JP2010076707A - 重心移動装置と重心移動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 重心移動を簡単な構成で容易に行えるようにして、球体の転動等を容易に可能とする。
【解決手段】球状の殻体１１の内部に、流動性物質である磁性流体１５を設ける。球状殻体１１の内面には、電磁石２１〜２６を均等に配置する。電磁石２１〜２６で発生させる磁力を制御して、磁性流体１５を移動させることにより、重心を所望の位置に移動できるようにする。磁性流体１５を移動させるだけで重心を移動できることから、構成が簡単となる。また、重心の移動も容易である。さらに、重心を所望の位置に移動させることで、所望の姿勢とすることができる。また、所望の位置への重心の移動を繰り返し行うものとすれば、球体を転動させることも簡単な構成で容易に実現できる。
【選択図】 図２

Description

この発明は、重心移動装置と重心移動方法に関する。詳しくは、球状の殻体内または接地面が曲面とされている殻体内に流動性物質を設け、該流動性物質の流動を制御して、重心を所望の位置に移動させることにより、姿勢の変更や球体の移動を容易に行えるようにするものである。

従来、所望の方向へ移動自在となる球体移動装置として、特許文献１の球体移動装置では、車輪部を球体内部で動作させることにより、球体を移動させることが行われている。また、特許文献２の球殻体移動装置は、球体の内部に走行体を設けて、この走行体を移動させることにより、球体を転動させることが行われている。

特開平９−２５４８３８号公報 特開平１１−１１４２３４号公報

ところで、球体内部に車輪部を設ける構成では、球体が所望の方向に移動するように、車輪部を持った駆動装置を球体内で移動させる必要がある。このように、駆動装置を球体内で移動させるためには、特殊な車輪構造や複数の車輪を持つなど複雑な構造が必要となってしまう。

また、球体内に設けた走行体を移動させる場合、球体内に設けた走行体が転倒しないように、転倒防止手段を設けなければならないため、構造が複雑となる。

そこで、この発明では、重心移動を簡単な構成で容易に行えるようにして、球体の転動等を可能とする重心移動装置と重心移動方法を提供するものである。

この発明の第１の側面は、
球体または球体の一部の曲面を持つ形状で、球体面または前記曲面を接地面とする殻体と、
前記殻体内に設けられた流動性物質と、
前記殻体内に設けられて、前記流動性物質を移動させる流動性物質駆動部と、
前記殻体内に設けられて、前記流動性物質駆動部を制御して、前記流動性物質を移動させることにより所望の位置に重心を移動させる移動制御部と
を備える重心移動装置にある。

また、この発明の第２の側面は、
球体または球体の一部の曲面を持つ形状で球体面または前記曲面を接地面とする殻体において、前記殻体の内部に設けられている流動性物質を前記殻体の内部に設けられている流動性物質駆動部によって移動させるステップと、
前記殻体の内部に設けられている移動制御部によって、前記流動性物質駆動部を制御して、前記流動性物質を移動させることにより所望の位置に重心を移動させるステップとを具備する重心移動方法にある。

この発明においては、球体または球体の一部の曲面を持つ形状で、球体面または前記曲面を接地面とする殻体の内部に、流動性物質例えば磁性流体が設けられる。殻体内面には複数の磁石が均等に配置されており、磁石駆動部によって磁力が制御される。外部から移動位置を示す情報が供給されたとき、移動制御部は、現在位置と移動位置から移動位置の方向および移動位置までの距離を判別して、判別結果に応じて磁性流体の移動に用いる磁石と磁力を決定して、該決定に基づき前記磁石駆動部で前記磁石を駆動させる。また、移動制御部は、現在位置から移動位置までの距離が所定距離よりも長いとき、所定距離に応じて磁石と磁力を決定して前記磁性流体を移動させる処理を繰り返すことで、所定距離単位で移動を行う。また、光や音で移動指示が行われたとき、光の方向や音の方向を判別して、判別結果に応じて磁性流体の移動に用いる磁石と磁力が決定される。さらに、殻体の内部には殻体内面を支持する支柱が設けられる。また、重心を移動させる際に、複数の磁石における所定の磁石で磁力を発生させて磁性流体の一部を吸着させておくことで、慣性モーメントの偏りが補正される。

この発明によれば、接地面が曲面とされている殻体内に流動性物質が設けられて、この流動性物質が駆動部によって殻体内で流動される。また、移動制御部によって、流動性物質の流動が制御されて、重心が所望の位置に移動される。このため、複雑な移動機構を必要とせず、任意の方向に移動することが可能となる。また、姿勢を任意の姿勢とすることが容易に可能となる。

以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。この発明は、球体または球体の一部の曲面を持つ形状で、球体面または前記曲面を接地面とする殻体内に流動性物質例えば磁性流体を設けて、この磁性流体を移動させることによって、重心移動を行うものである。なお、説明は以下の順序で行うものとする。また、第１〜６の実施の形態は、重心移動装置を球体移動装置に適用した場合、第７の実施の形態は、重心移動装置を姿勢制御装置に適用した場合ついて説明している。

１．第１の実施の形態（球体移動装置と接地面との間で滑りを生じない場合）
２．第２の実施の形態（球体移動装置と接地面との間で滑りを生じる場合）
３．第３の実施の形態（光検出情報をもとに球体移動装置を移動させる場合）
４．第４の実施の形態（音検出情報をもとに球体移動装置を移動させる場合）
５．第５の実施の形態（球状殻体の中心を通る軸に対する慣性モーメントに偏りを生じる場合）
６．第６の実施の形態（球状殻体内に支柱を設けた場合）
７．第７の実施の形態（姿勢制御装置について）
８．第８の実施の形態（電磁石に代えて永久磁石を用いた場合）

＜１．第１の実施の形態＞
［球体移動装置の構成］
図１は、重心移動装置を適用した球体移動装置の斜視図である。また、図２は、この球体移動装置の断面概略図である。なお、図２の（Ａ）は図１における位置「Ｚ＝０」での断面を上面側からみたとき（図１の矢印ＳＡ方向からみたとき）の図、図２の（Ｂ）は、図１における位置「Ｘ＝０」での断面を前面側からみたとき（図１の矢印ＳＢ方向からみたとき）の図をそれぞれ示している。

球体移動装置１０は、球状殻体１１を用いて構成する。球状殻体１１の内面には、複数の電磁石を固定して配置する。複数の電磁石は、球状殻体１１の中心を通る軸まわりの回転運動に対して偏りがなく、球状殻体１１を任意の方向に容易に回転させることができるように、球状殻体１１の内面に均等に配置する。例えば３軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）の交点と球状殻体１１の中心を一致させたとき、３軸と球状殻体１１が交わる６つの点に、それぞれ等しい重さとされている電磁石２１〜２６を配置する。

