JP7123656B2 - 自律型電気掃除機 - Google Patents

Description

本発明に係る実施形態は、自律型電気掃除機に関する。

周囲の画像を撮影し、この画像から環境地図を作成し、この環境地図に基づいて走行経路を設定し、この走行経路に倣って床面上を自律走行しながら床面の塵埃を捕集したり、汚れを掃除したりする、自律走行型の電気掃除機(掃除ロボット、自律型電気掃除機)が知られている。

特開２０１８－０１５３９６号公報

ところで、環境地図上を網羅的に走り回るだけでは、掃除場所をきれいに掃除できるとは限らない。例えば、吸込口に設けられている回転ブラシは、掃除済みの領域へ塵埃を弾き飛ばしてしまうことがある。そして、弾き飛ばされた塵埃は、壁際へ達したり、掃除場所の内側に配置された椅子の脚のような障害物の際に達したりしてその場に溜まる。

そこで、本発明は、環境地図に基づいて走行経路を設定し、この走行経路に倣って掃除を行う際に、掃除場所の内側に配置された障害物の際に溜まった塵埃を取り残さず、掃除を仕上げることが可能な自律型電気掃除機を提案する。

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機は、自律移動可能な本体と、掃除場所の環境地図を記憶する記憶部と、前記環境地図に基づいて前記本体を移動させて前記掃除場所の掃除を行う制御部と、前記掃除場所の塵埃を吸い込むための負圧を発生させる電動送風機と、を備え、前記制御部は、前記掃除場所の全面を網羅的に掃除する広域掃除走行様式を少なくとも１回終えた後の一連の掃除の仕上げ段階で、前記環境地図上で前記掃除場所の内側に存する複数の障害物を識別する複数の進入不可領域を、ある前記進入不可領域から他の前記進入不可領域へ移動する際に前記電動送風機を停止させ次々に渡り歩いてそれぞれの前記進入不可領域の際をまとめて掃除する。

本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機を含む運転制御システムを示すシステム構成図。 本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機の右側面図。 本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機の底面図。 本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機のブロック図。 本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機の走行様式の模式的な図。 本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機の走行様式の模式的な図。 本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機の走行様式の模式的な図。 本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機の掃除場所の一例の平面図。

本発明に係る自律型電気掃除機の実施形態について図１から図８を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機を含む運転制御システムを示すシステム構成図である。

図１に示すように、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、運転制御システム２に通信可能に接続されている。

運転制御システム２は、電気通信網３に通信可能に接続されるサーバ４を含んでいる。運転制御システム２は、遠隔操作端末５と自律型電気掃除機１との間で双方向に情報を通信する通信回線を確立する。また、運転制御システム２は、構内端末６と自律型電気掃除機１との間で双方向に情報を通信する通信回線を確立する。なお、遠隔操作端末５および構内端末６を操作端末７と総称する。操作端末７は、情報端末である。自律型電気掃除機１は、運転制御システム２を通じて操作の簡便さ、操作の手軽さ、操作のし易さなど、使用者の使いやすさ（利便性）を向上させる。

電気通信網３は、外部ネットワーク８と、構内通信網９と、構内通信網９と外部ネットワーク８との間で情報を中継する中継通信機器１１と、を含んでいる。

構内通信網９は、中継通信機器１１を含む無線または有線の電気通信網である。自律型電気掃除機１および構内端末６は、構内通信網９に通信可能に接続されている。構内通信網９は、所謂イントラネットである。構内通信網９は、使用者に極めて簡便な通信環境を提供する。

外部ネットワーク８は、インターネット１３を含んでいる。中継通信機器１１、サーバ４、および遠隔操作端末５は、公衆電話網や携帯電話網などを介してインターネット１３に接続されている。運転制御システム２は、インターネット１３を介在させることによって、自律型電気掃除機１と遠隔操作端末５との間で、極めて簡便な通信環境を使用者に提供する。

サーバ４は、自律型電気掃除機１と遠隔操作端末５との間で情報を仲介している。サーバ４は、インターネット１３を介して多数の自律型電気掃除機１と通信している。サーバ４は、それぞれの自律型電気掃除機１に識別子を付与している。自律型電気掃除機１の使用者は、サーバ４が提供する識別子によって、遠隔操作端末５と自宅の自律型電気掃除機１との間に、または遠隔操作端末５と使用者が所有する自律型電気掃除機１との間に双方向通信を確立する。

遠隔操作端末５は、公衆無線回線や携帯電話回線を介してインターネット１３に接続されている。遠隔操作端末５は、サーバ４と双方向通信する。遠隔操作端末５は、自律型電気掃除機１の掃除運転の開始指示、および停止指示などの操作指示の入力を受け付ける。これら、掃除運転の開始指示、および停止指示などの操作指示は、通信回線を介して自律型電気掃除機１に送信される。また、遠隔操作端末５は、運転中、一時停止中、および停止中など、自律型電気掃除機１の状態を通知する情報をサーバ４から取得して自律型電気掃除機１の状態を画面に出力する。運転制御システム２は、遠隔操作端末５から自宅の自律型電気掃除機１へ指令を含む情報を送信可能にし、自律型電気掃除機１から遠隔操作端末５へ自律型電気掃除機１の状態を表す情報を含む情報を受信可能にする。つまり、運転制御システム２は、外出先で遠隔操作端末５から自宅の自律型電気掃除機１を操作可能な環境を提供できる。使用者は、例えば、自宅を不在にしている外出中に、自律型電気掃除機１を操作して自宅の掃除を適時に行うことができる。

自律型電気掃除機１は、いわゆるロボットクリーナである。自律型電気掃除機１は、本体としての本体ケース２１内の二次電池２２の電力を消費して自律で移動（走行）する。自律型電気掃除機１は、居室内の被掃除領域の被掃除面（床面）を動き回って（被掃除領域を網羅的に移動して）塵埃を捕集する。また、自律型電気掃除機１は、掃除運転の後、充電台２３へ帰巣して次の掃除運転を待機する。

