JP6899313B2 - 自走式電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、自走式電気掃除機に関する。

特許文献１は、ごみ検出センサにより、ごみを検出した後に螺旋状態に動く動作を行う自走式電気掃除機を開示している。

特許文献２は、ごみ量が多いことを検知すると往復動する自走式電気掃除機を開示している（００４２、図６）。

特開２００５−２１１３６５号広報 特開２００４−２５４７３５号公報

自走式電気掃除機においては、エネルギー源である電池の制限があるため、効率よくごみを取る必要がある。特許文献１，２はともに自律駆動中の電動送風機への入力を適切に制御する技術は開示していない。

なお、特許文献１の螺旋状態のような動きでは、動作完了までに時間がかかるため、電池を過剰に消費してしまい部屋全体を掃除できない虞がある。
また、特許文献２は同じ領域の往復であり、ごみ堆積範囲が広い場合に効果的に清掃できない虞がある。

上記事情に鑑みてなされた本発明は、電動送風機の駆動により塵埃を吸引可能な吸口部と、塵埃量を検知可能な塵埃センサと、床面の種類を検知するセンサ又は床面の抵抗に応じて電流量が変化するモータと、を有して自律駆動する自走式電気掃除機であって、前記塵埃センサが比較的多くの塵埃を検知した又は前記センサが若しくは前記モータによって床面の抵抗が比較的大きいと検知した場合、前記電動送風機への入力を増加させるようになっており、前記塵埃センサ及び前記センサ又は前記モータの検知結果に応じて、前記電動送風機への入力を増加させる制御、周辺領域を清掃する制御、及び前記電動送風機への入力を増加させるとともに周辺領域を清掃する制御、のうち、２つ又は３つを区別して実行し、前記電動送風機への入力を増加させる制御は、前記塵埃センサ及び前記センサ又は前記モータの検知結果それぞれに依存し、前記周辺領域を清掃する制御は、小旋回して進路を反転させる小旋回ステップと、前記小旋回ステップにおける旋回直径よりも大きな直径で旋回して進路を反転又は変更する大旋回ステップと、を含み、前記塵埃センサの検知結果の影響が前記センサ又は前記モータの検知結果の影響より大きいことを特徴とする。

実施形態１に係る自走式電気掃除機の斜視図である。 実施形態１に係る自走式電気掃除機の上ケースとダストケースを取り外した状態の斜視図である。 実施形態１に係る自走式電気掃除機の底面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 実施形態１に係る自走式電気掃除機の制御装置、及び制御装置に接続される機器を示す構成図である。 実施形態１に係る塵埃センサユニットが反応した際の自走式電気掃除機本体の動作図である。 実施形態１に係る床面とごみの種類による自走式電気掃除機の電動送風機の吸引力を示した図である。

本発明の実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。本発明の各種の構成要素は、必ずしも一の部材で構成される必要はなく、例えば、一の構成要素が複数の部材で構成されること、複数の構成要素が一の部材で構成されること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが互いに重複すること、を許容する。

なお、自走式電気掃除機１（図１参照）が進行する向きのうち、自走式電気掃除機１が通常進行する方向を前方、重力方向と反対の方向を上方、駆動輪１１６（図３参照）が対向する方向を左方及び右方とする。すなわち図１等に示す様に前後、上下、左右を定義する。本実施形態では、自走式電気掃除機１の前方側にサイドブラシ１５が取付けられている。

［自走式電気掃除機１］
図１は、本実施形態に係る自走式電気掃除機１の斜視図である。
自走式電気掃除機１は、掃除領域（例えば、室内）を自律的に移動しながら掃除する掃除機である。自走式電気掃除機１は、上壁（及び一部の側壁）である上ケース１１１、底壁（及び一部の側壁）である下ケース１１２、及び前部に設置されるバンパ１８、を含んで構成される本体１１を備える。

