JP7231469B2 - 自律型掃除機 - Google Patents

Description

本発明に係る実施形態は、自律型掃除機に関する。

平面視において、差渡しの幅が常に一定の定幅図形、例えばルーローの三角形（Reuleaux Triangle）の形状を有する本体を備える自律型電気掃除機が知られている。

国際公開第２０１６／００２１８６号

自律型掃除機は、例えば吸込口、および不織布のような拭き掃除部材の少なくとも一方を有する掃除部を備えている。

そして、掃除場所の壁際を掃除するためには、掃除部は、自律型掃除機の本体の底面の前縁部に設けられていることが好ましい。この前縁部は、壁際に極力隙間なくぴったりと接近できることが好ましい。つまり、自律型掃除機の本体は、直線状の前縁部を有することが好ましい。

ところで、平面視において、例えば円形やルーローの三角形のような定幅図形の形状を有する本体を備える自律型掃除機は、掃除部を壁際に隙間なくぴったりと接近させることが難しい一方で、壁際において、その場で旋回する、いわゆる超信地旋回を容易に行うことができる。そのため、従来の自律型掃除機は、壁際における掃除能力に劣るものの、その場で向きを変えて次の掃除場所へ向かう際に、スマートな移動を行うことができる。

しかしながら、直線状の前縁部を有する自律型掃除機は、壁際における掃除能力に勝るものの、本体の前縁部と壁際との干渉に配慮して超信地旋回を行うとは難しい。

そこで、本発明は、掃除場所の壁際における掃除能力に優れ、かつ掃除場所の壁際から円滑に脱して移動可能な自律型掃除機を提案する。

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る自律型掃除機は、本体と、前記本体の底面に設けられる掃除部と、前記本体を移動させる移動部と、前記移動部を制御して前記本体を自律で移動させる制御部と、を備え、前記本体は、超信地旋回する時の超信地旋回中心から前端までの第一距離を半径とする第一円の外側領域に突出し、かつ前記超信地旋回中心よりも前側に位置する前半部を有し、前記前半部は、直線状の前縁部と、信地旋回する時の信地旋回中心から遠い方の側縁部と、を有し、前記掃除部は、前記前縁部に沿って配置されて前記本体の幅方向へ延びる吸込口を有し、前記制御部は、前記側縁部が臨む方向にある障害物である壁と前記側縁部との第一最短距離に基づいて、前記本体を超信地旋回、信地旋回、または緩旋回して進行方向を変化させ、かつ前記信地旋回中心から前記前半部のうち最も遠い部位までの最大信地旋回半径が、前記信地旋回中心から前記壁までの第二最短距離以上の場合には、超信地旋回または信地旋回すると前記前半部が前記壁に接触する旋回方向へ緩旋回して進行方向を変化させる。

本発明の実施形態に係る自律型掃除機の斜視図。 本発明の実施形態に係る自律型掃除機の右側面図。 本発明の実施形態に係る自律型掃除機の底面図。 本発明の実施形態に係る自律型掃除機の本体の概略的な平面図。 本発明の実施形態に係る自律型掃除機の掃除手順の一例。 本発明の実施形態に係る自律型掃除機の掃除手順の一例。 本発明の実施形態に係る自律型掃除機の掃除手順の一例。 本発明の実施形態に係る自律型掃除機の掃除手順の一例。 本発明の実施形態に係る自律型掃除機のブロック図。

本発明に係る自律型掃除機の実施形態について図１から図６を参照して説明する。なお、複数の図面中、同一または相当する構成には同一の符号が付されている。

図１は、本発明の実施形態に係る自律型掃除機の斜視図である。

図１に示すように、本実施形態に係る自律型掃除機１は、いわゆるロボットクリーナである。自律型掃除機１は、本体２に搭載される二次電池３の電力を消費して自律で移動する。自律型掃除機１は、掃除場所としての被掃除領域Ａの被掃除面ｆ、つまり床面を網羅的に動き回って掃除する。自律型掃除機１は、掃除運転の後、充電台５へ帰巣して次の掃除運転を待機する。充電台５に帰巣した自律型掃除機１は、次の掃除運転を待機している最中、二次電池３を充電する。そのため、自律型掃除機１は、使用者による充電の手間を省き、かつ使用者の求めによる突発的な掃除運転に対応できる。

充電台５は、居室内の被掃除面ｆに設置可能である。充電台５は、自律型掃除機１を円滑に接続または離脱可能である。充電台５は、自律型掃除機１が接続された状態で、商用交流電源から二次電池３へ電力を導く電源コード６を備えている。電源コード６は、二次電池３へ送電する電路である。

図２は、本発明の実施形態に係る自律型掃除機の右側面図である。

図３は、本発明の実施形態に係る自律型掃除機の底面図である。

図１に加えて、図２および図３に示すように、本実施形態に係る自律型掃除機１は、本体２と、本体２を移動させる移動部１１と、本体２の下方の被掃除面ｆを掃除する掃除部１２と、本体２の周囲の被検知物を検知する検知部１３と、検知部１３、移動部１１、および掃除部１２を制御して自律型掃除機１の運転を制御する制御部１５と、移動部１１、掃除部１２、検知部１３、および制御部１５を含む自律型掃除機１の各部へ電力を供給する二次電池３と、を備えている。

なお、図２および図３の実線矢印Ｆは、自律型掃除機１の前進方向である。図２および図３の実線矢印Ｂは、自律型掃除機１の後退方向である。

本体２は、例えば合成樹脂製の本体ケース２１と、本体ケース２１の側面に設けられるバンパー２２と、を備えている。本体２は、平面視において非定幅図形状を有している。本体２の前縁部２３は直線状の形状を有している。

本体ケース２１は、本体２の外殻である。

バンパー２２は、本体ケース２１の側面に設けられている。

移動部１１は、複数の駆動輪２６と、それぞれの駆動輪２６を個別に駆動させる複数の電動機２７と、駆動輪２６とともに被掃除面ｆ上の本体２を支える従動輪２８と、を備えている。

