JP5011145B2 - 自走式掃除機用充電装置 - Google Patents

Description

本発明は自走式掃除機用充電装置に関する。

従来の自走可能な電気掃除機の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の電気掃除機は、各支持ホイールを有する本体と、清掃面を進む方向に電気掃除機のホイールを駆動する駆動手段と、塵埃分離装置と、塵埃分離装置に空気を引き込むファンとを備えている。そして壁等に密着して掃除可能にするために、掃除機ヘッドは進行方向に横断する方向に取付けられており、少なくとも本体の一方側に突出する。障害物のあるところでは、突出していたヘッドを本体側に引き込むことができる。

従来の自走可能な掃除機の他の例が、特許文献２に記載されている。この公報に記載のロボット掃除機は、バッテリ電源が消耗したら自動的に充電できるようにするために、バッテリの充電レベルが所定レベル以下になったことを検出する充電レベル検出手段と、バッテリに電源を供給する電源供給器と、電源供給器とバッテリとを電気的に接続する電源入力手段とを有している。

従来の自走可能な掃除機のさらに他の例が、特許文献３に記載されている。このパンフレットに記載のロボット掃除機は、フロントバンパー部を有するシャーシと少なくとも２個の駆動輪等を有している。フロントバンパー部はシャーシに対して可動であり、このシャーシとフロントバンパー部の動きを検出して、フロンとバンパー部が障害物に出会ったら案内制御系に制御信号を送信する。これにより、案内制御系は障害物があっても、ロボット掃除機を障害物回りに操作することができる。

特表２００２―５３２１７７号公報 特開平８−８３１２５号公報 国際公開第０２／０６７７４５号パンフレット

上記特許文献１に記載の自走可能な電気掃除機においては、吸口体の突出量を検出する手段と、壁と掃除機本体の位置関係に基づいて吸口体を制御する手段を有していないので、部屋の隅部などでは依然として吸い残しが生じるおそれがある。また、吸口体をばねなどにより壁に押し付けているので、壁に擦った跡が残るおそれもある。

また上記特許文献２に記載の自走可能な電気掃除機においては、集塵ケース内が吸引した塵芥で一杯になると、人手により塵芥を捨てなければならない。そのため、容量の制限がある自走式掃除機では、頻繁に塵埃の処理が必要となり、掃除機を完全に自動化することが困難である。さらに、上記特許文献３に記載の自走可能な掃除機では、自走式掃除機の前方にある障害物だけが検出可能であるから、後方に進もうとするときは、方向転換する必要がある。

本発明の目的は、自走式掃除機の充電動作を自動化することにある。

上記目的を達成するための本発明の特徴は、自走式掃除機に搭載された電源に商用電源から電力を供給する電力供給手段と、この電力供給手段と自走式掃除機を電気的に接続する第１の接点と、この第１の接点に自走式掃除機の第２の接点を接続するときに自走式掃除機を案内する案内手段とを有し、自走式掃除機に操作指令を入力する入力手段と、この入力手段から入力された操作指令を自走式掃除機に伝達する手段とを備え、ボックス部と該ボックス部に接続されるガイド部を備え、前記ボックス部は、前記電力供給手段と自走式掃除機に操作指令を入力する入力手段と、この入力手段から入力された操作指令を自走式掃除機に伝達する手段と前記吸引手段と前記集塵手段とからなり、前記ガイド部は、前記案内手段と吸塵口とからなり、前記案内手段は、前記自走式掃除機と係合する先端に行くにつれ横幅が狭まったガイドと前記ガイドの上面縁部に形成されるフランジを有し、前記吸塵口の上面は前記ガイドの上面よりも高く、前記吸塵口と前記集塵手段とをつなぐ吸込流路を有することにある。

本発明によれば、大容量の蓄電池や集塵ケースを搭載しなくても広い面積または長時間の掃除が可能になる。物理的なガイドを用いているので、単純な構造で確実性の高い自動充電および排塵システムを実現できる。

本発明に係る自走式掃除機システムの一実施例を、図１ないし図８を用いて説明する。自走式掃除機システムは、塵埃を自走して掃除する掃除機１と、この掃除機１が有する蓄電池２２に給電する充電装置２００とを備えている。図１に、自走式掃除機１の断面図を示す。同図（ａ）は、同図（ｂ）のＡ−Ａ断面図であり上面図、同図（ｂ）は縦断面図である。掃除機１の進行方向は図１の左方向である。

自走式掃除機１の外形は、上面カバー２７および側面カバー２３により、ほぼ円筒形に形成されている。掃除機１内部であって下部両側面には、走行用の一対の駆動輪４ａ、４ｂが取付けられている。この駆動輪４ａ，４ｂは、ベースに取付けたモータ２ａ，２ｂにより個別に駆動される。モータ２ａ，２ｂの出力を減速する減速機５がモータ２ａ，２ｂに取り付けられている。

左右の走行用モータ２ａ、２ｂの回転軸端には、エンコーダ３ａ、３ｂが取り付けられている。エンコーダ３ａ、３ｂは、走行用モータ２ａ、２ｂの回転速度を掃除機１内の後部上方に取付けたコントローラ６に出力する。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する。コントローラ６は、エンコーダ３ａ、３ｂが検出した走行用モータ２ａ、２ｂの回転速度をフィードバック制御して、駆動輪４ａ、４ｂの回転速度を制御する。

進行方向を制御するときは、一対のモータ２ａ、２ｂを同回転速度および同方向に回転させて、掃除機１を直進させる、また、モータ２ａ、２ｂを同回転速度および反対方向に回転させて、掃除機１をその場で回転させる。

