JP7115166B2 - 掃除ロボットの掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、掃除ロボットの掃除機に関する。

従来における掃除ロボットの掃除機としては、例えば特許文献１に記載されている技術が知られている。特許文献１に記載の掃除ロボットは、前部の下面に吸込口が設けられた本体筐体と、本体筐体に設けられた１対の駆動輪と、本体筐体の前端部に設けられた前輪と、本体筐体の後端部に設けられた後輪と、吸込口内に配置された回転ブラシと、吸込口の側方に配置された１対のサイドブラシとを備えている。このような掃除ロボットの前進時に、回転ブラシにより床面上の塵埃が掻き上げられると共に、サイドブラシにより吸込口の側方の塵埃が吸込口に導かれる。

特開２０１７－１２９０７号公報

しかしながら、上記従来技術においては、以下の問題点が存在する。即ち、回転ブラシは本体筐体に固定されているため、床面に段差やうねりがあると、回転ブラシが床面に接地しないことがある。この場合には、床面の掃除を安定して行うことができない。また、回転ブラシが本体筐体に固定されているため、掃除ロボットが掃除を行わないで移動するだけのときにも、掃除ロボットは回転ブラシを引きずって走行することになる。この場合には、回転ブラシの摩耗が発生する。従って、掃除ロボットが掃除を行うことなく移動する際には、必要以上に速度を下げて走行するといった制約が必要となる。

本発明の目的は、段差等がある床面にもブラシを接地させることができると共に、掃除ロボットがブラシを引きずることなく走行することができる掃除ロボットの掃除機を提供することである。

本発明の一態様は、走行しながら床面の掃除を行う掃除ロボットの掃除機において、支持部材と、支持部材の左右両側に掃除ロボットの上下方向に揺動可能となるように固定された２つの平行リンク機構と、２つの平行リンク機構のジョイント部同士を連結する第１連結ピンと、第１連結ピンの上方に配置され、２つの平行リンク機構の他のジョイント部同士を連結する第２連結ピンと、第１連結ピンに取り付けられ、床面に接地されるブラシを有するブラシユニットと、平行リンク機構を上下方向に揺動させることにより、ブラシユニットを昇降させる昇降ユニットとを備える。

このような掃除ロボットの掃除機においては、２つの平行リンク機構が支持部材の左右両側に掃除ロボットの上下方向に揺動可能となるように固定されており、２つの平行リンク機構のジョイント部同士を連結する第１連結ピンに、床面に接地されるブラシを有するブラシユニットが取り付けられている。このため、掃除ロボットの走行時に床面に段差等があっても、床面の段差等に追従してブラシが掃除ロボットの上下方向に移動するようになる。これにより、段差等がある床面にもブラシを接地させることができる。また、掃除ロボットが掃除を行わずに移動するときは、昇降ユニットによって平行リンク機構を上昇させて、ブラシユニットを床面から上昇した状態に保つことにより、掃除ロボットがブラシを引きずることなく走行することができる。

ブラシユニットは、第１連結ピンに回動可能に支持されたブロックと、ブロックに掃除ロボットの前後方向に延びる支持ピンを介して回動可能に支持され、回転ブラシを保持するブラシホルダとを有してもよい。このような構成では、第１連結ピンを中心としてブラシが掃除ロボットの前後方向に揺動可能となると共に、支持ピンを中心としてブラシが掃除ロボットの左右方向に揺動可能となる。従って、床面に段差等があっても、床面の段差等に追従してブラシが掃除ロボットの前後方向及び左右方向に揺動する。これにより、段差等がある床面にブラシを確実に且つスムーズに接地させることができる。

昇降ユニットは、第２連結ピンを昇降させることで、平行リンク機構を上下方向に揺動させてもよい。このような構成では、スペース効率良く、平行リンク機構を上下方向に揺動させることができる。

