JP2005211478A - 自動走行式掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な方式で、コストを低減しつつ、より広範囲な障害物検知範囲を確保することが可能な自動走行式掃除機を提供する。
【解決手段】 パッシブセンサ３を本体１の進行方向側に設ける。パッシブセンサ３は、所定の視野角で一定距離内の対象物の外光に対する反射光を受光し、受光する対象物の反射光の位相差に基づいて対象物との距離を測定する。パッシブセンサ３は、所定の検知可能距離を有し、かつ所定の視野角を有するため、進行方向に対して所定面積の障害物検知範囲を有する。したがって、アクティブセンサと比較して、検知可能距離は長く、また、視野角も極めて広いため単一のパッシブセンサを用いてアクティブセンサより広範囲な障害物検知範囲を確保することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、掃除機本体に自走機能を有し、被掃除面の清掃を自動的に行なう自動走行式掃除機に関するものである。

従来より、掃除機に移動機能を付加して、清掃時の操作性の向上を図った掃除機が開発されている。特に近年では、これにマイクロコンピュータ等および各種センサ類を搭載した、いわゆる自律誘導型の自動走行式掃除機の開発が注目されている。この種の自動走行式掃除機（以下、単に掃除機とも称する）は、運転を開始すると、駆動モータにより駆動される車輪により直進走行を開始する。走行中は、複数のセンサ等により家具などの障害物までの距離を測定し、さらに被掃除面の段差を確認して障害物や段差を回避して走行し、本体底部に設けられた吸込口やブラシ等を用いて被掃除面上に付着した塵埃を吸込み、被掃除面の清掃を自動的に行なう。

一例として、特開平５−８４２００号公報および特開２００３−１１６７５８号公報等においては、センサに基づく測距により被掃除面の段差状況を把握して、階段等からの落下を防止して安全な清掃作業を行う自動走行式掃除機が開示されている。
特開平５−８４２００号公報 特開２００３−１１６７５８号公報

しかしながら、従来のセンサは、アクティブセンサである赤外線センサや超音波センサであり、本体側から赤外線もしくは超音波を出力し、その反射光線もしくは反射波に基づいて対象物との距離を測定する。これらの赤外線センサおよび超音波センサは、指向性を有しており決まった範囲の角度しか検出できないという特徴を有している。つまり、１個当りのセンサの障害物検知範囲は極めて小さく限定されている。

したがって、より広範囲な障害物検知範囲を得るためには、センサの個数を増大させなければならず、コストが増加すると共に、設置効率も低減する。

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであって、簡易な方式で、より広範囲な障害物検知範囲を確保することが可能な自動走行式掃除機を提供することを目的とする。

本発明に係る自動走行式掃除機は、所望の方向に対して本体を移動するための駆動部と、所定の視野角で一定距離内の対象物の反射光を受光し、受光する対象物の反射光の位相差に基づいて対象物との距離を測定するためのセンサと、センサの測定結果に基づいて、対象物との距離を算出し、駆動手段を制御するための制御部とを備える。センサは、反射光の受光量を測定する第１および第２のセル領域を有する。制御部は、第１のセル領域で得られた測定結果と第２のセル領域で得られた測定結果との相対的な差に基づいて対象物との距離を算出する。センサは、所定の視野角により進行方向に垂直な面に対して横方向の対象物を測定するように配置される。センサの所定の視野角を有する障害物検知範囲は、横方向に沿って複数の領域に分割される。制御部は、各領域毎に対象物との距離を測定し、センサの障害物検知範囲における全ての領域において、対象物との距離が所定距離以下となった場合には、駆動部に対して停止を指示する。センサは、ライン状に配列される複数のＣＣＤ素子を有する。

本発明に係る別の自動走行式掃除機は、所望の方向に対して本体を移動するための駆動部と、所定の視野角で一定距離内の対象物の反射光を受光し、受光する対象物の反射光の位相差に基づいて対象物との距離を測定するためのセンサと、センサの測定結果に基づいて、対象物との距離を算出し、駆動手段を制御するための制御部とを備える。

好ましくは、センサは、反射光の受光量を測定する第１および第２のセル領域を有する。制御部は、第１のセル領域で得られた測定結果と第２のセル領域で得られた測定結果との相対的な差に基づいて対象物との距離を算出する。

好ましくは、センサは、所定の視野角により進行方向に垂直な面に対して横方向の対象物を測定するように配置される。センサの所定の視野角を有する障害物検知範囲は、横方向に沿って複数の領域に分割される。制御部は、各領域毎に対象物との距離を測定し、センサの障害物検知範囲における全ての領域において、対象物との距離が所定距離以下となった場合には、駆動部に対して停止を指示する。

好ましくは、センサは、所定の視野角により進行方向に垂直な面に対して横方向の対象物を測定するように配置される。センサの所定の視野角を有する障害物検知範囲は、横方向に沿って複数の領域に分割される。制御部は、各領域毎に対象物との距離を測定し、センサの障害物検知範囲における両端の領域において、対象物との距離が所定距離以下となった場合には、駆動部に対して停止を指示し、少なくとも一方の領域において、対象物との距離が所定距離以下となった場合には、駆動部に対して他方の領域側への回避運動を開始するよう指示する。

好ましくは、センサは、ライン状に配列される複数のＣＣＤ素子を有する。

好ましくは、センサは、所定の視野角により進行方向に垂直な面に対して横方向の対象物を測定するように配置される。センサの所定の視野角を有する障害物検知範囲は、本体の進行領域側である第１の領域と、外側領域側である第２の領域とに分割される。制御部は、第２の領域における対象物との距離を測定し、第２の領域における対象物との距離が所定期間において変化した場合には、第２の領域における対象物との距離が短くなった場合に駆動部に対して停止を指示する。

特に、制御部は、第１の領域における対象物との距離を測定し、第１の領域における対象物との距離が所定距離以下となる場合には、駆動部に対して停止を指示する。

好ましくは、センサは、所定の視野角により進行方向領域の被掃除面との距離を測定するように配置される。制御部は、進行方向領域の被掃除面との距離を測定し、被掃除面との距離が一定距離から変化した場合には、駆動部に対して停止を指示する。

