JP4277214B2 - 自走式掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、自走しながら床面上を清掃する自走式掃除機に関する。

従来の自走式掃除機として、例えば、特許文献１において、円筒状の掃除機本体の下部に一対の駆動輪を備え、その後方に旋回輪を設けた掃除機が報告されている。この掃除機は、進行方向の本体中央よりも後方に重心が配置され、本体底部の前端には進行方向の前方に対して上方向に傾斜面が形成されている。このため、床面上の凸段差に対して、本体の前端が持ち上がり乗り越え易くなっている。

また、特許文献２においては、床面上のゴミなどを吸い込む集塵部と床面を清拭する清拭部とを本体に備え、掃除機本体が床面上の凸段差を乗り越えるときは、これをセンサで検出し、集塵部と清拭部を床面から持ち上げるようにした自走式掃除機が開示されている。

特開２００３−４７５７９号公報（第２−３頁、第１図） 特開平９−４７４１３号公報（第４頁、第５−６図）

しかしながら、特許文献１によれば、凸段差が敷居などの床面に固定されている場合には乗り越えることができるが、床面上に這っている電気コードや放置された新聞紙など、床面に固定されていない軽量な物体が存在する場合は、これらを乗り越えられず、本体の前方底部の傾斜面で引きずる場合がある。特に、電気コードの場合、引きずったまま走行すると、掃除機本体にからまって走行が困難になるおそれがある。このため、自走式掃除機を用いる場合は、予め障害物となる電気コードなどを床面上から片付けておく必要があり、使用者の負担となっている。

また、特許文献２によれば、電気コードなど軽量で固定されていない物体でも、センサなどで予め検出し、集塵部や清拭部を持ち上げることで乗り越えられるが、集塵部や清拭部を上下動させる昇降手段を備え、かつ、掃除機本体の底面と床面との間に乗り越えようとする段差の高さ以上のクリアランスを確保しておく必要があるため、掃除機本体が大型化してしまうという問題がある。特に、家庭用の自走式掃除機は、例えば、ベッドと床の間など高さが制限される箇所に入るため、掃除機本体の高さを低くすることが要求されるが、装置構成上、所定の高さ範囲を満足することは困難となっていた。

本発明は、床面上に電気コードのような固定されない軽量の障害物があっても乗り越えることができる自走式掃除機を実現することを課題とする。

また、本発明は、上記課題に加えて、掃除機の高さを低くすることを他の課題とする。

本発明は、上記課題を解決するため、本体と、この本体を床面上で走行させる走行手段と、本体の周辺物体を認識して本体の移動方向を走行手段に指令する制御手段と、床面上の塵芥を吸い込んで蓄える集塵手段とを備えた自走式掃除機において、本体の進行方向の前方を走行手段を基点として床面から持ち上げる持ち上げ手段を備え、走行手段は、左右に独立して回転制御される駆動輪を備えるとともに、駆動輪の回転軸は、本体に対して天地方向に可動に取り付けられ、本体は駆動輪の回転軸よりも進行方向の後方に重心を配置し、制御手段は、走行中本体の前方床面上の物体を検出すると持ち上げ手段を動作させて駆動輪の回転軸を本体に対して下方に変位させ、本体の底面後端が物体に達する前に持ち上げ手段を動作させて駆動輪の回転軸を本体に対して上方に変位させるように制御することを特徴とする。

これによれば、本体は、障害物が本体に接触する前又は接触した直後に、本体の前方を持ち上げることができるため、床面に固定されない軽量の障害物があっても、本体前方でこれを跨ぐことができる。そして、本体は、走行手段を起点として本体前方を持ち上げるため、本体前方で跨いだ障害物を走行手段で乗り越えることができる。つまり、回転軸を本体に対し下方に変位させることで、本体は、回転軸を基点として重心のある後方に傾いて前方が持ち上がる。そして、本体の底面後端が障害物に達する前に駆動輪の回転軸を本体に対し上方に変位させることで、本体の前端が下がり、通常の走行状態に復帰する。さらに走行を続けることで、本体は障害物を乗り越えることができる。さらに、本発明によれば、通常運転時は、本体底面を床面と近接する位置まで低く設定できるため、掃除機の高さを低く抑えることができる。

