JP2021101812A - 自律走行型掃除機 - Google Patents

Abstract

【課題】清掃場所の地図を事前に作成していなくても、充電台への帰還を効果的に行う自律走行型掃除機を提供する。【解決手段】電動送風機と、駆動輪と、塵埃を筐体に掻き上げるためのメインブラシと、周囲検出センサと、赤外線受光部を備えた自律走行型掃除機であって、帰還ステップとして、帰還動作開始後に前記掃除機本体を３６０度超信地旋回させて、充電台が発する帰還信号を前記赤外線受光部により検知する検知ステップを実行し、前記検知ステップにより前記帰還信号を検知できなかった場合は、前記周囲検出センサにより取得した地図情報をもとに次の充電台有無未確認エリアへ移動し、再度３６０度超信地旋回し、充電台が発する帰還信号を前記赤外線受光部により検知するステップを実行し、前記検知するステップにより前記帰還信号を検知できた場合は、前記帰還信号を検知しつつ、前記充電台へと帰還するステップを実行する。【選択図】図１１

Description

本発明は、自律走行型掃除機並びに、その動作に関する。

特許文献１には、本体ケースと、この本体ケースを走行可能とする駆動部と、領域の情報を記すマップを作成するマップ生成手段と、自己位置を推定する自己位置推定手段と、前記本体ケースの外部の情報を取得する情報取得手段と、前記マップ生成手段により作成したマップに基づいて前記駆動部の動作を制御することで前記本体ケースを自律走行させる制御手段とを具備し、前記制御手段は、自律走行時に前記情報取得手段により取得した情報を反映させた前記マップに基づいて前記本体ケースの次回の走行経路を設定することを特徴とした自律走行体が記載されている。

特開２０１７−１４６７４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電気掃除機では、取得した情報をもとに作成した地図を用いて、次回の走行経路を設定することしかできず、例えば、電気掃除機を手で別の場所へ移動した場合には自己位置がわからなくなる恐れがある。自己位置がわからなくなった場合は、一度充電台に帰還し地図情報を再設定することが望ましいと考えられるが、特許文献１に記載の電気掃除機では、自己位置情報がない場合において効率よく充電台へ帰還するための走行をすることはできない恐れがある。

本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、清掃場所の地図を事前に作成していなくても、効率よく充電台に帰還することが可能な自律走行型掃除機を提供することを目的とする。

本発明は、電動送風機と、駆動輪と、塵埃を筐体に掻き上げるためのメインブラシと、周囲検出センサと、赤外線受光部を備えた自律走行型掃除機であって、帰還ステップとして、帰還動作開始後に前記掃除機本体を３６０度超信地旋回させて、充電台が発する帰還信号を前記赤外線受光部により検知する検知ステップを実行し、前記検知ステップにより前記帰還信号を検知できなかった場合は、前記周囲検出センサにより取得した地図情報をもとに次の充電台有無未確認エリアへ移動し、再度３６０度超信地旋回し、充電台が発する帰還信号を前記赤外線受光部により検知するステップを実行し、前記検知するステップにより前記帰還信号を検知できた場合は、前記帰還信号を検知しつつ、前記充電台へと帰還するステップを実行する。

本発明によれば、清掃場所の地図を事前に作成していなくても、効率よく充電台に帰還することが可能な自律走行型掃除機を提供できる。

本実施形態の自律走行型掃除機を示す外観斜視図である。 本実施形態の自律走行型掃除機を示す底面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 本実施形態の自律走行型掃除機から上ケースを外した状態を示す斜視図である。 周囲検出センサユニットを示す斜視図である。 前方センサユニットを示す斜視図である。 本実施形態の自律走行型掃除機を示す制御ブロック図である。 ＬｉＤＡＲの機能を説明する図を示し、（ａ）は運転開始時、（ｂ）は運転中である。 本実施形態の自律走行型掃除機の動作を示すフローチャートである。 本実施形態の自律走行型掃除機の充電台帰還の動作を示すフローチャートである。 本実施形態の自律走行型掃除機の充電台帰還動作を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について、適宜添付の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Ｓ（以下、掃除機Ｓと略記する）が進行する向きのうち、掃除機Ｓが主に進行する方向を前方、鉛直上向きを上方、駆動輪３，４が対向する方向であって駆動輪３側を右方、駆動輪４側を左方とする（図２参照）。すなわち、図１などに示すように、前後、上下、左右方向を定義する。

図１は、本実施形態の自律走行型掃除機を示す外観斜視図である。
図１に示すように、掃除機Ｓは、所定の掃除領域（例えば、部屋の床面Ｙ（図３参照））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。また、掃除機Ｓは、掃除機本体１、掃除機本体１の側周を覆うバンパ２、一対の駆動輪３，４（図２参照）、補助輪５（図２参照）、およびサイドブラシ６を備えている。

