(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動輪と、
前記駆動輪を駆動して自走させる駆動部と、
前記駆動輪が本体に対し上下に変位可能なように支持する懸架機構とを備え、
前記懸架機構は、前記駆動輪の変位に応じて軸心周りに回動し前記軸心から所定の距離で付勢部材と係合する係合部と、前記係合部と係合し下端へ向けて駆動輪を変位させようと付勢する付勢部材とを含み、
前記駆動輪が上端から下端へ変位するに従って前記付勢部材の付勢力が次第に小さくなっても、前記係合部から軸心へ向かう線と前記付勢部材の付勢方向とがなす角度が９０°以下の範囲で次第に大きくなることによって、前記付勢力のうち前記駆動輪を下端へ変位させようとする分力が強くなるように前記付勢部材の付勢力と前記係合部の位置とが選択されている自走式電子機器。
【請求項２】
前記付勢部材は、駆動輪が上端から下端までの如何なる位置においても高さ方向の寸法が横方向の寸法より小さくなるように取り付けられている請求項１に記載の自走式電子機器。
【請求項３】
前記付勢部材は、引っ張りバネであり、駆動輪が上端から下端までの如何なる位置においても前記引っ張りバネの全長が前記所定の距離の３倍以上の長さである請求項２に記載の自走式電子機器。
【請求項４】
前記付勢部材は、圧縮バネまたは板バネである請求項１または２に記載の自走式電子機器。
【請求項５】
前記軸心の方向は、前記駆動輪の回転軸に平行である請求項１〜４の何れか一つに記載の自走式電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、床面検出センサを備える自走式電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサを用いて障害物などを検出しつつ、床面上を自律走行しながら床面を掃除する自律走行型の電気掃除機、いわゆる掃除ロボットが知られている（例えば、特許文献１に記載の電気掃除機参照）。掃除ロボットのほかにも、例えば室内の空気清浄、構内の警備、荷物の搬送等の作業を行うために自律走行するものが知られている。この明細書では自律走行機能を有するこれらの機器を自走式電子機器と呼ぶ。
【０００３】
自走式掃除機は、室内の床面上を自走しながら清掃するが、床面に段差部がある場合、段差部がある程度の高さよりも高くなると乗り上げが困難になる。例えば、床面とその上に敷かれた絨毯との間の段差部、部屋と部屋との間を仕切る敷居による段差部、フローリングの上に部分的に敷かれた畳による段差部等である。自走式掃除機の段差乗り越え性能が低いと、段差部を乗り越えようとする際に筐体（本体）の底面の前部が段差部に乗り上げ、駆動輪が床面から浮き上がって空転し、自走式掃除機が身動きできない状態に陥る場合がある。この状態に陥るのを回避しようとすれば、自走式掃除機が低い段差部でも障害物として検出しその段差部を回避して走行するように設計せざるを得ない。しかし、そうすると段差部を乗り越えた向こう側の領域が清掃されないという矛盾が生じる。
【０００４】
高い段差乗り越え性能を実現するため、特許文献１および２における自走式掃除機は、左右の駆動輪が上下動可能でかつバネの弾性的な付勢力によって各駆動輪が床面へ押圧され、床面からの浮き上がりを防止するよう構成されている。具体的には、駆動輪、駆動輪を回転可能に保持するホルダー、ホルダーに取り付けられたモータ、モータの回転力を駆動輪に伝達するようにホルダー内に設けられた回転力伝達機構を備えた一対の駆動輪ユニットが、筐体底部の左右にそれぞれ設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１２５６５２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１３８８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および２の自走式掃除機をはじめとする自走式電子機器は、段差に差しかかって左右の駆動輪が平面走行時よりも本体下方へ変位した際に、床面との接触を維持しかつバネの付勢力で床面を強く押圧することが重要である。駆動輪が強い力で床面を押圧することで駆動輪と床面との摩擦力が維持され、段差を乗り越えるための推進力が継続する。
