的自控行走裝置具有使結構複雜化並增加成本負擔等問題。
本發明的一個目的就是提供一種使結構簡化且減小成本負擔的自控行走裝置系統。
本發明提供一種自控行走裝置系統，包括裝載有電池的自控行走裝置，該自控行走裝置通過接收電池的供電進行自控行走，並設有為電池充電的充電端子以使之暴露在外面；和充電裝置，設有與自控行走裝置的充電端子接觸的供電端子，該充電裝置從供電端子為電池充電，其中充電裝置具有第一部件和第二部件，第一部件形成設有供電端子的平面，第二部件形成與第一部件所形成平面相垂直的平面，第一部件被設置成以使設有供電端子的平面與設置在第一部件後面的平面平行，該自控行走裝置具有距離檢測裝置，其由例如超聲波接收器或光發射機/光接收機等組成，用於檢測到達設置在其前進方向上的障礙物之間的距離；第一前進控制裝置，用於允許朝向與充電裝置的第一部件所形成的平面平行的表面前進直到距離檢測裝置所檢測到與平行表面之間的距離達到預定值為止；第一旋轉控制裝置，用於在與平行表面之間的距離達到預定值時，旋轉自控行走裝置以使距離檢測裝置面向由第二部件所形成的平面；第二前進控制裝置，用於當其垂直面向由第二部件形成的平面時，使自控行走裝置前進直到與平面之間的距離達到預定值為止；第二旋轉控制裝置，用於當與由第二部件所形成的平面之間的距離達到預定值時，旋轉自控行走裝置以使充電端子面向供電端子；和接觸控制裝置，用於當充電端子面向供電端子時，使自控行走裝置走動以使充電端子開始接觸供電端子，並且當自控行走裝置的充電端子開始接觸供電端子時，開始為電池充電。
圖1是表示根據本發明第一實施方式的自控行走裝置主要部件的結構圖；圖2是表示使用該實施方式中的充電裝置為自控行走裝置充電的狀態圖圖3是表示根據該實施方式的自控行走裝置主要部件結構的方框圖；圖4是用於解釋由根據該實施方式的自控行走裝置的第二距離檢測裝置進行姿態控制的圖示；圖5A是解釋對根據該實施方式的自控行走裝置的充電裝置進行定位控制的圖示；圖5B是解釋對根據該實施方式的自控行走裝置的充電裝置進行定位控制的圖示；圖5C是解釋對根據該實施方式的自控行走裝置的充電裝置進行定位控制的圖示；圖5D是解釋對根據該實施方式的自控行走裝置的充電裝置進行定位控制的圖示；圖5E是解釋對根據該實施方式的自控行走裝置的充電裝置進行定位控制的圖示；圖6是表示根據本發明第二實施方式的充電裝置的結構圖；圖7是表示根據本發明第三實施方式的充電裝置的結構圖；圖8是表示根據本發明第四實施方式的充電裝置的結構圖；圖9A是表示根據本發明第五實施方式的充電裝置的局部結構圖；圖9B是表示根據本發明第五實施方式的充電裝置的局部結構圖；圖10是表示根據本發明第六實施方式的自控行走裝置與充電裝置之間的關係圖。
具體實施例方式
接下來參考附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細說明。
(第一實施方式)如圖1所示，右、左主動輪2a、2b布置在自控行走裝置1的中央部的兩側，從上方觀察時該自控行走裝置基本上呈圓形，右、左主動輪2a、2b由包括右、左輪電機3a、3b和右、左減速器4a、4b的驅動機構沿正向和反向驅動。
沿任意方向旋轉的驅動輪5布置在自控行走裝置1後部的中央，為輪電機3a、3b等供電的電池6裝載在行走裝置主體1中央的後面。用於為電池6充電的充電端子7a、7b設置在自控行走裝置1的後端的側面以便向外露出。
超聲波發射器8布置在自控行走裝置1前端側面的中央，超聲波接收器9、10以規定間隔布置在超聲波發射器8的兩側。超聲波發射器8和超聲波接收器9、10組成第一距離檢測裝置，使用超聲波接收器9、10通過接收超聲波發射器8所發出的超聲波在前進方向上設置的例如壁等障礙物上面的反射波，檢測到達障礙物之間的距離。
