(57)【要約】      （修正有）【課題】乗り越え得る段差か回避すべき段差かを単純な構成で確実に検出する自走式電子機器を提供する。【解決手段】床面の起伏に応じて上下方向に変位し機器を走行させる駆動輪２２Ｌ、２２Ｒと、変位を逐次検出する駆動輪センサ２１Ｒ，２１Ｌと、機器の駆動輪よりも前方に配置されて前方の床面までの高さを逐次検出する床面検出センサ１８と、検出された高さを予め定められた閾値と比較して避けて走行すべき段差か否かを判断し、機器の走行を制御する走行制御部１１ａとを備え、走行制御部は、駆動輪の上下方向の変位に基づいて機器の前後方向における傾きの有無を推定し、その傾きの有無に応じて閾値を変更する。【選択図】図１
2016143231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
床面の起伏に応じて上下方向に変位し機器を走行させる駆動輪と、
前記変位を逐次検出する駆動輪センサと、
機器の前記駆動輪よりも前方に配置されて前方の床面までの高さを逐次検出する床面検出センサと、
検出された高さを予め定められた閾値と比較して避けて走行すべき段差か否かを判断し、機器の走行を制御する走行制御部とを備え、
前記走行制御部は、前記駆動輪の上下方向の変位に基づいて機器の前後方向における傾きの有無を推定し、その傾きの有無に応じて前記閾値を変更する自走式電子機器。
【請求項２】
前記駆動輪センサは、前記駆動輪の上下方向の位置が予め定められた位置よりも上側か下側かを検出し、
前記走行制御部は、前記駆動輪が下側の位置にある場合に機器が傾いていると判断し、前記駆動輪が上側の位置にある場合よりも大きな閾値を適用して、避けるべき段差か否かを判断する請求項１に記載の自走式電子機器。
【請求項３】
前記走行制御部は、前記駆動輪が予め定められた第１走行期間または第１走行距離を超えて下側の位置にあれば機器が傾いている場合のより大きな閾値に変更する請求項２に記載の自走式電子機器。
【請求項４】
前記走行制御部は、機器が傾いた状態にあると判断した後に前記駆動輪が上側の位置に変位した場合、上側位置への変位から予め定められた第２走行期間または第２走行距離が経過してから、傾きのない場合のより小さな閾値に変更する請求項２または３に記載の自走式電子機器。
【請求項５】
前記駆動輪センサは、上下方向に異なる少なくとも３つの領域の何れの位置に前記駆動輪があるかを逐次検出してその位置の変化を変位と検出し、
前記走行制御部は前記領域の変化に応じて前記傾きの大きさを推定し、より大きく傾いている場合により大きな閾値を適用する請求項１〜４の何れか一つに記載の自走式電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、床面検出センサを備える自走式電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサを用いて障害物などを検出しつつ、床面上を自律走行しながら床面を掃除する、いわゆる自律走行型の電気掃除機(掃除ロボット)が知られている（例えば、特許文献１に記載の電気掃除機参照）。掃除機のほかにも、例えば室内の空気清浄、構内の警備、荷物の搬送等の作業を行うために自律走行するものが知られている。この明細書では自律走行機能を有するこれらの機器を自走式電子機器と呼ぶ。
【０００３】
自走式電子機器は、安全かつ確実な自律走行を行うために種々のセンサを備えている。例えば、前記特許文献１の掃除ロボットは、本体ケースの外周の前部ないし両側部に亘って配置され前方および側方の障害物(壁部)の有無および距離を非接触で検出する複数の測距センサ（距離検出手段）を備えている。さらに、本体ケースの進行方向側および反進行方向側の各位置で下部のクリアランスをそれぞれ検出する２つの段差センサ（検出手段および後部検出手段）を備えている。
【０００４】
特許文献１において、電気掃除機が備える制御手段は、検出手段の検出値および後部手段の各段差センサの検出値と変化量とに基づいて本体ケースの床面に対する前後方向の傾斜量を算出し、床面上の段差の乗り越えの可否を判断する。本体ケースが床面に対して前後方向に傾いたときには、段差センサにより検出する本体ケース下部のクリアランス値が本体ケースの傾きに応じて変動する。その変動を補正して段差の乗り越えの可否を判断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２２６２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自走式電子機器が乗り越えられる段差であっても、機器がその段差を乗り越えるときに機器の前方が上方へ持ち上がる。そのとき、機器の前端部において下部のクリアランスが水平状態より大きく検出される。機器の床面に対する傾きを考慮せずに下部のクリアランスを検出すると、そのときに乗り越えられない高さの段差であるとの誤った判断がなされてしまう。機器は段差を回避するために前進を中止して後退あるいは方向転換してしまう。
傾斜計や水準器用のセンサを装備すれば高精度の補正を実現し得るが、コスト的な負担が大きい。特許文献１は簡易な方法で傾斜量を算出する一つの態様として、前後の段差センサを用いる手法を示している。段差部以外の床面が水平であれば有効な手法であるが、常にそうとは限らない。
単純な構成で、機器の前後方向における傾斜を確実に検出する手法が求められる。
