JP2018061703A

JP2018061703A - 自走式電子機器

Info

Publication number: JP2018061703A
Application number: JP2016201827A
Authority: JP
Inventors: 佑毅矢戸; Yuki YATO
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2016-10-13
Filing date: 2016-10-13
Publication date: 2018-04-19

Abstract

【課題】障害物検知センサによる検知エリアの高さ範囲を拡大することができる自走式電子機器を提供すること。
【解決手段】駆動輪を有する走行可能な筐体と、前記筐体の外周部に設けられて進行方向に存在する障害物を検知可能な障害物検知センサを有する検知部と、前記障害物検知センサからの信号に基づいて前記駆動輪を制御する制御部とを備え、
前記検知部は、前記障害物検知センサによる検知エリアの高さ範囲よりも広い高さ範囲において部分的または全体的に障害物を検知可能に構成されたことを特徴とする自走式電子機器。
【選択図】図１

Description

本発明は、自走式電子機器に関し、詳しくは走行時に障害物を検知して回避可能な自走式電子機器に関する。

従来の自走式電子機器として、特許文献１には、ロボット式掃除機が開示されている。
このロボット式掃除機は、シャシと、シャシに取り付けられた支持車輪と、支持車輪を駆動するために支持車輪に連結された駆動手段と、駆動手段を制御する制御機構と、清掃面に面する塵埃空気吸入口を備えた掃除機ヘッドと、シャシに支持され掃除機ヘッドと連通し塵埃空気吸入口を通じて掃除機に吸入された空気から塵埃を分離するための分離装置とを備えている。

また、シャシには、複数のセンサが取り付けられている。センサは、ロボット式掃除機の経路上の障害物（壁、家具等を含む）への接近を検出するものであり、複数の超音波センサおよび複数の赤外線センサが用いられている。

特開２００９−２５４９１９号公報

前記ロボット式掃除機において、厚みの大半を占める分離装置がシャシ上に設けられ、シャシの外周面の下方位置にセンサが配置されている。そのため、ロボット式掃除機は清掃面付近にある障害物をセンサにて検知して障害物を回避しながら走行することができる。

しかしながら、前記ロボット式掃除機の場合、センサの検知エリアよりも上方位置にある、例えば、机またはソファーの脚と脚を連結する水平方向の連結バー、机の幕板および袖引き出しといった障害物をセンサにて検知することは困難である。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、障害物検知センサによる検知エリアの高さ範囲を拡大することができる自走式電子機器を提供することを目的とする。

かくして、本発明によれば、駆動輪を有する走行可能な筐体と、前記筐体の外周部に設けられて進行方向に存在する障害物を検知可能な障害物検知センサを有する検知部と、前記障害物検知センサからの信号に基づいて前記駆動輪を制御する制御部とを備え、
前記検知部は、前記障害物検知センサによる検知エリアの高さ範囲よりも広い高さ範囲において部分的または全体的に障害物を検知可能に構成された自走式電子機器が提供される。

従来の自走式電子機器の場合、複数の障害物検知センサを有する検知部は、各障害物検知センサが筐体の同一の高さ位置に固定されるため、検知エリアの高さ範囲が固定されている。したがって、この高さ範囲よりも少し高い位置にある障害物を検知部にて検知することができず、筐体が障害物に衝突してしまう。
これに対し、本発明の自走式電子機器では、検知部が、障害物検知センサによる検知エリアの高さ範囲よりも広い高さ範囲において部分的または全体的に障害物を検知可能に構成されている。つまり、例えば、（Ｉ）１つの障害物検知センサを高さ方向に移動させる、あるいは（ＩＩ）取り付け高さ位置が異なる複数の障害物センサにて障害物を検知させることにより、検知部の検知エリアの高さ範囲を拡大することができるため、筐体の障害物への衝突を抑制することができる。
（Ｉ）の場合、検知エリアの高さ範囲を低位置、標準位置または高位置というように選択的に設定することにより、検知部が、障害物検知センサによる検知エリアの高さ範囲よりも広い高さ範囲において部分的に障害物を検知することができ、検知エリアの高さ範囲の拡大が可能である。また、（ＩＩ）の場合、検知部が、障害物検知センサによる検知エリアの高さ範囲よりも広い高さ範囲において全体的に障害物を検知することができ、検知エリアの高さ範囲の拡大が可能である。