掃除機本体１は、上面の少なくとも一部を形成する上カバー１ｕおよび底面の少なくとも一部を形成する下ケース１ｓを有する。

上カバー１ｕには、運転の開始や停止などの各種操作を行うことができる操作ボタン７が設けられている。また、上カバー１ｕには、着脱可能な集塵ケース８が設けられている。この集塵ケース８は、前後方向の中央よりも後側に設けられている。また、集塵ケース８は、ハンドル８ａが回動自在に取り付けられている。

バンパ２は、掃除機本体１の側周略全体に設けられている。このようなバンパ２としては、例えば無底の略筒形状として形成することができるが、少なくとも掃除機本体１の前方側の側周が水平方向、特に前後方向に可動な態様で設けられていればよい。また、バンパ２は、掃除機Ｓが移動するのに伴って障害物等に接触した場合、接触に伴う力で押されることで掃除機Ｓの内側（掃除機Ｓの前方側でバンパ２に接触した場合は、後方）に向けて変位することができる。

図２は、本実施形態の自律走行型掃除機を示す底面図である。
図２に示すように、駆動輪３，４は、駆動部の一例としての車輪であり、下ケース１ｓに取り付けられている。また、駆動輪３，４自体が回転することで掃除機Ｓを前進、後退、旋回（超信地旋回を含む）させることができる。また、駆動輪３，４は左右両側に配置されており、それぞれ走行モータ３ｍ，４ｍ（図４参照）および減速機で構成される車輪ユニットにより回転駆動される。また、駆動輪３，４は、前後方向において略中央で、左右方向について下ケースの外周寄りに（外側に）設けられている。

また、下ケース１ｓには、走行モータ３ｍ，４ｍ（図４参照）、アーム３ａ，４ａ、および減速機構３ｂ，４ｂを含んで構成される駆動機構を収容する駆動機構収容部１１，１１が設けられている。

また、駆動輪３，４および駆動機構収容部１１，１１よりも後側には、回転ブラシ１４を収容した吸口部１２、掻取りブラシ１５などが設けられている。

回転ブラシ１４は、駆動輪３，４の回転中心を通る軸（左右方向）に略並行に配置されている。また、回転ブラシ１４は、回転ブラシモータ１４ａ（図４参照）によって駆動される。

掻取りブラシ１５は、回転ブラシ１４の回転軸と平行に配置されている。また、掻取りブラシ１５は、いわゆるリントブラシで構成され、所定の角度範囲内で回動するようになっている。

補助輪５は、従動輪であり、自由回転するキャスタである。また、補助輪５は、前後方向において掃除機Ｓの前方側、左右方向について略中央に設けられている。また、補助輪５は、駆動輪３，４とともに下ケース１ｓを床面Ｙ（図３参照）から所定高さに保たせることに寄与する。また、駆動輪３，４および補助輪５によって、掃除機Ｓを円滑に移動させることができる。補助輪５は、掃除機Ｓ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°公転できるように、下ケース１ｓに軸支されている。

サイドブラシ６は、一部が掃除機本体１（図１参照）よりも外側にあり、回転ブラシ１４を届かせることが容易ではない場所の塵埃を吸口部１２に導くブラシである。また、サイドブラシ６は、平面視において１２０°間隔で放射状に延びる３束のブラシを有し、下ケース１ｓの前側に配置されている。また、サイドブラシ６は、その根元がサイドブラシホルダ６ａに固定されている。また、サイドブラシ６の回転軸は上下方向（図２の紙面垂直方向）であり、サイドブラシ６の一部は平面視で掃除機本体１（図１参照）から外側方に飛び出ている。

また、サイドブラシ６の植毛は、先端に向かうにつれて床面Ｙ（図３参照）に近づくように傾斜しており、その先端付近は床面に接している。また、サイドブラシ６は、矢印α１で示すように、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に回転して、床面Ｙ上の塵埃を中央の回転ブラシ１４側に集める。なお、サイドブラシ６は、サイドブラシモータ６ｂ（図４参照）によって回転駆動される。

また、下ケース１ｓには、前後左右の４箇所に床面用測距センサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが設けられている。床面用測距センサ１３ａは、補助輪５の前方に位置している。床面用測距センサ１３ｂは、駆動輪３と右側のサイドブラシ６との間の外周側に位置している。床面用測距センサ１３ｃは、床面用測距センサ１３ｂに対して左右対称に位置している。床面用測距センサ１３ｄは、掻取りブラシ１５の後方に位置している。

また、下ケース１ｓには、充電台と電気的に接続される接続部１６，１６が設けられている。接続部１６は、サイドブラシホルダ６ａと床面用測距センサ１３ａとの間に位置している。

図４は、本実施形態の自律走行型掃除機から上ケースを取り外した状態を示す斜視図、図５は、周囲検出センサユニットを示す斜視図である。
図４に示すように、掃除機Ｓは、光を用いた測距センサの一例としてのＬｉＤＡＲユニット４０、カメラ５０、測距センサ６０、赤外線受光部７０を備えている。これらＬｉＤＡＲユニット４０は掃除機Ｓの上面の中心軸上に配置される。カメラ５０および測距センサ６０、赤外線受光部７０は、図４に示すように、それぞれが正面側を向くように配置されている。

