(57)【要約】【課題】方向転換位置での旋回に要する時間を短くすること。【解決手段】自律掃除機１０は、本体２０と、本体２０の底面に開口する吸引口２２と、本体２０に設けられた４つの車輪３０，３１，３２，３３と、を備える。また、自律掃除機１０は、車輪３０〜３３を回転させる４つのモータと、自律掃除機１０の制御を行う制御部と、周辺環境を検知するためのセンサと、を備える。制御部は、掃除を意図しない走向モードを設定している場合、方向転換位置Ａ３に向けて走向しつつ本体２０の向きを変更して検知範囲内に方向転換後の進行方向が含まれるようにモータを制御する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、
前記本体の底面に開口する吸引口と、
前記本体に設けられた複数の全方向移動車輪と、
前記複数の全方向移動車輪のそれぞれに対応して設けられ、前記全方向移動車輪を回転させるモータと、
前記モータを制御する制御部と、
前記本体に設けられ、検知範囲内の環境を認識するためのセンサと、を備え、
前記吸引口により異物を吸引しながら床を走向する掃除モードと、前記床の掃除を意図せずに前記床を走向する走行モードと、が前記制御部によって切り替えられる自律掃除機であって、
前記制御部は、
前記掃除モードが設定されている場合、方向転換位置で進行方向を転換するために、前記方向転換位置に到達した後で、前記本体の向きを変更して方向転換後の進行方向が前記検知範囲に含まれるように前記モータの制御を行い、
前記走行モードが設定されている場合、進行方向における前記方向転換位置よりも前の位置から、前記方向転換位置に向けて走向しつつ前記本体の向きを変更して前記検知範囲内に方向転換後の進行方向が含まれるように前記モータの制御を行う自律掃除機。
【請求項２】
前記複数の全方向移動車輪は、オムニホイールである請求項１に記載の自律掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
自律掃除機は、住宅やオフィスなどの建家内を自ら走行しながら掃除する掃除機である。自律掃除機は、建家内に設定された待機場所から走行を開始して、掃除を終えると待機場所に戻る。自律掃除機は、障害物や壁への衝突を防止する目的や、自己位置推定を行うことを目的として障害物や壁を検知できるセンサを備える。センサには検知範囲が存在し、検知範囲に含まれない範囲は死角となる。自律掃除機の進行方向にセンサの死角が存在すると、進行方向の障害物や壁を検知することができなくなる。このため、自律掃除機はセンサの検知範囲内に進行方向が含まれるようにセンサの向きと進行方向とを一致させて走向する。
【０００３】
特許文献１に記載の自律掃除機は、本体と、本体に設けられた４つの車輪と、４つの車輪毎に個別に設けられた操舵機構と、を備える。４つの車輪を個別に操舵することで、自律掃除機は本体の向きを変更することなく前後方向、左右方向、及び、斜め方向に移動することが可能であり、更に、その場で旋回することも可能である。例えば、狭い通路などで自律掃除機の進行方向を転換する場合、進行方向を転換する方向転換位置にまで到達すると、方向転換後の進行方向にセンサを向けるために、その場で旋回を行った後、走行を開始する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１５００４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、掃除を行う必要がない場合、自律掃除機は速やかに移動することが好ましい。