(57)【要約】      （修正有）【課題】壁面の走行部を、一つの壁面から他の壁面に人手を介さずに自動的に移動可能とする。【解決手段】壁面走行装置は、壁面に吸着して壁面上を走行する子機と、前記子機を保持して移送する親機と、を備えている。壁面が例えばガラス面であって、子機が例えば清掃部を備えていれば、子機は走行時にガラス面を清掃する。子機はガラス面上を予め定めたアルゴリズムに従って自律的に走行し、所定の走行を終了すると壁面から離脱して親機に保持される。親機は子機を保持した状態で別の場所、例えば枠を挟んで隣接するガラス面等の壁面まで移動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁面に吸着して壁面上を走行する子機と、
前記子機を保持して移送する親機と、を備えてなる壁面走行装置。
【請求項２】
前記親機は、前記子機が所定の壁面位置にあるときに壁面から回収して保持する保持部を備える、請求項１記載の壁面走行装置。
【請求項３】
前記保持部は、前記子機を把持する把持部を備える、請求項２記載の壁面走行装置。
【請求項４】
前記保持部は、前記子機を吸着する子機吸着部を備える、請求項２記載の壁面走行装置。
【請求項５】
前記子機は、壁面へ吸着する吸着部を備え、
前記親機は、
前記子機の前記吸着部による壁面への吸着が外れた第１状態、及び壁面に吸着した第２状態を検出する吸着有無検出部と、前記吸着有無検出部の検出結果に基づいて前記子機に対して所定の動作を行う子機保持部制御部と、を備える請求項１〜４のいずれかに記載の壁面走行装置。
【請求項６】
前記子機保持部制御部は、前記吸着有無検出部が前記第１状態を検出したときに前記子機を壁面から引き離す動作を行う請求項５記載の壁面走行装置。
【請求項７】
前記親機は、前記親機の移動制御を行う親機制御部を備え、
前記親機制御部は、前記子機が載置される所定位置まで移動する制御を行う、請求項１〜６のいずれかに記載の壁面走行装置。
【請求項８】
前記子機は、前記親機と通信する子機通信部を備え、前記親機は前記子機と通信する親機通信部を備え、前記親機制御部は、前記親機通信部と前記子機通信部が相互に通信することで前記親機を前記所定位置に移動する制御を行う、請求項７記載の壁面走行装置。
【請求項９】
前記親機は、充電装置を備え、
前記子機は前記充電装置で充電可能なバッテリーを備え、
前記親機は前記子機を保持しているときに、前記バッテリーを前記充電装置で充電可能とする請求項１〜８のいずれかに記載の壁面走行装置。
【請求項１０】
前記子機は、前記壁面を走行するときに前記壁面を処理する壁面処理部を備える請求項１〜９のいずれかに記載の壁面走行装置。
【請求項１１】
前記壁面処理部は壁面を清掃する壁面清掃部である、請求項１０記載の壁面走行装置。
【請求項１２】
前記子機の前記吸着部は、真空吸着部で構成され、
前記子機は、さらに、壁面を走行する走行車輪を備える、請求項５〜請求項１１のいずれか記載の壁面走行装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガラス面などの壁面を走行して壁面全体を清掃したり、壁面全体に何らかの処理を行う壁面走行装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス面等の壁面を走行する装置として、従来からガラス面掃除ロボットが提案されている。例えば、ガラス面に対向するガラス面対向面に、真空吸着部と清掃部と走行部とを設け、真空吸着部でガラス面への吸着状態を維持しながら走行部でガラス面を走行する。ガラス面での走行時に清掃部でガラス面を清掃する。
【０００３】
先行する壁面走行装置として特許文献１に示されるものがある。
【０００４】
上記先行する壁面走行装置は、ガラス面を走行中にガラス端部に達すると、センサスイッチがこれを検出し、運転方向が変更される。これにより、壁面走行装置はガラス端部で落下することなく自動的に方向を変更することとなり、１枚のガラス面全体を清掃可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１５−５１２３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の壁面走行装置は、１枚のガラス面上を走行することは可能であるが、複数のガラス面が窓枠に取り付けられている場合、枠を超えて隣接するガラス面に移動することが出来ない。このため、隣接のガラス面の掃除を行う場合は、人の手で壁面走行装置を隣接のガラス面に移行する必要があり、自動化に限界がある。
【０００７】