本発明の実施形態１の自走式電子機器であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は左側面図である。実施形態１の自走式電子機器の内部構成を説明する概略断面図である。実施形態１の自走式掃除機における検知部の高位置状態を示す正面図である。実施形態１の自走式掃除機における低位置の検知部の検知エリアを説明する図である。実施形態１の自走式掃除機における高位置の検知部の検知エリアを説明する図である。本発明の実施形態２の自走式電子機器を示す正面図である。実施形態２の自走式電子機器における検知エリアを説明する図であって、（Ａ）は右側面図、（Ｂ）は平面図である。本発明の実施形態３の自走式電子機器を示す正面図である。実施形態３の自走式電子機器における検知エリアを説明する右側面図である。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１の自走式電子機器であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は左側面図である。また、図２は実施形態１の自走式電子機器の内部構成を説明する概略断面図であり、図３は実施形態１の自走式掃除機における検知部の高位置状態を示す正面図である。
なお、実施形態１では自走式電子機器として自走式掃除機の場合を例示するが、イオン発生器を備えた自走式イオン発生装置にも本発明を適用することができる。

＜自走式掃除機の全体構成について＞
図１〜図３に示すように、この自走式掃除機１０は、主として、左右一対の駆動輪１２および鉛直軸心回りに回動可能な後輪１３を有する走行可能な筐体１１と、筐体１１の外周部に設けられて進行方向に存在する障害物を検知可能な複数の障害物検知センサ２１を有する検知部２０と、障害物検知センサ２１からの信号に基づいて駆動輪を制御する制御部３０とを備える。

筐体１１は、円形の底板部１１ａと、底板部１１ａの外周端縁に沿って設けられた外周部１１ｂと、外周部１１ｂの上端縁部に設けられた円形の天板部１１ｃとを有する円柱形に形成されている。
外周部１１ｂの前半部は、板バネやコイルバネ等の弾性部材によって径方向外方へ付勢されたバンパー１１ｂ₁となっており、このバンパー１１ｂ₁には周方向に延びるスリット１１ｂ₁₁が形成されている。そして、バンパー１１ｂ₁の裏側に検知部２０が設けられ、複数の障害物検知センサ２１がスリット１１ｂ₁₁から外部へ露出している。なお、検知部２０について詳しくは後述する。

底板部１１ａにおいて、前後方向の中間部の左右位置には一対の駆動輪１２を挿通させる開口部（図示省略）が設けられると共に、中間部よりも前方位置には吸込口１１ａ₁が設けられている。
天板部１１ｃにおいて、前後方向の中間部は開閉可能な蓋部１１ｃ₁となっていると共に、蓋部１１ｃ₁よりも前方位置には排気口１１ｃ₂が設けられている。

筐体１１の内部には、前後方向の中間位置に設けられた集塵部４０、集塵部４０よりも前方に設けられた電動送風機５０、集塵部４０よりも後方に設けられたバッテリー６０、集塵部４０の左右位置に設けられた一対の駆動輪１２および各駆動輪１２を正逆回転可能に回転させる駆動モータ等を含む駆動輪ユニット（図示省略）、筐体１１の吸込口１１ａ₁と排気口１１ｃ₂とを集塵部４０および電動送風機５０を介して接続する第１〜第３通風路７１〜７３、およびバッテリー６０の上方に設けられた制御部３０としての制御基板等が設けられている。なお、筐体１１の天板部１１ｃの後部には運転および停止等の操作を行う図示しない操作ボタンが設けられると共に、外周部１１ｂの後部には図示しない充電台にてバッテリー６０に充電するための充電端子８１が設けられている。

