JP2003299601A - 掃除ロボットおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部屋に置かれた障害物を回避しながら、壁面
に沿った掃除、あるいは、部屋中央部の掃除を、自動的
自立的に行なう掃除ロボットを実現すること。 【解決手段】 床面に対する投影面外形が略正方形状を
有する掃除ロボット本体部、掃除ロボット全体を走行駆
動させ、かつ、進行方向を切換える駆動操舵部、真空吸
引力を利用してゴミを収集する真空掃除機部、床面のゴ
ミを吸引する吸引部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは
障害物に接近したことを検知するセンサー部、掃除ロボ
ット全体の制御を行なう制御部、および、電力を供給す
るバッテリーを備え、前記駆動操舵部が、走行モーター
により差動歯車機構を介して駆動される一対の車輪と、
この一対の車輪を一つの垂直軸の周りに回転させ、掃除
ロボットの進行方向を制御させる操舵モーターとを有
し、前記一対の車輪の垂直軸は、掃除ロボットの略中心
部に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、床面のゴミを自動
的に真空吸引清掃する、掃除ロボットおよびその制御方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、真空吸引掃除機をバッテリーによ
り駆動し、かつ、これらの掃除機およびバッテリーを、
床面を自立的に走行する移動体上に搭載し、床面の掃除
を自動的に行なわせる掃除ロボットが知られている。一
般的には、例えば家庭内であれば、部屋内には様々な家
具や生活用品が置かれており、掃除ロボットが自立的に
走行する上での障害物となる。こういった障害物を自動
的に回避しながら、部屋の隅々まで満遍なく掃除できる
ことが掃除ロボットの重要な要件であり、これまでに様
々な考案が試みられている。

【０００３】従来の掃除ロボットとしては、特開平６−
４１３０に開示された掃除ロボットがある。この掃除ロ
ボットでは、ステアリング機能を備えた動輪によりロボ
ットの駆動および方向転換が行なわれる方式であり、大
きな回転半径が必要であり、かつ、清掃ユニットが掃除
ロボットの中央部に設けられており、部屋の角を掃除す
る事が困難であった。また他の従来の掃除ロボットとし
て、特開平１０−３３７６８１に開示された掃除ロボッ
トがある。この従来の掃除ロボットでは、方向転換をす
る場合に、車輪を垂直方向に持ち上げた後、９０度車輪
を回転させ、再び車輪を下ろすという動作が必要であ
る。また、障害物を自動的に回避することは困難で、掃
除をする部屋のパターンを、あらかじめパソコンに入力
して、掃除ロボットの移動経路を決定し、掃除を行なわ
せるもので、掃除をする場合のさまざまな障害物を自動
的に回避して掃除をさせることは、困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の掃
除ロボットでは、進行方向を切換える場合の回転半径が
大きく、部屋の壁と壁で構成されるコーナーや、壁と家
具等で構成されるコーナーを掃除する事が困難であっ
た。また、真空吸引のノズルが限られた方向にしか装備
されていないため、掃除する能力に劣り、もしくは、ノ
ズルを所定の位置に持ってゆくために、余分な走行方向
の切換えが必要であった。更に、部屋の中に設置された
様々な形状の家具等の障害物を回避しながら、自立的に
掃除ロボットを走行させることが困難であった。部屋の
隅々を掃除するためには、掃除ロボットは限りなく小型
である事が必要であり、小型軽量で小回りが効き、掃除
機としてのゴミ吸引能力に優れ、かつ、家具等の障害物
を自動的に回避しながら、自立的に部屋の掃除を行なう
掃除ロボットを実現する事が課題である。

【０００５】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、簡単な構成で自動的に障害
物等を回避する自立走行性能を実現させ、かつ、部屋床
面を隈なく真空吸引掃除する掃除ロボットを提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の掃除ロボット
は、床面に対する投影面外形が略正方形状を有する掃除
ロボット本体部、掃除ロボット全体を走行駆動させ、か
つ、進行方向を切換える駆動操舵部、真空吸引力を利用
してゴミを収集する真空掃除機部、床面のゴミを吸引す
る吸引部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは障害物に接
近したことを検知するセンサー部、掃除ロボット全体の
制御を行なう制御部、および、電力を供給するバッテリ
ーを備えた掃除ロボットであって、前記駆動操舵部が、
走行モーターにより差動歯車機構を介して駆動される一
対の車輪と、この一対の車輪を一つの垂直軸の周りに回
転させ、掃除ロボットの進行方向を制御させる操舵モー
ターとを有し、前記一対の車輪の垂直軸は、掃除ロボッ
トの略中心部に配置されている。このような構成にする
ことにより、掃除ロボットの進行方向を、掃除ロボット
の略中心を回転軸とする最小の回転半径で、素早くスム
ースに切換えることができる。また、掃除ロボットが静
止した状態で、任意の方向の進行方向を選択切換えする
ことができる。

【０００７】別の観点による掃除ロボットは、前記駆動
操舵部が吸引部と固定関係にある掃除ロボット本体に対
し、限定された範囲で上下動可能な構成となっている。
このような構成にすることにより、掃除ロボットが床面
の凹凸に影響されずに、車輪を絶えず床面に接触させな
がら、確実に走行もしくは操舵することができる。

