JP2005211362A

JP2005211362A - 自律走行ロボットクリーナー

Info

Publication number: JP2005211362A
Application number: JP2004022406A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takenaka; 博幸竹中
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】自律走行ロボットクリーナーにおいて、機器本体の幅方向での吸塵力の分布を適宜に変更することが可能で、障害物の近く、例えば壁際の掃除時において掃除能率が低下しないようにする。
【解決手段】機器本体２の左右幅方向に延設された吸込み用凹部５１内の中央位置、左側位置及び右側位置に吸込み口５２，５３，５４がそれぞれ開口されており、これら吸込み口５２，５３，５４は、側方障害物センサからの信号に基づきシャッタ板５５，５６，５７により開閉制御される。このため、壁に沿って壁際を掃除する時には、壁側の吸込み口から多く吸塵するが、同時に、吸込み用凹部５１の左右幅方向全体からも吸塵する。従って、吸塵力の分布は壁側が高いものの、機器本体２の左右幅方向に延びる吸込み用凹部５１全体に及ぶので、掃除能率が低下することはない。
【選択図】図４

Description

本発明は、自律走行しながら部屋の掃除を行う自律走行ロボットクリーナーに関するものである。

自律走行ロボットクリーナーにおいて、障害物の近く、例えば壁際の塵埃を効率良く吸塵できるように、掃除機本体が障害物に対してある一定以上の距離まで近付くと、吸込み口体を掃除機本体の進行方向に直交する方向（機器本体の左右幅方向）に移動させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、上記と同様の目的で、吸塵ホースに接続される吸込みノズル本体に複数の吸込み口が設けられ、吸込み口とホース装着部との間の空気通路を弁により切替えるようにしたノズルが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−５２５８２号公報特開２０００−３００４７９号公報

しかしながら、上記特許文献１に示されたロボットクリーナーにおいては、吸込み口体が機器本体の左右幅方向の一部分しかなく、これが移動すると、その吸込み口体が位置する幅範囲のみの吸塵となり、機器本体の左右幅方向での吸塵力の分布が片寄り過ぎるため、掃除能率が良好でない。また、特許文献２に示されたノズルにおいては、吸込み口を完全に切替えてしまうため、壁際の掃除時には極めて狭い範囲しか吸塵できないため、上記と同様、掃除能率が低下してしまう。

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、機器本体の幅方向での吸塵力の分布を適宜に変更することが可能で、障害物の近く、例えば壁際の掃除時において掃除能率が低下することのない自律走行ロボットクリーナーを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、自律走行のための自律走行用センサと、このセンサ出力に基づいて自律走行する走行手段と、掃除領域内の床面を設定された掃除形態に従って自律走行しながら掃除する掃除手段とを備え、前記自律走行用センサは少なくとも機器本体の前方障害物検知センサと側方障害物センサとを有し、前記掃除手段は、機器本体底面の左右幅方向に配置された複数の吸込み口と、この吸込み口から塵埃を吸引する吸塵手段と、前記側方障害物センサからの信号に基づき機器本体が壁を含む障害物に対してある一定の距離まで近付いたときに前記吸込み口を障害物側に切替える切替手段とを有した自律走行ロボットクリーナーにおいて、前記吸込み口は、機器本体底面の左右幅方向に延設された吸込み用凹部内であって少なくとも中央位置、左側位置及び右側位置にそれぞれ開口され、前記切替手段は、前記吸込み口のそれぞれの開口近傍に配設されたシャッタ板と、前記側方障害物センサからの信号に基づき前記シャッタ板を開閉制御する駆動機構とを備え、前記掃除手段は、前記吸込み用凹部に近接して機器本体底面の左右幅方向に回転軸心を持ち床面にある塵埃を掻き揚げる回転ブラシをさらに備えたものである。

請求項２の発明は、自律走行のための自律走行用センサと、このセンサ出力に基づいて自律走行する走行手段と、掃除領域内の床面を設定された掃除形態に従って自律走行しながら掃除する掃除手段とを備え、前記自律走行用センサは少なくとも機器本体の前方障害物検知センサと側方障害物センサとを有し、前記掃除手段は、機器本体底面の左右幅方向に配置された複数の吸込み口と、この吸込み口から塵埃を吸引する吸塵手段と、前記側方障害物センサからの信号に基づき機器本体が壁を含む障害物に対してある一定の距離まで近付いたときに前記吸込み口を障害物側に切替える切替手段とを有した自律走行ロボットクリーナーにおいて、前記吸込み口は、機器本体底面の左右幅方向に延設された吸込み用凹部内の複数位置にそれぞれ開口され、前記切替手段は、前記吸込み口のそれぞれの開口近傍に配設されたシャッタ板と、前記側方障害物センサからの信号に基づき前記シャッタ板を開閉制御する駆動機構とを備えたものである。

