JP6506972B2 - 自走式掃除機 - Google Patents

Description

この発明は自走式掃除機に関する。

この発明の背景技術としては、自走しながら床面上の塵埃を空気と共に筐体内に吸引し、塵埃を除去した空気を外部に排出するようにした掃除機において、赤外線センサのような光学式の床面検知センサを筐体の床面との対向面に設置して床面を監視し、掃除機が床面の段差（クリフ）などに落込まないようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１３０７８１号公報

しかしながら、従来のこのような自走式掃除機においては、床面検知センサにほこりや塵埃が付着すると、床面検知センサが正確に床面を検知することができなくなり、掃除機が不用意に停止するなどの誤動作を生じていた。この発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、床面検知センサを常に清潔に維持して掃除機の誤動作を防止するようにしたものである。

この発明は、吸引口と第１および第２排気口を有する自走可能な筐体と、床面上の塵埃を空気と共に吸引口から筐体内に吸引し、かつ、塵埃が除去された空気を第１および第２排気口から外部に排気する送風部と、筐体の前記床面との対向面に設けられた光学式の床面検知センサと、送風部の送風動作を制御すると共に床面検知センサの出力を受けて筐体の自走動作を制御する制御部とを備え、第２排気口は、塵埃が除去された空気の一部を床面方向へ噴射するように設けられ、
床面検知センサは、第２排気口の内部に収容され、その検知面が第２排気口から床面に向かって露出していることを特徴とする自走式掃除機を提供するものである。

この発明によれば、塵埃が除去された空気の一部が床面検知センサの近傍から少なくとも床面方向へ噴射されるので、床面検知センサがほこりや塵埃の付着から保護され、掃除機は誤動作なく作動することができる。

この発明の第１実施形態に係る自走式掃除機の上面斜視図である。 図１に示す自走式掃除機の底面図である。 図１に示す自走式掃除機の制御回路のブロック図である。 図１に示す自走式掃除機の側面から見た内部構成説明図である。 図１に示す自走式掃除機の底面検知センサの要部断面図である。 第２実施形態の自走式掃除機の図４対応図である。 第２実施形態の自走式掃除機の図３対応図である。 第３実施形態の自走式掃除機の図４対応図である。 第３実施形態の自走式掃除機の図３対応図である。 第４実施形態の自走式掃除機の図４対応図である。 第５実施形態の自走式掃除機の図２対応図である。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る自走式掃除機の上から見た斜視図であり、図２は図１に示される自走式掃除機の底面図であり、図３は図１に示す自走式掃除機の制御回路のブロック図である。また、図４は図１に示す自走式掃除機の側面から見た内部構成説明図である。

この発明に係る自走式掃除機（以下、掃除ロボットという）は、床面を自走しながら、床面上の塵埃を空気と共に吸い込み、塵埃を除去した空気を排気することにより床面を掃除するようになっている。

掃除ロボット１Ａは、円盤形の筐体２を備え、この筐体２の上面に第１排気口４１を備える。底板２ａには図２に示すように、回転ブラシ３、一対のサイドブラシ４、吸引口１１、一対の駆動輪５、後輪７および前輪８、床面検知センサ１２、および第２排気口４２が設けられている。なお、床面検知センサ１２は第２排気口４２の内部に収容され、その検知面が第２排気口４２から床面に向かって露出している。

また、筐体２内には、図４に示すように吸引口１１に接続された吸引路１０と、吸引路１０の下流側に設けられた集塵部２０と、集塵部２０の下流側に設けられた電動送風機３０と、電動送風機３０と第１排気口４１とを接続する第１排気路４０と、第１排気路４０と第２排気口４２とを接続する第２排気路４３とを備える。

筐体２は、図１に示すように、蓋２ｂ₁および蓋２ｂ₁の後方位置に形成された第１排気口４１を有する平面視円形の天板２ｂと、底板２ａおよび天板２ｂの外周部に沿って設けられた平面視円環形の側板２ｃとを備えている。天板２ｂには掃除ロボット１Ａの作動条件や作動指令を入力する操作パネル３１が設けられている。

