(57)【要約】【課題】走行異常を確実に検出して、ユーザに報知することができる自走式掃除機を提供する。【解決手段】自走式掃除機は、所定時間間隔で、駆動モータの印加電圧を検出し（Ｓ２）、加速度センサの検出出力に基づいて自走式掃除機の走行速度及び向きを検出して（Ｓ３）、駆動モータの印加電圧と加速度センサの検出出力との間に矛盾があるか否かを判断する（Ｓ４）。駆動モータに電圧が印加されているにも関わらず、自走式掃除機が移動していないことにより加速度センサの検出出力がない場合には、自走式掃除機が走行異常であると判定し（Ｓ４でＹＥＳ）、自走式掃除機の走行異常をユーザに報知して（Ｓ５）、掃除機本体の走行回復操作をユーザに促し、早期に走行異常状態からの回復を図る。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律走行のために走行方向にある障害物を検知し、その障害物までの距離を測定する障害物検知手段と、前記障害物検知手段に基づいて、駆動輪を回転駆動させる駆動モータを制御することにより障害物を回避しつつ自律走行する走行手段と、掃除機本体の走行する領域を掃除する掃除手段とを備えた自走式掃除機において、
前記駆動モータの印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、
前記掃除機本体に作用する加速度を、掃除機本体の進行方向に対して、前後方向、左右方向及び上下方向の直交する３軸方向について検出する加速度センサと、
前記印加電圧検出手段により検出された前記駆動モータの印加電圧と前記加速度センサの検出出力を所定時間間隔で比較し、前記駆動モータに電圧が印加されているにも関わらず、前記掃除機本体が移動していないことにより前記加速度センサの検出出力がない場合には、掃除機本体が走行異常であると判定する走行異常判定手段と、
前記走行異常判定手段により、前記掃除機本体が走行異常状態であると判定された場合に、音及び／又は光により、ユーザに掃除機本体の走行異常を報知する走行異常報知手段と、
前記走行異常報知手段により、前記掃除機本体の走行異常を報知し始めてから、所定時間経過しても走行異常から回復しないときには、前記掃除機本体の走行手段及び掃除手段への電力供給を停止する通電制御手段とを備え、
前記駆動輪の回転検出出力を用いることなく、前記駆動モータの印加電圧と加速度センサの検出出力のみを用いて前記掃除機本体の走行異常を検出することにより、前記駆動輪が空回りしている場合の走行異常の誤判定を防止したことを特徴とする自走式掃除機。
【請求項２】
自律走行のために走行方向にある障害物を検知し、その障害物までの距離を測定する障害物検知手段と、前記障害物検知手段に基づいて、駆動輪を回転駆動させる駆動モータを制御することにより障害物を回避しつつ自律走行する走行手段と、掃除機本体の走行する領域を掃除する掃除手段とを備えた自走式掃除機において、
前記駆動モータの印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、
前記掃除機本体に作用する加速度を、掃除機本体の進行方向に対して、前後方向、左右方向及び上下方向の直交する３軸方向について検出する加速度センサと、
前記印加電圧検出手段により検出された前記駆動モータの印加電圧と前記加速度センサの検出出力を比較することにより、前記掃除機本体の走行異常を判定する走行異常判定手段と、
前記走行異常判定手段により、前記掃除機本体が走行異常状態であると判定された場合に、ユーザに掃除機本体の走行異常を報知する走行異常報知手段とを備えたこと特徴とする自走式掃除機。
【請求項３】
前記走行異常判定手段により、前記掃除機本体が走行異常状態であると判定された場合に、前記掃除機本体の走行手段及び掃除手段への電力供給を停止する通電制御手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の自走式掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自走式掃除機に関し、特に、自律走行しながら部屋の掃除を行う自走式掃除機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自律走行しながら家屋内の床面を掃除する自走式掃除機の開発が行われている。このような自律型の自走式掃除機は、ユーザが掃除機を監視していない状況でも確実に掃除作業が進められるように、複数の障害物検知用センサを備えている。しかしながら、障害物検知用センサを備えた自走式掃除機であっても、床面にある溝状の段差に脱輪したり、床面に落ちていた布等が駆動輪に絡まって走行不能になることがあった。このため、駆動輪の回転をエンコーダで検出することにより掃除機の走行状態を把握し、掃除機の走行異常を検出するようにした自走式掃除機が知られている。しかしながら、このような自走式掃除機では、駆動輪の回転を検出して掃除機の走行異常を検出するようにしているため、駆動輪が床面にある段差等に脱輪して空回りしている場合には、駆動輪は走行正常時と同様、回転しているため掃除機の走行異常を検出することができず、走行状態を誤って判定してしまう虞れがあった。
