JP2007334667A - 自走式掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】障害物の検出精度が向上する自走式掃除機を提供する。
【解決手段】自走する掃除機を実現するＣＰＵ４００は、掃除機に取り付けられている従動輪の回転数を検出する従動輪回転数検出部５１０と、車輪の回転数の差を算出する回転数差検出部５２０と、掃除機の走行状態を検知する走行状態検知部５３０と、掃除機の進路上に存在する段差を検知する段差検知部５４０と、走行状態検知部５３０による検知の結果あるいは段差検知部５４０による段差の有無の検知の結果に基づいて、掃除機に搭載されている各モータの運転を制御する駆動制御部５５０と、入力部に対する操作あるいは走行状態検知５３０による検知の結果に基づいて、メインブラシあるいはサイドブラシの動作を制御する出力制御部５６０と、走行状態検知部５３０あるいは段差検知部５４０による検知の結果を報知する報知制御部５７０とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は掃除機に関し、より特定的には、自走する掃除機に関する。

自走する掃除機（以下、自走式掃除機）が知られている。自走式掃除機は、予めプログラムされた進路に従って自走し、ゴミを集めて吸引する。

自走式掃除機に関し、たとえば、特開２００５−３３２０５５号公報（特許文献１）は、建物内や車内で自律走行を行いながら清掃を行う自律走行式の清掃ロボットとして、側方壁の有無や凹凸にかかわらず蛇行を抑制して安定的な走行を実現させ、清掃効率が向上する技術を開示している。

特開２００４−３５７７６８号公報（特許文献２）は、吸い口が吸着して掃除機本体の自動走行が異常停止状態となるのを防止する技術を開示している。

特開２００４−９７２６４号公報（特許文献３）は、移動作業ロボットにおける、種々の異常を、本体に近づいたり機器を操作することなく確認することができる技術を開示している。

さらに、特開２００３−５０６３３号公報（特許文献４）は、掃除機本体の下部に対応する障害物だけでなく上部に対応する障害物も検知して適切な走行輪を制御する技術を開示している。
特開２００５−３３２０５５号公報 特開２００４−３５７７６８号公報 特開２００４−９７２６４号公報 特開２００３−５０６３３号公報

しかしながら、障害物を検出するために、たとえばバンパーのような検出装置を使用すると、バンパーに接触しないような障害物を検出することができず、障害物の検出精度が低下するという問題があった。

また、自走式掃除機が使用されると、自走式掃除機によって清掃される部屋と、当該使用者がいる部屋とが異なる場合があり得る。そのため、自走式掃除機が障害物の存在を検出できても、自走式掃除機の使用者は、当該掃除機と障害物との位置関係がどのような関係であるかを、すぐに把握できない場合がある。自走式掃除機の進行が障害物によって妨げられている場合、使用者がその状態に気付くのに遅れて、自走式掃除機に搭載されているバッテリが消耗するという問題もある。

本発明は、上述の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、進行を妨げる障害を検出する精度が向上する自走式掃除機を提供することである。

本発明の他の目的は、障害物を検出する精度が向上する自走式掃除機を提供することである。

本発明の他の目的は、障害物に直進が妨げられている場合において回転方向を検出できる自走式掃除機を提供することである。

本発明の他の目的は、進行を妨げる障害として段差を検出できる自走式掃除機を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、走行中の状態を検出できる自走式掃除機を提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明のある局面に従う自走式掃除機は、筐体と、筐体に取り付けられた充電池と、充電池からの電力に基づいて駆動するモータと、筐体に取り付けられて、モータからの動力によって駆動する駆動輪と、第１および第２の従動輪とを備える。第１および第２の従動輪の各々には回転中心から放射状にスリットが形成されている。自走式掃除機は、自走式掃除機自身のの進行方向の中心線を対称にして、自走式掃除機が前進する場合における筐体の先端部に第１および第２の従動輪を取り付けるための第１および第２の支持軸を備える。第１および第２の支持軸には、重力方向の移動を予め規定された範囲に制限するための段差部が形成されている。自走式掃除機は、段差部と筐体との接触の有無を検知する接触検知手段と、接触検知手段による検知の結果に基づいて、進行方向に段差が存在するか否かを検知する段差検知手段と、各スリットに対して発光するように筐体に取り付けられた第１および第２のフォトセンサと、第１および第２のフォトセンサからの出力に基づいて、第１の従動輪の回転数と第２の従動輪の回転数とを算出する第１の算出手段と、駆動輪の回転数を検出する第１の検出手段と、第１の従動輪の回転数と第２の従動輪の回転数との差の有無を検出する第２の検出手段と、差が検出された場合に、自走式掃除機の直進が妨げられていることを検知する障害物検知手段と、差が検出されない場合に、第１の従動輪の回転数および第２の従動輪の回転数のいずれかと、駆動輪の回転数との差の有無を検出する第３の検出手段と、第３の検出手段が差を検出した場合に、駆動輪がスリップしていることを検知するスリップ検知手段と、第３の検出手段が差を検出しない場合に、自走式掃除機は直進していることを検知する直進検知手段と、障害物検知手段による第１の検知結果と、スリップ検知手段による第２の検知結果と、直進検知手段による第３の検知結果と、段差検知手段による第４の検知結果とのいずれかに基づいて、モータの出力を抑制する制御手段と、障害物とスリップと段差とのいずれかが検知されると、駆動輪の回転を反転させる反転手段と、第１の検知結果と第２の検知結果と第３の検知結果と第４の検知結果とを区別して報知する報知手段とを備える。

