JP2007253946A - Robot system, flapping device used for it and flapping flight controller - Google Patents

Robot system, flapping device used for it and flapping flight controller Download PDF

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Masaki Hamamoto
将樹 濱本
Yoshiji Oota
佳似 太田
Keita Hara
圭太 原
Kenji Ota
賢司 太田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a robot system or the like provided with a robot capable of being moved not depending on an obstacle or the like at an environment where existing human being acts. <P>SOLUTION: The robot system is provided with the robot 90 as a flapping device for performing flapping flight in a space existing with a fluid by flapping motion; an acceleration sensor 51 and an angular acceleration sensor 52 for obtaining acceleration and angular acceleration of the robot 90; and a base station as a flapping flight control device for controlling the form of the flapping flight of the robot 90. The base station controls the form of the flapping flight utilizing information of acceleration and information of angular acceleration obtained by the acceleration sensor 51 and the angular acceleration sensor 52. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、ロボットシステムに関し、特に、羽の打ち上げ動作と打ち下ろし動作によって流体中を羽ばたき飛行する羽ばたき装置を用いたロボットシステム、それに用いられる羽ばたき装置、および、羽ばたき飛行制御装置に関するものである。   The present invention relates to a robot system, and more particularly, to a robot system using a flapping device that flutters and flies in a fluid by a wing launching operation and a downing operation, a flapping device used therefor, and a flapping flight control device.

近年、人間の生活環境において活動するロボットが求められている。たとえば、ロボットシステムの一例として、第14回日本ロボット学会学術講演会、予稿集、講演番号1M1−5−7においては、赤外線による火災もしくは侵入者検出センサをはじめ、種々の警備目的のセンサを搭載した、オフィス警備のロボットが発表されている。
第14回日本ロボット学会学術講演会、予稿集、講演番号1M1−5−7
In recent years, there has been a demand for robots that operate in human living environments. For example, as an example of a robot system, the 14th Annual Conference of the Robotics Society of Japan, Proceedings, Lecture No. 1M1-5-7 is equipped with sensors for various security purposes including infrared fire or intruder detection sensors. An office security robot has been announced.
The 14th Annual Conference of the Robotics Society of Japan, Proceedings, Lecture Number 1M1-5-7

しかしながら、家庭内やオフィスなどにおいて、従来のロボットでは、車輪を用いて移動するものは障害物を避けて自由に移動することができず、十分な機動性を有していなかったため、警備できる範囲が限られていた。以下その例を説明する。   However, in homes and offices, conventional robots that move using wheels cannot move freely avoiding obstacles and do not have sufficient mobility. Was limited. Examples thereof will be described below.

たとえば、上述の警備ロボットは、移動機構として直径約40cmの車輪を用いている。このため、ロボット本体の幅、奥行ともに60cm程度のサイズであり、回転にはおおむね直径1mのスペースが必要である。しかし、これだけのサイズのロボットであっても、実際に乗り越えられる段差は10cm程度である。すなわち、半径50cm以内に10cm以上の段差が存在しない領域しか警備できず、用途はオフィスの廊下に限定されるという欠点があった。当然、オフィスの廊下のみしか警備ができないために、窓などからオフィスの居室に入り込んだ侵入者を発見できないという問題を伴う。   For example, the above-described security robot uses wheels having a diameter of about 40 cm as a moving mechanism. For this reason, both the width and the depth of the robot main body are about 60 cm in size, and a space of about 1 m in diameter is required for rotation. However, even with a robot of this size, the step that can actually be overcome is about 10 cm. That is, there is a disadvantage that only an area where there is no step of 10 cm or more within a radius of 50 cm can be guarded, and the use is limited to an office corridor. As a matter of course, since only the office corridor can be guarded, there is a problem that an intruder entering the office room through a window or the like cannot be found.

また、重力が100kgを超えるために、衝突、転倒などの際の安全上の制約等から、最大速度が0.5m/sec止まりであり、機動性に乏しく、巡回効率が非常に悪いという問題もあった。しかし、軽量化と小回りの良さを目的として車輪を小さくすると、電気のコードや、部屋と部屋、部屋と廊下の間の数cm程度の段差が乗り越えられなくなってしまう。すなわち、従来のロボットでは、段差を乗り越えられる程度の大きさの車輪を有するロボットは大型で小回りのきかないものにならざるを得ず、障害物を避けてオフィスの居室を警備することは、こういった従来のロボットには不可能であった。   In addition, since the gravity exceeds 100 kg, the maximum speed is only 0.5 m / sec due to safety restrictions in the event of a collision or falling, etc., resulting in poor mobility and very poor traveling efficiency. there were. However, if the wheels are made small for the purpose of weight reduction and good turning, it becomes impossible to get over an electric cord or a step of about several centimeters between rooms and between rooms and hallways. In other words, with conventional robots, robots with wheels that are large enough to overcome steps must be large and cannot be turned around, and guarding office rooms avoiding obstacles is as follows: Such a conventional robot was impossible.

また、この警備ロボットは車輪を用いた移動のため、異なる階を警備するための移動にはエレベータが必要で、かつ、ロボットがエレベータを操作できる機構をエレベータに付加する必要があった。さらに、オフィスの居室までを警備させようとすると、ロボットがオフィスのドアロックを操作できる機構をドアに付加する必要があった。このため、安価に簡便に導入することは不可能であった。   Further, since the security robot uses wheels to move, an elevator is necessary for movement to guard different floors, and a mechanism that allows the robot to operate the elevator needs to be added to the elevator. Furthermore, in order to guard the office room, it is necessary to add a mechanism to the door that allows the robot to operate the office door lock. For this reason, it was impossible to introduce it inexpensively and easily.

すなわち、従来提案されてきた警備ロボットは、導入に非常にコストがかかる上に、多大なコストを払って導入したとしても、ロボットが警備可能な範囲が、たとえば、オフィスの廊下といった領域に限られてしまい、結局、コストに見合ったメリットが得られないというのが実情であった。   In other words, the security robots that have been proposed in the past are very expensive to introduce, and even if they are introduced at a great cost, the range in which the robot can be guarded is limited to areas such as office corridors. In the end, the actual situation was that we could not get a merit that matched the cost.

本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、障害物の多い環境においても障害物に制約されることなく移動させることができる装置を用いたロボットシステム、それに用いられる羽ばたき装置、および、羽ばたき飛行制御装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a robot system using an apparatus that can be moved without being restricted by an obstacle even in an environment with many obstacles. A flapping apparatus and a flapping flight control apparatus are provided.

また、上記の羽ばたき装置においては、動作音が大きく、筐体も大きいため、侵入者から発見されやすく、侵入者の情報をロボットがカメラなどを用いて得ることができる範囲に侵入者が入らないうちに侵入者がロボットを認識してしまうため、ロボットの警備範囲を避けながら、侵入者がその目的を果たすことを可能にしてしまうという問題があることが分かった。   In the above flapping apparatus, since the operation sound is loud and the housing is large, it is easy to be detected by an intruder, and the intruder does not enter a range where the robot can obtain information on the intruder using a camera or the like. It turns out that there is a problem that the intruder recognizes the robot, and that the intruder can fulfill the purpose while avoiding the security range of the robot.

本発明は、さらに前述の問題を解決するためになされたものであり、他の目的は、静かに浮上することができる羽ばたき装置を備えたロボットシステム、それに用いられる羽ばたき装置、および、羽ばたき飛行制御装置を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems. Another object of the present invention is to provide a robot system including a flapping apparatus capable of quietly rising, a flapping apparatus used therefor, and flapping flight control. Is to provide a device.

本発明のロボットシステムは、羽ばたき運動により流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽ばたき装置と、羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様に関する羽ばたき関連物理量を取得するための羽ばたき関連物理量取得手段と、羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様を制御する羽ばたき飛行制御装置とを備えている。また、羽ばたき飛行制御装置は、羽ばたき関連物理量取得手段により得られた羽ばたき関連物理量の情報を利用して、羽ばたき飛行の態様を制御し、羽ばたき装置は、32Hz以下の周波数で羽ばたくことが可能である。これによれば、羽ばたき装置が人に認識されることを回避することができるロボットシステムが提供される。   A robot system according to the present invention includes a flapping apparatus for flapping and flying in a space where a fluid exists by flapping motion, a flapping related physical quantity acquisition means for acquiring flapping related physical quantities related to flapping flight modes of the flapping apparatus, and a flapping apparatus And a flapping flight control device for controlling the flapping flight mode. The flapping flight control device controls flapping flight using the flapping related physical quantity information obtained by the flapping related physical quantity acquisition means, and the flapping device can flutter at a frequency of 32 Hz or less. . According to this, the robot system which can avoid that a flapping apparatus is recognized by the person is provided.

本発明の羽ばたき装置は、羽ばたき運動により流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽ばたき装置であって、羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様に関する羽ばたき関連物理量を取得するための羽ばたき関連物理量取得手段と、羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様を制御する羽ばたき飛行制御を実行する羽ばたき飛行制御装置とを備えたロボットシステムにおいて用いられる。羽ばたき飛行制御装置は、羽ばたき装置の外部に設けられ、羽ばたき装置を遠隔制御するための遠隔制御装置である。また、羽ばたき装置は、遠隔制御装置によって、羽ばたき関連物理量取得手段により得られた羽ばたき関連物理量の情報が利用されて、羽ばたき飛行の態様が制御され、32Hz以下の羽ばたき周波数で羽ばたくことが可能である。これによれば、羽ばたき装置は人に認識されることを回避することができる。   The flapping apparatus of the present invention is a flapping apparatus for flapping and flying in a space where fluid exists by flapping motion, and flapping related physical quantity acquisition means for acquiring flapping related physical quantities related to the flapping flight mode of the flapping apparatus, The present invention is used in a robot system including a flapping flight control device that performs flapping flight control for controlling the flapping flight mode of the flapping device. The flapping flight control device is a remote control device that is provided outside the flapping device and remotely controls the flapping device. In addition, the flapping apparatus uses the flapping-related physical quantity information obtained by the flapping-related physical quantity acquisition means by the remote control device, controls the flapping flight mode, and can flutter at a flapping frequency of 32 Hz or less. . According to this, flapping apparatus can avoid being recognized by a person.

羽ばたき飛行制御装置は、羽ばたき運動により流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様を制御する羽ばたき飛行制御装置であって、羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様に関する羽ばたき関連物理量を取得するための羽ばたき関連物理量取得手段を備えたロボットシステムにおいて用いられる。羽ばたき飛行制御装置は、羽ばたき装置の外部に設けられ、羽ばたき装置を遠隔制御するための遠隔制御装置として機能し、羽ばたき関連物理量取得手段により得られた羽ばたき関連物理量の情報を利用して、羽ばたき装置の前記羽ばたき飛行の態様を制御し、32Hz以下の羽ばたき周波数で羽ばたき装置を羽ばたかせる制御を行うことが可能である。これによれば、羽ばたき装置が人に認識されることを回避する制御を実現することができる。   The flapping flight control device is a flapping flight control device that controls the flapping flight mode of the flapping device for flapping flight in a space where fluid exists by flapping motion, and flapping related physical quantities related to the flapping flight mode of the flapping device. Used in a robot system equipped with flapping related physical quantity acquisition means for acquisition. The flapping flight control device is provided outside the flapping device, functions as a remote control device for remotely controlling the flapping device, and uses the flapping related physical quantity information obtained by the flapping related physical quantity acquisition means, It is possible to control the flapping flight of the flapping apparatus at a flapping frequency of 32 Hz or less. According to this, it is possible to realize control for avoiding that the flapping apparatus is recognized by a person.

以下、本実施の形態の実施の形態に係るロボットシステムを、警備ロボットシステムを例にして説明する。   Hereinafter, the robot system according to the embodiment of the present embodiment will be described by taking a security robot system as an example.

(システム構成)
まず、本実施の形態におけるシステムの構成を、図1を用いて説明する。
(System configuration)
First, the configuration of the system in the present embodiment will be described with reference to FIG.

本実施の形態におけるシステムは、作業空間92と、作業空間92に配置され、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ロボット90と、このロボット90と情報を交換できるベースステーション91とからなる。   The system in the present embodiment is arranged in a work space 92, a work space 92, a robot 90 that can float and move in the space, and can acquire or change a physical quantity in the space, and information on the robot 90 and information And a base station 91 capable of exchanging.

より具体的には、ロボット90とベースステーション91とにより、ロボット90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、侵入者93を検出し、検出された侵入者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侵入者93に警告を発する。   More specifically, the intruder 93 is detected by the robot 90 and the base station 91 by acquiring the amount of infrared rays using an infrared sensor mounted on the robot 90, and a light emitting diode is detected with respect to the detected intruder 93. The intruder 93 is warned by irradiating visible light using 8.

(ロボットの説明)
(主要な構成と主要な機能)
まず、ロボット90の主要な構成について図2を用いて説明する。
(Robot description)
(Main configuration and main functions)
First, the main configuration of the robot 90 will be described with reference to FIG.

図2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31が取付けられ、左アクチュエータ22には左羽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。   As shown in FIG. 2, the robot 90 has a support structure 1 as a main structure, and each component is arranged on the support structure 1. A right actuator 21 and a left actuator 22 are fixed to the upper part of the supporting action 1. A right wing 31 is attached to the right actuator 21, and a left wing 32 is attached to the left actuator 22. In addition, an electrode 61 is disposed in the lower part.

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。   Each of the actuators 21 and 22 can rotate the attached wings 31 and 32 with three degrees of freedom around the fulcrum of the actuator. The rotation of each actuator 21, 22 is controlled by a control circuit 4 mounted on the support structure 1. The detailed structure of each actuator will be described later.

なお、図2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。   Note that the center of gravity O of the robot 90 in the state of FIG. 2 is vertically below the midpoint A0 of the rotation center of the left and right actuators 21 and 22.

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。   The support structure 1 includes an acceleration sensor 51, an angular acceleration sensor 52, and a pyroelectric infrared sensor 53.

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。   A communication device 7 is disposed on the support structure 1. The communication device 7 transmits / receives information to / from the base station 91.

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装置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。   In the control device 4, the flying state of the flapping device is detected based on the information sent from the acceleration sensor 51 and the angular acceleration sensor 52, and the pyroelectric infrared is detected based on the information sent from the pyroelectric infrared sensor 53. Information on the heat generation source in the sensor detection region 531 is acquired. These pieces of information are transmitted to the base station 91 via the communication device 7.

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。   Further, the control device 4 controls ON / OFF of the light emitting diodes 8 arranged on the support structure 1.

また、通信装置7はベースステーション91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21,22、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。   In addition, the communication device 7 receives an instruction signal from the base station 91. The control device 4 calculates the operation of each of the actuators 21 and 22 and the light emitting diode 8 according to this instruction signal, and determines the respective driving. Driving power for the left and right actuators 21 and 22, the control device 4, the sensors 51 to 53, the communication device 7, the light emitting diode 8, and the like is supplied by a power source 6.

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。   The power source 6 is a secondary battery, and is charged by electric power supplied via the electrode 61. Further, the electrode 61 also serves as a positioning pin, and can be localized in a posture determined by the positioning hole in the base station 91.

なお、図2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。   In FIG. 2, the electrode 61 includes two pins, a positive electrode and a negative electrode, but a configuration including three or more pins including a charging state detection pin and the like is also possible.

(支持構造)
次に、支持構造1について図2を用いてより詳細に説明する。
(Support structure)
Next, the support structure 1 will be described in more detail with reference to FIG.

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。この羽ばたき装置の支持構造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(PET)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。   It is preferable that the support structure 1 is sufficiently lightweight while ensuring mechanical strength. In the flapping apparatus support structure 1, polyethylene terephthalate (PET) aligned in a substantially spherical shell shape is used. Support legs 11 are arranged at the lower part of the support structure 1 so as not to fall down when landing. This support leg 11 is not essential if the landing stability is ensured or the landing stability is not a functional problem.

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2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。   Further, the material and shape of the support structure 1 are not limited to those shown in FIG. 2 as long as the performance is not impaired in flight. In particular, the material of the support structure 1 is preferably lightweight and highly rigid.

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。   For example, by using a composite material in which organic substances such as chitosan used in organisms such as crabs and shrimps and inorganic substances such as silica gel are hybridized at the molecular level, the crab and shrimp exoskeleton has a light weight. Although it has a strong property, it is easy to shape, and the optimal composition value originally possessed by a living organism can be used as it is. It is also less harmful to the environment.

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。   Moreover, a highly rigid support structure can also be constructed by using calcium carbonate, which is a shell material, instead of the aforementioned chitosan.

また、アクチュエータや羽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。   Further, the arrangement shape of the actuators and wings is not limited to the mode shown in the present embodiment.

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2に示した姿勢となるように、重心の位置を羽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の流体力の差が最も小さくて済むので、羽ばたき装置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。   In particular, in the present embodiment, with emphasis on the stability of levitation, the position of the center of gravity is positioned below the mechanical action center point of the wing so that the posture shown in FIG. Since the difference between the fluid forces of the left and right wings required for posture control is minimized when the center of gravity and the position of the mechanical action point coincide with each other, the posture of the flapping apparatus can be easily changed. Therefore, depending on the application, a design that prioritizes such ease of posture control can be considered.

(浮上機構)
(羽とその動作)
次に、羽とその動作について図2〜図5を用いて説明する。
(Floating mechanism)
(Wings and their movements)
Next, the wing and its operation will be described with reference to FIGS.

説明の簡便のため、図2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。   For convenience of explanation, a coordinate system in FIG. 2 is defined. First, the center of the support structure 1 is the origin. Further, the direction of gravitational acceleration is assumed to be the downward direction, and the opposite is the upward direction. The z-axis is defined upward from the origin. Next, the direction connecting the shape center of the right actuator 21 and the shape center of the left actuator 22 is defined as the left-right direction, and the y-axis is defined from the origin toward the left wing. Further, the x-axis is defined as the cross product direction in the right-hand system of the y-axis and the z-axis from the origin, and hereinafter this is referred to as the front and the opposite direction is referred to as the rear.

また、図2は、右羽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本羽ばたき装置の重心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22のロータ229はほぼ球状であり、主軸321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21についても同様である。   Also, FIG. 2 shows the flapping apparatus on a line drawn in the direction of gravitational acceleration from the midpoint A0 of the mechanical action point A1 of the right wing 31 with respect to the right actuator 21 and the mechanical action point A2 of the left wing 32 with respect to the left actuator 22. Is the state where the center of gravity O is located. In the present embodiment, the rotor 229 of the left actuator 22 is substantially spherical, and the left wing 32 is disposed so that the spherical center of the rotor 229 is positioned on the extension line of the main shaft 321. The mechanical action point A2 for the left actuator 22 and the fulcrum of the rotational movement of the main shaft 321 are located at this spherical center. The same applies to the right actuator 21.

以後、前述したx軸、y軸、z軸は図2の状態において支持構造1に対して固定された、本羽ばたき装置固有の座標系であるとする。   Hereinafter, it is assumed that the above-described x-axis, y-axis, and z-axis are coordinate systems unique to the flapping apparatus fixed to the support structure 1 in the state of FIG.

一方、羽ばたき装置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。   On the other hand, with respect to the fixed coordinate system of the flapping apparatus, the x ′ axis, the y ′ axis, and the z ′ axis are defined as space coordinates having an arbitrary point fixed in space as the origin. As a result, the coordinates of the work space 92 in which the robot 90 moves are represented using the coordinates of the x ′ axis, the y ′ axis, and the z ′ axis, and the unique coordinates in the robot 90 are the x axis, the y axis, and the z axis. It is expressed using the coordinates of each axis.

次に、羽の構造について説明する。たとえば、左羽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321は左羽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。また、膜323は、人に気づかれ難いように保護色になっている。なお、膜323が透明であっても同等の効果が得られる。   Next, the structure of the wing will be described. For example, the left wing 32 is formed by stretching a film 323 on a support member on which a branch 322 of the main shaft 321 grows. The main shaft 321 is arranged at a position closer to the front in the left wing 322. Further, the branch 322 faces downward as it goes forward. The film 323 has a protective color so that it is difficult for a person to notice it. The same effect can be obtained even if the film 323 is transparent.

左羽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322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、羽全体の剛性を高める働きをしている。   The left wing 32 has an upward convex cross-sectional shape. As a result, a high rigidity can be obtained with respect to the force received from the fluid, particularly during downing. The main shaft 321 and the branch 322 each have a carbon graphite hollow structure for weight reduction. The membrane 323 has a spontaneous tension in the shrinking direction on its inner surface, and functions to increase the rigidity of the entire wing.

本発明者らが実験に用いた羽の主軸321の直径は、支持構造1に支持された根元の部分では100μm、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。   The diameter of the main shaft 321 of the wing used in the experiment by the present inventors was 100 μm at the root portion supported by the support structure 1 and 50 μm at the tip portion, and the main shaft 321 became thinner from the root toward the tip portion. Tapered shape. The film 323 is made of polyimide and has a size of about 1 cm in the front-rear direction, about 4 cm in the left-right direction, and a thickness of about 2 μm.

なお、図3に示された左羽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31はxz平面を挟んで左羽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。   In the left wing 32 shown in FIG. 3, the thickness of the main shaft 321 is enlarged for explanation. The right wing 31 (not shown) is attached to the support structure so as to be mirror-symmetrical with the left wing 32 across the xz plane.

次に、羽の動作の表現について左羽32を例に挙げて説明する。
左アクチュエータ22は、左羽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32の姿勢を、図2の状態に基づき以下のように定義する。
Next, the expression of the movement of the wing will be described by taking the left wing 32 as an example.
The left actuator 22 can move the left wing 32 with three degrees of freedom of rotation. That is, the driving state of the left wing 32 can be expressed by its posture. For the sake of simplicity, the posture of the left wing 32 is defined as follows based on the state shown in FIG.

まず、図4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。   First, as shown in FIG. 4, the axis is parallel to the xy plane including the fulcrum of rotation (mechanical action point A2) and the axes (// x, // y) parallel to the x-axis and y-axis, respectively. With reference to the plane, the angle formed by the line connecting the point A2 and the root of the main axis 321 of the left wing 32 with the plane is defined as the flapping stroke angle θ. The point A2 is based on a plane parallel to the yz plane including the fulcrum (mechanical action point A2) of the rotational movement of the shaft and the axes (/ y, // z) parallel to the y axis and the z axis, respectively. An angle formed by the line segment connecting the base of the main axis 321 of the left wing 32 and the plane thereof is defined as a declination α.

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。   At this time, the stroke angle θ is assumed to be positive above the plane parallel to the xy plane and negative below the plane. The declination α is positive in front of a plane parallel to the yz plane and negative in back.

そして、図5に示すように、左羽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。   Then, as shown in FIG. 5, the tangent plane p1 of the film 323 at the root of the main axis 321 of the left wing 32 has an axis (// x) passing through the point A2 and parallel to the x axis and a plane p0 including the main axis 321. The angle formed is defined as the twist angle β. At this time, the torsion angle β is positive when viewed clockwise from the root of the main shaft 321 toward the tip.

(アクチュエータ)
次に、アクチュエータについて図6および図7を用いて説明する。
(Actuator)
Next, the actuator will be described with reference to FIGS.

本実施の形態において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)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。   In the present embodiment, the actuator is driven by a signal wave generated using a piezoelectric element (piezo) because the torque is large, the reciprocating motion can be easily realized, and the structure is simple. An actuator generally called an ultrasonic motor is used.

図6に示すのは市販の超音波モータ23である。これは、図6(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6(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。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6(c)に、ハッチングとの黒塗りつぶしに分けて示す。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先端が円周方向に沿って楕円運動を行なう。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沿って搬送することができる。   FIG. 6 shows a commercially available ultrasonic motor 23. As shown in FIG. 6 (a), the projections 232 to 237 on the aluminum disc 231 with the piezoelectric element 230 attached to the lower surface thereof form six regular hexagons centered on the center of the disc. Further, the piezoelectric element 230 has a structure in which an electrode 238 divided into 12 parts in the circumferential direction is disposed on the lower surface of the piezoelectric element 230. An outline of this structure is shown in FIG. Every other electrode is electrically short-circuited, and a voltage is applied with reference to the disk 231. That is, voltages with different phases are applied to the piezoelectric element 230. This state is shown in FIG. 6C by dividing it into black paint with hatching. By applying a voltage to each of these in different temporal patterns, a signal wave is generated on the disk 231 and the tips of the protrusions 232 to 237 perform elliptical motion along the circumferential direction. The stator is configured as described above, and this stator can convey the rotor 239 arranged in contact with the stator along the circumferential direction by the elliptical motion of the tips of the protrusions 232 to 237 described above.

この超音波23のトルクは1.0gf・cm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。   The torque of the ultrasonic wave 23 is 1.0 gf · cm, and the no-load rotation speed is 800 rpm. The maximum current consumption is 20 mA. The diameter of the disk 231 is 8 mm, and the interval between the protrusions 232 to 237 is 2 mm. The thickness of the disc 231 is 0.4 mm, and the height of the protrusions 232 to 237 is about 0.4 mm. The driving frequency of the piezoelectric element 230 was 341 kHz.

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31は、図7(b)に示すごとく、球殻状のロータ219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。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、表面に右羽主軸311が配されている。ステータ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)にロータを搬送させる操作を行なうと、右羽主軸311は図7(b)に示すθの方向に移動する。   In the present embodiment, an actuator using the stator portion is used. As shown in FIG. 7B, the right actuator 31 has a structure in which a spherical shell-shaped rotor 219 is sandwiched and held by a stator 210 and a bearing 211 similar to the above-described stator. However, the contact portion of the stator 210 with the rotor 219 is processed into a shape that matches the rotor surface. The rotor 219 is a spherical shell having an outer diameter of 3.1 mm and an inner diameter of 2.9 mm, and a right wing spindle 311 is disposed on the surface. When the rotor is conveyed clockwise as viewed toward the surface with the stator protrusion (hereinafter, this is forward rotation, and the reverse rotation is referred to as reverse rotation), the right wing spindle 311 is shown in FIG. It moves in the direction of θ shown in FIG.