この発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであり、乗り越え得る段差か回避すべき段差かを単純な構成で確実に検出する自走式電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、床面の起伏に応じて上下方向に変位し機器を走行させる駆動輪と、前記変位を逐次検出する駆動輪センサと、機器の前記駆動輪よりも前方に配置されて前方の床面までの高さを逐次検出する床面検出センサと、検出された高さを予め定められた閾値と比較して避けて走行すべき段差か否かを判断し、機器の走行を制御する走行制御部とを備え、前記走行制御部は、前記駆動輪の上下方向の変位に基づいて機器の前後方向における傾きの有無を推定し、その傾きの有無に応じて前記閾値を変更する自走式電子機器を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
この発明による自走式電子機器において、走行制御部は、前記駆動輪の上下方向の変位に基づいて機器の傾きの有無を推定し、その傾きの有無に応じて段差の判断に係る閾値を変更するので、乗り越え得る段差か回避すべき段差かを単純な構成で確実に検出できる。
この発明において、自走式電子機器は、自律的に走行する機能を有する電子機器である。その具体的な態様の一例は、自走式掃除機であるが、これに限定されない。
この発明において、床面は、その上を機器が走行し得る面である。床の材質は問わない。駆動輪センサは、駆動輪の上下方向の変位を検出するものであるが、ここで上下方向とは、機器の進行方向に垂直な方向であって、走行面が水平面の場合は鉛直方向である。走行面が水平面に対して傾いていれば、それに応じて上下方向も鉛直方向に対し傾いている。
床面検出センサは、機器の前方の床面までの高さを検出するが、この高さとは機器の前方の底面から床面までの前記上下方向に沿った距離である。その高さが閾値を超えていれば、走行制御部は機器が乗り越えられない高さの段差であると判断してその段差を避けて走行するように制御し、閾値以下であれば機器が乗り越え得る高さの段差であると判断して段差を通過して走行するように制御する。
また、前後方向とは、機器の走行に沿った方向であって、前方は機器が進行する方向であり、後方はそれと反対の方向である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施形態に係る自走式掃除機の電気的な構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の一実施形態である自走式掃除機の外観斜視図である。
【図３】図２に示す自走式掃除機の底面図である。
【図４】図２に示す自走式掃除機の前後方向に沿った垂直断面図である。
【図５】図２に示す自走式掃除機の水平断面図である。
【図６】図２に示す自走式掃除機の駆動輪ユニットを含む箇所の垂直断面図である。
【図７Ａ】実施形態において、自走式電子機器の駆動輪ユニットが筐体に対し上下方向に変位する様子を示す第１の説明図である。（駆動輪が上側位置）
【図７Ｂ】実施形態において、自走式電子機器の駆動輪ユニットが筐体に対し上下方向に変位する様子を示す第２の説明図である。（駆動輪が下側位置）
【図８Ａ】図７Ａに対応して駆動輪センサの様子を示す説明図である。（駆動輪が上側位置）
【図８Ｂ】図７Ｂに対応して駆動輪センサの様子を示す説明図である。（駆動輪が下側位置）
【図９】実施形態に係る駆動輪ユニットに含まれる駆動輪ホルダーを外面側から視た説明図である。
【図１０】図９の駆動輪ホルダーを内面側から視た説明図である。
【図１１】実施形態に係る駆動輪ユニットを上方から視た図である。
【図１２】図９に示す駆動輪ホルダーの内部の機構を示す説明図である。
【図１３Ａ】実施形態に係る自走式掃除機が段差を通過する様子を示す第１の説明図である（段差に到達前の状態）
【図１３Ｂ】図１３Ａに対応して駆動輪センサの様子を示す説明図である。
【図１４Ａ】実施形態に係る自走式掃除機が段差を通過する様子を示す第２の説明図である（前端部が段差を通過する状態）
【図１４Ｂ】図１４Ａに対応して駆動輪センサの様子を示す説明図である。
【図１５Ａ】実施形態に係る自走式掃除機が段差を通過する様子を示す第３の説明図である（駆動輪が段差を通過する直前の状態）
【図１５Ｂ】図１５Ａに対応して駆動輪センサの様子を示す説明図である。
【図１６Ａ】実施形態に係る自走式掃除機が段差を通過する様子を示す第４の説明図である（駆動輪が段差を通過した直後の状態）
【図１６Ｂ】図１６Ａに対応して駆動輪センサの様子を示す説明図である。
【図１７Ａ】実施形態に係る自走式掃除機が段差を通過する様子を示す第５の説明図である（重心部が段差を通過した後の状態）
【図１７Ｂ】図１７Ａに対応して駆動輪センサの様子を示す説明図である。
【図１８Ａ】実施形態に係る自走式掃除機が段差を通過する様子を示す第６の説明図である（後端部が段差を通過する状態）
【図１８Ｂ】図１８Ａに対応して駆動輪センサの様子を示す説明図である。
【図１９Ａ】実施の形態２に係る駆動輪センサの様子を示す第１の説明図である。（駆動輪が上側位置）
【図１９Ｂ】実施の形態２に係る駆動輪センサの様子を示す第２の説明図である。（駆動輪が中間位置）
【図１９Ｃ】実施の形態２に係る駆動輪センサの様子を示す第３の説明図である。（駆動輪が上側位置）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いてこの発明をさらに詳述する。なお、以下の説明は、すべての点で例示であって、この発明を限定するものと解されるべきではない。
【００１１】
（実施の形態１）
≪自走式電子機器の具体的態様≫
はじめに、この発明の自走式電子機器の一例として自走式掃除機について説明する。
図１はこの発明の実施形態に係る自走式掃除機の電気的な構成を示すブロック図である。また、図２はこの発明の実施形態に係る自走式掃除機の外観斜視図であり、図３は図２に示す自走式掃除機の底面図である。また、図４は図２に示す自走式掃除機の前後方向に沿った垂直断面図である。図５は、図２に示す自走式掃除機の水平断面図である。
