JP6757575B2 - 自走式掃除機 - Google Patents

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この発明は自走式掃除機に関する。
この発明の背景技術としては、筐体の床面対向面に走行用車輪と、床面から塵埃を吸引する吸引口と、吸引口の近傍に設けられ塵埃を吸引口に掃き寄せるサイドブラシとを備え、床面を自走しながら清掃を行う自走式掃除機において、筐体の全周にバンパーを備えたものや、サイドブラシと走行車輪との相対位置を固定したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2014−233531号
しかしながら、筐体の全周にバンパーを有する自走式掃除機は、室内の隅や壁際などを掃除する場合に、全周バンパーの一部が壁に接触するとバンパーに連動するセンサーが不用意に反応して掃除機が隅や壁際から塵埃を残したまま離れてしまうという問題がある。また、サイドブラシと走行車輪との相対位置が固定された自走式掃除機は、走行車輪の動きに対してサイドブラシが室内の隅や壁際に沿いにくく塵埃を吸引口に十分に掃き寄せることができないことがあり、その改善が求められてきた。この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、塵埃をサイドブラシによって吸引口に十分に掃き寄せ、清掃を効果的に行うことができる自走式掃除機を提供するものである。
この発明は、第1の発明として、床面を自走する筐体を備え、前記筐体は、床面対向面が三角形の周縁を有し、同軸に配置された一対の駆動輪と、筐体の床面対向面の吸引口から塵埃を吸引して集塵する集塵装置と、床面の塵埃を前記吸引口へ掃き寄せるサイドブラシと、外部の障害物との衝突の衝撃を緩和するバンパーと、外部の障害物をバンパーを介して検出するセンサと、前記センサの出力をうけて前記駆動輪と集塵装置とサイドブラシとを駆動制御する制御部とを備え、前記一対の駆動輪は、その軸が前記三角形の周縁の一辺に平行になるように配置され、前記バンパーは、前記一辺を含む前記周縁の一部を覆うように設けられてなる自走式掃除機を提供するものである。
また、第2の発明として、床面を自走する筐体を備え、前記筐体は、同軸に配置された一対の駆動輪と、筐体の床面対向面の吸引口から塵埃を吸引して集塵する集塵装置と、床面の塵埃を前記吸引口へ掃き寄せるサイドブラシと、外部の障害物を検出するセンサと前記センサの出力をうけて前記駆動輪と集塵装置とサイドブラシとを駆動制御する制御部とを備え、前記筐体が、中央筐体部と、中央筐体部の周りを床面と平行に回動可能に支持された外殻筐体部からなり、前記サイドブラシが外殻筐体部に、前記駆動輪が中央筐体部にそれぞれ設けられてなる自走式掃除機を提供するものである。
第1の発明によれば、バンパーが必要かつ十分な領域に設置されるので、バンパーに連動するセンサが不用意に作動して掃除機が壁際や隅から離れるということがなく、壁際や隅の塵埃がサイドブラシによって吸引口に十分に掃き寄せられ、効果的な清掃結果が得られる。
また、第2の発明によれば、走行車輪による筐体の移動方向に対して、サイドブラシの位置を変化できるので、サイドブラシを壁際や隅に沿わせることが容易に可能となり、塵埃を壁際や隅から吸引口に十分に掃き寄せることができる。
この発明の第1実施形態に係る自走式掃除機の上面斜視図である。 図1に示す自走式掃除機の底面図である。 図1に示す自走式掃除機の制御回路のブロック図である。 図1に示す自走式掃除機の側面から見た内部構成説明図である。 第1実施形態におけるバンパーの設置範囲を示す図2対応図である。 この発明の第2実施形態に係る図2対応図である。 この発明の第2実施形態に係る図3対応図である。 この発明の第2実施形態に係る図4対応図である。 この発明の第2実施形態による掃除動作を説明する上面図である。 この発明の第3実施形態に係る図6対応図である。 この発明の第3実施形態に係る図8対応図である。
