JP6831213B2 - 電気掃除機 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、自律走行可能な電気掃除機に関する。
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において、効率のよい掃除を実現するために、掃除したい部屋の大きさや形状、および障害物などを地図に反映して作成(マッピング)し、この作成した地図に基づいて最適な走行経路を設定して、その走行経路に沿って走行する技術がある。この地図は、例えば本体ケースに配置したカメラを用いて撮像した画像に基づいて作成される。
地図を作成する場合には、通常、掃除開始位置から予め決まった走行制御を行いつつ、撮像した画像から検出できた障害物に基づいて順次地図を作成していくので、効率が悪い場合がある。そのため、地図の作成から、この作成された地図に基づいて掃除動作を決定するまでの一連の動作の効率の向上が求められる。また、地図の作成時に、掃除したい部屋の形状とは無関係に電気掃除機が予め決まった走行ルートを取るため、使用者には電気掃除機が闇雲に走行しているように見えることから、電気掃除機の性能をアピールしにくい。
特許第５４２６６０３号公報
本発明が解決しようとする課題は、掃除の効率を向上できるとともに、走行場所の形状を認識して掃除していることをアピールできる電気掃除機を提供することである。
実施形態の電気掃除機は、本体ケースと、駆動部と、走行制御手段と、掃除部と、周囲検出センサと、マッピング手段とを有する。駆動部は、本体ケースを走行可能とする。走行制御手段は、駆動部の駆動を制御することで本体ケースを自律走行させる。掃除部は、掃除をする。周囲検出センサは、本体ケースの周囲の形状を検出する。マッピング手段は、所定の走査開始位置で周囲検出センサによって走査した周囲の形状に基づいて走行場所の初期地図を作成するとともに、走行制御手段により駆動部の駆動を制御することで初期地図の範囲内で本体ケースを移動させ、所定の走査開始位置での周囲検出センサによる走査時に物体の陰となった位置を周囲検出センサによって追加走査した周囲の形状に基づいて初期地図を更新する。走行制御手段は、更新された初期地図に基づいて掃除部による掃除の際の本体ケースの走行ルートを設定する。
第１の実施形態の電気掃除機を示すブロック図である。 同上電気掃除機を備えた電気掃除装置を示す斜視図である。 同上電気掃除機を下方から示す平面図である。 同上電気掃除機の周囲検出センサによる物体の三次元座標の計算方法を模式的に示す説明図である。 同上電気掃除機による初期動作の一実施例を示す説明図である。 同上電気掃除機による追加走査の一実施例を示す説明図である。 同上電気掃除機による追加走査の他の実施例を示す説明図である。 同上電気掃除機による追加走査のさらに他の実施例を示す説明図である。 同上電気掃除機による追加走査のさらに他の実施例を示す説明図である。 同上電気掃除機の掃除動作の一実施例を示す説明図である。 同上電気掃除機の掃除動作の図１０に続く動作を示す説明図である。 同上電気掃除機の掃除動作の図１１に続く動作を示す説明図である。 同上電気掃除機の掃除動作の図１２に続く動作を示す説明図である。 同上電気掃除機の制御を示すフローチャートである。 第２の実施形態の電気掃除機の掃除動作の一実施例を示す説明図である。 同上電気掃除機の掃除動作の他の実施例を示す説明図である。 同上電気掃除機の掃除動作の他の実施例を示す説明図である。
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１ないし図４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基地装置としての充電装置(充電台)12とともに自律走行体装置としての電気掃除装置(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。
そして、この電気掃除機11は、中空状の本体ケース20を備えている。また、この電気掃除機11は、駆動部である駆動輪21を備えている。さらに、この電気掃除機11は、塵埃を掃除する掃除部22を備えている。また、この電気掃除機11は、センサ部23を備えている。さらに、この電気掃除機11は、コントローラである制御手段(制御部)24を備えている。また、この電気掃除機11は、報知手段としての表示部25を備えている。そして、この電気掃除機11は、給電用の電池である二次電池を備えていてもよい。また、この電気掃除機11は、例えば有線、あるいは無線によりネットワークを介して通信する情報送信手段としてのデータ通信手段(通信部)を備えていてもよい。さらに、この電気掃除機11は、外部装置や使用者との間で信号が入出力される入出力部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。
本体ケース20は、例えば合成樹脂などにより形成されている。この本体ケース20は、例えば扁平な円柱状(円盤状)などに形成されていてもよい。また、この本体ケース20には、集塵口である吸込口31などが床面に対向する下部などに設けられていてもよい。
駆動輪21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る。本実施形態では、この駆動輪21は、例えば本体ケース20の左右に一対設けられている。この駆動輪21は、駆動手段としてのモータ33により駆動される。なお、この駆動輪21に代えて、駆動部としての無限軌道などを用いることもできる。
モータ33は、駆動輪21に対応して配置されている。したがって、本実施形態では、このモータ33は、例えば左右一対設けられている。そして、このモータ33は、各駆動輪21を独立して駆動させることが可能となっている。
