JP4426145B2 - ロボット型床掃除機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボット型床掃除機およびこの掃除機の動作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空掃除機は、汚れた空気の吸入口および空気からごみを分離する分離装置を通して、ごみが混じった空気を吸い込むファンを持つことによって動作する。通常、汚れた空気の吸入口は、この汚れた空気の吸入口を経て掃除機の中に吸い込まれるごみとほこりの総量を増加させるように、床のカバーを揺り動かし、ほこりを解き放つために回転するたたき棒（beater bar）あるいはブラシローラーを有している。
【０００３】
ロボット型床掃除機が知られている。このような掃除機は、所定のパターンに従って、あるいはランダムな方向転換によって移動しながら表面のごみやほこりを掃除しつつ、作業面上を動き回ることができる。この掃除機は、電池駆動にすることができ、シャーシと、このシャーシを支持する車輪と、車輪を駆動する独立した駆動モータと、吸気ファンと、回転可能なたたき棒あるいはブラシローラーを有している。ゆるいじゅうたんの飾りふさ、あるいはふさべり、または同類のものが床上にあったときに、飾りふさが、たたき棒あるいはブラシローラーに巻き込まれ、回転ブラシローラーあるいはたたき棒が問題を引き起こす可能性があることが知られている。
【０００４】
国際特許出願公開公報ＷＯ ９７／４０７３４は、ブラシローラーを持つ独立した装置における問題に取り組むことを試みている。この装置には、ブラシローラーが巻き込みを起こしたという表示があったら（この表示は、しばしば、ふさべり、あるいは飾りふさがある場合に表示される）、ブラシローラーモータの電源を切り、その後、このモータの回転方向が反対方向になるように、再び電源を一時的に入れるシーケンスがプログラムされている。このことは、巻き込まれたじゅうたんの飾りふさを、ブラシローラーから解き放ち、吐き出させることを可能にする。この逆回転ステップが完了したら、ブラシローラーモータは再び止められ、その後、駆動系は再び接続され、ブラシローラーは最初の回転方向に回転させられる。
【０００５】
通常の場合、ブラシローラーの解放のためには、これで十分であり、通常の掃除の機能を再び発揮できることが、前述の公開公報の中で述べられている。また、異常の場合には、巻き込みをほどく手順が繰り返されることも述べられている。
【０００６】
前述の公開公報では、ブラシローラーモータの駆動電流を検出し、限界値と比較して、ブラシローラーが巻き込みを起こしたかどうかを検出する。限界値を超えていれば、ブラシローラーモータを駆動する電流を、最初は止めて、次に、逆方向に流し、ブラシローラーを逆方向に回転させる。通常の掃除を再開するときには、モータ電流を再び最初の方向に流す。
【０００７】
国際特許出願公開公報ＷＯ ９９／２８８００は、回転ブラシを有する自動掃除機を示していて、このブラシは、モータの電源を切り、一連の操作を実行することによってフリーになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これらの両方の公開公報においては、もし掃除機がブラシローラーをうまくフリーにすることができなかったら、手動によることが必要になる。
【０００９】
本発明の目的は、その環境によりうまく対処することができるロボット型床掃除機を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、シャーシと、このシャーシを支持する、モータによって駆動される駆動輪と、モータによって駆動される吸込ファンと、汚れた空気の吸入口と、この汚れた空気の吸入口に設けられ、かつ掃除する面をかきまわすために、モータによって駆動される回転可能なアジテータと、掃除機を部屋の中で操縦すると共に、モータによって駆動される駆動輪とアジテータとに電力を配電するための制御システムとを具備し、前記制御システムは、第１動作モードで掃除機を動作させ、前記第１動作モードでは、前方向に掃除機を移動させるためにモータによって駆動される駆動輪に電力を供給すると共に、アジテータに電力を供給し、さらに、前記制御システムは、アジテータが巻き込みを起こした時に、これを検出し、巻き込み時に、巻き込みをほどくことを試み、うまく巻き込みをほどいた後に、掃除機を第２動作モードにすることを特徴とするロボット型床掃除機が提供される。
【００１１】
前記第２動作モード中、制御システムはアジテータを止めるか、あるいは、掃除機を、巻き込みを起こした場所の近くを移動させる。あらかじめセットされた距離あるいは時間の間、あるいは他の条件に合致するまで、掃除機を第２動作モードのままにしてもよい。
【００１２】
第２動作モードにされることによって、アジテータは、再び巻き込みを起こす可能性が少なくなり、それゆえに時間と電力が節約される。さもなければ、これらの時間と電力が、巻き込みをほどくための、さらなる試みを実行する際に消費される。掃除機が動作する、いくつかの環境は、障害物、例えば、使用中のアジテータが、うまく通過することができない飾りふさが付いた敷物を持つ可能性がある。第２動作モードを用意することによって、掃除機は、手動によることなしで、いっそう良くこれらの環境に対処することができる。
【００１３】
好ましくは、掃除機は、アジテータの電源を切り、次に、この掃除機の、モータによって駆動される駆動輪の回転を逆転させることによって、巻き込みをほどくことを試みる。
【００１４】
本発明の別の構成は、シャーシと、このシャーシを支持し、モータによって駆動される駆動輪と、モータによって駆動される吸込ファンと、汚れた空気の吸入口と、この汚れた空気の吸入口に設けられ、かつ掃除する面をかきまわすための、モータによって駆動される回転可能なアジテータと、掃除機を部屋の中で操縦すると共に、モータによって駆動される駆動輪とアジテータとに電力を配電するための制御システムとを具備し、前記制御システムは、第１動作モードで掃除機を動作させ、前記第１動作モードでは、前方向に掃除機を移動させるためにモータによって駆動される駆動輪に電力を供給すると共に、アジテータに電力を供給し、アジテータが巻き込みを起こした時に、これを検出し、巻き込み時に、巻き込みをほどくことを試み、巻き込みを起こした場所を表す情報を保存し、さらに、前記制御システムは、その後、部屋の中で掃除機を操縦し、掃除機が、以前、巻き込みを起こした場所に到着した時、この掃除機を第２動作モードにすることを特徴とするロボット型床掃除機を提供する。
【００１５】
前記第２動作モード中、制御システムは、アジテータを止め、掃除機を、アジテータが巻き込みを起こした場所の近くを移動させるか、あるいは、最初に接近した方向とは異なる方向からの接近を除いて、アジテータが巻き込みを起こした場所を通過しないように、この掃除機を操縦することができる。
【００１６】
巻き込みを起こした場所に到着する前に、第２動作モードにすることによって、アジテータは、さらに巻き込みを起こす可能性が少なくなり、それゆえに時間と電力が節約される。さもなければ、これらの時間と電力が、巻き込みをほどくための、さらなる試みを実行するために費やされる。
【００１７】
本発明のさらなる望ましく有利な特徴が、従属クレームの中で述べられている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず、図１を参照すると、この図には、シャーシ１０と、２つの駆動輪１１と、ブラシ棒ハウジング１２と、２つの再充電可能な電池１３・１４と、欧州特許Ｎｏ．０４２ ７２３に開示されたタイプのサイクロン分離器１５と、ユーザーインターフェース１６と、１つの（あるいはそれ以上の）光検出器１７と、以下にさらに詳細に述べる種々のセンサ１９・２７〜３１とを具備するロボット型真空掃除機のタイプのロボット型床掃除機が図示されている。各駆動輪１１は、成型によってリブが形成されたタイヤ１１Ａを具備している。このタイヤ１１Ａは、掃除機を動かすために強いグリップを持ち、かつ柔らかく弾性のあるプラスチックによって形成されている。光検出器１７は、真空掃除機の周りにある複数の所定の場所から受光した光を検出する。このことは、われわれの国際特許出願公開公報Ｎｏ．ＷＯ ００／３８０２７に、さらに詳しく開示されている。光検出器１７の動作の詳細は、本発明においては重要ではないので、ここではこれ以上述べない。
【００１９】
