JP6397974B2 - 自走式掃除機 - Google Patents
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Description
<自走式掃除機の構成>
この発明の実施形態1に係る自走式掃除機1について説明する。
以下、図1及び図2に基づき、この発明の自走式掃除機1の構成を説明する。
図1は、この発明の自走式掃除機1及び充電台100の概略構成を示すブロック図である。
図2は、図1に示す自走式掃除機1の外観を概略的に示す斜視図である。
自走式掃除機1は、底面に吸気口35を有すると共に内部に集塵部31を有する筐体2、筐体2を走行させる一対の駆動輪13、並びに駆動輪13の回転、停止及び回転方向等を制御する走行制御部12を備え、自律的に掃除動作する。
この発明の自走式掃除機1は、例えば円盤形、円柱形、あるいは直方体形等の立体形状の筐体2を有し、その筐体2の表面や内部に、各種構成要素が配置される。
例えば、上記した駆動輪13、障害検知部14、操作入力部17、音声入力部18、画像取得部22、照明部23、誘導信号受信部24及び充電用接続部25は、筐体2の表面の外部から視認できる位置に設けられ、その他の構成要素は筐体2の内部に設けられる。
図2において、障害検知部14が配置されている部分を筐体2の前方部、蓋部3が配置されている部分を筐体2の中間部、前方部から中間部を挟んで反対側の部分を筐体2の後方部とそれぞれ呼ぶ。ここで、前方とは、図2の矢符で示す自走式掃除機1の進行方向FDであり、自走式掃除機1の進行方向FDと逆向きの方向を後方とする。
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、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、ROM等に予め格納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、後述するようなこの発明の検知機能、算出機能、駆動機能などを実行する。
走行制御部12は、自走式掃除機1の自律走行の制御を行う部分であり、主として駆動輪13の回転を制御して筐体2を自律的に走行させる部分である。
走行制御部12は、一対の駆動輪13を駆動又は停止させることにより、自走式掃除機1の前進、後退、回転、静止などの動作を行わせる。ここで、駆動輪13及び走行制御部12は、本発明に係る走行部の一例である。
制御部11にかかるCPUは、障害検知部14から出力された信号に基づいて、障害物の存在する位置を認識する。認識された障害物の位置情報に基づいて、その障害物を回避して次に走行すべき方向を決定する。
なお、自走式掃除機1は、障害検知部14に加えて、自走式掃除機1が障害物に接触したことを検知する接触センサを備えてもよい。
充電池15の充電は、自走式掃除機1と充電台100とを接続した状態で行われる。
自走式掃除機1と充電台100との接続は、接続部である露出した充電用接続部25と充電端子部101とを電気的に接触させることにより行う。
本体とは別にリモコンユニットを設け、リモコンユニットに設けられた操作ボタンを押すことによって赤外線や無線電波信号を送出し、無線通信により動作の指示入力をしてもよい。
操作入力部17としては、例えば、電源スイッチ、起動スイッチ、充電要求スイッチ、その他のスイッチ(運転モードスイッチ,タイマスイッチ)などが設けられる。
音声入力部18から入力された音声は、例えば、AD変換され、所定のデジタル音声フォーマットで、入力音声データ54として記憶部51に記憶される。
例えば、音声入力部18から、「きれいにして」という入力音声データ54が入力された場合、その入力音声データ54と音声登録情報53に予め記憶されている複数の音声データとのパターンマッチングを行い、入力音声データ54と一致すると判定された音声データに対応づけられた機能(例えば、掃除機能など)を実行する。
取得する画像は、静止画であっても動画であってもよい。取得された静止画は、取得画像データ56として記憶部51に記憶される。
誘導信号送信部102としてLEDを用いる場合、その一部に蓋をすることで、位置標識信号の放射範囲を制御することもできる。例えば、約30〜40度の放射角を有するLEDを用いる場合、その片側を覆うことで所望の放射角の位置標識信号の広がりを実現できる。
ネットワークとしては、LAN、インターネットなどの広域ネットワーク(WAN)、専用の通信回線などいずれのネットワークを利用してもよい。