昇降ユニットは、モータと、モータの出力軸に固定され、第２連結ピンを押し上げるカムとを有し、カムは、回転ブラシが床面に接地した状態において、第２連結ピンから下方に離間して配置されていてもよい。このような構成では、簡単な構造で、第２連結ピンを昇降させることができる。また、ブラシが床面に接地した状態では、カムは第２連結ピンから下方に離間して配置されているので、掃除ロボットの車輪が段差等に乗り上げると、第２連結ピンが下降することで、ブラシが下降する。これにより、掃除ロボットの車輪が段差等に乗り上げたときでも、ブラシを床面に接地させることができる。

本発明によれば、段差等がある床面にもブラシを接地させることができると共に、掃除ロボットがブラシを引きずることなく走行することができる。

本発明の一実施形態に係る掃除機を備えた掃除ロボットを示す側面図である。 掃除機の外観を示す斜視図である。 掃除機の側面図である。 掃除機の正面図である。 ブラシユニットの底面図である。 掃除機が前後方向に揺動する様子を示す側面図である。 掃除機が左右方向に揺動する様子を示す正面図である。 掃除ロボットの制御系構成図である。 昇降ユニットにより回転ブラシが床面から上昇した状態を示す側面図である。 昇降ユニットにより回転ブラシが床面から上昇した状態を示す正面図である。 走行台車の車輪が床面の段差部に乗り上げた場合に、平行リンク機構が下がることで、回転ブラシが床面に接地した状態を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る掃除機を備えた掃除ロボットを示す側面図である。図１において、掃除ロボット１は、走行しながら床面Ｌの掃除を行う自走式のロボットである。掃除ロボット１は、走行台車２と、この走行台車２の前端に連結部材３を介して取り付けられた掃除機４とを備えている。走行台車２は、４つの全方向移動型の車輪２ａを有し、前後左右の全方向に移動可能である。

図２は、掃除機４の外観を示す斜視図である。図３は、掃除機４の側面図である。図４は、掃除機４の正面図である。なお、図２～図４では、図１におけるブラシユニット９（後述）の一部の構成については、便宜上省略されている。

図１～図４において、本実施形態の掃除機４は、掃除ロボット１の前部に配置され、床面Ｌを掃除する。掃除機４は、支持部材５と、左右２つの平行リンク機構６と、下連結ピン７（第１連結ピン）と、上連結ピン８（第２連結ピン）と、ブラシユニット９と、昇降ユニット１０とを備えている。

支持部材５は、走行台車２の連結部材３に固定されたベース板１１と、このベース板１１の左右両端部から前側に突出した２つの突出部１２とを有している。突出部１２は、掃除ロボット１の上下方向（Ｚ方向）に延びている。

平行リンク機構６は、支持部材５の左右両側に上下方向に揺動可能となるように固定されている。平行リンク機構６は、突出部１２の内側面の下部に回動可能に支持された下リンク１３と、突出部１２の内側面の上部に回動可能に支持された上リンク１４と、下リンク１３と上リンク１４とを接続する接続リンク１５とを有している。下リンク１３及び上リンク１４は、掃除ロボット１の前後方向（Ｘ方向）に延びている。接続リンク１５は、上下方向に延びている。

下リンク１３と接続リンク１５とは、互いに回動可能に接続されている。下リンク１３と接続リンク１５との接続部は、下ジョイント部１６を構成している。上リンク１４と接続リンク１５とは、互いに回動可能に接続されている。上リンク１４と接続リンク１５との接続部は、上ジョイント部１７を構成している。

下連結ピン７は、２つの平行リンク機構６の下ジョイント部１６同士を連結している。上連結ピン８は、下連結ピン７の上方に配置され、２つの平行リンク機構６の上ジョイント部１７同士を連結している。下連結ピン７及び上連結ピン８は、掃除ロボット１の左右方向（Ｙ方向）に延びている。

ブラシユニット９は、下連結ピン７に取り付けられている。ブラシユニット９は、床面Ｌに接地され、床面Ｌ上のゴミを掃き上げる円筒状の回転ブラシ１８と、この回転ブラシ１８を回転可能に保持する箱状のブラシホルダ１９とを有している。回転ブラシ１８及びブラシホルダ１９は、掃除ロボット１の左右方向に延びている。

