JP2004194751A - 電気掃除機 - Google Patents
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Abstract
【課題】確実に走行制御できる自走式の電気掃除機を提供する。
【解決手段】本体ケース2の進行方向に沿って回転可能に一対の駆動輪6を設ける。本体ケース2の進行方向に沿った中心線に対して互いに線対称な位置に障害物センサ32を本体ケース2の前方に向けて設ける。障害物センサ32にて段差を非対称に検知した際に、制御手段により電気掃除機1に段差を回避させる。段差による駆動輪6の空転を防止し、電気掃除機1を確実に走行制御できる。
【選択図】 図1
【解決手段】本体ケース2の進行方向に沿って回転可能に一対の駆動輪6を設ける。本体ケース2の進行方向に沿った中心線に対して互いに線対称な位置に障害物センサ32を本体ケース2の前方に向けて設ける。障害物センサ32にて段差を非対称に検知した際に、制御手段により電気掃除機1に段差を回避させる。段差による駆動輪6の空転を防止し、電気掃除機1を確実に走行制御できる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掃除機本体を自立移動可能にする駆動輪を備えた電気掃除機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の電気掃除機は、電動送風機を収容した掃除機本体としての平面視円形状の本体ケースを備えている。この本体ケースの被掃除面としての床面に対向した下面には、吸込口が開口形成されている。また、本体ケースの下面には、この本体ケースを床面上で移動可能、すなわち走行可能にする一対の駆動輪が取り付けられている。これら駆動輪は、本体ケースの進行方向に沿って回転可能であり、本体ケースの前後方向に沿ったこの本体ケースの中心線に対して互いに線対称な位置に取り付けられている。また、本体ケースの前側には、段差などを検知する障害物検知手段としてのCCDカメラなどの被接触型のセンサが本体ケースの前方に向けて取り付けられている。さらに、本体ケース内には、駆動輪を駆動させて本体ケースを自立移動、すなわち自走させる制御手段が配設されている。この制御手段は、駆動輪の回転数などにより、本体ケースが載置された室内の形状および本体ケースの位置などを検知している。そして、この電気掃除機は、制御手段により駆動輪を駆動させつつ電動送風機を駆動させて、本体ケースの吸込口から床面上の塵埃を吸い込んで掃除する(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−209818号公報(第3−7頁、図2)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の電気掃除機では、駆動輪が本体ケースの前後方向に沿って回転するため、本体ケースが段差に対して垂直でない方向、すなわち傾斜した方向からこの段差に進入すると、一方の駆動輪のみが段差にかかって段差に沿って移動などして、本体ケースがこの段差を乗り越えることができない場合がある。
【0005】
そして、この場合には、駆動輪が空転して本体ケースが室内のどの位置にいるのか制御手段が検知できなくなったり、実際には本体ケースが曲がって走行していても、本体ケースが直進しているように制御手段が誤認したりするおそれがある。
【0006】
このため、本体ケースの走行制御が確実でないという問題点を有している。
【0007】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、確実に走行制御できる電気掃除機を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気掃除機は、進行方向に対して少なくとも前面が進行方向に沿った中心線に対して線対称な形状の掃除機本体と、掃除機本体の進行方向に沿ったこの掃除機本体の中心線に対して互いに線対称な位置に掃除機本体の前方に向けて設けられ、被掃除面より突出した段差を検知する一対の障害物検知手段と、掃除機本体を自立移動させ、障害物検知手段により段差を非対称に検知した際に掃除機本体に段差を回避させる制御手段とを具備したものである。そして、障害物検知手段により段差を非対称に検知した場合には制御手段により掃除機本体にこの段差を回避させることで、段差による駆動輪の空転などを防止し、確実に走行制御できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気掃除機の一実施の形態の構成を図1ないし図9を参照して説明する。
【0010】
図1ないし図9において、1は電気掃除機で、この電気掃除機1は、工場や住居内などの被掃除面としての床面F上を自立移動である自立走行、すなわち自走可能な掃除機本体としての本体ケース2を備え、図示しない充電台に接続される。
【0011】
ここで、本体ケース2は、図2に示すように、例えば略円形平板状の底板部4の外周縁に、上端が閉塞された略円筒状の上部ケース体5の下端縁を嵌合させて構成されている。このため、本体ケース2は、図1および図3に示すように、正面視で左右対称、すなわちこの本体ケース2の進行方向である前後方向に沿った中心線に対して線対称に形成され、進行方向に沿った本体ケース2の中心線上の部分が本体ケース2中で最も前方に位置している。
【0012】
さらに、底板部4における本体ケース2の進行方向に対する両側域には、図2および図3に示すように、この本体ケース2を床面F上で移動可能、すなわち走行可能にする一対の駆動輪6が本体ケース2の進行方向に沿って回転可能に取り付けられている。
【0013】
これら駆動輪6は、図3に示すように、底板部4における本体ケース2の進行方向に対する両側域に、本体ケース2の進行方向に沿った中心線に対して線対称な位置に開口された細長略矩形状の嵌込口7に嵌め込まれて、図2に示すように、これら駆動輪6における一部の外周縁が本体ケース2内からこの本体ケース2の下側へと突出している。
【0014】
