JP3885544B2

JP3885544B2 - 掃除機

Info

Publication number: JP3885544B2
Application number: JP2001314878A
Authority: JP
Inventors: 武年佐藤; 桂子野田; 由美子原; 洋次上谷
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-10-12
Filing date: 2001-10-12
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2021-10-12
Also published as: JP2003116757A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は人の手を介さず自動的に掃除を行うようにした掃除機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、角速度検知手段（ジャイロ）と制御手段を搭載し、掃除すべき部屋内を移動しながら自動的に掃除を行なう自走式のコードレス掃除機は知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の掃除機は、掃除機本体が動き出すと、制御手段がすぐ角速度検知手段の角速度の信号情報を取り込み、掃除機本体の進行方向の基準としていた。しかし、角速度検知手段はその電源が投入後時間を経ないと角速度の信号情報が安定しないので、その後の進行方向を正確に制御することができず、部屋内を隈なく掃除することができないという課題を有していた。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、安定した角速度信号を取り込むことにより、掃除機の進行方向を正確に制御できるようにした掃除機を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の掃除機は、角速度検知手段の角速度信号を、電源投入して一定時間経過後に取り込むようにしたものである。
【０００６】
これによって、安定した角速度信号を得て、掃除機の進行方向を正確に制御することができるものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、掃除用手段と、回転角度を検知する角速度検知手段と、角速度検知手段に電圧を印加する電源と、角速度検知手段から出力される角速度信号を角度に変換する角度変換手段と、この検出された角度により掃除機本体を自動的に動かす制御手段と、前記制御手段に接続され掃除機の動作設定を行う操作手段と、掃除機本体に設けた左駆動輪および右駆動輪と、左駆動輪を駆動する左駆動輪駆動手段と、右駆動輪を駆動する右駆動輪駆動手段と、前記制御手段より左駆動輪駆動手段へ制御信号を送出後、実際に左駆動輪が動作するまでの時間遅れを検知する左駆動輪遅延時間測定手段と、前記制御手段より右駆動輪駆動手段へ制御信号を送出後、実際に右駆動輪が動作するまでの時間遅れを検知する右駆動輪遅延時間測定手段とを備え、前記角度変換手段は、前記電源を投入して一定時間経過後、前記角速度検知手段の角速度信号を取り込むとともに、前記左駆動輪遅延時間測定手段と前記右駆動輪遅延時間測定手段各々が検知した時間遅れを前記制御手段に入力した後、前記制御手段は、前記検知した左と右の時間遅れの時間差により移動距離を算出し、この移動距離と予め入力された左駆動輪および右駆動輪間との距離から掃除機本体の傾き角度を算出し、この角度を前記角速度検知手段の角度補正値として使用し、掃除機の進行方向を正確に制御する構成とした掃除機としたものである。
このことにより、角度変換手段は、電源を投入しても角速度検知手段の角速度信号が安定するまでは信号を取り込まず、安定した後にはじめて信号を取り込み、安定した角速度信号を得て、掃除機の進行方向を正確に制御することができる。
また、角速度検知手段の安定した角速度信号を得ることと、左右駆動輪遅延時間の差により、左右駆動輪の移動距離のずれによる角度の傾きを把握して角速度検知手段の信号に補正をかけることが相俟って、掃除機の進行方向を正確に制御することができる。
【０００８】
【実施例】