上下に変位可能な駆動輪を本体下方へ付勢する付勢部材としては一般に、引張バネや圧縮バネが用いられる。駆動輪が床面を押圧する付勢力は通常、その駆動輪が本体からより大きく突出して下方に位置するほど小さくなる。
より高い段差乗り越え性能を実現するには、自走式電子機器が高い段差に差し掛かり駆動輪が大きく本体の下方へ突出しても強い力で床面を押圧することが必要であるところ、駆動輪が大きく突出するほど前述したバネの付勢力が小さくなるという矛盾が生じる。
この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、段差を通過する際に駆動輪がより本体下方へ突出した場合に駆動輪が床面を押圧する押圧力が減少せず、好ましくは押圧力が増大する付勢機構を有する自走式電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、駆動輪と、前記駆動輪を駆動して自走させる駆動部と、前記駆動輪が本体に対し上下に変位可能なように支持する懸架機構とを備え、前記懸架機構は、前記駆動輪の変位に応じて軸心周りに回動し前記軸心から所定の距離で付勢部材と係合する係合部と、前記係合部と係合し下端へ向けて駆動輪を変位させようと付勢する付勢部材とを含み、前記駆動輪が上端から下端へ変位するに従って前記付勢部材の付勢力が次第に小さくなっても、前記係合部から軸心へ向かう線と前記付勢部材の付勢方向とがなす角度が９０°以下の範囲で次第に大きくなることによって、前記付勢力のうち前記駆動輪を下端へ変位させようとする分力が強くなるように前記付勢部材の付勢力と前記係合部の位置とが選択されている自走式電子機器を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
この発明による自走式電子機器において、懸架機構は、駆動輪が上端から下端へ変位するに従って付勢部材の付勢力が次第に小さくなっても、係合部から軸心へ向かう線と前記付勢部材の付勢方向とがなす角度が９０°以下の範囲で次第に大きくなることによって、前記付勢力のうち前記駆動輪を下端へ変位させようとする分力が強くなるように前記付勢部材の付勢力と前記係合部の位置とが選択されているので、段差を通過する際に駆動輪がより本体下方へ突出した場合に駆動輪が床面を押圧する押圧力が減少せず、好ましくは押圧力が増大する付勢機構を実現できる。ひいては、段差を通過する際に駆動輪が本体下方へ大きく突出しても段差を乗り越える推進力が得られ、高い段差乗り越え性能を有する自走式電子機器が実現可能である。また、凹凸のある床面でも駆動輪がスリップせずに安定して走行できる自走式電子機器が実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の一実施形態である自走式掃除機の外観斜視図である。
【図２】図１に示す自走式掃除機の底面図である。
【図３】図１に示す自走式掃除機の駆動輪ユニットを含む箇所の垂直断面図である。
【図４Ａ】図３に示す自走式電子機器の駆動輪ユニットが本体に対し上下方向に変位する様子を示す第１の説明図である。（駆動輪が本体に対して上端位置）
【図４Ｂ】図３に示す自走式電子機器の駆動輪ユニットが本体に対し上下方向に変位する様子を示す第２の説明図である。（駆動輪が本体に対して下端位置）
【図５Ａ】図４Ａに示す駆動輪ユニットを奥側から見た場合を示す第１の説明図である。（駆動輪が本体に対して上端位置）
【図５Ｂ】図４Ｂに示す駆動輪ユニットを奥側から見た場合を示す第１の説明図である。（駆動輪が本体に対して下端位置）
【図６】この実施形態における駆動輪ユニットを上方から視た説明図である。
【図７】この実施形態における駆動輪ホルダーの内部構造を示す説明図である。
【図８Ａ】この実施形態における駆動輪の上端位置で、付勢部材が駆動輪ホルダーを回動させる力Ｆｌを示す説明図である。（図５Ａに対応する位置）
【図８Ｂ】この実施形態における駆動輪の下端位置で、付勢部材が駆動輪ホルダーを回動させる力Ｆｌを示す説明図である。（図５Ｂに対応する位置）
【図９】図８Ａおよび図８Ｂに示す角度θに対して、トルクＴの大きさの算出例を示すグラフである。
【図１０Ａ】この実施形態における駆動輪ユニットにおいて付勢部材として圧縮バネを用いる態様を示す第１の説明図である。（実施の形態２）
