JP2006236308A - ロボット掃除機およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 掃除領域の分布を均一に行うロボット掃除機を提供すること。
【解決手段】 本体を掃除面上で移動させる走行駆動ユニットと、本体の周りの障害物を検出する障害物検出ユニットと、走行駆動ユニットの移動距離を検出する走行距離検出ユニットと、障害物検出ユニットを介して障害物が検出された場合、本体を前記障害物から所定の距離離れた地点に移動させ掃除走行パターンに沿って走行させ、障害物が検出されるたびに距離を可変的に適用して走行駆動ユニットに走行信号を出力する中央処理ユニットと、からロボット掃除機を構成した。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ロボット掃除機およびその制御方法に関し、詳細には掃除領域のカバー率が向上されたロボット掃除機およびその制御方法に関する。

最近、家庭用ロボットが新たな市場を形成し、その規模が増大しつつある。特に、ロボット掃除機の場合、すでに多様な製品が出回り競合している。

ロボット掃除機において肝心なのは完璧に全ての領域を掃除することであるが、これを解決するためには自ら掃除領域を認識して、掃除済みの部分と未掃除の部分とを区別しなければならない。

ロボット掃除機の掃除方法は、ランダム掃除方式（ｒａｎｄｏｍ ｓｗｅｅｐｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）と、パターン掃除方式（ｐａｔｔｅｒｎ ｓｗｅｅｐｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）とがある。

図１は従来のランダム掃除方式の例を示した図である。

同図に示したように、符号１１ａは掃除領域を示し、符号１１ｂはランダム掃除軌跡を示す。ランダム掃除方式は如何なる規則性もなく掃除領域を移動しながら掃除を行う。係るランダム掃除方式は確率的にはほとんどの領域にわたって掃除を行うことができるが、完璧とは言い難い。

図２は従来のパターン掃除方式の一例を示した図であって、日本公開特許公報（特許出願公開番号特開平５−１６１５７７、公開日：平成５年（１９９３年）６月２９日、掃除機ロボット）に開示された例を示した図であり、図３は図２の構成を介して行われる掃除の走行パターンを示す。

図２および図３に示したように、掃除ロボットは、本体を移動させる走行ステアリング（ｓｔｅｅｒｉｎｇ）手段３、走行距離を検出する走行距離検出手段５、本体方向を検出する方向検出手段４、走行距離検出手段５と方向検出手段４の信号を受けて走行ステアリング手段３に走行信号を出力する判断処理手段８、掃除面を掃除する掃除手段２、本体に電力を供給する電源１、走行距離設定手段６、ユーターン回数を設定する回数設定手段７、を備えてなる。掃除ロボットは、方向検出手段４と走行ステアリング手段３を用いて直進移動し、方向検出手段４と走行ステアリング手段３を用いてユーターンする。そのユーターン回数と直進移動距離が所定値に達したことを判断するまで掃除作業を行う。図３において、未説明符号１８は掃除ロボットの本体を示し、符号１９は走行軌跡を示す。

しかしながら、前述のような日本公開特許公報に開示されたロボット掃除機も単純な縞模様の走行パターンをしているので、その掃除領域を効率よくカバーできないという問題がある。
日本公開特許公報特開平５−１６１５７７

本発明は前述した問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、第１に、掃除走行パターンを螺旋型にすることで、螺旋型に走行するロボット掃除機の掃除開始点を変更し、掃除領域が１つに集中するといった問題を解決して掃除領域を均一に分布させるロボット掃除機を提供することにある。

第２に、前述したロボット掃除機を用いて掃除を行う方法を提供することにある。

前述の目的を達成するために提案された本発明の第１の手段によると、本体を掃除面上で移動させる走行駆動ユニットと、前記走行駆動ユニットの走行距離を検出する走行距離検出ユニットと、前記本体周りの障害物を検出する障害物検出ユニットと、前記障害物検出ユニットを介して障害物が検出された場合、前記本体を前記障害物から所定の距離離れた地点に移動させ掃除走行パターンに沿って走行させ、前記障害物が検出されるたびに前記距離を可変的に適用して前記走行駆動ユニットに走行信号を出力する中央処理ユニットと、を含むことを特徴とするロボット掃除機が提供される。

