JP2006099481A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】確実な自立走行制御を可能とする電気掃除機を提供する。
【解決手段】測距センサ23で測定した駆動輪の接地部の磨耗量に基づいて走行モータ22よる駆動輪の駆動を制御手段５にて制御して掃除機本体を自立走行させることで、使用に伴う駆動輪の接地部の磨耗によって駆動輪の周方向長さが変化しても、掃除機本体の自己位置、走行距離、および、走行速度などを制御手段５が駆動輪の回転数から確実に認識できるので、確実な自立走行制御を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自立走行可能な電気掃除機に関する。

従来、この種の電気掃除機は、電動送風機を収容した掃除機本体を備えている。この掃除機本体には、車輪が複数設けられている。これら車輪は、被掃除面としての走行面を傷つけないように、走行面に接する外周部分が軟質の部材などで構成されている。また、これら車輪は、掃除機本体内に設けられたモータにより回転駆動される。さらに、掃除機本体内には、電動送風機およびモータの駆動を制御し、掃除機本体を自立走行させながら掃除を可能とする制御手段が収容されている。

そして、制御手段が、例えば掃除機本体に設けられたカメラにより段差を検知し、車輪の回転数などにより掃除機本体の自己位置、あるいは速度を認識して、段差の手前で停止したり、段差の手前で方向転換したりするようにモータを制御する構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平５−８４２００号公報（第２頁、図１）

しかしながら、上述の電気掃除機では、繰り返し走行することで走行輪が磨耗すると、車輪の回転数が磨耗以前と同じであっても、掃除機本体の走行距離、あるいは速度が変化してしまうため、制御手段が認識した自己位置と実際の位置とに誤差が生じ、確実な自立走行制御を得ることができなくなるおそれがあるという問題点を有している。

そして、確実な自立走行制御を得られなくなると、被掃除面を部屋などの隅々まで掃除しなかったり、掃除残しがあったり、あるいは充電台に戻ることができなくなったりするおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、確実な自立走行制御を可能とする電気掃除機を提供することを目的とする。

本発明は、掃除機本体を走行面上で走行可能にする車輪と、この車輪を駆動させる電動機と、車輪の磨耗量を測定する磨耗測定手段と、車輪の回転数により走行距離を計測し、磨耗測定手段で測定した磨耗量に基づいて電動機による車輪の駆動を制御して掃除機本体を自立走行させる制御手段とを具備したものである。

本発明によれば、磨耗測定手段で測定した車輪の磨耗量に基づいて電動機による車輪の駆動を制御手段が制御して掃除機本体を自立走行させることで、車輪の磨耗量に拘らず掃除機本体の走行距離などを制御手段が車輪の回転数に基づいて確実に認識できるので、確実な自立走行制御を得ることができる。

以下、本発明の一実施の形態の電気掃除機の構成を図面を参照して説明する。

図２ないし図４において、１は掃除機本体で、この掃除機本体１は、工場や住居内などの被掃除面としての走行面である床面上を自立移動である自立走行、すなわち自走可能な電気掃除機である。この掃除機本体１は、ケース体としての略円柱状の中空な本体ケース２を備えている。この本体ケース２内には、電動送風機３と、この電動送風機３の吸込側に連通した集塵部４と、回路基板などからなる制御手段５と、電動送風機３および制御手段５などに電力を供給し図示しない充電台により充電可能な図示しない二次電池とがそれぞれ収容されている。

なお、以下、掃除機本体１の走行方向に沿った方向を前後方向、この走行方向に対して直交する方向に沿った方向を側方、すなわち左右方向として説明する。

本体ケース２は、床面に対向する略円板状の底面部11の上側に、上ケース12を嵌合させて形成されている。

底面部11は、図４に示すように、段差乗り越え用の傾斜面14が前側に向けて上方向に傾斜するように前部に設けられ、集塵部４に連通する横長四角形状の吸込口15が後側に偏倚して開口形成され、かつ、前後方向中心部の両側方に、前後に長い四角形状の嵌合口16がそれぞれ開口形成されているとともに、左右方向中心部が吸込口15の後部に前後に長い四角形状の嵌合開口17が開口形成されている。そして、吸込口15には、回転清掃体としての回転ブラシ18が回転可能に配設され、嵌合口16には、掃除機本体１を自走可能にする車輪としての駆動輪19がそれぞれ嵌合され、嵌合開口17には、従動輪である支持後輪20が嵌合されている。

