JP5160676B1 - 掃除ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】階段等の段差での落下を防止できる掃除ロボットを提供する。
【解決手段】下面に吸込口６を開口して上面に排気口７を開口するとともに床面Ｆ上を自走する本体筐体２と、本体筐体２内に配される電動送風機２２と、本体筐体２の平面視中央部に配置して電動送風機２２の駆動によって吸込口６から吸い込まれた気流の塵埃を集塵する集塵部３０と、各部に電力を供給するバッテリー１４とを備え、集塵部３０に対して一方に電動送風機２２を配置するとともに他方にバッテリー１４を配置した。
【選択図】図２

Description

本発明は、床面上を自走する掃除ロボットに関する。

従来の掃除ロボットは特許文献１に開示されている。この掃除ロボットは平面視略円形の本体筐体が床面上を自走して掃除を行う。この時、テーブル等の下方を掃除するために本体筐体は高さの低い薄型に形成される。本体筐体には底面から突出する駆動輪及び従動輪が設けられる。従動輪は駆動輪に対して掃除時の進行方向の前方に配置される。

本体筐体の前部の下面には吸込口が開口し、後部の周面には排気口が開口する。本体筐体内には電動送風機及び集塵部を有する吸塵部が駆動輪の後方に配置される。電動送風機は吸込口から吸い込まれる吸込気流を発生し、集塵部は吸込気流に含まれる塵埃を捕集する。また、本体筐体内には電動送風機や駆動輪等の各部に電力を供給するバッテリーが設けられる。

上記構成の掃除ロボットにおいて、掃除運転が開始されると駆動輪及び電動送風機が駆動される。本体筐体は駆動輪及び従動輪の回転によって室内の床面上を前後に自走し、前部に配された吸込口から電動送風機の駆動によって塵埃を含む気流が吸い込まれる。気流に含まれた塵埃は本体筐体の後部に配した集塵部で集塵され、塵埃を除去された気流が電動送風機を通過して排気口から後方に排気される。これにより、床面の掃除が行われ、集塵部に堆積した塵埃は集塵部を取り外して廃棄される。

特開２００７−１６７６１７号公報（第６頁−第１０頁、第２図）

本体筐体内に配される電動送風機は重量が大きく、集塵部は塵埃の堆積によって重量が大きくなる。このため、駆動輪の後方に電動送風機及び集塵部を配した上記従来の掃除ロボットによると、駆動輪の前方よりも後方の重量が大きくなる。この時、本体筐体が後退して下り階段等の段差の手前で急停止すると後方に重心が移動し、駆動輪よりも後方の重量によって本体筐体が段差を落下して破損する虞があった。また、集塵部に塵埃が堆積すると駆動輪よりも後方の重量が更に大きくなるため本体筐体が段差をより落下しやすくなる。

駆動輪の後方よりも前方の重量が大きくなる場合も同様に、本体筐体の前進時に下り階段等の段差を落下する虞がある。

本発明は、段差での落下を防止できる掃除ロボットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、吸込口及び排気口を開口する本体筐体と、水平な回転軸を有して前記本体筐体を自走させる一対の駆動輪と、前記本体筐体内に配される電動送風機と、前記回転軸上に配置されるとともに前記電動送風機の駆動によって前記吸込口から吸い込まれた気流の塵埃を集塵する集塵部と、各部に電力を供給するバッテリーとを備え、前記集塵部に対して一方に前記電動送風機を配置するとともに他方に前記バッテリーを配置したことを特徴としている。

この構成によると、一対の駆動輪の駆動によって本体筐体が進退する。両駆動輪の回転軸の上方に配した集塵部の例えば前方に電動送風機が配され、後方にバッテリーが配される。これにより、本体筐体の重量が駆動輪の前後に配分される。電動送風機の駆動によって吸込口から床面の塵埃を含む気流が吸い込まれ、集塵部で集塵される。集塵部で塵埃を除去された気流は集塵部の前方に配した電動送風機を通過し、排気口から排気される。本体筐体の前進時及び後退時に下り階段等の段差の手前で急停止すると重心が前後に移動する。この時、本体筐体の重量が駆動輪の前後に配分されるため、本体筐体の落下が防止される。また、集塵部が駆動輪の回転軸の上方に配されるため、集塵によって重量が大きくなっても本体筐体の重量バランスが維持される。