底板２ａ（図２）には、前述の第２排出口４２や前輪８および一対の駆動輪５の下部を筐体２内から外部へ突出させる複数の孔部が形成されている。また、側板２ｃの前方には、図１に示すように掃除ロボット１Ａの進行方向の障害物を検出する複数の超音波センサ９が設けられている。

一対の駆動輪５は、筐体２の底板２ａと平行な軸５ａ（図２）を中心に回転可能に設けられており、一対の駆動輪５が同一方向に回転すると筐体２が進退し、各駆動輪５が互いに逆方向に回転すると筐体２が回転するようになっている。

一対の駆動輪５の回転軸は、後述する一対の走行モータからそれぞれ個別に回転力が得られるように連結されており、各走行モータは筐体２の底板２ａの内面に直接またはサスペンション機構を介して固定されている。

前輪８はローラからなり、進路上に現れた段差に接触したとき、筐体２が上りの段差を容易に乗り越えられるよう、駆動輪５が接触する床面から少し浮き上がる位置に筐体２の底板２ａに回転自在に設けられている。

後輪７は自在車輪からなり、床面と接触するように筐体２の底板２ａの一部に回転自在に設けられている。
このように、筐体２に対して前後方向の中間に一対の駆動輪５を配置し、前輪８を床面から浮かせ、掃除ロボット１Ａの全重量を一対の駆動輪５と後輪７によって支持できるように、筐体２に対して前後方向に重量が配分されている。これにより、進路前方の塵埃を前輪８によって遮ることなく吸込口１１に導くことができる。

前述の回転ブラシ３は、筐体２の底板２ａと平行な軸を中心に回転可能に吸込口１１の入口に設けられている。また、底板２ａにおける吸込口１１の左右両側のサイドブラシ４は、底板２ａと垂直な軸を中心に回転するようになっている。回転ブラシ３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４は、回転軸と、回転軸の下端に放射状に設けられた複数本のブラシ束を有している。回転ブラシ３の回転軸および一対のサイドブラシ４の回転軸は、筐体２の底板２ａの内面に支持されると共に、その付近に設けられた後述するブラシ駆動モータと、プーリおよびベルトを含む動力伝達機構を介して連結されている。

筐体２の底板２ａにおける前輪８の前方には、前述のように床面を検知する床面検知センサ１２が配置されているので、床面検知センサ１２によって下りの段差が検知されると、その検知信号が後述の制御部に送信され、制御部が両駆動輪５を停止するよう制御する。それによって、掃除ロボット１Ａの下り段差への落下が防止される。また、制御部は、床面検知センサ１２が下りの段差を検知すると、下りの段差を回避して走行するように制御してもよい。

筐体２の側板２ｃの後端には、内蔵するバッテリーの充電を行う充電端子（図示しない）が設けられている。室内を自走しながら掃除する掃除ロボット１Ａは、掃除が終了すると室内に設置されている充電台に帰還する。

これにより、充電台に設けられた端子部に充電端子が接触し、バッテリーの充電が行われる。商用電源（コンセント）に接続される充電台は、通常、室内の側壁に沿って設置される。なお、バッテリーは、各種モータ等の各駆動制御要素に電力を供給する。

図４に示す集塵部２０は、吸引路１０に接続される集塵ボックス２１と、集塵ボックス２１に着脱可能に設けられたフィルタ２２とを有している。集塵ボックス２１は、通常、筐体２内に収納されているが、集塵ボックス２１内に捕集された塵埃を廃棄する際は、筐体２の蓋２ｂ₁（図１）を開いて出し入れされるようになっている。

図３に示すように、掃除ロボット１Ａ全体の動作制御を行う制御回路は、制御部１５ａ、掃除ロボット１Ａの動作に係る設定条件や作動指令を入力する操作パネル３１、走行マップ１８ａを記憶する記憶部１８、電動送風機３０を駆動するためのモータドライバ３０ａ、駆動輪５の走行モータ５１を駆動するためのモータドライバ５１ａ、回転ブラシ３とサイドブラシ４を駆動するブラシ用モータ１７を駆動するためのモータドライバ１７ａ、床面検知センサ１２を制御する制御ユニット１２ａ、超音波センサ９を制御する制御ユニット９ａ等を備える。