回転ブラシ18は、下端部が吸込口15から下方に若干突出し、床面に接触してこの床面の塵埃を掻き取るものである。そして、この回転ブラシ18は、制御手段５により駆動を制御される回転清掃体駆動手段としてのブラシモータ21にて回転駆動される。

また、駆動輪19は、図２および図５に示すように、掃除機本体１に回転可能に軸支された円板状のホイール部19aと、このホイール部19aの外周に全周に亘って設けられた接地部19bとを備えている。そして、接地部19bは、下端部が底面部11の下方に突出し、床面に接地可能となっており、床面を傷つけず、かつ駆動輪19が床面に対してスリップしにくいように、例えば合成ゴム、あるいはエラストマなどの軟質の部材により形成されている。また、この接地部19bは、例えば段差乗り越え用の複数の凹凸が全周に略等間隔に設けられている。そして、これら駆動輪19のそれぞれは、制御手段５により駆動が制御される電動機としての走行モータ22に図示しないギア部などを介して接続され、この走行モータ22により駆動される。

そして、一方の駆動輪19の後方には、接地部19bの磨耗量を測定する磨耗測定手段としての距離測定手段である測距センサ23が配置されている。この測距センサ23は、例えばフォトセンサであり、図５に示すように、駆動輪19の接地部19bの外周表面である接地面19cに対向して配置されている。また、この測距センサ23は、略直方体状の本体部23aと、この本体部23aの長手方向両端部に突設された被取付部23bと、本体部23aの駆動輪19に対向する側面の長手方向の一端部に設けられた発光部23cと、本体部23aの駆動輪19に対向する側面の長手方向の他端部に設けられた受光部23dとを有している。

さらに、この測距センサ23は、駆動輪19の接地部19bに対向するように、例えば一方の駆動輪19と左右方向に略同位置で、この駆動輪19の後方、かつ、この駆動輪19の中心軸よりも下側に配置され、この駆動輪19の中心軸に向けて発光部23cが発光するとともに、この発光部23cから発光され接地部19bの接地面19cで反射された光を受光部23dで受光するように掃除機本体１内に取り付けられている。そして、測距センサ23は、発光部23cから発光され駆動輪19の接地部19bの接地面19cで反射された光を受光部23dで受光することで、測距センサ23と駆動輪19の接地面19cとの距離Ｄを測定し、この測定した距離Ｄにより接地部19bの磨耗量を測定している。

なお、距離Ｄは、例えば測距センサ23により駆動輪19の接地面19cと測距センサ23との距離を複数回検知し、それら距離の平均値などとして設定する。

さらに、支持後輪20は、回転自在に設けられ、各駆動輪19とともに掃除機本体１を支持するものである。

一方、上ケース12には、図２および図３に示すように、壁などの障害物を検知する障害物検知手段としての複数の走行センサ25が設けられている。これら走行センサ25は、例えば画像センサ、超音波センサ、あるいは赤外線センサなどであり、上ケース12の前側面の上下方向の中心部、あるいは上ケース12の前側面の上部などに、上ケース12の径方向に向けてそれぞれ設けられている。

また、上ケース12の上面には、制御手段５などに掃除場所などの設定を外部入力する際などに操作される図示しない複数の設定ボタンと、掃除機本体１の駆動状態、あるいは二次電池の容量の残量などの情報を表示する報知手段としての表示部である図示しないディスプレイと、報知手段としてのＬＥＤ26とがそれぞれ設けられている。

さらに、上ケース12の後部の一側の下端部には、開口部28が切り欠き形成され、この開口部28には、隅掃除手段としての隅ブラシ29が進退可能に設けられている。この隅ブラシ29は、通常の場所の掃除中には掃除機本体１に収容され、掃除機本体１が床面の隅などに位置した際などには掃除機本体１から突出され、隅などの床面を掃除するものである。

そして、上ケース12の後部の上端部には、電動送風機３の排気側に連通した排気孔31が複数穿設されている。

電動送風機３は、本体ケース２内の前後方向の中心部よりも後寄りに配置され、図示しない連通風路を介して吸込側が集塵部４に連通接続されている。

集塵部４は、集塵部本体としての集塵カップ32と、この集塵カップ32内に設けられた収容空間部33と、集塵カップ32の後部に開口形成され収容空間部33に連通する吸気口34と、集塵カップ32の上部を閉塞する集塵カップ蓋部35とを備え、本体ケース２の前後方向の中心部よりも前寄りに配置され、本体ケース２に対して着脱可能に設けられている。

