JP2003135866A - 駆動装置および羽ばたき飛行装置 - Google Patents

駆動装置および羽ばたき飛行装置

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JP2003135866A
JP2003135866A JP2001343239A JP2001343239A JP2003135866A JP 2003135866 A JP2003135866 A JP 2003135866A JP 2001343239 A JP2001343239 A JP 2001343239A JP 2001343239 A JP2001343239 A JP 2001343239A JP 2003135866 A JP2003135866 A JP 2003135866A
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Masaki Hamamoto
Keita Hara
Yoshiji Oota
圭太 原
佳似 太田
将樹 濱本
Original Assignee
Sharp Corp
シャープ株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 急激な変化を伴う飛行が可能であるととも
に、停空飛行可能な羽ばたき飛行装置を提供する。 【解決手段】 羽ばたき飛行装置の本体に設けられ、駆
動装置からの制御信号を受けて往復回動し、羽103に
羽ばたき運動をさせるための支持構造体100と、羽1
03に接合され、支持構造体100の回動往復に伴って
回動往復する羽軸101と、羽軸101と支持構造体1
00とに接合された弾性体106とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、流体中を羽ばたき
運動により飛行する羽ばたき飛行装置に関するものであ
る。 【0002】 【従来の技術】昨今、家庭内で使えるロボットとして、
様々なものが開発されている。たとえば、ロボットの移
動機構も、二足歩行(たとえば、特開平9−27208
3号公報)、多足歩行(たとえば、特開平6−9936
9号公報)、キャタピラ(たとえば、特開平6−305
455号公報)、または、車輪(たとえば、特開平5−
282040号公報)などの色々なタイプのものがあ
る。しかしながら、これらはいずれも、地面に移動機構
の一部を接触させて、その体重を支えるものであった。
また、移動機構のうち飛行するロボットとして、特開平
5−178293号公報には、羽ばたき飛行によって移
動するものが提案されている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のロ
ボットを使用する場合、整然と整理された工場やオフィ
スなどの環境であればほとんど問題はない。 【0004】しかしながら、家庭内のような雑然とした
環境では、人、ペット、椅子、装飾品、おもちゃなど、
その時々によって位置を変えるものが、床の上に置かれ
たり、移動したりし、また、狭い通路や階段、部屋と部
屋との間の段差などの障害物が存在するため、これらの
障害物を乗り越えて移動するロボットを製造する必要が
ある。これらの障害物を乗り越えて移動できるロボット
を作るには、ある程度以上の大きさにしなければなら
ず、また、機構が複雑となるため、コストが高くなると
いう問題がある。 【0005】たとえば、特開平9−272083号公報
の二足歩行ロボットの場合、段差の高さがhの階段を上
るためには、脚の最大長がhより長くなければならな
い。したがって、ロボットのサイズをhより小さくする
ことができない。また、ロボットの脚を折り畳み式にし
てロボットのサイズを小さくしようとすると、折り畳の
ための機構が複雑になってしまう。 【0006】また、屋外では、たとえば、災害地や一般
のフィールドにおいては、整然とした室内環境とは全く
異なる雑然とした環境がある。たとえば、舗装されてい
ない道路や、荒地、草原、川、池、断崖、または、瓦礫
の山の中を進んでいくことは、従来のロボットではほと
んど不可能である。 【0007】さらに、空中を移動する移動機構では、揚
力を主とした従来の飛行を行なうタイプのものは、たと
えば、飛行機のように、一定の速度以上で推進しないと
飛行することができない。そのため、速度ゼロの停空飛
翔(ホバリング)を行なうためには、ヘリコプターのよ
うな回転翼を使う必要がある。しかしながら、ヘリコブ
ターでは、回転翼に大きな回転トルクを必要とするなど
の要因により、急旋回等の飛行態様を急激に変化させる
動作を行なう(静止状態と通常の飛行への素早い移行)
ことが困難である。 【0008】また、特開平5−178293号公報に
は、主に揚力を推力とした飛行をする飛行装置が開示さ
れているが、その飛行装置では、速度ゼロの停空飛翔を
行なうことはできないため、ロボットに応用して細かな
作業を行うようにすることが困難である。 【0009】本発明は、上述のような従来の移動機構に
おける問題を解決するためになされたものであり、その
目的は、急激な変化を伴う飛行が可能であるとともに、
停空飛行が可能な羽ばたき飛行装置およびそれに用いる
ことが可能な駆動装置を提供することである。 【0010】 【課題を解決するための手段】本発明の駆動装置は、所
定の運動をさせるための駆動対象物と、駆動対象物に接
続された被駆動部と、被駆動部を駆動する駆動部とを備
え、被駆動部が、被駆動部および駆動対象物が動作する
際に、被駆動部および駆動対象物の動作に起因して弾性
変形する。 【0011】上記のような構成によれば、被駆動部の弾
性変形により、被駆動部および駆動対象物の固有振動数
と駆動部の振動数との関係を調整することができる。そ
の結果、たとえば、このような駆動装置を、羽ばたき飛
行装置の駆動装置として用いて、被駆動部および駆動対
象物の固有振動数と駆動部の振動数とを調整して、効率
のよい羽ばたき運動を行なうことが可能となる。その結
果、前述の調整を羽ばたき飛行に対して適宜選択して使
用すれば、羽ばたき飛行装置に、急激な変化を伴う飛行
を行なわせ易くなるとともに、停空飛行もさせ易くな
る。 【0012】本発明の羽ばたき飛行装置は、羽ばたき飛
行するための羽部と、羽部に接続された被駆動部と、被
駆動部を駆動する駆動部とを備え、被駆動部が、被駆動
部および羽部が動作する際に、被駆動部および羽部の羽
ばたき動作に起因して弾性変形する。 【0013】上記のような構成によれば、被駆動部の弾
性変形により、被駆動部および羽部の固有振動数と駆動
部の振動数との関係を調整することができる。それによ
り、前述の調整を羽ばたき飛行に対して適宜選択して使
用するようにすれば、駆動部の振動数と被駆動部および
羽部の固有振動数とを調整して、効率のよい駆動を行な
うことが可能となる。その結果、羽ばたき飛行装置に、
急激な変化を伴う飛行を行なわせ易くなるとともに、停
空飛行もさせ易くなる。 【0014】本発明の羽ばたき飛行装置は、被駆動部が
羽部に接続された羽軸を含み、羽軸が、羽部および羽軸
が動作する際に、羽軸および羽部の羽ばたき動作に起因
して弾性変形するものであってもよい。 【0015】上記のような構成によれば、羽軸の弾性変
