(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体であって、前記本体を表面上で駆動するための駆動装置を備えた本体と、前記本体の後部を床面から離れる方向に付勢するための付勢手段とを有し、前記付勢手段は、前記本体の後部を前記床面上に支持するための床係合支持部材を含み、該床係合支持部材は、垂直な軸を中心に前記本体に対して回転し、前記床係合支持部材は、前記本体に回転自在に取り付けられたキャリアと、該キャリアに枢動自在に取り付けられた揺動アームとを含み、前記キャリアは、垂直な軸を中心に前記本体に対して回転し、前記揺動アームは、水平な軸を中心に前記キャリアに対して枢動し、
前記床係合支持部材は、前記本体によって定められる凹部に収容された第１の位置と、前記凹部から展開された第２の位置との間で移動可能である、
ことを特徴とする移動ロボット。
【請求項２】
前記床係合支持部材は、前記本体を前記床面から離して付勢するように前記床面に所定の力で押し付けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の移動ロボット。
【請求項３】
前記揺動アームは、前記ロボットの前記本体に対して枢動する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の移動ロボット。
【請求項４】
前記床係合支持部材に作用するバネ部材を含む、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項５】
前記バネ部材は、ねじりバネである、
ことを特徴とする請求項４に記載の移動ロボット。
【請求項６】
前記バネ部材は、５ニュートンの付勢力をもたらす、
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の移動ロボット。
【請求項７】
前記床係合支持部材は、前記本体の下方２０ｍｍの距離に展開可能である、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項８】
前記揺動アームは、３０度の枢動角移動範囲を有する、
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項９】
前記床係合支持部材は、前記床面に係合する車輪を含む、
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の移動ロボット。
【請求項１０】
前記付勢手段は、前記本体の後部に配置されて長手方向軸上に位置合わせされる、
ことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の移動ロボット。
【請求項１１】
前記付勢手段は、前記本体の後部に配置されて長手方向軸上に位置合わせされ、さらなる床係合支持部材に隣接して位置付けられる、
ことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の移動ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動ロボットに関する。特に、排他的な意味ではないが、本発明は、例えば家庭又はオフィス環境で使用されるロボット型床掃除機、真空掃除機及び床洗浄機などの家庭用移動ロボット用途の背景において有用性がある。
【背景技術】
【０００２】
住宅又はオフィス環境周辺では、移動ロボット機器がますますよく見られるようになってきた。通常、これらのロボット機器は、ロボット型床掃除機又は真空掃除機の形をとる。既知のロボット掃除機の例には、ｉＲｏｂｏｔ社製のＲｏｏｍｂａ（商標）機械群、Ｓａｍｓｕｎｇ社製のＮａｖｉｂｏｔ（商標）機械群、及び国際公開第１９９７／０４０７３４号に一部記載されているＥｌｅｃｔｒｏｌｕｘ  Ｔｒｉｌｏｂｉｔｅ（商標）がある。国際公開第１９９７／０４０７３４号の真空掃除機は、その通常の移動方向を基準にして、ハウジングの後方部分に電子部品及び真空モータなどの重い構成要素を含み、ハウジングの前方部分に集塵室が配置されている点が注目される。
【０００３】
ロボット真空掃除機は、環境内を動き回り、進むにつれて床を処理する必要がある。住宅又はオフィスの床面積は、全体が１つの高さではなく、従ってロボットがその作業を効果的に行うために乗り越えられなければならない様々な起伏又は移行部が存在することがある。例えば、部屋と部屋の間及び／又は床面積内の床の敷物の種類の間には、わずかな垂直方向の段差が存在することがある。また、ロボットは、カーペットなどの一時的な床の敷物にはい上がることが必要な場合もある。
【０００４】
家庭用移動ロボットの「はい上がり能力」は、その全体的な構成に大きく依存する。例えば、ロボットの質量中心がロボットの後方部分に大きく偏っている場合、ロボットが移行部を乗り越えている間に「浜に打ち上げられた」ようになってしまうリスクがあると理解されるであろう。真空モータ、バッテリ及び電子部品などの重い構成要素が機械の後部に収容され、集塵ビンなどの比較的軽い構成要素が機械の前部寄りに配置されるように構成された真空掃除ロボットは、この影響を受ける。このような構成は、国際公開第１９９７／０４０７３４号において明らかである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第１９９７／０４０７３４号
