JP7008610B2 - 懸架装置、方法及び応用 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年１０月１９日に出願され「懸架装置、方法及び応用（SUSPENSION SYSTEM, METHODS, AND APPLICATIONS）」という名称の米国仮特許出願第６２／５７４，２５５号の優先権を主張し、その全開示内容は、参照により本明細書に援用される。

発明の分野
本開示は、全体として、駆動プラットフォームの車両用懸架装置（vehicle suspension system）を対象とし、更に具体的には、真空掃除機の懸架装置を対象とし、そして、最も具体的には、ロボット真空掃除機の懸架装置、関連する方法及び応用を対象とする。

背景
既存のロボット床面掃除機によって実行することが可能な掃除パターンは、そのアーキテクチャー、制御、検知及び駆動システムによって制限されている。Dyson（登録商標）Eye、Roomba（登録商標）、及びSamsung社の多くのモデルなどの市販ロボット真空掃除機は、非ホロノミック（non-holonomic）駆動システムを使用しており、すなわち、駆動機構は、独立して動力を供給する２つのホイールと、キャスターとを用いて、ロボット真空掃除機の３点を支持する。独立して動力を供給する２つのホイールを用いて、ロボット本体を直線状に、曲線状に移動させるか、又は回転させることができるが、これらの駆動システムはそれぞれ、ロボット真空掃除機の決められた（固定された）向きに対して垂直ではない方向にしか、ロボット真空掃除機を移動させることができない。

非ホロノミックロボットが移動し、例えば、北へ移動した後、東へ移動する場合、ロボットは北に進み、右に９０度回転し、そして東に進む必要があるか、又は、代わりに、非ホロノミックロボットは北に進み、右に９０度回転しながら、弧を描いて前進した後、東に進むことができる。いかなる場合も、非ホロノミック駆動ロボット真空掃除機は、一方向（例えば、北、南、東、西）に向かって始動し、異なる方向（例えば、東、西）に向かって完了する。

ホロノミック駆動機構を備えたロボット真空掃除機は、その決められた向き、又は、吸込口、センサ群（bank of sensors）、若しくは特定の操作に必要なロボットの他の部分などのロボットの所望の部分の決められた向きを維持しつつ、所与の方向、例えば北（その決められた向きが北である。）に進み、異なる方向、例えば、東、北東又はあらゆる方向に移動することができる。

さらに、真空掃除機のホイールは、吸い取られる面のわずかな変化を克服するのに、運動量が制限されている必要がある。ロボット真空掃除機のホイールは、ロボット真空掃除機に推力と回転能力をもたらし、このため、ホイールは、床面と接触したままにして、制御を維持すること、例えば、駆動又は制御を失うことなく、出入口の境目（door threshold）などの障害物を乗り越えられることが重要である。

４つの「オムニ（Omni）」ホイールを使用するには、正確に操作するために、それぞれのホイールが地面と十分に接触している必要がある。通常、ソリッドシャーシ（solid chassis）では、３点しか理想的な接触をせず、「オムニ」プラットフォーム上でスリップし、不正確な運転特性になることがある。

したがって、ロボット真空掃除機の懸架装置には、確実に、すべてのホイールが適切に搭載され、ロボット真空掃除機を適切に操作できるように、それぞれのホイールアセンブリに独立懸架装置を有する技術が必要とされている。

概要
本開示は、ホロノミック駆動機構を備えたロボット真空掃除機であって、その決められた向き、又は、吸込口、センサ群、若しくは特定の操作に必要なロボットの他の部分などのロボットの所望の部分の決められた向きを維持しつつ、所与の方向、例えば北（その決められた向きが北である。）に進み、異なる方向、例えば、東、北東又はあらゆる方向に移動することができるロボット真空掃除機を対象とする。

さらに、長所と利点は、分離回転及び平行移動自由度（decoupled rotational and translational degrees of freedom）を示す全方向（omni-directional）及びホロノミック駆動プラットフォームにより掃除及び操作能力を向上させることが可能なロボット真空掃除機（又は床面掃除機）によって達成される。ホロノミック駆動機構を有するロボット床面掃除機を独自に操作することが可能であるという長所は、特定の場所の掃除、区域の縁の掃除、必要な場所へのセンサの設置、障害物の誘導、及び更に効果的な掃除を実現する、当業者に認識される他のものにおいて、活用することができる。

