JPWO2012086604A1 - 清掃装置 - Google Patents

Abstract

清掃装置（ＥＱ）は、回転ブラシ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）と、回転ブラシ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）を回転可能に支持するフレーム（ＦＲ）と、補助足（ＦＴ）と、フレーム（ＦＲ）に結合され、補助足（ＦＴ）をフレーム（ＦＲ）に近づけ或いはフレーム（ＦＲ）から遠ざけることができるように補助足（ＦＴ）を支持する階段昇降用補助機構（ＳＬＭ）と、階段昇降用補助機構（ＳＬＭ）を動作させて回転ブラシ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）と補助足（ＦＴ）とで清掃装置（ＥＱ）を歩行させる制御装置（ＣＤ）とを備える。

Description

本発明は、フレームに回転可能に接続されたブラシを有する清掃装置に関し、特に、段差や溝等のある場所を清掃できる清掃装置に関する。

従来、ジンバル機構を介してロボット本体に取り付けられる二つの回転ブラシを備えた全方向移動床磨きロボットが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

この床磨きロボットは、電動モータを用いてそれら二つの回転ブラシの回転方向とそれぞれの回転軸の床面に対する傾斜角とを制御し、その回転方向とその傾斜角とに応じて変化するそれら二つの回転ブラシと床面との間の回転摩擦力を利用することによって床面を磨きながら所望の方向に移動することができる。

布施 嘉裕、外２名、「全方向移動床磨きロボットへの非干渉ＰＩＤ制御の適用」、２００９年７月、日本ロボット学会誌、Vol.27 No.6 p.679-684

しかしながら、非特許文献１の床磨きロボットは、段差や溝等のない平面しか清掃できないという問題がある。

上述の問題に鑑み、本発明は、段差や溝等のある場所を清掃できる清掃装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の実施例に係る清掃装置は、ブラシと、前記ブラシを回転可能に支持するフレームと、補助足と、前記フレームに結合され、前記補助足を前記フレームに近づけ或いは前記フレームから遠ざけることができるように前記補助足を支持する機構と、前記機構を動作させて前記ブラシと前記補助足とで清掃装置を歩行させる制御装置と、を備えることを特徴とする。

上述の手段により、本発明は、段差や溝等のある場所を清掃できる清掃装置を提供することができる。

本発明の実施例に係る清掃装置の概略図である。 図１の清掃装置を異なる角度から見た図である。 回転ブラシに結合される駆動部の斜視図である。 図３の駆動部の側面図である。 図３の駆動部の上面図である。 図５におけるＶＩ−ＶＩ線断面図である。 図１の清掃装置の機能ブロック図である。 移動制御部による清掃装置の移動の例を示す図である。 本発明の実施例に係る階段昇降用補助機構を備えた清掃装置の概略図である。 支持多角形の説明図である。 階段昇降用補助機構の斜視図である。 図１１の階段昇降用補助機構の側面図である。 図１１の階段昇降用補助機構の上面図である。 回転ブラシ接地補助機構の斜視図である。 図９の清掃装置の階段昇降方法を説明するための図である。 図９の清掃装置の階段昇降方法を説明するための図である。 本発明の実施例に係るアクティブバランサ機構を備えた清掃装置の概略図である。 図１７の清掃装置の階段昇降方法を説明するための図である。 図１７の清掃装置の階段昇降方法を説明するための図である。 本発明の実施例に係る階段昇降用補助機構を備えた清掃装置の概略図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例に係る清掃装置の概略図であり、図１（Ａ）は、上面図を示し、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の矢印１Ｂ方向から見た側面図を示す。

また、図２は、図１の清掃装置を異なる角度から見た図であり、図２（Ａ）は、上面図を示し、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の矢印２Ｂ方向から見た側面図を示し、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）に対応する図であって、回転ブラシの一つを床面に対して傾斜させた状態を示す。

清掃装置ＥＱは、三つの回転ブラシ（ポリッシャ）で床を磨きながらそれら三つの回転ブラシで任意の方向に移動可能な装置であって、主に、三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３と、三つの駆動部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３と、フレームＦＲと、制御装置ＣＤとを有する。

また、清掃装置ＥＱは、フレームＦＲから延びるコードに取り付けられた操作部を用いて操作者が手動で操作するものであってもよく、無線通信を介して操作者が遠隔操作するものであってもよいが、本実施例では、制御装置ＣＤ等に予め記憶された清掃マップ（後述）に基づいて自律的に移動しながら床面の清掃を行うロボット型の清掃装置であるものとする。

回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３は、上面視で円形であり、フレームＦＲに対して傾斜可能な回転軸η１、η２、η３の周りを回転し、回転軸η１、η２、η３に直交する傾斜軸ξ１、ξ２、ξ３の周りを傾斜させられる。

本実施例において、回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３は、例えば、天然繊維、化学繊維、スポンジ、ゴム等で形成される。なお、回転ブラシ部Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の上面視は、矩形、楕円形、多角形等の他の形状であってもよい。

図２（Ｃ）は、回転ブラシＢ２を傾斜軸ξ２の周りに角度θだけ傾斜させた状態を示し、床面と回転ブラシＢ２の一部との間に高摩擦領域ＨＦ２を発生させた状態を示す。なお、回転ブラシＢ２は、傾斜させられた場合であっても、少なくとも回転ブラシの底面の大部分が床面と接触しているものとし、少なくとも回転ブラシの底面の大部分で床を磨くことができるものとする。

駆動部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３を個別に回転させ或いは傾斜させるための部材であり、例えば、回転モータ、傾斜モータ、回転シャフト、傾斜シャフト、回転モータの回転力を回転シャフトに伝えるギア機構、及び、傾斜モータの回転力を傾斜シャフトに伝えるギア機構等で構成される（詳細は後述。）。

フレームＦＲは、三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のそれぞれの間の相対位置を維持しながら三つの駆動部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を介してそれら三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３を結合する部材であり、例えば、中心からそれぞれ１２０度の角度を隔てて外方に（放射状に）延びる同じ長さの三つのフレームアームで構成される三つ叉形状を有し、それら三つのフレームアームのそれぞれの端部に駆動部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が結合される。

なお、三つのフレームアームのそれぞれの間の角度は、１２０度以外の他の角度であってもよく（すなわち、それぞれ異なる角度であってもよく）、三つのフレームアームのそれぞれの長さは、それぞれ異なるものであってもよい。

また、本実施例において、傾斜軸ξ１、ξ２、ξ３は、三つのフレームアームのそれぞれの延在方向と直交する方向に延びるが、直交する方向以外の方向に延びるものであってもよい。なお、傾斜軸ξ１、ξ２、ξ３のうちの隣り合う二つの傾斜軸の間の角度は、それぞれ６０度であることが望ましい。

また、フレームＦＲは、必ずしも三つ叉形状である必要はなく、プレート形状や枠形状等の任意の形状を有していてもよい。

制御装置ＣＤは、清掃装置ＥＱの移動を制御するための部材であり、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えたコンピュータであって、操作者の指示に応じた方向に清掃装置ＥＱを進行させるために、或いは、各種情報に基づいて自動的に導き出した方向に清掃装置ＥＱを進行させるために、三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のそれぞれの回転及び傾斜を制御する（詳細は後述。）。

次に、図３〜図６を参照しながら、駆動部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の詳細について説明する。なお、図３は、回転ブラシＢ１に結合される駆動部Ｄ１の斜視図を示し、図４は、駆動部Ｄ１の側面図を示し、図５は、駆動部Ｄ１の上面図を示し、図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ線断面図を示す。また、駆動部Ｄ２及びＤ３は、駆動部Ｄ１と同じ構成を採るものとして、その図示を省略する。

図３〜図６で示されるように、駆動部Ｄ１は、回転軸η１方向に延びる回転シャフトＳＦＴ１１に固定された従動ギアＧ１１にかみ合わされる駆動ギアＧ１２を回転駆動する回転モータＲＭ１と、傾斜軸ξ１方向に延びる傾斜シャフトＳＦＴ１２に固定された従動ギアＧ１３にかみ合わされる駆動ギアＧ１４を回転駆動する傾斜モータＴＭ１とを備える。

