JP2005211494A - 自走式掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】 単一のセンサを用いた簡素な構造で、衝突方向を検出できる自走式掃除機を提供する。
【解決手段】 本体１の前方側側面には、本体１の正面を略中心にして、本体１の側面方向に所定長さのバンパ２が設置されている。このバンパ２は側面を覆う側面部と、本体上面を部分的に覆う上面部と、本体下面を部分的に覆う下面部とからなる。また、このバンパ２は略中心でバネ等からなる支持部材３で支持され、本体１の側面に固定されている。さらに、バンパ２の前記上面部の本体１側には加速度センサ４が固定されており、この加速度センサ４は本体１内の制御部に電気的に接続されている。バンパ２が障害物に衝突するとバンパ２は変位するが支持部材３により衝撃が抑制され本体１が保護される。また、バンパ２が変位することにより加速度センサ４で衝突に応じた加速度が検出される。
【選択図】 図２

Description

この発明は、自動で走行しながら掃除を行う自走式掃除機、特に自走式掃除機の衝突検出機構に関するものである。

従来、自走式掃除機は、床面上のゴミを吸い込むノズル、床面上のゴミをはね上げるブラシ、吸い込んだゴミを収容する集塵室、集塵室にゴミを導くための掃引ファンを有する清掃部と、走行輪、走行輪を駆動するモータを有する走行部とを備える。そして、自走式掃除機は、走行部を制御することで指定された清掃領域内を予め設定されている走行経路に沿って本体を走行させながら、清掃部を制御して床面を清掃する。

このような自走式掃除機には、清掃領域内に存在する家具等の障害物を回避して走行するため、接触型センサや非接触型センサを備えており、これらセンサの検出結果に応じて走行経路を変更している。

接触型センサは掃除機自体が障害物に衝突することにより障害物を検知するものであり、非接触型センサは障害物と掃除機本体との距離を測定し、衝突前に掃除機本体の走行経路を変更することで衝突を回避するものである。

しかしながら、非接触型センサは赤外線光や超音波を利用するため、正確に観測を行うには複雑な制御を必要としてしまう。さらには、汎用の非接触型センサはあまり精度が高くなく、正確に障害物を検出することが難しい。また高精度のセンサを用いると、部品コストが増加してしまう。

このため、各種の接触型センサを用いた自走式掃除機が考案されており、基本的な接触型センサの構造としては、本体に取り付けられたバンパが障害物に接触することにより変形および変位することを利用している。そして、従来の接触型センサは、このバンパの変形および変位を利用し、スイッチをＯＮ／ＯＦＦさせるスイッチセンサや、圧力を観測する圧力センサや、特定方向に加わる力を観測する力学センサが考案されている（例えば、特許文献１〜５参照。）。
特開２００１−２５８８０６公報 特開昭６３−９４１３号公報 特開２００３−２８０７４０公報 特開平１１−１７８７６４号公報 特開２００３−１１４７１９公報

ところが、従来の各接触型スイッチでは、１つのスイッチに対して基本的に１方向の衝突しか正確に検出することができない。すなわち、前記スイッチセンサ、圧力センサ、力学センサはスイッチ作動方向に変位、圧力、および力が生じた場合にのみ衝突検出が可能となる。このため、衝突を検出したい方向に対してそれぞれ１つづつスイッチが必要となるため、構造が複雑になり大型化してしまうとともに、コストが増加してしまう。

この発明の目的は、単一のセンサを用いた簡素な構造でありながら衝突の方向を検出することができる自走式掃除機を提供することにある。

この発明は、所定領域内のゴミを取り込み収容する清掃手段と、本体を所定方向に走行させる走行手段と、本体の衝突を検出する衝突検出手段と、該衝突検出手段からの検出信号に基づき走行手段を制御して本体の走行方向を変更させる制御手段とを備えた自走式掃除機において、衝突検出手段を、本体に設置されたバンパと、該バンパを支持する支持手段と、バンパの動きに基づいて衝突検出信号を出力する加速度センサとから構成することを特徴としている。