また本発明は、上記構成の掃除ロボットにおいて、前記回転軸が前記本体筐体の中心線上に配されることを特徴としている。この構成によると、本体筐体の重量が中心線に対して前後に配分される。

また本発明は、上記構成の掃除ロボットにおいて、前記駆動輪の前方に配した前記吸込口に設けられる回転ブラシと、前記駆動輪の後方に配した後輪とを備え、前記回転ブラシ、前記駆動輪及び前記後輪が接地して床面上を自走することを特徴としている。この構成によると、回転ブラシの回転によって床面の塵埃が掻き上げられて吸込口に導かれる。本体筐体が前進時に急停止すると本体筐体の重心が前方に移動し、回転ブラシが変形して本体筐体が前傾する。この時、本体筐体は前後に重量が配分されるため元の姿勢に復帰する。

また本発明は、上記構成の掃除ロボットにおいて、各部を制御する制御基板を備え、前記制御基板を前記集塵部に対して前記バッテリーと同じ側に配置したことを特徴としている。この構成によると、駆動輪に対して一方に重量の大きい電動送風機が配され、他方にバッテリー及び制御基板が配される。

また本発明は、上記構成の掃除ロボットにおいて、前記吸込口と前記集塵部との間及び前記集塵部と前記排気口との間を連通させる気流路を備え、前記気流路を前記集塵部に対して一方に配置したことを特徴としている。

この構成によると、本体筐体は集塵部よりも例えば後方に配した制御基板の制御により、床面上を自走して掃除が行われる。電動送風機の駆動によって集塵部よりも前方に開口する吸込口から気流が気流路に吸い込まれ、集塵部を介して本体筐体の前部に開口する排気口から排気される。

本発明によると、駆動輪の回転軸の上方に配した集塵部に対して一方に電動送風機を配置し、他方にバッテリーを配置したので、本体筐体の重量が駆動輪の前後にバランスして配分される。これにより、進退する本体筐体が段差の手前で急停止して重心が前後に移動した際に、姿勢を保持して本体筐体の落下を防止することができる。また、集塵部の重量が集塵によって大きくなっても本体筐体の重量バランスが維持され、本体筐体の落下をより確実に防止することができる。

本発明の実施形態の掃除ロボットを示す斜視図 本発明の実施形態の掃除ロボットを示す側面断面図 本発明の実施形態の掃除ロボットを示す底面図 本発明の実施形態の掃除ロボットの集塵部を取り外した状態を示す側面断面図 本発明の実施形態の掃除ロボットのモータユニットを示す斜視図 本発明の実施形態の掃除ロボットのモータユニットを示す正面図 本発明の実施形態の掃除ロボットのモータユニットを示す上面図 本発明の実施形態の掃除ロボットのモータユニットを示す側面図

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は一実施形態の掃除ロボットを示す斜視図である。掃除ロボット１はバッテリー１４により駆動輪２９（いずれも図２参照）を駆動して自走する平面視円形の本体筐体２を有している。本体筐体２の上面には集塵部３０（図２参照）を出し入れする際に開閉する蓋部３が設けられる。

図２、図３は掃除ロボット１の側面断面図及び底面図を示している。本体筐体２には底面から突出して水平な回転軸２９ａで回転する一対の駆動輪２９が配される。駆動輪２９の回転軸２９ａは本体筐体２の中心線Ｃ上に配置される。駆動輪２９の両輪が同一方向に回転すると本体筐体２が進退し、逆方向に回転すると本体筐体２が中心線Ｃの回りに回転する。

掃除を行う際に移動方向の前方となる本体筐体２の前部には吸込口６が下面に設けられる。吸込口６は本体筐体２の底面に凹設した凹部８の開放面によって床面Ｆに面して形成される。凹部８内には水平な回転軸で回転する回転ブラシ９が配され、凹部８の両側方には垂直な回転軸で回転するサイドブラシ１０が配される。