【０００３】
ところで、従来から、加速度センサを備えた掃除機が知られており、例えば、加速度センサで掃除機本体と障害物の接触を検知し、掃除機本体が障害物に接触した場合に、掃除機本体前部を障害物から避ける方向に動かすようにした掃除機が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ゴミ吸引用のモータの回転数を加速度センサで検出することにより、掃除機の集塵袋の交換時期をユーザが的確に把握できるようにした掃除機が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、特許文献１又は特許文献２に記載の掃除機では、加速度センサは掃除機の走行速度等の走行状態を把握するために用いられておらず、掃除機の走行異常を検出することはできなかった。
【０００５】
また、加速度センサの加速度情報により、ロボットの姿勢状態を検出し、姿勢制御するロボット装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平４−１０２４２２号公報
【特許文献２】特開平４−１９３１４６号公報
【特許文献３】特開２００１−２１２７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３に記載の発明は、ロボット（掃除機）の姿勢状態を検出することはできるものの、ある姿勢状態で掃除機が走行可能か否かは、加速度センサの加速度情報のみでは正確に判断することができないため、掃除機の走行異常を確実に検出することができない虞れがあった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、走行異常の誤判定を防止することにより、自走式掃除機の走行異常を確実に検出し、ユーザに報知することができる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】
【０００８】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、自律走行のために走行方向にある障害物を検知し、その障害物までの距離を測定する障害物検知手段と、前記障害物検知手段に基づいて、駆動輪を回転駆動させる駆動モータを制御することにより障害物を回避しつつ自律走行する走行手段と、掃除機本体の走行する領域を掃除する掃除手段とを備えた自走式掃除機において、前記駆動モータの印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、前記掃除機本体に作用する加速度を、掃除機本体の進行方向に対して、前後方向、左右方向及び上下方向の直交する３軸方向について検出する加速度センサと、前記印加電圧検出手段により検出された前記駆動モータの印加電圧と前記加速度センサの検出出力を所定時間間隔で比較し、前記駆動モータに電圧が印加されているにも関わらず、前記掃除機本体が移動していないことにより前記加速度センサの検出出力がない場合には、掃除機本体が走行異常であると判定する走行異常判定手段と、前記走行異常判定手段により、前記掃除機本体が走行異常状態であると判定された場合に、音及び／又は光により、ユーザに掃除機本体の走行異常を報知する走行異常報知手段と、前記走行異常報知手段により、前記掃除機本体の走行異常を報知し始めてから、所定時間経過しても走行異常から回復しないときには、前記掃除機本体の走行手段及び掃除手段への電力供給を停止する通電制御手段とを備え、前記駆動輪の回転検出出力を用いることなく、前記駆動モータの印加電圧と加速度センサの検出出力のみを用いて前記掃除機本体の走行異常を検出することにより、前記駆動輪が空回りしている場合の走行異常の誤判定を防止したことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、自律走行のために走行方向にある障害物を検知し、その障害物までの距離を測定する障害物検知手段と、前記障害物検知手段に基づいて、駆動輪を回転駆動させる駆動モータを制御することにより障害物を回避しつつ自律走行する走行手段と、掃除機本体の走行する領域を掃除する掃除手段とを備えた自走式掃除機において、前記駆動モータの印加電圧を検出する印加電圧検出手段と、前記掃除機本体に作用する加速度を、掃除機本体の進行方向に対して、前後方向、左右方向及び上下方向の直交する３軸方向について検出する加速度センサと、前記印加電圧検出手段により検出された前記駆動モータの印加電圧と前記加速度センサの検出出力を比較することにより、前記掃除機本体の走行異常を判定する走行異常判定手段と、前記走行異常判定手段により、前記掃除機本体が走行異常状態