以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【０００９】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１における掃除機を示すものである。図において、１は掃除機の回転角速度を検知する角速度検知手段（ジャイロ）、２は角速度検知手段１から出力される角速度信号を取り込み角度に変換する角度変換手段で、角速度検知手段１から出力される角速度信号の取り込みは、後記する電源を投入して一定時間経過後（最低１０秒程度後）にはじめて取り込むように設定されている。３は角度変換手段２を含み、検出された角度により掃除機を自動的に動かす制御手段、４は掃除機本体２０の前面の物体との距離を検知する前面測距手段、５は掃除機本体２０の側面の物体との距離を検知する側面測距手段、６は掃除機本体２０の左側に取り付けられた左駆動輪７を動かす左駆動手段、８は掃除機本体２０の右側に取り付けられた右駆動輪９を動かす右駆動手段、１０はゴミを吸引する掃除用モータ、１１は吸引されたゴミを収納するゴミ収納手段で、前記掃除用モータ１０との両者で、掃除機能をもった掃除用手段を構成している。１２は角速度検知手段１に電圧を印加する電源、１３は掃除機の動作設定を行う操作手段である。そして、上記各要素は、掃除機本体２０に組み込まれているものである。
【００１０】
以上のように構成された掃除機について、以下その動作を説明する。まず、操作手段１３で制御手段３に掃除動作の指示を与える。制御手段３は、側面測距手段５による掃除機本体２０と側面の物体との距離情報、前面測距手段４による掃除機本体２０と側面の物体との距離情報、角速度検知手段１からの進行方向の角速度情報を総合的に判断して、掃除機本体２０の進行方向を決定する。そして、制御手段３から左駆動手段６や右駆動手段８に信号を送り、左駆動輪７や右駆動輪９を動かしながら自動的に掃除機本体２０は走行する。同時に掃除機用モータ１０を動作させ部屋内のゴミを吸い込み、ゴミ収納手段１１に集める。
【００１１】
実際の掃除機本体２０の移動は、部屋内の内周を一周し、その後、内周の内部を順次塗りつぶすように部屋内を縦方向に蛇行し、さらに横方向に蛇行し、部屋内を隈なく掃除するように制御されるものである。
【００１２】
この様な動きをする掃除機において、電源１２の投入後、一定の期間を経過して（例えば１０秒後）角度変換手段２は角速度検知手段１の角速度信号を取り込むものである。これは、電源１２を投入すると角速度検知手段１が振動するが、この振動が安定するまでの間は、角度変換手段２は角速度検知手段１の角速度信号を取り込まず、角速度検知手段１の振動が安定してから角速度信号を取り込むことにより、正確な角速度信号を得て、制御手段３により正確な走行制御を行っているものである。
【００１３】
（参考例１）
図２は本発明の参考例１における掃除機を示すものである。掃除機の構成は実施例１と同じであるが、長方形の部屋の掃除を行っている状態を示す。
【００１４】
掃除機本体２０は、制御手段３により制御され、矢印のように壁２１〜２４に沿って一周するように動く。すなわち、掃除機本体２０は側面測距手段５により、壁２４と一定の距離を保持しながら、左右駆動輪７、９を動かして壁２１に向かって進む。掃除機本体２０の前面が壁２１に近づくと、前面測距手段４が壁２１と一定の距離を保持するため停止する。
【００１５】
そして、前面と右側面に壁２１、２４があると認識して左に向きを変えて進行する。その時、制御手段３は、掃除機本体２０の右側面の壁２１と側面測距手段５により、一定の距離を保持しながら進行させる。
【００１６】
以下、同様にして掃除機本体２０は壁２２〜壁２４と右側面を一定の距離を保持して、元の位置に戻り一周する。この間は、角速度検知手段１による進行に関する情報は一切使用していない。一周した時点で、はじめて、部屋の中に掃除機本体２０を移動させ部屋全体を隈なく掃除するために角速度検知手段１の情報を使用するようにしている。なお、部屋の大きさにもよるが、部屋一周に要する時間は、角速度検知手段１の安定した角速度信号を得るに十分な時間である。
【００１７】
以上のように、本参考例においては電源１２の投入後、掃除する部屋の内周を一周する間に角速度検知手段１の振動は安定する。そして、掃除機本体２０が部屋の中へ移動するために、すなわち角速度検知手段１の情報を必要とするときに、角度変換手段２は角速度検知手段１の角速度信号を取り込むことにより、正確な角速度信号を得て、制御手段３により正確に部屋内の走行制御を行うことができるものである。
【００１８】
（参考例２）
参考例２は、その掃除機の構成については実施例１と同様である。相違点は電源１２を入れると同時に、角速度検知手段１に電源が入るが、最初の動作設定を行う操作手段１３を操作する時間の経過後、角度変換手段２は角速度検知手段１の角速度信号を取り込むようにしていることである。つまり、最初の動作設定を行う操作手段１３を操作する時間の経過時には、角速度検知手段１の振動が安定しており、その時、角速度信号を取り込ことにより、正確な角速度信号を得て、制御手段３により正確に部屋内の走行制御を行うことができるものである。
