JP2018112799A

JP2018112799A - Autonomously moving vacuum cleaner

Info

Publication number: JP2018112799A
Application number: JP2017001549A
Authority: JP
Inventors: 翔太橋本; Shota Hashimoto; 康博松井; Yasuhiro Matsui; 亮介佐川; Ryosuke Sagawa; 誠一武花; Seiichi Takehana; 貴弘中居; Takahiro Nakai
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2017-01-10
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2018-07-19

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an autonomously moving vacuum cleaner which effectively returns to a charging stand.SOLUTION: The autonomously moving vacuum cleaner performs: a step of detecting one or more of two or more types of return signals which a charging stand issues forward thereof; a docking trial step of detecting an object with a sensor while detecting the return signal; a step of turning clockwise or counterclockwise in accordance with the type of return signal detected immediately after the docking try step; and a step of retrying docking in accordance with the type of return signal detected during or after turning.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、自律走行型掃除機に関する。 The present invention relates to an autonomously traveling vacuum cleaner.

特許文献１には、基地局から伝送される右信号と左信号との部分的に信号重複によって定義された経路を辿る自律ロボットのドッキング方法が記載されている。 Patent Document 1 describes an autonomous robot docking method in which a right signal and a left signal transmitted from a base station partially follow a route defined by signal overlap.

特開２００７−１４９１１５号公報JP 2007-149115 A

しかしながら、自律ロボットがドッキングの調整に失敗したり、信号を見失ったりすると、ドッキングに失敗してしまうおそれがある。 However, if the autonomous robot fails to adjust docking or loses sight of the signal, docking may fail.

上記事情に鑑みてなされた本発明は、充電台への帰還を効果的に行う自律走行型掃除機を提供することを目的とする。本発明は、充電台が当該充電台の前方に発する２種以上の帰還信号の何れか一種以上を検知する帰還初期ステップと、前記帰還信号を検知しつつ、接触センサ又は非接触センサによって物体を検知するドッキング試行ステップと、前記ドッキング試行ステップ直後に検知する帰還信号の種類に応じて時計回り又は反時計回りに旋回する旋回ステップと、前記旋回の最中又は旋回後に検知している帰還信号の種類に応じて、再度ドッキングを試行する再試行ステップと、を実行する制御部を有する自律走行型掃除機である。 This invention made | formed in view of the said situation aims at providing the autonomous running type vacuum cleaner which performs the return to a charging stand effectively. The present invention includes a feedback initial step in which the charging stand detects any one or more of two or more types of feedback signals emitted in front of the charging stand, and an object is detected by a contact sensor or a non-contact sensor while detecting the feedback signal. A docking trial step to be detected, a turning step to turn clockwise or counterclockwise according to the type of feedback signal detected immediately after the docking trial step, and a feedback signal detected during or after the turning It is the autonomous traveling type vacuum cleaner which has a control part which performs a retrying step which tries docking again according to a kind.

実施形態に係る自律走行型掃除機システムの全体構成図である。It is a whole block diagram of the autonomous running type vacuum cleaner system concerning an embodiment. 実施形態に係る自律走行型掃除機システムの自律走行型掃除機の充電台が発信する３つの帰還信号を示す図である。It is a figure which shows three return signals which the charging stand of the autonomous traveling type vacuum cleaner of the autonomous traveling type vacuum cleaner system which concerns on embodiment transmits. 実施形態に係る自律走行型掃除機が充電台ドッキング失敗後、（ａ）時計回りに進む図、（ｂ）反時計回りに進む図である。FIG. 4A is a diagram in which the autonomous traveling type vacuum cleaner according to the embodiment has failed in charging stand docking, and FIG.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る自律走行型掃除機システムの全体構成図である。本実施形態は、自律走行しながら掃除する自律走行型掃除機の充電台への自動帰還システムである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an autonomous traveling vacuum cleaner system according to an embodiment of the present invention. This embodiment is an automatic return system to a charging stand of an autonomous traveling type cleaner that performs cleaning while traveling autonomously.