この発明の他の局面に従う自走式掃除機は、筐体と、筐体に取り付けられた充電池と、充電池からの電力に基づいて動力を発生する駆動手段と、筐体に取り付けられて、駆動手段によって回転する駆動輪と、第１および第２の従動輪とを備える。第１および第２の従動輪には、回転中心から外周に向けてスリットが形成されている。自走式掃除機は、自走式掃除機自身の進行方向の中心線を対称にして、自走式掃除機が前進する場合における筐体の先端部に第１および第２の従動輪を取り付けるための第１および第２の支持軸と、駆動輪の回転数を検出する第１の検出手段と、第１の従動輪の回転数を検出する第２の検出手段と、第２の従動輪の回転数を検出する第３の検出手段と、第１の従動輪の回転数と第２の従動輪の回転数との差の有無を検出する第４の検出手段と、検出された駆動輪の回転数と、差の有無とに基づいて、自走式掃除機の走行状態を検知する検知手段とを備える。

好ましくは、スリットは、回転中心から放射状に形成されている。
好ましくは、第１および第２の支持軸は、自走式掃除機の進行方向に沿う中心線を対称にして、筐体に取り付けられている。

好ましくは、第１および第２の支持輪は、筐体の先端部に取り付けられている。
好ましくは、第２の検出手段および第３の検出手段は、それぞれ、スリットに対して光を発する発光手段と、発光手段によって発せられた光を受信する受光手段と、受光手段による光の受信の状況に基づいて従動輪の回転数を算出する算出手段とを含む。

好ましくは、自走式掃除機は、検知手段による検知の結果に基づいて駆動手段の出力を制御する制御手段をさらに備える。

好ましくは、検知手段は、差が検出された場合に、自走式掃除機の直進が妨げられていることを検知する障害物検知手段と、差が検出されない場合に、第１の従動輪の回転数および第２の従動輪の回転数のいずれかと、駆動輪の回転数との差の有無を検出する第５の検出手段と、第５の検出手段が差を検出した場合に、駆動輪がスリップしていることを検知するスリップ検知手段と、第５の検出手段が差を検出しない場合に、自走式掃除機は直進していることを検知する直進検知手段とを含む。

好ましくは、自走式掃除機は、障害物とスリップとのいずれかが検知されると、駆動輪の回転を反転させる反転手段をさらに備える。

好ましくは、自走式掃除機は、第１および第２の支持軸の重力方向の移動に基づいて、進行方向に段差が存在するか否かを検知する段差検知手段をさらに備える。

好ましくは、第１および第２の支持軸には、重力方向の移動を予め規定された範囲に制限するための段差部が形成されている。段差検知手段は、段差部と筐体との接触の有無を検知する第１の検知手段と、接触検知手段による検知の結果に基づいて、進行方向に段差が存在するか否かを検知する第２の検知手段とを含む。

好ましくは、スリットは、円弧状に形成されている。段差検知手段は、円弧状に形成されたスリットに対して光を発する発光手段と、発光手段によって発せられた光を受信する受光手段と、受光手段による光の受信の状況に基づいて段差の有無を判断する判断手段とを含む。

好ましくは、自走式掃除機は、段差検知手段による検知の結果に基づいて、駆動手段の出力を制御する制御手段をさらに備える。

好ましくは、制御手段は、進行方向に段差が存在することが検知されると、駆動輪が進行を止めるように、駆動手段に対する出力を制御する。

好ましくは、自走式掃除機は、段差が検知されると、駆動輪の回転を反転させる反転手段をさらに備える。

好ましくは、自走式掃除機は、当該自走式掃除機の走行状態を報知する報知手段をさらに備える。

好ましくは、検知手段は、差が検出された場合に、自走式掃除機の直進が妨げられていることを検知する障害物検知手段と、差が検出されない場合に、第１の従動輪の回転数および第２の従動輪の回転数のいずれかと、駆動輪の回転数との差の有無を検出する第５の検出手段と、第５の検出手段が差を検出した場合に、駆動輪がスリップしていることを検知するスリップ検知手段と、第５の検出手段が差を検出しない場合に、自走式掃除機は直進していることを検知する直進検知手段とを含む。報知手段は、障害物検知手段による検知の結果と、スリップ手段による検知の結果と、直進検知手段による検知の結果とを区別して報知する。

本発明のある局面に従う自走式掃除機によると、進行を妨げる障害を検出する精度が向上し得る。本発明の他の局面に従う自走式掃除機によると、障害物を検出する精度が向上し得る。他の局面に従う自走式掃除機によると、障害物に直進が妨げられている場合において回転方向を検出することができる。他の局面に従う自走式掃除機によると、進行を妨げる障害として段差を検出することができる。さらに他の目的に従う自走式掃除機によると、走行中の状態を検出することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る掃除機１００について説明する。図１は、自走式掃除機の一態様である掃除機１００の外観を表わす図である。掃除機１００は、筐体１０２と、近接センサ１１２〜１１７と、カメラ１２０と、入力部１２５と、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）１３５，１３６と、複数のサイドブラシ１７３とを備える。

近接センサ１１２〜１１７は、検出対象に接触することなく、当該検出対象の存在を検出する。近接センサ１１２〜１１７は、たとえば、電磁誘導を利用した高周波発振型、磁石を用いる磁気型、静電容量の変化を利用した静電容量型等であるが、他の態様を用いた非接触式のセンサであってもよい。

近接センサ１１２，１１３は、掃除機１００の前方（すなわち、掃除機１００が前進する方向）に位置する障害物を検知するように、筐体１０２の前面に配置されている。近接センサ１１４は、掃除機１００の右前方に位置する障害物を検知するように、筐体１０２にの右斜め側面に配置されている。近接センサ１１５は、掃除機１００の左前方に位置する障害物を検知するように、筐体１０２の左斜め前面に配置されている。近接センサ１１６は、掃除機１００の左後方に位置する障害物を検知するように、筐体１０２の左後方に配置されている。同様に、近接センサ１１７は、掃除機１００の右後方に位置する障害物を検知するように、筐体１０２の左後方斜めに配置されている。

カメラ１２０は、掃除機１００の前方を撮影するように筐体１０２の中心軸上に配置されている。カメラ１２０は、たとえばＣＣＤ（Charge Coupled Device）や、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）などにより実現される。

