CN106606331A - 自动行进式集尘机器人及其行进控制方法、以及反射件 - Google Patents

Abstract

本发明的课题在于能够在规定的清扫范围内进行清扫。自动行进式集尘机器人(1)包括：具备车轮(5、5)的主体部；设置于主体部并对地板面上的尘埃进行回收的集尘部(主刷、侧刷、上侧路径、下侧路径、集尘箱)；具有朝向地板面照射红外线的红外线发送元件和对由地板面反射的红外线进行接收的红外线接收元件的红外线传感器；以及基于从红外线传感器获得的红外线的反射率而控制车轮的控制器，在借助车轮的行进中，控制器判别从红外线传感器获得的红外线的反射率是否为白色的反射率的两倍以上而达到预先设定的阈值以上，在判别为达到阈值以上的情况下，将反射率的检测位置作为虚拟壁并利用车轮进行避让行动，在由反射件规定的清扫范围内进行清扫。

Description

自动行进式集尘机器人及其行进控制方法、以及反射件

技术领域

本发明涉及一边自动行进一边对地板面进行清扫的自动行进式集尘机器人、由该自动行进式集尘机器人进行清扫时所使用的反射件、以及自动行进式集尘机器人的行进控制方法。

背景技术

以往，公知有如下自动行进式集尘机器人：一边利用内置的马达驱动车轮旋转而自动行进、一边将地板面上的尘埃收集于内置的集尘箱而进行清扫。例如专利文献1所公开的那样，该自动行进式集尘机器人一边利用定位传感器、地板损耗传感器(floor losssensor)等而获取清扫面的信息，一边对脚轮(caster)及刷进行驱动并根据程序而自动行进，由此对清扫面进行清扫。特别是对于地板损耗传感器而言，利用两个红外线检测器对地板的落差进行检测，能够避让检测出地板损耗的区域。

专利文献1：日本特开2013-144022号公报

在利用这样的自动行进式集尘机器人对工厂等的地板面进行清扫时，虽然能够实现对地板面的落差的检测，但是无法对任意规定的清扫范围内进行辨识及清扫，从而有时因未在欲清扫的场所行进、或者对相同的场所清扫多次而导致效率变差。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供能够在规定的清扫范围内进行清扫的自动行进式集尘机器人以及反射件、行进控制方法。

为了实现上述目的，技术方案1所记载的发明是一种自动行进式集尘机器人，其特征在于，具备非接触式传感器，能够利用非接触式传感器对为了规定清扫范围而设置于地板面的、反射率为白色的反射率的两倍以上的反射件进行检测。

在技术方案1的结构的基础上，技术方案2所记载的发明的特征在于，非接触式传感器是具有红外线的发送部和接收部的红外线传感器。

在技术方案1或者2的结构的基础上，技术方案3所记载的发明的特征在于，当检测出反射件时，将自动行进式集尘机器人控制成以相对于反射件离开的方式行进。

在技术方案1至3中任意方案的结构的基础上，技术方案4所记载的发明的特征在于，具有基于从非接触式传感器获得的反射率而进行行进控制的控制部，在行进过程中，控制部判别反射率是否为白色的反射率的两倍以上而达到预先设定的阈值以上，在判别为达到阈值以上的情况下，将反射率的检测位置作为虚拟壁并将自动行进式集尘机器人控制成以相对于反射件离开的方式行进。

技术方案5所记载的发明是一种设置于地板面的反射件，其特征在于，所述反射件的反射率为白色的反射率的两倍以上，以便对技术方案1至4中任意方案所记载的自动行进式集尘机器人的清扫范围进行规定。

技术方案6所记载的发明是一种自动行进式集尘机器人的行进控制方法，其特征在于，利用具有白色的反射率的两倍以上的反射率的反射件在地板面上对清扫范围进行规定，使技术方案1至4中任意方案所述的自动行进式集尘机器人在清扫范围内行进。