凹部８の前方にはローラー形状の前輪２７が設けられる。本体筐体２の後端には自在車輪から成る後輪２６が設けられる。後述するように、本体筐体２は中心に配した駆動輪２９に対して前後方向に重量が配分され、前輪２７が床面Ｆから離れて回転ブラシ９、駆動輪２９及び後輪２６が床面Ｆに接地して掃除が行われる。このため、進路前方の塵埃を前輪２７により遮ることなく吸込口６に導くことができる。前輪２７は進路上に現れた段差に接地し、本体筐体２が段差を容易に乗り越えられるようになっている。

前輪２７の前方には床面Ｆを検知する床面検知センサ１８が設けられる。両駆動輪２９の前方には同様の床面検知センサ１９が設けられる。下り階段等の段差が進路上に現れると床面検知センサ１８の検知によって駆動輪２９が停止される。また、床面検知センサ１８が誤作動した際に床面検知センサ１９の検知によって駆動輪２９が停止される。

本体筐体２の周面の後端にはバッテリー１４の充電を行う充電端子４が設けられる。本体筐体２は自走して室内に設置される充電台４０に帰還し、充電台４０に設けた端子部４１に充電端子４が接してバッテリー１４を充電する。商用電源に接続される充電台４０は通常、室内の側壁Ｓに沿って設置される。

本体筐体２内には塵埃を集塵する集塵部３０が配される。集塵部３０は駆動輪２９の回転軸２９ａ上に配され、本体筐体２に設けた集塵室３９内に収納される。集塵室３９は四方の周面及び底面が覆われた隔離室から成り、本体筐体２内を仕切るように左右方向に延びて形成される。集塵室３９の各壁面は長手方向に延びた前壁を除いてそれぞれ閉塞されている。集塵室３９の前壁には凹部８に連通する第１吸気路１１及び凹部８の上方に配して後述するモータユニット２０に連通する第２吸気路１２が導出される。

集塵部３０は図４に示すように本体筐体２の蓋部３を開いて出し入れすることができる。集塵部３０は有底筒状の集塵容器３１の上面にフィルタ３３を有する上部カバー３２が取り付けられる。上部カバー３２は可動の係止部３２ａにより集塵容器３１に係止され、係止部３２ａの操作によって集塵容器３１の上面を開閉する。これにより、集塵容器３１に堆積した塵埃を廃棄することができる。

集塵容器３１の周面には先端に流入口３４ａを開口して第１吸気路１１に連通する流入路３４が導出される。集塵容器３１内には流入路３４に連続して屈曲により下方に気流を導く流入部３４ｂが設けられる。上部カバー３２の周面には先端に流出口３５ａを開口して第２吸気路１２に連通する流出路３５が導出される。

流入口３４ａ及び流出口３５ａの周囲には集塵室３９の前壁に密接するパッキン（不図示）が設けられる。これにより、集塵部３０を収納した集塵室３９内が密閉される。流入口３４ａの開口面、流出口３５ａの開口面及び集塵室３９の前壁は傾斜面に形成され、集塵部３０の出し入れ時の摺動によるパッキンの劣化を防止することができる。

本体筐体２内の集塵室３９の後方の上部には制御基板１５が配される。制御基板１５は掃除ロボット１の各部を制御する制御回路が設けられる。集塵室３９の後方の下部には着脱自在のバッテリー１４が配される。バッテリー１４は充電端子４を介して充電台４０から充電され、制御基板１５、駆動輪２９、回転ブラシ９、サイドブラシ１０及び電動送風機２２等の各部に電力を供給する。

本体筐体２の前部にはモータユニット２０が配置される。図５、図６、図７、図８はモータユニット２０の斜視図、上面図、正面図及び側面図をそれぞれ示している。モータユニット２０は樹脂成形品のハウジング２１とハウジング２１内に収納される電動送風機２２とを備えている。電動送風機２２はモータケース２２ａで覆われたターボファンにより形成される。

電動送風機２２のモータケース２２ａには軸方向の一端に吸気口（不図示）が開口し、周面の２箇所に排気口（不図示）が開口する。ハウジング２１の前面にはモータケース２２ａの吸気口に対向して開口部２３が設けられる。ハウジング２１の電動送風機２２の両側方にはモータケース２２ａの各排気口にそれぞれ連通する第１排気路２４ａ及び第２排気路２４ｂが設けられる。第１、第２排気路２４ａ、２４ｂは本体筐体２の上面に設けた排気口７（図２参照）に連通する。

