JP2016073396A - 自走式集塵ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】連続使用時間が長くなって使い勝手に優れ、走行時の安定性も得られるようにする。
【解決手段】自走式集塵ロボット１は、平面視が円形の箱状の本体部２内に、一対のバッテリ３，３と、バッテリ３，３を電源としてそれぞれ回転駆動する左右のモータと、各モータによって単独で正逆回転可能な左右一対の車輪と、バッテリ３，３の間に配置される集塵用モータと、前部に設けたメインブラシによって回収した塵埃を貯留する集塵ボックス７とを備え、バッテリ３，３は、前後方向の中心線を中心として左右対称に配置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、回転駆動する車輪を備えて自走しながら床面の清掃を行う自走式集塵ロボットに関する。

従来、内蔵したモータで車輪を回転駆動させて自走しながら床面上の塵埃を回収して清掃を行うスイーパが知られている。このスイーパは、例えば特許文献１に開示されるように、吸込口の前方に、モータ駆動で回転する回転ブラシを備えて、回転ブラシで床面上の塵埃を寄せ集めるようにしたものである。

実開平５−８８４７２号公報

このようなスイーパを含む自走式集塵ロボットは、充電式電池（バッテリ）を内蔵して電源を得ているが、通常バッテリは１つだけ搭載しているため、連続使用時間が短くなって充電の頻度が多くなっていた。また、バッテリの配置によっては重心が偏り、走行時の安定性が得られない場合もあった。

そこで、本発明は、連続使用時間が長くなって使い勝手に優れ、走行時の安定性も得られる自走式集塵ロボットを提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、本体部と、本体部に設けられる集塵部と、本体部の内部に配置される複数のバッテリと、を含んでなることを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、本体部と、本体部に設けられる集塵部と、本体部の内部に配置されるバッテリと、本体部の下部に設けられるキャスタと、を備え、バッテリの真下にキャスタを配置したことを特徴とするものである。
なお、ここでいう「真下」とは、平面視でバッテリの外形内にキャスタの全体が収まる場合は勿論、バッテリを中心に加わる本体部の荷重を支持できる位置であれば、平面視でキャスタの一部又は全部がバッテリの外形からはみ出すような場合も含まれる。
請求項３に記載の発明は、請求項２の構成において、バッテリは、ケースの内部に複数のセルを収容して本体部の後部又は前部に２つ配置され、キャスタも、本体部の後部又は前部に２つ配置されることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３の構成において、本体部の後部に、当該後部の底面が本体部の前部の底面よりも高くなる切欠部が形成されることを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかの構成において、集塵部は集塵用モータを備え、バッテリは、集塵用モータを挟んで左右に配置されることを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、本体部と、本体部に設けられる集塵部と、本体部の内部に配置されるバッテリと、本体部の下部に設けられる複数のキャスタと、を含んでなることを特徴とするものである。

本発明によれば、長時間の連続使用が可能となり、充電頻度が減少するため、使い勝手に優れる。また、走行時の安定性も得られる。
請求項３に記載の発明によれば、上記効果に加えて、重量や走行時のバランスに好適な数となる。
請求項４に記載の発明によれば、上記効果に加えて、切欠部の形成により、本体部の前部を持ち上げて搬送する際に後部が床面と干渉することがなく、搬送に至便となる。
請求項５に記載の発明によれば、上記効果に加えて、集塵用モータがあってもバランスのよい配置が可能となる。

