JP6422703B2

JP6422703B2 - 自律走行体装置

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Publication number: JP6422703B2
Application number: JP2014167915A
Authority: JP
Inventors: 冨山　隆志; 隆志冨山; 功一渡邊
Original assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Current assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2018-11-14
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: JP2016045598A

Description

本発明の実施形態は、接続受部を備えた基地装置と、接続受部に接続可能な接続部を本体ケースに有する自律走行可能な自律走行体とを備えた自律走行体装置に関する。

従来、例えばセンサなどを用いて障害物などを検出しつつ、被掃除面上を自律走行しながら掃除する、いわゆる自律走行型の電気掃除機(掃除ロボット)が知られている。このような電気掃除機は、部屋内の掃除が終了すると、設置された所定の基地装置、例えば充電装置(充電台)を探索する。充電装置は、電気掃除機を誘導するビーコンを発信し、このビーコンを受信した電気掃除機は、このビーコンに沿って充電装置に向かって走行した後、この充電装置に接続(ドッキング)することで、掃除を終了するとともに、内蔵されている二次電池を充電する。

このように、電気掃除機が充電装置を探索して接続するときには、電気掃除機の充電端子と充電装置の充電用端子とを確実に接続するために、これら電気掃除機と充電装置とを精度よく位置合わせする必要がある。特に、電気掃除機に左右一対のビーコン受信手段を設け、充電装置から出力した左右一対のビーコンを受信しながら左右の位置合わせをしつつ電気掃除機を充電装置へと徐々に接近(アプローチ)させていく場合、この位置合わせのために電気掃除機と充電装置との間に充分な距離が必要になる。したがって、電気掃除機が充電装置を探索しているときに、電気掃除機の近傍に充電装置が位置していることを検出した場合には、電気掃除機は一旦充電装置に対して距離を取って上記のようなアプローチ動作を行う必要がある。

特開２０１２−１７８１６２号公報

本発明が解決しようとする課題は、自律走行体によって基地装置をより確実に検出し、自律走行体の接続部を基地装置の接続受部に対してより確実に接続できる自律走行体装置を提供することである。

実施形態の自律走行体装置は、基地装置と、自律走行体とを有する。基地装置は、接続受部と、衝突防止信号出力手段と、帰還信号出力手段とを備える。衝突防止信号出力手段は、衝突防止用の無線信号である衝突防止信号を所定距離範囲内に出力する。帰還信号出力手段は、衝突防止信号よりも幅狭の帰還用の無線信号である帰還信号を所定距離より長い距離まで出力する。自律走行体は、本体ケースと、接続部と、駆動輪と、帰還信号検出手段と、衝突防止信号検出手段と、制御手段とを備える。接続部は、本体ケースに設けられ接続受部と接続可能である。駆動輪は、本体ケースを走行面上で走行可能とする。帰還信号検出手段は、本体ケースに設けられ、帰還信号を検出可能である。衝突防止信号検出手段は、本体ケースに設けられ、衝突防止信号を検出可能である。自律走行体は、基地装置へと接近する接近動作を行う。制御手段は、駆動輪の動作を制御することで本体ケースを自律走行させる。そして、この制御手段は、接近動作において、帰還信号検出手段により帰還信号を検出すると、この帰還信号に沿って本体ケースを基地装置と位置合わせしつつこの基地装置へと接近させるように駆動輪の動作を制御する接近走行動作を行う。また、この制御手段は、衝突防止信号を衝突防止信号検出手段により検出すると、帰還信号に向かう方向に旋回して基地装置から離間する方向に本体ケースを走行させ、基地装置に対して離間した位置から本体ケースを旋回させて折り返し走行させるように駆動輪の動作を制御する。これにより制御手段は、帰還信号検出手段により帰還信号を探索し、帰還信号を検出すると接近走行動作に移行する接近準備動作を行う。

一実施形態の自律走行体装置の自律走行体の接近準備動作を(a)ないし(e)の順に模式的に示す説明図である。同上自律走行体の基地装置への接近走行動作および接続動作を(a)ないし(c)の順に模式的に示す説明図である。同上自律走行体装置を示す斜視図である。同上自律走行体装置の自律走行体を上方から示す平面図である。同上自律走行体を下方から示す平面図である。 (a)は同上自律走行体の内部構造を示すブロック図、(b)は同上自律走行体装置の基地装置の内部構造を示すブロック図である。

