JP2017121422A - 自律走行体 - Google Patents

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Abstract

【課題】駆動輪の空転状態から効果的に脱出可能な電気掃除機を提供する。【解決手段】電気掃除機11は、本体ケースと、駆動輪と、制御手段27と、検出手段56とを有する。駆動輪は、本体ケースを走行可能とする。制御手段27は、駆動輪の駆動を制御することで本体ケースを自律走行させる。検出手段56は、駆動輪の空転を検出する。制御手段27は、検出手段56により駆動輪の空転を検出した場合に、本体ケースを一定距離後退させる動作の後、本体ケースを所定の一方向に旋回させて所定距離前進させる動作を複数回連続するように駆動輪の動作を制御する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、自律走行可能な自律走行体に関する。
従来、被掃除面などの走行面を自律走行しながら床面を掃除する、いわゆる自律走行型の電気掃除機(掃除ロボット)が知られている。
このような電気掃除機は、本体ケースと、この本体ケースに設けられた各種センサと、この本体ケースを走行可能とする駆動輪とを備え、この駆動輪の駆動により、センサによって検出した周囲の物体(障害物)などを回避するように走行制御される。
ところで、電気掃除機の走行距離は、例えば駆動輪の回転数に基づいて検出される。通常の掃除領域などであれば、ある程度の距離を直進した場合、確実に障害物や壁などに接近や衝突をし、また段差や仮想壁信号の感知により方向転換が必要になる。したがって、方向転換をすることなく所定距離以上直進していることを検出した場合には、電気掃除機が走行面の段差に引っ掛かるなど、実際には走行しておらず、駆動輪が空転していることが想定されるので、その脱出を試みるように構成されることが望ましい。
駆動輪の空転状態からの脱出方法としては、電気掃除機が旋回と直進とを交互に繰り返す方法が考えられ、特に、電気掃除機を一方向に所定角度旋回させて直進させた後、その反対方向に所定角度旋回させて直進させる、という制御を複数回繰り返すことが考えられる。しかしながら、この方法では、電気掃除機を交互に逆方向に旋回させることから、例えば走行面の障害に対して進入する方向が大きく変わりにくく、最初に空転状態から脱出できないと、空転状態を再度繰り返すおそれがある。
特開２０１５−１５２９４４号公報
本発明が解決しようとする課題は、駆動輪の空転状態から効果的に脱出可能な自律走行体を提供することである。
実施形態の自律走行体は、本体ケースと、駆動輪と、制御手段と、検出手段とを有する。駆動輪は、本体ケースを走行可能とする。制御手段は、駆動輪の駆動を制御することで本体ケースを自律走行させる。検出手段は、駆動輪の空転を検出する。制御手段は、検出手段により駆動輪の空転を検出した場合に、本体ケースを一定距離後退させる動作の後、本体ケースを所定の一方向に旋回させて所定距離前進させる動作を複数回連続するように駆動輪の動作を制御する。
第１の実施形態の自律走行体の内部構造を示すブロック図である。 (a)は同上自律走行体の上面図、(b)は同上自律走行体の下面図である。 (a)は同上自律走行体の空転回避動作の一例を示す説明図、(b)は同上自律走行体の空転回避動作の他の例を示す説明図である。 (a)は同上自律走行体の空転回避動作により駆動輪の空転状態を脱出する状態の一例を示す説明図、(b)は同上自律走行体の空転回避動作により駆動輪の空転状態を脱出する状態の他の例を示す説明図である。 (a)は第２の実施形態の自律走行体の空転回避動作の一例を示す説明図、(b)は同上自律走行体の空転回避動作の他の例を示す説明図である。 (a)は同上自律走行体の空転回避動作により駆動輪の空転状態を脱出する状態の一例を示す説明図、(b)は同上自律走行体の空転回避動作により駆動輪の空転状態を脱出する状態の他の例を示す説明図である。 (a)は第３の実施形態の自律走行体の空転回避動作の一例を示す説明図、(b)は同上自律走行体の空転回避動作の他の例を示す説明図である。
