JPH01106204A - 自走式掃除機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、床や道路などの平面を自走して掃除をおこ
なう自走式掃除機に関する。

（ロ）従来の技術 従来より提案されている自走式掃除機には、床面に誘導
線を布設して、電磁誘導方式によって掃除機を所定の経
路に導くものや、反射テープを貼り付けて、光学的検知
方式によって所定の経路に導くようにしたものが見られ
ろ。

また、人力によって一度掃除機を走行させ、その走行状
態を掃除機本体内の記憶素子、あるいは外部の記憶素子
に記憶させ、その後、掃除機に自動走行させるという、
特公昭５５−３２３６９号公報、特公昭６１−３４８４
号公報、特開昭５８−１４９７２４号公報に示されてい
るようなものがある。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 しかしながら、電磁誘導方式や光学的検知方式によって
掃除機を所定の経路に導くものにおいては、掃除をおこ
なう領域に、誘導線や反射テープを配設するＬ事が必要
であり、しかも、掃除機を使用する場所が限定されると
いう問題がある。

また、人力によって一度掃除機を走行させ、その走行状
態を掃除機に記憶させるものにおいては、必ず一度は人
が掃除機を操作して、その掃除機に走行経路を記憶させ
てやらなければならないという問題がある。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので
、掃除機に、周囲の物体までの距離を計測する計測手段
を設け、それによって、掃除機自身が、現在置かれてい
る掃除領域の形状を認識し、その領域内での位置および
向きを判別して自動走行をおこなう自走式掃除機を提供
するものである。

（ニ）問題点を解決するための手段 第１図はこの発明の構成を示すブロック図である。

この図において、ｌｏｔは走行手段１０２と操舵手段＋
０３を有して走行する掃除機本体、１０４は本体ｌｏｔ
に設けられ本体１０１から周囲の物体までの所定平面上
の距離を計測する計測手段、１０５は計測手段１０４に
よって得られた距離を連続して結んだ線を壁面とする領
域を認識すると共にその領域内での本体１０１の位置お
よびその領域に対する本体１０１の向きを判別する判別
手段、１０６は判別手段１０５の判別結果を記憶する記
憶手段、１０７は判別手段１０５の判別結果に基づいて
本体１０１を走行させる制御手段である。

なお、計測手段１０４には、半導体レーザのような発光
素子を用いた発光部と、例えばＣＯＤリニアイメージセ
ンサのような光照射位置検出素子からなる受光部によっ
て構成される光計測装置を用いることが好ましいが、他
に、超音波測距装置、赤外線測距装置、ＴＶカメラなど
を用いてもよい。

また、判別手段１０５、記憶手段１０６、制御手段１０
７には、通常、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡ〜１゜１１０ボー
トからなるマイクロコンピュータが用いられる。

そして、走行手段１０２には、走行用モータによって駆
動される車輪、キャタピラなどが用いられ、操舵手段１
０３としては、それらの車輪、キャタピラなどの方向を
変える通常の装置が用いられる。

（ホ）作用 計測手段によって、掃除機本体から周囲の物体までの所
定平面上の距離が計測され、判別手段によって、その距
離を連続して結んだ線を壁面とする領域が認識され、さ
らにくその領域内での掃除機本体の位置およびその領域
に対する掃除機本体の向きが判別される。

従って、それらの認識および判別によって、掃除機自身
が、壁面と障害物との判別をおこな・い、走行経路を算
出して自動走行することが可能となる。

（へ）実施例 以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する
。なお、これによってこの発明が限定されるものではな
い。

第２図はこの発明による自走式掃除機の一実施例を示す
側面図、第３図は第２図の裏側を示す部分切欠側面図で
ある。

これらの図において、ｌは自走式掃除機本体で、上ケー
ス２と基台スカート部３からなる外装ケース４で覆われ
ており、基台スカート部３には衝突センサ５ａを内蔵し
た複数のバンパ５を配設している。また、上ケース２の
上部には、後述する回転可能な測距部６を配置している
。