この発明の自走式掃除機は、床面を自走する筐体を備え、前記筐体は、床面対向面が三角形の周縁を有し、同軸に配置された一対の駆動輪と、筐体の床面対向面の吸引口から塵埃を吸引して集塵する集塵装置と、床面の塵埃を前記吸引口へ掃き寄せるサイドブラシと、外部の障害物との衝突の衝撃を緩和するバンパーと、外部の障害物をバンパーを介して検出するセンサと、前記センサの出力をうけて前記駆動輪と集塵装置とサイドブラシとを駆動制御する制御部とを備え、前記一対の駆動輪は、その軸が前記三角形の周縁の一辺に平行になるように配置され、前記バンパーは、前記一辺を含む前記周縁の一部を覆うように設けられてなることを特徴とする。
また、この発明の自走式掃除機は、床面を自走する筐体を備え、前記筐体は、同軸に配置された一対の駆動輪と、筐体の床面対向面の吸引口から塵埃を吸引して集塵する集塵装置と、床面の塵埃を前記吸引口へ掃き寄せるサイドブラシと、外部の障害物を検出するセンサと前記センサの出力をうけて前記駆動輪と集塵装置とサイドブラシとを駆動制御する制御部とを備え、前記筐体が、中央筐体部と、中央筐体部の周りを床面と平行に回動可能に支持された外殻筐体部61からなり、前記サイドブラシが外殻筐体部に、前記駆動輪が中央筐体部にそれぞれ設けられてなることを特徴とする。
前記吸引口と集塵装置が外殻筐体部に設けられてもよい。
前記吸引口と集塵装置が中央筐体部に設けられてもよい。
外殻筐体部を中央筐体部に対して回動させる駆動機構をさらに備えてもよい。
(第1実施形態)
この発明の第1実施形態に係る自走式掃除機(以下、掃除ロボットという)は、床面を自走しながら、床面上の塵埃を空気と共に吸い込み、塵埃を除去した空気を排気することにより床面を掃除するようになっている。
図1はこの発明の第1実施形態に係る自走式掃除機の上から見た斜視図であり、図2は図1に示される自走式掃除機の底面図であり、図3は図1に示す自走式掃除機の制御回路のブロック図である。また、図4は図1に示す自走式掃除機の側面から見た内部構成説明図である。
これらの図に示すように、掃除ロボット1Aは、上面から見て実質的に正三角形の輪郭を有する筐体2を備える。図2に示すようにほぼ正三角形の底板2aには、回転ブラシ3、一対のサイドブラシ4、吸引口11、一対の駆動輪5、後輪7、2個の床面検知センサ12が設けられている。なお、床面検知センサ12は赤外線発光ダイオードとフォトトランジスタから構成され、その検知面が床面に向かって露出するようになっている。
また、筐体2内には、図4に示すように吸引口11に接続された吸引路10と、吸引路10の下流側に設けられた集塵部20と、集塵部20の下流側に設けられた電動送風機30と、電動送風機30と排気口41とを接続する排気路40とを備える。
筐体2は、図1に示すように、蓋2b1および天板2bを備える。底板2aおよび天板2bの外周部には、矢印Xで示す前進方向の一辺に対応する位置にバンパー8が設けられ、他の2辺に対応する位置に側板2cが設けられている。
バンパー8は、外部の障害物と衝突した時にその衝動力によって弾性的に変位して衝突エネルギーを吸収する弾性部材によって筐体2の内部から支持され、バンパー8の変位は後述するバンパーセンサによって検出されるようになっている。天板2bには掃除ロボット1Aの作動条件や作動指令を入力する操作パネル31が設けられている。
底板2a(図2)には、前述の一対の駆動輪5の下部を筐体2内から外部へ突出させる孔部が形成されている。また、バンパー8には、図1に示すように掃除ロボット1Aの矢印Xで示す前進方向の障害物を検出する複数の超音波センサ9が設けられている。
一対の駆動輪5は、図2に示すように、筐体2の底板2aと平行で直線Lに同軸の一対の回転軸5aを中心に回転可能に設けられており、一対の駆動輪5が同一方向に回転すると筐体2が矢印X又はY方向に進退し、各駆動輪5が互いに逆方向に回転すると筐体2が旋回するようになっている。
一対の駆動輪5の回転軸5aは、図2に示すように、一対の走行モータ51からそれぞれ減速ギア52を介して個別に回転力が得られるように連結されており、各走行モータ51は筐体2の底板2aの内面に直接またはサスペンション機構を介して固定されている。
また、後輪7は自在車輪からなり、床面と接触するように筐体2の底板2aの後方に旋回自在に設けられている。
このように、筐体2に対して前後方向の中間に一対の駆動輪5を配置し、掃除ロボット1Aの全重量を一対の駆動輪5と後輪7によって支持できるように、筐体2に対して前後方向に重量が配分されている。これにより、進路前方の塵埃を効率よく吸込口11に導くことができる。
