JP2018519136A - ロボット掃除機 - Google Patents

Abstract

ロボット掃除機は、掃除機本体と、駆動力を供給するように構成される駆動部と、前記駆動部に連結され、前記駆動部からの駆動力により回転可能に構成される駆動プーリと、前記駆動プーリの両側に配置される第１及び第２従動プーリと、前記駆動プーリと前記第１及び第２従動プーリを全体的に囲むことにより閉ループを形成し、前記駆動プーリの回転時に前記第１及び第２従動プーリを回転させるように構成されるベルトとを含む。

Description

本発明は、走行ユニットにより所定の領域を自律走行しながら床面を掃除する機能を有するロボット掃除機に関する。

一般に、真空掃除機は、掃除機本体の内部に備えられた吸入モータにより発生する真空圧を用いて塵埃を含む空気を吸入し、その後掃除機本体の内部で異物を濾過する装置である。

このような真空掃除機は、ユーザにより直接操作される手動真空掃除機と、ユーザの操作なしに自ら掃除を行うロボット掃除機に分けられる。

ロボット掃除機は、充電されたバッテリを動力源とし、入力されたプログラムに従って掃除区域の床面を移動しながら自ら掃除を行う装置である。

一般に、ロボット掃除機は、掃除機本体に設けられたセンサを用いて壁や障害物で囲まれた掃除領域の外郭を走行して掃除領域を決定し、決定された掃除領域を掃除するための掃除経路を計画する。その後、車輪の回転数及び回転角度を検出するセンサにより検出された信号から走行距離及び現在位置を算出し、計画された掃除経路を走行しながら掃除機能を実行する。

ロボット掃除機は、掃除機本体を前後左右に移動又は回転させるように走行ユニットを備える。一般に、走行ユニットは、掃除機本体の左右に備えられる主車輪と、主車輪と共に掃除機本体の移動を補助する補助車輪とを含む。

ロボット掃除機の走行能力は概して主車輪により決定される。主車輪は、障害物（例えば、敷居などのように段差のある部分）の高さに比べて直径が小さい場合や材質／硬度によっては接地力が劣り、障害物の乗り越え性能をはじめとする走行性能が劣るという問題があった。

本発明は、障害物の乗り越え性能をはじめとする走行性能が向上したロボット掃除機を提供することを目的とする。

このような本発明の課題を解決するために、本発明の一実施形態によるロボット掃除機は、掃除機本体と、駆動力を供給するように構成される駆動部と、前記駆動部に連結され、前記駆動部からの駆動力により回転可能に構成される駆動プーリと、前記駆動プーリの両側に配置される第１及び第２従動プーリと、前記駆動プーリと前記第１及び第２従動プーリを全体的に囲むことにより閉ループを形成し、前記駆動プーリの回転時に前記第１及び第２従動プーリを回転させるように構成されるベルトとを含む。

本発明の一態様によれば、前記第１及び第２従動プーリは、前記駆動プーリの直径より小さい直径を有するように形成されてもよい。

前記第１及び第２従動プーリの回転軸は、前記駆動プーリの回転軸と同一線上に配置されてもよい。

前記ベルトは、弾性変形可能な材質で形成されてもよく、前記駆動プーリと前記第１従動プーリ間及び前記駆動プーリと前記第２従動プーリ間には、前記ベルトの内側への弾性変形のための空間が形成されてもよい。

本発明の他の態様によれば、前記駆動部は、駆動力を発生するように構成される駆動モータ部と、前記駆動モータ部と前記駆動プーリを連結するように構成されるギヤボックス部とを含んでもよい。

前記ギヤボックス部は、前記駆動モータ部の駆動力を前記駆動プーリに伝達するように構成されるギヤユニットと、前記ギヤユニットを収容するように構成されるメインハウジング、並びに前記メインハウジングの両側にそれぞれ延びて前記第１及び第２従動プーリの回転軸をそれぞれ支持するように構成される第１及び第２サブハウジングを有するハウジングとを含んでもよい。

