(57)【要約】【課題】  装置が障害物によって滑落することを未然に防ぐ。また、清掃部が障害物を壁面から剥がしてしまうことを未然に防ぐ。【解決手段】  壁面走行装置は、壁面へ真空吸着する第１吸着部と、前記壁面を処理する壁面処理部と、前記壁面処理部の外側に配置され、前記壁面への吸着適正度を判定する吸着適正度判定部とを備え、これらは壁面へ対向する壁面対向面に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁面へ対向する壁面対向面と、
前記壁面対向面に設けられ、前記壁面へ真空吸着する第１吸着部と、
前記壁面対向面に設けられ、前記壁面を処理する壁面処理部と、
前記壁面対向面に設けられ、前記壁面処理部の外側に配置され、前記壁面への吸着適正度を判定する吸着適正度判定部と、
を備えてなる、壁面走行装置。
【請求項２】
前記吸着適正度判定部は、
前記壁面へ真空吸着し、前記第１吸着部より吸着力が小さい第２吸着部と、この第２吸着部の負圧を検出するセンサと、を備える請求項１記載の壁面走行装置。
【請求項３】
前記吸着適正度判定部の判定領域は、
前記壁面処理部の外側の辺の少なくとも2分の1以上の部分に対応する位置に設けられていると、請求項１又は２に記載の壁面走行装置。
【請求項４】
前記第２吸着部は、一列に配列した複数の吸着孔を備える、請求項２記載の壁面走行装置。
【請求項５】
前記壁面対向面に設けられ、前記壁面を走行する、第1の走行車輪と第2の走行車輪とを備える、請求項１〜４のいずれかに記載の壁面走行装置。
【請求項６】
前記第１吸着部は２つの吸着部で構成され、前記２つの吸着部と前記第1の車輪と前記第2の車輪とは、前記２つの吸着部が内側に位置し、前記第1の走行車輪と前記第2の走行車輪が前記２つの吸着部の両側に位置するように配列されている、請求項５に記載の壁面走行装置。
【請求項７】
前記壁面処理部と前記吸着適正度判定部は、
前記２つの走行車輪が前方に駆動制御されているときに、前記第１吸着部に対して前方に位置している、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２つの走行車輪を独立して前後に駆動制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記吸着適正度判定部が前記壁面への吸着圧の所定の圧力低下を検出したときに、その吸着圧が元に戻るまで、または一定の時間だけ前記２つの走行車輪を後方に駆動制御する第１駆動制御と、その後、所定の方向に回動制御する第２駆動制御と、その後、前方に駆動制御する第３駆動制御を行う、請求項７記載の壁面走行装置。
【請求項９】
前記壁面処理部は、前記壁面の清掃を行う壁面清掃部である、請求項１〜８のいずれかに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、前方に走行し必要に応じて回転することで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、以下の構成となっている。
【０００５】
真空吸着による円形の内部吸着カップと円形の外部吸着カップで、内側チャンバと外側チャンバが形成されている。駆動部は両側部に形成されている。進行方向の前方に清掃部が形成されている。
【０００６】
以上の構成で、走行装置がガラス面を走行するときに、ガラス面上に存在する突起で内部吸着カップ又は外部吸着カップが持ち上げられても、内側チャンバか外側チャンバの少なくともいずれかで真空状態が維持される。これにより、ガラス面への吸着状態は常に維持され、走行装置のガラス面からの滑落を防ぐことが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１５−５１２３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記の壁面走行装置は以下の問題がある。
【０００９】
ガラス面などの壁面に窪みや溝などの凹凸部（障害物以外）があると、凹凸部に清掃部が引っ掛かってしまい、走行出来なくなったりするなど走行不良を起こす可能性がある。
【００１０】
また、凹凸部が、ガラス面などの壁面に貼ってある薄いシール材の場合は、進行方向の前方にある清掃部がシール等の障害物に当たり、そのまま進むと、清掃部によりシールを剥がしてしまう。
【００１１】
この発明の目的は、ガラス面などの壁面に窪みや溝などの凹凸部がある場合に、凹凸部に清掃部が引っ掛かってしまうことを未然に防止する壁面走行装置を提供することにある。
