JP4583070B2 - 自走式掃除機 - Google Patents

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本発明は、自律走行しつつ掃除を行う自走式掃除機に関する。
従来、自走式掃除機としては、ステアリング機能を備えた動輪と、本体下面に、側面外方にスライド自在に取り付けられた清掃ユニットを備え、壁面や障害物沿いではこの清掃ユニットをスライドさせることによって部屋を掃除し、また、清掃ユニットのスライド方向先端に歪みゲージを貼り付けた接触用ローラを設け、この接触ローラに加わる力成分を検出してスライド量を制御するというものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開平06−004130号公報
しかしこの公報のものは、清掃ユニットのスライド方向先端に歪みゲージを貼り付けた接触用ローラを設け、この接触ローラに加わる力成分を検出してスライド量を制御する構成になっているため、スライド量制御部の構成が複雑化する問題があった。
本発明は、簡単な構成で壁際を確実に掃除することができる自走式掃除機を提供する。
本発明は、 掃除すべき床面を任意の方向に走行させる走行手段を備えた掃除機本体と、
前記掃除機本体の走行方向とは直交する本体幅方向に、前記掃除機本体の外周面よりも外側に突出可能に設けられた摺動部を有する床面掃除機構と、
この床面掃除機構を駆動する駆動手段と、
前記掃除機本体の外周面であって、前記走行方向及びこれと直交する前記本体幅方向の側面部にそれぞれ設け、前記掃除機本体の周囲に近接する障害物までの距離を検知する距離検知手段と、
この距離検知手段からの距離検知情報に基づいて前記走行手段を走行制御する走行制御手段とを備え、
前記駆動手段を制御して前記床面掃除機構を前記掃除機本体の外周面から突出させるとともに前記距離検知手段のうちの走行方向とは直交する側面部に有する距離検知手段によって検知する建物の壁までの距離に従って前記床面掃除機構の突出量を制御すると共に、前記建物の壁に沿って走行制御し、かつ、前記距離検知手段のうちの走行方向の側面部に有する距離検知手段によって前記掃除機本体の走行制御時に、その走行方向の前方に障害物を検知したときには前記壁に対して直角の壁があると仮定して前記床面掃除機構の突出量を壁の角部で最大突出量となるように演算により算出して制御する制御手段とを設けたことにある。
また、本発明は、 掃除すべき床面を任意の方向に走行させる走行手段を備えた掃除機本体と、
前記掃除機本体の走行方向とは直交する本体幅方向に、前記掃除機本体の外周面よりも外側に摺動可能に設けられた摺動部を有する床面掃除機構と、
この床面掃除機構の摺動部の摺動量を検出する摺動量センサと、
前記床面掃除機構を駆動する駆動手段と、
前記掃除機本体の外周面であって、前記走行方向及びこれと直交する前記本体幅方向の側面部にそれぞれ設け、前記掃除機本体の周囲に近接する障害物までの距離を検知する距離検知手段と、
この距離検知手段からの距離検知情報に基づいて前記走行手段を走行制御する走行制御手段とを備え、
前記駆動手段を制御して前記床面掃除機構を前記掃除機本体の外周面から突出させるとともに前記距離検知手段のうちの走行方向とは直交する側面部に有する距離検知手段によって検知する建物の壁までの距離に従って前記床面掃除機構の突出量を制御すると共に、前記建物の壁に沿って走行制御し、かつ、前記距離検知手段のうちの走行方向の側面部に
有する距離検知手段によって前記掃除機本体の走行制御時に、その走行方向の前方に障害物を検知したときには前記壁に対して直角の壁があると仮定して前記床面掃除機構の突出量を壁の角部で前記距離検知手段によって検知した前記床面掃除機構の突出方向の障害物までの距離に従って前記距離検知手段によって検知した前記床面掃除機構の突出方向の障害物までの距離検知情報と前記摺動量センサで検出した摺動量に従ってその突出量を制御する制御手段とを設けたことにある。