ヒンジピン８ａ、８ｂが、減速機５ａ、５ｂを進行方向に直交する水平軸回りに回転自由に支持する。減速機５ａ、５ｂは、サスペンション７ａ、７ｂを介して掃除機１の上部に接続されている。減速機５ａ、５ｂがヒンジピン８ａ、８ｂ回りに回転すると、駆動輪４ａ、４ｂがほぼ上下方向に変位する。掃除機１を床の上に置くと、掃除機１の自重によりサスペンション７ａ、７ｂのばねが最も縮む。駆動輪４ｂと減速機５ｂは、図１（ｂ）の実線で示す位置（α）に位置する。掃除機１を持ち上げると、サスペンション７ａ、７ｂのばねが伸び、最大で同図に破線で示した位置（β）まで減速機５ａ、５ｂと駆動輪４ａ、４ｂが変位する。これにより、自走式掃除機１が走行する床面が凹凸していても、確実に駆動輪４ａ，４ｂを接地させることができる。

掃除機１の進行方向後ろ側には、左右に変位可能な吸口体３０が取付けられている。この吸口体３０の変位の様子を、図２を用いて説明する。同図（ａ）に示すように、吸口体３０は、通常動作時には掃除機１内部に収納されている。この状態では、自走式掃除機１の外形は、ほぼ円筒形である。掃除機１の外形が円筒形なので、掃除機１が障害物に接していなければ、障害物に妨げられることなくその場で旋回できる。したがって、任意の方向に方向転換できる。

なお、自走式掃除機１の外形は円筒形に限らず、半球形、切頭円錐形等の丸みを帯びた形状であればよい。これらの形状においても、障害物に妨げられることなく、進行方向を変えるために旋回可能である。

吸口体３０が掃除機１の内部に位置していると、吸口体３０は壁際などには届かない。その場合、図２（ｂ）に示すように吸口体３０の可動範囲内であって掃除機１の右端（線γ）よりも外側に吸口体３０の先端を突出させる。これにより、壁際まで吸口体３０の先端が届く。

自走式掃除機１の中央部には、各部に電力を供給する蓄電池２２が搭載されている。蓄電池２２は、ニッケル水素電池である。蓄電池２２の電圧は、コントローラ６が備える検出回路で検出される。検出された電圧出力をコントローラ６が監視して、蓄電量を逐次把握する。掃除機１の前側表面には、充電端子１４が取り付けられている。充電端子１４に規定の電圧が印加されると、掃除機１内部の蓄電池２２が充電される。

掃除機１の上部には、カバー２７が取付けられている。このカバー２７の詳細を、図３に示す。図３は、掃除機１の上面図であり、図の上側が進行方向である。進行方向後ろ側には、複数のスイッチ１５、１５、…を有する操作パネル４６が取り付けられている。このスイッチ１５は、電源のオン／オフ、自走式掃除機１へのマニュアル指令に用いる。操作パネル４６上には、発光ダイオードのインジケータ４７も取付けられている、インジケータ４７は、電源のオン／オフや蓄電池２２の残量を示す。インジケータ４７に、液晶ディスプレイを用いてもよい。

上面カバー２７上であって操作パネルの近くに、赤外線リモコン受信部１６が取り付けられている。この受信部１６は、外部に設けた図示しない赤外線リモコン送信機１００からの信号を受信するのに用いられる。受信部１６が受信した信号に基づいて、掃除機１を前進または後退、旋回、集塵ファンを起動／停止させる。また、自律清掃動作を開始させたり中断させたりする。

掃除機１の外周部には、円筒形の側面カバー２３が配置されている。側面カバー２３の上部は内側に曲がっており、その端部には上面カバー２７との係合部が形成されている。側面カバー２３の内部であって側面カバー２３の近傍には、赤外線距離センサ１０ａ〜１０ｃが配置されている。赤外線距離センサ１０ａ〜１０ｃは、このセンサ１０ａ〜１０ｃの正面に位置する物体までの距離を計測する。センサ１０ａ〜１０ｃの出力は、コントローラ６により監視されている。側面カバー２３の赤外線距離センサ１０ａ〜１０ｃの受光部に対向する部分は、赤外線を透過する材質である。これにより、自走式掃除機１と周辺の物体との間の距離をコントローラ６が認識できる。

掃除機１内部には、図示しないジャイロセンサが取り付けられている。ジャイロセンサは、自走式掃除機の鉛直方向軸周りの角速度をコントローラ６に出力する。これにより、駆動輪４ａ、４ｂが床上をスリップしても、自走式掃除機１の角速度を検出できる。

掃除機１の下部であって前側両側部には、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、反射式の赤外線測距センサであり、センサ１２ａ，１２ｂの受光部から所定距離だけ離れた範囲内の物体の有無を出力する。これにより自走式掃除機１の進行方向の床が、落ち込んでいてもその落ち込みを検出できる。掃除機１が走行中に段差センサ１２ａまたは１２ｂが段差を検出したら、掃除機１を一旦停止させる。そして、段差がない方向へ掃除機１を方向転換させる。これにより、段差から掃除機１が転落するのを回避する。段差センサ１２には赤外線センサ以外に、超音波センサや接触スイッチも使用できる。

掃除機１内部の集塵構造の詳細を、以下に説明する。左右方向に可動な吸口体３０に隣接して、集塵ケース２１が設置されている。図２に示すように、吸口体３０には、集塵ケース２１と接する面に穴７０が開けられている。集塵ケース２１にも、吸口体３０と接する面に穴７１が開けられている。吸口体３０と集塵ケース２１に開けられた穴７０、７１を、吸口体３０が吸い込んだ塵芥を含んだ空気が流通する。