なお、傾斜シャフトＳＦＴ１２は、図６で示されるように、回転シャフトＳＦＴ１１によって分断された二つの同軸のシャフト部材ＳＦＴ１２−１、ＳＦＴ１２−２で構成され、傾斜軸ξ１と回転ブラシＢ１との間の距離を短縮するようにしているが、一つのシャフト部材で構成されていてもよい。

また、駆動部Ｄ１は、傾斜モータＴＭ１、傾斜シャフトＳＦＴ１２、従動ギアＧ１３、及び駆動ギアＧ１４で構成される傾斜機構を、電動シリンダ、空気圧シリンダ、液圧シリンダ、リニアモータ等の他のアクチュエータを用いた機構で構成するようにしてもよい。

また、駆動部Ｄ１は、ギア機構を用いることなく、ベルトプーリ機構又はワイヤプーリ機構等の他の伝達機構を介して回転シャフトＳＦＴ１１や傾斜シャフトＳＦＴ１２を駆動するようにしてもよく、回転シャフトＳＦＴ１１や傾斜シャフトＳＦＴ１２にアクチュエータを直結して駆動するようにしてもよい。

次に、図７を参照しながら、制御装置ＣＤの詳細について説明する。なお、図７は、清掃装置ＥＱの機能ブロック図であり、制御装置ＣＤは、駆動部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３のそれぞれに有線又は無線で接続されるものとする。

制御装置ＣＤは、位置検出装置ＰＳ、姿勢検出装置ＡＳ、及び記憶装置ＳＤを備え、移動制御部ＭＣに対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭ上に展開し、位置検出装置ＰＳ及び姿勢検出装置ＡＳのそれぞれが出力する検出値と記憶装置ＳＤに記憶された情報とに基づいて、移動制御部ＭＣに対応する処理をＣＰＵに実行させる。

位置検出装置ＰＳは、清掃装置ＥＱの位置を検出するための装置であり、例えば、ＧＰＳ(Global Positioning System)受信機が受信したＧＰＳ信号に基づいて清掃装置ＥＱの位置（緯度、経度、高度）を検出する。

また、位置検出装置ＰＳは、清掃対象となる床面やその周囲の壁面に埋め込まれたＲＦタグからそのＲＦタグに記憶されている位置情報を読み取るためのＲＦタグリーダであってもよく、その壁面までの距離を検出するレーザセンサであってもよい。

姿勢検出装置ＡＳは、清掃装置ＥＱの姿勢を検出するための装置であり、例えば、３軸角速度（ジャイロ）センサの検出値に基づいて清掃装置ＥＱの姿勢を検出する。

記憶装置ＳＤは、各種情報を記憶するための装置であり、例えば、ハードディスクやフラッシュメモリ等の不揮発性記憶媒体であって、清掃対象となる床面の形状や大きさ等を記憶する清掃マップＳＤ１を記憶する。

清掃マップＳＤ１は、好適には、清掃対象となる床面に応じて記憶装置ＳＤに予め記憶される情報であるが、レーザセンサ等を用いて清掃装置ＥＱが清掃開始前或いは清掃中に自動的に生成するものであってもよい。

駆動部Ｄ１は、回転モータＲＭ１、回転検出器ＲＳ１、傾斜モータＴＭ１、及び傾斜検出器ＴＳ１を有する。駆動部Ｄ２及びＤ３についても同様である。

回転検出器ＲＳ１は、回転モータＲＭ１による回転ブラシＢ１の回転の状態（回転方向、回転角度、回転速度等である。）を検出するための装置であり、例えば、エンコーダであって、その検出値を回転状態情報として所定のサンプリング周期で繰り返し制御装置ＣＤに対して出力する。

傾斜検出器ＴＳ１は、傾斜モータＴＭ１による回転ブラシＢ１の傾斜の状態（傾斜方向、傾斜角度、傾斜速度等である。）を検出するための装置であり、例えば、エンコーダであって、その検出値を傾斜状態情報として所定のサンプリング周期で繰り返し制御装置ＣＤに対して出力する。

制御装置ＣＤの移動制御部ＭＣは、清掃装置ＥＱを自律的に動作させるための機能要素であり、位置検出装置ＰＳ及び姿勢検出装置ＡＳの検出値と記憶装置ＳＤから読み出した清掃マップＳＤ１とに基づいて、回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のそれぞれの目標回転状態及び目標傾斜状態を決定し、決定した目標回転状態及び目標傾斜状態に関する情報を含む制御信号を駆動部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３のそれぞれに対して出力する。

また、移動制御部ＭＣは、駆動部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３のそれぞれが出力する回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のそれぞれの回転状態情報及び傾斜状態情報を所定のサンプリング周期で受信し、回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のそれぞれが目標回転状態及び目標傾斜状態となるよう、回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のそれぞれを独立にフィードバック制御する。

図８は、移動制御部ＭＣによる清掃装置ＥＱの移動の例を示す図であり、図８（Ａ）は、清掃装置ＥＱを図の上方に移動させる際の状態を示し、図８（Ｂ）は、清掃装置ＥＱを図の左方に移動させる際の状態を示す。

なお、回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のそれぞれは、その直径を共通とし、清掃装置ＥＱの中心からそれぞれ１２０度の角度を隔てた方向で等距離に配置され、それぞれの傾斜軸ξ１、ξ２、ξ３が上面視で正三角形を形成するものとする。

図８（Ａ）で示されるように、清掃装置ＥＱの中心から見て回転ブラシＢ１が存在する方向と同じ方向に清掃装置ＥＱを移動させる場合、移動制御部ＭＣは、回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のそれぞれの目標回転状態（回転速度及び回転方向）を共通としながら、回転ブラシＢ１の目標傾斜角を０度（回転ブラシＢ１の底面を床面に対して水平とする角度）とし、回転ブラシＢ２の目標傾斜角を所定の正値とし、回転ブラシＢ３の目標傾斜角をその所定の正値と同じ絶対値を有する所定の負値とする。なお、傾斜角は、回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のそれぞれの底面が清掃装置ＥＱの内側（中心側）で高くなる場合を正値とし、それぞれの底面が清掃装置ＥＱの外側で高くなる場合を負値とする。

この場合、移動制御部ＭＣは、駆動部Ｄ１に対して制御信号を出力し、回転ブラシＢ１を回転軸η１の周りで所定の回転速度で反時計回りに回転させながら、回転ブラシＢ１を傾斜軸ξ１の周りに傾けさせないようにする。その結果、回転ブラシＢ１は、何れの方向にも推進力を発生させることなく、その場に留まったまま床面の清掃を継続しようとする。

一方、移動制御部ＭＣは、駆動部Ｄ２に対して制御信号を出力し、回転ブラシＢ２を回転軸η２の周りで所定の回転速度で反時計回りに回転させながら、回転ブラシＢ２を傾斜軸ξ２の周りにその底面が清掃装置ＥＱの内側で高くなるように傾けさせるようにする。その結果、回転ブラシＢ２は、その外側の一部と床面との間に高摩擦領域ＨＦ２（図２（Ｃ）参照。）を形成し、その高摩擦領域ＨＦ２のところでその回転方向（反時計回り）と反対向き（時計回り）の摩擦反力を局所的に発生させることによって傾斜軸ξ２の方向に沿った（図の左上を向く）推進力Ｆ２を発生させる。

同様に、移動制御部ＭＣは、駆動部Ｄ３に対して制御信号を出力し、回転ブラシＢ３を回転軸η３の周りで所定の回転速度で反時計回りに回転させながら、回転ブラシＢ３を傾斜軸ξ３の周りにその底面が清掃装置ＥＱの外側で高くなるように傾けさせるようにする。その結果、回転ブラシＢ３は、その内側の一部と床面との間に高摩擦領域ＨＦ３を形成し、その高摩擦領域ＨＦ３のところでその回転方向（反時計回り）と反対向き（時計回り）の摩擦反力を局所的に発生させることによって傾斜軸ξ３の方向に沿った（図の右上を向く）推進力Ｆ３を発生させる。

