JP6431746B2 - 自動帰還システム並びに基地局及び自律走行型掃除機 - Google Patents

Description

本発明は、自律走行しながら掃除する自律走行型掃除機の基地局への自動帰還システムに関する。

自律走行型掃除機は、充電池を搭載し、充電池の電力により自律して家の中を移動すると同時に掃除する機器である。そのため充電池の電池残量が少なくなると掃除ができなくなり、充電することが必要である。近年の自律走行型掃除機は、充電池の電池残量が少なくなると、充電器となる基地局へ自動で帰還する機能を備えているものが多い。

このような自動で基地局へ帰還するシステムについて、特許文献１では、基地局から伝送される右信号と左信号との部分的に信号重複によって定義された経路を辿る方法が示されている。

特開２００７−１４９１１５号公報

基地局から伝送させる右信号および左信号は、図１のような高速でＨＩＧＨ／ＬＯＷを繰り返す赤外線のコードで作られることが多く、これはテレビやエアコン等の機器のリモコンに用いられる信号と同種のものである。この信号をこれら機器が判別することで、各種動作（例えば、テレビのＯＮ／ＯＦＦやチャンネル操作）がなされる。そのため、メーカー、機器、動作によってリモコンの信号のコードがあらかじめ割り振られている。

文献１に示される信号重複によって定義された経路を作成するには、右信号と左信号を同時に伝送させるとともに重複させ、上記２つの信号のコードと異なる別のコードを有した信号（重複信号）を生成することが必要となる。この重複信号のコードは右信号のコードと左信号のコードのうち、どちらか一方の信号がＨＩＧＨのときはＨＩＧＨになり、両方の信号がＬＯＷのときはＬＯＷになるコードである。そのため、この重複信号は２つの信号の伝送タイミングによって異なる信号となる。２つの信号を毎回、同じタイミングで伝送していれば、この重複信号は毎回同じコードの信号になるが、タイミングにずれが生じると信号（コード）が乱れ、異なるコードとなる。伝送タイミングのずれた重複信号は、想定している重複信号と異なるため、基地局に帰還するための信号として自律走行型掃除機は認識できなくなる。特に、右信号および左信号がそれぞれともに高速でＨＩＧＨ／ＬＯＷを繰り返すコードの場合、少しタイミングがずれただけで、重複信号に大きな差が現れ易く、重複信号を辿って基地局に帰還することが困難になる。

また、生成された重複信号が想定と異なるコードになることで、基地局に帰還できないだけでなく、他の機器を操作する信号のコードと一致した場合、誤って他の機器を操作してしまうことが考えられる。

そこで、本発明は上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、基地局は右信号と左信号を伝送するとともに、それぞれの信号を重複させずに基地局へ帰還させる経路を作成し、自律走行型掃除機を基地局まで確実に帰還させることを目的とする。

上記課題を解決するためになされた第１の本発明は、
充電池を駆動源として自律走行する自律走行型掃除機と、前記充電池に電力を供給する基地局を備え、前記自律走行型掃除機の前記基地局への自動帰還システムにおいて、
前記基地局は、
前記基地局の左右幅の略中央より右前側に向けた右側帰還信号を伝送する右側素子と、
前記基地局の左右幅の略中央より左前側に向けた左側帰還信号を伝送する左側素子を有し、
前記右側帰還信号の伝送を停止している時間に前記左側帰還信号を伝送し、
前記左側帰還信号の伝送を停止している時間に前記右側帰還信号を伝送するとともに、
前記右側帰還信号が伝送される第１領域の一部と前記左側帰還信号が伝送される第２領域の一部が重なる第３領域が形成されるように、前記右側帰還信号および前記左側帰還信号を伝送し、
前記第３領域の幅は、前記第１領域の幅及び前記第２領域の幅より狭く、
前記右側帰還信号と前記左側帰還信号の両方の伝送をともに停止する伝送停止時間として、
前記右側帰還信号の伝送を終えてから前記左側帰還信号の伝送を開始するまでの第１伝送停止時間と、
前記左側帰還信号の伝送を終えてから前記右側帰還信号の伝送を開始するまでの第２伝送停止時間と、を有し、
前記第１伝送停止時間及び前記第２伝送停止時間の一方は、他方より短く、
前記自律走行型掃除機は、前記伝送停止時間を含めて、前記第３領域から外れないように移動して前記基地局に近付く制御を実行することを特徴とする前記基地局への自動帰還システムである。
また、上記課題を解決するためになされた第２の本発明は、
第１領域に右側帰還信号を伝送し、
第２領域に左側帰還信号を伝送し、
第３領域に前記右側帰還信号及び前記左側帰還信号を伝送し、
前記第３領域は、前記第１領域の幅及び前記第２領域の幅より狭い領域であり、
前記右側帰還信号と前記左側帰還信号とを交互に伝送し、
前記右側帰還信号と前記左側帰還信号の両方の伝送をともに停止する伝送停止時間として、
前記右側帰還信号の伝送を終えてから前記左側帰還信号の伝送を開始するまでの第１伝送停止時間と、
前記左側帰還信号の伝送を終えてから前記右側帰還信号の伝送を開始するまでの第２伝送停止時間と、を有し、
前記第１伝送停止時間及び前記第２伝送停止時間の一方は、他方より短く、
前記伝送停止時間を含めて、前記第３領域から外れないように移動する移動体の帰還に利用される基地局である。