このため、第１、第２排気路２４ａ、２４ｂ及び第２吸気路１２（図２参照）は集塵部３０と排気口７とを連通させる気流路を構成する。また、第１吸気路１１（図２参照）は吸込口６と集塵部３０とを連通させる気流路を構成する。

これにより、電動送風機２２を含む気流路が集塵室３９の前方に集約して本体筐体２の前部に配置され、気流路を短縮することができる。また、制御基板１５及びバッテリー１４が集塵室３９の後方に集約して本体筐体２の後部に配置され、配線等を削減することができる。従って、本体筐体２の小型化を図ることができる。また、気流の流路が制御基板１５から離れるため、気流が漏れた際に制御基板１５への塵埃の付着を低減して制御回路の故障を低減することができる。

また、重量の大きい電動送風機２２及びバッテリー１４を駆動輪２９の回転軸２９ａの前後に分散して配置するので、本体筐体２の中心線Ｃを通る回転軸２９ａに対して前後方向にバランスして重量が配分される。この時、電動送風機２２の重量が大きいため、制御基板１５及びバッテリー１４を駆動輪２９の回転軸２９ａの後方に配置することによってより良好な重量バランスにすることができる。

第１排気路２４ａには一対の電極２８ａを有したイオン発生装置２８が配される。電極２８ａには交流波形またはインパルス波形から成る電圧が印加され、電極２８ａのコロナ放電により生成されたイオンが第１排気路２４ａに放出される。

一方の電極２８ａには正電圧が印加され、コロナ放電による水素イオンが空気中の水分と結合して主としてＨ^＋（Ｈ_２Ｏ）ｍから成るプラスイオンを発生する。他方の電極２８ａには負電圧が印加され、コロナ放電による酸素イオンが空気中の水分と結合して主としてＯ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）ｎから成るマイナスイオンを発生する。ここで、ｍ、ｎは任意の自然数である。Ｈ^＋（Ｈ_２Ｏ）ｍ及びＯ_２ ⁻（Ｈ_２Ｏ）ｎは空気中の浮遊菌や臭い成分の表面で凝集してこれらを取り囲む。

そして、式（１）〜（３）に示すように、衝突により活性種である［・ＯＨ］（水酸基ラジカル）やＨ_２Ｏ_２（過酸化水素）を微生物等の表面上で凝集生成して浮遊菌や臭い成分を破壊する。ここで、ｍ’、ｎ’は任意の自然数である。従って、プラスイオン及びマイナスイオンを発生して排気口７（図２参照）から送出することにより室内の除菌及び脱臭を行うことができる。

Ｈ^＋(Ｈ_２Ｏ)ｍ＋Ｏ_２ ⁻(Ｈ_２Ｏ)ｎ→・ＯＨ＋1/2Ｏ_２＋(ｍ＋ｎ)Ｈ_２Ｏ ・・・（１）
Ｈ^＋(Ｈ_２Ｏ)ｍ＋Ｈ^＋(Ｈ_２Ｏ)ｍ’＋Ｏ_２ ⁻(Ｈ_２Ｏ)ｎ＋Ｏ_２ ⁻(Ｈ_２Ｏ)ｎ’
→ 2・ＯＨ＋Ｏ_２＋(ｍ＋ｍ'＋ｎ＋ｎ')Ｈ_２Ｏ ・・・（２）
Ｈ^＋(Ｈ_２Ｏ)ｍ＋Ｈ^＋(Ｈ_２Ｏ)ｍ’＋Ｏ_２ ⁻(Ｈ_２Ｏ)ｎ＋Ｏ_２ ⁻(Ｈ_２Ｏ)ｎ’
→ Ｈ_２Ｏ_２＋Ｏ_２＋(ｍ＋ｍ'＋ｎ＋ｎ')Ｈ_２Ｏ ・・・（３）

また、第１排気路２４ａの下部には前面を開口した戻り口２５が設けられる。戻り口２５はハウジング２１の前面に突出する突出部２５ａにより上方を覆われ、開口面を凹部８（図２参照）の壁面に沿った曲面に形成される。これにより、戻り口２５は凹部８の壁面に設けた孔部（不図示）を介して凹部８内に臨み、第１排気路２４ａを流通するイオンを含む気流の一部が吸気側に導かれる。