【００１２】
この発明の他の目的は、凹凸のない壁面を走行する途中に薄いシール材等の凹凸部が存在していても、清掃部が薄いシール材等を壁面から剥がしてしまうことを未然に防ぐことの出来る壁面走行装置を提供することにある。
【００１３】
この発明のさらに他の目的は、凹凸部に清掃部が引っ掛かかることで走行停止状態になったり、清掃部が破損するのを防止す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】
【００１４】
この発明の壁面走行装置は、
壁面へ対向する壁面対向面と、
前記壁面対向面に設けられ、前記壁面へ真空吸着する第１吸着部と、
前記壁面対向面に設けられ、前記壁面を処理する壁面処理部と、
前記壁面対向面に設けられ、前記壁面処理部の外側に配置され、前記壁面への吸着適正度を判定する吸着適正度判定部と
を備えている。
【００１５】
ガラス面等の壁面には、壁面走行装置の壁面対向面に設けられている第１吸着部が真空吸着する。壁面清掃部等で構成される壁面処理部の外側には吸着適正度判定部が配置されているため、壁面処理部が壁面の窪み、溝、シールなどの凹凸部に当たる前に吸着適正度判定部によって壁面吸着圧が適正か否かが判定される。吸着適正度判定部により壁面吸着圧の減少が検出されると、走行を停止したりする制御が可能となり、壁面処理部の凹凸部への引っ掛かりや接触、壁面処理部による凹凸部の剥がしなどを防止できる。また、第１吸着部がシールなどの凹凸部の上に乗り上げて真空破壊を起こし装置が滑落するのを防ぐことも可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
壁面へ真空吸着する第１吸着部とは別に、壁面処理部の外側に前記壁面への吸着適正度を判定する吸着適正度判定部を設けているため、この吸着適正度判定部により壁面吸着圧の減少が検出されると、走行を停止したり回動させたりする制御が可能となるため、壁面処理部が壁面の窪み、溝、シールなどの凹凸部に接触して引っ掛かってしまったり、それを剥がしたり、第１吸着部の真空破壊を起こして装置が滑落するのを未然に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明に係る壁面走行装置の実施形態であるガラス面清掃装置１の概略平面構成図
【図２】ガラス面清掃装置１の概略正断面図
【図３】真空吸着部１４の概略内部構成図
【図４】ガラス面清掃装置１の走行中に、前方にシール４０が存在している直前の状態を示す図
【図５】シール回避動作を示す図
【図６】ガラス面清掃装置１の走行アルゴリズムの一例を示す図
【図７】他の実施形態のガラス面清掃装置１を示す図
【図８】他の実施形態のガラス面清掃装置１を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１は、この発明に係る壁面走行装置の実施形態であるガラス面清掃装置１の概略平面構成図、図２はガラス面清掃装置１の概略正断面図である。
【００１９】
ガラス面清掃装置１は、その全体の平面形状が矩形である。図１、図２は、垂直に設けられている窓枠のガラス面２に、ガラス面清掃装置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。
【００２０】
ガラス面清掃装置１（以下、単に装置１と称することがある）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、ガラス面清掃装置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、ガラス面清掃部１３の外側に設けられた真空吸着部（第２吸着部）１４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、真空吸着部１４は、ガラス面２へ対向するガラス面対向面１７（装置１の底面）に設けられ、制御部１５は装置１内に配置されている。
【００２１】
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。その長さは、全体として真空吸着部１４と略同じである。図に示す例では、真空吸着部１４の横方向の細長部がガラス面清掃部１３と略同じであり、さらに、真空吸着部１４の両端部分の縦方向の一部がガラス面清掃部１３の両端部を覆うようになっている。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、内部のギア部の切り替えによって正逆方向への回転が可能である。
【００２５】