請求項３の発明は、自律走行のための自律走行用センサと、このセンサ出力に基づいて自律走行する走行手段と、掃除領域内の床面を設定された掃除形態に従って自律走行しながら掃除する掃除手段とを備え、前記自律走行用センサは少なくとも機器本体の前方障害物検知センサと側方障害物センサとを有し、前記掃除手段は、機器本体底面の左右幅方向に移動自在に設けられた吸込み口と、この吸込み口から塵埃を吸引する吸塵手段と、前記障害物センサからの信号に基づき機器本体が壁を含む障害物に対してある一定の距離まで近付いたときに前記吸込み口を障害物側に移動させる切替手段とを有した自律走行ロボットクリーナーにおいて、前記吸込み口は、前記機器本体底面の左右幅方向に延設された吸込み用凹部内に先端を開口した蛇腹状ダクトにより構成され、このダクトは該吸込み用凹部内に設けられた弾性仕切り部材のガイド用スリットを移動自在に挿通して設けられ、前記切替手段は、前記障害物センサからの信号に基づき前記吸込み口を移動させる駆動機構を備え、前記掃除手段は、前記吸込み用凹部に近接して機器本体底面の左右幅方向に回転軸心を持ち床面にある塵埃を掻き揚げる回転ブラシをさらに備えたものである。

請求項１の発明によれば、吸込み口は、機器本体の左右幅方向に延設された吸込み用凹部内の中央位置、左側位置及び右側位置にそれぞれ開口され、側方障害物センサからの信号に基づきシャッタ板により開閉制御されるので、壁に沿って壁際を掃除する時には、壁側の吸込み口から多く吸塵するが、吸込み用凹部の左右幅方向全体からも吸塵する。従って、吸塵力の分布は壁側が高いものの、機器本体の左右幅方向に延びる吸込み用凹部全体に及ぶので、掃除能率が低下することはない。また、左右幅方向に回転軸心を持つ回転ブラシの作用により、吸込み用凹部全体からの吸塵が効率良く行われる。

請求項２の発明によれば、回転ブラシによる吸塵効果を除いて上記と同等の効果が得られる。

請求項３の発明によれば、吸込み口は、機器本体底面の左右幅方向に延設された吸込み用凹部内に開口した蛇腹状ダクトにより構成され、弾性仕切り部材のガイド用スリットにより移動自在とされ、障害物センサからの信号に基づき移動されるので、壁に沿って壁際を掃除する時には、壁側の吸込み口から吸塵するが、吸込み用凹部の左右幅方向全体からも吸塵する。従って、上記請求項１と同様に、吸込み用凹部全体からの吸塵も行われ、掃除能率が低下することはない。

以下、本発明を具体化した第１の実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。図１は自律走行ロボットクリーナーの概略構成を示す。ロボットクリーナー１は、住居内の部屋の床面（掃除領域）を自律走行しながら床面を掃除する機器であり、機器本体２を走行させる走行手段として、操舵駆動用の左車輪３及び右車輪４と、従動の前車輪５とを備えている。ロボットクリーナー１は、掃除手段として、機器本体２の左右幅方向に回転軸７ａを持ち床面にある塵埃を掻き揚げるメインブラシ７（回転ブラシ）、及び従動ローラ８と、吸込み口に連結された吸引ダクト９とを備え、吸塵手段として、ゴミを集めておくダストボックス１０、及びゴミ吸引ファン２８を備えている。メインブラシ７は、メインブラシモータ３４により駆動されるもので、吸込み用凹部５１に近接して配置されている。ゴミ吸引ファン２８はゴミ吸引用モータ３５により駆動される。

吸引ダクト９は、機器本体底面の仕切り板５０による吸込み用凹部５１内に設けられた複数の吸込み口５２，５３，５４（後述する図３、図４）に連結されており、メインブラシ７により掻き上げられたゴミ、及び従動ローラ８により搬送されたゴミを吸引し、ダストボックス１０に集塵するものである。吸込み用凹部５１は、機器本体２の床面に対向する底面に進行方向に直交する車体左右幅方向に細長く開口している。なお、機器本体２の左・右前部には、サブブラシモータにより駆動される左・右サブブラシ（図示略）が配置されている。また、機器本体２には、後述の各種センサ類（図示略）が配設されている。