【０００８】別の観点による発明の掃除ロボットは、床
面に対する投影面外形が略正方形状を有する掃除ロボッ
ト本体部、掃除ロボット全体を走行駆動させ、かつ、進
行方向を切換える駆動操舵部、真空吸引力を利用してゴ
ミを収集する真空掃除機部、床面のゴミを吸引する吸引
部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは障害物等に接近し
たことを検知するセンサー部、掃除ロボット全体の制御
を行なう制御部、および、電力を供給するバッテリーを
備えた掃除ロボットであって、前記吸引部が、掃除ロボ
ットの下部側面四方向に配置され吸引ノズルと、このこ
のノズルを選択的に作動させるノズル自動切換え弁とを
有し、前記真空掃除機部と吸引ノズルとを、ノズル自動
切換え弁を介して連結している。このような構成にする
ことにより、掃除をする場所に適応して、各四つのノズ
ル中から必要なノズルを選択的に作動させ、部屋の環境
に応じて効果的に掃除をすることができる。

【０００９】別の観点による発明の掃除ロボットは、床
面に対する投影面外形が略正方形状を有する掃除ロボッ
ト本体部、掃除ロボット全体を走行駆動させ、かつ、進
行方向を切換える駆動操舵部、真空吸引力を利用してゴ
ミを収集する真空掃除機部、床面のゴミを吸引する吸引
部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは障害物等に接近し
たことを検知するセンサー部、掃除ロボット全体の制御
を行なう制御部、および、電力を供給するバッテリーを
備えた掃除ロボットであって、前記センサー部は、各側
面にそれぞれ左右２個のセンサー部材を備え、このセン
サー部材の作動状況により、掃除ロボットと部屋壁面も
しくは障害物等との接近状況を検知する。このような構
成にすることにより、掃除ロボットと部屋壁面もしくは
障害物等とがどういう状態で接近しているかという情報
を、極めて簡単に獲得することができる。

【００１０】別の観点による発明の掃除ロボットは、床
面に対する投影面外形が略正方形状を有する掃除ロボッ
ト本体部、掃除ロボット全体を走行駆動させ、かつ、進
行方向を切換える駆動操舵部、真空吸引力を利用してゴ
ミを収集する真空掃除機部、床面のゴミを吸引する吸引
部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは障害物等に接近し
たことを検知するセンサー部、掃除ロボット全体の制御
を行なう制御部、および、電力を供給するバッテリーを
備えた掃除ロボットであって、前記制御部が、センサー
部からの信号を受け、掃除ロボットの側面と部屋壁面も
しくは障害物等との接近状態を判断する接近判断部と、
掃除ロボットの進行方向を制御する方向制御部と、掃除
ロボットの前後進駆動制御を行なう駆動制御部と、現在
の方向制御部信号と現在の接近判断部信号とにより次の
進行方向を決定する逐次適応論理部を備えていて、前記
逐次適応論理部が、掃除ロボットの四つの側面に配置さ
れたセンサー部材の作動状況の組み合わせにより、次に
進むべき進行方向を決定し、方向制御部に伝達する。こ
のような構成にすることにより、簡単な論理演算による
制御方法で、部屋壁面もしくは障害物等に適応して、掃
除ロボットの進行方向を自立的に制御し、部屋を隈なく
掃除することができる。

【００１１】別の観点による発明の掃除ロボットは、前
記逐次適応論理部が、掃除ロボットの相隣りあう二つの
側面に配置された各二つのセンサー部材の作動状況に応
じて、次に進むべき進行方向を、略左０度から３０度、
略左６０度、略右０度から３０度、略右６０度の中の何
れかを選択する。このような構成にすることにより、四
つのセンサー部材の作動状況から四つの進行方向を決定
するという簡単なロジックで、障害物を回避走行するこ
とができる。

【００１２】別の観点による発明の掃除ロボットは、床
面に対する投影面外形が略正方形状を有する掃除ロボッ
ト本体部、掃除ロボット全体を走行駆動させ、かつ、進
行方向を切換える駆動操舵部、真空吸引力を利用してゴ
ミを収集する真空掃除機部、床面のゴミを吸引する吸引
部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは障害物等に接近し
たことを検知するセンサー部、掃除ロボット全体の制御
を行なう制御部、および、電力を供給するバッテリーを
備えた掃除ロボットであって、前記制御部が、掃除モー
ド切換え部と、ノズル選択制御部を備え、部屋の中央部
を掃除する場合に、掃除ロボットの対向する進行方向前
後の側面に配置されたノズルを作動させる第１の掃除モ
ードと、部屋の壁面に沿って掃除をする場合に、掃除ロ
ボットの隣接する側面に配置されたノズルを同時に作動
させる第２の掃除モードと、を選択制御する。このよう
な構成にすることにより、掃除を行なう環境に対応して
適切なノズルを選択作動させることができ、その結果、
真空掃除機の消費電力を節減しつつ、ノズルからのゴミ
吸引能力を向上させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の掃除ロボットを示
す実施例について図面を参照しながら説明する。

【００１４】図２は、本発明の実施例である掃除ロボッ
トの外観図である。図に示すように、本実施例の掃除ロ
ボットは略直方体をなしており、掃除ロボット本体部カ
バー１の各側面の下部に、２個のセンサー部材２が装着
されている。更に、床面と当接して床面のゴミを真空吸
引する吸引ノズル３が装着されている。図示はされてい
ないが、掃除ロボットの他の２側面にも同様に、センサ
ー部材２、および、吸引ノズル３が装着されている。実
施例の掃除ロボットは、ほぼ正方形の水平断面形状を有
しており、３６０度任意の方向に前後進することが可能
な構造となっている。本体形状は、床面に近接する部分
の同床面への投影面外形がほぼ正方形であれば良く、直
方体形状は１実施例に過ぎない。

