JP6537774B2

JP6537774B2 - 自走式清掃装置

Info

Publication number: JP6537774B2
Application number: JP2014039631A
Authority: JP
Inventors: 公一北見; 智一神垣; 哲也三田; 郁弥向井; 彰菅原; 公祐竹内
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2034-02-28
Also published as: JP2015163153A

Description

本発明は、自走式清掃装置に関する。

建築物や電車の床面を清掃するための移動式清掃装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この移動式清掃装置は、電動モータによって回転駆動される回転ブラシと、床面に洗浄液を散布する給水機構とを搭載し、洗浄液が散布された床面の汚れを回転ブラシで擦り落としながら走行する。また、この移動式清掃装置は、走行の際に生じる回転ブラシの床面に対する接触摩擦抵抗力による回転ブラシの過度の傾動を防止する遊輪を備える。

特開平７−２５５６５６号公報

しかしながら、特許文献１の移動式清掃装置は、回転ブラシの傾動が発生したときに遊輪を床面に接地させてそれ以上の回転ブラシの傾動を防止するのみであり、粗い床面を清掃する場合であっても滑らかな床面を清掃する場合と同じ押し付け力で回転ブラシを床面に押し付ける。

一方で、駅ホームの床面は、滑り止めブロック、視覚障害者誘導用ブロック、タイル、コンクリート、金属板、アスファルト等の摩擦係数の異なる様々な部材で構成される。また、それらの部材は、散布する洗浄液の種類によっても摩擦係数を著しく変化させる。

そのため、特許文献１に記載の移動式清掃装置は、駅ホームの床面のように様々な部材で構成される床面の清掃に用いられた場合、洗浄液が散布された床面の摩擦状態の変化に対応できず、汚れを適切に擦り落とすことができなかったり、電力を無駄に消費してしまったりするおそれがある。

上述の点に鑑み、液体が散布された床面をより効率的に清掃できる自走式清掃装置の提供が望まれる。

本発明の一実施形態による自走式清掃装置は、液体を床面に散布する散布部と、前記散布部によって液体が散布された床面の清掃を行う清掃ユニットと、前記散布部によって液体が散布された床面の摩擦を推定する推定部と、前記清掃ユニットの床面への押し付け力を調整する調整部と、を備え、前記推定部の推定結果に応じて前記調整部により前記清掃ユニットの床面への押し付け力が調整される。

上述の手段により、液体が散布された床面をより効率的に清掃できる自走式清掃装置を提供できる。

本発明の一実施形態による自走式清掃装置の側面図である。図１の一点鎖線で示す仮想平面を＋Ｚ側から見た図である。清掃部の側面図である。清掃部の斜視図である。回転ブラシの駆動機構の概略図である。押し付け力調整システムの構成例を示す機能ブロック図である。回転ブラシの概略図である。

最初に、本発明の一実施形態による自走式清掃装置１００の全体構成について説明する。図１は自走式清掃装置１００の側面図である。また、図２は、図１の一点鎖線ＤＬで示す仮想平面を＋Ｚ側から見た図である。

自走式清掃装置１００は、自律的に走行しながら、液体が散布された平らな床面を清掃する装置である。本実施形態では、自走式清掃装置１００は、駅ホームの床面を清掃する装置である。具体的には、自走式清掃装置１００は、洗浄機能を有する自走式清掃装置（以下、「洗浄型清掃装置」とする。）であり、汚水吸引機能を有する別の自走式清掃装置（以下、「汚水吸引型清掃装置」とする。）を先導する。なお、洗浄機能は、床面を洗浄する機能であり、例えば、液体を床面に散布しながら回転ブラシで床面を擦って床面を洗浄するポリッシング機能を含む。また、汚水吸引機能は、洗浄後の床面に残された汚水を吸引する機能である。そして、床面の清掃は、洗浄型清掃装置及び汚水吸引型清掃装置の２台１組で行われる。但し、自走式清掃装置１００は、洗浄機能及び汚水吸引機能を有する一体型清掃装置であってもよい。

自走式清掃装置１００は、主に、走行部１０、散布部２０、蓄電部３０、清掃部４０、駆動部５０、及び制御部６０を含む。そして、自走式清掃装置１００は、図１の矢印ＡＲ１で示すように、＋Ｘ方向を進行方向前方として進行する。

走行部１０は、自走式清掃装置１００の走行に関する機能要素であり、主に、支持台１１、駆動輪１２、及び従動輪１３を含む。

支持台１１は、自走式清掃装置１００の各構成要素を支持する構造体であり、下部フレーム１１ａ、側部フレーム１１ｂ、及び上部フレーム１１ｃを含む。下部フレーム１１ａは、駆動輪１２及び従動輪１３を回転可能に支持し、且つ、散布部２０、蓄電部３０、清掃部４０、駆動部５０、及び制御部６０を固定的に支持する。側部フレーム１１ｂは、上部フレーム１１ｃを支持する部材であり、下部フレーム１１ａの四隅のそれぞれから＋Ｚ方向に延びて上部フレーム１１ｃの四隅を支持する。

駆動輪１２は、推進力を発生させる車輪である。本実施形態では、駆動部５０によって駆動される左右一対の駆動輪１２Ｌ、１２Ｒである。自走式清掃装置１００は、駆動輪１２Ｌの回転速度と駆動輪１２Ｒの回転速度とを異ならせることで操舵機能を実現する。