以下、一実施形態の構成を、図面を参照して説明する。

図１ないし図３において、10は自律走行体装置としての電気掃除装置を示し、この電気掃除装置10は、自律走行体としての電気掃除機本体11と、この電気掃除機本体11の基地装置としての充電用の充電装置(充電台)12とを備えている。

図１ないし図５および図６(a)に示すように、電気掃除機本体11は、本実施形態において、走行面としての被掃除面である床面上を自律走行(自走)しつつ床面を掃除する、いわゆる自走式のロボットクリーナ(掃除ロボット)である。そして、この電気掃除機本体11は、中空状の本体ケース15と、この本体ケース15を床面上で走行させる走行部16と、床面などの塵埃を掃除する掃除部17と、充電装置12を含む外部装置と通信する通信部18と、各種情報を表示する表示部19と、走行部16、掃除部17、通信部18および表示部19を制御する制御手段20と、これら走行部16、掃除部17、通信部18、表示部19および制御手段20などに給電する二次電池21とを備えている。なお、以下、電気掃除機本体11(本体ケース15)の走行方向に沿った方向を前後方向(図３ないし図５に示す矢印FR，RR方向)とし、この前後方向に対して交差(直交)する左右方向(両側方向)を幅方向として説明する。また、図１などに示す矢印Ｘの指す方向が、電気掃除機本体11(本体ケース15)の前側を表すものとする。

本体ケース15は、例えば合成樹脂などにより扁平な円柱状(円盤状)などに形成されており、床面に対向する下面に吸込口22および排気口23がそれぞれ開口されている。

走行部16は、複数(一対)の駆動部としての駆動輪25，25と、これら駆動輪25，25を駆動させる動作部としての駆動手段であるモータ26，26と、旋回用の旋回輪27と、各種センサを有するセンサ部28などを備えている。

各駆動輪25は、電気掃除機本体11(本体ケース15)を床面上で前進方向および後退方向に走行(自律走行)させる、すなわち走行用のものであり、左右幅方向に沿って図示しない回転軸を有し、幅方向に対称に配置されている。

各モータ26は、例えば駆動輪25のそれぞれに対応して配置されており、各駆動輪25を独立して駆動させることが可能となっている。

旋回輪27は、本体ケース15の下面の幅方向の略中央部で、かつ、前部に位置しており、床面に沿って旋回可能な従動輪である。

センサ部28は、所定距離以内の例えば壁や家具などの物体(障害物)の存否を検出する障害物検出手段である物体検出手段31と、充電装置12などからの帰還信号(赤外線信号)および衝突防止信号を受信するフォトトランジスタなどの帰還信号検出手段および衝突防止信号検出手段の機能を有する受信手段33とを備えている。このセンサ部28には、他に、例えば左右のモータ26(駆動輪25)の回転数をそれぞれ測定することで本体ケース15の旋回角度を検出する光エンコーダなどの旋回角度検出手段、床面の段差などを検出する赤外線センサなどの図示しない段差検出手段、所定距離以内の物体の存否を検出する例えば超音波センサなどの非接触センサである物体検出手段、および、床面の塵埃量を検出する図示しない塵埃量検出手段などを備えていてもよい。

物体検出手段31は、本実施形態では、本体ケース15の前側半分を構成する可動的な円弧状の接触子であるバンパ35と、このバンパ35の移動によって動作されるスイッチ36とを有し、バンパ35と物体との接触を検出する接触センサである。すなわち、本実施形態の物体検出手段31は、本体ケース15に対して接触する(ゼロ距離に位置する)物体を検出するようになっている。

バンパ35は、本体ケース15の径方向に沿って移動可能となっており、例えば図示しないばねなどの付勢手段によって、本体ケース15から突出する方向に付勢されている。なお、このバンパ35は、例えば本体ケース15の一側から前部を介して他側まで連続する半円弧状としてもよいし、本体ケース15の一側から前部を介して他側までの半円弧領域を複数に分割した円弧状としてもよい。このようにバンパ35を複数に分割して構成する場合には、左右対称な配置とすることが好ましく、例えば前部と左右両側との３箇所などに分割するものとする。