入力部１２５は、掃除機１００の動作を指示する操作の入力を受け付ける。入力部１２５は、たとえば筐体１０２の上面に配置されている。入力部１２５は、たとえばトグル式のスイッチあるいはタッチ式のスイッチなどにより実現される。掃除機１００の動作は、電源のオンもしくはオフ、掃除機１００の前進もしくは後退、掃除機１００による吸引の開始もしくは終了、掃除機１００による清掃時間のタイマ設定、清掃面に応じた走行速度の切り換えの指示等を含む。

掃除機１００は、後述するように充電式のバッテリを備え、そのバッテリから供給される電力に基づいて駆動輪を回転させ自走する。掃除機１００は、さらに、サイドブラシ１７３を作動させ、サイドブラシ１７３による清掃が可能な範囲に存在するゴミを掃除機１００の中心方向にかき集める。掃除機１００は、後述するメインブラシを駆動することによって、サイドブラシ１７３によって中心部にかき集められたゴミを、筐体１０２の内部に吸引する。

図２を参照して、掃除機１００を自律走行させるための構成について説明する。図２は、掃除機１００の切断面を概略的に表わす図である。この断面は、たとえば図１に示される一点鎖線ＩＩ−ＩＩによって筐体１０２を切断した面を表わす図である。

筐体１０２の進行方向前方には、スリット付き車輪２１０が取り付けられる。スリット付き車輪２１０は、たとえば筐体１０２の中心軸に対して左右対称となる位置に１つずつ設けられる。スリット付き車輪２１０は、それ自身では回転しない、いわゆる従動輪である。スリット付き車輪２１０には、スリット２１２が複数設けられている。

筐体１０２の後方には、掃除機１００を走行させるための駆動輪２２０が設けられる。駆動輪２２０は、後述する動力源としてのモータによって駆動力が与えられ、掃除機１００を前進、後退あるいはスピンターン（その場での回転）させる。

図３を参照して、掃除機１００の駆動系についてさらに説明する。図３は、当該駆動系を構成する要素の筐体１０２における配置を表わす図である。すなわち、掃除機１００は、図１あるいは図２に示される構成に加えて、制御部３１０と、フォトセンサ３２０，３２２と、バッテリ３３０と、モータ３４０とを備える。

なお、図２に示されるスリット付き車輪２１０は、左右の車輪を示すすときは、右側のスリット付き車輪２１０−１、左側のスリット付き車輪２１０−２と表わす。同様に、駆動輪２２０は、左右の駆動輪それぞれを表わすときは、右側の駆動輪２２０−１、左側の駆動輪２２０−２と表わす。ここで、掃除機１００における左右とは、掃除機１００が前進する方向を基準とした左右をいうものとする。

フォトセンサ３２０は、スリット付き車輪２１０−１に対して、スリット２１２における赤外線信号の透過あるいは遮断を検知するように配置されている。フォトセンサ３２２とスリット付き車輪２１０−２との位置関係も同様である。フォトセンサ３２０，３２２は、たとえば、赤外線光を発光する素子と、赤外線光を受光する素子として実現される。フォトセンサ３２０，３２２は、受光した赤外線光に応じた電気信号を出力する。フォトセンサ３２０，３２２から出力される信号は、制御部３１０に入力される。

制御部３１０は、フォトセンサ３２０，３２２から入力される信号に基づいてモータ３４０の動作を制御する。たとえば、制御部３１０は、掃除機１００を前進させるための信号をモータ３４０に送出することにより、掃除機１００を前進させる。あるいは、制御部３１０は、掃除機１００を後退させるために、前進時に送出される信号とは逆の符号を有する信号をモータ３４０に送出する。

駆動輪２２０−１，２２０−２は、モータ３４０によって出力される駆動力に従って前進方向あるいは後退方向に回転する。モータ３４０を作動させるための電力は、充電可能なバッテリ３３０によって与えられる。

図４を参照して、掃除機１００の構成についてさらに説明する。図４は、掃除機１００のハードウェア構成を表わすブロック図である。掃除機１００は、図１から図３に示される構成に加えて、モータ制御部４１２，４１４，４１６と、右ロータリーエンコーダ４３０と、左ロータリーエンコーダ４３２と、メインブラシモータ４２４と、サイドブラシモータ４２６と、吸引モータ４２８と、メインブラシ４３４と、左エンコーダ４４２と、右エンコーダ４４４と、ゴミセンサ４５０とを備える。また、図３に示されるモータ３４０は、右駆動輪モータ４２０と左駆動輪モータ４２２として実現される。制御部３１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４００と、メモリ４０２と、ジャイロセンサ４０４と、タイマ４０６とを含む。

モータ制御部４１０は、制御部３１０からの出力に基づいて左駆動輪モータ４２２と、右駆動輪モータ４２０とを制御する。右駆動輪モータ４２０は、バッテリ３３０から電力の供給を受けて右駆動輪２１０−２を回転駆動させる。右駆動輪２１０−２の回転動作は、右ロータリーエンコーダ４３０によって検知され、その回転角度を表わす信号は、制御部３１０に送出される。

左駆動輪モータ４２２は、バッテリ３３０から電力の供給を受け、モータ制御部４１０からの信号に応じて左駆動輪２２０−２を駆動する。左駆動輪２２０−２の回転は、左ロータリーエンコーダ４３２によって検知され、その回転角度を表わす信号は、制御部３１０に送出される。

右ロータリーエンコーダ４３０と左ロータリーエンコーダ４３２とは、それぞれ、右駆動輪２２０−１の回転と、左駆動輪の回転２２０−２とを検出し、検出結果を電気信号に変換し、回転角度、速度を表わす信号を出力する。

モータ制御部４１２は、制御部３１０からの出力に基づいてメインブラシモータ４２４を制御する。たとえば、入力部４２５は、メインブラシ４３４を作動させる指示の入力を受け付けると、その指示は制御部３１０を介してモータ制御部４１２に送出される。モータ制御部４１２は、その指示に基づいてメインブラシモータ４２４を回転させ、メインブラシ４３４にその回転に応じた清掃動作を実行させる。