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7(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210の0.7倍である。   Further, in order to drive the rotor 219 with three degrees of freedom, the upper auxiliary stator 212 and the lower auxiliary stator 213 are arranged together with the bearings 214 and 215 as shown in FIG. Each auxiliary stator is 0.7 times as large as the stator 210.

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。   Although the driving directions of the stators are not necessarily orthogonal, the rotor 219 can be driven with three degrees of freedom by a combination of these movements in order to give rotation to independent elements.

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。   For example, if the rotor 219 is forwardly rotated by the upper auxiliary stator 212 and is also forwardly rotated by the lower auxiliary stator 213, the rotor 219 is reversely rotated by the upper auxiliary stator 212 in the β direction, which is the configuration, If a positive rotation is given by the auxiliary stator 213, the auxiliary stator 213 rotates in the α direction.

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。   In actual driving, if two rotations having different rotation centers are performed, the efficiency decreases due to friction. For example, the upper auxiliary stator 212 and the lower auxiliary stator 213 are alternately operated in a very short period, In the meantime, it is desirable to use a driving method in which the protrusion of the stator that is not operating does not contact the rotor 219. This can be realized by adding a voltage in the contraction direction of the piezoelectric element to all the electrodes of the stator without adding any special component.

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主軸311に与えることができる。   In addition, since the frequency of the piezoelectric element is 300 kHz or higher, which is sufficiently high compared with the flapping frequency of about 100 Hz at most, even if the actuator is operated alternately, a substantially smooth movement can be given to the right wing spindle 311. .

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。   As described above, a three-degree-of-freedom actuator having characteristics equivalent to those of a commercially available ultrasonic motor used by the present inventors for study is configured.

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。   During generation of the stator, the amplitude of the signal wave is on the order of submicrons, and this rotor is required to have a sphericity of this order. The processing accuracy of parabolic mirrors used in consumer optical products is several tens of nm, and the processing accuracy of optical components used in optical interferometers is about several nanometers. The rotor can be manufactured by the current processing method technology.

なお、上記の構成は、本発明における3自由度の運動を羽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。   The above configuration is only one example in which the actuator for imparting the motion of three degrees of freedom to the wing in the present invention is configured by an ultrasonic motor, and the arrangement, size, material, driving method, and the like of each component are as follows. This does not apply if the physical functions required for flapping flight, such as torque, can be realized.

また、当然、羽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5−169567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の動作を実現できるため可能である。   Of course, the wing drive mechanism and the type of actuator used therefor are not particularly limited to those shown in the present embodiment. For example, flapping flight using a combination of an exoskeleton structure and a linear actuator, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 5-169567, is possible because the wing motion equivalent to the actuator shown in this embodiment can be realized. .

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。   Further, although electric power is used as driving energy, an internal combustion engine can also be used. Furthermore, it is also possible to use an actuator that converts chemical energy into kinetic energy by a physiological redox reaction, as found in insect muscles. For example, using muscles collected from insects as linear actuators, or using artificial muscles of composite materials made by combining amino acids and inorganic substances of insect muscle proteins at the molecular level as linear actuators, etc. There is a way.

当然、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。   Naturally, it is also possible to obtain an actuator with high energy efficiency such as the above-mentioned internal combustion engine having a basic driving force and use an actuator driven by electric power as a control or auxiliary for these actuators.

(浮上方法)
次に、浮上方法について図8〜図14を用いて説明する。
(Floating method)
Next, the levitation method will be described with reference to FIGS.

なお、ここでは、羽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。   Here, the force that the wing receives from the fluid is referred to as fluid force. Further, for the sake of simplicity of explanation, the description will be made assuming a state in which the air flow occurs only by flapping, that is, a windless state.

説明の簡便のため、ロボット90に及ぼされる外力は羽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。   For simplicity of explanation, it is assumed that the external force exerted on the robot 90 is only the force acting on the wing from the fluid, that is, the fluid force and gravity.

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。   In order for the robot 90 to rise constantly, it is necessary to average (sum of upward fluid forces applied to the wing)> (gravity applied to the robot 90) on average during one flapping operation. .

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。   Here, a description will be given of a method of making the fluid force at the time of downfall greater than the fluid force at the time of launch by using a method of flapping the insects. For ease of explanation, the behavior of the fluid or the force it exerts on the wing will be described with reference to its main components. The magnitude of the levitation force and gravity acting on the robot 90 by this flapping method will be described later.

羽には、羽が運動する方向と逆方向の流体力が作用するので、羽の打ち下ろし時には羽の上向きに流体力が作用し、打ち上げ時には羽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。   Since a fluid force in a direction opposite to the direction in which the wing moves acts on the wing, the fluid force acts upward when the wing is lowered, and the fluid force acts downward when the wing is launched. Therefore, by increasing the fluid force at the time of downstroke and decreasing the fluid force at the time of launch, it is possible to obtain an upward fluid force on a time average during one flapping operation (downward motion and launch motion). Become.

そのためには、まず、打ち下ろし時には羽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、羽にはほぼ最大の流体力が作用する。これは、羽の接する平面とほぼ垂直に羽を打ち下ろすことに相当する。   For this purpose, first, when the wing is moved down so that the volume of the space in which the wing moves is maximized, almost the maximum fluid force acts on the wing. This corresponds to downing the wing almost perpendicular to the plane in contact with the wing.

一方、打ち上げ時には羽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、羽に及ぼされる流体力がほぼ最小となる。これは羽の断面の曲線にほぼ沿って羽を打ち上げることに相当する。   On the other hand, if the wing is launched so that the volume of the space in which the wing moves is minimized, the fluid force exerted on the wing is almost minimized. This corresponds to launching the wing substantially along the curve of the cross section of the wing.

このような羽の動作について羽の主軸321に垂直な断面を用いて説明する。まず、図8の羽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9が羽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。   The operation of such a wing will be described using a cross section perpendicular to the main axis 321 of the wing. First, the wing of FIG. 8 shows a case where the wing moves down so that the volume of the moving space becomes maximum, and FIG. 9 shows a case where the wing moves up so that the volume of the space where the wing moves is minimized.

図8および図9では、移動前の羽の位置が破線で示され、移動後の羽の位置は実線で示されている。また、羽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、流体力は羽の移動方向とは逆向きに羽に作用する。   8 and 9, the position of the wing before the movement is indicated by a broken line, and the position of the wing after the movement is indicated by a solid line. Further, the moving direction of the wing is indicated by a dashed-dotted arrow. As shown in the figure, the fluid force acts on the wing in the direction opposite to the moving direction of the wing.

このように、打ち上げ時における羽が移動する空間の体積が打ち下ろし時における羽が移動する空間の体積よりも大きくなるように羽の姿勢を羽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、羽に作用する上方向の流体力を羽ばたき装置に作用する重力よりも大きくすることができる。   In this way, the posture of the wing is changed with respect to the moving direction of the wing so that the volume of the space in which the wing moves at the time of launch is larger than the volume of the space in which the wing moves at the time of downstroke. In the time average during the flapping operation, the upward fluid force acting on the wing can be made larger than the gravity acting on the flapping device.

本実施の形態においては、羽のねじり角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の運動が実現される。   In the present embodiment, the torsion angle β of the wing can be controlled, and the above-described movement of the wing is realized by changing this over time.

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10に示すように羽の打ち下ろし(ストローク角θ=+θ0→−θ0)が行なわれる。ステップS2では、図11に示すように羽の回転1(羽のねじり角β=β0→β1)動作が行なわれる。ステップ3では、図12に示すように羽の打ち上げ(ストローク角θ=−θ0→+θ0、ねじり角β=β1→β2(羽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13に示すように、羽の回転2(羽のねじり角β=β2→β0)動作が行なわれる。   Specifically, the following steps S1 to S4 are repeated. First, in step S1, the wing is lowered (stroke angle θ = + θ0 → −θ0) as shown in FIG. In step S2, the wing rotation 1 (wing twist angle β = β0 → β1) operation is performed as shown in FIG. In step 3, as shown in FIG. 12, the wing is launched (stroke angle θ = −θ0 → + θ0, torsion angle β = β1 → β2 (movement that minimizes the fluid force by movement along the curved surface of the wing)). Is done. In step S4, as shown in FIG. 13, a wing rotation 2 operation (wing twist angle β = β2 → β0) is performed.

ステップS1およびステップS3における羽に作用する流体力を時間平均すると、上述のように羽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。   When the fluid force acting on the wings in step S1 and step S3 is time-averaged, the fluid force is upward due to the difference in volume of the space in which the wings move as described above. The magnitude relationship between the vertical component of the upward fluid force and gravity will be described later.

当然、ステップS2,ステップS4においても、羽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。   Of course, also in step S2 and step S4, it is desirable that the time average of the fluid force acting on the wing is an upward fluid force.

ロボット90の羽においては、図10〜図13に示すように、羽の前縁近傍に羽の回転中心(主軸321部分)が位置している。つまり、主軸321から羽の後縁までの長さの方が主軸321から羽の前縁までの長さよりも長くなっている。このため、図11および図13に示すように、羽の回転動作においては羽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。   In the wing of the robot 90, as shown in FIGS. 10 to 13, the rotation center of the wing (main shaft 321 portion) is located near the front edge of the wing. That is, the length from the main shaft 321 to the rear edge of the wing is longer than the length from the main shaft 321 to the front edge of the wing. For this reason, as shown in FIGS. 11 and 13, in addition to the fluid flow that occurs along the direction of rotation of the wings in the rotational movement of the wings, the flow of fluid along the direction from the main shaft 321 toward the trailing edge of the wings. Will occur.

そして、羽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11に示すステップS2では、実質的に上向きの流体力が羽に与えられ、図13に示すステップS4では、主に下向きの流体力が羽に与えられることになる。   As a reaction of the fluid flow, a force in the direction opposite to the direction of each flow acts on the wing. In step S2 shown in FIG. 11, a substantially upward fluid force is applied to the wing. In step S4 shown in FIG. 13, a downward fluid force is mainly applied to the wing.

図12に示すステップS3では、羽の断面の曲線に沿うように羽のねじり角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11に示すステップS2における羽の回転角は図13に示すステップS4における羽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に作用することになる。   In step S3 shown in FIG. 12, the launching operation is performed while changing the torsion angle β of the wing from β1 to β2 along the curve of the cross section of the wing. Further, the rotation angle of the wing in step S2 shown in FIG. 11 is larger than the rotation angle of the wing in step S4 shown in FIG. As a result, also in step S2 and step S4, the fluid force acting upward on the wings overcomes the fluid force acting downwards, and the time-averaged fluid force acts on the wings.

なお、図10〜図13では、それぞれのステップS1〜S4における羽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。   10 to 13, the postures before the movement of the wings in the respective steps S <b> 1 to S <b> 4 are indicated by wavy lines, and the postures after the movement are indicated by solid lines. The moving direction of the wing in each of steps S1 to S4 is indicated by a one-dot chain line arrow. In addition, the flow of fluid mainly generated in each of steps S1 to S4 is indicated by solid arrows.

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14に示す。ただし、図14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。   Next, a graph showing the values of the stroke angle θ and the torsion angle β as a function of time is shown in FIG. However, in FIG. 14, the ratios of the vertical axes of the stroke angle θ and the torsion angle β are different.

本発明者らの行なった実験においては、θ0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。   In the experiment conducted by the present inventors, θ0 is, for example, 60 °. β0 is, for example, 0 °. β1 is, for example, −120 °. β2 is, for example, −70 °.

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において羽を打ち下ろしながら羽のねじり角を大きくしていくような動作も可能である。   In the above description, steps S1 to S4 have been described as independent operations for the sake of simplicity of description, but an operation of increasing the torsion angle of the wing while dropping the wing in step S1, for example, is also possible.

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。   Further, the above-described example is described from the first approximate consideration, and the flapping method that can actually fly is not limited to this.

また、ここでは左羽について説明したが、右羽についても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、羽に作用する上向きの流体力を浮上力とし、羽に作用する前向きの流体力を推進力とする。   Although the left wing has been described here, the same argument holds for the right wing by defining the stroke angle θ, the deflection angle α, and the torsion angle β based on the left-hand system in mirror symmetry with respect to the xz plane. Hereinafter, the upward fluid force acting on the wing is referred to as levitation force, and the forward fluid force acting on the wing is referred to as propulsive force.

(制御方法)
次に、羽ばたき装置に任意の運動を行なわせる制御方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。
(Control method)
Next, a control method for causing the flapping apparatus to perform an arbitrary motion will be described. Here, the stroke angle θ based on the right hand shape, the deflection angle α, and the twist angle β are used for the left wing of the flapping apparatus, and the stroke angle θ based on the left hand shape that is mirror-symmetric with respect to the xz plane is used for the right wing. The posture of the wing is indicated using the deflection angle α and the twist angle β.

(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、本羽ばたき装置に与えられる加速度と角加速度である。
(Control flow)
Since the levitation movement by flapping is performed by the fluid force applied to the wing, it is the acceleration and angular acceleration that are given to the flapping apparatus that are directly controlled by the movement of the wing.

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わす関数、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わす関数、sWを羽の運動、GfS(sW)を羽の運動により本羽ばたき装置に及ぼされる加速度もしくは角加速度seを表わす関数、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40に示すようなものとなる。 First, the difference between the floating state where S is the target and the current floating state, T (S) is a function representing conversion from the floating state to acceleration and angular acceleration, s is acceleration, and angular acceleration Fα (s) is acceleration. A function representing a control algorithm including sensor responses of the sensor 51 and the angular acceleration sensor 53, sα is an actuator control amount, G W (sα) is a function representing the response of the actuator and the wing, s W is motion of the wing, G fS ( s W ) is a function representing the acceleration or angular acceleration s e exerted on the flapping apparatus by the movement of the wings, and Se is a change of the flying state performed by this series of processes, the process of obtaining the output Se from the input S is as follows: As shown in FIG.

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。 In practice, the blade and the fluid inertia, wing movement to date, so that the influence R W and R fS which depends on the time history of the fluid motion is applied to the G W and G fS.

(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。
(Operation division)
Of course, there may be a method for accurately obtaining all functions other than Fα and calculating a control algorithm Fα in which S = Se is obtained. However, a fluid flow around the flapping apparatus and a time history of wing movement are required. Yes, it requires a huge amount of data and calculation speed. In addition, the coupled behavior of fluid and behavior is complex and often results in a chaotic response, which is not practical.

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。   Therefore, a method that prepares basic operation patterns in advance, divides the target ascending state, and combines these basic operation patterns in time series is simple and desirable.

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。   There are three degrees of freedom in translation in the x, y, and z directions and three degrees of freedom in rotation in the θx, θy, and θz directions, that is, six degrees of freedom. That is, forward / backward, left / right, up / down, and rotation around these directions.

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実現方法を説明する。   Among these, the movement to the left and right can be performed by combining the rotation in the θz direction and the movement in the front-rear direction. Therefore, here, a method for realizing each of the translational movement in the front-rear direction, that is, the x-axis direction, the translational operation in the up-down direction, that is, the z-axis direction, and the rotational movement around the x-axis, y-axis, and z-axis will be described. .

(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。これらによって本羽ばたき装置は上昇(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。
(Operation)
(1) Operation in the vertical direction (z-axis direction) As the wing moves, the force that the wing receives from the fluid depends on the moving speed of the wing, so the upward fluid force exerted on the wing is increased (decreased). Is
A: Increase (decrease) the amplitude of the stroke angle θ B: Increase (decrease) the flapping frequency. By this, the flapping apparatus can be raised (lowered). However, the fluid force includes a negative value.

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。   In addition, according to these methods, since the fluid force itself that the wing receives from the fluid is increased, the wing receives the fluid force from other than the vertical direction, so that the force other than the vertical direction from the wing is exerted on the mechanical fulcrum of the wing. When it is done, it is accompanied by an increase in the force applied to this fulcrum in that direction as it rises. For example, when the flapping frequency is increased while performing a substantially constant linear motion forward, the flapping apparatus rises with an increase in speed. As described above, depending on the way of flapping at the present time, such other movements are accompanied by secondary movements. Hereinafter, control from a stationary state will be described unless otherwise specified.

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。   The levitation force can also be changed by changing the wing twist angle β to change the volume of the space in which the wing moves. For example, by giving β such that the volume of the space in which the wing moves at launch is larger, or the volume of the space in which the wing moves at lowering is smaller, the upward fluid force acting on the wing The time average becomes smaller.

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。   Actually, since the wing is not a rigid body and is deformed, the volume of the space in which the wing moves is changed by the same β, but in the first principle, β perpendicular to the direction in which the wing moves is the largest. Gives the volume of space in which the wing moves. Further, β parallel to the direction in which the wing moves moves gives the volume of the space in which the wing moves.

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、これが制御上昇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。   In this case, since the fluid force acts also in the direction perpendicular to the flapping in this case, it is necessary to add a movement of the wing to counteract this when it is at a level that causes an increase in control. Most simply, it can be realized by changing the deflection angle α.

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/dt)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。   Further, it is possible to perform the operation in the z-axis direction by changing the rotational angular velocity of the wing in the step S2 or step S4. For example, if the rotational angular velocity (−dβ / dt) of the wing is increased in step S2, the downward flow velocity of the fluid generated by this rotation increases, so the upward fluid force acting on the wing increases due to this reaction.

なお、この場合、本羽ばたき装置に及ぼされる、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。   In this case, the torque about the main axis of the wing, which is applied to the flapping apparatus, changes secondary. Therefore, it is desirable to perform this rotational angular velocity change within a range in which this change is within a range that does not hinder control.

また、この場合、本羽ばたき装置に及ぼされる、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。   Further, in this case, the force in the front-rear direction exerted on the flapping apparatus also changes secondary. Therefore, when this change hinders control, it is desirable to simultaneously control the force in the front-rear direction described later as (2).

(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。
(2) Operation in the front-rear direction (x-axis direction) In the above-described flapping method, a fluid force in the direction of the x direction acts on the wing mainly in steps S2 and S4. Therefore, in this way of moving the wing, it rises with advancement.

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脚がほぼ釣り合えば前後方向に静止することができる。   Further, when the deflection angle α is increased and the wing is moved forward, a backward fluid force acts on the wing. Accordingly, the downward fluid force acting on the wing in step S1 is controlled to be larger than the forward fluid force mainly in steps S2 and S4 by controlling the deflection angle α in step S1, that is, in the down stroke. If you do it, you can move backward, and if you make it smaller, you can move forward. Further, if the two legs are substantially balanced, the two legs can be stopped in the front-rear direction.

特に、本羽ばたき装置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。   In particular, the hovering state can be realized if the flapping apparatus is stationary in the front-rear direction, the left and right wings move substantially symmetrically, and the gravity and the flying force of the flapping apparatus are balanced.

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。   In addition, since the vertical direction component of the fluid force exerted on the wing changes secondaryly with the change of the deflection angle α, if this is at a level causing trouble in control, the movement of the wing that cancels this is added. There is a need. This is easy to perform mainly by the above-described vertical movement of (1).

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。   Further, if the angular velocity of the wing rotation operation is increased in steps S2 and S4 described above, the forward fluid force increases, and if it is decreased, it decreases. This also makes it possible to change the operation in the front-rear direction.

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。   Further, a method using the x-axis direction component of the secondary fluid force accompanying the change of the wing twist angle β described in (1) is also possible. In other words, when β> 0 at the time of downstroke, a forward force is applied, and when β <0, a backward force is applied.

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。   Note that the relationship between β, α, and θ at the time of launch is restricted to some extent, but the above fluid force control is also possible in step S3.

(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。
(3) Rotation operation with the z axis as the rotation axis The control in the front-rear direction described in (2) is performed separately for the left wing and the right wing, and the torque can be given to the flapping apparatus by making this different. it can.

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本羽ばたき装置は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。   That is, if the forward hydrodynamic force of the right wing is increased relative to that of the left wing, the flapping apparatus is directed leftward in the positive direction of the x-axis, and if it is lowered, the flapping device is directed rightward.

(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。
(4) Rotation operation with the x axis as the rotation axis As in (3), if the upward fluid force of the right wing is increased relative to that of the left wing, the right side will be lifted, and if it is decreased, the left side will be lifted. As a result, a rotation operation with the x axis as the rotation axis can be performed.

(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、本羽ばたき装置にかかるy軸回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。
(5) Rotation operation with the y-axis as the rotation axis The torque around the y-axis applied to the flapping apparatus can be changed by changing the angular velocity of the wing twist angle β described in (2). As a result, a rotation operation with the y axis as the rotation axis can be performed. For example, if the rotational angular velocity of the twist angle β in step S1 is increased, the flapping apparatus lowers the nose, and conversely if it is decreased, the nose is raised.

(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わしたグラフを図15に示す。ただし、図15ではそれぞれの角度の縦軸の比率と異なっている。
(6) Hovering (stop flying)
FIG. 15 is a graph showing the values of the stroke angle θ, the declination angle α, and the torsion angle β as a function of time when the flapping apparatus is stopped. However, in FIG. 15, the ratio of the vertical axis of each angle is different.

本発明者らが行なった実験においては、θ0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−100°である。β2はたとえば−60°である。 In the experiment conducted by the present inventors, θ 0 is 60 °, for example. β 0 is, for example, −10 °. α 1 is, for example, 30 °. β 1 is, for example, −100 °. β2 is, for example, −60 °.

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41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。   FIG. 41 shows the motion of the left wing at each step and the acceleration and angular acceleration generated thereby at the mechanical fulcrum A2 of the left wing. However, the rotation operations with the x-axis and z-axis as the rotation axes in (3) and (4) are omitted. These are caused by the asymmetry of the movements of the left and right wings as described above.

(制御方法決定手法)
現在の浮上状態は、羽ばたき装置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。
(Control method decision method)
The current flying state is obtained using a value obtained by appropriately changing the value acquired by the acceleration sensor 51 or the angular acceleration sensor 52 mounted on the flapping apparatus. For example, the speed can be obtained by giving an initial value of the speed to a value obtained by integrating the acceleration with time. The position can be obtained by giving an initial position value to a value obtained by integrating the speed over time. Note that a method of including the time history of the rising state in the rising state is also possible.

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、本羽ばたき装置の動作を決定する。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。   The control device 4 determines the operation of the flapping apparatus from the current flying state obtained from the acceleration sensor 51 and the angular acceleration sensor 52 and the target flying state. This control can be performed by a conventional control method except that it is performed in three dimensions.

本羽ばたき装置の動作は、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39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42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14、図15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、本羽ばたき装置の動作から、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。   The operation of the flapping apparatus is converted by the control device 4 into driving of the actuator. For this conversion, it is fast to use a table reference or its complement. For example, as shown in FIG. 39, a combination of a basic operation and an actuator drive for realizing the basic operation is prepared in advance. The left end column in FIG. 42 is the intended operation, and A and B in the flapping are: A is the way of flapping when moving forward, B is the way of flapping when stopping, and more specifically, FIG. 14 and FIG. The time history of α, β, θ shown in the graph is discretized in terms of time. The control device 4 calculates this drive or its complement from this table from the operation of the flapping apparatus.

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。   Here, for the sake of explanation, the method of calculating the operation of the flapping apparatus once and converting it to the driving of the actuator is used. However, a method of directly selecting the driving of the actuator from the floating state is also possible.

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。   For example, when performing the localization control, a method of directly calculating one of the above-described actuator driving or a driving complementing the driving based on the difference between the current position and the target position is also possible.

また、当然、羽ばたき装置の浮上状態を表わ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。   Of course, the physical quantity representing the flying state of the flapping apparatus is not limited to the position, speed, acceleration, and the like shown here.

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16を用いて示す。
Of course, the method for determining the drive of the actuator is not limited to this mode.
(Weight possible)
Next, the conditions under which the robot 90 can fly with the configuration of the robot 90 in the present embodiment will be described with reference to FIG.

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1.0gf・cmである。   In the experiment environment of the present inventors, a traveling wave actuator was used as the actuator. According to this traveling wave actuator, since the stator 210 is equivalent to the ultrasonic motor 23, the torque for the flapping in the θ direction is 1.0 gf · cm.

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。   Therefore, the present inventors calculated the fluid force when flapping with this torque by simulation.

羽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、羽の変形は無視する。また、幅8mm、長さ33mmのとんぼの羽が約2mgであったので、これに倣い、羽の質量は3mgとした。   The wing is a rectangle having a long side in the direction away from the actuator, a long side of 4 cm, and a short side of 1 cm, and the deformation of the wing is ignored. Further, since the wings of a dragonfly having a width of 8 mm and a length of 33 mm were about 2 mg, the wing mass was set to 3 mg.

さらに、超音波モータは、突起先端の微小な楕円運動の累積によってロータの円板を円周方向に駆動するため、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・cm上昇する。 Further, since the ultrasonic motor drives the rotor disk in the circumferential direction by accumulating minute elliptical motions at the tip of the protrusion, the actual driving torque rises and falls in the periodic order of diamond, that is, 10 5 hertz. However, it is assumed that it is ± 250 gf · c / sec due to the stability of calculation. That is, the torque increases by 1 gf · cm in 0.004 seconds.

この羽を、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16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。   FIG. 16 shows the result of calculating the reaction force applied to the wing by fixing the wing with one short side leaving only the degree of freedom of rotation with this side as the axis of rotation, giving torque to the degree of freedom of rotation. However, the declination angle α = 0 (degrees) and the secondary angle β = 0 (degrees) as defined above.