それぞれの駆動輪２６は、本体２を移動させる力を被掃除面ｆへ伝える。それぞれの駆動輪２６は、本体２の幅方向（左右幅方向）に延びる車軸のまわりに転がる。複数の駆動輪２６は、少なくとも本体２の幅方向、つまり左右方向に離間する一対の駆動輪２６を含んでいる。駆動輪２６は、懸架装置、いわゆるサスペンションによって被掃除面ｆに押さえつけられている。

それぞれの電動機２７は、それぞれの駆動輪２６を個別に独立して駆動させる。換言すると、自律型掃除機１は、それぞれの電動機２７を個別かつ独立に制御して、それぞれの駆動輪２６を個別かつ独立に駆動させる。自律型掃除機１は、本体２の幅方向に離間する一対の駆動輪２６を同じ方向へ回転させることによって直進（前進、または後退）し、一対の駆動輪２６を異なる方向へ回転させることによって旋回（右旋回、または左旋回）する。また、自律型掃除機１は、左右の駆動輪２６の出力を上下させて前進、または後退の速度を調整したり、左右の駆動輪２６の出力を相違させて旋回半径の大小を調整したりすることができる。

自律型掃除機１は、左右の電動機２７を異なる方向に回転させ、かつ左右の電動機２７を同程度の出力で駆動させて、その場で旋回する、いわゆる超信地旋回（spin turn、neutral turn、counter-rotation turn）を行うことができる。また、自律型掃除機１は、左右いずれか一方の電動機２７を停止させ、左右いずれか他方の電動機２７を駆動させて、停止している駆動輪２６を軸にして旋回する、いわゆる信地旋回（pivot turn、skid turn）を行うことができる。さらにまた、自律型掃除機１は、左右の電動機２７を異なる回転速度で駆動させて、前進または後退しながら弧を描いて進路を変える、いわゆる緩旋回（power turn）を行うことができる。なお、超信地旋回、信地旋回、および緩旋回を総称して単に旋回と言う。

なお、本実施形態に係る自律型掃除機１の移動部１１は、左右一対の駆動輪２６に代えて無限軌道を備えていても良い。また、移動部１１は、左右それぞれに複数、配置される駆動輪２６を備えていても良い。いずれの場合であっても、超信地旋回する時の旋回中心を超信地旋回中心Ｃｎ１と呼び、信地旋回をするときの旋回中心を信地旋回中心Ｃｎ２と呼び、緩旋回をするときの旋回中心を緩旋回中心Ｃｎ３と呼ぶ。超信地旋回中心Ｃｎ１は本体２の重心に一致していることが好ましい。

また、本実施形態では、説明を簡単にするために、駆動輪２６は左右一対あり、左右の駆動輪２６の車軸は一直線に配置されているものとする。超信地旋回中心Ｃｎ１は、左右の駆動輪２６の中間にあって、車軸の延長線上に位置するものとする。信地旋回中心Ｃｎ２は、左右いずれか一方の駆動輪２６の接地点、かつ車輪の幅の中間に位置するものとする。緩旋回中心Ｃｎ３は、左右の駆動輪２６に挟まれる領域の外側、つまり左側の駆動輪２６よりも左側、または右側の駆動輪２６よりも右側にあって、車軸の延長線上に位置するものとする。

従動輪２８は、本体２の下部の幅方向の略中央部、かつ後部に配置されている。従動輪２８は、円形の回転体であり、例えばキャスターである。従動輪２８は、自律型掃除機１の前進、後退、および旋回に容易に追従して向きを変え、自律型掃除機１の移動を安定させる。なお、駆動輪２６および従動輪２８に支えられる自律型掃除機１の重心は、一対の駆動輪２６と従動輪２８とがなす三角形の内側に配置されていることが好ましい。その場合、自律型掃除機１が転倒する危険性は低下する。換言すると、自律型掃除機１は、より安定して移動することができる。従動輪２８はなくても良い。

掃除部１２は、本体２の底部に設けられている。掃除部１２は、本体２の真下、およびその周囲の被掃除面ｆの塵埃を掃除する。掃除部１２は、例えば、負圧を生じさせて塵埃を吸引する吸込掃除部３１、および本体２の下方の床面を拭き掃除もしくは磨き掃除する拭き掃除部３２のいずれかを含んでいる。

吸込掃除部３１は、本体２の底面に設けられる吸込口３４と、吸込口３４に配置される回転ブラシ３５と、回転ブラシ３５を回転駆動させるブラシ用電動機３６と、本体２の後部に設けられる塵埃容器３７と、本体２内に収容されて塵埃容器３７に流体的に接続される電動送風機３８と、を備えている。

吸込口３４は、電動送風機３８が発生させる負圧によって空気とともに塵埃を吸い込む。吸込口３４は、本体２の底部の前縁部２３に配置されている。吸込口３４は、本体２の幅方向に延びている。換言すると、吸込口３４の左右方向の開口幅は、吸込口３４の前後方向の開口幅よりも大きい。本体２の底面が自律走行時に被掃除面ｆに対向（対面）しているため、吸込口３４は、被掃除面ｆ上の塵埃、または回転ブラシ３５が被掃除面ｆから掻き上げた塵埃を容易に吸い込むことができる。

回転ブラシ３５の回転中心線は、自律型掃除機１の幅方向に向けられている。回転ブラシ３５は、自律型掃除機１を被掃除面ｆ上に走行可能な状態で置いたとき、被掃除面ｆに接触する。そのため、回転駆動する回転ブラシ３５は、被掃除面ｆ上の塵埃を掻き上げる。掻き上げられた塵埃は、吸込口３４へ効率的に吸い込まれる。

