JP2005192609A - 自走式掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の清掃機で移動しながら掃除するとき、他の清掃機の位置を把握し、衝突することなく安全に走行する自走式掃除機を提供する。
【解決手段】親機１０は、子機２０の位置を検出する位置センサ５１と、自らの信号を抽出する第１周波数フィルタ回路６１と、子機２０からの信号を抽出する第２周波数フィルタ回路６２とを備えている。親機１０は、位置センサ５１で受信した信号から、周波数フィルタ回路６１，６２を介して各信号を抽出する。抽出した信号に基づいて、子機２０の位置情報を取得する。取得した位置情報に基づき、子機２０と衝突するか否かを判断する。親機１０は、子機２０と衝突する可能性があると判断した場合、走行を停止もしくは進行方向を変え、子機２０との衝突を防止する。
【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、または、同時に掃除をする他の清掃機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には、非接触センサを備えた親機と接触センサを持った複数の子機で構成されたロボットが開示されている。親機から放射状に子機を直進させることで、複雑な地形で走行が可能であり、これらの行動様式を利用した自走式掃除機が可能である。

また、特許文献２では、非接触センサを設けた複数の移動ロボットが開示されている。移動ロボットは、発光手段と、発光手段から照射された照射光を直接受光しないようにし、他の移動ロボットからの照射光を受光する受光手段とを備えており、受光手段の受光量および／または受光方向に基づいて他の移動ロボットを検出する。
特許第２６９２７２５号（段落０００３〜０００６、図２） 特開平成１０−３２００４６号（段落０００７〜００１０、図１）

ところで、特許文献１において、接触センサは、子機本体から突出する長さに限度があるため、狭い範囲しか検出することができない。子機は、接触センサが反応するまで障害物に近づく。しかし、接触センサが障害物を検出できなかったとき、子機は障害物に接触して損傷するおそれがある。

そこで、特許文献２のように非接触センサを用いることが考えられる。しかし、清掃機が複数の場合、夫々の光が干渉すると、他の清掃機の正確な位置を把握できない。すると、清掃機同士が衝突する危険性が生じる。

そこで、本発明は、複数の清掃機で移動しながら掃除するとき、他の清掃機の位置を確実に把握し、安全に走行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、走行しながら掃除す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、各清掃機は、物体の位置を検出する非接触式位置センサを備え、前記位置センサは、他の清掃機の位置センサとの干渉を防止するために他の清掃機の位置センサと異なる特性としたことを特徴とする。

位置センサは、他の清掃機の位置や距離、進行方向等を検出することができる。そのため、互いの位置センサが干渉するおそれがあるので、各清掃機の位置センサの特性が変えられている。すなわち、超音波と赤外線のように、位置センサから出力される信号の種類を全く異なるものにする。出力される信号が同じ種類であれば、信号の周波数を異ならせたり、信号の出力タイミングや出力レベルを異なるようにする。一方の位置センサを自ら信号を送信し、反射された信号を受信する能動型位置センサ、あるいは、外部からの信号を受信する受動型位置センサとし、他方の位置センサを外部からの信号を受信する受動型位置センサとする。これにより、位置センサは、自らの信号と他の清掃機からの信号を干渉することなく検出できる。

そして、各清掃機は、受信した信号が自らの信号か、他の清掃機からの信号かを判別する判別手段と、位置センサからの情報に基づいて、他の清掃機との位置情報を取得し、他の清掃機の相対的な位置関係を変化させる衝突回避手段とを有する。判別手段は、自らの信号の入力を許容し、他の信号の入力を禁止する。あるいは、自らの信号と他の信号とを分離して入力する。したがって、清掃機は、正確に障害物や他の清掃機の位置を認識できる。

また、衝突回避手段は、位置センサからの情報に基づいて、他の清掃機との位置情報を取得し、他の清掃機との相対的な位置関係を変化させる。すなわち、清掃機は、位置センサから得た情報で他の清掃機の位置を把握して、自己の進行状態に基づいて、他の清掃機と衝突するかいなかを判断する。衝突すると判断した場合、清掃機は、他の清掃機との相対的な位置関係を変化させる。例えば、清掃機は、位置情報に基づいて、進行方向前方に他の清掃機が存在すると判断した場合、走行を停止もしくは進行方向を変える。これにより、清掃機同士の衝突を避けることができる。

また、大きさの異なる清掃機を複数台組み合わせる場合、大きい清掃機は、自ら信号を送信し、反射された信号を受信する検出範囲が広い能動型位置センサを備え、小さい清掃機は、自ら信号を送信し、反射された信号を受信する検出範囲が狭い能動型位置センサを備える。