この構成では、バンパの動きに応じて加速度センサに力が加わる。加速度センサは加えられた力に応じて３次元の加速度データを検出する。この加速度データは加速度センサが設置された面に対して平行方向の成分と垂直方向の成分であるので、バンパの３次元の動きを単一のセンサで検出する。バンパが障害物に衝突し変位または変形すると、この動きが加速度センサに伝達され、加速度センサは加速度データを出力する。制御手段はこの加速度データの各方向成分を演算することにより、障害物の衝突方向を取得する。このように取得した衝突方向に基づき、制御手段は障害物の位置を取得し、該障害物を回避するように走行経路を補正し、この補正した走行経路に従って走行手段を制御して本体を走行させる。

また、この発明の自走式掃除機は加速度センサをバンパに設置することを特徴としている。

この構成では、バンパが障害物に衝突すると、この衝突によるバンパの変位や変形の力が直接加速度センサで観測される。

また、この発明の自走式掃除機は、バンパを、少なくとも本体の前面を覆う形状に形成することを特徴としている。

この構成では、通常障害物が衝突し易い本体前面にバンパが配置され、このバンパに加速度センサが設置されていることで、衝突の大部分を占める前面側からの衝突を検出することが可能になる。

また、この発明の自走式掃除機は、バンパを本体の全周面を覆う形状に形成することを特徴としている。

この構成では、バンパが本体の全周面を覆い、このバンパに加速度センサが設置されていることで、本体のどの方向からの衝突についても検出することが可能になる。

また、この発明の自走式掃除機は、支持手段を本体の正面中心を支点として回動可能に取り付けるとともに、この支持手段に加速度センサを設置することを特徴としている。

この構成では、バンパが障害物に衝突すると、支持手段がバンパとともに衝突した方向に応じて回動する。支持手段には加速度センサが設置されているので、加速度センサは衝突の回動に応じた加速度データを出力する。制御手段はこの加速度データに基づき衝突方向を算出する。

また、この発明の自走式掃除機は、バンパを本体正面からの衝突に対応する正面バンパと、本体正面以外からの衝突に対応する非正面バンパとから構成し、非正面バンパと正面バンパとを本体側から順に支持手段に接続することを特徴としている。

この構成では、正面から障害物に衝突した場合には正面バンパが変位し、この変位に応じた力が支持手段に伝搬される。支持手段に設置された加速度センサはこの伝搬された力に応じた加速度データを出力する。一方、正面以外から障害物に衝突した場合には非正面バンパが支持手段とともに回動する。支持手段に設置された加速度センサはこの回動に応じた加速度データを出力する。

また、この発明の自走式掃除機は、バンパを本体の周囲をそれぞれ部分的に覆う複数のバンパ部材で構成し、該複数のバンパ部材のそれぞれに接続された複数の支持手段と、該複数の支持手段の全てに接続し、加速度センサが設置された台と、該台を本体に対して変位可能に設置する台設置手段とを備えたことを特徴としている。

この構成では、複数のバンパ部材のいずれかに障害物が衝突して変形、変位すると、加速度センサが設置された台に、この変形、変位に基づく力が伝搬されて台が変位する。このように、衝突したバンパ部材に応じて台の変位方向が変化するので、台上の加速度センサはこの変位を検出して、加速度データを出力する。

この発明によれば、加速度センサ単体で本体の衝突方向を検出することができるので、衝突した場合に走行方向を変更可能な自走式掃除機を簡素な構造で実現することができる。

また、この発明によれば、加速度センサをバンパに直接設置することにより、衝突方向をさらに正確に検出する自走式掃除機を構成することができる。

また、この発明によれば、バンパを本体前面に設置することで、大半の衝突を検出する自走式掃除機をさらに簡素な構造で実現することができる。

また、この発明によれば、バンパを本体の全周囲に設置することで、全ての方位からの衝突を検出する自走式掃除機を簡素な構造で実現することができる。

また、この発明によれば、支持手段を本体の正面中心を支点として回動可能に取り付けるとともに、この支持手段に加速度センサを設置することで、前方方向の所定角範囲からの衝突を検出する自走式掃除機を簡素な構造で実現できる。