従動輪１３は、駆動輪１２が発生させた推進力に応じて回転する車輪である。本実施形態では、従動輪１３は、その回転軸がＹ軸方向に平行となるように固定的に配置された単輪である。なお、図２は、下部フレーム１１ａの−Ｚ側の面において車両中心線に沿って固定的に配置される従動輪１３を点線で表す。この構成により、従動輪１３は、回転軸の配置が変化するキャスタを用いる場合に比べ、自走式清掃装置１００の進行方向を安定させることができる。但し、従動輪１３は、キャスタ等、回転軸の配置が変化する車輪であってもよい。

散布部２０は、清掃対象の床面に液体を散布する機能要素である。本実施形態では、散布部２０は、図２に示すように、液体収容部２１、散布ノズル２２、散布ポンプ２３、及びフレキシブルチューブ２４を含む。

液体収容部２１は、液体を収容する機能要素である。洗浄型清掃装置である本実施形態では、液体収容部２１は、散布用の清水を収容する清水タンクである。本実施形態では、清水タンクに収容された清水は、フレキシブルチューブ２４、散布ポンプ２３、及び散布ノズル２２を介して床面に散布される。なお、液体収容部２１は、界面活性剤等を含む洗浄液を収容してもよい。

蓄電部３０は、少なくとも駆動輪１２を駆動するための電力を蓄電し且つ供給する機能要素である。本実施形態では、バッテリ（二次電池）が採用される。なお、バッテリは、例えば、鉛蓄電池、ニッケル・カドニウム蓄電池、ニッケル・水素充電池等を含む。また、蓄電部３０は、燃料電池等の他の電力供給源であってもよい。

清掃部４０は、清掃作業を実行する機能要素である。本実施形態では、洗浄型清掃装置としての自走式清掃装置１００は、回転ブラシ４１を用いて床面を清掃する機構を清掃部４０として搭載する。回転ブラシ４１は、床面に押し付けられた状態で回転し、その床面の汚れを擦り落とす。

また、清掃部４０は、自走式清掃装置１００の走行安定性を高めるため、下部フレーム１１ａの中央に搭載される。具体的には、清掃部４０は、自走式清掃装置１００の重心位置を含むように配置される。

また、清掃部４０は、図１の矢印ＡＲ２で示すように、Ｚ軸方向に変位可能（昇降可能）となるように支持台１１に搭載される。必要に応じて、回転ブラシ４１を床面に接触させずに自走式清掃装置１００が走行できるようにするためである。また、支持台１１の下部フレーム１１ａは、清掃部４０に対応する位置に穴１１ａＨ（図２参照。）を有し、床面と接触する回転ブラシ４１を含む清掃部４０の昇降を可能にする。

駆動部５０は、駆動輪１２を回転駆動する機能要素である。本実施形態では、左右一対の駆動部５０Ｌ、５０Ｒはそれぞれ、蓄電部３０から電力の供給を受けて作動する電動モータと減速機構とを含む。減速機構は、例えば、ベルト・プーリ機構、チェーン・スプロケット機構、ギア機構等で構成される。そして、駆動部５０Ｌは、駆動軸１２ＡＬを介して、電動モータの駆動力を駆動輪１２Ｌに伝える。同様に、駆動部５０Ｒは、駆動軸１２ＡＲを介して、電動モータの駆動力を駆動輪１２Ｒに伝える。

制御部６０は、自走式清掃装置１００を制御する機能要素である。本実施形態では、制御部６０は、ＣＰＵ、揮発性記憶媒体、不揮発性記憶媒体等を備えたコンピュータであり、主に、通信制御、走行制御、及び清掃制御を実行する。通信制御は、汚水吸引型清掃装置又は他の外部装置と洗浄型清掃装置である自走式清掃装置１００との間の無線通信を制御する。また、走行制御は、自走式清掃装置１００の走行を制御する。また、清掃制御は、清掃部４０による清掃作業を制御する。

次に、図１〜図４を参照して、支持台１１上に搭載される清掃部４０の詳細について説明する。なお、図３は、清掃部４０を−Ｙ側から見た側面図であり、図４は、清掃部４０の斜視図であり、図５は、回転ブラシ４１の駆動機構の概略図である。

清掃部４０は、主に、回転ブラシ４１、本体部４２、支持部４３、第１調整部４４、及び第２調整部４５を含む。

回転ブラシ４１は、床面の汚れを擦り落とす部材である。本実施形態では、回転ブラシ４１は、蓄電部３０の電力を利用する回転ブラシ用電動モータ４１ａによって回転駆動される。具体的には、回転ブラシ４１は、左右一対の回転ブラシ４１Ｌ、４１Ｒで構成される。また、図５に示すように、回転ブラシ４１Ｌ、４１Ｒは、１つの回転ブラシ用電動モータ４１ａによって回転駆動される。回転ブラシ用電動モータ４１ａは、ベルト・プーリ機構４１ｂを介して中間軸４１ｃを回転させる。中間軸４１ｃは、中間軸ベアリングホルダ４１ｄで保持される中間軸ベアリング（図示せず。）により回転可能に支持され、かさ歯車４１ｅＬ、４１ｅＲとともに一体的に回転する。かさ歯車４１ｅＬ、４１ｅＲはそれぞれ、回転ブラシ４１Ｌ、４１Ｒのブラシ回転軸に取り付けられたかさ歯車４１ｆＬ、４１ｆＲとかみ合う。回転ブラシ４１Ｌ、４１Ｒの回転軸はそれぞれブラシ回転軸ベアリングホルダ４１ｇＬ、４１ｇＲで保持されるブラシ回転軸ベアリング（図示せず。）によって回転可能に支持される。このようにして、回転ブラシ用電動モータ４１ａの駆動力は、ベルト・ップーリ機構、及び、一対の直交歯車機構を介して回転ブラシ４１Ｌ、４１Ｒに伝達される。