【００１５】ここで、図１、図３、図４を使って、本実
施例の詳細な構造説明を行なう。図１は、本実施例の内
部概略構成を説明する構造図である。図１は、分かり易
くするため、一部断面形状を示している。図３は、本実
施例の内部構造を説明する内部上面図である。図４は、
吸引部を説明する平面レイアウト図であり、図４の
（ａ）は、掃除ロボット下面に配置された吸引ノズルの
レイアウトを示し、図４の（ｂ）は、図４（ａ）の吸引
ノズルと真空掃除機部とを繋ぐダクトのレイアウトを示
す。図１おいて、上本体プレート４と下本体プレート５
とは、数本のステーボルト（図示せず）により連結固着
されている。更に、下本体プレート５の中央部には円筒
カバー６が固着されている。図１および図３に示すよう
に、上本体プレート４の上部には、真空モーター７と、
これにより回転駆動される真空ブロアー８、真空ブロア
ー８の真空吸引力を利用してゴミを収集する吸引収集箱
９から構成される真空掃除機部が装着されている。更に
上本体プレート４には、掃除ロボット全体の制御を行な
う制御部１５と、掃除ロボットの電力を供給するバッテ
リー１６が、装着されている。

【００１６】図１に示すように下本体プレート５には、
周囲４方向に計四個の吸引ノズル３が装着されている。
この吸引ノズル３と、下本体プレート５の一部を貫通し
て繋がったノズル自動切換え弁１１が、下本体プレート
５に固着されている。図１、図４（ｂ）に示すように、
各吸引ノズル３と繋がった各ノズル自動切換え弁１１
は、横ダクト１２と連結されている。更に、横ダクト１
２は縦ダクト１３により、吸引収集箱９に連結されてい
る。ここで、前記吸引ノズル３と、ノズル自動切換え弁
１１と、横ダクト１２と、縦ダクト１３とは、前記真空
掃除機部で発生する真空吸引力を吸引ノズル３に伝達
し、ノズルにより収集されたゴミを真空掃除機部に運ぶ
ための通路を確保する状態で繋がっており、全体として
吸引部を形成している。図４（ａ）に示すように、四個
の吸引ノズル３には、床面からゴミを吸いあげるための
開口部３ａが設けてある。吸引ノズル３の一部には、走
行時の直進性を良くするためのローラ４６が装着されて
いる。

【００１７】次に図１、図５、図６を使って、掃除ロボ
ットを走行駆動させ、かつ、進行方向を切換える駆動操
舵部を説明する。図５は、前記駆動操舵部の構造を説明
するための詳細断面図である。図６は、駆動系平面レイ
アウト図である。駆動操舵プレート１４には、ベアリン
グ２２を介して操舵軸２４が装着されている。この操舵
軸２４の下部には、操舵フレーム２５が固着されてい
る。操舵フレーム２５の下端には、回転可能な状態で軸
受け２６ａ、２６ｂを介して車軸２７ａ、２７ｂが装着
されている。車軸２７ａ、２７ｂにはそれぞれ車輪２８
ａ、２８ｂが固着されている。操舵軸２４の上端にはタ
イミングプーリ２９が固着されている。このタイミング
プーリ２９には、駆動操舵プレート１４に固着された操
舵モーター３２に装着されたタイミングプーリ３１と、
タイミングベルト３０を介して繋がっている。操舵モー
ター３２には、モーターの回転角度を検出するための位
置検出器３３が装着されている。駆動操舵プレート１４
には、操舵フレーム２５に固着されたマグネット３５の
磁気に反応するホールセンサー３４が装着されており、
操舵フレーム２５の駆動操舵プレート１４に対する回転
位置原点を検出する。

【００１８】操舵軸２４の内部には、上下に装着された
２個の軸受け３６ａ、３６ｂを介して駆動軸３７が装着
されている。駆動軸３７の下端には傘歯車３８が固着さ
れている。この傘歯車３８は、前記車軸２７ａと同軸上
に装着された他の傘歯車３９と噛み合っている。他の傘
歯車３９は、軸受け４３ａ、４３ｂを介して、車軸２７
ａ、２７ｂの周りに回転可能な状態で装着された差動歯
車箱４０に固着されている。２個の車軸２７ａ、２７ｂ
の外側端には、それぞれ前記車輪２８ａ、２８ｂが固着
されている。２個の車軸２７ａ、２７ｂの内側端には、
それぞれ差動傘歯車４４ａ、４４ｂが固着されており、
これらの差動傘歯車４４ａ、４４ｂは、前記傘歯車箱４
０に軸受け４１ａ、４１ｂを介して回転可能に装着され
た軸４１ａ、４１ｂの内側端に固着された他の差動傘歯
車４５ａ、４５ｂと噛み合っている。駆動操舵プレート
１４上に固着された走行モーター４９の出力軸には、タ
イミングプーリー４８が固着されている。このタイミン
グプーリー４８の回転動作は、タイミングベルト４７を
介して、駆動軸３７の上端に固着されたタイミングプー
リー４６に伝達される。走行モーター４９には、モータ
ーの回転速度を検出する回転センサー５０が装着されて
いる。

【００１９】図６（ａ）に示したように、駆動操舵部プ
レート１４は４個の懸架ボルト１７により、上本体プレ
ート４に対して上下動可能な状態で装着されている。図
７は、この懸架状態を説明する図である。図７におい
て、本体プレートの４箇所に懸架ボルト１７が固着され
ている。この懸架ボルト１７は円形断面で下部の直径が
小さくなった２段形状をしている。この下部の小さい断
面形状の部分に上下に摺動可能な状態でスライダー２０
が装着されており、このスライダー２０の下方向の運動
を制限するために、ワッシャ１８、ナット１９が懸架ボ
ルト１７の下端に装着されている。更に、上本体プレー
ト４とスライダー２０との間には、スプリング２１が装
着されており、スライダー２０を下方に押し付けてい
る。このスライダー２０に、駆動操舵部プレート１４が
装着されている。このような構成にすることにより、車
輪を絶えず床面に押し付けることができ、確実な走行を
可能ならしめる。