ブラシホルダ１９には、図５に示されるように、回転ブラシ１８が収容されるブラシ収容部１９ａが設けられている。また、ブラシホルダ１９の左右一端側には、後述するベルト２５を配置するための開口部１９ｂが設けられている。なお、図５は、ブラシユニット９の底面図である。ブラシホルダ１９の左右両端側には、回転軸２０を回転可能に支持する支持ブラケット２１がそれぞれ取り付けられている。回転ブラシ１８は、回転軸２０に固定され、回転軸２０と一体で回転する。回転軸２０の開口部１９ｂ側の端部には、プーリー２２が固定されている。

図１に示されるように、ブラシホルダ１９の上面の左右一方側には、ブラシモータ２３が取り付けられている。ブラシモータ２３の出力軸２３ａには、プーリー２４が固定されている。プーリー２２，２４には、ベルト２５が掛け渡されている。ブラシモータ２３が回転駆動されると、ブラシモータ２３の回転がプーリー２４、ベルト２５、プーリー２２及び回転軸２０を介して回転ブラシ１８に伝達され、回転ブラシ１８が回転する。

また、ブラシユニット９は、下連結ピン７に回動可能に支持された側面視Ｕ字状のブロック２６を有している。ブラシホルダ１９は、ブロック２６に回動可能に支持されている。具体的には、ブロック２６には、前後方向に延びる支持ピン２７が固定されている。そして、ブラシホルダ１９は、支持ピン２７に回動可能に支持されている。これにより、ブラシホルダ１９は、図６に示されるように、下連結ピン７（図６では不図示）を中心にして前後方向に揺動可能である。また、ブラシホルダ１９は、図７に示されるように、支持ピン２７を中心にして左右方向に揺動可能である。

昇降ユニット１０は、平行リンク機構６を上下方向に揺動させることにより、ブラシユニット９を昇降させる。具体的には、昇降ユニット１０は、上連結ピン８を昇降させることにより、平行リンク機構６を上下方向に揺動させて、ブラシユニット９を昇降させる。昇降ユニット１０は、支持部材５のベース板１１に取り付けられた昇降モータ２８と、この昇降モータ２８の出力軸２８ａに固定され、上連結ピン８を押し上げるＬ字型のカム２９とを有している。

カム２９は、回転ブラシ１８が床面Ｌに接地した状態において、上連結ピン８から下方に離間して配置されている。カム２９の先端には、カム２９が上連結ピン８を押し上げたときに上連結ピン８がカム２９から外れないようにするためのストッパ２９ａが設けられている。

走行台車２には、図８に示されるように、モードスイッチ３０及びコントローラ３１が搭載されている。モードスイッチ３０は、掃除モードと移動モードとを切り換えるスイッチである。掃除モードは、掃除ロボット１が走行しながら床面Ｌの掃除を行うモードである。移動モードは、掃除ロボット１が床面Ｌの掃除を行わないで移動するだけのモードである。

コントローラ３１は、モードスイッチ３０により選択されたモードに応じてブラシモータ２３及び昇降モータ２８を制御する。

コントローラ３１は、モードスイッチ３０により掃除モードが選択されているときは、回転ブラシ１８が床面Ｌに接地した状態（図１、図３及び図４参照）に維持されるように昇降モータ２８を制御すると共に、回転ブラシ１８が回転するようにブラシモータ２３を制御する。これにより、掃除機４により床面Ｌの掃除を行うことが可能となる。

コントローラ３１は、モードスイッチ３０により掃除モードから移動モードに切り換えられたときは、回転ブラシ１８の回転が停止するようにブラシモータ２３を制御すると共に、昇降モータ２８の出力軸２８ａに固定されたカム２９が上連結ピン８を押し上げるように昇降モータ２８を制御する。このとき、コントローラ３１は、回転ブラシ１８が床面Ｌに接地した状態から昇降モータ２８を半回転させる。すると、図９及び図１０に示されるように、カム２９が上連結ピン８を押し上げることで、上連結ピン８が上昇するため、平行リンク機構６が上昇する。従って、下連結ピン７に取り付けられたブラシユニット９が上昇するため、回転ブラシ１８が床面Ｌから上方に離れるようになる。