そして、これら駆動輪6それぞれは、図4に示すように、磁気クラッチおよび電動機などで構成された車輪駆動制御手段8により駆動を制御される。
【0015】
またさらに、上部ケース体5は、図1に示すように、本体ケース2の前後方向の中心域から前側全体が接触検知手段としての前側上部ケース体であるバンパ11となっており、本体ケース2の前後方向の中心域から後側全体が後側上部ケース体12となっている。これらバンパ11および後側上部ケース体12は、図6および図7に示すように、所定の間隙13を介して前後方向に互いに隣接している。
【0016】
バンパ11は、図1に示すように、本体ケース2の前側180度に亘って設けられている。すなわち、バンパ11は、本体ケース2の最前部から、本体ケース2の進行方向から平面視で側方に向けてずれた位置に亘って設けられている。また、バンパ11は、本体ケース2の径方向に向けて付勢された状態で取り付けられている。さらに、バンパ11は、後方向である後側上部ケース体12側へと間隙13の距離寸法分移動可能、すなわち可動式となっている。そして、このバンパ11は、電気掃除機1が走行した際に障害物などに接触すると、接触を検知する接触型のセンサであるとともに、障害物などに接触した際に間隙13の距離寸法分移動することで接触の衝撃を吸収する。
【0017】
またさらに、本体ケース2の底板部4の前側、すなわち本体ケース2の前部の下面には、図1および図3に示すように、本体ケース2の進行方向前方に向かって上方に傾斜した傾斜面14が形成されている。この傾斜面14は、ドアレールなどの床面Fより突出した段差Dを電気掃除機1に乗り越えやすくさせる。
【0018】
また、この傾斜面14は、本体ケース2の最前部に位置した前面傾斜面15およびこの前面傾斜面15の両側に形成された左右傾斜面である側部傾斜面16,17にて構成され、本体ケース2の幅方向に対して線対称に形成されている。
【0019】
ここで、前面傾斜面15は、両側部が本体ケース2の後側から前側に向けて平面視で拡開するように形成されている。さらに、前面傾斜面15は、本体ケース2の内側へと突出した略円錐面状の曲面となっている。
【0020】
したがって、前面傾斜面15は、図3に示すように、平面視で幅寸法Wを有する略扇形状に形成されている。この前面傾斜面15は、予め設定された電気掃除機1が乗り越え可能な高さに対応する高さ寸法に、床面Fから上端部の高さ寸法が設定されている。
【0021】
さらに、側部傾斜面16,17は、本体ケース2の内側へと突出した略円錐面状に形成され、正面視で本体ケース2の中心線に対して互いに線対称に形成されている。また、側部傾斜面16,17は、図3に示すように、それぞれ本体ケース2の両側部全体に亘って形成されており、図1に示すように、正面視で本体ケース2の側部に向かって徐々に高さ寸法が小さくなるように形成されている。
【0022】
またさらに、側部傾斜面16,17と前面傾斜面15とは、本体ケース2の幅方向に互いに滑らかに隣接している。そして、前面傾斜面15および側部傾斜面16,17の上端部は、これら前面傾斜面15および側部傾斜面16,17の上端部全体で、正面視で1つの円弧となるように互いに連続している。
【0023】
さらに、底板部4の傾斜面14の後方には、図3に示すように、一対の前部従動輪18が取り付けられている。これら前部従動輪18は、本体ケース2の前後方向に沿った中心線に対して互いに線対称な位置に、本体ケース2の進行方向に沿って回転自在に取り付けられている。またさらに、これら前部従動輪18は、図2に示すように、下端部が底板部4の下方に若干突出しており、駆動輪6の走行により従動回転する。
【0024】
そして、本体ケース2内である底板部4の前部従動輪18の後方には、図3に示すように、床面Fに対向して開口した細長矩形状の本体吸込口21が設けられている。この本体吸込口21は、駆動輪6の間であるとともに、本体ケース2の進行方向に直角に交わる方向である本体ケース2の幅方向に沿った長手方向を有している。
【0025】
またさらに、上部ケース体5の上部の前側寄りには、図2に示すように、略矩形状の集塵体収容部22が凹状に設けられている。この集塵体収容部22は、円筒状の連結部23を介して本体吸込口21の上部に連通接続されている。さらに、集塵体収容部22の後側の本体ケース2内には、図示しない連通孔を介して電動送風機としてのモータ24が気密に取り付けられている。そして、集塵体収容部22には、集塵体としての図示しない集塵カップが連結部23の上端部に連通接続されて着脱可能に取り付けられる。
【0026】
ここで、この集塵カップは、モータ24の駆動により本体吸込口21から吸い込んだ吸込風を旋回させて、この吸込風とともに吸い込んだ塵埃を自重による遠心分離にて吸込風から分離して、この塵埃を内部に集塵させる。
【0027】
また、本体ケース2の上部ケース体5の後側面、すなわちモータ24の排気側には、複数、例えば24個の排気口25が設けられている。これら排気口25は、モータ24の排気側と連通し、モータ24から排気される排気風を本体ケース2の外部である後方へと排気させる。
【0028】
一方、本体ケース2の周囲には、図1に示すように、本体ケース2の周囲の状態を検知する周囲検知手段としての複数、例えば13個の周囲センサ31が取り付けられている。これら周囲センサ31は、本体ケース2の後側上部ケース体12の一側部からバンパ11の前部を通って本体ケース2の後側上部ケース体12の他側部の間に亘って並んで取り付けられている。そして、各周囲センサ31は、上部ケース体5の周方向に互いに略等間隔に離間されて本体ケース2の径方向に向けて取り付けられている。また、周囲センサ31は、平面視で本体ケース2の前後方向に沿った中心線に対して線対称に取り付けられており、本体ケース2の最前部に1つ、本体ケース2の両側に6つずつそれぞれ取り付けられている。
【0029】
さらに、本体ケース2の前部両側に位置した2つの周囲センサ31は、障害物検知手段としての障害物センサ32となっている。これら障害物センサ32は、本体ケース2の前方に向けて取り付けられている。またさらに、これら障害物センサ32は、本体ケース2の前後方向に沿った中心線に対して互いに線対称な位置に取り付けられている。
