自主行走型清扫机的制作方法

本发明涉及自主行走型清扫机。

背景技术：

已知有在自主地移动的同时进行清扫的自主行走型清扫机。自主行走型清扫机对驱动两个驱动轮的各自独立的行走电机进行控制，能够使主体前进、后退、原地转弯(定点转动)和转弯。

为了使主体前进，使两轮同时向前进方向旋转，而使主体后退时则使两轮同时向后退方向旋转。转弯时使两个驱动轮的角速度为不同的值。

专利文献1中记载了在沿直线前进路线移动的过程中，将移动速度减速到一定速度，维持减速后的移动速度并且控制角速度来进行转弯(0058等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-12200号公报

技术实现要素：

发明要解决的技术课题

转弯或原地转弯等方向转换动作占用较长时间的话，会以移动速度较低的状态使吸引风扇或刷动作。在移动速度较低的状态下驱动吸引风扇等，类似于仔细地清扫该区域，而在非常脏的区域之外进行这种清扫动作会导致额外的电力消耗。为了有效率地进行清扫，期望抑制这种电力消耗。

用于解决课题的技术方案

鉴于上述情况而提出的本发明是一种自主行走型清扫机，其特征在于，包括：主体；设置于该主体的底面侧、能够以彼此不同的速度进行旋转驱动的左驱动轮和右驱动轮；控制上述左驱动轮和上述右驱动轮的角速度的控制部，其中，上述控制部进行下述(1)至(3)中的一项、两项或三项的控制：

(1)使上述主体逆时针转弯时的上述右驱动轮的角速度大于上述主体直线前进时的上述右驱动轮的角速度；

(2)使上述主体顺时针转弯时的上述左驱动轮的角速度大于上述主体直线前进时的上述左驱动轮的角速度；

(3)使上述主体顺时针和/或逆时针原地转弯时的上述右驱动轮或上述左驱动轮各自的角速度大于上述主体直线前进时的上述右驱动轮或上述左驱动轮各自的角速度。

发明效果

根据本发明，能够提供提高清扫效率的自主行走型清扫机。

附图说明

图1是从左前方观察实施方式1的自主行走型清扫机的立体图。

图2是实施方式1的自主行走型清扫机的下面图。

图3是图1的a-a截面图。

图4是表示实施方式1的自主行走型清扫机卸下壳体后的内部结构的立体图。

图5是实施方式1的自主行走型清扫机清扫时的行走轨迹。

图6是表示实施方式1的定点转动的详细动作的图。

图7是表示实施方式1的定点转动中右车轮的速度变化的图。

图8是表示实施方式1的转弯动作的图。

图9是表示实施方式1的转弯的详细动作的图。

图10是表示实施方式1的转弯中右车轮的速度变化的图。

图11是实施方式2的自主行走型清扫机清扫时的行走轨迹。

图12是表示实施方式2的沿壁行走的细节的图。

图13是表示实施方式2的转弯中左车轮的速度变化的图。

图14是表示锯齿状行走的图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式参考适当的附图详细地进行说明。对同样的构成要素标注相同的附图标记，并且不重复同样的说明。

《实施方式1》

图1是从左前方观察实施方式1的自主行走型清扫机的立体图。此外，在自主行走型清扫机s前进的方向中，使设置有边刷(sidebrush)7的一侧(自主行走型清扫机s通常前进的方向)为前方，使铅直朝上的方向为上方，使驱动轮2、3相对的方向中驱动轮2侧为左方、驱动轮3侧为右方。即，如图1等所示地定义前后、上下、左右方向。驱动轮2、3的直径大致彼此一致。

图2是自主行走型清扫机的下面图。自主行走型清扫机s为在规定的清扫区域(例如房间的地面y)自主地移动并且自动地进行清扫的电器。自主行走型清扫机s包括：构成外廓的壳体1(1u、1s)；下部的一对驱动轮2、3；和辅助轮4。此外，自主行走型清扫机s在下部具有旋转刷(rotatingbrush)5、引导刷(guidebrush)6和边刷7，且在周围配置有作为障碍物检测单元的前方用测距传感器8。

