JP2005211360A

JP2005211360A - 自走式掃除機

Info

Publication number: JP2005211360A
Application number: JP2004022403A
Authority: JP
Inventors: Naoya Uehigashi; 直也上東
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】走行異常の発生を低減することができる自走式掃除機を低コストで提供する。
【解決手段】
自走式掃除機１は、駆動輪２１の床面Ｆからの浮き上がりを検知する持ち上げスイッチと、掃除機前方にある床面Ｆの段差Ｓを検知する段差センサ１３を備え、持ち上げスイッチにより駆動輪２１の浮き上がりが検知されたときに、段差センサ１３の出力に基づいて、掃除機１が床面Ｆから所定範囲以内の近いところにあると判断された場合（図５（ａ））には、駆動輪２１が床面Ｆにある段差Ｓに脱輪したものと判断して、駆動輪２１を駆動させて段差Ｓからの脱出を試み、掃除機１が床面Ｆから所定範囲より遠いところにある判断された場合（図５（ｂ））には、掃除機１がユーザにより持ち上げられたものと判断して、駆動輪２１を停止させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、自走式掃除機に関し、特に、自律走行しながら部屋の掃除を行う自走式掃除機に関するものである。

近年、自律走行しながら家屋内の床面を掃除する自走式掃除機の開発が行われている。このような自律型の自走式掃除機においては、ユーザが掃除機を監視していない状態でも確実に掃除作業が進められるように、走行異常の発生をできるだけ少なくすることが求められる。このため、自律型の自走式掃除機は、床面にある段差を検知するための段差センサ等、複数の障害物検知用のセンサを備えている。しかしながら、段差センサを備えた自走式掃除機であっても、駆動輪が床面にある溝等の段差に脱輪して床面から浮き上がってしまい、走行不能に陥ることがあった。

ところで、床面に対向する掃除機の底面に圧力センサを配置して、この圧力センサにより掃除機が床面から浮き上がったか否かを検知し、その検知結果に基づいて走行モータへの通電を制御するようにした自走式掃除機が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、床面に対向する掃除機の底面に、床面に当接する回動自在なローラ体を有し、このローラ体が床面に当接しているか否かで床面の段差を検知する段差検知スイッチを備えた自走式掃除機が知られている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、このような従来の自走式掃除機においては、掃除機がユーザによって持ち上げられたことにより駆動輪が浮いた状態になったのか、或は、駆動輪が脱輪したことにより浮いた状態になったのかを判断することができず、各場合に合わせて駆動輪を適切に制御することができなかった。このため、従来の自走式掃除機においては、駆動輪が床面にある段差に脱輪した場合、駆動輪を適切に制御して段差から脱出させることができず、走行不能に陥って走行異常が発生する可能性が高かった。

一方、一般家庭用で使用されるパーソナルロボットとして、ロボットの前方の床面に赤外線を照射してロボット前方の床面の段差を検出する段差検出手段と、ロボットの真下の床面に赤外線を照射して、ロボットが持ち上げられているか、或は、着床しているかを検出する持ち上げ検出手段とを備えたロボットが知られている（例えば、特許文献３参照）。
特開平７−３０８２７５号公報特開２００２−１５４０８１号公報特開２００２−３６０４８０号公報

