JPH02241422A - 自走式掃除機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、掃除機能と移動機能を備えた床面清掃用の
自走式掃除機に関するものである。

従来の技術 従来より掃除機に移動機能を付加して、清掃時の操作性
の向上を図った掃除機が開発されている。特に最近では
、これにマイクロコンピュータ−と各種センサ類を搭載
することにより、清掃場所を自分で判断しながら移動し
清掃する、いわゆる自立誘導型の自走式掃除機の開発も
行われている。この種の自走式掃除機は清掃域を認識し
、移動方向を決定するために記憶部に地図を持っている
が１．この地図参照の際に全清掃域を検索するため、複
雑なアルゴリズムを要するものや、多様な形状の障害物
に対処して移動方向を決定することが困難であるものが
多かった。

発明が解決しようとする課題 このような従来の技術では、移動方向を決定するために
複雑な演算を要し、簡単なシステムではリアルタイムな
移動制御が困難であるため移動速度が遅かったり、未清
掃域を残してしまう等の課題があった。本発明は、ブロ
ック地図と超音波測距手段からの障害物・既移動径路情
報を基に、簡単なアルゴリズムで的確に移動方向を決定
し、効率的に清掃域を隈なく移動することのできる自走
式掃除機を提供することを第一の目的とする。また更に
、未知の障害物が存在する清掃域も隈な（移動清掃する
ことができる自走式掃除機を提供することを第二の目的
とするものである。

課題を解決するための手段 第一の目的を達成するための第一の手段は、本体と、清
掃用のファンおよびファン駆動手段と、ダストボックス
と、床ノズルと、移動のための走行兼操舵輪並びに、走
行及び操舵手段と、補助輪と、移動方向を検出する方位
検出手段と、位置演算手段と、全体に電力を供給するバ
ッテリーとを備えた自走式掃除機に於いて、壁・障害物
の位置および既移動径路を示すブロック地図を有する記
憶部並びに、このブロック地図の現在位置の前後左右の
ブロックの内容のみを参照することにより移動方向を決
定する移動方向決定手段とを設けた自走式掃除機とする
ものである。

第二の目的を達成するための第二の手段は、本体と、清
掃用のファンと、ダストボックスと、床ノズルと、移動
のための走行兼操舵輪並びに、走行及び操舵手段と、補
助輪と、移動方向を検出する方位検出手段と、位置演算
手段と、全体に電力を供給するバッテリーとを備えた自
走式掃除機に於いて、壁・障害物の位置および既移動径
路を示すブロック地図を有する記憶部と、実在の壁・障
害物との距離を検出するための超音波測距手段と、前記
ブロック地図の前後左右のブロックの内容と、前記超音
波測距手段による実在の壁・障害物との距離とにより、
移動方向を決定する、即ち実在の壁・障害物が進路を妨
げる場合は、前記超音波測距手段からの情報を優先し、
また、それ以外の場合は前記ブロック地図からの情報を
優先して移動方向を決定する移動方向決定手段とを設け
た構成の自走式掃除機とするものである。

作　　用 第−の手段によると、ティーチング等によりあらかじめ
記憶部に記悄させておいたブロック地図を参照して、清
掃域を隈なく移動清掃させる場合、現在位置の前後左右
のブロック内容を参照するだけで、移動方向が決定でき
る。つまり簡単なアルゴリズムで全清掃域を移動清掃す
ることができる。

第二の手段によると、清掃域内にあらかじめブロック地
図に入力されていない実在の障害物が存在しても、超音
波測距手段で障害物を検知し、これを回避することがで
き、第一の手段による作用と併用することにより、未知
の障害物が存在する清掃域も隈なく移動清掃することが
できる。また、この手段によると、全く未知の清掃域、
即ちブロック地図にいかなる情報も入力されていない初
期状態からでも、移動方向を的確に決定し、清掃域を隈
なく移動清掃することができる。

