JP6967468B2 - 自走式電子機器のドッキング制御方法およびそれに用いる充電台 - Google Patents

Description

この発明は、自走式電子機器の充電台へのドッキング制御方法およびそれに用いる充電台に関する。

自走式掃除機等の自走式電子機器は、走行用の駆動モータ等の電源となる充電式のバッテリーを本体に内蔵し、自律的に走行して充電台とドッキングし、バッテリーの充電を行うものが一般的である。
その充電台は、壁際に置かれることを前提にしたものが通常である（例えば、特許文献１〜３参照）。

例えば、特許文献１のものは、カメラを備えたロボット掃除機を外部充電装置に結合するために、前記カメラにより撮像できる外部充電装置の側面に充電位置ガイドマークが形成されており、保存された結合位置イメージと比較しながら結合位置へ導くようにしている。
また、特許文献２のものは、側面に所定の間隔で第１および第２の基準マーカーを側面に有するドッキングステーションへ、カメラベースの検知システムが設けられた自立走行車両を誘導する。そして、前記検知システムによって提供される前記第１および第２の基準マーカーを含む画像を受信する。画像フレームの底辺から第１の基準マーカーの基準点までの間隔と、前記底辺から第２の基準マーカーの基準点までの間隔とを比較して誘導を行うようにしている。

特許文献３のものは、所定の空間的関係にある少なくとも２個の姿勢定義用の基準マーカーを側面に有するドッキングステーションへ姿勢センサーとコントローラを有する移動ロボットをドッキングさせる。コントローラは姿勢センサーからの出力信号を解析してドッキングステーションに対する姿勢を決定し、移動ロボットが移動する床面の地図上のドッキングステーションの位置を探し当て、ドッキング軌跡の経路を計画するようにしている。
また、特許文献４のものは、前方に距離センサーと充電端子とを具備する自走式掃除機を、側面に前記距離センサーにて検出可能なマーカー形状と給電端子とを具備する充電台へ自動帰還させる。そのために、前記マーカー形状を検出している状態において前記自走式掃除機と前記充電体が接触したとき、前記充電端子と前記給電端子が接触するようにしている。

特許第３７４６９９５号公報 特許第６１０８３２８号公報 特表２０１５−５３５８７３号公報 特開２００９−２３８０５５号公報

近年の自走式電子機器は、例えば掃除専門の単機能機のみならず、無線ネットワークを介して遠隔のユーザーにカメラ画像を送信するものや、ユーザーからの指示に応答して家庭内の電子機器に指示を送るなど、ネットワーク化、多機能化が進んでいる。
例えば自走式掃除機を例に挙げると、充電中は多くの電力を消費する清掃作業は実行できないとしても、掃除機に内蔵されたカメラで室内の様子を撮影し、ネットワークを介してユーザーが持つ携帯型の通信端末（スマートフォン等）に送信することは可能である。また、ユーザーが前記通信端末上でアプリを起動し、ネットワークを介して自走式掃除機に指示を送り、その指示に基づいて自走式掃除機が屋内の電子機器を遠隔操作することも可能である。画像の提供や遠隔操作は、清掃作業に比べると少ない電力消費で処理が行えるからである。

このような多機能化によって、充電中でも自走式電子機器を活用することができる。
ところが、充電台が壁際や部屋の隅に置かれ状況では、充電中に室内の様子を撮影するのに適した場所とは必ずしもいえない。
さらに、自走式電子機器は所定の方向で充電台とドッキングした状態に限って充電が行われる。充電中に自走式電子機器の向きを変えることはできない。
よって、充電中に室内全体を監視するといったような機能に適した充電台とはいえない。
この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであって、何れの方向からでも充電位置へ到達できる充電台へのドッキング制御方法、および充電しながら自走式電子機器が旋回可能な充電台を提供するものである。

この発明は、
（１）自走式電子機器を充電台にドッキングさせる方法であって、前記充電台は、その上で前記自走式電子機器が停止して充電を行う上面と、前記自走式電子機器を充電位置へ導くために、前記上面に配される環状または円状のマーカーとを有し、前記自走式電子機器は、充電可能な電池と、前記上面を走行するとき前記マーカーを検出する、左右一対のマーカーセンサーと、前記マーカーの検出に基づいて前記自走式電子機器を、前記充電位置へ走行させて停止させる本体制御回路とを有し、前記本体制御回路は、左右両方のマーカーセンサーが同時に前記マーカーを検出するように走行方向を調整した後、前記マーカー内へ直進させ、停止させて、充電を行うドッキング制御方法を提供する。

さらに、
（２）前述のドッキング制御方法に用いられる充電台であって、上面に露出し、環状で前記マーカーと同心であって前記充電位置において定置旋回可能な前記自走式電子機器へ給電を行う給電側電極を備える充電台を提供する。

この発明によるドッキング制御方法において、本体制御回路は、充電位置へ走行中に左右何れか一方のマーカーセンサーがマーカーを検出した場合、左右両方のマーカーセンサーが同時に前記マーカーを検出するように走行方向を調整した後、マーカー内へ直進させ、停止させて、充電を行うので、自走式電子機器は、何れの方向からでも充電位置へ到達できる。
また、この発明による充電台は、上面に露出し、環状で前記マーカーと同心であって前記充電位置において定置旋回可能な前記自走式電子機器へ給電を行う給電側電極を備えるので、前記自走式電子機器は充電しながら旋回が可能である。

