JP2005124753A - 自走式掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】障害物のある空間において、大きさの異なる各掃除機に適した範囲を分担して効率的に掃除を行う自走式掃除機を提供する。
【解決手段】子機２０は、親機１０より高さが低く形成されている。子機２０は、親機１０に先立って障害物に沿って掃除を行う。子機２０は、ベッド１２０の下の隙間を移動するとき、高さセンサ５１の出力によって親機１０が通れるか否かを検出する。子機２０は、掃除が完了すると、親機１０の移動可能な範囲を示した地図情報を親機１０に送信する。親機１０は、受信した地図情報に基づいて、移動可能な範囲の掃除を開始する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動的に室内を自立走行して掃除することができる自走式掃除機に関するものである。

従来、走行環境に適応して走行する自走式掃除機は、工場内を掃除するために用いられている。この自走式掃除機は、掃除の対象となる空間が決まっているため、毎回一定の経路に沿って走行すればよい。例えば、工場内に地理標識となるランドマークをあらかじめ走行経路に沿って配置したり、走行経路そのものを掃除機案内用のガイドラインとして敷設したりしてきた。しかし、自走式掃除機は、ランドマークやガイドライン等が設置されていないまったく未知の走行空間、例えば、部屋や店内等を自らが認識して走行するのが望ましい。

そこで、特許文献１、２では、自らが走行空間を認識して走行し、走行空間を掃除する掃除機が開示されている。特許文献１では、マッピング動作により走行空間の大きさと形状を示すマップを作成し、自律走行に必要な走行経路を本体自らが決定して走行するようにしている。

特許文献２では、画像処理手段により撮像した周囲の画像から親機と子機の掃除分担を決め、それぞれの制御情報と領域情報と状態情報を親機と子機との間で逐次無線で交換し、掃除範囲を分担して掃除するようにしている。
特開平５−４６２３９号（段落０００５〜０００６、図１） 特開２００３−１８０５８７号（段落０００７〜００１２、図１）

特許文献１においては、吸い込みを行うことで掃除を行っているが、部屋の隅や角部、あるいはベッドの下のような高さの低い空間といったような、本体が進入できない場所は掃除することができない問題がある。

特許文献２においては、部屋の隅や角部、あるいはベッドの下のような高さの低い空間等の掃除を行っている。しかし、掃除機は、障害物の検出を画像処理で行うため、障害物と床との隙間を本体が通れるかどうかの判断を正確にすることができない。

そこで、本発明は、部屋や店内等の障害物のある空間において、障害物の状況を把握して、清掃機の掃除範囲を明確にすることができる自走式掃除機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、障害物のある空間を移動しながら掃除する大きさの異なる清掃機を複数台組み合わせてなる自走式掃除機であって、清掃機は、他の清掃機が障害物の近傍を移動できるか検出する検出手段を備えていることを特徴とする。

すなわち、検出手段は、障害物同士の間隔を検出する検出器を備えている。検出手段は、検出器によって測定した間隔と他の清掃機の形状とから障害物の近傍を移動できるかを判断する。さらに、その判断結果に基づいて障害物情報を作成する。なお、障害物は床や壁を含み、障害物の近傍とは、障害物の周囲、あるいはベッドの下のような高さの低い空間等の障害物同士の隙間、または、床と他の障害物との隙間のことである。障害物の周囲は、部屋の隅や角部、壁際、家具やベッド等の周囲のことである。また、検出器は、水平方向の障害物同士の隙間を検出する距離センサと，高さ方向にある障害物同士の隙間を検出する高さセンサである。

また、清掃機は、前記検出手段によって得られた障害物情報に基づいて各清掃機の掃除範囲を決定する決定手段と、決められた掃除範囲を他の清掃機に伝達する伝達手段とを備えていることを特徴とする。

上記構成によると、決定手段は、検出手段によって得られた障害物情報に基づいて、各清掃機の形態に適した掃除する範囲を決定する。伝達手段は、決定された各清掃機の掃除範囲を通信や記憶媒体等を用いて、各清掃機に伝達する。このようにして、各清掃機は、障害物情報や掃除範囲の各種の情報を共有できる。各種の情報に基づき、各清掃機は、協働して、大きい清掃機が掃除できない障害物の近傍を小さい清掃機が掃除する。さらに、清掃機は、各自の掃除した範囲を記憶することができ、他の清掃機が同じ場所を掃除することを防ぐことができる。