【００１９】
なお、動作設定を行う操作手段１３を操作する時間は、角速度検知手段１の安定に十分なように、その操作手順あるいは構成が配慮されているものである。
【００２０】
（参考例３）
図３は本発明の参考例３における掃除機を示すものである。実施例１と同一要素には同一符号を付けて説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００２１】
図において、１４は掃除機本体２０の横面前方に取り付けられ、掃除機本体２０の横面前と壁面との距離を測定する前側面測距手段、１５は掃除機本体２０の横面後方に取り付けられ、掃除機本体２０の横面後と壁面との距離を測定する後側面測距手段、１６は前側面測距手段１４と後側面測距手段１５との測距データにより側壁が掃除機本体２０と平行であるかどうかを判断する側壁平行判断手段である。これらの情報はいずれも制御手段３に入力される。
【００２２】
以上のように構成された掃除機について、以下その動作を説明する。図４、図５において、前側面測距手段１４の測距データ３３が、後側面測距手段１５の測距データ３２より大きいと、掃除機本体２０が壁２４に対して左寄りに傾いている。前側面測距手段１４の測距データ３３が、後側面測距手段１５の測距データ３２より小さいと、掃除機本体２０が壁２４に対して右寄りに傾いている。前側面測距手段１４の測距データ３３が、後側面測距手段１５の測距データ３２と同じであれば、掃除機本体２０は壁２４に対して平行である。
【００２３】
このように、側壁平行判断手段１６は壁面と掃除機本体２０が平行であるかどうかを判断する。そして、制御手段３は、掃除機本体２０が壁面に平行になった時に、掃除機本体２０の角速度検知手段１の角度基準点（零度）を設定する。この角度を基準にして、掃除機は部屋の内周を一周した後、中の方へ移動し内部全体を隈なく掃除するものである。
【００２４】
（参考例４）
参考例４は掃除機本体の前面の前面測距手段４で掃除機本体前面と前壁面との垂直度を検知する点で、参考例３と相違する。
【００２５】
図６において、１７は掃除機本体２０の前面左に取り付けられ、掃除機本体２０の前面の左と前壁面との距離を測定する左前面測距手段、１８は掃除機本体２０の前面右に取り付けられ、掃除機本体２０の前面の右と前壁面との距離を測定する右前面測距手段、１９は左前面測距手段１７と右前面測距手段１８との測距データにより前壁面に対して掃除機本体２０が垂直であるかどうかを判断する前壁垂直判断手段である。これらの情報はいずれも制御手段３に入力される。
【００２６】
以上のように構成された掃除機について、以下その動作を説明する。図７、図８において、左前面測距手段１７の測距データ４３が、右前面測距手段１８の測距データ４２より大きいと、掃除機本体２０が壁２１に対して左寄りに傾いている。逆の場合は右寄りに傾いている。そして、左前面測距手段１７の測距データ４１が、右前面測距手段１８の測距データ４０と同じであれば、掃除機本体２０が壁２１に対して垂直である。
【００２７】
このように、前壁垂直判断手段１９は前壁面に対し掃除機本体２０が垂直であるかどうかを判断する。そして、制御手段３は、掃除機本体２０が壁面に垂直になった時に、掃除機本体２０の角速度検知手段１の角度基準点（９０度）を設定する。この角度を基準にして、掃除機は部屋の内周を一周した後、中の方へ移動し内部全体を隈なく掃除するものである。
【００２８】
（実施例２）
図９は本発明の実施例２における掃除機を示すものである。実施例１と同一要素には同一符号を付けて説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００２９】
図において、５０は制御手段３より左駆動輪７を動かす左駆動手段６へ制御信号を送出後、実際に左駆動輪７が動作するまでの時間遅れを検知する左駆動輪遅延時間測定手段、５１は制御手段３より右駆動輪９を動かす右駆動手段８へ制御信号を送出後、実際に右駆動輪９が動作するまでの時間遅れを検知する右駆動輪遅延時間測定手段であり、左駆動輪遅延時間測定手段５０とともに遅延時間の情報は制御手段３に入力される。
【００３０】
以上のように構成された掃除機について、以下その動作を説明する。遅延時間が生じると言うことは、左、右駆動輪７、９の移動距離に差が生じ、掃除機本体２０は制御手段３が意図している角度よりずれることになる。したがって、本実施例では、遅延時間の差により、掃除機本体２０の角度のずれを認識し、角速度検知手段１の補正をするものである。
【００３１】
