JP2005211361A - 自走式掃除機 - Google Patents
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Abstract
【課題】自走式掃除機において、簡単な構成により、掃除を完了した所定範囲に、ゴミの吸い残しのない清掃状態を実現可能とする。
【解決手段】自走式掃除機1は、障害物検知センサ2a、2b、内部地図情報、左右駆動輪32等を備えて自律走行しつつ、メインノズル44により床面のゴミを吸引して掃除する。走行方向Zに対してメインノズル44の後方、かつパワーブラシ41の後方に配置されたサブノズル50の吸気経路は、ダストボックス43からメインノズル44の左右端の近傍後方に至り、サブノズル開口を床面Fに向けて開口している。光学式センサからなるゴミセンサ5がサブノズル50の吸気経路に設けられ、メインノズル44によるゴミ吸い残しを検出する。ゴミセンサ5が所定の頻度でゴミを検出すると、ゴミを吸い残したと判定された領域に掃除機本体を戻し、メインノズル44によりゴミ吸引が再度行われる。
【選択図】図2
【解決手段】自走式掃除機1は、障害物検知センサ2a、2b、内部地図情報、左右駆動輪32等を備えて自律走行しつつ、メインノズル44により床面のゴミを吸引して掃除する。走行方向Zに対してメインノズル44の後方、かつパワーブラシ41の後方に配置されたサブノズル50の吸気経路は、ダストボックス43からメインノズル44の左右端の近傍後方に至り、サブノズル開口を床面Fに向けて開口している。光学式センサからなるゴミセンサ5がサブノズル50の吸気経路に設けられ、メインノズル44によるゴミ吸い残しを検出する。ゴミセンサ5が所定の頻度でゴミを検出すると、ゴミを吸い残したと判定された領域に掃除機本体を戻し、メインノズル44によりゴミ吸引が再度行われる。
【選択図】図2
Description
本発明は、自走式掃除機に関する。
従来から、床面掃除機において、掃除作業の自動化及び効率化を図るため、ゴミセンサを組み込むことが行われている。ゴミ吸引ノズルを進行方向左右の2つに分割してそれぞれにゴミセンサを配置し、ゴミの多い方に移動するようにした電気掃除機が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、メインノズルの進行方向前方に設けたサブノズルを通過するゴミ量をセンサで把握し、後方のメインノズルのゴミ吸引力及び、本体の走行速度を制御するようにした自走式掃除機が知られている(例えば、特許文献2、及び特許文献3参照)。
特開2002−369778号公報
特許第3295943号公報
特開平4−272735号公報
しかしながら、上述した特許文献1に示されるような、ゴミ量の多い方向に移動して掃除する掃除機においては、所定範囲の床面をまんべんなく掃除するには不向きである。また、特許文献1乃至特許文献3に示されるような、予めゴミ量を検知して掃除する掃除機においては、掃除機通過後の領域における清掃状態について所望の掃除がなされたという保証が得られない問題がある。
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、掃除を完了した所定範囲に、ゴミの吸い残しのない清掃状態を実現できる自走式掃除機を提供することを目的とする。
上記課題を達成するために、請求項1の発明は、自律走行のために走行方向に有る障害物を検知しその障害物までの距離を測定する障害物検知センサと、この障害物検知センサの出力に基づいて障害物を回避しつつ自律走行するための走行手段と、走行方向に直交する幅方向に回転軸を持ち床面をブラッシングするパワーブラシ、吸引力を発生する吸引ファン、前記パワーブラシの近傍においてそれと略平行に設けられ前記吸引ファンの吸引力によって床面のゴミを吸引して走行路面を掃除するためのメインノズル、及び吸引したゴミを収納するダストボックスを含む掃除手段と、を備えた自走式掃除機において、走行方向に対して前記メインノズルの後方かつ前記パワーブラシの後方に配置され、前記メインノズルの径よりも小さい径を有したサブノズルをさらに備え、前記サブノズルは、前記メインノズルの左右端近傍の後方にそれぞれサブノズル開口を配置し、各サブノズル開口からの吸気経路が合流されて前記ダストボックスに接続して設けられ、前記サブノズルの合流後の前記吸気経路に、該吸気経路を通過するゴミが光を遮断することでそのゴミを検出するフォトインタラプタから成るゴミセンサを備え、自走掃除中に前記ゴミセンサが所定量のゴミを検出した場合、ゴミの吸い残しが有ると判定する吸い残し判定手段を備え、前記吸い残し判定手段によりゴミの吸い残しが有ると判定されたとき、前記走行手段はゴミを吸い残したと判定された領域に掃除機本体を戻し、かつ、前記掃除手段はその領域のゴミ吸引を再度行うようにしたものである。
請求項2の発明は、自律走行のために走行方向に有る障害物を検知しその障害物までの距離を測定する障害物検知センサと、この障害物検知センサの出力に基づいて障害物を回避しつつ自律走行するための走行手段と、吸引ファンの吸引力によって床面のゴミを吸引して走行路面を掃除するためのメインノズルを含む掃除手段と、を備えた自走式掃除機において、走行方向に対して前記メインノズルの後方に配置されたサブノズルをさらに備え、前記サブノズルからゴミを収納するためのダストボックスに至る吸気経路に、該吸気経路を通過するゴミを検出するゴミセンサを備え、自走掃除中に前記ゴミセンサが所定量のゴミを検出した場合、ゴミの吸い残しが有ると判定する吸い残し判定手段を備え、前記吸い残し判定手段によりゴミの吸い残しが有ると判定されたとき、前記走行手段はゴミを吸い残したと判定された領域に掃除機本体を戻し、かつ、前記掃除手段はその領域のゴミ吸引を再度行うようにしたものである。
請求項3の発明は、請求項2に記載の自走式掃除機において、前記サブノズルは、前記メインノズルの後方の複数点にサブノズル開口を配置し、各サブノズル開口からの吸気経路が合流されて前記ダストボックスに接続して設けられ、前記ゴミセンサは、合流後の前記吸気経路にフォトインタラプタを設けて成るものである。
請求項1の発明によれば、障害物検知センサで障害物を回避しながら自己位置を認識しつつ走行し、ゴミを吸引して所定範囲の掃除を行うとき、メインノズルの後方に設けたサブノズル内の吸気経路を通過するゴミをゴミセンサで検出してゴミ吸い残しを掃除判定手段で判断し、ゴミ吸い残しがあれば掃除機本体を戻して再掃除するので、所定範囲の掃除領域を最終的に所望の清掃状態とすることができる。
請求項2の発明によれば、ゴミセンサでメインノズル後方のサブノズルの吸気経路を通過するゴミを検出し、ゴミの吸い残しを掃除判定手段で検出して再掃除するので、最終的に所望の清掃状態を実現できる。また、請求項3の発明によれば、ゴミセンサを合流後の吸気経路の一箇所にだけ設ければよいので、ゴミセンサを安価に備えることができる。
以下、本発明の一実施形態に係る自走式掃除機について、図面を参照して説明する。図1は自走式掃除機1のブロック構成を示し、各ブロック間の信号、動力、及びゴミの流れを示している。自走式掃除機1は、自律走行のために走行方向に有る障害物を検知しその障害物までの距離を測定する障害物検知センサ2と、掃除領域及び走行領域情報を記憶した内部地図情報12と、これらの内部地図情報12及び障害物検知センサ2の出力に基づいて障害物を回避しつつ自律走行するための走行手段3と、住居内の部屋の床面を掃除するための掃除手段4と、動力源としてのバッテリ9と、さらに、掃除を完了した所定範囲に、ゴミの吸い残しのない清掃状態を実現するためのサブノズル50、ゴミセンサ5及び吸い残し判定手段6と、各構成ブロックを制御する制御手段11と、を備えている。
走行手段3は、バッテリ9を動力とする左右駆動モータ31、左右駆動モータ31で駆動される左右駆動輪32、及び左右駆動モータの回転数を計測するエンコーダ33を備えている。また、掃除手段4は、バッテリ9を動力とするブラシモータ41a、ブラシモータ41aで駆動されるパワーブラシ41、同じくバッテリ9を動力とする吸引ファン42、吸引ファン42で排気されるダストボックス43、及びダストボックス43に接続されたメインノズル44を備えている。