モータ制御部４１４は、制御部３１０から出力される指示に基づいてサイドブラシモータ４２６の動作を制御する。たとえば、入力部１２５が掃除機１００の始動の指示を受け付けると、その指示は、制御部３１０を介してモータ制御部４１４に伝達される。モータ制御部４１４は、その指示に基づいてサイドブラシモータ４２６を回転させ、サイドブラシ１７３に対して、筐体１０２の左右に存在するゴミを筐体１０２の中央部に収集するように作動させる。

モータ制御部４１６は、制御部３１０から出力される指示に基づいて吸引モータ４２８の動作を制御する。たとえば、掃除機１００の通常動作を指示する入力が入力部１２５に対して行なわれると、モータ制御部４１６は、吸引モータ４２８に対して予め設定された吸引力で吸引口（図示しない）の近傍の空気を吸引するように回転させる。当該吸引口に集められたゴミは、その空気流に従って掃除機１００の内部（ごみ収集容器）に集められる。

右のスリット付き車輪２１０−１には、フォトセンサ３２０が取り付けられている。掃除機１００が、左駆動輪２２０−２と右駆動輪２１０−２とによって走行を開始すると、右側のスリット付き車輪２１０−１と左側のスリット付き車輪２１０−２とは、それぞれ床面からの摩擦力によって回転する。その回転は、フォトセンサ３２０，３２２によって検知される。フォトセンサ３２０，３２２からの出力は、右エンコーダ４４４と左エンコーダ４４２とにそれぞれ入力される。右エンコーダ４４４は、フォトセンサ３２０からの出力に基づいて右側のスリット付き車輪２１０−１の回転数を検出し、制御部３１０に送出する。同様に、左エンコーダ４４２は、左側のスリット付き車輪２１０−２の回転数を検出し、検出信号を制御部３１０に送出する。

通信部１２６は、制御部３１０から出力される信号に基づいて掃除機１００と外部との間の通信を行なう。通信部１２６は、たとえばBluetooth（登録商標）などの通信技術を用いた無線通信装置として実現される。

制御部３１０において、ＣＰＵ４００は、メモリ２０２に格納されているデータあるいは制御部３１０に入力される信号に基づいて、掃除機１００の動作を制御するための演算処理を実行する。ＣＰＵ４００は、たとえば入力部１２５に対して入力される運転指示に基づいてバッテリ３３０から各モータへの電力の供給を可能にし、掃除機１００の自律走行を待機させる。制御部３１０は、さらに、モータ制御部４１０に対して正転の指示を送出することにより、左駆動輪モータ４２２と右駆動輪モータ４２０とを正転（すなわち前進方向に回転）させる。

ある局面においては、ＣＰＵ４００は、掃除機１００の動作の状態を表わすデータをメモリ４０２に逐次書き込む。書き込まれるデータは、掃除機１００の動作モードを表わすデータ、制御部３１０に入力された各センサからの信号などを含む。ＣＰＵ４００は、ジャイロセンサ４０４から出力される信号に基づいて掃除機１００の角度を検出し、その検出の結果を表わす信号をモータ制御部４１０に対して送出する。この信号は、掃除機１００の進行方向の制御に使用される。

たとえば、掃除機１００の走行が前進方向に対して右側にドリフトしていることが検知されると、その走行を前進方向に合わせるための信号、すなわち、右側駆動輪２２０−１の回転数を左側駆動輪２２０−２の回転数よりも多くするための信号が、ＣＰＵ４００によって算出される。ＣＰＵ４００が、その算出した信号をモータ制御部４１０に送出すると、モータ制御部４１０は、その信号に従って、左側駆動輪２２０−２よりも右側駆動輪２２０−１を多く回転させる。

ＣＰＵ４００には、タイマ４０６からの信号が入力される。ＣＰＵ４００は、タイマ４０６によって計測された時刻データに基づいて、掃除機１００の動作を制御する。たとえば掃除機１００による清掃時間が予めタイマ設定されている場合には、ＣＰＵ４００は、清掃時間を計測し、そのタイマ設定された時刻の到来を検知し、その到来を検知すると、モータ制御部４１０に対して右駆動輪モータ４２０と左駆動輪モータ４２２との回転駆動を停止させるための指令を出力する。右駆動輪モータ４２０および左駆動輪モータ４２２が停止すると、右駆動輪２２０−１および左駆動輪２２０−２がそれぞれ停止するため、掃除機１００は、停止する。その後、ＣＰＵ４００は、バッテリ３３０から各部への電力の供給を終了する指示を出力する。掃除機１００の電源はオフに切り換えられる。

ゴミセンサ４５０は、筐体１０２の前面に取り付けられる。ゴミセンサ４５０は、たとえば、赤外線光の発光素子および受光素子により実現される。ゴミセンサ４５０は、受光素子により受光される赤外線光の強度に基づいて、床面のゴミの量を推定する。

図５を参照して、掃除機１００を実現するＣＰＵ４００について説明する。図５は、ＣＰＵ４００によって実現される機能の構成を表わすブロック図である。ＣＰＵ４００は、従動輪回転数検出部５１０と、回転数差検出部５２０と、走行状態検知部５３０と、段差検知部５４０と、駆動制御部５５０と、出力制御部５６０と、報知制御部５７０とを含む。各機能は、ＣＰＵ４００が当該機能を実現するプログラムを実行した場合に実現される。なお、ＣＰＵ４００による機能の実現に代えて、各機能に応じた処理を実行する回路素子が組み合わされたハードウェアとして実現されてもよい。

従動輪回転数検出部５１０は、掃除機１００に取り付けられている従動輪の回転数を検出する。具体的には、従動輪回転数検出部５１０は、右側のスリット付き車輪２１０−１と左側のスリット付き車輪２１０−２とにそれぞれ取り付けられているフォトセンサ３２０，３２２から出力される信号に基づいて各車輪の回転数を検出する。