本体部４２は、清掃部４０の骨組みを形成する部分である。本実施形態では、本体部４２は、図３に示すように、ブラシ昇降軸４２ａ、底板４２ｂ、天板４２ｃ、前板４２ｄ、後板４２ｅ、及びバネ支持板４２ｆを含む。また、本体部４２は、回転ブラシ４１を回転可能に支持する。また、図１に示すように、支持台１１は、支持ブロック１５、支持部４３、及び第１調整部４４を介して本体部４２を支持する。なお、支持ブロック１５は、支持台１１の下部フレーム１１ａに固定される部材であり、支持部４３に剛結合される。

また、図３及び図４において、灰色で示す部分は、支持台１１に対してＺ軸方向に変位不能な部分を示し、白色で示す部分（回転ブラシ４１、本体部４２、及び第１調整部４４を含む部分であり、以下、「清掃ユニットＰＵ」とする。）は、支持台１１に対してＺ軸方向に変位可能な部分を示す。このように、清掃ユニットＰＵは、支持台１１に対してＺ軸方向に一体的に変位可能となるように支持される。

ブラシ昇降軸４２ａは、清掃ユニットＰＵの変位をＺ軸方向に限定する軸であり、Ｚ軸方向に延びる。本実施形態では、ブラシ昇降軸４２ａは、図２に示すように、鉛直方向に延びる左右一対のブラシ昇降軸４２ａＬ、４２ａＲで構成される。また、ブラシ昇降軸４２ａは、図３に示すように、−Ｚ側の端部がナット等の締結部材で底板４２ｂに締結され、＋Ｚ側の端部がナット等の締結部材で天板４２ｃに締結される。

支持部４３は、清掃ユニットＰＵをＺ軸方向に変位可能に支持する機能要素である。本実施形態では、支持部４３は、図３に示すように、ベース４３ａ及びリニアブッシュ４３ｂを含む。

ベース４３ａは、Ｚ軸方向に延びる縦プレート４３ａｖと、縦プレート４３ａｖの＋Ｚ側の端部から＋Ｘ方向に延びる横プレート４３ａｈとを含む。縦プレート４３ａｖは、ボルト等の締結部材によって支持ブロック１５に締結され、横プレート４３ａｈは、ボルト等の締結部材によって縦プレート４３ａｖに締結される。

リニアブッシュ４３ｂは、ブラシ昇降軸４２ａのＺ軸方向の変位をガイドする部材である。本実施形態では、リニアブッシュ４３ｂは、左右一対のブラシ昇降軸４２ａＬ、４２ａＲを受入可能なように左右一対の筒状のリニアブッシュ４３ｂＬ、４３ｂＲで構成される。また、左右一対のリニアブッシュ４３ｂＬ、４３ｂＲは、ボルト等の締結部材によって縦プレート４３ａｖに締結される。

第１調整部４４は、清掃ユニットＰＵの自重による押し付け力を調整する機能要素である。清掃ユニットＰＵの自重による押し付け力（以下、「自重押し付け力」とする。）は、回転ブラシ４１を床面に押し付ける実際の押し付け力（以下、「正味押し付け力」とする。）のうちの、清掃ユニットＰＵの自重に起因する力である。なお、自重押し付け力はゼロにもなり得る。すなわち、正味押し付け力は、実質的に自重押し付け力を含まない場合がある。

本実施形態では、第１調整部４４は、図３に示すように、支持バネ４４ａ、調整プレート４４ｂ、及び調整ネジ４４ｃを含む。

支持バネ４４ａは、清掃ユニットＰＵの自重を支持可能な圧縮コイルバネである。本実施形態では、支持バネ４４ａは、ベース４３ａの横プレート４３ａｈと調整プレート４４ｂとの間に配置される左右一対の支持バネ４４ａＬ、４４ａＲである。なお、ブラシ昇降軸４２ａＬは、支持バネ４４ａＬのコイル内を貫通するように配置される。同様に、ブラシ昇降軸４２ａＲは、支持バネ４４ａＲのコイル内を貫通するように配置される。

調整プレート４４ｂは、ブラシ昇降軸４２ａＬ、４２ａＲが貫通する２つの穴（図示せず。）を有する平板であり、−Ｚ側の面を支持バネ４４ａの＋Ｚ側の端部に接触させている。また、調整プレート４４ｂは、＋Ｚ側の面の中央部分を調整ネジ４４ｃの−Ｚ側の端部に接触させている。

また、調整プレート４４ｂは、＋Ｘ側の端部を本体部４２の後板４２ｅに沿わせてＸ軸に平行な状態（水平状態）を維持したまま、ブラシ昇降軸４２ａＬ、４２ａＲに対してＺ軸方向に相対変位可能となるように構成される。