しかしながら、特許文献３に記載のロボットは、持ち上げ検出手段により、ロボットが持ち上げられているか否かを検出することはできるものの、段差検出手段は、ロボット前方の段差を検出するためだけにしか使用されておらず、持ち上げ検出手段によりロボットが着床していると判断された場合には、駆動輪が脱輪してロボットが走行不能状態に陥っていたとしても適切な判断をすることができず、駆動輪を適切に制御して走行不能状態からの回復を図ることができなかった。このため、駆動輪が脱輪した場合において、ロボットの走行異状の発生を低減することができなかった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、低コストで、かつ走行異常の発生を低減することができる自走式掃除機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、自律走行のために走行方向にある障害物を検知し、その障害物までの距離を測定する障害物検知手段と、この障害物検知手段に基づいて複数の駆動輪を制御することにより障害物を回避しつつ自律走行する走行手段と、掃除機本体の走行する領域を掃除する掃除手段と、前記駆動輪の床面からの浮き上がりを検知する浮き上がり検知手段と、前記浮き上がり検知手段の検知結果に基づいて前記駆動輪を制御する駆動輪制御手段とを備えた自走式掃除機において、前記障害物検知手段は、前記掃除機本体の僅かに前方の右側方を斜め下向きに監視し、床面までの距離を測定して段差を検知する右段差センサと、掃除機本体の僅かに前方の左側方を斜め下向きに監視し、床面までの距離を測定して段差を検知する左段差センサとを有し、前記駆動輪制御手段は、前記浮き上がり検知手段により前記駆動輪の浮き上がりが検知されたとき、前記右段差センサ及び／又は左段差センサの出力に基づいて、掃除機本体が床面から所定範囲以内の近いところにあると判断された場合には、前記駆動輪が床面にある段差に脱輪したものと判断して、少なくとも一定時間だけ前記駆動輪の回転方向及び回転速度を制御して駆動輪を駆動させ、前記段差からの脱出を試み、前記右段差センサ及び／又は左段差センサの出力に基づいて、掃除機本体が床面から所定範囲より遠いところにあると判断された場合には、掃除機本体がユーザにより持ち上げられたものと判断して、前記駆動輪を停止させる。

請求項２の発明は、自律走行のために走行方向にある障害物を検知し、その障害物までの距離を測定する障害物検知手段と、この障害物検知手段に基づいて複数の駆動輪を制御することにより障害物を回避しつつ自律走行する走行手段と、掃除機本体の走行する領域を掃除する掃除手段と、前記駆動輪の床面からの浮き上がりを検知する浮き上がり検知手段と、前記浮き上がり検知手段の検知結果に基づいて前記駆動輪を制御する駆動輪制御手段とを備えた自走式掃除機において、前記障害物検知手段は、掃除機本体の僅かに前方を斜め下向きに監視し、床面までの距離を測定して段差を検知する段差センサを有し、前記駆動輪制御手段は、前記浮き上がり検知手段の検知結果に加えて、前記段差センサの出力に基づいて前記駆動輪を制御する。

請求項３の発明は、請求項２に記載の自走式掃除機において、前記駆動輪制御手段は、前記浮き上がり検知手段により前記駆動輪の浮き上がりが検知されたとき、前記段差センサの出力に基づいて、掃除機本体が床面から所定範囲以内の近いところにあると判断された場合には、前記駆動輪が床面にある段差に脱輪したものと判断して、前記駆動輪を駆動させて前記段差からの脱出を試み、前記段差センサの出力に基づいて、掃除機本体が床面から所定範囲より遠いところにある判断された場合には、掃除機本体がユーザにより持ち上げられたものと判断して、前記駆動輪を停止させることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、浮き上がり検知手段により駆動輪の浮き上がりが検知されたときに、浮き上がり検知手段の検知結果に加えて左右の段差センサの出力に基づいて、駆動輪が床面にある段差に脱輪したのか、或は、掃除機がユーザにより持ち上げられたのかを判断し、脱輪したと判断される場合には、少なくとも一定時間だけ駆動輪の駆動を制御して段差からの脱出を試みるため、掃除機の走行異常の発生を少なくして走行性能を向上することができる。また、掃除機がユーザにより持ち上げられたと判断される場合には、駆動輪を停止するため、ユーザは、安全に掃除機を持ち上げることができる。また、駆動輪の脱輪時に、右段差センサ及び左段差センサのそれぞれの出力を利用することにより、掃除機の置かれている状況が、より詳細に把握できるため、より適切な駆動輪の制御が可能となる。

また、駆動輪の浮き上がりが検知された場合に、駆動輪が床面にある段差に脱輪したのか、或は、掃除機がユーザにより持ち上げられたのかの判断は、掃除機の通常の走行時にも使用される段差センサを用いて行われるため、余分なセンサやスイッチを必要とせず、低コストで走行異常の発生を低減することができる。