図２を参照すると、シャーシ１０の底面には、掃除機が置かれる面と対向する吸込口２を具備したクリーナーヘッド１２が設けられている。吸込口２は、実質的に長方形であって、クリーナーヘッド１２の幅の大部分にわたって延出している。ブラシ棒（アジテータ）４は、吸込口２の中に、回転可能に取り付けられている。クリーナーヘッド１２の底面において切り取られた部分２Ａは、クリーナーヘッド１２の中の、ブラシ棒モータと、駆動装置とを示している。モータ２２は、モータ２２のシャフトプーリー２２Ａと、ブラシ棒４のプーリー４Ａとの間に架かっている駆動ベルト５によってブラシ棒４を駆動するために、クリーナーヘッド１２の中に設けられている。クリーナーヘッド１２は、このクリーナーヘッド１２が掃除する面から浮き上がることができるように、シャーシ１０上に取り付けられている。これは、クリーナーヘッド１２とシャーシ１０との間に二重の関節を具備して取り付けられることによって達成される。クリーナーヘッド１２とシャーシ１０との間を連結する二重の関節については、われわれの国際特許出願公開公報Ｎｏ．ＷＯ ００／３６９６５に、さらに詳しく開示されている。これによって、クリーナーヘッド１２が、シャーシ１０に対して垂直方向に自由に動くことができるようになっている。これは、クリーナーヘッド１２が、小さな障害物、例えば、本、雑誌、敷物の縁等を乗り越えることを可能にする。高さが約２５ｍｍまでの障害物を、この方法で横切ることができる。キャスター車輪６は、シャーシ１０の後縁に配置され、回り継手７によって回動するようにシャーシに取り付けられている。また、キャスター車輪６は、掃除機が障害物に遭遇し、これを乗り越えなければならないときに、付加的な援助を行う傾斜部８を有している。このようにすると、駆動輪１１が障害物を乗り越えた後に、キャスター車輪６が障害物にひっかかることがなくなる。
【００２０】
クリーナーヘッド１２は、シャーシ１０上に非対称に設けられていて、クリーナーヘッド１２の一方の側が、ほぼ円状のシャーシ１０から突出している。これによって、掃除機のクリーナーヘッド１２が突出した側で、部屋の隅まで掃除することができる。
【００２１】
図３に示す回路は、２つの再充電可能な電池１３・１４と、電池およびモータ管理システム１８と、モータおよび吸込ファンユニット９と、真空掃除機の左右の駆動輪１１を駆動するためのモータ２０・２１と、真空掃除機のブラシ棒４を駆動するためのモータ２２と、操縦システム３４（図４参照）のための処理回路２３（マイクロプロセッサと現場でプログラム可能なゲートアレーを具備する）と、左右のセンサのインターフェース２４・２５と、ユーザーインターフェースボード２６と、光検出器１７とを含む。
【００２２】
自動真空掃除機の操縦システムは、複数の赤外線センサ２７と、複数の超音波センサ１９と、自動真空掃除機が通過することができない可搬性境界標識（portable threshold locator：図示していない）の存在を検出するための境界（threshold）検出器３０と、動物および火を検出するための、１つあるいはそれ以上の焦電検出器３１とを具備している。赤外線センサは、赤外線発光器２７ａと赤外線受光器２７ｂとを具備し、超音波センサ１９は、超音波発信器１９ａと超音波受信器１９ｂとを具備している。ロボット型真空掃除機の前方、後方および両側に４つの主超音波受信器１９ｂがある。これらの受信器１９ｂによって受信された信号は、部屋の特徴あるいは部屋の中の物体からロボット型真空掃除機までの距離を表す情報を提供するのみならず、受信された信号の振幅および幅は、特徴あるいは物体の大きさおよび形状、および検出された素材の種類に従って変化する。
【００２３】
図４に示すように、電池およびモータ管理システム１８は、再充電可能な電池１３・１４の中の電池監視装置（図示していない）からデータを受信する中央処理装置３３を含む。中央処理装置３３は電池１３・１４の中に残っている充電量を計算し、この情報を操縦システム３４の処理回路２３に送る。
【００２４】
中央処理装置３３は、典型的な例では、日立 Ｈ８／３３３４ Ｆ マイクロプロセッサだが、ユーザーインターフェースボード２６に接続されていて、かつ処理回路２３、およびセンサ１９・２７〜３１を具備する操縦システム３４に電源を供給する。また、これは、モータ２０・２１・２２およびファンユニット９にも電源を供給する。
【００２５】
スイッチ３５は、ユーザーインターフェース１６（図１参照）上に配置されている。スイッチ３５は、中央処理装置３３と、直接、情報を交換する。初回のスイッチ３５の押し下げで、最後には中央処理装置３３を静止状態にするパワーダウンシーケンスが開始される。２回目のスイッチ３５の押し下げで、中央処理装置３３は起動され、ロボット型真空掃除機を掃除のために使用可能とするパワーアップシーケンスを実行する。
【００２６】
中央処理装置３３と操縦システム３４との間の通信線３６は、一方向に電池１３・１４、ファンユニット９、電源３７に関するデータを伝送し、かつ他方向に制御情報に関するデータを伝送する。
【００２７】
電池およびモータ管理システム１８は、操縦システム３４に安定化された電源を供給するための電源ユニット３７を具備している。電源ユニット３７、モータ２０・２１・２２およびファンユニット９は、電流センサ（図示していない）を有し、中央処理装置３３が、電源ユニット３７と、モータ２０・２１・２２と、ファンユニット９とによって消費される電流を監視し、所定の限界値を超えたら、関連した電源を切ることを可能にしている。また、モータ２０・２１による消費電流に関する情報は、その上を真空掃除機が移動している面の勾配および種類を示している。電流センサからの出力は、アナログ信号である。これらの出力は、整えられ、次の処理のために、中央処理装置３３内に一体化されているＡ／Ｄ変換器によってデジタル値に変換され、そして操縦システム３４に伝達される。
【００２８】
牽引モータ２０・２１とブラシ棒モータ２２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）による速度制御を必要とする。それゆえに、このシステムは、１／１２８の分解能で、５０ｋＨｚより高い、０〜１００％のＰＷＭを供給可能な３つのＰＷＭ発生器を有している。モータ２０・２１・２２のＰＷＭ制御は、操縦システム３４の中で行われる。
【００２９】
２つの別々な処理システム２３・３３を用意することによって、それぞれのシステムが、もう一方のシステムの完全なチェックを行い、誤りが検出されたら真空掃除機の電源を切ることができるようになっている。
【００３０】
ロボット型真空掃除機の動作および操縦の詳細な方法は、本発明を構成するものではない。制御および操縦システム３４は、掃除領域周辺で、この掃除機を駆動し、かつ、さまざまなセンサ１９・２７〜３１は、部屋の中の、可搬性境界標識、障害物、その他の部屋の特徴、例えば部屋の隅や暖炉を検出し、かつ、処理回路２３は、このような障害物を避け、部屋の隅に至ったときに向きを変えるために、ロボット型真空掃除機を操縦すると言うにとどめておく。１つの特定の動作方法が、われわれの国際特許出願公開公報Ｎｏ．ＷＯ ００／３８０２５にさらに詳細に開示されている。その中で開示されている操縦システムは、光検出装置を具備している。この光検出装置によって検出された光のレベルが、以前にこの光検出装置によって検出された光のレベルと同じか、あるいは実質的に同じであるかどうかを認識することによって、掃除機が自身を部屋の中に位置させることが可能になる。障害物回避センサから受け取った情報と共に、光検出装置から受け取った情報が、掃除機を部屋の中で操縦するために用いられる。本発明の一実施形態では、掃除機を部屋の中に位置させるために、操縦システムの能力を利用する。それゆえに、本発明の掃除機には、国際特許出願公開公報ＷＯ ００／３８０２５を引用することによって、そこに記載された掃除機の特徴を組み込むことができる。
【００３１】
それゆえに、１つの動作モードにおいては、本発明のロボット型真空掃除機は、典型的には、掃除する部屋の壁に横付けになった位置にあり、壁に沿って、従って部屋の縁に沿って前方に動くようになっている。さまざまなセンサ１９・２７〜３１が、部屋の中の障害物やその他の特徴、例えば部屋の隅や暖炉を検出し、かつ操縦システム３４が、このような障害物を避けると共に、部屋の形状等が変化している部分に到達したときに向きを変えるために、ロボット型真空掃除機を操縦する。各方向転換点（中間地点：way point）において、操縦システム３４は、光検出器１７および超音波受信器１９ｂから受け取った情報をメモリ５０内に保存する。また、これは、掃除機が各中間地点で回転することを要求される際の方向に関する情報を保存する。また、光検出器１７および超音波受信器１９ｂから受け取った情報を定期的に監視すると共に、あらかじめ保存されていた情報と比較する。ロボット型真空掃除機が、光検出器１７および４つの主超音波受信器１９ｂから受け取った情報が、あらかじめ保存されていた情報と同じか、あるいは実質的に同じになる位置に達したとき、操縦システム３４は、ロボット型真空掃除機が部屋を一周したものと認識する。操縦システム３４は、自動真空掃除機を、掃除機の幅、あるいは実質的な掃除機の幅だけ内側へ移動させるようにプログラムされている。そして、操縦システム３４は、光検出器１７および４つの主超音波受信器１９ｂから受け取った情報を、あらかじめ保存されていた情報と比較することによって、もっと先の中間地点を認識することができ、そしてロボット型真空掃除機が、その経路にある障害物を避けながら、自身を、大体、内側へ向かうらせん状に部屋の中を移動させることができるようにする。