壁面清掃装置１は、さらに、リチウムイオンバッテリ等、充電可能なバッテリ１９を内蔵している。このバッテリ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。
【００２６】
真空吸着部１４は、ゴム等を材料として成形され、全体として細長の吸盤状に形成されている。また、長手方向（横方向）に沿って複数の小さな、それぞれが独立した負圧空間（チャンバ）３０が形成されている。この真空吸着部１４は、円形の真空吸着部１０に比べて、その吸着力は小さいが、横方向に複数の負圧チャンバを配列している。後述のように、この複数の負圧チャンバのある領域は、吸着適正度の判定領域となっている。
【００２７】
図３は、真空吸着部１４の概略内部構成図を示している。
【００２８】
複数の負圧空間３０は、それぞれダクト３１により、上部で連結され、減圧ポンプ３２に導かれている。減圧ポンプ３２は公知の圧力検出センサ３３に連結されている。減圧ポンプ３２は、真空吸着部１４の各負圧空間３０を負圧にして、真空吸着部１４がガラス面２に真空吸着するようにし、真空吸着部１４の全部の負圧空間３０の総合圧力は圧力検出センサ３３で検出される。圧力検出センサ３３で検出された圧力が一定以上に下がると、これを制御部１５に通知する。全負圧空間３０の圧力が一定以上に下がることは、真空吸着部１４によるガラス面２への吸着適正度が一定以下となることである。あるしきい値と圧力検出センサ３３で検出した圧力の大きさとに基づいて、この吸着適正度を判定する。
【００２９】
例えば、ガラス面２に凹凸部として薄いシールが貼付されているとする。シール表面はガラス面２に比して凹凸状態であるため、このシールに真空吸着部１４が乗り上げると、いずれかの負圧空間３０の圧力が小さくなり、これを圧力検出センサ３３が検出する。また、ガラス面２に凹凸部として窪みや溝などがあると、この部分に真空吸着部１４が乗り上げたときに、いずれかの負圧空間３０の圧力が小さくなり、これを圧力検出センサ３３が検出する。後述のように、このとき、制御部１５は、装置がそれ以上前に進まないように装置を停止させ、回動動作させることが出来るようになる。
【００３０】
上記真空吸着部１４は、ガラス面２への吸着適正度を判断する目的のために設けられるものであるため、その吸着力は真空吸着部１０に比して相当小さく設定され、これ自体で装置１をガラス面２に吸着する吸着力を持っていない。
【００３１】
次に動作を説明する。
【００３２】
今、垂直に立設されている窓枠のガラス面２上にガラス面清掃装置１が置かれて、真空吸着部１０と真空吸着部１４がガラス面２上で真空吸着状態にあるとする。
【００３３】
上記の状態では、装置１は真空吸着力によってガラス面２に吸着されているが、走行モータ２０、２１を駆動すると、第１走行車輪１１、第２走行車輪１２によってガラス面２上を走行することが出来る。
【００３４】
そこで、走行モータ２０、２１を同じ回転数で正方向に回転させると、第１走行車輪１１、第２走行車輪１２のガラス面２上での回転により、装置は前方（図１の矢印Ｘ方向）に走行する。このとき、装置１には、２つの車輪１１、１２による前方への走行力Ａと、真空吸着部１０と真空吸着部１４のガラス面への吸着力による摩擦力Ｂとの合成ベクトルが作用するが、走行力Ａが十分に大きいことにより、装置１は前方に走行する。
【００３５】
このため、装置１はガラス面２への吸着状態を維持しながら前方に走行し、同時にガラス面清掃部１３によって、ガラス面２を清掃する。
【００３６】
次に、装置１が前方に走行しているときに、装置１の直前に凹凸部であるシールがあると、装置１の真空吸着部１４がこのシール上に少し乗り上げる。このとき、真空吸着部１４はガラス面清掃部１３の外側に配置されているため、ガラス面清掃部１３はシールに接触することはない。図４は、ガラス面清掃装置１の走行中に、前方にシール４０が存在している直前の状態を示している。シール４０は、その表面がガラス面２に比べて凹凸状又は曲面状であることから、真空吸着部１４のいずれかの負圧空間３０の圧力が低下し、圧力検出センサ３３がこれを検出する。圧力検出センサ３３は制御部１５にこれを伝える。このとき、制御部１５は、予め設定したアルゴリズムによりシール４０の回避動作を行う。本実施形態では、以下の順に制御する。
【００３７】
（１）第１走行車輪１１、第２走行車輪１２の正方向への回転動作を停止する。
【００３８】
（２）第１走行車輪１１、第２走行車輪１２を所定時間又は負圧空間３０の圧力が元に戻るまで逆回転動作する（第１駆動制御）。
【００３９】