本発明によれば、２つの帰還信号の一方の帰還信号の伝送を停止している間にもう一方の帰還信号を伝送する、つまり、伝送のタイミングを完全にずらして帰還信号を伝送することで、右側帰還信号と左側帰還信号は重複することがなく、想定外の信号を生成することがなくなる。また、右側帰還信号を伝送する領域の基地局中央側の一部の領域に対して、左側帰還信号の一部を重複させるように伝送することで、右側帰還信号のみが伝送される領域、左側帰還信号のみが伝送される領域、両方の帰還信号が伝送される領域、どちらの帰還信号も伝送されない領域の４領域を作り出すことができる。このうち両方の帰還信号が伝送される領域を辿ることで、自律走行型掃除機は確実に基地局に帰還することができる。

基地局から伝送する帰還信号のコードの一例を示した図である。 本発明の実施形態に係る自律走行型掃除機を左前方から見下ろした斜視図である。 自律走行型掃除機を左前方から見上げた斜視図である。 自律走行型掃除機の制御装置、及び制御装置に接続される機器を示す構成図である。 掃除走行制御の一例である反射走行パターンの走行軌跡を示す説明図である。 帰還走行制御の走行軌跡を示す説明図である。 中央受信装置の構造を示す斜視図である。 右受信装置、および左受信装置の構造を示す断面図である。 基地局を正面上方から見下ろした外観を示す斜視図である。 図９の破線Ｃで切断した上断面図とともに、帰還信号の伝送領域を示す図である。 帰還信号の伝送パターンを示す模式図である。 帰還信号の伝送パターンを示すタイミングチャートである。 帰還信号の別の伝送パターンを示すタイミングチャートである。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、自律走行型掃除機１（図２、図３参照）が主に進行する向きを前方、鉛直上向きを上方とし、図２、図３に示すように前後・上下・左右を定義する。

図２は、本実施形態に係る自律走行型掃除機１を左前方から見下ろした斜視図である。図３は、自律走行型掃除機１を左前方から見上げた斜視図である。図４は、自律走行型掃除機の制御装置、及び制御装置に接続される機器を示す構成図である。

自律走行型掃除機１は、所定の掃除領域（例えば、部屋）を自律的に移動しながら掃除する掃除機である。自律走行型掃除機１は、主に、本体２と、駆動輪３Ｒ，３Ｌ（図３参照）と、走行モータ４Ｒ，４Ｌ（図４参照）と、補助輪５（図３参照）と、送風機６と、センサ類（測距センサ7等：図３参照）と、サイドブラシ８Ｒ，８Ｌと、制御装置９（図４参照）と、を備えている。

本体２は、各種モータや制御装置９等を収容する筐体であり、その外形は薄型の円柱状を呈している。本体２は、上壁である上ケース１０と、底壁（及び一部の側壁）である下ケース１１と、前部に設置されるバンパ１２と、を備えている。上ケース１０には、後記する集塵ケース１３（図３参照）を出し入れするための蓋１０ａが設けられている。

下ケース１１には、駆動輪３Ｒ，３Ｌをそれぞれ露出させる穴部Ｈ１と、補助輪５を露出させる穴部Ｈ２と、集塵ケース１３に塵埃を取り込むための吸口Ｈ３と、が形成されている。平面視で円形を呈する下ケース１１の中心付近に吸口Ｈ３が形成され、この吸口Ｈ３の左右方向両側に、前記した穴部Ｈ１が形成されている。また、下ケース１１の前部には、サイドブラシ８Ｒ，８Ｌを露出させる二つの切欠Ｖ１が形成されている。

バンパ１２は、外部から作用する押圧力に応じて内外方向（平面視で本体２の中心側を内側とする。）で移動可能に設置されている。バンパ１２は、左右一対のバンパばね（図示せず）によって外方向に付勢されている。

駆動輪３Ｒ，３Ｌは、自身が回転することで本体２を前進・後退・旋回させるための車輪である。駆動輪３Ｒ，３Ｌは、左右方向において吸口Ｈ３の両側に配置されている。右側の駆動輪３Ｒは、複数段の歯車で構成された減速機（図示せず）を介し、走行モータ４Ｒの駆動力が作用するように設置されている。左側の駆動輪３Ｌについても同様である。

走行モータ４Ｒは、右側の駆動輪３Ｒを回転させるためのモータであり、その回転軸が減速機に接続されている。他方の走行モータ４Ｌは、左側の駆動輪３Ｌを回転させるためのモータであり、その回転軸が左側の減速機を介して接続されている。これらの走行モータ４Ｒ，４Ｌは、制御装置９からの指令に応じて、同一の又は異なる回転速度で駆動可能になっている。つまり、走行モータ４Ｒ，４Ｌの回転速度をそれぞれ制御することで、自律走行型掃除機１を前進・後退・旋回させることができる。

補助輪５は、本体２を所定高さで保ちつつ自律走行型掃除機１をスムーズに移動させるための車輪である。補助輪５は、本体２の移動に伴い床面との間で生じる摩擦力によって回転するように軸支されている。

本体２の内部の後方には送風機６を搭載している。送風機６は、自身を駆動することで集塵ケース１３内の空気を外部に排出して負圧を発生させ、床面から吸口Ｈ３を介して塵埃を吸い込む機能を有している。

吸口Ｈ３から下流側に向かう風路は、集塵ケース１３、集塵フィルタ（図示せず）、送風機６、及び本体後方の排気口（図示せず）で構成される。吸口Ｈ３付近には、床面上の塵埃を掻き込む吸口ブラシ１４が設けられている。この吸口ブラシ１４は、左右方向に沿う軸を中心に回転可能に軸支され、吸口ブラシ用モータ１５（図４参照）に連結されている。

送風機５及び吸口ブラシ用モータ１５が駆動すると、床面の塵埃は吸口Ｈ３を介して吸引され、吸口ブラシ１４によって掻き込まれ、集塵ケース１３に導かれる。集塵フィルタで塵埃が取り除かれた空気は、排気口を介して排出される。なお、集塵ケース１３は、上ケース１０に設けられた蓋１０ａを開けることで着脱可能である。