形により、羽軸および羽部の固有振動数と駆動部の振動
数との関係を調整することができる。 【0016】本発明の羽ばたき飛行装置は、駆動部が設
けられた支持構造体を備え、被駆動部が、羽部に接続さ
れた羽軸と、羽軸に一端が接続され、支持構造体に他端
が接続された弾性体とを含み、弾性体が、羽部および羽
軸が動作する際に、羽軸および羽部の動作に起因して弾
性変形するものであってもよい。 【0017】上記のような構成によれば、弾性体の弾性
変形により、羽軸および羽部の固有振動数と駆動部の振
動数との関係を調整することができる。 【0018】本発明の羽ばたき飛行装置は、駆動部が設
けられた支持構造体を備え、被駆動部が、羽部に接続さ
れた複数の羽軸と、複数の羽軸のうちの一対の羽軸に両
端のヒンジにおいて回動可能に連結された梁と、梁に一
端が接続され、支持構造体に他端が接続された弾性体と
を含み、弾性体が、羽部および羽軸が動作する際に、羽
軸および羽部の動作に起因して弾性変形するものであっ
てもよい。このような構成にすることにより、複数の羽
軸の一対の羽軸に両端のヒンジにおいて回動可能に連結
された梁を備えているため、複数の羽軸を互いに独立し
て動作させながら、梁を介して複数の羽軸の振動を互い
に伝達させることができるため、複数の羽軸の固有振動
数を統一することができ、羽部および羽軸の制御の安定
性および駆動の効率性を高めることができる。 【0019】本発明の羽ばたき飛行装置は、被駆動部の
動作が往復運動であってもよい。このような構成によれ
ば、複雑な運動をする場合に比較して、駆動部および被
駆動部の構造を簡単にすることができる。 【0020】本発明の羽ばたき飛行装置は、被駆動部
が、駆動部からの引力および斥力のうち少なくともいず
れか一方によって往復運動を実行するものであってもよ
い。このような構成によれば、簡単に往復運動を実現す
ることができる。 【0021】本発明の羽ばたき飛行装置は、駆動部が、
羽軸の下側にのみ設けられ、引力のみにより往復運動を
被駆動部に実行させるか、または、羽軸の上側にのみ設
けられ、斥力のみにより往復運動を被駆動部に実行させ
てもよい。このような構成によれば、駆動装置が被駆動
部に与える力を鉛直下向きの力と、羽ばたき飛行装置の
本体に働く重力に起因して被駆動部に自然に生じる鉛直
上向きの力とにより、被駆動部の往復運動を効率的に行
なわせることができる。 【0022】本発明の羽ばたき飛行装置は、好ましく
は、駆動部が複数設けられている。このような構成にす
ることにより、被駆動部に対してより木目細かな制御を
行なうことが可能となる。 【0023】本発明の羽ばたき飛行装置は、好ましく
は、弾性体が複数設けられている。このような構成にす
ることにより、被駆動部に対してより木目細かな制御を
行なうことが可能となる。 【0024】本発明の羽ばたき飛行装置は、好ましく
は、駆動部の駆動力の周波数および位相を、被駆動部お
よび羽部の自由振動の周波数および位相と一致させるこ
とが可能に構成されている。このように構成することに
より、駆動部の駆動と被駆動部の動作との共振を利用し
て被駆動部の動作を効率的に行なわせることが可能とな
る。 【0025】本発明の羽ばたき飛行装置は、好ましく
は、羽部が羽ばたき運動を開始してから羽ばたき運動を
一定の振幅で行なうまでの間、および、羽部の羽ばたき
運動が一定の振幅で行なわれている間の少なくともいず
れか一方において、駆動部の駆動力の周波数および位相
を、被駆動部および羽部の自由振動の周波数および位相
と一致させるように構成されている。このように構成す
ることにより、羽部が羽ばたき運動を開始してから一定
の振幅で行なわまでの間、および、羽部の羽ばたき運動
が一定の振幅で行なわれている間の少なくともいずれか
一方において、駆動部の駆動と被駆動部の動作との共振
を利用して被駆動部の動作を効率的に行なわせることが
可能となる。 【0026】本発明の羽ばたき飛行装置は、好ましく
は、駆動部の駆動力の振幅の増減を、被駆動部の実際の
動作の振幅の増減に対応するように変化させることが可
能に構成されている。このように構成することにより、
駆動部の駆動と被駆動部の動作との共振を利用して被駆
動部の動作を効率的に行なわせることが可能となる。 【0027】本発明の羽ばたき飛行装置は、より好まし
くは、駆動部の駆動力の振幅が、被駆動部の実際の動作
の振幅の増減に対応して増減するように構成されてい
る。このように構成することにより、駆動部の駆動と被
駆動部の動作との共振を利用して被駆動部の動作を効率
的に行なわせることが可能となる。 【0028】本発明の羽ばたき飛行装置は、より好まし
くは、駆動部の駆動力の振幅が、被駆動部の実際の動作
の振幅とは増減が逆となるように構成されている。この
ように構成することにより、慣性モーメントを利用して
被駆動部の動作を効率的に減衰させることが可能とな
る。 【0029】本発明の羽ばたき飛行装置は、好ましく
は、駆動部の駆動力の周波数および位相のうち少なくと
もいずれか一方を、被駆動部および羽部の自由振動の周
波数および位相に対してずらすことが可能に構成されて
いる。このような構成によれば、被駆動部および羽部の
羽ばたき動作を慣性モーメントを利用してを意図的に減
衰させることが可能になる。 【0030】本発明の羽ばたき飛行装置は、より好まし
くは、駆動部の駆動力の周波数を、被駆動部および羽部
の自由振動の周波数と一致させた上で、駆動部の駆動力
の位相を、被駆動部および羽部の自由振動の位相と18
0度逆位相にすることが可能に構成されている。このよ
うな構成によれば、被駆動部および羽部の羽ばたき動作
を慣性モーメントを利用して最も効率的に減衰させるこ
とができる。 【0031】本発明の羽ばたき飛行装置は、さらに好ま
しくは、駆動部の駆動力の周波数を、被駆動部および羽
部の自由振動の周波数と一致させた上で、羽部の羽ばた
き運動を停止する際に、駆動部の駆動力の位相を、被駆
動部および羽部の自由振動の位相と180度逆位相にす
るように構成されている。このような構成によれば、羽
ばたき動作を慣性モーメントを利用して効率的に停止す
ることが可能となる。 【0032】本発明の羽ばたき飛行装置は、駆動部の停
止時には、被駆動部および羽部の強制振動の時定数の2
〜3倍の時間をかけて、駆動部の振幅を減少させてもよ
い。このように構成することにより、被駆動部の振幅を
ほぼ単調に減少させることができる。 【0033】本発明の羽ばたき飛行装置は、より好まし
くは、羽軸の運動状態を検出するセンサをさらに備え、
駆動部が、センサにより検出された運動状態に基づい
て、被駆動部を制御するように構成されている。 【0034】上記の構成によれば、羽部および被駆動部
の羽ばたき運動と駆動部の駆動力の周波数や位相を調整
する際に、羽軸の運動状態をモニタリングしながら、駆
動部の駆動力を効率的に制御することが可能となる。 【0035】 【発明の実施の形態】以下、本実施の形態の羽ばたき飛
行装置を、図に基づいて詳細に説明する。 【0036】(主たる構成)図1は、本実施の形態の羽
ばたき飛行装置の羽ばたき飛行のための駆動装置を説明
するための図である。本実施の形態の羽ばたき飛行装置
