JP2006043071A - 自走式掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】
自走式掃除機において、未清掃領域を低減する。
【解決手段】
自走式掃除機１は内部に動力源を有し、ほぼ円筒状のカバー２で覆われている。床面から塵埃を吸引する吸口体１０が突出可能に設けられている。自走式掃除機を移動手段が自走させる。カバーの外周部には、物体を検出するセンシング手段６ａ〜６ｃ、７ａ、７ｂ、８ａ、８ｂが配置されている。センシング手段が検出した物体の情報に基づいて移動制御手段が移動手段を制御する。センシング手段は検出高さの異る複数の光学式センサ２３ａ〜２３ｄを有する
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機等の動力を用いて自走して清掃する自走式掃除機に関する。

従来の自走式掃除機の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の掃除機では、清掃手段に清掃ブラシとスクイジを用い、移動手段に車輪およびこの車輪を駆動するモータ、障害物を検知するセンサを用いている。そして、自律走行しながら清掃する。この自走式掃除機は、壁等の走行を阻害する障害物を非接触式のセンサで検出し、効率よく障害物を回避して清掃効率を高めている。

特開平９−２０６２５８号公報

上記特許文献１に記載の自走式掃除機においては、壁等の障害物と接触するのを回避するために、壁等の障害物と自走式掃除機の経路の間に相当程度の間隔をおいて掃除しなければならず、壁際には広い未清掃領域が残ってしまった。

本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は自走式掃除機において未清掃領域を低減することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、内部に動力源を有しほぼ円筒状のカバーで覆われ自走可能な自走式掃除機において、床面から塵埃を吸引する吸口体と、自走式掃除機を自走させる移動手段と、カバーの外周部に配置され物体を検出するセンシング手段と、このセンシング手段が検出した物体の情報に基づいて移動手段を制御する移動制御手段とを設け、センシング手段は検出高さの異なる複数の光学式センサを有するものである。

そしてこの特徴において、吸口体は進行方向に対しほぼ直交する方向に突出可能であり、光学式センサの少なくとも２個は、進行方向に対しほぼ直角方向の物体をセンシングする側方センサであり、移動制御手段は、複数の側方センサが検出した距離のなかで最小となる距離を一定にするように移動手段を制御するとともに、最も検出高さの低い側方センサが検出した距離に応じて吸口体の突出量を制御するのが望ましい。

さらに、センシング手段は、自走式掃除機の進行方向に対して斜め前方の物体をセンシングする斜め前方センサを有し、移動制御手段は側方センサを用いた走行中に、この斜め前方センサが予め定めた距離以内に物体を検出したときに自走式掃除機を旋回させるのがよい。

また、超音波を発信する発信手段と、この発信手段から発信された超音波の反射波を受信する受信手段とを前記カバーの周囲部であって自走式掃除機の進行方向の前面側に有し、移動制御手段は側方センサを用いた走行中にこの側方センサの出力が予め定められた閾値以下になれば送信手段と受信手段との信号に基づいて駆動手段を駆動するのが好ましい。

発信手段と送信手段は自走式掃除機の進行方向に対して斜め前方に位置する物体を検出可能であり、移動制御手段は、送信手段と受信手段との信号から自走式掃除機と物体との距離を求め、この距離が予め定めた値になるように駆動手段を制御してもよい。

発信手段と前記送信手段はそれぞれ複数個設けられており、この発信手段と送信手段をケースの側面であって周方向に互い違いに配置するものであってもよい。動力源は充電可能な蓄電池が望ましく、カバーの内側に自走式掃除機が物体と接触したことを検出する接触センサを配置するのが好ましい。

本発明によれば、高さ方向複数箇所に赤外線距離センサを設け、進行方向前面側に複数の超音波センサを設けたので、高さ方向に段が形成されていたり、進行方向に突き出る壁部分があったり、壁がガラス面であったりしても、自走式掃除機が確実に壁際走行でき、未清掃領域を低減することができる。