【0030】
そして、バンパ11の前部の上側には、図1および図2に示すように、電気掃除機1の前方の障害物の高さを検知する高さ検知手段としての高さセンサ33が前方に向けて取り付けられている。
【0031】
またさらに、バンパ11の前部における前面傾斜面15の上端部には、電気掃除機1の前方の障害物の高さを検知する段差高さ検知手段としての段差高さセンサ34が前方に向けて取り付けられている。
【0032】
ここで、上記周囲センサ31、障害物センサ32、高さセンサ33および段差高さセンサ34は、例えば赤外線を発光させて所定距離に存在する障害物を検知する赤外線センサ、あるいは撮影される画像にて障害物を検知する画像センサなどの非接触型のセンサである。
【0033】
また、図2に示すように、本体ケース2内の駆動輪6の間である本体吸込口21の後方には、モータ24に電力を供給する電池しての電池パックである略直方体状の二次電池35が着脱可能、すなわち取り外し可能に取り付けられている。
【0034】
さらに、上部ケース体5の後部における排気口25の下方には、図示しない充電台に接続される略矩形凹状の端子嵌合部41が上部ケース体5および底板部4に亘って切り欠き形成されている。またさらに、この端子嵌合部41の下部には、略円柱状の後部従動輪42が端子嵌合部41を横断して回転自在に取り付けられている。この後部従動輪42は、下端部が底板部4の下方に若干突出しており、駆動輪6の走行により従動回転する。
【0035】
またさらに、本体ケース2内には、図4に示すように、記憶手段としてのメモリIC、計時手段としてのタイマ、駆動輪6の回転数を計測する計測手段としてのカウンタ、および電気掃除機1の回転角度を計測する角度センサとしてのジャイロなどを有する制御回路を備えた回路基板などからなる制御手段45が取り付けられている。この制御手段45は、二次電池35と接続されており、この二次電池35から電力を供給されている。
【0036】
さらに、制御手段45は、バンパ11、周囲センサ31、障害物センサ32、高さセンサ33および段差高さセンサ34などの各種センサ、車輪駆動制御手段8、駆動輪6およびモータ24にそれぞれ接続されている。そして、制御手段45は、各種センサのいずれかによる障害物の検知に基づいて、車輪駆動制御手段8により駆動輪6の回転駆動を制御して障害物を回避させつつ本体ケース2を自走させるとともに、掃除の際のモータ24の駆動状態を制御する。
【0037】
また、この制御手段45は、駆動輪6の回転数などにより、電気掃除機1の移動距離、角度および向きなどを検知し、電気掃除機1が床面F上のどの位置にいるのか、すなわち電気掃除機1の自己位置を推定している。
【0038】
次に、上記一実施の形態の走行制御を図5に示すフローチャートおよび図6ないし図9を参照して説明する。
【0039】
まず、制御手段45が車輪駆動制御手段8により駆動輪6を駆動させて電気掃除機1に床面F上を走行させる(ステップ1)。
【0040】
このとき、制御手段45は、周囲センサ31および障害物センサ32により電気掃除機1の周囲の障害物を検知し、障害物センサ32にて本体ケース2の進行方向前側に床面Fから突出した段差Dを検知したかどうかを判断する(ステップ2)。
【0041】
このステップ2において、段差Dを検知していないと制御手段45により判断した場合には、ステップ1に戻って走行を継続する。
【0042】
一方、ステップ2において、段差Dを検知したと制御手段45により判断した場合には、段差高さセンサ34により段差Dの高さH1を検知し、この段差Dの高さH1が乗り越え可能な高さかどうか、すなわち床面Fから傾斜面14の上端部までの高さ寸法H2よりも高いか低いかを、図6および図7に示すように判断する(ステップ3)。
【0043】
さらに、このステップ3において、図7に示すように、段差Dの高さH1が乗り越え可能であると制御手段45により判断した場合には、障害物センサ32が段差Dを対称に検知したかどうか、すなわち電気掃除機1が段差Dに向けて正面から移動しているか、あるいは斜め方向から移動しているかを制御手段45により判断する(ステップ4)。このとき、制御手段45は、段差Dの面に対して垂直な仮想線に対して本体ケース2の進行方向が前面傾斜面15の幅寸法Wに応じた所定の角度、例えば±5°以内、すなわち段差Dの面に垂直な仮想線に対して本体ケース2の前後方向に沿った中心線のなす角度が本体ケース2の両側方にそれぞれ5°以内であれば、対称に検知したと判断する。
【0044】
このステップ4において、段差Dを対称に検知したと制御手段45により判断した場合には、制御手段45が車輪駆動制御手段8により駆動輪6を駆動させて、図8に示すように、電気掃除機1に段差Dを乗り越えさせる(ステップ5)。
【0045】
一方、ステップ4において、段差Dを非対称に検知したと制御手段45が判断した場合には、制御手段45が車輪駆動制御手段8により駆動輪6を駆動させて、図9に示すように、段差Dに向けて電気掃除機1を走行させ(ステップ6)、バンパ11が段差Dに接触したかどうかを判断し(ステップ7)、バンパ11が段差Dに接触した場合には、図9に示すように、制御手段45が車輪駆動制御手段8により駆動輪6を駆動させて電気掃除機1の進行方向を変化させ、電気掃除機1に段差Dを回避させる(ステップ8)。
【0046】
また、ステップ7において、バンパ11が段差Dに接触していない場合には、ステップ6に戻ってバンパ11が段差Dに接触するまで電気掃除機1を走行させる。
【0047】
さらに、ステップ3において、図6に示すように、段差Dの高さH1を乗り越え不可能と制御手段45により判断した場合には、ステップ8に進んで制御手段45が電気掃除機1に段差Dを回避させる。
【0048】
次に、上記一実施の形態の掃除動作を説明する。
【0049】
まず、制御手段45に予め入力されたプログラムなどにより、所定の掃除時間になると、制御手段45が車輪駆動制御手段8により駆動輪6を駆動させ、部屋の外周に沿って一周する。
