JP2004517684A - サイクロイド移動を介して表面を真空洗浄するためのロボット - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面を真空洗浄するためのロボットに関し、かかるロボットはハウジングと、かかるハウジングに収容された吸引ユニットと、ハウジングに設置された吸引ノズルと、ハウジングが洗浄される表面上を移動できる手段によるモーター駆動型車輪システムと、及び車輪システムの手段によって生じるハウジングの移動を制御するための電気的な制御要素を備えて提供され、かかる吸引ノズルは操作中に真空洗浄される表面の近傍に配置される。
【0002】
序章で言及されたタイプのロボットは一般的に周知である。かかるロボットの制御要素は、ロボットが洗浄する表面上を自動的に所定の移動を実行するか又は無作為な移動を実行し、その後ロボットは表面のすべての部分に達して処理するように車輪システムを制御する。一般的に、かかるロボットは、制御要素と協働するセンサーを備えて提供されて、表面上をロボットが移動する間に可能な限り障害物を回避する。好ましくは、かかるロボットは吸引ユニット、制御要素及び車輪システムの駆動ユニットに供給するためのバッテリ又はアキュムレータを備えて提供され、電気コードの接続はかかるロボットにおいて必要ではない。かかるコードの接続は、ロボットの移動の自由を妨げるか、又は制限する。
【0003】
一般的に、かかるロボットで使用に適したバッテリ及びアキュムレータは、充分に大きいエネルギー容量を有するが、制限された出力だけを有する。結果として、かかるロボットの吸引ユニットは、制限された吸引出力だけを有する。前述のことを確認するために、制限された吸引出力にも関わらず、吸引ノズルの充分に大きい吸引力が得られる、つまり、吸引ノズルにおける充分な下位圧力である、かかるロボットの吸引ノズルは一般的に限定された規模を有する。結果として、かかるロボットの欠点は、吸引範囲、つまり、移動のラインに沿ったロボットの移動中にロボットによって処理される径路の幅が制限される、したがって、ロボットが洗浄する表面全体を処理するように比較的多くの移動を実行するべきである。結果として、かかるロボットは、完全に表面領域を処理するように比較的長い時間を必要とする。この欠点は、表面上の無作為な移動を実行し、必要な移動の回数が、一般的に、所定の移動を実行するロボットの必要な移動の回数を実質的に上回る、序章で言及したタイプのロボットにおいて、さらに明白である。
【0004】
本発明の目的は、序章で言及したタイプのロボットであって、かかるロボットは、限定した大きさの吸引ノズルを有するが、吸引範囲が上で述べたように実質的に増大する、ロボットを提供することである。
【0005】
この目的を達成するために、本発明によるロボットは、洗浄される表面にわたってハウジング移動の架空ラインに沿った架空のローリングサークルの回転移動によって引き起こされる、実質上のサイクロイド移動と、洗浄される表面に平行に延在しており、ハウジングに関して固定されているローリングサークルに関して偏心的に配置されている吸引ノズルと、を含む制御要素によって制御される移動を特徴とする。かかるサイクロイド移動は、ハウジングを移動のラインと一致して表面上を移動するようにさせるだけではなく、ローリングサークルの中心を通過して、表面に対して垂直に延在する回転軸に関して同時に回転させる。吸引ノズルがローリングサークルに関して偏心的に配置されているので、吸引ノズルは移動ラインと一致して直線的に移動しないが、しかし移動ラインの何れかの側に位置するサイクロイドに従う。前述の長所から、移動ラインに対して垂直に見て、吸収ノズルは、移動ラインに沿ったハウジングの移動中に洗浄される表面の比較的広い径路をカバーして、その結果、吸引範囲、つまり移動ラインに沿ったロボットの移動中にロボットによって処理される径路の幅は比較的大きい。
【0006】