掃除部22は、例えば床面や壁面などの被掃除部の塵埃を除去するものである。この掃除部22は、例えば床面上の塵埃を吸込口31から集めて捕集したり、壁面を拭き掃除したりする機能を有している。この掃除部22は、吸込口31から空気とともに塵埃を吸い込む電動送風機35と、吸込口31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36およびこの回転ブラシ36を回転駆動させるブラシモータ37と、本体ケース20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38およびこのサイドブラシ38を駆動させるサイドブラシモータ39との少なくともいずれかを備えていてもよい。また、この掃除部22は、吸込口31と連通して塵埃を溜める集塵部40を備えていてもよい。
センサ部23は、電気掃除機11(本体ケース20)の走行をサポートする各種の情報をセンシングするものである。より具体的に、このセンサ部23は、例えば床面の凹凸状態(段差)や、走行の障害となる壁あるいは障害物、床面の塵埃量などをセンシングするものである。このセンサ部23は、周囲検出センサ43を備えている。また、このセンサ部23は、例えば赤外線センサ44や、塵埃量センサ(ごみセンサ)45を備えていてもよい。
周囲検出センサ43は、本体ケース20の周囲の形状を検出するものである。この周囲検出センサ43は、撮像手段としてのカメラ51を備えている。また、この周囲検出センサ43は、判定部52を備えている。なお、この周囲検出センサ43は、検出補助手段(検出補助部)としてのランプ53を備えていてもよい。
カメラ51は、本体ケース20の走行方向である前方を、それぞれ所定の水平画角(例えば１０５°など)でデジタルの画像を所定時間毎、例えば数十ミリ秒毎などの微小時間毎、あるいは数秒毎などに撮像するデジタルカメラである。このカメラ51は、単数でも複数でもよい。本実施形態では、カメラ51は、左右一対設けられている。すなわち、このカメラ51は、左右に離間されて本体ケース20の前部に配置されている。また、これらカメラ51，51は、互いの撮像範囲(視野)が重なっている。そのため、これらカメラ51，51により撮像される画像は、その撮像領域が左右方向にラップしている。なお、カメラ51により撮像する画像は、例えば可視光領域のカラー画像や白黒画像でもよいし、赤外線画像でもよい。
判定部52は、カメラ51により撮像された画像中から特徴点などを抽出することにより、撮像された画像から本体ケース20の周囲に位置する物体(障害物など)の形状(物体の距離および高さなど)を検出するように構成されている。換言すれば、この判定部52は、カメラ51により撮像された画像に基づいて本体ケース20からの距離を算出した物体が障害物であるかどうかを判定するように構成されている。例えば、この判定部52は、既知の方法を用いて、カメラ51により撮像した画像と、カメラ51間の距離とに基づいて物体(特徴点)の距離(深度)および三次元座標を計算するように構成されている。すなわち、この判定部52は、具体的に、カメラ51，51とこれらカメラ51，51により撮像された画像Ｇ，Ｇの物体Ｏ(特徴点SP)との距離ｆ(視差)、および、カメラ51，51間の距離ｌに基づく三角測量を応用し、カメラ51，51により撮像した各画像Ｇ，Ｇ中から同一位置を示す画素ドットを検出し、この画素ドットの上下方向、左右方向および前後方向の角度を計算して、これら角度とカメラ51，51間の距離ｌとからその位置のカメラ51からの距離および高さを計算するとともに物体Ｏ(特徴点SP)の三次元座標を算出するように構成されている(図４)。また、この判定部52は、例えば所定の画像範囲(例えば本体ケース20の幅および高さに対応して設定された画像範囲)中に撮像されている物体の距離を、予め設定された、あるいは可変設定された閾値である設定距離と比較し、この設定距離以下の距離(電気掃除機11(本体ケース20)からの距離)に位置する物体を障害物であると判定するように構成されている。なお、この判定部52は、例えばカメラ51により撮像した生画像のレンズの歪み補正やノイズの除去、コントラスト調整、および画像中心の一致化などの一次画像処理をする画像補正機能を備えていてもよい。また、この判定部52は、制御手段24に設けられていてもよい。さらに、カメラ51が単数である場合には、判定部52は、電気掃除機11(本体ケース20)が移動したときに、対象物の座標の移動量から距離を計算することもできる。
ランプ53は、カメラ51の撮像範囲を照明することで撮像に必要となる明るさを得るものである。このランプ53は、本実施形態では、カメラ51，51の中間位置に配置され、各カメラ51に対応して設けられている。このランプ53は、例えばＬＥＤなどが用いられる。
赤外線センサ44は、本体ケース20の外方に向けて赤外線を出射し、その出射された赤外線が物体により反射される反射波を利用して障害物などを検出可能となっている。
塵埃量センサ45は、例えば集塵部40の上流側、すなわち吸込口31から集塵部40へと連続する風路などに設けられた光センサである。この塵埃量センサ45は、光を出射する発光部と、この発光部からの光を受光する受光部とを備えている。そして、この塵埃量センサ45は、発光部から出射する光が受光部によって受光される量に基づき、これら発光部と受光部との間を通過する塵埃量の多寡を検出可能となっている。
