JP2003145469A - 群ロボットシステムならびにそれに用いられるセンシングロボットおよびベースステーション - Google Patents

群ロボットシステムならびにそれに用いられるセンシングロボットおよびベースステーション

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JP2003145469A
JP2003145469A JP2001355017A JP2001355017A JP2003145469A JP 2003145469 A JP2003145469 A JP 2003145469A JP 2001355017 A JP2001355017 A JP 2001355017A JP 2001355017 A JP2001355017 A JP 2001355017A JP 2003145469 A JP2003145469 A JP 2003145469A
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佳似 太田
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    • G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
    • G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
    • G05D1/104—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft involving a plurality of aircrafts, e.g. formation flying
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1682—Dual arm manipulator; Coordination of several manipulators
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39155—Motion skill, relate sensor data to certain situation and motion
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39168—Multiple robots searching an object

Abstract

(57)【要約】 【課題】 対象物の探索を効率的に行なうことが可能と
なる群ロボットシステム等を提供する。 【解決手段】 群ロボットシステム１００の通信体系
を、ベースステーション１０１を最上層として、複数の
センシングロボット群１０２，１０３，１０４同士で複
数層を構成する階層構造をなすように構成し、複数のセ
ンシングロボット群１０２，１０３，１０４それぞれの
センシング分解能が、階層構造の下層側のセンシングロ
ボットよりも階層構造の上層側のセンシングロボットの
方が高い分解能になるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、対象物を探索する
ためのロボットが多数集まり群として動作する群ロボッ
トシステムならびにそれに用いられるセンシングロボッ
トおよびベースステーションに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来においては、図５３に示すように、
特開平８−３０３２７号公報において、外部環境の情報
を収集する単数あるいは複数のセンサ機構と、センサ機
構からのセンサ情報により、アクチュエータ機構への
適切な運動指令を生成する階層型の情報処理機構を備
えた実環境で動作する実用的な環境認識システム、知能
ロボットが開示されている。この技術によれば、センシ
ング時の状況に応じて、階層型の情報処理機構からの運
動指令により、アクチュエータ機構が、上記センサ機
構が十分に機能するように、自己および対象物の位置や
照明などの外部環境を適切に変更させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平８−３０３２７号公報に記載された技術では、複数
のセンサ機構および上位から下位までのセンサ情報処理
ユニットが常に動作していた。
【０００４】また、他のセンシングロボットを使用する
ロボットシステムにおいては、全てのセンサは同じ感
度、すなわち同じセンシング分解能でセンシングを行な
っていた。
【０００５】そのため、探索の対象物を検出した場合に
おいては、探索の対象物から遠い領域を探索しているセ
ンシングロボットも、探索の対象物に近い領域を探索し
ているセンシングロボットと同じセンシング分解能で探
索を行なっていた。
【０００６】その結果、センシングロボットのセンサ情
報の処理による負担の軽減およびセンシングロボットの
消費電力の低減が困難であった。さらに、全てのセンシ
ングロボットのセンシング分解能を均一にするために、
特定のセンシングロボットのセンシング分解能を高く変
更することができなかったため、探索の対象物を検出し
た後、センシング分解能を高くして、短時間で探索の対
象物の詳細な全体情報を把握することが困難であった。
【０００７】したがって、従来の群ロボットシステムに
おいては、効率的に対象物の探索を行なうことができな
かった。
【０００８】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、探索の対象物を検出した場合に
おいて、効率的に対象物の探索を行なうことが可能な群
ロボットシステムならびにそれに用いられるセンシング
ロボットおよびベースステーションを提供することであ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の局面の群
ロボットシステムは、対象物の探索に用いられる複数の
センシングロボットと、複数のセンシングロボットを制
御するためのベースステーションとを備えた群ロボット
システムであって、複数のセンシングロボットが、ベー
スステーションからの距離に応じて、対象物の探索に関
する態様が異なるように制御される。
【００１０】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットが、ベースステーションからの距離に応じ
て、対象物の探索に関する態様が異なるように制御され
るため、効率的に対象物の探索を行なうことが可能とな
る。
【００１１】本発明の第１の局面の群ロボットシステム
は、対象物の探索に関する態様が、複数のセンシングロ
ボットそれぞれのセンシング分解能であってもよい。
【００１２】上記のような構成によれば、センシングロ
ボットそれぞれのセンシング分解能をベースステーショ
ンからの距離に応じて調整することにより、効率的に対
象物の探索を行なうことが可能となる。
【００１３】本発明の第１の局面の群ロボットシステム
は、複数のセンシングロボットが、ベースステーション
からの距離に応じた複数のグループからなり、複数のセ
ンシングロボットのセンシング分解能が、ベースステー
ションに遠い側のグループのセンシングロボットよりも
ベースステーションに近い側のグループのセンシングロ
ボットの方が、高い分解能になるように制御されてもよ
い。
【００１４】上記のような構成によれば、センシングロ
ボットそれぞれのセンシング分解能をベースステーショ
ンに近いグループほど大きくすることにより、効率的に
対象物の探索を行なうことが可能となる。
【００１５】本発明の第１の局面の群ロボットシステム
は、複数のセンシングロボットのセンシング分解能が、
ベースステーションに遠い側のセンシングロボットより
もベースステーションに近い側のセンシングロボットの
方が、高い分解能となるように制御されてもよい。
【００１６】上記のような構成によれば、センシングロ
ボットそれぞれのセンシング分解能をベースステーショ
ンに近いセンシングロボットほど大きくすることによ
り、効率的に対象物の探索を行なうことが可能となる。
【００１７】本発明の第１の局面の群ロボットシステム
は、対象物の探索に関する態様が、複数のセンシングロ
ボットそれぞれの移動速度であってもよい。
【００１８】上記のような構成によれば、センシングロ
ボットそれぞれの移動速度をベースステーションからの
距離に応じて調整することにより、効率的に対象物の探
索を行なう。
【００１９】本発明の第１の局面の群ロボットシステム
は、複数のセンシングロボットが、ベースステーション
からの距離に応じた複数のグループからなり、複数のセ
ンシングロボットの移動速度が、ベースステーションに
遠い側のグループのセンシングロボットよりもベースス
テーションに近い側のグループのセンシングロボットの
方が低速になるように制御されてもよい。
【００２０】上記のような構成によれば、センシングロ
ボットそれぞれの移動速度をベースステーションに近い
側のグループほど大きくすることにより、効率的に対象
物の探索を行なうことが可能となる。
【００２１】本発明の第１の局面の群ロボットシステム
は、複数のセンシングロボットの移動速度が、ベースス
テーションに遠い側のセンシングロボットよりもベース
ステーションに近い側のセンシングロボットの方が低速
になるように制御されてもよい。
【００２２】上記のような構成によれば、センシングロ
ボットそれぞれの移動速度をベースステーションに近い
側のセンシングロボットほど低速にすることにより、効
率的に対象物の探索を行なうことが可能となる。
【００２３】本発明の第１の局面の群ロボットシステム
は、センシングロボットが、羽ばたき運動により羽ばた
き飛行可能な羽ばたきセンシングロボットであり、対象
物の探索に関する態様が、複数の羽ばたきセンシングロ
ボットの羽ばたき運動の周波数であってもよい。
【００２４】上記のような構成によれば、羽ばたきセン
シングロボットそれぞれの羽ばたき運動の羽ばたき周波
数をベースステーションからの距離に応じて調整するこ
とにより、効率的に対象物の探索を行なうことが可能と
なる。
【００２５】本発明の第１の局面の群ロボットシステム
は、複数の羽ばたきセンシングロボットが、ベースステ
ーションからの距離に応じた複数のグループからなり、
複数の羽ばたきセンシングロボットの羽ばたき運動の周
波数が、ベースステーションに遠い側のグループの羽ば
たきセンシングロボットよりもベースステーションに近
い側のグループの羽ばたきセンシングロボットの方が小
さくなるように制御されてもよい。
【００２６】上記のような構成によれば、羽ばたきセン
シングロボットそれぞれの羽ばたき運動の羽ばたき周波
数をベースステーションに近い側のグループほど小さく
することにより、効率的に対象物の探索を行なうことが
可能となる。
【００２７】本発明の第１の局面の群ロボットシステム
は、複数の羽ばたきセンシングロボットの羽ばたき運動
の周波数が、ベースステーションに遠い側よりもベース
ステーションに近い側の羽ばたきセンシングロボットの
方が小さくなるように制御されてもよい。
【００２８】上記のような構成によれば、羽ばたきセン
シングロボットそれぞれの羽ばたき運動の羽ばたき周波
数をベースステーションに近い側の羽ばたきセンシング
ロボットほど小さくすることにより、効率的に対象物の
探索を行なうことが可能となる。
【００２９】本発明の第１の局面のセンシングロボット
は、ベースステーションにより制御されて対象物の探索
を行なうセンシングロボットであって、対象物の探索を
複数のセンシングロボットで行なう場合に、複数のセン
シングロボットそれぞれの対象物の探索に関する態様
が、ベースステーションからの距離に応じて異なるよう
に、ベースステーションにより制御可能である。
【００３０】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットが、ベースステーションからの距離に応じ
て、対象物の探索に関する態様が異なるように制御され
るため、効率的に対象物の探索を行なうことが可能とな
る。
【００３１】本発明の第１の局面のベースステーション
は、対象物の探索を行なう複数のセンシングロボットを
制御するベースステーションであって、複数のセンシン
グロボットそれぞれの対象物の探索に関する態様が、ベ
ースステーションからの距離に応じて異なるように、複
数のセンシングロボットを制御可能である。
【００３２】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットがベースステーションからの距離に応じて
対象物の探索に関する態様が異なるように制御されるた
め、効率的に対象物の探索を行なうことが可能となる。
【００３３】本発明の第２の局面の群ロボットシステム
は、対象物の探索に用いられる複数のセンシングロボッ
トと、複数のセンシングロボットを制御するためのベー
スステーションとを備えた群ロボットシステムであっ
て、群ロボットシステムの通信体系が、ベースステーシ
ョンを最上層として、複数のセンシングロボット同士で
複数層を構成する階層構造をなし、階層構造において、
ベースステーションからは、複数のセンシングロボット
それぞれまで階層構造の下層側へ順に、複数のセンシン
グロボットそれぞれの制御に関する情報が伝達され、複
数のセンシングロボットそれぞれからは、ベースステー
ションまで階層構造の上層へ順に、複数のセンシングロ
ボットそれぞれの対象物の探索に関する情報が伝達さ
れ、センシングロボットが、階層構造の階層に応じて対
象物の探索に関する態様が異なるように制御される。
【００３４】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットが階層構造の階層に応じて対象物の探索に
関する態様が異なるように制御されるため、効率的に対
象物の探索を行なうことが可能となる。また、階層構造
において通信を行なうため、それぞれのセンシングロボ
ット同士の間またはベースステーションとセンシングロ
ボットとの間の通信の距離を、ベースステーションとセ
ンシングロボットとが１対１で通信を行なう場合に比較
して短くすることができる。そのため、センシングロボ
ットそれぞれの通信機構の小型化または軽量化を図りな
がら、ベースステーションが停止している状態での探索
範囲を広げることができる。
【００３５】本発明の第２の局面の群ロボットシステム
は、対象物の探索に関する態様が、センシングロボット
のセンシング分解能であってもよい。
【００３６】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットそれぞれのセンシング分解能を階層構造の
階層に応じて調整することにより、効率的に対象物の探
索を行なうことが可能となる。
【００３７】本発明の第２の局面の群ロボットシステム
は、複数のセンシングロボットが、階層構造の階層に応
じた複数のグループからなり、複数のセンシングロボッ
トのセンシング分解能が、階層構造の下層側のグループ
のセンシングロボットよりも階層構造の上層側のグルー
プのセンシングロボットの方が高分解能になるように制
御されてもよい。
【００３８】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットそれぞれのセンシング分解能を階層構造の
上層のグループほど高い分解能にすることにより、効率
的に対象物の探索を行なうことが可能となる。
【００３９】本発明の第２の局面の群ロボットシステム
は、複数のセンシングロボットのセンシング分解能が、
階層構造の下層側のセンシングロボットよりも階層構造
の上層側のセンシングロボットの方が高い分解能になる
ように制御されてもよい。
【００４０】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットそれぞれのセンシング分解能を階層構造の
上層のセンシングロボットほど高い分解能にすることに
より、効率的に対象物の探索を行なうことが可能とな
る。
【００４１】本発明の第２の局面の群ロボットシステム
は、対象物の探索に関する態様が、センシングロボット
の移動速度であってもよい。
【００４２】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットそれぞれの移動速度を階層構造の階層に応
じて調整することにより、効率的に対象物の探索を行な
うことが可能となる。
【００４３】本発明の第２の局面の群ロボットシステム
は、複数のセンシングロボットが、階層構造の各階層に
応じた複数のグループからなり、複数のセンシングロボ
ットの移動速度が、階層構造の下層側のグループのセン
シングロボットよりも階層構造の上層側のグループのセ
ンシングロボットの方が低速になるように制御されても
よい。
【００４４】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットそれぞれの移動速度を階層構造の階層の上
層のグループほど低速にすることにより、効率的に対象
物の探索を行なうことが可能となる。
【００４５】本発明の第２の局面の群ロボットシステム
は、複数のセンシングロボットの移動速度が、階層構造
の下層側のセンシングロボットよりも階層構造の上層側
のセンシングロボットの方が低速になるように制御され
てもよい。
【００４６】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットそれぞれの移動速度を階層構造の階層の上
層のセンシングロボットほど低速にすることにより、効
率的に対象物の探索を行なうことが可能となる。
【００４７】本発明の第２の局面の群ロボットシステム
は、センシングロボットは、羽ばたき運動により羽ばた
き飛行可能な羽ばたきセンシングロボットであり、対象
物の探索に関する態様が、羽ばたきセンシングロボット
の羽ばたき運動の周波数であってもよい。
【００４８】上記のような構成によれば、複数の羽ばた
きセンシングロボットそれぞれの羽ばたき運動の周波数
を階層構造の階層に応じて調整することにより、効率的
に対象物の探索を行なうことが可能となる。
【００４９】本発明の第２の局面の群ロボットシステム
は、複数の羽ばたきセンシングロボットが、階層構造の
階層に応じた複数のグループからなり、複数の羽ばたき
センシングロボットの羽ばたき運動の周波数が、階層構
造の下層側のグループの羽ばたきセンシングロボットよ
りも階層構造の上層側のグループの羽ばたきセンシング
ロボットの方が小さくなるように制御されてもよい。
【００５０】上記のような構成によれば、複数の羽ばた
きセンシングロボットそれぞれの羽ばたき運動の周波数
を階層構造の階層の上層のグループほど小さくすること
により、効率的に対象物の探索を行なうことが可能とな
る。
【００５１】本発明の第２の局面の群ロボットシステム
は、複数の羽ばたきセンシングロボットの羽ばたき運動
の周波数が、階層構造の下層側の羽ばたきセンシングロ
ボットよりも階層構造の上層側の羽ばたきセンシングロ
ボットの方が小さくなるように制御されてもよい。
【００５２】上記のような構成によれば、複数の羽ばた
きセンシングロボットそれぞれの羽ばたき運動の周波数
を階層構造の階層の上層のセンシングロボットほど小さ
くすることにより、効率的に対象物の探索を行なうこと
が可能となる。
【００５３】本発明の第２の局面のセンシングロボット
は、ベースステーションにより制御されて対象物の探索
を行なうセンシングロボットであって、通信体系が、ベ
ースステーションを最上層として、複数のセンシングロ
ボット同士で複数層を構成する階層構造をなすように設
定された群ロボットシステムにおいて用いられ、階層構
造の上層側へ自己より下側の階層のセンシングロボット
の対象物の探索に関する情報を伝達する機能と、階層構
造の１つ下層側へ自己より下側の階層のセンシングロボ
ットの動作に関する情報を伝達する機能とを備え、対象
物の探索を行なう場合に、複数のセンシングロボットそ
れぞれの対象物の探索に関する態様が、階層構造の階層
に応じて異なるように、ベースステーションにより制御
可能である。
【００５４】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットが階層構造の階層に応じて対象物の探索に
関する態様が異なるように制御されるため、効率的に対
象物の探索を行なうことが可能となる。また、階層構造
において通信を行なうため、それぞれのセンシングロボ
ット同士の間またはベースステーションとセンシングロ
ボットとの間の通信の距離を、ベースステーションとセ
ンシングロボットとが１対１で通信を行なう場合に比較
して短くすることができる。そのため、センシングロボ
ットそれぞれの通信機構の小型化または軽量化を図りな
がら、ベースステーションが停止している状態での探索
範囲を広げることができる。
【００５５】本発明の第２の局面のベースステーション
は、複数のセンシングロボットに対象物を探索させる制
御を行なうベースステーションであって、通信体系が、
ベースステーションを最上層として、複数のセンシング
ロボット同士で複数層を構成する階層構造をなすように
設定された群ロボットシステムにおいて用いられ、階層
構造において、ベースステーションから複数のセンシン
グロボットそれぞれまで階層構造の下層側へ順に、複数
のセンシングロボットそれぞれの動作の制御に関する情
報を伝達でき、複数のセンシングロボットそれぞれから
ベースステーションまで前記階層構造の上層側へ順に、
複数のセンシングロボットそれぞれの対象物の探索に関
する情報が伝達され、複数のセンシングロボットそれぞ
れの対象物の探索に関する態様が、階層構造の階層に応
じて異なるように、複数のセンシングロボットを制御可
能である。
【００５６】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットが階層構造の階層に応じて対象物の探索に
関する態様が異なるように制御されるため、効率的に対
象物の探索を行なうことが可能となる。また、階層構造
において通信を行なうため、それぞれのセンシングロボ
ット同士の間またはベースステーションとセンシングロ
ボットとの間の通信の距離を、ベースステーションとセ
ンシングロボットとが１対１で通信を行なう場合に比較
して短くすることができる。そのため、センシングロボ
ットそれぞれの通信機構の小型化または軽量化を図りな
がら、ベースステーションが停止している状態での探索
範囲を広げることができる。
【００５７】本発明の第３の局面の群ロボットシステム
は、対象物の探索に用いられるセンシングロボットと、
センシングロボットを制御するためのベースステーショ
ンとを備えた群ロボットシステムであって、センシング
ロボットが、対象物の探索の段階に応じて対象物の探索
に関する態様を変更するように制御される。
【００５８】上記のような構成によれば、センシングロ
ボットが、対象物の探索の段階に応じて、対象物の探索
に関する態様を変更することにより、効率的に対象物の
探索を行なうことが可能となる。
【００５９】本発明の第３の局面の群ロボットシステム
は、対象物の探索に関する態様が、センシングロボット
のセンシング分解能であってもよい。
【００６０】上記のような構成によれば、センシングロ
ボットが、対象物の探索の段階に応じてセンシング分解
能を変更することにより、効率的に対象物の探索を行な
うことが可能となる。
【００６１】本発明の第３の局面の群ロボットシステム
は、対象物の探索に関する態様が、センシングロボット
の検出センサの種類またはセンサ情報の処理方法であっ
てもよい。
【００６２】上記のような構成によれば、センシングロ
ボットが、対象物の探索の段階に応じて検出センサの種
類またはセンサ情報を変更することにより、効率的に対
象物の探索を行なうことが可能となる。
【００６３】本発明の第３の局面の群ロボットシステム
は、前述の対象物の探索の段階が、センシングロボット
が対象物を検出した場合であってもよい。
【００６４】上記のような構成によれば、センシングロ
ボットが対象物を検出した場合に対象物の探索に関する
態様を変更することにより、センシングロボットが対象
物を検出した後において、効率的に対象物の探索を行な
うことが可能となる。
【００６５】本発明の第３の局面の群ロボットシステム
は、複数のセンシングロボットが、対象物を検出したセ
ンシングロボットの対象物の探索に関する態様を変更し
てもよい。
【００６６】上記のような構成によれば、対象物を検出
したセンシングロボットの対象物の探索の態様を変更す
ることにより、効率的に対象物の探索を行なうことが可
能となる。
【００６７】本発明の第３の局面の群ロボットシステム
は、複数のセンシングロボットが、対象物を検出したセ
ンシングロボットの周辺の領域に位置するセンシングロ
ボットの対象物の探索に関する態様を変更してもよい。
【００６８】上記のような構成によれば、対象物を検出
したセンシングロボットの対象物の探索の態様を変更す
ることにより、効率的に対象物の探索を行なうことが可
能となる。
【００６９】本発明の第３の局面の群ロボットシステム
は、対象物の探索の段階が、センシングロボットが対象
物を検出しなくなった場合であってもよい。
【００７０】上記のような構成によれば、対象物を検出
しなくなった場合にセンシングロボットの探索の態様を
変更することにより、対象物を検出しなくなった後にお
いて、効率的に対象物の探索を行なうことが可能とな
る。
【００７１】本発明の第３の局面の群ロボットシステム
は、複数のセンシングロボットが、対象物を検出しなく
なったセンシングロボットの対象物の探索に関する態様
を変更してもよい。
【００７２】上記の構成によれば、対象物を検出しなく
なったセンシングロボットの対象物の探索に関する態様
を変更することにより、対象物を検出しなくなった後に
おいて、対象物の探索を効率的に行なうことが可能とな
る。
【００７３】本発明の第３の局面の群ロボットシステム
は、複数のセンシングロボットが、対象物を検出しなく
なったセンシングロボットの周辺の領域に位置するセン
シングロボットの対象物の探索に関する態様を変更して
もよい。
【００７４】上記の構成によれば、対象物を検出しなく
なったセンシングロボットの周辺の領域に位置するセン
シングロボットの対象物の探索に関する態様を変更する
ことにより、対象物の探索を効率的に行なうことが可能
となる。
【００７５】本発明の第３の局面のセンシングロボット
は、ベースステーションにより制御されて対象物の探索
を行なうセンシングロボットであって、センシングロボ
ットが、対象物の探索の段階に応じてベースステーショ
ンによりセンシングロボットの対象物の探索に関する態
様を変更するように制御される。
【００７６】上記のような構成によれば、センシングロ
ボットが、対象物の探索の段階に応じて対象物の探索に
関する態様を変更することにより、対象物の探索を効率
的に行なうことが可能となる。
【００７７】本発明の第３の局面のベースステーション
は、対象物の探索を行なう複数のセンシングロボットを
制御するベースステーションであって、センシングロボ
ットが、対象物の探索の段階に応じて対象物の探索に関
する態様を変更させる制御を行なう。
【００７８】上記のような構成によれば、センシングロ
ボットが、対象物の探索の段階に応じて対象物の探索に
関する態様を変更することにより、対象物の探索を効率
的に行なうことが可能となる。
【００７９】本発明の第４の局面の群ロボットシステム
は、対象物の探索に用いられる複数のセンシングロボッ
トと、複数のセンシングロボットを制御するためのベー
スステーションとを備えた群ロボットシステムであっ
て、複数のセンシングロボットが、ベースステーション
との位置関係の許容範囲を維持しながら、ベースステー
ションの移動に伴って移動することにより、対象物を探
索する。
【００８０】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットが、ベースステーションとの位置関係の許
容範囲を維持しながら、ベースステーションの移動に伴
って移動して、対象物を探索することにより、対象物の
探索を効率的に行なうことが可能となる。
【００８１】本発明の第４の局面の群ロボットシステム
は、より好ましくは、複数のセンシングロボットが、互
いの位置関係の許容範囲を維持しながら移動する。
【００８２】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットが、互いの位置関係の許容範囲を維持しな
がら移動することにより、さらに、対象物の探索を効率
的に行なうことが可能となる。
【００８３】本発明の第４の局面の群ロボットシステム
は、より好ましくは、ベースステーションが、複数のセ
ンシングロボットの配置を同心円状にしたときの、同心
円の中心に位置するように、複数のセンシングロボット
が配置された状態で移動するように設定されている。
【００８４】上記のような構成によれば、ベースステー
ションが、複数のセンシングロボットの配置を同心円状
にしたときの、同心円の中心に位置するように、複数の
センシングロボットが配置された状態で移動することに
より、さらに、対象物の探索を効率的に行なうことが可
能となる。
【００８５】本発明の第４の局面の群ロボットシステム
は、より好ましくは、ベースステーションが、センシン
グロボットが対象物を検出した場合には、対象物に向か
って移動するように設定されている。
【００８６】上記のような構成によれば、ベースステー
ションが、センシングロボットが対象物を検出した場合
には、対象物に向かって移動することにより、さらに、
対象物の探索を効率的に行なうことが可能となる。
【００８７】本発明の第４の局面の群ロボットシステム
は、より好ましくは、ベースステーションが、複数のセ
ンシングロボットの探索領域に、隙間ができないよう
に、かつ、重なりが生じないように移動する。
【００８８】上記のような構成によれば、ベースステー
ションが、複数のセンシングロボットの探索領域に、隙
間ができないように、かつ、重なりが生じないように移
動することにより、さらに、対象物の探索を効率的に行
なうことが可能となる。
【００８９】本発明の第４の局面のベースステーション
は、ベースステーションにより制御されて対象物の探索
を行なうセンシングロボットであって、対象物を複数の
センシングロボットで探索する場合に、ベースステーシ
ョンとの位置関係の許容範囲を維持しながら、ベースス
テーションの移動に伴って移動することにより対象物を
探索するように、ベースステーションに制御される。
【００９０】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットが、ベースステーションとの位置関係の許
容範囲を維持しながら、ベースステーションの移動に伴
って複数のセンシングロボットが移動して、対象物を探
索することにより、対象物の探索を効率的に行なうこと
が可能となる。
【００９１】本発明の第４の局面のベースステーション
は、対象物の探索に用いられる複数のセンシングロボッ
トを制御するためのベースステーションであって、複数
のセンシングロボットが、ベースステーションとの位置
関係の許容範囲を維持しながら、ベースステーションの
移動に伴って移動することにより、複数のセンシングロ
ボットに対象物を探索させる制御を行なう。
【００９２】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットが、ベースステーションとの位置関係の許
