JP2004275468A

JP2004275468A - 自走式掃除機およびその運転方法

Info

Publication number: JP2004275468A
Application number: JP2003071206A
Authority: JP
Inventors: Saku Egawa; 索柄川; Minoru Arai; 穣荒井; Riyouko Ichinose; 亮子一野瀬; Yasuhiro Asa; 康博朝; Hirobumi Tanaka; 博文田中
Original assignee: Hitachi Home and Life Solutions Inc
Current assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-10-07
Also published as: US7515991B2; US20040181896A1; CN1535646A

Abstract

【課題】自走式掃除機を用いて、迅速に漏れなく掃除する。
【解決手段】自走式掃除機１による掃除においては、始めに部屋３０の一壁面２１に掃除機の吸口３の側面を沿わせて移動する。この移動において、掃除機の進行方向の基準を設定する。次いで、部屋の角部３６に達したら直角に壁面２２に沿って所定距離進んだ後さらに直角に曲がり、先に設定した基準方向に従って走行する。壁面２２に対向する壁面２４に達したら螺旋形状を描くように、壁面２４に沿って移動する。その際、先に設定した基準方向を確認補正する。走行途中に障害物３１、３２があったら、予め定めた基準に従って回避する経路２２３を走行するか、その障害物までの間で螺旋を描く経路２５２、２５３、２５４を走行する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自走して掃除する自走式掃除機およびその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の自走式掃除機の例が、特許文献１に記載されている。この公報に記載の掃除機では、前方停止毎に本体前方の壁の状態を確認している。そして、本体の前方に連続な平面があるか否かを判断し、平面があればその平面に対して本体を直角にして方位センサの零点を設定している。
【０００３】
従来の自走式掃除機の他の例が、特許文献２に記載されている。この公報に記載の掃除機では、本体を移動させる走行手段と、本体の移動方向を転換する移動方向転換手段と、本体の移動を制御する移動制御手段を備えている。移動制御手段は、掃除機本体を１対の直線で挟まれた領域内で蛇行走行させている。そして蛇行走行にできなくなったら、本体の進行方向を蛇行走行の進行を阻む領域線から遠ざかる方向に転換させている。なお、掃除機本体の進行方向に位置する障害物を検出する障害物検出手段掃除機本体が有し、障害物を検出したときには、障害物を回避する方向に本体の進行方向を転換している。
【特許文献１】
特開平８−２１５１１６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２０４７６８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に記載の従来の自走式掃除機においては、本体前方の壁を検出し、本体を壁に直角に位置決めして方位センサの零点を設定している。しかしながらこの方法では、壁が平面に近いときは方向を検出できるが、壁に凹凸があると壁の角度を正確に検出できないおそれがある。また、掃除領域内に、椅子や机などの障害物がある場合には、移動経路を変更して障害物を回避する必要があるが、そのような場合については十分考慮されていない。
【０００５】
一方、上記特許文献２に記載の自走式掃除機では、障害物を検出した時に方向転換して、障害物を回避している。しかしながら、このような単純な回避方式では、小さい障害物でも移動経路を大きく変更するので、大きな掃除残し領域が発生する。その結果、掃除漏れ領域が生じたり、掃除残し領域を後で掃除しなければならない等の掃除効率を低下させるおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたのもでありその目的は、自走式掃除機を用いて掃除する際に、迅速に漏れなく掃除することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の特徴は、自律して走行可能な自走式掃除機において、掃除機を移動させる移動手段と、この移動手段を制御する制御手段と、掃除機の方位角を検出する方位角検出手段と、掃除機の一側部に位置し壁面を検出可能な壁面検出手段とを設け、制御手段は、壁面検出手段が検出した掃除対象の部屋を区画する壁面に沿って掃除機を走行させたときに方位角検出手段が検出した方位角に基づいて、矩形状の走行経路を決定し、この走行経路を掃除機が移動するよう駆動手段を駆動するものである。
【０００８】