前述の回転ブラシ3は、筐体2の底板2aと平行な軸を中心に回転可能に吸込口11の入口に設けられている。また、底板2aにおける吸込口11の左右両側のサイドブラシ4は、底板2aに垂直な軸を中心に回転するようになっている。回転ブラシ3は、回転軸であるローラの外周面に螺旋状にブラシを植設することにより形成されている。
サイドブラシ4は、回転軸の下端に放射状に設けられた複数本(ここでは4本)のブラシ束を有している。回転ブラシ3の回転軸および一対のサイドブラシ4の回転軸は、筐体2の底板2aの内面に支持されると共に、その付近に設けられた後述する回転ブラシ用モータおよびサイドブラシ用モータにそれぞれ動力伝達機構を介して連結されている。
筐体2の底板2aにおける吸引口11の両側には、前述のように床面を検知する床面検知センサ12が配置されているので、床面検知センサ12によって下りの段差が検知されると、その検知信号が後述の制御部に送信され、制御部が両駆動輪5を停止するよう制御する。
それによって、掃除ロボット1Aの下り段差への落下が防止される。また、制御部は、床面検知センサ12が下りの段差を検知すると、下りの段差を回避して走行するように制御してもよい。
筐体2はバッテリーを内蔵し、筐体2の側板2cの後端には、内蔵するバッテリーの充電を行う充電端子(図示しない)が設けられている。室内を自走しながら掃除する掃除ロボット1Aは、掃除が終了すると室内に設置されている充電台に帰還する。
これにより、充電台に設けられた端子部に充電端子が接触し、バッテリーの充電が行われる。商用電源(コンセント)に接続される充電台は、通常、室内の側壁に沿って設置される。なお、バッテリーは、制御部をはじめ、各種モータ等の各駆動制御要素に電力を供給する。
図4に示す集塵部20は、吸引路10に接続される集塵ボックス21と、集塵ボックス21に着脱可能に設けられたフィルタ22とを有している。集塵ボックス21は、通常、筐体2内に収納されているが、集塵ボックス21内に捕集された塵埃を廃棄する際は、筐体2の蓋2b1(図1)を開いて出し入れされるようになっている。
図3に示すように、掃除ロボット1A全体の動作制御を行う制御回路は、制御部15a、掃除ロボット1Aの動作に係る設定条件や作動指令を入力する操作パネル31、走行マップ18aなどのプログラムデータ等を記憶する記憶部18、電動送風機30を駆動するためのモータドライバ30a、一対の駆動輪5の各走行モータ51を個別に正逆転駆動するためのモータドライバ51a、回転ブラシ3を駆動する回転ブラシ用モータ17を回転するためのモータドライバ17a、一対のサイドブラシ4を同時駆動するサイドブラシ用モータ42を回転するためのモータドライバ42a、床面検知センサ12を制御する制御ユニット12a、超音波センサ9を制御する制御ユニット9aおよびバンパーセンサ13を制御する制御ユニット13a等を備える。
制御部15aはCPU、ROM、RAMからなるマイクロコンピュータを備え、操作パネル31からの指令と、床面検知センサ12、超音波センサ9およびバンパーセンサ13の出力と、記憶部18に予め記憶されたプログラムデータとに基いて、モータドライバ30a、51a、17a、42aに個別に制御信号を送信し、電動送風機30、走行モータ51、回転ブラシ用モータ17およびサイドブラシ用モータ42を駆動制御して、一連の掃除運転を行う。なお、プログラムデータには、床面の広い領域を清掃する通常モード用と、壁際に沿って清掃する壁際モード用のプログラムデータなどが含まれる。
また、制御部15aは、ユーザーによる設定条件や作動指令を操作パネル31から受け入れて記憶部18に記憶させる。この記憶部18に記憶される走行マップ18aは、掃除ロボット1Aの設置場所周辺の走行経路や走行速度などといった走行に係る情報であり、予めユーザーによって記憶部18に記憶させるか、あるいは掃除ロボット1A自体が掃除運転中に自動的に記録することができる。
このように構成された掃除ロボット1Aにおいて、操作パネル31からの掃除運転開始の指令により、電動送風機30、駆動輪5、回転ブラシ3およびサイドブラシ4が駆動する。これにより、回転ブラシ3、サイドブラシ4、駆動輪5および後輪7が床面に接触した状態で、掃除ロボット1Aは所定の範囲を自走しながら吸込口11から床面の塵埃を含む空気を吸い込む。