【特許文献２】国際公開第２００８／００９８８６号
【特許文献３】国際公開第２０００／０３８０２５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この背景に照らして、本発明は、本体を備えた移動ロボットであって、この本体が、本体を表面上で支持して駆動するための駆動装置と、本体の後部を床面から離れる方向に付勢するための付勢手段とを有する移動ロボットを提供する。
【０００７】
本発明は、質量中心が比較的後方位置に配置された移動ロボットにおいて特に有利である。このように質量中心が「後方に偏った」移動ロボットは、移動ロボット前部の質量が小さいことにより、その前部を持ち上げて移行部を乗り越えるのに必要な駆動エネルギーが少ないので、移行部を乗り越えるための比較的高い能力を有することができる。しかしながら、その質量が後方に偏っていることにより、その主駆動装置がロボットの後部を引き上げて移行部を乗り越えることができない場合には、ロボットが立ち往生し、すなわち「浜に乗り上げた」状態になることがある。本発明は、質量中心が後方に偏った移動ロボットの利点を保ちながら、移動ロボットの後部を床面から離して上向きに付勢する手段を提供することにより、この問題に対する機械的に優れた解決策を提供するものである。
【０００８】
１つの実施形態では、付勢手段が、本体の後部を支持するように構成された床係合支持部材の形をとることができる。従って、この構成は、例えば浅い段差とすることができる移行部上でロボットが立ち往生した状況において、所定の力で後部を床面から離して押し上げて本体を前方に「傾ける」影響を与える役割を果たす。
【０００９】
床係合部材の物理的輪郭が確実に小さくなるように、床係合部材は、本体の好適な湾部又は凹部内に収容可能であるとともに、収容位置と展開位置の間で移動可能とすることができる。上記の機能を実現するために特に好都合な構成は、ロボットの本体に対して枢動し、ロボットが表面上に停止している時に部分的に又は完全に凹部内に収容されるように構成された揺動アームによってもたらされる。
【００１０】
床係合支持部材は、本体と実質的に垂直な軸を中心に回転することができる。床係合支持部材は、本体に回転自在に取り付けられたキャリアと、このキャリアに枢動自在に取り付けられた揺動アームとを含むことができ、キャリアは、実質的に垂直な軸を中心に本体に対して回転することができ、揺動アームは、実質的に水平な軸を中心にキャリアに対して枢動することができる。
【００１１】
所定の下向きの力を得るために、床係合支持部材に作用するためのバネ部材を配置することができる。例えば、このバネ部材は、圧縮コイルバネとすることもできるが、揺動アームを展開位置に付勢するように揺動アームと本体の間に固定されたねじりバネとすることもできる。
【００１２】
揺動アームには、隣接する床面との間の摩擦接触を低減するようにランナー又はスキッドを取り付けることができるが、ローラ又は車輪を有する揺動アームを設けることが好ましい選択肢である。
【００１３】
揺動アームは、その付勢力をバランスの良い位置に加えるために、本体の長手方向軸上に位置合わせして本体の後部に配置することができる。さらなる選択肢は、例えば固定車輪又はローラと受動車輪又はローラとの間などの１対のさらなる床係合支持体間に揺動アームを位置付けて、バネ付勢された揺動アームに加わる負荷を低減することである。
【００１４】
以下、本発明をさらに容易に理解できるように、添付図面を参照しながら実施形態をほんの一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態による移動ロボットの正面斜視図である。
【図２】図１の移動ロボットを下方から見た図である。
【図３】図１の移動ロボットの主要アセンブリを示す分解斜視図である。
【図４】図１〜図３の移動ロボットの牽引ユニットの動きの範囲を示す側面図である。
【図５】展開位置にある床係合支持部材を示す、図１の移動ロボットを下方から見た簡略斜視図である。
【図６】図５の床係合支持部材の拡大図である。
【図７】床係合支持部材の長手方向断面図である。
【図８】完全な収容位置にある床係合支持部材を示す、図５と同様の簡略斜視図である。
【図９】図８の床係合支持部材の拡大図である。
【図１０】床係合支持部材の長手方向断面図である。
【図１１】床係合支持部材の斜視図である。
【図１２ａ】先行図の簡略化した移動ロボットが床面の移行部を乗り越える連続図である。
【図１２ｂ】先行図の簡略化した移動ロボットが床面の移行部を乗り越える連続図である。
【図１２ｃ】先行図の簡略化した移動ロボットが床面の移行部を乗り越える連続図である。
【図１２ｄ】先行図の簡略化した移動ロボットが床面の移行部を乗り越える連続図である。
【図１２ｅ】先行図の簡略化した移動ロボットが床面の移行部を乗り越える連続図である。
【図１３ａ】別の実施形態の概略図である。
【図１３ｂ】別の実施形態の概略図である。
