JP2006106816A - 電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑制した電気掃除機を提供する。
【解決手段】掃除機本体１の自走の際に前進および旋回に用いられ障害物を検知できれば充分な前方下部センサ26には、比較的精度が低く単価が安い広域センサを用い、掃除機本体１が壁際に沿って走行する際などに用いられ障害物との距離を精度よく検知する必要がある側方センサ27には、狭域センサを用いることで、掃除機本体１の自走の精度を低下させることなく製造コストを抑制できるとともに、センサの個数を低減でき、製造コストを抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、掃除機本体の周囲の障害物およびこの障害物との距離を検知する複数のセンサを備えた自立移動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。この掃除機本体は、走行輪を備え、中空な円柱状に形成されている。また、この掃除機本体の外周面には、走行方向前側の障害物などを検知する複数のセンサが、一側部から前部を経由して他側部に亘ってそれぞれ設けられ、周方向に互いに離間されている。さらに、掃除機本体には、制御手段が収容されている。この制御手段は、センサで検知した掃除機本体の周囲に状態、あるいは掃除機本体の位置に基づき、駆動輪を駆動させるモータの駆動を制御して、掃除機本体を自立移動である自立走行、すなわち自走可能としている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１９４７５１号公報（第５頁、図１）

しかしながら、上述の電気掃除機では、全てのセンサの検知領域が一定であるため、センサの配置を、上ケースの一側部から他側部まで略一定間隔としなければならず、比較的高価なセンサの個数を低減することが容易でないという問題点を有している。

しかも、センサの個数を低減することが容易でないため、多数のセンサによる制御が必要となり、制御系を簡略化することも容易でなく、製造コストの低減が容易でない。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、製造コストを抑制した電気掃除機を提供することを目的とする。

本発明は、移動可能な掃除機本体の外側面に、この掃除機本体の一側部から移動方向前側を経由した他側部に亘って設けられ、掃除機本体の周囲の障害物を検知する複数のセンサと、これらセンサにより検知した掃除機本体の周囲の障害物に応じてこの掃除機本体を自立移動させる制御手段とを具備し、センサは、掃除機本体の移動方向前側に位置するものの検知領域が、掃除機本体の両側に位置するものの検知領域よりも広いものである。

本発明によれば、障害物を検知できれば充分な掃除機本体の移動方向前側のセンサの検知領域を、障害物との距離などを精度よく測定しなければならない掃除機本体の両側に設けるセンサの検知領域よりも広くすることで、掃除機本体の移動方向前側に設けるセンサに掃除機本体の両側に設けるセンサよりもコストが安いセンサを用いることができ、かつ、掃除機本体の移動方向前側に設けるセンサの個数をも低減できるため、製造コストを抑制できる。

以下、本発明の一実施の形態の電気掃除機の構成を図１ないし図４を参照して説明する。

図１ないし図３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としての集塵カップ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、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、集塵カップ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、図４に示すように、制御手段５により駆動を制御されるブラシモータ21にて回転駆動される。

また、駆動輪19は、図１ないし図３に示すように、掃除機本体１に回転可能に軸支され、外周の下端部が底面部11の下方に突出して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。そして、これら駆動輪19のそれぞれは、図４に示すように、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に接続され、この走行モータ22により駆動される。

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１および図３に示すように、掃除機本体１の一側部から前側を経由した他側部に亘って、例えば壁、あるいは家具などの障害物を検知する障害物検知手段としてのセンサ25が設けられている。このセンサ25は、超音波センサであり、上ケース12の前側面の上下方向の中心部に設けられた前方下部センサ26と、上ケース12の両側面の上部にそれぞれ設けられた側方センサ27と、前方センサ26と各側方センサ27との間である上ケース12の左右斜め前部に設けられた中間部センサ28とを備えている。さらに、上ケース12の前側面の上部には、高さ検知手段としての前方上部センサ29が設けられている。

前方下部センサ26は、掃除機本体１の前方の障害物などを検知するものであり、本体ケース２の左右方向の中心線上に中心が位置するように配置された前方下部受信センサ26aと、この前方下部受信センサ26aの両側部にそれぞれ配置された一対の前方下部送信センサ26bとを有している。

前方下部受信センサ26aは、前方下部送信センサ26bから発信され障害物などにより反射された超音波を受信するもので、この前方下部受信センサ26aは、低周波数（長波長）で指向性が比較的低い検出波長を有する広域センサであり、この前方下部受信センサ26aの中心位置での本体ケース２の法線方向に対して両側方向に、超音波の照射角が比較的広い幅広の受信領域を有している。

