JP4909930B2

JP4909930B2 - 自走式掃除システム

Info

Publication number: JP4909930B2
Application number: JP2008085181A
Authority: JP
Inventors: 航田中; 誠服部; 祐子岡田; 泰治田島; 拓也川邊; 亨仁木; 健一多田
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP2009238055A

Description

本発明は部屋の中を自走して掃除を行う自走式掃除システムに関するものである。

通常、自走式掃除機は駆動に必要な電力を供給する電池が設けられているが、その電池には充電してリサイクルできる二次電池を使用することが一般的である。従って自走式掃除機は必要時に二次電池に電力を充電させうる充電台とのシステムで構成される。使用者がマニュアルで充電台と接続させることで二次電池の充電を行う方法では、充電が必要になるたびに使用者に負担を強いることになる。そこで自走式掃除機は、自動で充電台に帰還し、自ら二次電池の充電を行う自動充電の機能を有していることが望ましい。自動充電を実現するためには、充電台への自動帰還と同時に、充電台の給電端子と自走式掃除機の充電端子が正確に一致するよう充電台と自走式掃除機の位置合わせをする必要がある。

特許文献１には、自走式掃除機のセンサが認識できる固有のマーカを充電台に設置しておき、自走式掃除機がその固有のマーカを認識することで充電台を発見し、その後所定の動作を行うことで充電台の給電端子と自走式掃除機の充電端子を接続させる方法が開示されている。特許文献１では、進行方向左側に設置したセンサがマーカを検知すると自走式掃除機を右方向に９０°旋回させ、自走式掃除機を後退させて充電台の給電端子と自走式掃除機後部の充電端子とを接触させて充電を行うようにしている。

特許文献２には、自走式掃除機に設置された対象物を検出できるセンサと駆動輪に設置されたロータリーエンコーダを用いて見積られる走行距離とを用いて、壁際に設置された充電台の厚みを認識することで充電台の認識を行い、さらに、充電台に凹部が形成されており、それをセンサによって検出し、そこから所定の動作を行うことで充電台と自走式掃除機の位置合わせを行う方法が開示されている。特許文献２では、自走式掃除機が充電台の凹部を検出すると、自走式掃除機を９０°旋回させ、自走式掃除機を後退させて充電台の給電端子と自走式掃除機後部の充電端子とを接触させて充電を行うようにしている。

特開２００３−３３０５４３号公報特開２００６−１１３９５２号公報

特許文献１および特許文献２では、自走式掃除機が充電台を検出した後の充電台と自走式掃除機の位置合わせは、センサによる位置補正等は行わず、予め決められた動作を行うことで接続を試みるものであり、最後まで正確な端子の位置合わせを行っていない。よって、決められた動作中に誤差を生じる可能性があり、充電台と自走式掃除機の端子間の接続精度は十分ではない恐れがある。

本発明の目的は前記課題を解決し、自走式掃除機が充電台へ確実に自動帰還するシステムを提供することである。

前記目的を達成するために本発明の自走式掃除システムは、内部に二次電池を有し、走行駆動部や掃除機能部を駆動し、自律走行および自律掃除を行う自走式掃除機と、給電端子を持ち前記自走式掃除機の前記二次電池を充電する充電台とを備えた自走式掃除システムであって、前記自走式掃除機は障害物等との距離を測定する距離センサと、前記充電台の前記給電端子と接続することで前記二次電池を充電することが可能となる充電端子と、を具備しており、前記距離センサは、前記自走式掃除機の前方に設置した前方センサと、左右それぞれの斜め前方に向けて設置した左斜め前方センサおよび右斜め前方センサとを具備しており、前記充電台は、前面に円形に切り取られた形状と、前記距離センサにて検出可能な略直方体形状のマーカ形状と、前記給電端子とを具備しており、前記前方センサが前記充電台のマーカ形状を検出し、かつ前記左斜め前方センサおよび前記右斜め前方センサが検出した前記充電台前面の前記円形に切り取られた形状までのそれぞれの距離が概略規定の関係となる状態のとき、充電端子と給電端子が接続可能に正対する位置となり、前記状態を維持しながら前記自走式掃除機を前進させ、前記充電端子と前記給電端子が接続し、前記二次電池を充電することを特徴とする。

自走式掃除機は自走式掃除機前面に外面から引っ込んだ窪み形状を備え、充電台は充電台前面から出っ張っており自走式掃除機の窪み形状と嵌合しうる突起形状を備えている。
自走式掃除システムは、窪み形状と突起形状が嵌合しているとき、自走式掃除機の充電端子と充電台の給電端子は接続されるように構成されている。また、自走式掃除機の充電端子は窪み形状に内蔵され、充電台の給電端子は突起形状に内蔵されていても良い。

自走式掃除機の窪み形状は奥に向かって先細りで３次元的にテーパーを持った窪みとして構成されており、充電台の突起形状は先端に向かって先細りで３次元的にテーパーを持ちかつ前記窪み形状と嵌合しうる突起として構成されている。自走式掃除システムは、突起形状の先端部を窪み形状の開口部に対して概略一致させて自走式掃除機を前進させると、突起形状と窪み形状は嵌合し、充電端子と給電端子が接続されるように構成されている。

