JP2004268223A - マイクロロボット - Google Patents
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Abstract
【解決手段】マイクロロボット10は、筐体11と、前記筐体11に設けられ電波を受信するためのアンテナエレメント15と、受信信号に応じて前記筐体11を移動させるための駆動部16a、16bとを備え、前記筐体11には、アンテナエレメント15の取り付け位置を規定する孔部150が設けられている。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
リモートコントロール可能なマイクロロボットに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、筐体サイズが数立方センチメートル程度の小型のロボット(以下、「マイクロロボット」と称する)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。かかるマイクロロボットは、小型であり、大型のものに比べて安価に製造できるため、玩具などに好適である。ところで、マイクロロボットをリモートコントロールする場合には、当該マイクロロボットに受光部を設け、赤外線通信などによる制御が行われている。
【0003】
【特許文献1】
特開平6−170770号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記赤外線通信では、送信信号の空間的広がり小さいため、リモートコントローラからの赤外線信号をマイクロロボットの受光部が受光できない場合があるといった問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、リモートコントローラからの制御信号を、より確実に受信することのできるマイクロロボットを提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、筐体と、前記筐体に設けられ電波を受信するためのアンテナと、受信信号に応じて前記筐体を移動させるための駆動部とを備え、前記筐体には、アンテナの取り付け位置を規定する規定部が設けられている構成のマイクロロボットを提供する。
この構成によれば、マイクロロボットが電波を受信するアンテナを備えるため、リモートコントローラとの間の通信に電波による無線通信を用いることが可能となる。すなわち、電波を用いた無線通信では、送信信号を広範囲にわたり送出することが可能となるため、マイクロロボットが信号を受信する際に、自身の位置や姿勢に影響されることなく信号を受信し易くなる。
さらに、アンテナの取り付け位置を示す規定する規定部により、アンテナを筐体に容易に取り付けることが可能となる。
【0006】
ここで、前記アンテナは、2本のアンテナエレメントを有するV字型あるいはU字型ダイポールアンテナである場合には、前記規定部は、前記筐体のうち、前記筐体内部に設けられた回路基板上の前記アンテナの接続位置と、所望のアンテナ特性を得るための前記アンテナの配置姿勢とに応じて決定された位置に設けられる構成が好ましい。なお、アンテナの配置姿勢は、前記2本のアンテナエレメントが成す挟角、および、鉛直方向からの前記アンテナエレメントの傾斜角により規定されるものである。
この好ましい構成によれば、前記規定部により規定された取り付け位置にアンテナエレメントを取り付けるだけで、所望のアンテナ特性を得ることが可能となる。
【0007】
また、前記筐体は、導電性部材から形成され、前記アンテナが前記筐体をアースとして、前記筐体外部に設けられる逆Fアンテナである場合には、前記規定部は、前記逆Fアンテナの給電線の取り付け位置を規定する構成が好ましい。
さらに、この好ましい構成において、前記逆Fアンテナのアンテナエレメントと、前記筐体との間に介挿され、当該アンテナエレメントから前記筐体表面までの離間距離を一定に保つ介挿材を更に具備する構成も好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態にかかるマイクロロボット10の構成を示す正面透視図であり、図2は、マイクロロボット10の構成を示す側面透視図である。なお、図2において、筐体内部の幾つかの構成要素については図示を省略している。マイクロロボット10本体の大きさは、縦、横、高さの各々が数cm程度であり、その筐体11は、プラスチックや金属から形成されている。筐体11の正面部には、図示のように、人間の眼および口を模した造詣が施されている。
【0009】