前記ロボット掃除機は、前記第１及び第２サブハウジングを覆うように配置され、前記掃除機本体に固定されるサポート部と、前記サポート部と前記第１サブハウジング間に備えられる第１サスペンション、及び前記サポート部と前記第２サブハウジング間に備えられる第２サスペンションを有するサスペンション部とをさらに含んでもよい。

前記第１サスペンションは、前記サポート部から突出して前記第１サブハウジングを貫通するように形成される第１ガイドバーと、前記第１ガイドバーを囲むように形成され、前記サポート部と前記第１サブハウジングに支持される第１スプリングとを含んでもよく、前記第２サスペンションは、前記サポート部から突出して前記第２サブハウジングを貫通するように形成される第２ガイドバーと、前記第２ガイドバーを囲むように形成され、前記サポート部と前記第２サブハウジングに支持される第２スプリングとを含んでもよい。

前記サポート部には、前記駆動プーリの上側を覆う前記ベルトが部分的に露出するように、開口が形成されてもよい。

本発明の他の実施形態によるロボット掃除機は、掃除動作を行うように構成される掃除機本体と、前記掃除機本体の左右に備えられ、独立して駆動可能に構成される走行ユニットとを含み、前記走行ユニットは、駆動プーリと、前記駆動プーリの両側に配置され、前記駆動プーリの直径より小さい直径を有するように形成される第１及び第２従動プーリと、前記駆動プーリと前記第１及び第２従動プーリを全体的に囲むことにより閉ループを形成するベルトとを含む。

本発明によれば、走行ユニットが駆動プーリ、第１従動プーリ、第２従動プーリ及びベルトからなるキャタピラ（caterpillar）タイプで構成されるので、床面に対する接地面積を大きくすることができる。

このようなキャタピラタイプの走行ユニットにおいて、駆動プーリの両側に駆動プーリより直径が小さい第１及び第２従動プーリが配置され、第１及び第２従動プーリが床面から上方に離隔して配置されるので、ベルトの両側が床面に対して上向きに傾斜することになり、障害物の乗り越え性能を向上させることができる。

また、走行ユニットが障害物を乗り越える際に、ベルトが駆動プーリと第１従動プーリ間及び駆動プーリと第２従動プーリ間の空間の内側に弾性変形できるように構成されるので、障害物の乗り越え性能を向上させることができる。

さらに、駆動プーリの両側に上下方向に作用するサスペンション部が備えられるので、駆動プーリの両側の接地力の均衡がとれる。

本発明の一実施形態によるロボット掃除機の斜視図である。 図１に示すロボット掃除機の底面図である。 図１のロボット掃除機において走行ユニットが備えられる部分を示す概念図である。 図３に示す走行ユニットを分離して示す図である。 図４の走行ユニットの内側を示す図である。 図４の走行ユニットが障害物を乗り越える状態を示す概念図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明するが、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の符号を付し、それについての重複する説明は省略する。

以下の説明で使用される構成要素の接尾辞である「ユニット」及び「部」は、明細書の作成を容易にするために付与又は混用されるものであり、それ自体が有意性や有用性を有するものではない。

また、本発明の実施形態について説明する上で、関連する公知技術についての具体的な説明が本発明の実施形態の要旨を不明確にすると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。

添付図面は本発明の実施形態を容易に理解できるようにするためのものにすぎず、添付図面により本発明の技術思想が限定されるものではなく、本発明は本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。

第１、第２などのように序数を含む用語は様々な構成要素を説明するために使用されるが、前記構成要素は前記用語により限定されるものではない。前記用語は１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的でのみ使用される。

単数の表現は、特に断らない限り、複数の表現を含む。

本出願において、「含む」や「有する」などの用語は、明細書に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はそれらの組み合わせが存在することを指定しようとするもので、１つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はそれらの組み合わせの存在や付加可能性を予め排除するものではないと理解すべきである。