以下、本発明に係る自走式掃除機のいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。図１に、自走式掃除機１を斜視図で示す。図２に、図１の横断面図を示す。自走式掃除機１は高さの低い円柱状をしており、側面は直径約２５ｃｍのほぼ円筒形をしたカバー２により覆われている。自走式掃除機１の上面には、自走式掃除機１を操作する操作スイッチ３を取り付けた天板４により覆われている。この天板４の中央部には、使用者が自走式掃除機１を持ち運び可能なように、窪んで形成された把手５が設けられている。把手５部には、排気口１６が形成されている。

カバー２は、自走式掃除機１の基部からほぼ鉛直に立てられた４本のピアノ線４４ａ〜４４ｄにより支持されており、水平方向の力を受けるとカバー２は変位する。カバー２が水平方向に変位して、カバー２の内側であって周方向に配置された６個の接触覚センサ４２ａ〜４２ｆのいずれかに接触すると、カバー２の変位方向が検出される。この構造により、カバー２が障害物等に接触すると、カバーが２が障害物に接触した事実と接触の方向を検出できる。

自走式掃除機１の側面部であって進行方向前側および右斜め前、右側には、それぞれ赤外線距離センサ６ａ〜６ｃが取り付けられている。赤外線距離センサ６ａ〜６ｃは、カバー２より凹んだ位置に取り付けられている。各赤外線距離センサ６ａ〜６ｃは、詳細を後述するように、上下に２個の受光器を取り付けている。自走式掃除機１の側面部であって上側の赤外線距離センサ６ａ〜６ｃの受光器と同程度の高さの位置に、超音波センサの受信機７ａ、７ｂと送信機８ａ、８ｂが、取り付けられている。超音波センサの受信機７ａ、７ｂと発信機８ａ、８ｂ周方向には交互に配置されており、カバー２より凹んだ位置に取り付けられている。

自走式掃除機１の下部であって前後方向中央部には、駆動輪９ａ、９ｂが取り付けられている。駆動輪９ａ、９ｂの大部分はカバー２により覆われており、床面に近い部分だけが露出している。この駆動輪９ａ、９ｂはそれぞれ走行用モータ１１ａ、１１ｂにより独立に駆動される。各走行用モータ１１ａ、１１ｂの軸端部には、ロータリーエンコーダ１２ａ、１２ｂが取り付けられている。左右の駆動輪９ａ、９ｂの回転軸はほぼ同一直線上にあり、カバー２の円筒中心軸とほぼ直交している。ロータリーエンコーダ１２ａ、１２ｂは、走行用モータ１１ａ、１１ｂの回転量を検出する。走行用モータ１１ａ、１１ｂ等は図示しない蓄電池により駆動され、蓄電池を充電する際は充電回路を用いる。

図１において、自走式掃除機１の後部右側に、掃除していないときには自走式掃除機１内に収納可能であって、掃除時には自走式掃除機１の外方に突出可能な吸口体１０が設けられている。吸口体１０は、自走式掃除機１の下部に配置されている。吸口体１０は、床面に向かって開口部を有しており、床面からゴミを吸い取る。

床面からゴミ等を吸い込めるように、自走式掃除機１はファン１３と、このファンを駆動するファンモータ１４と、ファン１３が吸い込んだゴミを収容するダストケース１５とを有する。ファンモータ１４がファン１３を回転駆動すると、吸口体１０の開口部から空気が吸引される。吸引された空気はダストケース１５からファン１３を経て、自走式掃除機１の上部の把手５部に形成したスリット状の排気口１６から、自走式掃除機１の外部に排気される。吸引された空気に含まれる塵芥は、ダストケース１５に取り付けた図示しないフィルタ１７により、ダストケース１５内に捕集される。

カバー２内部に位置する吸口体１０を、掃除時に、自走式掃除機１の外方に突出させるため、吸口体移動モータ１８とボールねじ１９とベルト２２が備えられている。吸口体移動モータ１８の軸端部には、ロータリーエンコーダ２０が取り付けられている。吸口体移動モータ１８が回動すると、吸口体移動モータ１８の軸端に取り付けたプーリに装架したベルト２２が移動し、このベルトが装架されたボールねじ２２が回転して、吸口体１０が右側に送られ、進行方向に向かって右側に変位する。これにより、吸口体１０の右側先端部は、本体外部に突出する。

