拭き取り清掃を行う自走式掃除機
【課題】 スーパーマーケット等の店舗の通路や、病院の廊下など、左右両側と前方と後方に壁が設けられているほぼ長方形の滑らかな床を、効率よく拭き取り掃除できる安価な自走式掃除機を提供する。
【解決手段】 掃除機１は、走行時には、左右いずれかのより近い壁面までの距離を算出して、その壁面と平行に走行する。また毎時２．０Ｋｍの低速走行を行い、走行制御ＣＰＵ２２と壁面検出ＣＰＵ２４の２つのＣＰＵによって、自立走行に必要な制御を分散処理し、不織布を０．９ｇｆ／ｃｍ２以上１．２ｇｆ／ｃｍ２以下の圧力で床面に押し付けて拭き取り清掃を行っている。
【解決手段】 掃除機１は、走行時には、左右いずれかのより近い壁面までの距離を算出して、その壁面と平行に走行する。また毎時２．０Ｋｍの低速走行を行い、走行制御ＣＰＵ２２と壁面検出ＣＰＵ２４の２つのＣＰＵによって、自立走行に必要な制御を分散処理し、不織布を０．９ｇｆ／ｃｍ２以上１．２ｇｆ／ｃｍ２以下の圧力で床面に押し付けて拭き取り清掃を行っている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拭き取り清掃を行う自走式掃除機に関する。特に、スーパーマーケット等の店舗の通路や、病院の廊下など、左右両側と前方と後方に壁が設けられているほぼ長方形の滑らかな床を、効率よく拭き取り清掃することのできる自走式掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自立走行の機能を備えた自走式掃除機が知られている。特許文献１には、制御部と、超音波送受信器から成る位置検出部と、モータと車輪から成る駆動装置部と、清掃部を備えた掃除機が開示されている。特許文献１の掃除機は、ゴミを吸引して貯める吸引式の掃除機である。又、特許文献１の掃除機は、障害物を検出した時に、進行方向を自動的に変えて走行する。
【０００３】
特許文献２には、本体の左右に速度センサを備え、更にジャイロセンサを備えることで、移動距離、移動速度、及び移動方向を正確に検出する自走式掃除機が開示されている。更にこの掃除機は、記憶回路に走行した距離と方向を記憶して、清掃領域の形状と大きさを認識して、この認識された領域を清掃することにより、確実に清掃領域を全て清掃する。
【０００４】
特許文献３には、走行速度を制御する中央制御演算部と、走行速度と比例する回転速度を維持する清掃用回転パッドを備えた清掃装置が開示されている。特許文献１及び特許文献２の清掃装置が塵埃の吸い込みを行って清掃するのに対し、この清掃装置は、床面の拭き取り掃除を行っている。
【０００５】
一般の住宅で自走式掃除機を使用した場合には、清掃領域の形状が複雑であるために、前進と回転の動作が多くなり、この結果、走行方向が当初計画された方向とずれてくる可能性がある。このようなずれを補正しながら走行するために、より多くのセンサと走行制御手段からなる補正手段を更に設けた自走式掃除機が特許文献４に開示されている。
【０００６】
このように、従来開示されている自走式掃除機は、主に一般家庭での使用を前提としており、家庭で安全に使用するために、障害物の回避手段や、速度制御の手段や、走行方向の補正手段を備えている。これらの手段によって、様々な形状の清掃領域に多くの障害物が存在する場合であっても、障害物を回避して全ての領域を確実に清掃することが可能となっている。しかしながら、具体的にこれらの手段を構成するには、複数のセンサと、センサが検出したデータの複雑な解析を行う演算装置と、走行のための高速で複雑な処理を行う走行制御装置が必要となっており、清掃装置全体が高価なものとなっている。
【０００７】
一方、病院の廊下やスーパーやコンビニエンスストアなどの店舗の通路は、前後左右の壁面によってほぼ規定された略長方形の単純な形状を有している。更に、閉店後や夜間は、これらの通路上に歩行者や障害物が存在する可能性が低く、このような場所を掃除する場合には、多様な障害物の回避や種々の複雑な走行制御がさほど要求されない。このような背景から、病院の廊下や店舗の通路の掃除に適用が可能な自走式掃除機であって、簡易で安価に構成されており、且つ確実に効率よく掃除をおこなうことのできる掃除機が求められている。
【０００８】
又、病院で吸引式の掃除機を使用すると、掃除機の排気が微小な埃を空中に舞い上げて、衛生上の問題を発生することがある。店舗に於いても、舞い上がった微小な埃が商品に付着することは好ましくない場合がある。このため、病院の廊下や店舗の通路を拭き取り掃除することのできる自走式掃除機が強く求められていた。
【特許文献１】特開昭５５−９７６０８号公報
【特許文献２】特開昭６２−１０９５２８号公報
【特許文献３】特開昭６３−３６３１２号公報
【特許文献４】特開平１−２０７８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、前後左右に壁面が存在するほぼ長方形に規定された清掃領域に対して特に好適に適用される、効率的で確実な清掃を行うことのできる、より安価な自走式掃除機を提供することを解決すべき課題としている。
【００１０】
又本発明は、前後左右に壁面が存在する病院の廊下や店舗の通路を拭き取り掃除するために最適な、自走式掃除機を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、拭き取り掃除を行うために特に最適化された自走式掃除機に関する。本発明の自走式掃除機は、レーザを走査することで走査面上の距離データを測定するレーザレンジセンサを１個以上備えており、このセンサによって、進行方向に対して前方と左右両側に存在する、側壁や陳列棚等で構成される清掃区画の境界を規定する連続した壁面までの距離を検出する位置検出部を備えている。又、位置検出部の情報に基づいて時速２．０ｋｍ以下の速度で、左右の壁面のうち、より近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行う走行部と、床面の拭き取り掃除を行う清掃部を備えている。本発明の自走式掃除機は、清掃部が、未使用の不織布をロール状に保持している一端側の送り出しローラと、使用済みの不織布を巻き取って保持している引き込みローラと、送り出しローラと引き込みローラの間に配置されて、不織布を０．９ｇｆ／ｃｍ２以上１．２ｇｆ／ｃｍ２以下の圧力で床面に押し付けて床面の拭き取り掃除を行う加圧拭き取り部とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
種々の検討の結果、発明者らは、最適な走行速度と、拭き取り清掃に用いられる不織布を床面に押圧する圧力との最適な関係を見出すに至った。即ち、時速２．０ｋｍ以下で走行する際には、不織布を０．９ｇｆ／ｃｍ２以上１．２ｇｆ／ｃｍ２以下の圧力で床面に押し付けて床面の拭き取り掃除を行うことにより、床面を拭き残すことなく掃除することができ、又不織布が切断したり走行部が過負荷となったりする恐れがないことを確認した。
【００１３】
請求項２の発明は、自走式掃除機の拭き取りを行う清掃部に関する。本発明の清掃部は、送り出しローラと引き込みローラを所定時間毎に回転させて、加圧拭き取り部に新しい不織布を供給するローラ制御部と、送り出しローラに保持されている不織布がなくなった時に警告を発すると同時に走行部に停止命令を入力する送り出しローラ監視部とからなる清掃制御部を更に備えていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、拭き取り掃除を行う安価に構成された自走式掃除機に関する。本発明の自走式掃除機は、レーザを走査することで走査面上の距離データを測定するレーザレンジセンサを備えており、このセンサから半径４．０ｍ以下の範囲で、進行方向に対して前方と左右両側に存在する、側壁や陳列棚等で構成される清掃区画の境界を規定する連続した壁面までの距離を検出する位置検出部を備えている。又、位置検出部の情報に基づいて時速２．０ｋｍ以下の速度で、左右の壁面のうちより近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行う走行部を備えている。更に、超音波センサを備えており、当該超音波センサと前記レーザレンジセンサによって進行方向に障害物が検出された場合には、前記走行部に停止命令を入力し、障害物が検出されなくなると走行を指示する緊急停止処理部と、床面の拭き取り掃除を行う清掃部とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
発明者らは、鋭意検討した結果、前後左右に壁面が存在する清掃領域に適用される安価な自走式掃除機の構成を最適化することに成功した。即ち、本発明の自走式掃除機は、走行速度を２．０ｋｍ以下という低速に規制し、且つ走行中により近い壁面側からの距離だけを算出し、その壁面に対して平行に走行するという単純な制御を行うことにより、検出距離が４．０ｍ以下の安価なレーザレンジセンサと、処理速度の比較的遅い同様に安価な位置検出部を適用することを可能とし、その結果、全体として安価に構成されているにもかかわらず、特に左右両側に壁面のある掃除の必要な領域を確実に拭き取り掃除することのできる自走式掃除機を提供するに至った。
【００１６】
又、本発明の自走式掃除機は、障害物が検出されると停止し、障害物が検出されなくなると再度走行を開始することができる。このような自走式掃除機は、歩行者や障害物が存在する可能性が低く、多様な障害物の回避や種々の複雑な走行制御がほとんど要求されない、夜間の病院や閉店後の店舗の掃除に特に適しており、複雑な緊急停止処理を行いために、安価に構成されており、しかも停止前後の走行にずれが少なく安定しているものである。
【００１７】
請求項４の発明は、自走式掃除機の位置検出部が、レーザレンジセンサによって、床面から高さ８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲に存在する連続した壁面までの距離を検出することを特徴とする。
【００１８】
本発明の位置検出部が検出する高さは、特に店舗の陳列棚の下部を検出する際に最適の高さである。発明者らは、一般的な店舗に配置されている異なる種類の多数の陳列棚によって検証を行った結果、本発明の高さで壁面を検出することにより、陳列棚に種々の商品が並べられている場合であっても、これら商品を壁面と誤認することなく、陳列棚で規定された境界を高精度に検出できることを確認した。
【００１９】
請求項５の発明は、自走式掃除機の走行部と位置検出部の構成に関する。本発明の走行部は、走行する位置と方向とを制御する走行制御ＣＰＵを備えている。位置検出部は、レーザレンジセンサによって計測された距離の計測結果を入力して計測結果を数値演算処理することにより直線的に連続する壁面の情報を検出する壁面検出処理ＣＰＵを備えている。走行制御ＣＰＵは、走行開始時に、位置検出部に対して左右の壁を検出するように指令し、位置検出部が検出した左右の壁のデータを入力し、左右の壁の間の距離と左右の壁のいずれがより近い位置にあるかとを判断して、壁面と平行に走行する時に、位置検出部に対してより近い側の壁面のみを検出するように指令する。
【００２０】
本発明により、壁面を検出するセンサ及びセンサによって得られたデータを演算して壁面までの距離を演算するＣＰＵと、この演算結果を得て走行制御を行うＣＰＵとが掃除機の制御を分散して実施することで、ＣＰＵ単体にかかる負荷を低減することを可能としている。これにより、処理時間に余裕のある状態で掃除機の制御が可能となると同時に、単体としての処理速度の遅い安価なＣＰＵを適用することが可能となり、掃除機全体を安価に構成することが可能となる。
【００２１】
請求項６の発明は、走行部の走行制御ＣＰＵに関する。本発明の走行制御ＣＰＵは、走行時に清掃部によって清掃可能な幅を予め記憶しており、位置検出部が最初に検出した左右の壁面との間の距離を前記清掃可能な幅で除した値を、折り返し走行の必要回数として一時記憶しており、走行開始時には、左右の壁面のより近くに認識された壁面に近接するように移動する制御を行った後に、当該壁面に対して平行な走行を開始させる。そして、前方の認識された壁面の手前で折り返しのための反転走行を行う際には、清掃可能な幅以下の距離を幅方向に平行移動するように走行量を制御しており、折り返し走行の回数が一時記憶している前記必要回数に到達すると、認識された前方の壁面の手前で停止することを特徴とする。