自走式掃除システムは、前方センサがマーカ形状を検出しかつ左斜め前方センサおよび右斜め前方センサの充電台前面の前記円形に切り取られた形状までのそれぞれの検出距離が概略規定の関係となる状態にすることで充電端子と給電端子を接続可能に正対させる手順と、前記の状態を維持しながら自走式掃除機を前進させ、窪み形状の開口部に対して突起形状の先端部を概略一致させる手順と、窪み形状の開口部に対して突起形状の先端部を概略一致させた状態で自走式掃除機を前進させることで窪み形状と突起形状を嵌合させ、充電端子と給電端子を接続させる手順を順に実行することで自動充電を実現できる。

以上のように本発明により自走式掃除機を確実に充電台に接続させることができる自走式掃除システムが実現できる。

本発明によれば、部屋内で自律走行を行うために必要な障害物検出用の距離センサと充電台に設けたマーカ形状のみで、自走式掃除機の充電端子と充電台の給電端子とを確実に接続することができ、端子接続のために特別なセンサを必要とせず経済的である。また、端子接続位置の補正を行うことができるため信頼性の高い接続を実現できる。

以下、図面を用いて本発明に関する実施例を説明する。

最初に図１から図３を用いて本発明の自走式掃除システムの全体構成を説明する。図１は自走式掃除機１と充電台２の全体構成を模式的に示した説明図である。図２は自走式掃除機１と充電台２の要所構成を模式的に示した平面図である。図３は自走式掃除機１と充電台２の要所構成を模式的に示した側面図である。

自走式掃除機１は円筒形状をしており、前面にバンパ１５を備えている。また、バンパ１５には赤外線等を用いて壁や障害物等との距離を測定する距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）が設置されている。自走式掃除機１は中央左右に車輪３１，４１を有している。またその他に補助輪３６を有している。内部後方には電力を供給する電池５を有している。電池５には充電によるリサイクルが可能な二次電池を使用する。また、自走式掃除機１は前面にすり鉢状に引っ込んでおり３次元的にテーパーを持った窪み状ガイド８０を有しており、その内部に充電端子２０と、接触センサ８が構成されている。この窪み状ガイド８０のテーパーは、図２に示すように上方から見て、自走式掃除機１の外周から内部に向かって狭まるように左右両側が傾斜している。進行方向左側のテーパー８０ａは自走式掃除機１の進行方向左側から進行方向右側に向かって傾斜しており、進行方向右側のテーパー８０ｂは自走式掃除機１の進行方向右側から進行方向左側に向かって傾斜している。また、窪み状ガイド８０のテーパーは、図３に示すように側方から見て、自走式掃除機１の外周（進行方向前方）から内部に向かって狭まるように上下両側が傾斜している。上側のテーパー８０ｃは自走式掃除機１の進行方向前側から進行方向後側に向かって下がるように傾斜しており、進行方向右側のテーパー８０ｂは自走式掃除機１の進行方向前側から進行方向後側に向かって上がるように傾斜している。

自走式掃除機１には赤外線等を用いて距離を測定できる距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）が、前方，左右斜め前方，左右側方に構成されている。本実施例では距離センサ１００を左側方センサ１００ａ，左斜め前方センサ１００ｂ，前方センサ１００ｃ，右斜め前方センサ１００ｄ，右側方センサ１００ｅとしている。前方センサ１００ｃは自走式掃除機１の前方に配置され、自走式掃除機１の前方に向けて赤外線を放射して障害物等との距離を測定する。左斜め前方センサ１００ｂ，右斜め前方センサ１００ｄは自走式掃除機１の進行方向斜め前方に左右対称に配置され、自走式掃除機１の左右それぞれ斜め前方に向けて赤外線を放射して障害物等との距離を測定する。また、左側方センサ１００ａ，右側方センサ１００ｅは自走式掃除機１の進行方向左右に対称に配置され、自走式掃除機１の左右それぞれ側方に向けて赤外線を放射して障害物等との距離を測定する。前方，側方，斜め前方それぞれの距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）は自走式掃除機１の中の同じ高さに設置されている。以上の距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）により、自走式掃除機１からそれぞれの距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）が向いている方向に存在する物体までの距離を検出することができる。また、前方センサ１００ｃは窪み状ガイド８０の直上に構成されている。

充電台２は直方体を基本形状として構成されている。充電台２は部屋内の壁３３０に沿って設置される。このとき充電台２の後面は壁３３０に接触する。充電台２の厚みはＸであり、壁３３０の際に設置された充電台２は壁３３０からＸ突出した状態となる。充電台２の前面の左右方向中央部は円形に切り取られた形状となっている。この円形状と自走式掃除機１の外形とが一致するように自走式掃除機１および充電台２は構成されている。