本発明と一致するロボットの特定の実施態様は、架空の基礎となる円に従って等間隔に配置された少なくとも3つの車輪を含み、各車輪は基礎となる円の半径と一致して延在する車輪軸を有し、個別のモーターによって駆動でき、さらに各車輪は、関連する車輪の車輪軸に関する接線方向に延在するロール軸を有する各々の車輪が多くのロールを備え、その周囲に沿って提供されている車輪システムを特徴とする。かかる車輪システムの車輪における個々のモーターの適切で比較的簡素な制御によって、特定の実施態様では、ハウジングは洗浄される表面上を表面に対して垂直に延在する回転軸に関して回転可能な移動の直線又は曲線の何れかと一致する方向で移動可能であるか、又はかかる回転軸に関して回転可能である移動ラインと一致して同時に移動可能である。この手法において、ロボットは実質的に自由な移動を有し、車輪システムは、特にハウジングの所望のサイクロイド移動を生じるために適切に使用できる。各車輪はその周囲に沿ってロールを備えて提供されるので、個々の車輪は、車輪軸に対して垂直な慣習的な方向だけでなく車輪軸と平行な方向においても移動できる。前述の長所によって、車輪軸に関して一つ以上の車輪の適切な回転によって生じることができる、ハウジングの所望の移動は、他の車輪の不自由な移動によって妨害されないし、又は妨げられることはない。
【0007】
本発明と一致するロボットのさらなる実施態様は、ローリングサークルが基礎となる円と同心であり、一方でローリングサークルの半径は長くても約Ws/2π(ここでWsは吸引ノズルの主要な長さであり、基礎となる円の半径に沿って測定される)であることを特徴とする。ローリングサークルの半径が長くても約Ws/2πであるので、回転軸に関するハウジングの完全な一回転において、ハウジングは、せいぜいWsに等しい距離において移動ラインに沿って移動する。ハウジングの完全な回転において、吸引ノズルが、移動ラインの方向から見て、実質的に合間がない、ハウジングの多くの連続回転において吸引ノズルによって処理される、径路の一部である、基礎となる円の半径に沿って測定された吸引ノズルの主要な長さとほとんど等しい距離上を移動ラインに沿って移動するので、回転移動の結果として、ロボットは未処理径路の部分を残さない。
【0008】
本発明と一致するロボットのさらなる実施態様は、基礎となる円の半径に沿って、吸引ノズルが基礎となる円まで実質上延在することを特徴とする。かかる実施態様において、移動ラインと一致するハウジングの移動中に吸引ノズルによって処理された径路は、基礎となる円の直径に実質的に対応する幅を有する。車輪がハウジングの周囲の近くに配置される場合、径路の幅はハウジングの主要な長さと実質的に対応し、結果として、かかるロボットによって処理される径路の幅は、ロボットのユーザによって明確に可視される。
【0009】
本発明と一致するロボットの特定の実施態様は、ローリングサークルの半径は約0.16.RB(ここでRBは基礎となる円の半径である)よりも短いことを特徴とする。かかる特定の実施態様において、基礎となる円の半径に沿って測定された、吸引ノズルの主要な長さは、長くとも基礎となる円の半径と等しい。吸引ノズルの充分な吸引力、つまり吸引ノズルの充分な下位圧力の結果となる慣習的なバッテリ又はアキュムレータとの組み合わせの吸引ノズルの主要な長さが得られることが分かる。
【0010】
これより以下において、本発明と一致するロボットの実施態様が記載され、図面において部分的に示されるだろう。
【0011】
図1は、ロボットが中央の主軸2を有する、実質的に円形で円筒状の合成樹脂のハウジング1を含む、真空洗浄表面における本発明と一致するロボットの実施態様を概略的に示す。ハウジング1は、周知である種類の電気的な吸引ユニット3と慣習的に使用される真空クリーナーを収容する。吸引ユニット3は、ハウジング1にさらに配置されているダストコンパートメント5を介して吸引ノズル7に接続され、吸引ノズルはハウジング1の下部近傍に提供されて、したがって、操作において、洗浄するよう表面9の近傍に配置される。さらにハウジング1は、操作における吸引ユニット3を供給するために使用される、多くのバッテリ又はアキュムレータ11を収容する。さらにロボットは、洗浄される表面9上を移動できる吸引ノズル7を含むハウジング1の手段によるモーター駆動型車輪システム13を含む。示される実施例において、車輪システム13は、互いに関連して配置され、下記により詳細に記載される手法で構成される3つの車輪15、15´、15´´を含む。さらにハウジング1は、表面9上のハウジング1の自動的な移動を制御するために使用され、かかる移動は車輪システム13の手段によって生じる、電気的な制御要素17を収容する。操作において、モーター駆動型車輪システム13と電気的な制御要素17はまた、バッテリ又はアキュムレータ11によって供給される。