此外，无论室内室外，“地板面”是指具有能够供自动行进式集尘机器人一边行进一边进行清扫的平坦面的场所。

根据本发明，能够使自动行进式集尘机器人在由反射件规定的清扫范围内行进而进行清扫。

附图说明

图1是自动行进式集尘机器人的立体图。

图2是自动行进式集尘机器人的俯视图。

图3是自动行进式集尘机器人的仰视图。

图4是图2的A-A线的放大剖视图。

图5是图3的B-B线的局部放大剖视图。

图6是图3的C-C线的局部放大剖视图。

图7是操作部的放大图。

图8是示出控制器的电结构的框图。

图9是自动行进式集尘机器人的行进控制方法的流程图。

图10是从下方观察避让行动的说明图。

附图标记的说明

1...自动行进式集尘机器人；2...主体部；3...电池；4...车轮马达；5...车轮；6...风扇单元；7...集尘箱；10...下侧壳体；11...上侧壳体；12...传感器罩；16...吸入口；17...刷收纳室；18...主刷；23...侧刷；26...刷；27...防止下落传感器；28...接近传感器；29...保持筒；30...透镜板；31...红外线传感器；32...保持件；33...红外线发送元件；34...红外线接收元件；36...透明板；37...收纳部；38...上侧路径；39...下侧路径；61...控制器；64...控制电路基板；65...操作部；68～70...选择按钮；71...开关基板；73...LED基板；73a...LED；74...微机；80...带状体。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是从上方示出自动行进式集尘机器人的一个例子的立体图，图2是俯视图，图3是仰视图，图4是图2的A-A线放大剖视图。自动行进式集尘机器人(以下仅称为“集尘机器人”。)1在俯视时呈圆形的箱状的主体部2内具备：左右的电池3；左右的车轮马达4、4，以电池3为电源而分别驱动它们旋转；左右一对车轮5、5，它们能够借助各车轮马达4而单独进行正反旋转；风扇单元6，其配置于电池3、3之间；以及集尘箱7。车轮5、5在主体部2内被保持为能够上下移动，在设置于地板面的状态下，在使车轮5的下部从主体部2的底面向下方突出的状态下将主体部2支承为相对于地板面悬浮的状态。在主体部2的底面后部分别设置有能够旋转的左右一对脚轮8、8，在底面前部且在左右方向的中央设置有朝向前方固定并能够滚动的辊9。

主体部2具有：下侧壳体10，其主要形成底面；以及上侧壳体11，其从后表面及上表面形成至侧面。在主体部2的前部周面，在内侧具有以非接触方式对前方的障碍物进行检测的障碍物传感器13、13······，并且安装有因与障碍物抵接而后退并将碰撞传感器14(图8)接通的传感器罩12。

在主体部2的前侧下部且在下侧壳体10螺纹固定有底面罩15，该底面罩15具备朝向左右的横向上较长的矩形的吸入口16，在吸入口16的上方形成有沿左右方向延伸的刷收纳室17，在刷收纳室17收纳有主刷18。

该主刷18包括：左右方向的旋转轴19；以及多个刷20、20······，它们以辐射状且以螺旋状埋设于上述旋转轴19的外周，使得刷20从吸入口16朝下方突出。在刷收纳室17的上方设置有主刷马达21，主刷18借助在旋转轴19的左端与主刷马达21的输出轴之间张紧设置的未图示的同步带而能够向图4中的箭头A方向旋转。

另外，在吸入口16的左右且在下侧壳体10，朝向下方而安装有左右一对侧刷马达22、22，并且分别设置有借助各侧刷马达22而旋转的侧刷23。如图5所示，该侧刷23将在下侧壳体10的下侧旋转的圆盘状的刷基座25连结于与侧刷马达22的输出轴啮合而旋转的齿轮24的下端，对于将尘埃向吸入口16引导的多个刷26、26······，以辐射状将它们埋设于该刷基座25并使它们分别朝图3中的箭头B方向旋转。此处，刷26、26···中的、位于隔开120°的间隔的位置的3个刷26(为了加以区分而表示为“26A”。)形成为比其他刷26(为了加以区分而表示为“26B”。)长，并设定有基于刷26A的大径的旋转区域E1、以及基于刷26B的小径的旋转区域E2。旋转区域E1、E2均与吸入口16重叠。