以下、第１の実施形態の構成を、図面を参照して説明する。
図２(a)および図２(b)において、11は自律走行体としての電気掃除機であり、この電気掃除機11は、この電気掃除機11の充電用の基地部となる基地装置としての図示しない充電装置(充電台)とともに電気掃除装置(電気掃除システム)を構成するものである。そして、電気掃除機11は、本実施形態において、走行面としての被掃除面である床面上を自律走行(自走)しつつ床面を掃除する、いわゆる自走式のロボットクリーナ(掃除ロボット)である。
また、この電気掃除機11は、中空状の本体ケース20と、この本体ケース20を床面上で走行させる図１に示す走行部21と、床面などの塵埃を掃除する掃除部22と、センサ部24と、走行部21および掃除部22などを制御するコントローラである制御手段(制御部)27と、これら走行部21、掃除部22、センサ部24および制御手段27などに給電する二次電池28とを備えている。さらに、この電気掃除機11には、例えば充電装置を含む外部装置と通信する通信部などを備えていてもよい。なお、以下、電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向に沿った方向を前後方向(図２(a)などに示す矢印FR，RR方向)とし、この前後方向に対して交差(直交)する左右方向(両側方向)を幅方向として説明する。
図２(a)および図２(b)に示す本体ケース20は、例えば合成樹脂などにより扁平な円柱状(円盤状)などに形成されている。また、この本体ケース20の床面に対向する下面部には、集塵口である吸込口31、および、図示しない排気口などがそれぞれ開口されている。さらに、この本体ケース20には、吸込口31に連通して、集塵部33が設けられている。
走行部21は、複数(一対)の駆動部としての駆動輪34，34、各駆動輪34を駆動させる動作部としての駆動手段である各モータ35(図１)、および、旋回用の旋回輪36などを備えている。
各駆動輪34は、電気掃除機11(本体ケース20)を床面上で前進方向および後退方向に走行(自律走行)させる、すなわち走行用のものであり、左右幅方向に沿って図示しない回転軸を有し、幅方向に対称に配置されている。また、これら駆動輪34は、床面と接触する外周が、例えばゴムやエラストマなどの軟質部材により形成され、床面に対するグリップを向上するように構成されている。
各モータ35(図１)は、例えば駆動輪34のそれぞれに対応して配置されており、各駆動輪34を独立して駆動させることが可能となっている。
旋回輪36は、本体ケース20の下面部の幅方向の略中央部で、かつ、前部に位置しており、床面に沿って旋回可能な従動輪である。
図１に示す掃除部22は、例えば本体ケース20(図２(a))内に位置して塵埃を吸込口31(図２(b))から空気とともに吸い込み排気口から排気する電動送風機41を備えている。この掃除部22には、例えば吸込口31に回転可能に取り付けられて塵埃を掻き上げる回転清掃体としての回転ブラシや、本体ケース20(図２(a))の前側などの両側に回転可能に取り付けられて塵埃を掻き集める旋回清掃部としての補助掃除手段(補助掃除部)であるサイドブラシなどを備えていてもよい。
センサ部24は、例えば本体ケース20(図２(a))の周囲の物体を検出する物体検出手段(物体検出部)としての障害物センサ54、各駆動輪34(各モータ35)の回転数を検出する回転数検出手段(回転数検出部)としての光エンコーダなどの回転数センサ55などを備えている。また、このセンサ部24は、例えば床面の段差を検出する段差検出手段や、床面の塵埃量を検出する塵埃量検出手段などを備えていてもよい。
障害物センサ54は、本体ケース20の周囲の障害物の有無を検出するものである。この障害物センサ54としては、例えば例えば赤外線センサや超音波センサなどの、非接触センサや接触により物体を検出する接触センサなどが用いられる。
回転数センサ55は、測定した駆動輪34(図２(b))またはモータ35の回転数によって、電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))の旋回角度や進行距離を検出するようになっている。したがって、この回転数センサ55は、例えば充電装置などの基準位置からの電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))の相対位置を検出する、位置検出センサである。