上記構成によると、大きい清掃機は、少ない数の位置センサで本体周囲を隈なく検出することができる。また、小さい清掃機は、本体が小さいため、例え位置センサの検出できる範囲が狭くとも、位置センサを多数設けることなく本体周囲を隈なく検出することができる。

なお、大きさの異なる清掃機においても、位置センサから得た情報により、他の清掃機との相対的な位置関係を把握し、他の清掃機との衝突を避けることができる。

以上のように、本発明によると、異なる特性を有する位置センサを備えた各清掃機は、他の位置センサに干渉されずに、他の清掃機の位置や走行方向等を検出することができる。そして、その検出結果に基づいて他の清掃機との相互の位置関係を把握することにより、各清掃機が同時に走行したとしても、衝突を回避することができる。

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は位置センサが超音波センサの場合の制御ブロック図、図３は位置センサが赤外線センサの場合の制御ブロック図を示す。

本発明の自走式掃除機は、図１に示すように、大きい清掃機である親機１０と、小さい清掃機である子機２０とから構成される。親機１０は、高さ方向に厚みのある円盤形状の本体１１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掃除装置と、掃除をする空間を走行するための走行装置と、周囲の障害物や子機２０等の位置を検出する位置センサ５１と，位置センサ５１の検出結果に基づいて掃除装置と走行装置を制御する制御部８０とを備えている。子機２０は、親機１０と同様に、掃除装置と、走行装置と、位置センサ５２と、制御部８０とを備えており、形状は、水平方向および高さ方向において親機１０より小とされる。

掃除装置は一般的な掃除機と同様の構成とされる。親機１０、および、子機２０の本体１１，２１の底面に設けられたノズル３１，３２から空気と共にゴミや埃等を吸入し、本体１１，２１内部に装着された集塵袋（図示せず）に回収する。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。親機１０のノズル３１は、本体１１の平坦な底面の前側に位置し、周囲にブラシが取り付けられている。親機１０は、一度に広い範囲を掃除することができる。子機２０のノズル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。子機２０は、壁際や家具等の障害物の近傍を掃除することができる。

走行装置は、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、換向自在走行な補助輪４２とから構成されている。駆動モータは、本体１１，２１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１１，２１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。例えば、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、または、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１１，２１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１１，２１がスムーズに走行できるように垂直軸周りに回転自在に設けられている。したがって、親機１０と子機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。

親機１０の位置センサ５１は、送信部５３と受信部５４とからなる能動型センサである位置センサ５１として、検出範囲が広い超音波センサが使用され、少ない数で本体１１周囲を隈なく検出することができる。位置センサ５１は、本体１１の側面全周にわたって８箇所に設けられ、各位置センサ５１は、等間隔に配置される。パルス発生回路７１から所定の周波数のパルスが出力され、送信部５３から信号を送信し、送信した信号が障害物や子機２０等で反射し、反射した信号を受信部５４で受信することによって、物体の位置を検出する。子機２０の位置センサ５２も同じ超音波センサが使用され、同じように配置される。

ここで、親機１０の位置センサ５１が発する超音波の周波数は、子機２０の位置センサ５２が発する超音波の周波数と異なる。すなわち、両位置センサ５１，５２の信号は同じ種類であるが、信号の周波数が異なることから特性の異なる位置センサ５１，５２となる。

そこで、親機１０および子機２０は、周波数の異なる信号を受信したとき、自らが発信した信号か、他機が発信した信号かを判別するために判別手段６０を有している。判別手段６０は、図２に示すように、第１周波数フィルタ回路６１および第２周波数フィルタ回路６２から構成される。

第１周波数フィルタ回路６１は、周波数がＡＨｚの信号を通過させ、他の周波数の信号を通過させない。第２周波数フィルタ回路６２は、周波数がＢＨｚの信号を通過させ、他の周波数の信号を通過させない。すなわち、親機１０の位置センサ５１は、周波数がＡＨｚの信号を発信し、子機２０の位置センサ５２は、周波数がＢＨｚの信号を発信するとき、親機１０の第１周波数フィルタ回路６１は、自己からの信号を通過させて、信号を制御部８０に出力する。第２周波数フィルタ回路６２は、子機２０からの信号を通過させて、信号を制御部８０に出力する。子機２０の第１周波数フィルタ回路６１は、親機１０からの信号を通過させて、信号を制御部８０に出力する。第２周波数フィルタ回路６２は、自己からの信号を通過させて、信号を制御部８０に出力する。このようにして、自らが発信した信号と、他機が発信した信号とを分離する。しかも、各周波数フィルタ回路６１，６２によって、ノイズ信号を遮断でき、ノイズの悪影響を防止できる。