図１は本発明の一実施形態によるロボット掃除機１００の斜視図であり、図２は図１に示すロボット掃除機１００の底面図である。

図１及び図２を参照すると、ロボット掃除機１００は、所定の領域を自律走行しながら床面の塵埃を含む異物を吸入することにより掃除動作を行う。

ロボット掃除機１００は、掃除機本体１１０の内部に取り付けられた吸入モータ（図示せず）により発生する真空圧を用いて、吸入部１２０から塵埃を含む空気を吸入し、その後内部で異物を濾過するように構成される。吸入部１２０の両側にはサイドブラシ１３０が回転可能に配置され、サイドブラシ１３０は掃除機本体１１０の両側の塵埃を吸入部１２０に集めるように構成される。

掃除機本体１１０は、内部構成要素を収容し、走行ユニット１５０により床面を走行するように構成される。掃除機本体１１０には、ロボット掃除機１００の全般的な動作を制御する制御部（図示せず）、ロボット掃除機の駆動に必要な電源を供給する電源供給部（図示せず）、各種センサ１４０などが備えられる。

走行ユニット１５０は、掃除機本体１１０を前後左右に移動又は回転させるように構成される。走行ユニット１５０は、主車輪１５０’及び補助車輪１５０’’を含む。

主車輪１５０’は、掃除機本体１１０の左右に備えられ、制御部の制御信号に従って一方向又は他方向に回転可能に構成される。主車輪１５０’は、互いに独立して駆動可能に構成されてもよい。例えば、各主車輪１５０’が異なる駆動モータ部１６０’により駆動されるようにしてもよい。

補助車輪１５０’’は、主車輪１５０’と共に掃除機本体１１０を支持し、主車輪１５０’による掃除機本体１１０の移動を補助するように構成される。

本発明の背景技術で説明したように、ロボット掃除機１００の走行能力は概して主車輪１５０’により決定される。しかし、ロボット掃除機１００が床面からの高さが低いフラットタイプに形成されるので、主車輪１５０’の直径を大きくするのに限界があった。よって、主車輪１５０’は、障害物（例えば、敷居などのように段差のある部分）の高さに比べて直径が小さい場合や、材質／硬度によっては接地力が劣り、障害物の乗り越え性能をはじめとする走行性能が劣るという問題があった。

以下、上記問題を解決して障害物の乗り越え性能をはじめとする走行性能を向上させたロボット掃除機１００について説明する。

図３は図１のロボット掃除機１００において走行ユニット１５０が備えられる部分を示す概念図であり、図４は図３に示す走行ユニット１５０を分離して示す図であり、図５は図４の走行ユニット１５０の内側を示す図である。

以下に説明する走行ユニット１５０は、掃除機本体１１０の左右に備えられて独立して駆動可能に構成される主車輪１５０’に適用される。もちろん、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の走行ユニット１５０は、主車輪１５０’だけでなく、補助車輪１５０’’にも適用することができる。

図３〜図５を参照すると、走行ユニット１５０は、駆動プーリ１５１、第１従動プーリ１５２、第２従動プーリ１５３及びベルト１５４からなるキャタピラタイプで構成される。

駆動プーリ１５１は、駆動力を供給する駆動部１６０に連結され、駆動部１６０からの駆動力により回転可能に構成される。駆動部１６０の詳細については後述する。

駆動プーリ１５１の両側には第１従動プーリ１５２及び第２従動プーリ１５３が配置される。図示のように、第１及び第２従動プーリ１５２、１５３は、駆動プーリ１５１の直径より小さい直径を有するように形成されてもよい。さらに、第１及び第２従動プーリ１５２、１５３は、同じ大きさの直径を有するように形成されてもよい。

駆動プーリ１５１、第１従動プーリ１５２及び第２従動プーリ１５３の外周部は、弾性変形可能な材質で形成されてもよい。例えば、駆動プーリ１５１は、リジッドな材質で形成される中央部と、弾性材質で形成されて前記中央部を囲む外周部とを含んでもよい。