【００２０】次に吸引部にある四つの吸引ノズルの中か
ら適宜必要な吸引ノズルのみを選択作動させるためのノ
ズル自動切換え弁の詳細構造について説明する。図８
は、ノズル自動切換え弁１１の構造を説明する図であ
り、図８の（ａ）は、水平断面図、図８の（ｂ）は、正
面図である。図において、ノズル自動切換え弁本体１１
は、内部垂直方向に角孔５１が明けられており、横ダク
ト１２、および、吸引ノズル３と接合され、吸引ノズル
３とダクト１２の間に外部に対して閉じられた空気の流
通経路を形成している。この角孔５１と直交して水平方
向に丸孔５２が明けられている。この丸孔５２に、円柱
状のバルブ５３が、回転可能な状態で装着されている。
バルブ５３には、半径方向に貫通して空気流通口５７が
明けられており、バルブを回転させることにより、ノズ
ル自動切換え弁本体１１の角孔５１の空気流通経路を遮
断もしくは開放できる構成となっている。このバルブ５
３の両端面には、プレート５４、５５が固着されてお
り、バルブ５３がノズル自動切換え弁本体１１から脱落
することを防止し、かつ、空気が両者の嵌合部から流入
してくることを防止している。一方のプレート５５に
は、コ型をした金具５６が固着されており、この金具５
６の一方の端部には、ワイヤーロープ５８を介してソレ
ノイド５９のプランジャー５９ａが繋がっている。ソレ
ノイド５９は、Ｌアングル６０により、下本体プレート
５に固着されている。金具５６の他の端部には、ソレノ
イド５９の引張り力と対抗する方向にスプリング６１が
結合されており、このスプリング６１の他端は、アング
ル６２を介して、下本体プレート５に固着されている。
図８は、バルブ５３が中立の状態を示しており、ソレノ
イド５９が通電され図の左方向にいっぱい引っ張られる
と、バルブ５３は反時計方向に回転され、空気流通口５
７が水平になり、空気の流通を遮断する。ソレノイド５
９の引張り力が解除されると、スプリング６１の力でバ
ルブ５３が時計方向に回転され、空気口流通５７垂直に
なり、空気が流通する状態となる。

【００２１】次に、図１、図２、図９を使って、センサ
ー部の構造について説明する。図９はセンサー部の構造
を説明する詳細図である。図１、図２に示したように、
床面に対する投影面外形が略正方形状をなす本体部１の
下部４面に、それぞれ２個のセンサー部材２が装着され
ている。図９において、センサー部材２は、下本体プレ
ート５にヒンジ６３を介して揺動可能な状態で装着され
ている。センサー部材の一端には、フック部６７が設け
てあり、このフック部６７に下本体プレート５に固着さ
れたＬ金具６６を介して、スプリング６５が装着されて
いる。通常は、このスプリング６５の力で、センサー部
材２は、図の時計方向に揺動回転し、センサー部材が外
方向に開かれた状態となる。図の状態は、掃除ロボット
が壁もしくは障害物（図示せず）に当接し、センサー部
材が当接した状態を示している。更に、スイッチ６４が
下本体プレート５に固着されており、図のようにセンサ
ー部材が閉じられると、センサー部材の他端がスイッチ
６４に当接し、作動状態にさせる。なを、本実施例で
は、掃除ロボットが部屋壁面や障害物に接近したこと
を、メカニカルなスイッチによって検出しているが、周
知の反射型光センサーや超音波センサーを使用しても、
同じ目的を達成できることは明らかである。

【００２２】次に、制御部の構成について説明する。図
１０は、制御部の構成を説明するブロック線図である。
制御部は掃除ロボットの制御を統括的に行なう主制御部
７０と、センサー部からの信号を受け掃除ロボットが壁
や障害物等に接近した状態を判断する接近判断部７１
と、走行モーター４９および回転センサー５０と繋がり
掃除ロボットの前後進駆動の制御を行なう駆動制御部７
２と、操舵モーター３２および位置検出器３３、ホール
センサー３４と繋がり掃除ロボットの進む方向を制御す
る方向制御部７３と、ノズル自動切換え弁１１と繋がり
必要な吸引ノズルを選択するノズル制御部７４と、掃除
ロボットのバッテリーの充電状況を管理し、かつ、制御
部で使用する各種の電力を供給する電源部７９と、真空
モーター７と繋がり真空掃除機部を制御する真空モータ
ー制御部とからなる。更に、主制御部は掃除ロボットの
オペレーターが、掃除ロボットに対して様々な指示を与
え、逆にオペレーターが掃除ロボットから必要な情報を
取得するための操作部７５と、掃除ロボットを制御する
ための様々なデーターを記憶する主記憶部７７と、オペ
レーターがロボットに必要な走行データーを入出力する
ための補助記憶部７８と、掃除ロボットが壁や障害物な
どに接近した時、自立的にロボットの進行方向を制御す
る逐次適応論理部７６とから構成されている。

