(57)【要約】【課題】バッテリーの１回の充電で駆動可能な時間範囲内で効率よく清掃を実行させること。【解決手段】移動体本体と、移動体本体の移動手段と、移動体本体の位置と方向を検出する検出手段と、ファン吸引の清掃手段と、移動手段の移動を制御する制御手段と、を備えた自走式掃除機であって、制御手段は、仮想円を描く機能（ｃ１）と、任意の方向に仮想円内を直線走行させる機能（１）と、仮想円外で円弧軌跡を走行させて仮想円に戻るように移動させる機能（２）と、次の仮想円に移動させる機能（８）と、を備え、移動体本体を移動させる走行様式を、仮想円内の直線走行様式（１）、円弧軌跡を走行させて仮想円に戻る走行様式（２）、次の仮想円に移動させる走行様式（８）、の順序で制御する。また、障害物間へのはまり込みを障害物沿い走行により防止する。【選択図】図６
2009112723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体本体と、前記移動体本体を床面上で移動させる移動手段と、前記移動体本体の位置と方向を検出する検出手段と、床面をファン吸引することで清掃する清掃手段と、前記検出手段からの検出信号をもとに前記移動手段の移動を制御する制御手段と、を備えた自走式掃除機であって、
前記制御手段は、前記移動体本体が移動開始時に位置する地点の中心から一定の距離範囲を規定する機能と、前記移動体本体を任意の方向に前記一定の距離範囲内に走行させる機能と、前記移動体本体を前記一定の距離範囲外で方向変更しながら前記一定の距離範囲内に戻る走行様式で移動させる機能と、前記移動体本体を次に規定する一定の距離範囲に移動させる機能と、を備え、前記移動体本体を移動させる走行様式を、前記任意の方向に前記一定の距離範囲内に走行させる走行様式、前記方向変更しながら前記一定の距離範囲内に戻る走行様式、次に規定する一定の距離範囲に移動する走行様式、の順序で制御する
ことを特徴とする自走式掃除機。
【請求項２】
移動体本体と、前記移動体本体を床面上で移動させる移動手段と、前記移動体本体の位置と方向を検出する検出手段と、床面をファン吸引することで清掃する清掃手段と、前記検出手段からの検出信号をもとに前記移動手段の移動を制御する制御手段と、を備えた自走式掃除機であって、
前記制御手段は、前記移動体本体が移動開始時に位置する地点を中心とする仮想円を描く機能と、前記移動体本体を任意の方向に前記仮想円内を直線走行させる機能と、前記移動体本体を前記仮想円外で円弧軌跡を走行させて前記仮想円に戻るように移動させる機能と、前記移動体本体を次に描いた仮想円に移動させる機能と、を備え、前記移動体本体を移動させる走行様式を、前記仮想円内を直線走行させる走行様式、前記円弧軌跡を走行させて前記仮想円に戻るように移動させる走行様式、前記次に描いた仮想円に移動させる走行様式、の順序で制御する
ことを特徴とする自走式掃除機。
【請求項３】
請求項１において、
前記移動体本体の移動距離を測定する手段と、前記移動体本体の移動時間を測定する手段と、前記移動体本体が前記一定の距離範囲と交叉する回数を検知する手段と、を設け、
前記制御手段は、前記移動距離、前記移動時間、又は前記回数がそれぞれの所定値を超えたことを検出したときに、前記移動体本体を前記次に規定する一定の距離範囲に移動させる
ことを特徴とする自走式掃除機。
【請求項４】
請求項１または３において、
前記移動体本体が障害物との接触を検出する検出手段を設け、
前記制御手段は、前記検出手段により前記障害物接触を検出したときに、前記移動体本体を微少後退させた地点で走行方向を変更させて前記一定の距離範囲内に戻るように制御することで、前記障害物との接触を回避する
ことを特徴とする自走式掃除機。
【請求項５】
請求項１または３において、
前記移動体本体と障害物との接触を検出する検出手段と、前記移動体本体と障害物との距離を測定する測定手段と、前記移動体本体の進行方向を記憶する記憶手段と、を設け、
前記制御手段は、前記検出手段で障害物との接触を検出した場合に、前記接触の際の進行方向を前記記憶手段に記憶するとともに前記移動体本体を微少後退させ進行方向を変更して前記測定手段からの障害物との距離を基にして前記障害物との距離を一定に保ちながら前進走行させ、前記障害物との距離一定を保ちながらの前進走行の走行過程で前記記憶した進行方向と略一致する走行方向が得られたとき、その時点での走行方向を保って直進するように制御することで、前記障害物でのはまり込みを抜け出す
ことを特徴とする自走式掃除機。
【請求項６】
請求項１または３において、
前記移動体本体と障害物との接触を検出する検出手段を設け、
前記制御手段は、前記検出手段で障害物との接触を検出した場合に、前記接触の際の進行方向を接線方向とする角度１８０度の円弧軌跡を設定して前記移動体本体を走行制御し、前記円弧軌跡の終端に達する以前に障害物との接触を検出する場合には、再度、前記設定された円弧軌跡による走行制御を行い、前記角度１８０度の円弧軌跡の終端に達したときにはその方向のままで直進走行するように制御することで、前記障害物でのはまり込みを抜け出す