図３に示すように、掃除機本体１１０は、駆動プーリ１５１、第１従動プーリ１５２及び第２従動プーリ１５３の外側の少なくとも一部を囲むように形成されてもよい。

ベルト１５４は、駆動プーリ１５１、第１従動プーリ１５２及び第２従動プーリ１５３を全体的に囲むことにより閉ループを形成し、駆動プーリ１５１の回転時に第１従動プーリ１５２及び第２従動プーリ１５３を回転させるように構成される。具体的には、駆動プーリ１５１が駆動部１６０からの駆動力により回転すると、それに連結されたベルト１５４が共に回転し、そのベルト１５４の回転により第１及び第２従動プーリ１５２、１５３も共に回転する。

ベルト１５４は、弾性変形可能な材質（例えば、ゴム、ウレタンなど）で形成され、ベルト１５４の一部が床面に接して走行ユニット１５０が床面上を走行できるように摩擦力を提供する。ベルト１５４が駆動プーリ１５１の両側に備えられる第１及び第２従動プーリ１５２、１５３を共に囲むように形成されることにより、ベルト１５４が長くなり、床面に対する接地面積が大きくなる。

一方、ベルト１５４との摩擦力が大きくなるように、駆動プーリ１５１、第１従動プーリ１５２及び第２従動プーリ１５３のそれぞれの外周面は凹凸状に形成されてもよい。

また、駆動プーリ１５１が平坦な床面上に配置された状態で、第１及び第２従動プーリ１５２、１５３は、床面から上方に離隔した位置に配置されてもよい。同図においては、第１及び第２従動プーリ１５２、１５３の回転軸が駆動プーリ１５１の回転軸と同一線上に配置されていることを例示する。

このように、キャタピラタイプの走行ユニット１５０において、駆動プーリ１５１の両側に駆動プーリ１５１より直径が小さい第１及び第２従動プーリ１５２、１５３が配置され、第１及び第２従動プーリ１５２、１５３が床面から上方に離隔して配置されることにより、床面に対向するベルト１５４の両側が床面に対して上向きに傾斜することになり、障害物の乗り越え性能が向上する。

駆動プーリ１５１と第１従動プーリ１５２間及び駆動プーリ１５１と第２従動プーリ１５３間には、ベルト１５４の内側への弾性変形のための空間Ｓ１、Ｓ２が形成されてもよい。これは、走行ユニット１５０が障害物を乗り越える状態でベルト１５４が障害物の外形に対応して変形できるようにするための設計である。

図６は図４の走行ユニット１５０が障害物Ａを乗り越える状態を示す概念図である。

図示のように、駆動プーリ１５１と第２従動プーリ１５３間のベルト１５４が障害物の外形に対応して内側に弾性変形すると、障害物Ａに対するベルト１５４の接地面積が大きくなり、乗り越え性能が向上する。

一方、走行ユニット１５０は、駆動プーリ１５１、第１従動プーリ１５２及び第２従動プーリ１５３の外側を覆って異物の浸透を防止するキャップ（図示せず）をさらに含んでもよい。前記キャップは、駆動プーリ１５１、第１従動プーリ１５２及び第２従動プーリ１５３を同時に覆う形態で形成されてもよい。

以下、駆動部１６０の詳細構造、サスペンション構造などについて説明する。

駆動部１６０は、駆動モータ部１６０’とギヤボックス部１６０’’とを含む。

駆動モータ部１６０’は、駆動力を発生する駆動モータ（図示せず）と、前記駆動モータの回転角、速度などの情報を電気的信号として出力するエンコーダ（図示せず）とを含む。前記駆動モータは、双方向に回転可能に構成され、前記制御部は、前記エンコーダから取得された情報を用いて前記駆動モータの駆動（回転方向、回転角、回転速度など）を制御する。

ギヤボックス部１６０’’は、駆動モータ部１６０’と駆動プーリ１５１を連結し、ギヤユニット１６１とハウジング１６２とを含む。

ギヤユニット１６１は、駆動モータ部１６０’の駆動力を駆動プーリ１５１に伝達する。ギヤユニット１６１は、複数のギヤで構成され、ギヤ比の調整により回転速度とトルクを適切に変更して駆動プーリ１５１に伝達する。