その結果、清掃装置ＥＱは、回転ブラシＢ２が発生させた推進力Ｆ２と、回転ブラシＢ３が発生させた推進力Ｆ３との合力である推進合力ＴＦにより、清掃装置ＥＱの中心から見て回転ブラシＢ１が存在する方向と同じ方向に移動することとなる。

また、図８（Ｂ）で示されるように、清掃装置ＥＱの中心から見て回転ブラシＢ１が存在する方向に垂直な方向に清掃装置ＥＱを移動させる場合、移動制御部ＭＣは、駆動部Ｄ１に対して制御信号を出力し、回転ブラシＢ１を回転軸η１の周りで所定の回転速度で反時計回りに回転させながら、回転ブラシＢ１を傾斜軸ξ１の周りにその底面が清掃装置ＥＱの外側で高くなるように傾けさせるようにする。その結果、回転ブラシＢ１は、その内側の一部と床面との間に高摩擦領域ＨＦ１を形成し、その高摩擦領域ＨＦ１のところでその回転方向（反時計回り）と反対向き（時計回り）の摩擦反力を局所的に発生させることによって傾斜軸ξ１の方向に沿った（図の左を向く）推進力Ｆ１を発生させる。

同様に、移動制御部ＭＣは、駆動部Ｄ２に対して制御信号を出力し、回転ブラシＢ２を回転軸η２の周りで所定の回転速度で反時計回りに回転させながら、回転ブラシＢ２を傾斜軸ξ２の周りにその底面が清掃装置ＥＱの内側で高くなるように傾けさせるようにする。その結果、回転ブラシＢ２は、その外側の一部と床面との間に高摩擦領域ＨＦ２を形成し、その高摩擦領域ＨＦ２のところでその回転方向（反時計回り）と反対向き（時計回り）の摩擦反力を局所的に発生させることによって傾斜軸ξ２の方向に沿った（図の左上を向く）推進力Ｆ２を発生させる。この際、回転ブラシＢ２の傾斜角は、回転ブラシＢ１の傾斜角の半分程度とし、推進力Ｆ２が推進力Ｆ１の半分程度となるようにする。

同様に、移動制御部ＭＣは、駆動部Ｄ３に対して制御信号を出力し、回転ブラシＢ３を回転軸η３の周りで所定の回転速度で反時計回りに回転させながら、回転ブラシＢ３を傾斜軸ξ３の周りにその底面が清掃装置ＥＱの内側で高くなるように傾けさせるようにする。その結果、回転ブラシＢ３は、その外側の一部と床面との間に高摩擦領域ＨＦ３を形成し、その高摩擦領域ＨＦ３のところでその回転方向（反時計回り）と反対向き（時計回り）の摩擦反力を局所的に発生させることによって傾斜軸ξ３の方向に沿った（図の左下を向く）推進力Ｆ３を発生させる。この際、回転ブラシＢ３の傾斜角は、回転ブラシＢ１の傾斜角の半分程度とし、推進力Ｆ３が推進力Ｆ１の半分程度となるようにする。

その結果、清掃装置ＥＱは、回転ブラシＢ１が発生させた推進力Ｆ１と、回転ブラシＢ２が発生させた推進力Ｆ２と、回転ブラシＢ３が発生させた推進力Ｆ３との合力である推進合力ＴＦにより、清掃装置ＥＱの中心から見て回転ブラシＢ１が存在する方向に垂直な方向（左方向）に移動することとなる。

以上の構成により、清掃装置ＥＱは、三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３の位置が三角形を形成する構成によって、二つの回転ブラシを備えた構成に比べ、設置安定性を向上させることができ、外力を受けた場合の転倒を防止することができる。

また、清掃装置ＥＱは、三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３の位置が三角形を形成する構成によって設置安定性を向上させるので、四つの回転ブラシを備える構成に比べ、その製造公差及びその組立公差を緩和することができる。四つの回転ブラシの全てを床面から浮かせることなく確実に床面に設置させるには高精度の部品加工及び高精度の組立が要求されるからである。但し、本発明は、四つ以上の回転ブラシを備える構成を排除するものではない。

また、清掃装置ＥＱは、三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のそれぞれの直径及び相対位置を適切に設定することによって、三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のそれぞれを互いに非接触としながら、清掃装置ＥＱの移動方向から見て側面視で隙間がないように配置することができ、何れの方向に移動する場合であっても磨き済み領域の間に磨き残しを発生させてしまうのを防止することができる。

また、清掃装置ＥＱは、駆動部Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３のそれぞれに一つの回転モータと一つの傾斜モータとを備えることによって（合計で六つの駆動軸を備えることによって）任意の方向に移動可能とするので、ジンバル機構（各駆動部に一つの回転モータと二つの傾斜モータとを備える機構）を利用した二つの回転ブラシを有する（合計で六つの駆動軸を備える）従来の清掃装置に比べても駆動軸数を増大させることはない。

次に、図９〜図１６を参照しながら、本発明の実施例に係る、階段昇降用補助機構ＳＬＭを備えた清掃装置ＥＱ１について説明する。

図９は、清掃装置ＥＱ１の概略図であり、図９（Ａ）は、その上面図を示し、図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の矢印９Ｂ方向から見た側面図を示す。

清掃装置ＥＱ１は、階段昇降用補助機構ＳＬＭと、回転ブラシ接地補助機構ＧＳＭと、支持多角形拡大機構ＳＭＭとを備える点で、上述の清掃装置ＥＱと相違するが、その他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明することとする。

階段昇降用補助機構ＳＬＭは、清掃装置ＥＱ１が階段を昇降しながら階段の各ステップ面を清掃できるようにするための補助機構であり、例えば、補助足ＦＴ、二つのリンク部材ＬＫ１、ＬＫ２、及び、三つの旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３で構成される。

階段昇降用補助機構ＳＬＭは、フレームＦＲに結合され、補助足ＦＴをフレームＦＲに近づけ或いはフレームＦＲから遠ざけることができるように補助足ＦＴを支持する。

本実施例では、階段昇降用補助機構ＳＬＭは、制御装置ＣＤによって制御される。制御装置ＣＤは、階段昇降用補助機構ＳＬＭを動作させながら、三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３と補助足ＦＴとで清掃装置ＥＱ１を歩行させ、階段を昇降させる。

補助足ＦＴは、床面と接触しながら支持多角形を形成する部材であり、例えば、馬蹄形を有し、その二つの爪（延在部）の間に回転ブラシＢ２を受け入れられるようその二つの爪（延在部）の間の距離が回転ブラシＢ２の直径よりも大きくなるように構成され、回転ブラシＢ２方向におけるその可動範囲を増大させるようにする。なお、補助足ＦＴは、必ずしも回転ブラシＢ２を受け入れられる形状である必要はないが、その場合には回転ブラシＢ２方向におけるその可動範囲がより狭められることとなる。

また、「支持多角形」は、清掃装置ＥＱ１と床面と間の接地点群を凸状に張った辺で構成される凸多角形であり、曲線を含む概念である。

図１０は、支持多角形の説明図であり、図１０（Ａ）は、補助足ＦＴ（破線領域）によって形成される支持多角形（斜線ハッチング領域）を示し、図１０（Ｂ）は、補助足ＦＴと一つの付加的な接地点ＡＰ１（清掃装置ＥＱ１から延びる、補助足ＦＴ以外の別の部材が床面と接触する点である。）とによって形成される支持多角形を示し、図１０（Ｃ）は、補助足ＦＴと二つの付加的な接地点ＡＰ２、ＡＰ３とによって形成される支持多角形を示す。

このように、補助足ＦＴによって形成される支持多角形は、その支持多角形の外に付加的な接地点が追加された場合には、その付加的な接地点を含む支持多角形にまでその領域が拡大されることとなる。なお、その付加的な接地点が、補助足ＦＴによって形成される支持多角形が位置する平面上にない場合、その付加的な接地点を含む支持多角形は、その付加的な接地点をその平面上に投影した点（清掃装置ＥＱ１の重心とその付加的な接地点とを結ぶ直線がその平面と交差する点）と補助足ＦＴとによって形成される支持多角形に相当するものとする。