制御手段24は、例えば制御手段本体(制御部本体)であるＣＰＵやＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイコンが用いられる。この制御手段24は、駆動輪21(モータ33)を駆動させる走行制御手段である走行制御部61を備えている。また、この制御手段24は、掃除部22と電気的に接続される掃除制御手段である掃除制御部62を備えている。さらに、この制御手段24は、センサ部23と電気的に接続されるセンサ制御手段であるセンサ接続部63を備えている。また、この制御手段24は、マッピング手段(マッピング部)としての地図生成部64を備えている。さらに、この制御手段24は、時間推定部65を備えている。また、この制御手段24は、表示部25と電気的に接続される表示制御手段としての表示制御部66を備えている。すなわち、この制御手段24は、掃除部22、センサ部23、表示部25などと電気的に接続されている。また、この制御手段24は、二次電池と電気的に接続されている。そして、この制御手段24は、例えば駆動輪21すなわちモータ33を駆動して電気掃除機11(本体ケース20)を自律走行させる走行モードと、充電装置12を介して二次電池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。なお、この制御手段24は、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性のメモリなどを備えていてもよい。また、この制御手段24は、二次電池の充電を制御する充電制御部を備えていてもよい。
走行制御部61は、モータ33の駆動を制御する、すなわち、モータ33に流れる電流の大きさおよび向きを制御することにより、モータ33を正転、あるいは逆転させることで、モータ33の駆動を制御し、モータ33の駆動を制御することで駆動輪21の駆動を制御するものである。この走行制御部61は、後述する地図生成部64により作成した地図に基づいて、最適な走行ルートを設定するように構成してもよい。ここで、作成する最適な走行ルートとしては、地図中の掃除可能な領域(障害物や段差などの走行不能な領域を除く領域)を最短の走行距離で走行できるルート、例えば電気掃除機11(本体ケース20)が可能な限り直進する(方向転換が最も少ない)ルート、障害物となる物体への接触が少ないルート、あるいは、同じ箇所を重複して走行する回数が最小となるルートなど、効率的に走行(掃除)を行うことができるルートが設定される。また、この走行制御部61は、センサ部23(周囲検出センサ43および赤外線センサ44)により検出した障害物に応じて走行ルートを随時変更することもできる。さらに、走行制御部61は、二次電池の残量に基づき、電気掃除機11(本体ケース20)の走行速度や走行ルートを設定することもできる。例えば、二次電池の残量が不充分な場合には、電気掃除機11(本体ケース20)の速度を相対的に大きく設定し、短時間でより広い掃除領域を掃除できるようにしてもよい。
掃除制御部62は、掃除部22の電動送風機35、ブラシモータ37およびサイドブラシモータ39の駆動を制御する、すなわち、電動送風機35、ブラシモータ37、および、サイドブラシモータ39の通電量をそれぞれ別個に制御することで、これら電動送風機35、ブラシモータ37(回転ブラシ36)、および、サイドブラシモータ39(サイドブラシ38)の駆動を制御する。この掃除制御部62は、二次電池の残量に基づき、電動送風機35、ブラシモータ37およびサイドブラシモータ39の駆動を制御することもできる。例えば、二次電池の残量が不充分な場合には、電動送風機35、ブラシモータ37およびサイドブラシモータ39の駆動を低減して、二次電池の使用量を抑制することもできる。
センサ接続部63は、センサ部23(周囲検出センサ43、赤外線センサ44、塵埃量センサ45)による検出結果を取得するものである。また、このセンサ接続部63は、カメラ51の動作(シャッタ動作など)を制御して所定時間毎にカメラ51により画像を撮像させる撮像制御部やランプ53の動作(ランプ53のオンオフ)を制御する照明制御部の機能を備えていてもよい。
地図生成部64は、周囲検出センサ43により検出された本体ケース20の周囲の形状(障害物となる物体の距離および高さ)に基づき掃除領域を走行可能であるかどうかを示す地図(マップ)を作成するものである。具体的に、この地図生成部64は、カメラ51により撮像した画像中の物体の特徴点の三次元座標に基づき、電気掃除機11の自己位置、および、障害物となる物体の有無を判断するとともに、電気掃除機11(本体ケース20)が配置された掃除領域内に位置する物体(障害物)などの位置関係および高さを記す地図を作成する。すなわち、この地図生成部64には、既知のＳＬＡＭ(simultaneous localization and mapping)技術を用いることができる。
時間推定部65は、地図生成部64により作成された地図に基づいて、掃除に要すると想定される掃除予定時間を推定するように構成されている。具体的に、この時間推定部65は、地図生成部64により作成された地図の広さ(面積)から、電気掃除機11(本体ケース20)の大きさや電気掃除機11(本体ケース20)の平均的な走行速度に基づき、掃除予定時間を推定するように構成されている。
表示制御部66は、表示部25に各種情報を表示するように制御する。例えば、表示制御部66によって、時間推定部65により推定された掃除予定時間、掃除開始からの経過時間、掃除の残り時間、あるいは掃除時間から算出される掃除終了予定時刻などを表示部25に表示させることが可能となっている。
入出力部は、図示しないリモコンなどの外部装置から送信される制御コマンドや、本体ケース20に設けられたスイッチ、あるいはタッチパネルなどの入力手段から入力される制御コマンドを取得するとともに、例えば充電装置12などに対して信号を送信するものである。この入出力部は、例えば充電装置12などへと無線信号(赤外線信号)を送信する例えば赤外線発光素子などの図示しない送信手段(送信部)、および、充電装置12やリモコンなどからの無線信号(赤外線信号)を受信する例えばフォトトランジスタなどの図示しない受信手段(受信部)などを備えている。