この発明の目的は、ガラス面等の複数の壁面が枠などを介して隣接している場合に、壁面の走行部が一つの壁面から他の壁面に人手を介さずに自動的に移動可能となる壁面走行装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の壁面走行装置は、
壁面に吸着して壁面上を走行する子機と、
前記子機を保持して移送する親機と、を備えている。
【０００９】
ガラス面等の壁面には、子機が真空吸着等によって吸着した状態で走行可能となっている。子機は予め定めたアルゴリズムにより壁面上を走行する。このとき、壁面が例えばガラス面であって、子機が例えば清掃部を備えていれば、子機は走行時にガラス面を清掃する。子機はガラス面上を予め定めたアルゴリズムに従って自律的に走行するが、所定の走行を終了すると、壁面から離脱して親機に保持される。親機は子機を保持した状態で別の場所、例えば枠を挟んで隣接するガラス面等の壁面まで移動する。その後、その壁面上を走行する。
【００１０】
このように、この発明の壁面走行装置は、枠などによって、複数の壁面が分断されていても、子機は、親機によって複数の壁面間を移動することが出来る。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の壁面走行装置は、壁面を走行する子機と、これを移送する親機とで構成することで、壁面が枠などで分断されていても、子機は親機でこれらの壁面間を移動し、各壁面を走行可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の第１の実施形態のガラス面清掃装置の全体の概念図
【図２】子機１の概略平面構成図
【図３】子機１の概略構成図
【図４】親機５の概略正面構成図
【図５】子機１と親機５の全体制御部の概略構成図
【図６】この発明の第２の実施形態のガラス面清掃装置の概略動作を示す図
【図７】第２の実施形態の全体制御部の概略構成図
【図８】この発明の第３の実施形態の全体制御部の概略構成図
【図９】この発明の第４の実施形態の全体制御部の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、この発明の第１の実施形態のガラス面清掃装置の全体の概念図である。
【００１４】
同図において、ガラス面清掃装置は、ガラス面を走行する子機１と、子機１を保持する親機５とで構成される。複数のガラス２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれ窓枠６に嵌められて保持されている。
【００１５】
子機１は、ガラス２ａのガラス面２に真空吸着された状態でガラス面上を走行する。図１の左下の位置をスタート位置Ｓとし、矢印の方向に走行し、ガラス面２を１周して元に戻る。子機１が走行しているときに、子機１に設けられている後述のガラス面清掃部がガラス面２を清掃する。
【００１６】
親機５は、スタート位置Ｓに戻った子機１を保持し、隣接するガラス３ａのスタート位置Ｓ（左下位置）に移動する。その後、子機１は、ガラス３ａのガラス面３上を同じように走行してガラス面３を清掃する。続いて、子機１が元のスタート位置Ｓに戻ると、親機５が子機１を保持し、隣接するガラス４ｃのスタート位置（左下位置）Ｓに移動する。その後、子機１は、ガラス４ａのガラス面４上を同じように走行してガラス面４を清掃する。
【００１７】
上記の動作を繰り返すことで、このガラス面清掃装置は、窓枠６で分断されている複数のガラス２ａ〜４ａの各ガラス面２〜４を自動で清掃することが可能となる。
【００１８】
子機１は、各ガラス面上を自律的に移動し、親機５は自律的に子機１をガラス間で移送する。このような子機１と親機５との連携動作は、子機１、親機５に予めインプリメントされているプログラム（アルゴリズム）によって実現されるが、さらに、親機５には子機１を各ガラスのスタート位置Ｓで確実に保持し、及び保持状態を解くための手段が設けられている。
【００１９】
図２、図３は、子機１の概略平面構成図、概略構成図である。
【００２０】
子機１は、その全体の平面形状が矩形である。図２、図３は、垂直に設けられている窓枠６のガラス面２に、子機１が真空吸着し、矢印Ｘ方向に走行中であることを示している。
【００２１】
子機１は、その基本的な構成として、中央部に設けられている円形の真空吸着部（第１吸着部）１０と、その両側に設けられている第１走行車輪１１、第２走行車輪１２と、子機１の走行方向Ｘに対し前方となる先端部手前付近に設けられたガラス面清掃部１３と、これらを制御する制御部１５とを備えている。これらの真空吸着部１０、第１走行車輪１１、第２走行車輪１２、ガラス面清掃部１３は、ガラス面２へ対向するガラス面対向面１７（子機１の底面）に設けられ、制御部１５は子機１内に配置されている。
