JP6690948B2

JP6690948B2 - 自律走行体

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Publication number: JP6690948B2
Application number: JP2016003668A
Authority: JP
Inventors: 俊洋鹿山; 柏原　裕; 裕柏原; 穣上田
Original assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Current assignee: Toshiba Lifestyle Products and Services Corp
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2020-04-28
Anticipated expiration: 2036-01-12
Also published as: JP2017123916A

Description

本発明の実施形態は、本体ケースの走行方向の赤外線障害物を検出する赤外線検出手段を備えた自律走行体に関する。

従来、被掃除面としての床面上を自律走行しながら床面を掃除する、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、赤外線などを用いた測距センサや接触センサ、あるいは画像センサなどを用いて検出した障害物を回避しつつ掃除領域内を走行する。

一方で、ユーザには、実際の壁や障害物とは別に電気掃除機の走行を禁止する領域を設定したい場合がある。この場合には、赤外線を所定方向に向かって直線状などに照射する赤外線障害物設定装置であるバーチャルガードを設置すると、電気掃除機に備えられた赤外線検出部がバーチャルガードから照射された赤外線を仮想的な壁(障害物)として検出し、この壁を回避するように電気掃除機が走行制御されるので、実際に壁が存在しなくても電気掃除機が走行可能な領域を制限することが可能になる。

ところで、例えばバーチャルガードを幅が狭い箇所に設置した場合、バーチャルガードに対向する位置にある壁や障害物などによって赤外線が反射されることがある。このとき、電気掃除機の制御として、バーチャルガードから照射される赤外線を赤外線検出部により検出した場合に単に所定角度方向転換をして直進するだけでは、方向転換の角度によっては赤外線検出部により直ちに反射波を検出し、電気掃除機が赤外線の仮想的な壁に囲まれているかのように誤認して赤外線の仮想的な壁から離脱できないおそれがある。

そのため、赤外線の仮想的な壁を検出した場合には、記憶されている直近の走行履歴を一定数順次反転した動作をし、さらにランダムな角度旋回することによって、赤外線の仮想的な壁から効果的に離脱し、赤外線検出部により反射波を検出することを防止できる。すなわち、この制御では、実際に電気掃除機が移動してきた走行軌跡を逆に辿ることとなるため、赤外線の仮想的な壁から離脱するまで他の障害要素に当たりにくく、離脱する確率を高めることができる。

しかしながら、この制御の場合、障害要素に接近する前と離脱した後との走行方針によっては、電気掃除機が赤外線の仮想的な壁に対して、離脱と接近とを交互に繰り返すことで走行に無駄が生じることがある。具体的に、電気掃除機が走行地形や障害要素に依存して自律走行することを走行方針(基本ルール)として走行する場合、例えば電気掃除機が本体ケースの右側または左側を壁側として走行することを走行方針としている場合、赤外線の仮想的な壁を検出したときに走行履歴の反転によって本体ケースの左側または右側を壁側として走行して赤外線の仮想的な壁からある程度離反した後に、電気掃除機をランダムな角度旋回させても、走行履歴の反転を解除すると、最初の走行方針にしたがって本体ケースの一側を壁側とするように方向転換して走行を開始することで、電気掃除機が再度赤外線の仮想的な壁に向かうおそれがある。そして、このような走行の無駄は、特に二次電池を電源とする自律走行型の電気掃除機の場合、電力の無駄使いとなり、走行可能時間の実質的な短縮に繋がる。

特開２０１４−１０８３５６号公報特開２００４−２７５４６８号公報

本発明が解決しようとする課題は、走行の無駄を抑制して省エネルギー化を実現できる自律走行体を提供することである。

実施形態の自律走行体は、本体ケースと、駆動輪と、制御手段と、検出手段と、赤外線検出手段とを有する。駆動輪は、本体ケースを走行可能とする。制御手段は、駆動輪の駆動を制御することで本体ケースを自律走行させる。検出手段は、本体ケースの周囲の被検出物を検出する。赤外線検出手段は、本体ケースの走行方向の赤外線障害物を検出する。そして、制御手段は、本体ケースの所定方向側を検出手段により検出した被検出物側に向けて走行することを走行方針として駆動輪の駆動を制御する走行パターンを有する。この走行パターン時には、赤外線検出手段により赤外線障害物を検出したときに走行軌跡を一定まで戻り、走行方針中の所定方向を左右反転させた走行パターンで以後の走行を継続する。

