TW201422190A - 運動裝置及具有運動裝置的自走式清潔器 - Google Patents

Abstract

一種具有運動裝置的自走式清潔器，包含一殼體，及設置在殼體的一運動裝置與一控制裝置。運動裝置包括一框架、兩個車輪模組及一驅動馬達。框架定義有一第一軸及一與第一軸垂直的第二軸。兩個車輪模組設置於框架的兩相反側且彼此相間隔，各車輪模組包括一可繞第一軸旋轉的車輪。驅動馬達固定於殼體並連接於框架上且位於兩車輪模組中間，驅動馬達用以驅動框架及兩個車輪繞第二軸旋轉。控制裝置分別電連接驅動馬達及兩個車輪模組，控制裝置用以控制驅動馬達及兩個車輪模組作動。透過運動裝置朝任意方向直線移動或旋轉運動，能克服地形死角。

Description

運動裝置及具有運動裝置的自走式清潔器

本發明是有關於一種運動裝置及具有運動裝置的自走式清潔器，特別是指一種接受指令而能自行移動或轉動的運動裝置及具有運動裝置的自走式清潔器。

一般的清潔地板方式，可利用掃把、拖把或是吸塵器、掃地機等工具來作清潔，此皆需要人工操作，不僅耗費人力，且須花費相當時間。

為了享有更佳及更便利的清潔環境，市面上出現了一種能在地面上自行移動的自走式清潔器，於開啟電源後，由控制單元控制而能自動於地面間行進，並且同時進行清潔地面的自動化設備。優點為完全自動化清潔家居地板而大幅節省人力，同時歸功於製造成本不斷地下降，已逐漸地深入至一般家庭，成為深受大眾喜愛的家電用品之一。

現有的自走式清潔器的設計為一底盤上設有相間隔的一左輪及一右輪，並於左輪設置一控制左輪轉動的馬達，及於右輪設置一控制右輪轉動的馬達。前述自走式清潔器於轉向時，透過兩個馬達分別驅動左輪及右輪轉動時的速度差，自走式清潔器會以例如右輪為旋轉中心進行轉彎的動作，此時，鄰近於自走式清潔器的右輪區域易成為移動路徑上的死角；或者是以例如左輪為旋轉中心進行轉彎的動作，此時，鄰近於自走式清潔器的左輪區域易成為移動路徑上的死角。因此，自走式清潔器無法有效地完全掃掠 一待清潔的區域。

此外，當自走式清潔器前進途中遇到障礙物或者是L形轉角時，由於自走式清潔器無法原地自轉，因此會撞擊到障礙物或是轉角，此時，控制單元下令自走式清潔器後退，並且修正自走式清潔器的移動路徑。透過多次連續撞擊障礙物或是轉角並且不斷地修正移動路徑後，自走式清潔器才能通過障礙物或是轉角。這也就意味著，現有的自走式清潔器不但無法有效地清潔，更可能使得自走式清潔器受損。

因此，本發明之一目的，即在提供一種可朝任意方向進行直線移動或旋轉運動的運動裝置。

於是，本發明運動裝置，包含一框架、兩個車輪模組，及一驅動馬達。

該框架定義有一第一軸，及一與該第一軸垂直的第二軸。該兩個車輪模組，設置於該框架的兩相反側且彼此相間隔，各該車輪模組包括一可繞該第一軸旋轉的車輪。該驅動馬達，連接於該框架上且位於該兩車輪模組中間，該驅動馬達用以驅動該框架及該兩個車輪繞該第二軸旋轉。

本發明之另一目的，即在提供一種具有運動裝置的自走式清潔器，透過運動裝置可朝任意方向進行直線移動或旋轉運動，能有效地提升清潔過程中的移動性及靈敏性，並能克服移動過程中所產生的死角問題。