并且，在主体部2的底面设置有对地板面的有无进行检测的多个防止下落传感器27、27······。如图3所示，该防止下落传感器27沿着底面的外周共计设置于有4个，即，在左右的侧刷23、23之间的最前方位置设置有一个，在左右的侧刷23、23的后方位置设置有两个，在左右的脚轮8、8之间的最后方位置设置有一个。如图5所示，各防止下落传感器27具备：接近传感器28；保持筒29，其将上述接近传感器28保持为使得其检测面朝向下方；以及透镜板30，其将保持筒29的下表面封闭。此处，对于左右的侧刷23、23的后方位置的两个防止下落传感器27、27而言，透镜板30在俯视时位于侧刷23的刷26A的旋转区域E1内，且配置于使得一部分在俯视时与刷26B的旋转区域E2重叠的位置。

而且，在主体部2的底面，在最前方位置的防止下落传感器27的左右设置有作为非接触式传感器的一对红外线传感器31、31。如图6所示，该红外线传感器31包括：方筒状的保持件32，其以使得开口朝向下方且使得长度方向朝向前后的方式安装于下侧壳体10；作为发送部的红外线发送元件33，其在保持件32的底部(在图6中为开口的上侧)被保持于前侧；作为接收部的红外线接收元件34，其在保持件32的底部被保持于后侧；罩35，其将保持件32的上方覆盖；以及透明板36，其将保持件32的开口封闭。红外线发送元件33使用以规定的频率(发光波长：例如940nm)照射红外线的红外线LED等，并以使得照射面朝向下方的方式保持于保持件32。红外线接收元件34使用采用了光电二极管等的模块等，并以使得受光面朝向下方的方式保持于保持件32，能够接收从红外线发送元件33照射的红外线。

另一方面，在主刷18的后方且在主体部2内，集尘箱7的收纳部37以使得上表面开口的方式而凹设，在下侧壳体10形成有从刷收纳室17朝上下方分支、且与收纳部37连接的上侧路径38以及下侧路径39。其中，上侧路径38从主刷18的上侧延伸至收纳部37的前壁40、且使后端在收纳部37内开口。下侧路径39从主刷18的后侧延伸至前壁40、且使后端在收纳部37内开口。两路径38、39相对于刷收纳室17的开口面积形成为下侧路径39的开口面积比上侧路径38的开口面积大。在上侧壳体11设置有用于对收纳部37的上方进行开闭而使集尘箱7进出的盖体41。

集尘箱7通过后端的铰链44而将下侧的箱主体42与对箱主体42的上表面进行封闭的盖43结合，并且在箱主体42与盖43之间以能够装卸的方式而具备浅底盘状的托盘45。在托盘45的前表面，横长方筒状的上吸入口46将箱主体42贯通并朝前方突出设置，在集尘箱7的收纳状态下与上侧路径38连接。另外，在箱主体42的前表面下部，以收纳状态与下侧路径39连接的下吸入口47遍及整个左右方向地形成。在该状态下，在集尘箱7内，上侧集尘室S1形成于托盘45的上侧，下侧集尘室S2形成于托盘45的下侧，这两个集尘室以相互分离的状态而形成。

盖43包括：上盖48，其在后表面突出设置有横长的排气筒49、且在前表面设置有左右一对锁定板50、50；下盖51，其与上盖48的下表面嵌合；以及过滤器52，其夹持于上盖48与下盖51之间，通过锁定板50、50朝左右的滑动操作而能够实现盖43相对于箱主体42的锁定以及该锁定的解除。因此，在托盘45的上侧形成使得从上吸入口46进入上侧集尘室S1内的空气在经由过滤器52而从盖43内通过之后从排气筒49排出的通气路。

风扇单元6在收纳部37的后壁53的后方收纳于主体部2内，使在外壳54的上侧前方设置的吸气口55在设置于后壁53的开口位置与排气筒49连通。在外壳54的下部设置有吸引马达56，该吸引马达56在旋转轴的上侧安装有吸引风扇57，通过吸引风扇57的旋转，能够将从吸气口55吸入的空气从在外壳54的下部设置的内排气口58、58······排出。在内排气口58的外侧且在上侧壳体11的后表面形成有外排气口59、59······。