【図１４】床係合支持部材の別の実施形態を示す図である。
【図１５ａ】床係合支持部材の別の実施形態を示す図である。
【図１５ｂ】床係合支持部材の別の実施形態を示す図である。
【図１６ａ】床係合支持部材の別の実施形態を示す図である。
【図１６ｂ】床係合支持部材の別の実施形態を示す図である。
【図１７ａ】床係合支持部材の別の実施形態を示す図である。
【図１７ｂ】床係合支持部材の別の実施形態を示す図である。
【図１７ｃ】床係合支持部材の別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図面の図１、図２、図３及び図４を参照すると、移動ロボット真空掃除機２の形の自律式表面処理機器（以下、「ロボット」）が、４つの主要アセンブリ、すなわちシャーシ（又は敷板）４と、シャーシ４上に担持された本体６と、シャーシ４上に取り付け可能な、ロボット２に概ね円形の輪郭をもたらす概ね円形の外側カバー８と、本体６の前部に担持され、外側カバー８の相補的な形状の切り欠き部１２を通って突出する分離装置１０とを有する主本体３を備える。
【００１７】
本明細書において、ロボットの文脈における「前部」及び「後部」という用語は、その動作中の順方向及び逆方向の意味で使用するものであり、分離装置１０はロボットの前部に位置する。同様に、「左」及び「右」という用語は、ロボットの前進運動方向に関して使用するものである。図１から理解されるように、ロボット２の主本体は、その全体的な形が主に操縦性の理由から比較的短い円筒形であり、従ってロボットが移動する表面に対してほぼ垂直に延びる円筒軸「Ｃ」を有する。従って、円筒軸Ｃは、ロボット２の前後方向に配向されて分離装置１０の中心を通るロボットの長手方向軸「Ｌ」に対してほぼ垂直に延びる。
【００１８】
シャーシ４は、ロボットの複数の構成要素を支持し、好ましくはＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）などの高強度の射出成形プラスチック材料から製造されるが、アルミニウム又は鋼などの適当な金属、或いはわずかな例を挙げると炭素繊維複合体などの複合材料から製造することもできる。後述するように、シャーシ４の主な機能は駆動プラットホームとしての機能であり、ロボットが移動する表面を掃除するための清掃装置を担持することである。
【００１９】
特に図３を参照すると、シャーシ４の前部１４は、比較的平坦でトレイ状の形をしており、ロボット２の前部を形成する湾曲した船首部１５を定める。前部１４の各フランクには、それぞれの牽引ユニット２０が取り付けられる。
【００２０】
この１対の牽引ユニット２０は、シャーシ４の両側に配置され、牽引ユニット２０の回転速度及び回転方向に応じてロボットが順方向及び逆方向に駆動され、左手又は右手に向かって曲線経路をたどり、又はその場でいずれかの方向に向きを変えることが可能になるように、独立して動作可能である。このような構成は、時に差動駆動として知られており、牽引ユニット２０の詳細については、本明細書で後程さらに完全に説明する。
【００２１】
シャーシ４の比較的狭い前部１４は、概ね円筒形の表面処理アセンブリ２４又は「掃除機ヘッド」を含むとともにシャーシ４の長手方向軸「Ｌ」に対して実質的に幅全体を横切って横方向に延びる後部２２内に広がる。
【００２２】
ロボット２の下面を示す図２も参照すると分かるように、掃除機ヘッド２４は、ロボット２の動作時に埃及び破片が吸い込まれる、支持面に面する矩形の吸引開口部２６を定める。掃除機ヘッド２４内には細長いブラシバー２８が収容され、このブラシバー２８は、減速歯車及び駆動ベルト装置３２を介して電気モータ３０によって従来の方法で駆動されるが、歯車式動力伝達装置のみによるもの又は直接駆動などの他の駆動構成も想定される。さらに、車輪付きの駆動装置を示しているが、脚付きシステムなどの他の駆動システムを許容することもできる。
【００２３】
シャーシ４の下面は、汚れた空気を吸引開口部２６の方に引き込むための経路を提供する複数のチャネル３３（簡潔にするためにこれらの２つしか番号表記していない）を含む、吸引開口部２６の前方に延びる細長い敷板区分２５を特徴とする。シャーシ４の下面は、シャーシ４が床面上で停止又は移動している時にシャーシ４のためのさらなる支持点を提供する複数（図示の実施形態では４つ）の受動車輪又はローラ３１も担持する。従って、ローラ３１は、シャーシの下面を床面から所定の最小距離（この実施形態では約５ｍｍであるが、これは必須ではない）だけ離間させる役割を果たし、このことはブラシバーの処理能力にとって有益である。
【００２４】
この実施形態では、掃除機ヘッド２４及びシャーシ４が単一のプラスチック成形品であり、従って掃除機ヘッド２４はシャーシ４と一体である。しかしながら、このことは必須ではなく、これらの２つの構成要素を別個の要素とし、ネジ又は当業者に明らかな適当な結合技術によって掃除機ヘッド２４をシャーシ４に好適に取り付けることもできる。
【００２５】