驱动轮2、3是通过驱动轮2、3自身的旋转来使自主行走型清扫机s前进、后退、转弯的车轮。驱动轮2、3配置在直径上左右两侧，分别利用由行走电机和减速器构成的车轮组件20、30进行旋转驱动。辅助轮4为从动轮，是自由旋转的脚轮(万向轮)。驱动轮2、3设置在自主行走型清扫机s的前后方向的中央侧、左右方向的外侧，辅助轮4设置在前后方向的前方侧、左右方向的中央侧。

边刷7设置在自主行走型清扫机s的前方侧、左右方向的外侧，在自主行走型清扫机s的前方外侧的区域以从左右方向外侧向内侧扫入的方式旋转，将地面上的尘埃集中到中央的旋转刷5侧。旋转刷5相对于自主行走型清扫机s的驱动轮2、3设置在后方。

图3是图1的a-a截面图，图4是表示自主行走型清扫机卸下壳体后的内部结构的立体图。此外，图4表示卸下集尘盒12后的状态。

充电电池9例如为通过充电可再次使用的二次电池，被收纳在电池容纳部1s6中。充电电池9跨自主行走型清扫机s的左右端部地配置。

来自充电电池9的电力被供应到各种障碍物检测单元8、15、16、控制装置10、驱动轮2、3、各种刷5、7的电机和吸引风扇11等。自主行走型清扫机s由控制装置10统一控制。吸引风扇11和旋转刷电机5m(参考图4)被驱动时，由旋转刷5(参考图3)扫入地面等的尘埃。扫入的尘埃经吸口14、吸入口12i被导入集尘盒12内。集尘盒13中除去了尘埃的空气通过排气口1s5(参考图2)排出。

自主行走型清扫机s利用驱动轮2、3和辅助轮4(参考图2)自主地移动，可前进、后退、左右转弯、原地转弯等。并且，自主行走型清扫机s将被边刷7、引导刷6集尘而附着到旋转刷5周围的尘埃经由吸口14，利用吸引风扇11的吸力从集尘盒12入口的吸入口12i吸入集尘盒12内，利用出口的集尘过滤器13被滞留在集尘盒12内。

缓冲器1b(参考图1、图2)以在与墙壁等障碍物碰撞时能够与从外部作用的力对应地在前后方向上移动的方式设置。缓冲器1b被左右一对的缓冲弹簧(省略图示)向外施力。

当经由缓冲器1b与障碍物碰撞时的作用力作用于缓冲弹簧时，缓冲弹簧以在俯视时向内侧收缩的方式变形，对缓冲器1b向外侧施力并且允许缓冲器1b后退。当缓冲器1b离开障碍物，上述作用力消失时，缓冲器1b因缓冲弹簧施加的力而恢复到原来位置。另外，缓冲器1b的后退(即与障碍物的接触)由后述的缓冲器传感器15(参考图4)检测，其检测结果被输入到控制装置10中。

作为障碍物检测单元，自主行走型清扫机s设置有图4所示的缓冲器传感器15、前方用测距传感器8和地面用测距传感器16。缓冲器传感器15为基于缓冲器1b的后退来检测缓冲器1b(参考图1)与障碍物的接触的传感器，例如为光耦合器。在障碍物接触缓冲器1b时，传感器光因缓冲器1b的后退而被遮住。与该变化相应的检测信号被输出到控制装置10。

前方用测距传感器8为利用红外线测量与障碍物的距离的测距传感器。缓冲器1b的测距传感器8附近的部位由透过红外线的树脂或玻璃形成。前方用测距传感器8感知来自障碍物的红外线反射光，根据反射光强度来测量距离。反射光强度强时判断为近，弱时判断为远。即，其并不是按照二值0、1判定与障碍物的距离而是按多个阶段(模拟地)判定与障碍物的距离的测距传感器。

