JP2006251883A - 充電式走行システム - Google Patents

Abstract

【課題】 スム−ズに自動充電を行うことが可能な充電式走行システムの提供を課題とする。
【解決手段】 本体ＢＤが壁Ｗに対して平行となっているときに、回転軸Ｃから壁Ｗに対して垂直に延びる直線と、横壁センサ３６との距離（ａ）、および、充電装置１００の給電部１０２の幅（ｂ）とについて、ａ＝（１／２）ｂの式を満たすように横壁センサ３６の設置位置が定められているため、その後、本体ＢＤの背面側中央に設置された充電端子２７ａと、充電装置１００の給電端子１０２ａとを対向させるように本体ＢＤを旋回させたときに、充電端子２７ａと給電端子１０２ａとがずれることなく対向することとなる。【選択図】 図１２

Description

本発明は、充電式走行システムに関し、特に、掃除機構を備えた本体と、操舵と駆動を実現する駆動機構とを備える自走式掃除機と、同自走式掃除機の充電を行う充電装置とからなるシステムに関するものである。

従来、操舵および駆動を実現する駆動機構を具備する走行機、および、同自走機に対して充電を行う充電装置からなる充電式走行システムについて、走行機の電池残量が少なくなったときに、走行機を充電装置まで自動走行させて充電を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
特開平０７−０６４６３７号公報 特開平０７−３２５６２０号公報 特開２００２−２６８７４６号公報

ところで、近時、上述した自動充電の方法として以下のようなものが提案されている。まず、室内の壁に沿って走行する壁際走行を行い、同壁に設置された障害物（充電装置）を検知すると、９０度旋回して壁と離れるように走行しつつ、その障害物の奥行きを測定する。そして、測定された奥行きが予め記憶されている充電装置の奥行きと同一である場合には、その後、再度本体を９０度旋回して、次は壁と平行になるように走行しつつ、その障害物の端から、障害物に形成された凸部までの距離を計測し、その距離が、予め記憶されている充電装置における突出して形成された給電部までの距離と同一である場合には、その障害物を充電装置であると判定する。すなわち、充電装置の奥行きと、充電装置の端から給電部までの距離との２つの一致をもって充電装置の判定を行うのである。

上述した自動充電方法を採用した充電式走行システムにおいては、充電装置の奥行きと、充電装置の端から給電部までの距離を測定するに際して、フォトリフレクタ等からなる横壁センサを用いる。例えば、充電装置の端から給電部の距離を測定する際には、充電装置の端が横壁センサにて検知されてから、突出した給電部が横壁センサにて検知されるまでの距離を測定する。

そして、上述した２つの距離の計測結果に基づいて、障害物が充電装置と判定された場合には、走行機の本体背面側の中央部に設置された充電端子を、充電装置側の給電端子に接触させることにより充電を行うのであるが、このとき、充電端子を充電装置側に向けるために走行機本体を旋回させたときに、その後、本体を真っ直ぐ後退走行させて充電を行うことができるように、充電端子と充電装置の給電端子とが、ずれることなく対向している必要がある。
しかし、上述した従来の充電式走行システムにおいては、充電装置の判定が行われた後、本体を旋回させた後に充電端子と給電端子とが対向する位置にくるように位置合わせを行う必要があり、充電装置の判定が行われた後、本体を前進または後退させる等の微調整を行っていた。そのため、走行機に自動充電を行わせるにあたって、時間がかかってしまうという問題があった。

本発明は、上記課題にかんがみてなされたものであり、スム−ズに自動充電を行うことが可能な充電式走行システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項２にかかる発明は、操舵および駆動を実現する駆動機構と、前方の障害物を検知する前方障害物センサと、側方の障害物を検知する横壁センサと、本体の背面側中央に設置される充電を行うための充電端子とを具備し、直進走行、後退走行および所定の回転軸を中心とする旋回を行うことが可能な走行機、並びに、
所定幅を有する凸形状であり、上記走行機の充電端子に接続する給電端子が配置される給電部を備え、室内の壁面に突出するように設置される充電装置から構成され、
上記走行機が、自動走行を行い、上記充電装置の近傍まで移動した後、上記充電装置の給電端子に充電端子を接続させる自動充電手段を具備し、
上記自動充電手段が、室内の壁に沿って走行する壁際走行を行い、同壁際走行中に上記前方障害物センサにて前方の障害物が検知されたことを受けて、本体を９０度旋回させて同壁に対して垂直に走行しつつ、上記横壁センサにて上記障害物が検知されている間、走行距離の計測を行うことにより同障害物の奥行きを計測する第１の計測手段、
上記第１の計測手段による計測が行われた後、本体を９０度旋回させて上記壁と平行に走行しつつ、上記横壁センサにて上記障害物の端が検知されてから同障害物に形成された凸部が検知されるまでの間、走行距離の計測を行うことにより、上記障害物の端から上記凸部までの距離を計測する第２の計測手段、並びに
上記第１の計測手段および上記第２の計測手段による計測結果に基づいて、上記障害物が上記充電装置であるか否かを判定する充電装置探索手段を具備する充電式走行システムにおいて、
本体が上記壁と平行になっているときに、同本体の回転軸から同壁に対して垂直に延びる直線と、上記横壁センサが設置されている位置との距離（ａ）と、上記充電装置における上記給電部の幅（ｂ）とについて、（１）式を満たすように上記横壁センサの設置位置が定められる構成としてある。
ａ＝（１／２）ｂ…（１）

上記のように構成した請求項２にかかる発明において、充電式走行システムは、走行機と充電装置とから構成されており、走行機は、操舵および駆動を実現する駆動機構と、前方の障害物を検知する前方障害物センサと、側方の障害物を検知する横壁センサと、本体の背面側中央に設置された充電を行うための充電端子とを具備しており、また、直進走行、後退走行および所定の回転軸を中心とする旋回を行うことが可能となっている。また、上記充電装置は、所定幅を有する凸形状であり、走行機の充電端子に接続する給電端子が配置されている給電部を備え、室内の壁面に突出するように設置されている。

