(57)【要約】【課題】  清掃領域を明確にするための部材を部屋に設けることなく、出入り口のドアが開いていても部屋の境界を検出して部屋の外に出ることのない自走式掃除機を提供する。【解決手段】  自走式掃除機の本体１に部屋の天井や天井付近の壁を検出する上壁検出センサ３２を設けて、自走式掃除機の本体１の走行中に、天井付近の壁を検出する。これにより、部屋の出入り口のドアが開いていたとしても、出入り口上部の壁を検出することで部屋の境界を把握できるので、従来の自走式掃除機のように出入り口付近に磁気テープや境界探知機を設けなくても、自走式掃除機の本体１が清掃中に部屋の外に出ることがなく、また、清掃のやり残しが発生することなく、部屋の中全体を清掃することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
床面を清掃する清掃手段と、本体を移動・転回させる走行手段と、前記清掃手段及び前記走行手段を制御して、走行しながら清掃を実行させる制御手段と、を備えた自走式掃除機において、
前記天井付近の壁の任意の一点までの距離と、基準線からこの任意の一点まで角度と、を検出するか、または、前記本体が進行する方向とほぼ平行に、前記本体上方の所定の範囲をスキャンして、天井及び天井付近の壁までの距離と、基準線からその距離を検出した位置までの角度と、の関係をこの範囲について検出する検出手段を備え、
前記制御手段は、この検出結果を用いて前記天井付近の壁と前記本体との水平方向の距離を算出して、前記走行手段を制御して前記壁の直前で本体の進行方向を変更することを特徴とする自走式掃除機。
【請求項２】
床面を清掃する清掃手段と、本体を移動・転回させる走行手段と、前記清掃手段及び前記走行手段を制御して、走行しながら清掃を実行させる制御手段と、を備えた自走式掃除機において、
前記本体が進行する方向の天井付近の壁を検出する検出手段を備え、
前記制御手段は、前記検出手段が前記壁を検出すると、前記走行手段を制御して前記壁の直前で本体の進行方向を変更することを特徴とする自走式掃除機。
【請求項３】
前記検出手段は、前記天井付近の壁の任意の一点までの距離と、基準線からこの任意の一点まで角度と、を検出し、
前記制御手段は、この検出結果を用いて前記天井付近の壁と前記本体との水平方向の距離を算出することを特徴とする請求項２に記載の自走式掃除機。
【請求項４】
前記検出手段は、前記進行方向とほぼ平行に、前記本体上方の所定の範囲をスキャンして、天井及び天井付近の壁までの距離と、基準線からその距離を検出した位置までの角度と、の関係をこの範囲について検出することを特徴とする請求項３に記載の自走式掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、室外に出ることなく自走して清掃を行う自走式掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自走式掃除機は、光電センサや超音波センサなどの非接触式センサや、本体の衝突を検知する衝突検知センサのような接触式センサを備えており、これらいずれかのセンサで進行方向の障害物を検出しながら清掃を行い、障害物があった場合には進路変更して清掃を行っていた。しかしながら、従来の自走式掃除機は、部屋のドアが開いている場合には、障害物としてドアを検出できないので、そのまま部屋の外に出てしまい、部屋の中に清掃されない場所が残ってしまうという問題があった。
【０００３】
そこで、この問題の解決策として、自走式掃除機にこの磁気テープを検出するセンサを設けるとともにドア付近の床面に磁気テープを貼っておき、清掃中にドア付近まで移動してこの磁気テープを検出すると、進行方向を変更するように設定された自走式掃除機があった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、磁気テープの代わりに境界探知器を部屋の境界に配置するとともに、自走式掃除機に境界検出器を設けて、複数の境界探知機により画定された領域内を清掃するように設定されたものがあった（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開平８−１９６４９６号公報
