JP4677888B2

JP4677888B2 - 自律移動掃除機

Info

Publication number: JP4677888B2
Application number: JP2005339297A
Authority: JP
Inventors: 宏一三谷; 一志畠; 隼人井岡
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-11-24
Filing date: 2005-11-24
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2025-11-24
Also published as: JP2007143645A

Description

本発明は、移動機能と掃除機能を備えて自律的に掃除を行う自律移動掃除機に関する。

従来から、自走式の床面用掃除機が用いられている。例えば、床面掃除用の車幅方向に長い吸込体を備えた自走式の掃除機であって、掃除機本体のターンや掃除終了後の移動を円滑に行えるように、また、床面を傷つけないように、吸込体を床面から左右均等に上昇させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、車両の底部にて回転し、床面の塵埃をダストボックス内に掃き上げるブラシを備えた床面清掃車両であって、車両の車速を検出する車速検出手段と、床面に対するブラシの接地圧を変化させる接地圧付勢手段と、車速検出手段が検出した車両の速度に対応するブラシの接地圧を割り出す接地圧割り出し手段と、接地圧割り出し手段が割り出した接地圧にすべく接地圧付勢手段を作動させる作動制御手段とを備えて、車両の走行速度に応じてブラシの接地圧力を変化させるものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平５−７５４０号公報特開平４−２９３８０７号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されるような自走式の掃除機においては、清掃中に障害物回避のためや清掃領域の形状に沿った移動のために旋回する場合に、吸込体を上昇させると清掃が不十分になる。また、床面をブラッシングする左右のブラシの図示があるが、掃除機が旋回するときに、旋回中心側の掃除機の速度が小さくなり、ブラシが床面を必要以上に擦って床面を傷つけてしまうことについては何ら記載がない。また、上述した特許文献２に示されるような床面清掃車両においては、ブラシの寿命を延ばすと共に十分な接地圧で清掃を行う目的で接地圧の調整を行っており、床面の保護については何ら考慮されていない。

本発明は、上記課題を解消するものであって、障害物回避などの複雑な動作時においても床面に傷をつけることのない自律移動掃除機を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために、請求項１の発明は、回転動作して床面の清掃を行うブラシと、走行を行うための走行手段と、走行経路を生成する経路生成部と、前記経路生成部の生成した走行経路にしたがって走行するように前記走行手段を制御するとともに前記ブラシの動作を制御する制御部と、走行速度を取得する走行情報取得部と、を備える自律移動掃除機において、前記制御部は、前記走行速度が小さくなるにつれて前記ブラシの回転数を減少させ、前記走行情報取得部は、前記走行経路の旋回半径を取得し、前記制御部は、前記走行情報取得部の取得した走行速度と旋回半径に基づいて前記複数のブラシのそれぞれについての床面に対する移動速度を算出し、前記移動速度が小さくなるにつれて前記ブラシの回転数を減少させるものである。

請求項２の発明は、請求項１記載の自律移動掃除機において、前記制御部は、前記ブラシの移動速度が所定の値より小さくなったときに前記ブラシを床面から離すものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の自律移動掃除機において、前記走行情報取得部は、走行状態に応じて緊急停止信号を前記制御部に出力し、前記制御部は、前記緊急停止信号を取得したときに前記ブラシを床面から離すものである。

請求項１の発明によれば、床面の一定の場所を一定時間にブラシで擦る回数を走行速度によらずに略一定としたり、又は、ある限度を超えないようにしたりできるので、障害物回避などの複雑な動作時においても、過度のブラッシングによって床面に傷をつける、ということがない。

また、障害物回避などの複雑な動作時の旋回動作においても、自律移動掃除機の個々のブラシ速度に応じてブラシの回転数を変化させるので、過度のブラッシングにより床面に傷をつける、ということがない。

請求項２の発明によれば、例えば、走行速度が非常に小さいときにブラシを床面から離すことにより確実に床面を保護できる。

請求項３の発明によれば、緊急の場合に走行速度の低下を待たずにブラシを床面から離すことにより確実に床面を保護できる。

以下、本発明の一実施形態に係る自律移動掃除機について、図面を参照して説明する。図１、図２、図３は、自律移動掃除機１の外観構造を示し、図４は、自律移動掃除機１の内部構造であるブロック構成を示す。この自律移動掃除機１は、これらの図に示すように、回転動作して床面の清掃を行うブラシ４，５と、走行を行うための走行手段２と、走行経路を生成する経路生成部３と、経路生成部３の生成した走行経路にしたがって走行するように走行手段２を制御するとともにブラシの動作を制御する制御部２０と、走行速度を取得する走行情報取得部６と、制御部２０が走行手段２の制御及びブラシ４，５による清掃の動作を制御のために外部の環境情報を取得する環境情報取得手段７と、清掃対象域を含む走行領域内の地図情報を予め記憶させている記憶装置２３と、ブラシ４，５等を駆動制御して清掃を行うための各駆動部と、掃除ブロア８と、を備えている。