の駆動装置は次のような構成を備えている。 【0037】羽ばたき飛行装置の本体に設けられた支持
構造体100のヒンジ102部分に羽軸101の一端が
回動可能に設けられており、羽軸101の他端には、羽
103が設けられている(図1では、羽を正面から見て
いるため、厚み方向のみが示されている)。また、支持
構造体100には、制御信号109で制御される電磁石
105が設けられており、その電磁石105によって、
引力または斥力を受ける磁石104が、羽軸101に取
付けられている。さらに、支持構造体100と羽軸10
1とをつなぐ弾性体(一例としてのバネ)106が、支
持構造体100および羽軸101それぞれにヒンジ10
7,108で接合されている。 【0038】本実施の形態の駆動装置では、電磁石10
5および弾性体106を、1の支持構造体100に対し
て各2個ずつ設けているが、少なくとも各々1個ずつあ
れば、本実施の形態の駆動装置で用いる原理を他の形態
の駆動装置にも利用することができる。実際には、図1
に示す上下に振動させる羽103に加えるべき力や、羽
103にかかる外力の、上下方向の大小差を考慮して決
めることになる。たとえば、本実施の形態のような羽ば
たき飛行のための駆動装置においては、羽103を下向
きに打ち下ろす力が重要であり、また、滑空状態でも、
羽103に、下から上向きの力を空気から受けるので、
電磁石105を支持構造体100の上側または下側に少
なくとも1個だけ設けるようにしてもよい。その理由
は、次に示すようなものである。 【0039】駆動部が発生する力の変化量は、電圧に依
存し、大きな変化量を得るためには、大きな電圧が必要
となるため、消費電力も増大する。そこで、ある決まっ
た小さな電圧(たとえば3V)で駆動することを考える
と、得られる力の変化量δが一定量に決まるので、斥力
と引力にδ/2ずつ割り振るより、たとえば、引力だけ
にして、その最大値をδにした方が、1方向ではある
が、大きな力が得られることになる。 【0040】重力の働く空気中の飛行を考えた場合、飛
行装置には、下向きの重力が働くため、羽には常に上向
きの力がかかる。したがって、羽根の下側に位置する支
持構造体にだけ駆動部を設け、引力だけを働かせた方が
(あるいは、逆に、羽の上側に位置する支持構造体にだ
け駆動部を設け、斥力だけを働かせた方が)より少ない
エネルギで飛行できる。羽の打ち上げ運動に、重力によ
る、空気からの反作用を利用するのである。 【0041】さて、通常、電磁石105から、磁石10
4を介して、羽軸101に与える磁気的な引力または斥
力は、ヒンジ102などで発生するわずかな摩擦力を除
くと、実際の羽ばたき飛行に必要な空気力以外に、羽軸
101および羽103の慣性モーメントによる慣性力に
も使われる。しかし、この慣性力は、飛行そのものには
使われないので、エネルギ効率の観点からは無駄であ
る。そこで、この慣性力の影響を極力小さくするため、
弾性体106を用いたのが、本実施の形態の羽ばたき飛
行装置の特徴である。その理由を以下に説明する。 【0042】電磁石105から磁石104を介して、羽
軸101に与える磁気的な引力または斥力(以下、「駆
動力」とする。)を、角周波数ω(周波数f=ω/2
π)の正弦波A・sin(ωt)として与えるとする
と、この羽ばたき運動に対して働く弾性体106の弾性
力Fは、 F=k・A・sin(ωt) となる。ここでkは、弾性体106の弾性定数、Aは羽
103の振幅、tは時間である。 【0043】また、羽軸101および羽103の慣性モ
ーメントIによる慣性力Qは、 Q=I・d2(A・sin(ωt))/dt2=−I・ω
2・A・sin(ωt) となる。したがって、F=Qとなる角周波数ωo(周波
数f=ωo/2π)は、ωo=(k/I)1/2であるか
ら、この弾性体106の固有振動に同調させた角周波数
ωoで羽ばたき運動を行なうことにより、羽軸101に
かかる力を、羽ばたき飛行に必要な空気力のみに抑える
ことができ、効率的な羽ばたき運動が可能となる。 【0044】羽軸101が静止した状態から、羽ばたき
運動を開始するときにも、弾性体106の固有振動に同
調させた角周波数ωoの駆動力を与えることで、共振現
象を利用して、効率的に所定の羽ばたき角γまで、持っ
ていくことができる(図2参照)。 【0045】ここでは、共振現象を利用しているので、
駆動角周波数ωoの近傍であれば、少々ずれていてもか
まわない。また、最初から、同じ駆動力を与えるのでは
なく、共振によって増大される羽ばたき角に合せ、徐々
に駆動力を増していけば、エネルギ的に、より効率的な
制御が可能となる(図3参照)。 【0046】羽ばたき運動を停止するときは、弾性体1
06の固有振動に同調する角周波数ωoではあるが、実
際の羽ばたき運動と逆位相の駆動力を与えることで、単
に駆動力を小さくしていく、あるいはゼロにする場合よ
り、速やかに停止させられる(図4参照)。 【0047】また、いつまでも、同じ駆動力を与えるの
ではなく、羽ばたき角の減衰に合せて、徐々に駆動力を
減少させていけば、エネルギ的に、より効率的な制御が
可能となる(図5参照)。 【0048】また、羽ばたき運動を停止するときには、
位相を完全な逆位相にしない、または、駆動角周波数を
ωoからずらすことで、停止時間は少し延びるが、緩や
かに羽ばたき運動を停止させ、着陸時の安定性を得るこ
とも可能である。その理由は以下のようなものである。 【0049】固有振動(振幅A、角周波数ω1、時定数
τ1)と、強制振動(振幅B、角周波数ω2、時定数
τ2、位相α)との合成式が、 F(t)=A・e-t/τ1sin(ω1・t)+B・(1
−e-t/τ2)・Sin(ω2・t+α) と表わされる。 【0050】ここで、角周波数を同じとすると(ω1
ω2=ω)、 F(t)=(e-t/τ1+B・(1−e-t/τ2)・cos
α)・sin(ω・t)+B・1−e-t/τ2)sinα
・cos(ω・t)となる。 【0051】強制振動により時定数τ1より速やかに減
衰させる場合、α=180°にすると、第2項の符号が
マイナスになって、最も早く減衰されるが、最終的に
は、振幅Bの強制振動に収束するため、一旦、振幅ゼロ
になった振動が、再び振幅Bまで増幅されてしまう。 【0052】しかし、制御上は、振幅がBまで単調に減
衰し、それを待って、徐々に、振幅Bを小さくするのが
望ましい。 【0053】そこで、振幅をほぼ単調に減少させるため
には、強制振動の時定数τ2の2〜3倍程度の時間をか
けて、振幅をBまで減衰させるのがよいので、τ2の3
倍の時間をかけるとすると、上式より、 A・e-3τ2/τ1+B・(1−e-3τ2/τ2)/cosα
+B・(1−e-3τ2/τ2)・sinα≒B すなわち、 cosα+sinα≒(1−(A/B)・e-3τ
2/τ1)/(1−e-3) を満たすαの値より小さな位相を持たせるのがよい。 【0054】具体的な値としては、たとえば、τ1=1
000ms、τ2=100ms、A/B=2ならば、α
<156°と、τ1=100ms、τ2=100ms、A
/B=2ならば、α<103°となる。 【0055】以上、述べてきた制御においては、電磁石
105からの一方的な駆動力であったが、羽軸101の
羽ばたき角を検出して、それを駆動力にフィードバック
