JP2003330543A

JP2003330543A - 充電式自律走行システム

Info

Publication number: JP2003330543A
Application number: JP2002143287A
Authority: JP
Inventors: Masahito Sano; 雅仁佐野
Original assignee: Toshiba TEC Corp
Current assignee: Toshiba TEC Corp
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】充電器の経済性を向上するとともに自律走行
体による充電器の検知を確実にする。【解決手段】二次電池を駆動源としてモータ、車輪等
からなる走行手段を駆動し自律走行しつつ掃除を行う自
律走行クリーナ１と、ユニークな形状の凹み２３を有し
二次電池に対して充電を行う充電器２１とを備え、自律
走行クリーナ１は、充電端子１３及び凹み２３の形状を
検知するセンサ１２を設け、センサ１２が凹み２３を検
知すると、充電器２１の給電端子２２に充電端子１３を
接触させる帰巣制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池を駆動源
とした自律走行体と、二次電池に対して充電を行う充電
器とからなる充電式自律走行システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】自律走行体の二次電池を充電するため
に、例えば、特開平４−２１０７０４号公報のものは、
充電装置に移動ロボットを誘導する光ビームを発生する
光源を設け、この光源を間欠駆動し、また、移動ロボッ
トに充電装置からの光ビームの強さを検知する複数の光
センサを設け、移動ロボットが作業を終えて充電装置に
近づくと、光センサが充電装置からの光ビームを検知す
る。これにより移動ロボットは充電装置の存在を判別し
充電装置に対して帰巣制御し、その後充電装置によって
充電されるというものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このように充
電装置に移動ロボットを誘導するための誘導装置を設け
ることは、誘導装置のコスト、及び誘導装置を駆動する
ための電力消費が生じ、経済性が悪いという問題があっ
た。そこで、本発明は、充電器の経済性を向上でき、ま
た、自律走行体による充電器の検知が確実にできる充電
式自律走行システムを提供する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、二次電池を駆
動源として例えば、モータ、車輪等からなる走行手段を
駆動し自律走行する自律走行体と、ユニークな形状のマ
ーカ部を有し、二次電池に対して充電を行う充電器とを
備え、自律走行体は、マーカ部の形状を検知するセンサ
を設け、センサがマーカ部を検知すると、充電器に対し
て二次電池への充電のために帰巣制御を行うものであ
る。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して説明する。なお、この実施の形態は本発明
を自律走行クリーナに適用したものについて述べる。図
１及び図２に示すように、自律走行体としての自律走行
クリーナ１は、平面投影した場合に略円形となる構成に
なっている。そして、この自律走行クリーナ１は、略円
形の中心線近傍の左右に車輪２ａ，２ｂを回転自在に配
置し、この車輪２ａ，２ｂをモータ３ａ，３ｂによって
減速機４ａ，４ｂを介してそれぞれ個々に駆動するよう
になっている。なお、自律走行クリーナ１の平面投影し
た場合の形状としては四角形であっても、多角形であっ
てもよい。

【０００６】前記自律走行クリーナ１は、後方中央部に
向きが自在に変更できる旋回輪５を設け、前記車輪２
ａ，２ｂとこの旋回輪５とで姿勢を保っている。前記自
律走行クリーナ１は、底面に、左右に長尺な塵の吸込口
６を形成し、また、内部に集塵室７、フィルタ８、ファ
ンモータ９を収納し、ファンモータ９の動作によって前
記吸込口６から塵を吸込んで集塵室７に集め、空気のみ
をフィルタ８及びファンモータ９を経由して排出するよ
うになっている。

【０００７】前記自律走行クリーナ１は、前方外周の下
部に、進行方向の前方約１８０°の範囲の障害物を検知
するために、超音波センサなどからなる５個の障害物セ
ンサ１０ａ,１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅを所定の
間隔を開けて配置している。なお、障害物センサ１０ａ
〜１０ｅとしては、送受信兼用形のものでも、送信と受
信が別体になっているものでもよい。また、障害物セン
サは５個に特定するものではない。また、光学センサを
使用してもよい。

【０００８】この自律走行クリーナ１は、各障害物セン
サ１０ａ〜１０ｅからの情報によって進行方向の障害物
を認識し、障害物を回避しながら自律走行する。また、
この自律走行クリーナ１は、二次電池１１を搭載し、前
記モータ３ａ，３ｂ、ファンモータ９等に電力を供給す
るようにしている。

