JP2019084094A - 自律走行型電気掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者の好みに応じた清掃領域を設定可能な自律走行型電気掃除機を提供する。【解決手段】自律走行型電気掃除機Ｓの下面には、床面用測距センサ１６を有しており、これによって下り段差や上り段差の検知を行うことができる。床面用測距センサ１６の閾値を設定変更可能に構成することで、超えることを許可／不許可な範囲を使用者の好みに応じて設定できる。例えば、使用者が自律走行型電気掃除機Ｓを或る部屋に載置して自律駆動させる際、この部屋から出てほしくないと考えていたとする。この場合、使用者は予めこの部屋の出入り口の高低差のうち、例えば最低の高さを計測し、この高さ未満の高さを閾値に設定することができる。すると、自律走行型電気掃除機Ｓは、この部屋の出入り口の段差を越える制御を実行することが抑制されるため、使用者所望の清掃領域（この部屋に限った領域）を定めることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、自律走行型電気掃除機に関する。

塵埃が落下している床面を清掃する電気掃除機として、自律的に駆動する自走式電気掃除機が知られている。自走式電気掃除機は、一以上の部屋を万遍なく清掃可能なことが望まれるところ、部屋の内部や部屋と部屋との間には段差が存在することがあるため、これを乗り越えて清掃を継続可能な構成が求められる。

特許文献１は、段差Ｄの乗り越えの可否を精度よく検出できるので、乗り越え不可能な凸状の段差Ｄに引っ掛かったり、乗り越え不可能な凹状の段差Ｄに落ち込んだりすることを精度よく防止できる電気掃除機１１を提供できるとしている（００４７）。

特開２０１４−２２６２６６号公報

特許文献１は、段差センサ２１を利用して段差乗り越えの可否等を検出しているが、段差を乗り越え可能と判定した場合は、段差の向こう側に到達しようとする。この段差を乗り越えようとするかしないかの境界（閾値）は固定されているため、自律駆動（自律清掃）を開始させた地点から自律走行型電気掃除機が到達可能な範囲（清掃可能領域）が使用者の意図よりも広くなってしまう虞がある。しかし、使用者は、自律走行型電気掃除機の進入を望まない領域を家庭内等に考えている場合があるため、このような使用者の好みに対応して清掃領域を制限したり拡張したりすることが望まれる。

上記事情に鑑みてなされた本発明は、自身を移動させる駆動輪と、設定された閾値に対する床面までの距離の長短を検知可能な床面用測距センサと、を備え、前記床面用測距センサの検知結果に応じて進路を変更する自律走行型電気掃除機であって、前記閾値を変更可能なことを特徴とする。

本発明の実施形態に係る自律走行型電気掃除機を左前方から見た斜視図。 実施形態における自律走行型電気掃除機の下面図。 図１のＡ−Ａ断面図。 実施形態における自律走行型電気掃除機のケースを外した内部構成を示す斜視図。 実施形態における掃除時の自律走行型電気掃除機の走行軌跡。 実施形態におけるその場回転の詳細動作を示す図。 実施形態におけるその場回転における右車輪の速度変化を示す図。 実施形態における旋回動作を示す図。 実施形態における旋回の詳細動作を示す図。 旋回における右車輪の速度変化を示す図。 実施形態における掃除時の自律走行型電気掃除機の走行軌跡。 実施形態における壁ぎわ走行の詳細を示す図。 実施形態における旋回における左車輪の速度変化を示す図。 実施形態における段差乗り越えを示す図

以下、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。図１は、本発明の実施形態に係る自律走行型電気掃除機を左前方から見た斜視図である。なお、自律走行型電気掃除機Ｓが進行する向きのうち、サイドブラシ７を設けた側を前方、鉛直上向きを上方、駆動輪２、３が対向する方向であって駆動輪２側を左方、駆動輪３側を右方とする。すなわち図１等に示すように前後、上下、左右方向を定義する。

図２は、自律走行型電気掃除機の下面図である。

自律走行型電気掃除機Ｓは、所定の掃除領域（例えば、部屋の床面Ｙ）を自律的に移動しながら自動的に掃除する電気機器である。

自律走行型電気掃除機Ｓは、外郭を成すケース１（１ｕ、１ｓ）と、下部の一対の駆動輪２、３（図２参照）および補助輪４とを備えている。また、自律走行型電気掃除機Ｓは、下部に回転ブラシ５、ガイドブラシ６およびサイドブラシ７を備え、周囲に障害物検知手段としての前方用測距センサ８（図２、図３、図４参照）を備えている。