なお、自律走行型掃除機１００が主に進行する向きを前方、鉛直上向きを上方とし、図１に示すように前後・上下・左右を定義する。 In addition, the direction in which the autonomous traveling type vacuum cleaner 100 mainly travels is defined as the front direction, and the vertical upward direction is defined as the upward direction, and front / rear / up / down / left / right are defined as shown in FIG.

図１に示すように、自律走行型掃除機システム１は、自律走行しながら掃除する自律走行型掃除機１００と、自律走行型掃除機１００を帰還させるための帰還信号を出力する基地局であるとともに、自律走行型掃除機１００を充電する充電装置である充電台２００と、を備える。 As shown in FIG. 1, the autonomous traveling cleaner system 1 is an autonomous traveling cleaner 100 that cleans while traveling autonomously, and a base station that outputs a feedback signal for returning the autonomous traveling cleaner 100. In addition, a charging stand 200 that is a charging device that charges the autonomously traveling cleaner 100 is provided.

充電台２００は、部屋を区画する壁部の近傍など、掃除の妨げにならない位置に配置される。 The charging stand 200 is disposed at a position that does not interfere with cleaning, such as in the vicinity of a wall section that divides a room.

［自律走行型掃除機１００］
自律走行型掃除機１００は、所定の掃除領域（例えば、室内）を自律的に移動しながら掃除する自走式電気掃除機である。 [Autonomous traveling vacuum cleaner 100]
The autonomous traveling type vacuum cleaner 100 is a self-propelled electric vacuum cleaner that performs cleaning while autonomously moving in a predetermined cleaning area (for example, a room).

図１に示すように、自律走行型掃除機１００は、上壁（および一部の側壁）である上ケース１１１と、底壁（および一部の側壁）である下ケース１１２と、前部に設置されるバンパ１１３と、を含んで構成される本体１１０を備える。本体１１０は、各種モータや制御装置１５０等を収容する筐体である。上ケース１１１には、集塵ケース１１４が着脱自在に収容されている。バンパ１１３は、外部から作用する押圧力に応じて内外方向（平面視で本体１１０の中心側を内側とする。）で移動可能に設置されている。バンパ１１３は、左右一対のバンパばね（図示せず）によって外方向に付勢されている。 As shown in FIG. 1, the autonomously traveling cleaner 100 includes an upper case 111 that is an upper wall (and some side walls), a lower case 112 that is a bottom wall (and some side walls), and a front part. And a bumper 113 to be installed. The main body 110 is a housing that houses various motors, the control device 150, and the like. A dust collection case 114 is detachably accommodated in the upper case 111. The bumper 113 is installed so as to be movable in an inward / outward direction (a center side of the main body 110 is an inside in a plan view) according to a pressing force acting from the outside. The bumper 113 is urged outward by a pair of left and right bumper springs (not shown).

<中央受信器１７１および受信器１７２>
本体１１０の前部には、充電台２００から３つの帰還信号を受信する中央受信器１７１および受信器１７２が設置されている。 <Central receiver 171 and receiver 172>
A central receiver 171 and a receiver 172 that receive three feedback signals from the charging base 200 are installed at the front of the main body 110.

中央受信器１７１および受信器１７２は、本体１１０の幅方向に異ならせた位置に配置された受信素子である。 The central receiver 171 and the receiver 172 are receiving elements arranged at different positions in the width direction of the main body 110.

中央受信器１７１は、本体１１０の略中央に設置された広い指向性の受信器である。具体的には、中央受信器１７１は、指向性受信器であり、本体１１０の背面側の所定角度を除く全周に亘って帰還信号を受光する。中央受信器１７１は、本体１１０の左右幅の略中央で、バンパ１１３上方に固定されている。 The central receiver 171 is a wide directional receiver installed in the approximate center of the main body 110. Specifically, the central receiver 171 is a directional receiver, and receives a feedback signal over the entire circumference except for a predetermined angle on the back side of the main body 110. The center receiver 171 is fixed above the bumper 113 at the approximate center of the left-right width of the main body 110.