【0050】
この後、制御手段45が部屋の形状を記憶するとともにモータ24を駆動させて、上記走行制御をしながら、本体吸込口21から床面F上の塵埃を空気とともに吸い込んで掃除する。
【0051】
本体吸込口21から吸い込まれた塵埃は、本体吸込口21から吸い込まれて吸込風となった空気に乗って連結部23を介して集塵体収容部22の集塵カップ内へと運ばれ、この集塵カップ内で遠心分離されて集塵される。
【0052】
塵埃を分離された吸込風は、モータ24を通過して排気風となり、排気口25から本体ケース2の外部へと排気される。
【0053】
そして、制御手段45は、記憶した部屋の形状と電気掃除機1の掃除経路とを照合しつつ床面F全体を掃除すると、モータ24を停止させて充電台の位置に電気掃除機1を移動させ、端子嵌合部41と充電台とを位置合わせしてドッキングさせて掃除を終了し、二次電池35を充電する。
【0054】
上述したように、上記一実施の形態によれば、障害物センサ32により段差Dを電気掃除機1の進行方向に対して非対称に検知した場合には、制御手段45にて車輪駆動制御手段8により駆動輪6を駆動させて電気掃除機1にこの段差Dを回避させることで、一方の駆動輪6のみが段差Dにかかることによる駆動輪6の空転などを防止できる。この結果、電気掃除機1の直進性を保持でき、かつ制御手段45が電気掃除機1の自己位置を誤って推定することを防止できるなど、電気掃除機1を確実に走行制御できる。
【0055】
また、電気掃除機1が乗り越え可能な高さを有する段差Dに向かって正面から移動した場合には、前面傾斜面15を円錐面状に形成したことによりこの段差Dを確実に乗り越えできる。
【0056】
さらに、電気掃除機1が段差Dに向けて斜め方向から移動した際には、電気掃除機1がバンパ11を介して段差Dに接触してから制御手段45により電気掃除機1にこの段差Dを回避させるので、複雑な構造のセンサなどを用いることなく段差Dをより容易かつ確実に回避でき、電気掃除機1による段差Dの回避の信頼性をより向上できる。
【0057】
そして、前面傾斜面15を円錐面状に形成したので、前面傾斜面15を平面にした場合と比較して、前面傾斜面15の後側寄りの位置が段差Dに接触し、電気掃除機1の重心を、より容易に段差D上に移動できるため、電気掃除機1が段差Dをより容易に乗り越えできる。
【0058】
また、傾斜面14を本体ケース2の幅方向に対して対称な形状にしたことにより、本体ケース2の幅方向の左右のどちらから斜め方向に段差Dに向けて移動しても、同様に段差Dを回避できる。
【0059】
なお、上記一実施の形態において、電気掃除機1は、傾斜面14の前面傾斜面15の幅寸法Wを変化させることで、段差Dを乗り越え可能な角度を調整する。例えば、前面傾斜面15の幅寸法Wを大きくすることで、より広い角度で段差Dに向かって移動してもこの段差Dを乗り越えるようにできる。
【0060】
また、傾斜面14は、図10ないし図12に示すように、本体ケース2の最前部に位置した略矩形状の前面傾斜面51、この前面傾斜面51の両側部に隣接した略矩形状の中間部傾斜面52,53およびこれら中間部傾斜面52,53の側部に位置した略三角形状の側部傾斜面54,55にて構成し、本体ケース2の前部から前後方向の中心部、すなわち間隙13の前側に亘って傾斜させてもよい。このとき、前面傾斜面51は、平面状の斜面とし、中間部傾斜面52,53は、平面状、あるいは円錐面状のいずれか一方とする。この場合には、傾斜面14が図1ないし図9に示す実施の形態と比較して傾斜面14の後側寄りの位置が段差Dに接触し、電気掃除機1の重心を、より容易に段差D上に移動できるため、電気掃除機1が段差Dをより容易に乗り越えできる。
【0061】
さらに、傾斜面14は、形状、傾斜角度および表面積など、他の様々な態様が可能である。
【0062】
またさらに、バンパ11の代わりに、バンパ11の最前部から両側部に亘ってバンパ状の接触センサを設ける構成にしてもよい。
【0063】
そして、電気掃除機1の構成をより簡略化する際には、バンパ11のない構成も可能である。この場合には、制御手段45による制御において、ステップ6およびステップ7を省略した制御にすることで、段差Dに向けて斜め方向から移動した場合にこの段差Dを回避できる。
【0064】
また、本体ケース2の形状は進行方向に対して線対称であれば、円柱状でなくてもよい。
【0065】
さらに、電気掃除機1が段差Dに向けて斜め方向から移動した際にこの段差Dを回避できる構成であれば、電気掃除機1の細部は上記構成に限定されない。
【0066】
そして、本体ケース2は、進行方向の前面であるバンパ11がこの本体ケース2の進行方向に沿った中心線に対して線対称な形状であれば、進行方向の後面の形状が本体ケース2の進行方向に沿った中心線に対して線対称でなくてもよい。
【0067】
【発明の効果】
本発明によれば、障害物検知手段により段差を非対称に検知した場合には制御手段により掃除機本体にこの段差を回避させることで、段差による駆動輪の空転などを防止し、確実に走行制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電気掃除機の一実施の形態を示す正面図である。
【図2】同上電気掃除機を示す断面図である。
【図3】同上電気掃除機を示す底面図である。
【図4】同上電気掃除機を示すブロック図である。
【図5】同上電気掃除機の走行制御を示すフローチャートである。
【図6】同上電気掃除機の走行制御を示す説明図である。
【図7】同上電気掃除機の走行制御を示す説明図である。
【図8】同上電気掃除機の走行制御を示す説明図である。
【図9】同上電気掃除機の走行制御を示す説明図である。
【図10】本発明の電気掃除機の他の実施の形態を示す正面図である。
【図11】同上電気掃除機を示す側面図である。
【図12】同上電気掃除機の一部を示す平面図である。
【符号の説明】
1 電気掃除機
2 掃除機本体としての本体ケース
6 駆動輪
11 接触検知手段としてのバンパ
14 傾斜面
24 電動送風機としてのモータ
32 障害物検知手段としての障害物センサ
45 制御手段