【図１０Ｂ】この実施形態における駆動輪ユニットにおいて付勢部材として圧縮バネを用いる態様を示す第２の説明図である。（実施の形態２）
【図１１Ａ】この実施形態における駆動輪ユニットにおいて付勢部材として板バネを用いる態様を示す第１の説明図である。（実施の形態３）
【図１１Ｂ】この実施形態における駆動輪ユニットにおいて付勢部材として板バネを用いる態様を示す第２の説明図である。（実施の形態３）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。
【００１１】
（実施の形態１）
はじめに、この発明の自走式電子機器の一例として自走式掃除機について説明する。
≪自走式掃除機の構成≫
図１に示すように、この発明の自走式掃除機１０は、略円盤形の筐体１０２を備えている。
筐体１０２は、底板１０２ａ（図２参照）と、天板１０２ｂと、底板１０２ａおよび天板１０２ｂの外周部に沿って設けられた平面視円環形の側板１０２ｃとを備えている。なお、側板１０２ｃは前後に二分割されており、側板前部はバンパーとして機能すると共に、側板前部の衝突を検出する衝突センサが内部に設けられている。さらに、図２に示すように、前方に前方超音波受信部１４Ｆが配置され、左側方に左方超音波受信部１４Ｌが配置され、その間に超音波発信部１４Ｂが配置されている。図１では隠れているが、右方超音波受信部１４Ｒが右側方に配置され、それと前方超音波受信部１４Ｆとの間に超音波発信部１４Ｂが配置されている。
天板１０２ｂは、筐体１０２内に収容されて図１に図示しない集塵室の容器を出し入れするために開閉可能な蓋部が設けられている。天板１０２ｂにおける蓋部の前方には排気口３２が形成されている。筐体１０２に内包された部分が装置本体である。
【００１２】
また、図２に示すように、底板１０２ａには右駆動輪１８Ｒ、左駆動輪１８Ｌを筐体１０２内から露出させて外部へ突出させる複数の孔部が左右にそれぞれ形成されている。それらの孔部の奥には左駆動輪１８Ｌおよび右駆動輪１８Ｒの駆動機構を備えた左駆動輪ユニット２３Ｌおよび右駆動輪ユニット２３Ｒが見えている。
底板１０２ａにはさらに、従動輪である後輪１８Ｔが装着されている。後輪１８Ｔは、床面上で自在に向きを変えることができる。左駆動輪１８Ｌの前方に左輪床面センサ１６Ｌ、右駆動輪１８Ｒの前方に右輪床面センサ１６Ｒがそれぞれ配置されている。また、前端部に前方床面センサ１６Ｆが配置され、後端部に後方床面センサ１６Ｔが配置されている。
また、底板１０２ａには吸気口３１が開口しており、開口部に床面を掃く回転ブラシ３６が配置されている。また、吸気口３１の左右には、サイドブラシ３７が配置されている。
【００１３】
自走式掃除機１０は、右駆動輪１８Ｒおよび左駆動輪１８Ｌが同一方向に正回転して前進し、前方超音波受信部１４Ｆが配置されている方向（前方）へ走行する。また、左右の駆動輪が同一方向に逆回転して後退し、互いに逆方向に回転することにより旋回する。例えば、自走式掃除機１０は、前方超音波受信部１４Ｆ、左方超音波受信部１４Ｌ、右方超音波受信部１４Ｒの何れかが進路上に障害物を検出した場合、左右の駆動輪を減速させた後に停止させる。その後、左右の駆動輪を互いに逆方向に回転させて旋回し向きを変える。このようにして、自走式掃除機１０は、設置された場所で障害物を避けながら床面上を自走する。
【００１４】
≪駆動輪ユニットおよびその構造≫
左駆動輪ユニット２３Ｌおよび右駆動輪ユニット２３Ｒは左右対称で対をなすので両者を総称して駆動輪ユニット２３と記載する。また、一方の機構を説明すれば他方はそれと左右対称で同様の機構であるから、以下の駆動輪ユニット２３の説明は、左駆動輪ユニットで代表し右駆動輪ユニットについての説明は省略する。なお、以下の説明における各部の名称および符号については左右の区別を省略することがある。
【００１５】
図３は、図１に示す自走式掃除機１０の左駆動輪ユニット２３Ｌを含む箇所の前後方向に沿った垂直断面図である。