【特許文献２】特表２００２−５３３７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１，２に開示された構成の場合、部屋のドア付近に磁気テープを貼り付けたり境界探知機を設けたりしなければならないため、これらの作業が煩わしいという問題があった。また、複数の部屋に対してこれらの作業を行うと、磁気テープや境界探知機が不足することがあり、これらの部材を別途購入しなければならないという問題があった。さらに、磁気テープや境界探知機を設置するのは、通常部屋の隅であるため、これらの部材の周囲に付近にほこりが溜まりやすくなるが、この領域は自走式掃除機の清掃領域外となるため、ユーザが自分で清掃をしなければならないという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、清掃領域を明確にするための部材を部屋に設けることなく、出入り口のドアが開いていても部屋の境界を検出して部屋の外に出ることのない自走式掃除機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、上記の課題を解決するための手段として、以下の構成を備えている。
【０００８】
（１）床面を清掃する清掃手段と、本体を移動・転回させる走行手段と、前記清掃手段及び前記走行手段を制御して、走行しながら清掃を実行させる制御手段と、を備えた自走式掃除機において、
前記本体が進行する方向の天井付近の壁を検出する検出手段を備え、
前記制御手段は、前記検出手段が前記壁を検出すると、前記走行手段を制御して前記壁の直前で本体の進行方向を変更することを特徴とする。
【０００９】
この構成においては、自走式掃除機は、本体の進行方向における天井付近の壁を検出するので、部屋の出入り口のドアが開いていたりドアが設置されていなかったりしても、部屋の境界である出入り口を検出することができる。したがって、自走式掃除機が部屋の床面を清掃しているときに、部屋のドアが開いていたために、自走式掃除機が部屋の外に出てしまうことを防止でき、床面の清掃のやり残しが発生することなく、その部屋の床面全体を確実に清掃させることができる。
【００１０】
（２）前記検出手段は、前記天井付近の壁の任意の一点までの距離と、基準線からこの任意の一点まで角度と、を検出し、
前記制御手段は、この検出結果を用いて前記天井付近の壁と前記本体との水平方向の距離を算出することを特徴とする。
【００１１】
この構成においては、自走式掃除機は、天井付近の壁の任意の一点までの距離と、この任意の一点の例えば天頂角や仰角と、を検出して、これらの値に基づいて天井付近の壁と前記本体との水平方向の距離を算出する。したがって、部屋の出入り口のドアが開いていたとしても、ドアが閉じている場合と同様に本体から出入り口までの距離を求めることができ、自走式掃除機が部屋の外に出る前に、転回するように制御することが可能となる。なお、天頂角は、鉛直線（基準線）から対象物までの角度であり、仰角は、水平線（基準線）から対象物までの角度である。
【００１２】
（３）前記検出手段は、前記進行方向とほぼ平行に、前記本体上方の所定の範囲をスキャンして、天井及び天井付近の壁までの距離と、基準線からその距離を検出した位置までの角度と、の関係をこの範囲について検出することを特徴とする。
【００１３】
この構成においては、自走式掃除機は、天井及び天井付近の壁までの距離と、その距離を検出した位置の天頂角や仰角と、の関係を本体上方の所定の範囲について検出して、距離の変化を確認することで、天井と天井付近の壁との接線や、出入り口のドアが開いていることを容易に検出できる。したがって、出入り口が開いている場合だけでなく、出入り口が閉じている場合でも、自走式掃除機の本体から出入り口までの距離を速やかに求めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、自走式掃除機は部屋の出入り口のドアが開いていたとしても、出入り口上部の壁を検出することで部屋の境界を把握できるので、従来の自走式掃除機のように出入り口付近に磁気テープや境界探知機を設けなくても、自走式掃除機が清掃中に部屋の外に出ることがなく、また、清掃のやり残しが発生することなく、部屋の中全体を清掃することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の実施形態に係る自走式掃除機の概略の構成図である。