また、自走式電気掃除機１の上後方側には、ダストケース４が設けられている。本実施形態の自走式電気掃除機１は、制御装置２の演算処理によって自律的に駆動輪１１６を駆動させて清掃するが、リモコン等によってユーザの指令を受けて駆動してもよい。

［下ケース１１２］
図２は上ケース１１１とダストケース４を取り外した状態の斜視図、図３は自走式電気掃除機１の底面図、図４は、図１のＡ−Ａ線で切断した断面図、図５は吸口部１１３、塵埃センサユニット１２およびダストケース４の斜視図である。
下ケース１１２は、駆動輪１１６、走行モータ１１６１、アーム１１４１、及び減速機構１１４２を含んで構成される駆動機構を収容する駆動機構収容部１１４、並びに、サイドブラシ取付部１１２１、走行モータ１１６１、回転ブラシモータ１１３３、電動送風機１６、充電池１９、充電池１９を収納する電池収容部１１５（図４参照）、制御装置２、及び吸口部１１３が取付られている薄型の円板状の部材である。

［駆動機構収容部１１４］
図３等に示す駆動機構収容部１１４に収容される駆動機構は、駆動輪１１６を本体１１に支持する機構である。駆動機構は、走行モータ１１６１、駆動輪１１６を左右内側から支持するアーム１１４１、及び減速機構１１４２を含む。アーム１１４１は、２つの駆動輪１１６の間に設けられており、一端が前後方向に延在する回動軸、他端が駆動輪１１６に接続した部材であり、回動軸まわりの回動によって駆動輪１１６それぞれを回動させることができる部材である。回動軸それぞれは、２つの駆動輪１１６の間、特に本実施形態においては、駆動輪１１６それぞれ及び中央突起１１２４，突起１１２５の間に位置している。

［駆動輪１１６］
図３等に示す様に、駆動輪１１６はそれぞれ、減速機構１１４２それぞれを介して走行モータ１１６１それぞれの駆動力を受ける部材である。これにより駆動輪１１６自体が回転することで本体１１を前進、後退、旋回させることができる。駆動輪１１６は、左右両側に配置されている。

［バンパ１８］
バンパ１８は、外部から作用する押圧力に応じて前後方向、好ましくはさらに左右方向、で移動可能に設置されている。バンパ１８は、左右一対のバンパばね（図示省略）によって前方向に付勢されている。バンパ１８を介して障害物からの抗力がバンパばねに作用すると、バンパばねは変形し、バンパ１８を前方向に付勢しつつバンパ１８の後退を許容する。バンパ１８が障害物から離れて抗力がなくなると、バンパばねの付勢力によってバンパ１８は元の位置に戻る。ちなみに、バンパ１８の後退（つまり、障害物との接触）は、バンパセンサ（赤外線センサ）によって検知され、その検知結果が制御装置２に入力
される。障害物等の接触位置に応じてバンパ１８の変位量が異なるため、本体１１に対する障害物等の位置を検知することも可能である。

［回転ブラシ１４］
回転ブラシ１４は、駆動輪１１６の回転中心を通る軸（左右方向）に略並行に配置されている（図３参照）。回転ブラシ１４は、水平方向（本実施形態では左右方向）に回転軸を有する円筒形であり、吸口部１１３に回転可能に支持されている。回転ブラシ１４は、回転ブラシモータ１１３３（図２参照）により駆動力を受けて回転駆動する。回転ブラシ１４は、軸部１４１の外周面から法線方向に突出する複数の植毛１４２を備えている。

［サイドブラシ１５］
図３等に例示するサイドブラシ１５は、部屋の隅など、本体１１よりも外側にあり、回転ブラシ１４を届かせることが容易ではない場所の塵埃を吸口部１１３（吸引口１１３１）に導くブラシである。サイドブラシ１５の回転軸は上下方向であり、サイドブラシ１５の一部は平面視で本体１１から露出している。サイドブラシ１５は、平面視において１２０°間隔で放射状に延びる３束のブラシを有し、下ケース１１２の前方左右側それぞれに配置されている。サイドブラシ１５は、その根元がサイドブラシホルダ１５１に固定されている。

