JP2017000308A - 自走式掃除機 - Google Patents

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Abstract

【課題】走行清掃中に自走式掃除機が床面が持ち上げられ走行清掃が中断しても、床面に再び戻されたとき、中断前後の清掃領域が重ならないようにする。
【解決手段】清掃部材を搭載し床面を走行清掃可能な筐体を備え、筐体は走行時に障害物を検知する障害物センサと、筐体の位置と移動方向を監視する監視センサと、筐体が床面から持ち上げられたことを検知する筐体センサと、障害物センサと監視センサと筐体センサの出力を受けて筐体の走行清掃動作を制御する制御部とを備え、制御部は、筐体が障害物を避けながら規則走行で清掃を実行中に、筐体が床面から持ち上げられると走行清掃動作を一時中断させ、所定時間内に筐体が床上に戻されると、中断された規則走行の続きによる清掃動作を中断時の筐体の位置と方向に基づいて実行させる。
【選択図】図6

Description

この発明は、自走式掃除機に関する。
この発明の背景技術としては、予め定められた走行経路に従って走行を行わせる規則走行様式を生成する手段と、走行方向をランダムに変化させる走行を行わせるランダム走行様式を生成する手段とを備え、壁沿いに一周走行を施行してその結果に応じ、規則走行とランダム走行を選択的に行わせるようにした自走式掃除機が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−352707号公報
しかしながら、このような従来の自走式掃除機において、規則走行が選択されて清掃が行われている時に、ユーザが何らかの都合により、自走式掃除機を床から持ち上げたり、操作パネルを操作するなどして、走行を一時停止させることがある。このような場合に、走行が再開されると、規則走行が最初の始点から再び開始されてしまうので、清掃領域が重複し、作業効率が低下するという問題点があった。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、規則走行が中断されたときに、その続きから走行を再開して清掃作業が重複しないようにした自走式掃除機を提供するものである。
この発明は、清掃部材を搭載し床面を走行清掃可能な筐体を備え、筐体は走行時に障害物を検知する障害物センサと、筐体の位置と移動方向を監視する監視センサと、筐体が床面から持ち上げられたことを検知する筐体センサと、障害物センサと監視センサと筐体センサの出力を受けて筐体の走行清掃動作を制御する制御部とを備え、制御部は、筐体が障害物を避けながら規則走行で清掃を実行中に、筐体が床面から持ち上げられると走行清掃動作を一時中断させ、所定時間内に筐体が床上に戻されると、中断された規則走行の続きによる清掃動作を中断時の筐体の位置と方向に基づいて実行させる自走式掃除機を提供するものである。
この発明によれば、自走式掃除機は、規則走行で清浄中に床から持ち上げられて走行清浄が中断されても、所定時間内に床上に戻されると、中断された規則走行の続きによる清掃を行うため、中断前後の清掃領域が重複することがなく、効率のよい清掃を行うことができる。
この発明の第1実施形態に係る自走式掃除機の上面斜視図である。 図1に示す自走式掃除機の底面図である。 図1に示す自走式掃除機の制御回路のブロック図である。 図1に示す自走式掃除機の側面から見た内部構成説明図である。 図1に示す自走式掃除機の走行パターンの一例を示す説明図である。 図1に示す自走式掃除機の走行清掃動作の流れを示すフローチャートである。 図1対応図であり、第2実施形態に係る自走式掃除機の上面斜視図である。 図3対応図であり、図7に示す自走式掃除機の制御回路のブロック図である。 図6対応図であり、図7に示す自走式掃除機の走行清掃動作の流れを示すフローチャートである。 図6対応図であり、図7に示す自走式掃除機の走行清掃動作の流れを示すフローチャートである。 図1対応図であり、第3実施形態に係る自走式掃除機の上面斜視図である。 図3対応図であり、図11に示す自走式掃除機の制御回路のブロック図である。 図6対応図であり、図11に示す自走式掃除機の走行清掃動作の流れを示すフローチャートである。