自走式集塵ロボットの上方からの斜視図である。 自走式集塵ロボットの下方からの斜視図である。 自走式集塵ロボットの底面図である。 自走式集塵ロボットの中央縦断面図である。 蓋体を開いた自走式集塵ロボットの斜視図である。 蓋体を開いた自走式集塵ロボットの斜視図である（バッテリ取り外し状態）。 バッテリ部分の縦断面図である。 バッテリの斜視図である。 前端を持ち上げて搬送する状態を示す説明図である。 変更例の自走式集塵ロボットの下方からの斜視図である。 変更例の自走式集塵ロボットの底面図である。 変更例の自走式集塵ロボットの中央縦断面図である。 変更例の自走式集塵ロボットのバッテリ部分の縦断面図である。 変更例の自走式集塵ロボットの蓋体を開いた状態の斜視図である。 集塵ボックスの斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、自走式集塵ロボットの一例を示す上方からの斜視図、図２は下方からの斜視図、図３は底面図、図４は中央縦断面図、図５は蓋体を開放した状態の斜視図である。自走式集塵ロボット（以下単に「集塵ロボット」という。）１は、平面視が円形の箱状の本体部２内に、左右のバッテリ３と、バッテリ３を電源としてそれぞれ回転駆動する左右のモータ４，４と、各モータ４によって単独で正逆回転可能な左右一対の車輪５，５と、バッテリ３，３の間の集塵用モータ６と、集塵ボックス７とを備え、車輪５，５の下部を本体部２の底面から下方に突出させている。集塵用モータ６と集塵ボックス７とが集塵部となる。

本体部２は、底面から背面にかけて形成される下側ハウジング８と、上面から側面にかけて形成される上側ハウジング９とを有する。本体部２の前部周面には、前方の障害物を非接触で検知するセンサ１０ａを内側に有すると共に、障害物との当接によって後退して図示しないスイッチをＯＮさせるセンサカバー１０が取り付けられている。
本体部２の前側下部で下側ハウジング８には、左右への横長矩形状の吸込口１２を備えた底面カバー１１がネジ止めされ、吸込口１２は、下側ハウジング８上に設けられて後方上側へ斜めに立ち上がる集塵路１３と連通している。この集塵路１３内には、左右方向の回転軸１５と、その外周に放射状且つ螺旋状に植設された複数のブラシ１６，１６・・とからなるメインブラシ１４が設けられている。メインブラシ１４は、ブラシ１６を吸込口１２から下方へ突出させて、図示しないモータによって図４の矢印方向へ回転する。

また、吸込口１２の左右には、一対のサイドブラシ１７，１７が設けられている。このサイドブラシ１７は、底面カバー１１を貫通して上下方向に軸支される回転軸１８の下端に、回転する内側領域が平面視で吸込口１２に重なって塵埃を吸込口１２に案内する３つのブラシ２０，２０・・を放射状に植設した円盤状のブラシベース１９を連結したもので、図示しないモータによってそれぞれ図３の矢印Ａ方向へ回転するようになっている。
集塵ボックス７は、下側の本体７ａと、本体７ａの上面を塞ぐ蓋７ｂとに２分割され、本体７ａと蓋７ｂとの間はシール材で７ｃでシールされている。この集塵ボックス７は、下側ハウジング８の中央に形成された収容部８ａ内へ着脱可能にセットされて、本体７ａに形成された前方の入口２１を、集塵路１３の出口と連通させている。ここでは収容部８ａの底部に凸部８ｂ，８ｂが形成され、本体７ａの底部に凹部７ｄ，７ｄが形成されて、凸部８ｂと凹部７ｄとの嵌合によって集塵ボックス７のがたつきが防止される。
集塵ボックス７は、フィルタ２３を備えたフィルタボックス２２を上面へ着脱可能に備えている。フィルタボックス２２の後方には、モータボックス２４が連通状態で設けられて、モータボックス２４内には、出力軸２５の前端に吸込ファン２６を備えた集塵用モータ６が収容されている。下側ハウジング８の後面中央には、モータボックス２４内と連通する排気口２７，２７・・が形成されている。

そして、収容部８ａの後方でモータボックス２４の左右には、図５〜７に示すように、バッテリ３の装着部２８，２８が形成されている。この装着部２８は、上面を開口した有底孔状で、本体部２の前後方向の中心線に対して左右対称位置に配置されている。一方、下側ハウジング８の底面において、後部中央には、前部よりも底面が高くなる切欠部２９が形成されて、切欠部２９における各装着部２８の真下には、回転可能なキャスタ３０がそれぞれ設けられている。よって、キャスタ３０，３０も本体部２の前後方向の中心線に対して左右対称位置に配置されることになる。

