JPH078271B2 - 自走式掃除機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、清掃機能と移動機能とを備え、床面の清掃
を行なう自走式掃除機に関するものである。

従来の技術 従来より、掃除機に移動機能を付加して清掃時の操作性
の向上を図った掃除機が開発されている。特に最近で
は、これにマイクロコンピュータと各種センサ類を搭載
することにより、清掃場所の移動を自分で判断しつつ清
掃を行なう、いわゆる自立誘導型の自走式掃除機の開発
も行なわれている。

この種の自走式掃除機では、左右の走行輪にロータリエ
ンコーダ等を接続して走行輪の回転数から移動速度およ
び移動距離を計測するとともに移動方向を決定し、本体
周囲に超音波等を利用した障害物検知センサを備えて障
害物回避を行なっているのが通常である。また、移動方
向の計測をより確実にするためにガスレートジャイロ等
のジャイロセンサを付加しているものもある。

発明が解決しようとする問題点 しかし、このような方式のものでは移動距離の計測を走
行輪の回転数のみに頼っているため、走行輪と移動面と
のすべりによる計測誤差は避けられないものであった。
したがって、本来直進すべきコースを徐々に左右にずれ
て移動したり、移動距離が長くなると誤差が累積して位
置判断ができなくなり清掃のやり残しや誤動作を行なう
という問題があった。また、ジャイロセンサを付加した
ものであっても、一般に使用されるガスレートジャイ
ロ，振動型ジャイロ等のジャイロセンサは時間や温度に
よる基準点のドリフトが大きく、使用時間が長くなると
移動方向の計測誤差が累積してしまうという問題点が残
っていた。特に自走式掃除機の場合、清掃用の回転ブラ
シ等による外力を受けやすい上、移動面が限定されない
ため、例えば、ワックスがけをした床面や凹凸のあるじ
ゅうたん面では走行輪のすべりが大きく、自立誘導によ
る移動はほとんど不可能であった。また、走行輪にかか
る重力荷重を大きくしたり、走行輪に凹凸を設けて接地
抵抗を大きくして走行輪のすべりを抑えて移動距離の計
測誤差を小さくする方法も考えられるが、移動面によっ
ては畳やじゅうたん等のように傷付きやすいものがあ
り、これにも限界があった。

そこで、本発明はいかなる移動面においても、走行輪の
すべりに関係なく自立誘導によって移動し、移動面をく
まなく清掃できるとともに移動面を傷付けることのない
自走式掃除機を提供するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決する本発明の技術的手段は、本体を移
動させる走行輪と、走行輪を駆動させる駆動装置と、移
動方向を変える操舵装置と、前記本体内に設けた清掃装
置とを有し、掃除するための移動方向にしたがって走行
輪および操舵装置を駆動して掃除を行う自走式掃除機で
あって、移動面からの反射光を受光して移動面との相対
速度を検知する速度センサを本体の左右に少なくとも各
１個ずつ１対備えるとともに、これら速度センサからの
信号を処理して操舵装置に信号を出力する操舵制御回路
を備え、前記操舵制御回路は直進中には前記左右の速度
センサによって本体左右の移動距離が同一になるように
操舵制御するものである。

作用 この技術的手段による作用は次のようになる。すなわ
ち、本体の左右に取付けた移動面からの反射光を受光す
る受光体を有する速度センサによって、本体左右のそれ
ぞれの移動面との相対速度を検知して移動距離および移
動方向の計測を行なう。したがって、走行輪の回転数か
ら間接的に移動速度や移動距離を計測するのではなく直
接的にしかも非接触でこれらを計測できるため、走行輪
が滑っても本体左右の移動距離を正確に検出でき、しか
も、左右の速度センサにより検出した移動距離が同一と
なるように操舵制御するので、移動方向が走行輪の滑り
などのよりずれてしまうことを防止でき、掃除し残すこ
とがない。