また、球状殻体１１の内面には、図３に示すように、外部からの移動指令を受信する移動指令受信部４１、受信された移動指令に応じて電磁石で発生させる磁力を制御する移動制御部４２、移動制御部４２からの制御信号に基づいて電磁石で磁力を発生させる電磁石駆動部４３、各部を動作させるための電源部４４〜４８を固定して配置する。なお、図３の（Ａ）は、図１における位置「Ｚ＝０」での断面を上面側からみたとき（図１の矢印ＳＡ方向）の断面概略図を示している。図３の（Ｂ）は、図１における位置「Ｘ＝０」での断面を後面側からみたとき（図１の矢印ＳＣ方向からみたとき）の図を示している。また、図３の（Ｃ）は、図１における位置「Ｘ＝０」での断面を前面側からみたとき（図１の矢印ＳＢ方向からみたとき）の図を示している。

さらに、球状殻体１１の内部には、図２に示すように、錘として機能する磁性流体１５を設ける。この磁性流体１５は、磁力によって吸着する流体である。

球体移動装置１０は、移動目標点に応じて、駆動する電磁石および電磁石の駆動電流の決定を行い、決定した駆動電流で電磁石を駆動して磁力を発生させて、球体移動装置１０の重心の最下点が移動目標点の位置になるように磁性流体１５を移動させる。このように、磁性流体１５を移動させることで、球体移動装置１０は、スムーズに転動して移動目標点に移動することになる。

ここで、球状殻体１１の中心を通る回転軸に対する慣性モーメントに大きく偏りがある場合、すなわち球体移動装置１０の重心が回転軸から離れている場合、球体移動装置１０の重心の位置は、球体移動装置１０の転動に伴い上下方向に変動することがある。このため、球体移動装置１０をスムーズに転動させるためには、球体移動装置１０が転動しても球体移動装置１０の重心の位置が上下方向に変動することのないように、磁性流体１５の移動を複雑に制御しなければならない。例えば、球体移動装置１０の重心が回転軸から離れている場合、球体移動装置１０の重心が高い位置へと移動するときには転動を抑制する力が生じ、球体移動装置１０の重心が低い位置へと移動する場合は転動を促進する力が生じる。したがって、転動を抑制する力や転動を促進する力が生じないように、磁性流体１５の移動を複雑に制御しなければならない。

そこで、移動指令受信部４１と移動制御部４２と電磁石駆動部４３および電源部４４〜４８は、球状殻体１１の中心を通る軸に対する慣性モーメントに大きな偏りがなく、球体移動装置１０を任意の方向に容易に移動させることができるように配置する。例えば、移動指令受信部４１と移動制御部４２と電磁石駆動部４３および電源部４４〜４８を、予め個々の電磁石２１〜２６と等しい重量に調整しておき、近接する３つの電磁石から等しい距離の位置にそれぞれ配置する。なお、電磁石や移動指令受信部等は、球状殻体１１の内面から突出して配置してもよく、球状殻体１１が厚い場合には、球状殻体１１に埋設してもよい。

図４は、球体移動装置１０の機能ブロック図を示している。アンテナ４０は、移動指令を示す外部からの無線信号を受信して移動指令受信部４１に供給する。移動指令受信部４１は、受信した信号に基づき外部から供給された移動指令を得て移動制御部４２に供給する。移動制御部４２は、移動指令に基づき移動方向や移動量を決定して、決定した移動方向に移動量分だけ球体移動装置１０が移動するように、各電磁石で発生させる磁力を制御するための制御信号を生成して電磁石駆動部４３に供給する。電磁石駆動部４３は、移動制御部４２から供給された制御信号に基づき電磁石２１〜２６を駆動して、球体移動装置１０が決定した移動方向に移動量分だけ移動するように磁性流体１５を移動させる。電源部４４は、移動指令受信部４１と移動制御部４２に対して電力供給を行う。電源部４５〜４８は、電磁石駆動部４３に対して電力供給を行う。

［球体移動装置と接地面との間で滑りを生じない場合の移動動作］
次に、球体移動装置１０の移動動作について説明する。球体移動装置１０は、移動方向の電磁石に駆動電流を供給して磁力を発生させる。このとき、磁性流体１５は、発生された磁力に応じて移動して、磁力を発生した移動方向の電磁石に吸着される。このため、球体移動装置１０は、磁性流体１５の移動に伴い重心が移動したことから移動方向に転動して、結果として球体移動装置１０が移動する。例えば図２の（Ａ）において、電磁石２１で磁力を発生して磁性流体１５を吸着すれば、球体移動装置１０の重心がＸ方向に移動して、球体移動装置１０がＸ方向に転動する。すなわち、球体移動装置１０をＸ方向に移動させることができる。また、任意の方向に関しては、移動方向に存在する３つの電磁石で発生される磁力を調整することで可能となる。

球体移動装置１０と接地面との間で滑りを生じない場合、電磁石２１〜２６の駆動結果から球体移動装置１０の位置と姿勢を一意に求めることができる。図５は、球状殻体１１に固定された座標系であるＵＶＷ座標系と空間座標系であるＸＹＺ座標系の関係を示している。例えば、初期状態では、Ｕ軸とＸ軸、Ｖ軸とＹ軸、Ｗ軸とＺ軸が一致しているものとする。

また、移動指令がたとえば移動位置（ｘ_１，ｙ_１）への移動を示しており、図６に示すように、球体移動装置１０を移動指令に応じて（Ｘ，Ｙ）＝（ｘ_１，ｙ_１）の位置に移動するとき、移動制御部４２は、回転角度αと移動方向角度βを定義する。なお、図６の（Ａ）は球状殻体１１の上面図を示しており、Ｘ軸に対する位置（ｘ_１，ｙ_１）の方向の角度を移動方向角度βとする。また、図６の（Ｂ）は、球状殻体１１をＸＹ平面と垂直であって移動方向となる面（ＸＹ平面に対して垂直でＴ−Ｔ’を通る面）で切断したときの断面図を示している。この図６の（Ｂ）に示す円弧の長さＡＲＣと位置（ｘ_１，ｙ_１）までの移動距離が一致するときの球状殻体１１の回転角度を回転角度αとする。

ここで、移動距離を「Ｌ」、球状殻体１１の外側球面の半径を「ｒ」としたとき、回転角度αは式（１）から算出できる。また、移動方向角度βは式（２）〜（５）から算出する。

球状殻体１１における移動前の接地点ｐのＵＶＷ座標系の座標は、座標（０，０，−ｒ）である。また、球体移動装置１０が（Ｘ，Ｙ）＝（ｘ_１，ｙ_１）の位置に移動したときの球状殻体１１の接地点ｐ’、すなわち移動目標点である接地点ｐ’のＵＶＷ座標系の座標（ｕ’，ｖ’，ｗ’）は、式（６）（７）で求めることができる。