充電台２の前面における左右方向の中心には、充電台２の前面から出っ張っており先細りで３次元的にテーパーを持った突起状ガイド７０が設置されており、その内部に自走式掃除機１の充電端子２０に接続することで電池５を充電することが可能となる給電端子１０が設置されている。

自走式掃除機１に設置された窪み状ガイド８０と突起状ガイド７０は嵌合するように構成されている。窪み状ガイド８０と突起状ガイド７０はそれぞれがテーパーを持った構造をしており、窪み状ガイド８０の開口部に突起状ガイド７０の先端部が概略一致した状態で自走式掃除機１を前進させると、それぞれのテーパー部がガイドとなり突起状ガイド７０と窪み状ガイド８０が嵌合する状態となるように構成されている。

また、突起状ガイド７０，給電端子１０，窪み状ガイド８０，充電端子２０は、突起状ガイド７０と窪み状ガイド８０が嵌合しているとき、給電端子１０と充電端子２０は確実に接続し、電池５を充電することが可能となるよう構成されている。さらに、突起状ガイド７０と窪み状ガイド８０が嵌合しているとき、窪み状ガイド８０の内部に構成されている接触センサ８に突起状ガイド７０の先端が接触し、接触センサ８はそれを検出することができるように構成されており、確実に接続されていることが確認可能となっている。

充電台前面には凹状マーカ２００ａ〜ｇが設置されている。凹状マーカ２００ａ〜ｇは左右に３つずつと中央に１つ設置されている。中央の凹状マーカを特に中央凹状マーカ２００ｄ呼ぶ。これらの凹状マーカ２００ａ〜ｇは自走式掃除機１の前方，側方，斜め前方の距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）にて検出できる高さに設置されている。

距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）が凹状マーカ２００ａ〜ｇを横切るとき、凹状マーカ２００ａ〜ｇを検出しているときだけ相対的に検出距離が長くなる。このような検出距離の変化により距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）にて凹状マーカ２００ａ〜ｇを検出することができる。

凹状マーカ２００ａ〜ｇにおける充電台２の前面から各凹状マーカ２００ａ〜ｇの奥面までの距離（深さ）は比較的浅いものと深いものの２種類存在し、図２に示すように前面左側から比較的浅い、深い，浅い，深い，浅い，深い，浅いという構成となっている。

また、中央凹状マーカ２００ｄは充電台２の突起状ガイド７０の直上に設置されている。よって、自走式掃除機１の前方センサ１００ｃが中央凹状マーカ２００ｄを検出しているとき、自走式掃除機１の窪み状ガイド８０の前方に充電台２の突起状ガイド７０が存在するようにできる。

さらに、図２に示すように、自走式掃除機１の前方センサ１００ｃが中央凹状マーカ２００ｄを検出し、かつ左右の斜め前方センサ１００ｂ，１００ｄによる充電台２までの検出距離が概略等しいとき、自走式掃除機１の充電端子２０と充電台２の給電端子１０は接続可能に正対するように、自走式掃除機１および充電台２は構成されている。

次に図４を用いて自走式掃除機１の内部構造を説明する。図４には自走式掃除機１の内部の要所構成を模式的に示す説明図である。

自走式掃除機１は前後方向中央左右対称に２つの独立した走行駆動部を有している。２つの走行駆動部をそれぞれ独立に駆動することによって、直進，後退，旋回を行うことが可能となっている。それぞれの走行駆動部は車輪３１，４１，減速機３２，４２，走行モータ３３，４３，ロータリーエンコーダ３４，４４，サスペンション構造３５，４５から構成されている。減速機３２，４２は走行モータ３３，４３の回転力を車輪３１，４１に伝達する構成となっている。ロータリーエンコーダは走行モータ３３，４３の回転数を検出することができる。この回転数と減速機３２，４２の減速比によって車輪３１，４１の回転数を把握することができる。そして、自走式掃除機１は車輪３１，４１の回転数と車輪３１，４１の径から移動距離を推定することができる。走行駆動部３０，４０はサスペンション構造３５，４５を有している。段差に乗り上げるなどの理由により自走式掃除機１が浮き上がったとしても、サスペンション構造３５，４５により車輪３１，４１が下方に揺動することで常に床面に車輪３１，４１が接触する状態を維持できるよう構成されている。

自走式掃除機１の内部にはジャイロセンサ６０が設置されている。ジャイロセンサ６０は自走式掃除機１の旋回角度を検出することができる。

自走式掃除機１の内部にはファンモータ５０，フィルタ５１，集塵ケース５２が設置されており、裏面には吸い口５３が設置されている。ファンモータ５０を駆動することにより吸込力が発生し、吸い口５３から塵埃が吸引され、塵埃はフィルタ５１を通ることができないので集塵ケース５２に集められる。さらに吸い口５３にはブラシ５４（図示せず）が仕込まれており、そのブラシ５４はブラシ駆動モータ５５によって駆動され、床面上の塵埃を効率的に吸い込むことができる構成となっている。