この場合において、走行手段として、左右に独立して回転制御される駆動輪を備えるとともに、駆動輪の回転軸は本体に対して天地方向に可動に取り付けるようにする。これによれば、走行する床面上に凹凸があっても、その起伏に合わせて駆動輪が可動するため、駆動輪と床面との摩擦を確保することができ、駆動輪の空回りを抑制できる。また、掃除機の高さ方向の変動を小さくすることで、掃除機の高さを低く保つことができるため、上記の他の課題を解決できる。

また、本体の上方の物体を認識する上方物体認識手段を備え、上方物体認識手段が上方の物体を認識した場合、持ち上げ手段が本体前方を持ち上げる条件を満たしたときであっても、持ち上げ手段により本体前方の持ち上げを行わないか、又は持ち上げ高さを制限するようにする。これによれば、掃除機が高さ方向で狭い箇所に侵入し、床面上の障害物を乗り越える場合、本体上部に存在する物体に引っ掛かり正常な走行ができなくなることを防止できる。

また、本体の前方底面には前方に対して上方向に傾斜した傾斜面を形成し、この傾斜面に接触式又は光学式のセンサを少なくとも一つ備えることが好ましい。この位置にセンサを設けることにより、前方の床面上に存在する電気コードなどの障害物を効率的に高感度で認識することができる。

本発明の自走式掃除機によれば、床上に電気コードのような固定されない軽量の障害物があっても乗り越えることができる。

以下、本発明の自走式掃除機の実施形態について図を用いて説明する。図１は自走式掃除機の横断面図を示し、図２は図１のＡ−Ａ矢示方向の平面断面図である。自走式掃除機（以下、本体１と略す。）が主として進行する方向は、図１の左方向であり、この方向を本体１の前方とする。本体１には、走行するための駆動輪が左右に備えられ、それぞれが独立して駆動するようになっている。具体的に、本体１には、走行用モータ２ａ，２ｂと、減速器５ａ，５ｂと、駆動輪４ａ，４ｂが備えられ、走行用モータ２ａ，２ｂの回転が、減速器５ａ，５ｂを介して駆動輪４ａ，４ｂに伝達されるように、これらは一体的に取り付けられている。

左右の走行用モータ２ａ、２ｂの回転軸の一端にはそれぞれエンコーダ３ａ，３ｂが取り付けられており、走行用モータ２ａ、２ｂの回転数をコントローラ６に出力するようになっている。コントローラ６は、走行用モータ２ａ，２ｂに印加する電圧を別個に制御可能であり、エンコーダ３ａ，３ｂから得られた走行用モータ２ａ、２ｂの回転数に基づいてフィードバック制御等を行うことにより、駆動輪４ａ，４ｂの回転速度を制御することができる。例えば、走行用モータ２ａ，２ｂを同回転数及び同方向に回転させると本体１は直進し、走行用モータ２ａ，２ｂを同回転数及び反対方向に回転させると、本体１はその場で回転する。

減速器５ａ、５ｂは、ベース４５に固定されたヒンジピン８ａ、８ｂの進行方向に直行する水平な軸回りに回転自在に支持される一方、サスペンション７ａ，７ｂを介して本体１の上部から押圧されている。すなわち、減速器５ａ，５ｂがヒンジピン８ａ，８ｂを中心に回転することによって、駆動輪４ａ，４ｂが実質的に本体１に対してほぼ天地方向に変位するようになっている。本体１を平坦な床の上に置いた場合には、本体１の自重によってサスペンション７ａ，７ｂのばねが最も縮んだ状態となり、駆動輪４ｂおよび減速機５ｂは図１の実線で示す位置に存在する。ここで、サスペンション７ａ，７ｂのばねが最も縮むことができる範囲は、後述するカム６０ａ，６０ｂによって調整されている。

また、本体１が床から拾い上げられた場合には、サスペンション７ａ，７ｂのばねが伸び、最大で図１の破線で示す状態まで減速器５ａ，５ｂおよび駆動輪４ａ，４ｂが変位する。この構造によれば、本体１が走行する床面に凹凸がある場合でも、ばねによって駆動輪４ａ，４ｂが床面に押し付けられることによって、駆動輪４ａ，４ｂと床面との間の摩擦を確実に確保することができ、走行性能を向上できる。