そしてこの特徴において、好ましくは掃除機の前方に位置する障害物を検出する障害物検出手段を設け、制御手段はこの障害物検出手段が走行経路中に障害物を検出したら、回避移動するよう移動手段を制御するものであり、また好ましくは、障害物検出手段が掃除機の進行方向に障害物を検出したときは、障害物に沿って右沿い走行または左沿い走行をするように制御手段が移動手段を制御するものである。また、掃除対象領域の情報を記憶可能な地図記録手段を設け、この地図記録手段に記録された情報に基づいて制御手段は矩形状の走行経路を決定するものであってもよい。
【０００９】
上記目的を達成する本発明の他の特徴は、自律移動可能な自走式掃除機の運転方法において、対向する１対の壁面に沿う走行経路部を含む複数のループ状の走行経路にしたがって自走式掃除機を走行させ、壁面に沿う走行経路部の少なくともいずれかにおいて自走式掃除機の基準方向を検出し、この基準方向に基づいて壁面に沿う走行経路部以外の走行経路を決定するものである。
【００１０】
そしてこの特徴において、ループ状の走行経路は壁面に沿う走行経路部にほぼ直交する第１の縦移動経路と第２の縦移動経路を有し、この２つの経路の間隔を連続する２個の矩形状走行経路間の間隔の半分の奇数倍とするのがよく、連続する２個の矩形状走行経路間の間隔は、前記掃除手段の掃除可能幅の１倍から２倍の間とするのがよい。
【００１１】
上記目的を達成するさらに他の特徴は、床面の上を移動させる移動手段と、この移動手段を制御する制御手段と、床面を掃除する掃除手段とを備えた自走式掃除機の運転方法において、掃除開始前に右沿い走行または左沿い走行のいずれか一方のみを用いて壁面を探索し、壁面が探索されたら掃除機の方位角を検出する方位角検出手段と壁面位置を検出する壁面検出手段とが検出した情報に基づいて互いに部分的に重なり合う複数の螺旋状の走行経路上をたどって掃除することにある。
【００１２】
そしてこの特徴において、螺旋状の走行経路は、壁面を構成する第１の壁面区間に沿う第１の横移動経路と、この第１の横移動経路に連続する第１の縦移動経路と、第１の壁面区間に対向する第２の壁面区間に沿い第１の縦移動経路に連続する第２の横移動経路と、第２の横移動経路に連続する第２の縦移動経路を含むのがよい。また、好ましくは少なくとも第１あるいは第２の横移動経路に従って掃除機が走行しているときに方位角検出手段が方位角を検出し、この検出した方位角に基づいて第１および第２の縦移動経路の方向を設定するものであり、第１の横移動経路に従って掃除機を走行をさせるときに方位角検出手段が検出した方位角と壁面の情報を記憶する地図記録手段に記憶された第１の壁面区間の方位角とを用いて時々刻々の方位角を補正するのが望ましい。さらに、掃除開始前に壁面に沿って掃除機を周回移動させ、この周回移動の際に壁面検出手段が検出した壁面の情報に基づいて地図記録手段に壁面の情報を記憶するのがよい。
【００１３】
上記目的を達成するさらに他の特徴は、方位角検出手段と壁面を検出する壁面検出手段とを用いて、複数の壁面区間で囲われた領域を掃除する自走式掃除機の運転方法において、掃除機を障害物または壁面区間に近接するまで所定方向に移動させる第１ステップと、掃除機の右側部または左側部のいずれか一方に物体が近接するまで掃除機を移動させ物体に沿って掃除機を周回移動させる第２ステップと、周回移動において方位角検出手段が検出した方位角の累積変化の方向と所定方向を比較する第３ステップと、第３ステップにおいて累積変化の方向と所定方向との差があらかじめ定めた許容範囲内のときに掃除機を所定角度だけ旋回させて第１ステップから繰り返す第４ステップとを備えるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の自走式掃除機とその運転方法の一実施例を、図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る自走式掃除機を用いて掃除領域を掃除する様子を示す図であり、図２は図１に示した掃除をするのに用いる自走式掃除機の一実施例の上面断面図と側面断面図である。
【００１５】
図２おいて、自走式掃除機１は右側から左側へと走行する。自走式掃除機１は、本体２と図示しないリモコンとを備えている。本体２は、ベース２ａと、このベース２ａに搭載された電池８と、ベース２ａの前部に位置し、床面を掃除する際に用いる吸口３と、ベース２ａに搭載され吸口３から塵埃を吸込む集塵機４と、本体２が床面上を移動するときに用いる左右一対の車輪５ａ，５ｂと、これら車輪５ａ，５ｂを個々に駆動しベース２ａに搭載されたモータ６ａ，６ｂと、本体２の動作を制御しベース２ａの前部に搭載された制御装置７とを有する。左右のモータ５ａ，５ｂには、車輪の回転速度を検出するロータリーエンコーダ１５ａ，１５ｂが取付けられている。ベース２ａの下面であって後側には、ベース２ａを支持するキャスター１３が取付けられている。ベース２ａに搭載された各部品を覆うように、本体２の外周部には天蓋部を有する円筒形のカバー１４が取付けられている。
【００１６】