時刻0においては、羽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0.004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−1gf・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。   At time 0, the wing is horizontal, that is, the stroke angle θ = 0 (degrees). From here to 0.004 seconds, the torque is linearly increased to 1 gf · cm, and 1 gf · cm is maintained from 0.004 seconds to 0.01 seconds. Then, the torque is linearly changed from 0.01 gf · cm to −1 gf · cm from 0.01 second to 0.018 second, and is kept at −1 gf · cm from 0.018 second to 0.03 second. From 0.03 seconds to 0.038 seconds, it linearly changes to 1 gf · cm again.

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0.014秒から0.034秒までの間で平均すると約0.29gfであった。   The contact reaction force thus obtained was about 0.29 gf when averaged from the time 0.014 seconds to 0.034 seconds, which is the time during which the torque is negative, that is, the time during which the torque is negative.

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。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装置全体の質量が0.58g以下であれば浮上が可能である。以下、羽ばたき装置全体の重量について検討する。   Since the above simulation is the result of flapping one free end, the action of the fluid force at the time of launch is unknown. However, since the resistance of the fluid is reduced compared to the cross-sectional area, the downward starting point reaction force acting at the time of launch is small, and it is possible to launch with the same torque as at the time of launch, so the time required for launch is Much shorter than the time it takes to get down. That is, since the time during which the force at the time of launching acts is short and the levitation force can be further obtained by using the rotation of the wings in addition to the downstroke, an actuator with a torque of 1 gf · cm is used. It can be said that a mass of about 29 g can be levitated. That is, if the mass of the entire flapping apparatus in the embodiment is 0.58 g or less, it is possible to float. In the following, the weight of the entire flapping device will be examined.

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。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。   First, the mass of the stator 210 is 0.054 g because the electrode and the piezoelectric element are thin, which is equivalent to a disk having a specific gravity of 2.7, a thickness of 0.4 mm, and a radius of 4 mm. The weight of the auxiliary stator is 0.019 g because the stator diameter is 0.7 times.

3つのベアリングはいずれも外径4.2mm、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。   All of the three bearings are donut-shaped ball bearings having an outer diameter of 4.2 mm, an inner diameter of 3.8 mm, and a thickness of 0.4 mm. Since the material is titanium with a specific gravity of 4.8 and there is a gap of about 30%, the mass of the bearing is about 0.013 g. The rotor 219 is made of aluminum, has a wall center radius of 3 mm, and a thickness of 0.2 mm.

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。   From the sum of these, the mass of the actuator 21 is 0.192 g. The wing 31 is 0.003 g as described above. Since there are two left and right systems as described above, the weight is 0.390 g.

また、本発明者らが採用した図1に示す支持構造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。   Further, since the support structure 1 shown in FIG. 1 adopted by the present inventors is a sphere having a diameter of 1 cm, a specific gravity of 0.9, and a thickness of 0.1 mm, the mass is about 0.028 g.

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、各約0.008gである。すなわちこれらの質量の総和は0.04gである。また、本発明者らが採用した電源6の重量は0.13gである。   In addition, the control device 4, the communication device 7, the acceleration sensor 51, the angular acceleration sensor 52, and the pyroelectric infrared sensor 53 employed by the present inventors are each 5 mm × 4 mm semiconductor bare chips, and each is about 0.008 g. That is, the total sum of these masses is 0.04 g. The weight of the power source 6 adopted by the present inventors is 0.13 g.

以上、すべての構成要素の重量の合計は0.579gとなる。1対の羽で浮上力0.58gfを得ているので、この構成で浮上することが可能である。   As described above, the total weight of all the components is 0.579 g. Since a levitating force of 0.58 gf is obtained with a pair of wings, it is possible to ascend with this configuration.

(通信装置)
次に、通信装置7について説明する。
(Communication device)
Next, the communication device 7 will be described.

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。   The communication device 7 has a transmission function and transmits measurement values of various sensors. Thereby, the base station 91 can obtain the information of the robot 90.

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。   Information obtained by the base station 91 is the physical quantity of the robot 90 or its surroundings. More specifically, as an example of the former, the acceleration information of the robot 90 obtained from the acceleration sensor, or the angular acceleration information of the robot 90 obtained from the angular acceleration sensor 52, and as an example of the latter, a pyroelectric type This is infrared amount information obtained from the infrared sensor 53.

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。   Further, the communication device 7 has a reception function and receives a control signal. As a result, the base station 91 can control the robot 90.

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。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。   The control signal transmitted from the base station 91 is a control signal for the floating state of the robot 90 and a control signal for changing the physical quantity given to the surroundings of the robot 90. More specifically, an example of the former is a signal designating an acceleration and an angular acceleration to be given to the robot 90, and an example of the latter is a signal designating an amount of light of the light emitting diode 8.

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。   In the present embodiment, the following description will be made assuming that the information exemplified here is transmitted and received.

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。   Of course, the information to be transmitted / received is not limited to that shown here. For example, information such as a response signal for confirming whether or not the robot 90 has correctly received the control signal issued from the base station 91 can be transmitted and received.

(制御装置)
次に、制御装置4について、図2および図17を用いて説明する。
(Control device)
Next, the control device 4 will be described with reference to FIGS.

図1に示すとおり、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。
As shown in FIG. 1, the control device 4 includes an arithmetic device 41 and a memory 42.
The arithmetic device 41 has a function of transmitting information obtained by various sensors in the robot 90 via the communication device 7. The arithmetic device 41 has a function of controlling the operation of each component based on a control signal obtained through the communication device 7. The memory 42 has a function of holding these transmitted and received data.

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52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。   More specifically, in the present embodiment, the computing device 41 calculates the acceleration and angular acceleration of the robot 90 based on information from the acceleration sensor 51 and the angular acceleration sensor 52, and sends this to the base station 91 via the communication device 7. Send information. The base station 91 transmits information on acceleration that should be given to the robot 90 and information on angular acceleration. These pieces of information are received via the communication device 7, and the arithmetic unit 41 has a function of determining the operation parameters of each actuator based on the received acceleration and angular acceleration.

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15にグラフで示される値を離散化したものである。   More specifically, the computing device 41 has α, β, θ time series values corresponding to combinations of typical accelerations and angular accelerations to be given to the robot 90 as a table. The value or its interpolation value is used as an operation parameter for each actuator. Note that the time series values of α, β, and θ are values obtained by discretizing the values shown in the graph of FIG. 15 in the case of hovering in which both acceleration and angular acceleration are 0, for example.

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。   Of course, α, β, and θ listed here are examples of control parameters, and for the sake of simplicity of description, it has been described on the assumption that the actuator is driven by specifying these parameters. It is efficient to use a drive voltage or control voltage converted to each actuator that realizes these. However, since these are not particularly different from existing actuator control systems, only α, β, and θ are listed as typical parameters, and the parameters are not limited to these.

また、別なる機能を具体例として、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。   Taking another function as a specific example, the arithmetic unit 41 has a function of transmitting information transmitted from the pyroelectric infrared sensor 53 via the communication device 7.

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。   As a result, the base station 91 can acquire infrared information in the infrared information detection area 531 in the pyroelectric infrared sensor 53 mounted on the robot 90.

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。   The computing device 41 has a function of receiving the light emission control signal of the light emitting diode 8 transmitted from the base station 91 via the communication device 7 and controlling the current flowing through the light emitting diode 8 according to the control signal. Thereby, the base station 91 can control the light emission of the light emitting diode 8. The function of the control device 4 is not limited to that shown here.

飛行制御は時間的に連携するものであるので、羽の動作時刻歴を、制御装置4におけるメモリ42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。   Since flight control is coordinated in time, it is also possible to store the wing movement time history in the memory 42 of the control device 4 and correct the control signal from the base station 91 by this time history information. It is.

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。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。   In addition, when priority is given to the rising movement of the robot 90, data that cannot be transmitted from the communication band may be generated. Moreover, the case where communication is interrupted is also considered. Including these, it is effective to mount the memory 42 if the increase in weight is within a range that does not hinder the rising movement. Conversely, except for the type of registers in the arithmetic unit 41, some functions of the robot 90 are not explicitly essential.

(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。
(Drive energy source)
Next, the drive energy source, that is, the power source 6 will be described.

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。   Power for driving the left and right actuators 21 and 22, the control device 4, and the sensors 51 to 53 is supplied by a power source 6.

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。   Since the power source 6 uses lithium ion polymer as an electrolyte, it may be sealed by the support structure 1. Thereby, an extra structure for preventing liquid leakage is unnecessary, and the substantial energy density can be increased.

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/kg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40mAである。   Note that the general mass energy density of a lithium ion secondary battery currently on the market is 150 Wh / kg, and in this embodiment, the current consumption in the actuator is 40 mA at maximum, so the electrolyte weight of the power source 6 is about Assuming 0.1 g, flight in this embodiment is possible for about 7.5 minutes. Further, the maximum current consumption of the actuator in the present embodiment is a total of 40 mA on the left and right.

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、1200W/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10g以上の製品などである。一般に、電解質の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。   The power supply voltage is 3V. Since the electrolyte weight is 0.1 g, realization of the power source 6 having a weight power density of 0.12 W / g, that is, 1200 W / kg is required. The weight power density of the lithium ion polymer secondary battery realized as a commercial product is about 600 W / kg, which is a product of 10 g or more used for information equipment such as a mobile phone. In general, since the ratio of the electrode area to the mass of the electrolyte is inversely proportional to positive and negative, the power source 6 in the embodiment has an electrode area ratio that is 10 times or more that of the secondary battery used for the information device described above. A mass power density of about 10 times can be achieved, and the output power density at the beginning can be sufficiently achieved.

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。また、電源として燃料電池などを使用してもよい。   A method of supplying the driving energy of the actuator from the outside is also possible. For example, a medium for supplying electric energy from the outside includes a temperature difference, an electromagnetic wave, and the like, and a mechanism for converting this into driving energy includes a thermoelectric element and a coil, respectively. Further, a fuel cell or the like may be used as a power source.

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。   Of course, a method of mixing different types of energy sources is also possible. When an energy source other than electric power is used, it is basically considered that the control uses an electrical signal from the control device 4.

センサ類(物理量入力部)
次にセンサについて説明する。
Sensors (physical quantity input part)
Next, the sensor will be described.

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。   The acceleration sensor 51 detects the three-degree-of-freedom translational acceleration of the support structure 1, the angular acceleration sensor 52 detects the three-degree-of-freedom rotational acceleration of the support structure 1, and the pyroelectric infrared sensor 53 detects the amount of infrared rays in the pyroelectric infrared sensor detection region 531. To do. The detection results of these sensors 51 to 53 are sent to the control device 4.

本発明者が用いた加速度センサは帯域40Hz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。   The acceleration sensor used by the present inventor has a bandwidth of 40 Hz. The acceleration sensor 51 and the angular acceleration sensor 52 can be controlled more precisely in time as the band is higher. However, the change in the flying state of the robot 90 is considered to occur as a result of one or more flappings. Therefore, even a sensor with a band currently on the market of about several tens of Hz can be put into practical use.

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。   In the present embodiment, the position and orientation of the robot 90 are detected by the acceleration sensor and the angular acceleration sensor. However, whether the position and orientation of the robot 90 can be measured is not limited to the above sensor. For example, at least two acceleration sensors that can measure acceleration in three axis directions orthogonal to each other are arranged at different positions on the support structure 1 and the posture of the robot 90 is calculated based on acceleration information obtained from the angular acceleration sensor. Is also possible.

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。   A method is also possible in which a ground wave is explicitly incorporated in the work space 92 and the robot 90 detects the ground wave and calculates the position and orientation. For example, a method of calculating the position and orientation of the robot 90 by providing a magnetic field distribution in the work space 92 and detecting the magnetic field distribution by a magnetic sensor is also possible. A method using a GPS sensor or the like is also conceivable.

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90の位置を算出する手法も可能である。また、先の地上波による検出法とは逆に、ロボット90の発する電波の強度などからロボット90の位置を、ベースステーション91等が算出する手法を用いてもよい。なお、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。   A method of directly detecting the position and posture of the robot 90 other than the robot 90, such as a base station 91 described later, is also conceivable. For example, a method in which the base station 91 has a camera and the position of the robot 90 is calculated by image processing is also possible. In contrast to the detection method using the ground wave, a method in which the base station 91 or the like calculates the position of the robot 90 from the intensity of the radio wave emitted by the robot 90 or the like may be used. In this case, the acceleration sensor 51 and the like in the robot 90 are not essential.

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。   In addition, the sensors including the acceleration sensor 51 and the angular acceleration sensor 52 are expressed as separate parts from the control device 4, but from the viewpoint of weight reduction, the same silicon is integrally formed with the control device 4 by micromachining technology. You may form on a board | substrate.

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。   Naturally, the sensor in the present embodiment is a minimum component that achieves the purpose of application, that is, security, and the type, number, and configuration of the sensor are not limited to those shown here.

たとえば、ロボット90における羽の駆動には、フィードバックのない制御を用いているが、羽のつけ根に羽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、より正確に羽を駆動する方法も可能である。   For example, although the control without feedback is used for driving the wing in the robot 90, a wing angle sensor is provided at the base of the wing, and feedback is performed based on the angle information obtained from the wing angle sensor, thereby driving the wing more accurately. A method is also possible.

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51や角加速度センサ52は必須ではない。   On the other hand, if the airflow in the rising area is known and can be localized at the target position only by a predetermined way of flapping, it is not necessary to detect the flying state of the robot 90, so that the acceleration sensor 51 and the angular acceleration sensor 52 are not essential.

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。   Human body detection can be performed using the pyroelectric infrared sensor 53 in the same manner as that employed in conventional robots.

侵入者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90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侵入者を検出することが可能であるため、侵入者93を障害とせず、かつ、侵入者93を検出することが可能である。   Although the intruder 93 also becomes an obstacle to movement with respect to the robot 90, by arranging the pyroelectric infrared sensor detection area 531 below the robot 90, the intruder can be detected even if the robot 90 flies intruder information. Since it is possible to detect, the intruder 93 can be detected without causing the intruder 93 to be a failure.

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。   In addition, a pyroelectric infrared sensor that is currently widely used at low cost is given as an example of the human body detection sensor. However, this is not limited to this as long as the function of detecting a human body is achieved.

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。
Light emitting diode (physical quantity output unit)
Next, the light emitting diode 8 will be described.

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。この制御は後述の手法により侵入者を検出した際に行なわれる。   The light emitting diode 8 has a visible light irradiation region that substantially includes the pyroelectric infrared sensor detection region 531 in the pyroelectric infrared sensor 53. The operation of the light emitting diode 8 is controlled by the control device 4. This control is performed when an intruder is detected by a method described later.

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侵入者93であると判断すれば、これに対して可視光を照射することで警告動作を行なうことができる。   With the above configuration, if it is determined that the infrared radiation source detected in the pyroelectric infrared sensor detection region 531 is the intruder 93, a warning operation can be performed by irradiating visible light thereto. .

当然、発光ダイオード8として示した警備装置というアプリケーションにおける警告装置としての機能を満たす構成要素の一例である。すなわち、具体的なアプリケーションによって変更すべき物理量とその変更をもたらす構成要素が決定される。なお、この構成要素は本実施の形態に示された限りではない。   Naturally, it is an example of a component that fulfills the function as a warning device in an application called a security device shown as the light-emitting diode 8. That is, a physical quantity to be changed and a component that causes the change are determined by a specific application. Note that this component is not limited to that shown in the present embodiment.

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。   In determining the above-described constituent elements, in order not to impair the mobility of the robot 90, it is desirable that the weight is light within a range that does not impair the functions of the constituent elements.

たとえば、上述の警備ロボットにおいては、一般に住居等に窃盗などの目的で侵入する者は光や音に最も警戒心を抱くため、小型軽量化である発光ダイオード8はロボット90の機動性を損なわず、かつ、効果的に警告を行なえる警告装置である。なお、より警告効果を高めるには点滅させる等の方法も可能である。   For example, in the above-described security robot, a person who enters a residence or the like for the purpose of theft or the like is most alert to light and sound. Therefore, the light-emitting diode 8 which is small and lightweight does not impair the mobility of the robot 90. And it is a warning device which can perform warning effectively. In order to further enhance the warning effect, a method such as blinking is also possible.

また、これとは別に、ロボット90の行動自体も、周囲の物理量に変更を及ぼすので、アプリケーションの求める機能を満たすならば、ロボット90のもたらす物理量の変更を、アプリケーションの目的に用いることも可能である。たとえば、本実施の形態における侵入者に対する警告方法として、侵入者を中心とする円を描くもしくは侵入者に接近衝突するなどの行動様式を用いることで、侵入者に対して警告を行なう手法も可能である。この他、羽ばたきにより発生する音、風圧などを用いることもできる。   Apart from this, the action of the robot 90 itself also changes the surrounding physical quantity, so if the function required by the application is satisfied, the change in the physical quantity brought about by the robot 90 can be used for the purpose of the application. is there. For example, as a warning method for an intruder in this embodiment, a method of warning the intruder by using a behavioral pattern such as drawing a circle centering on the intruder or approaching and colliding with the intruder is also possible. It is. In addition, sound generated by flapping, wind pressure, and the like can be used.

(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17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90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17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。
(Description of base station)
(Main configuration and main functions)
First, the main configuration and functions of the base station 91 will be described with reference to FIG. However, since the main purpose of the base station is to acquire information from the robot 90 and to control the robot 90 based on the information, FIG. 17 is merely an example embodying this, and the appearance, shape, and incidental components The presence or absence of is not limited as long as it does not impair the above-mentioned purpose.

図17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。   As illustrated in FIG. 17, the base station 91 includes an arithmetic device 911, a memory 912, and a communication device 917.

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。   The communication device 917 has a function of receiving a signal transmitted from the robot 90. Further, it has a function of transmitting a signal to the robot 90.

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。   The base station 91 determines the action of the robot 90 from the map data of the work space 92 stored in the memory 912 and various information including the acceleration information of the robot 90 received from the robot 90 via the communication device 917. It has the function to do. Further, it has a function of transmitting this action to the robot 90 via the communication device 917.

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。   The base station 91 can control the robot 90 via the communication function based on the robot 90 itself or its surrounding environment information by the reception function, action determination function, and transmission function described above.

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。   The upper surface of the base station 91 is used as a take-off and landing table for the robot 90. In other words, the charger 913 is provided on the upper surface of the base station 91, and the electrode 61 in the robot 90 is coupled to the charging hole 914 so that it is electrically connected to the power source 6 and can be charged. In this embodiment, for power saving, the charger 913 is controlled by the arithmetic device 911 and operates even when the robot 90 is coupled to the base station 91 to perform charging.

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。   The charging hole 914 also serves as a positioning hole. Furthermore, the base station 91 is provided with an electromagnet 915, which attracts the robot 90 as necessary. That is, the relative position of the robot 90 before take-off with respect to the base station 91 is fixed by operating the electromagnet 915, and the relative speed is zero.

(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。
(Operation instruction)
In this embodiment, the base station 91 includes an arithmetic device 911, a memory 912, and a communication device 917. The map 90 of the work space 92 stored in the memory 912 and a robot 90 that achieves a preset purpose. , The acceleration and angular acceleration to be given to the robot 90 from various information including the acceleration information of the robot 90 received from the robot 90 are transmitted to the robot 90 via the communication device 917. It has a function.

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。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。   For example, the posture of the robot 90 can be calculated by integrating the angular acceleration information of the robot 90 twice. Further, the position of the robot 90 can be calculated by integrating twice the acceleration information in the absolute coordinate system obtained by rotationally transforming this and the acceleration information of the robot 90 in the forward posture. These integral constants are known at any time because both the speed before takeoff and the angular velocity are 0, and the position and orientation are fixed to the charging hole 914 with respect to the base station 91. In this way, the arithmetic device 911 can calculate the position and orientation of the robot 90 and can give control instructions to the robot 90 described above.

以上の機能により、ベースステーション91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。   With the above function, the base station 91 can be controlled to make the robot 90 circulate in the work space 92.

また、ベースステーション91は、ロボット90より受信したロボット90搭載の焦電型赤外線センサ53における赤外線量情報等の情報をもとに侵入者の有無を判断し、侵入者ありと判断した場合、侵入者93に対する警告行動となる発光ダイオード8の制御信号を、通信装置917を介してロボット90に送信する。   In addition, the base station 91 determines whether there is an intruder based on information such as infrared amount information in the pyroelectric infrared sensor 53 mounted on the robot 90 received from the robot 90. A control signal for the light-emitting diode 8 serving as a warning action for the person 93 is transmitted to the robot 90 via the communication device 917.

以上の機能により、ベースステーション91が、ロボット90の検出した赤外線情報より、侵入者に警告を発するようロボット90を制御することが可能になる。   With the above function, the base station 91 can control the robot 90 to issue a warning to the intruder based on the infrared information detected by the robot 90.

また、これらの機能は互いに相関することも可能である。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。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警告を発するといった手法も可能である。なお、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。   These functions can also be correlated with each other. For example, the position of the infrared detection area 531 in the pyroelectric infrared sensor 53 in the work space 92 can be calculated from the acceleration information and the angular acceleration information in the robot 90 described above. It is also possible to calculate the position, shape, operation, etc. of the infrared radiation source by mapping this position and the amount of infrared radiation, and issue a warning toward the vicinity of the center of gravity of the infrared radiation source. Note that these variations are diverse, and an optimum one is designed according to the application, and is not limited to the form shown here.

(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。
(Patrol method)
The patrol method in the robot 90 can be constructed by adding a degree of freedom in the height direction to the patrol method that has been conventionally used for a robot that moves on the floor surface with wheels or the like.

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。   For example, first, a tour at a substantially constant height is performed, and after this is completed, the height of the tour on the two-dimensional plane is changed by changing the altitude of the robot 90 and performing a tour at another height. A method of adding a degree of freedom in the direction and moving around the three-dimensional space is realized.

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の全域において侵入者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。   In addition, depending on the detection distance of the pyroelectric infrared sensor 53, it may be possible to detect an intruder in the entire work space 92 by traveling around a certain height. In this case, the patrol can be performed only by a conventionally proposed algorithm for patrol on a two-dimensional plane.

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912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。   For these cyclic routes, a predetermined route may be prepared in the memory 912 in advance, or a method in which the arithmetic device 911 calculates based on certain information from map data in the memory 912 is also possible. For example, a method may be considered in which the importance level for monitoring in the work space 92 is designated, and the circulation frequency is set high according to the importance level.

なお、巡回中においても経路の変更は可能である。たとえば、侵入者検出時などに、侵入者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。   The route can be changed even during the patrol. For example, when an intruder is detected, a change such as hovering at a position where the intruder is detected can be considered.

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。   The above is a simple example of the patrol method of the work space 92 of the robot 90, and is not limited to this. Since the mass of the base station 91 does not affect the flying of the robot 90, it is easy to make these patrol routes and methods highly complicated.

(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915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。
(Takeoff and landing assistance)
At the start or end of flapping, that is, when the robot 90 takes off and landing, the airflow caused by flapping increases or decreases rapidly and is unstable, so it is difficult to control the position and posture of the robot 90. In the present embodiment, the electromagnet 915 provided in the base station 91 attracts the robot 90 at the stage before takeoff. At the time of take-off, stable take-off is possible by a method such as operating the electromagnet 915 until the airflow caused by flapping is stabilized and stopping the adsorption by the electromagnet 915 when the airflow is stabilized.

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。   In landing, the robot 90 is moved so that the electrode 61 is roughly positioned above the charging hole 914, the electromagnet 915 is operated in this state, and the robot 90 is attracted to the base station 91. If flapping is stopped thereafter, the position and posture at the time of landing can be stabilized in a state where the airflow is unstable. In order to facilitate localization, it is desirable that at least one of the electrode 61 or the charging hole 914 is tapered.

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。   If the weight allows, a configuration in which the robot 90 includes an electromagnet 915 is also possible. Also, with this configuration, the robot 90 can stably take off and land not only on the base station 91 but also on all materials composed of ferromagnetic or soft magnetic materials.

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。   In order to take off with a smaller acceleration, a technique is also possible in which a force sensor is arranged on the electromagnet 915 and the attractive force of the electromagnet 915 is controlled by the force applied to the force sensor.

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。   In addition, what is shown here is only an example of a technique for preventing the unstable flying of the robot 90 due to airflow instability during takeoff and landing, and other means are possible as long as it is a mechanism that temporarily holds the robot 90 during takeoff and landing. It is. For example, a method of using air instead of the electromagnet 915 is also possible. Further, a technique such as taking off and landing along a guide mechanism such as a rail is also possible.

(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、侵入者を検出する。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18および図19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。
(System operation)
The robot 90 circulates in the work space 92 according to an instruction from the base station 91 and detects an intruder. A more specific example of this will be described with reference to FIGS. 18 and 19. FIG. Note that the following description is an example and does not limit the scope of the claims of the present application.

(静止状態)
ロボット90の動作開始前においては、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912は既に動作しているものとする。また、ロボット90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、侵入者を検出した際のロボット90の警告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、警告動作をメモリ912に格納しておくことが望ましい。
(Still state)
Before the operation of the robot 90 starts, the robot 90 is fixed with the electrode 61 connected to the charging hole 914 in the base station 91. Further, the power source 6 is charged as necessary. It is assumed that the arithmetic device 911 and the memory 912 in the base station 91 are already operating. It is assumed that the traveling route of the robot 90 has already been calculated by the arithmetic device 911. It is assumed that the warning operation of the robot 90 when an intruder is detected has already been calculated by the arithmetic device 911. It is desirable to store the patrol route and the warning operation in the memory 912.