また、本体１の下部の前端は、進行方向に対して傾斜しており、床面に凹凸があっても、前端部が床面に引っ掛かりにくくなっている。さらに、本体１の底面には、駆動輪４ａ、４ｂの前後に、ころ１９が合計４個取り付けられており、走行の際の床面との間の摩擦抵抗を軽減するようになっている。

本体１の内部には、カム６０ａ，６０ｂが取り付けられている。カム６０ａ，６０ｂは、それぞれ減速機５ａ，５ｂの直上に配置されている。減速機５ａ，５ｂが本体１に対し、天地方向で相対的に変位できる範囲の上限は、減速機５ａ，５ｂがそれぞれカム６０ａ，６０ｂに当たる位置となる。カム６０ａ，６０ｂは、カムシャフト６１の両端にそれぞれ同一の角度で連結されている。さらに、カムシャフト６１の中間には歯車６２が設けられ、ピニオンギヤ６３と噛み合っている。ピニオンギヤ６３はカム駆動モータ６４の出力軸に取り付けられている。すなわち、カム駆動モータ６４の回転に伴い、カムシャフト６１およびカム６０ａ，６０ｂが回転することで、減速機５ａ，５ｂが本体１に対して天地方向で相対変位する範囲の上限が変化する。

また、本体１には、蓄電池２２が搭載され、各部に電力が供給されるようになっている。本実施形態では、蓄電池２２はニッケル水素電池が使用される。また、本体１は、蓄電池２２の電圧を検知する回路を有し、その出力をコントローラ６で観測して蓄電池２２の残量を知ることができる。本体１の前方には、充電端子１４が取り付けられ、充電端子１４に規定の電圧をかけることにより、本体１内の蓄電池２２を充電することが可能になっている。

本体１の上面カバー２７には、操作パネル４６が取り付けられ、操作パネル４６上のスイッチを押すことで、電源の入力や所定の動作指令を行うことができる。また、操作パネル４６上には発光ダイオードによるインジケータを有し、電源のオンオフや、蓄電池２２の残量などが示されるようになっている。なお、このインジケータ４７は液晶ディスプレイ等で置き替えてもよい。さらに、上面カバー２７には、赤外線リモコン受信部が取り付けられ、本体１の外部の赤外線リモコン送信機より受けた信号に基づいて、前進、後退、旋回、集塵ファンの起動および停止等の動作の他、自律清掃動作の開始、中断などを行うことができる。

本体１内には、赤外線センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄが取り付けられている。赤外線センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、センサ正面の物体までの距離を計測する機能を備えており、その出力はコントローラ６によって監視され、これに基づいて駆動輪４ａ，４ｂの回転、つまり本体１の走行が制御されるようになっている。側面カバー２３の赤外線センサ１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの正面にあたる部分は、赤外線を透過する材質で形成されている。これにより、本体１と周辺の物体の距離をコントローラ６が認識するようになっている。なお、赤外線センサ１０ｄは、本体１の上方向を向いて取り付けられている。

また、本体１には、図示しないが、ジャイロセンサが取り付けられており、本体１の鉛直方向軸周りの角速度がコントローラ６に出力される。これにより、駆動輪４ａ，４ｂと床面との間にスリップが生じても影響なく本体１の角速度を知ることができ、さらにその角速度を時間で積分することによって本体１の向いている方位の変化を知ることができるようになっている。

本体１の底面前方には、下向きに段差センサ１２ａ，１２ｂが取り付けられている。この段差センサ１２ａ，１２ｂは、例えば、反射式の赤外線センサであり、センサ正面から規定された距離以内の物体の有無を出力する。これにより本体１の進行方向の床面に落ち込みの段差が有るか否かを検出できる。例えば、本体１が走行中に段差センサ１２ａまたは１２ｂが段差を検出した場合、一旦停止して、段差がない方向へ本体１を方向転換することにより、段差からの転落を回避することができる。

