JP2019037493A - 自律走行型掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】環境、床面に応じてごみを取りきることができる自律走行型掃除機を提供する。【解決手段】底面に吸込口１０１を備えるボディ２０と、前記ボディ２０に搭載された吸引ユニット５０と、床面の種類を検知する床面検出センサー７４と、前記ボディ２０を走行させるための駆動ユニット３０と、前記駆動ユニット３０を制御する制御ユニット（図示せず）とを備え、前記制御ユニットは、前記床面検出センサー７４で検出した床面の種類に応じて、前記ボディ２０が弓形走行、クロス走行および４方向走行するように前記駆動ユニット３０を制御するもので、床面の種類に応じてごみを取りきることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、自律走行型掃除機に関する。

従来から、各種の構成要素を搭載するボディ、ボディを移動させる駆動ユニット、メインブラシ、吸引ユニットを備える自律走行型掃除機が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

メインブラシは、ボディに形成される吸込口に配置され、清掃面上に存在するごみを集める。吸引ユニットは、ボディの吸込口からごみを吸引する。

上記特許文献１など多数の文献に開示される自律走行型掃除機は、おおよそ円形状のボディを有する。このボディの形状は、自律走行型掃除機に高い旋回性を付与する。

一方、ここ数年、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ）問題について研究努力がなされてきた。自身の位置推定と周囲の地図を同時に行うための技術が多数提案されている（例えば、特許文献２参照）。一例として、カメラ画像が収集される。当該画像データは、オドメトリ情報と合成されて自律走行型掃除機の走行軌跡、位置を推定することにより、部屋の配置を示す地図を生成する。そして、構築したマップを解析、もしくはユーザ入力に応じて分割して、走行ルート戦略立案やエリア指定掃除指示が可能である。

特開２０１６−０７７８５５号公報 特表２０１５−５１９６７７号公報

しかしながら、上記特許文献に記載されたような従来の自律走行型掃除機の構成では、マップを用いてできるだけ少ない走行パス（回数）、掃除時間になるように走行ルート戦略が決められており、ごみが十分に取りきれないことがある。ユーザーが決めた設定、全体の広さに応じて走行回数を手動、自動的に増やすものもあるが、環境によって絨毯等のごみが残るという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、環境、床面に応じてごみを取りきることができる自律走行型掃除機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の自律走行型掃除機は、底面に吸込口を備えるボディと、前記ボディに搭載された吸引ユニットと、床面の種類を検知する床面検出センサーと、前記ボディを走行させるための駆動ユニットと、前記駆動ユニットを制御する制御ユニットとを備え、前記制御ユニットは、前記床面検出センサーで検出した床面の種類に応じて、前記ボディが弓形走行、クロス走行および４方向走行するように前記駆動ユニットを制御するもので、床面の種類に応じて適切な走行モードでごみを取りきることができる。

本発明の自律走行型掃除機は、環境、床面に応じてごみを確実に取りきる走行動作を実現することができる。

本発明の実施の形態１における自律走行型掃除機の平面図 同自律走行型掃除機の底面図 同自律走行型掃除機の走行制御に関するフローチャート 同自律走行型掃除機の走行制御における走行パターンを示す図

第１の発明は、底面に吸込口を備えるボディと、前記ボディに搭載された吸引ユニットと、床面の種類を検知する床面検出センサーと、前記ボディを走行させるための駆動ユニットと、前記駆動ユニットを制御する制御ユニットとを備え、前記制御ユニットは、前記床面検出センサーで検出した床面の種類に応じて、前記ボディが弓形走行、クロス走行および４方向走行するように前記駆動ユニットを制御するもので、床面の種類に応じてごみを取りきることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の駆動ユニットは、右側のホイールを駆動する右側の走行用モーターと、左側のホイールを駆動する左側の走行用モーターとを備え、制御ユニットは、左右の前記ホイールを前進、後進させるように前記駆動ユニットを制御して、ボディを前進、回転させるようにしたもので、ボディの方向転換が狭い範囲でできるので、被掃除面のごみの吸引漏れを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における自律走行型掃除機の平面図、図２は、同自律走行型掃除機の底面図、図３は、同自律走行型掃除機の走行制御に関するフローチャート、図４は、同自律走行型掃除機の走行制御における走行パターンを示す図である。

本実施の形態における自律走行型掃除機１０は、対象領域の清掃面上を自律的に走行し、清掃面上に存在するごみを吸引するロボット型の掃除機である。なお、対象領域の一例は部屋であり、清掃面の一例は部屋の床面である。