前記中央処理ユニットは、前記障害物検出ユニットから信号を受信して障害物が検出されたことを判断する判断ユニットと、前記判断ユニットを介して障害物が検出されたと判断した場合、前記本体を前記障害物から所定の距離直進させるよう前記走行駆動ユニットに直進走行信号を出力し、その直進移動距離を可変的に出力する直進ユニットと、前記走行距離検出ユニットを介して受信された情報に基づいて前記走行駆動ユニットの直進移動距離を計数する距離計数ユニットと、前記距離計数ユニットを介して前記走行駆動ユニットの直進移動距離が前記所定の距離に達すると計数されれば、前記走行駆動ユニットに螺旋型の走行信号を出力し掃除を進行させる旋回ユニットと、を含むことが好ましい。

前記螺旋型は、四角の螺旋型であることが好ましい。

前記障害物検出ユニットは前記走行駆動ユニットが直進移動する間に検出動作を持続的に行い、前記直進移動時に前記判断ユニットを介して障害物が検出されたと判断された場合、前記走行駆動ユニットに新たな直進走行信号を出力するよう働くことが好ましい。

本発明の第２の手段によると、障害物を検出するステップと、前記障害物が検出された場合に本体を前記障害物から所定の距離直進移動させるステップと、前記所定の距離直進移動させた前記本体を螺旋型に旋回させ掃除動作を行うステップと、が繰り返し行われ、前記直進移動させるステップにおいて、前記直進移動距離は前記障害物が検出されるたびにその距離を可変的に適用することを特徴とするロボット掃除機の制御方法が提供される。

前記本体を旋回させるステップにおいて、前記本体は四角の螺旋型に旋回されることが好ましい。

前記本体を前記障害物から所定の距離直進移動させるステップにおいて、前記障害物を検出する動作を持続的に行い、前記直進移動の際に前記障害物が検出された場合、新たに設定された直進移動距離に前記本体を直進移動させることが好ましい。

本発明によるロボット掃除機によると、障害物とぶつかった際掃除開始点の位置を可変的に適用して掃除領域のカバー率を向上させることができ、未掃除領域が発生することを防止できる。

以下、添付の図面に基づいて本発明の好適な実施形態を詳述する。

図４は本発明の一実施の形態に係るロボット掃除機の構成を概略的に示した図である。

同図に示したように、ロボット掃除機１００は、本体１０１、掃除ユニット１１０、障害物検出ユニット１３０、走行駆動ユニット１５０、走行距離検出ユニット１７０、中央処理ユニット１９０、バッテリ２１０、操作ユニット２３０からなっている。

本体１０１は、例えば、円状をなし、本体１０１には掃除面のホコリまたは異物を集塵できるように掃除ユニット１１０が設けられている。掃除ユニット１１０は、掃除面のホコリまたは異物を集塵できるように本体１０１に設けられている。掃除ユニット１１０は、例えば、掃除面のホコリまたは異物を吸入するための吸入ブラシおよび吸入管と、吸入力を発生させる吸入モータおよび吸入されたホコリまたは異物を集塵する集塵室からなる。

本体１０１の前面には障害物を検出するための障害物検出ユニット１３０が設けられる。障害物検出ユニット１３０は壁面または掃除面にある障害物を検出する障害物検出センサー１３１から構成される。障害物検出センサー１３１は、例えば、赤外線を出射する赤外線発光素子と、反射された光を受信する受光素子が垂直に対をなしている光センサー１３１ａが用いられる。また、超音波を出射し、反射された超音波を受信できる超音波センサー（図示せず）が用いられる。あるいは、本体１０１の前面の円周に沿って設けられ障害物を検知するバンプセンサー１３１ｂでもよい。バンプセンサー１３１ｂは、走行時にバンパーに障害物が接すると内部のスイッチが入り障害物を検知できるよう働く。

本体１０１には、ロボット掃除機１００の走行輪を制御するための走行駆動ユニット１５０が設けられる。走行駆動ユニット１５０は左輪１５１Ｌと右輪１５１Ｒをそれぞれ駆動する左輪モータ１５５Ｌおよび右輪モータ１５５Ｒからなる。

走行距離検出ユニット１７０は、左輪モータ１５５Ｌおよび右輪モータ１５５Ｒの回転状態を検知する左輪エンコーダー１７１Ｌおよび右輪エンコーダー１７１Ｒからなる。

本体１０１の内部にはロボット掃除機１００の全般的な動作を制御する中央処理ユニット１９０が設けられ、外部充電装置から電源を充電しロボット掃除機１００を駆動させるために必要とされる電源を供給するバッテリ２１０が設けられる。