この発明のドッキング制御方法に係る自走式電子機器および充電台の一態様を示す説明図である。 図１Ａに示す自走式電子機器および充電台を側方から見た説明図である。 図１Ａ、図１Ｂに示す自走式電子機器および充電台の電気的な構成を示すブロック図である。 図１Ｂに示す充電台の電極部分の鉛直方向に沿った平面内における配置を拡大した説明図である。 図１Ａに示す自走式電子機器が検出したマーカーを基準に充電位置へ走行する様子を示す説明図である。 図１Ａに示す自走式電子機器が充電位置ＣＰで停止した状態を示す説明図である。 この実施形態において自走式電子機器を充電位置へ導く制御の流れを示す第１のフローチャートである。 この実施形態において自走式電子機器を充電位置へ導く制御の流れを示す第２のフローチャートである。 この実施形態において自走式電子機器を充電位置へ導く制御の流れを示す第３のフローチャートである。 この実施形態による、図１Ａと異なる態様の充電台を示す説明図である。 この実施形態による、図２と異なる態様の自走式電子機器および充電台の構成を示すブロック図である。

以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。
（実施の形態１）
≪自走式電子機器および充電台の構成≫
図１Ａおよび図１Ｂは、この発明のドッキング制御方法に係る自走式電子機器および充電台の一態様を示す説明図である。図２は、図１Ａ、図１Ｂに示す自走式電子機器および充電台の電気的な構成を示すブロック図である。
図１Ａおよび図１Ｂをはじめとするこの実施形態では、自走式電子機器の具体例として自走式掃除機１１を示している。

図１Ａ、図１Ｂおよび図２に示すように、自走式掃除機１１は、左右の駆動輪１５（左駆動輪１５Ｌおよび右駆動輪１５Ｒ）を用いて自律的に走行する。左駆動輪１５Ｌと右駆動輪１５Ｒを逆方向に回転駆動して定置旋回ができる。図１Ａに定置旋回する場合の旋回中心ＲＣを示している。左右の駆動輪１５の回転軸の中点が旋回中心ＲＣである。
また、自走式掃除機１１は、左右の駆動輪１５を同じ方向に回転駆動して、図１Ａおよび図１Ｂに矢印Ａで示す方向へ前進する。あるいは、矢印Ａと逆方向へ後退する。

自走式掃除機１１の底面の前部に、マーカーセンサー１７が配置されている。マーカーセンサー１７は、左マーカーセンサー１７Ｌおよび右マーカーセンサー１７Ｒからなり、この実施形態では反射型のフォトセンサが適用されている。
ただし、マーカーセンサー１７およびマーカー４３の態様はこれに限らない。例えば、マーカー４３にＬＥＤ等の発光体（可視光に限らず例えば赤外領域の光を発するものでもよい）を用い、その場合、マーカーセンサー１７としてマーカー４３からの光を検出する受光素子を用いてもよい。
マーカー４３は、単に光を発するだけでなく、光信号を創出し、マーカーセンサー１７は、その光信号を検出してもよい。このようにすれば、マーカー４３を他からの光（ノイズ）とより確実に識別できるだけでなく、給電通信回路４５と本体通信回路２７との間の通信をこの光を用いて実現できる。

自走式掃除機１１の底面の後部に、本体側正電極１９および本体側負電極２１が配置されている。それらは、図示しない昇降機構を備えている。充電制御回路２９は、自走式掃除機１１が後述する充電位置ＣＰ付近に達すると、前記昇降機構を制御して本体側正電極１９および本体側負電極２１を降下させる。本体側正電極１９および本体側負電極２１が、充電台１３の給電側正電極５１および給電側負電極５３とそれぞれ接触し、電池２３に充電が行われるようにするためである。ただし、通常、充電制御回路２９は、本体側正電極１９および本体側負電極２１を上昇させて走行中に床面を傷つけたり障害物と衝突して破損したりしないようにする（図１Ｂ参照）。

さらに、自走式掃除機１１は、左右の駆動輪をそれぞれ駆動する駆動モータ（左輪駆動モータ３３Ｌおよび右輪駆動モータ３３Ｒ）、前記駆動モータの動作を制御する本体制御回路２５を備える。本体制御回路２５は、給電通信回路４５と通信するものであればよく、有線／無線の種別は通信方式等は特に限定されない。さらに、塵埃を吸引する電動送風機、掃除機として塵埃を吸引する吸引口、塵埃を含む気流を通過させて塵埃を分離するフィルター、分離された塵埃を貯めるダストカップ、気流を機外へ排出する排出口など、図１Ａ、図１Ｂおよび図２に記載を省略した回路や機構を含む。
一方、この実施形態に係る充電台１３は、図１Ａおよび図１Ｂに示すように円板形状をしており、扁平な上面４１を自走式掃除機１１が走行できる。

充電台の上面４１には、上方から見て環状の給電側正電極５１、給電側負電極５３、およびマーカー４３が同心に配置されている。それらの中心をＣＰで示している。
なお、図１Ａおよび図１Ｂでは、内側から順に給電側正電極５１、マーカー４３および給電側負電極５３が配置されているが、配置の順序は単なる一例に過ぎず、これに限らない。ただし、自走式掃除機１１の旋回中心ＲＣが充電位置ＣＰと重なる位置で充電を行う。よって、旋回中心ＲＣが充電位置ＣＰと重なる位置で給電側正電極５１と本体側正電極１９とが接触し、かつ、給電側負電極５３と本体側負電極２１とが接触するように配置される。
また、給電側正電極５１または給電側負電極５３の少なくとも何れかがマーカー４３としての機能を兼ねてもよい。

