JP2019037773A - 乗上げレバーを備えた自律移動する床処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジングと、ハウジングに対して変位可能な乗上げレバーとを備えた自律移動する床処理装置を提供する。【解決手段】自律移動する床処理装置１がハウジング２と、障害物４の克服のためにハウジング２に対して変位可能な乗上げレバー３とを備え、乗上げレバー３が本体５と、克服される障害物に当接するための接触領域６とを有し、乗上げレバー３が一方では床処理装置１の車輪１３上に偏心して旋回可能にかつ他方ではハウジング２上に装着されている。障害物４を克服するためにさらに最適には、接触領域６が乗上げレバー３の本体５に対して変位可能であり、すなわち本体５の軸２７、２９上に旋回可能に装着されていることが提示される。【選択図】図３

Description

本発明は、障害物を克服するためにハウジングとハウジングに対して変位可能な乗上げレバーとを備えた自律移動する床処理装置に関し、乗上げレバーが、本体と克服対象の障害物に当接するための接触領域とを有し、かつ、乗上げレバーが、一方では床処理装置の車輪上に偏心的に旋回可能に装着されかつ他方ではハウジング上に装着されている。

自律移動する床処理装置は、例えば吸引、拭き掃除、研磨、芝刈り等の移動式床処理ロボットとして知られた従来技術である。

特許文献１は、例えば処理対象表面上で床掃除機が自律走行するために駆動される車輪を備えた床掃除機を開示している。床掃除機が、例えば２０ｍｍまでの比較的低い高さの床近傍の障害物を自動的に乗り越えることもできるように、床掃除機は乗上げレバーを有し、乗上げレバーが一方では車輪上に偏心的に旋回可能に装着されかつ他方では床掃除機のハウジング上に装着されることによって、乗上げレバーが、車輪の回転位置が異なるときに床掃除機の車輪及びハウジングに対して異なる位置及び向きを有し、かつ、それによりドアステップ等の障害物上で車輪が廻る間、支持されることができる。

乗上げレバーと克服対象の障害物との間の摩擦を大きくするために、乗上げレバーの接触領域は、障害物との摩擦又は押圧を含む相互作用のためにノンスリップ構造、例えばノンスリップの外郭形状又はギアを有する。さらに、軟質ゴム又は軟質プラスチック等の柔軟材料を用いることが提示されている。

欧州特許第2 743 038号公報

上述した乗上げレバーは、自律走行可能な床掃除機において実用的であると判っているが、本発明の目的は、特に、０．１ｍ／ｓ又はそれ未満の速度で障害物を克服する可能性が高まるように乗上げレバーをさらに改善することである。

上記の目的を達成するために、接触領域が乗上げレバーの本体に対して変位可能であり、すなわち本体の軸上に旋回可能に装着されることが提示される。

本発明によれば、乗上げレバー上での接触領域の相対的な位置及び向きが変化可能であることによって、克服対象の障害物に対する接触領域の角度及びそれにより当接面の大きさも変化可能である。特に、接触領域と障害物の間の当接面がこの場合略直線状ではなく、接触領域の障害物に対する設置角度が接触領域の変位により零に近づくと、当接面が増大していく。さらに、乗上げレバーの接触領域の外郭形状の組合せ又は変形性により、当接面を調整することができる。乗上げレバーと障害物の間の当接面の大きさ又は（接触領域の外郭形状による）接触点の数及び大きさが増大すると、乗上げレバーの引張り力が大きくなり、それによって例えば床処理装置の車輪と障害物の縁との間の法線力が大きくなる。従って、床処理装置の登坂能力が向上する。

特に、乗上げレバーが、接触領域と本体の間に、バネ力を付与するバネ要素を有することが提示される。この実施形態では、接触領域が、本体に対して接触領域を変位させようとするバネ力を受ける。例えばバネ要素は、本体及び／又は接触領域の弾性部分領域とすることができ、又は、接触領域と乗上げレバーの本体との間に配置された別個のバネ要素とすることができる。バネ要素が、接触領域又は本体の材料により提供される場合、例えば発泡ゴム又はその他のエラストマー等であるゴム状弾性材料から作製可能である。しかしながら、基本的に、バネ要素は、板バネ、捻りバネ、コイルバネ等とすることができる。