請求項２の発明によれば、浮き上がり検知手段の検知結果に加えて、段差センサの出力に基づいて駆動輪を制御するため、掃除機が置かれている状況に適した駆動輪の制御を行うことができる。

請求項３の発明によれば、浮き上がり検知手段及び段差センサに基づいて、駆動輪が脱輪したと判断される場合には、段差センサの出力に基づいて駆動輪を駆動させて、段差からの脱出を試みるため、走行異常の発生を少なくして掃除機の走行性能を向上することができる。また、掃除機がユーザにより持ち上げられたと判断される場合には、駆動輪を停止するため、ユーザは、安全に掃除機を持ち上げることができる。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。図１に示される自走式掃除機１は、複数のセンサ１１，１２,１３等からの信号を基に掃除場所を判断し、自律走行しながら床面を掃除する機器である。

まず、自走式掃除機１の障害物検知手段及び走行手段について、図１に加えて、図２のブロック構成図を参照して説明する。自走式掃除機１は、自律走行のために障害物等を検出する走行用センサ類１０（障害物検知手段）として、前方センサ１１及び天井センサ１２を掃除機上部１ａの上面突出部に備え、段差センサ１３及びセンサ用照明ランプ１７を、掃除機下部１ｂの前方に備えている。前方センサ１１、天井センサ１２及び段差センサ１３は、各々光学式の測距センサである。

前方センサ１１は、自走式掃除機１の前方の斜め下向きを監視し、段差、壁、柱、家具、テーブルやベッドの脚等の障害物までの距離を測定する。天井センサ１２は、自走式掃除機１の前方を斜め上向きに監視し、自走式掃除機１の前上方にある障害物（テーブルやベッドの下を通り抜けできるか否か）を検出し、その障害物の高さと障害物までの距離を測定する。

段差センサ１３は、右段差センサ１３Ｒ及び左段差センサ１３Ｌにより構成されている。右段差センサ１３Ｒは、自走式掃除機１の僅かに前方の右側方を斜め下向きに監視し、障害物までの距離を測定する。左段差センサ１３Ｌは、掃除機の僅かに前方の左側方を斜め下向きに監視し、、障害物までの距離を測定する。

また、自律走行のための他のセンサとして、加速度センサ１４及び地磁気センサ１５が掃除機状上部１ａの内部に備えられている。加速度センサ１４は、自走式掃除機１に作用する加速度を上下方向、前後方向、左右方向について各々独立して検出する。地磁気センサ１５は、地磁気の方向に応じた出力値を出力して自走式掃除機１が向いている方向を決定する。

自走式掃除機１は、走行手段として右駆動輪２１Ｒと左駆動輪２１Ｌからなる駆動輪２１と、右駆動モータ２２Ｒと左駆動モータ２２Ｌからなる駆動モータ２２を、進行方向ａに対して掃除機下部１ｂの後方に備えており、駆動輪２１の他に、前方の従動輪２３を備えている。駆動輪２１は、バッテリ８０を動力源として、駆動モータ２２により左右各々独立して正転・逆転駆動される駆動輪であり、回転数制御により操舵が行われる。また、自走式掃除機１は、各駆動輪２１Ｒ，２１Ｌの浮き上がりを検知する持ち上げスイッチ３０（浮き上がり検知手段）を備えている。持ち上げスイッチ３０としては、例えば、自走式掃除機１の自重により上下方向に浮き沈みする駆動輪２１の動きを利用して駆動輪２１の浮き上がりを機械的に検知し、オン／オフするスイッチが用いられる。

次に、自走式掃除機１の掃除手段について、図２及び図３を参照して説明する。なお、図３においては、自走式掃除機1を、掃除機上部１ａ及び掃除機下部１ｂに分断して示している。自走式掃除機１は、掃除手段として、メインブラシ４１、従動ローラ４２、吸引ノズル４３、ゴミ吸引ファン４４、ゴミを集めておくダストボックス４５とを備えている。メインブラシ４１はメインブラシモータ５１により、ゴミ吸引ファン４４はゴミ吸引用モータ５２により駆動される。吸引ノズル４３は、メインブラシ４１により掻き上げられたゴミ、及び従動ローラ４２により搬送されたゴミを吸引口から吸引してダストボックス４５に集塵するものである。吸引ノズル４３の吸引口は、自走式掃除機１の床面に対向する底面に進行方向ａに直交する車体幅方向に細長く開口している。また、自走式掃除機１は、吸引ノズル４３から吸引されるゴミを検出するゴミセンサ１６を備えている。このゴミセンサ１６は、発光部と受光部とを有する透過型の光学式センサである。