また、上記走行機は、自動走行を行い、上記充電装置の給電端子に充電端子を接続させる自動充電手段を具備している。すなわち、上記走行機は、電池残量が少なくなったときや、所定の充電開始指示があったことを受けて、充電装置から離れた位置を走行している走行機が同充電装置まで自動走行するとともに、充電装置側の給電端子に、走行機側の充電端子を接続させて充電を行う帰巣制御を行うのである。
この自動充電手段は、室内の壁に沿って走行する壁際走行を行い、同壁際走行中に上記前方障害物センサにて前方の障害物が検知されたことを受けて、本体を９０度旋回させて同壁に対して垂直に走行しつつ、上記横壁センサにて上記障害物が検知されている間、走行距離の計測を行うことにより同障害物の奥行きを計測する第１の計測手段と、第１の計測手段による計測が行われた後、本体を９０度旋回させて上記壁と平行に走行しつつ、上記横壁センサにて上記障害物の端が検知されてから同障害物に形成された凸部が検知されるまでの間、走行距離の計測を行うことにより、上記障害物の端から上記凸部までの距離を計測する第２の計測手段と、第１の計測手段および上記第２の計測手段による計測結果に基づいて、上記障害物が上記充電装置であるか否かを判定する充電装置探索手段とを具備している。すなわち、壁際走行中に検知された前方の障害物における壁から突出した奥行きと、同障害物の端から凸部までの距離との２つの距離が、予め記憶されている充電装置のものと一致する場合に、この障害物が充電装置であると判定するのである。

そして、走行機における上記横壁センサの設置位置として、本体が上記壁と平行になっているときに、同本体の回転軸から同壁に対して垂直に延びる直線と、上記横壁センサが設置されている位置との距離（ａ）と、上記充電装置における上記給電部の幅（ｂ）とについて、上記（１）式を満たすように横壁センサの設置位置が定められるのである。このようにすることにより、第２の計測手段による計測が終わって本体が停止した後、本体を９０度旋回させて走行機の充電端子を、充電装置側に向けた際、充電端子と給電端子とがずれることなく対向し、そのまま走行機を後退させれば、充電端子と給電端子とを接続させることが可能となる。これにより、走行機の位置合わせのための微調整を行う必要がなく、スム−ズに自動充電を行うことが可能となる。

また、請求項３にかかる発明は、上記走行機の本体が円柱形状である構成としてある。
上記のように構成した請求項３にかかる発明では、走行機が充電装置に対して若干ずれた状態で同充電端子に向かって走行した場合でであっても、走行機側の充電端子と充電装置側の給電端子とを確実に接続させることが可能となる。

また、請求項４にかかる発明は、上記走行機が、車輪の回転数により走行距離を計測するロ−タリ−エンコ−ダを具備する構成としてある。
上記のように構成した請求項４にかかる発明において、車輪の回転数から走行機の走行距離を計測することが可能となる。

また、請求項５にかかる発明は、上記走行機が、掃除機構を具備する自走式掃除機である構成としてある。
上記のように構成した請求項５において、掃除機を持ち歩いて掃除を行う必要がなくなるため、掃除を行う使用者の負担を軽減することが可能となる。

また、請求項６にかかる発明は、上記上自動充電手段による自動充電が行われている間、上記掃除機構を停止させる構成としてある。
上記のように構成した請求項６において、自動充電が行われている間（例えば、壁際走行中）の消費電力を抑えることが可能となる。

以上説明したように請求項２にかかる発明によれば、走行機の位置合わせのための微調整を行う必要がなく、スム−ズに自動充電を行うことが可能となる。
また、請求項３にかかる発明によれば、走行機が充電装置に対して若干ずれた状態で同充電端子に向かって走行した場合でであっても、走行機側の充電端子と充電装置側の給電端子とを確実に接続させることが可能となる。
さらに、請求項４にかかる発明によれば、車輪の回転数から走行機の走行距離を計測することが可能となる。
さらに、請求項５にかかる発明によれば、掃除機を持ち歩いて掃除を行う必要がなくなるため、掃除を行う使用者の負担を軽減することが可能となる。
さらに、請求項６にかかる発明によれば、自動充電が行われている間の消費電力を抑えることが可能となる。

以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
（１）自走式掃除機の外観：
（２）自走式掃除機の内部構成：
（３）自走式掃除機の動作：
（４）各種変形例：
（５）まとめ：

（１）自走式掃除機の外観：
図１は、本発明にかかる自走式掃除機の外観斜視図であり、図２は、図１に示した自走式掃除機の裏面図である。なお、図１において、矢印Ａにより示した方向が自走式掃除機の前進時の進行方向である。図１に示すように、本発明にかかる自走式掃除機１０は、略円柱形状の本体ＢＤを備えており、本体ＢＤの裏側に設けられた２つの駆動輪１２Ｒ、１２Ｌ（図２参照）が個別に駆動されることにより、直進、後退および所定の回転軸を中心とした旋回を行うことが可能となっている。また、本体ＢＤの前面側中央部分には、撮像センサとしての赤外線ＣＣＤセンサ７３が設けられている。

また、赤外線ＣＣＤセンサ７３の下側には、前方障害物センサとしての７つの超音波センサ３１（３１ａ〜３１ｇ）が設けられている。超音波センサ３１は、超音波を発生する発信部と、同発信部から発せられ、前方の壁に反射して戻ってくる超音波を受信する受信部とを備え、発信部から発せられた超音波が受信部により受信されるまでの時間から、壁までの距離を算出することができるようになっている。これら７つの超音波センサ３１のうち、本体ＢＤの前面側中央に超音波センサ３１ｄが設けられており、超音波センサ３１ａおよび超音波センサ３１ｇ、超音波センサ３１ｂおよび超音波センサ３１ｆ、超音波センサ３１ｃおよび超音波センサ３１ｅは、それぞれ左右対称に設けられている。本体ＢＤの進行方向が前方の壁に対して垂直であるときには、左右対称に設けられた超音波センサ３１のによりそれぞれ計測された距離が同一となる。