【０００９】前記自律走行クリーナは、後方左側に、左
側面側にある障害物との距離を正確に検知するセンサ１
２を配置している。このセンサ１２は、和室の敷居等、
前記各障害物センサ１０ａ〜１０ｅでは検知しにくいと
ころを検知できるもので、近距離のスポット的な測定を
行う光学的なセンサや指向性、分解能に優れた超音波セ
ンサなどを使用している。このセンサ１２は敷居等の低
い位置のものを検知するために床面から３ｃｍ以下の測
定ができるようになっている。

【００１０】前記自律走行クリーナ１は、図３に示すよ
うに、壁２０の際に設置された充電器２１を起点にして
移動を開始する。自律走行クリーナ１が充電器２１に位
置している状態では、充電器２１の中央部に形成された
凹部に自律走行クリーナ１が入り込み、その凹部の中央
に＋，−端子を横に並べて配置した給電端子２２に、自
律走行クリーナ１の後端低部に＋，−端子を横に並べて
配置した充電端子１３が接触し、充電器２１により前記
二次電池１１が充電されるようになっている。なお、給
電端子２２及び充電端子１３の＋，−端子は上下に並べ
て配置してもよい。前記充電器２１は、また、凹部の一
方の側に突出した先端部にユニークな形状のマーカ部を
構成する凹み２３を形成している。この凹み２３の床面
からの高さは前記センサ１２が測定できる３ｃｍ以下に
設定されている。

【００１１】前記自律走行クリーナ１は、充電器２１を
起点にして移動を開始し部屋を巡回する。部屋を巡回す
るときに、ファンモータ９を駆動して塵を吸込口６から
吸込んで集塵室７に集め掃除を行う。すなわち、自律走
行クリーナ１は、先ず部屋の形状を認識するために壁際
を走行する。

【００１２】そして、壁際を走行するときには、図４に
示すように、左手に壁を検知しながら部屋内を右回りす
る。これは、前方及び左手にあるセンサ１０ｃ，１０
ｄ，１０ｅ及びセンサ１２の２つ以上を使用し、各セン
サの出力が所定値以上になるように走行を制御する。ま
た、図５に示すように、前方のセンサ１０ｃが前方に壁
２０などの障害物があることを検知すると、このセンサ
１０ｃが障害物を検知しなくなるまで自律走行クリーナ
１を図中矢印で示すように右旋回させる。また、図６に
示すように、左前方に障害物が検知されない状態になる
と、図中点線で示すように、左前方に障害物が検知され
るまで、左に廻り込む。

【００１３】この壁際走行において、センサ１２は壁２
０との距離を正確に検知する。センサ１２は、例えば、
光学センサで、図８に示すように、ＬＥＤ等の点光源１
２ａを設け、この点光源１２ａからの光をコリメータレ
ンズ１２ｂで平行な光ビームに変換し壁などの障害物３
０にスポット光として当てる。障害物３０では反射散乱
光が生じ、この散乱光を出射点からオフセットした点で
の受光レンズ１２ｃでＰＳＤ（ポジション・センシティ
ブ・デバイス）若しくはホトダイオードアレイ１２ｄ上
に結像させる。このとき障害物３０までの距離に従って
結像位置が変わり、ＰＳＤの場合はスポットの中心位置
に比例した抵抗値を発生しこれにより測定を行い、ま
た、ホトダイオードアレイの場合は通電する素子の位置
と通電量によって測定を行う。なお、センサ１２として
超音波センサを使用した場合は、送受信の周波数を４０
０ｋＨｚ程度の高い周波数にして指向性と分解能を高め
る。

【００１４】自律走行クリーナ１を壁２０に沿って走行
させるときに、各モータ３ａ，３ｂに取り付けられたエ
ンコーダのカウント値によって充電器２１の位置を起点
とした座標系を定義し、走行軌跡を座標値として認識し
メモリに記憶させていく。壁際走行を一周した後、内周
を掃除する。そして、掃除が終了すると、自律走行クリ
ーナ１を充電器２１への帰巣モードに切り替える。ま
た、自律走行クリーナ１は、搭載している二次電池１１
の電圧を常時監視し、電池の残量が少なくなったことを
検知すると、自律走行クリーナ１を充電器２１への帰巣
モードに切り替える。