制御部１５ａはＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭからなるマイクロコンピュータを備え、記憶部１８に予め記憶されたプログラムデータに基いて、モータドライバ３０ａ、５１ａ、１７ａに個別に制御信号を送信し、電動送風機３０、走行モータ５１およびブラシ用モータ１７を駆動制御して、一連の掃除運転を行う。なお、プログラムデータには、床面の広い領域を清掃する通常モード用と、壁際に沿って清掃する壁際モード用のプログラムデータなどが含まれる。

また、制御部１５ａは、ユーザーによる設定条件や作動指令を操作パネル３１から受け入れて記憶部１８に記憶させる。この記憶部１８に記憶される走行マップ１８ａは、掃除ロボット１Ａの設置場所周辺の走行経路や走行速度などといった走行に係る情報であり、予めユーザーによって記憶部１８に記憶させるか、あるいは掃除ロボット１Ａ自体が掃除運転中に自動的に記録することができる。

このように構成された掃除ロボット１Ａにおいて、操作パネル３１からの掃除運転開始の指令により、電動送風機３０、駆動輪５、回転ブラシ３およびサイドブラシ４が駆動する。これにより、回転ブラシ３、サイドブラシ４、駆動輪５および後輪７が床面に接触した状態で、掃除ロボット１Ａは所定の範囲を自走しながら吸込口１１から床面の塵埃を含む空気を吸い込む。

このとき、回転ブラシ３の回転によって床面上の塵埃は掻き上げられて吸込口１１に導かれる。また、サイドブラシ４の回転によって吸込口１１の側方の塵埃が吸込口１１に導かれる。

吸込口１１から筐体２内に吸い込まれた塵埃を含む空気は、筐体２の吸引路１０（図４）を通り、集塵ボックス２１内に流入する。集塵ボックス２１内に流入した気流は、フィルター２２を通過して塵埃が除去された後、電動送風機３０に流入して第１および第２排気路４０、４３に導かれ、それぞれ第１排気口４１および第２排気口４２から外部へ排出される。この際、集塵ボックス２１内の気流に含まれる塵埃は、フィルター２２によって捕獲され、集塵ボックス２１内に堆積する。

また、掃除ロボット１Ａは、前述のように進路上の障害物を検出した場合および掃除領域の周縁に到達した場合、駆動輪５が一旦停止し、次に左右の駆動輪５を互いに逆方向に回転して向きを変える。これにより、掃除ロボット１Ａは、設置場所全体あるいは所望範囲全体に障害物を避けながら自走して掃除をすることができる。

また、掃除ロボット１Ａは、前述のように、左右の駆動輪５と後輪７の３点で接触しており、前進時に急停止しても後輪７が床面から浮き上がらないようなバランスで重量配分されている。

そのため、掃除ロボット１Ａが前進中に下りの段差の手前で急停止しても、それによって掃除ロボット１Ａが前のめりに傾いて下りの段差へ落下するということが防止されている。なお、駆動輪５は、急停止してもスリップしないよう、溝を有するゴムタイヤをホイールに嵌め込んで形成されている。

＜床面検知センサについて＞
図５は床面検知センサ１２の要部断面図である。同図に示すように床面検知センサ１２は、光学式センサであり、透明ケース１３の中に発光素子（赤外線発光ダイオード）１４ａと、受光素子（フォトトランジスタ）１４ｂを備える。

発光素子１４ａからの出射光は透明ケース１３を介して床面Ｆを照射し、その反射光が透明ケース１３を介して受光素子１４ｂに受光される。それによって、床面検知センサ１２は床面Ｆの有無、つまり正常な床面Ｆと階段のような大きな段差（クリフ）とを識別するようになっている。

この床面検知センサ１２は図２に示すように筐体２の底板２ａの前進方向の先端に配置されているので、掃除ロボット１Ａの作動時にホコリや塵埃が付着し易い。ホコリや塵が付着すると、発光素子１４ａからの光が十分に床面Ｆに届かなくなると共に受光素子１４ｂも十分に反射光を受光できなくなる。