超聲波發射器11布置在自控行走裝置1左端側面的中央，超聲波接收器12、13以規定間隔布置在超聲波發射器11的兩側。超聲波發射器11和超聲波接收器12、13組成第二距離檢測裝置，檢測設置在與前進方向相垂直的側面方向上的例如壁等障礙物。也就是說，超聲波接收器12、13接收超聲波發射器11所發出的超聲波在設置在左側的壁等障礙物上的反射波，以便檢測到達障礙物之間的距離。
如圖2所示，充電裝置15具有L形主體，由第一部件18和第二部件20構成，第一部件形成設有供電端子16a、16b的第一平面，第二部件形成與第一部件18所形成的平面17相垂直的平面19，第一部件18的後面固定在壁21上。
自控行走裝置1被設置成通過充電裝置15的設置在後端側面上的充電端子7a、7b與供電端子16a、16b互相接觸開始充電。
圖3是表示自控行走裝置1主要部件結構的方框圖，其包括由CPU、ROM和I/O埠組成的控制部31。控制部31控制超聲波發射器8、11和超聲波接收器9、10、12和13的驅動，並控制右、左輪電機3a、3b。
設置有用於檢測右、左主動輪2a、2b旋轉速度的右、左輪編碼器32a、32b，該輪編碼器32a、32b由控制部31控制。並且設置有用於管理電壓降並為電池6充電的電池管理部33，該電池管理部33由控制部31控制。此外，還設置有存儲器34，用於存儲自控行走裝置1自控行走的地圖(map)信息等。
如圖4所示，在組成第二距離檢測裝置的超聲波發射器11和超聲波接收器12、13中，超聲波接收器12、13接收超聲波發射器11發射的超聲波在壁21上的反射波以便獲取兩項距離數據。然後，通過調整自控行走裝置1的方向以使兩項距離數據相等，控制自控行走裝置1的姿態以使自控行走裝置1與壁21平行。
接下來描述自控行走裝置1自控行走並通過充電裝置15開始充電之前的操作。
如圖5A中的箭頭所示，控制部31驅動右、左輪電機3a、3b，使自控行走裝置1朝向與由充電裝置15的第一部件18所形成的平面17平行的壁21前進，在此狀態下自控行走裝置1位於充電裝置15的右側。然後，通過超聲波發射器8和超聲波接收器9、10測量相對於壁21的距離，當與壁21之間的距離達到不小於充電裝置15第一部件18的厚度的預定距離時，自控行走裝置1停止(第一前進控制裝置)。
在此狀態下，如圖5A中的箭頭所示，控制部31驅動右、左輪電機3a、3b使自控行走裝置1旋轉90°(第一旋轉控制裝置)，以便自控行走裝置1垂直面對由第二部件20所構成的平面19。此時，超聲波發射器11和超聲波接收器12、13執行姿態控制，以使自控行走裝置1轉向與壁21平行。
在此狀態下，控制部31驅動右、左輪電機3a、3b並使自控行走裝置1朝向充電裝置15的第二部件20前進。然後，如圖5C所示，與由充電裝置15的第二部件20所形成的平面19的之間距離通過超聲波發射器8和超聲波接收器9、10來測量，當與平面19之間的距離達到預定值時，則自控行走裝置1停止(第二前進控制裝置)。
在此狀態下，如圖5D中箭頭所示，控制部31驅動右、左輪電機3a、3b，自控行走裝置1被旋轉90°以使充電端子7a、7b垂直面對設置在充電裝置15的第一部件18上的供電端子16a、16b(第二旋轉控制裝置)。此時，超聲波發射器11和超聲波接收器12、13執行姿態控制，以使自控行走裝置1轉到與由第二部件20所形成的平面19平行。
最後，如圖5E所示，控制部31驅動右、左輪電機3a、3b以使自控行走裝置1向後輕微移動，充電端子7a、7b與供電端子16a、16b接觸，自控行走裝置停止(接觸控制裝置)。這個接觸檢測是以電池管理部33檢測到在充電端子7a和7b之間產生預定電壓的方式完成的。