また、この発明によれば、バンパを本体正面からの衝突に対応する正面バンパと、本体正面以外からの衝突に対応する非正面バンパとから構成し、非正面バンパと正面バンパとを本体側から順に支持手段に接続することで、正面方向および前方方向の所定角範囲からの衝突を検出する自走式掃除機を簡素な構造で実現できる。

また、この発明によれば、バンパを複数のバンパ部材で構成することにより、バンパ部材が配置された範囲内の衝突を正確に検出する自走式掃除機を簡素な構造で実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係る自走式掃除機について図１、図２を参照して説明する。

図１は本実施形態に係る自走式掃除機の制御ブロックを示すブロック図である。

図１に示すように、自走式掃除機は、本体を所定方向に走行させる走行部１１と、清掃領域の清掃を行う清掃部１２と、これら走行部１１および清掃部１２を制御する制御部１０とを備える。

走行部１１は、本体下部後方の左右に備えられた１組の駆動輪と、本体下部前方の略中央に備えられた従動輪と、各駆動輪をそれぞれ個別に回転させる１組の駆動モータとからなり、駆動モータが制御部１０に電気的に接続されている。

清掃部１２は、本体下部に備えられ、床面上のゴミを吸い込むノズルと、該ノズル内に配置され床面上のゴミをノズル内にはね上げる円筒形状のブラシと、吸い込まれたゴミを収容する集塵室と、ノズルと集塵室とを繋ぐゴミ搬送管と、集塵室に備えられた掃引ファンとを備え、掃引ファンおよびブラシが制御部１０に電気的に接続されている。

制御部１０は掃除機全体の動作制御を行っており、ユーザからの清掃開始命令が入力されたり清掃開始時刻を検出すると、走行部１１を制御して所定方向に本体を走行させる。具体的には、制御部１０がメモリ（図示せず）に記憶されている走行経路に沿って走行するように、駆動モータを駆動する。この際、駆動モータは左右の駆動輪にそれぞれ個別に設置されているので、これら駆動輪の回転方向および回転数を変化させることで本体を前後方に進行させたり、旋回させたりすることができる。これにより、本体を清掃領域内の任意の方向に移動させる。

また、この走行制御と同時に、制御部１０は清掃部１２を制御して床面上のゴミを吸い込み集塵室内に収容する。具体的には、床面に接するブラシを回転させて床面上のゴミを跳ね上げてノズル内に取り込み、掃引ファンによりノズル内に取り込んだゴミをゴミ搬送管介して集塵室内に堆積させる。

そして、予め設定された清掃領域内を全て清掃したことを検出すると、制御部１０は走行部１１を制御して走行を停止するとともに、清掃部１２を制御して清掃を停止する。ここで、清掃領域内の清掃完了は、例えば、予め清掃領域を複数の部分領域に分割して清掃状態を示すマッピングデータを作成して記憶しておき、全ての部分領域のマッピングデータが清掃終了を示すデータになった時点で検出される。

また、自走式掃除機の本体には、図２に示すようにバンパが設置されている。

図２（ａ）は本実施形態の自走式掃除機の概略構成を示す平面図であり、図２（ｂ）はその側面図、図２（ｃ）はその部分側面断面図である。

図２に示すように、本体１の前方側面から上下面にかけて正面を中心として側方方向に所定幅でバンパ２が設置されている。このバンパ２はバネ等で形成された支持部材３により本体１の正面略中央で固定されている。また、バンパ２は本体１の側面を覆う側面部と、本体１の上面を所定長さだけ覆う上面部と、本体１の下面側を所定長さだけ覆う下面部とからなり、バンパ２の上面部の略正面位置の本体１側に加速度センサ４が設置されている。この加速度センサ４は所定の配線が施され、前述の制御部１０に電気的に接続されている。これらバンパ２、支持部材３、加速度センサ４が本発明の「衝突検出手段」に相当する。