することで、より細かな制御が可能となる。たとえば、
図3および図5のような制御では、羽ばたき角の増加や
減少をモデリングしながら、駆動力を調整する方が、よ
り効率的である。また、図4のような逆位相で制御した
い場合も、羽ばたき角の位相を知ることが重要であろ
う。 【0056】そこで、図6に示すように、たとえば、角
度センサ610によって検出された羽軸601の羽ばた
き角を、制御部にフィードバックし、ここから羽ばたき
の最大角や位相を算出して、駆動力を調整することが望
ましい。 【0057】なお、本実施の形態においては弾性体とし
て、図1には、バネの図を描いたが、可塑性のある弾性
体であれば、その材質および構造は特に限定されるもの
ではない。また、羽軸が適当な弾性力を有するものであ
れば、羽軸の弾性力を利用してもよい。さらに、羽軸の
弾性力と弾性体の弾性力とを組み合わせてもよい。 【0058】(羽ばたき飛行装置の構成)図7(a)お
よび図7(b)は、図1で述べた羽ばたき飛行装置を振
動型アクチュエータとして用いて羽部として複数(一例
として2本)の羽軸を有する羽ばたき飛行装置を示す図
である。 【0059】図7(a)では、羽ばたき飛行装置の前方
正面部分が示され、図7(b)には、羽ばたき飛行装置
の前方正面に向かって左側面部分が示されている。 【0060】なお、図7(a)および図7(b)では、
羽ばたき飛行装置の前方正面に向かって左羽しか示され
ていないが、実際には、胴体部705の中心軸709を
挟んで左右対象に右羽も形成されている。また、説明を
簡単にするため、胴体部705が延びる方向に沿った軸
(胴体軸708)は、水平面内にあり、重心を通る中心
軸709は、鉛直方向に保たれているものとする。 【0061】図7(a)および図7(b)に示すよう
に、羽ばたき飛行装置の胴体部705には、前羽軸70
3および後羽軸704と、その前羽軸703と後羽軸7
04との間を渡すように設けられた羽の膜706とを有
する羽(左羽)が形成されている。 【0062】また、胴体部705には、前羽軸703を
駆動するための振動型アクチュエータ701と、後羽軸
704を駆動するための振動型アクチュエータ702と
が搭載されている。このようなアクチュエータ701、
702の配置は、前羽軸703、後羽軸704および羽
の膜706を含む羽の形状は、飛行の性能を損なわなけ
ればこれに限られるものではない。 【0063】さらに、この羽ばたき飛行装置の場合、羽
の断面形状を鉛直上方に凸となるようにしておけば、水
平方向への飛行に対して抗力だけでなく、揚力も発生
し、より大きな浮上力が得られることになる。 【0064】また、ここでは、1枚の羽に対し、図1の
振動型アクチュエータ2個を用いたため、バネ106
は、前(後)羽軸703、704の各々に別個に接続さ
れていたが、図14を用いて示すように、前(後)羽軸
1401,1401の間に自由度を持って接続される梁
1410を形成し、支持構造体1400と梁1410と
の間にバネ1406を接続する構成にしてもよい。前
(後)羽軸1401,1401の固有振動数を統一し、
制御の安定性と効率性を高めることができる。前(後)
羽軸1401,1401の間で振動を伝達すること、お
よび、羽軸1401,1401などの被駆動部の固有振
動数の算出を簡略化できることを考慮すると、梁141
0は剛体であることが望ましい。なお、羽軸1401,
1401などの被駆動部の固有振動数の算出が複雑にな
らないのであれば、梁1410が弾性体であってもよ
い。 【0065】また、この羽ばたき飛行装置の重心の位置
は、羽ばたき飛行装置の安定性を重視するために、羽が
周囲の流体により受ける力のアクチュエータに対する作
用点の位置よりも下方になるように設定されている。一
方、羽ばたき飛行装置の姿勢を容易に変更する観点から
は、重心とその作用点をほぼ一致させておくことが望ま
しく、この場合には、姿勢制御に必要な左右の羽が流体
から受ける力の差が小さくなって、羽ばたき飛行装置の
姿勢変更を容易に行なうことができる。 【0066】2つの振動型アクチュエータ701,70
2は、互いに振動軸700(振動型アクチュエータの振
動の固定点を通る軸)を共有している。この振動軸70
0は、胴体軸708とは、所定の角度(90°−θ)を
なしている。前(後)羽軸703,704は、振動型ア
クチュエータ701,702を支点として振動軸700
と直交する平面内を往復運動する。この振動軸700と
直交する平面と胴体軸708とのなす角度が仰角θとな
る。 【0067】胴体部705としては、機械的強度を確保
するとともに、十分な軽量化を図るために、ポリエチレ
ンテレフタレート(PET)などを円筒状に形成したも
のが望ましいが、このような材料や形状は限定されるも
のではない。 【0068】さて、図7(a)および図7(b)に示さ
れた羽ばたき飛行装置では、振動型アクチュエータ70
1,702には、前羽軸703と後羽軸704とがそれ
ぞれ接続されている。前羽軸703と後羽軸704との
間には、羽の膜706が張られている。羽の膜706
は、その面内において収縮する方向に自発的な張力を有
しており、羽全体の剛性を高める働きをしている。 【0069】軽量化のため、前羽軸703と後羽軸70
4は中空構造であり、それぞれカーボングラファイトか
ら形成されている。このため、前羽軸704と後羽軸7
04には弾性力があり、前羽軸703と後羽軸704と
は、羽の膜706の張力により変形可能である。 【0070】図10は、本実施の形態の羽ばたき飛行装
置の全体の構造を示す図である。なお、前方方向(紙面
に向かって上)に向かって左側の羽は省略されている。 【0071】胴体部1000には、超音波センサ100
1、赤外線センサ1002、加速度センサ1003およ
び角加速度センサ1004が配置されている。これらの
センサによる検出結果は、羽ばたき制御部1005に送
られる。羽ばたき制御部1005では、超音波センサ1
001や赤外線センサ1002によって検出された結果
から、羽ばたき飛行装置と周囲の障害物や人間等の検出
対象物との距離などの情報が処理される。また、加速度
センサ1003や角加速度センサ1004等の羽ばたき
飛行に関する物理量を検出するセンサによって検出され
た結果から、羽ばたき飛行装置の浮上状態、目的位置ま
たは姿勢などの情報が処理されて、左右のアクチュエー
タ1006および重心制御部1007の駆動制御が決定
される。 【0072】なお、ここでは、本羽ばたき飛行装置の周
囲に存在する障害物を検出する手段として、超音波セン
サ1001および赤外線センサ1002を用い、本羽ば
たき飛行装置の位置および姿勢を検出する手段として、
加速度センサ1003および角加速度センサ1004を
用いたが、本羽ばたき飛行装置の周囲環境や位置と姿勢
とが計測可能なセンサであれば上記センサには限られな
い。加速度測定可能な加速度センサ2つをそれぞれ胴体
部1000の異なる位置に配して得られる加速度情報か
らも、本実施の形態の羽ばたき飛行装置の姿勢を算出す
ることは可能である。また、本実施の形態の羽ばたき飛
行装置が移動する空間内に磁場分布を設けておき、磁気
センサによって、この磁場分布を検知することで、本羽