掃除機ヘッド２４は、ロボットのカバー８に沿ってシャーシ４の縁部に延びる第１及び第２の端面２７、２９を有する。図２及び図３のような水平又は平面輪郭で考えると、掃除機ヘッド２４の端面２７、２９は平坦であり、ロボット２の横軸「Ｘ」に沿って直径方向に対向する地点においてカバー８に正接（「Ｔ」で示す）して延びていることが分かる。この利点は、ロボットが「壁伝い」モードで行き来する時に掃除機ヘッド２４が部屋の壁すれすれに近接して移動することができ、従って壁に至るまでの全てを掃除できる点である。さらに、掃除機ヘッド２４の端面２７、２９は、ロボット２の両側に正接して延びているので、壁がロボットの右側に存在するか、それとも左側に存在するかに関わらず、壁に至るまでの全てを掃除することができる。また、この有益な縁部清掃能力は、牽引ユニット２０がカバー８の内側において実質的に横軸Ｘに位置することによっても強化され、すなわちこのロボットは、壁伝い動作中に、カバー８、従って掃除機ヘッド２４の端面２７、２９が壁にほとんど接するように立ち回ることができる。
【００２６】
清掃動作中に吸引開口部２６に吸い込まれた埃は、掃除機ヘッド２４から上向きに延びて順方向を向くまで約９０°の円弧を通じてシャーシ４の前部に向かって湾曲する導管３４を介して掃除機ヘッド２４から排出される。導管３４は、本体６上に設けられた相補的な形状のダクト４２と係合するように成形された可撓性の蛇腹構成３８を有する矩形口部３６で終端する。
【００２７】
ダクト４２は本体６の前部４６に設けられ、概ね円形のベースプラットホーム４８を有する前方を向いた概ね半円筒形の凹部５０内に開口する。凹部５０及びプラットホーム４８は、使用時に分離装置１０が取り付けられるドッキング部分を形成し、分離装置１０は、中身を空にするためにこのドッキング部分から離脱することができる。
【００２８】
なお、この実施形態では、分離装置１０が、国際公開第２００８／００９８８６号に開示されているようなサイクロン分離器で構成されており、この特許の内容は引用により組み入れられる。このような分離装置の構成は周知であり、従って本明細書ではこれ以上説明しないが、手短に言えば、分離装置１０は、一杯になった時に中身を空にすることができるように、着脱が容易な締結手段などの好適な機構によって本体６に取り外し自在に取り付けられる。分離装置１０の性質は本発明の中心ではなく、代わりにサイクロン式分離装置が、例えばフィルタ膜、多孔質ボックスフィルタなどの当業で周知のその他の手段、又は他の何らかの形の分離装置によって空気流から埃を分離することができる。真空掃除機でない装置の実施形態では、本体６が、この機械によって行われる作業に適した装置を収容することができる。例えば、床研磨機では、主本体が、液状研磨流体を貯蔵しておくためのタンクを収容することができる。
【００２９】
分離装置１０をドッキング部分５０に係合させると、分離装置１０の汚れた空気の入口５２がダクト４２に受け入れられ、ダクト４２の他端をブラシバー導管３４の口部３６に接続可能になって、ダクト４２が、汚れた空気を掃除機ヘッド２４から分離装置１０に移送するようになる。蛇腹３８は、若干の角度のずれにも関わらず分離装置１０の汚れた空気の入口５２と密封嵌合できるように、ダクト３４の口部３６に一定程度の弾性を与える。導管３４は、ここでは蛇腹として説明しているが、汚れた空気の入口５２と係合する、可撓性ゴムカフシールなどの別の弾性シールを有することもできる。
【００３０】
汚れた空気は、この実施形態では本体６の左手側のモータハウジング６０内に位置する電動モータ及びファンユニット（図示せず）である空気流生成器により、分離装置１０を通じて吸い込まれる。モータハウジング６０は、ドッキング部分５０の円筒形の壁で開口することによって分離装置１０の円筒形の曲率に適合する、湾曲した入口６２を含む。図４では見えないが、分離装置１０は、分離装置１０がドッキング部分５０に係合した時に入口６２と位置合わせされるきれいな空気の出口を含む。使用時には、吸引モータがモータ入口６２の領域内に低圧を生じさせることにより、空気流路に沿って掃除機ヘッド２４の吸引開口部２６から汚れた空気が引き込まれ、導管３４及びダクト４２を通じ、分離装置１０を通じて汚れた空気の入口５２からきれいな空気の出口に至る。その後、きれいな空気がモータハウジング６０内を通り、フィルタ処理されたきれいな空気の出口６１を通じてロボット２の後部から排気される。
【００３１】
図４には、カバー８を本体６とは別個に示しており、ロボット２の機能部品の大半がシャーシ４及び本体６によって担持されるので、カバー８は、主に保護シェルとして機能する外皮を提供するとともにユーザ制御インターフェイス７０を担持する。
【００３２】
カバー８は、概ね円筒形の側壁７１と、ドッキング部分５０の形状を補完するように成形された部分的に円形の切り欠き部１２を除いて本体６の平面的輪郭に対応する概ね円形の輪郭をもたらす平坦な上面７２と、円筒形の分離装置１０とを含む。さらに、カバー８の平坦な上面７２は、分離装置１０の上面１０ａと同一平面上に存在し、従って主本体に取り付けられた時にカバー８と同じ高さになることが分かる。
【００３３】
