JP2004148021A - 自走式掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】自走式掃除機において、安価な方法で周辺の壁や障害物の位置および形状を検出するとともに、未清掃領域を低減する。
【解決手段】自走式掃除機１は、横方向に変位可能な吸口部３とこの吸口部が接続された本体２とを備える。吸口部および本体の側面に帯状の接触センサ１２ａ，１２ｂを設ける。接触センサは多数の接点を分散して配置したものである。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自走式掃除機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自走式掃除機の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の自走式掃除機では、障害物を検出するのに非接触センサである超音波センサと接触式のセンサを併用している。
【特許文献１】
特開平５−４６２４６号公報（図１）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
自走式掃除機には掃除対象範囲を効率よく掃除することと、掃除範囲を隈なく掃除することが求められる。それには、掃除の対象範囲を取り囲む壁や、掃除範囲の中の障害物を避けながら、出来る限り境界や障害物に接近して掃除するのがよく、自走式掃除機の近傍の壁や障害物の位置および形状を精度よく把握する必要がある。従来の自走式ロボットでは、上記特許文献１に記載のように障害物を検出するのに光学式や超音波式の非接触センサやテープ型の接触センサ、バンパ型の接触センサを用いている。そして、非接触式センサを用いる場合には、検出可能な範囲が狭いことや、高価であり多数個の使用はコスト増を引き起こすなどの理由から、接触式センサと併用している。
【０００４】
テープ型等の接触式センサの多くは、センサ１個あたり１個の検出領域しか有していないので、高精度で障害物との接触位置や障害物の形状を特定するのが困難である。また、小型スイッチを自走式ロボットの外周に多数配置して障害物を検出することも考えられるが、その場合、部品点数が増加しコスト増を招く。
【０００５】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は自走式掃除機において壁際まで掃除できるようにすることにある。本発明の他の目的は、自走式掃除機に接触している物体の位置を検出することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の特徴は、横方向に変位可能な吸口部とこの吸口部が接続された本体とを備えた自走式掃除機において、吸口部および本体の側面に帯状の接触センサを設け、この接触センサは多数の接点を分散して配置したものである。
【０００７】
そしてこの特徴において、接触センサは、ベースプレートに設けた多数の第１の接点素子と、ベースプレートから離隔して配置された帯状の接点層に設けた第２の接点素子と、この第２の接点素子上に配置された帯状の弾性体とを有するのがよく、第１の接点素子は、複数の線を並べて配置しその一端側を連接した２組の部材を互いに入れ子状に配置したものであることが望ましい。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の他の特徴は、横方向に変位可能な吸口部とこの吸口部が接続された本体とを備えた自走式掃除機において、吸口部および本体の側面に帯状の接触センサを設けるとともに、本体にこの自走式掃除機が掃除する部屋の情報を記憶する記憶手段を設け、この掃除機が記憶手段に記憶された部屋の情報と接触センサが検出した位置情報に基づいて部屋を自動で掃除可能にしたものである。
【０００９】
そしてこの特徴において、記憶手段は部屋の地図情報を記憶可能であり、この地図情報に基づいて教示動作することなく掃除可能にするのがよく、接触センサは、ベースプレートに設けた多数の第１の接点素子と、ベースプレートから離隔して配置された帯状の接点層に設けた第２の接点素子と、この接点層上に配置された帯状の弾性体とを有し、多数の接点が形成されていることが望ましい。さらに上記各特徴において、本体の横断面形状がほぼ円形であるのがよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る自走式掃除機の一実施例を、図面を用いて説明する。図１は、自走式掃除機の上面断面図であり、図２は図１に示した自走式掃除機の側面図である。自走式掃除機１は本体部２と吸口部３を有し、本体部２と吸口部３を支持部材４ａ，４ｂが連結している。この支持部材４ａ，４ｂはベース５への取付け部を中心に揺動可能であり、これにより部屋の角部や壁際、障害物際の清掃を容易にしている。この揺動を駆動する、図示しない電動機がベース５に取付けられている。