【００１２】
≪自走式掃除機の構成≫
図２および図３に示すように、実施の形態１に係る自走式掃除機１は、平盤形の筐体２を備える。なお、実施の形態１の場合、筐体２は円盤形であるが、これに限定されず、例えば平面視の形状が楕円形状あるいは多角形状であってもよい。
筐体２は、円形に形成された天板を含む。天板は、その前部を構成する天板前部２ｂ1と、中間部から後部に亘って構成する蓋部２ｂ2から構成され、蓋部２ｂ2は天板前部２ｂ1との境界側の側部に配置された図示しないヒンジ部を支点にして上方へ開く。天板前部２ｂ1の前端部には、内部に配置された回路基板１１Ｓの熱を逃がす複数の空気孔２ｂ11が形成されている。
【００１３】
また、筐体２は環状に形成された側板および底板２ａを含む。また、図４および図５に示すように筐体２は内部構造壁２ｄを含む。側板は、それぞれ円弧形の側板前半部２ｃ1と側板後半部２ｃ2とから構成される。側板前半部２ｃ1はバンパーとして機能するよう、図示しない弾発部材を介して内部構造壁２ｄに対して移動可能に嵌め合わされている。側板前半部２ｃ1には、側板前半部２ｃ1の衝突を検出する衝突センサ１４Ｃが内部に設けられている（図２〜図５に図示せず）。さらに、側板前半部２ｃ1には、前方および左右斜め前方の３箇所に超音波受信部１４Ａが配置されると共に、３箇所の超音波受信部１４Ａの間の２箇所に超音波送信部１４Ｂが配置されている。
さらに、筐体２の前部表面の外部から視認できる位置に誘導信号受信部２４および充電用接続部１３が設けられている。
【００１４】
筐体２は、底部の底板２ａに設けられた吸込口３１、後部の斜め上方に設けられた第１排気口３２および外周部に設けられた第２排気口３３を有し、筐体２の内部には集塵部１５および電動送風機１１５が配置されている。集塵部１５は、室内の塵埃を集める部分であり、集塵容器１５ａと、集塵フィルター１５ｂとを備える。集塵容器１５ａには、吸込口３１と連通する流入路に通じる流入口と、電動送風機１１５と連通するダクト部１１４に通じる排気口とが形成されている。
第２排気口３３は、前方へ向かって開口し、集塵部１５および電動送風機１１５を通過した空気流を略前方へ向けて吹き出すように構成されている。
【００１５】
自走式掃除機１の底面の前半部には、吸込口３１の奥に配置された回転ブラシ９、吸込口３１の左右斜め前方に形成されたサイドブラシ１０と、吸込口３１の左右斜め後方位置に形成された駆動輪（左駆動輪２２Ｌおよび右駆動輪２２Ｒ）が設けられている。回転ブラシ９およびサイドブラシ１０は、ブラシモータ１１９によって駆動され回転する。また、底面の後半部の左右方向における中間位置には回動自在な後輪２６が設けられている。後輪２６の車輪は回転自在である。なお、図３と図４においては、後輪２６が前方へ１８０°回動した状態を二点差線で記している。
自走式掃除機１は、設置された場所の床面を自走しながら、床面（走行面）上の塵埃を含む空気を吸い込み、塵埃を除去した空気を排気することにより床面上を掃除する。自走式掃除機１は、障害検出部１４により検出された障害物を自律的に回避して走行し、掃除が終了すると自律的に図示しない充電ステーションに帰還する機能を有する。
【００１６】
図１に示すように、この自走式掃除機１は、回転ブラシ９、サイドブラシ１０、制御部１１を有する回路基板１１Ｓ、充電池１２、充電用接続部１３、障害検出部１４、集塵部１５を備える。さらに、ジャイロセンサ２０（図２〜図５に図示せず）、左輪駆動モータ２１Ｌ、右輪駆動モータ２１Ｒ、左駆動輪２２Ｌ、右駆動輪２２Ｒ、誘導信号受信部２４を備える。
左輪駆動モータ２１Ｌ、左駆動輪２２Ｌ、左駆動輪２２Ｌの懸架部であってかつ左輪駆動モータ２１Ｌの駆動力を左駆動輪２２Ｌに伝達する駆動伝達機構および底板２ａに結合されて前記駆動伝達機構を支持する支持部材は左駆動輪ユニット２３Ｌを構成する。右輪駆動モータ２１Ｒ、右駆動輪２２Ｒ、右駆動輪２２Ｒの懸架部であってかつ右輪駆動モータ２１Ｒの駆動力を右駆動輪２２Ｒに伝達する駆動伝達機構および底板２ａに結合されて前記駆動伝達機構を支持する支持部材は右駆動輪ユニット２３Ｒを構成する。
左輪駆動モータ２１Ｌおよび右輪駆動モータ２１Ｒは図示しないエンコーダを有しており、制御部１１は、エンコーダの信号に基づいて自走式掃除機が走行した距離を取得する。さらにまた、報知部５５、記憶部６１、電動送風機１１５、ブラシモータ１１９およびイオン発生器１２０を備える。制御部１１は、障害検出部１４は、超音波受信部１４Ａ、超音波送信部１４Ｂ、衝突センサ１４Ｃおよび床面検出センサ１８を備える。床面検出センサ１８は、筐体２の底部における左右方向の中央かつ前端部および左右のサイドブラシ１０の軸心位置にそれぞれ配置されている。
【００１７】
回路基板１１Ｓは、左輪駆動モータ２１Ｌを駆動する左輪ドライバ１２１Ｌ、右輪駆動モータ２１Ｒを駆動する右輪ドライバ１２１Ｒ、電動送風機１１５を駆動する送風機ドライバ１２３およびブラシモータ１１９を駆動するブラシドライバ１２５を有する。
制御部１１は、自走式掃除機１の各構成要素の動作を制御する部分であり、主として、ＣＰＵ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏコントローラ、タイマー等からなるマイクロコンピュータによって実現される。制御部１１は、自走式掃除機１の走行を制御する走行制御部１１ａおよび壁際の障害物のない領域の広さを取得する見通し領域決定部１１ｂとしての機能を包含する。
ＣＰＵは、後述する記憶部６１に予め格納されＲＡＭに展開された制御プログラムに基づいて処理を実行し、各ハードウェアを有機的に動作させてこの発明の清掃機能、走行機能などを実行する。