二次電池は、掃除部22、センサ部23、制御手段24および表示部25などに給電するものである。また、この二次電池は、例えば本体ケース20の下部などに露出する接続部としての充電端子71と電気的に接続されており、これら充電端子71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、この充電装置12を介して充電されるようになっている。
充電装置12は、例えば定電流回路などの充電回路を内蔵している。また、この充電装置12には、二次電池の充電用の充電用端子73が設けられている。この充電用端子73は、充電回路と電気的に接続されており、充電装置12に帰還した電気掃除機11の充電端子71と機械的および電気的に接続されるようになっている。
外部装置は、建物の内部では例えばホームゲートウェイを介してネットワークに対して有線あるいは無線通信可能であるとともに、建物の外部ではネットワークに対して有線あるいは無線通信可能な、例えばＰＣ(タブレット端末(タブレットＰＣ))やスマートフォン(携帯電話)などの汎用のデバイスである。この外部装置は、画像を表示する表示機能を有していてもよい。
次に、上記第１の実施形態の動作を、図面を参照しながら説明する。
一般に、電気掃除装置は、電気掃除機11によって掃除をする掃除作業と、充電装置12によって二次電池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12に内蔵された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。また、外部装置などからの指令に応じてカメラ51により所定の対象物を撮像する撮像作業を別途備えていてもよい。
まず、掃除の開始から終了までの概略を説明する。電気掃除機11は、掃除を開始すると、充電装置12に接続されている場合には充電装置12から離脱した位置で、充電装置12に接続されていない場合にはその位置で、走行場所である掃除領域を走査する。すなわち、電気掃除機11は、掃除の開始前の走査時に位置を移動(走行)せずに所定の初期動作を行う。そして、メモリに地図が記憶されていない場合にはこの走査によって初期地図を作成し、メモリに地図が記憶されている場合にはこの地図と走査によって作成した初期地図との比較によって掃除領域の地図の変更や自己位置を確認する。本実施形態において、初期地図は、最初に掃除領域の走査(初期走査)により作成したものを、さらに追加で走査することにより必要に応じて拡張することで更新して作成する。すなわち、本実施形態では、掃除動作の開始前に、地図生成部64により可能な限り詳細な初期地図を作成する。そして、電気掃除機11は、地図に基づいて走行ルートを設定し、この設定した走行ルートに沿って走行しながら掃除をしつつ、地図を随時更新して完成していく。掃除が終了すると、電気掃除機11は、充電装置12へと帰還した後、二次電池の充電作業に移行する。
上記の制御をより具体的に説明すると、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制御コマンドを入出力部によって受信したときなどのタイミングで、制御手段24が待機モードから走行モードに切り換わる。次いで、電気掃除機11は、充電装置12に接続されている場合、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の駆動を制御することで充電装置12から所定距離直進して離脱した後、掃除領域を走査(初期走査)する。この走査の際、電気掃除機11は、走行制御部61により駆動輪21(モータ33)の駆動を制御することで本体ケース20に所定範囲内で所定の初期動作をさせることによって周囲検出センサ43により走査した周囲の形状に基づいて掃除領域の初期地図を作成する。ここで、所定範囲とは、掃除場所の形状(大きさ)に依存しない、予め設定された範囲である。本実施形態では例えば走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の駆動を制御することで、本体ケース20(電気掃除機11)が所定角度、例えば３６０°旋回する動作とする(図５)。すなわち、本実施形態において、電気掃除機11は走査開始位置から移動することなくその場で走査を行う。本実施形態において、この旋回動作は、例えば走行制御部61が一方の駆動輪21(モータ33)と他方の駆動輪21(モータ33)とを互いに逆転させることで、電気掃除機11(本体ケース20)がその場で旋回(超信地旋回)するものとする。これにより、電気掃除機11(本体ケース20)から見て物体(障害物)Ｏの陰となる位置を除く掃除領域を初期地図PMとして取得することができる。
さらに、本実施形態では、初期走査の後、追加走査を実行し、初期地図の外方に走行場所である掃除領域をさらに検出すると、初期地図を更新して拡張する。すなわち、初期走査では、例えばソファなどの家具が掃除領域に配置されている場合、電気掃除機11の位置から見てその家具のいわば陰となる位置が周囲検出センサ43によって検出不可能であるため、追加走査を実施することで初期走査により検出できなかった掃除領域を初期地図に反映する。
この追加走査時の電気掃除機11の動作としては、様々な動作が可能であるが、例えば初期地図内の複数の位置で旋回して初期地図の外方の走行場所を確認したり(複数旋回)、初期地図の縁部に沿って走行しながら初期地図の外方の走行場所を確認したり(縁部走行)、初期地図の範囲内で走行しながら初期地図の外方の走行場所を確認したり(内部走行)、初期地図の縁部にて現在位置から離れた位置へ走行させた後、初期地図の外方の走行場所を確認したり(遠部走行)することができる。