駆動輪２、３は、駆動輪２、３自体が回転することで自律走行型電気掃除機Ｓを前進、後退、旋回させるための車輪である。駆動輪２、３は、直径上左右両側に配置され、それぞれ走行モータおよび減速機で構成される車輪ユニット２０、３０により回転駆動される。補助輪４は、従動輪であり自由回転するキャスタである。駆動輪２、３は、自律走行型電気掃除機Ｓの前後方向の中央側、左右方向の外側に設けられており、補助輪４は前後方向の前方側、左右方向の中央側に設けられている。

サイドブラシ７は、自律走行型電気掃除機Ｓの前方側、左右方向の外側に設けられており、図１の矢印α１のように、自律走行型電気掃除機Ｓの前方外側の領域を、左右方向外側から内側に向かう方向に掃引するよう回転して、床面上の塵埃を中央の回転ブラシ５（図２参照）側に集める。２つのガイドブラシ６は、それぞれ駆動輪２、３に対して左右方向内側に設けられており、サイドブラシ７で集められた塵埃を回転ブラシ５の幅内から外側に逃げないようにガイドする固定ブラシである。

回転ブラシ５は、自律走行型電気掃除機Ｓの駆動輪２、３に対して後方に設けられている。回転ブラシ５の左右側端部の左右方向位置は、それぞれ駆動輪２、３より内側、又はガイドブラシ６より内側にできる。例えば、本実施形態に示す自律走行型電気掃除機Ｓは、本体横幅及び縦長さは約250mm、本体高さは約90mmである。

図３は、図１のＡ−Ａ断面図である。図４は、自律走行型電気掃除機のケースを外した内部構成を示す斜視図である。なお、図４は、集塵ケース１２を外した状態を示す。

図３に示すように、自律走行型電気掃除機Ｓは、内部に充電池９と制御装置１０と吸引ファン１１と集塵ケース１２とを備えている。集塵ケース１２は入口として回転ブラシ５の上方に吸込み口１２ｉが形成されている。また、集塵ケース１２は出口に集塵フィルタ１３が取り付けられている。

充電池９は、例えば、充電することで再利用可能な二次電池であり、電池収容部１ｓ６に収容されている。充電池９は自律走行型電気掃除機Ｓの左右端部に亘って配置されている。充電池９からの電力は、各種障害物検知手段（８、１５、１６）、制御装置１０、駆動輪２，３や各種ブラシ（５、７）のモータ、及び吸引ファン１１等に供給される。自律走行型電気掃除機Ｓは、制御装置１０により統括的に制御される。

（吸引ファン１１）
図４に示すように、吸引ファン１１は下ケース１ｓの中心付近に配置されている。吸引ファン１１による空気の流路には、吸口１４（図３参照）から下流側に向かって順に、集塵ケース１２、集塵フィルタ１３、吸引ファン１１、及び、排気口１ｓ５（図２参照）が設けられている。排気口１ｓ５は、回転ブラシ５の前方、駆動輪２、３の左右方向内側に設けられている。吸引ファン１１（図３参照）を駆動することで集塵ケース１２内の空気を排気口１ｓ５から外部に排出して負圧を発生させ、床面Ｙから吸口１４を介して塵埃を集塵ケース１２内に吸い込む。

吸口１４付近には、床面上の塵埃を掻き込む回転ブラシ５（図３参照）が設けられている。吸引ファン１１は、下ケース１ｓとの間に弾性体（図示せず）を介して設置されている。弾性体を介在させることで、吸引ファン１１の振動が減衰して下ケース１ｓに伝わりにくく、振動、騒音を低減できる。

吸引ファン１１、及び、回転ブラシモータ５ｍ（図４参照）が駆動すると、回転ブラシ５（図３参照）によって床面等の塵埃が掻き込まれる。掻き込まれた塵埃は、吸口１４、吸込み口１２ｉを介して集塵ケース１２内に導かれる。集塵フィルタ１３で塵埃が取り除かれた空気は、排気口１ｓ５（図２参照）を通して排出される。なお、集塵ケース１２は、上ケース１ｕに設けられた蓋１ｕ１（図１参照）を開けることで着脱可能であり、集塵フィルタ１３を外して塵埃が廃棄される。

（自律走行型電気掃除機Ｓの動作概要）
自律走行型電気掃除機Ｓは、駆動輪２、３と補助輪４（図２参照）とにより自律的に移動され、前進、後進、左右旋回、超信地旋回等が可能である。そして、自律走行型電気掃除機Ｓは、サイドブラシ７、ガイドブラシ６で集塵して回転ブラシ５の周りに付着した塵埃を、吸口１４を介して、吸引ファン１１の吸込み力により、集塵ケース１２入口の吸込み口１２ｉから集塵ケース１２内に吸込み、出口の集塵フィルタ１３により集塵ケース１２内に滞留させる。

