WO2016117557A1

WO2016117557A1 - 自走式掃除機

Info

Publication number: WO2016117557A1
Application number: PCT/JP2016/051438
Authority: WO
Inventors: 拓哉村松; 井上　健一郎
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2016-07-28
Also published as: CN107205604A; CN107205604B; JP2016131744A; JP6706882B2

Abstract

　超音波センサを静電気障害から保護する。　吸引口と排気口を有する自走可能な筐体と、床面上の空気を塵埃と共に吸引口から筐体内に吸引し、かつ、塵埃が除去された空気を排気口から外部に排気する送風部と、超音波を送受信して外部の物体を検出する超音波センサと、超音波センサの出力を受けて筐体の自走動作を制御する制御部とを備え、超音波センサは筐体内に配置され、筐体は超音波センサが送受信する超音波を通過させる窓およびその窓に嵌入された導電性のリングを備え、前記リングが接地されていることを特徴とする自走式掃除機。

Description

自走式掃除機

　この発明は自走式掃除機に関する。

　自走式掃除機においては、超音波センサによって障害物を検知し、それによって走行を停止したり、進行方向を変更するようにしている。しかし、超音波センサは静電気の障害によって誤動作したり、破壊したりするので、その対策がのぞまれてきた。ところで、電子機器に対する静電気対策としては、外装体の開口部内に電子部品が配置されるとき、開口部の一部に電気導電部材を突出させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７－２２０５３０号公報

　しかしながら上記のような静電気対策は、電子機器の内部に配置された基板に外部からコネクタを差し込む開口部を有する構造に対して適用されるものであり、自走式掃除機の超音波センサに対しては効果的に適用することが難しいという問題点があった。この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、超音波センサに対して効果的に静電気対策を施した自走式掃除機を提供するものである。

　この発明は、吸引口と排気口を有する自走可能な筐体と、床面上の空気を塵埃と共に吸引口から筐体内に吸引し、かつ、塵埃が除去された空気を排気口から外部に排気する送風部と、超音波を送受信して外部の物体を検出する超音波センサと、超音波センサの出力を受けて筐体の自走動作を制御する制御部とを備え、超音波センサは筐体内に配置され、筐体は超音波センサが送受信する超音波を通過させる窓およびその窓に嵌入された導電性のリングを備え、前記リングが接地されていることを特徴とする自走式掃除機を提供するものである。

　超音波を通過させる筐体の窓に導電性のリングが備えられ、そのリングが接地されているので、外部から筐体内へ侵入しようとする静電気はリングに印加され接地へ流れて除電され、超音波センサに静電気障害を与えることがない。

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。図１に示す自走式掃除機への超音波センサの取り付け説明図である。図５に示す超音波センサの構成説明図である。図５に示す超音波センサに付設されたリングの説明図である。第２実施形態の自走式掃除機の図１対応図である。第２実施形態の自走式掃除機の図５対応図である。第３実施形態の自走式掃除機の図１対応図である。第３実施形態の自走式掃除機の図５対応図である。

　この発明の自走式掃除機は、吸引口と排気口を有する自走可能な筐体と、床面上の空気を塵埃と共に吸引口から筐体内に吸引し、かつ、塵埃が除去された空気を排気口から外部に排気する送風部と、超音波を送受信して外部の物体を検出する超音波センサと、超音波センサの出力を受けて筐体の自走動作を制御する制御部とを備え、超音波センサは筐体内に配置され、筐体は超音波センサが送受信する超音波を通過させる窓およびその窓に嵌入された導電性のリングを備え、前記リングが接地されていることを特徴とする。

　筐体は、側面の外周に外部の物体との衝突時の衝撃を緩和するバンパーを備え、バンパーは導電性を有して前記リングに電気的に接続されてもよい。
　前記超音波センサは、超音波送信素子を備えたセンサと超音波受信素子を備えたセンサとで構成されてもよい。
　前記超音波センサが超音波送信受信兼用素子から構成されてもよい。
　バンパーが導電性ゴムからなってもよい。

（第１実施形態）
　図１は本発明の第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。

　この発明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。

　掃除ロボット１Ａは、円盤形の筐体２を備え、この筐体２の上面に排気口４１を備える。底板２ａには図２に示すように、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および前輪８および床面検知センサ１２が設けられている。なお、筐体２は電気絶縁性材料を用いて形成されている。

　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および蓋２ｂ₁の後方位置に形成された排気口４１を有する平面視円形の天板２ｂと、底板２ａおよび天板２ｂの外周部に沿って設けられた平面視円環形の側板２ｃとを備えている。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、前述の前輪８および一対の駆動輪５の下部を筐体２内から外部へ突出させる複数の孔部が形成されている。また、側板２ｃの前方には、図１に示すように掃除ロボット１Ａの進行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。この実施形態では、超音波センサ９は、３つの超音波受信部２３ａと２つの超音波発信部２３ｂを交互に備える。

