JP2010099366A - 自走式掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】清掃作業の途中で異常停止することを防止できる自走式掃除機を提供する。
【解決手段】掃除機本体１を移動させる走行手段３と、清掃を行う清掃手段４と、壁あるいは障害物までの距離を検出する測距手段７ａ，７ｂと、走行手段３を制御して掃除機本体１の移動を制御する移動制御手段１４と、光を放射する光源８と、電磁波信号を検知する信号検知部１３とを備え、移動制御手段１４は、反射手段２７が光源８からの光に応じて電磁波信号を発し、信号検知部１３が電磁波信号の変化を検知すると、掃除機本体１の進行方向を方向転換させる。これにより、清掃作業の途中に掃除機本体１が異常停止することを防止できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、部屋内を自動的に走行しながら清掃を行う自走式掃除機に関するものである。

従来、この種の自走式掃除機は、壁近傍のごみを取り残すことのないよう、壁までの距離を測定し、壁との距離を一定に保つように、この壁に沿って移動清掃する際に、床清掃具と壁との間に隙間が可能な限り最小になるように走行するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

図５は従来の自走式掃除機の構成を示すものである。図５に示すように、掃除機本体１０１を移動させる走行手段であるモータ１０９ａおよび車輪１０９ｂと、清掃を行う清掃手段と、壁までの距離を検出する測距手段１１０、１１１、１１５、１１６とから構成され、清掃手段は清掃ノズル１１２と電動送風機１１４から構成されている。
特開２００４−４９５９４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、室内の壁沿い走行をするときに次のような課題があった。図６は従来の自走式掃除機の室内移動時の課題を説明する図である。

図６において、１０１，１０１ａは自走式掃除機の掃除機本体であり、室内を移動しながら床面を吸引清掃していく。この掃除機本体１０１ａは、壁１２１に向けられた状態（図６中のＡ点）でスタートし、前方の障害物を測距手段１１０、１１１で検知しながら壁１２１に所定距離まで近寄った後（図６中のＢ点）、壁１２１に平行になるまで左旋回する。このとき掃除機本体１０１の側面に付けられている２つの測距手段１１５、１１６で壁１２１までの距離を測定し、壁１２１から２ｃｍ〜１０ｃｍの距離を保って壁１２１と平行になるようにしている。掃除機本体１０１が壁１２１と平行になると、清掃動作を始め、掃除機本体１０１右側面に付けられた測距手段１１５，１１６からの信号を検知して、壁１２１から所定の距離を保ちながら部屋内を左回りに壁沿い走行する。

壁際、家具の周囲、及び机の足周りの床面には１００Ｖの電源コード、ＡＣアダプタのコード、ＬＡＮケーブル、電話線などのコード類が束ねられたり散在したりしていることが多い。掃除機本体１０１が壁１２１の際を走行すると、車輪１０９ｂにコード類が絡んだり、清掃ノズル１１２にコードが引っかかったりするため、これらのコード類１２９は自走式掃除機のスムーズな走行を妨げる障害物となる場合が多い。テレビ台１２２の横に散らばっているコード類１２９が自走式掃除機の車輪１０９ｂに引っ掛かると、車輪１０９ｂの回転が停止して走行できなくなり、清掃動作を途中で停止してしまう。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、走行困難な場所を事前に回避し、清掃作業の途中で異常停止してしまうことを防止できる自走式掃除機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために本発明の自走式掃除機は、予め反射手段を配置した被清掃領域内を走行しながら清掃する自走式掃除機であって、掃除機本体を移動させる走行手段と、前記被清掃領域内の壁あるいは障害物までの距離を検出する測距手段と、光を放
射する光源と、電磁波信号を検知する信号検知部と、前記測距手段及び前記信号検知部の検知信号に応じて前記走行手段を制御し前記掃除機本体の移動を制御する移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、前記掃除機本体が前記被清掃領域内を走行中に、前記反射手段が前記光源からの光に応じて前記電磁波信号を発し、前記信号検知部がその電磁波信号の変化を検知すると、前記掃除機本体の進行方向を方向転換するように制御するものである。