ことを特徴とする自走式掃除機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自走して清掃を行う自走式掃除機に係わり、特に、バッテリーの１回の充電で効率良く清掃を行わせるに好適な自走式掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸引式の自走式掃除機では、自走式掃除機本体にバッテリーを搭載し、バッテリーからの給電によって走行モータと吸引ファンモータを駆動させ、自走しながら吸引集塵を実行する。この方式では、大きな吸引力を発生させるためには大型の吸引ファンモータが必要である。ここで、大型の吸引ファンモータは消費電力も大きい。大きい消費電力を供給するには、簡単にはバッテリーを大容量化すればよいが、大容量のバッテリーは寸法と質量も大きくなる。一般家庭内で使用することを前提とした場合、自走式掃除機本体の寸法や質量には制約があり、自走式掃除機本体に搭載できるバッテリー容量を無制限に大きくすることはできない。また、現在のバッテリーは放電後の再充電に一定の時間が必要であり、再充電中は自走式掃除機に清掃作業を行わせることができない。そのため、バッテリーの１回の充電容量でなるべく清掃効率を上げたい、という要望がある。
【０００３】
清掃効率は、掃除可能な部屋面積に対する総掃除面積を掃除率と定義し、掃除率の大きさで評価することが一般的である。この掃除率を上げるには、自走式掃除機に、時間当たりの掃除面積をなるべく大きくするような走行動作を行わせる必要がある。理想的には、清掃対象の部屋に合わせた最適経路で規則的に走行できれば、最も効率的である。しかし現実には、機構系の組立誤差、センサの検出精度、床面とのすべり等々の影響で、正確な規則走行の実現が困難である。そのため、一般に自走式掃除機の走行様式としては、いわゆるランダム走行を取ることがほとんどである。
【０００４】
このランダム走行の実現手段としては、自走式掃除機において、所定の領域を効率的に清掃させるため複数の動作モードで自走式掃除機を動作させるシステム及び方法が、例えば、特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００６−３１８４８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記背景技術で述べた一般的な自走式掃除機におけるランダム走行は、十分長い時間をかけて清掃すれば掃除率を上げることを期待できる。しかし、バッテリーの１回の充電で走行可能な時間範囲では、必ずしも十分な掃除率を得られるとは限らない。また、一般的なランダム走行では、障害物と障害物の間にはまり込み、そこからなかなか抜け出せない状況に陥ることがある。このような状況が発生すると、時間当たりの掃除面積が極端に小さくなるという課題がある。
【０００６】
また、上記特許文献１に開示された自走式掃除機は、ブラシでごみを掻き取る方式のものであって、ファンモータでごみを吸引する方式ではないので、バッテリーの消耗に対する配慮が欠けている。
【０００７】
そこで、本発明は、掃除率を上げることが可能なランダム走行を与え、バッテリーの１回の充電で駆動可能な時間範囲内で、効率よく清掃を実行させる機能を備えた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】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
移動体本体と、前記移動体本体を床面上で移動させる移動手段と、前記移動体本体の位置と方向を検出する検出手段と、床面をファン吸引することで清掃する清掃手段と、前記検出手段からの検出信号をもとに前記移動手段の移動を制御する制御手段と、を備えた自走式掃除機であって、
前記制御手段は、前記移動体本体が移動開始時に位置する地点の中心から一定の距離範囲を規定する機能と、前記移動体本体を任意の方向に前記一定の距離範囲内に走行させる機能と、前記移動体本体を前記一定の距離範囲外で方向変更しながら前記一定の距離範囲内に戻る走行様式で移動させる機能と、前記移動体本体を次に規定する一定の距離範囲に移動させる機能と、を備え、前記移動体本体を移動させる走行様式を、前記任意の方向に前記一定の距離範囲内に走行させる走行様式、前記方向変更しながら前記一定の距離範囲内に戻る走行様式、次に規定する一定の距離範囲に移動する走行様式、の順序で制御する構成とする。
【０００９】
また、移動体本体と、前記移動体本体を床面上で移動させる移動手段と、前記移動体本体の位置と方向を検出する検出手段と、床面をファン吸引することで清掃する清掃手段と、前記検出手段からの検出信号をもとに前記移動手段の移動を制御する制御手段と、を備えた自走式掃除機であって、
前記制御手段は、前記移動体本体が移動開始時に位置する地点を中心とする仮想円を描く機能と、前記移動体本体を任意の方向に前記仮想円内を直線走行させる機能と、前記移動体本体を前記仮想円外で円弧軌跡を走行させて前記仮想円に戻るように移動させる機能と、前記移動体本体を次に描いた仮想円に移動させる機能と、を備え、前記移動体本体を移動させる走行様式を、前記仮想円内を直線走行させる走行様式、前記円弧軌跡を走行させて前記仮想円に戻るように移動させる走行様式、前記次に描いた仮想円に移動させる走行様式、の順序で制御する構成とする。