集塵ケース１２内に塵埃が溜まると、適宜、利用者により集塵ケース１２が本体部Ｓｈより取り出され、集塵フィルタ１３が取り外され、塵埃が廃棄される。

（ケース１）
ケース１は、外郭を成し、車輪ユニット２０、３０、回転ブラシモータ５ｍ、吸引ファン１１、集塵ケース１２、制御装置１０等を収容する筐体である。

ケース１は、上壁を成す上ケース１ｕと、底壁（及び一部の側壁）を成す下ケース１ｓと、ケース１の前下部に設置されるバンパ１ｂとを備えている。

上ケース１ｕには、集塵ケース１２（図３参照）を出し入れするための蓋１ｕ１（図１参照）が設けられている。

図２に示すように、下ケース１ｓには、車輪ユニット収容部１ｓ１とサイドブラシ取付部１ｓ３と吸込部１ｓ４と排気口１ｓ５と電池収容部１ｓ６とが形成されている。

車輪ユニット収容部１ｓ１は、図２の平面視で略円形を呈する下ケース１ｓの中央左右両側に形成されている。

車輪ユニット収容部１ｓ１には、駆動輪２、３が支持、駆動される車輪ユニット２０、３０が収容される。

排気口１ｓ５は、下ケース１ｓの中央付近であり、左右の車輪ユニット収容部１ｓ１に挟まれた位置に複数形成される。

電池収容部１ｓ６は、下ケース１ｓの中心よりも前側に形成されている。電池収容部１ｓ６には、充電池９が収納される。電池収容部１ｓ６の左右には、サイドブラシ７を取り付けるサイドブラシ取付部１ｓ３が形成されている。

下ケース１ｓの後側、つまり、排気口１ｓ５、及び、車輪ユニット収容部１ｓ１の後側に吸込部１ｓ４（図２参照）が設けられる。

バンパ１ｂ（図１、図２参照）は、壁等の障害物に衝突した際に外部から作用する力に応じて前後方向に移動可能に設置されている。バンパ１ｂは、左右一対のバンパばね（図示省略）によって外向きに付勢されている。

バンパ１ｂを介して障害物と衝突した際の作用力がバンパばねに作用すると、バンパばねは平面視で内側に倒れ込むように変形し、バンパ１ｂを外向きに付勢しつつバンパ１ｂの後退を許容する。バンパ１ｂが障害物から離れて前記した作用力がなくなると、バンパばねの付勢力によってバンパ１ｂは元の位置に復帰する。ちなみに、バンパ１ｂの後退（つまり、障害物との接触）は、後記するバンパセンサ１５（図４参照）によって検知され、その検知結果が制御装置１０に入力される。

（吸込部１ｓ４）
図３に示す吸込部１ｓ４は、吸引ファン１１で吸引する塵埃を含む空気の流路の一部を形成する。吸込部１ｓ４から下流の流路は、順に、集塵ケース１２、集塵フィルタ１３、吸引ファン１１及び、排気口１ｓ５（図２参照）に連通する。

吸込部１ｓ４には、塵埃を掻き込む回転ブラシ５が配置され、回転ブラシ５を駆動する回転ブラシモータ５ｍ（図４参照）が固定される。吸込部１ｓ４は、回転ブラシ５で掻き込まれた塵埃を集塵ケース１２に吸込む吸口１４が形成されている。なお、回転ブラシ５（図２参照）は、吸込部１ｓ４と略同じ長さを有している。

図３に示すように、吸口１４は、集塵ケース１２の開口の吸込み口１２ｉと連通し、塵埃が吸口１４、吸込み口１２ｉを介して集塵ケース１２に集められる。

吸込部１ｓ４には、回転ブラシ５を収容する回転ブラシ収容部１４ｂが下ケース１ｓに形成され、回転ブラシ収容部１４ｂに上述の回転ブラシ５が配置される。回転ブラシ５は、吸込部１ｓ４に回転可能に取り付けられる。回転ブラシ５は、吸込部１ｓ４に取り外し可能に取り付けられる。

（集塵ケース１２）
図３に示す集塵ケース１２は、床面Ｙから、吸込部１ｓ４に形成される吸口１４を介して吸いこまれた塵埃を回収する容器である。集塵ケース１２は、回転ブラシ５と略同じ左右方向寸法を有している。