ハウジング１６２は、ギヤユニット１６１を収容するように構成されるメインハウジング１６２ａと、メインハウジング１６２ａの両側にそれぞれ延びて第１及び第２従動プーリ１５２、１５３の回転軸をそれぞれ支持するように構成される第１及び第２サブハウジング１６２ｂ、１６２ｃとを含む。

ロボット掃除機１００は、床面の衝撃が掃除機本体１１０に伝達されないように衝撃を吸収するサスペンション装置を備え、これを実現するための構成要素として、サポート部１８０とサスペンション部１９０とを含む。

サポート部１８０は、第１及び第２サブハウジング１６２ｂ、１６２ｃを覆うように配置され、掃除機本体１１０に固定される。サポート部１８０は、走行ユニット１５０の一構成要素として他の構成要素と共にモジュール化してもよい。こうすることにより、サポート部１８０の簡単な組立工程で予め製作された走行ユニット１５０を掃除機本体１１０に完全に設置できるという利点がある。これとは異なり、サポート部１８０は、掃除機本体１１０と一体に形成してもよい。

駆動プーリ１５１の両側には上下方向に作用するサスペンション部１９０が備えられる。図示のように、サポート部１８０と第１サブハウジング１６２ｂ間には第１サスペンション１９１が備えられ、サポート部１８０と第２サブハウジング１６２ｃ間には第２サスペンション１９２が備えられる。

第１サスペンション１９１は、第１ガイドバー１９１ａと第１スプリング１９１ｂとを含んでもよい。

第１ガイドバー１９１ａは、サポート部１８０から突出して第１サブハウジング１６２ｂを貫通するように構成される。第１サブハウジング１６２ｂに挿入された第１ガイドバー１９１ａが第１サブハウジング１６２ｂから離脱しないように、第１ガイドバー１９１ａと第１サブハウジング１６２ｂの少なくとも一方には離脱防止構造が備えられる。

第１スプリング１９１ｂは、第１ガイドバー１９１ａを囲むように形成され、サポート部１８０と第１サブハウジング１６２ｂに支持される。本実施形態では、第１スプリング１９１ｂとしてコイルばねを例示する。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。第１スプリング１９１ｂは、板ばねで構成され、第１ガイドバー１９１ａに設けられるようにしてもよい。

同様に、第２サスペンション１９２は、第２ガイドバー１９２ａと第２スプリング１９２ｂとを含んでもよい。

第２ガイドバー１９２ａは、サポート部１８０から突出して第２サブハウジング１６２ｃを貫通するように構成される。第２サブハウジング１６２ｃに挿入された第２ガイドバー１９２ａが第２サブハウジング１６２ｃから離脱しないように、第２ガイドバー１９２ａと第２サブハウジング１６２ｃの少なくとも一方には離脱防止構造が備えられる。

第２スプリング１９２ｂは、第２ガイドバー１９２ａを囲むように形成され、サポート部１８０と第２サブハウジング１６２ｃに支持される。本実施形態では、第２スプリング１９２ｂとしてコイルばねを例示する。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。第２スプリング１９２ｂは、板ばねで構成され、第２ガイドバー１９２ａに設けられるようにしてもよい。

このように、駆動プーリ１５１の両側に上下方向に作用するサスペンション部１９０が備えられることにより、駆動プーリ１５１の両側の接地力の均衡がとれるようになる。

サポート部１８０には、駆動プーリ１５１の上側を覆うベルト１５４が部分的に露出するように、開口１８０ａが形成されてもよい。こうすることにより、駆動プーリ１５１の直径をより大きく設計することができる。