なお、Ｒ（α，β）は回転行列である。ここで、回転行列について説明する。例えば、Ｚ軸まわりのθ回転をあらわす行列をＲz（θ）、Ｙ軸まわりのθ回転をあらわす行列をＲy（θ）とする。式（８）は行列Ｒz（θ）、式（９）は行列Ｒy（θ）を示している。

まず、Ｚ軸周りに「−β」だけ回転して、Ｙ軸と進行方向の回転軸を合わせる。次にＹ軸周りに「α」だけ回転させて(右ねじ則の逆で定義)、そしてＺ軸まわりに「β」だけ回転させてもとの軸の位置に戻すと、所望の回転をしたことになる。この動作をＲz，Ｒyを使って表記すると式（１０）になる。
Ｒ（α，β）＝Ｒz（β）・Ｒy（α）・Ｒz(−β) --（１０）

したがって、式（１０）に式（８）（９）を代入すると式（１１）となり、式（１１）を整理すると式（７）となる。

また、回転行列Ｒの逆行列について考えると、Ｚ軸周りに「−β」回転、Ｙ軸周りに「−α」回転、Ｚ軸周りに「β」回転させることと同じであることから、回転行列Ｒの逆行列は式（１２）で示すことができる。
Ｒ^−１（α，β）＝Ｒz（β）・Ｒy（−α）・Ｒz(−β)＝Ｒ（−α，β） --（１２）

移動制御部４２は、球状殻体１１に固定されたＵＶＷ座標系における移動目標点を決定したことから、この移動目標点に応じて、駆動する電磁石および電磁石の駆動電流を決定する。移動制御部４２は、決定された駆動電流で電磁石を電磁石駆動部４３によって駆動させることにより磁力を発生させて、球体移動装置１０の重心の最下点が移動目標点の位置になるように磁性流体１５を移動させる。この磁性流体１５の移動に伴い、球体移動装置１０が転動されて、球体移動装置１０は所望の移動先に移動することになる。

また、球体移動装置１０の接地点が移動目標点の位置となったのち、さらに球体移動装置１０を移動させる場合には、図７で示すように、ＸＹＺ座標系の原点を（ｘ_１，ｙ_１，０)に移動させたものと等しいＵ’Ｖ’Ｗ’座標系を球状殻体１１に固定して新たに定義する。

なお、図７の（Ａ）は球状殻体１１の上面図を示している。また、図７の（Ｂ）は、球状殻体１１をＸＹ平面と垂直であって移動方向となる面（ＸＹ平面に対して垂直でＴ−Ｔ’を通る面）で切断したときの断面図を示している。

次の移動位置（ｘ_２，ｙ_２）に移動させるとき、（ｘ_２’,ｙ_２’)＝（ｘ_２−ｘ_１，ｙ_２−ｙ_１）として、上述の移動動作と同様に移動距離「Ｌ’」、回転角度α’、移動方向角度β’を定義する。このとき、球体移動装置１０が位置（ｘ_２，ｙ_２）に移動したときの球状殻体１１における接地点ｐ’’、すなわち移動目標点である接地点ｐ’’のＵ’Ｖ’Ｗ’座標系の座標（ｕ’’，ｖ’’，ｗ’’）は、式（１３）で求めることができる。

ここで、Ｕ’Ｖ’Ｗ’座標系を初期のＵＶＷ座標系に変換する行列を姿勢行列Ｑとして定義すると、姿勢行列Ｑを用いて式（１４）からＵＶＷ座標系での座標（ｕ’’，ｖ’’，ｗ’’）を算出できる。

姿勢行列Ｑを掛けることは、回転行列Ｒ（α，β）の逆行列を掛けることであり、上述の式（１２）に示す逆行列を用いればよい。すなわち、姿勢行列Ｑは式（１５）となる。

Ｑ＝Ｒ^−１（α，β）＝Ｒ（−α，β） --（１５）
移動制御部４２は、球状殻体１１に固定されたＵＶＷ座標系における新たな移動目標点を決定したことから、新たな移動目標点に応じて、駆動する電磁石および電磁石の駆動電流を決定する。移動制御部４２は、決定された駆動電流で電磁石を電磁石駆動部４３によって駆動させることにより磁力を発生させて、球体移動装置１０の重心の最下点が移動目標点の位置になるように磁性流体１５を移動させる。この磁性流体１５の移動に伴い、球体移動装置１０が転動されて、球体移動装置１０は所望の移動先に移動することになる。

また、球体移動装置１０の移動に伴い、球体移動装置１０の姿勢状態が回転行列Ｒ（α’，β’）だけ回転した状態となっているので、次回の移動時に用いられる姿勢行列Ｑを式（１６）のように更新しておく。
Ｑ＝ＱＲ（−α’，β’） --（１６）

なお、上述の例では、初期状態でＸＹＺ座標系とＵＶＷ座標系が等しいため、最初の移動である位置（ｘ_１，ｙ_１）への移動時には姿勢行列Ｑが単位行列であったが、初期状態で姿勢が一致しない場合は、あらかじめ姿勢の初期状態の姿勢行列Ｑを求めておけば、同様に処理できる。姿勢の状態は、球状殻体１１上の異なる３点のＸＹＺ座標系とＵＶＷ座標系の関係が明らかになれば、逆行列演算で求められる。

球体移動装置１０の移動において、図１に示すように電磁石を配置している場合、一度の移動動作で移動できる最大移動距離Ｌmaxは、球体移動装置１０の球状殻体１１における外側球面の半径を「ｒ」とすると、「Ｌmax＝πｒ／２」に制限される。したがって、球体移動装置１０は、最大移動距離Ｌmax以下に設定した移動距離（以下「規定距離」という）Ｌsを設けて、規定距離Ｌs以下の移動動作を繰り返すことで、規定距離Ｌsよりも大きい距離の移動を行う。すなわち、現在位置から規定距離Ｌsの位置を途中点として、途中点までの移動動作を繰り返し、残存距離が規定距離Ｌs以下となったとき、移動目標点の位置となるように移動動作を行う。

図８は、球体移動装置１０おける駆動動作を示すフローチャートである。ステップＳＴ１１で移動制御部４２は、移動位置を受信する。移動制御部４２は、移動指令受信部４１で受信された移動指令が示す移動位置を判別してステップＳＴ１２に進む。この移動指令は、例えば移動位置（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）を示すものとする。

ステップＳＴ１２で移動制御部４２は、移動距離Ｌと移動方向角度βを算出する。また、移動制御部４２は、回転角度αの初期化「α＝０」を行う。なお、現在位置を位置（ｘ_ｎ−１，ｙ_ｎ−１）とした場合、移動距離Ｌは式（１７）において「ｘ_０」を「ｘ_ｎ−１」、「ｙ_０」を「ｙ_ｎ−１」、「ｘ_１」を「ｘ_ｎ」、「ｙ_１」を「ｙ_ｎ」に置き換えれば算出できる。