吸口体１０の変位量（突出量）は、ロータリーエンコーダ２０により計測される。吸口体１０の変位の基準を定めるために、吸口体原点検出センサ２１を吸口体１０の移動経路の近傍に取り付ける。吸口体原点検出センサ２１は、吸口体１０が原点位置を通過したときに、開閉を切り換える。吸口体原点検出センサ２１は、原点が吸口体１０のいずれの側にあるかを検出するのにも用いられる。自走式掃除機１に電源が投入されたときには、吸口体１０を吸口体原点スイッチ２１で検出した原点方向に移動させる。原点を一度通過させて、原点を補正する。このようにして求めた吸口体１０の原点位置とロータリーエンコーダ２０が出力した吸口体移動モータ１８の回転量とから、吸口体１０の突出量を図示しない演算手段が演算する。

上述したように、自走式掃除機１の前方と、自走式掃除機１の進行方向に対して右側に４５度程度変位した右斜め前方と、右側方には、検出面の前方に位置する物体までの距離を測る赤外線距離センサ６ａ、６ｂ、６ｃが取り付けられている。右側方の赤外線距離センサ６ｃは、駆動輪９ａ、９ｂの回転軸よりも４ｃｍほど前方にオフセットして取り付けられている。この赤外線距離センサ６ａ（６ｂ，６ｃ）の部分を、図３に側面図で示す。

赤外線距離センサ６ａは、４個の発光ダイオード（ＬＥＤ）２３と２個の受光器２４ａ，２４ｂをセットにしたものである。受光器２４ａ、２４ｂは、赤外線の入射角度を計測するのに用いられる。受光器２４ａ、２４ｂには、位置検出素子（ＰＳＤ）や向きの違うフォトダイオードを２個組み合わせて用いる。

ＬＥＤ２３の中の１個、例えば最も上に位置するＬＥＤ２３ａが点灯すると、ＬＥＤ２３ａから発光された赤外線は、ＬＥＤ２３ａの正面に位置する検出対象２５上のＡ点で反射する。そして、発光したＬＥＤ２３ａに隣り合う受光器２４ａに、入射角φで入射する。入射角φを受光器２４ａが検出すると、赤外線距離センサ６から検出対象２５までの距離ｄｈを、ＬＥＤ２３ａと受光器２４ａの距離ｄｖを用いて次式で求める。
ｄｈ＝ｄｖ・ｔａｎ（９０°−φ）
ＬＥＤ２３ｂ〜２３ｄを用いて、正面に位置する検出対象２５までの距離を同様に求めることができる。

なお、ＬＥＤ２３ａ〜２３ｄから発光された赤外線の指向性を、レンズやフードを設けて絞り込めば、検出対象２５上に投影される赤外線スポットが小径になり、検出対象２５の表面の反射率の影響を低減でき、入射角φを正確に測定できる。その結果、距離ｄｖの測定精度が向上する。

ところで、自走式掃除機１の進行方向に位置する障害物が屋内の板張り面やコンクリート面のような赤外線が反射しやすい面であれば、赤外線距離センサは有効に機能する。しかしながら、障害物が赤外線を透過しやすい鏡面やガラス面の場合には、赤外線距離センサだけで障害物を認識することは困難である。そこで、本実施例に示した自走式掃除機１は、超音波センサ２６をも備えている。超音波センサ２６を用いて障害物を検出する方法を、図４を用いて説明する。

超音波センサ２６は、自走式掃除機１の側面部であって前側に取り付けた２個の超音波受信機７ａ、７ｂと、同様に自走式掃除機１の側面部であって超音波受信機７ａ，７ｂと交互に配置された２個の超音波送信機８ａ、８ｂと、カバー２の内部に収容された図示しない超音波センサコントローラ２７とを有する。超音波受信機７ａ、７ｂと超音波送信機８ａ、８ｂは、それぞれが超音波センサコントローラ２７に接続されている。

