JP2016153058A - 自律走行型掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】自律走行型掃除機において、掃除のし残しをしやすい隅部に対して、複雑な機構を設けたり、複雑な制御を施したりすることなく掃除することができ、この隅部の清掃性能が高い自律走行型掃除機を提供する。【解決手段】自律走行型掃除機本体と、前記本体の下面に設けられ、各々独立して回転駆動する左駆動輪および右駆動輪と、前記本体の周囲の障害物を検知する障害物検知手段と、前記障害物検知手段からの情報をもとに前記駆動手段を自律的に制御する制御手段とを備えた自律走行型掃除機であって、前記本体の外周を形成する曲面のうち、主に移動させる方向となる前側の曲面の曲率半径は、後側の曲面の曲率半径よりも大きく、かつ、前記前側の曲面の幅は、前記後側の曲面の幅よりも狭いことを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、自律走行型掃除機に関する。

自律走行型掃除機は、掃除機に自走用の駆動装置を付加し、この駆動装置で自律的に移動しながら掃除する掃除機である。自律走行型掃除機は、自律的に走行経路を決めて掃除領域を掃除するが、掃除領域を満遍なく掃除することが求められており、様々な走行制御が提案されている。

また、掃除領域全体を満遍なく掃除する走行制御の他に、壁沿いや、交差する２つの壁等によってできる隅部で、壁の近傍まで掃除する走行制御についても、様々なものが提案されている。

例えば、特許文献１では、「隅までブラシが届くように、アームが伸縮してブラシで掻き出す機構が装着されていてもよい。この場合には、例えば、回転動作の中央時でアームが最大に伸びる、といった制御を行う。」と記されている。

特開２００６−２６０２８号公報

しかしながら、特許文献１の場合、障害物を検知して進行方向を変更するときに、自律走行型掃除機本体から突き出したアームが障害物に接触する、もしくは障害物に引っかかってしまう場合がある。また、交差する２つの壁等によってできる隅部において進行方向を変更する場合、壁への接触を防ぐように回転させると隅部から遠い位置で回転させる必要があり、結局は隅部にアームの先で回転するブラシが届かなく、前記ブラシを支持した前記アームを伸縮させる機構が必要になり複雑になる。

また、本体の回転動作に合わせて前記アームを伸ばす制御が必要であり、さらに複雑になる。また、掃除機はごみや埃を集めるため、可動部や伸縮機構にゴミや埃が溜まると動作できなくなる可能性があり、望ましくない。

そこで、本発明は、容易な機構かつ容易な制御により隅部を掃除できる自律走行型掃除機を提供する。

自律走行型掃除機本体と、前記本体の下面に設けられ、各々独立して回転駆動する左駆動輪および右駆動輪と、前記本体の周囲の障害物を検知する障害物検知手段と、前記障害物検知手段からの情報をもとに前記駆動手段を自律的に制御する制御手段と、を備えた自律走行型掃除機であって、前記本体の外周を形成する曲面のうち、主に移動させる方向となる前側の曲面の曲率半径は、後側の曲面の曲率半径よりも大きく、かつ、前記前側の曲面の幅は、前記後側の曲面の幅よりも狭いことを特徴とする。

さらに、前記左駆動輪および前記右駆動輪は、前記本体の前後方向の中央より後方に位置することを特徴とする。

本発明の構成によれば、サイドブラシが隅部に届きやすくなり、隅部をよりきれいに掃除することができる。

実施例１の自律走行型掃除機の上方からの斜視図。 実施例１の自律走行型掃除機の底面図。 実施例１の自律走行型掃除機の左断面図。 実施例１の自律走行型掃除機の内部を示す部分断面図。 実施例１の自律走行型掃除機の制御装置を示すブロック図。 反射走行パターンの走行軌跡を示す図。 平行走行パターンの走行軌跡を示す図。 壁際走行パターンの走行軌跡を示す図。 実施例１の自律走行型掃除機の本体模式図。 実施例１における方向転換時の動作を示す模式図。 実施例１における隅部掃除時の動作を示す模式図。 実施例２の自律走行型掃除機の本体模式図。 実施例３の自律走行型掃除機の本体模式図。

以下、実施例に対して図面を用いて説明する。

実施例１の自律走行型掃除機１０１を図１〜５を用いて説明する。図１は、本実施例の自律走行型掃除機１０１の斜め上方からの外観図り、図２は、底面を示す底面図、図３は、幅方向の略中央で切断したときの左から見た断面図、図４、本体内部を上方より見た上面図、図５は、制御装置のブロック図である。

自律走行型掃除機１０１は、自律的に部屋の中を走行しながら、塵埃を回収することで部屋の中を掃除する機器である。その主な構成は、図１に示す、本体１をなす上ケース２ａ、下ケース２ｂ、バンパー３と、図２に示す、下ケース２ｂの底面に設けられた自律走行用の左右の駆動輪４ａ、４ｂと、塵埃を床面から回収する吸口５と、下ケース２ｂの左右前方に配したサイドブラシ６ａ、６ｂと、図示しない、本体内部に納められた制御装置７である。

バンパー３は本体１の前方で前後方向に揺動できる機構を備えており、下ケース２より２つのバンパーバネ８ａ、８ｂで支持され、前方からの押付け力により後方に揺動し、押付け力から開放されるとバネの力により元の位置に戻る。バンパーバネ８ａ、８ｂは薄い金属板の板バネであり、下ケース２の外周前面の左右に固定され、それぞれ本体１の外周側面方向に伸び、バンパー３に接している。バンパー３がスムーズに揺動できるように、バンパーバネ６ａ、６ｂの先端は湾曲しており、その湾曲部でバンパー３の内面と接している。また、バンパー３の正面からの押付け力だけでなく左右どちらから押付け力が作用しても、バンパー３がスムーズに揺動できるように、２つのバンパーバネ８ａ、８ｂは離れてバンパー３に接している。バンパー３の右側より押付け力が作用したらバンパー３の右側のほうが大きく揺動し、バンパー３に左側より押付け力が作用したらバンパー２の左側のほうが大きく揺動するように、図４のように本体１の前方斜め４５度付近でバンパー内面に接するほうが望ましい。このようにすることにより、たとえば右側から押付け力がかかると、右側のバンパーバネ８ａは容易にたわむが、左側のバンパーバネ８ｂはたわみ難く、その先端湾曲部でバンパー３を受け止めるようになり、結果右側のほうが大きく揺動する。

また、バンパー３の動きを検知するバンパーセンサー９ａ、９ｂが下ケース２の左右に固定されている。バンパーセンサー９ａ、９ｂはマイクロスイッチであり、バンパー３の内側の左右に設けられたバンパー凸部３ａ、３ｂの先端に、マイクロスイッチの可動接点側が接している。バンパー３が後ろ側に押されるとマイクロスイッチの接点が接触し、バンパー３に押付け力が作用していることを検知する。これにより、障害物の有無を検知している。バンパーセンサー９ａは右側にあり、主にバンパー３の右側に押付け力が作用した場合に検知し、バンパーセンサー９ｂは左側にあり、主にバンパー３の左側に押付け力が作用した場合に検知する。バンパー３の中央付近に押付け力が作用した場合はバンパーセンサー９ａ、９ｂがともに検知し、中央付近に押付け力がかかったことがわかる。バンパーセンサー９ａ、９ｂは前からの押付け力および側面からの押付け力をともに検知できるように、右側のバンパーセンサー９ａは正面から右外側へ、左側のバンパーセンサー９ｂは正面から左外側へ傾けて設置したほうが望ましい。また、バンパーセンサー９ａ、９ｂにあわせてバンパー凸部３ａ、３ｂも斜め内側に突き出しているほうが望ましい。また、バンパー凸部３ａ、３ｂはバンパーバネ８ａ、８ｂが接する位置より後ろ側に設けられ、側面から押付け力が作用してもバンパーセンサー９ａ、９ｂが反応しやすいようになっている。たとえば右側面から押付け力が作用する場合、バンパー３はバンパーバネ８ａと接する位置より後ろ側で押付け力を受け、バンパー３は左に動くとともに、バンパーバネ８ａを中心に右回りに回転する。そのためバンパー３は、バンパーバネ８ａと接する位置より後ろ側ではより大きく動く。その動きを検知するためにはバンパーバネ８ａより後ろ側で検出することが望ましく、バンパー凸部３ａはバンパーバネ８ａより後ろ側に設けたほうがよい。

また、下ケース２には左右対称に２つの独立した駆動輪４ａ、４ｂを有している。２つの駆動輪４ａ、４ｂをそれぞれ独立に駆動することによって、直進、後退、回転を行うことが可能となっている。それぞれの駆動輪４ａ、４ｂの表面は凹凸をつけたゴムやエラストマー材で覆われており、走行時に滑りにくくしている。