また、本体１の後側には、床面に接して左右に変位可能な吸口体３０が取り付けられている。図３は本体１の底部における吸口体３０と各部の位置関係を説明する平面図である。図３（ａ）に示すように、吸口体３０は、変位可能な範囲で本体１の内部にほぼ収まることが可能である。このように、通常、吸口体３０は本体１に収納され、この状態では本体１は円筒形であり、すでに外部の物体と接している状態でなければ、その場で旋回し、外部の物体の存在に妨害されることなく任意の方向へ転換することができる。しかし、吸口体３０が本体１の内部にある場合には、吸口体３０は壁際などには届かない。そこで、図３（ｂ）に示すように、吸口体３０の可動範囲内で本体１から外側に吸口体３０の一端を突出させることが可能な構造になっている。これにより、吸口体３０を突出させ、壁際などに吸口体３０の先端が届くようになっている。

ここで、吸口体３０を変位させるための機構について図１，２を用いて説明する。ベース４５と一体に形成された２個のベース４５ａによって、送りネジ３７は、両端を回転可能に支持されている。送りネジ３７の一端には、送りネジ３７を回転駆動するための送りネジ駆動モータ３２が取り付けられている。さらに送りネジ３７の中間部には、送りネジ３７に対応する雌ネジが切られたコマ４３が取り付けられており、コマ４３は送りネジ３７の回転に伴い、図２紙面の上下方向に変位する。コマ４３は、アーム４２を介して吸口体３０とほぼ剛に接続されており、その結果、送りネジ３７の回転に伴い、吸口体３０が、図２紙面の上下方向に変位する。

また、送りネジ駆動モータ３２には、回転量を検知するためのエンコーダ３４が取り付けられている。さらに、吸口原点検出スイッチ３５がベース４５上に固定して取り付けられており、その取り付け位置は、コマ４３が所定の位置に移動すると、吸口原点検出スイッチ３５がコマ４３によって押下されるように設定されている。すなわち、吸口原点検出スイッチ３５が押下されているか否かを検出することによって、吸口体３０が所定の位置に存在するか否かを判断することができる。

なお、コントローラ６は、エンコーダ３４及び吸口原点検出スイッチ３５の出力を検知して、吸口体３０の変位量を検知することができる。また、送りネジ駆動モータ３２に印可する電圧の高さ及び極性は、コントローラ６によって制御される。このように、コントローラ６からの指令によって、吸口体３０の突出長さは自在に制御できるようになっている。

さらに、吸口体３０の先端には、接触センサ４４が貼り付けられており、その出力はコントローラ６に入力される。この接触センサ４４の存在によって、万が一、吸口体３０を突出している状態で接触センサ４４が壁などに意図せず接触した場合には、吸口体３０の突出量を減らして接触状態を解除できる。

次に、本体１の集塵機構について説明する。まず、図１乃至３に示すように、本体１には、左右方向に可動する吸口体３０に隣接して、集塵ケース２１が設置されている。そして、吸口体３０には、図３に示すように、集塵ケース２１と接する面に穴７０が開けられており、集塵ケース２１においても、吸口体３０と接する面に穴７１が開けられている。この吸口体３０と集塵ケース２１に開けられた穴７０、７１が、吸口体３０が吸引口４０から吸い込んだ塵芥を含む空気の風路となる。集塵ケース２１の穴７１の周囲にはパッキン３６が取り付けられ、吸口体３０と集塵ケース２１の間の隙間を埋めて気密を保つようになっている。また、パッキン３６が吸口体３０と接する部分の表面は滑らかに加工されている。

集塵ケース２１は、ベース４５を介して上方の集塵ファン２０と接続されている。つまり、集塵ケース２１が集塵ファン２０と接続される部分には、ベース４５に穴が開けられて風路が形成されている。集塵ケース２１の集塵ファン２０に面した部分には不織布のフィルタ５４が取り付けられている。そして、集塵ケース２１を本体１に取り付けた状態で、図示しないパッキンなどによって風路の気密が保たれている。これによれば、集塵ファン２０が動作すると、生じる圧力差によって、吸口体３０から塵芥を含む空気が吸引され、塵芥を含む空気は吸口体３０から集塵ケース２１を通って集塵ファン２０に導かれる。そして、集塵フィルタ５４によって塵芥と空気が分離されることにより、分離された塵芥が集塵ケース２１の内部に蓄えられる。