【００３２】
もし、自動真空掃除機が、最初、部屋の中央に置かれていたとすると、この自動真空掃除機は、壁あるいは障害物を見つけるまで移動する。もし、壁を見つけたら、上述した経路をたどる。もし、例えば中央の暖炉のような特徴すなわち部屋の中央にある障害物を見つけたら、この特徴すなわち障害物の周囲を一周し、そして、必要であるかぎり、なお障害物を避けながら、外側へ向かう略らせん状の経路をたどる。
【００３３】
より具体的には、もし、真空掃除機が、図５に示した位置Ａからスタートし、第１の壁Ｗ１に隣接した部屋の隅に沿って時計方向に動くとすると、位置Ｂで、前方に第２の壁Ｗ２があることを検出し、９０°右に曲がる。この真空掃除機は、センサによって、すでに左手側に壁Ｗ２があることを認識している。そして、掃除機は、位置Ｃに達して前方に第３の壁Ｗ３の存在を検出するまで移動し続け、再び９０°右に曲がり、第３の壁に沿って移動する。掃除機は、一方の側が、最も近い壁あるいは障害物に近接し続けるか、あるいは部屋の中を、最も最近、周回した周回路に近接し続けるようにプログラムされている。それゆえに、掃除機が位置Ｄに達すると、再び９０°右に曲がり、位置Ｅに到達するまで、第４の壁Ｗ４に沿って移動する。位置Ｅに到達して再び右に曲がったら、位置Ｂに再び接近する。位置Ｂでは、光検出器１７および４つの主超音波受信器１９ｂが、掃除機が以前に位置Ｂにいた時に検出したものと同じか、実質的に同じ情報を検出することになる。この点で、掃除機は、この掃除機の幅、あるいは実質的にこの掃除機の幅だけ内側に入った位置Ｂ’に移動し、次に、部屋の周囲に沿った最初の横断路づたいであって、最初の横断路から掃除機の幅だけ内側に入ったところを移動し続ける。もし、掃除機が、部屋の中を移動中に、障害物に遭遇したら、センサ２７〜３１がこれらの障害物を検出し、掃除機は、これらの障害物の周囲に沿って操縦される。
【００３４】
各中間地点（重要な各方向転換点）で検出された、光のレベルを表す情報は、４つの主超音波受信器１９ｂからの情報と共に、メモリに保存される。掃除機が、同様の中間地点、例えば中間地点Ｃ’、Ｃ”、Ｄ’、Ｄ”、Ｅ’、Ｅ”等に戻ると、２つの類似した地点における情報がメモリ内で相互に関連付けられることによって、情報が関連性を持つようになる。このことは、掃除機に、既知の点に戻ったことを知らせ、また障害物によって占有された領域以外の部屋の床が掃除されたことを知らせる。
【００３５】
次に、図５に示した部屋のレイアウトの例と、図６に示したフロー図とを参照しつつ、動作方法を説明する。図５中の符号４０は、縁の周りに飾りふさを持つ円形の敷物を表す。マイクロプロセッサは、定期的にブラシ棒モータに供給される電流を監視している（ステップ１００）。部屋を２回目に横断する間に、掃除機は地点４１で敷物４０の飾りふさが付いた縁に遭遇する。もし飾りふさが十分に長ければ、ブラシ棒４が飾りふさを巻き込む危険性がある。もし飾りふさがブラシ棒４に巻き込まれたら、以下の巻き込みをほどく手順が実行される。ステップ１０２で、マイクロプロセッサ３３は、ブラシ棒４の回転速度が著しく減少したことを示す、ブラシ棒モータ２２に供給される電流の増加を検出する。これは、ブラシ棒の巻き込みをも示している。次に、マイクロプロセッサ３３は、ブラシ棒モータ２２の電源を切るようにプログラムされている操縦システム３４に信号を送る（ステップ１０４）。操縦システム３４は、また、地点４１を「危険な」中間地点とみなし、このことを超音波受信器１９ｂからの情報と共にメモリ５０内に保存する。地点４１へ接近する方向もまた、メモリ５０内に保存される。操縦システム３４は、駆動モータ２０・２１を停止させ、続いて逆転させるようにプログラムされている（ステップ１０６）。操縦システム３４は、壁Ｗ３あるいはＷ１から掃除機までの距離の変化を検出するために、掃除機の前後に設けられたセンサ１９ｂを監視している。これは、掃除機が移動していることを確認し、また、掃除機が地点４２までの、所定の距離Ｘを移動し終えた時を決定するために使用することができる。例として、Ｘを２０ｃｍすなわち掃除機の長さと同等の長さにすることができる。地点４２で、操縦システム３４は駆動モータ２０・２１を停止させることによって、掃除機を停止させる。続いて、操縦システム３４は、モータ２２を再起動させると共に（ステップ１０８）、マイクロプロセッサ３３から、ブラシ棒が、まだからまっているか、あるいは再びからまったことを示す信号を受け取らなかったら、ブラシ棒４の巻き込みがほどけたものとみなす（ステップ１１０）。
【００３６】
この地点で、巻き込み解除シーケンスは完了する。操縦システム３４は、次に、いくつかの選択可能なモードのうちの１つへ進むようにプログラムされている。
【００３７】
第１モードでは、操縦システム３４は、この場所を、記憶された「危険な」中間地点と判断し、再びブラシ棒４を停止させながら（ステップ１１２）、中間地点Ｅ’に至るまで、図５に示したように掃除機を線Ｄ’−Ｅ’に沿って操縦し続ける（ステップ１１６）。この地点でブラシ棒４は再び起動され、例えば地点４３で、新たな巻き込みによる障害がなければ、掃除プログラムの残りの期間、回転し続ける。それゆえに、このモードにおいては、線Ｄ’−Ｅ’の残りの部分の掃除トラックは、吸込ファン９は動作していて、ブラシ棒モータ２２は停止している期間を表している。
【００３８】
第２モードでは、操縦システム３４は、地点４１から、あらかじめ決められた距離Ｙだけ進んだ地点４４まで、ブラシ棒４を停止させた状態で、線Ｄ’−Ｅ’に沿って前方へ掃除機を案内し、かつ運転するようにプログラムされている（ステップ１１４）。地点４２と４４との間の距離は、掃除機が地点４１から後方に動いた距離Ｘより大きい。そして、掃除機が敷物の飾りふさを通り過ぎたことが期待されるときに、ブラシ棒４の回転を再開するために、ブラシ棒モータ２２は再び起動される。この距離は、距離Ｘが測定されたのと同じ方法で、超音波センサ１９によって測定される。例として、前方距離は、後方距離Ｘの２倍であってもよい。そして、掃除機は、図５の線Ｄ’−Ｅ’の残りに沿って、操縦システム３４によって制御されるようになる。このモードにおいては、比較的短い距離（例えば４０ｃｍ）のみがブラシ棒４の回転なしで掃除されることになる。
【００３９】
第３モードでは、操縦システム３４は、掃除動作の残りの間、ブラシ棒モータ２２が停止された状態で、図５中に描かれた、らせん状のパターンに従って、部屋の床を掃除し続けるようにプログラムされている（ステップ１１８）。
【００４０】
第４動作モードでは、操縦システム３４は、上述した巻き込み解除手順が実行された後に、地点４１を掃除機が通過することができない障害物と判断して、図５中に描かれた、らせん状のパターンに従って、掃除機を進めるようにプログラムされている（ステップ１１９）。それゆえに、掃除機が地点４１に達するか、あるいは接近するときはいつも、操縦システム３４は、掃除機が地点４１を、直接、通過せずに、この地点の周りを進むようにする。これは、もちろん、掃除機の新しい経路が、飾りふさが付いた敷物４０の反対側の縁まで、掃除機を導き、もう１つの危険な中間地点が認識されることを可能にする。この、もう１つの危険な中間地点は、最初の中間地点と同様に扱われる。
【００４１】