特に、制御部は、対象物との距離が一定距離から長くなった場合には、段差があると判別する。

特に、制御部は、対象物との距離が一定距離から短くなった場合には、障害物があると判別する。

好ましくは、センサは、所定の視野角により本体の進行領域側の被掃除面および本体の外側領域側の対象物を測定するように配置される。センサの所定の視野角を有する障害物検知範囲は、本体の進行領域側である第１の領域と、外側領域側である第２の領域とに分割される。制御部は、第２の領域における対象物との距離を測定し、第２の領域における対象物との距離が所定期間において変化した場合には、第２の領域における対象物との距離が短くなった場合に駆動部に対して停止を指示する。

特に、制御部は、第１の領域における被掃除面との距離を測定し、被掃除面との距離が変化した場合には、駆動部に対して停止を指示する。

特に、センサは、本体横方向の一端側に設けられ、水平面上の進行方向から所定角度の俯角を有しかつ、本体横方向の他端側を見るように水平面上の進行方向から所定角度斜めにずれて横向きに配置される。

好ましくは、センサは、所定の視野角により進行方向に垂直な面に対して縦方向の対象物を測定するように配置される。センサの所定の視野角を有する障害物検知範囲は、本体の縦方向の最大の高さよりも上側領域を検知する第１の領域と、本体の縦方向の最大の高さよりも下側領域を検知する第２の領域とに分割される。制御部は、各第１および第２の領域毎に対象物との距離を測定し、センサの障害物検知範囲における第１の領域において対象物との距離が所定距離以下であり、かつ第２の領域において対象物との距離が所定距離以下の場合に駆動部に対して停止を指示し、第１の領域において、対象物との距離が所定距離以下であり、かつ第２の領域において対象物との距離が所定距離以下でない場合には、駆動部に対して停止を指示しない。

好ましくは、センサは、所定の視野角により進行方向に垂直な面に対して縦方向および横方向の対象物を測定するように斜め向きに配置される。センサの所定の視野角を有する障害物検知範囲は、本体の縦方向の最大の高さよりも上側領域を検知する第１の領域と、本体の縦方向の最大の高さよりも下側領域を検知する第２の領域とに分割される。制御部は、各第１および第２の領域毎に対象物との距離を測定し、センサの障害物検知範囲における第１の領域において対象物との距離が所定距離以下であり、かつ第２の領域において対象物との距離が所定距離以下の場合に駆動部に対して停止を指示し、第１の領域において、対象物との距離が所定距離以下であり、かつ第２の領域において対象物との距離が所定距離以下でない場合には、駆動部に対して停止を指示しない。

特に、センサは、所定の視野角により本体の進行領域の被掃除面および進行方向の対象物を測定するように配置される。センサの所定の視野角を有する障害物検知範囲は、本体の進行方向側である第１の領域と、本体の進行領域の被掃除面側である第２の領域とに分割される。制御部は、第２の領域における被掃除面との距離を測定し、被掃除面との距離が変化した場合には、駆動部に対して停止を指示する。

特に、制御部は、第１の領域における進行方向側の対象物との距離を測定し、第１の領域における対象物との距離が所定距離以下となる場合には、駆動部に対して停止を指示する。

本願の自動走行式掃除機のセンサは、所定の視野角で対象物との距離を測定するためのセンサと、センサの測定結果に基づいて駆動部を制御する制御部とを含む。すなわち、所定の視野角を有する単一のセンサを用いて障害物等の広範囲な検知が可能であり、コストが低減されるとともに、配置効率も向上させることができる。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に従う自動走行式掃除機（以下、単に掃除機とも称する）の概略図である。

図１を参照して、本発明の実施の形態に従う掃除機は、本体１と、本体の前面すなわち進行方向側に設けられたパッシブセンサ３と、車輪２ａ，２ｂと、吸込口６とを備える。パッシブセンサ３は、進行方向に垂直な面に対して横方向の対象物を測定するように横向きに配置されている。

パッシブセンサ３は、所定の視野角で一定距離内の対象物の外光に対する反射光を受光し、受光する対象物の反射光の位相差に基づいて対象物との距離を測定する。本例におけるパッシブセンサは、複数のＣＣＤ素子（セル）を有し、各ＣＣＤ素子が一直線に設けられたラインセンサである。

図２は、本発明の実施の形態１に従う掃除機の機構を説明する概念図である。

図２を参照して、本体１内に、掃除機全体を制御する制御部２と、掃除機の位置および進行速度を検出する位置／速度検出部３＃と、進行方向に対して右側に設けられた車輪２ａ，２ｂを駆動するためのモータ４＃と、モータの回転速度および進行方向を制御する駆動制御部９と、掃除機本体の前面の進行方向側に設けられたセンサ３によりセンサ結果を取得するセンサ部８と、制御部２からの指示に応答して吸込口６から被掃除面の塵埃等を吸引するための吸引部７とを備える。なお、図示しないが進行方向に対して左側にも同様の車輪が設けられている。

センサ部８は、制御部２からの指示に応答してセンサ３によって取得したセンサ結果を制御部２に出力する。位置／速度検出部３＃は、制御部２からの指示に応答して掃除機の位置および進行動作における速度を検出し、制御部２に出力する。駆動制御部９は、制御部２からの指示に応答してモータ４＃の回転速度および進行方向すなわち車輪２ａ，２ｂ等の方向を制御する。

図３は、本発明の実施の形態に従うセンサ３の障害物検知範囲を説明する概念図である。

センサ３は、所定の検知可能距離を有し、かつ所定の視野角を有するため、進行方向に対して所定面積の障害物検知範囲５を有する。特にパッシブセンサは、アクティブセンサと比較して、検知可能距離は長く、また、視野角も極めて広い。