図４および図５に示すように、ＬｉＤＡＲユニット４０は上側の回転部４０ａと下側の固定部４０ｂに分けられる。上側には赤外線等の光を用いた測距センサであるＬｉＤＡＲ４１とＬｉＤＡＲの水平面上の角度を検出するためのフォトインタラプタで構成される。下側の固定部はＬｉＤＡＲ４０ａを回転させるための電動機４２、電動機４２の回転をＬｉＤＡＲユニット４０に伝えるベルト４３と回転部が回転する際の固定部との摩擦力を軽減するベアリング、フォトインタラプタが水平面上の角度を検出するための突起で構成される。ＬｉＤＡＲ４１は発光部４１ａと受光部４１ｂで構成され、発光部４１ａの発光角度と受光部４１ｂの受光角度に基づいて三角法で物体との距離を測定する。掃除機本体１に対する水平面上の角度は、掃除機本体１に固定された固定部４０ｂ上の各突起と回転部のフォトインタラプタで、フォトインタラプタの発光素子と受光素子の間に検出された突起の個数で回転部の水平面上の角度を検出している。掃除機本体１の前面方向の突起１つのみ他の突起を短くし、掃除機本体１の前面の角度を検出して、そこからの突起の検出数で各角度を検出している。ＬｉＤＡＲユニット４０で測定した掃除機本体１の水平面上の角度と障害物との距離に基づいて、周囲の地図情報を作成しながら、地図上の掃除機本体１の位置、速度ベクトルを特定する。なお、周囲検出センサはＬｉＤＡＲ４１に替えて、ミリ波レーダや超音波センサなど１ｍ以上測定できる測距センサ、またはカメラ５０で三角法を用いた方法でもよい。ＬｉＤＡＲユニットの配置は掃除機本体１の上面に限らず下面でも構わない。また、ＬｉＤＡＲユニット４０の回転部の回転角度は３６０°に限らず、ベルトをリンク機構に置き換える等をして、少なくとも６０°以上測定できればよい。ＬｉＤＡＲ４１の距離の測定方法は三角法でなく発光部と受光部の光の位相差を利用したＴｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ方式でもよい。

また、ＬｉＤＡＲユニット４０は、ＬｉＤＡＲ４１の光の強度を変更することで、より遠方の障害物を検出できる。しかし、常に強度を高くしておくのではなく、遠方の障害物を検出する必要がないときには、強度を低くすることで、消費電力を抑えることができる。また電動機４２の回転数を上げることで、より詳細に障害物の検出を行うことができる。しかし、電動機４２も常に回転数を高くしておくのではなく、障害物を詳細な角度で検出する必要がないときには、回転数を低くすることで、消費電力を抑えることができる。

図６は、前方センサユニットの斜視図である。
図６に示すように、前方センサユニットは、カメラ５０、測距センサ６０、赤外線受光部７０を内部に備えている。

カメラ（撮像部）５０は、単眼カメラであり、掃除機本体１の前面の中心軸に位置している。また、カメラ５０は、ＬｉＤＡＲユニット４０に比べて、物の形状や位置を正確に検知することができるので、障害物を避け易くなる。また、カメラ５０は、ＬｉＤＡＲユニット４０に比べて上下方向の画角を広く取ることができるので、床面の障害物を避けることができる。例えば、床面にある衣服を巻き込んだり、コードがブラシに絡まったりするのを防止できる。このように、カメラ５０をＬｉＤＡＲユニット４０と併用することにより、広範囲の障害物の大まかな配置を検知しながら、近距離の障害物の形状と位置を明確に検知することができ、障害物を判別することが可能になる。

また、カメラ５０は、フレームレートを変化させることができるものである。例えば、近くの障害物を検知する際にはフレームレートを上げ、障害物が何もない広い場所を移動する際にはフレームレートを下げる。これにより、カメラ５０を、常にフレームレートを上げた状態で作動させる必要がないのでカメラ５０の消費電力を抑えることができる。
このように、本実施形態ではＬｉＤＡＲとカメラとの両者を利用することで、障害物までの距離情報と形状情報とを高精度に検知可能である。より具体的には、掃除領域の地図を作成するに際して、検知した障害物等の位置情報を主に又は専らＬｉＤＡＲ４１を利用して検知及びマッピングし、形状情報を主に又は専らカメラを利用して検知及びマッピングすることができる。これらの連関を高精度にするため、本実施形態ではＬｉＤＡＲ４１とカメラとを互いに隣接させて（離間距離が１０ｃｍ、５ｃｍ又は３ｃｍ以内）設けている。
さらに、ＬｉＤＡＲ４１によって検知した距離情報に基づいてカメラの焦点距離を調整したり掃除機本体１の移動速度を変更（例えば減速）したりしてもよい。
関連技術の自律走行可能な電気掃除機では、家具などの障害物の後方に位置する掃除領域を検出することができず、その領域を認識するには障害物の後方に回り込んでからカメラやＬｉＤＡＲ４１で再度検出する必要があるという課題がある。