実 施 例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。

第１図〜第４図において、１は自走式掃除機の本体、２
は電動送風機、３はフィルタ、４は集塵室で、この集塵
室４はホース５を介してノズル６と接続している。ノズ
ル６には吸込口７が設けられ、その前部に回転して移動
面Ａのゴミを吸込口７へかき込む回転ブラシ８と後部に
固定ブラシ９が取付けられている。また、ノズル６の左
右に位置してサイドブラシ10L,10Rが本体１の両側に取
付けられており、回転して本体１左右の床面のゴミを吸
込口７へ導くよっになっている。11L,11Rはそれぞれ本
体１左右に設けられた走行輪で、それぞれ左右の駆動モ
ータ12L,12Rと連結している。13は本体１の底面に回動
自在に取付けられた補助輪である。14は蓄電池等の電
源,15は制御回路である。16L,16Rは本体１の底面左右に
取付けられた１対の速度センサで、移動面Ａからの反射
光を受光する受光体を有し操舵制御回路15と接続してい
る。17,17′および18,18′および19,19′は、それぞれ
本体１の前面，左右側面に２個ずつ取付けられた障害物
検知センサで、超音波送受信素子または発光体と受光体
等からなり障害物の有無または障害物までの距離を検知
する。20は本体１内の中央部に取付けられたジャイロス
コープ，カスレートジャイロ，振動型ジャイロ等のジャ
イロセンサで、方向変換時の角度変位を検知する。ま
た、各種センサ16〜20および駆動モータ12L,12Rは第４
図に示すように操舵制御回路15と接続して本体１の移動
制御を行なっている。

ここで、速度センサ16L,16Rについて第５図〜第６図に
もとづいて説明する。速度センサ16は、例えば可視光，
赤外光等の発光体と、移動面Ａからの反射光を受光する
レンズまたは光ファイバーと、受光体とからなる空間フ
ィルタ速度センサで、大きく分類すると光学式とレーザ
式の２方式がある。

第５図は光学式速度センサの概略構成図で、21はラン
プ,LED等の発光体、22はレンズ、23はフォトダイオー
ド，太陽電池等の受光体、24は周波数分析回路、25は速
度演算回路である。発光体21の発光によって移動面Ａの
像がレンズ22を介して受光体23上に結像される。このと
き速度センサ16がＢの方向へ移動すると、その移動によ
って受光体23上の像も移動するため受光体23からはこの
移動に応じた信号が出力される。この出力信号の周波数
を周波数分析回路25で分析して得られたピーク周波数が
移動速度に比例することから速度演算回路25によって移
動速度としての出力が得られるものである。

第６図はレーザ式速度センサの概略構成図で、26は半導
体レーザ等のレーザ発光体、27はこれと接続して移動面
Ａにレーザ光を誘導して照射する発光側光ファイバー、
28は移動面Ａで反射したレーザ光を受光する複数の光フ
ァイバーからなる光ファイバー列、29,30は光ファイバ
ー列28と１本おきに接続して移動面Ａからの反射レーザ
光を受光するフォトダイオード等の受光体、31は差動増
幅器、32は速度演算回路である。レーザ発光体26で発光
したレーザ光は光ファイバー27を介して移動面Ａに照射
される。このとき、移動面Ａ上には照射光と移動面Ａか
らの乱反射光とによってレーザ光特有の干渉模様（スペ
ックルパターン）が生じる。この干渉模様を光ファイバ
ー列28でピックアップするとともに２つの受光体29,30
に誘導する。この干渉模様は、例えば速度センサ16がＢ
の方向へ移動すると光ファイバー列28から見るとＢと反
対方向へ移動する。したがって、速度センサ16の移動に
応じた信号が受光体29,30から出力され、これを差動増
幅器31を通してその出力パルス数を速度演算回路32でカ
ウントすることにより移動速度としての出力が得られ
る。

以上、２列の速度センサ16について述べたが、要は、移
動面Ａの結像の移動か、移動面Ａ上に生じた干渉模様の
移動からの差はあるが、移動面Ａかの反射光を受光体に
よって受光し移動速度を演算するという基本原理は同一
であり、具体的な構成はこの他にもいくつかの方式があ
る。

以上のように構成された自走式掃除機について、以下そ
の動作を説明する。

例えば、第７図に示すような掃除場所に本発明の自走式
掃除機を置いたとすると、まず、本体１の前面，左右側
面に取付けられた障害物検知センサ17,17′,18,18′,1
9,19′によって周囲壁Ｃを検知しながら矢印Ｄに示すよ
うに、周囲壁Ｃに沿って移動面Ａを移動しつつ清掃を行
なう。このとき、本体の左右に取付けられた１対の速度
センサ16L,16Rによって移動中のそれぞれの移動面Ａに
対する相対速度を検知することにより移動距離および移
動方向の計測を行なうととも操舵制御回路15に設けられ
た記憶回路に順次記憶していく。したがって、周囲壁Ｃ
に沿って一周し、もとの場所へ戻ったときには掃除場所
の形状と大きさが記憶回路に記憶されている。また、た
とえ移動面Ａがすべりやすく走行輪11Lまたは11Rがすべ
りながら移動したとしても移動距離の計測誤差が大きく
なることはない。