例えば上記複数旋回の場合(図６)には、初期走査により作成された初期地図PMの範囲内で、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の駆動を制御することで本体ケース20を複数の位置へと移動させ、それぞれ移動した位置で走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の駆動を制御することで本体ケース20をそれぞれ旋回させつつ、周囲検出センサ43により初期地図PMの外方の形状(障害物)を検出することで初期地図PMの外方に位置する走行場所である掃除領域を確認する。
また、上記縁部走行の場合(図７)には、初期走査により作成された初期地図PMの範囲内で、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の駆動を制御することで本体ケース20を初期地図PMの縁部Ｅに沿って走行させつつ周囲検出センサ43により初期地図PMの外方の形状を検出することで初期地図PMの外方に位置する掃除領域EAを確認する。
さらに、上記内部走行の場合(図８)には、初期走査により作成された初期地図PMの範囲内で、走行制御部61が駆動部21(モータ33)の駆動を制御することで本体ケース20を走行させつつ周囲検出センサ43により初期地図PMの外方の形状を検出することで初期地図PMの外方に位置する掃除領域EAを確認する。このとき、本実施形態では、電気掃除機11(本体ケース20)を初期地図PM内でランダムに走行させるものとするが、例えばジグザグ状など、規則的に走行させるようにしてもよい。
また、上記遠部走行の場合(図９)には、初期走査により作成された初期地図PMの縁部Ｅ近傍において、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の駆動を制御することで電気掃除機11(本体ケース20)を現在位置から離れた位置へ走行させた後、周囲検出センサ43により初期地図PMの外方の形状を検出することで初期地図PMの外方に位置する掃除領域EAを確認する。なお、現在位置から離れた位置とは、例えば初期地図PMの縁部Ｅにおいて、電気掃除機11(本体ケース20)の位置から最も距離が遠い位置、あるいは２番目に距離が遠い位置などとする。
これらの動作は、初期地図PMの形状や使用者への電気掃除機11の動作の見せ方などの製品仕様から選択することが望ましいが、例えば互いに組み合わせることもできるし、任意の複数の動作を順次行うこともできる。
そして、地図生成部64は、初期地図PMの範囲の外方に掃除領域EAを検出すると、この掃除領域EAを初期地図PMに追加して更新した初期地図PM1を作成する。なお、この初期地図PM1は、制御手段24などに備えられたメモリに記憶する。
初期地図を作成すると、走行制御部61が初期地図に基づき走行ルートを設定する。
一方、電気掃除機11は、充電装置12に接続されていない場合には、充電装置12からの離脱動作を除き、上記の動作および制御と同様にして走行ルートを設定する。すなわち、電気掃除機11が充電装置12に接続されていない場合、例えば異なるフロアなど、前回掃除した領域と異なる領域に運ばれて使用されようとしている可能性があるため、現在の場所が前回の掃除領域と同一であるか異なっているかを確認する必要がある。そこで、この場合には、電気掃除機11が充電装置12に接続されている場合と同様に周囲検出センサ43を用いて掃除領域を走査し、メモリに地図が記憶されていない場合にはこの走査によって初期地図を作成し、メモリに地図が記憶されている場合にはこの地図と走査によって作成した初期地図との比較によって掃除領域の地図の変更や自己位置を確認する。
また、時間推定部65が地図に基づいて掃除時間を推定し、この推定した掃除時間に関連する表示を表示制御部66により表示部25に表示する。
そして、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)を制御することで本体ケース20を設定した走行ルートに沿って自律走行させつつ、掃除制御部62が掃除部22を動作させて掃除領域の床面を掃除する(掃除モード)。掃除部22では、例えば制御手段24(掃除制御部62)により駆動された電動送風機35、ブラシモータ37(回転ブラシ36)、あるいはサイドブラシモータ39(サイドブラシ38)により床面の塵埃を、吸込口31を介して集塵部40へと捕集する。また、電気掃除機11は、自律走行の際、センサ部23の周囲検出センサ43や赤外線センサ44により初期地図に記されていない掃除領域内の障害物などの物体の三次元座標や位置を検出すると、地図生成部64が地図に反映させ、メモリに記憶していく(図１０ないし図１２)。また、制御手段24は、電動送風機35や回転ブラシ36(ブラシモータ37)、あるいはサイドブラシ38(サイドブラシモータ39)の駆動力を塵埃量センサ45により検出した塵埃量や床面の種類などに応じて増減させることもできる。例えば塵埃量センサ45により検出した塵埃量が多い場合には、これらの駆動力を上げ、塵埃量が相対的に少ない場合には下げる。
設定された走行ルートを完走すると掃除動作を終了し、電気掃除機11は、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の駆動を制御して充電装置12に帰還し(図１３)、この充電装置12と接続(充電端子71と充電用端子73とを機械的および電気的に接続)して、この接続から所定時間後など、所定のタイミングで充電動作に移行する。