筐体11には、電源部13、回路部14、駆動部16a、16bが収容されている。電源部13は、箱型の電池ケース130と、この電池ケース130に収納されるボタン電池132とを備え、ボタン電池132は筐体11下部から出し入れされる。回路部14は、フレキシブルテープなどにより互いに電気的に接続された2枚の回路基板140、142を備え、各回路基板140、142が上下方向に積層して配置されている。最上に配置された回路基板140上には、筐体11の2つの孔部150の各々に挿入された金属線からなる2本のアンテナエレメント15が半田付けなどにより電気的に接続され、各アンテナエレメント15の半田付けパターンが、当該回路基板140上に実装されたバラン145に接続され、V字型(あるいはU字型でも良い)ダイポールアンテナが形成されている。
【0010】
バラン145は、ダイポールアンテナのような平衡信号を不平衡信号(グランドと信号線との対)に変換する素子であり、図3に示すように、一対の不平衡端子145a、145bと、一対の平衡端子145c、145dを備え、この両端子対の間でインピーダンスを所定の比で変換する。小型機器にあっては、バラン145として面実装タイプのチップバランが用いられることが多く、本実施形態のマイクロロボット10にも、このタイプのものが用いられる。図4は、バラン145の面実装パターンの一例を示す図である。上記アンテナエレメント15は、平衡端子145c、145dの各々から引き出されたエレメント接続部146の各々に1本ずつ接続され、ダイポールアンテナを構成する。アンテナエレメント15の長さは、無線通信に使用される波長の約1/4であり、例えばBluetooth(登録商標)通信(周波数:2.5GHz)が用いられる場合には、アンテナエレメント長は3cm程度となり、筐体11と略同程度の寸法となる。なお、これらアンテナエレメント15の詳細については後に詳述する。
【0011】
再び図1に戻り、駆動部16a、16bは、車輪と、当該車輪の車輪軸を中心に回転駆動する駆動素子とを備え、回路部14の回路基板142に設けられたドライバ(後述)により制御される。この駆動素子には、腕時計の輪列を駆動する圧電アクチュエータなどが用いられる。上記電源部13、回路部14及び駆動部16a、16bの各々は、図示せぬスペーサにより筐体11に対して支持されている。ここで、電源部13および回路部14は、一対の駆動部16a、16bの間であって、両者が上下方向に重なるように配置されている。また、電源部13、回路部14、一対の駆動部16a、16bおよび2本のアンテナエレメント15の各々は、筐体11の中心に対して左右対称に配置されているため、筐体11の左右の重量バランスが保たれる、左右に倒れ難くなる。
【0012】
上記構成のマイクロロボット10は、図6に示すように、親機コントローラ20からの無線電波をアンテナエレメント15により受信し、電波に含まれる制御信号に基づいて走行指示される。この無線通信には、任意の無線通信を用いることができるが、本実施形態ではBluetooth(登録商標)が用いられ、マイクロロボット10同士でも無線通信が可能となっている。
【0013】
ところで、V字型(あるいはU字型)アンテナにあっては、2本のアンテナエレメント15が成す挟角θ(図1参照)と、各アンテナエレメント15の垂直軸(鉛直方向)からの傾斜角φ(図2参照)とに応じて、アンテナの指向特性やインピーダンス(以下、「アンテナ特性」と称する)が変化してしまう。従って、筐体11の小さなマイクロロボット10にアンテナエレメント15を取り付ける際には、その位置決めが容易ではなく、ましてや、マイクロロボット10を量産する場合に、一体ずつその都度位置決めを行うことは容易ではない。そこで本実施形態では、次のようにしてアンテナエレメント15の位置決めを容易としている。
【0014】
すなわち、筐体11の頭頂部付近に、アンテナエレメント15の取り付け位置を規定するための孔部150を穿ち、この孔部150に棒状のアンテナエレメント15を挿入しバラン145と電気的に接続すれば、アンテナエレメント15の挟角θ、傾斜角φが所定の値に決定される構成(すなわち、アンテナエレメント15の配置姿勢が決定される構成)としている。孔部150を筐体11のどこに設けるかは、筐体11内部におけるバラン145の配置位置(すなわち、回路基板140上におけるアンテナエレメント15の取付位置)と、所望のアンテナ特性を得るための角度θ、φとから決定され、これについて以下に詳述する。
【0015】
