JP4069293B2 - 自走式掃除機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自立走行機能と清掃機能とを備え、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】
従来より、掃除機に自立走行機能を付加して、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床ノズルや回転ブラシ等を備え、移動機能としてモータで駆動される走行輪や操舵輪等を有し、電源供給手段として充電池を有し、本体の位置を認識する位置認識手段と走行時の障害物を検知する障害物検知手段とにより、清掃区域内を塗りつぶすように移動して清掃するものである。
【０００４】
また、本体走行中に、回転ブラシの回転数、回転ブラシモータの電流値を検出することにより、床面段差を検出し、回避運動を行うものである（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−５１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回転ブラシの回転数や回転ブラシモータの電流値から床面段差を検出するようにしたものにあっては、例え床ノズルが掃除機本体の下面の最前部に配置されていても、一般にその吸込口（風路）は掃除機本体の前縁部から後方にずれた位置ある。そして、これに取り付けられる回転ブラシは、一般に床ノズルの吸込口（風路）の中央に配置されるものであるため、その本体前縁部から内側にずれた分、床面段差の検出が遅れてしまう。床面段差の検出が遅れると、その間にも本体は継続して前進するため、停止した時点では、本体の一部が床面段差にかかり、その分、本体重心が床面段差に近づくことになる。そして、この状態からの回避運動には危険が伴い、最悪の場合、床面段差から転落する恐れがある。
【０００７】
また、回転ブラシは本体の前方のみ設けられており、本体後進時に、本体の後方に床面段差があった場合、段差検出ができず、本体が床面段差から転落する恐れがある。
【０００８】
さらに回転ブラシは、既述したように床ノズルの吸込口（風路）、つまりゴミの通り道に設けられることが多く、ゴミが絡みつきやすい。ゴミが回転ブラシに絡みついた場合、回転ブラシの回転がロックしてしまい、回転ブラシが床面段差にかかっても空転せず、床面段差検出という本来の動作ではなく、異常検出してしまう恐れがある。
【０００９】
本発明の技術的課題は、素早い床面段差検出が可能で、掃除機本体の床面段差への転落を確実に防止することができるようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る自走式掃除機は、下記の構成からなるものである。すなわち、充電池を搭載し駆動輪による自立走行機能と床ノズルによる清掃機能とを備えた自走式掃除機において、どの方向に対しても回転自在に設置されて床面と接触する球体、この球体に接触して従動回転する２軸方向に配置されたローラ、及びこれらローラの回転を検出するロータリエンコーダからなり、掃除機本体の下面側の最前部と最後部に配置されて床面段差を検出する複数の床面検出センサと、各床面検出センサの球体を、駆動輪と共に掃除機本体を支持する補助輪として構成できるように、床面検出センサの球体の取付部下面からの突出量よりも小さい突出量に設定されて前後の床面検出センサよりも内方に配置された複数の突起と、ロータリエンコーダの信号から進行方向後方の前記球体が回転しているにも拘わらず進行方向前方の前記球体が回転していない場合に、進行方向前方に床面段差有りと判定し、進行を直ちに止めさせ、床面段差の回避運動を行なわせる制御手段とを備えたものである。
【００１１】
本発明の自走式掃除機において、掃除機本体が移動している状態下で、直下に走行面となる床面がなくなれば、掃除機本体の下面側の進行方向で前方に位置する床面検出センサの球体の回転が停止するので、進行方向前方に床面段差が有ることが直ちに検出され、掃除機本体が停止する。このとき、本体の重心は床面段差から十分離れた位置にあり、かつ床面段差側の球体は突起に支持されて浮いている状態にある。このため、安全に回避運動へ移行することができて、掃除機本体の床面段差への転落を確実に防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る自走式掃除機の概略構成を示す縦断面図、図２はその要部である本体最後部側の補助輪部分を拡大して示す部分断面図、図３はその要部である本体最前部側の補助輪部分を拡大して示す部分断面図、図４はその床ノズルの下部の正面図、図５はその前進動作の説明図、図６はその前方の床面段差検出の動作の説明図、図７はその後方の床面段差検出の動作の説明図である。
【００１３】