この発明の自走式掃除機は、清掃部材を搭載し床面を走行清掃可能な筐体を備え、筐体は走行時に障害物を検知する障害物センサと、筐体の位置と移動方向を監視する監視センサと、筐体が床面から持ち上げられたことを検知する筐体センサと、障害物センサと監視センサと筐体センサの出力を受けて筐体の走行清掃動作を制御する制御部とを備え、制御部は、筐体が障害物を避けながら規則走行で清掃を実行中に、筐体が床面から持ち上げられると走行清掃動作を一時中断させ、所定時間内に筐体が床上に戻されると、中断された規則走行の続きによる清掃動作を中断時の筐体の位置と方向に基づいて実行させることを特徴とする。
筐体センサは、筐体の床面対向面に点在する複数の床面検知センサの出力を用い、すべての床面検知センサが床面を検知しないとき筐体が床面から持ち上げられたことを検知してもよい。
筐体が床面から持ち上げられた後に、前記所定時間を超えて床面に戻されたとき、規則走行による清掃動作を最初からやり直してもよい。
走行方式を制御部へ入力する入力部をさらに備え、入力部からランダム走行方式が予め入力されていると、筐体が床面から持ち上げられた後に前記所定時間を超えて床面に戻されたとき、ランダム走行による清掃動作を実行してもよい。
この発明は、別の観点から、清掃部材を搭載し床面を走行清掃可能な筐体を備え、筐体は走行時に障害物を検知する障害物センサと、筐体の位置と移動方向を監視する監視センサと、走行清掃の起動および一時停止指令を入力する入力部と、障害物センサと監視センサと入力からの出力を受けて筐体の走行清掃動作を制御する制御部とを備え、制御部は、筐体が障害物を避けながら規則走行で清掃を実行中に、入力部から一時停止指令をうけると走行清掃動作を一時中断させ、起動指令をうけると、中断された規則走行の続きによる清掃動作を、中断時の筐体の位置と方向に基づいて実行させる自走式掃除機を提供するものである。
なお、この発明において、走行時に障害物を検知する障害物センサには、障害物を超音波で検知する超音波センサ、床面や段差の有無を検知する赤外線センサ、障害物への衝突を検知する機械的センサなどが用いられる。また、筐体の位置と移動方向を監視する監視センサには、例えば、ロータリーエンコーダとジャイロセンサを組合わせて用いられる。
以下、図面に示す第1〜第3実施形態を用いてこの発明を詳述する。これらの実施形態によってこの発明は限定されるものではない。
(第1実施形態)
(1)自走式掃除機の構成
図1はこの発明の第1実施形態に係る自走式掃除機の上から見た斜視図であり、図2は図1に示される自走式掃除機の底面図であり、図3は図1に示す自走式掃除機の制御回路のブロック図である。また、図4は図1に示す自走式掃除機の側面から見た内部構成説明図である。
この発明に係る自走式掃除機(以下、掃除ロボットという)は、床面を自走しながら、床面上の塵埃を空気と共に吸い込み、塵埃を除去した空気を排気することにより床面を掃除する、つまり走行清掃を行うようになっている。
掃除ロボット1Aは、図1に示すように、円盤形の筐体2を備え、この筐体2の上面に排気口41を備える。図2に示すように、底板2aには回転ブラシ3、一対のサイドブラシ4、吸引口11、一対の駆動輪5、後輪7および前輪8、底板2aの周縁に配置された5つの床面検知センサ12、充電用の受電端子4a、4bおよび電源スイッチ(トグルスイッチ)62が設けられている。
なお、筐体2は電気絶縁性材料(例えば、ABS樹脂)を用いて形成されている。また、筐体2は掃除ロボット1Aの移動方向を検知するジャイロセンサ13を内蔵する。床面検知センサ12は、床面に赤外線を照射する発光素子と床面からの反射光を受光する受光素子からなり、床面や床面の段差の有無を検知するようになっている。
また、筐体2内には、図4に示すように吸引口11に接続された吸引路10と、吸引路10の下流側に設けられた集塵部20と、集塵部20の下流側に設けられた電動送風機30と、電動送風機30と排気口41とを接続する排気路50とを備える。また、筐体2の後方には、掃除ロボット1Aの制御回路(後述する)を搭載する制御基板15とバッテリ(蓄電池)14が内蔵されている。集塵部20は集塵ボックス21とフィルタ22から構成される。