(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52、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911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。
(Take off, rise)
The electromagnet 915 in the base station 91 operates, and the robot 90 is attracted to the base station 91. In this state, the robot 90 starts flapping motion for ascending in the vertical direction. By the time the electromagnet 915 releases the suction at the latest, the acceleration sensor 51, the angular acceleration sensor 52, the control device 4, and the communication device 7 in the robot 90 have started to operate. At this time, it is necessary that the communication device 917 also starts operating in the base station 91 and has reached a state in which the arithmetic device 911 can detect the floating state of the robot 90.

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。   The electromagnet 915 stops attracting the robot 90 when the airflow caused by flapping is stabilized. When the attraction force of the electromagnet 915 is further weakened from the point where the attraction force of the electromagnet 915 and the buoyancy of the robot 90 are balanced, the robot 90 starts to rise.

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。   In addition, at least before the robot 90 starts to fly, the arithmetic device 911 in the base station 91 needs to start a calculation for obtaining the position and posture of the robot 90.

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90はこの高さで巡回を開始する。   The robot 90 moves up while transmitting acceleration information and angular acceleration information to the base station 91. The base station 91 calculates the acceleration to be given to the robot 90 from the position and posture of the robot 90 calculated from this information and the target route, and instructs the robot 90. When the robot 90 reaches a position designated in advance, the robot 90 starts patrol at this height according to an instruction from the base station 91.

(巡回)
巡回開始以前に省電型赤外線センサ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。
(Patrol)
The power saving infrared sensor 53 is operated before the patrol starts. This infrared information is sent to the arithmetic unit 911 by communication. The patrol is performed by the base station 91 monitoring the infrared information while instructing the movement of the robot 90 and determining the presence or absence of an infrared transmission source, that is, a heat generation source. In order to avoid obstacles, the robot patrols a height higher than that of a general intruder, for example, about 2 m. Further, the robot 90 circulates all over the work area 92 using, for example, a method of reciprocating while shifting by about 60% of the width of the infrared information detection area 531.

(侵入検出、判定)
仮に、発熱源が検出された場合、演算装置911はメモリ912のマップ情報を参照する。マップ情報には予め知られている作業空間92における赤外線放射源すなわち発熱源の情報が含まれており、演算装置911はこれを参照することで、検出された発熱源が既知のものであるか否かを判定する。より具体的には、ロボット90の位置と姿勢により赤外線情報検出領域531の作業空間92における位置を算出し、算出された位置に既知発熱源が存在すれば侵入者でないと判断することができる。
(Intrusion detection, judgment)
If a heat generation source is detected, the arithmetic device 911 refers to the map information in the memory 912. The map information includes information on an infrared radiation source, that is, a heat source in the work space 92 that is known in advance, and the arithmetic unit 911 refers to this information to determine whether the detected heat source is known. Determine whether or not. More specifically, the position of the infrared information detection region 531 in the work space 92 is calculated based on the position and orientation of the robot 90, and if a known heat source exists at the calculated position, it can be determined that the person is not an intruder.

また、焦電型赤外線センサは一般的に45度程度の指向性を持つもので、よりこの位置特定を正確に行なうために、移動を伴い連続してもしくは複数回の赤外線情報検出を行なうなどの手法で、1ヵ所以上の測定結果より得られたデータを総合して発熱源の位置と大きさをより正確に算出することが望ましい。   In addition, pyroelectric infrared sensors generally have a directivity of about 45 degrees, and in order to more accurately specify the position, infrared information is detected continuously or with multiple movements. It is desirable to calculate the position and size of the heat source more accurately by combining the data obtained from the measurement results at one or more locations by the method.

より具体的には、ベースステーション91はロボット90の前述の巡回動作を中断させ、発熱源が検出された位置付近をより細かく移動しながら赤外線量を減少させる。たとえば、赤外線量が最大値の1/2になる領域をマッピングするなどの手法で、発熱源の位置と大きさをより正確に算出することができる。場合によっては高度を変更し、高さ方向の大きさと位置を算出することも考えられる。このようにして、特定された赤外線放射源について、マップデータ上に位置と大きさについて該当する既知の赤外線放射源が存在しない場合、ベースステーションはこの赤外線放射源を侵入者と判断し、ロボット90に警告動作を指示する。   More specifically, the base station 91 interrupts the above-described patrol operation of the robot 90 and reduces the amount of infrared rays while moving more closely around the position where the heat source is detected. For example, the position and size of the heat source can be calculated more accurately by a technique such as mapping a region where the amount of infrared rays is ½ of the maximum value. In some cases, it may be possible to change the altitude and calculate the size and position in the height direction. In this way, if there is no known infrared radiation source corresponding to the position and size on the map data for the identified infrared radiation source, the base station determines that the infrared radiation source is an intruder, and the robot 90 Instruct the warning action.

(警告動作)
警告動作に入る場合は、ベースステーション91は、ロボット90の前述の巡回動作もしくは赤外線放射源特定のための動作を中断させ、侵入者93に対して警告を発する行動をロボット90が実行するように行動決定する。
(Warning action)
In the case of entering the warning operation, the base station 91 interrupts the above-described patrol operation of the robot 90 or the operation for specifying the infrared radiation source so that the robot 90 performs the action of issuing a warning to the intruder 93. Determine action.

より具体的には、発光ダイオード8を点滅させながら侵入者93の周囲を囲むように移動することで、侵入者93が検出されていることを侵入者93に知らしめることで警告を行なう。   More specifically, the intruder 93 is informed that the intruder 93 is detected by moving the light-emitting diode 8 so as to surround the intruder 93 while blinking the light emitting diode 8.

(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。
(landing)
After the end of patrol, the pyroelectric infrared sensor 53 in the robot 90 stops operating. At the end of patrol, the base station 91 controls the robot 90 so that the robot 90 descends while maintaining the position and posture so that the electrode 61 in the robot 90 is positioned vertically above the charging hole 914 in the base station 91. When it is determined that the robot 90 is positioned at a position where the electromagnet 915 can attract the robot 90, the electromagnet 915 is operated to fix the robot 90 to the base station 91.

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51、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。   After the robot 90 is fixed to the base station 91, the acceleration sensor 51 and the angular acceleration sensor 52 in the robot 90 stop operating. After the robot 90 is fixed to the base station 91, the base station 91 instructs the robot 90 to stop flapping. Thereafter, the communication device 7, the control device 4, etc. may be stopped.

(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18に示す。また、上記動作のフローチャートを図19に示す。当然これらは一例であり、本実施の形態における警備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。
(flowchart)
The flow of each information in the present embodiment is shown in FIG. A flowchart of the above operation is shown in FIG. Of course, these are only examples, and the operation of the robot 90 that satisfies the application of the security robot in the present embodiment is not limited to this, and when used in an application so far, this operation may naturally be different.

(巡回時の被認識回避について)
次に、本実施の形態のロボットシステムの巡回時の被認識回避の手法について説明する。
(About avoiding recognition during patrols)
Next, a technique for avoiding recognition when the robot system according to the present embodiment is visited will be described.

実際の警備活動においては、侵入者93がロボット90の存在を認識し、ロボット90における焦電型赤外線センサ53の焦電型赤外線センサ検出領域531を避けて行動するため、本ロボットシステムが侵入者93を検出できなくなる危険がある。このため、ロボット90を侵入者93に認識されにくくする構成が必要になる。   In actual security activities, since the intruder 93 recognizes the presence of the robot 90 and acts by avoiding the pyroelectric infrared sensor detection area 531 of the pyroelectric infrared sensor 53 in the robot 90, the robot system operates as an intruder. There is a danger that 93 cannot be detected. For this reason, the structure which makes the robot 90 difficult to be recognized by the intruder 93 is required.

被認識回避の手法については、まず、羽ばたきにより生ずる羽音を小さく抑えることが考えられる。羽音を人間の耳の可聴範囲に達しない程度に抑えるには、羽ばたき周波数を低くすることが最も簡単な手法である。本実施の形態における羽ばたきの基本周波数は約32Hzである。これは、一般的なラジコンヘリコプターの100Hzと比べて低い。図20に示すラウドレス曲線によれば、32Hzの音は、100Hzの音と比較して、約30dBすなわち30倍以上も人間の耳の感度が低いため、浮上に伴い発生する音の周波数が低いことは、侵入者から認識されることを避けるのに非常に有利である。なお、人間の耳の感度が20000Hzを超える周波数に対してもやはり極端に低いので、この帯域の周波数で羽ばたく手法によっても、上記と同等の条件を果たすことができる。   As a method of avoiding recognition, it is conceivable to first suppress the wing noise generated by flapping. The simplest technique is to reduce the flapping frequency in order to keep the wing sound from reaching the audible range of the human ear. The fundamental frequency of flapping in this embodiment is about 32 Hz. This is low compared with 100 Hz of a general radio control helicopter. According to the Loudres curve shown in FIG. 20, the sound of 32 Hz is lower in sensitivity of the human ear by about 30 dB, that is, 30 times or more, than the sound of 100 Hz, so that the frequency of the sound generated with the rising is low. Is very advantageous to avoid being recognized by intruders. It should be noted that the sensitivity of the human ear is also extremely low for frequencies exceeding 20000 Hz, and the same conditions as described above can be achieved even by a method of flapping at a frequency in this band.

本実施の形態の羽ばたき装置は、抗力を活用しながら羽ばたき飛行は低い羽ばたき周波数でも浮上が可能である。たとえば、トンボは、約30Hz程度の羽ばたきにて浮上が可能である。この際、羽ばたきにより発生する音の主成分は当然30Hz程度である。これに対して、揚力を用いて飛行するヘリコプターの場合、メインロータにある程度以上の速度が必要なため、一般的な小型ラジコンヘリコプターで100rpm以上、つまり、100Hz以上の周波数を主成分とする音が発生してしまう。   The flapping apparatus according to the present embodiment can fly at a low flapping frequency while utilizing the drag force. For example, the dragonfly can float by flapping about 30 Hz. At this time, the main component of the sound generated by flapping is naturally about 30 Hz. On the other hand, in the case of a helicopter that uses lift, the main rotor needs to have a speed of a certain level or more, so a general small radio control helicopter generates a sound mainly having a frequency of 100 rpm or more, that is, a frequency of 100 Hz or more. Will occur.

図20に示すロビンソンとダドソンのラウドレス曲線によれば、100Hzでの最小可聴音圧は約26dBであるのに対し、50Hzで約43dB、30Hzでは約58dBと、周波数が低ければ人間の耳の感度が著しく低下する。このため、羽ばたきによって発生する音は、侵入者93などによってより聞こえ難く、警備ロボットの存在を認識することが困難である。これは警備目的にとって非常に有利である。   According to the Robinson and Dudson Loudres curve shown in FIG. 20, the minimum audible sound pressure at 100 Hz is about 26 dB, about 43 dB at 50 Hz, and about 58 dB at 30 Hz. Is significantly reduced. For this reason, the sound generated by flapping is harder to hear by the intruder 93 and the like, and it is difficult to recognize the presence of the security robot. This is very advantageous for security purposes.

また、サイズが小さいと、揚力に対して抗力の比が大きくなってくるため、揚力にて飛行するヘリコプターなどと比較して、羽ばたき飛行は小型化に有利である。すなわち、警備目的に適した、侵入者93に気づかれ難い小さなロボット90を構築しやすい。   Also, if the size is small, the ratio of drag to lift increases, so flapping flight is advantageous for downsizing compared to helicopters that fly with lift. That is, it is easy to construct a small robot 90 that is suitable for security purposes and difficult to be noticed by the intruder 93.

このような特性を有する羽ばたき装置によれば、具体的に次のように構成することにより被認識を回避することができる。   According to the flapping apparatus having such characteristics, it is possible to avoid recognition by specifically configuring as follows.

本実施の形態のロボット90は、巡回行動時における、ロボット90がロボット90自身の羽音によって侵入者に認識されることを回避すべき際における侵入者との間の距離をL、ロボットから距離L0における音圧をP0、ロボット90の羽ばたき周波数をf、ロボットの動作環境における、周波数による人間の最低可聴音圧をPc(f)とするときに、Pc(f)>P0×(L0/L)2となる範囲の周波数fにて羽ばたくように設定されている。これにより、音によって侵入者93がロボット90を認識してしまうことを避けることができる。 In the robot 90 according to the present embodiment, the distance between the robot 90 and the intruder when the robot 90 should avoid being recognized by the intruder due to the feather sound of the robot 90 during the patrol behavior is L and the distance L0 from the robot. Pc (f)> P0 × (L0 / L) where P0 is the sound pressure at P, f is the flapping frequency of the robot 90, and Pc (f) is the minimum human audible sound pressure due to the frequency in the robot operating environment. It is set to flutter at a frequency f in the range of 2 . Thereby, it is possible to prevent the intruder 93 from recognizing the robot 90 due to the sound.

また、本実施の形態のロボット90が、羽31,32の膜面に垂直に羽を動かすことで浮上力を得るように設定されている。これにより、羽31,32の端におけるカルマン渦の発生を抑えることができるため、風切り音が小さくなるので、羽ばたき音によって侵入者93にロボット90が認識されてしまうことを抑制することができる。   Further, the robot 90 according to the present embodiment is set so as to obtain levitation force by moving the wings perpendicularly to the film surfaces of the wings 31 and 32. Accordingly, the generation of Karman vortices at the ends of the wings 31 and 32 can be suppressed, and the wind noise is reduced. Therefore, the robot 90 can be prevented from being recognized by the intruder 93 due to the flapping sound.

また、羽31,32の膜に平行方向の流速が大きいと、羽の終端にてカルマン渦が発生し、高い風切り音を出してしまうので、本実施の形態に示されるように、羽の膜のなす面に対してなるべく直交方向の羽ばたき、揚力ではなく抗力によって浮上する手法が望ましい。   Also, if the flow velocity in the direction parallel to the films of the wings 31 and 32 is large, Karman vortices are generated at the ends of the wings, and a high wind noise is generated. Therefore, as shown in this embodiment, the wing film It is desirable to flutter in the direction perpendicular to the plane formed by the surface and to ascend by drag instead of lift.

なお、人間の耳の可聴領域は、作業空間92によっても、侵入者93およびその精神状態によっても異なるので、図20は絶対的な手法ではなく、可聴領域を示す一例であるので、これらのデザインはここに示した限りではなく、アプリケーションによって変更されるものである。   Since the audible area of the human ear varies depending on the work space 92 and the intruder 93 and its mental state, FIG. 20 is not an absolute method but an example showing the audible area. Is not limited to what is shown here, but may be changed by the application.

また、本実施の形態の羽ばたき装置は、少なくとも一部の羽が保護色もしくは透明色である。これにより、より侵入者93が警備する羽ばたき装置(ロボット90)を発見しづらくなるため、侵入者が警備するロボット90を避けることが難しくなる。よって、警備するロボット90が侵入者を検出し損なう頻度を低くすることができる。なお、保護色に適した色は、警備が望む環境によって異なる。たとえば、全体が電灯の灯っていない夜間のオフィスを警備するものであれば、暗い灰色などが望ましい。また、逆に、羽31,32が透明であることも有効である。   Further, in the flapping apparatus according to the present embodiment, at least some of the wings have a protective color or a transparent color. This makes it more difficult to find the flapping device (robot 90) that the intruder 93 guards, making it difficult to avoid the robot 90 guarded by the intruder. Therefore, the frequency with which the guarding robot 90 fails to detect the intruder can be reduced. Note that the color suitable for the protective color varies depending on the environment desired by the guard. For example, dark gray is desirable if the entire office is guarded at night when there is no light. Conversely, it is also effective that the wings 31 and 32 are transparent.

(通信)
本実施の形態における通信手法について、図21〜図23を用いて説明する。
(communication)
A communication method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

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。   Here, explanations are mainly given for data to be communicated. For example, there are various methods for communication methods such as communication protocol and handshake timing. Any method can be used as long as it can exchange data described here.

(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21を用いて説明する。
(Static state, takeoff)
First, the communication operation from the stationary state to takeoff will be described with reference to FIG.

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。   First, the arithmetic device 911, the communication device 917 of the base station 91, the control device 4 of the robot 90, and the communication device 7 are operated to establish a connection between the robot 90 and the base station 91. Then, the electromagnet 915 in the base station 91 is operated to attract the robot 90 and prevent the robot 90 from being overturned by an unstable air flow at takeoff.

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。   Since the acceleration sensor 51 and the angular acceleration sensor 52 in the robot 90 need to operate before the robot flies, that is, the acceleration or angular acceleration becomes zero, in order to correctly grasp the position and posture of the robot 90, Start sensing before it starts.

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。   The base station 91 instructs the robot 90 to flapping for flying. In the present embodiment, an instruction for acceleration and angular acceleration is given to the robot 90 so as to perform flapping that floats vertically upward.

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21,22を駆動する。   In the robot 90, a time series pattern of α, β, and θ for ascending vertically upward is selected from a control table prepared in advance, and the left and right actuators 21 and 22 are driven in order to start flapping according to this pattern. To do.

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915の吸着力を低下させていく。   The base station 91 waits until the airflow caused by the flapping of the robot is stabilized by a method such as detecting the passage of a certain time with a timer, and then reduces the attracting force of the electromagnet 915.

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91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90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。   Meanwhile, the robot 90 transmits its own acceleration information and angular acceleration information to the base station 91 by communication. When the attracting force of the electromagnet 915 falls below the buoyancy, the robot rises. This is detected when the speed of the robot 90 is not zero. When the ascent is completed, an ascent completion signal is transmitted from the base station 91 to the robot 90, and the patrol mode is entered.

(巡回、警告動作)
続いて、巡回時における通信動作を図22を用いて説明する。
(Patrol, warning action)
Next, communication operation during patrol will be described with reference to FIG.

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)。   First, the robot 90 operates the infrared sensor (not shown) before shifting to the patrol mode.

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。   Next, the robot 90 acquires information of various sensors. Then, the acquired sensor information is transmitted to the base station via communication.

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、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。また、前述のセンサによる赤外線情報を、前述のロボット90の位置と姿勢に対応してマッピングすることで、作業領域92内での赤外線放射分布を求める。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。   The base station 91 calculates the position and orientation of the robot 90 from the acceleration information and the angular acceleration information among the received sensor information of the robot 90. Further, the infrared radiation distribution in the work area 92 is obtained by mapping the infrared information from the above-described sensor in accordance with the position and posture of the above-described robot 90. It is assumed that these position, orientation calculation processing, and infrared mapping processing are continuously performed during the patrol action.

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侵入者とみなし警告動作を行なう。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。   If an infrared radiation source that does not exist in the map data in the memory 912 is confirmed as a result of the obtained infrared mapping, it is regarded as an intruder and a warning operation is performed. If not, continue the patrol. The base station 91 determines these next actions, and transmits the acceleration and angular acceleration to be given to the robot 90 to the robot 90 as instruction information.

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、警告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。警告動作においても、通信態様は、LED駆動を除いて巡回動作と同様である。   The robot 90 calculates the drive of the left and right actuators from the control table prepared in advance based on the acceleration instruction and the angular acceleration instruction in the received instruction information, and drives it. If a warning operation instruction is given, the LED is driven according to this. Also in the warning operation, the communication mode is the same as the cyclic operation except for the LED driving.

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。   When the base station 91 determines that the robot 90 has reached the patrol end, it transmits a patrol end signal to the robot 90 and shifts to the landing mode.

(着陸)
続いて、図23を用いて着陸における通信について説明する。
(landing)
Next, communication in landing will be described with reference to FIG.

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。
The robot 90 stops the operation of the pyroelectric infrared sensor 53 after the patrol is completed.
The base station 91 guides the robot 90 directly above the landing point, more specifically, to an area where the robot 90 can be attracted to the initial position by the electromagnet 915. This guidance is performed using the position and orientation of the robot 90 calculated from the acceleration information received from the robot 90 and the angular acceleration information, similarly to the control at the time of patrol. That is, it is performed by the same communication mode as the cyclic operation.

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91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。   When the robot 90 comes directly above the landing point, the electromagnet 915 is operated to attract the robot 90 to the base station 91. Thereafter, if it is not necessary to continue the operation, the base station 91 instructs the robot 90 to end the operation. As a result, the robot 90 ends the flapping operation, the communication operation, and the sensing.

なお、通信形態は1例であり、ロボット90のセンサ情報によりベースステーション91がロボット90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。   Note that the communication form is an example, and the base station 91 is not limited to the one described here as long as the base station 91 instructs the action of the robot 90 based on the sensor information of the robot 90.

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。   In the embodiment, the sensor operates continuously. However, the sensor operation from the base station 91 is performed only when the sensor information request signal is received by the base station 91. A method of intermittently performing according to an instruction is also possible.

(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。
(Function sharing)
The function sharing of information processing in the control device 4 in the robot 90 and the base station 91 in the present embodiment will be described below.

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、各々の機能分担は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。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。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。   Since the robot 90 and the base station 91 can exchange information through a communication path, each function can take various forms. For example, as in the above embodiment, a so-called stand-alone type in which all the functions of the base station 91 are accommodated in the robot 90 and the base station 91 is eliminated is possible. However, if an excessive mass is mounted on the robot 90, it becomes difficult to ascend. In addition, the lighter robot 90 can move more quickly, and the system operation efficiency can be increased. That is, generally, it is desirable that most of the information processing is performed at the base station 91 and the robot 90 is designed to be lightweight. In particular, the map data in the work space 92 increases depending on the size of the work space and the number of obstacles. For this reason, it is desirable that a memory 912 that does not increase the weight of the robot 90 is prepared. If the position of the infrared radiation source shown in the previous section is also determined by the arithmetic unit 911 in the base station 91, a simple device can be used for the control unit 4 in the robot 90, so that the weight can be reduced. It is.

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。   In addition to the above discussion, it is necessary to consider that the communication speed increases the weight of the control device 4 in the robot 90 and the information processing function sharing in the base station 91.

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。   For example, in the case of communication using radio waves, if the communication speed becomes high, power consumption increases because high-frequency radio waves with high energy as a carrier must be used. For this reason, it leads to the weight increase of the power supply 6. FIG. In addition, the signal quality must be improved using a compensation circuit or the like, and the number of components increases, leading to an increase in the weight of the communication function. Overall, it is necessary to design the actual function sharing in consideration of these trade-offs.

たとえば、羽ばたきの細部、すなわち、羽の角度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、省電型赤外線センサ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。   For example, considering the details of flapping, that is, the case where the base station 91 also indicates the wing angles α, β, θ, since the frequency after flapping is generally several tens Hz or more, the control frequencies of α, β, θ The band is on the order of kHz. In this case, assuming that the data of α, β, and θ are 8 bits each, to control at 1 kHz each, 8 (bit) × 1 (kHz) × 3 × 2 (number of actuators) in a single communication path A communication speed of = 48 (kbps) is required. This is a transmission-only speed, and actually requires a band for reception. Since communication overhead and data from sensors such as the power-saving infrared sensor 53 are added to this, a communication method having a communication speed of about 100 kbps is required.

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。   By the way, with respect to basic operations such as forward and backward movement and left and right turn in the robot 90, it is possible to prepare a way of flapping with a certain pattern corresponding to each operation. Therefore, these basic motions and the flapping pattern that brings them in are included in the robot 90, the base station 91 calculates the basic motion suitable for the planned route, and instructs the robot 90. The robot 90 starts from the instructed basic motion. The robot 90 can be caused to fly along a desired route even by using a method such as selecting a flapping pattern included therein.

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。   As described above, the robot 90 is in charge of control in a high frequency band typified by flapping control itself, and the base station 91 is in charge of control in a low frequency band typified by path control. From the viewpoint of reducing traffic on the communication path. It is desirable to prepare these basic operations and flapping patterns that bring them as a table in the control device 4 from the viewpoint of processing speed and reduction in the amount of calculation in the control device 4.

なお、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。   In particular, it is expected that the computing power and communication speed of the arithmetic device represented by the control device 4 will be greatly improved in the future. Therefore, the information processing mode in the robot 90 and the base station 91 described here is the current situation. The basic idea is illustrated as an example, and the specific function sharing is not limited to what is described here.

(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。
(Advanced control)
In the present embodiment, it is possible to easily move to a different floor by advanced control. That is, if the height information is included in the map data, it is possible to change the height of the patrol route only by adding control in the height direction to the conventional floor surface mobile robot control method. That is, according to the map data of the stairs, for example, the ascending and descending of the stairs can be easily realized by rising and moving while changing the height by an algorithm such as maintaining a substantially constant vertical distance from the vertical lower surface of the stairs.

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。   Naturally, the use of stairs for the movement of different floors described above is an example of a technique for moving between different floors, and is not limited thereto. For example, it is possible to use a vent or a blowout.

(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。
(About multiple tours)
In the present embodiment, only a single tour is illustrated, but the tour mode is not limited to this. It is also possible to repeatedly perform a patrol action as exemplified in the present embodiment.

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。
It is also possible to perform a new patrol with such a patrol method.
Further, in the present embodiment, the behavior form returning to the base station after completion of the tour is shown as an example, but this is an example, and this is not restrictive. For example, a method of arranging a plurality of base stations in the work space 92 and circulating between them is also possible.

(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、軽量化と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。
(About energy replenishment mechanism)
Of course, the charging method and form of the power source 6 are only examples of energy replenishment generally used to achieve both weight reduction and continuous use. The aspect of the charging mechanism is not limited to that exemplified here.

たとえば、羽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。   For example, a method of charging a power source 6 by forming a coil on a wing by sputtering a metal thin film, applying a radio wave from the outside, converting this into electric power by the coil, and rectifying it is also possible.