ここで、まず本発明の実施の形態に従うセンサ３に基づく位相差検出型の測距方式について説明する。

図４は、位相差検出に基づく測距を説明する図である。

図４を参照して、センサ３は、複数のＣＣＤ素子（図示せず）を２分割し、センス領域ＲＡ，ＬＡとに分割する。また、センサ３は、センス領域ＲＡおよびＬＡにそれぞれ対応するレンズＬＥ０，ＬＥ１を有する。このセンサ３は、レンズＬＥ０により被写体像をセンス領域ＲＡの光電変換素子であるＣＣＤ素子上に結像させる。また、レンズＬＥ１により被写体像をセンス領域ＬＡのＣＣＤ素子上に結像させる。被写体像は、センス領域ＲＡ，ＬＡにおいて相対的にずれた位置に結像する。そして、この結像位置の相対的な差ΔＸ（位相差）に基づいて距離を求める方式である。

具体的には、被写体までの距離Ｅは、三角測量により次式により表される。

Ｅ＝Ｄ×Ｆ／ΔＸ
ここで、Ｄ：基線長距離、Ｆ：レンズの焦点距離である。

したがって、位相差ΔＸを計測することにより被写体までの距離Ｅを算出することができる。

図５は、センス領域ＲＡおよびＬＡにおいて、光電変換素子であるＣＣＤ素子によりＡ／Ｄ変換されたセンサ３の出力電圧を説明する図である。

図５に示されるように、センス領域ＲＡおよびＬＡにおいて、被写体像に基づく出力電圧波形は相対的な位相差ΔＸを有している。

図６は、位相差ΔＸの算出を説明する図である。

図６（ａ）は、センス領域ＲＡおよびＬＡにおける出力電圧波形と複数のＣＣＤ素子のうちの一部の演算領域の素子とを説明する概念図である。

図６（ａ）に示されるようにセンス領域ＲＡおよびＬＡにおいて、ある所定の演算領域が指定されてその領域が位相差ΔＸの算出に用いることができる。

図６（ｂ）は、図６（ａ）のセンス領域ＲＡおよびＬＡにおいて、所定の演算領域における各素子の出力電圧レベルを説明する図である。

図６（ｂ）に示されるように、本例においては、センス領域ＲＡおよびＬＡにおける各素子毎における出力電圧レベルが示されている。ここでは、一例として８個分のＣＣＤ素子を演算領域として指定した場合について説明する。

図６（ｃ）は、センス領域ＲＡと、センス領域ＬＡとにおける出力電圧レベルの総和の相関値を説明する図である。センス領域ＲＡの素子のシフト量が０の場合、１の場合、２の場合・・・と、順順にセンス領域ＲＡの演算領域をシフトさせる。そして、センス領域ＲＡの出力電圧レベルの総和と、センス領域ＬＡの出力電圧レベルの総和との相関値（差分の総和）が最小となるシフト量を算出することにより、位相差ΔＸを求めることができる。

具体的には、センス領域ＲＡの素子のシフト量が０の場合、相関値は２５０である。センス領域ＲＡの素子のシフト量が１の場合、相関値は、１５０である。センス領域ＲＡの素子のシフト量が２の場合、相関値は０である。センス領域ＲＡの素子のシフト量が３の場合、相関値は、１５０である。センス領域ＲＡの素子のシフト量が４の場合、相関値は、３００である。

図７は、図６で説明した相関値とシフト量との関係を説明する図である。

図７に示されるように、シフト量が２で相関値の最小値を得ることができる。すなわち、素子を２個ずらす距離分の位相差が生じていたことを算出することができる。素子間の距離は既知であるためこのシフト量および既知である素子間距離に基づいて位相差ΔＸを算出することができる。すなわち、上記算出に基づき、被写体までの距離Ｅを求めることができる。なお、算出したシフト量は素子単位であるため、素子上の結像位置を精度よく求めるための補間演算をさらに実行することができる。具体的には、最小相関値を得るシフト量の前後の相関値と最小相関値との傾きに基づいて真の最小相関値のシフト量を算出することも可能である。

センサ３は、上述した方式に基づいて、障害物検知範囲の予め定まった複数のポイントに対する距離Ｅを求め、得られた距離が所定の閾値よりも短くなった場合にセンサに反応があるとして対象物を検知することができる。

本発明の実施の形態に従う掃除機は、単一のパッシブセンサを用いて広範囲な障害物検知範囲を確保することができる。また、同じ障害物検知範囲を確保するためには複数個のアクティブセンサを設ける必要があるのに対して単一のパッシブセンサで確保することが可能であり、コストを低減するとともに設置効率も向上させることができる。

次に、本発明の実施の形態１に従う制御部２における障害物検知の方式について説明する。

図８は、本発明の実施の形態１に従う障害物検知範囲５を複数のセンサブロックに分割した場合を説明する概念図である。

図８に示されるように、本例においては、一例として６つのセンサブロックＳＰに分割した場合が示されている。センサブロックＳＰ１〜ＳＰ６が示されており、各センサブロックに対して上述した対象物までの距離を測定する。

図９は、本発明の実施の形態１に従う制御部２における障害物検知を実行する場合のフローチャート図である。

図９を参照して、掃除機が動作し、清掃作業が開始（スタート）される（ステップＳ０）。次に制御部２は、センサに反応があるかどうかを判定する（ステップＳ１）。センサに反応がない場合にはステップＳ１を維持し続ける。

一方、センサに反応がある場合には、次にステップＳ２に進み、制御部２は障害物検知範囲５のすべてのセンサブロックＳＰにおいて反応があるかどうかを判定する。制御部２は、障害物検知範囲５のすべてのセンサブロックＳＰにおいて反応がある場合には、壁等の回避困難の障害物と認知する（ステップＳ３）。そして、制御部２は、駆動制御部９に対して掃除機の進行の停止を指示する（ステップＳ４）。

ステップＳ２において、障害物検知範囲５のすべてのセンサブロックＳＰにおいて反応がない場合にはステップＳ５に進む。ステップＳ５において、障害物検知範囲５の両端のセンサブロックＳＰにおいて共に反応があるかを判定する（ステップＳ５）。