容範囲を維持しながら、ベースステーションの移動に伴
って複数のセンシングロボットが移動することにより、
複数のセンシングロボットに対象物を探索させるため、
対象物の探索を効率的に行なうことが可能となる。
【００９３】本発明の第５の局面の群ロボットシステム
は、対象物の探索に用いられる複数のセンシングロボッ
トと、複数のセンシングロボットを制御するためのベー
スステーションとを備えた群ロボットシステムであっ
て、複数のセンシングロボットが、複数のセンシングロ
ボットそれぞれの対象物の探索に関する態様が独立して
制御される。
【００９４】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットそれぞれの対象物の探索に関する態様を独
立して制御することができるため、対象物の探索を効率
的に行なうことが可能となる。
【００９５】本発明の第５の局面の群ロボットシステム
は、複数のセンシングロボットそれぞれの対象物の探索
に関する態様が独立して制御される場合には、複数のセ
ンシングロボットそれぞれの対象物の探索に関する態様
が状況に応じて異なる態様に固定された状態に制御され
る場合を含んでいてもよい。
【００９６】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットそれぞれの対象物の探索に関する態様が状
況に応じて異なる態様に固定された状態に制御すること
により、対象物の探索を効率的に行なう。
【００９７】本発明の第５の局面のセンシングロボット
は、ベースステーションにより制御されて対象物の探索
に用いられるセンシングロボットであって、対象物の探
索を複数のセンシングロボットで行なう場合に、他のセ
ンシングロボットとは対象物の探索に関する態様が独立
して制御される。
【００９８】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットそれぞれの対象物の探索に関する態様が独
立して制御されるため、対象物の探索を効率的に行なう
ことが可能となる。
【００９９】本発明の第５の局面のベースステーション
は、対象物の探索に用いられる複数のセンシングロボッ
トを制御するためのベースステーションであって、対象
物の探索を複数のセンシングロボットで行なう場合に、
複数のセンシングロボットそれぞれの対象物の探索に関
する態様を独立して制御することが可能である。
【０１００】上記のような構成によれば、複数のセンシ
ングロボットそれぞれの対象物の探索に関する態様を独
立して制御することができるため、対象物の探索を効率
的に行なうことが可能となる。
【０１０１】なお、コンピュータに前述のセンシングロ
ボットまたはベースステーションを動作させるためのプ
ログラムが実行されて、センシングロボットまたはベー
スステーションは群ロボットシステムにおいて機能す
る。なお、このプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭなどの記録
媒体に記録されていているものがセンシングロボットに
読込まれてもよいとともに、インターネットなどの情報
伝達網からインストールされてロボットに読込まれても
よい。
【０１０２】
【発明の実施の形態】本実施の形態によるセンシングロ
ボットおよびベースステーションを含む群ロボットシス
テムを、図１〜図１１を用いて説明する。本実施の形態
においては、群ロボットシステムを、たとえば、１辺、
最小数十メートルから最大数キロメートル平方の面積の
部分から、火事や人などの熱源の探索、ＣＯなどの有毒
ガスや有毒放射線の探索、地雷などの金属探索、都市設
計のためのＶＲデータ収集のための三次元の画像データ
の収集などを行なうものを例にして説明する。
【０１０３】本実施の形態においては、都市全体の有毒
ガスの探索を行なう場合には、群ロボットシステムが、
一度にすべての市街地を探索するのではなく、数分の１
に分割された市街地を、ベースステーションを同心円上
の中心に据えた、探索羽ばたきセンシングロボット群が
目的物の探索を行なう。羽ばたきセンシングロボット群
が、上記の数分の１に分割された市街地の、有毒ガスや
有毒放射線の探索を終えると、ベースステーションが、
次の数分の１の分割された市街地の探索をするために、
自由に移動を始め、目的地の市街地区域に来るとベース
ステーションを停止する。
【０１０４】ベースステーションの移動に追従して、後
述のフェロモンロボット、センシングロボットが移動を
始める。ベースステーションが次の市街地区域で移動を
停止すると、センシングロボット群は、ベースステーシ
ョンを同心円上の中心にして、分割された市街地の有毒
ガスや有毒放射線の探索を行なう。このようにして、本
実施の形態のセンシングロボット群は、分割された区域
を複数のセンシングロボット群で探索を行ない、探索結
果をベースステーションに送りながら、区域の探索終了
後、全体のロボット群は、ベースステーションを中心に
移動しながら次の区域の探索を行なう。そして、この移
動の動作を繰返しながら全体面積の探索を行なう。な
お、このとき、複数の羽ばたきセンシングロボット群の
探索範囲に、隙間ができることなく、かつ、重ならない
ように羽ばたきセンシングロボット群が移動すれば、探
索が効率的となる。
【０１０５】本実施の形態の群ロボットシステムについ
ては、図１〜図１２に基づいて説明すれば以下のとおり
である。本実施の形態に使用する群ロボットシステム１
００は、図１に示すように、ベースステーションＢＳ、
複数の羽ばたきセンシングロボットＣＳ、複数の羽ばた
きフェロモンロボットＦＥとで構成されている。
【０１０６】図１は、ロボット群の全体イメージを模式
的に描いたものである。また、図７において、群ロボッ
トシステムのセンシングロボットＣＳ同士およびセンシ
ングロボットＣＳとベースステーションＢＳとの間の通
信における階層構造と位置の関係を示す。本実施の形態
においては、複数の羽ばたきセンシングロボットＣＳは
ベースステーションＢＳに最も近いグループ１０２（Ｃ
Ｓ１１〜ＣＳ１ｉ）、次に近いグループ１０３（ＣＳ２
１〜ＣＳ２ｊ）、最も遠いグループ１０４（ＣＳ３１〜
ＣＳ３ｋ）の３個のグループに分かれている。本実施の
形態では、３個のグループに分かれているが、３個のグ
ループに限るものではなく、複数のグループが存在すれ
ばよい。
【０１０７】図２は、群ロボットシステムをセンシング
ロボットＣＳ同士およびセンシングロボットＣＳとベー
スステーションＢＳとの間の羽ばたき周波数ｆｖと位置
の関係を示す図である。
【０１０８】ベースステーションＢＳから最も遠い羽ば
たきセンシングロボット１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）
の時間当りの移動距離は、次に遠い羽ばたきセンシング
ロボット１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）に比べて大き
い。つまり、羽ばたきセンシングロボット１０４（ＣＳ
３１〜ＣＳ３ｋ）の羽ばたき周波数ｆｖ１０４は、羽ば
たきセンシングロボット１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）
の羽ばたき周波数ｆｖ１０３に比べて大きい。
【０１０９】同様にして、センシングロボット１０３
（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）の時間当りの移動距離は、最も
ベースステーションＢＳに近いセンシングロボット１０
２（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）に比べて大きい。つまり、羽
ばたきセンシングロボット１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２
ｊ）の羽ばたき周波数ｆｖ１０３は、羽ばたきセンシン
グロボット１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）の羽ばたき周
波数ｆｖ１０２に比べて大きい。
【０１１０】したがって、本実施の形態においては、羽
ばたき周波数が大きな下層ほど、言い換えれば、ベース
ステーションから遠い層ほどセンシングロボットＣＳは
移動速度が大きく、低分解能である。
【０１１１】図３は、群ロボットシステムのセンシング
ロボットＣＳ同士およびセンシングロボットＣＳとベー
スステーションＢＳとの間のセンシングの分解能Ｒとの
位置の関係を示す図である。
【０１１２】センシングの分解能については、すべての
センシングロボットＣＳにおいて、センサの精度、サン
プリング速度が同じである場合には、上記の単位時間当
りの移動距離との関係から、ベースステーションＢＳ１
０１から最も遠い羽ばたきセンシングロボット１０４
（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）の目的物検出のための空間分解
能Ｒ１０４は、次に遠い羽ばたきセンシングロボット１
０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）の目的物検出のための分解
能Ｒ１０３に比べ、低分解能である。つまりベースステ
ーションＢＳ１０１から最も遠い羽ばたきセンシングロ
ボット１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）は、次に遠い羽ば
たきセンシングロボット１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）
に比べ、目的物検出のための位置検出の精度あるいは障
害物の大きさの測定値の精度は粗くなる。
【０１１３】同様にして、すべてのセンシングロボット
において、センサの精度、サンプリング速度が同じであ
る場合には、上記の単位時間当りの移動距離との関係か
ら、羽ばたきセンシングロボット１０３（ＣＳ２１〜Ｃ
Ｓ２ｊ）の目的物検出のための空間分解能Ｒ１０３は、
ベースステーションＢＳ１０１から最も近い位置にある
羽ばたきセンシングロボット１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１
ｉ）の目的物検出のための空間分解能Ｒ１０２に比べ、
低分解能である。つまり、センシングロボット１０３
（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）は、ベースステーションＢＳ１
０１から最も近い位置にある羽ばたきセンシングロボッ
ト１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）に比べ、目的物検出の
ための位置検出の精度あるいは障害物の大きさの測定値
の精度は粗くなる。
【０１１４】上記の例では、サンプリング速度が同じ
で、単位時間当りの移動距離（移動速度）の大きさから
空間分解能に違いを出しているが、すべての羽ばたきセ
ンシングロボットが、ほぼ同じ速さで、移動している場
合には、サンプリングの速度を変えることにより、空間
分解能を変える方法をとることも考えられる。
【０１１５】あるセンシングロボットＣＳが目的物を検
出すると、後述に示す方法によりベースステーションＢ
Ｓ１０１に目的物の有無、位置情報などが伝えられる。
伝えられた情報により、ベースステーションＢＳ１０１
が、目的物に向かって自由に移動を始める。ベースステ
ーションＢＳ１０１の移動に伴い、ほぼ同心円状に存在
するセンシングロボットＣＳも目的物に向かって移動す
る。ベースステーションＢＳに近いセンシングロボット
ＣＳほど、言いかえると、階層構造において上層の階層
ほど、空間分解能が高いため、ベースステーションＢＳ
が目的物に近づくに従い、目的物検出のための位置検出
の精度あるいは障害物の大きさのセンシング情報はより
精度が高いものがベースステーションＢＳに送られる。
【０１１６】あるいは、あるセンシングロボットが目的
物を検出すると、検出したロボット自身が分解能を上
げ、同時に後述する方法によりベースステーションＢＳ
１０１に目的物の有無、位置情報などが伝えられること
が考えられる。
【０１１７】図４は、群ロボットシステムをセンシング
ロボットＣＳ同士およびセンシングロボットＣＳとベー
スステーションＢＳとの間の目的物１０６の検出前後の
センシングの分解能Ｒの時間変化と位置との関係の例を
示す図である。
【０１１８】目的物を検出する前は、図４（ａ）に示す
ように、センシングロボット群のセンシング分解能は、
Ｒ１０４である。次に、最も外側の層のセンシングロボ
ットＣＳ３５が、目的物１０６を検出すると、センシン
グロボットＣＳ３５は、図４（ｂ）に示すように、セン
シング分解能は、Ｒ１０２（＞Ｒ１０４）に変更する。
つまり検出したセンシングロボットＣＳ３５は、目的物
１０６を検出後、サンプリング速度を速くすることによ
り空間分解能Ｒを高くするか、あるいは、羽ばたき周波
数を低くして移動速度を低速にすることによりセンシン
グ分解能Ｒを高くする。
【０１１９】その後、目的物を検出したことを示す目的
物検出信号がベースステーションに伝わることにより、
ベースステーションからすべてのセンシングロボットＣ
Ｓに対し、サンプリング速度を速くすることにより空間
分解能を高くする、あるいは羽ばたき周波数を低くして
移動を速度を低速にすることにより分解能を高くするこ
とが伝達され、図４（ｃ）に示すように、すべてのセン
シングロボットＣＳのセンシング分解能Ｒを、Ｒ１０２
（＞Ｒ１０４）に変更する。なお、このとき、目的物を
検出したセンシングロボットＣＳ３５のみのセンシング
分解能Ｒを高くするようにしてもよい。
【０１２０】目的物１０６の検出後は、目的物の位置検
出の精度、あるいは障害物の大きさの情報は、より精度
の高いものがベースステーションに送られる。
【０１２１】あるいは、たとえば、センシングロボット
は、目的物を検出するまでは、超音波センサあるいは赤
外線センサで検出を行ない、あるセンシングロボットが
目的物を検出すると、検出したセンシングロボットは、
センサの種類を、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）
あるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Sil
icon）イメージセンサに変更し、目的物の詳細な画像情
報を送付することが考えられる。
【０１２２】図５において、群ロボットシステムのセン
シングロボットＣＳ同士およびセンシングロボットＣＳ
とベースステーションＢＳとの間の目的物１０６の検出
前後に選択されるセンサの時間変化と位置の例を示す。
【０１２３】目的物を検出する前は、図５（ａ）に示す
ように、センシングロボット群のセンサは、赤外線検出
センサである。次に、最も外側の層のセンシングロボッ
トＣＳ３５が、目的物１０６を検出すると、センシング
ロボットＣＳ３５は、図５（ｂ）に示すように、センサ
を赤外線検出センサからＣＭＯＳイメージセンサに変更
する。
【０１２４】その後、後述する方法によりベースステー
ションＢＳ１０１にセンシングロボットＣＳ３５で検出
された目的物の有無、位置情報などが伝えられることに
より、図５（ｃ）に示されるように、検出したセンシン
グロボットＣＳ３５が属する上位のセンシングロボット
ＣＳ２５に支配される、目的物１０６周辺のセンシング
ロボットＣＳ３４、ＣＳ３６のセンサの種類が、すべて
赤外線検出センサからＣＭＯＳイメージセンサ（あるい
はＣＣＤ）に変更される。このことにより、短時間で効
率的に目的物の詳細な全体画像を送付することができ
る。
【０１２５】あるいは、図６に示されるように、目的物
を検出する前は、図６（ａ）に示すように、センシング
ロボット群のセンサは、赤外線検出センサである。次に
最も外側の層のセンシングロボットＣＳ３５が、目的物
１０６を検出すると、センシングロボットＣＳ３５は、
図６（ｂ）に示すように、センサを赤外線検出センサか
らＣＭＯＳイメージセンサに変更する。
【０１２６】その後、後述する方法によりベースステー
ションＢＳ１０１にセンシングロボットＣＳ３５で検出
された目的物の有無、位置情報などが伝えられることに
より、図６（ｃ）に示されるように、検出したセンシン
グロボットＣＳ３５が属する上位のセンシングロボット
ＣＳ２５に支配される、目的物１０６周辺のセンシング
ロボットＣＳ３４、ＣＳ３６などのセンサの種類が、赤
外線検出センサからセンシングロボットＣＳ３５に使わ
れるＣＭＯＳイメージセンサ（あるいはＣＣＤ）とは、
違うセンサに変更される。たとえば、センシングロボッ
トＣＳ３４が、ＣＯ検出などの有毒ガスセンサ、センシ
ングロボットＣＳ３６が、有毒な放射能を検出するセン
サに変更される。このことより、短時間で効率的に目的
物の詳細な全体情報を得ることができる。
【０１２７】あるいは、たとえば、センシングロボット
は、目的物を検出するまでは、エッジ検出の画像処理を
行ない、あるセンシングロボットが目的物を検出する
と、検出したセンシングロボットは、色検出処理に変更
することも考えられる。つまり、センサのハードウェア
は同じで、目的物検出後は、センサ情報の処理の方法を
変えるやり方である。
【０１２８】あるいは、あるセンシングロボットが、目
的物を検出したとしても、群ロボットによる予め決めら
れた面積のスキャン作業が終了するまでは、センシング
ロボットの空間分解能やセンサの種類、画像処理の方法
は変更せず、予め決められた面積のスキャン作業が終了
し、検出信号があった場合に、同じ場所を、群センシン
グロボットで、センサの空間分解能やセンサの種類、画
像処理の方法を変更して、再度、目的物の違った情報の
検出作業を行なうことも考えられる。
【０１２９】上記のような本実施の形態の群ロボットシ
ステムによれば、多くの羽ばたきセンシングロボットが
移動しながら対象物を検出する場合において、センサ情
報の処理による負担を軽減するとともに、移動して探索
の目的物に近づくにしたがって、目的物検出後に、目的
物の位置検出の精度または障害物の大きさなどのセンシ
ング情報の精度を、より高いものとすることができる。
【０１３０】また、羽ばたきセンシングロボット群の移
動がない場合においても、センサ情報の処理による負担
を軽減するとともに、目的物検出後に、目的物の検出位
置、または、障害物の大きさの情報について、より精度
の高いものを得ることができる。また、常に、全ての羽
ばたきセンシングロボットのセンサが動作しているので
はないため消費電力を低減することができる。
【０１３１】また、目的物を検出すると感度の高いセン
サへ変更することにより、短時間で効率的に対象物の詳
細な全体情報を得ることができる。また、目的物を検出
すると、センサの種類、処理方法を変更することによ
り、効率的に、再度目的値の異なった情報を検出するこ
とができる。
【０１３２】なお、上記実施の形態においては、各階層
ごとに、羽ばたきセンシングロボットＣＳのセンシング
分解能、移動速度、羽ばたき周波数が異なる例を示した
が、複数層からなる階層構造のうち２層または３層単位
のグループでセンシング分解能、移動速度、羽ばたき周
波数が異なる群ロボットシステムであっても同様に、効
率的に目的物の全体情報を把握することができるという
効果を得ることができる。
【０１３３】また、上記実施の形態においては、階層構
造をなす群ロボットシステムの例を示したが、階層構造
をなすことなく複数の羽ばたきセンシングロボットＣＳ
がベースステーションからの距離に応じてセンシング分
解能、移動速度、羽ばたき周波数が異なるものであって
も同様に、効率的に目的物の全体情報を把握することが
できるという効果を得ることができる。この場合、羽ば
たきセンシングロボットが個々にベースステーションか
らの距離に応じてセンシング分解能、移動速度、羽ばた
き周波数が異なるものであってもよい。なお、センシン
グ分解能はベースステーションに近いほど大きく、移動
速度または羽ばたき周波数は、ベースステーションに近
いほど小さくなるようにすれば、ベースステーションが
目的物に近づくにしたがって除々に目的物の詳細な全体
情報をより高い精度で得ることができる。
【０１３４】また、上記実施の形態においては、ベース
ステーションに近いほど、すなわち、階層構造の上層ほ
ど、センシング分解能が高くなり、移動速度または周波
数が小さくなる例の群ロボットシステムを示したが、逆
に、階層構造の下層のセンシングロボットＣＳほど、セ
ンシング分解能が高くなり、移動速度または周波数が小
さくなる群ロボットシステムであってもよい。このよう
にすることにより、探索対象物を発見するまでは、最下
層のセンシング分解能が高いため、探索対象物を発見し
損ねる確率を低減することができる。また、階層構造の
上層のセンシングロボットのセンシングを行なわないよ
うにすることにより、ベースステーションＢＳおよび上
層のセンシングロボットＣＳの制御負担および電力消費
を低減することができる。
【０１３５】さらに、あるセンシングロボットＣＳが探
索対象物を検出すると、そのセンシングロボットＣＳお
よびそのセンシングロボットＣＳの周辺の領域に存在す
るセンシングロボットのセンシング分解能のみが他に比
較して高くなるようにしてもよい。また、あるセンシン
グロボットＣＳが探索対象物を検出しなくなるとそのセ
ンシングロボットＣＳのセンシング分解能を低くして、
そのセンシングロボットＣＳの周辺の領域に存在するセ
ンシングロボットＣＳのセンシング分解能のみを他に比
較して高くするようにしてもよい。これにより、ベース
ステーションＢＳおよびセンシングロボットＣＳの制御
負担および電力消費を低減することができる。また、セ
ンシングを行なっているセンシングロボットＣＳが時間
的に変化するような群ロボットシステムであっても、ベ
ースステーションＢＳおよびセンシングロボットＣＳの
制御負担および電力消費を低減することができる。
【０１３６】上記のことを総括すれば、上記実施の形態
の群ロボットシステムは、ベースステーションが複数の
センシングロボットそれぞれの移動速度、羽ばたき運動
の周波数、センシング分解能などの目的物の検出の態様
をそれぞれセンシングロボットＣＳごとに独立して制御
することができるため、従来の複数のセンシングロボッ
トのように目的物の検出の態様を独立して制御できない
ものに比較して、対象物の探索を効率的に行なうことが
できるのである。
【０１３７】また、センシングロボットＣＳごとに独立
して制御される場合とは、複数のセンシングロボットＣ
Ｓのうち特定のセンシングロボットＣＳが目的物を検出
するまでの作業を行ない、目的物が検出されたときに、
他のセンシングロボットＣＳが目的物の場所まで移動し
て詳細な全体情報を把握するなどのように、センシング
ロボットＣＳが役割に応じて、それぞれ異なる探索の態
様を実行可能なように固定された場合であってもよい。
【０１３８】図１〜図８に示すように、ベースステーシ
ョンＢＳ１０１と複数のセンシングロボットとの間の通
信構造は、階層構造になっている。ベースステーション
ＢＳ１０１は、同心円上にベースステーションＢＳに最
も近いグループであるセンシングロボット１０２（ＣＳ
１１〜ＣＳ１ｉ）と通信を行なう。上流であるベースス
テーションＢＳからは、羽ばたきセンシングロボット１
０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）に対して、羽ばたき周波
数、方向などの羽ばたきの変更点が送信される。下流で
ある羽ばたきセンシングロボット１０２（ＣＳ１１〜Ｃ
Ｓ１ｉ）からは、目的物の有無、位置情報などがベース
ステーションＢＳに送信される。
【０１３９】次に、センシングロボット１０２（ＣＳ１
１〜ＣＳ１ｉ）は、隣で接しているグループであるセン
シングロボット１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）と通信を
行なう。上流であるセンシングロボット１０２（ＣＳ１
１〜ＣＳ１ｉ）からは、羽ばたきセンシングロボット１
０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）に対して、ベースステーシ
ョンＢＳ１０１からセンシングロボット１０２（ＣＳ１
１〜ＣＳ１ｉ）に送信されたセンシングロボット１０３
（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）用の羽ばたき周波数、方向など
の羽ばたきの変更点が送信される。逆に、下流である羽
ばたきセンシングロボット１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２
ｊ）からは、目的物の有無、位置情報などがセンシング
ロボット１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）に送信される。
【０１４０】次に、センシングロボット１０３（ＣＳ２
１〜ＣＳ２ｊ）は、隣で接しているグループであるセン
シングロボット１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）と通信を
行なう。上流であるセンシングロボット１０３（ＣＳ２
１〜ＣＳ２ｊ）からは、羽ばたきセンシングロボット１
０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）に対して、ベースステーシ
ョンＢＳ１０１からセンシングロボット１０２（ＣＳ１
１〜ＣＳ１ｉ）を介してセンシングロボット１０３（Ｃ
Ｓ２１〜ＣＳ２ｊ）に送信されるセンシングロボット１
０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）用の羽ばたき周波数、方向
などの羽ばたきの変更点が送信される。
【０１４１】逆に、下流である羽ばたきセンシングロボ
ット１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）からは、目的物の有
無、位置情報などが上位のセンシングロボット１０３
（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）に送信される。つまり、目的物
が、羽ばたきセンシングロボット探索区域ＣＳ３１で検
出された場合、検出信号が上位のセンシングロボットＣ
Ｓ２１に伝えられ、センシングロボットＣＳ２１からよ
り上位のセンシングロボットＣＳ１１に伝えられる。そ
して、最後にセンシングロボットＣＳ１１からベースス
テーションＢＳに目的物の検出が伝えられる。
【０１４２】ベースステーションＢＳは、すべての羽ば
たきロボットの通信エリアをカバーする必要がなく、ベ
ースステーションを取り巻く同心円上の最も近いグルー
プのみの通信を確保できる通信強度であればよい。よっ
て、すべてのセンシングロボットとの通信を確保できる
通信強度に比べて弱い通信強度でよく、通信のための消
費電力が少なくて済む。
【０１４３】羽ばたきセンシングロボットＣＳ１１とベ
ースステーションＢＳとの通信強度が予め決められたレ
ベルを下回った場合、羽ばたきセンシングロボットは、
通信強度が再度予め決められたレベルを超えるまで、ベ
ースステーション側に移動する。同様に上位の羽ばたき
センシングロボットＣＳ１１で、それが下流の羽ばたき
センシングロボット１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２４）の場
合であっても、同じである。
【０１４４】また、上記の例では、下流のセンシングロ
ボットは通信強度が強くなるまで、移動したが、通信強
度が予め決められたレベルを下回った場合には、センシ
ングロボットとその上位のセンシングロボットのお互い
の通信パワーを上げることにより、上位のセンシングロ
ボットの支配下にあるセンシングロボットと上位のセン
シングロボットとの通信強度を確保してもよい。
【０１４５】図７において、本実施の形態の群ロボット
システムの、ベースステーション、センシングロボット
およびフェロモンロボットの階層構造およびその位置の
関係を示す。
【０１４６】ベースステーションＢＳを中心として、ベ
ースステーションＢＳの通信範囲を示す円内（ＢＣ２）
に、ベースステーションＢＳが支配するセンシングロボ
ットＣＳ１ｉが存在する。次に、センシングロボットＣ
Ｓ１ｉを中心として、センシングロボットＣＳ１ｉの通
信範囲を示す円内（Ｃ１）にセンシングロボットＣＳ１
ｉが支配するセンシングロボットＣＳ２ｊが存在する。
【０１４７】同じように、センシングロボットＣＳ２ｊ
を中心として、センシングロボットＣＳ２ｊの通信範囲
を示す円内（Ｃ２）に、センシングロボットＣＳ２ｊが
支配するセンシングロボットＣＳ３ｋが存在する。セン
シングロボットＣＳ２ｊの通信支配円内には、ＣＳ２ｊ
が支配する複数のセンシングロボットＣＳ３ｋが存在す
ることになる。
【０１４８】センシングロボットＣＳ３ｋが、最も外側
に位置するセンシングロボットＣＳである場合には、セ
ンシングロボットＣＳ３ｋは、フェロモンロボットＦＥ
にも支配されることになる。つまり、センシングロボッ
トＣＳ３ｋは、フェロモンロボットを中心として、フェ
ロモンロボットＦＥの通信範囲を示す円内（ＦＣ２）に
存在する。
【０１４９】フェロモンロボットＦＥとベースステーシ
ョンＢＳの通信強度は、他の通信強度に比べて大きなパ
ワーで通信を行なっている。上記のフェロモンロボット
ＦＥは、ベースステーションＢＳを中心にした場合、基
本的に探索分割区域の最も外側に存在する。フェロモン
ロボットＦＥはベースステーションＢＳを中心として、
ベースステーションＢＳとフェロモンロボットＦＥ用の
強い通信範囲を示す円内（ＢＣ１）に存在する。フェロ
モンロボットＦＥからベースステーションＢＳへの通信
範囲は、全方位をカバーする必要がないため指向性が強
い楕円型になる（ＦＣ１）。
【０１５０】フェロモンロボットＦＥ群１０５について
説明する。フェロモンロボットＦＥ群１０５は、ベース
ステーションＢＳ１０１を中心にした場合、センシング
ロボット群１００の外側に位置し、センシングロボット
ＣＳの移動制御用であり、また、探索範囲を決定するロ
ボットである。つまり、センシングロボットＣＳは、ベ
ースステーションＢＳ１０１とフェロモンロボットＦＥ
１０５との間に存在することになる。フェロモンロボッ
トＦＥ１０５の上位のロボットは、ベースステーション
ＢＳ１０１であり、下位のロボットは、ベースステーシ
ョンＢＳ１０１の同心円状で最も外側に位置するセンシ
ングロボット群１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）である。
【０１５１】例では、センシングロボット群１０４（Ｃ
Ｓ３１〜ＣＳ３ｋ）である。フェロモンロボットＦＥ１
０５と下流であるセンシングロボット１０４（ＣＳ３１
〜ＣＳ３ｋ）との通信強度は、ベースステーションＢＳ
とセンシングロボットＣＳおよびセンシングロボットＣ
Ｓ同士の間の通信強度と同じであるが、フェロモンロボ
ットＦＥ１０５とベースステーションＢＳ１０１との通
信強度は、他の通信強度に比べて大きなパワーで通信を
行なっている。
【０１５２】たとえば、本実施の形態の群ロボットシス
テムにおいては、フェロモンロボットＦＥとベースステ
ーションＢＳとの最大通信距離が、ベースステーション
ＢＳと階層構造の最上層にあるセンシングロボット（Ｃ
Ｓ１１〜ＣＳ１ｉ）との間の最大通信距離と、フェロモ
ンロボットＦＥと階層構造の最下層にあるセンシングロ
