JP2005088815A - 浮上移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望の位置の移動または所望の姿勢の変更をする場合に、いかなる羽ばたき方をすればよいかをより容易に特定可能な浮上移動装置を提供する。
【解決手段】 ＲＯＭ５０２には、基準羽ばたき方のデータＦと、それに所定の変換を加える関数のデータＭと、所定の変換に起因した位置の変化の感度を示すデータＡｍとが記憶されている。ＣＰＵ５０１は、現在位置を示すデータＸと、目標位置を示す指示信号Ｘｄと、データＡｍとを用いて、データＦの変換量のパラメータＣを算出し、そのパラメータＣとデータＭとを用いて、基準羽ばたきデータＦに変換を加える。変換された羽ばたき方のデータＭ（Ｃ）・Ｆは、アクチュエータ駆動電圧のパルス波形のデューティ比を特定する信号である。ＣＰＵ５０１は、その信号をドライバ回路５０２に出力し、ドライバ回路５０２は、その信号に応じた駆動電流をアクチュエータ２に流す。
【選択図】 図２３

Description

本発明は、浮上移動装置に関し、特に、羽を羽ばたかせることによって所定の流体力を生み出すことで浮上する浮上移動装置に関するものである。

従来の航空機よりも機動性に優れている浮上移動装置を工学的実現することを目指した研究が、近年盛んになっている。この研究に伴って、従来研究されていなかった羽ばたき浮上移動の制御方法の研究も行なわれるようになっている。

たとえば、特願２００１−０５２０５７号には、３自由度の運動をする羽を用いて羽ばたき浮上移動装置を制御する手法およびそれを用いた羽ばたき浮上移動装置が提案されている。
特願２００１−０５２０５７号

しかしながら、従来提案されてきた羽ばたき浮上移動の制御手法は、第一原理的なものであり、実際の複雑な羽ばたき浮上移動の態様を制御するには不十分なものである。

特に、羽ばたき浮上移動は、空気などの流体の挙動と羽などの構造の挙動との相互作用によって生じる現象である。そのため、羽ばたき浮上移動においては、非線型の複雑系としての応答が現れる。したがって、浮上移動の運動形態の１要素(たとえば、垂直方向の速度等)のみを制御することにより適切な羽ばたき運動を行なわせることは困難であるという問題がある。

以下、前述の問題を具体的に説明する。

羽ばたき浮上移動装置がホバリング（停空飛翔）している期間中において、羽ばたき浮上移動装置が姿勢を変更する場合を考える。ホバリング中においては、羽ばたき運動によって生み出される流体力は、その方向が略鉛直方向に沿っており、その大きさが羽ばたき浮上移動装置の自重と釣り合う大きさである。

この状態において、羽ばたき浮上移動装置の姿勢を、鉛直方向以外の方向に延びる軸を回転中心軸とする回転運動によって変更したと仮定する。このとき、羽ばたき浮上移動装置の姿勢が変更されるため、羽ばたき運動によって生み出される流体力の方向は鉛直方向からφ度ずれる。したがって、羽ばたきによって生み出される流体力の鉛直成分は、ＣＯＳ(φ)倍となり、姿勢が変更される前の羽ばたきによって生み出される流体力の鉛直成分よりも減少する。

このため、姿勢の変更に伴って、羽ばたき浮上移動装置はその位置が低下する。また、姿勢の変更に伴って、その反作用を受けて、周囲流体の挙動が変化する。その変化に伴って、羽ばたき運動によって生み出される流体力に変化が生じる。

そこで、位置の変化および流体力の変化を相殺するためには、羽ばたき方を変更することが考えられる。一般に、羽ばたき方は羽の姿勢という３自由度のパラメータの時刻歴で表される。また、各々の自由度のパラメータの時刻歴を変更することは、複数の羽ばたき浮上移動の運動形態の各構成要素の変更を伴う。さらに、運動形態の各構成要素の変更の影響それぞれは、相互に関連している。そのため、羽ばたき方を特定する複数のパラメータそれぞれの変更値を適切に求めることは極めて困難である。

前述の事項をまとめると次のようになる。

羽ばたき浮上移動装置の制御は、多様なパラメータの時刻歴の非線型の応答によって得られるものである。したがって、たとえば、水平方向の加速度および前後方向の加速度それぞれの増減というような、単純な運動形態の１要素の変更のみでは、羽ばたき浮上移動装置の制御を適切に行なうことはできない。そのため、浮上移動の態様の制御が可能な羽ばたき浮上移動装置は、これまで実現されていない。

また、羽ばたきの際の羽の運動は、２以上の自由度を有する運動である。この運動の時刻歴を適切に算出しようとすることは計算量の観点から効率的ではない。一般に、複数の羽ばたき方を特定するためのパラメータのうち一のパラメータのみを変更した場合に、どのような力学的応答が起こるかを分析的に解明することはそれほど困難なことではないかもしれない。しかしながら、羽ばたき方の複数のパラメータの変更を組み合わせたときの力学的応答を解明することは非常に困難である。したがって、従来においては、羽ばたき浮上移動装置に所望の位置の移動または姿勢の変更を行なわせるためにいかなる羽ばたき方をすればよいかを特定する手法は提案されていなかった。

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、羽ばたき浮上移動装置に所望の位置の移動または所望の姿勢の変更を行なわせる場合に、いかなる羽ばたき方をすればよいかをより容易に特定可能な羽ばたき浮上移動装置を提供することである。

本発明の羽ばたき浮上移動装置は、流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽部と、羽部を駆動する駆動部と、駆動部の駆動態様を制御する制御部と、制御部において駆動態様を決定するためのデータが記憶された記憶部とを備えている。また、記憶部は、羽部の基準となる羽ばたき方を特定する基準羽ばたき方データと、基準羽ばたきに所定の変換を加えるための関数のデータと、所定の変換に起因した羽ばたき飛行の態様の変化の度合を特定可能な感度のデータとを含んでいる。さらに、制御部は、外部から入力された目標とすべき羽ばたき飛行の態様を特定するデータと、感度のデータとを用いて、基準羽ばたき方データの変換量を算出する算出手段と、基準羽ばたき方データの変換量と関数のデータとを用いて、基準羽ばたき方データを特定の羽ばたき方データに変換する変換手段と、特定の羽ばたき方データを用いて、駆動部を駆動するための信号を駆動部に出力する出力手段とを含んでいる。

このような構成によれば、記憶部には基準羽ばたき方のみが記憶されており、他の羽ばたき方は、基準羽ばたき方に基づいて算出する浮上移動装置を実現することができる。この羽ばたき浮上移動装置によれば、より簡単に羽ばたき方を変更する制御を実行することができる。その結果、羽ばたき浮上移動装置に所望の位置の移動または所望の姿勢の変更をより簡単に行なわせることができる。

また、基準羽ばたき方データは、羽部が周期的な運動を行なうように設定されたデータであることが望ましい。この構成によれば、羽部の羽ばたき運動の１周期に対して前述の所定の変換を加えるだけで、浮上移動装置の羽ばたき飛行の態様を変更することができる。したがって、羽ばたき飛行の態様の制御がより簡単になる。

また、基準羽ばたき方のデータは、周期的な運動の各周期の同位相のデータを時系列的に表した場合、浮上移動装置の運動が等加速度運動または等角加速度運動となる羽ばたき方のデータであってもよい。これらの基準羽ばたき方データを用いれば、基準羽ばたき方を比較的簡単な式で表すことができる。その結果、前述の所定の変換量をより容易に算出することができる。

また、基準羽ばたき方データは、羽ばたき浮上移動装置がホバリングする場合の羽ばたき方のデータであることが望ましい。このようにすれば、ホバリングは、羽ばたき浮上移動装置が空間において移動しない状態であるため、浮上移動装置は、上下方向、左右方向、および前後方向のいずれの方向にも均等に機動力を発揮することができる。

また、関数のデータは、基準羽ばたき方データのうちの特定の位相の区間のみに変換を加えるデータであってもよい。この構成によれば、基準羽ばたき方により発生する流体力のベクトルの方向以外の方向の流体力を得ることができる。この特定の区間は、羽部の打ち上げの区間、羽部の打ち下ろしの区間、または羽部の切り返しの区間である。羽ばたき方を前述の３つの区間に分ければ、前述の所定の変換による効果が輻輳することがないため、より簡単に羽ばたき方の変更の制御を行なうことができる。

また、所定の変換は、基本羽ばたき方のデータの時間軸を変更することにより行なわれるものであってもよい。羽ばたき方の変更には、同じ時刻での羽の姿勢を変更する手法と、同じ羽の姿勢が実現される時刻を変更する手法とがある。前者の手法によれば、羽の姿勢を表すパラメータとして、複数の角度の時系列での値を変更する必要があるため、計算量が膨大になる。しかしながら、後者の手法によれば、羽ばたき運動の周期という時間軸の変更を行なう処理のみで羽ばたき方を変更することができる、すなわち、1つのパラメータ変更のみによって羽ばたき方の変更を実現できるため、羽ばたき方の変更に必要な計算量を軽減することができる。この時間軸の変更は、時間軸を変更するための関数を時間で微分したときに得られる関数が連続関数となるように、行なわれる。このようにすれば、羽ばたき方の変換時においてなめらかなに羽ばたき方を変更することができる。

また、関数のデータは、複数種類設けられており、変換手段は、目標とすべき羽ばたき飛行の態様を特定するデータの種類に応じて、複数種類の関数のデータの中から特定の関数のデータを選択し、特定の関数を用いて、所定の変換を行なうことが望ましい。この構成によれば、前述の所定の変換量を目標とすべき羽ばたき飛行の態様に応じて変更することができる。

また、羽ばたき浮上移動装置は、関数のデータが、複数設けられており、変換手段は、複数の関数のデータを組み合せて用いることにより、前述の所定の変換を行なうことが望ましい。これによれば、羽ばたき飛行の態様に対応して、より木目細かな羽ばたき方の変更を行なうことができる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の浮上移動装置について、図１〜図１２を用いて説明する。

なお、本発明における浮上移動装置については、後述する駆動部および制御部等の具体的な機能実現手段には様々な構成が考えられる。しかしながら、所定の環境の中で浮上移動装置の羽の運動を適切に制御できるのであれば、駆動部および制御部の詳細な構成はいかなるものであってもよい。そのため、駆動部および制御部などの各構成要素については、その機能のみを記述する。

なお、本実施の形態に述べる基準羽ばたき方と羽の形状とには密接な関係がある。しかしながら、この関係の一意的な解を求めることは容易ではない。本実施の形態においては、前述の関係を簡便に説明したい。そこで、流体・構造連成シミュレーションの結果に基づいて、実施の形態の浮上移動装置の特徴を説明する。