７は自走式掃除機本体ｌの基板で、この前後に一対の吸
塵機構８ａ、ｓｂを配設している。

これらの吸塵機構８ａ、８ｂは、それぞれ吸塵用ファン
モータと集塵フィルタを内蔵した吸塵部９ａ、９ｂ、床
用吸込具１１ａ、ｌｌｂ、基台７を貫通して吸塵部９ａ
、９ｂと床用吸込具１１ａ。

１１ｂとをそれぞれ接続する可撓性ホース１０ａ。

ｔｏｂ、基台７の下面に取り付けた床用吸込具昇降用モ
ータ１２　ａ、　　１２　ｂ、床用吸込具１１ａ。

ｔｔｂを床用吸込具昇降用モータｊ２ａ、１２ｂで巻き
上げるワイヤ１３ａ、１３ｂより構成されている。１５
は基台７上に配置した電源用の充電式電池である。

１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは基台７の前後の左右
位置に設置された車輪ユニットで、それぞれ、車輪１７
ａ−１７ｄ、車輪に接続した走行用モータ１８ａ〜１８
ｄ、車輪支軸１９ａ−１９ｄ、車輪支軸ハウジング２０
ａ〜２０ｄより構成され、車輪支軸１９　ａ　４．１９
　ｄを中心として回転可能である。

車輪支軸１９ａ〜１９ｄには操舵用プーリ２１ａ〜２１
ｄがそれぞれ固着されており、操舵用モータ２２の出力
軸に固着された出力用プーリ２１ｅと操舵用プーリ２１
ａ〜２１ｄには操舵用タイミングベルト２３が架は渡さ
れているため、操舵用モータの回転により４つの車輪ユ
ニット１６ａ〜１６ｄの方向を変えて操舵することが可
能である（走行用モータ１８ａ、１８ｂ、車輪支軸１９
ａ、１９ｂ、車輪支軸ハウジング２０ａ、２０ｂ。

操舵用プーリ２１ａ、２１ｂは図示しない）。

第４図は測距部６の外カバーを外した状態を示す平面図
である。

図に示すように、測距部６は、回転台２４の上に、半導
体レーザとコリメータレンズからなる光源部２５と、集
合レンズと例えばＣＯＤリニアイメージセンンサのよう
な光照射位置検出素子からなる受光部２６ａ〜２６ｃが
三角測量の原理に基づき配設されており、これらとその
回路部（図示しない）は、自走式掃除機本体１の中心軸
と一致した回転軸２７を中心として回転可能である。そ
して、測距部６を回転用モータ（図示しない）で回転さ
けることにより、自走式掃除機本体ｌの全周方向の物体
までの距離を測定することができる。

受光部２６ａ〜２６ｃは測定分解能を上げるため、短距
離用受光部２６ａ１中距離用受光部２６ｂ１長距離用受
光部２６ｃとして３個設置しているが、必要な測定範囲
あるいは測定精度から任意に設定することが可能である
。

なお、この測距部６には超音波測距装置、ＴＶカメラな
どを用いてもよい。

第５図は第２図で示した自走式掃除機の構成を示す回路
ブロック図である。

この図に示すように、ＣＰＵからなる中央処理回路２８
は、インターフェイス回路３ｏを介して衝突センサ５ａ
のデータ、および、測距部６の測距回路３１からの距離
測定データを自走式掃除機本体１に対する角度と共に読
み込み、走行用モータ１８ａ　〜１８ｄ、吸塵用モータ
９ａ、９ｂ、床用吸込具昇降用モータ１２ａ、１２ｂ、
操舵用モータ２２および測距部６の回転用モータ３２を
制御する。