D 段差
F 被掃除面としての床面
【発明の属する技術分野】
本発明は、掃除機本体を自立移動可能にする駆動輪を備えた電気掃除機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の電気掃除機は、電動送風機を収容した掃除機本体としての平面視円形状の本体ケースを備えている。この本体ケースの被掃除面としての床面に対向した下面には、吸込口が開口形成されている。また、本体ケースの下面には、この本体ケースを床面上で移動可能、すなわち走行可能にする一対の駆動輪が取り付けられている。これら駆動輪は、本体ケースの進行方向に沿って回転可能であり、本体ケースの前後方向に沿ったこの本体ケースの中心線に対して互いに線対称な位置に取り付けられている。また、本体ケースの前側には、段差などを検知する障害物検知手段としてのCCDカメラなどの被接触型のセンサが本体ケースの前方に向けて取り付けられている。さらに、本体ケース内には、駆動輪を駆動させて本体ケースを自立移動、すなわち自走させる制御手段が配設されている。この制御手段は、駆動輪の回転数などにより、本体ケースが載置された室内の形状および本体ケースの位置などを検知している。そして、この電気掃除機は、制御手段により駆動輪を駆動させつつ電動送風機を駆動させて、本体ケースの吸込口から床面上の塵埃を吸い込んで掃除する(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特開2002−209818号公報(第3−7頁、図2)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の電気掃除機では、駆動輪が本体ケースの前後方向に沿って回転するため、本体ケースが段差に対して垂直でない方向、すなわち傾斜した方向からこの段差に進入すると、一方の駆動輪のみが段差にかかって段差に沿って移動などして、本体ケースがこの段差を乗り越えることができない場合がある。
【0005】
そして、この場合には、駆動輪が空転して本体ケースが室内のどの位置にいるのか制御手段が検知できなくなったり、実際には本体ケースが曲がって走行していても、本体ケースが直進しているように制御手段が誤認したりするおそれがある。
【0006】
このため、本体ケースの走行制御が確実でないという問題点を有している。
【0007】
本発明はこのような点に鑑みなされたもので、確実に走行制御できる電気掃除機を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気掃除機は、進行方向に対して少なくとも前面が進行方向に沿った中心線に対して線対称な形状の掃除機本体と、掃除機本体の進行方向に沿ったこの掃除機本体の中心線に対して互いに線対称な位置に掃除機本体の前方に向けて設けられ、被掃除面より突出した段差を検知する一対の障害物検知手段と、掃除機本体を自立移動させ、障害物検知手段により段差を非対称に検知した際に掃除機本体に段差を回避させる制御手段とを具備したものである。そして、障害物検知手段により段差を非対称に検知した場合には制御手段により掃除機本体にこの段差を回避させることで、段差による駆動輪の空転などを防止し、確実に走行制御できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電気掃除機の一実施の形態の構成を図1ないし図9を参照して説明する。
【0010】
図1ないし図9において、1は電気掃除機で、この電気掃除機1は、工場や住居内などの被掃除面としての床面F上を自立移動である自立走行、すなわち自走可能な掃除機本体としての本体ケース2を備え、図示しない充電台に接続される。
【0011】
ここで、本体ケース2は、図2に示すように、例えば略円形平板状の底板部4の外周縁に、上端が閉塞された略円筒状の上部ケース体5の下端縁を嵌合させて構成されている。このため、本体ケース2は、図1および図3に示すように、正面視で左右対称、すなわちこの本体ケース2の進行方向である前後方向に沿った中心線に対して線対称に形成され、進行方向に沿った本体ケース2の中心線上の部分が本体ケース2中で最も前方に位置している。
【0012】
さらに、底板部4における本体ケース2の進行方向に対する両側域には、図2および図3に示すように、この本体ケース2を床面F上で移動可能、すなわち走行可能にする一対の駆動輪6が本体ケース2の進行方向に沿って回転可能に取り付けられている。
【0013】
これら駆動輪6は、図3に示すように、底板部4における本体ケース2の進行方向に対する両側域に、本体ケース2の進行方向に沿った中心線に対して線対称な位置に開口された細長略矩形状の嵌込口7に嵌め込まれて、図2に示すように、これら駆動輪6における一部の外周縁が本体ケース2内からこの本体ケース2の下側へと突出している。
【0014】
そして、これら駆動輪6それぞれは、図4に示すように、磁気クラッチおよび電動機などで構成された車輪駆動制御手段8により駆動を制御される。
【0015】
またさらに、上部ケース体5は、図1に示すように、本体ケース2の前後方向の中心域から前側全体が接触検知手段としての前側上部ケース体であるバンパ11となっており、本体ケース2の前後方向の中心域から後側全体が後側上部ケース体12となっている。これらバンパ11および後側上部ケース体12は、図6および図7に示すように、所定の間隙13を介して前後方向に互いに隣接している。
【0016】
バンパ11は、図1に示すように、本体ケース2の前側180度に亘って設けられている。すなわち、バンパ11は、本体ケース2の最前部から、本体ケース2の進行方向から平面視で側方に向けてずれた位置に亘って設けられている。また、バンパ11は、本体ケース2の径方向に向けて付勢された状態で取り付けられている。さらに、バンパ11は、後方向である後側上部ケース体12側へと間隙13の距離寸法分移動可能、すなわち可動式となっている。そして、このバンパ11は、電気掃除機1が走行した際に障害物などに接触すると、接触を検知する接触型のセンサであるとともに、障害物などに接触した際に間隙13の距離寸法分移動することで接触の衝撃を吸収する。