従って、床面検知センサ１２が誤検知を行い、それによって掃除ロボット１Ａが誤作動を起こすことになる。そこで、この発明では前述のように吸引口１１（図２、図４）から吸引され集塵部２０によって塵埃が除去された空気が第１排気路４０から第１排気口４１へ排出されるとき、塵埃が除去された空気の一部が、第１排気路４０から第２排気路４３を通って第２排気口４２を介して床面に向かって噴射される。

ここで、床面検知センサ１２は図２に示すように第２排気口４２の中に設置されているため床面検知センサ１２は床面に向かって排出される空気の流れに包まれる。つまり、床面検知センサ１２は排気によって形成されたエアーカーテンで包囲されることになる。

従って、床面検知センサ１２の透明ケース１３に対するほこりや塵埃の付着が防止され、床面検知センサ１２の検知精度は低下することなく正常に維持される。なお、この実施形態では、掃除ロボット１Ａは１つの床面検知センサを備えるが、複数の床面検知センサを備えて、それぞれを塵埃の除去した空気で形成したエアーカーテンで保護するようにしてもよい。

（第２実施形態）
図６はこの実施形態の図４対応図、図７はこの実施形態の図３対応図である。
この実施形態においては、図６に示すように第１排気路４０と第２排気口４２を結ぶ第２排気路４３の途中に流量調整部として駆動モータ付のダンパー３４が追加挿入されている。

そして、図７に示すように制御部１５ａにはダンパー３４に付設されたダンパー用モータ３５を制御するためのモータドライバ３５ａが接続されている。その他の構成は第１実施形態と同等である。

このような構成において、第１実施形態のように掃除ロボット１Ａが掃除作業を実行する時、電動送風機３０の送風量（回転数）が、操作パネル２１からの指令により、又はプログラムデータに基づいて変化すると、制御部１５ａはモータドライバ３５ａを通じてダンパー用モータ３５を駆動し、第２排気口４２から排出される空気の量がダンパー３４によって一定になるように制御する。

これによって、第２排気口４２から空気が常に一定流量の層流で排出され、床面検知センサ１２は良好なエアーカーテンによってほこりや塵埃から保護される。なお、この実施形態においては、記憶部１８は、上述のようにモータドライバ３５ａを駆動制御するプログラムデータも記憶している。

（第３実施形態）
図８はこの実施形態の図４対応図、図９はこの実施形態の図３対応図である。
この実施形態においては、図８に示すように電動送風機３０から第２排気路４３に至るまでの第１排気路４０の中にイオン発生装置２５が設置されている。そして、図９に示すように制御部１５ａにはイオン発生装置２５が接続されている。その他の構成は第１実施形態と同等である。

イオン発生装置２５は第１排気路４０内のイオン発生面上に複数の電極を有している。電極には交流波形またはインパルス波形から成る電圧が印加される。電極の印加電圧が正電圧の場合はイオンが空気中の水分と結合して主としてH⁺(H₂O)mから成るプラスイオンを発生する。

電極の印加電圧が負電圧の場合はイオンが空気中の水分と結合して主としてO₂ ^-(H₂O)nから成るマイナスイオンを発生する。ここで、ｍ、ｎは任意の自然数である。H⁺(H₂O)m及びO₂ ^-(H₂O)nは空気中の浮遊菌や臭い成分の表面で凝集してこれらを取り囲む。

そして、式（１）〜（３）に示すように、衝突により活性種である［・ＯＨ］（水酸基ラジカル）やH₂O₂（過酸化水素）を微生物等の表面上で凝集生成して浮遊菌や臭い成分を破壊する。ここで、ｍ’、ｎ’は任意の自然数である。