ステップＳＴ１３で移動制御部４２は、移動距離Ｌが規定距離Ｌs以下であるか否か判別する。移動制御部４２は、移動距離Ｌが規定距離Ｌs以下であるときステップＳＴ１４に進み、移動距離Ｌが規定距離Ｌsよりも大きいときステップＳＴ１５に進む。

ステップＳＴ１４で移動制御部４２は、駆動距離Ｌmvとして移動距離Ｌを設定する。また移動制御部４２は、残存距離Ｌdを「０」としてステップＳＴ１６に進む。

ステップＳＴ１５で移動制御部４２は、駆動距離Ｌmvとして規定距離Ｌsを設定する。また移動制御部４２は、移動距離Ｌから規定距離Ｌsを減算して残存距離ＬdとしてステップＳＴ１６に進む。すなわち、ステップＳＴ１５では途中点を設定する。

ステップＳＴ１６で移動制御部４２は、駆動距離Ｌmv分の回転角度αmvを算出して、算出した回転角度αmvを回転角度αに加算して新たな回転角度αとしてステップＳＴ１７に進む。

ステップＳＴ１７で移動制御部４２は、電磁石駆動処理を行う。移動制御部４２は、姿勢行列Ｑを用いて上述の式（１４）の演算を行い、移動目標点を設定する。また、移動制御部４２は、設定した移動目標点に応じて、駆動する電磁石および電磁石の駆動電流を決定する。さらに、移動制御部４２は、決定された駆動電流で電磁石を駆動する駆動動作を電磁石駆動部４３で行わせて、電磁石で発生された磁力によって、球体移動装置１０の重心の最下点が移動目標点（または途中点）の位置になるように磁性流体１５を移動させてステップＳＴ１８に進む。

ステップＳＴ１８で移動制御部４２は、残存距離Ｌdが「０」であるか否かを判別する。移動制御部４２は、残存距離Ｌdが「０」でないときステップＳＴ１９に進み、残存距離Ｌdが「０」であるときステップＳＴ２０に進む。

ステップＳＴ１９で移動制御部４２は、残存距離Ｌdを新たに移動距離Ｌに設定してステップＳＴ１３に戻る。

ステップＳＴ２０で移動制御部４２は、姿勢行列Ｑの更新を行ってステップＳＴ２１に進む。移動制御部４２は、上述の式（１６）に示すように姿勢行列Ｑを更新してステップＳＴ２１に進む。

ステップＳＴ２１で移動制御部４２は、位置情報を記憶する。すなわち、移動制御部４２は、移動動作が完了した位置を現在位置（ｘ_ｎ−１，ｙ_ｎ−１）として記憶することで、次の移動指令が行われたとき、現在位置（ｘ_ｎ−１，ｙ_ｎ−１）を基準として移動動作を行えるようにする。

このような処理を行うものとすれば、移動指令で示された位置までの距離が規定距離Ｌsよりも大きいときは、規定距離Ｌsで移動動作が繰り返されて、残存距離Ｌdが規定距離Ｌs以下となったとき、残存距離Ｌdの移動動作が行われる。したがって、一度の移動動作で移動できる規定距離Ｌsを超えて、球体移動装置１０を移動させることができる。

＜２．第２の実施の形態＞
球体移動装置と接地面との間で滑りを生じる場合、球体移動装置は、駆動距離Ｌmvを設定して移動を行っても、移動距離が駆動距離Ｌmvと異なってしまうことがある。このため、球体移動装置は、移動指示によって指示された位置までの距離や方向だけで、指示された位置に正しく移動することができない。そこで、センサを用いて球体移動装置の位置と姿勢の検出を行い、球体移動装置は、センサの検出結果を用いることで、指示された位置に正しく移動する。

［球体移動装置の構成］
図９は、球体移動装置１０ａにおける現在の姿勢を検出するための姿勢検出センサ、例えば３軸加速度センサ４９を設けた場合の構成を示している。なお、３軸加速度センサ４９は、球体移動装置１０ａに固定されていれば、球体移動装置１０ａの内部のいずれに設置してもよい。なお、図９では、移動指令／位置情報受信部の内部に３軸加速度センサ４９を設けた場合を示している。また、球体移動装置１０ａにおいて、３軸加速度センサ４９を除く他の部分は、上述の球体移動装置１０と同様に構成する。

３軸加速度センサ４９のＵ_ｓＶ_ｓＷ_ｓ座標系は、図９に示すように、球体移動装置１０ａのＵＶＷ座標系の原点をセンサ位置に移動した座標系とする。３軸加速度センサ４９が示す重力加速度の向きは、ＵＶＷ座標系における球体移動装置１０ａの底面を指すベクトルの方向と等しくなる。したがって、球体移動装置１０ａは、３軸加速度センサ４９で重力加速度を検出することで、球状殻体１１上における接地点のＵＶＷ座標系の座標（ｕ_ｂ，ｖ_ｂ，ｗ_ｂ）を推定できる。球体移動装置１０ａは、３軸加速度センサ４９で得られたＵ_ｓＶ_ｓＷ_ｓ座標系における加速度の値Ａ_ｓ＝(ａ_ｕ，ａ_ｖ，ａ_ｗ)から重力方向単位ベクトルｅ_ｓ＝Ａ_ｓ／｜Ａ_ｓ｜を算出する。また、球体移動装置１０ａは、球状殻体１１の外側球面の半径「ｒ」と重力方向単位ベクトルｅ_ｓを乗算する。すなわち（ｕ_ｂ，ｖ_ｂ，ｗ_ｂ）＝ｒｅ_ｓ＝(ｒａ_ｕ／｜Ａ_ｓ｜，ｒａ_ｖ／｜Ａ_ｓ｜，ｒａ_ｗ／｜Ａ_ｓ｜）がＵＶＷ座標系における接地点の座標になる。

この段階では、ＸＹＺ座標系とＵＶＷ座標系の関係については一意に決定されていない。したがって、ＸＹＺ座標系における球体移動装置１０ａの位置を検出するため、図１０に示すように、球体移動装置１０ａの位置検出装置として、ＸＹ平面の上方に例えば撮像装置９０を設ける。撮像装置９０は、ＸＹ平面の上方から球体移動装置１０ａを撮像して、ＸＹ平面上における球体移動装置１０ａの中央の座標値（ｘ_ｃ０，ｙ_ｃ０）を特定する。この球体移動装置１０ａの中央の座標と球体移動装置１０ａの接地点座標から、接地点とそのとき頂点の座標の２点が特定される。

また、球体移動装置１０ａにおける球状殻体１１の外側球面に識別マークを設けて、この識別マークの位置を用いて球体移動装置１０ａの姿勢を特定する。

識別マークとしては、球体移動装置１０ａの内部に配置されている電磁石もしくは移動指令受信部等の位置に、例えば外側に向けて発光する複数の発光部を配置し、これらを順番に１個点灯させる処理を繰り返す。また、各発光部の位置を予め保持しておき、点灯している発光部を検出したとき、駆動されている発光部の位置を判別することで、球状殻体上における一点の位置を取得できるようにする。