実施例 本発明の第一の実施例を第１図−第７図を用いて説明す
る。第１図及び第２図に於いて、１は本体で、清掃のた
めのファン２およびファン駆動手段３と、ダストボック
ス４と、床ノズル５と、移動のための走行兼操舵輪６並
びに、走行及び操舵手段７・８と、補助輪９と、移動方
向を検出する方位検出手段１０と、位置演算手段１１と
、全体に電力を供給するバッテリー１２とを備えている
。１３は同様に、本体１に内蔵されている記憶部で、壁
・障害物の位置及び既移動径路を示すブロック地図を有
している。また１４は、このブロック地図の現在位置の
前後左右のブロック地図の内容のみを参照することによ
り移動方向を決定する移動方向決定手段である。ここで
本実施例での各手段の内容は第３図に示すように、ファ
ン駆動手段３はサブプロセッサとファンモータ駆動回路
とモータで、走行手段７及び操舵手段８はそれぞれサブ
プロセッサと走行モータ駆動回路及び操舵モータ駆動回
路・モータ・ロータリーエンコーダで、方位検出手段１
０はジャイロと積分器で、位置演算手段１１及び移動方
向演算手段１４はメインプロセッサで構成されている。

次に、この自走式掃除機の動作を説明する。移動方向決
定手段１４が記憶部１３に有るブロック地図の壁・障害
物及び縦移動径路情報と位置演算手段１１の位置情報に
より移動方向を決定しく移動方向決定アルゴリズムは後
で説明する）、走行手段７には走行速度・距離を、操舵
手段８には操舵速度・角度を与える。そして、走行及び
操舵手段７・８が走行兼操舵輪６を駆動することにより
、本体１は目的の方向に移動する。この移動の際に、フ
ァン２をファン駆動手段３で駆動し、床ノズル５からダ
ストボックス４へとゴ、ミを吸い込むことにより自走式
掃除機の役目を果たす。

第４図に、本実施例に用いたブロック地図を示す。この
ブロック地図は、清掃域を含むある一定の領域をＸ方向
（以後行方向とする）、Ｙ方向（以後列方向とする）共
に等間隔で区切ってブロック化したものであり、ブロッ
クの間隔は床ノズル５の幅より少し小さめに設定してい
る。また各ブロックは記憶部１３の１ビツトに対応させ
ている。本実施例では、このブロック地図は壁・障害物
用と既移動径路用の２枚が用意されている。

この地図での表現方法は、例えばあるブロックが壁・障
害物の有る位置を表す場合にはそのブロックに対応する
壁・障害物用地図のビットを１に、同様に縦移動径路で
あることを表す場合はそのブロックに対応する既移動径
路用の地図のビットを１とし、その他の場合は各ビット
をＯとするものである。また、区切られた行及び列にそ
れぞれＯから順番に番号をつけて位置を表すようにして
いる。例えば、第４図の点ＰはＰ＝（ｎ、ｍ）と表す。

ここでｎ’ｍは、位置演算手段１１の演算結果に対応す
るものである。続いて、移動方向決定手段１４による移
動方向決定アルゴリズムを第５図及び第６図を例に説明
する。本実施例のブロック地図の一例を示す第５図に於
いて、壁・障害物地図中の斜線部分は、あらかじめ設定
しである壁・障害物で、既移動径路地図中の点線は実際
に走行を終わった移動部分即ち縦移動径路を表現してい
る。また、移動制御はブロックの中心を移動するように
制御するものとし、例えばｎ行を北に向かうように制御
する場合は、移動方向決定手段１４の出力をＯＬ＝　（
ｎｌ、北）と表している。