於是，本發明具有運動裝置的自走式清潔器，包含一 殼體、一運動裝置，及一控制裝置。

該運動裝置設置在該殼體，並包括一框架、兩個車輪模組，及一驅動馬達。該框架定義有一第一軸，及一與該第一軸垂直的第二軸。該兩個車輪模組，設置於該框架的兩相反側且彼此相間隔，各該車輪模組包括一可繞該第一軸旋轉的車輪。該驅動馬達固定於該殼體並連接於該框架上且位於該兩車輪模組中間，該驅動馬達用以驅動該框架及該兩個車輪繞該第二軸旋轉。該控制裝置，設置在該殼體，分別電連接該驅動馬達及該兩個車輪模組，該控制裝置用以控制該驅動馬達及該兩個車輪模組作動。

較佳地，各該車輪模組包括一設置於該框架並與該車輪連接的致動馬達，各該致動馬達用以對應驅動各該車輪繞該第一軸旋轉。

較佳地，該控制裝置包括一設置於該殼體的電路板，及多數條導線，該等導線分別電連接於該電路板與該驅動馬達之間，以及該電路板與該兩致動馬達之間。

較佳地，該框架包括一連接板，該連接板包含一長形板部，及兩個分別連接於該長形板部相反側的側板部，該驅動馬達連接於該長形板部，各該車輪模組的致動馬達固定於對應的該側板部。

較佳地，該框架包括一連接板，該連接板具有一長形板部，及兩個分別連接於該長形板部相反側的側板部，該驅動馬達連接於該長形板部，各該車輪模組包括一設置於該框架並與該車輪連接的致動馬達，各該致動馬達固定於 對應的該側板部。

較佳地，該長形板部呈矩形並具有兩短邊，該兩側板部分別由該兩短邊朝下延伸，該框架還包括一連接於該兩側板部之間且位於該長形板部下方的強化桿。

較佳地，該驅動馬達具有一連接於該長形板部中心位置的轉軸，該轉軸的軸心位於該第二軸上。

較佳地，該具有運動裝置的自走式清潔器還包括一電連接該控制裝置的感測裝置，該感測裝置用以偵測環境中的地形及障礙物，該控制裝置用以接受該感測裝置訊號及規劃運行路線。

本發明之功效在於：透過該控制裝置運算規劃最佳路徑，進而驅動該驅動馬達及/或該兩車輪模組的致動馬達三者協同配合轉動，使該兩車輪朝任意方向移動或旋轉運動，不僅不會有運動過程中的死角問題，且不會撞擊障礙物，能輕易地沿著障礙物的邊緣通過，並能有效地清掃待清潔區域，進而提高清潔效率。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚地呈現。

參閱圖1、圖2，本發明具有運動裝置的自走式清潔器之一較佳實施例，該自走式清潔器100是以掃地機器人(floor-cleaning robot)為例做說明，其主要用以自動清除一地面或其他表面之灰塵、落塵、紙屑、沙礫或毛髮等待 清除物。自走式清潔器100包含一殼體1、設置於殼體1內部的一運動裝置2、一控制裝置3、一感測裝置4，及一清掃裝置5。

參閱圖2、圖3與圖4，殼體1的俯視輪廓概呈一圓形，並包括一呈環形的底板11、一與底板11對接的上蓋12，底板11與上蓋12共同界定出一容置空間10，運動裝置2、控制裝置3、感測裝置4及清掃裝置5皆設置於容置空間10內。

運動裝置2包括一框架21、兩個車輪模組22A、22B及一驅動馬達23。下文為了解說方便，特將圖式中區分為位於左邊的車輪模組22A，位於右邊的車輪模組22B，事實上車輪模組22A、22B的元件與構造均相同。框架21定義有一第一軸D1，及一與第一軸D1垂直的第二軸D2，在本實施例中第一軸D1呈水平，且第二軸D2呈直立。兩個車輪模組22A、22B設置於框架21的兩相反側且彼此相間隔，各車輪模組22A、22B包括一可繞第一軸D1旋轉並凸伸出於底板11的車輪221。驅動馬達23固定於殼體1並連接於框架21上且位於兩車輪模組22A、22B中間，驅動馬達23用以驅動框架21及兩個車輪221繞第二軸D2旋轉。