親機１０の制御部８０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、子機２０や障害物の位置に基づき、清掃装置と走行装置とを制御する。制御部８０は、本体１１を走行させながら判別手段６０で抽出された信号を入力し、入力された信号から子機２０の位置を特定する位置情報作成手段と、位置情報作成手段で作成された位置情報に基づいて子機２０との位置関係を判断する位置関係判断手段と、子機２０に近づいているとき子機２０との相対的な位置関係を変える衝突回避手段とを有する。また、子機２０の制御部８０は、親機１０と同様に一般的なマイクロコンピュータから構成され、同様の機能を有する。

位置情報とは、子機２０との距離、子機２０のいる方向、子機２０の進行方向等といった子機２０に関する情報、および、壁やベッド等の障害物の位置に関する情報である。これらの情報は、位置センサ５１で受信された信号に基づいて得られる。すなわち、位置情報作成手段は、第１周波数フィルタ回路６１によって抽出した信号に基づいて、障害物や子機２０の距離や方向等を判断し、第２周波数フィルタ回路６２によって抽出した信号に基づいて、障害物か子機２０かを判断する。これらの判断を合わせることによって、障害物、または、子機２０の位置情報を作成する。なお、子機２０の制御部８０も、同様にして、親機１０および障害物の位置を判断する。

位置関係判断手段は、子機２０の位置情報に基づき、自己の進行方向の前方であって、所定の距離内に子機２０がいるか否かを判断する。なお、子機２０の進行方向や速度を算出し、自己の進行方向および速度に基づいて、子機２０に近接するか否かを推測してもよい。

衝突回避手段は、親機１０の進行方向前方に子機２０や障害物が存在すると判断された場合、走行を停止もしくは進行方向を変える。すなわち、位置情報に基づいて取得した親機１０と子機２０との相対的な位置関係から判断し、お互いが衝突することなく走行できるように、走行装置を制御する。

なお、位置センサ５１，５２は超音波センサに限らず、赤外線センサであってもよい。図３に示すように、赤外線センサは、発光ダイオード５５（以下、ＬＥＤとする。）と受光部５６とからなる。変調回路７２によって所定の周波数に変調された信号に応じてＬＥＤ５５が発光して、障害物や子機２０に当たって反射してきた光が受光部５６によって受光される。受光部５６から出力された信号は、第１復調回路６３および第２復調回路６４によって復調され、制御部８０に入力される。判別手段６０は、第１復調回路６３および第２復調回路６４からなる。第１復調回路６３は、親機１０の位置センサ５１の信号周波数に応じた信号を抽出し、第２復調回路６４は、子機２０の位置センサ５２の信号周波数に応じた信号を抽出する。また、赤外線以外の紫外線、可視光、レーザ光を照射する光センサを用いてもよい。

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４、図５を用いて説明する。なお、図４は親機および子機の掃除範囲を示す図、図５は親機と子機との相対的な位置関係を示す図である。９３は壁、９４はタンス等の障害物を示す。自走式掃除機の走行範囲は床面であって、９１は親機１０が走行する範囲で、９２は子機２０が走行する範囲を示す。親機１０の走行範囲９１と子機２０の走行範囲９２は同一の床面であるが、説明の便宜上、子機２０の走行範囲９２にはドットパターンを施している。

親機１０と子機２０は同時に走行し掃除を行う。図４に示すように、子機２０は、壁９３等の障害物に沿った走行範囲９４の掃除を行う。親機１０は子機２０が走行する壁９３側を除いた部屋の中央を往復走行、または、渦巻き状に走行する。

親機１０では、制御部８０からの指示に基づいてパルス発生回路７１から発生したパルスの周波数に応じ、送信部５３から超音波を送信する。送信された超音波は、壁９３や家具９４等の障害物または子機２０に反射し、受信部５４に受信される。受信された信号は、第１周波数フィルタ回路６１と第２周波数フィルタ回路６２とに入力される。第１周波数フィルタ回路６１では自ら発信した信号を抽出し、第２周波数フィルタ回路６２では子機２０が発信した信号を抽出する。抽出された信号は制御部８０に入力される。入力された信号から障害物や子機２０の有無を検知しながら、壁９３側から子機２０の走行範囲９２を除いた部分を走行して掃除を行う。