　一対の駆動輪５は、筐体２の底板２ａと平行な軸５ａ（図２）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が回転するようになっている。

　一対の駆動輪５の回転軸は、後述する一対の走行モータからそれぞれ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。

　前輪８はローラからなり、進路上に現れた段差に接触したとき、筐体２が上りの段差を容易に乗り越えられるよう、駆動輪５が接触する床面から少し浮き上がる位置に筐体２の底板２ａに回転自在に設けられている。

　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の一部に回転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、前輪８を床面から浮かせ、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、進路前方の塵埃を前輪８によって遮ることなく吸込口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と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、回転軸と、回転軸の下端に放射状に設けられた複数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ブラシ駆動モータと、プーリおよびベルトを含む動力伝達機構を介して連結されている。

　図１に示される超音波センサ９によって進行方向に障害物が検知されると、その検知信号が後述の制御部に送信され、制御部が掃除ロボット１Ａを停止又は方向転換するように制御する。

　図２に示される筐体２の底板２ａにおける前輪８の前方には、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用端子（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給電端子部に掃除ロボット１Ａの充電用端子が接触し、給電端子部が充電用端子を介してバッテリーの正極端子および負極端子に接続され、バッテリーへの充電が行われる。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、後述する各種モータ等の各駆動制御要素や制御回路に電力を供給する。

　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、駆動輪５の走行モータ５１を駆動するためのモータドライバ５１ａ、回転ブラシ３とサイドブラシ４を駆動するブラシ用モータ１７を駆動するためのモータドライバ１７ａ、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、記憶部１８に予め記憶されたプログラムデータに基いて、モータドライバ３０ａ、５１ａ、１７ａに個別に制御信号を送信し、電動送風機３０、走行モータ５１およびブラシ用モータ１７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、前述のように超音波センサ９によって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、掃除ロボット１Ａは、前述のように、左右の駆動輪５と後輪７の３点で接触しており、前進時に急停止しても後輪７が床面から浮き上がらないようなバランスで重量配分されている。

　そのため、掃除ロボット１Ａが前進中に下りの段差の手前で急停止しても、それによって掃除ロボット１Ａが前のめりに傾いて下りの段差へ落下するということが防止されている。なお、駆動輪５は、急停止してもスリップしないよう、溝を有するゴムタイヤをホイールに嵌め込んで形成されている。

＜超音波センサとその静電気対策＞
　この実施形態においては、前述のように図１に示す超音波センサ９は、交互に一列に配列された超音波受信部２３ａと超音波送信部２３ｂとを備える。制御ユニット９ａ（図３）は、超音波送信部２３ｂから超音波を発信させ、発信させた超音波が障害物で反射されて超音波受信部２３ａで受信されるまでの時間から障害物までの距離を算出し制御部１５ａへ検知信号として送信する。

　図５（ａ）は超音波受信部２３ａの側板２ｃへの取り付け説明図、図５（ｂ）は超音波送信部２３ｂの側板２ｃへの取り付け説明図である。
　また、図６（ａ）は超音波受信部２３ａと超音波送信部２３ｂの正面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ－Ａ矢視断面図である。
　また、図７（ａ）は超音波受信部２３ａおよび超音波送信部２３ｂに用いる部品（リング）の正面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ－Ｂ矢視断面図である。

　これらの図に示すように、超音波受信部２３ａと超音波送信部２３ｂは、それぞれ筐体２（図１）の側板２ｃの円形の窓３５からリング２７が部分的に露出するように設置される。

　また、超音波受信部２３ａと超音波送信部２３ｂは、それぞれ制御基板２９ａ、２９ｂの表面に搭載された超音波受信素子２６ａと超音波送信素子２６ｂと、キャップ形状で導電性を有する金属製リング２７と、制御基板２９ａ、２９ｂとリング２７とを支持する支持部材２８とを備える。

　支持部材２８は、図６（ｂ）に示すように、貫通孔３４を有して超音波受信素子２６ａと超音波送信素子２６ｂとをそれぞれ覆うと共に、上部にリング２７が貫通孔３４と同軸に嵌着される。

　図６（ａ）、（ｂ）に示すように、制御基板２９ａ、２９ｂと支持部材２８は共通のビス用貫通孔３６を有し、図５（ａ）、（ｂ）に示すように側板２ｃから内部へ突出する一対のボス３２にビス３３で固定される。ここで、支持部材２８は電気絶縁材料で形成されている。

