自律型走行體的製作方法

2023-06-27 09:41:56 2

本發明的實施形態涉及一種能夠自律走行的自律型走行體。

背景技術：

從前，已知有一面在被掃除面等走行面上自律走行，一面掃除地面的所謂自律走行型的電吸塵器(掃除機器人)。

此種電吸塵器包括本體殼體、設置在所述本體殼體上的各種傳感器、以及使所述本體殼體能夠走行的驅動輪，利用所述驅動輪的驅動來進行走行控制，以避開傳感器所檢測到的周圍的物體(障礙物)等。

然而，電吸塵器的走行距離是例如基於驅動輪的轉速來檢測。若為通常的掃除區域等，則在直線前進有某種程度的距離時，會確實地與障礙物或牆壁等接近或發生碰撞，且根據階差或虛擬牆壁信號的感知而需要進行方向轉換。因此，當檢測到不進行方向轉換而直線前進有規定距離以上時，可估計電吸塵器卡掛於走行面的階差等，實際上並未走行，而驅動輪正在空轉，因此理想的是以嘗試擺脫所述狀態的方式而構成。

作為擺脫驅動輪的空轉狀態的方法，可考慮電吸塵器交替地重複進行迴旋及直線前進的方法，特別是可考慮多次重複進行如下控制，即，在使電吸塵器沿一個方向以規定角度迴旋而直線前進之後，在其相反方向上以規定角度迴旋而直線前進。但是，在所述方法中，由於使電吸塵器交替地沿相反方向迴旋，因此例如進入至走行面的障礙的方向難以大幅改變，若一開始無法擺脫空轉狀態，則有可能再次重複出現空轉狀態。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1日本專利特開2015-152944號公報

技術實現要素：

發明所要解決的問題

本發明所欲解決的問題在於提供一種可有效地擺脫驅動輪的空轉狀態的自律型走行體。

解決問題的技術手段

實施形態的自律型走行體包括本體殼體、驅動部、控制元件及檢測元件。驅動部使本體殼體能夠走行。控制元件通過控制驅動部的驅動而使本體殼體自律走行。檢測元件檢測驅動部的空轉。控制元件在經檢測元件檢測到驅動部的空轉時，對驅動部的動作進行控制，以使得在使本體殼體後退固定距離的動作之後，多次連續進行使本體殼體沿規定的一個方向迴旋而前進規定距離的動作。

附圖說明

圖1是表示第1實施形態的自律型走行體的內部構造的框圖。

圖2(a)是所述自律型走行體的俯視圖，(b)是所述自律型走行體的仰視圖。

圖3(a)是表示所述自律型走行體的空轉避免動作的一例的說明圖，(b)是表示所述自律型走行體的空轉避免動作的另一例的說明圖。

圖4(a)是表示利用所述自律型走行體的空轉避免動作來擺脫驅動部的空轉狀態的狀態的一例的說明圖，(b)是利用所述自律型走行體的空轉避免動作來擺脫驅動部的空轉狀態的狀態的另一例的說明圖。

圖5(a)是表示第2實施形態的自律型走行體的空轉避免動作的一例的說明圖，(b)是表示所述自律型走行體的空轉避免動作的另一例的說明圖。

圖6(a)是表示利用所述自律型走行體的空轉避免動作來擺脫驅動部的空轉狀態的狀態的一例的說明圖，(b)是表示利用所述自律型走行體的空轉避免動作來擺脫驅動部的空轉狀態的狀態的另一例的說明圖。

圖7(a)是表示第3實施形態的自律型走行體的空轉避免動作的一例的說明圖，(b)是表示所述自律型走行體的空轉避免動作的另一例的說明圖。

具體實施方式

以下，參照圖式，對第1實施形態的構成進行說明。

在圖2(a)及圖2(b)中，11是作為自律型走行體的電吸塵器，所述電吸塵器11是與未圖示的充電裝置(充電臺)一併構成電吸塵裝置(電吸塵系統)，其中所述充電裝置(充電臺)是以基地裝置成為所述電吸塵器11的充電用的基地部。而且，電吸塵器11在本實施形態中，是一面在作為走行面的被掃除面即地面上進行自律走行(自走)，一面掃除地面的所謂自走式的機器人除塵器(掃除機器人)。