また、これらの測定データおよび制御データをＲＡＭか
らなる記憶回路２９に記憶させて、中央処理回路′２８
で必要に応じて参照、処理する構成としている。

このような構成の動作を以下に第６図および第７図を用
いて説明する。

第６図は自走式掃除機の動作を示すラローチャート図、
第７図は第６図に基づく動作説明図である。

第６図において、任意の位置、例えば第７図に示す位置
Ａで掃除を開始するとした場合、中央処理回路２８は、
まず、インターフェイス回路３０を介して測距部回転用
モータ３２を駆動して測距部６を回転させ、掃除機本体
１の全周方向について、例えば１度ピッチで測距回路３
１の測定データを読み込み、これを記憶回路２９に記憶
する。

この測定データはすなわち、掃除機本体ｌとその外部物
体、例えば壁あるいは障害物との全方向の距離データで
ある。

この距離データに関しては、以後、全掃除項域の掃除が
完了し、所定の位置（第８図では位置Ｂとしているが任
意に設定可能である。）に移動するまで測距を継続し、
記憶回路２９に記憶した測距データを更新する。

この測距データから、後述するように、現在、掃除機本
体１が置かれている、例えば部屋のような掃除領域の形
状を認識する。そして、その掃除領域内での掃除機本体
１の位置、およびその掃除領域に対して掃除機本体ｌの
向いている方向を判別する（ステップ２０１）。

そして、掃除機本体ｌの位置が掃除開始位置でない場合
には（ステップ２・０２）、前後の床用吸込具昇降用モ
ータ１２ａ、１２ｂを駆動して、床用吸込具１１ａ、ｌ
ｌｂを床面より離し、操舵用モータ２２を駆動して、走
行車輪１６ａ−１６ｄを、掃除領域の形状に応じてあら
かじめその掃除領域のコーナ部などに設定された掃除開
始位置Ｂの方向に向け（第８図参照）、走行用モータ！
８ａ＝１８ｄを駆動して掃除機開始位置Ｂに移動する（
ステップ２０３）。

掃除開始位置Ｂに到達したら、走行用モータ１８ａ〜１
８ｄを停止し、操舵用モータ２２を駆動して、第８図の
矢印Ｃで示す方向に走行車輪１６ａ＝１６ｄを向ける（
図中矢印Ｃの方向が掃除機本体１の前方向とする）。

次に、床用吸込具昇降用モータ１２ａ、１２ｂを駆動し
て、前後の床用吸込具１１ａ、ｌｌｂを床面に接地させ
、さらに前後の吸塵用ファンモータ９ａ、９ｂを運転す
る。

その後、走行用モータ１８ａ＝１８ｄを駆動して掃除機
本体ｌを前進させる（ステップ２０４）。

中央処理回路２８は、測距部６の測距回路３１からの距
離信号により、常時掃除機本体ｌの走行距離を計算する
。

掃除開始位置Ｂからの走行距離が、前後の床用吸込具１
１ａ、ｌｌｂ間の距ＭＬ（第８図参照）を超えた時、つ
まり、前進時において、後側の床用吸込具１１ｂが掃除
開始位置Ｂの位置で前側の床用吸込具１１ａがあった位
置まで走行した時、後側の吸塵用ファンモータ９ａを停
止すると共に、後側の床用吸込具昇降用モータ１２ｂを
回転させ、後側の床用吸込具ｚｂを床面より離す（第８
図位置りで示す）。

この状態で、対向する壁面まで掃除をしながら走行する
。

もし途中で何か掃除機本体ｌに異常が発生した場合には
（ステップ２０５）、その位置から移動できるかどうか
を判別して（ステップ２０６）、移動可能であれば掃除
開始位置Ｂに移動しくステップ２０７）、移動不可能で
あればそこに停止したまま自ら電源を切って掃除を終了
する。

そして、何も異常が発生しな（すｉ　：ｆ、そのまま障
害物を検出しながら掃除走行をおこない、もし、障害物
が検出された場合には（ステップ２０６）、回避動作を
おこなってその障害物を回避して（ステップ２０７）、
掃除走行を再開する。

また、障害物は検出されないが、何かの物体に衝突した
ような場合には（ステップ２０８）、掃除機本体１を停
止しくステップ２０９）、再スタートキー（図示しない
）が押された場合には（ステップ２１０）、掃除走行を
再開する。

