JP2005224265A - 自走式掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】 衝突による本体の移動を検出し、衝突位置に容易に復帰する簡素な構造の自走式掃除機を提供する。
【解決手段】 本体１が通常の清掃走行中に移動物体が衝突すると、衝突による力により本体１が移動する。本体１に設置された加速度センサ１１は、この衝突による移動の加速度を検知し、加速度情報を制御部１０に出力する。制御部１０は入力された加速度情報を用いて本体１の衝突および移動を検出する。そして、制御部１０は、この加速度情報より移動距離、移動方向を算出して、衝突位置に復帰する復帰経路を算出する。復帰経路を設定した後、制御部１０は駆動モータ８Ｌ，８Ｒを駆動して、設定した復帰経路に従い本体１を移動させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、設定された走行経路に沿って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および衝突後復帰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、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、およびこの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。

このような従来の自走式掃除機では、本体の前面側等に接触型センサを設置し、この接触型センサが壁や家具等に衝突すると、本体はこの壁や家具等の障害物を検知して、この障害物を回避して走行するように走行経路を変更する（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、このような接触型センサを用いた自走式掃除機は、接触型センサが設置された方位からの衝突しか検出することができない。

この問題を解決する方法として、本体にジャイロセンサを搭載した自走式掃除機が考案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００１−２５８８０６公報 特開２０００−６６７２２公報

しかしながら、前述のジャイロセンサを用いた自走式掃除機は、ジャイロセンサで全方位の衝突を検知することはできるが、本体がこの衝突により移動した場合には移動量を検出することができない。そして、この自走式掃除機で衝突による移動量を検出するには、ジャイロセンサとは別の移動距離検出手段を備えなければならず、装置の構造が複雑になるとともに制御も複雑になってしまう。

この発明の目的は、衝突による本体の移動方向および移動距離を簡素な構造で検出でき、衝突位置に容易に復帰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、走行手段と清掃手段とを制御して予め設定された走行経路に沿って清掃走行を行わせる制御手段とを備えた自走式掃除機において、本体に直接設置され、本体の衝突を検知する加速度センサを備え、制御手段で、加速度センサから出力される加速度情報から衝突による本体の移動を検出すろとともに走行手段を制御して本体を衝突位置に復帰させることを特徴としている。

この構成では、衝突時に自走式掃除機は次に示す動作を行う。

本体が予め設定された走行経路に沿って走行中に人や物体が衝突すると、この衝突による力が本体に作用し、本体がこの力に応じた方向に移動する。本体には加速度センサが直接設置されているので本体に力が作用すると加速度センサはこの力に応じて水平２軸方向と垂直１軸方向すなわち３次元の加速度情報を検出する。制御手段は、この加速度情報に基づき衝突位置からの本体の移動方向・移動距離を算出する。そして、制御手段は、算出した移動方向・移動距離から本体を衝突位置まで復帰させる走行経路を算出し、この走行経路にしたがい本体が走行する制御を走行手段に行う。走行手段はこの制御にしたがい本体を衝突位置まで移動させる。

また、この発明の自走式掃除機は、清掃領域内の障害物を検知する障害物検知手段を備え、該障害物検出手段が衝突位置に障害物が存在することを検知した場合に、走行経路上の衝突位置に近接した未清掃領域に本体を復帰させることを特徴としている。

この構成では、本体が衝突して移動すると、制御手段は加速度情報から移動方向・移動距離を算出し、現在位置に対する衝突位置の方向および距離を算出する。そして、障害物検知手段は算出された衝突位置における障害物すなわち衝突物の有無を検知して制御手段に出力する。ここで、衝突位置に衝突物が存在すれば、制御手段は、衝突位置から予め設定された走行経路に沿った未清掃領域方向で、衝突物の無い位置すなわち衝突物（衝突位置）に近接する位置を復帰位置として設定する。そして、制御手段は、現在位置から新たに設定した復帰位置への走行経路を算出し、走行手段にこの走行経路に沿って本体を移動させる制御を行う。走行手段はこの制御にしたがい本体を新たな復帰位置に移動させる。

また、この発明の自走式掃除機の制御手段は、本体の復帰時に加速度情報に基づいて最短距離の復帰経路を算出し、該復帰経路に沿って本体を移動させる制御を行うことを特徴としている。