次に図５および図６を用いて充電台２に設置された凹状マーカ２００ａ〜ｇのサイズの決め方について説明する。図５は自走式掃除機１の右側方センサ１００ｅが充電台２の中央凹状マーカ２００ｄを検出している状態の自走式掃除機１と充電台２の関係を模式的に示した説明図である。図６（ａ）（ｂ）は右側方センサ１００ｅにて凹状マーカ２００ｄを探索しながら前進する自走式掃除機１と充電台２の関係を模式的に表す説明図である。

前記したように凹状マーカ２００ａ〜ｇは自走式掃除機１と充電台２が同一平面の床３００に設置されたときに距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）にて検出できる高さに構成されている。しかし、自走式掃除機１および充電台２が部屋内において例えばじゅうたんのように重さのある物体が沈みやすい床３１０に設置された場合、図５に示すように自走式掃除機１の方が重量により沈降する恐れがある。そこで、想定される自走式掃除機１の沈降に対応できるように凹状マーカ２００ａ〜ｇの高さ方向の寸法が設定されており、自走式掃除機１の沈降が発生しても距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）で凹状マーカ２００ａ〜ｇを検出することができる。自走式掃除機１の距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）はすべて同じ高さに取り付けられているため、前記のように設定された凹状マーカ２００ａ〜ｇの高さ方向の寸法はすべての距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）に対して同様の効果を持つ。

また、凹状マーカ２００ａ〜ｇの深さ方向の寸法は２通りであり、いずれも充電台２前面と凹状マーカ２００ａ〜ｇの奥面との距離の差が距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）の検出分解能で十分検出できる範囲で設定されている。また、凹状マーカ２００ａ〜ｇは比較的浅いものと比較的深いものとの２種類で構成されているが、それぞれの深さの差分も距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）により十分検出可能な範囲で設定されている。これらの構成により、例えば自走式掃除機１が右側方センサ１００ｅにて距離検出しながら、浅い凹状マーカ２００ｇ，深い凹状マーカ２００ｆ，浅い凹状マーカ２００ｅの前を順に横切ったとき、充電台２前面，浅い凹状マーカの奥面，深い凹状マーカの奥面のそれぞれで検出距離に明らかな違いが発生するため、凹状マーカｅ〜ｇの前を横切ったことを検出することができる。

図６（ａ）（ｂ）を用いて凹状マーカ２００ａ〜ｇにおける水平方向の寸法（幅）の構成について説明する。自走式掃除機１の距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）はあるサンプリング周期に従って距離を検出している。図６（ａ）（ｂ）ではそのサンプリング周期ごとの自走式掃除機１を描いている。距離検出のサンプリングをある周期をもって実行しているため、周期と周期の間は距離を検出できない。例えば図６（ａ）に示すように自走式掃除機１がある速度で前進しながら右側方センサ１００ｅにて自走式掃除機１から右側方の物体までの距離を検出しているとき、その周期と周期の間に通過した部分は距離検出ができない。また、検出できたとしてもその検出できたサンプルの数が少なすぎると検出の信頼性が悪い。よって、ある想定される速度で自走式掃除機１が前進しながら右側方センサ１００ｅで中央凹状マーカ２００ｄを探索する場合、前記のような理由によって中央凹状マーカ２００ｄを検出できない可能性がある。そこで図６（ｂ）に示すように、ある程度の検出サンプル数を確保できる寸法の幅で凹状マーカ２００ｄは構成されている。ここでは右側方センサ１００ｅによって前進しながらの凹状マーカ２００ｄの検出を例に挙げたが、これはもちろん左側方センサ１００ａにおいても同様の理論が成り立つ。また、旋回をしながら前方センサ１００ｃにて凹状マーカ２００ｄを検出する場合でも、旋回速度とサンプリング周期の関係から最低限必要な幅の寸法を見積ることができる。すべての凹状マーカ２００ａ〜ｇにおける幅の寸法は、自走式掃除機１が想定される走行速度または旋回速度の中でもっとも速い速度で凹状マーカ２００ａ〜ｇを横切るときに対応できるよう設定される。

次に図７，図８を用いて自走式掃除機１の窪み状ガイド８０と充電台２の突起状ガイド７０との関係におけるガイド構造の構成について説明する。まず、図７を用いて垂直方向のガイド構造について説明する。図７は自走式掃除機１が充電台２の前面に存在する状態における自走式掃除機１と充電台２の関係を模式的に示した説明図である。自走式掃除機１の充電端子２０と充電台２の給電端子１０は、自走式掃除機１と充電台２が同一平面に設置されたとき、端子同士を水平方向に一致させれば確実に接続されるように、垂直方向の位置関係が構成されている。しかし、じゅうたん等の沈みやすい床３１０などの影響よっては自走式掃除機１が沈降し充電台２との高さが一致しなくなる恐れがある。これに対応するため、充電台２の突起状ガイド７０と自走式掃除機１の窪み状ガイド８０は想定される沈降に起因する給電端子１０と充電端子２０との垂直方向の位置誤差を補正できるよう構成されている。