【００２２】
請求項７の発明の走行部の走行制御ＣＰＵは、壁面検出処理ＣＰＵが送信する左右の壁面の情報が中断した場合に、進行方向を変更せずに直線走行を続ける制御を行うことを特徴とする。本発明の走行制御によって、例えば、通路が交叉していて一時左右の壁面の情報が得られない場合であっても、安定して直線走行することのできる自走式掃除機を得ることができる。
【００２３】
請求項８の緊急停止処理部は、タイマーを備えており、検出された障害物が所定時間動かないことが確認された場合には、走行部に対して障害物を回避して走行する指示を送信することを特徴とする。本発明の緊急停止処理によって、通路に落ちている物品等、壁とは認識されず、又移動しない障害物を回避することが可能となる。
【００２４】
請求項９の発明は、自走式掃除機が走行を開始する時に、位置検出部がいずれか一方の壁面のみを検出した場合の走行方法に関する。この場合、自走式掃除機は、検出した側の壁面に対して所定の距離まで接近し、次に壁面までの所定の距離を保ちつつ走行する制御を行う。そして、走行中に位置検出部が左右両側に存在する連続した壁面の情報を検出した場合には、より近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、且つ前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行うことを特徴とする。
【００２５】
請求項１０の発明は、自走式掃除機が走行を開始する時に、位置検出部が前方及び左右に壁面を検出しなかった場合の走行方法に関する。この場合、走行部は、最初に前進走行する制御を行い、走行中に位置検出部が前方又は左右両側に存在する連続した壁面の情報を検出した場合には、走行部は、より近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、且つ前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によって、前後左右に壁面が存在する清掃領域に対して特に好適に適用される、効率的で拭き残しのない確実な清掃を行うことのできる自走式掃除機が提供される。
【００２７】
本発明によって、前後左右に壁面が存在する病院の廊下や店舗の通路等を拭き取り掃除することのできる、安価な自走式掃除機が提供される。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の拭き取り掃除を行う自走式掃除機の実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１に、上カバーを外した掃除機１の斜視図を示し、側面図を図２に示す。掃除機１の上部には、拭き取りに使用される不織布８の供給と回収を行うローラ部２６が設けられている。ローラ部２６は、未使用の不織布をロール状に保持している一端側の送り出しローラ２７と、使用済みの不織布を巻き取って保持している引き込みローラ２８とを備えている。送り出しローラ２７に近接して、不織布８の残量を検出するローラ監視部として光電センサ２９が取り付けられており、不織布８がなくなった場合には警告を発信することができる。
【００２９】
本実施例における不織布８は、ポリアミド樹脂やポリエステルの超極細繊維が絡み合って形成されている。不織布８の中には、極めて小さな無数の空間が内部に形成されており、塵埃や水分を吸着することができる。
【００３０】
ローラ部２６を外した掃除機１の、斜視図を図３に示し、側面図を図４に示す。掃除機１は、台車部２の左右に、走行部を構成する駆動輪４が設けられている。各々の駆動輪４の内側には１つずつ駆動モータ６が設けられており、バッテリー７から供給される電力によって各々の駆動輪４を駆動して、独立した動作を行わせることができる。駆動輪４を独立して動作させることにより、掃除機１は、壁面と平行な走行が可能である他、横移動を伴わない回転を行うことができる。折り返し走行の際には、９０度回転と、不織布８の幅よりもわずかに少ない距離の横移動と、再度の９０度回転を行うことにより方向転換をすることができる。この折り返し走行を行った場合、掃除機１は、折り返し前と折り返し後の清掃領域の端部同士がわずかに重なり合うことになり、折り返しによる拭き残しを全く発生させることなく掃除を行うことができる。
【００３１】
台車部２の上に、１個のレーザレンジセンサ１２と、複数の超音波センサ１４と、段差センサ１６が搭載されている。これらのセンサ群は、制御ボード１８と通信ケーブルによって接続されており、制御ボード１８からの命令に従って計測を行い、計測データを制御ボード１８に入力する。又、台車部２の前面には、バンパスイッチ２０が設けられている。バンパスイッチ２０は、障害物等との接触によって所定の量を超える衝撃が加わったときにスイッチが入り、その信号を制御ボード１８に伝える。
【００３２】
レーザレンジセンサ１２は台車部２の前面中央に固定されている。レーザレンジセンサ１２は、進行方向を基準として、左右共に０度から１３５度、合計２７０度の角度範囲をレーザ光でスキャンして、その範囲内にある物体までの距離を測定し、その結果を出力することができる。又、制御ボード１８から指示することによって、より狭い角度範囲でスキャン結果を出力することが可能である。本実施例におけるレーザレンジセンサ１２には、計測距離が４００ｃｍ（４．０ｍ）の小型で安価なものが適用されている。
【００３３】
本実施例のレーザレンジセンサ１２は、その計測距離が、特に店舗内の通路を正確に認識して清掃するために最適化されている。発明者らが広く検討したところによると、コンビニエンスストア等の小規模店舗における通常のメイン通路幅は、２人がすれ違える幅として基本的に１８００ｍｍに設定されており、サブ通路幅は人が通過できる９００ｍｍに設定されている。中規模店舗の通常のメイン通路幅は、３人がすれ違える幅として基本的に２７００ｍｍに設定されており、サブ通路幅は人とカートが通れる１５００ｍｍに設定されている。大型スーパーマーケット等の大規模店舗におけるメイン通路幅は、４人がすれ違える３６００ｍｍを基本として設定されており、サブ通路幅は両側に商品を見ている人がいた場合でも通過可能な２４００ｍｍに設定されている。従って、本実施例のレーザレンジセンサ１２の４００ｃｍの計測距離は、これらの種々の店舗内通路の棚や壁までの距離を全て正確に計測可能であり、尚かつ、万一扉が開いていた時等に、遠くの障害物等を壁面と誤認して計測し誤動作を引き起こさないための、最適で必要十分な計測距離なのである。
【００３４】
超音波センサ１４は、台車部２の、前面両側と、右側面前方と、左側側面前方の計４カ所に固定されている。超音波センサ１４は、レーザレンジセンサ１２では検出が困難な、高さ１５０ｍｍ以上の高い位置にある障害物を検出する。例えば、左右の棚等から飛び出している荷物など、掃除機１が接触する恐れのある障害物は、超音波センサ１４によって検出される。
【００３５】
段差センサ１６は、台車部２に対して、前方下向きに取り付けられている。段差センサ１６は、走行面との距離を赤外線によって測定しており、走行面に穴が合ったときに、これを検出して警告することができる。
【００３６】
制御ボード１８には、走行制御ＣＰＵ２２と、壁面検出処理ＣＰＵ２４が、それぞれ１つずつ搭載されている。走行制御ＣＰＵ２２は、走行部の構成要素であり、走行する位置と方向とを制御する。走行部には、走行制御ＣＰＵ２２の他に、駆動輪４と、駆動モータ６とが含まれる。壁面検出処理ＣＰＵ２４は、位置検出部の構成要素であり、レーザレンジセンサ１２から入力されたデータに基づいて、左右又は前方の直線的に連続する壁面の情報を検出する。制御ボード１８には、緊急停止部が設けられており、レーザレンジセンサ１２と超音波センサ１４と段差センサ１６とバンパスイッチ２０が緊急時に発する信号を受けて、走行制御ＣＰＵ２２に緊急停止の指令を送ると同時に、駆動モータを停止させる割り込み処理を行う。
【００３７】
図４の掃除機１の側面図に示すように、台車部２の後ろに、不織布８を床面に押し付けて拭き取り掃除を行う加圧拭き取り部３０が取り付けられている。掃除部１０は、加圧拭き取り部３０とローラ部２６によって構成されている。加圧拭き取り部３０は、シャフト３２の下に不織布８を床面に押し付ける加圧部３４を備えている。不織布８は、送り出しローラ２７から供給されて、図２の側面図に示されるローラ３５とローラ３６を通過して、加圧部３４の下を通り、次にローラ３７とローラ３８を経由して、引き込みローラ２８に巻き取られる。コイルスプリング３９は、加圧部３４の加圧力を、床面に対して０．９ｇｆ／ｃｍ２以上１．２ｇｆ／ｃｍ２以下となるように調整することができる。
【００３８】
図５に、本実施例の掃除機１が掃除する店舗５０の上面図を示す。そしてその中に、掃除機１が掃除開始点５３から掃除を開始した場合に、掃除機１が自走する経路の一例を実線５４で示す。店舗５０には、向かって右側の壁面に沿って棚５６が配置されており、向かって左側の壁面に沿って棚５７が配置されている。店舗５０内は、縦３列横２列で同一形状の棚５２が配置されている。
【００３９】
図６に、店舗５０の掃除開始点５３から掃除機１が掃除を行う場合に、制御ボード１８に搭載されている走行制御ＣＰＵ２２と、壁面検出処理ＣＰＵ２４が実施する自立走行の為の制御のフローチャートを示す。以下、本フローチャートに沿って、掃除機１の自立走行の内容を詳細に説明する。
【００４０】
掃除機１が、棚５２と棚５２の間の掃除開始点５３に、通路の長手方向を進行方向とするように置かれて電源が入れられると、走行制御ＣＰＵ２２は、壁面検出処理ＣＰＵ２４に対して、左右の壁までの距離を算出する命令を出す（ステップＳ２）。壁面検出処理ＣＰＵ２４は、レーザレンジセンサ１２に、検出可能な距離範囲にある全ての物体の検出を命じる。
【００４１】
レーザレンジセンサ１２は、高さ８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲で検出可能な全ての角度範囲にレーザを走査して、その範囲に存在する全ての物体の距離データを計測する。レーザレンジセンサ１２は、上下の昇降運動を行うことで、必要な高さ範囲の計測を行うことができる。ここで、高さ８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲に限定して検出を行うことは、特に店舗の全ての種類の棚について、その最も下部の棚木（脚部と脚部の間の幅方向に水平に架け渡されて固定されているビーム材）を検出する際に最適である。高さ８０ｍｍ以下の範囲で検出を行った場合には、店舗の棚の最下部の、脚部と脚部の間の空間を走査してしまい、棚の更に向こう側に置かれている物品を検出してしまう恐れがある。又、１５０ｍｍ以上の高さの検出を行った場合には、棚に載せられている物品を検出してしまう恐れがある。これらいずれの場合も、壁面を正確に検出することが困難となる。更に、高い精度で店舗の棚木を検出したい場合には、高さ１００ｍｍ以上１２０ｍｍ以下の範囲で物体の距離データを計測するようにレーザレンジセンサ１２の設定を行うことが特に好ましい。
【００４２】
掃除開始点５３に置かれた掃除機１のレーザレンジセンサ１２が、高さ８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲で検出可能な全ての角度範囲にレーザを走査して左右の棚５２の棚木に反射させ、左右の壁面までの多数の測定点Ｐｉ（Ｘｉ，Ｚｉ）までの距離データを得ている状態を、図７に模式的に示す（ステップＳ４）。レーザレンジセンサ１２は、検出した全ての壁面の測定点Ｐｉまでの距離データを壁面検出処理ＣＰＵ２４に入力する。壁面検出処理ＣＰＵ２４は、その中から左右の予め定められた角度範囲（右４５度〜左４５度）の距離データをハフ変換し、最も投票の多い直線を検出する。そして、この直線式を検出された左右の壁面のデータとして、走行制御ＣＰＵに入力する（ステップＳ６）。