このとき、回転ブラシ3の回転によって床面上の塵埃は掻き上げられて吸込口11に導かれる。また、サイドブラシ4の回転によって吸込口11の側方の塵埃が吸込口11に導かれる。
吸込口11から筐体2内に吸い込まれた塵埃を含む空気は、筐体2の吸引路10(図4)を通り、集塵ボックス21内に流入する。集塵ボックス21内に流入した気流は、フィルター22を通過して塵埃が除去された後、電動送風機30に流入して排気路40に導かれ、排気口41から外部へ排出される。この際、集塵ボックス21内の気流に含まれる塵埃は、フィルター22によって捕獲され、集塵ボックス21内に堆積する。
また、掃除ロボット1Aは、前述のように進路上の障害物を検出した場合および掃除領域の周縁に到達した場合、駆動輪5が一旦停止し、次に左右の駆動輪5を互いに逆方向に回転して向きを変える。これにより、掃除ロボット1Aは、設置場所全体あるいは所望範囲全体に障害物を避けながら自走して掃除をすることができる。
また、バンパー8は、図1に示すように筐体2の前進方向の一辺に対応する幅の最も広い側面に設けられているので、前進中の障害物との衝突に対しては、必要かつ十分に対処できる。
その上、筐体2の回転時に他の二辺に対応する側板2cが室内の隅の壁に接触しても、バンパーセンサ13はそれを検出することがない。従って、室内の隅を掃除中に側板2cが壁に接触して筐体2が壁から離れてしまうという不都合が防止される。
なお、バンパー8は、その設置領域を図5に示す2つの駆動輪5の回転軸5aの中心線Lの位置まで拡大しても同等の効果を得ることができる。
(第2実施形態)
図6は第2実施形態に係る図2対応図、図7は第2実施形態に係る図3対応図、図8は第2実施形態に係る図4対応図である。
この実施形態においては、図6および図8に示すように、筐体2は、中央の円形の中央筐体部60と、その周りの外殻筐体部61から構成される。外殻筐体部61は中央筐体部60の外周にリング状のスラスト軸受け62を介して回動可能に支持されている。
また、中央筐体部60の外周には円弧状のラック63が180度に渡って設けられ、外殻筐体部61に設置された外殻筐体部用モータ43の出力軸がピニオン64を介してラック63に結合されている。外殻筐体部用モータ65の駆動により、外殻筐体部61は中央筐体部60の周りを図6に示す位置から時計回りに90度、反時計回りに90度、回動できるようになっている。
そして、前述の駆動輪5、減速ギア52、走行モータ51および後輪7は、中央筐体部60に搭載され、その他は外殻筐体部61に搭載されている。
また、この実施形態における制御回路は、図7に示すように第1実施形態の制御回路(図3)の制御部15aに、モータドライバ43aをさらに接続し、それによって外殻部用モータ43を駆動制御する機能を追加したものである。
このような構成において、掃除ロボット1Aが室内の床面を走行して掃除を実行しているときに室内の隅や壁面に遭遇すると、制御部15aは外殻筐体部用モータ65を駆動して外殻筐体部61を回動させ、一対のガイドブラシ4(図6)が室内の隅や壁際に好適に沿うように制御する。
図9は、第2実施形態における掃除ロボット1Aを用いて、室内の壁際や隅を掃除する場合の制御例を示す。
同図の(a)に示す掃除ロボット1Aが矢印の方へ(b)に向って進行し、(b)のように壁W1に直面すると、中央筐体部60が外殻筐体部61に対して反時計回りに90度だけ回動し、(c)の状態になる。
そこで、掃除ロボット1Aは2つのサイドブラシ4を壁W1に沿わせながら矢印の方へ(d)に向って進行する。同図(d)のように他の壁W2に到達すると、外殻筐体部61が中央筐体部60に対して反時計回りに90度だけ回動した後、中央筐体部60が外殻筐体部61に対して反時計回りに90度だけ回動し、同図(e)の状態になる。
ロボット1Aは2つのサイドブラシ4を壁W2に沿わせながら矢印の方へ(f)に向って進行する。以下、同様に(g)から(h)へと掃除ロボット1Aは2つのサイドブラシ4が室内の隅と壁際に常に沿うように走行するので、それらによって塵埃が効率よく吸引除去される。
(第3実施形態)
図10と図11はそれぞれこの実施形態の図6および図8対応図である。