また、本体ＢＤの前面側の左右両側には、人体センサとしての焦電センサ３５（３５ａ、３５ｂ）がそれぞれ設けられている。焦電センサ３５ａ、３５ｂは、人体から発生する赤外線を検出することにより、本体ＢＤの近傍に存在する人物を検知することが可能である。なお、図１には示していないが、本体ＢＤの裏側の左右両側にも、焦電センサ３５（３５ｃ、３５ｄ）がそれぞれ設けられており、本体ＢＤの周囲３６０°が検出範囲となるように構成されている。
また、図１には示していないが、本体ＢＤの背面側の左右両側には、後述するフォトリフレクタからなる横壁センサ３６（３６Ｒ、３６Ｌ）が設けられている。このフォトリフレクタは、側方の壁を検出し、走行時に同壁と所定間隔を維持するためのものであり、また、後述する自動充電を行う際に、充電装置の検出を行うために用いられるものである。なお、この横壁センサ３６が設置される位置については、後に図面を用いて詳述する。

図２において、本体ＢＤの裏側中央の左右両端部には、２つの駆動輪１２Ｒ、１２Ｌがそれぞれ設けられている。また、本体ＢＤの裏側の前側（進行方向側）には、３つの補助輪１３がそれぞれ設けられている。さらに、本体ＢＤの裏側の右上、右下、左上、左下には、路面の凹凸や段差を検知する段差センサ１４がそれぞれ設けられている。また、本体ＢＤの裏側中央より下側には、メインブラシ１５が設けられている。このメインブラシ１５は、メインブラシモ−タ５２（図示せず）により回転駆動され、路面上の塵埃を掻き出すことができる。また、メインブラシ１５が取り付けられている部分の開口は、吸引口であり、メインブラシ１５により塵埃を掻き出しながら、同掻き出された塵埃が吸引口に吸引されるようになっている。また、本体ＢＤの裏側の右上および左上側には、サイドブラシ１６がそれぞれ設けられている。
なお、本発明にかかる自走式掃除機１０は、図１および図２に示した超音波センサ３１、焦電センサ３５、段差センサ１４、横壁センサ３６の他にも各種のセンサを備えているが、それらについては、後に図面（図６）を用いて説明する。

図３は、図１、図２に示した自走式掃除機の背面図であり、図４は、図３におけるＡ−Ａ線断面図である。図３、図４に示すように、円柱形状を有する本体ＢＤの周面であって、本体ＢＤの背面側中央には、後述する充電装置１００に接続して充電を行うための充電端子２７ａが形成されている。一方、図４に示すように、本体ＢＤの内部には、バッテリ−２７が設けられている。このバッテリ−２７の後端には、断面視矩形状の凹部２７ｂが形成されており、充電端子２７ａは、この凹部２７ｂに設けられている。

図５は、実施形態にかかる充電装置が取り付けられている様子を示す斜視図である。同図において、充電装置１００が、壁Ｗに取り付けられている。この充電装置１００は、図示しないプラグを備えており、壁Ｗに設置された図示しないコンセントに同プラグを挿入することにより取り付けられ、充電可能となる。充電装置１００は、壁Ｗに突出するように設置される階段形状の本体部１０１と、自走式掃除機１０における充電端子２７ａと接続される給電端子１０２ａが配置された給電部１０２とから構成されている。給電部１０２は、本体部１０１に対して、前方（壁Ｗと反対側）に突出する凸形状である。この充電装置１００が壁Ｗに取り付けられたときには、壁Ｗから前方に所定の幅ｈだけ突出した状態となる。また、給電部１０２は、本体部１０１の端から距離ｗの位置に配置されている。なお、自走式掃除機１０のＲＯＭ２３（図示せず）には、上記幅ｈと距離ｗとの２つの情報が記憶されており、これらの情報は、後に詳述するが、自走式掃除機が自動充電を行う際に、充電装置１００を探索するときに必要な情報である。

（２）自走式掃除機の内部構成：
図６は、図１、図２に示した自走式掃除機の構成を示すブロック図である。同図において、本体ＢＤには、制御部としてＣＰＵ２１と、ＲＯＭ２３と、ＲＡＭ２２がバス２４を介して接続されている。ＣＰＵ２１は、ＲＯＭ２３に記憶されている制御プログラムおよび各種パラメ−タテ−ブルに従い、ＲＡＭ２２をワ−クエリアとして使用して各種の制御を実行する。

本体ＢＤは、バッテリ−２７を有しており、ＣＰＵ２１は、バッテリ−監視回路２６を介してバッテリ−２７の残量をモニタ−可能となっている。また、バッテリ−２７は、上述した充電装置１００から充電を行うための充電端子２７ａを備えている。この充電端子２７ａには、充電装置１００の給電端子１０２ａが接続されて充電が行われる。バッテリー監視回路２６は主にバッテリー２７の電圧を監視して残量を検知する。また、本体ＢＤはバス２４と接続する音声回路２９ａを有しており、同音声回路２９ａにて生成した音声信号に応じてスピーカ２９ｂが音声を発する。

また、本体ＢＤは、前方障害物センサとしての超音波センサ３１（３１ａ〜３１ｇ）と、人体センサとしての焦電センサ３５（３５ａ〜３５ｄ）と、段差センサ１４とをそれぞれ備えている（図１、図２参照）。また、本体ＢＤは、図１、図２に示していない他のセンサとして、側方の壁を検出する横壁センサ３６Ｒ、３６Ｌを備えている。この横壁センサ３６Ｒ、３６Ｌは、赤外線を発する出光部と壁により反射した赤外線を受光する受光部とを具備するフォトリフレクタからなるものであるが、本発明に適用される横壁センサとしては、他に超音波センサ等を用いることが可能である。さらに、本体ＢＤは、上記他のセンサとして、ジャイロセンサ３７を備えている。ジャイロセンサ３７は、本体ＢＤの進行方向の変化に起因する角速度の変化を検出する角速度センサ３７ａを備え、角速度センサ３７ａにより検出されたセンサ出力値を積算することにより本体ＢＤの向いている方向角を検出することが可能である。