この流体・構造連成シミュレーションでは、羽ばたき浮上移動装置の羽として昆虫の一例のアキアカネの羽と等価な工学モデルが用いられるとともに、基準羽ばたき方としてアキアカネのホバリングにおける羽ばたき方が用いられる。しかしながら、羽ばたき浮上移動装置の羽の構成および羽ばたき方は、昆虫のそれに限定されるわけではない。たとえば、平板で構成された羽とこの平板の羽ばたき動作によってホバリングが可能な羽ばたき方とを浮上移動装置の羽ばたき飛行のシミュレーションに用いてもよい。

（全体の構成）
本実施の形態における浮上移動装置９０の構成とその機能を図２に基づいて説明する。本実施の形態の浮上移動装置９０は、胴体部９０８に、制御部９０１、指示受信部９０２、センサー部９０３、および駆動部９０５が内装されている。また、駆動部９０５には羽９０４が接続されている。羽９０４は駆動部９０５により駆動される。指示受信部９０２は、外部から指示信号を受信して、制御部９０１に送信する。制御部９０１は、指示信号に基づいて駆動部９０５の動作を制御する。

次に、図３を用いて、本実施の形態の浮上移動装置９０に設けられた羽９０４について説明する。

羽９０４は、アキアカネの羽と同等の形状および剛性分布を有するように、四辺形シェル要素ごとにモデリングされている。また、羽９０４は、シェル構造であり、そのヤング率が０．３５４ＧＰａであり、その厚み分布が図３に示すようなものになる。なお、図３に示す羽の点Ｐ０，Ｐ１，およびＰ２のそれぞれの位置と時間との関係が、図４および図５に示されている。

定常的なホバリングの際には、駆動部９０５は、羽９０４における点Ｐ１および点Ｐ２のそれぞれが、点Ｐ０を基準として、図４および図５に示すグラフにおいて時系列的に示される座標値に対応する位置をとるように、羽９０４を駆動する。なお、この図４および図５に示された基準羽ばたき方を実現するために、基準羽ばたき方に対応した態様で駆動部９０５を駆動するための信号が制御部９０１内に格納されているものとする。この信号は、パルスウィドスモデュレーションのデューティ比を特定するデータである。パルスワイドモデュレーションのデューティ比の制御の具体的手法については、実施の形態２の中で説明するため、ここでは、その詳細を説明しない
この羽９０４の運動は、実際に羽９０４のモデルとなるデータを採取したアキアカネがホバリングしている際の羽の運動に相当する運動である。

なお、点Ｐ１および点Ｐ２のそれぞれは、胴体９０８に対する相対的な位置関係が拘束されていない。また、点Ｐ０は、回転運動のみ自由であるリンクによって駆動部９０５に接続されており、胴体９０８に対する相対的な位置関係は固定されている。

なお、本実施の形態では、定常的なホバリング時の羽部９０４の動作、すなわち羽ばたき方を基準羽ばたき方と呼ぶ。この基準羽ばたき方を特定可能なデータは固定記憶装置９０６に格納されている。

指示受信部９０２では浮上移動装置９０の目標とする羽ばたき飛行の態様（位置および姿勢のいずれもを含む）を指示する指示信号Ｘが受信される。センサー部９０３では、たとえば、姿勢および位置というような、現在の浮上移動装置９０の状態の情報Ｘｄが得られる。固定記憶装置９０６および一時記憶装置９０７には、基準羽ばたき方のデータＦ、ならびに、基準羽ばたき方のデータＦを変更するために用いられる感度のデータＡｍおよび関数のデータＭが格納されている。

制御部９０１は、前述の指示信号Ｘ、情報Ｘｄ、データＡｍ、およびデータＭを用いて、羽部９０４の駆動態様を決定する。その後、制御部９０１は、駆動部９０５に決定された駆動態様を実現する駆動信号を送信する。その駆動信号により特定される態様で、羽９０４が駆動する。羽９０４は、自身の駆動により、周囲の空気から反作用を受ける。この反作用が駆動部９０５に伝達される。その結果、駆動部９０５に固定された胴体９０８が浮上する。

（羽ばたき方制御フロー）
具体的な羽ばたき浮上移動制御の実現手法を、図１を用いて説明する。なお、図１に制御手法は一例であり、同様の目的を達成できる手法であれば、浮上移動装置の羽ばたき方を制御する手法として、他の手法を用いてもよい。また、本実施の形態では、指示受信部９０２が受信する指示信号Ｘは、その指示信号Ｘのみを用いて、浮上移動装置９０が連続して羽ばたき動作を実現することができる程度の間隔で受信される信号であるものとする。

しかしながら、実際には、目標とする位置のみを特定する指示信号Ｘが指示受信部９０２において受信され、その位置に至るまでに浮上移動装置９０がたどる経路および浮上移動装置９０の加速度などの運動パラメータの履歴を制御部９０１が算出する手法が用いられてもよい。この場合、制御部９０１により算出された運動パラメータの履歴が、指示受信部９０２において受信された指示信号Ｘにより特定される目標とする羽ばたき飛行の態様であると読み替えられる。

以下、指示受信部９０２より受信された、目的とする状態（位置、姿勢、速度、角速度、加速度、角加速度等）を特定する指示信号をＸｄとする。センサー部９０３で得られた浮上移動装置９０の現時点での運動状態（羽ばたき飛行の態様）を特定する情報をＸとする。基準羽ばたき方を特定するデータＦの変更の態様を特定するアルゴリズムの一例の関数のデータをＭとする。関数のデータＭによって基準羽ばたき方のデータＦを変更した場合に、その変更によって浮上移動装置９０の羽ばたき飛行の態様がどの程度変化するかを特定するために、感度のデータＡｍが用いられる。この場合の感度とは、羽ばたき方の変更量（たとえば、羽ばたき周波数の変更量）に対する浮上移動装置９０の羽ばたき飛行の態様の変化量（たとえば、浮上移動装置９０の位置の変化量）の度合を示すものである。言いかえれば、感度とは、羽ばたき方の１単位あたりの変更量に対する羽ばたき飛行態様の変化量である。なお、基準羽ばたき方のデータＦ、関数のデータＭ、および感度のデータＡｍは、固定記憶装置９０６に格納されている。これらの組み合わせについては後述する。

また、基準羽ばたき方の変換量を表すパラメータ(羽ばたき周波数の変更量＝アクチュエータ駆動周波数の変更量) をＣとする。本実施の形態では、制御部９０１は、指示受信部９０２より得られた指示信号Ｘｄと、センサー部９０３より得られた情報Ｘとを用いて、パラメータＣを次式（１）により算出する。

Ｃ＝（Ｘｄ−Ｘ）／Ａｍ （１）
さらに、制御部９０は、算出されたパラメータＣおよび関数のデータＭを用いて、固定記憶装置９０６に格納されている基準羽ばたき方のデータＦに変換を加える。それにより、アクチュエータの駆動態様がデータＭ（Ｃ）・Ｆとして算出される。この算出されたアクチュエータの駆動態様のデータＭ（Ｃ）・Ｆを用いて、制御部９０はアクチュエータ９０５を駆動する。このとき、Ｃ×Ａｍにより算出された羽ばたき方の変更量を特定するために用いられる値（Ｘｄ−Ｘ）が現状の羽ばたき方を特定する情報Ｘに加えられるように、制御部９０はアクチュエータ９０５を駆動する。これにより、現状の羽ばたき方の情報Ｘは、Ｘｄ（＝Ｘ＋（Ｘｄ−Ｘ））となる。つまり、制御部９０は、浮上移動装置９０が、指示受信部９０２で受信された指示信号Ｘｄに対応する羽ばたき飛行態様になるように、羽９０４を駆動させる制御を実行する。

なお、図１（ａ）に制御の手法を説明するためのブロック図が示され、図１（ｂ）に信号の流れを説明するためフローチャートが示されている。

（羽ばたき方制御）
本実施の形態においては、上記基準羽ばたき方に必要最低限の変換を加えることで羽ばたき方の変更を行ない、これにより羽ばたき飛行の態様を制御する。この制御の手法を、流体・構造連成解析を用いた物理シミュレーションを用いて説明する。シミュレーションに用いられた羽の構造を特定するためのメッシュの外形線を図６に示す。

なお、浮上移動装置９０の胴体９０８等、すなわち羽９０４を除く部分は、質量が２３７ｍｇであり、かつ、回転慣性モーメントが０．０００１１８Ｎ・ｍである剛体である。なお、図６に示されるように、本シミュレーションにおいては、説明を簡単にするために、浮上移動装置９０が左右対称であると仮定している。したがって、浮上移動装置９０の左右いずれか一方を特定するハーフモデルを用いて、前述の解析を行っている。

そのため、本シミュレーションによって得られる結果は、左右対称な運動である。左右対称な運動は、上下方向における並進運動、前後方向における並進運動、および左右方向に延びる仮想軸を回転軸とする回転運動のみによって得られる運動であり、自由度が３の運動を意味する。しかしながら、左右の羽それぞれを別個独立して制御可能なフルモデルを用いる場合には、３以上の自由度を有する運動について解析することも可能である。また、左右対称な運動については、フルモデルを用いた解析結果とハーフモデルを用いた解析結果とに相違点は生じない。そのため、ハーフモデルを用いてシミュレーションが行なわれることは、左右対称な運動の制御についての解析結果に影響を与えない。

また、以下においては、ホバリング状態から他の羽ばたき方へ変化するための制御手法が述べられている。なお、ホバリング状態以外の所定の羽ばたき方から特定の羽ばたき方へ変化するときも、基本的には、ホバリング状態から他の羽ばたき方へ変化するため制御手法と同様の制御手法を用いることができる。

（上下方向の位置制御）
まず、上下方向の制御について、図４、図５、および図７を用いて説明する。なお、上下方向とは地表面に対してほぼ垂直な方向を意味するものとする。上下方向の制御においては、情報Ｘおよび指示信号Ｘｄのそれぞれは、浮上移動装置９０の上下方向の位置を特定するものであるとする。また、関数のデータＭは、図４および図５における時間軸を拡大または縮小するためのものであり、パラメータＣは、縮小率（％）を特定するパラメータであるとする。たとえば、Ｃ＝５０なら、図４および図５における時間軸の目盛りを１．５で割った目盛を用いて特定される羽ばたき方が、変換された新たな羽ばたき方として採用される。

本実施の形態においては、図４および図５において羽ばたき周波数が１．５倍になることを実現するには、時間軸というパラメータ１つを変更しさえすればよい前述の手法を採用する。しかしながら、データ加工の手間が問題にならないのであれば、図４および図５におけるｘ，ｙ，ｚのデータそのものを変更する手法を用いてもよい。

本実施の形態においては、感度のデータＡｍは、羽ばたき動作１周期当たり１％羽ばたき周波数を増加させたときの浮上移動装置９０の上下方向の位置の変化量を示すデータである。本発明者らの実験によると、
Ａｍ＝０．０１８４[ｍｍ／（１周期・１％の羽ばたき周波数の増加）]
である。