これにより、掃除機本体が予め置かれた反射手段に近付けば、光源から放った光に応じて反射手段が発する電磁波信号を変化させる。電磁波信号の変化を信号検知部が検知すると、掃除機本体の進行方向を方向転換するため、反射手段の電磁波信号で電源コードのような障害物の存在を認識して事前に回避し、掃除機本体が異常停止することを事前に防止できる。また、送信と受信で異なった通信媒体を用いて反射手段の有無を判断するため、光源から放った光が電磁波信号と干渉せず、その干渉による外乱ノイズによって誤検出する心配が無い。電磁波信号の指向性が光に比べて低いため、掃除機本体の向きが多少ズレても、反射手段の電磁波信号を安定に受信して、掃除機本体の方向転換を確実に行うことができる。

本発明の自走式掃除機は、掃除機本体が予め置かれた反射手段に近付けば、光源から放った光に応じて反射手段が発する電磁波信号を変化させる。電磁波信号の変化を信号検知部が検知すると、掃除機本体の進行方向を方向転換するため、反射手段の電磁波信号で電源コードのような障害物の存在を認識して事前に回避し、掃除機本体が異常停止することを事前に防止できる。また、送信と受信で異なった通信媒体を用いて反射手段の有無を判断するため、光源から放った光が電磁波信号と干渉せず、その干渉による外乱ノイズによって誤検出する心配が無い。電磁波信号の指向性が光に比べて低いため、掃除機本体の向きが多少ズレても、反射手段の電磁波信号を安定に受信して、掃除機本体の方向転換を確実に行うことができる。

第１の発明は、予め反射手段を配置した被清掃領域内を走行しながら清掃する自走式掃除機であって、掃除機本体を移動させる走行手段と、前記被清掃領域内の壁あるいは障害物までの距離を検出する測距手段と、光を放射する光源と、電磁波信号を検知する信号検知部と、前記測距手段及び前記信号検知部の検知信号に応じて前記走行手段を制御し前記掃除機本体の移動を制御する移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、前記掃除機本体が前記被清掃領域内を走行中に、前記反射手段が前記光源からの光に応じて前記電磁波信号を発し、前記信号検知部がその電磁波信号の変化を検知すると、前記掃除機本体の進行方向を方向転換するように制御する自走式掃除機である。

これにより、掃除機本体が予め置かれた反射手段に近付けば、光源から放った光に応じて反射手段が発する電磁波信号を変化させる。電磁波信号の変化を信号検知部が検知すると、掃除機本体の進行方向を方向転換するため、反射手段の電磁波信号で電源コードのような障害物の存在を認識して事前に回避し、掃除機本体が異常停止することを事前に防止できる。また、送信と受信で異なった通信媒体を用いて反射手段の有無を判断するため、光源から放った光が電磁波信号と干渉せず、その干渉による外乱ノイズによって誤検出する心配が無い。電磁波信号の指向性が光に比べて低いため、掃除機本体の向きが多少ズレても、反射手段の電磁波信号を安定に受信して、掃除機本体の方向転換を確実に行うことができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の移動制御手段は、測距手段の出力に基づき被清掃領域内の壁または障害物から所定距離を保ちつつ掃除機本体を壁沿いに移動させる壁沿い制
御手段と、前記掃除機本体前方に障害物を検知すると前記掃除機本体の進行方向を方向転換して前記被清掃領域の内側を折り返し往復移動させる内部制御手段とを有し、信号検知部が反射手段の電磁波信号の変化を検知すると、前記壁沿い制御手段から前記内部制御手段による制御に切り替えるものである。

これにより、反射手段が発する電磁波信号の変化を信号検知部が検知すると、壁沿い制御手段から内部制御手段による制御に切り替えて掃除機本体の進行方向を方向転換するため、電磁波信号で認識した障害物を事前に回避し、掃除機本体が異常停止することを事前に防止できる。送信と受信で異なった通信媒体を用いるため、光源から放った光が電磁波信号と干渉せず、干渉による誤検出の心配が無い。また、電磁波信号の指向性が光に比べて低いため、掃除機本体の向きが多少ズレても反射手段の電磁波信号を安定に受信し、掃除機本体の方向転換を確実に行うことができる。