集塵ケース１２は、回収した塵埃を収容する本体と、回収した塵埃を取出し可能とする蓋と、本体上部の折り畳み可能な取っ手とを備える。集塵ケース１２の本体は、下面が吸込部１ｓ４の上部の形状に対応する形状であり、吸口１４に対向して略同じ開口形状の吸込み口１２ｉを備えている。蓋は、吸引ファン１１の吸引口に対向し、前記した集塵フィルタ１３を備えている。

（障害物検知手段８、１５、１６）
障害物検知手段として図４に示すバンパセンサ１５と、前方用測距センサ８と、床面用測距センサ１６を設けている。バンパセンサ１５は、バンパ１ｂ（図１参照）が障害物と接触したことをバンパ１ｂの後退で検知するセンサ、例えばフォトカプラである。バンパ１ｂに障害物が接触した場合、バンパ１ｂの後退でセンサ光が遮られる。この変化に応じた検知信号が制御装置１０に出力される。

前記前方用測距センサ８は、赤外線を用いて障害物までの距離を計測する測距センサで、バンパ１ｂの表面から５〜１５ｍｍの内側に設置させている。なお、バンパ１ｂの測距センサ８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。
前記前方用測距センサ８は、障害物からの赤外線の反射光を感知するもので、反射光の強度により距離を計測するものである。反射光の強度が強い場合は近く、弱い場合は遠いと判断する。つまり、障害物からの距離は０，１の２値で判定されるものではなく、障害物からの距離を複数の段階で（アナログ的に）判定できる測距センサである。
このような前方用測距センサ８を、本体正面８a、左側面８ｂ、右側面８ｃ、正面と左側面の間の左正面８ｄ、正面と右側面の間の右正面８ｅの計５個設けている。本実施形態では５個とも“距離”を複数の段階で計測できる測距センサとしているが、少なくとも左側面８ｂ、右側面８ｃのどちらか一方のみが、“距離”を複数の段階で計測できる測距センサでも構わない。
なお、前方用測距センサ８として可視光、紫外線、レーザーを用いてもよい。また、赤外線の強度を計測するタイプの測距センサではなく、反射光の受光位置を感知することで距離を計測するタイプでも、反射光が戻ってくる時間から距離計測するタイプでもよい。

図２に示す床面用測距センサ１６は、床面までの距離を計測する赤外線を用いた測距センサであり、下ケース１ｓの下面前後左右４か所（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）に設置されている。床面用測距センサ１６が、床面との間の距離が閾値以上であること（段差が大きいこと）を検知すると、自律走行型電気掃除機Ｓの進路を変更することで、段差からの落下を抑制したり、乗り越えられない段差に向かい続けてしまうような事態を抑制できる。床面用測距センサ１６は、自律走行型電気掃除機Ｓが、現在いる高さより低い位置に向かう「下り段差」の検知も可能であるし、現在いる高さより高い位置に向かう「上り段差」の検知も可能である。例えば自律走行型電気掃除機Ｓが前進している場合は、下り段差の検知は、前方の床面用測距センサ１６が床面との距離が大きいことを検知することで可能である。また、上り段差の検知は、自律走行型電気掃除機Ｓが段差に乗り上げようとして傾くため、後方の床面用測距センサ１６が床面との距離が小さく、かつ前方の床面用測距センサ１６が床面との距離が大きいことを検知すること等で可能である（図１４参照）。本実施形態では、自律走行型電気掃除機Ｓが進路を変更することになるほど大きい下り段差及び上り段差それぞれを、「閾値以上」といった形容詞を付して表現する。

閾値の設定は変更可能であり、自律駆動中に制御装置１０が適宜変更したり、使用者が操作ボタンｂｕを通じて変更をさせたりすることができる。
例えば、閾値を「通常」に設定した場合、床面用測距センサ１６によって前方に３０ｍｍ程度（第１の床面閾値）以上の段差が検知された場合、制御装置１０（図３参照）は駆動輪２，３を制御して本体部Ｓｈを後退させ、自律走行型電気掃除機Ｓの進行方向を転換させる。また、閾値に対応する段差高さを「低い」に設定した場合、３０ｍｍ程度より低い例えば１５ｍｍ（第２の床面閾値）以上の段差が検知された場合、制御装置１０は駆動輪２，３を制御して本体部Ｓｈを後退させ、自律走行型電気掃除機Ｓの進行方向を転換させる。