回転数差検出部５２０は、従動輪が複数ある場合において各従動輪の回転数の差を算出する。たとえば、回転数差検出部５２０は、右側のスリット付き車輪２１０−１の回転数と、左側のスリット付き車輪２１０−２の回転数との差を算出する。他の局面において、回転数差検出部５２０は、従動輪の回転数と駆動輪の回転数との差を算出する。たとえば、回転数差検出部５２０は、右側のスリット付き車輪２１０−１の回転数と、右駆動輪２２０−１の回転数との差を検出する。

走行状態検知部５３０は、掃除機１００の走行状態を検知する。たとえば、走行状態検知部５３０は、掃除機１００が直進または後退していることを検知する。たとえば回転数差検出部５２０が各従動輪の回転数差を検出しない場合、走行状態検知部５３０は、掃除機１００が直進していることを検知する。

他の局面においては、走行状態検知部５３０は、掃除機１００の駆動輪がスリップしていることを検知する。具体的には、従動輪の回転数と駆動輪の回転数との差が検出されると、走行状態検知部５３０は、当該スリップを検知する。一例として、右側のスリット付き車輪２１０−１の回転数が０である場合に、右駆動輪２２０−１の回転数が０よりも大きい場合、掃除機１００は、前進が妨げられており、駆動輪が空転していることを検知する。

段差検知部５４０は、掃除機１００の進路上に存在する段差を検知する。たとえば、筐体１０２において重力に従ってスライドし得る支持軸（図示しない）が設けられており、当該支持軸の移動を検知するためのセンサ（たとえばフォトセンサ）が筐体に取り付けられている場合、当該支持軸の移動の検知が、掃除機１００に対する段差の検知として実現される。

駆動制御部５５０は、走行状態検知部５３０による検知の結果あるいは段差検知部５４０による段差の有無の検知の結果に基づいて、掃除機１００に搭載されている各モータの運転を制御する。たとえば、走行状態検知部５３０が掃除機１００の停止を検知すると、駆動制御部５５０は、モータ制御部４１０に対する指示を切り換えて、右駆動輪モータ４２０および左駆動輪モータ４２２の回転を停止させる。

あるいは、段差検知部５４０が掃除機１００の進路上に段差を検知すると、駆動制御部５５０は、前述のように、モータ制御部４１０に対して右駆動輪モータ４２０と左駆動輪モータ４２２との回転を停止させるための信号を出力する。掃除機１００が停止すると、駆動制御部５５０は、さらにモータ制御部４１０に対して反対に回転する信号を送出することにより、右駆動輪モータ４２０と左駆動輪モータ４２２とを逆方向に回転させる。その結果、掃除機１００は後退するため、検知された段差から遠ざかることになる。

出力制御部５６０は、入力部１２５に対する指示に基づいて、あるいは走行状態検知５３０による検知の結果に基づいて、メインブラシ４３４、あるいはサイドブラシ１７３の動作を制御する。ここで、検知の結果は、たとえば床面の走行抵抗が予め規定された基準の走行抵抗よりも大きいか否かの結果である。一例として、走行抵抗が当該基準の走行抵抗よりも大きいと判断されると、出力制御部５６０は、メインブラシ４３４、サイドブラシ１７３の運動速度を高くするための指令をモータ制御部４１２，４１４に送出する。これにより、走行抵抗が高い床面（たとえば絨毯）上のゴミを吸引することができる。

一方、走行抵抗が当該基準の走行抵抗よりも小さいことが検知されると、出力制御部５６０は、メインブラシ４３４、サイドブラシ１７３の運動速度を低くするための指令を、モータ制御部４１２，４１４に送出する。これにより、メインブラシ４３４、サイドブラシ１７３を駆動するための消費電力が小さくなるため、バッテリ３３０の消耗が抑制され得る。

報知制御部５７０は、走行状態検知部５３０あるいは段差検知部５４０による検知の結果を外部に報知する。報知される情報は、たとえば、掃除機１００の動作モード（清掃中、単なる走行中など、タイマ設定された運転時間、清掃終了までの時間等）である。より具体的には、報知制御部５７０は、ＬＥＤその他の発光装置として実現される。あるいは、音声データが予めメモリ４０２に保存されている場合には、報知制御部５７０は、当該音声データに基づいて掃除機１００の状態を通知する音声を出力するためのスピーカとしても実現される。また、他の局面においては、報知制御部５７０は、文字、アイコンその他の画像を表示するディスプレイ装置として実現されてもよい。

図６を参照して、掃除機１００の制御構造について説明する。図６は、ＣＰＵ４００が実行する処理の手順を表わすフローチャートである。この処理は、たとえば掃除機１００を運転させる指示が入力部１２５に対して入力されたときに実行される。

ステップＳ６０２にて、掃除機１００のＣＰＵ４００は、フォトセンサ３２０，３２２を介して信号の入力を検知する。ステップＳ６０４にて、ＣＰＵ４００は、左右のスリット付き車輪２１０−１，２１０−２の各回転数が同じであるか否かを判断する。ＣＰＵ４００が、それらの回転数は同じであると判断すると（ステップＳ６０４にてＹＥＳ）、処理はステップＳ６１０に移される。そうでない場合には（ステップＳ６０４にてＮＯ）、処理はステップＳ６２０に移される。

ステップＳ６１０にて、ＣＰＵ４００は、掃除機１００の進路上に障害物はないと判断し、そのことを表わすフラグを立てる。ステップＳ６１２にて、ＣＰＵ４００は、掃除機１００は正常に運転していることを表わすための発光指令をＬＥＤに出力する。筐体に取り付けられたＬＥＤ（図示しない）は、その指令に応じて予め規定された発光動作を行なう。たとえば掃除機１００の進路上に障害物がないことを表わすために緑色が規定されていれば、当該緑色のＬＥＤが発光する。

ステップＳ６２０にて、ＣＰＵ４００は、右側のスリット付き車輪の回転数が左のスリット付き車輪２１０−２の回転数よりも大きいか否かを判断する。右側のスリット付き車輪２１０−１の回転数が左のスリット付き車輪２１０−２の回転数よりも大きい場合には（ステップＳ６２０にてＹＥＳ）、処理はステップＳ６３０に移される。そうでない場合には（ステップＳ６２０にてＮＯ）、処理はステップＳ６４０に移される。