制御装置７は、モータ５ａ，５ｂに独立に制御指令を与える。各モータ５ａ，５ｂの回転速度と回転方向を制御して、本体２を床面上で、前進、後退、あるいは旋回させる。吸口３を床面に接触させて、集塵機３が床面の上のごみを吸引する。吸口３は壁際まで掃除可能にするために、本体２の右側に移動可能であり、この移動のために吸口移動機構１６がベース２ａ上面の吸口３に対応位置に設けられている。
【００１７】
ベース２ａの後部には、ジャイロ１０が搭載されている。ジャイロ１０は、圧電振動ジャイロ等の角速度センサであり、本体２の床面上における旋回速度を検出する。検出された角速度を制御装置７が積分して、方位角Ｑを得る。具体的には、方位角Ｑを以下のように計算する。制御装置７には、直前の方位角Ｑが方位角記憶値Ｑｍとして記憶されている。ジャイロ１０が検出した角速度と、前回方位角を算出したときからの経過時間との積を、方位角記憶値Ｑｍに加えた値を現在の方位角とする。そして、この求めた方位角で方位角記憶値Ｑｍ書き換える。
【００１８】
カバー１４の上部最前部には前方の障害物を検出する前方近接センサ１１が設けられている。また、右側車輪５ａの上方であって，カバー１４面には掃除機１の右側に位置する壁面を検出する側方近接センサ１２が設けられている。センサ１１、１２に対向する物体までの距離を、センサ１１、１２から発光した赤外線ビームが物体に当たって生じた反射光を用いて検出する。確実に物体を検出するために接触センサを併用しても良い。側方近接センサ１２は、壁沿い走行の方向に応じて、右または左側の一方に設ける。本実施例では、本体２が右側の壁沿い走行（以下、「右沿い走行」と称す。）をするので、側方近接センサ１２を本体２の右側に設ける。
【００１９】
制御装置７は、ロータリーエンコーダ１５ａ，１５ｂおよびジャイロ１０、前方近接センサ１１、側方近接センサ１２が検出した情報に基づいて、モータ５ａ，５ｂを駆動して本体２を移動させる。制御装置７は、ＣＰＵおよびメモリ、入出力回路を備える制御用コンピュータシステムである。制御装置７の動作アルゴリズムを実行するために、メモリにコンピュータプログラムが内蔵されている。制御装置７のメモリの一部は、地図情報４１を記憶するのに使用される。
【００２０】
このように構成した自走式掃除機１は、吸口３の幅だけ掃除しながら前方へと走行する。その際、本発明においては掃除機１を螺旋走行させて、未掃除領域を低減している。この様子を図１を用いて説明する。なお、以下の記載においては、室内の移動可能な領域の外周を定める壁やドアなどを、「壁面」と総称する。
【００２１】
壁面には、部屋の境となる壁やドア、壁に沿って置かれた棚などの家具が含まれる。部屋に開口部が形成されているときは、自走式掃除機１が部屋の外に出ないように磁気テープや光ビームなどのマーカーを開口部に取付けるが、壁面はこのマーカーにより区切られる仮想的な壁も含む。部屋の４壁面を各壁面ごとに区切る。これを、壁面区間と称する。部屋の内部であって壁面から離れた位置に配置された椅子や机等は、その配置領域が掃除できない場合には「障害物」と称する。
【００２２】
図１および図６に、室内における自走式掃除機１の走行経路の例を示す。掃除する部屋３０は、４個の壁面区間２１，２２，２３，２４を有する壁面２０により囲まれている。椅子、ソファなどの障害物３１，３２が部屋３０内に置かれている。自走式掃除機１を、部屋３０内の任意の位置に置く。始めに、掃除領域を認識させる。この様子を、図６に示す。掃除機１を現在の向きのままで前進させ、経路２０１をたどって壁面２０まで移動させる。次いで掃除機１は、経路２０２、２０３をたどって壁面２０に沿い部屋３０を一周走行する。この走行により、掃除領域を設定する。これで準備作業が終了する。
【００２３】
次に掃除作業に移行する。掃除領域が設定されたので、図１に示すように、掃除を開始する。掃除の際には、最初に壁面区間２１に沿って走行する。次いで、矩形状ループの経路をたどる螺旋掃除走行モードに移る。螺旋掃除走行モードにおいて障害物３１，３２を見つけたら、障害物に沿って掃除機をループの内側に移動させ、経路２２３をたどって障害物を回避する。次に、隣のループに移り、掃除し残した部分を掃除する。
【００２４】
以下に、自走式掃除機１の制御アルゴリズムを、図３および図４に示したフローチャートを用いて説明する。図３は準備作業の詳細を示す図であり、図４は掃除作業の詳細を示す図である。手順１０１において、制御装置７のメモリに記憶された地図情報４１上の全ての場所に対して、「未確認」のマークを書き込む。
【００２５】
地図情報４１の詳細を、図５に示す。地図情報４１は、２次元配列データｍ（ｉ，ｋ）である。掃除領域を含む床面を、所定の間隔で格子状に分割して、小領域Ａ（ｉ，ｋ）を作成する。各小領域Ａ（ｐ，ｑ）に配列要素ｍ（ｐ，ｑ）を対応付ける。各配列要素ｍ（ｐ，ｑ）には、「未確認」、「壁面」、「掃除済」または「障害物」のいずれかのマークを書き込む。図５においては、壁面マーク４４を文字「Ｗ」で表示している。空白の配列要素は、「未確認」を示す。格子の間隔は、掃除する部屋の大きさおよび走行に要求される精度、メモリ容量、計算速度等に基づいて、例えば１ｃｍ程度の間隔に定める。
【００２６】
