JP2003310509A

JP2003310509A - 自走式掃除機

Info

Publication number: JP2003310509A
Application number: JP2002120202A
Authority: JP
Inventors: Saku Egawa; 索柄川; Taiji Tajima; 泰治田島; Minoru Arai; 穣荒井; Atsushi Koseki; 篤志小関; Ikuo Takeuchi; 郁雄竹内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-04-23
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2003-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】壁際と壁の隅を漏れなく迅速に掃除を行なうこ
とのできる自走式掃除機を提供する。【解決手段】本体と、本体を移動させる駆動手段と、吸
口部と、吸口部と本体を相対的に移動可能に接続する吸
口部移動手段と、を備える自走式掃除機において、吸口
部移動手段は、本体が直進する時に、吸口部を本体の前
方略中央に位置させ、かつ、吸口部の前縁を直進移動の
方向と略直交させる標準配置に、前記吸口部を配置さ
せ、かつ、本体が壁面の近傍において旋回する時に、旋
回方向と逆側の吸口部前縁端部を壁面に接触あるいは近
接させるように吸口部を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自走して清掃を行
なう自走式掃除機に関する。

【０００２】

【従来の技術】自走して清掃を行なう自走式掃除機、あ
るいは掃除ロボットの従来の技術として、例えば、特開
平７−８８４５３号公報には、ロボット本体の進行方向
を変更するステアリング装置と、側壁に対して接近、及
び離間する方向に往復移動可能に設けられ、掃除機構が
装備されたスライド装置と、側壁から受ける接触力を検
出する接触力検出器と、検出された力に基づいてスライ
ド装置とステアリング装置を制御する掃除ロボットが開
示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】床面と壁が交差する壁
際の部分と、床面と２つの壁面が交差する隅の部分に
は、ゴミがたまりやすいため、自走式掃除機には、それ
らの場所を漏れなく掃除することが求められる。迅速に
壁際と隅を清掃するためには、ゴミを吸引する吸口部を
壁際に沿わせつつ、壁に沿って自走でき、さらに、隅に
到達したときに、その場で旋回して、交差する壁面に沿
って自走できることが望ましい。

【０００４】しかし、従来の技術では、掃除機構が壁に
つかえるため、隅まで到達した時に、その場で旋回する
ことができず、一旦後退してから旋回するなど、後退・
前進・旋回を複雑に組み合わせた走行を行なう必要があ
った。

【０００５】このため、掃除に時間がかかったり、走行
制御の誤差が大きくなるという問題があった。

【０００６】そこで本発明の目的は、壁際と壁の隅を漏
れなく迅速に掃除できる自走式掃除機を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の特徴とするところは、本体と、本体を移動
させる駆動手段と、吸口部と、吸口部と本体を相対的に
移動可能に接続する吸口部移動手段と、を備える自走式
掃除機において、吸口部移動手段は、本体が直進する時
に、吸口部を本体の前方略中央に位置させ、かつ、吸口
部の前縁を直進移動の方向と略直交させる標準配置に、
前記吸口部を配置させ、かつ、本体が壁面の近傍におい
て旋回する時に、旋回方向と逆側の吸口部前縁端部を壁
面に接触あるいは近接させるように吸口部を移動させる
ことにある。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の自走式掃除機の構造を図
１、図２に示す。

【０００９】図１は、本発明の自走式掃除機の第１の実
施例の上面図、図２は側面図である。図では、カバー１
９は断面を表示している。

【００１０】自走式掃除機１は、本体２と、吸口部３
と、吸口部移動手段であるリンク機構４を備えている。

【００１１】本体２は、ベース５と、左右の車輪６ａ、
６ｂを備えている。ベース５の上には、車輪を駆動する
モータ７ａ，７ｂと、ゴミを吸引する集塵機８と、シス
テムの動作を制御する制御装置９と、システムに電力を
供給する電池１０を備えている。

【００１２】リンク機構４は、ベース５に設けられた回
転対偶である関節２１，２２と、吸口部３に設けられた
関節２３，２４と、関節２１と２３を結ぶリンク２５
と、関節２２と２４を結ぶリンク２６と、リンク機構４
を中立状態に引き戻すばね２７、２８を備えている。こ
こで、関節２１，２２間の距離が、関節２３，２４間の
距離よりも大きくなるように関節を配置している。