受信器１７２は、中央受信器１７１より右側もしくは左側（本実施形態では、左側）に中央受信器１７１から所定距離離隔して設置された狭い指向性の受信器である。具体的には、受信器１７２は、指向性受信器であり、本体１１０の高さ方向の中央位置より低い位置で、本体１１０の左右幅の略中央より右に所定距離（例えば、約３０ｍｍ）離れた位置に、受信方向を略前向きにしてバンパ１１３に固定されている。 The receiver 172 is a narrow directional receiver installed at a predetermined distance from the central receiver 171 on the right side or the left side (the left side in the present embodiment) of the central receiver 171. Specifically, the receiver 172 is a directional receiver, and is located at a position lower than the center position in the height direction of the main body 110 and a predetermined distance (for example, about 30 mm) to the right from the approximate center of the left-right width of the main body 110. It is fixed to the bumper 113 at a distant position with the reception direction substantially forward.

上記中央受信器１７１および受信器１７２は、いずれも指向性受信器であり、無指向性受信器ではない。すなわち、本実施形態では、指向性受信器のみを、それぞれ別体の受信器として持つ。したがって、自律走行型掃除機１００は、無指向性受信器と指向性受信器（中央受信器１７１，受信器１７２）の両方を持たない構成となっている。自律走行型掃除機１００は、広い指向性の中央受信器１７１によって、本体１１０の位置を把握し、狭い指向性の受信器１７２によって、本体１１０の方向を把握する。 The central receiver 171 and the receiver 172 are both directional receivers and not omnidirectional receivers. That is, in this embodiment, only the directional receiver is provided as a separate receiver. Therefore, the autonomously traveling vacuum cleaner 100 is configured not to have both an omnidirectional receiver and a directional receiver (central receiver 171 and receiver 172). The autonomously traveling vacuum cleaner 100 grasps the position of the main body 110 by the central receiver 171 having a wide directivity, and grasps the direction of the main body 110 by the receiver 172 having a narrow directivity.

<センサ類>
バンパセンサ１５１は、バンパ１１３の後退（障害物との接触）を検知するマイクロスイッチである。バンパセンサ１５１は、バンパ１１３の裏側で、本体１１０の前側（下ケース１１１の周縁付近）に右側、左側に分かれて固定されている。例えば、バンパ１１３の右側（または中央付近）に障害物が接触した場合、右側のバンパ１１３が後退し、バンパセンサ１５１を作動させることで、検知信号が制御装置１５０に出力される。 <Sensors>
The bumper sensor 151 is a micro switch that detects the backward movement of the bumper 113 (contact with an obstacle). The bumper sensor 151 is fixed to the back side of the bumper 113 by dividing it into a right side and a left side on the front side of the main body 110 (near the periphery of the lower case 111). For example, when an obstacle comes into contact with the right side (or near the center) of the bumper 113, the right bumper 113 moves backward and the bumper sensor 151 is activated, so that a detection signal is output to the control device 150.