さらに、本体１０１にはユーザの操作に応じてロボット掃除機の操作条件を中央処理ユニット１９０に入力させる操作ユニット２３０が加えて設けられる。

図５は本発明の一実施の形態に係るロボット掃除機の概略的なブロック図である。

同図に示したように、掃除ユニット１１０、障害物検出ユニット１３０、走行駆動ユニット１５０、走行距離検出ユニット１７０、中央処理ユニット１９０、バッテリ２１０、操作ユニット２３０、メモリ２５０、通信部２７０から構成される。

掃除ユニット１１０は、例えば、中央処理ユニット１９０の掃除信号を受けて吸入モータ１１３を駆動させる吸入モータ駆動部１１１と、吸入モータ１１３の駆動力が伝達され駆動される吸入ブラシ１１５からなる。

障害物検出ユニット１３０は、ロボット掃除機１００の前面にある障害物を検知し中央処理ユニット１９０に入力する。障害物検出ユニット１３０は中央処理ユニット１９０から信号を受信し障害物検出駆動部１３５と、障害物検出駆動部１３５により駆動される障害物検出センサー１３１からなる。なお、障害物検出センサー１３１には、例えば、光センサー、超音波センサー、バンプセンサーなどが用いられる。

走行駆動ユニット１５０は、中央処理ユニット１９０の走行信号を受信し、左輪モータ１５５Ｌおよび右輪モータ１５５Ｒに駆動信号を出力して左輪１５１Ｌおよび右輪１５１Ｒを駆動させる左輪モータ駆動部１５３Ｌおよび右輪モータ駆動部１５３Ｒからなる。

走行距離検出ユニット１７０は、ロボット掃除機１００の走行距離を中央処理ユニット１９０に入力するものであって、左輪モータ１５５Ｌおよび右輪モータ１５５Ｒの回転数をチェックする左輪エンコーダー１７１Ｌおよび右輪エンコーダー１７１Ｒからなる。

中央処理ユニット１９０はロボット掃除機１００の全般的な掃除動作を制御するものであって、障害物検出ユニット１３０を介して障害物検知の有無を判断する判断ユニット１９１と、判断ユニット１９１の情報に基づいて障害物が検知された場合に、障害物からロボット掃除機１００が所定の距離離れるよう走行駆動ユニット１５０に直進走行信号を出力する直進ユニット１９３と、ロボット掃除機１００が所定の距離直進移動すると、ロボット掃除機１００が掃除走行パターンに応じて旋回するよう走行駆動ユニット１５０に旋回走行信号を出力する旋回ユニット１９５と、から構成されている。なお、掃除走行パターンは螺旋型が好ましく、四角の螺旋型であることがより好ましい。これは効率よく掃除領域をカバーするためである。加えて、中央処理ニット１９０は走行距離検出ユニット１７０である左輪エンコーダー１７１Ｌおよび右輪エンコーダー１７１Ｒを介して伝達された左輪モータ１５５Ｌおよび右輪１５５Ｒの回転数に基づいて走行距離を計数する距離計数ユニット１９７を加えて構成される。

操作ユニット２３０はロボット掃除機の各動作を制御するためのものであって、種々の動作スイッチが設けられる。

メモリ２５０はロボット掃除機１００の全般の動作を制御するためのメモリとして、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などがある。

通信部２７０はロボット掃除機１００内のデータを送出したり、受信された外部データを中央処理ユニット１９０に伝送する。

バッテリ２１０は、図示されない外部充電装置から電源を受電し、ロボット掃除機１００を駆動させるために必要な電源を供給する。

図６は本発明の一実施の形態に係るロボット掃除機の掃除動作を説明するための順序図である。

図５および図６に示したように、まず、所定の掃除動作を行う（Ｓ１０）。

なお、その掃除動作は操作ユニット２３０を介して掃除の開始信号が入力されると、中央処理ユニット１９０は掃除ユニット１１０に駆動信号を出力すると同時に走行駆動ユニット１５０に駆動信号を出力する。中央処理ユニット１９０から吸入モータ駆動部１１１に駆動信号が出力されると、吸入モータ駆動部１１１は吸入モータ１１３を駆動して吸入ブラシ１１５を動作させる。この際に吸入ブラシ１１５を介して掃除面のホコリまたは異物が吸い込まれ集塵室に移動される。一方、これと同時に中央処理ユニット１９０から左輪モータ駆動部１５３Ｌまたは右輪モータ駆動部１５３Ｒに駆動信号が出力されると、左輪モータ１５５Ｌまたは右輪モータ１５５Ｒが駆動され左輪１５１Ｌあるいは右輪１５１Ｒを掃除走行のパターンに応じて移動させ所定の掃除動作を行う。この際、掃除走行パターンは四角の螺旋型になっているため、掃除の適用範囲がより均一となる。