調整ネジ４４ｃは、本体部４２の天板４２ｃに形成されたネジ穴４２ｃＨ１と係合するネジである。本実施形態では、調整ネジ４４ｃは、清掃ユニットＰＵのＺ軸方向における位置（床面からの高さ）を調整するために用いられる。

具体的には、調整ネジ４４ｃがネジ締め方向に回転させられると、ブラシ昇降軸４２ａＬ、４２ａＲは、リニアブッシュ４３ｂＬ、４３ｂＲにガイドされながら、調整プレート４４ｂに対して＋Ｚ方向に変位する。ブラシ昇降軸４２ａＬ、４２ａＲが締結される本体部４２の天板４２ｃと調整プレート４４ｂとの間の距離が増大するためである。なお、調整プレート４４ｂは、Ｚ軸方向にほとんど変位しない。清掃ユニットＰＵの自重に変化がなく、支持バネ４４ａに作用する力にほとんど変化がないので、支持バネ４４ａがさらに圧縮されることもないためである。一方、調整ネジ４４ｃが反対方向に回転させられると、ブラシ昇降軸４２ａＬ、４２ａＲは、リニアブッシュ４３ｂＬ、４３Ｒにガイドされながら、調整プレート４４ｂに対して−Ｚ方向に変位する。本体部４２の天板４２ｃと調整プレート４４ｂとの間の距離が減少するためである。

また、ブラシ昇降軸４２ａＬ、４２ａＲが調整プレート４４ｂに対してＺ軸方向に変位すると、清掃ユニットＰＵも調整プレート４４ｂに対してＺ軸方向に変位する。ブラシ昇降軸４２ａＬ、４２ａＲは、本体部４２の底板４２ｂ及び天板４２ｃに締結されているためである。

このようにして、調整ネジ４４ｃを用いた清掃ユニットＰＵのＺ軸方向の変位により、回転ブラシ４１のＺ軸方向における位置（床面からの高さ）が調整される。

この構成により、第１調整部４４は、支持バネ４４ａの特性（バネ定数等）を変えることで、正味押し付け力の一部を構成し得る自重押し付け力を調整できる。なお、本実施形態では、支持バネ４４ａは、自重押し付け力以外に回転ブラシ４１を床面に押し付ける力が作用しない限り、回転ブラシ４１が床面に接しないように清掃ユニットＰＵを持ち上げる。そのため、自重押し付け力はゼロとなる。但し、支持バネ４４ａは、必ずしも自重押し付け力をゼロにする必要はなく、自重押し付け力を低減させる程度のバネ反力を発生させてもよい。この場合、自重押し付け力以外に回転ブラシ４１を床面に押し付ける力が作用しない場合であっても、回転ブラシ４１は、床面に接した状態、すなわち、自重押し付け力によって床面に押し付けられた状態を維持する。

第２調整部４５は、清掃ユニットＰＵを床面へ押し付ける力である正味押し付け力を調整する機能要素である。本実施形態では、第２調整部４５は、図３及び図４に示すように、押し付けバネ４５ａ、押し付け軸４５ｂ、レバー支持プレート４５ｃ、レバー４５ｄ、及び梃子構造４５ｅを含む。

押し付けバネ４５ａは、清掃ユニットＰＵを−Ｚ方向に押し付ける圧縮コイルバネである。本実施形態では、押し付けバネ４５ａは、押し付け軸４５ｂに形成される突出部４５ｂｐと本体部４２のバネ支持板４２ｆとの間に配置される。

押し付け軸４５ｂは、清掃ユニットＰＵを昇降させる部材である。本実施形態では、押し付け軸４５ｂは、本体部４２の天板４２ｃに形成された穴４２ｃＨ２と本体部４２のバネ支持板４２ｆに形成された穴４２ｆＨとを貫通してＺ軸方向に延びる。また、押し付け軸４５ｂは、押し付けバネ４５ａのコイル内を貫通するように配置される。そして、押し付け軸４５ｂは、押し付けバネ４５ａと協働して清掃ユニットＰＵを＋Ｚ側から押し付け、清掃ユニットＰＵを−Ｚ方向に変位させることができる。

レバー支持プレート４５ｃは、支持台１１の上部フレーム１１ｃに固定される部材であり、レバー４５ｄ及び梃子構造４５ｅを作動可能に支持する。

レバー４５ｄは、梃子構造４５ｅを作動させる部材である。また、梃子構造４５ｅは、小さい力を大きい力に変換する機構である。本実施形態では、図４の矢印ＡＲ３で示す比較的弱い力によるレバー４５ｄの旋回運動を、矢印ＡＲ４で示す比較的強い力による押し付け軸４５ｂの直線運動に変換する。具体的には、押し付け軸４５ｂは、レバー４５ｄが＋Ｚ方向に引き上げられたときに−Ｚ方向に押し下げられ、レバー４５ｄが−Ｚ方向に押し下げられたときに＋Ｚ方向に引き上げられる。