筐体2は、図1に示すように、蓋2b1および蓋2b1の後方位置に形成された排気口41を有する平面視円形の天板2bと、底板2aと天板2bの間の外周部に沿って設けられた平面視円環形の側板2cとを備えている。天板2bには掃除ロボット1Aの起動・停止の指令を入力する入力部63が設けられている。
底板2a(図2)には、前述の前輪8および一対の駆動輪5の下部を筐体2内から外部へ突出させる複数の孔部が形成されている。また、側板2cの前方には、図1に示すように掃除ロボット1Aの進行方向の障害物を検出する複数の超音波センサ9が設けられている。
この実施形態では、超音波センサ9は、3つの超音波受信部23aと2つの超音波発信部23bを交互に備える。超音波は超音波発信部23bから障害物へ発信された超音波が超音波受信部23aに反射され障害物が検出される。
一対の駆動輪5(図2)は、筐体2の底板2aと平行な軸5aを中心に回転可能に設けられており、一対の駆動輪5が同一方向に回転すると筐体2が進退し、各駆動輪5が互いに逆方向に回転すると筐体2が回転するようになっている。
一対の駆動輪5の回転軸は、後述する一対の駆動輪用モータからそれぞれ個別に回転力が得られるように連結されており、各駆動輪用モータは筐体2の底板2aの内面に直接またはサスペンション機構を介して固定されている。
前輪8はローラからなり、進路上に現れた段差に接触したとき、筐体2が上りの段差を容易に乗り越えられるよう、駆動輪5が接触する床面から少し浮き上がる位置に筐体2の底板2aに回転自在に設けられている。
後輪7は自在車輪からなり、床面と接触するように筐体2の底板2aの後方部に回転自在に設けられている。
このように、筐体2に対して前後方向の中間に一対の駆動輪5を配置し、前輪8を床面から浮かせ、掃除ロボット1Aの全重量を一対の駆動輪5と後輪7によって支持できるように、筐体2に対して前後方向に重量が配分されている。これにより、進路前方の塵埃を前輪8によって遮ることなく吸込口11に導くことができる。
前述の回転ブラシ3は、筐体2の底板2aと平行な軸を中心に回転可能に吸込口11の入口に設けられている。また、底板2aにおける吸込口11の左右両側のサイドブラシ4は、底板2aと垂直な回転軸を中心に回転するようになっている。
回転ブラシ3は、回転軸であるローラの外周面に螺旋状にブラシを植設することにより形成され、後述する回転ブラシ駆動モータにより駆動される。
サイドブラシ4は、回転軸の下端に放射状に設けられた複数本のブラシ束を有している。サイドブラシ4の回転軸は、筐体2の底板2aの内面に支持されると共に、後述するサイドブラシ駆動モータにより駆動される。
(2)自走式掃除機の制御系の構成
制御基板15(図4)に搭載され掃除ロボット1Aの制御を行う制御回路は、図3に示すように、CPU51、ROM52、RAM53からなるマイクロコンピュータを備える制御部54、2つの駆動輪5をそれぞれ駆動するための駆動輪用モータ55,56を制御するモータドライバ回路57、回転ブラシ3を駆動する回転ブラシ駆動モータ58を制御するモータドライバ回路59、2つのサイドブラシ4をそれぞれ駆動する2つのサイドブラシ駆動モータ70を制御するモータドライバ回路92、電動送風機30に組込まれた直流モータ69を制御するモータドライバ回路68、バッテリ14からの電力を制御回路に入力する電源スイッチ62、各種センサ67を駆動制御するセンサ制御ユニット66、および入力部63を備える。
各種センサ67は、後述するロータリーエンコーダや、前述の床面検知センサ12、超音波センサ9,ジャイロセンサ13などを含む。なお、直流モータ69には、永久磁石励磁直流モータが用いられる。
このような構成において、電源スイッチ62がONになると、バッテリー14の出力電力は、モータドライバ回路57,92,59,68へそれぞれ供給されると共に、制御部54、入力部63、センサ制御ユニット66などへもそれぞれ供給される。
そして、制御部54のCPU51は中央演算処理装置であり、入力部63と各種センサ67から受けた信号を、ROM52に予め記憶されたプログラムに基づいて演算処理し、モータドライバ回路57,92,59、68などへ出力するようになっている。
