(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
床面上を走行して清掃動作を行う清掃ロボットであって、
ブロアモータの作動により前記床面上のごみを吸引する吸引ノズルと、
ノズル昇降モータの作動により上下動するロッドと、
前記ロッドが降下して前記吸引ノズルが前記床面に接触したときには前記吸引ノズルの取付部に対して第１の隙間を開けて下方に離間するとともに、前記ロッドが上昇するときには前記取付部に係合して前記吸引ノズルを上昇させる、前記ロッドに固定された止め具と、
前記吸引ノズルが上限位置にまで上昇したときにオン状態になる上昇リミットスイッチと、
前記吸引ノズルが床面に接触する下限位置に達したときにオン状態になる下降リミットスイッチと、
前記ブロアモータおよび前記ノズル昇降モータの作動を制御する清掃部コントローラと、
を備え、
前記清掃部コントローラは、前記走行が停止したときに、前記ブロアモータの運転を継続させたまま、前記ノズル昇降モータを作動させて前記ロッドを上昇させるとともに前記下降リミットスイッチがオフ状態になったときに前記ノズル昇降モータの作動を一旦停止させた後、第１の所定時間が経過したときに再び前記ノズル昇降モータを作動させて前記ロッドを上昇させるように動作し、
前記下降リミットスイッチは、前記ノズル昇降モータの作動が一旦停止したときに、前記ノズル昇降モータの回転慣性による作動に伴って前記ロッドが上昇することにより前記止め具が前記吸引ノズルの取付部に係合して前記吸引ノズルが上昇し、前記吸引ノズルと前記床面との間に第２の隙間が開いたときに前記ノズル昇降モータの回転が停止して前記吸引ノズルの上昇が停止するように、その取付位置が調整されている、
ことを特徴とする清掃ロボット。
【請求項２】
前記下降リミットスイッチは、前記第２の隙間が１乃至２ミリメートルとなるようにその取付位置が調整されていることを特徴とする請求項１に記載した清掃ロボット。
【請求項３】
前記清掃部コントローラは、前記走行が停止したときに、前記ノズル昇降モータを作動させて前記ロッドを上昇させる前に、前記ブロアモータの運転を継続させたまま、第２の所定時間にわたって前記吸引ノズルを前記床面に接触させるように動作する
ことを特徴とする請求項１または２に記載した清掃ロボット。
【請求項４】
前記清掃部コントローラは、前記吸引ノズルが上限位置にまで上昇して前記上昇リミットスイッチがオン状態になったときに前記ノズル昇降モータおよび前記ブロアモータの作動を停止させるように動作する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載した清掃ロボット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動清掃機能と自律走行機能とを有する清掃ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動清掃機能および自律走行機能を有する清掃ロボットが開発されている。このような清掃ロボットは、自律走行が可能なように蓄電池を電源とする駆動モータと、このモータにより駆動される走行車輪と、障害物や方位等の検知を行うセンサと、このセンサの出力を用いてモータの動作を制御する制御装置とを搭載している。制御装置はマイクロコンピュータからなっている。さらに自動清掃が可能なように、ごみを吸い込む吸引ノズルと吸い込んだごみを収納するごみタンクとを備えている。このような機能を有する清掃ロボットは、例えば特開平５−１６１５８２号公報に開示されている。
【０００３】
