JP2018061528A - 自走式電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】光学式センサの誤検知のおそれを低減した自走式電気掃除機を提供する。
【解決手段】前方測距センサ２１０は、中央の発光素子と、その両側の受光素子を基板上に水平方向に並べて構成されている。各素子を水平方向に並べることで、水平方向の検出範囲を広くすることができる。また、真ん中に受光素子を設けることで、左右側何れかの発光素子の照射範囲に障害物が存在すれば検出可能となるため、検出範囲を効果的に広げることができる。更に前方距離センサ２１０は、水平方向よりも下向きに取付けられていることにより、外乱光線の影響を受け難く、誤検知のおそれを低減できる。
【選択図】図６

Description

本発明は、自走式電気掃除機に関する。

光学式センサを用いて、周囲の障害物等を検出して、障害物等を回避するように自律的に駆動可能な自走式電気掃除機が知られている。

特許文献１は、発光素子５２及び受光素子５５を上下方向に並べて配置させつつ、誤検知のおそれを低減する構成を開示している（図３）。その際、発光素子５２から放出される赤外線と外部の妨害光線がなす角度θ＋δ、δを利用している（段落００３８、図３、請求項１）。

特開２００６−３００９２７号公報

自走式電気掃除機の様に床面を主に移動する移動体は、水平方向について広く周囲の障害物等を検出可能に構成することが望ましい。しかし、センサの発光素子及び受光素子を鉛直方向に並べると、水平方向の検出範囲を広く確保し難い。

特許文献１は、発光素子及び受光素子を鉛直方向に並べることを前提としており、同一平面内の角度θやδを用いて演算をしている。仮に、発光素子及び受光素子を水平方向に並べようとすると、角度θが異なる平面内の角度となり、虚像の誤検知を抑制するとして特許文献１が開示する演算の前提条件が異なるものとなり、演算ができない又は困難になる。

上記事情に鑑みてなされた本発明の自走式電気掃除機は、発光素子及び受光素子を有する測距センサを有する自走式電気掃除機であって、前記発光素子及び前記受光素子は、略水平方向に並んで配置されており、かつ、水平方向よりも下向きに取付けられていることを特徴とする。

実施形態１に係る自走式電気掃除機の斜視図である。 実施形態１に係る自走式電気掃除機の上ケースとダストケースを取り外した状態の斜視図である。 実施形態１に係る自走式電気掃除機の底面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 実施形態１に係る自走式電気掃除機の上ケースとダストケースを取り外した状態の側面図である。 実施形態１に係る自走式電気掃除機の本体に外乱光線が照射されている場合を示す図である。 実施形態１に係る自走式電気掃除機の前方測距センサの取付構成を示す図である 実施形態１に係る自走式電気掃除機の（ａ）センサカバー５を取付けた前方測距センサ２１０の正面図、（ｂ）センサカバー５の正面図である。 （ａ）図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）図８（ｂ）のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）図８（ａ）のＤ−Ｄ断面図、（ｂ）図８（ｂ）のＥ−Ｅ断面図である。

本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。本発明の各種の構成要素は、必ずしも一の部材で構成される必要はなく、例えば、一の構成要素が複数の部材で構成されること、複数の構成要素が一の部材で構成されること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが互いに重複すること、を許容する。

なお、自走式電気掃除機１（図１参照）が進行する向きのうち、自走式電気掃除機１が通常進行する方向を前方、重力方向と反対の方向を上方、駆動輪１１６（図３参照）が対向する方向を左方及び右方とする。すなわち図１等に示す様に前後、上下、左右を定義する。本実施形態では、自走式電気掃除機１の前方側にサイドブラシ１５が取付けられている。また、本発明の技術的思想は、必ずしも自走式電気掃除機に限られず、床面を主に移動する移動体に適用し得る。

＜実施形態１＞
［自走式電気掃除機１］
図１は、本実施形態に係る自走式電気掃除機１の斜視図である。
自走式電気掃除機１は、掃除領域（例えば、室内）を自律的に移動しながら掃除する掃除機である。自走式電気掃除機１は、上壁（及び一部の側壁）である上ケース１１１、底壁（及び一部の側壁）である下ケース１１２、及び前部に設置されるバンパ１８、を含んで構成される本体１１を備える。上ケース１１１には、スイッチシート２２と、自走式電気掃除機１の制御部２に対してユーザが指令を与える操作ボタンとしての円形操作ボタン２２１及び環形操作ボタン２２２が配置されている。

また、自走式電気掃除機１の上後方側には、ダストケース４が設けられている。本実施形態の自走式電気掃除機１は、制御装置２の演算処理によって自律的に駆動輪１１６を駆動させて清掃するが、リモコン等によってユーザの指令を受けて駆動してもよい。