【００１１】
本体部２は、頂部がドーム状になっている円柱形のカバー１１内に、左右一対の駆動輪６ａ，６ｂが取り付けられたベース５を収容している。ベース５には左右の駆動輪６ａ，６ｂを駆動するモータ７と、吸口部３からゴミを吸引するブロアおよびモータを有する集塵機８と、自走式掃除機１全体の動作を制御する制御装置９と、集塵機８および左右の駆動輪６ａ，６ｂ、制御装置９に電力を供給する電池１０とが搭載されている。カバー１１の円筒状の外周面に沿って、外部の障害物や壁などに本体部２が接触したのを検出する接触センサ１２ａが取り付けられている。
【００１２】
吸口部３は、角部に丸みをつけた長方形状の吸口体１３とこの吸口体１３の外周に沿って配置された接触センサ１２ｂとを有している。吸口体１３と本体部２の集塵機８を、ホース１４が接続している。集塵機８が備えるブロアをブロアモータが駆動すると、吸口体か１３らゴミが集塵機８の内部に吸い込まれる。
【００１３】
本体部２と吸口部３の外周に取り付けた接触センサ１２の一例を、図３および図４により説明する。図３は接触センサ１２の分解斜視図であり、図４は接触センサ１２が有するベースシート１５の展開図である。接触センサ１２は、回路がプリントされたベースシート１５と、スペーサ１６と、接点層１７と、緩衝層１８と、保護層１９とを積層して形成されている。
【００１４】
ベースシート１５はＴ字状のプラスチックのフィルムであり、Ｔ字の横棒部の表面には、多数の接点２１が導体で印刷されている。Ｔ字の縦棒部の表面には、この多数の接点毎に接続された端子２３と、多数の接点のに共通電位を与えるための共通接点２２とが、導体で印刷されている。同様に、接点層１７ではフィルム表面に導体の接点が印刷されている。このベースシート１５と接点層１７とを組み合わせると、電気的なスイッチとして作動する。
【００１５】
具体的には、ベースシート１５に印刷された複数の接点２１は、それぞれ２つの接点部分２１ａ，２１ｂを有する。一方の接点部分２１ａでは、複数の直線２１ｃを並べて一端側を接続し、この接続部にリード線となる端子２３を接続している。他方の接点部分２１ｂでは、同様に複数の直線２１ｄを並べて一端側を接続する。そして、複数の接点２１を共通のリード線である端子２２で接続している。各接点部分２１ａ，２１ｂは、直線２１ｃ，２１ｄが互いに接触しないで入れ子状になるように配置されている。
【００１６】
接点層１７は、導体の中央部１７ａと、この中央部１７ａの両側に設けられたブランク部１７ｂとを有している。中央部１７ａはベースシート１５の接点２１に対応する位置に形成される。中央部１７ａが入れ子状に形成されたベースシート１５のいずれか２本の線２１ｃ，２１ｄに接触すると、その２本の線２１ｃ，２１ｄ間に導通が生じ、端子２３と共通端子２２間に電流が流れる。
【００１７】
スペーサ１６は、ベースシート１５と接点層１７の間に所定隙間を形成するために配置されている。このスペーサ１６は、接点層１７のブランク部１５ｂに対応して配置される。緩衝層１８は、ゴムやスポンジなどの弾性体で作られており、この接触センサ１２が他の物体と接触したときの衝撃を緩和する。緩衝層１８は底面側が平板状１８ｂをしており、上面側は接点層１７の中央部１７ａに対応する部分１８ａが、上方に突き出た断面矩形または台形の突起構造をしている。保護層１９にはフッ素樹脂などの摩擦が小さい素材用いており、緩衝層１８の突起部１８ａを覆うように配置される。保護層１９を用いる代わりに、緩衝層１８を構成する弾性体の素材を摩擦が小さい素材としてもよい。
【００１８】
このように構成した接触センサ１２を用いて、壁や障害物を検出する動作を、以下に説明する。図５に、接触センサの横断面図を示す。自走式掃除機１に取付けた接触センサ１２ａ，１２ｂが壁や障害物が接しておらず、接触センサ１２ａ，１２ｂに外部から力が付加されていないときは、ベースシート１５と接点層１７の間に設けたスペーサ１６が、接点２１と接点層１７の中央部１７ａの間の隙間を確保する。これにより、共通端子２２と端子２３の間は、導通しない。
【００１９】