また、押し付け軸４５ｂは、Ｚ軸方向の長さを調節する機構を備える。具体的には、押し付け軸４５ｂは、連結用ネジを用いて連結される清掃ユニット側軸４５ｂ１と支持台側軸４５ｂ２とを含む。清掃ユニット側軸４５ｂ１は、＋Ｚ側の端部に雄ネジ山が形成され、支持台側軸４５ｂ２は、−Ｚ側の端部に雌ネジ山が形成される。そのため、清掃ユニット側軸４５ｂ１と支持台側軸４５ｂ２とは、相対的な回転によって、Ｚ軸方向に相対的に移動可能である。本実施形態では、操作者は、清掃ユニット側軸４５ｂ１を回転させることにより、押し付け軸４５ｂのＺ軸方向の長さを伸縮させる。

また、レバー４５ｄが＋Ｚ方向に引き上げられると、梃子構造４５ｅは、押し付け軸４５ｂを−Ｚ方向に押し下げる。押し下げられた押し付け軸４５ｂは、清掃ユニット側軸４５ｂ１に設けられた突出部４５ｂｐとバネ支持板４２ｆとの間に配置された押し付けバネ４５ａを圧縮する。押し付けバネ４５ａは、その圧縮度に応じた−Ｚ方向の力を発生させ、バネ支持板４２ｆを−Ｚ方向に押す。バネ支持板４２ｆを−Ｚ方向に押す力は、押し付けバネ４５ａの圧縮度が大きいほど大きい。

押し付けバネ４５ａの圧縮度は、レバー４５ｄが＋Ｚ方向に引き上げられたとき、すなわち押し付け軸４５ｂが押し下げられたときの突出部４５ｂｐとバネ支持板４２ｆとの間の距離（以下、「圧縮距離」とする。）によって決まる。押し付けバネ４５ａの圧縮度は、圧縮距離が小さいほど大きい。そして、バネ支持板４２ｆのＺ軸方向の位置（高さ）は、調整ネジ４４ｃの回転による調整が可能であり、突出部４５ｂｐのＺ軸方向の位置（高さ）は、清掃ユニット側軸４５ｂ１の回転による調整が可能である。この構成により、操作者は、バネ支持板４２ｆ及び突出部４５ｂｐの少なくとも一方の高さを調整することで圧縮距離を調整し、押し付けバネ４５ａの圧縮度、ひいてはバネ支持板４２ｆを−Ｚ方向に押す力を調整できる。

また、バネ支持板４２ｆを−Ｚ方向に押す力の方向は鉛直下方であり、その力の作用線の延長は清掃ユニットＰＵの床面投影領域を通る。本実施形態では、その力の作用線の延長は、清掃ユニットＰＵが床面と接する領域内、すなわち回転ブラシ４１が床面と接する領域内を通る。

また、バネ支持板４２ｆを−Ｚ方向に押す力は、回転ブラシ４１を床面に押し付ける力（以下、「第１成分力」とする。）と、支持バネ４４ａを圧縮する力に分解される。そのため、正味押し付け力は、第１成分力と自重押し付け力との合力として表される。また、自重押し付け力がゼロの場合には、第１成分力がそのまま正味押し付け力となる。

以上の構成により、自走式清掃装置１００は、清掃ユニットＰＵの自重による押し付け力を消失或いは低減させることで、適切な正味押し付け力を発生させることができる。その結果、自走式清掃装置１００は、過度に大きな正味押し付け力が発生するのを防止し、電力消費量が過度に増大するのを防止できる。

また、自走式清掃装置１００は、回転ブラシ４１の鉛直上方から清掃ユニットＰＵを床面に押し付ける力を発生させる第２調整部４５を有する。そのため、回転ブラシ４１は、床面との接触面全体に均一且つ安定的に押し付け力を加えることができる。

また、自走式清掃装置１００は、第１調整部４４及び第２調整部４５により正味押し付け力の動的な調整を可能にする。そのため、自走式清掃装置１００の操作者は、滑らかな床面に対しては正味押し付け力を増大させ、粗い床面に対しては正味押し付け力を低減させるといった調整を行うことができる。回転ブラシ４１の回転に要する力は、正味押し付け力が大きい程大きくなり、また、床面の摩擦係数が大きい程大きくなるためである。

また、自走式清掃装置１００は、第１調整部４４及び第２調整部４５の双方による正味押し付け力の動的な調整を可能にする。そのため、自走式清掃装置１００は、清掃ユニットＰＵの自重による自重押し付け力の最大値より大きな正味押し付け力を発生させることができる。なお、清掃ユニットＰＵの自重による自重押し付け力の最大値は、清掃ユニットＰＵの自重を最大限に利用した場合の自重押し付け力であり、第１調整部４４が調整し得る最大の自重押し付け力である。また、第２調整部４５は、清掃ユニットＰＵの上下方向（Ｚ軸方向）の振動が大きくなる場合に、清掃ユニットＰＵの固有振動数を変化させ、清掃ユニットＰＵの振動を抑制する役割を担うことができる。例えば、操作者は、共振によって清掃ユニットＰＵの振動の振幅が大きくなる場合に、第２調整部４５の押し付け軸４５ｂの長さを変えることで、主に第１調整部４４の支持バネ４４ａの固有振動数に応じて決まる清掃ユニットＰＵの固有振動数を変化させる。その結果、操作者は、共振による清掃ユニットＰＵの振動の増大を抑制できる。

次に、図６を参照して、正味押し付け力を調整するための押し付け力調整システムについて説明する。なお、図６は、押し付け力調整システムの構成例を示す機能ブロック図である。

押し付け力調整システムは、主に、制御部６０、ドライブ回路Ｄ１、回転数センサＤ２、電流センサＤ３、情報入力部Ｄ４、推定結果出力部Ｄ５、及び押し付け力調整部Ｄ６を含む。