一態様によれば、本発明は、ロボット真空掃除機の独立懸架装置である。ロボット真空掃除機の独立懸架装置には、水平フランジ部と垂直フランジ部とを有するＬ字型ブラケットに取り付けられたヒンジ部品が含まれる。垂直フランジ部は、ロボット真空掃除機のホイールアセンブリに取り付けられ、水平フランジ部には、ばねが連結される。垂直フランジ部にはピンが取り付けられ、このピンは垂直フランジ部から延びる。保持部品は、ロボット真空掃除機のホイール収納部内にあり、ピンとの嵌合形態と、ピンとの解除形態との間を移動可能である。

一実施形態によれば、ホイールアセンブリは、ヒンジ部品を中心としておよそ１８０度回転可能である。

一実施形態によれば、ばねは、板ばね、圧縮ばね、及びねじりばねのうちの１種である。

一実施形態によれば、独立懸架装置には、水平フランジ部及び垂直フランジ部のうちの少なくとも１つに取り付けられた、１つ以上のバンパーも含まれる。

一実施形態によれば、バンパーは、弾性材料から構成される。

別の態様によれば、ロボット真空掃除機の独立懸架装置には、Ｌ字型ブラケットに取り付けられたヒンジ部品が含まれる。Ｌ字型ブラケットは、水平フランジ部と、垂直フランジ部と、を有する。垂直フランジ部は、ロボット真空掃除機のモータポッド（motor pod）に取り付けられる。モータポッドには、ロボット真空掃除機の駆動モータとモータコントローラとが収容される。モータポッドにはクリップが取り付けられ、ロボット真空掃除機のホイール収納部のばねホルスタ内にある２つのばね間には、サスペンションピンが取り付けられる。モータポッドは、サスペンションピンがクリップに嵌め込まれない開位置と、サスペンションピンがクリップに嵌め込まれる閉位置との間において、ヒンジ部品を中心として回転可能である。

一実施形態によれば、Ｌ字型ブラケットの水平フランジ部と垂直フランジ部との間には、ガセットが延びる。

一実施形態によれば、２つのばねは、圧縮ばねである。

一実施形態によれば、独立懸架装置には、モータコントローラに接続するように構成されたレセプタクルも含まれる。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下に説明する実施形態から明らかになる。

本発明は、添付図面とともに、次の詳細な説明を読み取ることによって、更に十分に理解され認識される。

具体化された懸架装置を備えた、動力式の操作可能な４つのホイールアセンブリを有する例示的なロボット真空掃除機である。

ホイールアセンブリに接続された、具体化された１つの独立懸架装置を示す、ロボット真空掃除機の下面図である。

ロボットプラットフォームの下側に設置された４輪懸架装置である。

それぞれのホイールアセンブリに接続された、例示的な独立懸架装置である。

真空掃除機シャーシ内のホイール収納部と、ピン保持部品である。

ホイールブラケットアセンブリがヒンジを中心としてほぼ水平方向の位置／動作位置に回転するときにクリップに嵌め込まれる、懸架装置のピンである。

それぞれのモータポッド／ホイールアセンブリに接続された、別の例示的な独立懸架装置の正面図である。

それぞれのモータポッド／ホイールアセンブリに接続された、別の例示的な独立懸架装置の背面図である。

テーパ付きサスペンションピン、２つの圧縮ばね、及びばねホルスタであり、これらは、ロボットプラットフォームのそれぞれのホイール収納部内に取り付けられている。

それぞれのモータポッド／ホイールアセンブリを、制限するように独立して上下に動かすばねである。

実施形態の詳細な説明
添付図面に示されている限定的でない例を参照して、本発明の態様、並びに、その特定の特徴、利点及び詳細を、以下に十分に説明する。周知の構造についての説明の詳細は、本発明をいたずらに不明瞭にしないようにするため、省略されている。ただし、詳細な説明及び特定の限定的でない例は、本発明の態様を示しているが、例示としてのものにすぎず、限定するものではないことが理解される。当業者であれば、基本的な発明概念の真意及び／又は範囲内における、種々の置換、変更、追加及び／又は配置は、本開示から明らかである。

本発明の態様は、ロボット真空掃除機の懸架装置である。例示的なロボット真空掃除機は、米国特許出願第１６／１６２，４６３号に示され、説明されており、その内容は、全体として参照により本明細書に援用される。具体化された懸架装置には、全体として、ヒンジ、１つ以上のばね、及び保持機構が含まれている。さらに、弾性バンパー及び／又はピンが含まれていてもよい。サスペンションアセンブリには、更に、懸架装置のピンを嵌め込むことが可能な保持部品が含まれ得る。それぞれの独立懸架装置は、ロボット真空掃除機のそれぞれのホイールに関連づけられており、このため、４つのホイールを有するロボット真空掃除機は、それぞれの４つの独立懸架装置を有する。このような独立懸架装置によって、工具を必要とせずに、真空掃除機のホイールを旋回させ、取り外し、清浄化し及び／又は点検することができる。ロボット真空掃除機の具体化された懸架装置によって、ホイールが、少量（例えば、０．５インチ未満）の独立した移動を可能にし、ロボットが、吸い取られる面のわずかな盛り上がり又は切れ目を越えることができ、さらに、ホイールを取り外し又は交換のために旋回させることもできる。