本発明にかかる自走式掃除機１０は、駆動機構として、モ−タドライバ４１Ｒ、４１Ｌ
、駆動輪モ−タ４２Ｒ、４２Ｌ、および、駆動輪モ−タ４２Ｒ、４２Ｌと上述した駆動輪１２Ｒ、１２Ｌとの間に介装される図示しないギアユニットとを備えている。駆動輪モ−タ４２Ｒ、４２Ｌは、旋回走行を行う際に回転方向と回転角度とが、モ−タドライバ４１Ｒ、４１Ｌによって詳細に駆動制御される。各モータドライバ４１Ｒ，４１Ｌは、ＣＰＵ２１からの制御指示に応じて対応する駆動信号を出力する。なお、ギアユニットや駆動輪１２Ｒ、１２Ｌは各種のものを採用可能であり、円形のゴム製タイヤを駆動させるようにしたり、無端ベルトを駆動させるようにして実現しても良い。

また、本体ＢＤは、ロ−タリ−エンコ−ダ３８を具備している。このロ−タリ−エンコ−ダ３は、駆動輪モ−タ４２Ｒ、４２Ｌと一体的に取り付けられており、駆動輪１２Ｒ、１２Ｌの回転数から、本体ＢＤの走行距離を算出することができるようになっている。
なお、ロータリーエンコーダは駆動輪と直結させず、駆動輪の近傍に自由回転可能な従動輪を取り付け、同従動輪の回転量をフィードバックさせることによって駆動輪にスリップが生じているような場合でも現実の回転量を検知できるようにしても良い。また、加速度センサ４４はＸＹＺ三軸方向における加速度を検知し、検知結果を出力する。ギアユニットや駆動輪は各種のものを採用可能であり、円形のゴム製タイヤを駆動させるようにしたり、無端ベルトを駆動させるようにして実現しても良い。

本発明にかかる自走式掃除機１０における掃除機構は、本体ＢＤの裏面側に設けられた２のサイドブラシ１６（図２参照）と、本体ＢＤの裏面中央部分に設けられたメインブラシ１５（図２参照）と、同メインブラシ１５により掻き出される塵埃を吸引してダストボックス内に格納する吸引ファン（図示せず）とから構成されている。メインブラシ１５は、メインブラシモ−タ５２により駆動され、また、上記吸引ファンは、吸引モ−タ５５により駆動される。メインブラシモ−タ５２、吸引モ−タ５５には、それぞれモ−タドライバ５４、５６から駆動電力が供給される。メインブラシ１５を使用した清掃は、床面の状況やバッテリ−の状況やユ−ザ−の指示等に応じてＣＰＵ２１が適宜判断して制御するようにしている。

本体ＢＤは、無線ＬＡＮモジュ−ル６１を有しており、ＣＰＵ２１は、所定のプロトコルに従って外部ＬＡＮと無線によって通信可能となっている。無線ＬＡＮモジュ−ル６１は、図示しないアクセスポイントの存在を前提として、同アクセスポイントは、ル−タ等を介して外部の広域ネットワ−ク（例えば、インタ−ネット）に接続可能な環境となっていることとする。従って、インタ−ネットを介した通常のメ−ルの送受信やＷＥＢサイトの閲覧といったことが可能である。なお、無線ＬＡＮモジュ−ル６１は、規格化されたカ−ドスロットと、同スロットに接続された規格化された無線ＬＡＮカ−ド等から構成されている。むろん、カ−ドスロットは、他の規格化されたカ−ドを接続することも可能である。

また、本体ＢＤは、赤外線ＣＣＤセンサ７３と、赤外線光源７２とを備えている。赤外線ＣＣＤセンサ７３にて生成された撮像信号は、バス２４を介してＣＰＵ２１に送出され、ＣＰＵ２１にて同撮像信号を対象とした各種処理が行われる。赤外線ＣＣＤセンサ７３は、正面を撮像可能な光学系を有しており、同光学系にて実現される視野から入力される赤外線に応じて電気信号を生成する。具体的には、上記光学系による結像位置における各画素に対応して配列された多数のフォトダイオードが備えられ、各フォトダイオードが入力された赤外線の電気エネルギ−に応じた電気信号を生成する。そして、ＣＣＤ素子は、画素毎に生成した電気信号を一時的に記憶し、各画素について電気信号が連続する撮像信号を生成する。そして、同生成された撮像信号を適宜、ＣＰＵ２１に対して出力する。

（３）自走式掃除機の動作：
次に、本発明にかかる自走式掃除機１０の動作について説明する。
本発明にかかる自走式掃除機１０は、ＲＯＭ２３等に予め記憶された制御プログラムに従って自動走行しながら掃除を行うことが可能なように構成されている。自動走行しながらの清掃中に、壁や床面の凹凸がセンサにより検知されたときには、上述した制御プログラムに基づいて、走行制御が行われる。

以下、実施形態にかかる自走式掃除機１０により実行される自動掃除実行処理を、図７に示すフロ−チャ−トに基づいて説明する。図７は、自動掃除実行処理の流れを示すフロ−チャ−トであり、図８は、同自動掃除実行処理が行われているときに自走式掃除機１０が走行する走行順路の一例を模式的に示す図である。まず、ステップＳ２００において、清掃走行を行う。このステップＳ２００の処理において、駆動輪モ−タ４２Ｒ、４２Lを駆動させて本体ＢＤの直進走行を行わせながら自走式掃除機１０が備える各種のセンサの検知結果を入力して同検知結果に基づく駆動制御を行い、さらに、メインブラシモ−タ５２、吸引モ−タ５５を駆動させて清掃作業を行わせる。また、ジャイロセンサ３７により検出された本体ＢＤの方向角の変化を検知したときには、駆動輪モ−タ４２Ｒ、または、駆動輪モ−タ４２Ｌの駆動制御を行うことにより本体ＢＤの進行方向を補正し、本体ＢＤの直進走行を維持させる。