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。   In addition, for example, there is a charging station only for charging other than the base station 91, and charging can be performed there.

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。   Moreover, when energy other than electric power is used, an energy replenishment method suitable for this is required. Of course, the shapes of the electrode 61 and the charging hole 914 are not limited to those shown in this embodiment mode. In addition, it is not essential to have a role of positioning as shown in the present embodiment.

(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に自律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。
(About communication)
In this embodiment, the base station 91 always obtains and controls the information of the robot 90. However, the base station 91 always controls the robot 90 when the robot 90 can operate autonomously. It is not always necessary to do.

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。   Further, by temporarily storing information in the memory 42, the frequency of communication between the base station 91 and the robot 90 can be reduced. This is effective when there is a need to reduce traffic on the communication path, such as when there are a plurality of robots and base stations described later.

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。   It is desirable to design the connection between the robot 90 and the base station 91 on the assumption that there is a possibility of interruption. Here, if an action form in the case where the communication path is interrupted is incorporated in the robot 90 in advance, adverse effects caused by the communication interruption when the connection is resumed can be minimized.

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。   As an example, if the communication path is interrupted, the robot 90 has a function of keeping the flying state constant by performing hovering, so that the possibility of colliding with an obstacle is smaller than when the robot 90 continues to move without hovering. Become.

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。   In addition, by buffering the motion model ahead to some extent in the memory 42, the robot 90 can continue to fly even when the communication path is interrupted. Conversely, the information detected by the sensor is buffered in the memory 42. In addition, when the communication path is restored, the base station 91 can do this so that the base station can obtain sensor information while the communication path is interrupted.

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。   Conversely, by using such buffering, the robot system functions can be achieved with weaker radio waves even in environments where there are many obstacles and radio waves are easily interrupted. Since the power supply 6 is reduced in weight, the mobility of the robot 90 can be improved.

(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。主要な環境変化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。
(Regarding environmental changes)
In the present embodiment, for simplicity of explanation, the environment in the work space 92 is not changed. However, the environment changes in actual use. The major environmental changes include the generation of airflow and changes in obstacles. If these environmental changes exist, it is necessary to prepare correction means.

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。   Since the airflow is affected in the same manner as a general aircraft even in a flapping flight, a method used for general aircraft route planning can be applied to this correction as it is.

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。   For the change of the obstacle, the method adopted for the conventional remote control robot system can be applied as it is. For example, a method may be considered in which obstacle detection means such as an optical sensor is provided in the robot 90, the obstacle detection database is transmitted to the base station 91, and the base station 91 updates the map data from the information.

(作業空間とアプリケーションについて)
なお、作業空間92が複数の領域に分かれていることが考えられるが、本実施の形態におけるロボットは概ね差し渡し10cmであるため、直径10cm以上の孔があれば十分通過可能である。ところで侵入者はこの大きさの孔を通ることは不可能であるため、たとえば、オフィスのパーテーションを切りなおした場合などでも、ほとんどシステムを変更する必要がなく新たに警備を行なう領域を追加、もしくは変更することが可能である。
(About workspace and application)
Although it is conceivable that the work space 92 is divided into a plurality of regions, the robot in the present embodiment is approximately 10 cm across, so that a hole having a diameter of 10 cm or more can be sufficiently passed. By the way, since intruders cannot pass through holes of this size, for example, even if the office partition is recut, there is almost no need to change the system, or a new security area is added, or It is possible to change.

また、本実施の形態には屋内での侵入者検出を想定したが、これに限るものではなく、屋外での賃貸検出にも使用可能である。また、センサの調整によって屋内屋外での火災検出など、赤外線放射検出、すなわち温度検出を伴うアプリケーション一般に応用可能である。   In addition, in this embodiment, intruder detection is assumed indoors, but the present invention is not limited to this, and can be used for outdoor rental detection. Moreover, it can be applied to general applications involving infrared radiation detection, that is, temperature detection, such as indoor and outdoor fire detection by adjusting the sensor.

(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。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、これらの機能がベースステーション91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。
(System configuration (number of units))
In this embodiment, one base station is used for ease of explanation, but the robot 90 may be controlled by a plurality of base stations. As an example, when the work space 92 is wider than the communicable range of the base station 91 and the robot 90, a method of providing a plurality of base stations so as to cover the work space 92 and spatially sharing the control of the robot 90 is given. It is done. In this embodiment, the control function of the robot 90, the take-off and landing assist function, and the energy replenishment function, that is, the charging function are integrated into the base station 91. However, it is essential that these functions are integrated into the base station 91. is not. For example, when the cruising flight distance, that is, the distance that can continue to fly without replenishing drive energy from the outside is shorter than the communicable range, other energy supplements are within the communication range covered by one base station. A form in which a station exists can be considered.

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警備目的の場合、作業空間92をロボット90A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、侵入者を発見する確率が上がる。   Conversely, the robot 90 does not need to be single, and the search efficiency of the work space 92 can be improved by using a plurality of robots. For example, in the case of the security purpose shown in this embodiment, if the time T1 (seconds) required for the robot 90A to search the work space 92 once is T1 (seconds), T1 / 2 (seconds) after the robot 90A starts the search. If the robot 90B starts searching later, the search frequency of a certain position in the work space 92 is 2 / T1 (times) per second, and the search is performed twice as frequently, so that the probability of finding an intruder increases.

また、ロボット90同士に通信を行なわせ、複数のロボットでより広い作業範囲を確保する手法も可能である。また、ロボット同士で情報処理を分担する手法も可能である。たとえば、ベースステーション91からの情報処理を仲介するようなロボットも考えられる。   Further, it is also possible to make a communication between the robots 90 and secure a wider work range with a plurality of robots. Also, a technique for sharing information processing between robots is possible. For example, a robot that mediates information processing from the base station 91 is also conceivable.

また魚群の回遊をモデルとした群行動によって、集団で巡回を行なうなど、ロボット同士、または、これにベースステーション91を含んだ形でのシステム全体としての行動を組込むことも可能である。   It is also possible to incorporate the behavior of the robot as a whole or a system including the base station 91 into the robot, such as performing a tour in a group based on a group behavior based on the migration of a school of fish.

また、警告動作はロボット90が行なうことは必須ではなく、たとえば、ベースステーション91がこのシステムに示されていない他の警備装置を動作させてもよい。たとえば、一般的なビルにもともと火災報知が備わっているので、ベースステーション91がリレーなどを介してこれを作動させることは容易である。   The warning operation is not necessarily performed by the robot 90. For example, the base station 91 may operate another security device not shown in the system. For example, since a general building is equipped with a fire alarm, it is easy for the base station 91 to operate it via a relay or the like.

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が制御する部位はアクチュエータのみである形態も可能である。   Needless to say, all the functions of the base station 91 can be included in the robot 90 and the robot 90 alone can be used as a stand-alone type as long as it has a weight capable of floating. On the contrary, the base station 91 is responsible for most of the information processing, and the robot 90 can be controlled only by the actuator.

本実施の形態の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。   According to the robot system of the present embodiment, since the robot can move away from the ground by obtaining buoyancy, various objects such as furniture are placed, and the position of such an object is temporally changed. In a changing room, it is possible to move while avoiding such obstacles, and it is possible to perform predetermined operations such as grasping the state of each room. In addition, outdoors, for example, it is possible to move without being affected by obstacles in a disaster area, topography in a general field, etc., so that operations such as information collection can be easily performed. Moreover, the introduction into the existing work space can be realized easily at low cost.

本実施の形態の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。   According to the robot system of the present embodiment, the robot having the physical quantity acquisition unit and the communication unit, and the base station capable of obtaining information from the robot or controlling the robot through communication with the robot As a result, the information processing in the robot can be performed with components that do not affect the ascent, and the amount of information processing can be increased without impairing the starting force of the robot.

また、本実施の形態の警備ロボットシステムによれば、小型軽量であるため機動性に優れ、小回りが利き、かつ、小型軽量でありながら大きな段差を越えることができる警備ロボットシステムが、既存のオフィスにほとんど手を加えることなく実現できる。また、階段や通風口、吹きぬけなどを通じて容易に異なる階へ移動することが可能なので、従来施設の改造を行なうことなく、異なる階への警備が容易に行なえる。また、椅子などのように、機能変化する障害物の存在しない高度を飛行させ、侵入者検出を行なうことができるため、従来不可能であった、オフィスの居室などの環境においてそのような障害物に制約されることなく移動できる警備ロボットが実現される。   In addition, according to the security robot system of the present embodiment, the security robot system that is small and light is excellent in mobility, has a small turn, and is capable of crossing a large step while being small and light, an existing office This can be achieved with almost no modification. In addition, since it is possible to easily move to different floors through stairs, vents, blowouts, etc., it is possible to easily guard the different floors without modifying the conventional facilities. In addition, it is possible to fly in altitudes where there are no obstacles that change functions, such as chairs, and to detect intruders, so such obstacles in office environments such as office rooms, which were impossible in the past, are possible. A security robot that can move without restriction is realized.

(本実施の形態のロボットシステムの特徴と効果)
本実施の形態におけるロボットシステムは、流体が存在する空間を羽ばたくための羽部と、この羽を羽ばたき運動させるための駆動部と、駆動部を制御するための制御部とを備えたロボットを含み、このロボットを外部の物理量取得機構より得られた情報によりこのロボットの羽ばたき運動の制御を行なう。
(Features and effects of the robot system of the present embodiment)
The robot system in the present embodiment includes a robot including a wing part for flapping a space in which a fluid exists, a driving part for flapping the wings, and a control part for controlling the driving part. The flapping motion of this robot is controlled by information obtained from an external physical quantity acquisition mechanism.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、好ましくは、物理量取得機構と、流体が存在する空間を羽ばたくための羽部と、この羽を羽ばたき運動させるための駆動部と、駆動部を制御するための制御部とを備え、前記物流取得機構より得られた情報により羽ばたき運動の制御を行なうロボットを含むようにする。   In addition, the robot system according to the present embodiment preferably controls the physical quantity acquisition mechanism, the wing part for flapping the space where the fluid exists, the driving part for flapping the wing, and the driving part. And a robot that controls the flapping motion based on the information obtained from the physical distribution acquisition mechanism.

このようにすることにより、ロボットが浮上機能を有することによって、床面に何ら接地点を持たず障害物を乗り越えることができるため、段差を乗り越える能力と隙間を通り抜ける能力とのトレードオフが解消される。また、羽ばたき飛行は、希望する方向に独立した加速度を、時間的応答が速く与えられることが可能である。また、停空も可能である。これによって、たとえば、直角に曲がっている隙間でも落下することなく通り抜けることができる。同様に、停空可能であるヘリコプターにおけるこれらの制御は、回転慣性を有するメインロータの仰角制御による前後方向への付加速度制御と、メインロータのトルクを打ち消す補助ロータによる左右方向への姿勢制御のみであり、羽ばたき方の変更によって直接流体から羽の受ける力の向きを変更できる羽ばたき飛行はヘリコプターよりも機動力、すなわち、ロボットが達成可能な加速度と角加速度が大きい。   By doing so, the robot has a floating function, so it can climb over obstacles without having any grounding point on the floor, so the trade-off between the ability to get over the step and the ability to get through the gap is eliminated. The In addition, flapping flight can be given an independent acceleration in a desired direction and a quick temporal response. It is also possible to stop. Accordingly, for example, even a gap bent at a right angle can pass through without falling. Similarly, these controls in a helicopter that can stop are only the additional speed control in the front-rear direction by the elevation angle control of the main rotor having rotational inertia, and the posture control in the left-right direction by the auxiliary rotor that cancels the torque of the main rotor. The flapping flight, which can change the direction of the force received from the fluid directly by changing the flapping method, has higher mobility than the helicopter, that is, the acceleration and angular acceleration that can be achieved by the robot.

また、同様に、停空可能である飛行船の場合、浮上力が浮力に頼っているので小型化が困難であるため羽ばたき飛行は前述の隙間を通り抜ける能力がこれら飛行船よりも高い。なお、本実施の形態におけるロボットとは、何らかの目的のためにそれ自身またはその周辺における物理量を変更もしくは取得する作業を行なうものを指す。より一般的には、人間の指定する目的のために何らかの作業を行なう。   Similarly, in the case of airships that can stop, the flying force relies on buoyancy and it is difficult to reduce the size, so flapping flight has a higher ability to pass through the gaps than these airships. Note that the robot in the present embodiment refers to a robot that performs an operation of changing or acquiring a physical quantity in itself or in the vicinity thereof for some purpose. More generally, some work is done for the purpose specified by the human.

また、物理量とは、たとえば、温度、湿度、電磁波、気圧、流体の速度、電位、流体の濃度等の物理的に測定可能な量のことである。また、物理量取得機構とは、これらのセンサ、たとえば、温度センサや省電型赤外線センサなどを指す。また、物量変更機構とは、上述の物理量を出力する機構で、たとえば、アクチュエータや発光ダイオードまたは発信装置などがある。   The physical quantity is a quantity that can be measured physically such as temperature, humidity, electromagnetic wave, atmospheric pressure, fluid velocity, potential, fluid concentration, and the like. The physical quantity acquisition mechanism refers to these sensors, such as a temperature sensor and a power saving infrared sensor. The quantity change mechanism is a mechanism that outputs the above-described physical quantity, and includes, for example, an actuator, a light emitting diode, or a transmitter.

また、ロボットシステムとはロボットにこれらの目的を行なわせるもの全般を指す。ロボット単独で作業を行なう場合もこのロボット自身をロボットシステムと称する。すなわち、これらの物理量取得機構と物理量変更機構とを有することで、ロボットシステムとして動作することが可能となる。   The robot system refers to all devices that allow the robot to perform these purposes. Even when the robot alone performs work, the robot itself is referred to as a robot system. That is, by having these physical quantity acquisition mechanism and physical quantity change mechanism, it becomes possible to operate as a robot system.

なお、本実施の形態に述べる停空とは、実質上略停止している状態を指す。たとえば、あるセンシングを停空状態で行なう場合、ロボットがある程度以上の速度で飛行しているとセンシングの精度に影響を及ぼすおそれがある。この場合、センサの精度x、センサのセンシング領域半径D[m]とすると、位置がずれおおむねx′D[m]以上になると、位置ずれによるセンシングの誤差がセンサの精度を上回ってセンシングの結果に影響を及ぼすことになる。   In addition, the air suspension described in the present embodiment refers to a state in which the vehicle is substantially stopped. For example, when performing certain sensing in a stationary state, if the robot is flying at a certain speed or more, the accuracy of sensing may be affected. In this case, assuming that the sensor accuracy x and the sensor sensing area radius D [m], if the position shift is approximately x'D [m] or more, the sensing error due to the position shift exceeds the sensor accuracy, and the sensing result. Will be affected.

すなわち、センシングに要する時間をT[sec]として、ロボットの速度がx′D/T[m/sec]以上でのセンシング結果は、位置ずれに起因する誤差をそのセンサの誤差以上に含んでおり、位置ずれに起因してセンシング結果が異なることになる。この場合のように、センシング精度からすればロボットの速度がx′D/T[m/sec]以上である場合、ロボットは停空していない状態である。すなわち、停空しているのにはこの速度以下である必要がある。   That is, assuming that the time required for sensing is T [sec] and the speed of the robot is x′D / T [m / sec] or more, the sensing result includes an error caused by the positional deviation more than the error of the sensor. The sensing results will be different due to the positional deviation. As in this case, when the speed of the robot is equal to or higher than x′D / T [m / sec] in terms of sensing accuracy, the robot is not stationary. That is, in order to stop, it is necessary to be below this speed.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、ロボットにおける、重力加速度の位置計測機構を有し、重力加速度方向の位置を変更可能である浮上機構をロボットが有し、ロボットの重力加速度方向の位置を制御可能である。これにより、ロボットの浮上の高さを変更しつつ移動することが可能になる。   In addition, the robot system in the present embodiment has a gravitational acceleration position measurement mechanism in the robot, and the robot has a levitation mechanism that can change the position in the gravitational acceleration direction. It can be controlled. This makes it possible to move while changing the flying height of the robot.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、作業空間における障害物の配置の情報を予め有し、ロボットの高度制御を行なうことで、該ロボットにこれら障害物を回避可能な高度を浮上移動させる。ロボットが障害物を回避可能な高度を選択しつつ浮上移動することで、段差を乗り越える機能が実現される。   Also, the robot system in the present embodiment has information on the arrangement of obstacles in the work space in advance, and by performing altitude control of the robot, the robot moves to a height at which these obstacles can be avoided. The robot moves up and down while selecting an altitude at which obstacles can be avoided, thereby realizing the function of overcoming steps.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、物理量取得機構における物理量取得領域が、ロボット下部に位置し、物理量取得の際には、該ロボットが物理量取得対象の上方に位置することになる。これにより、ロボットの物理量取得対象そのものが障害物になる場合においてもロボットはその上方を移動するため障害物の少ない領域を飛行することが可能になる。   In the robot system according to the present embodiment, the physical quantity acquisition region in the physical quantity acquisition mechanism is located below the robot, and when acquiring the physical quantity, the robot is positioned above the physical quantity acquisition target. As a result, even when the physical quantity acquisition target of the robot itself becomes an obstacle, the robot moves over the obstacle, so that it is possible to fly in a region with few obstacles.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、ロボットに対するエネルギ補充機構を含んでいてもよい。これにより、ロボット本体に搭載するエネルギの質量を減らすことができ、ロボット本体を小型軽量化することができる。これは、慣性質量と慣性モーメントとの低減につながり、よりロボットの機動力を高めることができる。   Further, the robot system in the present embodiment may include an energy replenishment mechanism for the robot. Thereby, the mass of energy mounted on the robot body can be reduced, and the robot body can be reduced in size and weight. This leads to a reduction of the inertial mass and the moment of inertia, and can further increase the mobility of the robot.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、羽ばたき飛行に伴って、複数回もしくは連続した物理量取得を行なう。これにより、物理量をより広範に取得することができる。たとえば、2次元センサを羽ばたき飛行に伴い操作することで2次元や3次元での物理量分布を取得できる。   Further, the robot system according to the present embodiment performs physical quantity acquisition a plurality of times or continuously with the flapping flight. Thereby, a physical quantity can be acquired more widely. For example, a physical quantity distribution in two dimensions or three dimensions can be acquired by operating a two-dimensional sensor with flapping flight.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、羽ばたき飛行に伴って、複数回もしくは連続した物量変更を行なうように設定されている。これにより、物量をより迅速に変更することができる。たとえば、LEDのようなほぼ点光源を、羽ばたき飛行に伴い操作することで2次元や3次元でのLED光照射が可能になる。   In addition, the robot system according to the present embodiment is set so as to change the quantity of objects a plurality of times or continuously with the flapping flight. Thereby, the quantity can be changed more quickly. For example, it is possible to irradiate LED light in two dimensions or three dimensions by operating an almost point light source such as an LED with flapping flight.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは通信装置を備えたロボットと、この通信装置と通信を行なうことで情報処理の一部を行なう機能を有するベースステーション(もしくは他のロボット)とを含んでいる。   The robot system in the present embodiment includes a robot provided with a communication device, and a base station (or other robot) having a function of performing a part of information processing by communicating with the communication device. .

浮上するロボットと行動的に連続しない装置に作業の一部を行わせることで、同一の作業を行なう場合にも、浮上するロボットを小型軽量化することができるため、よりロボットの機動力を高めることができる。また、作業量を増やしてもロボット本体の重力増にはつながらない。   By letting a device that does not behave continuously with a floating robot to perform a part of the work, even if the same work is performed, the floating robot can be reduced in size and weight, thus increasing the mobility of the robot be able to. Also, increasing the amount of work does not lead to an increase in the gravity of the robot body.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、バッファリング機能を有している。これにより、ロボットとベースステーションとの通信が途絶した場合にも作業を行なうことができる。このため常に通信が確立するだけの強度の電波での通信を行なう必要がなく、これに用いる電力を減らすことができるため、ロボット本体に搭載する電源の質量を小さくすることができ、よりロボットの機動力を高めることができる。   In addition, the robot system according to the present embodiment has a buffering function. As a result, work can be performed even when communication between the robot and the base station is interrupted. For this reason, it is not necessary to always communicate with radio waves with a strength sufficient to establish communication, and the power used for this can be reduced. Therefore, the mass of the power supply mounted on the robot body can be reduced, and the robot Mobility can be increased.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、ロボットの位置もしくは姿勢をベースステーション(または他のロボット)で決定し、この決定された位置もしくは姿勢を実現する羽ばたき方をロボット内で決定するようにしている。   In the robot system according to the present embodiment, the position or posture of the robot is determined by the base station (or another robot), and the manner of flapping that realizes the determined position or posture is determined in the robot. Yes.

これは次の理由によるものである。たとえば、ロボットに要求される位置や姿勢は大局的に判断する必要がある。大局的なロボットの運動を算出するには多くのデータが必要であり、このデータをロボットに搭載する質量の増大を招き、ロボットの機動性を低下する。また、より遠距離の情報を収集する必要があるため、情報処理量が増大し、これに応じて演算回路やメモリのサイズも大きくなり、やはりロボットの質量の増大を招き、ロボットの機動性を低下させる。このため、ロボットの経路や姿勢はベースステーションが決定することが望ましい。   This is due to the following reason. For example, it is necessary to globally determine the position and posture required for the robot. A large amount of data is required to calculate the movement of the global robot, and this data causes an increase in the mass mounted on the robot, thereby reducing the mobility of the robot. In addition, since it is necessary to collect information at a longer distance, the amount of information processing increases, and the size of the arithmetic circuit and memory increases accordingly, which also increases the mass of the robot and increases the mobility of the robot. Reduce. For this reason, it is desirable for the base station to determine the path and posture of the robot.

また、上述の位置や姿勢を実現するためのロボットの羽ばたき方の決定は高速で行なう必要があるが、この決定は高度の知能を要求しない。そのため、これをロボット内部で行なうことにより、通信におけるトラフィックスを削減することができる。それにより、通信に用いる電力を減らすことができるため、ロボット本体に搭載する電源の質量を小さくすることができ、よりロボットの機動力を高めることができる。   Further, the determination of how to flutter the robot for realizing the above-described position and posture needs to be performed at high speed, but this determination does not require a high degree of intelligence. Therefore, the traffic in communication can be reduced by performing this inside the robot. Thereby, since the electric power used for communication can be reduced, the mass of the power supply mounted on the robot body can be reduced, and the mobility of the robot can be further increased.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、人体検出手段および対人警告手段を有するロボットを含むロボットシステムを用い、ロボットが人体検出を行ない、そして、ロボットが対人警告を行なう。これにより、障害物の多い空間でもこれを乗り越えて容易に移動し、警備を行なうことができる警備ロボットシステムが実現される。   The robot system according to the present embodiment uses a robot system including a robot having human body detection means and interpersonal warning means, the robot performs human body detection, and the robot issues interpersonal warning. This realizes a security robot system that can easily move over a space with many obstacles and perform security.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは作業空間のマップデータをベースステーション(または他のロボット)が有している。大局的なマップデータを有することで、マップデータを反映したより効率的な警備を行なうことができる。   In the robot system according to the present embodiment, the base station (or other robot) has map data of the work space. By having global map data, more efficient security reflecting the map data can be performed.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、羽ばたき飛行に伴って、複数回もしくは連続した人体検出を行なうように設定されている。このように、ロボットの移動を伴いながらセンシングを行なうことで、センサのセンシング領域よりも広い領域をセンシングすることができる。このため、あえてセンシング領域の広いセンサを使う必要がなくなるため、簡便に安価に、警備ロボットシステムを実現することができる。また、ロボットの小型化軽量化にもつながり、ロボットの機動性を高めることができる。   In addition, the robot system according to the present embodiment is set to perform human body detection a plurality of times or continuously with flapping flight. In this way, sensing is performed with the movement of the robot, so that a wider area than the sensing area of the sensor can be sensed. For this reason, it is not necessary to use a sensor having a wide sensing area, so that a security robot system can be realized simply and inexpensively. In addition, the robot can be reduced in size and weight, and the mobility of the robot can be improved.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、人体検出手段による人体の検出値のマッピングを用いて人体検出を行なう。これにより、人体検出の判断を容易に行なうことができる。   Also, the robot system in the present embodiment performs human body detection using mapping of human body detection values by human body detection means. As a result, it is possible to easily determine human body detection.