ばたき飛行装置の位置と姿勢を算出することも可能であ
る。 【0073】また、図10では、加速度センサ1003
および角加速度センサ1004をはじめとするセンサ類
は、羽ばたき制御部1005とは別部品として示されて
いるが、軽量化の観点からたとえば、マイクロマシニン
グ技術により、羽ばたき制御部1005と一体で同一基
板上に形成してもよい。 【0074】また本羽ばたき飛行装置では、羽の駆動を
オープンループ制御としているが、羽の付根に羽の角度
センサを設け、この角度センサから得られる角度情報に
より、クローズドループ制御を行なうことも可能であ
る。 【0075】なお、浮上する空間における流体の流れが
既知であり、予め定められた羽ばたき方によって浮上す
ることが可能ならば、ここに挙げたセンサ類は必須では
ない。 【0076】羽ばたき制御部1005は、メモリ部10
08と接続されており、羽ばたき制御に必要な既存のデ
ータをメモリ部1008から読出すことができる。ま
た、各センサ1001〜1004によって得られた情報
をメモリ部1008に送り込み、必要に応じて、メモリ
部1008の情報を書換えることもでき、羽ばたき飛行
装置として学習機能を持たせることができる。 【0077】なお、各センサ1001〜1004によっ
て得られた情報をメモリ部1008に蓄積するだけであ
れば、羽ばたき制御部1005を介さずに、メモリ部1
008と各センサ1001〜1004とが直接接続され
ていてもよい。また、羽ばたき制御部1005は、通信
制御部1009と接続されて、通信制御部1009とデ
ータの入出力を行なうことができる。通信制御部100
9は、アンテナ部1010を介して、外部の装置(他の
羽ばたき飛行装置やベースステーションなど)とデータ
の送受信を行なう。 【0078】このような通信機能により、羽ばたき飛行
装置が取得して、メモリ部1008に蓄えられたデータ
を速やかに外部の装置に転送することができる。また、
羽ばたき飛行装置では入手できない情報を外部の装置か
ら受取り、そのような情報をメモリ部1008に蓄積す
ることで、羽ばたきの制御に利用することもできる。た
とえば、大きなマップ情報をすべて羽ばたき飛行装置に
記憶させなくても、随時、必要な範囲のマップ情報をベ
ースステーションなどから入手することが可能となる。 【0079】なお、図10では、アンテナ部1010
は、胴体部1000の端から突き出た棒状のものとして
示されているが、アンテナの機能を有するものであれ
ば、形状配置などこれらに限られるものではない。たと
えば、前羽軸102や、後羽軸1013を利用して、羽
の上にループ状のアンテナを形成してもよい。また胴体
部1000にアンテナを内蔵した形態でも、あるいは、
アンテナと通信制御部1009とを一体化させた形態で
もよい。超音波センサ1001、赤外線センサ100
2、加速度センサ1003、角加速度センサ1004、
羽ばたき制御部1005、左右のアクチュエータ100
6、重心制御部1007、メモリ部1008、通信制御
部1009およびアンテナ部1010などは、電源部1
011により供給される電流によって駆動される。 【0080】ここでは、駆動エネルギとして電力を用い
たが、内燃機関を用いることも可能である。また、昆虫
の筋肉に見られるような、生理的酸化還元反応を用いた
アクチュエータを用いることも可能である。あるいは、
アクチュエータの駆動エネルギを外部から取得する方法
も採用できる。たとえば、電力については、熱電素子、
電磁波などが挙げられる。 【0081】(浮上方法)説明の簡便のため、本実施の
形態の羽ばたき飛行装置に作用する外力は羽が流体から
受ける流体力と、羽ばたき飛行装置に作用する重力(羽
ばたき飛行装置の質量と重力加速度の積)のみであると
する。本羽ばたき飛行装置が恒常的に浮上するために
は、1回の羽ばたき動作の間の時間平均において、次の
関係、 (羽に作用する鉛直上方向の流体力)>(本羽ばたき飛
行装置に作用する重量)を満たすことが必要とされる。
1回の羽ばたき動作としては、羽を打ち下ろし、次に羽
を打ち上げる動作をいう。 【0082】さらに、鉛直上向きの流体力を卓越させて
上昇させるためには、 (打ち下ろし動作において羽に作用する鉛直上向きの流
体力)>(打ち上げ動作において羽に作用する鉛直下向
きの流体力)となる必要がある。 【0083】ここでは、昆虫の羽ばたき方を単純化した
羽ばたき方法により、打ち下ろし動作において羽に作用
する鉛直上向きの流体力(以下、「打ち下ろし時の流体
力」とする。)を、打ち上げ動作において羽に作用する
鉛直下向きの流体力(以下、「打ち上げ時の流体力」と
する。)より大きくする方法について説明する。 【0084】説明の簡便のため、流体の挙動もしくは流
体が羽に及ぼす力については、その主用成分を挙げて説
明する。また、この羽ばたき方法により得られた浮上力
と、本羽ばたき飛行装置に作用する重量(以下、「重
量」とする。)の大小については後述する。 【0085】打ち下ろし時の流体力を、打ち上げ時の流
体力よりも大きくするためには、打ち下ろし時に羽の膜
706が移動する空間の体積が最大になるように打ち下
ろせばよい。そのためには、羽の膜706を水平面とほ
ぼ平行に打ち下ろせばよく、この打ち下ろしにより、ほ
ぼ最大の流体力を得ることができる。反対に、打ち上げ
時には、羽の膜706が移動する空間の体積が最小にな
るように打ち上げればよい。そのためには、羽の膜70
6を水平面に対してほぼ直角に近い角度で打ち上げれば
よく、この打ち上げにより、羽に及ぼされる流体力がほ
ぼ最小となる。そこで、振動型アクチュエータ701,
702により、振動軸700のまわりに両羽軸703,
704を往復運動させる際に、各羽軸703,704が
水平面とほぼ一致する位置を中心として上方と下方とに
それぞれ角度γだけ往復運動させるとする。さらに、図
8に示すように、前羽軸703の往復運動に対して、後
羽軸704の往復運動を適当な位相φだけ遅らせる。 【0086】これにより、図9(ここではφ=20°と
して描いた)に示す一連の羽の往復運動のうち、τ=0
°〜180°で打ち下ろされた打ち下ろし時において
は、より高い位置にある振動型アクチュエータ901の
前羽軸903が先に打ち下ろされるため、前羽軸903
および後羽軸904の先端との羽の膜906とが水平に
近づく。 【0087】一方、τ=108°〜315°で示された
打ち上げ時においては、両羽軸903,904の先端の
高さの差が拡大されて、羽の膜906も垂直に近づく。
この結果前羽軸903と後羽軸904に張られた羽の膜
906が流体を押し下げ、あるいは、押し上げる量に差
異が生じ、この羽ばたき飛行装置の場合には、打ち下ろ
し時の流体力の方が、打ち上げ時の流体力よりも大きく
なって浮上力が得られることになる。 【0088】この浮上力とベクトルは、位相差φを変化
させることにより、前方に傾く。前方に傾けば推進運
動、後方に傾けば後退運動、真上に向けば、停空飛翔
(ホバリング)状態となる。なお、実際の飛行では、位
相差φ以外にも、羽ばたき周波数fや羽ばたき角γを制
御することが可能である。また、この羽ばたき飛行装置
では、はばたき仰角θを固定しているが、これを変化さ
せる機構を追加して、自由度を増加させてもかまわな