ステップＳ６３０にて、ＣＰＵ４００は、掃除機１００の前進方向の左側に障害物があると判断する。ステップＳ６３２にて、ＣＰＵ４００は、その判断の結果を通知するようにＬＥＤの発光指令を出力する。たとえば、当該ＬＥＤが筐体１０２において進行方向の左側に配置されている場合に、当該ＬＥＤが発光する。

ステップＳ６４０にて、ＣＰＵ４００は、進行方向の右側に障害物があると判断する。ステップＳ６４２にて、ＣＰＵ４００は、その判断の結果を通知するためのＬＥＤの発光指令を出力する。たとえば筐体１０２において進行方向の右側にＬＥＤが設置されている場合、当該ＬＥＤが発光する。ステップＳ６５０にて、ＣＰＵ４００は、右駆動輪モータ４２０、左駆動輪モータ４２２などに対して出力レベルを最小にする指令を送出する。

以上のようにして、本実施の形態に係る掃除機１００は、スリットが形成された従動輪（右スリット付き車輪２１０−１、左スリット付き車輪２１０−２）を、筐体１０２の前方に備える。掃除機１００は、走行中に、右スリット付き車輪２１０−１および左スリット付き車輪２１０−２の回転数を検出する。その回転数が一致しない場合、掃除機１００は、進行が妨げられていることを検知する。

たとえば、右スリット付き車輪２１０−１の回転数が左スリット付き車輪２１０−２の回転数を上回る場合、掃除機１００は、左側に障害物が存在していることを検知する。この場合、その検知の結果に応じて、掃除機１００は後退し、あるいは、障害物の存在を報知するための音声の出力あるいは発光を行なう。このように、掃除機１００は、従動輪の回転数に応じて障害物の存在を検知することができるため、障害物を検出する他の方法に比べて、検出の精度が向上し得る。

たとえば、当該障害物の存在を検出する他の方法として、自走する掃除機が、その筐体の一部として障害を吸収するためのバンパーを備え、そのバンパーに対する障害物の接触により、当該障害物の存在を検出する技術がある。この場合、当該障害物がバンパーに接触しない限り、その検出は行なわれない。たとえば、バンパー以外の部分に障害物が接触しても、その接触は検出されない。この場合、当該掃除機は、駆動輪のモータを運転し続けるため、電力も消費され続けることになる。

これに対して、本実施の形態に係る掃除機１００によれば、掃除機１００の状態を表わす情報として、従動輪の回転数が使用されるため、筐体１０２と障害物との接触の有無に関わらず、障害物の存在を検知することができる。また、障害物を検出する精度が向上するため、モータへの電力の供給の制御を精度よく実行できる。すなわち、障害物が検出された場合には、駆動輪を回転するモータ３４０への電力の供給が抑制される。その結果、バッテリ３３０の消耗が防止される。

また、本実施の形態に係る掃除機１００によれば、左右の従動輪の回転数差によって障害物の検出が行なわれるため、棒状の障害物を精度よく検出することができる。たとえば、テーブルあるいは椅子の脚が精度良く検出される。

なお、本実施の形態に係る掃除機１００は、２つの従動輪として、右スリット付き車輪２１０−１および左スリット付き車輪２１０−２を備える。しかしながら、他の局面において、掃除機は、１つの従動輪を備えるものであってもよい。たとえば、当該掃除機がスリップすることなく前進している場合、駆動輪の回転数と従動輪の回転数とは、同じである。したがって、回転数差は生じない。

一方、掃除機の前進が障害物によって妨げられて、障害物を中心に回転すると、回転中心から従動輪までの距離と、回転中心から駆動輪までの距離との差によって、当該回転数差が生じる。そこで、その回転数差を検知することにより、当該掃除機が障害物、特に棒状の障害物によって直進が妨げられていることを検知することができる。

また、駆動輪と従動輪との回転数差を検出することにより、掃除機１００が走行抵抗の高い床面（たとえば絨毯）を走行しているのか、あるいは、障害物により進行が妨げられているかが容易に区別される。

＜第１の変形例＞
以下、本実施の形態の第１の変形例について説明する。本変形例に係る掃除機は、段差の検知をスリット付き車輪の変位に基づいて行なう機能を有する点で、前述の実施の形態に係る掃除機と異なる。なお、本変形例に係る掃除機のハードウェア構成は、以下に説明する構成以外は、前述の実施の形態に係る掃除機１００のハードウェア構成により実現される。それらの作用も同じである。したがって、ここでは、当該ハードウェア構成の説明は、繰り返さない。

図７を参照して、本実施の形態に係る掃除機について説明する。図７は、掃除機のスリット付き車輪の取り付け部分の構成を表わす図である。

スリット付き車輪２１０−１は、シャフト７１０に取り付けられている。シャフト７１０には凸部７１２が設けられている。凸部７１２の表面には、回路の一部を構成するための信号線７２０が設けられている。信号線７２０は、接触検知回路７３０による回路の一部を構成する。接触検知回路７３０は、ＣＰＵ４００に接続されている。

掃除機１００が前進中に段差７００に差し掛かると、シャフト７１０は、スリット付き車輪２１０−１の自重により低下する。凸部７１２が筐体１０２と接触すると、信号線７２０は、接触検知回路７３０を「閉状態」に切り換える。その結果、接触検知回路７３０からＣＰＵ４００に対して電流が流れる。ＣＰＵ４００は、その電流に基づいてスリット付き車輪２１０−１が段差７００に差し掛かったことを検知する。ＣＰＵ４００は、その検知に基づいてモータ制御部４１０に対して右駆動輪モータ４２０と左駆動輪モータ４２２とを停止させるための指示を送出する。

