JP3713735B2 - Self-propelled vacuum cleaner - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は清掃機能と移動機能とを備えた自走式掃除機に関するもので、特に静止時や移動機能の停止時における信頼性向上に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、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おり、一般にはマイクロコンピュータと各種センサ類を塔載することにより、清掃場所を自分で判断しながら移動し清掃する、いわゆる自立誘導型の自走式掃除機の開発が行われている。
【0003】
図10に従来の自走式掃除機の断面図を、図11に同自走式掃除機の清掃経路を示し、以下簡単に説明する。
【0004】
図中、1は進行方向の前方に存在する障害物を検知する距離センサ、2は自走式掃除機本体(以下、本体と称す)で、前記距離センサ1からの信号を処理し、本体2の移動方向や移動状態を制御する駆動装置(図示せず)を内蔵している。
【0005】
また本体2の下部には、前記駆動装置からの信号で左右それぞれ独立に駆動される一対の操舵兼駆動輪3と、首振り自在な補助輪4と、障害物から本体2を保護するためのバンパー5が設けられており、移動機能を構成している。また、本体2の下部にはさらに吸い込みノズルや回転ブラシなどを(図示せず)を備え、それぞれを清掃モータで駆動する清掃機能を構成している。6は本体2に備えられた充電端子、7はこれに対向する位置の充電装置8に備えられた給電端子である。
【0006】
また9は充電装置8に内蔵された充電回路である。なお、本体2には電源として蓄電池などの充電可能な電源が内部(図示せず)に備えられている。また10はこの本体2が清掃を行う床面である。
【0007】
以上の構成で、まず図11の様に本体2は側壁との距離を一定に保ちながら壁に沿って床面10を清掃しながら一周する。その後、慣性航法手段などを利用して走行制御を行い、その内部を進行方向の障害物を距離センサ1で検知するまで床面10を清掃しながら前進し、障害物を検知した時点で方向を変えながら前進して清掃区域を隈なく清掃するものである。なお、走行に際しての処理は一般にマイクロコンピュータが用いられている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記の自走式掃除機では、マイクロコンピュータ内部での処理時間を要するため、この時間は本体2は空走するので、停止距離が延びてしまい最短距離で停止できない。つまり、走行速度が高速になるにつれて障害物に衝突する危険性が高まるという移動機能面での課題があり、特に緊急停止時にはこの課題は極めて重要であった。
【0009】
さらにマイクロコンピュータは電源電圧立ち上がり時には初期化作業が必要なため、その出力論理の不定時間が長くなり出力が安定せず走行系が誤起動してしまうという危険性があった。
【0010】
本発明はこのような従来の課題を解決するもので、緊急停止時には最短の距離で停止し、またマイクロコンピュータの動作不定時間内にも確実に静止する機能の信頼性を向上させた自走式掃除機を提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明の第一の手段は、掃除機本体を移動させる走行モータと、前記走行モータを駆動する走行モータ駆動部と、前記掃除機本体の走行を強制停止させる信号を発生する強制停止信号発生部と、前記強制停止信号発生部の出力を受け動作を開始する第一のタイマー部と、前記本体の走行すべき方向や速度を演算したり、強制停止信号発生部からの信号により停止すべき方向や速度を演算する走行演算部と、前記走行演算部からの出力により走行モータの速度を与える速度演算部と、走行モータの前進方向信号を与える前進方向演算部と、走行モータの後退方向信号を与える後退方向演算部と、前記速度演算部、前進方向演算部、後退方向演算部からの出力により前記走行モータ駆動部に走行論理を与えたり、前記第一のタイマー部からの出力に応じて前記走行モータ駆動部にブレーキ論理を与える走行論理部と、前記各部に動作電源を与える直流電圧発生部と、これら全体を動かす電源である直流電源部とを備え、前記強制停止信号発生部のスイッチが動作すると第一のタイマー部および走行演算部に出力され、該第一のタイマー部は、強制停止信号発生部動作時からの時間測定を開始すると共に、前記走行演算部に信号が入力されてから速度演算部、前進方向演算部、後退方向演算部にて各々演算処理され、信号が出力されるまでの時間、前記走行論理部に出力して、該走行論理部から前記走行モータ駆動部にブレーキ信号を出力するように構成されている。