測距センサは、バンパ１１３の内側に設けられており、障害物までの距離を検出する赤外線センサである。測距センサは、赤外線を発光させる発光部（図示せず）と、赤外線が障害物で反射して戻ってくる反射光を受光する受光部（図示せず）と、を有している。バンパ１１３は赤外線を少なくとも一部透過する材料で形成されており、この受光部によって検出される反射光の強さに基づいて、障害物までの距離が算出される。本実施形態では、下ケース１１２の周縁付近において正面前方に３個、さらにその左右両側の本体斜め前に１個ずつ、計５個の測距センサを設けている。本実施形態では、前方に３個の測距センサに加え、本体斜め前に１個ずつ測距センサを追加することで、本体１１０が充電台２００に側面から近づく場合に、充電台２００をより確実に検出できるようにする。なお、充電台２００側の接触対策として、充電台２００の側面は、白色系とすることで、測距センサの認識率を向上させている。バンパ１１３のうち少なくとも測距センサの近傍は、赤外線を透過させる樹脂またはガラスで形成されている。なお、測距センサとして他の種類のセンサ（例えば、超音波センサ、可視光センサ）を用いてもよい。 The distance measuring sensor is an infrared sensor that is provided inside the bumper 113 and detects the distance to the obstacle. The distance measuring sensor includes a light emitting unit (not shown) that emits infrared light and a light receiving unit (not shown) that receives reflected light that is reflected by the infrared light reflected by an obstacle. The bumper 113 is made of a material that transmits at least part of infrared rays, and the distance to the obstacle is calculated based on the intensity of reflected light detected by the light receiving unit. In the present embodiment, a total of five distance measuring sensors are provided in the vicinity of the periphery of the lower case 112, three in front of the front and one in front of the main body on both the left and right sides. In this embodiment, in addition to the three distance measuring sensors in the front, one distance measuring sensor is added in front of the main body, so that when the main body 110 approaches the charging base 200 from the side, the charging base 200 is more Make sure it can be detected. In addition, as a contact countermeasure on the charging stand 200 side, the side surface of the charging stand 200 is white, thereby improving the recognition rate of the distance measuring sensor. Of the bumper 113, at least the vicinity of the distance measuring sensor is formed of resin or glass that transmits infrared rays. Note that another type of sensor (for example, an ultrasonic sensor or a visible light sensor) may be used as the distance measuring sensor.

自律走行型掃除機１００は、その他、清掃面である床面の有無又は距離を検知する床面測距センサと、駆動輪が床面に接触しているかを検知する持上センサとを有する。
充電台２００は、床面に対して略垂直に延びる本体ケース２１１（充電台本体）と、本体ケース２１１の前面および上面を覆う本体ケースカバー２１２と、本体ケース２１１の下部から床面に平行に前側に突き出す一対の突出し部２１３と、突出し部２１３の上面２１３ａから突出する給電端子２１４と、左右の突出し部２１３の底部同士と本体ケース２１１の底部とを繋ぐベース板２１５と、を備える。 In addition, autonomously traveling vacuum cleaner 100 includes a floor surface ranging sensor that detects the presence or absence of a floor surface that is a cleaning surface, and a lifting sensor that detects whether a driving wheel is in contact with the floor surface.
The charging stand 200 includes a main body case 211 (charging base main body) that extends substantially perpendicular to the floor surface, a main body case cover 212 that covers the front surface and the upper surface of the main body case 211, and a lower surface of the main body case 211 in parallel to the floor surface A pair of protruding portions 213 protruding to the front side, a power supply terminal 214 protruding from the upper surface 213a of the protruding portion 213, and a base plate 215 connecting the bottom portions of the left and right protruding portions 213 and the bottom portion of the main body case 211 are provided.

［帰還信号］
<３つの帰還信号>
図２は、充電台２００が発信する３つの帰還信号を示す図である。充電台２００は、赤外線ＬＥＤ２３１，２３２，２３３がそれぞれ３つの赤外線の帰還信号、すなわち充電台２００の中央の領域に向けた狭い領域の中央帰還信号（以下、Ｃ信号）と、充電台２００の左の領域に向けた広い領域の左側帰還信号（以下、Ｌ信号）と、充電台２００の右の領域に向けた広い領域の右側帰還信号（以下、Ｒ信号）と、を発信する。図２のハッチング部は、３つの帰還信号（Ｃ信号、Ｌ信号、Ｒ信号）の伝送領域を示している。図２のハッチング部に示すように、Ｌ信号は、左前方に向けて発信される広い領域の帰還信号であり、Ｒ信号は、右前方に向けて発信される広い領域の帰還信号である。これに対して、Ｃ信号は、充電台２００の中央に向けて発信される狭い領域の帰還信号である。Ｃ信号の伝送領域とＬ信号の伝送領域、および、Ｃ信号の伝送領域とＲ信号の伝送領域とは、それぞれ一部重複する。しかし、Ｌ信号の伝送領域とＲ信号の伝送領域とが重複することはない。 [Return signal]
<Three feedback signals>
FIG. 2 is a diagram illustrating three feedback signals transmitted from the charging stand 200. The charging stand 200 includes three infrared feedback signals from the infrared LEDs 231, 232, and 233, that is, a narrow central feedback signal (hereinafter referred to as C signal) toward the central region of the charging stand 200, and the left of the charging stand 200. A wide-area left feedback signal (hereinafter referred to as L signal) directed toward the above-mentioned area and a wide-area right feedback signal (hereinafter referred to as R signal) directed toward the right area of the charging base 200 are transmitted. The hatched portion in FIG. 2 shows a transmission area of three feedback signals (C signal, L signal, and R signal). As shown in the hatched portion of FIG. 2, the L signal is a wide-area feedback signal transmitted toward the left front, and the R signal is a wide-area feedback signal transmitted toward the right front. On the other hand, the C signal is a feedback signal in a narrow area transmitted toward the center of the charging base 200. The C signal transmission region and the L signal transmission region, and the C signal transmission region and the R signal transmission region partially overlap each other. However, the L signal transmission region and the R signal transmission region do not overlap.

