JP3446354B2

JP3446354B2 - 自走式掃除機

Info

Publication number: JP3446354B2
Application number: JP31191994A
Authority: JP
Inventors: 修江口; 昌弘木村; 保道小林; 秀隆藪内; 光康小川; 俊明藤原; 弘文乾; 祥史高木; 崇文石橋; 義貴黒木; 裕之妹尾
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-12-15
Filing date: 1994-12-15
Publication date: 2003-09-16
Anticipated expiration: 2018-09-16
Also published as: JPH08164102A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、清掃機能と移動機能
とを備え、自動的に清掃を行なう自走式掃除機に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、掃除機に移動機能を付加して清掃
時の操作性の向上を図った掃除機が開発されている。特
に最近では、これにマイクロコンピュータと各種センサ
類を搭載した、いわゆる自立誘導型の自走式掃除機の開
発も行なわれている。

【０００３】この種の自走式掃除機は、清掃機能として
本体底部に吸い込みノズルやブラシ等を備え、移動機能
として走行および操舵手段と走行時の障害物を検知する
障害物検知手段と本体の移動方向を検出する方位センサ
と本体の移動距離を計測する距離計測手段とこの方位セ
ンサと距離計測手段より本体の位置を認識する位置認識
手段とを備え、前記障害物検知手段によって清掃場所の
周囲の壁等に沿って移動しながら位置認識手段によって
清掃区域を認識し、その清掃区域内全体を移動して清掃
するものである。

【０００４】加えて、絨毯上を清掃する自走式掃除機に
おいては絨毯目の影響を補正するため、絨毯目検出手段
を備えている。ここで絨毯目とは、絨毯の植毛が、基布
に対して垂直でなくやや斜めであるために生じる毛並み
の性質のことであり、絨毯上を自走式掃除機本体が直進
走行する場合の絨毯目の影響について図８・９に基づい
て説明する。図８は、絨毯のない平坦な床面上で本体を
直進運転させた移動軌跡を示す。この時は絨毯がないの
で当然絨毯目の影響はなく、本体１の移動軌跡は運転者
の希望どおりの方向に直進した実線ａになる。

【０００５】一方、図９に示すように、絨毯目の方向
（毛並みが寝る方向）が例えば左から右である絨毯の上
で本体１を直進運転させると、走行中本体１は、所望の
破線ａの方向を向いているにもかかわらず、絨毯目の影
響により逐次少しづつ右方向に平行移動する。この結
果、移動軌跡は、直線ａから右へ角度θだけずれた実線
ｂになる。この角度θのずれが生じる状態で往復移動し
た時、直進軌跡間で隙間ができて清掃のやり残しが生じ
たり、逆に軌跡間が狭くなって同じ場所を何回か通過し
て清掃面積の効率が低下したり（角度θが大きいと意図
した清掃方向と反対側に進むこともある）する。

【０００６】そこで、この角度θを検出する方法とし
て、図５に示す絨毯目検出手段が考えられた。図５を用
いて従来の自走式掃除機の絨毯目検出手段の構成を説明
する。ローラ４３は床面Ｆに接地し、ローラ軸４６を介
して回転自由にレバー４２に支持されている。レバー４
２はレバー軸４５を介して回動自由に支持軸４１に支持
されている。支持軸４１は本体１に固定された取付台４
８に回転自由に取り付けられており、その回転中心線は
床面Ｆに垂直（ラインｄ）である。一方回転検出器４７
は取付台４８に固定され、支持軸４１の本体１に対する
回転角度を検出する。レバー４２と支持軸４１は、スプ
リング等からなる弾性体４４で連結されており、その力
により、ローラ４３は適切な荷重で床面Ｆに付勢されて
いる。

【０００７】以上の構成により動作は次のようになる。
本体１が走行する時、ローラ４３はローラ軸４６を中心
にして床面Ｆ上を転がることにより、本体１に追従す
る。この時の本体１に対するローラ４３の方向は支持軸
４１に伝達され、回転検出器４７がこれを検出する。

