(57)【要約】【課題】障害物を乗り越えるための低コスト機構をもつ移動装置を提供する。【解決手段】自動走行床装置である移動装置１がシャーシ２と少なくとも１つが駆動可能でる複数の車輪３とを有し、シャーシ２に対して可動であるサスペンション部品５によりシャーシ２に取付られ、車輪３は、移動装置１が走行可能である床上でバネ力がかかるバネ７の作用の下で支持するように設けられるとともに、サスペンション部品５の補助によりシャーシ２に対して後退又は突出が可能であり、バネ力は、車輪３の後退又は突出により生じるバネ力の増大又は減少とは無関係に変更可能であり、かつ、車輪３の突出が大きくなると共に増大するように変更可能である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動走行床掃除機である場合を含む移動装置（１）であって、シャーシ（２）と複数の車輪（３）とを有し、少なくとも１つの車輪（３）は駆動可能であり、駆動可能な前記車輪（３）は、その車輪に連結されかつ前記シャーシ（２）に対して可動なサスペンション部品（５）を介して前記シャーシ（２）と接続されている、前記移動装置（１）において、
前記車輪は、前記移動装置がその上で走行可能である床（６）上で、バネ力のかかるバネ（７）の作用の下で支持するように設けられるとともに、前記サスペンション部品（５）の補助により前記シャーシ（２）に対して後退又は突出が可能であり、
前記バネ力は、前記車輪の後退又は突出により生じる該バネ力の増大又は減少とは無関係に変更可能であり、かつ、前記車輪の突出が大きくなると共に増大するように変更可能であることを特徴とする移動装置。
【請求項２】
前記バネ力が自動的に変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の移動装置。
【請求項３】
前記バネ力が、センサ（８）により検知されかつ前記車輪(３)の後退又は突出の程度に対応する距離（９）に応じて調整可能であり、かつ、前記シャーシ（２）と前記床（６）の間の距離（９）に応じて調整可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の移動装置。
【請求項４】
前記バネ（７）が、ガス圧式バネであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の移動装置。
【請求項５】
前記バネ（７）が、弾性変形により作用するバネ部品として形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の移動装置。
【請求項６】
前記バネ（７）が、シャーシ側の接続点（１０）と車輪側の接続点（１１）を有し、それにより、前記バネ力に関連してこれらの接続点（１０、１１）間の距離が決定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の移動装置。
【請求項７】
前記バネ力の変更のために前記接続点（１０、１１）間の距離が調整可能であることを特徴とする請求項６に記載の移動装置。
【請求項８】
前記サスペンション部品（５）は揺動アームであって旋回軸（１３）の周りで旋回可能に前記シャーシ（２）上に連結されており、かつ、前記車輪（３）の前記旋回軸（１３）までの距離は一定であることを特徴とする請求項６又は７に記載の移動装置。
【請求項９】
前記車輪側の接続点（１１）が前記揺動アーム上に配置されていることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の移動装置。
【請求項１０】
作用するバネ力により決定される前記接続点（１０、１１）間の距離（１２）の変化を伴って、前記シャーシ（２）及び／又は前記サスペンション部品（５）に対するバネ力を変更するために、１つの前記接続点（１０、１１）が変位可能であることを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載の移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャーシと複数の車輪を有する移動装置に関し、少なくとも１つの車輪が駆動可能でありかつその駆動される車輪は、その車輪に取り付けられかつシャーシに対して移動可能であるサスペンション部品によりシャーシと接続されている。この移動装置は、特に自動走行可能な床掃除機であってもよい。
【背景技術】
【０００２】