【0017】
またさらに、本体ケース2の底板部4の前側、すなわち本体ケース2の前部の下面には、図1および図3に示すように、本体ケース2の進行方向前方に向かって上方に傾斜した傾斜面14が形成されている。この傾斜面14は、ドアレールなどの床面Fより突出した段差Dを電気掃除機1に乗り越えやすくさせる。
【0018】
また、この傾斜面14は、本体ケース2の最前部に位置した前面傾斜面15およびこの前面傾斜面15の両側に形成された左右傾斜面である側部傾斜面16,17にて構成され、本体ケース2の幅方向に対して線対称に形成されている。
【0019】
ここで、前面傾斜面15は、両側部が本体ケース2の後側から前側に向けて平面視で拡開するように形成されている。さらに、前面傾斜面15は、本体ケース2の内側へと突出した略円錐面状の曲面となっている。
【0020】
したがって、前面傾斜面15は、図3に示すように、平面視で幅寸法Wを有する略扇形状に形成されている。この前面傾斜面15は、予め設定された電気掃除機1が乗り越え可能な高さに対応する高さ寸法に、床面Fから上端部の高さ寸法が設定されている。
【0021】
さらに、側部傾斜面16,17は、本体ケース2の内側へと突出した略円錐面状に形成され、正面視で本体ケース2の中心線に対して互いに線対称に形成されている。また、側部傾斜面16,17は、図3に示すように、それぞれ本体ケース2の両側部全体に亘って形成されており、図1に示すように、正面視で本体ケース2の側部に向かって徐々に高さ寸法が小さくなるように形成されている。
【0022】
またさらに、側部傾斜面16,17と前面傾斜面15とは、本体ケース2の幅方向に互いに滑らかに隣接している。そして、前面傾斜面15および側部傾斜面16,17の上端部は、これら前面傾斜面15および側部傾斜面16,17の上端部全体で、正面視で1つの円弧となるように互いに連続している。
【0023】
さらに、底板部4の傾斜面14の後方には、図3に示すように、一対の前部従動輪18が取り付けられている。これら前部従動輪18は、本体ケース2の前後方向に沿った中心線に対して互いに線対称な位置に、本体ケース2の進行方向に沿って回転自在に取り付けられている。またさらに、これら前部従動輪18は、図2に示すように、下端部が底板部4の下方に若干突出しており、駆動輪6の走行により従動回転する。
【0024】
そして、本体ケース2内である底板部4の前部従動輪18の後方には、図3に示すように、床面Fに対向して開口した細長矩形状の本体吸込口21が設けられている。この本体吸込口21は、駆動輪6の間であるとともに、本体ケース2の進行方向に直角に交わる方向である本体ケース2の幅方向に沿った長手方向を有している。
【0025】
またさらに、上部ケース体5の上部の前側寄りには、図2に示すように、略矩形状の集塵体収容部22が凹状に設けられている。この集塵体収容部22は、円筒状の連結部23を介して本体吸込口21の上部に連通接続されている。さらに、集塵体収容部22の後側の本体ケース2内には、図示しない連通孔を介して電動送風機としてのモータ24が気密に取り付けられている。そして、集塵体収容部22には、集塵体としての図示しない集塵カップが連結部23の上端部に連通接続されて着脱可能に取り付けられる。
【0026】
ここで、この集塵カップは、モータ24の駆動により本体吸込口21から吸い込んだ吸込風を旋回させて、この吸込風とともに吸い込んだ塵埃を自重による遠心分離にて吸込風から分離して、この塵埃を内部に集塵させる。
【0027】
また、本体ケース2の上部ケース体5の後側面、すなわちモータ24の排気側には、複数、例えば24個の排気口25が設けられている。これら排気口25は、モータ24の排気側と連通し、モータ24から排気される排気風を本体ケース2の外部である後方へと排気させる。
【0028】
一方、本体ケース2の周囲には、図1に示すように、本体ケース2の周囲の状態を検知する周囲検知手段としての複数、例えば13個の周囲センサ31が取り付けられている。これら周囲センサ31は、本体ケース2の後側上部ケース体12の一側部からバンパ11の前部を通って本体ケース2の後側上部ケース体12の他側部の間に亘って並んで取り付けられている。そして、各周囲センサ31は、上部ケース体5の周方向に互いに略等間隔に離間されて本体ケース2の径方向に向けて取り付けられている。また、周囲センサ31は、平面視で本体ケース2の前後方向に沿った中心線に対して線対称に取り付けられており、本体ケース2の最前部に1つ、本体ケース2の両側に6つずつそれぞれ取り付けられている。
【0029】
さらに、本体ケース2の前部両側に位置した2つの周囲センサ31は、障害物検知手段としての障害物センサ32となっている。これら障害物センサ32は、本体ケース2の前方に向けて取り付けられている。またさらに、これら障害物センサ32は、本体ケース2の前後方向に沿った中心線に対して互いに線対称な位置に取り付けられている。
【0030】
そして、バンパ11の前部の上側には、図1および図2に示すように、電気掃除機1の前方の障害物の高さを検知する高さ検知手段としての高さセンサ33が前方に向けて取り付けられている。
【0031】
またさらに、バンパ11の前部における前面傾斜面15の上端部には、電気掃除機1の前方の障害物の高さを検知する段差高さ検知手段としての段差高さセンサ34が前方に向けて取り付けられている。
【0032】
ここで、上記周囲センサ31、障害物センサ32、高さセンサ33および段差高さセンサ34は、例えば赤外線を発光させて所定距離に存在する障害物を検知する赤外線センサ、あるいは撮影される画像にて障害物を検知する画像センサなどの非接触型のセンサである。
【0033】
また、図2に示すように、本体ケース2内の駆動輪6の間である本体吸込口21の後方には、モータ24に電力を供給する電池しての電池パックである略直方体状の二次電池35が着脱可能、すなわち取り外し可能に取り付けられている。
【0034】