以上のように、本発明によると、障害物のある空間において、他の清掃機の移動可能な範囲を検出することにより、各清掃機の形態に応じて清掃範囲を決めることができる。特に、大きい清掃機では掃除のできない壁際のような障害物の近傍、ベッドの下の空間のような障害物同士の狭い隙間を小さい清掃機に分担させることができ、掃除範囲が明確になる。このように、適材適所に各清掃器の分担を決めることができるので、障害物のある空間であっても、くまなく掃除をすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る自走式掃除機の親機および子機の斜視図、図２は障害物の下部の隙間と親機および子機の高さとの関係を説明するための図、図３は子機の制御ブロック図、図４は親機の制御ブロック図、図５は障害のある空間における親機および子機の掃除範囲を示す図、図６は自走式掃除機の掃除開始から終了までのフローチャートを示す。

本発明の自走式掃除機は、図１、図２に示すように、大きさの異なる第１の清掃機である親機１０と、第２の清掃機である子機２０とから構成され、部屋の壁、家具、ベッド等の障害物がある、周囲を囲まれた空間内を移動する。

子機２０は、図２，３に示すように、高さ方向に厚みのある円盤形状の本体２１と、床面のゴミや埃等を吸引することで掃除をするための清掃装置３０と、掃除をする空間を移動するための移動装置４０と、周囲の障害物を検出する距離センサ５１と，上方にある障害物を検出する高さセンサ５２と、距離センサ５１と高さセンサ５２の検出結果に基づいて清掃装置３０と移動装置４０を制御する制御部６０と、親機１０との間で情報を伝達する伝達装置７０とを備えている。本体２１の底面は、平坦とされ、上面も平坦とされる。この上面から側面にかけて、なだらかな曲面とされ、子機２０の上部の角が障害物に当たらないようにしている。また、子機２０は、親機１０の高さより低い。これにより、子機２０は、通常、親機１０が進入できない部分を掃除することが可能となる。

清掃装置３０は、一般的な掃除機と同様の構成とされ、本体２１の底面に設けられたノズル３２から空気と共にゴミや埃等を吸入し、本体２１内部に装着された集塵袋（図示せず）にゴミや埃等が回収される。その際、ゴミや埃等と共に吸入された空気は、排気口（図示せず）から排気される。ノズル３２は、壁際や家具の隙間、ベッドの下等を掃除できるように、本体２１より外側に張り出して取り付けられている。これにより、子機２０は、壁際や家具等の隙間等の障害物の近傍を掃除することができる。

移動装置４０は、駆動モータ（図示せず）と、駆動モータによって駆動される左右一対の駆動輪４１と、走行の際に本体２１を支える補助輪４２とで構成されている。駆動モータは、本体２１に内装され、シャフトやギア等の動力伝達部を介して駆動輪４１に動力を伝達する。駆動輪４１は、本体２１底面の後側に設けられており、左右が夫々独立して回転する。前進のときは、両駆動輪４１が前進方向に同時に回転し、後退のときは、両駆動輪４１が後退方向に同時に回転する。旋回のときは、夫々の駆動輪４１が異なる方向に回転するか、一方の駆動輪４１が停止し他方の駆動輪４１が回転するように駆動される。補助輪４２は、本体２１底面に設けられたノズル３１と駆動輪４１との間に配設されている。補助輪４２は、駆動輪４１の動きに沿って本体２１がスムーズに走行できるように垂直軸周りに回転する。したがって、子機２０は、前進と後退と旋回と停止等の動作の組合せにより自在に走行することができる。

距離センサ５１は、赤外線センサや超音波センサ等の非接触式センサであって、本体２１の側面の円周上に複数個配置されており、本体２１から障害物までの水平方向の距離を検出する。また、本体２１の両側に障害物があるとき、例えば、壁と家具との間や家具とベッドとの間等に本体２１が侵入したときに、距離センサ５１によって障害物同士の間隔を検出できる。