なお、例えば平行リンク機構６の下リンク１３における支持部材５との回動部にカムを設けると共に、当該カムの回転を検出するリミットスイッチを設けることにより、昇降モータ２８をフィードバック制御してもよい。

以上のような掃除ロボット１において、モードスイッチ３０により掃除モードが設定されているときは、掃除ロボット１の走行中に、掃除機４により床面Ｌが掃除される。このとき、回転ブラシ１８によって掃き上げられた床面Ｌ上のゴミは、ホース（図示せず）に吸い取られる。

ここで、回転ブラシ１８は、平行リンク機構６により自由に上下動すると共に、前後方向及び左右方向に自由に揺動する。このため、床面Ｌに段差やうねりがある場合でも、回転ブラシ１８が床面Ｌに確実に接地するようになる。

例えば、図１１に示されるように、走行台車２の左右両側の車輪２ａが床面Ｌの段差部Ｄに乗り上げた場合には、段差部Ｄに追従して平行リンク機構６が下がるため、回転ブラシ１８が下がって床面Ｌに接地する。また、走行台車２の左右片側の車輪２ａが床面Ｌの段差部Ｄに乗り上げた場合には、段差部Ｄに追従して平行リンク機構６が下がることで回転ブラシ１８が下がると共に、段差部Ｄに追従して回転ブラシ１８が左右方向に揺動するため、回転ブラシ１８が全体的に床面Ｌに接地する。

一方、モードスイッチ３０により移動モードが設定されているときは、図９及び図１０に示されるように、回転ブラシ１８が床面Ｌに接地していない状態で掃除ロボット１が走行する。このため、掃除ロボット１の走行中に、掃除機４により床面Ｌが掃除されることはない。

以上のように本実施形態にあっては、２つの平行リンク機構６が支持部材５の左右両側に上下方向に揺動可能となるように固定されており、２つの平行リンク機構６の下ジョイント部１６同士を連結する下連結ピン７に、床面Ｌに接地される回転ブラシ１８を有するブラシユニット９が取り付けられている。このため、掃除ロボット１の走行時に床面Ｌに段差やうねりがあっても、床面Ｌの段差やうねりに追従して回転ブラシ１８が上下方向に移動する。これにより、段差やうねりがある床面Ｌにも回転ブラシ１８を接地させることができる。その結果、段差やうねりがある床面Ｌの掃除を安定して行うことが可能となる。

また、掃除ロボット１が掃除を行わずに移動するときは、昇降ユニット１０によって平行リンク機構６を上昇させて、ブラシユニット９を床面Ｌから上昇した状態に保つことにより、掃除ロボット１が回転ブラシ１８を引きずることなく走行することができる。その結果、掃除ロボット１が必要以上に速度を下げずに走行することが可能となると共に、回転ブラシ１８の摩耗を抑えることが可能となる。

また、本実施形態では、下連結ピン７を中心として回転ブラシ１８が前後方向に揺動可能になると共に、支持ピン２７を中心として回転ブラシ１８が左右方向に揺動可能となる。従って、床面Ｌに段差やうねりがあっても、床面Ｌの段差やうねりに追従して回転ブラシ１８が前後方向及び左右方向に揺動する。これにより、段差やうねりがある床面Ｌに回転ブラシ１８を確実に且つスムーズに接地させることができる。

また、本実施形態では、昇降ユニット１０は、上連結ピン８を昇降させることで、平行リンク機構６を上下方向に揺動させる。従って、スペース効率良く、平行リンク機構６を上下方向に揺動させることができる。