図５に示した部屋は単純なレイアウトを持つが、実際の部屋には、掃除機がその周りを移動しなければならない家具やその他の物があることは言うまでもない。それゆえに、掃除機は、その掃除動作の中の他の時点で、ブラシ棒４が巻き込みを起こした位置４１を越えて移動することを要求されるかもしれない。図７のフロー図は、この掃除機がどのように動作するのかを示している。ステップ２００で、操縦システム３４は、現在の位置を、ブラシ棒が、以前、巻き込みを起こした位置の保存リストと比較する。もし、掃除機が保存位置のうちの１つに接近したと、操縦システムが判断したら、さらなるブラシ棒の巻き込みを防ぐことを試みて、いくつかの動作のうちの１つをとることができる。ステップ２１０で、操縦システムは、巻き込みが起こった場所を迂回して掃除機を操縦するように動作する。あるいは、ステップ２２０で、場所４１を通過するような事態が発生する、あらゆる場合の直前直後の期間中、ブラシ棒モータ２２を停止してもよい。あるいは、ステップ２３０で、掃除機は、巻き込みが起こった場所への現在の接近方向を、保存された接近方向と比較し、そこへの接近方向が、ブラシ棒４が、以前、巻き込みを起こした時と同じでない限り、掃除機が場所４１を乗り越えることができるように動作する。規則的なパターンを持つ制御方法、例えば図５に示した、らせん状のパターンで、掃除機が部屋の中を移動すると、掃除機は、部屋の次の周回路上での部屋の中の同様の位置、例えば、位置４１と４３に戻る。比較ステップ２００は、少なくとも、周回路間の段階の距離の位置の違いを許容する。
【００４２】
図１から５に示した掃除機のブラシ棒４は、モータ２２から２：１の減速駆動系を介して約３０００ｒｐｍ±５００ｒｐｍ（掃除される面による）で駆動され、ゆえに、このモータ２２は、ブラシ棒４の２倍の速度で回転する。駆動系は、弾力性のあるベルトによって結合され、モータにエネルギーが供給されていないとき、ブラシ棒４は、極めて簡単に自在輪となる。ブラシ棒４が自在輪になれるようにブラシ棒モータ２２の電源を切った状態で、掃除機を短い距離だけ後退させるための、通常の床上での駆動輪１の牽引力は、じゅうたん、あるいは敷物の飾りふさを、ブラシ棒４からほどくための、ほとんどの環境において十分である。
【００４３】
前記ブラシ棒モータ２２には、通常、３６ボルトで、約０．６アンペアの電流が流れる。これは、４０ｍＮｍのモータトルクを発生し、ブラシ棒４において、約８０ｍＮｍを発生する。電流が１．００アンペアを超えたら、操縦システム３４は、上述した巻き込み解除手順を起動させる。
【００４４】
前記駆動モータ２０・２１は、減速ギア（図示していない）を介して、それぞれの車輪１１と結合されていると共に、３６０ｍＮｍのトルクを発生する。汚れた空気の吸入口２が、通常の前方向への動き（図１における左下方向に向かう動き）における、駆動輪１１の後ろにあることに注意すべきである。じゅうたんの飾りふさの巻き込みをほどく時の、掃除機の後退期間中は、ブラシ棒４にからみついた飾りふさの引っ張り力の方向のため、車輪のグリップ力は増加し、その結果、掃除機を後方に移動させ、それによって飾りふさの巻き込みをほどくために利用可能な牽引力が増加する。
【００４５】
ブラシ棒が巻き込みを起こしたことは、上述した電流センサ以外の手段を用いて検出することも可能である。ブラシ棒が止まりそうになった時あるいは事実上止まった時に、マイクロプロセッサ３３への信号を発生するいかなるセンサからも、上述した電流検出器と同様の効果が得られる。例えば、ブラシ棒の近くに配置された赤外線センサは、既知の方法で、ブラシ棒の回転速度を検出するために使用することができ、そして、速度が、あらかじめセットされた値以下に低下したら、信号をマイクロプロセッサに送ることができる。制御システムは、ここでは、センサの情報、例えば、光センサと超音波センサが測定する部屋の中での場所を示す情報を保存するように記述されているが、実際の場所の情報を保存してもよい。上述した実施形態の特徴に対する、その他の変形と修正は、当業者にとって明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を具体化した自動真空掃除機の透視図である。
【図２】 図１に示した掃除機における、ブラシ棒モータとベルト駆動を示すために小さな部分を切り取った底面図である。
【図３】 図１に示した掃除機における電力管理システムと操縦システムのブロック回路図である。
【図４】 図３に示した電力管理システムのより詳細なブロック回路図である。
【図５】 図１に示した掃除機の動作を説明するための概略図である。
【図６】 ブラシ棒が停止した後の掃除機の動作方法を示すフローチャートである。
【図７】 ブラシ棒が停止した後の掃除機の動作方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ シャーシ
１１ 駆動輪
１１Ａ タイヤ
１２ ブラシ棒ハウジング
１３・１４ 電池
１５ サイクロン分離器
１６ ユーザーインターフェース
１７ 光検出器
１９・２７〜３１ センサ
２ 吸込口（汚れた空気の吸入口）
１２ クリーナーヘッド
２Ａ 切り取られた部分
２２ ブラシ棒モータ
２２Ａ シャフトプーリー
４ ブラシ棒
４Ａ プーリー
５ 駆動ベルト
６ キャスター車輪
７ 回り継手
８ 傾斜部
９ モータおよび吸込ファンユニット
１８ 電池およびモータ管理システム
２０、２１ 牽引モータ
２３ 処理回路（処理システム）
２４、２５ インターフェース
２６ ユーザーインターフェースボード
２７ 赤外線センサ
２７ａ 赤外線発光器
２７ｂ 赤外線受光器
１９ 超音波センサ
１９ａ 超音波発信器
１９ｂ 超音波受信器
３０ 境界検出器
３１ 焦電検出器
３３ 中央処理装置（マイクロプロセッサ）
３４ 操縦システム
３５ スイッチ
３６ 通信線
３７ 電源ユニット
４０ 敷物
５０ メモリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボット型床掃除機およびこの掃除機の動作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空掃除機は、汚れた空気の吸入口および空気からごみを分離する分離装置を通して、ごみが混じった空気を吸い込むファンを持つことによって動作する。通常、汚れた空気の吸入口は、この汚れた空気の吸入口を経て掃除機の中に吸い込まれるごみとほこりの総量を増加させるように、床のカバーを揺り動かし、ほこりを解き放つために回転するたたき棒（beater bar）あるいはブラシローラーを有している。
【０００３】
ロボット型床掃除機が知られている。このような掃除機は、所定のパターンに従って、あるいはランダムな方向転換によって移動しながら表面のごみやほこりを掃除しつつ、作業面上を動き回ることができる。この掃除機は、電池駆動にすることができ、シャーシと、このシャーシを支持する車輪と、車輪を駆動する独立した駆動モータと、吸気ファンと、回転可能なたたき棒あるいはブラシローラーを有している。ゆるいじゅうたんの飾りふさ、あるいはふさべり、または同類のものが床上にあったときに、飾りふさが、たたき棒あるいはブラシローラーに巻き込まれ、回転ブラシローラーあるいはたたき棒が問題を引き起こす可能性があることが知られている。
【０００４】
国際特許出願公開公報ＷＯ ９７／４０７３４は、ブラシローラーを持つ独立した装置における問題に取り組むことを試みている。この装置には、ブラシローラーが巻き込みを起こしたという表示があったら（この表示は、しばしば、ふさべり、あるいは飾りふさがある場合に表示される）、ブラシローラーモータの電源を切り、その後、このモータの回転方向が反対方向になるように、再び電源を一時的に入れるシーケンスがプログラムされている。このことは、巻き込まれたじゅうたんの飾りふさを、ブラシローラーから解き放ち、吐き出させることを可能にする。この逆回転ステップが完了したら、ブラシローラーモータは再び止められ、その後、駆動系は再び接続され、ブラシローラーは最初の回転方向に回転させられる。
【０００５】
通常の場合、ブラシローラーの解放のためには、これで十分であり、通常の掃除の機能を再び発揮できることが、前述の公開公報の中で述べられている。また、異常の場合には、巻き込みをほどく手順が繰り返されることも述べられている。
【０００６】
前述の公開公報では、ブラシローラーモータの駆動電流を検出し、限界値と比較して、ブラシローラーが巻き込みを起こしたかどうかを検出する。限界値を超えていれば、ブラシローラーモータを駆動する電流を、最初は止めて、次に、逆方向に流し、ブラシローラーを逆方向に回転させる。通常の掃除を再開するときには、モータ電流を再び最初の方向に流す。
【０００７】
国際特許出願公開公報ＷＯ ９９／２８８００は、回転ブラシを有する自動掃除機を示していて、このブラシは、モータの電源を切り、一連の操作を実行することによってフリーになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
これらの両方の公開公報においては、もし掃除機がブラシローラーをうまくフリーにすることができなかったら、手動によることが必要になる。
【０００９】