図１１は、座標「Ｖ＝０」の平面での断面の一部を示している。発光部である発光デバイス６１は、光の放射方向が球体移動装置１０ｂの中心（球状殻体１１の中心）から外側の向きとなるようにして、球状殻体１１と電磁石２１と間に設ける。この発光デバイス６１は、発光ダイオード（ＬＥＤ:light emitting diode）等を用いて構成する。また、発光デバイス６１からの光が球状殻体１１を透過して外部に放射されない場合、光を外部に放射するための貫通穴を球状殻体１１に形成する。なお、貫通穴の穴径は、球体移動装置１０ａの転動が阻害されないように設定する。また、電磁石２２〜２６の位置にも同様に発光デバイス６２〜６６を設ける。各電磁石の位置に設けた発光デバイスは、ある時刻で特定の１つだけが点灯している状態となるように順次点灯駆動する。

撮像装置９０で取得できる情報は、図１２に示すように、ＸＹ平面上の座標である。しかし、点が球状殻体１１上の点であることを考慮すれば、球状殻体１１の中央のＺ座標値は±ｒ、中央以外の点灯した一点（ＵＶＷ座標系における既知の座標（ｕ_ｐ１，ｖ_ｐ１，ｗ_ｐ１）の点）に関して得られたＸＹ座標を（ｘ_ｃ１，y_ｃ１）とすると、撮像装置９０で観測できる球状殻体１１上の点はＺ≧０であるので、中央のＸＹ座標値（ｘ_ｃ０，ｙ_ｃ０）を用いて式（１８）からＺ座標値（ｚ_ｃ１）を求めることができる。

これにより、球状殻体１１上における３点のＸＹＺ座標系の座標値（ｘ_ｃ０，ｙ_ｃ０，ｒ），（ｘ_ｃ０，ｙ_ｃ０，−ｒ）,（ｘ_ｃ１，ｙ_ｃ１，ｚ_ｃ１）とＵＶＷ座標系の座標値（ｕ_ｂ，ｖ_ｂ，ｗ_ｂ），（−ｕ_ｂ，−ｖ_ｂ，−ｗ_ｂ），（ｕ_ｐ１，ｖ_ｐ１，ｗ_ｐ１）が得られるので、式（１９）から姿勢行列Ｑを求めることができる。なお、姿勢行列Ｑを求めることができるようにするため、撮像装置９０で取得する一点は、中央以外の点灯した一点とする。

また、球体移動装置１０ａの位置は球状殻体１１の中央座標であるので座標値（ｘ_ｃ０，ｙ_ｃ０）である。

このようにして、現在位置と移動目標点と現在の姿勢行列Ｑが求められることから、球体移動装置と接地面との間で滑りを生じる場合でも、上述の滑りを生じていない場合と同様に、上述の式（７）や式（１４）等を用いて球体移動装置１０ａを移動目標点に正しく移動させることができる。

図１３は、球体移動装置１０ａの機能ブロック図を示している。アンテナ４０ａは、外部からの移動指令を示す無線信号と撮像装置９０からの球体移動装置１０ａの位置情報を示す無線信号を受信して移動指令／位置情報受信部４１ａに供給する。移動指令／位置情報受信部４１ａは、受信した信号に基づき外部から供給された移動指令や位置情報を移動制御部４２ａに供給する。

また、移動指令／位置情報受信部４１ａには、発光デバイス（例えばＬＥＤ）６１〜６６を順番に１つずつ点灯させる点滅駆動部５１を接続する。点滅駆動部５１は、発光デバイス６１〜６６を順番に１つ点灯させる。また、点滅駆動部５１は、点灯している発光デバイスのＵＶＷ座標系における座標値を位置情報として移動指令／位置情報受信部４１ａに供給する。移動指令／位置情報受信部４１ａは、移動指令や位置情報を移動制御部４２ａに供給する。また、移動指令／位置情報受信部４１ａは、撮像装置で点灯した一点の座標が取得されたとき、この点灯した発光デバイスのＵＶＷ座標系における座標値を点灯情報として移動制御部４２ａに供給する。

３軸加速度センサ４９は、加速度検出結果を移動制御部４２ａに供給する。

移動制御部４２ａは、球体移動装置１０ａの現在位置と移動指令と位置情報や点灯情報および加速度検出結果に基づき移動方向や移動量を決定して、決定した移動方向に移動量分だけ球体移動装置１０を移動させるように、各電磁石で発生させる磁力を制御するための制御信号を生成して電磁石駆動部４３に供給する。電磁石駆動部４３は、移動制御部４２から供給された制御信号に基づき電磁石２１〜２６を駆動して、球体移動装置１０が決定した移動方向に移動量分だけ移動するように磁性流体を、電磁石２１〜２６で発生した磁力によって移動させる。

発光デバイス６１は電磁石２１の位置に設ける。同様に、発光デバイス６２〜６６は電磁石２２〜２６の位置に設ける。発光デバイス６１〜６６は、点滅駆動部５１からの駆動信号によって点滅動作を行い、球体移動装置１０ａの外部に光を放射する。

［球体移動装置と接地面との間で滑りを生じる場合の移動動作］
図１４は、球体移動装置１０ａおける駆動動作を示すフローチャートである。ステップＳＴ３１で移動制御部４２ａは、移動位置を受信する。移動制御部４２は、移動指令／位置情報受信部４１ａで受信された移動指令が示す移動位置を判別してステップＳＴ３２に進む。この移動指令は、例えば移動位置（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）を示すものとする。

ステップＳＴ３２で移動制御部４２ａは、現在位置を受信する。移動制御部４２ａは、移動指令／位置情報受信部４１ａで受信された現在位置情報が示す現在位置を判別してステップＳＴ３３に進む。この現在位置情報は、ＸＹ平面における球体移動装置１０ａの中央の座標値（ｘ_ｃ０，ｙ_ｃ０）を示すものである。

ステップＳＴ３３で移動制御部４２ａは、移動距離Ｌを算出する。移動制御部４２は、球体移動装置１０ａの中央の座標値（ｘ_ｃ０，ｙ_ｃ０）と移動位置（ｘ_ｎ，ｙ_ｎ）から移動距離を算出してステップＳＴ３４に進む。なお、移動距離Ｌは式（１７）において「ｘ_０」を「ｘ_ｃ０」、「ｙ_０」を「ｙ_ｃ０」、「ｘ_１」を「ｘ_ｎ」、「ｙ_１」を「ｙ_ｎ」に置き換えれば算出できる。

ステップＳＴ３４で移動制御部４２ａは、移動距離Ｌが「Ｌ＝０」であるか否か判別する。移動制御部４２は、移動距離Ｌが「Ｌ＝０」でないときステップＳＴ３５に進む。また、移動距離Ｌが「Ｌ＝０」であるときは、球体移動装置１０ａの中央の座標が移動位置となっていることから、移動制御部４２ａは移動動作を終了する。