手順１０２において、左右の車輪５ａ，５ｂ駆動用モータ６ａ，６ｂを駆動する。前方近接センサ１１が、壁面または障害物を検出したら、壁面または障害物の近傍に接近するまで自走式掃除機１を直進させる。この接近量を、予め定めておく。予め定めた接近位置まで自走式掃除機１が近づいたら、手順１０３において自走式掃除機１を左に９０度旋回させる。自走式掃除機１の右側に配置した側方近接センサ１２が、壁面または障害物を検出する。
【００２７】
手順１０４で、壁面または障害物が進行方向右側に位置するように掃除機１を位置決めし、壁面または障害物に沿って壁面または障害物を一周する。それとともに、掃除機１の走行中に壁面あるいは障害物が検出された位置に対応する地図情報４１データベースに、「壁面」のマークを書き込む。壁面を一周したのは、壁面の形状の情報を精度良く取得して、掃除中の走行精度を高めるためである。
【００２８】
壁面または障害物に沿う走行においては、側方近接センサ１２が検出した壁面または障害物とセンサ１２までの距離に基づいて、掃除機１を壁面または障害物から所定距離だけ離す。壁面または障害物までの距離は、側方近接センサ１２の精度に応じて、できるだけ短く設定する。吸口移動機構１６が吸口３を本体２の右側にせり出させるので、壁面または障害物の近傍まで、掃除が可能になる。走行中に前方近接センサ１１が壁面または障害物を検出したときは、掃除機１を左に旋回させる。そして、掃除機１の右側面を壁面または障害物に向けたのち、壁面または障害物に沿い走行する。
【００２９】
掃除機１の走行中は、ジャイロ１０が検出した角速度を積分して、自走式掃除機１の進行方向の方位角Ｑを求める。左右のロータリーエンコーダ１５ａ，１５ｂが検出した移動距離と方位角Ｑとを用いて、掃除機１の移動量と移動方向をベクトル量として得る。この移動のベクトル量を積算して、自走式掃除機１の位置を求める。手順１０４の初期状態と現在の位置とを随時比較し、初期位置との偏差が所定範囲内になったら、一周したものと判断する。そのため、掃除機１は、障害物３１、３２を壁面２０と誤認しないように、壁面探索手段を備える。準備作業においては、掃除するために最初に自走式掃除機１を置く場所が定まっていない。したがって、手順１０２において掃除機１が壁面２０と障害物３０、３１のどちらに接近するかは分からない。
【００３０】
手順１０５では、掃除機１が走行中に変化した方位角Ｑの方向を調べる。方位角の変化方向が右回転（時計回り）のときは手順１０６に進み、左回転（反時計回り）のときは手順１０７に進む。手順１０６では、自走式掃除機１を左側に角度４５度から１３５度程度の範囲でランダムに旋回させて、上記手順１０１から手順１０５をやり直す。方位角の変化が反時計方向のときは、手順１０７において、自走式掃除機１を、壁面２０に右沿い走行させ、角部に達したら角を曲がり終えるまで走行を続ける。
【００３１】
図６では、自走式掃除機１を壁面区間２１に向けて置いているので、手順１０２に従い掃除機が直進すると、壁面区間２１に経路２０１をたどって接近する。その後、手順１０３および手順１０４において、自走式掃除機１は経路２０２をたどって壁面２０に沿って１周する。部屋３０を１周する間に自走式掃除機１の方位角Ｑは、累計して左回りに（反時計回りに）３６０度回転する。これにより手順１０５では、手順１０７に進むように判断する。
【００３２】
以上とは異なり図７に示すように、自走式掃除機１を障害物３２に向けて置くと、手順１０２の経路２０４をたどる直進走行では、掃除機１は障害物３２に接近する。そして、手順１０３および手順１０４にしたがって自走式掃除機１は、障害物３２の回りを経路２０５をたどって一周する。自走式掃除機１の方位角Ｑは、障害物３２を１周する間に累計して右に（時計回りに）３６０度回転する。したがって手順１０５では、手順１０６に進むように判断する。その結果、自走式掃除機１は左に旋回し、障害物３２から離れる方向を向く。
【００３３】
障害物３２を離れたので、再度手順１０１にしたがって壁面を探索する。再探索では、自走式掃除機１が手順１０２〜手順１０４にしたがって経路２０６、２０７を進み、壁面沿い一周走行を完了する。本探索法により、部屋３０内の障害物３０、３１を壁面２０と混同することがなく、確実に壁面２０を探索できる。なお、左沿い走行を選択しても同様の手順で壁面探索が可能である。
【００３４】
手順１０７を実行したので、自走式掃除機１は壁面区間２１〜２４のいずれかの端に位置する。そして、掃除機１は進行方向を壁面区間に沿う方向に向ける。図６においては、経路２０３をたどって部屋３０の角３４まで進み、壁面区間２２の端に位置する。
【００３５】
準備作業が終わったら、図４に示したアルゴリズムにより、掃除を開始する。初めに手順１０８において、集塵機４を始動し、吸口３から床面のごみを吸引する。そのとき、現在位置を掃除開始点３６として記録手段に記憶する。集塵機４の始動は、準備段階の初めまたは途中であってもよい。
【００３６】
手順１０９において、基準方位ＱＳをジャイロ１０が検出した現在の進行方向、すなわち、走行中の壁面区間方向に設定する。基準方位ＱＳは、移動経路を定める基準となる方向である。現在の進行方向を基準方位ＱＳとする代わりに、地図情報４１に記憶された「壁面」情報から、現在掃除機１が沿っている壁面区間の方向を抽出し、抽出した方向を基準方位ＱＳに設定すれば、より高精度に基準方位が得られる。