【0012】
図2に示されるように、車輪システム13の3つの車輪15、15´、15´´は、ハウジング1が固定されている、ロボットのディスク形状の金属サポート19で回転によりジャーナルされる(journaled)。車輪15、15´、15´´は、洗浄される表面9と平行な共通面に延在する車輪軸21、21´、21´´を有し、かかる車輪軸はハウジング1の中央の主軸2で実質的に交差し、互いに対して実質的に120°の角度である。車輪15、15´、15´´は、主軸2から距離RBで互いに位置しており、その結果、車輪15、15´、15´´は、表面9と平行に延在する半径RBの仮想の基礎となる円23と一致して一定間隔で配置され、ハウジング1に関して固定されており、車輪軸21、21´、21´´は基礎となる円23の半径と一致して互いに延在する。さらに図2に示されるように、車輪システム13は、各車輪15、15´、15´´のそれぞれに対する個々の電気モーター25、25´、25´´を含み、示された実施例において、かかるモーター25、25´、25´´は、車輪軸21、21´、21´´に関して同軸で配置されたモーター軸27、27´、27´´と、及び簡素化のために図2には示していないが、各モーター25、25´、25´´と関連する車輪15、15´、15´´との間に存在している、トランスミッションを含む。図3に示されるように、示された実施例において、各車輪15、15´、15´´は、車輪軸21、21´、21´´に対して垂直に延在し、さらに車輪軸21、21´、21´´に関する位置で固定されて配置されている、2つの基本的なディスク29、31を含む。各基本的なディスク29、31の周囲に沿って、4つのロール33は一定間隔で提供され、各ロールは、車輪軸21、21´、21´´に関する接線方向で延在するロール軸35に関して、関連する基本的なディスク29、31に対して回転できるようにジャーナルされている。図3は基本的なディスク31の2つのロール33だけを示していることを注意する。基本的なディスク31のロール33は、基本的なディスク29のロール33間の車輪15、15´、15´´の周囲方向に見られて配置される。かかる手法で、操作上の車輪15、15´、15´´の各位置において、車輪は表面9のロール33の少なくとも一つで留まる。
【0013】
操作において、制御要素17は、移動の仮想ラインと一致してロボットが洗浄される表面9上を自動的に移動するように、車輪システム13のモーター25、25´、25´´を制御する。ロボットは、制御要素17と協働する、簡素化のために図には示されていないセンサーを備えて提供され、かかるタイプのセンサーは本来周知のタイプであり、ロボットが移動ライン上の家具や壁などの障害物に遭遇した場合に制御要素17によって自動的に変更される移動ラインの方向を感知する手段によって慣習的に使用される。示された実施態様において、制御要素17は、車輪システム13が移動の連続的であるか、無作為なラインと一致するハウジング1の移動を生じるような手法で車輪システム13を制御する。移動ラインが無作為であるので、比較的長時間をかけて、ロボットは表面9のすべての部分に到達するだろう。かかる実施例において、制御要素17は洗浄される表面の規模と幾何学的配置に関する詳細な情報を提供する必要がなく、ユーザがかかる情報を入力する必要がないために、その結果、制御要素17は比較的簡素であり、ロボットは比較的簡素な手法で操作できる。しかしながら、本発明はまた、車輪システム13が所定の連続する移動ラインと一致してハウジング1の移動を生じるような手法で制御要素17が車輪システム13を制御する実施態様などの他の実施態様を含む。そのような代替となる実施態様において、表面9のすべての部分に到達するためにロボットがかかる時間は比較的短いが、しかし制御要素17は洗浄する表面の規模と幾何学的配置に関する詳細な情報を有するので比較的複雑であり、さらにロボットの操作は、ユーザがかかる情報を入力すべきであるので比較的複雑である。ロボットの電気部分がバッテリ又はアキュムレータ11によって供給されるので、表面上のロボットの自動的な移動は、必要な電気的なコードの接続によって妨害されないし、又は制限されない。
【0014】