このような構造とすることで、自走式掃除機が走行中に正面側の所定範囲内で障害物に衝突する場合、バンパ２に障害物が衝突し、支持部材３に衝突による力が作用する。支持部材３はバネ等の弾性を有する物体で形成されているので、この衝突による衝撃を吸収する。このため、本体１には殆ど衝突による衝撃は加わらず、本体１の破損および故障を抑制することができる。また、障害物にバンパ２が衝突すると、バンパ２はこの衝突の反作用により変位する。バンパ２には加速度センサ４が設置されているので、加速度センサ４はこのバンパ２の変位により、通常走行時とは異なる加速度を観測し、この加速度に応じた、３次元の加速度データ（本発明の「衝突検出信号」に相当する。）が出力される。制御部１０はこの加速度データに基づき所定の演算を行うことでバンパ２が障害物と衝突したこと、すなわち、自走式掃除機が障害物に衝突したことを検出することができる。ここで、加速度センサ４はバンパ２の変位量、変位方向に応じた加速度データを取得することができるので、制御部１０は障害物との衝突の大きさと方向とを検出することができる。これにより、制御部１０は障害物の位置を検出して、この障害物を回避する経路で走行する制御を走行部１１に行う。

このような構成とすることで、走行中に衝突した障害物の位置を検出できる自走式掃除機を簡素な構造で実現することができる。さらに、障害物による衝突の影響を抑制する自走式掃除機を簡素な構造で実現することができる。

なお、本実施形態では、加速度センサ４をバンパ２の上面部内側に設置したが加速度センサ４は３次元の加速度データを取得することができるので、バンパ２のいずれの位置に設置しても前述の効果を得ることができる。

次に、第２の実施形態に係る自走式掃除機について図３を参照して説明する。

図３（ａ）は本実施形態に係る自走式掃除機の概略構成を示す平面図であり、図３（ｂ）はその側面図である。

図３に示す自走式掃除機は、本体１の構成は第１の実施形態に示した自走式掃除機と同じであり、走行制御、清掃制御についても第１の実施形態と同じ制御が行われる。そして、この実施形態に示す自走式掃除機は、バンパ２が本体１の全周および上面全域を覆う構造であり、支持部材３ａ〜３ｄが本体の側面４個所に取り付けられ、加速度センサ４がバンパ２の上面部の本体１側の略中央に設置されている。ここで、支持部材３ａ〜３ｄは本体１の全周を均等に４分割する位置で、例えば、正面中央、背面中央、左右側面中央にそれぞれ設置されている。

このような構成とすることで、自走式掃除機の全周囲のどの方向から障害物が衝突しても本体を保護するとともに、衝突方向、すなわち障害物の位置を検出することができる。

なお、本実施形態では本体上面を覆う形状のバンパを用いた、上面を完全に覆う形状ではなくてもよい。

次に、第３の実施形態に係る自走式掃除機について図４、図５を参照して説明する。

図４（ａ）は本実施形態に係る自走式掃除機の概略構成を示す平面図であり、図４（ｂ）はその前方側の部分側面断面図である。

図４に示す自走式掃除機についても本体１の構成は第１の実施形態に示した自走式掃除機と同じであり、走行制御、清掃制御についても第１の実施形態と同じ制御が行われる。そして、この実施形態に示す自走式掃除機は、本体１正面の側壁に所定幅（本体側面に双方向の長さ）で所定高さ（本体１の高さ方向の長さ）の凹部５を備え、該凹部５に遊合するバンパ２を備えている。バンパ２の略中央（本体正面に相当）で内側（凹部５内）には固定部２１が形成されており、この固定部２１が剛体からなる支持部材３の一方端に固定されている。支持部材３の他方端は本体１に対して正面方向を中心として回動可能に保持されている。また支持部材３の上面には加速度センサ４が設置されている。バンパ２の略中央（本体１の略正面）の外側には正面バンパ６がバネ等からなる支持部材７を介してバンパ２に設置されている。