また、補助足ＦＴは、その支持多角形の中に回転ブラシを受け入れられる形状として、Ｕ字型、Ｃ字型、Ｈ字型、Ｅ字型等の他の形状を有するものであってもよい。

旋回駆動部ＲＤ１は、リンク部材ＬＫ１に対して補助足ＦＴを旋回させるための駆動部であり、例えば、電動モータ及びギアで構成される。

同様に、旋回駆動部ＲＤ２は、リンク部材ＬＫ２に対してリンク部材ＬＫ１を旋回させるための駆動部であり、旋回駆動部ＲＤ３は、フレームＦＲに対してリンク部材ＬＫ２を旋回させるための駆動部である。

このようにして、階段昇降用補助機構ＳＬＭは、三つの旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３によって三自由度駆動機構を構成する。

なお、階段昇降用補助機構ＳＬＭは、電動シリンダ、空気圧シリンダ、液圧シリンダ、リニアモータ等の他のアクチュエータを用いた機構で構成されるものであってもよい。

また、階段昇降用補助機構ＳＬＭは、ギア機構を用いることなく、ベルトプーリ機構又はワイヤプーリ機構等の他の伝達機構を介して、補助足ＦＴ、リンク部材ＬＫ１、又はリンク部材ＬＫ２を旋回させるようにしてもよく、補助足ＦＴ、リンク部材ＬＫ１、又はリンク部材ＬＫ２にアクチュエータを直結して旋回させるようにしてもよい。

図１１〜図１３は、階段昇降用補助機構ＳＬＭの一例の詳細を説明するための図であり、図１１は、階段昇降用補助機構ＳＬＭの斜視図を示し、図１２は、階段昇降用補助機構ＳＬＭの側面図を示し、図１３は、階段昇降用補助機構ＳＬＭの上面図を示す。

図１１〜図１３で示されるように、階段昇降用補助機構ＳＬＭの旋回駆動部ＲＤ１（図１２参照。）は、補助足ＦＴに固定された従動ギアＧ１５と、従動ギアＧ１５にかみ合わされる駆動ギアＧ１６と、駆動ギアＧ１６を回転駆動する、リンク部材ＬＫ１に固定された旋回モータＡＭ１とで構成される。

また、旋回駆動部ＲＤ２は、リンク部材ＬＫ１に固定された従動ギアＧ１７と、従動ギアＧ１７にかみ合わされる駆動ギアＧ１８と、駆動ギアＧ１８を回転駆動する、リンク部材ＬＫ２に固定された旋回モータＡＭ２とで構成される。

また、旋回駆動部ＲＤ３は、リンク部材ＬＫ２に固定された従動ギアＧ１９と、従動ギアＧ１９にかみ合わされる駆動ギア（図示せず。）と、その駆動ギアを回転駆動する、フレームＦＲに固定された旋回モータ（図示せず。）とで構成される。

回転ブラシ接地補助機構ＧＳＭ（図９（Ａ）参照。）は、清掃装置ＥＱ１のフレームＦＲが床面に対して傾斜した場合に、回転ブラシの底面を床面に平行にするための機構であり、例えば、清掃装置ＥＱ１が矢印ＡＲ１方向に進行する場合（階段、段差、又は不整地等の非平面を移動する場合）にその傾斜軸がその進行方向と直交しない回転ブラシ（図９の回転ブラシＢ１、Ｂ３）に対して搭載される受動回転軸である。

図１４は、回転ブラシ接地補助機構ＧＳＭの一例を示す斜視図であり、図１４において、回転ブラシ接地補助機構ＧＳＭは、回転ブラシＢ１用の回転ブラシ接地補助機構であり、回転ブラシＢ１用の駆動部Ｄ１に接続されるフレームアームの長手軸ζ１の周りを回転する受動回転軸であって、回転部ＲＰ及び非回転部ＮＲＰを有する。

回転ブラシ接地補助機構ＧＳＭの回転部ＲＰは、階段昇降用補助機構ＳＬＭによってフレームＦＲが持ち上げられて回転ブラシＢ１が宙に浮き、その後、フレームＦＲが降ろされて回転ブラシＢ１が再び床面に接地する際に、その床面から受ける反力によって、非回転部ＮＲＰに対して受動的に回転し、回転ブラシＢ１の底面が床面（階段のステップ面）と平行になるようにする。

なお、回転ブラシ接地補助機構ＧＳＭは、電磁力等を用い非回転部ＮＲＰに対して回転部ＲＰを固定する固定機構（図示せず。）を有し、回転ブラシＢ１の底面が床面と平行になった状態を維持できるようにする。

また、回転ブラシ接地補助機構ＧＳＭは、電動アクチュエータ等により非回転部ＮＲＰに対して回転部ＲＰを能動的に回転させる機構であってもよい。

支持多角形拡大機構ＳＭＭ（図９（Ａ）参照。）は、宙に浮いた回転ブラシを接地させる際の清掃装置ＥＱ１の転倒を防止するための機構であり、例えば、フレームＦＲから延びるＬ字状のステー部材ＳＴと、ステー部材ＳＴの先端に回転可能に取り付けられる接地ローラＧＲとで構成される。

図９（Ｂ）で示されるように、接地ローラＧＲは、回転ブラシＢ２が床面に正立姿勢で接地しているときにその床面から僅かに浮いた位置となるように、且つ、矢印ＡＲ２で示される方向に回転可能となるように取り付けられる（詳細は後述。）。

次に、図１５を参照しながら、清掃装置ＥＱ１の階段昇降方法について説明する。

清掃装置ＥＱ１が階段を昇降する際の階段昇降用補助機構ＳＬＭの動きは、図１５（Ａ）〜図１５（Ｆ）の六つの状態で表され、清掃装置ＥＱ１が階段を昇る場合、図１５（Ａ）〜図１５（Ｆ）の順で時系列に進行するものとする。なお、階段昇降用補助機構ＳＬＭの動きは、清掃装置ＥＱ１が階段を降りる場合には、階段を昇る場合とは逆の順番で時系列に進行するものとする。

また、図１５（Ａ）〜図１５（Ｆ）のそれぞれは、階段を昇降する清掃装置ＥＱ１の上面図（上図）と側面図（下図）との組み合わせで構成されるものとする。

なお、図１５において、進行方向に対して非垂直となる傾斜軸ξ１、ξ３（図９（Ａ）参照。）を有する回転ブラシＢ１、Ｂ３は、一度宙に浮いた後で再び接地する際に、回転ブラシ接地補助機構ＧＳＭにより、その底面が床面に対して水平となるように、回転ブラシＢ１、Ｂ３用の駆動部Ｄ１、Ｄ３を接続するフレームアームの長手軸ζ１、ζ３（図９（Ａ）参照。）の周りを受動的に或いは能動的に揺動する。

図１５（Ａ）において、清掃装置ＥＱ１は、階段の一段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３と補助足ＦＴとを接地させ、階段の二段目に回転ブラシＢ２を接地させた状態となっている。

図１５（Ｂ）において、清掃装置ＥＱ１は、階段の一段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３を接地させ、且つ、階段の二段目に回転ブラシＢ２を接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて補助足ＦＴを宙に浮かせるようにする。

この状態において、清掃装置ＥＱ１は、階段の幅方向に移動することによって、回転ブラシＢ１、Ｂ３により階段の一段目を、そして、回転ブラシＢ２により階段の二段目を清掃可能である。

図１５（Ｃ）において、清掃装置ＥＱ１は、更に、階段の一段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３を接地させ、且つ、階段の二段目に回転ブラシＢ２を接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて補助足ＦＴを階段の二段目に接地させるようにする。