第１の実施形態の自律走行体の内部構造を示すブロック図である。 (a)は同上自律走行体の上面図、(b)は自律走行体の下面図である。同上自律走行体の動作の一例を(a)ないし(c)の順に模式的に示す説明図である。第２の実施形態の自律走行体の動作の一例を(a)ないし(c)の順に模式的に示す説明図である。同上自律走行体の走行パターンを模式的に示す説明図である。

以下、第１の実施形態の構成を、図面を参照して説明する。

図２(a)および図２(b)において、11は自律走行体としての電気掃除機であり、この電気掃除機11は、この電気掃除機11の充電用の基地部となる図示しない基地装置としての充電装置(充電台)や、電気掃除機11の走行領域(掃除領域)を制限するための制限装置である赤外線障害物設定装置としてのバーチャルガード13(図３(a))などとともに電気掃除装置(電気掃除システム)を構成するものである。そして、電気掃除機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。

また、この電気掃除機11は、中空状の本体ケース20と、この本体ケース20を床面上で走行させる図１に示す走行部21と、床面などの塵埃を掃除する掃除部22と、センサ部24と、走行部21および掃除部22などを制御するコントローラである制御手段(制御部)27と、これら走行部21、掃除部22、センサ部24および制御手段27などに給電する二次電池28とを備えている。さらに、この電気掃除機11には、例えば充電装置やバーチャルガード13(図３(a))およびリモコンなどを含む外部装置と通信する通信部などを備えていてもよい。なお、以下、電気掃除機11(本体ケース20)の走行方向に沿った方向を前後方向(図２(a)などに示す矢印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。

図２(a)および図２(b)に示す本体ケース20は、例えば合成樹脂などにより扁平な円柱状(円盤状)などに形成されている。この本体ケース20の床面に対向する下面部には、図２(b)に示す集塵口である吸込口31、および、図示しない排気口などがそれぞれ開口されている。さらに、この本体ケース20には、吸込口31に連通して、図２(a)に示す集塵部33が設けられている。

走行部21(図１)は、図２(b)に示す複数(一対)の駆動部としての駆動輪34，34、各駆動輪34を駆動させる動作部としての駆動手段である図１に示すモータ35、および、図２(b)に示す旋回用の旋回輪36などを備えている。

各駆動輪34は、電気掃除機11(本体ケース20)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。また、これら駆動輪34は、床面と接触する外周が、例えばゴムやエラストマなどの軟質部材により形成され、床面に対するグリップを向上するように構成されている。なお、これら駆動輪34は、例えば無限軌道などでもよい。

各モータ35(図１)は、例えば駆動輪34のそれぞれに対応して配置されており、各駆動輪34を独立して駆動させることが可能となっている。

旋回輪36は、本体ケース20の下面部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。

図１に示す掃除部22は、例えば本体ケース20(図２(a))内に位置して塵埃を吸込口31(図２(b))から空気とともに吸い込み排気口から排気する電動送風機41を備えている。この掃除部22には、例えば吸込口31(図２(b))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や、本体ケース20(図２(a))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(補助掃除部)であるサイドブラシなどを備えていてもよい。

センサ部24は、例えば本体ケース20(図２(a))の周囲の被検出物(物体、段差あるいは仮想的な物体など)との距離を検出する検出手段(検出部)としての測距センサである検出センサ45と、例えば図２(b)に示す各駆動輪34(図１に示す各モータ35)の回転数および回転方向を検出する回転数検出手段(回転数検出部)としての光エンコーダなどの回転数センサ46と、バーチャルガード13(図３(a))から出力される赤外線障害物を検出する赤外線検出手段(赤外線検出部)としての赤外線センサ47とを備えている。このセンサ部24には、他に、床面の段差を検出する検出手段(検出部)としての段差検出手段(段差検出部)、および、床面の塵埃量を検出する塵埃量検出手段(塵埃量検出部)などを備えていてもよい。