特開平３−１３６１１号公報、特開平５−１５８５３６号公報、あるいは特開平５−１６１５７７号公報に開示されている清掃ロボットにおいては、所定の走行軌道に沿って走行しながら清掃運転を終了するとロボットの走行が停止され、同時に清掃機能も停止される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記の清掃ロボットの制御方式においては、清掃作業中に障害物等を検出して走行および清掃動作を停止した場合、吸引ノズルの先端の縁部と床面の間にごみが残存する。このため、清掃ロボットの移動後に作業者がモップ等を用いて部分的に拭き取り作業などをする必要があった。また、清掃ロボットが所定の清掃区域の清掃を終了した場合も、走行停止と共に吸引ノズルによる吸引動作も停止させていた。このため、未清掃領域と吸引ノズルの間にごみが残存し、やはり作業者による拭き取り作業が必要であった。
【０００５】
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、清掃中の一時停止時または清掃終了後に人手によるごみの拭き取り作業を不要とする清掃ロボットの制御方法および制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１に記載した手段は、
床面上を走行して清掃動作を行う清掃ロボットであって、
ブロアモータの作動により前記床面上のごみを吸引する吸引ノズルと、
ノズル昇降モータの作動により上下動するロッドと、
前記ロッドが降下して前記吸引ノズルが前記床面に接触したときには前記吸引ノズルの取付部に対して第１の隙間を開けて下方に離間するとともに、前記ロッドが上昇するときには前記取付部に係合して前記吸引ノズルを上昇させる、前記ロッドに固定された止め具と、
前記吸引ノズルが上限位置にまで上昇したときにオン状態になる上昇リミットスイッチと、
前記吸引ノズルが床面に接触する下限位置に達したときにオン状態になる下降リミットスイッチと、
前記ブロアモータおよび前記ノズル昇降モータの作動を制御する清掃部コントローラと、
を備え、
前記清掃部コントローラは、前記走行が停止したときに、前記ブロアモータの運転を継続させたまま、前記ノズル昇降モータを作動させて前記ロッドを上昇させるとともに前記下降リミットスイッチがオフ状態になったときに前記ノズル昇降モータの作動を一旦停止させた後、第１の所定時間が経過したときに再び前記ノズル昇降モータを作動させて前記ロッドを上昇させるように動作し、
前記下降リミットスイッチは、前記ノズル昇降モータの作動が一旦停止したときに、前記ノズル昇降モータの回転慣性による作動に伴って前記ロッドが上昇することにより前記止め具が前記吸引ノズルの取付部に係合して前記吸引ノズルが上昇し、前記吸引ノズルと前記床面との間に第２の隙間が開いたときに前記ノズル昇降モータの回転が停止して前記吸引ノズルの上昇が停止するように、その取付位置が調整されている、
ことを特徴とする清掃ロボット。
【０００７】
また、請求項２に記載した手段は、請求項１に記載した清掃ロボットにおいて、前記下降リミットスイッチが、前記第２の隙間が１乃至２ミリメートルとなるようにその取付位置が調整されていることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項３に記載した手段は、請求項１または２に記載した清掃ロボットにおいて、前記清掃部コントローラが、前記走行が停止したときに、前記ノズル昇降モータを作動させて前記ロッドを上昇させる前に、前記ブロアモータの運転を継続させたまま、第２の所定時間にわたって前記吸引ノズルを前記床面に接触させるように動作することを特徴としている。
同様に、請求項４に記載した手段は、請求項１乃至３のいずれかに記載した清掃ロボットにおいて、前記清掃部コントローラが、前記吸引ノズルが上限位置にまで上昇して前記上昇リミットスイッチがオン状態になったときに前記ノズル昇降モータおよび前記ブロアモータの作動を停止させるように動作することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態による清掃ロボットの制御について図面を参照しながら説明する。