ステップＳ５において、障害物検知範囲５の両端のセンサブロックＳＰにおいて共に反応がある場合には、ステップＳ３に進み、壁等の回避困難の障害物と認知し、上述したのと同様に制御部２は、進行の停止を指示する。

一方、ステップＳ５において、障害物検知範囲５の両端のセンサブロックＳＰにおいて共に反応がない場合には、両端のセンサブロックＳＰにおいて反応のない方向に対して回避可能な障害物と認知する（ステップＳ６）。そして、制御部２は、反応のない方向に対して回避運動を開始するように駆動制御部９に指示する（ステップＳ７）。なお、回避運動は、図示しない記憶部に予め記憶されたプログラムにしたがって運動する。たとえば、障害物検知範囲５内のすべてにおいて、反応がなくなるまで移動するようにプログラムすることができる。

図１０は、障害物検知範囲５のすべてのセンサブロックＳＰにおいて反応がある場合を説明する図である。

図１０に示されるようにこの場合、制御部２は、壁等の回避困難の障害物と認知し（ステップＳ３）、掃除機の進行の停止を指示する（ステップＳ４）。

図１１は、障害物検知範囲５のすべてのセンサブロックＳＰにおいて反応がない場合を説明する図である。

図１１に示されるようにこの場合、障害物検知範囲５の両端のセンサブロックＳＰにおいて共に反応があるかを判定する（ステップＳ５）。この場合、センサブロックＳＰ６には反応がないため、センサブロックＳＰ６の方向に対して回避可能な障害物と認知する（ステップＳ６）。そして、制御部２は、センサブロックＳＰ６の方向に対して回避運動の開始を駆動制御部９に対して指示する（ステップＳ７）。

本発明に従う障害物検知の方式により、単一のパッシブセンサを用いて壁等の回避困難な障害物か回避可能な障害物か否かの障害物の形状を判定することができる。

（実施の形態１の変形例）
上記においては、センサ３を用いて、進行方向の正面の障害物等を検知する方式について説明した。本実施の形態１の変形例においては、進行方向の側面の障害物たとえば進行方向に対して平行して設けられている壁等を検知することが可能な障害物検知の方式について説明する。

図１２は、本発明の実施の形態１の変形例に従う自動走行式掃除機の概略図である。

図１２を参照して、図１で説明した本発明の実施の形態１に従う掃除機の構成と比較して異なる点は、センサ３を本体の側面方向に移動した点である。その他の点は、同様であるのでその詳細な説明は繰り返さない。

図１３は、本発明の実施の形態１の変形例に従う自動走行式掃除機のセンサ３の障害物検知範囲５を説明する概念図である。

図１３に示されるように、障害物検知範囲５は、自動走行式掃除機の本体幅すなわち本体の進行領域側よりも内側のセンサブロック５ａと、本体の進行領域側よりも外側のセンサブロック５ｂとに分割されている。

本発明の実施の形態１の変形例においては、センサブロック５ａを用いて掃除機の進行方向正面の障害物を検知するとともに、センサブロック５ｂを用いて掃除機の本体幅よりも外側の側面方向の壁等の障害物を検知する。

図１４は、本発明の実施の形態１の変形例に従う制御部２における障害物検知を実行する場合のフローチャート図である。

上述したように掃除機が動作し、清掃作業が開始（スタート）される（ステップＳ３０）。次に、制御部２は、障害物検知範囲５のセンサブロック５ｂに反応があるかを判定する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１において、センサブロック５ｂに反応がない場合にはステップＳ３１にとどまる。ステップＳ３１において、センサブロック５ｂに反応がある場合には、センサに反応する対象物との距離が所定期間において変化したか判定する（ステップＳ３２）。

ステップＳ３２において、センサブロック５ｂに反応する対象物との距離が所定期間において変化しない場合には、壁に対して併進していると認知する（ステップＳ３３）。掃除機は、進行を続行する（ステップＳ３４）。すなわち、制御部２は駆動制御部９に対して進行の停止を指示しない。そして、最初のステップＳ３１に戻る。

一方、ステップＳ３２において、センサブロック５ｂに反応する対象物との距離が所定期間において変化する場合には、センサに反応する対象物との距離が短くなったかを判定する（ステップＳ３５）。

ステップＳ３５において、センサに反応する対象物との距離が短くなった場合には壁との距離が近づいていると認知する（ステップＳ３６）。そして、制御部２は、駆動制御部９に対して掃除機の進行の停止を指示する（ステップＳ３７）。

一方、ステップＳ３５において、センサに反応する対象物との距離が短くなっていない場合、すなわち長くなった場合には、壁との距離が離れていると認知する（ステップＳ３８）。そして、上記で説明したステップＳ３４に進む。

図１５は、図１４で説明したフローチャート図を用いて側面方向の壁を検知する場合を説明する概念図である。

図１５（ａ）は、掃除機が壁に対して併進している場合を説明する図である。

この場合、図１４のフローチャート図におけるステップＳ３１において、障害物検知範囲５のセンサブロック５ｂに反応があるため、次のステップに進み、センサに反応する対象物との距離が所定期間において変化したかを判定する（ステップＳ３２）。この場合、対象物との距離は所定期間において変化しないため、壁に対して併進していると認知する（ステップＳ３３）。そしてステップＳ３４に進み、最初のステップＳ３１に戻る。

図１５（ｂ）は、掃除機と壁との距離が近づいている場合を説明する図である。

この場合、図１４のフローチャート図における上述したステップＳ３１、ステップＳ３２に進み、センサに反応する対象物との距離が所定期間において変化したかを判定する。ステップＳ３２において、センサに反応する対象物との距離が所定期間において変化するため次のステップＳ３５に進み、センサに反応する対象物との距離が短くなったかを判定する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５において、センサに反応する対象物との距離が短くなっているため壁との距離が近づいていると認知する（ステップＳ３６）。そしてステップ３７に進み、制御部２は、駆動制御部９に対して掃除機の進行の停止を指示する。