本発明によれば、簡単な構成で壁際を確実に掃除することができる自走式掃除機を提供できる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
図1に示すように、掃除機本体1は、円筒形状の筐体2内に床面を掃除する床面掃除手段3を備えている。
前記床面掃除手段3は、掃除機本体1の幅方向(後述する駆動輪10a、10bの進行方向とは直交する方向)にこの掃除機本体1の外周よりも外側に突出可能に設けた吸引式の床面掃除機構4と、この床面掃除機構4を駆動する駆動手段5を設けている。すなわち、前記床面掃除機構4は掃除機本体1の幅よりも短い長さで、この掃除機本体1の幅方向に摺動自在でかつ床面に略接地した吸引掃除面を有する細長い摺動部4aを設け、この摺動部全体を前記駆動手段5で摺動させることでその摺動部4aを図2に示すように掃除機本体1の外周から突出させるようになっている。前記駆動手段5は、駆動モータ、歯車、ベルト等で構成されている。
前記床面掃除機構4と駆動手段5の一部には、床面掃除機構4の摺動量の絶対値を検出する摺動量センサが備えられている。摺動量センサとしては光学式や磁気式のエンコーダを使用しても、また、ポテンシオメータのような抵抗素子を用いたものであってもよい。
前記床面掃除手段3は、集塵室6を設け、この集塵室6の一端側と前記床面掃除機構4の中央上部とを管状の伸縮自在なフレキシブル材で形成された風路7で連通している。そして、前記集塵室6の他端側に塵や埃と空気とを分離するフィルタ8を設け、このフィルタ8の後方にクリーナモータ9を設け、このクリーナモータ9の動作により、床面掃除機構4が床面から塵や埃を吸い込み、風路7を介して集塵室6に収納することで掃除を行うようになっている。
前記掃除機本体1は、底部略中央の左右にそれぞれ駆動輪10a,10bを取り付け、この各駆動輪10a,10bをそれぞれ左右の走行モータ11a,11bで回転駆動するようにしている。前記各駆動輪10a,10b及び各走行モータ11a,11bは走行手段を構成している。そして、前記各駆動輪10a,10bの回転をそれぞれ左右のロータリー式エンコーダ12a、12bで検出するようにしている。また、前記掃除機本体1は、底部後端中央に回転自在で方向が左右に自由に旋回する旋回輪13を取り付けている。
前記掃除機本体1は、筐体2の外周面の前面部と左側面に、例えば、超音波センサや光学センサを使用して周囲の障害物までの距離を検知する距離検知手段を配置している。ここでは距離検知手段として超音波センサ14を使用している。すなわち、筐体2の外周面の前面部には、中央に超音波送信機14aをその両側に所定の距離を隔てて超音波受信機14b,14cを配置した超音波センサ14を取り付け、外周面の左側面部には、中央に超音波送信機14dをその両側に所定の距離を隔てて超音波受信機14e,14fを配置した超音波センサ14を取り付けている。
図5は制御部の構成を示すブロック図で、21は制御部本体を構成するCPU(中央処理装置)、22はこのCPU21が各部を制御するプログラムが格納されたROM(リード・オンリー・メモリ)、23は各種のデータを格納するメモリを設けたRAM(ランダム・アクセス・メモリ)、24はI/Oポートである。前記CPU21、ROM22、RAM23、I/Oポート24はバスライン25によって互いに電気的に接続されている。
前記I/Oポート24に、前記超音波センサ14、左右のエンコーダ12a,12bを接続している。また、前記I/Oポート24に、クリーナモータ9を回転制御するクリーナモータ制御部26、前記各走行モータ11a,11bを回転制御する走行モータ制御部27、前記駆動手段5の掃除機構駆動モータ28を回転制御する駆動モータ制御部29を接続している。なお、前記掃除機本体1は筐体2内にバッテリー(図示せず)を搭載しており、これを電源としている。