図１および図２に示すように、本実施の形態における自律走行型掃除機１０は、各種の構成要素を搭載するボディ２０、一対の駆動ユニット３０、清掃ユニット４０、吸引ユニット５０、ごみ箱ユニット６０、制御ユニット７０、電源ユニット８０およびキャスター９０などの機能ブロックを備える。

一対の駆動ユニット３０は、ボディ２０を前後、左右など往復可能に移動させる。清掃ユニット４０は、対象領域に存在するごみを集める。吸引ユニット５０は、清掃ユニット４０で集めたごみをボディ２０の内部に吸引する。ごみ箱ユニット６０は、吸引ユニット５０により吸引されたごみを溜める。制御ユニット７０は、駆動ユニット３０、清掃ユニット４０、吸引ユニット５０などを制御する。電源ユニット８０は、駆動ユニット３０、清掃ユニット４０、吸引ユニット５０などに電力を供給する。キャスター９０は、駆動ユニット３０の回転に追従して回転する。

一対の駆動ユニット３０は、ボディ２０の幅方向の中心に対して右側に配置される右側
の駆動ユニット３０と、ボディ２０の幅方向の中心に対して左側に配置される左側の駆動ユニット３０とで構成される。なお、右側または左側のいずれか一方の駆動ユニット３０が第１の駆動ユニットを、他方の駆動ユニット３０が第２の駆動ユニットを構成する。

ここで、自律走行型掃除機１０の幅方向である左右方向は、自律走行型掃除機１０の前進方向を基準に規定される。

ボディ２０は、ボディ２０の下側の外形を形成するロアーユニット１００（図２参照）と、ボディ２０の上側の外形を形成するアッパーユニット２００（図１参照）を組み合わせることにより構成される。

アッパーユニット２００は、図１に示すように、カバー２１０、蓋２２０およびバンパー２３０などを備える。カバー２１０は、アッパーユニット２００の外郭の主要な部分を形成する。蓋２２０は、カバー２１０に対して開閉動作するように設けられる。バンパー２３０は、カバー２１０に対して変位し、衝撃などを緩和する。

ボディ２０の平面形状は、例えば、ルーローの三角形、ルーローの三角形とおおよそ同じ形状を有する多角形、またはこれらの三角形あるいは多角形の頂部にＲが形成された形状を有する。この形状は、ルーローの三角形が有する幾何学的な性質と同一または類似する性質をボディ２０に持たせることに寄与する。

なお、本実施の形態では、図１に示すように、ボディ２０は、例えば、実質的にルーローの三角形と同一の平面形状を有する。

また、ボディ２０は、以下のように複数の外周面および複数の頂部を備える。

複数の外周面の一例は、前面２１、右側の側面２２および左側の側面２２である。前面２１は、自律走行型掃除機１０の前進側に存在する。右側の側面２２は、前面２１に対して右後方側に存在する。左側の側面２２は、前面２１に対して左後方側に存在する。そして、前面２１は、外側に向けて湾曲した曲面で、主としてバンパー２３０に形成される。それぞれの側面２２は、外側に向けて湾曲した曲面形状で、バンパー２３０の側部およびカバー２１０の側部に形成される。

複数の頂部の一例は、右側の前方頂部２３、左側の前方頂部２３および後方頂部２４である。右側の前方頂部２３は、前面２１と右側の側面２２とにより規定される。左側の前方頂部２３は、前面２１と左側の側面２２とにより規定される。後方頂部２４は、右側の側面２２と左側の側面２２とにより規定される。

そして、前面２１と側面２２は、図１に示すように、前面２１の接線Ｌ１と側面２２の接線Ｌ２とのなす角が鋭角となるように形成される。

さらに、右側の前方頂部２３および左側の前方頂部２３は、ボディ２０の最大の幅を規定する。図１に示す例によれば、ボディ２０の最大の幅は、右側の前方頂部２３の頂点と左側の前方頂部２３の頂点との距離、すなわちルーローの三角形が有する２つの頂点の距離に相当する。

ボディ２０は、図２に示すように、ごみをボディ２０の内部に吸引するための吸込口１０１をさらに備える。吸込口１０１は、ボディ２０の底面であるロアーユニット１００の底面に形成される。吸込口１０１は、例えば長方形の形状で形成される。なお、吸込口１０１の長手方向はボディ２０の幅方向と実質的に同一で、短手方向はボディ２０の前後方
向と実質的に同一である。