図6は、バラン145とアンテナエレメント15との配置関係を示す図である。この図において、XYZ座標系は、バラン145とアンテナエレメント15との接続点(より具体的には、図4に示す2つのエレメント接続部146の中点)を原点Oとし、このバラン145が設けられる回路基板140上面をX−Y平面とする直交座標である。2つの孔部150は、原点Oに対して左右(X−Y軸)に対象な位置に設けられるものとする。このような座標系において、一方の孔部150の中心Pの座標点をP(Xp、Yp、Zp)とすると、挟角θと傾斜角φとは次式で表される。
θ=2×Arctan(Xp/√(Yp2+Zp2))・・・・(式1)
φ=Arctan(Yp/Zp)・・・・・・・・・・・・・(式2)
【0016】
そこで、所望のアンテナ特性を得るための挟角θおよび傾斜角φを実験等により予め求め、(式1)、(式2)を満たすように座標点P(Xp、Yp、Zp)を設定することで孔部150を穿つ位置が決定され、この位置に穿たれた孔部150によりアンテナエレメント15の位置決めが行われる。これにより、所望のアンテナ特性が得られるのである。また、マイクロロボット10を量産する場合であっても、各筐体11の上記位置に孔部150を設けるようにすれば良く、アンテナエレメント15に挿入し、回路基板140上のエレメント接続部146に半田付けするだけで、所望のアンテナ特性を得る挟角θおよび傾斜角φに位置決め固定されるため、位置決めが非常に容易となる。なお、マイクロロボット10が転倒したり壁面などに衝突した場合に、アンテナエレメント15が変形するのを防止すべく、挟角θ、傾斜角φは、アンテナエレメント15全体がマイクロロボット10の筐体11の横幅および縦幅内に収まるように設定されることが望ましい。
【0017】
次いで、マイクロロボット10の機能的構成について説明する。図7は、マイクロロボット10の機能的構成を示すブロック図であり、図8は、親機コントローラ20の機能的構成を示すブロック図である。図7において、アンテナ160は、上記アンテナエレメント15により構成され、親機コントローラ20からの電波を受信し、受信信号を無線回路162に出力する。無線回路162は、受信信号からデータ信号を復号すると共にコントローラCPU164に出力するものであり、回路部14の回路基板140に設けられる。感度などの性能を考えた場合、アンテナを含む高周波回路と、データ処理を行うデジタル回路部分は別々の基板、たとえば無線回路は140、デジタル回路は142上に実装することが特性を安定させる方法のひとつである。また、信号送信時にあっては、無線回路162は、コントローラCPU164からの信号を送信信号に変換し(変調して)アンテナ160に出力し、外部に電波を送出する。
【0018】
コントローラCPU164は、マイクロロボット10の各部の動作を制御するものであり、プログラムが格納されているROMや、各種データが格納されるRAMなどの記憶素子も備え、回路部14の回路基板142上に設けられている。ドライバ回路166は、コントローラCPU164の制御の下、駆動部16a、16bが備える駆動素子168を駆動制御するものであり、回路部14の回路基板142上あるいは駆動素子の近く(図示せず)に設けられている。駆動素子168は、上述したように、駆動部16a、16bに設けられた車輪を回転させるものである。フィードバック回路169は、駆動素子168の駆動状態に応じた信号をコントローラCPU164に出力するものであり、これにより、フィードバック制御が行われる。以上の各回路等の電源電圧は電源部13から供給されている。
【0019】
一方、親機コントローラ20は、図8に示すように、電波を送受するためのアンテナ200と、このアンテナ200に接続される無線回路202と、親機コントローラ20の各部を制御するコントローラCPU204を備えている。これら各構成要素は、マイクロロボット10が備える構成要素と略同様であるため、その詳細については省略する。
【0020】
この構成の下、親機コントローラ20にあっては、コントローラCPU204の制御の下、マイクロロボット10を制御するための電波が無線回路202からアンテナ200を介して送出され、この電波がマイクロロボット10に受信される。そして、マイクロロボット10が受信した電波に基づいて走行などすることにより、リモートコントロールが行われる。
なお、親機コントローラ20に操作子を設け、ユーザが操作子を操作することで、マイクロロボット10をリモートコントロールする構成としても良い。また、コントロール対象となるマイクロロボット10が複数ある場合には、親機コントローラ20に各マイクロロボット10の位置や動きを検出するためのセンサを設け、各マイクロロボット10の位置や動きに応じて、夫々を制御するようにしても良い。
【0021】
