(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体を移動させる走行手段および操舵手段と、壁などの障害物を検出する障害物検知手段と、床面のゴミを清掃する清掃手段と、前記走行手段および操舵手段を制御して前記本体の移動を制御する移動制御手段を具備し、前記移動制御手段は、障害物の際に沿って移動する際移動制御と、本体の移動中に障害物検知手段が障害物を検出したときに前記本体の移動方向を変える障害物回避制御とを有するとともに、同移動制御手段は、障害物を検出して障害物回避制御により障害物を回避した後一定時間内に再び障害物を検出した場合、際移動制御で所定時間本体を移動させる自走式掃除機。
【請求項２】
移動制御手段は、際移動制御を用いて清掃領域の境界を一周した後、障害物回避制御を用いて本体を移動させる請求項１に記載の自走式掃除機。
【請求項３】
移動制御手段は、検出した障害物が清掃領域の境界ではないと判断した場合、検出した障害物の境界を一周するように際移動制御を用いて本体を移動させる請求項１または２に記載の自走式掃除機。
【請求項４】
移動制御手段の障害物回避制御は、障害物を検出したときに本体の進行方向を任意の角度だけ回転させた後に直進させる請求項１から３のいずれか１項に記載の自走式掃除機。
【請求項５】
移動制御手段の障害物回避制御は、障害物を検出したときに本体の進行方向を所定角度だけ回転させる請求項４に記載の自走式掃除機。
【請求項６】
障害物回避制御が障害物を検出したときに本体を回転させる回転角度は、９０度以上で一定である請求項４または５に記載の自走式掃除機。
【請求項７】
障害物回避制御が障害物を検出したときに本体を回転させる回転角度は、その都度ランダムに決定される請求項４に記載の自走式掃除機。
【請求項８】
障害物検知手段は、検出した障害物が本体の左右どちら側にあるのかを区別し、移動制御手段の障害物回避制御は、障害物を検出したときに本体を障害物から遠ざける方向に回転させた後に直進させる請求項４から７のいずれか１項に記載の自走式掃除機。
【請求項９】
移動制御手段の際移動制御と障害物回避制御とで、本体の移動速度を切り替える請求項１から８のいずれか１項に記載の自走式掃除機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、清掃機能と走行機能とを備え、自動的に清掃を行う自走式掃除機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より掃除機に移動手段やセンサ類および移動制御手段を付加して、自動的に清掃領域を移動して清掃を行う、いわゆる自立誘導型の自走式掃除機が開発されている。例えば、清掃機能として本体底部に吸込具や塵埃掻き上げ用の回転ブラシなどを備え、自在に移動するために走行機能としての駆動輪と移動方向を転換するための操舵手段と、移動時の障害物を検知する障害物検知手段と、位置認識手段とを備え、この障害物検知手段によって清掃領域の障害物を迂回しつつ、位置認識手段によって清掃した清掃領域を認識し、まだ清掃していない清掃領域を移動して清掃領域全体を清掃するものである。
【０００３】
また、特開平１０−２１４１１４号公報や特開平１１−２１２６４２号公報に記載されているように、ある位置から旋回半径を徐々に大きくしながら旋回走行することによって清掃領域を効率よく、網羅的に塗りつぶすように走行するものも開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来の自走式掃除機は、障害物が少ない場合は旋回走行による清掃領域の重なりが非常に大きくなるために効率が落ちることになり、また障害物の境界部分は境界に当たれば予定時間境界部分に沿って走行するだけなので、必ずしも一様に清掃出来るとは言い難かった。
【０００５】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、複雑な制御を行うことなく清掃領域を効率よく清掃する自走式掃除機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】
前記従来の課題を解決するために、本発明の自走式掃除機は、本体を移動させる走行手段および操舵手段と、壁などの障害物を検出する障害物検知手段と、床面のゴミを清掃する清掃手段と、前記走行手段および操舵手段を制御して前記本体の移動を制御する移動制御手段を具備し、前記移動制御手段は、障害物の際に沿って移動する際移動制御と、前記本体の移動中に障害物検知手段が障害物を検出したときに前記本体の移動方向を変える障害物回避制御とを有するとともに、同移動制御手段は、障害物を検出して障害物回避制御により障害物を回避した後一定時間内に再び障害物を検出した場合、際移動制御で所定時間本体を移動させるものである。
【０００７】