沈みやすい床３１０において端子の接続を行うとき、自走式掃除機１が沈降し、充電台２より設置位置が低い状態で端子の接続を試みることになる。このとき前記のガイド機構は次のように機能する。今、自走式掃除機１が充電台２向かって端子の接続のため前進しているとする。このとき、充電台２の突起状ガイド７０の先端が自走式掃除機１の窪み状ガイド８０の開口部に侵入できた場合、突起状ガイド７０の外面が窪み状ガイド８０の内面に接触する。そして自走式掃除機１がそのまま前進を続けると、突起状ガイド７０と窪み状ガイド８０の形状に沿うように自走式掃除機１は誘導され、突起状ガイド７０と窪み状ガイド８０が嵌合するところで行き止まる。このとき自走式掃除機１は前進しながら突起状ガイド７０に誘導されるので、やや浮き上がる。しかし走行駆動部３０，４０にはサスペンション構造３５，４５が構成されているため、駆動力が床面３１０に伝わり、自走式掃除機１は前進を続けることができる。

次に図８を用いて水平方向のガイド構造について説明する。図８は自走式掃除機１の前方センサ１００ｃが充電台２の凹状マーカ２００ｄを検出している状態での自走式掃除機１と充電台２の関係を模式的に示した説明図である。前記したように凹状マーカ２００ｄは水平方向に、ある幅を持って構成される。よって図８に示すように自走式掃除機１の前方センサ１００ｃが充電台２の凹状マーカ２００ｄを検出している状態においても、給電端子１０と充電端子２０が接続可能に正対しない可能性がある。これに対応するため、充電台２の突起状ガイド７０と自走式掃除機１の窪み状ガイド８０は想定される給電端子１０と充電端子２０との水平方向の位置誤差を補正できるよう構成されている。水平方向においても自走式掃除機１が端子接続のために充電台２に進行しているとき、突起状ガイド７０の先端が窪み状ガイド８０の開口部に侵入することができれば、ガイド機能が働き自走式掃除機１は突起状ガイド７０と窪み状ガイド８０が嵌合するように誘導される。

以上説明したように、窪み状ガイド８０と突起状ガイド７０は自走式掃除機１の幅方向テーパーを持った形状をしているためガイド機能を実現できる。

次に図９，図１０を用いて自走式掃除機１の充電台２の探索手段について説明する。図９は自走式掃除機１が充電台２の探索を行うときの様子を模式的に示した説明図である。
図１０は自走式掃除機１が充電台２の探索を行う処理手順を示したフローチャートである。自走式掃除機１は部屋内を自律的に移動し掃除を行う。そして、電池５の電池残量が少なくなると充電台２への帰還モードに入る。充電台２は部屋内の壁３３０沿いに設置されているので、自走式掃除機１は部屋内の壁３３０沿いを走行し充電台２を探索する。以下その手順を説明する。

（Ｓ４０１）：自走式掃除機１は右側の壁３３０にならって走行する。帰還モードに入った自走式掃除機１は右側方センサ１００ｅによる検出距離がある一定量となるように、つまり壁３３０とある一定量の間隔をあけて走行する。この間隔は充電台２の厚みよりも大きい値が設定される。

（Ｓ４０２）：距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）が障害物３５０を検出する。

（Ｓ４０３）：障害物３５０が壁３３０とあけた間隔よりも大きな障害物であるとき、壁３３０と反対方向に旋回し、障害物の前面に回りこむように走行する。そして、障害物の前方を一定量の間隔をあけて走行して壁沿い走行に戻る（Ｓ４０９）。

（Ｓ４０４）：障害物３５０が壁３３０とあけた間隔よりも小さな障害物であるとき、自走式掃除機１はその前面に差し掛かると右側方センサ１００ｅの検出距離が変化する。
自走式掃除機１から壁３３０までの距離と障害物３５０の前面までの距離の差から、その障害物３５０の壁３３０から障害物３５０の前面までの距離Ｙを取得する。

（Ｓ４０５）：距離Ｙを充電台２の厚みＸと比較し、｜Ｘ−Ｙ｜≦Ｚ（Ｚ：規定値）のとき充電台２の候補とする。この規定値Ｚは距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）の検出能力を考慮して設定される。｜Ｘ−Ｙ｜＞Ｚであればその障害物３５０は充電台２ではないと判断し、障害物３５０の前方を一定量の間隔をあけて走行して壁沿い走行に戻る（Ｓ４０９）。

（Ｓ４０６）：障害物３５０の前方を一定量の間隔をあけて走行する。

（Ｓ４０７）：その障害物３５０が充電台２であれば自走式掃除機１の右側方センサ１００ｅは凹状マーカ２００ｅ〜ｇの存在を検出する。検出した凹状マーカの構成が数３個で、それらの深さが相対的に、浅い，深い，浅いとなっていれば充電台２の候補とする。
凹状マーカの存在を検出できない、もしくは想定していたパターンとなっていなければその障害物３５０は充電台２ではないと判断し、障害物３５０の前方を一定量の間隔をあけて走行して壁沿い走行に戻る（Ｓ４０９）。