ドライブ回路Ｄ１は、回転ブラシ用電動モータ４１ａを駆動するための回路である。本実施形態では、ドライブ回路Ｄ１は、制御部６０からの指令電流信号に応じて回転ブラシ用電動モータ４１ａを駆動する。具体的には、ドライブ回路Ｄ１は、蓄電部３０から回転ブラシ用電動モータ４１ａに流れる電流の大きさが指令電流信号が表す大きさとなるように制御する。

回転数センサＤ２は、回転ブラシ４１の回転数を検出し、検出した値を制御部６０に対して出力する。

電流センサＤ３は、回転ブラシ用電動モータ４１ａを流れる電流を検出し、検出した値を制御部６０に対して出力する。

制御部６０は、推定部６１を含む。推定部６１は、床面の摩擦状態を推定する機能要素である。本実施形態では、推定部６１は、回転ブラシ４１の回転数を一定に保った状態で、回転ブラシ用電動モータ４１ａで消費されるモータ消費電流に基づいて床面の摩擦係数μを推定するプログラムである。なお、推定部６１は、電子回路で構成されてもよい。

本実施形態では、制御部６０は、床面の摩擦状態にかかわらず回転ブラシ用電動モータ４１ａを所定の目標回転数で回転させるように動作する。そのため、制御部６０は、回転数センサＤ２の出力から回転ブラシ用電動モータ４１ａの現在の回転数を導き出す。そして、制御部６０は、導き出した現在の回転数と目標回転数との差に基づいて、回転ブラシ用電動モータ４１ａを目標回転数で回転させるのに必要な指令電流を導き出す。そして、制御部６０は、導き出した指令電流に関する指令電流信号をドライブ回路Ｄ１に対して出力する。指令電流信号を受けたドライブ回路Ｄ１は、蓄電部３０から回転ブラシ用電動モータ４１ａに流れる電流の大きさが指令電流信号が表す大きさとなるように動作する。このとき、推定部６１は、電流センサＤ３が検出した電流の値をモータ消費電流ｉとして採用する。そして、推定部６１は、モータ消費電流ｉに基づいて床面の摩擦係数μを推定する。

回転ブラシ４１がリング形状の場合、床面の摩擦係数μは、以下の（１）式で表される。なお、図７は、リング形状の回転ブラシ４１Ｌの概略図であり、図７上図が回転ブラシ４１Ｌの側面図を示し、図７下図が回転ブラシ４１Ｌの底面図を示す。また、（１）式のＫ_ｉ、σ、Ｄ、ｄはそれぞれ、モータトルク定数、単位面積当たりの押し付け力、ブラシ外径、ブラシ内径を表す。なお、モータトルク定数Ｋ_ｉ、ブラシ外径Ｄ、及びブラシ内径ｄは、ＮＶＲＡＭ等の不揮発性記憶媒体に予め登録されている。

また、単位面積当たりの押し付け力σは、以下の（２）式で表される。なお、Ｆ_ｂは、正味押し付け力を表す。本実施形態では、正味押し付け力Ｆ_ｂは、第１調整部４４及び第２調整部４５の調整度合いによって決まる値である。具体的には、正味押し付け力Ｆ_ｂは、調整ネジ４４ｃの調整状態、及び、押し付け軸４５ｂの伸縮状態によって決まる。

情報入力部Ｄ４は、各種情報を制御部６０に入力するための機能要素である。本実施形態では、情報入力部Ｄ４は、調整ネジ４４ｃの調整状態、及び、押し付け軸４５ｂの伸縮状態を制御部６０に入力するための入力装置である。入力装置は、例えば、支持台１１の上部フレーム１１ｃに取り付けられるメンブレンスイッチである。操作者は、例えば、後板４２ｅ等に刻まれた目盛り等で表される調整ネジ４４ｃの調整状態を読み取る。また、操作者は、例えば、清掃ユニット側軸４５ｂ１に刻まれた目盛り等で表される清掃ユニット側軸４５ｂ１の伸縮状態を読み取る。そして、操作者は、入力装置を介して、読み取った目盛りの値を制御部６０に入力する。なお、情報入力部Ｄ４は、調整ネジ４４ｃの調整状態、及び、清掃ユニット側軸４５ｂ１の伸縮状態を自動的に取得するセンサであってもよい。

このようにして、推定部６１は、電流センサＤ３が検出した電流の値をモータ消費電流ｉとして（１）式に代入して摩擦係数μを推定する。

なお、推定部６１は、電流センサＤ３が検出した電流の値の代わりに、指令電流の値をモータ消費電流ｉとして採用してもよい。また、推定部６１は、押し付け力調整システムに対する外乱を推定する手法である外乱オブザーバを用いてモータ消費電流ｉを導き出してもよい。具体的には、推定部６１は、ドライブ回路Ｄ１の電気的特性、及び、回転ブラシ用電動モータ４１ａの電気的特性から、回転ブラシ用電動モータ４１ａを流れる電流を推定し、推定した電流をモータ消費電流ｉとして採用してもよい。また、これらの場合、電流センサＤ３は省略されてもよい。