【００１５】帰巣モードになると、自律走行クリーナ１
は現在の位置と充電器２１が設置されている領域の近傍
の位置を座標値から認識し、自律走行クリーナ１を充電
器２１が設置されている領域の近傍の位置へ最短距離で
自律走行させ、図７の(a)に示すように、充電器２１の
設置されている方向に向いて左側に壁２０を検知できる
位置で、かつ、センサ１２によって壁２０からの左側面
までの距離が充電器２０の突出距離ｄよりも大きくなる
位置に位置決めして一旦停止する。

【００１６】そして、自律走行クリーナ１は、進行方向
にゆっくりと走行し、図７の(b)に示すように、センサ
１２は凹み２３のユニークな形状を距離によって検知す
る。すなわち、最初は徐々に距離が大きくなり、その後
一定の距離が継続される形状をセンサ１２が検知する
と、自律走行クリーナ１は凹み２３であると認識する。
そして、自律走行クリーナ１は一旦停止した後、所定の
帰巣制御を開始する。自律走行クリーナ１のセンサ１２
が凹み２３を検知したとき、自律走行クリーナ１の中心
が充電器２１の給電端子２２の位置と一致するようにな
っている。

【００１７】帰巣制御では、自律走行クリーナ１は、右
方向に９０°旋回し、図７の(c)に示すように点線の位
置から充電器２１に向かって後退し、充電端子１３の
＋，−を給電端子２２の＋，−にそれぞれ接触させる。
このとき、充電端子１３の＋，−端子間の電位差を監視
しながら後退し、この電位差が大きくなると接触したと
判断し後退を停止する。また、所定時間以上後退動作を
行っても電位差が大きくならない場合は図示しない表示
部にエラー表示を行って停止する。

【００１８】自律走行クリーナ１の充電端子１３と充電
器２１の給電端子２２との関係は、例えば、図９に示す
ように、給電端子２２を突出した端子とし、充電端子１
３をこの突出した端子を勘合する凹状の端子とすること
で充電端子１３と給電端子２２の接続をより確実にでき
る。

【００１９】このように、自律走行クリーナ１は左側の
壁との距離を正確に検知したり、敷居等を検知したりす
るセンサ１２を使用して充電器２１に設けたユニークな
形状の凹み２３を検知して充電器２１の位置を確認する
ようにしているので、充電器２１として光ビームを発生
する光源など電力消費を行う部材を設ける必要が無く、
充電器の経済性を向上できる。また、センサ１２により
ユニークな形状の凹み２３を検知する構成になっている
ので、充電器２１の位置を確実に検知できる。更に、和
室の敷居等の障害物を検知するセンサ１２を充電器２１
に形成されたユニークな形状の凹み２３を検知するセン
サに兼用しているので、自律走行クリーナ１の経済性も
向上できる。

【００２０】自律走行クリーナ１は充電器２１の近傍に
て一旦停止した後、ゆっくりと走行し充電器２１の凹み
２３を検知して停止する。そして、帰巣制御により、９
０°右旋回してから後退して充電端子１３を充電器２１
の給電端子２２に接触させる。従って、帰巣制御におい
ては自律走行クリーナ１の走行や旋回を正確に行わなけ
れば充電端子１３を給電端子２２に接触させることがで
きなくなる虞がある。

【００２１】しかし、充電器２１の設置されている場所
が例えば厚手のジュータンの上であった場合、その周囲
での自律走行クリーナ１の走行や旋回に微妙なズレを与
えてしまう。そこで、充電器２１を設置する場所がこの
ような場合は、図１０及び図１１に示すように、自律走
行クリーナ１が充電器２１に対して帰巣制御する領域及
び充電器を設置する領域の床の上に平坦面を有する板状
部材３１を施設する。

【００２２】これにより、自律走行クリーナ１は帰巣制
御するときに板状部材３１の平坦面上で走行や旋回を行
うことになり、正確な動作ができる。なお、板状部材３
１は床面がフローリングなど元々平坦な面の場合は不要
であるのは勿論である。なお、この実施の形態において
は、自律走行クリーナの充電端子１３を自律走行クリー
ナの後端に配置したものについて述べたがこれは先端に
配置してもよい。

【００２３】また、この実施の形態においては、ユニー
クな形状のマーカ部として、センサ１２が最初は徐々に
深くなり、その後同じ深さになる形状を検知する凹み２
３を使用したが必ずしもこれに限定されるものではな
く、階段状に深くなる凹みや逆に凸状のマーカ部であっ
てもよく、要は、部屋の壁の状態と区別できるユニーク
な形状のマーカ部であればよい。