本実施の形態におけるロボットシステムは、羽ばたき飛行に伴って、複数回もしくは連続した対人警告を行なう。これにより、ロボット静止状態で警告動作を行なうよりも広がりを持った警告を行なうことができ、警告動作の効果を高めることができる。   The robot system according to the present embodiment performs interpersonal warnings a plurality of times or continuously with the flapping flight. As a result, the warning can be performed more widely than when the warning operation is performed while the robot is stationary, and the effect of the warning operation can be enhanced.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、侵入者における認識可能範囲内を含んで移動しつつ対人警告を行なうように設定されている。たとえば、光を発しながら移動するといったような形で、他の対人警告手段とロボットとの浮上態様を併用することで、より効果的に警告を行なうことができる。また、ロボットは、羽ばたきにより風圧や音を出すので、これにより何ら特別な手法を用いることなく侵入者に対する警告を行なうことができる。   In addition, the robot system according to the present embodiment is set to issue an interpersonal warning while moving within a recognizable range for an intruder. For example, the warning can be performed more effectively by using the floating manner of the other interpersonal warning means and the robot in a form such as moving while emitting light. Further, since the robot makes wind pressure and sound by flapping, it can warn the intruder without using any special technique.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、侵入者が通過不可能な隙間を通過可能なサイズのロボットを含んでいてもよい。これにより、存在空間への導入が容易になる。たとえば、ロボットのサイズが10cm程度であるならば、ドアにこの程度の穴をあけておけばロボットはドアが閉まっていてもこの穴を通じてそれぞれの空間を巡回可能である。また、侵入者は、10cmの穴からは出入りできないので安全は保たれる。   In addition, the robot system according to the present embodiment may include a robot having a size that can pass through a gap through which an intruder cannot pass. This facilitates introduction into the existence space. For example, if the size of the robot is about 10 cm, if such a hole is made in the door, the robot can go around each space through the hole even if the door is closed. Moreover, since the intruder cannot enter or exit through the 10 cm hole, safety is maintained.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、ロボットが通風口もしくはそれに類する部屋の雰囲気通路を介して移動するようにしてもよい。通風口などは既存のオフィスなどに建築段階から配置されているので、これを用いることで何ら既存の空間を加工することなく本警備ロボットシステムが導入できる。   Further, in the robot system according to the present embodiment, the robot may move through an air passage or an atmosphere passage in a room similar to that. Ventilation holes and the like are arranged in the existing office from the construction stage, so this can be used to introduce the security robot system without processing any existing space.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、椅子より高い領域をロボットが浮上移動するように設定さえている。多くの場合、オフィスにおける最も高い移動体は椅子であるので、これより高い領域を浮上すれば既知障害物以外の障害物のほとんど存在しない空間を移動でき効率的である。   In addition, the robot system according to the present embodiment is even set so that the robot moves up in a region higher than the chair. In many cases, the tallest moving body in the office is a chair, so if it rises above this area, it can move efficiently in a space where there are almost no obstacles other than known obstacles.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、人体検出手段における人体検出領域に床面を含んでいる。侵入者は床面より上に存在するので、これにより、空間のすべてにおいて人体を検出することができる。   Further, the robot system in the present embodiment includes a floor surface in the human body detection area in the human body detection means. Since the intruder exists above the floor surface, it is possible to detect the human body in all of the spaces.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、ロボットが2台以上存在してもよい。これにより、作業を複数のロボットで行なうことができるため作業効率が向上する。   In the robot system according to the present embodiment, two or more robots may exist. Thereby, work can be performed by a plurality of robots, and work efficiency is improved.

また、本実施の形態におけるロボットシステムは、ベースステーションが2台以上存在してもよい。これにより、ロボットの通信範囲が狭くても、広い作業領域においてロボットが作業を行なうことが可能になる。   In the robot system according to the present embodiment, two or more base stations may exist. As a result, even if the communication range of the robot is narrow, the robot can work in a wide work area.

なお、本実施の形態のロボットシステムは、次のようなものであってもよい。本発明のロボットシステムは、羽ばたきロボットが、羽ばたき運動するための左羽部および右羽部と、左羽部を駆動するための左駆動部と、右羽を駆動する右羽部とを有し、羽ばたき飛行制御装置が、左駆動部と右駆動とをそれぞれ独立して制御することが可能に構成されていてもよい。   The robot system according to the present embodiment may be as follows. The robot system of the present invention has a left wing and a right wing for a flapping robot to flapping, a left drive for driving the left wing, and a right wing for driving the right wing. The flapping flight control device may be configured to be able to control the left drive unit and the right drive independently of each other.

本発明のロボットシステムは、羽ばたき飛行制御装置が、左羽部と右羽部との羽ばたき周波数、ストローク角、偏角および捻り角のうち少なくともいずれかを制御することにより、羽ばたき態様を変更するようにしてもよい。   In the robot system of the present invention, the flapping flight control device changes the flapping mode by controlling at least one of the flapping frequency, stroke angle, declination angle, and twist angle between the left wing portion and the right wing portion. It may be.

本発明のロボットシステムは、羽ばたき飛行装置は、左羽部の羽ばたき態様と右羽部の羽ばたき態様と異ならせることにより、羽ばたきロボットの左右方向の移動を制御するようにしてもよい。   In the robot system of the present invention, the flapping flight device may control the left-right movement of the flapping robot by making the flapping aspect of the left wing different from the flapping aspect of the right wing.

本発明のロボットシステムは、羽ばたき飛行装置が、左羽部の偏角と右羽部の偏角を変更することにより、羽ばたきロボットの前後方向の移動を制御するようにしてもよい。   In the robot system of the present invention, the flapping flight device may control the movement of the flapping robot in the front-rear direction by changing the deflection angle of the left wing portion and the deflection angle of the right wing portion.

本実施の形態のロボットシステムは、羽ばたき装置が、羽部と右羽部のストローク角および羽ばたき周波数を変化させることにより、羽ばたきロボットの上下方向の移動を制御するようにしてもよい。   In the robot system according to the present embodiment, the flapping apparatus may control the vertical movement of the flapping robot by changing the stroke angle and flapping frequency of the wing portion and the right wing portion.

また、羽ばたき飛行制御装置が、羽部の予め定められたストローク角、偏角および捻り角の時系列値を記憶する羽ばたき飛行時系列態様記憶手段を含み、羽ばたき飛行時系列態様記憶手段に記憶されたストローク角、偏角および捻り角を参照して、羽ばたきロボットの羽ばたき態様を決定するように設定されているようにしてもよい。   Further, the flapping flight control device includes flapping flight time series mode storage means for storing time series values of predetermined stroke angle, declination angle and twist angle of the wing portion, and is stored in the flapping flight time series mode storage means. The flapping mode of the flapping robot may be determined with reference to the stroke angle, declination angle, and twist angle.

また、羽ばたきロボットが、羽の動作を記憶する羽動作時系列記憶手段を含み、羽ばたき飛行制御手段が、羽動作時系列記憶手段に記憶された羽の動作の時系列記憶を用いて、羽ばたきロボットの羽ばたき態様制御指令を補正するようにしてもよい。   Further, the flapping robot includes wing motion time series storage means for storing the wing motion, and the flapping flight control means uses the wing motion time series storage stored in the wing motion time series storage means, The flapping mode control command may be corrected.

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)
本実施の形態の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、羽ばたき装置としての羽ばたき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ロボットは、前述の実施の形態の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。さらに、本実施の形態では、羽ばたきロボットの羽ばたき飛行に関してのみ説明するが、羽ばたきロボットには人体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、警告するための手段として前述の実施の形態と同様の発光ダイオードなどの警告手段が設けられているものとする。
Next, another embodiment of the robot will be described.
(Another embodiment)
The robot system of the present embodiment is substantially the same as that of the above-described embodiment, but only the structure of the flapping robot as the flapping apparatus is different. That is, the flapping robot of this embodiment is used in the robot system of the above-described embodiment, and the relationship between the base station and the communication control is used in the same relationship. Furthermore, in the present embodiment, only the flapping flight of the flapping robot will be described, but the flapping robot is provided with a sensor similar to that of the above-described embodiment as a sensor for detecting a human body. As a means, it is assumed that warning means such as a light emitting diode similar to the above-described embodiment is provided.

別実施の形態に係る羽ばたき装置について説明する。図24(a)および図24(b)は、羽部として2本の羽軸を有する羽ばたき装置を示す図である。図24(a)では、羽ばたき装置の前方正面部分が示され、図24(b)では、羽ばたき装置の前方正面に向かって左側面部分が示されている。   A flapping apparatus according to another embodiment will be described. 24 (a) and 24 (b) are diagrams showing a flapping apparatus having two wing shafts as wing parts. 24A shows the front front part of the flapping apparatus, and FIG. 24B shows the left side part toward the front front of the flapping apparatus.

なお、図24(a)および図24(b)では羽ばたき装置の前方正面に向かって左羽しか示されていないが、実際には、胴体部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。   24 (a) and 24 (b) show only the left wing toward the front front of the flapping apparatus, but in reality, the right wing is also symmetrical with respect to the center axis of the body portion 105. Is formed. For simplicity, it is assumed that an axis (body axis 801) along the direction in which the body part 105 extends is in a horizontal plane, and a center axis 802 passing through the center of gravity is maintained in the vertical direction.

図24(a)および図24(b)に示すように、羽ばたき装置の胴体部105には、前羽軸103および後羽軸104と、その前羽軸103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。   24 (a) and 24 (b), the body portion 105 of the flapping apparatus includes a front wing shaft 103 and a rear wing shaft 104, and a space between the front wing shaft 103 and the rear wing shaft 104. A wing (left wing) having a wing film 106 provided so as to pass is formed.

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104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、102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。   In addition, a rotary actuator 101 for driving the front wing shaft 103 and a rotary actuator 102 for driving the rear wing shaft 104 are mounted on the body portion 105. The arrangement of the actuators 101 and 102 and the shape of the wing including the front wing shaft 103, the rear wing shaft 104, and the wing film 106 are not limited to this as long as the flight performance is not impaired.

さらに、この羽ばたき装置の場合、羽の断面形状を鉛直上方に凸となるようにしておけば、水平方向への飛行に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。   Furthermore, in the case of this flapping device, if the cross-sectional shape of the wings is convex upward, not only drag but also lift is generated when flying in the horizontal direction, and a greater levitation force can be obtained. Become.

また、この羽ばたき装置の重心の位置は、羽ばたき装置の安定性を重視するために羽が周囲の流体により受ける力のアクチュエータに対する作用点の位置よりも下方になるように設定されている。一方、羽ばたき装置の姿勢を容易に変更する観点からは重心とその作用点を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、羽ばたき装置の姿勢変更を容易に行うことができる。   Further, the position of the center of gravity of the flapping apparatus is set to be lower than the position of the acting point on the actuator of the force that the wing receives by the surrounding fluid in order to emphasize the stability of the flapping apparatus. On the other hand, from the viewpoint of easily changing the posture of the flapping device, it is desirable to make the center of gravity and its action point substantially coincide with each other, and in this case, the difference in force that the left and right wings required for posture control receive from the fluid The posture of the flapping device can be easily changed by reducing the size.

2つの回転型アクチュエータ101、102は互いに回転軸800を共有している。この回転軸800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101、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。   The two rotary actuators 101 and 102 share the rotation axis 800 with each other. The rotation shaft 800 forms a predetermined angle (90 ° −θ) with the body shaft. The front (rear) wing shafts 103 and 104 reciprocate in a plane orthogonal to the rotation shaft 800 with the actuators 101 and 102 as fulcrums. The angle formed by the plane perpendicular to the rotation axis 800 and the body axis 801 is the elevation angle θ.

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。   The body portion 105 is preferably formed of a cylindrical shape of polyethylene terephthalate (PET) or the like in order to ensure mechanical strength and achieve sufficient weight reduction, but is limited to such materials and shapes. It is not a thing.

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24(a)および図24(b)では、回転型アクチュエータが用いられている。   As the actuators 101 and 102, it is desirable to use an ultrasonic traveling wave actuator using a piezoelectric element (piezo) because the starting torque is large, the reciprocating motion can be easily realized, and the structure is simple. There are two types, a rotary actuator and a linear actuator. In FIG. 24A and FIG. 24B, a rotary actuator is used.

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。   Here, the method of directly driving a wing by an ultrasonic element using a traveling wave will be mainly described, but the mechanism for driving the wing and the type of actuator used therefor are particularly shown in this embodiment. It is not limited to things.

回転型アクチュエータとしては、図24(a)(b)に示された回転型アクチュエータ101、102の他に、たとえば図34に示される回転型アクチュエータ401を用いてもよい。   As the rotary actuator, in addition to the rotary actuators 101 and 102 shown in FIGS. 24A and 24B, for example, a rotary actuator 401 shown in FIG. 34 may be used.

図34に示された羽ばたき装置では、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。   In the flapping apparatus shown in FIG. 34, a wing 403 is attached to a rotary actuator 401 mounted on a body portion 404. The wing 403 reciprocates around the rotation axis 402 of the rotary actuator 401.

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35または図36に示すような羽ばたき装置を構成してもよい。   Further, as a mechanism for driving the wings, a mechanism combining an exoskeleton structure and a linear actuator as described in JP-A-5-1695675 is applied, for example, as shown in FIG. 35 or FIG. Such a flapping apparatus may be configured.

図35に示された羽ばたき装置では、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。   In the flapping apparatus shown in FIG. 35, a front wing shaft or a rear wing shaft 503 is connected to one end of a linear actuator 501. The movement of the linear actuator 501 is transmitted to the front wing shaft or the rear wing shaft 503 through the hinge 502 attached to the body portion 504, whereby the flapping motion is performed. This flapping movement is inspired by the flapping movement of a dragonfly that directly drives its wings with muscles.

図36に示された羽ばたき装置では、胴体部は上面胴体部603と下面胴体部604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。   In the flapping apparatus shown in FIG. 36, the body part is divided into an upper body part 603 and a lower body part 604. The movement of the linear actuator 601 fixed to the lower body part 604 is transmitted to the upper body part 603. Then, the movement of the upper body part 603 is transmitted to the front wing shaft or the rear wing shaft 603 via the hinge 602, whereby the flapping motion is performed. This flapping movement is inspired by the flapping movement used by bees other than dragonflies.

図36に示す羽ばたき装置の場合、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。   In the case of the flapping apparatus shown in FIG. 36, since the left and right wing shafts 603 are simultaneously driven by one actuator 601, the left and right wing shafts cannot be driven separately, and detailed flight control cannot be performed. The number of actuators can be reduced, and the weight can be reduced and the power consumption can be reduced.

さて、図24(a)および図24(b)に示された羽ばたき装置では、回転型アクチュエータ101、102には前羽軸103と後羽軸104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。   Now, in the flapping apparatus shown in FIGS. 24A and 24B, the front wing shaft 103 and the rear wing shaft 104 are connected to the rotary actuators 101 and 102, respectively. A wing film 106 is stretched between the front wing shaft 103 and the rear wing shaft 104. The wing film 106 has a spontaneous tension in the direction of contraction in the plane thereof, and functions to increase the rigidity of the entire wing.

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104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。   For weight reduction, the front wing shaft 103 and the rear wing shaft 104 have a hollow structure and are each formed of carbon graphite. For this reason, the front wing shaft 103 and the rear wing shaft 104 are elastic, and the front wing shaft 103 and the rear wing shaft 104 can be deformed by the tension of the wing film 106.

図37は本羽ばたき装置の全体の構造を示す図である。なお、前方方向(紙面に向かって上)に向かって左側の羽は省略されている。   FIG. 37 shows the overall structure of the flapping apparatus. Note that the left wing is omitted in the forward direction (upward in the drawing).

胴体部700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。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装置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703や角加速度センサ704によって検知された結果から、羽ばたき装置の浮上状態、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。   An ultrasonic sensor 701, an infrared sensor 702, an acceleration sensor 703, and an angular acceleration sensor 704 are disposed on the body 700. The detection results by these sensors are sent to the flapping control unit 705. The flapping control unit 705 processes information such as the distance between the flapping apparatus and the surrounding obstacles and humans from the results detected by the ultrasonic sensor 701 and the infrared sensor 702. In addition, information such as the flying state, the target position, or the posture of the flapping apparatus is processed from the results detected by the acceleration sensor 703 and the angular acceleration sensor 704, and the drive control of the left and right actuators 706 and the center of gravity control unit 707 is determined. Is done.

なお、ここでは、本羽ばたき装置の周囲に存在する障害物を検出する手段として超音波センサ701および赤外線センサ702を用い、本羽ばたき装置の位置および姿勢を検出する手段として加速度センサ703および角加速度センサ704を用いたが、本羽ばたき装置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。   Here, an ultrasonic sensor 701 and an infrared sensor 702 are used as means for detecting an obstacle existing around the flapping apparatus, and an acceleration sensor 703 and an angular acceleration sensor are used as means for detecting the position and posture of the flapping apparatus. Although 704 is used, the sensor is not limited to the above as long as the sensor can measure the surrounding environment, position, and orientation of the flapping apparatus.

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、本羽ばたき装置の姿勢を算出することは可能である。また、本羽ばたき装置が移動する空間内に磁場分布を設けておき、磁気センサによってこの磁場分布を検知することで本羽ばたき装置の位置と姿勢を算出することも可能である。   For example, the posture of the flapping apparatus can be calculated from acceleration information obtained by arranging two acceleration sensors capable of measuring accelerations in three orthogonal directions at different positions on the body 700. It is also possible to calculate the position and orientation of the flapping apparatus by providing a magnetic field distribution in the space in which the flapping apparatus moves and detecting the magnetic field distribution with a magnetic sensor.

また、図37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。   In FIG. 37, sensors such as the acceleration sensor 703 and the angular acceleration sensor 704 are shown as separate components from the flapping control unit 705. From the viewpoint of weight reduction, for example, flapping control is performed by a micromachining technique. It may be formed on the same substrate integrally with the portion 705.

また、本羽ばたき装置では羽の駆動をオープンループ制御としているが、羽の付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。   In this flapping apparatus, the wing is driven by open loop control, but it is also possible to provide a wing angle sensor at the base of the wing and perform closed loop control based on angle information obtained from the angle sensor.

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。   Note that the sensors listed here are not essential if the flow of the fluid in the rising space is known and can float by a predetermined flapping method.

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708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、羽ばたき装置として学習機能を持たせることができる。   The flapping control unit 705 is connected to the memory unit 708 and can read existing data necessary for flapping control from the memory unit 708. In addition, information obtained by the sensors 701 to 704 can be sent to the memory unit 708, and the information in the memory unit 708 can be rewritten as necessary, so that a flapping apparatus can be provided with a learning function.

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(他の羽ばたき装置やベースステーションなど)とのデータの送受信を行う。   In addition, as long as the information obtained by the sensors 701 to 704 is only stored in the memory unit 708, the memory unit 708 and the sensors 701 to 704 may be directly connected without using the flapping control unit 705. . The flapping control unit 705 is connected to the communication control unit 709 and can input / output data to / from the communication control unit 709. The communication control unit 709 transmits and receives data to and from an external device (such as another flapping device or a base station) via the antenna unit 710.

このような通信機能により、羽ばたき装置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、羽ばたき装置では入手できない情報を外部の装置から受取り、そのような情報をメモリ部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装置に記憶さなくても、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。   With such a communication function, data acquired by the flapping apparatus and stored in the memory unit 708 can be quickly transferred to an external apparatus. In addition, information that cannot be obtained by the flapping apparatus is received from an external apparatus, and such information is stored in the memory unit 708 so that it can be used for flapping control. For example, it is possible to obtain map information in a necessary range from a base station or the like at any time without storing all of the large map information in the flapping apparatus.

なお、図37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709とを一体化させた形態でもよい。   In FIG. 37, the antenna portion 710 is shown as a rod-like member protruding from the end of the body portion 700. However, the shape and arrangement of the antenna portion 710 are not limited to this as long as they have an antenna function. For example, a loop antenna may be formed on the wing using the front wing shaft 712 and the rear wing shaft 713. Moreover, the form which incorporated the antenna in the trunk | drum 700, or the form which integrated the antenna and the communication control part 709 may be sufficient.

超音波センサ701、赤外線センサ702、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。   The ultrasonic sensor 701, infrared sensor 702, acceleration sensor 703, angular acceleration sensor 704, flapping control unit 705, left and right actuator 706, center of gravity control unit 707, memory unit 708, communication control unit 709, antenna unit 710, etc. It is driven by the current supplied by 711.

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。   Here, electric power is used as drive energy, but an internal combustion engine can also be used. It is also possible to use an actuator using a physiological redox reaction as seen in insect muscles. Alternatively, a method of acquiring the driving energy of the actuator from the outside can also be adopted. For example, for electric power, thermoelectric elements, electromagnetic waves and the like can be mentioned.

(浮上方法)
説明の簡便のため、本羽ばたき装置に作用する外力は、羽が流体から受ける流体力と羽ばたき装置に作用する重力(羽ばたき装置の質量と重力加速度との積)のみであるとする。本羽ばたき装置が恒常的に浮上するためには1回の羽ばたき動作の間の時間平均において、次の関係、
(羽に作用する鉛直上方向の流体力)>(本羽ばたき装置に作用する重力)
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。
(Floating method)
For simplicity of explanation, it is assumed that the external force acting on the flapping apparatus is only the fluid force that the wing receives from the fluid and the gravity acting on the flapping apparatus (the product of the mass of the flapping apparatus and the gravitational acceleration). In order for the flapping apparatus to surface constantly, in the time average during one flapping operation,
(Vertical fluid force acting on the wing)> (Gravity acting on the flapping device)
It is necessary to meet. One flapping operation refers to an operation of lowering a wing and then raising the wing.

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。
In addition, in order to raise the fluid force upward vertically,
(Vertical upward fluid force acting on the wing in the down motion)> (Vertical downward fluid force acting on the wing in the launch motion)
It is necessary to become.

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。   Here, the vertical upward fluid force acting on the wing during the down motion (hereinafter referred to as “the fluid force during the down motion”) is applied to the wing during the launch operation, using a simplified method of flapping the insects. A method of increasing the vertical downward fluid force (hereinafter referred to as “fluid force at launch”) will be described.

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、本羽ばたき装置に作用する重力(以下「重量」と記す。)の大小については後述する。   For simplicity of explanation, the behavior of the fluid or the force exerted by the fluid on the wing will be described with reference to its main components. Further, the levitation force obtained by this flapping method and the magnitude of gravity (hereinafter referred to as “weight”) acting on the flapping apparatus will be described later.

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106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。   In order to make the fluid force at the time of downstroke greater than the fluid force at the time of launch, the fluid force may be lowered so that the volume of the space in which the wing film 106 moves during the downstroke is maximized. For this purpose, the wing film 106 may be pushed down substantially in parallel with the horizontal plane, whereby a substantially maximum fluid force can be obtained.

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。   On the other hand, the launch may be performed so that the volume of the space in which the feather film 106 moves is minimized. For this purpose, the wing film 106 may be launched at an angle close to a substantially right angle with respect to the horizontal plane, so that the fluid force exerted on the wing is substantially minimized.

そこで、回転型アクチュエータ101、102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25に示すように、前羽軸103の往復運動に対して後羽軸104の往復運動を適当な位相φだけ遅れさせる。   Therefore, when the rotary shafts 101 and 102 are reciprocated around the rotary shaft 800 by the rotary actuators 101 and 102, the upper and lower sides are respectively centered on the positions where the blade shafts 103 and 104 substantially coincide with the horizontal plane. Let it be reciprocated by an angle γ. Further, as shown in FIG. 25, the reciprocating motion of the rear wing shaft 104 is delayed by an appropriate phase φ with respect to the reciprocating motion of the front wing shaft 103.

これにより、図26〜図33(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26〜図30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。   Accordingly, in the reciprocating motion of the wing shown in FIGS. 26 to 33 (illustrated as φ = 20 ° here), it is at a higher position when it is downed as shown in FIGS. Since the front wing shaft 303 of the rotary actuator 301 is pushed down first, the tips of the front wing shaft 303 and the rear wing shaft 304 and the wing film 306 approach the horizontal.

一方、図30〜図33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106が流体を押し下げ、あるいは、押し上げる量に差異が生じ、この羽ばたき装置の場合には、打ち下ろし時の流体力の方が打ち上げ時の流体力よりも大きくなって浮上力が得られることになる。   On the other hand, at the time of launch shown in FIGS. 30 to 33, the difference in height between the tips of both wing shafts 103 and 104 is enlarged, and the wing film 306 also approaches the vertical. As a result, the wing film 106 stretched between the front wing shaft 303 and the rear wing shaft 304 pushes down the fluid, or a difference occurs in the amount pushed up. In the case of this flapping apparatus, the fluid force at the time of the downstroke is reduced. Becomes larger than the fluid force at the time of launch, and a levitation force is obtained.

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、この羽ばたき装置では、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。   The levitation force vector is tilted back and forth by changing the phase difference φ. If you tilt it forward, you will get a propulsion movement, if you tilt it backward, you will move backward, and if you point it straight up, you will be in a hovering state. In actual flight, it is possible to control the flapping frequency f and the flapping angle γ in addition to the phase difference φ. Further, in this flapping apparatus, the flapping elevation angle θ is fixed, but a function for changing this may be added to increase the degree of freedom.

(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。上述した羽ばたき装置では、打ち下ろし動作または打ち上げ動作の際に、羽の先端部がなす捻り角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26、31、32を参照)、およそ以下の式で表わされる。
(Flapping control)
The actual flapping control will be described in more detail. In the above-described flapping device, the twist angle α formed by the tip of the wing during the down or up operation is the length of the wing (the length along the front and rear wing axes of the wing membrane). l, wing width (interval between the front and rear wing axes), w flapping angle γ, flapping motion phase τ (0 ° for the most up-swing and 180 ° for the most down-swinging) If the phase difference between the front wing shaft and the rear wing shaft is φ (see FIGS. 26, 31 and 32), it is approximately expressed by the following equation.

tanα=(w/l)・〔sin(γ・cosτ)−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。
tan α = (w / l) · [sin (γ · cos τ) −sin {γ · cos (τ + φ)}]
Actually, since the front wing shaft and the rear wing shaft are elastic and can be deformed, the twist angle α takes a slightly different value. In addition, this angle is smaller at the base of the wing shaft. However, in the following discussion, for convenience, explanation will be made using α in the above formula.

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)・π2ρwγ223・sin2τ・cos(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。
The vertical component F of the fluid force acting on the untwisted wing is approximately F = (4/3) · π 2 ρwγ 2 f 2 , where ρ is the fluid density, γ is the flapping angle, and f is the flapping frequency. l 3 · sin 2 τ · cos (γ · cos τ)
It becomes. The horizontal component of the fluid force acting on the wings cancels each other if the left and right wings make the same movement.

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。   When the twist angle α is given to the wing, the component L perpendicular to the flapping motion plane of the component F and the horizontal component D are as follows.