【００１０】
また、前記自走式掃除機において、前記移動体本体が障害物との接触を検出する検出手段を設け、前記制御手段は、前記検出手段により前記障害物接触を検出したときに、前記移動体本体を微少後退させた地点で走行方向を変更させて前記一定の距離範囲内に戻るように制御することで、前記障害物との接触を回避する構成とする。さらに、前記自走式掃除機において、前記移動体本体と障害物との接触を検出する検出手段と、前記移動体本体と障害物との距離を測定する測定手段と、前記移動体本体の進行方向を記憶する記憶手段と、を設け、
前記制御手段は、前記検出手段で障害物との接触を検出した場合に、前記接触の際の進行方向を前記記憶手段に記憶するとともに前記移動体本体を微少後退させ進行方向を変更して前記測定手段からの障害物との距離を基にして前記障害物との距離を一定に保ちながら前進走行させ、前記障害物との距離一定を保ちながらの前進走行の走行過程で前記記憶した進行方向と略一致する走行方向が得られたとき、その時点での走行方向を保って直進するように制御することで、前記障害物でのはまり込みを抜け出す構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、バッテリーの１回の充電で駆動可能な時間範囲内で、清掃対象とする部屋に対する清掃面積率を上げて、効率よく清掃を実行させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係る自走式掃除機について、図１〜図１１を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の実施形態に係る自走式掃除機における制御回路の構成を示す図である。図１において、１は制御主回路、２は左走行モータ駆動回路、３は左走行モータ、４は左走行モータ３の回転検出器、５は右走行モータ駆動回路、６は右走行モータ、７は右走行モータ６の回転検出器、８は吸引力切替回路である。
【００１４】
また、９は吸引ファンモータ駆動回路、１０は吸引ファンモータ、１１は赤外線距離センサ駆動回路、１２は側方赤外線距離センサ、１３はバンパセンサ駆動回路、１４はバンパセンサ、１５はバッテリー、１６は電源回路、１７は制御主回路用給電回路、１８は左走行モータ用給電回路、１９は右走行モータ用給電回路、２０は吸引ファンモータ用給電回路、２１は赤外線距離センサ用給電回路、２２はバンパセンサ用給電回路、３７はバッテリー容量検出回路である。また、２３は制御主回路を構成する中央演算処理装置、２４はメモリ回路、２５は入出力回路、２６は入力部、２７は出力部、２８はアドレス・バス、２９はデータ・バス、３０はコントロール・バス、３８はタイマー回路である。
【００１５】
また図示しないが、電源回路１６からの給電を入切りするための電源スイッチ、自走式掃除機へ清掃開始指令等を与えるための操作入力、及び表示ランプ等の出力を制御する回路が、制御主回路１へ接続されている。
【００１６】
図２は本発明の実施形態に係る自走式掃除機の概略構成を示す図である。図２において、３１は自走式掃除機の本体筐体部、３２は左走行車輪、３３は右走行車輪、３４はバンパ部、３５は吸引吸口部、３６は充電端子である。本体筐体３１の内部には、左走行モータ３、右走行モータ６、吸引ファンモータ１０、バッテリー１５をそれぞれ表している。そして、自走式掃除機の本体筐体部３１には、図１に示した各構成要素が搭載される。
【００１７】
左走行車輪３２は車軸とギアを介して左走行モータ３へ接続される。また、右走行車輪３３は車軸とギアを介して右走行モータ６へ接続される。バンパ部３４にはバンパセンサ１４（図１を参照）が取り付けられる。また筐体３１の側方部位には側方赤外線距離センサ１２が取り付けられる。また図示しないが、本体筐体３１の内部には左右の走行車輪用の車軸とギア、ダストケース、吸引吸口３５とダストケースを結合する流路が搭載される。また、本体筐体部３１上には、電源投入や走行開始を指示する操作スイッチ類や表示ランプ類が配置される。本体筐体部３１は充電台（図示せず）にドッキングし、外部の充電台から充電端子３６を介してバッテリー１５を充電する。電源回路１６は充電端子３６が充電台に接続されたことを検知して他の構成要素に所要の動作をさせる。
【００１８】
図１において、制御主回路１には、左走行モータ駆動回路２と右走行モータ駆動回路５と吸引力切替回路８と赤外線距離センサ駆動回路１１とバンパセンサ駆動回路１３と制御主回路用給電回路１７が接続される。
【００１９】
左走行モータ駆動回路２には左走行モータ３が接続され、左走行モータ３には左走行モータ回転検出器４が接続される。そして、左走行モータ回転検出器４は制御主回路１に接続される。また、左走行モータ駆動回路２には左走行モータ用給電回路１８から電力が供給される。
【００２０】
右走行モータ駆動回路５には右走行モータ６が接続され、右走行モータ６には右走行モータ回転検出器７が接続される。そして、右走行モータ回転検出器７は制御主回路１に接続される。また、右走行モータ駆動回路５には右走行モータ用給電回路１９から電力が供給される。