そして、何にも衝突しない場合には、そのまま掃除機本
体ｌの位置を計算しながら（ステップ２１１）、対向す
る壁面まで掃除走行を継続させ、対向する壁面に近接し
たら（ステップ２１２）、走行用モータ１８ａ〜１８ｄ
を停止しくステップ２１３）、さらに、前側の吸塵用フ
ァンモータ９ａを停止すると共に、前側の床用吸込具昇
降モータ９ａを回転させ、前側の床用吸込具１１ａを床
面より離す（第８図装置Ｅで示す）。

そして、掃除か終了していなければ、つまり、未掃除領
域が存在すれば（ステップ２１４Ｌ操舵用モータ２２を
駆動して第８図の矢印Ｆで示す方向に９０°走行車輪１
６ａ＝１６ｄを回転させた後、走行用モータ１８ａ〜１
８ｄを駆動し、床用吸込具１１ａ＝１１ｂの長さＱ（第
８図参照）だけ移動して（ステップ２Ｉ５）停止する（
第８図装置Ｇで示す）。

そこで、再び操舵用モータ２２を駆動して第８図の矢印
Ｈで示す方向、つまり、先程の掃除走行と反対の方向に
走行車輪１５ａ＝１６ｄを向け、床用吸込具昇降用モー
タ１２ａ、１２ｂを回転させて前後の床用吸込具１１ａ
、ｌｌｂを床面に接地させ、前後の吸塵用ファンモータ
９ａ、９ｂを運転した後、走行用モータ１８ａ〜１８ｄ
を駆動し、掃除機本体ｌを後進させる。

そして、この場合も前進時と同様に、前後の床用吸込具
１１ａ、ｌｌｂ間の距離したけ走行した時（第８図位置
■で示す）、前進時と反対に、掃除機本体ｌの進行方向
後側に位置する吸塵用ファンモータ９ａを停止し、同じ
く進行方向後側の床用吸込具昇降用モータ１２ａを駆動
して床用吸込具１１ａを床面より離し、この状態で対向
する壁面まで掃除走行をおこなう。

以下、同様に繰り返し、掃除領域全体を掃除し終わると
（第８図装置Ｊで示す）、走行用モータ１８ａ〜１８ｄ
および吸塵用モータｊａ、９ｂを停止し、床用吸込具昇
降用モータ１２ａ、１２ｂを駆動して床用吸込具１１ａ
、ｌｌｂを床面より離す。

その後、掃除開始位置（第８図装置Ｂで示す）の方向に
走行車輪１６ａ＝１６ｄが向くように操舵用モータ２２
を駆動し、走行用モータ１８ａ〜１８ｄを駆動して、掃
除開始位置Ｂまで移動しくステップ２１６）、掃除の完
了を発光素子あるいは発音素子等により報知した後、自
ら掃除機本体ｌの電源を切って掃除を終了する。

第８図〜第１０図は掃除領域の形状の認識並びにその掃
除領域における掃除機本体の位置および向きの判別の一
例を示す説明図、第１１図〜第１３図は同じく他の例を
示す説明図である。

これらの図の内、第８図および第１１図は、掃除領域を
周囲が壁面で囲まれた部屋とした場合の実際の部屋形状
を示す図であり、図中黒丸は掃除機本体ｌの位置を示し
ている。

第９図および第１２図は、測距部６によって、それらの
部屋を掃除機本体１を中心として全周方向に極座標値と
して測定したデータを示したちのであり、第８図および
第１１図で示した部屋の上方向を０度として時計方向に
測定した乙のである。

第１Ｏ図および第１３図は、測距部６で計測された極座
標値を角度で微分して、極座標値の角度に対する変化率
が極大となる座標をコーナ点として検出し、各コーナの
位置をＸＹ平面座標にプロットしたものを示している。