このような構成においては、CPU21は、走行モータ制御部27を制御し、これにより左右の走行モータ11a,11bを回転駆動する。走行モータ11a,11bの回転駆動により駆動輪10a,10bが回転し掃除機本体1は自律走行する。そして、自律走行時において超音波センサ14を使用して周囲の障害物との距離を検知し、障害物を避けるようにして自律走行する。
そして、部屋の壁を左手にし、この壁に沿って自律走行しながら掃除する場合は、図2に示すように、外周面の左側面部にある超音波センサ14によって壁面15までの距離を検知する。すなわち、超音波送信機14dから超音波信号を送信し、それが壁面15で反射して戻ってくるのを超音波受信機14e,14fで受信し、その時間をCPU21がRAM23に設けたタイマで計時する。そして、CPU21は、計測した時間から壁面15までの距離と傾きを求める。
この求めた壁面15までの距離に従ってCPU21は駆動モータ制御部29を制御し、掃除機構駆動モータ28を駆動する。掃除機構駆動モータ28は床面掃除機構4の摺動部4aを摺動し掃除機本体1の外周面から壁面15に向けて突出させる。そして、CPU21はこの時の突出量を、測定した距離と検出される摺動部4aの摺動量とで制御する(制御手段)。
こうして、床面掃除機構4の摺動部4aは、図2に示すように、壁面15に接するようになる。従って、クリーナモータ制御部26でクリーナモータ9が駆動されると、摺動部4aは床面から塵や埃を吸い込む。この吸込んだ塵や埃は集塵室6に集められる。こうして、壁面15を左手にして自律走行しながら壁際にある塵や埃を確実に吸い取ることができる。
このように、本来障害物を検知する為に使用される超音波センサ14を使用して壁面15までの距離を検出し、この距離に従って床面掃除機構4の摺動部4aの、掃除機本体1の外周面からの突出量を制御するので、簡単な構成で摺動部4aの突出量の制御ができる。そして、壁際にある塵や埃を確実に掃除することができる。
また、掃除機本体1が左壁に沿って自律走行しながら掃除しているときに、外周面の前面部にある超音波センサ14、すなわち、超音波送信機14aと超音波受信機14b,14cが前方に障害物があることを検知すると、そこに直角の壁があると判断する。そして、超音波送信機14aと超音波受信機14b,14cとで前方の壁までの距離を測定しながら前方の壁に近づき、最接近してから90度右に回転する。
この壁の角部において直角に回転するときには超音波センサ14が検知する壁との距離は壁に対して掃除機本体1が傾くので正確に得られなくなる。このとき、CPU21は、演算によって摺動部4aの突出量を求めて制御する(制御手段)。
すなわち、図3に示すように、掃除機本体1の半径をr、摺動する摺動部4aの掃除機本体1の中心からのオフセットをd、摺動部4aの長さを2Lとし、(a)に示すように、掃除機本体1が回転するときの左壁及び前壁との間隔を共にaとすると、掃除機本体1が回転を開始する直前の摺動部4aの外周面からの突出量S0は、
S0=r+a−L
但し、L=(r−d1/2
となる。この状態から掃除機本体1が回転すると、(b)に示すように、摺動部4aの回転角θが0度から徐々に増加する。そして、摺動部4aの外周面からの突出量S1は、次式に従って徐々に減少した後増加に転じる。
S1={(r+a)/cosθ}−d・tanθ−L
そして、(c)に示すように、角部を境に摺動部4aの外周面からの突出量S2は、次式に従って再び減少し前壁が90度左壁となったとき、摺動部4aの外周面からの突出量はS0に戻る。
S2=(r+a)/sinθ+d/tanθ−L
実際には摺動部4aには幅があるため、完全にこの通りにはならないがこの計算式に準じた値に摺動部4aの突出量を増減させることで回転しながら角部の掃除ができる。しかも、摺動部4aの先端が角部に位置したときには突出量が最大になるように制御される。この一連の動作における摺動部4aの突出量の増減変化をグラフで示すと、図4に示すようになる。