【００２１】
吸引力切替回路８には吸引ファンモータ駆動回路９が接続され、吸引ファンモータ駆動回路９には吸引ファンモータ１０が接続される。吸引ファンモータ駆動回路９には吸引ファンモータ用給電回路２０から電力が供給される。赤外線距離センサ駆動回路１１には赤外線距離センサ１２が接続され、赤外線距離センサ用給電回路２１から電力が給電される。バンパセンサ駆動回路１３にはバンパセンサ１４が接続され、バンパセンサ用給電回路２２から電力が給電される。
【００２２】
バッテリー１５には電源回路１６が接続される。また電源回路１６には制御主回路用給電回路１７、左走行モータ用給電回路１８、右走行モータ用給電回路１９、吸引ファンモータ用給電回路２０、赤外線距離センサ用給電回路２１、バンパセンサ用給電回路２２が接続される。また電源回路１６にはバッテリー容量検出回路３７が接続される。
【００２３】
制御回路１の中央演算処理装置２３には、アドレス・バス２８と、データ・バス２９と、コントロール・バス３０と、タイマー回路３８が接続され、メモリ回路２４と入出力回路２５はそれぞれアドレス・バス２８とデータ・バス２９とコントロール・バス３０に接続される。制御主回路１へ接続される各回路の電気信号は、入出力回路２５の入力部２６と出力部２７を介して、制御主回路１へ伝達される。図１に示す回転検出器４と７は例えばエンコーダであって、モータ３，６の回転速度に応じてパルス信号を発生するように構成された電子部品である。
【００２４】
吸引ファンモータ１０は、印加電圧に応じて吸引力が変化するファンモータである。吸引力切替回路８は、吸引ファンモータ１０の吸引力を制御するスイッチ回路である。この吸引力切替回路８は、例えば、一般的な電気掃除機の手元スイッチを制御主回路１から操作できるようにした電気回路であり、吸引力切替回路８からの出力指令に応じて、吸引ファンモータ１０は稼動と停止と吸引力強・中・弱を制御される。
【００２５】
赤外線距離センサ１２は、発光素子と受光素子とレンズ面から構成される電子部品である。発光素子からレンズ面を通して赤外線を対象物に投射し、対象物から反射された赤外線をレンズ面を通して受光素子で受光し、受光した反射光の強度から対象物までの距離を測定するセンサである。バンパセンサ１４は、例えばバンパ３４の構造部材に取り付けたマイクロスイッチである。マイクロスイッチは、所定の力が加わるとスイッチが開閉して、開閉に応じた電気信号を発生する。
【００２６】
制御主回路１は、走行モータ駆動回路２と５を介して左右の走行モータ３と６を駆動する。また回転検出器４と７によって検出された走行モータ３と６の回転に基づき、走行モータ３と６の回転方向と回転速度を算出し、走行モータ３と６に接続される車輪３２と３３の回転を制御する。本体筐体部３１は、車輪３２と３３の回転方向と回転速度に応じて、前進、後退、右回転、左回転などの移動動作を行う。
【００２７】
また、制御主回路１は、側方赤外線距離センサ１２により本体筐体部３１の右側を走査し、障害物がある場合には、当該障害物と本体筐体部３１側面との距離を測定する。なお、側方赤外線距離センサは図２では右側に設けているが、左側にも設置して距離測定してもよい。また、バンパセンサ１４により筐体３１と障害物との接触を検知する。
【００２８】
また、制御主回路１は、赤外線距離センサ１２により測定した障害物との距離およびバンパセンサ１４により検知した障害物との接触状況に応じて、走行モータ駆動回路２と５へ動作指令を与えて走行モータ３と６を動作させる。また吸引力切替回路８へ吸引力の切替信号を与える。さらに、制御主回路１は、車輪３２と３３の移動量から演算される本体筐体部３１の現在位置や方向角度などのデータをメモリ回路２４に記憶する。さらに、制御主回路１は、タイマー回路３８を介して時間を測定する。
【００２９】
図３は本実施形態に係る自走式掃除機が清掃対象とする部屋の一例を示す模式図である。図３に示す例では、部屋は縦２７０ｃｍ、横３６０ｃｍの広さ６畳を想定してある。部屋の内部には、４本脚のテーブル、パイプ椅子、ゴミ箱、棚、ＴＶが配置され、また隣部屋への扉口と柱が存在している。清掃時は自走式掃除機の本体筐体部３１を部屋の適当な場所へ置き、そこから走行を開始する。または、図示しないが部屋の中に充電台を置き、自走式掃除機の本体筐体部３１を当該充電台にドッキングさせた状態で待機させ、充電台から走行を開始させる。
【００３０】
自走式掃除機の走行中にその吸引吸口３５が通過した床面部分が、掃除された床面面積となる。走行中に同じ床面部分を重複して走行する場合もあるため、単純に走行距離と吸引吸口３５の幅の積が総掃除面積とはならないが、重複走行領域の割合が同等であれば同一時間中の走行距離が長い方が総掃除面積も大きく、したがって掃除率も大きいと言える。
【００３１】
