JP2006065417A

JP2006065417A - 自走式掃除装置

Info

Publication number: JP2006065417A
Application number: JP2004244375A
Authority: JP
Inventors: Takao Tani; 太加雄谷
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2004-08-24
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】超音波発生器と超音波感知器を用いて前方および左右両側の段差検出を行う自走式掃除装置において、部品点数の削減およびコストダウンを図ることにある。
【解決手段】装置本体の底部に、床面の掃除を行う掃除手段２２と、駆動輪１４により装置本体１０を床面に沿って移動させる走行手段とが設けられた自走式掃除機１である。そして、装置本体底部の前方位置に設けられた第１超音波デバイス３１と、装置本体底部の左側に設けられた第２超音波デバイス３２と、装置本体底部の右側に設けられた第３超音波デバイス３３と、前記第２超音波デバイス３２と前記第３超音波デバイス３３との間に設けられた第４超音波デバイス３４とを備え、第１超音波デバイス３１と第４超音波デバイス３４、第２超音波デバイス３２と第４超音波デバイス３４、第３超音波デバイス３３と第４超音波デバイス３４、がそれぞれ対になって超音波の送信と受信とを行うことで、装置本体１０の前方範囲と左右両範囲の床面の状態を検出する構成とした。
【選択図】図２

Description

この発明は、装置本体の底部に掃除手段と自走手段を備えた自走式掃除装置に関し、その部品点数の削減およびコストの低減を図る技術に関する。

以前より、床面の段差を検出してそれを回避して走行するように制御された自走式掃除機が提案されている（例えば、特許文献１〜３）。また、掃除機の前方のみで段差を検出するのではなく、左右両側の床面の状態も検出しそこに段差があった場合に、それを回避して走行するようにした提案もなされている（例えば、特許文献１）。

上記のような走行制御により、例えば階段の縁に自走式掃除機が差し掛かった場合でも、階段から転落しないように向きを変えて走行を続けたり、また、床に比較的厚い本が置いてあって左右の車輪がぶつかりそうになった場合でも、それを回避して走行を続けると云った制御が可能となる。

従来では、このような走行制御を行うために、図８に示すように、掃除機本体部１０の底部に超音波発生器と超音波感知器からなる超音波センサ（超音波形近接スイッチ）を３組設けるのが通常であった。すなわち、前方と左右の両側にそれぞれ発生器と感知器とからなる一対３組の超音波デバイス８１〜８６をそれぞれ設ける。また、光センサなどを同様に用いて同様の制御を行おうとする提案もあった（例えば、特許文献１）。

なお、図８中、９１は赤外線検出により人体の動きを検出する人体センサ、９２〜９４は前方左右の壁を検出するセンサであり、これら人体センサ９１…と壁センサ９２〜９４は段差検出用の超音波デバイス８１〜８６とは別に、掃除機本体部１０の側面部に設けられている。また、図８中、１２，１２は掃除用ブラシ、１４，１４は駆動車輪である。
特開平０５−２２４７４５号公報特開平０５−８４２００号公報特開平０１−２０７８０６号公報

しかしながら、上記従来の構成において、超音波デバイスを２個３組の６個設ける構成は、まだ、部品点数の削減およびコストの低減を図ることが出来ると考えられた。また、光センサなど他の種類のセンサに変更してコストを削減することも考えられたが、光センサなどでは床の色や材質によってその反射量が大きく変わってしまう一方、超音波の発生器と感知器とからなる超音波センサ（超音波形近接スイッチ）では床の色や材質の影響をあまり受けずに床面間距離の検出が出来るなど幾つかの利点があるため、このような超音波センサを使用したままコストダウンを図りたいという要求があった。

この発明の目的は、超音波発生器と超音波感知器を用いて前方および左右両側の段差検出を行う自走式掃除装置において、従来構成と比較して部品点数の削減およびコストダウンを図ることにある。

本発明は、上記目的を達成するため、装置本体の底部に、床面の掃除を行う掃除手段と、駆動輪により装置本体を床面に沿って移動させる走行手段とが設けられた自走式掃除機であって、装置本体底部の前方位置に設けられた第１超音波デバイスと、装置本体底部の左側に設けられた第２超音波デバイスと、装置本体底部の右側に設けられた第３超音波デバイスと、前記第２超音波デバイスと前記第３超音波デバイスとの間に設けられた第４超音波デバイスとを備え、前記第１超音波デバイスと前記第４超音波デバイス、前記第２超音波デバイスと前記第４超音波デバイス、前記第３超音波デバイスと前記第４超音波デバイス、がそれぞれ対になって超音波の発生と感知とを行うことで、装置本体の前方範囲と左右両範囲の床面の状態を検出する構成とした。

