JP7359450B2 - 掃除ロボット - Google Patents
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Description
例えば、太陽光発電設備には、一般住宅に設けられる3~4キロワット程度の発電容量の設備から、商業用の1メガワットを超える発電容量を有する大規模な発電設備まである。また、太陽熱発電設備においても、1メガワットを超える発電容量を有する大規模な設備が多く、火力発電や原子力発電の代替発電施設として期待されている。
このため、太陽電池アレイ等の受光面の汚れを除去するために、太陽電池アレイ等を適宜掃除することが重要になる。
第1発明の掃除ロボットは、並べて設置された複数枚の太陽電池モジュールを有する太陽電池アレイの表面を掃除するロボットであって、該太陽電池モジュールの表面を掃除するブラシを備えた掃除部と、フレームと、該フレームに設けられた、該フレームを前記掃除部のブラシの回転軸方向と交差する方向に走行させる走行部と、を備えており、前記フレームには、前記掃除部のブラシの軸端部を回転可能に保持する軸受を備えた軸受部が設けられており、該軸受部は、前記掃除部のブラシの軸端部を揺動可能に保持するものであることを特徴とする。
第2発明の掃除ロボットは、第1発明において、前記掃除部のブラシは、2本のブラシを備えていることを特徴とする。
第3発明の掃除ロボットは、第2発明において、前記フレームは、前記掃除部のブラシの回転軸方向において離間した第一端部および第二端部を備えており、該フレームが、該第一端部を備えた第一フレーム部と、前記第二端部を備えた第二フレーム部と、前記第一フレーム部と前記第二フレーム部とを連結する連結部と、を備えており、前記2本のブラシのうち、第一ブラシは、その一端部が前記第一フレーム部の前記第一端部に保持されており、その他端部が前記第二端部側で保持されており、第二ブラシは、その一端部が前記第二フレーム部の前記第二端部に保持されており、その他端部が前記走行部によって前記フレームを走行させる方向から見たときに、第一ブラシの他端部と重なるように前記第一端部側で保持されていることを特徴とする。
第4発明の掃除ロボットは、第1、第2または第3発明において、前記軸受は球面軸受であることを特徴とする。
第5発明の掃除ロボットは、第1から第4発明のいずれかにおいて、前記掃除部および前記走行部の作動を制御する制御部を備えており、該制御部は、前記掃除部のブラシの先端の周速度が前記走行部による前記フレームの走行速度よりも速くなるように、前記走行部および/または前記掃除部の作動を制御することを特徴とする。
<フレーム構成>
第6発明の掃除ロボットは、並べて設置された複数枚の太陽電池モジュールを有する太陽電池アレイの表面を掃除するロボットであって、フレームと、該フレームに設けられ、該フレームを前記太陽電池アレイの表面に沿って走行させる走行部と、前記太陽電池モジュールの表面を掃除する掃除部と、を備えており、前記フレームは、前記走行部の走行方向と直交する方向に沿って相対的に移動可能に設けられた第一フレーム部および第二フレーム部を備えており、前記掃除部が2本のブラシを備えており、該2本のブラシの第一ブラシが前記第一フレーム部に設けられており、該2本のブラシの第二ブラシが前記第二フレーム部に設けられていることを特徴とする。
第7発明の掃除ロボットは、第6発明において、前記第一ブラシおよび前記第二ブラシは、前記走行部によって前記フレームを走行させる方向から見たときに、両者の一の端部同士が重なるように設けられていることを特徴とする。
第8発明の掃除ロボットは、第6または第7発明において、前記第一フレーム部および前記第二フレーム部は、連結機構によって相対的に移動可能かつ分離可能に連結されていることを特徴とする。
<取っ手>
第9発明の掃除ロボットは、第1から第8発明のいずれかにおいて、前記フレームには、該フレームの第一端部に設けられる第一取っ手と、該フレームの第二端部に設けられる第二取っ手と、が設けられており、前記第一取っ手は、前記フレームにおいて、該フレームを前記太陽電池アレイ上に配置した際に前記太陽電池アレイと対向する面側に屈曲した把持部を有していることを特徴とする。
第10発明の掃除ロボットは、第9発明において、前記第二取っ手は、前記フレームにおいて、該フレームを前記太陽電池アレイ上に配置した際に前記太陽電池アレイと対向する面と反対側に屈曲した把持部を有していることを特徴とする。
<ブリッジ>
第11発明の掃除ロボットは、第1から第10発明のいずれかにおいて、太陽電池モジュール上に配置され、隣接する太陽電池モジュール間に渡される連絡部材を備えており、該連絡部材が、長手方向の長さが太陽電池モジュール間の隙間よりも長い本体部と、該本体部の長手方向の端部に対して折り曲げ可能に設けられた端部部材と、を備えていることを特徴とする。
第12発明の掃除ロボットは、第11発明において、前記本体部および前記端部部材が、太陽電池モジュール上に配置される走行部と、前記走行部を太陽電池モジュールのパネルフレームに固定する固定部と、を備えていることを特徴とする。
<持ち上げ機構>
第13発明の掃除ロボットは、第1から第12発明のいずれかにおいて、掃除ロボットを持ち上げる持ち上げ機構を備えており、該持ち上げ機構は、前記フレームの端部に設けられる係合部材と、該係合部材に着脱可能に連結されるリフト部材と、を有しており、該リフト部材は、本体部と、該本体部の一端部に設けられた作業者が保持する持ち手と、該本体部の他端部に設けられた、前記係合部材に連結される係合部と、を有していることを特徴とする。