充電台２３は、居室内の被掃除面に設置されている。充電台２３は、自律型電気掃除機１を円滑に接続または離脱可能な形状を有している。充電台２３は、自律型電気掃除機１が接続された状態で、商用交流電源から二次電池２２へ電力を導く電源コード２４を備えている。電源コード２４は、二次電池２２へ送電する電路である。自律型電気掃除機１は、次の掃除運転の待機時に充電台２３に帰巣して二次電池２２を充電することで、使用者による充電の手間を省き、かつ使用者の求めによる突発的な掃除運転に対応できる。

次に、本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機１について詳細に説明する。

図２は、本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機の右側面図である。

図３は、本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機の底面図である。

なお、図２および図３の実線矢印Ｆは、自律型電気掃除機１の前進方向を示している。

図２および図３に示すように、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、中空の本体ケース２１と、本体ケース２１の底部に設けられる回転清掃体としての回転ブラシ３１と、回転ブラシ３１を回転駆動させるブラシ用電動機３２と、本体ケース２１の後部に設けられる塵埃容器３３と、本体ケース２１内に収容されて塵埃容器３３に流体的に接続される電動送風機３５と、本体ケース２１を床面上で走行させる走行部４１と、本体ケース２１に設けられて自律型電気掃除機１の周囲の画像Ｉを撮影するカメラ部４２と、走行部４１を制御して被掃除面上の自律型電気掃除機１を自律で移動させる制御部４３と、電動送風機３５、走行部４１、カメラ部４２、および制御部４３で消費される電力を蓄える二次電池２２と、を備えている。

本体ケース２１は、例えば合成樹脂製であり、扁平な円柱形状(円盤形状)を有している。平面視で実質的に円形の本体ケース２１は、他の形状に比べて旋回時の旋回半径を小さく抑制できる。本体ケース２１の底面は、空気とともに被掃除面上の塵埃を吸い込む吸込口４５を有している。

吸込口４５は、電動送風機３５が発生させる負圧によって空気とともに塵埃を吸い込む。吸込口４５は、本体ケース２１の幅方向に延びている。換言すると、吸込口４５の左右方向の開口幅は、吸込口４５の前後方向の開口幅よりも大きい。本体ケース２１の底面が自律走行時に被掃除面に対向（対面）しているため、本体ケース２１の底面に設けられる吸込口４５は、被掃除面上の塵埃、または回転ブラシ３１が被掃除面から掻き上げた塵埃を容易に吸い込むことができる。

また、吸込口４５は本体ケース２１の幅方向の一方側、つまり自律型電気掃除機１の進行方向に対して左右いずれか一方側に偏倚している。本実施形態に係る自律型電気掃除機１の吸込口４５は、例えば、本体ケース２１の左側（前進方向Ｆに対する左側である。図３では右側に描かれることになる。）に偏倚している。

回転ブラシ３１は、吸込口４５に配置されている。回転ブラシ３１の回転中心線は、自律型電気掃除機１の幅方向に向けられている。回転ブラシ３１は、自律型電気掃除機１を被掃除面上に走行可能な状態で置いたとき、被掃除面に接触する。そのため、自律型電気掃除機１は、前進走行中、回転ブラシ３１を回転駆動させることによって、被掃除面上の塵埃を掻き上げて吸込口４５へ効率的に吸い込むことができる。

ブラシ用電動機３２は、回転ブラシ３１を正転（前進時に自律型電気掃除機１の推進力を補助する方向）または逆転（後退時に自律型電気掃除機１の推進力を補助する方向）へ回転させる。

塵埃容器３３は、電動送風機３５が発生させる吸込負圧によって吸込口４５から吸い込まれる塵埃を蓄積する。塵埃容器３３は、塵埃を濾過捕集するフィルタや、遠心分離(サイクロン分離)や直進分離（直進する空気と塵埃との慣性力の差で塵埃と空気とを分離する分離方式）などの慣性分離によって塵埃を蓄積する分離装置である。

電動送風機３５は、二次電池２２の電力を消費して駆動する。電動送風機３５は、塵埃容器３３から空気を吸い込んで吸込負圧を生じさせる。塵埃容器３３に発生した負圧は、吸込口４５に作用する。本体ケース２１は、電動送風機３５の排気（清浄な空気）を、本体ケース２１の外側へ流出させる排気口（図示省略）を有している。

走行部４１は、少なくとも一対の駆動輪４６と、それぞれの駆動輪４６を個別に駆動させる複数の駆動部としての電動機４７と、および、駆動輪４６とともに本体ケース２１を床面に支える従動輪４８と、を備えている。

駆動輪４６は、被掃除面上の本体ケース２１を移動させる。駆動輪４６は、幅方向（左右幅方向）に延びる車軸（図示省略）を有している。一対の駆動輪４６の車軸は、実質的に同一線上に配置されている。そのため、自律型電気掃除機１は、容易に直進および旋回することができる。一対の駆動輪４６の間には、吸込口４５が配置されている。駆動輪４６は、懸架装置（いわゆるサスペンション、図示省略）によって被掃除面に押さえつけられている。自律型電気掃除機１は、駆動輪４６に代えて、無限軌道（図示省略）を備えていても良い。

電動機４７は、それぞれの駆動輪４６を独立して駆動させる。つまり、左右の駆動輪４６を同じ方向へ回転させることによって直進（前進、または後退）し、左右の駆動輪４６を異なる方向へ回転させることによって旋回（右旋回、または左旋回）する。自律型電気掃除機１は、直進と旋回（進行方向の変更）とを組み合わせて被掃除面上を自律で移動する。また、自律型電気掃除機１は、左右の駆動輪４６の出力を上下させて前進、または後退の速度を調整したり、左右の駆動輪４６の出力を相違させて旋回半径の大小を調整したりすることができる。