另外，所述電吸塵器11包括中空狀的本體殼體20。此外，所述電吸塵器11包括使本體殼體20在地面上走行的圖1所示的走行部21。另外，所述電吸塵器11也可包括對地面等的塵埃進行掃除的掃除部22。此外，所述電吸塵器11也可包括傳感器部24。另外，所述電吸塵器11包括對走行部21及掃除部22等進行控制的控制器即控制元件(控制部)27。此外，所述電吸塵器11也可包括對走行部21、掃除部22、傳感器部24及控制元件27等進行供電的蓄電池28。此外，在所述電吸塵器11中，也可包括例如與包含充電裝置的外部裝置進行通信的通信部等。再者，以下，將沿電吸塵器11(本體殼體20)的走行方向的方向設為前後方向(圖2(a)等中所示的箭頭fr方向、箭頭rr方向)，將與所述前後方向交叉(正交)的左右方向(兩側方向)設為寬度方向來進行說明。

圖2(a)及圖2(b)所示的本體殼體20是利用例如合成樹脂等而形成為扁平的圓柱狀(圓盤狀)等。另外，在所述本體殼體20的與地面相對向的下表面部，作為集塵口的吸入口31及未圖示的排氣口等分別開口。此外，在所述本體殼體20上，與吸入口31連通地設置有集塵部33。

走行部21包括多個(一對)作為驅動部的驅動輪34、驅動輪34，以及使各個驅動輪34驅動的、作為動作部的驅動元件即各個馬達35(圖1)。所述走行部21也可包括迴旋用的迴旋輪36。

各個驅動輪34是使電吸塵器11(本體殼體20)在地面上沿前進方向及後退方向走行(自律走行)的構件，即是走行用的構件，沿左右寬度方向具有未圖示的旋轉軸，在寬度方向上對稱地配置。另外，這些驅動輪34中，與地面接觸的外周由例如橡膠或彈性體等軟質構件形成，以提高對地面的抓握力的方式而構成。

各個馬達35(圖1)是例如與驅動輪34分別相對應而配置，能夠使各個驅動輪34獨立地驅動。

迴旋輪36是位於本體殼體20的下表面部的寬度方向上的大致中央部，且位於前部，能夠沿地面迴旋的從動輪。

圖1所示的掃除部22包括例如位於本體殼體20(圖2(a))內將塵埃自吸入口31(圖2(b))與空氣一併吸入且自排氣口加以排出的電動鼓風機41。在所述掃除部22中，例如也可包括以能夠旋轉的方式安裝在吸入口31而將塵埃攏上去的作為旋轉清掃體的旋轉刷、以能夠旋轉的方式安裝在本體殼體20(圖2(a))的前側等的兩側而將塵埃攏在一起的作為迴旋清掃部的輔助掃除元件(輔助掃除部)即邊刷(sidebrush)等。

傳感器部24也可包括作為例如對本體殼體20(圖2(a))的周圍的物體進行檢測的物體檢測元件(物體檢測部)的障礙物傳感器54。另外，所述傳感器部24也可包括作為對各個驅動輪34(各個馬達35)的轉速進行檢測的轉速檢測元件(轉速檢測部)的光編碼器(opticalencoder)等轉速傳感器55。另外，所述傳感器部24例如也可包括對地面的階差進行檢測的階差檢測元件、或對地面的塵埃量進行檢測的塵埃量檢測元件等。

障礙物傳感器54是檢測本體殼體20的周圍的障礙物的有無的構件。作為所述障礙物傳感器54，例如可使用例如紅外線傳感器或超聲波傳感器等非接觸式傳感器、或通過接觸來檢測物體的接觸式傳感器等。