い。 【0089】(羽ばたき制御)実際の羽ばたき制御につ
いて、さらに詳細に説明する。上述した羽ばたき飛行装
置では、打ち下ろし動作または打ち上げ動作の際に、羽
の先端部がなすねじり角αは、羽の長さ(羽の膜の前羽
軸に沿った長さ、後羽軸に沿った長さ)をl、羽の幅
(前羽軸と後羽軸との間隔)をw、羽ばたき角をγ、羽
ばたき運動の位相をτ(最も打ち上げた瞬間0°、最も
打ち下ろした瞬間を180°とする)、前羽軸と後羽軸
の位相差をφとすれば(図9を参照)、およそ以下の式
で表わされる。 【0090】tanα=(w/I)・[sin{γ・c
osτ}−sin{γ・cos(τ+φ)}] 実際には、前羽軸や後羽軸に弾性があり、変形可能であ
るので、このねじり角αは、多少違った値をとる。ま
た、羽軸の根元ほど、この角度は小さい。しかし、以下
の議論では簡便のため、上の式のαを用いて説明する。 【0091】ねじり角を変えない羽に作用する流体力の
鉛直方向成分Fは、流体の密度ρ、羽ばたき角をγ、羽
ばたき周波数をfとして、おおよそ F=(4/3)・π2・ρ・w・γ2・f2・l3・sin
2τ・cos(γ・cosτ)となる。 【0092】なお、羽に作用する流体力の水平方向成分
は、左右の羽が同じ運動をすれば、互いに打ち消し合う
ことになる。 【0093】羽にねじり角αを持たせると、上記成分F
の羽ばたき運動平面に垂直な成分Lと、水平な成分Dと
はそれぞれ次のようになる。 【0094】L=F・cosα・sinα D=F・cos2α これに、羽ばたき仰角θを考慮すると、重量と釣合うべ
き鉛直方向の成分Aと、前後運動の推力となる平行方向
成分Jは、打ち下ろし時では、 A↓=−L・cosθ+D・sinθ J↓=−L・sinθ−D・cosθ 打ち上げ時では、 A↑=L・cosθ−D・sinθ J↑=L・sinθ+D・cosθ となる。実際の浮力や推進力は、羽ばたき運動の1周期
分を積分したものとなる。 【0095】以上より、この飛行制御の一例として、羽
ばたき飛行装置の羽の長さl=4cm、羽の幅w=1c
m、羽ばたき仰角θ=30°、羽ばたき角γ=60°、
羽ばたき周波数f=50Hz、打ち下ろし時の位相差φ
↓=4°、打ち上げ時の位相差φ↑=16°とした場合
における鉛直方向成分Aと水平方向成分Jの時間変化を
各角度の時間変化とともに図11に示す。 【0096】横軸が1周期の分の時間が位相τで表わさ
れている。前半が打ち下ろし、後半が打ち上げを示して
いる。各グラフの曲線は、前羽軸の羽ばたき角γf、後
羽軸の羽ばたき角γb、水平面からの羽のねじり角(θ
−α)、流体力の鉛直方向成分A、水平方向成分Jの時
間変化をそれぞれ示している。 【0097】この例では、単位時間当りの流体力の鉛直
方向成分Aにおいては、打ち下ろし時の方が、打ち上げ
時より大きいため、1周期の平均で、約500dynの
鉛直上向きの流体力が1枚の羽で得られる。したがっ
て、2枚の羽では、羽ばたき飛行装置の重量が約1g以
下であれば、浮上することができることになる。また、
単位時間当りの流体力の水平方向成分Jは、1周期の間
にほぼ打ち消されるため、重量1g程度の羽ばたき飛行
装置であれば、ホバリング可能となる。 【0098】ここで、打ち下ろし時の位相差φ↓を大き
く、もしくは、打ち上げ時の位相差φ↑を小さくすれ
ば、前進することができる。このとき、水平に前進させ
るためには、周波数fを少し小さくすることが望まし
い。逆に、打ち下ろし時の位相差φ↓を小さく、もしく
は、打ち上げ時の位相差φ↑を大きくすれば、後退する
ことができる。このとき、水平に後退させるには、周波
数fを少し大きくすることが望ましい。 【0099】この羽ばたき飛行装置では、たとえば、打
ち上げ時の位相差φ↑を16°に保ったまま、打ち下ろ
し時の位相差φ↑を7°と大きくするか、打ち下ろし時
の位相差φ↑を4°に保ったまま、打ち上げ時の位相差
φ↑を11°と小さくし、羽ばたき周波数f=48Hz
に下げることで、最初の1秒間におよそ1mの速度で、
水平に前進することができる。 【0100】また、たとえば、打ち上げ時の位相差φ↑
を16°に保ったまま、打ち下ろし時の位相差φ↓を1
°小さくするか、打ち下ろし時の位相差φ↓を4°に保
ったまま、打ち上げ時の位相差φ↑を24°と大きく
し、羽ばたき周波数f=54Hzに上げることで、最初
の1秒間におよそ1mの速度で、水平に後退することが
できる。 【0101】ホバリング状態のまま、羽ばたき飛行装置
を上昇または下降させるためには、周波数fを上げる
か、または、下げるかのいずれかにすればよい。水平飛
行中でも、上昇と下降については、主に、周波数fによ
って制御可能である。周波数fを上げることで羽ばたき
飛行装置は上昇し、周波数fを下げることで羽ばたき飛
行装置を下降する。 【0102】この例では、打ち上げ動作中、もしくは、
打ち下ろし動作中にも、羽のねじれ角αをゆっくり変化
させているが、これはアクチュエータへの負荷を減らす
ためである。浮力を得るための羽ばたき運動としては、
打ち上げ動作中や打ち下ろし動作中は羽のねじり角αを
いての値に設定して、打ち下ろし動作から打ち上げ動作
もしくは打ち上げ動作から打ち下ろし動作への変化点に
おいて、ねじり角αを急激に変化させるようにしてもよ
い。 【0103】羽ばたき仰角θ=0°とした場合の鉛直方
向成分Aと水平方向成分Jの時間変化を各角度の時間変
化とともに図12に示す。この場合は、ハチドリのホバ
リングにヒントを得た羽ばたき運動である。なお、左右
への舵取りは、左右の羽の羽ばたき運動を別々に制御で
きる場合ではそれぞの羽による推力に差を持たせればよ
い。たとえば、前方へ飛行中に、右方向へ旋回するに
は、右羽の羽ばたき角γを、左羽よりも小さくする、ま
たは、右羽の前羽軸と後羽軸との位相差を左羽よりも大
きくする、あるいは、羽ばたき仰角θが制御できるよう
な場合には、右羽のθを左羽よりも小さくするといった
制御を行なう。これにより、右羽の推進力が左羽の推進
力に比べて相対的に下がり、右に旋回することができ
る。羽ばたき飛行装置を左へ旋回させる場合には、その
逆の制御を行なえばよい。 【0104】あるいは、図10に示された重心制御部1
007を用いて、羽ばたき飛行装置の重心を左右にずら
すことで左右への旋回を行なってもよい。 【0105】たとえば、重心を右にずらして、右羽を下
方へ、左羽を上方へ傾けてそして、周波数fを大きくす
ることで、羽ばたき飛行装置を右へ旋回させることがで
きる。重心を左へずらして、同様に、周波数fを大きく
することで、羽ばたき飛行装置を左に旋回させることが
できる。また、いずれの場合でも、姿勢の安定を保つた
めに、左右それぞれの羽ばたき周波数fを同じ値に設定
しておくことが望ましい。 【0106】以上の説明では、前(後)羽軸703,7
04の往復運動する平面が、振動軸700と直交する場
合について述べてきた。したがって、この場合は、これ
ら2つの平面が互いに平行な関係となる。しかしなが
ら、図10に示したように、前(後)羽軸1012、1
013の往復運動する平面に角度を持たせるようにして
もよい。こうすることで、前(後)羽軸1012,10
13の弾性力や羽の膜1014の張力により、打ち上げ