このように周囲壁Ｃに沿って一周しもとの場所へ戻る
と、次は第８図に示すように、対向壁C1に向って直進
し、対向壁C1と一定の距離まで接近すると矢印Ｅに示す
ように90゜方向変換を２回行ない、再び次の対向壁C2に
向って直進する。この直進時には、速度センサ16L,16R
によって本体１の左右の移動距離が同一になるように制
御されるため、たとえ移動面Ａに凹凸があって本体１の
方向が変化したとしても必ず直進するように方向修正す
ることができる。掃除機が次の対向壁C2と一定の距離ま
で接近すると再び矢印Ｆに示すように90゜方向変換を２
回行ない以下上記の動作を繰り返し、第９図の矢印Ｇの
示すように掃除場所をくまなく清掃することができる。

また、本実施例では上記の対向壁と一定の距離まで接近
して90゜方向変換を行なうときには、速度センサ16L,16
RのＢ方向への移動変位成分が小さくなり、方向変位が
直進時ほど正確に計測できないためジャイロセンサ20を
併用して方向変換角度をより正確に計測している。そし
てジャイロセンサ20は方向変換時の短時間しか使用しな
いため、一般的なガスレートジャイロや振動型ジャイロ
等のジャイロセンサであっても、時間や温度による基準
点のドリフトが計測値に与える影響はほとんどない。

なお、以上述べた移動手順そのものは一例であり、要は
本体１の左右に取付けた速度センサ16L,16Rによって、
たとえ移動面Ａがすべりやすく走行輪11Lまたは11Rがす
べったとしても移動距離の計測誤差に影響を与えること
なく、しかも直進性が確保できるものであり移動手順は
どんな方法であっても良い。

発明の効果 以上のように本発明は、移動面からの反射光を受光して
移動面との相対速度を検知する速度センサを本体の左右
に少なくとも各１個ずつ１対備えるとともに、これら速
度センサからの信号を処理して操舵装置に信号を出力す
る操舵制御回路を備えることにより、たとえ移動面がワ
ックスがけをした床面や凹凸のあるじゅうたん面等のす
べりやすい面であっても、走行輪が滑っても本体左右の
移動距離を正確に検出でき、しかも、左右の速度センサ
により検出した移動距離が同一となるように操舵制御す
るので、移動方向が走行輪の滑りなどのよりずれてしま
うことを防止でき、掃除し残すことがない。また、走行
輪の滑りを抑制するために本体の重量を重くする必要も
ないので、床面を傷つけることも防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の自走式掃除機の側断面図、
第２図は同自走式掃除機の平面図、第３図は同自走式掃
除機の底面図、第４図は同自走式掃除機の各部分の接続
を示すブロック図、第５図は光学式速度センサの概略構
成図、第６図はレーザ式速度センサの概略構成図、第７
図〜第９図は同自走式掃除機の移動手順の一例を示す説
明図である。 １……本体、２……電動送風機、６……ノズル、11L,11
R……走行輪、12L,12R……駆動モータ、14……電源、15
……操舵制御回路、16L,16R……速度センサ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】本体を移動させる走行輪と、走行輪を駆動
   させる駆動装置と、移動方向を変える操舵装置と、前記
   本体内に設けた清掃装置とを有し、掃除するための移動
   方向にしたがって走行輪および操舵装置を駆動して掃除
   を行う自走式掃除機であって、移動面からの反射光を受
   光して移動面との相対速度を検知する速度センサを本体
   の左右に少なくとも各１個ずつ１対備えるとともに、こ
   れら速度センサからの信号を処理して操舵装置に信号を
   出力する操舵制御回路を備え、前記操舵制御回路は直進
   中には前記左右の速度センサによって本体左右の移動距
   離が同一になるように操舵制御する自走式掃除機。
2. 【請求項２】速度センサは、可視光または赤外光を発光
   する発光体と、移動面からの反射光を受光するレンズま
   たは光ファイバーと、レンズまたは光ファイバーからの
   光を受光する受光体とからなる特許請求の範囲第１項記
   載の自走式掃除機。
3. 【請求項３】方向転換時に操舵制御回路へ信号を出力す
   るジャイロセンサを備えた特許請求の範囲第１項記載の
   自走式掃除機。