このｘＹ平面座標のプロットは、ＣＰＵからなる中央処
理回路２８によって、記憶回路２９のＲＡＭ内でおこな
われ、そのコーナ点を結んだ直線を壁面をするように掃
除領域が認識される。また、その壁面からの距離および
壁面に対する角度から、その領域内での掃除機本体ｌの
位置およびその領域に対する掃除機本体１の向きが判別
される。

そして、その判別結果が記憶回路２９に記憶され、掃除
の開始・終了点および走行経路の算出や、障害物と壁面
との判別のための基礎データとされる。

このように、掃除機本体に、周囲の物体までの距離を計
測する測距部を、設け、それによって、現在置かれてい
る掃除領域の形状を認識し、その領域内での掃除機本体
の位置およびその領域に対する掃除機本体の向きを判別
するようにしておけば、壁面と障害物との判別や走行経
路の算出をおこなわせることが可能となり、外部から走
行経路を指示することなく、効率の良い自動走行をさせ
ることが可能となる。

この発明による自走式掃除機の他の実施例としては、掃
除機本体の記憶回路に複数の掃除領域の形状をあらかじ
め記憶させたものを用いるもので、掃除機本体の中央処
理回路で掃除領域の形状が認識されたときに、あらかじ
め記憶させた複数の掃除領域の中から、その認識された
掃除領域に相当する掃除領域を選出して、その選出した
掃除領域内での掃除機本体の位置、および選出した領域
に対する掃除機本体の向きを判別するような構成として
もよい。

このようにすれば、掃除機本体の位置および向きの判別
に際しての正確さが向上し、処理速度も早まる。

また、その場合における複数の掃除領域の記憶について
は、磁気テープ、磁気ディスクあるいは記憶素子内蔵カ
ードなどの外部記憶媒体を用いた外部記憶装置を掃除機
本体に設け、その外部記憶媒体に、一つの建物における
複数の掃除領域を記憶させておき、建物単位で交換する
ようにしてもよい。

さらに、複数の掃除領域の記憶については、掃除領域の
かわりに、走行経路を記憶させておき、それに基づいて
掃除機本体を自動走行させることも可能である。

（ト）発明の効果 この発明によれば、掃除機本体に、掃除機本体から周囲
の物体までの距離を計測する計測手段を設け、それによ
って、現在置かれている掃除領域の形状を認識し、その
領域内での掃除機本体の位置およびその領域に対する掃
除機本体の向きを判別するようにしたので、それらの認
識および判別により、壁面と障害物との判別をおこない
、走行経路を算出して自動走行することが可能となり、
人手によって走行経路を指示する必要がなくなる。