【0012】
【作用】
前記第一の手段によれば、強制停止信号発生部の信号は、走行演算部に伝えられると同時に第一のタイマー部から走行論理部にも伝えられる。したがって、まず第一のタイマー部の時間内はブレーキ信号が、その後は走行演算部にて演算された内容に基づいて本体は停止することができ、空走距離をなくすことができる。
【0013】
【実施例】
図1に本発明の第一の実施例のブロック図を、図2にその動作説明図を示し、以下これらの図に基づいて説明を行う。
【0014】
図1において、21は掃除機本体22を移動させる走行モータ、23は前記走行モータ21を駆動する走行モータ駆動部である。24は前記走行モータ21に取り付けられたエンコーダ部で、走行モータ21の回転数に応じた信号を出力する。25は掃除機本体22の走行を停止させる信号を発生させる強制停止信号発生部で、本実施例ではスイッチで構成されている。そしてこのスイッチが動作すると強制停止信号発生部25から信号が出力される。
【0015】
26は前記強制停止信号発生部25の出力を受け動作を開始する第一のタイマー部、27は前記エンコーダ部24からの情報に基づき掃除機本体22の走行すべき方向や速度を演算したり、強制停止信号発生部25からの信号により停止すべき方向や速度を演算する走行演算部である。
【0016】
28は前記走行演算部27からの出力により走行モータ21の速度を与える速度演算部、29は前記走行演算部27からの出力により走行モータ21の前進方向信号を与える前進方向演算部、30は前記走行演算部27からの出力により走行モータ21の後退方向信号を与える後退方向演算部である。
【0017】
また31は前記速度演算部28、前進方向演算部29、後退方向演算部30からの出力により前記走行モータ駆動部23に走行論理を与えたり、前記第一のタイマー部26からの出力により前記走行モータ駆動部23にブレーキ論理を与えたりする走行論理部である。32は前記各部に動作電源を与える直流電圧発生部、33はこれら全体を動かす電源である直流電源部である。なお本実施例では走行演算部27、速度演算部28、前進方向演算部29および後退方向演算部30はマイクロコンピュータ34により演算処理されている。
【0018】
また本実施例では第一のタイマー部26の動作時間は前記走行演算部27に信号が入力されてから速度演算部28、前進方向演算部29、後退方向演算部30にて演算処理され、信号が出力されるまでの時間に設定されている。
【0019】
前記構成において、図2を参照して以下動作を説明する。
【0020】
強制停止信号発生部25が動作する前は、走行演算部27は走行モータ21に接続されたエンコーダ部24からの速度値により掃除機本体22の走行すべき方向や速度を演算し、速度演算部28、前進方向演算部29および後退方向演算部30に信号を出力している。(時刻T0以前)
強制停止信号発生部25のスイッチが動作すると、この信号は第一のタイマー部26および走行演算部27に出力される。第一のタイマー部26は強制停止信号発生部25動作時からの時間測定を開始し、この出力により走行論理部31はブレーキ信号を走行モータ駆動部23に出力する。具体的には速度演算部28からの信号を速度0とし、前進方向演算部29、後退方向演算部30の出力を同時にON信号とする。
【0021】
すなわち走行モータ21を強制的に回生状態にする。この時間は本実施例では0.1秒に設定されている。一方、走行演算部27は強制停止信号発生部25のスイッチのチャタリング除去時間後に掃除機本体22の最適な停止方法の演算を開始する。(時刻T1)
走行演算部27はエンコーダ部24から速度情報を入力し、速度演算部28、前進方向演算部29および後退方向演算部30に減速または逆進行方向の信号を出力し、掃除機本体22を停止させようとする動作を繰り返す。これにより掃除機本体22は走行を停止する。(時刻T2)
次に図3に本発明の第二の実施例のブロック図を、図4にその動作説明図を示し、以下これらの図に基づいて説明を行う。
【0022】
図3において図1と同様の動作を行うものには同じ符号をつけ、ここでは説明は省略する。
【0023】