図４Ａおよび図４Ｂは、この実施形態の自走式掃除機１０における駆動輪ユニット２３が筐体１０２に対して上下方向に変位する様子を示す説明図である。図５Ａおよび図５Ｂは駆動輪ユニット２３が筐体１０２に対して上下方向に変位する様子を示す別の説明図である。ここで、図４Ａおよび図５Ａは、自走式掃除機１０の駆動輪が本体側へ最も移動した上端の位置に対応し、図４Ｂおよび図５Ｂは自走式掃除機１０が段差を通過する等して駆動輪が本体の下方へ突出した状態の下端の位置に対応している。なお、図４Ａおよび図５Ａと対比し易いように図４Ｂおよび図５Ｂは、底板１０２ａを水平の基準としているが、水平な床面Ｆの段差に差し掛かって底板１０２ａの前方が持ち上がった状態を、床面Ｆを傾けて描くことによって示している。
また、図６は左駆動輪ユニット２３Ｌに含まれる左輪駆動モータ２１Ｌ、左駆動輪１８Ｌおよび駆動輪ホルダー２２１を上方から視た説明図である。図７は駆動輪ホルダー２２１の内部構造を示す説明図である。
図４Ａ〜図７は、左駆動輪ユニット２３Ｌについてのみ示しているが、右駆動輪ユニット２３Ｒはそれらと左右対称であるが同様の構成である。
【００１６】
駆動輪ユニット２３は、左駆動輪１８Ｌ、左駆動輪１８Ｌを左右方向の第１の軸心Ｐ1を中心に回転可能に保持する駆動輪ホルダー２２１および駆動輪ホルダー２２１に取り付けられた左輪駆動モータ２１Ｌを有する。さらに、左輪駆動モータ２１Ｌの駆動力を左駆動輪１８Ｌに伝達する駆動伝達機構２２３を有する（図６、７参照）。
【００１７】
駆動輪ホルダー２２１は、内側ケース２２１ａおよび外側ケース２２１ｂを備える。内部は駆動伝達機構２２３として第１ギヤ２２３ａ、第２ギヤ２２３ｂ２、第３ギヤ２２３ｂ３、第４ギヤ２２３ｃ２、第５ギヤ２２３ｃ3および第６ギヤ２２３ｄ2を収納するギヤ収納室２２１ｒになっている。また、駆動輪ホルダー２２１は、内側ケース２２１ａに左輪駆動モータ２１Ｌを嵌め入れる円筒部２２１ａ1を有している。
【００１８】
前記円筒部２２１ａ1は、内側ケース２２１ａの長手方向の一端（前端）側に設けられており、その位置に左輪駆動モータ２１Ｌが嵌め入れられて固定される。内側ケース２２１ａの前記円筒部２２１ａ1の中心に対応して、外側ケース２２１ｂに円筒部２２１ｂ１が形成されている。また、円筒部２２１ａ1の外周面の部分には係合部２２１ａ２が形成されており、付勢部材２４１としての引っ張りバネの一端が引っ掛けられている。引っ張りバネの他端は、支持部材２３１に引っ掛けられている。
【００１９】
引っ張りバネが弾性により縮もうとすると、引っ張りバネの前端が引っ掛けられた係合部２２１ａ２が軸心Ｐ２周りに回転する。即ち、バネ前端が引っ掛けられた円筒部２２１ａ１は、軸心Ｐ2周りに係合部２２１ａ２が回動するクランク機構を構成する。円筒部２２１ａ１と一体で、駆動輪ホルダー２２１および左駆動輪１８Ｌが下端位置へ向けて変位する。
なお、第６ギヤ２２３ｄ2の第１の軸心Ｐ1と第１ギヤ２２３ａの第２の軸心Ｐ2とは平行である。即ち、左駆動輪１８Ｌの軸心と左輪駆動モータ２１Ｌの駆動軸ｍ１とは平行であり、左駆動輪１８Ｌの軸心と円筒部２２１ａ１の回動軸心とは平行である。
【００２０】
左輪駆動モータ２１Ｌの駆動軸ｍ１の駆動力は、第１ギヤ２２３ａ〜第５ギヤ２２３ｃ3を介して第６ギヤ２２３ｄ2に伝達される。第６ギヤ２２３ｄ2と左駆動輪１８Ｌとは一体で回転するように連結されている。これにより、左輪駆動モータ２１Ｌの駆動力が左駆動輪１８Ｌに伝達される。
【００２１】
図４Ａおよび図５Ａに示すように、自走式掃除機１０は底板１０２ａと結合された支持部材２３１および駆動輪ホルダー２２１を介して左右の駆動輪によって床面Ｆ上で支持される。このとき、筐体１０２の重量が駆動輪ユニット２３にかかるため、円筒部２２１ａ1および２２１ｂ1を回動軸として駆動輪ホルダー２２１が第２の軸心Ｐ2を中心に回動（変位）して左駆動輪１８Ｌの大半が支持部材２３１内へ収納された状態となる。それと同時に、付勢部材２４１の前端が前方へ引っ張られる方向に移動する。付勢部材２４１が引っ張られて伸びることにより、駆動輪ホルダー２２１と一体で軸心Ｐ2を中心に回動する左駆動輪１８Ｌは、床面Ｆを押圧する方向へ付勢される。
【００２２】
図４Ｂと図５Ｂに示すように、底板１０２ａが床面Ｆから浮き上がると左駆動輪１８Ｌが本体の下方へ突出し、付勢部材２４１の前端が後方へ引っ張られる。また、円筒部２２１ａ1、２２１ｂ1を回動軸として駆動輪ユニット２３が第２の軸心Ｐ2を中心に回動して、左駆動輪１８Ｌが支持部材２３１の外側へ突出した状態となる。