そして、自律移動掃除機１の制御部２０は、走行速度が小さくなるにつれてブラシ４，５の回転数を減少させることにより、床面の一定の場所を一定時間に過度にブラッシングすることを防止して、床面を傷つけるのを防止する。制御部２０は、自律移動掃除機１の全体の中枢を構成するものであり、マイクロコンピュータなどからなる。なお、自律移動掃除機１は、自律清掃機能として必要な回路系、駆動系、情報取得系などの構成要素の電源としてバッテリＢＴを備えている。以下、自律移動掃除機１の各部の構成と機能を説明する。

自律移動掃除機１の走行手段２は、後部左右の駆動輪２ａと、前部中央に設けた１つのキャスタ２ｂと、各駆動輪２ａを回転駆動させるモータＭ１と、キャスタ２ｂの向きを転換させて操舵するためのモータＭ２とを備えている。これらのモータＭ１，Ｍ２の駆動は、制御部２０によりモータドライブ部２１を通じて制御される。自律移動掃除機１は、駆動輪２ａの回転による推進力とキャスタ２ｂの指示方向とにより走行する。

経路生成部３は、清掃する領域を清掃作業によって塗りつぶして移動するように、あるいは、所定の出発点から目的地まで清掃しつつ移動するように、移動経路を生成する。このような移動経路の生成や移動のために、環境情報取得手段７によって取得される環境情報とこれに基づく自己位置の情報が用いられる。

環境情報取得手段７は、自律的に移動して掃除を行う領域の環境情報を取得し、この環境情報に基づいて、制御部２０が、走行手段２の制御及びブラシ４，５による清掃の動作の制御を行う。環境情報は、自己位置を認識するための環境中の標識の位置や、走行中に衝突しないように検出する障害物や、掃除するためのゴミの性状に関する情報である。環境情報取得手段７は、例えば、環境情報としての進行方向の壁の位置や障害物を精度良く検出できるレーザレーダ１２、周囲の広い範囲で障害物を検出できる複数の超音波センサ１３、床面の段差や床面上のゴミを検出できる距離画像カメラ１４等から構成される。

レーザレーダ１２は、自律移動掃除機１の前面下部に設けられている。レーザレーダ１２は、例えば、図５（ａ）に示すように、走行方向前方の走行面から所定高さの平面内を左右に±９０°の範囲を所定角度毎に走査して所定角度毎に距離計測を行い、前方の障害物Ｍや壁Ｗの２次元的配置を計測する。

レーザレーダ１２によって計測された壁Ｗの２次元的配置の情報は、制御部２０に取り込まれて自律移動掃除機１の自己位置認識に用いられる。すなわち、制御部２０は、この情報と、記憶装置２３に予め記憶させている清掃対象域を含む走行領域内の地図情報とを比較する。この比較は、図５（ｂ）に示すように、計測結果の壁αと地図情報における壁βとのマッチング処理によって行われる。これにより、地図上の自己位置が認識される。

上述の自己位置認識は、自律移動掃除機１の制御周期や所定時間毎に行われる。制御部２０は、この自己位置認識結果により適宜自己位置を補正しながら、経路生成部３を介して目的地までの走行経路の生成を行い、走行手段２を介して走行経路に沿って走行するように上述のキャスタ２ｂの向きを制御する。なお、地図情報には壁Ｗの形状等の情報の他に、床面の段差の形状や坂道の勾配などの床面情報が、環境情報として付与されている。

超音波センサ１３は、自律移動掃除機１の前面中央部の左右、前後両側、及び後部中央に設けられている。これらは、自律移動掃除機１の両側方と前方両側の障害物を検知することができる。超音波センサ１３の検知信号は、超音波センサ処理部２４によって処理され、障害物の検知情報が制御部２０に出力される。