本実施形態の自走式掃除機は、本体１の下面側の最前部に、コイルばね２８により床面に対し常時押し付けられて床面との間隔が一定となるように保持された床ノズル２が設置されているとともに、その中央部に、駆動輪５とこれを駆動する減速機付きモータ２５が配置され、その後方に、ゴミを吸い込むための風力を発生させる動力となる電動送風機３０が設置されている。さらに、本体１内の電動送風機３０の後方には、減速機付きモータ２５や電動送風機３０などの動力源となる充電池２０が収納されている。また、本体１内の床ノズル２と電動送風機３０の間には、床ノズル２より吸い込まれたゴミを採取し、収納しておく紙パック２９が配置されているとともに、本体１内の上部空間に、制御回路基板３１が横向きに配置固定されている。なお、駆動輪５及び減速機付きモータ２５の組合せが、図示していないがもう１組対向して設置されており、これら２組の駆動輪５及び減速機付きモータ２５の回転方向によって、本体１の前進、後進、左旋回、右旋回等の運動が決定されるようになっている。
【００１４】
また、本体１の前端面側には、本体正面前方の障害物を検出するための超音波センサからなる障害物センサ６が設置されている。なお、障害物センサ６は、超音波を送信する送信手段と、送信手段から放射されて障害物に反射した超音波を受信する受信手段を備えた送受信型の超音波センサや、送受信兼用型の超音波センサなどにより構成される。
【００１５】
また、本体１の下面側の少なくとも最前部と最後部、すなわち床ノズル２の前縁部の左右２隅と本体後縁部の２隅（後縁部については１隅のみ図示する）に、床面段差を検出する複数の床面検出センサＳｆ，ＳｆとＳｂ，Ｓｂが設けられている。
【００１６】
このうち最前部の床面検出センサＳｆは、図３及び図４のようにどの方向に対しても回転自在に設置されて床面と接触する球体２６と、この球体２６に接触して従動回転する２軸方向に配置されたローラ２２，２３と、これらローラ２２，２３の回転数を検出するロータリエンコーダ２７とから成り、最前部において本体１の前後方向成分の動きをローラ２２により、本体１の左右方向成分の動きをローラ２３により、それぞれ検出するようになっている。
【００１７】
最後部の床面検出センサＳｂも前記最前部の床面検出センサＳｆと同様に構成されている。すなわち、図２のようにどの方向に対しても回転自在に設置されて床面と接触する球体２１と、この球体２１に接触して従動回転する２軸方向に配置されたローラ２２，２３と、これらローラ２２，２３の回転数を検出するロータリエンコーダ２４とから成り、最後部において本体１の前後方向成分の動きをローラ２２により、本体１の左右方向成分の動きをローラ２３により、それぞれ検出するようになっている。
【００１８】
すなわち、前後の床面検出センサＳｆ，Ｓｂは、一般的なパーソナルコンピュータに使用されるマウスボールによるトラッキングメカニズムと同様な構成を有しており、床面上であれば本体１がどの方向に移動しても、その移動方向を前後方向の成分と左右方向の成分とに分解して確実に検出することができる。換言すれば、本体１が移動しているにも拘わらず床面検出センサＳｆ，Ｓｂが反応しないことを検出することで、走行面となる床面がなくなった状態、つまり床面段差があることを確実に検出できるようになっている。
【００１９】
また、ここでは前後の床面検出センサＳｆ，Ｓｂよりも内方、つまり最前部の床面検出センサＳｆが取り付けられている床ノズル２の後縁部と最後部の床面検出センサＳｂの取付部の前縁部に、これらセンサＳｆ，Ｓｂの球体の取付部下面からの突出量よりも小さい突出量に設定された突起４１，４２を設け、各センサＳｆ，Ｓｂの球体２６，２１が、図６又は図７のように床面段差にあって浮いている状態下では、浮いている側の突起４１又は４２が支持脚となり、本体１が左右の駆動輪５，５を支点として床面段差側に傾くのを防ぐことができるようにしている。そして、各センサＳｆ，Ｓｂの球体２６，２１は、通常の床面上では左右の駆動輪５，５と共に本体１を前後で支持する補助輪として機能するようにしている。これにより、駆動輪５，５を本体中央部の左右のみの２輪構成とすることができ、本体前後方向の寸法を圧縮することができるようにしている。
【００２０】
また、床ノズル側の左右の床面検出センサＳｆ，Ｓｆの各球体２６，２６の周りに、図３、図４のようにそれぞれ球体２６，２６を風路３２から遮蔽する壁３３，３３を設け、これによって球体２６，２６へのゴミの絡みつきを減少させ、球体２６，２６のロック等の異常検出を防止して、安定した床面段差検出を可能としている。
【００２１】
本体１内の上部空間に配置固定した制御回路基板３１は、障害物センサ６から信号を受け取り、実装された演算回路により、障害物の有無を判定し、障害物の回避運動を制御する機能を有する。制御回路基板３１は、この他にも、ロータリエンコーダ２７，２４の信号から床面段差の有無を判定し、床面段差の回避運動を制御する機能を有し、さらに電動送風機３０の回転を制御する機能を有している。
