JP2008154760A - 自走式掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】集塵能力を低下させること無く、消費電力を抑制可能な自走式掃除機を実現する。
【解決手段】自走式掃除機は吸引力切替スイッチを１（普通吸引力）に設定して一定速度で前進する。赤外線距離センサ１２で障害物を検出すると一定距離Lir−1まで接近し吸引力切替スイッチを２（中吸引力）に設定して減速する。距離Lir−2まで接近すると吸引力切替スイッチを３（最大級引力）に設定して最減速し障害物と接触すると、前進を停止して方向転換する。方向転換の間は吸引力切替スイッチは３のまま維持し、方向転換が完了すると、吸引力切替スイッチを１に設定し再び一定速度で前進する。この動作を走行中に繰り返す。上記シーケンスによって、障害物の周囲を最大吸引力で集塵し障害物がない場所は普通吸引力で集塵させ、集塵能力を低下させること無く、消費電力を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自走して清掃を行なう自走式掃除機に関する。

家庭用自走式掃除機の集塵方式には、一般の電気掃除機と同じく吸引ファンモータによる吸引によって集塵するものがある。この集塵を効率よく実行するために、床が絨毯であるか木板であるかという材質の違いに応じて吸引力を制御する方法が、例えば、特許文献１に記載されている。

また、集塵検知手段を設け、自走式掃除機の掃除状況に応じて集塵検知感度を制御する方法が、例えば、特許文献２に記載されている。

特開２００５−２１１３６４号公報 特開２００６−１６７２６１号公報

自走式掃除機において、吸引ファンモータによる吸引集塵によって掃除を実行させる方式では、大きな吸引力を発生させるためには、大型の吸引ファンモータを搭載する必要がある。

ところで、自走式掃除機は自走式掃除機本体にバッテリーを搭載し、バッテリーからの給電によって走行用モータや吸引ファンモータを駆動させている。ここで、大型の吸引ファンモータは消費電力も大きい。大きな消費電力を供給するには、簡単にはバッテリーを大容量化すればよい。

しかし、家庭内で使用する前提から、自走式掃除機本体の寸法や質量には制約があり、搭載できるバッテリーの容量にも制限がある。また、バッテリーは放電後に一定の充電時間が必要であり、掃除途中でバッテリーが放電してしまうと、再充電されるまで掃除が中断する。
そのため、吸引方式の自走式掃除機では、「バッテリーの残容量を保たせながら、なおかつ大きな吸引力で集塵させる」という、相反する要望がある。

本発明の目的は、集塵能力を低下させること無く、消費電力を抑制可能な自走式掃除機を実現することである。

本発明の自走式掃除機は、移動体と、移動体を床面上で移動させる移動手段と、床面を吸引によって清掃する清掃手段とを有し、この清掃手段による吸引力の大きさを切り替える手段と、移動体前方方向に存在する障害物を検出する障害物検出手段と、障害物検出手段による上記障害物の検出に基づいて、吸引力切替手段により清掃手段の吸引力を切り替える制御手段とを備えることを特徴とする。

塵埃は、障害物近辺に集合し易いことに加え、障害物近辺の塵埃を吸引する場合は、障害物から一定距離以上離れた箇所の塵埃を吸引する場合より、必要とする吸引力が異なる。

このため、障害物の検出に基づいて、適切な吸引力となるように制御する。

本発明によれば、集塵能力を低下させること無く、消費電力を抑制可能な自走式掃除機を実現することが可能となる。

また、バッテリーの放電による掃除の中断を避け、大きな吸引力を効果的に使用して掃除対象部屋の平均集塵効率を上げることができる。

以下、本発明の実施形態例について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施形態における自走式掃除機の制御回路概略構成図である。図１において、１は制御主回路、２は左走行モータ駆動回路、３は左走行モータ、４は左走行モータ３の回転検出器、５は右走行モータ駆動回路、６は右走行モータ、７は右走行モータ６の回転検出器、８は吸引力切替回路である。