【００４３】
左右の壁面の情報を入力された走行制御ＣＰＵ２２は、両方の壁面までの距離を合算して、通路の幅を算出する。又、左右の棚５２の壁面のうち、どちらがより近くにあるかを判定する。更に走行制御ＣＰＵ２２は、通路幅を、一度に拭き取ることのできる掃除可能幅から折り返して掃除する際の掃除領域の最低重なり幅を引いた幅で除すことによって、折り返し走行の必要回数を算出し、一時記憶する（ステップＳ８）。その際の計算処理式（１）を、以下に示す。
Ｗ ÷（Ａ−α）＝ Ｘ ・・・（１）
ここで、Ｗは算出された通路の幅であり、Ａは掃除機１の掃除可能幅であり、αは折り返して掃除する際の掃除領域の最低重なり幅である。又、Ｘは、折り返し必要回数であり、式（１）の左辺を少数１位で切り上げた値となる。更に、走行制御ＣＰＵ２２は、折り返し必要回数Ｘの値で通路幅を除すことによって、折り返しを行う際の幅方向の平行移動の計画量を算出する。そして、この平行移動の計画量に基づいて折り返しの回数に応じた掃除機１の幅方向の予想位置を計算して、それぞれの位置における左右の壁までの距離とともに、一時記憶している。本実施例における掃除可能幅Ａは４５０ｍｍであって、この幅は不織布８の幅及びこの不織布８を床面に押し付ける加圧部３４の幅によって決定されている。又、折り返して掃除する際の掃除領域の最低重なり幅αは、最低１００ｍｍに予め設定されて折り返し回数を算出する際に用いられている。通路幅と折り返し走行の必要回数の算出結果によって、実際の掃除実施時の掃除領域の重なり幅は、１００ｍｍ以上４５０ｍｍ以下の任意の値となる。
【００４４】
尚、走行制御ＣＰＵ２２は、壁際の所定の幅の領域を、「清掃を行わない領域」として予め設定しておき、両方の壁面までの距離を合算した距離から「清掃を行わない領域」の幅を予め減じて、通路幅を算出することができる。その場合、走行制御ＣＰＵ２２は、折り返しの回数に応じた掃除機１の幅方向の予想位置について、「清掃を行わない領域」の幅を考慮した算出を行う。このような「清掃を行わない領域」を設定した掃除機１で掃除を行った後には、この領域を別途作業者によって掃除するという作業が行われる。掃除機１と作業者との共同作業により、より確実な掃除が可能となる。
【００４５】
ステップＳ１０で走行制御ＣＰＵ２２は、壁面検出ＣＰＵ２４に対し、より近い側に存在すると判定した一方の壁面を指定して、その壁面までの距離の計測を継続的に行うように要求を行う。壁面検出ＣＰＵ２４は、レーザレンジセンサ１２に距離データの計測を開始するように命令し、得られた距離データのうち指定された一方の壁面に相当する角度範囲、即ち掃除開始位置点５３に於いては進行方向の左４５度までの範囲の距離データのみをハフ変換して直線を検出し、指定された壁面までの距離のデータとして走行制御ＣＰＵ２２に入力する（ステップＳ１０）。同時に、走行制御ＣＰＵ２２は、超音波センサ１４と段差センサ１６にも計測を開始するように指示する。
【００４６】
壁面検出ＣＰＵ２４には、比較的処理速度が遅い安価なＣＰＵが適用されている。レーザレンジセンサ１２からのデータの取得と、距離データのハフ変換による直線の検出には、１回当たり約０．３秒必要となる。即ち、壁面検出ＣＰＵ２４は、０．３秒間隔で、より近い側の壁面までの距離データを走行制御ＣＰＵ２２に入力する。走行制御ＣＰＵ２２は、この入力値を基に、駆動モータ６を制御して走行を制御する。本実施例における掃除機１の走行速度は、毎時２．０ｋｍに抑制されているため、壁面検出ＣＰＵ２４が次のデータを入力する迄に、約０．１７ｍしか進行しない。そこで、０．３秒間隔後に入力される次の直線のデータによって、壁面からの距離を調整して一定に保ち、誤差の少ない走行を続けることができる。
【００４７】
尚、本実施例における掃除機１は、走行速度が毎時２．０Ｋｍに設定されているが、これは走行制御ＣＰＵ２２の設定を変更して制御することにより、毎時１．５Ｋｍ以下に制限することが可能である。人通りがない夜間の通路では、走行速度を毎時２．０Ｋｍとすることにより、効率よく掃除を行うことが可能である。一方、人通りのある昼間の店舗等の通路の掃除では、人との衝突を回避するために、毎時１．５Ｋｍ以下の速度で走行することが一層好ましい。
【００４８】
ステップＳ１２で、掃除機１の走行制御ＣＰＵ２２は、左右の棚５２の中のより近い側の壁面まで近寄るように、駆動モータ６を制御して走行を開始する。走行開始と同時に、掃除部１０の加圧部３４は、不織布８を１．０ｇｆ／ｃｍ２の圧力で床面に垂直に押しつける。不織布８を床面に押し付ける圧力は、床面が滑らかで凹凸が少ないほど相対的に小さくすることが可能である。塩化ビニルや化粧板等の滑らかな床材の上を毎時２．０Ｋｍの速度で走行する場合には、その加圧力を０．９ｇｆ／ｃｍ２以上１．２ｇｆ／ｃｍ２以下の範囲で調整することが好ましいことが、種々の検討の結果明らかとなった。即ち、０．９ｇｆ／ｃｍ２未満の圧力で掃除を行った場合、塵埃などの拭き残しが増えることが明らかとなっている。又１．２ｇｆ／ｃｍ２を越えて加圧した場合、部分的に不織布８が破れる恐れがある。又、圧力が高い場合には、加圧部がブレーキとなって走行に必要なエネルギーが大きくなるために、バッテリーが早く消耗する。
【００４９】
ローラ部２にはタイマーとモータを備えた図示されないローラ駆動部が設けられている。本実施例におけるローラ駆動部は、走行時間が６０分経過する毎に加圧部３４の荷重を解除して送り出しローラ２７と引き込みローラ２８を回転させ、加圧部３４の下に新しい不織布８を供給する。即ち、同一の不織布８によって、距離にして最長２Ｋｍの区間の清掃が行われる。不織布８がこのような適切な区間毎に交換されることで、不織布８の汚れ過ぎに由来する拭き取り残しの発生を防止する。
【００５０】
走行制御ＣＰＵ２２は、壁面検出ＣＰＵ２４から入力される壁面までの距離が４０ｃｍになるように当該壁面に徐々に近づき、その後は壁面と平行に走行するように指示を出す。壁面検出ＣＰＵ２４から入力される壁面までの距離が４００ｍｍのとき、掃除機１の壁面に近い端部から壁面までの距離は、実質的に１５０ｍｍとなっており、掃除機１は棚５２と接触することなく平行に走行する（ステップＳ１４）。
【００５１】
掃除機１の壁面検出ＣＰＵ２４は、壁面と平行な走行が開始されてからも引き続き、レーザレンジセンサ１２が検出した距離データのうち、より近い壁面を検出するために必要な角度範囲の距離データのみをハフ変換して壁面の直線を算出し、走行制御ＣＰＵ２２に入力する。図８に、棚５２の最下部の棚木の直線データを算出するために壁面検出ＣＰＵ２４が用いた測定点Ｐｉ（Ｘｉ，Ｚｉ）の分布を、模式的に示す。
【００５２】
掃除機１が壁面と平行に走行を続けていく中で、棚５２と棚５２の間に通路５１が存在する位置にさしかかる場合がある。このような場所では、レーザレンジセンサ１２の検出可能な範囲内に左右の壁面が存在しないため、レーザレンジセンサ１２が一時的に壁面検出処理ＣＰＵ２４に距離データを入力しない。この間は、壁面検出処理ＣＰＵ２４が、走行制御ＣＰＵ２２に対して、一時的に左右の壁面のデータを送信しなくなる。このように、近い側の壁面の直線データが中断した場合、走行制御ＣＰＵ２２は、進行方向を変更せずに直線走行を続け、壁面検出処理ＣＰＵ２４の入力を待つ。
【００５３】
緊急停止部は、走行中にバンパスイッチ２０から障害物と接触した情報が入力されると、緊急停止命令を出して警告を発して、掃除を一時停止する。この場合、操作者が障害物の回避等を行って、掃除機１の一時停止を解除することで掃除機１は掃除を続けることができる。
【００５４】
壁面検出ＣＰＵ２４は、レーザレンジセンサ１２が、前方に存在する障害物を検出した場合、即ちステップＳ１６がイエスとなった場合には、その障害物の距離データから壁面の直線データの算出を試みる（ステップＳ１８）。
【００５５】
レーザレンジセンサ１２が検出した前方の障害物が壁面でなかった場合、ステップＳ１８がノーとなり、掃除機１はそのまま前進走行を続けていく。更に、超音波センサ１４によってレーザレンジセンサ１２が検出したものと同じ前方の障害物が検出されると、走行制御ＣＰＵ２２は、緊急停止命令を出して一旦停止し、障害物が移動するかどうかを所定時間観察する（ステップＳ２２）。所定時間内に障害物が検出から移動して超音波センサ１４によって検出されなくなった場合には、処理はステップＳ１４に戻り、掃除機１は再び前進走行を開始する。所定時間内に障害物が移動しない場合には、ステップＳ２２がノーとなり、掃除機１は障害物を回避するように走行する（ステップＳ２４）。その後、掃除機１の走行制御ＣＰＵ２２は、再びより近い壁面までの距離の計測を要求し、処理はステップＳ１０に戻って、壁面と平行な走行による掃除が続けられる。
【００５６】
レーザレンジセンサ１２が検出した前方の障害物が壁面であった場合、ステップＳ１８がイエスとなり、掃除機１の走行制御ＣＰＵ２２は、前進走行を継続しつつ、一時記憶している折り返し必要回数と現在の掃除で既に折り返した回数とを比較する（ステップＳ２０）。もし、既に折り返した回数が、必要回数に到達していた場合にはステップＳ２０がイエスとなって、方の壁面の前で停止して掃除を終了する。これまでに折り返した回数が必要回数に到達していない場合には、ステップＳ２０がノーとなって、処理はステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、前方の壁面までの距離が６０ｃｍの位置に到着した掃除機１が、折り返し走行を行う。
【００５７】
ステップＳ２６の折り返し走行で、走行制御ＣＰＵ２２は、一対の駆動モータ６を操作して、より遠い側であると認識された壁面の方向を向くように、掃除機１をその場で９０度回転させる。更に走行制御ＣＰＵ２２は、ステップＳ８で折り返し回数を算出した際に同時に計算した幅方向の平行移動の計画量に従って、前進走行を行う。そして更に、走行制御ＣＰＵ２２は、掃除機１を、同一方向に９０度回転させる。このような折り返し走行の結果、掃除機１は、掃除が未だ行われていない方向に、不織布８の幅よりも短い距離だけ平行移動している。本実施例における掃除機１は、不織布８の幅が４５０ｍｍであるのに対して３５０ｍｍ幅方向に平行移動しており、折り返し前と折り返し後の清掃領域の端部同士が１００ｍｍ重なり合うことになり、折り返しによる拭き残しを全く発生させることなく掃除を行う。
【００５８】
折り返し走行が完了すると、走行制御ＣＰＵ２２は、一時記憶している折り返し回数に１を加算する（ステップＳ２８）。そして処理はステップＳ１０に戻り、走行制御ＣＰＵ２２は、折り返し回数に対応して一時記憶しているところの、掃除すべき位置からより近い側の壁面までの距離を指定して、壁面検出ＣＰＵ２４に対して、より近い側の壁面までの距離の計測を継続的に行うことを要求する。ステップＳ１２の処理によって、掃除機１は次に掃除すべき位置に移動して壁面から平行に走行する。
【００５９】
より掃除を正確に行うために、掃除機１は折り返し走行を行った後の処理をステップＳ２に戻すことができる。このような制御を行うときの走行制御ＣＰＵ２２は、壁面検出処理ＣＰＵ２４に対して、左右の壁までの距離を算出する命令を出す。ステップＳ４でレーザレンジセンサ１２が左右の壁面を検出し、ステップＳ６で壁面検出ＣＰＵが左右の壁面までの距離を算出して走行制御ＣＰＵ２２にその結果を入力する。走行制御ＣＰＵ２２は、ステップＳ８において、通路幅と一時記憶している折り返し回数とから、次に掃除すべき場所の両側の壁面からの距離を確認する。そして、次に掃除すべき場所に対してより近い側の壁面を再度判定する。このように、折り返し走行が行われた後、再び左右の壁面までの距離を確認して壁面に平行な走行を行う場合には、仮に折り返し走行によって移動距離に誤差が生じた場合であっても、その誤差はステップＳ１２の走行時に修正されるため、拭き残しが発生しない。
【００６０】
このようにして、本実施例の掃除機１は、店舗５０の通路の拭き取り掃除を続ける。掃除開始点５３から掃除を開始し、経路５４を走行しながら拭き取り掃除を行い、最終的に掃除終了点５５に到達して掃除を終了する。
【００６１】