上述したタイプの移動装置は公知の技術である。これらは例えば、ロボット真空掃除機等の自動走行可能な床掃除機である。例えば、部屋を完全に掃除することができるように、移動装置は障害物を乗り越えられることが必要である。これは例えば、カーペット上に乗り上がることであり、そのカーペットはそれ以外の床の面から立ち上がっている。移動装置が、そのような障害物を乗り越えるために特別な装置を設けられていることは、特に知られている。従来技術では例えば、移動装置がある種のリフト装置を有するように作製されており、それにより移動装置は個々の障害物の上に登ることが可能である。そのリフト装置は、障害物の存在により起動され、特に移動装置の周囲の障害物をモニタリングした結果として起動される。
【０００３】
例えば特許文献１は、このような走行掃除機を開示しており、掃除機のベース板上に配置された、２つの回り継ぎ手機構を具備するリフト装置を有する。回り継ぎ手機構のスイベルアームは互いに平行であり、駆動と伝達により開きかつ折り畳まれる。障害物の無い表面で掃除機を使用する際は、スイベルアームは折り畳まれたままであり、床掃除機の車輪上にスイベルアームが取り付けられている。モニタリング装置のセンサが障害物を検知すると、最も障害物に近いスイベルアームが開かれることにより、スイベルアームは障害物の境界を超えるように床掃除機を持ち上げることができる。掃除機が障害物を乗り越えたならば、スイベルアームは再び折り畳まれ、掃除機は、水平な下地におけるその初期状態に戻る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国実用新案第202008017137 U1号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このタイプの移動装置は障害物を乗り越えるように構成されてはいるが、開示されたリフト装置を製造すると高額であるため、特に高コストとなる。このことは移動装置全体、すなわち床掃除機全体についても同様となる。
【０００６】
本発明の目的は、障害物を乗り越えるための別のタイプの移動装置を提供することであり、可能な限り最少数の技術的構成要素によりこれを実現し、それにより、低い製造コスト及び低いコストで製造可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明により、請求項１の前段部分による移動装置が提供される。その場合、車輪が、移動装置がその上で走行可能である床上で、バネ力（バネの弾性力）のかかるバネの作用の下で支持するように設けられるとともに、サスペンション部品に補助されてシャーシに対して後退又は突出することができる。その場合において、バネ力が、車輪の後退又は突出により生じるバネ力の増大又は減少とは無関係に変更可能である。特に、車輪の突出が大きくなるとともに、バネ力が増大することが可能である。
【０００８】
上述した構成により、移動装置は、高コストの別個のリフト装置無しで完全に動作することができる。移動装置の車輪はまた、シャーシに対するその元の位置も維持する。これにより、費用のかかる装備付加は排除される。
【０００９】
障害物の乗り越えは、実質的に、車輪の床に対する接触圧力が状況に応じて増大することにより可能となる。それにより、変更可能なバネ力を車輪に対して及ぼすバネを用いた本発明による機構は、極めて簡易でありかつ低コストとなる。
【００１０】
例えば床掃除機である移動装置が、平坦で障害物のない床上を移動する限りにおいて、バネは伸張しておりかつ装置重量により生じる車輪の床に対する接触圧力が十分に大きい。今、この移動装置が厚いカーペットに当たると、多数の支持点に加わるこのカーペットによる付加的な支持点により重量が分散される。それにより、それに関係する車輪の解放（浮き上がり）が生じ、バネがサスペンション部品を旋回させるとともにそれにより車輪をシャーシから突出させる。その結果、移動装置は、その元々の床との間の距離を増大させる。その結果、移動装置は、障害物上を滑り続けることができる。しかしながら、この時点で、サスペンション部品の旋回に対応するバネ特性により収縮したバネの力が減少するため、障害物上での接触面積がさらに増大すると、車輪の接触圧力はもはや必要なレベルで与えられなくなる。
【００１１】
このように接触圧力が低下することにより床に対する把持力が非常に小さくなるために障害物を確実に乗り越えることができなくなるということが実際に見られるため、この時点で、サスペンション部品の旋回位置に関係無く、バネ力が変更される。それにより、接触圧力の増大が実現されるので、車輪が床に対する十分な把持力を有するとともに障害物を確実に乗り越えることができる。