上述の障害物検知情報は、制御部２０において、レーザレーダ１２による障害物Ｍの検知情報と共に参照される。制御部２０は、走行経路上に障害物Ｍが存在すると判断した場合に、走行手段２を介して、障害物Ｍを回避するようにキャスタ２ｂの方向を制御して走行経路を調整する。

距離画像カメラ１４は、自律移動掃除機１の前面上部の両側に配置され、進行方向の床面上を撮像する。撮像データは、距離画像装置２５によって処理され、撮像画面上に距離情報をマッピングした距離画像とされてイメージチェッカ２６に取り込まれる。イメージチェッカ２６は、距離画像を用いて床面の凹凸段差や物体を検出する。検出情報は、制御部２０に出力され、障害物回避やブラシ４，５の制御の情報として用いられる（後述）。

次に、自律移動掃除機１の掃除機能の構成を説明する。自律移動掃除機１は、その前部両側の下部に設けられ床面に垂直な回転軸回りに回転駆動されるサイドブラシ４と、キャスタ２ｂと駆動輪２ａとの間に開口したゴミ掃込口５１内に設けられ床面に平行な回転軸回りに回転駆動されるメインブラシ５と、ゴミ掃込口５１の開口の開閉量を調整するフラッパ５２と、ゴミ掃込口５１から掃き込まれるゴミを吸引する掃除ブロア８と、後方に開口した掃除ブロア８の排気口に装着されたフィルタ９と、サイドブラシ４及びメインブラシ５を回転駆動するモータＭ３，Ｍ４と、フラッパ５２の開閉駆動部１０と、両ブラシ４，５を上下移動させる駆動部１１ａ，１１ｂとを備えている。

上述のサイドブラシ４は、自律移動掃除機１の前方左右から中心方向にゴミを掃き寄せて、メインブラシ５の方向へ送り込む。メインブラシ５は、ゴミを前方から後方に向けて掃くと共に、ゴミ掃込口５１内に掃き上げる。掃き上げられたゴミは、掃除ブロア８によって吸い込まれて所定のゴミ容器に収納されると共に、掃除ブロア８が吸い込んだ空気は、フィルタ９を介して排出される。

フラッパ５２は、このような清掃動作に際し、制御部２０の指示に基づいて、ゴミ掃込口５１の開閉量を小さくすることによりメインブラシ５付近の圧力を負圧にコントロールして吸い込み効率を上げる。モータＭ３，Ｍ４の駆動は、モータＭ１，Ｍ２と同様に、モータドライブ部２１を介して、制御部２０によって制御される。同様に、開閉駆動部１０や駆動部１１ａ，１１ｂも制御部２０によって制御される。

次に、上述のブラシ４，５の上下位置や回転速度を、移動中に得られる環境情報に基づいて、制御部２０が制御することについて説明する。制御部２０は、上述の距離画像カメラ１４の撮像データに基づく床面の凹凸段差の検出情報や、上述のレーザレーダ１２による坂道（斜面）検知情報が得られると、地図情報に付加されている凹凸段差の高さ情報や坂道の角度情報に応じて駆動部１１ａ，１１ｂを制御して、ブラシ４，５を個別に又は同時に上昇又は下降させ、坂道の傾斜や凹凸段差に対応した清掃を可能とする。

上述のブラシ４，５の上下位置や回転速度の制御は、床面を傷つけないために、より積極的に行われる。例えば、自律移動掃除機１は、走行速度が小さくなるにつれてブラシ４，５の動作回転数を減少させる。さらに、ブラシ４，５の移動速度が所定の値より小さくなったときは、ブラシ４，５は床面から離すように制御される。このように、動作の開始や終了時だけでなく、障害物回避のための旋回時に掃除機の動作方向が変わる位置において走行速度が低下してもブラシを上昇させることにより、床面が傷つけられるのを防止できる。

上述の制御による床面保護は、さらに、旋回時の各ブラシ４，５の対床面移動速度の違いを考慮して行われる。自律移動掃除機１が、図６に示すように、軌道Ｌに沿って移動するとき、障害物Ｍを回避するため、矢印ａ，ｂ，ｃで示すように旋回する。このとき、自律移動掃除機１の各部の対床面移動速度が、旋回中心Ｏ側で小さく、外側で大きくなる。すなわち、各部の速度は、内側、中央、外側の各曲率半径ρ１，ρ０，ρ２に比例して互いに異なるものとなる。図６の例では、左側のサイドブラシ４の中心速度Ｖ１と右側のサイドブラシ４の中心速度Ｖ２の大小関係が、Ｖ１＜Ｖ２、となる。