すなわち、左駆動輪遅延時間測定手段５０により、制御手段３から制御信号を送出後、実際に左駆動輪７が動作するまでの時間遅れを検知し、これを制御手段３に入力する。また、右駆動輪遅延時間測定手段５１により、制御手段３から制御信号を送出後、実際に右駆動輪９が動作するまでの時間遅れを検知し、これを制御手段３に入力する。すると、制御手段３は、右と左の時間遅れの時間差を計算し、時間の差による動いた距離ｄを計算で求め、予め入力された左、右駆動輪７、９間の距離から掃除機本体２０の傾きを計算し、角速度検知手段１の角度補正を求める。
【００３２】
図１０を用いてさらに詳しく説明する。左駆動輪遅延時間をｔＬ、右駆動輪遅延時間ｔＲとし、その差をΔｔとする。Δｔは右左の時間遅れの差である。また、右駆動輪９と左駆動輪７の直径をＤとする。
【００３３】
例えば、左駆動輪７の遅れ時間が１．５秒、右駆動輪９の遅れ時間が２秒とすると、その差の時間０．５秒の間、左駆動輪７が動くことになる。その動いた距離ｄは、駆動輪の回転速度をＲ回転／秒、直径を１０ｃｍとすると、次式で示される。
【００３４】
ｄ＝Ｒ×１０×３．１４×０．５
動いた距離ｄが予測されれば、掃除機本体２０の角度ずれΔθは、駆動輪間距離Ｌにより次式により求まる。
【００３５】
ｔａｎ（Δθ）＝ｄ／Ｌ
この角度を角速度検知手段１の角度補正値として使用する。
【００３６】
このように、左、右駆動輪７、９に遅延時間に差があることにより、走行時に掃除機本体２０の進行方向に対する角度ずれが生じるが、本実施例により角速度検知手段１による角度の補正が事前に行われ、制御手段３が意図する方向に掃除機本体２０を進行させることが可能となる。
【００３７】
（参考例５）
図１１は本発明の参考例５における掃除機を示すものである。実施例１と同一要素には同一符号を付けて説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００３８】
図において、５２は予め角速度検知手段１の値を補正するデータを記憶させている角速度検知補正記憶手段であり、制御手段３の内部に設けてある。
【００３９】
以上のように構成された掃除機について、以下その動作を説明する。本参考例は実施例１で述べた左駆動輪７と右駆動輪９の遅延時間による掃除機本体２０の角度ずれを、実験により予め測定しそれを角速度検知補正記憶手段５２に記憶させておき、制御手段３が角速度検知補正記憶手段５２を使用して、左右の移動のずれによる角度ずれを事前に補正し、掃除機本体２０の正確な角度移動制御を行うことができる。
【００４０】
（参考例６）
参考例６は角速度検知補正記憶手段５２の記憶内容が参考例５と相違するものである。
【００４１】
すなわち、参考例５で述べた左駆動輪７と右駆動輪９の遅延時間による掃除機本体２０の角度ずれは、絨毯や畳等の床面により大きく異なる。本参考例は、角速度検知補正記憶手段５２に、床面の種類に応じた掃除機本体２０の角度ずれの実験データを記憶させておき、制御手段３が角速度検知補正記憶手段５２を使用して、左右の移動のずれによる角度ずれを事前に補正し、掃除機本体２０の正確な角度移動制御を行うことができる。
【００４２】
（参考例７）
図１２は本発明の参考例７における掃除機を示すものである。実施例１と同一要素には同一符号を付けて説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【００４３】
図において、５３は走行距離を計測できる走行距離計測手段で、本参考例では左駆動輪７からの入力信号をうけ、出力信号は制御手段３に入力されている。
【００４４】
以上のように構成された掃除機について、以下その動作を説明する。本参考例によれば、走行距離計測手段５３により走行距離がわかり、角速度検知手段１により進行角度がわかる。制御手段３は、これにより掃除機本体２０の移動の正確な制御が可能となる。
【００４５】
また、走行距離計測手段５３により走行距離が、角速度検知手段１で進行方向の角度がわかれば、掃除機本体２０が部屋内を一周したことを検知することができる。
【００４６】
すなわち、本参考例では、掃除機本体２０が部屋内の壁際を走行する時に、走行距離計測手段５３により走行距離がわかり、角速度検知手段１で進行方向の角度がわかる。したがって制御手段３は移動距離と方向がわかる。例えば、掃除機本体２０が上下左右の移動しかしないとすれば、左方向と右方向の距離の総和が同じで、かつ上方向と下方向の距離の総和が同じであれば掃除機本体２０は部屋を一周したことになる。また走行距離計測手段５３と角速度検知手段１により、部屋の形状を認識することができる。
【００４７】