図１５（ｃ）は、掃除機と壁との距離が離れていく場合を説明する図である。

この場合、図１４のフローチャート図における上述したステップＳ３１、ステップＳ３２に進み、センサに反応する対象物との距離が変化したかを判定する。ステップＳ３２において、センサに反応する対象物との距離が所定期間において変化するため次のステップＳ３５に進み、センサに反応する対象物との距離が短くなったかを判定する（ステップＳ３５）。ステップＳ３５において、センサに反応する対象物との距離が短くなっていないすなわち長くなっているためステップＳ３８に進み、壁との距離が離れていると認知する（ステップＳ３８）。そして、上述したようにステップＳ３４に進み掃除機の進行を続行する。

したがって、本発明の実施の形態１の変形例に従う障害物検知の方式により、障害物検知範囲５のセンサブロック５ｂを用いて併進する壁、近づいてくる壁、離れていく壁を判別することができる。

また、障害物検知範囲５のセンサブロック５ａを用いて、掃除機の進行方向側の障害物の検出を実行することができる。すなわち、従来では、進行方向側、側面方向側の障害物を検出する際それぞれに対してセンサを配置する必要があるが本実施の形態１の変形例の構成により単一のパッシブセンサを用いることによりその検出が可能であり、コストが低減されると共に設置効率も向上させることができる。

（実施の形態２）
上記の実施の形態１においては、進行方向側にある障害物および併進する壁等を検知する場合について説明した。本発明の実施の形態２においては、進行方向側にある段差および障害物を検出することが可能な障害物検知の方式について説明する。

図１６は、本発明の実施の形態２に従う自動走行式掃除機の概略図である。

図１６を参照して、本例においては、センサ３を、進行方向領域の被掃除面を検知するように下向きに配置する。具体的には、センサ３は、横向きであり、かつ水平面上の進行方向から所定角度の俯角αを有するように配置している。

図１７は、本発明の実施の形態２に従う段差等の障害物を検出するための障害物検知の方式を説明するフローチャート図である。

図１７を参照して、上述したように掃除機が動作し、清掃作業が開始（スタート）される（ステップＳ１０）。次に、制御部２は、センサ３に反応する対象物ここでは被掃除面との距離が所定距離から変化したかを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において、センサ３に反応する対象物との距離が所定距離から変化しない場合には、ステップＳ１１にとどまる。

一方、ステップＳ１１において、センサ３に反応する対象物との距離が所定距離から変化した場合には、次のステップに進み、センサに反応する対象物との距離が長くなったかを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２において、センサに反応する対象物との距離が長くなった場合には段差ありと認知する（ステップＳ１３）。そして、制御部２は、駆動制御部９に対して掃除機の進行の停止を指示する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１２において、センサに反応する対象物との距離が長くなっていない場合すなわち短くなった場合には障害物ありと認知する（ステップＳ１５）。次に、制御部２は駆動制御部９に対して進行の停止を指示する（ステップＳ１６）。

図１８は、図１７で説明したフローチャート図に基づいて段差等の障害物を検知する場合を説明する図である。

図１８（ａ）は、センサ３が下向きに取付けられ、被掃除面に対する距離を測定している概念図である。したがって、通常時においては、センサ３から被掃除面に対する距離は所定距離であり変化しない。

図１８（ｂ）は、進行方向側に障害物である段差がある場合を説明する図である。

本例においては、図１７のフローチャート図を用いて、ステップＳ１１において、センサ３に反応する対象物との距離が所定距離から変化する。そして、次のステップに進み、センサに反応する対象物との距離が長くなったかを判定する（ステップＳ１２）。本例においては、図示されるようにセンサに反応する対象物との距離が長くなるため、ステップＳ１３に進み、段差ありと認知する（ステップＳ１３）。そして、制御部２は、駆動制御部９に対して掃除機の進行の停止を指示する（ステップＳ１４）。

図１８（ｃ）は、進行方向側に障害物がある場合を説明する図である。

本例においては、図１７のフローチャート図を用いて、ステップＳ１１において、センサ３に反応する対象物との距離が所定距離から変化する。そして、次のステップに進み、センサに反応する対象物との距離が長くなったかを判定する（ステップＳ１２）。本例においては、図示されるようにセンサに反応する対象物との距離が長くならなかった場合すなわち短くなった場合であるため、ステップＳ１５に進み障害物ありと認知する。そして、制御部２は、駆動制御部９に対して掃除機の進行の停止を指示する（ステップＳ１６）。

したがって、本発明の実施の形態２に従う障害物検知の方式により、進行方向側にある段差および障害物を検出することができる。特に、本発明の実施の形態２に従う障害物検知は、所定の視野角を有するパッシブセンサを用いるため広範囲な障害物検知が可能である。

（実施の形態３）
上記の実施の形態２においては、被掃除面における段差等の障害物検知の方式について説明した。本発明の実施の形態３においては、掃除機の本体上部の障害物を検知する方式について説明する。

図１９は、本発明の実施の形態３に従う自動走行式掃除機の概念図である。

図１９を参照して、センサ３は、縦向きに自動走行式掃除機の進行方向側前面の上部に配置し、掃除機本体の高さよりも上部の領域でありかつ縦方向の対象物を検知することができるように配置している。

図２０は、図１９におけるセンサ３における障害物検知範囲５を説明する概念図である。

図２０においては、障害物検知範囲５は、掃除機本体の最大の高さよりも上部の領域を検知するセンサブロック５ｃと、残りの下部の領域を検知する５ｄとに分割される。

図２１は、本発明の実施の形態３に従う掃除機の本体上部の障害物検知の方式について説明するフローチャート図である。

図２１を参照して、上述したように掃除機が動作し、清掃作業が開始（スタート）される（ステップＳ２０）。次に、制御部２は、障害物検知範囲５のセンサブロック５ｃにおいて反応があるかを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１において、障害物検知範囲５のセンサブロック５ｃにおいて反応がある場合には、上部領域に障害物ありと認知する（ステップＳ２１ａ）。次に、障害物検知範囲５のセンサブロック５ｄにおいて反応があるかを判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２において、障害物検知範囲５のセンサブロック５ｄにおいて反応がある場合には通行不能な障害物と認知する（ステップＳ２３）。そして制御部２は、駆動制御部９に対して掃除機の進行の停止を指示する（ステップＳ２４）。