図１〜図３において特に明らかなように、カバー８の部分的に円形の切り欠き部１２及び本体６の半円筒形の凹部５０は、分離装置１０の両側面を支えるとともにドッキング部分５０の前部から装置１０の約５％〜４０％、好ましくは２０％を突出させる２つの突出ローブ又はアーム７３を定める馬蹄形の湾部をドッキング部にもたらす。従って、たとえカバー８がロボット２の主本体上の適所に存在する場合でも分離装置１０の一部は露出したままになり、ユーザは、分離装置１０の中身を空にするために容易に分離装置１０を取り出すことができる。
【００３４】
側壁７１の対向部分は、カバー８を本体６に接続した時に掃除機ヘッド２４のそれぞれの端部２７、２９を覆って嵌合するアーチ形の凹部７４（図３には１つしか示していない）を含む。図１から分かるように、掃除機ヘッド２４の両端部とそれぞれのアーチ７４との間には、物体と衝突した時にこれらが相対的に動くことができるように間隙が存在する。
【００３５】
カバー８は、側壁７１の上縁部に半円形の運搬用ハンドル７６を含み、このハンドル７６は、ハンドル７６がカバー８の上側周縁部における相補的な形状の凹部８０に収まる第１の収容又は格納位置と、ハンドルが上向きに延びる（図１に破線で示す）第２の展開又は拡張位置との間で、２つの直径方向に対向するボス７８を中心に枢動自在である。ハンドル７６は、収容位置ではカバー８の「きれいな」円形の輪郭を維持し、ロボット２の通常動作中にユーザの妨げにならない。また、この位置では、ハンドル７６が、ロボット２の後部フィルタドア（図示せず）を閉鎖位置にロックして、ロボット２の動作時にフィルタドアが偶発的に取れるのを防ぐ役割を果たす。
【００３６】
動作中、ロボット２は、その環境周囲を自律的に動き回ることができ、バッテリパック（図示せず）などの充電可能な電源によって給電される。これを実現するために、ロボット２は、バッテリパック、牽引ユニット２０、並びに本体６の前方左側及び右側の、例えば赤外線及び超音波送信機及び受信機を含む適当なセンサの組８２にインターフェイス接続される、適当な制御手段を有する。センサの組８２は、制御手段に、環境内の様々な特徴からのロボット２の距離、並びにこれらの特徴のサイズ及び形状を表す情報を提供する。また、制御手段は、吸引ファンモータ及びブラシバーモータを適切に駆動して制御するために、これらの構成要素にもインターフェイス接続される。従って、制御手段は、掃除すべき部屋のあちこちにロボット２を導くように牽引ユニット２０を制御する。なお、ロボット型真空掃除機を操作して誘導する特定の方法は本発明の本質ではなく、当業では複数のこのような制御方法が周知である。例えば、国際公開第２０００／０３８０２５号には、１つの特定の操作方法がさらに詳細に記載されており、この誘導システムでは光検出装置が使用されている。この文献では、光検出装置によって検出された光レベルが、以前に光検出装置によって検出された光レベルといつ同じ又は実質的に同じであるかを識別することにより、掃除機が室内の自分の位置を特定することが可能になる。
【００３７】
牽引ユニットに戻ると、牽引ユニット２０は、概観として、変速機ケース９０、連結部材９２又は「揺動アーム」、第１及び第２の滑車輪９４、９６、並びに滑車輪９４、９６の周囲に制約されたトラック又は連続ベルト９８を含む。
【００３８】
変速機ケース９０は、変速機ケース９０の一端の内面に取り付けられた入力モータ駆動モジュール１００と、変速機ケース９０の駆動側、すなわちモータモジュール１００が取り付けられた変速機ケース９０の反対側から突出する出力駆動シャフト１０２との間に延びる歯車装置を収容する。この実施形態では、モータモジュール１００が、信頼性が高く効率的であるという理由でブラシレスＤＣモータであるが、例えばブラシ付きＤＣモータ、ステッピングモータ又は油圧式駆動装置などの他のタイプのモータを使用することを排除するものではない。上述したように、モータモジュール１００は、電力及び制御信号を受け取るように制御手段にインターフェイス接続されるとともに、この目的のために統合電気コネクタ１０４を有する。この実施形態では、歯車装置が、信頼性が高く小型軽量であるという理由で、利用可能なトルクを増加させながらモータモジュール１００の速度を低減する歯車装置である。しかしながら、本発明の文脈では、ベルト又は油圧駆動装置などの他のギアリング構成も想定される。
【００３９】
従って、牽引ユニット２０は、駆動機能、ギアリング機能及び床係合機能を内蔵型の独立駆動ユニットに統合し、シャーシ４上の好適な耳部内に受け入れられる複数の締結具９１（本実施形態では４つの締結具）によってシャーシ４上に容易に取り付けられる。
【００４０】
牽引ユニット２０は、ロボット２が前進している時に第１の滑車輪９４が先頭位置に来るようにシャーシに取り付けることができる。この「先頭車輪」９４は、対のうちの被駆動車輪であるため、スプロケットと見なすこともできる。
【００４１】
揺動アーム９２は、変速機ケース９０の先頭車輪９４との間に、駆動シャフト１０２を中心に枢動するように取り付けられた先端部を含む。連続ベルト又はトラック９８は、ロボット２と床面との間の境界面を提供し、この実施形態では、ロボットが表面上を移動して表面の構造又は起伏の変化を乗り越える時にロボットに高把持力を与える頑丈なゴム入り材料である。図示してはいないが、起伏の多い地形上における牽引力を高めるために、ベルト９８にタイヤ模様を与えることもできる。