また、各前方下部送信センサ26bは、これら前方下部送信センサ26bの位置での本体ケース２の外周面の法線方向に沿って超音波を発信するもので、前方下部受信センサ26aに対して互いに対称な位置に、この前方下部受信センサ26aと略等しい高さ位置に配置されている。

さらに、側方センサ27は、掃除機本体１の側方の障害物などを検知するとともに障害物と掃除機本体１の側部との距離を検知するもので、本体ケース２の前後方向の中心線上に中心が位置するように配置された側方送信センサ27aと、この側方送信センサ27aの両側部にそれぞれ配置された一対の側方受信センサ27bとを有している。

側方送信センサ27aは、この側方送信センサ27aの位置での本体ケース２の法線方向であるこの本体ケース２の前後方向の中心線に沿って超音波を発信するものである。

また、各側方受信センサ27bは、側方送信センサ27aから発信され障害物などにより反射された超音波を受信するもので、側方送信センサ27aに対して互いに対称な位置に配置されている。そして、これら側方受信センサ27bは、前方下部受信センサ26aよりも高周波数（短波長）で指向性が高い検出波長を有する狭域センサであり、それぞれの中心位置での本体ケース２の法線方向に対して両側方向に、前方下部受信センサ26aの受信領域よりも超音波の照射角が狭い幅狭の受信領域を有している。

そして、各中間部センサ28は、掃除機本体１の前方および斜め前方の障害物などを検知するもので、前方下部送信センサ26bから送信され障害物などにより反射された超音波を受信する受信センサである。また、これら中間部センサ28は、前方下部送信センサ26bに対して前方下部受信センサ26aと反対側に配置されている。すなわち、各中間部センサ28と前方下部受信センサ26aとの間に、各前方下部送信センサ26bが配置されている。

さらに、これら各中間部センサ28は、前方下部受信センサ26aよりも低周波数（長波長）で指向性が低い検出波長を有する広域センサであり、それぞれの中心位置での本体ケース２の法線方向に対して両側方向に、前方下部受信センサ26aよりも超音波の照射角が広い幅広の受信領域を有している。すなわち、各中間部センサ28は、各センサ26，27よりも検知領域が広い。このため、これら中間部センサ28と前方下部送信センサ26bとの距離は、前方下部受信センサ26aと前方下部送信センサ26bとの間の距離よりも広くなるように設けられている。

一方、前方上部センサ29は、掃除機本体１の前方の障害物などを検知するもので、側部センサ27と略等しい高さ位置に設けられている。そして、この前方上部センサ29は、本体ケース２の左右方向の中心線上に中心が位置するように配置された前方上部送信センサ29aと、この前方上部送信センサ29aの両側部にそれぞれ配置された一対の前方上部受信センサ29bとを有している。

前方上部送信センサ29aは、この前方上部送信センサ29aの位置での本体ケース２の法線方向であるこの本体ケース２の左右方向の中心線に沿って超音波を発信するものである。

また、前方上部受信センサ29bは、前方上部送信センサ29aら発信され障害物などにより反射された超音波を受信するもので、前方上部送信センサ29aに対して互いに対称な位置に配置されている。

そして、上記各センサ26，27，28，29は、すり鉢状の窪みの底部にそれぞれ設けられ、各センサ26b，27a，29aが発信した超音波をそれぞれ各センサ26a，27b，28，29bが直接受信することを防止している。

さらに、上ケース12の後部の一側の下端部には、開口部31が切り欠き形成され、この開口部31には、隅掃除手段としての隅ブラシ32が進退可能に設けられている。この隅ブラシ32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、この隅ブラシ32は、吸込口15から集塵カップ４に連通する図示しない連通風路に連通する分岐風路33を介して集塵カップ４に連通接続されている。

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34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、図示しない風路を介して吸込側が集塵カップ４に連通接続されている。

集塵カップ４は、平面視で左右方向に長い横長状に形成され、図示しない連通風路を介して吸込口15に連通するとともに、上部が風路を介して電動送風機３の吸込側に連通している。

そして、集塵カップ４は、風路から流入した塵埃を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、電動送風機３、ブラシモータ21、走行モータ22、および、センサ25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32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、センサ25および前方上部センサ29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、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、センサ25および前方上部センサ29の出力と、記憶されたマップ情報と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がいるかを認識している。

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掃除動作を説明する。

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、制御手段５がセンサ25および前方上部センサ29により掃除機本体１の周囲を検知しつつ、走行モータ22を介して駆動輪19を駆動させて自走し、かつ、床面の種類などに応じてブラシモータ21を適宜駆動させて回転ブラシ18を回転させて床面の塵埃を掻き取り、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。