図２はロボットクリーナー１のブロック構成を示す。ロボットクリーナー１は、自律走行のために障害物等を検出するセンサ類として、機器本体２の前方センサ１１（前方障害物検知センサ）、左段差センサ１２（側方障害物センサ）、右段差センサ１３（側方障害物センサ）、天井センサ１４、加速度センサ３６及び地磁気センサ３８を備え、さらにセンサ用照明ランプ１５を備えている。前方センサ１１、左段差センサ１２、右段差センサ１３、天井センサ１４は、各々光学式の測距センサである。前方センサ１１は、機器本体２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。左段差センサ１２は、機器本体２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。右段差センサ１３は、機器本体２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。天井センサ１４は、機器本体２の前方を斜め上向きに監視し、機器本体２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。加速度センサ３６は、機器本体２に作用する加速度を上下方向、前後方向、左右方向について各々独立して検出する。

さらに、ロボットクリーナー１は、吸引ダクト９から吸引されるゴミを検出するゴミセンサ１６と、人体を検出する人体センサ２２と、不法侵入者等を撮影するカメラ２３と、カメラ用照明ランプ２４と、無線通信モジュール２５とを備えている。ゴミセンサ１６は、発光部と受光部とから成る透過型光学式のセンサである。人体センサ２２は、人体から放射される赤外線を受光することにより機器本体２の周辺の人体の有無を検出する。ロボットクリーナー１は、カメラ２３で撮影した画像を無線通信モジュール２５により、アンテナ２６を介して主制御装置（図示なし）へ無線で送信し、不法侵入者等の監視を行うセキュリティ機能を有している。

また、ロボットクリーナー１は、ユーザにより操作される操作部１８と、表示部としてのＬＣＤ１９及びＬＥＤ２０と、スピーカ２１と、装置の各手段を制御する制御部４３と、地図情報メモリ４１と、バッテリ４２とを備えている。操作部１８は、ロボットクリーナー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。ＬＣＤ１９及びＬＥＤ２０は、ロボットクリーナー１の動作状況や各種メッセージを表示する。スピーカ２１は、ロボットクリーナー１の動作状況や各種メッセージを音声により周囲の人に報知する。制御部４３は、上記各種センサ等から入力される信号を基に装置の各手段を制御するもので、位置・方向判定部４３ａ、走行制御部４３ｂ、及び掃除形態選択部４３ｃを備える。

位置・方向判定部４３ａは、前方センサ１１、左段差センサ１２、右段差センサ１３、天井センサ１４からの出力及びロボットクリーナー１の走行距離・方向情報を基に、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４１に記憶させる。また、加速度センサ３６からの前後方向の加速度検出値を時間微分することによりロボットクリーナー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、地磁気センサ３８からの地磁気の方向に応じた出力値を基に機器本体２が向いている方向を判定する。

走行制御部４３ｂは、左車輪モータ３１及び右車輪モータ３２（走行手段）を駆動して左車輪３及び右車輪４の回転方向と回転速度を制御することにより機器本体２の走行を制御する。地図情報メモリ４１の地図情報は、掃除動作中に随時更新され、ロボットクリーナー１はこれを参照して掃除動作を進めてゆく。

掃除形態選択部４３ｃは、掃除形態（モード）を選択制御するもので、選択された掃除形態に応じて、左車輪モータ３１及び右車輪モータ３２の駆動を制御して機器本体２の走行領域や走行速度を調整すると共に、サブブラシモータ３３、メインブラシモータ３４、及びゴミ吸引用モータ３５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。この制御部４３の各部の動作の詳細は後述する。

さらに、ロボットクリーナー１は、左車輪３を駆動する左車輪モータ３１及び右車輪４を駆動する右車輪モータ３２と、サブブラシモータ３３と、メインブラシモータ３４と、ゴミ吸引用モータ３５とを備え、また、詳細は後述するが、機器本体２が壁を含む障害物に対してある一定の距離まで近付いたときに吸込み口を障害物側に切替えるシャッタ板駆動モータ６１，６２，６３を備えている。

上記構成のロボットクリーナー１は、ユーザ指示に応じて設定の掃除モードで自律走行しながら掃除領域内を掃除する。このとき、制御部４３は、主として前方センサ１１、左段差センサ１２及び右段差センサ１３からの障害物検知信号と、ロボットクリーナー１の走行距離情報とに基づき、地図情報として壁と掃除済み領域の地図情報を作成し、地図情報メモリ４１に記憶させる。