自走式掃除機は、本体１を移動・転回させる走行部２と、床面のゴミを取り除いて収容する清掃部３と、本体進行方向の障害物を検出する検出部４と、本体１の動作設定を受け付けたりユーザに伝えるべき情報を表示したりする操作・表示部５と、検出部の検出結果に応じて走行部２及び清掃部３を制御する制御部６と、を備えている。
【００１６】
走行部２は、本体１の中央部付近または後方部の底面に本体の中心線を挟んで左右に設けられた２つの駆動輪１１と、この駆動輪１１を回転させる駆動モータ１２と、本体１の底面前方部に設けられた従動輪１３と、駆動モータ１２などに電力を供給するバッテリ１４と、から成る。
【００１７】
清掃部３は、開口部に設けられたブラシ２１を図外のモータで回転させて床面のゴミを掻き取りながら、吸気モータ２７で吸気ファン２６を回転させて発生させた吸引力により床面のゴミを取り除くノズル２２と、ゴミを収容する箱形状の集塵室２４と、ノズル２２と集塵室２４とを接続してゴミを集塵室２４に導くゴミ搬送管２５と、吸引力を発生させる吸気ファン２６及び吸気モータ２７と、から成る。吸気ファン２６は吸気モータ２７に取り付けられ、これらは集塵室２４においてゴミ搬送管２５との接続部が設けられた面に対向する面に設置されている。
【００１８】
検出部４は、本体の進行方向の前方や側方にある障害物を検知する障害物検出センサ３１と、部屋の出入り口上部の壁を検出する上壁検出センサ３２と、集塵室２４に収容したゴミの量を検出する収容量センサ３３と、から成る。
【００１９】
操作・表示部５は、本体１の動作設定を受け付ける操作スイッチ４１と、ユーザに伝えるべき情報を表示するＬＣＤ４２と、から成る。
【００２０】
制御部６は、駆動モータ１２の回転を制御して本体１を移動・転回させる走行制御部５１と、吸気モータ２７の回転量を制御する清掃制御部５２と、自走式掃除機の本体１全体を制御するとともに、検出部４の各センサの検出結果に基づいて走行制御部５１や清掃制御部５２に信号を出力する検出制御部５３と、から成る。
【００２１】
次に、本発明の実施形態に係る自走式掃除機の動作について説明する。図２は、自走式掃除機の本体の清掃経路を示す図である。以下の説明では、部屋に壁以外の障害物がない場合について説明する。自走式掃除機の本体１（以下、自走式掃除機１とも称する。）は、例えば、部屋のコーナ部の床面に置かれて電源が投入されると、障害物検出センサ３１で周囲の壁の有無を検出して、図２（Ａ）に示すように、壁に沿って直線的に移動する。そして、壁を検出すると、壁の直前で９０度右に転回してノズル２２の幅の長さだけ直線的に移動する。続いて、自走式掃除機１は、９０度右に転回して直線的に移動する。自走式掃除機１は、上記の動作を繰り返すことで部屋の床面全体を清掃することができる（以下、この動作を自動清掃動作と称する。）。
【００２２】
自走式掃除機１は、部屋の出入り口が開いていても清掃中にその部屋から出ていかないようにするか否かの設定を切り換えることができる。自走式掃除機１は、部屋から出ていかないように設定されていない場合には、部屋の出入り口に段差が無く、かつドアが開いていたりドアが設けられていない場合には、図２（Ａ）に示すように、部屋の境界を検出せずに清掃しながら部屋の外に移動する。
【００２３】
一方、自走式掃除機１は、清掃中にその部屋から出ていかないように設定されている場合には、部屋の境界を検出するために前記の上壁検出センサ３２で出入り口上部の壁を検出する。図３は、自走式掃除機の上壁検出センサの検出領域及びこのセンサが検出した壁の角度と距離との関係を示すグラフである。図３（Ａ）に示すように、上壁検出センサ３２は、例えば自走式掃除機１の垂直方向から進行方向に対して４５度傾斜した角度（天頂角４５度）までの間を進行方向とほぼ平行にスキャンする光線または超音波を発射する。そして、天井や天井付近の壁から反射された光線（戻り光）または超音波（反射波）を受信する。このとき、制御部４３は、上壁検出センサ３２が光線または超音波を発射した天頂角（鉛直線から対象物までの角度）毎に、上壁検出センサ３２が光線または超音波を発射してから戻り光または反射波を受信するまでの時間を計測している。したがって、制御部４３は、図３（Ｂ），（Ｄ），（Ｆ）に示すように、天頂角と、天井や壁までの距離との関係を関連づけて保持する。