ブラシ用電動機３６は、回転ブラシ３５を正転（前進時に自律型掃除機１の推進力を補助する方向）または逆転（後退時に自律型掃除機１の推進力を補助する方向）させる。

塵埃容器３７は、電動送風機３８が発生させる吸込負圧によって吸込口３４から吸い込まれる塵埃を蓄積する。塵埃容器３７は、塵埃を濾過捕集するフィルターや、遠心分離（サイクロン分離）や直進分離（直進する空気と塵埃との慣性力の差で塵埃と空気とを分離する分離方式）などの慣性分離によって塵埃を蓄積する分離装置である。塵埃容器３７は、本体２へ着脱可能であり、また開閉可能である。使用者は、塵埃容器３７を本体２から一時的に取り外して、塵埃容器３７を開いて塵埃容器３７に蓄積された塵埃を容易に廃棄したり、塵埃容器３７を清掃したり、洗浄したりすることができる。

電動送風機３８は、二次電池３の電力を消費して駆動する。電動送風機３８は、塵埃容器３７から空気を吸い込んで吸込負圧を生じさせる。塵埃容器３７に発生した負圧は、吸込口３４に作用する。本体２は、電動送風機３８の排気（清浄な空気）を、本体２の外側へ流出させる排気口を有している。

拭き掃除部３２は、本体２の底部、かつ吸込口３４の真後ろに配置されている。拭き掃除部３２は、例えば本体２の底面に着脱可能な不織布等の繊維材料製の拭き掃除シート３９を備えている。拭き掃除シート３９は、自律型掃除機１を被掃除面ｆ上に走行可能な状態で置いたとき、被掃除面ｆに接触する。拭き掃除シート３９は、駆動輪２６が被掃除面ｆで空転しない程度の圧力で、被掃除面ｆに押し当てられていることが好ましい。拭き掃除シート３９と本体２の底面との間には、発泡樹脂などの弾性部材が設けられている。この弾性部材は、拭き掃除シート３９を被掃除面ｆに均一の圧力で押し当てる。

なお、吸込掃除部３１と拭き掃除部３２との配置の前後は逆であっても良い。つまり、図２のように、吸込掃除部３１が本体２の底部の前縁部２３に配置され、拭き掃除部３２が吸込掃除部３１の直後に配置されていても良いし、拭き掃除部３２が本体２の底部の前縁部２３に配置され、吸込掃除部３１が拭き掃除部３２の直後に配置されていても良い。いずれの配置関係であっても、吸込掃除部３１および拭き掃除部３２のいずれか一方は、前縁部２３に沿って配置されている。換言すると、掃除部１２は、本体２の底部において、最も前側に配置されている。

検知部１３は、本体２の移動にともなって本体２に近づく被検知物Ｏ、または本体２に接触する被検知物Ｏを検知する。検知部１３は、本体２に設けられて自律型掃除機１の周囲の画像を撮影するカメラ部４１と、本体２に設けられて本体２が自律型掃除機１以外の物体、つまり被検知物Ｏに接近したことを検知する近接検知部４２と、本体２に設けられて本体２が自律型掃除機１以外の物体、つまり被検知物Ｏに接触したことを検知する接触検知部４３と、を含んでいる。

カメラ部４１は、本体２の正面に設けられて、自律型掃除機１の前方、つまり前進時の走行方向を撮影する。

自律型掃除機１は、カメラ部４１に代えて、または加えて、ステレオカメラとは異なる原理によって撮影範囲における奥行きの情報を得る距離測定装置４５を備えていても良い。

近接検知部４２は、例えば赤外線センサーや、超音波センサーである。赤外線センサーを利用する近接検知部４２は、赤外線を発する発光素子と、光を受けとって電気信号に変換する受光素子と、を備えている。近接検知部４２は、発光素子から赤外線を放ち、被検知物Ｏで反射される赤外線を受光素子で受光して電力に変換し、変換された電力が一定以上になると、被検知物Ｏが一定距離内に近づいたことを、本体２が被検知物Ｏに接触する以前に検知する。超音波センサーを利用する近接検知部４２は、赤外線に代えて超音波を利用して被検知物Ｏを検知する。

接触検知部４３は、いわゆるバンパーセンサーである。接触検知部４３は、移動する本体２が被検知物Ｏに接触した際に、本体２への衝撃を緩和するバンパー２２に連動している。バンパー２２は、被検知物Ｏに接触した際に、本体２の内側へ向かって押し込まれるように変位する。接触検知部４３は、このバンパー２２の変位を検知して本体２が被検知物Ｏに接触したことを検知する。接触検知部４３は、例えばバンパー２２の変位によって入り、切りされるマイクロスイッチ、またはバンパー２２の変位量を非接触で測定する赤外線センサーや、超音波センサーを含んでいる。

二次電池３は、移動部１１、掃除部１２、検知部１３、および制御部１５を含む自律型掃除機１の各部で消費される電力を蓄えている。二次電池３は、例えばリチウムイオン電池であり、充放電を制御する制御回路を有している。この制御回路は、二次電池３の充放電に関する情報を制御部１５へ出力している。

次いで、自律型掃除機１の本体２について詳細に説明する。

図４は、本発明の実施形態に係る自律型掃除機の本体の概略的な平面図である。

図４に示すように、本実施形態に係る自律型掃除機１の本体２は、超信地旋回する時の超信地旋回中心Ｃｎ１から本体２の前端５１までの第一距離Ｒ１を半径とする第一円Ｃｉ１の外側領域ＯＲ１に突出する前半部５２と、前半部５２に連接する後半部５３と、を有している。本体２の前半部５２は、超信地旋回中心Ｃｎ１よりも前側の部位であって、本体２の後半部５３は、超信地旋回中心Ｃｎ１よりも後ろ側の部位である。本体２の前端５１は、超信地旋回中心Ｃｎ１を通って真正面に延びる仮想的な線分、つまり本体２の前後方向へ延びる中心線ＣＬと本体２の前縁部２３とが交わる部位である。

また、本体２の前後長、および本体２の最大幅は、実質的に第一距離Ｒ１の２倍である。換言すると、本体２は、一辺の長さが第一距離Ｒ１の２倍であって、各辺が前後左右に延びる仮想的な正方形に納まる。この正方形の対角線の交点は、超信地旋回中心Ｃｎ１に実質的に一致する。

