JP6378962B2 - 自走式電子機器 - Google Patents

Description

この発明は、自走式電子機器に関し、より詳細には外部のフェンス信号発信器が発する無線信号を検出して走行を自律的に制御する自走式電子機器に関する。

自走式電子機器が移動する領域を限定し、特定の場所に閉じ込めておくためのいろいろな手段が提案されている。その一つとして、境界信号が主として境界を規定する軸に沿うように指向性を有して送信される持ち運び可能な境界信号送信機と、境界信号検出器を備えた移動ロボットとを備え、移動ロボットの境界信号検出器が前記境界信号を検出するとその境界信号が検出されなくなるまで移動ロボットの方向を回転させるシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２２８４２１号公報

特許文献１の境界信号送信機の具体的態様としては、バッテリーを電源とし、日光やリモコン装置等の赤外線機器との干渉を防止するために、通常の赤外線ビットストリームの周波数とは異なる周波数でさらに変調された赤外線ビームを放射するものが挙げられる。
このように、自走式電子機器が移動する領域を区切り、自走式電子機器が移動すべき経路の情報を提供して自走式電子機器を誘導したりするために光、電波等の無線信号（以下、フェンス信号とも呼ぶ）を軸方向に放射するものを、この明細書でフェンス信号発信器と呼ぶ。
フェンス信号発信器は、自走式電子機器を進入させたくない領域の境界に置かれ、フェンス信号を使って自走式電子機器に回避行動をとらせるものであるが、従来のようにフェンス信号が検出されなくなるまで回転させるやり方では、自走式電子機器がフェンス信号の軸に沿って進んでしまい、何回も回避行動を繰り返す虞がある。
この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、走行中にフェンス信号の信号到達領域への進入を検出して旋回するとき、前記信号到達領域から離脱する方向、即ち旋回終了のタイミングを適切に制御して前記信号到達領域から遠ざかることのできる自走式電子機器を提供するものである。

この発明は、少なくとも前進および旋回による走行を行う動力部と、外部のフェンス信号発信器が指向性を有して出力するフェンス信号の信号到達領域に進入したことを検出するフェンス到達センサと、前記信号到達領域への進入に応答して旋回を開始するように前記動力部を制御する制御部と、前記旋回の終了判定に用いる旋回センサとを備え、前記制御部は、前記旋回センサからの信号に応答してその旋回を終了するように制御することを特徴とする自走式電子機器を提供する。

この発明の自走式電子機器は、旋回の終了判定に用いる旋回センサを備え、制御部は、旋回センサからの信号に応答してその旋回を終了するように制御するので、走行中にフェンス信号の信号到達領域への進入を検出して旋回し、そのときに前記信号到達領域から離脱する方向、即ち旋回終了のタイミングを適切に制御して前記信号到達領域から遠ざかることができる。

この発明に係る自走式掃除機の概略構成を示すブロック図である。 この発明に係る自走式掃除機の一実施形態を示す外観図である。（平面図） この発明に係る自走式掃除機の一実施形態を示す外観図である。（側面図） この発明に係る自走式掃除機の一実施形態を示す外観図である。（正面図） 図４のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１〜５に示す自走式掃除機と異なる実施形態を示す外観図である。（２つの旋回センサ） 図１〜５に示す自走式掃除機とさらに異なる実施形態を示す外観図である。（３つの旋回センサ） この発明の実施形態に係るフェンス信号発信器の例を示す外観斜視図である。 この発明の実施形態に係るフェンス信号発信器の電気的な概略構成を示すブロック図である。 この実施形態に係る無指向性放射部および指向性放射部から放射される光信号の信号到達領域を模式的に示す説明図である。 この発明の実施形態に係る無線信号受信部が１フレームの光信号を繰り返し放射するときの波形を示す説明図である。 図１〜５に示す自走式掃除機がフェンス信号の信号到達領域へ進入したときに制御部が走行を制御する様子を示す説明図である。 図１２と異なる進入角度で自走式掃除機が信号到達領域へ進入したときに制御部が走行を制御する様子を示す説明図である。 この発明に係る制御部がフェンス信号の信号到達領域への進入に応答して走行を制御する処理を示すフローチャートである。（旋回の開始まで） この発明に係る制御部がフェンス信号の信号到達領域への進入に応答して走行を制御する処理を示すフローチャートである。（旋回の終了） 図６に示す自走式掃除機がフェンス信号の信号到達領域へ進入したときに制御部が走行を制御する様子を示す説明図である。 図７に示す自走式掃除機がフェンス信号の信号到達領域へ進入したときに制御部が走行を制御する様子を示す説明図である。 図１〜５に示す自走式掃除機の異なる実施形態を示す外観図である。（左右２つのフェンス信号センサ） 図１８に示す自走式掃除機がフェンス信号の信号到達領域へ進入したときに制御部が走行を制御する様子を示す説明図である。

以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。

（実施の形態１）
≪自走式電子機器の具体的態様≫
この発明の自走式電子機器の一例として「自走式掃除機」について説明する。この自走式掃除機とは、底面に吸気口を有すると共に内部に集塵部を有する筐体、筐体を走行させる駆動輪、駆動輪の回転、停止および回転方向等を制御する制御部などを備え、ユーザの手を離れて自律的に掃除動作する掃除機を意味し、後述の図面を用いた実施形態によって一例が示される。

なお、この発明は、自走式掃除機だけでなく空気吸引を行い清浄化した空気を排気する空気清浄機が自走するもの、またイオン発生を行うイオン発生機が自走するもの、それ以外にユーザに対して必要な情報等を提示し、またユーザが欲する要求を満足できるロボット等が自走するものを含む。

≪自走式掃除機の構成≫
図１は、この発明に係る自走式掃除機の一実施例の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、この発明に係る自走式掃除機は、主として、回転ブラシ９、サイドブラシ１０、制御部１１、充電池１２、障害物検出部１４、集塵部１５を備える。さらに、動力部２１、右駆動輪２２Ｒ、左駆動輪２２Ｌ、吸気口３１、排気口３２、電動送風機１１５およびイオン発生部１１７を備える。さらにまた、ブラシモータ１１９および無線信号受信部２１７を備える。