控制裝置3分別電性連接驅動馬達23及兩個車輪模組22A、22B，控制裝置3用以控制驅動馬達23及兩個車輪模組22A、22B作動，也就是說，控制裝置3能單獨控制各個車輪模組22A、22B的車輪221旋轉，或是單獨 控制驅動馬達23作動使其透過框架21帶動兩個車輪模組22A、22B的車輪221旋轉，或者是同時控制各個車輪模組22A、22B的車輪221旋轉，以及控制驅動馬達23作動使其透過框架21帶動兩個車輪模組22A、22B的車輪221旋轉。

參閱圖3、圖4、圖5與圖6，以下針對自走式清潔器100的具體結構及作動方式進行詳細說明： 殼體1還包括一設置於容置空間10內且罩設在底板11上的定位罩13，及一組裝於定位罩13內的定位架14。定位架14具有一中空柱141，以及兩個分別連接於中空柱141相反側且呈階梯狀的側翼142。兩側翼142分別連接定位罩13的下表面。驅動馬達23穿設於中空柱142內，驅動馬達23與中空柱141之間可透過例如為緊配合的接合方式或者是黏膠黏固的方式固定地接合在一起。由於驅動馬達23與中空柱141之間的固定方式種類繁多，前述固定方式僅是舉列說明並不以此為限。

定位罩13罩覆於各個車輪模組22A、22B與框架21。各個車輪模組22A、22B包括一設置於框架21並與車輪221連接的致動馬達222，各個致動馬達222用以對應驅動各個車輪221繞第一軸D1旋轉。框架21包括一概呈倒U形的連接板211，及兩強化桿212。連接板211具有一長形板部213，及兩個分別連接於長形板部213相反側的側板部214，驅動馬達23具有一連接於長形板部213中心位置的轉軸231，轉軸231的軸心位於第二軸D2 上，轉軸231可透過例如為銲接或黏接的手段固定地連接於長形板部213，使得驅動馬達23的轉軸231轉動時可同時帶動框架21的連接板211繞第二軸D2旋轉。

各個車輪模組22A、22B的致動馬達222固定於對應的側板部214，本實施例的致動馬達222可透過例如為螺絲螺鎖的方式鎖固於對應的側板部214外側。具體而言，長形板部213呈矩形並具有兩短邊215，兩側板部214分別由兩短邊215朝下延伸，使得各個車輪模組22A、22B的車輪221與第二軸D2之間的距離較長，且各個車輪模組22A、22B的車輪221具有較大的迴轉半徑。

兩強化桿212連接於兩側板部214之間且位於長形板部213下方，藉此，能強化連接板211的結構強度，以防止連接板211受外力影響而產生變形的狀況發生。在本實施例中，強化桿212與兩側板部214是以鉚合方式連接，但在實際製造上，也能採用點焊、雷射焊接，或者是螺絲鎖附等連接方式將強化桿212與兩側板部214固定在一起。另一方面，若連接板211為高強度材質所製感，其剛性較強時，兩強化桿212亦可省略，或者是只透過一根強化桿212連接在兩側板部214之間。

參閱圖2、圖5與圖6，感測裝置4可透過一個感測器(圖未示)或多個感測器偵測環境中的地形與障礙物，以獲得障礙物的距離、形貌等位置資訊。控制裝置3電性連接於感測裝置4、運動裝置2及清掃裝置5，且用以接收感測裝置4的訊號，並透過運算規劃運行路線，控制 運動裝置2沿運行路線行進。控制裝置3還可控制啟動或是關閉清掃裝置5的清掃及吸取功能。

更詳細地說，定位罩13具有兩個相間隔的穿孔131，控制裝置3包括一可透過例如螺絲螺鎖的方式固定於定位罩13上表面的電路板31，及多數條穿伸過對應該等穿孔131的導線32，該等導線32分別電連接於電路板31與驅動馬達23之間，以及電路板31與兩致動馬達222之間。藉此，控制裝置3能控制驅動馬達23運轉或是控制兩致動馬達222驅動兩車輪221旋轉，以改變移動方向避開障礙物，或是朝向任意方向行進。此外，電路板31固定方式不限於前述方式，因實務上需求變更的固定方式，仍可據以實施。