超音波センサコントローラ２７は、（１）送信機８ａ、８ｂに送信信号を送り、送信機８ａ、８ｂに超音波を発生させる、（２）受信機７ａ、７ｂが超音波を受信したことを検出する、（３）送信機８ａ、８ｂが超音波を送信してから受信機７ａ、７ｂが超音波を受信するまでの時間を計測する。この計測した超音波の送信から受信までの時間と、予め超音波センサコントローラ２７に記憶された音速とから、超音波センサ２６は、送信機８ａ、８ｂから検出対象までの距離と、検出対象から受信機７までの距離との和を求める。

図４に示すように受信機７ａ、７ｂと送信機８ａ、８ｂを配置すると、左側の送信機８ａから送信した超音波の反射波を左側の受信機７ａが受信することにより、領域２８ａ内にある障害物を検出できる。右側の送信機８ｂから送信した超音波の反射波は、左側の受信機７ａでも右側の受信機７ｂでも受信可能である。左側の受信機７ａが受信すれば、領域２８ｂにある障害物を、右側の受信機７ｂが受信すれば、領域２８ｃにある障害物を検出できる。

超音波センサ２６の受信機７ａ、７ｂと送信機８ａ、８ｂを自走式掃除機１の外周部に交互に配置したので、１個の送信機から送信された超音波の反射波を２個の受信機が受信できる。これにより、送信機と受信機とを１対１に組み合わせたときよりも少ない数の送受信機で、広範囲に渡り物体を検出できる。

なお、複数の超音波センサを用いると、センサ同士が干渉するおそれがあるので、数ｍｓｅｃないし数十ｍｓｅｃ程度の間隔をおいて各送信機から順に超音波を発信する。超音波センサの数が増えると、各センサ毎の検出間隔が長くなる。本実施例では、例えば送信機８ｂの両隣側に受信機７ａ、７ｂを配置し、送信機８ｂから１回送信するだけで、反射波を送信機８ｂの両側に配置した受信機７ａ、７ｂが検出するので、１度の送信で２領域を検出でき、検出間隔を短縮できる。

自走式掃除機１の内部には、ジャイロセンサ２９（図５参照）と、カバー２が人間等の物体に接触したことを検出する接触覚センサ４２ａ〜４２ｆとが設けられている。ジャイロセンサ２９は、自走式掃除機１が鉛直軸周りに回転した角度を求めるのに用いられ、鉛直軸周りの角速度に応じた電圧を出力する。図５に示すように、出力電圧は、アナログデジタル変換機３０（Ａ／Ｄコンバータ）に入力され、数値化される。

図５に、自走式掃除機１の制御ブロック図を示す。自走式掃除機１内には、ジャイロセンサ２９、光距離センサ６ａ〜６ｃ、ロータリーエンコーダ１２ａ、１２ｂ、２０超音波センサ７ａ、７ｂ等から情報が入力され、自走式掃除機１を制御するメインコントローラ３１が配置されている。メインコントローラ３１はメモリ３２を有しており、走行した経路等の情報を記憶する。

このメインコントローラ３１には、左右走行用モータ１１ａ、１１ｂのロータリーエンコーダ１２ａ、１２ｂから走行用モータ１１ａ、１１ｂの回転量の情報が入力される。吸口体の原点を検出する検出スイッチ２１およびロータリーエンコーダ２０からは、吸口体１０の変位量の情報が入力される。３個の赤外線距離センサ６ａ、６ｂ、６ｃからは、各センサ６ａ、６ｂ、６ｃ周辺に位置する物体までの距離の情報が入力される。

さらに、メインコントローラ３１には、超音波センサコントローラ２７と、操作スイッチ３と、Ａ／Ｄコンバータ３０が接続されている。超音波センサコントローラ２７は、超音波センサ２６が検出した自走式掃除機１の周辺に位置する物体までの距離の情報を出力する。操作スイッチ３は、使用者の操作情報を出力する。Ａ／Ｄコンバータ３０は、ジャイロセンサ２９からの出力をデジタル変換して、自走式掃除機１の角速度を演算し出力する。