轉速傳感器55利用經測定的驅動輪34(圖2(b))或馬達35的轉速，來檢測電吸塵器11(本體殼體20(圖2(a)))的迴旋角度或行進距離。因此，所述轉速傳感器55例如是對自充電裝置等的基準位置算起的電吸塵器11(本體殼體20(圖2(a)))的相對位置進行檢測的位置檢測傳感器。

控制元件27是微型計算機，例如包括控制元件本體(控制部本體)即中央處理器(centralprocessingunit，cpu)、存儲有利用所述cpu而讀取的程序等固定的數據的存儲部即只讀存儲器(readonlymemory，rom)、動態地形成成為利用程序而進行的數據處理的操作區域的工作區(workarea)等各種存儲區的區存儲部即隨機存取存儲器(randomaccessmemory，ram)(分別未圖示)等。並且，所述控制元件27具備例如對各個驅動輪34(圖2(b))即對各個馬達35進行驅動而使電吸塵器11(本體殼體20(圖2(a)))自律走行的走行模式。另外，所述控制元件27也可具備經由充電裝置對蓄電池28進行充電的充電模式。此外，所述控制元件27也可具備動作待機中的待機模式。另外，所述控制元件27是在走行模式下，在經轉速傳感器55檢測到的電吸塵器11(本體殼體20)的直線前進距離達到規定距離以上時檢測出驅動輪34(馬達35)正在空轉。因此，利用所述轉速傳感器55及控制元件27，構成對驅動輪34的空轉進行檢測的檢測元件(空轉檢測部)56。再者，所謂用以判斷所述空轉的規定距離，既可為例如10m等預先設定的固定距離，也可根據所述區域的走行歷程，自動設定為大於過去最大行進的直線前進距離的值等。

另外，蓄電池28與未圖示的作為連接部的充電端子電性連接，通過這些充電端子與充電裝置側電性連接及機械連接，而經由所述充電裝置被充電。

其次，對所述第1實施形態的動作進行說明。

一般而言，電吸塵裝置大致分為電吸塵器11自律走行的走行操作、在本實施形態中利用電吸塵器11而進行掃除的掃除操作、以及利用充電裝置而對蓄電池28進行充電的充電操作。充電操作是使用利用充電裝置中所含的充電電路的已知的方法，因此僅對掃除操作進行說明。

在通常的掃除操作時，電吸塵器11是例如在達到預先設定的掃除開始時刻時、或者接收到由遙控器或外部裝置發送的掃除開始的命令信號時等時機，控制元件27自待機模式切換成走行模式，所述控制元件27使各個馬達35(各個驅動輪34)驅動而自充電裝置脫離。

其次，電吸塵器11利用障礙物傳感器54，來檢測本體殼體20的周圍的障礙物，且一面以避開所述檢測到的障礙物的方式走行，一面利用掃除部22進行掃除。具體而言，電吸塵器11一面重複進行直線前進、及用以避開障礙物的後進或方向轉換，一面在整個區域內走行。當直線前進或後進時，控制元件27使各個馬達35(各個驅動輪34)沿相同方向(前進方向或後進方向)以相同轉速(相同速度)轉動。另外，當方向轉換時，控制元件27使各個馬達35(各個驅動輪34)的轉速(轉動速度)或轉動方向彼此不同。在本實施形態中，在方向轉換時，通過使各個馬達35(各個驅動輪34)彼此向相反方向以相同轉速(相同速度)轉動，而控制電吸塵器11(本體殼體20)就地迴旋(原地迴旋)。

在掃除部22中，利用經控制元件27驅動的電動鼓風機41而經由吸入口31將地面的塵埃收集至集塵部33。並且，當掃除完成時，或在掃除操作過程中蓄電池28的容量下降至規定量而不足以使掃除或拍攝完成(蓄電池28的電壓下降至放電終止電壓附近)等規定條件時，在電吸塵器11中，利用控制元件27對各個馬達35(各個驅動輪34)的動作進行控制以返回至充電裝置。