这样的前方用测距传感器8设置有主体正面8a、左侧面8b、右侧面8c、正面与左侧面之间的左正面8d、正面与右侧面之间的右正面8e的共计5个传感器。在本实施例中5个均为能够多阶段地测量“距离”的测距传感器，但左侧面8b、右侧面8c也可以仅是其中一方为测距传感器。

图2所示的地面用测距传感器16为测量与地面的距离的利用红外线的测距传感器，设置在下壳体1s的下表面前后左右4个位置(16a、16b、16c、16d)。通过利用地面用测距传感器16检测台阶等大阶差，能够防止自主行走型清扫机s的掉落。例如，在由地面用测距传感器16检测到前方有30mm程度以上的阶差时，控制装置10(参考图3)控制驱动轮2、3使主体部sh后退，改变自主行走型清扫机s的前进方向。

图3所示的控制装置10例如通过将微机(microcomputer)和周边电路安装于基板而构成。微机通过将保存在rom(readonlymemory，只读存储器)中的控制程序读出并加载到ram(randomaccessmemory，随机访问存储器)中，由cpu(centralprocessingunit，中央处理器)执行来实现各种处理。周边电路具有a/d、d/a转换器、各种电机的驱动电路、传感器电路、充电电池9的充电电路等。

控制装置10根据使用者对操作按钮bu的操作和从各种障碍物检测单元(传感器8、15、16)输入的信号进行运算处理，相对于各种电机、吸引风扇11等输入输出信号。

接着，针对行走控制，对在矩形的由墙壁51包围的房间50中行走的自主行走型清扫机s进行例示，利用图5进行说明。图5中的虚线52表示自主行走型清扫机s的行走轨迹。

自主行走型清扫机s在房间50内行走。房间50由俯视为矩形的墙壁51包围。房间50中，在图5中的左下侧放置有桌子55的腿55a～55d。自主行走型清扫机s通过前方用测距传感器8或缓冲器传感器15检测出障碍物时，能够进行改变前进方向的反射行走。自主行走型清扫机s从图中p1出发，接近作为障碍物的墙壁51b附近的点p2。此时，自主行走型清扫机s例如通过逆时针的定点转动(原地转弯)来改变前进方向，之后前进。即，表现出像是被墙壁51b反射一样的行走轨迹。

方向转换后的自主行走型清扫机s反复进行接近墙壁51而改变前进方向的动作(原地转弯的角度可随机改变)，接近桌腿55a附近的点p3、桌腿55c附近的点p4。自主行走型清扫机s判断为前方或侧方存在桌腿55a～55d等细小(较小)的障碍物时，使主体转弯，使其从非常靠近该障碍物的地方绕过，或者为了绕非常靠近该障碍物的地方进行清扫而使主体转一圈以上。之后，进而清扫该障碍物前方。

在此，判断细小(较小)的障碍物的方法是，通过在配置在主体sh前方的多个前方用测距传感器8内仅有一个前方用测距传感器8检测到接近障碍物来进行判断。或者，也能够通过在没有一个前方用测距传感器8检测出障碍物的状态下左右的缓冲器传感器15的一方或两方检测出障碍物来进行判断。多个前方用测距传感器8隔开距离地配置在主体sh前方，分别能够检测出不同方向的障碍物。在为墙壁51那样的宽度大的障碍物时，当主体sh接近时，多个、特别是相邻的两个前方用测距传感器8检测出障碍物。

通过将前方用测距传感器8各自的检测范围设定得几乎不相互重叠，在为椅子腿55这样细小的障碍物时，容易仅是一个测距传感器检测出障碍物，而不容易是两个以上的测距传感器同时检测出障碍物。此外，细小障碍物位于两个测距传感器中间时，可能在一个测距传感器都没有检测出障碍物的情况下与缓冲器传感器15接触。因此，优选在仅一个测距传感器8检测出接近时或缓冲器传感器15检测出障碍物时，判断为细小障碍物。