第14発明の掃除ロボットは、第13発明において、前記リフト部材は、下面に開口を有する上係合溝が形成された上方係合部と、該上方係合部から離間し、軸方向が前記上方係合部の上係合溝の軸方向と平行かつ上面に開口を有する下係合溝が形成された下方係合部と、を備えており、前記係合部材は、前記リフト部材の上方係合部の上係合溝に挿入される上挿入部と、該上挿入部と離間した位置に設けられ、前記リフト部材の下方係合部の下係合溝に挿入される下挿入部と、が設けられていることを特徴とする。
第15発明の掃除ロボットは、第14発明において、前記係合部材の上挿入部は、前記リフト部材の上方係合部の上係合溝に挿入した状態で揺動可能となる形状に形成されており、前記リフト部材は、前記上方係合部の上係合溝は、その内底面から下方係合部の上面までの長さが、前記上挿入部から前記下挿入部までの長さよりも長くなり、前記下方係合部の下係合溝は、その内底面から上方係合部の下面までの長さが、前記上挿入部から前記下挿入部までの長さよりも短くなるように形成されていることを特徴とする。
第1発明によれば、掃除部のブラシが回転した際に振れ回りが生じても、ブラシやフレームの損傷を抑制することができる。
第2発明によれば、清掃効率を高くすることができる。
第3発明によれば、各ブラシの長さを短くできるので、ブラシが回転した際の振れ回りを抑制できる。また、フレームを走行させる方向から見たときに、第一ブラシの第二端部と第二ブラシの第二端部とが重なっているので、掃除漏れを抑制できる。
第4発明によれば、軸受部の構造を簡素化できる。
第5発明によれば、掃除部による太陽電池モジュールの表面の掃除を確実に行うことができる。
<フレーム構成>
第6発明によれば、太陽電池アレイの大きさに合わせてフレームの長さを調整できるので、一つのロボットで複数のパネルの清掃を実施できる。
第7発明によれば、フレームの長さを変化させても第一ブラシの第二端部と第二ブラシの第二端部とがフレームを走行させる方向から見たときに重なっているので、掃除漏れを抑制できる。
第8発明によれば、ロボットの持ち運びや保管が容易になる。
<取っ手>
第9、第10発明によれば、傾斜した太陽電池モジュールに掃除ロボットを載せたり、傾斜した太陽電池モジュールから掃除ロボットを下したりする作業が容易になる。
<ブリッジ>
第11発明によれば、隣接する太陽電池モジュール間に隙間があっても、掃除ロボットを隣接する太陽電池モジュール間を移動させることができる。
第12発明によれば、連絡部材を太陽電池モジュールに安定して配置することができる。
<持ち上げ機構>
第13発明によれば、リフト部材によって作業者の手が届かない場所まで掃除ロボットを持ち上げたり降ろしたりすることができる。しかも、リフト部材を係合部材から外せば、掃除ロボットの走行等にリフト部材が邪魔になることを防止できる。
第14発明によれば、上方係合部の上係合溝および下方係合部の下係合溝に係合部材の上挿入部および下挿入部をそれぞれ挿入するだけで、リフト部材と係合部材とを連結することができるし、リフト部材と係合部材との連結と分離を簡単に実施することができる。
第15発明によれば、リフト部材と係合部材との連結と分離が容易になり、しかも、リフト部材による掃除ロボットを安定して持ち上げたり降ろしたりすることができる。
また、本明細書において、複数枚の太陽電池モジュールを並べて形成された太陽電池アレイにおいて、「太陽電池アレイの表面」とは「太陽電池モジュールの表面」を意味している。「太陽電池アレイ上」という場合には、パネルフレームを有する太陽電池モジュールで形成された「太陽電池アレイ」では、「太陽電池モジュールの表面」と「パネルフレーム」の両方を含んだ概念になる。
まず、掃除ロボット1を説明する前に、本実施形態の掃除ロボット1が掃除等の作業を実施する太陽光発電設備SPについて簡単に説明する。図10に示すように、太陽光発電設備SPは、複数枚の太陽電池モジュールPを備えた太陽電池アレイLPを複数列有している(図10では2列)。太陽電池アレイLPは、太陽電池モジュールPが、その側端面同士を対向させるように配置し、かつ、その上端縁および下端縁がほぼ同じ直線状に並ぶように揃えた状態で配列されたものである。この太陽電池アレイLPを構成する複数枚の太陽電池モジュールPは、その表面が、複数枚の太陽電池モジュールPが設置される場所において地表に照射される太陽光(以下では単に地表に照射される太陽光という場合がある)に対して非平行となるように設置されている。しかも、複数枚の太陽電池モジュールPは、地表に照射される太陽光に対してその表面がなす角度(以下では単に表面のなす角度という場合がある)がほぼ同じになるように設けられている。
なお、隣接する太陽電池モジュールPの表面間において表面のなす角度に上記範囲以上のズレが有る場合でも、全体としてみれば全ての太陽電池モジュールPの表面のなす角度がほぼ同じといえる場合がある。例えば、全ての太陽電池モジュールPの表面のなす角度が、全ての太陽電池モジュールPの表面のなす角度を平均した平均角度に対して0~3度以内になる場合が該当する。
なお、太陽電池モジュールP(つまり太陽電池アレイLP)の傾斜角度が変化する場合には、太陽電池モジュールPの傾斜方向において上下に位置する端縁が変化する。このような場合には、太陽電池モジュールPが太陽光を受光して発電する際に、最も発電効率が良い状態(傾斜角度)となっている状態で太陽電池モジュールPの傾斜方向において上方に位置する端縁が「太陽電池モジュールPの第一端縁」となる。
以下、図面に基づいて、本実施形態の掃除ロボット1を説明する。
なお、図面では、構造を分かりやすくするために、適宜記載を省いている部分がある。
図1~図5に示すように、フレーム2は、その幅(図2、図3の左右方向)に比べて、その軸方向(図2、図3の上下方向)が長い部材である。このフレーム2に、掃除部10、走行部20、案内部50および制御部30が取り付けられている。