図１５（Ｄ）において、清掃装置ＥＱ１は、補助足ＦＴを階段の二段目に接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて、本体部（階段昇降用補助機構ＳＬＭ以外の部分）を図１５（Ｃ）の姿勢のまま階段一段分の高さだけ上昇させるようにする（上方（図中上方向）に鉛直移動させるようにする。）。

図１５（Ｅ）において、清掃装置ＥＱ１は、補助足ＦＴを階段の二段目に接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて本体部を進行方向（図中右方向）に水平移動させ、且つ、傾斜モータＴＭ２を回転させて回転ブラシＢ２を内側に傾け、接地ローラＧＲを階段の三段目に接地させるようにする。

この場合、清掃装置ＥＱ１は、そのＺＭＰ（Zero Moment Point）が、補助足ＦＴによって形成される支持多角形（図１０（Ａ）参照。）内に維持されるよう、所定範囲内の値の加速度で本体部を進行方向に水平移動させる。

「ＺＭＰ」は、重力と慣性力との合力が床面と交差する点であり、例えば、進行方向における加速度が大きい程、進行方向に対する逆方向（以下、「進行逆方向」とする。）の慣性力が大きくなるため、加速度が大きい程、ＺＭＰの位置は、加速度が小さい場合に比べ、進行逆方向に移動することとなる。

そのため、本体部の加速度が小さい程、清掃装置ＥＱ１のＺＭＰは、本体部の水平移動距離がより小さい段階で、その支持多角形の進行方向側の境界（図１０（Ａ）の境界線ＢＬ参照。）から逸脱し、清掃装置ＥＱ１は、転倒を開始することとなる。

この関係から、清掃装置ＥＱ１は、本体部の加速度を所定範囲内の値の加速度とすることで、そのＺＭＰが補助足ＦＴによる支持多角形から逸脱するのを遅らせることができる（本体部の加速度が小さい場合に比べ、その本体部の水平移動距離がより大きくなるまでそのＺＭＰをその支持多角形内に留まらせることができる。）。

その後、清掃装置ＥＱ１は、回転ブラシＢ２を階段の三段目に接地させるために、進行方向に水平移動する本体部を所定の割合で減速させるようにする。

本体部を減速させると、進行方向を向く慣性力が発生し、ＺＭＰは、補助足ＦＴによる支持多角形を進行方向側に大きく逸脱し、清掃装置ＥＱ１は、転倒を開始することとなる。

支持多角形拡大機構ＳＭＭは、補助足ＦＴによる支持多角形を拡大するための機構であり、回転ブラシＢ２を階段の三段目に接地させる前に、好適には、所定範囲内の値の加速度で本体部を進行方向に水平移動させている間に、接地ローラＧＲを階段の三段目に接地させ、その接地ローラＧＲの接地点により補助足ＦＴによる支持多角形（図１０（Ａ）参照。）を、その接地ローラＧＲの接地点を含む支持多角形（図１０（Ｂ）参照。）にまで拡大し、所定の割合で減速する清掃装置ＥＱ１のＺＭＰをその拡大後の支持多角形内に留めて清掃装置ＥＱ１の転倒を抑えるようにする。

また、支持多角形拡大機構ＳＭＭは、（摩擦係数が比較的高い）回転ブラシＢ２の接地前に（摩擦係数が比較的低い）接地ローラＧＲを階段の三段目に接地させることによって、回転ブラシＢ２が階段の三段目に接地する際の摩擦反力を抑え、階段の二段目に位置する補助足がその摩擦反力によって後方（図中左方向）にずれるのを防止し、回転ブラシＢ２の階段の三段目への接地を円滑にする。

図１５（Ｆ）において、清掃装置ＥＱ１は、階段の二段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３と補助足ＦＴとを接地させ、階段の三段目に回転ブラシＢ２を接地させた状態となっており、接地位置が一段高いのを除き、図１５（Ａ）の状態と同じ状態となっている。

このようにして、清掃装置ＥＱ１は、図１５（Ａ）〜図１５（Ｆ）の六つの状態を繰り返すようにして階段を昇ることができる。

次に、図１６を参照しながら、清掃装置ＥＱ１の別の階段昇降方法について説明する。

図１６における階段昇降用補助機構ＳＬＭの動きは、補助足ＦＴの使い方が図１５における階段昇降用補助機構ＳＬＭの動きと相違する。

図１６における階段昇降用補助機構ＳＬＭの動きは、図１５の場合と同様、図１６（Ａ）〜図１６（Ｆ）の六つの状態で表され、清掃装置ＥＱ１が階段を昇る場合、図１６（Ａ）〜図１６（Ｆ）の順で時系列に進行するものとする。なお、階段昇降用補助機構ＳＬＭの動きは、清掃装置ＥＱ１が階段を降りる場合には、階段を昇る場合とは逆の順番で時系列に進行するものとする。

また、図１６（Ａ）〜図１６（Ｆ）のそれぞれは、階段を昇降する清掃装置ＥＱ１の上面図（上図）と側面図（下図）との組み合わせで構成されるものとする。

また、図１６において、進行方向に対して非垂直となる傾斜軸ξ１、ξ３（図９（Ａ）参照。）を有する回転ブラシＢ１、Ｂ３は、一度宙に浮いた後で再び接地する際に、回転ブラシ接地補助機構ＧＳＭにより、その底面が床面に対して水平となるように、回転ブラシＢ１、Ｂ３用の駆動部Ｄ１、Ｄ３を接続するフレームアームの長手軸ζ１、ζ３（図９（Ａ）参照。）の周りを受動的に或いは能動的に揺動する。

図１６（Ａ）において、清掃装置ＥＱ１は、図１５（Ａ）の状態と同様、階段の一段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３と補助足ＦＴとを接地させ、階段の二段目に回転ブラシＢ２を接地させた状態となっている。

図１６（Ｂ）において、清掃装置ＥＱ１は、補助足ＦＴを階段の一段目に接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて、本体部（階段昇降用補助機構ＳＬＭ以外の部分）を図１６（Ａ）の姿勢のまま階段一段分の高さだけ上昇させるようにする（上方（図中上方向）に鉛直移動させるようにする。）。

図１６（Ｃ）において、清掃装置ＥＱ１は、補助足ＦＴを階段の一段目に接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて、本体部を進行方向（図中右方向）に水平移動させ、接地ローラＧＲを階段の三段目に接地させるようにする。

図１６（Ｄ）において、清掃装置ＥＱ１は、階段の二段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３を接地させ、階段の三段目に回転ブラシＢ２を接地させた状態となる。

図１６（Ｅ）において、清掃装置ＥＱ１は、階段の二段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３を接地させ、且つ、階段の三段目に回転ブラシＢ２を接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて補助足ＦＴを宙に浮かせるようにする。

図１６（Ｆ）において、清掃装置ＥＱ１は、更に、階段の二段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３を接地させ、且つ、階段の三段目に回転ブラシＢ２を接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて補助足ＦＴを宙に浮かせたまま階段の二段目に接地可能な状態となる。

この状態において、清掃装置ＥＱ１は、階段の幅方向に移動することによって、回転ブラシＢ１、Ｂ３により階段の二段目を、そして、回転ブラシＢ２により階段の三段目を清掃可能である。

また、この状態において、清掃装置ＥＱ１は、補助足ＦＴを階段の二段目に接地させることによって、接地位置が一段高いのを除き、図１６（Ａ）の状態と同じ状態とすることができる。

このようにして、清掃装置ＥＱ１は、図１６（Ａ）〜図１６（Ｆ）の六つの状態を繰り返すようにして階段を昇ることができる。

以上の構成により、清掃装置ＥＱ１は、階段昇降用補助機構ＳＬＭにより、段差のない平面を清掃することに加え、階段の各ステップ面を清掃することも可能となる。

また、清掃装置ＥＱ１は、回転ブラシ接地補助機構ＧＳＭにより、階段昇降時に本体部が水平面に対して傾斜した場合であっても、回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３の底面を階段の各ステップ面に平行にすることができ、回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３を階段の各ステップ面に正立姿勢で接地させることができる。