まず、図２および図３を参照して、本実施の形態において制御の対象となる清掃ロボット１０の構造の概略について説明する。ここには自律走行車１０の具体例として矢印Ａで示す走行方向に自律走行する清掃ロボットが示されており、両側部に一対の車輪１１ａおよび１１ｂが設けられ、後部に吸引ノズル１２を備えている。車輪１１ａ，１１ｂはそれぞれ左駆動モータ１３ａおよび右駆動モータ１３ｂによって独立に回転駆動される。なお、ここでは、直接の制御対象に関係しないキャスタは図示を省略している。駆動モータ１３ａ，１３ｂはそれぞれ左モータドライバ１４ａおよび右モータドライバ１４ｂによって駆動される。吸引ノズル１２は清掃ロボット１０の車幅とほぼ同じ幅を持っており、ノズル昇降モータ１５によって昇降駆動され、その開口部１２ａが床面Ｆに接触してごみを吸引したり、そこから引き上げられたりすることができる。また吸引ノズル１２はレール１６ａ，１６ｂに取り付けられ、車体側にはこのレール１６ａ，１６ｂと係合する案内板１７ａ，１７ｂが固定され、これらの案内板１７ａ，１７ｂに沿って上下方向に変位することができる。
【００１０】
吸引ノズル１２は、上下方向に自由に変位できるように設けられた蛇腹ホース１８、および固定配置の管路１９に連通している。管路１９の他端はごみタンク２０内に開口している。さらに、ごみタンク２０内には、ブロアモータ２１により回転駆動される吸引ブロア２２の吸引用管路２３が開口している。
【００１１】
各車輪１１ａ，１１ｂごとの走行距離あるいは走行速度を測定するために、各駆動モータ１３ａ，１３ｂに対し一定回転角度ごとにパルスを発生するパルス発信器３０ａおよび３０ｂが設けられている。また、清掃ロボット１０の前方側には前方の障害物を検知する前方障害物センサ３１ａが、左右側方にはそれぞれの方位の障害物を検知する左側方障害物センサ３１ｂおよび右側方障害物センサ３１ｃが設けられ、さらに方位を検知する方位センサ３２が設けられている。各パルス発信器３０ａ，３０ｂ、各障害物センサ３１ａ〜３１ｃ、および方位センサ３２の各検知信号は制御装置４０に入力される。
【００１２】
レール１６または案内板１７には互いに相手方部材と協働して吸引ノズル１２が上限位置にまで上昇したときに上限位置信号を発信する上昇リミットスイッチ３３、および吸引ノズル１２が床面Ｆに接触する下限位置に達したときに下限位置信号を発信する下降リミットスイッチ３４が設けられ、これらの検知信号も制御装置４０に入力される。これらのリミットスイッチの取り付け構成例を図４に示す。
【００１３】
図４は清掃ロボット１０を後方から見た図であって、ここには、すでに述べた各部材のほかにキャスタ２４が図示され、さらにそれぞれ案内板１７ａ，１７ｂに取り付けられた上昇リミットスイッチ３３および下降リミットスイッチ３４も図示されている。リミットスイッチの具体例としては種々の原理・構造のものが知られているが、例えばレール１６ａ，１６ｂすなわち吸引ノズル１２が変位して上限位置に達することにより、それを機械的に検知して動作するスイッチとすることもできるが、ここには磁気的に検知する近接スイッチとして知られているタイプのものを例示する。吸引ノズル１２が上限位置に達することにより、それを磁気的に検知して動作する上昇リミットスイッチ３３と、同様に下限位置に達することにより動作する下降リミットスイッチ３４とを固定側にある案内板１７ａ，１７ｂに取り付け、それと協働する磁石片３５を可動側にあるレール１６ａ，１６ｂに配設しておく。
【００１４】
図５（ａ）ないし図５（ｅ）に示すように、ノズル昇降モータ１５は車体に固定され、このモータの回転を上下方向の動きに変換してロッド３６に伝達し吸引ノズル１２を昇降させる。ロッド３６と吸引ノズル１２の連結部は、吸引ノズル１２を床面Ｆに押し付ける向きにロッド３６に通したばね３７とロッド３６の先端に固定した止め具とで、吸引ノズル１２の取付部１２ｂを挟む形に構成されている。ばね３７は吸引ノズル１２が床面Ｆに接触する際、昇降モータ１５の慣性による衝撃荷重を緩和するとともに、床面Ｆにまで下降した際、ロッド３６先端の止め具と吸引ノズル１２取付部１２ｂとの間に隙間Ｇｓをつくり、この隙間距離により吸引ノズル１２の上昇速度の立上がり時間を与える。この時間により得た昇降モータ１５の慣性で吸引ノズル１２は下降リミットスイッチ３４が不動作になった後もしばらくの間、上昇動作を継続し、その先端と床面Ｆとの間に隙間Ｇｆをつくる。この隙間Ｇｆの値は下降リミットスイッチ３４の取付位置を変更することによって調整することができる。