集塵ケース２１の穴７１の周囲には、パッキン３６が取り付けられている。パッキン３６は、吸口体３０と集塵ケース２１の間を、気密に保つために用いられる。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。

ベース４５上には、集塵ファン２０が取付けられている。ベース４５の下面側に、集塵ケース２１が保持されている。集塵ファン２０は、集塵ケース２１とベースを介して接続されている。ベース４５の、集塵ケース２１と集塵ファン２０との接続部には、吸込み空気の通風用穴が開けられている。集塵ケース２１を掃除機１に取り付けた状態では、図示しないパッキンが流路の気密を保つ。

集塵ケース２１が集塵ファン２０に面する部分には、不織布のフィルタ５４が取り付けられている。集塵ファン２０が動作して生じた圧力差により、吸口体３０から塵埃を含む空気が吸引される。塵埃を含む空気は、吸口体３０から集塵ケース２１を通って集塵ファン２０へ抜ける。そして、集塵フィルタ５４により塵埃と空気とが分離され、分離された塵埃は集塵ケース２１の内部に貯められる。

吸口体３０と集塵ケース２１のそれぞれに穴７０、７１を開けて風路を形成したので、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できる（図２参照）。そのためホースやパイプが不要であり、掃除機１を小型化できる。集塵ケース２１と吸口体３０を一体にして変位させる場合に比べて変位部位を軽量化でき、吸口体３０を変位させるのに要する力が小さくて済む。その結果、吸口体３０を左右方向に動かす駆動装置を小型化できる。吸口体３０が変位可能な範囲は、図２（ｂ）に示すように、吸口体３０を最も突き出したときに、吸口体３０の穴７０がパッキン３６に囲まれた範囲からはみ出ない範囲で、かつ、吸口体３０の左端がパッキン３６の左端を越えない範囲である。

集塵ケース２１は、ベース４５に取り付けた図示しないガイドにより、横方向の動きを規制されている。しかしながら、前方向にはガイドに沿ってスライドできる。これにより、集塵ケース２１を、掃除機１から取り外しできる。集塵ケース２１の後端に設けたパッキン３６が吸口体３０に接する位置まで自走式掃除機１内に集塵ケース２１を押し込むと、掃除機１側に形成した窪み２９に集塵ケースに設けた爪２８が嵌合する。これにより、集塵ケース２１の進行方向の動きを規制できる。

爪２８は、弾性体であり、集塵ケース２１を強く前方に引っ張ると、爪２８が下側にへこむ。そして、爪２８と掃除機１側の窪み２９との嵌合が外れ、掃除機１から集塵ケース２１を容易に取り外すことができる。集塵ケース２１の上ふたは、集塵ケース２１から取り外し可能である。そのため、集塵ケース２１を取り外せば、集塵ケース２１内に貯まった塵埃を容易に捨てられる。また、集塵ケースは取り外し可能であり、集塵ケース２１と吸口体３０の摺動面とが露出しているので、摺動面のクリーニングが容易である。

吸口体３０を左右方向に変位させるために、吸口体送りモータ３２と、このモータ３２に取付けたエンコーダ３４と、モータ３２軸に接続されたボールねじ３７と、吸口体原点検出スイッチ９０と、吸口体３０を上方から吊り支持する支持アーム４２とを有している。

吸口体３０は、支持アーム４２を介してボールねじ３７に接続されている。ボールねじ３７は、ベース４５にほぼ剛に取付けた支持部材４５ａに保持された軸受３５により回転自在に支持されている。支持アーム４２をボールねじ３７に接続する接続部はこま４３であり、内面側にめねじが切られている。ボールねじ３７が回転すると、吸口体３０およびこま４３、支持アーム４２が横方向に動く。

エンコーダ３４は、こま４３の変位量を検出して、コントローラ６に出力する。吸口体原点検出スイッチは９０は、こま４３が所定の範囲内であればこま４３がスイッチオンされるように配置されている。そしてこま４３が所定範囲外になるとスイッチオフされる。このオン／オフ切換え位置を、原点に定める。吸口原点検出スイッチ９０が検出した原点とエンコーダ３４の出力値とを組み合わせると、支持アーム４２の位置の絶対値が知られる。本実施例では機械的な方法で位置の原点を定めたが、光学センサを用いてもよいことはいうまでもない。

支持アーム４２の途中には、横方向に変位可能なスライダ３３が取り付けられている。スライダ３３を中立の位置へ復帰させるために、スライダ３３はばね３３ｂを有している。吸口体３０に横方向の力が作用すると、その力の大きさに応じてスライダが変位する。モータ３２を回転させると、吸口体３０は集塵ケース２１との間を摺動しながら横方向に変位する。

本実施例によれば、吸口体３０の先端がスライダ３３を介して支持アーム４２に支持されているので、壁際などまで吸口体３０の先端を届けることができる。また、突き出した吸口体３０の先端が壁などの外部の物体に触れた場合に、物体からの反力で自走式掃除機１の向きが変わるのを防止できる。スライダ３３のばねの強さを充分弱くすれば、突き出した吸口体３０の先端に物体が触れても、吸口体３０および触れた物体が損傷するのを防止できる。

吸口体３０が自走式掃除機１から突出する部分の近傍に、接触検出センサ４４を貼り付ける。接触検出センサ４４は、シート上に複数のスイッチを配置したものであり、壁や障害物などが接触するとスイッチが押下げられる。接触検出センサ４４は、接触した位置をコントローラ６に出力する。これにより、吸口体３０の突出部に、壁や障害物が触れるのを検出できる。