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。
L = F ・ cosα ・ sinα
D = F · cos 2 α
In consideration of the flapping elevation angle θ, the vertical component A to be balanced with the weight and the horizontal component J that is the thrust of the longitudinal motion are as follows:
A ↓ = -L · cos θ + D · sin θ
J ↓ = -L · sinθ-D · cosθ
At launch,
A ↑ = L ・ cos θ−D ・ sin θ
J ↑ = L · sinθ + D · cosθ
It becomes. The actual buoyancy and propulsive force are obtained by integrating one cycle of flapping motion.

以上より、この飛行制御の一例として、羽ばたき装置の羽の長さ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38に示す。   From the above, as an example of this flight control, the wing length l = 4 cm, the wing width w = 1 cm, the flapping elevation angle θ = 30 °, the flapping angle γ = 60 °, the flapping frequency f = 50 Hz, and the downswing. FIG. 38 shows temporal changes of the vertical direction component A and the horizontal direction component B together with the temporal change of each angle when the phase difference φ ↓ = 4 ° at the time and the phase difference φ ↑ = 16 ° at the launch.

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。   The horizontal axis represents the time for one period as the phase τ. The first half is down, and the second half is up. The curves in each graph show the temporal changes of the flapping angle γf of the front wing shaft, the flapping angle γb of the rear wing shaft, the wing twist angle (α + θ) from the horizontal plane, the vertical component A and the horizontal component J of the fluid force, respectively. ing.

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装置の重量が約1g以下であれば浮上することができることになる。また、単位時間当りの流体力の水平方向成分Jは、1周期の間にほぼ打ち消されるため、重量1g程度の羽ばたき装置であればホバリング可能となる。   In this example, in the vertical direction component A of the fluid force per unit time, the downward force is greater than the launch time, so an average upward fluid force of about 500 dyn per cycle can be obtained with one wing. It is done. Therefore, if the weight of the flapping device is about 1 g or less, the two wings can float. In addition, since the horizontal component J of the fluid force per unit time is almost canceled during one cycle, a flapping apparatus having a weight of about 1 g can be hovered.

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。   Here, it is possible to move forward by increasing the phase difference φ ↓ at the time of downstroke or by reducing the phase difference φ ↑ at the time of launch. At this time, in order to advance horizontally, it is desirable to slightly reduce the frequency f. On the contrary, it is possible to move backward by reducing the phase difference φ ↓ at the time of downstroke or by increasing the phase difference φ ↑ at the time of launch. At this time, in order to move backward horizontally, it is desirable to slightly increase the frequency f.

この羽ばたき装置では、たとえば、打ち上げ時の位相差φ↑を16°に保ったまま打ち下ろし時の位相差φ↓を7°と大きくするか、打ち下ろし時の位相差φ↓を4°に保ったまま打ち上げ時の位相差φ↑を11°と小さくし、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。   In this flapping apparatus, for example, the phase difference φ ↓ at the time of launch is increased to 7 ° while the phase difference φ ↑ at the time of launch is kept at 16 °, or the phase difference φ ↓ at the time of launch is kept at 4 °. If the phase difference φ ↑ during launching is reduced to 11 ° and lowered to a flapping frequency f = 48 Hz, it can move forward at a speed of approximately 1 m in the first second.

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。   In addition, for example, the phase difference φ ↓ at the time of launch is kept at 16 ° while the phase difference φ ↓ at the time of launch is reduced to 1 °, or the phase difference φ ↓ at the time of launch is kept at 4 °. By increasing the time phase difference φ ↑ to 24 ° and raising the flapping frequency f to 54 Hz, it is possible to move backward horizontally at a speed of approximately 1 m in the first second.

ホバリング状態のまま、羽ばたき装置を上昇または下降させるためには、周波数fを上げるかまたは下げるかすればよい。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装置は上昇し、周波数を下げることで羽ばたき装置は下降する。   In order to raise or lower the flapping apparatus in the hovering state, the frequency f may be increased or decreased. Even during level flight, ascent and descent can be controlled mainly by the frequency f. Increasing the frequency f raises the flapping apparatus, and lowering the frequency lowers the flapping apparatus.

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。   In this example, the torsion angle α of the wing is slowly changed during the launching operation or the downing operation, in order to reduce the load on the actuator. As a flapping motion to obtain buoyancy, set the torsion angle α of the wing to a constant value during the launching operation or downing operation, and from the downing operation to the launching operation, or from the launching operation to the downing operation You may make it change the twist angle (alpha) rapidly in a change point.

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39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。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。羽ばたき装置を左へ旋回させる場合には、その逆の制御を行なえばよい。   FIG. 39 shows temporal changes of the vertical direction component A and the horizontal direction component B together with the temporal change of each angle when the flapping elevation angle θ = 0 °. In this case, it is a flapping movement inspired by hummingbird hovering. In the case of steering to the left and right, if the flapping motion of the left and right wings can be controlled separately, it is only necessary to give a difference in the thrust by each wing. For example, to turn right while flying forward, the flapping angle γ of the right wing is made smaller than that of the left wing, or the phase difference between the front and rear wing axes of the right wing is made larger than that of the left wing. If the flapping elevation angle θ can be controlled, control is performed such that θ of the right wing is made smaller than that of the left wing. As a result, the right wing propulsive force is relatively lower than the left wing propulsive force, and the vehicle can turn right. When the flapping apparatus is turned to the left, the opposite control may be performed.

一方、図36に示された羽ばたき装置のように、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37に示された羽ばたき装置に搭載されているような重心制御部707をこの羽ばたき装置に搭載して、羽ばたき装置の重心を左右にずらすことで左右への旋回を行うことができる。   On the other hand, when the left and right wings cannot be controlled separately as in the flapping apparatus shown in FIG. 36, the center-of-gravity control unit 707 installed in the flapping apparatus shown in FIG. Can be turned to the left and right by shifting the center of gravity of the flapping apparatus to the left and right.

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、羽ばたき装置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、羽ばたき装置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、いずれの羽ばたき装置においても、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。   For example, the flapping device can be turned to the right by shifting the center of gravity to the right, tilting the right wing downward and the left wing upward, and increasing the frequency f. Similarly, the flapping device can be turned to the left by shifting the center of gravity to the left and increasing the frequency f. This method can also be applied to the case where the two wings can be controlled separately. In any flapping apparatus, it is desirable to set the left and right flapping frequencies f to the same value in order to keep the posture stable.

最後に、本実施の形態のロボットシステムに用いられる羽ばたき装置の構成およびその効果をまとめて記載しておく。   Finally, the configuration and effects of the flapping apparatus used in the robot system of the present embodiment will be described together.

本実施の形態の羽ばたき装置は、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。   The flapping apparatus according to the present embodiment includes a floating main body portion including a wing portion, a driving portion, and a trunk portion for flapping a space in which a fluid exists. The drive unit performs a down operation for lowering the wing part from above to below and a launch operation for raising the wing part from below to above. A wing part is attached to the body part, and a drive part is mounted. Then, in a time average between a series of the down-motion operation and the up-motion operation, a vertically upward force among the forces received by the wing portion from the fluid is larger than the gravity acting on the floating main body portion.

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。   According to this structure, in the time average between the down-motion operation and the up-motion operation in the flapping operation of the wing portion, the vertically upward force out of the force that the wing portion receives from the fluid is larger than the gravity acting on the floating main body portion. Thus, buoyancy is given to the floating main body. As a result, the levitating main body can move without touching the ground.

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。   In order to give buoyancy to the levitation body, it is desirable that the volume of the space in which the wing moves during the down motion is larger than the volume of the space in which the wing moves during the launch operation, for example, By balancing the buoyancy and the gravity acting on the levitation body, it is also possible to make a flying flight (hovering) that stays in the space away from the ground.

このような浮上本体部は、屋内において所定の作業を行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うための移動手段として用いられることが望ましい。   Such a floating main body is preferably used as a moving means for performing a predetermined work indoors or as a moving means for performing a predetermined work outdoors.

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うことができる。   The levitation body part can move away from the ground with buoyancy, so that various objects such as furniture are placed, and such an object is placed indoors where the position of such objects changes over time. It is possible to move while avoiding obstacles, and it is possible to easily perform predetermined work such as grasping the situation of each room. In addition, outdoors, for example, it is possible to move without being affected by obstacles in a disaster area, topography in a general field, etc., and a predetermined operation such as information collection can be easily performed.

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。   Specifically, the wing portion has a wing body portion and a wing shaft portion that supports the wing body portion, and the driving portion drives the wing shaft portion to drive the tip portion of the wing body portion and a virtual predetermined reference plane. It is desirable to change the torsion angle between

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。   Thereby, the magnitude | size and direction of the fluid force which a wing | blade part floats from a fluid change, and a floating main-body part can be raised, descended, advanced, or retracted.

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。   In order to make the volume of the space in which the wings move during the down motion larger than the volume of the space in which the wings move during the launch operation, the drive unit has a twist angle and the launch in the down motion. It is necessary to vary the twist angle in the operation.

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。
Furthermore, it is desirable for the drive unit to change the twist angle with time.
In this case, the posture of the wing portion can be changed smoothly, and it is possible to suppress the sudden application of fluid force to the wing portion.

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。   The wing shaft portion includes one wing shaft portion and the other wing shaft portion, and the wing body portion includes a film portion formed so as to pass between the one wing shaft portion and the other wing shaft portion. The drive unit preferably drives the one side wing shaft part and the other side wing shaft part individually.

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。   In this case, the twist angle can be easily changed by individually driving the one-side wing shaft portion and the other-side wing shaft portion.

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。   The wing shaft portion reciprocates on a virtual plane with the driving portion as a fulcrum, the trunk portion extends in one direction, and the elevation angle formed by the direction in which the trunk portion extends and the virtual plane can be changed. desirable.

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うことができる。   In this case, the degree of freedom of the flapping motion increases, and a more complex flapping motion can be realized. Further, by increasing the elevation angle and controlling the twist angle, higher-speed flight can be performed. Furthermore, by making this elevation angle substantially 0 °, it is excellent in mobility and can perform hovering like a hummingbird.

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。   More specifically, the wing portion has a main shaft portion and a wing main body portion formed in a direction substantially orthogonal to the direction in which the main shaft portion extends from the main shaft portion, and the drive portion drives the main shaft portion to drive the wing main body portion. It is desirable to change the torsion angle between a virtual plane in contact with the virtual predetermined reference plane including the main shaft portion.

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。   Thereby, the magnitude | size and direction of the fluid force which a wing | blade part floats from a fluid change, and a floating main-body part can be raised, descended, advanced, or retracted.

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。   In order to change the posture of the wing part in such a main shaft part, it is desirable that the drive part includes an actuator having at least three degrees of freedom.

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。   In addition, the wing part is formed on one side and the other side, respectively, across the approximate center of the body part, and the drive part individually drives the wing part formed on one side and the wing part formed on the other side. It is desirable.

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。   In this case, the postures of the wings formed on one side and the wings formed on the other side can be individually changed, and the orientation of the floating main body can be easily changed.

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。   Furthermore, it is desirable to include a sensor unit for grasping the surrounding situation, a memory unit for storing information, or a communication unit for transmitting and receiving information.

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。   By providing the sensor unit, it is possible to obtain environmental information such as the position, posture and speed of the levitation main body unit, the position and moving speed of surrounding obstacles, temperature and brightness, and perform more appropriate flapping control. Further, by providing the memory unit, the obtained environmental information can be accumulated, and the levitating body unit can have a learning function. Furthermore, by providing a communication unit, information can be exchanged between a plurality of levitating main body units and a base station, and cooperative actions between a plurality of levitating main body units by exchanging acquired information Can be easily performed.

(権利請求範囲について)
また、本実施の形態に示したアプリケーションは一例であり、本願においての権利請求範囲は特許請求の範囲の項に示されるものである。たとえば、赤外線センサの検出温度範囲を変更すれば火災検出してコンピュータの異常感熱を検出するアプリケーションが考えられる。また、屋外で本システムを用い、人体捜査などを行なうアプリケーションも考えられる。また、上記の実施の形態においては、羽ばたき装置を中心に説明したが、ロボットシステムによる警備は、羽ばたき装置以外にラジコンヘリコブターや気球等の浮上移動装置を用いても実現可能である。
(About claims)
The application shown in this embodiment is an example, and the scope of claims in this application is shown in the claims. For example, by changing the detection temperature range of the infrared sensor, an application that detects a fire by detecting a fire by using a fire can be considered. An application that uses this system outdoors to conduct human body investigations is also conceivable. In the embodiment described above, the flapping device has been mainly described. However, the security by the robot system can be realized by using a floating moving device such as a radio control helicopter or a balloon in addition to the flapping device.

本実施の形態のロボットシステム(ロボットの制御方法)は、羽ばたき運動により流体が存在する空間を羽ばたき飛行する(ステップ1)ための羽ばたき装置と、羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様に関する羽ばたき関連物理量を取得する(ステップ2)ための羽ばたき関連物理量取得手段と、羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様を制御する(ステップ3)羽ばたき飛行制御装置とを備え、羽ばたき飛行制御装置が、羽ばたき関連物理量取得手段により得られた羽ばたき関連物理量の情報を利用して、羽ばたき飛行の態様を制御する(ステップ4)。   The robot system (robot control method) according to the present embodiment acquires a flapping apparatus for flapping and flying in a space where fluid exists by flapping motion (step 1), and flapping-related physical quantities related to flapping flight modes of the flapping apparatus. Flapping related physical quantity acquisition means for performing (step 2) and flapping flight control device for controlling the flapping flight mode of the flapping apparatus (step 3), wherein the flapping flight control apparatus is obtained by the flapping related physical quantity acquisition means. The mode of flapping flight is controlled using the flapping-related physical quantity information (step 4).

上記のような構成によれば、羽ばたき運動により流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽ばたき装置をロボットに用いれば、ロボットを障害物の多い環境においても障害物に制約されることなく移動させることができる。   According to the above configuration, if a flapping apparatus for flapping and flying in a space where fluid exists by flapping motion is used for the robot, the robot can be moved without being restricted by the obstacle even in an environment with many obstacles. be able to.

本実施の形態のロボットシステムは、羽ばたき飛行制御装置が、羽ばたき装置の外部に設けられ、羽ばたき装置を遠隔制御するための遠隔制御装置であってもよい。このような構成によれば、羽ばたき装置の重量を軽減することができる。   The robot system according to the present embodiment may be a remote control device in which the flapping flight control device is provided outside the flapping device and remotely controls the flapping device. According to such a configuration, the weight of the flapping apparatus can be reduced.

本実施の形態のロボットシステムは、羽ばたき関連物理量取得手段が羽ばたき装置に設けられていてもよい。このような構成によれば、羽ばたき装置がいかなる場所にある場合も羽ばたき関連物理量を取得することができる。   In the robot system of the present embodiment, flapping related physical quantity acquisition means may be provided in the flapping apparatus. According to such a configuration, the flapping-related physical quantity can be acquired regardless of where the flapping device is located.

本実施の形態のロボットシステムは、羽ばたき関連物理量取得手段が羽ばたき装置および羽ばたき飛行制御装置の外部に設けられていてもよい。   In the robot system according to the present embodiment, flapping-related physical quantity acquisition means may be provided outside the flapping device and the flapping flight control device.

上記の構成によれば、羽ばたき装置の重量を軽減できるとともに、羽ばたき制御装置では羽ばたき装置を監視できないような位置においても羽ばたき関連物理量を取得することができる。   According to the configuration described above, the weight of the flapping apparatus can be reduced, and the flapping related physical quantity can be acquired even at a position where the flapping control apparatus cannot monitor the flapping apparatus.

本実施の形態のロボットシステムは、羽ばたき関連物量取得手段が羽ばたき飛行制御装置に設けられていてもよい。このような構成によれば、羽ばたき装置の重量を軽減できるとともに、羽ばたき飛行制御装置および羽ばたき装置のみでシステムを構成することが可能となる。   In the robot system according to the present embodiment, flapping related quantity acquisition means may be provided in the flapping flight control device. According to such a configuration, the weight of the flapping device can be reduced, and the system can be configured only by the flapping flight control device and the flapping device.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき飛行制御装置が羽ばたき関連物理量が変更されるように羽ばたき装置を制御するための物理量変更手段を含んでいる。このような構成にすることにより、羽ばたき飛行制御装置で直接羽ばたき関連物理量を制御することができる。   The robot system according to the present embodiment more preferably includes physical quantity changing means for controlling the flapping apparatus so that the flapping flight control apparatus changes the flapping-related physical quantity. With this configuration, the flapping-related physical quantity can be directly controlled by the flapping flight control device.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき関連物理量以外に、羽ばたき装置の周辺における物理量を取得するための周辺物理量取得手段をさらに備え、羽ばたき飛行制御装置が、周辺物理量取得手段により得られた物理量の情報を利用して、羽ばたき装置を制御する。このような構成にすることにより、羽ばたき装置の飛行経路の周辺の物理量を取得して、それに基づいた対処を行なうことができる。   More preferably, the robot system according to the present embodiment further includes peripheral physical quantity acquisition means for acquiring a physical quantity around the flapping apparatus in addition to the flapping related physical quantity, and the flapping flight control device is obtained by the peripheral physical quantity acquisition means. The flapping apparatus is controlled using the information on the obtained physical quantity. By adopting such a configuration, it is possible to acquire a physical quantity around the flight path of the flapping apparatus and take a countermeasure based thereon.

本実施の形態のロボットシステムは、周辺物理量取得手段が羽ばたき装置に設けられていてもよい。このような構成によれば、羽ばたき装置がいかなる場所にある場合も周辺物理量を取得することができる。   In the robot system according to the present embodiment, peripheral physical quantity acquisition means may be provided in the flapping apparatus. According to such a configuration, the peripheral physical quantity can be acquired regardless of where the flapping apparatus is located.

本実施の形態のロボットシステムは、周辺物理量取得手段が羽ばたき装置および羽ばたき飛行制御装置の外部に設けられていてもよい。このような構成によれば、羽ばたき装置の重量を軽減できるとともに、羽ばたき制御装置では羽ばたき装置を監視できないような位置においても羽ばたき関連物理量を取得することができる。   In the robot system according to the present embodiment, the peripheral physical quantity acquisition means may be provided outside the flapping device and the flapping flight control device. According to such a configuration, the weight of the flapping apparatus can be reduced, and the flapping-related physical quantity can be acquired even at a position where the flapping control apparatus cannot monitor the flapping apparatus.

本実施の形態のロボットシステムは、周辺物理量取得手段が羽ばたき飛行制御装置に設けられていてもよい。このような構成によれば、羽ばたき装置の重量を軽減できるとともに、羽ばたき飛行制御装置および羽ばたき装置のみで周辺物理量を取得することが可能となる。   In the robot system of the present embodiment, the peripheral physical quantity acquisition means may be provided in the flapping flight control device. According to such a configuration, the weight of the flapping device can be reduced, and the peripheral physical quantity can be acquired only by the flapping flight control device and the flapping device.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、周辺物理量検出手段が人体の検出が可能な人体検出手段を含み、人体検出手段が羽ばたき飛行中において人体の検出を行なうように設定されている。このような構成にすることにより、飛行した空間のすべてにおいて人体検出を行なうことができる。   In the robot system according to the present embodiment, more preferably, the peripheral physical quantity detection means includes human body detection means capable of detecting a human body, and the human body detection means is set to detect a human body during flapping flight. By adopting such a configuration, human body detection can be performed in all the flying spaces.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、人体検出手段が床面近傍の人体検出が可能に構成されている。このような構成にすることにより、より確実に人体検出を行なうことができる。   More preferably, the robot system of the present embodiment is configured such that the human body detection means can detect a human body near the floor surface. With this configuration, human body detection can be performed more reliably.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき装置が、人体に対して警告をすることが可能な警告手段を含み、羽ばたき装置自身が人体検出手段を用いて人体を検出可能な位置に存在するように、人体検出手段により検出された人体の移動に伴って羽ばたき飛行しながら、対人警告手段により対人警告を行なうように設定されている。このような構成にすることにより、対人警告をより効果的に行なうことができる。   More preferably, in the robot system according to the present embodiment, the flapping apparatus includes warning means that can warn the human body, and the flapping apparatus itself is in a position where the human body can be detected using the human body detecting means. As it exists, it is set so that the interpersonal warning means performs the interpersonal warning while flapping and flying with the movement of the human body detected by the human body detecting means. With this configuration, interpersonal warning can be performed more effectively.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽音によって羽ばたき装置が人体に認識されることを回避すべき際における羽ばたき装置と人体と間の距離をL、羽ばたき装置からの距離L0における音圧をP0、羽ばたき装置の羽ばたき運動の周波数をf、羽ばたき装置の羽ばたき運動の周波数による人間の最低可聴音圧をPc(f)とするときに、Pc(f)>P0×(L0/L)2となる範囲の周波数fで、羽ばたき装置が羽ばたき運動を行なうように設定されている。このように構成することにより、羽ばたき音によって、人に気づかれてしまうことを抑制することができる。 In the robot system according to the present embodiment, more preferably, the distance between the flapping apparatus and the human body when avoiding the human flapping apparatus from being recognized by the flapping sound is L, and the sound pressure at the distance L0 from the flapping apparatus is Is P0, the flapping motion frequency of the flapping device is f, and the minimum human audible sound pressure due to the flapping motion frequency of the flapping device is Pc (f), Pc (f)> P0 × (L0 / L) 2 The flapping apparatus is set to perform flapping motion at a frequency f in a range of By comprising in this way, it can suppress that a person notices by the flapping sound.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき装置が、羽ばたき運動をする羽部を含み、羽部の少なくとも一部が保護色または透明である。このように構成することにより、極力人に発見され難いようにすることができる。   In the robot system according to the present embodiment, more preferably, the flapping apparatus includes a wing that performs flapping motion, and at least a part of the wing is a protective color or transparent. By configuring in this way, it is possible to make it difficult for people to find as much as possible.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき装置が、羽ばたき運動をする羽部を含み、羽部の膜面に垂直に羽を動かすことで浮上力を得るように構成されている。これにより、羽部の先端に発生するカルマン渦の発生を抑制することができるため、風切音が小さくなるので、人に気づかれないように静かに羽ばたくことが可能となる。   More preferably, the robot system of the present embodiment is configured such that the flapping apparatus includes a wing portion that performs flapping motion, and obtains a floating force by moving the wing perpendicular to the membrane surface of the wing portion. Thereby, since the generation of Karman vortex generated at the tip of the wing portion can be suppressed, the wind noise is reduced, and it is possible to flutter quietly without being noticed by a person.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、所定の作業空間における羽ばたき装置の位置情報を算出するための位置情報算出手段を備え、羽ばたき飛行制御装置が、位置情報算出手段により算出された羽ばたき装置の位置情報を利用して、羽ばたき装置の実際の位置を変更する位置変更制御を行なう。このような構成にすることにより、作業空間をより確実に決められた経路を飛行することができる。   More preferably, the robot system of the present embodiment includes position information calculation means for calculating position information of the flapping apparatus in a predetermined work space, and the flapping flight control apparatus calculates the flapping calculated by the position information calculating means. Using the position information of the apparatus, position change control is performed to change the actual position of the flapping apparatus. By adopting such a configuration, it is possible to fly along a route determined more reliably in the work space.

本実施の形態のロボットシステムは、特定の空間における障害物に関する情報を記憶する障害物記情報憶手段を備え、羽ばたき飛行制御装置が、障害物情報記憶手段に記憶された障害物に関する情報を利用して、羽ばたき装置を、障害物を回避可能な位置に移動させる回避制御が可能である。このような構成にすることにより、予め分かっている特定の空間における障害物をより確実に回避することができる。   The robot system according to the present embodiment includes an obstacle recording information storage unit that stores information about an obstacle in a specific space, and the flapping flight control device uses the information about the obstacle stored in the obstacle information storage unit. Thus, avoidance control for moving the flapping apparatus to a position where an obstacle can be avoided is possible. By adopting such a configuration, an obstacle in a specific space known in advance can be avoided more reliably.

本実施の形態のロボットシステムは、物理量取得手段が物理量を取得可能である物理量取得領域が、羽ばたき装置の鉛直方向下側に位置する。このような構成にすることにより、床面近傍に障害物が多数ある領域においては、上空から物理量を取得することができる。   In the robot system according to the present embodiment, the physical quantity acquisition region in which the physical quantity acquisition unit can acquire the physical quantity is located on the lower side in the vertical direction of the flapping apparatus. With this configuration, a physical quantity can be acquired from the sky in an area where there are many obstacles near the floor.