図４は本実施形態に係る自走式掃除機が方向転換したときの走行動作と移動時間を表す模式図である。図４には、一定速度で前進中の自走式掃除機３１が、前進途中で方向転換した場合の移動時間を示している。時刻ｔ１で方向転換が発生したとすると、自走式掃除機３１は、時刻ｔ１で前進速度を０にした後、ｔ１からｔ２までその場で回転して方向転換する。そしてｔ２からｔ３まで加速して元の一定速度に到達した後、再び一定速度で前進する。この場合、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は方向が変化するだけであって、走行距離自体は変化しない。また時刻ｔ２からｔ３の加速区間は、元の一定速度で前進する場合よりも同一時間における走行距離は小さくなる。これらのことから、走行途中に方向転換が多発すると、同一時間中の走行距離は小さくなるといえる。
【００３２】
したがって、方向転換が必要な場合も、移動しながら（方向転換位置に留まらずに）向きを変えるような動作を行えば、走行距離を長くして掃除率を上げることができる。この条件に適する動作としては、例えば前述の特許文献１で開示されている螺旋走行がある。この螺旋走行（平面上で曲率半径を次第に大きくする走行）は、障害物のない広い場所で掃除率を上げるのには効果的な走行である。しかし、狭い部屋に家具類が多く置かれている居間などを想定した場合、途中で障害物に接触し、最後まで螺旋軌跡を描くことが困難になる。
【００３３】
図５は自走式掃除機における通常一般的な螺旋走行の状況を示す模式図である。図５において、自走式掃除機３１は、走行開始位置と記した位置から外向きの螺旋軌跡を描く。図示したように、はじめのうちは走行面積を広げていけるが、途中で家具類にぶつかってしまう。
【００３４】
そこで次に、図６から図１１を参照して、図３のような狭い部屋に家具類が多く置かれている場合でも、規定のバッテリー容量で駆動可能な時間範囲内で、掃除率を上げることが可能な、本実施形態に係る自走式掃除機によるランダム走行経路を生成する方法について、以下詳細に説明する。
【００３５】
図６は本発明の実施形態に係る自走式掃除機によるランダム走行経路生成の原理説明図である。図６において実線で示した線は走行経路である。走行経路上の矢印は走行の方向を示す。また、点線で示したｃ１からｃ３は仮想的に設けた円であり、Ｏ１からＯ３は仮想円の中心位置である。ＡからＧまでの大文字アルファベットは、仮想円ｃ１と走行経路との交点である。
【００３６】
走行経路上に記した（１）から（９）までの数字は走行経路の順番である。このうち（１）、（３）、（５）、（７）、（８）、（９）は直線軌跡であり、（２）、（４）、（６）は円弧軌跡を描く。円弧軌跡の内部にあるバツ印は円弧の中心位置を示す。直線（１）、（３）、（５）、（７）は、それぞれの直線が接する円弧の接線の一部である。走行経路中の円弧部分の半径をＲａｒｃ、仮想円の半径をＲｖｒとすると、Ｒａｒｃ＜Ｒｖｒである。
【００３７】
自走式掃除機は初め点Ｏ１の位置にいて、制御主回路１で点Ｏ１を中心とする仮想的な円ｃ１を設定する。そして点Ｏ１から任意の方向へ前進する。制御主回路１は、制御周期毎に自走式掃除機の位置と方向を演算し、演算した位置から自走式掃除機と点Ｏ１との距離を演算する。自走式掃除機は、当該距離が仮想円ｃ１の半径以上となって仮想円と交差するまで直進する（（１））。直線（１）と仮想円ｃ１の交点をＡとし、Ａから直線（１）を接線とするような円弧軌跡を定めて、円弧に沿って移動する（（２））。円弧（２）上の点Ｐから、円弧の接線をなす直線軌跡を定め、仮想円ｃ１の内部へ向けて直進する（（３））。ここで、点Ｐは、点Ｐからの円弧接線をなす直線軌跡が仮想円Ｃ１の円内に入り込むようにした点である。
【００３８】
直線（３）は仮想円ｃ１と交点Ｂで交差し、さらに仮想円ｃ１の内部を直進して交点Ｃで仮想円と交差する。交点Ｃにおいて、直線（３）を接線とする第２の円弧軌跡を定め、仮想円ｃ１と交差する点Ｄまで移動する（（４））。交点Ｄまで移動したならば、点Ｄを接点とする円弧軌跡（４）の接線方向へ直進する（（５））。直線（５）と仮想円ｃ１の交点Ｅまで移動したならば、第２の円弧軌跡と同様にして、第３の円弧軌跡上を交点Ｆまで移動し（（６））、交点Ｆから円弧軌跡（６）の接線方向へ直進する（（７））。
【００３９】
同様の動作を繰り返し、一定の移動距離または一定の移動時間または移動軌跡が仮想円と交わった回数を判断値として、次の仮想円領域へ移行する。仮想円の内側を走行中に判断値を超えたならば、自走式掃除機を仮想円と交差するまで前進させ、交点での自走式掃除機の前進方向を保ったまま一定距離前進させた位置を次の仮想円中心とする。また、仮想円の内側を走行中に判断値を超えたならば、その位置での自走式掃除機の前進方向を保ったまま一定距離前進させた位置を次の仮想円中心とする。図６では、直進（７）の途上で判断値に到達したとする。自走式掃除機は直進し仮想円ｃ１の交差Ｇまで到達したならば、現在の進行方向を保ったまま一定距離前進し（（８））、一定距離前進した位置を点Ｏ２として次の仮想円ｃ２を定める。
【００４０】
Ｏ２から直線（８）の方向のまま仮想円ｃ２と交差するまで前進し（（９））、仮想円ｃ１と同様にして移動軌跡を定める。仮想円ｃ２に対する軌跡上を移動し終えたならば、次の中心位置Ｏ３と仮想円ｃ３を定め、以下同様の処理を行う。この移動動作を、所定の総清掃時間または所定の総移動距離に達するまで繰り返す。なお、図６では３つの仮想円の半径は同一として図示しているが、それぞれの半径は任意であってもよい。さらに、円弧についても、円弧（２），（４），（６）は同一半径であるが変えてもよい。これらの変更はソフトウェアで実現可能である。