（制御装置１０）
図３に示す制御装置１０は、例えばマイコン（Microcomputer）と周辺回路とが基板に実装され、構成される。マイコンは、ＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶された制御プログラムを読み出してＲＡＭ（Random Access Memory）に展開し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が実行することで各種処理が実現される。周辺回路は、Ａ／Ｄ・Ｄ／Ａ変換器、各種モータの駆動回路、センサ回路、充電池９の充電回路等を有している。

制御装置１０は、利用者による操作ボタンｂｕの操作、及び、各種障害物検知手段（センサ８、１５、１６）から入力される信号に応じて演算処理を実行し、各種モータ、吸引ファン１１等と信号を入出力する。

（補助輪４）
図２に示す補助輪４は、下ケース１ｓの前方の左右方向の中央に設けられている。補助輪４は、駆動輪２、３とともに本体部Ｓｈを所定高さで保って自律走行型電気掃除機Ｓを円滑に移動させるための車輪である。補助輪４は、本体部Ｓｈの移動に伴い床面Ｙとの間で生じる摩擦力によって従動回転し、さらに向きが水平方向に３６０°回転するように、下ケース１ｓに軸支されている。

図５は掃除時の走行軌跡を示す。自律走行型電気掃除機Ｓは、部屋５０内を走行している。部屋５０は壁５１で囲まれており、その左下側に机があり、図５には机の脚５５を記載している。部屋５０内の点線５２は走行軌跡を示している。

反射走行は、前方測距用センサ８又はバンパセンサ１５により障害物を検出したら進行方向を変える走行である。自律走行型電気掃除機Ｓは図中Ｐ１より出発し、障害物となる部屋５０の壁５１ｂに近づくと（Ｐ２）、左回りにその場で回転（超信地旋回）することで進行方向を変え、壁５１ｂで反射しているかのような走行軌跡を示す。

その後も壁５１に近づいては進行方向を変える動作（その場回転の角度はランダムに変更）を繰り返し、机の脚５５ａに近づく（Ｐ３）。机の脚５５aのように細い（小さい）障害物と判断したら、その障害物のごく近い所を回り込むように本体を旋回させ、その障害物の先をさらに掃除する。
その後、壁５１ｃに近づき、進行方向を変え、壁５１ａに近づき、さらに進行方向を変え、机の脚５５ｃに近づく（Ｐ４）。机の脚５５ｃのように細い（小さい）障害物と判断したら、その障害物のごく近い所を一周以上旋回するように本体を移動させる。

上記では机の脚５５aに近づいた場合と５５ｃに近づいた場合とで旋回距離（角度）が異なっているが、本実施形態ではランダム的に変化させているが、細い障害物の検出頻度を基準に旋回距離を変化させても良い。細い障害物がたくさんある状況、たとえば食卓の下など複数の椅子がある場合、椅子の脚まわりのごみをしっかり掃除するためにも旋回距離を長くして、しつこく掃除させるほうが望ましい。

このように、自律走行型電気掃除機Ｓは直進以外にも、その場で回転したり、障害物近傍を旋回したりしている。
その場で回転する時の詳細な動作を図６に示す。図６は自律走行型電気掃除機Sを簡略化して示しており、本体Sｈと右の駆動輪２、左の駆動輪３のみを示し、P１１は本体Sｈの前方（先頭）を示している。また、図中の破線は本体Ｓｈがその場で回転した後の車輪位置を示し、Ｐ１２は移動後の本体の先頭の位置を示している。図６は反時計回りにその場で回転する場合を示しており、右の車輪２を前方向に、左の車輪３を後ろ方向に略同じ角速度で回転させる。この回転時の車輪の角速度を直進時の車輪の角速度より速くすることで、本体の回転速度を高め、短時間で回転させる。

具体的には図７に車輪（右側）の角速度の変化を示す。直進時の移動速度は３００mm/sであり、左右の車輪２、３はともに前向きに約５１０ｄｅｇ／ｓ（Ｌ１）で回転している（車輪直径６８ｍｍ）が、回転時では右の車輪２は前向きに約６３０ｄｅｇ／ｓ（Ｌ２）、左の車輪３は後ろ向きに約６３０deg／sで回転させる。直進時の角度速度に対して、回転時の車輪の角速度は約１．２倍となっている。

また、本体Ｓｈの動きとして本体先頭Ｐ１１の移動速度も直進時に比べて速く移動しており、回転時には約５５０ｍｍ／ｓとなる。

このように回転時の車輪速度を直進時の車輪の角速度と略同等、又はより速くすることにより、時間を短縮することができる。もし、その場回転時における車輪の角速度を直進時における車輪の角速度より減速した場合、たとえば３５％減速した場合、本体を１５０度回転させるのに要する時間は約１．２秒であるが、本実施形態のように車輪の角速度を速めた場合は約０．６秒となり、約０．６秒の時間を短縮できる。自律走行型電気掃除機Ｓによる１回の掃除運転中の反射回数は約２００回あり、走行距離を約３６ｍ長くすることができる。