本実施の形態のロボットシステムは、羽ばたき関連物理量取得手段が羽ばたき飛行しながら羽ばたき関連物理量を取得するように設定されている。このような構成にすることにより、飛行した空間のすべてにおいて羽ばたき関連物理量を取得することができる。   The robot system according to the present embodiment is set so that the flapping-related physical quantity acquisition unit acquires flapping-related physical quantities while flapping. With such a configuration, flapping-related physical quantities can be acquired in all the flying spaces.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき装置が、羽ばたき飛行のモデル動作の情報を予め記憶する飛行モデル動作情報記憶手段を含み、羽ばたき飛行制御手段による制御が不能となった場合に、飛行モデル動作情報記憶手段に記憶されたモデル動作の情報を利用して羽ばたき飛行を継続する。このような構成にすることにより、羽ばたき飛行制御手段による制御が不能となった場合においても、落下することなく飛行することができる。   More preferably, in the robot system according to the present embodiment, the flapping apparatus includes a flight model operation information storage unit that stores in advance information on the model operation of the flapping flight, and control by the flapping flight control unit is disabled. The flapping flight is continued by using the model motion information stored in the flight model motion information storage means. By adopting such a configuration, even when control by the flapping flight control means becomes impossible, it is possible to fly without falling.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき装置が、羽ばたき飛行制御装置による羽ばたき飛行の制御が不能となった制御不能状態において、制御不能状態における羽ばたき関連物理量を記憶する羽ばたき関連物理量記憶手段を含み、制御不能状態から羽ばたき飛行制御装置による制御が可能な制御可能状態に戻った場合に、羽ばたき関連物理量記憶手段に記憶された羽ばたき関連物理量を羽ばたき飛行制御装置に送信する。このような構成にすることにより、制御不能状態中の羽ばたき関連物理量についても羽ばたき飛行制御装置で把握することができる。   More preferably, in the robot system according to the present embodiment, the flapping apparatus stores flapping-related physical quantities that store flapping-related physical quantities in an uncontrollable state when the flapping apparatus is in an uncontrollable state in which flapping flight control by the flapping flight control apparatus is disabled. The flapping related physical quantity stored in the flapping related physical quantity storage means is transmitted to the flapping flight control apparatus when the control returns to the controllable state that can be controlled by the flapping flight control apparatus from the uncontrollable state. With such a configuration, the flapping flight control device can also grasp the flapping-related physical quantity in the uncontrollable state.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき装置が、羽ばたき飛行制御装置による羽ばたき飛行の制御が不能となった制御不能状態において、制御不能状態における周辺物理量を記憶する周辺物理量記憶手段を含み、制御不能状態から羽ばたき飛行制御装置による制御が可能な制御可能状態に戻った場合に、周辺物理量記憶手段に記憶された周辺物理量を羽ばたき飛行制御装置に送信する。このような構成にすることにより、制御不能状態中の周辺物理量についても羽ばたき飛行制御装置で把握することができる。   More preferably, the robot system according to the present embodiment includes a peripheral physical quantity storage unit that stores peripheral physical quantities in an uncontrollable state when the flapping apparatus is in an uncontrollable state where the flapping flight control by the flapping flight control apparatus is disabled. In addition, the peripheral physical quantity stored in the peripheral physical quantity storage means is transmitted to the flapping flight control apparatus when the control returns to the controllable state that can be controlled by the flapping flight control apparatus from the uncontrollable state. With such a configuration, it is possible to grasp the peripheral physical quantity in the uncontrollable state with the flapping flight control device.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき飛行制御装置が、羽ばたき装置の位置および姿勢のうち少なくともいずれか一方を決定する位置姿勢決定手段と、位置姿勢決定手段により決定された羽ばたき装置の位置の情報および姿勢の情報のうち少なくともいずれか一方を羽ばたき装置に送信する位置姿勢情報送信手段とを含み、羽ばたき装置が、位置姿勢情報送信手段から送信されてきた羽ばたき装置の位置の情報および姿勢の情報のうち少なくともいずれか一方に基づいて、決定された位置および決定された姿勢のうち少なくともいずれか一方を実現するための羽ばたき飛行の動作を決定する羽ばたき飛行動作決定手段を含んでいる。このような構成によれば、羽ばたき装置は羽ばたき飛行の動作を決定するだけでよいため、羽ばたき装置の制御負担を軽減することができる。   More preferably, in the robot system according to the present embodiment, the flapping flight control device determines at least one of the position and posture of the flapping device, and the flapping device determined by the position and posture determining means. Position and orientation information transmitting means for transmitting at least one of the position information and the posture information to the flapping apparatus, and the flapping apparatus transmits the position information of the flapping apparatus transmitted from the position and orientation information transmitting means, and Flapping flight motion determining means for determining a flapping flight motion for realizing at least one of the determined position and the determined posture based on at least one of the posture information is included. According to such a configuration, since the flapping apparatus only needs to determine the flapping flight operation, the control burden of the flapping apparatus can be reduced.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき飛行を行なう作業空間における対象物に関するマップデータを予め記憶しておくマップデータ記憶手段をさらに備えている。このような構成によれば、羽ばたき飛行を行なう作業空間における対象物に関するマップデータに対応して羽ばたき飛行を行なうことが可能となる。   More preferably, the robot system according to the present embodiment further includes map data storage means for storing in advance map data relating to an object in a work space where the flapping flight is performed. According to such a configuration, it is possible to perform a flapping flight corresponding to the map data related to the object in the work space where the flapping flight is performed.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき装置の外部にマップデータ記憶手段を備えている。このような構成にすることにより、羽ばたき装置の重量を軽減することができる。   The robot system according to the present embodiment more preferably includes map data storage means outside the flapping apparatus. With such a configuration, the weight of the flapping device can be reduced.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき飛行している作業空間における対象物のマッピングを行うためのマッピング手段と、マッピング手段によりマッピングされたマッピングデータを記憶するためのマッピングデータ記憶手段とを含み、予めマップデータ記憶手段に記憶されたマップデータと、羽ばたき飛行中にマッピングデータ記憶手段に記憶されたマッピングデータと比較することにより、対象物の検出を行なう。このような構成にすることにより、簡単に対象物を検出することができる。   More preferably, the robot system of the present embodiment is a mapping means for mapping an object in a flapping working space, and a mapping data storage means for storing mapping data mapped by the mapping means. The object is detected by comparing the map data stored in advance in the map data storage means and the mapping data stored in the mapping data storage means during the flapping flight. By adopting such a configuration, it is possible to easily detect an object.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき装置が人体が通過不可能であると予め定められた隙間を通過可能なサイズに構成されている。このような構成にすることにより、人体が通過不可能であると思われる隙間を通過して羽ばたき飛行する必要がある場合に、システムを有効に機能させることができる。   More preferably, the robot system according to the present embodiment is configured to have a size that allows the flapping apparatus to pass through a gap that is determined in advance so that a human body cannot pass. By adopting such a configuration, the system can function effectively when it is necessary to flutter through a gap where the human body seems to be unable to pass.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき装置が人が通路としないと予め定められた経路を羽ばたき飛行するように設定されている。このような構成にすることにより、人が通路としないと思われる経路を羽ばたき飛行する必要がある場合に、システムを有効に機能させることができる。   More preferably, the robot system according to the present embodiment is set so that the flapping apparatus flutters along a predetermined route when a person does not use the path. By adopting such a configuration, the system can function effectively when it is necessary to fly on a route that a person does not consider as a passage.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき装置が予め定められた基準値より高い空間において羽ばたき飛行するように設定されている。このような構成にすることにより、作業空間内において、障害物が多いと考えられる高さ以下の低い位置を羽ばたき飛行しないようにすれば、障害物に接触するおそれを低減することができる。   The robot system according to the present embodiment is more preferably set so that the flapping apparatus flutters in a space higher than a predetermined reference value. By adopting such a configuration, it is possible to reduce the possibility of contact with an obstacle by avoiding flapping in a low position below a height that is considered to have many obstacles in the work space.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき装置が複数設けられ、複数の羽ばたき装置それぞれは、予め定められた作業空間を分担して作業を行なうように設定されている。このような構成にすることにより、作業空間全体を効率的に羽ばたき飛行させることができる。   More preferably, the robot system according to the present embodiment is provided with a plurality of flapping apparatuses, and each of the plurality of flapping apparatuses is set to perform work while sharing a predetermined work space. By adopting such a configuration, the entire work space can be caused to flapping and flying efficiently.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき飛行制御装置が複数設けられ、複数の羽ばたき飛行制御装置それぞれは、羽ばたき装置が作業する作業空間を予め分割して、分割されたそれぞれの作業空間において羽ばたき装置を制御するように設定されている。このような構成にすることにより、羽ばたき飛行制御装置と羽ばたき装置との最大通信距離が短い場合にも、広い範囲の作業空間を羽ばたき飛行することができる。   More preferably, the robot system of the present embodiment is provided with a plurality of flapping flight control devices, and each of the plurality of flapping flight control devices divides the work space in which the flapping device works in advance, and each divided work It is set to control the flapping device in space. With such a configuration, even when the maximum communication distance between the flapping flight control device and the flapping device is short, it is possible to flutter over a wide range of work space.

本実施の形態のロボットシステムは、より好ましくは、羽ばたき装置の外部に、羽ばたき装置の駆動に必要なエネルギを補充可能なエネルギ補充手段をさらに備えている。このような構成にすることにより、羽ばたき装置はエネルギ蓄積手段を小さくすることができるため、羽ばたき装置の重量を軽減することができる。   More preferably, the robot system according to the present embodiment further includes an energy replenishing unit capable of replenishing energy necessary for driving the flapping apparatus outside the flapping apparatus. By adopting such a configuration, the flapping apparatus can reduce the energy storage means, so that the weight of the flapping apparatus can be reduced.

本実施の形態の羽ばたき装置は、羽ばたき運動により流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽ばたき装置であって、羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様に関する羽ばたき関連物理量を取得するための羽ばたき関連物理量取得手段と、羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様を制御する羽ばたき飛行制御を実行する羽ばたき飛行制御装置とを備えたロボットシステムにおいて用いられ、羽ばたき飛行制御装置が、羽ばたき装置の外部に設けられ、羽ばたき装置を遠隔制御するための遠隔制御装置であり、遠隔制御装置によって、羽ばたき関連物理量取得手段により得られた羽ばたき関連物理量の情報が利用されて、羽ばたき飛行の態様が制御される。   The flapping apparatus of the present embodiment is a flapping apparatus for flapping and flying in a space where fluid exists by flapping motion, and flapping related physical quantity acquisition means for acquiring flapping related physical quantities related to the flapping flight mode of the flapping apparatus And a flapping flight control device for performing flapping flight control for controlling flapping flight mode of the flapping device. The flapping flight control device is provided outside the flapping device, and the flapping device is remotely connected. It is a remote control device for controlling, and the flutter-related physical quantity information obtained by the flapping-related physical quantity acquisition means is used by the remote control apparatus to control the flapping flight mode.

上記のような構成によれば、羽ばたき運動により流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽ばたき装置をロボットに用いれば、ロボットを障害物の多い環境においても障害物に制約されることなく移動させることができる。   According to the above configuration, if a flapping apparatus for flapping and flying in a space where fluid exists by flapping motion is used for the robot, the robot can be moved without being restricted by the obstacle even in an environment with many obstacles. be able to.

本実施の形態の羽ばたき飛行制御装置は、羽ばたき運動により流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様を制御する羽ばたき飛行制御装置であって、羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様に関する羽ばたき関連物理量を取得するための羽ばたき関連物理量取得手段を備えたロボットシステムにおいて用いられ、羽ばたき装置の外部に設けられ、羽ばたき装置を遠隔制御するための遠隔制御装置として機能し、羽ばたき関連物理量取得手段により得られた羽ばたき関連物理量の情報を利用して、羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様を制御する。   The flapping flight control device of the present embodiment is a flapping flight control device that controls the flapping flight mode of the flapping device for flapping flight in a space where fluid exists by flapping motion, and the flapping flight mode of the flapping device Used in a robot system equipped with flapping-related physical quantity acquisition means for acquiring flapping-related physical quantities related to the flapping apparatus, provided outside the flapping apparatus, functioning as a remote control device for remotely controlling the flapping apparatus, and acquiring flapping-related physical quantities The flapping flight mode of the flapping apparatus is controlled using the flapping-related physical quantity information obtained by the means.

上記のような構成によれば、羽ばたき運動により流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽ばたき装置をロボットに用いれば、ロボットを障害物の多い環境においても障害物に制約されることなく移動させることができる。   According to the above configuration, if a flapping apparatus for flapping and flying in a space where fluid exists by flapping motion is used for the robot, the robot can be moved without being restricted by the obstacle even in an environment with many obstacles. be able to.

本実施の形態のロボットシステムは、空間において浮上移動することが可能な浮上移動装置と、浮上移動装置の浮上移動の態様に関する浮上移動関連物理量を取得するための浮上移動関連物理量取得手段と、浮上移動装置の浮上移動を制御するための浮上移動制御装置とを備え、浮上移動制御装置が、浮上移動関連物理量取得手段により得られた浮上移動関連物理量の情報を利用して、浮上移動の態様を制御する。   The robot system according to the present embodiment includes a rising and moving device capable of rising and moving in space, a rising and moving related physical quantity acquisition unit for acquiring a rising and moving related physical quantity related to a rising movement mode of the rising and moving apparatus, and a rising A rising movement control device for controlling the rising movement of the moving device, and the rising movement control device uses the information of the rising movement related physical quantity obtained by the rising movement related physical quantity acquisition means to change the rising movement mode. Control.

上記のような構成によれば、空間において浮上移動することが可能であるとともに、空間内の所定の位置および高度に停位することが可能な浮上移動装置をロボットに用いれば、ロボットを障害物の多い環境においても障害物に制約されることなく移動させることができる。   According to the configuration as described above, if a rising and moving apparatus capable of rising and moving in a space and stopping at a predetermined position and altitude in the space is used for the robot, the robot can be an obstacle. It can be moved without being restricted by obstacles even in an environment with a lot of people.

また、浮上移動装置は、より好ましくは、空間内の所定の位置および高度に停位することが可能である。   Further, the rising and moving apparatus is more preferably able to stop at a predetermined position in the space and at an altitude.

また、浮上移動制御装置は、浮上移動装置の外部に設けられ、人為的に浮上移動装置の浮上移動を制御することが可能に構成されていることが望ましい。   Further, it is desirable that the rising movement control apparatus is provided outside the rising movement apparatus and configured to be able to artificially control the rising movement of the rising movement apparatus.

なお、コンピュータに、前述のロボットシステム、羽ばたき装置、および、羽ばたき飛行制御装置それぞれを動作させるためのプログラムそれぞれが実行されて、ロボットシステム、羽ばたき装置、および、羽ばたき飛行制御装置それぞれが機能する。なお、このプログラムは、CD−ROMなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体に記録されていているものがロボットシステム、羽ばたき装置、および、羽ばたき飛行制御装置それぞれ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システム、羽ばたき装置、および、羽ばたき飛行制御装置それぞれに読込まれてもよい。   Note that each program for causing the computer to operate the above-described robot system, flapping apparatus, and flapping flight control apparatus is executed, and the robot system, flapping apparatus, and flapping flight control apparatus function. Note that this program recorded on a computer-readable recording medium such as a CD-ROM may be read into the robot system, the flapping apparatus, and the flapping flight control apparatus, respectively, and information such as the Internet. It may be installed from the transmission network and read into each of the robot system, the flapping apparatus, and the flapping flight control apparatus.

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。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

(発明の効果)
本発明によれば、静かに浮上することができる羽ばたき装置を備えたロボットシステム、それに用いられる羽ばたき装置、および、羽ばたき飛行制御装置を提供することができる。
(The invention's effect)
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the robot system provided with the flapping apparatus which can be surfaced quietly, the flapping apparatus used for it, and the flapping flight control apparatus can be provided.

実施の形態のロボットのシステムの構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the system of the robot of embodiment. 実施の形態のロボットの構造を示す正面図である。It is a front view which shows the structure of the robot of embodiment. 実施の形態のロボットの羽を示す拡大斜視図である。It is an expansion perspective view which shows the wing | blade of the robot of embodiment. 実施の形態のロボットの羽のストローク角θと偏角αを示す図である。It is a figure which shows the stroke angle (theta) and deflection angle (alpha) of the wing | wing of the robot of embodiment. 実施の形態のロボットの羽のねじり角βを示す図である。It is a figure which shows the twist angle | corner (beta) of the wing | blade of the robot of embodiment. 実施の形態の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。It is a figure for demonstrating the stator part of the actuator used for flapping of the robot of embodiment. 実施の形態の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。It is a figure for demonstrating the actuator comprised using the stator used for flapping of the robot of embodiment. 実施の形態の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。It is a figure which shows the down operation | movement in the flapping operation | movement of the robot of embodiment. 実施の形態の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。It is a figure which shows the launch operation | movement in the flapping operation | movement of the robot of embodiment. 実施の形態の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。It is a figure which shows the 1st state in the flapping operation | movement of the robot of embodiment. 実施の形態の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。It is a figure which shows the 2nd state in the flapping operation | movement of the robot of embodiment. 実施の形態の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。It is a figure which shows the 3rd state in the flapping operation | movement of the robot of embodiment. 実施の形態の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。It is a figure which shows the 4th state in the flapping operation | movement of the robot of embodiment. 実施の形態のロボットの羽ばたき動作における羽の駆動の時間依存を示す第1のグラフである。It is a 1st graph which shows the time dependence of the drive of the wing | wing in the flapping operation | movement of the robot of embodiment. 実施の形態のロボットの羽ばたき動作における羽の駆動の時間依存を示す第2のグラフである。It is a 2nd graph which shows the time dependence of the drive of the wing | wing in the flapping operation | movement of the robot of embodiment. 実施の形態のロボットの羽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。It is a graph which shows the simulation result of the torque of an actuator at the time of driving the wing of the robot of an embodiment, and the starting point reaction force. 実施の形態のロボットシステムのベースステーションの構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the structure of the base station of the robot system of embodiment. 実施の形態のロボットシステムの各構成要素の関連を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship of each component of the robot system of embodiment. 実施の形態のロボットシステムの動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of operation | movement of the robot system of embodiment. ロビンソンとダドソンのラウドレス曲線を示す図である。It is a figure which shows the Robinless curve of Robinson and Dudson. 実施の形態のロボットの離陸過程における情報処理を表わすフローチャートである。It is a flowchart showing the information processing in the takeoff process of the robot of an embodiment. 実施の形態のロボットの巡回過程における情報処理を表わすフローチャートである。It is a flowchart showing the information processing in the patrol process of the robot of an embodiment. 実施の形態のロボットの着陸過程における情報処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the information processing in the landing process of the robot of embodiment. 別実施の形態に係る羽ばたき装置を示す図であり、(a)はその部分正面図であり、(b)はその部分側面図である。It is a figure which shows the flapping apparatus which concerns on another embodiment, (a) is the partial front view, (b) is the partial side view. 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。In another embodiment, it is a graph which shows the relationship between flapping motion and the phase of flapping motion. 別実施の形態において、羽ばたき装置における羽ばたき動作の第1の状態を示す図である。In another embodiment, it is a figure which shows the 1st state of the flapping operation | movement in the flapping apparatus. 別実施の形態において、羽ばたき装置における羽ばたき動作の第2の状態を示す図である。In another embodiment, it is a figure which shows the 2nd state of the flapping operation | movement in a flapping apparatus. 別実施の形態において、羽ばたき装置における羽ばたき動作の第3の状態を示す図である。In another embodiment, it is a figure which shows the 3rd state of the flapping operation | movement in a flapping apparatus. 別実施の形態において、羽ばたき装置における羽ばたき動作の第4の状態を示す図である。In another embodiment, it is a figure which shows the 4th state of the flapping operation | movement in a flapping apparatus. 別実施の形態において、羽ばたき装置における羽ばたき動作の第5の状態を示す図である。In another embodiment, it is a figure which shows the 5th state of the flapping operation | movement in a flapping apparatus. 別実施の形態において、羽ばたき装置における羽ばたき動作の第6の状態を示す図である。In another embodiment, it is a figure which shows the 6th state of the flapping operation | movement in a flapping apparatus. 別実施の形態において、羽ばたき装置における羽ばたき動作の第7の状態を示す図である。In another embodiment, it is a figure which shows the 7th state of the flapping operation | movement in a flapping apparatus. 別実施の形態において、羽ばたき装置における羽ばたき動作の第8の状態を示す図である。In another embodiment, it is a figure which shows the 8th state of the flapping operation | movement in a flapping apparatus. 別実施の形態において、一変形例に係る羽ばたき装置を示す正面模式図である。In another embodiment, it is a front schematic diagram which shows the flapping apparatus which concerns on one modification. 別実施の形態において、他の変形例に係る羽ばたき装置を示す正面模式図である。In another embodiment, it is a front schematic diagram which shows the flapping apparatus which concerns on another modification. 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装置を示す正面模式図である。In another embodiment, it is a front schematic diagram which shows the flapping apparatus which concerns on another modification. 別実施の形態において、図24に示す羽ばたき装置の構造を示す平面模式図である。In another embodiment, it is a plane schematic diagram which shows the structure of the flapping apparatus shown in FIG. 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。In another embodiment, it is the 1st graph which shows the change with respect to the phase of each flapping motion of the force which acts on a wing | wing, and each angle. 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。In another embodiment, it is the 2nd graph which shows the change with respect to the phase of each flapping motion of the force which acts on a wing | wing, and each angle. 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。It is explanatory drawing for demonstrating the control function of flapping levitation control. 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を示す図である。It is a figure which shows the response | compatibility which matched the change of how to flutter a left wing, and the change of the floating state which arises in connection with it. 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を示す図である。It is a figure which shows the response | compatibility which showed the pattern of the way of flapping for implement | achieving the basic motion of flapping and floating.

符号の説明Explanation of symbols

1 支持構造、21 右アクチュエータ、22 左アクチュエータ、31 右羽、32 左羽、4 制御装置、51 加速度センサ、52 角加速度センサ、53 焦電型赤外線センサ、531 焦電型赤外線センサ検出領域、6 電源、61 電極、7 通信装置、8 発光ダイオード、90 ロボット、91 ベースステーション、911 演算装置、912 メモリ、913 充電装置、914 充電孔、915 電磁石、917 通信装置、92 作業空間、93 侵入者。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Support structure, 21 Right actuator, 22 Left actuator, 31 Right wing, 32 Left wing 4 Control apparatus, 51 Acceleration sensor, 52 Angular acceleration sensor, 53 Pyroelectric infrared sensor, 531 Pyroelectric infrared sensor detection area, 6 Power supply, 61 electrode, 7 communication device, 8 light emitting diode, 90 robot, 91 base station, 911 arithmetic device, 912 memory, 913 charging device, 914 charging hole, 915 electromagnet, 917 communication device, 92 workspace, 93 intruder.

Claims (3)

羽ばたき運動により流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽ばたき装置と、
前記羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様に関する羽ばたき関連物理量を取得するための羽ばたき関連物理量取得手段と、
前記羽ばたき装置の前記羽ばたき飛行の態様を制御する羽ばたき飛行制御装置とを備え、
該羽ばたき飛行制御装置は、前記羽ばたき関連物理量取得手段により得られた羽ばたき関連物理量の情報を利用して、前記羽ばたき飛行の態様を制御し、
前記羽ばたき装置は、32Hz以下の周波数で羽ばたくことが可能である、ロボットシステム。
A flapping device for flapping and flying in a space where fluid exists by flapping motion,
Flapping-related physical quantity acquisition means for acquiring flapping-related physical quantities related to the flapping flight mode of the flapping apparatus;
A flapping flight control device for controlling the flapping flight mode of the flapping device,
The flapping flight control device uses flapping related physical quantity information obtained by the flapping related physical quantity acquisition means to control the flapping flight mode,
The flapping apparatus is a robot system capable of flapping at a frequency of 32 Hz or less.
羽ばたき運動により流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽ばたき装置であって、
前記羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様に関する羽ばたき関連物理量を取得するための羽ばたき関連物理量取得手段と、前記羽ばたき装置の前記羽ばたき飛行の態様を制御する羽ばたき飛行制御を実行する羽ばたき飛行制御装置とを備えたロボットシステムにおいて用いられ、
前記羽ばたき飛行制御装置が、前記羽ばたき装置の外部に設けられ、前記羽ばたき装置を遠隔制御するための遠隔制御装置であり、
該遠隔制御装置によって、前記羽ばたき関連物理量取得手段により得られた羽ばたき関連物理量の情報が利用されて、前記羽ばたき飛行の態様が制御され、
32Hz以下の羽ばたき周波数で羽ばたくことが可能である、羽ばたき装置。
A flapping apparatus for flapping and flying in a space where fluid exists by flapping motion,
Flapping-related physical quantity acquisition means for acquiring flapping-related physical quantities related to flapping flight modes of the flapping apparatus, and flapping flight control devices that execute flapping flight control for controlling the flapping flight mode of the flapping apparatus. Used in robot systems,
The flapping flight control device is provided outside the flapping device, and is a remote control device for remotely controlling the flapping device,
The flapping-related physical quantity information obtained by the flapping-related physical quantity acquisition means is used by the remote control device to control the flapping flight mode.
Flapping device that can flapping at a flapping frequency of 32 Hz or less.
羽ばたき運動により流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様を制御する羽ばたき飛行制御装置であって、
前記羽ばたき装置の羽ばたき飛行の態様に関する羽ばたき関連物理量を取得するための羽ばたき関連物理量取得手段を備えたロボットシステムにおいて用いられ、
前記羽ばたき装置の外部に設けられ、前記羽ばたき装置を遠隔制御するための遠隔制御装置として機能し、
前記羽ばたき関連物理量取得手段により得られた羽ばたき関連物理量の情報を利用して、前記羽ばたき装置の前記羽ばたき飛行の態様を制御し、
32Hz以下の羽ばたき周波数で前記羽ばたき装置を羽ばたかせる制御を行なうことが可能である、羽ばたき飛行制御装置。
A flapping flight control device for controlling a flapping flight mode of a flapping device for flapping and flying in a space where fluid exists by flapping motion,
Used in a robot system provided with flapping-related physical quantity acquisition means for acquiring flapping-related physical quantities related to flapping flight modes of the flapping apparatus,
Provided outside the flapping apparatus, functioning as a remote control device for remotely controlling the flapping apparatus,
Using the flapping-related physical quantity information obtained by the flapping-related physical quantity acquisition means to control the flapping flight mode of the flapping apparatus,
A flapping flight control device capable of performing control of flapping the flapping device at a flapping frequency of 32 Hz or less.
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