この構成では、加速度センサから衝突による加速度情報が入力されると、制御手段は、衝突による本体の移動方向・移動距離を算出し、衝突位置に衝突物が存在しないこと検出すると、この移動方向を逆算することで最短の復帰経路を算出する。一方、衝突位置に衝突物が存在する場合には新たな復帰位置と現在位置とを直線で結ぶ最短復帰経路を算出する。そして、制御手段はこの最短復帰経路に沿って本体を走行させる制御を走行手段に行い、走行手段はこれにしたがい本体を移動させる。

この発明によれば、通常の清掃走行中に突然物体が衝突して本体が走行経路から移動しても、その移動距離および移動方向を検知して自動で衝突位置に復帰する自走式掃除機を簡素な構造で構成することができる。

本発明の第１の実施形態に係る自走式掃除機を図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概略構成図であり、（ａ）は側面視した概略構成図、（ｂ）は平面視した概略構成図である。

図１に示すように、自走式掃除機の本体１の後方下部の左右には、それぞれ駆動輪２Ｌ，２Ｒが備えられ、これら駆動輪２Ｌ，２Ｒにはそれぞれ駆動モータ８Ｌ，８Ｒが接続されており、これら駆動モータ８Ｌ，８Ｒは制御部１０に電気的に接続されている。制御部１０はこれら駆動モータ８Ｌ，８Ｒに個別に制御命令を送り、それぞれの駆動モータ８Ｌ，８Ｒで駆動輪２Ｌ，２Ｒを個別に回転させている。また、本体１の前方下部の略中央には従動輪３が備えられている。このような構成とすることで、駆動輪２Ｒ，２Ｌを同じ回転数で同方向に回転させれば本体１は前方に走行し、それぞれの回転数を調整して異ならせれば本体１は旋回し、それぞれ逆方向に回転させることで本体１はその場で回転する。ここで、これら、駆動輪２Ｌ，２Ｒ、駆動モータ８Ｌ，８Ｒ、および従動輪３が本発明の「走行手段」に相当する。

また、本体１には、前方下部に設けられ、床面からゴミを取り除くノズル４と、ゴミを収容する箱形状の集塵室５と、ノズル４と集塵室５とを接続してゴミを集塵室５に導くゴミ搬送管６とが備えられている。また、集塵室５のゴミ搬送管６と対向する側の側壁には掃引ファン７が設置されている。掃引ファン７は制御部１０に電気的に接続されている。これら、ノズル４、集塵室５、ゴミ搬送管６、および掃引ファン７が本発明の「清掃手段」に相当する。

また、本体１には、所定位置（例えば、前後方向の中心軸上で本体１の中心より所定距離前方の位置）に加速度センサ１１が固定されており、加速度センサ１１で観測された加速度情報は制御部１０に出力される。また、本体１の前端部には非接触型センサ１２が配置されている。この非接触型センサ１２は所定範囲内の光を受光することで、本体１の前方の障害物を検出する。この非接触型センサ１２は制御部１０に電気的に接続されており、非接触型センサ１２からの検出信号が制御部１０に入力される。この非接触型センサ１２が本発明の「障害物検知手段」に相当する。なお、非接触型センサ１２としては、前述のパッシブセンサに限らず、アクティブセンサを用いてもよい。

また、本体１には、自走式掃除機全体の動作を制御する制御部１０が備えられており、この制御部１０は、清掃領域の状態をマッピングしたマッピングデータが記憶さているメモリ１３を備える。ここで、マッピングデータとは、清掃領域をそれぞれ個別の領域に分割し、分割領域毎に、未清掃状態、清掃済み状態、および障害物等の状態を変数として記憶したものである。そして、このマッピングデータは自走式掃除機が清掃移動する際には、順次更新されていく。例えば、未清掃領域の清掃が完了すれば、この領域を清掃済み領域に書き換える。このように、分割領域の状態を更新しながら記憶することで、清掃領域全体の清掃状態を把握している。

また、制御部１０は、このマッピングデータに基づいて走行経路を算出し、メモリ１３に記憶しており、この走行経路に従い駆動モータ８Ｌ，８Ｒを制御する。駆動モータ８Ｌ，８Ｒがこの制御信号によりそれぞれ作動し、駆動輪２Ｌ，２Ｒが所望の方向に回転することで、本体１が走行経路に沿って走行する。

このように、本体１が走行すると、加速度センサ１１は走行に応じた加速度情報を検知して制御部１０に出力する。この加速度情報は制御部１０に入力され、制御部１０は入力された加速度情報に基づき、本体１の走行方向、現在位置を算出し、前述のマッピングデータの更新に利用する。すなわち、制御部１０は、加速度センサ１１で得られた加速度情報に基づき算出される走行方向、走行位置を用いて、それぞれの分割領域を通過する毎に、この領域の状態を未清掃状態から清掃済み状態に書き換えてメモリ１３に記憶更新していく。なお、この際、制御部１０は、非接触型センサ１２からの検知信号に基づき障害物を検知して、走行経路の変更に利用する。これにより、予め設定された走行経路上に固定障害物が存在してもこれを回避して本体１を走行させる。