【００１２】
移動装置が実質的に水平のままである上述した機能形態に替えて、障害物に衝突したことによる運動量の変化の結果として、移動装置が傾斜してもよい。それにより、サスペンション部品は旋回する。それにより、バネ力の作用下にある車輪はシャーシに対して突出し、そしてシャーシと床の間の距離が大きくなる。それによりバネが緩むため、車輪の接触圧力は通常低下する。それに続き、車輪の突出により生じるバネ力の減少とは無関係にバネ力が変更される。すなわち、移動装置の傾斜量又はサスペンション部品の旋回位置のいずれにも無関係にバネ力が変更される。
【００１３】
バネ力は、自動的に変更可能であるように構成されている。これにより移動装置は、例えば移動装置が障害物に引っ掛かったり、障害物の周りを回り続けたりしてそれでも完全な掃除を行うために進行しなければならないときに必要となる移動装置のユーザによる支援が無くとも、自動的に平坦な床を進むことも障害物を乗り越えることもできるように構成されている。
【００１４】
好適には、バネ力は、センサにより検知された車輪の後退又は突出の程度に対応する距離、特にシャーシと床の間の距離に依存して調整可能である。センサは距離を検知し、それはシャーシに対する車輪の後退又は突出の程度に対応する。例えば、これは、シャーシと床の間の距離でもよく、又は、シャーシと車輪の回転軸の間の距離でもよい。車輪の後退又は突出の程度についての情報を与えるその他の距離もまた、本発明に含まれるものである。
【００１５】
移動装置が、バネ力の変更を開始させるために障害物の検知を行うことを、別途設けても、付加的に設けてもよい。それにより、移動装置が障害物に接触してしまうことなく、障害物の検知に応じてバネ力を調整可能である。従って、障害物を乗り越えるために必要な計測が前もって行われることにより、移動装置が障害物に最終的に遭遇しそこで初めて必要なバネ力が調整されるということを避けることができる。このことは、時間を節約できる点で好適である。障害物検知を行う場合、例えば、音響、光学又は容量センサが障害物を検知してもよく、好適にはバネ力が自動的に増大させられてもよく、それにより、確実に障害物を乗り越えるための、床に対する車輪の必要な接触圧力が得られる。
【００１６】
本発明においては、バネ力は、異なる方法で変更することもできる。例えば、バネがガス圧式バネでもよく、それにより、バネ力はガス圧力により極めて容易に変更可能である。別の例として、例えば、バネが、弾性変形により作用するバネ部品として形成されてもよい。このようなバネ部品は、例えばコイルスプリング等であり、変位により変形し、それによりバネ力が増大する。このようなバネ要素は特にコスト的に有利でありかつメンテナンスが容易である。
【００１７】
さらに、バネは、シャーシ側接続点と車輪側接続点を有してもよい。その場合、これらの接続点間の距離がバネ力を決定する。従ってバネは、シャーシにも車輪にも接続され、特に車輪が連結されるサスペンション部品に接続される。例えばサスペンション部品の旋回動作によりバネが収縮すると、それによりバネ力が減少するが、接続点間の距離を変更することにより、バネ力を再び増大させることができる。
【００１８】
本発明においては、バネ力を変更するために接続点間の距離を調整可能であることが重要である。接続点間の距離は、基本的に、シャーシ側接続点を調整することよっても、車輪側接続点を調整することによっても変更することができ、あるいは同時に両方を調整することによっても変更できる。
【００１９】
本発明の好適な実施形態においては、サスペンション部品が揺動アームであり、その揺動アームは、シャーシ上の旋回軸の周りに旋回可能に取り付けられ、旋回軸は車輪の回転軸に対して所定の距離の位置に固定されている。バネの車輪側接続点は、好適には揺動アーム上に取り付けられることにより、バネ力が、基本的には揺動アームの旋回により設定可能である。サスペンション部品としての揺動アームは、一方では車輪の後退及び突出の機能を有し、他方ではバネの伸張と収縮によるバネ力の変更の機能を有する。
【００２０】
障害物を乗り越えるために必要な接触圧力を付与するために、シャーシ側接続点又は車輪側接続点が、シャーシ又はサスペンション部品のいずれかに対して変位可能である。それにより、作用するバネ力のために決定される距離が変更される。