特に、バネ要素の復元力が、本体を始点として接触領域の方に向けられることが提示される。この実施形態では、乗上げレバーの負荷が除かれたとき、バネの復元力が乗上げレバーの接触領域を本体から離れるように変位させる。床処理装置が通常の態様で表面上に起立しているとき、乗上げレバーに対して作用する床処理装置の重量によりバネ要素はその復元力に抗して圧縮されることによって、克服対象の障害物に対する乗上げレバーの最適な接触圧が常に存在する。従って、障害物に対して作用するバネ要素の復元力は、乗上げレバーと障害物との間の引張り力をさらに増大させることとなる。

さらに、乗上げレバーが、接触領域と本体の間に、機械的負荷により変形するクッション要素を有することが提示される。例えば、クッション要素は、機械的負荷により特に床処理装置の重量がかかると変形するエアクッション、ゲルクッション又はその他の変形可能な要素とすることができ、それにより接触領域の位置が乗上げレバーの本体に対して変位させられる。例えば、クッション要素は、乗上げレバーの本体に対して可動に装着することができ、かつ一体に形成された接触領域を有することができる。その接触領域は、クッション領域の他の部分領域とは異なる材料特性を有することができる。例えば、クッション要素は、接触領域において他の部分領域よりも低弾性とすることができる。さらに、接触領域は、機械的負荷に対してより大きな耐久性を有することができる。乗上げレバーの本体は、クッション要素のための拡大範囲を提供することができる。例えば、この拡大範囲は、クッション要素の特定方向への変形を制限する、本体に形成され又は配置された壁要素により限定される。例えば、第１の拡大方向が壁により限定されることによりクッション要素が基本的にそれと交差する方向に拡大し、特に好適には床処理装置の通常の動作位置において処理対象表面に平行な方向に拡大することができる。その結果、クッション要素の可能な限り最大の接触面が、障害物の部分領域に適用されることによって、乗上げレバーと障害物の間の引張り力を最適に増大させることができる。

特に、接触領域がフレキシブル材料を有することが提示される。これにより，接触領域を可能な限り大きくかつ寸法的に対応させて障害物の部分領域に適用することが可能となる。フレキシブル材料は、ゴム等の弾性材料が特に適している。

一実施形態では、乗上げレバーの接触領域がクッション要素又はバネ要素の一体的な部分領域とされること、又は、乗上げレバーの接触領域がクッション要素又はバネ要素と堅固に接続されることが可能である。バネ要素は、ここでは弾性を備えた包括的要素として理解され、特に弾性材料から作製された要素として理解される。クッション要素は、特に変形可能な要素を包括すると理解され、それは弾性である必要はないが力が印加されると変形可能であり、例えばエアクッション又はゲルクッションである。接触領域は、好適にはクッション要素又はバネ要素と一体に構成される。例えば、クッション要素又はバネ要素を射出成形部品とすることができ、それは接触領域において残りの部分領域とは異なる材料特性を有する。所望される場合、クッション要素又はバネ要素がここで２つ又は３つの部品を有することができる。必要であれば他の部品も考えられ、その場合は製造コストが大きく上昇する。

さらに、接触領域が、担体に固定された剛毛を備えた剛毛要素の一部であることが提示される。その場合、担体及び／又は剛毛が弾性を備え、かつ／又は、担体が機械的負荷の下で変形可能なクッション要素又はバネ要素である。この実施形態では、乗上げレバーにおける表面又は障害物を向いた面が、弾性、フレキシブル又は剛性とすることができる剛毛を有する。剛毛要素は、担体及び剛毛の特性によって乗上げレバーの本体に対して変位可能な接触領域を提供できることが推奨される。剛毛要素の剛毛が剛体である場合、担体が弾性材料を有することが推奨される。担体が剛体である場合、剛毛要素を弾性又は少なくともフレキシブルとするべきであり、それによって接触面を拡大するように障害物表面の形状に最適に適応することができる。剛毛要素は、床処理装置の通常の移動方向とは反対側に傾斜し又は傾斜可能でありかつ反対方向には傾斜しないように担体上に配置されることが特に好適であり、それにより乗上げレバーが障害物から滑り落ちることが不可能になるか少なくとも困難となる。剛毛要素の剛毛は、剛毛束に組み合わされることができる。それらの剛毛は、各々例えば０．１ｍｍ又は０．２ｍｍの直径を有することができる。それに替えて、剛毛要素を、数ｍｍの幅をもつ厚い帯片とすることもできる。それらの剛毛はプラスチック又は天然材料から作製できる。剛毛要素の剛毛の自由端領域が、乗上げレバーの接触領域を有する。さらに担体が変形可能なクッション要素又はバネ要素として形成される場合、剛毛を剛体とすることができる。変形可能な担体は、自由な剛毛端部すなわち接触領域に対して変形性を付与する。