また、図２に示すサイドブラシ８Ｒ，８Ｌは、自身が回転駆動されることで本体２よりも外側にある塵埃を吸口Ｈ３に導くブラシであり、その一部が平面視で本体２から突き出している。サイドブラシ８Ｒ，８Ｌは、平面視において１２０°間隔で放射状に延びる３束の刷毛を有し、吸口Ｈ３よりも前方において、下ケース１１の左右の切欠Ｖ１に配置されている。

サイドブラシ８Ｒの刷毛は、先端に向かうにつれて床面に近づくように下方に傾斜しており、その先端付近は床面に接している。なお、左側のサイドブラシ８Ｌについても同様である。

サイドブラシ８Ｒ、８Ｌは、それぞれサイドブラシ用モータ１６Ｒ，１６Ｌ（図４参照）に連結されて、サイドブラシ用モータ１６Ｒ，１６Ｌが本体２底面から見てそれぞれ時計回り、反時計回りに駆動されることで、吸口Ｈ３の前方に塵埃を掻き集めるようになっている。

バンパセンサ１２Ｒ，１２Ｌ（図４参照：障害物検知手段）は、バンパ１２の後退（つまり、障害物との接触）を検知するマイクロスイッチである。バンパセンサ１２Ｒ、１２Ｌはバンパ１２の裏側で、本体２の前側（下ケース１１の周縁付近）に右側、左側に分かれて固定されている。例えば、バンパ１２の右側（又は中央付近）に障害物が接触した場合、バンパ１２が後退し、バンパセンサ１２Ｒを作動させることで、検知信号が制御装置９に出力される。左側のバンパセンサ１２Ｌについても同様である。

測距センサ７（障害物検知手段）は、障害物までの距離を検出する赤外線センサである。本実施形態例では、下ケース１１の周縁付近において正面に１個、左右両側に２個ずつ、計５個の測距センサ７を設けている（図２、３参照）。バンパ１２のうち少なくとも測距センサ７の近傍は、赤外線を透過させる樹脂又はガラスで形成されている。なお、測距センサ７として他の種類のセンサ（例えば、超音波センサ、可視光センサ）を用いてもよい。

床面用測距センサ１７は、床面までの距離を計測する赤外線センサであり、下ケース１１の下面に設置されている（図３参照）。床面用測距センサ１７を設けることで、階段等の大きな段差があった場合に当該段差を検出し、自律走行型掃除機１が落下してしまうことを防止できる。例えば、床面用測距センサ１７によって本体２の前側下方に３０ｍｍ程度の段差が検知された場合、制御装置９は走行モータ４Ｒ，４Ｌを制御して本体２を後退させ、進行方向を転換させる。

図４に示す走行モータ用エンコーダ１８Ｒ，１８Ｌは、走行モータ４Ｒ，４Ｌの回転速度・回転角度を検出する検出器である。なお、走行モータ用エンコーダ１８Ｒ，１８Ｌによって検出される回転速度・回転角度と、減速機の減速比と、駆動輪３Ｒ，３Ｌの径とに基づいて、制御装置９は本体２の移動速度・移動距離を算出する。

操作ボタン１９ａ，１９ｂ，１９ｃは、ユーザの操作に応じた操作信号を制御装置９に出力するボタンであり（図２参照）、電源ボタン１９ａと、掃除の開始／終了ボタン１９ｂと、掃除モードを変更するための掃除モード選択ボタン１９ｃと、を有している。

図４に示す表示パネル２０は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode：図示せず）と、７セグメントディスプレイ（図示せず）と、を有しており、自律走行型掃除機１の運転状態等を表示する。

充電池２１は、充電することで再利用可能な二次電池であり、本体２内部の前側に収容されている。充電池２１からの電力は、各センサ類、各モータ、及び制御装置９に供給される。また、電池残量を検出する電池残量検出装置２２を有している。電池残量検出装置２２は充電池２１の端子電圧を測定する方式や、充電池２１に流入した電力量と流出した電力量を比較する方式等があるが、いずれの方式でも構わない。

制御装置９は、例えばマイクロコントローラ２３であり、プログラムの書き換え可能なフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶されたプログラムを読み出してＲＡＭ（Random Access Memory）に展開し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が各種処理を実行するようになっている。

制御装置９は、操作ボタン１９ａ，１９ｂ，１９ｃ、及び前記したセンサ類からの信号に応じて演算処理を実行し、前記した各モータに指令信号を出力する。

このような自律走行型掃除機１は、主に部屋Ａ（図５、６参照）の中で使用され、部屋Ａの中を掃除走行制御と帰還走行制御の２つの主な走行制御で自律走行する。掃除走行制御は、サイドブラシ８Ｒ、８Ｌを回転させるとともに、床面上の塵埃を吸口ブラシ１４で取り込み、送風機５で吸引して集塵ケース１３に回収しながら、自律走行させている。掃除走行制御の例として、反射走行パターンを以下に示す。

図５は、反射走行パターンの走行軌跡を示す説明図である。反射走行パターンは、壁や障害物２４（棚、ソファ等）に接触又は接近した場合、自律走行型掃除機１が進行方向を変えながら走行する走行パターンであり、部屋Ａ全体の掃除に適している。バンパセンサ１２Ｒ，１２Ｌや測距センサ７から入力される検出信号によって障害物２４が検知された場合、制御装置９は走行モータ４Ｒ，４Ｌを互いに逆方向に回転させることで、本体２を超信地旋回（その場で回転）させて進行方向を変える。これによって自律走行型掃除機１は、あたかも障害物等によって本体２が反射するように方向転換する。