図４Ｂおよび図５Ｂは、左駆動輪１８Ｌが本体下方へ最も突出した状態を示しているが、この下端位置でもなお、付勢部材２４１の引っ張りバネは自然長よりも伸びた状態にあり、駆動輪ホルダー２２１および左駆動輪１８Ｌを付勢している。左駆動輪１８Ｌは付勢力によって床面Ｆに押し付けられるので、左駆動輪１８Ｌが床面Ｆにしっかり追従してグリップする。即ち、自走式掃除機１０は優れた段差乗り越え性能を有する。
【００２３】
なお、水平な床面Ｆ上に自走式掃除機１０が置かれた場合、図４Ａおよび図５Ａに示す上端位置よりも左駆動輪１８Ｌが少し下方へ移動した状態で自重と釣り合い、自走式掃除機１０はその状態で静止あるいは走行する。即ち、左駆動輪１８Ｌは、図４Ａおよび図５Ａに示す上端位置と、図４Ｂおよび図５Ｂに示す下端位置との間の変位領域にあって、床面Ｆの凹凸や段差に応じて上下しながら走行する。
図５Ａおよび図５Ｂから明らかなように、左駆動輪１８Ｌが上端から下端までの如何なる位置においても、付勢部材２４１は高さ方向の寸法（図５Ａに示すＨ１および図５Ｂに示すＨ２）が横方向の寸法（図５Ａに示すＷ１および図５Ｂに示すＷ２）より小さくなるように取り付けられている。
即ち、左駆動輪１８Ｌの上端位置を示す図５Ａにおいて、Ｈ１＜Ｗ１の関係が成立し、かつ、左駆動輪１８Ｌの下端位置を示す図５Ｂにおいて、Ｈ２＜Ｗ２の関係が成立し、それらの間の如何なる位置においても同様の関係が成り立つ。
【００２４】
≪駆動輪の位置と床面への押圧力≫
付勢部材２４１によって駆動輪ホルダー２２１に加わる付勢力を算出する。その付勢力は、駆動輪ホルダー２２１の先に取り付けられた駆動輪（図５Ａおよび図５Ｂでは左駆動輪１８Ｌ）が床面Ｆを押圧するように作用する。
図８Ａおよび図８Ｂは、左駆動輪１８Ｌの上端および下端位置で、付勢部材２４１が駆動輪ホルダー２２１を回動させる力Ｆｌ（エフエル）を示す説明図である。図８Ａおよび図８Ｂに示す駆動輪ホルダー２２１の位置は、図５Ａおよび図５Ｂにそれぞれ対応している。
【００２５】
図８Ａおよび図８Ｂにおいて、付勢部材２４１である引っ張りバネの長さをｌ（エル）で示す。また、軸心Ｐ2から付勢部材２４１の前端までの距離、即ち円筒部２２１ａ1に付勢部材２４１の前端が引っ掛けられた係合部２２１ａ２が軸心Ｐ2を中心に回動する円の半径をｒで示す。即ち、半径ｒは軸心Ｐ2から係合部２２１ａ２までの距離である。軸心Ｐ2から付勢部材２４１の後端（バネ後端２４１ｔ）が支持部材２３１に引っ掛けられた位置までの距離をｘで示す。
【００２６】
付勢部材２４１の前端（係合部２２１ａ２）、後端（バネ後端２４１ｔ）および軸心Ｐ2は三角形をなす。その三角形のうち、バネ後端２４１ｔの頂角の大きさをψ（プサイ）で示す。バネ後端２４１ｔから軸心Ｐ2へ伸びる辺の延長線と軸心Ｐ2から係合部２２１ａ２へ伸びる辺のなす角度をθ（シータ）で示す。角度θの大きさは、１８０°、即ちπラジアンから軸心Ｐ2の頂角を差し引いたものである。
さらに、前述の半径ｒと直交する接線と、付勢部材２４１とがなす角度をφ（ファイ）で示す。角度φは、前述の三角形のうち係合部２２１ａ２の頂角に対する余角である。
【００２７】
図８Ａおよび図８Ｂにおいて、付勢部材２４１が係合部２２１ａ２において駆動輪ホルダー２２１を軸心Ｐ2周りに回転させる力をＦｌで示している。Ｆｌの向きは、軸心Ｐ2を中心とした半径ｒの円の周に沿った方向であり、付勢部材２４１が縮もうとする向きである。
【００２８】
付勢部材２４１が軸心Ｐ2周りに駆動輪ホルダー２２１を回転させようとするトルクＴは、以下の式で表わされる。
Ｔ＝Ｆｌ×ｒ                                            （１）
【００２９】
付勢部材２４１である引っ張りバネの自然長をＬ、バネ定数をＫとすると、Ｆｌは、以下の式で表わされる。
Ｆｌ＝Ｋ×（ｌ−Ｌ）×ｃｏｓφ                          （２）
ここで、（ｌ−Ｌ）はバネの伸びである。
Ｆｌは、引っ張りバネが縮もうとする力のうち、中心がＰ2で半径ｒの円の接線方向の成分として表される。左駆動輪１８Ｌが上下に移動するにつれて、バネ長ｌ（エル）と角度φの両方が変化し、Ｆｌの大きさが変化する。
【００３０】