【０００８】上述の絨毯目検出手段による絨毯目検出の
原理を再び図９を用いて説明する。本体１に対して自由
に向きを変えることのできるローラ４３は、これ自体
は、絨毯目の影響をほとんど受けず（発明者らはローラ
４３の接地面積が小さい時に、絨毯目の影響を受けにく
いことを確認している）にあくまで本体１の走行軌跡の
方向を向いて転がることによって、絨毯目を検出でき
る。つまり、本体１が破線ａの方向を向きながらも絨毯
目の影響によって実線ｂに沿って直進する時、ローラ４
３は実線ｂの方向を向いている。この時本体１とローラ
４３の間に相対的な角度差が生じるが、この角度差が、
すなわち前述した絨毯目によって生じる本体１の向き
（破線ａ）と移動軌跡（実線ｂ）とのずれ角度θであ
る。ちなみに、絨毯目の方向が右から左（図と反対向
き）であれば、ずれ角度θは反対向きに生じるし、絨毯
の毛足が長い・植毛密度が高い等により絨毯目の影響が
大きければ（絨毯目が強ければ）、ずれ角度θは大きく
なる。絨毯目検出手段はこの角度θを検出する。さら
に、検出した角度θ、つまり絨毯目の影響により右方向
にずれる分だけ、本体１を左（破線ｃ）に向けて直進さ
せると、走行軌跡としては所望の破線ａを得ることがで
きる。

【０００９】また、方位センサについて簡単に説明をす
ると、これら方位センサとして広く用いられるジャイロ
センサはセンサに与えられる角速度に比例した出力を出
力すものであり、従って自走式掃除機等で角度の検出器
（本体の移動方向、方位センサ）として使用するにはこ
の出力を積分処理を行って角度を求めている。

【００１０】従ってジャイロセンサに与えられる角速度
がゼロであればその出力もゼロであり、その積分結果も
ゼロとなるはずである。しかし、実際にはセンサを構成
する部品、回路の温度特性等の様々な要因から角速度が
ゼロであっても、ジャイロセンサからわずかに出力がな
される。この出力を積分すると当然ながらある程度の角
度を検出したという事になる。この様な角速度ゼロにお
いてジャイロセンサの出力がわずかにされるいわゆるゼ
ロ点ドリフトと呼ばれるものが存在し、このゼロ点ドリ
フトを補正するためにジャイロセンサに角速度が与えら
れていない状態での、ジャイロセンサの出力分をオフセ
ットとして以降の積分処理からキャンセルして角度検出
精度を上げる事が行われている。（以後オフセットキャ
ンセル処理と呼ぶ。）通常このオフセットキャンセル処
理は、数秒間の角速度ゼロでのジャイロセンサの出力を
監視し行われている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】つまり、ジャイロセン
サのオフセットキャンセル処理を実行中には本体を完全
停止状態に保つ事が重要であり、これがなされなかった
場合には以後のジャイロセンサからの出力、ひいては方
位センサの角度出力が正確でなくなり自走式掃除機本体
を精度よく移動制御できず、意図した清掃領域に対し未
清掃領域ができてしまう。

【００１２】このように使用者がオフセットキャンセル
実行中に誤って、本体を動かしてしまった場合や、床面
の傾斜により本体が移動したりしたときに、上記の様に
自走式掃除機本体の移動制御が正常に行われなくなると
いう問題を有していた。

【００１３】本発明はこのような従来の構成の課題を解
決しようとしたものであって、ジャイロセンサのオフセ
ットキャンセル実行中の数秒間、本体の停止状態を監視
し、もし本体が移動していれば、再度オフセットキャン
セルを実行し本体の完全停止状態にオフセットキャンセ
ルを実行することで本体の移動制御を精度よく行う事を
目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めの本発明の第一の手段は、本体を移動させる走行操舵
手段と、塵埃を吸引する清掃手段と、前記本体の走行方
向を検知する方位センサと、前記本体が走行中に絨毯目
の方向と強さを検出する絨毯目検出手段と、前記絨毯目
検出手段の出力が変化していることを検知する変動検出
手段と、前記方位センサの出力を調整する出力調整手段
とを有し、前記変動検出手段の出力に応じて前記出力調
整手段を制御する判断処理部とを備え、前記方位センサ
のオフセットキャンセル実行中に、前記絨毯目検出手段
の出力変化の有無を前記変動検出手段により検知するこ
とで本体が完全停止状態であったか否かを判断して、停
止状態でなければ、前記判断処理部が前記出力調整手段
に信号を出力し、前記方位センサのオフセットキャンセ
ルを再実行させるものである。