スイッチ36は、物体との接触によって相対的に後退したバンパ35との接触により動作すなわちオンオフが切り換わるもので、少なくとも本体ケース15の両側にてバンパ35の背面側に対向して配置されている。そして、これらスイッチ36のいずれのオンオフが切り換わったにより、バンパ35の物体との接触、および、その接触位置(接触方向)を検出可能となっている。本実施形態では、例えば本体ケース15(バンパ35)の左右方向の中心位置を含む前側の左右略均等な所定角度ずつに亘る前側領域と、この前側領域の右側に隣接し本体ケース15(バンパ35)の右側部に亘る右側の所定角度の右側領域と、前側領域の左側に隣接し本体ケース15(バンパ35)の左側部に亘る左側の所定角度の左側領域とのそれぞれのうち、どの領域が物体と接触したかを検出可能となっている。

受信手段33は、充電装置12からの無線信号である帰還信号を検出することで充電装置12の位置を推定するとともに、電気掃除機本体11(本体ケース15)が充電装置12などへと必要以上に接近していないかなどを制御手段20により判断する際に用いられるものである。この受信手段33には、例えば本体ケース15の前部に位置する(一方および他方の)前側受信部としての左正面受信手段33aおよび右正面受信手段33bが少なくとも設定されている。これら左正面受信手段33aおよび右正面受信手段33bは、本体ケース15の外周面において左右方向の中央部を挟む前部両側に位置する。また、本実施形態では、受信手段33には、さらに本体ケース15の外周面において前方左右の所定角度、例えば略４５°方向あるいは略６０°方向に位置する左前受信手段33cおよび右前受信手段33d、本体ケース15の外周面において後方左右の所定角度、例えば略４５°方向あるいは略６０°方向に位置する左後受信手段33eおよび右後受信手段33f、および、本体ケース15の外周面において左右方向の中央部を含む後部に位置する後受信手段33gが設定されている。したがって、受信手段33は、例えば左右対称に配置されている。この受信手段33のうち、充電装置12への接近動作(アプローチ)に用いられる受信手段33a，33b、および、充電装置12への接続動作の前の位置決めに用いられる後受信手段33gは指向性が比較的狭く、例えば所定方向である受信手段33a，33b，33gが向けられた方向の所定の角度範囲内からの無線信号を主として検出するようになっている。また、この受信手段33のうち、受信手段33c，33d，33e，33fは、無線信号の見落としを防止するために指向性が比較的広く、例えば受信手段33c，33d，33e，33fが向けられた方向の受信手段33a，33b，33gよりも広い所定角度範囲内からの無線信号を検出するようになっている。なお、以下、受信手段33とは、特記しない限り、受信手段33a〜33gの少なくともいずれかあるいは全体を指すものとする。

掃除部17は、例えば本体ケース15内に位置して塵埃を吸い込む電動送風機37と、吸込口22に回転可能に取り付けられて塵埃を掻き上げる回転清掃体としての回転ブラシ38およびこの回転ブラシを回転駆動させるブラシモータ39と、本体ケース15の前側などの両側に回転可能に取り付けられて塵埃を掻き集める旋回清掃部としての補助掃除手段であるサイドブラシ40およびこのサイドブラシ40を駆動させるサイドブラシモータ41と、塵埃を溜める集塵部42となどを備えている。なお、電動送風機37と、回転ブラシ38およびブラシモータ39と、サイドブラシ40およびサイドブラシモータ41とは、少なくともいずれかを備えていればよい。

通信部18は、充電装置12などに対して信号(赤外線信号)を送信する赤外線発光素子などの送信手段46を備えている。この送信手段46は、例えば本体ケース15の上部前端に配置されている。なお、この通信部18には、例えばアクセスポイントなどを介して外部装置との信号(無線信号)の送受信をする無線ＬＡＮデバイスなどを備えていてもよい。

表示部19は、時刻や時間、あるいは電気掃除機本体11に関する各種情報などを表示するものであり、例えば本体ケース15の上部に配置されている。なお、この表示部19は、例えば使用者が各種設定を直接入力可能である入力操作手段の機能を兼ね備えるタッチパネルなどとしてもよい。

制御手段20は、例えばＣＰＵやタイマおよびカウンタなどを備えたマイコンであり、センサ部28による検出結果に基づいて、自律走行しつつ掃除部17により掃除をする掃除モードと、充電装置12を探索して充電装置12へと帰還する帰還モードと、充電装置12を介して二次電池21を充電する充電モードと、動作待機中の待機モードとを有している。そして、掃除モードおよび帰還モード中には、例えば電気掃除機本体11(本体ケース15)が部屋の中を物体検出手段31により所定距離以内に物体を検出する(物体に衝突する)毎に向きを変えつつ直進(略直進)する走行モード、あるいは、電気掃除機本体11(本体ケース15)が物体検出手段31により検出した物体(壁)などの部屋の外縁に沿ってアーチ状に繰り返しバウンドするように走行する走行モードなどの複数の走行モードが設定されている。