上述したように、吸口体３０と集塵ケース２１との接続部には、穴７０、７１によって風路が形成されるため、吸口体３０は集塵ケース２１上のパッキン３６と摺動しながら左右に変位することが可能となる。この構造によれば、ホースやパイプなどが不要となるため小型化が可能となる。また、集塵ケース２１と吸口体３０を一体に変位させる構造と比較しても、変位する部位が軽量であるため、吸口体３０を変位させるための力が少なくて済み、吸口体３０を左右方向に動かすための駆動装置を小型化できる。なお、吸口体３０が移動可能な範囲は、図３（ｂ）に示すように、吸口体３０を一方の側に最も突き出した状態で、吸口体３０の穴７０がパッキン３６で囲まれた範囲からはみ出さず、吸口体３０の他端がパッキン３６（左端）を越えない範囲となっている。

集塵ケース２１は、本体１と別体となっており、本体１の下側方向に取り外し可能になっている。集塵ケース２１の上面は、取り外し可能な蓋になっており、集塵ケース２１を本体から取り外せば、集塵ケース２１内に貯まった塵芥を容易に捨てることができる。

一方、本体１の前方底面には、前方に対して上方向に傾斜した傾斜面が形成されている。この傾斜面には、電気コード等の物体の接触を検出する接触センサ６５が取り付けられている。図４は、本体１の前方の傾斜面を下方から見た斜視図である。図に示すように、接触センサ６５は、傾斜面上に複数取り付けられ、傾斜面より若干突出している。接触センサ６５は押しボタン型スイッチと同様の構造であり、突出部が押下されることで、障害物の検出が行われるようになっている。例えば、走行中に電気コードなどの障害物が突出部に接触すると、接触センサ６５の突出部が接触した物体から圧力を受けて押下されるため前方の障害物の存在を検知できる。なお、接触センサ６５の検出結果は、例えば、コントローラ６に送られ、ここにおいて物体の存在が認識されるようになっている。

この接触センサ６５は、図に示すように、左右両端に略三角形状のセンサを備え、それ以外は、本体１の進行方向に沿って細長い形状のセンサを複数本備えている。このように、傾斜面に小型のセンサを複数分散して配置することにより、傾斜面全体に渡って高い感度の検出が可能となり、いずれの位置に電気コードなどが接触しても検知できる。また、細長い形状のセンサとすることで、例えば、様々な厚みの電気コード等を検知できる。さらに、両端の接触センサ６５を略三角形としているため、例えば、傾斜面の両端部に電気コードなどが引っ掛かった場合に検出が容易になる。

また、側面カバー２３は、本体１側のベース４５と弾性体を介して連結されており、ベース４５に対して相対的に変位するようになっている。すなわち、側面カバー２３に障害物が接触すると、側面カバー２３全体が変位するため、例えば、この変位量を複数箇所で検出することにより、接触部分を特定し、本体１の進行方向を制御することができる。

次に、本実施形態の動作について説明する。図５は、本体１の走行中における減速機の動作を説明する図であり、（ａ）は、カム６０ａ，６０ｂの径が長い部分が上方向を向いている場合を示し、（ｂ）は、カム６０ａ、６０ｂの径が長い部分が下方向を向いている場合を示している。図に示すように、図５（ａ）において、減速機５ａ，５ｂおよび駆動輪４ａ，４ｂが変位する範囲の上限は、図５（ｂ）の場合よりも床面からみて低い位置になっている。

また、本体１の重心は、各部品の配置によって駆動輪４ａ，４ｂよりも後側に配置されている。このため、本体１が平坦な床の上に置かれた状態で、カム６０ａ，６０ｂを回転させて減速機５ａ，５ｂを押し下げると、本体１は、駆動輪４ａ、４ｂを基点として、前端が床から持ち上がり、後端が下がって接地する動作を行う。なお、カム６０ａ，６０ｂの形状は、図５（ａ）に示すようにカムの長い部分を上にして配置し、本体１を平坦な床面上に置いたとき、駆動輪の前後に配置された各々のころ１９が共に接地するように設定されている。これによれば、平坦な床面を掃除する際に、本体１９が駆動輪４ａ、４ｂおよび４個のころ１９で支持されるため、走行が安定する。