此外，在配置比本实施例更多的测距传感器，使各测距传感器的检测范围在大范围内重叠时，也可以增加判断为检测出细小传感器的检测传感器个数，例如可设定为两个。

可以使接近细小障碍物时的转弯距离(角度)随机变化，也可以将细小障碍物的检测频率作为基准来改变转弯距离。此外，可以将以上两种方式组合。例如，在附近有多个细小障碍物的状况例如桌下等有多个椅子时，自主行走型清扫机s在发现细小障碍物后很快又检测到其它细小障碍物的可能性高。这样，在发现细小障碍物后的规定时间以内，例如1、2、3或4秒内再次发现细小障碍物时，如果缩短转弯距离，则难以清扫包含这些障碍物的区域的中心侧。因此，为了很好地清扫椅子腿附近的垃圾，在高频率地检测出细小障碍物时，期望使转弯距离较长，集中地进行清扫。更具体地说，优选使转弯角度为180°以上或超过180°。此外，作为“发现细小障碍物后的规定时间以内”的替代，可以是“发现细小障碍物随后的转弯或原地转弯结束后的规定时间以内”。在本实施例中，在细小障碍物附近原地转弯后，执行描绘出曲线或圆弧的“转弯动作”。转弯动作结束后，主体sh直线前进。

原地转弯的详细动作如图6所示。图6中仅表示了自主行走型清扫机s中形成外壳的主体sh和右驱动轮2、左驱动轮3。驱动轮2、3从实线画出的状态到虚线画出的状态时，主体sh原地转弯。将原地转弯前的主体sh的前进方向(前方)的前端位置表示为附图标记p11，原地转弯后的前进方向(前方)的前端位置表示为附图标记p12。图6表示逆时针地原地转弯的情况。这能够通过使右车轮2向前方、使左车轮3向后方以大致相同的角速度旋转来进行。通过使原地转弯时的车轮的角速度比直线前进时的车轮的角速度高，来提高原地转弯速度，以短时间旋转。

图7是表示包括逆时针的原地转弯时的驱动轮(右侧)的角速度变化的图。直线前进时的移动速度为300mm/s，此时左右车轮2、3都以约510deg/s(l1)向前旋转。在原地转弯(定点转动)时，使右车轮2为以约630deg/s(l2)向前，是比直线前进时的角速度l1高的速度。虽然图7中未示出，关于左车轮也使角速度的绝对值比l1大。具体地说，使左车轮3的角速度为以约630deg/s向后，即相对于右车轮2反向旋转且为大致相同的角速度。在本实施例中，使车轮2、3的角速度的绝对值相对于直线前进时的角速度为1.2倍以上。此外，在顺时针的原地转弯时，同样地使左车轮2的角速度比直线前进时的角速度高，使右车轮3的角速度比直线前进时的角速度高。

此外，作为主体sh的动作，原地转弯前的前端位置p11的移动速度也比直线前进时快，原地转弯时约为550mm/s。

这样，通过使原地转弯时的车轮速度在直线前进时的车轮的角速度以上或超过该角速度，能够缩短线路变更所需的时间。此外，如图7所示，直线前进和原地转弯时的角速度并不一定。这是由于受到地面的摩擦等影响。本实施例中，直线前进时在l1a～l1b的范围中上下波动，原地转弯时在l2a～l2b的范围中上下波动，上述角速度的关系，在主体sh在大致均匀地形成的平坦地面上驱动的条件下的原地转弯时的角速度的最大值与直线前进时的角速度的最小值之间成立即可。本实施例中，使l2b比l1a高。

接着，对转弯动作中的车轮2、3的角速度利用图8、9进行说明。图8是表示逆时针地从宽度比主体sh的宽度小的障碍物61周围绕过的转弯动作的图。图中箭头a表示主体sh的前端位置的原地转弯的轨迹，箭头b表示主体sh的前端位置的转弯动作的轨迹。