また、二次電池21は、例えば本体ケース15の下面の後部の両側に露出する接続部としての充電端子48，48と電気的に接続されており、これら充電端子48，48が充電装置12側と電気的および機械的に接続されることで、充電装置12を介して充電されるようになっている。

一方、充電装置12は、壁の近傍など、掃除の妨げにならない位置に配置されている。図１ないし図３および図６(b)に示すように、この充電装置12は、二次電池21(図６(a))の充電用の充電回路52が内蔵されているとともに、この充電回路52と電気的に接続された接続受部としての充電用端子53，53および商用電源と接続される給電用の電源コード54などが設けられ、かつ、例えば電気掃除機本体11を充電装置12へと誘導する帰還用の無線信号(赤外線信号)を出力する赤外線発光素子などの帰還信号出力手段55、電気掃除機本体11が充電装置12と衝突しないように充電装置12の周囲に無線信号(赤外線信号)を出力する赤外線発光素子などの衝突防止信号出力手段56、電気掃除機本体11の送信手段46からの無線信号(赤外線信号)を受信するフォトトランジスタなどの信号受信手段57、および、これら充電回路52、帰還信号出力手段55、衝突防止信号出力手段56および信号受信手段57などの動作をそれぞれ制御する装置制御手段58などを備えている。

帰還信号出力手段55は、無線信号(赤外線信号)である帰還信号を、比較的狭い指向性で出力するようになっている。本実施形態では、この帰還信号出力手段55には、例えば水平方向に互いに離間された左信号出力手段55aと右信号出力手段55bとが設定されており、これら出力手段55a，55bから出力される帰還信号Ba，Bbは、互いに所定幅(例えば１０〜２０ｃｍ程度)重なるようになっている。そして、これら帰還信号Ba，Bbは、電気掃除機本体11の受信手段33によって受信可能となっている。なお、以下、帰還信号出力手段55とは、特記しない限り、出力手段55a，55bの少なくともいずれかあるいは全体を指すものとする。

衝突防止信号出力手段56は、無線信号(赤外線信号)である衝突防止信号Ｓを、充電装置12を内部に含む所定距離範囲内、例えば半径３０ｃｍ以内の範囲に円形状、あるいは半円形状に出力するようになっている。すなわち、この衝突防止信号出力手段56は、比較的広い指向性で衝突防止信号Ｓを出力するようになっている。この衝突防止信号Ｓは、掃除の際や充電装置12への帰還の際などに、電気掃除機本体11が誤って充電装置12と衝突しないようにするためのものであり、電気掃除機本体11の受信手段33によって受信可能となっている。

信号受信手段57は、電気掃除機本体11の送信手段46から発光された無線信号(赤外線信号)を検出することで、帰還信号出力手段55から帰還信号Ba，Bbを、衝突防止信号出力手段56から衝突防止信号Ｓを、それぞれ出力するようになっている。

装置制御手段58は、例えば信号出力手段55から送信する信号を生成したり、信号受信手段57により受信した電気掃除機本体11の送信手段46からの信号を処理したりするものである。そして、この装置制御手段58は、電気掃除機本体11を充電装置12に向かって誘導する誘導モードと、充電回路52を介して二次電池21を充電するための充電モードと、動作待機中の待機モードとを有しており、誘導モード時に、信号出力手段55から無線信号を送信させるように構成されている。

次に、上記一実施形態の動作を説明する。

一般に、電気掃除装置10は、電気掃除機本体11によって掃除をする掃除作業と、充電装置12によって二次電池21を充電する充電作業とに大別される。そして、掃除作業は、充電装置12から電気掃除機本体11が離脱する離脱動作、この離脱動作の後掃除部17によって掃除をする掃除動作、この掃除動作の後あるいは掃除動作の最中に充電装置12の探索をする探索動作、この探索動作により検出した充電装置12に向かって電気掃除機本体11が走行する接近(アプローチ)動作、および、充電装置12に接近した電気掃除機本体11が充電装置12と接続(ドッキング)する接続動作などにより構成されている。