装着部２８に装着されるバッテリ３は、電動工具の電源として使用される１８Ｖのリチウムイオンバッテリで、図８に示すように、横長箱状のケース３１内には、複数（ここでは１０本）のセルがセルホルダによって保持されると共に、異極間を繋ぐリード板によって直列接続されている。ケース３１の上面には、左右に一対のレール３３，３３を長手方向に備えた結合部３２が形成されて、この結合部３２におけるレール３３，３３の間に、正負の端子を臨ませたスリット３４，３４がレール３３と平行に設けられている。両スリット３４，３４間には通信用のコネクタ３５が設けられている。また、結合部３２の長手方向の一端側には、結合用のフック３６が上方へ突出付勢されて設けられて、フック３６と一体のボタン３７によって任意にケース３１内へ引き込み可能となっている。

さらに、ケース３１内には、セルの他、ヒューズやセルの温度を検出するサーミスタが設けられ、これらは結合部３２内に設けた制御回路基板に電気的に接続されている。制御回路基板には、マイコンやＦＥＴ等の制御素子が搭載されて、制御回路基板は、セルの温度や電圧、電流を検出して放電中に異常が発生した際にはＦＥＴを動作させて放電を停止するようになっている。セルの温度情報は、コネクタ３５を介して外部に出力可能となっている。

よって、このバッテリ３の装着部２８は、電動工具に設けられる装着部と同様の構造を有している。すなわち、装着部２８における本体部２の径方向内側の内面には、結合部３２のレール３３，３３が外側から嵌合する係合部としての一対のガイドレール３８，３８が、上向きに形成されて、バッテリ３を上側から差し込み可能となっている。ガイドレール３８，３８の間には、バッテリ３の差し込み状態で結合部３２のスリット３４，３４に挿入する正負の端子板４０，４０を備えた端子台３９が上向きに設けられている。また、端子台３９の上方には、フック３６が係合可能な凹部４１が設けられている。

また、装着部２８は、ガイドレール３８と端子台３９を含む内面が本体部２の接線方向に沿うように前後方向から傾けて形成されて、バッテリ３の装着状態では、各結合部３２が本体部２の中心を向くように設定されている。このようにバッテリ３を傾けて放射状に装着するようにしたことで、本体部２の外形状に沿ってバッテリ３，３を最外に配置でき、バッテリ３の外側に無駄なスペースが生じなくなる。
さらに、バッテリ３，３は本体部２の前後方向の中心線に対して左右にバランスよく配置されるので、バッテリ３が２つあっても重心の偏りは生じない。特にキャスタ３０，３０が装着したバッテリ３，３の真下に位置することになるため、走行時の安定性もよく、一方のバッテリ３が未装着であっても直進性が悪化することはない。また、図９に示すように、本体部２の前端を片手で持ち上げてキャスタ３０，３０を接地した状態とすれば、そのまま全体を持ち上げずに搬送することができる。このとき切欠部２９によって本体部２の後部と床面との干渉が防止される。

そして、上側ハウジング９には、収容部８ａ及び装着部２８，２８の上方を開放して集塵ボックス７及びバッテリ３，３を出し入れするための蓋体４２が設けられている。この蓋体４２は、収容部８ａから左右の装着部２８，２８を含むエリアを上方から覆う上板部４３と、上板部４３の後端縁から下向きに折曲し、モータボックス２４を除いて装着部２８，２８の後方を含む上側ハウジング９の後部を覆う後板部４４とからなり、上板部４３の前端４３ａ（図４）を収容部８ａの前側上端に差し込み係止させて前端４３ａを中心に開閉させることで、収容部８ａと装着部２８とを同時に開閉可能となっている。後板部４４の中央には、モータボックス２４との干渉を防ぐための切欠き４４ａが形成され、後板部４４の下端には、閉塞位置で下側ハウジング８と係止する図示しない係止部が設けられている。
なお、ここでは図７に示すように、本体部２全体の高さＨは、装着したバッテリ３の高さＨ１と、キャスタ３０の高さＨ２とを合わせた高さよりも大きくなっているので、バッテリ３が本体部２の上面から出っ張ることがない。なお、高さＨがバッテリ３の高さＨ１とキャスタ３０の高さＨ２とを合わせた高さよりも小さくなる場合は、バッテリ３とキャスタ３０との位置をずらせばよい。