而且，在上侧壳体11的后部且在风扇单元6的左右，电池3、3的安装部60、60形成为切口状。该安装部60配置为相对于主体部2的前后方向的中心线左右对称。安装于安装部60的电池3是作为电动工具的电源而使用的18V的锂离子电池，安装部60具有与设置于电动工具的安装部相同的构造。即，在安装部60的最里侧，从外侧与在电池3的结合部设置的轨道嵌合的未图示的一对导轨形成为朝向上方，并且在导轨间具备正负的端子板的端子台设置为朝向上方。因此，电池3相对于安装部60从上方插入，由此使得轨道与导轨以嵌合的方式结合，并且使得端子台与在电池的结合部设置的连接端子电连接。由于这样使用电动工具用的电池3作为电源，因此无需根据机型的不同而准备不同的电池，能够实现通用性而不耗费成本、管理的劳力。

此处的安装部60、60以使得供电池3结合的最里侧的面沿着主体部2的切线方向的方式相对于前后方向倾斜地形成，在电池3、3的安装状态下，设定为朝向主体部2的中心。通过这样使电池3倾斜且将其安装成辐射状，能够沿着主体部2的外形而将电池3配置于最外侧，在电池3的外侧不会产生无用的空间。

并且，电池3相对于主体部2的前后方向的中心线在左右侧均衡地配置，因此即使具有两个电池3也不会产生重心的偏移。特别是脚轮8、8位于安装的电池3、3的正下方，因此行进时的稳定性也较好，即使未安装一方的电池3，直行性也不会变差。

另一方面，在图4中，61是作为设置于左右的侧刷马达22、22之间的控制部的控制器。该控制器61包括：支承台63，其被立起设置于下侧壳体10上的突起部(boss)62支承；以及控制电路基板64，其固定于上述支承台63上。

另外，在盖体41的后方且在上侧壳体11，如图7所示，除了电源按钮66以及电池3的余量显示部67之外，还设置有操作部65，该操作部65具备行进模式的选择按钮68、虚拟壁控制的选择按钮69、以及吸引风扇57的选择按钮70等各操作按钮。在该操作部65的下侧设置有开关基板71，该开关基板71具备通过对各操作按钮的操作而进行接通/断开动作的开关。

并且，在盖体41的前方且在上侧壳体11设置有显示用的透镜72，在该透镜72的下方设置有LED基板73，该LED基板73具备包括在透镜72的下方发光的位置通报LED73a的多个LED、位置通报蜂鸣器。开关基板71以及LED基板73借助未图示的导线而与控制器61的控制电路基板64电连接。

图8是示出集尘机器人1的电结构的框图，在控制器61的控制电路基板64搭载有微机(microcomputer)74。在该微机74输入有来自上述的障碍物传感器13、红外线传感器31、防止下落传感器27、碰撞传感器14、以及为了检测车轮5的脱落而设置于主体部2内的脱落传感器75的检测信号。其中，利用红外线传感器31向红外线发送元件33输出发光指令。另外，左右的车轮马达4、各刷马达21、22与微机74连接而将控制信号输出，另一方面，在该微机74输入有电流值等反馈信号。从左右的电池3与电源均输入有剩余容量的检测信号。

另外，在微机74输入有伴随着利用操作部65对操作按钮的操作的、来自开关基板71的各开关的接通/断开信号，并且从对来自未图示的遥控器的无线信号进行接收的遥控器接收模块76输入有接收信号。而且，包括位置通报LED73a的各LED、位置通报蜂鸣器73b的接通/断开信号被向开关基板71、LED基板73输出。

在如以上那样构成的集尘机器人1中，在将电池3分别安装于安装部60并将它们设置于地板面上的状态下，主刷18的刷20与侧刷23的刷26分别与地板面抵接。此处，若按压操作部65的电源按钮66并选择运转模式，则车轮马达4、4进行驱动而使得车轮5、5旋转，根据在微机74的存储部设定的程序而在地板面上行进。同时，主刷马达21以及侧刷马达22进行驱动而使得主刷18以及侧刷23分别旋转，并且吸引马达56也进行驱动而使得吸引风扇57旋转。因此，地板面上的尘埃被旋转的主刷18向上方卷扬，并且借助吸引风扇57的吸引力被从吸入口16吸入并输送至后方的集尘箱7。同时，利用侧刷23、23使外侧的尘埃也向主刷18侧靠近。