ボット（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）との間の最大通信距離
と、複数のセンシングロボットＣＳ同士の間の最大通信
距離の和とを加えた距離よりも大きくなるように設定す
ることが好ましい。それにより、階層構造の最下層のセ
ンシングロボット（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）までのベース
ステーションＢＳからの通信可能距離を直線にして、そ
れぞれが有する通信距離を最大限利用して、効率的にセ
ンシングロボットＣＳを使用することができる。
【０１５３】ベースステーションＢＳ１０１は、ベース
ステーションＢＳ１０１を中心としたほぼ同心円状の探
索部分の外径部分に、フェロモンロボットＦＥｎを配置
し、探索部分を決定する。次に、階層構造の数に応じ
て、同心円状の階層範囲を決定する。次に、階層の中の
羽ばたきセンシングロボットの数に応じたセルの範囲
（階層構造における同層のセンシングロボットそれぞれ
の探索範囲）を決定し、センシングロボットの探索空間
分解能を決定する。最後に下位操作による同心円の半径
の差、同心円で表されたセンシングロボット各々が探索
する範囲を規定するセルのセル面積に応じたベースステ
ーションＢＳとセンシングロボットＣＳおよびセンシン
グロボットＣＳ同士間の通信強度を決定する。
【０１５４】探索区域を変更する場合、ベースステーシ
ョンＢＳ１０１は、ベースステーションＢＳ１０１の移
動距離と移動方向とを、まず、フェロモンロボットＦＥ
１０５に通信する。その後、ベースステーションＢＳ１
０１は、センシングロボット１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１
ｉ）に移動距離と方向を送信する。それにより、図１の
矢印の方向にベースステーションＢＳ１０１が移動する
ことに伴って、群ロボットシステム全体が図１の矢印の
方向に移動することになる。
【０１５５】より具体的には、ベースステーションＢＳ
から群ロボットシステム全体の移動を示す信号を受信し
たセンシングロボット１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）
は、移動距離と移動方向とを、下位のセンシングロボッ
ト１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）に送信後に、図１の矢
印の方向に自らが移動する。一方、フェロモンロボット
ＦＥ１０５は、移動距離と移動方向とを最下位のセンシ
ングロボット１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）に送信後、
ベースステーションＢＳと同じように図１の矢印の方向
に移動する。
【０１５６】このように、探索空間を変更する場合、ベ
ースステーションＢＳからセンシングロボットＣＳ、上
位のセンシングロボットＣＳから下位のセンシングロボ
ットＣＳへの上流から下流への移動情報の伝達と、フェ
ロモンロボットＦＥからセンシングロボットＣＳへの移
動情報の伝達がほぼ同時に流れる。
【０１５７】探索エリアの最も外側に位置するフェロモ
ンロボット１０５は、センシングロボットの最も外側に
あるグループ（すなわち、階層構造の最下層）のセンシ
ングロボット１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）を直接の管
理下に置く。フェロモンロボットＦＥは、ＰＮ符号で特
定されるセンシングロボットＣＳを常に通信圏内に置
く。
【０１５８】たとえば、監視下の羽ばたきセンシングロ
ボットＣＳ３ｋとフェロモンロボットＦＥ１０５との通
信強度が予め定められたレベルを下回った場合、羽ばた
きセンシングロボットＣＳ３ｋは、通信強度が再度予め
決められたレベルを超えるまで、フェロモンロボットＦ
Ｅ側１０５に移動する。また、フェロモンロボット１０
５は、ベースステーションＢＳ１０１の監視下にあるた
め、通信の同期遅延によりベースステーションＢＳから
の距離を制御し、常にベースステーションＢＳ１０１か
らの決められた距離をほぼ守ることができる。その結
果、群全体の探索エリアを、常にほぼ同じように定める
ことができる。
【０１５９】図８において、階層構造の通信体系におけ
る信号の流れを示す。図の実線は、動き制御信号（ダウ
ンストリーム）、検出信号（アップストリーム）、点線
は電力信号を示す。
【０１６０】羽ばたきセンシングロボットとベースステ
ーションとの間、羽ばたきセンシングロボット同士の間
の通信は、双方向通信である。上流から下流への信号
は、ロボット羽ばたき周波数、方向などのセンシングロ
ボットの動き制御信号あるいはセンサ制御のための制御
信号である。下流から上流への信号は、目的物の有無、
位置情報などの検出信号である。また、コントロールす
る上流ロボットとコントロールされる下流ロボットとの
通信における連鎖の関係は、１対多あるいは１対１、す
なわち、全体としてツリー構造の通信ルートとなるよう
になっている。これにより、ベースステーションＢＳか
らのそれぞれのセンシングロボットＣＳへの通信ルート
が必ず１つになるようになるため、通信系統の混乱が生
じ難くなっている。
【０１６１】ベースステーションＢＳとフェロモンロボ
ットＦＥとの間の通信も、双方向通信である。ベースス
テーションＢＳからフェロモンロボットＦＥへの信号
は、ベースステーションＢＳの移動の早さ、方向信号で
ある。フェロモンロボットＦＥは、この信号に基づき、
自身の移動の早さおよび方向を決定し、センシングロボ
ットＣＳに羽ばたき周波数、方向などの制御信号を送信
する。フェロモンロボットＦＥからベースステーション
ＢＳへの信号は、受信電力測定用の信号である。
【０１６２】ベースステーションＢＳでフェロモンロボ
ットＦＥからの送信信号を受信し、その電力を測定する
ことにより、間接的にベースステーションＢＳとフェロ
モンロボットＦＥとの間の距離の大きさを想定し、電力
の大きさにより、フェロモンロボットＦＥを近づけさせ
たりベースステーションＢＳからフェロモンロボットＦ
Ｅへの送信信号を強くしたりする。また、ベースステー
ションＢＳとフェロモンロボットＦＥとの数の関係は１
対多あるいは１対１である。
【０１６３】フェロモンロボットＦＥと羽ばたきセンシ
ングロボットＣＳとの間の通信も、双方向通信である。
フェロモンロボットＦＥからセンシングロボットＣＳへ
の信号は、ロボットの羽ばたき周波数および方向などの
センシングロボットＣＳの動き制御信号あるいはセンサ
制御のための制御信号である。羽ばたきセンシングロボ
ットＣＳからフェロモンロボットＦＥへの信号は、受信
電力測定用の信号である。
【０１６４】フェロモンロボットＦＥでセンシングロボ
ットＣＳからの送信信号を受信し、その電力を測定する
ことにより、間接的にフェロモンロボットＦＥとセンシ
ングロボットＣＳとの間の距離の大きさを想定し、電力
の大きさより、センシングロボットＣＳをフェロモンロ
ボットＦＥに近づけさせたりする。また、フェロモンロ
ボットＦＥとセンシングロボットＣＳとの数の関係は、
１対多あるいは１対１である。
【０１６５】図９に、階層構造の群ロボットシステムに
おけるロボット群の移動手順の例をフローで示す。
【０１６６】まず、動き制御信号の流れを図９（ａ）を
用いて説明する。この図９（ａ）において、横の実線は
動き制御信号の流れを示すものであり、点線は電力信号
の流れを示すものであり、縦の実線は時間遅延を示すた
めのものである。
【０１６７】最初に、ベースステーションＢＳからセン
シングロボットＣＳ１１とセンシングロボットＣＳ１２
に、羽ばたきセンシングロボットとしての羽ばたき周波
数、方向などのセンシングロボットＣＳの動き制御信
号、または、センサ制御のための制御信号が伝えられ
る。同時に、ベースステーションＢＳからフェロモンロ
ボットＦＥにベースステーションＢＳの移動の速さ、方
向が伝えられる。フェロモンロボットＦＥからベースス
テーションＢＳには、ベースステーションＢＳとフェロ
モンロボットＦＥとの間の距離測定用の電力測定用の信
号が送られる。
【０１６８】次に、センシングロボットＣＳ１１は、セ
ンシングロボットＣＳ２０、ＣＳ２１に、羽ばたきセン
シングロボットとしての羽ばたき周波数および方向など
のセンシングロボットの動き制御信号、または、センサ
制御のための制御信号を伝える。センシングロボットＣ
Ｓ１２は、センシングロボットＣＳ２２に、ロボットの
羽ばたき周波数および方向などのセンシングロボットＣ
Ｓの動き制御信号あるいはセンサ制御のための制御信号
を伝える。
【０１６９】また、フェロモンロボットＦＥ１は、セン
シングロボットＣＳ３０、ＣＳ３１に、羽ばたきセンシ
ングロボットとしての羽ばたき周波数および方向などの
センシングロボットＣＳの動き制御信号あるいはセンサ
制御のための制御信号を伝える。
【０１７０】フェロモンロボットＦＥ２は、センシング
ロボットＣＳ３２、ＣＳ３３、ＣＳ３４に、羽ばたきロ
ボットとしての羽ばたき周波数および方向などのセンシ
ングロボットＣＳの動き制御信号あるいはセンサ制御の
ための制御信号を伝える。センシングロボットＣＳ３
０、ＣＳ３１からフェロモンロボットＦＥ１には、セン
シングロボットＣＳ３０、ＣＳ３１とフェロモンロボッ
トＦＥ１間の距離測定用の電力測定用の信号が送られ
る。
【０１７１】センシングロボットＣＳ３２、ＣＳ３３、
ＣＳ３４からフェロモンロボットＦＥ２には、センシン
グロボットＣＳ３２、ＣＳ３３、ＣＳ３４とフェロモン
ロボットＦＥ２間の距離測定用の電力測定用の信号が送
られる。
【０１７２】最後に、センシングロボットＣＳ２０は、
センシングロボットＣＳ３０、ＣＳ３１に、ロボットの
羽ばたき周波数および方向などのセンシングロボットの
動き制御信号またはセンサ制御のための制御信号を伝え
る。センシングロボットＣＳ２１は、センシングロボッ
トＣＳ３２、ＣＳ３３、ＣＳ３４に、ロボットの羽ばた
き周波数および方向などのセンシングロボットＣＳの動
き制御信号またはセンサ制御のための制御信号を伝え
る。
【０１７３】次に、図９（ｂ）を用いて検出信号の流れ
を説明する。図９（ｂ）において、横の実線は検出信号
の流れを示すものであり、縦の実線は時間遅延を示すた
めのものである。
【０１７４】まず、センシングロボットＣＳ３０、ＣＳ
３１からのセンシングロボットＣＳ２０に目的物の有
無、位置情報などの検出信号が伝えられる。センシング
ロボットＣＳ３２、ＣＳ３３、ＣＳ３４からのセンシン
グロボットＣＳ２１に、目的物の有無、位置情報などの
検出信号が伝えられる。
【０１７５】次に、センシングロボットＣＳ２０からセ
ンシングロボットＣＳ１１に目的物の有無、位置情報な
どの検出信号が伝えられる。センシングロボットＣＳ２
１、ＣＳ２２からセンシングロボットＣＳ１２に、目的
物の有無および位置情報などの検出信号が伝えられる。
【０１７６】最後に、センシングロボットＣＳ１１、Ｃ
Ｓ１２からベースステーションＢＳに、目的物の有無お
よび位置情報などの検出信号が伝えられる。
【０１７７】例では、センシングロボットＣＳ３ｋの層
から、情報が上がってきているが、センシングロボット
ＣＳ２ｊ、ＣＳ１ｉの層で目的物を検出した場合には、
当然その検出した層から情報が始まり、ベースステーシ
ョンＢＳに情報が上がってくる。
【０１７８】なお、羽ばたきセンシングロボットＣＳと
ベースステーションＢＳとの間、羽ばたきセンシングロ
ボットＣＳ同士の間、ベースステーションＢＳとフェロ
モンロボットＦＥとの間の通信方式は、同期通信方式で
あるスペクトラム拡散通信方式により行なう。このスペ
クトラム拡散通信方式を、図１０および図１１に基づい
て説明すれば以下のとおりである。
【０１７９】本実施の形態の群ロボットシステムのロボ
ット群は、基本的に同期確定のためのＡ層、上流ロボッ
トとの通信のためのＢ層、下流ロボットとの通信のため
のＣ層の３層の通信層を持っている。Ａ層のＰＮ符号に
ついては、ベースステーション１０１、センシングロボ
ットＣＳ群１０２，１０３，１０４、フェロモンロボッ
トＦＥ１０５のいずれも同じ符号０である。符号０は、
たとえば、２５６タップのＰＮ（Pseudorandom Noise）
符号の１つであるとする。
【０１８０】まず、ベースステーションＢＳ１０１と下
流のセンシングロボット群１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１
ｉ）との通信を説明する。ベースステーションＢＳ１０
１はＡ層の通信として、スペクトラム拡散によりＰＮ符
号０を、センシングロボット群１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ
１ｉ）に通信する。センシングロボット１０２（ＣＳ１
１〜ＣＳ１ｉ）は、受信波に同じＰＮ符号である符号０
を乗算することにより逆拡散する。マッチドフィルタな
どにより逆拡散することにより、ＰＮ符号を１周期分逆
拡散すると、必ずＰＮ符号がマッチする同期点が見つか
る。
【０１８１】図１０のが、ベースステーションＢＳ１
０１の同期時間とすると、センシングロボット群１０２
（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）での同期点（時間）が、のよ
うに、ベースステーションＢＳ１０１とセンシングロボ
ット群１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）との距離分だけ遅
れた時間でマッチドフィルタのピークがあり、同期が見
つかる。
【０１８２】同様にして、センシングロボット群１０２
（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）が、Ａ層の通信として、スペク
トラム拡散によりＰＮ符号０を、センシングロボット群
１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）に送信する。ベースステ
ーションＢＳ１０１とセンシングロボット群１０３（Ｃ
Ｓ２１〜ＣＳ２ｊ）との間の距離は、ベースステーショ
ンＢＳ１０１とセンシングロボット１０２（ＣＳ１１〜
ＣＳ１ｉ）との間の距離に、センシングロボット１０２
（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）とセンシングロボット１０３
（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）との間の距離が加算されるた
め、センシングロボット１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）
よりもさらに遅れたセンシングロボット１０３（ＣＳ２
１〜ＣＳ２ｊ）の同期点は、図１０のになる。
【０１８３】また、同様にして、センシングロボット群
１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）はＡ層の通信としてスペ
クトラム拡散によりＰＮ符号０を、センシングロボット
１０４群（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）に通信する。ベースス
テーションＢＳ１０１と、センシングロボット群１０４
（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）の距離は、ベースステーション
ＢＳ１０１とセンシングロボット１０３（ＣＳ２１〜Ｃ
Ｓ２ｊ）の距離に、センシングロボット１０３（ＣＳ２
１〜ＣＳ２ｊ）とセンシングロボット１０４（ＣＳ３１
〜ＣＳ３ｋ）との間の距離が加算されるため、センシン
グロボット１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）よりもさらに
遅れたセンシングロボット群１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３
ｋ）の同期点は、図１０のになる。
【０１８４】ベースステーションＢＳ１０１と、後で説
明する移動制御用のフェロモンロボットＦＥ１０５の距
離は、ベースステーションＢＳ１０１とセンシングロボ
ットＣＳ群１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）との間の距離
よりも大きいため、センシングロボットＣＳ群１０４
（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）よりもさらに遅れたフェロモン
ロボット１０５の同期点は、図１０のになる。
【０１８５】上記の各々のロボットの同期点の確定は、
断続的に繰返され、同期点は常に更新される。センシン
グロボット１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）の同期点は、
図１０のになる。
【０１８６】センシングロボット１０２（ＣＳ１１〜Ｃ
Ｓ１ｉ）は、上流であるベースステーションＢＳ１０１
との通信の確立用に、Ｂ層のＰＮ符号１０により逆拡
散、復調する。Ｂ層のＰＮ符号の同期点は、Ａ層の符号
０により確定された図１０のである。また、センシン
グロボット１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）のＢ層のＰＮ
符号１０は、ベースステーションＢＳ１０１の下流のセ
ンシングロボットとの通信確立用のＣ層のＰＮ符号１０
と同じである。つまり、ベースステーションＢＳ１０１
のＣ層と同じＰＮ符号１０を、Ｂ層で使っているセンシ
ングロボット（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）群１０２のみが、
ベースステーションＢＳと通信することができる。
【０１８７】図１１の例では、ＣＳ１（ｉ−２）、ＣＳ
１（ｉ−１）、ＣＳ１ｉのＢ層は、符号１０であるた
め、ベースステーションＢＳと通信ができるが、Ｂ層の
ＰＮ符号が符号１０でないセンシングロボットＣＳは、
符号１０との相関ピークが検出されないためベースステ
ーションＢＳとは通信できない。
【０１８８】センシングロボット１０２（ＣＳ１１〜Ｃ
Ｓ１ｉ）には、下流であるセンシングロボット１０３
（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）との通信の確立用に、Ｃ層のＰ
Ｎ符号２０、符号２１、符号２２により逆拡散、復調す
る。Ｃ層のＰＮ符号の同期点は、Ａ層の符号０により確
定された図１０のである。また、センシングロボット
１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）のＣ層のＰＮ符号２０，
２１，２２は、センシングロボット１０３（ＣＳ２１〜
ＣＳ２ｊ）の上流のセンシングロボットとの通信の確立
用のＢ層のＰＮ符号２０，２１，２２と同じである。
【０１８９】つまり、センシングロボット１０３（ＣＳ
２１〜ＣＳ２ｊ）のＢ層と同じＰＮ符号を、Ｃ層で使っ
ているセンシングロボット１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１
ｉ）のみが、下流であるセンシングロボット１０３（Ｃ
Ｓ２１〜ＣＳ２ｊ）と通信することができる。たとえ
ば、ＣＳ１（ｉ−２）が、ＣＳ２（ｊ−３）と、ＣＳ２
（ｊ−２）と通信可能であり、ＣＳ１（ｉ−１）が、Ｃ
Ｓ２（ｊ−１）と通信可能であり、ＣＳ１ｉは、ＣＳ２
ｊと通信可能である。
【０１９０】センシングロボット１０３（ＣＳ２１〜Ｃ
Ｓ２ｊ）の同期点は、図１０のになる。センシングロ
ボット１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）は、上流であるセ
ンシングロボット１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）との通
信の確立用に、Ｂ層のＰＮ符号２０，２１，２２により
逆拡散、復調する。Ｂ層のＰＮ符号の同期点は、Ａ層の
符号０により確立された図１０のである。センシング
ロボット１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）とセンシングロ
ボット１０２（ＣＳ１１〜ＣＳ１ｉ）の通信について
は、前述で説明しているためここでは省略する。
【０１９１】センシングロボット１０３（ＣＳ２１〜Ｃ
Ｓ２ｊ）は、下流であるセンシングロボット１０４（Ｃ
Ｓ３１〜ＣＳ３ｋ）との通信の確立用に、Ｃ層のＰＮ符
号３１，３２，３３により逆拡散、復調する。Ｃ層のＰ
Ｎ符号の同期点は、Ａ層の符号０により確立された図１
０のである。また、センシングロボット１０３（ＣＳ
２１〜ＣＳ２ｊ）のＣ層のＰＮ符号３０，３１，３２，
３３は、センシングロボット１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３
ｋ）の上流のセンシングロボットＣＳの通信の確立用の
Ｂ層のＰＮ符号３０，３１と同じである。
【０１９２】つまり、センシングロボット１０４（ＣＳ
３１〜ＣＳ３ｋ）のＢ層と同じＰＮ符号を、Ｃ層で使っ
ているセンシングロボット１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２
ｊ）のみが、下流であるセンシングロボット１０４（Ｃ
Ｓ３１〜ＣＳ３ｋ）と通信することができる。たとえ
ば、ＣＳ２（ｊ−３）は、ＣＳ３（ｋ−３）、ＣＳ３
（ｋ−２）、ＣＳ３（ｋ−１）と通信可能であり、ＣＳ
２（ｊ−２）は、ＣＳ３ｋと通信可能である。
【０１９３】センシングロボット１０４（ＣＳ３１〜Ｃ
Ｓ３ｋ）の同期点は、図１０のになる。センシングロ
ボット１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）は、上流であるセ
ンシングロボット１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）との通
信の確立用に、Ｂ層のＰＮ符号３０，３１により逆拡散
および復調する。Ｂ層のＰＮ符号の同期点は、Ａ層の符
号０により確立された図１０のである。センシングロ
ボット１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）とセンシングロボ
ット１０３（ＣＳ２１〜ＣＳ２ｊ）の通信については、
前述で説明しているためここでは省略する。
【０１９４】フェロモンロボットＦＥ１０５は、上流で
あるベースステーションＢＳ１０１と通信の確立用に、
Ｂ層のＰＮ符号１０により逆拡散および復調する。Ｂ層
のＰＮ符号の同期点は、Ａ層の符号０により確定された
図１０のである。Ａ層の同期のためのＰＮ符号は他の
センシングロボットＣＳと同じ符号０である。Ｂ層のＰ
Ｎ符号１０は、ベースステーションＢＳの下流のセンシ
ングロボットＣＳとの通信の確立用のＣ層のＰＮ符号１
０と同じである。Ｂ層のＰＮ符号が符号１０でない場合
は、フェロモンロボットＦＥは、ベースステーションＢ
Ｓの符号１０と相関ピークが検出されないため、ベース
ステーションＢＳと通信できなくなる。
【０１９５】フェロモンロボットＦＥｎには、下流であ
るセンシングロボット１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）と
の通信の確立用に、Ｃ層のＰＮ符号４０により逆拡散お
よび復調する。Ｃ層のＰＮ符号の同期点は、Ａ層の符号
０により確立された図１０のである。また、フェロモ
ンロボットＦＥｎのＣ層のＰＮ符号４０は、最も外側に
位置するセンシングロボット１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３
ｋ）とフェロモンロボットＦＥの通信確立用のＣ層のＰ
Ｎ符号４０と同じである。
【０１９６】つまり、センシングロボット１０４（ＣＳ
３１〜ＣＳ３ｋ）のＣ層と同じＰＮ符号を、Ｃ層で使っ
ているフェロモンロボットＦＥｎのみが、下流であるセ
ンシングロボット１０４（ＣＳ３１〜ＣＳ３ｋ）と通信
することができる。図１１の例では、フェロモンロボッ
トＦＥｎは、センシングロボットＣＳ３（ｋ−３）、Ｃ
Ｓ３（ｋ−２）、ＣＳ３（ｋ−１）と通信可能であり、
ＣＳ３ｋとは拡散符号が違うため通信できない。
【０１９７】なお、スペクトラム拡散通信の詳細につい
ては、著者：山内雪路、出版局：東京電機大学出版局の
スペクトラム拡散通信（次世代高性能化に向けて）に記
載されており、本実施の形態のスペクトラム拡散通信に
おいては、一例として本願の発明者らにより発明された
スペクトラム拡散通信装置（特開平１１−１６８４０７
号公報）を適用することとする。
【０１９８】次に、上記の群ロボットシステムに用いる
羽ばたきセンシングロボット１体を制御するための制御
システム（羽ばたきセンシングロボット１体とベースス
テーションとの関係）を説明する。なお、ここでは、ベ
ースステーションＢＳによるセンシングロボットＣＳの
制御の一例として、ベースステーションＢＳが直接セン
シングロボットＣＳを制御する場合のみを示すが、ベー
スステーションＢＳが階層構造の上層のセンシングロボ
ットＣＳを介して下層のセンシングロボットＣＳを制御
する場合には、以下の例で示す制御信号を用いて、より
上層のセンシングロボットＣＳからより下層のセンシン
グロボットＣＳへと羽ばたき動作等に関する制御信号が
伝達されるとともに、より下層のセンシングロボットＣ
Ｓからより上層のセンシングロボットＣＳへとセンサに
より得られた信号が伝達される。
【０１９９】（システム構成）まず、本実施の形態の羽
ばたきセンシングロボット１体におけるシステムの構成
を、図１２を用いて説明する。
【０２００】本実施の形態における羽ばたきセンシング
ロボットの制御システムは、たとえば、図２に示す探索
区域Ｃの一例としての作業空間９２と、作業空間９２に
配置された、この空間内を浮上移動することができ、こ
の空間内における物理量を取得もしくは変更できる羽ば
たきセンシングロボットＣＳの一例としてのロボット９
０と、ロボット９０と情報を交換できるベースステーシ
ョンＢＳの一例としてのベースステーション９１とから
なる。
【０２０１】以下においては、たとえば、本発明の探索
の対象物を人として説明する。たとえば、本実施の形態
の羽ばたきセンシングロボットＣＳの一例としてのロボ
ット９０は、自身に搭載された赤外線センサによって赤
外線量を取得することによって、探索対象としての人９
３を検出し、検出された人９３に対して発光ダイオード
８を用いて可視光を照射することによって人９３に何ら
かの情報を報知することが可能である。
【０２０２】（本実施の形態の羽ばたきセンシングロボ
ットの詳細な説明） （ロボット９０の説明） （主要な構成と主要な機能）まず、本発明のセンシング
ロボットの一例としてのロボット９０の主要な構成につ
いて図１３を用いて説明する。
【０２０３】図１３に示すように、ロボット９０は支持
構造１を主構造とし、これに各構成部品が配されてい
る。支持行動１の上部には、右アクチュエータ２１と左
アクチュエータ２２とが固定されている。右アクチュエ
ータ２１には右羽根３１が取付けられ、左アクチュエー
タ２２には左羽根３２が取付けられている。また、下部
に電極６１が配されている。
【０２０４】各アクチュエータ２１，２２はそれぞれ取
付けられた羽３１，３２をアクチュエータの支点をほぼ
中心として３自由度をもって回転させることができる。
各アクチュエータ２１，２２の回転は、支持構造１に搭
載された制御回路４によって制御される。各アクチュエ
ータの詳細な構造については後述する。
【０２０５】なお、図１３の状態におけるロボット９０
の重心Ｏは、左右アクチュエータ２１，２２の回転中心
の中点Ａ０よりも鉛直下方にある。また、支持構造１に
は、加速度センサ５１、角加速度センサ５２、および、
焦電型赤外線センサ５３が搭載されている。また、支持
構造１には通信装置７が配されている。通信装置７はベ
ースステーション９１との情報の送受信を行なう。
【０２０６】制御装置４では、加速度センサ５１および
角加速度センサ５２から送られてくる情報によって羽ば
たきセンシングロボットとしのロボット９０の浮上の状
態が検知されるとともに、焦電型赤外線センサ５３から
送られてくる情報によって、焦電型赤外線センサ検出領
域５３１内における発熱源の情報が取得される。そし
て、これらの情報が、通信装置７を介してベースステー
ション９１に送信される。
【０２０７】また、制御装置４は支持構造１に配された
発光ダイオード８のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、通
信装置７はベースステーションからの指示信号を受信す
る。制御装置４は、この指示信号に応じて各アクチュエ
ータ２１，２２や発光ダイオード８の動作を算出し、そ
れぞれの駆動を決定する。左右アクチュエータ２１，２
２、制御装置４、センサ５１〜センサ５３、通信装置
７、発光ダイオード８などの駆動動力は電源６により供
給される。
【０２０８】電源６は、２次電池であり、電極６１を経
由して供給される電力によって充電される。また、電極
６１は、位置決めピンの役割も兼ねており、ベースステ
ーション９１における位置決め穴に決まった姿勢で定位
が可能である。
【０２０９】なお、図１２においては、電極６１は、正
極、負極の２本のピンからなっているが、充電状態検出
用ピンなどを含む３本以上のピンからなる構成も可能で
ある。
【０２１０】（支持構造）次に、支持構造１について図
１３を用いてより詳細に説明する。
【０２１１】支持構造１は、機械的強度を確保した上で
十分軽量であることが好ましい。この羽ばたきセンシン
グロボットとしてのロボット９０の支持構造１では、ほ
ぼ球殻状に整列したポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）が用いられている。支持構造１下部には、着地の際
に転倒せぬよう、支持脚１１が配されている。この支持
脚１１は、着地時の安定性が確保されるか、もしくは、
着地時の安定性が機能的に問題にならないのであればこ
れは必須ではない。
【０２１２】また、支持構造１の材料や形状は飛行に性
能を損なわないならば、図１３に示すものに限られるも
のではない。支持構造１の材料は特に、軽量で剛性が高
いことが望ましい。
【０２１３】たとえば、カニやエビなどの生物に使われ
ているキトサンなどの有機物と、シリカゲルなどの無機
物とを分子レベルでハイブリッド化した複合材料を用い
ることにより、カニやエビの外骨格が持っている軽くて
丈夫な性質を持ってはいるが、形状加工が容易で、生物
が本来持っている最適な組成値をそのまま転用すること
ができる。また、環境に対しても害が少ない。
【０２１４】また、貝殻の材料である炭酸カルシウムを
前述のキトサンの代わりに用いることでも、剛性の高い
支持構造を構築することができる。
【０２１５】また、アクチュエータや羽根の配置形状に
ついても、本実施の形態に示した態様に限られるもので
はない。
【０２１６】特に、本実施の形態では、浮上の安定性を
重視して、自然に図１３に示した姿勢となるように、重
心の位置を羽根の力学的作用中心点よりも下に位置させ
たが、重心と力学的作用点の位置とを一致させる方が姿
勢制御に必要な左右の羽根の流体力の差が最も小さくて
済むので、ロボット９０の姿勢を容易に変更することが
できる。よって、アプリケーションによってはこのよう
な姿勢制御の容易さを優先した設計も考えられる。