高さセンサ５２は、赤外線センサや超音波センサ等の非接触式センサであって、本体２１の上面中央に配置されており、子機２０の上方にある障害物までの垂直方向の距離を検出する。すなわち、ベッドや机、テーブルといった床との間に隙間がある障害物に対して、高さセンサ５２によってこの隙間の高さを検出できる。

伝達装置７０は、有線や無線等の通信装置であって、本体２１に内蔵されている。伝達装置７０は、通信装置の変わりに、メモリカードや光ディスク等の記録媒体に情報を記録する記録装置を用い、記憶媒体を介して情報を伝達しても良い。

制御部６０は、内部にＲＡＭ、ＲＯＭおよびＣＰＵを有する一般的なマイクロコンピュータから構成されており、距離センサ５１および高さセンサ５２からの入力に基づいて、決められた掃除パターンにしたがって、清掃装置３０、移動装置４０、伝達装置７０とを制御する。制御部６０は、本体２１を移動させながら距離センサ５１および高さセンサ５２の出力によって空間情報を収集する収集機能と、空間情報に基づいて親機１０が障害物の近傍を移動できるか判断する判断機能と、判断結果に基づいて障害物情報を作成する障害物情報作成機能と、障害物情報から親機１０および子機２０の掃除範囲９１，９２を決めて地図情報を作成する地図情報作成機能と、地図情報や障害物情報等の各情報を親機１０に伝達する伝達機能と、地図情報にしたがって決められた掃除範囲９２を掃除する掃除機能とを有する。なお、収集機能と判断機能と障害物情報作成機能とから他の清掃機が障害物の近傍を移動できるか検出する検出手段が構成され、地図情報作成機能から各清掃機の移動可能な範囲を示す地図を作成する決定手段が構成される。

空間情報とは、部屋の形状、すなわち、壁の位置と、ベッドや家具等の障害物の位置と、家具とベッドといった障害物同士の水平方向の隙間とに関する情報、および、机やベッドといった下部に床との隙間を有する障害物の有無と、この隙間の大きさとに関する情報である。前者の情報は、距離センサ５１からの出力に基づいて得られ、後者の情報は、高さセンサ５２からの出力に基づいて得られる。そして、子機２０は、部屋の中を壁や家具等の障害物に沿って移動することにより、部屋内の情報を収集する。

障害物情報とは、空間情報に対して、さらに、親機１０が通れる隙間と、通れない隙間とを判別した結果を加味して得られた情報である。子機２０の制御部６０は、予め親機１０の大きさや形状に関する情報を記憶しており、水平方向の隙間と親機１０の大きさとを比較して、親機１０が通れるか判断すると共に、高さ方向の隙間に対しても同様に親機１０が通れるか判断する。

掃除範囲９１，９２とは、部屋内において親機１０の掃除する範囲と、子機２０の掃除する範囲とを明確に区分けしたものである。親機１０の掃除範囲９１は、障害物情報から親機１０の移動できる範囲を導き出すことによって決定される。子機２０の掃除範囲９２は、部屋内の親機１０の移動できる範囲を除いたものとなる。すなわち、子機２０の掃除範囲９２は、壁際、家具等の周り、狭い隙間、ベッド等の下の隙間といった障害物の近傍になる。

地図情報とは、空間情報、障害物情報、掃除範囲９１，９２を全てまとめたものである。制御部６０は、地図情報を参照して、掃除パターンを選択して移動方向を決める。

親機１０は、図２，４に示すように、子機２０とほぼ同じ構成である。そして、子機２０に相似した形状であり、水平方向および高さ方向において親機１０は、子機２０より大とされる。なお、親機１０は、子機２０が有する高さセンサ５１を備えていない。また、親機１０のノズル３１は、子機２０とのノズル３２とは相違しており、本体１１の底面の前側に位置して、周囲にブラシが取り付けられている。