前述のように、掃除動作を行う間に中央処理ユニット１９０は障害物検出駆動部１３５に障害物検出信号を出力し、障害物検出センサー１３１を動作させて障害物を検出する（Ｓ３０）。なお、障害物検出駆動部１３５は、例えば、障害物検出センサー１３１を駆動させて障害物を検出する。なお、障害物検出センサー１３１は、例えば、光センサー、超音波線センサー、バンプセンサーであって、光センサーの発光素子を駆動させて光を出力させたり、超音波センサーの超音波発生部を駆動させ超音波を出力させる。

次に、障害物検出センサー１３１を介して中央処理ユニット１９０に検出信号が入力されれば、中央処理ユニット１９０の判断ユニット１９１は障害物の検出有無を判断する（Ｓ５０）。

次に、判断ユニット１９１を介して障害物が検出されたと判断されれば、中央処理ユニット１９０は走行駆動ユニット１５０の左輪モータ駆動部１５３Ｌおよび右輪モータ駆動部１５３Ｒに直進走行信号を出力してロボット掃除機１００を障害物から所定の距離直進移動させる（Ｓ７０）（図７(Ａ)ないし図７(Ｃ)参照）。

次に、走行距離検出ユニット１７０である左輪エンコーダー１７１Ｌまたは右輪エンコーダー１７１Ｒを介して左輪モータ１５５Ｌあるいは右輪モータ１５５Ｒの回転数に対する情報が距離計数ユニット１９７に伝達され、距離計数ユニット１９７は直進移動距離を計算して所定の距離に達したか否かを判断する（Ｓ９０）。

Ｓ９０において、ロボット掃除機１００が所定の距離（Ｌ）の分移動されたと判断されれば、距離計数ユニット１９７は旋回ユニット１９５に信号を伝達し、旋回ユニット１９５は走行駆動ユニット１５０に旋回走行信号を出力してロボット掃除機１００を螺旋型、より好ましくは四角の螺旋型に走行させ一連の掃除動作を行う（Ｓ１１０）。

Ｓ９０において、ロボット掃除機１００が所定の距離に達していない時には、距離計数ユニット１９７は、直進ユニット１９３を介して走行駆動ユニット１５０を続けて直進移動させるための直進走行信号を出力する。このとき、直進移動させる間に新たな障害物が検知されると、直進ユニット１９３は新たな直進走行信号を出力して、ロボット掃除機１００は新たに設定された直進移動距離に応じて移動する。

Ｓ１１０を行った後、掃除完了であると判断されれば掃除動作を終了し、完了していない場合には前述した動作を繰り返すことで掃除動作を行う。

一方、前述のような動作を繰り返し、Ｓ７０において障害物から直進移動させる距離をそれぞれ変更させて、ロボット掃除機１００を移動させる。これは掃除適用領域を均一に分布させることで掃除効率の向上を図るためである。

これについて詳説すると次の通りである。

図７(Ａ)ないし図７(Ｃ)に示したように、本発明に係るロボット掃除機を適用したものであって、障害物３０１からの距離（Ｌ）をＬ１，Ｌ２，Ｌ３のように可変して螺旋型走行軌跡をなしている。一方、図８は図７(Ａ)ないし図７(Ｃ)の距離（Ｌ）を同一にして掃除を行う場合に未掃除領域が発生した例を示した図である。

図７(Ａ)ないし図７(Ｃ)において、符号１００はロボット掃除機を示し、符号３１１は四角の螺旋型走行軌跡を示し、符号３０１は障害物、例えば、壁面あるいは掃除面にある障害物を示す。

図８に示したように、符号３０１は障害物、例えば壁面を示し、符号３０３は掃除面を示す。掃除面３０３に表示された部分は掃除された領域を示す。

障害物３０１からの距離を一定にした場合、図８に示したよう、未掃除領域３０３ａが発生する。表示された掃除領域で濃く表示した部分ほどロボット掃除機１００が通る回数が集中した部分であって、特定領域にだけ重なって掃除が行われ、未掃除領域３０３ａが発生したことが分かる。

従って、本発明は係る未掃除領域の発生を防ぐために、障害物３０３ａからの距離（Ｌ）を図７(Ａ)ないし図７(Ｃ)のように可変的に適用した。

図９は図７(Ａ)ないし図７(Ｃ)に示した距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を可変的に適用した場合の掃除領域が均一に分布された例を示した図である。