［電動送風機１６］
図４に示す電動送風機１６は、前後方向に軸を持つファンを有し、ファンが回転駆動することでダストケース４内の空気を外部に排出して負圧を発生させ、床面から吸引口１１３１（吸口部１１３）を介して塵埃を吸い込む機能を有している。電動送風機１６の外周面には弾性体１６１が設置されている。このように弾性体を介在させることで、電動送風機１６の振動が減衰して本体１１に伝わりにくくなり、本体１１の振動、騒音を低減できる。なお、本実施形態では、電動送風機１６は下ケース１１２の中心付近に配置されている。

［吸口部１１３］
吸口部１１３は、ダストケース４に連通する吸引口１１３１が形成されるとともに、掻取りブラシ１３、回転ブラシ１４を収容する部材である。吸口部１１３には、回転ブラシモータ１１３３が取付けられていても良い。

本実施形態においては、電動送風機１６の負圧によって吸込まれた空気は、吸引口１１３１、塵埃センサユニット１２、ダストケース４、集塵フィルタ４６、電動送風機１６、並びに、排気口１１２６の順に通過する。この空気には塵埃が含まれることが多く、集塵フィルタ４６で遮られてダストケース４内に貯塵される。以下、吸引口１１３１及び塵埃センサユニット１２の枠１２１に略垂直な方向（枠１２１の正面視方向）を主方向という。なお、排気口１１２６は、下ケース１１２に設けられており、２つの駆動輪１１６の間に本実施形態では６個位置している。

［塵埃センサユニット１２］
塵埃センサユニット１２は、吸口部１１３とダストケース４との間に配置され、吸口部１１３から吸引された塵埃量を検知可能なセンサである。

［ダストケース４］
ダストケース４は、床面から吸引口１１３１（吸口部１１３）を介して吸い込まれた塵埃を蓄積する容器である。ダストケース４は、吸引口１１３１側に形成されたダクト４２、回収した塵埃を主に蓄積する主蓄積室４１、蓄積した塵埃をフィルタ４６側（上方側）から取出し可能とする蓋４５、回動して主蓄積室７７下方側（ダクト４２側）の開口を開閉可能な逆流抑制弁４４、及び折り畳み可能なハンドル４３を備える。ダストケース４は、本体１１の斜め上から斜め下に向けて取り付けられる。

［センサ類］
図５は、自走式電気掃除機１の制御装置２、及び制御装置２に接続される機器を示す概略構成図である。バンパセンサ（障害物検知手段）は、バンパ１８の後退（つまり、障害物との接触）を検知するセンサである。

図２等に例示する測距センサ２１０（障害物検知手段）は、障害物までの距離を検出する赤外線センサである。本実施形態では、正面３箇所と側面２箇所の計５か所に測距センサを設けた。

測距センサ２１０は、赤外線を発光させる発光部（図示せず）と、赤外線が障害物で反射して戻ってくる反射光を受光する受光部（図示せず）とを有している。この受光部によって検出される反射光に基づいて、障害物までの距離が算出される。なお、バンパ１８のうち少なくとも測距センサの近傍は、赤外線を透過させる樹脂又はガラスで形成されている。

［塵埃多量時のごみハンタ走行］
図６は本実施形態の自走式電気掃除機１の塵埃センサユニット１２が塵埃量を多く検知した場合に実行可能な走行軌跡の一例を示す図である。図７は本実施形態の自走式電気掃除機１が床面種類とごみ量とに応じて電動送風機の吸引力を変化させる状態を説明する図である。図６では、自走式電気掃除機１の外縁のみを示している。本実施形態の自走式電気掃除機の大きさは縦２５０ｍｍ×幅２５０ｍｍ×高さ９２ｍｍである。
塵埃センサユニット１２が所定以上の塵埃を検出すると、制御装置２は電動送風機１６の入力を一定時間増加させることができる。検出した塵埃量に応じて電動送風機１６の入力増加時間を延ばすことは行わずに、電動送風機１６の消費電力を抑えることが好ましい。