集塵部４０は、上方開口部を有する集塵容器４１と、集塵容器４１の上方開口部に着脱可能に嵌め込まれたフィルター４２と、フィルター４２を覆うように集塵容器４１の上端部に接合されるカバー部材４３とを有する。
集塵容器４１を構成する外周壁の下部前側には流入口４１ａが設けられており、この流入口４１ａと筐体１１の吸込口１１ａ₁とが第１通風路７１にて接続されている。
また、カバー部材４３を構成する外周壁の前側には排出口４３ａが設けられており、この排出口４３ａと電動送風機５０の吸気側とが第２通風路７２にて接続されている。

そして、電動送風機５０の排気側と筐体１１の排気口１１ｃ₂とが第３通風路７３にて接続されている。
このように構成された自走式掃除機１０によれば、電動送風機５０が駆動することにより、床面Ｆ上のダストが空気と共に吸込口１１ａ₁から第１通風路７１を通って集塵容器４１内に流入する。なお、図２において、矢印Ａは空気の流れを示している。
集塵容器４１内に流入したダストはフィルター４２にて捕捉され、フィルター４２を通過しダストが除去された空気はカバー部材４３、第２通風路７２、電動送風機５０および第３通風路７３を通って排気口１１ｃ₂から外部へ排出される。

なお、実施形態１の自走式掃除機１０は、吸込口１１ａ₁に配置されて駆動モータにて回転する回転ブラシ、吸込口１１ａ₁の左右側に配置されて駆動モータにて回転するサイドブラシ、筐体１１の底板部１１ａに配置されて床面を検知する床面検知センサ等が設けられていてもよい。

＜検知部について＞
検知部２０は、前記複数の障害物検知センサ２１と、複数の障害物検知センサ２１を保持する円弧状に湾曲した保持プレート２２と、保持プレート２２をバンパー１１ｂ₁の裏面側に取り付ける上下一対の取付プレート２３とを有する。
障害物検知センサ２１としては、超音波センサ、赤外センサ等が挙げられ、実施形態１では、送波部２１ｘａと受波部２１ｘｂとが分離したタイプの超音波センサ２１ｘが用いられている。なお、送波部２１ｘａおよび受波部２１ｘｂはそれぞれ保護用のメッシュ部材にて覆われていてもよい。

具体的には、保持プレート２２の長手方向に４個の送波部２１ｘａと３個の受波部２１ｘｂとが交互に一列で設けられている。つまり、半円弧形の保持プレート２２の長手方向中間点に１個の受波部２１ｘｂが配置され、その左右両側に送波部２１ｘａ、受波部２１ｘｂ、送波部２１ｘａがこの順で配置されている。この場合、送波部２１ｘａと受波部２１ｘｂとは約２５°の中心角度θをもって等間隔に配置されている。また、保持プレート２２の外面に取り付けられた超音波センサ２１ｘの端子部は、保持プレート２２を貫通して内面側のリード線を介して制御部３０と電気的に接続されている。

上下一対の取付プレート２３は、保持プレート２２の上端部と下端部を上下スライド可能にかつバンパー１１ｂ₁と協働して挟み込むよう、バンパー１１ｂ₁の内面におけるスリット１１ｂ₁₁の上側と下側に取り付けられている。
このようにバンパー１１ｂ₁の内面側に取り付けられた保持プレート２２の上端部と下端部は、上下の取付プレート２３とバンパー１１ｂ₁との間の隙間部Ｓを上下方向に移動（摺動）し、隙間部Ｓの奥部に突き当たることにより上下方向への移動可能な範囲が規定されている。この際、保持プレート２２の露出した外面に設けられた図示しない突起部をユーザーが指で上下に移動させることにより、保持プレート２２と共に複数の超音波センサ２１ｘが上下方向に移動する。また、上下移動する際に、任意の位置に止められるように係止機構（図示省略）を設けてもよい。