以上説明したように、本実施形態によれば、マイクロロボット10がアンテナ160を備え、親機コントローラ20からの電波を受信する構成であるため、赤外線通信などに比べて、自身の位置や姿勢が受信状態に影響し難く、親機コントローラ20からの制御信号を、より確実に受信することが可能となる。
また、アンテナエレメント15の取り付け位置を規定する孔部150が、所望のアンテナ特性に応じた位置に予め穿たれているため、この孔部150を用いてアンテナエレメント15を位置決め固定するだけで、所望のアンテナ特性を得ることが可能となる。
なお、アンテナの位置は基板への取り付け位置146と筐体に開けられた孔部150とにより決まる。バランは平衡不平衡変換の為に用いることが望ましいが、回路が小さくなった場合などにはパターンの工夫により部品としてこれを用いないことも可能である。この場合アンテナへの給電パターン146をそれぞれ信号とグランドに接続する。
【0022】
<第2実施形態>
次いで、本発明の第2実施形態について説明する。図9は、本実施形態にかかるマイクロロボット10の構成を示す正面透視図であり、図10は、側面透視図である。また、図11は、上面図である。本実施形態のマイクロロボット10が、第1実施形態にて説明したマイクロロボット10と大きく異なる点は、2本のアンテナエレメント15からなるV字型(あるいはU字型)ダイポールアンテナに代えて、筐体11の外部に逆Fアンテナ170を備える点である。以下、この相違点について詳述する。
【0023】
マイクロロボット10の筐体11は、金属材などの導電性部材から形成され、この筐体11が逆Fアンテナ170のグランド(アース)として用いられる。具体的には、逆Fアンテナ170のアンテナエレメント170aが途中から折れ曲り、その一端が筐体11の表面に対して略垂直に立設するように接続されると共に、筐体11内部の回路基板140のグランドパターンが筐体11の頭頂部付近に電気的に接続される。一方、アンテナエレメント170aの他端は筐体11の背面に沿って垂れ下がり開放端になされる共に、アンテナエレメント170aの途中に給電線170bが接続され、アンテナエレメント170a、給電線170bとで略逆F形状が構成される。給電線170bは、筐体11の頭頂部付近に設けられた孔部150に挿入され、回路基板140の給電点に電気的に接続される。給電点のインピーダンスは、一般的には50Ω程度のものが用いられるが、本実施形態では、筐体11の電位(すなわちグランド)を基準とした給電線のインピーダンスに整合するような値になされている。アンテナエレメント170aの長さ(接地端から開放端までの長さ)は、無線通信に使用される電波波長の約1/4である。例えばBluetooth通信(周波数:2.5GHz)が用いられる場合には約3cmとなり、筐体11のサイズと略同程度となる。
【0024】
上記孔部150は、第1実施形態にて説明した孔部150と同様に、アンテナ(すなわち、逆Fアンテナ170)の取り付け位置を規定するものであり、逆Fアンテナ170の給電線170bを孔部150に挿入し、回路基板140の給電点と電気的に接続することで、逆Fアンテナ170の位置決めが行われる。すなわち、第1実施形態と同様に、逆Fアンテナ170を筐体11に取り付ける際の位置決めを容易とすることが可能となっている。ここで、給電線170bは、回路基板140の上面に対して垂直に接続される構成が好ましく、孔部150は、かかる構成を達成し得る箇所に穿たれている。
【0025】
また、図10に示すように、筐体11とアンテナエレメント170aとの間には、このアンテナエレメント170aから筐体11の表面までの離間距離を一定に保つための介挿材172が適宜の箇所(図示例では2箇所)に設けられている。この介挿材172は、プラスチックなどの非導電部材(絶縁体)から形成されており、筐体11の表面に予め取り付け固定されている。すなわち、上記孔部150と、介挿材172とにより、逆Fアンテナ170の取り付け位置および取付姿勢が一意に決定される。なお、介挿材172がアンテナエレメント170aに予め取り付け固定されている構成であっても良い。また、衝撃によるアンテナエレメント170aの変形を防止すべく、逆Fアンテナ170が筐体11に取り付けられた際に、介挿材172がアンテナエレメント170aおよび筐体11の両方に固定されることが好ましい。
【0026】
本実施形態のマイクロロボット10にあっては、筐体11の外形に沿った姿勢で配置される逆Fアンテナ170が用いられるため、筐体11の上方にアンテナが突出することなく、天井が低いような場所であっても、アンテナが邪魔になることなくスムーズに移動することができる。また、電波を受信するアンテナを備える構成としたため、赤外線通信などに比べて、自身の位置や姿勢が受信状態に影響し難く、親機コントローラ20からの制御信号を、より確実に受信することが可能となる。