清掃裝置5包括一用以清掃待清除物的清掃元件(圖未示)，及一用以吸入待清除物的吸取元件(圖未示)。感測裝置4與清掃裝置5皆屬於現有技藝，其原理及構造在此不加詳述。

以下為說明方便，省略控制裝置3，並示意畫出本發明自走式清潔器100的行進方式。參閱圖4與圖7，當控制裝置3僅驅動驅動馬達23轉動時，驅動馬達23透過轉軸231帶動框架21及兩車輪模組22A、22B同步繞第二軸D2順時針轉動或逆時針轉動，而自走式清潔器100是呈原地自轉的狀態。更詳地說，由於驅動馬達23透過框架21及兩致動馬達222，帶動兩車輪模組22A、22B的車輪221同步繞第二軸D2，，使得自走式清潔器100自 轉的過程非常地順暢且平穩。

參閱圖2與圖8，當控制裝置3僅驅動左邊的車輪模組22A的致動馬達222轉動時，此時自走式清潔器100會以右邊的車輪模組22B的車輪221為轉動中心，順時針或逆時針繞行。參閱圖2與圖9，當控制裝置3僅驅動右邊的車輪模組22B的致動馬達222轉動時，此時自走式清潔器100會以左邊的車輪模組22A的車輪221為轉動中心，順時針或逆時針繞行。

參閱圖2與圖10，當控制裝置3只驅動兩車輪模組22A、22B的致動馬達222同步帶動車輪221轉動，更詳細地說，兩車輪模組22A、22B的致動馬達222轉速相同且兩車輪221轉向相同，好比說兩車輪221自身皆順時針轉動，或是兩車輪221自身皆逆時針轉動，使兩車輪模組22A、22B的車輪221沿著同一方向行進，使得自走式清潔器100便能前進或後退。

參閱圖2與圖11，當控制裝置3驅動驅動馬達23及左邊的車輪模組22A的致動馬達222同步轉動時，由於車輪模組22A的車輪221轉速大於車輪模組22B的車輪221轉速，因此，自走式清潔器100會結合前述的圖7與圖8的運動方式，使得自走式清潔器100除了持續自轉以外還會藉由車輪模組22A的車輪221與車輪模組22A的車輪221之間的轉速差而同時沿著一條S形路徑移動。

參閱圖2與圖12，當控制裝置3驅動驅動馬達23及右邊的車輪模組22B的致動馬達222同步轉動時，由於 車輪模組22B的車輪221轉速大於車輪模組22A的車輪221轉速，因此，自走式清潔器100會結合前述的圖7與圖9的運動方式，使得自走式清潔器100除了持續自轉以外還會藉由車輪模組22A的車輪221與車輪模組22A的車輪221之間的轉速差而同時沿著一條S形路徑移動。

參閱圖2與圖13，當控制裝置3驅動驅動馬達23及兩車輪模組22A、22B的致動馬達222同步轉動，自走式清潔器100會結合前述的圖7、圖8與圖9的運動方式，使得自走式清潔器100除了持續自轉以外，且兩車輪模組22A、22B的車輪221轉速相同，還會同時沿著一條S形路徑移動。

參閱圖2、圖4與圖14，當自走式清潔器100遇到L形的地形時，首先，控制裝置3會驅動兩車輪模組22A、22B的致動馬達222同步帶動車輪221朝同方向轉動，使自走式清潔器100沿箭頭I方向直線移動。繼而，遇倒轉角時，控制裝置3會接收到感測裝置4的訊號，控制裝置3會控制兩車輪模組22A、22B的致動馬達222停止運轉，並且控制驅動馬達23透過框架21帶動兩車輪221沿箭頭II方向原地轉動，藉此，自走式清潔器100便不會碰撞到障礙物。自走式清潔器100的轉向動作完成後，控制裝置3會控制驅動馬達23停止運轉，並且再次驅動兩車輪模組22A、22B的致動馬達222同步帶動車輪221朝同方向轉動，使自走式清潔器100沿箭頭III方向直線移動。藉此，自走式清潔器100能輕鬆地通過L形的地形或 者如方形柱體(圖未示)、桌腳(圖未示)等的障礙物。