このように構成した自走式掃除機１の動作を、以下に説明する。自走式掃除機１は自律走行モードと手動走行モードの２種類の走行モードを有する。自律走行モードでは、自走式掃除機１に搭載された各種センサの情報に基づいて自律走行する。手動走行モードでは、リモコン送信機１００から送信された信号に基づいて前進、後退または旋回などの単一の動作をする。

自走式掃除機１の起動時は、手動走行モードに設定される。手動走行モードでは、使用者がリモコン送信機１００を用いて掃除機１の走行方向を指示する。したがって、手動走行モードに設定して、使用者が掃除機１を持ち上げることなく、掃除をする部屋まで掃除機１を変位させれば、使用者の肉体的な負担を軽減できる。手動モードで動作しているときに、リモコン送信機１００または掃除機１の操作パネル４６上のスイッチから掃除機１に指示すると、自走式掃除機１は自律走行モードに移行する。自律走行モードでは、予めコントローラ６に記憶したアルゴリズムに基づいて、赤外線距離センサ１０ａ〜ｃ等の各種センサの出力を用いて、部屋全体を隈なく掃除するように走行する。

本実施例に記載の自走式掃除機１を用いると、自律走行時に壁際や障害物のそばまで掃除できる。そのため、自走式掃除機１が壁際を掃除するときは、壁に沿って自走式掃除機１を走行させる。壁沿いの走行時には、自走式掃除機１と壁面との間に所定の間隔を維持させる。この所定間隔は、吸口体３０を最も突き出したときに、壁に吸口体３０が当たる距離以下である。

赤外線測距センサ１０ａが測定した壁までの距離と、目標とする距離の差を求める。２つの距離の差が正の場合には自走式掃除機１を壁に近づけるよう指示する。２つの距離の差が負の場合には、自走式掃除機１を壁から遠ざけるように指示する。接触検出センサ４４が吸口体突出部の先端が壁に触れていることを検出するまで、吸口体３０を突出させる。あるいは、赤外線測距センサ１０ａが検出した自走式掃除機１から壁までの距離に基づいて、吸口体３０の突出量を決定する。後者の方法によれば、吸口体３０の突出量を調整すれば、吸口体３０の先端を壁に接触させずに壁の近くまで掃除できる。

本実施例によれば、万一走行時に突出した吸口部３０の前面に障害物が引っかかっても、接触検出センサ４４が障害物を検出できるので、吸口部を自走式掃除機１内に一旦格納することにより、障害物を避けて掃除を続行できる。

壁際の掃除の際には、部屋の隅等で自走式掃除機１を旋回させる必要が、しばしば生じる。図４に、自走式掃除機１を旋回させる様子を示す。自走式掃除機１が自律走行モードで壁に沿って走行中に部屋の隅に到達すると、赤外線距離センサ１０ａ、１０ｂが壁を検出する。そこで、自走式掃除機１は、隅を掃除しながらその場で旋回する動作に移行する。このとき吸口体３０の先端が壁に沿って変位するように吸口体３０の突出量を制御すれば、隅部の未清掃領域を低減できる。

吸口体３０の突出量は、通常の壁に沿う変位時と同様に、接触検出センサ４４の情報に基づくか、赤外線距離センサ１０ａが検出した自走式掃除機１から壁までの距離の情報に基づいて決定する。赤外線距離センサ１０ａは吸口体３０の先端よりも、自走式掃除機１の回転方向（図４では反時計回り）において先行しているので、隅部の形状を吸口体３０の先端が通過する前に把握できる。これにより、隅部の形状に合わせて、吸口体３０を壁などに触れることなくかつできる限り接近する位置に制御できる。摩耗しやすい素材で壁できているときでも、壁を傷つけることがない。なお、吸口体３０の先端の突出量を決定するときに、部屋の隅部形状が直角等の隅部形状であると仮定したプログラムを用いることもできる。この場合、掃除機１の制御が簡単になる。

側面カバー２３には、吸口体３０を突出す部分に切り欠きが形成されている。この切り欠きにより、吸口体３０が円滑に変位できる。側面カバー２３の前側面の下部は、集塵ケース２１を取り外すために、上下にスライドして開くハッチ２６が設けられている。

側面カバー２３の内周面近くのベース４５に、ほぼ等間隔に４本のばね２５ａ〜２５ｄが取付けられている。ばね２５ａ〜２５ｄはピアノ線であり、長手方向にほとんど伸縮しないが、曲げ方向には容易に変位する。そして、荷重が取り除かれると、元に復帰する。ばね２５ａ〜２５ｄは、鉛直方向に配置されている。ばね２５ａ〜２５ｄ部の詳細を、図５に部分断面図で示す。上面カバー２７の上端部には、内側に下がった段２７ａが形成されている。段２７ａは、側面カバー２３が下側に変位するのを防止する。この段２７ａにより、側面カバー２３に下向きの力が作用しても上面カバー２７がこの力を支持して、ばね２５ａ〜ｄが座屈するのを回避する。

なお、上面カバー２７の段２７ａにより側面カバー２３の水平方向の変位可能量を、３ｍｍ程度に制限している。さらに、ばね２５ａ〜２５ｄは引張り力に対してほとんど変形しないので、自走式掃除機１の側面カバー２３を持ち上げても、側面カバー２３はベース４５から離れることがない。