【００２２】
ガラス面清掃部１３は、全体として細長い帯状の形状で柔らかい不織布素材等で構成される。他の構成例として、回転ブラシ、振動ブラシ、バネによりガラス面２に押し当てられるマイクロファイバー等がある。
【００２３】
前記真空吸着部１０は、ゴム等を材料として成形され、全体として円形の吸盤状に形成されている。中央部には負圧空間（チャンバ）が形成され、この中央部がダクト１８で減圧ポンプ１６に連結されている。減圧ポンプ１６で、上記中央部を負圧にすることで、真空吸着部１０がガラス面２に真空吸着する。
【００２４】
前記真空吸着部１０、第１走行車輪１１、第２走行車輪１２は、前記真空吸着部１０が内側に位置し、前記第１走行車輪１１、第２走行車輪１２が前記真空吸着部１０の両側に位置するように配列されている。第１走行車輪１１、第２走行車輪１２は、ゴム製のタイヤなど一定の摩擦係数を持つ材料で形成され、表面が平滑であるガラス面２上を滑らずに走行可能となる物理特性を持つ。
【００２５】
第１走行車輪１１には、走行モータ２０が連結され、第２走行車輪１２には、走行モータ２１が連結されている。これらの走行モータ２０、２１はそれぞれ独立して駆動可能であり、また、モータへの通電正負の逆転や内部のギア部の切り替えなどによって正逆方向への回転が可能である。
【００２６】
子機１は、さらに、リチウムイオンバッテリー等、充電可能なバッテリー１９を内蔵している。このバッテリー１９により、装置全体の電源が供給される。すなわち、減圧ポンプ１６の内部に設けられている減圧用モータ（図示せず）、走行モータ２０、２１、制御部１５にそれぞれ電源を供給する。
【００２７】
次に、親機５の構成について説明する。
【００２８】
図４は、親機５の概略正面構成図である。
【００２９】
親機本体４０の底部には、その前後部にタイヤ４１が設けられている。タイヤ４１は、それぞれ独立して正逆回転が可能で、親機本体４０を前進、後退、回転させることが出来る。
【００３０】
親機本体４０は、その上部に、保持部４５が設けられている。
【００３１】
保持部４５は、親機本体４０に一端が固定され、同図に示すＸ，Ｙ，Ｚ座標（図１、２のＸ方向とは別概念）のＸ方向（図の左右方向）に進退自在な水平軸４５０と、水平軸４５０の先端部に取り付けられているジョイント４５１と、ジョイント４５１に取り付けられている垂直軸４５２と、垂直軸４５２の下端に取り付けられている操作肢４５３とを備える。操作肢４５３の両端には回転自在な二つの把持アーム４５４が取り付けられている。ジョイント４５１は、垂直軸４５２を、Ｙ軸を基準にＰ方向（図の垂直面で時計及び反時計回転方向）に回転自在、Ｚ軸を基準にＱ方向（図の水平面で時計及び反時計回転方向）に回転自在とする。
【００３２】
把持アーム４５４は、子機１を把持することが出来る。また、親機本体４０には、把持アーム４５４で把持した子機１を載置するための載置台４４を備えている。
【００３３】
ガラス面２のスタート位置Ｓに子機１が戻ってきたときに、スタート位置Ｓで待機していた親機５は、ホームポジションにある保持部４５を移動及び回転させることにより、二つの把持アーム４５４を子機１の両端を把持出来る位置まで移動させる。子機１を把持すると、子機１は真空吸着を解いてガラス面２から離脱可能な状態となる。親機５は、把持した子機１を、同じように保持部４５を移動及び回転させることで、載置台４４上に載置する。この段階で、ガラス面２から離脱した子機１の回収動作が完了する。載置台４４上に子機１を確実に載置して回収動作が終わると、親機５は、隣接するガラス３ａのスタート位置Ｓまで移動する。これにより、子機１を隣接するガラス３ａのスタート位置Ｓまで移送する。
【００３４】
スタート位置Ｓに待機していた親機５の保持部４５の具体的な動作は次のようになる。
【００３５】
子機１がスタート位置Ｓに戻ると、ホームポジションにある保持部４５の二つの把持アーム４５４がガラス面に平行になるように操作肢４５３が回転する。次に、ジョイント４５１が垂直面で反時計方向に回転し、且つ二つの把持アーム４５４がそれぞれ外側に開くように回転する。また、水平軸４５０がガラス面に向かって一定距離だけ前進する。この状態で、二つの把持アーム４５４がそれぞれ内側に閉じるように回転すると、このアームで子機１の両端を掴む。このとき、子機１では、後述の第１状態となり、ガラス面２への真空吸着を解除する。すると、子機１は、二つの把持アーム４５４で把持され、ガラス面２から引き離され離脱する。水平軸４５０がガラス面から離れるように一定距離だけ後進し、ジョイント４５１が垂直面で時計方向に回転する。二つの把持アーム４５４がガラス面２に直角になるように操作肢４５３が回転する。すると、図４に示すようになる。このとき、二つの把持アーム４５４がそれぞれ外側に開くように回転すると、子機１が載置台４４上に載って保持される。このとき、保持部４５はホームポジションの位置にある。