【００１３】自走式掃除機１は、モータ７ａ，７ｂによ
り、車輪６ａ，６ｂを駆動することにより自走し、集塵
機８により、吸口部３からゴミを吸引して掃除を行な
う。車輪６ａ，６ｂを両方とも前側に等しい速度で回転
させると、本体２は直進し、車輪６ａ，６ｂを異なる速
度で回転させると、本体２は旋回する。特に、車輪６
ａ，６ｂを逆向きに等しい速度で回転させると、本体２
はその場旋回を行なう。

【００１４】ここで、その場旋回とは、左右の車輪を逆
向きに等速度で回転させることにより、最小のスペース
で方向転換を行なう旋回であり、旋回中心は、左右の車
輪を結ぶ線分の中点になる。ここでは、本体２を円筒形
に形成しており、上方から見た時、本体２の中心と旋回
中心が一致する。また、本体２の直径は、吸口部３の幅
よりも小さくしている。

【００１５】以下、本発明の自走式掃除機の壁際および
隅の走行について説明する。

【００１６】図３は、本発明の自走式掃除機の走行の方
法を説明するための上方から見た模式図である。

【００１７】まず、図３（ａ）に示すように、自走式掃
除機１は、本体２を壁１２に近接させ、かつ、吸口部３
の左側面３１を壁１２に接触させながら直進走行する。
なお、図では、見やすさのため、壁との間に隙間を設け
て表示している。この時は、吸口部３には大きな接触力
が加わらないので、吸口部３はリンク機構４とばね２
７，２８により、概ね標準配置に位置する。ここで、標
準配置とは、吸口部３が、本体２の前部中央に配置さ
れ、かつ、前縁３２が本体２の直進の方向、すなわち、
車輪６ａ，６ｂの転がる方向に直交する配置である。

【００１８】ただし、実際には、壁１２により押される
ため、標準配置より、左前縁端部３３が若干後ろにずれ
た姿勢になる。このため、自走式掃除機１は、吸口部３
の左前縁端部３３を壁１２に接触させた状態で走行す
る。

【００１９】上記の走行を継続すると、図３（ｂ）に示
すように、自走式掃除機１は、壁１２と壁１３の隅１４
に到達する。これにより、壁１２の壁際の掃除が完了す
る。

【００２０】次に、壁１３に沿って掃除を行なうため
に、自走式掃除機１は方向転換を行なう。ここで、もし
吸口部３が本体２に対して固定されているとすると、左
前縁端部３３や、本体２が壁１３にぶつかるため、本体
２をその場旋回させることができない。また、車輪６
ａ，６ｂを結ぶ線が壁１２と交差する点を中心に旋回を
行なえば、吸口部３と壁１３の干渉を避けられるが、そ
の場合は、本体２が壁１２と干渉する。このため、方向
転換を行なうためには、本体２を一旦後退させ、前進・
後退・旋回を組み合わせた、複雑な移動を行なう必要が
あり、方向転換に時間がかかる。また、複雑な移動を行
なうと、車輪のスリップが多く発生するため、車輪の回
転により、本体２の位置を検出する際の検出誤差が大き
くなる。位置検出の誤差が大きくなると、走行経路と計
画とのずれが大きくなるため、掃除漏れが生じるなどの
問題が生じる。また、壁添い走行を行なうことにより、
部屋を認識する方法を用いる場合、部屋の形状・大きさ
の検出誤差が大きくなる。

【００２１】しかし、本発明の自走式掃除機では、吸口
部３を隅に突き当てている図３（ｂ）の状態から、その
場旋回を行なうことが可能である。この状態で、本体２
をその場旋回させると、左前縁端部３３が壁１３によ
り、本体２の後方に向かって押される。すると、吸口部
３は、台形のリンク機構４とばね２７，２８で支持され
ているため、吸口部３は、半時計回りに回転しつつ、右
側に動く。これにより、左前縁端部３３は、壁に食い込
むことなく、壁に沿って動く。

【００２２】図３（ｃ）は、吸口部３が本体２に対し
て、最も大きく移動した状態を示している。この状態で
は、左前縁端部３３が基準円３４の中に入る。ここで基
準円３４は、中心がその場旋回の中心、すなわち本体２
の中心と等しく、標準状態における中心から吸口部３の
前縁までの距離Ａに半径が一致する円、すなわち、標準
状態における吸口部３の前縁に接する円である。

【００２３】図３（ｃ）に示す状態を越えて、本体２が
旋回すると、旋回に応じて、吸口部３は、ばね２７、２
８の力により、標準位置に向けて戻り、図３（ｄ）に示
すように９０度の旋回が終了する。旋回が終了すると、
壁１３に沿って直進走行する。