従動輪４８は、本体ケース２１の下部の幅方向の略中央部、かつ前部に配置されている。従動輪４８は、円形の回転体であり、例えばキャスターである。従動輪４８は、自律型電気掃除機１の前進、後退、および旋回に容易に追従して向きを変え、自律型電気掃除機１（本体ケース２１）の走行（移動）を安定させる。なお、駆動輪４６の車軸、従動輪４８の車軸に支えられる自律型電気掃除機１の重心は、一対の駆動輪４６と従動輪４８とがなす三角形の内側に配置されていることが好ましい。その場合、自律型電気掃除機１（本体ケース２１）は、転倒する危険性を下げて、安定して移動（走行）することができる。なお、従動輪２８はなくても良い。

図４は、本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機のブロック図である。

図２および図３に加えて図４に示すように、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、ブラシ用電動機３２、走行用の電動機４７、電動送風機３５、カメラ部４２、制御部４３、および二次電池２２に加えて、通信部５１と、報知部５２と、表示部５３と、を備えている。

通信部５１は、構内通信網９に無線で双方向通信可能に接続される無線通信部（図示省略）、充電台２３に赤外線信号を送信する、例えば赤外線発光素子を含む送信部、および充電台２３やリモートコントローラー（図示省略）からの赤外線信号を受信する、例えばフォトトランジスタを含む受信部（図示省略）と、を備えている。

無線通信部と中継通信機器１１との間には、無線通信回線が確立される。無線通信部は、中継通信機器１１を介して操作端末７へ情報を送信する一方、中継通信機器１１を介して操作端末７から情報を受信する。

無線通信部は、中継通信機器１１を介して操作端末７へ運転を開始することを知らせる情報を送信する。また、無線通信部は、中継通信機器１１を介して操作端末７から運転を中止させる指示を含む情報を受信する。つまり、自律型電気掃除機１は、通信部５１によって操作端末７から遠隔操作が可能であり、使用者の利便を向上させる。

報知部５２は、音声や警告音などの音によって、使用者や自律型電気掃除機１の周囲にいる第三者に運転の開始などの適宜の情報を知らせる。報知部５２は、例えばスピーカーである。

表示部５３は、点灯や点滅などの光学的な表示や、文字や図形の表示によって、使用者や自律型電気掃除機１の周囲にいる第三者に運転の開始などの適宜の情報を知らせる。表示部５３は、例えば、本体ケース２１の天面に設けられるディスプレーである。

自律型電気掃除機１の使用者は、報知部５２から出力される音、および表示部５３に表示される視覚的な情報を通じて、自律型電気掃除機１の状態を容易に知ることができる。また、自律型電気掃除機１の使用者は、通信部５１および操作端末７を含む運転制御システム２を通じて、自律型電気掃除機１の状態を容易に知ることができる。なお、自律型電気掃除機１は、報知部５２および表示部５３のいずれか一方のみを備えていても良い。

カメラ部４２は、自律型電気掃除機１の正面に設けられて、自律型電気掃除機１の前方を撮影する。カメラ部４２は、例えばデジタルカメラである。つまり、カメラ部４２は、撮影した画像を電気信号に変換する撮像素子６０（イメージセンサー）と、撮像素子６０に像を結ぶ（生じさせる）光学系６１と、を備えている。撮像素子６０は、例えば、ＣＣＤイメージセンサ（Charge-Coupled Device image sensor）や、ＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary metal-oxide-semiconductor image sensor）である。そのため、自律型電気掃除機１は即座に画像をデジタルデータで取り扱うことができる。つまり、カメラ部４２で撮影された画像は、例えば画像処理回路（図示省略）を利用することで所定のデータ形式に圧縮したり、二値画像に変換したり、グレースケールに変換したりすることができる。カメラ部４２は、例えば数十ミリ秒毎、または数秒毎などの所定の時間間隔でデジタルの画像を撮影する。カメラ部４２は、例えば可視光領域の画像を撮影する。可視光領域の画像は、例えば赤外領域の画像に比べて画質が良好であり、複雑な画像処理を施すことなく使用者に視認可能な情報を容易に提供できる。

光学系６１は、例えばレンズ（図示省略）と、レンズカバー（図示省略）とを含んでいる。レンズカバーは、レンズを覆って保護している。レンズカバーは、レンズに達する光を調整するレンズフィルターであっても良い。

なお、カメラ部４２は、単眼カメラであっても良いし（図３中に破線で示す）、ステレオカメラであっても良い（図３中に二点鎖線で示す）。ステレオカメラの場合には、カメラ部４２で実質的に同時に撮影する２つの画像（ステレオ画像）は、自律型電気掃除機１の幅方向の中心線を延長した前方の位置を含む撮影範囲で重なり合っている。この場合、カメラ部４２は、撮影範囲における奥行き（自律型電気掃除機１から見た離間距離）の情報を得ることができる。

また、カメラ部４２には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）や電球などの照明装置（図示省略）が併設されていても良い。照明装置は、カメラ部４２の撮影範囲の一部または全部を照らす。照明装置は、家具などの障害物の陰のような暗い場所や、夜間などの暗い環境下であっても、カメラ部４２による適切な画像の取得を可能にする。

制御部４３は、例えば中央処理装置（Central Processing Unit、ＣＰＵ、図示省略）、中央処理装置で実行（処理）される各種演算プログラム、パラメータなどを記憶する補助記憶装置（例えば、Read Only Memory、ＲＯＭ、図示省略）、プログラムの作業領域が動的に確保される主記憶装置（例えば、Random access memory、ＲＡＭ、図示省略）を備えている。主記憶装置には、カメラ部４２で撮影された画像を記憶する画像記憶部６５が確保されている。補助記憶装置は、例えば不揮発性メモリのように書き換え可能なものであることが好ましい。

制御部４３は、ブラシ用電動機３２、走行用の電動機４７、電動送風機３５、カメラ部４２、通信部５１、報知部５２、表示部５３、および二次電池２２に電気的に接続されている。制御部４３は、通信部５１を介して操作端末７、充電台２３、およびリモートコントローラーから受信する指令に応じてブラシ用電動機３２、走行用の電動機４７、電動送風機３５、カメラ部４２、通信部５１、報知部５２、表示部５３、および二次電池２２を制御する。