また、９は吸引ファンモータ駆動回路、１０は吸引ファンモータ、１１は赤外線距離センサ駆動回路、１２は赤外線距離センサ、１３はバンパセンサ駆動回路、１４はバンパセンサ、１５はバッテリー、１６は電源回路である。

また、１７は制御主回路用給電回路、１８は左走行モータ用給電回路、１９は右走行モータ用給電回路、２０は吸引ファンモータ用給電回路、２１は赤外線距離センサ用給電回路、２２はバンパセンサ用給電回路である。

また、２３は制御主回路を構成する中央演算処理装置、２４はメモリ回路、２５は入出力回路、２６は入力部、２７は出力部、２８はアドレス・バス、２９はデータ・バス、３０はコントロール・バスである。

図２は、本発明の一実施形態が適用される自走式掃除機の概略構成図である。図２において、３１は自走式掃除機の本体筐体部、３２は左走行車輪、３３は右走行車輪、３４はバンパ部、３５は吸引吸口部である。

本体筐体３１の内部には、左走行モータ３、右走行モータ６、吸引ファンモータ１０、バッテリー１５、および図１に示した各構成要素が搭載される。また、図示しないが、本体筐体３１の内部には左右の走行車輪用の車軸とギア、ダストケース、吸引吸口３５とダストケースを結合する流路が搭載される。

図１において、制御主回路１には、左走行モータ駆動回路２と、右走行モータ駆動回路５と、吸引力切替回路８と、赤外線距離センサ駆動回路１１と、バンパセンサ駆動回路１３と、制御主回路用給電回路１７とが接続される。

左走行モータ駆動回路２には左走行モータ３が接続され、左走行モータ３には左走行モータ回転検出器４が接続される。そして、左走行モータ回転検出器４は制御主回路１に接続される。また、左走行モータ駆動回路２には左走行モータ用給電回路１８から電力が供給される。

右走行モータ駆動回路５には右走行モータ６が接続され、右走行モータ６には右走行モータ回転検出器７が接続される。そして、右走行モータ回転検出器７は制御主回路１に接続される。また、右走行モータ駆動回路５には右走行モータ用給電回路１９から電力が供給される。

吸引力切替回路８には、吸引ファンモータ駆動回路９が接続される。吸引ファンモータ駆動回路９には、吸引ファンモータ１０と吸引ファンモータ用給電回路２０が接続される。

赤外線距離センサ駆動回路１１には赤外線距離センサ１２が接続され、赤外線距離センサ用給電回路２１から電力が供給される。

バンパセンサ駆動回路１３にはバンパセンサ１４が接続され、バンパセンサ用給電回路２２から電力が供給される。

バッテリー１５には電源回路１６が接続される。また、電源回路１６には、制御主回路用給電回路１７と、左走行モータ用給電回路１８と、右走行モータ用給電回路１９と、吸引ファンモータ用給電回路２０と、赤外線距離センサ用給電回路２１と、バンパセンサ用給電回路２２とが接続される。

制御回路１の中央演算処理装置２３には、アドレス・バス２８と、データ・バス２９と、コントロール・バス３０とが接続され、メモリ回路２４と入出力回路２５は、それぞれアドレス・バス２８と、データ・バス２９と、コントロール・バス３０とに接続される。

制御主回路１に接続される各回路の電気信号は、入出力回路２５の入力部２６と出力部２７を介して、制御主回路１へ伝達される。

図２において、左走行車輪３２は車軸とギアを介して左走行モータ３へ接続される。また、右走行車輪３３は車軸とギアを介して右走行モータ６へ接続される。

バンパ３４にはバンパセンサ１４が取り付けられる。また、バンパ３４の前方部位には赤外線距離センサ１２が取り付けられる。

ここで、図１に示す回転検出器４と７とは、例えばエンコーダであって、モータ３、６の回転速度に応じてパルス信号を発生するように構成された電子部品である。

吸引ファンモータ１０は、印加電圧に応じて吸引力が変化するファンモータである。

吸引力切替回路８は、吸引ファンモータ１０の吸引力を制御するスイッチ回路である。この吸引力切替回路８は、例えば、一般的な電気掃除機の手元スイッチを制御主回路１から操作できるようにした電気回路であり、吸引力切替回路８からの出力指令に応じて、吸引ファンモータ１０の吸引力は、例えば最強・強・標準の３通りに制御される。