メインコントローラ３１からは、左右の走行輪モータドライバ３３ａ、３３ｂ、ファンモータドライバ３４および吸口移動モータドライバ３５に対し、これら各ドライバ３３ａ、３３ｂ、３４、３５が接続されたモータ１１ａ、１１ｂ、１４、１８に印加する駆動電圧が指令される。

このように構成した自走式掃除機１の動作を、以下に説明する。自走式掃除機１は、清掃しながら壁等に沿って走行するときに、壁形状に合わせて走行方向と吸口体１０の突出量を変化させる。すなわち、壁際を清掃するときに、自走式掃除機１のカバー２や吸口体１０が壁に近づきすぎて接触すると、清掃を続行するためには一度後退して方向転換をする必要が生じる。その結果、清掃に要する時間が長くなる。

この不具合を回避するために、自走式掃除機１の走行経路を壁から大きく離してカバー２や吸口体１０が壁と接触するのを避けると、広い未清掃領域が発生する。そこで本実施例では、自走式掃除機１を壁面に接触させないで壁際の未清掃領域の発生の低減を図っている。その具体的な方法を、以下に示す。

図６に、壁３８際を自走式掃除機１が掃除する様子を示す。自走式掃除機１の進行方向は、紙面手前側である。自走式掃除機１は、吸口体１０を自走式掃除機１のカバー２の最大径部から距離ｄ５だけ突き出している。ここで、壁３８は高さ方向に段差がついた形状になっている。これは、例えば台所の収納棚部の形状を模擬ている。

床面４２に位置する吸口体１０では、自走式掃除機１のカバー２の最大径部から壁３８までの距離はｄ４（＞ｄ５）であるのに対し、吸口体１０よりも上方では、その距離がｄ３（＜ｄ４）になっている。さらに上方では、カバー２の最大径部と壁３８までの距離はｄ２（＜ｄ３）まで縮まっており、その上方ではその距離はｄ１（＞ｄ２）と再度広がっている。なお距離ｄ１〜ｄ４は、右側の赤外線距離センサ６ｃが検出した壁３８までの距離である。

自走式掃除機１が部屋の外周に沿って一周する壁際清掃などにおいては、自走式掃除機１は、壁３８を進行方向の右側に見ながら前進する。その際、吸口体１０の先端を進行方向に対して右側にカバー２から突き出し、自走式掃除機１のカバー２により進入を妨げられた領域であっても、吸口体を１０を延ばすことにより、壁際や家具の近くでの清掃し残し領域を低減している。

このように、吸口体１０を延ばして未清掃領域を低減しているが、図６に示すように壁３８が上下方向（高さ方向）に変化する場合は、壁３８を認識するセンサの高さ方向位置により壁３８との距離を誤認する恐れがある。その結果、壁３８にカバー２が接触または衝突したり、吸口体１０を壁３８際まで近づけない制御となって未清掃領域が増大したりする。

そこで本実施例では、自走式掃除機１の周囲部に図３に示すような高さ方向に異なる位置をセンシングする赤外線距離センサ６ａ〜６ｃを設けている。図６では、自走式掃除機１が紙面手前方向に直進しており、壁３８は自走式掃除機１の右横にあるものとしているので、壁３８までの距離を自走式掃除機１のカバー２外周部の右側に配置した赤外線距離センサ６ｃで認識する。つまり、赤外線距離センサ６ｃが有する４個のＬＥＤ２３ａ〜２３ｄが検出した距離ｄ１〜ｄ４の中で、最短の距離を自走式掃除機１の壁３８までの距離とする。そしてこの距離が、予め定めた閾値ｄｗに近づくように、自走式掃除機１の進行方向を制御する。

図６では、上から２番目のＬＥＤ２３ｂが検出した検出距離ｄ２が最も短いので、この距離ｄ２に基づいて自走式掃除機１の進行方向を制御する。検出距離ｄ２が所定の距離ｄｗよりも大きければ、自走式掃除機１が壁３８に近づくように左側走行用モータ１１ａの回転速度を右側走行用モータ１１ｂの回転速度よりも大きくする。逆に検出距離ｄ２が所定距離ｄｗよりも小さければ、自走式掃除機１を壁３８から遠ざけるために右側走行用モータ１１ｂの回転速度を左側走行用モータ１１ａの回転速度より大きくする。自走式掃除機１が走行を続けるうちに他のＬＥＤ２３ａ〜２３ｄの検出値が最短になったら、最短になったＬＥＤの検出値に基づいて自走式掃除機１の進行方向を制御する。