一例として、羽ばたき周波数を変更する前の羽の羽ばたき周期が２３．５ｍｓｅｃである場合を考える。この場合、たとえば、４０ｍｓｅｃつまり４０／２３．５≒１．７（周期）の間に、浮上移動装置９０を０．２ｍｍだけ上昇させるとき、すなわち、Ｘｄ−Ｘ＝０．２／１．７＝０．１１７６（ｍｍ／１周期）であるとき、Ｃ＝（Ｘｄ−Ｘ）／Ａｍ＝０．１１７６／０．０１８４＝６．３９３（％）だけ、羽ばたき周波数が増加する。つまり、（周波数）＝１／（周期）であるため、図４および図５における時間軸を変更すると、新たな羽ばたき周期は、２３．５×（１−Ｃ／１００）＝２２（ｍｓｅｃ）となる。

このように、羽ばたき周波数を２３．５ｍｓｅｃから２２ｍｓｅｃに変更したときの解析結果として、時間と羽の仰角との関係を図７に示す。なお、羽ばたき周波数の変更は、図４および図５のｔ＝０．１３ｓｅｃの時点に行なわれている。図７（ａ）は、浮上移動装置の位置の変化の様子の一例として、前後方向の位置の変化および上下方向の位置の変化の様子を示している。図７（ｂ）は、浮上移動装置の姿勢の変化の態様の一例として、羽の仰角の時刻歴を示している。なお、仰角は、機首を機尾に対して上側にあるときの、水平面と機首と機尾とを結ぶ線とのなす角を正の値で示すものとする。

図４および図５のｔ＝０．１７ｓｅｃにおいて、羽ばたき周期２３．５ｍｓｅｃの場合の上下方向の位置は、図７（ａ）に示されるように、−０．００５３４ｍであり、羽ばたき周期２２ｍｓｅｃの場合の上下方向位置は、−０．００５１３ｍである。したがって、浮上移動装置９０は、羽ばたき動作の周期が２２ｍｓｅｃの場合の上下方向の位置が、羽ばたき動作の周期が２３．５ｍｓｅｃの場合の上下方向の位置に比較して、ほぼ０．２ｍｍ上昇している。

以上のように、浮上移動装置９０は、固定記憶装置９０６に格納されている感度Ａｍを用いて算出されたパラメータＣを用いて、現在の羽ばたき周波数に変更を加えることができる。より具体的には、制御部９０１が、関数Ｍを用いて、図４および図５に示される羽の基本羽ばたき方データＦの時間軸を拡大または縮小する。それにより、浮上移動装置９０の上下方向の制御が実現される。

（前後方向の位置制御）
次に、前後方向における制御について、図４、図５、図８、および図９を用いて説明する。なお、前後方向とは、地表面に対してほぼ平行な面において、左右のアクチュエータを結ぶ線に対してほぼ垂直な方向である。

前後方向における制御においては、情報Ｘおよび指示信号Ｘｄのそれぞれは、浮上移動装置９０の前後方向の位置を特定するものであるとする。また、関数のデータＭは、図４および図５における、羽の打ち上げ動作および打ち下ろし動作のそれぞれの時間軸を拡大または縮小するためのものである。パラメータＣは、打ち上げ動作における時間軸の縮小率（％）および打ち下ろし動作における時間軸の拡大率（％）を特定するためのパラメータである。たとえば、Ｃ＝−５なら、打ち上げ動作区間については、図４および図５における時間軸の目盛を０．９５で割った目盛を用いた羽ばたき方が採用され、打ち下ろし動作区間については、図４および図５における時間軸の目盛に０．９５を掛けた目盛を用いた羽ばたき方が、変換後の新たな羽ばたき方として採用される。すなわち、打ち下ろし区間においては、図４および図５に示すグラフの時間軸のみを（１＋Ｃ／１００）倍したときに得られるグラフにより表現された羽ばたき方が、変換後の新たな羽ばたき方として採用され、打ち上げ区間においては、図４および図５に示すグラフの時間軸のみを１／（１＋Ｃ／１００）倍したときに得られるグラフにより表現された羽ばたき方が、変換後の新たな羽ばたき方として採用される。

前述の手法は、図４および図５において、打ち上げまたは打ち下ろしという１サイクルの一部の期間のみの羽ばたき動作の変更を行なうために、時間軸というパラメータ１つを変更すればよいため、データの処理が簡単である。しかしながら、データの処理が複雑になることが特に問題にならないのであれば、図４および図５におけるｘ，ｙ，ｚのデータそのものを変更する手法を用いてもよい。また、変換によって浮上移動装置１に大きな加速度が発生してしまうことを防止するため、図４および図５における時間軸の拡大または縮小は、図８に示す曲線がなめらかに変化するように行なわれることが望ましい。

本実施の形態では、感度のデータＡｍは、羽ばたき動作の１周期当たり、打ち上げまたは打ち下ろしの際の羽ばたき動作の速度を１％変更したときの前後方向の位置の変化量を示すデータである。本発明者らの実験によると、
Ａｍ＝０．１２２７[ｍｍ／（１周期・１％の打ち上げまたは打ち下ろし羽ばたき動作の速度の変更量）]
である。

一例として、変更前の羽ばたき周期が２３．５ｍｓｅｃである場合を考える。この場合において、３０ｍｓｅｃつまり３０／２３．５≒１．２８（周期）の間に、浮上移動装置９０が０．４ｍｍだけ後退する場合、すなわち、Ｘｄ−Ｘ＝−０．４／１．２８＝−０．３１３[ｍｍ／（周期）]である場合には、羽ばたき動作の速度の変更量は、Ｃ＝（Ｘｄ−Ｘ）／Ａｍ＝−０．３１３／０．１２２７＝−２．５５（％）となる。

したがって、制御部９０１は、打ち上げ時には、図４および図５における時間軸の目盛を０．９７４５で割った目盛を用いた羽ばたき方となるように基本羽ばたきのデータＦを変更する。また、制御部９０１は、打ち下ろし時には、図４および図５における時間軸の目盛が０．９７４５倍された目盛を用いた羽ばたき方となるように、基本羽ばたき方のデータＦを変更する。さらに、制御部９０１は、前述の基本羽ばたき方が変更された新たな羽ばたき方を実行するように羽部９０４を駆動する。

前述の新たな羽ばたき方においては、図８に示すように、打ち上げ時には羽ばたき周波数が２４．１ｍｓｅｃであり、打ち下ろし時には羽ばたき周波数が２２．９ｍｓｅｃである。

前述の条件でシミュレーションを行った場合の結果を図９に示す。なお、羽ばたき周波数の変更は、図４および図５に示すｔ＝０．０６ｓｅｃの時点において行なわれている。図９（ａ）は、浮上移動装置の位置の変化の様子の一例として、前後方向の位置の変化の様子および上下方向の位置の変化の様子を示している。図９（ｂ）は、浮上移動装置の姿勢の変化の態様として、浮上移動装置９０の仰角の時刻歴を示している。なお、仰角は、機首を機尾に対して上側にするときの、水平面と機首と機尾とを結ぶ線のなす角を正の値で示すものとする。

図４および図５に示すｔ＝０．０９ｓｅｃの時点において、上記基準羽ばたき方に変換を加えなかった場合の前後方向の位置は、図９（ａ）に示されるように、０．００２６ｍである。一方、基準羽ばたき方に変換を加えた場合の前後方向の位置は、０．００３ｍである。したがって、羽ばたき方の変更後の浮上移動装置９０の前後方向の位置は、羽ばたき方の変更前の前後方向の位置よりも、ほぼ０．４ｍｍの後退している。

以上のように、浮上移動装置９０は、固定記憶装置９０６に格納されている感度のデータＡｍを用いて算出された羽ばたき方の変換量のパラメータＣを用いて、打ち上げの区間と打ち下ろしの区間とのそれぞれにおいて別個に、現在の羽ばたき周波数に変更を加える。より具体的には、制御部９０１が、関数のデータＭを用いて、図４および図５に示される基本羽ばたき方のデータＦの時間軸を、打ち上げの区間と打ち下ろしの区間とのそれぞれにおいて別個に拡大または縮小する。それにより、浮上移動装置９０の前後方向の位置の制御が実現される。

（仰角制御）
続いて、姿勢制御のうち、本実施の形態におけるシミュレーションで検証可能な仰角の制御について、図４、図５、図８、図９、および図１０を用いて説明する。

仰角の制御においては、情報Ｘおよび指示信号Ｘｄのそれぞれは、浮上移動装置９０の機首と機尾とを結ぶ線と水平面とのなす角度であるものとする。

関数のデータＭは、羽の打ち上げ動作および打ち下ろし動作のそれぞれにおける、図４および図５に示す時間軸の拡大または縮小の態様を示すものである。また、パラメータＣは、打ち上げ動作における時間軸の縮小率（％）であり、かつ、打ち下ろし動作における時間軸の拡大率（％）を意味するものとする。

例えば、Ｃ＝−５なら、打ち上げ動作の区間については、図４および図５における時間軸の目盛りを０．９５で割った目盛を用いた羽ばたき方が変更後の羽ばたき方として採用される。また、Ｃ＝−５なら、打ち下ろし動作の区間については、図４および図５における時間軸の目盛りに０．９５を掛けた目盛を用いた羽ばたき方が、変更後の新たな羽ばたき方として採用される。すなわち、打ち下ろし区間においては、図４および図５に示すグラフの時間軸のみを（１＋Ｃ／１００）倍したときに得られるグラフにより表現された羽ばたき方が、変換後の新たな羽ばたき方として採用され、打ち上げ区間においては、図４および図５に示すグラフの時間軸のみを１／（１＋Ｃ／１００）倍したときに得られるグラフにより表現された羽ばたき方が、変換後の新たな羽ばたき方として採用される。

なお、前述の手法は、図４および図５において羽ばたき周波数を変更するために、時間軸という１つのパラメータのみを変更すればよいため、簡便な手法である。しかしながら、データの処理の手間が問題にならないのであれば、図４および図５におけるｘ，ｙ，ｚのデータそのものを変更する手法を用いることが可能である。

また、実際には、図４および図５に示す基本羽ばたき方のデータの時間軸の拡大または縮小は、羽ばたき方の変更に起因して大きな加速度が浮上移動装置９０に生じることを避けるため、図８に示す曲線がなめらかなるように行なわれることが望ましい。

本実施の形態においては、感度のデータＡｍは、羽ばたき１周期当たり打ち上げまたは打ち下ろしの際の羽ばたき周波数を１％変更したときの仰角の変化量のデータである。本発明者らの実験によると、
Ａｍ＝０．６１３６[角度／(１周期・１％の打ち上げまたは打ち下ろしの動作の速度の変更量)]
である。