給電側正電極５１および給電側負電極５３には、商用電源からＡＣアダプタ５７および給電制御回路４７を経て充電用の電圧が供給される。ただし、給電側正電極５１および給電側負電極５３は上面４１に露出しているので、電圧が常時現れると導電性の落下物で短絡が生じる危険性がある。
そこで、充電台１３は、給電制御回路４７（図２参照）を備える。給電制御回路４７は、自走式掃除機１１が接近した場合に前記電圧を給電側正電極５１および給電側負電極５３へ出力し、それ以外の場合は前記電圧が出力されないように制御する。

給電制御回路４７が出力電圧のオンおよびオフのタイミングを認識するために、充電台１３は、給電通信回路４５を備えている（図２参照）。給電通信回路４５は、充電台１３に自走式掃除機１１が近づくと、自走式掃除機１１側の本体通信回路２７（図２参照）と通信を行って給電制御回路４７に自走式掃除機１１の近接を認識させる。給電通信回路４５は、本体制御回路２５と通信するものであればよく、有線／無線の種別や通信方式等は特に限定されない。
自走式掃除機１１の側では、本体通信回路２７が給電通信回路４５と通信を行うと、本体制御回路２５が充電位置ＣＰへ接近したことを認識する。充電制御回路２９は、本体側正電極１９および本体側負電極２１を降下させる。本体側正電極１９が給電側正電極５１と接触し、本体側負電極２１が給電側負電極５３と接触したら電池２３の充電が開始されるようにするためである。
ここで、本体制御回路２５は、ＣＰＵを中心に、メモリー、入出力インターフェイス回路等のハードウェアで構成される回路である。前記ＣＰＵは、前記メモリーに格納された制御プログラムを実行して処理を行う。

図３は、図１Ｂに示す充電台の電極部分の鉛直方向に沿った平面内における配置を拡大した説明図である。
図３に示すように、給電側正電極５１および給電側負電極５３の上端は、上面４１から若干低い位置にある。従って、例えばクリップ等の平らな金属片が給電側正電極５１と給電側負電極５３との上を跨ぐ位置に落下しても、マーカー４３の部分の凸状の部分に金属片が載り、両方の電極に接触して短絡が生じる事態が避けられる。

≪充電位置へのドッキング方法≫
続いて、自走式掃除機１１が充電位置ＣＰへ走行する際の制御について述べる。
この実施形態において、充電台１３の上面４１は、充電位置ＣＰを中心とする環状のマーカーを有し、自走式掃除機１１は、底面の前部に配置された左右のマーカーセンサー１７でそのマーカーを検出し、充電位置ＣＰへの走路を決定する。
図４は、図１Ａに示す自走式掃除機１１が、検出したマーカー４３を基準に進行方向を調整し、充電位置ＣＰへ走行する様子を示す説明図である。
図５は、自走式掃除機１１が充電位置ＣＰで停止した状態を示す説明図である。

図４に示すように、充電位置ＣＰを中心とするマーカー４３を自走式掃除機１１の左マーカーセンサー１７Ｌと右マーカーセンサー１７Ｒが同時に検出するように自走式掃除機１１の方向を調整する。調整後、その方向に直進すると、直進路上で自走式掃除機１１の旋回中心ＲＣ（即ち、左駆動輪１５Ｌと右駆動輪１５Ｒの回転軸を結ぶ直線の中点）が充電位置ＣＰと重なる点が存在する。
自走式掃除機１１が何れの方向から充電台１３へ接近しても同様である。図４では、一例として２つの方向から自走式掃除機１１が充電台１３に接近する場合を示している。図４の紙面に向かって右側下方から自走式掃除機１１が充電台１３に接近した場合、左右のマーカーセンサー１７が同時にマーカー４３の外周を検出するように方向を調整すると、自走式掃除機１１は矢印Ａ１方向を向く。その方向へ直進すると、旋回中心ＲＣが充電位置ＣＰと重なる点を通る。

図４の左側下方から接近した場合についても、左右のマーカーセンサー１７が同時にマーカー４３の外周を検出するように方向を調整すると、自走式掃除機１１は矢印Ａ２方向を向く。その方向へ直進すると、旋回中心ＲＣが充電位置ＣＰと重なる点を通る。
なお、図４では、左右のマーカーセンサー１７がマーカー４３の外周を同時に検出するように方向を調整する態様を示しているが、これに限らず、環状マーカー４３の内周を同時に検出するように方向を調整する態様であってもよい。即ち、マーカーの境界部を検出するものであればよい。
旋回中心ＲＣが充電位置ＣＰと重なる点で自走式掃除機１１を停止させる手法は、幾つか考えられる。
一つの手法は、図５に示すように、前述した方向調整の基準としたマーカー４３と充電位置ＣＰを介して反対側のマーカー４３を左マーカーセンサー１７Ｌと右マーカーセンサー１７Ｒの両方が検出したことを契機に自走式掃除機１１を停止させるやり方である。旋回中心ＲＣが充電位置ＣＰと重なる点に達すると、左右のマーカーセンサー１７が反対側のマーカー４３を検出するようにマーカーセンサー１７およびマーカー４３の配置を定める。