本発明の目的は、その環境によりうまく対処することができるロボット型床掃除機を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、シャーシと、このシャーシを支持する、モータによって駆動される駆動輪と、モータによって駆動される吸込ファンと、汚れた空気の吸入口と、この汚れた空気の吸入口に設けられ、かつ掃除する面をかきまわすために、モータによって駆動される回転可能なアジテータと、掃除機を部屋の中で操縦すると共に、モータによって駆動される駆動輪とアジテータとに電力を配電するための制御システムとを具備し、前記制御システムは、第１動作モードで掃除機を動作させ、前記第１動作モードでは、前方向に掃除機を移動させるためにモータによって駆動される駆動輪に電力を供給すると共に、アジテータに電力を供給し、さらに、前記制御システムは、アジテータが巻き込みを起こした時に、これを検出し、巻き込み時に、巻き込みをほどくことを試み、うまく巻き込みをほどいた後に、掃除機を第２動作モードにすることを特徴とするロボット型床掃除機が提供される。
【００１１】
前記第２動作モード中、制御システムはアジテータを止めるか、あるいは、掃除機を、巻き込みを起こした場所の近くを移動させる。あらかじめセットされた距離あるいは時間の間、あるいは他の条件に合致するまで、掃除機を第２動作モードのままにしてもよい。
【００１２】
第２動作モードにされることによって、アジテータは、再び巻き込みを起こす可能性が少なくなり、それゆえに時間と電力が節約される。さもなければ、これらの時間と電力が、巻き込みをほどくための、さらなる試みを実行する際に消費される。掃除機が動作する、いくつかの環境は、障害物、例えば、使用中のアジテータが、うまく通過することができない飾りふさが付いた敷物を持つ可能性がある。第２動作モードを用意することによって、掃除機は、手動によることなしで、いっそう良くこれらの環境に対処することができる。
【００１３】
好ましくは、掃除機は、アジテータの電源を切り、次に、この掃除機の、モータによって駆動される駆動輪の回転を逆転させることによって、巻き込みをほどくことを試みる。
【００１４】
本発明の別の構成は、シャーシと、このシャーシを支持し、モータによって駆動される駆動輪と、モータによって駆動される吸込ファンと、汚れた空気の吸入口と、この汚れた空気の吸入口に設けられ、かつ掃除する面をかきまわすための、モータによって駆動される回転可能なアジテータと、掃除機を部屋の中で操縦すると共に、モータによって駆動される駆動輪とアジテータとに電力を配電するための制御システムとを具備し、前記制御システムは、第１動作モードで掃除機を動作させ、前記第１動作モードでは、前方向に掃除機を移動させるためにモータによって駆動される駆動輪に電力を供給すると共に、アジテータに電力を供給し、アジテータが巻き込みを起こした時に、これを検出し、巻き込み時に、巻き込みをほどくことを試み、巻き込みを起こした場所を表す情報を保存し、さらに、前記制御システムは、その後、部屋の中で掃除機を操縦し、掃除機が、以前、巻き込みを起こした場所に到着した時、この掃除機を第２動作モードにすることを特徴とするロボット型床掃除機を提供する。
【００１５】
前記第２動作モード中、制御システムは、アジテータを止め、掃除機を、アジテータが巻き込みを起こした場所の近くを移動させるか、あるいは、最初に接近した方向とは異なる方向からの接近を除いて、アジテータが巻き込みを起こした場所を通過しないように、この掃除機を操縦することができる。
【００１６】
巻き込みを起こした場所に到着する前に、第２動作モードにすることによって、アジテータは、さらに巻き込みを起こす可能性が少なくなり、それゆえに時間と電力が節約される。さもなければ、これらの時間と電力が、巻き込みをほどくための、さらなる試みを実行するために費やされる。
【００１７】
本発明のさらなる望ましく有利な特徴が、従属クレームの中で述べられている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず、図１を参照すると、この図には、シャーシ１０と、２つの駆動輪１１と、ブラシ棒ハウジング１２と、２つの再充電可能な電池１３・１４と、欧州特許Ｎｏ．０４２ ７２３に開示されたタイプのサイクロン分離器１５と、ユーザーインターフェース１６と、１つの（あるいはそれ以上の）光検出器１７と、以下にさらに詳細に述べる種々のセンサ１９・２７〜３１とを具備するロボット型真空掃除機のタイプのロボット型床掃除機が図示されている。各駆動輪１１は、成型によってリブが形成されたタイヤ１１Ａを具備している。このタイヤ１１Ａは、掃除機を動かすために強いグリップを持ち、かつ柔らかく弾性のあるプラスチックによって形成されている。光検出器１７は、真空掃除機の周りにある複数の所定の場所から受光した光を検出する。このことは、われわれの国際特許出願公開公報Ｎｏ．ＷＯ ００／３８０２７に、さらに詳しく開示されている。光検出器１７の動作の詳細は、本発明においては重要ではないので、ここではこれ以上述べない。
【００１９】
図２を参照すると、シャーシ１０の底面には、掃除機が置かれる面と対向する吸込口２を具備したクリーナーヘッド１２が設けられている。吸込口２は、実質的に長方形であって、クリーナーヘッド１２の幅の大部分にわたって延出している。ブラシ棒（アジテータ）４は、吸込口２の中に、回転可能に取り付けられている。クリーナーヘッド１２の底面において切り取られた部分２Ａは、クリーナーヘッド１２の中の、ブラシ棒モータと、駆動装置とを示している。モータ２２は、モータ２２のシャフトプーリー２２Ａと、ブラシ棒４のプーリー４Ａとの間に架かっている駆動ベルト５によってブラシ棒４を駆動するために、クリーナーヘッド１２の中に設けられている。クリーナーヘッド１２は、このクリーナーヘッド１２が掃除する面から浮き上がることができるように、シャーシ１０上に取り付けられている。これは、クリーナーヘッド１２とシャーシ１０との間に二重の関節を具備して取り付けられることによって達成される。クリーナーヘッド１２とシャーシ１０との間を連結する二重の関節については、われわれの国際特許出願公開公報Ｎｏ．ＷＯ ００／３６９６５に、さらに詳しく開示されている。これによって、クリーナーヘッド１２が、シャーシ１０に対して垂直方向に自由に動くことができるようになっている。これは、クリーナーヘッド１２が、小さな障害物、例えば、本、雑誌、敷物の縁等を乗り越えることを可能にする。高さが約２５ｍｍまでの障害物を、この方法で横切ることができる。キャスター車輪６は、シャーシ１０の後縁に配置され、回り継手７によって回動するようにシャーシに取り付けられている。また、キャスター車輪６は、掃除機が障害物に遭遇し、これを乗り越えなければならないときに、付加的な援助を行う傾斜部８を有している。このようにすると、駆動輪１１が障害物を乗り越えた後に、キャスター車輪６が障害物にひっかかることがなくなる。
【００２０】
クリーナーヘッド１２は、シャーシ１０上に非対称に設けられていて、クリーナーヘッド１２の一方の側が、ほぼ円状のシャーシ１０から突出している。これによって、掃除機のクリーナーヘッド１２が突出した側で、部屋の隅まで掃除することができる。
【００２１】
図３に示す回路は、２つの再充電可能な電池１３・１４と、電池およびモータ管理システム１８と、モータおよび吸込ファンユニット９と、真空掃除機の左右の駆動輪１１を駆動するためのモータ２０・２１と、真空掃除機のブラシ棒４を駆動するためのモータ２２と、操縦システム３４（図４参照）のための処理回路２３（マイクロプロセッサと現場でプログラム可能なゲートアレーを具備する）と、左右のセンサのインターフェース２４・２５と、ユーザーインターフェースボード２６と、光検出器１７とを含む。
【００２２】
自動真空掃除機の操縦システムは、複数の赤外線センサ２７と、複数の超音波センサ１９と、自動真空掃除機が通過することができない可搬性境界標識（portable threshold locator：図示していない）の存在を検出するための境界（threshold）検出器３０と、動物および火を検出するための、１つあるいはそれ以上の焦電検出器３１とを具備している。赤外線センサは、赤外線発光器２７ａと赤外線受光器２７ｂとを具備し、超音波センサ１９は、超音波発信器１９ａと超音波受信器１９ｂとを具備している。ロボット型真空掃除機の前方、後方および両側に４つの主超音波受信器１９ｂがある。これらの受信器１９ｂによって受信された信号は、部屋の特徴あるいは部屋の中の物体からロボット型真空掃除機までの距離を表す情報を提供するのみならず、受信された信号の振幅および幅は、特徴あるいは物体の大きさおよび形状、および検出された素材の種類に従って変化する。
【００２３】