上記の動作および制御を、図１４に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、掃除が開始すると、制御手段24は、電気掃除機11が充電装置12に接続されているか否かを判断する(ステップS1)。このステップS1において、充電装置12に接続されていると判断した場合には、走行制御部61は、駆動輪21(モータ33)の駆動を制御して電気掃除機11(本体ケース20)を充電装置12から離脱させる(ステップS2)。この後、地図生成部64は、メモリに地図が記憶されているか否かを判断する(ステップS3)。このステップS3において、地図が記憶されていないと判断すると、電気掃除機11は、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の駆動を制御して電気掃除機11(本体ケース20)に所定の初期動作(例えば旋回)をさせながら周囲検出センサ43が周囲の形状を検出することで掃除領域を走査し、地図生成部64により初期地図を生成する(ステップS4)。次いで、電気掃除機11は、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の駆動を制御して電気掃除機11(本体ケース20)に所定の動作をさせながら周囲検出センサ43が周囲の形状を検出することで掃除領域を追加走査し、地図生成部64により初期地図を更新する(ステップS5)。
一方、ステップS1において、充電装置12に接続されていないと判断した場合には、電気掃除機11は、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の駆動を制御して電気掃除機11(本体ケース20)に所定の初期動作(例えば旋回)をさせながら周囲検出センサ43が周囲の形状を検出することで掃除領域を走査する(ステップS6)。そして、地図生成部64は、メモリに地図が記憶されているか否かを判断する(ステップS7)。このステップS7において、地図が記憶されていないと判断すると、ステップS4に進み、地図が記憶されていると判断すると、地図生成部64がステップS6の走査により検出した周囲の形状と地図とを比較することで自己位置を確認、すなわち現在位置を把握し(ステップS8)、ステップS9に進む。なお、掃除領域に配置されている障害物の中には、例えば椅子など、位置が一定しないことがあるものが含まれる場合があるため、ステップS8において、メモリに記憶されている地図とステップS6の走査により検出した周囲の形状とが異なる場合には、記憶されている地図に反映させて地図を更新することもできる。
そして、電気掃除機11は、時間推定部65が地図に基づいて掃除時間を推定して表示部25に表示し(ステップS9)、掃除部22により掃除する(ステップS10)。次いで、周囲検出センサ43などにより周囲の形状を検出することにより、地図生成部64が地図にない障害物や掃除領域を検出したか否かを判断する(ステップS11)。このステップS11において、検出したと判断した場合には、地図生成部64が地図を更新し(ステップS12)、ステップS13に進む。この地図の更新により、走行ルートの変更が必要な場合には、走行制御部61が走行ルートを再設定する。また、ステップS11において、検出しないと判断した場合には、走行制御部61が走行ルートを完走したか否か、すなわち掃除が終了したか否かを判断する(ステップS13)。このステップS13において、掃除が終了していないと判断した場合には、ステップS10に戻り、掃除が終了したと判断した場合には、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の駆動を制御して電気掃除機11(本体ケース20)を充電装置12に帰還させ(ステップS14)、掃除を終了する。
上述したように、上記第１の実施形態によれば、走行制御部61により駆動輪21の駆動を制御することで本体ケース20に所定範囲内で所定の初期動作をさせることにより周囲検出センサ43によって走査した周囲の形状に基づいて作成した掃除領域の初期地図では、掃除領域の全容を検出できていない可能性があるため、追加走査により初期地図を更新(拡張)することで、掃除開始前に詳細な初期地図を作成できる。したがって、走行制御部61による走行ルートの設定などが実際の掃除領域に即したより高精度のものとなり、より効率よく、かつ掃除領域をくまなく掃除できる。
例えば、初期走査の後、走行制御部61により駆動輪21の駆動を制御することで本体ケース20を複数の位置でそれぞれ旋回させつつ初期地図の外方の掃除領域を周囲検出センサ43により確認する場合には、初期地図の精度をより向上できる。
また、初期走査の後、地図生成部64が、走行制御部61により駆動輪21の駆動を制御することで本体ケース20を初期地図の縁部に沿って走行させつつ初期地図の外方の掃除領域を確認する場合には、初期地図の縁部からその先に掃除領域があるか否かを容易に確認できる。
初期走査の後、地図生成部64が、走行制御部61により駆動輪21の駆動を制御することで本体ケース20を初期地図の範囲内で走行させつつ初期地図の外方の掃除領域を確認する場合には、電気掃除機11(本体ケース20)が初期地図内をいわばうろうろと走行することによって初期地図の外方の掃除領域を容易に確認できる。
地図生成部64が、走行制御部61により駆動輪21の駆動を制御することで本体ケース20を初期地図の縁部にて現在位置から離れた位置へ走行させた後、初期地図の外方の掃除領域を確認する場合には、初期地図の縁部からその先に掃除領域があるか否かを容易に確認できる。
そして、地図生成部64が、初期地図の外方の掃除領域を検出すると、この初期地図を更新することで、地図の精度をより向上できる。