なお、図７に示すように直進時およびその場回転時の角速度は床面の状態等により、一定ではなく、時間とともに直進時はＬ１a〜Ｌ１ｂ、その場回転時はＬ２a〜Ｌ２ｂの範囲で上下しており、その場回転時の角速度Ｌ２ｂは少なくともＬ１ａより高くする。

次に、旋回中の車輪の角速度に関して、図８、９を用いて説明する。図８は旋回動作の例として、本体幅より狭い障害物６１の周りを回り込む動作を示す。

まず、本体は障害物６１に近接又は接触し（図８の実線Ｓｈ１）、障害物６１が本体Ｓｈ１の左右どちらかにあるか測距センサ８および/またはバンパセンサ１５で確認する。図８では本体Ｓｈ１の左側にあり、その場合は時計回りにその場回転を行う（矢印Ａ）。このとき、測距センサ８を監視しながら、障害物６１が本体の略側面に位置するまでその場回転させる。その後、本体外周より外側の点を回転中心として反時計回りに旋回する（矢印Ｂ）。
図９は旋回時の自律走行型電気掃除機Sを簡略化して示しており、本体Sｈと右の駆動輪２、左の駆動輪３のみを示し、P２１は本体Sｈの前方（先頭）を示している。また、図中の破線は旋回した後の本体および車輪位置を示し、Ｐ２２は移動後の本体Ｓｈの先頭の位置を示している。反時計回りの旋回時において、左右の車輪は前方向に回転させているが、右の車輪２のほうが、左の車輪３より速い角速度で回転させる。

本体の側面に設けた測距センサ８により障害物までの距離を把握し、旋回時の回転半径（旋回半径）Rを決め、その旋回半径に基づいて左右車輪の角速度を制御しながら旋回させる。このとき障害物６１と本体Ｓｈ外郭の隙間が約５mm程度となるように、旋回半径Rを設定する。

この旋回半径Rに基づいて旋回する時、旋回方向とは逆側の車輪（図９では右車輪２）の角速度を、直進時における右車輪の角速度より速くすることにより、旋回に要する時間を短縮させる。
具体的には旋回時の本体先頭の移動速度を、直進時の本体先頭の移動速度と略同等、又はより速い速度にする。直進時の本体先頭の移動速度３００ｍｍ／ｓに対して、旋回時の本体先頭の移動速度は３２０ｍm/sとした。回転中心Oから旋回方向とは逆側の車輪（右車輪２）までの距離は、回転中心Oから本体先頭Ｐ２１までの距離とほぼ同じ又は若干短く、右車輪２の移動速度も約３２０ｍｍ／ｓである。

図１０に右側の車輪２の角速度の変化を示す。旋回時の右車輪２の角速度は約５４０ｄｅｇ／ｓ（Ｌ４）で回転し（車輪直径６８ｍｍ）、直進時の車輪の角速度約５１０ｄｅｇ／ｓ（Ｌ１）より速い。

特許文献１図１０Ｂのように直進時の移動速度（約３１０ｍｍ／ｓ）に対して、旋回時の移動速度を減速（約１５０ｍｍ／ｓ）した場合に比べて、大幅に時間を短縮できることがわかる。なお、図１０に示すように直進時および旋回時の角速度は床面の状態等により、一定ではなく、時間とともに直進時はＬ１a〜Ｌ１ｂ、旋回時はＬ４a〜Ｌ４ｂの範囲で上下しており、旋回時の角速度Ｌ４ｂはすくなともＬ１ａより高くする。

ただし、その場回転時および旋回時における本体Ｓｈの移動速度を速めた状態で障害物に接触すると、障害物に大きな衝撃を与えてしまう恐れがある。そこで、本体Ｓｈの前面から側面にかけて設けた測距センサ８を用いて、本体Ｓｈ近傍の障害物を検知することが望ましい。その場回転および旋回中に障害物に本体が近づいたら停止又は減速させ、障害物に接触しない、又は接触時の衝撃を弱めるようにすることができる。