當自控行走裝置1的充電端子7a、7b與供電端子16a、16b接觸，開始為電池6充電。
這樣，充電裝置15由第一部件18和第二部件20構成，其中第一部件形成設有供電端子16a、16b的平面17，第二部件形成與第一部件18形成的平面17垂直的平面19。然後，使用用於檢測設置在前進方向上的例如壁的障礙物的第一距離檢測裝置的超聲波發射器8和超聲波接收器9、10，通過相對於與由充電裝置15的第一部件18形成的平面17平行的壁21執行定位控制，並相對於充電裝置15的第二部件20的平面19進行定位控制，自控行走裝置1進行控制，以使充電端子7a、7b與供電端子16a、16b接觸，。
所以，自控行走裝置1能夠相對於充電裝置15進行定位而無需照相機、圖像處理裝置等設備。也就是說，能夠簡化結構並減少成本負擔。
通過使用用於檢測在與前進方向垂直的側面方向上的例如壁的障礙物的第二距離檢測裝置的超聲波發射器11和超聲波接收器12、13，自控行走裝置1執行姿態控制，以便使自控行走裝置1與由第二部件20所形成的平面19平行，所以能夠實現更安可靠的定位控制。
在上述實施方式中，已經提到將由超聲波發射器和超聲波接收器組成的超聲波傳感器用作第一和第二距離檢測裝置的實例。然而，本發明並不局限於此實施方式，還可以使用由發光器和光接收器組成的光傳感器。
此外，在上述實施方式中，還描述了將充電端子7a、7b設置在自控行走裝置後端側面的實例。然而，本發明並不局限於此實施方式，也可以將其設置在前端的側面。
(第二實施方式)在此實施方式中會對充電裝置15的改進進行描述。
如圖6所示，第二部件201可連接/拆卸地設置在安裝於壁21上的第一部件181。也就是說，裝配凹部181a形成在第一部件181中，裝配凸部201a形成在第二部件201的端面上。兩部件通過將裝配凸部201a與裝配凹部181a接合而被連接起來。
因為第二部件201從壁21向外突出，所以人們擔心會被絆到。然而，因為在此實施方式中的第二部件201易於從第一部件181中脫離，所以防止了充電裝置15被損壞，人也不會被絆到。
(第三實施方式)在此實施方式中會描述充電裝置15的改進。
如圖7所示，利用旋轉機構22，第二部件202以圖中所示的箭頭關於安裝在壁21上的第一部件182左右旋轉。也就是說，第二部件202按常規方式配置，第二部件202的平面202a通過設置在旋轉機構22上的彈簧部件與第一部件182的平面182a垂直。當接收到來自右或左向的外力時，第二部件轉向相反一側。
因此，即使人被第二部件202絆到了，因為第二部件轉動並倒下，所以充電裝置15可以免受損壞，人也不會摔倒。
(第四實施方式)
在此實施方式中會描述對充電裝置15的改進。
如圖8所示，第二部件203利用旋轉機構203相對於安裝在壁21上的第一部件183以圖中箭頭所示的方向被旋轉到地面。也就是說，第二部件203被設置成以使第二部件203的平面203a通過設置在旋轉機構23中的彈簧部件垂直於第一部件183的平面183a。如果第二部件接收到來自左或右方向的外力時，則被旋轉到地面。
因此，即使人被第二部件203絆到時，第二部件203旋轉並倒下，因此可以使充電裝置15免受損壞，也可以避免人被絆倒。
(第五實施方式)在此實施方式中會對充電裝置15的改進進行描述。
如圖9A和9B所示，將供電端子161設置成使其自由進出安裝在壁21上的第一部件184所形成的平面184a，突出體24設置在供電端子161上方以便自由進出。
供電端子161和突出體24通過L形連接體25連接。連接體25由支點26可旋轉地支撐。通常，利用卷簧27拉動供電端子的一側使供電端子161從表面184a縮回，同時突出體24從表面184a突出。