しかし、特許文献１の自律掃除機は、方向転換位置で旋回を行っている間は、進行することができず、方向転換位置に留まる時間が長くなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、方向転換位置での旋回に要する時間を短くすることができる自律掃除機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する自律掃除機は、本体と、前記本体の底面に開口する吸引口と、前記本体に設けられた複数の全方向移動車輪と、前記複数の全方向移動車輪のそれぞれに対応して設けられ、前記全方向移動車輪を回転させるモータと、前記モータを制御する制御部と、前記本体に設けられ、検知範囲内の環境を認識するためのセンサと、を備え、前記吸引口により異物を吸引しながら床を走向する掃除モードと、前記床の掃除を意図せずに前記床を走向する走行モードと、が前記制御部によって切り替えられる自律掃除機であって、前記制御部は、前記掃除モードが設定されている場合、方向転換位置で進行方向を転換するために、前記方向転換位置に到達した後で、前記本体の向きを変更して方向転換後の進行方向が前記検知範囲に含まれるように前記モータの制御を行い、前記走行モードが設定されている場合、進行方向における前記方向転換位置よりも前の位置から、前記方向転換位置に向けて走向しつつ前記本体の向きを変更して前記検知範囲内に方向転換後の進行方向が含まれるように前記モータの制御を行う。
【０００８】
これによれば、全方向移動車輪を用いることで、自律掃除機は走行しながら本体の向きを変えることが可能となる。制御部がモータを制御することで、走行モード時には、自律掃除機が、方向転換位置よりも前の位置から走行しつつ本体の向きを変更する。方向転換位置に到達する前から本体の向きを変更できるため、方向転換位置に到達してから旋回を行うことで本体の向きを変更する場合に比べ、方向転換位置での旋回に要する時間を短くすることができる。
【０００９】
また、本体の向きを変更しながら走行を行うことで、自律掃除機の進行方向に直交する方向に対して吸引口と向かい合う床の面積が減少する。したがって、掃除モード時に本体の向きを変更しながら掃除を行うと、自律掃除機に掃除される床の面積が減少するが、走向モード時にのみ上記の制御を行うことで、掃除される床の面積が減少することを抑制できる。
【００１０】
上記自律掃除機について、前記複数の全方向移動車輪は、オムニホイールであってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、方向転換位置での旋回に要する時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】自律掃除機の底面を示す図。
【図２】自律掃除機の構成を示すブロック図。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は全方向移動車輪の回転方向と、進行方向との関係を示す図。
【図４】掃除モード時における自律掃除機の走行態様を示す図。
【図５】走行モード時における自律掃除機の走行態様を示す図。
【図６】自律掃除機の走行態様を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、自律掃除機の一実施形態について説明する。
図１に示すように、自律掃除機（自走式掃除機）１０は、本体２０と、本体２０の底面２１に開口する吸引口２２と、本体２０に設けられた４つの全方向移動車輪（以下、車輪と称する）３０，３１，３２，３３と、を備える。自律掃除機１０は、車輪３０，３１，３２，３３によって床を走行することで、床を移動しながら吸引口２２によって床上の異物（ゴミ）を吸引する掃除機である。
【００１４】
吸引口２２は一方向に拡がる形状であり、本実施形態では矩形状である。吸引口２２の一方向は長手方向であり、吸引口２２の短手方向は一方向に直交する方向である。吸引口２２の長手方向の寸法Ｌ１は、短手方向の寸法Ｌ２よりも長い。吸引口２２としては、楕円状や、角丸長方形状など、方向に応じて長短が存在する形状であれどのような形状でもよい。
【００１５】
本実施形態の車輪３０〜３３はオムニホイールである。オムニホイールは、ホイールの外周に複数のフリーローラを備え、ホイールの回転軸線に対して、フリーローラの回転軸線が９０°となるものである。車輪３０〜３３の複数のフリーローラのうちいずれかのフリーローラは、常時床に接する。車輪３０〜３３が回転軸を中心として回転すると、フリーローラが順次、路面に接していくことで自律掃除機１０は走向する。また、車輪３０〜３３が回転軸線方向に移動する際には、路面に接しているフリーローラが回転することで回転軸線方向への移動を許容する。