この発明に係る自走式掃除機は、設置された場所の床面を自走しながら、床面上の塵埃を含む空気を吸い込み、塵埃を除去した空気を排気することにより床面上を掃除する自走式掃除機である。この発明に係る自走式掃除機は、掃除が終了すると、自律的に図示しない充電台に帰還する機能を有する。
図２〜４は、この発明に係る自走式掃除機の一実施形態を示す外観図である。図２は平面図、図３は側面図、図４は正面図である。
また、図５は、図４のＡ−Ａ矢視断面図である。

図２〜５に示すように、自走式掃除機１は、円盤形の外観を有している。ただし、この発明による自走式電子機器の外観は特に円盤形に限られるものでなく、どのような形状でもよい。
自走式掃除機１は、掃除機の内部機構を搭載する底板２ａと、集塵部１５を収容する凹部が形成された天板２ｂとを有する。底板２ａの後側半分の縁は後方側板２ｄで囲まれている。天板２ｂの上には、前記凹部の上方開口部を覆う蓋部３が開閉可能に配置されている。底板２ａ、天板２ｂおよび後方側板２ｄは筐体に相当する。

自走式掃除機１の外周部およびその外周部から蓋部にかけての上縁部は、平面視円環形のバンパー２ｃで覆われている。バンパー２ｃは天板２ｂの上方から被せられ、天板２ｂに対して水平方向にある程度変位可能な状態で固定される。

バンパーの前方正面には前方超音波センサ１４Ｆが配置され、左前方に左方超音波センサ１４Ｌが配置されている。また、右前方に右方超音波センサ１４Ｒが配置されている。
この実施形態において、自走式掃除機の外周部から底板２ａに至る下縁部は、後ろ半分が後方側板２ｄであり、前半分はバンパー２ｃと一体のスカート部２ｅである。後方側板２ｄの上方には、後方側板２ｄとほぼ面一でバンパー２ｃが配置されている。

バンパー２ｃの前方上部には、無線信号受信部２１７のフェンス到達センサ２１７ａが上方に突出して配置されている。また、バンパー２ｃの後方上部には、無線信号受信部２１７の旋回センサ２１７ｂが上方に突出して配置されている。無線信号受信部２１７（フェンス到達センサ２１７ａおよび旋回センサ２１７ｂ）は、図示しない操作リモコンからのリモコン信号、充電台からの誘導信号やフェンスユニットからのフェンス信号等種々の無線信号を受信する光センサ（例えば、フォトダイオード）である。この実施形態で、フェンス到達センサ２１７ａは、平面上のすべての方向からくる光を検出する。また、旋回センサ２１７ｂは後方の平面上のすべての方向からくる光を検出できる。制御部１１は、回路基板に実装されたマイクロコンピュータおよび周辺回路であり、操作リモコン、充電台、フェンス信号発信器等からの種々の無線信号が示す指示に応答して自走式掃除機１の走行やその他の動作を制御する。

底板２ａは右駆動輪２２Ｒ、左駆動輪２２Ｌおよび後輪２６を底板２ａから露出させて下方へ突出させる複数の開口が形成されている。さらに、吸気口３１が形成され、その奥に回転ブラシ９、吸気口３１の左右にサイドブラシ１０、前端部に前方床面検出センサ１８、左駆動輪２２Ｌの前方に左輪床面検出センサ１９Ｌ、右駆動輪２２Ｒの前方に右輪床面検出センサ１９Ｒがそれぞれ配置されている。

自走式掃除機１は、右駆動輪２２Ｒおよび左駆動輪２２Ｌが同一方向に正回転して前進し、前方超音波センサ１４Ｆが配置されている方向へ走行する。また、左右の駆動輪が同一方向に逆回転して後退し、互いに逆方向に回転することにより旋回する。図５に示す右駆動輪２２Ｒおよび左駆動輪２２Ｌの位置から明らかなように、旋回の中心は円盤状の自走式掃除機１の中心点に概ね一致する。なお、右駆動輪２２Ｒおよび左駆動輪２２Ｌの回転軸と円盤の中心とのズレ、駆動輪と床面との滑り等を考慮して「概ね」としている。

例えば、自走式掃除機１は、障害物検出部１４の各センサにより掃除領域の周縁に到達した場合および進路上に障害物を検出した場合、左右の駆動輪を減速させた後に停止させる。その後、左右の駆動輪を互いに逆方向に回転させて旋回し向きを変える。このようにして、自走式掃除機１は、設置場所の全体あるいは所望範囲全体に渡って障害物を避けながら自走する。
ここで、前方とは、自走式掃除機１の前進方向（図２において、紙面に沿う上方）をいうものとし、後方とは、自走式掃除機１の後退方向（図２において、紙面に沿う下方）いうものとする。

以下、図１に示す各構成要素を説明する。
図１の制御部１１は、自走式掃除機１の各構成要素の動作を制御する部分であり、主として、ＣＰＵ、書換え可能な不揮発性メモリであるＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏコントローラ、タイマー等からなるマイクロコンピュータによって実現される。
ＣＰＵは、前記ＲＯＭに予め格納され、ＲＡＭに展開された制御プログラムに基づいて、各ハードウェアを有機的に動作させて、この発明の掃除機能、走行機能などを実行する。

充電池１２は、自走式掃除機１の各機能要素に対して電力を供給する部分であり、主として、掃除機能および走行制御を行うための電力を供給する部分である。たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、Ｎｉ−Ｃｄ電池、などの充電池が用いられる。充電池１２は、制御部１１の下方に配置されている。
充電池１２の充電は、自走式掃除機１を図示しない充電台に近接させた状態で、両者の露出した充電端子どうしを接触させることにより行う。

障害物検出部１４、特に左方、前方、右方の各センサ１４Ｌ、１４Ｆ、１４Ｒは、自走式掃除機１が走行中に、室内の壁や机、いすなどの障害物に接触又は近づいたことを検出する部分である。障害物検出部１４は、超音波センサを用いて障害物への近接を検出する。超音波センサに代えて、あるいは超音波センサと共に、赤外線測距センサなど他の方式の非接触センサを用いてもよい。
左接触センサ１４ＣＬおよび右接触センサ１４ＣＲは、自走式掃除機１が走行時に障害物と接触したことを検出するために、バンパー２ｃの内側に配置される。ＣＰＵは、左接触センサ１４ＣＬおよび右接触センサ１４ＣＲからの出力信号に基づいてバンパー２ｃが障害物に衝突したことおよびその方向を知る。