第３の発明は、特に、第２の発明の反射手段は、光を受光する受光部と、共振回路の共振周波数に依存して発振する発振部とを内蔵し、前記発振部の発振出力に基づいて電磁波信号を発し、前記受光部の検知に応じて前記発振部の発振出力の周波数を可変するものであり、掃除機本体が反射手段に近付くと、反射手段は掃除機本体の光源の光に応じて周波数変化する電磁波信号を発し、その電磁波信号の周波数変化を信号検知部が検知すると、移動制御手段は、信号検知部の検知に応じて掃除機本体の進行方向の方向転換を行い、自走式掃除機の異常停止を回避することができる。

第４の発明は、特に、第３の発明の反射手段の共振回路は、コイルとコンデンサにより構成され、受光部の検知に応じて前記コイル又は前記コンデンサのリアクタンス値を可変することで、反射手段は掃除機本体の光源からの光を検知すると、共振回路のリアクタンス値を変化させ、周波数変化する電磁波信号を発するため、移動制御手段は、電磁波信号の周波数変動で反射手段の所在を認識して、自走式掃除機の異常停止を回避することができる。

第５の発明は、特に、第３または第４の発明の反射手段の共振回路は、光源特有の波長の光を検知した場合にだけ共振周波数を変化させることで、反射手段は光源特有の波長の光に応答して電磁波信号を発するから、外乱光の影響を受けずに反射手段の所在を認識することができ、自走式掃除機の異常停止をより確実に回避することができる。

第６の発明は、特に、第３〜５の発明の光源は強度変調した光を放射し、反射手段は、前記強度変調した光を検知すると共振回路の共振周波数を変化させることで、反射手段は強度変調した光に応じて電磁波信号を発するから、自走式掃除機は外乱光に応答せずに反射手段の所在を認識することができ、自走式掃除機の異常停止をより確実に回避することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る自走式掃除機の斜視図であり、図２は同自走式掃除機の回路構成を示す構成図である。図１において、１は自走式掃除機の掃除機本体であり、高さ約２０ｃｍ、長さ約３０ｃｍ、幅約２５ｃｍの大きさのものである。２は走行手段としての走行輪、３は走行手段としての駆動モータであり、駆動モータ３は走行輪２を回転駆動する。右側にも同じ構成の走行手段が付けられ、移動制御手段１４の駆動制御によって駆動モータ３の回転数や回転方向が制御され、走行輪２を駆動して掃除機本体１を移動させる。

４は清掃手段としての床ノズル、５は清掃手段としてのファンモータ、６は清掃手段としてのダストボックスである。電源の投入によりファンモータ５が駆動されると、ファンモータ５は吸引風を発生し、掃除機本体１の底部に配置された床ノズル４から吸引風と共に床上の塵埃を吸込み、吸い込んだ塵埃をダストボックス６に収容する。清掃手段であるファンモータ５は、移動制御手段１４により掃除機本体１が走行している期間中は吸引風を発生し続け、清掃動作を継続する。

側方用の測距手段７ａ，７ｂは、掃除機本体１右側面の床面から１０ｃｍ程度の高さの位置に取り付けられ、掃除機本体１側方に在る壁や障害物までの離間距離を測定するものであり、ここでは赤外線式のものを２個使用している。測距手段７ａ，７ｂを２個用いることで、掃除機本体１が壁と平行になっているかどうかを容易に検知することができる。また、掃除機本体１を壁と平行にするために、どちらの方向に掃除機本体１を振れば良いのかも容易に検知できる。

前方用の測距手段６０，６１は、掃除機本体１前面の床面から１０ｃｍ程度の高さの位置に取り付けられ、掃除機本体１前方に在る壁や障害物までの離間距離を測定するものであり、ここでは赤外線式のものを使用している。

光源８は、掃除機本体１前面の外郭に取り付けられ、発光した光を掃除機本体１の外郭に設けられた窓（図示せず）を介して外部へ放射する。信号検知部１３は、後述する反射手段２７が発する電磁波信号を検知するものである。