これに対して、接触センサ１２ａ，１２ｂが壁または障害物に接して接触センサ１２ａ，１２ｂに圧力が付与されると、緩衝層１８の突起部１８ａの弾性体が変形するとともに平板状部１８ｂおよび接点層１７が撓む。接点層１７が撓むと、接点層１７に印刷された直線１７ｃと回路層２０に印刷された接点２１を構成する直線２１ｃ、２１ｄが接する。このとき、接した部分に対応する端子２３と共通端子２２の間が導通する。そこで、各端子２３、２３、…と共通端子２２間の電気抵抗を制御装置９が観測し、自走式掃除機１が壁や障害物と接触しているか否かを判定する。
【００２０】
本実施例によれば、接触センサ１２ａ，１２ｂがベースシート１５上に複数の接点２１、２１、…を有しているので、接触センサ１２ａ，１２ｂの部品点数を低減できる。部品点数が減ったので、接触センサ１２ａ，１２ｂの生産コストおよび自走式掃除機１の組み立てコストを低減できる。また、平行に配置した多数の直線とそれに接触可能な導体の帯をプリントするだけであるから、接点２１の密度を必要に応じて変化させることができる。例えば、直径３０ｃｍ程度の自走式掃除の周方向角度の分解能を１５度にするには、２４個の接点を約４ｃｍピッチで配置すればよく、周方向分解能を５度にするには７２個の接点を約１．３ｃｍピッチで配置すればよい。したがって、必要に応じた検出精度が容易に得られる。
【００２１】
上記位置検出では、１個の接点２１からの信号のみを用いて、位置を特定する場合について説明した。しかしながら、緩衝層１８の弾性体が壁または障害物と接触するときは、接点層１７の１個の接点だけでなく、ある程度の広がりにある接点に変化が生じる場合もある。
【００２２】
例えば、自走式掃除機２の側面が壁の角に接触したときに、複数の接点２１、２１、…の中で、接点２１Ａと接点２１Ｂとの間の位置が壁に接触するとする。接点２１Ａも接点２１Ｂも壁との直接の接触点ではないが、緩衝層の弾性体が変形して接点層１７を押し曲げる。その結果、接点２１Ａと接点２１Ｂの双方が導通し、接触位置が接点２１Ａと接点２１Ｂの間にあることが分かる。これにより、２個の接点２１、２１間に接触点があっても位置検出可能になり、位置検出不可能な範囲を低減できる。なお、緩衝層１８を設けたので、壁や障害物と自走式掃除機１との接触または衝突時の力が緩和され、壁や障害物と自走式掃除機１の双方が傷つくのを防止できる。
【００２３】
自走式掃除機１に上記位置検出手段を取付け、掃除するときの例を以下に説明する。自走式掃除機１は予め定められた手順で、掃除範囲を設定する。その際、初めに掃除領域の最も外郭を自走式掃除機１が走り始める。例えば、部屋の入口にセットされた自走式掃除機２は、近くの壁際まで直進し、壁に当たって向きを変える。その後壁際に沿って進み、次の壁に当たるとまた向きを変える。このようにして室内を１周すれば、掃除領域が定まる。この掃除領域を、自走式掃除機１の制御装置９が備える記憶手段９ａに予め記憶させておき、実際に接触センサ１２ａ，１２ｂが測定した位置情報を用いて記憶されたデータを参照すれば、位置を正確に把握できる。
【００２４】
ここで、自走式掃除機１の外径形状を吸口部３を除いて断面円形にしているので、壁に接触して方向転換する際も、スムーズに方向を転換できる。さらに、一般家庭内では、種々の物が室内に置かれている。これらは、自走式掃除機１の掃除の際の障害物であるとともに、その位置が固定されていない。つまり、自走式掃除機６の使用前に部屋の情報を記憶手段９ａに記憶させるが、その記憶時の物の位置情報と実際に掃除するときの位置の情報が異なっていることが多い。そこで、自走式掃除機１の接触センサ１２ａ，１２ｂが検出した情報のみを用いて、これらの障害物を回避する。
【００２５】
図６に、その詳細を示す。自走式掃除機１が前進し、自走式掃除機１の吸口部３に取付けた接触センサ１２ｂが、テーブル等の障害物２４の角部に接触したものとする。接触センサ１２ｂは、接触した位置の接点２１の情報から、接触位置を検出する。その際、吸口部３が左右に移動していたら、本体部２の幅より左側にくるまで吸口部３を図示しない駆動モータを駆動して左側に移動させる。検出位置と予め制御装置９に記憶された自走式掃除機１の形状の情報から、回避して進む方向と回避するのに必要な距離Ｌを求める。回避距離Ｌだけ左方に自走式掃除機１を移動させ、障害物２４の外周に吸口部３の右側面または本体部２を接触させながら移動する。この動作により障害物２４を回避する。
【００２６】
吸口部３の右側面または本体部２の接触センサ１２ｂからの接触情報が無くなれば、自走式掃除機は障害物２４から離れたことになる。そこで、自走式掃除機１を紙面に垂直な軸回りに回転させる。吸口部３の右側面に配置した接触センサ１２ｂから接触信号が得られたら自走式掃除機１を直進させる。この手順を繰り返せば、障害物２４を回避しながら、障害物２４回りの清掃し残し領域を減らして掃除できる。
【００２７】