制御部４３は、自律型電気掃除機１の自律移動を制御する自律制御部７１と、カメラ部４２の動作を制御するカメラ制御部７２と、を備えている。

自律制御部７１は、走行部４１の電動機４７の動作を制御する走行制御部７５と、ブラシ用電動機３２、および電動送風機３５の動作を制御する掃除制御部７６と、を備えている。

走行制御部７５は、走行部４１の電動機４７に流れる電流の大きさ、および向きを制御して、電動機４７を正転、または逆転させる。走行制御部７５は、電動機４７を正転、または逆転させることで、駆動輪４６の駆動を制御している。

また、走行制御部７５は、掃除場所の環境地図情報（Environment Map、図示省略）を記憶する地図情報記憶部７７を備えている。走行制御部７５は、環境地図情報に基づいて走行経路を設定し、この走行経路に倣って自律型電気掃除機１を被掃除面上で自律走行させる。換言すると、制御部４３は、環境地図情報に基づいて本体ケース２１を移動させて掃除場所の掃除を行う。

地図情報記憶部７７は、補助記憶装置に確保される記憶領域に構築されたデータの集合であって、適宜のデータ構造を有している。地図情報記憶部７７は、補助記憶装置から主記憶装置に読み込まれて利用され、適宜の更新を経て、補助記憶装置へ上書きされる。

環境地図情報は、いわゆるマップである。環境地図情報は、自律型電気掃除機１の使用に際して、事前に準備されるものであっても良いし、Simultaneous Localization and Mapping（ＳＬＡＭ）によって自己位置推定と同時に作成されるものであっても良い。ＳＬＡＭで環境地図情報を作成する場合には、自律型電気掃除機１は、自機の前方（前進方向）の画像を撮影するカメラ部４２の他に、マップの作成に必要なカメラや、エンコーダなどの種々のセンサ（図示省略）を備えていることが好ましい。環境地図情報は、掃除運転にともなう移動の過程で作成、および更新されても良いし、運搬運転にともなう移動の過程で作成、および更新されても良い。

掃除場所の内側に配置された椅子の脚、テーブルの脚、および台のような障害物は、環境地図情報上、自律型電気掃除機１が進行を阻まれる、侵入不可能な領域（以下、「侵入不可能領域」という。）として識別されている。

環境地図情報は、自律型電気掃除機１と操作端末７とで共有される。そのため、通信部５１は、中継通信機器１１を介して操作端末７へ環境地図情報を送信する。環境地図情報を共有することによって、使用者は、操作端末７を通じて自律型電気掃除機１の現在位置（位置情報）を正確に把握できる。また、使用者は、操作端末７を通じて自律型電気掃除機１を環境地図情報上の任意の箇所を指定して自律型電気掃除機１を移動させることができる。そして、使用者は、カメラ部４２が撮影する画像によって、自律型電気掃除機１を移動させた先（つまり移動の目的地）の状況を容易に把握することができる。

掃除制御部７６は、ブラシ用電動機３２、および電動送風機３５を個別に制御する。

カメラ制御部７２は、カメラ部４２のシャッタの動作を制御する。シャッタを所定の時間間隔で動作させることで、所定の時間間隔毎にカメラ部４２に画像を撮像させる。カメラ制御部７２は、カメラ部４２で撮影された画像Ｉを画像記憶部６５に記憶する。なお、画像記憶部６５に記憶される画像情報は、カメラ部４２で撮影された画像Ｉの全ての情報を含んでいても良く、例えば、カメラ部４２で撮影された画像Ｉをグレースケールに変換した画像（以下、カメラ部４２で撮影された元の画像Ｉと同じく画像Ｉと呼ぶ。）であっても良い。グレースケール画像の場合には、画像Ｉの画素値は輝度値と一致する。グレースケールに変換した画像Ｉを保存する場合には、制御部４３は、元画像を記憶する場合に比べて、画像記憶部６５に割り当てるメモリ領域の容量（リソース）を少量で済ませることが可能である。また、グレースケールに変換した画像Ｉを以後の処理に使用する場合には、制御部４３は、元画像を処理する場合に比べて中央処理装置の負荷を軽減できる。

なお、カメラ制御部７２で実行される画像Ｉのグレースケール化を含む画像処理は、カメラ部４２で実行されても良い。カメラ部４２で画像処理を実行することによって、中央処理装置の負荷が軽減される。

また、カメラ制御部７２は、照明装置の点灯と消灯とを制御する。

二次電池２２は、ブラシ用電動機３２、走行用の電動機４７、電動送風機３５、カメラ部４２、制御部４３、通信部５１、報知部５２、および表示部５３の電源である。換言すると、二次電池２２が蓄えている電力は、自律走行に費やされる。なお、図４において、二次電池２２から各部へ電力を供給する電力線の図示は省略した。二次電池２２は、ブラシ用電動機３２、走行用の電動機４７、電動送風機３５、制御部４３、カメラ部４２、および通信部５１へ供給される電力を蓄えている。そのため、自律型電気掃除機１は、電源コードを必要とせず、電源コードの長さや敷設経路に制約されることなく、自由に自律走行することができる。

二次電池２２は、例えば本体ケース２１の底面や背面に設けられる充電端子（図示省略）に電気的に接続されている。自律型電気掃除機１は、充電台２３に帰巣すると、この充電端子を充電台２３に電気的に接続する。そのため、自律型電気掃除機１は、使用者の手を煩わせることなく、二次電池２２を充電台２３に電気的に接続することが可能であり、かつ、次の掃除運転を待機している最中、二次電池２２を充電することができる。