以上の如く構成された集塵ロボット１においては、装着部２８にそれぞれバッテリ３を装着して床面上にセットした状態では、メインブラシ１４のブラシ１６とサイドブラシ１７のブラシ２０がそれぞれ床面に当接する。ここで上側ハウジング９の上面に設けた図示しない操作盤の運転スイッチを押すと、モータ４，４が駆動して車輪５，５が回転し、本体部２内のコントローラ４５（図４，７）に設定されたプログラムに従って床面上を走行する。同時にメインブラシ１４及びサイドブラシ１７がそれぞれ回転すると共に、集塵用モータ６も駆動して吸込ファン２６が回転する。よって、床面上の塵埃は、回転するメインブラシ１４によって集塵路１３側へ掻き上げられると共に、吸込ファン２６による吸引力で吸込口１２から吸い込まれ、集塵路１３を介して後方の集塵ボックス７に送られる。大きな塵埃はそのまま集塵ボックス７に貯留されるが、小さな塵埃は、吸い込まれた外気がフィルタ２３を通ってモータボックス２４を介して排気口２７から排出されることで、フィルタ２３に捕捉される。同時にサイドブラシ１７，１７によって外側の塵埃もメインブラシ１４側へ寄せられるため、集塵可能範囲が広くなり、壁際の隅まで塵埃が回収可能となる。

ここでのバッテリ３，３は、片方ずつ順番に電源として使用されるようになっており、バッテリ３の残容量は操作盤に設けた表示部によって表示される。よって、先に一方のバッテリ３の残容量がなくなった場合は、蓋体４２を開けて当該バッテリ３を装着部２８から抜き外して、外部の充電器によって充電できる。この場合他方のバッテリ３のみで駆動可能であるが、前述のように左右対称にキャスタ３０，３０が設けられているので、１つのバッテリ３で本体部２の重心が偏ることがあっても、左右のキャスタ３０，３０によって安定した走行が可能である。

このように、上記形態の集塵ロボット１によれば、電動工具用のバッテリ３を電源として使用できるため、機種ごとに異なる電池を用意する必要がなく、汎用性が得られてコストや管理の手間が掛からない。
特にここでは、バッテリ３が、ケース３１と、ケース３１に内蔵されるセルと、放電用の端子と、ケース３１に内蔵されて放電異常を監視する制御回路基板と、を有することで、信頼性に優れた電源が使用可能となる。
また、本体部２には、集塵ボックス７及びバッテリ３，３を同時に露出可能な蓋体４２が設けられることで、１つの蓋体４２の操作で集塵ボックス７とバッテリ３，３との出し入れが可能となり、取扱性に優れたものとなる。

さらに、バッテリ３は、電動工具への結合用の一対のレール３３，３３が設けられており、本体部２の装着部２８には、レール３３，３３が上下方向から結合可能なガイドレール３８，３８が形成されることで、バッテリ３を上方から容易に装着可能となる。
特に、ガイドレール３８は、平面視で本体部２の半径方向外側に向けて設けられるので、本体部２の外形状に沿ってバッテリ３を最外に配置でき、バッテリ３の外側に無駄なスペースが生じることがなく、本体部２内のスペースを有効活用できる。

そして、バッテリ３を２個設けることで、長時間の連続使用が可能となり、充電頻度が減少するため、使い勝手に優れる。
特に、バッテリ３の真下にキャスタ３０を配置しているため、動作の安定性が向上する。また、バッテリ３とキャスタ３０とを左右に２つずつ配置しているので、重量や走行時のバランスに好適な数となる。
さらに、バッテリ３，３を集塵用モータ６を挟んで左右に配置しているので、集塵用モータ６があってもバランスのよい配置が可能となっている。
一方、本体部２の後部に、当該後部の底面が本体部２の前部の底面よりも高くなるように切欠部２９を形成しているので、前述のように本体部２の前部を持ち上げて搬送する際に後部が床面と干渉することがなく、搬送に至便となる。

なお、上記形態では、集塵用モータ６による吸込ファン２６の回転によって吸引力を発生させて塵埃を吸い込むようにしているが、このようなモータやファンをなくしてメインブラシ１４やサイドブラシ１７の回転のみで塵埃を回収するようにしてもよい。また、メインブラシは左右方向を回転軸としたものに限らず、上下方向（前傾姿勢等の傾斜も含む）を回転軸として回転する形態も採用可能である。