であると判定された場合に、ユーザに掃除機本体の走行異常を報知する走行異常報知手段とを備えたこと特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２に記載の自走式掃除機において、前記走行異常判定手段により、前記掃除機本体が走行異常状態であると判定された場合に、前記掃除機本体の走行手段及び掃除手段への電力供給を停止する通電制御手段を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、駆動モータの印加電圧と加速度センサの検出出力を比較し、駆動モータに電圧が印加されているにも関わらず、加速度センサの検出出力がない場合には、掃除機本体が走行異常であると判定するため、駆動輪の回転数を検出して掃除機本体の走行異常を判定する場合と比較して、駆動輪が脱輪等により空回りしている状態を正常な走行状態と判定することがなく、走行異常を確実に検出することができる。また、掃除機本体の走行異常を確実に検出してユーザに報知することができるため、走行異常が発生した場合であっても、掃除機本体の走行回復操作をユーザに促して、早期に走行異常状態からの回復を図ることができる。
【００１２】
また、掃除機本体の走行異常が検出され、掃除機本体が走行不能に陥った場合に、少なくとも所定時間の間は、走行手段等を作動させておくことにより走行異常状態からの回復を試みる一方、所定時間経過しても走行異常状態から回復できない場合は、掃除機本体の走行手段及び掃除手段への電力供給を停止するため、無駄な電力の消費を抑えることができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、駆動モータの印加電圧と加速度センサの検出結果を比較することにより、掃除機本体の走行異常を判定するため、掃除機本体の走行異常を確実に検出し、ユーザに報知することができる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、掃除機本体の走行異常が検出された場合に、掃除機本体の走行手段及び掃除手段への電力供給を停止するため、無駄な電力の消費を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。図１に示される自走式掃除機１は、複数のセンサ１１，１２,１３等からの信号を基に掃除場所を判断し、自律走行しながら床面を掃除する機器である。
【００１６】
まず、自走式掃除機１の障害物検知手段及び走行手段について、図１に加えて、図２のブロック構成図を参照して説明する。自走式掃除機１は、自律走行のために障害物等を検出する走行用センサ類１０（障害物検知手段）として、前方センサ１１及び天井センサ１２を掃除機上部１ａの上面突出部に備え、段差センサ１３及びセンサ用照明ランプ１７を、掃除機下部１ｂの前方に備えている。前方センサ１１、天井センサ１２及び段差センサ１３は、各々光学式の測距センサである。
【００１７】
前方センサ１１は、自走式掃除機１の前方の斜め下向きを監視し、段差、壁、柱、家具、テーブルやベッドの脚等の障害物までの距離を測定する。天井センサ１２は、自走式掃除機１の前方を斜め上向きに監視し、自走式掃除機１の前上方にある障害物（テーブルやベッドの下を通り抜けできるか否か）を検出し、その障害物の高さと障害物までの距離を測定する。
【００１８】
段差センサ１３は、右段差センサ１３Ｒ及び左段差センサ１３Ｌにより構成されている。右段差センサ１３Ｒは、自走式掃除機１の僅かに前方の右側方を斜め下向きに監視し、障害物までの距離を測定する。左段差センサ１３Ｌは、掃除機の僅かに前方の左側方を斜め下向きに監視し、障害物までの距離を測定する。
【００１９】
また、自走式掃除機１は、加速度センサ１４（図３参照）及び地磁気センサ１５を掃除機上部１ａの制御機器ボックス３０内に備えている。加速度センサ１４は、自走式掃除機１に作用する加速度を、自走式掃除機１の進行方向に対して、前後方向（ｘ方向）、左右方向（ｙ方向）及び上下方向（ｚ方向）の直交する３軸方向について検出する。地磁気センサ１５は、地磁気の方向に応じた出力値を出力して自走式掃除機１が向いている方向を決定する。
【００２０】
自走式掃除機１は、走行手段として右駆動輪２１Ｒと左駆動輪２１Ｌからなる駆動輪２１と、右駆動モータ２２Ｒと左駆動モータ２２Ｌからなる駆動モータ２２を、進行方向に対して掃除機下部１ｂの後方に備えており、駆動輪２１の他に、前方の従動輪２３を備えている。駆動輪２１は、バッテリ８０を動力源として、駆動モータ２２により左右各々独立して正転・逆転駆動される駆動輪であり、回転数制御により操舵が行われる。
【００２１】