【０２１７】（浮上機構） （羽根とその動作）次に、羽根とその動作について図１
４〜図１６を用いて説明する。
【０２１８】説明の簡便のため、図１３における座標系
を定義する。まず、支持構造１のほぼ中央を原点とす
る。また、重力加速度の方向を下方向、その逆を上方向
とする。原点から上方向に向かってｚ軸を定義する。次
に、右アクチュエータ２１の形状中心と左アクチュエー
タ２２の形状中心とを結ぶ方向を左右方向とし、原点か
ら左羽根に向かってｙ軸を定義する。また、原点からｙ
軸とｚ軸との右手系における外積方向にｘ軸を定義し、
以後これを前方、その反対方向を後方と称する。
【０２１９】また、図１３は、右羽根３１の右アクチュ
エータ２１に対する力学的作用点Ａ１と、左羽根３２の
左アクチュエータ２２に対する力学的作用点Ａ２の中点
Ａ０から重力加速度方向に下ろした線上に羽ばたきセン
シングロボットの一例としてのロボット９０の重心Ｏが
位置する状態である。本実施の形態においては、左アク
チュエータのロータ２２９はほぼ球状であり、主軸３２
１の延長線上にこのロータ２２９の球心が位置するよう
に左羽根３２が配置されている。左アクチュエータ２２
に対する力学的作用点Ａ２および主軸３２１の回転運動
の支点はこの球心に位置している。右アクチュエータ２
１についても同様である。
【０２２０】以後、前述したｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は図１３
の状態において支持構造１に対して固定された、ロボッ
ト９０固有の座標系であるとする。
【０２２１】一方、ロボット９０の固定された座標系に
対して、空間に固定された任意の点を原点とする空間座
標としてｘ′軸、ｙ′軸およびｚ′軸を定義する。これ
により、ロボット９０が移動する作業空間９２の座標は
ｘ′軸、ｙ′軸およびｚ′軸のそれぞれの座標を用いて
表わされ、ロボット９０における固有の座標はｘ軸、ｙ
軸およびｚ軸のそれぞれの座標を用いて表わされる。
【０２２２】次に、羽根の構造について説明する。たと
えば、左羽根３２は主軸３２１の枝３２２が生えた支持
部材に、膜３２３を張ることで形成されている。主軸３
２１は左羽根３２２において前方寄りの位置に配されて
いる。また、枝３２２は先に行くほど下方に向いてい
る。
【０２２３】左羽根３２は上に凸状の断面形状を有す
る。これによって、特に打ち下ろしの際に流体から受け
る力に対して高い剛性が得られる。主軸３２１と枝３２
２は軽量化のため、それぞれカーボングラファイトの中
空構造となっている。膜３２３はその内面において収縮
する方向に自発的な張力を有しており、羽根全体の剛性
を高める働きをしている。
【０２２４】本発明者らが実験に用いた羽根の主軸３２
１の直径は、支持構造１に支持された根元の部分では１
００μｍ、先端部では５０μｍであり、主軸３２１は根
元から先端部へ向かって細くなったテーパ形状である。
また、膜３２３はポリイミドであり、大きさは前後方向
約１ｃｍ、左右方向約４ｃｍ、厚さは約２μｍである。
【０２２５】なお、図１４に示された左羽根３２では、
説明のために主軸３２１はその太さが拡大されている。
図示されていない右羽根３１はｘｚ平面を挟んで左羽根
３２と鏡面対称になるように支持構造に取付けられてい
る。
【０２２６】次に、羽根の動作の表現について左羽根３
２を例に挙げて説明する。左アクチュエータ２２は、左
羽根３２を回転３自由度で動かすことが可能である。つ
まり、左羽根３２の駆動状態は、その姿勢で表わすこと
ができる。以後説明の簡便のため、左羽根３２の姿勢
を、図１３の状態に基づき以下のように定義する。
【０２２７】まず、図１５に示すように、軸の回転運動
の支点（力学的作用点Ａ２）と、ｘ軸およびｙ軸にそれ
ぞれ平行な軸（／／ｘ、／／ｙ）を含むｘｙ平面に平行
な平面を基準として、点Ａ２と左羽根３２の主軸３２１
の根元を結ぶ線分がその平面となす角度を、羽ばたきの
ストローク角θとする。また、軸の回転運動の支点（力
学的作用点Ａ２）と、ｙ軸およびｚ軸それぞれに平行な
軸（／／ｙ、／／ｚ）を含むｙｚ平面に平行な平面を基
準として、点Ａ２と左羽根３２の主軸３２１の根元とを
結ぶ線分がその平面となす角度を偏角αとする。
【０２２８】このとき、ストローク角θはｘｙ平面に平
行に平面より上方では正とし、下方では負とする。ま
た、偏角αはｙｚ平面に平行な平面よりも前方では正と
し、後方では負とする。
【０２２９】そして、図１６に示すように、左羽根３２
の主軸３２１の根元における膜３２３の接平面ｐ１が、
点Ａ２を通りｘ軸と平行な軸（／／ｘ）と主軸３２１を
含む平面ｐ０とをなす角度をねじり角βとする。このと
きねじり角βは主軸３２１の根元から先端に向かって見
たときの時計回りを正とする。
【０２３０】（アクチュエータ）次に、アクチュエータ
について図１７および図１８を用いて説明する。
【０２３１】本実施の形態のロボット９０の羽部を動作
させるアクチュエータについては、トルクが大きいこ
と、往復運動が簡単に実現できること、構造が単純なこ
とから、圧電素子（ピエゾ素子）を用いて発生した信号
波によって駆動する。一般的に超音波モータと呼ばれる
アクチュエータを用いる。
【０２３２】図１７に示すのは市販の超音波モータ２３
である。これは、図１７（ａ）に示す、下面に圧電素子
２３０を貼付けてあるアルミニウムの円板２３１上に突
起２３２〜突起２３７が、円板の中心を重心とする正六
角形をなすように６ヵ所配置され、さらにこの圧電素子
２３０の下面には円周方向に１２分割された電極２３８
が配置されている構造をしている。この構造の概略を図
１７（ｂ）に示す。各電極は１つおきに電気的に短絡さ
れており、それぞれ、円板２３１を基準に電圧が印加さ
れる。
【０２３３】すなわち、圧電素子２３０は位相の異なる
電圧が加えられる。この様子を図１７（ｃ）に、ハッチ
ングの部分とのハッチング以外の部分に分けて示す。こ
のそれぞれに異なる時間的パターンで電圧を加えること
によって円板２３１上に信号波が発生し、突起２３２〜
突起２３７先端が楕円運動を行なう。以上でステータが
構成され、このステータはステータ上に接触して配置さ
れたロータ２３９を上述の突起２３２〜突起２３７先端
の楕円運動より円周方向に回転するように搬送すること
ができる。
【０２３４】この超音波２３のトルクは１．０ｇｆ・ｃ
ｍで、無負荷回転速度は８００ｒｐｍである。また、最
大消費電流は２０ｍＡである。また、円板２３１の直径
は８ｍｍ、突起２３２〜突起２３７の配されている間隔
は２ｍｍである。円板２３１の厚さは０．４ｍｍ、突起
２３２〜突起２３７の高さは約０．４ｍｍである。ま
た、圧電素子２３０の駆動周波数は３４１ｋＨｚであっ
た。
【０２３５】本実施の形態では、このステータの部分を
利用したアクチュエータを用いる。右アクチュエータ３
１は、図１８（ｂ）に示すごとく、球殻状のロータ２１
９を、上述のステータと同様のステータ２１０とベアリ
ング２１１で挟み込んで保持する構造をしている。
【０２３６】ただし、ステータ２１０のロータ２１９と
の接触部分はロータ表面と一致する形状に加工されてい
る。ロータ２１９は外形３．１ｍｍ、内径２．９ｍｍの
球殻で、表面に右羽根主軸３１１が配されている。ステ
ータ２１０の突起のある面に向かって見て時計回り（以
後、これを正回転、この逆の回転を逆回転と呼ぶ）にロ
ータ２１９を搬送させる操作を行なうと、右羽根主軸３
１１は図１８（ｂ）に示すθの方向に移動する。
【０２３７】さらにこのロータ２１９を３自由度で駆動
するために、上部補助ステータ２１２と下部補助ステー
タ２１３をベアリング２１４，２１５とともにステータ
２１０、ベアリング２１１と同様に図１８（ａ）に示す
ように配する。各補助ステータの大きさはステータ２１
０の０．７倍である。
【０２３８】各ステータの駆動方向は必ずしも直交して
いないが、それぞれ独立した要素への回転を与えるた
め、これらの運動の組合せによってロータ２１９を３自
由度で駆動することができる。
【０２３９】たとえば、ロータ２１９に対して、上部補
助ステータ２１２によって正回転を、下部補助ステータ
２１３によって同じく正回転を与えれば、ロータ２１９
がこの構成であるβ方向に、上部補助ステータ２１２に
よって逆回転を、下部補助ステータ２１３によって正回
転を与えればα方向に回転する。
【０２４０】実際の駆動に際しては、回転中心の異なる
２つの回転を行なわせることは摩擦によって効率を低下
させてしまうので、たとえば、上部補助ステータ２１２
と下部補助ステータ２１３をごく短時間周期で交互に動
作させ、その間、動作していないステータの突起はロー
タ２１９に接触しない、などの駆動方法が望ましい。こ
れは、ステータの電極すべてに圧電素子の収縮方向に電
圧を印加することで、特別に構成要素を付加することな
く実現できる。
【０２４１】また、圧電素子の周波数が３００ｋＨｚ以
上と、せいぜい１００Ｈｚ程度である羽ばたき周波数に
比べて十分高速であるので、交互にアクチュエータを動
作させても実質上滑らかな動きを右羽根主軸３１１に与
えることができる。以上により、本発明者らが検討に用
いた市販の超音波モータと同等の特性を有する３自由度
アクチュエータが構成される。
【０２４２】ステータの発生中信号波の振幅がサブミク
ロンオーダであり、このロータはこのオーダの真球度で
あることが要求される。民生用の光学製品に用いられて
いる放物面鏡の加工精度は数十ｎｍであり、また、光学
干渉計に用いられている光学部品の加工精度は数ｎｍ程
度であることからこのようなロータは現在の加工方法技
術で作製することが可能である。
【０２４３】当然、これは本発明における３自由度の運
動を羽根に与えるアクチュエータを超音波モータで構成
した例の１つに過ぎず、各構成要素の配置、サイズ、材
質、駆動方法などは、羽ばたき飛行に要求される物理的
機能たとえばトルクなどが実現できるならこの限りでは
ない。
【０２４４】また、当然、羽根の駆動機構やそれに用い
るアクチュエータの種類についても、特に本実施の形態
に示したものにはよらない。たとえば、特開平５−１６
９５６７号公報に見られるような、外骨格構造とリニア
アクチュエータとを組合せて用いた羽ばたき飛行も、本
実施の形態に示すアクチュエータと等価な羽根の動作を
実現できるため可能である。
【０２４５】また、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。さらに、昆虫
の筋肉に見られるような、生理的酸化還元反応により、
化学的エネルギを運動エネルギに変換するアクチュエー
タを用いることも可能である。たとえば、昆虫から採取
した筋肉をリニアアクチュエータとして用いる方法や、
虫の筋肉のタンパク質のアミノ酸と無機物とを材料とし
て分子レベルでこれを複合化させて作った複合材料の人
工筋肉をリニアアクチュエータとして用いるなどの方法
がある。
【０２４６】なお、基本的な駆動力の上述の内燃機関な
どのエネルギ効率が高いアクチュエータを得て、これら
の制御もしくは補助として電力で駆動するアクチュエー
タを用いる手法も可能である。
【０２４７】（浮上方法）次に、浮上方法について図１
９〜図２５を用いて説明する。
【０２４８】なお、ここでは、羽根が流体から受ける力
を流体力と呼ぶ。また、説明の簡便のため空気の流れを
羽ばたきによってのみ起こる状態、すなわち、無風状態
を仮定して説明する。
【０２４９】説明の簡便のため、ロボット９０に及ぼさ
れる外力は羽根に流体から作用する力すなわち流体力と
重力のみであるとする。
【０２５０】ロボット９０が恒常的に浮上するには、１
回の羽ばたき動作の間で平均して、（羽根にかかる上方
向の流体力の総和）＞（ロボット９０にかかる重力）で
あることが必要である。
【０２５１】ここでは、昆虫の羽ばたきを単純化した羽
ばたき方により、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方法について説明する。説明
の簡便のため、流体の挙動もしくはそれが羽根に及ぼす
力については、その主用成分を挙げて説明する。また、
この羽ばたき方によりロボット９０に作用する浮上力と
重力との大小については後述する。
【０２５２】羽根には、羽根が運動する方向と逆方向の
流体力が作用するので、羽根の打ち下ろし時には羽根の
上向きに流体力が作用し、打ち上げ時には羽根の下向き
に流体力が作用する。そこで、打ち下ろし時に流体力を
大きくし、打ち上げ時には流体力を小さくすることで、
１回の羽ばたき動作（打ち下ろし動作と打ち上げ動作）
の間で時間平均すると上方向の流体力が得られることに
なる。
【０２５３】そのためには、まず、打ち下ろし時には羽
根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、羽根にはほぼ最大の流体力が作用する。これは、羽
根の接する平面とほぼ垂直に羽根を打ち下ろすことに相
当する。
【０２５４】一方、打ち上げ時には羽根が移動する空間
の体積が最小になるように打ち上げれば、羽根に及ぼさ
れる流体力がほぼ最小となる。これは羽根の断面の曲線
にほぼ沿って羽根を打ち上げることに相当する。
【０２５５】このような羽根の動作について羽根の主軸
３２１に垂直な断面を用いて説明する。まず、図１９の
羽根は移動する空間の体積が最大になるように打ち下ろ
した場合、図２０が羽根の移動する空間の体積が最小に
なるように打ち上げた場合を示す。
【０２５６】図１９および図２０では、移動前の羽根の
位置が破線で示され、移動後の羽根の位置は実線で示さ
れている。また、羽根の移動方向が一点鎖線の矢印によ
って示されている。同図に示すように、流体力は羽根の
移動方向とは逆向きに羽根に作用する。
【０２５７】このように、打ち上げ時における羽根が移
動する空間の体積が打ち下ろし時における羽根が移動す
る空間の体積よりも大きくなるように羽根の姿勢を羽根
の移動方向に対して変化させて、１回の羽ばたき動作の
間の時間平均において、羽根に作用する上方向の流体力
を羽ばたきセンシングロボットとしてのロボット９０に
作用する重力よりも大きくすることができる。
【０２５８】本実施の形態においては、羽根のねじり角
βが制御可能であり、これを時間的に変化させることに
よって上述の羽根の運動が実現される。
【０２５９】具体的には、以下のステップＳ１〜Ｓ４が
繰返される。まず、ステップＳ１では、図２１に示すよ
うに羽根の打ち下ろし（ストローク角θ＝＋θ０→−θ
０）が行なわれる。ステップＳ２では、図２２に示すよ
うに羽根の回転１（羽根のねじり角β＝β０→β１）動
作が行なわれる。ステップ３では、図２３に示すように
羽根の打ち上げ（ストローク角θ＝−θ０→＋θ０、ね
じり角β＝β１→β２（羽根の曲面に沿った運動によ
り、流体力を最小限にとどめる運動））が行なわれる。
ステップＳ４では、図２４に示すように、羽根の回転２
（羽根のねじり角β＝β２→β０）動作が行なわれる。
【０２６０】ステップＳ１およびステップＳ３における
羽根に作用する流体力を時間平均すると、上述のように
羽根の移動する空間の体積の違いから、上向きの流体力
となる。この上向きの流体力の鉛直成分と重力との大小
関係については後述する。
【０２６１】当然、ステップＳ２，ステップＳ４におい
ても、羽根に作用する流体力の時間平均が上向きの流体
力であることが望ましい。
【０２６２】ロボット９０の羽根においては、図２１〜
図２４に示すように、羽根の前縁近傍に羽根の回転中心
（主軸３２１部分）が位置している。つまり、主軸３２
１から羽根の後縁までの長さの方が主軸３２１から羽根
の前縁までの長さよりも長くなっている。このため、図
２２および図２４に示すように、羽根の回転動作におい
ては羽根の回転方向に沿って生じる流体の流れに加え
て、主軸３２１から羽根の後縁に向かう方向に沿って流
体の流れが生じることになる。
【０２６３】そして、羽根にはこのような流体の流れの
反作用としてそれぞれの流れの向きとは逆向きの力が作
用することになり、図２２に示すステップＳ２では、実
質的に上向きの流体力が羽根に与えられ、図２４に示す
ステップＳ４では、主に下向きの流体力が羽根に与えら
れることになる。
【０２６４】図２３に示すステップＳ３では、羽根の断
面の曲線に沿うように羽根のねじり角βをβ１からβ２
に変化させながら打ち上げ動作が行なわれる。また、図
２２に示すステップＳ２における羽根の回転角は図２４
に示すステップＳ４における羽根の回転角よりも大き
い。これによりステップＳ２およびステップＳ４におい
ても羽根に上向きに作用する流体力が下向きに作用する
流体力に勝って、時間平均すると上向きの流体力が羽根
に作用することになる。
【０２６５】なお、図２１〜図２４では、それぞれのス
テップＳ１〜Ｓ４における羽根の移動前の姿勢が波線で
示され、移動後の姿勢が実線で示されている。各ステッ
プＳ１〜Ｓ４における羽根の移動方向が一点鎖線の矢印
によって示されている。また、各ステップＳ１〜Ｓ４に
おいて主に発生する流体の流れが実線の矢印によって示
されている。
【０２６６】次に、ストローク角θおよびねじり角βの
値を時間の関数として表わしたグラフを図２５に示す。
ただし、図２５では、ストローク角θおよびねじり角β
のそれぞれの縦軸の比率が異なっている。
【０２６７】本発明者らの行なった実験においては、θ
０は、たとえば６０°である。β０は、たとえば０°で
ある。β１は、たとえば−１２０°である。β２は、た
とえば−７０°である。
【０２６８】上述した説明では、説明の簡便のためステ
ップＳ１〜Ｓ４は独立した動作として記述したがたとえ
ばステップＳ１において羽根を打ち下ろしながら羽根の
ねじり角を大きくしていくような動作も可能である。
【０２６９】また、上述した例は第１近似的な考察から
説明されるものであり、実際に浮上可能な羽ばたき方法
はこれに限定されるものではない。
【０２７０】また、ここでは左羽根について説明した
が、右羽根についてもｘｚ平面に関して鏡面対称に左手
系に基づくストローク角θ、偏角αおよびねじり角βを
定義すれば同一の議論が成り立つ。以下、羽根に作用す
る上向きの流体力を浮上力とし、羽根に作用する前向き
の流体力を推進力とする。
【０２７１】（制御方法）次に、羽ばたき装置、すなわ
ち、ロボット９０に任意の運動を行なわせる制御手法に
ついて説明する。ここでは、本羽ばたき装置の左羽につ
いては右手形に基づくストローク角θ、偏角αおよび捻
り角βを用い、そして、右羽についてはｘｚ平面に対し
て鏡面対称の左手形に基づくストローク角θ、偏角αお
よび捻り角βを用いて羽の姿勢を示す。
【０２７２】（制御フロー）羽ばたきによる浮上移動は
羽にかかる流体力によって行なわれるので、羽の運動に
より直接制御されるのは、ロボット９０に与えられる加
速度と角加速度である。
【０２７３】まず、Ｓを目標とする浮上状態と現在の浮
上状態との差異、Ｔ（Ｓ）を浮上状態から加速度、角加
速度への変換を表わす関数、ｓを加速度、角加速度Ｆα
（ｓ）を、加速度センサ５１、角加速度センサ５３のセ
ンサ応答を含めた制御アルゴリズムを表す関数、ｓαを
アクチュエータ制御量、ＧW（ｓα）をアクチュエータ
と羽の応答を表す関数、ｓWを羽の運動、ＧfS（ｓW）を
羽の運動によりロボット９０に及ぼされる加速度もしく
は角加速度ｓeを表す関数、Ｓｅがこの一連のプロセス
により行なわれる浮上状態の変更とすると、入力Ｓより
出力Ｓｅが得られるプロセスは図５０に示すようなもの
となる。
【０２７４】また、実際には、羽と流体の慣性力によ
り、現在までの羽の運動、流体の運動の時刻歴に依存す
る影響ＲWとＲfSがＧWとＧfSに加わることになる。
【０２７５】（動作分割）当然、Ｆα以外のすべての関
数を正確に求め、これによりＳ＝Ｓｅとなる制御アルゴ
リズムＦαを算出する手法もあり得るが、本羽ばたき装
置周囲の流体の流れと羽の運動の時刻歴が必要であり、
膨大なデータ量と演算速度を必要とする。また、流体と
行動の連成した挙動は複雑で、多くの場合カオティック
な応答になってしまうため、実用的でない。
【０２７６】そこで、予め基本的な動作パターンを用意
しておき、目標とする浮上状態を分割してこれらの基本
動作パターンを時系列にて組合わせて実現する手法が簡
便で望ましい。
【０２７７】物体の運動にはｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の
３自由度の並進自由度と、θx方向、θy方向、θz方向
の３自由度の回転自由度、つまり６自由度が存在する。
すなわち、前後、左右、上下、そしてこれらの方向を軸
とする回転である。
【０２７８】このうち、左右への移動は、θz方向の回
転と前後方向への移動を組合わせて行なうことができ
る。そこで、ここでは、前後方向、すなわちｘ軸方向へ
の並進移動、上下方向、すなわちｚ軸方向への並進動
作、また、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸回りの回転動作についてそ
れぞれの実現方法を説明する。
【０２７９】（動作） （１） 上下方向（ｚ軸方向）の動作 羽が移動することで、羽が流体から受ける力は羽の移動
速度に依存するので、羽に及ぼされる上向きの流体力を
大きく（小さく）するには、 Ａ：ストローク角θの振幅を大きく（小さく）する Ｂ：羽ばたき周波数を大きく（小さく）する などの方法がある。これらによってロボット９０は上昇
（下降）することができる。ただし、流体力には負の値
も含まれる。
【０２８０】なお、これらの手法によれば、羽が流体か
ら受ける流体力そのものが大きくなるので、羽が流体力
を上下方向以外から受けることによって、羽の力学的支
点に羽から上下方向以外の力が及ぼされている際には、
上昇とともにその方向へこの支点にかかる力の増加も伴
う。たとえば、前方にほぼ等速直線運動を行なっている
際に、羽ばたき周波数を大きくすると、本羽ばたき装置
は速度増加を伴って上昇する。このように、現時点での
羽ばたき方によって、副次的にこういった他の運動を伴
うが、以後特に断らない限り、停空状態からの制御につ
いて説明する。
【０２８１】また、羽の捻り角βを変えて、羽が移動す
る空間の体積を変化させることによっても浮上力は変化
する。たとえば、打ち上げ時における羽が移動する空間
の体積がより大きく、もしくは、打ち下ろし時における
羽が移動する空間の体積がより小さくなるようなβを与
えることで、羽に作用する上向きの流体力の時間平均は
小さくなる。
【０２８２】実際には、羽は剛体ではなく変形を伴うた
め、同一のβによっても羽が移動する空間の体積は変化
するが、第１原理的には、羽の移動する方向に垂直なβ
が最も大きな羽が移動する空間の体積を与える。また、
羽が移動する方向に平行なβが最も小さな羽が移動する
空間の体積を与える。
【０２８３】なお、この場合、副次的に、羽ばたきと垂
直方向にも流体力が作用するため、これが制御上支障を
生じるレベルである場合はこれを打ち消す羽の動きを付
加する必要がある。最も単純には偏角αの変更により実
現できる。
【０２８４】また、前記のステップＳ２もしくはステッ
プＳ４において羽の回転角速度を変化させることによっ
てもｚ軸方向の動作を行なうことは可能である。たとえ
ば、ステップＳ２において羽の回転角速度（−ｄβ／ｄ
ｔ）を大きくすると、この回転によって生じる流体の下
方向への流速が大きくなるため、この反作用によって羽
に作用する上向きの流体力が大きくなる。
【０２８５】なお、この場合、ロボット９０に及ぼされ
る、羽の主軸を回転軸とするトルクが副次的に変化す
る。よって、この変化が制御上支障ない範囲に収まる範
囲内でこの回転角速度変化を行なうことが望ましい。
【０２８６】また、この場合、ロボット９０に及ぼされ
る、前後方向への力も副次的に変化する。よって、この
変化が制御上支障をきたす場合は、（２）として後述す
る前後方向への力の制御も同時に行なうことが望まし
い。
【０２８７】（２） 前後方向（ｘ軸方向）の動作 前述した羽ばたき方法では、主にステップＳ２とステッ
プＳ４にて、ｘ方向の向きへの流体力が羽に作用する。
したがって、この羽の動かし方においては前進を伴い浮
上する。
【０２８８】また、打ち下ろしの際に偏角αを増加し羽
を前方に移動させることで、羽には後向きの流体力が作
用することになる。したがって、打ち下ろしの際の、す
なわち、ステップＳ１における偏角αを制御して、ステ
ップＳ１における羽に作用する後向きの流体力を、他の
主にステップＳ２とステップＳ４における前向きの流体
力よりも大きくすれば後退し、小さくすれば前進するこ
とができる。また、この２力がほぼ釣り合えば前後方向
に静止することができる。
【０２８９】特に、ロボット９０が前後方向に静止して
おり、左右の羽がほぼ対称な運動を行ない、重力と本羽
ばたき装置における浮上力が釣り合っているならば、ホ
バリング状態が実現できる。
【０２９０】なお、偏角αの変更に伴い副次的に、羽に
及ぼされる流体力の鉛直方向成分が変化するので、これ
が制御上支障を生じるレベルにある場合にはこれを打ち
消す羽の動きを付加する必要がある。これは、主に、前
述の（１）の上下方向の動作によって行なうのが簡便で
ある。
【０２９１】さらに、前述したステップＳ２とステップ
Ｓ４において羽の回転動作の角速度を大きくすると前向
きの流体力が増加し、小さくすると減少する。これによ
っても前後方向の動作を変化させることができる。
【０２９２】また、（１）に述べた羽の捻り角βの変更
に伴う副次的な流体力のうち、ｘ軸方向成分を利用する
手法も可能である。つまり、打ち下ろし時にβ＞０なら
前方向への、β＜０なら後方向への力が働く。
【０２９３】なお、打ち上げ時のβ、α、θの関係はあ
る程度拘束されているが、以上の流体力の制御はステッ
プＳ３においても可能である。
【０２９４】（３） ｚ軸を回転軸とする回転動作 （２）において述べた前後方向への制御を、左羽と右羽
について個別に行ない、これを異ならせることで本羽ば
たき装置にトルクを与えることができる。
【０２９５】すなわち、右羽の前向きの流体力を左羽の
それに対して高くすればロボット９０はｘ軸正の向きに
向かって左方向を向き、低くすれば同じく右方向を向
く。
【０２９６】（４） ｘ軸を回転軸とする回転動作 （３）と同様に、右羽の上向きの流体力を左羽のそれに
対して大きくすれば右側が持ち上がり、小さくすれば左
側が持ち上がる。これによって、ｘ軸を回転軸とする回
転動作を行なわせることができる。
【０２９７】（５） ｙ軸を回転軸とする回転動作 （２）に述べた、羽の捻り角βの角速度変更によって、
ロボット９０にかかるｙ軸周りのトルクを変化させるこ
とができる。これにより、ｙ軸を回転軸とする回転動作
を行なうことができる。たとえば、ステップＳ１におけ
る捻り角βの回転角速度を大きくすると本羽ばたき装置
は機首を下げ、逆に小さくすると機首を上げる。
【０２９８】（６） ホバリング（停空飛翔） 羽ばたき装置を停空させる際のストローク角θおよび偏
角αならびに捻り角βの値を時間の関数として表したグ
ラフを図２６に示す。ただし、図２６ではそれぞれの角
度の縦軸の比率と異なっている。
【０２９９】本発明者らが行なった実験においては、θ
0はたとえば６０°である。β0はたとえば−１０°であ
る。α1はたとえば３０°である。β1はたとえば−１０
０°である。β2はたとえば−６０°である。
【０３００】各ステップにおける左羽の運動と、それに
より左羽の力学的支点Ａ２に生じる加速度、角加速度を
図５１に示す。ただし、（３）（４）のｘ軸、ｚ軸を回
転軸とする回転動作については略してある。これらは、
前述のとおり、左右の羽の運動の非対称によって起こさ
れる。
【０３０１】（制御方法決定手法）現在の浮上状態は、
ロボット９０に搭載された加速度センサ５１や角加速度
センサ５２が取得した値を適宜変更した値を用いて求め
られる。たとえば、速度は、加速度を時間積分した値に
速度の初期値を与えることで求められる。また、位置
は、速度を時間積分した値に位置の初期値を与えること
で求められる。なお、浮上状態に、浮上状態の時刻歴を
含む手法も可能である。
【０３０２】制御装置４は、加速度センサ５１および角
加速度センサ５２から得られる現在の浮上状態と、目的
とする浮上状態から、ロボット９０の動作を決定する。
この制御は、三次元で行なわれる点以外は従来から行な
われている制御手法を適用することができる。
【０３０３】ロボット９０の動作は、制御装置４にて、
アクチュエータの駆動に変換される。この変換には、テ
ーブル参照、もしくはその補完を用いるのが高速であ
る。たとえば、図５２に示すように、基本となる動作
と、それを実現するアクチュエータの駆動の組合せを予
め用意しておく。なお、図５２の左端列は目的とする動
作、羽ばたきにおけるＡとＢは、Ａは前進時の羽ばたき
方、Ｂは停空時の羽ばたき方であり、より具体的にはそ
れぞれ図２５、図２６にグラフで示されるα、β、θの
時刻歴を時間的に離散化したものである。制御装置４
は、ロボット９０の動作から、この駆動もしくはその補
完した駆動をこのテーブルより算出する。
【０３０４】ここでは、説明のため一旦本羽ばたき装置
の動作を算出し、これをアクチュエータの駆動に変換す
るという手法を用いたが、浮上状態から直接アクチュエ
ータの駆動を選択する手法も可能である。
【０３０５】たとえば、定位制御を行なう場合、現在位
置と目標位置との差によって、上述したアクチュエータ
の駆動のいずれか、もしくはそれを補完した駆動を直接
算出する手法も可能である。
【０３０６】また、当然、ロボット９０の浮上状態を表
す物理量はここに示した位置、速度、加速度などに限ら
ない。
【０３０７】また、当然、アクチュエータの駆動を決定
する手法はこの態様に限らない。 （浮上可能重量）次に、本実施の形態におけるロボット
９０の構成で浮上が可能な条件を、図２７を用いて示
す。本発明者の実験環境ではアクチュエータとして進行
波アクチュエータを用いた。この進行波アクチュエータ
によれば、ステータ２１０が超音波モータ２３と同等で
あるので、θ方向の羽ばたきに関してはトルク１．０ｇ
ｆ・ｃｍである。そこで、本発明者らはシミュレーショ
ンによりこのトルクで羽ばたいた際の流体力を算出し
た。
【０３０８】羽根はアクチュエータから離れる方向が長
辺で、長辺４ｃｍ、短辺１ｃｍの矩形で、羽根の変形は
無視する。また、幅８ｍｍ、長さ３３ｍｍのとんぼの羽
根が約２ｍｇであったので、これに倣い、羽根の質量は
３ｍｇとした。
【０３０９】さらに、超音波モータ２３は、突起先端の
微小な楕円運動の累積によってロータを駆動するため、
実際の駆動トルクの立上がり立下がりはダイヤモンドの
周期オーダ、すなわち１０5ヘルツオーダであるが、計
算の安定性から制約上±２５０ｇｆ・ｃ／ｓｅｃである
とした。すなわち、トルクは０．００４秒に１ｇｆ・ｃ
ｍ上昇する。
【０３１０】この羽根を、一方の短辺をこの辺を回転軸
とする回転自由度のみ残して固定し、この回転自由度に
トルクを与え、この回転軸にかかる反力を算出した結果
が図２７である。ただし、前に定義するところの偏角α
＝０（度）、２次角β＝０（度）である。
【０３１１】時刻０においては、羽根は水平すなわちス
トローク角θ＝０（度）である。ここから時刻０．００
４秒までの間にトルクを１ｇｆ・ｃｍまで直線的に向上
させ、０．００４秒から０．０１秒まで、１ｇｆ・ｃｍ
を保つ。そして時刻０．０１秒から０．０１８秒までの
間にトルク１ｇｆ・ｃｍから−１ｇｆ・ｃｍまで直線的
に変化させ、同０．０１８秒から０．０３秒までは−１
ｇｆ・ｃｍを保ち、同０．０３秒から０．０３８秒まで
の間に再び１ｇｆ・ｃｍへと直線的に変化する。
【０３１２】これにより得られた接点反力を、打ち下ろ