前方床面検出センサ１８、左輪床面検出センサ１９Ｌおよび右輪床面検出センサ１９Ｒは下り階段等の段差を検出する。
ＣＰＵは、障害物検出部１４から出力された信号に基づいて、障害物や段差の存在する位置を認識する。認識された障害物や段差の位置情報に基づいて、その障害物や段差を避けて次に走行すべき方向を決定する。なお、左輪床面検出センサ１９Ｌおよび右輪床面検出センサ１９Ｒは、前方床面検出センサ１８の検出範囲外にある進行方向の左前方または右前方の段差を検出するものである。これにより下り階段を検出し、自走式掃除機１の下り階段への落下を防止する。

動力部２１は、自走式掃除機１の左右の駆動輪を回転および停止させる駆動モータによって走行を実現する部分である。左右の駆動輪を独立して正逆両方向に回転させ得るように駆動モータを構成することにより、自走式掃除機１の前進、後退、旋回、加減速などの走行状態を実現している。
吸気口３１および排気口３２は、それぞれ掃除のための空気の吸気および排気を行う部分である。

集塵部１５は、室内のゴミやちりを集める掃除機能を実行する部分であり、主として、図示しない集塵容器と、フィルタ部と、集塵容器およびフィルタ部を覆うカバー部とを備える。また、吸気口３１と連通する流入路と、排気口３２と連通する排出路とを有する。排出路には電動送風機１１５が配置されている。電動送風機１１５は、吸気口３１から空気を吸い込み、その空気を、流入路を介して集塵容器内に導き、集塵後の空気を、排出路を介して排気口３２から外部へ放出する気流を発生させる。

吸気口３１の奥には、底面と平行な軸心廻りに回転する回転ブラシ９が設けられており、吸気口３１の左右両側には底面と垂直な回転軸心廻りに回転するサイドブラシ１０が設けられている。回転ブラシ９は、回転軸であるローラの外周面に螺旋状にブラシを植設することにより形成されている。サイドブラシ１０は、回転軸の下端にブラシ束を放射状に設けることにより形成されている。なお、回転ブラシ９の回転軸および一対のサイドブラシ１０の回転軸は、底板２ａの一部に枢着されると共に、その付近に設けられたブラシモータ１１９とプーリおよびベルト等を含む動力伝達機構を介して連結されている。
この構成は単なる一例であり、サイドブラシ１０を回転させる専用の駆動モータを設けてもよい。

また、この実施形態に係る自走式掃除機１は、付加機能としてイオン発生機能を備えている。排出路には、イオン発生部１１７が設けられている。このイオン発生部１１７が動作すると排気口より放出される気流はイオン発生部１１７で生成されたイオン（例えばプラズマクラスターイオン（登録商標）、または負イオンでもよい）を含む。そのイオンを含んだ空気は、自走式掃除機１の上面に設けた排気口３２から排出される。このイオンを含んだ空気により室内の除菌および脱臭が行われる。また負イオンの場合には、人にリラックス効果を与えることも知られている。このとき、排気口３２から後方の斜め上方に向けて空気が排気されるので、床面の塵埃の巻き上げが防止され、室内の清浄度を向上することができる。また塵埃を徐電することもでき、集塵された塵埃の廃棄を確実に行える。
なお、イオン発生部１１７で発生したイオンの一部が流入路へ導かれるようにしてもよい。このようにすれば、吸気口３１から流入路に導かれる気流内にイオンが含まれるため、集塵部１５が有する図示しない集塵容器およびフィルタの除菌および脱臭を行うことができる。

以上が、自走式掃除機１の具体的な構成例であるが、自走式空気清浄機の構成例は、図１〜５に示す自走式掃除機１の一部を変更したものである。具体的には、回転ブラシ９、集塵部１５、イオン発生部１１７およびブラシモータ１１９に代えて空気清浄用のフィルタを有する空気清浄部を有し、吸気口３１を設ける位置を筐体の底板２ａから天板２ｂに変更したものである。また、自走式イオン発生器の構成例は、図１〜５に示す自走式掃除機１から回転ブラシ９、集塵部１５、およびブラシモータ１１９を除き、吸気口３１を設ける位置を筐体の底板２ａから天板２ｂに変更したものである。

また、図６および図７は、図２に示す自走式掃除機１と異なる実施形態を示す外観図（平面図）である。図２の自走式掃除機１は、１つの旋回センサ２１７ｂのみを有するのに対して図６の自走式掃除機１は、図２と異なり後方中央部の旋回センサ２１７ｂを有さず、旋回中心よりも後方寄りかつ左寄りの位置に旋回センサ２１７ｃが配置され、旋回中心よりも後方寄りかつ右寄りの位置に旋回センサ２１７ｄがそれぞれ配置されている。あわせて２つの旋回センサを有する。

また、図７の自走式掃除機１は、３つの旋回センサ２１７ｂ、２１７ｃおよび２１７ｄを有している。後方の中心に旋回センサ２１７ｂが、旋回中心よりも後方左側の位置に旋回センサ２１７ｃが、旋回中心よりも後方右側の位置に旋回センサ２１７ｄがそれぞれ配置されている。

≪フェンス信号発信器からの無線信号による制御≫
無線信号受信部２１７は、操作リモコンから無線信号として送られるユーザからの指示を受信し、制御部１１は受信した指示に応答して自走式掃除機１の動作を制御する。さらに無線信号受信部２１７は、充電台が発する無線信号を受信して、その無線信号を目標に充電台へ帰還する。

さらに、フェンス到達センサ２１７ａは、走行領域に設置されるフェンス信号発信器から本発明に係る制御情報を含んだ無線信号（フェンス信号）を受信する。フェンス信号発信器の機能の一例はフェンス機能である。フェンス機能は、見えない壁として機能するものである。ユーザは自走式掃除機１が物理的に走行可能な領域内に進入させたくない場所があるとき、フェンス機能用のフェンス信号発信器を、その場所に配置して目に見えない境界を形成する。
この実施形態では無線信号として赤外光による光信号が用いられる。信号のフォーマットとしては、例えば家電製品協会が定めたいわゆる家製協フォーマットなどが準用可能である。ただし、光ではなく電波や他の媒体を用いて通信する構成でもよく、準用する信号のフォーマットも前述の家製協フォーマットに限定されない。