図１０〜１３は、吸込ファンを用いない例を示すものであるが、先の形態と同じ構成部には同じ符号を付して重複する説明は省略する。
集塵ロボット１Ａにおいて、下側ハウジング８における集塵ボックス５０の前方部分は、集塵ボックス５０の前壁に沿って上方へ立ち上がり、集塵ボックス５０の前面の受け入れ口５１に上端が到達する立ち上げ部５２となっており、立ち上げ部５２の上端には、前方へ行くに従って下り傾斜する案内部５３が連設されている。案内部５３の前端は、左右端よりも中央が後側に位置する平面視Ｖ字状に形成されて、案内部５３への塵埃の乗り上げを容易にしている。

一方、案内部５３の上方で本体部２内には、案内部５３と平行な支持板５４が取り付けられ、支持板５４と案内部５３との間には、本体部２の下面から集塵ボックス５０の受け入れ口５１に繋がる傾斜状の集塵路５５が形成されている。そして、案内部５３の左右には、一対のメインブラシ５６，５６が設けられている。このメインブラシ５６は、駆動用のモータ５８及びそのモータ軸の回転を減速する減速機５９を有した駆動ユニット５７を備え、減速機５９から下向きに突出する回転軸６０に、外周に複数のブラシ６２，６２・・を円錐状に植設した円盤状のブラシベース６１を連結したものである。ここでは駆動ユニット５７が支持板５４の上側に組み付けられ、支持板５４の下方にブラシベース６１が位置している。また、ブラシベース６１の下方で回転軸６０には、駆動プーリ６３が同軸で結合されている。

こうして傾斜した支持板５４への組み付けにより、各メインブラシ５６は、ブラシベース６１が案内部５３と平行となる前傾姿勢となっている。また、左右のメインブラシ５６は、平面視で互いのブラシ６２が案内部５３上で重なる間隔で配置されると共に、ブラシ６２は集塵路５５から斜め下向きに突出するようになっている。なお、両メインブラシ５６，５６は、図１１に示す矢印のように互いに逆向きの回転方向へ回転する。
さらに、メインブラシ５６，５６の両外側で底面カバー１１には、サイドブラシ１７，１７が設けられる。このサイドブラシ１７の回転軸１８には、底面カバー１１の上側で図示しない従動プーリが設けられて、メインブラシ５６の回転軸６０に設けた駆動プーリ６３との間に張設された図示しないベルトによって回転軸６０の回転が回転軸１８に伝達可能となっている。

集塵ボックス５０は、上面を開口した箱状で、その収容部６４は、集塵用モータがない分、装着部２８，２８の内側に隣接するまで後方へ長く形成されて、後部は、装着部２８，２８の傾斜に合わせて、図１４に示すように左右方向の中央が最も後方へ突出する山形形状となっている。よって、集塵ボックス５０も、図１５に示すように、収容部６４に合わせて後端部６５が山形に突出する形状となっている。これにより、集塵ボックス５０を取り外して溜まった塵埃を廃棄する際、山形の後端部６５に集めれば飛散させずに先端から排出可能となる。６６は集塵ボックス５０の上側に連設される取っ手である。

以上の如く構成された集塵ロボット１Ａにおいては、床面上にセットした状態では、前傾姿勢のメインブラシ５６，５６が床面に対して鋭角に傾斜した格好となり、集塵路５５から前方へ突出するブラシ６２がそれぞれ床面に当接する。ここで運転スイッチを押すと、モータ４，４が駆動して車輪５，５が回転し、プログラムに従って床面上を走行する。同時に駆動ユニット５７のモータ５８も駆動してメインブラシ５６をそれぞれ回転させると共に、ベルトを介してサイドブラシ１７をそれぞれ連動して同じ方向へ回転させる。よって、床面上の塵埃は、主にメインブラシ５６によって中央の案内部５３側へ集められて掻き上げられ、案内部５３を介して後方の集塵ボックス５０に貯留される。