しの間すなわちトルクが負である時間である時刻０．０
１４秒から０．０３４秒までの間で平均すると約０．２
９ｇｆであった。
【０３１３】以上のシミュレーションは、１自由端羽ば
たきの結果であるため、打ちが上げ時の流体力の作用は
不明である。しかし、断面積に比して流体の抵抗が減少
するので、打上げ時に働く下向きの始点反力は小さいこ
と、かつ、打下ろし時と同じトルクで打上げることが可
能なため、打上げに要する時間は打下ろしに要する時間
よりもはるかに短い。
【０３１４】すなわち、打上げの際の力が作用する時間
は短いこと、また、打下ろし以外にも羽根の回転などを
用いて浮上力がさらに得られることから、トルク１ｇｆ
・ｃｍのアクチュエータを用いて、０．２９ｇ程度の質
量を浮上させることは可能であるといえる。すなわち、
実施の形態における羽ばたきセンシングロボット全体の
質量が０．５８ｇ以下であれば浮上が可能である。以
下、装置全体の重量について検討する。
【０３１５】まず、ステータ２１０の質量は、電極と圧
電素子が薄いため、比重２．７、厚さ０．４ｍｍ、半径
４ｍｍの円板と同等であるので、０．０５４ｇである。
【０３１６】また、補助ステータの重量は、ステータの
直径が０．７倍であることから０．０１９ｇである。
【０３１７】３つのベアリングはいずれも外径４．２ｍ
ｍ、内径３．８ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのドーナツ状のボ
ールベアリングである。材質は比重４．８のチタンで、
約３０％の空隙があるため、ベアリングの質量は約０．
０１３ｇである。また、ロータ２１９は材質がアルミで
壁中央半径３ｍｍ、厚さが０．２ｍｍであるため、約
０．０６１ｇである。これらの総和から、アクチュエー
タ２１の質量は０．１９２ｇである。また、羽根３１は
前述のとおり０．００３ｇである。以上の構成が左右系
２つあるので、０．３９０ｇである。
【０３１８】また、本発明者らが採用した図１に示す指
示構造１は、直径１ｃｍ、比重０．９、厚さ０．１ｍｍ
の球体であるので質量が約０．０２８ｇである。また、
本発明者らが採用した制御装置４、通信装置７、加速度
センサ５１、角加速度センサ５２、焦電型赤外線センサ
５３はそれぞれ５ｍｍ×４ｍｍの半導体ベアチップで、
角約０．００８ｇである。すなわちこれらの質量の総和
は０．０４ｇである。
【０３１９】また、本発明者らが採用した電源６の重量
は０．１３ｇである。以上、すべての構成要素の重量の
合計は０．５７９ｇとなる。１対の羽根で浮上力０．５
８ｇｆを得ているので、この構成で浮上することが可能
である。
【０３２０】（通信装置）次に、通信装置７について説
明する。
【０３２１】通信装置７は送信機能を備え、各種センサ
の測定値を送信する。これにより、ベースステーション
９１が、ロボット９０の情報を得ることができる。
【０３２２】ベースステーション９１が得る情報は、ロ
ボット９０もしくはその周囲の物理量である。より具体
的には、前者の一例としては、加速度センサから得られ
たロボット９０の加速度情報、または、角加速度センサ
５２が得られたロボット９０の角加速度情報、後者の一
例としては、焦電型赤外線センサ５３より得られた赤外
線量情報である。
【０３２３】また、通信装置７は、受信機能を備え、制
御信号を受信する。これによりベースステーション９１
がロボット９０に対して制御を行なうことができる。
【０３２４】ベースステーション９１より送信される制
御信号を、ロボット９０の浮上状態に対する制御信号
と、ロボット９０の周囲に与える物理量変更における制
御信号とである。
【０３２５】より具体的には、前者の一例としては、ロ
ボット９０に与えられるべき加速度と角加速度とを指定
する信号、後者の一例としては、発光ダイオード８の光
量を指定する信号である。
【０３２６】なお、本実施の形態においては、ここに例
示した情報を送受信するものとして以後の説明を行な
う。
【０３２７】もちろん、送受信すべき情報はここに示し
た限りではない。たとえば、ベースステーション９１よ
り発せられた制御信号を、ロボット９０が正しく受信し
たか否か確認する応答信号なども送受信可能な情報であ
る。
【０３２８】（制御装置）次に、制御装置４について、
図１３および図２９を用いて説明する。
【０３２９】図１３に示すように、制御装置４は、演算
装置４１とメモリ４２とからなる。演算装置４１は、通
信装置７を経て、ロボット９０における各種センサによ
って得られた情報を送信する機能を有する。また、演算
装置４１は、通信装置７を経て得られた制御信号に基づ
き、各構成要素の動作を制御する機能を有する。また、
メモリ４２はこれら送受信されたデータを保持する機能
を有する。
【０３３０】本実施の形態においてより具体的には、演
算装置４１は加速度センサ５１および角加速度センサ５
２からの情報によりロボット９０の加速度および角加速
度を算出し、通信装置７を経由してベースステーション
９１にこの情報を送信する。また、ベースステーション
９１からは現在ロボット９０に与えられるべき加速度の
情報と、角加速度の情報とが送信される。これらの情報
を、通信装置７を経て受信し、演算装置４１はこの受信
された加速度と角加速度とにより各アクチュエータの動
作パラメータを決定する機能を有する。
【０３３１】さらにより具体的には、演算装置４１は、
ロボット９０に与えられるべき代表的な加速度と角加速
度との組合せに対応したα、β、θの時系列値をテーブ
ルとして有しており、これらの値、もしくはその補間値
を各アクチュエータの動作のパラメータとする。なお、
α、β、θの時系列値とは、たとえば、加速度、角加速
度ともに０であるホバリングの場合は図２５にグラフで
示される値を離散化したものである。
【０３３２】当然、ここで挙げるα、β、θは制御パラ
メータの一例であり、説明の簡便のためこれらのパラメ
ータを指定することでアクチュエータが駆動されること
を前提に記述したが、たとえば、より直線的にこれらを
実現する各アクチュエータへの駆動電圧や制御電圧に変
換したものを用いることが効率的である。しかし、これ
らが既存のアクチュエータ制御方式と特に異なるもので
はないので、代表的なパラメータとしてα、β、θを挙
げているにすぎず、このパラメータのみに限るものでは
ない。
【０３３３】また、別なる機能の具体例として、演算装
置４１は、焦電型赤外線センサ５３から送られてくる情
報を、通信装置７を介して送信する機能を有する。
【０３３４】これによりベースステーション９１がロボ
ット９０に搭載された焦電型赤外線センサ５３における
赤外線情報検出領域５３１における赤外線情報を取得す
ることが可能になる。
【０３３５】また、演算装置４１は、ベースステーショ
ン９１から送信された発光ダイオード８の発光制御信号
を、通信装置７を介して受信して、この制御信号に従い
発光ダイオード８に流れる電流を制御する機能を有す
る。これにより、ベースステーション９１が発光ダイオ
ード８の発光を制御することが可能になる。なお、制御
装置４の機能はここに示したものに限らない。
【０３３６】飛行制御は時間的に連携するものであるの
で、羽根の動作時刻歴を、制御装置４におけるメモリ４
２に記憶させておき、ベースステーション９１からの制
御信号をこの時刻歴情報によって補正する手段も可能で
ある。
【０３３７】また、ロボット９０の浮上移動を優先する
場合、通信の帯域からの送信不可能なデータが発生する
ことも考えられる。また、通信が途絶する場合も考えら
れる。これらをはじめとして、重量の増加が浮上移動に
障害をもたらさない範囲内ならば、メモリ４２を搭載す
ることは有効である。
【０３３８】また、逆に、演算装置４１におけるレジス
タの類を除き、ロボット９０の機能によっては明示的に
必須ではない。
【０３３９】（駆動エネルギ源）次に、駆動エネルギ
源、すなわち、電源６について説明する。
【０３４０】左右アクチュエータ２１，２２、制御装置
４、センサ５１〜センサ５３、を駆動する電力は電源６
により供給される。
【０３４１】電源６はリチウムイオンポリマを電解質と
しているので支持構造１により封入しておけばよい。こ
れにより液漏れを防ぐための余分な構造が不用であり、
実質的なエネルギ密度を高めることができる。
【０３４２】なお、現在市販されているリチウムイオン
２次電池の一般的な質量エネルギ密度は１５０Ｗｈ／ｋ
ｇであり、本実施の形態においてはアクチュエータにお
ける消費電流は最大４０ｍＡであるので、電源６の電解
質重量を約０．１ｇとすると、本実施の形態においては
約７．５分の飛行が可能である。また、本実施の形態に
おけるアクチュエータの最大消費電流は左右合計４０ｍ
Ａである。
【０３４３】また、電源電圧３Ｖである。電解質重量が
０．１ｇであるので、０．１２Ｗ／ｇ、つまり、１２０
０Ｗ／ｋｇの重量パワー密度を持つ電源６の実現が求め
られる。市販品で実現されているリチウムイオンポリマ
２次電池の重量パワー密度は約６００Ｗ／ｋｇである
が、これは携帯電話などの情報機器に用いられている１
０ｇ以上の製品などである。
【０３４４】一般に、電解質質量に対する電極面積の比
は正負に反比例するので、実施の形態における電源６
は、前述の情報機器用に用いられている２次電池の１０
倍以上の電極面積比を持つので、１０倍程度の質量パワ
ー密度が達成可能であり、冒頭の出力パワー密度は十分
達成可能である。
【０３４５】アクチュエータの駆動エネルギを外部から
供給する方法も可能である。たとえば、電力エネルギを
外部から供給する媒体については温度差、電磁波などが
挙げられ、これを駆動エネルギに変換する機構としては
それぞれ熱電素子およびコイルなどが挙げられる。
【０３４６】当然、異なる種類のエネルギ源を混載する
手法も可能である。電力以外のエネルギ源を用いる場
合、基本的には制御は制御装置４からの電気的信号を用
いることになると考えられている。
【０３４７】（センサ類（物理量入力部））次にセンサ
について説明する。
【０３４８】加速度センサ５１は支持構造１の３自由度
並進加速度を、角加速度センサ５２の支持構造１の３自
由度回転加速度、焦電型赤外線センサ５３は焦電型赤外
線センサ検出領域５３１における赤外線量を検出する。
これらのセンサ５１〜センサ５３の検出結果は制御装置
４に送られる。
【０３４９】本発明者が用いた加速度センサは帯域４０
Ｈｚである。なお、加速度センサ５１や角加速度センサ
５２は帯域が高いほど時間的に緻密な制御が可能である
が、ロボット９０の浮上状態の変更は１回以上の羽ばた
きの結果起きるものであると考えられるので、現在市販
されている帯域が数１０Ｈｚ程度のセンサでも実用可能
になる。
【０３５０】本実施の形態では加速度センサと角加速度
センサとにロボット９０の位置および姿勢を検出するも
のとしたが、ロボット９０の位置と姿勢が計測可能な手
段であるかどうかは上記センサには限らない。たとえ
ば、互いに直交する３軸方向の加速度を測定可能な加速
度センサを少なくとも２つそれぞれ支持構造１の異なる
位置に配置させ、角加速度センサから得られる加速度情
報に基づいてロボット９０の姿勢を算出することも可能
である。
【０３５１】また、作業空間９２内に地上波を明示的に
組込んでおき、これをロボット９０が検出して位置およ
び姿勢を算出する方法も可能である。たとえば、作業空
間９２内に磁場分布を設けておき、磁気センサによりこ
の磁場分布を検知することで、ロボット９０の位置と姿
勢を算出する手法も可能である。また、ＧＰＳセンサ等
を用いる手法も考えられる。
【０３５２】また、後述するベースステーション９１な
ど、ロボット９０以外においてロボット９０の位置と姿
勢とを直接検出する手法も考えられる。たとえば、ベー
スステーション９１がカメラを有し、画像処理によって
ロボット９１の位置を算出する手法も可能である。当然
この場合ロボット９０における加速度センサ５１などは
必須ではない。
【０３５３】また、加速度センサ５１、角加速度センサ
５２をはじめとするセンサ類は、制御装置４とは別部品
として表現されたが、軽量化の観点から、マイクロマシ
ニング技術によって制御装置４と一体で同一のシリコン
基板上に形成してもよい。
【０３５４】当然本実施の形態におけるセンサは、アプ
リケーションすなわち警備の目的を達成する最低限の構
成要素であって、センサの種類、個数、構成については
ここに示す限りではない。
【０３５５】たとえば、ロボット９０における羽根の駆
動には、フィードバックのない制御を用いているが、羽
根のつけ根に羽根の角度センサを設け、ここから得られ
る角度情報によりフィードバックを行ない、より正確に
羽根を駆動する方法も可能である。
【０３５６】また、逆に、浮上する領域における気流が
既知であり、予め定められた羽ばたき方のみによって目
的位置に定位することが可能ならば、ロボット９０の浮
上状態を検出することは不用となるので加速度センサ５
１や角加速度センサ５２は必須ではない。人体検出につ
いては、焦電型赤外線センサ５３を用いて、従来のロボ
ットに採用されている手法と同様に行なえる。
【０３５７】なお、本実施の形態で例示する探索対象物
としての人９３もロボット９０に対して移動の障害とな
るが、焦電型赤外線センサ検出領域５３１をロボット９
０の下方に配することで、ロボット９０が侵入者の情報
を飛行しても人９３を検出することが可能であるため、
人９３を障害とせず、かつ、人９３を検出することが可
能である。
【０３５８】また、人体検出センサとして、現在広く安
価に用いられている焦電型赤外線センサを例として挙げ
たが、当然これも人体を検出するという機能が達成され
るならばこの限りではない。
【０３５９】（発光ダイオード（物理量出力部））次
に、発光ダイオード８について説明する。
【０３６０】発光ダイオード８は、焦電型赤外線センサ
５３における焦電型赤外線センサ検出領域５３１を概ね
包含する可視光照射領域を有する。また、発光ダイオー
ド８の動作は制御装置４によって制御される。
【０３６１】以上の構成より、焦電型赤外線センサ検出
領域５３１内に検出された赤外線放射源を人９３である
と制御装置４が判断すれば、これに対して可視光を照射
する動作を行なうことができる。なお、本実施の形態で
は、物理量出力部として発光ダイオード８を例示した
が、これに限定されるわけではない。
【０３６２】上述の構成要素の決定の際、ロボット９０
の機動性を損なわないためには、当該構成要素の機能を
損なわない範囲内で軽量であることが望ましい。
【０３６３】（ベースステーションの説明） （主要な構成と主要な機能）まず、図２８を用いてベー
スステーション９１の主要な構成と機能とを説明する。
ただし、ベースステーションの主要な目的はロボット９
０からの情報取得とこれに基づくロボット９０の制御で
あるので、図２８はこれを具体化した一例にすぎず、外
観、形状、また付帯的な構成要素の有無については上述
の目的を害しない限りここに記す限りではない。
【０３６４】図２８に示すように、ベースステーション
９１は、演算装置９１１とメモリ９１２および通信装置
９１７を備えている。通信装置９１７は、ロボット９０
より送信された信号を受信する機能を有する。また、ロ
ボット９０に信号を送信する機能を有する。
【０３６５】ベースステーション９１は、メモリ９１２
に格納された作業空間９２のマップデータなどと、ロボ
ット９０より通信装置９１７を介して受信したロボット
９０の加速度情報を初めとする各種情報から、ロボット
９０の行動を決定する機能を有する。また、この行動を
通信装置９１７を介してロボット９０に送信する機能を
有する。
【０３６６】前述の受信機能と行動決定機能と送信機能
によってベースステーション９１はロボット９０自身も
しくはその周辺環境情報に基づき通信機能を介してロボ
ット９０を制御することができる。
【０３６７】ベースステーション９１は、その上面をロ
ボット９０の離発着台として用いている。すなわち、ベ
ースステーション９１上面には充電器９１３が備わって
おり、充電孔９１４にロボット９０における電極６１が
結合することで電気的に電源６に接続され、充電が可能
な状態になる。本実施の形態においては節電のため、充
電器９１３は演算装置９１１により制御され、ロボット
９０がベースステーション９１に結合している際も動作
して充電を行なう。
【０３６８】また、この充電孔９１４は位置決め孔の役
割も兼ねている。さらに、ベースステーション９１には
電磁石９１５が備えられており、必要に応じてロボット
９０を吸着している。すなわち、離陸前のロボット９０
におけるベースステーション９１に対する相対位置は、
電磁石９１５を動作させることにより固定されており、
また相対速度は０である。
【０３６９】（動作指示）本実施の形態においてはベー
スステーション９１は、演算装置９１１とメモリ９１２
および通信装置９１７を備えており、メモリ９１２に格
納された作業空間９２のマップデータと、予め設定され
た目的を達成するロボット９０の作業空間９２における
予定経路に対して、ロボット９０より受信したロボット
９０の加速度情報をはじめとする各種情報からロボット
９０に与えるべき加速度、角加速度を、通信装置９１７
を介してロボット９０に送信する機能を有する。たとえ
ば、ロボット９０の角加速度情報を２回積分することで
ロボット９０の姿勢を算出することができる。
【０３７０】また、これとロボット９０の加速度情報を
前出るの姿勢で回転変換して得た絶対座標系における加
速度情報を２回積分することでロボット９０の位置を算
出することができる。なお、これらの積分定数は、離陸
前の速度、角速度がともに０であり、位置、姿勢はベー
スステーション９１に対して充電孔９１４に固定されて
いるためいつでも既知である。このようにして演算装置
９１１はロボット９０の位置と姿勢を算出し、上述のロ
ボット９０への制御指示を行なうことができる。
【０３７１】以上の機能により、ベースステーション９
１が、ロボット９０に作業空間９２内を巡回させるよう
に制御することが可能になる。これらの機能は互いに相
関することも当然可能である。たとえば、前述のロボッ
ト９０における加速度情報と角加速度情報より焦電型赤
外線センサ５３における赤外線検出領域５３１の作業空
間９２における位置を算出することができる。
【０３７２】この位置と赤外線量をマッピングすること
で赤外線放射源の位置、形状、動作などを算出し、赤外
線放射源の重心付近に向けてダイオードを発光させると
いった手法も可能である。当然これらのバリエーション
は多岐にわたり、アプリケーションによって最適なもの
をデザインするものであって、ここに示した形態に限る
ものではない。
【０３７３】（巡回手法）ロボット９０における巡回手
法は、従来から提案されている車輪などで床面を移動す
るロボットに用いられてきた巡回手法に、高さ方向の自
由度を加えて構築することが可能である。
【０３７４】たとえば、まず概ね一定の高さでの巡回を
行ない、これが終了した後、ロボット９０の高度を変更
してまた別の高さで巡回を行なうといった手法で、２次
元平面上での巡回の高さ方向の自由度を加え、３次元空
間を巡回する手法が実現される。
【０３７５】また、焦電型赤外線センサ５３の検出距離
によっては、ある高さで巡回すれば作業空間９２の全域
において人を検出することが実質的に可能な場合も考え
られる。この場合は、従来から提案されている２次元平
面での巡回を行なうアルゴリズムのみで巡回が可能であ
る。
【０３７６】これら巡回経路は、ある定まった経路をメ
モリ９１２内に予め用意していてもよいし、メモリ９１
２におけるマップデータからある情報を基準に演算装置
９１１が算出する方法も可能である。たとえば、作業空
間９２における監視上の重要度などを指定し、この重要
度に応じて巡回頻度を高く設定するなどの手法が考えら
れる。また、巡回中においても経路の変更は可能であ
る。たとえば、人検出時などに、人を検出した位置でホ
バリングするなどの変更が考えられる。
【０３７７】以上に示したのはロボット９０の作業空間
９２の巡回手法の単純な一例であり、この限りではな
い。ベースステーション９１の質量はロボット９０の浮
上には影響しないため、これらの巡回経路や手法の策定
を高度に複雑に行なうことは容易である。
【０３７８】（離着陸補助）羽ばたきの開始もしくは終
了時、すなわち、ロボット９０の離着陸の際は、羽ばた
きによって起こる気流が急激に増加もしくは減少し不安
定であるため、ロボット９０の位置および姿勢を制御す
ることは難しい。本実施の形態では、離陸前の段階にお
いて、ベースステーション９１に備えられた電磁石９１
５がロボット９０を吸着している。離陸の際は羽ばたき
による気流が安定するまで電磁石９１５を作動させ、気
流が安定した時点で電磁石９１５による吸着を停止する
などの手法で安定した離陸が可能である。
【０３７９】着陸においては、大まかに電極６１が充電
孔９１４の上部に位置するようロボット９０を移動さ
せ、この状態で電磁石９１５を作動させ、ロボット９０
をベースステーション９１に吸着する。しかる後に羽ば
たきを停止させれば、気流がＧ不安定である状態で着陸
時の位置と姿勢を安定させることができる。なお、定位
を容易にするため、電極６１もしくは充電孔９１４の少
なくとも一方がテーパ状をしていることが望ましい。
【０３８０】なお、重量が許すなら、ロボット９０が電
磁石９１５を有する構成も可能である。また、この構成
により、ロボット９０はベースステーション９１に限ら
ず、強磁性もしくは軟磁性材料で構成される物質すべて
に対して安定した離着陸が可能になる。また、より加速
度の小さい離陸を行なうために、電磁石９１５に力覚セ
ンサを配し、この力覚センサにかかる力によって電磁石
９１５の吸引力を制御する手法も可能である。
【０３８１】また、ここに示したのは離着陸時の気流不
安定性に伴うロボット９０の不安定浮上を防ぐ手法の一
例にすぎず、離着陸時にロボット９０を一時的に保持す
る機構であれば他の手段も可能である。たとえば、電磁
石９１５の代わりに空気を用いて吸引する手法も可能で
ある。また、レールなどのガイド機構に沿って離着陸を
行なう等の手法も可能である。
【０３８２】（システムの動作）ロボット９０はベース
ステーション９１からの指示により作業空間９２を巡回
し、人を検出する。これをより具体的に一例として記述
したものを例として図２９および図３０を用いて説明す
る。なお、以下の記述は一例であり、本願の権利請求の
範囲を絞るものではない。
【０３８３】（静止状態）ロボット９０の動作開始前は
ロボット９０はベースステーション９１における充電孔
９１４に電極６１が接続され固定されている。また、必
要に応じて電源６に対して充電が行なわれている。ベー
スステーション９１における演算装置９１１、メモリ９
１２は既に動作しているものとする。また、ロボット９
０の巡回経路は既に演算装置９１１によって算出されて
いるものとする。また、人を検出した際のロボット９０
のダイオードの発光動作は既に演算装置９１１によって
算出されているものとする。上記巡回経路、ダイオード
の発光動作をメモリ９１２に格納しておくことが望まし
い。
【０３８４】（離陸、上昇）ベースステーション９１に
おける電磁石９１５が動作し、ロボット９０はベースス
テーション９１に吸着される。この状態でロボット９０
は垂直方向への上昇のための羽ばたき動作を開始する。
遅くとも電磁石９１５が吸着を解除するまでには、ロボ
ット９０における加速度センサ５１、角加速度センサ５
２、制御装置４、および通信装置７は動作を開始してい
る。また、この際には、ベースステーション９１におい
ても通信装置９１７が動作を開始しており、演算装置９
１１がロボット９０の浮上状態を検出できる状態に達し
ている必要がある。
【０３８５】羽ばたきによる気流が安定した時点で、電
磁石９１５はロボット９０の吸着を止めていく。電磁石
９１５の吸着力とロボット９０の浮力がバランスする点
よりさらに電磁石９１５の吸着力を弱めた時点でロボッ
ト９０が浮上を開始する。
【０３８６】また、少なくともロボット９０が浮上を開
始するまでに、ベースステーション９１における演算装
置９１１は、ロボット９０の位置と姿勢を求める演算を
開始している必要がある。
【０３８７】ロボット９０はベースステーション９１に
加速度情報、角加速度情報を送信しつつ上昇する。ベー
スステーション９１はこの情報と目的とする経路より算
出されるロボット９０の位置と姿勢によりロボット９０
に現在与えられるべき加速度を算出し、ロボット９０に
指示する。予め指定された位置にロボット９０が到達す
ると、ベースステーション９１の指示によりロボット９
０はこの高さで巡回を開始する。
【０３８８】（巡回）巡回開始以前に焦電型赤外線セン
サ５３を動作させる。この赤外線情報が通信によって演
算装置９１１に送られる。巡回は、ベースステーション
９１はロボット９０の移動を指示しつつ、赤外線情報を
監視し、赤外線発信源すなわち発熱源の有無を判定する
ことで行なわれる。ロボットは、障害物を避けるため
に、一般的な侵入者の身長以上の高さ、たとえば、概ね
２ｍ程度の高さを巡回する。また、ロボット９０は、た
とえば、赤外線情報検出領域５３１の幅の６０％程度の
幅ずつずらしながら往復するなどの手法を用いて、作業
領域９２をくまなく巡回する。
【０３８９】（着陸）巡回終了時以後、ロボット９０に
おける焦電型赤外線センサ５３は動作を停止する。巡回
終了時には、ロボット９０における電極６１がベースス
テーション９１における充電孔９１４の鉛直上方に位置
するように位置および姿勢を保ちながらロボット９０が
下降するようにベースステーション９１がロボット９０
を制御する。電磁石９１５がロボット９０の吸着可能な
位置にロボット９０が位置したと判断した時点で、電磁
石９１５を作動させ、ロボット９０をベースステーショ
ン９１に固定する。
【０３９０】ベースステーション９１にロボット９０が
固定された以後、ロボット９０における加速度センサ５
１、角加速度センサ５２は動作を停止する。ベースステ
ーション９１にロボット９０が固定されて以後、ベース
ステーション９１はロボット９０へ羽ばたきの停止を指
示する。これ以後、通信装置７、制御装置４などは停止
させてもよい。
【０３９１】（フローチャート）本実施の形態における
各情報の流れを図２９に示す。また、上記動作のフロー
チャートを図３０に示す。当然これらは一例であり、本
実施の形態における対象物の探索を行なうセンシングロ
ボットというアプリケーションを満足するロボット９０
の動作はこの限りではなく、また、これまでアプリケー
ションに用いられる場合、当然この動作は異なったもの
となり得る。
【０３９２】（通信）本実施の形態における通信手法に
ついて、図３１〜図３３を用いて説明する。
【０３９３】なお、ここでは通信されるデータに対する
解説を主に行なう。たとえば、通信のプロトコル、ハン
ドシェイクのタイミングといった通信の手法の細部につ
いてはさまざまな手法があるが、ここで説明するデータ
のやり取りが行なえるものであればよい。
【０３９４】（静止状態、離陸）まず、静止状態〜離陸
時の通信動作について図３１を用いて説明する。
【０３９５】まず、ベースステーション９１の演算装置
９１１、通信装置９１７とロボット９０の制御装置４、
通信装置７を動作させ、ロボット９０とベースステーシ
ョン９１のコネクションを確立させる。そしてベースス
テーション９１における電磁石９１５を動作させ、ロボ
ット９０を吸着し、離陸時の不安定な気流によるロボッ
ト９０の転倒を防止する。
【０３９６】ロボット９０における加速度センサ５１、
角加速度センサ５２はロボット９０の位置と姿勢を正し
く把握するために、ロボットが浮上、すなわち加速度も
しくは角加速度が０でなくなる以前に動作している必要
があるので、羽ばたき開始以前にセンシングを開始して
おく。
【０３９７】ベースステーション９１は、ロボット９０
に浮上用の羽ばたきを指示する。本実施の形態では鉛直
上向きに浮上するような羽ばたきを行なうようにロボッ
ト９０に加速度、角加速度の指示を行なう。
【０３９８】ロボット９０においては、予め用意された
制御テーブルから、鉛直上向きに上昇するためのα、
β、θの時系列のパターンを選び、これに従った羽ばた
きを開始するため、左右アクチュエータを駆動する。
【０３９９】ベースステーション９１は、タイマで一定
時間経過を検出するなどの手法で、ロボットの羽ばたき
による気流が安定するまで待機し、その後、電磁石９１
５の吸着力を低下させていく。
【０４００】その間、ロボット９０は自身の加速度情報
と角加速度情報とを通信によってベースステーション９
１に送信する。電磁石９１５の吸着力が浮力を下回った
時点でロボットは浮上する。これはロボットの速度が０
でなくなることによって検出される。浮上が完了すれ
ば、ベースステーション９１よりロボット９０に浮上完
了信号が送信され、巡回モードに入る。
【０４０１】（巡回）続いて、巡回時における通信動作
を図３２を用いて説明する。
【０４０２】まず、巡回モードに移行するまでに、ロボ
ット９０は赤外線センサを動作させる（図示なし）。
【０４０３】次に、ロボット９０は各種センサの情報取
得を行なう。そして、取得したセンサ情報を、通信を介
してベースステーションに送信する。
【０４０４】ベースステーション９１は受信したロボッ
ト９０のセンサ情報のうち、赤外線情報をマッピング
し、作業領域９２内での赤外線放射分布を求める。ま
た、加速度情報、角加速度情報から、ロボット９０の位
置と姿勢を算出する。これらの位置、姿勢算出処理、赤
外線マッピング処理は巡回行動中継続的に行なわれてい
るものとする。
【０４０５】得られた赤外線マッピングの結果、メモリ
９１２におけるマップデータに存在しない赤外線放射源
が確認されれば人とみなして発光ダイオードによる報知
動作を行なうことも可能である。そうでない場合は巡回
を継続する。これら次の行動をベースステーション９１
は決定し、ロボット９０に与えるべき加速度、角加速度
をロボット９０に指示情報として送信する。
【０４０６】ロボット９０は受信した指示情報のうちの
加速度指示と角加速度指示より、予め用意された制御テ
ーブルより左右アクチュエータの駆動を算出し、これを
駆動する。また、報知動作指示が行なわれている場合
は、これに従ってＬＥＤの駆動を行なう。報知動作にお
いても、通信態様は、ＬＥＤ駆動を除いて巡回動作と同
様である。
【０４０７】ベースステーション９１が、ロボット９０
が巡回終了に達したと判断した場合、ロボット９０に巡
回終了信号を送信し、着陸モードに移行する。
【０４０８】（着陸）続いて、図３３を用いて着陸にお
ける通信について説明する。
【０４０９】ロボット９０は、巡回終了後、焦電型赤外
線センサ５３の動作を停止させる。ベースステーション
９１は、着陸地点直上、より具体的には、電磁石９１５
によってロボット９０を初期位置に吸着可能な領域にロ
ボット９０を誘導する。この誘導は巡回時の制御と同様
に、ロボット９０より受信した加速度情報、角加速度情
報より算出したロボット９０の位置と姿勢を用いて行な
われる。すなわち、巡回動作と同様の通信態様によって
行なわれる。
【０４１０】ロボット９０が着陸地点直上に来たら、電
磁石９１５を動作させ、ロボット９０をベースステーシ
ョンに吸着する。その後、継続して動作させる必要がな
ければ、ベースステーション９１はロボット９０に対し
動作終了を指示する。これによりロボット９０は羽ばた
き動作、通信動作、センシングを終了させる。
【０４１１】なお、通信形態は１系であり、ロボット９
０のセンサ情報によりベースステーションがロボット９
０の行動指示を行なうのであればここで挙げたものに限
られない。
【０４１２】また、実施の形態では、センサは連続して