當自控行走裝置1從圖5D中的位置移動到圖5E中的位置時，自控行走裝置1的後端擠壓突出體24。因此，連接體25抵抗彈簧27的彈力沿逆時針方向旋轉，因此供電端子161從表面184a突出並與自控行走裝置1的充電端子7a、7b接觸。
因為供電端子161通常保持從表面184a縮回的狀態，所以可以保護供電端子161免受灰塵汙染。因為供電端子161由卷簧27提供了彈性，所以即使自控行走裝置1的充電端子7a、7b以輕微傾斜的狀態接觸供電端子161，其位置錯誤也可以被吸收。
同時，連接體25可以是非彈性體或彈性體。在此實施方式中，突出體24布置在供電端子161的上方，而連接體25沿豎直方向布置。然而，將突出體設置在供電端子161的橫向並且將連接體25沿水平方向布置也可以得到相同的結果。
(第六實施方式)
在此實施方式中會對本發明整個結構的改進進行描述。
如圖10所示，電磁體28作為檢測目標部件隱藏在設置於充電裝置15的第一部件181上的供電端子16a、16b的外面。此外，設有例如孔裝置等磁性傳感器29，作為設置在自控行走裝置1的超聲波發射器11的下面的檢測器，並且與檢測目標部件組成一對。
當自控行走裝置1從圖5B移動到圖5C時，由於磁性傳感器29感應到電磁體28，該結構能夠確定自控行走裝置1已到達充電裝置15。
如果第二部件可安裝到/可從第一部件181上拆除的類型用作充電裝置15，那麼在第二部件201從第一部件181中脫離的情況下，自控行走裝置1可以到達充電裝置15。在這種情況下，磁性傳感器29檢測電磁體28以便確定自控行走裝置到達充電裝置15，接下來，自控行走裝置1通過超聲波發射器8和超聲波接收器9、10測量第二部件201的平面的位置。此時，如果存在第二部件201，則經測量的距離在預定距離的範圍之內，但是如果沒有第二部件201，則經測量的距離不在預定距離的範圍內。在此情況下，自控行走裝置1停止操作。在此情況下，自控行走裝置可以設置用於通知其的通知裝置。
通過使用磁性傳感器29和電磁體28可以可靠地檢測充電裝置15。此外，因為如果根據特定的勵磁(excitation)來調製，則能夠將電磁體28從室內環境中存在的揚聲器等區別開，所以能夠更可靠地檢測充電裝置15。此外，如果在充電過程中停止對電磁體28勵磁，則可以節約能量。
根據此實施方式，當第二部件201脫離時，自控行走裝置1的操作停止。然而，可以參照磁性傳感器29檢測電磁體28的位置，控制自控行走裝置1使得充電端子7a、7b接觸供電端子16a、16b，而無需停止自控行走裝置1。
可以使用永磁體代替電磁體。雖然在此已將磁性傳感器和磁體作為檢測器和檢測目標進行描述，但是本發明並不局限於此實施方式，檢測器和檢測目標可以是光接收裝置和光發射裝置。
同時，根據上述各實施方式，自控行走裝置的形狀從頂部觀察基本上為圓形。然而，本發明並不局限於此實施方式，其也可以是多邊形的。
工業實用性本發明提供一種結構簡化且成本降低的自控行走裝置。
權利要求
1.一種自控行走裝置系統，包括裝載有電池的自控行走裝置，所述自控行走裝置通過接收電池的供電自控行走，並設有暴露在外面以便為電池充電的充電端子；和充電裝置，設有與所述自控行走裝置的所述充電端子接觸的供電端子，所述充電裝置從所述供電端子為電池充電，其中所述充電裝置具有第一部件和第二部件，所述第一部件形成設有所述供電端子的平面，所述第二部件形成與所述第一部件形成的平面垂直的平面，將所述第一部件布置成使得設有所述供電端子的平面與設置在所述第一部件後面的平面平行，所述自控行走裝置包括距離檢測裝置，用於檢測