JP2007151644A - 自走式電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】
移動検出装置と床面との距離を一定に保ち、高精度に移動距離を検出することができる自走式電気掃除機を提供する。
【解決手段】
移動検出装置３１は、光学式の移動検出センサ３２と、前記移動検出センサを収納する箱状のケーシング３４とから構成される。ケーシング２４は、伸縮可能な付勢部材３３を介して、掃除機本体１０に対して摺動自在に支持される。この構成により、掃除機本体１０が傾いたときは、一方の付勢部材３３が収縮してフランジ３４ａが掃除機本体１０の底面側に近づき、他方の付勢部材３３が伸張してフランジ３４ａが凹部７１の上面側に近づく。これにより、移動検出装置３１は、床面に押圧され、ケーシング３４の底面が床面と接触する。
【選択図】図４

Description

本発明は、移動検出装置を備えた自走式電気掃除機に関するものである。

床面上を自動走行して掃除を行なう自走式電気掃除機においては、移動検出センサを用いて掃除機の移動距離や旋回角度を計測し、掃除機が適切な移動経路に沿って走行するように制御する必要がある。このような制御のために、移動検出センサであるカメラを用いた光学式センサによって床面を撮影し、得た画像信号に基づいて移動距離を検出する方法が用いられている。

しかしながら、従来の自走式電気掃除機では、凹凸のある床面上を走行して掃除をする場合、凸部と凹部とで光学式センサの焦点がずれてしまい、正確に測定することができなかった。そこで、特許文献１は、床面上の凹凸に合わせて光学式センサが上下動するように、ガイドとバネとを設けて光学式センサを凹凸に合わせて上下動させることで、光学式センサの焦点のずれを防止したものが開示されている。
特開２００５−３４２１３

しかしながら、特許文献１の方法では、例えば、片側の車輪が段差に乗り上げて光学式センサが床面に対して斜めになった場合、ガイドによる上下動では床面との距離が一定に保つことができず、光学式センサの焦点がずれてしまい正確に移動距離を検出することができない。

そこで、本発明は、上記に鑑み、簡単な機構で常に移動検出装置が床面に対して一定距離を保ち、正確に移動距離を検出できる自走式電気掃除機の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明では、床面を走行するための走行手段を有する掃除機本体の底面に、前記掃除機本体の移動を検出する移動検出装置が設けられ、前記移動検出装置は、前記掃除機本体の傾きに関係なく床面に対して一定の位置関係を保つように、水平面に傾動自在、かつ、鉛直方向に上下動自在に支持されたことを特徴とする。

上記構成により、移動検出装置は、床面に対して一定の位置関係を保つように前後左右に傾くことができる。例えば、掃除機本体の傾斜に対しては移動検出装置がその傾きに合わせて傾動し、床面の凹凸に対しては鉛直軸方向に上下動することがきる。これにより、移動検出装置が常に床面と一定の位置関係を保つことができ、正確に移動距離を検出できる。ここで一定の位置関係とは、常に移動検出装置と床面とが接触している状態、あるいは、移動検出装置と床面とが一定距離を保った状態を示す。

また、移動検出装置は、ケーシングと、前記ケーシングに内装された移動検出センサを備え、前記ケーシングは、前後左右に傾くように掃除機本体に支持され、前記ケーシングが床面に接触するように、前記ケーシングを下向きに付勢する付勢部材が設けられたことを特徴とする。

上記構成により、付勢部材が伸縮することでケーシングが床面に常に接触するので、移動検出装置が前後左右に傾き、常に移動検出装置と床面との距離を一定に保つことができ、正確な移動検出が可能となる。なお、付勢部材は、コイルバネやサスペンション等、移動検出装置を床面方向に付勢するものであれば良い。

また、掃除機本体の底面に、上方向に凹んだ凹部が形成され、前記凹部の周壁に開口が形成され、前記開口にケーシングのフランジが嵌め込まれ、前記ケーシングが前後左右に傾動可能かつ上下動可能とされたことを特徴とする。

上記構成により、移動検出装置は、掃除機本体の底面に形成された凹部に収納されるので、自走式電気掃除機は全体的に低く、すなわち、掃除機本体の重心を低くすることができる。これにより、自走式電気掃除機は、走行時において安定した走行が可能となり、さらには、旋回時の横転を防ぐことができる。

また、ケーシング内に付勢部材が設けられ、前記付勢部材の上端が凹部の上面に取り付けられ、前記付勢部材の下端が前記ケーシングの下面に取り付けられ、前記ケーシングの下面中央に移動検出センサが配置され、前記付勢部材が前記移動検出センサの周囲に配されたことを特徴とする。