【００１５】
制御装置４０とその入出力部分のより詳細な構成を図６に示す。制御装置４０は、インタフェース４１ａ〜４１ｄ、メインコントローラ４２、およびカウンタ４３を備えている。障害物センサ３１ａ、３１ｂおよび３１ｃの各検知信号はインタフェース４１ａを介してメインコントローラ４２に入力され、方位センサ３２、上昇リミットスイッチ３３および下降リミットスイッチ３４の各検知信号はインタフェース４１ｂを介してメインコントローラ４２に入力される。カウンタ４３にはパルス発信器３０ａ，３０ｂによって発生されたパルスが入力され、それを積算カウントすることにより走行車１０の走行距離が求められ、それがメインコントローラ４２に入力される。ここで単位時間あたりの走行距離を演算することによって走行車１０の走行速度を得ることができる。
【００１６】
方位センサ３２は、例えばジャイロを用いて、基準方位に対する走行車１０の走行方位を検出し、その方位検出信号をインタフェース４１ｂを介してメインコントローラ４２に入力する。
【００１７】
メインコントローラ４２の演算処理によって得られた出力信号は第３のインタフェース４１ｃを介してドライバ１４ａ，１４ｂに送出されるとともに、第４のインタフェース４１ｄを介して清掃部コントローラ５０に送出される。清掃部コントローラ５０は、図７に示すように、図２および図３におけるノズル昇降モータ１５およびブロアモータ２１の駆動制御を司る。
【００１８】
清掃ロボット１０は、例えば図８に示すように、矢印Ｄ１〜Ｄ１１により示す所定の走行経路を左手前位置からスタートして走行するとした場合、Ｄ１直進、右９０度旋回（スピンターン）、Ｄ２直進、右９０度旋回、Ｄ３直進、左９０度旋回、Ｄ４直進、および左９０度旋回の一連のステップを各センサの検知信号および予め設定された走行経路に関する情報に基づき制御装置４０による駆動モータ１１ａ，１１ｂの制御を通して繰り返し、清掃領域５１内の清掃作業をくまなく遂行する。
【００１９】
以下、本発明に従い制御装置４０を中心として実行される制御動作について図１に示すフローチャートおよび図５を参照して説明する。
【００２０】
図１に示すように、通常の清掃動作を終了したところで清掃ロボット１０の走行を停止し、ブロアモータ２１の運転を継続したまま吸引ノズル１２の昇降動作すなわち昇降モータ１５の運転を停止させる（ステップ１０１）。この時、図５（ａ）に示すように、吸引ノズル１２の吸引部１２ａは床面Ｆに接触し、Ｇｓ≠０であり、上昇リミットスイッチ３３はオフ、下降リミットスイッチ３４がオンの状態にある。ここでメインコントローラ４２の数秒程度に設定されたタイマー１が時間のカウントを始める（ステップ１０２）。この時間は吸引ノズル１２内の残留ごみを吸引するための時間である。このタイマーの設定時間が経過することによって吸引ノズル１２の上昇動作を再開する（ステップ１０４）。このときの状態を図５（ｂ）に示す。この上昇動作によりＧｓ＝０となり、その上昇動作は下降リミットスイッチ３４がオン状態にある限り継続する（ステップ１０５，１０４）。リミットスイッチ３４がオン状態にあるということは、吸引ノズル１２が床面Ｆに接していることを意味する。吸引ノズル１２の上昇動作の結果、下降リミットスイッチ３４がオフになったら吸引ノズル１２の上昇動作を停止させ（ステップ１０６）、数秒程度の設定時間を有するタイマー２を始動させる（１０７）。この時、昇降モータ１５の慣性によりその運転停止後もわずかに回転を続け、吸引ノズル１２の先端と床面Ｆとの間に１〜２ｍｍ程度の狭い隙間が出来ており、吸引ノズル１２は吸引作用を継続するので、その隙間に空気の速い流れが生じ、床面Ｆと吸引ノズル１２との間に残留していたごみを吸引する。