また、本実施形態における旋回動作として、左右の車輪が前方向に回転する場合を記載したが、片側の車輪を停止した旋回、片側をゆっくりと逆向きに回転させた旋回においても同様である。
なお、旋回時の動作として、本体の側面に設けた測距センサ８により障害物までの距離を把握せずに、所定の回転半径で旋回してもよい。また、旋回時の動作として、本体の側面に設けた測距センサにより障害物までの距離を時々刻々と把握しながら、その都度、旋回半径を変化させながら旋回してもよい。

壁ぎわ走行は本体側面に設けた測距センサ８を用いて壁５１から約１０ｍｍ離れた状態を保つように走行する。この壁ぎわ走行の時の本体Ｓｈの移動速度は、反射走行中の直進時の速度と略同等、又はより速くする。

壁ぎわ走行の理想は図１２の破線Ｃのように壁５１と平行に直進することであるが、実際には図中実矢印線Ｄのように壁５１に近づいたり、壁５１から離れたりし、蛇行している。これは測距センサ８により壁５１までの距離を計測し、壁５１に近づいたら遠ざけるように、壁５１から離れたら近づくように走行制御をしているためである。壁５１に近づけたり、壁５１から遠ざけたりするときには左右の車輪２、３の角速度を異ならせている。本体Ｓｈの左側の壁５１に対して、本体Ｓｈを近づける場合には、右側の車輪２の角速度を左側の車輪３の角速度より速くする。また、本体Ｓｈを壁５１から遠ざける場合には左側の車輪３の角速度を右側の車輪２の角速度より速くする。

図１３に左側の車輪３の角速度の変化を示す。実施形態と同様に、３００ｍｍ／ｓで本体Ｓｈが直進している場合、左右の車輪２、３はともに前向きに約５１０ｄｅｇ／ｓ（Ｌ１）で回転している。壁５１近傍まで移動したら左右の車輪２，３の回転を停止させ、その後、その場回転して壁５１と本体進行方向を略平行に向ける。その状態から壁ぎわ走行に移行する。

壁ぎわ走行中、本体Ｓｈが壁５１に対して目標値である約１０ｍｍ離れた状態のときは左右の車輪２、３はともに前向きに約５１０ｄｅｇ／ｓ（図１３のＶ１）で回転させる。壁から１０ｍｍより少し近い場合（壁から５mm以上１０mm未満の場合）は、右側の車輪２の角速度を４９５ｄｅｇ/ｓ、左側の車輪３の角速度を５２５ｄｅｇ／ｓ（図１３のＶ２）で回転させ、旋回半径約１５００ｍｍで緩やかに壁５１から遠ざける。このときの本体Ｓｈの先頭の移動速度は約３００ｍｍ／ｓとなり、直進時とほぼ同じ速度となる。

また、１０ｍｍより離れている場合は右側の車輪２の角速度を５２５ｄｅｇ/ｓ、左側の車輪３の角速度を４９５ｄｅｇ／ｓ（図１３のＶ３）で回転させ、旋回半径約１５００ｍｍで緩やかに壁５１に近づける。この場合も本体Ｓｈの先頭の移動速度は約３００ｍｍ／ｓとなり、直進時とほぼ同じ速度となる。

また、壁５１により近い場合（壁から５ｍｍ未満の場合）は、右側の車輪２の角速度を４４０ｄｅｇ/ｓ、左側の車輪３の角速度を５８０ｄｅｇ／ｓ（図１３のＶ４）で回転させ、旋回半径約３００ｍｍで急速に壁５１から遠ざける。このときの本体Ｓｈの先頭の移動速度は約３３０ｍｍ／ｓとなり、直進時より速い速度となる。

このように、壁からの距離を一定に保つように制御する壁ぎわ走行の旋回時における少なくとも一方の車輪の角速度を直進時より高くすることで、壁ぎわ走行においても、直進時と同様な速い速度で移動させることができる。これにより、直進時よりも速度を落とさずに走行することができ、走行距離が短くなることを防ぎ、未通過な領域の面積を少なくすることができる。
なお、測距センサ８を用いて、上記のように壁５１と本体Ｓｈの距離に応じて動作（旋回半径）を変更させることで高速で壁ぎわを走行しても壁に接触することを防ぐことができる。
また、本実施形態の自律走行型電気掃除機は略円形で示したが、略円形でなくてもよい。
以上のように、その場回転、旋回、壁ぎわ走行時の少なくともどちらか一方の車輪の角速度を、直進時の車輪の角速度とほぼ同等又はより高くすることで、走行距離を長くすることができ、広い面積を掃除することができ、未通過な領域の面積を少なくすることができる。