動作するものとしたが、ベースステーション９１により
センサ情報要求信号を受信したときのみセンサを動作さ
せるといったように、センサの動作を、ベースステーシ
ョン９１からの指示により間欠的に行なう手法も可能で
ある。
【０４１３】（機能分担）本実施の形態におけるロボッ
ト９０における制御装置４と、ベースステーション９１
における情報処理の機能分担について以下に示す。
【０４１４】ロボット９０とベースステーション９１は
通信路を通じて情報交換可能なので、各々の機能分担を
さまざまな形が可能である。たとえば、上記実施の形態
のごとく、ベースステーション９１の機能をすべてロボ
ット９０に収め、ベースステーション９１を廃した、い
わゆる、スタンドアロンタイプも可能である。しかし、
ロボット９０に過剰な質量を搭載すると浮上が困難にな
る。
【０４１５】また、ロボット９０が軽量である方が機敏
な動きが可能になり、システム動作効率を上げることが
できる。つまり、一般に、情報処理の大部分はベースス
テーション９１にて行ない、ロボット９０を軽量に設計
することが望ましい。特に、作業空間９２におけるマッ
プデータはその作業空間の大きさ、障害物の多さに依存
して大きくなる。
【０４１６】このため、ロボット９０の搭載重量の増加
に繋がらないメモリ９１２が用意されていることが望ま
しい。先の項で示した、赤外線放射源の位置特定など
も、ベースステーション９１における演算装置９１１に
て行なえば、ロボット９０における制御装置４には簡素
なデバイスを用いることができるため、軽量化が可能で
ある。
【０４１７】上述の議論に加え、ロボット９０における
制御装置４と、ベースステーション９１における情報処
理の機能分担については、通信速度の向上が重量増加に
繋がる点を考慮する必要がある。
【０４１８】たとえば、電波を用いた通信の場合、通信
速度が高速になると、キャリアとしてのエネルギの高
い、高周波数の電波を用いなくてはならないため消費電
力が大きくなる。このため、電源６の重量増加に繋が
る。また、補償回路などを用いて信号品質を向上させな
くてはならず、構成要素が増えるため、通信機能の重量
増加に繋がる。総合的にはこれらのトレードオフを考慮
して、実際の機能分担をデザインする必要がある。
【０４１９】たとえば、羽ばたきの細部、すなわち、羽
根の角度α、β、θをもベースステーション９１が指示
する場合を考えると、一般に羽ばたき以降の周波数は数
１０Ｈｚ以上であるため、α、β、θの制御周波数帯域
はｋＨｚオーダである。この場合、α、β、θのデータ
がそれぞれ８ビットであるとして、各々１ｋＨｚで制御
するには、単一の通信路で８（ｂｉｔ）×１（ｋＨｚ）
×３×２（アクチュエータの個数）＝４８（ｋｂｐｓ）
の通信速度が必要である。これは送信のみの速度であ
り、実際には受信のための帯域も必要となる。これに通
信のオーバーヘッド、また、焦電型赤外線センサ５３な
どのセンサからのデータも加わるため、１００ｋｂｐｓ
程度の通信速度を持った通信方法が必要となる。
【０４２０】ところで、ロボット９０における前進や後
退、左右への旋回といった基本的な動作については、各
々の動作に対応した一定のパターンの羽ばたき方を用意
することができる。よってこれら基本動作とそれをもた
らす羽ばたき方のパターンをロボット９０に内包してお
き、ベースステーション９１が予定経路にふさわしい基
本動作を算出し、ロボット９０に指示し、ロボット９０
は指示された基本動作から内包された羽ばたき方のパタ
ーンを選択するなどの手法を用いても、ロボット９０に
所望の経路を飛行させることができる。
【０４２１】このように、ロボット９０は羽ばたき方そ
のものの制御に代表される高い周波数帯域の制御、ベー
スステーション９１は経路制御に代表される低い周波数
帯域での制御を受け持つ形態が、制御装置の演算量の軽
減、通信経路のトラフィックス軽減の観点から望まし
い。なお、これらの基本動作とそれをもたらす羽ばたき
方のパターンは、テーブルとして制御装置４に用意して
おくのが、処理速度、制御装置４における演算量の低減
の観点から望ましい。
【０４２２】当然、特に制御装置４に代表される演算装
置の演算能力や通信速度は今後大きく向上することが期
待されるので、ここで記したロボット９０とベースステ
ーション９１における情報処理の態様は、現状をもとに
基本となる考えを例示したものであり、具体的な機能分
担については、今後ここに記した限りではない。
【０４２３】（高度制御）本実施の形態においては、高
度制御により容易に異なる階への移動が行なえる。すな
わち、マップデータに高さ情報を含めれば、従来の床面
移動ロボット制御手法に、高さ方向の制御を加えるだけ
で、巡回経路の高さ変更を行なうことが可能である。す
なわち、階段のマップデータに従って、たとえば、階段
における鉛直下方面よりほぼ一定の鉛直方向距離を保つ
などのアルゴリズムによって高さを変更しながら浮上移
動することで、階段の上り下りが容易に実現できる。
【０４２４】当然、先に示した異なる階の移動に階段を
用いるのは、異なる階を移動する手法の一例であり、こ
れに限らない。たとえば、通風口や吹きぬけなどを用い
ることも可能である。
【０４２５】（複数の巡回について）本実施の形態にお
いては、単一の巡回のみを例示したが、巡回の態様につ
いては当然これに限らない。本実施の形態に例示したよ
うな巡回行動を繰返し行なうことも可能である。
【０４２６】また、このような巡回方法で新たに巡回を
行なうことも可能である。また、本実施の形態において
は巡回終了後、ベースステーションに帰還する行動形式
を例として示したが、これは一例であり、この限りでは
ない。たとえば、作業空間９２に複数のベースステーシ
ョンを配し、この間を巡回していく手法も可能である。
【０４２７】（エネルギ補充機構について）当然、電源
６の充電方法や形態は、軽量稼働継続使用を両立させる
ために一般的に用いられるエネルギ補充の一形態を例示
したのみで、電源として機能を満たすものであれば電源
６とその充電機構の態様はここに例示した限りではな
い。
【０４２８】たとえば、羽根に金属薄膜スパッタリング
によってコイルを構成し、外部から電波を与え、これを
そのコイルで電力に変換、整流して電源６を充電する方
法も可能である。
【０４２９】また、たとえば、ベースステーション９１
以外に充電のみを目的とする充電ステーションが存在
し、そこで充電を行なうことも可能である。
【０４３０】また、電力以外のエネルギを用いる場合、
これに適したエネルギ補充方法が必要となる。もちろ
ん、電極６１と充電孔９１４の形状は本実施の形態に示
したものとは限らない。また、本実施の形態に示したよ
うに位置決めの役割を兼用していることは必須ではな
い。
【０４３１】（通信について）本実施の形態において
は、ベースステーション９１は常にロボット９０の情報
を得てこれを制御するものとしたが、ロボット９０に自
立的動作が可能である場合など、常にベースステーショ
ン９１がロボット９０を制御することは必ずしも必要で
はない。
【０４３２】また、メモリ４２に情報を一時的に保存し
ておくことで、ベースステーション９１とロボット９０
の通信の頻度を下げることができる。これは後述するロ
ボットやベースステーションが複数存在する場合など、
通信路のトラフィック低減が求められる場合などに有効
である。
【０４３３】ロボット９０とベースステーション９１と
のコネクションは、途絶する可能性を前提として設計す
ることが望ましい。ここで、ロボット９０に通信路が途
絶した場合の行動形式を予め組込んでおけば、コネクシ
ョンが再開された際通信途絶に起因する悪影響を最小限
に抑えることができる。
【０４３４】一例として通信路が途絶した場合、ロボッ
ト９０はホバリングを行なうことで浮上状態を一定に保
つ機能を備えておけば、ホバリングせずに移動し続ける
場合に比べて障害物に衝突する可能性が小さくなる。
【０４３５】また、メモリ４２にある程度先の動作モデ
ルをバッファリングしておくことで、通信路が途絶した
場合でもロボット９０が飛行を続けることができ、逆
に、メモリ４２にセンサの検出した情報をバッファリン
グしておき、通信路が回復した際にこれをベースステー
ション９１がやることで、通信路が途絶している間のセ
ンサ情報をベースステーションが得ることができる。
【０４３６】また、逆にこういったバッファリングを用
いることで、障害物が多く電波がさえぎられやすい環境
においてもより微弱な電波で群ロボットシステムの機能
を達成することができるため、省電力化が可能であり、
電源６の軽量化に繋がるため、ロボット９０の機動性を
高めることができる。
【０４３７】（環境変化について）本実施の形態におい
ては説明の簡便のため、作業空間９２における環境は変
化しないものとしたが、実際の使用においては環境は変
化する。主要な環境辺かとしての気流の発生と障害物の
変化が挙げられる。なお、これらの環境変化が存在する
場合はその補正手段を用意する必要がある。
【０４３８】気流については、羽ばたき飛行であっても
一般の航空機と同様の影響を受けるため、この補正は一
般的な航空機の経路計画に用いられる手法がそのまま応
用可能である。
【０４３９】障害物の変化についても、その対処方法は
従来の遠隔操作ロボットのシステムに採用されている手
法がそのまま適用可能である。たとえば、光センサなど
の障害物検出手段をロボット９０に設け、その障害物検
出データベースをベースステーション９１に送信し、ベ
ースステーション９１はその情報からマップデータを更
新するなどの手法が考えられる。
【０４４０】（システム構成（台数について））本実施
の形態においては説明の簡便のためベースステーション
は１台としたが、複数のベースステーションによってロ
ボット９０を制御することも当然可能である。一例とし
て、ベースステーション９１とロボット９０の通信可能
範囲よりも作業空間９２が広い場合、作業空間９２をカ
バーするように複数のベースステーションを設け、ロボ
ット９０の制御を空間的に分担する手法が挙げられる。
【０４４１】また、本実施の形態においては、ベースス
テーション９１に、ロボット９０の制御機能と離着陸補
助機能とエネルギ補充機能すなわち充電機能を統合した
が、当然これらの機能がベースステーションに統合され
ていることは必須ではない。たとえば、通信可能範囲に
比べ、航続飛行距離、すなわち、外部から駆動エネルギ
を補充することなく飛び続けることができる距離が短い
場合、１台のベースステーションがカバーする通信範囲
内に、他のエネルギ補充ステーションが存在するといっ
た形態が考えられる。
【０４４２】逆に、ロボット９０も単一である必要はな
く、複数のロボットを用いた方が作業空間９２の検索効
率を高めることができる。たとえば、本実施の形態に示
す人の探索の目的の場合、作業空間９２をロボット９０
Ａが１回検索するのにかかる時間Ｔ１（秒）とすると、
ロボット９０Ａが検索を開始してからＴ１／２（秒）後
にロボット９０Ｂに検索を開始させれば作業空間９２に
おけるある位置の検索頻度は毎秒２／Ｔ１（回）とな
り、２倍の頻度で検索されるため、人を発見する確率が
上がる。また、魚群の回遊をモデルとした群行動を行な
うロボットを用いてもよい。
【０４４３】また、当然、ベースステーション９１の機
能すべてをロボット９０に内包でき、かつ、浮上が可能
な重量であるならばスタンドアロンタイプとしてロボッ
ト９０単独での使用形態も可能である。逆に、ほとんど
の情報処理をベースステーション９１が担い、ロボット
９０の制御部はアクチュエータのみである形態も可能で
ある。
【０４４４】本実施の形態の群ロボットシステムによれ
ば、ロボットは浮力を得て地面を離れて移動することが
できるので、たとえば家具などのさまざまな物体が置か
れ、そしてそのような物体の位置が時間的に変化する屋
内において、そのような障害物を避けて移動することが
できて、各部屋の状態把握などの所定の作業を行なうこ
とができる。また、屋外においては、たとえば、災害地
における障害物や一般のフィールドなどにおける地形な
どに左右されることなく移動することができて情報収集
などの作業を容易に行なうことができる。また、既存作
業空間への導入を安価に、簡便に実現できる。
【０４４５】本実施の形態の群ロボットシステムによれ
ば、物理量取得手段と通信手段とを有する上記ロボット
と、このロボットと通信によりロボットからの情報を得
る、もしくはロボットを制御することが可能なベースス
テーションとの構成により、ロボットにおける情報処理
を浮上に影響しない構成要素にて行なうことができるた
め、ロボットの起動力を損なうことなく情報処理量を増
やすことができる。
【０４４６】次に、上記ロボットの別実施の形態を説明
する。 （別実施の形態）別実施の形態に係る羽ばたきセンシン
グロボットを用いた群ロボットシステムについて説明す
る。本実施の形態の群ロボットシステムは、前述の実施
の形態と略同様であるが、羽ばたきセンシングロボット
の構造のみが異なる。すなわち、本実施の形態の羽ばた
きセンシングロボットは、前述の実施の形態の群ロボッ
トシステムにおいて用いられ、ベースステーションと通
信制御の関係は同様の関係で用いられる。また、羽ばた
きセンシングロボットがフェロモンロボットとして用い
られる場合も同様である。さらに、本実施の形態では、
羽ばたきセンシングロボットの羽ばたき飛行に関しての
み説明するが、羽ばたきセンシングロボットには対象物
を検出するためのセンサとして前述の実施の形態と同様
のセンサが設けられており、階層構造においてスペクト
ラム拡散通信を用いて、他の羽ばたきセンシングロボッ
ト、フェロモンロボットまたはベースステーションと通
信可能な通信機構においても前述の実施の形態と同様の
通信機構が設けられている。
【０４４７】図３４（ａ）および図３４（ｂ）は、羽部
として２本の羽軸を有する羽ばたきセンシングロボット
を示す図である。図３４（ａ）では、羽ばたきセンシン
グロボットの前方正面部分が示され、図３４（ｂ）で
は、羽ばたきセンシングロボットの前方正面に向かって
左側面部分が示されている。
【０４４８】なお、図３４（ａ）および図３４（ｂ）で
は羽ばたきセンシングロボット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１０５の中
心軸を挟んで左右対称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１０５が延びる方向に沿
った軸（胴体軸８０１）は水平面内にあり、重心を通る
中心軸８０２は鉛直方向に保たれているとする。
【０４４９】図３４（ａ）および図３４（ｂ）に示すよ
うに、羽ばたきセンシングロボットの胴体部１０５に
は、前羽軸１０３および後羽軸１０４と、その前羽軸１
０３と後羽軸１０４との間を渡すように設けられた羽の
膜１０６とを有する羽（左羽）が形成されている。
【０４５０】また、胴体部１０５には、前羽軸１０３を
駆動するための回転型アクチュエータ１０１と後羽軸１
０４を駆動するための回転型アクチュエータ１０２とが
搭載されている。このようなアクチュエータ１０１、１
０２の配置や前羽軸１０３、後羽軸１０４および羽の膜
１０６を含む羽の形状は、飛行の性能が損なわれないな
らばこれに限られるものではない。
【０４５１】さらに、この羽ばたきセンシングロボット
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際して抗力だけでなく揚力
も発生して、より大きな浮上力が得られることになる。
【０４５２】また、この羽ばたきセンシングロボットの
重心の位置は、羽ばたきセンシングロボットの安定性を
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、羽ばたきセンシングロボットの
姿勢を容易に変更する観点からは重心とその作用点を略
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、羽ばたきセンシングロボットの姿勢変更を容易に
行なうことができる。
【０４５３】２つの回転型アクチュエータ１０１、１０
２は互いに回転軸８００を共有している。この回転軸８
００は胴体軸とは所定の角度（９０°−θ）をなしてい
る。前（後）羽軸１０３、１０４はアクチュエータ１０
１、１０２を支点として回転軸８００と直交する平面内
を往復運動する。この回転軸８００と直交する平面と胴
体軸８０１とのなす角度が仰角θとなる。
【０４５４】胴体部１０５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）などを円筒状に成形したも
のが望ましいが、このような材料や形状に限定されるも
のではない。
【０４５５】アクチュエータ１０１、１０２としては、
起動トルクが大きいこと、往復運動が簡単に実現できる
こと、構造が単純なことなどから、圧電素子（ピエゾ）
を用いた超音波進行波アクチュエータを用いるのが望ま
しい。これには、回転型アクチュエータとリニア型アク
チュエータとの２つの種類がある。図３４（ａ）および
図３４（ｂ）では、回転型アクチュエータが用いられて
いる。
【０４５６】ここでは、進行波を用いた超音波素子によ
って羽を直接駆動する方法を中心に説明するが、この羽
を駆動するための機構や、それに用いるアクチュエータ
の種類については特に本実施の形態に示したものに限ら
れない。
【０４５７】回転型アクチュエータとしては、図３４
（ａ），（ｂ）に示された回転型アクチュエータ１０
１、１０２の他に、たとえば、図４４に示される回転型
アクチュエータ４０１を用いてもよい。
【０４５８】図４４に示された羽ばたきセンシングロボ
ットでは、胴体部４０４に搭載された回転型アクチュエ
ータ４０１に羽４０３が取付けられている。羽４０３は
回転型アクチュエータ４０１の回転軸４０２を中心とし
て往復運動をする。
【０４５９】また、羽を駆動するための機構としては、
特開平５−１６９５６７５号公報に記載されているよう
な外骨格構造とリニアアクチュエータを組合わせた機構
を適用して、たとえば図４５または図４６に示すような
羽ばたきセンシングロボットを構成してもよい。
【０４６０】図４５に示された羽ばたきセンシングロボ
ットでは、リニアアクチュエータ５０１の一端に、前羽
軸または後羽軸５０３が接続されている。胴体部５０４
に装着されたヒンジ５０２を介してリニアアクチュエー
タ５０１の運動が前羽軸または後羽軸５０３に伝えられ
ることで羽ばたき運動が行なわれる。この羽ばたき運動
は、羽を直接筋肉で駆動するトンボの羽ばたき運動にヒ
ントを得たものである。
【０４６１】図４６に示された羽ばたきセンシングロボ
ットでは、胴体部は上面胴体部６０３と下面胴体部６０
４に分けられている。下面胴体部６０４に固定されたリ
ニアアクチュエータ６０１の運動が上面胴体部６０３に
伝えられる。そして、その上面胴体部６０３の運動がヒ
ンジ６０２を介して前羽軸または後羽軸６０３に伝えら
れることで羽ばたき運動が行なわれる。この羽ばたき運
動は、トンボ以外のハチなどが用いている羽ばたき運動
にヒントを得たものである。
【０４６２】図４６に示す羽ばたきセンシングロボット
の場合、１つのアクチュエータ６０１によって左右の羽
軸６０３が同時に駆動されるため、左右の羽軸を別々に
駆動することができず、細かな飛行制御を行なうことは
できないが、アクチュエータの数を減らすことができ
て、軽量化および消費電力の低減を図ることが可能であ
る。
【０４６３】さて、図３４（ａ）および図３４（ｂ）に
示された羽ばたきセンシングロボットでは、回転型アク
チュエータ１０１、１０２には前羽軸１０３と後羽軸１
０４とがそれぞれ接続されている。前羽軸１０３と後羽
軸１０４と間には羽の膜１０６が張られている。羽の膜
１０６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。
【０４６４】軽量化のため前羽軸１０３と後羽軸１０４
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１０３と後羽軸１０
４には弾力性があり、前羽軸１０３と後羽軸１０４とは
羽の膜１０６の張力により変形可能である。
【０４６５】図４７は本羽ばたきセンシングの全体の構
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。胴体部７０
０には、超音波センサ７０１、赤外線センサ７０２、加
速度センサ７０３および角加速度センサ７０４が配され
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７０５に送られる。
【０４６６】羽ばたき制御部７０５では、超音波センサ
７０１や赤外線センサ７０２によって検出された結果か
ら羽ばたきセンシングロボットと周囲の障害物や人間と
の距離などが情報が処理される。また、加速度センサ７
０３や角加速度センサ７０４によって検知された結果か
ら、羽ばたきセンシングロボットの浮上状態、目的位置
または姿勢などの情報が処理処理されて、左右のアクチ
ュエータ７０６および重心制御部７０７の駆動制御が決
定される。
【０４６７】なお、ここでは、本羽ばたきセンシングロ
ボット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７０１および赤外線センサ７０２を用い、本
羽ばたきセンシングロボットの位置および姿勢を検出す
る手段として加速度センサ７０３および角加速度センサ
７０４を用いたが、本羽ばたきセンシングロボットの周
囲環境や位置と姿勢が計測可能なセンサであれば、上記
センサに限られない。
【０４６８】たとえば、直交する３軸方向の加速度を測
定可能な加速度センサ２つをそれぞれ胴体部７００の異
なる位置に配して得られる加速度情報からも、本羽ばた
きセンシングロボットの姿勢を算出することは可能であ
る。また、本羽ばたきセンシングロボットが移動する空
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センシングロボッ
トの位置と姿勢を算出することも可能である。
【０４６９】また、図４７では、加速度センサ７０３お
よび角加速度センサ７０４をはじめとするセンサ類は、
羽ばたき制御部７０５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７０５と一体で同一基板上に形
成してもよい。
【０４７０】また、本羽ばたきセンシングロボットでは
羽の駆動をオープンループ制御としているが、羽の付け
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。
【０４７１】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法によって浮上
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。
【０４７２】羽ばたき制御部７０５はメモリ部７０８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７０８から読出すことができる。また、各セン
サ７０１〜７０４によって得られた情報をメモリ部７０
８に送込み、必要に応じてメモリ部７０８の情報を書換
えることもでき、羽ばたきセンシングロボットとして学
習機能を持たせることができる。
【０４７３】なお、各センサ７０１〜７０４によって得
られた情報をメモリ部７０８に蓄積するだけであれば、
羽ばたき制御部７０５を介さずにメモリ部７０８と各セ
ンサ７０１〜７０４とが直接接続されていてもよい。ま
た、羽ばたき制御部７０５は通信制御部７０９と接続さ
れて、通信制御部７０９とデータの入出力を行なうこと
ができる。通信制御部７０９は、アンテナ部７１０を介
して外部の装置（他の羽ばたきセンシングロボットやベ
ースステーションなど）とのデータの送受信を行なう。
【０４７４】このような通信機能により、羽ばたきセン
シングロボットが取得してメモリ部７０８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、羽ばたきセンシングロボット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
７０８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、大きなマップ情報のすべてを羽
ばたきセンシングロボットに記憶さなくても、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
手することなどが可能となる。
【０４７５】なお、図４７では、アンテナ部７１０は胴
体部７００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、
配置などこれに限られない。たとえば、前羽軸７１２や
後羽軸７１３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７００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７０
９とを一体化させた形態でもよい。
【０４７６】超音波センサ７０１、赤外線センサ７０
２、加速度センサ７０３、角加速度センサ７０４、羽ば
たき制御部７０５、左右のアクチュエータ７０６、重心
制御部７０７、メモリ部７０８、通信制御部７０９およ
びアンテナ部７１０などは、電源部７１１により供給さ
れる電流によって駆動される。
【０４７７】ここでは、駆動エネルギーとして電力を用
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ーを外部から取得す
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。
【０４７８】（浮上方法）説明の簡便のため、本羽ばた
きセンシングロボットに作用する外力は、羽が流体から
受ける流体力と羽ばたきセンシングロボットに作用する
重力（羽ばたきセンシングロボットの質量と重力加速度
との積）のみであるとする。本羽ばたきセンシングロボ
ット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）＞（本羽ばたきセ
ンシングロボットに作用する重力） を満たすことが必要とされる。１回の羽ばたき動作と
は、羽を打ち下ろし次に羽を打ち上げる動作をいう。
【０４７９】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。
【０４８０】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」と記す。）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」と記
す。）より大きくする方法について説明する。
【０４８１】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、その主要成分を挙げて説
明する。また、この羽ばたき方法により得られる浮上力
と、本羽ばたきセンシングロボットに作用する重力（以
下「重量」と記す。）の大小については後述する。
【０４８２】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１
０６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１０６を水平面と略平
行に打ち下ろせばよく、これにより、ほぼ最大の流体力
を得ることができる。
【０４８３】反対に、打ち上げ時には羽の膜１０６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１０６を水平面に対して略直
角に近い角度で打ち上げればよく、これにより、羽に及
ぼされる流体力はほぼ最小となる。
【０４８４】そこで、回転型アクチュエータ１０１、１
０２により回転軸８００の周りに両羽軸１０３、１０４
を往復運動させる際に、各羽軸１０３、１０４が水平面
と略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３５に示
すように、前羽軸１０３の往復運動に対して後羽軸１０
４の往復運動を適当な位相φだけ遅れさせる。
【０４８５】これにより、図３６〜図４３（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、図３６〜図３９に示された打ち下ろし時において
は、より高い位置にある回転型アクチュエータ３０１の
前羽軸３０３が先に打ち下ろされるため、前羽軸３０３
および後羽軸３０４の先端と羽の膜３０６が水平に近づ
く。
【０４８６】一方、図４０〜図４３に示された打ち上げ
時においては、両羽軸１０３、１０４の先端の高さの差
が拡大されて、羽の膜３０６も垂直に近づく。この結
果、前羽軸３０３と後羽軸３０４に張られた羽の膜１０
６が流体を押し下げ、あるいは、押し上げる量に差異が
生じ、この羽ばたきセンシングロボットの場合には、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。
【０４８７】この浮上力のベクトルは、位相差φを変化
させることにより前後に傾く。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、この羽ばたきセンシングロボッ
トでは、羽ばたき仰角θを固定しているが、これを変化
させる機能を追加して、自由度を増やしても構わない。
【０４８８】（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。上述した羽ばたきセンシン
グロボットでは、打ち下ろし動作または打ち上げ動作の
際に、羽の先端部がなす捻り角αは、羽の長さ（羽の膜
の前羽軸および後羽軸に沿った長さ）をｌ、羽の幅（前
羽軸と後羽軸の間隔）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を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３６、３７、３８を参照）、およ
そ以下の式で表わされる。
【０４８９】ｔａｎα＝（ｗ／ｌ）・〔ｓｉｎ（γ・ｃ
ｏｓτ）−ｓｉｎ｛γ・ｃｏｓ（τ＋φ）｝〕 実際には、前羽軸や後羽軸には弾性があり変形可能であ
るので、この捻り角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。
【０４９０】捻りを加えていない羽に作用する流体力の
鉛直方向成分Ｆは、流体の密度をρ、羽ばたき角度を
γ、羽ばたき周波数をｆとして、およそ Ｆ＝（４／３）・π2ρｗγ2ｆ2ｌ3・ｓｉｎ2τ・ｃｏ
ｓ（γ・ｃｏｓτ） となる。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。
【０４９１】羽に捻り角αをもたせると、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はそ
れぞれ次のようになる。
【０４９２】 Ｌ＝Ｆ・ｃｏｓα・ｓｉｎα Ｄ＝Ｆ・ｃｏｓ2α これに、羽ばたき仰角θを考慮すると、重量と釣り合う
べき鉛直方向の成分Ａと、前後運動の推力となる水平方
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。
【０４９３】以上より、この飛行制御の一例として、羽
ばたきセンシングロボットの羽の長さｌ＝４ｃｍ、羽の