【００２１】
本発明の目的のために、特に、シャーシ側接続点又は車輪側接続点の変位がギア伝達機構により行われるように構成される。この場合、このギア伝達機構は、例えばシャーシ上に配置された第１の歯付き要素と、これと作用するように同じくシャーシ上に配置された第２の歯付き要素とを有してもよい。第１の歯付き要素は例えばピニオンであり、第２の歯付き要素は例えば直線歯付きラックである。第２の歯付き要素は、第１の歯付き要素すなわちピニオンと接線上で作用し合う。第１の歯付き要素は、好適にはモータにより駆動され、障害物が存在する場合に起動される。好適には、モータの作動は、対応する検知装置により制御される。
【００２２】
別の例として、第１の歯付き要素は、サスペンション部品上に設けてもよい。この場合、ギア伝達機構の動作によって、旋回軸周りのサスペンション部品の旋回と、バネ力の変更の両方が生じてもよい。
【００２３】
ギア伝達機構の補助により、シャーシ側接続点と車輪側接続点の間の距離が再調整され、バネ力が設定される。そのバネ力は、車輪の床に対する接触圧力を増大するように適応されており、それにより移動装置が容易に障害物を乗り越えることができる。
【００２４】
好適には、ギア伝達機構は、電気的駆動部に接続されている。この電気的駆動部は、例えば、リニア駆動部としてもよく、特にサーボ駆動部としてもよい。電気的駆動部は、上述したギア伝達機構との接続において特に容易に適用させられる。それにより、第１の歯付き要素は電気モータにより駆動される。
【００２５】
最後に、本発明におけるバネは、長さ調整可能なストラット式スプリングでもよい。それによりバネ力が、ストラット式スプリングの、特にコイルオーバーサスペンションの長さの変更によっても変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の移動装置を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態における移動装置の断面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態における障害物の手前における移動装置の断面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態におけるバネの伸張状態の、図３と同様の断面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態における障害物を乗り越える位置における移動装置の断面図である。
【図６】図６は、第１の実施形態における障害物を乗り越える前進した位置における移動装置の断面図である。
【図７】図７は、第２の実施形態における移動装置の断面図である。
【図８】図８は、第２の実施形態における障害物の手前における移動装置の断面図である。
【図９】図９は、第２の実施形態におけるバネの伸張状態の、図８と同様の断面図である。
【図１０】図１０は、第２の実施形態における障害物を乗り越える位置における移動装置の断面図である。
【図１１】図１１は、第２の実施形態における障害物を乗り越える前進した位置における移動装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明の移動装置１を立体的に示しており、ここでは移動装置１は床掃除機である。移動装置１は、シャーシ２と、そのシャーシ２上に取り付けられた２つの車輪３とを有する。移動装置１は、ハウジングで囲まれており、それは移動装置１の外郭形状を規定している。車輪３は、それぞれ１つのサスペンション部品５と接続されている。サスペンション部品５（より正確には、車輪側接続点１１）とシャーシ２(より正確には、シャーシ側接続点１０）の間に、１つのバネ７が取り付けられている。
【００２８】
図２〜図６は、本発明の第１の実施形態に関するものであり、以下に説明する。
【００２９】