検出センサ45は、例えば赤外線や超音波、あるいは画像などを用いた非接触センサでもよいし、被検出物に接触することで被検出物を検出する接触センサでもよい。この検出センサ45は、図２(a)に示すように、例えば本体ケース20の前側の外側面に略等間隔で離間されて複数配置されている。

赤外線センサ47は、例えば本体ケース20の上面部の前側で、かつ、左右方向の中央部に配置されている。

図１に示す制御手段27は、例えば制御手段本体(制御部本体)であるＣＰＵ、このＣＰＵによって読み出されるプログラムなどの固定的なデータを格納した格納部であるＲＯＭ、プログラムによるデータ処理の作業領域となるワークエリアなどの各種メモリエリアを動的に形成するエリア格納部であるＲＡＭ(それぞれ図示せず)、計時手段であるタイマ、カウンタ、および不揮発性の記憶手段であるメモリＭなどを備えるマイコンである。そして、この制御手段27は、例えば各駆動輪34(図２(b))すなわち各モータ35を駆動して電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))を自律走行させる走行モードと、充電装置を介して二次電池28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、制御手段27は、走行モードにおいて、例えば充電装置から出発して掃除を開始し、走行領域(掃除領域)を走行しつつ掃除を行った後、掃除を終了して充電装置に帰還するように各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の駆動および掃除部22の動作を制御する。この走行モードでは、制御手段27は、一または複数の走行パターンで電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))を走行させるように各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の駆動を制御する。

本実施形態では、この走行モードでの走行パターンとして、例えば壁沿い走行パターンを備えている。壁沿い走行パターンとは、制御手段27が、各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の駆動を制御することで、電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))の所定方向、例えば右側、または左側のいずれか一側を被検出物(例えば壁)側に向け、検出センサ45により検出したこの被検出物と本体ケース20の一側との距離を略一定に維持するように電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))を前進させるパターンである。この壁沿い走行パターン時に、検出センサ45により前方に被検出物を所定距離以内に検出した場合には、この被検出物を障害物であると判断し、制御手段27が各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の駆動を制御することで、電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))を旋回、または一旦後進させた後旋回させて進行方向を例えば９０°変え、再度電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))の右側、または左側のいずれか一側と検出センサ45により検出した被検出物(例えば壁)との距離を略一定に維持するように電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))を直進させる。すなわち、壁沿い走行パターンには、電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))の右側を被検出物側に向けて走行する第１のパターン(右沿いパターン)と、電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))の左側を被検出物側に向けて走行する第２のパターン(左沿いパターン)とが設定されている。以下、壁沿い走行パターンにおいて、上記の第１のパターンを壁沿い走行パターン(右)、上記の第２のパターンを壁沿い走行パターン(左)と記載する。

ここで、前進や後進の際には、制御手段27は、図１に示す各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))を同方向(前進方向または後進方向)に回動させる。このとき、各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の回転数(速度)を同じとすると電気掃除機11(本体ケース20(図２(a))が直進し、各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の回転数(速度)を互いに異ならせると電気掃除機11(本体ケース20(図２(a))が湾曲状に走行する。また、方向転換の際には、制御手段27は、各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の回転数(回動速度)や回動方向を互いに異ならせる。本実施形態では、方向転換の際に、各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))を互いに反対方向に同回転数(同速度)で回動させることにより、電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))がその場で旋回(超信地旋回)するように制御される。

そして、制御手段27では、上記のような各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の回転数(回動角度)および回転方向の制御に基づいて、走行した履歴をメモリＭに記憶している。メモリＭに記憶する走行履歴としては、例えば走行距離、および、旋回方向を含む旋回角度などである。すなわち、制御手段27では、電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))を方向転換させたとき、あるいは前進と後進とを逆転させたときに、それまで走行した距離を記憶し、この方向転換のときに、旋回方向および旋回角度を記憶する。この走行距離は、各回転数センサ46により検出した各モータ35の回転数と相関を有する駆動輪34，34(図２(b))の回転数(回動角度)と駆動輪34，34の円周長との積および各回転数センサ46により検出した各モータ35の回転方向と相関を有する駆動輪34，34(図２(b))の回転方向により容易に求められ、旋回方向および旋回角度は、それぞれの駆動輪34(図２(b))の上記回転数(回動角度)および上記回転方向により容易に求められる。なお、メモリＭに記憶可能な走行履歴のステップ数は、メモリＭの容量などに依存している。