図４に示すように、電池およびモータ管理システム１８は、再充電可能な電池１３・１４の中の電池監視装置（図示していない）からデータを受信する中央処理装置３３を含む。中央処理装置３３は電池１３・１４の中に残っている充電量を計算し、この情報を操縦システム３４の処理回路２３に送る。
【００２４】
中央処理装置３３は、典型的な例では、日立 Ｈ８／３３３４ Ｆ マイクロプロセッサだが、ユーザーインターフェースボード２６に接続されていて、かつ処理回路２３、およびセンサ１９・２７〜３１を具備する操縦システム３４に電源を供給する。また、これは、モータ２０・２１・２２およびファンユニット９にも電源を供給する。
【００２５】
スイッチ３５は、ユーザーインターフェース１６（図１参照）上に配置されている。スイッチ３５は、中央処理装置３３と、直接、情報を交換する。初回のスイッチ３５の押し下げで、最後には中央処理装置３３を静止状態にするパワーダウンシーケンスが開始される。２回目のスイッチ３５の押し下げで、中央処理装置３３は起動され、ロボット型真空掃除機を掃除のために使用可能とするパワーアップシーケンスを実行する。
【００２６】
中央処理装置３３と操縦システム３４との間の通信線３６は、一方向に電池１３・１４、ファンユニット９、電源３７に関するデータを伝送し、かつ他方向に制御情報に関するデータを伝送する。
【００２７】
電池およびモータ管理システム１８は、操縦システム３４に安定化された電源を供給するための電源ユニット３７を具備している。電源ユニット３７、モータ２０・２１・２２およびファンユニット９は、電流センサ（図示していない）を有し、中央処理装置３３が、電源ユニット３７と、モータ２０・２１・２２と、ファンユニット９とによって消費される電流を監視し、所定の限界値を超えたら、関連した電源を切ることを可能にしている。また、モータ２０・２１による消費電流に関する情報は、その上を真空掃除機が移動している面の勾配および種類を示している。電流センサからの出力は、アナログ信号である。これらの出力は、整えられ、次の処理のために、中央処理装置３３内に一体化されているＡ／Ｄ変換器によってデジタル値に変換され、そして操縦システム３４に伝達される。
【００２８】
牽引モータ２０・２１とブラシ棒モータ２２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）による速度制御を必要とする。それゆえに、このシステムは、１／１２８の分解能で、５０ｋＨｚより高い、０〜１００％のＰＷＭを供給可能な３つのＰＷＭ発生器を有している。モータ２０・２１・２２のＰＷＭ制御は、操縦システム３４の中で行われる。
【００２９】
２つの別々な処理システム２３・３３を用意することによって、それぞれのシステムが、もう一方のシステムの完全なチェックを行い、誤りが検出されたら真空掃除機の電源を切ることができるようになっている。
【００３０】
ロボット型真空掃除機の動作および操縦の詳細な方法は、本発明を構成するものではない。制御および操縦システム３４は、掃除領域周辺で、この掃除機を駆動し、かつ、さまざまなセンサ１９・２７〜３１は、部屋の中の、可搬性境界標識、障害物、その他の部屋の特徴、例えば部屋の隅や暖炉を検出し、かつ、処理回路２３は、このような障害物を避け、部屋の隅に至ったときに向きを変えるために、ロボット型真空掃除機を操縦すると言うにとどめておく。１つの特定の動作方法が、われわれの国際特許出願公開公報Ｎｏ．ＷＯ ００／３８０２５にさらに詳細に開示されている。その中で開示されている操縦システムは、光検出装置を具備している。この光検出装置によって検出された光のレベルが、以前にこの光検出装置によって検出された光のレベルと同じか、あるいは実質的に同じであるかどうかを認識することによって、掃除機が自身を部屋の中に位置させることが可能になる。障害物回避センサから受け取った情報と共に、光検出装置から受け取った情報が、掃除機を部屋の中で操縦するために用いられる。本発明の一実施形態では、掃除機を部屋の中に位置させるために、操縦システムの能力を利用する。それゆえに、本発明の掃除機には、国際特許出願公開公報ＷＯ ００／３８０２５を引用することによって、そこに記載された掃除機の特徴を組み込むことができる。
【００３１】
それゆえに、１つの動作モードにおいては、本発明のロボット型真空掃除機は、典型的には、掃除する部屋の壁に横付けになった位置にあり、壁に沿って、従って部屋の縁に沿って前方に動くようになっている。さまざまなセンサ１９・２７〜３１が、部屋の中の障害物やその他の特徴、例えば部屋の隅や暖炉を検出し、かつ操縦システム３４が、このような障害物を避けると共に、部屋の形状等が変化している部分に到達したときに向きを変えるために、ロボット型真空掃除機を操縦する。各方向転換点（中間地点：way point）において、操縦システム３４は、光検出器１７および超音波受信器１９ｂから受け取った情報をメモリ５０内に保存する。また、これは、掃除機が各中間地点で回転することを要求される際の方向に関する情報を保存する。また、光検出器１７および超音波受信器１９ｂから受け取った情報を定期的に監視すると共に、あらかじめ保存されていた情報と比較する。ロボット型真空掃除機が、光検出器１７および４つの主超音波受信器１９ｂから受け取った情報が、あらかじめ保存されていた情報と同じか、あるいは実質的に同じになる位置に達したとき、操縦システム３４は、ロボット型真空掃除機が部屋を一周したものと認識する。操縦システム３４は、自動真空掃除機を、掃除機の幅、あるいは実質的な掃除機の幅だけ内側へ移動させるようにプログラムされている。そして、操縦システム３４は、光検出器１７および４つの主超音波受信器１９ｂから受け取った情報を、あらかじめ保存されていた情報と比較することによって、もっと先の中間地点を認識することができ、そしてロボット型真空掃除機が、その経路にある障害物を避けながら、自身を、大体、内側へ向かうらせん状に部屋の中を移動させることができるようにする。
【００３２】
もし、自動真空掃除機が、最初、部屋の中央に置かれていたとすると、この自動真空掃除機は、壁あるいは障害物を見つけるまで移動する。もし、壁を見つけたら、上述した経路をたどる。もし、例えば中央の暖炉のような特徴すなわち部屋の中央にある障害物を見つけたら、この特徴すなわち障害物の周囲を一周し、そして、必要であるかぎり、なお障害物を避けながら、外側へ向かう略らせん状の経路をたどる。
【００３３】
より具体的には、もし、真空掃除機が、図５に示した位置Ａからスタートし、第１の壁Ｗ１に隣接した部屋の隅に沿って時計方向に動くとすると、位置Ｂで、前方に第２の壁Ｗ２があることを検出し、９０°右に曲がる。この真空掃除機は、センサによって、すでに左手側に壁Ｗ２があることを認識している。そして、掃除機は、位置Ｃに達して前方に第３の壁Ｗ３の存在を検出するまで移動し続け、再び９０°右に曲がり、第３の壁に沿って移動する。掃除機は、一方の側が、最も近い壁あるいは障害物に近接し続けるか、あるいは部屋の中を、最も最近、周回した周回路に近接し続けるようにプログラムされている。それゆえに、掃除機が位置Ｄに達すると、再び９０°右に曲がり、位置Ｅに到達するまで、第４の壁Ｗ４に沿って移動する。位置Ｅに到達して再び右に曲がったら、位置Ｂに再び接近する。位置Ｂでは、光検出器１７および４つの主超音波受信器１９ｂが、掃除機が以前に位置Ｂにいた時に検出したものと同じか、実質的に同じ情報を検出することになる。この点で、掃除機は、この掃除機の幅、あるいは実質的にこの掃除機の幅だけ内側に入った位置Ｂ’に移動し、次に、部屋の周囲に沿った最初の横断路づたいであって、最初の横断路から掃除機の幅だけ内側に入ったところを移動し続ける。もし、掃除機が、部屋の中を移動中に、障害物に遭遇したら、センサ２７〜３１がこれらの障害物を検出し、掃除機は、これらの障害物の周囲に沿って操縦される。
【００３４】
各中間地点（重要な各方向転換点）で検出された、光のレベルを表す情報は、４つの主超音波受信器１９ｂからの情報と共に、メモリに保存される。掃除機が、同様の中間地点、例えば中間地点Ｃ’、Ｃ”、Ｄ’、Ｄ”、Ｅ’、Ｅ”等に戻ると、２つの類似した地点における情報がメモリ内で相互に関連付けられることによって、情報が関連性を持つようになる。このことは、掃除機に、既知の点に戻ったことを知らせ、また障害物によって占有された領域以外の部屋の床が掃除されたことを知らせる。
【００３５】