【００４２】
同様に、図示してはいないが、ベルト９８の内面は、先頭車輪９４の円周面に設けられた相補的な歯形成（図示せず）と係合してベルト９８が車輪９４上で滑る可能性を抑えるように鋸歯状又は歯付きになっている。この実施形態では、先頭車輪９６が相補的な歯形成を有していないが、必要に応じて設けることができる。
【００４３】
理解されるように、揺動アーム９２は、先頭及び後続車輪９４、９６を離れた状態に固定するとともに、先頭車輪９６が後続車輪９４を中心に角度的に揺動することを可能にする。牽引ユニット２０は、揺動アーム９２の先端部分から上向きに延びる取り付けブラケット１２６と、変速機ケース９０の後端部分から突出するピン１２８との間に引張状態で取り付けられたコイルバネ１１８の形の揺動アームサスペンションも含む。使用時には、バネ１１８の作用によって後続車輪９６が床面と係合するように付勢され、従ってロボット２が毛足の長いカーペットなどの起伏のある表面を乗り越える際、又は電気ケーブルなどの障害物を乗り越える際の牽引力が向上する。図４に、揺動アーム９２の移動範囲全体にわたる牽引ユニット２０の３つの例示的な位置を示す。
【００４４】
再び図２を参照すると、牽引ユニット２０及び受動輪３１に加えてシャーシ４も、大まかに１３０で示す床係合支持部材の形の付勢手段によって床面上に支持されている。この実施形態では、床係合支持部材１３０が、シャーシ４の後部１２９に（従ってロボットの主本体にも）配置されて、後部１２９を床面上に支持するジョッキーホイールである。具体的には、ジョッキーホイール１３０は、やはりシャーシ４の後部に配置された２つの支持輪３１から等距離にあるロボット２の中心線Ｌ上に位置する。
【００４５】
以下、このジョッキーホイール１３０をさらに詳細に示す図５〜図１１を参照する。なお、ここでは明確にするためにロボット２を簡略化した形で示している。
【００４６】
ジョッキーホイール１３０は、シャーシの下面に定められる凹部又は「湾部」１３２内に取り付けられ、ジョッキーホイール１３０が湾部１３２内に収容される（図８、図９及び図１０に示す）第１の位置と、ジョッキーホイールが湾部１３２から展開される第２の位置（図５、図６、図７）との間で移動可能である。ジョッキーホイール１３０は、この実施形態ではねじりバネである付勢手段１３４によって所定の力で展開位置に付勢されるが、当業者であれば、この付勢手段は、圧縮バネ、ガス入りバネ及び弾性質量などの異なる形を有することもできると理解するであろう。現在のところ、コンパクトであって狭い体積での使用に適しているという理由でねじりバネが好ましい。
【００４７】
より詳細には、ジョッキーホイール１３０は、第１の内側の端部１３６ａにおいて枢動するアーム１３６と、アーム１３６の第２の外側の端部１３６ｂに取り付けられたローラ又は車輪１３８とを含む。この実施形態では、アームの内端部１３６ａが、シャーシ４上に設けられた枢動ピン１４２にスナップ嵌めによって固定された１対のＣ字形マウント１４０の形の軸受手段を含むが、アーム１３６は、様々な方法で枢動自在に取り付けることができる。特に図示してはいないが、枢動ピン１４２及びマウント１４０の構成は、ロボットの横軸Ｘと実質的に平行に位置する水平軸を中心にアームが枢動するようになっていると理解されたい。
【００４８】
例えば図７に示すように、ねじりバネ１３４は、枢動ピン１４２を覆って受け入れられるとともに、アーム１３６の内側部分１４１とシャーシ４の構成要素との間に固定されて、アーム１３６を展開位置に向けて外向きに付勢する。従って、ジョッキーホイール１３０は、ロボット２の後部１２９を床面から離れる方向に所定の力で付勢するための付勢手段として機能する。なお、この所定の力は、ジョッキーホイール１３０がロボット２の後部１２９を床面から離して持ち上げることができるように選択され、従ってこの力は、ロボットの全体的な質量、さらにはこの質量がロボットの本体内のどこに分散しているかに依存するが、この実施形態では、約５ニュートン（５Ｎ）である。別様に表現すると、この選択される所定の力は、機械質量と、ロボットの長手方向軸に沿った質量の中心位置との関数である。
【００４９】
アーム１３６の外端部１３６ｂは、内部でローラ１３８が車軸１４３ａに回転自在に取り付けられたヨーク１４３を含む。なお、ローラ１３８は、ヨーク１４３内において、アーム１３６の下面よりも下方に大きく突出しないように取り付けられる。アーム１３６の最大外向き移動は、アーム１３６の両側の対向する壁部１４５によって定められる１対の爪部１４４によって制限される。爪部１４４は、シャーシ４に設けられた停止部１４６と係合することができる。この実施形態では、ローラ１３８が、移動ロボットが表面上を移動する時に移動ロボットに最低限の転がり抵抗を与える。しかしながら、特定の移動ロボット用途に適している考えられる場合には、このローラをスキッド又はランナーなどの代替手段に置き換えることもできる。
【００５０】