また、清掃装置ＥＱ１は、支持多角形拡大機構ＳＭＭにより、階段昇降時であってもそのＺＭＰを支持多角形内に留めることができ、階段昇降時の転倒を防止することができる。

なお、上述の実施例では、清掃装置ＥＱ１は、旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて、本体部を鉛直移動させた後、本体部を水平移動させる。しかしながら、清掃装置ＥＱ１は、本体部の鉛直移動と水平移動とを同時に実行してもよい。すなわち、清掃装置ＥＱ１は、補助足ＦＴから遠ざかるように本体部を斜め上方に移動させてもよい。清掃装置ＥＱ１が階段を降りる場合も同様である。

次に、図１７を参照しながら、本発明の実施例に係る、アクティブバランサ機構ＡＢを備えた清掃装置ＥＱ２について説明する。

図１７は、清掃装置ＥＱ２の概略図であり、図１７（Ａ）は、その上面図を示し、図１７（Ｂ）は、図１７（Ａ）の矢印１６Ｂ方向から見た側面図を示す。

清掃装置ＥＱ２は、アクティブバランサ機構ＡＢを備え、支持多角形拡大機構ＳＭＭを省略している点で、上述の清掃装置ＥＱ１と相違するが、その他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明することとする。

アクティブバランサ機構ＡＢは、清掃装置ＥＱ２の重心ＧＣの位置を調節するための機構であり、例えば、電動モータを用いたボールねじ機構等（図示せず。）によって重りＷＴをバランサレールＢＲに沿って（矢印ＡＲ３参照。）移動させることにより、清掃装置ＥＱ２の重心ＧＣの位置を所望の位置に移動させるようにする。

上述の清掃装置ＥＱ１は、所定範囲内の値の加速度で本体部を進行方向に水平移動させることによって、補助足ＦＴによって形成される支持多角形内からそのＺＭＰが逸脱するのを遅らせるようにして転倒を防止するが、清掃装置ＥＱ２は、アクティブバランサ機構ＡＢを用いることによって、進行方向における本体部の水平移動速度にかかわらず、補助足ＦＴによって形成される支持多角形内にその重心ＧＣの床面投影点を留まらせて転倒を防止する。

次に、図１８を参照しながら、清掃装置ＥＱ２の階段昇降方法について説明する。

清掃装置ＥＱ２が階段を昇降する際の階段昇降用補助機構ＳＬＭの動きは、図１８（Ａ）〜図１８（Ｆ）の六つの状態で表され、清掃装置ＥＱ２が階段を昇る場合、図１８（Ａ）〜図１８（Ｆ）の順で時系列に進行するものとする。なお、階段昇降用補助機構ＳＬＭの動きは、清掃装置ＥＱ２が階段を降りる場合には、階段を昇る場合とは逆の順番で時系列に進行するものとする。

また、図１８（Ａ）〜図１８（Ｆ）のそれぞれは、図１５及び図１６と同様、階段を昇降する清掃装置ＥＱ２の上面図（上図）と側面図（下図）との組み合わせで構成されるものとする。

なお、図１８において、進行方向に対して非垂直となる傾斜軸ξ１、ξ３（図９（Ａ）参照。）を有する回転ブラシＢ１、Ｂ３は、一度宙に浮いた後で再び接地する際に、回転ブラシ接地補助機構ＧＳＭにより、その底面が床面に対して水平となるように、回転ブラシＢ１、Ｂ３用の駆動部Ｄ１、Ｄ３を接続するフレームアームの長手軸ζ１、ζ３（図９（Ａ）参照。）の周りを受動的に或いは能動的に揺動する。

図１８（Ａ）において、清掃装置ＥＱ２は、階段の一段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３と補助足ＦＴとを接地させ、階段の二段目に回転ブラシＢ２を接地させた状態となっている。

図１８（Ｂ）において、清掃装置ＥＱ２は、階段の一段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３を接地させ、且つ、階段の二段目に回転ブラシＢ２を接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて補助足ＦＴを宙に浮かせるようにする。

この状態において、清掃装置ＥＱ２は、階段の幅方向に移動することによって、回転ブラシＢ１、Ｂ３により階段の一段目を、そして、回転ブラシＢ２により階段の二段目を清掃可能である。

図１８（Ｃ）において、清掃装置ＥＱ２は、更に、階段の一段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３を接地させ、且つ、階段の二段目に回転ブラシＢ２を接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて補助足ＦＴを階段の二段目に接地させるようにする。

このとき、清掃装置ＥＱ２は、アクティブバランサ機構ＡＢにより、重りＷＴをバランサレールＢＲに沿って進行方向（図中右方向）に移動させ、重心ＧＣの位置を進行方向に移動させるようにする。重心ＧＣの位置が、上面視で、補助足ＦＴによる支持多角形内に入るようにするためである。

図１８（Ｄ）において、清掃装置ＥＱ２は、補助足ＦＴを階段の二段目に接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて、本体部（階段昇降用補助機構ＳＬＭ以外の部分）を図１８（Ｃ）の姿勢のまま階段一段分の高さだけ上昇させるようにする（上方（図中上方向）に鉛直移動させるようにする。）。

図１８（Ｅ）において、清掃装置ＥＱ２は、補助足ＦＴを階段の二段目に接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて本体部を進行方向に水平移動させる。

このとき、清掃装置ＥＱ２は、アクティブバランサ機構ＡＢにより、その水平移動の進行度合いに応じて、進行方向に移動させてある重りを進行逆方向に移動させ、重心ＧＣの位置が上面視で補助足ＦＴによる支持多角形内に留まるようにする。

図１８（Ｆ）において、清掃装置ＥＱ２は、階段の二段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３と補助足ＦＴとを接地させ、階段の三段目に回転ブラシＢ２を接地させた状態となっており、接地位置が一段高いのを除き、図１８（Ａ）の状態と同じ状態となっている。

このようにして、清掃装置ＥＱ２は、図１８（Ａ）〜図１８（Ｆ）の六つの状態を繰り返すようにして階段を昇ることができる。

次に、図１９を参照しながら、清掃装置ＥＱ２の別の階段昇降方法について説明する。

図１９における階段昇降方法は、主に、進行方向前方（階段の上段側）に回転ブラシＢ１、Ｂ３を配置し、進行方向後方（階段の下段側）に回転ブラシＢ２を配置する点で、図１８における階段昇降方法と相違する。

図１９における階段昇降用補助機構ＳＬＭの動きは、図１８の場合と同様、図１９（Ａ）〜図１９（Ｆ）の六つの状態で表され、清掃装置ＥＱ２が階段を昇る場合、図１９（Ａ）〜図１９（Ｆ）の順で時系列に進行するものとする。なお、階段昇降用補助機構ＳＬＭの動きは、清掃装置ＥＱ２が階段を降りる場合には、階段を昇る場合とは逆の順番で時系列に進行するものとする。

また、図１９（Ａ）〜図１９（Ｆ）のそれぞれは、階段を昇降する清掃装置ＥＱ２の上面図（上図）と側面図（下図）との組み合わせで構成されるものとする。

また、図１９において、進行方向に対して非垂直となる傾斜軸ξ１、ξ３（図９（Ａ）参照。）を有する回転ブラシＢ１、Ｂ３は、一度宙に浮いた後で再び接地する際に、回転ブラシ接地補助機構ＧＳＭにより、その底面が床面に対して水平となるように、回転ブラシＢ１、Ｂ３用の駆動部Ｄ１、Ｄ３を接続するフレームアームの長手軸ζ１、ζ３（図９（Ａ）参照。）の周りを受動的に或いは能動的に揺動する。

図１９（Ａ）において、清掃装置ＥＱ２は、階段の一段目に回転ブラシＢ２と補助足ＦＴとを接地させ、階段の二段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３を接地させた状態となっている。

図１９（Ｂ）において、清掃装置ＥＱ２は、階段の一段目に回転ブラシＢ２を接地させ、且つ、階段の二段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３を接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて補助足ＦＴを宙に浮かせるようにする。