これらの図に示すように、この実施形態では第2実施形態の吸引口11と回転ブラシ3と排気口41を外殻筐体部61から中央筐体部60に移動させると共に、第2実施形態の吸引路10、集塵部20、電動送風機30、排気路40を外殻筐体部61から中央筐体部60に移動させている。
この実施形態においても、第2実施形態と同様にサイドブラシ4と駆動輪5の相対位置を変化させることができるので、第2実施形態と同様に室内の隅や壁際から効率よく集塵することができる。また、外殻筐体部61と中央筐体部60との相対位置が変化できる範囲がわずか(例えば左右に20度程度)であったとしても、掃除ロボット1Aが室内の壁際や隅に接近した際には、掃除ロボット1Aの向きに関わらずサイドブラシ4が壁際や隅に沿って移動できる範囲が、サイドブラシと駆動輪の相対位置が変わらない従来のロボット掃除機と比較して増えるので、駆動輪の細かな制御による方向調整をせずとも、壁際や隅の塵埃を除去できるという効果を奏する。
1A 掃除ロボット、2 筐体、2a 底板、2b1 蓋、2b 天板、2c 側板、3 回転ブラシ、4 サイドブラシ、5 駆動輪、5a 回転軸、7 後輪、8 バンパー、9 超音波センサ、9a 制御ユニット、10 吸引路、11 吸引口、12 床面検知センサ、12a 制御ユニット、13 バンパーセンサ、13a 制御ユニット、15a 制御部、17 ブラシ用モータ、17a モータドライバ、18 記憶部、18a 走行マップ、20 集塵部、21 集塵ボックス、22 フィルタ、30 電動送風機、30a モータドライバ、31 操作パネル、40 排気路、41 排気口、42 サイドブラシ用モータ、42a モータドライバ、43 外殻筐体部用モータ、43a モータドライバ、51 走行モータ、51a モータドライバ、52 減速ギア、60 中央筐体部、61 外殻筐体部、62 スラスト軸受け、63 ラック、64 ピニオン

Claims (3)

  1. 床面を自走する筐体を備え、前記筐体は、床面対向面が三角形の周縁を有し、同軸に配置された一対の駆動輪と、筐体の床面対向面の吸引口から塵埃を吸引して集塵する集塵装置と、集塵装置に塵埃を吸引させるよう集塵装置と接続された電動送風機と、床面の塵埃を前記吸引口へ掃き寄せるサイドブラシと、外部の障害物との衝突の衝撃を緩和するバンパーと、外部の障害物をバンパーを介して検出するセンサと、前記センサの出力を受けて前記駆動輪と集塵装置と電動送風機とサイドブラシとを駆動制御する制御部とを備え、前記一対の駆動輪は、その軸が前記三角形の周縁の一辺に平行になり得るように配置され、前記バンパーは、前記一辺を含む前記周縁の一部を覆うように設けられ、前記筐体が、中央筐体部と、中央筐体部の周りを床面と平行に回動可能に支持された外殻筐体部からなり、前記サイドブラシが外殻筐体部に前記三角形の周縁の一辺寄りに配置された一対のサイドブラシからなり、前記駆動輪が中央筐体部に設けられてなり、
    前記吸引口と集塵装置と電動送風機が外殻筐体部に設けられてなる自走式掃除機。
  2. 床面を自走する筐体を備え、前記筐体は、床面対向面が三角形の周縁を有し、同軸に配置された一対の駆動輪と、筐体の床面対向面の吸引口から塵埃を吸引して集塵する集塵装置と、床面の塵埃を前記吸引口へ掃き寄せるサイドブラシと、外部の障害物との衝突の衝撃を緩和するバンパーと、外部の障害物をバンパーを介して検出するセンサと、前記センサの出力を受けて前記駆動輪と集塵装置とサイドブラシとを駆動制御する制御部とを備え、前記一対の駆動輪は、その軸が前記三角形の周縁の一辺に平行になり得るように配置され、前記バンパーは、前記一辺を含む前記周縁の一部を覆うように設けられ、前記筐体が、中央筐体部と、中央筐体部の周りを床面と平行に回動可能に支持された外殻筐体部からなり、前記サイドブラシが外殻筐体部に前記三角形の周縁の一辺寄りに配置された一対のサイドブラシからなり、前記駆動輪が中央筐体部に設けられてなり、
    前記吸引口と集塵装置が中央筐体部に設けられてなる自走式掃除機。
  3. 外殻筐体部を中央筐体部に対して回動させる駆動機構をさらに備える請求項1または2に記載の自走式掃除機。
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