その場合、隙間が大きいと流入する空気が緩やかな流れになり、十分な吸引力を持たないので多くのごみが床面に残存することに留意する必要がある。この吸引動作はタイマー２の設定時間が経過するまで継続する（ステップ１０８）。この時の状態を図５（ｃ）に示す。タイマー２の設定時間が経過すると、図５（ｄ）に示すようにノズル昇降モータ１５を介して吸引ノズル１２を改めて上昇運転する（ステップ１０９）。この運転は、上昇リミットスイッチ３３がオフ状態にある限り継続される（ステップ１１０）。図５（ｅ）に示すように吸引ノズル１２が上限位置に達して上昇リミットスイッチ３３がオン状態になったら、吸引ノズル１２すなわち昇降モータ１５の上昇運転を停止し、さらにブロアモータ２１の運転を停止し（ステップ１１１）、ここに清掃ロボット１０の一連の清掃動作を終了する。
【００２１】
このように本発明の実施の形態によれば、清掃ロボットを走行させながら行う清掃運転が中断または完了して、吸引ノズル１２を床面Ｆから引き上げるに際して、ブロアモータ２１を運転したまま、わずかな隙間が出来た状態で一時停止させ、床面Ｆと吸引ノズル１２との間に残留していたごみを吸引する。かくして、人手を介することなく床面Ｆにごみを残存させないようにすることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、清掃ロボットを走行させながら行う清掃運転の中断時または終了時にブロアモータを運転したまま、わずかな隙間が出来た状態で吸引ノズルの引き上げ動作を一時停止させ、床面と吸引ノズルとの間に残留していたごみを吸引してから吸引ノズルの引き上げを行う。かくして、人手を介することなく床面にごみを残存させないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御方法を説明するためのフローチャート。
【図２】本発明の制御装置を備えた清掃ロボットの機器配置を概略的に示す平面図。
【図３】図２の清掃ロボットにおける清掃部の機器配置を概略的に示す側面図。
【図４】図２の清掃ロボットにおけるリミットスイッチの配置構成を示す後面図。
【図５】本発明の制御方式における吸引ノズルと床面の間の隙間との関係において示すリミットスイッチの動作状態を示す説明図。
【図６】図２における制御装置の詳細を示すブロック図。
【図７】図６における清掃部コントローラの制御対象を示すブロック図。
【図８】清掃ロボットが清掃領域を走行する経路の一例を示す平面図。
【符号の説明】
１０  清掃ロボット
１１ａ，１１ｂ  車輪
１２  吸引ノズル
１３ａ，１３ｂ  駆動モータ
１４ａ、１４ｂ  モータドライバ
１５  ノズル昇降モータ
１６ａ，１６ｂ  レール
１７ａ，１７ｂ  案内板
１８  蛇腹ホース
１９  管路
２０  ごみタンク
２１  ブロアモータ
２２  吸引ブロア
２３  吸引用管路
３０ａ，３０ｂ  パルス発信器
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ  障害物センサ
３２  方位センサ
３３  上限リミットスイッチ
３４  下限リミットスイッチ
３５  磁石片
４０  制御装置
４１ａ〜４１ｄ  インタフェース
４１  メインコントローラ
４３  カウンタ
５０  清掃部コントローラ
５１  清掃領域
Ｄ１〜Ｄ１１  経路
Ｆ  床面
Ｇｆ，Ｇｓ  隙間
【図１】
0003614560.tif 000002
【図２】
0003614560.tif 000003
【図３】
0003614560.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003614560.tif 000008
【図８】
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