なお、フェンス信号発信器が単に定常的な光でなく特定のフォーマットを有する信号を発するのは、外光や照明等の光と区別し易くするためであり、例えば家製協フォーマットを準用するのは他の機器のリモコン信号等と区別しやすくするためである。
前記データフォーマットは複数ビットが連続する赤外線ビットストリームとして１フレームが定義される。１フレームは先頭のリーダー、それに続く３２ビットのカスタムコード、データコードおよび末尾のストップビットからなる。リーダーコードは３．２ミリ秒のオンと１．６ミリ秒のオフからなる。カスタムコードは、３２ビットのデータであり、例えば先頭の１６ビットは事業者毎に固有の値が割り当てられ、続く８ビットは４ビットのパリティと４ビットの事業種別のコードが割り当てられ、最後の８ビットに機種に固有の値が割り当てられる。

データコードは１６ビットのデータであり、前述のカスタムコードで識別される機種毎に定義される。例えば、リモコンのボタン毎にデータコードが割り当てられ、この部分で具体的な情報を提供する。カスタムコードやデータコードのビット値がゼロか１かは赤外線の有無ではなく、赤外線が有りと有りとの間の期間の長さ、つまり、赤外線が出されていない期間の長さで区別する。１つのフレームとそれに続くフレームとの区切りは、フレームスペースと呼ばれる８ミリ秒以上の長いブランク期間で判断している。フレームスペースの期間は赤外線が出されない。

自走式掃除機１の製造者はフェンス機能用の信号に用いる識別コードを予め定めておく。制御部１１はフェンス到達センサ２１７ａがその識別コードの光信号を受信するとフェンスユニットからのフェンス信号であると認識する。そして、その信号を超えて向こう側へ進入することのないように自走式掃除機１の走行を制御する。フェンス機能用の識別コードは、この発明に係る制御情報の一態様である。

図８は、この実施形態に係るフェンス信号発信器の例を示す外観斜視図である。図８に示すように、フェンス信号発信器２３１は、略直方体の形状をしており上面には電源をオンオフする電源スイッチ２３３、電源のオンオフおよび電池２４３の状態を示す動作インジケーター２３５および発光強度を切換えるセンサ距離切換スイッチ２３７が配置されている。さらに光信号を全方向に放射する無指向性放射部２３９ａが配置されている。側方にはフェンス信号を一方向に放射する指向性放射部２３９ｂが配置されている。フェンス信号発信器２３１の内部には信号発生回路および電源である電池２４３を収容する電池室があり、底部の図示しない蓋を開けて電池が出し入れ可能である。

図９はフェンス信号発信器２３１の一実施例の電気的な概略構成を示すブロック図である。図９に示すように、このフェンス信号発信器２３１は、電源スイッチ２３３、動作インジケーター２３５、センサ距離切換スイッチ２３７および信号放射部２３９を備える。信号放射部２３９は、無指向性放射部２３９ａと指向性放射部２３９ｂとを有する。それらの外観を図８に示している。さらに、フェンス信号発信器２３１は、電池室に収容される電池２４３、電池２４３の残容量を検出するバッテリー残量検出部２４１、識別コードが予め記憶された記憶部２４２および各部を制御する発信器制御部２４０を備える。発信器制御部２４０は、電源スイッチ２３３やセンサ距離切換スイッチ２３７の操作を検出する。また、記憶部２４２に格納された前記識別コードを参照して無指向性放射部２３９ａおよび指向性放射部２３９ｂにそれぞれ対応した識別コードを含む光信号を出力させる。

無指向性放射部２３９ａからはフェンス信号発信器２３１の近傍に届く光信号が放射され自走式掃除機１がフェンス信号発信器２３１に近づいて接触することのないようにしている。
一方、指向性放射部２３９ｂからは遠方まで届く指向性の強い光信号（フェンス信号）が側方へ放射される。指向性放射部２３９ｂから放射されるフェンス信号は、無指向性放射部２３９ａからの光信号と異なる識別コードを有している。自走式掃除機１の制御部１１は、両者の識別コードに応じて回避制御を異ならせるように制御してもよい。即ち、指向性放射部２３９ｂからのフェンス信号を横切ってフェンス到達センサ２１７ａがそのフェンス信号を受信したときにこの発明に係る制御を行うが、無指向性放射部２３９ａからの光信号をフェンス到達センサ２１７ａが受信したときは、例えば１８０度旋回するように制御する。指向性放射部２３９ｂから放射されるフェンス信号が光軸方向において到達可能な距離は２メートルと４メートルがセンサ距離切換スイッチ２３７により選択可能である。フェンス信号の到達距離が２メートル以下で足りる用途の場合は電池２４３の寿命がより長い２メートルの方を選択すればよい。
動作インジケーター２３５は、ＬＥＤランプであって電源スイッチ２３３がオフの状態で消灯し、オンの状態で点灯する。電池２４３の残容量が十分ある間は緑色に点灯し残容量が減って交換時期が近づくと赤色に点灯する。

この実施形態で、フェンス信号発信器２３１に内蔵の信号発生回路は、フェンス機能用に定められた識別コードとフェンス信号発信器２３１に固有の識別コード情報の光信号を発する。
図１０は、無指向性放射部２３９ａおよび指向性放射部２３９ｂから放射される光信号が自走式掃除機１側の無線信号受信部２１７で受信できる信号到達領域を模式的に示す説明図である。図１０において、無指向性放射部２３９ａからの光信号が到達する第３信号到達領域２４５ｃは円状の領域であり、指向性放射部２３９ｂからのフェンス信号が到達する第２信号到達領域２４５ｂおよび第１信号到達領域２４５ａは略楕円状の領域である。センサ距離切換スイッチ２３７によって２メートルの到達可能距離に設定されたときが図１０に二点鎖線で示す第２信号到達領域２４５ｂに対応し、４メートルの到達可能距離に設定されたときが実線で示す第１信号到達領域２４５ａに対応する。矢印Ｂは、指向性放射部２３９ｂから放射されるフェンス信号の光軸方向を示す。