また、二次電池28は、図示しない接続部としての充電端子と電気的に接続されており、これら充電端子が充電装置側と電気的および機械的に接続されることで、この充電装置を介して充電されるようになっている。

充電装置は、本実施形態では、電気掃除機11の掃除の開始地点となるとともに、掃除が終了したときの帰還地点となっている。この充電装置は、図示しないが、定電流回路などの充電回路と、この充電回路と電気的に接続され電気掃除機11の充電端子と電気的および機械的に接続される充電用端子とを備えている。

図３(a)に示すバーチャルガード13は、走行領域(掃除領域)の電気掃除機11を入り込ませたくない位置などに赤外線によって仮想的な赤外線障害物である仮想壁(フェンス)VWを形成するものである。このバーチャルガード13は、例えば電池などの図示しない電源部と、赤外線を出射する赤外線出力部52と、電源ボタン53とを備えている。なお、このバーチャルガード13は、電気掃除機11の通信部と無線通信するための通信部を備えていてもよい。

そして、このバーチャルガード13は、電源ボタン53を操作することで、赤外線出力部52から直線状に赤外線を出力し、この赤外線が仮想壁VWとなる。この仮想壁VWは、例えばバーチャルガード13から最長で４ｍ程度延びるように設定されている。

次に、上記第１の実施形態の動作を説明する。

一般に、電気掃除装置は、電気掃除機11が自律走行する走行作業、本実施形態では電気掃除機11によって掃除をする掃除作業と、充電装置によって二次電池28(図１)を充電する充電作業とに大別される。充電作業は、充電装置に備えられる充電回路を用いる既知の方法が用いられるため、掃除作業についてのみ説明する。

通常の掃除作業時、電気掃除機11は、例えば予め設定された掃除開始時刻となったときや、リモコンまたは外部装置によって送信された掃除開始の指令信号を受信したときなどのタイミングで、制御手段27が待機モードから走行モードに切り換わり、この制御手段27が各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))を駆動させ充電装置から離脱する。

次いで、電気掃除機11は、所定の走行パターンに従って、検出センサ45により、本体ケース20と周囲の被検出物との距離を検出し、この検出した被検出物が障害物であるか否かを判定し、障害物である場合には回避するように走行領域内を走行しながら、図１に示す掃除部22によって掃除を行う。

掃除部22では、制御手段27により駆動された電動送風機41により床面の塵埃を、吸込口31(図２(b))を介して集塵部33(図２(a))へと捕集する。そして、掃除が完了した場合、あるいは掃除作業中に二次電池28の容量が所定量まで低下して掃除や撮像を完了させるのに不足している(二次電池28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11では、充電装置に帰還するように制御手段27によって各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の動作を制御する。

ここで、電気掃除機11が例えば図３(a)に示すような略四角形状の走行領域(掃除領域)Ａ内を走行(掃除)する場合を例に挙げる。走行領域Ａは、周囲三方が外壁W1a，W1b，W1cにより囲まれ、残り一方がバーチャルガード13の赤外線出力部52から出力される赤外線により形成される仮想壁VWにより規定されている。また、走行領域Ａ内には、仮想壁VWおよび外壁W1bに対して交差(直交)する方向に沿って壁W2が設けられ、この壁W2により例えば第１の走行領域(掃除領域)A1と、第２の走行領域(掃除領域)A2とに分割されている。

例えば電気掃除機11(本体ケース20)の右側を障害物側とする壁沿い走行パターン(右)を用いる場合、図１に示す制御手段27が各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の動作を制御することで、図３(a)に示すように、第１の走行領域A1の壁W2近傍から走行を開始した電気掃除機11(本体ケース20)は、右側を壁W2に向け、検出センサ45(図１)により検出した壁W2との距離を略一定に維持しつつ仮想壁VWから離れる方向に走行した(走行軌跡R1)後、外壁W1bの位置で電気掃除機11(本体ケース20)の右側を外壁W1bに向けるように左に所定角度(本実施形態では９０°)旋回し、検出センサ45(図１)により検出した外壁W1bとの距離を略一定に維持しつつ外壁W1bに沿って走行し(走行軌跡R2)、さらに外壁W1aの位置で電気掃除機11(本体ケース20)の右側を外壁W1aに向けるように左に所定角度(本実施形態では９０°)旋回し、検出センサ45(図１)により検出した外壁W1aとの距離を略一定に維持しつつ外壁W1aに沿って走行する(走行軌跡R3)ことで、第１の走行領域A1の外周を走行する。したがって、メモリＭ(図１)には、走行履歴として、壁W2に沿って直進した走行軌跡R1の距離と、左９０°の方向転換と、外壁W1bに沿って直進した走行軌跡R2の距離と、左９０°の方向転換と、外壁W1aに沿って直進した走行軌跡R3の距離とが順次記憶される。