此时，较大的尘埃从下侧路径39通过、且从集尘箱7的下吸入口47存积于箱主体42内的下侧集尘室S2。下吸入口47比成为下侧集尘室S2的底面的箱主体34的底面高，因此存积于下侧集尘室S2的尘埃难以从下吸入口47倒流。另一方面，因从吸入口16吸入的空气从上侧路径38通过而如上述那样使得较小的尘埃从上吸入口46通过上侧集尘室S1，使该尘埃通过过滤器52并将其从排气筒49向风扇单元6排出，从而使得该尘埃被过滤器52捕捉而存积于上侧集尘室S1。此外，在过滤器52的下方前侧且在下盖51设置有从过滤器52的前侧朝向后侧且朝下倾斜的防护板77，因此，空气不会以过滤器52的前侧为中心而通过，而是绕过过滤器52的中心侧，从而难以因尘埃而导致孔眼堵塞。这些主刷18、侧刷23、上下的路径38、39、集尘箱7成为本发明的集尘部。

另外，在行进中，微机74分别进行基于障碍物传感器13的行进方向上的障碍物的预先检测、基于防止下落传感器27的地板面的有无的检测、基于碰撞传感器14的碰撞的检测、基于脱落传感器75的脱落的检测，并对车轮马达4进行控制，以便能够在无障碍物的大致平坦的地板面上行进。

其中，对于防止下落传感器27而言，如上所述，透镜板30位于侧刷23的旋转区域E1、E2，因此，当在地板面上行进时，旋转的刷26被地板面向上方按压而位于与图5相比更靠上方的位置，从而使得刷26与透镜板30接触。因此，即使尘埃等附着于透镜板30也能够利用刷26将其拂落，从而能够维持接近传感器28的检测精度。

另一方面，分别按顺序使用电池3、3的每一方作为电源，电池3的剩余容量由设置于操作部65的余量显示部67、67来显示。因此，在一方的电池3的剩余容量先消失的情况下，能够将该电池3从安装部60拔出并利用外部的充电器对其进行充电。在该情况下，能够仅利用另一方的电池3进行驱动，如上所述，由于脚轮8、8设置为左右对称，因此即使会因一个电池3而导致主体部2的重心偏移，利用左右的脚轮8、8也能够实现稳定的行进。

另外，此处，由于设置有吸引风扇57的选择按钮70，因此在电池3的剩余容量变少的情况下，若对该选择按钮70进行断开操作而不使吸引风扇57进行动作，则能够仅利用主刷18和侧刷23进行清扫，从而能够抑制消耗电力。该选择按钮还设置于遥控器。

在清扫结束后，当未获知集尘机器人1的位置时，若对设置于遥控器的位置通报按钮进行按压操作，则集尘机器人1中通报用的LED73a点亮而使得透镜72发光且使得位置通报蜂鸣器73b鸣响。因此，用户能够容易地掌握集尘机器人1的位置。

另外，当对集尘机器人1的清扫范围进行规定时，在地板面通过粘贴作为反射件的带状体80(图10)而设定虚拟壁，该带状体80在表面具有红外线反射率约为白色的反射率的4倍～5倍的反射面(例如银色的镜面印刷面)、且宽度为20mm以上(此处为50mm)。而且，对操作部65的虚拟壁的选择按钮69进行接通操作而选择虚拟壁检测模式，在由带状体80划分的清扫范围内基于程序而开始行进。于是，如图9的流程图所示，微机74在S1中使其一边行进、一边从红外线传感器31的红外线发送元件33隔开规定间隔地照射红外线，利用红外线接收元件34接收由地板面反射的红外线并对反射率进行检测。在S2中，判别检测出的反射率是否为预先设定的阈值(此处为白色的反射率的两倍)以上，若检测出阈值以上的高反射物(带状体80)，则在S3中判别自检测出高反射物起是否经过了规定时间(几ms)。之所以确认是否经过规定时间，是为了可靠地仅对20mm以上的宽度的带状体80进行检测而防止误检测。