その無線通信規格としては、例えば、Bluetooth(登録商標)や無線LANの標準規格であるIEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n等が挙げられる。
例えば、外部装置から画像撮影要求が受信された場合など、所定の画像送信条件が満たされた場合に、通信部28が、画像取得部22によって取得した取得画像データ56を外部装置へ送信する。外部装置としては、例えば、図示しないPC、携帯端末、サーバなどがある。
また、集塵部31は、吸気口35と連通する流入路と、排気口34と連通する排出路とを有し、吸気口35から吸い込まれた空気は、流入路を介して集塵容器内に導かれ、フィルタ部及び排出路を介して排気口34から外部へ放出される。また、空気を流通させるために電動送風機36及び電動送風機36を駆動する送風制御部33が設けられている。
なお、集塵部31は、制御部11にて制御されるものでなく、集塵部31が掃除機本体の収容部に収容されたか否かを検知する検知手段(機械式スイッチ、光検知スイッチ等)の検知信号を、制御部11へ送るものとして図示している。
具体的には、放電により空気中の水分子を電離し、正イオンとしてH+(H2O)m(mは任意の自然数)、負イオンとしてO2 -(H2O)n(nは任意の自然数)を生成する。
イオン発生部32は、排気経路に臨む部分に、正負のイオンを生成する場合、それぞれのイオン放出部を有している。
なお、発生するイオンは、負イオン又は正イオンのどちらかでもよい。また、静電霧化現象を利用して得られる帯電した微粒子水滴を含んでもよい。特に、負イオンを発生する場合には、ユーザーにリラックス効果を与えることができる。
イオン発生部32で発生したイオンは、集塵部31のフィルタ部を通過した清浄な空気中に放出され、該空気と共に排気口34から外部へ吹き出される。
記憶部51には、主として、走行特性情報52、入力音声データ54、取得画像データ56などが記憶される。その他、音声認識、撮影、通信などの機能、その他の機能を実行するときに必要な情報が一時的に記憶される。
筐体2の走行距離又は回転角度は、走行又は回転に要したカウント数CNとともに走行特性情報52に記憶される。
このようにして、自走式掃除機1の走行履歴を記憶することができる。ここで、記憶部51は、本発明に係る走行履歴保持部の一例である。
1つの音声登録情報53は、登録単語と、音声データと、その音声データを発声した人物名とが予め対応付けられて記憶される。
ただし、人物を特定する場合は、人物名を登録しておく必要があるが、不特定多数の人が発声した単語認識のみを行い、人物の特定をしない場合は、人物名は登録しなくてもよい。
音声データとしては、例えば、音声のアナログ波形そのものや、波形情報、周波数情報、音声ライブラリ、登録単語情報などのデジタル情報が、1つの音声ファイルとして記憶される。
取得画像データ56は、画像取得部22によって取得された画像である。画像としては、静止画あるいは動画のどちらでもよい。
次に、図3及び図4に基づき、自走式掃除機1の準備動作手順の具体例について説明する。
図3は、この発明の自走式掃除機1の準備動作処理のフローチャートである。
図4は、この発明の自走式掃除機1の準備動作手順を示す説明図である。
図4(B)(C)において、図4(A)と共通部分の符号は省略する。
準備動作の開始後、制御部11は、以下のステップに示す手順に従う。
図4(A)において、側壁SWに囲まれた矩形状の室内を想定し、室内の中間にはY軸方向に沿った内壁が形成されている。ここで、充電台100が設置された側壁SWに沿った方向をX軸方向とし、X軸方向に垂直な方向をY軸方向とする。
図6,図8及び図9においても同様である。
障害検知部14が筐体2の前方に障害物を検知しなかった場合(ステップS2の判定がNoの場合)、制御部11は、ステップS3へ進む。
一方、障害検知部14が筐体2の前方に障害物を検知した場合(ステップS2の判定がYesの場合)、制御部11は、ステップS4へ進む。
筐体2が充電台100から所定距離だけ進んだ場合(ステップS3の判定がYesの場合)、制御部11は、ステップS4へ進む。
一方、筐体2が充電台100から所定距離進んでいない場合(ステップS3の判定がNoの場合)、制御部11は、ステップS1へ戻る。
このとき、図4(A)に示すように、筐体2が経路RT1に沿って前進した方向(Y軸正方向)を基準方向として、制御部11は、障害検知部14から筐体2の前方の障害物までの距離L1を記憶部51に保存する。
このとき、図4(B)に示すように、筐体2は基準方向(Y軸正方向)から右回り(RD方向)に90°方向転換する。