制御手段27は、例えば制御手段本体(制御部本体)であるＣＰＵ、このＣＰＵによって読み出されるプログラムなどの固定的なデータを格納した格納部であるＲＯＭ、プログラムによるデータ処理の作業領域となるワークエリアなどの各種メモリエリアを動的に形成するエリア格納部であるＲＡＭ(それぞれ図示せず)などを備えるマイコンである。そして、この制御手段27は、例えば各駆動輪34(図２(b))すなわち各モータ35を駆動して電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))を自律走行させる走行モードと、充電装置を介して二次電池28を充電する充電モードと、動作待機中の待機モードとを有している。また、この制御手段27は、走行モードにおいて、回転数センサ55により検出した電気掃除機11(本体ケース20)の直進距離が所定距離以上となったときに駆動輪34(モータ35)が空転していることを検出する。したがって、これら回転数センサ55と制御手段27とにより、駆動輪34の空転を検出する検出手段(空転検出部)56が構成されている。なお、この空転を判断するための所定距離とは、例えば１０ｍなど、予め設定された固定距離でもよいし、その領域の走行履歴に基づき、過去最大に進んだ直進距離よりも大きい値などに自動的に設定することもできる。
また、二次電池28は、図示しない接続部としての充電端子と電気的に接続されており、これら充電端子が充電装置側と電気的および機械的に接続されることで、この充電装置を介して充電されるようになっている。
次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。
一般に、電気掃除装置は、電気掃除機11が自律走行する走行作業、本実施形態では電気掃除機11によって掃除をする掃除作業と、充電装置によって二次電池28を充電する充電作業とに大別される。充電作業は、充電装置に備えられる充電回路を用いる既知の方法が用いられるため、掃除作業についてのみ説明する。
通常の掃除作業時、電気掃除機11は、例えば予め設定された掃除開始時刻となったときや、リモコンまたは外部装置によって送信された掃除開始の指令信号を受信したときなどのタイミングで、制御手段27が待機モードから走行モードに切り換わり、この制御手段27が各モータ35(各駆動輪34)を駆動させ充電装置から離脱する。
次いで、電気掃除機11は、障害物センサ54により、本体ケース20の周囲の障害物を検出し、この検出した障害物を回避するように走行しながら、掃除部22によって掃除を行う。具体的に、電気掃除機11は、直進と、障害物を回避するための後進や方向転換とを繰り返しながら、領域全体を走行する。直進や後進の際には、制御手段27は、各モータ35(各駆動輪34)を同方向(前進方向または後進方向)に同回転数(同速度)で回動させる。また、方向転換の際には、制御手段27は、各モータ35(各駆動輪34)の回転数(回動速度)や回動方向を互いに異ならせる。本実施形態では、方向転換の際に、各モータ35(各駆動輪34)を互いに反対方向に同回転数(同速度)で回動させることにより、電気掃除機11(本体ケース20)がその場で旋回(超信地旋回)するように制御される。
掃除部22では、制御手段27により駆動された電動送風機41により床面の塵埃を、吸込口31を介して集塵部33へと捕集する。そして、掃除が完了した場合、あるいは掃除作業中に二次電池28の容量が所定量まで低下して掃除や撮像を完了させるのに不足している(二次電池28の電圧が放電終止電圧近傍まで低下している)などの所定条件時には、電気掃除機11では、充電装置に帰還するように制御手段27によって各モータ35(各駆動輪34)の動作を制御する。