再者，應用如圖11、圖12與圖13所示的自走式清潔器100呈現S形或倒S形路徑，可以使自走式清潔器100輕鬆地通過圓形柱體或者圓形的障礙物(圖未示)。這也就意味著，本實施例的自走式清潔器100相較於現有自走式清潔器，不僅不會有地形上的死角，且不會撞擊障礙物，能輕易地沿著障礙物的邊緣通過並有效地清掃待清潔區域，進而提高清潔效率。

綜上所述，本發明具有運動裝置的自走式清潔器，透過控制裝置3運算規劃最佳路徑，進而驅動驅動馬達23及/或兩車輪模組22A、22B的致動馬達222三者協同配合轉動，使兩車輪221朝任意方向移動或旋轉運動，不僅不會有運動過程中的死角問題，且不會撞擊障礙物，能輕易地沿著障礙物的邊緣通過，並能有效地清掃待清潔區域，進而提高清潔效率，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧殼體

10‧‧‧容置空間

100‧‧‧自走式清潔器

11‧‧‧底板

12‧‧‧上蓋

13‧‧‧定位罩

131‧‧‧穿孔

14‧‧‧定位架

141‧‧‧中空柱

142‧‧‧側翼

2‧‧‧運動裝置

21‧‧‧框架

211‧‧‧連接板

212‧‧‧強化桿

213‧‧‧長形板部

214‧‧‧側板部

215‧‧‧短邊

22A‧‧‧車輪模組

22B‧‧‧車輪模組

221‧‧‧車輪

222‧‧‧致動馬達

23‧‧‧驅動馬達

231‧‧‧轉軸

3‧‧‧控制裝置

31‧‧‧電路板

32‧‧‧導線

4‧‧‧感測裝置

5‧‧‧清掃裝置

D1‧‧‧第一軸

D2‧‧‧第二軸

I‧‧‧箭頭

II‧‧‧箭頭

III‧‧‧箭頭

圖1是一立體圖，說明本發明具有運動裝置的自走式清潔器的一較佳實施例；圖2是一方塊圖，說明該較佳實施例；圖3是一對應圖1的立體分解圖，圖中未繪出感測裝 置及清掃裝置；圖4是一沿圖1中的線4-4所截取的剖視示意圖；圖5是一立體圖，說明一控制裝置；圖6是一立體圖，說明該控制裝置與一運動裝置的連接關係；圖7是一驅動一驅動馬達轉動的作動示意圖；圖8是一驅動一左邊的車輪模組的致動馬達轉動的作動示意圖；圖9是一驅動一右邊的車輪模組的致動馬達轉動的作動示意圖；圖10是一驅動該兩車輪模組的致動馬達同步轉動的作動示意圖；圖11是一驅動該驅動馬達及左邊的該車輪模組的致動馬達同步轉動的作動示意圖；圖12是一驅動該驅動馬達及右邊的該車輪模組的致動馬達同步轉動的作動示意圖；圖13是一驅動該驅動馬達及該兩車輪模組的致動馬達同步轉動的作動示意圖；及圖14是該自走式清潔器經過L形的地形的示意圖。

1‧‧‧殼體

10‧‧‧容置空間

100‧‧‧自走式清潔器

11‧‧‧底板

12‧‧‧上蓋

13‧‧‧定位罩

131‧‧‧穿孔

14‧‧‧定位架

141‧‧‧中空柱

142‧‧‧側翼

2‧‧‧運動裝置

21‧‧‧框架

211‧‧‧連接板

212‧‧‧強化桿

213‧‧‧長形板部

214‧‧‧側板部

22A‧‧‧車輪模組

22B‧‧‧車輪模組

221‧‧‧車輪

222‧‧‧致動馬達

23‧‧‧驅動馬達

231‧‧‧轉軸

3‧‧‧控制裝置

31‧‧‧電路板

D1‧‧‧第一軸

D2‧‧‧第二軸

Claims (14)