上記構成では、障害物の際に沿って移動する際移動制御と、本体の移動中に障害物検知手段が障害物を検出したときに前記本体の移動方向を変える障害物回避制御という、簡単な制御により、障害物を検出して障害物回避制御により障害物を回避した後一定時間内に再び障害物を検出した場合、際移動制御で所定時間本体を移動させることにより、清掃領域の隅部等から脱出不能に陥ることなく効率よく清掃領域を移動することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載した発明は、本体を移動させる走行手段および操舵手段と、壁などの障害物を検出する障害物検知手段と、床面のゴミを清掃する清掃手段と、前記走行手段および操舵手段を制御して本体の移動を制御する移動制御手段を具備し、前記移動制御手段は、障害物の際に沿って移動する際移動制御と、本体の移動中に障害物検知手段が障害物を検出したときに任意の角度だけ本体の移動方向を変える障害物回避制御とを有するとともに、同移動制御手段は、障害物を検出して障害物回避制御により障害物を回避した後一定時間内に再び障害物を検出した場合、際移動制御で所定時間本体を移動させるものである。
【０００９】
この構成では、清掃領域を壁で仕切られている部屋とした場合、まず、際移動制御では障害物、すなわち壁に沿うように、走行手段で本体を前進させながらかつ操舵手段で本体の移動方向を変えながら本体を移動させ、清掃領域の境界を清掃する。次いで、障害物回避制御を行うと、本体が前進し、前方側に障害物を検出すると本体の移動方向を転換してまた前進を始める。このように、本体が清掃領域内の障害物または清掃領域の境界の壁を検出する毎に方向を転換し、清掃領域内を塗りつぶすように移動していく。このようにして、清掃領域内を効率よく清掃していく。また、障害物を検出して障害物回避制御により障害物を回避した後一定時間内に再び障害物を検出した場合、際移動制御で所定時間本体を移動させることにより、清掃領域の隅部等から脱出不能に陥ることなく効率よく清掃領域を移動することができる。つまり、清掃領域の隅部、コーナー部に付近では、任意の角度を方向転換させる障害物回避制御ではそのコーナー部から抜け出られなくなることがある。このような状態では、障害物を回避した後、短時間でまた障害物を検出することになる。したがって、障害物を回避した後一定時間内に再び障害物を検知した場合はコーナー部から抜け出せない状態として判断し、際移動制御に切り換える。この際移動制御では障害物である壁に沿った移動となり、コーナー部からの脱出が行えるのである。
【００１０】
なお、最初に、障害物回避制御を行ってから際移動制御に切り換えること、あるいは障害物回避制御と際移動制御を交互に繰り返すように制御することなど、これら制御の組合せは自由であり、清掃領域に応じて効率の良い移動が得られる組合せを実験的に求めていけばよい。このように、障害物回避制御と際移動制御を行わせることにより、簡単な構成で効率よく清掃領域を移動できる。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に、移動制御手段を、際移動制御を用いて清掃領域の境界を一周した後、障害物回避制御を用いて本体を移動させることにより、確実に清掃領域の境界を清掃することができるものである。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、特に、移動制御手段を、検出した障害物が清掃領域の境界ではないと判断した場合、検出した障害物の境界を一周するように際移動制御を用いて本体を移動させることにより、障害物の境界部を確実に清掃するため効率よく清掃することができる。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は、特に、移動制御手段の障害物回避制御において、障害物を検出したときに本体の進行方向を任意の角度だけ回転させた後に直進させることにより、効率よく清掃領域を移動することができる。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の発明は、特に、請求項５に記載の障害物回避制御を、障害物を検出したときに本体の進行方向を所定角度だけ回転させることにより、最も単純に障害物を回避することができる。
【００１５】
本発明の請求項６に記載の発明は、特に、障害物回避制御が障害物を検出したときに本体を回転させる回転角度を９０度以上で一定とすることにより、障害物回避後に再度障害物回避制御になる確率を小さくすることができる。
【００１６】
本発明の請求項７に記載の発明は、特に、障害物回避制御が障害物を検出したときに本体を回転させる回転角度をその都度ランダムに決定することにより、清掃領域を均等に移動でき、未清掃領域を小さくする確率を大きくすることができる。
【００１７】