幅ｗ＝１ｃｍ、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Ｂの
時間変化を各角度の時間変化とともに図４８に示す。
【０４９４】横軸は１周期分の時間が位相τとして表わ
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、水平面からの羽の捻り角（α＋
θ）、流体力の鉛直方向成分Ａおよび水平方向成分Ｊの
時間変化をそれぞれ示している。
【０４９５】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
りも大きいため、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センシングロボットの重量が約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程度の羽ばたきセン
シングロボットであればホバリング可能となる。
【０４９６】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を少し小さくするのが望ましい。
逆に、打ち下ろし時の位相差φ↓を小さくし、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、水平に後退させるためには、周
波数ｆを少し大きくすることが望ましい。
【０４９７】この羽ばたきセンシングロボットでは、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、そして、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。
【０４９８】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°
と小さくするか、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、
そして、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。
【０４９９】ホバリング状態のまま、羽ばたきセンシン
グ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によって制御が可能であ
る。周波数ｆを上げることで羽ばたきセンシングロボッ
トは上昇し、周波数を下げることで羽ばたきセンシング
ロボットは下降する。
【０５００】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、羽の捻り角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捻り角αを一定の
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
いて捻り角αを急激に変化させるようにしてもよい。
【０５０１】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Ｂの時間変化を各角度の時間変
化とともに図４９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、それぞれの羽による推力に差を持たせればよ
い。
【０５０２】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の位相差を、左羽より大
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。
羽ばたきセンシングロボット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。
【０５０３】一方、図４６に示された羽ばたきセンシン
グロボットのように、左右の羽を別々に制御することが
できないような場合には、図４７に示された羽ばたきセ
ンシングロボットに搭載されているような重心制御部７
０７をこの羽ばたきセンシングロボットに搭載して、羽
ばたきセンシングロボットの重心を左右にずらすことで
左右への旋回を行なうことができる。
【０５０４】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、そして、周波数ｆを大きくするこ
とで、羽ばたきセンシングロボットを右へ旋回させるこ
とができる。重心を左にずらして、同様に、周波数ｆを
大きくすることで、羽ばたきセンシングロボットを左に
旋回させることができる。なお、この方法は２つの羽を
別々に制御することができる場合にも適用することがで
きる。また、いずれの羽ばたきセンシングロボットにお
いても、姿勢の安定を保つために、左右のそれぞれの羽
ばたきの周波数ｆを同じ値に設定しておくことが望まし
い。
【０５０５】なお、上記２つの実施の形態のおいては、
センシングロボットに羽ばたきセンシングロボットを用
いた群ロボットシステムを説明したが、リモートコント
ロール可能なヘリコブター、２脚歩行する人型ロボッ
ト、魚型のロボットを用いた魚群ロボットなど、ベース
ステーションにより群ロボットシステムとして、動作、
対象物の検出、および通信等の制御が行なえるものであ
れば他のロボットであってもよい。
【０５０６】最後に、本実施の形態の群ロボットシステ
ムに用いられる羽ばたきセンシングロボット（または羽
ばたきフェロモンロボット）の構成およびその効果をま
とめて記載しておく。
【０５０７】本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トは、流体が存在する空間を羽ばたくための羽部と駆動
部と胴体部とを含む浮上本体部を備えている。駆動部
は、羽部を上方から下方に向かって打ち下ろす打ち下ろ
し動作と、羽部を下方から上方に向かって打ち上げる打
ち上げ動作とを行なう。胴体部には羽部が取付けられ、
駆動部が搭載される。そして、一連の打ち下ろし動作お
よび打ち上げ動作の間の時間平均では、羽部が流体から
受ける力のうち鉛直上向きの力が浮上本体部に作用する
重力よりも大きくなる。
【０５０８】この構造によれば、羽部の羽ばたき動作に
おいて打ち下ろし動作および打ち上げ動作の間の時間平
均では、羽部が流体から受ける力のうち鉛直上向きの力
が浮上本体部に作用する重力よりも大きくなることで、
浮上本体部に浮力が与えられることになる。その結果、
浮上本体部は地面に接することなく移動することができ
る。
【０５０９】浮上本体部に浮力を与えるためには、打ち
下ろしの動作の際に羽部が移動する空間の体積は打ち上
げの動作の際に羽部が移動する空間の体積よりも大きい
ことが望ましく、たとえば、浮力と浮上本体部に作用す
る重力とを釣り合わせることで地面から離れた状態で空
間に留まる停空飛翔（ホバリング）も可能になる。
【０５１０】このような浮上本体部は、屋内において所
定の作業を行なうための移動手段として用いられるこ
と、または、屋外において所定の作業を行なうための移
動手段として用いられることが望ましい。
【０５１１】浮上本体部は浮力を得て地面を離れて移動
することができるので、たとえば家具等のさまざまな物
体が置かれ、そして、そのような物体の位置が時間的に
変化する屋内において、そのような障害物を避けて移動
することができて各部屋の状況把握等の所定の作業を容
易に行なうことができる。また、屋外においては、たと
えば災害地における障害物や一般のフィールドなどにお
ける地形等に左右されることなくに移動することができ
て、情報収集等の所定の作業を容易に行なうことができ
る。
【０５１２】具体的に、羽部は羽本体部と羽本体部を支
持する羽軸部とを有し、駆動部は、羽軸部を駆動させる
ことにより羽本体部の先端部と仮想の所定の基準面との
なす捻り角を変化させることが望ましい。
【０５１３】これにより、羽部が流体から浮ける流体力
の大きさや向きが変化して、浮上本体部を上昇、下降、
前進または後退させることができる。
【０５１４】また、打ち下ろしの動作の際に羽部が移動
する空間の体積を打ち上げの動作の際に羽部が移動する
空間の体積よりも大きくするために、駆動部は打ち下ろ
し動作における捻り角と打ち上げ動作における捻り角と
を異ならせる必要がある。
【０５１５】さらに、駆動部は捻り角を時間的に変化さ
せることが望ましい。この場合には、羽部の姿勢を滑ら
かに変化させることができて、羽部に急激に流体力が作
用するのを抑制することができる。
【０５１６】また、羽軸部は一方側羽軸部と他方側羽軸
部とを含み、羽本体部は一方側羽軸部と他方側羽軸部と
の間を渡すように形成された膜部を含み、駆動部は一方
側羽軸部と他方側羽軸部とを個々に駆動させることが望
ましい。
【０５１７】この場合、一方側羽軸部と他方側羽軸部と
を個々に駆動させることで、捻り角を容易に変えること
ができる。
【０５１８】そして、羽軸部は駆動部を支点として仮想
の一平面上を往復運動し、胴体部は一方向に向かって延
び、胴体部が延びる方向と仮想の一平面とがなす仰角が
変えられることが望ましい。
【０５１９】この場合には、羽ばたき運動の自由度が増
えて、より複雑な羽ばたき運動を実現することができ
る。また、この仰角をより大きくし捻り角を制御するこ
とで、より高速な飛行を行なうことができる。さらに、
この仰角を実質的に０°にすることで、機動性に優れハ
チドリのようなホバリングを行なうことができる。
【０５２０】また具体的に、羽部は主軸部とその主軸部
から主軸部が延びる方向と略直交する方向に形成された
羽本体部とを有し、駆動部は主軸部を駆動させることに
より羽本体部に接する仮想の一平面と主軸部を含む仮想
の所定の基準面とのなす捻り角を変化させることが望ま
しい。
【０５２１】これにより、羽部が流体から浮ける流体力
の大きさや向きが変化して、浮上本体部を上昇、下降、
前進または後退させることができる。
【０５２２】このような主軸部にて羽部の姿勢を変える
ためには、駆動部は少なくとも３自由度を有するアクチ
ュエータを含んでいることが望ましい。
【０５２３】また、羽部は胴体部の略中心を挟んで一方
側と他方側とにそれぞれ形成され、駆動部は一方側に形
成された羽部と他方側に形成された羽部とを個々に駆動
させることが望ましい。
【０５２４】この場合には、一方側に形成された羽部と
他方側に形成された羽部の姿勢を個々に変化させること
ができて、容易に浮上本体部の向きを変えることができ
る。
【０５２５】さらに、周囲の状況を把握するためのセン
サ部、情報を記憶するためのメモリ部、あるいは、情報
を送受信するための通信部を備えていることが望まし
い。
【０５２６】センサ部を備えることで、浮上本体部の位
置や姿勢、速度、周囲の障害物の位置や移動速度、温度
や明るさなどの環境情報を入手し、より適切な羽ばたき
制御を行なうことができる。また、メモリ部を備えるこ
とで、得られた環境情報を蓄積することができて、浮上
本体部に学習機能をもたせることができる。さらに、通
信部を備えていることで、複数の浮上本体部とベースス
テーションとの間で情報のやり取りを行なうことがで
き、取得した情報を交換することで複数の浮上本体部間
で協調行動などを容易に行なうことができる。
【０５２７】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。
【０５２８】
【発明の効果】本発明の第１〜第５の局面の群ロボット
システムならびにそれに用いられるセンシングロボット
およびベースステーションによれば、対象物の探索を効
率的に行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態の群ロボットシステムを示す図
である。
【図２】 本実施の形態の群ロボットシステムの羽ばた
きセンシングロボットの羽ばたき周波数と位置の関係を
示す図である。
【図３】 本実施の形態の群ロボットシステムの羽ばた
きセンシングロボットの分解能の大小と位置の関係を示
す図である。
【図４】 本実施の形態の群ロボットシステムの羽ばた
きセンシングロボットの目的物検出前後のセンシング分
解能の時間変化と位置の関係を示す図である。
【図５】 本実施の形態の群ロボットシステムの羽ばた
きセンシングロボットの目的物検出前後の選択されるセ
ンサの変化と通信の階層構造の関係を示す図である。
【図６】 本実施の形態の群ロボットシステムの羽ばた
きセンシングロボットの目的物検出前後の選択されるセ
ンサの変化と通信の階層構造の関係を示す図である。
【図７】 本実施の形態の群ロボットシステムの通信体
系が階層構造となっていることを説明するための図であ
る。
【図８】 本実施の形態の群ロボットシステムの通信体
系がツリー構造となっていることを説明するための図で
ある。
【図９】 本実施の形態の群ロボットシステムの羽ばた
きセンシングロボットの制御信号のフローを示す図であ
る。
【図１０】 本実施の形態の群ロボットシステムのスペ
クトラム拡散通信における制御信号の遅延プロファイル
を示す図である。
【図１１】 本実施の形態の群ロボットシステムのスペ
クトラム拡散通信における拡散符号を示す図である。
【図１２】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トとベースステーションとの通信の関係を示す概略の一
例を説明するための図である。
【図１３】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの構造を示す正面図である。
【図１４】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの羽根を示す拡大斜視図である。
【図１５】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの羽根のストローク角θと偏角αを示す図である。
【図１６】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの羽根のねじり角βを示す図である。
【図１７】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの羽ばたきに用いるアクチュエータのステータ部分を
解説するための図である。
【図１８】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの羽ばたきに用いるステータを用いて構成したアクチ
ュエータを解説するための図である。
【図１９】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの羽ばたき動作における打下ろし動作を示す図であ
る。
【図２０】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの羽ばたき動作における打上げ動作を示す図である。
【図２１】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの羽ばたき動作における第１の状態を示す図である。
【図２２】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの羽ばたき動作における第２の状態を示す図である。
【図２３】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの羽ばたき動作における第３の状態を示す図である。
【図２４】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの羽ばたき動作における第４の状態を示す図である。
【図２５】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの羽ばたき動作における羽根の駆動の時間依存を示す
第１のグラフである。
【図２６】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの羽ばたき動作における羽根の駆動の時間依存を示す
第２のグラフである。
【図２７】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの羽根を駆動する際のアクチュエータのトルクと始点
反力とのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図２８】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トを制御するベースステーションの構成を示す概念図で
ある。
【図２９】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トとベースステーションとの関連を示す説明図である。
【図３０】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トのシステムの動作の一例を示すフローチャートであ
る。
【図３１】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの離陸過程における情報処理を表わす説明図である。
【図３２】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの巡回過程における情報処理を表わす説明図である。
【図３３】 本実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの着陸過程における情報処理を示す説明図である。
【図３４】 別実施の形態に係る羽ばたきセンシングロ
ボットを示す図であり、（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３５】 別実施の形態において、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３６】 別実施の形態において、羽ばたきセンシン
グロボットにおける羽ばたき動作の第１の状態を示す図
である。
【図３７】 別実施の形態において、羽ばたきセンシン
グロボットにおける羽ばたき動作の第２の状態を示す図
である。
【図３８】 別実施の形態において、羽ばたきセンシン
グロボットにおける羽ばたき動作の第３の状態を示す図
である。
【図３９】 別実施の形態において、羽ばたきセンシン
グロボットにおける羽ばたき動作の第４の状態を示す図
である。
【図４０】 別実施の形態において、羽ばたきセンシン
グロボットにおける羽ばたき動作の第５の状態を示す図
である。
【図４１】 別実施の形態において、羽ばたきセンシン
グロボットにおける羽ばたき動作の第６の状態を示す図
である。
【図４２】 別実施の形態において、羽ばたきセンシン
グロボットにおける羽ばたき動作の第７の状態を示す図
である。
【図４３】 別実施の形態において、羽ばたきセンシン
グロボットにおける羽ばたき動作の第８の状態を示す図
である。
【図４４】 別実施の形態において、一変形例に係る羽
ばたきセンシングロボットを示す正面模式図である。
【図４５】 別実施の形態において、他の変形例に係る
羽ばたきセンシングロボットを示す正面模式図である。
【図４６】 別実施の形態において、さらに他の変形例
に係る羽ばたきセンシングロボットを示す正面模式図で
ある。
【図４７】 別実施の形態の羽ばたきセンシングロボッ
トの構造を示す平面模式図である。
【図４８】 別実施の形態において、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４９】 別実施の形態において、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５０】 羽ばたき浮上制御の制御関数を説明するた
めの説明図である。
【図５１】 左羽の羽ばたかせ方の変化と、それに伴っ
て起きる浮上状態の変化とを対応づけた対応表を示す図
である。
【図５２】 羽ばたき浮上の基本動作を実現するための
羽ばたかせ方のパターンを示した対応表を示す図であ
る。
【図５３】 従来の、複数のセンサを有し、そのセンサ
の情報処理機構が階層型である環境認識システムを示す
図である。
【符号の説明】
９０ 羽ばたきセンシングロボット、１００ 群ロボッ
トシステム、１０１ベースステーション、１０２，１０
３，１０４ 羽ばたきセンシングロボット群、１０５
フェロモンロボット群。
フロントページの続き (72)発明者 太田 佳似 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 (72)発明者 太田 賢司 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） 3C007 AS14 AS32 CS08 JS02 JS07 KS10 KS23 KS24 KT01 KV11 KV18 KX02 WA05 WA26 WB16 WC16 5H301 AA03 AA10 BB10 BB14 BB20 CC04 CC07 DD05 DD15 GG03 GG06 GG09

Claims (46)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対象物の探索に用いられる複数のセンシ
    ングロボットと、 該複数のセンシングロボットを制御するためのベースス
    テーションとを備えた群ロボットシステムであって、 前記複数のセンシングロボットは、前記ベースステーシ
    ョンからの距離に応じて、前記対象物の探索に関する態
    様が異なるように制御される、群ロボットシステム。
  2. 【請求項２】 前記対象物の探索に関する態様は、該複
    数のセンシングロボットそれぞれのセンシング分解能で
    ある、請求項１に記載の群ロボットシステム。
  3. 【請求項３】 前記複数のセンシングロボットは、前記
    ベースステーションからの距離に応じた複数のグループ
    からなり、 前記複数のセンシングロボットのセンシング分解能は、
    前記ベースステーションに遠い側の前記グループのセン
    シングロボットよりも前記ベースステーションに近い側
    の前記グループのセンシングロボットの方が、高い分解
    能になるように制御される、請求項２に記載の群ロボッ
    トシステム。
  4. 【請求項４】 前記複数のセンシングロボットのセンシ
    ング分解能は、前記ベースステーションに遠い側の前記
    センシングロボットよりも前記ベースステーションに近
    い側の前記センシングロボットの方が、高い分解能とな
    るように制御される、請求項２に記載の群ロボットシス
    テム。
  5. 【請求項５】 前記対象物の探索に関する態様は、前記
    複数のセンシングロボットそれぞれの移動速度である、
    請求項１に記載の群ロボットシステム。
  6. 【請求項６】 前記複数のセンシングロボットは、前記
    ベースステーションからの距離に応じた複数のグループ
    からなり、 前記複数のセンシングロボットの移動速度は、前記ベー
    スステーションに遠い側の前記グループの前記センシン
    グロボットよりも前記ベースステーションに近い側の前
    記グループの前記センシングロボットの方が低速になる
    ように制御される、請求項５に記載の群ロボットシステ
    ム。
  7. 【請求項７】 前記複数のセンシングロボットの移動速
    度は、前記ベースステーションに遠い側の前記センシン
    グロボットよりも前記ベースステーションに近い側の前
    記センシングロボットの方が低速になるように制御され
    る、請求項５に記載の群ロボットシステム。
  8. 【請求項８】 前記センシングロボットは、羽ばたき運
    動により羽ばたき飛行可能な羽ばたきセンシングロボッ
    トであり、 前記対象物の探索に関する態様は、前記複数の羽ばたき
    センシングロボットの羽ばたき運動の周波数である、請
    求項１に記載の群ロボットシステム。
  9. 【請求項９】 前記複数の羽ばたきセンシングロボット
    は、前記ベースステーションからの距離に応じた複数の
    グループからなり、 前記複数の羽ばたきセンシングロボットの羽ばたき運動
    の周波数は、前記ベースステーションに遠い側の前記グ
    ループの前記羽ばたきセンシングロボットよりも前記ベ
    ースステーションに近い側の前記グループの前記羽ばた
    きセンシングロボットの方が小さくなるように制御され
    る、請求項８に記載の群ロボットシステム。
  10. 【請求項１０】 前記複数の羽ばたきセンシングロボッ
    トの羽ばたき運動の周波数は、前記ベースステーション
    に遠い側よりも前記ベースステーションに近い側の前記
    羽ばたきセンシングロボットの方が小さくなるように制
    御される、請求項８に記載の群ロボットシステム。
  11. 【請求項１１】 ベースステーションにより制御されて
    対象物の探索を行なうセンシングロボットであって、 前記対象物の探索を複数の前記センシングロボットで行
    なう場合に、該複数のセンシングロボットそれぞれの前
    記対象物の探索に関する態様は、前記ベースステーショ
    ンからの距離に応じて異なるように、前記ベースステー
    ションにより制御可能である、センシングロボット。
  12. 【請求項１２】 対象物の探索を行なう複数のセンシン
    グロボットを制御するベースステーションであって、 前記複数のセンシングロボットそれぞれの前記対象物の
    探索に関する態様は、前記ベースステーションからの距
    離に応じて異なるように、前記複数のセンシングロボッ
    トを制御可能である、ベースステーション。
  13. 【請求項１３】 対象物の探索に用いられる複数のセン
    シングロボットと、 該複数のセンシングロボットを制御するためのベースス
    テーションとを備えた群ロボットシステムであって、 該群ロボットシステムの通信体系が、前記ベースステー
    ションを最上層として、前記複数のセンシングロボット
    同士で複数層を構成する階層構造をなし、 該階層構造において、 前記ベースステーションからは、前記複数のセンシング
    ロボットそれぞれまで前記階層構造の下層側へ順に、前
    記複数のセンシングロボットそれぞれの制御に関する情
    報が伝達され、 前記複数のセンシングロボットそれぞれからは、前記ベ
    ースステーションまで前記階層構造の上層へ順に、前記
    複数のセンシングロボットそれぞれの前記対象物の探索
    に関する情報が伝達され、 前記センシングロボットは、前記階層構造の階層に応じ
    て前記対象物の探索に関する態様が異なるように制御さ
    れる、群ロボットシステム。
  14. 【請求項１４】 前記対象物の探索に関する態様は、前
    記センシングロボットのセンシング分解能である、請求
    項１３に記載の群ロボットシステム。
  15. 【請求項１５】 前記複数のセンシングロボットは、前
    記階層構造の階層に応じた複数のグループからなり、 前記複数のセンシングロボットのセンシング分解能は、
    前記階層構造の下層側の前記グループの前記センシング
    ロボットよりも前記階層構造の上層側の前記グループの
    前記センシングロボットの方が高分解能になるように制
    御される、請求項１４に記載の群ロボットシステム。
  16. 【請求項１６】 前記複数のセンシングロボットのセン
    シング分解能は、前記階層構造の下層側の前記センシン
    グロボットよりも前記階層構造の上層側の前記センシン
    グロボットの方が高い分解能になるように制御される、
    請求項１４に記載の群ロボットシステム。
  17. 【請求項１７】 前記対象物の探索に関する態様は、前
    記センシングロボットの移動速度である、請求項１３に
    記載の群ロボットシステム。
  18. 【請求項１８】 前記複数のセンシングロボットは、前
    記階層構造の各階層に応じた複数のグループからなり、 前記複数のセンシングロボットの移動速度は、前記階層
    構造の下層側の前記グループの前記センシングロボット
    よりも前記階層構造の上層側の前記グループの前記セン
    シングロボットの方が低速になるように制御される、請
    求項１７に記載の群ロボットシステム。
  19. 【請求項１９】 前記複数のセンシングロボットの移動
    速度が、前記階層構造の下層側の前記センシングロボッ
    トよりも前記階層構造の上層側の前記センシングロボッ
    トの方が低速になるように制御される、請求項１７に記
    載の群ロボットシステム。
  20. 【請求項２０】 前記センシングロボットは、羽ばたき
    運動により羽ばたき飛行可能な羽ばたきセンシングロボ
    ットであり、 前記対象物の探索に関する態様は、前記羽ばたきセンシ
    ングロボットの羽ばたき運動の周波数である、請求項１
    ３に記載の群ロボットシステム。
  21. 【請求項２１】 複数の前記羽ばたきセンシングロボッ
    トは、前記階層構造の階層に応じた複数のグループから
    なり、 前記複数の羽ばたきセンシングロボットの羽ばたき運動
    の周波数は、前記階層構造の下層側の前記グループの前
    記羽ばたきセンシングロボットよりも前記階層構造の上
    層側の前記グループの前記羽ばたきセンシングロボット
    の方が小さくなるように制御される、請求項２０に記載
    の群ロボットシステム。
  22. 【請求項２２】 複数の前記羽ばたきセンシングロボッ
    トの羽ばたき運動の周波数は、前記階層構造の下層側の
    前記羽ばたきセンシングロボットよりも前記階層構造の
    上層側の前記羽ばたきセンシングロボットの方が小さく
    なるように制御される、請求項２０に記載の群ロボット
    システム。
  23. 【請求項２３】 ベースステーションにより制御されて
    対象物の探索を行なうセンシングロボットであって、 通信体系が、前記ベースステーションを最上層として、
    複数の前記センシングロボット同士で複数層を構成する
    階層構造をなすように設定された群ロボットシステムに
    おいて用いられ、 前記階層構造の上層側へ自己より下側の階層のセンシン
    グロボットの前記対象物の探索に関する情報を伝達する
    機能と、前記階層構造の１つ下層側へ自己より下側の階
    層のセンシングロボットの動作に関する情報を伝達する
    機能とを備え 前記対象物の探索を行なう場合に、該複数のセンシング
    ロボットそれぞれの前記対象物の探索に関する態様が、
    前記階層構造の階層に応じて異なるように、前記ベース
    ステーションにより制御可能である、センシングロボッ
    ト。
  24. 【請求項２４】 複数のセンシングロボットに対象物を
    探索させる制御を行なうベースステーションであって、 通信体系が、前記ベースステーションを最上層として、
    前記複数のセンシングロボット同士で複数層を構成する
    階層構造をなすように設定された群ロボットシステムに
    おいて用いられ、 前記階層構造において、 前記ベースステーションから前記複数のセンシングロボ
    ットそれぞれまで前記階層構造の下層側へ順に、前記複
    数のセンシングロボットそれぞれの動作の制御に関する
    情報を伝達でき、前記複数のセンシングロボットそれぞ