図３はロボットクリーナー１の背面側から見た概略断面構成、図４はその概略平面構成を示す。吸込み口５２，５３，５４は、機器本体２の底面の仕切り板５０に左右幅方向に延設された吸込み用凹部５１内の中央位置、左側位置及び右側位置にそれぞれ開口されている。これら吸込み口５２，５３，５４は、吸引下流側では吸引ダクト９に統合されている。そして、吸込み口５２，５３，５４のそれぞれの開口近傍に、必要に応じて使用する吸込み口を切替えるためのシャッタ板５５，５６，５７が配設され、これらシャッタ板５５，５６，５７を回転させて吸込み口を開閉する駆動機構として、シャッタ板駆動モータ６１，６２，６３、駆動ギヤ６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂが設けられている。シャッタ板５５，５６，５７と、上記駆動機構とで切替手段が構成されている。通常使用時には、シャッタ板５５，５６，５７は、吸込み口５２，５３，５４の全てを開いた状態としている。

シャッタ板５５，５６，５７は、図２に示した側方障害物センサである左段差センサ１２と右段差センサ１３からの信号に基づき制御部４３によってシャッタ板駆動モータ６１，６２，６３を駆動制御して開閉動作される。ここに、機器本体２の側方に近接して障害物、例えば、壁が検知され、この壁に沿って走行すると判断されるとき、吸込み口５２，５３，５４のうち、壁側のみを開き、他を閉じるようにシャッタ板５５，５６，５７は開閉制御される。図４は、左側のシャッタ板５７が矢印Ａ方向に回転して吸込み口５４のみが開いた状態を示している。この状態では、機器本体２の前進方向左側に壁が有るとき、壁際の吸引力を上げることができ、壁際のゴミを能率良く集塵することができる。

ここで、図５を参照して本発明特有の効果を説明する。図５（ａ）は左側の吸込み口５４のみを開口した状態の吸引圧分布であり、（ｂ）は右側の吸込み口５２のみを開口した状態の吸引圧分布である。本発明では、吸込み口５２，５３，５４を吸込み用凹部５１内に開口しているので、左側又は右側の吸込み口のみを開口した状態において、機器本体２の左右方向での吸引圧の分布は、同図に示すようになる。すなわち、吸引圧は、左側又は右側の開口している吸込み口の部分だけでなく、吸込み用凹部５１の横幅全体に得られる。従って、ロボットクリーナー１が壁際を走行して掃除する時にも、清掃の横幅が極端に狭小にはならないので、清掃能率が低下することはなくなる。

次に、第２の実施形態について図６及び図７を参照して説明する。図６はロボットクリーナー１の背面側から見た概略断面構成、図７はその概略平面構成を示す。この実施形態では、前述のように吸込み口をシャッタ板の開閉により切替えるのではなく、吸込み口を機器本体２の底面の左右幅方向に移動自在に設け、移動させることで切替えを行うものとしている。すなわち、吸込み口８１は、機器本体２の底面の仕切り板５０の左右幅方向に延設された吸込み用凹部５１内に先端を開口した蛇腹状ダクト８０により構成され、この蛇腹状ダクト８０は、吸込み用凹部５１の開口に貼り付けた弾性仕切り部材７１のガイド用スリット７１ａを移動自在に挿通して設けられている。

蛇腹状ダクト８０の吸込み口８１は、移動用モータ７５により駆動される駆動プーリ７２とプーリ７３との間に張られたワイヤ７４により矢印Ｂ方向に移動させる。これらの駆動機構は、吸込み口８１の切替手段を構成している。移動用モータ７５は、前述と同様に、側方障害物検知センサからの信号に基づき機器本体２が壁を含む障害物に対してある一定の距離まで近付いたときに駆動され、吸込み口８１を壁側に移動させる。図７は、吸込み口８１が左側に移動された状態を示している。本実施形態においても、前述と同等の作用効果が得られる。

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り、例えば、機器本体側方の障害物側の吸込み口を開口する例を示したが、障害物側の吸込み口だけでなく中央位置側の吸込み口も開口させるようにしてもよい。この場合の吸引圧分布は、上記図５に示した場合より、もっと平坦化される。

本発明の第１実施形態に係る自律走行ロボットクリーナーの概略斜視図。同ロボットクリーナーのブロック構成図。同ロボットクリーナーの背面側から見た概略断面図。同ロボットクリーナーの概略平面図。同ロボットクリーナーの吸込み口を切替えたときの吸引圧分布図。本発明の第２実施形態に係る自律走行ロボットクリーナーの背面側から見た概略断面図。同ロボットクリーナーの概略平面図。