実施形態１の場合、４個の送波部２１ｘａに対してそれらの間に３個の受波部２１ｂが設けられることにより６組の超音波センサ２１ｘが構成されている。これにより、一の受波部２１ｂは、それに隣接する２つの送波部２１ｘａがそれぞれ発信した超音波による反射波の少なくとも一方を受信可能とされている。
図４は実施形態１の自走式掃除機における低位置の検知部の検知エリアを説明する図であり、図５は実施形態１の自走式掃除機における高位置の検知部の検知エリアを説明する図である。なお、図４において、斜線部分は受波部２１ｘｂの検知エリアＤａを示している。

図１（Ｃ）、図２および図４に示すように、検知部２０を低位置に移動させた自走式掃除機１０にて床面Ｆ上を清掃する場合、各送波部２１ｘａから床面Ｆ付近へ超音波が発信され、進行方向存在する障害物に超音波が当たり、その反射波をいずれかの受波部２１ｘｂにて受信する。
このとき、例えば、自走式掃除機１０の全高が２００ｍｍ程度の場合、受波部２１ｘｂの検知エリアＤａの床面Ｆからの最低高さＨ₁としては２０〜２５ｍｍ程度に設定され、床面Ｆからの最高高さＨ₂としては９５〜１００ｍｍ程度に設定される。これにより、例えば、テーブル、机、椅子、ソファー等の脚部の下端部に高さ２５ｍｍの低い突出部（障害物）Ｂ１が設けられていても、受波部２１ｘｂの検知エリアＤａ内に突出部Ｂ１が入ることにより検知可能となる。なお、検知エリアＤａの高さ範囲Ｄｈ（＝Ｈ₂−Ｈ₁）は、使用する受波部２１ｘｂの固有の特性である。

図３および図５に示すように、検知部２０を高位置に移動させた場合、受波部２１ｘｂの検知エリアＤａの床面Ｆからの最低高さＨ₃としては１２０〜１２５ｍｍ程度に設定され、床面Ｆからの最高高さＨ₄としては１９５〜２００ｍｍ程度に設定される。これにより、例えば、床面Ｆから高さ１５０ｍｍ以上の位置にある机の袖引き出し（障害物）Ｂ２が受波部２１ｘｂの検知エリアＤａ内に入ることにより検知可能となる。

また、検出部２０を図４で示した低位置と図５で示した高位置の間の中間高さ位置（標準高さ位置）に移動させて実施形態１の自走式掃除機１０を使用してもよい（図示省略）。
受波部２１ｘｂにて障害物が検知されると、制御部３０は受波部２１ｘｂからの検出信号に基づいて左右の駆動輪１２を制御して筐体１１が障害物に衝突しないよう回避させる。なお、制御部３０は予め所定のプログラムが記憶されており、状況に応じて筐体１１を直進、後退または旋回させて清掃エリア内を清掃するよう制御する。

このように、実施形態１の自走式掃除機１０によれば、検知部２０の検知エリアＤａを高さ方向（上下方向）に移動させて広い範囲での障害物検知が可能となる。すなわち、検知部２０が筐体１１に固定されていれば検知エリアＤａも固定され、検知エリアＤａよりも上方および下方の障害物検知はできないが、検知部２０を高さ方向に移動させることで検知エリアＤａの高さ範囲Ｄｈを最高高さＨ₄から最低高さＨ₁までの範囲に拡大することができ、高さ方向の広い範囲において選択的（部分的）に障害物を検知することが可能となる。

（実施形態２）
図６は本発明の実施形態２の自走式電子機器を示す正面図である。また、図７は実施形態２の自走式電子機器における検知エリアを説明する図であって、（Ａ）は右側面図、（Ｂ）は平面図である。なお、図６および図７において、図１〜図５中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
実施形態２の自走式掃除機１１０は、検知部１２０の構成が実施形態１と異なる以外は、実施形態１と概ね同様である。以下、実施形態２における実施形態１とは異なる点を主に説明する。