（Ｓ４０８）：各条件を満たしたのでその障害物３５０を充電台２と決定する。

以上のように、比較的認識しやすい条件を複数用意し、すべてを満たす場合に充電台と認識するようにした。もし、認識条件が簡単すぎると、例えば（Ｓ４０４）における条件のみであるとすると、部屋内に同じような厚みのものは複数存在する可能性があるため充電台の誤認識につながる可能性がある。一方、条件が厳しすぎると、例えば（Ｓ４０４）における条件が、｜Ｘ−Ｙ｜＝Ｚ、つまり完全に充電台２の厚みを検出できた場合のみ充電台と認識するといったものであると、赤外線距離センサの検出誤差の影響などによりその条件を満たすことは困難となる。よって充電台の見落としにつながる可能性がある。認識の条件が簡単すぎると充電台の誤認識につながる可能性があり、条件が厳しすぎると見落としにつながる可能性がある。そこで、充電台かどうかの判定の条件に数値の一致を用いる場合はその一致の判定にある幅を持たせることや、凹状マーカの認識による判定であれば凹状マーカの深さを２種類程度に限定することなど、高い検出精度を必要としない条件を用意しそれらを複数組み合わせることで、充電台の誤認識および見落としを減少させることができる。

次に図１１，図１２，図１３，図１４，図１５，図１６を用いて自走式掃除機１の充電端子２０と充電台２の給電端子１０との間の接続手順を説明する。自走式掃除機１は充電台２を認識した後、下記の手順により充電端子２０と給電端子１０の接続を行う。図１１は自走式掃除機１の充電端子２０と充電台２の給電端子１０の接続位置合わせを行う接続モードについての処理手順を示すフローチャートである。図１２，図１３，図１４，図１５，図１６はある手順における自走式掃除機１と充電台２との端子接続位置合わせの様子を模式的に示した説明図である。

（Ｓ５０１）：充電台２との接続モードに入った自走式掃除機１は、充電台２に向かって右側から充電台２前方を走行する。

（Ｓ５０２）：図１２のように、右側方センサ１００ｅの検出距離の変化を観測することで充電台２の中央の凹状マーカ２００ｄを検出する。

（Ｓ５０３）：自走式掃除機１内での右側方センサ１００ｅの設置位置から回転中心までの前後方向寸法の分、自走式掃除機１は直進する。こうすることによって自走式掃除機１の回転中心は充電台２の突起状ガイド７０および中央凹状マーカ２００ｄの前方に存在することができる。

（Ｓ５０４）：図１３に示すように、自走式掃除機１はその場回転をしながら前方センサ１００ｃにて充電台２の中央凹状マーカ２００ｄを探索する。

（Ｓ５０５）：前方センサ１００ｃの検出距離を観測することで中央凹状マーカ２００ｄを検出したとき、自走式掃除機１は旋回を停止する。このとき自走式掃除機１の窪み状ガイド８０の前方には充電台２の突起状ガイド７０が存在する。

（Ｓ５０６）：図１３に示すように左斜め前方センサ１００ｂ，右斜め前方センサ１００ｄにより充電台２の前面までの距離を計測する。

（Ｓ５０７）：左右それぞれの左斜め前方センサ１００ｂ，右斜め前方センサ１００ｄから得られた距離の差Ｌがある規定値ｓ以下か否かの判断を行う。

（Ｓ５０８）：規定値ｓ以上であるとき、端子の接続に十分な精度で位置決めできていないと判断し、その補正を行う。具体的には、図１４に示すように、Ｌに応じた補正旋回角度と補正前進量移動する。移動順序はまず補正旋回角度旋回しその後補正前進量移動する。旋回方向は左斜め前方センサ１００ｂの検出距離が右斜め前方センサ１００ｄの検出距離よりも短いときは、右に旋回し、そうでない場合は左に旋回する。補正旋回角度、補正前進量はＬの値に合わせて決定される。以上の手順の後（Ｓ５０４）に戻る。

（Ｓ５０９）：自走式掃除機１の左右それぞれの左斜め前方センサ１００ｂ，右斜め前方センサ１００ｄによる充電台２の前面までの距離が一致しているとき、自走式掃除機１の充電端子２０と充電台２の給電端子１０は接続可能に正対する位置関係となるよう自走式掃除機１および充電台２は構成されている。よって、規定値ｓが十分小さな値に設定されておりＬが規定値ｓ以下となれば、自走式掃除機１は端子の接続に十分な精度で位置決めできていると判断することができる。そのとき図１５に示すように、端子を接続するために自走式掃除機１は直進する。

（Ｓ５１０）：直進している間、前方センサ１００ｃは凹状マーカ２００ｄを監視し続ける。前方センサ１００ｃの検出距離が自走式掃除機１の走行により充電台２に近づいた距離よりも明らかに短くなった場合、凹状マーカ２００ｄを検出できなくなったと判断し（Ｓ５０４）に戻る。