このように、壁の角部において直角に回転するときには超音波センサ14が検知する壁との距離は正確に得られなくなるが、このときにはCPU21が演算によって掃除機本体1の回転角度によって摺動部4aの突出量を算出し、その算出した結果に基づいて摺動部4aを摺動制御するので、壁の角部にある塵や埃を確実に掃除することができる。
(第2の実施の形態)
なお、この実施の形態は床面掃除機構の変形例について述べる。
図6は掃除機本体1の構成を示しているが、床面掃除手段の一部を省略してある。
34は床面掃除機構で、この床面掃除機構34は掃除機本体1の左側後方外周の近傍に回転軸35を略垂直方向に設け、この回転軸35に腕部36を外周に沿った位置から先端部が図中矢印で示すように外側に突出するように回動自在に設けている。前記腕部36は床面に略接地した掃除面を有し、前記回転軸35には風路が形成され、この風路が集塵室からの風路と連通するようになっている。従って、掃除面から吸込まれた塵や埃は腕部36から風路を経由して集塵室に集められる。なお、この実施の形態の場合には掃除機本体1の幅方向に細長い掃除面を有する床面掃除機構を別途固定して設けることで掃除機本体1が走行する面の掃除も可能になる。
このような構成においては、外周面の左側面部にある超音波センサ14によって左壁までの距離を検知し、その距離に応じて腕部36の時計方向の回動角度を制御して掃除機本体1の外周面からの突出量を制御する。これにより、腕部36は壁面に接するようになる。従って、この実施の形態においても壁面を左手にして自律走行しながら壁際にある塵や埃を確実に吸い取ることができる。
また、掃除機本体1が左壁に沿って自律走行しながら掃除しているときに、外周面の前面部にある超音波センサ14、すなわち、超音波送信機14aと超音波受信機14b,14cが前方に障害物があることを検知すると、そこに直角の壁があると判断する。そして、超音波送信機14aと超音波受信機14b,14cとで前方の壁までの距離を測定しながら前方の壁に近づき、最接近してから90度右に回転する。
そして、CPU21は、演算によって腕部36の突出量を求めて制御する。すなわち、CPU21は掃除機本体1の回転角度によって腕部36の突出量を算出し、その算出した結果に基づいて腕部36を回動制御する。この場合も腕部36の先端が角部に位置したときに突出量が最大になるように制御する。従って、この実施の形態においても壁の角部にある塵や埃を確実に掃除することができる。
なお、この実施の形態における腕部36を突出する方向に対して弾性部材で押圧するようにしておけば、腕部が障害物に衝突することがあっても障害物に引っかかること無く抜け出ることができる。また、腕部36に突出させる回動方向とは逆方向に大きな外力が加わったときに腕部が反時計方向に倒れるようにしてもよい。
なお、前述した各実施の形態では床面掃除機構として、チリや埃を吸い取る吸引方式のものについて述べたが必ずしもこれに限定するものではなく、不織布シートやモップ状の布を芯材に巻き付けたものを使用する拭き掃除方式のものであってもよい。
また、前述した各実施の形態では掃除機本体として円筒形状のものを使用したがこれに限定するものではなく、直方体や長方体、楕円筒形状など各種形状のものが使用できるものである。また、走行手段として、左右の駆動輪とこれを個々に回転駆動する走行モータからなるものについて述べたがこれに限定するものでないのは勿論である。
本発明の、第1の実施の形態に係る掃除機本体の内部構成を示す平面図。 同実施の形態において壁際を掃除する場合の床面掃除機構の動作を説明するための図。 同実施の形態において壁の角部を掃除する場合の床面掃除機構の動作を説明するための図。 図3の動作時における床面掃除機構の摺動部の突出量変化を示すグラフ。 同実施の形態における制御部の構成を示すブロック図。 本発明の、第2の実施の形態に係る掃除機本体の要部構成を示す平面図。
符号の説明