さらに、信地旋回中心Ｃｎ２は、超信地旋回中心Ｃｎ１を通って、本体２を囲む仮想的な正方形を本体２の前後方向へ二等分する線分の上に配置される。

また、緩旋回中心Ｃｎ３は、超信地旋回中心Ｃｎ１を通って、本体２を囲む仮想的な正方形を本体２の前後方向へ二等分する線分の延長線上に配置される。緩旋回中心Ｃｎ３は、左右の信地旋回中心Ｃｎ２に挟まれる領域の外側に配置される。つまり、左側の緩旋回中心Ｃｎ３Ｌは、左の信地旋回中心Ｃｎ２Ｌよりも左側に配置され、右側の緩旋回中心は、右の信地旋回中心Ｃｎ２Ｒよりも左側に配置される。

前半部５２は、平面視において、実質的に第一距離Ｒ１の２倍の横幅と、実質的に第一距離Ｒ１と同じ前後長を有する矩形に納まっている。前半部５２は、直線状の前縁部２３と、左右一対の直線状の側縁部５５と、を有している。

前縁部２３は、実質的に第一距離Ｒ１の２倍の長さを有している。前縁部２３は、本体２の前端５１を含み、かつ超信地旋回中心Ｃｎ１を通って本体２の前後方向へ延びる中心線ＣＬに実質的に直交して直線状に延びている。換言すると、前縁部２３は、本体２の左右方向、または幅方向へ延びている。自律型掃除機１が被掃除領域Ａの境界、例えば壁Ｗｆへ向かって真っ直ぐに前進すると、本体２の前縁部２３は、壁Ｗｆに正対して向き合い、対面し、対向する。そして、自律型掃除機１が前進して壁Ｗｆに到達すると、本体２の前縁部２３は、壁Ｗｆに微小な隙間を隔てて、または壁Ｗｆに接触した状態で壁Ｗｆに倣う。したがって、本体２の底面、かつ本体２の前縁部２３に沿って配置される掃除部１２は、壁際を掃除することができる。

左右一対の側縁部５５は、右側の駆動輪２６を信地旋回中心Ｃｎ２Ｒにして信地旋回するときに信地旋回中心Ｃｎ２Ｒから遠い方の左側の側縁部５５Ｌと、左側の駆動輪２６を信地旋回中心Ｃｎ２Ｌにして信地旋回するときに信地旋回中心Ｃｎ２Ｌから遠い方の右側の側縁部５５Ｒと、を含んでいる。左右それぞれの側縁部５５は、実質的に第一距離Ｒ１と同じ長さを有している。

なお、自律型掃除機１は、本体２の前縁部２３に正面へ向けて設けられる近接検知部４２の検出結果や、前縁部２３に設けられるバンパーの変位を検出する接触検知部４３の検出結果に基づいて、本体２を壁際に接近させる。また、自律型掃除機１は、本体２の側縁部５５に設けられる近接検知部４２の検出結果や、側縁部５５に設けられるバンパーの変位を検出する接触検知部４３の検出結果に基づいて、本体２を壁際に接近させる。

前半部５２は、信地旋回中心Ｃｎ２を中心とする第二円Ｃｉ２の外側領域ＯＲ２に突出する部位を有している。

つまり、前縁部２３と側縁部５５との連接部５６は、信地旋回中心Ｃｎ２を中心とする第二円Ｃｉ２の外側領域ＯＲ２に配置されている。前縁部２３の左側の一部２３ａＬ、左側の側縁部５５Ｌの前側の一部５５ａＬ、および左側の連接部５６Ｌを含む前半部５２の左前側の一部５２ａＬは、右側の第二円Ｃｉ２Ｒの外側領域ＯＲ２に位置している。前縁部２３の右側の一部２３ａＲ、右側の側縁部５５Ｒの前側の一部５５ａＲ、および右側の連接部５６Ｒを含む前半部５２の右前側の一部５２ａＲは、は、左側の第二円Ｃｉ２Ｌの外側領域ＯＲ２に位置している。

本体２は、右方向へ旋回する場合であっても、左側へ旋回する場合であっても、同じような態様で旋回できることが好ましい。そこで、本体２は、左右対称な形状であることが好ましい。

後半部５３は、超信地旋回中心Ｃｎ１を中心とし、超信地旋回中心Ｃｎ１から側縁部５５Ｌ、５５Ｒの後端までの距離を半径とする第三円の内側領域に納まっている。超信地旋回中心Ｃｎ１から側縁部５５Ｌ、５５Ｒの後端までの距離は、実質的に第一距離Ｒ１に等しい。

図４に、被掃除領域Ａを画定し、かつ直交する２つの壁Ｗ、つまり被掃除領域Ａの隅（角）を二点鎖線で示す。正面の壁Ｗｆは、自律型掃除機１の本体２の真正面に位置し、右側方の壁Ｗｒは、自律型掃除機１の本体２の右側方に第一最短距離Ｄ１を隔てて位置している。自律型掃除機１は、本体２の直線状の前縁部２３を微小な隙間を隔てて壁Ｗｆに寄せた状態、または前縁部２３を壁Ｗｆに接触させた状態で壁際を掃除する。掃除部１２が本体２の前縁部２３に沿って配置されているため、自律型掃除機１は、壁際を確実に掃除することができる。前縁部２３を微小な隙間を隔てて壁Ｗｆに寄せた状態、または前縁部２３を壁Ｗｆに接触させた状態を、以下、単に「前縁部２３が壁際に沿った状態」と言う。

ところが、自律型掃除機１は、図４に示すように、前縁部２３が壁際に沿った状態で、その場で進行方向を変えることが難しい。換言すると、自律型掃除機１は、前縁部２３が壁際に沿った状態で超信地旋回することが難しい。前縁部２３が壁際に沿った状態では、第一円Ｃｉ１の外側領域ＯＲ１に突出する部位が壁Ｗｆ、Ｗｒに接して自律型掃除機１の超信地旋回を阻害する。