側面カバー２３の水平方向の変位を検出するスイッチ２４ａ〜２４ｄが、側面カバー２３と僅かな隙間をおいて配置されている。スイッチ２４ａ〜２４ｄは、ベース４５に垂直に設けられたブラケット７２ａ〜７２ｄの先端に保持される。側面カバー２３が、水平方向のいずれかの方向に変位すると、１または２個のスイッチ２４ａ〜２４ｄと側面カバー２３とが接触し、スイッチ２４ａ〜２４ｄが作動する。どのスイッチ２４ａ〜２４ｄが作動したかにより、物体の大体の方向を知ることができる。スイッチ２４ａ〜２４ｄの出力は、コントローラ６に出力される。したがって、掃除機１の側面に物体が接触して側面カバー２３が変位すれば、物体との接触を検出できる。

本実施例によれば、側面カバー２３を全周一体型としてばねにより柔に支持し、ほぼ９０度ピッチで４個の接触型スイッチを設けているので、どの位置で物体と接触しても、検出の死角がない。また、検出機構に要する部品が少なく、構造が単純であり安価である。これらの検出に要する部品を、掃除機１の側面カバー２３の近傍に配置できるので、自走式掃除機１の中央部に他の部品のための空間を確保できる。側面カバー２３を上面カバー２７で支持しているので、上下方向の外力に対して強い構造である。物体のおおよその方向を知ることができるので、回避行動をとりやすい。

なお、ばね２５ａ〜２５ｄの剛性を変えるだけで、検出感度を容易に変更できる。上面カバー２７と側面カバー２３の水平方向のクリアランスを変えれば、側面カバー２３の水平方向の可動範囲を変更できる。ばね２５ａ〜２５ｄの剛性と水平方向の可動範囲を適宜に組み合わせることにより、ソフトタッチの接触検出も可能となる。この設定では、自走式掃除機１と周辺の物体とが接触して互いに傷つくのを防止できる。

本実施例では側面カバーを支持するために４本のばね２５ａ〜２５ｄを用い、変位を検出するために４個のスイッチ２４ａ〜２４ｄを使用しているが、この個数は４に限るものではない。ばね２５の本数とスイッチ２４の個数は、異なっていてもよい。このスイッチは、上記実施例で用いた丸みを帯びた形状に限らず角部に丸みを有する多面体等の形状でもよい。いずれの場合でも検出に死角を生じない。

吸口体３０には、図示しない圧力センサが取り付けられている。圧力センサが検出した圧力は、コントローラ６に出力される。自走式掃除機１を使用中に吸引口４０が紙等で塞がれ、塵埃を吸引できなくなる事態が生じることがある。このとき、吸口体３０内部の圧力は急激に低下している。長時間この状態が続くと、集塵ファン２０を駆動するモータ２０ａが過負荷状態になり、自走式掃除機１が故障する。そこで、吸口体３０内部の圧力変化を圧力センサが検出して、モータ２０ａの過負荷状態を回避する。

具体的には、圧力センサ１３が急激な圧力低下を検出したら、一旦掃除機１の吸引を停止する。吸引を停止すると吸口体３０内部の圧力が大気圧に等しくなり、吸引口４０に張り付いていた物が取れ易くなる。次いで、掃除機１を所定距離だけ走行させて、吸引口４０に張付いた物を取る。吸引を再開し圧力が正常時の状態に復帰したことを確認して、掃除を再開する。圧力差が正常時の状態に復帰していないときは、上記吸引停止と掃除機１の走行とを繰り返す。この手順を所定回数繰り返しても正常な圧力とならないときは、吸引を停止して掃除を中止する。異常を使用者に知らせるために、インジケータ４７にエラー表示をする。

集塵ケース２１に塵埃が貯まるにしたがって、吸込み状態で吸口体３０内部の圧力低下が小さくなる。圧力センサが集塵ファン２０動作時の圧力を監視しているので、集塵ケース２１内の塵埃の貯まり具合を検出できる。この塵埃の貯まり状況を、インジケータ４７が使用者に示す。塵埃の貯まり状況を検出できるので、集塵ケース２１からの塵埃取り出しタイミングを自動的に知ることができる。

掃除機１は、蓄電池２２を動力源としているので、充電動作が必要となる。また、集塵ケース２１の容量にも限度があるので、所定量塵埃が溜まったら、集塵ケース２１から塵埃を取出す必要がある。本実施例では、これらの動作を掃除機１が自律的に実行している。この様子を、図６ないし図８を用いて説明する。

図６は、自走式掃除機１と部屋の片隅に設けた充電装置２００の模式図であり、同図（ａ）はその上面図、同図（ｂ）はその側面図である。充電装置２００は、下板部２０１および側壁部２０２、ボックス部２０３、充電装置ガイド部２０４を備える。図７は、充電装置ガイド部の詳細であり、同図（ａ）はその上面図、同図（ｂ）は側面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

ボックス部２０３は、建物側に設けた電源供給部である。ガイド部２０４はボックス部２０に接続されており、掃除機１を充電するときに掃除機１側の接点と円滑に接続できるようにするものである。ボックス部２０３のガイド部２０４側の端面には、充電端子２０５が設けられている。充電端子２０５はボックス部２０３内に設けた充電回路２３０に電気的に接続されている。充電回路２３０には、商用電源が供給されている。

ボックス部２０３には、充電装置集塵ファン２０６と充電装置集塵ケース２０７および充電装置コントローラ２５０が設けられている。充電装置集塵ケース２０７は、自走式掃除機１の集塵ケース２１よりも集塵容量が大きい。充電装置コントローラ２５０は、充電回路２３０が充電端子２０５に流れる電流および電圧を監視および制御するとともに、充電装置集塵ファン２０６の動作を制御する。