さらに、上部ケース体5の後部における排気口25の下方には、図示しない充電台に接続される略矩形凹状の端子嵌合部41が上部ケース体5および底板部4に亘って切り欠き形成されている。またさらに、この端子嵌合部41の下部には、略円柱状の後部従動輪42が端子嵌合部41を横断して回転自在に取り付けられている。この後部従動輪42は、下端部が底板部4の下方に若干突出しており、駆動輪6の走行により従動回転する。
【0035】
またさらに、本体ケース2内には、図4に示すように、記憶手段としてのメモリIC、計時手段としてのタイマ、駆動輪6の回転数を計測する計測手段としてのカウンタ、および電気掃除機1の回転角度を計測する角度センサとしてのジャイロなどを有する制御回路を備えた回路基板などからなる制御手段45が取り付けられている。この制御手段45は、二次電池35と接続されており、この二次電池35から電力を供給されている。
【0036】
さらに、制御手段45は、バンパ11、周囲センサ31、障害物センサ32、高さセンサ33および段差高さセンサ34などの各種センサ、車輪駆動制御手段8、駆動輪6およびモータ24にそれぞれ接続されている。そして、制御手段45は、各種センサのいずれかによる障害物の検知に基づいて、車輪駆動制御手段8により駆動輪6の回転駆動を制御して障害物を回避させつつ本体ケース2を自走させるとともに、掃除の際のモータ24の駆動状態を制御する。
【0037】
また、この制御手段45は、駆動輪6の回転数などにより、電気掃除機1の移動距離、角度および向きなどを検知し、電気掃除機1が床面F上のどの位置にいるのか、すなわち電気掃除機1の自己位置を推定している。
【0038】
次に、上記一実施の形態の走行制御を図5に示すフローチャートおよび図6ないし図9を参照して説明する。
【0039】
まず、制御手段45が車輪駆動制御手段8により駆動輪6を駆動させて電気掃除機1に床面F上を走行させる(ステップ1)。
【0040】
このとき、制御手段45は、周囲センサ31および障害物センサ32により電気掃除機1の周囲の障害物を検知し、障害物センサ32にて本体ケース2の進行方向前側に床面Fから突出した段差Dを検知したかどうかを判断する(ステップ2)。
【0041】
このステップ2において、段差Dを検知していないと制御手段45により判断した場合には、ステップ1に戻って走行を継続する。
【0042】
一方、ステップ2において、段差Dを検知したと制御手段45により判断した場合には、段差高さセンサ34により段差Dの高さH1を検知し、この段差Dの高さH1が乗り越え可能な高さかどうか、すなわち床面Fから傾斜面14の上端部までの高さ寸法H2よりも高いか低いかを、図6および図7に示すように判断する(ステップ3)。
【0043】
さらに、このステップ3において、図7に示すように、段差Dの高さH1が乗り越え可能であると制御手段45により判断した場合には、障害物センサ32が段差Dを対称に検知したかどうか、すなわち電気掃除機1が段差Dに向けて正面から移動しているか、あるいは斜め方向から移動しているかを制御手段45により判断する(ステップ4)。このとき、制御手段45は、段差Dの面に対して垂直な仮想線に対して本体ケース2の進行方向が前面傾斜面15の幅寸法Wに応じた所定の角度、例えば±5°以内、すなわち段差Dの面に垂直な仮想線に対して本体ケース2の前後方向に沿った中心線のなす角度が本体ケース2の両側方にそれぞれ5°以内であれば、対称に検知したと判断する。
【0044】
このステップ4において、段差Dを対称に検知したと制御手段45により判断した場合には、制御手段45が車輪駆動制御手段8により駆動輪6を駆動させて、図8に示すように、電気掃除機1に段差Dを乗り越えさせる(ステップ5)。
【0045】
一方、ステップ4において、段差Dを非対称に検知したと制御手段45が判断した場合には、制御手段45が車輪駆動制御手段8により駆動輪6を駆動させて、図9に示すように、段差Dに向けて電気掃除機1を走行させ(ステップ6)、バンパ11が段差Dに接触したかどうかを判断し(ステップ7)、バンパ11が段差Dに接触した場合には、図9に示すように、制御手段45が車輪駆動制御手段8により駆動輪6を駆動させて電気掃除機1の進行方向を変化させ、電気掃除機1に段差Dを回避させる(ステップ8)。
【0046】
また、ステップ7において、バンパ11が段差Dに接触していない場合には、ステップ6に戻ってバンパ11が段差Dに接触するまで電気掃除機1を走行させる。
【0047】
さらに、ステップ3において、図6に示すように、段差Dの高さH1を乗り越え不可能と制御手段45により判断した場合には、ステップ8に進んで制御手段45が電気掃除機1に段差Dを回避させる。
【0048】
次に、上記一実施の形態の掃除動作を説明する。
【0049】
まず、制御手段45に予め入力されたプログラムなどにより、所定の掃除時間になると、制御手段45が車輪駆動制御手段8により駆動輪6を駆動させ、部屋の外周に沿って一周する。
【0050】
この後、制御手段45が部屋の形状を記憶するとともにモータ24を駆動させて、上記走行制御をしながら、本体吸込口21から床面F上の塵埃を空気とともに吸い込んで掃除する。
【0051】
本体吸込口21から吸い込まれた塵埃は、本体吸込口21から吸い込まれて吸込風となった空気に乗って連結部23を介して集塵体収容部22の集塵カップ内へと運ばれ、この集塵カップ内で遠心分離されて集塵される。
【0052】
塵埃を分離された吸込風は、モータ24を通過して排気風となり、排気口25から本体ケース2の外部へと排気される。
【0053】
そして、制御手段45は、記憶した部屋の形状と電気掃除機1の掃除経路とを照合しつつ床面F全体を掃除すると、モータ24を停止させて充電台の位置に電気掃除機1を移動させ、端子嵌合部41と充電台とを位置合わせしてドッキングさせて掃除を終了し、二次電池35を充電する。
【0054】
上述したように、上記一実施の形態によれば、障害物センサ32により段差Dを電気掃除機1の進行方向に対して非対称に検知した場合には、制御手段45にて車輪駆動制御手段8により駆動輪6を駆動させて電気掃除機1にこの段差Dを回避させることで、一方の駆動輪6のみが段差Dにかかることによる駆動輪6の空転などを防止できる。この結果、電気掃除機1の直進性を保持でき、かつ制御手段45が電気掃除機1の自己位置を誤って推定することを防止できるなど、電気掃除機1を確実に走行制御できる。