ただし紙面に対して上方を北、下方を南、左方を西、右
方を束とする。さて移動方向の決定は、現在位置の東西
南北のブロックの内容のみを参照し、壁・障害物が無く
、且つ縦移動径路でもない場合にそのブロック方向を移
動方向とするように決定している。このブロック参照の
際、本実施例では優先順位を西−南一北一束の順に設定
している。この設定によって移動方向の決定を効率的に
行うことができる。つまり第５図のようにスタート点を
設定した場合、スタート点ＰＯの位置では西方向及び南
方向への移動は考えられないため、優先順位を高くして
移動方向の決定が早く行えるようにしたものである。こ
の点が、本実施例の最も優れた点である。ただしこの優
先順位は、第５図のようにスタート点を設定した場合で
、その他の場合も基本的にスタート点の優先度が最大に
なるように優先順位を決めればよい。それでは移動方向
決定の様子を説明する。まずスタート点ＰＯでは、優先
順位に従ってブロックを参照すると（０，１）、（１，
Ｏ）は壁で移動不可、（１，２）は移動可であるので０
Ｌ＝（１１、北）となる。次にＰｌでは、（Ｏ１２）は
壁（１，０）は縦移動径路で移動不可、（１，３）は移
動可であるのでＯＬ＝　（１，、北）となる。このよう
にしてＰ２に移動する。Ｐ２では（０，１１）は壁で移
動不可、（１，１０）は縦移動径路で移動不可、（１，
１２）は壁で移動不可、（２，１１）は移動可であるの
でＯＬ＝　（，１１、束〉となる。Ｐ３では（１，１１
〉は縦移動径路で移動不可、（２，１０）は移動可であ
るのでＯＬ＝　（２１、南）となる。同様にしてＰ４で
はＯＬ（，８、束）、Ｐ５ではＯＬ＝　（３１、北）と
なり、これを繰り返してＰＯに移動する。ＰＯでは（５
，４）は移動可であるので０Ｌ−（，４、西）となり、
障害物による未清掃域に進入する。

Ｐ７では（１，４）は縦移動径路で移動不可、（２，３
）は移動可であるので０Ｌ＝（２、南）となる。以上の
プロセスを繰り返すことにより最終点Ｐ８に移動する。

Ｐ８では（６，１１）（７，１０）は縦移動径路で（７
，１２）、（８，１１）は壁で移動不可であるので清掃
終了となる。即ち清掃域を隈無く移動したこととなる。

尚ここで、壁・障害物地図のみ参照して同様のアルゴリ
ズムで移動方向を決定すれば必然的にスタート点ＰＯに
戻ることができる。上記アルゴリズムをフローチャート
で表したものが第６図で（但し第６図は（ｎ、ｍ）点で
の移動方向決定アルゴリズムを示している）、上記各点
での判断との対応を以下に述べる。ＰＯ−ＰＬ・Ｐ５は
判断３のＹＥＳと、Ｐ２・Ｐ４は判断４のＹＥＳと、Ｐ
３・Ｐ７は判断２のＹＥＳと、ＰＯは判断１のＹＥＳと
、Ｐ８は判断４のＮＯと対応している。

また、第７図に示すような形状の障害物があるため未清
掃域が生じる場合は、最終点Ｐ９到達時に、ブロック地
図全域を検索して未清掃域を発見し、その後その未清掃
域中最も優先順位の高いブロックＰＬＯに移動し、前記
アルゴリズムで同様に移動すればよい。

このように第一の実施例によれば、ティーチング等によ
りあらかじめ清掃域と障害物位置をブロック地図に記憶
しておけば、簡単なアルゴリズムで清掃域を隈なく移動
することができる。

次に本発明の第二の実施例を第８図−第１６図を用いて
説明する。第８図−第１０図に於いて、１５は本体で、
清掃のためのファン１６およびファン駆動手段１７・ダ
ストボックス１８・床ノズル１９と、移動のための走行
兼操舵輪２０並びに、走行及び操舵手段２１・２２と、
補助軸２３と、移動方向を検出する方位検出手段２４と
、位置演算手段２５と、全体に電力を供給するバッテリ
ー２６とを備えている。２７は同様に本体１５に備えら
れている記憶部で、壁・障害物の位置及び縦移動径路を
示すブロック地図を有している。

また２８は、実在の壁・障害物との距離を検出するため
の超音波手測距手段で、２９は前記ブロック地図の現在
位置の前後左右のブロックの内容と前記超音波測距手段
２８による壁・障害物との距離とにより移動方向を決定
する移動方向決定手段である。この移動方向決定手段２
９による移動方向の決定は、前記したように超音波手測
距手段２８と記憶部２７に備えられているブロック地図
の現在位置の前後左右のブロックの内容とで行われるが
、換言すれば実在の壁・障害物が進路を妨げる場合は、
前記超音波測距手段２８からの情報を優先し、それ以外
の場合はブロック地図からの情報を優先して移動方向を
決定するものである。ここで本実施例での各手段の内容
は第１１図に示すように、ファン駆動手段１７はサブプ
ロセッサとモータ駆動回路とモータで、走行及び操舵手
段２１・２２はサブプロセッサと走行及び操舵モータ駆
動回路とモータとロータリーエンコーダで、方位検出手
段２４はジャイロと積分器で、位置演算手段２５及び移
動方向演算手段２９はメインプロセッサで、超音波測距
手段は超音波センサーと超音波駆動回路と増幅器とサブ
プロセッサで実現されている。