駆動輪用モータ55,56には掃除ロボット1Aの走行距離を計測するロータリーエンコーダが内蔵され、制御部54はそのロータリーエンコーダの出力とジャイロセンサ13の出力から掃除ロボット1Aの位置と方向角を常に検知(監視)してRAM53に格納する。つまり、モータ55,56のロータリーエンコーダとジャイロセンサ13とによって掃除ロボット1Aの位置と移動方向を監視する監視センサが構成される。
また、入力部63は図1に示すように天板2bに設けられ、使用者が制御部54(図3)へ「起動指令」と「停止指令」を入力するタッチスイッチを備える。
なお、RAM53は、掃除ロボット1Aの各種動作条件や各種センサ65の出力などを記憶するようになっている。
また、RAM53は、掃除機1の走行マップを記憶することができる。走行マップは、掃除機1の走行経路や走行速度などといった走行に係る情報であり、予めユーザーによってRAM53に記憶させるか、あるいは掃除機1自体が掃除運転中に自動的に記録することができる。
(3)自走式掃除機の清掃動作
このように構成された掃除ロボット1Aにおいて、ユーザから入力部63を介して「起動指令」が入力されると、電動送風機30、駆動輪5、回転ブラシ3およびサイドブラシ4が駆動する。
これにより、回転ブラシ3、サイドブラシ4、駆動輪5および後輪7が床面に接触した状態で、筐体2は所定の範囲を自走しながら吸込口11から床面の塵埃を含む空気を吸い込む。このとき、回転ブラシ3の回転によって床面上の塵埃は掻き上げられて吸込口11に導かれる。また、サイドブラシ4の回転によって吸込口11の側方の塵埃が吸込口11に導かれる。
吸込口11から筐体2内に吸い込まれた塵埃を含む空気は、図4に示されるように、筐体2の吸引路10を通り、集塵ボックス21内に流入する。集塵ボックス21内に流入した気流は、フィルタ22を通過し、排気路50を通って排気口41へ排出される。この際、集塵ボックス21内の気流に含まれる塵埃はフィルタ22によって捕獲されるため、集塵ボックス21内に塵埃が堆積する。このようにして、床面上の掃除が行われる。
なお、前述のように、掃除ロボット1Aは左右の駆動輪29が同一方向に正回転して前進し、同一方向に逆回転して後退し、互いに逆方向に回転することにより旋回できる。
例えば、掃除ロボット1Aは、大きな段差(クリフ)に差しかかったときや掃除領域の周縁に到達した場合、および進路上の障害物に接近した場合、床面検知センサ12(図2)やその他の各種センサがそれを制御部54(図3)に通知し、駆動輪5が停止する。次に、左右の駆動輪5を互いに逆方向に回転して向きを変える。
これにより、掃除ロボット1Aは、設置場所全体あるいは所望範囲全体に大きい段差や障害物を避けながら自走して掃除することができる。
なお、掃除ロボット1AはROM52に予め記憶されたプログラムやRAM53に予め格納された走行経路に基づいて所望の走行パターンにより清掃を行うことができる。
図5は掃除ロボット1Aの代表的な走行パターンの一例を示す。
図5(a),(b)は、4つの壁面W1〜W4で囲まれた四角形の部屋における規則走行とランダム走行のそれぞれの走行パターンを示している。
図5(a)の規則走行では、始点Sから出発した掃除ロボット1Aは壁面W1に平行に沿って進行し、壁面W2に接近すると90度だけ反時計方向に回転する。そして、壁面W2に沿って所定ピッチPだけ進行し、再び90度だけ反時計方向に回転する。
次に、壁面W1に平行に進行し、壁面W4に接近すると90度だけ時計方向に回転する。そして、壁面W4に沿って所定ピッチPだけ進行し、再び90度だけ時計方向に回転する。
このような動作がくり返えされて、最終的に掃除ロボット1Aが壁面W3に接近すると、掃除ロボット1Aは壁面W3とW4に沿って進行する。そして、始点Sに重なる位置又は始点Sの近傍の位置の終点Eまで戻ると清掃動作は完了となる。
また、図5(b)のランダム走行では、始点Sから出発した掃除ロボット1Aは壁面W1〜W4のいずれかに向って任意の角度で進行し、1つの壁面に接近すると任意の角度で反射するように他の壁面に向って進行する。このような動作がくり返えされて所定の走行時間又は走行距離だけ走行すると終点Eで清掃動作は完了となる。