ステップＳ２００の処理を実行すると、次に、ステップＳ２１０において、前方の壁を検知したか否かを判断する。すなわち、超音波センサ３１により本体ＢＤの進行方向に位置する壁が検知されたか否かを判断する。ステップＳ２１０において前方の壁が検知されたと判断した場合、次に、ステップＳ２３０において、本体ＢＤを９０度回転させる。この処理が行われると、本体ＢＤが壁に対して並行に走行するようになる。例えば、図８に示す本体ＢＤの清掃開始位置から清掃走行を開始して、図中、上側の壁を検知したときには、本体ＢＤを右に９０度回転させる。ステップＳ２３０の処理を実行すると、次に、ステップＳ２４０において壁際走行を行う。この処理において、メインブラシモ−タ５２、吸引モ−タ５５を駆動させて清掃作業を行わせつつ、ジャイロセンサ３７により壁に対して平行となるように進行方向を制御しながら清掃走行を行う。そして、ステップＳ２４０により壁際走行が所定距離行われると、次に、ステップＳ２５０において、再度、本体ＢＤを９０度回転させる処理を行う。図８において、本体ＢＤが上側の壁際に沿って所定距離走行した後、再度、本体ＢＤを右に９０度回転させることにより、壁に対して垂直であり、且つ、壁から離れる向きに本体ＢＤが走行することとなる。

ステップＳ２５０の処理を実行するか、または、ステップＳ２１０において壁を検知しなかったと判断した場合、次に、ステップＳ２６０において、バッテリ−２７の残量が減少したか否かを判断する。この処理において、バッテリ−監視回路２６により検知されたバッテリ−２７の残量が所定の基準値を下回っているか否かを判断する。ステップＳ２６０においてバッテリ−２７の残量が減少したと判断した場合には、ステップＳ２７０において自動充電処理を実行する。この処理は、掃除を行う部屋における所定の壁に設置された充電装置１００まで本体ＢＤを自動走行させ、本体ＢＤの充電端子２７ａを充電装置１００の給電端子１０２ａに接続し、充電を行う処理である。この自動充電処理については、後に図面（図９〜図１１）を用いて詳述する。

ステップＳ２７０の処理を実行するか、または、ステップＳ２６０においてバッテリ−の残量が減少していないと判断した場合、次に、ステップＳ２８０において、清掃作業を終了する旨の指示があったか否かを判断し、指示がなかったと判断した場合には処理をステップＳ２００に戻す一方、指示があったと判断した場合には自動掃除実行処理を終了させる。

次に、図７に示したフロ−チャ−トのステップＳ２７０において呼び出されて実行される自動充電処理について説明する。図９は、図７に示したフロ−チャ−トのステップＳ２７０において呼び出されて実行される自動充電処理の流れを示すフロ−チャ−トであり、図１０、図１１は、図９に示した自動充電処理が実行されているときの自走式掃除機１０の動作を模式的に示す図である。

図９に示す自動充電処理が開始されると、まず、ステップＳ３００において、自走式掃除機１０が具備する掃除機構を停止させる処理を実行する。具体的には、モ−タドライバ５４を制御して、メインブラシ１５を駆動するメインブラシモ−タ５２を停止させるとともに、モ−タドライバ５６を制御して吸引モ−タ５５を停止させる。次に、ステップＳ３１０において、直進走行を行う。すなわち、駆動輪モ−タ４２Ｒ、４２Ｌを駆動させて本体ＢＤの直進走行を行わせるのである。

ステップＳ３１０の処理を実行すると、次に、ステップＳ３２０において、前方の壁が検知されたか否かを判断する。すなわち、超音波センサ３１により前方の壁が検知されたか否かを判断する。ステップＳ３２０において前方の壁が検知されていないと判断した場合には処理をステップＳ３１０に戻し直進走行を継続させる一方、前方の壁が検知されたと判断した場合には、次に、ステップＳ３３０において、本体ＢＤの壁際走行を行わせる。具体的には、前方の壁に接近した後に本体ＢＤを９０度回転させ、更にその後、同壁と平行になるように直進走行を行わせる。

ステップＳ３３０の処理を実行すると、次に、ステップＳ３４０において前方の障害物が検知されたか否かを判断する。すなわち、ステップＳ３３０の処理による壁際走行中に、超音波センサ３１により前方の障害物が検知されたか否かを判断する。ステップＳ３４０において前方の障害物が検知されていないと判断した場合には、処理をステップＳ３３０に戻して壁際走行を継続させる一方、前方の障害物が検知されたと判断した場合には、次に、ステップＳ３５０において、壁と反対側を向くように本体ＢＤを９０度回転させる。

ステップＳ３５０の処理を実行すると、次に、ステップＳ３６０において、本体ＢＤの走行距離を計測する処理を実行する。この処理において、本体ＢＤを直進走行させつつ、横壁センサ３６にて側方の障害物（ステップＳ３４０において検知された障害物）が検知されている間、ロ−タリ−エンコ−ダ３８にて本体ＢＤの走行距離を計測する処理を実行する。このステップＳ３６０の処理により、障害物の奥行きを計測することが可能となるのである。

ステップＳ３６０の処理を実行すると、次に、ステップＳ３７０において、走行距離（Ｘ）が、充電装置１００が壁面から突出している幅（ｈ）と同じであるか否かを判断する。具体的には、上述したステップＳ３６０の処理によりロ−タリ−エンコ−ダ３８にて計測された走行距離（Ｘ）が、壁面に設置された充電装置が同壁面から前方の突出している幅（ｈ）と同じであるか否かを判断する。なお、上述したように、充電装置が壁面から突出している幅（ｈ）は、自走式掃除機１０のＲＯＭ２３等に予め記憶されており、この幅（ｈ）と計測された走行距離（Ｘ）との比較を行うのである。