【００１５】また前記目的を達成するための本発明の第
二の手段は、本体を移動させる走行操舵手段と、車輪の
回転状態を検知する車輪エンコーダーと、塵埃を吸引す
る清掃手段と、前記本体の走行方向を検知する方位セン
サと、前記方位センサの出力を調整する出力調整手段と
を有し、前記車輪エンコーダーの出力に応じて前記出力
調整手段を制御する判断処理部とを備え、前記方位セン
サのオフセットキャンセル実行中に、前記車輪エンコー
ダーの出力変化の有無を検知することで本体位置が変化
したか否かを監視し、停止状態でなければ前記判断処理
部が前記出力調整手段に信号を出力し、前記方位センサ
のオフセットキャンセルを再実行させるものである。

【００１６】

【作用】本発明の第一の手段は以下のように作用する。

【００１７】絨毯目検出手段は本体が移動した方向を向
こうとするため、本体が移動したり動かされた場合には
それに応じて出力が変化する。判断処理部では方位セン
サー（ジャイロセンサー）に対してオフセットキャンセ
ルを実行中、絨毯目検出手段の出力を監視することで本
体の停止状態を認識する。

【００１８】また本発明の第二の手段によれば、車輪エ
ンコーダーでは車輪の回転速度に比例した出力を、状態
判断手段へ出力し、方位センサは本体の向いている方向
を出力する。

【００１９】車輪エンコーダーは車輪の回転数に比例し
た出力を行うので判断処理部に於いて方位センサー（ジ
ャイロセンサー）に対してオフセットキャンセルを実行
中、車輪エンコーダーの出力を監視することで本体の停
止状態を認識できる。

【００２０】

【実施例】（実施例１）以下、本発明の第１の手段の実施例である自走式掃除機
の構成を図１・図２・図３に基づいて説明する。図２は
本実施例の自走式掃除機の縦断面図、図３は同じく横断
面図（図２の断面Ａ−Ａ）である。１は自走式掃除機の
本体（以下単に本体と称する）、２Ｌ・２Ｒはそれぞれ
本体１の左右に設けた駆動輪で、駆動モータ３Ｌ・３Ｒ
で減速機４Ｌ・４Ｒを介して左右独立に駆動される。

【００２１】５Ｌ・５Ｒはそれぞれ駆動モータ３Ｌ・３
Ｒに接続されたロータリエンコーダ等からなる車輪エン
コーダーで、駆動モータ３Ｌ・３Ｒの軸回転数を検出し
ている。

【００２２】また９は、本体１に回転自在に取り付けた
従輪である。以上、駆動輪２Ｌ・２Ｒ・駆動モータ３Ｌ
・３Ｒ・減速機４Ｌ・４Ｒ・車輪エンコーダー５Ｌ・５
Ｒ・従輪９は本体１を移動させる走行操舵手段を構成し
ている。３１は電源部であり、本体１の全体に電力を供
給している。１２は本体１の周囲に本体１より突出する
接触検知手段で、その表面は弾性材で構成され、本体１
が周囲の壁面・柱・床面からの突起物・段差・家具・人
間等の障害物に接触したときの衝撃を和らげ、かつその
接触を検出する。

【００２３】図１において、２２は本体１の周囲の障害
物までの距離を計測する測距手段で、本体１の周囲に設
けた超音波センサから構成されている。２３は本体１の
方向を計測する方位センサで、２０は車輪エンコーダー
５の出力から移動距離を求め、方位センサ２３からの出
力により角度を得てこれらより本体１の位置を認識する
位置認識手段である。２６は判断処理部２１からの指示
で方位センサ２３の出力調整（オフセットキャンセル）
を行う、出力調整手段である。

【００２４】２４は本体１の走行中に絨毯目の方向と強
さを検出する絨毯目検出手段で、その詳細は、従来の技
術で説明した図５のとおりである。２１は、駆動モータ
３Ｌ・３Ｒを制御し、本体１の走行制御を行なう判断処
理部である。１４は電動送風機、１５は集塵室、１６・
１７はその内部に設けたフィルターである。１８は本体
１の底部に設けた床ノズルで、接続パイプ１９を介して
集塵室１５と連通している。