掃除機１が、図９に示すように、店舗５０の内壁と広い通路の間の掃除開始点５８に、通路の向かって右側から左側に向かう方向をを進行方向として掃除を開始する場合、位置検出部は、両側の壁面を検出しようと試みるにも拘わらず、右側即ち店舗５０の内壁のみを検出して、その直線データを送信することになる。このような場合、走行制御ＣＰＵ２２は、位置検出部が検出した右側の壁面に対して１５０ｍｍまで接近し、次に壁面までの所定の距離を保ちつつ平行に走行する制御を行う。この間、位置検出部は、継続的に、左右両側に存在する連続した壁面の情報を検出しようと試みる。そして、左右両側に存在する壁面の情報が得られた場合には、掃除機１の走行制御ＣＰＵ２２と壁面検出ＣＰＵ２４は、図６に示した自立走行の為の制御のフローチャートに沿った処理を実施して、経路５９のように走行して掃除を行う。
【００６２】
掃除機１が、広い通路の中央など、位置検出部が、左右いずれの壁面も検出できない状態で掃除を開始した場合、走行制御ＣＰＵ２２は、まず駆動モータ６に対して、前進走行する制御を行う。この間、位置検出部は、継続的に、左右両側に存在する連続した壁面の情報を検出しようと試みる。そして、左右両側に存在する壁面の情報が得られた場合には、掃除機１の走行制御ＣＰＵ２２と壁面検出ＣＰＵ２４は、図６に示した自立走行の為の制御のフローチャートに沿った処理を実施して、掃除を行う。
【００６３】
本実施例の掃除機１は、走行制御ＣＰＵのステップ８の折り返し回数を計算する際の処理方法を制御することで、掃除開始時に後方にあたる側の壁面に必ず戻ってきて掃除を終了するように、その走行方法を制御することが可能である。即ち、ステップＳ８で計算された折り返し必要回数Ｘが偶数となった場合は、この値に１を加えて折り返し回数を奇数とすることにより、掃除機１を掃除開始時の側に戻ってくるように制御することが可能である。尚、折り返し回数を増やした場合には、折り返し走行時の平行移動量が少なくなり、掃除領域の重なり幅が実際には広くなるように制御される。同様に、折り返し回数を偶数になるように制御することによって、掃除が前方の壁面沿いで必ず終了するように制御することが可能である。
【００６４】
本実施例の掃除機１は、走行時には、左右いずれかのより近い壁面のみを検出して走行している。又、毎時２．０Ｋｍの低速走行での清掃に限定して、壁面の検出と自立走行の方法を最適化している。更に、走行制御ＣＰＵ２２と壁面検出ＣＰＵ２４の２つのＣＰＵを備えることによって、自立走行に必要な制御を分散処理している。以上のような構成によって、各々のＣＰＵには低速の処理が許容されている。この結果、制御ボード１８に比較的安価なＣＰＵが適用可能となっており、掃除機全体としてのコストが低減されている。
【００６５】
本実施例の掃除機１は、レーザレンジセンサ１２がレーザを走査する距離範囲を４．０ｍ以下とし、且つ走査する高さを、高さ８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲に限定して検出を行っている。これにより、走査距離の短い安価なレーザレンジセンサを適用し、尚かつ店舗に設置されているあらゆる種類の棚の最下部の棚木を確実に検出して、棚に平行な安定した走行を行うことができる。
【００６６】
本実施例の掃除機１は、不織布８を０．９ｇｆ／ｃｍ２以上１．２ｇｆ／ｃｍ２以下の最適な圧力で、床面に押し付けて床面の拭き取り掃除を行っている。しかも、ローラ制御部によって、走行時間が６０分経過する毎に新たな不織布が加圧部３４に供給されている。拭き取り掃除の圧力と不織布の交換時期の最適化が図られていることにより、塵埃の拭き残しを生じることなく、常に確実な拭き取り掃除が実施される。
【００６７】
以上、実施例において本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、実施例において掃除機が掃除する領域は、棚が設置された店舗であったが、例えば病院や学校の廊下など、両側に壁面がある場所は、たとえ一部で壁面が途切れるような箇所がある場合でも、実施例と同様に確実に清掃することが可能である。又、壁面の検出について、実施例ではハフ変換を行う技術を説明したが、最小二乗法などの他の数値演算処理を適用することは可能である。更に、実施例では、緊急停止の警告を発する手段として、超音波センサと、段差センサと、バンパスイッチを設けた構成について説明したが、これらの警告装置の配置と構成については、適宜変更が可能である。その他、レーザレンジセンサの走査を行う角度範囲や、拭き取り掃除の不織布の素材についても、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施例の上カバーを外した掃除機１の斜視図である。
【図２】実施例の上カバーを外した掃除機１の側面図である。
【図３】実施例のローラ部２６を外した掃除機１の斜視図である。
【図４】実施例のローラ部２６を外した掃除機１の側面図である。
【図５】実施例の掃除機１が掃除する店舗５０の上面図である。
【図６】実施例の掃除機１の制御ボード１８が実施する制御のフローチャートを示す図である。
【図７】掃除開始点５３に置かれた掃除機１が、左右の壁面にレーザを走査して距離データを得ている状態を模式的に示す図である。
【図８】平行走行時の掃除機１が、より近い壁面にレーザを走査して距離データを得ている状態を模式的に示す図である。
【図９】店舗５０の中の左側に広い空間のある掃除開始点５８に置かれた掃除機１の掃除の経路を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 掃除機
２ 台車部
４ 駆動輪
６ 駆動モータ
８ 不織布
１０ 掃除部
１２ レーザレンジセンサ
１４ 超音波センサ
１６ 段差センサ
１８ 制御ボード
２０ バンパスイッチ
２２ 走行制御ＣＰＵ
２４ 壁面検出ＣＰＵ
２６ ローラ部
２７ 送り出しローラ
２８ 引き込みローラ
２９ 光電センサ
３０ 加圧拭き取り部
３２ シャフト
３４ 加圧部
３５，３６，３７，３８ ローラ
３９ コイルスプリング
５０ 店舗
５１ 通路
５２，５６，５７ 棚
５３，５８ 掃除開始点
５４，５９ 掃除経路
５５，６０ 掃除終了点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拭き取り清掃を行う自走式掃除機に関する。特に、スーパーマーケット等の店舗の通路や、病院の廊下など、左右両側と前方と後方に壁が設けられているほぼ長方形の滑らかな床を、効率よく拭き取り清掃することのできる自走式掃除機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自立走行の機能を備えた自走式掃除機が知られている。特許文献１には、制御部と、超音波送受信器から成る位置検出部と、モータと車輪から成る駆動装置部と、清掃部を備えた掃除機が開示されている。特許文献１の掃除機は、ゴミを吸引して貯める吸引式の掃除機である。又、特許文献１の掃除機は、障害物を検出した時に、進行方向を自動的に変えて走行する。
【０００３】
特許文献２には、本体の左右に速度センサを備え、更にジャイロセンサを備えることで、移動距離、移動速度、及び移動方向を正確に検出する自走式掃除機が開示されている。更にこの掃除機は、記憶回路に走行した距離と方向を記憶して、清掃領域の形状と大きさを認識して、この認識された領域を清掃することにより、確実に清掃領域を全て清掃する。
【０００４】
特許文献３には、走行速度を制御する中央制御演算部と、走行速度と比例する回転速度を維持する清掃用回転パッドを備えた清掃装置が開示されている。特許文献１及び特許文献２の清掃装置が塵埃の吸い込みを行って清掃するのに対し、この清掃装置は、床面の拭き取り掃除を行っている。
【０００５】
一般の住宅で自走式掃除機を使用した場合には、清掃領域の形状が複雑であるために、前進と回転の動作が多くなり、この結果、走行方向が当初計画された方向とずれてくる可能性がある。このようなずれを補正しながら走行するために、より多くのセンサと走行制御手段からなる補正手段を更に設けた自走式掃除機が特許文献４に開示されている。
【０００６】
このように、従来開示されている自走式掃除機は、主に一般家庭での使用を前提としており、家庭で安全に使用するために、障害物の回避手段や、速度制御の手段や、走行方向の補正手段を備えている。これらの手段によって、様々な形状の清掃領域に多くの障害物が存在する場合であっても、障害物を回避して全ての領域を確実に清掃することが可能となっている。しかしながら、具体的にこれらの手段を構成するには、複数のセンサと、センサが検出したデータの複雑な解析を行う演算装置と、走行のための高速で複雑な処理を行う走行制御装置が必要となっており、清掃装置全体が高価なものとなっている。
【０００７】
一方、病院の廊下やスーパーやコンビニエンスストアなどの店舗の通路は、前後左右の壁面によってほぼ規定された略長方形の単純な形状を有している。更に、閉店後や夜間は、これらの通路上に歩行者や障害物が存在する可能性が低く、このような場所を掃除する場合には、多様な障害物の回避や種々の複雑な走行制御がさほど要求されない。このような背景から、病院の廊下や店舗の通路の掃除に適用が可能な自走式掃除機であって、簡易で安価に構成されており、且つ確実に効率よく掃除をおこなうことのできる掃除機が求められている。
【０００８】
又、病院で吸引式の掃除機を使用すると、掃除機の排気が微小な埃を空中に舞い上げて、衛生上の問題を発生することがある。店舗に於いても、舞い上がった微小な埃が商品に付着することは好ましくない場合がある。このため、病院の廊下や店舗の通路を拭き取り掃除することのできる自走式掃除機が強く求められていた。
【特許文献１】特開昭５５−９７６０８号公報
【特許文献２】特開昭６２−１０９５２８号公報
【特許文献３】特開昭６３−３６３１２号公報
【特許文献４】特開平１−２０７８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、前後左右に壁面が存在するほぼ長方形に規定された清掃領域に対して特に好適に適用される、効率的で確実な清掃を行うことのできる、より安価な自走式掃除機を提供することを解決すべき課題としている。
【００１０】
又本発明は、前後左右に壁面が存在する病院の廊下や店舗の通路を拭き取り掃除するために最適な、自走式掃除機を提供することを解決すべき課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、拭き取り掃除を行うために特に最適化された自走式掃除機に関する。本発明の自走式掃除機は、レーザを走査することで走査面上の距離データを測定するレーザレンジセンサを１個以上備えており、このセンサによって、進行方向に対して前方と左右両側に存在する、側壁や陳列棚等で構成される清掃区画の境界を規定する連続した壁面までの距離を検出する位置検出部を備えている。又、位置検出部の情報に基づいて時速２．０ｋｍ以下の速度で、左右の壁面のうち、より近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行う走行部と、床面の拭き取り掃除を行う清掃部を備えている。本発明の自走式掃除機は、清掃部が、未使用の不織布をロール状に保持している一端側の送り出しローラと、使用済みの不織布を巻き取って保持している引き込みローラと、送り出しローラと引き込みローラの間に配置されて、不織布を０．９ｇｆ／ｃｍ２以上１．２ｇｆ／ｃｍ２以下の圧力で床面に押し付けて床面の拭き取り掃除を行う加圧拭き取り部とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
種々の検討の結果、発明者らは、最適な走行速度と、拭き取り清掃に用いられる不織布を床面に押圧する圧力との最適な関係を見出すに至った。即ち、時速２．０ｋｍ以下で走行する際には、不織布を０．９ｇｆ／ｃｍ２以上１．２ｇｆ／ｃｍ２以下の圧力で床面に押し付けて床面の拭き取り掃除を行うことにより、床面を拭き残すことなく掃除することができ、又不織布が切断したり走行部が過負荷となったりする恐れがないことを確認した。