（３）第１走行車輪１１を逆方向回転させ、第２走行車輪１２を正方向回転させる（第２駆動制御）。
【００４０】
（４）第１走行車輪１１、第２走行車輪１２を所定時間正方向回転させる（第３駆動制御）。
【００４１】
（５）第１走行車輪１１を正方向回転させ、第２走行車輪１２を逆方向回転させる（第４駆動制御）
（６）第１走行車輪１１、第２走行車輪１２を正方向回転させる（第５駆動制御）。
【００４２】
図５は、上記の制御を行っているときの、装置１の挙動を示し、（Ａ）〜（Ｅ）の順に作動する。
【００４３】
図５（Ａ）は、装置１がシール４０を検出し、一旦停止した後、逆方向に一定距離（一定時間）又は負圧空間３０の圧力が元に戻るまで走行する第１駆動制御を示す。
【００４４】
図５（Ｂ）は、装置１が半時計方向に９０度回転する第２駆動制御を示す。
【００４５】
図５（Ｃ）は、装置１が前方（図では左方向）に一定距離（一定時間）だけ走行する第３駆動制御を示す。
【００４６】
図５（Ｄ）は、装置１が半時計方向に９０度回転する第４駆動制御を示す。
【００４７】
図５（Ｅ）は、装置１が前方に走行する第５駆動制御を示す。
【００４８】
図５（Ｃ）において、一定距離だけ走行するモードでは、装置１はシール４０の大きさに係わらず一定距離だけ走行するため、シール４０が大きいと、図５（Ｄ）では、装置１は再びシール４０にぶつかる可能性がある。しかし、このときも上記図５（Ａ）〜図５（Ｅ）の動作を繰り返すことになるため、結局、装置１はシール４０を回避して、ガラス面２上を走行する。
【００４９】
以上のように、本実施形態のガラス面清掃装置１は、ガラス面２への吸着適正度を判定する真空吸着部１４をガラス面清掃部１３の外側に配置しているため、ガラス面清掃部１３
がシール４０に接触する前に装置１を停止し、その後に走行方向を変えることが出来る。このため、ガラス面清掃部１３がシール４０を剥がすことがない。また、真空吸着部１０も、シール４０上に乗り上げることはないため、この部分で真空破壊が生じて装置１がガラス面２から滑落することを未然に防止できる。
【００５０】
図６は、ガラス面２上にシール４０と５０が存在する場合のガラス面清掃装置１の走行アルゴリズムの一例を示している。
【００５１】
装置１は、ガラス面２の上方左端部から走行し、右側のガラス面端部で９０度回転する。この回転制御は、真空吸着部１４がシール４０を検出する場合と同じように行う。すなわち、真空吸着部１４が右側のガラス面端部に達すると、真空吸着部１４のいずれかの負圧空間３０の圧力が一定以上に下がるから、このタイミングで装置１を９０度回転させる。装置１がガラス面２端部に到達することを検出する他の方法として、ガラス面１の横方向の走行距離を、第１走行車輪１１、第２走行車輪１２の回転をカウントすることで判定し、装置１がガラス面２端部に到達したことをこのカウント数で検出する方法がある。また、ガラス面２端部に到達したことを光学的に検出するセンサ（装置下部にガラス面で反射する光を投射し、その反射光を検出するセンサ）を別途設ける方法がある。
【００５２】
装置１は、右側のガラス面端部で９０度回転した後、前方（図では下方向）に一定距離ａだけ走行する。一定距離ａは装置１の幅ｂに対して、ａ＜２ｂの関係式を保つ距離とすると、ガラス面上での左右往復運動で拭き残しがなくなり好適である。一定距離ａも第１走行車輪１１、第２走行車輪１２の回転をカウントすることで判定可能である。その後、時計方向に９０度回転し、前方に走行すると、真空吸着部１４が円形のシール４０を検出する。すると、図５に示すような方法でシール４０を回避して再び前方に走行する。なお、図６では、シール４０を回避する方向が図５と異なっている。すなわち、図６では、時計方向に所定角度回転し（９０度回転）、所定距離走行し、反時計方向に所定角度回転し（９０度回転）、前方に走行する。図６のような回避方向にするか、図５のような回避方向にするかは、アルゴリズムに依存する。以下、同様な動作を行う。
【００５３】
また、図６のシール４１検出時のように、ガラス面の端部を一定距離ａ移動中にシールを検出した場合は、画一的に時計方向に回転して回避するのでなく、シールがなかった場合に本来向かう方向にむけて回転する。すなわち、ガラス右端移動中にシールを検出した場合は左を向くように時計方向に回転し、ガラス左端移動中にシールを検出した場合は右を向くように反時計方向に回転する。更にガラス面端部移動中の回避行動の場合は、シール回避後は距離ａ”≡ａ − 回避前の端部移動距離ａ´だけ下方向に移動したら、本来向かう方向にむけて回転して移動を行う。この動作により、１列分の左右移動で距離ａと同じか距離ａよりも短い距離しか下方向に移動しないので、拭き残しはない。