角度φを角度θで表すことを考える。付勢部材２４１の前端、後端および軸心Ｐ2を頂点とする三角形に着目すると、三角形の内角の和がπラジアンであることから、
ψ＋（π−θ）＋（π／２−φ）＝π
の関係が成立する。これを変形して、
ψ−θ−φ＝−π／２
φ＝π／２＋ψ−θ                                      （３）
式（３）は、角度φを角度ψとθとで表す関係式である。
【００３１】
また、図８Ａおよび図８Ｂより、
ｌ×ｃｏｓψ＝ｘ＋ｒ×ｃｏｓθ
の関係があり、この関係を用いて、
ｔａｎψ＝（ｒ×ｓｉｎθ）／（ｘ＋ｒ×ｃｏｓθ）        （４）
と表すことができる。
式（４）は、角度ψを角度θで表す関係式である。
【００３２】
式（３）に式（４）を適用することで、角度ψを用いることなく角度φを角度θで表すことができる。
その結果を式（２）に適用することで、式（２）のＦｌを角度θで表すことができ、ひいては式（１）のトルクＴを角度θで表すことができる。
そして、左駆動輪１８Ｌが床面Ｆを押圧する力は、トルクＴにほぼ比例する。
【００３３】
厳密には、軸心Ｐ１とＰ２とを結ぶ線が底板１０２ａとなす角度の変化や、底板１０２ａに対する床面Ｆの傾きの角度も考慮すべきである。しかし、段差の形状によってそれらの条件が変わるため、予め定めることは難しい。そこで、駆動輪の床面Ｆに対する押圧力がトルクＴの大きさにほぼ比例すると考えて設計の目安にすることには意味がある。
【００３４】
図９は、上式（１）〜（４）を用いて角度θに対するトルクＴの大きさの算出例を示すグラフである。図９で、横軸は角度θであり、約０°〜１８０°の範囲で計算している。縦軸はトルクＴの大きさを示す。計算に用いた数値と単位は、以下のとおりである。
ｒ＝３０（ｍｍ）
ｘ＝１００（ｍｍ）
Ｌ＝６０（ｍｍ）
Ｋ＝５０（Ｎ／ｍ）
図８Ａおよび図８Ｂからわかるように、左駆動輪１８Ｌが上端と下端の間の如何なる位置においても、引っ張りバネの全長はｘよりも長い。前記ｘは半径ｒの３倍以上の長さである。従って、駆動輪が上端から下端までの如何なる位置においても前記引っ張りバネの全長が前記半径の３倍以上の長さである。
【００３５】
図９に示すように、角度θが０°および１８０°に近づくとトルクＴはゼロに収束する。図８Ａおよび図８Ｂを参照すると、角度θがゼロの位置は付勢部材２４１が伸びきった上死点に対応する。一方、角度θが１８０°の位置は、付勢部材２４１が最も縮んだ下死点に対応する。いずれの場合も、付勢部材２４１の前端と後端とを結ぶ線またはその延長上に軸心Ｐ２が位置しており、その位置では円筒部２２１ａ1を回転させようとするトルクが発生しない。
【００３６】
また、角度θが０°より大きく１８０°未満の領域では、円筒部２２１ａ1を回転させようとするトルクが発生する。図９に示す例で、トルクＴは、角度θが０°付近で増加するとそれにつれて単調に増加するが、角度θが７５°に達するとピークに達する（図９にＣで示す臨界点）。臨界点Ｃを過ぎると、角度θが１８０°に達するまでトルクＴは単調に減少する。図９において、角度θが０°から臨界点Ｃまでの単調増加の領域をＲｉで示し、臨界点Ｃを過ぎて１８０°までの単調減少の領域をＲｄで示している。
【００３７】
この実施形態において、付勢部材２４１は、左駆動輪１８Ｌの上端位置から下端位置に渡る変位領域が、図９に示す単調増加の領域Ｒｉでカバーされるように取り付けられ、駆動輪ホルダー２２１を付勢する。
領域Ｒｉにおいて、左駆動輪１８Ｌがより本体下方へ突出して角度θが増加すると、軸心Ｐ２周りに駆動輪ホルダー２２１を回動させて左駆動輪１８Ｌを床面Ｆへ押圧する力が増加する。従って、段差を通過する際に左駆動輪１８Ｌが本体下方へ大きく突出しても床面Ｆをしっかりとグリップして段差を乗り越える推進力が得られる。また、凹凸のある床面でも駆動輪がスリップせずに安定して走行できる。
【００３８】
以上のように、付勢部材２４１としての引っ張りバネ自体は、左駆動輪１８Ｌが下端位置にある場合（図８Ｂに対応）よりも上端位置にある場合（図８Ａに対応）の方が、長く伸びているのでバネが縮む方向へ大きな付勢力を発生する。即ち、角度θに対して引っ張りバネが縮もうとする付勢力をプロットすると、単調減少の曲線になる。