ここで図を参照すると、図全体を通して、同様の参照符号は同様の部分を表し、図１は、具体化された懸架装置を備えた、動力式の操作可能な４つのホイールアセンブリを有する例示的なロボット真空掃除機を示している。サスペンションによって、ホイールアセンブリが真空掃除機のシャーシに取り付けられる。順応性がない場合、３つのホイールのみが床面にいつでも接触する。４つのホイールのそれぞれの独立サスペンションは、４つのホイールをすべて床面と接触させて、ロボットの吸い取りを促進し制御することができる。「オムニ」又はメカナム（Mecanum）ホイールによって示されているが、この種類のサスペンションは、他の種類のホイールにも用いることが可能である。

ここで図２Ａに移ると、ホイールアセンブリに接続された、具体化された１つの独立懸架装置を示す、ロボット真空掃除機の下面図が示されている。４つの懸架装置のそれぞれは、図示されているように、単純なヒンジによって、真空掃除機シャーシに取り付けられている。ヒンジによって、ホイールを上下に動かすことができる。ヒンジは、真空掃除機基部に、ねじにより止められるか、溶接されるか、又は他の方法により取り付けることができる。図２Ｂは、ロボットプラットフォームの下側に設置された４輪懸架装置を概略的に示している。以下に説明する懸架装置の他の実施形態は、同様に、真空掃除機プラットフォームの下側に取り付けられる。

ここで図３を参照すると、それぞれのホイールアセンブリに接続された、例示的な独立懸架装置１００が示されている。独立懸架装置１００には、ヒンジ部品１０２であって、水平フランジ部１０４Ａ及び垂直フランジ部１０４Ｂを特徴とするＬ字型ブラケット１０４に取り付けられたヒンジ部品が含まれている。垂直フランジ１０４Ｂは、図示されているように、ホイールアセンブリに取り付けられている。Ｌ字型ブラケットは、金属又は他の適切な材料から製造され、十分な強度、可撓性、耐久性及び費用対効果をもたらすことが好適である。

さらに図３を参照すると、水平フランジ部１０４Ａに、単純な板ばね１０６が連結され、この板ばねは、ロボット真空掃除機が床面に沿って操作可能に移動する間に、ホイールアセンブリに、制限された（例えば、最大０．５インチの）弾力のある上下運動をもたらす。ばね１０６は、ロボットの吸い取りに対してバランスのとれた支持を行うように、それぞれのホイールに固有のものとすることができる。板ばね１０６が示されているが、当業者に認識されるように、ばね力は、圧縮ばね又はねじりばねによっても付与されてもよい。ロボット真空掃除機が操作上使用されていないとき、ヒンジ部品１０２は、サスペンション及び取り付けられたホイールアセンブリを、清浄化、ホイールの取り外し、接触などのために、ホイールの径によって制限されるように、真空掃除機の下側からほぼ１８０度揺動させることができる。

図３に示されているように、複数の（好適には４つの）ゴム又は他の弾性材料製バンパー１１０を、Ｌ字型ブラケット１０４の実質的に図示されている水平フランジ１０４Ａ及び垂直フランジ１０４Ｂに取り付けることができる。バンパー１１０は、ホイールが盛り上がり若しくは急な表面変化に対して転がるときに、又は、ロボットが降下し、ブラケット１０２が完全に上方の位置／回転位置にあるときに、ロボットの衝撃を和らげる。また、バンパー１１０は、真空掃除機ハウジングと相互作用するホイールブラケットの音も静める。垂直フランジ１０４Ｂには、ピン１１２を取り付けることができる。ピン１１２は、以下に説明する保持部品に嵌め込まれる場合、真空掃除機の操作上使用時におけるホイールのハウジングへの移動を制限するのに用いられる。図３は、ブラケット１０４のＰＥＭナットにねじ込まれるスタッドとしてのピン１１２を示している。また、ＰＥＭナットに単純なねじをねじ込み、これを、ピン１１２として機能させることもできる。