上述のブロック構成で説明した自走式掃除機1の各部の具体的な配置構成と機能を説明する。図2及び図3は、それぞれ自走式掃除機1の側断面構成及び平面構成を示す。自走式掃除機1は、3輪走行車であり、走行方向Zに対し前方にある1つの従動輪30と後方の2つの左右駆動輪32を有する。自走式掃除機1は、左右駆動輪32を独立に駆動制御して前進、後退、旋回を行う。自走式掃除機1の走行移動量は、左右駆動モータ31に接続されたエンコーダ33による回転数積算により求められる。また、自走式掃除機本体の前方及び後方にそれぞれ障害物検知センサ2a、2bが備えられている。制御機器ボックス10には、前述の制御手段11、内部地図情報12、吸い残し判定手段6等を構成する回路やメモリ、MPU、及び周辺機器が納められている。
前述の掃除手段4を構成するパワーブラシ41は、走行方向Zに直交する幅方向に回転軸を持ち、進行方向前方から後方に向けて床面Fをブラッシングするように回転する。メインノズル44は、パワーブラシ41の近傍後方においてそれと略平行に設けられている。メインノズル44は、ゴミを吸引する吸気経路を形成しており、その一端の開口を床面Fに対向させ、他端の開口をダストボックス43に接続している。ダストボックス43は、メインノズル44を接続した面の略対角側に吸引ファン42の吸引口が接続され、図示しないフィルタを介して内部が吸引排気されている。そこで、自走式掃除機1が走行しながら、床面状態に応じて適宜の回転数と回転力でパワーブラシ41を回転させ、吸引ファン42を動作させることにより、その吸引力によって床面Fのゴミをメインノズル44の開口から吸引し、吸引したゴミをダストボックスに収納する。
また、前述のゴミの吸い残しのない清掃状態を実現するためのサブノズル50は、走行方向Zに対してメインノズル44の後方、かつパワーブラシ41の後方に配置され、メインノズル44の吸気経路の断面径よりも小さい断面径を有して形成されている。このサブノズル50は、左右1対から成り、それぞれの吸気経路は、ダストボックス43から延びて、メインノズル44の左端と右端の近傍後方に至り、サブノズル開口を床面Fに向けて開口している。そして、ゴミセンサ5が、吸気経路の横断面方向にフォトインタラプタ、すなわち発光部と受光部とを有する透過型の光学式センサ、を用いて形成されている。従って、メインノズル44によるゴミ吸い残しがメインノズル44の左右端近傍のいずれかにあると、サブノズル50によって吸引され、その吸気経路をゴミが通過すると、フォトインタラプタの光が遮断されるので、ゴミセンサ5によってそのゴミが検出される。
上述のゴミセンサ5を用いた掃除処理を、図4のフロー図により説明をする。なお、前出の図1乃至図3を再度参照する。まず自走式掃除機1は、走行開始とともに障害物検知センサ2aにより障害物検出動作を行い、走行方向に障害物の検出があれば(S1でNO)、障害物回避動作を行い(S2)、障害物が検出されなければ(S1でYES)、掃除予定領域の予定走行路を自走して掃除を実行する(S3)。続いて、ゴミセンサ5によるゴミ検出の有無を調べ、所定量の吸い残しゴミが検出された場合(S4でYES)、吸い残し判定手段6によりゴミの吸い残しが有ると判定され、自走式掃除機本体を、後方の障害物検知センサ2bにより障害物検出動作を行いつつ後退させてゴミ吸い残し位置にもどり(S5)、再び自走掃除を継続する(S3)。
また、ゴミセンサ5によるゴミ検出頻度が所定値以下の場合(S4でNO)、次の判断ステップに進み、掃除予定領域の掃除が完了していれば掃除は終了する(S6でYES)。また、掃除が完了していなければ(S6でNO)、ステップS1から上述の各ステップを繰り返す。自走式掃除機1の制御手段11は、このような各ステップを所定の時間間隔で繰り返して掃除処理を行う。