ステップＳＴ３５で移動制御部４２ａは、点滅座標位置を受信する。移動制御部４２ａは、移動指令／位置情報受信部４１ａで受信された点滅位置情報が示す点滅座標位置を判別する。この点滅位置情報は、中央以外の点灯した一点の座標値（ｘ_ｃ１，y_ｃ１）を示すものである。また、移動制御部４２ａは、点灯した一点である発光デバイスについてＵＶＷ座標系における座標値の判別も行ってステップＳＴ３６に進む。

ステップＳＴ３６で移動制御部４２ａは、接地点の推定を行う。移動制御部４２ａは、３軸加速度センサ４９で得られた加速度検出結果を用いて、球体移動装置１０ａにおける球状殻体１１の接地点を推定してステップＳＴ３７に進む。この推定した接地点の座標値は、ＵＶＷ座標系における座標値（ｕ_ｂ，ｖ_ｂ，ｗ_ｂ）とする。

ステップＳＴ３７で移動制御部４２ａは、姿勢行列Ｑの算出を行う。移動制御部４２ａは、球体移動装置１０ａの球状殻体１１上における３点のＸＹＺ座標系の座標値（ｘ_ｃ０，ｙ_ｃ０，ｒ），（ｘ_ｃ０，ｙ_ｃ０，−ｒ）,（ｘ_ｃ１，ｙ_ｃ１，ｚ_ｃ１）と、ＵＶＷ座標系の座標値（ｕ_ｂ，ｖ_ｂ，ｗ_ｂ），（−ｕ_ｂ，−ｖ_ｂ，−ｗ_ｂ）、および点灯した一点におけるＵＶＷ座標系の座標（ｕ_ｐ１，ｖ_ｐ１，ｗ_ｐ１）から姿勢行列Ｑを算出してステップＳＴ３８に進む。

ステップＳＴ３８で移動制御部４２ａは、移動方向角度βを算出する。移動制御部４２ａは、上述の式（２）〜（５）から移動方向角度βを算出してステップＳＴ３９に進む。

ステップＳＴ３９で移動制御部４２ａは、移動距離Ｌが規定距離Ｌs以下であるか否か判別する。移動制御部４２ａは、移動距離Ｌが規定距離Ｌs以下であるときステップＳＴ４０に進み、移動距離Ｌが規定距離Ｌsよりも大きいときステップＳＴ４１に進む。

ステップＳＴ４０で移動制御部４２ａは、駆動距離Ｌmvとして移動距離Ｌを設定してステップＳＴ４２に進む。

ステップＳＴ４１で移動制御部４２ａは、駆動距離Ｌmvとして規定距離Ｌsを設定してステップＳＴ４２に進む。

ステップＳＴ４２で移動制御部４２ａは、駆動距離Ｌmv分の回転角度αmvを算出して、算出した回転角度αmvを回転角度αとしてステップＳＴ４４に進む。

ステップＳＴ４３で移動制御部４２ａは、電磁石駆動処理を行う。移動制御部４２ａは、姿勢行列Ｑを用いて上述の式（１４）の演算を行い移動目標点を設定する。また、移動制御部４２ａは、設定した移動目標点に応じて、駆動する電磁石および電磁石の駆動電流を決定する。さらに、移動制御部４２ａは、決定された駆動電流で電磁石を駆動する駆動動作を電磁石駆動部４３で行わせて、電磁石で発生された磁力によって、球体移動装置１０の重心の最下点が移動目標点（途中点）の位置になるように磁性流体１５を移動させる。さらに、移動制御部４２ａは、電磁石の駆動制御を行ったのちステップＳＴ３２に戻り、移動後の球体移動装置１０ａの位置である新たな現在位置情報を受信して、上述の処理を繰り返す。

このように駆動動作を行うものとすれば、球体移動装置１０ａの中央の座標が移動位置となるまで、球体移動装置１０ａが駆動されるので、球体移動装置と接地面との間で滑りを生じる場合でも、球体移動装置１０ａを指示された位置に移動させることができる。

＜３．第３の実施の形態＞
上述の第１および第２の実施の形態では、移動指令を示す無線信号を受信して球体移動装置の移動を行う場合について説明したが、球体移動装置の移動は、無線信号による移動指令に基づいて行う場合に限られるものではない。次に、センサの情報例えば光センサから得られた光検出情報に基づいて球体移動装置を移動させる場合について説明する。

［球体移動装置の構成］
図１５は、座標「Ｖ＝０」の平面での断面の一部を示している。光センサ７１は、外部からの照射光の強度を検出できるようにして、球状殻体１１と電磁石２１と間に設ける。また、外部からの光が球状殻体１１を透過して光センサ７１に入射されない場合、光を光センサ７１に入射させるための貫通穴を球状殻体１１に設ける。なお、貫通穴の穴径は、球体移動装置１０ａの転動が阻害されないように設定する。また、電磁石２２〜２６の位置にも同様に光センサ７２〜７６を設ける。光センサ７１で検出された光強度は、強度Ｇ７１とする。光センサ７２〜７６で検出された光強度は、強度Ｇ７２〜Ｇ７６とする。なお、強度Ｇ７１〜７６は、スカラー量である。

ここで、球体移動装置１０ｂの中心から光センサの取り付けられた位置に向かう方向のＵＶＷ座標系における向きを考慮すると、各光センサ７１〜７６で得られた強度と向きを含めたベクトルＶ_Tは、式（２０）として示すことができる。

Ｖ_T＝（Ｇ７１−Ｇ７３，Ｇ７２−Ｇ７４，Ｇ７５−Ｇ７６） --（２０）
これは、ＵＶＷ座標系における目標方向になるが、球体移動装置１０ｂはＺ軸方向には進めないので、ベクトルＶ_Tの接地面に対する水平成分だけを考える。

ＸＹＺ座標系における−Ｚ方向のベクトルは重力方向であるから、３軸加速度センサ４９で得られた加速度検出結果を参照することで、ＵＶＷ座標系における−Ｚ方向を検出することが可能となる。

図１６は、球体移動装置１０ｂにおける球状殻体１１の移動方向の断面概略図を示している。ここで、３軸加速度センサ４９からの加速度検出結果に基づいて判別した重力方向のベクトルを重力方向単位ベクトルｅ_ｓとすると、光センサ７１〜７６で得られた強度から求まるベクトルＶ_Tの重力方向（−Ｚ方向）の成分は、重力方向単位ベクトルｅ_ｓとベクトルＶ_Tとの内積で算出できる。したがって、ベクトルＶ_TのＸＹ平面方向の成分を水平方向移動成分Ｖ_ＴＨとすると、水平方向移動成分Ｖ_ＴＨは式（２１）から求めることができる（Ｚ軸方向の成分Ｖ_ＴＺ＝（ｅ_ｓ・Ｖ_T）ｅ_ｓを元のベクトルＶ_Tから引く）。