実施形態２の場合、検知部１２０がバンパー１１ｂ₁に固定されている点が実施形態１とは大きく異なる。
詳しく説明すると、検知部１２０は、バンパー１１ｂ₁に周方向に沿って設けられた複数の障害物検知センサ１２１を有し、隣接する２つの障害物検知センサ１２１はそれらの高さ位置が異なるように配置されている。

実施形態２の場合、障害物検知センサ１２１として、送波部と受波部とが一体化されたタイプの超音波センサ１２１ｘが用いられており、上列に４個、下列に３個の超音波センサ１２１ｘが並列している。このとき、上列と下列の各超音波センサ２１ｘは、縦に重ならないよう、周方向に互い違いに配置されている。なお、図７（Ｂ）に示すように、複数の超音波センサ１２１ｘは約２５°の中心角度θをもって等間隔に配置されている。

これらの超音波センサ１２１ｘは、図７（Ａ）と（Ｂ）における斜線部分で示すように、それぞれ個別の（相互に重ならない）検知エリアＤａを有している。なお、図７（Ａ）に示すように、側方から視て、上列の検知エリアＤａと下列の検知エリアＤａは重なった高さ位置にある。
このように検知部１２０が構成されることにより、低位置の障害物は下列の超音波センサ１２１ｘにて検知可能であり、高位置の障害物は上列の超音波センサ１２１ｘにて検知可能であり、上下中間位置の障害物は上列または下列の超音波センサ１２１ｘにて検知可能である。

したがって、実施形態２の自走式掃除機１１０によれば、検知部２０が上列と下列の検知エリアＤａを有することにより広い範囲での障害物検知が可能となる。すなわち、検知部１２０の複数の検知エリアＤａが同一の高さで固定されていると、それらの検知エリアＤａよりも上方および下方の障害物検知はできないが、検知部１２０の複数の検知エリアＤａの高さ位置を異ならせることで検知エリアＤａの高さ範囲Ｄｈを最高高さＨ₄から最低高さＨ₁までの範囲に拡大することができ、高さ方向の広い範囲において全体的に障害物を検知することが可能となる。

（実施形態３）
図８は本発明の実施形態３の自走式電子機器を示す正面図であり、図９は実施形態３の自走式電子機器における検知エリアを説明する右側面図である。なお、図８および図９において、図１〜図７中の要素と同様の要素には同一の符号を付している。
実施形態３の自走式掃除機２１０は、検知部２２０の構成が実施形態２と異なる以外は、実施形態２と概ね同様である。以下、実施形態３における実施形態２とは異なる点を主に説明する。

実施形態３の場合、検知部２２０は、バンパー１１ｂ₁に周方向に沿って設けられた複数の障害物検知センサ１２１を上下２列で有している。
実施形態３の場合も、障害物検知センサ１２１として、送波部と受波部とが一体化されたタイプの超音波センサ１２１ｘが用いられており、上列に７個、下列に７個の超音波センサ１２１ｘが並列している。このとき、上列と下列の各超音波センサ２１ｘは、縦に重なるよう配置されている。

これらの超音波センサ１２１ｘは、図９における斜線部分で示すように、それぞれ個別の検知エリアＤａを有しており、側方から視て、縦に重なる高位置の検知エリアＤａと低位置の検知エリアは一部が相互に重なっている。
このように検知部２２０が構成されることにより、低位置の障害物は下列の超音波センサ１２１ｘにて検知可能であり、高位置の障害物は上列の超音波センサ１２１ｘにて検知可能であり、上下中間位置の障害物は上列または下列の超音波センサ１２１ｘにて検知可能である。

したがって、実施形態３の自走式掃除機２１０によれば、実施形態２と同様に、検知エリアＤａの高さ範囲Ｄｈを最高高さＨ₄から最低高さＨ₁までの範囲に拡大することができ、高さ方向の広い範囲において全体的に障害物を検知することが可能となる。さらに、実施形態２と比べて超音波センサ１２１ｘの数が２倍に増加したため、より高精度な障害物検知を行うことができる。