【００１３】
請求項２の発明は、自走式掃除機の拭き取りを行う清掃部に関する。本発明の清掃部は、送り出しローラと引き込みローラを所定時間毎に回転させて、加圧拭き取り部に新しい不織布を供給するローラ制御部と、送り出しローラに保持されている不織布がなくなった時に警告を発すると同時に走行部に停止命令を入力する送り出しローラ監視部とからなる清掃制御部を更に備えていることを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、拭き取り掃除を行う安価に構成された自走式掃除機に関する。本発明の自走式掃除機は、レーザを走査することで走査面上の距離データを測定するレーザレンジセンサを備えており、このセンサから半径４．０ｍ以下の範囲で、進行方向に対して前方と左右両側に存在する、側壁や陳列棚等で構成される清掃区画の境界を規定する連続した壁面までの距離を検出する位置検出部を備えている。又、位置検出部の情報に基づいて時速２．０ｋｍ以下の速度で、左右の壁面のうちより近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行う走行部を備えている。更に、超音波センサを備えており、当該超音波センサと前記レーザレンジセンサによって進行方向に障害物が検出された場合には、前記走行部に停止命令を入力し、障害物が検出されなくなると走行を指示する緊急停止処理部と、床面の拭き取り掃除を行う清掃部とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
発明者らは、鋭意検討した結果、前後左右に壁面が存在する清掃領域に適用される安価な自走式掃除機の構成を最適化することに成功した。即ち、本発明の自走式掃除機は、走行速度を２．０ｋｍ以下という低速に規制し、且つ走行中により近い壁面側からの距離だけを算出し、その壁面に対して平行に走行するという単純な制御を行うことにより、検出距離が４．０ｍ以下の安価なレーザレンジセンサと、処理速度の比較的遅い同様に安価な位置検出部を適用することを可能とし、その結果、全体として安価に構成されているにもかかわらず、特に左右両側に壁面のある掃除の必要な領域を確実に拭き取り掃除することのできる自走式掃除機を提供するに至った。
【００１６】
又、本発明の自走式掃除機は、障害物が検出されると停止し、障害物が検出されなくなると再度走行を開始することができる。このような自走式掃除機は、歩行者や障害物が存在する可能性が低く、多様な障害物の回避や種々の複雑な走行制御がほとんど要求されない、夜間の病院や閉店後の店舗の掃除に特に適しており、複雑な緊急停止処理を行いために、安価に構成されており、しかも停止前後の走行にずれが少なく安定しているものである。
【００１７】
請求項４の発明は、自走式掃除機の位置検出部が、レーザレンジセンサによって、床面から高さ８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲に存在する連続した壁面までの距離を検出することを特徴とする。
【００１８】
本発明の位置検出部が検出する高さは、特に店舗の陳列棚の下部を検出する際に最適の高さである。発明者らは、一般的な店舗に配置されている異なる種類の多数の陳列棚によって検証を行った結果、本発明の高さで壁面を検出することにより、陳列棚に種々の商品が並べられている場合であっても、これら商品を壁面と誤認することなく、陳列棚で規定された境界を高精度に検出できることを確認した。
【００１９】
請求項５の発明は、自走式掃除機の走行部と位置検出部の構成に関する。本発明の走行部は、走行する位置と方向とを制御する走行制御ＣＰＵを備えている。位置検出部は、レーザレンジセンサによって計測された距離の計測結果を入力して計測結果を数値演算処理することにより直線的に連続する壁面の情報を検出する壁面検出処理ＣＰＵを備えている。走行制御ＣＰＵは、走行開始時に、位置検出部に対して左右の壁を検出するように指令し、位置検出部が検出した左右の壁のデータを入力し、左右の壁の間の距離と左右の壁のいずれがより近い位置にあるかとを判断して、壁面と平行に走行する時に、位置検出部に対してより近い側の壁面のみを検出するように指令する。
【００２０】
本発明により、壁面を検出するセンサ及びセンサによって得られたデータを演算して壁面までの距離を演算するＣＰＵと、この演算結果を得て走行制御を行うＣＰＵとが掃除機の制御を分散して実施することで、ＣＰＵ単体にかかる負荷を低減することを可能としている。これにより、処理時間に余裕のある状態で掃除機の制御が可能となると同時に、単体としての処理速度の遅い安価なＣＰＵを適用することが可能となり、掃除機全体を安価に構成することが可能となる。
【００２１】
請求項６の発明は、走行部の走行制御ＣＰＵに関する。本発明の走行制御ＣＰＵは、走行時に清掃部によって清掃可能な幅を予め記憶しており、位置検出部が最初に検出した左右の壁面との間の距離を前記清掃可能な幅で除した値を、折り返し走行の必要回数として一時記憶しており、走行開始時には、左右の壁面のより近くに認識された壁面に近接するように移動する制御を行った後に、当該壁面に対して平行な走行を開始させる。そして、前方の認識された壁面の手前で折り返しのための反転走行を行う際には、清掃可能な幅以下の距離を幅方向に平行移動するように走行量を制御しており、折り返し走行の回数が一時記憶している前記必要回数に到達すると、認識された前方の壁面の手前で停止することを特徴とする。
【００２２】
請求項７の発明の走行部の走行制御ＣＰＵは、壁面検出処理ＣＰＵが送信する左右の壁面の情報が中断した場合に、進行方向を変更せずに直線走行を続ける制御を行うことを特徴とする。本発明の走行制御によって、例えば、通路が交叉していて一時左右の壁面の情報が得られない場合であっても、安定して直線走行することのできる自走式掃除機を得ることができる。
【００２３】
請求項８の緊急停止処理部は、タイマーを備えており、検出された障害物が所定時間動かないことが確認された場合には、走行部に対して障害物を回避して走行する指示を送信することを特徴とする。本発明の緊急停止処理によって、通路に落ちている物品等、壁とは認識されず、又移動しない障害物を回避することが可能となる。
【００２４】
請求項９の発明は、自走式掃除機が走行を開始する時に、位置検出部がいずれか一方の壁面のみを検出した場合の走行方法に関する。この場合、自走式掃除機は、検出した側の壁面に対して所定の距離まで接近し、次に壁面までの所定の距離を保ちつつ走行する制御を行う。そして、走行中に位置検出部が左右両側に存在する連続した壁面の情報を検出した場合には、より近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、且つ前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行うことを特徴とする。
【００２５】
請求項１０の発明は、自走式掃除機が走行を開始する時に、位置検出部が前方及び左右に壁面を検出しなかった場合の走行方法に関する。この場合、走行部は、最初に前進走行する制御を行い、走行中に位置検出部が前方又は左右両側に存在する連続した壁面の情報を検出した場合には、走行部は、より近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、且つ前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によって、前後左右に壁面が存在する清掃領域に対して特に好適に適用される、効率的で拭き残しのない確実な清掃を行うことのできる自走式掃除機が提供される。
【００２７】
本発明によって、前後左右に壁面が存在する病院の廊下や店舗の通路等を拭き取り掃除することのできる、安価な自走式掃除機が提供される。
【実施例】
【００２８】
以下、本発明の拭き取り掃除を行う自走式掃除機の実施例について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１に、上カバーを外した掃除機１の斜視図を示し、側面図を図２に示す。掃除機１の上部には、拭き取りに使用される不織布８の供給と回収を行うローラ部２６が設けられている。ローラ部２６は、未使用の不織布をロール状に保持している一端側の送り出しローラ２７と、使用済みの不織布を巻き取って保持している引き込みローラ２８とを備えている。送り出しローラ２７に近接して、不織布８の残量を検出するローラ監視部として光電センサ２９が取り付けられており、不織布８がなくなった場合には警告を発信することができる。
【００２９】
本実施例における不織布８は、ポリアミド樹脂やポリエステルの超極細繊維が絡み合って形成されている。不織布８の中には、極めて小さな無数の空間が内部に形成されており、塵埃や水分を吸着することができる。
【００３０】
ローラ部２６を外した掃除機１の、斜視図を図３に示し、側面図を図４に示す。掃除機１は、台車部２の左右に、走行部を構成する駆動輪４が設けられている。各々の駆動輪４の内側には１つずつ駆動モータ６が設けられており、バッテリー７から供給される電力によって各々の駆動輪４を駆動して、独立した動作を行わせることができる。駆動輪４を独立して動作させることにより、掃除機１は、壁面と平行な走行が可能である他、横移動を伴わない回転を行うことができる。折り返し走行の際には、９０度回転と、不織布８の幅よりもわずかに少ない距離の横移動と、再度の９０度回転を行うことにより方向転換をすることができる。この折り返し走行を行った場合、掃除機１は、折り返し前と折り返し後の清掃領域の端部同士がわずかに重なり合うことになり、折り返しによる拭き残しを全く発生させることなく掃除を行うことができる。
【００３１】
台車部２の上に、１個のレーザレンジセンサ１２と、複数の超音波センサ１４と、段差センサ１６が搭載されている。これらのセンサ群は、制御ボード１８と通信ケーブルによって接続されており、制御ボード１８からの命令に従って計測を行い、計測データを制御ボード１８に入力する。又、台車部２の前面には、バンパスイッチ２０が設けられている。バンパスイッチ２０は、障害物等との接触によって所定の量を超える衝撃が加わったときにスイッチが入り、その信号を制御ボード１８に伝える。
【００３２】
レーザレンジセンサ１２は台車部２の前面中央に固定されている。レーザレンジセンサ１２は、進行方向を基準として、左右共に０度から１３５度、合計２７０度の角度範囲をレーザ光でスキャンして、その範囲内にある物体までの距離を測定し、その結果を出力することができる。又、制御ボード１８から指示することによって、より狭い角度範囲でスキャン結果を出力することが可能である。本実施例におけるレーザレンジセンサ１２には、計測距離が４００ｃｍ（４．０ｍ）の小型で安価なものが適用されている。
【００３３】
本実施例のレーザレンジセンサ１２は、その計測距離が、特に店舗内の通路を正確に認識して清掃するために最適化されている。発明者らが広く検討したところによると、コンビニエンスストア等の小規模店舗における通常のメイン通路幅は、２人がすれ違える幅として基本的に１８００ｍｍに設定されており、サブ通路幅は人が通過できる９００ｍｍに設定されている。中規模店舗の通常のメイン通路幅は、３人がすれ違える幅として基本的に２７００ｍｍに設定されており、サブ通路幅は人とカートが通れる１５００ｍｍに設定されている。大型スーパーマーケット等の大規模店舗におけるメイン通路幅は、４人がすれ違える３６００ｍｍを基本として設定されており、サブ通路幅は両側に商品を見ている人がいた場合でも通過可能な２４００ｍｍに設定されている。従って、本実施例のレーザレンジセンサ１２の４００ｃｍの計測距離は、これらの種々の店舗内通路の棚や壁までの距離を全て正確に計測可能であり、尚かつ、万一扉が開いていた時等に、遠くの障害物等を壁面と誤認して計測し誤動作を引き起こさないための、最適で必要十分な計測距離なのである。
【００３４】