図3において35は直流電圧発生部32の出力電圧を測定し、所定の電圧よりも高いか否かを測定する電源電圧検知部であり、本実施例では電圧検出専用ICを用いてマイクロコンピュータ34のリセット解除電圧より低い電圧に設定してある。36は前記電源電圧検知部35からの出力を受け動作を開始する第二のタイマー部であり、この出力によって走行論理部31は走行モータ駆動部23にブレーキ論理を与えるように構成されている。この第二のタイマー部36の動作時間は電源投入時からマイクロコンピュータ34の初期化が終了されるまでの時間に設定されている。
【0024】
前記構成において、図4を参照して以下動作を説明する。
【0025】
電源スイッチがONされるなどして直流電源発生部32の出力電圧が上昇していく過程の時刻T3において第二のタイマー部36が動作を開始して、走行論理部31は走行モータ駆動部23にブレーキ論理を与える。(時刻T4以前)
リセット電圧解除以上の電圧になるとマイクロコンピュータ34の初期化が開始され、走行演算部27、速度演算部28、前進方向演算部29、後退方向演算部30の初期化が行われ、時刻T4にて終了する。この間ずっと走行論理部31は、第二のタイマー部36の出力と同時に、走行モータ駆動部23にブレーキ論理を与えるようにプログラム構成されているため、掃除機本体22は動き出すことはない。(時刻T4)
次に図5に本発明の第三の実施例のブロック図を、図6にその動作説明図を示し、以下これらの図に基づいて説明を行う。
【0026】
図5において図1または図3と同様の動作を行うものには同じ符号をつけ、ここでは説明は省略する。
【0027】
図5において、37は走行演算部27、速度演算部28、前進方向演算部29、後退方向演算部30などのマイクロコンピュータ34内部の初期化が終了したことを検知する初期化終了検知部で、この初期化終了検知部37の出力直後に強制停止信号発生部25からの信号を入力するようにプログラム構成されている。
【0028】
図6を参照してこの動作を説明すると、初期化終了時に強制停止信号発生部25の情報が入力されていなければ通常処理を行うが、強制停止信号発生部25の情報が入力されていれば、前記走行論理部31は走行モータ駆動部23にブレーキ論理を与え続ける。このため強制停止信号が段差があることを検知して動作するようなスイッチ構成にしておけば、その状態を解除して電源を立ちあげない限り動作させることはできない。
【0029】
次に図7に本発明の第四の実施例のブロック図を、図8にその動作説明図を示し、以下これらの図に基づいて説明を行う。
【0030】
図7において図1、3または図5と同様の動作を行うものには同じ符号をつけ、ここでは説明は省略する。
【0031】
図7において、38aは直流電源部33と走行モータ駆動部23との系に直列に設けたリレー接点、38bは直流電源部33と並列に設けたリレーコイルである。39は走行演算部27、速度演算部28、前進方向演算部29、後退方向演算部30などのマイクロコンピュータ34の処理が正常に動作しているか否かを検知するウオッチドッグ検知部、40は前記リレーコイル38bを初期化終了検知部37およびウオッチドッグ検知部39とのAND信号により駆動するリレー駆動部である。ここでウオッチドッグ信号はマイクロコンピュータ34にて一定時間毎に出力される反転信号であり、マイクロコンピュータ34の暴走があった場合にはその信号が反転されなくなるため、正常動作か否かを検出する一般的な方法である。
【0032】
本実施例では、ウオッチドッグ検知部39が動作すると速度演算部28、前進方向演算部29、後退方向演算部30に対して走行論理部31のブレーキ信号を与えるように、またリレー駆動部40の駆動を停止するようにプログラム構成されている。
【0033】
図8を参照してこの動作を説明すると、初期化終了後の正常動作時には通常処理を行うのでウオッチドッグ検知部39は動作せず、リレー駆動部40はリレーコイル38bを励磁し、リレー接点38aは閉じるため走行モータ駆動部23の電力が伝達されている。
【0034】
しかし、何らかの事情によりマイクロコンピュータ34が暴走状態になる(時刻T6)と、ウオッチドッグ検知部39はこれを検知し、速度演算部28、前進方向演算部29、後退方向演算部30に対して走行論理部31のブレーキ信号を与えるように信号を出すと同時にリレー駆動部40の駆動を停止するよう信号を出す。これを受け走行論理部31は直ちにブレーキ状態にはいるが、リレー接点38aは機械的遅れ時間のため数秒の時間後(時刻T7)に開路される。
【0035】