別の実施形態では、接触領域が本体の軸上に旋回可能に装着されることが提示される。この実施形態では例えば、接触領域を、本体に対して旋回可能な要素の一部とすることができ、それによって乗上げレバーと障害物の間の角度を変更可能である。旋回可能な乗上げレバーの部分領域又は接触領域が、その部分領域又は接触領域を障害物の表面の方向に押し付けるバネ要素を設けられることが推奨される。

バネ要素が、本体と接触領域の間に配置された弾性のくさびであることも有利である。この実施形態では、接触領域を本体から離間させることができ、それにより接触領域と本体の間にくさび状領域を生じ、その中に同様にくさび状のバネ要素を挟むことができる。バネ要素は、床処理装置の重量がかかったとき又は乗上げレバーと床が接触したとき、接触領域と本体の間の角度が変わることを確保する。利点として提示された接触領域の旋回性はさらに、力伝達ラインが乗上げレバー上に存在することを確保する。その結果、乗上げレバーと障害物の間に生成された力を伝達することができ、そして乗上げレバーと障害物の間の接触面に旋回点を設けることができる。弾性のくさびは、好適には弾性材から作製することができ、特に発泡ゴムから作製することができる。

最後に、乗上げレバーが、一方では床処理装置の車輪上に偏心的に旋回するように装着されかつ他方ではハウジング上に装着された床処理装置の実施形態が提示される。この実施形態では、車輪の回転中、乗上げレバーが処理対象表面に対して時間と共に反復的に持ち上げられることによって、床処理装置により障害物に近づくと乗上げレバーが障害物上に置かれることができ、そして障害物の上に床処理装置を持ち上げ、特にその車輪を持ち上げることができる。それに替えて、床処理装置の前方に存在する障害物がないと判断された場合、乗上げレバーを電気モータ等を用いて自動的に変位させることもできる。例えば、制御装置が、検知装置の検知結果に基づいて克服すべき障害物を検知することができ、そして乗上げレバーを制御することによって障害物のできるだけ大きな面積を覆うように乗上げレバーを置くことができる。

図１は、克服しようとする障害物の前にいる本発明による床処理装置である。 図２は、床処理装置の車輪とその上に配置された乗上げレバーの側面図である。 図３は、第１の実施形態による乗り上げレバーを備えた床処理装置の部分領域の底面視である。 図４は、第２の実施形態による乗上げレバーである。 図５は、第３の実施形態による乗上げレバーである。 図６は、第４の実施形態による乗上げレバーである。 図７は、第５の実施形態による乗上げレバーである。 図８は、第６の実施形態による乗上げレバーである。

以下、実施例を示した図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、ここでは移動式掃除ロボットとして構成された自律移動する床処理装置１を示す。床処理装置１は、ハウジング２及びシャーシを有し、その下面に、処理対象表面の方を向いた電気モータ駆動される車輪１３を有する。シャーシは、ハウジング２により覆われている。床処理装置１は、好適には電気モータ駆動される掃除要素１４を有し、ここでは表面をブラシ処理するための剛毛ローラである。好適例では、掃除要素１４は吸引口に挿入されており、それを通してモータファンユニットにより吸引エアを吸引することができる。床処理装置１の個々の電気部品の電源は、図示しない再充電可能なバッテリにより得られる。床処理装置１は、ナビゲーション及び自己位置認識システムを有し、それを用いて床処理装置１は環境内で自律的に走行し、それ自身の位置を決定することができる。ナビゲーション及び自己位置認識システムは、環境内の障害物４までの距離を計測する距離計測装置１５を設けられている。距離データに基づいて環境マップを作成することができ、それは床処理装置１が環境内で移動するために用いられる。ここで、距離計測装置１５は、例えばハウジング２の内部に配置された三角測量装置であり、それは光源と光センサを有する。光源は、床処理装置１の環境内に光を放射する。この光が、環境内の障害物４で反射され、距離計測装置１５のセンサの少なくとも一部に到達する。受信した計測信号に基づいて、それぞれの障害物４までの距離を算出することができる。