記憶部６１は、自走式掃除機１の各種機能を実現するために必要な情報や、制御プログラムを記憶する不揮発性メモリである。この実施形態では、フラッシュメモリが用いられる。
【００１８】
障害検出部１４、特に超音波受信部１４Ａおよび超音波送信部１４Ｂは、自走式掃除機１が走行中に、室内の壁や机、いすなどの障害物に接触又は近づいたことを検出する部分であり、壁面や障害物を検出しながらそれに沿って自走式掃除機１が走行するために用いられる。また、超音波受信部１４Ａは、障害物までのおおよその距離を測定することができる。障害検出部１４は、超音波受信部１４Ａおよび超音波送信部１４Ｂを用いて障害物への近接を検出する。超音波受信部１４Ａおよび超音波送信部１４Ｂに代えて、あるいは超音波受信部１４Ａおよび超音波送信部１４Ｂと共に、赤外線測距センサなど他の方式の非接触センサを用いてもよい。
衝突センサ１４Ｃは、自走式掃除機１が走行時に障害物と接触したことを検出するために、例えば、筐体２の側板前半部２ｃ1の内部に配置される。ＣＰＵは、衝突センサ１４Ｃからの出力信号に基づいて側板前半部２ｃ1が障害物に衝突したことを知る。
【００１９】
各床面検出センサ１８は下り階段等、自走式掃除機１が回避して走行すべき大きな段差を検出する。
ＣＰＵは、障害検出部１４から出力された信号に基づいて、障害物や段差の存在する位置を認識する。認識された障害物や段差の位置情報に基づいて、その障害物や段差を避けて次に走行すべき方向を決定する。なお、左右の床面検出センサ１８は、前方の床面検出センサ１８が段差の検出に失敗した場合や故障した場合に下り階段を検出し、自走式掃除機１の下り階段への落下を防止する。
ジャイロセンサ２０は、自走式掃除機１が走行するとき走行方向の情報を走行制御部１１ａに提供する。
左輪駆動モータ２１Ｌは、左駆動輪２２Ｌを回転および停止させ、右輪駆動モータ２１Ｒは、右駆動輪２２Ｒを回転および停止させる。左駆動輪２２Ｌおよび右駆動輪２２Ｒを独立して正逆両方向に回転させ得るように駆動モータを構成することにより、自走式掃除機１の前進、後退、旋回、加減速などの走行状態を実現している。
【００２０】
走行制御部１１ａは、右駆動輪２２Ｒおよび左駆動輪２２Ｌを同一方向に正回転させて、中央の超音波受信部１４Ａが配置されている前方へ自走式掃除機１を走行させる。また、左駆動輪２２Ｌおよび右駆動輪２２Ｒを同一方向に逆回転して後退させ、互いに逆方向に回転させまたは互いに異なる速度で回転させることにより自走式掃除機１を旋回させる。互いに異なる速度は一方の駆動輪が停止する場合を含む。
例えば、走行制御部１１ａは、障害検出部１４の各センサにより掃除領域の周縁に到達したと判断したら、左駆動輪２２Ｌおよび右駆動輪２２Ｒを減速させた後に停止させる。その後、左駆動輪２２Ｌおよび右駆動輪２２Ｒを互いに逆方向に回転させて自走式掃除機１を９０°旋回させ、吸込口３１の開口幅に略等しい距離だけ進んでさらに９０°旋回させて元の進路と逆方向へ走行させる。つづら折り状に前述の旋回を繰り返して自走式掃除機１をジグザグ走行させて、清掃領域内をくまなく清掃できるように制御する。
【００２１】
また、障害検出部１４が進路上の障害物を検出した場合、走行制御部１１ａは自走式掃除機１を減速もしくは停止させた後に旋回させて障害物を避けるように向きを変える。その障害物が検知されなくなるまで進んだら元の進路の延長上へ近ける方向へ自走式掃除機１を旋回させて走行を続ける。また、各床面検出センサ１８が床面を検知しなくなった場合、自走式掃除機１を一旦停止させて後退および／または旋回させ、階段等の段差から落下しないように走行を制御する。このようにして、走行制御部１１ａは、設置場所の全体あるいは所望範囲全体に渡って障害物を避けながら自走式掃除機１を走行させる。
なお、この実施形態で、前方とは、自走式掃除機１の前進方向、即ち図３において後輪２６から吸込口３１へ向かう方向をいうものとし、後方とは、自走式掃除機１の後退方向、即ち図３において吸込口３１から後輪２６へ向かう方向をいうものとする。
【００２２】
誘導信号受信部２４は、赤外線を受信するための赤外線センサであり、筐体２の前方部に配置される。誘導信号受信部２４は、ドッキング・ステーションとしての充電台２０１の誘導信号送出部２０３から出射される位置標識信号（ビーコン）等を受信する。
制御部１１は、充電台２０１の誘導信号送出部２０３から出射される信号を誘導信号受信部２４で検知し、充電台２０１のある方向を認識する。走行制御部１１ａは、掃除が終了した場合、充電池１２の充電残量が少なくなった場合、あるいは予め定められた清掃作業の期間が経過した場合などに、充電台２０１のある方向へ走行させて、自走式掃除機１を充電台２０１まで帰還させる。ただし、障害物があれば、それを避けながら充電台２０１の方向へ移動させる。
【００２３】
報知部５５は、自走式掃除機１の状態をユーザに知らせるものである。この実施形態において、報知部５５は、音を出力する音響出力回路とスピーカである。別の態様として、筐体２の上部、より具体的には例えば天板前部２ｂ1や側板後半部２ｃ2にＬＥＤランプ等を用いた表示部を設けてもよい。さらに別の態様として、ユーザの所有するスマートフォン等通信機能を有する情報処理装置に情報を送る無線ＬＡＮ等の通信ユニットを設けてもよい。
充電台２０１は、充電端子部２０２および誘導信号送出部２０３を備える。充電台２０１の充電端子部２０２と自走式掃除機１の充電用接続部１３とを電気的に接触することにより、自走式掃除機１は充電台２０１からの電力の供給を受け、自走式掃除機１の充電池１２が充電される。誘導信号送出部２０３は、ビーコン信号を生成する信号生成回路と生成された赤外光信号を放射するＬＥＤからなる。
【００２４】
≪駆動輪ユニットおよびその取付構造≫