しかし、引っ張りバネの前端は、軸心Ｐ２を中心に回動可能な円筒部２２１ａ1の係合部２２１ａ２に取り付けられてクランク機構を構成している。左駆動輪１８Ｌと駆動輪ホルダー２２１は、そのクランクと一体で軸心Ｐ２周りに回動する。付勢部材２４１の付勢力によって前記クランクを回転させるトルクＴは、引っ張りバネの付勢力のうち前記クランクの周方向に沿う分力Ｆｌに比例する。よって、角度θに対してトルクＴをプロットすると、図９に示すような単調増加から臨界点Ｃを経て単調減少に移行する曲線になる。
【００３９】
（実施の形態２）
実施の形態１では、付勢部材２４１が引っ張りバネの場合を述べたが、付勢部材２４１は引っ張りバネに限定されない。
この実施形態では、付勢部材２４１として圧縮バネを用いる構成例を示す。
図１０Ａおよび図１０Ｂは、この実施形態における駆動輪ユニットにおいて付勢部材として圧縮バネを用いる態様を示す説明図である。
【００４０】
図１０Ａおよび図１０Ｂにおける左駆動輪１８Ｌおよび駆動輪ホルダー２２１の位置は、図５Ａおよび図５Ｂにそれぞれ対応する。
円筒部２２１ａ1の係合部２２１ａ２の位置は、引っ張りバネを用いる図５Ａおよび図５Ｂに示す係合部２２１ａ２と軸心Ｐ2に対して点対称の位置にすればよい。バネの自然長からの変位量およびバネ係数が図５Ａよび図５Ｂに示す引っ張りバネと等しければ、図９に示すものと同等のトルクＴが得られる。
【００４１】
（実施の形態３）
この実施形態では、付勢部材２４１として板バネを用いる態様を述べる。
図１１Ａおよび図１１Ｂは、この実施形態における駆動輪ユニットにおいて付勢部材として板バネを用いる態様を示す説明図である。
図１１Ａおよび図１１Ｂにおける左駆動輪１８Ｌおよび駆動輪ホルダー２２１の位置は、図５Ａおよび図５Ｂにそれぞれ対応する。
【００４２】
図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、円筒部２２１ａ1は、周付近の一カ所に付勢部材２４１としての板バネと係合する係合部２２１ａ２が形成されている。係合部２２１ａ２は、軸心Ｐ2に平行な棒状の部材であり、板バネと接触する部分の摩擦を少なくするために周囲に回動可能なリングが嵌められていてもよい。
板バネの上端は、軸心Ｐ2の直上よりもやや左寄りの位置で支持部材２３１に固定されており、下端は係合部２２１ａ２よりも下方かつ右寄りの位置にある。板バネは、係合部２２１ａ２を左方へ付勢し、その付勢力によって左駆動輪１８Ｌおよび駆動輪ホルダー２２１を本体から突出させようとするトルクＴが得られる。
図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、係合部２２１ａ２が右側へ寄るほど板バネの変形は大きく、係合部２２１ａ２を左方へ付勢する力が大きい。図５Ａおよび図５Ｂで、係合部２２１ａ２が前側へ寄るほど引っ張りバネが伸びて大きな付勢力が得られるのと同様である。
【００４３】
以上に述べたように、
（i）この発明による自走式電子機器は、駆動輪と、前記駆動輪を駆動して自走させる駆動部と、前記駆動輪が本体に対し上下に変位可能なように支持する懸架機構とを備え、前記懸架機構は、前記駆動輪の変位に応じて軸心周りに回動し前記軸心から所定の距離で付勢部材と係合する係合部と、前記係合部と係合し下端へ向けて駆動輪を変位させようと付勢する付勢部材とを含み、前記駆動輪が上端から下端へ変位するに従って前記付勢部材の付勢力が次第に小さくなっても、前記係合部から軸心へ向かう線と前記付勢部材の付勢方向とがなす角度が９０°以下の範囲で次第に大きくなることによって、前記付勢力のうち前記駆動輪を下端へ変位させようとする分力が強くなるように前記付勢部材の付勢力と前記係合部の位置とが選択されていることを特徴とする。
【００４４】
この発明において、駆動部は、駆動輪を駆動して機器を自走させるものである。その具体的な態様としては、例えば、駆動輪を回転させるモータとそのモータの動力を駆動輪に伝達する駆動機構、周囲の状況に応じて駆動輪を回転および停止させて走行を制御するための制御回路等が駆動部に相当する。
【００４５】
また、係合部は、付勢部材と係合し、付勢部材の付勢力を下端へ向けて駆動輪を変位させる力に変換するものである。即ち、付勢部材からの付勢力によって前記軸心周りに回転しようとするクランク機構を構成する要素である。上述の実施形態において円筒部材２２１ａ１の外周部分に形成された係合部２２１ａ２は、それに相当する。