一方、ステップＳ２２において、障害物検知範囲５のセンサブロック５ｄにおいて反応がない場合には通行可能な障害物と認知する（ステップＳ２５）。そして、進行を続行する（ステップＳ２６）。

図２２は、図２１で説明したフローチャート図に基づいて本発明の実施の形態３に従う自動走行式掃除機が上部領域の障害物の検知方式について説明する図である。

図２２（ａ）は、本発明の実施の形態３に従う自動走行式掃除機にセンサ３が配置され、進行方向および上部領域に対して距離を測定している概念図である。具体的には、上述したように、センサブロック５ｃを用いて、本体の最大の高さよりも上部の領域を検知し、センサブロック５ｄを用いて、本体の最大の高さよりも下部の領域を検知する。

図２２（ｂ）は、前方に通行不可能な上部領域の障害物等がある場合を説明する図である。

図２１のフローチャート図を用いて、ステップＳ２１においてセンサブロック５ｃにおいて反応があるため、上部領域に障害物ありと認知する（ステップＳ２１ａ）。次に、ステップＳ２２に進み、障害物検知範囲５のセンサブロック５ｄにおいて反応があるかを判定する。本例においては障害物検知範囲５のセンサブロック５ｄにおいて反応があるため通行不能な障害物と認知し（ステップＳ２３）、制御部２は、駆動制御部９に対して掃除機の進行の停止を指示する（ステップＳ２４）。

図２２（ｃ）は、前方に通行可能な上部領域の障害物等がある場合を説明する図である。

図２１のフローチャート図を用いて、ステップＳ２１においてセンサブロック５ｃにおいて反応があるため、上部領域に障害物ありと認知する（ステップＳ２１ａ）。次に、ステップＳ２２に進み、障害物検知範囲５のセンサブロック５ｄにおいて反応があるかを判定する。本例においては障害物検知範囲５のセンサブロック５ｄにおいて反応がないため通行可能な障害物と認知し（ステップＳ２５）、自動走行式掃除機は進行を続行する。

なお、上記においては、上部の領域にある障害物を検知する場合について説明したが、障害物検知範囲のセンサブロック５ｄを用いて進行方向に対する障害物を検知することも可能である。

したがって、本発明の実施の形態３に従う自動走行式掃除機の障害物検知の方式により、掃除機本体の最大の高さよりも上部の領域にある障害物を検知して、通行可能か通行不能かどうかを判別することができ、効率的な清掃作業を実行することができる。

図２３は、図１９で説明した本発明の実施の形態３に従う自動走行式掃除機の他の構成である。

図２３を参照して、本例の掃除機の構成は、図１９の掃除機の構成と比較して、縦方向に配置したセンサ３を斜めに傾けて配置した点が異なる。その他の点は同様であるのでその詳細な説明は繰り返さない。

図２４は、図２３で説明したセンサ３における障害物検知範囲５を説明する概念図である。

図２４に示されるように本例においては、センサ３が縦方向ではなく斜めに傾けて配置しているため、障害物検知範囲５は本体の高さ方向の範囲のみならず本体の横幅の方向に対しても視野角を有するすなわち検知可能となる。

したがって、図２１のフローチャート図に従う検知方式を実行する際、図１９で説明した掃除機よりも本体の横幅の方向に対する検知が可能となり、横幅方向に対してより広範囲に上部領域に対する検知が可能となる。

（実施の形態３の変形例）
図２５は、本発明の実施の形態３の変形例に従う自動走行式掃除機の概略構成図である。

図２５を参照して、本発明の実施の形態３の変形例に従う掃除機は、図１９で説明した掃除機と比較して、センサ３を進行方向前面の下部に設けた点が異なる。具体的には、センサ３を縦向きに配置している。

図２６は、図２５に示される本発明の実施の形態３の変形例に従う障害物検知範囲５を説明する概念図である。

図２６を参照して、本例においては、障害物検知範囲５は、進行方向側を検知するセンサブロック５ｅと、被掃除面４を検知するセンサブロック５ｆとに分割されている。

このセンサブロック５ｆに対して、図１７で説明したフローチャート図に従う検知方式を適用することにより、被掃除面４状の段差判別等を検知することが可能となる。

また、センサブロック５ｅを用いて、進行方向側にある障害物等を検知することが可能となる。

したがって、従来では、進行方向側、被掃除面方向側の障害物を検出する際それぞれに対してセンサを配置する必要があるが本実施の形態３の変形例の構成により単一のパッシブセンサを用いることによりその検出が可能であり、コストが低減されると共に設置効率も向上させることができる。

（実施の形態４）
上記の実施の形態１の変形例の構成においては、進行方向側と側面方向の併進する壁等を検知する方式について説明した。本実施の形態４においては、進行方向側の段差と側面方向の併進する壁等を検知する場合について説明する。

図２７は、本発明の実施の形態４に従う自動走行式掃除機の概念図である。

図２７を参照して、ここでは２つのセンサ３ａと３ｂとが進行方向側の前面の一端および他端側にそれぞれ設けられている。具体的には、センサ３ａは、前面の一端側に設けられ、水平面上の進行方向から所定角度の俯角を有しかつ、前面の他端側を見るように水平面上の進行方向から所定角度斜めにずれて横向きに配置している。センサ３ｂは、前面の他端側に設けられ、水平面上の進行方向から所定角度の俯角を有しかつ、前面の一端側を見るように水平面上の進行方向から所定角度斜めにずれて横向きに配置している。さらに２つのセンサ３ａと３ｂとは本体上部から見て視野方向が互いに交差するように配置している。

図２８は、図２７におけるセンサ３ａが検知する障害物検知範囲５を説明する概念図である。

図２８に示されるように、障害物検知範囲５は、掃除機本体の内側の領域でありかつ被掃除面を検知するセンサブロック５ａと、掃除機本体の外側の領域を検知するセンサブロック５ｂとに分割された構成が示されている。したがって、センサブロック５ａにおいて、図１７で説明した段差等の障害物を検知する方式を適用し、センサブロック５ｂに対して、図１４で説明した併進する壁等の側面方向の障害物を検知する方式を適用する。