Ｖ_ＴＨ＝Ｖ_T−（ｅ_ｓ・Ｖ_T）ｅ_ｓ --（２１）
なお、（ｅ_ｓ・Ｖ_T）は重力方向単位ベクトルｅ_ｓとベクトルＶ_Tとの内積であることを表している。

さらに、水平方向移動成分Ｖ_ＴＨと、球体移動装置１０ｂの接触点ベクトル（ｒｅ_ｓ）との和を進むべき方向として、この向きの球面上との交点を移動目標ベクトルＶ_ＦＴとすると移動目標ベクトルＶ_ＦＴは、式（２２）から算出できる。

なお、|Ｖ_ＴＨ＋ｒｅ_ｓ｜はベクトル（Ｖ_ＴＨ＋ｒｅ_ｓ）の大きさを表している。

これによりＵＶＷ座標系における、移動目標ベクトルＶ_ＦＴで求まり、移動目標ベクトルＶ_ＦＴが示す球面上の位置（目標接地点）Ｐ_ＦＴが、球体移動装置１０ｂの最下点となるように電磁石２１〜２６を駆動し、磁性流体１５を移動させて重心を変化させて、球体移動装置１０ｂを転動させる。これにより、光センサ７１〜７６で取得した光の強度が強い方向に球体移動装置１０ｂを移動させることができる。

図１７は、球体移動装置１０ｂの機能ブロック図を示している。光センサ７１〜７６は、光の強度を検出して検出結果を、光センサ情報として移動制御部４２ｂに供給する。また、３軸加速度センサ４９は、加速度検出結果を移動制御部４２ｂに供給する。

移動制御部４２ｂは、光センサ７１〜７６からの光センサ情報と３軸加速度センサ４９からの加速度検出結果を用いて移動方向や移動量を決定して、決定した移動方向に移動量分だけ球体移動装置１０ｂを移動させるように、各電磁石２１〜２６で発生させる磁力を制御するための制御信号を生成して電磁石駆動部４３に供給する。電磁石駆動部４３は、移動制御部４２ｂから供給された制御信号に基づき電磁石２１〜２６を駆動して、球体移動装置１０ｂが決定した移動方向に移動量分だけ移動するように磁性流体を、電磁石２１〜２６で発生した磁力によって移動させる。

［球体移動装置の移動動作（光強度の強い方向に移動するとき）］
図１８は、球体移動装置１０ｂおける駆動動作を示すフローチャートである。ステップＳＴ５１で移動制御部４２ｂは、光センサ情報を取得してベクトルＶ_Tを算出する。移動制御部４２ｂは、光センサ７１〜７６から光強度を示す光センサ情報を取得する。また、移動制御部４２ｂは、取得した光センサ情報で示された強度Ｇ７１〜Ｇ７６を用いて式（２０）からベクトルＶ_Tを算出してステップＳＴ５２に進む。

ステップＳＴ５２で移動制御部４２ｂは、重力方向単位ベクトルｅ_ｓの算出を行う。移動制御部４２ｂは、３軸加速度センサ４９からの加速度検出結果に基づいて重力方向単位ベクトルｅ_ｓを算出してステップＳＴ５３に進む。

ステップＳＴ５３で移動制御部４２ｂは、水平方向移動成分Ｖ_ＴＨの算出を行う。移動制御部４２ｂは、ステップＳＴ５１で算出したベクトルＶ_TとステップＳＴ５２で算出した重力方向単位ベクトルｅ_ｓを用いて式（２２）の演算を行い、水平方向移動成分Ｖ_ＴＨを算出してステップＳＴ５４に進む。

ステップＳＴ５４で移動制御部４２ｂは、水平方向移動成分Ｖ_ＴＨの大きさが「０」であるか否かを判別する。移動制御部４２ｂは、水平方向移動成分Ｖ_ＴＨの大きさが「０」でないときステップＳＴ５５に進み、水平方向移動成分Ｖ_ＴＨの大きさが「０」あるときは、球体移動装置１０ｂを停止する。

ステップＳＴ５５で移動制御部４２ｂは、電磁石駆動処理を行う。移動制御部４２ｂは、上述の式（２２）の演算を行い、移動目標ベクトルＶ_ＦＴを算出して、移動目標ベクトルＶ_ＦＴが示す球面上の位置を目標接地点Ｐ_ＦＴとする。また、移動制御部４２ｂは、設定した目標接地点Ｐ_ＦＴに応じて、駆動する電磁石および電磁石の駆動電流を決定する。さらに、移動制御部４２は、決定された駆動電流で電磁石を駆動する駆動動作を電磁石駆動部４３で行わせて、電磁石で発生された磁力によって、目標接地点Ｐ_ＦＴで接地するように磁性流体１５を移動させる。移動制御部４２ａは、電磁石駆動処理を行ったのちステップＳＴ５１に戻り、移動後の球体移動装置１０ｂの位置で、新たに光センサ７１〜７６からの光センサ情報や３軸加速度センサ４９からの加速度検出結果を取得して上述の処理を繰り返す。

このように、球体移動装置１０ｂにおける駆動動作を行うものとすれば、光強度の強い方向に球体移動装置１０ｂを自動的に移動させることができる。例えば、球体移動装置１０ｂに照明を当てることで、照明の光源に近づくように球体移動装置１０ｂを移動させることができる。また、照明の光源方向とは異なる方向に球体移動装置１０ｂを移動させるものとすれば、球体移動装置１０ｂに光を当てたときに、光から逃れるように球体移動装置１０ｂを移動させることも可能となる。

＜４．第４の実施の形態＞
次に、センサの情報例えば音センサから得られた音検出情報を元に移動方向と量を決定して、球体移動装置を移動させる場合について説明する。

［球体移動装置の構成］
図１９は、座標「Ｖ＝０」の平面での断面の一部を示している。音センサ８１は、外部からの音の強度を検出できるようにして、球状殻体１１と電磁石２１と間に設ける。音センサ８１は、例えば音声を収音するマイクを用いて構成する。また、外部からの音が球状殻体１１を透過して音センサ８１に届きにくい場合、音を通過させるための貫通穴を球状殻体１１に設ける。なお、貫通穴の穴径は、球体移動装置１０ｃの転動が阻害されないように設定する。また、電磁石２２〜２６の位置にも同様に音センサ８２〜８６を設ける。音センサ８１で検出された音声レベルは、強度Ｇ７１とする。音センサ８２〜８６で検出された音声レベルは、強度Ｇ７２〜Ｇ７６とする。このように音センサ８１〜８６で検出された音声レベルを強度Ｇ７１〜Ｇ７６とすると、光センサ７１〜７６で検出された光強度を強度Ｇ７１〜Ｇ７６とした場合と同様な処理を行うことで、音センサ８１〜８６で取得した音の強度が強い方向に球体移動装置１０ｃを移動させることができる。