この後、図３(b)に示すように、仮想壁VWを赤外線センサ47により検出すると、図１に示す制御手段27は、メモリＭに記憶された走行履歴を直近のステップから順次反転させることで電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))が走行軌跡を一定まで戻るように各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の動作を制御する。具体的に、制御手段27は、各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の動作の制御による電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))の走行パターンを、仮想壁VW(図３(a))を赤外線センサ47により検出する直前の走行パターンとは被検出物側に向ける電気掃除機11(本体ケース20(図２(a)))の方向が反転した制御、すなわち壁沿い走行パターン(左)とする。このように制御手段27が各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の動作を制御することで、図３(b)に示すように、電気掃除機11(本体ケース20)が仮想壁VWに対して所定距離後退し(この動作は省略してもよい)、１８０°旋回して走行方向を反転した後、走行軌跡R3を逆方向に直進し(走行軌跡R3R)、右に９０°旋回し、走行軌跡R2を逆方向に直進し(走行軌跡R2R)、さらに右に９０°旋回し、走行軌跡R1を逆方向に直進する(走行軌跡R1R)。このとき、走行軌跡は、仮想壁VWに対して電気掃除機11(本体ケース20)が充分離脱したと制御手段27(図１)により判断する、あるいは検出センサ45により被検出物を所定距離以内に検出するまで戻るものとする。したがって、走行履歴は、所定の一定数のステップを戻るようにしてもよいし、走行履歴の内容に応じて、戻るステップ数を変えてもよい。

ここで、走行軌跡を一定まで戻った後、制御手段27(図１)の走行制御が走行軌跡を戻る前、すなわち赤外線センサ47により仮想壁VWを検出する直前の走行方針(壁沿い走行パターン(右))に戻ると、制御手段27(図１)が電気掃除機11(本体ケース20)の右側を壁W2に向けるように(１８０°旋回させるように)各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の動作を制御することで、電気掃除機11(本体ケース20)が図３(a)と同様に走行して仮想壁VWに接近していくこととなる。

そこで、本実施形態では、走行軌跡を一定まで戻った後、制御手段27(図１)による走行パターン(本実施形態では壁沿い走行パターン)で検出センサ45(図１)により検出した被検出物側に向ける電気掃除機11(本体ケース20)の方向を、赤外線センサ47により仮想壁VWを検出する直前とは左右反転させた状態(走行方針を左右反転させた状態)としてこの走行パターンを継続して電気掃除機11(本体ケース20)を走行させるように図１に示す各モータ35(各駆動輪34(図２(b)))の動作を制御する。すなわち、制御手段27は、走行パターン(壁沿い走行パターン)中の第１のパターン(壁沿い走行パターン(右))と第２のパターン(壁沿い走行パターン(左))とのいずれか一方で走行している状態で赤外線センサ47により仮想壁VWを検出したときに、走行軌跡を一定まで戻った後、走行パターンを第１のパターンと第２のパターンとの他方に切り換える。換言すれば、制御手段27は、走行パターン(壁沿い走行パターン)中の第１のパターン(壁沿い走行パターン(右))と第２のパターン(壁沿い走行パターン(左))とのいずれか一方で走行している状態で赤外線センサ47により仮想壁VWを検出したときに、走行パターンを第１のパターンと第２のパターンとの他方に切り換え、走行軌跡を一定まで戻った後も切り換えた走行パターンを維持する。