また、掃除領域あるいは走行経路を記憶させた磁気テー
プのような外部記憶素子を掃除領域に合わせて変える必
要もないため、操作性が向上すると共に、掃除領域デー
タを間違えるといったような人為的ミスを防ぐこともで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示すブロック図、第２図はこ
の発明による自走式掃除機の一実施例を示す側面図、第
３図は第２図の裏側を示す声分切欠側面図、第４図は測
距部の外カバーを外した状態を示す平面図、第５図は第
２図で示した自走式掃除機９構成を示す回路ブロック図
、第６図は自走式掃除機の動作を示すフローチャート図
、第７図は第６図に基づく動作説明図、第８図〜第１０
図は掃除領域の形状の認識並びにその掃除領域における
掃除機本体の位置および向きの判別の一例を示す説明図
、第１１図〜第１３図は第８図〜第１０図と同様の他の
例を示す説明図である。 ！・・・・・・自走式掃除機本体、２・・・・・・上ケ
ース、３・・・・・・基台スカート部、４・・・・・・
外装ケース、５・・・・・・バンパ、５ａ・・・・・・
衝突センサ、６・・・・・・測距部、７・・・・・・自
走式掃除機本体の基板、８ａ、８ｂ・・・・・・吸塵機
構、９ａ、９ｂ・・・・・・吸塵部、１０ａ、１０ｂ・
・・・・・可撓性ホース、１１ａ、ｌｌｂ・・・・・・
床用吸込具、１２ａ、１２ｂ・・・・・・床用吸込具昇
降用モータ、１３ａ、’１３ｂ・・・・・・ワイヤ、１
５・・・・・・充電式電池、１６ａ〜１６ｄ・・・・・
・車輪ユニット、１７ａ＝１７ｄ・・・・・・車輪、 １８ｃ、１８ｄ・・・・・・走行用モータ、−１９ｃ、
１９ｄ・・・・・・車輪支軸、２０ｃ、２０ｄ・・・・
・・車輪支軸ハウジング、２０ｃ、２０ｄ・・・・・・
操舵用プーリ、２１ｅ・・・・・・出力用プーリ、２２
・・・・・・操舵用モータ、２３・・・・・・操舵用タ
イミングベルト、２４・・・・・・回転台、２５・・・
・・・光源部、２６ａ〜２６ｃ・・・・・・受光部、２
７・・・・・・回転軸、Ａ−Ｊ・・・・・・位置、 Ｌ・・・・・・前後の床用吸込具間の距離、Ｑ・・・・
・・床用吸込具の長さ。 ｊ、、ｌ　ｌ、仏−３副 第１図 第２図 第４図 猜 ↑ 第　７　図 第９図 □角度（°） 第１０図 第１１図 第１２　　図 第１３図 ゝ・−＋−一、＋＋　　＋＋Ｊ 手続補正書 昭和６３年１月８日 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿　　　　　　　　　　
　Ｃ１、事件の表示 昭和６２年特許願第２６４７０９号 ２、発明の名称 自走式掃除機 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　守口型京阪本通２下目１８番地名　称　　　
（１８８）三洋電機株式会社代表者　　井　植　　敏 ４、代理人〒５３０ 住　所　　大阪市北区西天満５丁目１３クォーター・ワ
ンビル６、補正の対象 （１）明細書の「発明の詳細な説明」の欄（２）図面の
第５図および第６図 ７、補正の内容 （１）■明細書第８ページ第１９行の［吸塵用モータ９
ａ、９ｂＪを「前側吸塵用ファンモータ９１ａおよび後
側吸塵用ファンモータ９１１＋　Ｊと捕１１・′、４゛
る。。 ■同書第１Ｏページ第３行、第１０ページ第２０行、第
１１ページ第５行、第１１ページ第１８行、第１２ペー
ジ第４行、第１３ページ第１２行、第１３ページ第１５
行、第１３ページ第１８行、第１３ページ第１９〜２０
行、第１４ページ第１〜２行、第１４ページ第１１行、
第１４ページ第１８行および第１５ページ第３行の「第
８図」を「第７図」と補正する。 ■同書第１１ページ第！１行、第１４ページ第６行およ
び第１４ページ第１９行の［９ａ。 ９ｂＪをｒ９１ａ、９１ｂＪと補正４°る。 ■同書第１２ページ第２行の「９ａ」を「９ＩｂＪと補
正する。 ■同書第１２ページ第１０行の「ステップ２０６」を「
ステップ３０６」と補正する。 ■同書第１２ページ第１１〜１２行の「ステップ２０７
」を「ステップ３０７」と補正する。 ■同書第１３ページ第９〜ＩＯ行および第１４ページ第
１３行の「９ａ」をｒ９１ａＪと補正する。 （２）図面の第５図および第６図を別紙のとおり補正す
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、走行手段と操舵手段を有して走行する掃除機本体と
   、前記本体に設けられ前記本体から周囲の物体までの所
   定平面上の距離を計測する計測手段と、前記計測手段に
   よって得られた距離を連続して結んだ線を壁面とする領
   域を認識すると共にその領域内での前記本体の位置およ
   びその領域に対する前記本体の向きを判別する判別手段
   と、前記判別結果を記憶する記憶手段と、前記判別結果
   に基づいて前記本体を走行させる制御手段を備えてなる
   自走式掃除機。