すなわちマイクロコンピュータ34の暴走時には、まずブレーキ状態になった後に伝達経路がカットされる。ただしこの場合にはマイクロコンピュータ34は暴走しているため、速度演算部28、前進方向演算部29、後退方向演算部30に対して出力したようにブレーキ状態となるか否かは確定できず実施に際してはマイクロコンピュータ34のハードをよく検証する必要がある。
【0036】
次に図9に本発明の第五の実施例のブロック図を示し、以下この図に基づいて説明を行う。
【0037】
図9において図1、3、5または図9と同様の動作を行うものには同じ符号をつけ、ここでは説明は省略する。
【0038】
図9において、41はリレーコイル38bとリレー駆動部40との系に直列に挿入したダイオードであり、直流電圧発生部32の入力の一端はこのダイオード41を介した部分に接続されている。
【0039】
この構成で直流電源部33を誤って逆極性に接続した場合には、直流電圧発生部32からは電圧は出力されず、全ての動作は行われない。また、リレーコイル38bは励磁されないため、リレー接点38aは開路したままであり、電力が走行モータ駆動部23に伝達されることもない。
【0040】
【発明の効果】
以上の実施例からも明らかなように、本発明によれば、強制停止信号発生部の信号は、走行演算部に伝えられると同時にまず第一のタイマー部から走行論理部にも伝えられる。したがって、強制停止信号が入力されると、マイクロコンピュータ内部でチャタリング除去を行う第一のタイマー部の時間内はブレーキ信号が走行論理部に出力される。この時間は従来は空走を行っていた。その後は、エンコーダ部の情報に基づいて走行演算部にて演算された内容により掃除機本体は停止する。このようにして空走距離を短距離で停止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一の実施例を示す自走式掃除機のブロック図
【図2】 同自走式掃除機の動作説明図
【図3】 本発明の第二の実施例を示す自走式掃除機のブロック図
【図4】 同自走式掃除機の動作説明図
【図5】 本発明の第三の実施例を示す自走式掃除機のブロック図
【図6】 同自走式掃除機の動作説明図
【図7】 本発明の第四の実施例を示す自走式掃除機のブロック図
【図8】 同自走式掃除機の動作説明図
【図9】 本発明の第五の実施例を示す自走式掃除機のブロック図
【図10】 従来の自走式掃除機の断面図
【図11】 同自走式掃除機の清掃経路の説明図
【符号の説明】
21 走行モータ
22 掃除機本体
23 走行モータ駆動部
24 エンコーダ部
25 強制停止信号発生部
26 第一のタイマー部
27 走行演算部
28 速度演算部
29 前進方向演算部
30 後退方向演算部
31 走行論理部
32 直流電圧発生部
33 直流電源部
34 マイクロコンピュータ
35 電源電圧検知部
36 第二のタイマー部
37 初期化終了判別部
38a リレー接点
38b リレーコイル
39 ウオッチドッグ検知部
40 リレー駆動部
41 ダイオード[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a self-propelled cleaner having a cleaning function and a moving function, and more particularly to improving reliability when stationary or when the moving function is stopped.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, vacuum cleaners have been developed to improve the operability at the time of cleaning by adding a moving function to the vacuum cleaner. In general, by installing a microcomputer and various sensors, the cleaning place can be set by yourself. So-called self-propelled self-propelled cleaners that move and clean while judging are being developed.