次に、第２の実施形態を図１５ないし図１７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の実施形態は、上記第１の実施形態において、掃除開始後の初期地図の作成後、この初期地図を拡張(更新)する動作をすることなくこの初期地図に基づいて設定した走行ルートに沿って走行しながら掃除をしつつ、初期地図を随時更新して地図を完成していくものである。すなわち、本実施形態では、初期地図の作成のための走査(初期走査)の後、追加の走査をすることなく、直接掃除動作に移行するものである。換言すれば、本実施形態では、初期地図の作成に要する時間を低減して早期に掃除を開始し、掃除をしながら地図を随時更新していくものである。したがって、この第２の実施形態は、上記第１の実施形態の図１４に示すフローチャートのステップS5が省略されているものである。
走行制御部61は、初期地図、またはメモリに記憶されている地図に基づき任意に走行ルートを設定できるが、例えば掃除可能な領域をジグザグ状に走行させる走行ルート(ジグザグ走行ルート)、初期地図(地図)を複数の領域に区切り、領域毎に走行させる走行ルート(領域走行ルート)、初期地図(地図)の現在位置から近い縁部に移動させた後、その位置を基点として走行させる走行ルート(近部走行ルート)などが可能である。
例えばジグザグ走行ルートの場合(図１５)には、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の駆動を制御することで本体ケース20が初期地図PM(地図)中の掃除可能な領域(障害物や段差などの走行不能な領域を除く領域)を最短の走行距離で走行できるルート、例えば電気掃除機11(本体ケース20)が可能な限り直進する(方向転換が最も少ない)ルート、障害物となる物体への接触が少ないルート、あるいは、同じ箇所を重複して走行する回数が最小となるルートなど、効率的に走行(掃除)を行うことができるルートが設定される。
また、領域走行ルートの場合(図１６)には、例えば走行制御部61、あるいは地図生成部64が初期地図PM(地図)を複数の領域Ａに分割し、領域Ａ毎にジグザグ走行ルートなどの走行ルートを設定する。なお、例えば二次電池の残量が初期地図PM(地図)のすべての領域Ａを走行して掃除するのに不充分な場合には、この二次電池の残量に基づき、これら複数の領域Ａの中から一部の領域Ａのみを優先的に掃除するように走行ルートを設定することもできる。
さらに、近部走行ルートの場合(図１７)には、初期地図PM(地図)の縁部Ｅ近傍において、走行制御部61が駆動輪21(モータ33)の駆動を制御することで、電気掃除機11(本体ケース20)を現在位置に近い位置へ走行させた後、その位置を基点として掃除領域内を例えばジグザグ走行するように走行ルートを設定する。なお、現在位置に近い位置とは、例えば初期地図PM(地図)の縁部Ｅにおいて、電気掃除機11(本体ケース20)の位置から最も距離が近い位置、あるいは２番目に距離が近い位置などとする。
そして、掃除をしながら初期地図PMの範囲の外方に掃除領域EAを検出すると、この掃除領域EAを初期地図PMに追加して地図を随時更新していく。走行制御部61では、更新された地図に基づいて走行ルートを追加・修正することにより走行ルートを再設定することもできる。
このように、所定の初期動作(旋回)によって掃除領域を走査して初期地図を作成すると、この初期地図の掃除可能な領域の掃除に直ちに移行するので、初期地図の作成に要する時間を短縮でき、早期に掃除を開始できる。
すなわち、初期地図を作成する走査の時点で掃除領域の大部分が走査できている場合には、追加走査に要する時間が無駄になることも考えられるため、追加走査をせずに掃除を開始することで、より掃除の効率化に有効となる。特に、二次電池を電源とする電気掃除機11の場合には、追加走査に要する二次電池の容量を削減できるため、二次電池の容量も有効に利用できる。
例えば、地図生成部64により初期地図を作成した後、走行制御部61が駆動輪21の駆動を制御して本体ケース20をこの初期地図の範囲内で走行させつつ掃除部22が掃除をする場合には、まず初期地図の内部の掃除可能な領域を先に掃除できるので、掃除に必要な時間を短縮でき、掃除の効率をより向上できる。
また、地図生成部64により初期地図を作成した後、走行制御部61が駆動輪21の駆動を制御して本体ケース20をこの初期地図内の分割された領域毎に順次走行させつつ掃除部22が掃除をする場合には、初期地図を複数の領域に細分化して、電気掃除機11を効率よく走行させることができる。
さらに、地図生成部64により初期地図を作成した後、走行制御部61が駆動輪21の駆動を制御して本体ケース20をこの初期地図の最も近い縁部に移動させ、この初期地図の範囲内で走行させつつ掃除部22が掃除をする場合には、最寄りの縁部から掃除を早期に開始させることができる。
なお、上記第２の実施形態において、走行制御部61により設定する走行ルートは、上記第１の実施形態に適用することもできる。
また、上記各実施形態において、地図のデータは、メモリだけでなく、データ通信手段を介して、ネットワークを経由してサーバに送信して記憶したり、外部装置に送信して外部装置のメモリに記憶したり外部装置に表示したりすることができる。
さらに、周囲検出センサ43としては、カメラ51を用いるものの他に、例えばレーザを用いるものなど、物体の三次元座標を検出する任意の構成を適用できる。
また、報知手段としては、画像などにより表示する表示部25だけでなく、例えば音声により報知する音声出力手段(発声部)などを用いることもできる。