此時，在檢測元件56中，檢測驅動輪34的空轉。即，在通常的區域內走行時，電吸塵器11若某種程度地直線前進，則會利用傳感器部24檢測到障礙物，並轉換方向以避開所述障礙物，因此當通過轉速傳感器55的檢測，控制元件27判斷為電吸塵器11(本體殼體20)不進行方向轉換而直線前進有規定距離以上時，檢測元件56判斷為電吸塵器11發生車陷(stuck)等而使驅動輪34正在空轉。

當檢測到所述空轉時，控制元件27對馬達35(驅動輪34)的動作進行控制以進行空轉避免動作。

具體而言，控制元件27首先使電吸塵器11(本體殼體20)後退固定距離。即，控制元件27使各個馬達35(各個驅動輪34)沿後進方向以相同轉速(相同速度)轉動。通常在電吸塵器11發生車陷等而使驅動輪34空轉的情況下，可認為其原因在於電吸塵器11(本體殼體20)在直線前進時卡掛於或擱置於階差等之上，所以即便照舊使電吸塵器11(本體殼體20)前進，也難以認為空轉狀態得以消除，因此通過使電吸塵器11(本體殼體20)暫時後退，而可消除卡掛或擱置的可能性提高。

其次，控制元件27連續多次例如連續兩次進行使電吸塵器11(本體殼體20)沿規定的一個方向迴旋而前進規定距離的動作。即，控制元件27通過使各個馬達35(各個驅動輪34)中的一者沿前進方向轉動，使另一者沿後進方向以彼此相同的轉速(相同速度)轉動，而使電吸塵器11(本體殼體20)相對於前進方向沿一個方向以規定角度(45°以上，例如60°)迴旋，而改變前進方向之後，控制元件27通過使各個馬達35(各個驅動輪34)分別沿前進方向以彼此相同的轉速(相同速度)轉動，而進行多次(兩次)使電吸塵器11(本體殼體20)前進規定距離(例如10m)的動作。

將利用所述動作而進行的電吸塵器11(本體殼體20)的走行軌跡tr示於圖3(a)或圖3(b)。圖3(a)表示使電吸塵器11(本體殼體20)向右側迴旋的示例，圖3(b)表示使電吸塵器11(本體殼體20)向左側迴旋的示例。在所述圖3(a)、圖3(b)所示的示例中，電吸塵器11(本體殼體20)實際上並未車陷，而照舊走行，但是例如，如圖4(a)或圖4(b)所示，在電吸塵器11卡掛於階差d等而使驅動輪34正在空轉的情況下，通過如上所述的走行控制，而會在相對於階差d首先以向右60°或向左60°的角度進入之後，在與階差d相離的方向(遠離30°的方向)上走行(圖4的走行軌跡tr)，從而可擺脫在階差d的空轉狀態的可能性提高。電吸塵器11隻要能夠進行這些之中的至少一個走行控制即可，既能夠進行兩個走行控制，也可根據需要進行選擇。再者，使電吸塵器11(本體殼體20)迴旋的角度既可多次連續地為相同角度，也可至少一次設為與其他次不同的角度。另外，當使電吸塵器11(本體殼體20)迴旋第二次以後時，也可設為暫時使電吸塵器11(本體殼體20)後進，然後使其迴旋。

另外，控制元件27在即使進行所述空轉避免動作，檢測元件56也檢測到驅動輪34的空轉時，使馬達35(驅動輪34)的驅動停止。在所述停止時，通過例如利用燈或聲音來通知用戶，或將電子郵件發送至用戶所持有的外部裝置而通知等，來令用戶意識到驅動輪34在區域內的空轉，從而也可促使改善為在地面上更容易走行的狀態。

如上所述，根據所述第1實施形態，當經檢測元件56檢測到驅動輪34的空轉時，對驅動輪34的動作進行控制，以使得在使本體殼體20(電吸塵器11)後退固定距離的動作之後，多次連續進行使本體殼體20(電吸塵器11)沿規定的一個方向迴旋而前進規定距離的動作，由此可大幅改變電吸塵器11(本體殼體20)進入至地面的階差等障礙的方向，從而能夠有效地擺脫驅動輪34的空轉狀態。