超音波センサ１４は、台車部２の、前面両側と、右側面前方と、左側側面前方の計４カ所に固定されている。超音波センサ１４は、レーザレンジセンサ１２では検出が困難な、高さ１５０ｍｍ以上の高い位置にある障害物を検出する。例えば、左右の棚等から飛び出している荷物など、掃除機１が接触する恐れのある障害物は、超音波センサ１４によって検出される。
【００３５】
段差センサ１６は、台車部２に対して、前方下向きに取り付けられている。段差センサ１６は、走行面との距離を赤外線によって測定しており、走行面に穴が合ったときに、これを検出して警告することができる。
【００３６】
制御ボード１８には、走行制御ＣＰＵ２２と、壁面検出処理ＣＰＵ２４が、それぞれ１つずつ搭載されている。走行制御ＣＰＵ２２は、走行部の構成要素であり、走行する位置と方向とを制御する。走行部には、走行制御ＣＰＵ２２の他に、駆動輪４と、駆動モータ６とが含まれる。壁面検出処理ＣＰＵ２４は、位置検出部の構成要素であり、レーザレンジセンサ１２から入力されたデータに基づいて、左右又は前方の直線的に連続する壁面の情報を検出する。制御ボード１８には、緊急停止部が設けられており、レーザレンジセンサ１２と超音波センサ１４と段差センサ１６とバンパスイッチ２０が緊急時に発する信号を受けて、走行制御ＣＰＵ２２に緊急停止の指令を送ると同時に、駆動モータを停止させる割り込み処理を行う。
【００３７】
図４の掃除機１の側面図に示すように、台車部２の後ろに、不織布８を床面に押し付けて拭き取り掃除を行う加圧拭き取り部３０が取り付けられている。掃除部１０は、加圧拭き取り部３０とローラ部２６によって構成されている。加圧拭き取り部３０は、シャフト３２の下に不織布８を床面に押し付ける加圧部３４を備えている。不織布８は、送り出しローラ２７から供給されて、図２の側面図に示されるローラ３５とローラ３６を通過して、加圧部３４の下を通り、次にローラ３７とローラ３８を経由して、引き込みローラ２８に巻き取られる。コイルスプリング３９は、加圧部３４の加圧力を、床面に対して０．９ｇｆ／ｃｍ２以上１．２ｇｆ／ｃｍ２以下となるように調整することができる。
【００３８】
図５に、本実施例の掃除機１が掃除する店舗５０の上面図を示す。そしてその中に、掃除機１が掃除開始点５３から掃除を開始した場合に、掃除機１が自走する経路の一例を実線５４で示す。店舗５０には、向かって右側の壁面に沿って棚５６が配置されており、向かって左側の壁面に沿って棚５７が配置されている。店舗５０内は、縦３列横２列で同一形状の棚５２が配置されている。
【００３９】
図６に、店舗５０の掃除開始点５３から掃除機１が掃除を行う場合に、制御ボード１８に搭載されている走行制御ＣＰＵ２２と、壁面検出処理ＣＰＵ２４が実施する自立走行の為の制御のフローチャートを示す。以下、本フローチャートに沿って、掃除機１の自立走行の内容を詳細に説明する。
【００４０】
掃除機１が、棚５２と棚５２の間の掃除開始点５３に、通路の長手方向を進行方向とするように置かれて電源が入れられると、走行制御ＣＰＵ２２は、壁面検出処理ＣＰＵ２４に対して、左右の壁までの距離を算出する命令を出す（ステップＳ２）。壁面検出処理ＣＰＵ２４は、レーザレンジセンサ１２に、検出可能な距離範囲にある全ての物体の検出を命じる。
【００４１】
レーザレンジセンサ１２は、高さ８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲で検出可能な全ての角度範囲にレーザを走査して、その範囲に存在する全ての物体の距離データを計測する。レーザレンジセンサ１２は、上下の昇降運動を行うことで、必要な高さ範囲の計測を行うことができる。ここで、高さ８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲に限定して検出を行うことは、特に店舗の全ての種類の棚について、その最も下部の棚木（脚部と脚部の間の幅方向に水平に架け渡されて固定されているビーム材）を検出する際に最適である。高さ８０ｍｍ以下の範囲で検出を行った場合には、店舗の棚の最下部の、脚部と脚部の間の空間を走査してしまい、棚の更に向こう側に置かれている物品を検出してしまう恐れがある。又、１５０ｍｍ以上の高さの検出を行った場合には、棚に載せられている物品を検出してしまう恐れがある。これらいずれの場合も、壁面を正確に検出することが困難となる。更に、高い精度で店舗の棚木を検出したい場合には、高さ１００ｍｍ以上１２０ｍｍ以下の範囲で物体の距離データを計測するようにレーザレンジセンサ１２の設定を行うことが特に好ましい。
【００４２】
掃除開始点５３に置かれた掃除機１のレーザレンジセンサ１２が、高さ８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲で検出可能な全ての角度範囲にレーザを走査して左右の棚５２の棚木に反射させ、左右の壁面までの多数の測定点Ｐｉ（Ｘｉ，Ｚｉ）までの距離データを得ている状態を、図７に模式的に示す（ステップＳ４）。レーザレンジセンサ１２は、検出した全ての壁面の測定点Ｐｉまでの距離データを壁面検出処理ＣＰＵ２４に入力する。壁面検出処理ＣＰＵ２４は、その中から左右の予め定められた角度範囲（右４５度〜左４５度）の距離データをハフ変換し、最も投票の多い直線を検出する。そして、この直線式を検出された左右の壁面のデータとして、走行制御ＣＰＵに入力する（ステップＳ６）。
【００４３】
左右の壁面の情報を入力された走行制御ＣＰＵ２２は、両方の壁面までの距離を合算して、通路の幅を算出する。又、左右の棚５２の壁面のうち、どちらがより近くにあるかを判定する。更に走行制御ＣＰＵ２２は、通路幅を、一度に拭き取ることのできる掃除可能幅から折り返して掃除する際の掃除領域の最低重なり幅を引いた幅で除すことによって、折り返し走行の必要回数を算出し、一時記憶する（ステップＳ８）。その際の計算処理式（１）を、以下に示す。
Ｗ ÷（Ａ−α）＝ Ｘ ・・・（１）
ここで、Ｗは算出された通路の幅であり、Ａは掃除機１の掃除可能幅であり、αは折り返して掃除する際の掃除領域の最低重なり幅である。又、Ｘは、折り返し必要回数であり、式（１）の左辺を少数１位で切り上げた値となる。更に、走行制御ＣＰＵ２２は、折り返し必要回数Ｘの値で通路幅を除すことによって、折り返しを行う際の幅方向の平行移動の計画量を算出する。そして、この平行移動の計画量に基づいて折り返しの回数に応じた掃除機１の幅方向の予想位置を計算して、それぞれの位置における左右の壁までの距離とともに、一時記憶している。本実施例における掃除可能幅Ａは４５０ｍｍであって、この幅は不織布８の幅及びこの不織布８を床面に押し付ける加圧部３４の幅によって決定されている。又、折り返して掃除する際の掃除領域の最低重なり幅αは、最低１００ｍｍに予め設定されて折り返し回数を算出する際に用いられている。通路幅と折り返し走行の必要回数の算出結果によって、実際の掃除実施時の掃除領域の重なり幅は、１００ｍｍ以上４５０ｍｍ以下の任意の値となる。
【００４４】
尚、走行制御ＣＰＵ２２は、壁際の所定の幅の領域を、「清掃を行わない領域」として予め設定しておき、両方の壁面までの距離を合算した距離から「清掃を行わない領域」の幅を予め減じて、通路幅を算出することができる。その場合、走行制御ＣＰＵ２２は、折り返しの回数に応じた掃除機１の幅方向の予想位置について、「清掃を行わない領域」の幅を考慮した算出を行う。このような「清掃を行わない領域」を設定した掃除機１で掃除を行った後には、この領域を別途作業者によって掃除するという作業が行われる。掃除機１と作業者との共同作業により、より確実な掃除が可能となる。
【００４５】
ステップＳ１０で走行制御ＣＰＵ２２は、壁面検出ＣＰＵ２４に対し、より近い側に存在すると判定した一方の壁面を指定して、その壁面までの距離の計測を継続的に行うように要求を行う。壁面検出ＣＰＵ２４は、レーザレンジセンサ１２に距離データの計測を開始するように命令し、得られた距離データのうち指定された一方の壁面に相当する角度範囲、即ち掃除開始位置点５３に於いては進行方向の左４５度までの範囲の距離データのみをハフ変換して直線を検出し、指定された壁面までの距離のデータとして走行制御ＣＰＵ２２に入力する（ステップＳ１０）。同時に、走行制御ＣＰＵ２２は、超音波センサ１４と段差センサ１６にも計測を開始するように指示する。
【００４６】
壁面検出ＣＰＵ２４には、比較的処理速度が遅い安価なＣＰＵが適用されている。レーザレンジセンサ１２からのデータの取得と、距離データのハフ変換による直線の検出には、１回当たり約０．３秒必要となる。即ち、壁面検出ＣＰＵ２４は、０．３秒間隔で、より近い側の壁面までの距離データを走行制御ＣＰＵ２２に入力する。走行制御ＣＰＵ２２は、この入力値を基に、駆動モータ６を制御して走行を制御する。本実施例における掃除機１の走行速度は、毎時２．０ｋｍに抑制されているため、壁面検出ＣＰＵ２４が次のデータを入力する迄に、約０．１７ｍしか進行しない。そこで、０．３秒間隔後に入力される次の直線のデータによって、壁面からの距離を調整して一定に保ち、誤差の少ない走行を続けることができる。
【００４７】
尚、本実施例における掃除機１は、走行速度が毎時２．０Ｋｍに設定されているが、これは走行制御ＣＰＵ２２の設定を変更して制御することにより、毎時１．５Ｋｍ以下に制限することが可能である。人通りがない夜間の通路では、走行速度を毎時２．０Ｋｍとすることにより、効率よく掃除を行うことが可能である。一方、人通りのある昼間の店舗等の通路の掃除では、人との衝突を回避するために、毎時１．５Ｋｍ以下の速度で走行することが一層好ましい。
【００４８】
ステップＳ１２で、掃除機１の走行制御ＣＰＵ２２は、左右の棚５２の中のより近い側の壁面まで近寄るように、駆動モータ６を制御して走行を開始する。走行開始と同時に、掃除部１０の加圧部３４は、不織布８を１．０ｇｆ／ｃｍ２の圧力で床面に垂直に押しつける。不織布８を床面に押し付ける圧力は、床面が滑らかで凹凸が少ないほど相対的に小さくすることが可能である。塩化ビニルや化粧板等の滑らかな床材の上を毎時２．０Ｋｍの速度で走行する場合には、その加圧力を０．９ｇｆ／ｃｍ２以上１．２ｇｆ／ｃｍ２以下の範囲で調整することが好ましいことが、種々の検討の結果明らかとなった。即ち、０．９ｇｆ／ｃｍ２未満の圧力で掃除を行った場合、塵埃などの拭き残しが増えることが明らかとなっている。又１．２ｇｆ／ｃｍ２を越えて加圧した場合、部分的に不織布８が破れる恐れがある。又、圧力が高い場合には、加圧部がブレーキとなって走行に必要なエネルギーが大きくなるために、バッテリーが早く消耗する。
【００４９】
ローラ部２にはタイマーとモータを備えた図示されないローラ駆動部が設けられている。本実施例におけるローラ駆動部は、走行時間が６０分経過する毎に加圧部３４の荷重を解除して送り出しローラ２７と引き込みローラ２８を回転させ、加圧部３４の下に新しい不織布８を供給する。即ち、同一の不織布８によって、距離にして最長２Ｋｍの区間の清掃が行われる。不織布８がこのような適切な区間毎に交換されることで、不織布８の汚れ過ぎに由来する拭き取り残しの発生を防止する。
【００５０】
走行制御ＣＰＵ２２は、壁面検出ＣＰＵ２４から入力される壁面までの距離が４０ｃｍになるように当該壁面に徐々に近づき、その後は壁面と平行に走行するように指示を出す。壁面検出ＣＰＵ２４から入力される壁面までの距離が４００ｍｍのとき、掃除機１の壁面に近い端部から壁面までの距離は、実質的に１５０ｍｍとなっており、掃除機１は棚５２と接触することなく平行に走行する（ステップＳ１４）。
【００５１】
掃除機１の壁面検出ＣＰＵ２４は、壁面と平行な走行が開始されてからも引き続き、レーザレンジセンサ１２が検出した距離データのうち、より近い壁面を検出するために必要な角度範囲の距離データのみをハフ変換して壁面の直線を算出し、走行制御ＣＰＵ２２に入力する。図８に、棚５２の最下部の棚木の直線データを算出するために壁面検出ＣＰＵ２４が用いた測定点Ｐｉ（Ｘｉ，Ｚｉ）の分布を、模式的に示す。
【００５２】