(掃除作業)
電気掃除機本体11は、例えば予め設定された掃除開始時刻となったときなど、掃除の開始のタイミングで、制御手段20が待機モードから掃除モードに切り換わり、掃除部17および走行部16などを駆動させ、充電装置12から例えば直線状に離脱する(離脱動作)。なお、充電装置12では、電気掃除機本体11が離脱してから所定時間経過した後、あるいは電気掃除機本体11の送信手段46から発信された帰還を要求する無線信号(赤外線信号)を信号受信手段55により受信したときに装置制御手段58が待機モードから誘導モードに切り換わる。

次いで、制御手段20は、センサ部28からの検出に対応して駆動輪25，25(モータ26，26)を駆動させることで、障害物や段差などを回避しながら電気掃除機本体11(本体ケース15)を、いずれかの走行モードを用いて、あるいはそれらを所定の順番で所定時間ずつ用いて床面上を走行させつつ、掃除部17によって床面の塵埃を掃除して捕集する(掃除動作)。

そして、掃除領域の掃除が完了した、または、二次電池21の容量が所定量まで低下して掃除を完了させるのに不足している(二次電池21の電圧が放電終止電圧近傍まで低下している)などの所定条件時には、電気掃除機本体11は、制御手段20が帰還モードに切り換わり、この制御手段20により駆動輪25，25(モータ26，26)を駆動させて充電装置12を探索する(探索動作)。

この探索動作では、電気掃除機本体11は、まず、１周旋回(超信地旋回)しつつ受信手段33(左正面受信手段33aと右正面受信手段33bとの少なくともいずれか)によって帰還信号Ba，Bbの少なくともいずれかを検出しないか、および、受信手段33によって衝突防止信号Ｓを検出しないか、すなわち充電装置12を発見しないかを判断する。そして、この旋回の間、充電装置12を発見していないと判断した場合には、走行モードを切り換えつつ用いて領域内を走行しながら、充電装置12を発見しないかを判断する。

そして、充電装置12を発見したと判断したときには、電気掃除機本体11(本体ケース15)を充電装置12へと接近させる接近動作を行う。なお、所定時間(例えば３０分)以内に電気掃除機本体11により充電装置12を発見しない場合、この探索動作を所定回数以上繰り返すうちに電気掃除機本体11により充電装置12を発見しない場合、さらには二次電池21の残量が所定以下に低下した場合、あるいは脱輪や集塵部42の外れなどを検出した場合などには、例えば電気掃除機本体11は探索動作を中止し、その場や所定の位置などで各部の動作を停止するとともに、表示部19にエラー表示をする。これにより二次電池21の残量を使い切ることがなく、二次電池21の劣化を防止できる。また、例えば探索動作の最中に使用者により表示部19、あるいはリモコンなどを介して停止が入力された場合には、探索動作を終了し、その後、使用者により表示部19、あるいはリモコンなどを介して開始が入力されたときには掃除動作に移行する。すなわち、本実施形態では、探索動作は一時停止および再開をしないものとする。

そして、上記の接近動作は、電気掃除機本体11(本体ケース15)を所定位置まで走行させる接近準備動作と、電気掃除機本体11(本体ケース15)を充電装置12に向けて直線状に接近させる接近走行動作とにより構成される。

接近準備動作は、基本的に、探索動作で受信手段33によって衝突防止信号Ｓを検出した場合、および、探索動作で受信手段33(左正面受信手段33aと右正面受信手段33bとの少なくともいずれか)によって帰還信号Ba，Bbの少なくともいずれかを検出しかつ電気掃除機本体11(本体ケース15)を充電装置12に向けて帰還信号Ba，Bbに沿って誘導可能となる範囲、すなわちアプローチ可能範囲Ａまで電気掃除機本体11(本体ケース15)が走行する前に受信手段33により衝突防止信号Ｓを検出したときに行われる。したがって、受信手段33により衝突防止信号Ｓを検出することなく電気掃除機本体11(本体ケース15)がアプローチ可能範囲Ａまで走行できた場合には、この接近準備動作は不要となる。

ここで、アプローチ可能範囲Ａは、例えば充電装置12から帰還信号Ba，Bbが出力されている方向(正面方向)に所定距離、例えば６０ｃｍ〜３００ｃｍ程度の帰還信号Ba，Bbの出力範囲(受信可能範囲)内とする。したがって、このアプローチ可能範囲Ａは、充電装置12から離間するほど幅広の、略台形状の範囲となっている。