【００２２】
次に、本実施形態の自走式掃除機の動作について図５乃至図７により説明する。図５において、障害物センサ６により取得された信号は、制御回路基板３１に送られる。制御回路基板３１に実装された演算回路にて障害物無しと判定されると、本体１が図５の矢印Ａの方向へ前進する。この移動により補助輪としても機能する前後左右の床面検出センサＳｆ，Ｓｆ，Ｓｂ，Ｓｂの各球体２６，２６，２１，２１は、床面との接触抵抗により回転する。もちろん本体１が移動を停止した場合は、各球体２６，２６，２１，２１共に回転を停止することになる。床ノズル側の球体２６，２６が回転しているかどうかは、ロータリエンコーダ２７により検出することができる。床ノズル側球体２６，２６が回転しているということは、すなわち床ノズル側球体２６，２６と床面が接触しているということになり、本体１の進行方向、つまり矢印Ａの方向に床面段差がないということを示している。その結果、本体１は継続して前進を行う。
【００２３】
床ノズル側の球体２６，２６の周りには、図３、図４のように風路３２から遮蔽する壁３３，３３を設けているため、ゴミは床ノズル側の球体２６，２６の付近を通らず、床ノズル側球体２６，２６にゴミが絡み付くのが防止される。このため、床ノズル側球体２６，２６の回転は、ゴミの絡み付きによってロックすることがなく、床面に接触していれば、確実に回転することができる。
【００２４】
前進を継続中に、図６のように床ノズル側球体２６，２６が床面段差にかかり、浮いた状態となり、代わりに突起４１によって支持された状態となった場合、床ノズル側球体２６，２６は床面と接触していないので、回転することができなくなる。床ノズル側球体２６，２６の回転数は、ロータリエンコーダ２７にて検出され、その信号は制御回路基板３１へ伝達される。制御回路基板３１では、減速機付きモータ２５，２５に対して駆動指令を出していて、後方の本体側球体２１，２１のロータリエンコーダ２４から球体２１，２１が回転している信号が入力しているにも拘わらず前方のロータリエンコーダ２７から０回転の信号が入力すると、前方に床面段差有りと判定し、前進を直ちに止めさせ、左旋回、右旋回、後進等の回避運動を行なわせ、掃除機本体１の床面段差への転落を防止する。
【００２５】
補助輪として機能する床ノズル側の球体２６，２６は、本体１の最前部に配置された床ノズル２の前縁部に配置されているので、すばやく床面段差を検出することができる。この結果、本体１の重心が床面段差と離れた位置にある段階ですばやく停止動作が行われ、次の回避動作へ移行することができる。このため、回避運動中に掃除機本体１が床面段差へ転落することがない。
【００２６】
次に、本体後進中に、図７のように本体側球体２１，２１が床面段差にかかり、浮いた状態となり、代わりに突起４２によって支持された状態となった場合の動作について説明する。この状態では、本体側球体２１，２１は床面と接触していないので、回転することができなくなる。本体側球体２１，２１の回転数は、ロータリエンコーダ２４にて検出され、その信号は制御回路基板３１へ伝達される。制御回路基板３１では、減速機付きモータ２５，２５に対して駆動指令を出していて、反対側の床ノズル側球体２６，２６のロータリエンコーダ２７から球体２６，２６が回転している信号が入力しているにも拘わらず後方（この場合は進行方向で前方となる）のロータリエンコーダ２４から０回転の信号が入力すると、後方に床面段差有りと判定し、後進を直ちに止めさせ、左旋回、右旋回、前進等の回避運動を行なわせ、掃除機本体１の床面段差への転落を防止する。
【００２７】
補助輪として機能する本体側の球体２１，２１は、本体１の最後部に配置されているので、すばやく床面段差を検出することができる。この結果、本体１の重心が床面段差と離れた位置にある段階ですばやく停止動作が行われ、次の回避動作へ移行することができる。このため、回避運動中に掃除機本体１が床面段差へ転落することがない。
【００２８】
次に、本体１が旋回（例えば左旋回）中に、本体１の左旋回方向、つまり本体１の左側に床面段差があり、左側の床ノズル側球体２６が床面段差にかかり、浮いた状態となり、代わりに突起４１と右側の床ノズル側球体２６によって支持された状態となった場合の動作について説明する。この状態では、左側の床ノズル側球体２６は床面と接触していないので、回転することができなくなる。左側の床ノズル側球体２６の回転数は、左側のロータリエンコーダ２７にて検出され、その信号は制御回路基板３１へ伝達される。制御回路基板３１では、減速機付きモータ２５，２５に対して駆動指令を出していて、右側の床ノズル側球体２６のロータリエンコーダ２７と後方の本体側球体２１，２１の各ロータリエンコーダ２４からそれぞれ右側の床ノズル側球体２６と本体側球体２１，２１が回転している信号が入力しているにも拘わらず前方の左側のロータリエンコーダ２７から０回転の信号が入力すると、床面段差有りと判定し、前進を直ちに止めさせ、右旋回、後進等の回避運動を行なわせ、掃除機本体１の床面段差への転落を防止する。もちろん、この動作は右旋回中についても同様である。