図１１は、信号放射部２３９が１フレームの光信号を繰り返し放射する波形を示す説明図である。信号は家電製品協会フォーマットに準拠したものとしている。フレームとフレームの間は、光信号の放射が８ミリ秒以上途切れるフレームスペースで区切られる。図１１で、１フレームの光信号が放射されてからフレームスペースを挟んで次のフレームの光信号が放射されるまでの期間をフレーム周期としている。

自走式掃除機１が矢印Ａの方向に進みフェンス到達センサ２１７ａの部分がフェンス信号発信器２３１から放射されるフェンス信号の信号到達領域に入り、フェンス到達センサ２１７ａを受信すると、制御部１１は受信した信号に載せられた情報を解析する。即ち、識別コードに基づいてフェンスユニットの信号であると認識し、さらにどのフェンス信号発信器２３１からの信号かを認識する。そして、その信号を超えて向こう側へ進入することのないように自走式掃除機１の走行を制御する。

≪フェンス信号の信号到達領域への進入時の制御≫
続いて、自走式掃除機１がフェンス信号の信号到達領域へ進入したときの走行制御について述べる。
図１２は、自走式掃除機１がフェンス信号の信号到達領域へ進入したときに制御部１１が走行を制御する様子を示す説明図である。図１３は、図１２と異なる進入角度で信号到達領域へ進入したときの様子を示す説明図である。図１４および図１５は、信号到達領域への進入に応答して制御部１１が実行する処理の一例を示すフローチャートである。

図１２および図１３を参照しつつ、図１４および図１５のフローチャートに沿って走行制御を説明する。自走式掃除機１が障害物を避けながら走行し作業を行う間（図１４のステップＳ１１）、制御部１１は、フェンス到達センサ２１７ａがフェンス信号発信器２３１からのフェンス信号を検出したか否かを逐次モニタする（ステップＳ１３）。フェンス到達センサ２１７ａがフェンス信号を検出したら（ステップＳ１３のＹｅｓ）、制御部１１は予め定められた期間信号到達領域内への進入を続け（図１２（ａ）および図１３（ａ）参照）、その間にフェンス信号の検出が続くか否かを調べる（ステップＳ１５）。これは、フェンス信号到達領域の境界付近ではフェンス信号の検出が弱くて安定しない場合を考慮して、安定した検出ができる位置まで自走式掃除機１を進入させ確実な検出を行うためである。さらに、その後の旋回で旋回センサが安定したフェンス信号の検出を行える位置まで自走式掃除機１を信号到達領域へ進入させておくためである。

予め定められた期間、フェンス信号の検出が続いたら、制御部１１は、自走式掃除機を停止させ（ステップＳ１７）、その後、予め定められた方向に自走式掃除機１を旋回させる（ステップＳ１９、図１２（ｂ）および図１３（ｂ）参照）。図１２および図１３に示すように、旋回の中心は、円盤形の自走式掃除機１の中心と略一致する。
旋回中（ステップＳ２１）、制御部１１は、旋回センサ２１７ｂがフェンス信号を検出したか否かを逐次モニタする（ステップＳ２３）。

旋回につれて、旋回センサ２１７ｂがフェンス信号の信号到達領域に入りフェンス信号を検出したら（ステップＳ２３のＹｅｓ）、制御部１１は、予め定められた期間、フェンス信号の検出が続くのを待つ（ステップＳ２５）。予め定められた期間、旋回センサ２１７ｂがフェンス信号を検出したことにより、安定したフェンス信号の検出が得られたと判断したら（図１２（ｃ）および図１３（ｃ）参照）、制御部１１は自走式掃除機１の旋回を停止させる（ステップＳ２７）。なお、前述のステップＳ２５の期間は前述のステップＳ１５と対応するように予め定められてもよい。

フェンス到達センサ２１７ａと旋回センサ２１７ｂとは、旋回の中心に対して略対称の位置に配置されている。よって、旋回センサ２１７ｂがフェンス信号を検出し制御部１１が旋回を停止させる方向は、進入方向（図１２および図１３に矢印Ｃで示す方向）に対して１８０°に近い角度をなす方向（矢印Ｄ）である。
その後、制御部１１は、障害物を避けつつ自走式掃除機１を走行させて作業を続ける（ステップＳ２９、図１２（ｄ）および図１３（ｄ）参照）。

以上のように、自走式掃除機１は、信号到達領域への進入方向（図１２および図１３に示す矢印Ｃ方向）に対して１８０°に近い方向になるまで旋回した後、信号到達領域から離脱する（図１２および図１３に示す矢印Ｄが離脱方向）。離脱方向が進入方向とほぼ逆方向になるので、離脱方向がフェンス信号の軸方向に沿ってしまうのを避けることができる。

（実施の形態２）
図１４および図１５に示すフローチャートのステップＳ１５の期間とＳ２５の期間とを異ならせると、離脱方向が進入方向と真逆にならないようにできる。あるいは、フェンス到達センサ２１７ａと旋回センサ２１７ｂの配置を旋回中心に対して非対称の位置とすることで、離脱方向が進入方向と真逆にならないようにできる。対称の位置としないとは、例えば旋回中心からの距離を異ならせて点対称とならないようにし、あるいはフェンス到達センサ２１７ａと旋回中心を通る直線上から外れた位置に旋回センサを配置して線対称とならないようにすることである。

（実施の形態３）
実施の形態１では、旋回センサ２１７ｂがフェンス信号を検出すると旋回を停止した。しかし、自走式掃除機１の方向の変化を検出する他の手段を用いることにより、進入方向に対して略１８０°旋回させてもよい。
例えば、ジャイロセンサで自走式掃除機１の方向の変化を検出し、旋回センサの機能を実現することができる。

（実施の形態４）
あるいは、左駆動輪２２Ｌおよび右駆動輪２２Ｒが各駆動輪の回転に伴ってパルス信号を出力するエンコーダをそれぞれ備え、そのエンコーダの信号で自走式掃除機１の方向の変化を検出してもよい。

（実施の形態５）
この実施形態は、図６に示す自走式掃除機１の走行制御について述べる。図６に示す自走式掃除機１は、２つの旋回センサを有する態様である。即ち、後方左側の旋回センサ２１７ｃおよび後方右側の旋回センサ２１７ｄである。２つの旋回センサ２１７ｃおよび２１７ｄのいずれもフェンス信号を検出するまで旋回させることにより、フェンス信号の軸方向に対して直角に近い方向へ離脱させることができる。