そして、制御部１０は、清掃状態を更新しながら清掃走行を続け、指定された清掃領域内を全て清掃走行したことを検知すると、清掃走行を終了する制御を行い、本体１をその位置に停止させるか、所定位置に移動させる。

次に、自走式掃除機が清掃走行中に障害物に衝突した場合の動作について、図２、図３を参照して説明する。

図２は本体１の清掃走行中に移動物体１００が衝突した場合の復帰処理を説明するための図であり、（ａ）は本体１と移動物体１００との衝突時を示し、（ｂ）は衝突後を示し、（ｃ）は復帰経路を示し、（ｄ）は復帰時を示し、（ｅ）は他の復帰経路を示している。なお、図２において、各方形状領域はマッピングされる分割領域を示し、外枠で囲まれた方形の領域が清掃領域を示す。また、図２（ａ）、（ｄ）に示す折れ線の矢印は、予め設定されている走行経路であり、実線部が清掃済み領域の走行軌跡を示し、破線部が未清掃領域の走行予定経路を示す。

図２（ａ）に示すように、本体１が所定の走行経路に沿って走行清掃中に、本体１の進行方向横方向から移動物体１００が衝突した場合、この衝突による力が本体１に作用し、本体１は図２（ｂ）に示すように、通常の清掃走行方向とは異なる方向に移動する。この際、移動物体１００も衝突による反作用により移動する。このように、本体１が通常とは異なる方向、速度で移動すると、加速度センサ１１はこの衝突移動を起因とする加速度を検知して３次元の加速度情報を出力する。制御部１０は加速度センサ１１から入力された加速度情報を解析して通常清掃走行時とは異なる移動を本体１がしたことを検出し、清掃および走行を一旦停止する。これにより、本体１は衝突位置から衝突による力に応じた所定位置に停止する。

次に、制御部１０は入力された加速度情報に基づき、衝突により移動した位置、すなわち、衝突位置２００からの距離および方位を算出し、この距離および方位から現在位置を算出する。次に、制御部１０は駆動モータ８Ｌ，８Ｒを制御して本体１前方が衝突位置２００方向に向くように本体１を回転させる。本体１が回転することで非接触型センサ１２が衝突位置２００方向を向き、非接触型センサ１２は衝突位置２００周辺に衝突した移動物体１００が存在するかを検知する。そして、衝突位置２００に移動物体１００が存在しなければ、図２（ｃ）に示すように、現在位置から衝突位置２００を直線で結ぶ復帰経路２０１を算出し、メモリ１３に記憶する。

次に、制御部１０は駆動モータ８Ｌ，８Ｒを駆動して、加速度センサ１１からの加速度情報を用いながら復帰経路２０１に従い本体１を衝突位置２００に移動させる。そして、図２（ｄ）に示すように、衝突位置２００に本体１が復帰すると予め設定された走行経路の進行方向に本体１の前方が向くように、加速度情報を用いながら本体１を回転させ、通常の清掃走行を再開する。なお、この説明では、本体の復帰経路を衝突後の位置と衝突位置とを結ぶ最短の直線経路としたが、図２（ｅ）の復帰経路２０２に示すように、通常の走行経路のように清掃領域の境界線に平行な経路を復帰経路としてもよい。

このような構成とすることで、清掃走行中に突発的に移動物体が衝突して、本体が移動しても、衝突位置に本体を自動で復帰させ、清掃走行を再開する自走式掃除機を構成することができる。そして、自走式掃除機の衝突による移動量および移動方向の検出を加速度センサのみで行うことができるので、衝突後に衝突位置に復帰して清掃走行を再開する自走式掃除機を簡素な構造で小型に構成することができる。

また、衝突後位置と衝突位置とを直線で結ぶ最短経路を復帰経路とすることで、衝突から復帰までの時間を短縮でき、衝突後も効率良く復帰する自動式掃除機を構成することができる。

なお、前述の説明では、本体に衝突した移動物体が、衝突後に清掃済み領域に移動した場合について説明したが、図３に示すように、移動物体が衝突位置に停止した場合について、次に説明する。