そこで、自律型掃除機１は、側縁部５５が臨む方向にある障害物、ここでは右側の壁Ｗｒと側縁部５５との第一最短距離Ｄ１に基づいて、本体２を超信地旋回、信地旋回、または緩旋回して進行方向を変化させる。図４に示すような状況では、自律型掃除機１は、右側方の壁Ｗｒから遠い方の緩旋回中心Ｃｎ３、つまり左側の緩旋回中心Ｃｎ３Ｌを時計回りに緩旋回して壁際から離脱する。このとき、連接部５６Ｌ、５６Ｒを含む本体２の前縁部２３および左側の側縁部５５Ｌは、正面の壁Ｗｆから遠ざかるような軌跡を描いて移動する。

図５Ａから図５Ｄは、本発明の実施形態に係る自律型掃除機の掃除手順の一例である。

本実施形態に係る自律型掃除機１は、図４および図５Ａから図５Ｄに示す手順で被掃除領域の隅を掃除する。

先ず図４に示すように、自律型掃除機１は、被掃除領域Ａの隅に進入し、正面の壁Ｗｆの壁際を掃除する。そして、図５Ａに示すように、自律型掃除機１は、左側の緩旋回中心Ｃｎ３Ｌを時計回りに緩旋回して壁際から離脱する。つまり、自律型掃除機１は、前半部５２を右の壁Ｗｒへ向けるようにして緩旋回して壁際から離脱する。

図５Ｂに示すように、壁際で緩旋回した自律型掃除機１は、本体２の正面の向きを１８０度転換する。つまり、本体２の後半部５３は、正面の壁Ｗｆを向く。なお、自律型掃除機１は、後半部５３が正面の壁Ｗｆを向くまで緩旋回をし続ける必要はない。つまり、自律型掃除機１は、右側の側縁部５５Ｒが右の壁Ｗｒから遠ざかり、信地旋回または超信地旋回を行っても、いずれの壁Ｗにも接触しないことが明らかになった時点で、信地旋回または超信地旋回を行って後半部５３を正面の壁Ｗｆへ向け、その後に後退して正面の壁Ｗｆの壁際に後半部５３を接近させても良い。

次いで、図５Ｃに示すように、自律型掃除機１は、正面の壁Ｗｆの壁際で反時計回りに超信地旋回する。壁際で超信地旋回した自律型掃除機１は、本体２の正面の向きを９０度転換する。つまり、本体２の前半部５２は、右側方の壁Ｗｒを向く。

次いで、図５Ｄに示すように、自律型掃除機１は、被掃除領域Ａの隅に進入し、右側方の壁Ｗｒの壁際を掃除する。しかして、被掃除領域Ａの隅が掃除される。自律型掃除機１は、被掃除領域Ａの隅を掃除した後、一旦後退して時計回りに超信地旋回して被掃除領域Ａの隅から離脱して、移動を継続する。

なお、本体２は、左右対称な形状を有しているので、壁Ｗが本体２の正面と左側方とにあった場合であっても、右側の緩旋回中心Ｃｎ３Ｒを反時計回りに緩旋回することで、自律型掃除機１は、その場を容易に離脱することができる。したがって、自律型掃除機１は、図４に示すように隅を本体２の右側方に見た状態、および隅を本体２の左側方に見た状態の双方で、被掃除領域Ａの隅を掃除できる。そのため、自律型掃除機１は、定幅図形状の本体を有する従来の掃除機に比べて、被掃除領域Ａの隅をより奥まで掃除することができる。

ところで、信地旋回中心Ｃｎ２から前半部５２のうち最も遠い部位、具体的には連接部５６までの最大信地旋回半径Ｒ２ｍａｘが、信地旋回中心Ｃｎ２から障害物としての壁までの第二最短距離Ｄ２より小さい場合には、自律型掃除機１は、本体２を壁に接触させることなく信地旋回して進行方向を変化させることができる。

信地旋回中心Ｃｎ２から障害物としての壁までの第二最短距離Ｄ２は、図４の場合には、信地旋回中心Ｃｎ２から側縁部５５までの最短距離と、側縁部５５から壁までの第一最短距離Ｄ１との和に等しい。

つまり、図４において、左側の信地旋回中心Ｃｎ２Ｌから前半部５２のうち最も遠い部位、具体的には右側の連接部５６Ｒまでの最大信地旋回半径Ｒ２ｍａｘＬが、信地旋回中心Ｃｎ２Ｌから右側の壁Ｗｒまでの第二最短距離Ｄ２より小さい場合には、自律型掃除機１は、本体２を壁Ｗｒに接触させることなく信地旋回して進行方向を変化させることができる。

しかしながら、信地旋回中心Ｃｎ２から連接部５６までの最大信地旋回半径Ｒ２ｍａｘが、信地旋回中心Ｃｎ２から障害物までの第二最短距離Ｄ２以上の場合には、自律型掃除機１は、本体２を壁に接触させることなく信地旋回して進行方向を変化させることができない。

そこで、信地旋回中心Ｃｎ２から連接部５６までの最大信地旋回半径Ｒ２ｍａｘが、信地旋回中心Ｃｎ２から障害物までの第二最短距離Ｄ２以上の場合には、自律型掃除機１は、図５Ａのように緩旋回して進行方向を変化させる。

緩旋回する時の緩旋回半径Ｒ３は、側縁部５５から壁までの第一最短距離Ｄ１に基づいて設定される。図４の場合には、緩旋回半径Ｒ３は、右側の側縁部５５Ｒから右側の壁Ｗｔまでの第一最短距離Ｄ１に基づいて設定される。なお、緩旋回半径Ｒ３は、緩旋回中心Ｃｎ３から超信地旋回中心Ｃｎ１までの距離とする。

緩旋回半径Ｒ３は、実験的に定めておくことができる。すなわち、自律型掃除機１と障害物との第一最短距離Ｄ１を変更しつつ、本体２を障害物に接触させることのない緩旋回半径Ｒ３を実験的に取得する。この実験結果から第一最短距離Ｄ１の大小に対応して緩旋回半径Ｒ３を定める対応関係が作成される。この対応関係は、表に纏めて制御部１５に記憶される。対応関係は、例えば、第一最短距離Ｄ１が５ミリメートルより大きく１０ミリメートルより小さい範囲では、緩旋回半径Ｒ３は４００ミリメートル、第一最短距離Ｄ１が１０ミリメートルより大きく２０ミリメートルより小さい範囲では、緩旋回半径Ｒ３は３００ミリメートル、のように設定される。第一最短距離Ｄ１が小さくなるほど、大きい緩旋回半径Ｒ３が設定される。このように設定される対応関係によって、自律型掃除機１は、壁の近くで容易に進行方向を変更することができる。