筐体2が基準方向から360°方向転換している場合(ステップS7の判定がYesの場合)、制御部11は、ステップS8へ進む。
一方、筐体2が基準方向から360°方向転換していない場合(ステップS7の判定がNoの場合)、制御部11は、ステップS5に戻り、障害物の検知を続行する。
同様に、筐体2が基準方向から180°の方向(Y軸負方向)を向いているとき、制御部11は、その方向及び障害検知部14から筐体2の前方の障害物までの距離L3を、そして、筐体2が基準方向から270°の方向(X軸負方向)を向いているとき、その方向及び障害検知部14から筐体2の前方の障害物までの距離L4を記憶部51に保存する。
また、筐体2の側面に複数の障害検知部14を設け、一度に複数の方向の障害物を検知するようにしてもよい。例えば、筐体2の前部に検知角が40°異なる障害検知部14を3つ設け、同時に3方向の障害物を検知するようにしてもよい。
また、障害物を検知するために筐体2を必ずしも方向転換させる必要はなく、例えば、筐体2の前後左右に障害検知部14を設け、筐体2を方向転換させることなく前後左右方向の障害物の距離を一度に検知するようにしてもよい。また、障害検知部14を用いる代わりに、画像取得部22で取得した画像を画像認識部21で分析することによって、障害物までの距離及び方向を検知するようにしてもよい。
また、筐体2が充電台100から所定の距離だけ進んで検知を行う場合は、筐体2から充電台100に向かう方向への検知を省略してもよい。また、部屋が対称形であって、充電台100が側壁の中央に設置されている場合は、充電台100から見て部屋の左右いずれかの方向の検知だけをするものであってもよい。
例えば、図4(B)に示すような矩形状の掃除領域CA1の場合、その推定面積EA1は、X軸方向の長さ×Y軸方向の長さ、すなわち、EA1=(LD+L2+L4)×(LD+L1+L3)である。ここで、推定面積EA1が約24(m2)であった場合、推定面積が20〜30(m2)の間にあるため、表3の対応関係から、走行時間が40分であることがわかる。
また、4畳半、6畳、8畳といった和室の広さを単位として推定面積を定めてもよい。
このとき、自走式掃除機1は、掃除領域CA1内をランダム走行で自走し、走行時間が経過すると充電台100に帰還する。
次に、実施形態1の変形例について説明する。
実施形態1において、矩形状の掃除領域CA1を想定したが、実施形態1の変形例においては、図4(C)に示すように、楕円形状の相似領域CA1を想定してもよい。この場合、筐体2を回転させながら多数の方向(図4(C)においては、MD1〜MD8の8方向)を測定することにより、障害物の位置を検知し、それに基づいて楕円形状の掃除領域CA1を決定する。そして、楕円形状の掃除領域CA1の面積に基づき、走行時間を決定する。
このように、楕円形状の掃除領域CA1を想定することにより、矩形上の掃除領域CA1を想定した場合と比べて、筐体2が自走可能な領域を考慮した、より現実的な掃除領域CA1の決定が可能となる。
次に、図5及び図6に基づき、実施形態2に係る自走式掃除機1の掃除動作手順の具体例について説明する。
図5は、この発明の自走式掃除機1の掃除動作処理のフローチャートである。
図6は、この発明の自走式掃除機1の掃除動作手順を示す説明図である。
図6(B)(C)において、図6(A)と共通部分の符号は省略する。
実施形態2において、自走式掃除機1の掃除動作開始後、制御部11は、以下のステップに示す手順に従う。
筐体2が掃除領域外に出たか否かの判定は、充電台100を基準とした座標を計算することにより行ってもよい。例えば、図6(A)に示すように、充電台100を基準(原点)として、X軸方向に−2m〜+2m、Y軸方向に+0m〜+6mの矩形状の掃除領域CA1を想定した場合、自走中の筐体2の位置座標が掃除領域CA1の(X,Y)座標の範囲外に出たとき、筐体2が掃除領域CA1外に出たものと判定する。
一方、筐体2が自走中に掃除領域外に出た場合、(ステップS12の判定がYesの場合)、制御部11は、ステップS13へ進む。
走行時間が経過した場合(ステップS16の判定がYesの場合)、制御部11は、筐体2を充電台100に帰還させる。
一方、走行時間が経過していない場合(ステップS16の判定がNoの場合)、制御部11は、ステップS17へ進む。
ここで、図6(B)に示すように、筐体2が掃除領域CA1をはみ出して経路RT13を走行し、掃除領域CA1からX軸の正方向に2mはみ出した場合を想定する。このとき、(X,Y)方向にはみ出した経路の長さ(dLX,dLY)は、(2m,0)となる。