ステップＳ３７０において、走行距離（Ｘ）が幅（ｈ）と同じではないと判断した場合には、処理をステップＳ３３０に戻す一方、走行距離（Ｘ）が幅（ｈ）と同じであると判断した場合には、次に、ステップＳ３８０において、充電装置１００側を向くように本体ＢＤを９０度回転させ、その後、ステップＳ３９０において本体ＢＤを直進走行させる処理を行う。このステップＳ３８０、Ｓ３９０の処理が行われると、壁面と平行で、且つ、充電装置１００に近づくように本体ＢＤが走行するのである。

ステップＳ３９０の処理を実行すると、次に、ステップＳ４００において、障害物の端が検知された否かを判断する。すなわち、フォトリフレクタからなる横壁センサ３６により障害物の端が検知されたか否かを判断する。障害物の端が検知されていないと判断した場合には、ステップＳ３９０に処理を戻して直進方向を継続させる一方、障害物の端が検知されたと判断した場合には、次に、ステップＳ４１０において、走行距離の計測を開始する。すなわち、ロ−タリ−エンコ−ダ３８による本体ＢＤの走行距離の計測を開始させるのである。

ステップＳ４１０の処理を実行すると、次に、ステップＳ４２０において、走行距離の計測が行われているときに、障害物に形成された凸部が検知されたか否かを判断する。この処理において、障害物に形成された凸部（この障害物が充電装置１００である場合には、給電部１０２）が横壁センサ３６により検知されたか否かを判断する。なお、横壁センサ３６が凸部を検知する方法としては、以下の方法を挙げることができる。
凸部は、障害物における他の箇所よりも横壁センサ３６から距離が近くなるため、同凸部とそれ以外の箇所とでは、横壁センサ３６のセンサ出力値が異なることとなる。これを利用して、ステップＳ４２０の処理では、凸部にて赤外線が反射したときの横壁センサ３６のセンサ出力値の違いを検知することにより凸部の存在を検知するのである。

ステップＳ４２０において凸部が検知されていないと判断した場合、処理をステップＳ４２０に戻す一方、凸部が検知されたと判断した場合には、つづくステップＳ４３０に本体ＢＤの走行距離の計測を終了させ、次のステップＳ４４０において本体ＢＤの走行を停止させる。

ステップＳ４４０の処理を実行すると、次に、ステップＳ４５０において、上述したステップＳ４１０〜Ｓ４３０の処理にて計測された走行距離（Ｙ）が、充電装置１００における本体部１０１の端から給電部１０２までの距離（ｗ）（図５参照）と同じであるか否かを判断する。なお、上述したように、距離（ｗ）は、自走式掃除機１０のＲＯＭ２３等に予め記憶されており、この距離（ｗ）と計測された走行距離（Ｙ）との比較を行うのである。ステップＳ４５０において、走行距離（Ｙ）と距離（ｗ）とが同じではないと判断した場合、この障害物は充電装置１００ではないとして、自動充電処理を終了させる。

一方、ステップＳ４５０において、走行距離（Ｙ）と距離（ｗ）とが同じであると判断した場合、この障害物は、充電装置１００であると判定され、ステップＳ４７０以下の処理において、自走式掃除機１０の充電端子２７ａと充電装置１００の給電端子１０２ａとの接続にかかる処理を行う。まず、ステップＳ４６０において、壁と反対側を向くように本体ＢＤを９０度回転させる処理を行う。この処理が行われると、本体ＢＤの背面側中央に設けられた充電端子２７ａが、充電装置１００の給電端子１０２ａと対向する。

ステップＳ４６０の処理を実行すると、次に、ステップＳ４７０において、本体ＢＤのバック走行を行う。この処理により、本体ＢＤがバック走行すると、本体ＢＤに設けられた充電端子２７ａと、充電装置１００の給電端子１０２ａとが接近するのである。
ステップＳ４７０の処理を実行すると、次に、ステップＳ４８０において、本体ＢＤの充電端子２７ａと、充電装置１００の給電端子１０２ａとが接続されたか否かを判断する。接続されていないと判断した場合には、処理をステップＳ４７０に戻して本体ＢＤのバック走行を継続させる一方、接続されたと判断した場合には、ステップＳ４９０において、充電端子２７ａと給電端子１０２ａとが接続された状態で充電を開始させる。そして、ステップＳ４９０の処理を実行すると、自動充電処理を終了させる。

以下、図９に示した自動充電処理が実行されているときの具体例を図１０、図１１を用いて説明する。まず、バッテリ−２７の残量が少なくなったことが検知されると、自動掃除を中断するとともに、本体ＢＤの掃除機構を停止させ（ステップＳ３００）、本体ＢＤの直進走行を行う（ステップＳ３１０）。そして、超音波センサ３１により前方の壁が検知されると、同壁に接近し、図１１のＡ地点にて本体ＢＤを９０度回転させて壁際走行を行う（ステップＳ３３０）。

壁際走行を行うと、図１１に示すように、充電装置１００に接近するのであるが、充電装置１００に接近すると、その充電装置１００が障害物として超音波センサ３１により検知される（ステップＳ３４０）。そして、前方の障害物（充電装置１００）の近傍（図１１のＢ地点）に接近した後、壁面Ｗと反対側を向くように本体ＢＤを９０度回転させ（ステップＳ３５０）、壁面Ｗから遠ざかるように本体ＢＤを走行させつつ上記障害物（充電装置１００）の奥行きを計測する（ステップＳ３６０）。この計測結果（走行距離Ｘ）は、充電装置１００が壁面から突出している幅（ｈ）と同じであるので、充電装置１００であると判断される（ステップＳ３７０のＹＥＳ）。