ところで、自律型電気掃除機１は、環境地図情報に基づいて走行経路を設定し、この走行経路に倣って被掃除面上を自律移動する。このとき、自律型電気掃除機１は、掃除場所を最短経路で掃除し終えるというような効率的な走行経路を設定し得る。

しかしながら、掃除場所の被掃除面の全面を単に網羅して走行するだけでは、掃除場所をきれいに掃除できるとは限らない。例えば、回転ブラシ３１は、掃除済みの領域へ塵埃を弾き飛ばしてしまうことがある。また、駆動輪４６や従動輪４８は、砂粒のような粒子状の塵埃を掃除済みの領域へ弾き飛ばしてしまうことがある。そして、弾き飛ばされた塵埃は、壁際へ達したり、掃除場所の内側に配置された椅子の脚のような障害物の際に達したりして、その場に溜まる。つまり、弾き飛ばされた塵埃は、環境地図の外縁の際や、侵入不可能領域の際に溜まることになる。

そこで、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、掃除場所の掃除を終えた後、さらに環境地図上で掃除場所の内側に存する障害物を識別する進入不可領域の際をまとめて掃除する。

ここで先ず、自律型電気掃除機１の代表的な走行様式（走行パターン）を説明する。

図５から図７は、本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機の走行様式の模式的な図である。

図５に示すように、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、掃除場所Ａの外縁の際（つまり環境地図の外縁の際）、例えば居室Ｒの壁際Ｗに沿って、居室Ｒを少なくとも１周巡って居室Ｒの壁際Ｗを掃除する。自律型電気掃除機１は、図５のように居室Ｒの壁際Ｗを進行方向の左側に見ながら時計回り（右回り）に移動する。つまり、本体ケース２１は、掃除場所Ａの外縁の際に沿って走行する場合に、本体ケース２１の左側端部を沿わせて移動する。吸込口４５は、本体ケース２１の左側に偏倚しているため、本体ケース２１が掃除場所Ａの外縁の際に沿って走行する場合には、壁際Ｗの塵埃を効率的に吸い込むことができる。

なお、自律型電気掃除機１は、居室Ｒの壁際Ｗを進行方向の右側に見ながら反時計回り（左回り）に移動しても良い。つまり、本体ケース２１は、掃除場所Ａの外縁の際に沿って走行する場合に、本体ケース２１の右側端部を沿わせて移動する。この場合には、吸込口４５は、本体ケース２１の右側に偏倚して設けられていることが好ましい。

これら、掃除場所Ａの外縁の際に沿って、掃除場所Ａを少なくとも１周巡って掃除場所Ａの外縁の際を掃除する走行経路Ｒ１を、「外縁際掃除走行様式（外縁際掃除走行パターン）」と称する。

ところで、自律型電気掃除機１の充電台２３は、一般的に配線用差込接続器のプラグ受けＣ（所謂コンセント）の近くの壁際Ｗに設置される。そして、自律型電気掃除機１は、充電台２３に電気的に接続された状態で二次電池２２を充電しながら、掃除運転を待機している。そのため、自律型電気掃除機１は、充電台２３から離脱して（出発して）掃除を始める際や、充電台２３へ帰巣（帰還）して待機状態へ移行する直前に、壁際Ｗに沿って走行し、壁際の仕上げ掃除を容易に実行できる。

また、図６に示すように、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、掃除場所Ａを画定し、かつ対向する２つの外縁、例えば居室Ｒの対向する２つの壁Ｗａ、Ｗｂの間をジグザグに往来して（以下、「ジグザグ走行」と言う。）被掃除面の全面を掃除する。一方の壁Ｗａから他方の壁Ｗｂへ向かう往路と他方の壁Ｗｂから一方の壁Ｗａへ向かう復路との離間距離は、吸込口４５の幅寸法より小さいことが好ましい。そうすることで、自律型電気掃除機１は、往路における吸込口４５の軌跡と復路における吸込口４５の軌跡との間に重複部分を生じることになり、被掃除面をよりきれいに掃除できる。

なお、自律型電気掃除機１は、掃除場所Ａの内側に配置される家具などの障害物Ｏ（つまり侵入不可能領域）に接触し、または接近した場合にも、進行方向を変える。進入不可領域は、少なくとも本体ケース２１が通過可能な離間距離だけ掃除場所Ａの外縁から離れている。本体ケース２１が通過できないほど掃除場所Ａの外縁に近い障害物Ｏは、便宜的に掃除場所Ａの外縁（つまり環境地図の外縁）と見なされる。そうすることで、自律型電気掃除機１は走行経路の不要な演算（例えば、通過不可能な領域を識別して走行経路から除外する処理）の負担を軽減し得る。

また、自律型電気掃除機１は、ジグザグ走行に代えて、または加えてランダム走行や反射走行などの既知の規則に則る走行様式で被掃除面の全面を掃除しても良い。自律型電気掃除機１は、ジグザグ走行、ランダム走行、反射走行などの既知の規則に則る走行様式を組み合わせ、または単一の走行様式を繰り返して被掃除面の全面を複数回掃除しても良い。

これら、既知の規則に則って掃除場所Ａの全面を網羅的に掃除する走行経路Ｒ２を、「広域掃除走行様式（広域掃除走行パターン）」と称する。

さらに、図７に示すように、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、掃除場所Ａの内側に配置される家具などの障害物Ｏ（つまり、環境地図情報上の進入不可能領域）の際をまとめて掃除する。障害物Ｏの際をまとめて掃除することを、以下「障害物際まとめ掃除」と呼ぶ。