なお、自律型掃除機１は、本体２が障害物に近づきすぎている状態、例えば、第一最短距離Ｄ１が５ミリメートル以下の場合には、障害物の近くにおける緩旋回を行わず、前半部５２を障害物から遠ざけ、後半部５３を障害物へ向けるようにして超信地旋回を行い、進行方向を変更する。

また、緩旋回半径Ｒ３は、都度の演算によって求めることもできる。つまり、緩旋回する時の緩旋回中心Ｃｎ３の位置は、緩旋回中心Ｃｎ３から前半部５２のうち最も遠い部位、具体的には連接部５６までの最大緩旋回半径Ｒ３ｍａｘが、緩旋回中心Ｃｎ３から障害物までの第三最短距離Ｄ３よりも小さくなるよう設定される。図４の場合には、緩旋回中心Ｃｎ３の位置は、左側の緩旋回中心Ｃｎ３Ｌから右側の連接部５６Ｒまでの最大緩旋回半径Ｒ３ｍａｘＬが、緩旋回中心Ｃｎ３Ｌから右側の壁Ｗｒまでの第三最短距離Ｄ３よりも小さくなるよう設定される。

つまり、緩旋回半径Ｒ３は、［数１］から算出される。
［数１］
Ｄ３＞Ｒ３ｍａｘ
Ｄ３＝Ｒ３＋Ｒ１＋Ｄ１
Ｒ３ｍａｘ＝√（（Ｒ３＋Ｒ１）^２＋Ｒ１^２）
∴（Ｒ３＋Ｒ１＋Ｄ１）＞√（（Ｒ３＋Ｒ１）^２＋Ｒ１^２）

超信地旋回中心Ｃｎ１から前端５１までの第一距離Ｒ１は、本体２の大きさから既知である。

自律型掃除機１と障害物との第一最短距離Ｄ１は、例えば、側縁部５５から障害物までの距離を非接触で測定する赤外線センサーや、超音波センサーで測定される測定値である。

なお、自律型掃除機１は、緩旋回半径Ｒ３が本体２の幅寸法の例えば１０倍を超える場合、緩旋回半径Ｒ３が被掃除領域Ａの差し渡し寸法を超える場合、または本体２と障害物との第一最短距離Ｄ１が本体２の幅寸法の例えば１０分の１以下の場合には、緩旋回半径Ｒ３が大きくなり過ぎることを避けるために、障害物の近くにおける緩旋回を行わず、前半部５２を障害物から遠ざけ、後半部５３を障害物へ向けるようにして超信地旋回を行い、進行方向を変更する。

自律型掃除機１は、前後方向へ容易に移動できる一方で、真横へ容易に移動できない。そのため、信地旋回または超信地旋回を阻害する壁Ｗが本体２の正面にある場合には、後退すれば、自律型掃除機１は、正面の壁Ｗｆに邪魔されずに旋回できる。しかしながら、信地旋回または超信地旋回を阻害する壁Ｗが本体２の側方にある場合には、自律型掃除機１は、側方の壁Ｗと本体２との間に旋回のための隙間を隔てるよう、真横へ移動できない。そこで、自律型掃除機１は、緩旋回中心Ｃｎ３の回りに緩旋回することで、容易に転進することができる。

図６は、本発明の実施形態に係る自律型掃除機のブロック図である。

図２から図３に加えて図６に示すように、本実施形態に係る自律型掃除機１は、移動部１１の電動機２７、吸込掃除部３１のブラシ用電動機３６および電動送風機３８、検知部１３、制御部１５、および二次電池３に加えて通信部６１を備えている。

通信部６１は、充電台５に赤外線信号を送信する、例えば赤外線発光素子を含む送信部６１ａと、および充電台５やリモートコントローラーからの赤外線信号を受信する、例えばフォトトランジスタを含む受信部６１ｂと、を備えている。

検知部１３のカメラ部４１は、例えばデジタルカメラである。つまり、カメラ部４１は、撮影した画像を電気信号に変換する撮像素子４１ａ（イメージセンサー、図示省略）と、撮像素子４１ａに像を結ぶ（生じさせる）光学系４１ｂと、を備えている。撮像素子４１ａは、例えば、ＣＣＤイメージセンサー（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）や、ＣＭＯＳイメージセンサー（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ－ｏｘｉｄｅ－ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）である。そのため、自律型掃除機１は、カメラ部４１で撮影した画像のデジタルデータを即座に取り扱うことができる。つまり、カメラ部４１で撮影される画像は、例えば画像処理回路を利用することで所定のデータ形式に圧縮したり、二値画像に変換したり、グレースケールに変換したりすることができる。カメラ部４１は、例えば可視光領域の画像を撮影する。可視光領域の画像は、例えば赤外領域の画像に比べて画質が良好であり、複雑な画像処理を施すことなく使用者に視認可能な情報を容易に提供できる。

カメラ部４１は、いわゆるステレオカメラである。カメラ部４１は、撮影する画像が、自律型掃除機１の幅方向の中心線を延長した前方の位置を含む撮影範囲で重なり合っている。カメラ部４１は、撮影範囲における奥行き（自律型掃除機１からみた離間距離）の情報を得ることができる。奥行きの情報を含む画像を「距離画像」と呼ぶ。

カメラ部４１には、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や電球などの照明装置が併設されていても良い。照明装置は、カメラ部４１の撮影範囲の一部または全部を照らす。照明装置は、家具などの障害物の陰のような暗い場所や、夜間などの暗い環境下であっても、カメラ部４１による適切な画像の取得を可能にする。