変更前の羽ばたき周期が２３．５ｍｓｅｃである場合を考える。この場合において、３０ｍｓｅｃつまり、３０／２３．５≒１．２８（周期）の間に、２度仰角を増加させたい場合には、すなわち、Ｘｄ−Ｘ＝２／１．２８＝１．５６２５（度／周期） である場合には、羽ばたき動作の速度の変更量は、Ｃ＝（Ｘｄ−Ｘ）／Ａｍ＝１．５６２５／０．６１３６＝−２．５５（％）となる。

その後、制御部９０１は、打ち上げ時には、図４および図５における時間軸の目盛を０．９７４５で割った目盛を用いた羽ばたき方を採用する。また、打ち下ろし時には、図４および図５における時間軸を０．９７４５倍した目盛を用いた羽ばたき方が採用される。その後、制御部９０１は、採用された羽ばたき方を特定可能な信号を駆動部９０５に送信し、駆動部９０５は、その信号を用いて羽部９０４を駆動する。

この羽ばたき方は、図８に示すように、打ち上げ時に羽ばたき周波数（動作速度）を２４．１ｍｓｅｃにするとともに、打ち下ろし時に羽ばたき周波数（動作速度）を２２．９ｍｓｅｃにした羽ばたき方と等価である。

この条件でのシミュレーション結果を図９に示す。なお、羽ばたき周波数（動作速度）の変更はｔ＝０．０６ｓｅｃにて行なわれている。図９（ａ）は、前後方向および上下方向を含む平面内における浮上移動装置９０の位置を変化の様子を示しており、図９（ｂ）は、浮上移動装置９０の姿勢の変化の様子を仰角の時刻歴を用いて示している。なお、仰角は、機首が機尾に対して上側にあるときの水平面と機首と機尾とを結ぶ線のなす角を正の値とする。

ｔ＝０．０９ｓｅｃにて、基準羽ばたき方に変換を加えなかった場合の仰角は、図９（ｂ）に示されるように、−２．１度である。基準羽ばたき方に変換を加えた場合の浮上移動装置９０の仰角は、−０．１度である。したがって、変換後の浮上移動装置９０は、変換後の浮上移動装置９０に比較して、ほぼ２．０度だけ仰角を増加している。

以上のように、固定記憶装置９０６に格納されている感度のデータＡｍより算出された変換量のパラメータＣと関数のデータＭとを用いて、打ち上げの区間と打ち下ろしの区間とのそれぞれにおいて別個に、羽ばたき方の変更を行なっている。より具体的には、制御部９０１は、固定記憶装置９０６に格納されている、図４および図５に示される羽の運動における時間軸のデータを、打ち上げ時に縮小し、かつ打ち下ろし時に拡大するという、羽ばたき方の変更を関数のデータＭを用いて行っている。そのため、浮上移動装置９０は、仰角の制御を簡便に実現することができる。

また、他の例として、重心の位置を変化させることによって、浮上移動装置９０の仰角を制御する手法を説明する。

浮上移動装置９０の重心の位置を、前後に１ｍｍずつずらしたときのシミュレーション結果を図１０に示す。図１０（ａ）は、浮上移動装置９０の前後方向および上下方向を含む平面内での位置の変化の様子を示しており、図１０（ｂ）は、浮上移動装置９０の姿勢の変化の態様を仰角の時刻歴によって示している。なお、仰角は、機首が機尾に対して上側にあるときの水平面と機首と機尾とを結ぶ線とのなす角を正の値とする。

図１０（ａ）に示すように、羽ばたき浮上装置９０の重心の位置が変化しても、浮上移動装置９０の位置は大きく変化することはないが、図１０（ｂ）に示すように、重心の位置が変化することによって、浮上移動装置９０の姿勢が大きく変化する。その結果、浮上移動装置９０は、姿勢の変化によって位置の変化が生じることが分かる。すなわち、重心の位置の変更そのものによって直接的に浮上移動装置９０の位置は変化しないが、重心の位置の変更に起因して姿勢が変化するため、間接的に浮上移動装置９０の位置が変化する。

以上より、基準羽ばたき方のままの状態で、重心の位置をずらすことにより浮上移動装置の姿勢の制御を行なうことが可能であることが分かる。これにより、重心の位置の変更によって、姿勢の変更を行なうことができることが分かる。たとえば、重心の位置を前方に移動すると、機首が機尾に対して下がる。また、重心の位置を後方に移動すると、機首が機尾に対して上がる。

（回転変換による位置および姿勢の制御）
図１１（ｂ）に示されているホバリング時の羽ばたき動作のストローク面を、図１１（ａ）に示されているストローク面のように変更する。この羽ばたき方の変更は、浮上移動装置９０の機首を機尾に対して上げるように、浮上移動装置９０の左右方向に延びるｘ軸を回転軸とする回転変換を徐々に加えたものである。このときの浮上移動装置９０の位置と姿勢の変化の様子を図１２に示す。

図１２（ａ）から、水平面とストローク面とのなす角が１０度になることによって、浮上移動装置９０は後方に移動することが分かる。また、図１２（ｂ）から、水平面とストローク面とのなす角が１０度になることに起因して、機首が機尾に対して上方に位置するように浮上移動装置９０の姿勢が変化していることが分かる。

以上より、基準羽ばたき方のストロークの回転変換を行なうことにより、浮上移動装置の姿勢および位置の制御を行なうことができることが分かる。

また、ストローク面の法線ベクトルを前方側に傾けることによって、浮上移動装置９０は前方に移動することができる。この際、機首は機尾に対して下方に位置する。また、ストローク面の法線ベクトルを後方に傾けることによって、浮上移動装置は後方に移動することができる。この際、機首は機尾に対して上方に位置する。

（補足事項）
また、変形する羽の挙動を妥当に表現できるものであれば、流体・構造連成解析の手法は、本実施の形態のものに限定されるされず、いかなるものであってもよい。

また、実験的手法も、本実施の形態のものに限定されず、羽の剛性分布に異方性が設けられるなどの変更が加えられる手法が用いられていてもよい。この場合、拡大模型を用いてもよい。拡大模型を用いる場合であっても、羽の変形の態様が元の模型の羽の変形の態様と同一であれば、本発明により得られる効果と同様の効果を得ることができる。

また、本実施の形態においては、浮上移動装置９０の構成要素としては、外部からの指示情報に基づき自律的に移動するための最低限の抽象化されたものが示されている。つまり、本実施の形態においては、浮上移動装置９０は、胴体９０８、制御部９０１、指示受信部９０２、センサー部９０３、駆動部９０５、および羽９０４が設けられている。しかしながら、浮上移動装置９０は、要求される機能によっては、前述の構成要素以外のものが設けられていてもよいとともに、前述の構成要素のうち必要でないものは設けられていなくてもよい。たとえば、外部からの指示を必要としない場合には、指示受信部９０２は必要ではない。また、センサフィードバック制御を実行しないのであれば、センサー部９０３は必要ではない。

また、本実施の形態においては、基準羽ばたき方のデータは、固定記憶装置９０６に予め記憶されているものであるため、基準羽ばたき方は常に同じものである。しかしながら、基準羽ばたき方は、常に同じものである必要はない。

また、次のような手法を用いてもよい。まず、複数の羽ばたき方の一つを基準羽ばたき方として選択し、基準羽ばたき方とその他の羽ばたき方との差を羽ばたき方の変換量として算出し、一時記憶装置９０７に格納する。この格納された羽ばたき方の変換量を用いて現在の羽ばたき方を変更した後の時点での浮上移動装置９０の運動の態様と、目標とする浮上移動装置９０の運動の態様との間に現実に差分が生じている場合がある。この場合、前述の羽ばたき方の変換量を拡大または縮小するというように、羽ばたき方の変換量を、羽ばたき浮上移動装置９０の実際の状態に合わせて補正することによって、新たなアクチュエータの駆動量を求める。この手法によっても、前述の手法と同様の効果を得ることができる。

また、制御部９０１が学習機能を有している場合には、固定記憶手段９０６に浮上移動装置９０の製造当初から記憶されている基準羽ばたきのデータのみならず、学習の結果、前述したような羽ばたき方の変更手法を用いて、上記基準羽ばたき方をより適切な羽ばたき方に近づけていくことができる。

本実施の形態では左右対称モデルについてのみ解析を行ったため、左右対称の運動のみが実現されている。しかしながら、左右の羽のそれぞれについて独立した解析を行なうことも可能である。たとえば、右羽が前方へ移動し、左羽が後方へ移動すれば、浮上移動装置９０は左旋回することが可能になる。これらの制御においても、制御部９０１により算出された羽ばたき方の変更量を、基準羽ばたき方に加えることにより、前述の羽ばたき方の変更により得られる効果と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態においては、前述のような実施の形態１の浮上移動装置９０が行なう羽ばたき方の変更の制御を実現することが可能な浮上移動装置を、図１３〜図２７を用いてより具体的に説明する。なお、本実施の形態において実施の形態１と同じ符号が付された構成および同じ名称が付されている構成は、実施の形態１において説明した機能と同じ機能を有している。また、本実施の形態の浮上移動装置は、実施の形態１の浮上移動装置の羽ばたき方の変換の手法の概念がそのまま適用される。また、実施の形態１に記載された浮上移動装置の構成のうち、本実施の形態に記載されていない構成および機能についても、本実施の形態の羽ばたき浮上移動装置は備えているものとする。なお、本実施の形態においては、実施の形態１における浮上移動装置９０を、浮上移動装置１と称する。

（全体の構成）
まず、本実施の形態の浮上移動装置の全体の主要な構成について、図１３および図１４を用いて説明する。なお、本実施の形態の浮上移動装置では、特に断らない限り、説明の簡便のため、羽および羽を駆動する主要な部分は左右対称に構成されているものとする。したがって、以後においては、浮上移動装置の左半分の構成要素についてのみ説明を行ない、左半分に対して面対称である構成要素が、浮上移動装置の右半分の構成要素として設けられているものとする。ただし、これは説明の簡便のためであり、本発明の浮上移動装置においては、左右対称であることは、必要な条件ではない。たとえば、当該構成要素が３組以上設けられた構成、または、当該構成要素が１組のみ用いられた構成であっても本発明の浮上移動装置として用いることは可能である。

本実施の形態の浮上移動装置１は、図１３および図１４に示すように、支持構造９上に配されたアクチュエータ２、アクチュエータ２によりベアリング３１，３２を介して駆動される伝達軸３３、および伝達軸３３により駆動される羽４を主要な構成要素とする。