本体１は自律走行モードと手動走行モードの２種類のモードを備えている。自律走行モードは、本体１に搭載された各種センサの情報に基づいて自律走行を行うモードである。手動走行モードは、例えば、リモコン送信機からの信号に基づいて前進、後退、旋回などの単一の動作を行うモードである。

本体１を起動した時点では、手動走行モードになっている。このモードでは使用者がリモコン送信機を介して本体１に走行する方向を指示することができる。すなわち、使用者は、手動走行モードにより、本体１を持ち上げて運ぶことなく掃除をする部屋まで本体１を移動することができ、使用者に肉体的な負担を掛けさせないという利点がある。勿論、使用者が本体１を持って運ぶなど、自走以外の手段で移動しても構わない。

続いて、手動走行モードで動作中に、リモコン送信機または操作パネル４６上のスイッチで指示することにより、本体１は自律走行モードに移行する。自律走行モードでは、コントローラに記憶されたアルゴリズムと、センサ類（例えば、赤外線センサ１０ａ〜ｃなど）の出力に基づいて、本体１は、部屋全体隈なく掃除するように走行する。ここで、本体１の自律動作アルゴリズムについては、周知の方式を適用するものとし、詳細構成については説明を省略する。

次に、本体１が電気コード等のように、細長く床面上に固定されていない物体にさしかかった場合の動作について図６を用いて説明する。まず、走行中に本体１の前方に電気コード６９が存在する場合、接触センサ６５に電気コードが接触することで、本体１は、前方の障害物の存在を検知する（図６（ａ））。続いて、本体１は、障害物が検知されると、カム駆動モータ６４を駆動し、カム６０ａ，６０ｂを減速機５ａ、５ｂを最も押し下げる位置まで回転させる。その結果、本体１の底部は、床面から離れて持ち上がるが、本体１の重心は駆動輪４ａ、４ｂよりも後方に置かれているため、本体１は、駆動輪４ａ、４ｂを基点として前端が持ち上がり、後端が下がった状態となる（図６（ｂ））。

続いて、本体１は、前端を持ち上げた状態で前進することにより、本体１の前端が電気コード６９に引っ掛かることなく、跨いで前進することができる（図６（ｃ））。次に、本体１を持ち上げた位置から、本体１の半径ないし直径程度の距離だけ前進すると、カム駆動モータ６４を再度回転させると共に、カム６０ａ、６０ｂを回転させて初期の角度に戻す（図６（ｄ））。これによって、再び本体１の前端が下がり、通常の走行状態に復帰することができる。そして、さらに走行を継続することで、本体１は電気コード６９を完全に乗越える（図６（ｅ））。

なお、本体１の前端を持ち上げた状態で走行を続行すると、本体１の底面の後端に電気コード６９が引っ掛かってしまうおそれがあるが、前端を持ち上げてから本体１の半径ないし直径分の所定距離だけ走行してから前端を下げているため、電気コード６９が本体１の後端に差し掛かった時点では、本体１の底面と床面がおよそ平行な状態となり、本体１の後端部での電気コード６９の引っ掛かりを抑制できる。

一方、例えば、本体１がベッドの下など、天地方向に狭い隙間を走行中に、障害物を検知して、上記の乗越え動作を行う際、本体１の上側部分が上方の物体と接触する場合がある。この状態で本体１を前進させようとすると、引っ掛かりが生じ、正常に走行できなくなるおそれがある。このため、本実施形態では、上方を向いた赤外線センサ１０ｄが所定の範囲内に物体の存在を検出した場合、本体１の前方を持ち上げる動作を行わず、電気コード等を検出すると、乗越え不可能と判断して方向転換し、これを回避するようにする。また、電気コード等を検出した場合は、本体１の前端を持ち上げる高さを制限するようにしてもよい。この場合、例えば、カム駆動モータ６４の回転を制御してカム角度を調整することにより、カム高さを調整することができる。なお、本体１の上側部分が上方の物体と一時的に接触することが許容される場合は、接触式センサなどを赤外線センサ１０ｄに置き替えて使用してもよい。