充電装置ガイド部２０４には、先端に行くにつれ横幅が狭まったガイド２０８とこのガイド２０８に囲まれた台形の吸塵口２０９が形成されている。ガイド２０８の上面縁部には、フランジ２０８ａが形成されている。吸塵口２０９の上面は、ガイド２０８の上面よりも高い。吸塵口２０９は、ガイド内部に形成された吸込み流路２１０を介して充電装置集塵ケース２０７に連通している。

充電装置集塵ファン２０６が動作すると、吸塵口２０９から空気が吸い込まれる。そして、吸い込まれた空気に含まれる塵埃が、充電装置集塵ケース２０７内に保持したフィルタ２０７ａで分離され、充電装置集塵ケース２０７に貯められる。これにより、掃除機１の集塵ケース２１に貯まった塵埃が、充電装置２００側の集塵ケース２０７に変位する。

図８に、図７に示した充電装置２００のガイド部２０４が係合する自走式掃除機１の集塵ケース２１部の詳細を示す。図８は自走式掃除機１の下面図であり、同図（ａ）は、集塵ケース２１の下面に設けたシャッター５９を閉じた状態であり、同図（ｂ）は開いた状態である。

集塵ケース２１の底面には排塵口６０が形成されており、この排塵口６をシャッター５９が覆っている。シャッター５９は、自走式掃除機１の進行方向にスライドする。集塵ケース２１の後部に、ばね６１が保持されており、このばね６１がシャッター５９を左方向に押し付けている。掃除機１の通常動作時は、排塵口６０はシャッター６１で覆われていて、集塵ケース２１内の塵埃がこぼれない（図８（ａ）参照）。

シャッター５９を右側に押すと、ばね６１が縮んで図８（ｂ）に示したように、排塵口６０が現れる。シャッター５９の前縁部には、下方に曲がる曲がり部６２が形成されている。自走式掃除機１を充電装置２００に係合させるときは、曲がり部６２の下端が、充電装置ガイド２０８の上面より高く、吸塵口２０９の縁より低くなるようにする。排塵口５８の両脇に、ガイド６３が設けられている。ガイド６３は、充電装置２００のガイド２０８と雌雄嵌合の関係にある。自走式掃除機１を充電装置２００に係合するときに、ガイド６３の高さとガイド２０８の高さが合致するように各ガイド６３、２０８の高さを設定する。また、ガイド２０８とガイド６３が係合するとき、掃除機１の充電端子１４に充電端子２０５が接触するように各充電端子を１４、２０５を設定する。

このように構成した自走式掃除機１の排塵動作を、図６および図８を用いて以下に説明する。予め充電装置２００の側壁部２０２を、部屋の壁に接して設置する。自走式掃除機１の動作中に蓄電池２２の電圧が所定値を下回ったら、コントローラ６が電池残量が少ないと判断する。そして、充電動作に移行する。

充電動作に移行したら、自走式掃除機１は直進して部屋の壁を探す。側面カバースイッチ２４ａ〜２４ｄまたは吸口体３０の接触検出センサ４４の出力から、壁に達したとコントローラ６が判断したら、壁が掃除機１の右側にくるように、壁沿い走行をする。壁沿い走行を続けて、充電装置２００に達したら、充電装置２００の側壁部２０２に沿って下板部２０１に乗り上げる。

この側壁部２０２沿いの走行時には、ガイド２０８と側壁部２０２の距離に基づいて定めた距離だけ側壁から離れて掃除機１を前進させる。これにより、自走式掃除機１が充電装置２００の下板部２０１に乗り上げると、充電装置２００側のガイド２０８と自走式掃除機１側のガイド６３が、ほぼ正対する。

自走式掃除機１が側壁部２０２沿いに走行を続けると、自走式掃除機１側のガイド６３の前端が、充電装置２００側のガイド２０８の先端に自動的に嵌合する。そして、最終的には２つのガイド２０８、６３が密着する。その際、自走式掃除機１側の充電端子１４と充電器２００側の充電端子２０５が接触して、通電が開始され、蓄電池２２が充電される。

自走式掃除機１が側壁部２０２沿い走行を続けているときに、自走式掃除機１のシャッター５９は充電装置２００の吸塵口２０９の縁に引っかかる。次いでシャッター５９がガイド部２０４に押されて開き、吸塵口２０９と排塵口５８が正対する。自走式掃除機１のコントローラ６は、接触端子１４が充電装置２００側の充電端子２０５と通電していることを検出したら、掃除機１の走行を停止させる。

充電装置コントローラ２５０は、充電端子２０５に流れる電流を検出して、自走式掃除機１が充電装置２００に係合したと判断する。コントローラ２５０は、充電装置集塵ファン２０６を所定時間動作させて、自走式掃除機１の集塵ケース２１から充電装置集塵ケース２０７に塵埃を吸引する。所定時間吸引を続ける。

塵埃の吸引が終了したと判断した後であって、充電装置コントローラ２５０または自走式掃除機１のコントローラ６が蓄電池２２の充電が完了したと判断したら、自走式掃除機を後退させる。そして、充電装置２００側の充電端子２０８と自走式掃除機側の充電端子１４を切り離す。または、自走式掃除機１のコントローラ６か充電装置コントローラ２５０を用いて、蓄電池２２への電圧印加を停止する。充電および排塵の双方が終了したので、必要に応じて掃除を再開する。

本実施例によれば、従来人手により廃棄していた集塵ケース２１内の塵埃を、充電装置２００側の集塵ケース２０７に変位させるので、自律掃除のためには大容量が必要であった掃除機１側の集塵ケース２１の容量を低減できる。これにより、掃除機を小型化できる。なお、上記実施例では、フィルタを用いて塵芥を分離しているが、電気掃除機で使用される遠心分離方式を用いてもよい。