図１６は、図６に示す自走式掃除機がフェンス信号の信号到達領域へ進入したときに制御部１１が走行を制御する様子を示す説明図である。図１６（ａ）は、図１３（ａ）と同様の進入角度で自走式掃除機１が信号到達領域に進入する様子を示している。図１６（ｂ）は、フェンス到達センサ２１７ａがフェンス信号を検出したことに応答して制御部１１が自走式掃除機１を反時計回りに旋回させる様子を示しており、図１３（ｂ）と同様である。
旋回中に、制御部１１は、旋回センサ２１７ｃおよび２１７ｄを逐次モニタし、両者がフェンス信号を検出するようになるのを待つ。例えば、図１６（ｂ）では、旋回センサ２１７ｄが信号到達領域に進入しようとしているが、旋回センサ２１７ｃは信号到達領域からまだ外れている。旋回センサ２１７ｄのみがフェンス信号を検出しても、制御部１１は旋回を終了させない。

やがて図１６（ｃ）に示すように旋回センサ２１７ｃおよび２１７ｄの何れもが信号到達領域に入る。そして、フェンス信号が安定して検出されたら制御部１１は旋回を停止させる。その後、図１６（ｄ）に示すように信号到達領域から離脱させる。離脱方向（矢印Ｄ）は、矢印Ｂで示すフェンス信号の軸方向に対して直角に近い。よって、１度の旋回で信号到達領域から確実に遠ざかる方向へ自走式掃除機１を走行させることが可能である。

（実施の形態６）
この実施形態は、図７に示す自走式掃除機１の走行制御について述べる。図７に示す自走式掃除機１は、後方に３つの旋回センサ、即ち後方中央の旋回センサ２１７ｂ、後方左側の旋回センサ２１７ｃおよび後方右側の旋回センサ２１７ｄを有する。３つの旋回センサのうち複数もしくはすべてがフェンス信号を検出するまで旋回させることにより、フェンス信号をより確実に検出し、好ましい方向で旋回を終了することができる。

図１７は、図７に示す自走式掃除機がフェンス信号の信号到達領域へ進入したときに制御部が走行を制御する様子を示す説明図である。図１７（ａ）は、図１３（ａ）と同様の進入角度で自走式掃除機１が信号到達領域に進入する様子を示している。図１７（ｂ）は、フェンス到達センサ２１７ａがフェンス信号を検出したことに応答して制御部１１が自走式掃除機１を反時計回りに旋回させる様子を示している。
旋回中に、制御部１１は、旋回センサ２１７ｂ、２１７ｃおよび２１７ｄを逐次モニタし、複数の旋回センサがフェンス信号を検出するようになるのを待つ。例えば、図１７（ｂ）では、旋回センサ２１７ｄが信号到達領域に進入しようとしているが、他の旋回センサ２１７ｂおよび２１７ｃは信号到達領域から離れている。旋回センサ２１７ｄのみがフェンス信号を検出しても、制御部１１は旋回を終了させない。

やがて図１７（ｃ）に示すように旋回センサ２１７ｄおよび２１７ｂが信号到達領域に入り、それら２つの旋回センサでフェンス信号が安定して検出されたら制御部１１は旋回を停止させる。そして、信号到達領域から離脱させる（矢印Ｄ１）。
しかし、例えばフェンス信号発信器２３１から遠く離れている場合、フェンス信号が微弱で旋回センサ２１７ｄまたは２１７ｂが安定してフェンス信号を検出できないことがある。その場合、制御部は旋回を続ける。やがて図１７（ｄ）に示すように、旋回センサ２１７ｃも信号到達領域に入る。旋回センサ２１７ｂ、２１７ｄおよび２１７ｃのうち何れか２つのセンサがフェンス信号を安定して検出したら、制御部１１は旋回を停止させる。そして、信号到達領域から離脱させる（矢印Ｄ２）
このように、複数の旋回センサを配置することで、フェンス信号をより確実に検出して離脱させることができる。
なお、図１７は３つの旋回センサのうち２つがフェンス信号を検出したら旋回を終了する態様を示しているが、何れか１つの旋回センサがフェンス信号を検出したら旋回を終了するようにしてもよい。また、旋回センサの数は２個であってもよく４個以上であってもよい。それらの旋回センサのうちで何個がフェンス信号を検出したら旋回を終了するかは適宜決定すればよい。

（実施の形態７）
この実施形態では、前進方向に直交する左右方向の異なる位置にフェンス信号をそれぞれ検出する２つのセンサを備えて、そのうち一方をフェンス到達センサとして機能させ、他方を旋回センサとして機能させる態様を述べる。
図１８は、この実施形態に係る自走式掃除機の態様の一例を示す外観図である。図１８に示すように、自走式掃除機１は、左右の両端部にそれぞれフェンス信号センサ２１９Ｌおよび２１９Ｒを備えている。
障害物を避けながら走行中に、制御部１１は、フェンス信号センサ２１９Ｌおよび２１９Ｒを逐次モニタする。

図１９は、図１８に示す自走式掃除機１がフェンス信号の信号到達領域へ進入したときに制御部が走行を制御する様子を示す説明図である。図１９（ａ）は、フェンス信号センサ２１９Ｌがフェンス信号の信号到達領域に達したことを示している。制御部１１は、フェンス信号センサ２１９Ｌがフェンス信号を検出したことに応答してタイマーをスタートさせる。あるいは左駆動輪２２Ｌおよび右駆動輪２２Ｒが各駆動輪の回転に伴ってパルス信号を出力するエンコーダを備え、そのエンコーダの信号を前述のタイマーに代えてカウントしてもよい。エンコーダのカウント数は走行距離に比例する。

図１９（ｂ）は、フェンス信号センサ２１９Ｒがフェンス信号の信号到達領域に達したことを示している。制御部１１は、フェンス信号センサ２１９Ｒがフェンス信号を検出したことに応答してタイマーを停止させる。タイマーに代えてエンコーダ信号をカウントしているときはエンコーダ信号のカウントを停止する。そして、タイマーまたはエンコーダ信号のカウント数およびフェンス信号センサ２１９Ｌと２１９Ｒとの間の距離に基づいて、進入角度を算出する。なお、タイマーの場合は走行速度を考慮して時間のカウント数を走行距離に換算する。エンコーダ信号の場合は１パルス当たりの走行距離を考慮して走行距離に換算する。進入角度は、フェンス信号センサ２１９Ｌと２１９Ｒとの間の距離並びにタイマーまたはエンコーダ信号をカウントする間に進んだ距離から幾何学的な計算によって求まることが明らかである。