赤外線距離センサ１２は、発光素子と受光素子とレンズ面とを有する電子部品である。つまり、赤外線距離センサ１２は、発光素子からレンズ面を通して赤外線を対象物に投射し、その対象物から反射された赤外線をレンズ面を通して受光素子で受光し、受光した反射光の強度から対象物までの距離を測定するセンサである。

また、バンパセンサ１４は、例えば、バンパ３４の構造部材に取り付けたマイクロスイッチであり、所定の力が加わるとスイッチが開閉して、開閉に応じた電気信号を発生する。

制御主回路１は、走行モータ駆動回路２と５とを介して左右の走行モータ３と６を駆動する。また、回転検出器４と７とによって検出された走行モータ３と６との回転に基づき、走行モータ３と６の回転方向と回転速度を算出し、走行モータ３と６に接続される車輪３２と３３の回転を制御する。筐体３１は、車輪３２と３３の回転方向と回転速度に応じて、前進、後退、右回転、左回転などの移動動作を行う。

また制御主回路１は、赤外線距離センサ１２により、筐体３１と、その前方にある障害物との距離を測定する。そして、バンパセンサ１４により筐体３１と障害物との接触を確実に検知する。

また、制御主回路１は、赤外線距離センサ１２により測定した障害物との距離およびバンパセンサ１４により検知した障害物との接触状況に応じて、吸引力切替回路８へ吸引力の切替信号を与える。これにより、障害物までの距離に対応した吸引力を発生させる。

ここで、図６を参照して、自走式掃除機がゴミを吸引する状況を説明する。図６の（Ａ）は、自走式掃除機の進行方向の前方に障害物がある場合の図であり、図６の（Ｂ）は、障害物がない場合の図である。図中の黒丸印は床面のゴミを示し、図６の白抜きの小丸印は、吸口部３５から吸引された後のゴミが存在していた位置を表す。また、図６中の太い矢印は、吸口部３５に向かう空気の流れを示す。

図６の（Ｂ）に示すように、障害物がないところでは、吸口部３５は床面にあるゴミの上を通過しながら吸引する。したがって、この場合は吸引空気流がそれほど強くなくてもゴミは吸引可能である。

一方、図６の（Ａ）に示すように、前方に障害物がある場合、図２に示した自走式掃除機の機構構造上、障害物の直近にあるゴミの上に吸口部３５を通過させることはできない。したがって、この場合に壁際等の、障害物の直近にある床面のゴミを吸引するには、吸口部３５から吸込む吸引空気流を十分に強くする必要がある。

また、一般に、人の移動などによって部屋内の空気が攪拌されるため、部屋の中央付近は塵埃が少なく、空気の流れが少ない部屋の壁際や家具周囲は塵埃が溜まりやすいと考えられる。

そこで、本発明では、障害物と自走式掃除機との距離に応じて、吸引ファンモータの出力を制御し、壁際のゴミを効率よく吸引する。

以下に、障害物との距離に応じて吸引力を制御する詳細について説明する。

図３は、本発明の一実施形態である自走式掃除機における赤外線距離センサの出力特性を示した図である。図３の横軸は赤外線距離センサのレンズ面から対象物までの距離を示し、縦軸は反射光の強度に対応する出力電圧を示す。図３中における縦軸のVirは、測定点に対する出力電圧、横軸のLirはVirに対応する距離、Lir−minは、測定可能な最低距離、Lir−maxは測定可能な最大距離を示す。

また、図３中のLir−1とLir−2は、吸引力切替の設定距離を示し、Lbmpはバンパセンサが作動するバンパストロークを示す。また、図３の下部に示した１、２、３の数値は吸引力切替スイッチの切替レベル値を表す。図３に示した例では、Lir−min≦Lir−2＜Lir−1≦Lir−maxに設定してある。