【００４１】
図７は本実施形態に係る自走式掃除機によるランダム走行経路における第１の円弧軌跡生成の説明図である。図７を用いて、第１の円弧軌跡の定め方について、その詳細を説明する。図７の点Ｏは仮想円の中心、点Ｑは円弧軌跡の元となる小円の中心、点ＡはＯから伸びる直線軌跡と仮想円の交点、点Ｐは円弧軌跡の終端点（点Ｐは図６の説明で定義したとおり）、点Ｂは終端点Ｐから仮想円の接線方向に伸ばした直線軌跡が仮想円と交わる最初の交点、点Ｃは次の交点である。図７（１）は、点Ｐが仮想円の外側にある場合、図７（２）は点Ｐと点Ｂが一致している場合、図７（３）は点Ｐが仮想円の内側にある場合である。なお、図７（３）の場合は点Ｂを定義できないため、円弧と仮想円の交点をＢ’とし、点Ｐから引いた接線が仮想円と交わる点をＣと定義してある。
【００４２】
まず、図７（１）で説明する。線分ＯＡに直交する直線上を任意の方向へ点ＡからＲａｒｃ進めた点をＱとして、点Ｑを中心に点Ａから半径Ｒａｒｃの小円を描く。点Ａから線分ＱＡを所定角度回した小円上の点をＰとする。点Ｐにおいて、線分ＱＰに直交する直線を仮想円の中心Ｏの側へ伸ばす。この伸ばした直線は小円の接線の一部であるから、角度ＱＰＢは９０度になる。今、仮想円半径Ｒｖｒ＞円弧半径Ｒａｒｃと規定してあるので、中心角度ＡＱＰを、１８０度を超えて３６０度未満となるような角度に設定すれば、点Ｐから伸ばした接線は必ず仮想円と交わる。この接線が仮想円と交差する最初の点がＢ、次の交点がＣである。
【００４３】
なお、図７（２）は、点Ｐが仮想円上になるように角度ＡＱＰを定めた場合である。この場合、点Ｐと点Ｂは同一点となり、点Ｐから引いた小円の接線は必ず仮想円の中心Ｏを通る。また、図７（３）は、角度ＡＱＰを図７（２）よりも大きく定めた場合である。この場合は、点Ｐが仮想円の内側に入り込む。このように角度ＡＱＰを変化させることで、円弧軌跡終端から伸びる直線の方向にランダム性を与えることが可能となる。
【００４４】
ところで、図６における第１の円弧軌跡（２）の終端点Ｐ位置を図７（１）や（３）のように定めた場合、円弧終端から伸ばす接線は仮想円の中心を通らない。そのため、点Ｃから描く第２の円弧（４）と仮想円の交点Ｄを上述の点Ｐ位置として接線を引いたとしても、その接線は仮想円の中心を通らずに仮想円内部を通過できる。そこで、第１の円弧軌跡だけに角度ＡＱＰを明示的に与えて円弧終端点Ｐから伸ばす直線の方向を定めれば、以降の円弧軌跡では一律に円弧が仮想円と交差する点を円弧終端点Ｐと定めても、自動的に仮想円内部をランダムに通過できる。このようにすることで、制御を簡略化できる。
【００４５】
以上の処理の繰り返しによって、仮想円を中心とした小領域中の清掃を重ねて部屋全体を清掃することが可能となる。なお、前述の図６では、各円弧の半径Ｒａｒｃを仮想円半径Ｒｖｒの１／４、第１の仮想円上の交点Ｇから第２の仮想円ｃ２の中心Ｏ２までの距離を仮想円半径Ｒｖｒの２倍として描いてある。これらの値は、清掃対象の部屋広さや家具の多さや自走式掃除機寸法に合わせて、適宜変更すればよい。また、図６では円弧を描く向きを順次反転させ、円弧軌跡（２）と（６）は交点から反時計回りに円弧を描き、円弧軌跡（４）は交点から時計回りに円弧を描くようにしてある。これらの方向も適宜変更してよい。また、ひとつの仮想円に対して円弧軌跡を３個ずつ描いてあるが、これらは３個に限るものではない。また、図６では仮想円ｃ１からｃ３まで全く同じ動作を繰り返すように図示したが、半径や円弧を描く向きなどを各仮想円でランダムに変化させることも可能である。
【００４６】
図８は本実施形態に関するランダム走行経路生成での仮想円の外側と内側に障害物が存在する場合における自走式掃除機の移動経路を示す図である。次に、図６と図７で説明したように定めた移動軌跡の途中に障害物がある場合に、障害物を回避する方法について、図８を用いて以下説明する。
【００４７】
図８の黒塗り部分は障害物、矢印付きの実線は移動軌跡、点線円は点Ｏを中心とする仮想円、一点鎖線で示した小円は仮想円に対して描く円弧軌跡の元となる円、Ｎ１からＮ７までの記号は移動軌跡上の点位置を示す。
【００４８】
点Ｎ１から円弧軌跡上を移動する途中の点Ｎ２で自走式掃除機が障害物と接触すると、バンパセンサ１４が反応する。制御主回路１は、バンパセンサ１４の反応を検出したならば走行モータを停止させ、自走式掃除機をその場で一時停止させる。次いで、バンパセンサ１４が反応しなくなるまで、自走式掃除機を点Ｎ３の位置まで後退させる。点Ｎ３まで後退したならば、点Ｎ１から点Ｎ２にかけて描いていた円弧を点Ｎ３から再開し（円弧の中心点をずらせるように制御して再開する）、仮想円と交差する点Ｎ４まで再開した円弧軌跡上を移動する。
【００４９】