フレーム2の第一端部(図2、図3の上側の端部)および第二端部(図2、図3の下側の端部)には、走行部20の第一走行機構21および第二走行機構22がそれぞれ設けられている。
なお、ここでいう「車輪21aがフレーム2の下面側に設けられている」とは、フレーム2を太陽電池アレイLP上に載せたときに、車輪21aの下端がフレーム2よりも先に太陽電池アレイLPの表面に接触することを意味している。以下の車輪22a,23aの説明でも同様である。
フレーム2の第一端部には、案内部50が設けられている。この案内部50は、走行部20によって掃除ロボット1が走行した際に、掃除ロボット1が太陽電池アレイLPの上端縁(第一端縁)(図2、図3では太陽電池アレイLPにおける上段の太陽電池モジュールPの上端縁)に沿って走行するように案内する機能を有している。例えば、案内部50は、一対のエッジローラ51,51を備えている。この一対のエッジローラ51,51は、フレーム2を太陽電池アレイLP上に載せたときに、太陽電池アレイLPの上端面に接することができるように設けられている。つまり、一対のエッジローラ51,51は、その全体または少なくともその一部が一対の車輪21a,車輪21aの下端よりも下方(フレーム2を太陽電池アレイLP上に載せた際に太陽電池モジュールP側)に位置するように設けられている(図6(A)参照)。この一対のエッジローラ51,51は、その回転軸がフレーム2の軸方向と直交し、かつ、フレーム2を太陽電池アレイLP上に載せたときに、太陽電池モジュールPの表面と直交するように設けられている。また、一対のエッジローラ51,51は、一対の車輪21a,車輪21aが並ぶ方向とほぼ平行な方向に並ぶように設けられている。
また、案内部50に駆動源を設けずに、案内部50に走行機構21の駆動源を一対のエッジローラ51,51に伝達する伝達機構を設けてもよい。この場合、走行機構21の一対の車輪21a,車輪21aと一対のエッジローラ51,51の駆動源が共通化されているので、掃除ロボット1を軽量化できるという利点が得られる。しかも、伝達機構によって走行機構21~23の車輪21a~23aの周速度と一対のエッジローラ51,51の周速度が同じになるようにしておけば、車輪21a~23aやエッジローラ51のスリップを防止できるので、掃除ロボット1の走行を安定させることができる。かかる伝達機構の構成はとくに限定されず公知の伝達機構を採用することができるが、例えば、ギア機構やベルト機構によって駆動力を伝達させることができる。
掃除部10は、回転する一対のブラシ12,12を備えている。この一対のブラシ12,12は、軸部とその周囲に設けられたブラシ部とを備えており、その回転軸が互いに平行かつフレーム2の軸方向と平行になるように設けられている。しかも、一対のブラシ12,12は実質的に同じ構造を有しており、その回転軸からフレーム2の下面までの距離がほぼ同じになるように設けられている。そして、掃除部10はモータ等の駆動源を有しており、この駆動源によって一対のブラシ12,12を回転させるようになっている。したがって、一対のブラシ12,12を回転させることによって、掃除部10は太陽電池アレイLPの表面を掃いて掃除することができるようになっている。
掃除部10は、ブラシ12の回転によって太陽電池アレイLPの表面の埃等を掃いて掃除するようになっている。ブラシ12が太陽電池アレイLPの表面を掃いた場合には、太陽電池アレイLPの表面上の埃等が舞い上がることになる。この舞い上がった埃等を集めて太陽電池アレイLPの表面上から除去する場合には、掃除部10にブラシ12を覆うブラシカバー15を設けてもよい。ブラシカバー15を設けた場合、ブラシ12が掃いた埃等はブラシカバー15内に保持されるので、そのままであれば太陽電池アレイLPの表面に再び堆積されてしまう可能性がある。そこで、ブラシカバー15を設けた場合には、以下のような構成を採用することが望ましい。
図12および図13に示すように、ブラシカバー15は、下端に下端開口を有する中空かつブラシ12の軸方向に延びた部材であり、ブラシ12をその上方から覆うように設けられている。具体的には、ブラシカバー15は、掃除ロボット1の走行方向の前後(図13では左右方向)からブラシ12を挟むように設けられた一対の壁部材と、この壁部材の上端部間を塞ぐように設けられた天井部材と、によって形成されており、一対の壁部材の下端部間に開口(下端開口)が形成されたものである。この下端開口を通して、ブラシ12は太陽電池アレイLPの表面に接触するようになっている。このブラシカバー15は、その下端縁(上述した一対の壁部材の下端縁)が太陽電池アレイLPの表面の近傍に位置するように設けられている。このブラシカバー15内には邪魔板16が設けられている。この邪魔板16は、ブラシ12の上方であって、ブラシ12の回転軸の鉛直上方またはブラシ12の回転軸よりも走行方向の前方に位置するように設けられている。なお、図13では、掃除ロボット1が左から右に向かって走行する場合であって、邪魔板16がブラシ12の回転軸の鉛直上方に配置されている場合を示している。しかも、この邪魔板16は、ブラシ12の上端とブラシカバー15の内面(上述した天井部材の下面)との間の隙間を遮断するように設けられている。
また、図13では、ブラシカバー15は、その天井部材が略半円筒状に形成されており一対の壁部材が平板で形成されているが、ブラシカバー15の断面形状はとくに限定されない。ブラシカバー15全体が半円筒状になっていてもよい。また、ブラシカバー15は、天井部材を平板として下端が開口した矩形状に形成されていてもよい。
上述した邪魔板16を設けた例では、ブラシ12が掃いた埃等を、ブラシ12とともに掃除ロボット1の走行方向に移動させて、掃除ロボット1の走行方向前方の太陽電池アレイLPの端縁から排出するようにしている。