本発明の請求項８に記載の発明は、特に、障害物検知手段が検知した障害物が本体の左右どちら側にあるのかを区別し、移動制御手段の障害物回避制御は、障害物を検出したときに本体を障害物から遠ざける方向に所定角度だけ回転させた後に直進させることにより、本体と障害物との位置関係に応じて効率よく障害物を回避することができる。
【００１８】
本発明の請求項９に記載の発明は、特に、移動制御手段の際移動制御と障害物回避制御とで本体の移動速度を切り替えることにより、際移動制御で速度を落とせば障害物の境界をより念入りに清掃することが出来るようになり、障害物回避制御で速度を落とせば障害物を確実に回避することが出来るようになるとともに、使用者に運転状態を報知することができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図１から図９を用いて説明する。
【００２０】
（実施例１）
図１は、本発明の第１の実施例における自走式掃除機の全体構成を示す図である。図において、１は移動しながら清掃を行う自走式掃除機の本体で、清掃領域を移動する。２，３は本体１内に設けた左右の駆動モータで、それぞれの出力軸は左右の減速機４，５を介して本体１の左右の走行輪６，７を駆動する。この左駆動モータ２と右駆動モータ３を独立に回転制御することにより本体１の移動方向も変更することができるもので、走行手段および操舵手段を兼ねている。８は各種入力に応じて左右の駆動モータ２，３を制御し、本体１の移動制御を行う移動制御手段で、マイクロコンピュータおよびその他制御回路からなる。９，１０は障害物検知手段で、本体１の前方および側方の障害物までの距離を測距する赤外線センサにより構成されている。１１は本体１の前方下部に設けた床面を掃除する清掃ノズル、すなわち、吸い込み具を構成し、清掃ノズル１１内には回転ブラシなどからなるアジテータ１２が回転自在に配されており、清掃ノズル１１の下面に設けた吸い込み口から被掃除面の塵埃を掻き上げる。また、電動送風機からなるファンモータ１３が本体１内に設けられており、ファンモータ１３で発生させた真空圧によりゴミを清掃ノズル１１の吸い込み口から吸引する。前記アジテータ１２はノズルモータ１４により伝動ベルト１５を介して回転駆動される。１６は電池などからなる電源で、本体１内の各部品に電力を供給する。
【００２１】
図２に本実施例の制御ブロック構成を示す。移動制御手段８は障害物検知手段９，１０からの入力に応じて、左駆動モータ２および右駆動モータ３への出力を制御する。
【００２２】
以下、図３を用いて前記移動制御手段８で行われている走行制御アルゴリズムを説明する。ステップ１において、際移動制御を用いて清掃領域の境界を清掃する。ステップ２において、本体１を前進（前方に直進）させる。ステップ３において、障害物検知手段９，１０の入力を見て障害物があるかどうかを判断し、障害物がなければステップ２に戻り、障害物があればステップ３に進んで障害物回避制御を実行する。
【００２３】
本実施例での際移動制御の一例を図４を用いて説明する。本体１は開始点Ａから際移動制御を開始する。矢印で示すように、本体１は障害物検知手段９，１０で壁面や障害物３０を検出、回避しながら左側の壁面との距離が一定になるように壁面に沿って清掃領域を１周する。１周したかどうかの判断方法は、走行輪６，７の回転数、あるいはこれに加えて本体１の方向を計測するジャイロ等の方向計測手段（図示せず）の検出値を用いた内界センサの情報を利用するか、あるいは併用するかはどの方法でも良い。また、開始点Ａのマーカーを付けておき、際移動中に再度マーカーを検出すれば清掃領域を１周したと判断するようにしても良く、その方法は種々選択できるものである。
【００２４】
次に障害物回避制御として本実施例では、図５および図６に示すような動作を行う。すなわち、図５に示すように矢印ａ１の方向に移動中にＰ１地点で障害物Ｗ１を検出した場合は直ちに停止し、障害物検知手段９，１０の測距データを比較して障害物Ｗ１が本体１の左右どちら側にあるのかを判断する。この図の場合、障害物Ｗ１は障害物検知手段１０の近くに検出されるので、本体１の右側に障害物Ｗ１があると判断して本体１を左向きに任意の角度θ１だけ方向転換し、矢印ｂ１の方向に直進する。一方、図６に示すような場合は、矢印ａ２の方向に移動中にＰ２地点で障害物Ｗ２を検出して停止したとき、障害物Ｗ２は障害物検知手段９の近くに検出されるので、本体１の左側に障害物Ｗ２があると判断して本体１を右向きに任意の角度θ２だけ方向転換し、矢印ｂ２の方向に直進する。
【００２５】
以上のように、本実施例においては簡単な構成で複雑な制御を行わずに効率よく清掃領域を移動できる。
【００２６】
なお、以上の説明では障害物を検出したときの本体の回転角度が任意であるが、所定の角度でも９０度以上で一定の角度でもその都度ランダムに決定される角度でもよい。この場合、９０度以上で一定の角度であれば障害物を回避直後に再度障害物に出会う確率を小さくすることができ、ランダムであれば清掃領域を均等に移動することが出来る。