掃除機本体１の上部には操作部９および電源スイッチが設けられており、掃除機本体１の内部には電源である電池１２を備えている。操作部９は、掃除機本体１の運転を開始したり、停止したり、あるいは清掃モードを設定入力できる操作スイッチが設けられている。

バンパー１１は、掃除機本体１が走行中に壁や家具に接触すると、図示していないが掃除機本体１に内蔵したスイッチが入る構造になっており、掃除機本体１が障害物に接触したことを検知するものである。

図２に示すように、移動制御手段１４は、壁沿い制御手段２５と内部制御手段２６とからなり、壁沿い制御手段２５は、測距手段７ａ，７ｂで右側面側の障害物（壁１５）までの距離を検知しながら、掃除機本体１の進行方向を壁１５に対して平行にする姿勢制御を行い、壁１５からの離間距離を所定距離に保ちつつ、壁１５に沿って掃除機本体１を前進させるように走行手段２，３を制御する。

内部制御手段２６は、測距手段６０，６１で掃除機本体１前方の障害物を検知しながら掃除機本体１を前進させ、掃除機本体１の前方に障害物を検知すると掃除機本体１を方向転換して前進させ、障害物との衝突を回避するように走行手段２，３を制御する。

反射手段２７は、自走式掃除機の光源８の光を検知すると、後述する発振部３１を起動して、発振部３１の発振出力を後述するアンテナ３４へ印加し、アンテナ３４から電磁波信号を発信する。信号検知部１３は、反射手段２７が光源８からの光に応じて電磁波信号を発すると、その電磁波信号を受信して検知信号を出力する。

そして、光源８から発した光に応じて反射手段２７が電磁波信号を発すると、その電磁波信号を信号検知部１３が検知する。移動制御手段１４は、信号検知部１３の検知信号に応じて壁沿い制御手段２５から内部制御手段２６の動作へと切り替え、内部制御手段２６
によって掃除機本体１を移動させる制御を行う。

図３は本発明の一実施の形態である自走式掃除機の反射手段２７の構成図である。

図３において、３０は反射手段２７の受光部であり、受光部３０は掃除機本体１の光源８からの光を検知すると、発振部３１の回路動作を起動する。３１は発振部、３２はコイル、３３はコンデンサであり、コイル３２とコンデンサ３３で共振回路を構成している。発振部３１に結合された共振回路は、固有の共振周波数で発振部３１の発振周波数を決めている。３４はアンテナ、３５はスイッチ、３６はサブコンデンサである。

アンテナ３４は、高周波信号で発振する発振部３１の発振出力が印加され、発振出力に基づいた電磁波信号を送信する。なお、コイル３２を大口径で構成すれば、コイル３２から発する電磁波信号のレベルを十分に大きくすることが可能であり、アンテナ３４は必ずしも必要ではない。

このように構成された反射手段２７は、受光部３０が自走式掃除機の光源８の光を検知すると、発振部３１を起動し、共振回路固有の共振周波数で発振する発振部３１の発振出力を、アンテナ３４から電磁波信号として送信する。

図４は、本発明の一実施の形態である自走式掃除機が清掃する部屋の配置と、自走式掃除機の移動軌跡２８を説明するための説明図である。

図４において、１５は部屋の壁であり、壁１５は被清掃領域である部屋を包囲している。１６はテレビ、１７はテレビ１６を載せているテレビ台である。１８はソファ、１９、２０はソファ１８の足であり、当然ながら反対側にももう一対ある。２１はテーブルであり、２２はテーブル２１の足であり、当然ながら反対側にも同様の足がある。電源コード２３は、テレビ台１７又はテレビ１６から引き出され床面に放置されており、掃除機本体１が壁１５やテレビ台１７に沿って走行すると、自走式掃除機の走行輪２に絡まる危険性が高い状態になっている。

図４に示すように、自走式掃除機の走行を妨害する電源コード２３が床面に放置されていれば、予め電源コード２３の手前に反射手段２７を配置する。そして、図４中の２８は自走式掃除機の移動軌跡を示しており、移動軌跡２８を参照しながら自走式掃除機の動作を説明する。