このとき、左右のサイドブラシ４の動作回転数が同じであると、内側のサイドブラシ４が外側のサイドブラシ４よりも速度が遅く床面に対する滞留時間が長くなり、より長時間ブラッシングすることになる。そして、過度のブラッシングは、床面を傷つけることになるので好ましくない。そこで、制御部２０は、内側のブラシ４の動作回転数を減少させることにより床面を保護する制御を行う。

上述のように、自律移動掃除機１においては、左右のサイドブラシ４のように、ブラシが複数ある場合に、各ブラシの中心位置での個別の速度を算出し、それぞれの速度に応じてブラシの動作回転数を減少させことができる。すなわち、走行情報取得部６は、走行経路の旋回半径を取得し、制御部２０は、走行情報取得部６の取得した走行速度と旋回半径に基づいて複数の左右のサイドブラシ４のそれぞれについての床面に対する移動速度を算出し、移動速度が小さくなるにつれてサイドブラシ４の回転数を減少させる。このような制御により、複数ブラシが配置されている場合であっても、過度のブラッシングによる床面の傷つけを防止することができる。

また、床面保護のため、走行情報取得部６は、走行状態に応じて緊急停止信号を制御部２０に出力し、制御部２０は、緊急停止信号を取得したときにブラシ４，５を床面から離す制御を行う。緊急停止信号は、床面の状態が変化した場合、例えば、フローリング（板張り）の状態からカーペット敷の状態になった場合に、カーペットを傷つけないために出力される。このように、自律移動掃除機１は、障害物回避などの複雑な動作時においても、また、床面の状態変化時においても、床面に傷をつけることのない掃除を行うことができる。

なお、本発明は、上記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、旋回時にブラシの対床面速度の変化に応じて、ブラシの、自律移動掃除機１の旋回中心に位置する側の、床との接触面を持ち上げるように接触面を傾けることにより、ブラシの接触圧を弱めて床面の傷付きを防止するようにしてもよい。これは、サイドブラシ４の他に、進行方向左右に回転軸を有するメインブラシ５について、適用することができる。また、自律移動掃除機１の左右の駆動輪２ａをそれぞれ独立の駆動モータで駆動することとし、左右の駆動輪２ａの回転数の差によって、前進、後進、及び左右旋回を行うようにしてもよい。この場合、自律移動掃除機１の操舵が、左右の駆動輪２ｂの協同作業によって行われるので、キャスタ２ｂは、従輪つまり補助輪として機能すればよく、キャスタ２ｂ用のモータは不要となる。

本発明の一実施形態に係る自律移動掃除機の平面図。同上自律移動掃除機の側面図。同上自律移動掃除機の正面図。同上自律移動掃除機のブロック構成図。（ａ）（ｂ）は同上自律移動掃除機による自己位置認識を説明する平面図。同上自律移動掃除機の旋回動作中の様子を示す平面図。

符号の説明

１自律移動掃除機
２走行手段
３経路生成部
４ブラシ（サイドブラシ）
５ブラシ（メインブラシ）
６走行情報取得部
２０制御部

Claims

回転動作して床面の清掃を行う複数のブラシと、走行を行うための走行手段と、走行経路を生成する経路生成部と、前記経路生成部の生成した走行経路にしたがって走行するように前記走行手段を制御するとともに前記ブラシの動作を制御する制御部と、走行速度を取得する走行情報取得部と、を備える自律移動掃除機において、
前記制御部は、前記走行速度が小さくなるにつれて前記ブラシの回転数を減少させ、
前記走行情報取得部は、前記走行経路の旋回半径を取得し、前記制御部は、前記走行情報取得部の取得した走行速度と旋回半径に基づいて前記複数のブラシのそれぞれについての床面に対する移動速度を算出し、前記移動速度が小さくなるにつれて前記ブラシの回転数を減少させることを特徴とする自律移動掃除機。
前記制御部は、前記ブラシの移動速度が所定の値より小さくなったときに前記ブラシを床面から離すことを特徴とする請求項１記載の自律移動掃除機。
前記走行情報取得部は、走行状態に応じて緊急停止信号を前記制御部に出力し、前記制御部は、前記緊急停止信号を取得したときに前記ブラシを床面から離すことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自律移動掃除機。