このような掃除走行制御による掃除が一定時間経過した、もしくは充電池２１の電池残量が所定の値以下に達した場合に、掃除走行制御から帰還走行制御に自動で移行する。もしくは、掃除モード選択ボタン１９ｃにより帰還走行モードが指示された場合に帰還走行制御を行う。

帰還走行制御は図６のように、自律走行型掃除機１を基地局２５まで移動させる走行制御である。自律走行型掃除機１が基地局２５に帰還することで、充電池２１は充電される。

この帰還走行制御を行う上で、基地局２５は自律走行型掃除機１を基地局２５に誘導する帰還信号を送信している。この帰還信号を自律走行型掃除機１は受信し、制御装置９により基地局２５の位置を推測し（もしくは、基地局２５に対する自律走行型掃除機１の位置を推測し）、進行方向を決め、駆動輪３Ｒ，３Ｌを駆動させる。以下、帰還走行制御、帰還信号の伝送システム、受信システムについて詳細に説明する。

まず、本体２における帰還信号の受信システムについて図２、７、８を用いて説明する。

本体２のバンパ１２は、帰還信号を受信するために中央受信装置２６、右受信装置２７Ｒ、左受信装置２７Ｌを設けている。

中央受信装置２６は本体２の左右幅の略中央で、バンパ１２上面に固定されている。中央受信装置２６の内部構造を図７に示す。中央受信装置２６は赤外線を受光する受光素子２６ａと、その受光素子２６ａを囲う略円筒形状の受光レンズ２６ｂと、その受光レンズ２６ｂの上面を覆う上面カバー２６ｃと、で構成される。受光素子２６ａはバンパ１２上面とほぼ同じ高さの位置に、受光方向を上向きに固定される。受光レンズ２６ｂは、その胴部が赤外線を透過する樹脂材料で作られており、胴部外周のどの方向からの赤外線の帰還信号を取り込むことができる。また、受光レンズ２６ｂ内側は、下側がすぼんだすり鉢状の空間が設けられ、胴部外周から取り込んだ赤外線の帰還信号を、このすり鉢状の空間との境界面で下方に向けて反射させている。このように反射した帰還信号を受光レンズ２６ｂの下方にある受光素子２６ａが受光する構造となっており、水平面において全方位（前方向、後方向、右方向、左方向）から帰還信号を受信できるようなっている。また、上面カバー２６ｃは赤外線を通過させない樹脂で作られており、本体２の上方からの赤外線、例えば、照明光や他の機器のリモコン信号を遮断している。

右受信装置２７Ｒと左受信装置２７Ｌは本体２の高さ方向の中央位置より高い位置で、本体２の左右幅の略中央よりそれぞれ右に約３０ｍｍ、左に３０ｍｍ離れた位置に、受信方向を略前向きにバンパ１２に固定されている。右受信装置２７Ｒと左受信装置２７Ｌの内部構造を図８に示す。左右の受信装置２７は受光方向を略水平にした受光素子２７ａと、バンパ１２の外郭より後方に伸びる長さ約２０ｍｍのホーン状の筒２７ｂで構成され、水平面および鉛直面に対する受信範囲が約３０度となるような指向性を有している。

つまり、中央受信装置２６は水平面において様々な方向からの帰還信号を受信するのに対し、右受信装置２７Ｒ、左受信装置２７Ｌは中央受信装置２６より受信範囲が狭く、本体２の前方からの帰還信号のみを受信するように構成される。これにより、基地局２５に対して、本体２が前向きか後ろ向きか判別可能となる。つまり、右受信装置２７Ｒ、左受信装置２７Ｌが帰還信号を受信していれば前向きであり、中央受信装置２６のみが帰還信号を受信していれば後向きである。

次に、図９、１０を用いて基地局２５および帰還信号２９の伝送システムを説明する。図９は基地局２５を正面上方より見下ろした外観斜視図であり、図１０は基地局２５を図９の破線Ｃで切断した面を上方より示すとともに、帰還信号２９の伝送領域Ｂ１〜Ｂ４を示した図である。

基地局２５は床面に対して略垂直に伸びる背もたれ部２５ａと、床面に平行に前側にのびたベース部２５ｂとで構成されている。背もたれ部２５ａの高さは自律走行型掃除機１の高さより若干高く、背もたれ部２５ａの上部には帰還信号２９を伝送する２つの開口部２５ｃを有している。開口部２５ｃは高さ約１０ｍｍ、横幅約２０ｍｍの横長な形状であり、その内側には赤外線を透過する材質で作られた窓板２５ｄが設けられている。また、背もたれ部２５ａを上から見ると略台形をしており、後ろ側の幅が広く、前側が狭くなっている。この形状により、壁を背にして設置された基地局２５に対して、壁際を走行している自律走行型掃除機１が接触した場合、基地局２５に対し壁側に向かう力が生じ、基地局２５を壁に押し付け、移動させ難くできる。

また、図１０に示すように背もたれ部２５ａの内側は、帰還信号２９を送信する２個の赤外線ＬＥＤ２５ｉ、２５ｊと、これら赤外線ＬＥＤ２５ｉ、２５ｊを発光させるための発光回路および自律走行型掃除機１の充電池２１に電力を供給するための充電回路を含む電子基板２５ｆを有している。