【００２３】ここで、掃除ロボットが自立的に掃除を行
なう動作について説明する。図１１は、本実施例の掃除
ロボットの動作を説明するための、模式図であり、８個
のセンサー部材と４個の吸引ノズルの、掃除ロボットの
進行方向に対する位置を示している。本実施例の掃除ロ
ボットでは、前記したように床面に対する投影面外形が
略正方形状をなしており、四つの側面に装着されたセン
サー部材２は、同じ形状と機能を持っている。ロボット
の動作を説明するため、矢印１００の進行方向に向かっ
た側面に配置されたセンサー部材の中で図の右側のもの
を２ａａ、左側のものを２ａｂとする。以下、図の左回
りに、それぞれのセンサー部材に対して２ｂａ、２ｂ
ｂ、２ｃａ、２ｃｂ、２ｄａ、２ｄｂと名付ける。ま
た、矢印１００の進行方向に向かった側面下部に配置さ
れた吸引ノズルを３ａ、図の左側面のものを３ｂ、以下
図の左周りに３ｃ、３ｄと名付ける。

【００２４】まず部屋の中央部の掃除をする場合で、比
較的障害物の少ない場所を、自立的に走行する第１の掃
除モードについて、図１１、図１２を使って説明する。
図１２は、第１の掃除モードの代表的走行パターンを表
す図である。８９は部屋の壁を表しており、８１、８
３、８５、８７は、本実施例の掃除ロボットが走行する
場合の状態変化を模式的に表現したもので、状態８１
は、矢印８２の方向に走行する場合であり、図１に示し
た二つの車輪２８ａ、２８ｂは、操舵モーター３２によ
り、矢印８２と平行な状態にセットされ、走行モーター
４９が正方向に回転駆動され、ロボットは矢印８２方向
に前進する。この時、真空モーター７も作動状態にセッ
トされると同時に、ノズル自動切換え弁が作動し、図１
１の吸引ノズル３ａ、３ｃが吸引状態となる。やがて図
１２の状態８３のように部屋の壁に接近すると、センサ
ー部材２ａａ、２ａｂが作動し、ロボットは走行を停止
する。続いて操舵モーター３２が作動し、図１に示した
二つの車輪２８ａ、２８ｂを９０度右方向に回転させ
る。再び走行モーター４９が正方向に回転駆動され、矢
印８４方向に、ロボットの幅と同等程度の適当な距離だ
け進行して停止する。再び操舵モーター３２により、車
輪２８ａ、２９ｂは矢印８６と平行になるよう９０度回
転され、走行モーター４９が正方向に回転駆動され、ロ
ボットは矢印８６方向に進行する。以下同様の動作を繰
り返し、部屋全体を掃除する。

【００２５】次に図１１、図１３を使って、障害物が置
かれている部屋の壁面に沿って掃除する第２の掃除モー
ドについて説明する。図１３は、ロボットが右回りに、
部屋の壁や障害物の周囲を掃除するパターンを説明する
ための図である。部屋９０は壁９１、９２、９３、９４
に囲まれており、その中には、第１の障害物９５、第２
の障害物９６、第３の障害物９７が置かれている。部屋
を右回りに走行し、清掃を行なう場合には、真空モータ
ー７が作動状態にセットされると同時に、ノズル自動切
換え弁が作動し、図１１の吸引ノズル３ａ、３ｂが吸引
状態となる。その結果、進行方向の前側面および左側面
の吸引ノズルが吸引状態となり、掃除機前方と左側にあ
るゴミを吸引掃除しながら、掃除ロボットは部屋を右回
りに走行して行く。図において、１０１、１０２、１０
３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８、１０
９、１１０、１１１、１１２は、本実施例の掃除ロボッ
トが走行する場合の状態変化を模式的に表現したもの
で、状態１０１は、掃除ロボットが部屋の壁９１に沿っ
て走行している場合であり、センサー部材２ｂａ、２ｂ
ｂが作動状態となり、ロボットは左側面で壁と接近して
いることを検知している。ロボットを壁面に沿って走行
させるため、操舵モーター３２は、二つの車輪２８ａ、
２８ｂは、ロボットの進行方向に対し略０度から３０度
左に傾いた方向に制御されている。状態１０２は、ロボ
ットは壁９１に沿って矢印１２１方向に前進し、壁９２
に当たった場合で、センサー部材２ａａ、２ａｂ、２ｂ
ａ、２ｂｂが作動状態となる。この時、操舵モーター３
２は、二つの車輪２８ａ、２９ｂを９０度右回転させ、
ロボットは壁面に沿いながら矢印１２２方向に走行す
る。この時も、二つの車輪２８ａ、２８ｂは、ロボット
の進行方向に対し略０度から３０度左に傾いた方向に制
御されている。

【００２６】状態１０３は、状態１０２と同じため、動
作説明を省略する。ロボットが矢印１２３方向に前進す
ると、センサー部材２ｂａはＯＦＦ状態となり、センサ
ー部材２ｂｂのみが作動状態となる。この時、操舵モー
ター３２は、二つの車輪２８ａ、２８ｂを進行方向に対
して略６０度左に傾いた方向に制御され、ロボットは矢
印１２４のように、左に旋回を始め、ついには第１の障
害物９５に側壁が接近し、センサー部材２ｂａ、２ｂｂ
が作動状態となる。ついで、第１の障害物９５に沿って
走行し、状態１０６となる。状態１０６は、状態１０４
と同じ制御が行なわれるため、動作説明は省略する。状
態１０７、状態１０８は、状態１０２と同じである。