（その他の実施形態）
１．実施形態１において、送波部２１ｘａと受波部２１ｘｂとが分離したタイプの超音波センサ２１ｘの代わりに、送波部と受波部とが一体化されたタイプの超音波センサを用いてもよい。
２．実施形態２および３において、送波部と受波部とが一体化されたタイプの超音波センサ１２１ｘの代わりに、送波部と受波部とが分離したタイプの超音波センサを用いてもよい。この場合、送波部と受波部が相互に隣接するように配置することが好ましい。

（まとめ）
本発明の自走式電子機器は、駆動輪を有する走行可能な筐体と、前記筐体の外周部に設けられて進行方向に存在する障害物を検知可能な障害物検知センサを有する検知部と、前記障害物検知センサからの信号に基づいて前記駆動輪を制御する制御部とを備え、
前記検知部は、前記障害物検知センサによる検知エリアの高さ範囲よりも広い高さ範囲において部分的または全体的に障害物を検知可能に構成されている。

本発明の自走式電子機器は、次のように構成されてもよく、それらが適宜組み合わされてもよい。
（１）前記障害物検知センサが、前記筐体の外周部に高さ方向移動可能に設けられてもよい。
このようにすれば、検知エリアの高さ範囲を低位置、標準位置または高位置というように選択的に設定することにより、検知エリアの高さ範囲の拡大が可能である。

（２）前記障害物検知センサが、前記筐体の外周部に周方向に沿って複数設けられており、隣接する２つの前記障害物検知センサの高さ位置が異なってもよい。
このようにすれば、検知エリアの高さ範囲を低位置から高位置に亘って常に拡大することができる。

（３）前記筐体が外周部にバンパーを有し、前記バンパーに前記検知部が設けられてもよい。
このようにすれば、障害物がバンパーに衝突したとしても衝撃が緩和されるため、検出部へのダメージを軽減することができる。

（４）前記障害物検知センサが、超音波センサであってもよい。
このようにすれば、障害物の色や材質等による誤検知を回避することができる。

（５）前記筐体内に収容された電動送風機および集塵部をさらに備えてもよい。
このようにすれば、自走式電子機器として床面上のダストを吸引して清掃する自走式掃除機を得ることができる。

なお、開示された実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

本発明の自走式電子機器は、自走式掃除機、自走式イオン発生器等に適用可能である。特に、家庭用の自走式掃除機よりもサイズが大きく高さが高い業務用の自走式掃除機に好適である。

１０自走式掃除機
１１筐体
１１ｂ外周部
１１ｂ₁ バンパー
１２駆動輪
２０、１２０検知部
２１、１２１障害物検知センサ
２１ｘ、１２１ｘ超音波センサ
３０制御部
４０集塵部
５０電動送風機
Ｂ１、Ｂ２障害物
Ｄａ検知エリア
Ｄｈ高さ範囲

Claims

駆動輪を有する走行可能な筐体と、前記筐体の外周部に設けられて進行方向に存在する障害物を検知可能な障害物検知センサを有する検知部と、前記障害物検知センサからの信号に基づいて前記駆動輪を制御する制御部とを備え、
前記検知部は、前記障害物検知センサによる検知エリアの高さ範囲よりも広い高さ範囲において部分的または全体的に障害物を検知可能に構成されたことを特徴とする自走式電子機器。
前記障害物検知センサが、前記筐体の外周部に高さ方向移動可能に設けられた請求項１に記載の自走式電子機器。
前記障害物検知センサが、前記筐体の外周部に周方向に沿って複数設けられており、隣接する２つの前記障害物検知センサの高さ位置が異なる請求項１に記載の自走式電子機器。
前記筐体が外周部にバンパーを有し、前記バンパーに前記検知部が設けられている請求項１〜３のいずれか１つに記載の自走式電子機器。
前記障害物検知センサが、超音波センサである請求項１〜４のいずれか１つに記載の自走式電子機器。
前記筐体内に収容された電動送風機および集塵部をさらに備えた請求項１〜５のいずれか１つに記載の自走式電子機器。