H⁺(H₂O)m+O₂ ^-(H₂O)n→・OH+1/2O₂+(m+n)H₂O … (1)
H⁺(H₂O)m+H⁺(H₂O)m'+O₂ ^-(H₂O)n+O₂ ^-(H₂O)n'
→2・OH+O₂+(m+m'+n+n')H₂O … (2)
H⁺(H₂O)m+H⁺(H₂O)m'+O₂ ^-(H₂O)n+O₂ ^-(H₂O)n'
→H₂O₂+O₂+(m+m'+n+n')H₂O … (3)

従って、集塵部２０から第１排気路４０および第２排気路４３へ流入した気流には、イオン発生装置２５で生成されたイオン（プラズマクラスターイオン）が含まれる。これにより、第１排気口４１の排気に含まれるイオンによって室内の除菌および脱臭が行われ、同時に、第２排気口４２の排気に含まれるイオンによって床上のカーペットや畳の除菌や脱臭が行われる。なお、この実施形態においては、記憶部１８は上述のようにイオン発生装置２５を駆動制御するプログラムデータも記憶している。

（第４実施形態）
図１０はこの実施形態の図４対応図である。この実施形態においては、図１０に示すように第２排気口４２が、空気を矢印Ａで示すように床面および吸引口１１の方向へ噴射するように形成されている。これによって、掃除機の前方にある塵埃が吸引口１１へ吹き寄せられ、サイドブラシ４の作用と相俟って吸引口１１から効率よく吸引される。その他の構成は第１実施形態と同等である。

（第５実施形態）
図１１はこの実施形態の図２対応図である。この実施形態においては、図１１に示すように、第１排気路４０に接続された第２排気路４３には第２排気口４２の他に４つの第３排気口４４が接続されている。また、第１排気路４０には、さらに第３排気路４５が接続され、第３排気路４５には他の４つの第３排気口４４が接続されている。そして、８つの第３排気口４４は底板２ａの床面対向面の周辺に分散して設置されると共に、それぞれが図１０に示す第２排気口４２のように空気を床面および吸引口１１の方向へ噴射するように構成されている。これによって、粉塵のような細かい塵埃が吸引口１１の方へ集められるので、それらが効率よく吸引される。その他の構成は第１実施形態と同等である。

１Ａ 掃除ロボット
２ 筐体
２ａ 底板
２ｂ₁ 蓋
２ｂ 天板
２ｃ 側板
３ 回転ブラシ
４ サイドブラシ
５ 駆動輪
７ 後輪
８ 前輪
９ 超音波センサ
１０ 吸引路
１１ 吸引口
１２ 床面検知センサ
１３ 透明ケース
１４ａ 発光素子
１４ｂ 受光素子
２０ 集塵部
２１ 集塵ボックス
２２ フィルタ
２５ イオン発生装置
３０ 電動送風機
３１ 操作パネル
３４ ダンパー
４０ 第１排気路
４１ 第１排気口
４２ 第２排気口
４３ 第２排気路
４４ 第３排気口
４５ 第３排気路

Claims (4)

1. 吸引口と第１および第２排気口を有する自走可能な筐体と、床面上の塵埃を空気と共に吸引口から筐体内に吸引し、かつ、塵埃が除去された空気を第１および第２排気口から外部に排気する送風部と、筐体の前記床面との対向面に設けられた光学式の床面検知センサと、送風部の送風動作を制御すると共に床面検知センサの出力を受けて筐体の自走動作を制御する制御部とを備え、第２排気口は、塵埃が除去された空気の一部を床面方向へ噴射するように設けられ、
   床面検知センサは、第２排気口の内部に収容され、その検知面が第２排気口から床面に向かって露出していることを特徴とする自走式掃除機。
2. 筐体の床面対向面の周辺に分散して設けられ、塵埃が除去された前記空気の一部を床面および吸引口方向へ噴射する複数の第３排気口をさらに備えた請求項１記載の自走式掃除機。
3. 第２排気口から噴射される空気の流量を、送風部の空気の流量の変化に対して一定に維持する流量調整部をさらに備えた請求項１又は２に記載の自走式掃除機。
4. 第２排気口から噴射される空気に、イオンを供給するイオン発生装置をさらに備えた請求項１〜３のいずれか１つに記載の自走式掃除機。