左駆動輪ユニット２３Ｌおよび右駆動輪ユニット２３Ｒは左右対称で対をなすので両者を総称して駆動輪ユニット２３と記載する。また、一方の機構を説明すれば他方はそれと左右対称で自明であるから、以下の駆動輪ユニット２３の記載は、左駆動輪ユニットで代表し右駆動輪ユニットについての説明は省略する。以下の説明における各部の名称および符号については左右の区別を省略することがある。
【００２５】
図６は、図２に示す自走式掃除機の左駆動輪ユニット２３Ｌを含む箇所の前後方向に沿った垂直断面図である。
図７Ａおよび図７Ｂは、この実施形態の自走式掃除機１における駆動輪ユニット２３が筐体２に対して上下方向に変位する様子を示す説明図である。図８Ａおよび図８Ｂは駆動輪ユニット２３が筐体２に対して上下方向に変位する様子を示す別の説明図である。また、図９は駆動輪ユニット２３のうち筐体２に対して上下に揺動（変位）する懸架部としての駆動輪ホルダー２２１を自走式掃除機１の外面側から視た説明図である。それに対して図１０は、前記駆動輪ホルダー２２１を内面側から視た説明図である。図１１は左駆動輪ユニット２３Ｌに含まれる左輪駆動モータ２１Ｌ、左駆動輪２２Ｌおよび駆動輪ホルダー２２１を上方から視た説明図である。図１２は図９に示す駆動輪ホルダーの内部構造を示す説明図である。なお、図７Ａ〜図１２は、左駆動輪ユニット２３Ｌについてのみ示しているが、右駆動輪ユニット２３Ｒはそれと左右対称である。
【００２６】
駆動輪ユニット２３は、左駆動輪２２Ｌと、左駆動輪２２Ｌを左右方向の第１軸心Ｐ1を中心に回転可能に保持する駆動輪ホルダー２２１と、駆動輪ホルダー２２１に取り付けられた左輪駆動モータ２１Ｌと、左輪駆動モータ２１Ｌの駆動力を左駆動輪２２Ｌに伝達する駆動伝達機構２２３とを有する。
【００２７】
駆動輪ホルダー２２１は、外周部の複数箇所にネジにて連結可能とするボス部をそれぞれ有する内側ケース部２２１ａおよび外側ケース部２２１ｂを備える。その内部は駆動伝達機構２２３として第１ギヤ２２３ａ、第２ギヤ２２３ｂ２、第３ギヤ２２３ｂ３、第４ギヤ２２３ｃ２、第５ギヤ２２３ｃ3および第６ギヤ２２３ｄ2を収納するギヤ収納室２２１ｒとなっている。また、駆動輪ホルダー２２１は、内側ケース部２２１ａに左輪駆動モータ２１Ｌを嵌め入れる円筒部２２１ａ1を有している。
【００２８】
前記円筒部２２１ａ1は、内側ケース部２２１ａの長手方向の一端（前端）側に設けられており、その位置に左輪駆動モータ２１Ｌが嵌め入れられて固定される。内側ケース２２１ａの前記円筒部２２１ａ1に対応するように、外側ケース部２２１ｂには、円筒部２２１ｂ１が形成されている。また、円筒部２２１ａ1の外周面の上部には、付勢部材２４１としての引っ張りバネの一端が引っ掛けられている。なお、第６ギヤ２２３ｄ2の第１軸心Ｐ1と第１ギヤ２２３ａの第２軸心Ｐ2とは平行である。即ち、左駆動輪２２Ｌの軸心と左輪駆動モータ２１Ｌの駆動軸ｍ1とは平行である。
【００２９】
左輪駆動モータ２１Ｌの駆動軸ｍ1の駆動力は、第１ギヤ２２３ａ〜第５ギヤ２２３ｃ3を介して第６ギヤ２２３ｄ2に伝達される。第６ギヤ２２３ｄ2と左駆動輪２２Ｌとは一体で回転するように連結されている。これにより、左輪駆動モータ２１Ｌの駆動力が左駆動輪２２Ｌに伝達される。
【００３０】
図７Ａおよび図８Ａに示すように、自走式掃除機１は底板２ａと結合された支持部材２３１および駆動輪ホルダー２２１を介して左右の駆動輪によって床面Ｆ上で支持される。このとき、筐体２の重量が駆動輪ユニット２３にかかるため、円筒部２２１ａ1および２２１ｂ1を回動軸として駆動輪ホルダー２２１が第２軸心Ｐ2を中心に揺動（変位）して左駆動輪２２Ｌの大半が支持部材２３１内へ収納された状態となる。それと同時に、付勢部材２４１の前端が前方へ引っ張られる方向に移動する。
【００３１】
図９および図１０に示すように、外側ケース部２２１ｂには、遮光板２５１が形成されている。駆動輪ホルダー２２１が円筒部２２１ａ１および２２１ｂ１を中心に揺動すると、その揺動に伴って遮光板２５１が筐体２に対して変位する。図８Ａに示すように、左駆動輪２２Ｌが支持部材２３１内へ収納される方向へ揺動すると、遮光板２５１は下方（底板２ａに近づく方向）へ変位する。筐体２内には駆動輪センサ２５３が配置されている。この実施形態で駆動輪センサ２５３はスリットを介して一対の受光部と発光部とが対向する透過型のフォトセンサ（フォトインタラプタとも呼ばれる）である。駆動輪ホルダー２２１と一体に揺動する遮光板２５１が受光部と発光部の間に挿入されてスリットを塞ぐ位置にくると、スリットを介して発光部から受光部に至る光が遮られる。フォトセンサはその変化を検知する。図８Ａに示すように、自走式掃除機１が水平な床面を走行して左駆動輪２２Ｌが支持部材２３１内へ収納された状態で遮光板２５１はスリットから外れた位置にある。
【００３２】
この状態から、図７Ｂと図８Ｂに示すように、筐体２が床面Ｆに対して浮き上がると、付勢部材２４１の前端が後方へ引っ張られる。また、円筒部２２１ａ1、２２１ｂ1を回動軸として駆動輪ユニット２３が第２軸心Ｐ2を中心に揺動して左駆動輪２２Ｌが支持部材２３１の外側へ突出した状態となる。このとき、駆動輪ユニット２３の自重と付勢部材２４１の付勢力の両方によって左駆動輪２２Ｌが床面Ｆに押し付けられるため、自重のみの場合よりも筐体２の段差乗り越え性能が向上している。
また、左駆動輪２２Ｌが支持部材２３１の外側へ突出していくと、遮光板２５１は上方（底板２ａから遠ざかる方向）へ変位する。左駆動輪２２Ｌが所定の位置まで突出すると、遮光板２５１が駆動輪センサ２５３のスリットを塞ぐ。
【００３３】