[0003]
FIG. 10 shows a sectional view of a conventional self-propelled cleaner, and FIG. 11 shows a cleaning path of the self-propelled cleaner, which will be briefly described below.
[0004]
In the figure, 1 is a distance sensor for detecting an obstacle present in the front of the traveling direction, and 2 is a self-propelled cleaner body (hereinafter referred to as a body), which processes the signal from the distance sensor 1 A driving device (not shown) for controlling the moving direction and moving state of the motor is incorporated.
[0005]
Further, at the lower part of the main body 2, a pair of steering and driving
[0006]
Reference numeral 9 denotes a charging circuit built in the
[0007]
With the above configuration, first, as shown in FIG. 11, the main body 2 makes a round while cleaning the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the self-propelled cleaner requires a processing time inside the microcomputer, the main body 2 runs idle during this time, so that the stop distance is extended and cannot be stopped at the shortest distance. In other words, there is a problem in terms of movement function that the risk of colliding with an obstacle increases as the traveling speed increases, and this problem is extremely important particularly during an emergency stop.
[0009]
Furthermore, since the microcomputer needs to be initialized when the power supply voltage rises, the output logic has an indefinite time, and there is a risk that the output is not stabilized and the traveling system is erroneously started.
[0010]
The present invention solves such a conventional problem, and is a self-propelled type that improves the reliability of the function of stopping at the shortest distance at the time of emergency stop and reliably stopping even within the operation indefinite time of the microcomputer. It aims to provide a vacuum cleaner.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the first means of the present invention generates a travel motor for moving the cleaner body, a travel motor drive for driving the travel motor, and a signal for forcibly stopping the travel of the cleaner body. A forced stop signal generating unit, a first timer unit that starts an operation in response to the output of the forced stop signal generating unit, and calculating a direction and speed of the main body to travel, from a forced stop signal generating unit A travel computation unit that computes the direction and speed to be stopped by a signal, a speed computation unit that gives the speed of the travel motor by an output from the travel computation unit, a forward direction computation unit that gives a forward direction signal of the travel motor, and travel A reverse direction calculation unit that gives a reverse direction signal of the motor, and an output from the speed calculation unit, the forward direction calculation unit, and the reverse direction calculation unit give a traveling logic to the traveling motor drive unit, Includes a running logic unit to provide a braking logic to the travel motor drive unit in accordance with the output from the timer unit, a DC voltage generating unit providing operating power to the respective units, and a DC power supply unit is a power supply to move the whole thereof, When the switch of the forced stop signal generator operates, it is output to the first timer unit and the travel calculation unit, and the first timer unit starts time measurement from the time when the forced stop signal generator operates, and the travel After the signal is input to the calculation unit, the speed calculation unit, the forward direction calculation unit, and the reverse direction calculation unit respectively perform calculation processing, and the time until the signal is output is output to the travel logic unit to output the travel logic. The brake signal is output from the motor to the travel motor drive unit .
[0012]
[Action]
According to the first hand stage, the signal of the forced stop signal generator also transmitted to the driving logic from the first timer unit at the same time transmitted to the driving operation unit. Therefore, the main body can be stopped based on the content of the brake signal during the time of the first timer section, and thereafter calculated by the travel calculation section, and the free running distance can be eliminated.