次に、本発明の一実施形態に係る他の自走式掃除機について説明する。図5は、本実施形態における自走式掃除機1のブロック構成を示し、図6は自走式掃除機1の側断面を示し、図7(a)(b)は自走式掃除機1を上下に分割した状態を示す。この自走式掃除機1は、図7に示すように、2つの円盤を上下に重ねた形状の外形をした3輪走行車であり、掃除機上部1aは主にセンサや制御機器が備えられ、掃除機下部1bには走行手段及び掃除手段が備えられている。以下、図5のブロック構成を中心に、図6、図7を適宜参照して、まず自律走行機能及び周辺機能を説明し、その後、掃除機能について説明する。
自走式掃除機1は、自律走行のために障害物等を検出するセンサ類として、光学式の測距センサである天井センサ21、前方センサ22を、図6、図7に示すように、掃除機上部1aの上面突出部に備え、また、同じく光学式の左段差センサ23a、右段差センサ23b、及び照明ランプ20を掃除機下部1bの前方に備えている。天井センサ21は、自走式掃除機1の前方水平方向空間を監視し、自走式掃除機1の前方にある障害物(テーブルやベッドの下を通り抜けできるか否か)を検出し、その障害物の高さと障害物までの距離を測定する。前方センサ22は、自走式掃除機1の前方(走行方向Zの方向)の斜め下方を監視し、走行路上とその近傍の段差、壁、柱、家具、テーブルやベッドの脚等の障害物までの距離を測定する。左段差センサ23aは、自走式掃除機1の僅かに前方の左側方斜め下の床面領域Aを、また、右段差センサ23bは、同様に、前方の右側方斜め下の床面領域Bを監視し、障害物までの距離を測定する。
また、自律走行のための他のセンサとして、地磁気センサ24と加速度センサ25が、掃除機上部1aの制御機器ボックス10の内部(不図示)に備えられている。加速度センサ25は、走行に伴って自走式掃除機1に作用する加速度を、上下方向、前後方向、左右方向について各々独立して検出する。また、地磁気センサ24は、地磁気の方向に応じた出力値を出力して自走式掃除機1が向いている方向を決定する。
自走式掃除機1は、走行手段として左右駆動モータ31と左右駆動輪32を、図6、図7に示すように、走行方向Zに対して掃除機下部1bの後方に備えており、左右駆動輪32の他に、前方の従動輪30を備えている。左右駆動輪32は、バッテリ9を動力源として左右各々独立して正転・逆転駆動される駆動輪であり、回転数制御により操舵が行われる。またその回転数は、左右駆動モータ31に接続された左右エンコーダ33により計測される。
また、自走式掃除機1は、制御手段11、内部地図情報12、及び走行制御部13を、図6に示す制御機器ボックス10に制御用の他の回路や周辺機器と共に備えている。制御手段11及び走行制御部13は、MPU及び周辺機器とソフトウエアで構成され、内部地図情報12は、メモリに記憶されたデータである。
ここで、自走式掃除機1の自律走行について説明する。走行制御部13は、制御手段11の制御のもとで、左右駆動モータ31を駆動して左右駆動輪32の回転方向と回転速度を制御することにより自走式掃除機1の走行を制御する。内部地図情報12の地図情報は、掃除動作中に随時更新され、自走式掃除機1はこれを参照して走行し、掃除動作を進めてゆく。
また、走行制御部13は、天井センサ21、前方センサ22、左段差センサ23a、右段差センサ23bからの出力を基に、障害物の存在する領域及び掃除済みの領域についての地図情報を作成し、その地図情報を内部地図情報12に記憶させる。また、自走式掃除機1の自己位置認識は、加速度センサ25からの前後方向の加速度検出値を時間微分することにより算出した走行速度と、別途計測された走行時間と、地磁気センサ24からの姿勢方向情報と、をもとに走行距離と自己の位置座標を算出して行われる。
さらに、自走式掃除機1は、ユーザにより操作される操作部15、LCDから成る表示部16、報知部(スピーカ)17、及び通信モジュール18を、図6、図7に示すように、掃除機上部1aに備えている。操作部15は、自走式掃除機1による掃除動作を開始・停止させ、また、その他の各種設定を行うため、掃除機のユーザにより操作される。表示部16は、自走式掃除機1の動作状況や各種メッセージを報知する。スピーカ17は、自走式掃除機1の動作状況や各種メッセージを報知する。通信モジュール18は、後述のカメラ28で撮影した画像や、自走式掃除機1の動作状況をアンテナ18aを介して図示しない主制御装置へ無線で送信する。