【００２４】また、この実施の形態においては、センサ
１２をユニークな形状の凹みを検知するセンサと和室の
敷居等の障害物も検知するセンサとに兼用したがこれに
限定するものではなく、ユニークな形状の凹みのみを検
知する専用のセンサであってもよい。なお、この実施の
形態は本発明を自律走行クリーナに適用したものについ
て述べたがこれに限定するものではなく、監視カメラを
搭載して室内を巡回する自律走行ロボットや物品を運ぶ
自律走行ロボット等にも適用できるものである。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
充電器の経済性を向上でき、また、自律走行体による充
電器の検知が確実にできる充電式自律走行システムを提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る自律走行クリーナの
要部構成を示す内部の平面図。

【図２】同実施の形態に係る自律走行クリーナの要部構
成を示す内部の側面図。

【図３】同実施の形態に係る自律走行クリーナと充電器
との関係を示す平面図。

【図４】同実施の形態に係る自律走行クリーナの壁際走
行を説明するための図。

【図５】同実施の形態に係る自律走行クリーナの壁際走
行を説明するための図。

【図６】同実施の形態に係る自律走行クリーナの壁際走
行を説明するための図。

【図７】同実施の形態に係る自律走行クリーナの充電器
への帰巣制御を説明するための図。

【図８】同実施の形態に係る自律走行クリーナに設けた
マーカ部を検知するセンサの具体的構成を示す図。

【図９】同実施の形態に係る自律走行クリーナの充電端
子と充電器の給電端子の具体的構成を示す部分拡大図。

【図１０】同実施の形態に係るシステムにおいて充電器
の設置場所がジュータンの場合の対処例を示す平面図。

【図１１】同実施の形態に係るシステムにおいて充電器
の設置場所がジュータンの場合の対処例を示す側面図。

【符号の説明】

１…自律走行クリーナ２ａ，２ｂ…車輪３ａ，３ｂ…モータ１１…二次電池１２…センサ１３…充電端子２１…充電器２２…給電端子２３…凹み（マーカ部）

フロントページの続きＦターム(参考） 3B006 KA01 3D035 AA05 AA06 5H115 PC06 PG04 PI16 PO14 RB13 SF05 SF12 SF19 SJ07 SJ13 SJ14 SJ15 SL06 SL07 TR17 TU14 TU18 TU19 5H301 AA02 AA10 BB11 FF07 FF16 GG08 GG10 GG29 QQ04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池を駆動源として走行手段を駆動
し自律走行する自律走行体と、ユニークな形状のマーカ
部を有し、前記二次電池に対して充電を行う充電器とを
備え、前記自律走行体は、前記マーカ部の形状を検知するセン
サを設け、前記センサが前記マーカ部を検知すると、前
記充電器に対して前記二次電池への充電のために帰巣制
御を行うことを特徴とする充電式自律走行システム。
【請求項２】マーカ部の形状を検知するセンサは、周
囲の障害物を検知するセンサを兼用し、自律走行体は、
自律走行時、前記センサによる障害物検知情報により障
害物を回避して走行することを特徴とする請求項１記載
の充電式自律走行システム。
【請求項３】マーカ部の形状を検知するセンサは床面
から所定の高さにある障害物を検知し、充電器は前記セ
ンサが検知する高さにマーカ部を有することを特徴とす
る請求項２記載の充電式自律走行システム。
【請求項４】周囲の障害物を検知するセンサを複数設
け、この各センサからの検知情報を処理し、二次電池を
駆動源として走行手段を駆動し、障害物を回避して自律
走行する自律走行体と、ユニークな形状のマーカ部を有
し、前記二次電池に対して充電を行う充電器とを備え、前記自律走行体は、前記各センサのうちの１つをマーカ
部の形状を検知するセンサとして兼用し、前記各センサ
からの検知情報を処理して壁から、前記充電器が突出し
ている距離よりも離れた位置を走行するように動作し、
前記マーカ部の形状検知を兼用するセンサが前記マーカ
部を検知すると、前記充電器に対して前記二次電池への
充電のために帰巣制御を行うことを特徴とする充電式自
律走行システム。
【請求項５】充電器は自律走行体が帰巣制御する領域
の床面に板状部材を施設したことを特徴とする請求項１
乃至４のいずれか１記載の充電式自律走行システム。