具体的に、掃除機本体１を前進、あるいは旋回させる際には、制御手段５は、前方下部センサ26、中間部センサ28、および、前方上部センサ29を用いて掃除機本体１の前側をセンシングする。

このとき、前方上部センサ29が障害物を検知して前方下部センサ26が障害物を検知しない際には、制御手段５は、この障害物を掃除機本体１が潜り抜け可能なものであると判断して、障害物を回避させずに潜り抜けさせる。

また、掃除機本体１を壁際などに沿って走行させる際には、制御手段５は、側方センサ27を用いて掃除機本体１の側部と壁との距離をセンシングすることで壁との距離を一定に保つ。

そして、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32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32から吸い込む。

さらに、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は連通風路を介して集塵カップ４へ流入し、隅ブラシ32から吸い込まれた塵埃は分岐風路33を介して集塵カップ４へと流入して、それぞれ内部でサイクロン分離される。

この後、集塵カップ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34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。

上述したように、上記一実施の形態では、掃除機本体１の前側に設けられた前方下部センサ26を、掃除機本体１の側部に設けられた側方センサ28よりも検知領域が広い広域センサとした。

すなわち、掃除機本体１が自走するに際して、前進および旋回に用いられ障害物を検知できれば充分な前方下部センサ26には、比較的精度が低く単価が安い広域センサを用い、掃除機本体１が壁際に沿って走行する際などに用いられ障害物との距離を精度よく検知する必要がある側方センサ27には、従来と同様の狭域センサを用いる構成とした。

この結果、掃除機本体１の自走の精度を低下させることなく製造コストを抑制できるとともに、検知領域が広くなることで掃除機本体１の前側に設けるセンサの間隔を広げることができるので、同じ検知領域を有するように構成した従来の電気掃除機と比較して、センサの個数を低減して広い検知領域に対応できるとともに、制御手段５の回路などをも簡略化でき、製造コストを抑制できる。

また、前方下部センサ26と同様に、掃除機本体１の自走に際して前進および旋回に用いられ障害物を検知できれば充分な中間部センサ28を、各センサ26，27の検知領域よりも広い広域センサとすることで、センサの個数を低減して、より広い検知領域に対応でき、製造コストをより抑制できる。

しかも、中間部センサ28を設けたことにより掃除機本体１の斜め前方の死角をなくすことができ、また、前方上部センサ29を設けたことにより掃除機本体１の上方の死角をなくすことができるので、例えば自走している際に作業者のつま先などを乗り越えようとして掃除機本体１が直進できず制御手段５が掃除機本体１の自己位置を誤認してしまったり、掃除機本体１の上部が障害物に引っ掛かるなどして掃除機本体１が立ち往生してしまったりするおそれがある従来の電気掃除機と比較して、掃除機本体１を精度よく自走させることができ、掃除の精度を向上できるとともに、掃除可能な領域を広げることができるので、掃除効率を向上できる。

なお、上記一実施の形態において、センサ25および前方上部センサ29は、送信センサと受信センサとを一体に設ける構成も可能である。

また、掃除機本体１が例えば扁平な形状などの場合には、前方下部センサ26を設ける位置を適宜設定することで、この前方下部センサ26のみで掃除機本体１の前方の障害物および障害物の高さなどを検知することが可能になるため、前方上部センサ29を設けない構成とすることも可能である。この場合には、製造コストをより抑制できる。

さらに、側方センサ27は、より精度が要求される隅ブラシ32と壁との距離を一定に保つ制御のために用いてもよい。

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側面図である。 同上電気掃除機を示す底面図である。 同上電気掃除機を示す正面図である。 同上電気掃除機の内部構造を示すブロック図である。

符号の説明

１ 掃除機本体
３ 電動送風機
５ 制御手段
25 センサ

Claims (2)

1. 電動送風機を収容し移動可能な掃除機本体と、
   この掃除機本体の外側面に、この掃除機本体の一側部から移動方向前側を経由した他側部に亘って設けられ、前記掃除機本体の周囲の障害物を検知する複数のセンサと、
   これらセンサにより検知した前記掃除機本体の周囲の障害物に応じてこの掃除機本体を自立移動させる制御手段とを具備し、
   前記センサは、前記掃除機本体の移動方向前側に位置するものの検知領域が、前記掃除機本体の両側に位置するものの検知領域よりも広い
   ことを特徴とした電気掃除機。
2. センサは、掃除機本体の両側と移動方向前側との間に位置するものの検知領域が他のものよりも広い
   ことを特徴とした請求項１記載の電気掃除機。

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