ここで、「障害物際まとめ掃除」は、掃除場所Ａの内側にある複数の障害物Ｏ（Ｏ１、Ｏ２）を次々に渡り歩き、かつそれぞれの障害物Ｏの際を掃除する態様を含む。また、「障害物際まとめ掃除」は、ある障害物Ｏの際を一巡する以前に他の障害物Ｏへ移動して、他の障害物Ｏの際を掃除する態様を含む。「障害物際まとめ掃除」では、それぞれの障害物Ｏの際を少なくとも一巡することが好ましいが、一巡に足りなくても良い。「障害物際まとめ掃除」では、複数の障害物Ｏ（Ｏ１、Ｏ２）の間を最短経路で移動することが好ましいが、そうでなくても良い。「障害物際まとめ掃除」では、３つ以上障害物Ｏがある場合には、隣り合う障害物Ｏの間を最短経路で移動することが好ましいが、そうでなくても良い。つまり、「障害物際まとめ掃除」では、３つ以上障害物Ｏがある場合には、隣り合わない障害物Ｏへ移動しても良い。さらに、「障害物際まとめ掃除」では、ある障害物Ｏから他の障害物Ｏへ移動する際に、電動送風機３５を運転していても良いし、停止させていても良い。「障害物際まとめ掃除」は、掃除場所Ａの内側にある１つの障害物Ｏの際を掃除する態様を含む。

自律型電気掃除機１は、図７のように障害物Ｏの際を進行方向の左側に見ながら反時計回り（左回り）に移動する。つまり、本体ケース２１は、障害物Ｏの際に沿って走行する場合に、本体ケース２１の左側端部を沿わせて移動する。吸込口４５は、本体ケース２１の左側に偏倚しているため、本体ケース２１が掃除場所Ａの外縁の際に沿って走行する場合には、壁際Ｗの塵埃を効率的に吸い込むことができる。

なお、自律型電気掃除機１は、障害物Ｏの際を進行方向の右側に見ながら時計回り（右回り）に移動しても良い。つまり、本体ケース２１は、障害物Ｏの際に沿って走行する場合に、本体ケース２１の右側端部を沿わせて移動する。この場合には、吸込口４５は、本体ケース２１の右側に偏倚して設けられていることが好ましい。

また、自律型電気掃除機１は、障害物Ｏの際に本体ケース２１の正面から突っ込むようにして接近し、これを障害物Ｏの周囲を巡りながら繰り返しても良い。この場合、吸込口４５を自律型電気掃除機１の走行の前側端部に設けると、吸込口４５からの吸引力が障害物Ｏの際に及び易く、好適である。自律型電気掃除機１は、吸込口４５よりも前側に設けられ、本体ケース２１の前側から吸込口４５へ塵埃を掃き込むよう上下方向へ延びる回転軸を有する回転ブラシ（図示省略）を備えていることが好ましい。

これら、障害物Ｏの際をまとめて掃除する際の走行経路Ｒ３を、「障害物際掃除走行様式（障害物際掃除走行パターン）」と称する。

外縁際掃除走行様式、広域掃除走行様式、および障害物際掃除走行様式の走行経路Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、環境地図上で相互に重なりを有するよう設定されていても良いし、環境地図上で重ならないよう設定されていても良い。

そして、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、掃除場所Ａの掃除の仕上げ段階で、障害物際掃除走行様式に則って掃除を行う。つまり、制御部４３は、掃除場所Ａの掃除の仕上げ段階で、環境地図上で掃除場所Ａの内側に存する障害物Ｏを識別する進入不可領域の際をまとめて掃除する。

ここで、「掃除の仕上げ段階」とは、広域掃除走行様式で移動する掃除を少なくとも１回終えた後の一連の掃除運転の局面である。また、「掃除の仕上げ段階」以前に、外縁際掃除走行様式で移動する掃除、および障害物際掃除走行様式で移動する掃除の一方または両方を含んでいても良い。広域掃除走行様式より前に外縁際掃除走行様式で移動する掃除を行っておくことで、自律型電気掃除機１は、掃除場所Ａの外縁を確定できるため、広域掃除走行様式における走行経路を容易に設定することができる。

また、制御部４３は、障害物際掃除走行様式で移動する掃除を行った後に、さらに外縁際掃除走行様式で移動する掃除を行っても良い。つまり、制御部４３は、進入不可領域の際を掃除した後、さらに掃除場所Ａの外縁の際を掃除しても良い。また、制御部４３は、掃除の仕上げ段階で、外縁際掃除走行様式で移動する掃除、および障害物際掃除走行様式で移動する掃除の両方を順序不同で行っても良い。

制御部４３は、環境地図上に進入不可領域が複数あり、かつ二次電池２２の残量が進入不可領域の全てを巡回するのには不足すると判断した場合には、巡回する進入不可領域を優先度にしたがって制限する。制限する場合の優先度は、例えば、侵入不可能領域の大きさ（広さ）、侵入不可能領域と充電台２３との離間距離の長短、現在位置から充電台２３へ最短で帰巣する経路と侵入不可能領域との離間距離の長短など走行経路の増加量、または現在位置から充電台２３へ直帰する走行経路を基準とする走行経路の増加率である。また、優先度は、操作端末７の地図上で使用者が任意に選択するものであっても良い。

制御部４３は、侵入不可能領域の全てを巡回する場合の総距離と二次電池２２の残量から推測される走行可能距離とを比較して、二次電池２２の残量が進入不可領域の全てを巡回するのには不足するか否かを判断する。そして、二次電池２２の残量が進入不可領域の全てを巡回するのには不足すると判断した場合には、制御部４３は、優先度にしたがって巡回する進入不可領域を減じた場合の総距離と二次電池２２の残量から推測される走行可能距離とを比較して、巡回する進入不可領域を優先度にしたがって抽出する。

また、制御部４３は、二次電池２２の残量が進入不可領域を一巡（一周）するのには不足すると判断した場合には、周回の途中で充電台２３への帰巣を開始しても良い。

図８は、本発明の実施形態に係る自律型電気掃除機の掃除場所Ａの一例の平面図である。

図８に示すように、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、掃除場所Ａをそれよりも小さい小区分ａに分割して、それぞれの小区分ａ毎に掃除を行うことができる。例えば、自律型電気掃除機１は、掃除場所Ａを９つの小区分ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７、ａ８、およびａ９に分割して、小区分ａ１から小区分ａ９を順番に、または順番不同に掃除する。この際に、自律型電気掃除機１は、ある小区分ａの仕上げ掃除を終えた後に、次の小区分ａの掃除を開始する。なお、次に掃除を開始する小区分ａは、その直前に掃除を終えた小区分ａに隣接していることが好ましい。そうすることで、自律型電気掃除機１は、掃除場所Ａを効率的に掃除できる。