【００１６】
各車輪３０〜３３は、車輪３０〜３３の中心（４つの車輪３０〜３３を繋いだ円の中心）Ｏに対し９０°毎に配置されている。４つの車輪３０〜３３は、回転軸線が中心Ｏを向くように配置されている。車輪３０と、車輪３２とは中心Ｏを中心点として点対称となるように配置されている。車輪３１と、車輪３３とは中心Ｏを中心点として点対称となるように配置されている。
【００１７】
なお、図示は省略するが、本体２０の底面２１には、床を掃くことで掃除を行うブラシなども設けられる。
図２に示すように、自律掃除機１０は、各車輪３０〜３３を回転させる４つのモータＭ０〜Ｍ３と、清掃に関する部材を動作させる清掃部Ｃと、自律掃除機１０の制御を行う制御部４０と、周辺環境を認識するためのセンサ５１と、撮像装置５２と、を備える。
【００１８】
モータＭ０の駆動により車輪３０は回転し、モータＭ１の駆動により車輪３１は回転し、モータＭ２の駆動により車輪３２は回転し、モータＭ３の駆動により車輪３３は回転する。これにより、各車輪３０〜３３の回転方向及び回転数（回転速度）は独立して制御可能である。
【００１９】
清掃部Ｃは、吸引口２２を負圧とすることで吸引力を生じさせる送風機や、ブラシを駆動させるためのブラシ駆動用モータなどを含む。
制御部４０は、ＣＰＵ（処理部）４１、及び、メモリ（記憶部）４２、を備える。メモリ４２には、自律掃除機１０の駆動に関するプログラムなどが記憶されている。
【００２０】
制御部４０（ＣＰＵ４１）は、清掃部Ｃの制御、即ち、自律掃除機１０による掃除を行うか否かの制御を行う。また、制御部４０（ＣＰＵ４１）は、各モータＭ０〜Ｍ３の回転数及び回転方向をモータドライバを介して制御することで各車輪３０〜３３の回転数及び回転方向を制御する。これにより、自律掃除機１０は、本体２０の向きを維持したまま直進、斜行、横行することが可能である。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、４つの車輪３０〜３３のうち、車輪３０と３２とを同一方向に回転させ、且つ、車輪３１と車輪３３とを同一方向に回転させると、自律掃除機１０は直進（前進及び後進）する。なお、各車輪３０〜３３の回転方向は、各車輪３０〜３３の回転により生じる推力と、吸引口２２の短手方向とが一致するようにする。以下、この場合に自律掃除機１０が進行する方向、即ち、吸引口２２の短手方向を前後方向とする。
【００２２】
図３（ｂ）に示すように、４つの車輪３０〜３３のうち、車輪３１と車輪３３とを同一方向に回転させ、残り２つの車輪３０，３２を停止させると、自律掃除機１０は斜行する（前後方向に対して斜めに進行する）。
【００２３】
図３（ｃ）に示すように、４つの車輪３０〜３３のうち、車輪３０と３２とを直進時とは反対方向に回転させ、且つ、車輪３１と車輪３３とを直進時と同一方向に回転させると、自律掃除機１０は横行する。
【００２４】
また、自律掃除機１０は、その場で旋回する（進行することなく本体２０の向きを変更する）ことも可能であり、旋回しながら進行（本体２０の向きを変更しながら進行）することも可能である。
【００２５】
図３（ｄ）に示すように、４つの車輪３０〜３３のうち、車輪３０と車輪３２とを異なる方向に回転させ、車輪３１と３３とを異なる方向に回転させると、自律掃除機１０はその場で旋回（＝自転）する。
【００２６】
図３（ｅ）に示すように、４つの車輪３０〜３３の回転方向及び回転数（回転速度）を調整することで、自律掃除機１０は旋回（自転）しながら走向する。詳細にいえば、４つの車輪３０，３１，３２，３３のうち２つの車輪３０，３３を同一方向に回転させ、２つの車輪３１，３２の回転数を所定の回転数に調整することで自律掃除機１０は、旋回しながら進行する。
【００２７】