また、それぞれの駆動輪４ａ、４ｂは複数段のギアで構成された減速機１０ａ、１０ｂを介して走行モーター１１ａ、１１ｂから動力が伝えられている。減速機１０ａ、１０ｂは走行音を低下させるために斜歯歯車であることが望ましい。特に、回転数の高い走行モーター１１ａ、１１ｂから１段目の歯車は低騒音化の効果が大きいため、斜歯であることが望ましい。走行モーター１１ａ、１１ｂにはそれぞれ走行モーター用エンコーダー３８ａ、３８ｂ（図５）が取り付けられ、回転速度、回転角度がわかり、減速機１０ａ、１０ｂおよび駆動輪４ａ、４ｂの径より本体の移動速度、移動距離が把握できる。また、駆動輪４ａ、４ｂ、走行モーター１１ａ、１１ｂ、減速機１０ａ、１０ｂは左右それぞれで一塊のユニットとなっており、このユニットがサスペンション（図示せず）を介して下ケース２に取り付けられている。自律走行型掃除機１０１が走行中の段差をスムーズに乗り降りするために、走行面に駆動輪４ａ、４ｂが接触している状態をできるだけ維持する必要があり、サスペンションにより駆動輪４ａ、４ｂが上下に揺動できるようになっている。また、下ケース２の底面前方および後方の左右には合計３つの補助輪１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられている。底面前方の補助輪１２ａは他の補助輪１２ｂ、１２ｃに比べて低く取り付けられており、平らな床面では底面前方の補助輪１２ａと駆動輪４ａ、４ｂにより自律走行型掃除機を支え、下ケース２の底面は床面から約１０ｍｍの高さで保たれている。また、段差等に乗り上げるときには、前方が持ち上げられ、底面後方の左右に設けた補助輪１２ｂ、１２ｃが床面に接し、スムーズに段差を乗り越えることが可能となる。

自律走行型掃除機の中央付近に床面に対して略矩形に開口した吸口５を持つ。吸口５は駆動輪４ａの中心と駆動輪４ｂの中心とを結ぶ直線近傍に位置している。吸口５には吸口ブラシ１３が組み込まれており、その吸口ブラシ１３は吸口ブラシ用モーター１４によって回転され、床面上の塵埃を効率的にかき込むことができる。

吸口５の後方上部には開口部５ａが設けられ、その後ろ側に集塵部が構成されている。集塵部は集塵ケース１５と集塵フィルタ１６で構成されている。集塵ケース１５は開口部５ａに対峙する位置に開口部を有し、その間はパッキンで繋がれており、吸口５から回収した塵埃は開口部５ａを通って集塵ケース１５に導かれる。集塵ケース１５の後ろに位置するとともに、集塵ケース１５の後方の壁を兼ねる集塵フィルタ１６は、空気と塵埃を分離し、塵埃を集塵ケース１５に集積させ、空気を集塵フィルタ１６へ通過させる。この集塵ケース１５は上ケース１に設けた蓋１７を開けることで脱着できる。

また、集塵フィルタ１６の後方で本体幅方向の略中央に電動送風機１８が設けられている。電動送風機１８は下ケース２ｂ内で弾性体を介して配される。弾性体を介することで電動送風機１８が発生させる振動を本体１外郭をなす上ケース２ａ、下ケース２ｂに伝えにくくし、振動騒音を低減させている。この電動送風機１８により吸引力が発生し、床面にある塵埃は吸口５から吸い込まれ、集塵ケース１５内を通過し、集塵フィルタ１６でせき止められ、集塵ケース１５に集積される。そして、空気のみが電動送風機１８に吸い込まれ、電動送風機１８の側面より吐出され、下ケース２ｂの後方に設けた格子状の排気口１９から本体外側へ排気される。

排気口１９は格子状のプラスチックでできており、その格子によって形成される空気の通過する穴は後ろ斜め上方へ向かうように作られている。そのため、電動送風機１８からの排気は斜め後ろ上方へ向かって排出され、床面の塵埃を巻き上げないようにしている。

また、下ケース２ｂの底面には駆動輪４ａ、４ｂの前側にサイドブラシ６ａ、６ｂが回転可能に設けられている。これらサイドブラシ６ａ、６ｂは３束の刷毛で構成されており、それら３束の刷毛は放射状に略等間隔にブラシホルダー２０ａ、２０ｂに取り付けられている。ブラシホルダー２０ａ、２０ｂは下ケース２ｂの底面に回転可能に取り付けられ、その回転軸は減速機２１ａ、２１ｂを介してサイドブラシ用モーター２２ａ、２２ｂにつながっており、サイドブラシ用モーター２２ａ、２２ｂによって回転させられる。また、サイドブラシ６ａ、６ｂの刷毛は先端に行くほど下方になるように傾斜しており、先端は床面に接している。サイドブラシ６ａとサイドブラシ６ｂは互いに逆の方向に回転しており、前側にある塵埃を吸口５に送り込むように、上から見たときに右側のサイドブラシ６ａは左回りに、左側のサイドブラシ６ｂは右回りに回転している。

また、サイドブラシ６ａ、６ｂの刷毛の長さは、本体１の前面の横幅（左右方向）の中央部に略外接する矩形で囲んだときにできる隅部（図４のＡ部分）まで届く長さを有している。ただし、刷毛の全ての毛が長い毛でなく、短い毛も有しているほうが望ましい。長い毛は隅部まで届き、溜まった塵埃をかき出すことができるが、本体１の側面に近い壁（側壁）の際（図４のＢ部分）に対しては長すぎるため、毛が大きくたわみ、壁面に沿って上方に向いてしまい床面に接しない状態になり、壁際の塵埃をかき出せない場合がある。そのために長い毛だけでなく、短い毛も有しているほうが望ましい。また、本実施例では３束の刷毛で構成しているが、２束、４束、５束でもよく、束ごとに長さを異ならせても良い。また、複数の束にまとめずに、サイドブラシホルダー２０ａ、２０ｂの全周に渡って毛を広げたサイドブラシでもよく、その場合は長さを異ならせた毛を全周に渡って配してもよく、また、短い毛の領域と長い毛の領域を分けて配してもよい。

なお、本実施例ではサイドブラシは左右２つ設けているが、右側、左側のどちらか片方だけでもよい。また、本実施例では刷毛が直線的な毛の束で構成されているが、湾曲している、もしくは折れ曲がっている、もしくは蛇行している毛で構成されていても良い。直線的な毛の場合、上記したように本体１側面に近いところでは床面に接しない状況が起こり得るが、あらかじめ曲がっている毛、もしくは蛇行している毛の場合はその曲がり部を中心にしてたわむことで、床面から毛の先端が離れる事を防ぐことができる。また、じゅうたんの毛足等に絡みにくくするために、刷毛の先端側はサイドブラシ６ａ、６ｂの回転方向とは反対方向に湾曲、もしくは折れ曲がっているほうが望ましい。

また、サイドブラシホルダー２０ａ、２０ｂは刷毛より硬い略円形の樹脂でできており、本体１外周の内側に収まる大きさであるが、できるだけ本体１の外周近傍まで達しているほうが望ましい。サイドブラシ６ａ、６ｂは塵埃をかき出すためのものであり、本実施例のサイドブラシ６ａ、６ｂの刷毛は長いため、刷毛がたわみやすく、塵埃をかき出す性能が弱くなりがちである。そのためサイドブラシホルダー２０ａ、２０ｂを大きくして、できるだけ刷毛の部分を短くし、刷毛のたわみを小さくすることが望ましい。しかし本体１外周より外側に突出していると、回転しているサイドブラシホルダー２０ａ、２０ｂが障害物等に接触して傷を付ける可能性があるため、本体１の外周より内側に収める。

また、駆動輪４ａ、４ｂにより自律的に本体１を移動させるが、本体１が部屋の壁や家具等の障害物に衝突することを防ぐために、本体１前面から側面にかけて複数の測距センサー２３ａ〜２３ｇが設けられている。本実施例では本体の正面に１つ（２３ｄ）とその左右両側に側面に向けて３つずつ、計７つの測距センサー２３ａ〜２３ｇを設けている。これら測距センサー２３ａ〜２３ｇは赤外線による測距センサーであり、赤外線を発光させる発光部とその赤外線が対象物に反射して戻ってくる反射光を受光する受光部とからなっており、反射光の強さを検知することで反射したものまでの距離を計測するセンサーである。これらの測距センサー２３ａ〜２３ｇは下ケース２の外周近傍に、外側に向かってそれぞれ異なる角度で配置されており、バンパー３を通して距離を検出している。そのためバンパー３は少なくとも測距センサー２３ａ〜２３ｇの近傍は赤外線が透過できるような樹脂もしくはガラスでできている。また、測距センサー２３ａ〜２３ｇによる距離計測のノイズを低減するために、バンパー３の赤外線を通過させる樹脂もしくはガラスは、赤外線より短い波長である可視光を遮断させるような特性を有しているほうが望ましい。

測距センサー２３ａ〜２３ｇの検出方向はそれぞれ異なっている。具体的には側面に配置されている測距センサーほど側面を向くように設けられている。測距センサーの全部が異なる方向を向いている必要はないが、中央のセンサーと最も側面にあるセンサーは異なる方向を向いている必要あり、少なくとも異なる３方向を検知できるようになっている。また、自律走行型掃除機は前方に直進することが多く、前方を監視することが重要であり、特に測距センサー２３ａ〜２３ｇのうち本体の前方正面に対して左右に約５０度以内に設置している測距センサー２３ｂ〜２３ｆに対しては本体１の外周に対して法線方向ではなく、法線方向より正面を向くように設置することが望ましい。