ここで図４Ａに移ると、真空掃除機シャーシ内のホイール収納部と、ピン保持部品１１５とが示されている。図示されているように、ピン保持部品１１５は、単純な商用ばねである「工具保持」クリップである。懸架装置１００のピン１１２は、図４Ｂに示されているように、ホイールブラケットアセンブリが、ヒンジ１０２を中心としてほぼ水平方向の位置／動作位置に回転するときに、クリップ１１５に嵌め込まれる。ピン保持部品１１５及びピン１１２は、懸架装置１００が、制限された量の垂直移動（最大およそ０．５インチ）ができるように構成されている。

通常の動作では、ピン１１２が保持部品１１５の底部に達するまで、ばね１０６はＬ字型ブラケット１０４を下方に押し出す。さらに、クリップ１１５、ヒンジ１０２、及びブラケット１０４は、特別な工具を必要とせずに、ホイールブラケットをクリップ１１５から旋回させて、ホイールの点検、取り外し又は交換を可能にする。ピン１１２と保持部品１１５との嵌合は、ロボット真空掃除機の持ち上げ及び通常の取り扱い時に、保持部品１１５内にホイールアセンブリを保持するのに十分な力を維持しつつ、懸架装置１００を容易に開閉するのに十分に弱い力（材料に応じて約１．５ポンド）となるように選択される。低価格で販売されていることから、商用の「工具保持具」であるばねクリップ１１５が示されているが、種々のばねクリップ又はカスタムピンホルダも想定される。

ここで図５Ａ及び５Ｂを参照すると、それぞれのモータポッド／ホイールアセンブリに接続された、別の例示的な独立懸架装置１０００の正面図及び背面図がそれぞれ示されている。懸架装置１０００には、ヒンジ部品１００２であって、直角の垂直フランジ部１００４を含む金属ブラケット１００３に取り付けられたヒンジ部品が含まれている。金属ブラケット１０３の垂直フランジには、プラスチック製モータポッド１０９０が取り付けられている。モータポッド１０９０には、駆動モータとモータコントローラとが収容されている。モータの端部には、駆動ハブと、ホイールのクイック接続クリップ（quick connect clip）とが締め付けられている。低摩擦材料からなるポッドリングは、モータポッド１０９０の外径の周りで締め付けられている。ポッドリングによって、低摩擦で低摩耗性のホイール支持面が設けられる。

図５Ｂに示されているように、垂直フランジ部１００３のホイールブラケット１００３の後部には、ホイールモータコントローラに差し込まれるレセプタクル１００８が配置されている。描写されている実施形態では、ガセット１００９によって補強されたブラケット１００３が示されている。モータポッド１０９０の上部には、ばね鋼工具クリップ１０１０が取り付けられている。クリップ１０１０は、クリップ１０１０の開口部を開閉する、取り付けねじ１０１１を締めるか又は緩めて調節することができる。クリップ１０１０は、ホイールアセンブリを閉位置に保持するか、又は清浄化若しくは点検のためにホイールアセンブリを開くように容易に弱める（overcome）ことができる、柔軟な締め付け力を付与する。

ここで図６に移ると、テーパ付きサスペンションピン１０２０、２つの圧縮ばね１０２２、及びばねホルスタ１０２３が示されており、これらは、ロボットプラットフォームのそれぞれのホイール収納部内に取り付けられている。懸架装置１０００が開位置からほぼ水平方向の動作閉位置に回転すると、サスペンションピン１０２０は、ばねクリップ１０１０に嵌め込まれる。いったん取り付けられると、ばね１０２２は、図７に概略的に示されているように、それぞれのモータポッド／ホイールアセンブリを制限するように独立して上下に動かす。ホイールブラケット１００３は、工具クリップ１０１０からサスペンションピン１０２０が外される（snaps out）まで、ホイールブラケット１００３を回転させることによって開くことができる。ばね１０２２は、ロボットの吸い取りに対してバランスのとれた支持を行うように、それぞれのホイールに固有のものとすることができる。

懸架装置１０００は、特別な工具を必要とせずに、ホイールブラケット１００３をクリップ１０１０から旋回させて、ホイールの点検、取り外し又は交換を可能にする。ピン１０２０とばねクリップ１０１０との嵌合は、ロボット真空掃除機の持ち上げ及び通常の取り扱い時に、クリップ１０１０内にホイールアセンブリを保持するのに十分な力を維持しつつ、ブラケット１００３を容易に開閉するのに十分に弱い力（およそ１．５ポンド）となるように選択される。低価格で販売されていることから、商用の「工具保持具」であるばねクリップ１０１０が示されている。硬化させたばね１０２２は、一貫して、多くのサイクルにわたってたわみと力をもたらす。ばねクリップ１０１０アセンブリは、当業者に認識されるように、他の種類のばね及びクリップを含んでいてもよい。