また、バンパストロークは、Lir−min≦Lbmpに設定してあり、赤外線距離センサで検出できない最近傍の障害物は、バンパセンサによって検出される。バンパが障害物に接触してバンパセンサが作動したときの信号状態をバンパセンサON、そうでないときの信号状態をバンパセンサOFFとする。

図４に本発明の一実施形態における吸引力切替の制御フローをPADで示す。図４中、１０１から１１９はPADの制御ブロックである。

図４において、ブロック１０１で左車輪の回転方向を判定する。左車輪が正回転（Ｙ）の場合、ブロック１０２で右車輪の回転方向を判定する。ブロック１０２の判定で右車輪が正回転（Ｙ）ならば、ブロック１０３で並進中のフラグを立てる。また、ブロック１０２の判定で右車輪が逆回転（Ｎ）ならば、ブロック１０４で方向転換中のフラグを立てる。

ブロック１０１で左車輪の回転方向が逆回転（Ｎ）の場合、ブロック１０５で右車輪の回転方向を判定する。ブロック１０５の判定で右車輪が正回転（Ｙ）ならばブロック１０６で方向転換中のフラグを立てる。また、ブロック１０５で右車輪が逆回転（Ｎ）ならば、ブロック１０７で並進中のフラグを立てる。

次に、ブロック１０８で並進中の判定を行う。並進中の場合（Ｙ）、ブロック１０９でバンパセンサの出力状態を判定する。ブロック１０９でバンパセンサがON（Ｙ）ならばブロック１１０で吸引力切替スイッチを３に設定する。ブロック１０９でバンパセンサがOFF（Ｎ）ならば、ブロック１１１で赤外線距離センサが測定した距離Lirを１段切替距離Lir−１と比較判定する。ブロック１１１でLirが１段切替距離Lir−１より大きい場合（Ｙ）は、ブロック１１２で吸引力切替スイッチを１に設定する。

ブロック１１１でLirが１段切替距離Lir−１以下の場合（Ｎ）は、ブロック１１３でLirを２段切替判定距離Lir−２と比較判定する。ブロック１１３でLirが２段切替判定距離Lir−２より大きい場合（Ｙ）は、ブロック１１４で吸引力切替スイッチを２に設定する。ブロック１１３でLirが２段切替判定距離Lir−２以下の場合（Ｎ）は、ブロック１１５で吸引力切替スイッチを３に設定する。

上記で設定した吸引力切替スイッチの値をブロック１１６で変数Pre-SWに記憶しておく。

次に、ブロック１１７で自走式掃除機の方向転換中の判定を行う。方向転換中の場合（Ｙ）、ブロック１１８で吸引力切替スイッチの値を記憶してあるPre−SWに書き換える。

次に、ブロック１１９で吸引力切替スイッチの値を出力する。

上記ブロック１０１から１１９までの処理を、走行モータの制御周期毎に実行する。

なお、図示しないが、変数Pre−SWの値は０に初期化されているものとする。

図５に、図４で説明した吸引制御フローの下で自走式掃除機を走行させたときの、障害物検出距離と吸引力切替とのシーケンスを示す。図５において、自走式掃除機は前進中に障害物を検出すると減速し、障害物と接触したところで方向転換して再び前進する走行動作を行う。また、走行中に図４のフローに従って吸引力の切替を行う。

図５の上段は走行の時系列進捗、中段は障害物検出距離の時系列変化、下段は吸引力切替スイッチの時系列変化を示してある。自走式掃除機の走行状態は、図５の左列から右列へ時系列に進捗する。自走式掃除機は、はじめ、吸引力切替スイッチを１に設定して一定速度で前進する。前進中に赤外線距離センサ１２で障害物を検出すると、障害物との距離Lir−1（第１の接近距離）まで接近し、そこで、吸引力切替スイッチを２に設定して減速する。

自走式掃除機が、障害物に距離Lir−2（第１の接近距離より小さい第２の接近距離）まで接近すると、そこで吸引力切替スイッチを３に設定して最減速する。距離Lbmpで自走式掃除機と障害物とは接触するので、そこで前進を停止して方向転換する。この方向転換は、障害物との接触を検知した位置から、所定距離だけ後退した後に行ってもよい。