このように駆動輪センサ２５３は左右の駆動輪の上下方向の変位をそれぞれ検出する。その一つの用途は、自走式掃除機１が床面の段差を乗り越える際の特徴的な変位を検出して自走式掃除機１の前後方向における傾きの有無を推定に用いる情報を提供することである。別の用途として次のようなものがある。床面の障害物に自走式掃除機１が乗り上げたり溝にはまり込んだりすると筐体２が走行面から持ち上がった状態に陥ることがある。そうすると、走行面との摩擦力、言い換えれば推進力が不足して自走式掃除機１が走行不能に陥る。その状態で駆動輪を回し続けると床面の一箇所を駆動輪が擦り続けてその床面を傷めてしまう。そこで、駆動輪が筐体から突出した状態を駆動輪センサ２５３で検出し、予め定められた走行期間または走行距離を超えてそのような突出状態が続いたら、走行制御部１１ａは駆動輪を停止させ床面へのダメージを防止する。この走行期間を第３走行期間と呼ぶ。第３期間は、具体的な数値の例として、３０秒の期間であってもよい。後述の傾き検出にかかる第１期間よりも十分長い期間である。また、前述の走行距離を第３走行距離と呼ぶ。第３走行距離は、具体的な数値の例として、１５メートルであってもよい。
この実施形態で、駆動輪センサ２５３は、傾きの有無の推定に用いる情報を提供する機能と、駆動輪が筐体から突出し続けて走行不能に陥っていることを検出する機能を兼ね備える。
【００３４】
≪段差通過の際に駆動輪センサを用いて機器の傾き有無を判定する手法≫
続いて、駆動輪センサ２５３を用いて段差を通過する場合の機器の傾きの有無を判定する手法を説明する。
図１３Ａ〜図１８Ｂは、この実施形態に係る自走式掃除機１が段差を通過する様子を示す説明図である。図１３Ａ、図１４Ａ、図１５Ａ、図１６Ａ、図１７Ａおよび図１８Ａは、自走式掃除機１が床面Ｆの段差Ｓを通過する様子を示す側面図である。各図に対応する図１３Ｂ、図１４Ｂ、図１５Ｂ、図１６Ｂ、図１７Ｂおよび図１８Ｂは、そのときの駆動輪センサ２５３の様子を示す説明図である。
【００３５】
図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、段差Ｓへの到達前、左右の駆動輪は自走式掃除機１の自重によって筐体２の内部にほぼ収容され、付勢部材２４１の張力と釣り合う位置にある。底部の回転ブラシ９は、適度な圧力で床面Ｆに接している。駆動輪ユニット２３の遮光板２５１は、駆動輪センサ２５３のスリット部よりも下方にあってスリットから外れている。駆動輪センサ２５３のこの検知状態を便宜上オフ状態と呼ぶことにする。オフ状態は駆動輪が予め定められた位置よりも上側ある場合に対応する。これに対して遮光板２５１がスリット部に挿入されフォトインタラプタを遮光する状態をオン状態と呼ぶことにする。オン状態は駆動輪が前記位置よりも下側の位置にある場合に対応する。
【００３６】
走行制御部１１ａは、前端部の床面検出センサ１８が検出する床面までの距離がｈ１を超えた場合、自走式掃除機１の進行方向を変更して前方の段差への転落を防止するが、図１３Ａにおいて前端部の床面までの高さはｈ１以下であるので前進を続ける。
段差Ｓは自走式掃除機１が通過し得る高さである。図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、自走式掃除機１の前端部が段差Ｓに到達すると、自走式掃除機１の前端下部が段差Ｓの角に接しながら、駆動輪からの推進力によってせり上がる。このとき、駆動輪は図１４Ａおよび図１４Ｂの状態よりも少しだけ筐体２から突出する。しかし、遮光板２５１は、依然として駆動輪センサ２５３のスリット部よりも下方にあってスリットから外れたままである。即ち、オフ状態を維持する。
【００３７】
図１４Ａにおいて前端部の床面までの高さはｈ１以下であるので前進を続ける。
自走式掃除機１がなお前進すると、やがて駆動輪が段差Ｓの手前に到達する。その期間、駆動輪は次第に筐体２から突出していく。それに伴って、駆動輪ユニット２３の遮光板２５１が駆動輪センサ２５３のスリット部まで上昇していく。やがて、駆動輪センサ２５３がオフ状態からオン状態に遷移する。この時点では依然として走行制御部１１ａは、前端部の床面検出センサ１８が検出する床面までの距離がｈ１を超えた場合、自走式掃除機１の進行方向を変更して前方の段差への転落を防止する。
その後、駆動輪センサ２５３のオン状態が予め定められた第１走行期間または第１走行距離を超えたら、走行制御部１１ａは、前端部の床面検出センサ１８が検出する床面までの距離がｈ２を超えた場合（ｈ２＞ｈ１）、自走式掃除機１の進行方向を変更して前方の段差への転落を防止する。即ち、回避走行すべき段差か否かの判断に適用する閾値を、傾きのない場合に適用するｈ１から傾きのある場合に適用するｈ２に変える。
【００３８】
駆動輪が段差Ｓの直前の位置に達すると、駆動輪の突出量が最大になる（図１５Ａおよび図１５Ｂ参照）。駆動輪センサ２５３はオン状態である。即ち、予め定められたよりも下側にあることを示している。図１５Ａにおいて前端部の床面までの高さはｈ２以下であるので前進を続ける。この時点では自走式掃除機１の前方が上方へ持ち上がっており水平走行時よりも前端部が床面から離れている。もしも、閾値をｈ２に変更せずｈ１を適用したら、走行制御部１１ａは、回避走行すべきと判断してしまう。
さらに駆動輪が回転すると、駆動輪は段差Ｓの角部に乗り上げて上昇し、筐体２に収容される。遮光板２５１は、駆動輪センサ２５３のスリット部よりも下方に下降するので再びオフ状態になる（図１６Ａおよび図１６Ｂ参照）。この時点では依然として走行制御部１１ａは、閾値としてｈ２を維持する。
【００３９】
その後、駆動輪センサ２５３のオフ状態が予め定められた第２走行期間または第２走行距離を超えたら、走行制御部１１ａは、閾値をｈ２からｈ１に変更する（ｈ２＞ｈ１）。即ち、回避走行すべき段差か否かの判断に適用する閾値を、傾きのある場合に適用するｈ２から傾きのない場合に適用するｈ１に変える。もしも、駆動輪センサ２５３がオフ状態になって直ぐに閾値をｈ２からｈ１に変更したら、図１６Ａにおいて走行制御部１１ａは、回避走行すべきと判断してしまう。