本明細書では種々の実施形態を説明し示してきたが、当業者であれば、本明細書に説明されている機能を実行し、及び／又は結果及び／又は１つ以上の長所を得るための種々の他の手段及び／又は構造に容易に想到し、このような変形例及び／又は変更例はそれぞれ、本明細書に説明されている実施形態の範囲内にあるとみなされる。一般に、当業者であれば、本明細書に説明されている、すべてのパラメータ、寸法、材料及び構成は、例示的なものであることを意味し、そして、実際のパラメータ、寸法、材料及び／又は構成は、その示されているものが用いられる特定の用途によって異なることを容易に認識する。当業者であれば、良くある実験だけを用いて、本明細書に説明されている特定の実施形態に対する多くの均等物を認識するか、又は確認することができる。したがって、前述の実施形態は単なる例示として示され、添付の特許請求の範囲とそれに対する均等物の範囲内において、実施形態は、具体的に説明され特許請求の範囲に記載されている以外の方法により実施され得ることが理解される。本開示の実施形態は、本明細書に説明されている個々の特徴、システム、物品、材料、キット及び／又は方法を対象とする。加えて、このような特徴、システム、物品、材料、キット及び／又は方法が相互に矛盾しない場合、このような特徴、システム、物品、材料、キット及び／又は方法の２つ以上の組合せは、本開示の範囲内に含まれる。

説明されている主題についての上述した実施形態は、多数の方法のうちのいずれかにより実施することができる。例えば、一部の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれらの組合せを用いて実施されてもよい。実施形態のあらゆる態様の少なくとも一部がソフトウェアにより実施される場合、ソフトウェアコードは、単一のデバイス若しくはコンピュータにおいて提供されたか、又は複数のデバイス／コンピュータ中に分散されたかにかかわらず、適切なプロセッサ又はプロセッサの集合体上で実行され得る。

Claims (9)

1. ロボット真空掃除機の独立懸架装置であって、
   ａ．ヒンジ部品であり、水平フランジ部及び垂直フランジ部を有するＬ字型ブラケットに取り付けられ、
   ｂ．前記垂直フランジ部が、前記ロボット真空掃除機のホイールアセンブリに取り付けられたヒンジ部品と、
   ｃ．前記水平フランジ部に連結されたばねと、
   ｄ．前記垂直フランジ部に取り付けられ、そして前記垂直フランジ部から延びるピンと、
   ｅ．保持部品であり、前記ロボット真空掃除機のホイール収納部内にあり、
   ｆ．前記ピンとの嵌合形態と、前記ピンとの解除形態との間を移動可能である保持部品と、
   を備える独立懸架装置。
2. 前記ホイールアセンブリが、前記ヒンジ部品を中心としておよそ１８０度回転可能である請求項１に記載の独立懸架装置。
3. 前記ばねが、板ばね、圧縮ばね、及びねじりばねのうちの１種である請求項１に記載の独立懸架装置。
4. 前記水平フランジ部及び前記垂直フランジ部のうちの少なくとも１つに取り付けられた１つまたはそれ以上のバンパーを更に備える請求項１に記載の独立懸架装置。
5. 前記バンパーが、弾性材料から構成される請求項４に記載の独立懸架装置。
6. ロボット真空掃除機の独立懸架装置であって、
   ａ．ヒンジ部品であり、水平フランジ部及び垂直フランジ部を有するＬ字型ブラケットに取り付けられ、
   ｂ．前記垂直フランジ部が、前記ロボット真空掃除機のモータポッドに取り付けられ、該モータポッドには、前記ロボット真空掃除機の駆動モータ及びモータコントローラが収容されるヒンジ部品と、
   ｃ．前記モータポッドに取り付けられたクリップと、
   ｄ．サスペンションピンであり、前記ロボット真空掃除機のホイール収納部のばねホルスタ内にある２つのばね間に取り付けられ、
   ｅ．前記モータポッドは、前記サスペンションピンが前記クリップに嵌め込まれない開位置と、前記サスペンションピンが前記クリップに嵌め込まれる閉位置との間において、前記ヒンジ部品を中心として回転可能であるサスペンションピンと、
   を備える独立懸架装置。
7. 前記Ｌ字型ブラケットの前記水平フランジ部と前記垂直フランジ部との間には、ガセットが延在する請求項６に記載の独立懸架装置。
8. 前記２つのばねが、圧縮ばねである請求項６に記載の独立懸架装置。
9. ホイールモータコントローラに接続するように構成されたレセプタクルを更に備える請求項６に記載の独立懸架装置。

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