また、測距センサー２３ａ〜２３ｇは自律走行型掃除機１０１の高さ方向の略中央に位置することが望ましい。低すぎると床面を障害物と判断してしまう恐れがあり、高すぎるとベッドやソファーの底面を障害物と判断してしまい、その下の空間に入り込んで掃除することができない恐れがある。

また、測距センサー２３ａ〜２３ｇは反射光の強さを検知するタイプでなく、受光部における反射光の受光位置を計測し、その位置から対象物までの距離を計測するタイプでも良いし、赤外線でなく、可視光でもよい。可視光を用いた測距センサーの場合、バンパー３は可視光が透過できる樹脂で作られている必要がある。また、赤外線センサーでなく、超音波を用いた測距センサーでも良い。超音波センサーの場合、バンパー３は超音波が通過できるように孔があけられている必要がある。また、これらのセンサーを組み合わせてもよい。

また、測距センサー２３ａ〜２３ｇにより障害物までの距離を把握して適切に回避するためにも、測距センサー２３ａ〜２３ｇは距離に応じてセンサーの出力が変化することが望ましく、障害物の有無だけを判断する２値的なセンサーでなく、連続的もしくは多段に変化するほうが望ましい。

また、床までの距離を計測する複数の床面用測距センサー２４ａ〜２４ｃが下ケース２の下面に設けられている。下ケース２の前側に２４ｂ、駆動輪４ａ、４ｂの前方でかつ外周近傍に２４ａ、２４ｃがそれぞれ下方に向けて設けられている。これらの床面用測距センサー２４ａ〜２４ｃも赤外線を用いた測距センサーであり、赤外線の発光部と受光部を有している。これらの床面用測距センサー２４ａ〜２４ｃは床面までの距離を計測しており、進行方向に階段等の大きな段差を検出するために設けられ、本体がその段差から落下することを回避している。段差が小さければ、落下しても再びその段差を乗り越えて戻ってきて掃除を続行することができるが、乗り越えられない段差より大きな段差で落下した場合、元の床面に戻ることができず、掃除が途中で終了することになる。そのような事態を回避するために乗り越えられない段差より大きな段差を見つけ、落下しないように走行し続ける必要がある。具体的には３０ｍｍ程度の段差を検知することを目的とし、段差を検知したら後退して進行方向を転換させて回避する。よって床面用測距センサー２４ａ〜２４ｃは３０ｍｍ未満と３０ｍｍ以上を区別できれば良いため、センサーの出力値が距離に応じて連続的に変化するセンサーでなく、２値的に変化するセンサーでよい。

また、上ケース１の上面には表示パネル２５と掃除の開始、終了を指示するスタートボタン２６と自律走行の走行モードを変更するための走行モード選択ボタン２７と電源ボタン２８を有している。表示パネル２５は複数のＬＥＤと７セグメントディスプレイで構成され、運転状態等を表示する。

これら操作ボタン２６〜２８からの指示と上述した複数のセンサーからの情報をもとに制御装置７は走行モーター１１ａ、１１ｂ、吸口ブラシ用モーター１４、電動送風機１８、サイドブラシ用モーター２２ａ、２２ｂを駆動する。制御装置７の構成を示すブロック図を図５に示す。

制御装置７は制御基板３１上に構成され、走行モーター１１ａ、１１ｂを回転させる走行モーター駆動装置３３ａ、３３ｂと電動送風機１８を回転させる電動送風機駆動装置３４と吸口ブラシ用モーター１４を回転させる吸口ブラシ用モーター駆動装置３５とサイドブラシ用モーター２２ａ、２２ｂを回転させるサイドブラシ用モーター駆動装置３６ａ、３６ｂ、表示パネル駆動装置３７を有し、マイコン３２から制御される。また、さらにマイコン３２にはバンパーセンサー９ａ、９ｂ、測距センサー２３ａ〜２３ｇ、床面用測距センサー２４ａ〜２４ｃ、走行モーター１１ａ、１１ｂの回転を検知する走行モーター用エンコーダー３８ａ、３８ｂ、走行モーター１１ａ、１１ｂの電流を計測する走行モーター用電流計測装置３９ａ、３９ｂ、電動送風機用電流計測装置４０、吸口ブラシ用モーター用電流計測器４１、サイドブラシ用モーター用電流計測装置４２ａ、４２ｂ、操作ボタン２６〜２８が接続されている。

これらのセンサー値や電流値がマイコン３２に入力され、その都度マイコン３２が状況を判断し、各駆動装置に対して指示している。各電流値は各種モーターのロック状態を検知するものであり、ロック状態のままモーターに通電させているとモーターの破損につながる恐れがあり、これを防止する制御に用いられる。

また、下ケース２は駆動輪４ａ、４ｂと補助輪１２ａの間に電池格納部５１を有しており、その内部に電力を供給する電池５２を備えている。電池５２および電池格納部５１は下ケース２の左右方向略中央となるよう配置されている。電池５２には充電による再利用が可能な二次電池を使用する。この電池５２により各駆動装置、各センサーおよび制御装置７に電力が供給され、自律走行および掃除が行われる。

このような構成の自律走行型掃除機１０１は主に部屋の中で使用され、人に代わってその部屋を自動で掃除する。自律走行しながら床の上の埃やごみを吸口ブラシ１３でかき込むと同時に電動送風機１８で吸引し、自律走行型掃除機１０１の吸口５から集塵ケース１５へ回収していく。また、このときサイドブラシ６ａ、６ｂを内側に向けて回転させることで吸口５より外側にある埃やごみを吸口５の前へと移動させることができ、より多くの埃やごみを回収できる。

自律走行の様子を図６〜８に示す。図６〜８は部屋を上方から示す図であり、部屋の右上には棚５５、左側の略中央にはソファー５６が配置されている。これら棚５５、ソファー５６は自律走行型掃除機１０１にとっては障害物となる。また、図中の点線は自律走行型掃除機１０１の走行軌跡を示している。

図６は壁や障害物に接触もしくは接近すると進行方向を変えながら掃除する反射走行パターンを示している。この走行パターンは部屋全体を掃除させるときに適した走行パターンである。壁や障害物は測距センサー２３ａ〜２３ｇおよびバンパーセンサー９ａ、９ｂで検出され、接触、もしくは所定の距離以下まで近づいたら、それらから遠ざかるように走行モーター１１ａ、１１ｂを制御する。具体的には壁や障害物が検出されたら、走行モーター１１ａ、１１ｂを停止させた後、走行モーター１１ａ、１１ｂを互いに逆方向に回転させることで、本体１をその場で回転させ、方向転換する。方向転換させる角度は障害物の大きさ、および本体１からの位置などによって異ならせるとともに、無作為的にも変化させている。方向転換後は前進させ、再び壁や障害物が検出されたら同様に走行モーター１１ａ、１１ｂを制御して方向転換させる。このときの方向転換させる角度は前回の方向転換させる角度と異なっていることが望ましい。同じ角度で方向転換させていると、障害物の配置によっては、同じところを何度も行き来する場合があり、これを回避するためにも無作為的に方向転換させる角度を変化させたほうが良い。

また、図７は壁や障害物に接触もしくは接近すると進行方向を平行に移動させながら掃除する平行走行パターンを示している。この走行パターンも部屋全体を掃除させるときに適した走行パターンである。壁や障害物を検出したら、走行モーター１１ａ、１１ｂを停止させた後、走行モーター１１ａ、１１ｂを互いに逆方向に回転させ、本体１をその場で約９０度回転させる。その後、吸口５の幅分程度の距離を前進させたら停止させ、本体１をその場でさらに約９０度回転させる。この動作により壁や障害物を検知する前とくらべると吸口５の幅だけ横にずれた位置に移動し、進行方向が反対を向いた状態になる。この状態から再び前進させ、壁や障害物が検出されたら同様に走行モーター１１ａ、１１ｂを制御して方向転換させ、部屋の中を規則的に平行に掃除する。

また、図８は部屋の壁際を掃除させるときの走行軌跡を示し、壁や障害物に沿って掃除する壁際走行パターンを示している。本体１の側面を壁もしくは障害物から１５ｍｍ程度離れて隣接させた状態を維持しながら走行させる。この走行パターンでは、本体１を前進させるとともに、測距センサー２３ａ〜２３ｇのうち側面付近に配された測距センサー２３ａもしくは２３ｇにより壁や障害物までの距離が一定になるように走行モーター１１ａ、１１ｂを制御する。