推定結果出力部Ｄ５は、推定部６１の推定結果に関する情報を外部に出力する機能要素である。本実施形態では、推定結果出力部Ｄ５は、推定部６１の推定結果に関する情報を周囲の操作者に視覚的に通知する表示装置である。表示装置は、例えば、支持台１１の上部フレーム１１ｃに取り付けられる液晶ディスプレイである。そして、表示装置は、例えば、「床面の摩擦係数が高いため、現在の装置設定では正味押し付け力が大きすぎます」といったテキスト情報を表示する。押し付け力の調整を操作者に促すためである。なお、推定結果出力部Ｄ５は、推定部６１の推定結果に関する情報を周囲の操作者に聴覚的に通知するスピーカ、ブザー等であってもよい。

推定部６１の推定結果に関する情報の通知を受けた操作者は、調整ネジ４４ｃ及び清掃ユニット側軸４５ｂ１を用いて正味押し付け力を手作業で調整する。この場合、推定結果出力部Ｄ５は、推奨目盛り位置等の形で推奨する調整状態を操作者に通知してもよい。

押し付け力調整部Ｄ６は、押し付け力を調整する機能要素である。例えば、押し付け力調整部Ｄ６は、推定部６１の推定結果に関する情報に応じて調整ネジ４４ｃの調整状態及び押し付け軸４５ｂの伸縮状態を自動的に変化させるアクチュエータである。具体的には、押し付け力調整部Ｄ６は、調整ネジ４４ｃ及び清掃ユニット側軸４５ｂ１を自動的に回転させる電動アクチュエータである。また、この場合、推定結果出力部Ｄ５は省略されてもよい。押し付け力の調整が自動的に行われ、押し付け力の調整を操作者に促す必要がないためである。

また、推定部６１は、清掃対象の床面の摩擦状態の推定結果に基づいてその床面を複数の清掃領域に分割する。本実施形態では、制御部６０は、自走式清掃装置１００の現在位置に関する情報を取得する位置取得機能を有する。位置取得機能は、例えば、ＧＰＳ機能を利用した絶対位置取得機能、及び、デッドレコニング（オドメトリ）を利用した相対位置取得機能を含む。そのため、推定部６１は、所定の制御周期毎に得られる床面の摩擦係数の推定結果と現在位置に関する情報とに基づいて、清掃した床面を摩擦係数に応じた複数の清掃領域に分割できる。そして、推定部６１は、その分割結果を不揮発性記憶媒体に記憶しておき、同じ床面の次回の清掃の際にその分割結果を読み出して利用する。具体的には、推定部６１は、第１の清掃領域から摩擦係数の異なる第２の清掃領域に自走式清掃装置１００が移動する際に、推定結果出力部Ｄ５を用いて第２の清掃領域に適した押し付け力を操作者に通知する。押し付け力の調整を操作者に促すためである。或いは、推定部６１は、第１の清掃領域から摩擦係数の異なる第２の清掃領域に自走式清掃装置１００が移動する際に、押し付け力調整部Ｄ６を用いて第１調整部４４及び第２調整部４５を自動的に操作してもよい。第２の清掃領域に適した押し付け力を実現するためである。

或いは、推定部６１は、床面の材質毎に区分けされた清掃領域のマップを予め記憶・保持していてもよい。この場合、推定部６１は、自走式清掃装置１００が特定の清掃領域に進入した場合に床面の摩擦係数を推定し、その推定結果に応じて押し付け力を変化させる。その後、推定部６１は、自走式清掃装置１００がその特定の清掃領域から退出するまではその押し付け力を維持する。そして、推定部６１は、自走式清掃装置１００が別の特定の清掃領域に進入した場合に、床面の摩擦係数を改めて推定し、その推定結果に応じて押し付け力を変化させる。この構成により、自走式清掃装置１００は、押し付け力の調整が頻繁に行われてしまうのを防止できる。また、摩擦係数の推定回数を減らし、制御部６０の演算負荷を低減させることができる。

以上の構成により、自走式清掃装置１００は、床面の摩擦状態に応じて押し付け力を変化させることができる。そのため、押し付け力不足による清掃能力の低下、及び、過剰な押し付け力による電力消費量の増大を防止できる。その結果、液体が散布された床面をより効率的に清掃できる。

また、自走式清掃装置１００は、床面の摩擦係数をリアルタイムに推定することができる。そのため、床面の摩擦状態が不意に変化した場合にも適切な押し付け力を実現できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施形態では、第１調整部４４は、清掃ユニットＰＵを支持バネ４４ａで持ち上げてその自重による押し付け力を消失或いは低減させる。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、第１調整部４４は、引張バネで清掃ユニットＰＵをぶら下げてその自重による押し付け力を消失或いは低減させてもよい。

また、上述の実施形態では、清掃部４０は、リング形状の回転ブラシ４１を用いて床面の汚れを擦り落とす。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、清掃部４０は、ディスク形状の回転ブラシを用いてもよい。また、清掃部４０は、回転ブラシ４１の代わりに回転パッド等の他の材料を用いて床面の汚れを擦り落としてもよい。

また、上述の実施形態では、推定部６１は、床面の摩擦状態にかかわらず一定の回転数で回転する回転ブラシ用電動モータ４１ａのモータ消費電流ｉに基づいて床面の摩擦係数を推定する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、推定部６１は、床面の摩擦状態にかかわらず一定のモータ消費電流で回転する回転ブラシ用電動モータ４１ａの回転数に基づいて床面の摩擦係数を推定してもよい。また、推定部６１は、他の任意の方法で床面の摩擦係数を推定してもよい。