【0027】
<変形例>
上述した各実施形態は、あくまでも例示であり、本発明の範囲内で任意に変形可能である。そこで、以下各種の変形例について説明する。
【0028】
(1)各実施形態では、金属線からなるアンテナエレメントを備えるアンテナについて例示した。しかしながら、金属線は、マイクロロボット10の転倒時や壁面などとの衝突時に衝撃により変形し易い。そこで、アンテナエレメントの変形を防ぐべく、アンテナエレメントに沿って非導電部材からなる補強板などを設け、アンテナエレメントの強度を補強する構成としても良い。なお、アンテナとして逆Fアンテナ170が用いられる場合には、アンテナエレメント170aに金属板材を用いることにより、その強度を高くすることができる。
【0029】
(2)各実施形態では、マイクロロボット10が無線通信により親機コントローラ20によって制御される構成について例示した。しかしながら、マイクロロボット10が、自身の位置を検出する手段、あるいは、対象物の位置を検出する手段を備え、当該検出結果を複数のマイクロロボット10間で無線通信により送受し、受信結果、すなわち、互いの位置に応じて移動する構成としても良い。この構成によれば、複数人でプレーするスポーツを模した動きをマイクロロボット10に実行させることが可能となる。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リモートコントローラからの制御信号を、より確実に受信することのできるマイクロロボットが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態にかかるマイクロロボットの構成を示す正面透視図である。
【図2】同マイクロロボットの構成を示す側面透視図である。
【図3】同バランを説明するための図である。
【図4】本実施形態にかかるバランの構成を示す図である。
【図5】同マイクロロボットと親機コントローラとの間の無線通信を模式的に示す図である。
【図6】同孔部の配置位置を説明するための図である。
【図7】同マイクロロボットの機能的構成を示すブロック図である。
【図8】同親機コントローラの機能的構成を示すブロック図である。
【図9】本発明の第2実施形態にかかるマイクロロボットの構成を示す正面透視図である。
【図10】同マイクロロボットの構成を示す側面透視図である。
【図11】同マイクロロボットの構成を示す上面図である。
【符号の説明】
10…マイクロロボット、11…筐体、15…アンテナエレメント、16a、16b…駆動部、20…親機コントローラ、140…回路基板、145…バラン、146…エレメント接続部、150…孔部、160…アンテナ、162…無線回路、170…逆Fアンテナ、170a…アンテナエレメント、170b…給電線、172…介挿材。
Claims (5)
- 筐体と、前記筐体に設けられ電波を受信するためのアンテナと、受信信号に応じて前記筐体を移動させるための駆動部とを備え、
前記筐体には、アンテナの取り付け位置を規定する規定部が設けられている
ことを特徴とするマイクロロボット。 - 前記アンテナは、2本のアンテナエレメントを有するV字型あるいはU字型ダイポールアンテナであり、
前記規定部は、前記筐体のうち、
前記筐体内部に設けられた回路基板上の前記アンテナの接続位置と、
所望のアンテナ特性を得るための前記アンテナの配置姿勢と
に応じて決定された位置とに設けられる
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロロボット。 - 前記アンテナの配置姿勢は、
前記2本のアンテナエレメントが成す挟角、および、鉛直方向からの前記アンテナエレメントの傾斜角により規定される
ことを特徴とする請求項2に記載のマイクロロボット。 - 前記筐体は、導電性部材から形成され、
前記アンテナは、前記筐体をアースとして、前記筐体外部に設けられる逆Fアンテナであり、
前記規定部は、前記逆Fアンテナの給電線の取り付け位置を規定する
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロロボット。 - 前記逆Fアンテナのアンテナエレメントと、前記筐体との間に介挿され、当該アンテナエレメントから前記筐体表面までの離間距離を一定に保つ介挿材を更に具備する
ことを特徴とする請求項4に記載のマイクロロボット。
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