駆動輪が段差Ｓを過ぎて前進すると、やがて後輪２６が床面Ｆから持ち上がる（図１７Ａおよび図１７Ｂ参照）。遮光板２５１は、依然として駆動輪センサ２５３のスリット部よりも下方にあってオフ状態が続く。
【００４０】
後輪２６が段差Ｓを過ぎると（図１８Ａおよび図１８Ｂ参照）、自走式掃除機１は図１３Ａおよび図１３Ｂと同様、水平な床面Ｆを走行する状態に戻る。駆動輪センサ２５３も、図１３Ａおよび図１３Ｂと同様に遮光板２５１がスリット部より下方にあってオフ状態を維持する。
図１４Ａ〜図１６Ａへ進む間に駆動輪センサ２５３がオン状態からオフ状態になる期間の具体的な数値が例えば３秒であるとする。これに対して第１走行期間が例えば２秒に定められる。このように第１走行期間を定めれば、駆動輪が下側の位置に変位して段差Ｓを通過するのを確実に検知できる一方で、細かな凹凸のある床面を走行する場合に駆動輪が下側の位置に変位しても段差であると誤検知するのを防止できる。さらに、第１走行期間は前述の第３走行期間（前述の数値例では３０秒）より十分に短いので、段差の通過と駆動輪の空転とを確実に区別できる。
あるいは、図１４Ａ〜図１６Ａへ進む間に駆動輪センサ２５３がオン状態からオフ状態になるまでの走行距離の具体的な数値が、例えば１５センチメートルであるとする。これに対して第１走行期間が例えば１０センチメートルに定められる。このように第１走行距離を定めれば、駆動輪が下側の位置に変位して段差Ｓを通過するのを確実に検知できる一方で、細かな凹凸のある床面を走行する場合に駆動輪が下側の位置に変位しても段差であると誤検知するのを防止できる。さらに、第１走行距離は前述の第３走行距離（前述の数値例では１５メートル）より十分に短いので、段差の通過と駆動輪の空転とを確実に区別できる。
これらの数値例は一例に過ぎず、自走式電子機器の設計者が機器の形状、走行速度、乗り越える段差の高さ等の要素を考慮して適宜決定すればよい。
【００４１】
（実施の形態２）
実施の形態１では、駆動輪センサ２５３は駆動輪が予め定められた上下方向の位置に対して上側にあるか下側にあるかを検出するに過ぎなかった。走行制御部１１ａは、駆動輪センサ２５３の二値的な検出に基づいて自走式掃除機１が前後方向に傾いているか否かを判断しそれぞれに対応する閾値を用いて、機器の前端部の床面までの距離が乗り越え可能な段差の高さの範囲内か回避走行すべき高さかを判断している。
実施の形態２では、駆動輪センサ２５３は、駆動輪の上下方向の位置が少なくとも上中下の３つの領域の何れに属するかを検出する。走行制御部１１ａは、駆動輪センサ２５３の段階的な検出に基づいて自走式掃除機１が前後方向に傾いている程度を判断しその程度に対応する閾値を用いて、機器の前端部の床面までの距離が乗り越え可能な段差の高さの範囲内か回避走行すべき高さかを判断する。
【００４２】
図１９Ａ、図１９Ｂおよび図１９Ｃは、この実施形態における駆動輪センサの様子をそれぞれ示す説明図である。図１９Ａは、駆動輪が上側の位置にある状態を示している。図１９Ｃは、駆動輪が下側の位置にある状態を示している。図１９Ｂは、駆動輪が両者の中間にある状態を示している。
駆動輪の上下方向における位置を上中下の三段階で検出する具体的な構成例を各図に示している。この実施形態で、駆動輪センサ２５３は、駆動輪ホルダー２２１の揺動中心である第２軸心Ｐ2の半径方向において互いに異なる位置にスリットを有する２つの透過型のフォトセンサ２５３ａおよび２５３ｂからなる。
【００４３】
遮光板は、フォトセンサ２５３ａおよびフォトセンサ２５３ｂに対して以下のように機能するようにその形状が決められている。まず、駆動輪が下側の位置にある場合（図１９Ａ参照）、遮光板２５１は、フォトセンサ２５３ａおよびフォトセンサ２５３ｂの何れのスリットよりも下方にある。よって、両者は共にオフ状態である。
駆動輪が中間の位置にある場合（図１９Ｂ参照）、遮光板２５１は、フォトセンサ２５３ａのスリットを塞ぐ位置にあるが、フォトセンサ２５３ｂのスリットよりも下方にある。よって、フォトセンサ２５３ａはオン状態であり、フォトセンサ２５３ｂはオフ状態である。
駆動輪が上側の位置にある場合（図１９Ｃ参照）、遮光板２５１は、フォトセンサ２５３ａおよびフォトセンサ２５３ｂの両方のスリットを塞ぐ位置にある。よって、両者は共にオン状態である。
【００４４】
自走式掃除機１が段差を超える場合、例えば図１４Ａ、図１５Ａに示すように床面Ｆ上にある後輪２６を支点として前端部が持ち上がるので、駆動輪の筐体２からの突出量が大きいほど、自走式掃除機１の前端部がより上方に持ち上がっていると考えられる。走行制御部１１ａは、傾きの大きさに応じて乗り越えられる段差か否かの判定に用いる閾値を変更する。
駆動輪が下側の位置にある状態（傾きなしの状態）に対応する閾値をｈ１、駆動輪が中間の位置にある状態（傾きが小さい状態）に対応する閾値をｈｍ、駆動輪が上側の位置にある状態（傾きが大きい状態）に対応する閾値をｈ２とする。このとき、ｈ１＜ｈｍ＜ｈ２の関係にある。
【００４５】
（その他の実施形態）
駆動輪センサ２５３の検出の段階をより多くするために、駆動輪センサとして用いるフォトセンサの数をさらに多くしてもよい。（実施の形態３）
また、透過型のフォトセンサに代えて反射型のフォトセンサを用いてもよく、フォトセンサ以外のセンサやスイッチで構成してもよい。（実施の形態４）
さらに、駆動輪センサ２５３としてアブソリュート型のロータリーエンコーダや変位量と変位方向を検出するロータリーエンコーダを用いて多段階の検出を行ってもよい。（実施の形態５）
【００４６】