    れから前記ベースステーションまで前記階層構造の上層
    側へ順に、前記複数のセンシングロボットそれぞれの前
    記対象物の探索に関する情報が伝達され、 前記複数のセンシングロボットそれぞれの前記対象物の
    探索に関する態様が、前記階層構造の階層に応じて異な
    るように、前記複数のセンシングロボットを制御可能で
    ある、ベースステーション。
  25. 【請求項２５】 対象物の探索に用いられるセンシング
    ロボットと、 該センシングロボットを制御するためのベースステーシ
    ョンとを備えた群ロボットシステムであって、 前記センシングロボットは、前記対象物の探索の段階に
    応じて前記対象物の探索に関する態様を変更するように
    制御される、群ロボットシステム。
  26. 【請求項２６】 前記対象物の探索に関する態様は、前
    記センシングロボットのセンシング分解能である、請求
    項２５に記載の群ロボットシステム。
  27. 【請求項２７】 前記対象物の探索に関する態様は、前
    記センシングロボットの検出センサの種類またはセンサ
    情報の処理方法である、請求項２５に記載の群ロボット
    システム。
  28. 【請求項２８】 前記対象物の探索の段階は、前記セン
    シングロボットが前記対象物を検出した場合である、請
    求項２５〜請求項２７のいずれかに記載の群ロボットシ
    ステム。
  29. 【請求項２９】 前記センシングロボットを複数含み、 該複数のセンシングロボットのうち前記対象物を検出し
    た前記センシングロボットの前記対象物の探索に関する
    態様を変更する、請求項２８に記載の群ロボットシステ
    ム。
  30. 【請求項３０】 前記センシングロボットを複数含み、 該複数のセンシングロボットのうち前記対象物を検出し
    た前記センシングロボットの周辺の領域に位置する前記
    センシングロボットの前記対象物の探索に関する態様を
    変更する、請求項２８または請求項２９に記載の群ロボ
    ットシステム。
  31. 【請求項３１】 前記対象物の探索の段階は、前記セン
    シングロボットが前記対象物を検出しなくなった場合で
    ある、請求項２５〜請求項３０のいずれかに記載の群ロ
    ボットシステム。
  32. 【請求項３２】 前記センシングロボットを複数含み、 該複数のセンシングロボットのうち前記対象物を検出し
    なくなった前記センシングロボットの前記対象物の探索
    に関する態様を変更する、請求項３１に記載の群ロボッ
    トシステム。
  33. 【請求項３３】 前記センシングロボットを複数含み、 該複数のセンシングロボットのうち前記対象物を検出し
    なくなった前記センシングロボットの周辺の領域に位置
    するセンシングロボットの前記対象物の探索に関する態
    様を変更する、請求項３１または請求項３２に記載の群
    ロボットシステム。
  34. 【請求項３４】 ベースステーションにより制御されて
    対象物の探索を行なうセンシングロボットであって、 前記センシングロボットは、前記対象物の段階に応じて
    前記ベースステーションにより該センシングロボットの
    前記対象物の探索に関する態様を変更するように制御さ
    れる、センシングロボット。
  35. 【請求項３５】 対象物の探索を行なう複数のセンシン
    グロボットを制御するベースステーションであって、 前記センシングロボットが前記対象物の段階に応じて該
    センシングロボットの前記対象物の探索に関する態様を
    変更させる制御を行なう、ベースステーション。
  36. 【請求項３６】 対象物の探索に用いられる複数のセン
    シングロボットと、該複数のセンシングロボットを制御
    するためのベースステーションとを備えた群ロボットシ
    ステムであって、 前記複数のセンシングロボットが、前記ベースステーシ
    ョンとの位置関係の許容範囲を維持しながら、前記ベー
    スステーションの移動に伴って移動することにより、前
    記対象物を探索する、群ロボットシステム。
  37. 【請求項３７】 前記複数のセンシングロボットは、互
    いの位置関係の許容範囲を維持しながら移動する、請求
    項３６に記載の群ロボットシステム。
  38. 【請求項３８】 前記ベースステーションが、前記複数
    のセンシングロボットの配置を同心円状にしたときの、
    該同心円の中心に位置するように、前記複数のセンシン
    グロボットが配置された状態で移動するように設定され
    た、請求項３６または請求項３７に記載の群ロボットシ
    ステム。
  39. 【請求項３９】 前記ベースステーションは、前記セン
    シングロボットが前記対象物を検出した場合には、該対
    象物に向かって移動するように設定された、請求項３６
    〜請求項３８のいずれかに記載の群ロボットシステム。
  40. 【請求項４０】 前記ベースステーションは、前記複数
    のセンシングロボットの探索領域に、隙間ができないよ
    うに、かつ、重なりが生じないように移動する、請求項
    ３６〜請求項３９のいずれかに記載の群ロボットシステ
    ム。
  41. 【請求項４１】 ベースステーションにより制御されて
    対象物の探索を行なうセンシングロボットであって、 前記対象物を複数の前記センシングロボットで探索する
    場合に、前記ベースステーションとの位置関係の許容範
    囲を維持しながら、前記ベースステーションの移動に伴
    って移動することにより前記対象物を探索するように、
    前記ベースステーションに制御される、センシングロボ
    ット。
  42. 【請求項４２】 対象物の探索に用いられる複数のセン
    シングロボットを制御するためのベースステーションで
    あって、 前記複数のセンシングロボットが、前記ベースステーシ
    ョンとの位置関係の許容範囲を維持しながら、前記ベー
    スステーションの移動に伴って移動することにより、前
    記複数のセンシングロボットに前記対象物を探索させる
    制御を行なう、ベースステーション。
  43. 【請求項４３】 対象物の探索に用いられる複数のセン
    シングロボットと、 該複数のセンシングロボットを制御するためのベースス
    テーションとを備えた群ロボットシステムであって、 前記複数のセンシングロボットは、該複数のセンシング
    ロボットそれぞれの前記対象物の探索に関する態様が独
    立して制御される、群ロボットシステム。
  44. 【請求項４４】 前記複数のセンシングロボットそれぞ
    れの前記対象物の探索に関する態様が独立して制御され
    る場合には、前記複数のセンシングロボットそれぞれの
    前記対象物の探索に関する態様が状況に応じて異なる態
    様に固定された状態に制御される場合を含む、請求項４
    ３に記載の群ロボットシステム。
  45. 【請求項４５】 ベースステーションにより制御されて
    対象物の探索に用いられるセンシングロボットであっ
    て、 前記対象物の探索を複数の前記センシングロボットで行
    なう場合に、他のセンシングロボットとは前記対象物の
    探索に関する態様が独立して制御される、センシングロ
    ボット。
  46. 【請求項４６】 対象物の探索に用いられる複数のセン
    シングロボットを制御するためのベースステーションで
    あって、 前記対象物の探索を複数の前記センシングロボットで行
    なう場合に、該複数のセンシングロボットそれぞれの前
    記対象物の探索に関する態様を独立して制御することが
    可能である、ベースステーション。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005279897A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Advanced Telecommunication Research Institute International ロボットシステム
JP2008055544A (ja) * 2006-08-31 2008-03-13 Kyokko Denki Kk 多関節構造体、それを用いた装着具、システムおよびヒューマンマシンインターフェース
KR101277452B1 (ko) 2009-12-09 2013-07-05 한국전자통신연구원 군집 지능 기반의 이동 로봇과 이를 제어하는 방법 및 감시 경계 로봇 시스템
JP2016009354A (ja) * 2014-06-25 2016-01-18 日本電信電話株式会社 行動制御システム、その方法及びプログラム
KR20160096042A (ko) * 2015-02-04 2016-08-12 도요타 모터 엔지니어링 앤드 매뉴팩쳐링 노스 아메리카, 인코포레이티드 무인 항공기를 도킹 및 충전하는 시스템 및 방법
CN106334283A (zh) * 2016-10-10 2017-01-18 南京工程学院 一种灭火救援机器人系统及控制方法
WO2018116919A1 (ja) * 2016-12-20 2018-06-28 日本電気株式会社 航走体制御装置、航走体の制御方法、及び航走体制御装置の制御プログラム

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4651645B2 (ja) * 2001-09-13 2011-03-16 シャープ株式会社 群ロボットシステム
JP4087104B2 (ja) * 2001-11-20 2008-05-21 シャープ株式会社 群ロボットシステム
EP1610221A4 (en) * 2003-03-28 2009-01-07 Sony Corp INFORMATION PROVIDER DEVICE, ASSOCIATED METHOD, AND INFORMATION PROVIDER SYSTEM
US20050065649A1 (en) * 2003-04-17 2005-03-24 New York University Manipulation of objects
JP2004345053A (ja) * 2003-05-23 2004-12-09 Sony Corp 情報収集システム及びロボット装置
JP3992026B2 (ja) * 2004-07-09 2007-10-17 船井電機株式会社 自走ロボット
US8000837B2 (en) 2004-10-05 2011-08-16 J&L Group International, Llc Programmable load forming system, components thereof, and methods of use
JP2007041735A (ja) * 2005-08-01 2007-02-15 Toyota Motor Corp ロボット制御システム
US20070131754A1 (en) * 2005-12-12 2007-06-14 Brandon Frank L Method and system of collecting data using unmanned vehicles having releasable data storage devices
CA2583107C (en) * 2006-03-31 2011-09-13 Universite De Sherbrooke High performance differential actuator for robotic interaction tasks
KR100749806B1 (ko) * 2006-09-29 2007-08-17 한국전자통신연구원 무선 네트워크 기반의 해양 및 하천 작업용 로봇선단과작업로봇 제어방법
US20080243303A1 (en) * 2006-11-13 2008-10-02 Solomon Research Llc System and methods for collective nanorobotics for electronics applications
US8265793B2 (en) 2007-03-20 2012-09-11 Irobot Corporation Mobile robot for telecommunication
US20080320087A1 (en) * 2007-06-22 2008-12-25 Microsoft Corporation Swarm sensing and actuating
US20090018712A1 (en) * 2007-07-13 2009-01-15 Jerry Richard Duncan Method and system for remotely monitoring and controlling a vehicle via a virtual environment
EP2014425B1 (en) * 2007-07-13 2013-02-20 Honda Research Institute Europe GmbH Method and device for controlling a robot
CN101493328B (zh) * 2009-02-09 2011-08-17 苏州科技学院 基于气味实测的机器人气味源搜索方法
US9305263B2 (en) 2010-06-30 2016-04-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Combining human and machine intelligence to solve tasks with crowd sourcing
US20120041599A1 (en) * 2010-08-11 2012-02-16 Townsend William T Teleoperator system with master controller device and multiple remote slave devices
US9026248B1 (en) * 2011-05-06 2015-05-05 Google Inc. Methods and systems for multirobotic management
US8775337B2 (en) 2011-12-19 2014-07-08 Microsoft Corporation Virtual sensor development
US9606542B2 (en) 2012-01-12 2017-03-28 International Business Machines Corporation Discovery and monitoring of an environment using a plurality of robots
US8830057B1 (en) 2012-02-09 2014-09-09 Google Inc. Systems and methods for using robots to monitor environmental conditions in an environment
US8874360B2 (en) 2012-03-09 2014-10-28 Proxy Technologies Inc. Autonomous vehicle and method for coordinating the paths of multiple autonomous vehicles
US8788121B2 (en) 2012-03-09 2014-07-22 Proxy Technologies, Inc. Autonomous vehicle and method for coordinating the paths of multiple autonomous vehicles
CN104203503A (zh) * 2012-04-02 2014-12-10 株式会社安川电机 机器人系统及作业设备
US8972061B2 (en) 2012-11-02 2015-03-03 Irobot Corporation Autonomous coverage robot
BR112015023139A2 (pt) * 2013-03-15 2017-07-18 A&P Tech Inc máquina de trançamento rapidamente configurável
CN104162894B (zh) * 2013-05-17 2016-03-02 光宝电子(广州)有限公司 清扫机器人及清扫机器人的定位方法
CN104142383B (zh) * 2014-07-31 2015-09-30 天津大学 基于信息融合的分层渐进烟羽跟踪方法
US9704043B2 (en) 2014-12-16 2017-07-11 Irobot Corporation Systems and methods for capturing images and annotating the captured images with information
EP3341925B1 (en) * 2015-08-27 2023-09-13 Dronsystems Limited A highly automated system of air traffic control (atm) for at least one unmanned aerial vehicle (unmanned aerial vehicles uav)
US10310518B2 (en) 2015-09-09 2019-06-04 Apium Inc. Swarm autopilot
US9975634B2 (en) * 2016-07-06 2018-05-22 Qualcomm Incorporated Magnetic field navigation of unmanned autonomous vehicles
CN106092091B (zh) * 2016-08-10 2019-07-02 京东方科技集团股份有限公司 电子机器设备
KR20180021595A (ko) * 2016-08-22 2018-03-05 엘지전자 주식회사 이동 로봇 및 그 제어방법
WO2018075611A1 (en) 2016-10-18 2018-04-26 Apium Inc. Swarm communication method and device
CN107300927B (zh) * 2017-06-26 2020-02-07 中国人民解放军国防科学技术大学 一种无人机基站选址与巡逻路径优化方法及装置
US11173605B2 (en) 2018-02-26 2021-11-16 dogugonggan Co., Ltd. Method of controlling mobile robot, apparatus for supporting the method, and delivery system using mobile robot
US20200393832A1 (en) * 2018-03-07 2020-12-17 Nec Corporation Mobile body control device, mobile body control method, and recording medium
US10953541B2 (en) 2018-07-31 2021-03-23 At&T Intellectual Property I, L.P. Providing logistical support for robots
CN109945881B (zh) * 2019-03-01 2020-08-25 北京航空航天大学 一种蚁群算法的移动机器人路径规划方法
CN109917666B (zh) * 2019-03-28 2023-03-24 深圳慧安康科技有限公司 智慧家庭的实现方法及智能装置
US11940799B2 (en) * 2021-03-19 2024-03-26 SMP Robotics Systems Corp. Mobile robots and systems with mobile robots
CN113084807B (zh) * 2021-03-31 2022-04-19 中国科学技术大学 多机器人系统有毒气体泄露源头搜寻方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05169567A (ja) * 1991-11-26 1993-07-09 Toshiba Corp 複合構造物
JPH06273098A (ja) * 1993-03-16 1994-09-30 Nissan Motor Co Ltd 飛翔体
JPH0793028A (ja) * 1993-09-21 1995-04-07 Agency Of Ind Science & Technol 自律型移動ロボット群システムの制御方法
WO2000000779A1 (de) * 1998-06-26 2000-01-06 Lfk-Lenkflugkörpersysteme Gmbh Verfahren zum ferngesteuerten bekämpfen bodennaher und/oder bodengebundener ziele
JP2000180100A (ja) * 1998-12-17 2000-06-30 Nec Corp 夜間用無人偵察装置
JP2001194097A (ja) * 2000-01-11 2001-07-17 Mitsubishi Electric Corp 飛しょう体の誘導装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4954962A (en) * 1988-09-06 1990-09-04 Transitions Research Corporation Visual navigation and obstacle avoidance structured light system
JP2501010B2 (ja) * 1993-10-25 1996-05-29 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレイション 移動ロボットの誘導装置
JPH0830327A (ja) 1994-07-18 1996-02-02 Fujitsu Ltd 能動的環境認識システム
JP3411505B2 (ja) 1997-09-30 2003-06-03 シャープ株式会社 スペクトル拡散通信装置
US6252544B1 (en) * 1998-01-27 2001-06-26 Steven M. Hoffberg Mobile communication device
US6206324B1 (en) * 1999-08-30 2001-03-27 Michael J. C. Smith Wing-drive mechanism, vehicle employing same, and method for controlling the wing-drive mechanism and vehicle employing same
US6687571B1 (en) * 2001-04-24 2004-02-03 Sandia Corporation Cooperating mobile robots
JP4087104B2 (ja) * 2001-11-20 2008-05-21 シャープ株式会社 群ロボットシステム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05169567A (ja) * 1991-11-26 1993-07-09 Toshiba Corp 複合構造物
JPH06273098A (ja) * 1993-03-16 1994-09-30 Nissan Motor Co Ltd 飛翔体
JPH0793028A (ja) * 1993-09-21 1995-04-07 Agency Of Ind Science & Technol 自律型移動ロボット群システムの制御方法
WO2000000779A1 (de) * 1998-06-26 2000-01-06 Lfk-Lenkflugkörpersysteme Gmbh Verfahren zum ferngesteuerten bekämpfen bodennaher und/oder bodengebundener ziele
JP2002519619A (ja) * 1998-06-26 2002-07-02 エルエフケー・レンクフルークケルパーズュステーム・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング 遠隔制御によって地表付近の標的及び／又は地面に固定された標的を排撃するための方法
JP2000180100A (ja) * 1998-12-17 2000-06-30 Nec Corp 夜間用無人偵察装置
JP2001194097A (ja) * 2000-01-11 2001-07-17 Mitsubishi Electric Corp 飛しょう体の誘導装置

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MICHELSON, ROBERT C., STEVEN REECE: "Update on flapping wing micro air vehicle research", 13TH BRISTOL INTERNATIONAL RPV/UAV SYSTEMS CONFERENCE PROCEEDINGS, JPN6007008482, 30 March 1998 (1998-03-30), GB, pages 30 - 1, ISSN: 0000978159 *
MICHELSON, ROBERT C.: "MicroFlyers and Aerial Robots; Missions and Design Criteria", PROCEEDINGS OF THE NATO/RTA LECTURE SERIES "DEVELOPMENT AND OPERATION OF UAVS FOR MILITARY AND CIVI, vol. ７−１頁乃至７−１３頁, JPN4007006565, April 2000 (2000-04-01), BE, ISSN: 0000838059 *
MICHELSON, ROBERT C.: "Planetary Exploration Using Biomimetics", NASA INSTITUTE FOR ADVANCED CONCEPTS PHASE I FINAL REPORT, JPN4007006566, 30 November 2000 (2000-11-30), US, ISSN: 0000838060 *
MICHELSON, ROBERT C.: "Planetary Exploration Using Biomimetics", NASA INSTITUTE FOR ADVANCED CONCEPTS PHASE II, JPN6007008498, 6 June 2001 (2001-06-06), US, ISSN: 0000978160 *
株式会社 毎日コミュニケーションズ: "小さいサイズのロボット大革命!? 羽ばたいて飛ぶ「Entomopter」の力こぶ", マイコミジャーナル, JPN4007006567, 26 February 2001 (2001-02-26), JP, ISSN: 0000838061 *
株式会社 毎日コミュニケーションズ: "小さいサイズのロボット大革命!? 羽ばたいて飛ぶ「Entomopter」の力こぶ", マイコミジャーナル, JPN6007008485, 26 February 2001 (2001-02-26), JP, ISSN: 0000978161 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005279897A (ja) * 2004-03-30 2005-10-13 Advanced Telecommunication Research Institute International ロボットシステム
JP2008055544A (ja) * 2006-08-31 2008-03-13 Kyokko Denki Kk 多関節構造体、それを用いた装着具、システムおよびヒューマンマシンインターフェース
KR101277452B1 (ko) 2009-12-09 2013-07-05 한국전자통신연구원 군집 지능 기반의 이동 로봇과 이를 제어하는 방법 및 감시 경계 로봇 시스템
JP2016009354A (ja) * 2014-06-25 2016-01-18 日本電信電話株式会社 行動制御システム、その方法及びプログラム
KR20160096042A (ko) * 2015-02-04 2016-08-12 도요타 모터 엔지니어링 앤드 매뉴팩쳐링 노스 아메리카, 인코포레이티드 무인 항공기를 도킹 및 충전하는 시스템 및 방법
JP2016165215A (ja) * 2015-02-04 2016-09-08 トヨタ モーター エンジニアリング アンド マニュファクチャリング ノース アメリカ，インコーポレイティド 無人式空中移動体を係留して充電するシステム及び方法
KR102066573B1 (ko) * 2015-02-04 2020-01-15 도요타 모터 엔지니어링 앤드 매뉴팩쳐링 노스 아메리카, 인코포레이티드 무인 항공기를 도킹 및 충전하는 시스템 및 방법
CN106334283A (zh) * 2016-10-10 2017-01-18 南京工程学院 一种灭火救援机器人系统及控制方法
WO2018116919A1 (ja) * 2016-12-20 2018-06-28 日本電気株式会社 航走体制御装置、航走体の制御方法、及び航走体制御装置の制御プログラム
JPWO2018116919A1 (ja) * 2016-12-20 2019-10-24 日本電気株式会社 航走体制御装置、航走体の制御方法、及び航走体制御装置の制御プログラム
JP7014180B2 (ja) 2016-12-20 2022-02-01 日本電気株式会社 航走体制御装置、航走体の制御方法、及び航走体制御装置の制御プログラム
US11270592B2 (en) 2016-12-20 2022-03-08 Nec Corporation Vehicle control device, method for control of vehicle, and program for control of vehicle control device

Also Published As

Publication number Publication date
US20030105534A1 (en) 2003-06-05
US20060217843A1 (en) 2006-09-28
JP4087104B2 (ja) 2008-05-21
US7082351B2 (en) 2006-07-25
US7283893B2 (en) 2007-10-16

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