図５では、左マーカーセンサー１７Ｌおよび右マーカーセンサー１７Ｒの両方がマーカー４３の内周を検出した点が旋回中心ＲＣと充電位置ＣＰとが重なる位置としているが、これは一例に過ぎない。自走式掃除機１１の底面における左右のマーカーセンサー１７の配置や、充電台１３のマーカー４３の径の大きさ等を適宜選択することで、他の態様でも実現できる。例えば、マーカー４３の内周ではなく外周を検出する点が、旋回中心ＲＣと充電位置ＣＰとが重なる位置となるようにしてもよい。さらに、その場合、マーカーは必ずしも環状である必要はなく円状であってもよい。
また、別の態様として、前述した方向調整に用いるマーカー４３と別のマーカーを用いて旋回中心ＲＣと充電位置ＣＰとが重なる位置を決定するようにしてもよい。
また、左右のマーカーセンサーが同時にマーカー４３を検出してから、一定の距離だけ
直進させてから停止させてもよい。

さらに、マーカー４３を用いるのではなく、本体側正電極１９および本体側負電極２１が、充電台１３の給電側正電極５１および給電側負電極５３とそれぞれ接触して電池２３に充電が行われたことを充電制御回路２９によって検出し、それを契機に自走式掃除機１１を停止させてもよい。
図５に示すように、旋回中心ＲＣと充電位置ＣＰとが重なる位置で、本体側正電極１９および本体側負電極２１が、充電台１３の給電側正電極５１および給電側負電極５３とそれぞれ接触するように配置されているからである。

≪フローチャート≫
さらに、マーカー４３の検出と、充電開始の検出の両方を組み合わせてもよい。
図６〜図８は、この実施形態において自走式掃除機１１を充電位置ＣＰへ導く制御の流れを示すフローチャートである。フローチャートの各処理の横に、自走式掃除機１１が走行する様子を上方から見たイラストで示している。フローチャートを参照してこの実施形態に係るドッキング制御方法を述べる。
図６に示すように、自走式掃除機１１の本体制御回路２５は、床面上を走行して（ステップＳ１１）清掃作業を行い、清掃作業が終了しあるいは電池の残量がなくなると充電位置ＣＰへの帰還を開始する。

充電位置ＣＰへの帰還は、本体制御回路２５がメモリーに記憶する走行路マップに基づいて、充電台１３の大体の方向を決定する。そして、自走式掃除機１１を走行させて充電台１３へ接近させる。なお、本体制御回路２５は、前記走行路マップ上の現在位置を、左右の駆動輪１５あるいは左右の駆動モータ３３がそれぞれ備える図示しないエンコーダに基づいて検出する。あるいは、他の手段、例えばジャイロセンサーやＧＰＳを用いて現在位置を検出してもよい。
やがて、自走式掃除機１１が充電台１３へ近づくと、左右何れかのマーカーセンサー１７が充電台１３に付されたマーカー４３を検出する。

本体制御回路２５は、マーカーセンサー１７によるマーカー４３の検出を逐次監視する。図６では、まず右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３に差しかかってマーカー４３を検出したか否かを判定する（ステップＳ１３）。右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出した場合（ステップＳ１３のＹｅｓ）、ルーチンはステップＳ１５へ進む。
右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出しない場合（ステップＳ１３のＮｏ）、続いて本体制御回路２５は左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出したか否かを判定する（ステップＳ２５）。左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出した場合（ステップＳ２５のＹｅｓ）、ルーチンはステップＳ２７へ進む。
左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出しない場合（ステップＳ２５のＮｏ）、ルーチンはステップＳ１１へ戻り、床面を走行しながら左右何れかのマーカーセンサー１７によるマーカー４３の検出を逐次監視する。

前記ステップＳ１３で、右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出した場合（ステップＳ１３のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、上方から見て自走式掃除機１１を時計回りに回転させながら後退させる（ステップＳ１５）。右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出しなくなるまで後退を続ける（ステップＳ１７のＮｏのループ）。
右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出しなくなったら（ステップＳ１７のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、自走式掃除機１１の後退を停止させた後、少しずつ前進させる（ステップＳ１９）。

本体制御回路２５は、右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出するようになるまで前進を続ける（ステップＳ２１のＮｏのループ）。右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出したら（ステップＳ２１のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、さらに左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出しているか否かを判定する（ステップＳ２３）。
左マーカーセンサー１７Ｌが未だマーカー４３を検出しない場合（ステップＳ２３のＮｏ）、ルーチンはステップＳ１５へ戻り、上方から見て時計回りの方向へ自走式掃除機１１をさらに回転させながら後退させる。

以上のようにしてステップＳ１５〜ステップＳ２３のＮｏを経由するループ処理を実行することで、本体制御回路２５は右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３の外周を検出する位置の近くで小刻みに自走式掃除機１１の後退および方向転換と前進を繰り返す。そして、少しずつ自走式掃除機１１の方向を時計回りに変えてゆく。
左右のマーカーセンサー１７がいずれもマーカー４３を検出するまで方向が変わると、前記ステップＳ２３の判定で左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出する。
これは、マーカー４３と自走式掃除機１１との位置関係が図４に示す状態に対応する。
本体制御回路２５は、左右両方のマーカーセンサー１７がマーカー４３を検出する方向になったら（ステップＳ２３のＹｅｓ）、自走式掃除機１１をマーカー４３の内部へ直進させる（図７のステップＳ４１）。

