JP6757575B2 - 自走式掃除機 - Google Patents

Description

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。