また本実施例によれば、大容量の蓄電池や集塵ケースを搭載しなくても広い面積または長時間の掃除が可能になる。物理的なガイドを用いているので、単純な構造で確実性の高い自動充電および排塵システムを実現できる。

本発明の他の実施例を、図９に示す。上記実施例では集塵ケースを掃除機の下部に配置していたが、本実施例では集塵ケースを掃除機の上部に配置している。そのため、充電装置側に設けた集塵手段も、上記実施例とは相違している。図９は、掃除機１ａが充電装置２００ａに収容された状態を示し、同図（ａ）はその上面図、同図（ｂ）はその側面断面図である。

掃除機１ａの集塵ケース２１ａは、上面カバー２７ｂに設けられた集塵ケースホルダ７３に保持されている。集塵ケース２１ａの上面には逆止弁７７が設けられており、逆止弁７７の周囲には、外側から見て凹んだテーパ状の口金７６が形成されている。口金７６の材料は、鉄などの強磁性体材料である。集塵ケース２１ａの上面の材質は、口金７６と逆止弁７７以外は透明樹脂である。

吸口体３０は上記実施例と同様に、左右方向に変位可能である。吸口体３０と集塵ケース２１ａとを、上下方向に伸びたダクト７８が接続している。ダクト７８の上端部には、摺動板７４が取り付けられている。摺動板７４は、集塵ケースホルダ７３に取り付けられたパッキン７５と摺動可能である。上記実施例において集塵ケース２１の底面に取り付けていたガイド６３を、掃除機１ａの底面に取り付けている。ただし、ガイド６３の周辺に配したシャッター５９や排塵口６０は、本実施例では不要である。

本実施例でも、充電装置２００ａの構成は上記実施例と同様であるが、側板部２０２ａとボックス部２０３ａだけは上記実施例と相違する。ボックス部２０３ａは、側板部２０２ａの上方に位置しており、掃除機１ａが充電装置２００ａに係合した状態で、掃除機１ａのほぼ前側半分だけを覆う位置にある。充電装置集塵ファン２０６からフレキシブルなホース２２０が伸びており、ホース２２０が塵埃を吸引する。

ホース２２０の先端には電磁石２２１が取り付けられており、充電装置コントローラ２５０が電流制御するのを可能にしている。ホース２２０の先端はボックス部２０３ａの外側まで引き出されており、掃除機１ａを充電位置に位置決めしたときには、口金７６がホース２２０先端の直下に位置する。充電装置２００ａのガイド部２０４は、上記実施例と同様である。

このように構成した本実施例の動作を、以下に説明する。掃除機１ａが充電装置２００ａと係合するまでは上記実施例と同様である。充電装置２００ａと掃除機１ａが係合すると、掃除機１ａは走行を停止する。充電装置２００ａは掃除機１ａ側の充電端子１４と充電装置側の充電端子２０５が接触したことを検出して、充電を開始する。

充電器コントローラ２５０が、ホース２２０先端の電磁石２２１に通電を開始する。電磁石２２１が磁化して、強磁性体の口金７６との間に引力が作用する。フレキシブルなホース２２０が伸びて、ホース２２０の先端と口金７６が結合する。このとき電磁石２２１と口金７６は、テーパによる嵌め合い構造であるから確実に密着する。

充電装置集塵ファン２０６を動作させて、生じた圧力で逆止弁７７を開く。集塵ケース２１ａ内の塵埃を充電装置集塵ケース２０７に吸引する。所定時間充電装置集塵ファン２０６を動作させたら、電磁石２２１への通電を停止する。ホース２２０の弾性により、口金７６からホース２２０の先端が離れる。これにより、集塵ケース２１からの塵埃の排出が終了する。以降の動作は上記実施例と同様である。

本実施例によれば、側壁部２０２ａを充電装置２００ａの両側に設けているので、掃除機１が充電装置２００ａの側方から充電装置２００ａ内に進入するのを防止できる。集塵ケース２１を本体上面に設け、透明樹脂製としたので、目視によって集塵ケース２１内の塵埃量を確認できる。また、貴重品などを吸引して誤って塵埃と一緒に捨てる事態を防止できる。ボックス部２０３ａを縦方向に高い構造としたので、充電装置２００ａが占有床面積を低減できる。ボックス部２０３ａが、掃除機１ａの前側だけを覆っているので、掃除機１ａの後側に配置した操作パネル４６や赤外線リモコン受信部１６を露出できる。その結果、充電装置２００ａ内に掃除機１ａが収容されていても、容易に操作および遠隔操作できる。

本実施例の変形例を、図１０に示す。この図１０は、掃除機１ａと充電装置２００ｃの側面断面図である。本変形例でも上記実施例と同様、ボックス部２０３ｃは側板部２０２ｃの上方に位置しているが、上記実施例とはボックス部２０３ｃが側板部２０２ｃ全体の上方にある点で相違する。

充電装置２００ｃの上面に、掃除機１ａに設けられていた操作パネル２２２と赤外線リモコン受信部２２３とを設ける。操作パネル２２０と赤外線リモコン受信部２２３の出力は、ボックス部２０３ｃ内部に設けたコントローラ２５０に入力される。ボックス部２０３ｃの下面に、赤外線リモコン送信部２２４を設ける。この送信部２２４は、コントローラ２５０からの指令を受けて充電装置２００ｃ内でリモコン信号を送信するのに用いる。自走式掃除機１を収容する部分の内面側の上部には、自走式掃除機１の充電装置２００ｃへの進入を検出する進入検出センサ２９が設けられており、このセンサの出力はコントローラ２５０に入力される。