上記構成の掃除ロボット１において、掃除運転が指示されると、電動送風機２２、イオン発生装置２８、駆動輪２９、回転ブラシ９及びサイドブラシ１０が駆動される。これにより、本体筐体２は回転ブラシ９、駆動輪２９及び後輪２６が床面Ｆに接地して所定の掃除領域を自走し、吸込口６から床面Ｆの塵埃を含む気流が吸い込まれる。この時、回転ブラシ９の回転によって床面Ｆ上の塵埃が掻き上げられて凹部８内に導かれる。また、サイドブラシ１０の回転によって吸込口６の側方の塵埃が吸込口６に導かれる。

吸込口６から吸い込まれた気流は矢印Ａ１に示すように第１吸気路１１を後方に流通し、流入口３４ａを介して集塵部３０に流入する。集塵部３０に流入した気流はフィルタ３３により塵埃を捕集され、流出口３５ａを介して集塵部３０から流出する。これにより、集塵容器３１内に塵埃が集塵して堆積する。集塵部３０から流出した気流は矢印Ａ２に示すように第２吸気路１２を前方に流通し、開口部２３を介してモータユニット２０の電動送風機２２に流入する。

電動送風機２２を通過した気流は第１排気路２４ａ及び第２排気路２４ｂを流通し、第１排気路２４ａを流通する気流にはイオンが含まれる。そして、本体筐体２の上面に設けた排気口７から矢印Ａ３に示すように上方後方に向けて斜め方向にイオンを含む気流が排気される。これにより、室内の掃除が行われるとともに、自走する本体筐体２の排気に含まれるイオンが室内に行き渡って室内の除菌や脱臭が行われる。この時、排気口７から上方に向けて排気するので、床面Ｆの塵埃の巻き上げを防止して室内の清浄度を向上することができる。

第１排気路２４ａを流通する気流の一部は矢印Ａ４に示すように戻り口２５を介して凹部８に導かれる。このため、吸込口６から第１吸気路１１に導かれる気流内にイオンが含まれる。これにより、集塵部３０の集塵容器３１やフィルタ３３の除菌及び脱臭を行うことができる。

また、本体筐体２が掃除領域の周縁に到達した場合や進路上の障害物に衝突すると、駆動輪２９が停止される。そして、駆動輪２９の両輪を互いに逆方向に回転し、本体筐体２が中心線Ｃを中心に回転して向きを変える。これにより、掃除領域全体に本体筐体２を自走させるとともに障害物を避けて自走させることができる。尚、駆動輪２９の両輪を前進時に対して反転して本体筐体２を後退させてもよい。

本体筐体２の前進時及び後退時に下り階段等の段差の手前で急停止すると重心が前後に移動する。この時、本体筐体２の重量が駆動輪２９の前後にバランスして配分されるため、本体筐体２の落下が防止される。また、集塵部３０が駆動輪２９の回転軸２９ａの上方に配されるため、集塵によって重量が大きくなっても本体筐体２の重量バランスが維持される。

掃除が終了すると、本体筐体２は自走して充電台４０に帰還する。これにより、充電端子４が端子部４１に接してバッテリー１４が充電される。

また、設定によって本体筐体２の帰還状態でバッテリー１４の充電中や充電終了後に電動送風機２２及びイオン発生装置２８を駆動することができる。これにより、排気口７から上方後方にイオンを含む気流が送出される。充電端子４が本体筐体２の後端に設けられるため、イオンを含む気流は充電台４０の方向に流通して側壁Ｓに沿って上昇する。該気流は室内の天井壁及び対向する側壁に沿って流通する。従って、イオンが室内全体に行き渡り、除菌効果や脱臭効果を向上させることができる。

本実施形態によると、駆動輪２９の回転軸２９ａの上方に配した集塵部３０に対して一方に電動送風機２２を配置し、他方にバッテリー１４を配置したので、本体筐体２の重量が駆動輪２９の前後にバランスして配分される。これにより、進退する本体筐体２が段差の手前で急停止して重心が前後に移動した際に、姿勢を保持して本体筐体２の落下を防止することができる。また、集塵部３０の重量が集塵によって大きくなっても本体筐体２の重量バランスが維持され、段差での本体筐体２の落下をより確実に防止することができる。