図３は充電台２００に帰還動作中の自律走行型掃除機１００充電台ドッキング失敗後、（ａ）時計回りに進む図、（ｂ）反時計回りに進む図である。帰還動作中の自律走行型掃除機１００は、充電台２００の３つの帰還信号何れかを検知し続けることができるように走行する。すなわち、左右方向に延びる壁面に沿って置かれた充電台２００に帰還しようとする場合、充電台２００の左前側の領域を右後方向に向かって近づいたり、充電台２００の右前側の領域を左後方向に向かって近づくケースが考えられる。そして、充電台２００へのドッキングを試行するが、必ずしも一度で成功するとは限らず、充電台２００への接触又は近接を検知することで回避動作を開始してしまうことがある。 FIGS. 3A and 3B are diagrams of (a) proceeding in a clockwise direction and (b) proceeding in a counterclockwise direction after a failure of docking of the autonomous traveling type vacuum cleaner 100 being returned to the charging base 200. The autonomously traveling vacuum cleaner 100 during the return operation travels so that it can continue to detect any of the three return signals of the charging stand 200. That is, when returning to the charging base 200 placed along the wall extending in the left-right direction, the left front area of the charging base 200 is approached toward the right rear direction, or the right front area of the charging base 200 is set. A case of approaching toward the left rear direction can be considered. And although it tries the docking to the charging stand 200, it is not always successful once, and the avoidance operation may be started by detecting the contact or proximity to the charging stand 200.

このようなとき、充電台２００への接触又は近接をバンパ１１３又は測距センサで検知して回避動作を行った後に自律走行型掃除機１００が検知している帰還信号の種類に応じて、次に行う動作を決定することができる。具体的には、自律走行型掃除機１００がＲ信号を検知しているとき、自律走行型掃除機１００は上面視で時計回りに旋回することができる。こうすると、自律走行型掃除機１００が向いていた方向からさほど方向転換を必要とせずに充電台前側の領域に到達しやすい。すると、自律走行型掃除機１００はＣ信号又はＬ信号を検知可能な領域に到達しやすいため、充電台２００との相対的な位置関係を再び把握できるから、再度ドッキングを効果的に試行できる。例えば、Ｒ信号及びＣ信号を同時に検知可能な領域に到達した場合、自律走行型掃除機１００が充電台２００に対して直前方より少し右側に位置していることを確認できる。
なお、このようなときの旋回動作は、１８０°以上行うことが好ましく、３６０°以下又は２７０°以下行うことが好ましい。 In such a case, after the contact or proximity to the charging base 200 is detected by the bumper 113 or the distance measuring sensor and the avoidance operation is performed, the following is performed according to the type of the feedback signal detected by the autonomous traveling cleaner 100. The action to be taken can be determined. Specifically, when the autonomous traveling cleaner 100 detects an R signal, the autonomous traveling cleaner 100 can turn clockwise in a top view. If it carries out like this, it will be easy to reach the area | region of the charging stand front side, without requiring a direction change so much from the direction which the autonomous running type vacuum cleaner 100 faced. Then, since the autonomously traveling vacuum cleaner 100 can easily reach the area where the C signal or L signal can be detected, the relative positional relationship with the charging base 200 can be grasped again, so that the docking can be effectively tried again. For example, when reaching the region where the R signal and the C signal can be detected at the same time, it can be confirmed that the autonomously traveling cleaner 100 is located slightly to the right of the charging stand 200 from the immediately preceding side.
In this case, the turning operation is preferably performed at 180 ° or more, and is preferably performed at 360 ° or less or 270 ° or less.