以上述べたように、本実施形態によれば、本体１の前方床面上に固定されない軽量の障害物があっても、本体１の前方のセンサで検出し、障害物が本体１に接触する前又は接触した直後に、本体の前方を持ち上げるようにしているため、これを引きずることなく跨いで乗越えることができる。また、本体１の駆動輪を天地方向で可動させる機構を採用し、必要に応じて駆動輪を本体１に対し押し下げて、前方を持ち上げるようにしているから、通常走行時は、本体底面を床面と近接する位置まで低く設定でき、掃除機の高さを低く抑えることができる。このため、天地方向に狭い隙間などに侵入して清掃を行うことができる。

さらに、本体１の上方には障害物を検出するセンサを備え、センサの検出結果に基づいて本体１の前方の持ち上げ動作を制御するようにしているから、高さ方向で狭い箇所に侵入して床面上の障害物を乗り越える場合、本体１の上部が本体上方の物体に引っ掛かり正常な走行ができなくなることを防止できる。

次に、本発明に係る自走式掃除機の他の実施形態について説明する。上記の実施形態では、床面上の障害物の存在を検知するために、接触センサ６５を用いているが、接触センサ６５に代えて、例えば、光学式距離センサを用いるようにしてもよい。

図７は、本体１の前方の傾斜面を下方から見た斜視図であり、傾斜面に設けた光学式距離センサの配置の一例を示している。傾斜面には、図に示すように、赤外線センサ７６が複数配置され、赤外線の反射を用いて素子前面に存在する物体までの距離を検出し、この検出値がコントローラ６に出力されるようになっている。すなわち、本体１が走行する床面上に電気コード等が存在すると、赤外線センサ７６が検出する距離が通常走行時よりも短くなることを利用して電気コードの存在を検出し、接触センサ６５の場合と同様に電気コード等の乗越えを行う。

また、光学式距離センサは通常よりも長い距離を出力できるため、例えば、本体１の前方に玄関の上がり框などの落ち込みが存在する場合、段差センサ１２ａ，１２ｂを備えなくても、段差の存在を検出でき、第１の実施形態と同様にして段差からの転落を回避することができる。

また、第１の実施形態では、駆動輪４ａ，４ｂの取り付けられた減速機５ａ，５ｂが、ピン８ａ，８ｂを中心として回転方向に自由度をもって支持される構成を説明したが、駆動輪４ａ，４ｂが天地方向に自由度を持って支持される方式であれば、他の方法でも同様の機能を実現できる。例えば、駆動輪４ａ，４ｂおよび減速機５ａ，５ｂが天地方向で可動になるように、減速機５ａ，５ｂを直動ガイド等で支持する機構を採用してもよい。ヒンジピン８ａ，８ｂを使った機構の場合、ヒンジピン８ａ，８ｂの回転中心と駆動輪４ａ，４ｂの中心がある程度距離を持たないと、駆動輪４ａ，４ｂが本体１に対して大きな相対変位を取れない。これに対し、直動ガイド等を使用した機構によれば、前後方向のサイズを小さくできる。

また、第１の実施形態では、駆動輪４ａ，４ｂを本体１に対し相対的に下方向に変位させるため、卵形のカム６０ａ，６０ｂを適用する例を説明したが、卵形に限定されず、他の形状を用いるようにしてもよい。また、カム機構以外の機構を用いて、駆動輪４ａ，４ｂを下方に変位させるようにしてもよい。

図８は、駆動輪４ａ，４ｂを変位させる機構としてカム機構以外の機構を説明する図である。例えば、図８（ａ）に示すように、減速機５ａ，５ｂの上方にソレノイド６６を配置して、減速機５ａ，５ｂが押し下げ可能となる機構にしてもよい。この機構によれば、カム機構のように、本体１の中央部にカムシャフト６１やカム駆動モータ６４などの要素を配置する必要がなく、減速機５ａ，５ｂのそれぞれ上側にソレノイド６６を配置するだけでよいため、構成が簡単になり、組立性を向上できる。