アーム１３６は、ねじりバネ１３４及び爪部１４４に基づき、停止部１４６に接するようになるまで、その角運動範囲全体を通じて所定の下向きの力を加える。一方、通常動作では、アーム１３６及び停止部１４６は、アーム１３６がその移動範囲（この実施形態では約３０度）内に留まるように構成されているが、正確な動作範囲は、上昇手順時にロボットの後部に十分な上向きの支援を行うように選択され、従ってロボットの寸法に大きく依存する。アーム１３６は、ローラ１３８がシャーシの下面よりも最大２０ｍｍ下方に延びるように移動できることが優先される。
【００５１】
図１２ａに、床面Ｆ上に位置するロボットの概略側面図を示しており、ここでは、ジョッキーホイール１３０が（完全には収容されていないが）比較的収容された位置にあることが分かる。この位置では、ジョッキーホイール１３０が、ねじりバネ１３４によって約５Ｎの下向きの力を与える。
【００５２】
ジョッキーホイール１３０は、ロボット２が床面の移行部、特に適度な段状の高さの変化を乗り越える必要がある状況において特に有利である。このような状況では、モータ及びファンユニット、並びに比較的軽い分離装置１０が前部に位置するという配置に起因してロボットの質量中心が後方に偏るので、ロボット２が一定の高さの段上で牽引力を失って立ち往生するリスクがある。しかしながら、ジョッキーホイール１３０が、ロボット２の後部１２９を床面から離して付勢し、牽引ユニット２０によって定められる枢動点を中心にロボットを前方に傾かせることにより、ロボットが障害物を乗り越えるように支援する。
【００５３】
以下、ロボット２が床面Ｆの垂直移行部Ｔに近付いてこれを乗り越える様子を示す一連の側面図である図１２図ａ〜図１２ｅを参照しながら上記のシナリオについて説明する。
【００５４】
まず図１２ａを参照すると、床面Ｆを横切って移動中の移動ロボット２を示している。この状態では、ジョッキーホイール１３０が収容位置にあり、ロボットは、牽引ユニット２０及びジョッキーホイール１３８によって支持されている。
【００５５】
図１２ｂにおいて、ロボット２は、牽引ユニット２０が移行部に係合するまで、従って上昇手順を開始するまで垂直移行部Ｔに接近する。図１２ａと同様に、ロボットの姿勢が平らに保たれているので、ジョッキーホイール１３０は格納されたままである。
【００５６】
図１２ｃにおいて、牽引ユニット２０が移行部Ｔに乗り上げ、ロボット２は、牽引ユニット２０によって一段高い床面Ｆ1上に支持されるとともに、ローラ１３８によって最初の床面Ｆ上に支持されるようになる。図１２ｃに示す時点では、ジョッキーホイール１３０が上向きの付勢力としての役割を果たし始め、ロボット２が駆動方向に移動し続けるにつれてロボット２を前方に「傾ける」作用を与えることにより、ロボット２が移行部を乗り越えるのを支援する。重要なこととして、ジョッキーホイール１３０は、その移動範囲全体を通じて付勢力を与え、このことを図１２ｄの展開位置で示しており、ここでは図１２ｃのロボット２と比べてロボット２が前傾していることが分かる。従って、事実上、ジョッキーホイール１３０は、ロボット２の前部に配置された質量がロボットの質量中心を前方に移行させる効果、さらには移動ロボットの上面に上向きの力を加えることにも匹敵する効果を生じる。
【００５７】
次に、図１２ｅにおいて、ロボット２が一段高い移行面Ｆ1上を前方に進み続けると、ジョッキーホイール１３４は移行部Ｔに係合し、反時計回り方向に角運動して再び湾部１３２に収容されるようになる。
【００５８】
上記では、特定の実施形態に対するいくつかの修正について説明した。これらに加え、当業者であれば、特許請求の範囲に規定される本発明の範囲から逸脱することなく特定の実施形態を修正することができると理解するであろう。以下、このような代替案のいくつかの非限定的な例について説明する。
【００５９】
ジョッキーホイールは、大まかに言えば揺動アームに取り付けられたローラを含むと説明した。しかしながら、これは技術的優位性を得る１つの方法に過ぎない。床係合車輪をシャーシ内に実質的に線形に垂直移動するように取り付けることによっても同様の結果を得ることができる。一例として、図１３ａに、ロボット２のシャーシ４の凹部１５３内に滑り嵌めされた車輪支持部材１５２を含む別の実施形態のジョッキーホイール装置１５０を概略的に示す。支持部材１５２は、一端において車軸１５６上に車輪１５４を支持し、その他端は、支持部材１５２がシャーシ４に対して外向きに付勢されるように付勢バネ１５８と係合する。前の実施形態と同様に、支持部材１５２は、ロボット２が床面Ｆの比較的平坦な領域上を移動している時には、図１３ａに示すように収容構成を採用する。しかしながら、図１２ａ〜図１２ｅに示すような、ロボット２が床面の移行部を横切る必要がある状況では、支持部材１５２が、シャーシに対して図１３ｂに示す位置に下向きに展開又は拡張することができる。
【００６０】
前の実施形態では、床係合支持部材が、固定された配向を有するジョッキーホイール１３８である。車輪１３８は、前方又は後方の両方に移動できるように自由に回転する。しかしながら、ロボット２が曲線経路に沿って移動している場合には、床面から車輪に作用する摩擦力に対して長手方向成分だけでなく横方向成分も存在すると理解されるであろう。車輪１３８は横方向に回転することができないので、床面と車輪の間の摩擦が増加し、これにより車輪が「擦れ」て時間と共に摩耗する。この極端な例が、ロボット２がその垂直軸Ｃを中心に向きを変える場合である。この状況では、車輪に作用する摩擦力に対して長手方向成分が存在せず、従って車輪は回転しない。しかしながら、車輪は、床面からの横方向の摩擦力によって床面上で擦れ続ける。