このような手段によれば、４個の超音波デバイスを用いて前方および左右両側の床の段差を検出することが出来るので、６個の超音波デバイスを用いていた従来の構成に比べて、部品点数の削減およびコストダウンを図ることが出来る。

具体的には、前記駆動輪は装置本体の左右両側に設けられ、前記第２超音波デバイスおよび前記第３超音波デバイスは前記左右の駆動輪の前方位置に設けられている構成とした。また具体的には、前記第１〜第３超音波デバイスは超音波発生器であり、前記第４超音波デバイスは超音波感知器とした。

このような構成により、掃除装置の小回りの効いた走行が可能となるとともに、走行中に駆動輪が段差に落ちないように左右両側の床面の状態検出を確実に行うことが出来る。

望ましくは、前記第１〜第３超音波デバイスは発生タイミングをそれぞれずらして超音波を発生することにより、前記第４超音波デバイスで感知した超音波が前記第１〜第３超音波デバイスの何れから発生されたものかが識別可能なように構成すると良い。これにより発生器を複数にして感知器を１個にした場合でも、複数の超音波デバイスの混信を防ぐことが出来る。

本発明に従うと、４個の超音波デバイスを用いて、装置の前方と左右両側の段差を検出できるようになり、６個の超音波デバイスを用いていた従来の構成と比較して、部品点数の削減および部品コストの低減を図ることが出来るという効果がある。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図７の図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態の自走式掃除機の正面図、図２は、この自走式掃除機の平面図である。

この実施の形態の自走式掃除機１は、嵩の低い円筒形状をした掃除機本体部１０と、この本体部１０の底の左右前方に設けられた一対の掃除用ブラシ１２，１２と、本体部１０の底の左右両側でその一部が底面から露出した状態に配置された一対の駆動車輪１４，１４と、掃除とは関係のない他の目的で前方の像を撮影する撮影カメラ２０と、本体部１０の側面に配置され赤外線検出により人体の動き等を検出する人体センサ２２…と、本体部１０の底部に配置されて本体部１０下側の前方範囲と左右の両範囲にある床面の段差を検出するための超音波デバイス３１〜３４等を備えている。

また、図示は省略するが、本体部１０の底面には、本体部１０を前後左右移動自在な状態で支持する１個又は複数の従動ローラや、ゴミを吸い込む吸引口などが設けられている。

超音波デバイス３１〜３４は、本体部１０の底部の前側先端の部位に設けられた前方デバイス３１と、本体部１０の底部で且つ左の駆動車輪１４の手前側の部位に設けられた左側デバイス３２と、本体部１０の底部で且つ右の駆動車輪１４の手前側の部位に設けられた右側デバイス３３と、左側デバイス３２と右側デバイス３３の中間の部位に設けられた中央デバイス３４とから構成される。これらのうち、前方デバイス３１、左側デバイス３２、右側デバイス３３は超音波を発生する超音波発生器、中央デバイス３４は超音波を感知する超音波感知器であり、それぞれ超音波の送波方向又は受波方向が下側に向けられて取り付けられている。

このような超音波デバイス３１〜３４によれば、先ず、前方デバイス３１と中央デバイス３４とが対になって本体部１０の前方範囲の段差を検出する。すなわち、前方デバイス３１から発生された超音波は、本体部１０の下側において床との間で反射して中央デバイス３４まで到達する。そして、この超音波が中央デバイス３４で感知されるとともに、前方デバイス３１からの発生タイミングと中央デバイス３４での感知タイミングとの時間差により、前方デバイス３１の下側範囲の床間の距離が算出できるようになっている。また、例えば前方デバイス３１の下側範囲に大きな窪んだ段差などがある場合には、中央デバイス３４まで超音波が伝達されない、或いは、到達する反射量が少なくなって、反射した超音波が未検出となるようになっている。従って、このような超音波の送波と受波により前方デバイス３１の下側範囲の状態を検出することが可能になっている。