次に、この自走式掃除機の動作を説明する。即ち、移動
方向決定手段２９が記憶部２７に有るブロック地図の壁
・障害物及び既移動径路情報と位置演算手段１１の位置
情報並びに超音波測距手段２８からの情報により移動方
向を決定しく移動方向決定アルゴリズムは後で説明する
）、走行手段２１には走行速度・距離を、操舵手段２２
には操舵速度・角度を与える。そして、走行及び操舵手
段２１・２２が走行兼操舵輪２０を駆動することにより
本体１５は目的の方向に移動する。この移動の際に、フ
ァン１６をファン駆動手段１７で駆動し、床ノズル１９
からダストボックス１８へとゴミを吸い込むことにより
自走式掃除機の役目を果たす。

次にブロック地図を説明する。第１２図に、本実施例に
用いたブロック地図を示す。このブロック地図は、清掃
域を含む、ある一定の領域をＸ方向（以後行方向とする
）、Ｙ方向（以後列方向とする）共に等間隔で区切って
ブロック化したものであり、ブロックの間隔は床ノズル
１９の幅より少し小さめに設定している。また各ブロッ
クは記憶部２７の１ビツトに対応している。本実施例で
は、壁・障害物地図用と縦移動径路地図用とで、このブ
ロック地図を２枚有しており、あるブロックが壁・障害
物の有る位置を表す場合はそのブロックに対応する壁・
障害物地図のビットを１に、同様に縦移動径路であるこ
とを表す場合はそのブロックに対応する既移動径路地図
のビットを１とし、その他の場合は各ビットをＯとして
表現している。また区切られた行及び列にそれぞれＯか
ら順番に番号をつけて位置を表している。例えば、第４
図の点Ｐ′はＰ’＝（ｎ、ｍ）と表す。

ここでｎ”ｍは、位置演算手段２５の演算結果である。

続いて、移動方向決定アルゴリズムを第１３図及び第１
４図を例に説明する。本実施例のブロック地図の一例を
示す第１３図に於いて、壁・障害物地図中の斜線部分は
、あらかじめ設定しである壁・障害物の位置を、太線枠
は実在の障害物の位置を、既移動径路地図中の点線は実
際に走行した縦移動部分を示している。また、移動制御
は基本的にブロックの中心を移動するように制御するも
のとし、例えばｎ行を北に向かうように移動方向を制御
する場合は移動方向決定手段２９の出力をＯＬ＝　（ｎ
ｌ、北）と表現する。ただし紙面に対して上方を北、下
方を南、左方を西、右方を束とする。また移動方向決定
手段２９のもう１つの出力として”壁沿い”がある。”
壁沿い”とは壁・障害物と本体側面との距離を一定に保
って移動することである。また超音波センサーは第１５
図に示すように、本体１５．の前後左右にそれぞれｕｓ
ｌ・ｕｓ２・ｕｓ３・ｕｓ４が対応するよう配設されて
いる。さて移動方向の決定は、現在位置の東西南北のブ
ロックの内容と、超音波測距手段２８からの壁・障害物
情報により、壁・障害物が無く、且つ縦移動径路でもな
い場合にそのブロック方向を移動方向とし、またブロッ
クの内容は壁・障害物でも縦移動径路でもないが、超音
波測距手段２８により実在の障害物を検知した場合は”
壁沿い”をすることにより行なうが、ブロック参照およ
び超音波測距手段の情報（以後超音波壁情報と言う）の
優先順位を西−南一北一束の順にすることや、ブロック
地図情報より超音波測距手段２８の情報を優先して移動
方向を決定する点が、本実施例の最も優れた点である。