運動から打ち下ろし運動、あるいは打ち下ろし運動から
打ち上げ運動に移る際の、羽のねじり角αの正の値から
負の値あるいは負の値から正の値への変化を高速化する
ことができる。 【0107】図13に示すように、前(後)羽軸130
1,1302の先端方向が、互いに平行な位置から角度
εだけ外側を向いている場合、羽軸の付根1305の幅
をw、羽軸の長さをlとして、 sinε>{(w2+8・l21/2−w}/4・l を満たすεであれば、羽のねじり角α=0°(γf=γ
b)における羽軸先端1306間の距離Woが最大とな
るため、そのときの羽軸の弾性力や羽の膜の張力も最大
となり、絶対値|α|>0の状態の方が安定となるた
め、ねじり角αの変化を高速化することができる。 【0108】なお、上式を満たすεは、羽のアスペクト
比Ap(l/w)=1のとき、ε>30°、Ap=4の
とき、ε>17.2°、Ap=10のとき、ε>11.
5°である。 【0109】さらに、前(後)羽軸1012,1013
が、その軸まわりに軸回転できる自由度を付加すれば、
前(後)羽軸1012,1013同士の位置関係が変化
しても、羽の膜1014が前(後)羽軸1012,10
13に固定されている部分を互いにほぼ向き合せるよう
に、回転することが可能となるため、アクチュエータ1
006にかかる負荷を軽減し、効率のよい制御が可能と
なる。 【0110】以上のような本実施の形態の羽ばたき飛行
装置の詳細な特徴をまとめると以下のようになる。 【0111】なお、本発明の弾性力のある羽軸とは、駆
動部の駆動周波数に近い固有周波数の曲げ剛性を有する
羽軸を意味する。弾性力のある羽軸の材料には、軽量化
も考慮して、アルミニウム、マグネシウム合金、樹脂類
などの高分子材料を用いるのがよい。また、弾性定数k
は、駆動角周波数をωo、羽軸と羽の慣性モーメントを
Iとしたとき、およそk=I・ωo2で決まる値に設定
しておくのが好ましい。 【0112】また、本発明の弾性体としては、炭素鋼、
合金鋼、高合金、ニッケル合金などの金属バネ、気体、
液体、合成樹脂、積層材などを用いた非金属バネ、ある
いは可塑性のある弾性材として、高分子が架橋されたゴ
ム類(無機材料や、ポリビニルアルコール系の有機材
料、ハイブリット材料)、フェノール樹脂、ジシクロペ
ンタジエン樹脂などの樹脂類や、それらを用いたシリコ
ン弾性体、ガラス繊維強化樹脂GFRP(Glass-Fiber
Reinforced Polymer)や炭素繊維強化樹脂CFRP(Ca
rbon-Fiber Reinforced Polymer)、圧電セラミックス
を接着した金属弾性体などを用いることができる。 【0113】なお、今回開示された実施の形態はすべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許
請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意
味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図
される。 【0114】 【発明の効果】本発明の駆動装置によれば、被駆動部の
弾性変形により、被駆動部および駆動対象物の固有振動
数と駆動部の振動数との関係を調整することができる。
その結果、たとえば、このような駆動装置を、羽ばたき
飛行装置の駆動装置として用いて、被駆動部および駆動
対象物の固有振動数と駆動部の振動数とを調整して、効
率のよい駆動を行なうことが可能となる。その結果、前
述の調整を羽ばたき飛行に対して適宜選択して使用すれ
ば、羽ばたき飛行装置に、急激な変化を伴う飛行を行な
わせ易くなるとともに、停空飛行もさせ易くなる。 【0115】本発明の羽ばたき飛行装置によれば、被駆
動部の弾性変形により、被駆動部および羽部の固有振動
数と駆動部の振動数との関係を調整することができる。
それにより、前述の調整を羽ばたき飛行に対して適宜選
択して使用するようにすれば、被駆動部および羽部の固
有振動数と駆動部の振動数とを調整して、効率のよい駆
動を行なうことが可能となる。その結果、羽ばたき飛行
装置に、急激な変化を伴う飛行を行なわせ易くなるとと
もに、停空飛行もさせ易くなる。

【図面の簡単な説明】 【図1】 本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置
を説明する図である。 【図2】 本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置
において、共振現象を利用した場合の、羽ばたき運動の
角度の駆動力に対する変化を示す第1のグラフである。 【図3】 本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置
において、共振現象を利用した場合の、羽ばたき運動の
角度の駆動力に対する変化を示す第2のグラフである。 【図4】 本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置
において、駆動力を羽ばたき運動とは逆の位相で与えた
場合の、羽ばたき運動の角度の駆動力に対する変化を示
す第1のグラフである。 【図5】 本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置
において、駆動力を羽ばたき運動とは逆の位相で与えた
場合の、羽ばたき運動の角度の駆動力に対する変化を示
す第2のグラフである。 【図6】 本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置
において、角度センサを設けた別の例を示す図である。 【図7】 図1に示す羽ばたき飛行装置の駆動装置にお
いて、振動型アクチュエータを用いた場合の、2軸羽ば
たき飛行装置の例を示す図であり、(a)はその部分正
面図であり、(b)はその部分側面図である。 【図8】 本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置
において、羽ばたき運動と羽ばたき運動の位相との関係
を示すグラフである。 【図9】 本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置
における羽ばたき運動の状態を示す図である。 【図10】 図7に示す羽ばたき飛行装置の飛行態様の
一例を示す図である。 【図11】 本実施の形態の羽ばたき飛行装置の、羽に
作用する力および各角度のそれぞれの羽ばたき運動の位
相に対する変化を示す第1のグラフである。 【図12】 本実施の形態の羽ばたき飛行装置の、羽に
作用する力および各角度のそれぞれの羽ばたき運動の位
相に対する変化を示す第2のグラフである。 【図13】 本実施の形態の羽ばたき飛行装置におい
て、前羽軸と後羽軸の先端方向とが、互いに平行な位置
から角度εだけ外側を向いている場合の、2本の羽軸の
位置関係を示す図である。 【図14】 本実施の形態の羽ばたき飛行装置におい
て、前羽軸と後羽軸との間に梁を設けた場合の例を説明
するための図である。 【符号の説明】 100,600 支持構造体、101,601 羽軸、
102,107,108,602,607,608 ヒ