制御部１１は、算出された進入角度と予め定められた離脱方向とに基づいて、離脱方向に向くまで旋回すべき角度を決定する。離脱方向は、例えばフェンス信号の軸方向（矢印Ｂ）に直交する方向として定められてもよい（図１９（ｃ）および（ｄ）参照）。あるいは、フェンス信号の軸方向に対して正反射の角度として定められてもよい。さらに、進入方向と軸方向（矢印Ｂ）のなす角度が予め定められた閾値（例えば３０°）より小さい場合はその閾値の角度で離脱するように定めてもよい。
そして、制御部１１は、決定された旋回の角度まで自走式掃除機を旋回させる。よって、後からフェンス信号を検出したフェンス信号センサ２１９Ｒが、フェンス到達センサとして機能する。他方のフェンス信号センサ２１９Ｌは、旋回の角度を決定するために用いられる。換言すれば、旋回の終了を決定するために用いられるので、旋回センサとして機能する。旋回の角度は、前述のエンコーダでモニタしてもよいし、一定の旋回速度で旋回させてタイマーで旋回時間を計測してもよい。

この態様によれば、２つのフェンス信号の検出を用いて信号到達領域への進入角度を算出し、予め定められた離脱方向への旋回角度を求めることができる。よって、どのような進入角度で進入したときでも、予め定められた離脱方向へ離脱させることができる。即ち、１度の旋回で信号到達領域から確実に遠ざかる方向へ自走式掃除機１を走行させることが可能である。
なお、フェンス信号センサ２１９Ｌおよび２１９Ｒが左右方向の一直線上になくてもよい。一直線上の位置からのズレに応じた補正を行うことで同様の機能が実現できる。

（実施の形態８）
以上の実施形態では、フェンス信号の信号到達領域へ進入した場合、制御部１１が自走式掃除機１の走行方向を変更するように制御する種々の態様を述べた。
ところで、実施の形態１で述べたように、自走式掃除機１は前方超音波センサ１４Ｆ、左方超音波センサ１４Ｌ、右方超音波センサ１４Ｒを備えており、これらのセンサによる障害物の検出に基づいて障害物を回避して走行する。

フェンス信号も目に見えない障害物と考えれば、超音波センサによる障害物の検出と回避に対応した処理をフェンス信号についても同様に行うことが考えられる。この場合、フェンス信号センサによるフェンス信号の検出を、超音波センサによる障害物の検出に対応させることが極めて好ましい。即ち、前方超音波センサ１４Ｆ、左方超音波センサ１４Ｌ、右方超音波センサ１４Ｒにそれぞれ対応させて前方、左前方および右前方にフェンス信号センサを配置することが好ましい。このようにすれば、各超音波センサに対応して配置されたフェンス信号センサがフェンス信号を検出した場合、対応する超音波センサが障害物を検出した場合と同様の処理でフェンス信号の信号到達領域を回避して走行することが可能である。
フェンス信号の信号到達領域に進入したときの走行処理として、障害センサによる障害物の回避と共通の走行処理を適用できるので、別途の処理を行う場合に比べて制御部の処理の開発および検証を簡略化できる。

また、図１〜５に示す自走式掃除機１は、前方床面検出センサ１８、左輪床面検出センサ１９Ｌ、右輪床面検出センサ１９Ｒを備えており、これらのセンサによる段差の検出に基づいて段差を回避して走行する。

そこで、段差を回避して走行するのと同様の処理でフェンス信号を回避するようにしてもよい。この場合、前方床面検出センサ１８、左輪床面検出センサ１９Ｌ、右輪床面検出センサ１９Ｒにそれぞれ対応させて前方、左前方および右前方にフェンス信号センサを配置することが好ましい。このようにすれば、各床面検出センサに対応して配置されたフェンス信号センサがフェンス信号を検出した場合、対応する床面検出センサ段差を検出した場合と同様の処理でフェンス信号の信号到達領域を回避して走行することが可能である。
フェンス信号の信号到達領域に進入したときの走行処理として、床面検出センサによる段差の回避と共通の走行処理を適用できるので、別途の処理を行う場合に比べて制御部の処理の開発および検証を簡略化できる。

以上に述べたように、
（i）この発明による自走式電子機器は、少なくとも前進および旋回による走行を行う動力部と、外部のフェンス信号発信器が指向性を有して出力するフェンス信号の信号到達領域に進入したことを検出するフェンス到達センサと、前記信号到達領域への進入に応答して旋回を開始するように前記動力部を制御する制御部と、前記旋回の終了判定に用いる旋回センサとを備え、前記制御部は、前記旋回センサからの信号に応答してその旋回を終了するように制御することを特徴とする。

この発明において、自走式電子機器は、作業を行うために自律的に移動するものである。その具体的な態様は、実施形態に示した自走式掃除機のほか、例えば、自走式床拭機、自走式空気清浄機、自走式イオン発生器などが挙げられる。
また、走行は、車輪によるものが代表的態様であるがこれに限る必要はなく、キャタピラーを有する態様や床面から浮上して移動するものであってもよい。
フェンス信号は、自走式電子機器が移動する領域を限定し、特定の場所に閉じ込めておくために、軸方向に指向性を有して出力される無線信号である。信号として、実施形態で述べた赤外線信号の他、光、電磁波、超音波などを用いてもよい。フェンス到達センサおよび旋回センサは前記フェンス信号を検出するセンサである。
さらに旋回は、ある点を中心に方向を変える動作である。ただし、滑り等のために動作に伴って中心が振れる場合も含んだ広義の旋回動作である。