集塵カップ32は、平面視で左右方向に長い横長状に形成されている。

収容空間部33は、集塵カップ32の左右方向の一側に、円柱を刳り貫いた形状に形成されている。そして、この収容空間部33の上部には、図示しないフィルタが同軸状に配置されている。

吸気口34は、収容空間部33の後部の一側に連通するように開口形成され、この吸気口34には、吸込口15および隅ブラシ29に連通した風路36の一端部が連通接続されている。

集塵カップ蓋部35は、集塵カップ32の上部を開閉可能に閉塞するもので、集塵部４を操作者が把持可能にする取手部37が上部に設けられている。

そして、集塵部４は、風路36から流入した吸込風を収容空間部33の内部で旋回させて、比較的大きい塵埃すなわち粗塵をサイクロン分離して内部に収容するとともに、吸込風をフィルタに通過させてこのフィルタで微細な塵埃すなわち細塵を捕集し、吸込風だけを電動送風機３の吸込側に流すものである。

また、制御手段５には、図１に示すように、電動送風機３、ブラシモータ21、走行モータ22、測距センサ23、走行センサ25、ＬＥＤ26、および、各駆動輪19の回転数を検知する回転数検知手段としてのエンコーダ38などが接続されている。

そして、制御手段５は、図示しないメモリおよびＩＣなどを搭載した制御回路を備え、電動送風機３およびブラシモータ21の駆動を制御することで、吸込口15および隅ブラシ29からの吸い込みと、回転ブラシ18による塵埃の掻き取りなどとを制御して、掃除機本体１による掃除を制御する。また、制御手段５は、二次電池により電源のバックアップを受けており、部屋などの大きさと形状とを示す位置座標と充電台の位置、あるいは走行開始位置などとを有するマップ情報、あるいは部屋の掃除パターン情報などを記憶している。そして、この制御手段５は、走行センサ25により検知した床面、あるいは障害物などの情報に基づいて走行モータ22の駆動を制御することで、掃除機本体１を所定の位置に移動させたり、障害物を回避したり、壁際を走行したりするなど、掃除機本体１の自立走行を制御する。

ここで、制御手段５は、測距センサ23にて測定した距離Ｄすなわち駆動輪19の磨耗量に基づいて駆動輪19の接地部19bの周方向長さを補正する補正手段の機能を備え、この補正された周方向長さとエンコーダ38の出力Ｒとに基づいて掃除機本体１の走行距離および走行速度を算出して、この算出した走行距離と走行センサ25の出力および記憶されたマップ情報に基づいて掃除機本体１の自己位置、すなわち部屋のどの位置に掃除機本体１がいるかを認識するとともに、算出した走行速度に基づく掃除の残り時間などをディスプレイに表示可能となっている。

また、制御手段５は、測距センサ23で測定した駆動輪19の接地面19cと測距センサ23との距離Ｄに対して、所定の閾値である第１閾値TH1と、この第１閾値TH1よりも大きい所定の閾値である第２閾値TH2とがそれぞれ設定されている。第１閾値TH1は、例えば電気掃除機を平均的な時間使用した際の駆動輪19の接地部19bの平均的な磨耗量などに対応して設定されている。また、第２閾値TH2は、例えば駆動輪19の接地面19cの凹凸がなくなった状態の駆動輪19の接地面19cと測距センサ23との距離などに設定されている。

なお、制御手段５に記憶されるマップ情報は、部屋などの形状に応じて予め入力されたもの、あるいは掃除機本体１を初期走行させて走行センサ25によりセンシングして記憶させたものなど、いずれのものでもよい。

次に、上記一実施の形態の動作を説明する。

まず、電気掃除機は、制御手段５に予め設定された所定の時刻などとなると、電動送風機３を駆動させ、例えば充電台から掃除を開始する。

なお、掃除の開始位置は、掃除機本体１の走行開始位置、あるいは部屋などの出入口など、任意の場所に設定することが可能である。

そして、電気掃除機は、走行センサ25により掃除機本体１の周囲をセンシングしながら走行モータ22を介して駆動輪19を駆動させて自立走行し、走行センサ25で検知した障害物などを回避しつつ、予め設定された掃除パターンなどに応じて床面を自立掃除する。