そして、この接近準備動作は、概略として、まず、電気掃除機本体11の制御手段20が、受信手段33による衝突防止信号Ｓの検出方向を確認し、電気掃除機本体11(本体ケース15)を旋回(超信地旋回)させる方向を決定する。次いで、衝突防止信号Ｓから離脱するために、所定距離、例えば本体ケース15の半径の長さ分、衝突防止信号Ｓから離反する方向へと走行する(図１(a))。すなわち、この電気掃除機本体11(本体ケース15)は、例えば衝突防止信号Ｓを受信手段33により検出しているときには後退し、後受信手段33gにより検出しているときには前進する。この後、制御手段20は、モータ26，26(駆動輪25，25)の動作を制御して、上記決定した方向に電気掃除機本体11(本体ケース15)を旋回(超信地旋回)させる(図１(b))。そして、アプローチ可能範囲Ａと交差すると想定される所定距離L1、具体的には例えばアプローチ可能範囲Ａのうち最も充電装置12に近い位置であるアプローチ可能位置AP(例えば充電装置12から帰還信号Ba，Bbが出力されている方向(正面方向)に例えば６０ｃｍ〜１００ｃｍ程度離間された位置)を通過するように所定距離前進(直進)する(図１(c))。このとき、電気掃除機本体11(本体ケース15)は、充電装置12に対して電気掃除機本体11(本体ケース15)が帰還信号Ba，Bbの出力方向に(所定距離)離間した位置に到達できれば、その走行方向や走行ルートは任意に設定でき、その位置に到達するまでの間は、走行方向を変えたり、折り返したりしてもよい。この後、充電装置12に対して(所定距離)離間した位置から所定半径で１８０°旋回走行(信地旋回)し(図１(d))、すなわち旋回しつつ折り返し(ターンし)、帰還信号Ba，Bbを探しながら、折り返す前よりも遅い速度で、折り返す前よりも短い所定距離L2、前進(直進)する(図１(e))。

この電気掃除機本体11(本体ケース15)を旋回させつつ折り返させる方向は、充電装置12の信号出力手段55からの帰還信号Ba，Bbの出力方向に対向する方向(この出力方向との交差角度が小さくなる方向)、すなわち充電装置12に対して遠ざかる方向、換言すれば、電気掃除機本体11(本体ケース15)の前側(正面側)が充電装置12に正対すると想定される方向とする。すなわち、制御手段20は、モータ26，26(駆動輪25，25)の動作を制御して、電気掃除機本体11(本体ケース15)が右側に充電装置12を臨みながら所定距離前進した場合には左側に旋回させつつ折り返させ、左側に充電装置12を望みながら所定距離前進した場合には右側に旋回させつつ折り返させる。この結果、制御手段20は、モータ26，26(駆動輪25，25)の動作を制御して、電気掃除機本体11(本体ケース15)を、帰還信号Ba，Bbと交差すると想定される方向にＵ字状に走行させる。

そして、接近準備動作により帰還信号Ba，Bbの少なくともいずれかを受信手段33(左正面受信手段33aと右正面受信手段33bとの少なくともいずれか)により検出した、すなわち充電装置12を発見した(接近準備動作が成功した)場合には、接近走行動作に移行する。また、接近準備動作により帰還信号Ba，Bbの少なくともいずれかを受信手段33(左正面受信手段33aと右正面受信手段33bとの少なくともいずれか)により検出しなかった場合、あるいはアプローチ可能範囲Ａに走行するまでに物体(障害物)や段差などをセンサ部28(物体検出手段31、受信手段33および段差検出手段)により検出した場合には、接近準備動作が失敗したものと制御手段20が判断する。そして、この失敗回数が所定回数以上となった場合には、探索動作に戻る。

接近走行動作では、アプローチ可能範囲、あるいはアプローチ可能位置において、例えば最初に帰還信号Baのみを受信手段33の左正面受信手段33aで受信したと判断した場合には、制御手段20は、モータ26，26(駆動輪25，25)の動作を制御して、電気掃除機本体11(本体ケース15)を相対的に左方向に向かって旋回走行させる(左側のモータ26(駆動輪25)の回転数を右側のモータ26(駆動輪25)の回転数よりも相対的に大きくする)。また、例えば最初に帰還信号Bbのみを受信手段33の右正面受信手段33bで受信したと判断した場合には、制御手段20は、モータ26，26(駆動輪25，25)の動作を制御して、電気掃除機本体11(本体ケース15)を相対的に右方向に向かって旋回走行させる(右側のモータ26(駆動輪25)の回転数を左側のモータ26(駆動輪25)の回転数よりも相対的に大きくする)。この結果、電気掃除機本体11(本体ケース15)は、正面すなわち前側(左正面受信手段33aおよび右正面受信手段33b)が充電装置12(帰還信号Ba，Bb)に対して正対するように向きを変える(センタリング)。