方向転換の間は、吸引力切替スイッチは３のまま維持する。そして、方向転換が完了し、障害物との距離がLir−max以上になったところで、吸引力切替スイッチを１に設定し再び一定速度で前進する。この動作を走行中に繰り返す。

吸引ファンモータ１０に、吸引力切替スイッチ３で最大吸引力、２で中吸引力、１で普通吸引力を発生させれば、上記シーケンスによって、障害物の周囲を最大吸引力で集塵し、障害物がない場所は普通吸引力で集塵させることができる。

吸引力を大きくすると、バッテリー１５の消費電力も大きくなるので、吸引力切替スイッチの数値が大きい部分はバッテリー１５の消費電力も大きく、数値が小さい部分はバッテリー１５の消費電力も小さい。

なお、図５に示した例では、方向転換中は吸引力切替スイッチ３のまま維持するようにしたが、方向転換に入った時点で吸引力切替スイッチを１又は２に切替えて、バッテリー１５の容量低下を防いでもよい。

以上の説明では、障害物検出用の距離センサを自走式掃除機前方に１個取り付けたが、同センサを自走式掃除機の右側面または左側面に取り付けることも可能であり、その場合には、右または左の側面距離センサ（側面方向障害物検出手段）で測定した障害物との距離を一定値に保つように、左右の走行モータを制御することができる。

こうすることで、自走式掃除機を障害物の縁沿いに走行させることが可能となる。その場合、図４と図５に示したシーケンスに加えて、この障害物の縁沿い走行中には吸引力切替スイッチを２または３に設定するようにしてもよい。これにより、家具周囲の集塵性をさらに向上させることができる。

また、赤外線センサのような非接触で障害物の距離を検出するセンサを搭載していない自走式掃除機の場合は、図７に示すようにバンパの接触検知に合わせて吸引力をレベル１から３に切替えれば良い。図７に示した例では、バンパと接触した後、一定時間その場所で吸引力切替スイッチを３のまま維持し、その後スイッチを１に切り替えて、方向転換と再前進を行なう。

なお、吸引力の切替レベルは、例えば、レベル１を３０Ｗ、レベル２を２００Ｗ、レベル３を５００Ｗである。

以上説明したように、本発明の自走式掃除機は、前方の壁等の障害物との距離に応じて、異物吸引力の切替を行いながら走行させることで、塵埃が集まりやすい家具等の周囲を集中的に強く吸引し、その他は普通の吸引力で掃除することができる。

これにより、集塵能力を低下させること無く、消費電力を抑制可能となる。また、バッテリーの消費電力を抑えることができるので、１回の充電で広い範囲を掃除でき、かつ掃除対象部屋に対する平均の集塵性能を上げることができる。

本発明の一実施形態における自走式掃除機の制御回路概略構成図である。 本発明の一実施形態が適用される自走式掃除機の概略構成図である。 本発明の一実施形態である自走式掃除機における赤外線距離センサの出力特性を示した図である。 本発明の一実施形態における吸引力切替の制御フローを示す図である。 本発明の一実施形態における障害物検出距離と吸引力切替とのシーケンスを示す図である。 自走式掃除機がゴミを吸引する状況の説明図である。 本発明の一実施形態において、非接触式センサを備えない場合のバンパ接触時吸引力切替シーケンスを示す図である。