なお、上方第二カバー15bに送風部17を設けて、下方第二カバー15bに開口hを設けてもよい。この場合には、下方第二カバー15bから上方第二カバー15bに向かって形成される気流によって、上方第二カバー15bまで到達した埃等をブラシカバー15の外部に排出し、太陽電池アレイLPの上方の端縁(第一端縁)から外部に落とすことができる。しかし、埃等は太陽電池アレイLPの下方の端縁(第二端縁)から外部に排出する方が排出効率がよいので、上記構成の場合、開口hを上方第二カバー15bに設けて、送風部17を下方第二カバー15bに設ける方が望ましい。
ブラシ12が掃いた埃等が周囲に飛散することを防止する上では、ブラシカバー15の下端、つまり、ブラシカバー15において太陽電池アレイLPの表面と対向する端縁に、太陽電池アレイLPの表面との隙間をシールするシール部材15sを設けることが望ましい(図13)。すると、邪魔板16を設けた場合における埃等をブラシ12の前方に堆積させる効果や、送風部17を設けた場合におけるブラシカバー15の軸方向に沿った気流を形成する効果を高めることができる。
埃等が非常に細かい場合などでは、ブラシ12が太陽電池アレイLPの表面を掃くことによってブラシ12のブラシ部に埃等が付着してしまう可能性がある。ブラシ部に埃等が付着していれば、太陽電池アレイLPの表面を掃いても埃等を除去する効果が低下するし、ブラシ部に付着している埃等を太陽電池アレイLPの表面に付着させてしまう可能性もある。
また、掃除部10の構造、つまり、掃除部10がどのように太陽電池アレイLPの表面を掃除するかは、とくに限定されない。例えば、ブラシ12として、回転軸に刷毛が設けられたものだけでなく、回転軸の表面に板状のブレードが立設されたもの、回転軸の表面全面または一部がスポンジ状の部材によって覆われたものや回転軸の表面全面または一部に布を取り付けたもの等を使用してもよい。また、ブラシ12に代えて散水装置(スプレーノズル等)とワイパーブレード(スクイジー)を設けて掃除部10としてもよい。また、ブラシ12に代えてまたはブラシ12に加えてバキュームクリーナー(吸引式掃除機)を設けて掃除部10としてもよい。さらに、気体を噴き出すエアノズルを設けて掃除部10としてもよい。これらの掃除部10を設けた場合でも、必要に応じて、上述したブラシカバー15や上述したブラシカバー15と類似する形状のカバー、邪魔板16や邪魔板16と同等の機能を有する部材を設ければよい。
軸受部は、ブラシ12の端部、つまり、第一、第二ブラシ12a,12bの端部を回転可能に保持することができればよく、その構造は限定されない。とくに、第一、第二ブラシ12a,12bの端部を揺動可能に保持するものであることが望ましい。かかる構成とすれば、掃除部10の第一、第二ブラシ12a,12bが回転した際に振れ回りが生じても、その触れ回りによる振動や変形を軸受部が吸収できる。すると、軸受部や第一、第二ブラシ12a,12b、フレーム2などが、第一、第二ブラシ12a,12bの触れ回りによって損傷することを抑制できる。例えば、軸受部として、一般的な軸受をジンバル構造等によって保持する構造とすれば、第一、第二ブラシ12a,12bの端部を揺動可能に保持できる。とくに、軸受として球面軸受を採用すれば、軸受部自体の構造は上述したようなジンバル構造等としなくても、第一、第二ブラシ12a,12bの端部を揺動可能に保持できる。つまり、軸受部の構造を簡素化できるという利点がある。
フレーム2は全体を一体で形成してもよいが、複数の部材でフレーム2を形成してもよい。例えば、図1に示すように、第一端部および第二端部と、第一端部と第二端部との間の部分を連結する部分を有するように、複数の部材でフレーム2を形成してもよい。
一方、連結機構5によって第一フレーム部3と第二フレーム部4とを連結すれば、両者の移動を固定できるので、フレーム2を所定の長さに保持できる。
すると、太陽電池アレイLPの第一、第二端部間の長さが変わっても、第一フレーム部3と第二フレーム部4とをフレーム2の軸方向に沿って相対的に移動させれば、太陽電池アレイLPに適した長さとなるようにフレーム2の長さを調整できる。
また、第二フレーム部4として、その本体部4aにおける第二端部と反対側の端部に第二連結端部4bを設ける。この第二連結端部4bも、本体部4aの幅を狭くして形成し、第二連結端部4bの側方(図2では左側)には空間が形成されるようにする。
そして、第一連結端部3bの側方の空間に第二連結端部4bが位置し、第二連結端部4bの側方の空間に第一連結端部3bが位置するように第一フレーム部3と第二フレーム部4を配置する。その状態で、連結機構5の連結部材6によって第一連結端部3bと第二連結端部4bとを連結する。
そして、第一ブラシ12aは、その一端を第一フレーム部3の本体部3aにおける第一端部に軸受部を介して取り付け、その他端は第二連結端部4bに軸受部を介して取り付ける。
そして、第二ブラシ12bは、その一端を第二フレーム部4の本体部4aにおける第二端部に軸受部を介して取り付け、その他端は第二連結端部3bに軸受部を介して取り付ける。
しかも、第一ブラシ12aと第二ブラシ12bは、第一フレーム部3と第二フレーム部4をフレーム2の軸方向に移動させても、必ず、第一ブラシ12aの他端部と第二ブラシ12bの他端部とが掃除ロボット1の走行方向から見たときに重なるように設ける。
すると、太陽電池アレイLPの第一、第二端縁間の長さ(図2、図3では上下方向の長さ)が変わった際に第一フレーム部3と第二フレーム部4とを相対的に移動させても、太陽電池アレイLPの表面においてブラシ12が接触しない部分ができない。すると、太陽電池アレイLPの表面の掃除漏れを抑制できるので、掃除ロボット1による太陽電池アレイLPの表面の清掃効率を高くすることができる。太陽電池アレイLPの第一、第二端縁間の長さが変わる場合とは、太陽電池アレイLPを構成する太陽電池モジュールPの長さ(上端縁と下端縁間の長さ)が変わった場合や、太陽電池アレイLPの上下に並べる太陽電池モジュールPの枚数が変わった場合、上下方向の太陽電池モジュールP間の隙間の幅が変わった場合等を挙げることができる。