このとき、検出手段56では、駆動輪34の空転を検出している。すなわち、通常の領域を走行する際、電気掃除機11はある程度直進すると、センサ部24により障害物を検出し、この障害物を回避するように方向を転換するため、回転数センサ55の検出により電気掃除機11(本体ケース20)が方向転換することなく所定距離以上直進していると制御手段27が判断した場合、検出手段56は、電気掃除機11がスタックなどして駆動輪34が空転しているものと判断する。
この空転を検出すると、制御手段27は、空転回避動作を行うようにモータ35(駆動輪34)の動作を制御する。
具体的に、制御手段27は、まず、電気掃除機11(本体ケース20)を一定距離後退させる。すなわち、制御手段27は、各モータ35(各駆動輪34)を後進方向に同回転数(同速度)で回動させる。これは、通常、電気掃除機11がスタックなどにより駆動輪34が空転する場合、電気掃除機11(本体ケース20)が直進したときに段差などに引っ掛かったり乗り上げたりしたことが原因と考えられることから、そのまま電気掃除機11(本体ケース20)を前進させても空転状態が解消するとは考えにくいので、電気掃除機11(本体ケース20)を一旦後退させることで、引っ掛かりや乗り上げを解消できる可能性が向上する。
次いで、制御手段27は、電気掃除機11(本体ケース20)を所定の一方向に旋回させて所定距離前進させる動作を複数回、例えば２回連続して行う。すなわち、制御手段27は、各モータ35(各駆動輪34)の一方を前進方向に、他方を後進方向に互いに同回転数(同速度)で回動させることで、電気掃除機11(本体ケース20)を前進方向に対して一方向に所定角度(４５°以上、例えば６０°)旋回させて、前進方向を変えた後、制御手段27は、各モータ35 (各駆動輪34)をそれぞれ前進方向に互いに同回転数(同速度)で回動させることで、電気掃除機11(本体ケース20)を所定距離(例えば１０ｍ)前進させる動作を、複数回(２回)行う。
この動作による電気掃除機11(本体ケース20)の走行軌跡TRを図３(a)もしくは図３(b)に示す。図３(a)は、電気掃除機11(本体ケース20)を右側に旋回させる例を示し、図３(b)は、電気掃除機11(本体ケース20)を左側に旋回させる例を示す。この図３(a)、図３(b)に示す例では、電気掃除機11(本体ケース20)が実際にスタックしておらず、そのまま走行しているが、例えば図４(a)もしくは図４(b)に示すように、電気掃除機11が段差Ｄなどに引っ掛かって駆動輪34が空転している場合には、上記のような走行制御により、段差Ｄに対してまず右６０°または左６０°の角度で進入した後、段差Ｄから離れる方向(３０°遠ざかる方向)に走行することとなり(図４の走行軌跡TR)、段差Ｄでの空転状態から脱出できる可能性が向上する。電気掃除機11は、これらの少なくとも一方の走行制御を行えればよいが、双方の走行制御を可能とし、必要に応じて選択してもよい。なお、電気掃除機11(本体ケース20)を旋回させる角度は、複数回続けて同じ角度でもよいし、少なくとも１回は他の回と異なる角度としてもよい。また、電気掃除機11(本体ケース20)を２回目以降旋回させる際には、一旦電気掃除機11(本体ケース20)を後進させ、その後に旋回をさせるようにしてもよい。
また、制御手段27は、上記の空転回避動作をしても駆動輪34の空転を検出手段56が検出する場合、モータ35(駆動輪34)の駆動を停止させる。この停止の際には、例えばランプや音声によりユーザに報知したり、電子メールをユーザが保有する外部装置に送信して報知するなどにより、領域内での駆動輪34の空転をユーザに認識させ、床面をより走行しやすい状態に改善することを促すこともできる。
上述したように、上記第１の実施形態によれば、検出手段56により駆動輪34の空転を検出した場合に、本体ケース20(電気掃除機11)を一定距離後退させる動作の後、本体ケース20(電気掃除機11)を所定の一方向に旋回させて所定距離前進させる動作を複数回連続するように駆動輪34の動作を制御することで、床面の段差などの障害に対して電気掃除機11(本体ケース20)が進入する方向を大きく変えることができ、駆動輪34の空転状態から効果的に脱出可能となる。