到達設置在其前進方向上的障礙物的距離；第一前進控制裝置，用於使自控行走裝置朝向與由所述充電裝置的第一部件所形成的表面平行的平面前進，直到距離檢測裝置檢測到的距該平行表面的距離達到預定值為止；第一旋轉控制裝置，用於當與所述平行表面之間的距離達到預定值時，旋轉自控行走裝置以使距離檢測裝置面向由所述第二部件形成的平面；第二前進控制裝置，用於在其垂直面對由所述第二部件所形成的平面時，使自控行走裝置前進，直到與該平面之間的距離達到預定值為止；第二旋轉控制裝置，用於在與由所述第二部件形成的平面之間的距離達到預定值時，旋轉自控行走裝置以使所述充電端子面向所述供電端子；和接觸控制裝置，用於當所述充電端子面向所述供電端子時，使自控行走裝置走動，以使所述充電端子開始接觸所述供電端子，並且當自控行走裝置的所述充電端子開始接觸所述供電端子時，開始為電池充電。
2.根據權利要求1所述的自控行走裝置系統，其中所述自控行走裝置具有第二距離檢測裝置，用於檢測到達位於與前進方向垂直的側面方向上的障礙物的距離，並且第二旋轉控制裝置在自控行走裝置旋轉之後，通過使用第二距離檢測裝置，對自控行走裝置進行定位，使之與由第一部件所形成的平面平行，從而使所述充電端子面向所述供電端子。
3.根據權利要求1所述的自控行走裝置，其中所述充電裝置被配置成使所述第一部件固定同時所述第二部件可從所述第一部件上拆除。
4.根據權利要求1所述的自控行走裝置，其中所述充電裝置被配置成，使所述第一部件固定，同時所述第二部件可在外力作用下轉動，並在外力釋放後回復到其原始位置。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的自控行走裝置，其中所述充電裝置被配置成，將供電端子設置為可自由地進出由所述第一部件形成的平面，並設置有通過連接體連接到所述供電端子上的突出體以便自由地進出；通過擠壓所述突出體，所述供電端子從所述平面突出；當解除擠壓時，所述突出體從所述平面突出而所述供電端子縮回所述平面。
6.根據權利要求3所述的自控行走裝置，其中所述充電裝置的第一部件設有一對檢測器和檢測目標部件之中的任一個，而自控行走裝置上設有另一個；所述檢測器檢測所述檢測目標部件；當第一旋轉控制裝置旋轉自控行走裝置以使距離檢測裝置面向由所述第二部件形成的平面時，除非由所述距離檢測裝置所檢測到的距離處於預定距離範圍之內，自控行走裝置的操作停止。
7.根據權利要求6所述的自控行走裝置，其中所述充電裝置的第一部件設有作為檢測目標部件的電磁體，而自控行走裝置設有作為檢測器用來檢測電磁體的磁性傳感器，從而可以根據特定的勵磁方式對電磁體進行調製。
全文摘要
一種自控行走裝置(1)朝向壁(21)前進以使充電裝置(15)設置在右側。當與壁之間的距離達到不小於充電裝置的第一部件(18)厚度的預定值時，自控行走裝置停止。在此狀態下，自控行走裝置被向右旋轉90度以使其垂直面對充電裝置的第二部件(20)所形成的平面(19)。然後，自控行走裝置朝向充電裝置的第二部件前進，並且當與平面(19)之間的距離達到預定值時，自控行走裝置停止。在此狀態下，自控行走裝置被向右旋轉90度以使充電端子(7a，7b)垂直面向設置在充電裝置第一部件上的供電端子(16a，16b)。最後，自控行走裝置向後輕微移動，當充電端子開始接觸供電端子時，自控行走裝置停止並且開始向自控行走裝置充電。
文檔編號G05D1/02GK1806214SQ20058000051
公開日2006年7月19日 申請日期2005年5月19日 優先權日2004年5月21日
發明者佐野雅仁, 平原嘉幸, 中江田真行, 飯坂仁志, 富山隆志 申請人:東芝泰格有限公司