フレーム2が複数の部材で形成されている場合や、その長さが変化する場合には、上述したように、フレーム2を構成する部材と同じ数のブラシ12を設けることが望ましい。
しかし、フレーム2が複数の部材で形成されている場合やその長さが変化する場合でも、ブラシ12は一本でもよい。この場合には、フレーム2の長さ等に合わせたブラシ12を設けておき、フレーム2の長さ等に合わせてブラシ12を交換すればよい。また、ブラシ12としてその軸方向の長さが調整できるものを使用してもよい。
同様に、ブラシカバー15も、フレーム2が複数の部材で形成されている場合やその長さが変化する場合でも一つだけ設けてもよい。この場合、フレーム2の長さ等に合わせたブラシカバー15を複数用意しておき、フレーム2の長さ等に合わせてブラシカバー15を交換すればよい。また、ブラシカバー15としてその軸方向の長さが調整できるものを使用してもよい。
制御部30は、走行部20の作動を制御して、掃除ロボット1の走行を制御する機能を有している。例えば、走行部20の各走行機構21、22に駆動源として駆動モータが設けられている場合には、駆動モータの作動を制御して、フレーム2の走行方向や走行速度、つまり、掃除ロボット1の走行方向や走行速度を制御するものである。例えば、走行機構21、22の車輪21a,22aによる走行速度(具体的には、回転数(回転速度)×車輪の周長)が同じとなるように各駆動モータを作動させた場合には、掃除ロボット1を直進走行させることができる。一方、走行機構21、22の車輪21a,22a間で走行速度の差が生じるように駆動モータを作動させた場合には、掃除ロボット1における第一端部を第二端部よりも先行させたり、第二端部を第一端部よりも先行させたりすることができる。つまり、掃除ロボット1のフレーム2の姿勢を調整することができる。
図19に示すように、制御部30は、掃除ロボット1の姿勢、つまり、フレーム2の姿勢を検出する姿勢検出部45を有している。本実施形態の掃除ロボット1は、案内部50をフレーム2の一方の端部にのみ設けている。このため、掃除ロボット1の走行状態によっては、フレーム2が太陽電池アレイLPの上端縁(第一端縁)、言い換えれば、太陽電池アレイLPを形成する太陽電池モジュールPの上端縁(第一端縁)に対してなす角度が変化してしまう可能性がある。そこで、後述するような姿勢検出部45を設ければ、フレーム2の太陽電池アレイLPの上端縁に対してなす角度を、一定の範囲内に抑えることができる。言い換えれば、太陽電池アレイLPの上端縁に対してフレーム2のなす角度が、所定の角度からズレても、そのズレを一定角度以下に抑えることができる。すると、フレーム2が傾いたことによる脱輪等が生じることを防止できる。なお、上記「所定の角度」とは、フレーム2の軸方向と太陽電池アレイLPの上端縁とがほぼ直交している状態の両者のなす角度である。また、本明細書では、フレーム2が太陽電池アレイLPの上端縁に対して傾くとは、フレーム2の軸方向と太陽電池アレイLPの上端縁とがなす角度が、上述した「所定の角度」からズレることを意味している。
なお、第二傾斜角度は、フレーム2が太陽電池アレイLPの上端縁に対して傾いた場合に、走行部20の第二走行機構22の車輪22aが太陽電池モジュールPのパネルフレームから落下する状態となる角度よりも小さい角度に設定されている。
また、制御部30は、太陽電池アレイLPの端部(掃除ロボット1の走行方向前方に位置する端部)を検出するエッジ検出部31を備えていてもよい。この場合、エッジ検出部31が検出した信号に基づいて制御部30が走行部20の作動を制御すれば、太陽電池アレイLPから掃除ロボット1が落下することを防止することができる。
なお、図1~図5では、第一検出部32および第二検出部33がいずれも掃除ロボット1のフレーム2の軸方向の中間部に位置するように設けられているが、フレーム2の軸方向において第一検出部32および第二検出部33を設ける位置はとくに限定されない。
一方、第二検出部33は、掃除ロボット1の走行方向において、第一検出部32に対して走行方向後方かつ走行部20よりも走行方向前方に位置するように設けられている。
なお、掃除ロボット1が往復移動するような場合には、往復移動する際のいずれの方向にも第一検出部32および第二検出部33設けられる。例えば、図2において左右方向のいずれの方向にも掃除ロボット1が移動する場合には、図2に示すように、掃除ロボット1のフレーム2の両側に第一検出部32および第二検出部33が設けられる。
また、「走行部20よりも走行方向前方」とは、各走行機構21~23の車輪21a~23aの前方を意味している。より詳細にいえば、走行部20における各走行機構21~23の車輪21a~23aが太陽電池モジュールPと接触している位置よりも前方を意味している。この場合、基準となる車輪21a~23aはとくに限定されないが、掃除ロボット1の走行方向における最も前方の位置で太陽電池モジュールPと接触する車輪が望ましい。
以下では、第一検出部32および第二検出部33が検出した信号に基づいて、制御部30が走行部20の作動を制御して、太陽電池アレイLPから掃除ロボット1が落下することを防止する方法を図7に基づいて説明する。なお、図7では、掃除ロボット1が右側から左側に移動する場合を説明する。また、以下の説明では、太陽電池アレイLPの端部とは、掃除ロボット1の走行方向前方の端部を意味している。
また、制御部30は、第一検出部32および第二検出部33のエッジセンサからの信号を受けて、以下のように掃除ロボット1が走行するように走行部20を制御する機能を有している。つまり、掃除ロボット1を減速する減速制御機能と、掃除ロボット1を停止する停止制御機能と、を有している。