［下ケース１１２］
図２は上ケース１１１とダストケース４を取り外した状態の斜視図、図３は自走式電気掃除機１の底面図、図４は図１のＡ−Ａ線で切断した断面図、図５は上ケース１１１とダストケース４を取り外した状態の側面図である。
下ケース１１２は、駆動輪１１６、走行モータ１１６１、アーム１１４１、及び減速機構１１４２を含んで構成される駆動機構を収容する駆動機構収容部１１４、並びに、サイドブラシ取付部１１２１、走行モータ１１６１、回転ブラシモータ１１３３、電動送風機１６、充電池１９、充電池１９を収納する電池収容部１１５（図４参照）、制御装置２、及び吸口部１１３が取付られている薄型の円板状の部材である。

下ケース１１２は、側面の下端側、好ましくは下端を含んで、側面全周又は略全周に設けられたバンパーフレーム１１２７を有している。バンパーフレーム１１２７は、側面のその他の部分を形成する部材よりも柔らかい材料で形成されており、例えば、エラストマー等の樹脂材を採用できる。また、バンパーフレーム１１２７は、側面のその他の部分、例えばバンパ１８よりも外周側に出っ張っている。これにより、自走式電気掃除機１が家具等に衝突しても、家具等が破損することを抑制できる。

なお、自走式電気掃除機１は主に前進するため、前方側の側面が家具等に衝突し易い。このため、側面のうち前方側を含んでバンパーフレーム１１２７を設けることが好ましい。

（自走式電気掃除機１のバランス）
本体１１内に設けられる部材中、比較的重量のあるものは、充電池１９及び電動送風機１６である。充電池１９の方が電動送風機１６よりも重いことが多い。本実施形態の本体１１の重量バランスをとるべく、まず、電動送風機１６が下ケース１１２の略中央に設けられており、充電池１９が前側に設けられている。

ここで、下ケース１１２の中心よりも後側には、回転ブラシ１４を収容した吸口部１１３や、掻取りブラシ１３が設けられている。電動送風機１６が中央側（２つの駆動輪１１６の間）、充電池１９が前側にあることから、後側に重量物を設置してバランスをとることが好ましい。このため、本実施形態では、掻取りブラシ１３の内周には、重りが貼付等により固定されている（不図示）。これにより、掻取りブラシ１３内というデッドスペースを有効に活用できる。本実施形態では、回転ブラシ１４より掻取りブラシ１３がより中央から遠い側にあるため、こちらに重りを設ける方が好ましい。もちろん、回転ブラシ１４内に重りを設けても良い。また、重りは、左右のバランスの観点から、本体１１の左右方向の中央側に設ける方が好ましい。このようにして、自走式電気掃除機１の前側に重心が位置するようにしている。これにより、前方測距センサ２１０が上向きになることを抑制している。

［駆動機構収容部１１４］
図３等に示す駆動機構収容部１１４に収容される駆動機構は、駆動輪１１６を本体１１に支持する機構である。駆動機構は、走行モータ１１６１、駆動輪１１６を左右内側から支持するアーム１１４１、及び減速機構１１４２を含む。アーム１１４１は、２つの駆動輪１１６の間に設けられており、一端が前後方向に延在する回動軸、他端が駆動輪１１６に接続した部材であり、回動軸まわりの回動によって駆動輪１１６それぞれを回動させることができる部材である。

［駆動輪１１６］
図３等に示す様に、駆動輪１１６はそれぞれ、減速機構１１４２それぞれを介して走行モータ１１６１それぞれの駆動力を受ける部材である。これにより駆動輪１１６自体が回転することで本体１１を前進、後退、旋回させることができる。駆動輪１１６は、左右両側に配置されている。

［バンパ１８］
バンパ１８は、外部から作用する押圧力に応じて前後方向、好ましくはさらに左右方向、で移動可能に設置されている。バンパ１８は、左右一対のバンパばね（図示省略）によって前方向に付勢されている。バンパ１８を介して障害物からの抗力がバンパばねに作用すると、バンパばねは変形し、バンパ１８を前方向に付勢しつつバンパ１８の後退を許容する。バンパ１８が障害物から離れて抗力がなくなると、バンパばねの付勢力によってバンパ１８は元の位置に戻る。ちなみに、バンパ１８の後退（つまり、障害物との接触）は、バンパセンサ（赤外線センサ）によって検知され、その検知結果が制御装置２に入力される。障害物等の接触位置に応じてバンパ１８の変位量が異なるため、本体１１に対する障害物等の位置を検知することも可能である。