この状態において、清掃装置ＥＱ２は、階段の幅方向に移動することによって、回転ブラシＢ２により階段の一段目を、そして、回転ブラシＢ１、Ｂ３により階段の二段目を清掃可能である。

図１９（Ｃ）において、清掃装置ＥＱ２は、更に、階段の一段目に回転ブラシＢ２を接地させ、且つ、階段の二段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３を接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて補助足ＦＴを階段の二段目に接地させるようにする。

このとき、清掃装置ＥＱ２は、アクティブバランサ機構ＡＢにより、重りＷＴをバランサレールＢＲに沿って進行方向（図中右方向）に移動させ、重心ＧＣの位置を進行方向に移動させるようにする。重心ＧＣの位置が、上面視で、補助足ＦＴによる支持多角形内に入るようにするためである。

図１９（Ｄ）において、清掃装置ＥＱ２は、補助足ＦＴを階段の二段目に接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて、本体部（階段昇降用補助機構ＳＬＭ以外の部分）を図１９（Ｃ）の姿勢のまま階段一段分の高さだけ上昇させるようにする（上方（図中上方向）に鉛直移動させるようにする。）。

図１９（Ｅ）において、清掃装置ＥＱ２は、補助足ＦＴを階段の二段目に接地させたままの状態で、旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて本体部を進行方向に水平移動させる。

このとき、清掃装置ＥＱ２は、アクティブバランサ機構ＡＢにより、その水平移動の進行度合いに応じて、進行方向に移動させてある重りを進行逆方向に移動させ、重心ＧＣの位置が上面視で補助足ＦＴによる支持多角形内に留まるようにする。

図１９（Ｆ）において、清掃装置ＥＱ２は、階段の二段目に回転ブラシＢ２と補助足ＦＴとを接地させ、階段の三段目に回転ブラシＢ１、Ｂ３を接地させた状態となっており、接地位置が一段高いのを除き、図１９（Ａ）の状態と同じ状態となっている。

このようにして、清掃装置ＥＱ２は、図１９（Ａ）〜図１９（Ｆ）の六つの状態を繰り返すようにして階段を昇ることができる。

以上の構成により、清掃装置ＥＱ２は、アクティブバランサ機構ＡＢにより、階段昇降時であってもその重心ＧＣの床面投影点を補助足ＦＴによる支持多角形内に留めることができ、階段昇降時の転倒を防止することができる。

なお、上述の実施例では、清掃装置ＥＱ２は、旋回駆動部ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３を旋回駆動させて、本体部を鉛直移動させた後、本体部を水平移動させる。しかしながら、清掃装置ＥＱ２は、本体部の鉛直移動と水平移動とを同時に実行してもよい。すなわち、清掃装置ＥＱ２は、補助足ＦＴから遠ざかるように本体部を斜め上方に移動させてもよい。清掃装置ＥＱ２が階段を降りる場合も同様である。

次に、図２０を参照しながら、本発明の実施例に係る清掃装置ＥＱ３について説明する。

図２０は、清掃装置ＥＱ３の概略図であり、図２０（Ａ）は、その上面図を示し、図２０（Ｂ）は、図２０（Ａ）の矢印２０Ｂ方向から見た側面図を示し、図２０（Ｃ）は、図２０（Ａ）の矢印２０Ｃ方向から見た側面図を示す。

清掃装置ＥＱ３は、三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３の代わりに、一つの回転ブラシＢ４を備える点で、清掃装置ＥＱ１と相違するが、その他の点で共通する。そのため、共通点の説明を省略しながら、相違点を詳細に説明する。

清掃装置ＥＱ３において、リング状のフレームＦＲ３は、回転ブラシＢ４の駆動部Ｄ４の周りに結合され、回転ブラシＢ４を傾斜不能に支持する。また、フレームＦＲ３は、４本の支持体取付部ＳＰを介して、２つの駆動輪ＲＬ−１、ＲＬ−３と、２つの従動輪ＲＬ−２、ＲＬ−４とで構成される支持体によって床面上に支持される。

具体的には、支持体は、回転ブラシＢ４の周りに、回転ブラシＢ４の回転軸を中心とする円の円周上に等間隔（９０度間隔）に順番に４つ配置される駆動輪ＲＬ−１、従動輪ＲＬ−２、駆動輪ＲＬ−３、及び従動輪ＲＬ−４で構成される。

駆動輪ＲＬ−１、ＲＬ−３は、回転ブラシＢ４の回転軸を挟んで対称的に配置され、個別の回転モータ（図示せず。）によって独立に回転駆動される。

従動輪ＲＬ−２、ＲＬ−４は、回転ブラシＢ４の回転軸を挟んで対称的に配置されるキャスターであり、フレームＦＲ３（清掃装置ＥＱ３）の移動方向又は回転方向に合わせて向きを変えることができ、駆動輪ＲＬ−１、ＲＬ−３によるフレームＦＲ３（清掃装置ＥＱ３）の移動、及び、回転軸周りの超信地旋回等を補助する。

このようにして、支持体は、回転防止機構及び移動機構を兼ねる差動２輪機構を構成し、非ホロノミックな全方位移動を可能にする。

制御装置ＣＤの移動制御部ＭＣは、制御対象である回転ブラシＢ４、駆動輪ＲＬ−１、ＲＬ−３のそれぞれが出力する回転状態情報を所定のサンプリング周期で受信し、制御対象のそれぞれが目標回転状態となるよう、制御対象のそれぞれを独立にフィードバック制御する。

また、清掃装置ＥＱ３は、ブラシ傾け機構を更に備え、駆動輪ＲＬ−１、ＲＬ−３による推進力をアシストする推進力として回転ブラシＢ４による推進力を利用することもできる。

以上の構成により、清掃装置ＥＱ３は、清掃装置ＥＱ１と同様、階段昇降用補助機構ＳＬＭにより、段差のない平面を清掃することに加え、階段の各ステップ面を清掃することも可能となる。

また、清掃装置ＥＱ３は、清掃装置ＥＱ１と同様、支持多角形拡大機構ＳＭＭにより、階段昇降時であってもそのＺＭＰを支持多角形内に留めることができ、階段昇降時の転倒を防止することができる。

また、清掃装置ＥＱ３は、支持多角形拡大機構ＳＭＭの代わりに、アクティブバランサ機構ＡＢを備えるようにしてもよい。その場合、清掃装置ＥＱ３は、清掃装置ＥＱ２と同様、アクティブバランサ機構ＡＢにより、階段昇降時であってもその重心ＧＣの床面投影点を補助足ＦＴによる支持多角形内に留めることができ、階段昇降時の転倒を防止することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例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例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例において、傾斜軸ξ１、ξ２、ξ３は、上面視で正三角形を形成するが、傾斜軸ξ１、ξ２、ξ３の全てが上面視で平行となるものでなければ、正三角形以外の他の三角形を形成するものであってもよい。

また、上述の実施例において、回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３は、共通の直径を有し、共通の回転速度で共通の方向に回転するが、それぞれ異なる直径を有していてもよく、それぞれ異なる回転速度で回転するものであってもよく、時計回り及び反時計回りの何れの方向に回転するものであってもよい。

この場合、移動制御部ＭＣは、回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のそれぞれの直径、相対位置（例えば、清掃装置ＥＱの中心からの距離）、回転速度、回転方向等と傾斜軸ξ１、ξ２、ξ３のそれぞれの方向に作用する推進力との間の対応関係に関する情報、又はその推進力を導き出すための演算式を予め記憶しており、それらの情報又は演算式に基づいて、所望の推進合力（所望の方向への移動）を実現するための目標回転状態及び目標傾斜状態を導き出すようにする。

また、上述の実施例において、清掃装置ＥＱは、自律的に移動方向を決定するものとして説明されているが、清掃装置ＥＱから延びるコード等に接続される操作部（例えば、十字カーソルを備えたコントローラである。）を操作者が手動で操作することによってその移動方向を決定するものであってもよく、操作者がリモコンを介した遠隔操作によってその移動方向を決定するものであってもよい。