図３は本体１の清掃走行中に移動物体１００が衝突した場合の復帰処理を説明するための図であり、（ａ）は本体１と移動物体１００との衝突時を示し、（ｂ）は衝突後を示し、（ｃ）は復帰経路を示し、（ｄ）は復帰時を示している。

図３（ａ）に示すように、本体１が清掃走行中に移動物体１００が本体１の進行方向横方向から衝突すると、この衝突による力が本体１に作用し、図３（ｂ）に示すように本体１は通常の清掃走行時とは異なる速度および方向で移動する。一方、移動物体１００は衝突位置に停止する。加速度センサ１１がこの衝突による加速度を検知して加速度情報を出力すると、制御部１０はこの加速度情報に基づき衝突したことを検出して、清掃および走行を一旦停止する。そして、駆動モータ８Ｌ，８Ｒを制御して本体１を回転させ、衝突位置２００方向を非接触型センサ１２により検知する。ここで、移動物体１００は前述のように衝突位置２００に存在するので、非接触型センサ１２は衝突位置２００に存在する移動物体１００に応じた検知信号を出力する。この検知信号が制御部１０に入力されると、制御部１０は衝突位置２００に移動物体１００が存在することを検知する。

次に、制御部１０は、図３（ｃ）に示すように、この衝突位置２００が存在する分割領域から通常の走行経路に沿って未清掃領域側で移動物体１００が存在しない近接領域を新たな復帰位置３００として設定する。そして、現在の位置と復帰位置３００とを結ぶ直線を復帰経路２１０として算出する。

次に、制御部１０は駆動モータ８Ｌ，８Ｒを制御し、加速度センサ１１からの加速度貞応を用いながら本体１を新たな復帰位置３００に移動させ、さらに本体１の進行方向が走行経路に沿うように本体１を回転させて清掃走行を再開する。

このような構成とすることで、衝突した物体が衝突位置に存在しても、自動で清掃走行を復帰する自走式掃除機を構成することができる。

本発明の実施形態に係る自走式掃除機の概略構成図 本体１の清掃走行中に移動物体１００が衝突した場合の復帰処理を説明するための図 本体１の清掃走行中に移動物体１００が衝突した場合の復帰処理を説明するための図（衝突位置に移動物体停止時）

符号の説明

１−本体
２Ｌ，２Ｒ−駆動輪
３−従動輪
４−ノズル
５−集塵室
６−ゴミ搬送管
７−掃引ファン
８Ｌ，８Ｒ−駆動モータ
１０−制御部
１１−加速度センサ
１２−非接触型センサ
１３−メモリ
１００−移動物体
２００−衝突位置
２０１，２０２，２１０−復帰経路
３００−復帰位置

Claims (4)

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、該走行手段と前記清掃手段とを制御して予め設定された走行経路に沿って清掃走行を行わせる制御手段とを備えた自走式掃除機において、
   本体に直接設置され、本体の衝突を検知する加速度センサと、清掃領域内の障害物を検知する障害物検知手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記加速度センサから出力される加速度情報から衝突による本体の移動を検出したのち、
   前記障害物検出手段が前記衝突位置に障害物が存在することを検知しなければ、前記加速度情報に基づいて最短距離の復帰経路を算出し、該復帰経路に沿って前記走行手段を制御して本体を衝突位置に復帰させ、
   前記障害物検出手段が前記衝突位置に障害物が存在することを検知すれば、前記走行経路上の前記衝突位置に近接した未清掃領域を復帰位置に設定し、前記加速度情報に基づいて最短距離の復帰経路を算出し、該復帰経路に沿って前記走行手段を制御して本体を前記復帰位置に復帰させ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、該走行手段と前記清掃手段とを制御して予め設定された走行経路に沿って清掃走行を行わせる制御手段とを備えた自走式掃除機において、
   本体に直接設置され、本体の衝突を検知する加速度センサを備え、
   前記制御手段は、前記加速度センサから出力される加速度情報から衝突による本体の移動を検出し、前記走行手段を制御して本体を衝突位置に復帰させることを特徴とする自走式掃除機。
3. 障害物を検知する障害物検知手段を備え、
   該障害物検出手段が前記衝突位置に障害物が存在することを検知した場合に、
   前記制御手段は、前記走行経路上の前記衝突位置に近接した未清掃領域に本体を復帰させる請求項２に記載の自走式掃除機。
4. 前記制御手段は、本体の復帰時に前記加速度情報に基づいて最短距離の復帰経路を算出し、該復帰経路に沿って本体を移動させる制御を行う請求項２または請求項３に記載の自走式掃除機。

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