（Ｓ５１１）：直進している間、左斜め前方センサ１００ｂ，右斜め前方センサ１００ｄにより距離検出も行いその差Ｌの監視を続ける。距離の差Ｌが規定値ｓ以上となった場合、（Ｓ５０８）に戻る。

（Ｓ５１２）：図１６に示すように、接触センサ８が突起状ガイド７０を検出する。

（Ｓ５１３）：接触センサ８が突起状ガイド７０との接触を検出したことで、端子の接続が実現できたとし、自走式掃除機１は停止し、充電台２が電池５の充電を開始する。

前記における規定値ｓは、給電端子１０が内蔵された突起状ガイド７０と充電端子２０が内蔵された窪み状ガイド８０の関係で成り立つガイド機構による補正可能な範囲から設定される。つまり、端子同士が厳密に位置決めできていなくてもガイド機構による補正可能範囲内なら接続が可能である。厳密な位置決めを実現するよりも時間的に有利である。
また、ガイド機構は無くても良い。ただしその場合、規定値ｓは０に近い値を設定する必要がある。そして、ガイド形状は窪み状と突起状の関係である必要は無く、ガイドとなり接続を補正できる形状の関係であれば良い。

以上本実施例によれば、前方，側方，斜め前方を検出する距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）は、本来は障害物検出のセンサとして用いるものであり、充電台認識や端子間の接続のために特別なセンサを必要としないため、経済的に信頼性のある自走式掃除機の充電台への自動帰還が実現できる。

距離センサは赤外線を用いたものに特化するものではなく、例えば指向性の鋭い超音波を用いた距離センサでも同様の手法を適用できる。距離を検出できるセンサであれば前記の方法を適用可能である。

距離センサを用いる場合、充電台の凹状マーカは凸部でも良い。また、赤外線による距離センサを用いる場合、赤外線を吸収するような材質のものを貼り付けておくのでも良い。

充電台２は円形状の窪みを有している必要はなく、左右の斜め前方センサ１００ｂ，１００ｄの検出距離によって接続位置に対するずれがあることが分かり、かつ正確な接続位置への修正方向がわかるような形状であれば良い。例えば円形状に窪んでおらず直線であってもよい。

充電台２の探索手段の説明および端子の接続手段の説明において、いずれも充電台２に向かって右側から自走式掃除機１が接近してくる場合について説明したが、自走式掃除機１および充電台２は左右対称な構成となっているので、充電台２に向かって左側から接近してくる場合も同様に実現できる。

充電台２の凹状マーカ２００ａ〜ｇの深さは、自走式掃除機１の距離センサ１００（１００ａ〜ｅ）で検出が可能であれば、本実施例の構成に限るものではない。例えば、すべて同じ深さでも良いし、すべて違う深さでも良い。

ここでは自走式掃除機の充電台への自動帰還方法について述べたが、これは自走式掃除機に限ったものではなく、二次電池を駆動源とした自律移動体であれば適応可能である。

本発明の実施の形態にかかわる自走式掃除機と充電台の要所構成を模式的に示す説明図。自走式掃除機と充電台の要所構成を模式的に示す平面図。自走式掃除機と充電台の要所構成を模式的に示す側面図。自走式掃除機の内部の要所構成を模式的に示す説明図。自走式掃除機の右側方センサが充電台の凹状マーカを検出している状態における自走式掃除機と充電台の関係を模式的に示す説明図。自走式掃除機が右側方センサにて凹状マーカを探索しながら前進している状態における自走式掃除機と充電台の関係を模式的に表す説明図。自走式掃除機が充電台の前面に存在する状態における自走式掃除機と充電台の関係を模式的に示した説明図。自走式掃除機の前方センサが充電台の凹状マーカを検出している状態での自走式掃除機と充電台の関係を模式的に示した説明図。自走式掃除機が充電台の探索を行うときの様子を模式的に示した説明図。自走式掃除機が充電台の探索を行う処理手順を示したフローチャート。自走式掃除機の充電端子と充電台の給電端子の接続位置合わせを行う接続モードについての処理手順を示すフローチャート。端子接続のある手順における自走式掃除機と充電台との端子接続位置合わせの様子を模式的に示した説明図。端子接続のある手順における自走式掃除機と充電台との端子接続位置合わせの様子を模式的に示した説明図。端子接続のある手順における自走式掃除機と充電台との端子接続位置合わせの様子を模式的に示した説明図。端子接続のある手順における自走式掃除機と充電台との端子接続位置合わせの様子を模式的に示した説明図。端子接続のある手順における自走式掃除機と充電台との端子接続位置合わせの様子を模式的に示した説明図。