上記構成により、移動検出装置は、付勢部材によって支持されることで、水平面に傾動自在、かつ、鉛直方向に上下動自在に可動することができる。詳しくは、移動検出装置を２点以上で上下動可能な付勢部材によって支持されることで、その付勢部材同士の公差にから移動検出装置を傾けることができる。これにより、部材を少なくすることができ、簡単な機構で正確に移動距離を検出することができる。

また、走行手段は軸周りに回動する車輪であって、前記車輪が掃除機本体の左右側面に設けられ、移動検出装置は、前記両車輪の二等分線上で、かつ、前記移動検出装置と前記両車輪とによって二等辺三角形を形成する位置に配されたことを特徴とする。

上記構成により、移動検出装置は、走行手段である車輪との位置から掃除機本体の正確な走行経路を計測することができる。これにより、自走式電気掃除機は、同じ経路を掃除することを防止することができる。また、移動検出装置から両側面の車輪までの距離が同じ距離なので、走行手段の制御信号を計測結果から算出するのが容易になる。これにより、安価な制御装置によっても制御可能となる。

以上のように、本発明によれば、伸縮する付勢部材を複数備えることで移動検出装置が床面に対して前後左右方向に傾くことができる。これにより、床面の影響を受けることなく、移動検出装置と床面との距離を一定に保ち、高精度に移動距離を検出することができる。

以下、本発明の実施形態として、部屋の壁、家具、ベッド等の障害物がある、周囲を囲まれた空間内を自立して移動する自走式電気掃除機を例に説明する。

自走式電気掃除機は、図１〜図３に示すように、電動送風機１３を内装した掃除機本体１０と、床面のゴミや埃等を吸引する吸込口体２０とから構成される。吸込口体２０は、掃除機本体１０の前部側底面に配され、掃除機本体１０に軸方向を垂直方向とする連結軸１０ａによって接続されると共に、連結軸１０ａ周りに約３０度の範囲で回転可能とされる。また、吸込口体２０には、掃除機本体１０側の屈曲自在な吸込ホース（図示せず）と連結され、電動送風機１３の駆動により発生する吸引力で吸込口体２０からゴミや埃等を掃除機本体側の集塵器３０に吸引できるようになっている。

掃除機本体１０は、小判型のケーシングの上面にカプセル状の集塵器３０を収容するための凹部１５が形成され、ケーシングの前部側には、障害物や壁面等に衝突した際の衝撃を緩和するバンパー１２が取り付けられる。掃除機本体１０の後部側には、電動送風機１３が内装される。掃除機本体１０の後部側底面には、掃除機本体１０の移動距離を検出する移動検出装置３１が備えられる。掃除機本体１０の底面中央部分に電源を供給する電源バッテリ等の電源部６０が備えられる。

また、掃除機本体１０の側部には、掃除空間を移動するための走行手段としての駆動輪４１が設けられる。この駆動輪４１や電動送風機１３の駆動を制御する制御基板等を備えた制御部（図示せず）は、凹部１５の下側空間部に配設される。

さらに、バンパー１２の窓に面して周囲の障害物を検出する検出センサ５０が設けられている。バンパー１２は、衝撃を緩和するためにバネ（図示せず）によって掃除機本体１０の前側に突出するように保持される。

走行手段は、駆動モータ（図示せず）によって駆動される左右一対の車輪である駆動輪４１と、吸込口体２０の下面に設けられた補助輪（図示せず）とから構成される。駆動輪４１は、左右が夫々独立して回転する。例えば、前進または後退のときは、両駆動輪４１が同時に回転し、旋回のときは、夫々の駆動輪４１が異なる方向に回転するか、一方の駆動輪４１が停止し他方の駆動輪４１が回転する。補助輪は、駆動輪４１の動きに合わせて掃除機本体１０がスムーズに走行できるように垂直軸周りに回転自在に支持されている。なお、走行手段は、特に駆動輪４１に限られず、例えば、無限軌道や歩行装置等、掃除機本体１０が走行できるものであれば良い。

吸込口体２０には、ゴミや埃等を吸引するメイン吸込口（図示せず）、前方吸込口（図示せず）および側方吸込口２１ｃが形成される。メイン吸込口と前方吸込口とは、吸込口体２０内部に形成された吸込経路（図示せず）と連通する開口とされ、側方吸込口２１ｃは、ゴム等から構成されるＬ字形状のノズルとされる。

メイン吸込口は、吸込口体２０の底面中央に設けられた凹部（図示せず）の壁面に貫通形成される。この凹部には、ゴミや埃等を床面から掻き取る回転ブラシ（図示せず）が回転自在に設けられ、回転ブラシの回転により、掻き上げられたゴミや埃等をメイン吸込口から吸引できるようになっている。

側方吸込口２１ｃは、吸込口体２０の左右に設けられており、底面中央に設けられた凹部に連通しており、側方吸込口２１ｃから吸い込んだゴミや埃等をメイン吸込口から吸込経路に流入させるようにしている。