そして、制御手段20は、帰還信号Baを左正面受信手段33aによって受信し、かつ、帰還信号Ba，Bbを右正面受信手段33bによって受信したと判断する位置を走行するようにモータ26，26(駆動輪25，25)の動作を制御することで、電気掃除機本体11(本体ケース15)が充電装置12へと、帰還信号Ba，Bbが互いに重なる領域に沿って僅かに左右ジグザグ状に蛇行しながら充電装置12と位置合わせされつつ略直線状に接近する(図２(a))。

さらに、接近動作(接近走行動作)によって電気掃除機本体11(本体ケース15)が充電装置12に対して所定距離、例えば受信手段33により衝突防止信号Ｓを受信する位置まで接近すると(接近動作に成功すると)、接続動作に移行する。この接続動作では、制御手段20は、モータ26，26(駆動輪25，25)の動作を制御して、電気掃除機本体11(本体ケース15)を１８０°旋回(超信地旋回)、すなわち反転させて後部である充電端子48，48側(後受信手段33g)を充電装置12に向け(図２(b))、その位置から直線状に充電装置12側へと後退させる(図２(c))。

そして、充電端子48，48と充電用端子53，53との接続が検出されたかどうかにより制御手段20が接続の成功と失敗とを判断する。接続が成功した(充電端子48，48と充電用端子53，53とが接続された)と判断した場合には、制御手段20は、掃除部17および走行部16などを停止させて掃除作業を終了する。また、接続が失敗した(充電端子48，48と充電用端子53，53とが接続されなかった)と判断した場合には、電気掃除機本体11(本体ケース15)の位置を僅かにずらすことで接続が可能になるものと想定されるので、制御手段20は、電気掃除機本体11(本体ケース15)をアプローチ可能範囲Ａ(アプローチ可能位置AP)まで戻す必要はなく、電気掃除機本体11(本体ケース15)を所定距離前進させ、再度接続動作を行うようにモータ26，26(駆動輪25，25)の動作を制御する。

(充電作業)
充電装置12(充電用端子53，53)に電気掃除機本体11(充電端子48，48)が接続された後、所定のタイミング、例えば予め設定された充電開始時刻となったとき、あるいは電気掃除機本体11が充電装置12に接続されてから所定時間が経過したときなどに、制御手段20および装置制御手段58はそれぞれ充電モードに移行して充電回路52を駆動させ、二次電池21の充電を開始する。そして、二次電池21の電圧が所定の使用可能電圧まで上昇したと判断すると、制御手段20および装置制御手段58が充電回路52による充電を停止させて充電作業を終了し、制御手段20および装置制御手段58がそれぞれ待機モードとなる。

以上説明した一実施形態では、受信手段33により衝突防止信号Ｓを検出したときに、制御手段20が、モータ26，26(駆動輪25，25)の動作を制御して、充電装置12から離間する方向に電気掃除機本体11(本体ケース15)を走行させ、この走行により充電装置12に対して離間した位置から電気掃除機本体11(本体ケース15)本体ケースを旋回させつつ折り返しさせて走行させる、すなわちＵ字状に走行させることで、受信手段33(左正面受信手段33aまたは右正面受信手段33b)により帰還信号Ba，Bbを探索する接近準備動作を行う。このため、電気掃除機本体11が充電装置12の近傍に位置して帰還信号Ba，Bbを検出することが容易でない場合でも、この接近準備動作によって帰還信号Ba，Bbをより確実に検出し、かつ、充電装置12に対して距離を取ったアプローチ可能範囲Ａに電気掃除機本体11を移動させることができる。そして、制御手段20は、受信手段33により帰還信号Ba，Bbを検出すると、モータ26，26(駆動輪25，25)の動作を制御して、この帰還信号Ba，Bbに沿って電気掃除機本体11(本体ケース15)を充電装置12と位置合わせしつつこの充電装置12へと接近させるため、電気掃除機本体11の充電端子48，48を充電装置12の充電用端子53，53に対して、より確実に接続できる。