以下、図7に基づいて各機能による制御を説明する。
太陽電池アレイLPでは、隣接する太陽電池モジュールP間に溝が存在する場合がある。すると、第一検出部32および第二検出部33が太陽電池モジュールP間の溝を太陽電池アレイLPの端縁と判断する可能性がある。しかし、以下のように第一検出部32および第二検出部33の信号を処理すれば、検出した端縁が太陽電池モジュールP間の溝の端縁であるか、太陽電池アレイLPの端部であるかを判断することができる。すると、隣接する太陽電池モジュールP間の溝の端縁を太陽電池アレイLPの端部と誤認して掃除ロボット1が停止することを防止することができる。
エッジ検出部31を設けておき、上記のように走行部20の作動を制御部30によって制御すれば、エッジ検出部31および制御部30が正常に作動していれば、掃除ロボット1が太陽電池アレイLPの端部から落下することを適切に防止できる。
なお、エッジ検出部31や危険検出部41、姿勢検出部45に使用されるセンサはとくに限定されず、太陽電池アレイLPや太陽電池モジュールPのエッジを検出できる公知のセンサを使用することができる。例えば、レーザーセンサや赤外線センサ、超音波センサなどの非接触でエッジを検出するセンサや、リミットスイッチなどの接触式のセンサなどをセンサに使用できる。また、CCDカメラ等をセンサとして使用して撮影された画像を制御部30で解析して、エッジを検出するようにしてもよい。さらに、温度センサや静電容量センサをセンサとして使用することも可能である。これらのセンサを使用した場合、太陽電池アレイLPや太陽電池モジュールPと太陽電池アレイLPや太陽電池モジュールPのエッジよりも外方の部分(空間等)との温度差や静電容量の差から、太陽電池アレイLPや太陽電池モジュールPのエッジを把握することができる。
上述した掃除ロボット1は、制御部30によって、掃除部10や走行部20、案内部50の作動や掃除作業を制御している。このため、制御部30に記憶された手順で走行や作業を実施するように掃除ロボット1の作動が制御されていれば、太陽電池アレイLPの複数の太陽電池モジュールPの表面の掃除をほぼ自動で実施させることができる。
本実施形態の掃除ロボット1では、掃除ロボット1の走行方向において、掃除部10のブラシ12よりも外方(つまり走行方向の前方または後方)に走行部20の車輪が配設されている。このため、本実施形態の掃除ロボット1では、ブラシ12によって太陽電池アレイLPの表面をエッジまで掃除することができない。つまり、本実施形態の掃除ロボット1を走行させて太陽電池アレイLPの表面を掃除しても、掃除できない領域ができる。
本実施形態の掃除ロボット1は、太陽電池アレイLP上に載せられて太陽電池アレイLPの表面の掃除を実施する。つまり、太陽電池アレイLPの表面を掃除する場合には、太陽電池アレイLP上に本実施形態の掃除ロボット1を載せなければならない。その場合、フレーム2自体を持って掃除ロボット1を太陽電池アレイLP上に載せてもよいが、フレーム2に取っ手などを設けておけば、掃除ロボット1を運搬したり太陽電池アレイLPの表面に載せたりすることが行いやすくなる。
上述したような、第一取っ手61および第二取っ手62を設けることによって、表面が傾斜した太陽電池アレイLP上に掃除ロボット1を上げ下ろししやすくなる。しかし、太陽電池アレイLPがより高い位置に配設される場合には、以下のような持ち上げ機構70を設けることが望ましい。
図15に示すように、係合部材71は、掃除ロボット1のフレーム2の第一端部および第二端部に一端部が連結された一対の縦軸部72,72を備えている。この一対の縦軸部72,72は、掃除ロボット1を太陽電池アレイLP上に配置した状態で、一端部から下方に向かって延びるように(つまり太陽電池アレイLP側に延びるように)設けられている(図15(B)参照)。
図16に示すように、リフト部材75は、本体部76と、本体部76の一端部に設けられた持ち手77と、本体部76の他端部に設けられた一対の係合部78,79と、を備えている。
まず、本体部76は、係合部材71と一対の係合部78,79と係合した状態で、持ち手77を保持して掃除ロボット1を太陽電池アレイLP上に持ち上げたり降ろしたりした際に、十分な強度を有するものであればよい。つまり、本体部76は、リフト部材75によって掃除ロボット1を持ち上げた際に、折れたり曲がったりしない強度を有するものであればよい。例えば、一対の本体軸76a,76aの間に軸状の中間フレーム76bが設けられた構造等を採用することができる。もちろん、一本の軸状部材や一枚の板状部材で本体部76を形成してもよい。
持ち手77は人が保持する部分であり、その構造はとくに限定されない。係合部材71に係合されたリフト部材75の持ち手77をもって、作業者が掃除ロボット1を持ち上げることができるように力を加えられる構造であればよい。例えば、図16(A)に示すように、単なる横棒で持ち手77を形成してもよい。
一対の係合部78,79は、係合部材71の上挿入部73および下挿入部74とそれぞれ係合される部分である。
この一対の係合部78,79のうち、上方係合部78は下方係合部79よりも本体部76の他端部側に位置している。この上方係合部78は、係合部材71の上挿入部73および下挿入部74のうち、上方に位置する上挿入部73に上方から係合することができるようになっている。具体的には、上方係合部78は、その下面(持ち手77側の面)に開口を有する上係合溝78gが設けられている。そして、上係合溝78gに上挿入部73を挿入することができるようになっている。