親機１０の制御部６０は、子機２０の制御部６０のように障害物情報を作成するための一連の機能を有していないが、それ以外の機能は、子機２０と同様である。

次に、本実施形態の自走式掃除機を用いて掃除する手順を、図５、図６を用いて説明する。なお、図５は、本実施形態の自走式掃除機で掃除する部屋の概略図を示す。１１０は壁、１２０はベッド、１３０はタンス等の家具を示す。自走式掃除機の掃除範囲９１，９２は床面であって、９１は親機１０が掃除する範囲で、９２は子機２０が掃除する範囲を示す。親機１０の掃除範囲９１と子機２０の掃除範囲９２は同一の床面であるが、説明の便宜上、子機２０の掃除範囲９２にはハッチングをしている。

先ず、子機２０は、親機１０に先立って部屋の壁１１０や家具１３０等の障害物に沿って走行し壁際の掃除を行う。このとき、子機２０は、進行方向に対して左側の壁１１０に沿って走行する。子機２０は、走行を行いつつ、部屋の形状、掃除した範囲等を記憶し、障害物情報を作成する。そのとき、高さセンサ５２によって、上方の障害物も検出する。

子機２０は、高さセンサ５２が所定の値より大きい値を検出した場合、そのまま壁１１０や家具１３０等の障害物に沿って走行して掃除を続ける。子機２０がベッド１２０の下の空間等に入り込むと、高さセンサ５２が所定の値より小さい値を検出する。制御部６０は、上方に障害物があると判断して掃除パターンを切り替え、子機２０は、往復移動をする。すなわち、子機２０は、壁１１０や家具１３０等の障害物に接近するか、または、ベッド１２０の下の空間を出て、高さセンサ５２の出力が所定の値より大きくなると、本体２１の直径分だけ１８０度旋回して往復移動を繰り返す。それによって、子機２０は、ベッド１２０の下の空間の掃除をくまなく行うことができる。

このように、子機２０の制御部６０は、高さセンサ５２の出力に基づいて掃除パターンを変える機能を有する。すなわち、高さセンサ５２の出力が所定の値より大きいとき、制御部６０は、障害物に沿って移動するように移動装置４０を制御する。高さセンサ５２の出力が所定の値以下のときは、往復移動するように移動装置４０を制御する。なお、所定の値は、親機１０の高さを基準にして設定される。したがって、親機１０が障害物の下部の床との隙間を通れるか否かの判断基準は、この所定の値に基づくことになる。

子機２０は、図５に示す、ポイント「Ａ」に到達すると、同様に直径分だけ旋回移動して往復移動を行うが、高さセンサ５２は、所定の値より大きい値を検出するので、再び壁１１０や家具１３０等の障害物に沿って走行するように掃除パターンを切換える。子機２０は、自分がスタートした地点に戻ると掃除を完了する。このとき、制御部６０は、障害物情報と掃除した範囲とから親機１０の掃除範囲９１を算出する。これらの情報をまとめて地図情報を作成し、メモリに記憶する。

子機２０は、親機１０に伝達装置７０を介して地図情報を送信する。親機１０は、地図情報を受信して、自分の掃除範囲９１を認識する。親機１０は、掃除を開始するとき、移動しながら障害物を検出して、地図情報から現在位置を把握する。その後に、親機１０は、スタート位置に移動して決められた掃除範囲９１を掃除する。このとき、親機１０は、子機２０と同様に、掃除範囲９１を往復移動、または、螺旋移動して掃除を行う。

また、子機２０が掃除を開始した直後に親機１０が掃除を行うことも可能である。この場合、子機２０は、自分が掃除した範囲の障害物情報を常に親機１０に送信する。親機１０は、受信した障害物情報に基づいて、障害物の近傍を移動できるか判断しながら子機２０の移動した軌跡に沿って走行する。

また、親機１０と子機２０の走行順序が入れ替わった場合も考えることもできる。この場合、親機１０は、まず部屋の壁１１０や家具１３０等の障害物に沿って走行しながら掃除を行う。親機１０は、ベッド１２０や家具１３０等の障害物を検知したら、その障害物に沿って掃除範囲９１の中心に向かって螺旋移動して掃除を行う。親機１０は、子機２０と同様に自身が走行した範囲に基づいて空間情報を作成する。親機１０の掃除が完了すると、親機１０は、伝達装置７０を介して空間情報と掃除範囲９１を子機２０に送信する。子機２０は、受信した情報に基づいて、残りの掃除範囲９２を掃除することができる。このとき、子機２０は、親機１０から受信した掃除範囲９１に基づいて掃除を行いつつ、部屋の形状、掃除した範囲等を記憶する。このとき、子機２０は、親機１０が通れなかったベッド１２０の下等の隙間を検出するので、この情報から障害物情報を作成する。