撮像素子４１ａの受光面には、多数の画素が並べられている。受光面の各画素は、受けた光を電気信号に変換する。各画素が受けた光の情報を各画素の位置に応じて統合させることで、カメラ部４１が撮影した景色を表す画像が得られる。一般的な撮像素子４１ａは、カラー画像を撮影する。カラー画像は、例えば赤、緑、および青の三つの色を混ぜて表現される。

距離測定装置４５は、奥行きの情報を得ようとする範囲に光を照射する発光部４５ａと、発光部４５ａから照射された光の反射光を受光する受光部４５ｂと、を備えている。自律型掃除機１は、発光部４５ａの発光開始から受光部４５ｂで反射光を受光するまでの時間差に基づいて自律型掃除機１から被検知物Ｏまでの距離情報を取得できる。発光部４５ａは、例えば赤外線や、可視光を照射する。

制御部１５は、例えば中央処理装置（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ、ＣＰＵ、図示省略）、中央処理装置で実行（処理）される各種演算プログラム、パラメータなどを記憶する補助記憶装置（例えば、Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ、ＲＯＭ、図示省略）、プログラムの作業領域が動的に確保される主記憶装置（例えば、Ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ、ＲＡＭ、図示省略）を備えている。補助記憶装置は、例えば不揮発性メモリのように書き換え可能なものであることが好ましい。

制御部１５は、移動部１１の電動機２７、吸込掃除部３１のブラシ用電動機３６および電動送風機３８、検知部１３、二次電池３、および通信部６１に電気的に接続されている。制御部１５は、通信部６１を介して充電台５、およびリモートコントローラーから受信する指令に応じて移動部１１の電動機２７、吸込掃除部３１のブラシ用電動機３６および電動送風機３８、検知部１３、二次電池３を制御する。

制御部１５は、自律型掃除機１の自律移動を制御する自律移動制御部７１と、検知部１３の動作を制御する検知制御部７２と、を含んでいる。自律移動制御部７１、および検知制御部７２は、演算プログラムである。

自律移動制御部７１は、被掃除領域Ａの環境地図情報（Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｍａｐ、図示省略）を記憶する地図情報記憶部７３と、移動部１１を制御して本体２を自律で移動させる移動制御部７８と、吸込掃除部３１のブラシ用電動機３６、および電動送風機３８の動作を制御する掃除制御部７９と、を備えている。

地図情報記憶部７３は、補助記憶装置に確保される記憶領域に構築されたデータの集合であって、適宜のデータ構造を有している。地図情報記憶部７３は、補助記憶装置から主記憶装置に読み込まれて利用され、適宜の更新を経て、補助記憶装置へ上書きされる。

環境地図情報は、自律型掃除機１の自律移動に用いられる情報であり、少なくとも掃除対象となる場所において、自律型掃除機１が移動可能な領域の形状を含む情報である。環境地図情報は、例えば整然と配列された一辺１０センチメートルの矩形の集合として構築されている。環境地図情報は、自律型掃除機１の使用に際して、事前に準備されるものであっても良いし、Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍａｐｐｉｎｇ（ＳＬＡＭ）によって自己位置推定と同時に作成されるものであっても良い。環境地図情報は、掃除運転にともなう移動の過程で作成、および更新されても良い。ＳＬＡＭで環境地図情報を作成する場合には、自律型掃除機１は、検知部１３の他に、エンコーダなどの種々のセンサーを備えていることが好ましい。移動制御部７８は、これら検知部１３および種々のセンサーから取得する情報に基づいて環境地図情報を作成する。

移動制御部７８は、環境地図情報および検知制御部７２の検知結果に基づいて移動部１１を制御して自律型掃除機１を自律で移動させる。移動制御部７８は、電動機２７に流れる電流の大きさ、および向きを制御して、電動機２７を正転、または逆転させる。移動制御部７８は、電動機２７を正転、または逆転させることで、駆動輪２６の駆動を制御している。

また、移動制御部７８は、検知制御部７２の検知結果、例えば、近接検知部４２の検出結果に基づいて、被掃除領域Ａ内の障害物を回避したり、被掃除領域Ａの境界、つまり壁際と本体２との間に所要の隙間を隔てつつ壁際に沿って移動したりする。さらに、移動制御部７８は、検知制御部７２の検知結果、例えば、接触検知部４３の検出結果に基づいて、障害物や壁のギリギリまで接近して障害物の際や壁際を掃除する。

掃除制御部７９は、ブラシ用電動機３６、および電動送風機３８を個別に制御する。

検知制御部７２は、カメラ部４１の動作を制御する。検知制御部７２は、所定の時間間隔毎にカメラ部４１に画像を撮影させる。検知制御部７２は、カメラ部４１で撮影された画像を検知結果記憶部８１に記憶する。カメラ部４１で撮影された画像は、検知結果記憶部８１は、主記憶装置に確保されている。検知結果記憶部８１は、カメラ部４１で撮影された画像を記憶する。検知結果記憶部８１は、複数の画像を記憶可能な容量を有している。

検知結果記憶部８１は、カメラ部４１で撮影された画像を表す画像情報を無加工で記憶しても良いし、画像の解析処理に必要な情報を残す限りにおいてデータサイズを減らすように加工した画像情報を記憶しても良い。検知結果記憶部８１に記憶される画像情報は、例えば、カメラ部４１で撮影された画像をグレースケールに変換した画像（以下、カメラ部４１で撮影された元の画像と同じく画像と呼ぶ。）であっても良い。グレースケール画像の場合には、画像の画素値は輝度値と一致する。グレースケールに変換した画像を保存する場合には、制御部１５は、元画像を記憶する場合に比べて、検知結果記憶部８１に割り当てるメモリ領域の容量（リソース）を少量で済ませることが可能である。また、グレースケールに変換した画像を以後の解析処理に使用する場合には、制御部１５は、元画像を処理する場合に比べて中央処理装置の負荷を軽減できる。画像のグレースケール化を含む画像処理は、カメラ部４１で実行されても良い。カメラ部４１で画像処理を実行することによって、中央処理装置の負荷が軽減される。