符号の説明

１自走式掃除機
２充電台
５電池
８接触センサ
１０給電端子
１５バンパ
２０充電端子
３０左走行駆動部
３１左車輪
３２左減速機
３３左走行モータ
３４左ロータリーエンコーダ
３５左サスペンション構造
３６補助輪
４０右走行駆動部
４１右車輪
４２右減速機
４３右走行モータ
４４右ロータリーエンコーダ
４５右サスペンション構造
５０ファンモータ
５１フィルタ
５２集塵ケース
５３吸い口
５４ブラシ
５５ブラシ駆動モータ
６０ジャイロセンサ
７０突起状ガイド
８０窪み状ガイド
１００ａ左側方センサ
１００ｂ左斜め前方センサ
１００ｃ前方センサ
１００ｄ右斜め前方センサ
１００ｅ右側方センサ
１５０ａ〜ｄ床面センサ
２００ａ〜ｇ凹状マーカ
３００床
３１０沈みやすい床
３３０壁

Claims

内部に二次電池を有し、走行駆動部や掃除機能部を駆動し、自律走行および自律掃除を行う自走式掃除機と、給電端子を持ち前記自走式掃除機の前記二次電池を充電する充電台とを備えた自走式掃除システムであって、
前記自走式掃除機は障害物等との距離を測定する距離センサと、前記充電台の前記給電端子と接続することで前記二次電池を充電することが可能となる充電端子と、を具備しており、
前記距離センサは、前記自走式掃除機の前方に設置した前方センサと、左右それぞれの斜め前方に向けて設置した左斜め前方センサおよび右斜め前方センサとを具備しており、
前記充電台は、前面に円形に切り取られた形状と、前記距離センサにて検出可能な略直方体形状のマーカ形状と、前記給電端子とを具備しており、
前記前方センサが前記充電台のマーカ形状を検出し、かつ前記左斜め前方センサおよび前記右斜め前方センサが検出した前記充電台前面の前記円形に切り取られた形状までのそれぞれの距離が概略規定の関係となる状態のとき、充電端子と給電端子が接続可能に正対する位置となり、前記状態を維持しながら前記自走式掃除機を前進させ、前記充電端子と前記給電端子が接続し、前記二次電池を充電することを特徴とする自走式掃除システム。
請求項１に記載の自走式掃除システムであって、
前記自走式掃除機は該自走式掃除機の前面に外面から引っ込んだ窪み形状を具備し、前記充電台は該充電台の前面から出っ張っておりかつ前記窪み形状と嵌合しうる突起形状を具備しており、前記窪み形状と前記突起形状が嵌合した状態のときに充電端子と給電端子が接続されることを特徴とする自走式掃除システム。
請求項１に記載の自走式掃除システムであって、
前記自走式掃除機は充電端子を内蔵した窪み形状を具備し、前記充電台は前記給電端子を内蔵した突起形状を具備しており、前記窪み形状と前記突起形状が嵌合しているとき、前記充電端子と前記給電端子が接続されることを特徴とする自走式掃除システム。
請求項２または請求項３に記載の自走式掃除システムであって、
前記自走式掃除機の窪み形状は奥に向かって先細りで３次元的にテーパーを持った窪みとして構成されており、前記充電台の突起形状は先端に向かって先細りで３次元的にテーパーを持ちかつ前記窪み形状と嵌合しうる突起として構成されており、前記突起形状の先端部を前記窪み形状の開口部に対して概略一致させて自走式掃除機を前進させると、前記突起形状と前記窪み形状は嵌合し、充電端子と給電端子が接続されることを特徴とする自走式掃除システム。
二次電池を駆動源とし、走行駆動部や掃除機能部を駆動し、自律走行および自律掃除を行う自走式掃除機と、給電端子を持ち前記自走式掃除機の前記二次電池を充電することができる充電台とを備えた自走式掃除システムであって、
前記自走式掃除機は障害物等との距離を測定する距離センサと、前記充電台の前記給電端子と接続することで前記二次電池を充電することが可能となる充電端子と、前記自走式掃除機前面において外面から奥に向かって先細りで３次元的にテーパーを持った窪み形状とを具備しており、前記距離センサは前記自走式掃除機の前方に設置した前方センサと、前記自走式掃除機の左右それぞれの斜め前方に向けて設置した左斜め前方センサおよび右斜め前方センサを具備しており、
前記充電台は前面に円形に切り取られた形状と、前記距離センサにて検出可能のマーカ形状と、前記給電端子と、充電台前面に先端に向かって先細りで３次元的にテーパーを持ちかつ前記窪み形状と嵌合しうる突起形状とを具備しており、
前記前方センサが前記充電台のマーカ形状を検出し、かつ前記左斜め前方センサおよび前記右斜め前方センサの前記充電台前面の前記円形に切り取られた形状までのそれぞれの検出距離が概略規定の関係となる状態とすることで前記充電端子と前記給電端子を接続可能に正対させる手順と、前記状態を維持しながら前記自走式掃除機を前進させて前記窪み形状の開口部に対して前記突起形状の先端部を概略一致させる手順と、前記窪み形状の開口部に対して前記突起形状の先端を概略一致された状態で自走式掃除機を前進させて前記窪み形状と前記突起形状は嵌合させ、前記充電端子と前記給電端子を接続させる手順とを、順に実行することで自走式掃除機の自動充電を行うことを特徴とする自走式掃除システム。