図２は、本発明の移動装置１の一例の断面を示す。この断面は、１つの車輪３と接続されたシャーシ２を示している。車輪３は、回転軸４の周りで回転可能に、１つのサスペンション部品５と接続されている。サスペンション部品５は、シャーシ２上に取り付けられた旋回軸１３の周りで旋回可能であるので、車輪３はシャーシ２に対して旋回可能である。シャーシ側接続点１０と車輪側接続点１１の間に１つのバネ７が伸張しており、その車輪側接続点１１に対してサスペンション部品５における車輪３とは反対側に位置する端部が取り付けられている。シャーシ２上におけるシャーシ側接続点１０の近傍に、例えば、第１の歯付き要素であるいわゆるピニオン１５と、第２の歯付き要素であるいわゆる直線歯付きラック１６とを具備するギア伝達機構１４が取り付けられている。ギア伝達機構１４は、駆動ユニット１７に接続されている。駆動ユニット１７は、例えば電気モータと、モータ制御器とを有してもよい。モータ制御器は、センサ８に接続されている。このセンサ８は、例えばセンサ８の予め設定された高さレベルと床６の間の距離９を計測する。シャーシ２と床６の間の距離９は、車輪３に作用する移動装置１の重量と、シャーシ２に対して車輪３を旋回させるバネ７の力とから生じる結果である。
【００３０】
図３は、障害物１８と接触して進行している移動装置１を示す。障害物１８は、例えばカーペットであり、下に位置する床６に対して明確な段差で立ち上がっている。車輪３が障害物１８の縁に対して進行するに先立って、進行方向において車輪３の前に設けられているシャーシ２の一部が障害物１８の上に押し付けられる。これは、障害物１８によりシャーシ２が支持されることでありシャーシ２の重量を低減させる。それにより、バネ７は、車輪３をシャーシ２から外側にさらに旋回させることができる。しかしながら、同時に、障害物１８上でシャーシ２が支持されることにより、床６に対する車輪３の接触圧力は低下する。従って、センサ８は、現時点で障害物１８に対する短くなった距離９を計測するように構成されている。判定ユニット（図示せず）は、計測された距離９を、予め計測された距離９と比較し、障害物１８の存在による距離９の実際の減分を決定する。センサ８は、例えば、音響（例えば超音波センサ）、光学、又は容量センサでもよいが、他のタイプのセンサ８も利用可能である。
【００３１】
図４に示すように、障害物１８の検知の際に、バネ７は引っ張られ伸張させられる。それにより、バネの発揮する力であるバネ力が増大する。これを行うために、判定ユニットは、駆動ユニット１７に対して障害物１８の存在についての情報を与える。駆動ユニット１７にはさらにモータ制御器も含まれている。駆動ユニット１７は、シャーシ２に取り付けられているギア伝達機構１４の動作を制御する。この場合、ピニオン１５が回転する。ピニオン１５の回転は、直線歯付きラック１６へ伝達され、それにより、バネ７のシャーシ側接続点１０が移動することにより、バネ７が付勢されかつバネ力が増大する。別の例として、バネ７の車輪側接続点１１を移動させることも可能であり、例えば、車輪３のシャーシ２に対する位置を移動させる。バネ７の張力すなわちバネ力の増大により、車輪側接続点１１はシャーシ側接続点１０の方に引っ張られ、サスペンション部品５に対して作用する力すなわちサスペンション部品５の一部を引き上げようとする力が大きくなる。サスペンション部品５の旋回軸１３については、同時に、車輪３を床６に対して押し付ける効果を及ぼす。これにより、車輪３は床６に対して十分に大きな圧力を及ぼすことができるので、シャーシ２が障害物１８からわずかに持ち上げられ、それにより、摩擦による損失を低減する。この結果、最終的に車輪３が障害物１８に乗り上がるまで、シャーシ２は障害物１８上をさらに滑り続ける。このことは、図５に示されている。
【００３２】
図６によれば、移動装置１は、車輪３が障害物１８に直接接触する位置に移動したところである。バネ７はまだ伸張したままであり、それにより車輪３の床６又は障害物１８に対する鉛直方向の圧力を維持している。この結果、移動装置１は、床６と障害物１８の間の縁を乗り越え、障害物１８に到達できる。
【００３３】
移動装置１が障害物１８上に載ったならば、センサ８は例えば距離９の変化を検知することができる。その際に、判定ユニットが駆動ユニット１７に対しギア伝達機構１４を反対方向に回転させることが、好適である。それにより、シャーシ側接続点１０と車輪側接続点１１の間の距離１２が再び短くなる。それにより、バネ７の変位が低減されることにより、バネ力が減少し、車輪３はサスペンション部品５によりシャーシ２に対して後退することができる。
【００３４】
図７〜図１１は、本発明の第２の実施形態に関する。この第２の実施形態の第１の実施形態に対する主な相違点は、以下の通りである。
【００３５】