次に、自走式掃除機１の掃除手段について、図２及び図３を参照して説明する。なお、図３においては、自走式掃除機1を、掃除機上部１ａ及び掃除機下部１ｂに分断して示している。自走式掃除機１は、掃除手段として、メインブラシ４１、従動ローラ４２、吸引ノズル４３、ゴミ吸引ファン４４、ゴミを集めておくダストボックス４５とを備えている。メインブラシ４１はメインブラシモータ５１により、ゴミ吸引ファン４４はゴミ吸引用モータ５２により駆動される。吸引ノズル４３は、メインブラシ４１により掻き上げられたゴミ、及び従動ローラ４２により搬送されたゴミを吸引口から吸引してダストボックス４５に集塵するものである。吸引ノズル４３の吸引口は、自走式掃除機１の床面に対向する底面に進行方向に直交する車体幅方向に細長く開口している。また、自走式掃除機１は、吸引ノズル４３から吸引されるゴミを検出するゴミセンサ１６を備えている。このゴミセンサ１６は、発光部と受光部とを有する透過型の光学式センサである。
【００２２】
さらに、自走式掃除機１は、ユーザにより操作される操作部６１と、表示部６２と、スピーカ６３と、自走式掃除機１の各手段を制御する制御部７０と、地図情報メモリ７１と、バッテリ８０とを備えている。
【００２３】
操作部６１は、自走式掃除機１による掃除動作を開始・停止させ、また、その他の各種設定を行うために操作される。表示部（走行異常報知手段）６２は、例えば、ＬＣＤやＬＥＤ等で構成されており、走行異常等の自走式掃除機１の動作状況や各種メッセージを報知する。スピーカ６３（走行異常報知手段）は、走行異常等の自走式掃除機１の動作状況や各種メッセージを報知する。バッテリ８０は、図２中の点線で示されるように自走式掃除機１の全体に電力を供給する。
【００２４】
制御部７０は、各種センサ１１〜１６等から入力される信号を基に自走式掃除機１の各手段を制御するもので、位置・方向判定部７０ａ、走行制御部７０ｂ、及び掃除動作制御部７０ｃを備える。また、制御部７０は通電制御手段を構成し、走行手段及び掃除手段への電力供給は制御部７０によって制御される。
【００２５】
位置・方向判定部７０ａは、前方センサ１１、天井センサ１２及び段差センサ１３からの出力を基に、障害物の存在する領域及び掃除済みの領域についての地図情報を作成し、その地図情報を地図情報メモリ７１に記憶させる。また、加速度センサ１４からの前後方向の加速度検出値を時間積分することにより自走式掃除機１の走行速度を算出し、その走行速度と走行時間を基に走行距離を算出する。また、位置・方向判定部７０ａは、加速度センサ１４からのｘ，ｙ，ｚ方向の加速度検出値から、自走式掃除機１のｘ，ｙ，ｚ方向の向きを算出する。
【００２６】
走行制御部７０ｂは、駆動モータ２２を駆動して駆動輪２１の回転方向と回転速度を制御することにより自走式掃除機１の走行を制御し、印加電圧検出手段として、駆動モータ２２の印加電圧を検出する。地図情報メモリ７１の地図情報は、掃除動作中に随時更新され、自走式掃除機１はこれを参照して掃除動作を進めてゆく。
【００２７】
掃除動作制御部７０ｃは、メインブラシモータ５１、及びゴミ吸引ファン４４を回転駆動させるゴミ吸引用モータ５２の駆動を制御してゴミを掻き集めて吸引する力を調節する。
【００２８】
さらにまた、自走式掃除機１は、不法侵入者等の監視を行うセキュリティ機能を有しており、不法侵入者を検出する人体センサ９１と、不法侵入者等を撮影するカメラ９２と、カメラ用照明ランプ９３とを備えている。人体センサ９１は、人体から放射される赤外線を受光することにより自走式掃除機１の周辺の人体の有無を検出する。カメラ９２は、立っている人の顔を撮影できるように、自走式掃除機１の前方の斜め上方向に向けて配置されている。また、自走式掃除機１は、通信モジュール９４を備えており、カメラ９２で撮影した画像や、自走式掃除機１の動作状況をアンテナ９４ａを介して図示しない主制御装置へ無線で送信する。自走式掃除機１は、掃除動作を行わないときには、これら人体センサ９１、カメラ９２、カメラ用照明ランプ９３、及び通信モジュール９４を動作させて、不法侵入者等の監視を行う。
【００２９】
次に、自走式掃除機１の走行異常判定動作について、図４のフローチャートを参照して説明する。制御部７０は、前回の走行異常判定動作からの時間をカウントして所定時間間隔で走行異常判定動作を実行する（Ｓ１でＹＥＳ）。走行異常判定動作の際、制御部７０は、駆動モータ２２の印加電圧を検出し（Ｓ２）、加速度センサ１４の検出出力に基づいて自走式掃除機１の走行速度及び向きを検出する（Ｓ３）。そして、制御部７０は、駆動モータ２２の印加電圧と加速度センサ１４の検出出力との間に矛盾があるか否か判断する（Ｓ４）。駆動モータ２２に電圧が印加されているにも関わらず、自走式掃除機１が移動していないことにより加速度センサ１４の検出出力がない場合には、自走式掃除機１が走行異常であると判定される（Ｓ４でＹＥＳ）。一方、駆動モータ２２の印加電圧に応じた加速度センサ１４の検出出力が得られる場合には（Ｓ４でＮＯ）、Ｓ１に戻って所定時間間隔でＳ２以降の処理を繰り返す。
【００３０】