符号の説明

１ロボットクリーナー
２機器本体
３左車輪（走行手段）
４右車輪（走行手段）
７メインブラシ（回転ブラシ：掃除手段）
９吸引ダクト
１１前方センサ（前方障害物検知センサ）
１２左段差センサ（側方障害物センサ）
１３右段差センサ（側方障害物センサ）
２８ゴミ吸引ファン（吸塵手段）
４３制御部
５１吸込み用凹部
５２，５３，５４吸込み口
５５，５６，５７シャッタ板（切替手段）
６１，６２，６３シャッタ板駆動モータ（切替手段の駆動機構）
６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６３ａ，６３ｂ駆動ギヤ（切替手段の駆動機構）
７４ワイヤ（切替手段の駆動機構）
７５移動用モータ（切替手段の駆動機構）
８０蛇腹状ダクト
８１吸込み口

Claims

自律走行のための自律走行用センサと、このセンサ出力に基づいて自律走行する走行手段と、掃除領域内の床面を設定された掃除形態に従って自律走行しながら掃除する掃除手段とを備え、前記自律走行用センサは少なくとも機器本体の前方障害物検知センサと側方障害物センサとを有し、前記掃除手段は、機器本体底面の左右幅方向に配置された複数の吸込み口と、この吸込み口から塵埃を吸引する吸塵手段と、前記側方障害物センサからの信号に基づき機器本体が壁を含む障害物に対してある一定の距離まで近付いたときに前記吸込み口を障害物側に切替える切替手段とを有した自律走行ロボットクリーナーにおいて、
前記吸込み口は、機器本体底面の左右幅方向に延設された吸込み用凹部内であって少なくとも中央位置、左側位置及び右側位置にそれぞれ開口され、
前記切替手段は、前記吸込み口のそれぞれの開口近傍に配設されたシャッタ板と、前記側方障害物センサからの信号に基づき前記シャッタ板を開閉制御する駆動機構とを備え、
前記掃除手段は、前記吸込み用凹部に近接して機器本体底面の左右幅方向に回転軸心を持ち床面にある塵埃を掻き揚げる回転ブラシをさらに備えたことを特徴とする自律走行ロボットクリーナー。
自律走行のための自律走行用センサと、このセンサ出力に基づいて自律走行する走行手段と、掃除領域内の床面を設定された掃除形態に従って自律走行しながら掃除する掃除手段とを備え、前記自律走行用センサは少なくとも機器本体の前方障害物検知センサと側方障害物センサとを有し、前記掃除手段は、機器本体底面の左右幅方向に配置された複数の吸込み口と、この吸込み口から塵埃を吸引する吸塵手段と、前記側方障害物センサからの信号に基づき機器本体が壁を含む障害物に対してある一定の距離まで近付いたときに前記吸込み口を障害物側に切替える切替手段とを有した自律走行ロボットクリーナーにおいて、
前記吸込み口は、機器本体底面の左右幅方向に延設された吸込み用凹部内の複数位置にそれぞれ開口され、
前記切替手段は、前記吸込み口のそれぞれの開口近傍に配設されたシャッタ板と、前記側方障害物センサからの信号に基づき前記シャッタ板を開閉制御する駆動機構とを備えたことを特徴とする自律走行ロボットクリーナー。
自律走行のための自律走行用センサと、このセンサ出力に基づいて自律走行する走行手段と、掃除領域内の床面を設定された掃除形態に従って自律走行しながら掃除する掃除手段とを備え、前記自律走行用センサは少なくとも機器本体の前方障害物検知センサと側方障害物センサとを有し、前記掃除手段は、機器本体底面の左右幅方向に移動自在に設けられた吸込み口と、この吸込み口から塵埃を吸引する吸塵手段と、前記障害物センサからの信号に基づき機器本体が壁を含む障害物に対してある一定の距離まで近付いたときに前記吸込み口を障害物側に移動させる切替手段とを有した自律走行ロボットクリーナーにおいて、
前記吸込み口は、前記機器本体底面の左右幅方向に延設された吸込み用凹部内に先端を開口した蛇腹状ダクトにより構成され、このダクトは該吸込み用凹部内に設けられた弾性仕切り部材のガイド用スリットを移動自在に挿通して設けられ、
前記切替手段は、前記障害物センサからの信号に基づき前記吸込み口を移動させる駆動機構を備え、
前記掃除手段は、前記吸込み用凹部に近接して機器本体底面の左右幅方向に回転軸心を持ち床面にある塵埃を掻き揚げる回転ブラシをさらに備えたことを特徴とする自律走行ロボットクリーナー。