伝達軸３３には、伝達軸３３の並進運動（アクチュエータ２の回動：伝達軸３３が扇型状の軌跡を描く運動）を用いて伝達軸３３に伝達軸３３が延びる方向を中心軸とする回動（羽４を伝達軸３３が延びる方向に見たときに羽４が扇型状の軌跡を描く運動）を与える機構として固定部材３４が固定されている。固定部材３４は、アクチュエータ２の回動運動の両端付近において、被接触部材３５１および３５２のそれぞれに接触する。固定部材３４は、被接触部材３５１および３５２のそれぞれの接触面上を滑りながら移動する。それにより、伝達軸３３は、伝達軸３３が延びる方向を中心軸とする回転運動を行なう。固定部材３４は被接触部材３５１および３５２のそれぞれに対応して２つの独立した突起部３４ａおよび３４ｂを有している。そのため、図１３では、固定部材３４は単一の構成要素として描かれているが、図１３の構造は、２つの突起が設けられた構造と等価である。

被接触部材３５１，３５２は、支持構造９に対する相対的な位置が、支持構造９に設けられた被接触部材移動機構３６１，３６２の機能によって変更され得る。被接触部材移動機構３６１，３６２は、固定部材３４が被接触部材３５１，３５２に接触しながらその表面上を移動する際に固定部材３４が被接触部材３５１，３５２に及ぼす反力よりも大きな力で、被接触部材３５１，３５２を保持する。

また、リミットセンサ３５３，３５４は、固定部材３４が回動の両端のそれぞれに達したことを検出するセンサである。制御装置５は、リミットセンサ３５３および３５４のそれぞれから受ける信号に基づき、アクチュエータ２の回動方向を反転させる。これにより、アクチュエータ２の往復回動運動は、効率よく行なわれる。

また、羽４の翼弦長方向が図１３における鉛直方向すなわちＺ軸負方向に一致した状態であって、かつ羽の後縁が下側に向いた状態を基準として、翼弦方向と鉛直方向とが±３０度の範囲に制限される。そのために、ベアリング３１，３２は、伝達軸３３が延びる方向を中心軸とする伝達軸３３の回転角を制限する回転制限機構としても機能する。

なお、±３０度という回転角が制限される範囲は、説明の簡便のための一例であり、回転角の制限の範囲は、前述の数値に限定されるものではない。たとえば、羽４が剛体であると仮定するのであれば、制限される回転角の範囲は±８０度程度であることが望ましい。

以上の構成により、アクチュエータ２が、アクチュエータ２の回動中心軸回りに往復回動運動をすると、その両端付近において、固定部材３４が被接触部材３５１，３５２に接触する。それにより、伝達軸３３は、伝達軸３３が延びる方向を中心軸として回動する。その後、リミットセンサ３５３および３５４のそれぞれが固定部材３４の回動の両端のそれぞれへの到達したことを検出する。このとき、リミットセンサ３５３および３５４のそれぞれは、検出信号を制御部５へ送信する。それにより、検出信号を受けて制御部５がアクチュエータ２の回動運動を反転させる。それによって、回動運動の方向が逆転するため、固定部材３４が被接触部材３５１または３５２から離れる。その結果、伝達軸３３は、伝達軸３３が延びる方向を中心軸とする回転角が、回転制限機構により制限される。そのため、羽４は周囲流体に対して一定の迎え角のまま移動する。なお、伝達軸３３が所定の速度以上の速度で運動を行なえば、羽４は、周囲流体から所定の流体力を受けることによって、その抑え角が一定に保持される。

以上により、羽４は、アクチュエータ２の往復回動運動中心近傍では、一般的な航空機の翼に加えられる揚力と同様の揚力が加えられる。また、羽４は、往復回動運動の両端付近では、伝達軸３３が延びる方向を中心軸とする伝達軸３３の回動運動によって回転揚力を発生させる。それによって、浮上移動装置１は、鉛直上向きの力を受けて浮上する。

また、本実施の形態の浮上移動装置１は、被接触部材移動機構３５１，および３６２を用いて、左右の羽４のアクチュエータ２のそれぞれの回動の振幅の中心を、別個独立して進行方向前側または進行方向後側にずらす。それにより、本実施の形態の浮上移動装置１は、進行方向を左右のいずれかに変更するか、または、前進および後退のいずれかを行なう。なお、浮上移動装置１の前後方向に延びる軸、すなわちＹ軸を回転中心軸とする回転動作は、左の羽４のアクチュエータ２の往復回動運動および右の羽４のアクチュエータの往復回動運動の少なくともいずれか一方において、振幅および周波数のうちの少なくともいずれか一方を変更することにより、実現される。

また、アクチュエータ２および被接触部材移動機構３６１，３６２のそれぞれは、制御部５により制御される。また、アクチュエータ２および被接触部材移動機構３６１，３６２、ならびに制御部５は、電源６より供給される電力によって稼働する。

（支持構造）
次に、支持構造９について説明する。支持構造９は、支持構造としての機能を損なわない範囲内の質量であって、より軽量であることが望ましい。この範囲は、従来のエンジニアリングの技術で求めることができる。たとえば、軽量化のあまり剛性が低下し過ぎてしまい、羽４を駆動させるべきエネルギーが支持構造９の振動となって散逸することがないこと等が、その範囲を決定するための基準となる。本実施の形態の浮上移動装置１においては、軽量なカーボングラファイトを支持構造９に用いる。

（羽駆動部）
次に、羽の駆動部について、図１４〜図１９を用いて説明する。

（アクチュエータ）
まず、アクチュエータ２について、図１４を用いて説明する。

本実施の形態の浮上移動装置１においては、アクチュエータ２として、超音波モータと一般に呼ばれているモータを用いる。その超音波モータは、図１４に矢印で示されるように、支持構造９に固定されているステータ部２１に対してロータ部２２を回動させることができる。

(ベアリングおよびその回転制限機構)
ベアリング３１,３２は、その外周部３１ａ，３２ａがロータ部２２に固定されている。ベアリング３１,３２は、外周部３１ａ，３２ａに対して内周部３１ｂ，３２ｂが円滑に回転できるようになっており、内周部３１ｂ，３２ｂには伝達軸３３が固定されている。したがって、アクチュエータ２は、伝達軸３３が延びる方向を含む面であって、アクチュエータ２の主表面と平行な面内において、伝達軸３３をアクチュエータ２の回動中心軸回りに回動させることが可能である。

また、ベアリング３１の回転角は、外周部３１ａおよび内周部３１ｂのそれぞれに設けられた、互いの相対的な位置関係を拘束する部位同士の係止により、約６０度に制限される。ベアリング３２の回転角は、外周部３２ａおよび内周部３２ｂのそれぞれに設けられた、互いの相対的な位置関係を拘束する部位同士の係止により、約６０度に制限される。

なお、ベアリング３１および３２のそれぞれの回転角の範囲を一定値以下に制限する手法は、前述の手法に限定されるものではない。したがって、図１４および図１５では、説明の簡便のため、ベアリング３１および３２のそれぞれの回転角の範囲を一定値以下に制限するための部位は、ハッチングが付された円弧状のマークで抽象的に表されている。また、回転制限機構により制限されるベアリング３１および３２のそれぞれの回転角の大きさを変更することが可能な機構を有していれば、羽４の迎え角を変更することが可能である。

（被接触部材および固定部材の突起部による伝達軸回転機構）
次に、固定部材３４および被接触部材３５１，３５２について図１４〜図１９を用いて説明する。

説明の簡便のため、図１４に示される円盤状のアクチュエータ２に対して相似な円形を底面に有する仮想円柱の周面内に被接触部材移動機構３６１,３６２および被接触部材３５１，３５２が位置するとみなし、その円柱の周面を展開して図１５に示す。

固定部材３４は、伝達軸３３が延びる方向を中心軸として回転することが可能であるが、前述の回転制限機構として機能するベアリング３１，３２によりその回転が±３０度の範囲内に制限される。図１５に示された状態は、伝達軸３３の回転角が−３０度の状態、つまり、伝達軸３３が羽４の先端側から見て時計回りに最も大きく回転した状態である。

図１５において、伝達軸３３は右方向に移動すると仮定する。この際、羽４に対しては、図１５において左斜め上方向に流体力がかかっている。そのため、伝達軸３３よりも羽４が下側にあることから、伝達軸３３には時計回り方向のトルクが羽４から与えられる。しかしながら、回転制限機構としてのベアリング３１，３２の機能により、伝達軸３３は−３０度より大きく時計回りに回転しない。そのため、図１５に示す状態では、羽４にかかる流体力は、伝達軸３３を介して、浮上移動装置１に対して、図１５において左斜め上方向への力として伝達される。

さらに、図１５の状態よりも伝達軸３３が右側に移動すると、固定部材３４は被接触部材３５１に設けられた曲面部に接触する。その後、さらに伝達軸３４の右方向への移動することによって、固定部材３４は被接触部材３５１の曲面部に接触しながら移動する。なお、固定部材３４と曲面部との接触の態様は、アクチュエータ２の駆動態様、被接触部材３５１および固定部材３４の取付位置、被接触部材３５１の移動の有無、ならびに被接触部材３５１の形状に基づいて決定される。

しかしながら、本実施の形態においては、固定部材３４と被接触部材３５１との衝突時の衝撃を和らげ、かつ、伝達軸３３の回転がスムーズに開始されることが必要である。そのため、固定部材３４の移動方向と、固定部材３４と接触を開始する位置における曲面部が延びる方向とがほぼ同一であり、かつ、曲面部は、２次関数で表される曲線、３次関数で表される曲線または４次以上の関数で表される曲線上に位置するものとする。

さらに、伝達軸３３そのものと被接触部材３５１との衝突を防ぐため、固定部材３４は、図１５に示されるように、伝達軸３３に対して垂直な方向に延びる第１軸３４ｃとその第１軸３４ｃに対して垂直な方向であって第１軸３４ｃが延びる方向から見たときに伝達軸３３に対して垂直な方向に延びる第２軸３４ｄとを有している。また、第２軸３４ｄの両端には、球状の突起部３４ａと球状の突起部３４ｂとが設けられている。

突起部３４ｂが被接触部材３５１上の最も右端に達すると、その後、伝達軸３３は、左方向に運動を始める。このとき、羽４にかかる流体力の方向は、図１５において右斜め上向きである。また、伝達軸３３には羽４の先端側から見て反時計回りのトルクがかかる。そのため、回転制限機構により、伝達軸３３は、その回転角が＋３０度に固定された状態で、図１５の左方向へ移動する。その後、突起部３４ａが被接触部材３５２と接触する。このとき、突起部３４ａが被接触部材３５２の曲面部上を移動する態様と、突起部３４ｂが被接触部材３５１の曲面部上を移動する態様とは、図１５において左右対称である。ただし、図１５において、突起部３４ａが被接触部材３５２の曲面部上を移動する態様と、突起部３４ｂが被接触部材３５１の曲面部上を移動する態様とが異なるように、被接触部材３５１の形状または材質と被接触部材３５２の形状または材質とが異なっているか、または、突起部３４ａの形状または材質と突起部３４ｂの形状または材質とが異なっていてもよい。