さらにまた、自走式掃除機1は、不法侵入者等の監視を行うセキュリティ機能を有しており、不法侵入者を検出する人体センサ26と、不法侵入者等を撮影するカメラ28と、カメラ用照明28aとを、図6、図7に示すように、掃除機上部1aの外周部分に備えている。自走式掃除機1の4方向に設けられた人体センサ26は、人体から放射される赤外線を受光することにより自走式掃除機1の周辺の人体の有無を検出する。自走式掃除機1の前方に設けられたカメラ28は、立っている人の顔を撮影できるように、自走式掃除機1の前方の斜め上方向に向けて配置されている。自走式掃除機1は、掃除動作を行わないときには、これら人体センサ26、カメラ28、カメラ用照明28a、及び通信モジュール18を動作させて、不法侵入者等の監視を行う。
続いて、掃除手段を説明する。自走式掃除機1は、掃除手段として、ブラシモータ41a、パワーブラシ41、吸引ファン42、ダストボックス43、及びメインノズル44を、図6、図7に示すように、掃除機下部1bに備えている。
また、自走式掃除機1は、上述の掃除手段による掃除完了時にゴミの吸い残しのない清掃状態を実現するため、サブノズル50、ゴミセンサ5、及び吸い残し判定手段6を備えている。吸い残し判定手段6は、ゴミセンサ5の信号を処理するソフトウエアで構成されている。
以下において、自走式掃除機1の掃除機能を掃除機下部1bの詳細を示す図8(a)(b)により説明する。本実施形態における自走式掃除機1は、図8(a)に示すように、走行方向Zに直交する幅方向に回転軸を持ち床面をブラッシングするパワーブラシ41の他に、パワーブラシ41に従動して回転する、複数のフィン状構造を有する従動ローラ41bを備えている。吸引力を発生する吸引ファン42、パワーブラシ41の近傍においてそれと略平行に設けられ吸引ファン42の吸引力によって床面のゴミを吸引して走行路面を掃除するためのメインノズル44、及び吸引したゴミを収納するダストボックス43を含む掃除手段の掃除機能は、前出の図1乃至図3において説明した実施形態の自走式掃除機1と基本的に同様であり重複説明は省略する。前実施形態と異なる点は、メインノズル44のメインノズル開口44aが床面Fに対向しないで、パワーブラシ41と従動ローラ41bの接合部に対向して開口していることである。
パワーブラシ41は、図8(b)に示すように、ブラシモータ41aにより駆動されて床面Fとブラシモータ41aのブラシの接触面においてブラシが走行方向Zに移動するように回転され、床面Fのゴミを前方方向に掻き上げる。メインノズル44は、掻き上げられたゴミや従動ローラ41bにより搬送されたゴミを、そのメインノズル開口44aから吸引してダストボックス43に収納する。メインノズル開口44aは、自走式掃除機1の床面に対向する底面に進行方向Zに直交する車体幅方向(左右方向)に細長く開口している。また、メインノズル開口44aには、ゴミの非吸引時にゴミが脱落しないように、吸引力によって自在に開閉する弁体44bが設けられている。
サブノズル50は、1対のサブノズル開口を有し、その開口の位置は、走行方向Zに対してパワーブラシ41の後方かつメインノズル44の左右端近傍後方であり、左右のサブノズル開口は床面Fに対向して配置されている。各サブノズル開口からの吸気経路は合流されてダストボックス43に接続されている。サブノズル50は、メインノズル44の吸気経路の断面径よりも小さい断面径を有している。そして、サブノズル50の合流後の吸気経路に、吸気経路を通過するゴミが光を遮断することでそのゴミを検出するフォトインタラプタから成るゴミセンサ5が備えられている。合流後の吸気経路にゴミセンサ5を設けるので、メインノズル44の左右いずれかにおいて吸い残しが発生した場合においても、1つのゴミセンサ5で吸い残しゴミ検出が可能である。