本発明と一致するロボットで使用されるバッテリ又はアキュムレータ11は、周知であり、表面の真空洗浄のロボットで慣習的に使用されているタイプのものである。かかるバッテリ又はアキュムレータ11は、一般的に、ロボットが再充電を必要とせずに、従来規模の表面9のすべての部分の処理を可能にするために充分なエネルギー容量を有する。出力、つまり、かかるバッテリ又はアキュムレータ11によって単位時間において供給できるエネルギー量は、しかしながら制限される。結果として、ロボットの吸引ユニット3は、制限された吸引力のみを有する。制限された吸引力にも関わらず、吸引ノズル7の吸引力が充分であることを保証するために、つまり、吸引ノズル7の下位圧力とエアーフローの両者が充分であることを保証するために、ロボットの吸引ノズル7は制限された規模を有する。図2において、吸引ノズル7の幾何学的配置と規模は、基礎となる円23に関して図で表される。示された実施態様において、図2に示されるように、吸引ノズル7は伸長されて、かかる吸引ノズル7は基礎となる円23の半径と一致して延在し、さらに吸引ノズル7の幅Wsはかかる半径に沿って測定され、基礎となる円23の直径よりもかなり短い。
【0015】
吸引ノズル7の制限された幅Wsがロボットの制限された吸引範囲、つまり、ロボットが移動の仮想ラインに沿って移動する場合にロボットによって処理された径路の制限された幅を導き、したがって表面9の全体を処理するロボットの比較的多数の必要な移動を導くことを妨げるために、下記の手段が本発明と一致して行なわれる。本発明によると、制御要素17は、操作において車輪システム13がハウジング1の実質的なサイクロイド移動を生じるような手法で車輪システム13のモーター25、25´、25´´を制御し、かかる実質的なサイクロイド移動はハウジング1の所望とする仮想の移動ラインに沿って表面9上の仮想のローリンクサークルを回転することによって得られ、かかるローリングサークルは洗浄される表面9と平行に延在し、ハウジング1に関して固定され、かかる吸引ノズル7はローリングサークルに関して偏心的に配置される。仮想のローリングサークルは参照数字37によって図2に示され、移動ラインは参照数字39によって図2に示される。かかるサイクロイド移動の結果として、ハウジング1は移動ライン39と平行する方向で表面9上を移動し、さらに同時に、表面9に対して垂直に延在し、ローリングサークル37の中心を通る、回転軸41に関して回転する。示された実施例において、ローリングサークル37は基礎となる円23と同心であり、回転軸41はハウジング1の中央の主軸2と一致する。図4は、かかるサイクロイド移動においてハウジング1の完全な一回転における吸引ノズル7の9つの連続する位置P0乃至P8を図で示す。図4はまた、かかる位置P0乃至P8に対応する基本的な円23の位置P´0乃至P´8を示し、さらにかかる位置P0乃至P8に対応するローリングサークル37の位置P´´0乃至P´´8を示す。吸引ノズル7がローリングサークル37に関して偏心的に配置されているので、吸引ノズル7は表面9上のサイクロイド43を記し、かかるサイクロイドは移動ライン39の両側に位置する。結果として、移動ライン39に対して直角で見ると、吸引ノズル7は、吸引ノズル7の幅Wsよりもかなり広い径路に到達する。その結果として、ロボットの吸引範囲、つまり、移動ライン39に対して平行方向のロボットの移動におけるロボットによって処理された径路の幅、は比較的広い。ローリングサークル37の半径RAは、ハウジング1の完全な一回転において移動ライン39に対して平行方向のロボットによってカバーされた距離を決定する。かかる距離は2π*RAであり、示された実施例において、吸引ノズル7は基礎となる円23の半径と一致して延在し、さらに幅Wsよりも短いかかる半径に沿って測定された幅Wsを有する。かかる距離は幅Wsよりも短いので、ハウジング1の多くの連続する回転中において吸引ノズル7によって処理された径路部分は、移動ライン39の方向で間空を伴わないで重なり合い、結果として吸引ノズル7は未処理の径路のいかなる部分も残さない。図4に示された実施態様において、RAは約0.14*Wsであり、約0.12*Wsの重なりdは径路のかかる部分間に存在する。
【0016】