＜＜段差高さ選択＞＞
自律走行型電気掃除機Ｓは、上述の通り床面用測距センサ１６を用いて、下り段差や上り段差の検知を行うことができる。床面用測距センサ１６の閾値を設定変更可能に構成することで、超えることを許可／不許可な範囲を使用者の好みに応じて設定できる。

例えば、使用者が自律走行型電気掃除機Ｓを或る部屋に載置して自律駆動させる際、この部屋から出てほしくないと考えていたとする。この場合、使用者は予めこの部屋の出入り口の高低差のうち、例えば最低の高さを計測し、この高さ未満の高さを閾値に設定することができる。すると、自律走行型電気掃除機Ｓは、この部屋の出入り口の段差を越える制御を実行することが抑制されるため、使用者所望の清掃領域（この部屋に限った領域）を定めることができる。

また、床面用測距センサ１６として、床面までの距離が閾値未満か以上化という２段階に限られた区別したできないセンサではなく、床面までの距離を取得できる種類のもの（例えばＰＳＤセンサ）を採用するならば、段差を上る（下りる）ことを許可する高さを複数の閾値を設けて区別しても良い。例えば、或る部屋に自律走行型電気掃除機Ｓを載置した使用者が、この部屋の内部のうち、高級な絨毯を除く全域を清掃させたいと考えたとする。そして、この部屋が略水平なフローリング（高さ０ｍｍとする）であり、部屋の出入り口の最低高低差が３０ｍｍ（＋３０ｍｍ又は−３０ｍｍ。第１の床面閾値）であり、絨毯の縁が＋１０ｍｍ（第２の床面閾値）であったとする。このような状況の場合、使用者は、第２の床面閾値程度以下の段差を越えることを不許可にし、さらに第２の床面閾値程度から第１の床面閾値程度までの段差を越えることを許可し、第１の床面閾値程度以上の段差を越えることを不許可にすることができる。このようにすれば、細やかに進入を許可／不許可にする段差を設定することができる。

また、自律走行型電気掃除機Ｓは、自身の機械的構造や最大速度に基づいて乗り越え可能な高さに関する情報を保持することができる。床面用測距センサ１６は、自律走行型電気掃除機Ｓが略水平な床面に載置された状態を高さ０として、そこからずれた距離を判定することで段差の存在を判定している。すると、例えば毛足の長い絨毯のように、植設されて床面から延びる毛が存在すると、この毛を段差と判定してしまう場合がある。このため、絨毯などから運転開始した場合、床面用測距センサ１６が反応して進路を変更しようとしたり動作を停止してしまう虞がある。この虞は、特に低めの高さが進入を不許可に設定されている場合に高まる。そこで本実施形態では、運転開始直後の所定時間（例えば５秒間）は設定された閾値を参照せず、予め定められた（例えば自律走行型電気掃除機Ｓの製造者によって定められた）閾値で走行することにより、本来の安全性を維持しつつ運転開始直後での動作停止を抑制した。この閾値は、自律走行型電気掃除機Ｓが乗り越え可能な最大高さに近いことが好ましいため、最大閾値と呼称する。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の思想を変更しない範囲において適宜変更することができる。例えば、段差検知の手段は、床面用測距センサ１６でなくてもよい。また、無線ＬＡＮまたはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などでスマートフォンを用いた段差乗り越え高さの変更を行う構成や、吸口ブラシ５や回転ブラシ７を設けない構成としても良い。

２、３ 駆動輪
５ 回転ブラシ
８ 前方用測距センサ（障害物検知手段）
９ 充電池
１１ 吸引ファン
１２ 集塵ケース
１４ 吸口
１５ バンパセンサ（障害物検知手段）
１６ 床面用測距センサ（障害物検知手段）
Ｓ 自律走行型電気掃除機
Ｓｈ 本体部（非回転部、車体）

Claims (4)

1. 自身を移動させる駆動輪と、
   設定された閾値に対する床面までの距離の長短を検知可能な床面用測距センサと、を備え、
   前記床面用測距センサの検知結果に応じて進路を変更する自律走行型電気掃除機であって、
   前記閾値を変更可能なことを特徴とする自律走行型電気掃除機。
2. 前記閾値の設定は使用者が変更可能であることを特徴とする請求項１に記載の電気掃除機。
3. 前記閾値を複数設定可能であり、それぞれの閾値に応じて進入の許可及び不許可を設定可能なことを特徴とする請求項１又は２に記載の自律走行型電気掃除機。
4. 当該自律走行型電気掃除機が自律駆動を始めてから所定時間、前記閾値の設定に拘らず最大閾値で動作することを特徴とする請求項１乃至３何れか一項に記載の自律走行型電気掃除機。

Images