【００２７】状態１０９は、ロボットが壁９３に沿って
走行中に、比較的小さい第２の障害物９６に当接した状
態である。この時は、センサー部材２ａｂ、２ｂａ、２
ｂｂが作動状態となっている。操舵モーター３２は、二
つの車輪２８ａ、２８ｂをロボットの進行方向に対し、
略６０度右の方向に制御すると、ロボットは矢印１３０
のように左旋回し、状態１１０を経た後、やがてセンサ
ー部材２ｂａ、２ｂｂが作動状態となり、壁９３に沿っ
て走行を始める。状態１１１は、ロボットが壁９４に沿
って走行中に、比較的大きな突起状の第３の障害物９７
に当接した状態である。この時は、センサー部材２ａ
ａ、２ａｂ、２ｂａ、２ｂｂが作動状態となっており、
状態１０２と同じ方法で方向制御され、ロボットは矢印
１３３方向に進行する。ついで、センサー部材２ｂａが
ＯＦＦとなり、状態１０４と同じ方法で方向制御され、
ロボットは矢印１３４の方向に大きく旋回する。

【００２８】以上の説明にあるように、ロボットは部屋
を右回りで掃除する場合、前進方向および左側面に配置
された四つのセンサー部材２ａａ、２ａｂ、２ｂａ、２
ｂｂにて壁や障害物との接近状態を判断し、この四つの
センサー部材の作動状況に応じて二つの車輪の方向制御
を行なうことにより、様々な形状の障害物を自立的に回
避しながら、走行、清掃することが可能である。図１４
は、上述した掃除ロボットが部屋を右周りに走行し掃除
を行なう場合について、センサー部材２の作動状況に応
じた二つの車輪が方向制御されるロジックを一覧表にし
たものである。なお、上述の例は右周りに走行する場合
を示したが、左周りに走行する場合には、センサー部材
２ａａ、２ａｂ、２ｂａ、２ｂｂを使用して、同様のロ
ジックで自立走行できることは明らかである。

【００２９】上述のように自立的に障害物を回避しなが
ら、掃除を行なっている場合に、何らかの原因で、掃除
ロボットが障害物の間に入り込んでしまって、脱出でき
なくなった場合が想定される。このトラブルを回避する
ため、掃除ロボットは一定時間内にセンサー部材の作動
状況が変化しない時、脱出不可能の状況にあると判断
し、前記操舵モーターを回転させ、前記二つの車輪を、
部屋を右回りに走行している場合は、右方向に、部屋を
左周りに走行している場合は、左方向に、センサー部材
の出力信号に変化が発生するまで旋回させる。センサー
部材の信号に変化が発生したとき、操舵モーターの回転
を停止し、以下、前記した図１４のロジックに従って走
行制御する。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明の掃除ロボット
は、床面に対する投影面外形が略正方形状を有する掃除
ロボット本体部、掃除ロボット全体を走行駆動させ、か
つ、進行方向を切換える駆動操舵部、真空吸引力を利用
してゴミを収集する真空掃除機部、床面のゴミを吸引す
る吸引部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは障害物に接
近したことを検知するセンサー部、掃除ロボット全体の
制御を行なう制御部、および、電力を供給するバッテリ
ーを備えている。さらに、前記駆動操舵部が、走行モー
ターにより差動歯車機構を介して駆動される一対の車輪
と、この一対の車輪を一つの垂直軸の周りに回転させ、
掃除ロボットの進行方向を制御させる操舵モーターとを
有し、前記一対の車輪の垂直軸は、掃除ロボットの略中
心部に配置されている。これにより、掃除ロボット本体
を静止させたまま、操舵モーターにより一対の車輪の方
向を任意に変更することができ、掃除ロボットが部屋の
隅々を走行、掃除することができる。

【００３１】別の観点による本発明の掃除ロボットで
は、上述の駆動操舵部が１枚のプレートに装着され、こ
のプレートが掃除ロボット本体上に、限定された範囲で
上下動可能な構成となっている。これにより、一対の車
輪は絶えず下方向に押さえられ、凹凸のある床面を走行
する場合にも、車輪が常時床面に当接し、安定した駆動
および操舵が可能である。

【００３２】別の観点による本発明の掃除ロボットで
は、床面に対する投影面外形が略正方形状を有する掃除
ロボット本体部、掃除ロボット全体を走行駆動させ、か
つ、進行方向を切換える駆動操舵部、真空吸引力を利用
してゴミを収集する真空掃除機部、床面のゴミを吸引す
る吸引部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは障害物に接
近したことを検知するセンサー部、掃除ロボット全体の
制御を行なう制御部、および、電力を供給するバッテリ
ーを備えている、さらに、前記吸引部が掃除ロボットの
下部側面四方向に配置された吸引ノズルと、このノズル
を選択的に作動させるノズル自動切換え弁とを有し、前
記真空掃除機部と吸引ノズルとを、ノズル自動切換え弁
を介して連結されている。これにより、掃除をする場所
に応じて必要な吸引ノズルを選択的に作動させることが
可能となり、掃除するための真空吸引力を有効に活用す
ることができる。

【００３３】別の観点による本発明の掃除ロボットで
は、床面に対する投影面外形が略正方形状を有する掃除
ロボット本体部、掃除ロボット全体を走行駆動させ、か
つ、進行方向を切換える駆動操舵部、真空吸引力を利用
してゴミを収集する真空掃除機部、床面のゴミを吸引す
る吸引部、掃除ロボットが壁面もしくは障害物等に接近
したことを検知するセンサー部、掃除ロボット全体の制
御を行なう制御部、および、電力を供給するバッテリー
を備えている。さらに、前記センサー部は、各側面にそ
れぞれ左右２個のセンサー部材を備え、このセンサー部
材の作動状況により、掃除ロボットと部屋壁面もしくは
障害物等との接近状況を検知する。これにより、簡単な
構成で、次に掃除ロボットが動くべき方向を判断するた
めの、壁面や障害物と接近している情報を獲得すること
ができる。