1. 一種運動裝置，包含：一框架，定義有一第一軸，及一與該第一軸垂直的第二軸；兩個車輪模組，設置於該框架的兩相反側且彼此相間隔，各該車輪模組包括一可繞該第一軸旋轉的車輪；及一驅動馬達，連接於該框架上且位於該兩車輪模組中間，該驅動馬達用以驅動該框架及該兩個車輪繞該第二軸旋轉。
2. 根據申請專利範圍第1項所述運動裝置，其中，各該車輪模組包括一設置於該框架並與該車輪連接的致動馬達，各該致動馬達用以對應驅動各該車輪繞該第一軸旋轉。
3. 根據申請專利範圍第2項所述運動裝置，其中，該框架包括一連接板，該連接板具有一長形板部，及兩個分別連接於該長形板部相反側的側板部，該驅動馬達連接於該長形板部，各該車輪模組的致動馬達固定於對應的該側板部。
4. 根據申請專利範圍第1項所述運動裝置，其中，該框架包括一連接板，該連接板具有一長形板部，及兩個分別連接於該長形板部相反側的側板部，該驅動馬達連接於該長形板部，各該車輪模組包括一設置於該框架並與該車輪連接的致動馬達，各該致動馬達固定於對應的該側板部。
5. 根據申請專利範圍第3或4項所述運動裝置，其中，該長形板部呈矩形並具有兩短邊，該兩側板部分別由該兩短邊朝下延伸，該框架還包括一連接於該兩側板部之間且位於 該長形板部下方的強化桿。
6. 根據申請專利範圍第3或4項所述運動裝置，其中，該驅動馬達具有一連接於該長形板部中心位置的轉軸，該轉軸的軸心位於該第二軸上。
7. 一種具有運動裝置的自走式清潔器，包含：一殼體；一運動裝置，設置在該殼體，並包括：一框架，定義有一第一軸，及一與該第一軸垂直的第二軸；兩個車輪模組，設置於該框架的兩相反側且彼此相間隔，各該車輪模組包括一可繞該第一軸旋轉的車輪；及一驅動馬達，固定於該殼體並連接於該框架上且位於該兩車輪模組中間，該驅動馬達用以驅動該框架及該兩個車輪繞該第二軸旋轉；及一控制裝置，設置在該殼體，分別電連接該驅動馬達及該兩個車輪模組，該控制裝置用以控制該驅動馬達及該兩個車輪模組作動。
8. 根據申請專利範圍第7項所述具有運動裝置的自走式清潔器，其中，各該車輪模組包括一設置於該框架並與該車輪連接的致動馬達，各該致動馬達用以對應驅動各該車輪繞該第一軸旋轉。
9. 根據申請專利範圍第8項所述具有運動裝置的自走式清潔器，其中，該控制裝置包括一設置於該殼體的電路板，及 多數條導線，該等導線分別電連接於該電路板與該驅動馬達之間，以及該電路板與該兩致動馬達之間。
10. 根據申請專利範圍第8項所述具有運動裝置的自走式清潔器，其中，該框架包括一連接板，該連接板包含一長形板部，及兩個分別連接於該長形板部相反側的側板部，該驅動馬達連接於該長形板部，各該車輪模組的致動馬達固定於對應的該側板部。
11. 根據申請專利範圍第7項所述具有運動裝置的自走式清潔器，其中，該框架包括一連接板，該連接板具有一長形板部，及兩個分別連接於該長形板部相反側的側板部，該驅動馬達連接於該長形板部，各該車輪模組包括一設置於該框架並與該車輪連接的致動馬達，各該致動馬達固定於對應的該側板部。
12. 根據申請專利範圍第10或11項所述具有運動裝置的自走式清潔器，其中，該長形板部呈矩形並具有兩短邊，該兩側板部分別由該兩短邊朝下延伸，該框架還包括一連接於該兩側板部之間且位於該長形板部下方的強化桿。
13. 根據申請專利範圍第10或11項所述具有運動裝置的自走式清潔器，其中，該驅動馬達具有一連接於該長形板部中心位置的轉軸，該轉軸的軸心位於該第二軸上。
14. 根據申請專利範圍第7項所述具有運動裝置的自走式清潔器，還包括一電連接該控制裝置的感測裝置，該感測裝置用以偵測環境中的地形及障礙物，該控制裝置用以接受該感測裝置訊號及規劃運行路線。