吸口体１０の突出量ｄ５を、最も下に位置するＬＥＤが検出した距離ｄ４に基づいて決定する。ここで、右側の赤外線距離センサ６ｃは吸口体１０よりも進行方向前方にあるから、吸口体１０よりも先行して壁３８までの距離を検出する。メインコントローラ３１は右側の赤外線距離センサ６ｃが検出した距離と、記憶手段に記憶された自走式掃除機１の走行経路の履歴とに基づいて、吸口体１０の突出量を決定する。これにより、吸口体１０が壁３８に接触するのを回避でき、吸口体１０の突出方向の先端を壁３８のすぐ近くまで突出できる。

自走式掃除機１の走行方向および吸口体１０の突出量をこのように制御すると、高さ方向に形状が変化する壁３８であっても、壁のすぐ傍まで自走式掃除機１で掃除できる。そして、カバー２や吸口体１０が壁３８に接触せずに、吸口体１０の突出方向の先端が壁３８際を通り、未清掃領域が少なくなる。

吸口体１０の上面までの高さ内に、右側の赤外線距離センサ６ｃのＬＥＤが２個以上設けられているときには、それらのＬＥＤが検出した距離の中から最も短い値を用いて吸口体１０の突出量を定める。なお本実施例では、赤外線距離センサを用いて壁３８と自走式掃除機１の間の距離を計測しているが、距離センサとして可視光やレーザー、超音波を用いてもよい。

次に、自走式掃除機１で壁沿いに掃除させるときに、壁３９が進行方向に突き出ている個所を迂回する方法を、以下に説明する。図７（ａ）〜（ｆ）に、自走式掃除機１の移動経過を、上面図で示す。自走式掃除機１の進行方向であって、壁３９にこの壁３９から突き出た凸部４０が形成されている。凸部４０近傍に達するまでは、自走式掃除機１は右側赤外線距離センサ６ｃを用いて吸口体１０の突出量を制御しながら、上述した壁沿い掃除アルゴリズムに従い掃除を続ける（図７（ａ）参照）。

自走式掃除機１が前進を続け、進行方向前方の凸部に近づくと、斜め右前を向いた赤外線距離センサ６ｂの検出範囲４３内に凸部４０が入り、赤外線距離センサ６ｂは凸部４０からの反射光により凸部４０を検出する。これにより、メインコントローラ３１は凸部４０に接近していることを認識する（図７（ｂ）参照）。さらに前進を続けると、赤外線距離センサ６ｂの検出距離が短くなり、この検出距離が予め定めた閾値Ｄａに達したら、自走式掃除機１の走行を一時停止する（図７（ｃ）参照）。

凸部４０を迂回するために、自走式掃除機１を一時停止位置で自走式掃除機１の中心軸回りにその場旋回させる。このとき、右駆動輪９ｂを正転させるとともに左駆動輪９ａを右駆動輪９ｂと同じ回転速度で逆転させる。自走式掃除機１はその場で反時計回りに旋回する（図７（ｄ）参照）。旋回に伴い吸口体１０が壁３９および凸部４０に衝突するのを防止するために、吸口体１０の突出量を変化させる。吸口体１０の先端が壁面３９のすぐ傍を通過するように、メインコントローラ３１が吸口体１０の突出量を制御する。その際、吸口体１０の突出量を、右側方の赤外線距離センサ６ｃが検出した距離の履歴を用いて制御する。

右側方の赤外線距離センサ６ｃの検出距離が減少から増加に転じたら（図７（ｅ）参照）、自走式掃除機１の左旋回を停止する。そして、通常の壁際走行（図７（ｆ）参照）の状態に復帰する。自走式掃除機１は壁３９の凸部４０に沿いながら右旋回して、凸部４０に接触することなく迂回走行する。