なお、このような走行パターンは、適宜、制御部54によって選択されて清掃動作と組合わされる。
ここで、第1実施形態における掃除ロボット1Aの具体的な走行清掃動作の流れを図6に示すフローチャートを用いて説明する。
同図に示すように、電源スイッチ62が投入され(ステップS1)、入力部63から起動指令が入力されると(ステップS2)、掃除ロボット1Aは始点から規則走行にて清掃を開始する(ステップS3)。
そして、走行清掃継続中に(ステップS4)、何らかの理由により、使用者によって掃除ロボット1Aが床から持ち上げられ、それが5つの床面検知センサ12(図2)によって検知されると(ステップS5)、走行清掃動作は中断、つまり一時停止される。この時の掃除ロボット1Aの位置、角度はRAM53に格納される。
そして、所定時間t(例えば、3秒)以内に掃除ロボット1Aが床上に戻され、それが5つの床面検知センサ12によって確認されると(ステップS7,S8)、RAM53に格納されていた中断時の掃除ロボット1Aの位置、角度に基づいて、中断されていた規則走行の続きから清掃動作が再開される(ステップS9)。そして、所定の清掃工程が終了すると、掃除ロボット1Aの作業は完了する(ステップS10)。
なお、ステップS7,S11において、所定時間tをすぎて掃除ロボット1Aが床上に戻された場合には、ルーチンはステップS3へ戻り、掃除ロボット1Aは始点から規則走行にて清掃を開始する。また、ステップS10において、所定の清掃工程が終了していない場合には、ルーチンはステップS4へ戻るようになっている。
このように第1実施形態では、規則走行によって清掃中の掃除ロボットが使用者によって床から持ち上げられても、所定時間内に床へ戻されると、中断された規則走行の続きから清掃が再開されるので、中断前後の清掃領域が重なることなく、効率のよい清掃動作を行うことができる。
(第2実施形態)
図7は第1対応図であり、第2実施形態に係る自走式掃除機の上面斜視図である。図8は図3対応図であり、図7に示す自走式掃除機の制御回路のブロック図である。図9は図6対応図であり、図7に示す自走式掃除機の動作の流れを示すフローチャートである。
第2実施形態では、図7と図8に示すように、第1実施形態の「起動指令」と「停止指令」を入力する入力部63が、「起動指令」と「停止指令」と「ランダム走行指令」を入力する入力部63aに置換されている。その他の構成は、第1実施形態と同等であるので、説明を省略する。
このような構成における第2実施形態の動作の流れを図9に示すフローチャートを用いて説明する。ステップS1〜S10は第1実施形態の流れ(図6)と同等である。
第2実施形態では、ステップS7,S11において、所定時間tをすぎて掃除ロボット1Aが床上に戻された場合、ステップS12において、予め入力部63aから「ランダム走行指令」が入力されているか否かが判定される。
「ランダム走行指令」が予め入力されていると、掃除ロボット1Aはランダム走行で清掃を行い(ステップS13)、掃除ロボット1Aが再度床から持ち上げられない限り(ステップS14)、所定の清掃工程が終了すると、掃除ロボット1Aの作業は完了する(ステップS15)。
ステップS14で掃除ロボット1Aが床から持ち上げられると、走行清掃は中断され(ステップS16)、床上に戻されると、ルーチンはステップS13へ戻り、ランダム走行による清掃が行われる。ステップS12で「ランダム走行指令」が予め入力部63aから入力されていない場合には、ルーチンはステップS3へ戻る。
このように、第2実施形態では、規則走行によって清掃中の掃除ロボットが使用者によって床から持ち上げられ、所定時間を超えて床へ戻された場合には、ランダム走行による清掃に切換えられる。従って、2つの異なる走行方式を用いて清掃を行うので、細かい塵埃に対して良好な清掃が行われる。
(第3実施形態)
図11は図1対応図であり、第3実施形態に係る自走式掃除機の上面斜視図である。図12は図3対応図であり、図11に示す自走式掃除機の制御回路のブロック図である。図13は図6対応図であり、図11に示す自走式掃除機の動作の流れを示すフローチャートである。