一方、この一対の係合部78,79のうち、下方係合部79は上方係合部78よりも本体部76の一端部側(持ち手77側)に位置している。この下方係合部79は、係合部材71の上挿入部73および下挿入部74のうち、下方に位置する下挿入部74に下方から係合することができるようになっている。具体的には、下方係合部79は、その上面(持ち手77側と反対側の面)に開口を有する下係合溝79gが設けられている。この下係合溝79gは、その軸方向が上方係合部78の上係合溝78gの軸方向と平行となるように形成されている。そして、下係合溝79gに下挿入部74を挿入することができるようになっている。
一方、下方係合部79の上係合溝79gは、その内底面から上方係合部78の下面までの長さLBは、上挿入部73から下挿入部74までの長さLRよりも短くなるように形成されている。
持ち上げ機構70が、以上のような係合部材71とリフト部材75とを有しているので、以下のようにすれば、持ち上げ機構70によって掃除ロボット1を太陽電池アレイLP上に持ち上げたり降ろしたりできる。
掃除部10のブラシ12が太陽電池アレイLPの表面を擦ることによって、太陽電池アレイLPやブラシ12に静電気が帯電する可能性がある。フレーム2が導電性材料によって形成されている場合には、ブラシ12に帯電した静電気は、フレーム2に作業者が接近した際にフレーム2から放電される場合がある。放電が発生した場合、マイクロコントローラ等の誤動作等の問題が生じるため、帯電した静電気をフレーム2等から除去する必要がある。
太陽電池アレイLPにおいて隣接する太陽電池モジュールP間に隙間がある場合でも、その隙間が小さい場合には、本実施形態の掃除ロボット1は、その隙間を乗り越えて移動することができる。例えば、車輪の直径よりも小さい隙間であれば、本実施形態の掃除ロボット1は隙間を乗り越えて移動することができる。一方、隣接する太陽電池アレイLP間等のように、ある程度隙間が広い場合には、本実施形態の掃除ロボット1は隙間を乗り越えることできない。
また、本体部101および端部部材102は、本実施形態の掃除ロボット1が安定して走行できるのであれば、必ずしも固定部101b,102bを設けなくてもよい。
また、端部部材102は、一対設けなくてもよく、本体部101の一方の端部にのみ設けてもよい。
また、連絡部材100は、隣接する太陽電池アレイLP間を掃除ロボット1が移動する際に作業者がその場所に運んでもよいが、連絡部材100は掃除ロボット1に載せていてもよい。すると、作業者が連絡部材100を持ち運ばなくても良くなるので、作業者の負担を軽減することができる。もちろん、連絡部材100を隙間が形成される場所に予め設置しておいてもよい。
また、掃除ロボット1は、太陽電池モジュールPの表面を測定などして、太陽電池モジュールPの表面の状態を検出する状態検出機構80を備えていてもよい。かかる状態検出機構80を設けていれば、太陽電池アレイLPの表面を適切に把握できるので、太陽電池アレイLPの表面の状態に応じた掃除などの作業を実施できる。
さらに、所定の回数の往復作業を実施すると、その領域の掃除を中止して他の領域の掃除を実施するようにしてもよい。つまり、掃除ロボット1が所定の回数だけ汚れが残っている領域を往復移動すると、判断部85が一定以上の汚れが残っていると判断した場合であっても、その領域の掃除を中止するようにしてもよい。この場合、掃除ロボット1の無駄な作動を防止できる。
状態検出部81として、太陽電池モジュールPの表面に光を照射する光照射部83を設ける。この光照射部83が照射する光はとくに限定されない。また、光照射部83が照射した光が太陽電池モジュールPの表面で反射した反射光を受光できるように受光部84を設ける。そして、受光部84の受光した信号に基づいて、太陽電池モジュールPの表面の汚れを判断部85が判断するようにしておけば、太陽電池モジュールPの表面の汚れを判断することができる。例えば、光照射部83が所定の強度および波長の光を太陽電池モジュールPの表面に照射したときに、太陽電池モジュールPの表面が汚れていない状態(または許容される程度に汚れている状態)における反射光の色(基準色)や強度(基準強度)を判断部85に記憶させておく。すると、受光部84が受光した反射光と、基準色や基準強度を比較することによって、判断部85が太陽電池モジュールPの表面の汚れを判断することができる。
2 フレーム
3 第一フレーム部
4 第二フレーム部
10 掃除部
12 ブラシ
12a 第一ブラシ
12b 第二ブラシ
20 走行部
21 第一走行機構
21a 車輪
22 第二走行機構
22a 車輪
21 第三走行機構
23a 車輪
30 制御部
31 エッジ検出部
32 第一検出部
33 第二検出部
40 危険制御部
41 危険検出部
50 案内部
51 エッジローラ
61 第一取っ手
62 第二取っ手
80 状態検出機構
81 状態検出部
82 温度検出部
83 光照射部
84 受光部
85 判断部
SP 太陽光発電設備
LP 太陽電池アレイ
P 太陽電池モジュール
EA 退避部
Claims (15)
- 並べて設置された複数枚の太陽電池モジュールを有する太陽電池アレイの表面を掃除するロボットであって、
該太陽電池モジュールの表面を掃除するブラシを備えた掃除部と、
フレームと、
該フレームに設けられた、該フレームを前記掃除部のブラシの回転軸方向と交差する方向に走行させる走行部と、を備えており、
前記フレームには、
前記掃除部のブラシの軸端部を回転可能に保持する軸受を備えた一対の軸受部が設けられており、
該一対の軸受部は、
いずれも前記掃除部のブラシの軸端部を揺動可能に保持するものである
ことを特徴とする掃除ロボット。 - 前記掃除部のブラシは、2本のブラシを備えている
ことを特徴とする請求項1記載の掃除ロボット。 - 前記フレームは、
前記掃除部のブラシの回転軸方向において離間した第一端部および第二端部を備えており、
該フレームが、