【００３７】
手順１１０において、往路基準線ＬＡおよび復路基準線ＬＢを初期設定する。往路基準線ＬＡおよび復路基準線ＬＢは仮想的な線であり、掃除機１の走行経路を制御するのに用いる。往路基準線ＬＡは基準方位ＱＳ（図１においては壁面区間２２方向）に垂直な線であり、現在位置から基準方位ＱＳに沿って進み幅ＷＳの半分の距離だけ離れた位置Ｌ４に設定される。復路基準線ＬＢは基準方位ＱＳの逆方向に位置する直線であり、往路基準線ＬＡからループ幅ＷＬの距離だけ平行移動した位置Ｌ１に設定される。
【００３８】
本実施例では掃除機１の走行経路が矩形状の走行ループであり、この走行ループの基準方位ＱＳ側の長さをループ幅ＷＬとしている。進み幅ＷＳは、連続する２つの走行ループ間の距離であり、ループ幅から、２つの走行ループのオーバーラップ量を差し引いた値である。ループ幅ＷＬは、進み幅ＷＳの半分の奇数倍が望ましく、図１ではループ幅ＷＬを、進み幅ＷＳの３／２倍に定めている。
【００３９】
下記の手順１１１から手順１２１において、掃除機１は２対の対向する経路を有するループ状走行経路を走行する。この対向する経路は、壁面区間２２、２４に沿う第１、第２の横移動経路と、この第１、第２の横移動経路に直交する第１、第２の縦移動経路である。掃除機１が、縦移動経路を走行するときを、往路走行および復路走行と称する。往路走行および復路走行においては、掃除機１は、壁面区間２２、２４際まで走行する。
【００４０】
ループ状走行経路を走行中に障害物が検出されたら、障害物に対して右沿い走行して回避する。具体的には、往路走行中であれば、往路基準線ＬＡに戻り往路走行を続ける。同様に、復路走行中であれば復路基準線ＬＢに戻り復路走行を続ける。往路走行中に障害物を回避して復路基準線ＬＢに到達したら、復路走行に移行して壁面区間２２に戻る。なお、往路基準線ＬＡと復路基準線ＬＢを仮想的な壁面とみなし、往路基準線ＬＡと復路基準線ＬＢ、実際の壁面および障害物に沿って走行するようにしてもよい。
【００４１】
手順１１１において、自走式掃除機１を往路基準線ＬＡあるいは復路基準線ＬＢに達するまで、壁面２０に対して右沿い走行させる。つまり、自走式掃除機１は、壁面区間２２に沿って経路２１１をたどって走行し、往路基準線ＬＡの位置Ｌ４まで移動する。その際、ジャイロ１０およびロータリーエンコーダ１５ａ，１５ｂが検出した位置を、記録経路４２としてメモリに記憶する。走行して掃除が済んだ領域であって、地図情報４１データのマークが「未確認」のところは、地図情報４１に「掃除済」のマークを書き込む。後述する手順１１５，１１６，１１８，１２０においても、同様にこのマークを書き込む。
【００４２】
手順１１２において、往路基準線ＬＡに達したかどうかを判定する。往路基準線ＬＡに達したと判断したときは手順１１３に進み、達していないときは手順１１８に進む。手順１１３と１１４では、手順１１１の走行中に記録した記録経路４２の方位角Ｑ１と、地図情報４１に記録されている壁面の方位角Ｑ２とを比較し、方位角Ｑの検出誤差を補正する。
【００４３】
図７に、壁面２０に沿って走行する自走式掃除機１の走行経路の一部を拡大して示す。図５に示した地図情報で表されたところと同じ場所である。壁面２０に沿って走行しているので、自走式掃除機１が実際に走行した経路４６を直線近似して求めた方向Ｑ３は、壁面２０の方位角Ｑ２に等しい。しかしながら検出した方位角Ｑに含まれる検出誤差により、手順１１１の走行中に記録した記録経路４２の方向Ｑ１と実際の走行方向Ｑ３との間にずれが生じ、その結果、記録経路４２の方向Ｑ１と壁面２０の方向Ｑ２が一致しない場合がある。手順１１３、１１４ではこのずれを補正する。
【００４４】
手順１１３において、メモリに記憶された記録経路４２が直線に近いか否かを判断する。壁面の凹凸や側方近接センサ１２の誤差、走行制御のふらつきのため、記録経路４２は曲線になる。記録経路４２の揺らぎが大きいと、正確な方向が得られない。記録経路４２の直線からの偏差Ｅが予め定めた範囲内であって直線とみなせるときは、手順１１４に進み、方位角Ｑの検出誤差を補正する。記録経路４２を直線とみなせないときは、方位角Ｑの検出誤差を補正しないで手順１１５に進む。偏差を判定するときは、離散点で表された記録経路４２を直線近似して平均経路４３を求める。そして、記録経路４２と平均経路４３偏差Ｅを演算する。
【００４５】
手順１１４においては、自走式掃除機１が壁面に沿い走行するときの平均経路４３の方位角Ｑ１と地図情報４１に記憶された壁面の方位角Ｑ２とを用いて、時々刻々の方位角記憶値Ｑｍを補正する。具体的には、方位角Ｑ１と方位角Ｑ２の偏差（Ｑ１−Ｑ２）を前回の方位角記憶値Ｑｍ_ｉに加えて、新たな記憶値Ｑｍ（＝Ｑｍ_ｉ＋１＝Ｑｍ_ｉ＋Ｑ２−Ｑ１）として記憶する。地図情報４１から方位角Ｑ２を求めるときは図５に示すように、地図情報４１に記憶された記録経路４２近傍の壁面マーク４４を抽出する。この抽出した壁面マーク４４を直線近似して平均壁面４５を求め、平均壁面４５の傾きから方位角４５を演算する。本実施例では、自走式掃除機１が壁に沿って移動したときに計測した記録経路４２を方位角の補正に用いている。その際、壁沿い距離を長くして壁面の凹凸等の影響を低減している。