上記障害物が充電装置１００であると判断されると、まず、図１１のＣ地点まで本体ＢＤを走行させた後、同Ｃ地点にて充電装置１００側を向くように本体ＢＤを９０度回転させ（ステップＳ３８０）、壁Ｗと平行に走行する。そして、走行中、障害物の端（充電装置１００の本体部１０１の端）が横壁センサ３６により検知されると（ステップＳ４００のＹＥＳ）、走行距離の計測を開始させ（ステップＳ４１０）、さらに走行中、障害物の凸部（充電装置１００の給電部１０２）が検知されると（ステップＳ４２０のＹＥＳ）、走行距離の計測を終了させる（ステップＳ４３０）とともに、本体ＢＤの走行を停止させる（ステップＳ４４０）。そして、走行距離の計測結果（走行距離Ｙ）は、距離ｗと同じであるので、この障害物は充電装置１００であると判断されるのである。
その後、ステップＳ４４０による本体ＢＤの停止位置から、壁面Ｗと反対側を向くように本体ＢＤを９０度回転させる（ステップＳ４６０）。このとき、本体ＢＤに形成された充電端子２７ａと、充電装置１００の給電端子１０２ａとが対向することとなる。そして、本体ＢＤをバック走行させて（ステップＳ４７０）、充電端子２７ａと給電端子１０２ａとを接続し充電を行うのである。

図１２は、横壁センサ３６により充電装置１００の給電部１０２が検知されたときの様子を示す図であり、図１３は、本体ＢＤが図１２に示した位置から９０度旋回したときの様子を示す図である。図１２において、本体ＢＤが壁Ｗと平行に充電装置１００に向かって走行中、横壁センサ３６（３６Ｌ）が、充電装置１００の給電部１０２を検知すると、走行距離の計測を終了させるとともに本体ＢＤの走行を停止させる。そして、走行距離の計測結果、充電装置１００であると判定された場合には、本体ＢＤを図中白抜きの矢印にて示した方向に９０度旋回させ、バック走行して充電装置１００と接続する。このとき、本体ＢＤは、旋回を行う際に回転軸Ｃを中心として旋回を行う。
実施形態にかかる自走式掃除機１０は、この回転軸Ｃから壁Ｗに対して垂直に延びる直線（図中、２点鎖線にて示す）と、横壁センサ３６Ｌとの距離（ａ）、および、充電装置１００の給電部１０２の幅（ｂ）とについて、下記（１）式を満たすように横壁センサ３６の設置位置が定められる。
ａ＝（１／２）ｂ…（１）
上述したように横壁センサ３６の設置位置を規定すると、図１２に示すように、横壁センサ３６が給電部１０２を検知し、本体ＢＤが停止したときに、回転軸Ｃが給電部１０２の中央部分の真横に位置することとなる。

本体ＢＤが図１２に示した位置にあるときに、充電装置１００との接続を行うために本体ＢＤを図中、白抜きの矢印にて示した方向に９０度旋回させると、図１３に示すように、本体ＢＤ側の充電端子２７ａと、充電装置１００の給電端子１０２ａとが、紙面上下方向にずれることなる対向する位置となり、本体ＢＤをそのままバック走行させることにより、充電端子２７ａと給電端子１０２ａとを接続させることとなる。すなわち、横壁センサ３６により給電部１０２が検知された後、充電端子２７ａと給電端子１０２ａとをずれることなく対向させるために、本体ＢＤの位置合わせを行う必要がなくなるのである。このようにすることにより、スム−ズに自動充電を行うことが可能となるのである。

（４）各種変形例：
上述した実施形態においては、前方障害物センサが超音波センサである場合について説明したが、本発明に適用される前方障害物センサとしては、前方の障害物を検知することができるものであれば、超音波センサに限定されるものではなく、赤外線の出光部と受光部とを具備する赤外線センサ（フォトリフレクタ）等であってもよい。また、実施形態では、横壁センサがフォトリフレクタである場合について説明したが、この横壁センサについても、側方の壁等の障害物を検知することができるものであれば、特に限定されるものではなく、超音波センサ等であってもよい。

また、上述した実施形態においては、充電式走行システムを構成する走行機が、掃除機構を具備する自走式掃除機である場合について説明したが、本発明に適用される走行機としては、これに限定されるものではなく、掃除機構を有さないものであってもよい。また、不審者を検知する撮像センサ（赤外線ＣＣＤセンサ７３）を具備しないものであってもよい。

（５）まとめ：
以上、説明したように、実施形態にかかる充電式走行システムでは、本体ＢＤが壁Ｗに対して平行となっているときに、回転軸Ｃから壁Ｗに対して垂直に延びる直線と、横壁センサ３６との距離（ａ）、および、充電装置１００の給電部１０２の幅（ｂ）とについて、ａ＝（１／２）ｂの式を満たすように横壁センサ３６の設置位置が定められているため、その後、本体ＢＤの背面側中央に設置された充電端子２７ａと、充電装置１００の給電端子１０２ａとを対向させるように本体ＢＤを旋回させたときに、充電端子２７ａと給電端子１０２ａとがずれることなく対向することとなる。そのため、本体ＢＤを旋回させた後、そのままバック走行することにより、充電端子２７ａと給電端子１０２ａとを接続させることができるため、本体ＢＤの位置合わせを行う必要がなく、スム−ズに自動充電を行うことが可能となる。

本発明にかかる自走式掃除機の外観斜視図である。 図１に示した自走式掃除機の裏面図である。 図１、図２に示した自走式掃除機の背面図である。 図３におけるＡ−Ａ線断面図である。 本発明にかかる充電装置が取り付けられている様子を示す図である。 図１、図２に示した自走式掃除機の構成を示すブロック図である。 自走式掃除機において実行される自動掃除実行処理の流れを示すフロ−チャ−トである。 図７に示した自動掃除実行処理が行われているときに自走式掃除機が走行する走行順路の一例を示す図である。 図８に示したフロ−チャ−トのステップＳ２７０において呼び出されて実行される自動充電処理の流れを示すフロ−チャ−トである。 図９に示した自動充電処理が実行されているときの自走式掃除機の動作を示す図である。 図９に示した自動充電処理が実行されているときの自走式掃除機の動作を示す図である。 横壁センサにより充電装置の給電部が検知されたときの様子を示す図である。 本体が図１２に示した位置から９０度旋回したときの様子を示す図である。