【0055】
また、電気掃除機1が乗り越え可能な高さを有する段差Dに向かって正面から移動した場合には、前面傾斜面15を円錐面状に形成したことによりこの段差Dを確実に乗り越えできる。
【0056】
さらに、電気掃除機1が段差Dに向けて斜め方向から移動した際には、電気掃除機1がバンパ11を介して段差Dに接触してから制御手段45により電気掃除機1にこの段差Dを回避させるので、複雑な構造のセンサなどを用いることなく段差Dをより容易かつ確実に回避でき、電気掃除機1による段差Dの回避の信頼性をより向上できる。
【0057】
そして、前面傾斜面15を円錐面状に形成したので、前面傾斜面15を平面にした場合と比較して、前面傾斜面15の後側寄りの位置が段差Dに接触し、電気掃除機1の重心を、より容易に段差D上に移動できるため、電気掃除機1が段差Dをより容易に乗り越えできる。
【0058】
また、傾斜面14を本体ケース2の幅方向に対して対称な形状にしたことにより、本体ケース2の幅方向の左右のどちらから斜め方向に段差Dに向けて移動しても、同様に段差Dを回避できる。
【0059】
なお、上記一実施の形態において、電気掃除機1は、傾斜面14の前面傾斜面15の幅寸法Wを変化させることで、段差Dを乗り越え可能な角度を調整する。例えば、前面傾斜面15の幅寸法Wを大きくすることで、より広い角度で段差Dに向かって移動してもこの段差Dを乗り越えるようにできる。
【0060】
また、傾斜面14は、図10ないし図12に示すように、本体ケース2の最前部に位置した略矩形状の前面傾斜面51、この前面傾斜面51の両側部に隣接した略矩形状の中間部傾斜面52,53およびこれら中間部傾斜面52,53の側部に位置した略三角形状の側部傾斜面54,55にて構成し、本体ケース2の前部から前後方向の中心部、すなわち間隙13の前側に亘って傾斜させてもよい。このとき、前面傾斜面51は、平面状の斜面とし、中間部傾斜面52,53は、平面状、あるいは円錐面状のいずれか一方とする。この場合には、傾斜面14が図1ないし図9に示す実施の形態と比較して傾斜面14の後側寄りの位置が段差Dに接触し、電気掃除機1の重心を、より容易に段差D上に移動できるため、電気掃除機1が段差Dをより容易に乗り越えできる。
【0061】
さらに、傾斜面14は、形状、傾斜角度および表面積など、他の様々な態様が可能である。
【0062】
またさらに、バンパ11の代わりに、バンパ11の最前部から両側部に亘ってバンパ状の接触センサを設ける構成にしてもよい。
【0063】
そして、電気掃除機1の構成をより簡略化する際には、バンパ11のない構成も可能である。この場合には、制御手段45による制御において、ステップ6およびステップ7を省略した制御にすることで、段差Dに向けて斜め方向から移動した場合にこの段差Dを回避できる。
【0064】
また、本体ケース2の形状は進行方向に対して線対称であれば、円柱状でなくてもよい。
【0065】
さらに、電気掃除機1が段差Dに向けて斜め方向から移動した際にこの段差Dを回避できる構成であれば、電気掃除機1の細部は上記構成に限定されない。
【0066】
そして、本体ケース2は、進行方向の前面であるバンパ11がこの本体ケース2の進行方向に沿った中心線に対して線対称な形状であれば、進行方向の後面の形状が本体ケース2の進行方向に沿った中心線に対して線対称でなくてもよい。
【0067】
【発明の効果】
本発明によれば、障害物検知手段により段差を非対称に検知した場合には制御手段により掃除機本体にこの段差を回避させることで、段差による駆動輪の空転などを防止し、確実に走行制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電気掃除機の一実施の形態を示す正面図である。
【図2】同上電気掃除機を示す断面図である。
【図3】同上電気掃除機を示す底面図である。
【図4】同上電気掃除機を示すブロック図である。
【図5】同上電気掃除機の走行制御を示すフローチャートである。
【図6】同上電気掃除機の走行制御を示す説明図である。
【図7】同上電気掃除機の走行制御を示す説明図である。
【図8】同上電気掃除機の走行制御を示す説明図である。
【図9】同上電気掃除機の走行制御を示す説明図である。
【図10】本発明の電気掃除機の他の実施の形態を示す正面図である。
【図11】同上電気掃除機を示す側面図である。
【図12】同上電気掃除機の一部を示す平面図である。
【符号の説明】
1 電気掃除機
2 掃除機本体としての本体ケース
6 駆動輪
11 接触検知手段としてのバンパ
14 傾斜面
24 電動送風機としてのモータ
32 障害物検知手段としての障害物センサ
45 制御手段
D 段差
F 被掃除面としての床面
Claims (2)
- 電動送風機を備え、進行方向に対して少なくとも前面が進行方向に沿った中心線に対して線対称な形状の掃除機本体と、
この掃除機本体を移動可能にする一対の駆動輪と、
前記掃除機本体の進行方向に沿ったこの掃除機本体の中心線に対して互いに線対称な位置に前記掃除機本体の前方に向けて設けられ、被掃除面より突出した段差を検知する一対の障害物検知手段と、
前記掃除機本体を自立移動させ、前記障害物検知手段により段差を非対称に検知した際に前記掃除機本体に段差を回避させる制御手段と
を具備したことを特徴とした電気掃除機。 - 掃除機本体は、この掃除機本体の進行方向に沿ったこの掃除機本体の中心線上の部分が平面視で最も前方に突出して設けられ、
前記掃除機本体の前部の下面に設けられ、この掃除機本体の進行方向前方に向かって上方向に傾斜した傾斜面と、
前記掃除機本体の進行方向に沿ったこの掃除機本体の中心線から平面視でずれた位置に少なくとも設けられた接触検知手段とを具備した
ことを特徴とした請求項1記載の電気掃除機。
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