操作パネル２２２上のスイッチが押されたとき、および赤外線リモコン受信部２２３が図示しない赤外線リモコン送信機からの信号を受信したときには、対応する信号を赤外線リモコン送信部２２４が掃除機１ａのリモコン受信部１６に送信する。これにより、充電装置２００ｃ内に掃除機１ａが収容されていても、掃除機１ａを操作できる。また、充電装置２００ｃの上側全体がボックス部２０３ｃになっているので、充電装置２００ｃをさらにコンパクトにできる。

自走式掃除機１ａが充電装置２００ｃ内に進入したことを進入検出センサ２２９が検出したら、コントローラ２５０は掃除機１ａに、赤外線リモコン送信部２２４から充電装置２００ｃ内に掃除機１ａが進入したことを示す信号を発信するように指令する。これにより掃除機１ａが走行中に予定外に充電装置２００ｃ進入しても、掃除機１ａが充電装置２００ｃと係合する前に掃除機１ａの進路を変更できる。

また、掃除機１ａが充電装置２００ｃの内部に進入していないときは進入検出センサ２２９が作動しないので、充電装置２００ｃへ進入していないことが分かり走行速度を高めることができる。その結果、掃除機１ａを充電装置２００ｃに係合させるときには充電装置２００ｃ近くまで高速に走行させ、充電装置２００ｃの近傍で走行速度を低下させるだけで、素早く充電装置２００ｃに掃除機をたどらせることができる。この結果、充電装置２００ｃに着く前は走行速度を上げ、充電装置２００ｃに到達したらゆっくり走行させることができるので、掃除の効率が向上するとともに充電および排塵動作を確実に行える。

なお、充電装置２００ｃの外部に赤外線リモコン送信部２２４から発信された信号が漏れないように、赤外線リモコン送信部２２４の位置や側板部２０２の形状を定めれば、進入検出センサ２２９を省いてもよい。この場合、赤外線リモコン送信部２２４から常時進入を示す信号を発信するようにすればよい。

本発明に係る自走式掃除機の一実施例の上面断面図および側面断面図。 図１に示した自走式掃除機に用いる可動吸口の可動範囲を説明する図。 図１に示した自走式掃除機が備える上面カバーの上面図。 自走式掃除機の掃除方法を説明する図。 図１に示した自走式掃除機の部分縦断面図。 図１に示した自走式掃除機の本体部と充電装置の上面図および側面図。 図１に示した自走式掃除機のガイド部の上面図と正面図。 図１に示した自走式掃除機の底面図。 本発明に係る自走式掃除機の他の実施例の上面図および側面図。 図９に示した自走式掃除機の変形例の側面図。

符号の説明

１…（自走式）掃除機、２ａ、２ｂ…走行用モータ、３ａ、３ｂ…走行用モータエンコーダ、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〜１０ｃ…赤外線距離センサ、１２ａ、１２ｂ…段差センサ、１４…充電端子、１５…本体操作スイッチ、１６…受信部、１９…キャスタ、２０…集塵ファン、２１…集塵ケース、２２…蓄電池、２３…側面カバー、２４ａ〜２４ｄ…スイッチ、２５ａ〜２５ｄ…ばね、２６…ハッチ、２７…上面カバー、２８…つめ、２９…凹み、３０…吸口体、３２…吸口体送りモータ、３３…ばね、３４…エンコーダ、３５…軸受、３６…パッキン、３７…ボールねじ、４０…吸引口、４２…支持アーム、４３…こま、４４…接触センサ、４５…ベース、４６…操作パネル、４７…インジケータ、５０…パッキン、５９…シャッター、６０…排塵口、６１…スプリング、６２…曲がり部、６３…ガイド、７０…穴（吸口体）、７１…穴（集塵ケース）、７２…ブラケット、７３…集塵ケースホルダ、７４…摺動板、７５…パッキン、７６…口金、７７…逆止弁、７８…ダクト、９０…吸口体原点検出スイッチ、１００…赤外線リモコン送信機、２００…充電装置、２０１…下板部、２０２…側板部、２０３…ボックス部、２０４…ガイド部、２０５…充電端子、２０６…充電装置集塵ファン、２０７…充電装置集塵ケース、２０８…ガイド、２０９…吸塵口、２１０…流路、２２０…ホース、２２１…電磁石、２２９…進入検出センサ、２３０…充電回路、２５０…コントローラ。

Claims (1)

1. 自走式掃除機に搭載された電源に商用電源から電力を供給する電力供給手段と、この電力供給手段と自走式掃除機を電気的に接続する第１の接点と、この第１の接点に自走式掃除機の第２の接点を接続するときに自走式掃除機を案内する案内手段と、自走式掃除機が有する集塵ケースに貯留された塵埃を移動させる吸引手段および集塵手段とを備え、
   ボックス部と該ボックス部に接続されるガイド部を備え、
   前記ボックス部は、前記電力供給手段と自走式掃除機に操作指令を入力する入力手段と、この入力手段から入力された操作指令を自走式掃除機に伝達する手段と前記吸引手段と前記集塵手段とからなり、
   前記ガイド部は、前記案内手段と吸塵口とからなり、
   前記案内手段は、前記自走式掃除機と係合する先端に行くにつれ横幅が狭まったガイドと前記ガイドの上面縁部に形成されるフランジを有し、
   前記吸塵口の上面は前記ガイドの上面よりも高く、
   前記吸塵口と前記集塵手段とをつなぐ吸込流路を有することを特徴とする自走式掃除機用充電装置。

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