また、駆動輪２９の回転軸２９ａを本体筐体２の中心線Ｃ上からずれて配置してもよいが、本実施形態のように回転軸２９ａを中心線Ｃ上に配置するとより望ましい。これにより、本体筐体２の重量が中心に対して前後にバランスして配分され、段差での本体筐体２の落下をより確実に防止することができる。

また、駆動輪２９の前方の吸込口６に設けた回転ブラシ９と、駆動輪２９の後方に配した後輪２６と、駆動輪２９とが接地して床面Ｆ上を自走するので、進路前方の塵埃を遮らずに吸込口６に導くことができる。また、本体筐体２が前進して急停止すると本体筐体２の重心が前方に移動し、回転ブラシ９が変形して本体筐体２が前傾する。この時、本体筐体２は前後に重量が配分されるため元の姿勢に復帰する。従って、吸込口６の前方で接地しないため急停止時に容易に前傾する本体筐体２においても、段差での落下を防止することができる。

また、制御基板１５を集塵部３０に対してバッテリー１４と同じ側に配置したので、重量の大きい電動送風機２２を前方に配置して制御基板１５及びバッテリー１４を後方に配置し、駆動輪２９に対して前後により良好な重量バランスにすることができる。従って、段差での本体筐体２の落下をより確実に防止することができる。

また、集塵部３０に対して前方に気流路（第１、第２吸気路１１、１２、第１、第２排気路２４ａ、２４ｂ）を配置して後方に制御基板１５を配置している。このため、気流路及び制御基板１５が集約して配置される。これにより、気流路を短縮するとともに、配線等を削減して本体筐体２の小型化を図ることができる。また、気流路が制御基板１５から離れるため、気流が漏れた際に制御基板１５への塵埃の付着を低減して制御回路の故障を低減することができる。

本実施形態において、集塵部３０の前方に電動送風機２２を配置して後方にバッテリー１４や制御基板１５を配置しているが、集塵部３０に対して一方に電動送風機２２を配置して他方にバッテリー１４や制御基板１５を配置すればよい。

本発明によると、床面上を自走する掃除ロボットに利用することができる。

１ 掃除ロボット
２ 本体筐体
３ 蓋部
４ 充電端子
６ 吸込口
７ 排気口
８ 凹部
９ 回転ブラシ
１０ サイドブラシ
１１ 第１吸気路
１２ 第２吸気路
１４ バッテリー
１５ 制御基板
１８、１９ 床面検知センサ
２０ モータユニット
２１ ハウジング
２２ 電動送風機
２３ 開口部
２４ａ 第１排気路
２４ｂ 第２排気路
２５ 戻り口
２８ イオン発生装置
２９ 駆動輪
３０ 集塵部
３１ 集塵容器
３２ 上部カバー
３３ フィルタ
３４ 流入路
３５ 流出路
４０ 充電台
４１ 端子部

Claims (5)

1. 吸込口及び排気口を開口する本体筐体と、水平な回転軸を有して前記本体筐体を自走させる一対の駆動輪と、前記本体筐体内に配される電動送風機と、前記回転軸上に配置されるとともに前記電動送風機の駆動によって前記吸込口から吸い込まれた気流の塵埃を集塵する集塵部と、各部に電力を供給するバッテリーとを備え、前記集塵部に対して一方に前記電動送風機を配置するとともに他方に前記バッテリーを配置したことを特徴とする掃除ロボット。
2. 前記回転軸が前記本体筐体の中心線上に配されることを特徴とする請求項１に記載の掃除ロボット。
3. 前記駆動輪の前方に配した前記吸込口に設けられる回転ブラシと、前記駆動輪の後方に配した後輪とを備え、前記回転ブラシ、前記駆動輪及び前記後輪が接地して床面上を自走することを特徴とする請求項２に記載の掃除ロボット。
4. 各部を制御する制御基板を備え、前記制御基板を前記集塵部に対して前記バッテリーと同じ側に配置したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の掃除ロボット。
5. 前記吸込口と前記集塵部との間及び前記集塵部と前記排気口との間を連通させる気流路を備え、前記気流路を前記集塵部に対して一方に配置したことを特徴とする請求項４に記載の掃除ロボット。

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