すなわち、同方向に複数回旋回・直進を繰り返すことにより、一方向の旋回と他方向の旋回とを交互に繰り返す場合と比較して、最終的には床面の段差などの障害に対して離れる方向(障害に向かう方向と反対方向の成分を有する方向)へと電気掃除機11(本体ケース20)を直進させるように方向転換しやすく、再度障害に向かって直進することにより駆動輪34が空転をすることを抑制できる。
また、空転回避動作の後、検出手段56により駆動輪34の空転を検出した場合には、駆動輪34の動作を停止させることで、不必要に駆動輪34を空転させ続けたり、二次電池28を浪費したりすることを抑制できる。
次に、第２の実施形態を図５を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。
この第２の実施形態は、上記第１の実施形態の空転回避動作として、制御手段27が、電気掃除機11(本体ケース20)を一定距離後退させる動作の後、電気掃除機11(本体ケース20)を所定の一方向に旋回させて所定距離前進させる動作を複数回連続する第１動作と、電気掃除機11(本体ケース20)を一方向と反対方向である他方向に旋回させて所定距離前進させる動作を複数回連続する第２動作とを交互に行うように駆動輪34(モータ35)の動作を制御するものである。
具体的に、本実施形態では、上記第１の実施形態と同様にして、第１動作時には、制御手段27が、電気掃除機11(本体ケース20)を一旦所定距離後退させた後、一方向に旋回させて所定距離直進させる動作を例えば２回繰り返した後、第２動作時には、制御手段27が、電気掃除機11(本体ケース20)を他方向に旋回させて所定距離直進させる動作を例えば２回繰り返す。上記第１の実施形態と同様に、第１動作時、または第２動作時に電気掃除機11(本体ケース20)を旋回させる角度は、複数回続けて同じ角度でもよいし、少なくとも１回は他の回と異なる角度としてもよい。また、第１動作時の旋回角度と第２動作時の旋回角度も同一でもよいし異なっていてもよい。
この動作による電気掃除機11(本体ケース20)の走行軌跡TRを図５(a)もしくは図５(b)に示す。図５(a)は、電気掃除機11(本体ケース20)を最初に右側に２回連続して旋回させた(走行軌跡TR1)後、左側に２回連続して旋回させる(走行軌跡TR2)例を示し、図５(b)は、電気掃除機11(本体ケース20)を最初に左側に２回連続して旋回させた(走行軌跡TR1)後、右側に２回連続して旋回させる(走行軌跡TR2)例を示す。この図５(a)、図５(b)に示す例でも、電気掃除機11(本体ケース20)が実際にスタックしておらず、そのまま走行しているが、例えば図６(a)もしくは図６(b)に示すように、電気掃除機11が実際に段差(障害)Ｄに引っ掛かって駆動輪34が空転している場合には、上記のような走行制御により、上記第１の実施形態と同様に段差Ｄでの空転状態から脱出した後、この段差Ｄを回避して、この段差Ｄの近傍の位置から、換言すれば走行開始時の位置よりも壁などの障害物Ｏに接近した位置から、最初に空転を検出するまで前進していた方向と同じ方向にさらに進むこととなる。この結果、空転状態から脱出できていれば、ある程度直進した段階でセンサ部24により障害物Ｏを検出しやすくなり、空転状態から脱出できていなければ障害物を検出しないことから、空転状態を脱出したか否かをより判断しやすくなる。
次に、第３の実施形態を図７を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。
この第３の実施形態は、上記第２の実施形態の空転回避動作において、第１動作時には、電気掃除機11(本体ケース20)を一方向に旋回させて前進させる距離をその直前に電気掃除機11(本体ケース20)を一方向に旋回させて前進させたときの距離以下とし、第２動作時には、電気掃除機11(本体ケース20)を他方向に旋回させて前進させる距離をその直前に電気掃除機11(本体ケース20)を他方向に旋回させて前進させたときの距離より大きくするように制御手段27が駆動輪34(モータ35)の動作を制御するものである。