【００４６】
係合部から軸心へ向かう線と付勢部材の付勢方向とがなす角度とは、図８Ａおよび図８Ｂに当て嵌めると、軸心Ｐ２、係合部２２１ａ２およびバネ後端２４１ｔの３点を頂点とする三角形のうち、係合部２２１ａ２の頂角の角度に相当する。係合部２２１ａ２の頂角の余角が、角度φである。よって、係合部から軸心へ向かう線と付勢部材の付勢方向とがなす角度が９０°以下の範囲で次第に大きくなると、余角である角度φは次第に小さくなり、付勢の方向が軸心Ｐ２周りの円の接線と次第に一致する。
【００４７】
さらにまた、付勢力のうち駆動輪を下端へ変位させようとする分力が強くなるように付勢部材の付勢力と係合部の位置とが選択されるとの記載は、上述の実施形態において以下の構成に相当する。即ち、図９にＲｉで示す領域の中に駆動輪が上端から下端へ変位する変位領域が包含される構成である。領域Ｒｉでは、角度θが増加するにつれてトルクＴが単調増加する。
【００４８】
さらに、この発明の好ましい態様について説明する。
（ii）前記付勢部材は、駆動輪が上端から下端までの如何なる位置においても高さ方向の寸法が横方向の寸法より小さくなるように取り付けられていてもよい。
このようにすれば、付勢部材を横長に配置して取り付けることによって、懸架機構を備えていても薄型の自走式電子機器を実現することができる。例えば、自走式電子機器の一態様である自走式掃除機は、ソファーやベッドの下の低い隙間を掃除できるように高さ方向の寸法が小さい薄型のものが好ましいので、この態様による懸架機構は好適である。
【００４９】
（iii）前記付勢部材は、引っ張りバネであり、駆動輪が上端から下端までの如何なる位置においても前記引っ張りバネの全長が前記所定の距離の３倍以上の長さであってもよい。
このようにすれば、軸心から係合部までの距離の３倍以上の引っ張りバネであっても、横長に配置することで薄型の自走式電子機器を実現できる。
【００５０】
（iv）前記付勢部材は、圧縮バネまたは板バネであってもよい。
このようにすれば、引っ張りバネに限らず、それ以外のものも付勢部材として適用できる。
【００５１】
（v）前記軸心の方向は、前記駆動輪の回転軸に平行であってもよい。
このようにすれば、駆動輪が上下に変位すると、駆動輪の回転軸と平行な軸心周りに係合部が回動するので、単純な構成の懸架機構を実現できる。
この発明の好ましい態様には、上述した複数の態様のうちの何れかを組み合わせたものも含まれる。
前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。
【符号の説明】
【００５２】
１０：自走式掃除機、    １４Ｂ：超音波発信部、    １４Ｌ：左方超音波受信部、    １４Ｆ：前方超音波受信部、    １４Ｒ：右方超音波受信部、    １６Ｌ：左輪床面センサ、    １６Ｒ：右輪床面センサ、    １６Ｆ：前方床面センサ、    １６Ｔ：後方床面センサ、    １８Ｒ：右駆動輪、    １８Ｌ：左駆動輪、    １８Ｔ：後輪、    ２１Ｌ：左輪駆動モータ、    ２３：駆動輪ユニット、    ２３Ｌ：左駆動輪ユニット、    ２３Ｒ：右駆動輪ユニット、    ３１：吸気口、    ３２：排気口、    ３６：回転ブラシ、    ３７：サイドブラシ
１０２：筐体、    １０２ａ：底板、    １０２ｂ：天板、    １０２ｃ：側板
２２１：駆動輪ホルダー、    ２２１ａ：内側ケース、    ２２１ｂ：外側ケース、    ２２１ａ１，２２１ｂ１：円筒部、    係合部：２２１ａ２、    ２２１ｒ：ギヤ収納室、    ２２３：駆動伝達機構、    ２２３ａ：第１ギヤ、    ２２３ｂ２：第２ギヤ、    ２２３ｂ３：第３ギヤ、    ２２３ｃ２：第４ギヤ、    ２２３ｃ3：第５ギヤ、    ２２３ｄ2：第６ギヤ、    ２３１：支持部材、    ２４１：付勢部材、    ２４１ｔ：バネ後端
Ｆ：床面、    ｍ１：駆動軸、    Ｐ１，Ｐ２：軸心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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