このような構造の自走式掃除機では、図５に示すように外部からの衝撃を緩衝するとともに、衝突方向を検出する。

図５（ａ）は正面からの衝突を示す図であり、図５（ｂ）は左前方からの衝突を示す図であり、図５（ｃ）は右前方からの衝突を示す図である。

図５（ａ）に示すように、正面から障害物が衝突する場合、障害物は正面バンパ６に衝突する。正面バンパ６はバネからなる支持部材７により支持されているので、この支持部材７が衝突による衝撃を緩衝する。この際、衝撃が緩衝されたとしても、本体の走行速度は低くなるので、加速度センサ４はこの減速に応じた加速度を観測し、加速度データを制御部１０に出力する。制御部１０は入力された加速度データに基づき、通常の清掃走行時と異なる加速度データであることを検出して、自走式掃除機が障害物に正面から衝突したことを検出する。

次に、図５（ｂ）に示すように、左前方から障害物が衝突した場合、障害物はバンパ２の正面左側に衝突する。バンパ２は支持部材３を介し本体１に、正面方向を略中央として回動可能に設置されているので、左側に障害物が衝突することにより、上面から見て反時計回りに回動する。バンパ２が回動することで支持部材３も同様に反時計回りに回動し、支持部材３上に設置された加速度センサ４はこの回動に応じた加速度を観測し、制御部１０に加速度データを出力する。制御部１０はこの加速度データに基づき、自走式掃除機が障害物に左前方から衝突したことを検出する。

次に、図５（ｃ）に示すように、右前方から障害物が衝突した場合、障害物はバンパ２の正面右側に衝突する。バンパ２は右側に障害物が衝突することにより、上面から見て時計回りに回動する。バンパ２が回動することで支持部材３も同様に時計回りに回動し、支持部材３上に設置された加速度センサ４はこの回動に応じた加速度を観測し、制御部１０に加速度データを出力する。制御部１０はこの加速度データに基づき、自走式掃除機が障害物に左前方から衝突したことを検出する。

このように、本実施形態に係る構成を用いても前述の各実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、本実施形態では、本体前方のみにバンパを配置した構造を示したが、前述の構造を側方および後方等に設けてもよい。

次に、第４の実施形態に係る自走式掃除機について図６を参照して説明する。

図６（ａ）は本実施形態に係る自走式掃除機の概略構成を示す平面図であり、図６（ｂ）はその前方側の部分側面断面図である。

図６に示す自走式掃除機についても本体１の構成は第１の実施形態に示した自走式掃除機と同じであり、走行制御、清掃制御についても第１の実施形態と同じ制御が行われる。そして、この実施形態に示す自走式掃除機は、本体１の前方に正面を中心にそれぞれ所定幅（本体側面に沿う方向の長さ）で所定高さ（本体高さ方向の長さ）のバンパ２ａ〜２ｃが配列して配置されている。これらバンパ２ａ〜２ｃには、それぞれバネ等からなり、本体１の側壁に設けられた孔に挿通する支持部材３ａ〜３ｃが設置されており、支持部材３ａ〜３ｃのバンパ２ａ〜２ｃが設置された端部と対向する端部は本体１内の台８の側面に当接している。この台８は弾性体９を介して、前記制御部１０等が実装されているベース基板１００上に設置されている。また、この台８の上面には加速度センサ４が固定されている。

ここで、例えばバンパ２ａが障害物に衝突すると、バンパ２ａは支持部材３ａを介して台８を押す、台８はこの支持部材３ａから加わる力により変位する。ところが、台８は弾性体９上に設置されているので、台８が変位しても、この変位による力は弾性体９により減衰されてベース基板１００、すなわち本体１には殆ど伝達されない。これにより、衝突による衝撃から本体１および本体１内部の部品を保護することができる。一方、台８が変位することで、加速度センサ４には台８の変位量、変位速度、変位方向に応じた加速度を観測し加速度データを出力する。制御部１０はこの加速度データに基づき、自走式掃除機が障害物に衝突したことを検出する。なお、バンパ２ｂ，２ｃに障害物が衝突した場合についても同様の動作により、本体を衝突による衝撃から保護するとともに、衝突の方向、すなわち障害物の位置を検出することができる。