具体的に、図３(a)に示すように電気掃除機11(本体ケース20)は、仮に壁沿い走行パターン(右)で走行しているときに赤外線センサ47により仮想壁VWを検出すると、図３(b)に示すように走行軌跡を一定まで戻った後、図３(c)に示すように、壁沿い走行パターン(左)に切り換えて走行を継続する。本実施形態では、電気掃除機11(本体ケース20)は、仮に壁沿い走行パターン(右)で走行しているときに赤外線センサ47により仮想壁VWを検出すると、壁沿い走行パターン(左)に切り換えて走行軌跡を一定まで戻り、この走行軌跡を一定まで戻った後も壁沿い走行パターン(左)を継続する。

この結果、走行モード時に、制御手段27(図１)が壁沿い走行パターンで電気掃除機11(本体ケース20)を走行させている場合、赤外線センサ47により仮想壁VWを検出しても、この仮想壁VWへの離脱と接近とを繰り返すことなく、電気掃除機11(本体ケース20)が図３(c)に示すように壁W2を越えて第２の走行領域A2内へと走行できる。

次に、第２の実施形態を図４および図５を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第２の実施形態において、制御手段27は、走行モードでの走行パターンとして、例えば壁沿いアーチ走行パターンを備えている。壁沿いアーチ走行パターンとは、制御手段27が、各モータ35(各駆動輪34)の駆動を制御することで、電気掃除機11(本体ケース20)の所定方向、例えば右側、または左側のいずれか一側を被検出物(例えば壁)側に向け、かつ、この被検出物に対してアーチ状(円弧状)に湾曲する軌跡に沿って電気掃除機11(本体ケース20)を前進させるパターンである。

より詳細には、制御手段27は、電気掃除機11(本体ケース20)が所定方向、例えば右側、または左側のいずれか一側を被検出物側に向け、かつ、この被検出物に対して所定の鋭角をなす方向に前進方向を向けた状態から、左右の駆動輪34(モータ35)の回転数を異ならせることで電気掃除機11(本体ケース20)を被検出物側に向けて徐々に旋回させつつ被検出物側へと徐々に接近するように湾曲するアーチ状に走行させ、検出センサ45により検出した被検出物との距離が所定距離以下となると、その位置で所定角度だけ被検出物に対して反対方向に旋回(超信地旋回)して方向を変え、さらに被検出物に沿って円弧状(アーチ状)に湾曲して走行させる。すなわち、壁沿いアーチ走行パターンには、電気掃除機11(本体ケース20)の右側を被検出物側に向けて走行する第１のパターン(右沿いパターン)と、電気掃除機11(本体ケース20)の左側を被検出物側に向けて走行する第２のパターン(左沿いパターン)とが設定されている。以下、壁沿いアーチ走行パターンにおいて、上記の第１のパターンを壁沿いアーチ走行パターン(右)、上記の第２のパターンを壁沿いアーチ走行パターン(左)と記載する。例えば図５に、壁沿いアーチ走行パターン(右)の電気掃除機11(本体ケース20)の動作を模式的に図示する。

このため、この壁沿いアーチ走行パターン時には、例えば９０°屈曲した壁部などでも、この壁部に沿って電気掃除機11(本体ケース20)をアーチ状に走行させることができるので、上記第１の実施形態の壁沿い走行パターンのような、検出センサ45によって進行方向前方に被検出物を検出したときに右、あるいは左に所定角度(例えば９０°)旋回して前進方向を変える制御は別途不要である。