なお上述した一連の回避動作においては、右斜め前赤外線距離センサ６ｂが検出した距離の閾値Ｄａは、カバー２の前端が凸部４０の手前側の面の延長面よりやや手前で、凸部４０を迂回する動作を開始するように設定している。本実施例では、赤外線距離センサ６ｂが進行方向に対し４５度の角をなしているので、カバー２の半径をＲｂとして、検出距離の閾値Ｄａは次式で表される。
Ｄａ＝Ｒｂ／ｓｉｎ４５°−Ｒｂ＋Ｄｔ
ここでＤｔを、上述した壁際清掃の際に使用した閾値ｄｗの１ないし１．５倍程度に設定する。

ところで、部屋の内周部がガラスなどの透明な物体で覆われているときは、赤外線を発光してもほとんどが透過光となり反射赤外光がほとんど発生しない。また、僅かな反射赤外光も、木製やコンクリート製等の不透明な壁面で発生する反射光と異なり、ほとんどが正反射光であり、乱反射が少ない。その結果、ガラス等の透明な物体に赤外線距離センサ６から赤外線を発光しても、物体を検出できないおそれが生じる。

そこで本実施例では、ガラス窓４１でもセンシング可能な超音波センサを自走式掃除機１が備えている。図８に、ガラス窓４１部でのセンシングの様子を上面図で示す。板壁から透明なガラス窓４１の順に自走式掃除機１が壁際を走行する場合である。板壁３８から透明ガラス窓４１に切り替わると、赤外線距離センサ６ｃの受信信号レベルが低下するので、右側の超音波受信機７ｂと右側の超音波送信機８ｂとを組み合わせてガラス窓４１をセンシングする。

超音波送信機８ｂから送信された超音波は、ガラス窓４１で反射され、一部は受信機７ｂで受信される。このように赤外線距離センサ６ｃがガラス窓４１を検出できなくても、超音波送受信機７ｂ、８ａがガラス窓４１を検出できるので、以後再び赤外線距離センサ６ｃがセンシングできるまで、壁（窓）４１までの距離のセンシングには、超音波送受信機７ｂ、８ａの出力を用いる。

超音波受信機７ｂと送信機８ｂを用いてセンシングした結果得られる距離は、送信機８ｂから出た超音波が、自走式掃除機１の斜め前方に位置するガラス窓４１で反射し、受信機７ｂに到達した経路長である。すなわち、送信機８ｂからガラス窓４１までの距離ｄｓ１とガラス窓４１から受信機７ｂまでの距離ｄｓ２との和、（ｄｓ１＋ｄｓ２）である。右側赤外線受信機６ｃを用いたときの壁３８と自走式掃除機１間の距離Ｄａの閾値に対応する距離の和（ｄｓ１＋ｄｓ２）の閾値ｄａを予め求めておく。そして赤外線送受信機８ｂ、７ｂが検出した距離の和がこの閾値ｄａになるように、メインコントローラ３１が自走式掃除機１を制御する。これにより、赤外線距離センサ６ｃでは走行制御が不可能な場所であっても、確実に壁際清掃を続行することができ、結果として清掃効率が向上する。

上記実施例によれば、自走式掃除機の進行方向に高さ方向に形状が変化する壁や障害物があっても、高さ方向に複数設けたセンサを用いることにより、壁に衝突することなく接近させて自走式掃除機を走行させることができる。また、通常の平らな壁面を走行しているときと同程度の壁からの距離まで吸口体を近づけることができる。さらに、壁沿い走行時に壁が進行方向前方に突き出た凸部を有していても、自走式掃除機の外周部複数個所に距離センサを設けているので、凸部を迂回して壁際を清掃できる。壁がガラス等の透明な物体であっても、超音波センサを用いて壁に接触せずに壁際を清掃できる。本発明では複数個の超音波センサと複数個の赤外線センサ、カバーに接触センサーを設けるだけで、壁面の凹凸や障害物に対応でき、少ない部品点数で済み自走式掃除機がコンパクトになる。