吸込口１０１は、ボディ２０の底面の前面２１よりの部分に形成される。吸込口１０１の位置関係は、例えば各要素に関する、次の２種類の関係の一方または両方により規定される。１つ目の関係は、吸込口１０１の長手方向に沿う吸込口１０１の中心線（以下では「吸込口１０１の長手方向の中心線」）がボディ２０の前後方向の中心よりもボディ２０の前方側に存在することである。２つ目の関係は、吸込口１０１が一対の駆動ユニット３０よりもボディ２０の前方側に形成されていることである。

吸込口１０１の長手方向の寸法である吸込口１０１の幅は、右側の駆動ユニット３０と左側の駆動ユニット３０との内側の間隔よりも広い。これにより、より広い吸込口１０１の幅を確保する。その結果、吸引ユニット５０により吸引されるごみの量を増加させることに寄与する。

また、駆動ユニット３０は、図２に示すように、ロアーユニット１００の底面側に配置され、複数の要素を備える。駆動ユニット３０は、例えば清掃面上を走行するホイール３３、ホイール３３にトルクを与える走行用モーター３１および走行用モーター３１を収容するハウジング３２を備える。ホイール３３は、ロアーユニット１００に形成された凹部（図示せず）に収容される。そして、ホイール３３は、ロアーユニット１００に対して回転できるようにロアーユニット１００により支持される。

ホイール３３は、走行用モーター３１よりもボディ２０の幅方向の外側に配置される。この配置により、ホイール３３を走行用モーター３１よりも幅方向の内側に配置する場合と比較して、右側のホイール３３と左側のホイール３３との間隔を広くできる。これにより、ボディ２０の安定性の向上に寄与する。

なお、本実施の形態における自律走行型掃除機１０の駆動方式は、対向２輪型である。そのため、右側の駆動ユニット３０と左側の駆動ユニット３０とは、ボディ２０の幅方向において対向して配置される。つまり、図２に示すように、右側のホイール３３の回転軸Ｈおよび左側のホイール３３の回転軸Ｈは、実質的に同軸上に存在する。

このとき、ホイール３３の回転軸Ｈと自律走行型掃除機１０の重心Ｇとの距離は、例えば自律走行型掃除機１０に所定の旋回性能を持たせることを意図して設定される。所定の旋回性能とは、ルーローの三角形の輪郭により形成される四角形の軌跡と同様または類似の軌跡をボディ２０に形成させることができる性能である。具体的には、例えば回転軸Ｈの位置を自律走行型掃除機１０の重心Ｇよりもボディ２０の後方側に設定し、回転軸Ｈと重心Ｇとの距離を所定の距離に設定する。この設定により、ボディ２０と周囲の物体との接触を利用して、上記四角形の軌跡を形成することができる。

また、清掃ユニット４０は、図２に示すように、ボディ２０の内部および外部に配置され、複数の要素を備える。清掃ユニット４０は、例えばブラシ駆動モーター４１、ギアボックス４２およびメインブラシ４３を備える。ブラシ駆動モーター４１およびギアボックス４２は、ボディ２０の内部に配置される。メインブラシ４３は、吸込口１０１の長手方向の寸法とおおよそ同じ長さを有し、ボディ２０の吸込口１０１に配置される。

ブラシ駆動モーター４１およびギアボックス４２は、ロアーユニット１００に取り付けられる。ギアボックス４２は、ブラシ駆動モーター４１の出力軸（図示せず）およびメインブラシ４３に接続され、ブラシ駆動モーター４１のトルクをメインブラシ４３に伝達する。

メインブラシ４３は、ロアーユニット１００に対して回転できるように、軸受部（図示せず）により支持される。軸受部は、例えばギアボックス４２およびロアーユニット１００の一方または両方に形成される。メインブラシ４３の回転方向は、例えば、床面上のごみを後方に掻き上げるように、すなわち回転軌道が清掃面側においてボディ２０の前方から後方に向かう方向に設定される。

吸引ユニット５０は、図１に示すように、ボディ２０の内部に配置され、複数の要素を備える。吸引ユニット５０は、例えばごみ箱ユニット６０の後方側、かつ後述する電源ユニット８０の前方側に配置される。