測距センサ６０は、ＬｉＤＡＲ４１より検知範囲が例えば１／１０程度以上短く、比較的近傍の障害物（例えば１ｍ程度、好ましくは５０ｃｍ又は３０ｃｍ程度まで以下）までの距離を検出する赤外線センサであり、例えばＰＳＤ（Position Sensitive Detector）センサによって構成される。また、測距センサ６０は、正面および左右両側の計３箇所に設けられている。また、測距センサ６０は、赤外線を発光させる発光部と、赤外線が障害物で反射して戻ってくる反射光を受光する受光部とを有している。受光部によって検出される反射光に基づいて、障害物までの距離が算出される。具体的には反射光を受ける位置、反射光を受けるまでの時間、反射光の量、強さ等に基づいて、障害物までの距離が算出される。なお、測距センサ６０は、ＰＳＤセンサに限定されるものではなく、超音波センサとしてもよい。このように複数の測距センサ６０を設けることにより、壁際に沿った掃除を行うことができる。

なお、バンパ２は光を透過させる樹脂またはガラスで形成されている。バンパ２のうち少なくとも、測距センサ６０の近傍は、赤外線の透過率が可視光および紫外線の透過率よりも大きい材料で形成されている。これにより、紫外線や可視光が受光部に入り込んで、障害物までの距離を誤認識する虞を低減できる。なお、使用する光の波長のみ透過する材料を用いてもよい。

掃除機Ｓは接続部１６を介して充電台と電気的に接続され、蓄電池２１に給電する。また掃除機Ｓは、充電台から発信される３種類の赤外線ＬＥＤを赤外線受光部７０で受信することで、受信した赤外線の種類に応じて掃除機本体に対する充電台の方向を特定する。

図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
図３に示すように、掃除機Ｓは、蓄電池２１、吸引ファン２２を内部に備えている。

蓄電池２１は、吸引ファン２２の前方に配置され、走行モータ３ｍ，４ｍ（図４参照）、回転ブラシモータ１４ａ、吸引ファン２２などの各種モータ、バンパセンサ（不図示）、カメラ５０、測距センサ６０、床面用測距センサ１３ａ〜１３ｄ、ＬｉＤＡＲユニット４０などの各種センサに電力を供給する。

吸引ファン２２は、吸引力を発生させて、回転ブラシ１４によって掻き取られた塵埃を集塵ケース８内に集塵させるものである。また、吸引ファン２２は、前後方向中央において駆動輪３，４間に設けられている。集塵ケース８に塵埃とともに取り込まれた空気は、集塵フィルタ８ｂを介して吸引ファン２２内に取り込まれる。吸引ファン２２の排気は主に下ケース１ｓに形成された排気口１ｔ（図２参照）から掃除機Ｓの外部に排出されるが、一部掃除機本体１前方方向に排出し、排気を電動機４２の冷却に利用する。

図７は、本実施形態の自律走行型掃除機を示す制御ブロック図である。
図７に示すように、制御装置３０は、掃除機Ｓを統括的に制御するものであり、例えばマイコン（Microcomputer）と周辺回路とが基板に実装されることで構成される。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、センサ駆動回路、蓄電池２１の充電回路等を有している。

また、制御装置３０は、利用者による命令を入力可能な操作ボタン７の操作や、バンパセンサ（不図示）、床面用測距センサ１３ａ〜１３ｄ、測距センサ６０、カメラ５０、ＬｉＤＡＲユニット４０から入力される信号に応じて演算処理を実行し、演算処理後の信号を出力する。

図８は、掃除機ＳがＳ１からＳ２まで移動する際のＬｉＤＡＲ４１によるマッピングを説明する図を示し、（ａ）は移動前、（ｂ）は移動後である。なお、図８では、部屋Ｒの中に障害物Ｔが置かれている状態を示している。
図８（ａ）に示すように、運転開始から、ＬｉＤＡＲユニット４０の電動機４２を回転させ、ベルト４３を通じてＬｉＤＡＲを回転させる。それにより、ＬｉＤＡＲは掃除機Ｓ１の周囲の障害物Ｔ１および部屋Ｒの壁Ｗ１を検知（認識）することができる。掃除機ＳがＳ１からＳ２に移動した図が図８（ｂ）である。Ｓ２の位置では部屋Ｒの障害物Ｔ２と壁Ｗ２を認識できる。障害物Ｔ１とＴ２及び壁Ｗ１とＷ２の特徴点を抽出し、Ｓ１とＳ２での部屋Ｒの形状を合わせ、部屋Ｒでの位置Ｓ１及びＳ２を特定することで自己位置を認識する。このように、電動機４２でＬｉＤＡＲを回転させることで、部屋Ｒの全体をマッピングする（部屋の障害物の配置図を作成する）こととマップ内の自己位置認識が可能になる。掃除を開始前に事前に部屋全体を走行し、マッピングデータを収集しておくことで、掃除時の無駄な経路を削減し、掃除時の消費電力を抑えるとともに掃除可能な範囲を拡大することができる。
事前作成マッピングデータまたは前回の掃除時のマッピングデータを自動清掃終了後も記憶するようにしておき、次回以降は事前作成マッピング処理を省略しても良い。例えば使用者によって事前のマッピングデータ作成が必要か不要かの指定を受けるようにすることができる。使用者は、最新のマッピングより後に模様替え等をした場合は、マップの更新をすべく必要との指定をすることができる。