【００４６】
手順１１５では、壁面あるいは障害物に自走式掃除機１が達するまで、自走式掃除機１が往路基準線ＬＡ上を走行する。図１に示した例では、自走式掃除機１は経路２１２を走行して壁面区間２４に到達する。自走式掃除機１が壁面区間２４に達したら、往路基準線ＬＡまたは復路基準線ＬＢに達するか記録経路４２上に戻るまで壁面あるいは障害物に対して右沿い走行させる（手順１１６）。この走行中、壁面または障害物を検出した場所を地図情報４１に「障害物」のマークを記録する。ただし、地図情報４２における壁面情報が「未確認」の場合に限る。この記録動作は、手順１２０でも実施する。
【００４７】
図１に示した走行では、最初のループの復路基準線ＬＢは壁面区間２１の外側の線Ｌ１であるから、自走式掃除機１は経路２１３をたどって壁面区間２４沿いに走行して壁面区間２１に達する。壁面区間２２上の位置が現在の記録経路４２である経路２１１上なので、手順１１６が終了する。
【００４８】
手順１１７では、自走式掃除機１が往路基準線ＬＡに達したかどうかを判定する。自走式掃除機１が往路基準線ＬＡに達していれば、手順１２２に進む。自走式掃除機１が往路基準線ＬＡに達していないときは、自走式掃除機１が復路基準線ＬＢに到達するか記録経路４２に戻るまで、自走式掃除機１を壁面または障害物に対して右沿い走行させる（手順１２０）。手順１２１は、自走式掃除機１が記録経路４２に戻ったか否かを判断するステップで、記録経路４２に戻っているのであれば手順１２２に進む。自走式掃除機１が記録経路４２に戻っていないのであれば手順１１８に進む。図１に示した走行例の最初のループでは、手順１６で既に記録経路４２に達しているので、その位置から移動しないで手順１１７から１１９、１２２と進む。
【００４９】
記録経路４２上の点に到達したら、手順１２２において新ループ作成のために往路基準線ＬＡと復路基準線ＬＢを、基準方位ＱＳの方向に進み幅ＷＳだけ進めて、それぞれＬ３およびＬ６に位置させる。進み幅ＷＳは、吸口３の幅の１倍から２倍の間である。この手順１１１〜手順１２２までを繰り返す。その際、往路基準線ＬＡと復路基準線ＬＢを、Ｌ１〜Ｌ１７に設定する。
【００５０】
この螺旋走行においては、往路基準線ＬＡと復路基準線ＬＢを、進み幅ＷＳずつ移動させ、両者の間隔であるループ幅ＷＬを進み幅ＷＳの半分の奇数倍に設定している。これにより、往路基準線ＬＡと復路基準線ＬＢは重なることがない。進み幅ＷＳの半分の間隔で交互に往路基準線ＬＡと復路基準線ＬＢが現れるるので、往路走行と復路走行が重なず、重複掃除することがない。
【００５１】
掃除機１の走行間隔が進み幅ＷＳの半分であるので、最も効率よく掃除するには、進み幅ＷＳを、吸口３の幅の２倍に設定すればよい。しかしながら、走行の誤差による掃除漏れが生じるおそれがあるので、進み幅ＷＳは吸口３幅の２倍よりも小さいのが望ましい。そこで、進み幅ＷＳを吸口３の幅の１倍から２倍の間に設定する。
【００５２】
ところで上記実施例では２回目の螺旋走行時に、自走式掃除機１が往路基準線Ｌ６上を走行しているときに障害物３１に突き当たる。このとき自走式掃除機１は、障害物に沿って右沿い走行して一旦往路基準線Ｌ６から離れるが、右沿い走行（経路２２３）中に往路基準線Ｌ６の位置まで戻ったらその後は、往路基準線Ｌ６（経路２２４）上を走行する。室内には、椅子の脚などや小さい障害物が多く置かれているが、小さい障害物を回り込んで回避する。自走式掃除機１は、壁面区間２４に沿う走行（経路２２５）および復路基準線ＬＢの位置Ｌ３上の走行を続けて壁面区間２２に戻る。
【００５３】
また、５回目の螺旋走行時に、自走式掃除機１が往路基準線Ｌ１２（経路２５２）上を走行しているときに障害物３２に突き当る。このとき自走式掃除機１は、２回目の螺旋走行時と同様に、障害物に沿って右沿い走行（経路２５３）して進む。しかし障害物３２が大きいので、自走式掃除機１が障害物３２の反対側に回り込む前に、復路基準線ＬＢの位置に到る。そこで往路走行を中断して、復路走行（経路２５４）に移行する。
【００５４】
この場合、障害物の向こう側が掃除されずに残る。しかし、走行基準線をＬ１からＬ１７まで変化させた一通りの掃除が終了した後に、地図情報４１を活用して未掃除領域を把握し上記と同様の手法を用いれば、未掃除領域を減らすことができる。ループ幅ＷＬに比べて大きい障害物の場合には、回り込み経路を低減した本法によれば、効果的に掃除できる。
【００５５】
手順１２３では、螺旋走行が完了したか否かを判定する。螺旋走行の反復が進み、往路基準線ＬＡと復路基準線ＬＢが壁面区間２３の外側まで移動したら、これ以上掃除機１を走行させることができない。その場合、螺旋走行を完了したと判定する。この判定は、前回の環状走行経路が新たに作成したループ内にあったか否かを調べて実行される。そして、新ループが前回の走行経路を含まないときは、螺旋走行完了と判断する。螺旋走行が完了した場合には手順１２４に進み、完了していないときは手順１１１に戻る。