移動制御手段１４が壁沿い制御手段２５を選択して、壁沿い制御手段２５の制御により、掃除機本体１を壁１５から所定距離を保ちつつ壁１５に沿って走行させ、自走式掃除機の掃除機本体１がテレビ台１７を通過して反射手段２７に近付くと、光源８から出された光が反射手段２７に当たる。反射手段２７は、受光部３０が光源８の光を検知すると、発振部３１の発振出力を電磁波信号として送信する。これにより、自走式掃除機を走行困難に陥れる障害物が近くに在ることを、自走式掃除機に対して知らしめる。

移動制御手段１４は、信号検知部１３が電磁波信号を受信すると、壁沿い制御手段２５によって掃除機本体１が壁沿いに走行するように制御する壁沿い走行モードから、内部制御手段２６によって掃除機本体１が室内を繰り返し往復走行するように制御する内部走行モードに切り替え、掃除機本体１の進行方向を方向転換させる。

この走行モードの切り替えにより、掃除機本体１が電源コード２３にさしかかる手前で、反射手段２７から発する電磁波信号に応じて、移動制御手段１４の制御が内部制御手段２６による制御に変わり、掃除機本体１の進行方向の方向転換がなされる。走行輪２が電
源コード２３に絡まることなく、部屋内を左右に往復走行し徐々に上方向にシフトしていく。そして、図４に図示した上方の壁１５まで到達すると、再び、壁沿い移動制御を再開して、壁沿い移動制御のスタート位置Ｂ点まで戻ってくることができる。即ち、掃除機本体１が自律走行しながら掃除作業を行ない、掃除作業の途中で自走式掃除機を異常停止させることなく、反射手段２７が置かれた場所を回避して、部屋の中を一通り自動清掃させることができる。

（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る反射手段について、図３を用いて以下に説明する。図３に示すように、反射手段２７は、受光部３０が掃除機本体１の光源８からの光を検知したとき、受光部３０の検知信号に応じてスイッチ３５が閉じられ、サブコンデンサ３６がコンデンサ３３に並列に追加され、共振回路の容量値（負のリアクタンス値）が大きくなる。すると、発振部３１の発振周波数が低くなり、スイッチ３５が開放している状態で発振していた発振部３１による電磁波信号が高い周波数から低い周波数へと変化する。

そして、掃除機本体１の信号検知部１３は、高い周波数から低い周波数へと変化する電磁波信号を受け取ることになり、反射手段２７が近くに在ることを認知することができる。信号検知部１３が電磁波信号の周波数変化を検知すると、移動制御手段１４は走行手段２，３を制御して、掃除機本体１の進行方向を方向転換させて、反射手段２７近傍に置かれた電源コードを回避することができる。

なお、上述した第１の変形例は、スイッチ３５を閉じて、サブコンデンサ３６をコンデンサ３３と並列接続して、発振周波数が低くなる方向へ変化させたが、サブコンデンサ３６に替えてサブコイルを設けても良い。この場合は、サブコイルをコイル３２と並列に接続して、インダクタンス値（正のリアクタンス値）が小さくなるように変化させるので、発振周波数が高くなるように変化させて、反射手段２７の存在を認識させることができる。

また、スイッチ３５を通常閉じておいて、光を受光したときにスイッチ３５を開くようにすれば、コンデンサの容量値が小さくなる方向へ変化させて、発振周波数を低い状態から高くなるように変化させて、反射手段２７の存在を認識させることができる。

（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る反射手段２７について、図２及び図３を用いて説明する。

実施の形態３の光源８は、連続的に光を発するものを用いて、反射手段２７の受光部３０は、あらゆる波長の光を受光するものではなく、光源８特有の波長の光を透過する偏光フィルタ（図示せず）を反射手段２７の受光窓（図示せず）に取り付け、この偏光フィルタを介して光源８の光を受光するように構成にする。

このようにすれば、反射手段２７の受光部３０が偏光フィルタを介して光源８特有の波長の光のみを検知するので、外乱光の影響を受けにくくなり、受光部３０の誤検知によって発振部３１の発振が不安定にならないため、信号検知部１３の検知動作が安定に行われ、自走式掃除機の進行方向を方向転換して、自走式掃除機の異常停止を防止することができる。