具体的には、更新された掃除領域のサイズに基づき、表3の対応関係から新たな走行時間を求める。
それゆえ、自走式掃除機1の走行時間は、直前の掃除領域CA1に対応した走行時間40分から、新たな掃除領域CA2に対応した走行時間50分に更新されることになる。
バッテリ残量が十分にある場合(ステップS17の判定がYesの場合)、制御部11は、ステップS11に戻り、引き続き自走式掃除機1の掃除動作を継続させる。
一方、バッテリ残量が十分にない場合(ステップS17の判定がNoの場合)、制御部11は、筐体2を充電台100に帰還させる。
このようにすれば、自走式掃除機1の充電台100への帰還のタイミングを掃除領域の推定面積に応じて適切に設定できる。
なお、複数の掃除領域にまたがって掃除をする場合、2つの掃除領域間に存在する側壁SWの長さも考慮に入れて推定面積の大きさを見積もってもよい。
また、図6(C)に示すように、自走中にバッテリ残量が足りなくなった場合、自走式掃除機1は、直ちにランダム走行を終了して充電台100に帰還する経路RT15を走行する。
なお、本実施形態においては、筐体2が掃除領域外に出た場合、自走式掃除機1は、はみ出た経路の長さに基づいて推定面積及び走行時間を修正する場合について説明したが、それだけに限られない。例えば、はみ出た走行領域外に出た時間に基づいて推定面積及び走行時間を修正してもよい。
次に、図7及び図8に基づき、実施形態3に係る自走式掃除機1の掃除動作手順の具体例について説明する。
図7は、この発明の自走式掃除機1の掃除動作処理のフローチャートである。
図8は、この発明の自走式掃除機1の掃除動作手順を示す説明図である。
図8(B)(C)において、図8(A)と共通部分の符号は省略する。
実施形態3において、自走式掃除機1の掃除動作開始後、制御部11は、以下のステップに示す手順に従う。
筐体2が自走中に掃除領域外に出た場合(ステップS21の判定がYesの場合)、制御部11は、ステップS23へ進む。
一方、筐体2が自走中に掃除領域外に出ていない場合(ステップS22の判定がNoの場合)、制御部11は、ステップS26へ進む。
筐体2が新たな掃除領域内に入った場合(ステップS23の判定がYesの場合)、制御部11は、ステップS24へ進む。
一方、筐体2が新たな掃除領域内に入っていない場合(ステップS23の判定がNoの場合)、制御部11は、ステップS25へ進む。
ここで、新たな掃除領域内に入ったか否かは、筐体2の現在座標が、これまで掃除の対象となった掃除領域の範囲内にあるか否かで判定できる。
ここで、直前の掃除領域内に戻る具体的な動作としては、その場で筐体2を180°方向転換した後に前進させる動作や一旦筐体2を後進移動させた後、左右に方向転換して直前の掃除領域内に戻すなどの動作が挙げられる。
このように動作させることによって、ランダム走行での自走中に偶然、筐体2が掃除領域外に出るようなことがあっても、再び掃除領域内に戻すことができる。また、ステップS24において記憶された新たな掃除領域の位置座標を参照することによって、それ以後は、筐体2が自走中に新たな掃除領域内に入ることがないようにしてもよい。
また、掃除領域CA1を自走中にバッテリ残量が十分でなくなった場合、自走式掃除機1は直ちに充電台100に帰還する(経路RT23)。
走行時間が経過した場合(ステップS26の判定がYesの場合)、制御部11は、ステップS28へ進む。
一方、走行時間が経過していない場合(ステップS26の判定がNoの場合)、制御部11は、ステップS27へ進む。
バッテリ残量が十分にある場合(ステップS27の判定がYesの場合)、制御部11は、ステップS21に戻り、引き続き自走式掃除機1の掃除動作を継続させる。
一方、バッテリ残量が十分にない場合(ステップS27の判定がNoの場合)、制御部11は、筐体2を充電台100に帰還させる。
新たな掃除領域が存在する場合(ステップS28の判定がYesの場合)、制御部11は、ステップS29へ進む。
一方、新たな掃除領域が存在しない場合(ステップS28の判定がNoの場合)、制御部11は、筐体2を充電台100に帰還させる。
バッテリ残量が十分にある場合(ステップS29の判定がYesの場合)、制御部11は、ステップS30へ進む。
一方、バッテリ残量が十分にない場合(ステップS29の判定がNoの場合)、制御部11は、筐体2を充電台100に帰還させる。
この場合、図8(B)に示すように、掃除領域CA1の走行時間の終了時が近づいたときに、制御部11は、筐体2を側壁SWに沿った経路RT24を走行させる。このように壁際を走行させることによって、新たな掃除領域を確実に見つけることができる。