壁際を右回りに走行している場合を想定して具体的に説明する。まず、測距センサー２３ａ〜２３ｇおよびバンパーセンサー９ａ、９ｂにより壁を検知した時点で走行モーター１１ａ、１１ｂを停止させて、壁近傍に本体１を位置させる。その後、走行モーター１１ａ、１１ｂを互いに逆方向に回転させ、本体をその場で回転させる。このとき本体１左側面の測距センサー２３ｇが壁を検知できる状態まで回転させ、本体１の左側面が壁に隣接する状態にする。その後、走行モーター１１ａ、１１ｂの両方を前進方向に回転させ、前進させる。このとき測距センサー２３ｇが所定の値になるように走行モーター１１ａ、１１ｂの速度をそれぞれ調整しながら前進させる。測距センサー２３ｇの値が前記所定の値より大きい場合は、本体１が壁から遠ざかっているため、右側の走行モーター１１ａを左側の走行モーター１１ｂより速く回転させ、本体１が左前に進むようにして壁に近づける。逆に、測距センサー２３ｇの値が前記所定の値より小さい場合は、本体１が壁に近づいているため左側の走行モーター１１ｂを右側の走行モーター１１ａより速く回転させ、本体１を右前に進むようにして壁から遠ざけるようにする。なお本体１と壁との距離は、近いほうが壁際の掃除性能を向上できるので、右側の走行モーター１１ａの回転速度を速くするのはごく短時間とするのが好ましい。また、壁際走行中の本体１の向きを変えるとき、左右の走行モーター１１ａ、１１ｂのいずれかの一方の走行モーターの回転速度だけを速くする、もしくは遅くしてもよいが、左右両方の走行モーターの回転速度の一方を速くさせ、もう一方を遅くてもよい。このような制御により、本体１の向きを時々刻々右前、左前へと向きを変えながら前進し、壁際に沿った走行が可能となる。

自律走行型掃除機１０１は前記反射走行パターンもしくは前記平行走行パターンのうち、どちらか一つの走行パターンと、前記壁際走行パターンの少なくとも２つの走行パターンを有しており、特にユーザーが走行パターンを指示しないで掃除させたときの自動モードは、少なくともこれら２つの走行パターンを組み合わせた走行モードとなっている。また、走行パターンを組み合わせずに、前記反射走行パターンによる部屋全体を手早く掃除することを目的とした快速モードと、前記平行走行パターンによる部屋を丁寧に掃除することを目的とした丁寧モードと、前記壁際走行パターンによる壁際に溜まったごみをしっかりと掃除することを目的とした壁際モードの３つの個別走行モードも有している。これらの走行モードは走行モード選択ボタン２７にて選択できる。

従来、このような自律走行型掃除機１０１は、前記壁際走行パターン時もしくは平行走行パターン時において壁際を走行中に、隅部で方向転換することで隅部を掃除している。具体的には、本体１の側面を壁（側壁１１１）に隣接した状態で走行中に、本体１の前側に壁（前壁１１２）を検知したら、その前壁１１２の手前で停止させ、本体１をその場で約９０度回転させ、前壁１１２に沿って壁際走行させることにより隅部を通過させているが、この隅部の通過時にサイドブラシ６ａ、６ｂにより隅部を掃除している。

しかし、方向転換時に側壁１１１および前壁１１２に接触させないように本体１の外形を円形にすると、その円形の本体１に略外接する矩形で囲んだときにできる隅部は、その本体１の外周から離れており、本体１の前方斜め４５度付近に設けているサイドブラシ６ａ、６ｂの刷毛を隅部まで到達させることができず、隅部手前までしか掃除できない。さらに隅部の手前でさえ、本体１の隅部近傍での停止時の向きによっては掃除が不十分になる可能性がある。上記したとおり、壁際走行時には側壁１１１に対して隣接した状態のまま、進行方向を変えずに前進しているのではなく、側壁１１１との距離を調整するために進行方向を右前、左前へと変えてながら前進している。よって、前壁１１２を検出して停止させたときの本体１の向き、つまりは駆動輪４ａ、４ｂの向きは、側壁１１１に対して平行ではなく傾いている場合も有り、その場合はサイドブラシ６ａ、６ｂの先端から隅部までの距離はさらに遠くなってしまい、掃除が不十分になる。

隅部までサイドブラシ６ａ、６ｂを届かせようと、サイドブラシ６ａ、６ｂの刷毛を長くすると、サイドブラシ６ａ、６ｂの刷毛は駆動輪４ａ、４ｂに踏まれ、踏まれた刷毛によって駆動輪４ａ、４ｂはその回転を止められ、走行に支障をきたすことになる。そのためサイドブラシ６ａ、６ｂの刷毛の長さは駆動輪４ａ、４ｂに踏まれない長さとなっており、隅部まで届く長さにすることが困難である。

そのため、隅部の掃除性能を向上させるためにはサイドブラシ６ａ、６ｂを隅部に近づけることが重要であり、特許文献１のように本体からサイドブラシ自体が離れるようにし、サイドブラシを移動させて隅部に近づけることが提案されている。しかし、サイドブラシを分離するために複雑な機構を設けたり、動かすために複雑な制御を施したりする必要がある。また、掃除機はごみや埃を集めるため、可動部や伸縮機構にゴミや埃が溜まると動作できなくなる可能性もあり、望ましくない。また、複雑にすれば、その分部品も増えるためコスト高になることも考えられる。そこで、上記のような複雑な機構および制御をより容易にすることにより、動作の信頼性や低コスト性を向上させながら、隅部の掃除性能を向上させるために、本体１の形状を円形ではなく、隅部に近づけた形状にして、サイドブラシ６ａ、６ｂを隅部に近づけるようにする。

しかし、単純に本体１の形状を隅部に近づけることを考えると、方向転換時に壁に接触しやすくなってしまう。例えば、本体形状を矩形にした場合、本体の角を隅部にほぼ合致させることができるが、その状態から方向転換すると、隅部近傍の角が前壁１１２に接触してしまう。それを回避しようとすると本体１を大きく後ろに後退させる必要がある。また、さらに、方向転換時に本体１後方の角が側壁１１１に接触してしまう。それを回避するためには本体１を側壁１１１から遠ざける必要があるが、駆動輪４ａ、４ｂの向きは真横に向かないため、斜め後ろに下がるようにするが、今度は前側の角が側壁１１１に接触する可能性があり、あまり大きく本体１を斜めに向けられない。そのため側壁１１１を回避するためにも複雑な制御が必要となる。このように単純に本体１形状を隅部に近づけると掃除性能は向上できるが、走行性能に課題が生じてしまう。

そこで、本実施例では、本体１の外周を形成する曲面のうち、主に移動させる方向となる前側の曲面の曲率半径を、後側の曲面の曲率半径よりも大きくしている。そして、この前側の曲面は、本体の中央正面から左右に４５度付近まで広がっており、その幅は前記後側の曲面の幅よりも狭い形状となっている。このような形状にすることで本体１に略外接する矩形で囲んだときにできる隅部に対して、本体１の外周を近づけることができる。また、本体１の外周が壁方向に近づくことで、より確実に隅部までサイドブラシ６ａ、６ｂを届かせることができ、より隅部を掃除することができる。

本実施例の本体１の形状について図９を用いて詳しく説明する。図９は本体１の外周形状を模式的に示す図であり、この図に示すように、本体１の外周は前側の円弧Ｃ１、後側の円弧Ｃ３、右前側面の円弧Ｃ２、左前側面の円弧Ｃ４の４つの円弧による曲面に大きく分けられる。

後側の円弧Ｃ３は、その曲率半径が１６０ｍｍの半円である。また、前側の円弧Ｃ１は、その中心が後側の円弧Ｃ３と同じ位置にあり、円弧Ｃ３より大きな曲率半径の１９０ｍｍの円弧である。また、前側の円弧Ｃ１の弧の広がりは半円形状までは広がっておらず、後側の円弧Ｃ３の直径、つまり本体１の横幅より狭く、円弧Ｃ１の正面を中心として左右斜め前に約４５度、合計約９０度の広がりであり、より厳密に表すと円弧Ｃ１の中心と本体１に略外接する矩形で囲んだときにできる隅部を結ぶ直線Ｌ１、Ｌ２近傍まで広がっている。よって本体１の前後方向の長さは３５０ｍｍであり、横幅は３２０ｍｍとなる。また、右前側面、左前側面を形成する円弧Ｃ２、Ｃ４は、それぞれ前側の円弧Ｃ１と後側の円弧Ｃ３をつないでいる。方向転換時に壁や障害物に接触させにくくするためにも、それぞれの円弧Ｃ１〜Ｃ４は角ができないように滑らかにつながっているほう望ましい。特に、接続部に凹部が存在すると、その凹んだ部分に細い障害物が挟まり込み、時計回りにも反時計回りにも向きが変えられなくなる恐れがあり望ましくない。よって、円弧Ｃ１と円弧Ｃ２、ならびに円弧Ｃ１と円弧Ｃ４は、円弧Ｃ１より小さな円弧で滑らかに接続されている。また、左右前側面の円弧Ｃ２、Ｃ４の中心は後側の円弧Ｃ３の端と円弧Ｃ３の中心を結ぶ直線の略延長線上に設けられ、円弧Ｃ２と円弧Ｃ３、ならびに円弧Ｃ４と円弧Ｃ３が接続する点における円弧の接線はそれぞれほぼ同一であり、それぞれの円弧同士は滑らかにつなげられている。