同様に、左側デバイス３２と中央デバイス３４とが対になって超音波の送受波を行うことで左側デバイス３２の下側範囲の状態を検出し、右側デバイス３３と中央デバイス３４とが対になって超音波の送受波を行うことで右側デバイス３３の下側範囲の状態を検出することが可能になっている。

また、これらの超音波デバイス３１〜３４では、送波側の３つのデバイス（前方デバイス３１、左側デバイス３２、右側デバイス３３）からの超音波の発生を短い間隔で交互にずらして行う時分割駆動が行われ、それにより、３つのデバイス（前方デバイス３１、左側デバイス３２、右側デバイス３３）から発生される超音波が互いに干渉せず、且つ、感知側の中央デバイス３４で感知した超音波がどのデバイスから送波されたものかが識別できるようになっている。

次に、上記の超音波デバイス３１〜３４を用いた段差検出の制御処理について、図３〜図７のフローチャートに基づき説明する。

図３は、図１の自走式掃除機１のコントローラにより実行される段差検出処理の処理手順を示したフローチャートである。

この段差検出処理は、自走式掃除機１の内部に備わるコントローラのＣＰＵにより、掃除動作がオンされたことに基づいてスタートされる処理である。コントローラは、この段差検出処理のほか、掃除範囲の認識や掃除範囲を効率的に走行するように走行ルートを解析決定する走行制御処理などを並行して行っている。

この段差検出処理が開始されると、先ず、ステップＳ１において、中央デバイス３４の超音波感知によるセンサデータをメモリから読み込む処理を行う。ここで、このセンサデータについて説明する。

超音波デバイス３１〜３４は、コントローラの制御により送波側の３つのデバイス３１〜３３から所定の時間間隔ごとに且つ順番に超音波が発生される一方、この反射波が所定の時間間隔ごとに受波側の中央デバイス３４に感知される。そして、そのセンサ信号がコントローラに送られる。なお、反射波が感知される時間は床と超音波デバイス間の距離に応じてわずかな揺らぎを有したものになっている。ここで、コントローラは、感知したセンサ信号に基づき、このセンサ信号に係る超音波が何れの超音波デバイス３１〜３３から発生されたものなのか、並びに、その反射波の伝播時間を求めて、これらをメモリの所定アドレスに書き込んでいく。或いは、反射波が届かない場合又は反射波が小さくて中央デバイス３４で検出できなかった場合には、感知なしを示すコードをメモリの所定アドレスに書き込んでいくようになっている。従って、メモリのこのアドレスにアクセスすることで、最新の反射波に関するセンサデータ（何れのデバイス（前方デバイス３１、左側デバイス３２、右側デバイス３３）からの反射波なのかを示す「識別データ」と、反射波の「伝播時間データ」或いは「感知なしデータ」）が読み出せるようになっている。上記ステップＳ１においてはこのセンサデータを読み込んでいる。

上記のステップＳ１でセンサデータを読み込んだら、続くステップＳ２において、センサデータの上記識別データに基づいてこのセンサデータが前方デバイス３１のものか判別し、そうであればステップＳ３の前方段差判定処理のサブルーチン処理に移行して、その後ステップＳ１に戻るが、前方デバイス３１のものでなければステップＳ４に移行する。

ステップＳ４では、ステップＳ１で読み込んだセンサデータが右側デバイス３３のものか判別し、そうであればステップＳ５の右段差判定処理のサブルーチン処理に移行して、その後ステップＳ１に戻るが、右側デバイス３３のものでなければステップＳ６に移行する。

ステップＳ６では、ステップＳ１で読み込んだセンサデータが左側デバイス３２のものか判別し、そうであればステップＳ７の左段差判定処理のサブルーチン処理に移行して、その後ステップＳ１に戻るが、左側デバイス３２のものでなければステップＳ８に移行する。

ステップＳ８では、感知なしタイマの値を確認して一定時間経過していないか判別し、経過していればステップＳ９の段差箇所判定処理のサブルーチン処理に移行するが、経過していなければ再びステップＳ１に戻る。

ここで、感知なしタイマとは、ステップＳ１で読み込んだセンサデータが「感知なしデータ」を含む場合にカウントアップを開始し、次に、このセンサデータと「識別データ」が同一で、且つ、「感知なしデータ」がなくなったセンサデータが読み込まれた場合にリセットされるタイマである。