［前方測距センサ２１０］
図５は上ケース１１１とダストケース４を取り外した状態の側面図、図６は本体１１に外乱光線が照射されている場合を示す図である。前方測距センサ２１０は、下ケース１１２及び下ケース１１２より上方に設けた構成の高さ寸法について、下半分側に位置している。また、前方測距センサ２１０は、本体１１前端側、バンパ１８の後側に位置しており、斜め下向きに取付けられている。本体１１の後方から、例えば太陽光や室内灯のように前方測距センサ２１０が使用する波長帯を含む光線が照射される場合を考える。このような外乱光線が、例えば本体１１前方に位置する壁Ｗの上方側で散乱して前方測距センサ２１０の受光素子２１０２に入射すると、自走式電気掃除機１は、壁Ｗが近くにあると誤検知するおそれがある。本実施形態では、前方測距センサ２１０を上述の通り斜め下向きに取付けたり、自走式電気掃除機１の重心を前側にしたりしているので、そのような光による誤検知のおそれを低減できる。

また、自走式電気掃除機１の前方は、自走式電気掃除機１が外乱光線の一部を遮るため、影Ｓが生じる。前方測距センサ２１０は上述の通り下半分側に設けられているので、外乱光線が届き難い影Ｓの領域内に位置し易く、誤検知のおそれを低減できる。前方測距センサ２１０は、下向きになるほど検出範囲が狭くなるが、外乱光線の影響を受けにくくなる。水平方向から１０°以上下向き、好ましくは１３°以上下向きが好ましい。また、水平方向から２５°以下又は２０°以下下向き、好ましくは１７°以下下向きが好ましい。

（前方測距センサ２１０の取付）
図７は前方測距センサ２１０の取付構成を示す図である。円環状のバンパ１８の前方側の空隙には、センサベース１８１が取付けられている。センサベース１８１は、２つの前方測距センサ２１０を左右に並べて取付可能な形状であり、前方測距センサ２１０それぞれは、センサベース１８１に対して、発光素子（例えば、赤外線ＬＥＤ）２１０１及び受光素子（例えば、赤外線フォトトランジスタ）２１０２が略水平方向に並ぶように取付けられる。また、前方測距センサ２１０の前方には、センサカバー５が取付けられる。前方測距センサ２１０及びセンサカバー５は、バンパ１８の領域内に設けられることができる。

図８は（ａ）センサカバー５を取付けた前方測距センサ２１０の正面図、（ｂ）センサカバー５の正面図、図９は（ａ）図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）図８（ｂ）のＣ−Ｃ断面図、図１０は（ａ）図８（ａ）のＤ−Ｄ断面図、（ｂ）図８（ｂ）のＥ−Ｅ断面図である。

前方測距センサ２１０は、基板上に２つの発光素子２１０１及び１つの受光素子２１０２を有しており、それぞれが左右方向に並んでいる。３つの素子のうち、真ん中が受光素子２１０２であり、受光素子２１０２の左右側それぞれに発光素子２１０１が位置している。各素子を水平方向に並べることで、水平方向の検出範囲を広くすることができる。また、真ん中に受光素子２１０２を設けることで、左右側何れかの発光素子２１０１の照射範囲に障害物が存在すれば検出可能となるため、検出範囲を効果的に広げることができる。

センサカバー５は、発光素子２１０１及び受光素子２１０２それぞれ外側周囲を囲む枠部５１、発光素子２１０１及び受光素子２１０２の間に位置し、上下方向に延在する縦部５２、受光素子２１０２周囲を囲む窓部５３、及びセンサベース１８１に取付けられる取付部５４を有している。
枠部５１及び窓部５３の内側は開口しており、センサカバー５を取付けた状態でも、発光素子２１０１及び受光素子２１０２それぞれは前方から目視可能である。
枠部５１は、発光素子２１０１及び受光素子２１０２それぞれの周囲の一部又は全部に位置し、前後方向に出っ張っている部分である。枠部５１のうち、発光素子２１０１の周りに位置する部分は、発光素子２１０１を外力から保護できるように設けられている。この点、発光素子２１０１の照射範囲は広い方が好ましいから、発光素子２１０１の周りには枠部５１を設けなくともよい。枠部５１のうち、受光素子２１０２の周りに位置する部分は、受光素子２１０２を保護したり、受光素子２１０２に入射する光線を制限できる。
なお、枠部５１及び窓部５３は、必ずしも発光素子２１０１及び受光素子２１０２の周囲全周を囲っている必要はない。

縦部５２は、発光素子２１０１及び受光素子２１０２の間に設けられており、発光素子２１０１の光が受光素子２１０２に直接入射することを抑制している。

窓部５３は、或る程度の前後寸法を有しており、枠部５１よりも受光素子２１０２に近い位置に設けられており、受光素子２１０２に入射できる光線を制限している。誤検知を抑制するには、受光素子２１０２に入射できる光線は、受光素子２１０２正面側に制限されることが好ましい一方、発光素子２１０１は広く光線を発射できることが好ましいため、このように構成している。