すなわち、第１動作時には、旋回と直進とを繰り返す度に直進距離が短くなるように、換言すれば、例えばＭ回(Ｍは２以上の自然数、本実施形態では２)連続して電気掃除機11(本体ケース20)を旋回・直進させる際に、ｍ回目(ｍは２≦ｍ≦Ｍの自然数)の旋回の後の直進距離が、(ｍ−１)回目の旋回の後の直進距離以下となるように制御手段27が駆動輪34(モータ35)の動作を制御する。
また、第２動作時には、旋回と直進とを繰り返す度に直進距離が長くなるように、例えばＮ回(Ｎは２以上の自然数、本実施形態では２)連続して電気掃除機11(本体ケース20)を旋回・直進させる際に、ｎ回目(ｎは２≦ｎ≦Ｎの自然数)の旋回の後の直進距離が、(ｎ−１)回目の旋回の後の直進距離より大きくなるように制御手段27が駆動輪34(モータ35)の動作を制御する。
この動作による電気掃除機11(本体ケース20)の走行軌跡TRを図７(a)もしくは図７(b)に示す。図７(a)は、電気掃除機11(本体ケース20)を最初に右側に２回連続して旋回させた(走行軌跡TR1)後、左側に２回連続して旋回させる(走行軌跡TR2)例を示し、図７(b)は、電気掃除機11(本体ケース20)を最初に左側に２回連続して旋回させた(走行軌跡TR1)後、右側に２回連続して旋回させる(走行軌跡TR2)例を示す。
この結果、空転回避動作を行ったときに仮に空転状態から脱出できない場合に、同じ箇所で必要以上に駆動輪34を空転させ続けることを抑制できる。そのため、例えば駆動輪34の外周の軟質部材が床面と擦れて床面に色移りなどが生じたりするなどの問題が生じにくい。
なお、上記第２および第３の実施形態において、第１動作で旋回・直進を繰り返す回数と、第２動作で旋回・直進を繰り返す回数とを同数(２回ずつ)としたが、これらの回数(ＭとＮ)は異なっていてもよい。
また、上記各実施形態において、自律走行体は電気掃除機11としたが、掃除部22などの掃除機能を備えない自律走行体とすることもできる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、駆動輪34の空転状態から効果的に脱出でき、より様々な床面上で電気掃除機11(本体ケース20)のスタックなどを抑制しつつ自律走行させることができる。したがって、より複雑な領域の掃除が可能となる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
11 自律走行体としての電気掃除機
20 本体ケース
27 制御手段
34 駆動輪
56 検出手段

Claims (4)

  1. 本体ケースと、
    この本体ケースを走行可能とする駆動輪と、
    この駆動輪の駆動を制御することで前記本体ケースを自律走行させる制御手段と、
    前記駆動輪の空転を検出する検出手段とを具備し、
    前記制御手段は、前記検出手段により前記駆動輪の空転を検出した場合に、前記本体ケースを一定距離後退させる動作の後、前記本体ケースを所定の一方向に旋回させて所定距離前進させる動作を複数回連続するように前記駆動輪の動作を制御する
    ことを特徴とした自律走行体。
  2. 制御手段は、空転回避動作の後、検出手段により駆動輪の空転を検出した場合には、前記駆動輪の動作を停止させる
    ことを特徴とした請求項１記載の自律走行体。
  3. 制御手段は、検出手段により駆動輪の空転を検出した場合に、本体ケースを一定距離後退させる動作の後、前記本体ケースを所定の一方向に旋回させて所定距離前進させる動作を複数回連続する第１動作と、前記本体ケースを前記一方向と反対方向である他方向に旋回させて所定距離前進させる動作を複数回連続する第２動作とを交互に行うように前記駆動輪の動作を制御する
    ことを特徴とした請求項１または２記載の自律走行体。
  4. 制御手段は、第１動作時には、本体ケースを一方向に旋回させて前進させる距離をその直前に前記本体ケースを一方向に旋回させて前進させたときの距離以下とし、第２動作時には、前記本体ケースを他方向に旋回させて前進させる距離をその直前に前記本体ケースを他方向に旋回させて前進させたときの距離より大きくするように駆動輪の動作を制御する
    ことを特徴とした請求項３記載の自律走行体。
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