また、上述の実施例において、清掃装置ＥＱは、三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のそれぞれを回転可能で且つ傾斜可能とするが、三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のうちの二つを回転可能で且つ傾斜可能とし、残りの一つを回転のみ可能な構成としてもよい。

また、上述の実施例において、階段昇降用補助機構ＳＬＭは、三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３を備えた清掃装置ＥＱ１、ＥＱ２に装着されるが、二つ又は四つ以上の回転ブラシを備えた清掃装置に装着されてもよく、その場合、図１５に示すような補助足先行型の階段昇降方法（清掃装置の回転ブラシが接地する二段のステップ面のうちの上段側に補助足ＦＴを接地させながら清掃装置の本体部を浮かせる方法）が採用されてもよく、図１６に示すような補助足追従型の階段昇降方法（清掃装置の回転ブラシが接地する二段のステップ面のうちの下段側に補助足ＦＴを接地させながら清掃装置の本体部を浮かせる方法）が採用されてもよい。単一の回転ブラシＢ４を備えた清掃装置ＥＱ３についても同様である。

また、上述の実施例において、階段昇降用補助機構ＳＬＭは、清掃装置ＥＱ１、ＥＱ２、ＥＱ３の階段昇降を補助するものとして説明されるが、清掃装置ＥＱ１、ＥＱ２、ＥＱ３が溝や段差を跨ぐのを補助するようにしてもよい。

また、上述の実施例において、清掃装置ＥＱ１は、回転ブラシＢ２のための接地ローラＧＲを備えるのみであるが、回転ブラシＢ１、Ｂ３のための接地ローラを備えるようにしてもよい。回転ブラシＢ１、Ｂ３の接地をより円滑なものとするためである。

また、上述の実施例において、階段昇降用補助機構ＳＬＭは、清掃装置ＥＱ１、ＥＱ２が一段ずつ階段を昇降できるように動作するが、清掃装置ＥＱ１、ＥＱ２が二段ずつ階段を昇降できるように動作するものであってもよい。

また、上述の実施例において、階段昇降用補助機構ＳＬＭは、清掃装置ＥＱ１、ＥＱ２、ＥＱ３が三段以上のステップ面を有する階段を昇降できるように動作するが、一段のみのステップ面を有する階段、及び、二段のステップ面を有する階段についても、同様に昇降可能である。

また、上述の実施例において、階段昇降用補助機構ＳＬＭは、三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３のうちの一つを二段のステップ面のうちの一方に接地させ、残りの二つをそれら二段のステップ面のうちの他方に接地させながら階段を昇降できるように動作するが、三つの回転ブラシＢ１、Ｂ２、Ｂ３の全てを同じステップ面に接地させながら階段を一段ずつ昇降できるように動作するものであってもよい。

また、本願は、２０１０年１２月２４日に出願した日本国特許出願２０１０−２８８８９８号に基づく優先権を主張するものであり同日本国出願の全内容を本願に参照により援用する。

ＡＢ・・・アクティブバランサ機構 ＡＭ１、ＡＭ２・・・旋回モータ ＡＳ・・・姿勢検出装置 Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４・・・回転ブラシ ＢＲ・・・バランサレール ＣＤ・・・制御装置 Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４・・・駆動部 ＥＱ、ＥＱ１、ＥＱ２、ＥＱ３・・・清掃装置 Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３・・・推進力 ＦＲ、ＦＲ３・・・フレーム Ｇ１１、Ｇ１３、Ｇ１５、Ｇ１７、Ｇ１９・・・従動ギア Ｇ１２、Ｇ１４、Ｇ１６、Ｇ１８・・・駆動ギア ＧＲ・・・接地ローラ ＧＳＭ・・・回転ブラシ接地補助機構 ＬＫ１、ＬＫ２・・・リンク部材 ＭＣ・・・移動制御部 ＮＲＰ・・・非回転部 ＰＳ・・・位置検出装置 ＲＤ１、ＲＤ２、ＲＤ３・・・旋回駆動部 ＲＬ−１、ＲＬ−３・・・駆動輪 ＲＬ−２、ＲＬ−４・・・従動輪 ＲＭ１、ＲＭ２、ＲＭ３・・・回転モータ ＲＰ・・・回転部 ＲＳ１、ＲＳ２、ＲＳ３・・・回転検出器 ＳＤ・・・記憶装置 ＳＤ１・・・清掃マップ ＳＦＴ１１・・・回転シャフト ＳＦＴ１２、ＳＦＴ１２−１、ＳＦＴ１２−２・・・傾斜シャフト ＳＬＭ・・・階段昇降用補助機構 ＳＭＭ・・・支持多角形拡大機構 ＳＰ・・・支持体取付部 ＳＴ・・・ステー部材 ＴＦ・・・推進合力 ＴＭ１、ＴＭ２、ＴＭ３・・・傾斜モータ ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＳ３・・・傾斜検出器 ＷＴ・・・重り η１、η２、η３・・・回転軸 ξ１、ξ２、ξ３・・・傾斜軸 ζ１、ζ３・・・長手軸

Claims (10)

1. ブラシと、
   前記ブラシを回転可能に支持するフレームと、
   補助足と、
   前記フレームに結合され、前記補助足を前記フレームに近づけ或いは前記フレームから遠ざけることができるように前記補助足を支持する機構と、
   前記機構を動作させて前記ブラシと前記補助足とで清掃装置を歩行させる制御装置と、
   を備える清掃装置。
2. フレームと、該フレームに接続される１又は複数のブラシと、該フレームに接続される補助足とを有する清掃装置であって、
   前記１又は複数のブラシのうちの少なくとも一つが第一面に接地し前記補助足が浮いた第一状態から、前記補助足が第二面に接地した第二状態、前記１又は複数のブラシの全てが浮いた第三状態、及び、前記１又は複数のブラシのうちの前記少なくとも一つが第三面に接地し前記補助足が前記第二面に接地した第四状態を経て、前記１又は複数のブラシのうちの前記少なくとも一つが前記第三面に接地し前記補助足が浮いた第五状態に、当該清掃装置の状態を移行させる機構を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の清掃装置。
3. 前記第二面は、前記第一面又は前記第三面と同一平面である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の清掃装置。
4. 前記複数のブラシのそれぞれは、前記フレームに対して回転可能で且つ傾斜可能であり、
   前記複数のブラシのうち、非平面移動時の移動方向に垂直でない傾斜軸を有するブラシは、前記フレームに対して、前記傾斜軸に垂直で且つ回転軸に平行でない揺動軸の周りを揺動可能である、
   ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の清掃装置。
5. 前記補助足は、二つの延在部を備え、前記１又は複数のブラシのうちの一つの外形の少なくとも一部を該二つの延在部の間に受け入れる、
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の清掃装置。
6. 前記機構は、三自由度駆動機構である、
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の清掃装置。
7. 前記三自由度駆動機構は、３つの旋回駆動部を有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の清掃装置。
8. 前記三自由度駆動機構は、第一リンク部材に対して前記補助足を旋回させる第一旋回駆動部と、第二リンク部材に対して前記第一リンク部材を旋回させるための第二旋回駆動部と、前記フレームに対して前記第二リンク部材を旋回させるための第三旋回駆動部とを有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の清掃装置。
9. 当該清掃装置の重心を変位させて、上面視で該重心を前記補助足の支持多角形内に維持するアクティブバランサ機構を備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の清掃装置。
10. フレームと、該フレームに接続される１又は複数のブラシと、該フレームに接続される補助足とを有する清掃装置であって、
    前記１又は複数のブラシのうちの少なくとも一つが第一面に接地し前記補助足が浮いた第一状態から、前記補助足が第一面に接地した第二状態、前記１又は複数のブラシの全てが浮いた第三状態、及び、前記１又は複数のブラシのうちの前記少なくとも一つが第二面に接地し前記補助足が前記第一面に接地した第四状態を経て、前記１又は複数のブラシのうちの前記少なくとも一つが前記第二面に接地し前記補助足が浮いた第五状態に、当該清掃装置の状態を移行させる機構を備える、
    ことを特徴とする清掃装置。

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