図2と図4に示されるように、示された実施態様の吸引ノズル7の幅Wsは基礎となる円23の半径RBと実質的に等しく、結果として、ローリングサークル37の半径RAは、示された実施態様において約0.14*RBである。幅Wsと半径RBとの間の比率値は、バッテリ又はアキュムレータ11などの慣習的なバッテリ又はアキュムレータを使用する場合に吸引ノズル7の充分に大きい吸引力が達成される、つまり、吸引ノズル7の充分な下位圧力でほぼ最小値である。幅Wsの許容値は、半径RBの値の増大がハウジング1の規模の増大を導くために、半径RBの値と関連する。結果として、一般的に、バッテリ又はアキュムレータにおけるハウジング1で利用できる空間が増大し、その結果、バッテリ又はアキュムレータの利用できる出力が増大して、したがってユニット3の吸引力が増大する。図2及び図4にさらに示されるように、示された実施例の吸引ノズル7は基礎となる円23まで実質的に延在する、つまり、円形で円筒状のハウジング1の周囲に関する限り実質的に延在する。かかる手法において、ハウジング1が移動ライン39と平行方向に移動した場合に吸引ノズル7によって処理される径路の幅は最大化される。示された実施例において、吸引ノズル7がハウジング1の周囲まで実質的に延在するので、かかる径路の幅はハウジング1の直径に実質的に対応する。これらの見地からして、ハウジング1の直径は、かかる径路の幅の明確な提示を備えるロボットをユーザに提供する。
【0017】
回転軸41に関し、半径RAのローリングサークルを備えるハウジング1の角速度ωcでのハウジング1の真のサイクロイド移動を生じるために、制御要素17は、車輪システム13の3つの車輪15、15´、15´´の角速度ω1、ω2、ω3が、下記の時間tの調和関数と一致するような手法でモーター25、25´、25´´を制御するべきである。
【0018】
【数1】
式中、Rwは車輪15、15´、15´´の半径であり、ωcは移動ライン39と平行方向のサイクロイド移動においてハウジング1が移動した際の速度Vc=ωc*RAを決定し、一方でβは移動ライン39の所望の方向によって決定される。このように生じたサイクロイド移動がハウジング1の回転と、回転軸41に関する車輪システム13と、ハウジング1の直線移動と、移動ライン39と平行方向の車輪システム13との組合せによるので、各車輪15、15´、15´´は、車輪軸21、21´、21´´に対して垂直方向のサイクロイド移動の影響下において瞬間的に移動して、車輪軸21、21´、21´´に関して車輪15、15´、15´´の真の回転によって可能であるだけでなく、車輪軸21、21´、21´´と平行方向においても可能である。示された実施例において、車輪軸21、21´、21´´と平行方向の車輪15、15´、15´´の移動は、既に上に記載のように、表面9のロール33の少なくとも一つで留まる、車輪15、15´、15´´の任意の位置において可能である。かかる手法において、ロール33は車輪15、15´、15´´及びハウジング1のかなり自由な移動を導き、ロール33が存在しない場合のハウジング1の回転移動を可能にするだけでなく、直線移動又は示された実施例の場合のような直線移動と回転移動の組み合わせを可能にする。4つの比較的大きなロール33を各々備える2つの基礎のディスク29、31を備えて提供される車輪15、15´、15´´に代わって、車輪システム13は、車輪軸に関して接線方向に配置されたロール軸を有するロールであり、車輪システムの周囲に沿った多くのロールを有する異なるタイプの車輪を備えて、代替として提供される。そのような異なるタイプの車輪の実施例は、比較的多くの比較的小型のロールを備えて車輪システムの周囲に沿って提供される単一の基礎となるディスクを備えて提供された車輪であり、その結果として、操作における基礎となるディスクの任意の位置において、多くのロールを備えた表面で留まる。しかしながら、比較的大きなロール33を備える上に記載の車輪15、15´、15´´は、車輪軸21、21´、21´´の方向の車輪15、15´、15´´の回転抵抗が、ロール33の相対的に長い直径の結果として比較的小さいという利点を有する。
【0019】