床処理装置１が走行方向において、例えば図１に示したドアステップのような平坦な障害物４を克服できるように、床処理装置１は乗上げレバー３を有する。先ず、乗上げレバー３の動作を図２を参照して詳細に説明する。

図２は、床処理装置１の車輪１３の側面図を示している。車輪１３上には乗上げレバー３が固定され、乗上げレバー３は、好適には車輪１３の広い側面に割り当てられかつ車輪１３の旋回軸１２上に装着されている。車輪１３は、汎用的方式においてハブ２１とそれに配置されたスポーク２０とを有する。ハブ２１は、車輪１３の車軸１６を支持する。車輪１３には、１又は２つのこのような乗上げレバー３を設けることができる。乗上げレバー３は、長尺平坦部品として形成され、車輪１３上に、車軸１６に対して偏心して旋回可能に装着されている。乗上げレバー３の旋回軸１２は、車軸に対し同心的に位置する車輪１３の円形ライン上に配置されており、その円形ラインは、ここでは例えば車輪の直径の５分の１〜６分の１に対応する直径を有する。乗上げレバー３は、旋回軸１２を始点として床処理装置１の走行方向前方に自由に突出している。この自由端部領域は、旋回軸１２を始点として例えば車輪直径の０．５〜０．６倍に相当する。これに対して反対の方向において乗上げレバー３は、好適には、自由な片持ち梁状の端部領域の延長部へと延在する。その端部領域は、連結ベアリング２２及びそこに設けられた連結軸１８を介して、ガイドバー１７上にヒンジ状に連結されている。ガイドバー１７もまた、床処理装置１のガイドバー軸１９上に旋回可能に装着されている。ガイドバー軸１９は、好適には車軸１６の上方に位置し、さらに好適には車軸１６に対して平行な方向に配置され、さらに好適には、ガイドバー１７と乗上げレバー３の間の連結軸１８も車軸１６に対して平行に延在する。

乗上げレバー３が、好適には車輪１３を介して直接的に駆動され、乗上げレバー３の自由端部領域は、少なくとも略楕円形の軌道を描く。乗上げレバー３は、本体５と接触領域６とを有し、接触領域６は、克服対象の障害物４に当接する役割を果たす。接触領域６は、先ず、通常は鉛直方向下方に向く傾向があり、しかしながらさらに好適には前面まで延在している。好適には、接触領域６は、ここでは例えばゴム状材料である柔軟材料で形成されている。本体５は、好適には硬質材料からなる。

乗上げレバー３の車輪１３上での偏心的運動及びガイドバー１７を介した振り子状の支持により、接触領域６は、略楕円形の軌道上を案内される。その場合、床処理装置１が通常の移動方向へ移動するとき、乗上げレバー３は、後方変位位置から反対側の前方変位位置へと変位すると同時に上方から前方への変位の経路で移動し、これはさらに好適には、提示された車軸１６の上方における偏心的接続によって生じる。旋回軸１２が車軸１６の下方の領域に到達すると、乗上げレバー３はその接触領域６を有する自由端部領域が走行表面の方向に下方へと傾斜し、同時に乗上げレバー３は後退位置まで引き戻され、そこでは好適には、乗上げレバー３の自由端部領域が車輪１３の投影面の内側に位置する。床処理装置１の移動経路に障害物４が存在しない場合、乗上げレバー３が走行表面と接触せずに支持されることによって、床処理装置１は支障なく移動することができる。しかしながら、図２に示すように、ここではドアステップである平坦な障害物４が移動経路上に位置する場合、乗上げレバー３は、接触領域６により障害物４と衝突する。車輪１３がさらに回転することにより、障害物４に対する接触領域６の摩擦支持によって車輪１３が持ち上げられ、そしてそれにより床処理装置１全体が持ち上げられることになる。乗上げレバー３が動き続けると、車輪１３を障害物３に向かって引き寄せる作用が働き、それによって車輪１３が、適宜の先頭角度から開始して障害物４上に乗り上がることができる。