このとき、制御部８０は、周波数フィルタ回路６１，６２から入力された信号から子機２０の位置情報を取得し、取得された位置情報に基づいて子機２０との相対的な位置関係を判断する。図５に示すように、子機２０が「Ａ」地点、すなわち、進行方向に対して左後方に子機２０が位置しているとき、親機１０は、子機２０に衝突することはないと判断する。親機１０は、そのまま壁９３や家具９４等の障害物に沿って走行して掃除を続ける。この場合、親機１０の位置センサ５１と子機２０の位置センサ５２とは、互いの検出範囲９５，９６が重なっている。位置センサ５１，５２は、他機の位置センサ５１，５２の信号を受信するが、親機１０および子機２０は判別手段６０を備えているため、他の位置センサ５１，５２の信号に干渉されずに、自己の信号を受信でき、障害物を検出することができる。

子機２０が「Ｂ」地点、すなわち、親機１０の進行方向前方に子機２０が位置しているとき、親機１０は子機２０に衝突する可能性があると判断する。このとき、子機２０が親機１０の位置センサ５１の検出範囲９５外に移動するまで親機１０は走行を停止するか、または、進行方向を変える。親機１０は、子機２０との衝突を未然に防げる。

このように、親機２０の制御部８０は、位置センサ５１からの出力に基づいて走行を変える機能を有する。すなわち、位置センサ５１で受信した信号に基づいて、制御部８０は、子機２０に衝突せずに走行するように走行装置を制御する。例えば、子機２０が進行方向前方に位置する場合は、走行を停止するか、または、進行方向を変える等の制御をする。なお、進行方向前方に障害物が位置している場合も同様に、制御部８０は、進行方向を変更する。この場合、走行を停止することはない。

子機２０も同様に、位置センサ５２からの出力から、親機１０の位置情報を取得し、取得された位置情報から親機１０との相対的な位置関係を判断する。親機１０が進行方向前方、すなわち、親機１０が「Ａ」地点よりも前方に位置しているとき、子機２０は、親機１０と衝突する可能性があると判断し、親機１０が位置センサ５２の検出範囲９６外に移動するまで走行を停止するか、または、進行方向を変える。親機１０が子機２０の進行方向に対して右側、すなわち、親機１０が「Ｂ」地点よりも右側に位置しているとき、子機２０は、親機１０に衝突することはないと判断し、そのまま壁９３や家具９４等の障害物に沿って走行して掃除を続ける。子機２０は、親機１０との衝突を防ぎながら、空間内の掃除を行う。

また、上記では、第１周波数フィルタ回路６１および第２周波数フィルタ回路６２からの出力された２つの信号に基づいて、制御部８０は位置情報を取得している。これに代わって、制御部８０は、他機からの信号を通す周波数フィルタ回路から出力された信号を無視する。例えば、親機１０では、子機２０から発信された信号を通す第２周波数フィルタ回路６２からの出力、子機２０では、親機１０から発信された信号を通す第１周波数フィルタ回路６１からの出力を無視する。これによっても、他の位置センサ５１，５２と干渉することなく、自己が送信した信号に基づいて障害物や他機の位置を検出することができる。

ここで、周波数フィルタ回路６１，６２を２つ設ける代わりに、１つの周波数フィルタ回路だけにしてもよい。この場合、自らの信号を通す周波数フィルタ回路、すなわち、親機は第１周波数フィルタ回路６１、子機は第２周波数フィルタ回路６２とする。判別手段６０では、位置センサ５１，５２が受信した信号のうち自己が送信した信号を選択して、制御部８０に出力する。他機からの信号、ノイズ等の他の信号は周波数フィルタ回路６１，６２によってカットされるので、他機の位置センサ５１，５２の干渉を受けない。

また、親機１０および子機２０に通信装置を設け、互いに通信することで衝突を回避することもできる。位置情報に基づいて子機２０が進行方向前方に位置しているとき、親機１０は、子機２０に対して、停止するか、方向変換するように指令を送信する。これを受けた子機２０は、停止あるいは方向変換して、両者の衝突を回避できる。両機１０，２０が双方向に通信することにより、お互いの走行を適切に決定することができ、より確実に衝突を防止できる。