また、基地局２５は電源コード２５ｅを有しており、電子基板２５ｆに電力を供給する。

２個の赤外線ＬＥＤ２５ｉ、２５ｊは基地局２５の左右幅の略中央を中心に左右に約５ｍｍずつ離れた状態で、開口部２５ｃから約５０ｍｍ後方の位置に設けられている。これら２個の赤外線ＬＥＤ２５ｉ、２５ｊの間には窓板２５ｄまで延びる仕切り板２５ｇが設けられ、帰還信号２９の伝送範囲を制限している。この仕切り板２５ｇは黒色であり、赤外線の反射を抑え、意図しない方向に赤外線が広がるのを抑えている。

また、ベース部２５ｂは自律走行型掃除機１の充電池２１を充電するときの給電端子２５ｈを備えている。給電端子２５ｈは正極・負極の２極あり、ベース部２５ｂの左右幅の略中央を中心に左右に分かれて、ベース部２５ｂの凸状に盛り上がった頂上に設けられている。

給電端子２５ｈは、基地局２５に自律走行型掃除機１が帰還した際に、下ケース１１の底面に設けた受電端子２８と接触し、これにより充電池２１に給電することができる。また、どちらの給電端子２５ｈも、ばねでベース部２５ｂの下方から押し上げられるように設けられ、上から力を加えると沈み込むようになっている。この構成により、充電時において、給電端子２５ｈは自律走行型掃除機１の受電端子２８を押し上げるように受電端子２８と接触し、端子間をしっかり接触させることができる。また、受電端子２８は給電端子２５ｈより広く、基地局２５の左右幅の中心と本体２の左右幅の中心が多少ずれても、充電池２１に電力を供給できる。具体的には給電端子２５ｈの幅は約５ｍｍであり、受電端子２８の幅は約２０ｍｍである。

また、ベース部２５ｂの前縁は、給電端子２５ｈ付近が前側に出張っており、逆に２つの給電端子２５ｈ間においては背もたれ部２５ａ側に奥まっている。この形状により、自律走行型掃除機１が自動で帰還するときに、本体２の補助輪５がベース部２５ｂに接触すると補助輪５の向きが変わり、本体２の進行方向が変わり、給電端子２５ｈに受電端子２８が接触できなくなることを防ぐ。つまり、自律走行型掃除機１が基地局２５に帰還しても、補助輪５がベース部２５ｂにほぼ接触しないように、補助輪５が接近するベース部２５ｂの前縁の一部を切り欠いた形状となっている。

このような基地局２５からの帰還信号２９の伝送について説明する。まず、帰還信号は図１に示す様な、高速で赤外線ＬＥＤ２５ｉ、２５ｊを点滅させて（約５０〜１００ｍｓ間にＯＮ／ＯＦＦを数十回繰り返して）作られるコードである。このような帰還信号２９を左右の赤外線ＬＥＤ２５ｉ、２５ｊより伝送する。なお、右側および左側の帰還信号のコードは異なっている。

図１０に示すように、右側の赤外線ＬＥＤ２５ｉは基地局２５の左右幅の略中央から右側前方の領域に向けて右側帰還信号２９Ｒを伝送し、左側の赤外線ＬＥＤ２５ｊは基地局２５の左右幅の略中央から左側前方の領域に向けて左側帰還信号２９Ｌを伝送している。具体的には、どちらの帰還信号２９Ｒ，２９Ｌも基地局２５から前方に約６ｍ離れた領域まで伝送され、右側の帰還信号２９Ｒの伝送領域の幅は、基地局から約１ｍ前方の位置で基地局２５の左右幅の略中央より左側に約２５ｍｍから、略中央より右に約３０度方向までの範囲であり、左側の帰還信号２９Ｌの伝送領域の幅は、基地局２５の左右幅の略中央より右側に約２５ｍｍから、左に約３０度方向までの範囲である。よって、基地局２５の左右幅の略中央の前方、幅約５０ｍｍの範囲は、右側帰還信号２９Ｒと左側帰還信号２９Ｌの両方が伝送される。ただし、基地局２５の近傍（前方約５０ｍｍ以内）では、左右両方の帰還信号２９が伝送される領域は狭くなり、幅約２０ｍｍ程度となる。

このように基地局２５周辺の領域は、右側帰還信号２９Ｒだけが伝送される領域Ｂ１、左側帰還信号２９Ｌだけが伝送される領域Ｂ２、右側帰還信号２９Ｒと左側帰還信号２９Ｌの両方が伝送される領域Ｂ３、どちらも伝送されない領域Ｂ４の４領域に分けることができる。自律走行型掃除機１は、これらの帰還信号２９を受信し、コードを識別し、自律走行型掃除機１が基地局２５に対してどの領域（位置）を走行しているかを判断し、進行方向を決める。特に、右側帰還信号２９Ｒと左側帰還信号２９Ｌの両方が伝送される領域Ｂ３は重要であり、後で述べるが、自律走行型掃除機１は領域Ｂ３から外れないように前進し、基地局２５に帰還する。

そのためにも、右側帰還信号２９Ｒと左側帰還信号２９Ｌの両方が伝送される領域Ｂ３は狭いほうが望ましく、左右の帰還信号２９のみ伝送される領域Ｂ１、Ｂ２より狭くしている。

２つの帰還信号２９Ｒ、２９Ｌのそれぞれの伝送領域の一部が重なるように伝送させるが、これら２つの帰還信号２９Ｒ、２９Ｌを同時に発信させると、信号自体が重なり合い、信号が乱れ、右側帰還信号２９Ｒでも左側帰還信号２９Ｌでもなくなってしまう。２つの信号が重なった別信号は、どちらか一方の信号がＨＩＧＨのときはＨＩＧＨになり、両方の信号がＬＯＷのときはＬＯＷになる。そのため、この別信号は２つの信号の伝送タイミングによって異なる信号となる。２つの信号を毎回、同じタイミングで伝送していれば、この別信号は毎回同じコードの信号になるが、タイミングにずれが生じると信号（コード）が乱れ、異なるコードとなり、自律走行型掃除機１が帰還信号として認識できなくなる。特に、本実施形態例のように赤外線ＬＥＤ２５ｉ、２５ｊの点滅が速い場合、発光タイミングが少しずれると全く異なる信号となってしまう。