図１に示すように、センサ５１は、本体２０に取り付けられている。本実施形態のセンサ５１は、レーザーレンジファインダである。センサ５１は、照射角度を変更しながらレーザーを照射することで、レーザーの照射方向に位置する物体までの距離を測定する。センサ５１は、レーザーの照射角度と、当該照射角度に位置する物体までの距離とを両者を対応付けて制御部４０に出力する。これにより、制御部４０は、検知範囲に存在する障害物や、壁などを認識可能である。本実施形態のセンサ５１の検知範囲、即ち、レーザーの照射可能範囲は、２７０°である。本体２０の前方に延びる仮想的な基準軸Ｂを０°として左右方向に１３５°ずつの拡がりを有する検知範囲となるようにセンサ５１は取り付けられている。本体２０の後方には、検知範囲に含まれない９０°の死角が存在することになる。センサ５１は、検知範囲内の環境である障害物や壁の有無を認識するためのものである。
【００２８】
撮像装置５２としては、例えば、ＣＣＤイメージセンサや、ＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。撮像装置５２は、自律掃除機１０の周辺を撮像する。周辺としては、例えば、天井、壁面、床などを挙げることができる。特に、天井は環境の変化が少ないことから、撮像対象として用いるのに好ましい。
【００２９】
制御部４０は、地図情報を作成するマッピング機能を備える。制御部４０は、センサ５１や、撮像装置５２によって得られた情報から自律掃除機１０が使用される環境の地図情報を作成する。地図情報は、例えば、センサ５１や、撮像装置５２によって得られた情報のうち特徴点となり得る部分（例えば、部屋の角など）を利用して作成される。この地図情報は、メモリ４２に記憶される。
【００３０】
制御部４０は、自己位置推定機能を備える。自己位置推定としては、例えば、確率的自己位置推定法が用いられる。制御部４０は、センサ５１や撮像装置５２によって得られた情報に加えて、各車輪３０，３１，３２，３３（モータＭ０〜Ｍ３）の回転数及び回転方向から、上記した地図上における自律掃除機１０の位置（座標）を推定する。
【００３１】
なお、本実施形態では、モータＭ０〜Ｍ３の制御、地図情報の作成、自己位置推定、清掃部Ｃの制御など、自律掃除機１０の制御は全て制御部４０によって行われるとしたが、それぞれの機能毎に個別の制御部４０が設けられてもよい。
【００３２】
次に、自律掃除機１０の駆動モードについて説明する。
自律掃除機１０は、ユーザーに操作されることで駆動したり、ユーザーによって指定された日時に自動的に駆動する。なお、「駆動」とは、走向を伴う動作をいう。自律掃除機１０は、駆動していない場合、待機位置で待機している。待機位置とは、自律掃除機１０の充電台が設置された位置である。
【００３３】
自律掃除機１０の駆動モードには、掃除モードと、走行モードが含まれる。掃除モードは、床を掃除することを意図して、モータＭ０〜Ｍ３及び清掃部Ｃの両方が駆動されるモードである。即ち、吸引口２２に吸引力が生じた状態で自律掃除機１０の走向が行われるモードである。
【００３４】
走行モードは、床の掃除を意図せずに走行を行うモードである。走行モードには、例えば、待機位置から掃除を開始した自律掃除機１０が掃除を終えて待機位置に戻るモードや、一度掃除をした地点を通過して掃除を終えていない地点に移動する際のモードなどが含まれる。本実施形態の走行モードは、清掃部Ｃの駆動が行われず、モータＭ０〜Ｍ３の駆動のみが行われるモードである。即ち、吸引口２２に吸引力が生じていない状態で自律掃除機１０の走向が行われるモードである。
【００３５】
制御部４０は、掃除モードと、走行モードとを切り替える。制御部４０は、床の掃除を行う必要がある場合には掃除モードを設定し、床の掃除を行う必要はないが走向を行う必要がある場合には走行モードを設定する。
【００３６】
次に、制御部４０が行う走向制御について自律掃除機１０の作用とともに説明する。