取付部５４は、一部が前方測距センサ２１０の基板に上下方向で重なる形状で構成されており、基板は、取付部５４を含むセンサカバー５の部分で挟持されることができる。また、取付部５４は、センサベース１８１に係止等、公知の態様で取付けられることができる。

（前方測距センサ２１０による検出の演算）
前方測距センサ２１０の受光素子２１０２は、発光素子２１０１の照射する波長の光の強度に依存して出力が変動する強度依存型にできる。これにより、受光素子２１０２への光の入射角に依存せず、障害物までの距離に応じて概ね決定する光の強度を用いて距離を判定できる。

また、前方測距センサ２１０は、発光素子２１０１を点滅させて用いている。点滅速度は、例えばｍｓオーダにすることができ、これによって、発光素子２１０１の点灯時における受光強度と発光素子２１０１の消灯時における受光強度とを容易に比較できるようになっている。前方測距センサ２１０は、点灯時における受光強度と消灯時における受光強度との差分を用いて障害物の有無を判定している。すなわち、点灯時における受光強度に閾値を設定して判定するのではなく、差分値に閾値を設定して判定している。これにより、例えば外乱光として強さＩの光が受光素子２１０２に入射している場合でも、差分値をとることによって外乱光の影響を消去できる。すなわち、外乱への耐性を向上させることができる。なお、単に点灯時における受光強度を利用して障害物等の判定を行うものとの区別をつけるには、例えば実際に、発光素子２１０１が射出する波長を含む外乱光を受光素子２１０２に照射することで、前方測距センサ２１０が反応するか否かを確認することで行うことができる。

１ 自走式電気掃除機
１１ 本体
１１１ 上ケース
１１２ 下ケース
１１２１ サイドブラシ取付部
１１２２ 補助輪取付部
１１２６ 排気口
１１２７ バンパーフレーム
１１２８ 取付爪係止部
１１３ 吸口部
１１３１ 吸引口
１１３３ 回転ブラシモータ
１１４ 駆動機構収容部
１１４１ アーム（サスペンション）
１１４２ 減速機構
１１５ 電池収容部
１１６ 駆動輪
１１６１ 走行モータ
１１７ 前方蓋
１１８ 気密部材
１１８１ 架橋部
１１８２ 揺動軸
１１８３ 枠体部
１１８４ 取外し爪
１１８５ 付勢部
１１８６ 従動ローラ
１３ 掻取りブラシ
１４ 回転ブラシ
１５ サイドブラシ
１５１ サイドブラシホルダ
１５２ サイドブラシモータ
１５３ 根元弾性部
１５４ 刷毛部
１６ 電動送風機
１６１ 弾性体
１７ 補助輪
１７１ 接地部
１７２ 円板部
１７３ 固定軸
１８ バンパ
１８１ センサベース
１９ 充電池
２ 制御装置
２１ 制御基板
２１０ センサ類（前方測距センサ）
２１０１ 発光素子
２１０２ 受光素子
２１１ センサ類（床面用測距センサ）
２２ スイッチシート
２２１ 円形操作ボタン
２２２ 環形操作ボタン
４ ダストケース
５ センサカバー
５１ 枠部
５２ 縦部
５３ 窓部
５４ 取付部

Claims (7)

1. 発光素子及び受光素子を有する測距センサを有する自走式電気掃除機であって、
   前記発光素子及び前記受光素子は、略水平方向に並んで配置されており、かつ、水平方向よりも下向きに取付けられていることを特徴とする自走式電気掃除機。
2. 前記発光素子及び前記受光素子は、水平方向から下向きに１０°以上２０°以下の範囲に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載の自走式電気掃除機。
3. 前記測距センサは、前記発光素子を２つ及び前記受光素子を１つ有し、前記受光素子を真ん中に配したことを特徴とする請求項１又は２に記載の自走式電気掃除機。
4. センサカバーを有し、
   該センサカバーは、前記受光素子の周りに位置する窓部を有することを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の自走式電気掃除機。
5. 前記センサカバーは、
   前記発光素子の周りに位置する枠部を有し、
   前記窓部は、前記枠部よりも前記受光素子に近い位置に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の自走式電気掃除機。
6. 前記センサカバーは、前記発光素子及び前記受光素子を設けた基板を挟持できることを特徴とする請求項１乃至５何れか一項に記載の自走式電気掃除機。
7. 前記発光素子は、点滅しており、
   前記発光素子の点灯時の受光強度及び前記発光素子の消灯時の受光強度の差分値を用いて障害物の有無を検出することを特徴とする請求項１乃至６何れか一項に記載の自走式電気掃除機。

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