【００２４】上記により、壁際および隅を、漏れなく迅
速に掃除することが可能になる。

【００２５】上記のような走行が可能になるためには、
以下の条件が必要である。（１）リンク機構２が、吸口部３の前縁端部を基準円の
内部まで移動させられる可動範囲を有すること。これ
は、図３（ｃ）の状態を通過するために必要となる。（２）本体が、上から見て、基準円、すなわち、その場
旋回の中心を中心とし、標準配置における吸口部３の前
縁に接する円内に納まること。この条件は、その場旋回
をした時に、本体２が壁にぶつからないために要求され
る。本体２は、必ずしも円筒形である必要はないが、障
害物との干渉を避けるためには、本実施例のように円筒
形であることが望ましい。（３）標準配置における、吸口部３の前縁と、その場旋
回の中心の距離が、吸口部３の幅の半分に一致する、す
なわち、基準円の直径が吸口部３の幅と一致すること。
これは、壁の隅において、本体を９０度その場旋回させ
た時に、次の壁に沿って走行できる姿勢になるために要
求される。また、この条件が満たされると、壁から吸口
部３の幅の距離の範囲を、隅の部分を含めて漏れなく掃
除することができ、掃除の効率が高まる。

【００２６】なお、上記のうち（３）を満たしていない
場合であっても、旋回と前進を組み合わせることによ
り、後退することなく、壁に沿って隅に入った状態から
方向転換を行なうことも可能である。ただし、この場合
は、壁際は漏れなく掃除できるが、壁から吸口部３の幅
の範囲には、一部掃除の漏れが生じ、後で再度その場所
に来て掃除をする必要が生じる。

【００２７】次に、本発明に第２の実施例について説明
する。図４に、別の吸口部移動手段を備える自走式掃除
機の例を示す。上記の第一の実施例では、吸口部３を移
動する手段として、台形の４節型のリンク機構４とばね
２７，２８を用いているが、ここでは、その代わりに、
より簡便な方法として、吸口部３の前縁部中央に軸４１
を設けて、吸口部３を軸４１の回りに回転可能に支持
し、ばね４２，４３により、吸口部３を標準位置に引き
戻す機構を用いる。

【００２８】この場合も、第１の実施例と同様に機能す
る。だたし、第１の実施例の場合に比べて、吸口部３の
左右端部の前後方向の動きが大きくなり、吸口部３と車
輪６ａ，６ｂの最低距離が小さくなるため、機構設計の
条件が厳しくなる。

【００２９】次に、本発明に第３の実施例について説明
する。図５は、吸口部移動手段のさらに別の例を示す図
である。

【００３０】ここでは、吸口部移動手段として、リンク
機構５１と、吸口部駆動手段である直動駆動機構５２
と、両者を接続するばね５３，５４とを備えている。ま
た、吸口部３の前縁端部に、接触センサ５５，５６を備
えている。

【００３１】この機構は次のように動作する。接触セン
サ５５、５６により、右または左の前縁端部と壁の接触
が検知されると、制御装置９は、直動駆動機構５２を動
作させて、リンク機構５１を動かし、接触が検知された
前縁端部を壁から離す方向に吸口部３を動かす。これに
より、第１の実施例と同様に、吸口部３は、壁に沿って
動き、第１の実施例と同様に機能する。

【００３２】なお、直動駆動機構５２とリンク機構５１
の間をばね５３，５４で接続しているので、壁に短い間
隔で凹凸があって、直動駆動機構５２が追随できない場
合でも、吸口部３を壁に沿わせることができる。

【００３３】なお、接触センサ５５，５６の変わりに近
接センサを用いることもできる。この場合、吸口部３
は、壁に接触せず、小さい一定の間隔を保つように吸口
部３が移動する。

【００３４】この機構を用いれば、吸口部駆動手段を用
いず、ばねの力によって、吸口部を標準配置に引き戻す
第１の実施例に比べて、コストが上昇するが、壁との接
触力を小さくすることができ、吸口部３が床面の摩擦の
影響を受けずに、安定して移動する。

【００３５】また、ばね５３，５４の変位を測定するセ
ンサを設ければ、吸口部３に働く力を検出することがで
き、検出した力に応じて直動駆動機構５２を駆動すれ
ば、吸口部３に仮想的なばね特性を与えることができ
る。

【００３６】なお、第１または第２の実施例において
も、ばね２７，２８またはばね４２，４３の変位を測定
することにより、吸口部３に働く力を測定することがで
きる。測定した力は、吸口部３を壁に接触させて走行す
る時の、走行制御に利用できる。