次に、図５に示した部屋のレイアウトの例と、図６に示したフロー図とを参照しつつ、動作方法を説明する。図５中の符号４０は、縁の周りに飾りふさを持つ円形の敷物を表す。マイクロプロセッサは、定期的にブラシ棒モータに供給される電流を監視している（ステップ１００）。部屋を２回目に横断する間に、掃除機は地点４１で敷物４０の飾りふさが付いた縁に遭遇する。もし飾りふさが十分に長ければ、ブラシ棒４が飾りふさを巻き込む危険性がある。もし飾りふさがブラシ棒４に巻き込まれたら、以下の巻き込みをほどく手順が実行される。ステップ１０２で、マイクロプロセッサ３３は、ブラシ棒４の回転速度が著しく減少したことを示す、ブラシ棒モータ２２に供給される電流の増加を検出する。これは、ブラシ棒の巻き込みをも示している。次に、マイクロプロセッサ３３は、ブラシ棒モータ２２の電源を切るようにプログラムされている操縦システム３４に信号を送る（ステップ１０４）。操縦システム３４は、また、地点４１を「危険な」中間地点とみなし、このことを超音波受信器１９ｂからの情報と共にメモリ５０内に保存する。地点４１へ接近する方向もまた、メモリ５０内に保存される。操縦システム３４は、駆動モータ２０・２１を停止させ、続いて逆転させるようにプログラムされている（ステップ１０６）。操縦システム３４は、壁Ｗ３あるいはＷ１から掃除機までの距離の変化を検出するために、掃除機の前後に設けられたセンサ１９ｂを監視している。これは、掃除機が移動していることを確認し、また、掃除機が地点４２までの、所定の距離Ｘを移動し終えた時を決定するために使用することができる。例として、Ｘを２０ｃｍすなわち掃除機の長さと同等の長さにすることができる。地点４２で、操縦システム３４は駆動モータ２０・２１を停止させることによって、掃除機を停止させる。続いて、操縦システム３４は、モータ２２を再起動させると共に（ステップ１０８）、マイクロプロセッサ３３から、ブラシ棒が、まだからまっているか、あるいは再びからまったことを示す信号を受け取らなかったら、ブラシ棒４の巻き込みがほどけたものとみなす（ステップ１１０）。
【００３６】
この地点で、巻き込み解除シーケンスは完了する。操縦システム３４は、次に、いくつかの選択可能なモードのうちの１つへ進むようにプログラムされている。
【００３７】
第１モードでは、操縦システム３４は、この場所を、記憶された「危険な」中間地点と判断し、再びブラシ棒４を停止させながら（ステップ１１２）、中間地点Ｅ’に至るまで、図５に示したように掃除機を線Ｄ’−Ｅ’に沿って操縦し続ける（ステップ１１６）。この地点でブラシ棒４は再び起動され、例えば地点４３で、新たな巻き込みによる障害がなければ、掃除プログラムの残りの期間、回転し続ける。それゆえに、このモードにおいては、線Ｄ’−Ｅ’の残りの部分の掃除トラックは、吸込ファン９は動作していて、ブラシ棒モータ２２は停止している期間を表している。
【００３８】
第２モードでは、操縦システム３４は、地点４１から、あらかじめ決められた距離Ｙだけ進んだ地点４４まで、ブラシ棒４を停止させた状態で、線Ｄ’−Ｅ’に沿って前方へ掃除機を案内し、かつ運転するようにプログラムされている（ステップ１１４）。地点４２と４４との間の距離は、掃除機が地点４１から後方に動いた距離Ｘより大きい。そして、掃除機が敷物の飾りふさを通り過ぎたことが期待されるときに、ブラシ棒４の回転を再開するために、ブラシ棒モータ２２は再び起動される。この距離は、距離Ｘが測定されたのと同じ方法で、超音波センサ１９によって測定される。例として、前方距離は、後方距離Ｘの２倍であってもよい。そして、掃除機は、図５の線Ｄ’−Ｅ’の残りに沿って、操縦システム３４によって制御されるようになる。このモードにおいては、比較的短い距離（例えば４０ｃｍ）のみがブラシ棒４の回転なしで掃除されることになる。
【００３９】
第３モードでは、操縦システム３４は、掃除動作の残りの間、ブラシ棒モータ２２が停止された状態で、図５中に描かれた、らせん状のパターンに従って、部屋の床を掃除し続けるようにプログラムされている（ステップ１１８）。
【００４０】
第４動作モードでは、操縦システム３４は、上述した巻き込み解除手順が実行された後に、地点４１を掃除機が通過することができない障害物と判断して、図５中に描かれた、らせん状のパターンに従って、掃除機を進めるようにプログラムされている（ステップ１１９）。それゆえに、掃除機が地点４１に達するか、あるいは接近するときはいつも、操縦システム３４は、掃除機が地点４１を、直接、通過せずに、この地点の周りを進むようにする。これは、もちろん、掃除機の新しい経路が、飾りふさが付いた敷物４０の反対側の縁まで、掃除機を導き、もう１つの危険な中間地点が認識されることを可能にする。この、もう１つの危険な中間地点は、最初の中間地点と同様に扱われる。
【００４１】
図５に示した部屋は単純なレイアウトを持つが、実際の部屋には、掃除機がその周りを移動しなければならない家具やその他の物があることは言うまでもない。それゆえに、掃除機は、その掃除動作の中の他の時点で、ブラシ棒４が巻き込みを起こした位置４１を越えて移動することを要求されるかもしれない。図７のフロー図は、この掃除機がどのように動作するのかを示している。ステップ２００で、操縦システム３４は、現在の位置を、ブラシ棒が、以前、巻き込みを起こした位置の保存リストと比較する。もし、掃除機が保存位置のうちの１つに接近したと、操縦システムが判断したら、さらなるブラシ棒の巻き込みを防ぐことを試みて、いくつかの動作のうちの１つをとることができる。ステップ２１０で、操縦システムは、巻き込みが起こった場所を迂回して掃除機を操縦するように動作する。あるいは、ステップ２２０で、場所４１を通過するような事態が発生する、あらゆる場合の直前直後の期間中、ブラシ棒モータ２２を停止してもよい。あるいは、ステップ２３０で、掃除機は、巻き込みが起こった場所への現在の接近方向を、保存された接近方向と比較し、そこへの接近方向が、ブラシ棒４が、以前、巻き込みを起こした時と同じでない限り、掃除機が場所４１を乗り越えることができるように動作する。規則的なパターンを持つ制御方法、例えば図５に示した、らせん状のパターンで、掃除機が部屋の中を移動すると、掃除機は、部屋の次の周回路上での部屋の中の同様の位置、例えば、位置４１と４３に戻る。比較ステップ２００は、少なくとも、周回路間の段階の距離の位置の違いを許容する。
【００４２】
図１から５に示した掃除機のブラシ棒４は、モータ２２から２：１の減速駆動系を介して約３０００ｒｐｍ±５００ｒｐｍ（掃除される面による）で駆動され、ゆえに、このモータ２２は、ブラシ棒４の２倍の速度で回転する。駆動系は、弾力性のあるベルトによって結合され、モータにエネルギーが供給されていないとき、ブラシ棒４は、極めて簡単に自在輪となる。ブラシ棒４が自在輪になれるようにブラシ棒モータ２２の電源を切った状態で、掃除機を短い距離だけ後退させるための、通常の床上での駆動輪１の牽引力は、じゅうたん、あるいは敷物の飾りふさを、ブラシ棒４からほどくための、ほとんどの環境において十分である。
【００４３】
前記ブラシ棒モータ２２には、通常、３６ボルトで、約０．６アンペアの電流が流れる。これは、４０ｍＮｍのモータトルクを発生し、ブラシ棒４において、約８０ｍＮｍを発生する。電流が１．００アンペアを超えたら、操縦システム３４は、上述した巻き込み解除手順を起動させる。
【００４４】
前記駆動モータ２０・２１は、減速ギア（図示していない）を介して、それぞれの車輪１１と結合されていると共に、３６０ｍＮｍのトルクを発生する。汚れた空気の吸入口２が、通常の前方向への動き（図１における左下方向に向かう動き）における、駆動輪１１の後ろにあることに注意すべきである。じゅうたんの飾りふさの巻き込みをほどく時の、掃除機の後退期間中は、ブラシ棒４にからみついた飾りふさの引っ張り力の方向のため、車輪のグリップ力は増加し、その結果、掃除機を後方に移動させ、それによって飾りふさの巻き込みをほどくために利用可能な牽引力が増加する。
【００４５】
ブラシ棒が巻き込みを起こしたことは、上述した電流センサ以外の手段を用いて検出することも可能である。ブラシ棒が止まりそうになった時あるいは事実上止まった時に、マイクロプロセッサ３３への信号を発生するいかなるセンサからも、上述した電流検出器と同様の効果が得られる。例えば、ブラシ棒の近くに配置された赤外線センサは、既知の方法で、ブラシ棒の回転速度を検出するために使用することができ、そして、速度が、あらかじめセットされた値以下に低下したら、信号をマイクロプロセッサに送ることができる。制御システムは、ここでは、センサの情報、例えば、光センサと超音波センサが測定する部屋の中での場所を示す情報を保存するように記述されているが、実際の場所の情報を保存してもよい。上述した実施形態の特徴に対する、その他の変形と修正は、当業者にとって明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明を具体化した自動真空掃除機の透視図である。
