自走式掃除機

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【発明の名称】	自走式掃除機
【発明者】	【氏名】佐野雅仁【住所又は居所】静岡県三島市南町６番７８号東芝テック株式会社三島事業所内【氏名】星野享【住所又は居所】神奈川県秦野市堀山下４３番地東芝テック株式会社秦野工場内【氏名】飯坂仁志【住所又は居所】静岡県三島市南町６番７８号東芝テック株式会社三島事業所内【氏名】土屋修【住所又は居所】静岡県三島市南町６番７８号東芝テック株式会社三島事業所内【氏名】冨山隆志【住所又は居所】静岡県三島市南町６番７８号東芝テック株式会社三島事業所内
【要約】	【課題】簡単な構成で壁際を確実に掃除する。【解決手段】床面を掃除する床面掃除手段３を設けた掃除機本体１と、この掃除機本体を走行させる駆動輪１０ａ，１０ｂ及び走行モータ１１ａ，１１ｂと、周囲の障害物までの距離を検知する超音波センサ１４と、この超音波センサが検知した距離に従って走行モータを制御して走行制御するＣＰＵを備え、床面掃除手段は、掃除機本体の幅方向にこの掃除機本体の外周よりも外側に突出可能に設けられた床面掃除機構４と、この床面掃除機構を駆動する駆動手段５とを設け、駆動手段を制御して床面掃除機構を掃除機本体の外周から突出させるとともに超音波センサによって検知した床面掃除機構の突出方向の壁までに距離に従って床面掃除機構の突出量を制御する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
床面を掃除する床面掃除手段を設けた掃除機本体と、この掃除機本体を走行させる走行手段と、周囲の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、
前記床面掃除手段は、掃除機本体の幅方向にこの掃除機本体の外周よりも外側に突出可能に設けられた床面掃除機構と、この床面掃除機構を駆動する駆動手段と、この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から突出させるとともに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壁までに距離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。
【請求項２】
床面掃除機構は、掃除機本体の幅よりも短い長さで、この掃除機本体の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記載の自走式掃除機。
【請求項３】
床面掃除機構は、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から突出させることを特徴とする請求項１記載の自走式掃除機。
【請求項４】
床面を掃除する床面掃除手段を設けた掃除機本体と、この掃除機本体を走行させる走行手段と、周囲の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、
前記床面掃除手段は、掃除機本体の幅方向にこの掃除機本体の外周よりも外側に突出可能に設けられた床面掃除機構と、この床面掃除機構を駆動する駆動手段と、この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から突出させるとともに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壁までに距離に従ってその突出量を制御し、かつ、前記距離検知手段が前記掃除機本体の進行方向と前記床面掃除機構の突出方向に障害物を検知したときには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。

【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【特許文献１】特開平０６－００４１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、床面を掃除する床面掃除手段を設けた掃除機本体と、この掃除機本体を走行させる、例えば車輪等からなる走行手段と、周囲の障害物までの距離を検知する、例えば超音波センサや光学センサ等からなるの距離検知手段と、この距離検知手段からの距離検知情報に基づいて走行手段を走行制御する走行制御手段とを備え、床面掃除手段は、掃除機本体の幅方向にこの掃除機本体の外周よりも外側に突出可能に設けられた床面掃除機構と、この床面掃除機構を駆動する駆動手段と、この駆動手段を制御して床面掃除機構を掃除機本体の外周から突出させるとともに距離検知手段によって検知した床面掃除機構の突出方向の壁までに距離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。
【発明の効果】
【０００５】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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。
【０００７】
前記床面掃除手段３は、掃除機本体１の幅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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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）。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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）。
【００２１】
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^２－ｄ^２）^１／２
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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４】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。
【図５】同実施の形態における制御部の構成を示すブロック図。
【図６】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】
【００３４】
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。

【出願人】	【識別番号】０００００３５６２【氏名又は名称】東芝テック株式会社【住所又は居所】東京都品川区東五反田二丁目１７番２号
【出願日】	平成１６年５月２５日（２００４．５．２５）
【代理人】	【識別番号】１０００５８４７９【弁理士】【氏名又は名称】鈴江武彦【識別番号】１０００９１３５１【弁理士】【氏名又は名称】河野哲【識別番号】１０００８８６８３【弁理士】【氏名又は名称】中村誠【識別番号】１００１０８８５５【弁理士】【氏名又は名称】蔵田昌俊【識別番号】１０００８４６１８【弁理士】【氏名又は名称】村松貞男【識別番号】１０００９２１９６【弁理士】【氏名又は名称】橋本良郎
【公開番号】	特開２００５－３３４１４９（Ｐ２００５－３３４１４９Ａ）
【公開日】	平成１７年１２月８日（２００５．１２．８）
【出願番号】	特願２００４－１５５０４４（Ｐ２００４－１５５０４４）