図９は、本実施形態の自律走行型掃除機の動作を示すフローチャートである。
図９に示すように、ステップＳ１０において、事前のマップ作成走行によるマップまたは以前の清掃時のマップが本体またはネットワークサーバー上に登録されているか確認する。

ステップＳ２０において、制御装置３０はＬｉＤＡＲユニット４０の電動機４２を回転させて、ＬｉＤＡＲ４１を回転させる。なお、掃除機Ｓが充電台（不図示）に接続されている場合には、充電台から離れる制御を実行する。また、ＬｉＤＡＲを１周回転させることで、掃除機Ｓが現在位置している部屋の壁の状況と障害物を検出（認識）することができる。また、ＬｉＤＡＲ４１による検出に加えて、カメラ５０を作動させて、壁の手前にある障害物の種類を認識するようにしてもよい。このようにして検出したマップと掃除機Ｓの現在の位置が登録済みのマップと一致可能か否か確認する。

ステップＳ３０、３１において、制御装置３０は、清掃ルートを算出する。ステップＳ３０のように、清掃ルートは登録済みのマップが有り、自己位置同定ができた場合は、登録済みの全体のマップから最適な経路を算出する。ステップＳ３１のように、登録済みのマップが無い、または自己位置同定ができない場合は、ＬｉＤＡＲで検出した部屋の壁や障害物から、清掃ルートの算出を行う。

ステップＳ４０において、制御装置３０はステップＳ３０またはステップＳ３１に基づいて、清掃を開始する。すなわち、駆動輪３，４、サイドブラシ６および回転ブラシ１４を回転させるとともに吸引ファン２２を駆動して、塵埃を吸口部１２から吸込み、集塵ケース８内に取り込む。

ステップＳ５０において、制御装置３０は、カメラ５０をＯＮにする。このとき、カメラ５０のフレームレートを下げた状態にする。フレームレートを下げておくことで、カメラ５０の消費電力を抑えることができる。

また、掃除機Ｓを走行させながら、ＬｉＤＡＲ４１によって部屋の壁および障害物を検出することで、現在掃除している部屋での掃除機Ｓの自己位置を認識することができる。このため、清掃開始後に物が置かれたり、ペットが入って来た場合など新しい障害物が登場した場合でも、それらを壁と誤認識することがない。つまり、本実施形態では、常に壁の位置を認識することで、自己の位置を常に認識することができ、ペットなどの新しい障害物を無視して清掃を実行することが可能になる。

ステップＳ６０において、制御装置３０は、障害物を認識したか否かを判定する。なお、障害物は、ＬｉＤＡＲ４１またはカメラ５０で検出することで認識することができる。制御装置３０は、障害物を検出した場合には（Ｓ６０、Ｙｅｓ）、ステップＳ７０に進み、障害物を検出していないと判定した場合には（Ｓ６０、Ｎｏ）、ステップＳ１００に進む。

ステップＳ７０において、制御装置３０は、カメラ５０のフレームレートを上げる。例えば、フレームレートを１０ｆｐｓから３０ｆｐｓにして、物体（障害物）の形状を認識し易くする。

ステップＳ８０において、制御装置３０は、障害物を認識したか否かを判定し、障害物を認識した場合には（Ｙｅｓ）、ステップＳ９０に進み、障害物を認識しない場合には（Ｎｏ）、ステップＳ８０の処理を繰り返す。

ステップＳ９０において、制御装置３０は、カメラ５０のフレームレートを下げる（例えば、フレームレートを３０ｆｐｓから１０ｆｐｓにする）。

ステップＳ１００において、制御装置３０は、清掃が完了したか否かを判定する。なお、清掃が完了したか否かは、ステップＳ３０において算出した清掃ルートを走行した記録を参照することによって判定できる。制御装置３０は、清掃が完了したと判定した場合には（Ｓ１００、Ｙｅｓ）、終了し、清掃が完了していないと判定した場合には（Ｓ１００、Ｎｏ）、ステップＳ６０に戻る。

このように、本実施形態では、ＬｉＤＡＲ４１によって距離を測り、カメラ５０によって障害物の形状認識を行う。カメラ５０のフレームレートをＬｉＤＡＲ４１およびカメラ５０の値に応じて変化させることで、低消費電力および高性能距離検出の両立が可能となる。すなわち、通常走行時にＬｉＤＡＲ４１またはカメラ５０で障害物を検出したら（ステップＳ６０）、カメラ５０のフレームレートを上げ（１０ｆｐｓ→３０ｆｐｓ）、障害物の形状を認識し易くし（ステップＳ７０）、認識した後に元のフレームレートに戻す（ステップＳ９０）。このように、障害物の形状認識が必要なときのみ高消費電力のカメラ５０を使用する。