吸引ユニット５０は、例えばロアーユニット１００（図２参照）に取り付けられるファンケース５２およびファンケース５２の内部に配置される電動ファン５１を備える。電動ファン５１は、ごみ箱ユニット６０の内部の空気を吸引し、電動ファン５１の周方向の外方に空気を吐出する。電動ファン５１から吐出された空気は、ファンケース５２の内部の空間、および、ボディ２０の内部におけるファンケース５２の周囲の空間を通過し、ボディ２０の外部に排気されるようになっている。

ごみ箱ユニット６０は、図２に示すように、ボディ２０の内部において、メインブラシ４３の後方側かつ吸引ユニット５０の前方側で、一対の駆動ユニット３０の間に配置される。ボディ２０およびごみ箱ユニット６０は、ごみ箱ユニット６０がボディ２０に取り付けられた状態、および、ごみ箱ユニット６０がボディ２０から取り外された状態をユーザーが任意に選択できる着脱構造を備えている。

制御ユニット７０は、図１に示すように、ボディ２０の内部において、吸引ユニット５０の後方側に配置される。

また、図１および図２に示すように、本実施の形態における自律走行型掃除機１０は、さらに複数のセンサーを備える。複数のセンサーは、例えば、障害物検出センサー７１、一対の距離測定センサー７２、衝突検出センサー７３および複数の床面検出センサー７４などである。

障害物検出センサー７１は、ボディ２０の前方に存在する障害物を検出する。一対の距離測定センサー７２は、ボディ２０の周囲に存在する物体とボディ２０との距離を検出する。衝突検出センサー７３は、ボディ２０が周囲の物体と衝突したことを検出する。床面検出センサー７４は、ボディ２０の底面に存在する清掃面を検出する。障害物検出センサー７１、距離測定センサー７２、衝突検出センサー７３および床面検出センサー７４の各検出信号は、制御ユニット７０に入力され、それに基づいて自律走行型掃除機１０が制御される。

なお、障害物検出センサー７１は、例えば、図示しない超音波センサーで構成され、発信部および受信部を備える。距離測定センサー７２および床面検出センサー７４は、例えば図示しない赤外線センサーで構成され、発光部および受光部を備える。

衝突検出センサー７３は、例えば接触式変位センサー（図示せず）で構成される。そして、衝突検出センサー７３は、バンパー２３０が物体に接触し、カバー２１０に対して押し込まれることによりオンするスイッチ（図示せず）で構成される。

一対の距離測定センサー７２は、図１に示すように、右側の距離測定センサー７２および左側の距離測定センサー７２で構成される。右側の距離測定センサー７２は、ボディ２０の幅方向の中心に対して右側に配置される。左側の距離測定センサー７２は、ボディ２
０の幅方向の中心に対して左側に配置される。さらに、右側の距離測定センサー７２は右側の前方頂部２３近傍に配置され、ボディ２０の右斜め前方に向けて光（例えば、赤外線）を出力する。

左側の距離測定センサー７２は左側の前方頂部２３近傍に配置され、ボディ２０の左斜め前方に向けて光（例えば、赤外線）を出力する。この配置により、自律走行型掃除機１０が左右のどちらに旋回しても、ボディ２０の輪郭と最も接近した周囲の物体とボディ２０との距離を検出できる。

複数の床面検出センサー７４は、図２に示すように、例えば駆動ユニット３０よりもボディ２０の前方側に配置される前方側の床面検出センサー７４、および駆動ユニット３０よりもボディ２０の後方側に配置される後方側の床面検出センサー７４などで構成される。

本実施の形態における自律走行型掃除機１０は、さらに、電源ユニット８０を備える。電源ユニット８０は、上述したように、駆動ユニット３０、清掃ユニット４０、吸引ユニット５０および障害物検出センサー７１、距離測定センサー７２、衝突検出センサー７３、床面検出センサー７４などに電力を供給する。

電源ユニット８０は、ボディ２０の前後方向の中心よりもボディ２０の後方側で、吸引ユニット５０よりもボディ２０の後方側に配置される。電源ユニット８０は、例えば電池ケース８１、蓄電池８２およびメインスイッチ８３などを備える。電池ケース８１は、ロアーユニット１００に取り付けられる。蓄電池８２は、例えば２次電池などで構成され、電池ケース８１内に収容される。メインスイッチ８３は、電源ユニット８０から各要素への電力の供給および停止を切り替える。