［小旋回ステップ］
また、このような所定以上の塵埃又は更に多い量の塵埃を検出すると、自走式電気掃除機１は、自己の幅寸法又は吸口部１１３の軸方向寸法よりも短い直径（例えば半径Ｒ＝５０）で旋回して進路を反転させる（例えば略１８０度の旋回角。１７０度又は１７５度以上かつ１９０度又は１８５度以下が好ましい。）する（小旋回）。
塵埃を多く検知した場合、清掃効率の観点からは、電動送風機１６への入力を上げることで消費電力を増加させるだけでなくその領域近傍を広く清掃することが望ましい。このため、第１の閾値以上の塵埃を検知した場合、電動送風機１６への入力を増加させ、好ましくは第１の閾値より大きい第２の閾値以上の塵埃を検知した場合、本実施形態の小旋回ステップ及び大旋回ステップ等を実行することが好ましい。

［小旋回後大旋回前の前進ステップ］
小旋回ステップの後本体の縦寸法（前後寸法）と略同一（例えば本体の縦寸法の８５％以上１１５％以下。本実施形態では例えば約２５０ｍｍ）の長さに亘って前進走行を行う。略同一とするのは、小旋回ステップを行った領域近傍に壁や障害物があった場合に、走行軌跡が乱されるのを抑制する趣旨であり、例えば、障害物等を検知しても本来の走行軌跡に復帰しようとする動作を実行するのであれば、特にその前進長さは限定されない。また、代替案として、塵埃センサユニット１２がごみを検知してから小旋回ステップを開始するまでの距離と略同一であると好ましい。

小旋回後大旋回前の前進では、塵埃センサユニット１２が反応した場所の少なくとも一部を含む領域を通るから、汚れの多い領域を効果的に清掃できる。その長さとしては少なくとも本体寸法と同程度の範囲を清掃することが好ましい。
代替案として、塵埃センサユニット１２が塵埃を検知する時刻と、実際に吸口部１１３から塵埃が吸引された時刻との間には、或る程度の時間差が生じる。これは、塵埃センサユニット１２の検知に要する時間や床面からの離間距離に起因するものである。このため、この時間差分だけ自走式電気掃除機１は前進してしまうから、塵埃センサユニット１２が反応できた時点では、塵埃が多い領域を通過してしまっていることがある。このため、小旋回後大旋回前の前進距離は、自走式電気掃除機１の前進速度ｖ及び床面の塵埃が吸い込まれてから塵埃センサユニット１２が反応するまでの時間ｔの積ｖｔ以上にすることができる。

［大旋回ステップ］
前進ステップの後、自己の幅寸法又は吸口部１１３の軸方向（幅方向）寸法よりも長い直径又は小旋回の旋回直径よりも長い直径（例えばＲ＝１５０）で旋回して進路を反転させる（大旋回）。このときの旋回方向は、小旋回の方向と同じ（時計回り又は反時計回り）であると好ましい。旋回角は小旋回ステップと同様にすることができるが、代替案として、反転ではなく略９０度（例えば８０度以上１００度以下）の旋回による進路変更でもよい。

［大旋回ステップ後の前進ステップ］
大旋回ステップの後、任意で、本体の縦寸法（前後寸法）と略同一の長さに亘って再度前進する（例えば本体の縦寸法の８５％以上１１５％以下。）。この前進方向と小旋回前及び後の前進方向の一方又は両方とは、略平行であると好ましい。

大旋回後の自走式電気掃除機１は、塵埃センサユニット１２が反応する前に走行していた領域外になる（例えば自走式電気掃除機１の幅１つ分横にずれた位置）。すなわち、小旋回前の清掃領域に対して、大旋回後の清掃領域が重複する領域は、小旋回後の清掃領域が重複する領域よりも小さい又はない。このため、塵埃センサユニット１２が反応した領域周辺を広く清掃できる。