さらに、走行制御部61、掃除制御部62、センサ接続部63、地図生成部64、時間推定部65および表示制御部66などは、それぞれ制御手段24に備える構成としたが、それぞれ別個に備えていてもよいし、任意に一体的に組み合わせてもよい。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、走行制御部61により駆動輪21の駆動を制御することで本体ケース20に所定範囲内で所定の初期動作をさせることにより周囲検出センサ43によって走査した周囲の形状に基づいて掃除領域の初期地図を作成するので、この初期地図に基づいて走行ルートなどを容易に、かつ、精度よく設定でき、掃除の効率を向上できる。また、電気掃除機11の所定の初期動作(旋回)によって周囲を走査していることを使用者が目視できるので、電気掃除機11が掃除領域を闇雲に掃除しているのではなく、掃除領域の形状を認識して掃除していることを使用者にアピールできる。
また、地図生成部64により初期地図を作成する際、走行制御部61が駆動輪21の駆動を制御することで本体ケース20を旋回させるので、本体ケース20の周囲の形状を容易に検出できるとともに、掃除領域を走査していることを使用者にアピールして、商品性を向上できる。
そして、表示部25に掃除時間を表示して報知することで、およその掃除時間を使用者が知ることができ、商品性をより向上できる。
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 電気掃除機
20 本体ケース
21 駆動部である駆動輪
22 掃除部
25 報知手段としての表示部
43 周囲検出センサ
61 走行制御手段である走行制御部
64 マッピング手段としての地図生成部

Claims (11)

  1. 本体ケースと、
    この本体ケースを走行可能とする駆動部と、
    この駆動部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走行制御手段と、
    掃除をする掃除部と、
    前記本体ケースの周囲の形状を検出する周囲検出センサと、
    所定の走査開始位置で前記周囲検出センサによって走査した周囲の形状に基づいて走行場所の初期地図を作成するとともに、前記走行制御手段により前記駆動部の駆動を制御することで前記初期地図の範囲内で前記本体ケースを移動させ、前記所定の走査開始位置での前記周囲検出センサによる走査時に物体の陰となった位置を前記周囲検出センサによって追加走査した周囲の形状に基づいて前記初期地図を更新するマッピング手段とを具備し、
    前記走行制御手段は、更新された前記初期地図に基づいて前記掃除部による掃除の際の前記本体ケースの走行ルートを設定する
    ことを特徴とした電気掃除機。
  2. 走行制御手段は、マッピング手段により初期地図を作成する際、駆動部の駆動を制御することで本体ケースを所定の走査開始位置でその場旋回させる
    ことを特徴とした請求項１記載の電気掃除機。
  3. マッピング手段は、初期地図を更新する際、走行制御手段により駆動部の駆動を制御することで本体ケースを複数の位置でそれぞれその場旋回させつつ前記初期地図の外方の走行場所を周囲検出センサにより確認する
    ことを特徴とした請求項１または２記載の電気掃除機。
  4. マッピング手段は、初期地図を更新する際、走行制御手段により駆動部の駆動を制御することで本体ケースを前記初期地図の縁部に沿って走行させつつ前記初期地図の外方の走行場所を周囲検出センサにより確認する
    ことを特徴とした請求項１ないし３いずれか一記載の電気掃除機。
  5. マッピング手段は、初期地図を更新する際、走行制御手段により駆動部の駆動を制御することで本体ケースを前記初期地図の範囲内で走行させつつ前記初期地図の外方の走行場所を周囲検出センサにより確認する
    ことを特徴とした請求項１ないし４いずれか一記載の電気掃除機。
  6. マッピング手段は、初期地図を更新する際、走行制御手段により駆動部の駆動を制御することで本体ケースを前記初期地図の縁部にて現在位置から離れた位置へ走行させた後、前記初期地図の外方の走行場所を周囲検出センサにより確認する
    ことを特徴とした請求項１ないし５いずれか一記載の電気掃除機。
  7. マッピング手段により更新された初期地図を作成した後、走行制御手段が駆動部の駆動を制御して本体ケースを設定した走行ルートに沿って前記初期地図の範囲内で走行させつつ掃除部が掃除をする
    ことを特徴とした請求項１ないし６いずれか一記載の電気掃除機。
  8. マッピング手段により更新された初期地図を作成した後、走行制御手段が駆動部の駆動を制御して本体ケースを設定した走行ルートに沿って前記初期地図内の分割された領域毎に順次走行させつつ掃除部が掃除をする
    ことを特徴とした請求項１ないし７いずれか一記載の電気掃除機。
  9. マッピング手段により更新された初期地図を作成した後、走行制御手段が駆動部の駆動を制御して本体ケースを設定した走行ルートに沿って前記初期地図の最も近い縁部に移動させ、この初期地図の範囲内で走行させつつ掃除部が掃除をする
    ことを特徴とした請求項１ないし８いずれか一記載の電気掃除機。
  10. マッピング手段は、走行制御手段により駆動部の駆動を制御して本体ケースを設定した走行ルートに沿って走行させて掃除部により掃除している間も初期地図を随時更新する
    ことを特徴とした請求項７ないし９いずれか一記載の電気掃除機。
  11. 初期地図の大きさに基づいて掃除時間を推定して報知する報知手段を具備した
    ことを特徴とした請求項１ないし１０いずれか一記載の電気掃除機。
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