さらに、自走式掃除機１は、ユーザにより操作される操作部６１と、表示部６２と、スピーカ６３と、自走式掃除機１の各手段を制御する制御部７０と、地図情報メモリ７１と、掃除機１の全体に電力を供給するバッテリ８０とを備えている。

操作部６１は、自走式掃除機１による掃除動作を開始・停止させ、また、その他の各種設定を行うために操作される。表示部６２は、例えば、ＬＣＤやＬＥＤ等で構成されており、自走式掃除機１の動作状況や各種メッセージを報知する。スピーカ６３は、掃除機１の動作状況や各種メッセージを報知する。

制御部７０は、各種センサ１１〜１６等から入力される信号を基に自走式掃除機１の各手段を制御するもので、位置・方向判定部７０ａ、走行制御部（駆動輪制御手段）７０ｂ、及び掃除動作制御部７０ｃを備える。

位置・方向判定部７０ａは、前方センサ１１、天井センサ１２及び段差センサ１３からの出力を基に、障害物の存在する領域及び掃除済みの領域についての地図情報を作成し、その地図情報を地図情報メモリ７１に記憶させる。また、加速度センサ１４からの前後方向の加速度検出値を時間積分することにより自走式掃除機１の走行速度を算出し、その走行速度と走行時間を基に走行距離を算出する。また、地磁気センサ１５からの地磁気の方向に応じた出力値を基に自走式掃除機１が向いている方向を判定する。

走行制御部７０ｂは、駆動モータ２２を駆動して駆動輪２１の回転方向と回転速度を制御することにより自走式掃除機１の走行を制御する。また、走行制御部７０ｂは、持ち上げスイッチ３０により駆動輪２１の浮き上がりが検知されたときに、段差センサ１３の出力に基づいて、駆動輪２１の回転方向及び回転速度を制御する。地図情報メモリ７１の地図情報は、掃除動作中に随時更新され、自走式掃除機１はこれを参照して掃除動作を進めてゆく。

掃除動作制御部７０ｃは、メインブラシモータ５１、及びゴミ吸引ファン４４を回転駆動させるゴミ吸引用モータ５２の駆動を制御してゴミを掻き集めて吸引する力を調節する。

さらにまた、自走式掃除機１は、不法侵入者等の監視を行うセキュリティ機能を有しており、不法侵入者を検出する人体センサ９１と、不法侵入者等を撮影するカメラ９２と、カメラ用照明ランプ９３とを備えている。人体センサ９１は、人体から放射される赤外線を受光することにより自走式掃除機１の周辺の人体の有無を検出する。カメラ９２は、立っている人の顔を撮影できるように、自走式掃除機１の前方の斜め上方向に向けて配置されている。また、自走式掃除機１は、通信モジュール９４を備えており、カメラ９２で撮影した画像や、自走式掃除機１の動作状況をアンテナ９４ａを介して図示しない主制御装置へ無線で送信する。自走式掃除機１は、掃除動作を行わないときには、これら人体センサ９１、カメラ９２、カメラ用照明ランプ９３、及び通信モジュール９４を動作させて、不法侵入者等の監視を行う。