このように、集塵用モータを用いない上記変更例の集塵ロボット１Ａにおいても、電動工具用のバッテリ３を電源として使用できるため、機種ごとに異なる電池を用意する必要がなく、汎用性が得られてコストや管理の手間が掛からない。

なお、上記形態及び変更例に共通して、バッテリの数は２つに限らず、左右にバランスよく配置できれば３つ以上用いることもできる。また、進行方向が逆になるタイプ、すなわちバッテリ及びキャスタが本体部の前部にあり、吸込口が本体部の後部にあるような自走式集塵ロボットであっても本発明は適用可能である。
また、バッテリの形態や装着部への装着構造も、上方からでなく後方からの差し込みとしたり、ガイドレール等の係合部を半径方向内側の内面でなく半径方向外側の内面に設けたり、半径方向に沿った内面に設けたり等、適宜変更可能である。さらに、レールとガイドレールとの係合でなく、単純な差し込みによって端子同士が接触する構造とすることもできる。
そして、バッテリは、ドライバドリル、丸鋸、グラインダ、インパクトドライバ等の先端工具を駆動する携帯用の電動工具に限らず、モータを用いないライト、ランタン、カメラ、ラジオ、センサ等の電気機器や携帯用のクリーナやブロワ、キャスタ付タンク式の集塵機等や、暖房（ヒート）ジャケット等の衣類に使用される場合であっても差し支えない。

一方、キャスタも、２つに限らず、３つ以上用いることもできるし、上記形態のように平面視でバッテリの外形内に収まる必要はなく、左右のバランスがとれれば平面視でバッテリの外形から一部又は全部がはみ出すように配置することもできる。
また、蓋体も、集塵ボックスとバッテリとを同時に開閉する構造に限らず、集塵ボックス用とバッテリ用とで別々の蓋体を設けることも可能である。
さらに、本体部の前部を持ち上げて行う搬送をより容易とするために、本体部の下面に指を引っ掛ける孔や凹部を設けたり、本体部の上面にバンドや取っ手等の把持部を設けたりすることもできる。

１，１Ａ・・自走式集塵ロボット、２・・本体部、３・・バッテリ、４・・モータ、５・・車輪、６・・集塵用モータ、７，５０・・集塵ボックス、８・・下側ハウジング、８ａ，６４・・収容部、８・・上側ハウジング、９・・上側ハウジング、１２・・吸込口、１３，５５・・集塵路、１４，５６・・メインブラシ、１５，１８・・回転軸、１７・・サイドブラシ、２４・・モータボックス、２６・・吸込ファン、２７・・排気口、２８・・装着部、３０・・キャスタ、３１・・ケース、３２・・結合部、３３・・レール、３８・・ガイドレール、３９・・端子台、４０・・端子板、４２・・蓋体、４３・・上板部、４４・・後板部、４５・・コントローラ、５３・・案内部、５７・・駆動ユニット。

Claims (6)

1. 本体部と、
   前記本体部に設けられる集塵部と、
   前記本体部の内部に配置される複数のバッテリと、
   を含んでなる自走式集塵ロボット。
2. 本体部と、
   前記本体部に設けられる集塵部と、
   前記本体部の内部に配置されるバッテリと、
   前記本体部の下部に設けられるキャスタと、を備え、
   前記バッテリの真下に前記キャスタを配置したことを特徴とする自走式集塵ロボット。
3. 前記バッテリは、ケースの内部に複数のセルを収容して前記本体部の後部又は前部に２つ配置され、前記キャスタも、前記本体部の後部又は前部に２つ配置されることを特徴とする請求項２に記載の自走式集塵ロボット。
4. 前記本体部の後部に、当該後部の底面が前記本体部の前部の底面よりも高くなる切欠部が形成されることを特徴とする請求項２又は３に記載の自走式集塵ロボット。
5. 前記集塵部は集塵用モータを備え、前記バッテリは、前記集塵用モータを挟んで左右に配置されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の自走式集塵ロボット。
6. 本体部と、
   前記本体部に設けられる集塵部と、
   前記本体部の内部に配置されるバッテリと、
   前記本体部の下部に設けられる複数のキャスタと、
   を含んでなる自走式集塵ロボット。

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