【００２４】
図３（Ａ）に示す位置で自走式掃除機１が上壁検出センサ３２で部屋の上方のスキャンを行った場合、部屋の天井からドア上部の壁の下端までを検出することができ、この場合、図３（Ｂ）に示すような結果が得られる。すなわち、自走式掃除機１の垂直方向から出入り口（ドア）上部の壁と天井との接線の位置にかけて徐々に距離が遠くなり、この接線部分で距離が最も遠くなり、ドア上部の壁の下端にかけて徐々に距離が近くなっている。このような検出結果の場合には、部屋の出入り口まで距離が離れているので、自走式掃除機１はそのまま移動しながら清掃を続ける。このとき、出入り口上部の壁と天井との接線の位置までの距離と、この位置の天頂角と、が得られるので、これらの値に基づいてドア上部の壁までの水平方向の距離を算出するように設定しても良い。
【００２５】
また、自走式掃除機１が進行して、図３（Ｃ）に示す位置で自走式掃除機１が上壁検出センサ３２で部屋の上方のスキャンを行った場合には、部屋の天井から隣室の天井までを検出するので、図３（Ｄ）に示すような結果が得られる。すなわち、自走式掃除機１の垂直方向から出入り口（ドア）上部の壁と天井との接線の位置にかけて徐々に距離が遠くなり、この接線部分で距離が最も遠くなり、ドア上部の壁の下端にかけて徐々に距離が近くなる。また、ドア上部の壁下端の検出角よりもスキャン角度が大きくなると、隣室の天井を検出するため検出距離は急激に遠くなり、スキャン角度の最大値まで徐々に検出距離が遠くなっている。このような検出結果のときには、部屋の出入り口のドアが開いていることを検出できる。この場合、自走式掃除機１の制御部６は、例えば自走式掃除機１までの距離が最も近い位置であるドア上部の壁下端までの距離Ａと、鉛直線（基準線）からこの位置までの角度θと、に基づいてドア上部の壁までの水平方向の距離Ｘｘ（＝Ａｓｉｎθ）を算出する。制御部６は、この算出した距離が予め設定された範囲であれば、図３（Ｃ）に示すように９０度右に転回して、ノズルの幅の長さだけ直進し、さらに９０度右に転回して直進する。
【００２６】
一方、図３（Ｅ）に示すように、出入り口のドアが閉まっていると、図３（Ｃ）に示した位置で自走式掃除機１が上壁検出センサ３２で部屋の上方のスキャンを行った場合には、図３（Ｆ）に示すように、自走式掃除機１の垂直方向から出入り口（ドア）上部の壁と天井との接線の位置にかけて徐々に距離が遠くなり、この接線部分で距離が最も遠くなり、ドア上部の壁の下端にかけて徐々に距離が近くなる。このような検出結果の場合には、部屋の出入り口のドアが閉じていることが検出できるので、自走式掃除機１の制御部６は、障害物検出センサ３１でドアまでの距離を検出するか、または、上壁検出センサ３２でドアの上部の壁またはドアの任意の一点までの距離とこの点の天頂角とに基づいてドアまでの距離を検出する。そして、制御部６は、この算出した距離が予め設定された範囲であれば、ドアの手前で転回する。なお、図３（Ｆ）に示した検出結果の場合には、図３（Ｂ）に示した検出結果とパターンが似ており、出入り口の高さが低い場合も考えられる。したがって、この場合には、障害物検出センサ３１を併用してドアの有無を検出すると良い。
【００２７】
以上のように、本発明では、出入り口の上部の壁を検出するとともに、この壁までの距離とその天頂角を検出するので、出入り口のドアが空いていたりドアがない場合でも、部屋の境界を容易に検出することができ、部屋から出ることなく、その部屋全体を清掃することができる。
【００２８】
なお、上壁検出センサ３２として、自走式掃除機１の垂直方向（鉛直方向）から進行方向に対して９０度傾斜した角度（水平方向）までの間をスキャンする光線または超音波を発射するセンサを設けることで、障害物検出センサ３１と兼用することができる。