また、障害物情報や地図情報等を伝達する伝達装置７０を使用しないで、親機１０と子機２０とが夫々で掃除することもできる。この場合、子機２０は、距離センサ５１からの検出結果に基づいて壁際や家具１３０等の障害物に沿って掃除を行う。このとき、子機２０の制御部６０は、高さセンサ５２の出力の変化によって第１の掃除手段と第２の掃除手段とを切換える。第１掃除手段とは、家具１３０やベッド１２０等の障害物の下部にある床との隙間を親機１０が移動できると判断したときに、隙間の床を掃除せずに壁１１０や家具１３０等の障害物に沿って移動しながら掃除する掃除パターンを実行することで、第２掃除手段とは、隙間を親機１０が移動できないと判断したときに、隙間の床の全面を掃除する掃除パターンを実行することである。

すなわち、子機２０は、高さセンサ５２が所定の値より大きい値を検出した場合、壁１１０や家具１３０等の障害物に沿って移動をする。子機２０がベッド１２０等の下の隙間に入り込むと、高さセンサ５２が所定の値より小さい値を検出する。子機２０は、上方に障害物があると判断して掃除パターンを切り替え、ベッド１２０等の下の隙間の床全面を往復移動して掃除をする。このとき、子機２０は、高さセンサ５２の出力が所定の値より大きくなるまで掃除を行う。子機２０は、自分がスタートした地点に戻ると、掃除装置３０を止め、往復移動や螺旋移動をして部屋全体を移動する。これによって、子機２０は、部屋の中央にある机やテーブル等の下部に隙間のある障害物に対しても掃除をすることができる。

なお、親機１０は、距離センサ５１からの検出結果に基づいて往復移動や螺旋移動をして部屋を掃除する。また、親機１０は、子機２０と同時に掃除を開始しても、子機２０の掃除終了後に掃除を開始しても良い。なお、隙間の掃除をする子機２０とは、複数台の清掃機のうち使用する清掃機の中で一番小さい清掃機のことである。すなわち、大中小と異なる大きさの清掃機のうち大と中の清掃機を使用した場合は、中の清掃機が子機２０として隙間の掃除を行い、全ての清掃機で行う場合は、中、または、小の清掃機が隙間の掃除を行う。

さらに、親機１０が故障した場合や、子機２０を単独で使用したい場合、例えば、親機１０が故障と自身で判断し、その判断結果を子機２０に伝達したとき、子機２０が親機１０に通信して一定時間内に返信がないとき、操作者である人が予め子機１０だけで掃除するように設定したとき等であって、高さセンサ５２の出力に関係なく子機２０は常に往復移動、または、螺旋移動をする。子機２０は、室内をくまなく移動して掃除を行うことができる。この場合、制御部６０は、センサ５１，５２の検出結果から障害物情報を作成するが、その障害物情報から掃除範囲９１，９２を作成しない。

以上、本発明の適用例を図面に基づいて説明したが、この限りではない。例えば、親機と子機との２台での実施例を示しているが、子機を複数台設けることもできる。また、各子機の大きさを大中小等の異なる大きさにすることで、高さが低い場所の掃除に適した子機や、横幅の狭い場所に適した子機等を選択することができる。それによって、夫々の場所に特化した形状の清掃機を用いることができ、掃除範囲を細かく分担することができる。

また、距離センサや高さセンサは、反射センサや超音波センサ等の非接触型のセンサを用いているが、親機の大きさと同等の長さまで伸ばした接触センサを子機の上面や側面に設けても良い。この場合、子機は、障害物の近傍を通過する際に、障害物が接触式センサに接触する。障害物同士の隙間は、親機が通れるだけの幅や高さ等の間隔がない。これによって、子機は、親機と他の子機とに適正な掃除範囲を決定することができる。