このように、本参考例では、まず、掃除機を部屋内の壁面に沿って移動させて清掃し、その後、部屋の内部を清掃する様な場合、部屋内の一周検知を掃除機だけで行うことができ、掃除機本体２０の無駄な動きがなく部屋内を清掃することができる。
【００４８】
（参考例８）
図１３は本発明の参考例８における掃除機を示すものである。全体構成は参考例７と同じであるので省略し、相違点についてのみ説明する。
【００４９】
これまで説明してきたように、掃除機本体２０は、制御手段３により左、右駆動輪７、９が制御され直進する。そして、制御手段３は走行距離計測手段５３より得られたある距離Ｌ１を移動後、掃除機本体２０を停止させる。
【００５０】
そこで、図で示すように、制御手段３は前側面測距手段１４で計測された壁面との距離ｄ１と、後側面測距手段１５で計測された壁面との距離ｄ２を計測する。
ここで、距離ｄ１と距離ｄ２の差と、前側面測距手段１４と後側面測距手段１５間の距離Ａと、傾き角度Δａの関係は次式で示される。
【００５１】
ｔａｎΔａ＝（ｄ２−ｄ１）／Ａ
制御手段３は、この計算を行い、Δａを求めることができる。つまり、制御手段３は、角速度検知手段１の情報で壁面を直進させているにもかかわらず、上記角度Δａのずれが生じていることを認識できる。また、制御手段３は移動距離Ｌ１も認識できているので、距離Ｌ１進めば角速度検知手段１の角度をΔａ補正すると言うことができる。
【００５２】
このように本参考例によれば、角度ずれが発生しても角速度検知手段１を補正する事により、掃除機本体２０の移動制御を正確に行うことができ、部屋内の清掃をきめ細かく行うことができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の掃除機によれば、角度変換手段は、電源を投入しても角速度検知手段の角速度信号が安定するまでは信号を取り込まず、安定した後にはじめて信号を取り込み、安定した角速度信号を得て、掃除機の進行方向を正確に制御することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における掃除機のブロック図
【図２】本発明の参考例１における掃除機の部屋内移動状態を示す平面図
【図３】本発明の参考例３における掃除機のブロック図
【図４】同掃除機の部屋内移動状態を示す平面図
【図５】同掃除機が壁と傾き状態にあるか平行状態かの判断状況を示す平面図
【図６】本発明の参考例４における掃除機のブロック図
【図７】同掃除機の部屋内移動状態を示す平面図
【図８】同掃除機が壁と垂直状態かどうかの判断状況を示す平面図
【図９】本発明の実施例２における掃除機のブロック図
【図１０】同掃除機の進行方向に対する角度補正の説明図
【図１１】本発明の参考例５、６における掃除機のブロック図
【図１２】本発明の参考例７における掃除機のブロック図
【図１３】本発明の参考例８における掃除機の進行方向に対する角度補正の説明図
【符号の説明】
１角速度検知手段
２角度変換手段
３制御手段
４前面測距手段
５側面測距手段
６左駆動手段
７左駆動輪
８右駆動手段
９右駆動輪
１０掃除機用モータ
１１ゴミ収納手段
１２電源
１３操作手段
１４前側面測距手段
１５後側面測距手段
１６側壁平行判断手段
１７左前面測距手段
１８右前面測距手段
１９前壁垂直判断手段
２０掃除機本体
５０左駆動輪遅延時間測定手段
５１右駆動輪遅延時間測定手段
５２角速度検知補正記憶手段
５３走行距離計測手段

Claims

掃除用手段と、回転角度を検知する角速度検知手段と、角速度検知手段に電圧を印加する電源と、角速度検知手段から出力される角速度信号を角度に変換する角度変換手段と、この検出された角度により掃除機本体を自動的に動かす制御手段と、前記制御手段に接続され掃除機の動作設定を行う操作手段と、掃除機本体に設けた左駆動輪および右駆動輪と、左駆動輪を駆動する左駆動輪駆動手段と、右駆動輪を駆動する右駆動輪駆動手段と、前記制御手段より左駆動輪駆動手段へ制御信号を送出後、実際に左駆動輪が動作するまでの時間遅れを検知する左駆動輪遅延時間測定手段と、前記制御手段より右駆動輪駆動手段へ制御信号を送出後、実際に右駆動輪が動作するまでの時間遅れを検知する右駆動輪遅延時間測定手段とを備え、前記角度変換手段は、前記電源を投入して一定時間経過後、前記角速度検知手段の角速度信号を取り込むとともに、前記左駆動輪遅延時間測定手段と前記右駆動輪遅延時間測定手段各々が検知した時間遅れを前記制御手段に入力した後、前記制御手段は、前記検知した左と右の時間遅れの時間差により移動距離を算出し、この移動距離と予め入力された左駆動輪および右駆動輪間との距離から掃除機本体の傾き角度を算出し、この角度を前記角速度検知手段の角度補正値として使用し、掃除機の進行方向を正確に制御する構成とした掃除機。