【００６１】
図１４〜図１７ｃに、床係合支持部材の別の実施形態を示す。図１４は、キャリア２００、軸受２０２及び揺動アーム２０４を含む別の床係合支持部材の分解図である。キャリア２００は、ロボット２の垂直軸Ｃと実質的に平行な軸Ｊを中心にして自由に回転できるように、軸受２１２を通じてシャーシ４の後部１２９に接続される。キャリア２００に含まれる枢動ピン２０６には、枢動ピン２０６を嵌め込むことができる対応する小穴２０８を介して揺動アーム２０４が枢動自在に取り付けられる。揺動アーム２０４には、車輪２１０が取り付けられる。従って、図１５ａ及び図１５ｂに示すように、使用時にはキャリア２００及び揺動アーム２０４が軸受２０２の中心の周囲で自由に回転し、車輪２１０はキャスターホイールとして動作することができる。
【００６２】
上述した実施形態と同様に、ロボット２の後部１２９を床面から離して付勢するために、ねじりバネ（図示せず）が揺動アーム２０４を展開位置に付勢するように働く。図１６ａには、格納位置にある揺動アーム２０４を示しており、図１６ｂには、展開位置にある揺動アームを示している。揺動アームは、格納されているか、それとも展開されているかに関わらず、軸Ｊを中心に自由に回転できる状態を保つ。
【００６３】
図１７ａ、図１７ｂ及び図１７ｃには、適所においてシャーシ４の後部１２９に取り付けられた別の床係合支持部材を示している。図１７ａでは、揺動アーム２０４が格納位置に存在する。ロボット２の移動方向は、矢印Ｍで示す前方向であり、すなわち車輪２１０はロボット２の後部に最も近い位置に配置されている。図１７ｂでは、揺動アーム２０４が展開位置にあり、移動方向は図１７ａと同じであるので、車輪は依然として最も後ろの地点に存在する。図１７ｃも、展開位置にある揺動アームを示しているが、今度は移動方向が逆のＮになっている。この例では、軸受２０２により、キャリア２００、揺動アーム２０４及び車輪２１０がシャーシ４に対して１８０°回転できている。言うまでもなく、ロボット２が中心の垂直軸Ｃを中心にして向きを変えた場合、キャリア２００、揺動アーム２０４及び車輪２１０は、車輪２１０が機械の後部の移動方向に回転できるように９０°回転すると理解されるであろう。
【００６４】
この別の床係合支持部材の実施形態は、使用中における車輪の摩耗を防ぎながら、揺動アームがロボットの後部を床面から離して付勢できるようにする役に立つ。
【００６５】
上記の例は、移動ロボットの後部を支持するとともに、実質的に一定の所定の力で床面から離して付勢する支持装置を含む。両例では、移動ロボットの後部を上向きに付勢する役目を果たす床係合部材を使用する。バネ付勢された支持部材を含まない他の手段によっても同等の効果を得ることができ、例えば、ロボットの本体に可動質量を収容し、検出システムを、上昇手順中にロボットが立ち往生してしまったことを確認した時に、この質量をロボット本体内の前方に移動させるように構成することもできる。この解決策では、必要な構成要素が全て移動ロボットの内部に確実に配置され、埃や破片を引き付けることがある、移動ロボットの本体外部に床係合支持部材を配置する必要性を避けることができる。しかしながら、このような「内部的」解決策はコスト効率が低く、移動ロボットに相当量の内部空間が必要になると理解されるであろう。
【００６６】
上述した実施形態の移動ロボット２は、既知のロボット掃除機の例と同様に、平面図において実質的に円形の輪郭を有し、この形状は、ロボットが狭い空間内に効果的に入り込み、立ち往生することなく再び脱出できるので一般的に好ましい。しかしながら、床の清掃作業などの家庭内用途にはこのような円形の輪郭が適するものの、全体的に直線形状などの他の輪郭形状を受け入れることもできる。さらに、本発明は、真空掃除機などの家庭用移動ロボットに限定されるものではなく、地形を動き回って床面の移行部を乗り越えることが必要なさらに広いカテゴリーの移動ロボットにとっても有用であると予想される。いくつかの非限定的な例として、床洗浄ロボット、移動見張りロボット、移動積荷搬送ロボットを挙げることができる。
【００６７】
上述した移動ロボットは、床面上を自律的に移動できるものとして説明した。当然ながら、これは限定的な意味ではなく、本発明は、離れた場所から又は「遠隔操作」によって誘導される移動ロボット用途、及び半自律的用途にも応用される。また、床面は、家庭環境の床である必要はなく、ロボットが移動できるあらゆる地面とすることができる。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１２ｄ】
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【図１２ｅ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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