[0013]
【Example】
FIG. 1 shows a block diagram of a first embodiment of the present invention, FIG. 2 shows an operation explanatory diagram thereof, and description will be made based on these drawings.
[0014]
In FIG. 1,
[0015]
26 is a first timer unit that starts the operation upon receiving the output of the forced stop
[0016]
28 is a speed calculation unit that gives the speed of the
[0017]
[0018]
In this embodiment, the operation time of the
[0019]
In the above configuration, the operation will be described below with reference to FIG.
[0020]
Before the forced stop
When the switch of the forced stop
[0021]
That is, the traveling
The
Next, FIG. 3 shows a block diagram of the second embodiment of the present invention, FIG. 4 shows an operation explanatory diagram thereof, and description will be made based on these drawings.
[0022]
In FIG. 3, the same reference numerals are given to the same operations as those in FIG. 1, and the description thereof is omitted here.
[0023]
In FIG. 3,
[0024]
In the above configuration, the operation will be described below with reference to FIG.
[0025]
At time T3 in the process of increasing the output voltage of the DC power
When the voltage exceeds the reset voltage release, initialization of the
Next, FIG. 5 shows a block diagram of a third embodiment of the present invention, FIG. 6 shows an operation explanatory diagram thereof, and description will be made based on these drawings.
[0026]
In FIG. 5, the same reference numerals are given to the same operations as those in FIG. 1 or FIG. 3, and description thereof is omitted here.
[0027]
In FIG. 5,
[0028]
This operation will be described with reference to FIG. 6. If the information of the forced
[0029]
Next, FIG. 7 shows a block diagram of a fourth embodiment of the present invention, FIG. 8 shows an operation explanatory diagram thereof, and description will be made based on these drawings.
[0030]
In FIG. 7, the same reference numerals are given to the same operations as those in FIG. 1, 3, or 5, and description thereof is omitted here.
[0031]
In FIG. 7, 38 a is a relay contact provided in series in the system of the DC
[0032]
In this embodiment, when the
[0033]
This operation will be described with reference to FIG. 8. Since normal processing is performed during normal operation after completion of initialization, the
[0034]
However, if the
[0035]
That is, when the
[0036]
Next, FIG. 9 shows a block diagram of a fifth embodiment of the present invention, which will be described below with reference to this figure.
[0037]
In FIG. 9, the same reference numerals are given to the same operations as those in FIG. 1, 3, 5, or 9, and the description thereof is omitted here.
[0038]
In FIG. 9, reference numeral 41 denotes a diode inserted in series in the system of the
[0039]
If the DC
[0040]
【The invention's effect】
As apparent from the above Examples, by the present invention lever, the signal of the forced stop signal generating section also is transmitted to the driving logic from the transmitted to the driving arithmetic unit simultaneously First timer unit. Therefore, when a forced stop signal is input, a brake signal is output to the traveling logic unit within the time of the first timer unit that removes chattering inside the microcomputer. Previously, this time was idle. Thereafter, the cleaner body stops according to the content calculated by the travel calculation unit based on the information of the encoder unit. In this way, the idle running distance can be stopped at a short distance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a self-propelled cleaner showing a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of the operation of the self-propelled cleaner. FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. Block diagram of the self-propelled cleaner [FIG. 4] Operation explanatory diagram of the self-propelled cleaner [FIG. 5] Block diagram of the self-propelled cleaner showing the third embodiment of the present invention [FIG. 6] FIG. 7 is a block diagram of the self-propelled cleaner showing the fourth embodiment of the present invention. FIG. 8 is an explanatory diagram of the operation of the self-propelled cleaner. Block diagram of a self-propelled cleaner showing the fifth embodiment of the present invention [FIG. 10] A cross-sectional view of a conventional self-propelled cleaner [FIG. 11] An explanatory diagram of a cleaning path of the self-propelled cleaner [Explanation of symbols] ]
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