このとき、制御手段５は、認識している駆動輪19の周方向長さとエンコーダ38からの出力Ｒと応じて掃除機本体１の走行速度および充電台からの走行距離などを算出し、制御手段５に記憶されたマップ情報などと照合して自己位置を認識している。

また、制御手段５が、床面の種類などに応じて適宜ブラシモータ21を駆動させて回転ブラシ18を回転させ、床面上の塵埃を掻き取る。

さらに、部屋の隅などに掃除機本体１がある場合には、必要に応じて隅ブラシ29を掃除機本体１から突出させ、この部屋の隅の床面上の塵埃を隅ブラシ29から吸い込む。

そして、回転ブラシ18により床面から掻き取られ、電動送風機３の駆動により吸込口15から空気とともに吸い込まれた塵埃、および、隅ブラシ29から吸い込まれた塵埃は、風路36を介して集塵部４の収容空間部33へと流入し、この収容空間部33内でサイクロン分離される。

この後、集塵部４のフィルタを通過して塵埃が捕集された空気は、電動送風機３の吸込側からこの電動送風機３内へと流入した後、電動送風機３の図示しない排気口から排気され、排気孔31から本体ケース２の外部へと排気される。

そして、掃除が終了すると、電動送風機３を停止させ、制御手段５にて認識している自己位置に基づいて走行制御して充電台に戻り、掃除機本体１を充電台に接続して停止する。

ここで、制御手段５による走行速度および走行距離の算出の制御を図６に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、測距センサ23が、発光部23cから駆動輪19の接地面19cに向けて発光し、この接地面19cにて反射された光を受光部23dにて受光することで、駆動輪19の接地面19cと測距センサ23との距離Ｄを測定する（ステップ１）。

次に、このステップ１で測定した駆動輪19と測距センサ23との距離Ｄが第２閾値TH2以上であるかどうか、すなわちＤ≧TH2かどうかを制御手段５が判断する（ステップ２）。

このステップ２において、駆動輪19と測距センサ23との距離Ｄが第２閾値TH2以上であると制御手段５が判断した場合には、駆動輪19を交換すべき状態にまで接地部19bが磨耗していると制御手段５が判断し、ＬＥＤ26にて駆動輪19が交換時期であることを外部に報知する（ステップ３）とともに、走行距離と走行速度のパラメータを制御手段５が変更し（ステップ４）、リターンする。

一方、ステップ２において、駆動輪19と測距センサ23との距離Ｄが第２閾値TH2以上でないと制御手段５が判断した場合には、駆動輪19と測距センサ23との距離Ｄが第１閾値TH1以上であるかどうか、すなわちＤ≧TH1かどうかを制御手段５が判断する（ステップ５）。

このステップ５において、駆動輪19と測距センサ23との距離Ｄが第１閾値TH1以上であると制御手段５が判断した場合には、制御手段５が認識している駆動輪19の周方向長さを距離Ｄに応じて補正することで走行距離と走行速度とのパラメータを制御手段５にて変更する（ステップ６）とともに、例えば所定値を加算したり、あるいは予め制御手段５などに設定された複数の所定値に順次切り換えたりして、第１閾値TH1を、より大きい新たな数値に変更し（ステップ７）、リターンする。

一方、ステップ５において、駆動輪19と測距センサ23との距離Ｄが第１閾値TH1以上でないと制御手段５が判断した場合には、そのままリターンする。

上述したように、上記一実施の形態では、測距センサ23で測定した駆動輪19の接地部19bの磨耗量に基づいて走行モータ22よる駆動輪19の駆動を制御手段５にて制御して掃除機本体１を自立走行させる構成とした。

具体的には、掃除機本体１の走行距離、あるいは走行速度などを制御手段５が決定する際に使用される駆動輪19の周方向長さを、駆動輪19の接地部19bの磨耗量に従って制御手段５が補正する構成とした。

この結果、使用に伴う駆動輪19の接地部19bの磨耗によって駆動輪19の周方向長さが変化しても、掃除機本体１の自己位置、走行距離、および、走行速度などを制御手段５が駆動輪19の周方向長さおよび回転数から確実に認識できるので、確実な自立走行制御を得ることができる。