制御部11はその後、ステップS1に戻り、新たな掃除領域内での準備動作を実行させる。
新たな掃除領域CA4に入った後、自走式掃除機1は、実施形態1の場合と同様に新たな掃除領域内を前進させて、筐体2の前方に障害物を検知するか、又は新たな掃除領域CA4内を所定距離移動させてから停止させる(経路RT25を走行したのち、基準点CP2で筐体2を停止させる)。
その後、図8(C)に示すように、自走式掃除機1は、新たな掃除領域CA4内をランダム走行で自走させる(経路RT26)。
最後に、図9に基づき、実施形態4に係る自走式掃除機1の掃除動作手順の具体例について説明する。
図9は、この発明の自走式掃除機1の掃除動作手順を示す説明図である。
図9(B)において、図9(A)と共通部分の符号は省略する。
自走式掃除機1は、掃除領域CA1内をランダムな経路RT31で自走し、誘導信号BSの領域を誘導信号受信部24が通過する度に、誘導信号BSの検知回数をカウントする。そして、予め定められた検知回数(最低検知回数)に到達したとき、制御部11は、自走式掃除機1を充電台100に帰還させる。
一方、図9(B)に示すように、掃除領域CA3内をランダムな経路RT32で自走する場合、掃除領域CA3の推定面積が約42(m2)とすると、最低検知回数は20回となる。
(i)この発明の自走式掃除機は、筐体と、前記筐体を走行させる走行部と、床面の掃除を行う清掃部と、前記筐体の周囲の障害物の位置を検知する障害検知部と、前記走行部、前記清掃部及び前記障害検知部を制御して前記筐体を自走させながら掃除を行わせる制御部とを備え、前記制御部は、前記障害検知部に周囲の障害物の位置を検知させ、前記障害物の位置に基づいて、掃除を行う走行時間を決定することを特徴とする。
また、障害物は、必ずしも実在する物体である必要はなく、例えば、バーチャルウォール信号から作られた電子的な障害物であってもよい。
(ii)この発明による自走式掃除機において、前記制御部は、前記障害物の位置に基づいて、前記筐体が自走し得る走行領域を決定するものであってもよい。
また、走行領域は、三角形状、正方形状、多角形状又はその他の形状であってもよい。走行領域が多角形状の場合、筐体が自走し得る走行領域は、筐体を取り囲む複数の障害物の位置を結ぶ線内に囲まれる多角形の領域である。
中の前記筐体が前記走行領域外に出たとき、前記走行時間を修正するものであってもよい。
の前記筐体が前記走行領域外に出たとき、前記障害検知部に周囲の前記障害物の位置を検知させ、前記障害物の位置に基づき前記走行時間を修正するものであってもよい。
前述した実施形態の他にも、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及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。
Claims (3)
- 筐体と、前記筐体を走行させる走行部と、床面の掃除を行う清掃部と、前記筐体の周囲の障害物の位置を検知する障害検知部と、前記走行部、前記清掃部及び前記障害検知部を制御して前記筐体を自走させながら掃除を行わせる制御部とを備え、
前記制御部は、前記障害検知部に周囲の障害物の位置を検知させ、前記障害物の位置に基づいて、掃除を行う走行領域を決定して掃除動作を開始した後、前記走行領域内を自走中に前記筐体が前記走行領域外に出た場合、前記走行領域外の領域を新たな走行領域として座標および方向を記録した上で前記筐体を直前の走行領域に戻し、前記走行領域内での自走を再開させることを特徴とする自走式掃除機。 - 前記制御部は、前記走行領域内における掃除動作を終了した後、前記新たな走行領域が存在する場合、前記座標および方向を参照して前記新たな掃除領域へ向かって前記筐体を走行させ、前記新たな掃除領域内において、前記障害検知部に周囲の障害物の位置を検知させ、前記障害物の位置に基づいて、掃除を行う走行領域を決定して掃除動作を開始する請求項1に記載の自走式掃除機。
- 前記制御部は、掃除動作開始前の準備動作として、前記障害検知部が前記筐体の前方に障害物を検知した後か、または前記走行部に予め定められた距離だけ前記筐体を前進させた後、前記筐体の方向転換を360°まで実行させ、前記方向転換の際、前記筐体を任意の角度回転させる毎に前記障害検知部に周囲の障害物の位置を検知させ、前記障害物の位置に基づいて、前記筐体が自走し得る走行領域及び走行時間を決定する請求項1または2に記載の自走式掃除機。
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