床処理装置１の乗上げレバー３の種々の実施形態を、図３〜図８を参照して以下にさらに詳細に説明する。

図３は、乗上げレバー３の可能な第１の実施形態を示している。乗上げレバー３は、本体５及び接触領域６を有する。本体５と接触領域６の間には、くさび２４のような形状であるバネ要素７が配置されている。バネ要素７は弾性材料からなり、ここでは例えば発泡ゴムである。接触領域６は、本体５の外郭形状、並びにくさび２４の外郭形状に沿っており、接触領域６はＬ字状の形状でその２つの脚部は互いに９０°より大きい角度をなしている。接触領域６は、本体５又はバネ要素７と堅固に接続されておらず、それらに対して変位可能である。接触領域６は、軸２９の周りで旋回可能な旋回アーム２６により本体５と接続されている。軸２９は、乗上げレバー３のための力伝達ラインを提供する。軸２９により、車輪１３に対する乗上げレバー３の旋回動作に伴って、乗上げレバー３の本体５に対する接触領域６の変位が可能である。本体５とバネ要素７、又は、バネ要素７と接触領域６を一体部品として構成することも基本的に可能である。その場合、接触領域６は好適には弾性を有するバネ要素７として形成され、本体５及び／又は障害物４の外郭形状に対応する形状によってそれらに適用されることができる。これにより基本的に、別個のバネ要素７を本体５と接触領域６の間に配置する必要性がなくなる。障害物表面との接触が直線的にのみ行われるのではなく、より大きな接触面をもって行われることが重要であり、それにより乗上げレバー３から障害物４への力の伝達を最適化できる。

図４は、本発明による乗上げレバー３の別の可能な実施形態を示している。この乗上レバー３もまた本体５と接触領域６とを有し、接触領域６は、担体１０とそれに固定された剛毛１１とを備えた剛毛要素９を有する。この実施形態では、剛毛１１が弾性プラスチックから作製されることにより、剛毛１１が同時に本発明の意味におけるバネ要素７も兼ねている。それに対して、担体１０は硬質プラスチックから作製されるが、基本的にバネ要素７の一部も構成することができる。剛毛１１はここでは、床処理装置１の移動方向に対して反対側に傾斜していることが好適である。剛毛１１はさらに、傾斜方向に沿って曲げられることが可能であるが、好適には反対方向には曲がらないようにされる。剛毛１１は、例えば０．１ｍｍ〜０．２ｍｍのプラスチック剛毛として形成することができる。しかしながら、より適切な構成も可能であり、例えば、数ｍｍの幅をもつプラスチック帯片の形態であり、好適にはその帯片の長辺が床処理装置１の移動方向と交差するように向けられる。剛毛１１が剛毛束へと組み合わされることも考えられる。乗上げレバー３の接触領域６は、それらの剛毛１１の自由端により形成される。

図５は、本体５と、本体５にガイド軸２７を介して旋回可能に装着されたガイド脚２８とを有する乗上げレバー３の別の実施形態を示している。ガイド脚２８が接触領域６を搭載している。２つのリミットストップ２５が、ガイド脚２８に割り当てられ、ガイド軸２７の周りのガイド脚２８の旋回可能な角度を制限している。ガイド脚２８には、ガイド脚２８を本体５から離れるように旋回させるバネ要素７（図示せず）を設けることができる。床処理装置１の重量が負荷されたガイド脚２８が表面又は障害物４上に起立するとき、バネ要素７がその復元力に抗して圧縮される。接触領域６は、好適にはガイド脚２８と一体に形成することができる。特に、弾性材料からなる接触領域６を、ガイド脚２８上に射出成形することができる。接触領域６の弾性は、接触領域６と表面又は障害物４との間の摩擦力を高める。

