JP5763820B2

JP5763820B2 - 掃除ロボット

Info

Publication number: JP5763820B2
Application number: JP2014203845A
Authority: JP
Inventors: 佑毅矢戸
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2014-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2015-08-12
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: JP2015024166A

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吸込口を底面に開口して電動送風機及び集塵部を内装する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前輪が設けられる。前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、前輪と駆動輪との間に吸込口が配置される。

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前輪の回転によって所望の掃除領域の床面上を自走する。電動送風機の駆動によって吸込口から床面上の塵埃を含む気流が吸い込まれる。気流に含まれた塵埃は集塵部で集塵され、塵埃を除去された気流が電動送風機を通過して本体筐体外に排気される。これにより、掃除領域の掃除が行われ、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２０００−２０２７９２号公報（第４頁−第７頁、第１図）

しかしながら、上記従来の掃除ロボットによると、吸込口に対して掃除時の進行方向の前方に配した前輪によって床面上のゴミが遮られ、集塵能力が低下する問題があった。また、毛髪や糸屑等の繊維状のゴミが前輪に絡みついて前輪が正常に回転せず、床面上の段差を前輪が乗り越えられなくなる。これにより、本体筐体が停止して走行異常となり、掃除領域全体を掃除できない問題もあった。

本発明は、集塵能力を向上するとともに走行異常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、床面に対峙する吸込口を底面に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、前記駆動輪に対して掃除時の進行方向の前方に配される前輪と、前記駆動輪に対して掃除時の進行方向の後方に配される後輪とを備え、前記前輪と前記駆動輪との間に前記吸込口が配されるとともに、平坦な床面を自走する際に前記前輪が床面から離れて前記駆動輪及び前記後輪が接地することを特徴としている。

この構成によると、平坦な床面から前輪が離れて駆動輪及び後輪が接地し、一対の駆動輪の駆動によって本体筐体が掃除領域内を自走する。本体筐体の前進によって床面上の塵埃やゴミは前輪の下方を通過し、吸込口から吸い込まれる。塵埃等を含む気流は本体筐体内で塵埃等を除去された後、排気される。本体筐体の進路上に段差が現れると、前輪が段差に接地して駆動輪の回転によって本体筐体が段差を乗り越える。

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、駆動輪の両輪が逆方向に回転すると本体筐体が鉛直な中心線の回りに回転する。

また本発明は、上記構成の掃除ロボットにおいて、前記吸込口に配される回転ブラシを備え、掃除を行う際に前記回転ブラシが接地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、駆動輪及び後輪が接地して本体筐体が自走し、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。

また本発明は、上記構成の掃除ロボットにおいて、前記駆動輪と前記後輪との間に、各部に電力を供給するバッテリー及び各部を制御する制御基板を配置したことを特徴としている。この構成によると、前輪が床面から離れる本体筐体がバッテリー及び制御基板の重量により安定して接地される。

本発明によると、前輪と駆動輪との間に吸込口が配され、平坦な床面を自走する際に前輪が床面から離れて駆動輪及び後輪が接地する。これにより、床面上のゴミが前輪により遮られず、掃除ロボットの集塵能力を向上することができる。また、繊維状のゴミが前輪に絡みつかないため、本体筐体の走行異常を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。

掃除を行う際に進行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。これにより、吸込口６は前輪２７と駆動輪２９との間に配される。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、進路前方の塵埃やゴミを前輪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。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。これにより、制御基板１５及びバッテリー１４は駆動輪２９と後輪２６との間に配される。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。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＋（Ｈ２Ｏ）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Ｏ２−（Ｈ２Ｏ）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＋（Ｈ２Ｏ）ｍ及びＯ２−（Ｈ２Ｏ）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Ｈ２Ｏ２（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＋(Ｈ２Ｏ)ｍ＋Ｏ２−(Ｈ２Ｏ)ｎ→・ＯＨ＋1/2Ｏ２＋(ｍ＋ｎ)Ｈ２Ｏ・・・（１）
Ｈ＋(Ｈ２Ｏ)ｍ＋Ｈ＋(Ｈ２Ｏ)ｍ’＋Ｏ２−(Ｈ２Ｏ)ｎ＋Ｏ２−(Ｈ２Ｏ)ｎ’
→ 2・ＯＨ＋Ｏ２＋(ｍ＋ｍ'＋ｎ＋ｎ')Ｈ２Ｏ・・・（２）
Ｈ＋(Ｈ２Ｏ)ｍ＋Ｈ＋(Ｈ２Ｏ)ｍ’＋Ｏ２−(Ｈ２Ｏ)ｎ＋Ｏ２−(Ｈ２Ｏ)ｎ’
→ Ｈ２Ｏ２＋Ｏ２＋(ｍ＋ｍ'＋ｎ＋ｎ')Ｈ２Ｏ・・・（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が平坦な床面Ｆに接地して所定の掃除領域を自走する。

本体筐体２の前進によって床面Ｆ上の塵埃やゴミは前輪２７の下方を通過し、吸込口６から吸い込まれる。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内に塵埃やゴミ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。

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、前輪２７と駆動輪２９との間に吸込口６が配され、平坦な床面Ｆを自走する際に前輪２７が床面Ｆから離れて駆動輪２９及び後輪２６が接地する。これにより、床面Ｆ上のゴミが前輪２７により遮られず、掃除ロボット１の集塵能力を向上することができる。また、繊維状のゴミが前輪２７に絡みつかないため、本体筐体２の走行異常を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、駆動輪２９の両輪を逆方向に回転し、本体筐体２の向きを同じ位置で容易に変えることができる。この時、本実施形態のように本体筐体２が平面視円形に形成されると、向きを変える際に本体筐体２と障害物との衝突を防止することができる。

また、掃除を行う際に回転ブラシ９が接地するので、床面Ｆから前輪２７が離れた本体筐体２を回転ブラシ９、駆動輪２９及び後輪２６により安定して接地することができる。

また、駆動輪２９と後輪２６との間にバッテリー１４及び制御基板１５を配置したので、床面Ｆから前輪２７が離れた本体筐体２をバッテリー１４及び制御基板１５の重量により駆動輪２９及び後輪２６で安定して接地することができる。

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

塵埃及び気流を吸い込むように底面に設けられた吸込口と、
該吸込口から吸い込まれた塵埃を集塵すると共に、気流を通過させる集塵部と、
該集塵部を通過した気流を吸入した後に排出する送風部と、
該送風部から排出された気流を斜め上方に向けて排気する排気口とを備え、
前記送風部は、前記集塵部を通過した気流を吸入した後に排出するための排出口を有し、
前記排気口は、前記排出口に隣接して配置されることを特徴とする自走式掃除ロボット。
前記集塵部は、前記吸込口から吸い込まれた塵埃を捕集するフィルタを有することを特徴とする請求項１に記載の自走式掃除ロボット。
前記排気口は、進行方向の後方を向いており、気流を後方かつ斜め上方に向けて排気することを特徴とする請求項１または２に記載の自走式掃除ロボット。