駆動モータ２２の印加電圧と加速度センサ１４の検出出力との間に矛盾があると判断される場合には（Ｓ４でＹＥＳ）、スピーカ６３を使って自走式掃除機１の走行異常を報知すると共に、表示部６２に走行異常の旨を表示する（Ｓ５）。そして、自走式掃除機１が、走行異常を知ったユーザに操作されることにより走行異常状態から回復した場合、又は、自走式掃除機１が自力で走行異常状態から脱した場合には（Ｓ６でＹＥＳ）、Ｓ１に戻って所定時間間隔でＳ２以降の処理を繰り返す。一方、自走式掃除機１が走行異常状態から回復できない場合には（Ｓ６でＮＯ）、報知動作を続け、報知動作の開始から所定時間経過しても走行異常状態から回復できない場合（Ｓ７でＹＥＳ）には、走行手段及び掃除手段への電力供給を停止する（Ｓ８）。また、所定時間経過しても走行異常状態から回復できない場合には、ユーザは自走式掃除機１の近くにいないと考えられるため、スピーカ６３による報知動作は停止する。なお、この場合においても、掃除作業中に自走式掃除機１が停止した原因がユーザに容易に理解できるように、ＬＥＤ等で自走式掃除機１が走行異常により停止したことを表示しておくほうが好ましい。
【００３１】
図５（ａ）は、自走式掃除機１の走行異常の例として、床面Ｆ上に落ちていた布Ｃが駆動輪２１に絡まって、自走式掃除機１が走行不能に陥った状態を示している。このような場合、駆動モータ２２に電圧が印加されているにも関わらず、自走式掃除機１が移動していないことが加速度センサ１４の検出出力により把握できるため、自走式掃除機１の走行異常を検出することができる。なお、このような場合には、駆動輪２１の回転が布によって妨害されているため、エンコーダで駆動輪２１が回転していないことを検出することによっても自走式掃除機１の走行異常を検出することは可能である。一方、図５（ｂ）に示されるように、駆動輪２２Ｌが床面Ｆにある溝状の段差Ｓに脱輪する等して、駆動輪２１が空回りしている場合は、エンコーダは駆動輪２１の回転を検出するため、エンコーダのみによっては、自走式掃除機１の走行異常は検出することができない。これに対し、本実施形態の自走式掃除機１では、駆動モータ２２に電圧が印加されているにも関わらず、自走式掃除機１が移動していないことが加速度センサ１４の検出出力により把握できるため、走行異常を検出することができる。
【００３２】
以上のように、本実施形態の自走式掃除機１によれば、駆動モータ２２の印加電圧と加速度センサ１４の検出出力を比較し、駆動モータ２２に電圧が印加されているにも関わらず、加速度センサ１４の検出出力がない場合には、自走式掃除機１が走行異常であると判定するため、駆動輪２１の回転数をエンコーダ等で検出して自走式掃除機１の走行異常を判定する場合と比較して、駆動輪２１が脱輪等により空回りしている状態を正常な走行状態と判断することがなく、自走式掃除機１の走行異常を確実に検出することができる。
【００３３】
また、自走式掃除機１の走行異常を確実に検出してユーザに報知することができるため、走行異常が発生した場合であっても、自走式掃除機１の走行回復操作をユーザに促して、早期に走行異常状態からの回復を図ることができる。
【００３４】
また、自走式掃除機１の走行異常が検出され、自走式掃除機１が走行不能に陥った場合に、少なくとも所定時間の間は、走行手段等を作動させておくことにより走行不能状態からの回復を試みる一方、所定時間経過した後は、自走式掃除機１の走行手段及び掃除手段への電力供給を停止するため、無駄な電力を電力の消費を抑えることができる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態の構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、本実施形態においては、走行異常状態として、駆動輪２１に布が絡まった場合、及び駆動輪２１が脱輪した場合についてのみ説明したが、言うまでもなく他の走行異常状態についても本発明は検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態による自走式掃除機の斜視図。
【図２】同掃除機のブロック構成図。
【図３】同掃除機の分解斜視図。
【図４】同掃除機の走行異常判定動作を示すフローチャート。
【図５】（ａ）は同掃除機の駆動輪が布を巻き込んだ状態を示す図、（ｂ）は同掃除機の駆動輪が脱輪した状態を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１    自走式掃除機
１０  走行用センサ類（障害物検知手段）
１４  加速度センサ
２１  駆動輪（走行手段）
２２  駆動モータ（走行手段）
４１  メインブラシ（掃除手段）
４４  ゴミ吸引ファン（掃除手段）
７０  制御部（走行異常判定手段，通電制御手段）
７０ｃ  走行制御部（印加電圧検出手段）
【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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