次に、移動検出装置３１について図４〜図６に基づいて説明する。掃除機本体１０の底面に形成された凹部７１に備えられた移動検出装置３１は、光学式の移動検出センサ３２と、これを収納する箱状のケーシング３４とから構成される。

移動検出センサ３２は、撮像手段を構成する撮像素子（図示せず）と、結像手段を構成するレンズ（図示せず）およびレンズカバー（図示せず）と、ランプ（図示せず）と、これらの部品を収納するケース（図示せず）とから構成される。ここで、撮像素子は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）あるいはＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の電子式の画像入力素子である。

ケーシング３４は、一方の面が開放した箱状のケースであって、その下面中央部分に検出センサ３２のレンズによって床面が覗ける孔３４ｂが形成される。この孔３４ｂにレンズが位置するように移動検出センサ３２がケーシング３４の中央部分に配される。ケーシング３４の開放面の縁部には、外側方向に突出したフランジ３４ａが形成される。このフランジ３４ａが掃除機本体１０の凹部７１に嵌め込まれて支持される。

また、ケーシング３４の全高は、床面から掃除機本体１０の凹部７１の上面より小とされ、床面から掃除機本体１０の底面より大とされる。また、ケーシング３４の全幅は、凹部７１の横幅よりも小とされる。この構成により、凹部７１とケーシング３４とに隙間ができ、この隙間によってケーシング３４が傾動することができ、たとえ、ケーシング３４が傾動しても凹部７１とケーシング３４とが接触することがない。

凹部７１は、掃除機本体１０の底面に対して上方向に凹んでいる。また、凹部７１は、掃除機本体１０の後部側底面で、２つの駆動輪４１と凹部７１が正三角形となる位置に形成される。なお、凹部７１の位置は、２つの駆動輪４１と凹部７１とを結んで正三角形となる位置に限らず、例えば、両側面に備えられた駆動輪４１の中間、すなわち、両駆動輪４１の長さを二等分にする線上で、かつ、凹部７１と両駆動輪４１とを結んだ二等辺三角形の頂点に位置にすれば良い。

また、凹部７１の側面には、開口７２が設けられる。この開口７２は、掃除機本体１０の底面から凹部７１の上面にかけて開口した孔であって、この開口７２にケーシング３４のフランジ３４ａが嵌め込まれる。フランジ３４ａを開口７２に嵌め込んだ際、フランジ３４ａの上下方向に移動検出装置３１が摺動する空間が形成される。この空間をフランジ２４ａが上下動することで、ケーシング３４が上下に摺動することができる。

また、移動検出装置３１は、バネやサスペンション等の伸縮可能な付勢部材３３を介して掃除機本体１０と接続される。付勢部材３３は、下方向に付勢するコイル状の圧縮バネであって、ケーシング３４底面と凹部７１の上面との間に備えられる。この付勢部材３３は、上端が凹部７１の上面と接続され、下端がケーシング３４の下面と接続される。付勢部材３３は、移動検出センサ３２の周りを囲むように配置される。

また、移動検出装置３１は、付勢部材３３によって底面が床面に押圧され、ケーシング３４の底面が床面と接触する。そのため、ケーシング３４の底面には、床面との摩擦を少なくするフェルト等のすべり材が備えられる。

次に、本実施形態の移動検出装置３１を備えた自走式電気掃除機の動作に合わせて、移動検出装置３１の動きを説明する。

通常の走行時、すなわち、２つの駆動輪４１が段差のない平坦な床面を走行している場合は、図４に示すように、付勢部材３３によって移動検出装置３１は、床面に押圧され、ケーシング３４の底面が床面と接触する。このとき、フランジ３４ａは、開口７２の中間に位置する。

掃除機本体１０が傾いたとき、すなわち、２つの駆動輪４１のうちいずれか一方が段差に乗り上げて掃除機本体１０が床面に対して傾いて走行している場合は、図６に示すように、一方の付勢部材３３が収縮し、収縮した付勢部材側３３のフランジ３４ａが掃除機本体１０の底面側に近づき、他方の付勢部材３３が伸張し、伸張した付勢部材側３３のフランジ３４ａが凹部７１の上面側に近づく。これにより、移動検出装置３１は、ケーシング３４の底面が床面と接触する。また、床面に凹凸があるときでも、付勢部材３３の伸縮によって移動検出装置３１が床面に押圧されるので、移動検出装置３１は床面の凹凸に沿って摺動する。

次に、制御部が移動検出装置３１で取り込んだ画像情報から駆動モータを制御するまでの動きを説明する。ここで、制御部は、取り込んだ画像から移動量を計測する画像処理部（図示せず）と、計測結果から移動距離信号を生成する信号生成部（図示せず）と、生成した信号を駆動モータに出力する信号出力部（図示せず）とを備える。