また、図８（ｂ）に示すように、減速機５ａ，５ｂの下部に鉄片６７を取り付ける一方、その真下の基板上に電磁石６８を取り付けて電磁石６８のコイルに通電し、鉄片６７を電磁石６８に引き付けるようにして、駆動輪４ａ，４ｂを変位させるようにしてもよい。この機構によれば、ソレノイドを用いた場合と同様、構造が簡単になり、組立性を向上できる。また電磁石６８と鉄片６７の簡単な構成要素を用いるため、部品コストを低くできる。

さらに、他の機構として、例えば、空気シリンダを用いたり、ねじによってプッシュロッドの突出量が変化するアクチュエータなどを用いて、駆動輪４ａ，４ｂを本体１に対し相対的に天地方向に変位させることができれば、カム機構と同様の効果を得ることができる。

本発明を適用してなる実施形態の自走式掃除機の横断面図である。 図１のＡ−Ａ矢示方向の平面断面図である。 自走式掃除機の底部における吸口体と各部の位置関係を説明する平面図であり、（ａ）は吸口体が掃除機本体に収納された状態を示し、（ｂ）は吸口体が掃除機本体から突出した状態を示すものである。 自走式掃除機の前方の傾斜面を下方から見た斜視図であり、接触センサを配設した例を示している。 自走式掃除機の走行中における減速機等の動作を説明する図であり、（ａ）は通常走行の状態を示し、（ｂ）は障害物を乗越える状態を示している。 自走式掃除機が電気コード等の床面上に固定されていない物体を乗越える動作を説明する図である。 自走式掃除機の前方の傾斜面を下方から見た斜視図であり、光学式センサを配設した例を示している。 自走式掃除機の駆動輪を天地方向に変位させる機構としてカム以外の機構について説明する図であり、（ａ）はソレノイドを用いた機構を示し、（ｂ）は電磁石を用いた機構を示している。

符号の説明

１ 本体
２ａ，２ｂ 走行用モータ
４ａ，４ｂ 駆動輪
５ａ，５ｂ 減速機
６ コントローラ
７ａ，７ｂ サスペンション
８ａ，８ｂ ヒンジピン
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 赤外線センサ
１２ａ，１２ｂ 段差センサ
１４ 充電端子
１９ ころ
２０ 集塵ファン
２１ 集塵ケース
２２ 蓄電池
２３ 側面カバー
２７ 上面カバー
３０ 吸口体
４５ ベース
４６ 操作パネル
６０ａ，６０ｂ カム
６１ カムシャフト
６２ 歯車
６４ カム駆動モータ
６５ 接触センサ
６９ 電気コード
７６ 赤外線センサ

Claims (3)

1. 本体と、該本体を床面上で走行させる走行手段と、前記本体の周辺物体を認識して前記本体の移動方向を前記走行手段に指令する制御手段と、床面上の塵芥を吸い込んで蓄える集塵手段とを備えた自走式掃除機において、
   前記本体の進行方向の前方を前記走行手段を基点として床面から持ち上げる持ち上げ手段を備え、
   前記走行手段は、左右に独立して回転制御される駆動輪を備えるとともに、該駆動輪の回転軸は、前記本体に対して天地方向に可動に取り付けられ、
   前記本体は前記駆動輪の回転軸よりも進行方向の後方に重心を配置し、
   前記制御手段は、走行中前記本体の前方床面上の物体を検出すると前記持ち上げ手段を動作させて前記駆動輪の回転軸を前記本体に対して下方に変位させ、前記本体の底面後端が前記物体に達する前に前記持ち上げ手段を動作させて前記駆動輪の回転軸を前記本体に対して上方に変位させるように制御することを特徴とする自走式掃除機。
2. 前記本体の上方の物体を認識する上方物体認識手段を備え、該上方物体認識手段が前記上方の物体を認識した場合、前記持ち上げ手段が前記本体前方を持ち上げる条件を満たしたときであっても、前記持ち上げ手段により前記本体前方の持ち上げを行わないか、又は持ち上げ高さを制限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. 前記本体の前方底面には、前方に対して上方向に傾斜した傾斜面が形成され、該傾斜面には、接触式又は光学式のセンサが少なくとも一つ備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の自走式掃除機。

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