これら小区分ａは、環境地図情報に識別されて地図情報記憶部７７に記憶される。小区分ａは、事前に準備された環境地図上に予め定める規則に従って自動的に区分けされるものであっても良いし、操作端末７に表示される環境地図上で行われる使用者の操作に基づいて区分けされるものであっても良い。また、小区分ａは、ＳＬＡＭによって自己位置推定と同時に作成される環境地図上に、予め定める規則に従って自動的に区分けされるものであっても良い。

小区分ａを設定する規則とは、例えば掃除場所Ａを最大３メートル四方の四角形に区切ると言うようなものである。また、小区分ａを設定する規則とは、例えば、複数の居室と、複数の居室を接続する廊下と、を別々の小区分に区切るというようなものである。

そして、自律型電気掃除機１は、小区分ａ毎に、小区分ａの掃除の仕上げ段階で、障害物際掃除走行様式に則って掃除を行う。つまり、走行経路Ｒ３－１、Ｒ３－２、Ｒ３－３、Ｒ３－４、Ｒ３－５、Ｒ３－６、Ｒ３－７、Ｒ３－８、およびＲ３－９に示すように、制御部４３は、小区分ａ毎に、小区分ａの掃除の仕上げ段階で、小区分ａの内側に存する障害物を識別する進入不可領域の際をまとめて掃除する。換言すると、制御部４３は、小区分ａ毎に、障害物際まとめ掃除を行う。

また、制御部４３は、小区分ａに掃除場所Ａの外縁が含まれている場合には、小区分ａに含まれる掃除場所Ａの外縁の際を巡って掃除し、その他の場合には、小区分ａの際を巡る掃除を不実行する。具体的には、図８中の小区分ａ１から小区分ａ４、および小区分ａ６から小区分ａ９は、掃除場所Ａの外縁を含んでいる。そこで、走行経路Ｒ１－１、Ｒ１－２、Ｒ１－３、Ｒ１－４、Ｒ１－６、Ｒ１－７、Ｒ１－８、およびＲ１－９に示すように、制御部４３は、小区分ａ１から小区分ａ４、および小区分ａ６から小区分ａ９を掃除する際に、小区分ａ毎に、外縁際掃除走行様式で移動する掃除を行う。

なお、外縁際掃除走行様式で移動する範囲は、掃除場所Ａの外縁、つまり環境地図における外縁のみであっても良いし、小区分ａ１の境界の際の全て、つまり環境地図の内側を通る小区分ａ１の境界の際を含んでいても良い。外縁際掃除走行様式で移動する掃除を行う局面は、小区分ａの掃除の仕上げ段階であることが好ましい。図８中の小区分ａ５は、掃除場所Ａの外縁を含んでいない。そのため、制御部４３は、小区分ａ５を掃除する際に、外縁際掃除走行様式で移動する掃除を行っても良いし、行わなくても良い。

以上のように、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、掃除場所Ａの掃除の仕上げ段階で、環境地図上で掃除場所Ａの内側に存する障害物Ｏを識別する進入不可領域の際をまとめて掃除する。換言すると、自律型電気掃除機１は、掃除の仕上げ段階で、障害物際掃除走行様式に則って掃除を行う。そのため、自律型電気掃除機１は、掃除の最中に弾き飛ばされ、かつ掃除場所Ａの内側に配置された椅子の脚のような障害物Ｏの際に達して溜まった塵埃を取り残すことがない。

また、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、少なくとも本体ケース２１が通過可能な離間距離だけ掃除場所Ａの外縁から離れている障害物Ｏを、環境地図上の進入不可領域として認識する。そのため、自律型電気掃除機１は、本体ケース２１が通過できないほど掃除場所Ａの外縁に近い障害物Ｏを環境地図の外縁の一部として識別し、走行経路の不要な演算の負担を軽減できる。

ところで、広域掃除走行様式や障害物際掃除走行様式における最適な走行経路の演算の負担は、掃除場所Ａの床面積が大きくなり、その内側に存在する障害物Ｏの総数が増えるほど増加する。また、掃除場所Ａの床面積が大きくなり、その内側に存在する障害物Ｏの総数が増えるほど、障害物際掃除走行様式における走行経路の総距離は、長くなる。そこで、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、掃除場所Ａを複数の小区分ａに区分けし、この小区分ａ毎に、小区分ａの掃除の仕上げ段階で、小区分ａの内側に存する障害物Ｏを識別する進入不可領域の際をまとめて掃除する。そのため、自律型電気掃除機１は、走行経路の演算の負荷を軽減し、かつ効率的な走行経路を設定することができる。

また、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、環境地図上に進入不可領域が複数あり、かつ二次電池２２の残量が進入不可領域の全てを巡回するのには不足すると判断した場合には、巡回する進入不可領域を制限する。そのため、自律型電気掃除機１は、掃除の仕上げの段階で、障害物際掃除走行様式に則って掃除している最中に、掃除場所Ａで停止してしまうことを避け、かつ可能な限り障害物Ｏの際を仕上げ掃除しておくことができる。

さらに、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、進入不可領域の際を掃除した後、さらに掃除場所Ａの外縁の際を掃除する。そのため、自律型電気掃除機１は、掃除場所Ａの内側に存する障害物Ｏの際に溜まった塵埃に加えて、掃除場所Ａの壁際に溜まった塵埃を取り除くことができる。

また、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、小区分ａに掃除場所Ａの外縁が含まれている場合には、小区分ａに含まれる掃除場所Ａの外縁の際を巡って掃除し、その他の場合には、小区分ａの際を巡る掃除を行わない。そのため、自律型電気掃除機１は、掃除場所Ａの内側に存する障害物Ｏの際に溜まった塵埃に加えて、掃除場所Ａの壁際に溜まった塵埃をより確実に取り除くことができる。