【００３４】別の観点による本発明の掃除ロボットの制
御方法では、床面に対する投影面外形が略正方形状を有
する掃除ロボット本体部、掃除ロボット全体を走行駆動
させ、かつ、進行方向を切換える駆動操舵部、真空吸引
力を利用してゴミを収集する真空掃除機部、床面のゴミ
を吸引する吸引部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは障
害物等に接近したことを検知するセンサー部、掃除ロボ
ット全体の制御を行なう制御部、および、電力を供給す
るバッテリーを備えている。さらに、前記制御部が、セ
ンサー部からの信号を受け、掃除ロボットの側面と部屋
壁面もしくは障害物等との当接状態を判断する当接判断
部と、掃除ロボットの進行方向を制御する方向制御部
と、掃除ロボットの前後進駆動制御を行なう駆動制御部
と、現在の方向制御部信号と現在の当接判断部信号とに
より次の進行方向を決定する逐次適応論理部を備えてい
て、前記逐次適応論理部が、掃除ロボットの四つの側面
に配置されたセンサー部材の作動状況の組み合わせによ
り、次に進むべき進行方向を決定する。これにより、極
めて簡単なロジックで、掃除ロボットが周辺の環境を認
識し、次に動くべき方向を判断して、自立的に障害物を
回避しながら走行掃除することが可能となる。

【００３５】別の観点による本発明の掃除ロボットの制
御方法は、上述した逐次適応論理部が、掃除ロボットの
相隣りあう二つの側面に配置された各二つのセンザー部
材の作動状況に応じて、次に進むべき進行方向を、略左
３０度、略左６０度、略右３０度、略右６０の何れかを
選択する。これにより、４個のセンサー信号の組み合わ
せによる４個の走行方向を選択するという簡単な方法
で、掃除ロボットが周辺の環境を認識し、次に動くべき
方向を判断して、自立的に障害物を回避しながら走行掃
除することが可能となる。

【００３６】別の観点による本発明の掃除ロボットの制
御方法では、床面に対する投影面外形が略正方形状を有
する掃除ロボット本体部、掃除ロボット全体を走行駆動
させ、かつ、進行方向を切換える駆動操舵部、真空吸引
力を利用してゴミを収集する真空掃除機部、床面のゴミ
を吸引する吸引部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは障
害物等に接近したことを検知するセンサー部、掃除ロボ
ット全体の制御を行なう制御部、および、電力を供給す
るバッテリーを備えている。さらに、前記制御部が、掃
除モード切換え部と、ノズル選択制御部を備え、部屋の
中央部を掃除する場合に、掃除ロボットの対抗する前後
の側面に配置されたノズルを作動させる第１の掃除モー
ドと、部屋の壁面に沿って掃除をする場合に、掃除ロボ
ットの隣接する側面に配置されたノズルを同時に作動さ
せる第２の掃除モードと、を選択制御する。これによ
り、部屋の中心部を直線的に往復運動をしながら掃除を
する場合は、進行方向前後の吸引ノズルを作動させ、部
屋の壁面に沿って掃除をする場合は、進行方向前方の吸
引ノズルと壁面もしくは障害物に接近している側面の吸
引ノズルを作動させることが可能となる。全ての吸引ノ
ズルを作動させると、掃除ロボットの走行方向によって
はゴミを効果的に吸引しない吸引ノズルをも作動させる
ことになり、無駄なエネルギーを消費するだけでなく、
床面と吸引ノズル間の摩擦が増加し、掃除ロボットが走
行する抵抗になり、走行に支障をきたす。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である掃除ロボットの内部概略
構成を説明する構造図

【図２】本発明の実施例である掃除ロボットの外観図

【図３】本発明の実施例である掃除ロボットの内部構造
を説明する内部上面図

【図４】本発明の実施例である掃除ロボットの吸引部を
説明する平面レイアウト図

【図５】本発明の実施例である掃除ロボットの駆動操舵
部の構造を説明するための詳細断面図

【図６】本発明の実施例である掃除ロボットの駆動系平
面レイアウト図

【図７】本発明の実施例である掃除ロボットの駆動操舵
部の懸架状態を説明する図

【図８】本発明の実施例である掃除ロボットのノズル自
動切換え弁の構造を説明する図

【図９】本発明の実施例である掃除ロボットのセンサー
部の構造を説明する詳細図

【図１０】本発明の実施例である掃除ロボットの制御部
の構成を説明するブロック線図

【図１１】本発明の実施例である掃除ロボットの動作を
説明するための、模式図

【図１２】本発明の実施例である掃除ロボットが、部屋
の中央部を走行掃除する第１の掃除モードの代表的走行
パターンを表す図

【図１３】本発明の実施例である掃除ロボットが、右回
りに部屋の壁や障害物の周囲を掃除するパターンを説明
するための図

【図１４】本発明の実施例である掃除ロボットが、部屋
を右周りに走行し掃除を行なう場合について、センサー
部材の作動状況に応じて、二つの車輪の制御される方向
を示した一覧表

【符号の説明】

１ 本体部カバー ２ センサー部材 ３ 吸引ノズル ４ 上本体プレート ８ 真空ブロアー ９ 吸引収集箱 １０ 吸引ノズル １１ ノズル自動切換え弁 １２ 横ダクト １３ 縦ダクト １４ 駆動操舵部プレート １５ 制御部 １６ バッテリー ２５ 操舵フレーム ２８ 一対の車輪 ４０ 差動歯車箱