一方、前記ステップＳ２５で、左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出した場合（ステップＳ２５のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、上方から見て自走式掃除機１１を反時計回りに回転させながら後退させる（ステップＳ２７）。左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出しなくなるまで後退を続ける（ステップＳ２９のＮｏのループ）。
左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出しなくなったら（ステップＳ２９のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、自走式掃除機１１の後退を停止させた後、少しずつ前進させる（ステップＳ３１）。

本体制御回路２５は、左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出するようになるまで前進を続ける（ステップＳ３３のＮｏのループ）。左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出したら（ステップＳ３３のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、さらに右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出しているか否かを判定する（ステップＳ３５）。
右マーカーセンサー１７Ｒが未だマーカー４３を検出しない場合（ステップＳ３５のＮｏ）、ルーチンはステップＳ２７へ戻り、上方から見て反時計回りの方向へ自走式掃除機１１をさらに回転させながら後退させる。

以上のようにしてステップＳ２７〜ステップＳ３５のＮｏを経由するループ処理を実行することで、本体制御回路２５は左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３の外周を検出する位置の近くで小刻みに自走式掃除機１１の後退および方向転換と前進を繰り返す。そして、少しずつ自走式掃除機１１の方向を反時計回りに変えてゆく。
左右のマーカーセンサー１７がいずれもマーカー４３を検出するまで方向が変わると、前記ステップＳ２３の判定で左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出する。
これは、マーカー４３と自走式掃除機１１との位置関係が図４に示す状態に対応する。
本体制御回路２５は、左右両方のマーカーセンサー１７がマーカー４３を検出する方向になったら（ステップＳ２３のＹｅｓ）、自走式掃除機１１をマーカー４３の内部へ直進させる（図７のステップＳ４１）。

マーカー４３の内部を直進中、本体制御回路２５は、まず右マーカーセンサー１７Ｒが、充電位置ＣＰを介して反対側のマーカー４３の内周に差しかかってマーカー４３を検出したか否かを判定する（ステップＳ４３）。右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出した場合（ステップＳ４３のＹｅｓ）、ルーチンはステップＳ４５へ進む。
右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出しない場合（ステップＳ４３のＮｏ）、続いて本体制御回路２５は左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出したか否かを判定する（ステップＳ６１）。左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出した場合（ステップＳ６１のＹｅｓ）、ルーチンはステップＳ６３へ進む。

左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出しない場合（ステップＳ６１のＮｏ）、ルーチンはステップＳ４１へ戻り、床面を走行しながら左右何れかのマーカーセンサー１７によるマーカー４３の検出を逐次監視する。
以上のように、この実施形態において本体制御回路２５は、左右のマーカーセンサー１７が、充電位置ＣＰを介して反対側のマーカー４３の内周を検出するようになるまで前進してから停止する。その停止位置で、充電位置ＣＰと旋回中心ＲＣとが重なる（図５参照）。
この実施形態においては、より停止位置の精度を高めるために、本体制御回路２５は、以下の処理を実行する。

前記ステップＳ４３で、右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出した場合（ステップＳ４３のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、上方から見て自走式掃除機１１を反時計回りに回転させながら後退させる（ステップＳ４５）。右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出しなくなるまで後退を続ける（ステップＳ４７のＮｏのループ）。
右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出しなくなったら（ステップＳ４７のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、自走式掃除機１１の後退を停止させた後、少しずつ前進させる（ステップＳ４９）。

本体制御回路２５は、右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出するようになるまで前進を続ける（ステップＳ５１のＮｏのループ）。右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出したら（ステップＳ５１のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、さらに左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出しているか否かを判定する（ステップＳ５３）。
左マーカーセンサー１７Ｌが未だマーカー４３を検出しない場合（ステップＳ５３のＮｏ）、ルーチンはステップＳ４５へ戻り、上方から見て反時計回りの方向へ自走式掃除機１１をさらに回転させながら後退させる。

以上のようにしてステップＳ４５〜ステップＳ５３のＮｏを経由するループ処理を実行することで、本体制御回路２５は右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３の内周を検出する位置の近くで小刻みに自走式掃除機１１の後退および方向転換と前進を繰り返す。そして、左右のマーカーセンサー１７が同時にマーカー４３を検出するように自走式掃除機１１の方向を微調整する。
左右のマーカーセンサー１７がいずれもマーカー４３を検出するまで方向が変わると、前記ステップＳ５３の判定で左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出する。
これは、マーカー４３と自走式掃除機１１との位置関係が図５に示す状態に対応する。
本体制御回路２５は、左右両方のマーカーセンサー１７がマーカー４３を検出するように方向が微調整されたら（ステップＳ５３のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、自走式掃除機１１をその場で停止させる（図８のステップＳ５５）。そして、充電制御回路２９に指示を送り本体側正電極１９および本体側負電極２１を降下させる。
その後、ルーチンはステップＳ５７へ進む。

また、前記ステップＳ６１で、左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出した場合（ステップＳ４３のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、上方から見て自走式掃除機１１を時計回りに回転させながら後退させる（ステップＳ６３）。左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出しなくなるまで後退を続ける（ステップＳ６５のＮｏのループ）。
左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出しなくなったら（ステップＳ６５のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、自走式掃除機１１の後退を停止させた後、少しずつ前進させる（ステップＳ６７）。

本体制御回路２５は、左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出するようになるまで前進を続ける（ステップＳ６９のＮｏのループ）。左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３を検出したら（ステップＳ６９のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、さらに右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出しているか否かを判定する（ステップＳ７１）。
右マーカーセンサー１７Ｒが未だマーカー４３を検出しない場合（ステップＳ７１のＮｏ）、ルーチンはステップＳ６３へ戻り、上方から見て時計回りの方向へ自走式掃除機１１をさらに回転させながら後退させる。