（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係る自走式掃除機および反射手段について、図２及び図３を用いて説明する。実施の形態４の自走式掃除機の光源８は、連続光を発するのではなく、所定のパターンで強度変調した光を放射するものを用いる。そして、受光部３０は所定の強度
変調パターンの光を受光したときだけ掃除機本体１の光源８からの光であると判断して、発振部３１の発振周波数を変化させる。

このようにすれば、受光部３０の検知精度が高まり、反射手段２７から発する電磁波信号の信頼性が高まり、電磁波信号を受信する信号検知部１３の検知信号を受けて動作する移動制御手段１４の動作の信頼性が高まるので、自走式掃除機の進行方向を確実に方向転換して、自走式掃除機の異常停止することを防止できる。

なお、上述した各実施の形態は、それぞれ独自に実施しても構わないし、それらを組み合わせて実施しても構わない。

以上のように、本発明にかかる自走式掃除機は、被清掃領域である部屋内に予め反射手段を設置することで、清掃作業の途中で自走式掃除機の自律走行が異常停止するのを防止できるものであり、自律走行しながら清掃作業を行なう掃除機に応用できる。

本発明の一実施の形態である自走式掃除機の斜視図 同自走式掃除機の移動軌跡の説明図 同自走式掃除機の制御手段の構成図 同自走式掃除機の走行制御で活用される反射手段の構成図 従来の自走式掃除機の斜視図 従来の自走式掃除機の走行説明図

符号の説明

１ 掃除機本体
２ 走行輪（走行手段）
３ 駆動モータ（走行手段）
４ 床ノズル（清掃手段）
５ ファンモータ（清掃手段）
６ ダストボックス（清掃手段）
７ 測距手段
８ 光源
９ 操作部
１０ 電源スイッチ
１１ バンパー
１２ 電池
１３ 信号検知部
１４ 移動制御手段
２５ 壁沿い制御手段
２６ 内部制御手段

Claims (6)

1. 予め反射手段を配置した被清掃領域内を走行しながら清掃する自走式掃除機であって、掃除機本体を移動させる走行手段と、前記被清掃領域内の壁あるいは障害物までの距離を検出する測距手段と、光を放射する光源と、電磁波信号を検知する信号検知部と、前記測距手段及び前記信号検知部の検知信号に応じて前記走行手段を制御し前記掃除機本体の移動を制御する移動制御手段とを備え、前記移動制御手段は、前記掃除機本体が前記被清掃領域内を走行中に、前記反射手段が前記光源からの光に応じて前記電磁波信号を発し、前記信号検知部がその電磁波信号の変化を検知すると、前記掃除機本体の進行方向を方向転換するように制御する自走式掃除機。
2. 移動制御手段は、測距手段の出力に基づき被清掃領域内の壁または障害物から所定距離を保ちつつ掃除機本体を壁沿いに移動させる壁沿い制御手段と、前記掃除機本体前方に障害物を検知すると前記掃除機本体の進行方向を方向転換して前記被清掃領域の内側を折り返し往復移動させる内部制御手段とを有し、信号検知部が反射手段の電磁波信号の変化を検知すると、前記壁沿い制御手段から前記内部制御手段による制御に切り替える請求項１記載の自走式掃除機。
3. 反射手段は、光を受光する受光部と、共振回路の共振周波数に依存して発振する発振部とを内蔵し、前記発振部の発振出力に基づいて電磁波信号を発し、前記受光部の検知に応じて前記発振部の発振出力の周波数を可変する請求項１または２に記載の自走式掃除機。
4. 反射手段の共振回路は、コイルとコンデンサにより構成され、受光部の検知に応じて前記コイル又は前記コンデンサのリアクタンス値を可変する請求項３に記載の自走式掃除機。
5. 反射手段の共振回路は、光源特有の波長の光を検知した場合にだけ共振周波数を変化させる請求項３または請求項４に記載の自走式掃除機。
6. 光源は強度変調した光を放射し、反射手段は、前記強度変調した光を検知すると共振回路の共振周波数を変化させる請求項３〜５いずれか１項に記載の自走式掃除機。