符号の説明

１・・・制御主回路、２、５・・・走行モータ駆動回路、３、６・・・走行モータ、４、７・・・回転検出器、８・・・吸引力切替回路、９・・・吸引ファンモータ駆動回路、１０・・・吸引ファンモータ、１１・・・赤外線距離センサ駆動回路、１２・・・赤外線距離センサ、１３・・・バンパセンサ駆動回路、１４・・・バンパセンサ、１５・・・バッテリー、１６・・・電源回路、１７・・・制御主回路の給電回路、１８、１９・・・走行モータ用給電回路、２０・・・吸引ファンモータ用給電回路、２１・・・赤外線距離センサ用給電回路、２２・・・バンパセンサ用給電回路、２３・・・中央演算処理装置、２４・・・メモリ回路、２５・・・入出力回路、２６・・・入力部、２７・・・出力部、２８・・・アドレス・バス、２９・・・データ・バス、３０・・・コントロール・バス、３１・・・本体筐体部、３２、３３・・・走行車輪、３４・・・バンパ部、３５・・・吸口部、１０１・・・左車輪正回転判定ブロック、１０２、１０５・・・右車輪正回転判定ブロック、１０３、１０７・・・並進中設定ブロック、１０４、１０６・・・方向転換中設定ブロック、１０８・・・並進中判定ブロック、１０９・・・バンパON判定ブロック、１１０、１１２、１１４、１１５・・・吸引力切替スイッチ設定ブロック、１１１、１１３・・・距離判定ブロック、１１６・・・変数記憶ブロック、１１７・・・方向転換中判定ブロック、１１８・・・吸引力切替スイッチ書換ブロック、１１９・・・吸引力切替スイッチ出力ブロック

Claims (7)

1. 移動体と、この移動体を床面上で移動させる移動手段と、床面を吸引によって清掃する清掃手段とを有する自走式掃除機において、
   上記清掃手段による吸引力の大きさを切り替える手段と、
   上記移動体前方方向に存在する障害物を検出する障害物検出手段と、
   上記障害物検出手段による上記障害物の検出に基づいて、上記吸引力切替手段により上記清掃手段の吸引力を切り替える制御手段と、
   を備えることを特徴とする自走式掃除機。
2. 請求項１記載の自走式掃除機において、上記障害物検出手段は、上記移動体と障害物との距離を検出し、上記制御手段は、上記障害物検出手段が検出した上記移動体と障害物との距離に基づいて、上記吸引力切替手段により上記清掃手段の吸引力を切り替えることを特徴とする自走式掃除機。
3. 請求項２記載の自走式掃除機において、上記制御手段は、上記障害物検出手段が検出した上記移動体と障害物との距離に基づいて、上記吸引力切替手段により上記清掃手段の吸引力を切り替えるとともに、上記移動手段による移動速度を制御することを特徴とする自走式掃除機。
4. 請求項１記載の自走式掃除機において、上記障害物検出手段は、障害物との接触を検出する接触検知手段であって、上記制御手段は、上記接触検知手段により障害物との接触を検出した場合に、上記吸引力切替手段により上記清掃手段の吸引力を切り替えることを特徴とする自走式掃除機。
5. 請求項１記載の自走式掃除機において、上記制御手段は、上記障害物検出手段が検出した障害物との距離が、予め定めた一定範囲内にある場合と、一定範囲外にある場合とで、上記吸引力切替手段による上記清掃手段の吸引力を切り替えることを特徴とする自走式掃除機。
6. 請求項２記載の自走式掃除機において、上記清掃手段による吸引力の大きさは、最大吸引力と、この吸引力より小さい中吸引力と、この中吸引力より小さい普通吸引力とであり、上記制御手段は、上記障害物検出手段が検出した上記移動体と障害物との距離が、第１の接近距離より大の場合は、上記吸引力切替手段により上記清掃手段の吸引力を上記普通吸引力とし、上記移動体と障害物との距離が、第１の接近距離となった場合は、上記吸引力切替手段により上記清掃手段の吸引力を上記中吸引力に切り替え、上記移動体と障害物との距離が、第１の接近距離より小さい第２の接近距離となった場合は、上記吸引力切替手段により上記清掃手段の吸引力を上記最大吸引力に切り替えることを特徴とする自走式掃除機。
7. 請求項２記載の自走式掃除機において、上記移動体の側面方向に存在する障害物と上記移動体との距離を検出する側面方向障害物検出手段を備え、上記制御手段は、上記側面方向障害物検出手段が検出した障害物と上記移動体との距離が一定距離となった場合、その一定距離を維持して上記移動体が移動するように上記移動手段を制御するとともに、上記吸引力切替手段により上記清掃手段の吸引力を上記最大級引力又は中吸引力とすることを特徴とする自走式掃除機。

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