なお、本実施例では左右前側面の円弧Ｃ２、Ｃ４は同じ曲率をもつ円弧であるが、異なる曲率の円弧でもかまわない。また、本実施例では円弧Ｃ２、Ｃ４はともに単一の円弧であるが、複数の異なる曲率の円弧をつないだ形状でもよく、また、多項式を用いたスプライン曲線の形状でもよい。また、円弧Ｃ２、Ｃ４は曲線でなく、直線でもかまわない。これらのような場合においても、円弧Ｃ２、Ｃ４もしくは円弧Ｃ２、Ｃ４に相当する部分は円弧Ｃ３に滑らかに接続するように円弧Ｃ１より小さな円弧で接続されているほうが望ましい。

上記のような外周形状で作られた本体１に略外接する矩形で囲んだときにできる隅部までの距離は、円形状に略外接する矩形で囲んだときにできる隅部までの距離にくらべて近くなる。本体１の横幅は後側の円弧Ｃ３の直径であり、前側の円弧Ｃ１の曲率半径で仮想的に円形状を描いたときの横幅より狭い分、隅部までの距離を近づけることができる。具体的に式で表すと、半径Ｒｆの円形状における隅部までの距離Ｌ１は数式１で表され、本実施例のような前側の円弧の半径をＲｆ、後側の円弧の半径をＲｂとした形状における隅部までの距離Ｌ２は数式２で表される。

数１、数２を較べると（Ｒｂ／Ｒｆ）が１より小さい場合、つまりはＲｆがＲｂより大きい場合、隅部までの距離Ｌ２はＬ１より短くなることがわかる。ただし、前側の円弧Ｃ１は左右に４５度近傍、より厳密に表すと前側の円弧Ｃ１の中心と隅部を結ぶ直線Ｌ１、Ｌ２近傍まで円弧Ｃ１まで広がっていることが必要である。

また、別な見方として、後側の小さな円弧Ｃ３を基準に考えると、後側の円弧の半径、つまりは本体１の横幅の半分を半径とする仮想円Ｓ１を本体１の前面に合わせて描いたときに、本実施例は本体１の前方の左右斜め４５度近傍が仮想円Ｓ１より外側に出るような形状と考えられる。ただし、円弧Ｃ１は前方斜め４５度近傍までしか広がっておらず、本実施例の本体１の幅は仮想円Ｓ１の横幅と同じであり、隅部までの距離も仮想円Ｓ１の場合と同じである。そのため、本実施例の本体１の形状は仮想円Ｓ１と比較しても、本体外周から隅部までの距離は近づいていることがわかる。よって、上記のような本体１の形状にすることにより、本体１、サイドブラシ６ａ、６ｂの回転中心となる特にサイドブラシホルダー２０ａ、２０ｂを隅部に近づけることができ、隅部の掃除性能を向上させることができる。

また、本体形状が矩形の場合と比較すると、矩形の方が隅部までの距離を近づけることができるが、上記したように矩形の場合、方向転換時に後方の角が側壁１１１に接触してしまうため、壁際走行の時点であらかじめ側壁から距離を離しておく必要があり、隅部に本体を近づけにくく、隅掃除ならびに壁際掃除が不十分になる恐れがある。

また、障害物に斜めに近づく場合と正面から近づく場合とで、本体と障害物との間の隙間の面積が大きく異なるため、掃除性能にばらつきが生じやすい。特に、障害物に斜めに近づくと、本体と障害物との間の隙間の面積が広く、障害物近傍の掃除性能が低くなってしまう。しかし、本実施例のように本体１前方が大きな円弧で、本体１斜め前方約４５度まで広がっている場合には、障害物に斜めに近づく場合と正面から近づく場合とで、本体と障害物との間の隙間の面積が大きく異ならず、掃除性能にばらつきが生じにくく、斜めから障害物に近づいても障害物近傍の掃除性能が低くなることがない。

また、本体形状が矩形の場合、障害物に斜めから接近すると角が接触しやすく、障害物に強い衝撃力を与えやすいが、本実施例のように本体１前方が大きな円弧、特に本体１斜め前方が大きな円弧であるため障害物への衝撃を小さくすることができる。
このような円形状でない本体１の形状による課題である走行性能について、隅部における方向転換を例に挙げて考える。隅部については、壁際走行中に前方に前壁１１２を検知することにより、隅部を検知する。隅部掃除については後述するが、隅部掃除終了後に、本体１を方向転換させ、前壁１１２沿って壁際を走行させる。このときの方向転換は、左右の駆動輪４ａ、４ｂを互いに反対方向に同じ速度で回転させることにより、左右の駆動輪４ａ、４ｂをむすぶ直線の中央点を回転中心として本体１をその場で回転させて、方向転換させる。

しかし、本実施例では本体１が隅部に近づくように前側の円弧Ｃ１の曲率半径を後側の円弧Ｃ３のそれより大きくしており、外周形状は円形状ではないため、上記したように方向転換させると周りの壁に接触する恐れがある。たとえば本体１の左右方向の中央でかつ前後方向の中央（本体１の全長は前側の円弧Ｃ１の曲率半径１９０ｍｍと後側の円弧Ｃ３の曲率半径１６０ｍｍの合計３５０ｍｍであり、本体１外周前面から１７５ｍｍ後方の位置）を回転中心として本体１を回転させた場合、前側の円弧Ｃ１の中心より前側に回転中心があることになり、時計回りに回転させると本体１の左前側、つまりは円弧Ｃ１の左端近傍が前壁１１２に接触しやすくなる。これは、円弧Ｃ１の端が前記回転中心から本体１の前面までの長さ（１７５ｍｍ）を半径とする円弧の外側にあるためである。

また、側壁１１１に対しても後側の円弧Ｃ３が接触しやすくなる。前記回転中心から本体１の側面までの距離は後側の円弧Ｃ３の半径１６０ｍｍであるが、前記回転中心から真後ろ（円弧Ｃ３の中央）の本体外周までの距離は１７５ｍｍであり、側面までの距離より１５ｍｍ長く、９０度回転させると１５ｍｍ側壁１１１との距離が狭くなるためである。

そこで、本実施例では図９のように回転中心となる左右の駆動輪４ａ、４ｂを結ぶ直線の中央点を前側の円弧Ｃ１の中心、および円弧Ｃ３の略中心に位置させる。具体的には、本体１の全長は３５０ｍｍであるのに対して、回転中心は本体１の前方より１９０ｍｍ後方の位置であり、本体１の全長の前後方向の中心より後方に位置させる。

このような位置を回転中心として回転させたときの模式図を図１０に示す。前記回転中心から本体１の正面（円弧Ｃ１の中央）までの長さ（１９０ｍｍ）を半径とする円弧上に本体１の前方外周をなす円弧Ｃ１があるため、前壁１１２に接触せずに回転させることができる。つまりは方向転換時において、本体１前側の曲面の曲率半径と同じもしくはその曲率半径に近い回転半径で本体１前側を回転させることができ、本体１の前側を前壁１１２に接触させにくくなっている。また、前記回転中心から本体１の側面までの距離は１６０ｍｍであり、前記回転中心から本体１の後方外周をなす円弧Ｃ３までの距離も１６０ｍｍであるため、側壁１１１に接触せずに回転させることができる。

上記のように、前側の円弧Ｃ１の中心と後側の円弧Ｃ３の中心をほぼ同じ位置にして、その位置からほぼ左右等距離の位置に駆動輪４ａ、４ｂを設けることで、隅部を構成する前壁１１２、および側壁１１１などの障害物に接触せずに方向転換ができる。また、本実施例は隅部における方向転換だけでなく、反射走行、平行走行中における一方向の壁などの障害物回避のための方向転換においても接触しにくい本体形状であることがわかる。

また、障害物を検知するために、測距センサー２３ａ〜２３ｇを設けているが、走行中および方向転換中に障害物により接触させにくくするために、測距センサー２３ａ〜２３ｇのうち何個かを本体１の円弧Ｃ１と円弧Ｃ２、Ｃ４との接続点付近に配することが望ましい。これらの接続点は異なる半径の円弧が接続しており、本体１の形状が大きく変化する箇所であり、走行中および方向転換中に接触しやすい箇所である。よって、本実施例では測距センサー２３ｂを右側の接続点付近に、測距センサー２３ｆを左側の接続点付近に配することが望ましい。

また、本実施例のように本体１の後側の円弧Ｃ３の中心と回転中心がほぼ同位置の場合、本体１の後方が方向転換時に接触し難いため、本体１の後方に測距センサーを配す必要が無く、安価に構成させることができる。