従来では、被掃除面方向側の段差等の障害物および側面方向側の併進する壁等を検出する際それぞれに対してセンサを配置する必要があるが本実施の形態４に従う自動走行式掃除機の構成により単一のパッシブセンサを用いることによりその検出が可能であり、コストが低減されると共に設置効率も向上させることができる。

また、本実施の形態４に従うセンサ３ａは、前面の一端側に設けられ、水平面上の進行方向から所定角度の俯角を有しかつ、前面の他端側を見るように配置している。これは、一般的にセンサは、至近距離に対するセンス反応が悪化する傾向にある。したがって、本構成にすることにより、センサ３ａから障害物検知範囲までには十分な距離を確保することができ、十分な精度で検知することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１に従う自動走行式掃除機の概略図である。 本発明の実施の形態１に従う掃除機の機構を説明する概念図である。 本発明の実施の形態に従うセンサ３の障害物検知範囲を説明する概念図である。 位相差検出に基づく測距を説明する図である。 センス領域ＲＡおよびＬＡにおいて、光電変換素子であるＣＣＤ素子によりＡ／Ｄ変換されたセンサ３の出力電圧を説明する図である。 位相差ΔＸの算出を説明する図である。 図６で説明した相関値とシフト量との関係を説明する図である。 本発明の実施の形態１に従う障害物検知範囲５を複数のセンサブロックに分割した場合を説明する概念図である。 本発明の実施の形態１に従う制御部２における障害物検知を実行する場合のフローチャート図である。 障害物検知範囲５のすべてのセンサブロックＳＰにおいて反応がある場合を説明する図である。 障害物検知範囲５のすべてのセンサブロックＳＰにおいて反応がない場合を説明する図である。 本発明の実施の形態１の変形例に従う自動走行式掃除機の概略図である。 本発明の実施の形態１の変形例に従う自動走行式掃除機のセンサ３の障害物検知範囲５を説明する概念図である。 本発明の実施の形態１の変形例に従う制御部２における障害物検知を実行する場合のフローチャート図である。 図１４で説明したフローチャート図を用いて側面方向の壁を検知する場合を説明する概念図である。 本発明の実施の形態２に従う自動走行式掃除機の概略図である。 本発明の実施の形態２に従う段差等の障害物を検出するための障害物検知の方式を説明するフローチャート図である。 図１７で説明したフローチャート図に基づいて段差等の障害物を検知する場合を説明する図である。 本発明の実施の形態３に従う自動走行式掃除機の概念図である。 図１９におけるセンサ３における障害物検知範囲５を説明する概念図である。 本発明の実施の形態３に従う掃除機の本体上部の障害物検知の方式について説明するフローチャート図である。 図２１で説明したフローチャート図に基づいて本発明の実施の形態３に従う自動走行式掃除機が上部領域の障害物の検知方式について説明する図である。 図１９で説明した本発明の実施の形態３に従う自動走行式掃除機の他の構成である。 図２３で説明したセンサ３における障害物検知範囲５を説明する概念図である。 本発明の実施の形態３の変形例に従う自動走行式掃除機の概略構成図である。 図２５に示される本発明の実施の形態３の変形例に従う障害物検知範囲５を説明する概念図である。 本発明の実施の形態４に従う自動走行式掃除機の概念図である。 図２７におけるセンサ３ａが検知する障害物検知範囲５を説明する概念図である。

符号の説明

１ 自動走行式掃除機本体、２ａ，２ｂ 車輪、３，３ａ，３ｂ パッシブセンサ、４ 被掃除面、５ 障害物検知範囲、５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ，５ｆ，ＳＰ１〜ＳＰ６ センサブロック、６ 吸込口、７ 吸引部、８ センサ部、９ 駆動制御部。

Claims (18)