若在S3中判别为检测出高反射物之后的时间达到规定时间，则在S4中对虚拟壁进行检测，对车轮马达4、4进行控制而实施设定的避让行动。例如图10所示，该避让行动设定为如下模式等：在从带状体80的检测位置暂时后退之后(箭头a，较大的箭头表示最初的行进方向)，以规定角度进行方向的变换(箭头b)，然后向无带状体80的方向前进(箭头c)。在避让行动之后返回至S1，继续基于程序而进行行进和反射率的检测。此外，当在S2中判别为未检测出高反射物时、即使检测出高反射物但在S3中判别为达到阈值以上的时间未达到规定时间时，不进行避让行动，分别返回至S1而继续进行行进和反射率的检测。

这样，集尘机器人1仅在由带状体80划分的清扫范围内实施清扫。

这样，根据上述方式的集尘机器人1及其行进控制方法，控制器61的微机74在行进中判别通过红外线传感器31而获得的反射率是否为预先设定的阈值以上，在判别为达到阈值以上的情况下，将反射率的检测位置作为虚拟壁并利用车轮5、5进行避让行动，从而能够在由带状体80规定的清扫范围内进行清扫。

特别地，此处，微处理器74在判别为反射率达到阈值以上的情况下，进一步判别达到阈值以上的时间是否为预先设定的规定时间以上，在判别为达到阈值以上的时间为规定时间以上的情况下，利用车轮5、5实施避让行动，从而能够可靠地仅对设定虚拟墙的带状体80进行检测而防止误检测。

此外，红外线传感器的数量、位置不局限于上述方式，适当地变更也无妨。用于红外线传感器的红外线发送元件、红外线接收元件也能够进行使前后颠倒、或者配置于左右等的变更。另外，不局限于主体部的底面，还能够在从主体部向前方突出的突出部的下表面设置红外线传感器。当然，作为非接触式传感器并不局限于红外线传感器，还能够采用其他光电传感器。

另外，带状体也不局限于通过镜面印刷而形成反射面，也可以是薄板带状的金属材料等，材质等并未特殊限定。并且，反射率、带状体的宽度也不局限于上述方式，只要反射率为白色的两倍以上且宽度为20mm以上，则任意变更也无妨，向地板面的固定方法也不限定于粘接。

而且，作为反射件并不局限于带状体，只要能够获得白色的两倍以上的反射率，例如也可以考虑通过以20mm以上的宽度将金属涂料涂覆于地板面等而将清扫范围直接设定于地板面。

另外，在集尘机器人中，作为集尘部，无需同时具备主刷和侧刷，也可以省略侧刷而仅具备主刷。另外，集尘路径也不局限于上下分支的情况，可以以单一的路径向集尘箱集尘。因此，集尘箱的形态还能够适当地采用无托盘的形态等，无集尘箱而直接将尘埃存积于主体部也无妨。

并且，电池的数量不局限于两个，只要能够左右均衡地配置，则还能够使用3个以上的电池。而且，即便是行进方向相反的类型、即电池以及脚轮处于主体部的前部、且吸入口处于主体部的后部那样的自动行进式集尘机器人，也能够在本发明中应用。在该情况下，红外线传感器配置于后部。

Claims (6)

1.一种自动行进式集尘式机器人，其特征在于，

具备非接触式传感器，能够利用所述非接触式传感器对为了规定清扫范围而设置于地板面的反射件进行检测。

2.根据权利要求1所述的自动行进式集尘机器人，其特征在于，

所述非接触式传感器是具有红外线的发送部和接收部的红外线传感器。

3.根据权利要求1或2所述的自动行进式集尘机器人，其特征在于，

当检测出所述反射件时，将所述自动行进式集尘机器人控制成以相对于所述反射件离开的方式行进。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的自动行进式集尘机器人，其特征在于，

具有基于从所述非接触式传感器获得的所述反射率而进行行进控制的控制部，在行进过程中，所述控制部判别所述反射率是否达到预先设定的阈值以上，在判别为达到所述阈值以上的情况下，将所述反射率的检测位置作为虚拟壁并将所述自动行进式集尘机器人控制成以相对于所述反射件离开的方式行进。

5.一种反射件，其特征在于，

所述反射件为了对权利要求1至4中任一项所述的自动行进式集尘机器人的清扫范围进行规定而设置于地板面。

6.一种自动行进式集尘机器人的行进控制方法，其特征在于，

利用反射件在地板面上对清扫范围进行规定，使权利要求1至4中任一项所述的自动行进式集尘机器人在所述清扫范围内行进。