【００２５】以上、電動送風機１４・集塵室１５・フィ
ルタ１６・１７・床ノズル１８・接続パイプ１９は、清
掃手段を構成している。４５はハンドルで、人が本体１
の移動を操作するときの取っ手となる。

【００２６】次に本実施例の制御構成を図１の制御ブロ
ック図に基づいて説明する。駆動モータ３Ｌ・３Ｒの回
転数を検出する車輪エンコーダー５Ｌ・５Ｒと、測距手
段２２・接触検知手段１２・位置認識手段２３と、絨毯
目検出手段２４の出力は、判断処理部２１に伝達され
る。また、絨毯目検出手段２４の出力に関しては変動検
出手段２５にも伝達される。

【００２７】変動検出手段２５では絨毯目検出手段２４
の出力状態を監視し出力が変化しているか否かを判断し
判断結果を判断処理部２１へ出力する。判断処理部２１
は、これらの出力を判断して駆動モータ３Ｌ・３Ｒに制
御信号を出力し、本体１の移動方向・走行距離を制御す
る。また判断処理部２１は、清掃走行時には清掃手段で
ある電動送風機１４と床ノズル１８に設けた回転式ブラ
シとを駆動する。

【００２８】以上が本実施例の自走式掃除機の構成であ
る。それでは次に、本実施例の動作について説明する。
まず図４に基づいて、自律走行で清掃を行うときの走行
パターンの一例を説明する。清掃区域を四角枠内とす
る。

【００２９】本体１は、まずスタート位置Ｓから前進を
開始する。そして、前方の壁面ｗ１を検出するか、ある
設定距離Ｌ進んだところで停止し、その方向を、清掃を
進める壁面ｗ３側に少し変えながら、今度は後進を始め
る。そして、後方の壁面ｗ２を検出するか、ある設定距
離Ｌ進んだところで停止し、先述同様に方向を変えなが
ら再び前進を始める。以降はこの繰り返しで清掃を進
め、側方の壁面ｗ３を検出するか、所定の往復数に達す
ると自律走行清掃を終了する。この時、前進と後進の一
往復で予め決められた清掃幅Ｗだけ清掃方向に進むよう
走行する。

【００３０】本実施例の自走式掃除機では上述の動作を
開始する際に、本体１の移動方向を検出する方位センサ
２３の基準方向をゼロにクリアした後に動作を開始す
る。

【００３１】また、動作を開始後、一定時間（例えば３
０分）経過した時点で方位センサ２３の精度を維持する
為、再度上記基準方向のクリアを行う。

【００３２】このオフセットキャンセルの実行には通
常、数秒間かかり、方位センサに角速度が加わらないよ
うにする為、本体を完全停止の状態で保つ必要がある。

【００３３】ここで本体１の停止状態を絨毯目検出手段
２４で検出する方法の説明を図６を用いて行う。例え
ば、使用者により方向合わせ等で本体１を時計方向に僅
かながらでも動かされれた場合を想定すると図中、矢印
ＹＬ・ＹＲに示すように左駆動輪２Ｌと右駆動輪２Ｒを
互いに逆方向に回転させられ、本体１が点Ｏを中心に矢
印ＹＯで示すようにその場で方向を変える。次に、この
本体動作に応じた絨毯目検出手段２４のローラ４３の動
きを説明する。

【００３４】まず、図５のようにローラ４３が支持軸４
１に対して駆動軸Ｄの反対側にあるとき、図６のように
本体動作前の絨毯目検出手段２４の出力角度がθ１（仮
基準に対して）であったとする。そしてスピンターン後
は支持軸４１の位置が矢印ＹＪで示すように移動するの
で、出力角度はθ２に変化する。この様に絨毯目検出手
段２４は本体１の動きに応じて必ず出力が変化するもの
である。従ってオフセットキャンセル実行中にこの絨毯
目検出手段２４の出力変化の有無を変動検出手段２５に
より検知し判断処理部２１ではこの結果を基に本体が完
全停止状態であったか否かを判断して停止状態でなけれ
ば出力調整手段２６に信号を出力し方位センサ２３のオ
フセットキャンセルを再実行させるものである。