1. 所望の方向に対して本体を移動するための駆動部と、
   所定の視野角で一定距離内の対象物の反射光を受光し、受光する前記対象物の反射光の位相差に基づいて前記対象物との距離を測定するためのセンサと、
   前記センサの測定結果に基づいて、前記対象物との距離を算出し、前記駆動手段を制御するための制御部とを備え、
   前記センサは、前記反射光の受光量を測定する第１および第２のセル領域を有し、
   前記制御部は、第１のセル領域で得られた測定結果と第２のセル領域で得られた測定結果との相対的な差に基づいて前記対象物との距離を算出し、
   前記センサは、前記所定の視野角により進行方向に垂直な面に対して横方向の対象物を測定するように配置され、
   前記センサの前記所定の視野角を有する障害物検知範囲は、前記横方向に沿って複数の領域に分割され、
   前記制御部は、各前記領域毎に前記対象物との距離を測定し、前記センサの障害物検知範囲における全ての領域において、前記対象物との距離が所定距離以下となった場合には、前記駆動部に対して停止を指示し、
   前記センサは、ライン状に配列される複数のＣＣＤ素子を有する、自動走行式掃除機。
2. 所望の方向に対して本体を移動するための駆動部と、
   所定の視野角で一定距離内の対象物の反射光を受光し、受光する前記対象物の反射光の位相差に基づいて前記対象物との距離を測定するためのセンサと、
   前記センサの測定結果に基づいて、前記対象物との距離を算出し、前記駆動手段を制御するための制御部とを備える、自動走行式掃除機。
3. 前記センサは、前記反射光の受光量を測定する第１および第２のセル領域を有し、
   前記制御部は、第１のセル領域で得られた測定結果と第２のセル領域で得られた測定結果との相対的な差に基づいて前記対象物との距離を算出する、請求項２記載の自動走行式掃除機。
4. 前記センサは、前記所定の視野角により進行方向に垂直な面に対して横方向の対象物を測定するように配置され、
   前記センサの前記所定の視野角を有する障害物検知範囲は、前記横方向に沿って複数の領域に分割され、
   前記制御部は、各前記領域毎に前記対象物との距離を測定し、前記センサの障害物検知範囲における全ての領域において、前記対象物との距離が所定距離以下となった場合には、前記駆動部に対して停止を指示する、請求項２記載の自動走行式掃除機。
5. 前記センサは、前記所定の視野角により進行方向に垂直な面に対して横方向の対象物を測定するように配置され、
   前記センサの前記所定の視野角を有する障害物検知範囲は、前記横方向に沿って複数の領域に分割され、
   前記制御部は、各前記領域毎に前記対象物との距離を測定し、前記センサの障害物検知範囲における両端の領域において、前記対象物との距離が所定距離以下となった場合には、前記駆動部に対して停止を指示し、前記少なくとも一方の領域において、前記対象物との距離が所定距離以下となった場合には、前記駆動部に対して前記他方の領域側への回避運動を開始するよう指示する、請求項２記載の自動走行式掃除機。
6. 前記センサは、ライン状に配列される複数のＣＣＤ素子を有する、請求項２記載の自動走行式掃除機。
7. 前記センサは、前記所定の視野角により進行方向に垂直な面に対して横方向の対象物を測定するように配置され、
   前記センサの前記所定の視野角を有する障害物検知範囲は、本体の進行領域側である第１の領域と、外側領域側である第２の領域とに分割され、
   前記制御部は、前記第２の領域における対象物との距離を測定し、前記第２の領域における対象物との距離が所定期間において変化した場合には、前記第２の領域における対象物との距離が短くなった場合に前記駆動部に対して停止を指示する、請求項２記載の自動走行式掃除機。
8. 前記制御部は、前記第１の領域における対象物との距離を測定し、前記第１の領域における対象物との距離が所定距離以下となる場合には、前記駆動部に対して停止を指示する、請求項７記載の自動走行式掃除機。
9. 前記センサは、前記所定の視野角により進行方向領域の被掃除面との距離を測定するように配置され、
   前記制御部は、前記進行方向領域の被掃除面との距離を測定し、前記被掃除面との距離が一定距離から変化した場合には、前記駆動部に対して停止を指示する、請求項２記載の自動走行式掃除機。
10. 前記制御部は、前記対象物との距離が前記一定距離から長くなった場合には、段差があると判別する、請求項９記載の自動走行式掃除機。
11. 前記制御部は、前記対象物との距離が前記一定距離から短くなった場合には、障害物があると判別する、請求項９記載の自動走行式掃除機。
12. 前記センサは、前記所定の視野角により本体の進行領域側の被掃除面および本体の外側領域側の対象物を測定するように配置され、
    前記センサの前記所定の視野角を有する障害物検知範囲は、本体の進行領域側である第１の領域と、外側領域側である第２の領域とに分割され、
    前記制御部は、前記第２の領域における対象物との距離を測定し、前記第２の領域における対象物との距離が所定期間において変化した場合には、前記第２の領域における対象物との距離が短くなった場合に前記駆動部に対して停止を指示する、請求項２記載の自動走行式掃除機。
13. 前記制御部は、前記第１の領域における被掃除面との距離を測定し、前記被掃除面との距離が変化した場合には、前記駆動部に対して停止を指示する、請求項１２記載の自動走行式掃除機。
14. 前記センサは、本体横方向の一端側に設けられ、水平面上の進行方向から所定角度の俯角を有しかつ、本体横方向の他端側を見るように水平面上の進行方向から所定角度斜めにずれて横向きに配置される、請求項１２記載の自動走行式掃除機。
15. 前記センサは、前記所定の視野角により進行方向に垂直な面に対して縦方向の対象物を測定するように配置され、
    前記センサの前記所定の視野角を有する障害物検知範囲は、本体の縦方向の最大の高さよりも上側領域を検知する第１の領域と、本体の縦方向の最大の高さよりも下側領域を検知する第２の領域とに分割され、
    前記制御部は、各前記第１および第２の領域毎に前記対象物との距離を測定し、前記センサの障害物検知範囲における前記第１の領域において前記対象物との距離が所定距離以下であり、かつ前記第２の領域において前記対象物との距離が所定距離以下の場合に前記駆動部に対して停止を指示し、前記第１の領域において、前記対象物との距離が所定距離以下であり、かつ前記第２の領域において前記対象物との距離が所定距離以下でない場合には、前記駆動部に対して停止を指示しない、請求項２記載の自動走行式掃除機。
16. 前記センサは、前記所定の視野角により進行方向に垂直な面に対して縦方向および横方向の対象物を測定するように斜め向きに配置され、
    前記センサの前記所定の視野角を有する障害物検知範囲は、本体の縦方向の最大の高さよりも上側領域を検知する第１の領域と、本体の縦方向の最大の高さよりも下側領域を検知する第２の領域とに分割され、
    前記制御部は、各前記第１および第２の領域毎に前記対象物との距離を測定し、前記センサの障害物検知範囲における前記第１の領域において前記対象物との距離が所定距離以下であり、かつ前記第２の領域において前記対象物との距離が所定距離以下の場合に前記駆動部に対して停止を指示し、前記第１の領域において、前記対象物との距離が所定距離以下であり、かつ前記第２の領域において前記対象物との距離が所定距離以下でない場合には、前記駆動部に対して停止を指示しない、請求項２記載の自動走行式掃除機。
17. 前記センサは、前記所定の視野角により本体の進行領域の被掃除面および進行方向の対象物を測定するように配置され、
    前記センサの前記所定の視野角を有する障害物検知範囲は、本体の進行方向側である第１の領域と、本体の進行領域の被掃除面側である第２の領域とに分割され、
    前記制御部は、前記第２の領域における被掃除面との距離を測定し、前記被掃除面との距離が変化した場合には、前記駆動部に対して停止を指示する、請求項２記載の自動走行式掃除機。
18. 前記制御部は、前記第１の領域における進行方向側の対象物との距離を測定し、前記第１の領域における対象物との距離が所定距離以下となる場合には、前記駆動部に対して停止を指示する、請求項１７記載の自動走行式掃除機。

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