また、本実施例の本体１の形状は、円形状の場合にくらべて前方斜め４５度近傍が隅部に近づくとともに、サイドブラシ６ａ、６ｂも斜め前に移動しており、駆動輪４ａ、４ｂからより遠ざけることができ、走行中にサイドブラシ６ａ、６ｂが駆動輪４ａ、４ｂに踏まれにくくなり、スムーズな走行が可能となる。さらに、本実施例のように左右の駆動輪４ａ、４ｂを本体１前後方向の中央より後方に配することにより、サイドブラシ６ａ、６ｂとの距離がさらに遠くなり、サイドブラシ６ａ、６ｂが駆動輪４ａ、４ｂに踏まれにくくなり望ましい。

このような自律走行型掃除機による隅部の掃除について図１１を用いて説明する。図１１は時計回りに壁際を走行している場合を示す。

まず、図１１（ａ）は側壁１１１に沿って本体１を移動させて壁際走行をしている様子を示す。このときは主に側面の測距センサー２３ｇを用いて、側壁１１１と本体１との距離を略一定に保つように走行モーター１１ａ、１１ｂを制御しながら前進させている。このとき、サイドブラシ６ａ、６ｂは反射走行や平行走行時と同じ速度である毎分約３００回転の速度で回転させており、壁際の塵埃を吸口に向かってかき集めている。

次に、図１１（ｂ）は本体１前方に側壁１１１とは別の前壁１１２に近づき、測距センサー２３ａ〜２２ｆもしくはバンパーセンサー９ａ、９ｂにより前壁１１２を検知し、隅部であることを検知して停止させた状態である。サイドブラシ６ａ、６ｂの先端は隅部まで届いており、この状態を１〜５秒間保ち、隅部の塵埃１１３をかき出す。このとき、サイドブラシ６ａ、６ｂはより塵埃１１３を効率よくかき出すために速度を速めて回転させるほうが望ましく、毎分約４００回転の速度で回転させる。

続いて、より確実に隅部の塵埃１１３をかき出すために図１１（ｃ）、（ｄ）のようにサイドブラシ６ａ、６ｂを回転させながら、本体１を左右に揺動させる。隅部を検知して停止させたときの本体１の向き、つまりは駆動輪４ａ、４ｂの向きが側壁１１１に対して平行ではなく、右前、左前を向いている場合、サイドブラシ６ｂから隅部までの距離は最短ではなく、隅部にサイドブラシ６ｂの先端が届かない恐れがある。そのため、小刻みに本体１を時計回りと反時計回りに交互に回転させる。まず本体１を隅部側である左側に約３０度回転させ、その後時計回りに約６０度回転させることで、左右に約３０度ずつ揺動させる。この揺動動作により、たとえ隅部を検知して停止させたときの本体１の向きが側壁１１１に対して平行でなく、サイドブラシ６ｂが隅部から遠ざかっていたとしても、サイドブラシ６ｂの位置が移動することで、隅部に近づくことができ、隅部までサイドブラシ６ｂの先端が届き、隅部の塵埃１１３をかき出すことが可能になる。この揺動動作を約０．５秒周期で、１０往復程度行い、合計５秒程度行う。なお、上記揺動動作中もサイドブラシ６ａ、６ｂは反射走行時、平行走行時よりも速く回転させ、毎分約４００回転の速度で回転させる。

サイドブラシ６ｂの回転に対して、非常に速く揺動させると、前記揺動動作を一往復させる間に、回転しているサイドブラシ６ｂの刷毛が隅部に近づけない場合がある。揺動動作一往復の間に少なくとも１回はサイドブラシ６ｂの刷毛を隅部に近づけた状態にすることが望まれ、サイドブラシ６ｂの束の数や回転速度を考慮すると、揺動動作の周期は約０．２秒以上必要と考える。また、揺動動作の周期を長くすれば、サイドブラシ６ｂの刷毛が隅部に近づいた状態になる回数を増やせるが、頻度よくサイドブラシ６ａ、６ｂの向きを変えることにより、床面の凹凸などに引っかかり、サイドブラシ６ａ、６ｂを一方向から当てるだけではかき出しにくい塵埃に対して、サイドブラシ６ａ、６ｂを異なる角度で頻度よく当ててかき出すためにも、ゆっくりとした揺動動作ではなく、５秒以下の周期で揺動させたほうが望ましい。

また、時間をかければより塵埃はかき出されるが、電池５２の限られた電池容量の中で部屋全体を掃除するためには、同じ場所で留まる時間は短いほうがよい。そのためにも上記した隅部での塵埃のかき出し動作は、少なくとも自律走行型掃除機１０１が方向転換時に９０度回転するのに要する平均的な時間以上で、なおかつ、部屋を構成する向かい合う壁と壁の間を自律走行型掃除機１０１が一往復するのに要する時間程度以下であることが望ましく、２〜２０秒程度が望ましい。なお本実施例では時計回り、反時計回りに約３０度ずつ揺動させたが、揺動動作の時間を効率的に短くするためにも、より小さな角度で揺動させてもかまわない。

このように所定の時間、隅部で塵埃をかき出した後、図１１（ｅ）のように進行方向が前壁１１２に略平行になるように、少なくとも左側面の測距センサー２３ｇを監視しながら、本体１を約９０度時計回りに回転させる。その後、サイドブラシ６ａ、６ｂは反射走行時、平行走行時と同様な速度である毎分約３００回転の速度に戻し、前壁１１２に対して壁際走行を継続する。

本実施例として時計回りに壁際を走行したときの動作を示したが、反時計回りの場合は、主に右側面の測距センサー２３ａを用いて壁際を走行するとともに、本体１の回転方向を逆にして、右側のサイドブラシ６ａにより隅部の掃除をさせる。

また、上記隅掃除運転に関して、必ずしも上記一連の動作である必要はなく、例えば、隅部まで到達してすぐに揺動動作に移っても良いし、逆に揺動動作をせずに停止状態を保持するだけよい。また、隅部においてサイドブラシ６ａ、６ｂの回転速度を速くしているが、速くしなくても良いし、床面の状況などに合わせて回転速度を変化させても良い。

また、上記隅部掃除に関して、壁際走行中もしくは平行走行中だけでなく、反射走行中に隅部であると判断したときにも上記の隅部掃除動作を行ってもよい。

また、本実施例では駆動輪４ａ、４ｂの中心の位置を、本体１の前側の円弧Ｃ１の中心で、かつ後側の円弧Ｃ３の中心に配したが、その位置に限定せずに、前側の円弧Ｃ１の中心より前側でもかまわない。駆動輪４ａ、４ｂの位置を前に移動しても、本体形状は変わらないため、隅部の掃除性能は同じである。しかし、方向転換時に一端後退させる必要がある。ただし、本実施例は前方が大きな円弧で構成されており、本体形状が本体横幅を一辺とする正方形の場合に比べて回転半径が小さくなり、その分後退させる距離を短くすることができ、方向転換する際の時間および消費電力を減らすことができる。ただし、回転中心が本体１の中心より前側に遠く離れていると、本体形状が正方形の場合よりも方向転換時に後退させる距離が長くなる。そのため、本体形状が正方形の場合にくらべて、後退させる距離が短くなるような位置、つまりは本体１の前面より本体１の横幅の半分の距離より後方の位置に回転中心を設けることが望ましい。よって、駆動輪４ａ、４ｂの中心の位置は、本体１の前面より本体１の横幅の半分の距離より後方の位置に設けることが望ましい。

また、特に、駆動輪４ａ、４ｂの中心の位置を本実施例の位置に限定せずに、前側の円弧Ｃ１の両端と後側の円弧Ｃ３上の中央からの距離が等しくなるような位置に駆動輪４ａ、４ｂの中心を配することで、本体１の回転最小半径を小さくすることができ、狭いところでの方向転換が容易になる。

よって、大きく後退させずに方向転換が可能であるとともに、回転最小半径を小さくさせるために、駆動輪４ａ、４ｂの中心の位置は前側の円弧Ｃ１の中心より前側で、かつ本体１の前面より本体１の横幅の半分の距離より後ろ側に配することが望ましい。

ただし、これらのように駆動輪４ａ、４ｂを配置した場合における隅部の掃除は、一端前壁１１２まで本体１を近づけ、上記のようにサイドブラシにより隅部を掃除した後、本体１を後退させた後に方向転換させるようにする。そのとき、本体１が回転しても前壁に接触しない距離以上、つまりは前壁１１２から駆動輪４ａ、４ｂの中心が前側の円弧Ｃ１の半径以上離れるように後退させる。また、側壁１１１に対しても、本体１後側の円弧Ｃ３が接触しないように、あらかじめ若干隙間を広く壁際を走行させる、もしくは、方向転換する前に側壁１１１から離れるように斜めに、もしくは円弧状に後退させるほうが望ましい。また、前壁１１２等に接触しないように方向転換中も測距センサー２３ａ〜２３ｇで周囲の障害物を検出して制御することは望ましい。また、測距センサー２３ａ〜２３ｇだけでなく、本体１の後方にも測距センサーを配して障害物を検出して制御することも望ましい。