符号の説明

１０…自走式掃除機
１２Ｒ、１２Ｌ…駆動輪
１４…段差センサ
２１…ＣＰＵ
２２…ＲＡＭ
２３…ＲＯＭ
２６…バッテリ−監視回路
２７…バッテリ−
２７ａ…充電端子
３１（３１ａ〜３１ｇ）…超音波センサ
３５（３５ａ〜３５ｄ）…焦電センサ
３６Ｒ、３６Ｌ…横壁センサ
３７…ジャイロセンサ
３７ａ…角速度センサ
３８…ロ−タリ−エンコ−ダ
１００…充電装置
１０１…本体部
１０２…給電部
１０２ａ…給電端子

Claims (6)

1. 操舵および駆動を実現する駆動機構と、掃除機構と、前方の障害物を検知する前方障害物センサと、側方の障害物を検知する横壁センサと、円柱形状の本体の背面側中央に設置された充電を行うための充電端子とを具備し、直進走行、後退走行および所定の回転軸を中心とする旋回を行うことが可能な自走式掃除機、並びに、
   所定幅を有する凸形状であり、上記自走式掃除機の充電端子に接続する給電端子が配置される給電部を備え、室内の壁面に突出するように設置される充電装置から構成され、
   上記自走式掃除機が、自動走行を行い、上記充電装置の近傍まで移動した後、上記充電装置の給電端子に充電端子を接続させる自動充電手段を具備し、
   上記自動充電手段が、室内の壁に沿って走行する壁際走行を行い、同壁際走行中に上記前方障害物センサにて前方の障害物が検知されたことを受けて、本体を９０度旋回させて同壁に対して垂直に走行しつつ、上記横壁センサにて上記障害物が検知されている間、車輪の回転数により走行距離を計測するロ−タリ−エンコ−ダを用いて走行距離の計測を行うことにより同障害物の奥行きを計測する第１の計測手段、
   上記第１の計測手段による計測が行われた後、本体を９０度旋回させて上記壁と平行に走行しつつ、上記横壁センサにて上記障害物の端が検知されてから同障害物に形成された凸部が検知されるまでの間、上記ロ−タリ−エンコ−ダを用いて走行距離の計測を行うことにより、上記障害物の端から上記凸部までの距離を計測する第２の計測手段、並びに
   上記第１の計測手段および上記第２の計測手段による計測結果に基づいて、上記障害物が上記充電装置であるか否かを判定する充電装置探索手段を具備し、
   上記自動充電手段による自動充電が行われている間、上記掃除機構を停止させるように構成された充電式走行システムにおいて、
   本体が上記壁と平行になっているときに、同本体の回転軸から同壁に対して垂直に延びる直線と、上記横壁センサが設置されている位置との距離（ａ）、および、上記充電装置における上記給電部の幅（ｂ）について、（１）式を満たすように上記横壁センサの設置位置が定められることを特徴とする充電式走行システム。
   ａ＝（１／２）ｂ…（１）
2. 操舵および駆動を実現する駆動機構と、前方の障害物を検知する前方障害物センサと、側方の障害物を検知する横壁センサと、本体の背面側中央に設置された充電を行うための充電端子とを具備し、直進走行、後退走行および所定の回転軸を中心とする旋回を行うことが可能な走行機、並びに、
   所定幅を有する凸形状であり、上記走行機の充電端子に接続する給電端子が配置される給電部を備え、室内の壁面に突出するように設置される充電装置から構成され、
   上記走行機が、自動走行を行い、上記充電装置の近傍まで移動した後、上記充電装置の給電端子に充電端子を接続させる自動充電手段を具備し、
   上記自動充電手段が、室内の壁に沿って走行する壁際走行を行い、同壁際走行中に上記前方障害物センサにて前方の障害物が検知されたことを受けて、本体を９０度旋回させて同壁に対して垂直に走行しつつ、上記横壁センサにて上記障害物が検知されている間、走行距離の計測を行うことにより同障害物の奥行きを計測する第１の計測手段、
   上記第１の計測手段による計測が行われた後、本体を９０度旋回させて上記壁と平行に走行しつつ、上記横壁センサにて上記障害物の端が検知されてから同障害物に形成された凸部が検知されるまでの間、走行距離の計測を行うことにより、上記障害物の端から上記凸部までの距離を計測する第２の計測手段、並びに
   上記第１の計測手段および上記第２の計測手段による計測結果に基づいて、上記障害物が上記充電装置であるか否かを判定する充電装置探索手段を具備する充電式走行システムにおいて、
   本体が上記壁と平行になっているときに、同本体の回転軸から同壁に対して垂直に延びる直線と、上記横壁センサが設置されている位置との距離（ａ）、および、上記充電装置における上記給電部の幅（ｂ）について、（１）式を満たすように上記横壁センサの設置位置が定められることを特徴とする充電式走行システム。
   ａ＝（１／２）ｂ…（１）
3. 上記走行機の本体は、円柱形状であることを特徴とする請求項２に記載の充電式走行システム。
4. 上記走行機は、車輪の回転数により走行距離を計測するロ−タリ−エンコ−ダを具備することを特徴とする請求項２または３に記載の充電式走行システム。
5. 上記走行機は、掃除機構を具備する自走式掃除機であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１に記載の充電式走行システム。
6. 上記自動充電手段による自動充電が行われている間、上記掃除機構を停止させることを特徴とする請求項５に記載の充電式走行システム。
   

Images