【００５６】
螺旋走行が完了したので、手順１２４では壁面２０に対して右沿い走行し、次の角を曲がって壁面区間２３に移動する。手順１２５において、現在位置が掃除開始点３６であるか否かを調べる。掃除開始点３６でないときは、手順１０９〜手順１２４までを繰り返す。ただし、地図情報４１を参照して、不要な走行を省く。各螺旋走行前に、地図情報４１を参照する。そして第２の横移動経路上に、「未確認」とマークされた領域がないときは、第２の横移動経路を第１の横移動経路に近づける。螺旋走行の経路全体に「未確認」とマークされた領域がないときは、螺旋走行を省いて壁面に沿って進む。これにより、壁面区間２３における螺旋走行は、破線で示した経路となる。無駄な走行が減り、迅速に掃除を終えることができる。
【００５７】
壁面区間２３について螺旋走行を終えたら、同様に、壁面区間２４、２１について螺旋走行する。本実施例では、未清掃領域がないので、掃除機１は単に壁面区間２４、２１伝いに移動して掃除開始点３６に戻る。掃除開始点３６に戻ったので、手順１２６に進み集塵機４を停止する。本実施例によれば、壁面区間２２に沿った螺旋走行では障害物の陰になり掃除され残った部分をも、掃除できる。集塵機４の停止により、自走式掃除機１の掃除が完了する。
【００５８】
本実施例によれば、自走式掃除機を壁面に沿って移動させて移動基準方向を決定し、さらに予め求めた地図情報上の壁面の方向と比較して方位角Ｑを補正しているので、自走式掃除機の走行方向の狂いを低減できる。走行方向の狂いが小さいので、重複掃除幅を小さくすることができ、掃除効率が向上する。螺旋走行毎に頻繁に方位角Ｑを補正しているので、方位角検出センサは高精度のものでなくてよく、安価なセンサを利用できる。
【００５９】
上記実施例では、方位角検出手段にジャイロ１０を用いているが、ジャイロ１０を省いてロータリーエンコーダ１５ａ，１５ｂの出力から左右の車輪５ａ，５ｂの回転速度の差を求め、この速度差から方位角Ｑを検出してもよい。その場合、ジャイロ分だけ安価になる。
【００６０】
壁面探索および螺旋走行においては、掃除機１の一側面だけが壁面や障害物に沿えばよいので、側方検出センサ１２を一方にのみ設ければよく、センサの数が減り、制御が容易になるとともに安価になる。また、壁際を掃除する吸口３を一方向のみに突き出せばよく、吸口移動機構１２が簡単になる。壁際掃除用のブラシ等を自走式掃除機１に設ける場合にも、一方のみに搭載すれば済む。したがって、自走式掃除機１を低コスト化および小型化できる。
【００６１】
本実施例では、螺旋走行のループ幅に比べて小さい障害物については、障害物の周りを回り込んで向こう側まで掃除している。そして、ループ幅に比べて大きい障害物については、障害物の手前側と向こう側とに掃除領域を分け、手前側は一連の螺旋走行時に掃除し、向こう側は他の壁面区間の走行時にまとめて掃除している。したがって、掃除残し領域がなく、迅速に掃除できる。
【００６２】
なお、上記実施例においては、最初に壁面２０に沿って一周走行して、地図情報４１に壁面の情報を書き込んでいる。そして、書き込まれた情報に基づいて、方位角Ｑを補正している。しかしながら、最初の準備作業における壁面一周走行や、地図情報４１の作成を省略してもよい。このように元になる情報がないときは、手順１１４においてＱ２の代わりに基準方向ＱＳを用いる。壁面２０を基準として、第１および第２の縦移動経路を常に壁面に垂直に補正するので、走行経路を簡便に設定できる。４壁がすべて直線とみなされる部屋を掃除するときには、この方法で未掃除領域を発生することなく掃除可能となる。
【００６３】
上記実施例においては、自走式掃除機がリモコンを有しているが、リモコンの代わりに本体に操作手段を設けてもよい。また、自走式掃除機の集塵機に貯えられた塵埃を除去する手段や、自走式掃除機の電池を充電する手段を設けてもよい。さらに、自走式掃除機をプログラミング制御して、操作者が不在もしくは立ち会わない状態でタイマー作動させてもよい。また、インターネットや携帯端末等を利用して作動させてもよい。いずれにしても、本発明によれば、自走式掃除機が掃除領域を隈なく掃除できるので、操作者の立会いを必ずしも要求しない。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、壁面に沿う走行時に自走式掃除機の基準方位を設定し、この基準方位を用いて自走式掃除機を螺旋走行させているので、自走式掃除機により迅速に掃除できるとともに、未掃除領域を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る自走式掃除機の走行経路を説明する図。
【図２】本発明に係る自走式掃除機の一実施例の上面図および側面図。
【図３】本発明に係る自走式掃除機の運転方法の一実施例のフローチャート。
【図４】本発明に係る自走式掃除機の運転方法の一実施例のフローチャート。
【図５】本発明に係る走式掃除機に用いる地図情報を説明する図。
【図６】本発明に係る自走式掃除機の走行経路を説明する図。
【図７】本発明に係る自走式掃除機の走行経路を説明する図。