図７は、第２の実施形態による移動装置１を示す。移動装置１は、シャーシ２と車輪３とを有し、車輪３は回転軸４の周りで回転可能にサスペンション部品５と接続されている。サスペンション部品５は、旋回軸１３の周りで旋回可能にシャーシ２に取り付けられ、それにより車輪３はシャーシ２に対して旋回可能である。シャーシ側接続点１０と車輪側接続点１１の間に１つのバネ７が伸張しており、その車輪側接続点１１に対してサスペンション部品５における車輪３とは反対側に位置する端部が取り付けられている。シャーシ２上に、第１の歯付き要素であるいわゆるピニオン１５と、第２の歯付き要素であるいわゆる直線歯付きラック１６とを具備するギア伝達機構１４が取り付けられている。ギア伝達機構１４は、駆動ユニット１７に接続されている。さらに、センサ８がシャーシ２上に取り付けられている。センサ８は、例えば、シャーシ２の下にある床６に対する距離９を計測可能である。センサ８は、第１の実施形態による移動装置１におけるものと異なり、シャーシ２のさらに内側に設けられている。すなわち、センサ８は車輪８により近く、かつ、シャーシ２における前部領域に続く位置にある。
【００３６】
図８は、障害物１８上の移動装置１を示す。移動装置１の進行方向において先行するシャーシ２の前部領域は、障害物１８と接触している。移動装置１は、車輪３を伴って障害物１８の縁に対して向かって行く。この場合、移動装置１は傾き、進行方向におけるシャーシ２の前部領域をもって障害物１８の上に乗り上がる。この傾斜により、車輪３は、バネ７のバネ力の作用の下にサスペンション部品５の補助により、シャーシ２に対して突出させられ、それにより、センサ８と床６の間の距離が長くなる。この長くなった距離９はセンサ８により計測され、それにより、判定ユニット（図示せず）が、計測された距離と、障害物１８の無いときの基準距離とを比較し、そして障害物１８の存在による距離の実際の増分を決定する。センサ８は、例えば音響、光学又は容量センサでもよい。これらは、他のタイプのセンサ８であってもよい。
【００３７】
図９に示すように、バネ７は、障害物１８の検知に応じて伸張させられ、それによりバネ力が増大する。それについての適切なメカニズムは、第１の実施形態（図４）に関して上述した通りである。バネ７の伸張により、サスペンション部品５に作用する力が増大する。その力は、車輪側接続点１１が位置するサスペンション部品５の一部を、シャーシ側接続点１０の方に引っ張ろうとする。同時に、サスペンション部品５の旋回軸１３により、車輪３が床６に対して押しつけられるように作用する。これにより、車輪３が床６上で十分に大きな接触圧力を発揮し、それにより、シャーシ２がさらに障害物１８の上を滑り続けることができる。このことは図１０に示されている。
【００３８】
図１１においては、移動装置１は、ついに車輪３が障害物１８と直接接触する位置に移動している。バネ７は伸張したままであり、車輪３の床６又は障害物１８に対する鉛直方向の圧力を維持しており、それにより、移動装置１は、床６と障害物１８の間の縁を乗り越え、障害物１８に到達する。移動装置１が障害物１８上に完全に位置したならば、傾斜していたシャーシ２は、再び水平位置に戻る（図示せず）。その後、センサ８は、例えば変化した距離９を検知し、それに応じて判定ユニットは、駆動ユニット１７対しギア伝達機構１４を反対方向に回転させるようにすることが、好適である。それにより、シャーシ側接続点１０と車輪側接続点１１の間の距離１２が再び短くなる。それにより、バネ７の変位が小さくなることでバネ力が減少し、車輪３は、サスペンション部品５によりシャーシ２に対して後退することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  移動装置
２  シャーシ
３  車輪
４  回転軸
５  サスペンション部品
６  ベース面
７  バネ
８  センサ
９  距離
１０  シャーシ側接続点
１１  車輪側接続点
１２  距離
１３  旋回軸
１４  ギア伝達機構
１５  ピニオン
１６  直線歯付きラック
１７  駆動ユニット
１８  障害物
【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】
2016016321.tif 000008
【図７】
2016016321.tif 000009
【図８】
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【図９】
2016016321.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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