【００２７】
また以上の説明では障害物までの距離を検知するのに赤外線センサを用いているが、超音波センサまたは他の光学的センサ等のどのような形式のセンサを使用しても良い。
【００２８】
（実施例２）
図７は本発明の第２の実施例における自走式掃除機の制御ブロック構成を示すものである。タイマー２０以外は実施例１で示すブロック構成と同様の構成で表される。
【００２９】
前記移動制御手段８で行われている走行制御アルゴリズムの一例を図８を用いて説明する。ステップ１１において、本体を前進させる。ステップ１２において、前記障害物検知手段９，１０の入力を見て進行方向に障害物があるかどうかを判断し、障害物があればステップ１３に進み、障害物がなければステップ１１に戻る。
【００３０】
ステップ１３において、障害物回避制御を用いて障害物を回避する。ステップ１４において、前記タイマー２０をスタートさせる。ステップ１５において、本体を前進させる。ステップ１６において、前記障害物検知手段９，１０の入力を見て進行方向に障害物があるかどうかを判断し、障害物があればタイマー２０をストップしてステップ１７に進み、障害物がなければステップ１５に戻る。
【００３１】
ステップ１７において、タイマー２０の計測時間ｔ１が判定値Ｔｓ以上であればステップ１３に戻り、判定値Ｔｓよりも小さければステップ１８に進む。ステップ１８において、タイマー２０をスタートさせる。ステップ１９において、際移動制御を用いて障害物の境界を移動する。ステップ２０において、タイマー２０の計測時間ｔ２が判定値Ｔｋ以上であればステップ１３に戻り、判定値Ｔｋよりも小さければステップ１９に戻る。なお判定値Ｔｓ、Ｔｋは、予め最適な値を実験的に決定するものである。
【００３２】
以上のように、本実施例においては簡単な構成で複雑な制御を行わずに清掃領域の隅部や袋小路等から脱出不能に陥ることなく確実に清掃領域を移動することができる。
【００３３】
なお、以上の説明では際移動制御を用いて障害物の境界を移動する時間は１つしかないが、障害物検知手段９，１０における障害物の検知状況により複数の時間を決定しても良い。
【００３４】
（実施例３）
前記移動制御手段８で行われている走行制御アルゴリズムの別の一例を図９を用いて説明する。
【００３５】
ステップ３１において、際移動制御を用いて清掃領域の境界を清掃する。
【００３６】
ステップ３２において、本体１を前進させる。
【００３７】
ステップ３３において、障害物検知手段９，１０の入力を見て障害物があるかどうかを判断し、障害物がなければステップ３２に戻り、障害物があればステップ３４に進む。
【００３８】
ステップ３４において、障害物検知手段９，１０によって検知された障害物が清掃領域の境界かどうかを判定し、清掃領域の境界であればステップ３５に進み、清掃領域の境界でなければステップ３６に進む。
【００３９】
ステップ３５において、障害物回避制御を実行して清掃領域の境界を回避した後、ステップ３２に戻る。
【００４０】
ステップ５６において、際移動制御を用いて障害物の境界を清掃する。
【００４１】
以上のように、本実施例においては境界が清掃領域の境界か障害物の境界かを判別することにより、障害物の境界も確実に清掃することが出来る。
【００４２】
（実施例４）
際移動制御と障害物回避制御において本体の移動速度を切り替えることによって使用者に運転状態を報知することが出来る。また際移動制御で速度を落とすようにすれば、障害物の境界をより入念に清掃することが出来る。同様に障害物回避制御で速度を落とすようにすれば、障害物を着実に回避することが出来る。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、簡単な構成で効率よく清掃領域を移動し、かつ清掃することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の自走式掃除機の内部を透視した斜視図
【図２】本発明の一実施例のシステム構成を示すブロック図
【図３】本発明の一実施例の移動制御手段での処理内容を示す流れ図
【図４】本発明の一実施例の際移動制御の動作説明図
【図５】本発明の一実施例の障害物回避制御の動作説明図
【図６】本発明の一実施例の障害物回避制御の動作説明図
【図７】本発明の一実施例のシステム構成を示すブロック図
【図８】本発明の一実施例の移動制御手段での処理内容を示す流れ図
【図９】本発明の一実施例の移動制御手段での処理内容を示す流れ図
【符号の説明】
１  本体
２，３  駆動モータ
４，５  減速機
６，７  走行輪
８  移動制御手段
９，１０  障害物検知手段
１１  清掃ノズル
１３  ファンモータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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