その後、ＣＰＵ４００は、モータ制御部４１０に対して右駆動輪２２０−１と左駆動輪２２０−２とを逆回転させるための信号を送出する。右駆動輪２２０−１と左駆動輪２２０−２とがそれぞれ逆回転すると掃除機１００は後退する。掃除機１００が後退すると、段差７００に差し掛かっていたスリット付き車輪２１０−１は、段差７００から引上げられ、信号線７２０と接触検知回路７３０との接触状態が解除される。接触検知回路７３０からＣＰＵ４００に対する信号が流れなくなるため、ＣＰＵ４００は、掃除機１００が段差７００から退避したことを検知する。

以上のようにして、本変形例に係る掃除機によると、従動輪が段差のセンサとしても機能する。その結果、段差のセンサを個別に筐体に取り付ける場合に比べて、筐体１０２の下部の構成が簡略化される。したがって、掃除機の進路上における障害物による引っ掛かりが防止され得る。また、２つの従動輪が段差のセンサとしてそれぞれ機能するため、専用の段差センサを１つだけ設ける場合に比べて、段差の検知精度が向上し得る。

＜第２の変形例＞
以下、本実施の形態の第２の変形例に説明する。本変形例に係る掃除機は、図２に示されるスリット付き車輪２１０に代えてスリット付き車輪８１０を有する点で、前述の実施の形態と異なる。なお、本変形例に係る掃除機のハードウェア構成は、以下に説明する構成以外は、前述の実施の形態に係る掃除機１００のハードウェア構成により実現される。それらの作用も同じである。したがって、ここでは、当該ハードウェア構成の説明は、繰り返さない。

図８を参照して、本変形例に係る掃除機について説明する。図８は、スリット付き車輪８１０の外観を表わす図である。

スリット付き車輪８１０は、中心軸から円周方向にそして同心円状に回転方向に形成された円弧状の複数のスリット８１１〜８１７を含む。スリット８１１〜８１７の各々について、同一の円弧上に構成されているスリットにより形成される間隔、すなわち、円弧に沿って形成される間隔は、スリット付き車輪８１０の回転速度を検出するために用いられる。

一方、中心軸から円周方向に沿って形成されるスリット８１１〜８１７によって半径方向に形成される間隔は、スリット付き車輪８１０の重力方向の変位を検知するために使用される。

たとえば、スリット８１４に対して赤外線光の発光と受光とを行なうようにフォトセンサが予め取り付けられている場合、掃除機１００が段差に差し掛かると、スリット付き車輪８１０は、その自重により段差に従って落下しようとする。この場合、当該フォトセンサに対応するスリットは、当初のスリット８１４からスリット８１３に変化する。この変化の過程で、赤外線信号の受光が遮断されるため、その遮断を検知することにより、掃除機１００が段差に差し掛かったことを検知できる。

以上のようにして、本変形例に係るスリット付き車輪８１０によると、回転と重力方向の変位とを検出するためのスリットが、１つの従動輪８１０に形成される。その結果、従動輪８１０を支持する軸の形状を通常の棒状の軸とすることができるため、軸周りの構成が簡略化される。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明は、掃除機、特に自走する掃除機に適用可能である。

掃除機１００の外観を表わす図である。 掃除機１００の切断面を概略的に表わす図である。 駆動系を構成する要素の筐体１０２における配置を表わす図である。 掃除機１００のハードウェア構成を表わすブロック図である。 ＣＰＵ４００によって実現される主たる機能の構成を表わすブロック図である。 ＣＰＵ４００が実行する処理の手順を表わすフローチャートである。 本発明の実施の形態の第１の変形例に係る掃除機のスリット付き車輪の取り付け部分の構成を表わす図である。 本発明の実施の形態の第２の変形例に係るスリット付き車輪８１０の外観を表わす図である。

符号の説明

１００ 掃除機、１０２ 筐体、１１２〜１１７ 近接センサ、１２０ カメラ、１２５ 入力部、１３５，１３６ ＬＥＤ、１７３ サイドブラシ、２１０，８１０ スリット付き車輪、２１０−１ 右側のスリット付き車輪、２１０−２ 左側のスリット付き車輪、２１２，８１１〜８１７ スリット、２２０ 駆動輪、２２０−１ 右駆動輪、２２０−２ 左駆動輪、７００ 段差、７１０ シャフト、７１２ 凸部、７２０ 信号線。

Claims (17)