該第一端部を備えた第一フレーム部と、
前記第二端部を備えた第二フレーム部と、
前記第一フレーム部と前記第二フレーム部とを連結する連結部と、を備えており、
前記2本のブラシのうち、
第一ブラシは、
その一端部が前記第一フレーム部の前記第一端部に保持されており、
その他端部が前記第二端部側で保持されており、
第二ブラシは、
その一端部が前記第二フレーム部の前記第二端部に保持されており、
その他端部が前記走行部によって前記フレームを走行させる方向から見たときに、第一ブラシの他端部と重なるように前記第一端部側で保持されている
ことを特徴とする請求項2記載の掃除ロボット。 - 前記軸受は球面軸受である
ことを特徴とする請求項1、2または3記載の掃除ロボット。 - 前記掃除部および前記走行部の作動を制御する制御部を備えており、
該制御部は、
前記掃除部のブラシの先端の周速度が前記走行部による前記フレームの走行速度よりも速くなるように、前記走行部および/または前記掃除部の作動を制御する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の掃除ロボット。 - 並べて設置された複数枚の太陽電池モジュールを有する太陽電池アレイの表面を掃除するロボットであって、
フレームと、
該フレームに設けられ、該フレームを前記太陽電池アレイの表面に沿って走行させる走行部と、
前記太陽電池モジュールの表面を掃除する掃除部と、を備えており、
前記フレームは、
前記走行部の走行方向と直交する方向に沿って相対的に移動可能に設けられ、前記走行部によって該フレームを走行させる方向から見たときに、両者の一部が重なるように配置された第一フレーム部および第二フレーム部を備えており、
該第一フレーム部および第二フレーム部と、前記走行部の走行方向と直交する方向に沿って相対的に移動すると該フレームの長さが変更可能に設けられており、
前記掃除部が2本のブラシを備えており、
該2本のブラシの第一ブラシが前記第一フレーム部に設けられており、
該2本のブラシの第二ブラシが前記第二フレーム部に設けられている
ことを特徴とする掃除ロボット。 - 前記第一ブラシおよび前記第二ブラシは、
前記走行部によって前記フレームを走行させる方向から見たときに、両者の一の端部同士が重なるように設けられている
ことを特徴とする請求項6記載の掃除ロボット。 - 前記第一フレーム部および前記第二フレーム部は、連結機構によって相対的に移動可能かつ分離可能に連結されている
ことを特徴とする請求項6または7記載の掃除ロボット。 - 前記フレームには、
該フレームの第一端部に設けられる第一取っ手と、
該フレームの第二端部に設けられる第二取っ手と、が設けられており、
前記第一取っ手は、
前記フレームにおいて、該フレームを前記太陽電池アレイ上に配置した際に前記太陽電池アレイと対向する面側に屈曲した把持部を有しており、
掃除ロボットは、
前記第一取っ手が上端側に位置するように表面が傾斜した太陽電池アレイの上に配置する
ことを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の掃除ロボット。 - 前記第二取っ手は、
前記フレームにおいて、該フレームを前記太陽電池アレイ上に配置した際に前記太陽電池アレイと対向する面と反対側に屈曲した把持部を有している
ことを特徴とする請求項9記載の掃除ロボット。 - 太陽電池モジュール上に配置され、隣接する太陽電池モジュール間に渡される連絡部材を備えており、
該連絡部材が、
長手方向の長さが太陽電池モジュール間の隙間よりも長い本体部と、
該本体部の長手方向の端部に対して折り曲げ可能に設けられた端部部材と、を備えている
ことを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の掃除ロボット。 - 前記本体部および前記端部部材が、
太陽電池モジュール上に配置される走行部と、
前記走行部を太陽電池モジュールのパネルフレームに固定する固定部と、を備えていることを特徴とする。
ことを特徴とする請求項11記載の掃除ロボット。 - 掃除ロボットを持ち上げる持ち上げ機構を備えており、
該持ち上げ機構は、
前記フレームの端部に設けられる係合部材と、
該係合部材に着脱可能に連結されるリフト部材と、を有しており、
該リフト部材は、
本体部と、
該本体部の一端部に設けられた作業者が保持する持ち手と、
該本体部の他端部に設けられた、前記係合部材に連結される係合部と、を有している
ことを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載の掃除ロボット。 - 前記リフト部材は、
下面に開口を有する上係合溝が形成された上方係合部と、
該上方係合部から離間し、軸方向が前記上方係合部の上係合溝の軸方向と平行かつ上面に開口を有する下係合溝が形成された下方係合部と、を備えており、
前記係合部材は、
前記リフト部材の上方係合部の上係合溝に挿入される上挿入部と、
該上挿入部と離間した位置に設けられ、前記リフト部材の下方係合部の下係合溝に挿入される下挿入部と、が設けられている
ことを特徴とする請求項13記載の掃除ロボット。 - 前記係合部材の上挿入部は、
前記リフト部材の上方係合部の上係合溝に挿入した状態で揺動可能となる形状に形成されており、
前記リフト部材は、
前記上方係合部の上係合溝は、その内底面から下方係合部の上面までの長さが、前記上挿入部から前記下挿入部までの長さよりも長くなり、
前記下方係合部の下係合溝は、その内底面から上方係合部の下面までの長さが、前記上挿入部から前記下挿入部までの長さよりも短くなるように形成されている
ことを特徴とする請求項14記載の掃除ロボット。
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