また、親機１０の位置センサ５１と子機２０の位置センサ５２を種類が異なるセンサにする。例えば、親機１０に超音波センサ５１、子機２０に赤外線センサ５２を用いる。各位置センサ５１，５２の種類が異なるため、位置センサ５１，５２は、他機からの信号を受け付けず干渉することがない。すなわち、判別手段６０がなくとも受信された信号が自ら送信したものか、他から送信されたものかを判別することができる。そのため、互いの位置センサ５１，５２が干渉することなく、自らの周囲を検出することができ、お互いの相対的な位置関係を判断することができる。そして、超音波センサと赤外線センサの組合せにおいて、超音波センサの検出範囲は赤外線センサの検出範囲より広い。大きい親機は超音波センサ５１を備え、小さい子機は赤外線センサ５２を備えているので、清掃機の大きさに応じた必要最小限の個数の位置センサ５１，５２によって全周をカバーできる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で修正・変更を加えることができるのは勿論である。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、両機は能動型位置センサを用いているが、親機は能動型位置センサを用い、子機は親機から送信された信号を受信して親機の位置を検出する受動型位置センサを用いてもよい。受動型センサとしては、磁気を検出する近接センサ、熱を検出する感熱センサがあげられる。親機は、子機の位置センサに対して信号を出せるように磁性体、熱源を備えているとよい。例えば、子機の位置センサを感熱センサとした場合、子機は、親機の熱源と障害物からの輻射熱を検出することで、親機と障害物の有無を把握することができる。そのため、子機は、少なくとも親機と障害物との衝突を回避することができる。また、子機同士の衝突を回避するため、子機にも親機と同様に磁性体、熱源を備えるとよい。これにより、子機は、他の子機との衝突を回避することもできる。

また、衝突回避するとき、他機が進行方向の前方に位置するか否かで判断しているが、親機を優先的に走行させてもよい。この場合、子機は、親機から送信される信号を検知すると、停止あるいは方向転換する。これにより、親機は、子機からの信号を検出する必要はなく、互いのセンサの干渉を防ぐことができる。

本発明に係る自走式掃除機の親機および子機の斜視図 位置センサが超音波センサの場合の制御ブロック図 位置センサが赤外線センサの場合の制御ブロック図 親機および子機の掃除範囲を示す図 親機と子機との相対的な位置関係を示す図

符号の説明

１０ 親機
１１ 親機本体
２０ 子機
２１ 子機本体
３１ 親機のノズル
３２ 子機のノズル
４１ 駆動輪
４２ 補助輪
５１ 親機の位置センサ
５２ 子機の位置センサ
５３ 送信部
５４ 受信部
５５ ＬＥＤ
５６ 受光部
６０ 判別手段
６１ 第１周波数フィルタ回路
６２ 第２周波数フィルタ回路
６３ 第１復調回路
６４ 第２復調回路
７１ パルス発生回路
７２ 変調回路
８０ 制御部
９１ 親機の走行範囲
９２ 子機の走行範囲
９３ 壁
９４ 家具
９５ 親機の検出範囲
９６ 子機の検出範囲

Claims (7)

1. 走行しながら掃除す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、各清掃機は、物体の位置を検出する非接触式位置センサを備え、前記位置センサは、他の清掃機の位置センサとの干渉を防止するために他の清掃機の位置センサと異なる特性としたことを特徴とする自走式掃除機。
2. 走行しながら掃除す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、各清掃機は、自ら信号を送信し、反射された信号を受信する能動型位置センサ、あるいは、外部からの信号を受信する受動型位置センサのいずれか一方を備え、前記受動型位置センサは、前記能動型位置センサからの信号を受信することで他の清掃機の位置を検出することを特徴とする自走式掃除機。
3. 走行しながら掃除す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、各清掃機は、自ら信号を送信し、反射された信号を受信する能動型位置センサと、受信した信号が自らの信号か、他の清掃機からの信号かを判別する判別手段とを備えており、該判別手段によって判別された情報に基づいて、他の清掃機の位置を特定することを特徴とする自走式掃除機。
4. 走行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、大きい清掃機は、自ら信号を送信し、反射された信号を受信する検出範囲が広い能動型位置センサを備え、小さい清掃機は、自ら信号を送信し、反射された信号を受信する検出範囲が狭い能動型位置センサを備え、各清掃機は、受信した信号が他の清掃機からの信号か、自らの信号かを判別する判別手段を備えたことを特徴とする自走式掃除機。
5. 検出範囲が広い能動型位置センサは超音波センサで、検出範囲が狭い能動型位置センサは赤外線センサであることを特徴とする請求項４に記載の自走式掃除機。
6. 前記清掃機は、前記位置センサからの情報に基づいて、他の清掃機との位置情報を取得し、他の清掃機の相対的な位置関係を変化させる衝突回避手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自走式掃除機。
7. 前記衝突回避手段は、前記位置情報に基づいて、進行方向前方に他の清掃機が存在すると判断した場合、走行を停止もしくは進行方向を変えることを特徴とする請求項６に記載の自走式掃除機。

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