【００３５】従って方位センサー２３のオフセットキャ
ンセル中に於いて本体の停止状態を判断するには期間中
の絨毯目検出手段２４の出力を監視することで判断でき
る。

【００３６】（実施例２）以下、本発明の第２の手段の実施例である自走式掃除機
を図７のブロック図を用いて説明する。

【００３７】本発明の判断処理部２１はオフセットキャ
ンセル実行中の車輪エンコーダー５の出力を入力してい
る位置認識手段２０からの出力（本体位置が変化したか
否か）を監視しオフセットキャンセル実行中に本体１が
移動したのであれば出力調整手段２６によりオフセット
キャンセルを再実行する。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明の第一の手段によれ
ば、絨毯目検出手段の出力により方位センサのオフセッ
トキャンセル実行中に本体が移動したか否かが判断で
き、本体が移動したのであれば出力調整手段２６により
オフセットキャンセルを再実行するので確実にオフセッ
トキャンセルを実行する事ができる。

【００３９】また、本発明の第二の手段によれば、車輪
エンコーダーの出力により方位センサのオフセットキャ
ンセル実行中に本体が移動したか否かが判断でき、本体
が移動したのであれば出力調整手段２６によりオフセッ
トキャンセルを再実行するので確実にオフセットキャン
セルを実行する事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す自走式掃除機の制
御ブロック図

【図２】本発明の第１、第２の実施例を示す自走式掃除
機の縦断面図

【図３】図２のＡ−Ａ断面図

【図４】同自走式掃除機の自律走行パターンを示す図

【図５】同自走式掃除機の絨毯目検出手段動作を説明す
る図

【図６】同検出手段の作用を説明する図

【図７】本発明の第２実施例を示す自走式掃除機の制御
ブロック図

【図８】従来の自走式掃除機のベアフロア上での直進走
行を示す図

【図９】同自走式掃除機の絨毯上での直進走行および絨
毯目の検知原理を示す図

【符号の説明】

１本体３走行操舵手段５車輪エンコーダ２０位置認識手段２１判断処理部２３方位センサ２４絨毯目検出手段２５変動検出手段４１支持軸４２レバー４３ローラ４７回転検出器

フロントページの続き (72)発明者藪内秀隆大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者小川光康大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者藤原俊明大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者乾弘文大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者高木祥史大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者石橋崇文大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者黒木義貴大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者妹尾裕之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平４−338437（ＪＰ，Ａ) 特開平５−184489（ＪＰ，Ａ) 特開平４−264902（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A47L 9/28 A47L 9/00 102

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】本体を移動させる走行操舵手段と、塵埃
を吸引する清掃手段と、前記本体の走行方向を検知する
方位センサと、前記本体が走行中に絨毯目の方向と強さ
を検出する絨毯目検出手段と、前記絨毯目検出手段の出
力が変化していることを検知する変動検出手段と、前記
方位センサの出力を調整する出力調整手段とを有し、前
記変動検出手段の出力に応じて前記出力調整手段を制御
する判断処理部とを備え、前記方位センサのオフセット
キャンセル実行中に、前記絨毯目検出手段の出力変化の
有無を前記変動検出手段により検知することで本体が完
全停止状態であったか否かを判断して、停止状態でなけ
れば、前記判断処理部が前記出力調整手段に信号を出力
し、前記方位センサのオフセットキャンセルを再実行さ
せる自走式掃除機。
【請求項２】本体を移動させる走行操舵手段と、車輪
の回転状態を検知する車輪エンコーダーと、塵埃を吸引
する清掃手段と、前記本体の走行方向を検知する方位セ
ンサと、前記方位センサの出力を調整する出力調整手段
とを有し、前記車輪エンコーダーの出力に応じて前記出
力調整手段を制御する判断処理部とを備え、前記方位セ
ンサのオフセットキャンセル実行中に、前記車輪エンコ
ーダーの出力変化の有無を検知することで本体位置が変
化したか否かを監視し、停止状態でなければ前記判断処
理部が前記出力調整手段に信号を出力し、前記方位セン
サのオフセットキャンセルを再実行させる自走式掃除
機。