移動検出装置３１は、撮像素子から取り込んだ画像を所定の周期で反復的に画像信号として画像処理部に出力する。画像処理部は、入力された床面の模様や汚れや傷等の画像信号からＸ，Ｙ座標上の移動量を計測する。この計測結果から信号生成部は、カメラの前後方向および左右方向の移動距離を検出し、前後方向移動距離信号および左右方向移動距離信号を生成する。信号出力部は、前後方向移動距離信号および左右方向移動距離信号に基づいて掃除機本体１０の前後方向および左右方向の移動距離、すなわち、２次元の移動距離および旋回角度を求めて移動距離信号および旋回角度信号を出力し、移動距離信号および旋回角度信号に基づいて、掃除機本体１０を所定の経路に沿って走行させるように駆動モータの回転を制御する。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で修正・変更を加えることができるのは勿論である。上記実施形態では、自走式電気掃除機に備えた移動検出装置ついて説明したが、これ以外にも使用者が把手をもって走行させる一般的な電気掃除機等にも使用して良い。また、付勢部材は、コイル式の圧縮バネだけでなく、エアーサスペンションや板バネ等のように移動検出装置を床面に付勢することができるものであれば良い。

また、付勢部材を設けず、移動検出装置の自重によって床面に接触させる。これにより、移動検出装置は、床面に応じて前後左右に傾く。これにより、部材数を少なくすることができ、コストダウンが図れる。

さらに、床面に対して一定距離を保つように、移動検出センサと床面との間にケーシングやすべり材が介在しているが、直接移動検出センサと床面とが接触しても良い。この場合、移動検出センサのカメラには、損傷を防ぐ防護部材を備える必要がある。

本発明の自走式電気掃除機の斜視図 自走式電気掃除機の上面図 自走式電気掃除機の側断面図 通常時の移動検出装置と掃除機本体との関係を示す側方断面図 移動検出装置と掃除機本体との位置関係を示す底面図 掃除機本体が傾いたときの移動検出装置と掃除機本体との関係を示す側方断面図

符号の説明

１０ 掃除機本体
１０ａ 連結軸
１２ バンパー
１３ 電動送風機
１４ 排気口
１５ 凹部
１５ａ 傾斜面
１６ 係合開口
１７ 吸引口
１８ 排出口
２０ 吸込口体
２１ｃ 側方吸込口
２２ 開閉部
３０ 集塵器
３１ 移動検出装置
３２ 移動検出センサ
３３ 付勢部材
３４ ケーシング
３４ａ フランジ
３４ｂ 孔
３６ クランプ
３７ 操作レバー
３８ バネ
３９ 長溝
４１ 駆動輪
５０ 検出センサ
６０ 電源部
７１ 凹部
７２ 開口

Claims (6)

1. 床面を走行するため走行手段を有する掃除機本体の底面に、前記掃除機本体の移動を検出する移動検出装置が設けられ、
   前記移動検出装置は、前記掃除機本体の傾きに関係なく床面に対して一定の位置関係を保つように、水平面に傾動自在、かつ、鉛直方向に上下動自在に支持されたことを特徴とする自走式電気掃除機。
2. 移動検出装置は、ケーシングと、前記ケーシングに内装された移動検出センサを備え、
   前記ケーシングは、前後左右に傾くように掃除機本体に支持され、
   前記ケーシングが床面に接触するように、前記ケーシングを下向きに付勢する付勢部材が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の自走式電気掃除機。
3. 掃除機本体の底面に、上方向に凹んだ凹部が形成され、
   前記凹部の周壁に開口が形成され、
   前記開口にケーシングのフランジが嵌め込まれ、
   前記ケーシングが前後左右に傾動可能かつ上下動可能とされたことを特徴とする請求項２に記載の自走式電気掃除機。
4. ケーシング内に付勢部材が設けられ、
   前記付勢部材の上端が凹部の上面に取り付けられ、
   前記付勢部材の下端が前記ケーシングの下面に取り付けられ、
   前記ケーシングの下面中央に移動検出センサが配置され、
   前記付勢部材が前記移動検出センサの周囲に配されたことを特徴とする請求項２または３に記載の自走式電気掃除機。
5. 走行手段は軸周りに回動する車輪であって、
   前記車輪が掃除機本体の左右側面に設けられ、
   移動検出装置は、前記両車輪の二等分線上で、かつ、前記移動検出装置と前記両車輪とによって二等辺三角形を形成する位置に配されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自走式電気掃除機。
6. 掃除機本体の前側に吸込口体が設けられ、
   移動検出装置は、車輪よりも後側に位置することを特徴とする請求項６に記載の自走式電気掃除機。

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