実施の形態１および２では、左右の駆動輪に対応する駆動輪センサを何れも傾きを検出するセンサとして用いると共に駆動輪の空転を検出するセンサとして用いているが、それぞれの機能に対応するセンサを用いてもよい。その一態様として、左右の駆動輪センサの何れか一方を傾きの検出に用い、他方の駆動輪センサを駆動輪の空転の検出に用いてもよい。（実施の形態６）
【００４７】
以上に述べたように、
（１）この発明による自走式電子機器は、床面の起伏に応じて上下方向に変位し、機器を走行させる駆動輪と、前記変位を逐次検出する駆動輪センサと、機器の前記駆動輪よりも前方に配置されて前方の床面までの高さを逐次検出する床面検出センサと、検出された高さを予め定められた閾値と比較して避けて走行すべき段差か否かを判断し、機器の走行を制御する走行制御部とを備え、前記走行制御部は、前記駆動輪の上下方向の変位に基づいて機器の前後方向における傾きの有無を推定し、その傾きの有無に応じて前記閾値を変更する。
【００４８】
さらに、この発明の好ましい態様について説明する。
（２）前記駆動輪センサは、前記駆動輪の上下方向の位置が予め定められた位置よりも上側か下側かを検出し、前記走行制御部は、前記駆動輪が下側の位置にある場合に機器が傾いていると判断し、前記駆動輪が上側の位置にある場合よりも大きな閾値を適用して、避けるべき段差か否かを判断してもよい。
このようにすれば、段差にさしかかった際に駆動輪が下側に変位することを利用して駆動輪が所定の位置より上側か下側かを検出し、乗り越え得る段差か回避すべき段差かを単純な構成で確実に検出できる。
（３）さらに、前記走行制御部は、前記駆動輪が予め定められた第１走行期間または第１走行距離を超えて下側の位置にあれば機器が傾いている場合のより大きな閾値に変更してもよい。このようにすれば、駆動輪が下側の位置にある状態が所定の期間または走行距離を超えているかに基づいて単なる床面の起伏と段差とを区別してより確実に段差の通過に伴う機器の傾きを検出できる。
（４）また、前記走行制御部は、機器が傾いた状態にあると判断した後に前記駆動輪が上側の位置に変位した場合、上側位置への変位から予め定められた第２走行期間または第２走行距離が経過してから、傾きのない場合のより小さな閾値に変更してもよい。このようにすれば、段差を乗り越えて機器が水平になる以前の状態であって、駆動輪が段差の角部に到達して上側に変位する間、機器が傾いている場合の閾値を適用するので、誤って機器が回避走行を始めるのを防ぐことができる。
（５）さらにまた、前記駆動輪センサは、上下方向に異なる少なくとも３つの領域の何れの位置に前記駆動輪があるかを逐次検出してその位置の変化を変位と検出し、前記走行制御部は前記領域の変化に応じて傾きの大きさを推定し、より大きく傾いている場合により大きな閾値を適用してもよい。
このようにすれば、駆動輪の変位の大きさに応じた複数の段階に対応した閾値を適用することによって、単に所定の位置より上側か下側かを検出する場合よりも高い精度で床面までの高さを検出することができる。
前述した実施の形態の他にも、この発明について種々の変形例があり得る。それらの変形例は、この発明の範囲に属さないと解されるべきものではない。この発明には、請求の範囲と均等の意味および前記範囲内でのすべての変形とが含まれるべきである。
【符号の説明】
【００４９】
１：自走式掃除機、    ２：筐体、    ２ａ：底板、    ２ｂ1：天板前部、    ２ｂ11：空気孔、    ２ｂ2：蓋部、    ２ｃ1：側板前半部、    ２ｃ2：側板後半部、    ２ｄ：内部構造壁、    ９：回転ブラシ、    １０：サイドブラシ、    １１：制御部、    １１ａ：走行制御部、    １１ｂ：見通し領域決定部、    １１Ｓ：回路基板、    １２：充電池、    １３：充電用接続部、    １４：障害検出部、    １４Ａ：超音波受信部、    １４Ｂ：超音波送信部、    １４Ｃ：衝突センサ、    １５：集塵部、    １５ａ：集塵容器、    １５ｂ：集塵フィルター、    １８：床面検出センサ、    ２０：ジャイロセンサ、    ２１Ｌ：左輪駆動モータ、    ２１Ｒ：右輪駆動モータ、    ２２Ｌ：左駆動輪、    ２２Ｒ：右駆動輪、    ２３：駆動輪ユニット、    ２３Ｌ：左駆動輪ユニット、    ２３Ｒ：右駆動輪ユニット、    ２４：誘導信号受信部、    ２６：後輪、    ３１：吸込口、    ３２：第１排気口、    ３３：第２排気口、    ５５：報知部、    ６１：記憶部、    １１４：ダクト部、    １１５：電動送風機、    １１９：ブラシモータ、    １２０：イオン発生器、    １２１Ｌ：左輪ドライバ、    １２１Ｒ：右輪ドライバ、    １２３：送風機ドライバ    １２５：ブラシドライバ
２０１：充電台、    ２０２：充電端子部、    ２０３：誘導信号送出部
２２１：駆動輪ホルダー、    ２２１ａ：内側ケース部、    ２２１ｂ：外側ケース部、    ２２１ａ1，２２１ｂ1：円筒部、    ２２１ｒ：ギヤ収納室、    ２２３ａ：第１ギヤ、    ２２３ｂ２：第２ギヤ、    ２２３ｂ３：第３ギヤ、    ２２３ｃ２：第４ギヤ、    ２２３ｃ3：第５ギヤ、    ２２３ｄ2：第６ギヤ、    ２２３：駆動伝達機構、    ２３１：支持部材、    ２４１：付勢部材、    ２５１：遮光板、    ２５３：駆動輪センサ、    ２５３ａ，２５３ｂ：フォトセンサ
Ｆ：床面、    Ｓ：段差、    ｍ1：駆動軸、    Ｐ1：第１軸心、    Ｐ2：第２軸心
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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