本発明と一致して、制御要素17によって制御されたハウジング1の移動が、実質的なサイクロイド移動を含むことは注意すべきである。これは、本発明が制御要素17によって制御されたハウジング1の移動が完全に真のサイクロイド移動ではない実施態様をさらに含むことを意味することが理解される。そのような実施態様の実施例は、移動の仮想の曲線ライン上の仮想のローリングサークルの回転の結果となる移動である。別の実施例は、移動の仮想ラインにわたって一定又は変動するスリップを備える仮想のローリングサークルによって引き起こされる移動であり、移動ラインに沿った完全な一回転においてロボットによりカバーされた距離は、一般的に2*π*RAと等しくない。さらなる別の実施例は、移動の仮想ラインにわたって変動する角速度ωcでの仮想のローリングサークルの回転によって引き起こされる移動である。最後の実施例は、既に上に言及された実施例の二つ以上の組合せによって引き起こされる移動に関する。
【0020】
本発明はまた、ハウジングの実質上サイクロイド移動を生じることができる、異なるタイプのモーター駆動型車輪システムを備えて提供されるロボットの実施態様を含むことを、最終的に注意する。かかる異なるタイプのモーター駆動型車輪システムの実施例は、少なくとも一つの車輪が表面に対して垂直に延在するピボット軸に関するモーターの手段によって旋回できる、多くのモーター駆動型車輪を備えて提供される車輪システムである。しかしながら、上に記載の車輪システム13は、上に記載の調和関数と一致する個々の車輪15、15´、15´´の必要な制御が特に簡素であるために、サイクロイド移動を生じるために特に最適であることを注意する。加えて、車輪システム13はハウジング1を移動の直線又は曲線ラインと一致する任意の所望の方向における開始位置からの移動を可能にして、その結果、車輪システム13を備えるロボットは実質的に自由な移動を有する。例えば、車輪システムは、代替として、仮想の基礎となる円と一致して配置された、基礎となる円の半径と一致して延在する車輪軸を有する、3つ以上の車輪を備えて提供されるか、又は異なる基礎となる円上に配置された少なくとも3つの車輪を備えて提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明と一致するロボットを概略する側面図である。
【図2】
図1と一致するロボットの車輪システムの平面図である。
【図3】
図2と一致する車輪システムの個々の車輪を示す図である。
【図4】
ロボットの完全な一回転において図1と一致するロボットの吸引ノズルによる操作において、記載されたサイクロイドを示す概略図である。
Claims (5)
- 表面を真空洗浄するためのロボットであって、該ロボットは、ハウジングと、該ハウジングに収容された吸引ユニットと、操作中に真空洗浄される表面の近傍に位置する、前記ハウジングに設置された吸引ノズルと、前記ハウジングが洗浄される前記表面上を移動できる手段によるモーター駆動型車輪システムと、及び該車輪システムの手段によって生じる前記ハウジングの移動を制御するための電気的な制御要素を備えて提供され、前記制御要素によって制御される前記移動は、洗浄される前記表面上の前記ハウジングの移動の仮想ラインに沿った仮想のローリングサークルの回転移動によってもたらされる実質的なサイクロイド移動を含み、前記吸引ノズルは前記ローリングサークルに関して偏心的に配置され、前記ローリングサークルは洗浄される前記表面に平行して延在し、さらに前記ハウジングに関して固定されることを特徴とするロボット。
- 前記車輪システムは、仮想の基礎となる円と一致して一定間隔で配置される少なくとも3つの車輪を含み、前記車輪の各々は、前記基礎となる円の半径と一致して延在し、個別のモーターの手段によって駆動できる車輪軸を有し、さらに前記車輪の各々は、前記関連する車輪の前記車輪軸に関して接線方向で延在するロール軸を各々が有する多数のロールを備えて前記車輪システムの周囲に沿って提供されることを特徴とする請求項1に記載のロボット。
- 前記ローリングサークルは前記基礎となる円と同心であり、一方で前記ローリングサークルの半径は長くとも約Ws/2πに等しく、該Wsは前記基礎となる円の半径に沿って測定される前記吸引ノズルの主要な長さであることを特徴とする請求項2に記載のロボット。
- 前記吸引ノズルは、前記基礎となる円の前記半径に沿って、実質的に前記基礎となる円まで延在することを特徴とする請求項3に記載のロボット。
- 前記ローリングサークルの前記半径は、約0.16.RBよりも短く、該RBは前記基礎となる円の前記半径であることを特徴とする請求項3に記載のロボット。
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