信号が異なると、自律走行型掃除機１が帰還信号として認識できなくなるだけでなく、他の機器に対して、誤動作を引き起こすことも考えられる。赤外線を用いた家庭用電化機器の信号（例えば、リモコン信号）は、各社、各製品、各動作によって、リモコン信号のコードが割り当てられている。そのため、想定した信号のコードから異なると、他の家庭用電化機器のリモコン信号のコードと同じコードとなる恐れもあり、他の機器を誤動作させることも考えられる。

そこで、本発明の２つの帰還信号２９Ｒ、２９Ｌは図１１、図１２のように一方が送信を停止している間に、もう一方を送信させることで、２つの帰還信号２９Ｒ、２９Ｌが重ならないようにしている。図１１は帰還信号２９の伝送の様子を示す模式図であり、図１２は帰還信号２９の伝送パターンを示すタイミングチャートである。約８０ｍｓの右側帰還信号２９Ｒを伝送した後、約７０ｍｓの時間を空けて（約７０ｍｓ間、両方の帰還信号２９の伝送を停止した後）、約８０ｍｓの左側帰還信号２９Ｌを伝送させる。その後、７０ｍｓの時間を空けて（約７０ｍｓ間、両方の帰還信号２９の伝送を停止した後）、右側帰還信号２９Ｒから同様のタイミングで伝送を繰り返す。これにより、２つの帰還信号２９Ｒ、２９Ｌを重ねることなく伝送することができる。

このように２つの帰還信号２９Ｒ、２９Ｌを交互に伝送しているが、片側の帰還信号２９について見れば、約８０ｍｓの帰還信号２９のコードを約３００ｍｓ間隔で伝送を繰り返している。つまり、帰還信号２９の伝送を停止している時間は２２０ｍｓであり、伝送している時間に対して時間が長い。これは、家庭内で使われる赤外線信号を用いたテレビ、エアコン、照明機器などの家庭用電化機器のリモコン操作を妨げないためである。具体的には、家庭用電化機器のリモコン信号のコードは一般的に約１００〜１３０ｍｓ間隔で伝送されているため、帰還信号２９のコードの伝送を停止している時間は、１３０ｍｓ以上確保していることが望ましい。

また、別の伝送パターンのタイミングチャートを図１３に示す。この場合は、約８０ｍｓの右側帰還信号２９Ｒを伝送した後、約１０ｍｓの時間を空けて（約１０ｍｓ間、帰還信号２９Ｒ，２９Ｌの両方の伝送を停止した後）、約８０ｍｓの左側帰還信号２９Ｌを伝送させる。その後、約１３０ｍｓの時間を空けて（約１３０ｍｓ間、帰還信号２９Ｒ，２９Ｌの両方の伝送を停止した後）、右側帰還信号２９Ｒから同様のタイミングで伝送を繰り返す。本伝送パターンの特徴は、帰還信号２９Ｒ，２９Ｌの両方の伝送を停止している２つの時間の長さを異ならせることである。特に、帰還信号２９Ｒ，２９Ｌの両方の伝送を停止している時間の一方の時間を、帰還信号２９の伝送時間よりも短くし、もう一方の帰還信号２９Ｒ，２９Ｌの両方の伝送を停止している時間を、帰還信号２９の伝送時間よりも長くすることで、伝送パターンの１サイクル分の時間を長くせずに、帰還信号２９Ｒ，２９Ｌの両方の伝送を停止している状態を長時間継続させることができる。これにより右側帰還信号２９Ｒと左側帰還信号２９Ｌの両方を伝送する領域Ｂ３に対して、他の家庭用電化機器のリモコン操作を妨げないようにすることができる。

また、これらの伝送パターンのように、右側帰還信号２９Ｒ、左側帰還信号２９Ｌは交互に伝送させることが望ましい。交互に伝送させずに、右側帰還信号２９Ｒもしくは左側帰還信号２９Ｌを２回以上連続して伝送させると、左右両方の帰還信号２９Ｒ，２９Ｌの伝送を完了させるまでの時間が長くなるので（１サイクルの時間が長くなるので）、帰還信号２９を取り逃さないためにも、本体２の移動速度を低下させる必要が生じる。本体２の移動速度を低下させると、基地局２５に帰還するまでの時間が長くなり、充電池２１の電池残量をより低下させてしまう恐れがある。よって、左右の帰還信号２９Ｒ，２９Ｌを交互に伝送させることで、交互に伝送させない場合よりも基地局２５に帰還するまでの時間を短くすることができ、充電池２１の電池残量の低下を抑えることができるため望ましい。

このような帰還信号の伝送システムおよび受信システムにおける帰還走行制御を、図６を用いて説明する。

帰還走行制御は、基地局２５に自律走行型掃除機１を帰還させることが主目的であり、充電池２１の電池残量が極端に低下して、走行できなくなり、基地局２５に帰還できなくなることを防ぐため、サイドブラシ８Ｒ、８Ｌの回転速度、吸口ブラシ１４の回転速度、送風機５の吸引力を低下または停止させ、消費電力を抑えて自律走行させる。

まず、中央受信装置２６もしくは左右の受信装置２７が基地局２５からの帰還信号２９を受信していない状態においては、前記反射走行パターンと同様に、障害物が検知された場合、本体２を超信地旋回させて進行方向を変える走行パターンを行う。そのときの走行速度は、走行中に帰還信号２９を取り逃さないためにも、掃除走行制御時の最高速度より遅い速度で走行させる。