さらに、この発明の好ましい態様について説明する。
（ii）前記フェンス到達センサは、旋回の中心位置より前方側に配置され、前記旋回センサは、旋回の中心位置より後方側に配置されて前記フェンス信号を検出し、前記制御部は、旋回により前記旋回センサが前記信号到達領域に進入して前記フェンス信号を検出したことに応答して前記旋回を終了させてもよい。
このようにすれば、旋回中心より後方側に配置された旋回センサがフェンス信号の信号到達領域に入ったことをトリガとして旋回を終了させるので、自走式電子機器が前記信号到達領域から遠ざかる方向へ向いた状態で旋回を終了させることができる。

（iii）前記旋回センサは、異なる位置にそれぞれ配置される複数のセンサからなり、前記制御部は、それら複数のセンサが前記信号到達領域に進入して前記フェンス信号を検出したことに応答して前記旋回を終了させてもよい。
このようにすれば、複数のセンサが信号到達領域に入ったことをトリガとして旋回を終了させるので、１つの旋回センサを用いる場合に比べて自走式電子機器を前記信号到達領域から遠ざかる方向へより正確に向けることができる。

（iv）前進方向と直交する左右方向の一直線上に配置され前記フェンス信号をそれぞれ検出する２つのフェンス信号センサを備え、前記制御部は、先に前記信号到達領域に進入し前記フェンス信号を検出したフェンス信号センサを前記旋回センサとして機能させ、後から前記信号到達領域に進入し前記フェンス信号を検出したフェンス信号センサを前記フェンス到達センサとして機能させて旋回を開始し、前記旋回センサと前記フェンス到達センサとがそれぞれ前記フェンス信号を検出した時間差とその間の走行速度とに基づいて旋回終了のタイミングを決定してもよい。
このようにすれば、左右方向の一直線上に配置された２つのセンサがフェンス信号を検出した時間差に基づいて信号到達領域の軸方向に対する進入角度を算出し、予め定められた離脱方向へ自走式電子機器が向くように旋回角度を決定できる。

（v）前記旋回センサは旋回に伴う向きの変化を検出するものであり、前記制御部は、前記フェンス到達センサが前記信号到達領域へ進入して前記フェンス信号を検出したことに応答して旋回を開始し、その旋回による向きの変化が予め定められた範囲に達したことに応答して前記旋回を終了させてもよい。
このようにすれば、フェンス信号を検出する１つのセンサと、旋回に伴う向きの変化を検出するセンサを用いることで、自走式電子機器が前記信号到達領域から遠ざかる方向へ向いた状態で旋回を終了させることができる。

（ｖｉ）前記旋回センサがジャイロセンサであってもよい。
（ｖｉｉ）前記動力部は左右の駆動輪を含み、前記旋回センサがそれぞれの駆動輪の回転信号を出力するエンコーダであってもよい。

（ｖｉｉｉ）この発明による自走式電子機器は、走行路上の障害物を検出する障害センサまたは床面の段差を検出する落下防止センサと、フェンス信号を検出するフェンス信号センサと、走行を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記障害センサによる障害物の検出に応答してその障害物を回避するように前記動力部を制御するかまたは前記落下防止センサによる段差の検出に応答してその段差を回避するように前記動力部を制御し、前記フェンス信号センサが前記フェンス信号を検出したとき、前記障害センサによる障害物の回避または前記落下防止センサによる段差の回避と同様の制御を行うようにしてもよい。
このようにすれば、フェンス信号の信号到達領域に進入したときの走行処理として、障害センサによる障害物の回避の処理または落下防止センサによる段差の回避の処理と共通の走行処理が適用できるので、別途の処理を行う場合に比べて制御部の処理の開発および検証を簡略化できる。

この発明の好ましい態様には、上述した複数の態様のうちの何れかを組み合わせたものも含まれる。
前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。

１：自走式掃除機、 ２ａ：底板、 ２ｃ：バンパー、 ２ｄ：後方側板、 ２ｅ：スカート部、 ３：蓋部、 ９：回転ブラシ、 １０：サイドブラシ、 １１：制御部、 １２：充電池、 １４：障害物検出部、 １４ＣＬ：左接触センサ、 １４ＣＲ：右接触センサ、 １４Ｆ：前方超音波センサ、 １４Ｌ：左方超音波センサ、 １４Ｒ：右方超音波センサ、 １５：集塵部、 １８：前方床面検出センサ、 １９Ｌ：左輪床面検出センサ、 １９Ｒ：右輪床面検出センサ、 ２１：動力部、 ２２Ｌ：左駆動輪、 ２２Ｒ：右駆動輪、 ３１：吸気口、 ３２：排気口、 １１５：電動送風機、 １１７：イオン発生部、 １１９：ブラシモータ、 ２１７：無線信号受信部、 ２１７ａ：フェンス到達センサ、 ２１７ｂ、２１７ｃ、２１７ｄ：旋回センサ、 ２１９Ｌ、２１９Ｒ：フェンス信号センサ、 ２３１：フェンス信号発信器、 ２３３：電源スイッチ、 ２３５：動作インジケーター、 ２３７：センサ距離切換スイッチ、 ２３９：信号放射部、 ２３９ａ：無指向性放射部、 ２３９ｂ：指向性放射部、 ２４０：発信器制御部、 ２４１：バッテリー残量検出部、 ２４２：記憶部、 ２４３：電池、 ２４５ａ：第１信号到達領域、 ２４５ｂ：第２信号到達領域、 ２４５ｃ：第３信号到達領域

Claims (2)

1. 少なくとも前進および旋回による走行を行う動力部と、
   外部のフェンス信号発信器が指向性を有して出力するフェンス信号の信号到達領域に進入したことを検出するフェンス到達センサと、
   前記信号到達領域への進入に応答して旋回を開始するように前記動力部を制御する制御部と、
   前記旋回の終了判定に用いる旋回センサとを備え、
   前記フェンス到達センサは、旋回の中心位置より前方側に配置され、
   前記旋回センサは、旋回の中心位置より後方側に配置されて前記フェンス信号を検出し、
   前記制御部は、旋回により前記旋回センサが前記信号到達領域に進入して前記フェンス信号を検出したことに応答してその旋回を終了するように制御することを特徴とする自走式電子機器。
2. 前記旋回センサは、異なる位置にそれぞれ配置される複数のセンサからなり、
   前記制御部は、それら複数のセンサが前記信号到達領域に進入して前記フェンス信号を検出したことに応答して前記旋回を終了させる請求項１に記載の自走式電子機器。