すなわち、図３の段差検出処理によれば、最新のセンサデータをメモリから順次読み込んでくるとともに、このセンサデータに反射波の「伝播時間データ」が含まれていれば、送波側のセンサ箇所に応じた段差判定処理（ステップＳ３，Ｓ５，Ｓ７）を行う一方、センサデータに反射波の「伝播時間データ」が含まれず「感知なしデータ」になっており、それが所定時間（例えば０.３秒）続いた場合にステップＳ９の段差箇所判定処理が行われるようになっている。

図４には、図３のステップＳ３の前方段差判定処理のサブルーチン処理のフローチャートを示す。

前方段差判定処理では、先ず、ステップＳ１１において、センサデータの「伝播時間データ」に基づいて床までの距離を算出し、次いで、ステップＳ１２においてその距離に基づいて段差か否かを判別する。その結果、段差でないと判断されれば、そのままこの前方段差判定処理は終了して図３の次の処理に移行する。一方、段差であると判断されたら、ステップＳ１３においてその段差を回避する処理を行ってこの前方段差判定処理を終了する。

ステップＳ１３の前方段差判定処理は、例えば、図３の段差検出処理と並行して行われる走行制御処理に「前方段差あり」を示すデータを渡すものである。そして、走行制御処理において、このデータに基づき、少しバックして９０度左回転又は右回転するなど、前方の段差を避ける処理が行われるようになっている。

図５と図６には、図３のステップＳ５，Ｓ７の右段差判定処理と左段差判定処理のフローチャートを示す。

右段差判定処理および左段差判定処理は、段差検出の箇所が右側デバイス３３の周辺または左側デバイス３２の周辺に変わるだけで、その他は上記前方段差判定処理とほぼ同様である。そして、ステップＳ１７の右段差回避処理や、ステップＳ２１の左段差回避処理において、「段差あり」のデータが走行制御処理に渡されて、走行制御処理において、少しバック、左又は右に４５度回転、少し進行、右又は左に４５度回転して角度を戻すなどのジグザグ走行の制御が行われ、それにより左側の段差又は右側の段差が避けられるようになっている。

図７には、図３のステップＳ９の段差個所判定処理のサブルーチン処理のフローチャートを示す。

この段差箇所判定処理は、超音波デバイス３１〜３４の何れかの反射波が一定時間（例えば０．３秒）感知されないという例外的な場合に実行されるものであり、この処理に移行されると、先ず、ステップＳ２３において走行を停止させる処理を行う。

次いで、メモリから最新のセンサデータを読み込む処理（ステップＳ２４）を、ステップＳ２５のタイマ処理により所定期間（例えば１０秒）繰り返して、所定期間の経過後にステップＳ２６に移行する。

ステップＳ２６では、ステップＳ２４で繰り返し読み込んだセンサデータの中に、前方デバイス３１の反射波の応答が全くない（或いは一定数以下の応答しかない）かどうか判定する。その結果、該当の応答がなければステップＳ２７で前段差回避処理を行い、あればステップＳ２８に移行する。

ステップＳ２７の前段差回避処理は、並行して行われている走行制御処理に「前方反射波応答なし」を示すデータを渡すものである。走行制御処理では、このデータに基づき、所定距離バックして９０度左回転又は右回転するなど、前方の段差を確実に避ける処理が行われる。

ステップＳ２８では、ステップＳ２４で繰り返し読み込んだセンサデータの中に、右側デバイス３３の反射波の応答が全くない（或いは一定数以下の応答しかない）かどうか判定する。その結果、応答がなければステップＳ２９で右段差回避処理を行い、あればステップＳ３０に移行する。

ステップＳ２９の右段差回避処理では、走行制御処理に「右側反射波応答なし」を示すデータが渡され、このデータに基づき走行制御処理において、右側の段差を確実に避ける処理が行われる。

ステップＳ３１では、ステップＳ２４で繰り返し読み込んだセンサデータの中に、左側デバイス３２の反射波の応答が全くない（或いは一定数以下の応答しかない）かどうか判定する。その結果、応答がなければステップＳ３２で左段差回避処理を行い、あればこの段差箇所判定処理を終了して、図３の次のステップに移行する。上記の左段差回避処理は、右段差回避処理と同様のものである。