首先，主体sh靠近或接触障碍物61时，主体sh利用测距传感器8和/或缓冲器传感器15检测到主体sh左右哪一侧有障碍物61。在本例中，在主体sh的左侧有障碍物61。主体sh向从前端位置看时存在障碍物61的一侧(本例中为逆时针侧)的相反方向原地转弯。即，顺时针地进行原地转弯(箭头a)。此时，主体sh监视测距传感器8并且继续原地转弯，直至从主体sh的俯视时的重心看时障碍物61位于大致侧方的位置。通过这样，能够利用之后的转弯动作来绕过障碍物61。

在原地转弯后，以比主体sh的外周靠外侧的点为转弯中心，按照与原地转弯的方向相反的方向即逆时针方向转弯(箭头b)。在此所谓的转弯是指通过使两车轮2、3以不同的速度在相同方向上旋转而产生的运动。逆时针的转弯能够通过使右车轮2以比左车轮3高的速度旋转来实现，而顺时针的转弯能够通过使左车轮3以比右车轮2高的速度旋转来实现。转弯的主体sh以在俯视时描绘出曲线或大致圆弧的方式移动。

图9是表示在障碍物61周围进行逆时针的转弯动作的自主行走型清扫机s的图。图示了转弯中的某时刻的主体sh的前进方向(前方)的前端位置p21和转弯动作结束时的主体sh的前进方向(前方)的前端位置p22。在逆时针的转弯中，左右的车轮2、3向前方旋转。右车轮2以比左车轮3高的角速度旋转。

利用设置于主体sh的侧面的测距传感器8来掌握与障碍物的距离，决定转弯时的旋转半径(转弯半径)r，基于该转弯半径来控制左右车轮2、3的角速度而转弯。设定转弯半径r使得障碍物61与主体sh外周的间隙在10mm以下或在5mm以下。

通过使转弯方向外侧的车轮(逆时针时为右车轮2)的角速度比直线前进时转弯方向外侧的车轮的角速度高，能够缩短转弯所需的时间。

具体地说，使转弯时的主体sh的前端位置的速度在直线前进时的主体sh的前端位置的速度以上或超过该速度。在本实施例中，直线前进时的主体sh的前端位置的速度为300mm/s，与此相对，使转弯时的主体sh的前端位置的速度为比它高的320mm/s。从旋转中心o(本例中为障碍物61)至转弯方向外侧的车轮(右车轮2)的距离为从旋转中心o至主体sh的前端位置p21的距离以下，右车轮2的移动速度例如为310mm/s。

图10是表示包括逆时针转弯动作时的右车轮2的角速度的变化的图。令逆时针转弯时的右车轮2的角速度的大小为约540deg/s(l4)(车轮直径68mm)。其大于约510deg/s的直线前进时的右车轮2的角速度的大小(l1)。此外，直线前进时和转弯时的车轮2的角速度可能因地面状态等而为变动值。在本例中，直线前进时的角速度在l1a～l1b的范围内上下波动，转弯时的角速度在l4a～l4b的范围内上下波动。上述角速度关系只需在转弯时的角速度的最大值与直线前进时的角速度的最小值之间成立即可。在本例中，l4b比l1a大即可。

在此，如果以使定点转动时以及转弯时的主体sh的速度比直线前进时高的状态接触障碍物，则存在对障碍物造成较大冲击的隐患。因此，在原地转弯和/或转弯时，期望利用从主体sh的前面到侧面设置的测距传感器8来检测主体sh附近的障碍物。由此，若定点转动以及转弯中主体sh靠近障碍物，则能够使主体sh停止或减速。

作为本实施例的原地转弯动作，对左右车轮2、3彼此向相反方向旋转的例子进行了说明，但也可以通过使一个车轮向一个方向旋转并且使另一车轮停止来进行原地转弯。此外，作为本实施例的转弯动作，对左右车轮2、3都向相同方向旋转的例子进行了说明，但也可通过使一个车轮向一个方向旋转并且使另一车轮向相反方向旋转来进行转弯。