また、自律走行型掃除機１００がＬ信号を検知しているとき、自律走行型掃除機１００は上面視で反時計回りに旋回することができる。こうすると、自律走行型掃除機１００が向いていた方向からさほど方向転換を必要とせずに充電台前側の領域に到達しやすい。すると、自律走行型掃除機１００はＣ信号又はＲ信号を検知可能な領域に到達しやすいため、充電台２００との相対的な位置関係を再び把握できるから、再度ドッキングを効果的に試行できる。
なお、このようなときの旋回動作は、１８０°以上行うことが好ましく、３６０°以下又は２７０°以下行うことが好ましい。 Further, when the autonomous traveling cleaner 100 detects the L signal, the autonomous traveling cleaner 100 can turn counterclockwise when viewed from above. If it carries out like this, it will be easy to reach the area | region of the charging stand front side, without requiring a direction change so much from the direction which the autonomous running type vacuum cleaner 100 faced. Then, since autonomously traveling cleaner 100 can easily reach the region where C signal or R signal can be detected, the relative positional relationship with charging base 200 can be grasped again, so that docking can be effectively tried again.
In this case, the turning operation is preferably performed at 180 ° or more, and is preferably performed at 360 ° or less or 270 ° or less.

また、充電台２００への接触又は近接の検知に代えて又は追加して、帰還信号を検知しつつ床面が無いこと若しくは遠いこと又は駆動輪が持ち上げられたことを検知したことを条件の一つにして、上記の旋回動作を実行してもよい。 Further, instead of or in addition to detection of contact or proximity to the charging base 200, one of the conditions is that it is detected that the floor surface is absent or far away or that the driving wheel is lifted while detecting the return signal. Alternatively, the turning operation described above may be performed.

好ましくは、上記の旋回動作によって、Ｃ信号等、充電台２００の直前方又は直前方に近い方向に自律走行型掃除機１００が位置するように旋回することが好ましい。その後例えば、自律走行型掃除機１００の直前方側に設けたセンサを用いて帰還信号を検知させて、ドッキングを試行すると、より効果的な帰還を試行できる。 Preferably, it is preferable to turn so that the autonomous traveling cleaner 100 is located in the direction immediately before or near the front of the charging stand 200, such as the C signal, by the turning operation described above. Thereafter, for example, if a feedback signal is detected using a sensor provided on the front side of the autonomous traveling cleaner 100 and a docking is attempted, more effective feedback can be attempted.

Claims

充電台が当該充電台の前方に発する２種以上の帰還信号の何れか一種以上を検知する帰還初期ステップと、
前記帰還信号を検知しつつ、接触センサ又は非接触センサによって物体を検知するドッキング試行ステップと、
前記ドッキング試行ステップ直後に検知する帰還信号の種類に応じて時計回り又は反時計回りに旋回する旋回ステップと、
前記旋回の最中又は旋回後に検知している帰還信号の種類に応じて、再度ドッキングを試行する再試行ステップと、を実行する制御部を有する自律走行型掃除機。 A feedback initial step in which the charging stand detects at least one of two or more kinds of feedback signals emitted in front of the charging stand;
A docking trial step of detecting an object by a contact sensor or a non-contact sensor while detecting the feedback signal;
A turning step of turning clockwise or counterclockwise depending on the type of feedback signal detected immediately after the docking trial step;
An autonomous traveling type vacuum cleaner having a control unit that executes a retry step of trying docking again according to the type of feedback signal detected during or after the turning.