ただしブロック参照の優先順位は、第１３図のようにス
タート点を設定した場合で、その他の場合も基本的にス
タート点の優先度が最大になるように優先順位を決めれ
ばよい。それでは移動方向決定の様子を説明する。まず
スタート点ＰＯ’では、優先順位に従ってブロック地図
および超音波壁情報を参照すると（Ｏｌｌ）、（１，０
）は壁で移動不可、（１，２）は移動可であるのでＯＬ
＝　（１゜、北）なる。次にＰ１′では（０，２）は壁
で移動不可、（Ｏ１２）は壁（１，０）は縦移動径路で
移動不可、（１，３）は移動可であるので０Ｌ（１１、
北）となる。このようにしてＰ２’に移動する。Ｐ２’
では（０，１１）は壁で移動不可、（１，１０）は縦移
動径路で移動不可、（１，１２〉は壁で移動不可、（２
，１１）は移動可であるのでＯＬ＝　（，１１、東）と
なる。Ｐ３′では（１，１１）は縦移動径路で移動不可
、（２，１０）は移動可であるのでＯＬ＝　（２１、南
）となる。次にＰ４’では（１，８）は縦移動径路で移
動不可、（２，７）は実在の障害物で移動不可、（２，
９）は縦移動径路で移動不可、（３，８）は移動可であ
るのでＯＬ＝　（，８、束）となる。Ｐ５’も同様にし
てＯＬ＝　（３５、北）となり、これを繰り返してＰ６
’に移動する。Ｐ６″では（５，７）はブロック地図で
は移動可であるが超音波壁情報では移動不可であるので
ＯＬ＝　（６１、南）となるが、Ｐ７’のように実在の
壁がブロックの中心を移動するのを妨げる場合は、”壁
沿い”をして移動する。Ｐ８’では（５，４）は移動可
であるのでＯＬ＝　（，４、西）となりＰ９’に移動す
る。Ｐ９’では（１，４）は縦移動径路で移動不可、（
２，３）は移動可であるのでＯＬ＝　（２１、南）とな
る。以上のプロセスを繰り返すことにより最終点Ｐ１０
′に移動する。ＰＬＯ’では（６，１１）、（７，１０
）は縦移動径路で（７，１２）、（８，１１）は壁で移
動不可であるので移動方向がなくなり清掃終了となる。

この時、清掃域を隈なく移動したこととなる。尚ここで
、壁・障害物地図と超音波障害物情報のみを参照して同
様のアルゴリズムで移動方向を決定すれば必然的にスタ
ート点ＰＯ’に戻ることができる。上記アルゴリズムを
フローチャートで表したものが第１４図で（但し第１４
図は（ｎ、ｍ）点での移動方向決定アルゴリズムを示し
ている）、上記ＰＯ’−ＰＬＯ’での判断との対応を以
下に述べる。ＰＯ’　　・ＰＩ’　・Ｐ５′は判断３’
　　−５’　のＮＯと、Ｐ２’　　−Ｐ４’は判断４′
　・５゛のＮｏと、Ｐ３’　−Ｐ６・　、Ｐ９′は判断
２′　・５′のＮｏと、Ｐ６’は判断２′のＮＯ及び判
断５′のＹＥＳに、それぞれ対応している。また、第１
６図に示すような形状の障害物があるため未清掃域が生
じる場合は、最終点Ｐ１１′到達時に、ブロック地図全
域を検索して未清掃域を発見した後、その未清掃域中で
、最も優先順位の高いブロックＰ１２′に移動し、前記
アルゴリズムで同様に移動すればよい。

このように第二の実施例によれば、障害物情報がなくて
も簡単なアルゴリズムで清掃域を隈なく移動することが
できる。また全（未知の清掃域、即ちブロック地図にい
かなる情報も入力されていない初期状態からでも、清掃
域が壁で覆われていれば以上説明したアルゴリズムを用
いて移動方向を的確に判断し、清掃域を隈なく移動する
ことができる。

尚本実施例ではＯＬを変更する場合に、−旦停止してか
ら方向転換しているので、停止毎に方位検出手段の補正
を行っている。

発明の効果 以上の説明のように第一の手段によれば、ティーチング
等によりあらかじめ清掃域と障害物位置をブロック地図
に記憶しておけば、簡単なアルゴリズムで清掃域を隈な
く移動することができる。