以上のような処理により、４個の超音波デバイス３１〜３４を用いて、前方範囲と左右両側の段差の検出し、それを避けて走行を行わせることが出来る。従って、２個３組で合計６個の超音波デバイスを用いていた従来のものと比較して、部品点数の削減およびコストの低減が図れるようになっている。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、実施の形態では、中央デバイスを感知器、前方と左右両側のデバイスを発生器としているが、その逆に、中央デバイスを発生器、前方と左右両側のデバイスを感知器とした場合でも、段差の検出精度はやや下がるもののほぼ同様の作用を得ることが出来る。その他、本体部の形状や超音波デバイスの詳細な配置など、具体的に示した細部は発明の趣旨に逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の実施の形態の自走式掃除機の正面図である。図１の自走式掃除機の平面図である。図１の自走式掃除機のコントローラにより実行される段差検出処理の処理手順を示したフローチャートである。図３のステップＳ３の前方段差判定処理のサブルーチン処理を示したフローチャートである。図３のステップＳ５の右段差判定処理のサブルーチン処理を示したフローチャートである。図３のステップＳ７の左段差判定処理のサブルーチン処理を示したフローチャートである。図３のステップＳ９の段差個所判定処理のサブルーチン処理を示したフローチャートである。従来の自走式掃除機の一例を示す平面図である。

符号の説明

１自走式掃除機
１０本体部
１２掃除用ブラシ（掃除手段）
１４駆動車輪（走行手段）
３１前方デバイス（第１超音波デバイス）
３２左側デバイス（第２超音波デバイス）
３３右側デバイス（第３超音波デバイス）
３４中央デバイス（第４超音波デバイス）

Claims

装置本体の底部に、床面の掃除を行う掃除手段と、装置本体の左右両側に設けられた駆動輪により装置本体を床面に沿って移動させる走行手段とが設けられた自走式掃除機であって、
装置本体底部の前方位置に設けられ超音波を発生する第１超音波デバイスと、
装置本体の底部で且つ左の駆動輪の前方位置に設けられ超音波を発生する第２超音波デバイスと、
装置本体の底部で且つ右の駆動輪の前方位置に設けられ超音波を発生する第３超音波デバイスと、
前記第２超音波デバイスと前記第３超音波デバイスとの間に設けられ超音波を感知する第４超音波デバイスとを備え、
前記第１超音波デバイスと前記第４超音波デバイス、前記第２超音波デバイスと前記第４超音波デバイス、前記第３超音波デバイスと前記第４超音波デバイス、がそれぞれ対になって超音波の送波と受波とを行うことで、装置本体の前方範囲と左右両範囲の床面の状態を検出するとともに、
前記第１〜第３超音波デバイスがタイミングをそれぞれずらして超音波を発生することで、前記第４超音波デバイスで感知した超音波が前記第１〜第３超音波デバイスの何れから発生されたものかが識別可能なように構成されていることを特徴とする自走式掃除装置。
装置本体の底部に、床面の掃除を行う掃除手段と、駆動輪により装置本体を床面に沿って移動させる走行手段とが設けられた自走式掃除機であって、
装置本体底部の前方位置に設けられた第１超音波デバイスと、
装置本体底部の左側に設けられた第２超音波デバイスと、
装置本体底部の右側に設けられた第３超音波デバイスと、
前記第２超音波デバイスと前記第３超音波デバイスとの間に設けられた第４超音波デバイスとを備え、
前記第１超音波デバイスと前記第４超音波デバイス、前記第２超音波デバイスと前記第４超音波デバイス、前記第３超音波デバイスと前記第４超音波デバイス、がそれぞれ対になって超音波の送波と受波とを行うことで、装置本体の前方範囲と左右両範囲の床面の状態を検出するように構成されていることを特徴とする自走式掃除装置。
前記駆動輪は装置本体の左右両側に設けられ、
前記第２超音波デバイスおよび前記第３超音波デバイスは前記左右の駆動輪の前方位置に設けられていることを特徴とする請求項２記載の自走式掃除装置。
前記第１〜第３超音波デバイスは超音波発生器であり、前記第４超音波デバイスは超音波感知器であることを特徴とする請求項２又は３に記載の自走式掃除装置。
前記第１〜第３超音波デバイスはタイミングをそれぞれずらして超音波を発生することで、前記第４超音波デバイスで感知した超音波が前記第１〜第３超音波デバイスの何れから発生されたものかが識別可能なように構成されていることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の自走式掃除装置。