【００３７】第１および第３の実施例では、台形の４節
リンク機構を用いたが、その代わりに、左右のリンクが
平行な、平行リンク機構を用いることもできる。この場
合も、第１および第３の実施例と同様に機能するが、台
形リンクの場合に比べて、前後方向の動きが小さくるた
め、吸口部３を動かすための接触力が大きくなるので、
平行リンク機構は、吸口部駆動手段を有する第３の実施
例の方が適している。

【００３８】なお、上記において、直交する、距離が一
致する、中心が一致する等の幾何学的条件を述べている
が、実際の機構には、たわみが存在し、誤差を吸収でき
るので、これらは、必ずしも厳密に満たす必要はなく、
ほぼ一致すればよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明の自走式掃除機によれば、壁際と
壁の隅を漏れなく迅速に掃除を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自走式掃除機の第１実施例の上面
図である。

【図２】本発明に係る自走式掃除機の第１実施例の側面
図である。

【図３】本発明に係る自走式掃除機の第１実施例の上面
図である。

【図４】本発明に係る自走式掃除機の第２実施例の上面
図である。

【図５】本発明に係る自走式掃除機の第３実施例の上面
図である。

【符号の説明】

１…自走式掃除機、２…本体、３…吸口部、４…リンク
機構、６ａ，６ｂ…車輪、８…集塵機、９…制御装置、
１２，１３…壁、１４…隅、２７，２８…ばね、３４…
基準円、４１…軸、５２…直動機構駆動機構。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者荒井穣茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者小関篤志茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者竹内郁雄茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内Ｆターム(参考） 3B057 DA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本体と、前記本体に設けられ、前記本体を
移動させる駆動手段と、吸口部と、前記吸口部と前記本
体を相対的に移動可能に接続する吸口部移動手段と、を
備える自走式掃除機において、前記吸口部移動手段は、前記本体が直進する時に、前記
吸口部を前記本体の前方略中央に位置させ、かつ、前記
吸口部の前縁を前記直進移動の方向と略直交させる標準
配置に、前記吸口部を配置させ、かつ、前記吸口部移動手段は、前記本体が壁面の近傍に
おいて旋回する時に、旋回方向と逆側の前記吸口部の前
縁端部を前記壁面に接触あるいは近接させるように前記
吸口部を移動させることを特徴とする自走式掃除機。
【請求項２】請求項１に記載の自走式掃除機において、前記本体は、直径が前記吸口部の幅以下の略円筒形であ
り、前記吸口部移動手段は、前記吸口部の左右の前縁端部の
一方を、前記標準位置における前記吸口の前縁に接する
前記本体と同心の円筒空間の内部まで移動させる可動範
囲を有することを特徴とする自走式掃除機。
【請求項３】請求項１又は２に記載の自走式掃除機にお
いて、前記吸口部移動手段は、前記吸口部の略中央部の前縁近
傍に設けた回転対偶を備えることを特徴とする自走式掃
除機。
【請求項４】請求項１又は２に記載の自走式掃除機にお
いて、前記吸口部移動手段は、前記本体に設けた第１および第
２の回転対偶と、前記吸口部に設けた第３および第４の
回転対偶と、前記第１の回転対偶と前記第３の回転対偶
を接続する第１のリンクと、前記第２の回転対偶と前記
第４の回転対偶を接続する第２のリンクを備えており、前記第１の対偶と前記第２の対偶の距離は、前記第３の
対偶と前記第４の対偶の距離よりも大きいことを特徴と
する自走式掃除機。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の自走
式掃除機において、前記吸口部移動手段は、前記吸口部に加わる力に応じて
前記吸口部を移動させるばね機構を備えていることを特
徴とする自走式掃除機。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかに記載の自走
式掃除機において、前記吸口部移動手段は、前記吸口部を移動させる吸口部駆動手段と、前記吸口部の右側および左側の前縁端部に対する前記壁
面の接触あるいは近接を検出する接触あるいは近接検出
手段と、前記接触あるいは近接検出手段により、前記吸口部の右
側および左側の両方の前縁端部の壁面への接触あるいは
近接を検出しない時に、前記吸口部を前記標準位置に近
づける方向に移動させ、かつ、前記吸口部の右側および
左側のいずれかの前縁端部の壁面への接触あるいは近接
を検出した時に、壁面への接触あるいは近接が検出され
た前縁端部を前記壁面から離す方向に前記吸口部を移動
させるように、前記駆動手段を制御する制御手段とを備
えていることを特徴とする自走式掃除機。