第3実施形態では、図11と図12に示すように、第1実施形態の「起動指令」と「停止指令」を入力する入力63が「起動指令」と「停止指令」と「一時停止指令」を入力する入力部63bに置換されている。その他の構成は第1実施形態と同等であるので、説明を省略する。
このような構成における第3実施形態の動作の流れを図13に示すフローチャートを用いて説明する。第1および第2実施形態と同様に電源スイッチ62が投入され(ステップS1)、入力部63bから起動指令が入力されると(ステップS2)、掃除ロボット1Aは始点から規則走行にて清掃を開始する(ステップS3)。そして、走行清掃継続中に(ステップS4)、入力部63bから「一時停止指令」が入力されると(ステップS5a)、走行清掃動作は中断される(ステップS6)。
そして、入力部63bから「起動指令」が入力されると(ステップS7a)、中断されていた規則走行の続きから清掃動作が再開される(ステップS8a)。そして、所定の清掃工程が終了すると、掃除ロボット1Aの作業は終了する(ステップS9a)。なお、ステップS9aにおいて、所定の清掃工程が終了しない場合には、ルーチンはステップS4へ戻る。
このように、第3実施形態では、規則走行によって清掃中の掃除ロボットの動作が使用者によって一時停止(中断)されても、再起動の時には中断された規則走行の続きから清掃が再開されるので、中断前後の清掃領域が重なることがなく、効率のよい清掃動作を行うことができる。
1A 掃除ロボット、 2 筐体、 2a 底板、 2b1 蓋、 2b 天板、 2c 側板、 3 回転ブラシ、 4 サイドブラシ、 4a 受電端子、 4b 受電端子、 5 駆動輪、 7 後輪、 8 前輪、 9 超音波センサ、 10 吸引路、 11 吸引口、 12 床面検知センサ、 13 ジャイロセンサ、 14 バッテリー、 15 制御基板、 20 集塵部、 21 集塵ボックス、 22 フィルタ、 30 電動送風機、 41 排気口、 50 排気路、 62 電源スイッチ、 63 入力部

Claims (5)

  1. 清掃部材を搭載し床面を走行清掃可能な筐体を備え、筐体は走行時に障害物を検知する障害物センサと、筐体の位置と移動方向を監視する監視センサと、筐体が床面から持ち上げられたことを検知する筐体センサと、障害物センサと監視センサと筐体センサの出力を受けて筐体の走行清掃動作を制御する制御部とを備え、制御部は、筐体が障害物を避けながら規則走行で清掃を実行中に、筐体が床面から持ち上げられると走行清掃動作を一時中断させ、所定時間内に筐体が床上に戻されると、中断された規則走行の続きによる清掃動作を中断時の筐体の位置と方向に基づいて実行させる自走式掃除機。
  2. 筐体センサは、筐体の床面対向面に点在する複数の床面検知センサの出力を用い、すべての床面検知センサが床面を検知しないとき筐体が床面から持ち上げられたことを検知する請求項1記載の自走式掃除機。
  3. 筐体が床面から持ち上げられた後に、前記所定時間を超えて床面に戻されたとき、規則走行による清掃動作を最初からやり直す請求項1又は2記載の自走式掃除機。
  4. 走行方式を制御部へ入力する入力部をさらに備え、入力部からランダム走行方式が予め入力されていると、筐体が床面から持ち上げられた後に前記所定時間を超えて床面に戻されたとき、ランダム走行による清掃動作を実行する請求項1又は2記載の自走式掃除機。
  5. 清掃部材を搭載し床面を走行清掃可能な筐体を備え、筐体は走行時に障害物を検知する障害物センサと、筐体の位置と移動方向を監視する監視センサと、走行清掃の起動および一時停止指令を入力する入力部と、障害物センサと監視センサと入力からの出力を受けて筐体の走行清掃動作を制御する制御部とを備え、制御部は、筐体が障害物を避けながら規則走行で清掃を実行中に、入力部から一時停止指令をうけると走行清掃動作を一時中断させ、起動指令をうけると、中断された規則走行の続きによる清掃動作を、中断時の筐体の位置と方向に基づいて実行させる自走式掃除機。
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