羽４が剛体であれば、羽４および伝達軸３３は、図１６に示すように移動する。しかしながら、実際には、羽４は弾性変形する。そのため、図１６に示す剛体の羽４の運動と等価な運動を実現するためには、回転制限機構により回転角が制限される範囲を、羽４が剛体である場合より小さく設定することが最も簡便である。その結果、羽４の運動は、図１７に示されるようなものとなる。

なお、本実施の形態の浮上移動装置１における固定部材３４および被接触部材３５１,３５２は、本発明の浮上移動装置の機能を実現することができるのであれば、必ずしも図１５に示した形状および位置である必要はない。たとえば、ベアリング３１からさらに延長された伝達軸３３の先端部に、図１５に示す第１軸３４ｃが設けられている位置とは逆方側の位置から第１軸が延びるように固定部材３４が設けられていてもよい。すなわち、アクチュエータ２よりも内側の空間において、図１５において、第１軸３４ｃと第２軸３４ｄとの間の位置関係が同じ状態で、羽４が延びる方向と同様の方向に第１軸３４ｃが延びるように固定部材３４が設けられていてもよい。この場合においても、固定部材３４に対応した位置に被接触部材３５１，３５２が設けられていれば、本実施の形態と羽４の運動と同様の運動を実現することができる。

なお、本実施の形態の浮上移動装置においては、アクチュエータ２の回動角は±４５°である。また、±４５°のアクチュエータ２の回動によって生じる伝達軸３３が延びる方向を中心軸とする羽４の回動の角度は±３０°と設定されているものとする。

（被接触部材移動機構）
次に、被接触部材移動機構３６１，３６２について、図１５および図１９を用いて説明する。

被接触部材移動機構３６１，３６２は、支持構造９に設置されており、被接触部材３５１，３５２がアクチュエータ２の外周上の点の回動の軌跡と相似形の円弧状の軌跡を描くように被接触部材３５１，３５２の位置を移動させる機能を有する。この被接触部材３５１，３５２の位置の移動は、図１５においては、被接触部材３５１、３５２が水平方向（左右方向）に移動することに相当する。

この被接触部材３５１，３５２の位置を浮上移動装置1の前方または後方にずらし、かつ、羽４のアクチュエータ２の回動の軌跡が描かれる領域を浮上移動装置１の前方側または後方側にずらす。それにより、羽ばたき運動の振幅の範囲および振幅の中心位置を変更することができる。これにより、後述する飛行方向の転換などの制御を簡単に行なうことができる。

また、被接触部材移動機構３６１，３６２によって、伝達軸３３が延びる方向を中心軸とする伝達軸３３の回転の角度を制御することが可能である。たとえば、固定部材３４が被接触部材３５１または３５２に接触している間に、伝達軸３３の移動方向と同一方向に被接触部材３５１または３５２を移動させれば、伝達軸３３が延びる方向を中心軸とする伝達軸３３の回動動作は、被接触部材３５１または３５２の移動が行なわれない場合に比べて、緩慢になる。

被接触部材移動機構３６１および３６２は、そのトルク、質量、および消費エネルギーなどの条件が被接触部材３５１および３５２を移動させることができるように設定されているならば、特にその構成に制約はない。そこで、本実施の形態の浮上移動装置１の被接触部材移動機構３６１および３６２のそれぞれには、図１９に示すように、応答性に優れた超音波リニアアクチュエータ３８１が用いられる。図１９は、図１５の展開図において、紙面に垂直に被接触部材移動機構３６１を切断したときの被接触部材移動機構３６１および被接触部材３５１のそれぞれの断面図である。

なお、被接触部材３５２および被接触部材移動機構３６２の構成と被接触部材移動機構３６１および被接触部材３５１の構成とは鏡面対称である。また、軽量化のため、被接触部材移動機構３６１と被接触部材３５１との接触部であって超音波リニアアクチュエータが存在しない部分には、潤滑性に優れたテフロン（Ｒ）ベアリング３７１が用いられている。また、空気から羽４へ加えられる反力に起因して超音波リニアアクチュエータ３８１に加えられる力の影響を低減するため、超音波リニアアクチュエータ３８１は伝達軸３３が延びる方向をその法線に有する面上にその面に沿って平行に延びるように設けられている。

また、被接触部材移動機構３６１,３６２は、固定部材３４と被接触部材移動機構３６１,３６２との干渉を避けるため、固定部材３４が移動する経路からずれた位置に設けられている。

（羽部）
次に、羽４について図１４〜図２２を用いて説明する。

（形状、剛性の概略）
羽４は、図１４に示すように、伝達軸３３に直接固定されており、その厚さはほぼ均一な平板である。羽４は、長軸の長さが約２０ｍｍ、かつ、短軸の長さが約５ｍｍの楕円を、その長軸と平行に長軸から約２．５ｍｍの箇所で、かつ、その短軸と平行に短軸から約８ｍｍの箇所で切断した場合に、最も大きい部分に相当する部分の形状が用いられている。

また、羽４は、軽量な硬質の樹脂から構成されている。さらに、羽４は、レーザカッティングによって成形されている。そのため、羽４の輪郭部には縁取りが形成されている。この縁取りにより、羽４の強度が増加している。

また、本発明者らが用いた羽４の剛性を代表するものとして、伝達軸３３を拘束した際の、伝達軸３３が延びる方向に対して垂直な方向における伝達軸３３からの距離が１７.１ｍｍの位置における荷重−変位関係を図２１に示す。

（羽の運動と捻り変位拡大機構）
本実施の形態による羽の挙動を図１６〜図１８および図２２を用いて説明する。

本実施の形態の浮上移動装置１では、羽４の前後方向の往復運動の両端のそれぞれで正の回転揚力が得られる図１６に示す羽ばたき方を採用する。

この際、便宜上、羽４を浮上移動装置１の進行方向の前方から後方へ運動させる動作を羽の打ち上げ動作とし、その逆方向の動作を打ち下ろし動作と定義する。ただし、羽の打ち上げ動作および羽の打ち下ろし動作は、通常地面に対してほぼ水平な方向の動作であるため、羽の打ち上げ動作および羽の打ち下ろし動作といっても、地面にほぼ垂直な方向に行なわれる動作を意味するものではない。

本実施の形態の浮上移動装置の羽４の運動は図１６に示すものとなるが、効率よく揚力を得るためには、迎え角θが概ね１０°程度である必要がある。このため、羽４の弾性変形がほとんどない状態では、打ち上げ動作と打ち下ろし動作との切り替えにおいて、羽４を１６０°程度回転させる必要がある。

しかしながら、羽４に弾性変形の度合いが大きいものを用いれば、迎え角θが概ね１０°程度である状態を維持しながら、伝達軸３３が延びる方向を回動中心軸とする回動の角度をより小さくすることができる。つまり、本実施の形態の浮上移動装置１では、羽４を空力によって受動変形させることで、伝達軸３３に対して垂直な方向の羽４の先端（後縁）の回動角をより大きくする手法を採用する。

本発明者らの実験によれば、前後方向の羽４の往復運動の両端において、伝達軸３３が延びる方向を回動中心軸として、羽４を±３０°程度回動させることで、羽４の受動変形によって、羽４の伝達軸３３に垂直な方向の中央部より伝達軸３３に対して遠い位置においては±８０°程度の羽４の回動角が得られた。発明者らが実験で用いた羽ばたき運動により、図１６に示す羽４の運動と等価な浮上力を得ることができる。この際の羽４の挙動を図１７に断面図として示す。

なお、図１８に示すような、アクチュエータ２の回動によって得られる羽４の回動角がαであり、かつ、伝達軸３３が延びる方向を中心軸とする回動によって得られる回動角がβである場合における、αとβとの関係を図２２に示す。これは、羽の運動を数値的に表現した一例であり、本発明の要件を満たす羽の運動はこれに限定されない。なお、図２２では、羽ばたきの１周期を打ち下ろしと打ち上げとに分けたが、伝達軸３３が延びる方向の伝達軸３３の回転角βが変化する区間（位相率が０．４〜０．６および０．９〜０．１の区間）を切り返しの区間として、この区間のみの羽ばたき方を変更してもよい。

（制御部）
次に、制御部５の動作およびこれを用いた飛行制御手法について図２３〜２５を用いて説明する。なお、本実施の形態では、アクチュエータ２に印加される電圧のパルス波形のデューディ比を変更するによってアクチュエータ２の回転速度を制御するＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を採用する。しかしながら、本実施の形態の浮上移動装置１を制御する手法として、アクチュエータ２に印加される電圧の大きさを変更することによってアクチュエータ２の回転速度を制御するような手法が用いられてもよい。

また、説明の簡便のために、本実施の形態では、浮上移動装置１を、実施の形態１において説明した指示信号Ｘｄにより特定された加速度ベクトルまたは角加速度ベクトルを有する状態に変化させるための制御のみを説明する。すなわち、指示される目標とする運動状態を特定する指示信号Ｘｄは、加速度ベクトルまたは角加速度ベクトルの数値表記によって表される。しかしながら、目標とする運動状態を特定する指示信号Ｘｄを他のパラメータによって表してもよい。たとえば、浮上移動装置１が、最適経路を算出する機能を有し、自律的に目標とする運動状態を決定する場合においても、制御部５は、最終的に加速度および角加速度を処理することになる。このような場合には、加速度および角加速度を表すパラメータを算出した後の制御部５による制御においては、前述の手法と同様の手法を適用することが可能である。すなわち、図１（ａ）における指示信号Ｘｄおよび情報Ｘ、または、値（Ｘｄ−Ｘ）については、その取得方法はいかなるものであってもよい。

（ハードウェア構成）
制御部５は、演算処理装置（以下、「ＣＰＵ（Central Processing Unit）」という。）５０１、読み出し専用メモリ（以下、「ＲＯＭ（Read Only Memory）」という。）５０２と、一時記憶装置（以下、「ＲＡＭ（Random Access Memory）」という。）５０３、および動作指示入力部５０５からなる。なお、本実施の形態では、目標とする浮上移動装置１の運動状態（Ｘｄ）と現在の浮上移動装置１の運動状態（Ｘ）との差分（Ｘｄ−Ｘ）が既に与えられているものと仮定している。しかしながら、目標とする浮上移動装置１の運動状態と現在の浮上移動装置１の運動状態を取得する手法との差分を取得する手法は、いかなるものであってもよい。また、一般的に用いられる商業用プロセッサは、ＲＯＭ５０２およびＲＡＭ５０３に相当する機能を内包している場合が多く、ＲＡＭ５０３とレジスタとは機能が等価であるため、本発明においてはＣＰＵに物理的に組み込まれている読み出し専用領域または一時記憶領域についても、それぞれＲＯＭ５０２またはＲＡＭ５０３であるとして取り扱う。これらの構成を特定するブロック図が図２３に示されている。