このような構成とすることにより、前述の各実施形態と同様の効果を奏することができる。

なお、本実施形態では、本体前方に３つバンパを備えた構造を示したが、必要な仕様に応じて、配置するバンパ数を設定すればよい。例えば、バンパ数を増加させ、前方領域をさらに詳細に区切れば、衝突方向をさらに正確に検出する自走式掃除機を構成することができる。また、本実施形態では本体前方のみにバンパおよび衝突検出機構を備えたが、側方や後方に同様の構造を設けてもよい。

第１の実施形態に係る自走式掃除機の制御ブロックを示すブロック図 第１の実施形態に係る自走式掃除機の概略構成を示す平面図、側面図および側面断面図 第２の本実施形態に係る自走式掃除機の概略構成を示す平面図およびその側面図 第３の実施形態に係る自走式掃除機の概略構成を示す平面図、およびその前方側の部分側面断面図 正面、左前方、右前方からの衝突を示す図 第４の実施形態に係る自走式掃除機の概略構成を示す平面図、およびその前方側の部分側面断面図

符号の説明

１−本体
２，２ａ〜２ｃ，６−バンパ
２１−固定部
３，３ａ〜３ｃ，７−支持部材
４−加速度センサ
５−凹部
８−台
９−弾性体
１００−ベース基板
１０−制御部
１１−走行部
１２−清掃部

Claims (8)

1. 所定領域内のゴミを取り込み収容する清掃手段と、本体を所定方向に走行させる走行手段と、本体の衝突を検出する衝突検出手段と、該衝突検出手段からの検出信号に基づき前記走行手段を制御して本体の走行方向を変更させる制御手段とを備えた自走式掃除機において、
   前記衝突検出手段は、
   少なくとも本体の前面を覆う形状に形成されたバンパと、
   該バンパを前記本体に対して支持するとともに、前記バンパの衝突による衝撃を緩衝する支持手段と、
   前記バンパに設置され、該バンパの動きに基づいて前記検出信号を出力する加速度センサとからなることを特徴とする自走式掃除機。
2. 所定領域内のゴミを取り込み収容する清掃手段と、本体を所定方向に走行させる走行手段と、本体の衝突を検出する衝突検出手段と、該衝突検出手段からの検出信号に基づき前記走行手段を制御して本体の走行方向を変更させる制御手段とを備えた自走式掃除機において、
   前記衝突検出手段は、本体に設置されたバンパと、該バンパを支持する支持手段と、前記バンパの動きに基づいて前記検出信号を出力する加速度センサとからなることを特徴とする自走式掃除機。
3. 前記加速度センサは前記バンパに設置されている請求項２に記載の自走式掃除機。
4. 前記バンパは、少なくとも本体の前面を覆う形状に形成されている請求項３に記載の自走式掃除機。
5. 前記バンパは、本体の全周面を覆う形状に形成されている請求項４に記載の自走式掃除機。
6. 前記支持手段は本体の正面中心を支点として回動可能に取り付けられるとともに、前記加速度センサが設置されている請求項２に記載の自走式掃除機。
7. 前記バンパは本体正面からの衝突に対応する正面バンパと、前記本体正面以外からの衝突に対応する非正面バンパとからなり、該非正面バンパと前記正面バンパとが前記本体側から順に前記支持手段に接続されている請求項６に記載の自走式掃除機。
8. 前記バンパは、本体の周囲をそれぞれ部分的に覆う複数のバンパ部材からなり、
   該複数のバンパ部材のそれぞれに接続された複数の支持手段と、
   該複数の支持手段の全てに接続し、前記加速度センサが設置された台と、
   該台を本体に対して変位可能に設置する台設置手段とを備える請求項２に記載の自走式掃除機。

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