また、上述の実施形態では、推定部６１は、例えば、床面の摩擦係数の過去の推定結果又は直近の推定結果に基づいて、これから清掃しようとする清掃領域に適するように押し付け力を前もって調整する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、推定部６１は、複数の清掃領域毎に予め設定された摩擦係数を不揮発性記憶媒体から読み出し、その予め設定された摩擦係数に基づいて押し付け力を前もって調整してもよい。この場合、推定部６１は、直近の推定結果を押し付け力の微調整のために利用してもよい。

また、上述の実施形態では、自走式清掃装置１００は、モータ消費電流ｉに基づいて摩擦係数を推定する。しかしながら本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、自走式清掃装置１００は、外部の摩擦測定機構を用いて推定した摩擦係数に基づいて押し付け力を調整してもよい。具体的には、摩擦係数は、回転ブラシ４１を床面に接触させて静止している自走式清掃装置１００の側部に取り付けられた摩擦測定機構としてのバネの伸びに基づいて推定される。なお、バネの伸びは、操作者がそのバネを引っ張り、自走式清掃装置１００が動き出したときの伸びである。この場合、推定された摩擦係数は、情報入力部Ｄ４を介して制御部６０に入力されてもよい。或いは、操作者は、バネの伸びを用いて推定される摩擦係数から押し付け力の調整状態を決定し、その調整状態を実現すべく手作業で調整ネジ４４ｃ及び清掃ユニット側軸４５ｂ１を用いた調整を行ってもよい。

また、上述の実施形態では、自走式清掃装置１００は、第１調整部４４及び第２調整部４５を用いて清掃ユニットＰＵを昇降させる。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、自走式清掃装置１００は、電動シリンダ等の他の任意のアクチュエータを用いて清掃ユニットＰＵを昇降させてもよい。

１０・・・走行部１１・・・支持台１１ａ・・・下部フレーム１１ａｈ・・・穴１１ｂ・・・側部フレーム１１ｃ・・・上部フレーム１２、１２Ｌ、１２Ｒ・・・駆動輪１２Ａ、１２ＡＬ、１２ＡＲ・・・駆動軸１３・・・従動輪１５・・・支持ブロック３０・・・蓄電部４０・・・清掃部４１、４１Ｌ、４１Ｒ・・・回転ブラシ４１ａ・・・回転ブラシ用電動モータ４１ｂ・・・ベルト・プーリ機構４１ｃ・・・中間軸４１ｄ・・・中間軸ベアリングホルダ４１ｅＬ、４１ｅＲ、４１ｆＬ、４１ｆＲ・・・かさ歯車４１ｇＬ、４１ｇＲ・・・ブラシ回転軸ベアリングホルダ４２・・本体部４２ａ、４２ａＬ、４２ａＲ・・・ブラシ昇降軸４２ｂ・・・底板４２ｃ・・・天板４２ｃＨ１・・・ネジ穴４２ｃＨ２・・・穴４２ｄ・・・前板４２ｅ・・・後板４２ｆ・・・バネ支持板４２ｆＨ・・・穴４３・・・支持部４３ａ・・・ベース４３ａｈ・・・横プレート４３ａｖ・・・縦プレート４３ｂ、４３ｂＬ、４３ｂＲ・・・リニアブッシュ４４・・・第１調整部４４ａ、４４ａＬ、４４ａＲ・・・支持バネ４４ｂ・・・調整プレート４４ｃ・・・調整ネジ４５・・・第２調整部４５ａ・・・押し付けバネ４５ｂ・・・押し付け軸４５ｂ１・・・清掃ユニット側軸４５ｂ２・・・支持台側軸４５ｂｐ・・・突出部４５ｃ・・・レバー支持プレート４５ｄ・・・レバー４５ｅ・・・梃子構造５０、５０Ｌ、５０Ｒ・・・駆動部６０・・・制御部６１・・・推定部１００・・・自走式清掃装置Ｄ１・・・ドライブ回路Ｄ２・・・回転数センサＤ３・・・電流センサＤ４・・・情報入力部Ｄ５・・・推定結果出力部Ｄ６・・・押し付け力調整部ＰＵ・・・清掃ユニット

Claims

液体を床面に散布する散布部と、
前記散布部によって液体が散布された床面の清掃を行う清掃ユニットと、
前記散布部によって液体が散布された床面と前記清掃ユニットと間の摩擦を推定する推定部と、
前記清掃ユニットの床面への押し付け力を調整する調整部と、を備え、
前記推定部の推定結果に応じて前記調整部により前記清掃ユニットの床面への押し付け力が調整される、
自走式清掃装置。
前記清掃ユニットは、電動モータと、前記電動モータにより回転駆動される回転ブラシとを含み、
前記推定部は、前記回転ブラシの回転数を一定に保った状態で前記電動モータで消費される電流の値から床面と前記回転ブラシとの間の摩擦を推定する、
請求項１に記載の自走式清掃装置。
前記推定部は、前記推定結果に基づいて清掃対象の床面を複数の清掃領域に分割し、
前記調整部は、前記複数の清掃領域のそれぞれで前記清掃ユニットの床面への押し付け力を調整する、
請求項１又は２に記載の自走式清掃装置。