ＲＯＭ５０２には、ホバリング時の基準羽ばたき方のデータＦ、すなわち、図２２（実施の形態１では図４および図５）に示す態様を実現するための羽ばたき方のデータが格納されている。本実施の形態では、アクチュエータ２を用いて、図２２に示す態様の羽ばたき方を実現するためのパラメータとして、打ち上げ時および打ち下ろし時のそれぞれにアクチュエータ２に印加される電圧のパルス波形のデューティ比を特定するデータがＲＯＭ５０２に格納されている。なお、本実施の形態では、ホバリング時にアクチュエータ２に印加される電圧のパルス波形のデューティ比は０．９である。また、ＲＯＭ５０２には、基準羽ばたき方に所定の変換を加えるための変換量を特定する関数のデータＭと、この所定の変換対する浮上移動装置１の運動状態の変化の感度のデータＡｍとが格納されている。これらのデータＭおよびＡｍのそれぞれは、実施の形態１のものと同様のデータである。

なお、実際の浮上移動装置１では、データＭおよびＡｍのそれぞれは、たとえば、実施の形態１において説明したように、上下方向制御、前後方向制御、および仰角制御のそれぞれに対応して複数種類設けられている。また、データＭとデータＡｍとは、１対１で対応している。さらに、実際の制御では、複数種類のデータＭが組み合せられたアルゴリズムによって羽ばたき方の変換が行なわれる。

（アクチュエータの制御方法）
本実施の形態においては、説明の簡便のため、打ち上げ時および打ち下ろし時のそれぞれにおいて、アクチュエータ２に印加される電圧のパルス波形のデューティ比を変更することにより、アクチュエータ２の回転速度が制御されるものとする。デューティ比とアクチュエータ２の駆動周波数、すなわち回転角速度（回動角速度）との関係を図２４に示す。

ＣＰＵ５０１は、前述のデューティ比のデータに従ったアクチュエータ駆動パルスをアクチュエータ２に対して出力する。出力されたアクチュエータ駆動パルスは、ドライバ回路５０６によりアクチュエータ２の駆動信号に変換される。ドライバ回路５０６は、アクチュエータ駆動パルスが正の場合にはアクチュエータ２を時計回りに回転させる信号をアクチュエータ２に出力する。また、ドライバ回路５０６は、アクチュエータ駆動パルスが負の場合にはアクチュエータ２を反時計回りに回転させる信号をアクチュエータ２に出力する。さらに、ドライバ回路５０６は、アクチュエータ駆動パルスがゼロの場合にはアクチュエータ２を停止させる信号をアクチュエータ２に出力する。ＣＰＵ５０１によりドライバ回路５０６に与えられる信号の一例を模式的に図２５に示す。

なお、本実施の形態の浮上移動装置においては、基本羽ばたき方のデータとして、図４および図５に示すようなホバリング時の羽ばたき方を実現するようなデータが用いられる。この基本羽ばたき方のデータは、ドライバ回路５０６が出力するパルス波形のデューティ比を特定するデータであり、ＲＯＭ５０２に格納されている。

（制御におけるデータ処理）
浮上移動装置１は、現在の浮上移動装置の現在の運動状態を把握する手段として６自由度加速度センサ５０４を備えている。６自由度加速度センサ５０４は、現在の浮上移動装置1の加速度および角加速度を検出し、検出された値を浮上移動装置１の現在の運動状態を示す情報ＸとしてＣＰＵ５０１に送信する。これにより、ＣＰＵ５０１は、現在の運動状態を示す情報Ｘを用いて、現在の浮上移動装置１の速度、角速度、位置、および姿勢を算出する。

なお、速度は、加速度を一階積分することによって求められ、角速度は、角加速度を一階積分することにより求められる。また、位置は、加速度を二階積分することにより求められ、姿勢は、角加速度を二階積分することにより求められる。

本実施の形態では、説明の簡便のため、現在の運動状態を示す情報Ｘの初期値は既知であるものとするために、たとえば、離陸前の静止状態の運動状態、すなわち加速度および角加速度のいずれもがゼロであることを示すデータが、現在の運動状態を示す情報Ｘの初期値としてＲＡＭ５０３に格納されている。以上のようにして、ＣＰＵ５０１は、現在の運動状態を示す情報Ｘを取得する。ＣＰＵ５０１が取得した現在の運動状態を示す情報ＸはＲＡＭ５０３に格納される。

また、浮上移動装置１は、その目標とする運動状態を特定する指示信号Ｘｄを取得する動作指示入力部５０５を備えている。目標とする運動状態を特定する指示信号Ｘｄは、一般的には、浮上移動装置１の外部の装置から通信によって送信されてくるデータであるが、目標とする運動状態を特定する指示信号Ｘｄが得られるのであれば、いかなる手法が採用されてもよい。そのため、本実施の形態においては、外部装置による通信などに関する詳細な記述は行なわない。本実施の形態では、目標とする運動状態を特定する指示信号Ｘｄのうち加速度の情報が、動作指示入力部５０５からＣＰＵ５０１に与えられるものとする。これにより、ＣＰＵ５０１は、目標とする運動状態を特定する指示信号Ｘｄを取得する。ＣＰＵ５０１が取得した目標とする運動状態（加速度のデータ）を特定する指示信号Ｘｄは、ＲＡＭ５０３に格納される。

また、ＣＰＵ５０１は、目標とする運動状態を特定する指示信号Ｘｄと現在の運動状態（羽ばたき飛行の態様）を特定する情報Ｘを用いてアクチュエータ２の駆動態様を決定する。より具体的には、ＲＡＭ５０３に格納されている目標とする加速度の値から現在の加速度の値を減算する。それによって、加速度ベクトルの変化量を算出する。

さらに、ＣＰＵ５０１は、前述の実施の形態１において説明した制御アルゴリズムに従って、加速度ベクトルの変化量を用いて、基準羽ばたき方に対して加える変換の態様を決定する。その後、ＣＰＵ５０１は、変換された羽ばたき方を実現するために、ドライバ回路５０６に出力するアクチュエータ駆動パルスの波形の電位の時刻歴、すなわち、電圧波形のパルスの幅および電圧波形のパルス同士の間隔（時間）を算出する。それにより、ＣＰＵ５０１は、アクチュエータ駆動パルスのデューティ比を算出する。ドライバ回路５０６は、ＣＰＵ５０１から与えられたデューティ比のアクチュエータ駆動パルスを用いて、アクチュエータ２を駆動する。

なお、実施の形態１の各種制御手法は、全て、羽ばたきの特定位相領域または全領域における、羽ばたきの速度（周波数）の変更により行なうものとする。そのため、アクチュエータ駆動パルスのデューティ比の変更というような、一つのパラメータのみを変更する手法によって、羽ばたき方を変更することができる。

また、以後は説明の簡便のため、羽ばたき方の変更の一例として、上下方向の加速度の変更を制御する手法についてのみ説明がなされる。また、同様に、説明の簡便のため、現在の運動状態（情報Ｘ）としては、ホバリング状態、すなわち、速度、角速度、加速度、および角加速度のそれぞれがゼロである状態を採用する。また、ホバリング時の羽ばたき方を特定するデータとしては前述の基準羽ばたき方のデータＦが用いられるものとする。

（制御フロー）
本実施の形態の浮上移動装置１の制御フローは、図２７に示すようなもであり、そのフローの詳細を次に説明する。

(ステップ１) まず、図２３に示す６自由度加速度センサ５０４により取得された浮上移動装置１の現在の運動状態を示す６つの加速度のデータＸがＲＡＭ５０３に格納される。なお、６つの加速度のデータとは、図１３のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸のそれぞれに沿った方向の３つの並進運動の加速度のデータ、ならびに、図１３のＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸のそれぞれを中心軸とする３つの回転運動の角加速度のデータである。

(ステップ２) 次に、ＣＰＵ５０１は、動作指示入力部５０５において得られた目標とする運動状態を特定する指示信号Ｘｄ（目標とする６つの加速度のデータ）をＲＡＭ５０３に格納する。

(ステップ３) ＣＰＵ５０１は、目標とする運動状態を特定する指示信号ＸのうちＺ軸に沿った方向の並進運動の加速度Ｘｚから現在の運動状態を特定する情報ＸのうちのＺ軸に沿った方向の並進運動の加速度Ｘｄｚを減算する。それにより、ＣＰＵ５０１は、Ｚ軸に沿った方向の加速度ベクトルの変化量を算出する。

(ステップ４) ＣＰＵ５０１は、ＲＯＭ５０２に格納されている基準羽ばたき方のデータＦを変更するために、ＲＯＭ５０２内に記憶されている複数種類の関数の中から特定の関数のデータＭを選択する。本実施の形態では、制御の対象が上下方向の位置の変更であるため、関数のデータＭとして、羽ばたき周波数を増減させるための関数が選択される。関数のデータＭは、アクチュエータ２に印加される電圧パルス波形のデューティ比を増減させるものである。また、基準羽ばたき方を示すデータＦを変更する関数のデータＭが決定されることにより、関数のデータＭによってなされた羽ばたき方の変換に起因した浮上移動装置１の位置の変化の感度を示すデータＡｍも一意的に選択される。ここでは関数のデータＭは、デューティ比に変換を加えるための関数であり、感度のデータＡｍは、デューティ比の変更量に対する浮上移動装置１の加速度ベクトルの変化量のＺ軸方向の成分である。たとえば、Ａｍ＝１０．９である。

(ステップ５) ＣＰＵ５０１は、加速度ベクトルの変化量の垂直成分の値（Ｘｄ−Ｘ）を、感度を示すデータＡｍで除算し、基準羽ばたき方の変換量Ｃを算出する。例えばＸｄ−Ｘ＝０．５４５であれば、羽ばたき方の変換量Ｃ＝０．０５である。

(ステップ６) ＣＰＵ５０１は、変換量Ｃの羽ばたき方の変換を実行するために、基準羽ばたき方のデータＦにデータＭ（Ｃ）を作用させる。この場合、変換量Ｃ＝０．０５を、基準羽ばたき時のデューティ比である０．９に加える。したがって、アクチュエータ２に印加される電圧パルス波形のデューティ比が０．９５である場合の羽ばたき方（羽ばたき周波数）が求められる。なお、極端に大きくデューティ比を変更することによって、浮上移動装置１の姿勢が不安定になることが懸念される場合には、図２６に示すように、デューティ比を０．９から０．９５まで連続的に除々に変化させる手法が用いられることが望ましい。つまり、デューティ比を変更するための関数を微分した関数は連続関数になることが望ましい。なお、ディユーティ比の変更により羽ばたき動作の速度を変化させる、すなわち、基本羽ばたき方の時間軸を拡大または縮小することができる。