ところで、掃除機Ｓでカメラ５０を単体で使用する場合には、二次電池（蓄電池２１）で駆動する自律走行型掃除機においては消費電力が大きく、正確な距離検出が難しい。また、レーザ等の距離センサ単体を掃除機Ｓに固定して使用する場合には、掃除機Ｓの周囲の状況を検出するのに駆動輪３，４を制御して掃除機Ｓの前面を左右に向けなければならず、マップの作成時間が長くなったり、マップの精度が落ちたりする課題があった。

そこで、本実施形態の掃除機Ｓでは、掃除機本体１と、掃除機本体１を駆動させる駆動輪３，４（駆動部）と、掃除機本体１に設けられるＬｉＤＡＲユニット４０と、駆動輪３，４およびＬｉＤＡＲユニット４０に供給する電力を蓄積する蓄電池２１（蓄電装置）と、を備える。これによれば、走行しながら周囲の距離を測定できるので、清掃場所のマップを効率的に作成することができる。

また、本実施形態では、ＬｉＤＡＲユニット４０は、掃除機本体１の上面かつ中心軸上に位置している。これによれば、周囲３６０°の距離の測定が可能になるとともに、掃除機本体１の中心に対して物がどの位置にあるかを容易に認識することができる。

図１０は、図９のステップＳ１１０の掃除機本体１の充電台帰還の動作の詳細を示すフローチャートである。掃除機Ｓは充電台から発信される赤外線信号を掃除機本体１の前面に具備された赤外線受光部７０で受信することで充電台の位置を特定し、駆動輪３、４を制御して充電台と電気的に接続する。図１０に示すように、ステップＳ２１０において、事前のマップ作成走行によるマップまたは清掃時のマップが掃除機本体１またはネットワークサーバー上に充電台の位置が登録されているか確認する。マップ上に充電台が登録されている場合は、ステップＳ２２０へ移行し自己位置同定を行う。その後、自己位置と地図を利用して充電台までの経路を算出し、ステップＳ２３０の通り充電台へ帰還を行う。マップ上に充電台が登録されていない場合は、ステップＳ２１１へ移行する。ステップＳ２１１では、過去の運転で作成したマップデータとＬｉＤＡＲユニット４０で取得したデータを照合し、一致するものがあるかを判定する。一致するものがある場合はその地図を利用して、ステップＳ２２０へ移行し自己位置同定を行う。一致するものがない場合は、ステップＳ２４０へ移行する。

ステップＳ２４０において、掃除機本体１はその場で超信地回転を行うことで、前方に具備した赤外線受光部７０のみで充電台からの帰還信号を全方位に対して探索する。充電台の赤外線信号を掃除機本体１は約４ｍ離れた位置からまで受信可能なため、この超信地回転時に充電台の赤外線信号を受信できなかった場合は掃除機本体１の周囲４ｍ以内には充電台が存在しないと判断する。超信地回転を終えた後ステップＳ２５０へ移行する。

ステップＳ２５０において、充電台の赤外線信号を受信できた場合は充電台帰還動作を開始する。充電台の赤外線信号を受信できなかった場合は、ステップＳ２６０へ移行する。ステップＳ２６０において、周囲検出センサ４０を利用して作成したマップデータをもとに、壁など閉じられた閉空間Ｃ（図１１参照）と周囲検出センサ４０では壁や障害物が検出できなかった開空間ＯＰ（図１１参照）の識別を行う。開空間ＯＰが存在しない場合は、帰還できる範囲に充電台が存在しないと判断し、ステップＳ２８０へ移行してその場で停止し、操作端末等に停止した通知を送信する。操作端末は、例えば使用者それぞれが所有する好ましくは可搬の端末である。操作端末は、広域ネットワークプロトコル及び無線通信プロトコルを利用して掃除機本体１と通信可能な機器である。この通知は掃除機本体１から音声案内等で通知してもよい。停止位置はその場でなくとも、帰還できる範囲に充電台が存在しないと判断した地点から、周囲４ｍ以内であればよい。開空間ＯＰが存在する場合はステップＳ２７０へ移行する。ステップＳ２７０においては、開空間ＯＰへの移動を行う。開空間ＯＰが複数存在する場合は、開口部が最も広い開空間が充電台の存在する可能性が一番高いエリアであると判断し移動を行う。その後ステップＳ２１１へ戻り、過去の運転で作成したマップデータとの照合を行う。一致するマップデータがない場合は、再度ステップＳ２４０に戻り、超信地回転を行うことで充電台の赤外線信号を探索する。この動作を繰り返すことで、的確に未知のエリアで充電台の赤外線信号の探索を行い、効率の良い充電台帰還の動作を行う。