本発明に係る自走式掃除機の一実施例の斜視図。 図１に示した自走式掃除機の平面断面図。 図１に示した自走式掃除機に用いる赤外線距離センサの側面図。 超音波センサの動作を説明する図。 図１に示した自走式掃除機の制御ブロック図。 図１に示した自走式掃除機の動作を説明する図。 図１に示した自走式掃除機の動作を説明する図。 図１に示した自走式掃除機の動作を説明する図。

符号の説明

１…自走式掃除機、２…カバー、３…操作スイッチ、４…天板、５…把手、６ａ〜６ｃ…赤外線距離センサ、７ａ，７ｂ…超音波受信機、８ａ，８ｂ…超音波送信機、９ａ，９ｂ…駆動輪、１０…吸口体、１１ａ，１１ｂ走行用モータ、１２ａ，１２ｂ…ロータリーエンコーダ、１３…ファン、１４…ファンモータ、１５…ダストケース、１６…排気口、１７…フィルタ、１８…吸口体移動モータ、１９…ボールねじ、２０…ロータリーエンコーダ、２１…吸口体原点検出センサ、２２…ベルト、２３ａ〜２３ｄ…ＬＥＤ、２４ａ，２４ｂ…受光器、２５…検出対象、２８ａ〜２８ｃ…超音波センサの検知可能範囲、２９…ジャイロセンサ、３０…Ａ／Ｄコンバータ、３１…メインコントローラ、３２…メモリ、３３ａ，３３ｂ…モータドライバ、３４…ファンモータドライバ、３５…吸口移動モータドライバ、３８、３９…壁、４０…凸部、４１…ガラス窓（壁）、４２ａ〜４２ｆ…接触覚センサ、４３…検出可能範囲、４４ａ〜４４ｄ…ピアノ線。

Claims (8)

1. 内部に動力源を有しほぼ円筒状のカバーで覆われ自走可能な自走式掃除機において、床面から塵埃を吸引する吸口体と、前記自走式掃除機を自走させる移動手段と、前記カバーの外周部に配置され物体を検出するセンシング手段と、このセンシング手段が検出した物体の情報に基づいて前記移動手段を制御する移動制御手段とを設け、前記センシング手段は検出高さの異なる複数の光学式センサを有することを特徴とする自走式掃除機。
2. 前記吸口体は進行方向に対しほぼ直交する方向に突出可能であり、前記光学式センサの少なくとも２個は、進行方向に対しほぼ直角方向の物体をセンシングする側方センサであり、前記移動制御手段は、複数の側方センサが検出した距離のなかで最小となる距離を一定にするように前記移動手段を制御するとともに、最も検出高さの低い側方センサが検出した距離に応じて前記吸口体の突出量を制御することを特徴とする請求項１に記載の自走式掃除機。
3. 前記センシング手段は、自走式掃除機の進行方向に対して斜め前方の物体をセンシングする斜め前方センサを有し、前記移動制御手段は前記側方センサを用いた走行中に、この斜め前方センサが予め定めた距離以内に物体を検出したときに自走式掃除機を旋回させることを特徴とする請求項２に記載の自走式掃除機。
4. 超音波を発信する発信手段と、この発信手段から発信された超音波の反射を受信する受信手段とを前記カバーの周囲部であって前面側に有し、前記移動制御手段は前記側方センサを用いた走行中にこの側方センサの出力が予め定められた閾値以下になれば前記送信手段と受信手段との信号に基づいて前記駆動手段を駆動することを特徴とする請求項２に記載の自走式掃除機
5. 前記発信手段と前記送信手段は自走式掃除機の進行方向に対して斜め前方に位置する物体を検出可能であり、前記移動制御手段は、前記送信手段と受信手段との信号から自走式掃除機と物体との距離を求め、この距離が予め定めた値になるように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項４に記載の自走式掃除機。
6. 前記発信手段と前記送信手段はそれぞれ複数個設けられており、この発信手段と送信手段をケースの側面であって周方向に互い違いに配置したことを特徴とする請求項４に記載の自走式掃除機。
7. 前記動力源は充電可能な蓄電池であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の自走式掃除機。
8. 前記カバーの内側に自走式掃除機が物体と接触したことを検出する接触センサを配置したことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の自走式掃除機。

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