【００２９】
補助輪として機能する床ノズル側の球体２６，２６及び本体側の球体２１，２１は、床ノズル２の前縁部の左右２隅と本体１の最後部の左右２隅にそれぞれ配置されているので、旋回中においてもすばやく床面段差を検出することができる。この結果、本体１の重心が床面段差と離れた位置にある段階ですばやく停止動作が行われ、次の回避動作へ移行することができる。このため、回避運動中に掃除機本体１が床面段差へ転落することがない。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、どの方向に対しても回転自在に設置されて床面と接触する球体、この球体に接触して従動回転する２軸方向に配置されたローラ、及びこれらローラの回転を検出するロータリエンコーダからなり、掃除機本体の下面側の最前部と最後部に配置されて床面段差を検出する複数の床面検出センサと、各床面検出センサの球体を、駆動輪と共に掃除機本体を支持する補助輪として構成できるように、床面検出センサの球体の取付部下面からの突出量よりも小さい突出量に設定されて前後の床面検出センサよりも内方に配置された複数の突起と、ロータリエンコーダの信号から進行方向後方の前記球体が回転しているにも拘わらず進行方向前方の前記球体が回転していない場合に、進行方向前方に床面段差有りと判定し、進行を直ちに止めさせ、床面段差の回避運動を行なわせる制御手段とを設けたので、掃除機本体の進行方向に対する床面段差を掃除機本体の下面側の進行方向で前方に位置する床面検出センサの球体の回転停止によりすばやく検出することができて、掃除機本体の重心が床面段差から離れた位置にあり、かつ床面段差側の球体が突起に支持されて浮いている状態にある段階で掃除機本体を停止させ、次の回避動作へ移行させることができた。このため、安全に回避運動へ移行することができて、掃除機本体の床面段差への転落を確実に防止することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る自走式掃除機の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】 本実施形態に係る自走式掃除機の要部である本体最後部側の補助輪部分を拡大して示す部分断面図である。
【図３】 本実施形態に係る自走式掃除機の要部である本体最前部側の補助輪部分を拡大して示す部分断面図である。
【図４】 本実施形態に係る自走式掃除機の床ノズルの下部の正面図である。
【図５】 本実施形態に係る自走式掃除機の前進動作の説明図である。
【図６】 本実施形態に係る自走式掃除機の前方の床面段差検出の動作の説明図である。
【図７】 本実施形態に係る自走式掃除機の後方の床面段差検出の動作の説明図である。
【符号の説明】
１ 掃除機本体、２ 床ノズル、５ 駆動輪、２０ 充電池、Ｓｆ，Ｓｂ 床面検出センサ（センサ）。

Claims (3)

1. 充電池を搭載し駆動輪による自立走行機能と床ノズルによる清掃機能とを備えた自走式掃除機において、
   どの方向に対しても回転自在に設置されて床面と接触する球体、この球体に接触して従動回転する２軸方向に配置されたローラ、及びこれらローラの回転を検出するロータリエンコーダからなり、掃除機本体の下面側の最前部と最後部に配置されて床面段差を検出する複数の床面検出センサと、
   各前記床面検出センサの球体を、前記駆動輪と共に掃除機本体を支持する補助輪として構成できるように、前記床面検出センサの球体の取付部下面からの突出量よりも小さい突出量に設定されて前後の床面検出センサよりも内方に配置された複数の突起と、
   前記ロータリエンコーダの信号から進行方向後方の前記球体が回転しているにも拘わらず進行方向前方の前記球体が回転していない場合に、進行方向前方に床面段差有りと判定し、進行を直ちに止めさせ、床面段差の回避運動を行なわせる制御手段とを備えることを特徴とする自走式掃除機。
2. 前方の床面検出センサを床ノズルの前縁部の左右２隅にそれぞれ設置するとともに、後方の床面検出センサを掃除機本体の後縁部の左右２隅にそれぞれ配置したことを特徴とする請求項１記載の自走式掃除機。
3. 床ノズル側のセンサの球体の周りに、該球体を風路から遮蔽する壁を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の自走式掃除機。

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