また、円弧Ｃ１が円弧でなく直線の場合、本体１の前側半分は略矩形状となり、障害物に対して真正面から近づかない限り、その角部から障害物に接近し、前記角部から接触することになり望ましくない。たとえ前記角部が円弧であったとしても、曲率半径が小さな円弧であり、接触面積が小さいため、障害物に強い衝撃力を与えやすく、望ましくない。さらに、障害物に斜めに近づく場合と正面から近づく場合とで、本体と障害物との間の隙間の面積が大きく異なるため、掃除性能にばらつきが生じやすい。特に、障害物に斜めに近づくと、本体と障害物との間の隙間の面積が広く、障害物近傍の掃除性能が低くなってしまう。また、隅部掃除において本体１を揺動させる場合、前記角部が前壁１１２に頻度よく接触するようになり、望ましくない。よって、本体１の正面は円弧形状となっていることが望ましい。

以上のように本実施例では、本体１の前側の円弧Ｃ１の曲率を後側の円弧Ｃ３の曲率より大きくし、本体１前方左右４５度近傍が本体１の横幅を直径とする円弧より外側に出るような大きな円弧で形作ることにより、隅部に本体１を近づけることができ、隅部へサイドブラシ６ａ、６ｂが届きやすくなり、隅部の掃除性能を向上させる。

すなわち、本実施例の構成によれば、本体の外周を形成する曲面のうち、前側の曲面の曲率半径を後側の曲面の曲率半径よりも大きくすることにより、本体の前側斜め４５度近傍の外郭と、本体の前面の横幅（左右方向）の中央部に略外接する矩形で囲んだときにできる隅部との距離を近づけることができ、隅部に近づけた本体の前側斜め４５度近傍にサイドブラシを設けることにより、サイドブラシが、隅部に届きやすくなり、隅部を掃除することができる。これは本体の形状を円形状から異ならせたことによる効果であり、複雑な機構を設けたり、複雑な制御を施したりする必要がなく、容易な機構および制御で隅部の掃除が可能となる。

次に、実施例２について、図１２を用いて説明する。本実施例は実施例１よりもより本体１を隅部に近づけることができ、より隅部を掃除することができる。本実施例の自律走行型掃除機１０２は実施例１とほぼ同じであり、異なるところについて説明する。図１２は本実施例の自律走行型掃除機１０２の外形を表す模式図である。

本実施例は、実施例１と同じく横幅が３２０ｍｍであり、後側の円弧Ｃ３が曲率半径１６０ｍｍの半円であるが、前側の円弧Ｃ１はその曲率半径を２０５ｍｍとし、実施例１より曲率半径を１５ｍｍ大きくした本体形状である。また、実施例１と同じく、前側の円弧Ｃ１の弧の広がりは半円形状までは広がっておらず、後側の円弧Ｃ３の直径、つまりは本体１の横幅より狭く、円弧Ｃ１の中心を中心として左右斜め前に約４５度、合計９０度程度の広がりであり、より厳密に表すと円弧Ｃ１の中心と本体１に略外接する矩形で囲んだときにできる隅部を結ぶ直線Ｌ１、Ｌ２近傍まで広がっている。

また、実施例１と同様に、円弧Ｃ２は右前側面を形成する曲面であり、Ｃ４は左前側面を形成する曲面であり、それぞれ前側の円弧Ｃ１と後側の円弧Ｃ３をつないでいる。それぞれの円弧Ｃ１〜Ｃ４は角ができないように滑らかにつながっているほうが望ましく、円弧Ｃ２、Ｃ４は、円弧Ｃ１より小さな円弧で滑らかに接続されている。特に、接続部において凹むように接続すると、その凹んだ部分に細い障害物が挟まり込み、時計回りにも反時計回りにも向きが変えられなくなる恐れがあり望ましくない。また、円弧Ｃ２、Ｃ４は後側の円弧Ｃ３に滑らかに接続されるように、それらの中心は後側の円弧Ｃ３の端と円弧Ｃ３の中心を結ぶ直線の延長線上に設けられている。本実施例では円弧Ｃ２、Ｃ４は同じ曲率をもつ円弧であるが、異なる曲率の円弧でもかまわない。また、本実施例では円弧Ｃ２、Ｃ４はともに単一の円弧であるが、複数の異なる曲率の円弧をつないだ形状でもよく、また、多項式を用いたスプライン曲線の形状でもよい。また、円弧Ｃ２、Ｃ４は曲線でなく、直線でもかまわない。

上記のように前側の円弧Ｃ１の曲率半径を大きくすることで、実施例１より本体１の前方斜め４５度近傍を隅部に近づけることができ、それに合わせてサイドブラシ６ａ、６ｂも隅部により近づけることができ、サイドブラシ６ａ、６ｂがより隅部に届きやすくなり、隅部の掃除性能を向上させることができる。

ただし、実施例１では本体１の前側の円弧Ｃ１の中心と後側の円弧Ｃ３の中心を略同位置に配したが、本実施例では異なる位置に配している。具体的には前側の円弧Ｃ１の中心は後側の円弧Ｃ３の中心より１５ｍｍ後方に位置し、本体１の前後方向の長さを実施例１と同様に３５０ｍｍとしている。上記のように前側の円弧Ｃ１の中心を後側の円弧Ｃ３の中心より後方に位置させることで、本体１の前後方向の長さを短くすることができ、狭い領域でも方向転換が容易になり、狭い領域まで掃除が可能となる。

また、駆動輪４ａ、４ｂは、その中心を後側の円弧Ｃ３の中心近傍に配している。これにより、本体１の後方が側壁１１１などの障害物に接触することなく回転させることができる。

ただし、駆動輪４ａ、４ｂの中心の位置を上記の位置に限定せずに、前側の円弧Ｃ１の中心より前側にしてもかまわない。このようにすると、本体１の回転最小半径を小さくすることができ、小回りが効き、狭いところでの方向転換が容易になる。

ただし、実施例１でも説明したように、回転中心となる駆動輪４ａ、４ｂの中心を本体１の中心より前側に遠く離しすぎると、方向転換時に前壁１１２に接触し易くなる。よって、本体１の前面より横幅の半分の距離以上後方に配置させるほうが望ましい
よって、回転最小半径を小さくしながら、大きく後退させずに方向転換できるように、駆動輪４ａ、４ｂの中心の位置は本体１の前側の円弧Ｃ１の中心より前側で、かつ本体１の前面より横幅の半分の距離以上後方に配することが望ましい。

ただし、上記のような位置に駆動輪４ａ、４ｂを配置した場合における隅部の掃除は、一端前壁１１２まで本体１を近づけ、隅部を掃除した後、本体１を後退させた後に方向転換させるようにする。そのとき、本体１が回転しても前壁に接触しない距離以上、つまりは前壁１１２から駆動輪４ａ、４ｂの中心が前側の円弧Ｃ１の半径以上離れるように後退させる。また、側壁に対しても、本体１後側の円弧Ｃ３が接触しないように、あらかじめ若干隙間を広く壁際を走行させるもしくは、方向転換する前の後退時に側壁から離れるように斜め後ろ方向に大きな円弧を描きながら後退させるほうが望ましい。

以上で説明した、実施例２の構成によれば、駆動輪を本体の前面より本体の前後方向の中央より後方に位置することにより、前記サイドブラシの長さを長くすることができ、より前記隅部まで届きやすくなり、より前記隅部を掃除することができる。また、駆動輪を前記本体の前面より本体横幅の半分の距離より後方に位置することにより、方向転換時に前記本体前側の曲面の曲率半径と同じもしくは該曲率半径に近い回転半径で前記本体前側を回転させることができ、前記本体前方に位置する障害物に接触させにくくすることができる。これは、駆動輪の位置による効果であり、複雑な機構を設けたり、複雑な制御を施したりすることなく、前記隅部近傍における方向転換が容易になる。

次に実施例３について、図１３を用いて説明する。本実施例は実施例１よりもより本体１を隅部に近づけることができ、より隅部を掃除することができる。本実施例の自律走行型掃除機１０３は実施例１とほぼ同じであり、異なるところについて説明する。図１３は本実施例の自律走行型掃除機１０３の本体１の外形を表す模式図である。

本実施例は、実施例１と同じく横幅が３２０ｍｍであり、後側の円弧Ｃ３の曲率半径が１６０ｍｍの半円であるが、実施例１における前側の曲面となる円弧Ｃ１が３つの円弧Ｃ１１〜Ｃ１３に分割されている。本体１の真正面に円弧Ｃ１２を設け、その円弧Ｃ１２の右側は円弧Ｃ１１、円弧Ｃ２とつながっており、左側は円弧Ｃ１３、円弧Ｃ４とつながって、後側の円弧Ｃ３につながっている。それぞれの円弧は円弧Ｃ１２より小さな曲率半径の円弧で滑らかにつながれている。特に、各円弧の接続部において凹むように接続すると、その凹んだ部分に細い障害物が挟まり込み、時計回りにも反時計回りにも向きが変えられなくなる恐れがあり、望ましくない。