【図２】 図１に示した掃除機における、ブラシ棒モータとベルト駆動を示すために小さな部分を切り取った底面図である。
【図３】 図１に示した掃除機における電力管理システムと操縦システムのブロック回路図である。
【図４】 図３に示した電力管理システムのより詳細なブロック回路図である。
【図５】 図１に示した掃除機の動作を説明するための概略図である。
【図６】 ブラシ棒が停止した後の掃除機の動作方法を示すフローチャートである。
【図７】 ブラシ棒が停止した後の掃除機の動作方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ シャーシ
１１ 駆動輪
１１Ａ タイヤ
１２ ブラシ棒ハウジング
１３・１４ 電池
１５ サイクロン分離器
１６ ユーザーインターフェース
１７ 光検出器
１９・２７〜３１ センサ
２ 吸込口（汚れた空気の吸入口）
１２ クリーナーヘッド
２Ａ 切り取られた部分
２２ ブラシ棒モータ
２２Ａ シャフトプーリー
４ ブラシ棒
４Ａ プーリー
５ 駆動ベルト
６ キャスター車輪
７ 回り継手
８ 傾斜部
９ モータおよび吸込ファンユニット
１８ 電池およびモータ管理システム
２０、２１ 牽引モータ
２３ 処理回路（処理システム）
２４、２５ インターフェース
２６ ユーザーインターフェースボード
２７ 赤外線センサ
２７ａ 赤外線発光器
２７ｂ 赤外線受光器
１９ 超音波センサ
１９ａ 超音波発信器
１９ｂ 超音波受信器
３０ 境界検出器
３１ 焦電検出器
３３ 中央処理装置（マイクロプロセッサ）
３４ 操縦システム
３５ スイッチ
３６ 通信線
３７ 電源ユニット
４０ 敷物
５０ メモリ
Claims (27)
- シャーシと、
このシャーシを支持し、モータによって駆動される駆動輪と、
モータによって駆動される吸込ファンと、
汚れた空気の吸入口と、
この汚れた空気の吸入口に設けられ、かつ掃除する面をかきまわすために、モータによって駆動される回転可能なアジテータと、
掃除機を部屋の中で操縦すると共に、モータによって駆動される駆動輪とアジテータとに電力を配電するための制御システムと
を具備し、
前記制御システムは、第１動作モードで掃除機を動作させ、前記第１動作モードでは、前方向に掃除機を移動させるためにモータによって駆動される駆動輪に電力を供給すると共に、アジテータに電力を供給し、
さらに、前記制御システムは、アジテータが巻き込みを起こした時に、これを検出し、巻き込み時に、巻き込みをほどくことを試み、巻き込みをほどいた後に、掃除機を第２動作モードにし、
前記第２動作モードでは、前記制御システムは、アジテータに電力を供給すると同時にアジテータが巻き込みを起こしたのと同一の方向から巻き込みを起こした場所を通過するように掃除機を動作させないことを特徴とするロボット型床掃除機。 - 巻き込み時に、前記制御システムは、アジテータの電源を切り、そして、掃除機を反対方向に動かすために、この掃除機のモータによって駆動される駆動輪の回転を反転させることを特徴とする請求項１に記載の掃除機。
- 前記掃除機は、あらかじめセットされた距離以上、反対方向に動くことを特徴とする請求項２に記載の掃除機。
- 前記あらかじめセットされた距離は、掃除機を反対方向に動かす間、掃除する部屋の中の物あるいは壁から掃除機までの距離の変化を検出することによって測定されることを特徴とする請求項３に記載の掃除機。
- 前記の掃除する部屋の中の物あるいは壁から掃除機までの距離は、超音波によって検出されることを特徴とする請求項４に記載の掃除機。
- 前記掃除機は、反対方向に動いた後に、再びアジテータの電源を入れることを特徴とする請求項２から５のうちのいずれか１つに記載の掃除機。
- 前記掃除機は、反対方向に動いた後に、前方向に動くことを特徴とする請求項２から６のうちのいずれか１つに記載の掃除機。
- 前記第２動作モード中、制御システムはアジテータの電源を切ることを特徴とする請求項１から７のうちのいずれか１つに記載の掃除機。
- 前記制御システムは、あらかじめセットされた距離の間、掃除機を第２動作モードのままにすることを特徴とする請求項８に記載の掃除機。
- 前記制御システムは、あらかじめセットされた時間の間、掃除機を第２動作モードのままにすることを特徴とする請求項８に記載の掃除機。
- 前記制御システムは、使用中は、掃除機が動作する領域内での位置を表す情報を保存し、また、この掃除機が次の保存された位置に到着するまで、この掃除機を第２動作モードのままにすることを特徴とする請求項８に記載の掃除機。
- 前記制御システムは、第２動作モードの状態で、掃除機を、アジテータが巻き込みを起こした場所の近くを移動させることを特徴とする請求項１から１１のうちのいずれか１つに記載の掃除機。
- 前記掃除機は、アジテータが巻き込みを起こしたときの、この掃除機の場所を記憶することを特徴とする請求項１から１２のうちのいずれか１つに記載の掃除機。
- 前記掃除機は、アジテータが巻き込みを起こした場所に対する、この掃除機の接近方向を記憶することを特徴とする請求項１３に記載の掃除機。
- 前記掃除機は、最初に接近した方向とは異なる方向からの接近を除いて、アジテータが巻き込みを起こした場所を通過しないように、この掃除機を操縦する一方で、その後の床の掃除を進めることを特徴とする請求項１４に記載の掃除機。
- 前記掃除機は、この掃除機が、アジテータが巻き込みを起こした場所を通過する場合には、この掃除機が、その場所に到着する直前にアジテータの電源を切るように、この掃除機を操縦する一方で、その後の床の掃除を進めることを特徴とする請求項１４に記載の掃除機。
- 前記の場所の前の距離は、あらかじめセットされていることを特徴とする請求項１６に記載の掃除機。
- 前記制御システムは、アジテータが巻き込みを起こした場所を通過した後に、再びアジテータの電源を入れることを特徴とする請求項１６あるいは１７に記載の掃除機。
- 前記制御システムは、あらかじめセットされた距離だけ前記の場所を通過した後に、再びアジテータの電源を入れることを特徴とする請求項１８に記載の掃除機。
- 前記あらかじめセットされた距離は、掃除機上の超音波センサによって測定されることを特徴とする請求項１９に記載の掃除機。
- 前記掃除機が次の中間地点に到着した時、再びアジテータの電源が入れられることを特徴とする請求項１８から２０のうちのいずれか１つに記載の掃除機。
- 前記制御システムは、アジテータが巻き込みを起こした場所に到着したら、前記の場所を障害物として扱い、それを通過することを避けるように掃除機を操縦する一方で、床の掃除を進めることを特徴とする請求項１３に記載の掃除機。
- 前記アジテータが、所定の回数、巻き込みを起こしたら、前記制御システムはアジテータの電源を切り、掃除機はアジテータの電源を切ったまま床の掃除を続けることを特徴とする請求項１から２２のうちのいずれか１つに記載の掃除機。
- 前記掃除機は、警告表示器を具備し、この警告表示器は、アジテータの巻き込みの最初の検出から所定の時間が経過した後にもアジテータが巻き込み状態のままであったら、点灯されることを特徴とする請求項１から２３のうちのいずれか１つに記載の掃除機。
- 前記制御システムは、アジテータの回転速度が、アジテータの巻き込みを示す閾値以下に低下したかどうかを監視することを特徴とする請求項１から２４のうちのいずれか１つに記載の掃除機。
- アジテータモータに流れる電流を検出することによって、前記アジテータの速度を検出することを特徴とする請求項２５に記載の掃除機。
- シャーシと、
このシャーシを支持し、モータによって駆動される駆動輪と、
モータによって駆動される吸込ファンと、
汚れた空気の吸入口と、
この汚れた空気の吸入口に設けられ、かつ掃除する面をかきまわすために、モータによって駆動される回転可能なアジテータと、
掃除機を部屋の中で操縦すると共に、モータによって駆動される駆動輪とアジテータとに電力を配電するための制御システムと
を具備し、
前記制御システムは、第１動作モードで掃除機を動作させ、前記第１動作モードでは、前方向に掃除機を移動させるためにモータによって駆動される駆動輪に電力を供給すると共に、アジテータに電力を供給し、
アジテータが巻き込みを起こした時に、これを検出し、巻き込み時に、巻き込みをほどくことを試み、巻き込みをほどいた後に、掃除機を第２動作モードにし、
前記第２動作モードでは、前記制御システムは、アジテータに電力を供給すると同時にアジテータが巻き込みを起こしたのと同一の方向から巻き込みを起こした場所を通過するように掃除機を動作させないことを特徴とするロボット型床掃除機の動作方法。
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