掃除機１が壁面と平行に走行を続けていく中で、棚５２と棚５２の間に通路５１が存在する位置にさしかかる場合がある。このような場所では、レーザレンジセンサ１２の検出可能な範囲内に左右の壁面が存在しないため、レーザレンジセンサ１２が一時的に壁面検出処理ＣＰＵ２４に距離データを入力しない。この間は、壁面検出処理ＣＰＵ２４が、走行制御ＣＰＵ２２に対して、一時的に左右の壁面のデータを送信しなくなる。このように、近い側の壁面の直線データが中断した場合、走行制御ＣＰＵ２２は、進行方向を変更せずに直線走行を続け、壁面検出処理ＣＰＵ２４の入力を待つ。
【００５３】
緊急停止部は、走行中にバンパスイッチ２０から障害物と接触した情報が入力されると、緊急停止命令を出して警告を発して、掃除を一時停止する。この場合、操作者が障害物の回避等を行って、掃除機１の一時停止を解除することで掃除機１は掃除を続けることができる。
【００５４】
壁面検出ＣＰＵ２４は、レーザレンジセンサ１２が、前方に存在する障害物を検出した場合、即ちステップＳ１６がイエスとなった場合には、その障害物の距離データから壁面の直線データの算出を試みる（ステップＳ１８）。
【００５５】
レーザレンジセンサ１２が検出した前方の障害物が壁面でなかった場合、ステップＳ１８がノーとなり、掃除機１はそのまま前進走行を続けていく。更に、超音波センサ１４によってレーザレンジセンサ１２が検出したものと同じ前方の障害物が検出されると、走行制御ＣＰＵ２２は、緊急停止命令を出して一旦停止し、障害物が移動するかどうかを所定時間観察する（ステップＳ２２）。所定時間内に障害物が検出から移動して超音波センサ１４によって検出されなくなった場合には、処理はステップＳ１４に戻り、掃除機１は再び前進走行を開始する。所定時間内に障害物が移動しない場合には、ステップＳ２２がノーとなり、掃除機１は障害物を回避するように走行する（ステップＳ２４）。その後、掃除機１の走行制御ＣＰＵ２２は、再びより近い壁面までの距離の計測を要求し、処理はステップＳ１０に戻って、壁面と平行な走行による掃除が続けられる。
【００５６】
レーザレンジセンサ１２が検出した前方の障害物が壁面であった場合、ステップＳ１８がイエスとなり、掃除機１の走行制御ＣＰＵ２２は、前進走行を継続しつつ、一時記憶している折り返し必要回数と現在の掃除で既に折り返した回数とを比較する（ステップＳ２０）。もし、既に折り返した回数が、必要回数に到達していた場合にはステップＳ２０がイエスとなって、方の壁面の前で停止して掃除を終了する。これまでに折り返した回数が必要回数に到達していない場合には、ステップＳ２０がノーとなって、処理はステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、前方の壁面までの距離が６０ｃｍの位置に到着した掃除機１が、折り返し走行を行う。
【００５７】
ステップＳ２６の折り返し走行で、走行制御ＣＰＵ２２は、一対の駆動モータ６を操作して、より遠い側であると認識された壁面の方向を向くように、掃除機１をその場で９０度回転させる。更に走行制御ＣＰＵ２２は、ステップＳ８で折り返し回数を算出した際に同時に計算した幅方向の平行移動の計画量に従って、前進走行を行う。そして更に、走行制御ＣＰＵ２２は、掃除機１を、同一方向に９０度回転させる。このような折り返し走行の結果、掃除機１は、掃除が未だ行われていない方向に、不織布８の幅よりも短い距離だけ平行移動している。本実施例における掃除機１は、不織布８の幅が４５０ｍｍであるのに対して３５０ｍｍ幅方向に平行移動しており、折り返し前と折り返し後の清掃領域の端部同士が１００ｍｍ重なり合うことになり、折り返しによる拭き残しを全く発生させることなく掃除を行う。
【００５８】
折り返し走行が完了すると、走行制御ＣＰＵ２２は、一時記憶している折り返し回数に１を加算する（ステップＳ２８）。そして処理はステップＳ１０に戻り、走行制御ＣＰＵ２２は、折り返し回数に対応して一時記憶しているところの、掃除すべき位置からより近い側の壁面までの距離を指定して、壁面検出ＣＰＵ２４に対して、より近い側の壁面までの距離の計測を継続的に行うことを要求する。ステップＳ１２の処理によって、掃除機１は次に掃除すべき位置に移動して壁面から平行に走行する。
【００５９】
より掃除を正確に行うために、掃除機１は折り返し走行を行った後の処理をステップＳ２に戻すことができる。このような制御を行うときの走行制御ＣＰＵ２２は、壁面検出処理ＣＰＵ２４に対して、左右の壁までの距離を算出する命令を出す。ステップＳ４でレーザレンジセンサ１２が左右の壁面を検出し、ステップＳ６で壁面検出ＣＰＵが左右の壁面までの距離を算出して走行制御ＣＰＵ２２にその結果を入力する。走行制御ＣＰＵ２２は、ステップＳ８において、通路幅と一時記憶している折り返し回数とから、次に掃除すべき場所の両側の壁面からの距離を確認する。そして、次に掃除すべき場所に対してより近い側の壁面を再度判定する。このように、折り返し走行が行われた後、再び左右の壁面までの距離を確認して壁面に平行な走行を行う場合には、仮に折り返し走行によって移動距離に誤差が生じた場合であっても、その誤差はステップＳ１２の走行時に修正されるため、拭き残しが発生しない。
【００６０】
このようにして、本実施例の掃除機１は、店舗５０の通路の拭き取り掃除を続ける。掃除開始点５３から掃除を開始し、経路５４を走行しながら拭き取り掃除を行い、最終的に掃除終了点５５に到達して掃除を終了する。
【００６１】
掃除機１が、図９に示すように、店舗５０の内壁と広い通路の間の掃除開始点５８に、通路の向かって右側から左側に向かう方向をを進行方向として掃除を開始する場合、位置検出部は、両側の壁面を検出しようと試みるにも拘わらず、右側即ち店舗５０の内壁のみを検出して、その直線データを送信することになる。このような場合、走行制御ＣＰＵ２２は、位置検出部が検出した右側の壁面に対して１５０ｍｍまで接近し、次に壁面までの所定の距離を保ちつつ平行に走行する制御を行う。この間、位置検出部は、継続的に、左右両側に存在する連続した壁面の情報を検出しようと試みる。そして、左右両側に存在する壁面の情報が得られた場合には、掃除機１の走行制御ＣＰＵ２２と壁面検出ＣＰＵ２４は、図６に示した自立走行の為の制御のフローチャートに沿った処理を実施して、経路５９のように走行して掃除を行う。
【００６２】
掃除機１が、広い通路の中央など、位置検出部が、左右いずれの壁面も検出できない状態で掃除を開始した場合、走行制御ＣＰＵ２２は、まず駆動モータ６に対して、前進走行する制御を行う。この間、位置検出部は、継続的に、左右両側に存在する連続した壁面の情報を検出しようと試みる。そして、左右両側に存在する壁面の情報が得られた場合には、掃除機１の走行制御ＣＰＵ２２と壁面検出ＣＰＵ２４は、図６に示した自立走行の為の制御のフローチャートに沿った処理を実施して、掃除を行う。
【００６３】
本実施例の掃除機１は、走行制御ＣＰＵのステップ８の折り返し回数を計算する際の処理方法を制御することで、掃除開始時に後方にあたる側の壁面に必ず戻ってきて掃除を終了するように、その走行方法を制御することが可能である。即ち、ステップＳ８で計算された折り返し必要回数Ｘが偶数となった場合は、この値に１を加えて折り返し回数を奇数とすることにより、掃除機１を掃除開始時の側に戻ってくるように制御することが可能である。尚、折り返し回数を増やした場合には、折り返し走行時の平行移動量が少なくなり、掃除領域の重なり幅が実際には広くなるように制御される。同様に、折り返し回数を偶数になるように制御することによって、掃除が前方の壁面沿いで必ず終了するように制御することが可能である。
【００６４】
本実施例の掃除機１は、走行時には、左右いずれかのより近い壁面のみを検出して走行している。又、毎時２．０Ｋｍの低速走行での清掃に限定して、壁面の検出と自立走行の方法を最適化している。更に、走行制御ＣＰＵ２２と壁面検出ＣＰＵ２４の２つのＣＰＵを備えることによって、自立走行に必要な制御を分散処理している。以上のような構成によって、各々のＣＰＵには低速の処理が許容されている。この結果、制御ボード１８に比較的安価なＣＰＵが適用可能となっており、掃除機全体としてのコストが低減されている。
【００６５】
本実施例の掃除機１は、レーザレンジセンサ１２がレーザを走査する距離範囲を４．０ｍ以下とし、且つ走査する高さを、高さ８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲に限定して検出を行っている。これにより、走査距離の短い安価なレーザレンジセンサを適用し、尚かつ店舗に設置されているあらゆる種類の棚の最下部の棚木を確実に検出して、棚に平行な安定した走行を行うことができる。
【００６６】
本実施例の掃除機１は、不織布８を０．９ｇｆ／ｃｍ２以上１．２ｇｆ／ｃｍ２以下の最適な圧力で、床面に押し付けて床面の拭き取り掃除を行っている。しかも、ローラ制御部によって、走行時間が６０分経過する毎に新たな不織布が加圧部３４に供給されている。拭き取り掃除の圧力と不織布の交換時期の最適化が図られていることにより、塵埃の拭き残しを生じることなく、常に確実な拭き取り掃除が実施される。
【００６７】
以上、実施例において本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、実施例において掃除機が掃除する領域は、棚が設置された店舗であったが、例えば病院や学校の廊下など、両側に壁面がある場所は、たとえ一部で壁面が途切れるような箇所がある場合でも、実施例と同様に確実に清掃することが可能である。又、壁面の検出について、実施例ではハフ変換を行う技術を説明したが、最小二乗法などの他の数値演算処理を適用することは可能である。更に、実施例では、緊急停止の警告を発する手段として、超音波センサと、段差センサと、バンパスイッチを設けた構成について説明したが、これらの警告装置の配置と構成については、適宜変更が可能である。その他、レーザレンジセンサの走査を行う角度範囲や、拭き取り掃除の不織布の素材についても、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】実施例の上カバーを外した掃除機１の斜視図である。
【図２】実施例の上カバーを外した掃除機１の側面図である。
【図３】実施例のローラ部２６を外した掃除機１の斜視図である。
【図４】実施例のローラ部２６を外した掃除機１の側面図である。
【図５】実施例の掃除機１が掃除する店舗５０の上面図である。
【図６】実施例の掃除機１の制御ボード１８が実施する制御のフローチャートを示す図である。
【図７】掃除開始点５３に置かれた掃除機１が、左右の壁面にレーザを走査して距離データを得ている状態を模式的に示す図である。
【図８】平行走行時の掃除機１が、より近い壁面にレーザを走査して距離データを得ている状態を模式的に示す図である。
【図９】店舗５０の中の左側に広い空間のある掃除開始点５８に置かれた掃除機１の掃除の経路を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ 掃除機
２ 台車部
４ 駆動輪
６ 駆動モータ
８ 不織布
１０ 掃除部
１２ レーザレンジセンサ
１４ 超音波センサ
１６ 段差センサ
１８ 制御ボード
２０ バンパスイッチ
２２ 走行制御ＣＰＵ
２４ 壁面検出ＣＰＵ
２６ ローラ部
２７ 送り出しローラ
２８ 引き込みローラ
２９ 光電センサ
３０ 加圧拭き取り部
３２ シャフト
３４ 加圧部
３５，３６，３７，３８ ローラ
３９ コイルスプリング
５０ 店舗
５１ 通路
５２，５６，５７ 棚
５３，５８ 掃除開始点
５４，５９ 掃除経路
５５，６０ 掃除終了点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザを走査することで走査面上の距離データを測定するレーザレンジセンサを１個以上備えており、当該センサによって進行方向に対して前方と左右両側に存在する、側壁や陳列棚等で構成される清掃区画の境界を規定する連続した壁面までの距離を検出する位置検出部と、
前記位置検出部の情報に基づいて時速２．０ｋｍ以下の速度で、左右の壁面のうち、より近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行う走行部と、
床面の拭き取り掃除を行う清掃部を備えており、