即ちシステム構成を簡単にできると共に、迅速に移動す
ることができる。第二の手段によれば、清掃域さえブロ
ック地図に記憶しておけば、簡単なアルゴリズムで清掃
域内部の障害物を避けながら清掃域を隈なく清掃するこ
とができる。さらに壁で覆われた領域であれば、あらか
じめ清掃域や壁・障害物の情報を記憶させなくても、障
害物を避けながら清掃域を隈なく清掃することができる
。また本発明のブロック地図の行および列間隔は、床ノ
ズル幅より少し小さいので移動の際、床ノズルの覆う範
囲は少しずつ重複し、清掃効率をアップしている。尚本
発明の移動方向決定手段におけるアルゴリズムは、自動
芝刈り機や自動田植え機等にも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例である自走式掃除機の断
面図、第２図は同上面図、第３図は同制御回路のブロッ
ク図、第４図は同記憶部が有するブロック図、第５図は
同移動アルゴリズムを説明するための図、第６図は同移
動アルゴリズムを説明するためのフローチャート図、第
７図は同清掃域内に障害物が存在する場合の移動アルゴ
リズムを説明するための図、第８図は第二の実施例であ
る自走式掃除機の断面図、第９図は同上面図、第１０図
は同側面図、第１１図は同制御回路のブロック図、第１
２図は同記憶部が有するブロック図、第１３図は同移動
アルゴリズムを説明するための図、第１４図は同移動ア
ルゴリズムを説明するためのフローチャート図、第１５
図は同超音波センサーの配置を説明する構成図、第１６
図は同清掃域内に障害物が存在する場合の移動アルゴリ
ズムを説明するための図である。 ｌ・１５・・・本体、２・１６・・・ファン、３・１７
・・・ファン駆動手段、４・１８・・・ダストボックス
、５・１９・・・床ノズル、６・２０・・・走行兼操舵
輪、７・２１・・・走行手段、８・２２・・・操舵手段
、９・２３・・・補助輪、１０・２４・・・方位検出手
段、１１・２５・・・位置演算手段、１２・２６・・・
バッテリー　１３・２７・・・記憶部、１４・２９・・
・移動方向決定手段。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名／２−−−
バ１．テツー 図 １−本床 ／　　２４４δ ７１−１７？ｎｔ７−ｔｈ灯 図 第 図 雨 富 図 １５−一一庫ｄ本 第 図 嬉ｌ　２因 別 ハツチソー 蘂１０図 第１３図 第１４図 第１５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）本体と、清掃用のファンおよびファン駆動手段と
   、ダストボックスと、床ノズルと、移動のための走行兼
   操舵輪並びに、走行及び操舵手段と、補助輪と、移動方
   向を検出する方位検出手段と、位置演算手段と、全体に
   電力を供給するバッテリーとを備えた自走式掃除機に於
   いて、壁・障害物の位置および既移動径路を示すブロッ
   ク地図を有する記憶部並びに、このブロック地図の現在
   位置の前後左右のブロックの内容のみを参照することに
   より移動方向を決定する移動方向決定手段とを設けた自
   走式掃除機。
2. （２）本体と、清掃用のファンおよびファン駆動手段と
   、ダストボックスと、床ノズルと、移動のための走行兼
   操舵輪並びに、走行及び操舵手段と、補助輪と、移動方
   向を検出する方位検出手段と、位置演算手段と、全体に
   電力を供給するバッテリーとを備えた自走式掃除機に於
   いて、壁・障害物の位置および既移動径路を示すブロッ
   ク地図を有する記憶部と、実在の壁・障害物との距離を
   検出するための超音波測距手段と、前記ブロック地図の
   前後左右のブロックの内容と、前記超音波測距手段によ
   る実在の壁・障害物との距離とにより移動方向を決定す
   る、即ち実在の壁・障害物が進路を妨げる場合は、前記
   超音波測距手段からの情報を優先し、また、それ以外の
   場合は前記ブロック地図からの情報を優先して移動方向
   を決定する移動方向決定手段とを設けた自走式掃除機。