充電台帰還動作は使用者が充電台帰還の命令をする場合を除いては、清掃が完了した後、自動で開始されるため、蓄電池２１の電池残量が少ない状態から充電台帰還動作は開始される。蓄電池２１の電池残量が少ない状態で動作し続けると放電深度が深くなり、蓄電池２１の寿命が短くなる。マップデータを利用して充電台帰還動作を効率的に行うことで、蓄電池２１の劣化を抑えることが出来る。また、充電台が存在しない場合、または充電台の赤外線信号を受信できない場合に、マップデータを利用しながら部屋内の充電台の赤外線信号の有無を判断して停止することで、蓄電池２１の放電深度が深くなるまで掃除機本体１が充電台を探索することを防ぎ、蓄電池２１を劣化から保護することができる。また、停止した際に携帯端末等に通知を送信することで、帰還が正常に終了しなかったことをユーザーが把握することができる。

また、本実施形態では、周囲検出センサ４０は、駆動機構により周囲検出センサ４０自身が回転し、走査する。しかし、駆動輪３，４によって掃除機本体１を駆動させることで、周囲検出センサ４０を駆動させる機構を設けずに走査してもよい。

また、本実施形態では、駆動輪３，４は、充電台探索時に掃除機本体１を３６０度超信地旋回させる。これによれば、一度で周囲に充電台があるかどうかを探索することができる。また、同時にカメラ５０により周囲に障害物が存在しているかどうかを確認することができる。また、広範囲に距離を測定できるセンサをカメラ５０の代用とすることも可能であるとともに、回転角度は３６０度に限らなくてもよい。

また、本実施形態では、掃除機本体１は、カメラ５０（撮像部）を備える。これによれば、障害物の種類を判別することができ、さらに画角が広いので、掃除機本体１の近傍の床面の障害物を検出することができる。これにより、床面に落ちている服を巻き込んだり、床面のコードが駆動輪３，４や回転ブラシ１４にからまったりするのを防止できる。

また、本実施形態では、カメラ５０は、単眼カメラである。これによれば、ステレオカメラよりも安価に構成できる。

また、本実施形態では、カメラ５０は、掃除機本体１の前面および中心軸上の上方に配置される。カメラ５０は、より高い位置から前面下方に向けるように配置することで、正面の物体の陰影が明確になる。

また、本実施形態では、カメラ５０のフレームレートを制御する制御装置３０を備える。制御装置３０は、カメラ５０が障害物を検出した場合にフレームレートを上げ、障害物を認識した場合にフレームレートを下げる（元に戻す）。これによれば、障害物を検出したときだけフレームレートを上げるので、カメラ５０の消費電力を抑制することができる。

また、本実施形態では、掃除機本体１は、赤外線の反射光の位置で距離を測定する測距センサ６０を備える。これによれば、赤外線の反射光の有無で物の判定を行う赤外線センサに比べて、近傍の壁を精度よく検出できる。よって、壁の近くまで寄って、隅の掃除や壁際に沿った掃除が可能になる。なお、測距センサ６０に替えて超音波センサにしても、同様の効果を得ることができる。また、バンパまたはカメラを用いても良い。

壁際掃除の動作にはマップデータを利用して移行する。壁際動作時には、まず、ＬｉＤＡＲ４１で測定したマップ内の自己位置を検出し、壁に対して平行に動作できるような大まかな経路を決定する。次に掃除機本体１の側面の測距センサ６０で壁との距離を測定し、駆動輪３、４を制御してサイドブラシ６が回転したときに先端が壁に当たる位置まで移動させる。その後マップデータによる経路に従って移動する。その際には壁との距離を掃除機本体１の側面の測距センサ６０で測定しながら移動し、サイドブラシ６が当たらない位置に掃除機本体１がずれてしまった際には壁と反対側の駆動輪３または４の回転速度を上げて、サイドブラシ６が当たる位置に移動する。サイドブラシ６は掃除機本体１の片側に配置されるため、右側に配置されている場合は時計回り、左側に配置されている場合は反時計回りで壁際掃除を行う。また、壁際から塵埃を掻き出す量を向上するために、壁際掃除時にはサイドブラシの回転数を上げる。

隅掃除の動作には壁際掃除中にＬｉＤＡＲ４１および測距センサ６０を利用して移行する。壁際掃除で壁に対して平行に移動している途中に、掃除機本体１の前面の測距センサ６０が正面の壁を検知した際に隅掃除動作に移行する。その際には掃除機本体１の正面および側面の測距センサ６０で壁との距離を測定し、駆動輪３、４を制御してサイドブラシ６が回転したときに先端が正面および側面の壁に当たる位置まで移動させて、隅の掃除を行う。その後壁際掃除に再び移行する。

また、本実施形態では、測距センサ６０は、掃除機本体１の正面かつ幅方向の中央に位置している。これによれば、掃除機本体１の中心に対して物がどの位置にあるかを容易に認識することができる。また、障害物や壁面の位置をＬｉＤＡＲ４１で、形状をカメラで設定し、位置情報や形状を測距センサやバンパによる検知情報を利用して修正しても良い。

なお、本発明の内容は実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。また、電気機器として床面を走行する掃除機Ｓを例に挙げて説明したが、飛行する移動体へ適用しても同様な効果がある。飛行する移動体に適用することで、床面の塵埃だけではなく、壁面に付着した塵埃も取り除くことが可能になる。