反射走行パターンで走行している間に、中央受信装置２６もしくは左右の受信装置２７が基地局２５からの帰還信号２９を受信した場合、直進動作（Ｓ１）から大きな円弧を描くように本体２を前進させる動作（Ｓ２）に変更し、右側帰還信号２９Ｒと左側帰還信号２９Ｌの両方が伝送される領域Ｂ３に、本体２を移動させる。このとき本体２が右側帰還信号２９Ｒを受信している場合は、左側に大きな円弧を描くように本体２を移動させ、左側帰還信号２９Ｌを受信している場合は、右側に大きな円弧を描くように本体２を移動させる。ただし、中央受信装置２６のみが帰還信号２９を受信している場合は、本体２が基地局２５に対して後を向いている状態であり、本体２を超信地旋回させ、右側受信装置２７Ｒもしくは左側受信装置２７Ｌが帰還信号２９を受信する状態にした後に、前記大きな円弧を描く前進動作（Ｓ２）に移行させる。また、前記大きな円弧を描く前進動作（Ｓ２）において、右側帰還信号２９Ｒと左側帰還信号２９Ｌの両方を受信できる領域Ｂ３は狭いため、帰還信号２９を取り逃さないためにも、前進速度をさらに遅くさせる方が望ましい。

中央受信装置２６もしくは左右の受信装置２７が右側帰還信号２９Ｒと左側帰還信号２９Ｌの両方を受信した後、本体２を本体２の約半径の距離、前進させ、本体２の略中央部を左右両方の帰還信号２９が伝送される領域Ｂ３まで移動させる（Ｓ３）。中央受信装置２６および左右の受信装置２７は本体２の前側に設けられているため、右側帰還信号２９Ｒと左側帰還信号２９Ｌの両方を受信し始めた状態では、左右両方の帰還信号２９Ｒ、２９Ｌが伝送される領域Ｂ３に、本体２の前側だけしか位置していないため、上記走行制御Ｓ３を行う。ただし、このように本体２を前進させると、本体２の受信装置２６、２７は左右両方の帰還信号２９Ｒ、２９Ｌが伝送される領域Ｂ３から一旦外れることになる。

その後、本体２を超信地旋回させ、中央受信装置２６もしくは左右の受信装置２７が右側帰還信号２９Ｒと左側帰還信号２９Ｌの両方の信号を受信したら停止させる（Ｓ４）。この走行制御Ｓ４において、本体２を超信地旋回させる時点で、中央受信装置２６が右側帰還信号２９Ｒを受信している場合は、本体２を本体２上方から見て反時計回りに回転させ、左側帰還信号２９Ｌを受信している場合は、本体２を本体２上方から見て時計回りに回転させたほうが、右側帰還信号２９Ｒと左側帰還信号２９Ｌの両方の信号を、早く受信できるため（両方の帰還信号２９Ｒ、２９Ｌが伝送される領域Ｂ３に本体２の前側に設けた受信装置２６、２７を早く位置させることができるため）望ましい。この動作により、受信装置２６、２７を設けた本体２の前側と、本体２の略中央をともに、右左両方の帰還信号２９Ｒ、２９Ｌが伝送される領域Ｂ３に位置させることができる。つまり、基地局２５の左右幅の略中央前面（正面）と本体２の左右幅の略中央前面（正面）が向かい合った状態になる。

その後、本体２の正面が基地局２５の正面、つまり領域Ｂ３の範囲から外れないように、中央受信装置２６が右左両方の帰還信号２９Ｒ、２９Ｌを受信した状態を保つように基地局２５に向かって前進させる（Ｓ５）。この走行制御Ｓ５は、基地局２５の給電端子２５ｈと本体２の受電端子２８を接触させるために必要であり、本体２が基地局２５近傍まで近づいたときに、基地局２５の正面からずれ、給電端子２５ｈと受電端子２８は接触しなくなることを防ぐ。具体的には、中央受信装置２６が右側帰還信号２９Ｒのみを受信するようになったら、本体２を左前方に前進させ、中央受信装置２６が左側帰還信号２９Ｌのみを受信するようになったら、本体２を右前方に前進させる制御により、左右両方の帰還信号２９Ｒ、２９Ｌが伝送される領域Ｂ３から本体２の正面が外れても、領域Ｂ３に戻すことが可能となる。

また、より本体２の正面が基地局２５の正面から外れないようにするためにも、右側受信装置２７Ｒは右側帰還信号２９Ｒのみを受信し、左側受信装置２７Ｌは左側帰還信号２９Ｌのみを受信する状態を保つように前進させる制御も追加したほうが望ましい。この制御により、左右の受信装置２７が領域３に入った場合にも、本体２の進行方向を変えることができ、本体２の正面が領域Ｂ３から大幅に外れることを防ぐ。そのためには、右側受信装置２７Ｒと左側受信装置２７Ｌの距離は、左右の帰還信号の両方が伝送される領域の左右幅の距離より若干長いことが望ましい。そのため、少なくとも右側受信装置２７Ｒと左側受信装置２７Ｌの間隔は、基地局２５に設けた左右の赤外線ＬＥＤ２５ｉ、２５ｊの間隔より広いほうが望ましい。

自律走行型掃除機１は、上記走行制御Ｓ５を行いながら基地局２５に向かって前進していると、基地局２５近傍で本体２の底面が基地局２５のベース部２５ｂに乗り上げる。そして、本体２の底面に設けた受電端子２８と基地局２５の給電端子２５ｈが接して電気的導通が確認されると、自律走行型掃除機１は走行を停止させるとともに、サイドブラシ８Ｒ、８Ｌ、吸口ブラシ１４の回転、送風機５の運転を停止させ、帰還走行制御を終了させる。その後、基地局２５は本体２の充電池２１へ電力を供給し始める。