図６は、図４の実施形態に類似する乗上げレバー３の実施形態を示している。図６による乗上げレバー３も、担体１０及び剛毛１１を備えた剛毛要素９を有する。しかしながら、この構成では、剛毛１１が剛体として形成されると同時に、担体１０がバネ要素７を有する。従って、剛毛１１は、剛毛１１の自由端からなる接触領域６の変位を可能とする弾性担体材料の中にある。剛毛１１はそれらの形状を変化させないが、本体５に対して変位することができ、又は、担体１０の変形性により障害物に適応することができる。

最後に図７及び図８は、クッション要素８を有する乗上げレバー３の２つの実施形態を示している。例えば、クッション要素は、エアクッション又はゲルクッションであるが、固体ゴム又は他の弾性材料から作製することもでき、それらは床処理装置１の重量が負荷されたとき障害物の形状に適応する。図７の実施形態においては、クッション要素８が、クッション要素８の残りの部分領域とは異なる材料からなる接触領域６を有する。特に、接触領域６の材料が弾性と耐久性を有する一方、クッション要素８は接触領域６の材料よりさらに弾性のある材料から作製することができる。それに対して、図８は、１つの材料のみからなるクッション要素８を示している。材料に関して折り合いを付けなければならず、従って接触領域６は一方では耐久性があるが、同時に他方では弾性も有することによって接触領域６をもつクッション要素８が障害物４に適応することができる。

１ 床処理装置
２ ハウジング
３ 乗上げレバー
４ 障害物
５ 本体
６ 接触領域
７ バネ要素
８ クッション要素
９ 剛毛要素
１０ 担持体
１１ 剛毛
１２ 旋回軸
１３ 車輪
１４ 掃除要素
１５ 距離計測装置
１６ 車軸
１７ ガイドバー
１８ 連結軸
１９ ガイドバー軸
２０ スポーク
２１ ハブ
２２ 連結ベアリング
２３ レバーベアリング
２４ くさび
２５ リミットストップ
２６ 旋回アーム
２７ ガイド軸
２８ ガイド脚
２９ 軸

Claims (8)

1. ハウジング（２）と、障害物（４）を克服するために前記ハウジング（２）に対して変位可能な乗上げレバー（３）とを備えた自律移動する床処理装置（１）であって、前記乗上げレバー（３）が本体（５）と、克服対象の障害物（４）に当接するための接触領域（６）とを有し、前記乗上げレバー（３）は一方では前記床処理装置（１）の車輪（１３）上で偏心的に旋回可能に装着されかつ他方では前記ハウジング（２）に装着されている、前記床処理装置（１）において、
   前記接触領域（６）が、前記乗上げレバー（３）の前記本体（５）に対して変位可能であり、前記本体（５）の軸（２７、２９）上に旋回可能に装着されていることを特徴とする床処理装置。
2. 前記乗上げレバー（３）が、前記接触領域（６）と前記本体（５）の間に、弾性力を付与するバネ要素（７）を有することを特徴とする請求項１に記載の床処理装置（１）。
3. 前記バネ要素（７）の復元力が、前記本体（５）を始点として前記接触領域（６）の方に向いていることを特徴とする請求項２に記載の床処理装置（１）。
4. 前記乗上げレバー（３）が、前記接触領域（６）と前記本体（５）の間に、機械的な負荷により変形可能なクッション要素（８）、特にエアクッション又はゲルクッションを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の床処理装置（１）。
5. 前記接触領域（６）が、フレキシブル材料を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の床処理装置（１）。
6. 前記接触領域（６）が、前記クッション要素（８）又はバネ要素（７）における一体の部分領域であるか、又は、前記クッション要素（８）又はバネ要素（７）と堅固に接続されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の床処理装置（１）。
7. 前記接触領域（６）が、担体（１０）に固定された剛毛（１１）を備えた剛毛要素（９）の一部であり、前記担体（１０）及び／又は前記剛毛（１１）が弾性的に形成され、かつ／又は、前記担体（１０）が機械的負荷により変形可能なクッション要素（８）又はバネ要素（７）であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の床処理装置（１）。
8. 前記バネ要素（７）が、前記本体（５）と前記接触領域（６）の間に配置された弾性のくさび（２４）であることを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の床処理装置（１）。

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