即，通過在相同方向上重複進行多次迴旋及直線前進，與交替地重複進行一個方向上的迴旋與另一個方向上的迴旋的情況相比，更容易進行方向轉換以最終使電吸塵器11(本體殼體20)朝向與地面的階差等障礙相離的方向(具有與朝向障礙的方向為相反方向的成分的方向)直線前進，從而可抑制因再次朝向障礙直線前進而使驅動輪34空轉。

另外，在空轉避免動作之後，經檢測元件56檢測到驅動輪34的空轉時，通過使驅動輪34的動作停止，可抑制使驅動輪34不必要地繼續空轉，或浪費蓄電池28。

其次，參照圖5，對第2實施形態進行說明。再者，關於與所述第1實施形態相同的構成及作用，標註相同的符號並省略其說明。

所述第2實施形態中，作為所述第1實施形態的空轉避免動作，控制元件27以交替地進行第1動作及第2動作的方式對驅動輪34(馬達35)的動作進行控制，所述第1動作是在使電吸塵器11(本體殼體20)後退固定距離的動作之後，多次連續進行使電吸塵器11(本體殼體20)沿規定的一個方向迴旋而前進規定距離的動作，所述第2動作是多次連續進行使電吸塵器11(本體殼體20)沿與一個方向為相反方向的另一個方向迴旋而前進規定距離的動作。

具體而言，在本實施形態中，與所述第1實施形態同樣地，在第1動作時，控制元件27在使電吸塵器11(本體殼體20)暫時後退規定距離之後，重複進行例如兩次使其沿一個方向迴旋而直線前進規定距離的動作，然後，在第2動作時，控制元件27重複進行例如兩次使電吸塵器11(本體殼體20)沿另一個方向迴旋而直線前進規定距離的動作。與所述第1實施形態同樣地，在第1動作時，或在第2動作時，使電吸塵器11(本體殼體20)迴旋的角度既可多次連續地為相同的角度，也可至少一次設為與其他次不同的角度。另外，第1動作時的迴旋角度與第2動作時的迴旋角度既可相同，也可不同。

將利用所述動作而進行的電吸塵器11(本體殼體20)的走行軌跡tr示於圖5(a)或圖5(b)。圖5(a)表示在使電吸塵器11(本體殼體20)首先向右側連續迴旋兩次(走行軌跡tr1)之後，向左側連續迴旋兩次(走行軌跡tr2)的示例，圖5(b)表示使電吸塵器11(本體殼體20)首先向左側連續迴旋兩次(走行軌跡tr1)之後，向右側連續迴旋兩次(走行軌跡tr2)的示例。在所述圖5(a)、圖5(b)所示的示例中，也是電吸塵器11(本體殼體20)實際上並未車陷，而照舊走行，但是例如，如圖6(a)或圖6(b)所示，在電吸塵器11實際上卡掛於階差(障礙)d而使驅動輪34空轉的情況下，通過如上所述的走行控制，而與所述第1實施形態同樣地擺脫在階差d的空轉狀態之後，避開所述階差d，而自所述階差d的附近的位置起，換句話說，自較走行開始時的位置更靠近牆壁等障礙物o的位置起，沿與最早檢測到空轉之前前進著的方向相同的方向進一步行進。其結果是，若已成功擺脫空轉狀態，則在某種程度直線前進的階段中利用傳感器部24而容易檢測到障礙物o，若未成功擺脫空轉狀態，則不會檢測到障礙物，所以更容易判斷是否已擺脫空轉狀態。

其次，參照圖7對第3實施形態進行說明。再者，關於與所述第1實施形態同樣的構成及作用，標註相同符號並省略其說明。

所述第3實施形態是在所述第2實施形態的空轉避免動作中，控制元件27以如下方式對驅動輪34(馬達35)的動作進行控制：在第1動作時，將使電吸塵器11(本體殼體20)沿一個方向迴旋而前進的距離設為在即將開始所述動作之前使電吸塵器11(本體殼體20)沿一個方向迴旋而前進時的距離以下，在第2動作時，將使電吸塵器11(本體殼體20)沿另一個方向迴旋而前進的距離設為大於在即將開始所述動作之前使電吸塵器11(本體殼體20)沿另一個方向迴旋而前進時的距離。