点Ｎ４から仮想円の内部を円弧の接線方向へ直進し、仮想円内部にある障害物に接触したとする。点Ｎ２での処理と同様に一時停止し、バンパセンサが反応しなくなる点Ｎ５まで微小後退する。微小後退したならば、その場で回転して前進方向を変えて（前進方向を任意の角度だけ変えて、図示例では９０度変えて）点Ｎ６まで直進する。点Ｎ６より円弧軌跡を辿って点Ｎ７まで移動する。
【００５０】
このようにして移動途中の障害物を回避できる。なお、図８では、仮想円の外側の障害物に対しては円弧軌跡で回避を、内側の障害物に対しては任意の角度を以て方向変更して回避するように図示したが、これらは、必ずしもこの軌跡に限るものではない。内側の障害物に対しても適当な円弧軌跡上を移動して回避処理を行い、然る後に直線軌跡へ移行させてもよい。また、外部の障害物に対して任意の角度をもって方向転換させ、直線上を移動して仮想円に戻すことも可能である。但し、この場合は、進行方向によっては仮想円の内部に戻る保証がない。したがって、この場合は、一定距離または一定時間直進しても仮想円と交差しなければ、そこで再度、方向転換処理を行って元の仮想円へ戻せばよい。もしくは、一定距離前進した位置を中心点として、新たな仮想円を設定してもよい。なお、図８には仮想円から次の仮想円へ移る途中に障害物がある場合を図示していないが、この場合も、仮想円内外の障害物と同様に回避処理を行い、次の仮想円位置へ移動すればよい。
【００５１】
ところで、図８に示したような障害物回避方法を取った場合、障害物の間に挟まれて抜け出せない、いわゆる、はまり込み状況に陥ることがある。図９に、はまり込み状況の例を示す。図９は、長尺家具が部屋の隅部に斜めに置かれて、長尺家具の一方の端と部屋壁との間に、かろうじて自走式掃除機が通り抜けられる隙間がある場合を模式的に示す図である。
【００５２】
図９の斜線部は部屋の壁、黒塗り部分は長尺家具、Ｗは部屋壁と長尺家具の隙間寸法である。自走式掃除機３１が、隙間Ｗを通って３方を部屋壁と長尺家具に囲まれた三角領域に入り込み、この三角領域内で前述の図６から図８で説明したランダム軌跡を描く場合を考える。隙間Ｗと自走式掃除機３１の寸法差が僅少であるとき、自走式掃除機３１が三角領域から抜け出すには、図９で三角矢印付き実線で示した進入方向を１８０度反転させた方向へ直進する経路をとらせる場合、あるいは、自走式掃除機３１を図９に示されている位置に持ち来たせる場合（後述する図１０の説明を参照）が、その抜け出しに該当する。十分長い時間を経れば走行経路が三角領域から抜け出す経路と一致することもあるが、バッテリーで駆動可能な所定の時間以内に抜け出す経路と一致するとは限らない。また、一致することがあっても、三角領域を抜け出すために余分な時間がかかると、部屋全体に対する掃除率を下げることになる。
【００５３】
そこで、図１０を用いて、本実施形態に係る自走式掃除機が障害物によるはまりこみ状況に陥った場合の障害物回避方法を説明する。図１０で黒塗り部分は両端が丸みを帯びた長尺の障害物、矢印付き実線は自走式掃除機の移動軌跡、点Ｍ１から点Ｍ４は位置を説明する点、Ｍ１から延びる点線はベクトルＭ２Ｍ１の方向、すなわち点Ｍ２における自走式掃除機の進行方向を示す。自走式掃除機は、点Ｏ１を中心とする仮想円から次の仮想円へ移動する途中の点Ｍ１で障害物に接触し、バンパセンサ１４で接触を検出したとする。
【００５４】
図８の説明と同様にして自走式掃除機を点Ｍ２まで微小後退させ、点Ｍ２で側方赤外線距離センサ１２が障害物を検出するまで、反時計回りにその場回転させる。また、このとき、点Ｍ２における回転前の自走式掃除機の進行方向をメモリ回路２４上に記憶しておく。その場回転した後、側方赤外線距離センサ１２で障害物との距離を測定しながら、その距離が一定値を保つように左右の走行モータを制御して障害物に沿って走行させる。障害物沿いの走行中に、自走式掃除機の現在の進行方向とメモリ回路２４に記憶させた回転前の方向（点Ｍ２から点Ｍ１への方向）を比較する。そして、ある地点（点Ｍ３から点Ｍ４に至る地点）で両者が一定の許容誤差範囲内で一致したならば、その位置から現在の進行方向へ直進して障害物から離れる。
【００５５】
図１０では、まず点Ｍ２から、点Ｍ１より点Ｍ３まで伸びる障害物の直線部に沿って走行する。そして点Ｍ３から点Ｍ４にむかう障害物の凸部を回りこむように進行方向を変えながら前進する。ここで、点Ｍ１から点Ｍ３へ向かう直線部の方向は、ベクトルＭ２Ｍ１の方向より反時計回り側にずれている。一方、点Ｍ４を回り込んだ障害物の長手方向はベクトルＭ２Ｍ１の方向より時計回り側にずれる。したがって、点Ｍ３から点Ｍ４への障害物の凸部に沿って走行する過程で、進行方向は点Ｍ２における回転前の進行方向と一致する。その一致した位置で障害物沿い走行動作を中断し、その時点の方向を保ったまま一定距離直進し、次の仮想円の中心Ｏ２へ移動する。
【００５６】
なお、上述したはまり込み回避動作途中で、部屋壁自体を障害物と認識して辺沿い走行に入ることが考えられる。この場合は、一定時間または一定距離障害物沿い走行を行っても障害物から離脱しなかったならば、その地点で一時停止し、側方赤外線距離センサ１２が障害物を検出しなくなるまでその場で回転して進行方向を変え、障害物から離脱する方向へ前進させればよい。このように回避することで、図９に示したような障害物間のはまり込み状況から脱出することができる。