さらに、本実施形態に係る自律型電気掃除機１は、進行方向に対して左右いずれか一方に偏倚して設けられる吸込口４５を有し、かつ掃除場所Ａの外縁の際、および進入不可領域の際に沿って走行する場合に、掃除場所Ａの外縁の際、および進入不可領域の際に本体ケース２１の一方の側部を沿わせて走行する。そのため、自律型電気掃除機１は、掃除場所Ａの外縁の際、および進入不可領域の際に溜まった塵埃を、より確実に捕集できる。

したがって、本実施形態に係る自律型電気掃除機１によれば、環境地図に基づいて走行経路を設定し、この走行経路に倣って掃除を行う際に、掃除場所Ａの内側に配置された障害物Ｏの際に溜まった塵埃を取り残さず、掃除を仕上げることができる。

上述したように、本実施形態の自律型電機掃除機１は、掃除場所の外縁を画定する壁や、壁に沿って配置された家具などの外縁障害物と、床面との際を掃除する工程とは別途に、掃除場所を全体的に掃除してから、外縁障害物から離れた位置にある机や椅子などの内側障害物と、床面との際を掃除する工程を仕上げ掃除として行う。こうすれば、自律型電機掃除機１の掃除中に、例えば回転ブラシ３１によって塵埃がはじき飛ばされ、机や椅子などのような内側障害物と床との際で取り残されたとしても、仕上げ掃除の段階で取り除くことが可能となる。

もっとも、内側障害物と床面との際を掃除する工程は、仕上げ掃除として行うのみではなく、掃除場所全体を掃除する前（つまり、前処理工程）に行うようにしても一定の効果を得ることができる。一般に、壁など何らかの障害物の際には、その他の広く平らな場所よりも塵埃が多く溜まる傾向がある。そこで、掃除場所を全体的に掃除する前に、内側障害物と床面との際を掃除する前処理工程を行っておくことで、自律型電機掃除機１の掃除走行により舞い上げる塵埃の量を減らすことができ、ひいては掃除後に床面に残る塵埃の量を減らす量を減らすことができる。このように、内側障害物と床面との際を掃除する前処理工程を行う場合、外縁障害物と床面との際についても、掃除場所全体を掃除する前に、掃除しておくと、より多くの塵埃を先に取り除くことができ効果的である。この効果は、内側障害物の際の掃除と、外縁障害物の際の掃除とのどちらを先に行っても得ることができる。

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。

１…自律型電気掃除機、２…運転制御システム、３…電気通信網、４…サーバ、５…遠隔操作端末、６…構内端末、７…操作端末、８…外部ネットワーク、９…構内通信網、１１…中継通信機器、１３…インターネット、２１…本体ケース、２２…二次電池、２３…充電台、２４…電源コード、３１…回転ブラシ、３２…ブラシ用電動機、３３…塵埃容器、３５…電動送風機、４１…走行部、４２…カメラ部、４３…制御部、４５…吸込口、４６…駆動輪、４７…電動機、４８…従動輪、５１…通信部、５２…報知部、５３…表示部、６０…撮像素子、６１…光学系、６５…画像記憶部、７１…自律制御部、７２…カメラ制御部、７５…走行制御部、７６…掃除制御部、７７…地図情報記憶部。

Claims (7)

1. 自律移動可能な本体と、
   掃除場所の環境地図を記憶する記憶部と、
   前記環境地図に基づいて前記本体を移動させて前記掃除場所の掃除を行う制御部と、
   前記掃除場所の塵埃を吸い込むための負圧を発生させる電動送風機と、を備え、
   前記制御部は、前記掃除場所の全面を網羅的に掃除する広域掃除走行様式を少なくとも１回終えた後の一連の掃除の仕上げ段階で、前記環境地図上で前記掃除場所の内側に存する複数の障害物を識別する複数の進入不可領域を、ある前記進入不可領域から他の前記進入不可領域へ移動する際に前記電動送風機を停止させ次々に渡り歩いてそれぞれの前記進入不可領域の際をまとめて掃除する自律型電気掃除機。
2. 前記進入不可領域は、少なくとも前記本体が通過可能な離間距離だけ前記掃除場所の外縁から離れている請求項１に記載の自律型電気掃除機。
3. 前記環境地図には前記掃除場所よりも小さい小区分が識別され、
   前記制御部は、前記小区分毎に、前記小区分の掃除の仕上げ段階で、前記小区分の内側に存する障害物を識別する進入不可領域の際をまとめて掃除する請求項１または２に記載の自律型電気掃除機。
4. 自律走行に費やされる電力を蓄える二次電池を備え、
   前記制御部は、前記環境地図上に前記進入不可領域が複数あり、かつ前記二次電池の残量が前記進入不可領域の全てを巡回するのには不足すると判断した場合には、巡回する前記進入不可領域を制限する請求項１から３のいずれか１項に記載の自律型電気掃除機。
5. 前記進入不可領域の際を掃除した後、さらに前記掃除場所の外縁の際を掃除する請求項１から４のいずれか１項に記載の自律型電気掃除機。
6. 前記制御部は、前記小区分に前記掃除場所の外縁が含まれている場合には、前記小区分に含まれる前記掃除場所の外縁の際を巡って掃除し、前記小区分に前記掃除場所の外縁が含まれていない場合には、前記小区分の際を巡る掃除を不実行する請求項３に記載の自律型電気掃除機。
7. 前記本体は、進行方向に対して左右いずれか一方に偏倚して設けられる吸込口を有し、かつ前記掃除場所の外縁の際、および前記進入不可領域の際に沿って走行する場合に、前記掃除場所の外縁の際、および前記進入不可領域の際に前記本体の一方の側部を沿わせて走行する請求項１から６のいずれか１項に記載の自律型電気掃除機。

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