此外，作为转弯时的动作，也可以根据设于主体sh侧面的测距传感器8得到的直至障碍物的距离的检测结果，改变转弯半径而转弯。

《实施方式2》

本实施方式的结构除以下的点之外与实施方式1相同。图11是表示主体sh进行沿墙壁51移动的沿壁行走的例子的图。图12是图11的主要部分放大图。

沿壁行走时利用设于主体侧面的测距传感器8，以保持与墙壁51离开约10mm的状态的方式行走。沿壁行走时的主体sh的速度在实施方式1的反射行走中的直线前进时的速度以上或超过该速度。

沿壁行走中，期望主体sh如图12的虚线c所示与墙壁51平行地直线前进，但由于测距传感器8的精度等，可能会变成如实线箭头d所示那样时而接近时而远离墙壁51的蛇行。时而接近时而远离墙壁51的动作由左右车轮2、3的角速度的不同来实现。为了使主体sh靠近主体sh的左侧的墙壁51，使右车轮2的角速度比左车轮3的角速度高。此外，为了使主体sh从墙壁51离开，使左车轮3的角速度比右车轮2的角速度高。

图13是表示包括沿壁行走时的左车轮3的角速度的变化的图。主体sh例如在反射行走中靠近墙壁51时，进行原地转弯，转向至大致与墙壁51平行后，过渡到沿壁行走。例如与实施方式1同样地，在主体sh以300mm/s进行反射行走而直线前进时，左右车轮2、3都以约510deg/s(l1)向前转动。当移动到墙壁51附近时，停止左右车轮2、3的转动，进行定点转动，使主体sh转向至与墙壁51大致平行。从该状态起过渡到沿壁行走。

沿壁行走中，在主体sh与墙壁51的距离为作为目标值的约10mm的状态时，左右车轮2、3都以约510deg/s(图13的v1)向前转动。在稍靠近墙壁时(距离墙壁5mm以上、低于10mm时)，使右车轮2的角速度为比直线前进时低的495deg/s、使左车轮3的角速度为比直线前进时高的525deg/s(图13的v2)而转动，缓缓地远离墙壁51。左右车轮2、3的角速度设定为，与直线前进时的角速度相比，一方的角速度约低a％，另一方的角速度约高a％。对于a，例如可使下限为1，使上限为5或9。由此，能够抑制转弯半径变得非常大、过快地远离或接近墙壁51。此外，通过使一个车轮的角速度提高a％左右，另一个降低为同样百分比的a％左右，能够使主体sh的前端位置的速度与直线前进时大致相同。

此外，在稍远离墙壁时，同样地使右车轮2的角速度提高a％，使左车轮3的角速度降低a％(图13的v3)。

此外，在进一步接近墙壁51时(距离墙壁低于5mm时)，使右车轮2的角速度降低作为比a大的值的b％左右，使左车轮3的角速度提高b％左右(图13的v4)。关于b，例如可使下限为10，使上限为15或20。由此，因为能够使转弯半径较大，所以能够迅速远离墙壁51从而抑制碰撞。

这样，在沿壁行走的蛇行时，通过使一个车轮的角速度比直线前进时高，在沿壁行走时能够以与直线前进时同样快的速度移动。由此，能够抑制旋转刷等不必要的电力消耗。此外，说明了各实施例中的自主行走型清扫机的主体sh为大致圆形的情况，但也可以为大致三角形、大致四边形等多边形、大致椭圆形等。

此外，在各实施例中说明了进行反射行走的情况，也可以如图14所示进行按具有规律性的锯齿形状行走的锯齿状行走。直线前进动作时的速度可以为反射行走时的直线前进速度，也可以为锯齿状行走时的直线前进速度。

附图标记说明

2、3驱动轮(车轮)

5旋转刷

8前方测距传感器(障碍物检测单元)

9充电电池

11吸引风扇

12集尘盒

14吸口

15缓冲传感器(障碍物检测单元)

16地面用测距传感器(障碍物检测单元)

s自主行走型清扫机

sh主体部(非旋转部、车身)。