　また、超音波受信素子２６ａおよび超音波送信素子２６ｂには、例えば、それぞれ（株）村田製作所製のMA40S2R型および同MA40S2S型を用いることができる。
　制御基板２９ａ、２９ｂは、それぞれ超音波受信素子２６ａ用と、超音波送信素子２６ｂ用のアンプや各種信号処理回路を備え、図３に示す制御ユニット９ａを構成する。

　また、リング２７には、図６や図７に示すように一対のアース接続用端子３７が設けられている。そして、各アース接続用端子３７は、掃除ロボット１Ａのアースに、この実施形態では、筐体２に内蔵され各種モータ等の駆動制御要素に電力を供給する前述のバッテリーの負極端子に、導線を用いて接続され接地される。

　このような構成において、掃除ロボット１Ａが静電気の帯電体に接近し、静電気が側板２ｃの窓３５から侵入しようとすると、静電気はリング２７に印加し、アース接続用端子３７を介してアースに流れ、除電される。
　従って、リング２７の除電効果により、静電気の筐体２の内部への侵入が防止され、超音波センサ９が静電気障害から保護される。

（第２実施形態）
　図８はこの実施形態の図１対応図、図９はこの実施形態の図５対応図である。
　この実施形態においては、筐体２の側板２ｃの前方に外部の物体との衝突時の衝撃を緩和するバンパー３８が設けられている。バンパー３８は、導電性の板状弾性部材、例えば導電性ゴム板を側板２ｃに接着剤で接着したものである。

　そして、バンパー３８は、その一部が図９に示すように側板２ｃの窓３５の周縁に乗り上げ、リング２７と弾性的に接触するように設けられている。つまり、これによって、バンパー３８はリング２７と電気的に接続される。その他の構成は第１実施形態と同等である。

　このような構成において、掃除ロボット１Ａが静電気の帯電体に接近すると、静電気は、バンパー３８に印加してリング２７とアース接続用端子を介してアース（バッテリーの負極端子）に流れ、除電される。従って、バンパー３８の除電効果により、超音波センサ９が静電気障害から保護される。

（第３実施形態）
　図１０はこの実施形態の図１対応図、図１１はこの実施形態の図５対応図である。
　この実施形態においては、図１０に示す超音波センサ９は一列に配列された３つの超音波送受信部２３ｃを備える。従って、超音波送受信部２３ｃは、図１１に示すように第１実施形態の超音波受信素子２６ａと超音波送信素子２６ｂとを送受信兼用の超音波送受信素子２６ｃで置換し、制御基板２９ａ、２９ｂを送受信兼用の制御基板２９ｃで置換したものである。

　なお、超音波送受信素子２６ｃには、例えば、シリコンハウス社製のC40-16KM型を用いることができる。
　制御基板２９ｃは、超音波送受信素子２６ｃ用のアンプや各種信号処理回路を備え、図３に示す制御ユニット９ａを構成する。
　その他の構成は第１実施形態と同等である。この実施形態においても、第１実施形態と同等の静電気の除電効果が得られる。

　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
　７　　後輪
　８　　前輪
　９　　超音波センサ
１０　　吸引路
１１　　吸引口
１２　　床面検知センサ
１２ａ　制御ユニット
１５ａ　制御部
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
２３ａ　超音波受信部
２３ｂ　超音波送信部
２３ｃ　超音波送受信部
２６ａ　超音波受信素子
２６ｂ　超音波送信素子
２６ｃ　超音波送受信素子
２７　　リング
２８　　支持部材
２９ａ　制御基板
２９ｂ　制御基板
２９ｃ　制御基板
３０　　電動送風機
３１　　操作パネル
３２　　ボス
３３　　ビス
３４　　貫通孔
３５　　窓
３６　　ビス用貫通孔
３７　　アース接続端子
３８　　バンパー
４０　　排気路
４１　　排気口

Claims

　吸引口と排気口を有する自走可能な筐体と、床面上の空気を塵埃と共に吸引口から筐体内に吸引し、かつ、塵埃が除去された空気を排気口から外部に排気する送風部と、超音波を送受信して外部の物体を検出する超音波センサと、超音波センサの出力を受けて筐体の自走動作を制御する制御部とを備え、超音波センサは筐体内に配置され、筐体は超音波センサが送受信する超音波を通過させる窓およびその窓に嵌入された導電性のリングを備え、前記リングが接地されていることを特徴とする自走式掃除機。
　筐体は、側面の外周に外部の物体との衝突時の衝撃を緩和するバンパーを備え、バンパーは導電性を有して前記リングに電気的に接続されてなる請求項１記載の自走式掃除機。
　前記超音波センサは、超音波送信素子を備えたセンサと超音波受信素子を備えたセンサからなる請求項１又は２記載の自走式掃除機。
　前記超音波センサが超音波送信受信兼用素子を備える請求項１記載の自走式掃除機。
　バンパーが導電性ゴムからなる請求項２記載の自走式掃除機。