上記帰還走行制御において、左右両方の帰還信号２９が伝送される領域Ｂ３は重要であり、その領域Ｂ３で帰還信号の誤判定を起こさないことが求められる。そのため、本発明は左右の帰還信号２９Ｒ，２９Ｌを重複させずに、交互に伝送させることにより、帰還信号２９の乱れを抑えて誤判定を防ぐ基地局２５への自動帰還システムを提供する。

１ 自律走行型掃除機
２ 本体
３ 駆動輪
１２ バンパ
２１ 充電池
２５ 基地局
２５ｈ 給電端子
２５ｉ 右側赤外線ＬＥＤ
２５ｊ 左側赤外線ＬＥＤ
２６ 中央受信装置
２７Ｒ 右受信装置
２７Ｌ 左受信装置
２８ 受電端子
２９Ｒ 右側帰還信号
２９Ｌ 左側帰還信号
Ｂ３ 左右両方の帰還信号が伝送される領域

Claims (10)

1. 充電池を駆動源として自律走行する自律走行型掃除機と、前記充電池に電力を供給する基地局を備え、前記自律走行型掃除機の前記基地局への自動帰還システムにおいて、
   前記基地局は、
   前記基地局の左右幅の略中央より右前側に向けた右側帰還信号を伝送する右側素子と、
   前記基地局の左右幅の略中央より左前側に向けた左側帰還信号を伝送する左側素子を有し、
   前記右側帰還信号の伝送を停止している時間に前記左側帰還信号を伝送し、
   前記左側帰還信号の伝送を停止している時間に前記右側帰還信号を伝送するとともに、
   前記右側帰還信号が伝送される第１領域の一部と前記左側帰還信号が伝送される第２領域の一部が重なる第３領域が形成されるように、前記右側帰還信号および前記左側帰還信号を伝送し、
   前記第３領域の幅は、前記第１領域の幅及び前記第２領域の幅より狭く、
   前記右側帰還信号と前記左側帰還信号の両方の伝送をともに停止する伝送停止時間として、
   前記右側帰還信号の伝送を終えてから前記左側帰還信号の伝送を開始するまでの第１伝送停止時間と、
   前記左側帰還信号の伝送を終えてから前記右側帰還信号の伝送を開始するまでの第２伝送停止時間と、を有し、
   前記第１伝送停止時間及び前記第２伝送停止時間の一方は、他方より短く、
   前記自律走行型掃除機は、前記伝送停止時間を含めて、前記第３領域から外れないように移動して前記基地局に近付く制御を実行することを特徴とする前記基地局への自動帰還システム。
2. 前記伝送停止時間のうち長い方は、前記左側帰還信号の伝送時間及び前記右側帰還信号の伝送時間それぞれよりも長いことを特徴とする請求項１に記載の自動帰還システム。
3. 前記自律走行型掃除機は、左右幅の略中央より左側に位置する左受信装置及び右側に位置する右受信装置を有し、
   前記左側受信装置及び前記右側受信装置の間隔は、前記第３領域の幅、並びに／又は、前記右側素子及び前記左側素子の間隔より広いことを特徴とする請求項１又は２に記載の自動帰還システム。
4. 前記第３領域から外れないように移動して前記基地局に近付く制御として、前記自律走行型掃除機は、前記右側受信装置が前記右側帰還信号のみを受信し、前記左側受信装置が前記左側帰還信号のみを受信するように前進する制御を実行可能なことを特徴とする請求項３に記載の自動帰還システム。
5. 前記右側伝送素子と前記左側伝送素子との間に赤外線の反射を抑える仕切り板を有することを特徴とする請求項１乃至４何れか一項に記載の自動帰還システム。
6. 前記自律走行型掃除機が前記帰還信号を検知すると、円弧を描くように前進することを特徴とする請求項１乃至５何れか一項に記載の自動帰還システム。
7. 第１領域に右側帰還信号を伝送し、
   第２領域に左側帰還信号を伝送し、
   第３領域に前記右側帰還信号及び前記左側帰還信号を伝送し、
   前記第３領域は、前記第１領域の幅及び前記第２領域の幅より狭い領域であり、
   前記右側帰還信号と前記左側帰還信号とを交互に伝送し、
   前記右側帰還信号と前記左側帰還信号の両方の伝送をともに停止する伝送停止時間として、
   前記右側帰還信号の伝送を終えてから前記左側帰還信号の伝送を開始するまでの第１伝送停止時間と、
   前記左側帰還信号の伝送を終えてから前記右側帰還信号の伝送を開始するまでの第２伝送停止時間と、を有し、
   前記第１伝送停止時間及び前記第２伝送停止時間の一方は、他方より短く、
   前記伝送停止時間を含めて、前記第３領域から外れないように移動する移動体の帰還に利用される基地局。
8. 前記長い方の伝送停止時間は、前記左側帰還信号の伝送時間及び前記右側帰還信号の伝送時間それぞれよりも長いことを特徴とする請求項７に記載の基地局。
9. 請求項７又は８に記載の基地局からの信号を検知して、前記第３領域から外れないように移動して前記基地局に近付くことを特徴とする自律走行型掃除機。
10. 前記基地局から伝送される前記左側帰還信号及び前記右側帰還信号を受信可能な左受信装置及び右受信装置を有し、
    前記左側受信装置及び前記右側受信装置の水平方向の間隔は、前記第３領域の幅より広いことを特徴とする請求項９に記載の自律走行型掃除機。