なお、本実施形態では、単眼のカメラ５０を搭載した場合を例にして説明したが、単眼のカメラ５０に替えて複眼のカメラを搭載する構成でもよい。
なお、帰還信号を検知できた場合は、帰還信号を検知しつつ、センサによって物体を検知するドッキング試行ステップを実行してもよい。

１ 掃除機本体
１ｕ 上カバー
１ｓ 下ケース
１ｔ 排気口
２ バンパ
３，４ 駆動輪（駆動部）
３ａ, ４ａ アーム
３ｂ，４ｂ 減速機構
３ｍ, ４ｍ 走行モータ
５ 補助輪
６ サイドブラシ
６ａ サイドブラシホルダ
６ｂ サイドブラシモータ
７ 操作ボタン
８ 集塵ケース
８ａ ハンドル
８ｂ 集塵フィルタ
１１ 駆動機構収容部
１２ 吸口部
１３ａ,ｂ,ｃ,ｄ 床面用測距センサ
１４ 回転ブラシ
１４ａ 回転ブラシモータ
１５ 掻き取りブラシ
１６ 充電台接続部
２１ 蓄電池（蓄電装置）
２２ 吸引ファン
３０ 制御装置
４０ ＬｉＤＡＲユニット
４０ａ ＬｉＤＡＲ回転部
４０ｂ ＬｉＤＡＲ固定部
４１ ＬｉＤＡＲ
４１ａ ＬｉＤＡＲ発光部
４１ｂ ＬｉＤＡＲ受光部
４２ 電動機
４３ ベルト
５０ カメラ（撮像部）
６０ 測距センサ
７０ 赤外線受光部
α１ サイドブラシ回転方向
ＯＰ 開空間
Ｃ 閉空間
Ｓ 自律走行型掃除機
Ｓ１，Ｓ２ 掃除機の位置
Ｒ 部屋
Ｔ，Ｔ１，Ｔ２ 障害物
Ｗ，Ｗ１，Ｗ２ 壁
Ｙ 床面
Ｓ１０ 登録済みのマップの有無を確認する項
Ｓ２０ 自己位置の同定ができたか確認する項
Ｓ３０ 清掃最適ルートを算出する項
Ｓ３１ 清掃ルートを算出する項
Ｓ４０ 清掃開始する項
Ｓ５０ カメラを低フレームレートで起動する項
Ｓ６０ 障害物を検出したか確認する項
Ｓ７０ カメラのフレームレートを上げる項
Ｓ８０ 障害物を認識したか確認する項
Ｓ９０ カメラのフレームレートを下げる項
Ｓ１００ 清掃完了したかを確認する項
Ｓ１１０ 充電台への帰還を開始する項
Ｓ２１０ 充電台までの地図の有無を確認する項
Ｓ２１１ 過去に作成した地図と環境情報の一致を確認する項
Ｓ２２０ 自己位置同定を行う項
Ｓ２３０ 指定経路で帰還する項
Ｓ２４０ 掃除機を一周させて充電台を探索する項
Ｓ２５０ 充電台を発見できたか確認する項
Ｓ２６０ マップのないエリアの有無を確認する項
Ｓ２７０ マップのないエリアへ移動する項
Ｓ２８０ その場で停止する項

Claims (3)

1. 電動送風機と、駆動輪と、塵埃を筐体に掻き上げるためのメインブラシと、周囲検出センサと、赤外線受光部を備えた自律走行型掃除機であって、
   帰還ステップとして、
   帰還動作開始後に前記掃除機本体を３６０度超信地旋回させて、充電台が発する帰還信号を前記赤外線受光部により検知する検知ステップを実行し、
   前記検知ステップにより前記帰還信号を検知できなかった場合は、前記周囲検出センサにより取得した地図情報をもとに次の充電台有無未確認エリアへ移動し、再度３６０度超信地旋回し、充電台が発する帰還信号を前記赤外線受光部により検知するステップを実行し、
   前記検知するステップにより前記帰還信号を検知できた場合は、前記帰還信号を検知しつつ、前記充電台へと帰還するステップを実行する自律走行型掃除機。
2. 前記帰還ステップ中に、過去に作成したマップデータと前記周囲検出センサで取得したデータの照合を行う照合ステップを実行し、
   前記照合ステップにより前記過去に作成したマップデータと前記周囲検出センサで取得したデータが一致した場合には、前記マップデータ上で自己位置同定を行い、前記マップデータ上の前記充電台の方向へ移動し、帰還信号を検知するステップを実行し、
   前記検知するステップにより前記帰還信号を検知できた場合は、前記帰還信号を検知しつつ、前記充電台へと帰還するステップを実行する請求項１に記載の自律走行型掃除機。
3. 前記帰還ステップ中に、作成したマップデータをもとに、壁など閉じられた閉空間と周囲検出センサでは壁や障害物が検出できなかった開空間の識別を行うステップと、開空間が存在しない場合は、帰還できる範囲に充電台が存在しないと判断し、周囲４ｍ以内で停止し、操作端末等に停止した通知を送信するステップと、を実行する請求項１に記載の自律走行型掃除機。

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