このような制御動作を一連で行うことにより、効率よくごみを取り除くことが可能であり消費電力を抑えることが可能となる。小旋回と大旋回との実行順番を逆にしても良いが、塵埃センサユニット１２が障害物や壁近傍で反応した場合、大旋回が先に行われると障害物等に接触して走行領域が乱れる虞があるため、本実施形態のように小旋回を先に行う方が好ましい。

なお、本実施形態においては、塵埃センサユニット１２は単位時間当たりの塵埃個数を計量していくが、第１の閾値以上になった場合電動送風機１６の入力を増加させ、第１の閾値より大きい第２の閾値以上になった場合に上記のごみハンタ走行を行うようにしている。なお、第１の閾値と第２の閾値を同値にしても良い。

［電動送風機への入力］
＜床面の種類＞
自走式電気掃除機１は、回転ブラシモータ１１３３の電流値（負荷）から、本体１１が走行している床面の種類や状態を検知できる。床面が回転ブラシ１４に与える抵抗が大きいとその床面は掃除がしにくい（塵埃が溜まりやすい）種類であると推定できる。図７に例示するように、例えば絨毯上だと抵抗が大きい。これを認識すると電動送風機１６の入力を増加させ吸引力を大きくする。フローリング上だと抵抗が小さい。これを認識すると電動送風機１６の入力を小さく設定して充電池１９の消費電力を抑える制御を行う。床面の種類に応じた電動送風機１６への入力の増加は、一定時間であっても良いが常時が好ましい。

＜塵埃量＞
上述のように自走式電気掃除機１は、塵埃センサユニット１２が所定以上の塵埃を検出すると、電動送風機１６の入力を一定時間増加させることができる。

＜両者を考慮した入力＞
図７に例示するように、本実施形態では、回転ブラシモータ１１３３の電流値が比較的小さい場合（床面の抵抗が小さい場合）かつ塵埃センサユニット１２の検知する塵埃個数が比較的少ない場合は、電動送風機１６の入力を通常に（比較的小さく）する。
塵埃センサユニット１２は上述のように塵埃量を３段階で区別可能であり、第１の閾値以下を「少ない」、第１の閾値から第２の閾値までを「多い」、第２の閾値以上を「凄く多い」と示している。

回転ブラシモータ１１３３の電流値が比較的大きい場合（床面の抵抗が大きい場合）又は塵埃センサユニット１２の検知する塵埃個数が多い若しくは凄く多い場合は、電動送風機１６の入力を増加（比較的大きく）させる。塵埃量よりも床面の種類の方が電動送風機１６への入力には影響が大きいように設定しているが、これは、床面の抵抗が大きいと塵埃の吸引がより困難なためである。

このように電動送風機１６への入力を、清掃しにくい床面又は汚れの多い領域である場合に増加させるようにすると、効果的な清掃を実現することができる。また、電動送風機の入力を２段階で調整するようにすると、騒音の変化が小さく、使用者への不快感を低減することができる。尤も、回転ブラシモータ１１３３の電流量及び塵埃センサユニット１２の塵埃量それぞれの検知結果を重ね合わせるようにして３段階以上で調整しても良い。

一方、床面の種類に依らず塵埃の量が凄く多い場合に自律駆動に割込処理を実行して、周辺領域の清掃を行わせると好ましい。周辺領域の清掃としては、上述の小旋回、前進、大旋回、及び進路変更（または反転）の一部又は全部を実行する制御とを実行を挙げることができる。尤も、上述の小旋回、前進、大旋回、及び進路変更（または反転）に代えて条件を満たした領域近傍を清掃する何らかの割り込み処理であってもよい。例えば、螺旋上に進行したり、所定範囲を往復動したりすることができる。