また、駆動輪４ａ、４ｂの中心は本体１の後側の円弧３の中心と略同位置に配している。前側の円弧Ｃ１１、１３の中心は、駆動輪４ａ、４ｂの中心と略同位置に配し、実施例１と同様にそれらの曲率半径は１９０ｍｍであり、本体１の真正面から左右に約４５度、より厳密に表すと円弧Ｃ１１、１３の中心と、本体１に略外接する矩形で囲んだときにできる隅部とを結ぶ直線Ｌ１、Ｌ２近傍まで広がっており、後側の円弧Ｃ３の幅より狭い範囲に収められている。また、本体１の真正面に位置する円弧Ｃ１２の中心は、円弧Ｃ１１、Ｃ１３の中心より後方となる本体１の外周の最後部（円弧Ｃ３の中央）に位置し、その曲率半径は円弧Ｃ１１とＣ１３の曲率半径より大きな３４５ｍｍである。よって本体１の真正面は左右斜め４５度近傍の円弧の延長でなく、より大きな曲率半径の円弧で滑らかにつながれ、前側への膨らみを抑えた形状となっている。

上記の形状により、本体１の前後の長さは実施例１より５ｍｍ短く、３４５ｍｍとなる。本体１の横幅は実施例１と同じであり、本体１の左右斜め前４５度近傍も実施例１と同様の曲率半径１９０ｍｍで形作られているが、本体１の前後の長さが短くなったことにより、本体１の斜め前４５度から隅部までの距離を近づけることができる。

このように本体１の外周をなす真正面の円弧Ｃ１２の曲率半径を大きし、真正面の外周の膨らみを小さくすることにより、実施例１より本体１の前方斜め４５度近傍を隅部に近づけることができ、それに合わせてサイドブラシ６ａ、６ｂを斜め前に移動させることで、サイドブラシ６ａ、６ｂがより隅部に届きやすくなり、隅部の掃除性能を向上させることができる。

また、本体１外周近傍に配した測距センサー２３ａ〜２３ｇのうち、いくつかを円弧と円弧の接続点近傍に配するほうが望ましい。測距センサー２３ｂを円弧Ｃ２と円弧Ｃ１１の接続点近傍に、測距センサー２３ｃを円弧Ｃ１１と円弧Ｃ１２の接続部近傍に、測距センサー２３ｅを円弧Ｃ１２と円弧Ｃ１３の接続部近傍に、測距センサー２３ｆを円弧Ｃ１３と円弧Ｃ４の接続部近傍に配する。

また、本実施例では円弧Ｃ１２の中心を円弧Ｃ３の中央付近（本体１の真後ろ外周近傍）に設けたが、円弧Ｃ１２の中心はその位置に限定するものでなく、また、その曲率半径も３４５ｍｍに限定するものではない。円弧Ｃ１２は円弧Ｃ１１および円弧Ｃ１３の延長線上より前側に膨らまないような円弧であり、さらに本体１左右斜め前４５度近傍まで広がらない円弧であり、その右端は円弧Ｃ１１に、左端は円弧Ｃ１３に滑らかに接続される円弧である。

また、本実施例では本体１の前側の曲面をなす円弧が大きく３つの円弧Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３で構成されているが、３分割でなく、５分割でも７分割でもかまわない。

また、円弧Ｃ１２が円弧でなく直線の場合、本体１の前側半分は略矩形状となり、障害物に対して真正面から近づかない限り、その角部から障害物に接近し、前記角部から接触することになり望ましくない。たとえ前記角部が円弧であったとしても、曲率半径が小さな円弧であり、接触時には接触面積が小さいため、障害物に強い衝撃力を与えやすく、望ましくない。さらに、障害物に斜めに近づく場合と正面から近づく場合とで、本体と障害物との間の隙間の面積が大きく異なるため、掃除性能にばらつきが生じやすい。特に、障害物に斜めに近づくと、本体と障害物との間の隙間の面積が広く、障害物近傍の掃除性能が低くなってしまう。また、実施例１に記したように隅部掃除において本体１を揺動させる場合、前記角部が前壁１１２に頻度よく接触するようになり、望ましくない。よって、本体１の正面は円弧形状となっていることが望ましい。しかし、円弧Ｃ１２が限りなく大きな半径を有する円弧の場合、ほぼ直線と見なすこともでき、円弧Ｃ１２に相当する部分が直線の場合、その直線部は短いほうが望ましく、隅部掃除動作における揺動させる角度に相当する幅より狭くするほうが望ましい。

また、本実施例では駆動輪４ａ、４ｂの中心は本体１の後側の円弧３の中心と略同位置に配しているが、その位置に限定するものではない。実施例１と同様に、大きく後退させずに方向転換が可能であるとともに、回転最小半径を小さくさせるために、駆動輪４ａ、４ｂの中心は本体１の前側の円弧Ｃ１１、Ｃ１３の中心より前側で、かつ本体１の前面より本体１の横幅の半分の距離以上後方に配することが望ましい。

上記のように駆動輪４ａ、４ｂを配置した場合における隅部の掃除は、一端前壁１１２まで本体１を近づけ、実施例１と同様にサイドブラシ６ａ、６ｂにより隅部を掃除させる。ただし、隅部の掃除の後、本体１を後退させてから方向転換させ、前壁１１２に沿って壁際を走行させる。そのとき、本体１が回転しても前壁１１２に接触しない距離以上、つまりは前壁１１２から駆動輪４ａ、４ｂの中心が前側の円弧Ｃ１１、Ｃ１３の半径以上離れるように後退させる。

以上、本発明に関して３つの実施例を示したが、本発明は上記した３つの実施例に限定されるものではなく、さまざまな変形例が含まれる。例えば、後側の円弧Ｃ３を複数の円弧で構成した略円弧形状でもてもかまわない。また、上記した実施例２と実施例３を組み合わせ、前側の円弧Ｃ１を分監し、円弧Ｃ１１、Ｃ１３の中心と後側の円弧Ｃ３の中心が異なる位置にしてもよい。また、上記した構成をすべて含むものでなくても良い。

また、実施例１〜３では、サイドブラシ４ａ、４ｂは隅部まで届く長さを有しているが、たとえ隅部まで届かない長さのサイドブラシの場合でも、隅部手前の塵埃に対し、実施例１に示した隅部掃除動作を行うことで、隅部を検知して停止させたときの本体１の向きのばらつきによりかき出せない塵埃や、床の微小な凹凸などで取り除きにくかった塵埃をより確実に取り除くことが可能になるため、何れかの実施例で示した隅部掃除動作を行うほうが望ましい。

以上のように、上記した３つの実施例は走行性能の悪化を抑えながら、本体１の外周形状を隅部に近づけることができ、隅部にサイドブラシ６ａ、６ｂを届かせやすい構造となり、複雑な制御と複雑な機構を用いずに隅部掃除が可能となる。

１ 自律走行型掃除機本体
２ａ 上ケース
２ｂ 下ケース
３ バンパー
４ 駆動輪
５ 吸口
６ サイドブラシ
２３ 測距センサー
１０１ 自律走行型掃除機
１１１ 側壁
１１２ 前壁

自律走行型掃除機本体と、前記本体の下面に設けられ、各々独立して回転駆動する左駆動輪および右駆動輪と、前記本体の周囲の障害物を検知する障害物検知手段と、前記障害物検知手段からの情報をもとに前記左駆動輪および右駆動輪を自律的に制御する制御手段と、前記本体の底面の左前方又は右前方に設けた回転可能なサイドブラシと、を備えた自律走行型掃除機であって、前記サイドブラシは、略直角に交差する側壁及び前壁に前記本体が略接する場合、該側壁及び該前壁の隅部に届く長さであることを特徴とする。
ことを特徴とする。

Claims (5)

1. 自律走行型掃除機の本体と、
   該本体の下面に設けられ、各々独立して回転駆動する左駆動輪および右駆動輪と、
   前記本体の周囲の障害物を検知する障害物検知手段と、
   該障害物検知手段からの情報をもとに前記駆動手段を自律的に制御する制御手段とを備えた自律走行型掃除機において、
   前記本体の外周を形成する曲面のうち、主に移動させる方向となる前側の曲面の曲率半径は、後側の曲面の曲率半径よりも大きく、かつ、前記前側の曲面の幅は、前記後側の曲面の幅よりも狭いことを特徴とする自律走行型掃除機。
2. 前記本体の前側の曲面をなす円弧の中心は、後側の曲面をなす円弧の中心と略同一もしくは後側の曲面をなす円弧の中心より後方に配することを特徴とする請求項１に記載の自律走行型掃除機。
3. 前記左駆動輪および前記右駆動輪は、前記本体の前後方向の中央より後方に位置することを特徴とする請求項１、または、請求項２に記載の自律走行型掃除機。
4. 前記左駆動輪および前記右駆動輪は、前記本体の前面より本体横幅の半分の距離より後方で、かつ、前記本体の前側の曲面をなす円弧の中心より前方に位置することを特徴とする請求項１、または、請求項２に記載の自律走行型掃除機。
5. 前記本体の斜め前方に前記本体より外側に伸びるサイドブラシを有し、前記サイドブラシは前記本体に略外接する矩形で囲んだときにできる隅部まで届く長さを有していることを特徴とする請求項１、または、請求項２に記載の自律走行型掃除機。

Images