また、部屋ごとの空間情報や障害物情報、地図情報等を予め記憶させておくこともできる。例えば、数部屋分の情報を番号で区分し、掃除する部屋の番号を選択することで、その番号に記憶されている情報に基づいて親機および子機が同時に掃除を開始する。このとき、障害物の配置が記憶されている情報と異なっていても、各センサが障害物を検出し、その都度、情報を書き換えることができる。これによって、親機は、子機からの地図情報や障害物情報等の伝達がなくても単独で掃除を行うことができるので、掃除時間を短縮することができる。

さらに、親機が部屋の中央にある障害物を検出すると、子機が親機の掃除終了後に検出した障害物の近傍を掃除することもできる。例えば、親機が子機から受信した地図情報や障害物情報等に基づいて掃除を行う。その際、親機は、部屋の中央の障害物を検出する。親機は、掃除終了後に子機にその情報を通信する。子機は、受信した情報に基づいて障害物の近傍を検出しながら掃除する。これにより、部屋の中央の障害物が、例えば、机やテーブル等の下方に隙間を有したものであった場合でも、子機が隙間を検出することができ、部屋内を残さず掃除することができる。

本発明に係る自走式掃除機の親機および子機の斜視図 障害物の下部の隙間と親機および子機の高さとの関係を説明するための図 子機の制御ブロック図 親機の制御ブロック図 障害のある空間における親機および子機の掃除範囲を示す図 自走式掃除機の掃除開始から終了までのフローチャート

符号の説明

１０ 親機
１１ 親機本体
２０ 子機
２１ 子機本体
３０ 清掃装置
３１ 親機のノズル
３２ 子機のノズル
４０ 移動装置
４１ 駆動輪
４２ 補助輪
５１ 距離センサ
５２ 高さセンサ
６０ 制御部
７０ 伝達装置
９１ 親機の掃除範囲
９２ 子機の掃除範囲
１１０ 壁
１２０ ベッド
１３０ 家具

Claims (7)

1. 障害物のある空間を移動しながら掃除する大きさの異なる清掃機を複数台組み合わせてなる自走式掃除機であって、清掃機は、他の清掃機が障害物の近傍を移動できるか検出する検出手段を備えていることを特徴とする自走式掃除機。
2. 清掃機は、前記検出手段によって得られた障害物情報に基づいて各清掃機の掃除範囲を決定する決定手段と、決められた掃除範囲を他の清掃機に伝達する伝達手段とを備えていることを特徴とする請求項１記載の自走式掃除機。
3. 決定手段は、各清掃機の移動可能な範囲を示す地図を作成することを特徴とする請求項２記載の自走式掃除機。
4. 検出手段は、障害物同士の間隔を検出する検出器を備え、間隔に関する情報と他の清掃機の形状とから他の清掃機が障害物の近傍を移動できるか判断して、その結果に基づいて障害物情報を作成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自走式掃除機。
5. 清掃機は、掃除範囲と関係なく空間内を掃除する機能を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の自走式掃除機。
6. 下部に床との隙間を有する障害物が存在する空間において、移動しながら掃除する大きさの異なる清掃機を複数台組み合わせてなる自走式掃除機であって、清掃機は、他の清掃機が障害物の下部の隙間を移動できるか検出する検出手段と、障害物の下部に対する移動の可否に基づいて各清掃機の掃除範囲を決める決定手段と、決められた掃除範囲を他の清掃機に伝達する伝達手段とを備え、各清掃機は、決められた掃除範囲を掃除することを特徴とする自走式掃除機。
7. 下部に床との隙間を有する障害物が存在する空間において、移動しながら掃除する大きさの異なる清掃機を複数台組み合わせてなる自走式掃除機であって、前記複数台の清掃機のうち小さい方の清掃機は、前記隙間を大きい方の清掃機が移動できるか検出する検出手段と、前記隙間を大きい方の清掃機が移動できると判断したときに前記隙間の床を掃除せずに障害物の周囲を掃除する第１の掃除手段と、前記隙間を大きい方の清掃機が移動できないと判断したときに前記隙間の床を掃除する第２の掃除手段とを備えていることを特徴とする自走式掃除機。

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