なお、回転ブラシモータ１１３３に代えてサイドブラシモータ１５２の電流値を用いても良いし、床面の種類を区別可能なセンサを用いても良いし、電動送風機１６への入力増加をせずに自律駆動への割り込み（周辺領域の清掃）のみを行う制御を導入しても良い。

［制御装置２］
制御装置２は、例えばマイコン（Microcomputer：図示省略）であり、ＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭ（Random Access Memory）に展開し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が各種処理を実行するようになっている。

１ 自走式電気掃除機
１１ 本体
１１１ 上ケース
１１２ 下ケース
１１２１ サイドブラシ取付部
１１２２ 補助輪取付部
１１２３ 後方突起
１１２４ 中央前側突起
１１２５ 中央後側突起
１１２６ 排気口
１１２７ バンパーフレーム
１１２８ 取付爪係止部
１１３ 吸口部
１１３１ 吸引口
１１３３ 回転ブラシモータ
１１４ 駆動機構収容部
１１４１ アーム（サスペンション）
１１４２ 減速機構
１１５ 電池収容部
１１６ 駆動輪
１１６１ 走行モータ
１１７ 前方蓋
１２ 塵埃センサユニット
１３ 掻取りブラシ
１４ 回転ブラシ
１５ サイドブラシ
１５１ サイドブラシホルダ
１５２ サイドブラシモータ
１５３ 根元弾性部
１６ 電動送風機
１７ 補助輪
１８ バンパ
１９ 充電池
２ 制御装置
２１ 制御基板
２１０ センサ類（測距センサ）
２１１ センサ類（床面用測距センサ）
４ ダストケース
４５ 蓋
４６ フィルタ
８０ 支持板

Claims (5)

1. 電動送風機の駆動により塵埃を吸引可能な吸口部と、
   塵埃量を検知可能な塵埃センサと、
   床面の種類を検知するセンサ又は床面の抵抗に応じて電流量が変化するモータと、を有して自律駆動する自走式電気掃除機であって、
   前記塵埃センサが比較的多くの塵埃を検知した又は前記センサが若しくは前記モータによって床面の抵抗が比較的大きいと検知した場合、前記電動送風機への入力を増加させるようになっており、
   前記塵埃センサ及び前記センサ又は前記モータの検知結果に応じて、
   前記電動送風機への入力を増加させる制御、
   周辺領域を清掃する制御、及び
   前記電動送風機への入力を増加させるとともに周辺領域を清掃する制御、のうち、２つ又は３つを区別して実行し、
   前記電動送風機への入力を増加させる制御は、前記塵埃センサ及び前記センサ又は前記モータの検知結果それぞれに依存し、
   前記周辺領域を清掃する制御は、
   小旋回して進路を反転させる小旋回ステップと、
   前記小旋回ステップにおける旋回直径よりも大きな直径で旋回して進路を反転又は変更する大旋回ステップと、を含み、前記塵埃センサの検知結果の影響が前記センサ又は前記モータの検知結果の影響より大きいことを特徴とする自走式電気掃除機。
2. 前記小旋回ステップにおける旋回直径は、前記吸口部の幅又は当該自走式電気掃除機の幅以下又は未満であることを特徴とする請求項１に記載の自走式電気掃除機。
3. 前記大旋回ステップにおける旋回直径は、前記吸口部の幅又は当該自走式電気掃除機の幅超であることを特徴とする請求項１又は２に記載の自走式電気掃除機。
4. 前記小旋回ステップにおける旋回方向と、前記大旋回ステップにおける旋回方向とが同一方向であることを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の自走式電気掃除機。
5. 前記小旋回ステップ後かつ前記大旋回ステップ前に、当該自走式電気掃除機の縦寸法と略同一、又は、当該自走式電気掃除機１の前進速度ｖと床面の塵埃が吸い込まれてから前記塵埃センサが反応するまでの時間ｔの積以上の距離を前進する大旋回前前進ステップを実行することを特徴とする請求項１乃至４何れか一項に記載の自走式電気掃除機。

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