以上のようにしてステップＳ６３〜ステップＳ７１のＮｏを経由するループ処理を実行することで、本体制御回路２５は左マーカーセンサー１７Ｌがマーカー４３の内周を検出する位置の近くで小刻みに自走式掃除機１１の後退および方向転換と前進を繰り返す。そして、左右のマーカーセンサー１７が同時にマーカー４３を検出するように自走式掃除機１１の方向を微調整する。
左右のマーカーセンサー１７がいずれもマーカー４３を検出するまで方向が変わると、前記ステップＳ７１の判定で右マーカーセンサー１７Ｒがマーカー４３を検出する。
これは、マーカー４３と自走式掃除機１１との位置関係が図５に示す状態に対応する。

本体制御回路２５は、左右両方のマーカーセンサー１７がマーカー４３を検出するように方向が微調整されたら（ステップＳ７１のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、自走式掃除機１１をその場で停止させる（図８のステップＳ５５）。そして、充電制御回路２９に指示を送り本体側正電極１９および本体側負電極２１を降下させる。
ステップＳ５７で、本体制御回路２５は、本体側正電極１９および本体側負電極２１が給電側正電極５１および給電側負電極５３とそれぞれ接触して、電池２３の充電開始を充電制御回路２９が検出したか否かを判定する。

ステップＳ５７の判定で、充電が開始されていれば（ステップＳ５７のＹｅｓ）、本体制御回路２５は、ドッキング制御を終了する。
一方、充電が開始されない場合（ステップＳ５７のＮｏ）、本体制御回路２５は、自走式掃除機１１をわずかに定置旋回させ、あるいはわずかに前後に移動させてみて（ステップＳ５９）、充電開始を充電制御回路２９が検出したか否かを判定する（ステップＳ６０）。これは、本体側の電極と給電側の電極との接触がうまくいかない場合に接触不良を改善する方法として有効である。
充電が開始されていれば（ステップＳ６０のＹｅｓ）、ドッキング制御を終了する。
一方、充電が開始されない場合（ステップＳ６０のＮｏ）、ルーチンはステップＳ５９へ戻り、停止位置の微調整を再度実行する。

なお、図８には図示していないが、予め定められた回数停止位置の微調整（即ち、ステップＳ５９の処理）を繰り返しても電池２３の充電が開始されない場合、本体制御回路２５は、エラーをユーザーに知らせるようにしてもよい。
以上が、ドッキング制御の流れの一例である。
なお、マーカー４３の検出精度が充分に高ければ、図７のステップＳ４５〜Ｓ５３における微調整の処理、さらに、それに対応する図７のＳ６３〜Ｓ７１における微調整の処理を省略してもよい。
それに加えて、あるいはそれに代えて、図８のステップＳ５７〜Ｓ６１の微調整の処理を省略してもよい。

（実施の形態２）
この実施形態では、図１Ａ、図１Ｂおよび図３〜図５に示す充電台１３の変形例について述べる。
図９は、この実施形態に係る充電台１３の外観を示す説明図である。図９に示す充電台１３は、図４に示す充電台１３と比べてマーカー４３は同じであるが、充電台１３の径が大きい。自走式掃除機１１がマーカー４３の外周で方向を変える際に、左右の駆動輪１５が充電台１３の上面を走行するだけの広さを有している。

この態様によれば、自走式掃除機１１が充電台１３に載ったまま後退と前進を繰り返して方向転換するので、方向転換の際に充電台１３が床面上でズレてしまうことがない。従って、より正確に自走式掃除機１１を充電位置ＣＰへ導くことができる。
さらに、充電台１３の厚さは、マーカー４３からより外側へ行くにつれてより薄くなる形状を有している。即ち、充電台１３の外周部分における床面との段差が、図１Ａに示す充電台１３に比べて小さい。
従って、自走式掃除機１１の駆動輪１５が充電台１３に乗り上がる際の衝撃がより少なく、その衝撃によって充電台１３が床面上でズレてしまう可能性がより少ない。

（実施の形態３）
実施の形態１では、給電側電極と本体側電極とが接触することによって電池２３への充電が行われる態様を述べた。それに対してこの実施形態では、非接触で充電台１３から自走式掃除機１１へ充電用の電力が供給される。
図１０は、図２に対応するこの実施形態のブロック図である。

図２に示す本体側正電極１９および本体側負電極２１に代えて、図１０に示す自走式掃除機１１は、本体側受電回路３１を備える。また、図２に示す給電側正電極５１および給電側負電極５３に代えて、図１０に示す充電台１３は非接触給電回路５５を備える。
本体側受電回路３１および非接触給電回路５５は、例えば電磁誘導を用いて非接触で電力を供給する回路である。具体的には、例えばＱｉ（チー）規格に従ったワイヤレス給電の方式が挙げられる。