【００５７】
上述したはまり込み回避動作は障害物との接触時に常時行ってもよいが、障害物の数や大きさによっては障害物沿い走行に時間がかかることがある。そこで、通常は図８で説明した回避動作を行いながら、一定時間内での障害物との接触回数や、接触してから次に接触するまでの距離間隔などをメモリ回路２４に記憶しておく。そして、それらが所定の値となったならば、図９に示したようなはまり込み領域にいると判断して、はまり込み回避動作を発動させればよい。
【００５８】
図１１は本実施形態に係る自走式掃除機が障害物によるはまりこみ状況に陥った場合の障害物回避の他の方法を説明する図である。図１１で矢印付き実線は自走式掃除機の移動軌跡、Ｌ１からＬ５は移動軌跡上の点である。
【００５９】
図１０と同様、自走式掃除機は点Ｏ１を中心とする仮想円から次の仮想円へ移動する途中の点Ｌ１で障害物に接触し、バンパセンサ１４で接触を検出したとする。点Ｌ１において、図８の仮想円外側の障害物に対して行った円弧軌跡による回避と同様の回避動作を行う。まず、点Ｌ１における進行方向を接線方向とする角度１８０度の円弧軌跡を設定し、当該円弧軌跡に沿って自走式掃除機を移動させる。円弧終端に達したならば、その方向のまま直進する。円弧終端に達する前に障害物に接触するか、円弧終端から所定距離直進する間に再び障害物に接触したならば、同一の障害物に再接触したと判断する。その場合は、点Ｌ１で行った回避動作を再度繰り返す。
【００６０】
図１１では、点Ｌ２から点Ｌ４までが、回避動作の繰り返しの条件に当てはまる。この円弧回避動作の繰り返しにより、自走式掃除機は障害物沿いを跳びはねるような移動軌跡を描く。点Ｌ５まで到達したならば１８０度の円弧終端から一定距離直進させ、次の仮想円へ移動させる。このようにすることで、特に長尺の障害物を回避する時間を短縮することができる。
【００６１】
以上説明したように、仮想円を用いて移動しながら向きを変えるランダム走行軌跡生成と障害物回避動作により、バッテリーの１回の充電で駆動可能な時間範囲内に、部屋の小領域中の清掃を重ねて部屋全体の掃除率を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係る自走式掃除機における制御回路の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る自走式掃除機の概略構成を示す図である。
【図３】本実施形態に係る自走式掃除機が清掃対象とする部屋の一例を示す模式図である。
【図４】本実施形態に係る自走式掃除機が方向転換したときの走行動作と移動時間を表す模式図である。
【図５】自走式掃除機における通常一般的な螺旋走行の状況を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る自走式掃除機によるランダム走行経路生成の原理説明図である。
【図７】本実施形態に係る自走式掃除機によるランダム走行経路における第１の円弧軌跡生成の説明図である。
【図８】本実施形態に関するランダム走行経路生成での仮想円の外側と内側に障害物が存在する場合における自走式掃除機の移動経路を示す図である。
【図９】自走式掃除機によるランダム走行経路で障害物の間に挟まれて抜け出せない、いわゆる障害物はまり込み状況を示す模式図である。
【図１０】本実施形態に係る自走式掃除機が障害物によるはまりこみ状況に陥った場合の障害物回避の一の方法を説明する図である。
【図１１】本実施形態に係る自走式掃除機が障害物によるはまりこみ状況に陥った場合の障害物回避の他の方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  制御主回路
２，５  走行モータ駆動回路
３，６  走行モータ
４，７  回転検出器
８  吸引力切替回路
９  吸引ファンモータ駆動回路
１０  吸引ファンモータ
１１  赤外線距離センサ駆動回路
１２  側方赤外線距離センサ
１３  バンパセンサ駆動回路
１４  バンパセンサ
１５  バッテリー
１６  電源回路
１７  制御主回路の給電回路
１８，１９  走行モータ用給電回路
２０  吸引ファンモータ用給電回路
２１  赤外線距離センサ用給電回路
２２  バンパセンサ用給電回路
２３  中央演算処理装置
２４  メモリ回路
２５  入出力回路
２６  入力部
２７  出力部
２８  アドレス・バス
２９  データ・バス
３０  コントロール・バス
３１  本体筐体部
３２，３３  走行車輪
３４  バンパ部
３５  吸口
３６  充電端子
３７  バッテリー容量検出回路
３８  タイマー回路
【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】
2009112723.tif 000009
【図８】
2009112723.tif 000010
【図９】
2009112723.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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