次に、自走式掃除機１の持ち上げスイッチ３０がオンになった場合の制御手順について、図４のフローチャート及び図５を参照して説明する。制御部７０は、自走式掃除機１の走行開始と共に、持ち上げスイッチ３０の状態を監視して、各駆動輪２１Ｒ，２１Ｌの浮き上がりの検知動作を行う（Ｓ１）。そして、各駆動輪２１Ｒ，２１Ｌの少なくとも一方の持ち上げスイッチ３０がオンになり、駆動輪２１の浮き上がりが検知されると（Ｓ１でＹＥＳ）、右段差センサ１３Ｒ及び左段差センサ１３Ｌの出力に基づいて、自走式掃除機１から床面までの距離が所定範囲内かどうか判断し（Ｓ２）、図５（ａ)に示されるように、自走式掃除機１が床面Ｆから所定範囲以内の近いところにあると判断された場合（Ｓ２でＹＥＳ）には、駆動輪２１が床面Ｆにある溝等の段差Ｓに脱輪したものと判断して、段差Ｓからの駆動輪２１の脱出を試みる（Ｓ３〜Ｓ７）。一方、図５（ｂ)に示されるように、自走式掃除機１が床面Ｆから所定範囲より遠いところにあると判断された場合（Ｓ２でＮＯ）には、自走式掃除機１がユーザにより持ち上げられたものと判断して、駆動モータ２２をオフにして駆動輪２１を停止させる（Ｓ８）。

自走式掃除機１が床面Ｆから所定範囲以内の近いところにあると判断された場合（Ｓ２でＹＥＳ）には、タイムカウントを開始し（Ｓ３）、右段差センサ１３Ｒ及び左段差センサ１３Ｌのそれぞれの出力に基づいて、駆動輪２１の回転方向及び回転速度を制御する（Ｓ４）。このように、駆動輪２１の脱輪時に、右段差センサ１３Ｒ及び左段差センサ１３Ｌのそれぞれの出力を利用することにより、自走式掃除機１の置かれている状況が、より詳細に把握できるため、より適切な駆動輪２１の制御が可能となる。駆動輪２１が脱輪状態を脱し、持ち上げスイッチ３０がオフになれば（Ｓ５でＹＥＳ）、Ｓ１に戻って駆動輪２１の浮き上がりの検知動作を行う。一方、持ち上げスイッチ３０がオン状態のままであれば（Ｓ５でＮＯ）、自走式掃除機１から床面Ｆまでの距離が所定範囲内かどうか判断し（Ｓ６）、自走式掃除機１が床面Ｆから所定範囲より遠いところにあると判断された場合（Ｓ６でＮＯ）には、駆動モータ２２をオフにして駆動輪２１を停止させる（Ｓ８）。自走式掃除機１が床面Ｆから所定範囲以内の近いところにあると判断された場合（Ｓ６でＹＥＳ）には、タイムカウント開始（Ｓ３）から所定時間経過したかどうか判断し（Ｓ７）、所定時間内であれば（Ｓ７でＮＯ）、Ｓ４に戻って、再度、駆動輪２１の回転方向等を調整して駆動輪２１を駆動させる。一方、タイムカウント開始（Ｓ３）から所定時間経過しても脱輪状態から脱出できない場合には（Ｓ７でＹＥＳ）、駆動輪２１を停止させる（Ｓ８）。なお、このように所定時間経過しても自走式掃除機１が脱輪状態から脱出できない場合に駆動輪２１を停止させることにより、バッテリ８０の電力の無駄な消費を抑制することができる。

このように本実施形態の自走式掃除機１によれば、持ち上げスイッチ３０及び段差センサ１３に基づいて、駆動輪２１が脱輪したと判断される場合には、段差センサ１３の出力に基づいて駆動輪２１を駆動させて、段差からの脱出を試みるため、走行異常の発生を少なくして掃除機の走行性能を向上することができる。また、自走式掃除機１がユーザにより持ち上げられたと判断された場合には、駆動輪２１を停止するため、ユーザは、安全に掃除機を持ち上げることができる。また、駆動輪２１の浮き上がりが検知された場合に、駆動輪２１が床面にある段差に脱輪したのか、或は、自走式掃除機１がユーザにより持ち上げられたのか判断は、掃除機の通常の走行時にも使用される段差センサ１３を用いて行われるため、余分なセンサやスイッチを必要せず、低コストで走行異常の発生を低減することができる。

なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく種々の変形が可能であり、例えば、段差センサ１３は、光学式の測距センサでなくてもよく、掃除機前方にある床面の段差を検知できるものであればよい。また、上記実施形態においては、溝状の段差Ｓに駆動輪２１が脱輪した場合について説明したが、床面Ｆより高く形成された段差に駆動輪２１が乗り上げた場合についても、本発明は適応可能である。

本発明の一実施形態による自走式掃除機の斜視図。同掃除機のブロック構成図。同掃除機の分解斜視図。同掃除機の持ち上げスイッチがオンになった場合の制御手順を示すフローチャート（ａ）は同掃除機の駆動輪が床面にある段差に脱輪した状態を示す図、（ｂ）は同掃除機がユーザにより持ち上げられた状態を示す図。

符号の説明

１自走式掃除機
１０走行用センサ類（障害物検知手段）
１３段差センサ
２１駆動輪（走行手段）
２２駆動モータ（走行手段）
３０持ち上げスイッチ（浮き上がり検知手段）
４１メインブラシ（掃除手段）
４４ゴミ吸引ファン（掃除手段）
７０ｃ走行制御部（駆動輪制御手段）

Claims

自律走行のために走行方向にある障害物を検知し、その障害物までの距離を測定する障害物検知手段と、この障害物検知手段に基づいて複数の駆動輪を制御することにより障害物を回避しつつ自律走行する走行手段と、掃除機本体の走行する領域を掃除する掃除手段と、前記駆動輪の床面からの浮き上がりを検知する浮き上がり検知手段と、前記浮き上がり検知手段の検知結果に基づいて前記駆動輪を制御する駆動輪制御手段とを備えた自走式掃除機において、
前記障害物検知手段は、前記掃除機本体の僅かに前方の右側方を斜め下向きに監視し、床面までの距離を測定して段差を検知する右段差センサと、掃除機本体の僅かに前方の左側方を斜め下向きに監視し、床面までの距離を測定して段差を検知する左段差センサとを有し、
前記駆動輪制御手段は、前記浮き上がり検知手段により前記駆動輪の浮き上がりが検知されたとき、
前記右段差センサ及び／又は左段差センサの出力に基づいて、掃除機本体が床面から所定範囲以内の近いところにあると判断された場合には、前記駆動輪が床面にある段差に脱輪したものと判断して、少なくとも一定時間だけ前記駆動輪の回転方向及び回転速度を制御して駆動輪を駆動させ、前記段差からの脱出を試み、
前記右段差センサ及び／又は左段差センサの出力に基づいて、掃除機本体が床面から所定範囲より遠いところにあると判断された場合には、掃除機本体がユーザにより持ち上げられたものと判断して、前記駆動輪を停止させることを特徴とする自走式掃除機。
自律走行のために走行方向にある障害物を検知し、その障害物までの距離を測定する障害物検知手段と、この障害物検知手段に基づいて複数の駆動輪を制御することにより障害物を回避しつつ自律走行する走行手段と、掃除機本体の走行する領域を掃除する掃除手段と、前記駆動輪の床面からの浮き上がりを検知する浮き上がり検知手段と、前記浮き上がり検知手段の検知結果に基づいて前記駆動輪を制御する駆動輪制御手段とを備えた自走式掃除機において、
前記障害物検知手段は、掃除機本体の僅かに前方を斜め下向きに監視し、床面までの距離を測定して段差を検知する段差センサを有し、
前記駆動輪制御手段は、前記浮き上がり検知手段の検知結果に加えて、前記段差センサの出力に基づいて前記駆動輪を制御すること特徴とする自走式掃除機。
前記駆動輪制御手段は、前記浮き上がり検知手段により前記駆動輪の浮き上がりが検知されたとき、
前記段差センサの出力に基づいて、掃除機本体が床面から所定範囲以内の近いところにあると判断された場合には、前記駆動輪が床面にある段差に脱輪したものと判断して、前記駆動輪を駆動させて前記段差からの脱出を試み、
前記段差センサの出力に基づいて、掃除機本体が床面から所定範囲より遠いところにある判断された場合には、掃除機本体がユーザにより持ち上げられたものと判断して、前記駆動輪を停止させることを特徴とする請求項２に記載の自走式掃除機。