1. 自走式掃除機であって、
   筐体と、
   前記筐体に取り付けられた充電池と、
   前記充電池からの電力に基づいて駆動するモータと、
   前記筐体に取り付けられて、前記モータからの動力によって駆動する駆動輪と、
   第１および第２の従動輪とを備え、前記第１および第２の従動輪の各々には回転中心から放射状にスリットが形成されており
   前記自走式掃除機の進行方向の中心線を対称にして、前記自走式掃除機が前進する場合における前記筐体の先端部に前記第１および第２の従動輪を取り付けるための第１および第２の支持軸を備え、前記第１および第２の支持軸には、重力方向の移動を予め規定された範囲に制限するための段差部が形成されており、
   前記段差部と前記筐体との接触の有無を検知する接触検知手段と、
   前記接触検知手段による検知の結果に基づいて、前記進行方向に段差が存在するか否かを検知する段差検知手段と、
   各前記スリットに対して発光するように前記筐体に取り付けられた第１および第２のフォトセンサと、
   前記第１および第２のフォトセンサからの出力に基づいて、前記第１の従動輪の回転数と前記第２の従動輪の回転数とを算出する第１の算出手段と、
   前記駆動輪の回転数を検出する第１の検出手段と、
   前記第１の従動輪の回転数と前記第２の従動輪の回転数との差の有無を検出する第２の検出手段と、
   前記差が検出された場合に、前記自走式掃除機の直進が妨げられていることを検知する障害物検知手段と、
   前記差が検出されない場合に、前記第１の従動輪の回転数および前記第２の従動輪の回転数のいずれかと、前記駆動輪の回転数との差の有無を検出する第３の検出手段と、
   前記第３の検出手段が前記差を検出した場合に、前記駆動輪がスリップしていることを検知するスリップ検知手段と、
   前記第３の検出手段が前記差を検出しない場合に、前記自走式掃除機は直進していることを検知する直進検知手段と、
   前記障害物検知手段による第１の検知結果と、前記スリップ検知手段による第２の検知結果と、前記直進検知手段による第３の検知結果と、前記段差検知手段による第４の検知結果とのいずれかに基づいて、前記モータの出力を抑制する制御手段と、
   前記障害物と前記スリップと前記段差とのいずれかが検知されると、前記駆動輪の回転を反転させる反転手段と、
   前記第１の検知結果と前記第２の検知結果と前記第３の検知結果と前記第４の検知結果とを区別して報知する報知手段とを備える、自走式掃除機。
2. 自走式掃除機であって、
   筐体と、
   前記筐体に取り付けられた充電池と、
   前記充電池からの電力に基づいて動力を発生する駆動手段と、
   前記筐体に取り付けられて、前記駆動手段によって回転する駆動輪と、
   第１および第２の従動輪とを備え、前記第１および第２の従動輪には回転中心から外周に向けてスリットが形成されており、
   前記自走式掃除機の進行方向の中心線を対称にして、前記自走式掃除機が前進する場合における前記筐体の先端部に前記第１および第２の従動輪を取り付けるための第１および第２の支持軸と、
   前記駆動輪の回転数を検出する第１の検出手段と、
   前記第１の従動輪の回転数を検出する第２の検出手段と、
   前記第２の従動輪の回転数を検出する第３の検出手段と、
   前記第１の従動輪の回転数と前記第２の従動輪の回転数との差の有無を検出する第４の検出手段と、
   検出された前記駆動輪の回転数と、前記差の有無とに基づいて、前記自走式掃除機の走行状態を検知する検知手段とを備える、自走式掃除機。
3. 前記スリットは、前記回転中心から放射状に形成されている、請求項２に記載の自走式掃除機。
4. 前記第１および第２の支持軸は、前記自走式掃除機の進行方向に沿う中心線を対称にして、前記筐体に取り付けられている、請求項２に記載の自走式掃除機。
5. 前記第１および第２の支持輪は、前記筐体の先端部に取り付けられている、請求項２に記載の自走式掃除機。
6. 前記第２の検出手段および前記第３の検出手段は、それぞれ、
   前記スリットに対して光を発する発光手段と、
   前記発光手段によって発せられた光を受信する受光手段と、
   前記受光手段による光の受信の状況に基づいて前記従動輪の回転数を算出する算出手段とを含む、請求項２に記載の自走式掃除機。
7. 前記検知手段による検知の結果に基づいて前記駆動手段の出力を制御する制御手段をさらに備える、請求項２に記載の自走式掃除機。
8. 前記検知手段は、
   前記差が検出された場合に、前記自走式掃除機の直進が妨げられていることを検知する障害物検知手段と、
   前記差が検出されない場合に、前記第１の従動輪の回転数および前記第２の従動輪の回転数のいずれかと、前記駆動輪の回転数との差の有無を検出する第５の検出手段と、
   前記第５の検出手段が前記差を検出した場合に、前記駆動輪がスリップしていることを検知するスリップ検知手段と、
   前記第５の検出手段が前記差を検出しない場合に、前記自走式掃除機は直進していることを検知する直進検知手段とを含む、請求項２に記載の自走式掃除機。
9. 前記障害物と前記スリップとのいずれかが検知されると、前記駆動輪の回転を反転させる反転手段をさらに備える、請求項８に記載の自走式掃除機。
10. 前記第１および第２の支持軸の重力方向の移動に基づいて、前記進行方向に段差が存在するか否かを検知する段差検知手段をさらに備える、請求項２に記載の自走式掃除機。
11. 前記第１および第２の支持軸には、重力方向の移動を予め規定された範囲に制限するための段差部が形成されており、
    前記段差検知手段は、
    前記段差部と前記筐体との接触の有無を検知する第１の検知手段と、
    前記接触検知手段による検知の結果に基づいて、前記進行方向に段差が存在するか否かを検知する第２の検知手段とを含む、請求項１０に記載の自走式掃除機。
12. 前記スリットは、円弧状に形成されており、
    前記段差検知手段は、
    前記円弧状に形成されたスリットに対して光を発する発光手段と、
    前記発光手段によって発せられた光を受信する受光手段と、
    前記受光手段による光の受信の状況に基づいて前記段差の有無を判断する判断手段とを含む、請求項１０に記載の自走式掃除機。
13. 前記段差検知手段による検知の結果に基づいて、前記駆動手段の出力を制御する制御手段をさらに備える、請求項１０に記載の自走式掃除機。
14. 前記制御手段は、前記進行方向に段差が存在することが検知されると、前記駆動輪が進行を止めるように、前記駆動手段に対する出力を制御する、請求項１３に記載の自走式掃除機。
15. 前記段差が検知されると、前記駆動輪の回転を反転させる反転手段をさらに備える、請求項１３に記載の自走式掃除機。
16. 前記自走式掃除機の走行状態を報知する報知手段をさらに備える、請求項２に記載の自走式掃除機。
17. 前記検知手段は、
    前記差が検出された場合に、前記自走式掃除機の直進が妨げられていることを検知する障害物検知手段と、
    前記差が検出されない場合に、前記第１の従動輪の回転数および前記第２の従動輪の回転数のいずれかと、前記駆動輪の回転数との差の有無を検出する第５の検出手段と、
    前記第５の検出手段が前記差を検出した場合に、前記駆動輪がスリップしていることを検知するスリップ検知手段と、
    前記第５の検出手段が前記差を検出しない場合に、前記自走式掃除機は直進していることを検知する直進検知手段とを含み、
    前記報知手段は、前記障害物検知手段による検知の結果と、前記スリップ手段による検知の結果と、前記直進検知手段による検知の結果とを区別して報知する、請求項１６に記載の自走式掃除機。

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