【００２９】
また、上記の説明では、上壁検出センサ３２で、鉛直線（基準線）から出入り口の上部の壁における任意の一点までの角度である天頂角を求めたが、水平線
（基準線）からこの任意の一点までの角度である仰角を求めるようにしても良い。
【００３０】
次に、本発明の実施形態に係る自走式掃除機の清掃動作について、フローチャートに基づいて説明する。図４は、自走式掃除機の清掃動作を説明するためのフローチャートである。なお、以下の説明では、部屋の外部へ出ないように予め設定されている場合について記載する。
【００３１】
自走式掃除機１の制御部６は、ユーザによって部屋の床面に本体１が載置されて、操作・表示部５が操作されて電源が投入されると、障害物検出センサ３１で周囲の壁の有無を検出して、進行方向を決定する（ｓ１）。そして、制御部６は、清掃制御部５２により清掃部３に清掃を実行させるとともに、走行制御部５１により走行部２に壁に沿って直線的に移動させる（ｓ２）。
【００３２】
制御部６は、部屋の外部へ出ないように予め設定されている場合には、上壁検出センサ３２で自走式掃除機１の上部における進行方向前方側の所定の間、例えば、自走式掃除機１の上部における垂直方向から進行方向における天頂角４５度までの間を進行方向とほぼ平行にスキャンして、天井や天井付近の壁を検出する（ｓ３）。制御部６は、天井付近の壁が検出できない場合には（ｓ４）、ステップｓ２の処理を行う。一方、制御部６は、天井付近の壁が検出できた場合には
（ｓ４）、続いて出入り口のドアが開いているか、または出入り口にドアが設けられていないかを判定する（ｓ５）。すなわち、上壁検出センサ３２でスキャンして求めた距離が、検出範囲の途中で最大になった後に徐々に短くなり、続いて急激に大きくなった場合には、出入り口のドアが開いているか、または出入り口にドアが設けられていないことを検出できる。制御部６は、出入り口のドアが開いているか、または出入り口にドアが設けられていないことを検出した場合には、天井付近の壁の任意の一点とその位置の天頂角とに基づいて天井付近の壁までの水平方向の距離、つまり部屋の境界までの距離を算出する（ｓ６）。
【００３３】
一方、出入り口のドアが開いていることを検出できない場合には、ドアが閉じている可能性があるため、障害物検出センサ３１でドアの開閉状態を検出してから（ｓ７）、ステップｓ６の処理を行う。
【００３４】
制御部６は、ステップｓ６で算出した部屋の境界までの距離が、自走式掃除機１が予め設定した所定の範囲内である場合には（ｓ８）、部屋の境界よりも外に出ないように、走行制御部４１に制御信号を出力して本体１を９０度右に転回させて、ノズル２２の幅だけ直進させてさらに９０度右に転回させて（ｓ９）、自動清掃動作を継続させる（ｓ２）。
【００３５】
また、制御部６は、ステップｓ５で算出した部屋の境界までの距離が、予め設定した所定の範囲外である場合には（ｓ８）、ステップｓ２の処理を実行させる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る自走式掃除機の概略の構成図である。
【図２】自走式掃除機の本体の清掃経路を示す図である。
【図３】自走式掃除機の上壁検出センサの検出領域及びこのセンサが検出した壁の角度と距離との関係を示すグラフである。
【図４】自走式掃除機の清掃動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１−自走式掃除機本体、２−走行部、３−清掃部、４−検出部、５−操作・表示部、６−制御部、１０−制御部、１１−駆動輪、１２−駆動モータ、１３−従動輪、１４−バッテリ、２１−ブラシ、２２−ノズル、２４−集塵室、２５−ゴミ搬送管、２６−吸気ファン、２７−吸気モータ、３１−障害物検出センサ、３２−上壁検出センサ、４１−操作スイッチ、４２−ＬＣＤ、５１−走行制御部、５２−清掃制御部、５３ー検出制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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