この自走式掃除機の運用において、自走式掃除機の移動位置を記憶手段に記憶させるようにしてもよい。その場合、無駄なく速やかに自動で掃除できる。また、上記実施例では自走式掃除機および吸口部に取付ける位置検出手段の複数の接点を同一形状としたが、接点形状を周期的またはランダムに変化させて接点間の位置をより精度よく求めるようにしてもよい。この場合、少ない接点数で周方向分解能を高めることができ、小型の掃除機には有効である。
【００２８】
本実施例によれば、分散配置したセンサをシート状のセンサとしたので、安価にかつ効率よく位置検出可能となり、未清掃領域を低減できる。また、本実施例によれば、自走式掃除機に掃除に必要な情報を蓄積できるので、無人で自走式掃除機を用いた掃除が可能になる。さらに、上記実施例では接触センサのみについて説明したが、光学センサや超音波センサを接触センサと併用して移動する物体をこれらのセンサで確認し、自走式掃除機の移動には接触センサを使用するようにしてもよい。例えば、室内に居る猫や人間が移動するときに、それらの移動による衝突を回避できる。
【００２９】
本発明の上記実施例は例示的なものであり、限定的なものではない。本発明の真の精神および範囲内に存在する変形例は、全て特許請求の範囲に含まれる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、自走式掃除機の側面に位置を検出可能なセンサを分散配置したので、壁や障害物の位置と形状を容易に検出でき、自走式掃除機の未清掃領域を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自走式掃除機の一実施例の上面断面図。
【図２】図１に示した自走式掃除機の側面図。
【図３】図１に示した自走式掃除機に用いる接触センサの分解斜視図。
【図４】図３に示した接触センサの配線状態を示す展開図。
【図５】接触センサの横断面図。
【図６】自走式掃除機の運用状態を説明する図。
【符号の説明】
１…自走式掃除機、２…本体部、３…吸口部、４…支持部材、５…ベース、６、６ａ、６ｂ…駆動輪、７、７ａ、７ｂ…モータ、８…集塵機、９…制御装置、９ａ…記憶手段、１０…電池、１１…カバー、１２、１２ａ、１２ｂ…接触センサ、１３…吸口体、１４…ホース、１５…ベースシート、１６…スペーサ、１７…接点層、１７ａ…中央部、１７ｂ…ブランク部、１８…緩衝層、１８ａ…突起部、１８ｂ…平板部、１９…保護層、２１…接点、２１ａ，２１ｂ…接点部、２１ｃ…直線（接点素子）、２１ｄ…直線（接点素子）、２２…共通端子、２３…端子、２４…障害物。

Claims (7)

1. 横方向に変位可能な吸口部とこの吸口部が接続された本体とを備えた自走式掃除機において、前記吸口部および本体の側面に帯状の接触センサを設け、この接触センサは多数の接点を分散して配置したものであることを特徴とする自走式掃除機。
2. 前記接触センサは、ベースプレートに設けた多数の第１の接点素子と、ベースプレートから離隔して配置された帯状の接点層に設けた第２の接点素子と、この第２の接点素子上に配置された帯状の弾性体とを有することを特徴とする請求項１に記載の自走式掃除機。
3. 前記第１の接点素子は、複数の線を並べて配置しその一端側を連接した２組の部材を互いに入れ子状に配置したものであることを特徴とする請求項２に記載の自走式掃除機。
4. 横方向に変位可能な吸口部とこの吸口部が接続された本体とを備えた自走式掃除機において、前記吸口部および本体の側面に帯状の接触センサを設けるとともに、前記本体にこの自走式掃除機が掃除する部屋の情報を記憶する記憶手段を設け、この掃除機が記憶手段に記憶された部屋の情報と接触センサが検出した位置情報に基づいて部屋を自動で掃除可能にしたことを特徴とする自走式掃除機。
5. 前記記憶手段は部屋の地図情報を記憶可能であり、この地図情報に基づいて教示動作することなく掃除可能にしたことを特徴とする請求項４に記載の自走式掃除機。
6. 前記接触センサは、ベースプレートに設けた多数の第１の接点素子と、ベースプレートから離隔して配置された帯状の接点層に設けた第２の接点素子と、この接点層上に配置された帯状の弾性体とを有し、多数の接点が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の自走式掃除機。
7. 前記本体の横断面形状がほぼ円形であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の自走式掃除機。

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