自走式掃除機1の自走掃除中に、ゴミセンサ5が所定量のゴミを検出した場合、前述の吸い残し判定手段6がその信号に基づいてゴミの吸い残しが有ると判定し、制御手段11と走行制御部13の制御のもとで走行手段がゴミを吸い残したと判定された領域に掃除機本体を戻し、メインノズル44等から成る掃除手段がその領域のゴミ吸引を再度行う。掃除機本体の戻し動作は、掃除機本体を単純に後進して行うこともでき、また、その場回転して反対向きとして後方に前進移動して、再度その場回転するようにしてもよい。これらの掃除処理は、前出の図4のフローで説明したものと同様であり説明は省略する。
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、サブノズルの開口は、メインノズルの左右端近傍の2ヶ所ではなく、3ヶ所以上、または連続開口構造としてもよい。また、サブノズルは、柔軟性のある樹脂製チューブにより簡便に設けることもできる。
1 自走式掃除機
2 障害物検知センサ
3 走行手段
4 掃除手段
5 ゴミセンサ
6 吸い残し判定手段
41 パワーブラシ
42 吸引ファン
43 ダストボックス
44 メインノズル
50 サブノズル
2 障害物検知センサ
3 走行手段
4 掃除手段
5 ゴミセンサ
6 吸い残し判定手段
41 パワーブラシ
42 吸引ファン
43 ダストボックス
44 メインノズル
50 サブノズル
Claims (3)
- 自律走行のために走行方向に有る障害物を検知しその障害物までの距離を測定する障害物検知センサと、この障害物検知センサの出力に基づいて障害物を回避しつつ自律走行するための走行手段と、走行方向に直交する幅方向に回転軸を持ち床面をブラッシングするパワーブラシ、吸引力を発生する吸引ファン、前記パワーブラシの近傍においてそれと略平行に設けられ前記吸引ファンの吸引力によって床面のゴミを吸引して走行路面を掃除するためのメインノズル、及び吸引したゴミを収納するダストボックスを含む掃除手段と、を備えた自走式掃除機において、
走行方向に対して前記メインノズルの後方かつ前記パワーブラシの後方に配置され、前記メインノズルの径よりも小さい径を有したサブノズルをさらに備え、
前記サブノズルは、前記メインノズルの左右端近傍の後方にそれぞれサブノズル開口を配置し、各サブノズル開口からの吸気経路が合流されて前記ダストボックスに接続して設けられ、
前記サブノズルの合流後の前記吸気経路に、該吸気経路を通過するゴミが光を遮断することでそのゴミを検出するフォトインタラプタから成るゴミセンサを備え、
自走掃除中に前記ゴミセンサが所定量のゴミを検出した場合、ゴミの吸い残しが有ると判定する吸い残し判定手段を備え、
前記吸い残し判定手段によりゴミの吸い残しが有ると判定されたとき、前記走行手段はゴミを吸い残したと判定された領域に掃除機本体を戻し、かつ、前記掃除手段はその領域のゴミ吸引を再度行うようにしたことを特徴とする自走式掃除機。 - 自律走行のために走行方向に有る障害物を検知しその障害物までの距離を測定する障害物検知センサと、この障害物検知センサの出力に基づいて障害物を回避しつつ自律走行するための走行手段と、吸引ファンの吸引力によって床面のゴミを吸引して走行路面を掃除するためのメインノズルを含む掃除手段と、を備えた自走式掃除機において、
走行方向に対して前記メインノズルの後方に配置されたサブノズルをさらに備え、
前記サブノズルからゴミを収納するためのダストボックスに至る吸気経路に、該吸気経路を通過するゴミを検出するゴミセンサを備え、
自走掃除中に前記ゴミセンサが所定量のゴミを検出した場合、ゴミの吸い残しが有ると判定する吸い残し判定手段を備え、
前記吸い残し判定手段によりゴミの吸い残しが有ると判定されたとき、前記走行手段はゴミを吸い残したと判定された領域に掃除機本体を戻し、かつ、前記掃除手段はその領域のゴミ吸引を再度行うようにしたことを特徴とする自走式掃除機。 - 前記サブノズルは、前記メインノズルの後方の複数点にサブノズル開口を配置し、各サブノズル開口からの吸気経路が合流されて前記ダストボックスに接続して設けられ、
前記ゴミセンサは、合流後の前記吸気経路にフォトインタラプタを設けて成ることを特徴とする請求項2に記載の自走式掃除機。
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