図４に示すように、直線状の第１通路Ａ１と、直線状の第２通路Ａ２とが直角に交わるＬ字状の通路Ａの床を自律掃除機１０が走向する場合を想定する。通路Ａの床において、第１通路Ａ１と第２通路Ａ２とが交わる箇所を方向転換位置Ａ３とする。方向転換位置Ａ３とは、自律掃除機１０の進行方向を転換する必要がある位置である。第１通路Ａ１と第２通路Ａ２とは直角に交わっているため、方向転換位置Ａ３では自律掃除機１０の進行方向を９０°変える必要がある。
【００３７】
まず、掃除モードが設定されており、第１通路Ａ１から第２通路Ａ２に自律掃除機１０が向かう場合について説明する。自律掃除機１０が第１通路Ａ１を走行している場合、制御部４０は自律掃除機１０を前進させる。即ち、自律掃除機１０の進行方向と吸引口２２の長手方向とが直交し、自律掃除機１０の進行方向がセンサ５１の検知範囲に含まれるように（進行方向と基準軸Ｂが一致するように）自律掃除機１０は第１通路Ａ１を走行する。制御部４０は、方向転換位置Ａ３に至るまで自律掃除機１０を前進させる。
【００３８】
自律掃除機１０が方向転換位置Ａ３に到達すると、自律掃除機１０はその場で旋回することで、本体２０の向きを変更する。制御部４０は、本体２０の前方が第２通路Ａ２を向くように、即ち、センサ５１の検知範囲に方向転換後の進行方向が含まれるように旋回する。前述したように、モータＭ０〜Ｍ３の回転方向及び回転数を制御することで、本体２０の向きを変更することなく、第１通路Ａ１から第２通路Ａ２に進行方向を変更することも可能であるが、センサ５１の向きを方向転換後の進行方向に向ける必要があるため、自律掃除機１０は旋回を行う。制御部４０は、本体２０の向きを変更すると、第２通路Ａ２を前進する。
【００３９】
次に、走行モードが設定されており、第２通路Ａ２から第１通路Ａ１に自律掃除機１０が向かう場合について説明する。
掃除を終えて、自律掃除機１０が待機位置に戻る際には、第２通路Ａ２から第１通路Ａ１に向けて自律掃除機１０は移動する。第２通路Ａ２、及び、第１通路Ａ１は掃除済みであるため、掃除する必要がなく、制御部４０は走行モードを設定する。
【００４０】
自律掃除機１０は、第２通路Ａ２を前進していく。そして、制御部４０は、現在地から方向転換位置Ａ３までの距離を地図情報、及び、自己位置推定に基づいて把握する。制御部４０は、第２通路Ａ２を前進していく間に現在地から方向転換位置Ａ３までの距離が閾値を下回ったことを契機として旋回を開始する。よって、方向転換位置Ａ３に到達する前に旋回が開始される。なお、閾値としては、自律掃除機１０の進行速度、及び、旋回速度に基づいて設定され、方向転換位置Ａ３に到達したときに検知範囲が第２通路Ａ２を向いているような値に設定される。
【００４１】
制御部４０は、方向転換後の進行方向がセンサ５１の検知範囲に含まれるように本体２０の向きを変更しつつ、第２通路Ａ２を方向転換位置Ａ３に向けて進行していく。本実施形態では、方向転換位置Ａ３に到達した時点で、センサ５１（の基準軸Ｂ）が第１通路Ａ１を向く。
【００４２】
図５に符号Ｐ１で示すように、進行しながら旋回を行うことで、進行方向と吸引口２２の長手方向とは直交しなくなる。すると、自律掃除機１０の進行方向に直交する方向に対して吸引口２２と向かい合う床の面積が減少し、通路幅に対する吸引口２２の占める割合が少なくなる。仮に、床の掃除を行っているとすれば、旋回と進行を同時に行うことで掃除できる床の面積が減少する。しかしながら、走行モード時には、掃除を意図していないため、吸引口２２の長手方向と進行方向とが直交しなくなることにより掃除に与える影響はない。
【００４３】
したがって、上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）全方向移動車輪３０，３１，３２，３３を用いることで、自律掃除機１０は進行しつつ旋回することができ、方向転換位置Ａ３に到達してからその場で旋回をする場合に比べて、方向転換位置Ａ３での旋回に要する時間を短くすることができる。したがって、待機位置から掃除を開始した自律掃除機１０が、待機位置に戻ってくるまでに要する走向時間を短縮することができる。