また、駆動輪19の接地部19bの磨耗量が第２閾値TH2よりも大きくなると、ＬＥＤ26で外部に報知することで、駆動輪19が絨毯などでスリップするようになったり、接地面19cの凹凸がなくなったりする前に駆動輪19を操作者に交換させることが可能となる。この結果、駆動輪19が磨耗しない状態に維持でき、掃除機本体１の自己位置、走行距離、および、走行速度などを、制御手段５が駆動輪19の回転数から、より確実に認識可能となるとともに、段差などを確実に乗り越えて確実に充電台などに帰還することが可能となり、かつ、掃除機本体１の走行速度が遅くなって掃除時間が必要以上に長くなり二次電池の消費量が増加することなどをも防止できる。

そして、電気掃除機が自己位置を確実に認識でき、床面上の実際の掃除機本体１の位置と、制御手段５で認識した掃除機本体１の位置との誤差が少なくなることで、床面を隅々まで掃除することが可能となり、掃除残しがなくなり、掃除終了の際には電気掃除機が充電台に確実かつ最短コースで戻ることができ、また、電気掃除機の停止位置を誤って、障害物などに衝突したり階段などから落下したりすることも防止できる。

さらに、掃除機本体１の走行速度を確実に認識できることで、掃除機本体１の走行速度に基づいて算出される掃除の残り時間などを正確に認識および表示できる。

そして、測距センサ23により測定した駆動輪19の接地面19cとの距離にて駆動輪19の接地部19bの磨耗量を測定することで、駆動輪19の接地部19bの磨耗量を容易かつ確実に測定できる。

また、測距センサ23を駆動輪19の中心軸に向けて配設することで、測距センサ23の発光部23cから発光された光が、駆動輪19の接地面19cにて受光部23dへと確実に反射されるので、駆動輪19の接地面19cと測距センサ23との距離を、確実に測定できる。

なお、上記一実施の形態において、測距センサ23は、左右それぞれの駆動輪19に設けてもよく、また、一つの駆動輪19に複数設け、これら測距センサ23の平均値により距離Ｄを測定する構成としてもよい。

さらに、駆動輪19の接地部19bの磨耗量を測定できれば、駆動輪19の接地面19cとの距離を測定する測距センサ23以外にも、他の様々な磨耗測定手段を用いることが可能になる。

そして、駆動輪19は、接地面19cが平坦なもの、あるいは接地面19cに溝が形成されているものなどでもよい。

また、報知手段は、ＬＥＤ26による報知に代えて、ブザーで報知したり、あるいはディスプレイに表示して報知したりする構成としてもよい。

さらに、第１閾値TH1および第２閾値TH2は、第１閾値TH1よりも第２閾値TH2を大きく設定すれば、任意に設定可能である。

そして、電気掃除機の細部は、上記構成に限定されるものではない。

本発明の一実施の形態の電気掃除機を示すブロック図である。 同上電気掃除機を示す側面図である。 同上電気掃除機を示す平面図である。 同上電気掃除機を示す底面図である。 同上電気掃除機の要部を拡大して示す斜視図である。 同上電気掃除機の制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 掃除機本体
３ 電動送風機
５ 補正手段を機能として有する制御手段
19 車輪としての駆動輪
22 電動機としての走行モータ
23 磨耗測定手段としての距離測定手段である測距センサ
26 報知手段としてのＬＥＤ

Claims (4)

1. 電動送風機を収容した掃除機本体と、
   この掃除機本体を走行面上で走行可能にする車輪と、
   この車輪を駆動させる電動機と、
   前記車輪の磨耗量を測定する磨耗測定手段と、
   前記車輪の回転数により走行距離を計測し、前記磨耗測定手段で測定した磨耗量に基づいて前記電動機による前記車輪の駆動を制御して前記掃除機本体を自立走行させる制御手段と
   を具備したことを特徴とした電気掃除機。
2. 磨耗測定手段は、車輪の表面との距離を測定する距離測定手段である
   ことを特徴とした請求項１記載の電気掃除機。
3. 車輪の磨耗量に従い車輪の周方向長さを補正する補正手段を具備した
   ことを特徴とした請求項１または２記載の電気掃除機。
4. 距離測定手段で測定した距離が所定の閾値を超えた際に、報知する報知手段を具備した
   ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか一記載の電気掃除機。

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