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０５Ｄ 1/02 Ｇ０５Ｄ 1/02 Ｘ Ｆターム(参考） 3B057 DA00 3B116 AA31 AB52 BB72 CD41 CD43 3C007 AS15 CS08 HS09 HS27 HT02 HT30 KS12 KS36 KV05 KV11 KV18 KX02 LV12 MS07 WA16 WB21 5H301 AA02 AA10 BB11 CC03 CC06 CC10 DD01 GG08 GG19 GG28 GG29 HH20

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 床面に対する投影面外形が略正方形状を
   有する掃除ロボット本体部、掃除ロボット全体を走行駆
   動させ、かつ、進行方向を切換える駆動操舵部、真空吸
   引力を利用してゴミを収集する真空掃除機部、床面のゴ
   ミを吸引する吸引部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは
   障害物等に接近したことを検知するセンサー部、掃除ロ
   ボット全体の制御を行なう制御部、および、電力を供給
   するバッテリーを備えた掃除ロボットであって、 前記駆動操舵部が、走行モーターにより差動歯車機構を
   介して駆動される一対の車輪と、この一対の車輪を一つ
   の垂直軸の周りに回転させ、掃除ロボットの進行方向を
   制御させる操舵モーターとを有し、 前記一対の車輪の垂直軸は、掃除ロボットの略中心部に
   配置した、 ことを特徴とする掃除ロボット。
2. 【請求項２】 前記駆動操舵部は、掃除ロボット本体に
   対し、限定された範囲で上下動可能な構成となっている
   ことを特徴とする請求項１に記載の掃除ロボット。
3. 【請求項３】 床面に対する投影面外形が略正方形状を
   有する掃除ロボット本体部、掃除ロボット全体を走行駆
   動させ、かつ、進行方向を切換える駆動操舵部、真空吸
   引力を利用してゴミを収集する真空掃除機部、床面のゴ
   ミを吸引する吸引部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは
   障害物等に接近したことを検知するセンサー部、掃除ロ
   ボット全体の制御を行なう制御部、および、電力を供給
   するバッテリーを備えた掃除ロボットであって、 前記吸引部が、掃除ロボットの下部側面四方向に配置さ
   れ吸引ノズルと、このこのノズルを選択的に作動させる
   ノズル自動切換え弁とを有し、 前記真空掃除機部と吸引ノズルとを、ノズル自動切換え
   弁を介して連結している、 ことを特徴とする掃除ロボット。
4. 【請求項４】 床面に対する投影面外形が略正方形状を
   有する掃除ロボット本体部、掃除ロボット全体を走行駆
   動させ、かつ、進行方向を切換える駆動操舵部、真空吸
   引力を利用してゴミを収集する真空掃除機部、床面のゴ
   ミを吸引する吸引部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは
   障害物等に接近したことを検知するセンサー部、掃除ロ
   ボット全体の制御を行なう制御部、および、電力を供給
   するバッテリーを備えた掃除ロボットであって、 前記センサー部は、各側面にそれぞれ左右２個のセンサ
   ー部材を備え、このセンサー部材の作動状況により、掃
   除ロボットと部屋壁面もしくは障害物等との接近状況を
   検知する、 ことを特徴とする掃除ロボット。
5. 【請求項５】 床面に対する投影面外形が略正方形状を
   有する掃除ロボット本体部、掃除ロボット全体を走行駆
   動させ、かつ、進行方向を切換える駆動操舵部、真空吸
   引力を利用してゴミを収集する真空掃除機部、床面のゴ
   ミを吸引する吸引部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは
   障害物等に接近したことを検知するセンサー部、掃除ロ
   ボット全体の制御を行なう制御部、および、電力を供給
   するバッテリーを備えた掃除ロボットであって、 前記制御部が、センサー部からの信号を受け、掃除ロボ
   ットの側面と部屋壁面もしくは障害物等との接近状態を
   判断する接近判断部と、掃除ロボットの進行方向を制御
   する方向制御部と、掃除ロボットの前後進駆動制御を行
   なう駆動制御部と、現在の方向制御部信号と現在の接近
   判断部信号とにより次の進行方向を決定する逐次適応論
   理部を備えていて、前記逐次適応論理部が、掃除ロボッ
   トの四つの側面に配置されたセンサー部材の作動状況の
   組み合わせにより、次に進むべき進行方向を決定する、
   ことを特徴とする掃除ロボットの制御方法。
6. 【請求項６】 前記逐次適応論理部が、掃除ロボットの
   相隣りあう二つの側面に配置された各二つのセンサー部
   材の作動状況に応じて、次に進むべき進行方向を、略左
   ０度から３０度、略左６０度、略右０度から３０度、略
   右６０の中の何れかを選択する、 ことを特徴とする請求項５記載の掃除ロボットの制御方
   法。
7. 【請求項７】 床面に対する投影面外形が略正方形状を
   有する掃除ロボット本体部、掃除ロボット全体を走行駆
   動させ、かつ、進行方向を切換える駆動操舵部、真空吸
   引力を利用してゴミを収集する真空掃除機部、床面のゴ
   ミを吸引する吸引部、掃除ロボットが部屋壁面もしくは
   障害物等に接近したことを検知するセンサー部、掃除ロ
   ボット全体の制御を行なう制御部、および、電力を供給
   するバッテリーを備えた掃除ロボットであって、 前記制御部が、掃除モード切換え部と、ノズル選択制御
   部を備え、 部屋の中央部を掃除する場合に、掃除ロボットの対向す
   る進行方向前後の側面に配置されたノズルを作動させる
   第１の掃除モードと、部屋の壁面に沿って掃除をする場
   合に、掃除ロボットの隣接する側面に配置されたノズル
   を同時に作動させる第２の掃除モードと、を選択制御す
   る、 ことを特徴とする掃除ロボットの制御方法。