また、接近準備動作において、制御手段20は、電気掃除機本体11(本体ケース15)を折り返させてから直進させる際に、速度を低下させて走行させるので、受信手段33(左正面受信手段33aおよび右正面受信手段33b)によって、帰還信号Ba，Bbをより確実に検出可能となる。

さらに、制御手段20は、電気掃除機本体11(本体ケース15)を旋回させつつ折り返させる方向を、充電装置12の信号出力手段55から出力された帰還信号Ba，Bbの出力方向に対向する方向とすることで、電気掃除機本体11(本体ケース15)の前部を、より確実に帰還信号Ba，Bbに対して対向させることができる。このため、電気掃除機本体11(本体ケース15)の前部に位置する左正面受信手段33aおよび右正面受信手段33bによって、帰還信号Ba，Bbを検出する、すなわち充電装置12を発見する確率をより向上でき、電気掃除機本体11の充電端子48，48を充電装置12の充電用端子53，53に対してより確実に接続できる。

そして、接近準備動作によって帰還信号Ba，Bbをより確実に検出できるだけでなく、そのままアプローチ可能範囲Ａ(アプローチ可能位置AP)へと電気掃除機本体11(本体ケース15)を容易に移動させて接近動作への移行が容易であるとともに、動作が円滑で、かつ、設計変更に要するコストも少なく、安価に製造できる。

なお、上記一実施形態において、基地装置としては、二次電池21を充電する充電装置12としたが、例えば集塵部42に捕集した塵埃を廃棄するためのダストステーションなど、任意の基地装置とすることができる。この場合には、例えば電気掃除機本体11の下面などに集塵部42と連通して設けた塵埃排出口を接続部とし、充電装置12に設けられ塵埃排出口と接続されて塵埃を受ける塵埃受け口を接続受部とすることで、上記一実施形態と同様に構成でき、同様の作用効果を奏することができる。

また、掃除動作は、充電装置12から開始する他に、掃除領域中の任意の位置を開始位置とすることができる。

さらに、物体検出手段31としては、例えば超音波センサあるいは赤外線センサなどの非接触型の測距センサを用い、所定距離以内に位置する物体を接触することなく検出するようにしてもよい。

そして、電気掃除機本体11に自律走行体の機能を持たせたが、自律走行体としては、掃除をするものに限定されない。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

10 自律走行体装置としての電気掃除装置
11 自律走行体としての電気掃除機本体
12 基地装置としての充電装置
15 本体ケース
20 制御手段
25 駆動輪
33 帰還信号検出手段および衝突防止信号検出手段の機能を有する受信手段
48 接続部としての充電端子
53 接続受部としての充電用端子
55 帰還信号出力手段
56 衝突防止信号出力手段

Claims

接続受部と、衝突防止用の無線信号である衝突防止信号を所定距離範囲内に出力する衝突防止信号出力手段と、前記衝突防止信号よりも幅狭の帰還用の無線信号である帰還信号を前記所定距離より長い距離まで出力する帰還信号出力手段とを備えた基地装置と、
本体ケースと、この本体ケースに設けられ前記接続受部と接続可能な接続部と、前記本体ケースを走行面上で走行可能とする駆動輪と、前記本体ケースに設けられ、前記帰還信号を検出可能な帰還信号検出手段と、前記本体ケースに設けられ、前記衝突防止信号を検出可能な衝突防止信号検出手段と、前記駆動輪の動作を制御することで前記本体ケースを自律走行させる制御手段とを備え、前記基地装置へと接近する接近動作を行う自律走行体とを具備し、
前記制御手段は、前記接近動作において、前記帰還信号検出手段により前記帰還信号を検出すると、この帰還信号に沿って前記本体ケースを前記基地装置と位置合わせしつつこの基地装置へと接近させるように前記駆動輪の動作を制御する接近走行動作を行い、前記衝突防止信号を前記衝突防止信号検出手段により検出すると、前記帰還信号に向かう方向に旋回して前記基地装置から離間する方向に前記本体ケースを走行させ、この基地装置に対して離間した位置から前記本体ケースを旋回させて折り返し走行させるように前記駆動輪の動作を制御することで、前記帰還信号検出手段により前記帰還信号を探索し、前記帰還信号を検出すると前記接近走行動作に移行する接近準備動作を行う
ことを特徴とした自律走行体装置。
制御手段は、本体ケースを旋回させつつ折り返させる方向を、基地装置の帰還信号出力手段から出力された無線信号の出力方向に対向する方向とする
ことを特徴とした請求項１記載の自律走行体装置。