本実施の形態における自律走行型掃除機１０は、さらに、カメラユニット（図示せず）を備える。カメラユニットは、室内の天井、壁を自律的に撮影する。カメラユニットは、制御ユニット７０内のＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）に接続されており、ＣＰＵは自律走行中に撮影された画像を解析して家の空間を識別し、複数の領域に分割した家のマップを生成する。

ＣＰＵは家のマップ情報、および上記各種センサーから得られる情報をもとに走行経路を決定する。決定した走行経路に従った走行を実現するために各種モードが定義され、そのモードに応じて駆動制御を行って走行させる。例えば、外周走行モードでは、外周壁との距離を距離測定センサー７２で測定しながらその距離が一定になるように駆動制御を行い走行する。

以上のように、本実施の形態における自律走行型掃除機１０の電気系が構成されている。

以下に、本実施の形態における自律走行型掃除機１０の動作について、図３、４を用いて説明する。

図３、４において、制御ユニット７０は、自律走行型掃除機１０の室内における走行を以下のように制御する。

まず、制御ユニット７０は、自律走行型掃除機１０を充電台（図示せず）から離脱させて外周壁まで走行させる（Ｓ１）。

次に外周走行モードに入り、自律走行型掃除機１０を壁際に沿って走行させる（Ｓ２）。その走行中、制御ユニット７０は床面検出センサー７４でその床面の素材を判定する（Ｓ３）。例えば、フローリングであるか、毛足の短い絨毯であるか、毛足の長い絨毯であるかといった分類で検知する。

ＣＰＵは、該当する部屋の外周を１周したことをマップ情報、もしくはオドメトリによる位置情報によって検知し（Ｓ４）、次に外周内側エリア走行モードに入る。その際、床面がフローリングである場合は、弓型走行（一方向の走行）（Ｓ７）、毛足の短い絨毯の場合はクロス走行（２方向の走行）（Ｓ８）、毛足の長い絨毯の場合は４方向走行モードになって（Ｓ９）、エリア内の掃除を行う。

これにより、床面に応じた走行パターンを実現し、ごみを取りきることができる。エリア内の掃除を完了すると、未掃除の部屋、エリアが残っているかを判断し（Ｓ１０）、あれば、別の部屋へ移動して（Ｓ１１）再び外周走行モードに入る。そして同様に外周走行中の床面判定結果に応じて外周内側エリアの掃除を行う。

全エリアの掃除を完了したと判定すると、充電台帰還モードになって、自律走行型掃除機１０を充電台まで走行させ、充電台に接続後（Ｓ１２）、掃除を完了する。

本発明にかかる自律走行型掃除機は、環境、床面に応じてごみを取りきることができるもので、高い角清掃能力が要望される家庭用または業務用の自律走行型掃除機をはじめとして、各種の環境において使用される自律走行型掃除機に適用可能である。

１０ 自律走行型掃除機
２０ ボディ
２１ 前面
２２ 側面
２３ 前方頂部
２４ 後方頂部
３０ 駆動ユニット
３１ 走行用モーター
３２ ハウジング
３３ ホイール
４０ 清掃ユニット
４１ ブラシ駆動モーター
４２ ギアボックス
４３ メインブラシ
５０ 吸引ユニット
５１ 電動ファン
５２ ファンケース
６０ ごみ箱ユニット
７０ 制御ユニット
７１ 障害物検出センサー
７２ 距離測定センサー
７３ 衝突検出センサー
７４ 床面検出センサー
８０ 電源ユニット
８１ 電池ケース
８２ 蓄電池
８３ メインスイッチ
９０ キャスター
１００ ロアーユニット
１０１ 吸込口
２００ アッパーユニット
２１０ カバー
２２０ 蓋
２３０ バンパー

Claims (2)

1. 底面に吸込口を備えるボディと、前記ボディに搭載された吸引ユニットと、床面の種類を検知する床面検出センサーと、前記ボディを走行させるための駆動ユニットと、前記駆動ユニットを制御する制御ユニットとを備え、前記制御ユニットは、前記床面検出センサーで検出した床面の種類に応じて、前記ボディが弓形走行、クロス走行および４方向走行するように前記駆動ユニットを制御する自律走行型掃除機。
2. 駆動ユニットは、右側のホイールを駆動する右側の走行用モーターと、左側のホイールを駆動する左側の走行用モーターとを備え、制御ユニットは、左右の前記ホイールを前進、後進させるように前記駆動ユニットを制御して、ボディを前進、回転させるようにした請求項１に記載の自律走行型掃除機。