前記清掃部が、未使用の不織布をロール状に保持している一端側の送り出しローラと、使用済みの不織布を巻き取って保持している引き込みローラと、送り出しローラと引き込みローラの間に配置されて、不織布を０．９ｇｆ／ｃｍ２以上１．２ｇｆ／ｃｍ２以下の圧力で床面に押し付けて床面の拭き取り掃除を行う加圧拭き取り部とを備えていることを特徴とする自走式掃除機。
【請求項２】
清掃部の送り出しローラと引き込みローラを所定時間毎に回転させて、加圧拭き取り部に新しい不織布を供給するローラ制御部と、
送り出しローラに保持されている不織布がなくなった時に、警告を発すると同時に走行部に停止命令を入力する送り出しローラ監視部と、
からなる清掃制御部を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の自走式掃除機。
【請求項３】
レーザを走査することで走査面上の距離データを測定するレーザレンジセンサを備えており、当該センサから半径４．０ｍ以下の範囲で、進行方向に対して前方と左右両側に存在する、側壁や陳列棚等で構成される清掃区画の境界を規定する連続した壁面までの距離を検出する位置検出部と、
前記位置検出部の情報に基づいて時速２．０ｋｍ以下の速度で、左右の壁面のうち、より近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行う走行部と、
超音波センサを備えており、当該超音波センサと前記レーザレンジセンサによって進行方向に障害物が検出された場合には前記走行部に停止命令を入力し、障害物が検出されなくなると走行を指示する緊急停止処理部と、
床面の拭き取り掃除を行う清掃部と、
を備えていることを特徴とする自走式掃除機。
【請求項４】
位置検出部が、レーザレンジセンサによって、床面から高さ８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲に存在する連続した壁面までの距離を検出することを特徴とする請求項１乃至３に記載の自走式掃除機。
【請求項５】
走行部が、走行する位置と方向とを制御する走行制御ＣＰＵを備えており、
位置検出部が、レーザレンジセンサによって計測された距離の計測結果を入力し、当該計測結果を数値演算処理することにより直線的に連続する壁面の情報を検出する壁面検出処理ＣＰＵを備えており、
前記走行制御ＣＰＵは、走行開始時に、位置検出部に対して左右の壁を検出するように指令し、位置検出部が検出した左右の壁のデータを入力し、左右の壁の間の距離と左右の壁のいずれがより近い位置にあるかとを判断して、壁面に平行に走行する時に、位置検出部に対してより近い側の壁面のみを検出するように指令することを特徴とする請求項１乃至４に記載の自走式掃除機。
【請求項６】
走行部の走行制御ＣＰＵは、
走行時に清掃部によって清掃可能な幅を予め記憶しており、
位置検出部が最初に検出した左右の壁面との間の距離を前記清掃可能な幅で除した値を、折り返し走行の必要回数として一時記憶しており、
走行開始時には、左右の壁面のより近くに認識された壁面に近接するように移動する制御を行った後に、当該壁面に対して平行な走行を開始させており、
前方の認識された壁面の手前で折り返しのための反転走行を行う際には、清掃可能な幅以下の距離を幅方向に平行移動するように走行量を制御しており、
折り返し走行の回数が一時記憶している前記必要回数に到達すると、認識された前方の壁面の手前で停止することを特徴とする請求項１乃至５に記載の自走式掃除機。
【請求項７】
走行部の走行制御ＣＰＵは、壁面検出処理ＣＰＵが送信する左右の壁面の情報が中断した場合に、進行方向を変更せずに直線走行を続ける制御を行うことを特徴とする請求項１乃至６に記載の自走式掃除機。
【請求項８】
緊急停止処理部は、タイマーを備えており、検出された障害物が所定時間動かないことが確認された場合には、走行部に対して障害物を回避して走行する指示を送信することを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の自走式掃除機。
【請求項９】
走行開始時に、位置検出部が、左右いずれか一方のみに連続した壁面を検出した場合、走行部は、前記位置検出部が検出した壁面に対して所定の距離まで接近し、次に壁面までの所定の距離を保ちつつ走行する制御を行い、
走行中に、前記位置検出部が左右両側に存在する連続した壁面の情報を検出した場合、前記走行部は、より近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、且つ前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行うことを特徴とする請求項１乃至８に記載の自走式掃除機。
【請求項１０】
走行開始時に、位置検出部が、前方及び左右に壁面を検出しなかった場合、走行部は、前進走行する制御を行い、
走行中に、前記位置検出部が前方又は左右両側に存在する連続した壁面の情報を検出した場合、前記走行部は、より近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、且つ前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行うことを特徴とする請求項１乃至９に記載の自走式掃除機。
【請求項１】
レーザを走査することで走査面上の距離データを測定するレーザレンジセンサを１個以上備えており、当該センサによって進行方向に対して前方と左右両側に存在する、側壁や陳列棚等で構成される清掃区画の境界を規定する連続した壁面までの距離を検出する位置検出部と、
前記位置検出部の情報に基づいて時速２．０ｋｍ以下の速度で、左右の壁面のうち、より近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行う走行部と、
床面の拭き取り掃除を行う清掃部を備えており、
前記清掃部が、未使用の不織布をロール状に保持している一端側の送り出しローラと、使用済みの不織布を巻き取って保持している引き込みローラと、送り出しローラと引き込みローラの間に配置されて、不織布を０．９ｇｆ／ｃｍ２以上１．２ｇｆ／ｃｍ２以下の圧力で床面に押し付けて床面の拭き取り掃除を行う加圧拭き取り部とを備えていることを特徴とする自走式掃除機。
【請求項２】
清掃部の送り出しローラと引き込みローラを所定時間毎に回転させて、加圧拭き取り部に新しい不織布を供給するローラ制御部と、
送り出しローラに保持されている不織布がなくなった時に、警告を発すると同時に走行部に停止命令を入力する送り出しローラ監視部と、
からなる清掃制御部を更に備えていることを特徴とする請求項１に記載の自走式掃除機。
【請求項３】
レーザを走査することで走査面上の距離データを測定するレーザレンジセンサを備えており、当該センサから半径４．０ｍ以下の範囲で、進行方向に対して前方と左右両側に存在する、側壁や陳列棚等で構成される清掃区画の境界を規定する連続した壁面までの距離を検出する位置検出部と、
前記位置検出部の情報に基づいて時速２．０ｋｍ以下の速度で、左右の壁面のうち、より近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行う走行部と、
超音波センサを備えており、当該超音波センサと前記レーザレンジセンサによって進行方向に障害物が検出された場合には前記走行部に停止命令を入力し、障害物が検出されなくなると走行を指示する緊急停止処理部と、
床面の拭き取り掃除を行う清掃部と、
を備えていることを特徴とする自走式掃除機。
【請求項４】
位置検出部が、レーザレンジセンサによって、床面から高さ８０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲に存在する連続した壁面までの距離を検出することを特徴とする請求項１乃至３に記載の自走式掃除機。
【請求項５】
走行部が、走行する位置と方向とを制御する走行制御ＣＰＵを備えており、
位置検出部が、レーザレンジセンサによって計測された距離の計測結果を入力し、当該計測結果を数値演算処理することにより直線的に連続する壁面の情報を検出する壁面検出処理ＣＰＵを備えており、
前記走行制御ＣＰＵは、走行開始時に、位置検出部に対して左右の壁を検出するように指令し、位置検出部が検出した左右の壁のデータを入力し、左右の壁の間の距離と左右の壁のいずれがより近い位置にあるかとを判断して、壁面に平行に走行する時に、位置検出部に対してより近い側の壁面のみを検出するように指令することを特徴とする請求項１乃至４に記載の自走式掃除機。
【請求項６】
走行部の走行制御ＣＰＵは、
走行時に清掃部によって清掃可能な幅を予め記憶しており、
位置検出部が最初に検出した左右の壁面との間の距離を前記清掃可能な幅で除した値を、折り返し走行の必要回数として一時記憶しており、
走行開始時には、左右の壁面のより近くに認識された壁面に近接するように移動する制御を行った後に、当該壁面に対して平行な走行を開始させており、
前方の認識された壁面の手前で折り返しのための反転走行を行う際には、清掃可能な幅以下の距離を幅方向に平行移動するように走行量を制御しており、
折り返し走行の回数が一時記憶している前記必要回数に到達すると、認識された前方の壁面の手前で停止することを特徴とする請求項１乃至５に記載の自走式掃除機。
【請求項７】
走行部の走行制御ＣＰＵは、壁面検出処理ＣＰＵが送信する左右の壁面の情報が中断した場合に、進行方向を変更せずに直線走行を続ける制御を行うことを特徴とする請求項１乃至６に記載の自走式掃除機。
【請求項８】
緊急停止処理部は、タイマーを備えており、検出された障害物が所定時間動かないことが確認された場合には、走行部に対して障害物を回避して走行する指示を送信することを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の自走式掃除機。
【請求項９】
走行開始時に、位置検出部が、左右いずれか一方のみに連続した壁面を検出した場合、走行部は、前記位置検出部が検出した壁面に対して所定の距離まで接近し、次に壁面までの所定の距離を保ちつつ走行する制御を行い、
走行中に、前記位置検出部が左右両側に存在する連続した壁面の情報を検出した場合、前記走行部は、より近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、且つ前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行うことを特徴とする請求項１乃至８に記載の自走式掃除機。
【請求項１０】
走行開始時に、位置検出部が、前方及び左右に壁面を検出しなかった場合、走行部は、前進走行する制御を行い、
走行中に、前記位置検出部が前方又は左右両側に存在する連続した壁面の情報を検出した場合、前記走行部は、より近くに認識された壁面側から所定の距離を保ちつつ当該壁面に対して平行な走行を行い、且つ前方の壁面の手前で方向転換するための回転を行うことを特徴とする請求項１乃至９に記載の自走式掃除機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２０７７９０（Ｐ２００９−２０７７９０Ａ）
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５６０１６（Ｐ２００８−５６０１６）
【出願日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【出願人】（５０８０６９３５０）株式会社三和サービス (1)
【出願人】（５０４３３１３９２）株式会社丸富精工 (11)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１７日（２００９．９．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月６日（２００８．３．６）
【出願人】（５０８０６９３５０）株式会社三和サービス (1)
【出願人】（５０４３３１３９２）株式会社丸富精工 (11)
【Ｆターム（参考）】
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