また、本実施形態では、昇降ユニット１０は、昇降モータ２８と、この昇降モータ２８の出力軸２８ａに固定され、上連結ピン８を押し上げるカム２９とを有している。従って、簡単な構造で、上連結ピン８を昇降させることができる。また、回転ブラシ１８が床面Ｌに接地した状態では、カム２９は上連結ピン８から下方に離間して配置されているので、掃除ロボット１の走行台車２の車輪２ａが段差やうねりに乗り上げると、上連結ピン８が下降することで、回転ブラシ１８が下降する。これにより、走行台車２の車輪２ａが段差やうねりに乗り上げたときでも、回転ブラシ１８を床面Ｌに接地させることができる。

なお、本発明は、上記実施形態には限定されない。例えば上記実施形態では、Ｌ字型のカム２９により上連結ピン８を押し上げているが、カム２９の形状としては、上連結ピン８を押し上げることができるのであれば、特にＬ字型には限られない。また、ブラシユニット９を昇降させる機構としては、平行リンク機構６を使用していれば、特に昇降モータ２８とカム２９との組み合わせには限られない。

また、上記実施形態では、昇降ユニット１０は、上連結ピン８を昇降させることで、平行リンク機構６を上下方向に揺動させているが、特にその形態には限られず、スペース的に可能であれば、下連結ピン７を昇降させることで、平行リンク機構６を上下方向に揺動させてもよいし、或いは下リンク１３または上リンク１４を昇降させることで、平行リンク機構６を上下方向に揺動させてもよい。

また、上記実施形態では、ブラシユニット９は、円筒状の回転ブラシ１８を有しているが、床面Ｌ上のゴミを掃き上げるブラシとしては、特に回転ブラシ１８には限られず、振動ブラシまたは揺動ブラシ等であってもよい。

また、上記実施形態では、掃除機４は、４つの全方向移動型の車輪２ａを有する走行台車２に取り付けられているが、本発明は、例えば一般的な車輪を有する車両に取り付けられた掃除機にも適用可能である。

また、上記実施形態では、掃除機４は掃除ロボット１の前部に搭載されているが、本発明は、掃除ロボット１の後部等に搭載された掃除機にも適用可能である。

１…掃除ロボット、４…掃除機、５…支持部材、６…平行リンク機構、７…下連結ピン（第１連結ピン）、８…上連結ピン（第２連結ピン）、９…ブラシユニット、１０…昇降ユニット、１６…下ジョイント部（ジョイント部）、１７…上ジョイント部（他のジョイント部）、１８…回転ブラシ（ブラシ）、１９…ブラシホルダ、２６…ブロック、２７…支持ピン、２８…昇降モータ（モータ）、２８ａ…出力軸、２９…カム、Ｌ…床面。

Claims (3)

1. 走行しながら床面の掃除を行う掃除ロボットの掃除機において、
   支持部材と、
   前記支持部材の左右両側に前記掃除ロボットの上下方向に揺動可能となるように固定された２つの平行リンク機構と、
   前記２つの平行リンク機構のジョイント部同士を連結する第１連結ピンと、
   前記第１連結ピンの上方に配置され、前記２つの平行リンク機構の他のジョイント部同士を連結する第２連結ピンと、
   前記第１連結ピンに取り付けられ、前記床面に接地されるブラシを有するブラシユニットと、
   前記平行リンク機構を前記上下方向に揺動させることにより、前記ブラシユニットを昇降させる昇降ユニットとを備え、
   前記ブラシユニットは、前記第１連結ピンに回動可能に支持されたブロックと、前記ブロックに前記掃除ロボットの前後方向に延びる支持ピンを介して回動可能に支持され、前記ブラシを保持するブラシホルダとを有する掃除ロボットの掃除機。
2. 前記昇降ユニットは、前記第２連結ピンを昇降させることで、前記平行リンク機構を前記上下方向に揺動させる請求項１記載の掃除ロボットの掃除機。
3. 前記昇降ユニットは、モータと、前記モータの出力軸に固定され、前記第２連結ピンを押し上げるカムとを有し、
   前記カムは、前記ブラシが前記床面に接地した状態において、前記第２連結ピンから下方に離間して配置されている請求項２記載の掃除ロボットの掃除機。

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