【図８】本発明に係る自走式掃除機の走行経路を説明する図。
【符号の説明】
１…（自走式）掃除機、２…本体、３…吸口、４…集塵機、５ａ，５ｂ…車輪、６ａ，６ｂ…モータ、７…制御装置、８…電池、１０…ジャイロ、１１…前方近接センサ、１２…側方近接センサ、１５ａ，１５ｂ…ロータリーエンコーダ、２０…壁面、２１〜２４…壁面区間、３０…部屋、３１，３２…障害物、４１…地図情報、４２…記録経路、４３…平均経路、４５…平均壁面、４４…壁面マーク、ＱＳ…基準方位、Ｑ１…平均経路の方位、Ｑ２…平均壁面の方位、ＷＳ…進み幅、ＷＬ…ループ幅。

Claims

自律して走行可能な自走式掃除機において、掃除機を移動させる移動手段と、この移動手段を制御する制御手段と、掃除機の方位角を検出する方位角検出手段と、掃除機の一側部に位置し壁面を検出可能な壁面検出手段とを設け、前記制御手段は、前記壁面検出手段が検出した掃除対象の部屋を区画する壁面に沿って掃除機を走行させたときに前記方位角検出手段が検出した方位角に基づいて、矩形状の走行経路を決定し、この走行経路を掃除機が移動するよう前記駆動手段を駆動することを特徴とする自走式掃除機。
掃除機の前方に位置する障害物を検出する障害物検出手段を設け、前記制御手段はこの障害物検出手段が走行経路中に障害物を検出したら、回避移動するよう前記移動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の自走式掃除機。
前記障害物検出手段が掃除機の進行方向に障害物を検出したときは、障害物に沿って右沿い走行または左沿い走行をするように前記制御手段が前記移動手段を制御することを特徴とする請求項２に記載の自走式掃除機。
掃除対象領域の情報を記憶可能な地図記録手段を設け、この地図記録手段に記録された情報に基づいて前記制御手段は矩形状の走行経路を決定することを特徴とする請求項１に記載の自走式掃除機。
自律移動可能な自走式掃除機の運転方法において、対向する１対の壁面に沿う走行経路部を含む複数のループ状の走行経路にしたがって自走式掃除機を走行させ、壁面に沿う走行経路部の少なくともいずれかにおいて自走式掃除機の基準方向を検出し、この基準方向に基づいて壁面に沿う走行経路部以外の走行経路を決定することを特徴とする自走式掃除機の運転方法。
床面の上を移動させる移動手段と、この移動手段を制御する制御手段と、床面を掃除する掃除手段とを備えた自走式掃除機の運転方法において、掃除開始前に右沿い走行または左沿い走行のいずれか一方のみを用いて壁面を探索し、壁面が探索されたら掃除機の方位角を検出する方位角検出手段と壁面位置を検出する壁面検出手段とが検出した情報に基づいて互いに部分的に重なり合う複数の螺旋状の走行経路上をたどって掃除することを特徴とする自走式掃除機の運転方法。
前記螺旋状の走行経路は、壁面を構成する第１の壁面区間に沿う第１の横移動経路と、この第１の横移動経路に連続する第１の縦移動経路と、第１の壁面区間に対向する第２の壁面区間に沿い第１の縦移動経路に連続する第２の横移動経路と、第２の横移動経路に連続する第２の縦移動経路を含むことを特徴とする請求項６に記載の自走式掃除機の運転方法。
少なくとも前記第１あるいは第２の横移動経路に従って掃除機が走行しているときに前記方位角検出手段が方位角を検出し、この検出した方位角に基づいて第１および第２の縦移動経路の方向を設定することを特徴とする請求項６に記載の自走式掃除機の運転方法。
前記第１の横移動経路に従って掃除機を走行をさせるときに方位角検出手段が検出した方位角と、壁面の情報を記憶する地図記録手段に記憶された前記第１の壁面区間の方位角とを用いて時々刻々の方位角を補正することを特徴とする請求項８に記載の自走式掃除機の運転方法。
掃除開始前に壁面に沿って掃除機を周回移動させ、この周回移動の際に壁面検出手段が検出した壁面の情報に基づいて地図記録手段に壁面の情報を記憶することを特徴とする請求項９に記載の自走式掃除機の運転方法。
ループ状の走行経路は壁面に沿う走行経路部にほぼ直交する第１の縦移動経路と第２の縦移動経路を有し、この２つの移動経路の間隔を連続する２個の矩形状走行経路間の間隔の半分の奇数倍としたことを特徴とする請求項５に記載の自走式掃除機の運転方法。
連続する２個の矩形状走行経路間の間隔は、前記掃除手段の掃除可能幅の１倍から２倍の間としたことを特徴とする請求項５に記載の自走式掃除機の運転方法。
方位角検出手段と壁面を検出する壁面検出手段とを用いて、複数の壁面区間で囲われた領域を掃除する自走式掃除機の運転方法において、掃除機を障害物または壁面区間に近接するまで所定方向に移動させる第１ステップと、掃除機の右側部または左側部のいずれか一方に物体が近接するまで掃除機を移動させ物体に沿って掃除機を周回移動させる第２ステップと、前記周回移動において方位角検出手段が検出した方位角の累積変化の方向と前記所定方向を比較する第３ステップと、第３ステップにおいて累積変化の方向と所定方向との差があらかじめ定めた許容範囲内のときに掃除機を所定角度だけ旋回させて第１ステップから繰り返す第４ステップとを備えることを特徴とする自走式掃除機の運転方法。