また、検知制御部７２は、照明装置の点灯と消灯とを制御する。照明装置は、画像を明るくして解析処理の容易化と精度向上とを容易にする。

さらに、検知制御部７２は、近接検知部４２の検出結果、つまり被検知物Ｏが本体２に接近したこと、およびその時の被検知物Ｏと本体２との離間距離を検知結果記憶部８１に記憶する。

また、検知制御部７２は、接触検知部４３の検出結果、つまり被検知物Ｏが本体２に接触したことを検知結果記憶部８１に記憶する。

以上のように、本実施形態に係る自律型掃除機１は、側縁部５５が臨む方向にある障害物と側縁部５５との第一最短距離Ｄ１に基づいて、本体２を超信地旋回、信地旋回、または緩旋回して進行方向を変化させる。そのため、自律型掃除機１は、定幅図形状の本体を備える従来の自律型掃除機に比べて、被掃除領域Ａの壁際の塵埃をより確実に掃除できる一方で、被掃除領域Ａの壁際から容易に離脱して転進することができる。

また、自律型掃除機１は、信地旋回中心Ｃｎ２から前半部５２のうち最も遠い部位、本実施形態においては連接部５６までの最大信地旋回半径Ｒ２ｍａｘが、信地旋回中心Ｃｎ２から障害物までの第二最短距離Ｄ２よりも小さい場合には、緩旋回して進行方向を変化させる。そのため、自律型掃除機１は、超信地旋回および信地旋回を行った場合には壁や障害物に触れてしまうような壁際や障害物の近くにおいて、定幅図形状の本体を備える従来の自律型掃除機に見劣りすることなく、容易に離脱して転進することができる。

さらに、自律型掃除機１は、緩旋回する時の緩旋回半径Ｒ３を、障害物と側縁部５５との第一最短距離Ｄ１に基づいて設定する。そのため、自律型掃除機１は、不必要に大きな緩旋回半径Ｒ３で緩旋回することなく、適宜の緩旋回半径Ｒ３で緩旋回することが可能であって、小回りが利く。

また、自律型掃除機１は、第一最短距離Ｄ１の大小に対応して緩旋回半径Ｒ３を定める対応関係を記憶する。そのため、自律型掃除機１は、緩旋回半径Ｒ３を都度演算処理する場合に比べて制御部１５における処理負担を軽減できる。

さらに、自律型掃除機１は、緩旋回中心Ｃｎ３から前半部５２のうち最も遠い部位までの最大緩旋回半径Ｒ３ｍａｘが、緩旋回中心Ｃｎ３から障害物までの第三最短距離Ｄ３よりも小さくなるよう緩旋回半径Ｒ３を算出しても良い。そのため、自律型掃除機１は、第一最短距離Ｄ１の大小に対応して好適な緩旋回半径Ｒ３で緩旋回することが可能であって、小回りが利く。

したがって、本実施形態に係る自律型掃除機１によれば、被掃除領域Ａの壁際における掃除能力に優れ、かつ被掃除領域Ａの壁際から円滑に脱して転進できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…自律型掃除機、２…本体、３…二次電池、５…充電台、６…電源コード、１１…移動部、１２…掃除部、１３…検知部、１５…制御部、２１…本体ケース、２２…バンパー、２３…前縁部、２３ａＬ、２３ａＲ…前縁部の一部、２６…駆動輪、２７…電動機、２８…従動輪、３１…吸込掃除部、３２…拭き掃除部、３４…吸込口、３５…回転ブラシ、３６…ブラシ用電動機、３７…塵埃容器、３８…電動送風機、３９…掃除シート、４１…カメラ部、４１ａ…撮像素子、４１ｂ…光学系、４２…近接検知部、４３…接触検知部、４５…距離測定装置、４５ａ…発光部、４５ｂ…受光部、５１…前端、５２…前半部、５２ａ…前半部の一部、５３…後半部、５５、５５Ｌ、５５Ｒ…側縁部、５５ａＬ、５５ａＲ…側縁部の一部、５６、５６Ｌ、５６Ｒ…連接部、６１…通信部、６１ａ…送信部、６１ｂ…受信部、７１…自律移動制御部、７２…検知制御部、７３…地図情報記憶部、７８…移動制御部、７９…掃除制御部、８１…検知結果記憶部。

Claims (4)

1. 本体と、
   前記本体の底面に設けられる掃除部と、
   前記本体を移動させる移動部と、
   前記移動部を制御して前記本体を自律で移動させる制御部と、を備え、
   前記本体は、超信地旋回する時の超信地旋回中心から前端までの第一距離を半径とする第一円の外側領域に突出し、かつ前記超信地旋回中心よりも前側に位置する前半部を有し、
   前記前半部は、直線状の前縁部と、信地旋回する時の信地旋回中心から遠い方の側縁部と、を有し、
   前記掃除部は、前記前縁部に沿って配置されて前記本体の幅方向へ延びる吸込口を有し、
   前記制御部は、
   前記側縁部が臨む方向にある障害物である壁と前記側縁部との第一最短距離に基づいて、前記本体を超信地旋回、信地旋回、または緩旋回して進行方向を変化させ、かつ
   前記信地旋回中心から前記前半部のうち最も遠い部位までの最大信地旋回半径が、前記信地旋回中心から前記壁までの第二最短距離以上の場合には、超信地旋回または信地旋回すると前記前半部が前記壁に接触する旋回方向へ緩旋回して進行方向を変化させる自律型掃除機。
2. 前記緩旋回する時の緩旋回半径は、前記第一最短距離に基づいて設定される請求項１に記載の自律型掃除機。
3. 前記制御部は、前記第一最短距離の大小に対応して前記緩旋回半径を定める対応関係を記憶する請求項２に記載の自律型掃除機。
4. 前記緩旋回する時の緩旋回中心の位置は、前記緩旋回中心から前記前半部のうち最も遠い部位までの最大緩旋回半径が、前記緩旋回中心から前記障害物までの第三最短距離よりも小さくなるよう設定される請求項１に記載の自律型掃除機。

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