そして、図４に示すように、上記第１の実施形態と同様の走行領域Ａを例に挙げて説明すると、例えば電気掃除機11(本体ケース20)の右側を障害物側とする壁沿いアーチ走行パターン(右)を用いる場合、制御手段27(図１)が各モータ35(各駆動輪34)の動作を制御することで、図４(a)に示すように、第１の走行領域A1の壁W2近傍から走行を開始した電気掃除機11(本体ケース20)は、右側を壁W2に向け、壁W2に対してアーチ状に繰り返しバウンドしつつ仮想壁VWから離れる方向に走行した(走行軌跡R4)後、外壁W1bの位置で電気掃除機11(本体ケース20)の右側を外壁W1bに向けるように左に所定角度旋回し、外壁W1bに対してアーチ状に繰り返しバウンドしつつ外壁W1bに沿って走行し(走行軌跡R5)、さらに外壁W1aの位置で電気掃除機11(本体ケース20)の右側を外壁W1aに向けるように左に所定角度旋回し、外壁W1aに対してアーチ状に繰り返しバウンドしつつ外壁W1aに沿って走行する(走行軌跡R6)ことで、第１の走行領域A1の外周を走行する。したがって、メモリＭには、走行履歴として、走行軌跡R4において壁W2に対してアーチ状にそれぞれ走行した距離および壁W2に接近してそれぞれ旋回したときの旋回方向および旋回角度と、左方向への所定角度の方向転換と、走行軌跡R5において外壁W1bに対してアーチ状にそれぞれ走行した距離および外壁W1bに接近してそれぞれ旋回したときの旋回方向および旋回角度と、左方向への所定角度の方向転換と、走行軌跡R6において外壁W1aに対してアーチ状にそれぞれ走行した距離および外壁W1aに接近してそれぞれ旋回したときの旋回方向および旋回角度とが順次記憶される。

この後、図４(b)に示すように、仮想壁VWを赤外線センサ47により検出すると、制御手段27は、メモリＭに記憶された走行履歴を直近のステップから順次反転させることで電気掃除機11(本体ケース20)が走行軌跡を一定まで戻るように各モータ35(各駆動輪34)の動作を制御する。具体的に、制御手段27は、各モータ35(各駆動輪34)の動作の制御による電気掃除機11(本体ケース20)の走行パターンを、仮想壁VWを赤外線センサ47により検出する直前の走行パターンとは被検出物側に向ける電気掃除機11(本体ケース20)の方向が反転した制御、すなわち壁沿いアーチ走行パターン(左)とする。このように制御手段27が各モータ35(各駆動輪34)の動作を制御することで、電気掃除機11(本体ケース20)が仮想壁VWに対して所定距離後退し(この動作は省略してもよい)、１８０°旋回して走行方向を反転した後、走行軌跡R6を逆方向に直進し(走行軌跡R6R)、右に所定角度旋回し、走行軌跡R5を逆方向に直進し(走行軌跡R5R)、さらに右に所定角度旋回し、走行軌跡R4を逆方向に直進する(走行軌跡R4R)。このとき、走行軌跡は、仮想壁VWに対して電気掃除機11(本体ケース20)が充分離脱したと制御手段27により判断する、あるいは検出センサ45により被検出物を所定距離以内に検出するまで戻るものとする。特に、壁沿いアーチ走行パターンの場合には、例えば電気掃除機11(本体ケース20)がアーチ状に走行するときに最初の前進方向に対して所定角度、例えば１８０°以上異なる角度に旋回するまで検出センサ45により被検出物を所定距離以内に検出しないときに、壁などの障害物を回り込んだものとして、走行軌跡の戻りを終了する。

ここで、走行軌跡を一定まで戻った後、制御手段27の走行制御が走行軌跡を戻る前、すなわち赤外線センサ47により仮想壁VWを検出する直前の走行方針(壁沿いアーチ走行パターン(右))に戻ると、制御手段27が電気掃除機11(本体ケース20)の右側を壁W2に向けるように(１８０°旋回させるように)各モータ35(各駆動輪34)の動作を制御することで、電気掃除機11(本体ケース20)が図４(a)と同様に走行して仮想壁VWに接近していくこととなる。

そこで、本実施形態では、走行軌跡を一定まで戻った後、制御手段27による走行パターン(本実施形態では壁沿いアーチ走行パターン)で電気掃除機11(本体ケース20)を被検出物側に向ける方向を、赤外線センサ47により仮想壁VWを検出する直前とは左右反転させた状態(走行方針を左右反転させた状態)としてこの走行パターンを継続して電気掃除機11(本体ケース20)を走行させるように各モータ35(各駆動輪34)の動作を制御する。すなわち、制御手段27は、走行パターン(壁沿いアーチ走行パターン)中の第１のパターン(壁沿いアーチ走行パターン(右))と第２のパターン(壁沿いアーチ走行パターン(左))とのいずれか一方で走行している状態で赤外線センサ47により仮想壁VWを検出したときに、走行軌跡を一定まで戻った後、走行パターンを第１のパターンと第２のパターンとの他方に切り換える。換言すれば、制御手段27は、走行パターン(壁沿いアーチ走行パターン)中の第１のパターン(壁沿い走行パターン(右))と第２のパターン(壁沿いアーチ走行パターン(左))とのいずれか一方で走行している状態で赤外線センサ47により仮想壁VWを検出したときに、走行パターンを第１のパターンと第２のパターンとの他方に切り換え、走行軌跡を一定まで戻った後も切り換えた走行パターンを維持する。