【００３６】
一方、親機５が子機１を保持すると、親機５は隣接するガラス３ａのスタート位置Ｓまで移動する。このとき、親機５は、保持部４５をホームポジションから、上記の回収動作とは逆の工程で動作することで、子機１を保持状態からガラス３ａのガラス面３に押し付ける。このとき、子機１は、ガラス面３に真空吸着し、後述の第２状態となる。親機５は、この第２状態を後述の子機センサで検出すると、保持部４５を駆動し、ホームポジションに戻す。
【００３７】
図５は、子機１と親機５の全体制御部の概略構成図である。
【００３８】
子機１は、制御部１５にモータドライバ６０と真空制御部６１が接続される。モータドライバ６０は予め設定したアルゴリズムでモータ２０、２１を駆動する。真空制御部６１は、真空吸着部１０を駆動するための減圧ポンプ１６を制御する。
【００３９】
子機１には、さらに親機５が所定の位置にあることを検出する子機側センサ６２が接続されている。図１において、子機１がスタート位置Ｓに戻った時に親機５が存在していれば、この子機側センサ６２が親機５を検出する。
【００４０】
親機５は、親機制御部７０にモータドライバ７１と保持部制御部７２が接続される。モータドライバ７１は予め設定したアルゴリズムでモータ７４、７５を駆動する。モータ７４、７５は、各タイヤ４１に接続されている。
【００４１】
親機５には、さらに、保持部４５を制御する保持部制御部７２が接続され、また、子機１が所定の位置にあることを検出する親機側センサ７３が接続されている。図１において、親機５がスタート位置Ｓにある時に子機１が存在していれば、この親機側センサ７３が子機１を検出する。親機側センサ７３は、さらに子機１の吸着有無検出部として機能し、子機１がスタート位置Ｓに存在しているとき、上述した第１状態と第２状態とを検出する。第１状態は、子機１が真空吸着部１０によるガラス面２等への吸着が解除された状態である。第２状態は、子機１が真空吸着部１０によるガラス面２等へ吸着した状態である。子機１の保持部制御部７２は、上記親機側センサ７３により検出した第１状態又は第２状態に基づいて、子機１に対し、保持部４５による上述の制御を行う。
【００４２】
以上の実施形態において、子機１と親機５の制御は以下のように行われる。
【００４３】
図１のガラス２ａのスタート位置Ｓにおいて、子機１は親機５に保持されている状態から、ガラス面２に移動し、子機１は真空吸着によってガラス面２上に吸着する。子機１は図の矢印のように走行し、走行時にガラス面２がガラス面清掃部１３によって清掃される。子機１が再びスタート位置Ｓに戻ると、親機５の親機側センサ７３がこれを検出し、図５に示す保持部４５による上記回収動作により、子機１が親機５に保持される。また、このとき、子機１の子機側センサ６２が親機５を検出し、真空制御部６１を制御してガラス面への真空吸着を停止する。
【００４４】
親機５は、子機１を保持すると隣接するガラス３ａのスタート位置Ｓに移動する。スタート位置Ｓでは、親機５に保持されていた子機１の保持状態が解除され、子機１は保持部４５によりガラス面３に運ばれる。子機１は自律的にガラス面３を走行し、スタート位置Ｓに戻る。以下、上記と同様な制御で、子機１のガラス面３の走行終了時に、子機１が親機５に回収される。
【００４５】
この実施例では、親機５はタイヤ４１で任意の床面を走行可能な例を記したが、レール構造を壁面周辺に設け、親機５はそのレール上を走行するようにしてもよい。このレール構造は特にビル壁面の窓清掃等に好適である。
【００４６】
以上の動作を繰り返すことで、複数のガラスが枠６によって保持されている場合であっても、子機１と親機５の協動自立動作により、子機１が全部のガラス面を自動で走行することが可能となる。
【００４７】
図６は、この発明の第２の実施形態を示す。同図（Ａ）は、子機１がガラス２ａのスタート位置Ｓに戻る直前の状態、同図（Ｂ）は、子機１がスタート位置Ｓに戻った時の状態、同図（Ｃ）は、子機１が親機５に回収されて保持された状態をそれぞれ示す。また、図７は、全体制御部の概略構成図である。
【００４８】
この実施形態は、親機５の保持部４６が図４の保持部４５と異なっている。
【００４９】
保持部４６は、子機吸着部４６０と、この子機吸着部４６０を前後に進退させるアクチュエータ４６１を備えている。子機吸着部４６０は、ゴム製の真空吸着部であって、親機本体４０内に設けられている減圧ポンプ７７に連結されている。減圧ポンプ７７は保持部制御部７２で制御される真空制御部７６に連結されている。