(ステップ７) ＣＰＵ５０１は、前述の変換されたデューティ比のデータを用いて作成されたアクチュエータ駆動パルスをドライバ回路５０６に与える。それによって、アクチュエータ２に与えられる駆動電流は、大きくなるように変化する。その結果、アクチュエータ２の回転速度が図２４に示されるように上昇する。その結果、上記の加速度ベクトルのＺ軸方向成分は増加する。すなわち、加速度は、増加して０．５４となる。

（浮上可能要件）
本発明者らの実験によれば、図２２に示す羽４の運動により発生する浮上力の最大値は、羽１枚あたり約０．１３ｇｆである。また、この浮上力を得る際に必要なアクチュエータ２の駆動トルクは最大約１ｇｆ・ｃｍである。

羽４の質量は約５ｍｇである。主軸３３の質量は約３ｍｇである。固定部材３４の質量は約２ｍｇである。被接触部材３５１，３５２の質量は約６ｍｇである。アクチュエータ２の質量は約８０ｍｇである。

浮上移動装置１は、支持構造９、制御部５および電源６の重量の合計が６８ｍｇ以内となるように構成されれば、浮上することが可能である。ただし、電源６を無線で供給し、無線送信される電源の変換部分および制御部５をワンチップに集積して、そのワンチップを支持構造９上にパッケージングすれば、支持構造９および制御部５の合計の質量が５〜１０ｍｇ以内となる。

さらに、アクチュエータ２の効率は今後の技術革新により向上させることが可能であるので、本実施の形態の浮上移動装置を浮上させることは実現可能である。

（駆動エネルギー供給方法）
本実施の形態の浮上移動装置１においては、駆動エネルギー供給方法は、浮上機能を損なわない限りその手法に制約はない。

たとえば、浮上移動装置１内に充電池または燃料電池等を内蔵する手法、または、外部のエネルギー供給源から電波を用いて、羽４に設けられたアンテナに電力を送電する手法などが考えられる。なお、本実施の形態の浮上移動装置１においては後者の手法を採用するものとする。

（補足）
上述した被接触部材、突起、および被接触部材移動機構は一例であり、浮上移動に支障無く、本実施の形態に示す羽ばたき方を実現することができるのであれば、浮上移動装置の駆動機構は上述した機構以外のものであってもよい。

本実施の形態の浮上移動装置１においては、現段階で浮上移動を実現することが可能である機構を提示するために、アクチュエータ２として超音波モータを用いたが、浮上移動装置１が浮上移動できるのであれば、超音波モータ以外の駆動源を用いてもよい。また、アクチュエータ２の運動は、最終的に伝達軸３３に前述した運動を行なわせるものであるならば特に限定が必要なものではない。たとえば、軽量化のために、リニアアクチュエータに高分子材料が用いられ、リンク機構によって伝達軸３３を運動させる手法が用いられてもよい。また、アクチュエータとして２サイクルエンジンのような往復運動が容易な内燃機関が用いられてもよい。

また、伝達軸３３および羽４の運動も、本実施の形態に示したものに限定されない。例えば、完全な剛体の伝達軸３３を製造することは困難であり、伝達軸３３がしなることも考えられる。この場合は、浮上移動装置１は、伝達軸３３の先端が横向きの８の字を描くように運動するものであってもよい。極端に柔らかく、浮上力を損なうような伝達軸３３でない限りこれは、伝達軸３３はいかなるものであってもよい。また、アクチュエータ２の回転半径が無限に大きいと仮定すると、伝達軸３３は、単純に往復運動を行なうものと考えられる。この仮定の場合においても、本発明の羽ばたき方の変更手法を適用することは可能である。

また、羽４の形状は、浮上移動装置が浮上移動可能なものの一例であり、浮上移動を実現することが可能であるならば、羽４の構成または材料などは、他の構成または材料であってもよい。たとえば、羽４の厚さは一様である必要はない。また、金属膜をスパッタリングするなどの手法により、部分的に剛性を変化させて空力特性を変更する手法を用いて作成された羽が用いられてもよい。

また、回転角制限機構が制限する回転の範囲は一定である必要はない。図１７に示されるように、空力による羽の変形の態様は異なるため、最適な迎え角を維持するために、回転角制限機構が制限する回転の範囲を適宜変更するように制御することによって、浮上力を効率的に発生させることができる。

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。

（ａ）は、実施の形態１の浮上移動装置の制御の概念を表すブロック図であり、（ｂ）は、実施の形態１の浮上移動装置の制御における信号の流れを表す図である。 実施の形態１の浮上移動装置の主要な構成要素を表す説明図である。 実施の形態１の羽のモデルを説明するための図である。 実施の形態１において、基準羽ばたき方が行なわれた場合の、羽の上に想定された点の運動の様子を示すグラフである。 実施の形態１において、基準羽ばたき方が行なわれた場合の、羽の上に想定されたもう１点の運動の様子を示すグラフである。 実施の形態１において説明されたシミュレーションに用いられた要素分割された空間の斜視図である。 実施の形態１の羽ばたき周波数を変更したときの浮上移動装置の運動状態の変化の様子を示す第１のグラフであり、（ａ）は、浮上移動装置の位置の変化の様子を示すグラフであり、（ｂ）は浮上移動装置の仰角の変化の様子を示すグラフである。 実施の形態１において、羽ばたき周波数を部分的に変更することを説明するためのグラフである。 実施の形態１の羽ばたき動作の速度が部分的に変更されたときの浮上移動装置の運動状態の変化の様子を示すグラフであり、（ａ）は、浮上移動装置の位置の変化の様子を示すグラフであり、（ｂ）は浮上移動装置の仰角の変化の様子を示すグラフである。 実施の形態１において、重心の位置を移動したときの浮上移動装置の運動状態の変化の様子を示すグラフであり、（ａ）は、浮上移動装置の位置の変化の様子を示すグラフであり、（ｂ）は浮上移動装置の仰角の変化の様子を示すグラフである。 実施の形態１の浮上移動装置の羽ばたき動作のストローク面の変化の様子を示す図であり、（ａ）は、ストローク面を変更した後の状態を示す図であり、（ｂ）は、ストローク面を変更する前の状態を示す図である。 実施の形態１において、ストローク面が水平面となす角度を変更したときの浮上移動装置の運動状態の変化の様子を示すグラフであり、（ａ）は、浮上移動装置の位置の変化の様子を示すグラフであり、（ｂ）は浮上移動装置の仰角の変化の様子を示すグラフである。 実施の形態２の浮上移動装置の主要な構成を示す図である。 実施の形態２の浮上移動装置の駆動機構の概略構成を示す図である。 実施の形態２の浮上移動装置の駆動機構の運動の様子を説明するための図である。 実施の形態２の浮上移動装置の剛体の羽部が行なう運動の態様を説明するための図である。 実施の形態２の浮上移動装置の弾性変形する羽部の挙動を示す図である。 実施の形態２の浮上移動装置の羽部の挙動を表す角度を説明するための図である。 実施の形態２の浮上移動装置の被接触部材移動機構の概略を説明するための図である。 実施の形態２の浮上移動装置の羽部の形状の概略を示す図である。 実施の形態２の浮上移動装置の羽部の剛性を表すグラフである。 実施の形態２の浮上移動装置の羽部の運動を表すグラフである。 実施の形態２の浮上移動装置の信号の流れを表すブロック図である。 実施の形態２の浮上移動装置のドライバ回路に与えられるアクチュエータ駆動パルスのデューティ比と、そのパルスにより実現される羽ばたき周波数との関係を表すグラフである。 実施の形態２の浮上移動装置のアクチュエータ駆動パルスの一例を示すグラフである。 実施の形態２の浮上移動装置のデューティ比の変更の態様を示すグラフである。 実施の形態２の浮上移動装置の制御のフローチャートである。

符号の説明

９０ 浮上移動装置、９０１ 制御部、９０２ 指示受信部、９０３ センサー部、９０４ 羽、９０５ 駆動部、９０７ 胴体。

Claims (11)

1. 流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽部と、
   前記羽部を駆動する駆動部と、
   前記駆動部の駆動態様を制御する制御部と、
   前記制御部において前記駆動態様を決定するためのデータが記憶された記憶部とを備えた浮上移動装置であって、
   前記記憶部は、
   前記羽部の基準となる羽ばたき方を特定する基準羽ばたき方データと
   前記基準羽ばたき方に所定の変換を加えるための関数のデータと、
   前記所定の変換に起因した前記羽ばたき飛行の態様の変化の度合を特定可能な感度のデータとを含み、
   前記制御部は、
   外部から入力された目標とすべき羽ばたき飛行の態様を特定するデータと、前記感度のデータとを用いて、前記基準羽ばたき方データの変換量を算出する算出手段と、
   前記基準羽ばたき方データの変換量と前記関数のデータとを用いて、前記基準羽ばたき方データを特定の羽ばたき方データに変換する変換手段と、
   前記特定の羽ばたき方データを用いて、前記駆動部を駆動するための信号を前記駆動部に出力する出力手段とを含む、浮上移動装置。
2. 前記基準羽ばたき方データは、前記羽部が周期運動を行なうように設定されたデータである、請求項１に記載の浮上移動装置。
3. 前記基準羽ばたき方のデータは、前記周期的な運動の各周期の同位相のデータを時系列的に表した場合、当該浮上移動装置の運動が等加速度運動となる羽ばたき方のデータである、請求項２に記載の浮上移動装置。
4. 前記基準羽ばたき方のデータは、前記周期的な運動の各周期の同位相のデータを時系列的に表した場合、当該浮上移動装置の運動が等角加速度運動となる羽ばたき方のデータである、請求項２に記載の浮上移動装置。
5. 前記基準羽ばたき方データは、前記浮上移動装置がホバリングする場合の羽ばたき方のデータである、請求項１に記載の浮上移動装置。
6. 前記関数のデータは、前記基準羽ばたき方データのうちの特定の位相の区間のみに変換を加えるデータである、請求項２に記載の浮上移動装置。
7. 前記特定の区間は、前記羽部の打ち上げの区間、前記羽部の打ち下ろしの区間、または前記羽部の切り返しの区間である、請求項６記載の浮上移動装置。
8. 前記所定の変換は、前記基本羽ばたき方のデータの時間軸を変更することにより行なわれる、請求項２に記載の浮上移動装置。
9. 前記時間軸の変更は、前記時間軸を変更するための関数を時間で微分することにより得られる関数が連続関数となるように、行なわれる、請求項８記載の浮上移動装置。
10. 前記関数のデータは、複数種類設けられており、
    前記変換手段は、前記目標とすべき羽ばたき飛行の態様を特定するデータの種類に応じて、前記複数種類の関数のデータの中から特定の関数のデータを選択し、前記特定の関数を用いて、前記所定の変換を行なう、請求項１に記載の浮上移動装置。
11. 前記関数のデータは、複数種類設けられており、
    前記変換手段は、複数種類の前記関数のデータを組み合せたデータを用いて前記所定の変換を行なう、請求項１に記載の浮上移動装置。

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