即，在第1動作時，控制元件27對驅動輪34(馬達35)的動作進行控制，以使得每次重複進行迴旋及直線前進時直線前進距離即變短，換句話說，例如當連續m次(m為2以上的自然數，在本實施形態中為2)使電吸塵器11(本體殼體20)迴旋及直線前進時，第m次(m為2≤m≤m的自然數)迴旋後的直線前進距離為第(m-1)次迴旋後的直線前進距離以下。

另外，在第2動作時，控制元件27對驅動輪34(馬達35)的動作進行控制，以使得每次重複進行迴旋及直線前進時直線前進距離即變長，例如當連續n次(n為2以上的自然數，在本實施形態中為2)使電吸塵器11(本體殼體20)迴旋及直線前進時，第n次(n為2≤n≤n的自然數)迴旋後的直線前進距離大於第(n-1)次迴旋後的直線前進距離。

將利用所述動作而進行的電吸塵器11(本體殼體20)的走行軌跡tr示於圖7(a)或圖7(b)。圖7(a)表示使電吸塵器11(本體殼體20)首先向右側連續地迴旋兩次(走行軌跡tr1)後，向左側連續地迴旋兩次(走行軌跡tr2)的示例，圖7(b)表示使電吸塵器11(本體殼體20)首先向左側連續迴旋兩次(走行軌跡tr1)後，向右側連續迴旋兩次(走行軌跡tr2)的示例。

其結果是，在進行了空轉避免動作時假設無法擺脫空轉狀態的情況下，可抑制在相同的部位使驅動輪34不必要地繼續空轉。因此，難以產生例如驅動輪34的外周的軟質構件與地面摩擦而在地面上產生脫色等的問題。

再者，在所述第2實施形態及第3實施形態中，將在第1動作中重複進行迴旋及直線前進的次數與在第2動作中重複進行迴旋及直線前進的次數設為相同數量(各兩次)，但這些操作的次數(m及n)也可不同。

另外，在所述各實施形態中，自律型走行體是設為電吸塵器11，但也可設為不具備掃除部22等的掃除功能的自律型走行體。

根據以上所述的至少一個實施形態，可有效地擺脫驅動輪34的空轉狀態，從而可在更多樣的地面上抑制電吸塵器11(本體殼體20)的車陷等，同時使電吸塵器11(本體殼體20)自律走行。因此，能夠進行更複雜的區域的掃除。

已對本發明的若干實施形態進行說明，但這些實施形態是作為例示起提示作用，並不意圖限定發明的範圍。這些新穎的實施形態能夠利用其他各種形態來實施，在未脫離發明的主旨的範圍內，可進行各種省略、置換、變更。這些實施形態及其變形包含在發明的範圍或主旨內，同時包含在權利要求書中所述的發明及其同等的範圍內。

一種自律型走行體的控制方法，其特徵在於：在自律走行時，檢測到驅動部的空轉時，後退固定距離之後，多次連續進行沿規定的一個方向迴旋而前進規定距離的動作。

一種自律型走行體的控制方法，其特徵在於：在空轉避免動作之後，檢測到驅動部的空轉時，使驅動部的動作停止。

一種自律型走行體的控制方法，其特徵在於：在檢測到驅動部的空轉時，交替地進行第1動作及第2動作，所述第1動作是在後退固定距離之後，多次連續進行沿規定的一個方向迴旋而前進規定距離的動作，所述第2動作多次連續進行沿與一個方向為相反方向的另一個方向迴旋而前進規定距離的動作。

一種自律型走行體的控制方法，其特徵在於：在第1動作時，將沿一個方向迴旋而前進的距離設為在即將開始此動作之前沿一個方向迴旋而前進時的距離以下，在第2動作時，將沿另一個方向迴旋而前進的距離設為大於在即將開始此動作之前沿另一個方向迴旋而前進時的距離。