1…掃除機本体、3…床面掃除手段、4…床面掃除機構、5…駆動手段、10a,10b…駆動輪、11a,11b…走行モータ、14…超音波センサ、21…CPU。

Claims (4)

  1. 掃除すべき床面を任意の方向に走行させる走行手段を備えた掃除機本体と、
    前記掃除機本体の走行方向とは直交する本体幅方向に、前記掃除機本体の外周面よりも外側に突出可能に設けられた摺動部を有する床面掃除機構と、
    この床面掃除機構を駆動する駆動手段と、
    前記掃除機本体の外周面であって、前記走行方向及びこれと直交する前記本体幅方向の側面部にそれぞれ設け、前記掃除機本体の周囲に近接する障害物までの距離を検知する距離検知手段と、
    この距離検知手段からの距離検知情報に基づいて前記走行手段を走行制御する走行制御手段とを備え、
    前記駆動手段を制御して前記床面掃除機構を前記掃除機本体の外周面から突出させるとともに前記距離検知手段のうちの走行方向とは直交する側面部に有する距離検知手段によって検知する建物の壁までの距離に従って前記床面掃除機構の突出量を制御すると共に、前記建物の壁に沿って走行制御し、かつ、前記距離検知手段のうちの走行方向の側面部に有する距離検知手段によって前記掃除機本体の走行制御時に、その走行方向の前方に障害物を検知したときには前記壁に対して直角の壁があると仮定して前記床面掃除機構の突出量を壁の角部で最大突出量となるように演算により算出して制御する制御手段とを設けたことを特徴とする自走式掃除機。
  2. 掃除すべき床面を任意の方向に走行させる走行手段を備えた掃除機本体と、
    前記掃除機本体の走行方向とは直交する本体幅方向に、前記掃除機本体の外周面よりも外側に摺動可能に設けられた摺動部を有する床面掃除機構と、
    この床面掃除機構の摺動部の摺動量を検出する摺動量センサと、
    前記床面掃除機構を駆動する駆動手段と、
    前記掃除機本体の外周面であって、前記走行方向及びこれと直交する前記本体幅方向の側面部にそれぞれ設け、前記掃除機本体の周囲に近接する障害物までの距離を検知する距離検知手段と、
    この距離検知手段からの距離検知情報に基づいて前記走行手段を走行制御する走行制御手段とを備え、
    前記駆動手段を制御して前記床面掃除機構を前記掃除機本体の外周面から突出させるとともに前記距離検知手段のうちの走行方向とは直交する側面部に有する距離検知手段によって検知する建物の壁までの距離に従って前記床面掃除機構の突出量を制御すると共に、前記建物の壁に沿って走行制御し、かつ、前記距離検知手段のうちの走行方向の側面部に有する距離検知手段によって前記掃除機本体の走行制御時に、その走行方向の前方に障害物を検知したときには前記壁に対して直角の壁があると仮定して前記床面掃除機構の突出量を壁の角部で前記距離検知手段によって検知した前記床面掃除機構の突出方向の障害物までの距離に従って前記距離検知手段によって検知した前記床面掃除機構の突出方向の障害物までの距離検知情報と前記摺動量センサで検出した摺動量に従ってその突出量を制御する制御手段とを設けたことを特徴とする自走式掃除機。
  3. 床面掃除機構は、前記本体幅よりも短い長さで、前記本体幅方向に摺動自在でかつ床面に略接地した掃除面を有する細長い摺動部を設け、この摺動部全体を摺動させることでその掃除機本体の外周から突出させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の自走式掃除機。
  4. 床面掃除機構は、内部に風路を備え、且つ床面に略接地した掃除面を有し、掃除機本体の外周近傍に略垂直方向に設けた回転軸を中心に回動する腕部を設け、この腕部を回動させることで前記掃除機本体の外周面から突出させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の自走式掃除機。
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