ンジ、103,603 羽、104,604磁石、10
5,605 磁石、106,606 バネ、109,6
09 制御信号、201,301,401,501 駆
動力、202,302,402,502 羽ばたき運動
の角度、610 角度センサ、700 振動軸、70
1,702,901,902 振動型アクチュエータ、
703,903,1301 前羽軸、704,904,
1302 後羽軸、705,905 胴体部、706,
906 羽の膜、707,907 羽の先端部、708
胴体軸、709 中心軸、801 前羽軸の角度、8
02 後羽軸の角度、1001 超音波センサ、100
2 赤外線センサ、1003 加速度センサ、1004
角加速度センサ、1005 羽ばたき制御部、100
6 アクチュエータ、1007 重心制御部、1008
メモリ部、1009 通信制御部、1010 アンテ
ナ部、1011 電源部、1303 前羽軸の振動軸、
1304 後羽軸の振動軸、1305羽軸の付根、13
06 羽軸先端。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱本 将樹 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 2C150 CA02 CA09 DA17 DA18 EB37 EB43 EG12 EG16 FA24 FA42 FA48 FB04 FB13 FB14 FB43

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 所定の運動をさせるための駆動対象物
    と、 該駆動対象物に接続された被駆動部と、 該被駆動部を駆動する駆動部とを備え、 前記被駆動部は、該被駆動部および前記駆動対象物が動
    作する際に、前記被駆動部および前記駆動対象物の動作
    に起因して弾性変形する、駆動装置。 【請求項2】 羽ばたき飛行するための羽部と、 該羽部に接続された被駆動部と、 該被駆動部を駆動する駆動部とを備え、 前記被駆動部は、該被駆動部および前記羽部が動作する
    際に、前記被駆動部および前記羽部の羽ばたき動作に起
    因して弾性変形する、羽ばたき飛行装置。 【請求項3】 前記被駆動部は前記羽部に接続された羽
    軸を含み、 該羽軸は、前記羽部および前記羽軸が動作する際に、該
    羽軸および前記羽部の羽ばたき動作に起因して弾性変形
    する、請求項2に記載の羽ばたき飛行装置。 【請求項4】 前記駆動部が設けられた支持構造体を備
    え、 前記被駆動部は、 前記羽部に接続された羽軸と、 該羽軸に一端が接続され、前記支持構造体に他端が接続
    された弾性体とを含み、 前記弾性体は、前記羽部および前記羽軸が動作する際
    に、前記羽軸および前記羽部の動作に起因して弾性変形
    する、請求項2に記載の羽ばたき飛行装置。 【請求項5】 前記駆動部が設けられた支持構造体を備
    え、 前記被駆動部は、 前記羽部に接続された複数の羽軸と、 該複数の羽軸のうちの一対の羽軸に両端のヒンジにおい
    て回動可能に連結された梁と、 該梁に一端が接続され、前記支持構造体に他端が接続さ
    れた弾性体とを含み、前記弾性体は、前記羽部および前
    記羽軸が動作する際に、前記羽軸および前記羽部の動作
    に起因して弾性変形する、請求項2に記載の羽ばたき飛
    行装置。 【請求項6】 前記被駆動部の動作は往復運動である、
    請求項2〜請求項5のいずれかに記載の羽ばたき飛行装
    置。 【請求項7】 前記被駆動部は、前記駆動部からの引力
    および斥力のうち少なくともいずれか一方によって前記
    往復運動を実行する、請求項6に記載の羽ばたき飛行装
    置。 【請求項8】 前記駆動部は、前記羽軸の下側にのみ設
    けられ、前記引力のみにより前記往復運動を前記被駆動
    部に実行させるか、または、前記羽軸の上側にのみ設け
    られ、前記斥力のみにより前記往復運動を前記被駆動部
    に実行させる、請求項7に記載の羽ばたき飛行装置。 【請求項9】 前記駆動部が複数設けられた、請求項2
    〜請求項8のいずれかに記載の羽ばたき飛行装置。 【請求項10】 前記弾性体が複数設けられた、請求項
    2〜請求項9のいずれかに記載の羽ばたき飛行装置。 【請求項11】 前記駆動部の駆動力の周波数および位
    相を、前記被駆動部および前記羽部の自由振動の周波数
    および位相と一致させることが可能である、請求項2〜
    請求項10のいずれかに記載の羽ばたき飛行装置。 【請求項12】 前記羽部が羽ばたき運動を開始してか
    ら羽ばたき運動を一定の振幅で行なわまでの間、およ
    び、前記羽部の羽ばたき運動が一定の振幅で行なわれて
    いる間の少なくともいずれか一方において、前記駆動部
    の駆動力の周波数および位相を、前記被駆動部および前
    記羽部の自由振動の周波数および位相と一致させる、請
    求項11に記載の羽ばたき飛行装置。 【請求項13】 前記駆動部の駆動力の振幅の増減を、
    前記被駆動部の実際の動作の振幅の増減に対応するよう
    に変化させることが可能である、請求項2〜請求項12
    のいずれかに記載の羽ばたき飛行装置。 【請求項14】 前記駆動部の駆動力の振幅を、前記被
    駆動部の実際の動作の振幅の増減に対応するように増減
    させる、請求項13に記載の羽ばたき飛行装置。 【請求項15】 前記駆動部の駆動力の振幅を、前記被
    駆動部の動作の振幅の増減とは逆となるように増減させ
    る、請求項13に記載の羽ばたき飛行装置。 【請求項16】 前記駆動部の駆動力の周波数および位
    相のうち少なくともいずれか一方を、前記被駆動部およ
    び前記羽部の自由振動の周波数および位相に対してずら
    すことが可能である、請求項2〜請求項15のいずれか
    に記載の羽ばたき飛行装置。 【請求項17】 前記駆動部の駆動力の周波数を、前記
    被駆動部および前記羽部の自由振動の周波数と一致させ
    た上で、前記駆動部の駆動力の位相を、前記被駆動部お
    よび前記羽部の自由振動の位相と180度逆位相にする
    ことが可能である、請求項16に記載の羽ばたき飛行装
    置。 【請求項18】 前記羽部の羽ばたき運動を停止する際
    に、前記駆動部の駆動力の位相を、前記被駆動部および
    前記羽部の自由振動の位相と180度逆位相にする、請
    求項17に記載の羽ばたき飛行装置。 【請求項19】 前記駆動部の停止時には、前記被駆動
    部および前記羽部の強制振動の時定数の2〜3倍の時間
    をかけて、前記駆動部の振幅を減少させる、請求項2〜
    18のいずれかに記載の羽ばたき飛行装置。 【請求項20】 前記羽軸の運動状態を検出するセンサ
    をさらに備え、前記駆動部は、前記センサにより検出さ
    れた運動状態に基づいて、前記被駆動部を制御する、請
    求項2〜請求項19のいずれかに記載の羽ばたき飛行装
    置。
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