【００５４】
以上により、ガラス面内のシール４０とガラス端部のシール４１が存在していても、これらを回避しながら、ガラス面２を清掃し、最終的にガラス面２の下方左端部に到達する。
【００５５】
なお、以上の動作で装置１が方向を変えるときには、図５に示したように、装置１は一旦後進するが、後進は一旦通った経路であるため、この経路にシールはない。このため、後進時に装置１がシールに乗り上げることはない。
【００５６】
ガラス面清掃装置１が、ガラス面を走行するときのアルゴリズムは任意に設計可能であり、図６に示すアルゴリズムに限定されることはない。
【００５７】
いかなるアルゴリズムであっても、真空吸着部１４がガラス面清掃部１３の外側に配置されている構成である限り、ガラス面清掃部１３がシール４０、４１等を剥がすことが避けられる。また、真空吸着部１０が同シール上に乗り上げて真空破壊を起こすことも避けられる。
【００５８】
図７は、他の実施形態のガラス面清掃装置１を示す。
【００５９】
このガラス面清掃装置１は、図１に示したものと比較して、第１走行車輪１１、第２走行車輪１２の間に、真空吸着部１０ａ、１０ｂを配列した点が相違している。真空吸着部１０ａ、１０ｂと、第１走行車輪１１、第２走行車輪１２とは、これらの２つの吸着部が内側に位置し、第１走行車輪１１、第２走行車輪１２が前記２つの吸着部の両側に位置するように配列されている。真空吸着部を２つで構成することで、吸着部の面積を大きくしなくても所定の真空吸着力を確保できる。また、上記のような配列とすることで、真空吸着力と走行力の合成ベクトルの動きが単純化出来、装置の走行制御が容易となる。
【００６０】
図８は、さらに他の実施形態のガラス面清掃装置１を示す。
【００６１】
この実施形態では、装置全体の形状は円形である。これにより、ガラス面清掃部１３と真空吸着部１４も円弧形状となっている。この実施形態では、装置１の全体形状が円形であるため、走行方向に無関係に（走行が直線方向であっても回転していても）、平面視から見て常に円形を維持する。このため、装置１の移動範囲がどのような形状であっても、また、移動範囲に突起物などの障害物があっても、装置１が引っかかったりすることがない。
【００６２】
以上の実施形態では、ガラス平面２上の凹凸部をシール４０としたが、大きなゴミや樹脂等、ガラス面２に対して段差を形成するすべての障害物、例えば窪みや溝も含まれる。
【００６３】
この発明では、以上の変形例が含まれる。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
第１走行車輪１１、第２走行車輪１２を設けず、任意の公知の駆動部によって壁面走行装置を走行させることも可能である。また、第１走行車輪１１、第２走行車輪１２をクローラー等に置き換えることも可能である。
【００６７】
吸着適正度判定部は、第２真空吸着部と圧力センサ３３だけではなく、壁面処理部の壁面に対する圧力を直接的または間接的に検出する圧力センサで構成し、この圧力センサの出力から吸着適正度を判定する手段を含んでいる。
【００６８】
図１に示す実施形態では、真空吸着部１４の横方向の細長部がガラス面清掃部１３と略同じであり、さらに、真空吸着部１４の縦方向の一部がガラス面清掃部１３の両端部を覆うようになっている。これに代えて、真空吸着部１４の横方向の細長部がガラス面清掃部１３の少なくとも２分の１以上の部分に対応する位置に設けた構成でも良い。このような構成では、真空吸着部１４による吸着適正度の判定領域が上記実施例の２分の１となるが、装置１の吸着適正度を判定するには十分な大きさである。
【００６９】
図７では、第１走行車輪１１、第２走行車輪１２の間に、真空吸着部１０ａ、１０ｂの２つの真空吸着部を配列しているが、この数は３以上であっても良い。
【符号の説明】
【００７０】
１−ガラス面清掃装置
１０−真空吸着部（第１吸着部）
１１−第１走行車輪
１２−第２走行車輪
１３−ガラス面清掃部
１４−真空吸着部（第２吸着部）
１５−制御部
【図１】
2018019814.tif 000003
【図２】
2018019814.tif 000004
【図３】
2018019814.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018019814.tif 000009
【図８】
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