同図に示したように、掃除面３０３の全般にわたって均一に掃除が行われ、図７(Ａ)に比べて濃く表示された部分が減少したことが分かる。

以上、図面に基づいて本発明の好適な実施形態を図示および説明してきたが本発明の保護範囲は、前述の実施形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

従来のランダム掃除方式の例を示した図である。 従来のパターン掃除方式の一例を示した図であって、日本公開特許公報（特許出願公開番号特開平５−１６１５７７）に開示された例を示した図である。 図２の構成により行われる掃除走行パターンを示した図である。 本発明の一実施の形態に係るロボット掃除機の構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施の形態に係るロボット掃除機の概略的なブロック図である。 本発明の一実施の形態に係るロボット掃除機の掃除動作を説明するための順序図である。 (Ａ)ないし(Ｃ)は本発明に係るロボット掃除機を適用したものであって、障害物からの距離をＬ１、Ｌ２、Ｌ３のように可変して螺旋型の走行軌跡をなしている例を示した図である。 図７(Ａ)なしい図７(Ｃ)の距離を同一に掃除した場合、未掃除領域が発生した例を示した図である。 図７(Ａ)なしい図７(Ｃ)のように距離を可変的に適用させる場合、掃除領域が均一に分布される例を示した図である。

符号の説明

１００ ロボット掃除機
１０１ 本体
１１０ 掃除ユニット
１３０ 障害物検出ユニット
１５０ 走行駆動ユニット
１７０ 走行距離検出ユニット
１９０ 中央処理ユニット
１９１ 判断ユニット
１９３ 直進ユニット
１９５ 旋回ユニット
１９７ 距離計数ユニット
２１０ バッテリ

Claims (7)

1. 本体を掃除面上で移動させる走行駆動ユニットと、
   前記走行駆動ユニットの走行距離を検出する走行距離検出ユニットと、
   前記本体周りの障害物を検出する障害物検出ユニットと、
   前記障害物検出ユニットを介して障害物が検出された場合、前記本体を前記障害物から所定の距離離れた地点に移動させ掃除走行パターンに沿って走行させ、前記障害物が検出されるたびに前記距離を可変的に適用して前記走行駆動ユニットに走行信号を出力する中央処理ユニットと、
   を含むことを特徴とするロボット掃除機。
2. 前記中央処理ユニットは、前記障害物検出ユニットから信号を受信して障害物が検出されたことを判断する判断ユニットと、
   前記判断ユニットを介して障害物が検出されたと判断した場合、前記本体を前記障害物から所定の距離直進させるよう前記走行駆動ユニットに直進走行信号を出力し、その直進移動距離を可変的に出力する直進ユニットと、
   前記走行距離検出ユニットを介して受信された情報に基づいて前記走行駆動ユニットの直進移動距離を計数する距離計数ユニットと、
   前記距離計数ユニットを介して前記走行駆動ユニットの直進移動距離が前記所定の距離に達すると計数されると、前記走行駆動ユニットに螺旋型の走行信号を出力し掃除を進行させる旋回ユニットと、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載のロボット掃除機。
3. 前記螺旋型は、四角の螺旋型であることを特徴とする請求項２に記載のロボット掃除機。
4. 前記障害物検出ユニットは、前記走行駆動ユニットが直進移動する間に検出動作を持続的に行い、前記直進移動時に前記判断ユニットを介して障害物が検出されたと判断された場合、前記走行駆動ユニットに新たな直進走行信号を出力するよう働くことを特徴とする請求項２に記載のロボット掃除機。
5. 障害物を検出するステップと、
   前記障害物が検出された場合に本体を前記障害物から所定の距離直進移動させるステップと、
   前記所定の距離直進移動させた前記本体を螺旋型に旋回させ掃除動作を行うステップと、が繰り返し行われ、
   前記直進移動させるステップにおいて、前記直進移動距離は前記障害物が検出されるたびにその距離を可変的に適用することを特徴とするロボット掃除機の制御方法。
6. 前記本体を旋回させるステップにおいて、前記本体は四角の螺旋型に旋回されることを特徴とする請求項５に記載のロボット掃除機の制御方法。
7. 前記本体を前記障害物から所定の距離直進移動させるステップにおいて、前記障害物を検出する動作を持続的に行い、前記直進移動の際に前記障害物が検出された場合、新たに設定された直進移動距離に前記本体を直進移動させることを特徴とする請求項５に記載のロボット掃除機の制御方法。