Ｑｉ規格をはじめとする、電磁誘導を用いたワイヤレス給電は、給電側の機器（充電台１３に対応）と受電側の機器（自走式掃除機１１に対応）とがそれぞれ誘導コイルを備えており、誘導コイルが互いに対抗する位置で給電（電池２３の充電に対応）を行う。
この実施形態において、充電台１３側の図示しない環状の誘導コイルは、好ましくは充電位置ＣＰと中心が一致するように配置される。
また、自走式掃除機１１側の図示しない環状の誘導コイルは、好ましくは底面近傍にあって旋回中心ＲＣと中心が一致するように配置される。
あるいは、給電台１３側の誘導コイルを充電位置ＣＰから所定の距離だけ離して配置し、自走式掃除機１１側の誘導コイルを旋回中心ＲＣから同一距離だけ離して配置してもよい。その場合、自走式掃除機１１の旋回中心ＲＣと充電台１３の充電位置ＣＰとが一致するようにドッキングさせた後、自走式掃除機１１を定置旋回させる。そうすると、一周旋回する間に給電側の誘導コイルと受電側の誘導コイルが対向して電池２３の充電が行われる位置が存在する。本体制御回路２５は、前記位置における電池２３への充電を検出して旋回を停止させ、充電を継続させる。

以上に述べたように、
（i）この発明によるドッキング制御方法は、自走式電子機器を充電台にドッキングさせる方法であって、前記充電台は、その上で前記自走式電子機器が停止して充電を行う上面と、前記自走式電子機器を充電位置へ導くために、前記上面に配される環状または円状のマーカーとを有し、前記自走式電子機器は、充電可能な電池と、前記上面を走行するとき前記マーカーを検出する、左右一対のマーカーセンサーと、前記マーカーの検出に基づいて前記自走式電子機器を、前記充電位置へ走行させて停止させる本体制御回路とを有し、前記本体制御回路は、左右両方のマーカーセンサーが同時に前記マーカーを検出するように走行方向を調整した後、マーカー内へ直進させ、停止させて、充電を行うことを特徴とする。

この発明において、自走式電子機器は、自律的に走行して作業を行う機器であって、走行のためのエネルギーを供給する電池を備え、走行して行う作業が終了すると充電台とドッキングして電池の充電を行う。その具体的な態様として、例えば、自走式掃除機（ロボット掃除機とも呼ばれる）が挙げられる。前述の実施形態における自走式掃除機は、この発明の自走式電子機器に相当する。
また、充電台は、予め定められた充電位置で自走式電子機器とドッキングすることにより、自走式電子機器が備える電池を充電する。この発明による充電台は、その上を自走式電子機器が走行可能な上面を有している。その上面には、環状のマーカーが付されている。

さらにまた、マーカーセンサーは、充電台１３に付されたマーカーを、他の床面上の物体や模様と識別し、検出する。その具体的な態様は、例えば、反射型のフォトセンサ―である。
マーカーは環状または円状であって、左右のマーカーセンサーは、マーカーの外周を同時に検出するかあるいは環状マーカーの内周を同時に検出すると、その前後方向の延長線上にマーカーの中心、即ち充電位置が存在するように配置される。
具体的には、自走式電子機器の旋回中心を通り前後方向に伸びる仮想の中心線に対して、左右対称の位置に左右のマーカーセンサーが配置される。

さらに、この発明の好ましい態様について説明する。
（ii）前記充電台は、前記自走式電子機器と通信する給電通信回路と、前記自走式電子機器の側への給電を開始および停止する給電制御回路とをさらに有し、前記自走式電子機器は、前記給電通信回路とやりとりする本体通信回路をさらに有し、前記本体制御回路は、前記自走式電子機器が前記充電位置に近接または到達したことの通知を、前記本体通信回路を介して前記充電台の側へ送信し、前記給電制御回路は、前記給電通信回路を介して前記通知を受信すると前記自走式電子機器の側への給電を開始してもよい。
このようにすれば、自走式電子機器が充電台に近接した位置にある場合にのみ給電をおこなうので、自走式電子機器が充電位置にない場合や、充電台から離れた位置へ移動する際に給電を停止して安全を確保できる。

（iii）前記自走式電子機器は、定置旋回が可能であり、前記充電位置と前記自走式電子機器の旋回中心とが一致してもよい。
このようにすれば、充電位置で自走式電子機器が定置旋回するので、充電中であっても自走式電子機器を旋回させて向きを変えることができる。

（iv）前記充電台は、前記上面に露出し、かつ環状で前記マーカーと同心の給電側電極を有し、前記自走式電子機器は、前記充電位置で前記給電側電極と接触する本体側電極を有し、前記本体制御回路は、マーカー内へ直進させた後、前記本体側電極と前記給電側電極とが接触して前記電池への充電が始まったことを検出したら、前記自走式電子機器を停止させて充電を行ってもよい。
このようにすれば、本体側電極と給電側電極とが接触した位置で停止するので、充電位置で確実に停止させることが可能である。

（v）前記本体制御回路は、マーカー内へ直進させた後、前記マーカーの中心を介して反対の側にあるマーカーを前記マーカーセンサーが検出したら、前記自走式電子機器を停止させて充電を行ってもよい。
このようにすれば、マーカー内に進入した位置と中心を介して反対の側にあるマーカーの外周または内周を検出した位置で停止するので、充電位置で確実に停止できる。

（vi）前記マーカーは発光体を用いて構成され、前記マーカーセンサーは前記マーカーからの光を検出し、前記マーカーは前記給電通信回路として光信号を発し、前記マーカーセンサーは、本体通信回路としてその光信号を検出してもよい。
このようにすれば、マーカー４３をノイズと確実に識別できるだけでなく、給電通信回路と本体通信回路の間の通信をこの光を用いて実現できる。