【００４４】
また、旋回しながら走行することで、進行方向に対して吸引口２２の長手方向が傾いた状態となるが、旋回しながら走行するのは走行モード時のみなので、進行方向に対して吸引口２２の長手方向が傾くことによって掃除される床の面積が減少することが抑制される。
【００４５】
したがって、モードに応じて方向転換位置Ａ３で進行方向を転換する際の制御を変更することで、掃除に与える影響を与えることなく、自律掃除機１０による走向時間を減らすことができる。
【００４６】
なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○車輪３０，３１，３２，３３としては、本体２０の向きを維持した状態で進行方向を変更することができれば、オムニホイール以外を用いてもよい。例えば、メカナムホイールやオムニボールを用いてもよい。メカナムホイールは、ホイールの回転軸線に対して、フリーローラの回転軸線が４５°程度となるものである。オムニボールは、半球状の２つのホイールをそれぞれ受動回転させるものである。
【００４７】
○車輪の数は、３つ以上であればよく、適宜変更してもよい。また、モータＭ０〜Ｍ３の数は車輪の数に合わせて変更される。
○センサ５１として、光センサなどを用いてもよい。
【００４８】
○自律掃除機１０が使用される環境の地図情報を予めメモリ４２に記憶しておけば、制御部４０はマッピング機能を備えていなくてもよい。
○レーザーレンジファインダなどのセンサ５１によって自己位置推定を行うことができれば、撮像装置５２は設けられていなくてもよい。
【００４９】
○実施形態では、方向転換位置Ａ３として、第１通路Ａ１と第２通路Ａ２との交差部、即ち、通路Ａのコーナーを方向転換位置Ａ３としたが、方向転換位置Ａ３はこれに限られない。
【００５０】
例えば、図６に示すように、平面視で四角状の部屋Ｆにおいて、四隅の１つに待機位置ＢＣが設定されているとする。自律掃除機１０が掃除を終えて、待機位置ＢＣとは対角に位置する隅Ｃ１から待機位置ＢＣに帰還する場合を想定する。前述したように、自律掃除機１０は斜行することもできるため、隅Ｃ１から待機位置ＢＣに向けて斜行することで、最短ルートで待機位置ＢＣに到達することができる。しかしながら、最短ルートを通過する場合には、部屋Ｆの中央を通過することになり、部屋Ｆ内の人の移動を阻害するおそれがある。したがって、自律掃除機１０は、部屋Ｆの壁に沿って移動して、待機位置ＢＣまで向かう。
【００５１】
この場合、隅Ｃ１から、隅Ｃ１に隣り合う隅Ｃ２に移動し、隅Ｃ２から待機位置ＢＣに向けて移動する。隅Ｃ１から隅Ｃ２へ向かう方向と、隅Ｃ２から待機位置ＢＣへ向かう方向とは異なるため、自律掃除機１０は隅Ｃ２で方向転換を行うことになる。したがって、隅Ｃ２が方向転換位置となる。
【００５２】
○走行モード時に、制御部４０は清掃部Ｃを駆動させてもよい。この場合、旋回と走向とが同時に行われる際には掃除される面積が減少するが、走行モードは掃除を意図したモードではないため、床の掃除には影響を与えない。即ち、待機位置への帰還時や、掃除済みの場所を通過する際の時間を短縮できればよく、清掃部Ｃが駆動されているか否かは問わない。
【００５３】
○制御部４０は、方向転換位置Ａ３で進行方向を転換するに際して、方向転換位置Ａ３よりも前の位置から旋回を開始できればよく、方向転換位置Ａ３に到達した時点で、旋回が完了していなくてもよい。この場合であっても、方向転換位置Ａ３より前の位置で旋回を開始することで、走行時間を短くすることができる。
【符号の説明】
【００５４】
Ｍ０〜Ｍ３…モータ、１０…自律掃除機、２０…本体、２１…底面、２２…吸引口、３０〜３３…全方向移動車輪、４０…制御部、５１…センサ。
【図１】
2019030586.tif 000003
【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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