具体的に、電気掃除機11(本体ケース20)は、仮に壁沿いアーチ走行パターン(右)で走行しているときに赤外線センサ47により仮想壁VWを検出すると、走行軌跡を一定まで戻った後、壁沿いアーチ走行パターン(左)に切り換えて走行を継続する。本実施形態では、電気掃除機11(本体ケース20)は、仮に壁沿いアーチ走行パターン(右)で走行しているときに赤外線センサ47により仮想壁VWを検出すると、壁沿いアーチ走行パターン(左)に切り換えて走行軌跡を一定まで戻り、この走行軌跡を一定まで戻った後も壁沿いアーチ走行パターン(左)を継続する。

この結果、走行モード時に、制御手段27が壁沿いアーチ走行パターンで電気掃除機11(本体ケース20)を走行させている場合、赤外線センサ47により仮想壁VWを検出しても、この仮想壁VWへの離脱と接近とを繰り返すことなく、電気掃除機11(本体ケース20)が図４(c)に示すように壁W2を越えて第２の走行領域A2内へと走行できる。

なお、上記第１の実施形態の壁沿い走行パターンと上記第２の実施形態の壁沿いアーチ走行パターンとは、制御手段27の走行モード中にそれぞれ備えられていてもよい。このとき、制御手段27は、上記第１の実施形態の壁沿い走行パターンと上記第２の実施形態の壁沿いアーチ走行パターンとを、走行モード時に必要に応じて使い分けるようにしてもよい。

また、制御手段27は、上記の壁沿い走行パターンおよび壁沿いアーチ走行パターンの他に、任意の走行パターンを備えていてもよい。

さらに、検出センサ45により検出する壁に沿って走行する走行パターンに対して適用したが、例えば検出手段により検出する段差に沿って走行する際や、検出手段により検出する仮想的な壁などに沿って走行する際などにも適用できる。

また、上記各実施形態において、自律走行体は電気掃除機11としたが、掃除部22などの掃除機能を備えない自律走行体とすることもできる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、走行の無駄を抑制して省エネルギー化を実現でき、特に、電源部として二次電池28を用いている電気掃除機11の場合に、上記のように省エネルギー化できることで、走行(掃除)可能時間を短縮せずに済み、走行領域(掃除領域)の必要な場所を走行(掃除)する機会を損ないにくい。

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。

11 自律走行体としての電気掃除機
20 本体ケース
27 制御手段
34 駆動輪
45 検出手段としての検出センサ
47 赤外線検出手段としての赤外線センサ
VW 赤外線障害物である仮想壁

Claims

本体ケースと、
この本体ケースを走行可能とする駆動輪と、
この駆動輪の駆動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、
前記本体ケースの周囲の被検出物を検出する検出手段と、
前記本体ケースの走行方向の赤外線障害物を検出する赤外線検出手段とを具備し、
前記制御手段は、前記本体ケースの所定方向側を前記検出手段により検出した被検出物側に向けて走行することを走行方針として前記駆動輪の駆動を制御する走行パターンを有し、この走行パターン時には、前記赤外線検出手段により赤外線障害物を検出したときに走行軌跡を一定まで戻り、前記走行方針中の前記所定方向を左右反転させた前記走行パターンで以後の走行を継続する
ことを特徴とした自律走行体。
制御手段は、前記走行パターン時に、本体ケースの所定方向側と検出手段により検出した被検出物との距離を略一定に維持しつつ走行させるように駆動輪の駆動を制御する
ことを特徴とした請求項１記載の自律走行体。
制御手段は、前記走行パターン時に、本体ケースの所定方向側を検出手段により検出した被検出物に向けつつこの被検出物に対してアーチ状に走行させるように駆動輪の駆動を制御する
ことを特徴とした請求項１記載の自律走行体。