（vii）また、この発明は、前述のドッキング制御方法に用いられる充電台であって、上面に露出し、環状で前記マーカーと同心であって前記充電位置において定置旋回可能な前記自走式電子機器へ給電を行う給電側電極を備える充電台を提供してもよい。

（viii）あるいは、この発明は、前述のドッキング制御方法に用いられ、異なる径で同心に配置された複数の環状電極を前記給電側電極として有する充電台を提供してもよい。
このようにすれば、環状電極の中心で自走式電子機器を定置旋回させることで充電中に向きを変えることができる。

（ix）また、この発明は、前述のドッキング制御方法に用いられる充電台であって、前記自走式電子機器は、左右一対の駆動輪を有し、前記上面は、自走式電子機器の左右何れか一方の前記マーカーセンサーがマーカーを検出した位置で左右何れの駆動輪も前記上面にあって、前記上面上で走行方向を調整する広さを有する扁平形状の充電台を提供してもよい。
このようにすれば、自走式電子機器が充電位置へ走行するために走行方向を調整するときには、自重で充電台が床面からズレることを抑制できる。

この発明の好ましい態様には、上述した複数の態様のうちの何れかを組み合わせたものも含まれる。
前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。

１１：自走式掃除機、 １３：充電台、 １５：駆動輪、 １５Ｌ：左駆動輪、 １５Ｒ：右駆動輪、 １７：マーカーセンサー、 １７Ｌ：左マーカーセンサー、 １７Ｒ：右マーカーセンサー、 １９：本体側正電極、 ２１：本体側負電極、 ２３：電池、 ２５：本体制御回路、 ２７：本体通信回路、 ２９：充電制御回路、 ３１：本体側受電回路、 ３３：駆動モータ、 ３３Ｌ：左輪駆動モータ、 ３３Ｒ：右輪駆動モータ
４１：上面、 ４３：マーカー、 ４５：給電通信回路、 ４７：給電制御回路、 ５１：給電側正電極、 ５３：給電側負電極、 ５５：非接触給電回路、 ５７：ＡＣアダプタ

Claims (9)

1. 自走式電子機器を充電台にドッキングさせる方法であって、
   前記充電台は、
   その上で前記自走式電子機器が停止して充電を行う上面と、
   前記自走式電子機器を充電位置へ導くために、前記上面に配される環状または円状のマーカーとを有し、
   前記自走式電子機器は、
   充電可能な電池と、
   前記上面を走行するとき前記マーカーを検出する、左右一対のマーカーセンサーと、
   前記マーカーの検出に基づいて前記自走式電子機器を、前記充電位置へ走行させて停止させる本体制御回路とを有し、
   前記本体制御回路は、左右のマーカーセンサーが同時に前記マーカーを検出するように走行方向を調整した後、マーカー内へ直進させ、停止させて、充電を行うドッキング制御方法。
2. 前記充電台は、前記自走式電子機器と通信する給電通信回路と、
   前記自走式電子機器の側への給電を開始および停止する給電制御回路とをさらに有し、
   前記自走式電子機器は、前記給電通信回路とやりとりする本体通信回路をさらに有し、
   前記本体制御回路は、前記自走式電子機器が前記充電位置に近接または到達したことの通知を、前記本体通信回路を介して前記充電台の側へ送信し、
   前記給電制御回路は、前記給電通信回路を介して前記通知を受信すると前記自走式電子機器の側への給電を開始する請求項１に記載のドッキング制御方法。
3. 前記充電台は、前記上面に露出し、かつ環状で前記マーカーと同心の給電側電極を有し、
   前記自走式電子機器は、前記充電位置で前記給電側電極と接触する本体側電極を有し、
   前記本体制御回路は、マーカー内へ直進させた後、前記本体側電極と前記給電側電極とが接触して前記電池への充電が始まったことを検出したら、前記自走式電子機器を停止させて充電を行う請求項１または２に記載のドッキング制御方法。
4. 前記本体制御回路は、マーカー内へ直進させた後、前記マーカーの中心を介して反対の側にあるマーカーを前記マーカーセンサーが検出したら、前記自走式電子機器を停止させて充電を行う請求項１または２に記載のドッキング制御方法。
5. 前記自走式電子機器は、定置旋回が可能であり、
   前記本体制御回路は、前記自走式電子機器の旋回中心が前記マーカーの中心と重なる位置で停止させるようにして充電を行う請求項１から４の何れか一つに記載のドッキング制御方法。
6. 前記マーカーは発光体を用いて構成され、前記マーカーセンサーは前記マーカーからの光を検出し、
   前記マーカーは前記給電通信回路として光信号を発し、前記マーカーセンサーは、本体通信回路としてその光信号を検出する請求項２に記載のドッキング制御方法。
7. 請求項１または２に記載のドッキング制御方法に用いられる充電台であって、
   上面に露出し、環状で前記マーカーと同心であって前記充電位置において定置旋回可能な前記自走式電子機器へ給電を行う給電側電極を備える充電台。
8. 請求項３のドッキング制御方法に用いられ、異なる径で同心に配置された複数の環状電極を前記給電側電極として有する充電台。
9. 請求項１〜６の何れかのドッキング制御方法に用いられる充電台であって、
   前記自走式電子機器は、左右一対の駆動輪を有し、
   前記上面は、自走式電子機器の左右何れか一方の前記マーカーセンサーがマーカーを検出した位置で左右何れの駆動輪も前記上面にあって、前記上面上で走行方向を調整する広さを有する扁平形状の充電台。

Images