【００５０】
図６（Ａ）では、子機吸着部４６０はホームポジションにある。子機１が下部に走行してスタート位置Ｓに来ると、親機側センサ７３がこれを検出し、図６（Ｂ）の状態となり、アクチュエータ４６１が作動開始して子機吸着部４６０が前方に進む。さらに、図６（Ｃ）の状態となり、子機吸着部４６０が子機１に真空吸着し、子機１をガラス２ａから引き離す。このとき、子機１は第１状態となってガラス２ａへの真空吸着を停止する。図６（Ｃ）では、子機１は、ガラス２ａから引き離されて、親機５で保持された状態となる。
【００５１】
一方、親機５が隣接のガラス３ａのスタート位置に移動すると、上記と逆の動作により、子機１をガラス面２に押し付け、子機１はそのとき、ガラス面３に真空吸着して第２状態となる。親機５は子機１が第２状態になったことを検出すると、保持部制御部７２により、子機吸着部４６０による子機１の真空吸着を解除し、保持部４６を元のホームポジションに戻す。
【００５２】
また、アクチュエータ４６１の無い構成であって、子機吸着部４６０が親機５の走行前方または後方に向けて固定されていて、親機５がガラス面３に向かってわずかに走行することで、子機１の押し付けを実現してもよい。
【００５３】
以上の実施形態では、保持部４６が真空吸着により子機１のガラス面２等からの引き離しと押し付けが可能であるため、図４に示す第１の実施形態の装置に比して構造が簡単である。
【００５４】
図８は、この発明の第３の実施形態を示している。
【００５５】
この実施形態は、子機１、親機５とも構造については、第１又は第２の実施形態と同様である。相違点は、子機側センサ６２に代えて子機側通信部６３を設け、親機側センサ７３に代えて親機側通信部７８を設けた点である。
【００５６】
子機側通信部６３と親機側通信部７８は、Bluetooth（登録商標）、ＩＲ（赤外線）、無線、超音波などで相互に通信する機能を持つ。子機側通信部６３と親機側通信部７８が相互に通信することで、親機５は子機１がスタート位置Ｓに戻ったことを知ることが出来、子機１は、親機５がスタート位置Ｓに待機していることを知ることが出来る。また、親機５は、子機１が第１状態か第２状態にあることを知ることが出来、子機１は、親機の保持部４５や４６の状態、例えば、子機１の回収直前状態にあることを知ることが出来る。
【００５７】
このように、センサに代えて、通信部を設けることで、子機制御部１５、親機制御部７０は、それぞれ相手側の正確な状態を知ることが出来るため、制御が容易で且つ正確となる。また、子機１と親機５間で無駄な待ち時間が生じることが減り、処理完了までの時間を短縮できる。また、異常状態を検知してリカバリー処理させることも可能となるので、使用時の安全性を高めることが出来る。
【００５８】
送受信は双方向である方が機能的には好ましいが、コスト等の制約から片方向であってもかまわない。
【００５９】
図９は、この発明の第４の実施形態を示している。
【００６０】
この実施形態は、子機１、親機５とも構造については、第１又は第２の実施形態と同様である。相違点は、親機５に充電器７９を設け、子機１が親機５に保持されているときに子機１のバッテリー６４が充電器７９で充電可能とした点である。子機１が親機５に保持されている状態で、親機本体４０の載置台４４に設けられている、充電器７９の接点に子機１の充電接点が接すると、バッテリー６４が自動的に充電される。
【００６１】
このような充電機構を設けることで、子機１のバッテリー充電は、その回収時、移送時に自動的に行われることとなるため、子機１の重量・コストを不必要に増加させることなく、複数の連続自動清掃が可能となる。
【００６２】
この発明では、以下の変形例が含まれる。
【００６３】
壁面は、窓枠のガラス面だけではなく表面が平面なもの、例えば、大型平面ディスプレイの表面、ソーラーパネルの表面、鏡面、金属面等を含む。
【００６４】
壁面処理部は、ガラス面等の壁面の清掃部だけではなく、壁面を磨いたり、壁面の状態を検査したり、壁面に薄膜塗布する処理部を含む。
【符号の説明】
【００６５】
１−子機
２ａ、２ｂ、２ｃ−ガラス
２、３、４−ガラス面
５−親機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018019901.tif 000009
【図８】
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【図９】
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