本発明は、本発明の思想や必須の特徴から外れない限り、他の特定の形態に具体化できることは当業者にとって自明である。よって、本発明の詳細な説明は例示的なものであり、あらゆる面で制限的に解釈されてはならない。本発明の範囲は添付の請求の範囲の合理的解釈により定められるべきであり、本発明の等価的範囲内での全ての変更が本発明の範囲に含まれる。

Claims (10)

1. 掃除機本体と、
   駆動力を供給するように構成される駆動部と、
   前記駆動部に連結され、前記駆動部からの駆動力により回転可能に構成される駆動プーリと、
   前記駆動プーリの両側に配置される第１従動プーリ及び第２従動プーリと、
   前記駆動プーリ、並びに前記第１従動プーリ及び第２従動プーリを全体的に囲むことにより閉ループを形成し、前記駆動プーリの回転時に前記第１従動プーリ及び第２従動プーリを回転させるように構成されるベルトとを備えてなる、ロボット掃除機。
2. 前記第１従動プーリ及び第２従動プーリは、前記駆動プーリの直径より小さい直径を有するように形成されたものである、請求項１に記載のロボット掃除機。
3. 前記第１従動プーリ及び第２従動プーリの回転軸は、前記駆動プーリの回転軸と同一線上に配置されてなるものである、請求項２に記載のロボット掃除機。
4. 前記ベルトは、弾性変形可能な材質で形成されたものであり、
   前記駆動プーリ及び前記第１従動プーリ間、並びに前記駆動プーリ及び前記第２従動プーリ間には、前記ベルトの内側への弾性変形のための空間が形成されてなるものである、請求項３に記載のロボット掃除機。
5. 前記駆動部は、
   駆動力を発生するように構成される駆動モータ部と、
   前記駆動モータ部と前記駆動プーリを連結するように構成されるギヤボックス部とを備えてなる、請求項１に記載のロボット掃除機。
6. 前記ギヤボックス部は、
   前記駆動モータ部の駆動力を前記駆動プーリに伝達するように構成されるギヤユニットと、
   前記ギヤユニットを収容するように構成されるメインハウジングと、並びに、前記メインハウジングの両側にそれぞれ延びて前記第１従動プーリ及び第２従動プーリの回転軸をそれぞれ支持するように構成される第１サブハウジング及び第２サブハウジングとを備えたハウジングとを備えてなる、請求項５に記載のロボット掃除機。
7. 前記第１サブハウジング及び前記第２サブハウジングを覆うように配置され、前記掃除機本体に固定されるサポート部と、
   前記サポート部及び前記第１サブハウジング間に備えられる第１サスペンションと、並びに前記サポート部及び前記第２サブハウジング間に備えられる第２サスペンションを備えたサスペンション部とをさらに備えてなる、請求項６に記載のロボット掃除機。
8. 前記第１サスペンションは、
   前記サポート部から突出して前記第１サブハウジングを貫通するように形成される第１ガイドバーと、
   前記第１ガイドバーを囲むように形成され、前記サポート部と前記第１サブハウジングに支持される第１スプリングとを備えてなるものであり、
   前記第２サスペンションは、
   前記サポート部から突出して前記第２サブハウジングを貫通するように形成される第２ガイドバーと、
   前記第２ガイドバーを囲むように形成され、前記サポート部と前記第２サブハウジングに支持される第２スプリングとを備えてなるものである、請求項７に記載のロボット掃除機。
9. 前記サポート部は、前記駆動プーリの上側を覆う前記ベルトが部分的に露出するように、開口が形成されたものである、請求項７に記載のロボット掃除機。
10. 掃除動作を行うように構成される掃除機本体と、
    前記掃除機本体の左右に備えられ、独立して駆動可能に構成される走行ユニットとを備えてなり、
    前記走行ユニットは、
    駆動プーリと、
    前記駆動プーリの両側に配置され、前記駆動プーリの直径より小さい直径を有するように形成される第１従動プーリ及び第２従動プーリと、
    前記駆動プーリ並びに前記第１従動プーリ及び第２従動プーリを全体的に囲むことにより閉ループを形成するベルトとを備えてなるものである、ロボット掃除機。