図２０は、球体移動装置１０ｃの機能ブロック図を示している。音センサ８１〜８６は、音声レベルを検出して検出結果を、音センサ情報として移動制御部４２ｃに供給する。また、３軸加速度センサ４９は、加速度検出結果を移動制御部４２ｃに供給する。

移動制御部４２ｃは、音センサ８１〜８６からの音センサ情報と３軸加速度センサ４９からの加速度検出結果を用いて移動方向や移動量を決定して、決定した移動方向に移動量分だけ球体移動装置１０ｃを移動させるように、各電磁石２１〜２６で発生させる磁力を制御するための制御信号を生成して電磁石駆動部４３に供給する。電磁石駆動部４３は、移動制御部４２ｂから供給された制御信号に基づき電磁石２１〜２６を駆動して、球体移動装置１０ｃが決定した移動方向に移動量分だけ移動するように磁性流体を、電磁石２１〜２６で発生した磁力によって移動させる。

［球体移動装置の移動動作（音の強度の強い方向に移動するとき）］
図２１は、球体移動装置１０ｃおける駆動動作を示すフローチャートである。ステップＳＴ６１で移動制御部４２ｂは、音センサ情報を取得してベクトルＶ_Tを算出する。移動制御部４２ｂは、音センサ８１〜８６から音の強度を示す音センサ情報を取得する。また、移動制御部４２ｂは、取得した音センサ情報で示された強度Ｇ７１〜Ｇ７６を用いて式（２０）からベクトルＶ_Tを算出してステップＳＴ６２に進む。

ステップＳＴ６２で移動制御部４２ｂは、重力方向単位ベクトルｅ_ｓの算出を行う。移動制御部４２ｂは、３軸加速度センサ４９からの加速度検出結果に基づいて重力方向単位ベクトルｅ_ｓを算出してステップＳＴ６３に進む。

ステップＳＴ６３で移動制御部４２ｂは、水平方向移動成分Ｖ_ＴＨの算出を行う。移動制御部４２ｂは、ステップＳＴ６１で算出したベクトルＶ_TとステップＳＴ６２で算出した重力方向単位ベクトルｅ_ｓを用いて式（２２）の演算を行い、水平方向移動成分Ｖ_ＴＨを算出してステップＳＴ６４に進む。

ステップＳＴ６４で移動制御部４２ｂは、水平方向移動成分Ｖ_ＴＨの大きさが「０」であるか否かを判別する。移動制御部４２ｂは、水平方向移動成分Ｖ_ＴＨの大きさが「０」でないときステップＳＴ６５に進み、水平方向移動成分Ｖ_ＴＨの大きさが「０」あるときは、球体移動装置１０ｃを停止する。

ステップＳＴ６５で移動制御部４２ｂは、電磁石駆動処理を行う。移動制御部４２ｂは、上述の式（２２）の演算を行い、移動目標ベクトルＶ_ＦＴを算出して、移動目標ベクトルＶ_ＦＴが示す球面上の位置を目標接地点Ｐ_ＦＴとする。また、移動制御部４２ｂは、設定した目標接地点Ｐ_ＦＴに応じて、駆動する電磁石および電磁石の駆動電流を決定する。さらに、移動制御部４２は、決定された駆動電流で電磁石を駆動する駆動動作を電磁石駆動部４３で行わせて、電磁石で発生された磁力によって、目標接地点Ｐ_ＦＴで接地するように磁性流体１５を移動させる。移動制御部４２ａは、電磁石駆動処理を行ったのちステップＳＴ６１に戻り、移動後の球体移動装置１０ｃの位置で、新たに音センサ８１〜８６からの音センサ情報や３軸加速度センサ４９からの加速度検出結果を取得して上述の処理を繰り返す。

このように、球体移動装置１０ｃにおける駆動動作を行うものとすれば、音の強度の強い方向に球体移動装置１０ｃを自動的に移動させることができる。

また、音の反射などの影響がある場合は、音の到達時刻の早さを音の強度のかわりに利用することで反射などの影響を回避して、直接到達する音の方向に球体移動装置１０ｃを自動的に移動させることもできる。

＜５．第５の実施の形態＞
上述の第１〜第４の実施の形態では、球状殻体１１の中心を通る軸に対する慣性モーメントに大きく偏りがなく、球体移動装置を任意の方向に容易に転動させることができるように、電磁石や移動制御部および電磁石駆動部や電源部等を予め等しい重量に調整して、球状殻体１１の内面に均等に配置して固定するものとしている。この場合、電磁石や各部の重量を等しく調整する作業が必要となる。また、電磁石や各部の重さを最も重量の重いものに合わせると、球体移動装置が重くなってしまう。そこで、電磁石や各部の重さの違い等によって、球状殻体１１の中心を通る軸に対する慣性モーメントに偏りを生じる場合でも、磁性流体の移動を複雑に制御することなく、球体移動装置をスムーズに転動させる場合について説明する。

図２２は、第５の実施の形態についての動作原理を示している。図２２の（Ａ）は、球状殻体１１の内部に設けられた移動制御部や電源部等の設置物９１によって、球状殻体１１の中心を通る軸に対する慣性モーメントに大きく偏りを生じている場合を示している。この場合、回転軸９２を中心として球状殻体１１を回転させると、設置物９１が天頂部に達するまでは転動を抑制する力が作用し、天頂部を越えると転動を促進する力が作用する。そこで、図２２の（Ｂ）に示すように、一部の磁性流体１５ａが設置物９１と対向する位置に留まるように磁力を生じさせて、重心が球状殻体１１の中心に近づくように、すなわち球状殻体１１の中心を通る軸に対する慣性モーメントの偏りが小さくなるようにする。このように、一部の磁性流体１５ａが設置物９１と対向する位置に留まるように磁力を発生させておけば、残りの磁性流体１５ｂを上述の第１〜第４の実施の形態と同様にして移動させることで、磁性流体の移動を複雑に制御しなくとも、球体移動装置をスムーズに転動させることができるようになる。

＜６．第６の実施の形態＞
図２３〜図２５は、球状殻体１１の内部に支柱２７を設けた場合を示している。球状殻体１１の内部に支柱２７を設けると、球状殻体１１の強度を高めることができる。また、支柱２７の内部に移動制御部や電磁石駆動部および電源部等を内蔵して、支柱２７の端部に電磁石を設ければ、各部の接続や電磁石と電磁石駆動部との接続等が容易となり、球体移動装置を簡単に組み立てることができるようになる。

図２３は、支柱を設けた第１の構造を示している。なお、図２３の（Ａ）は支柱を設けたときの球体移動装置の内部構造、図２３の（Ｂ）は球状殻体１１の半球部分を切り取った状態を示す斜視図である。

支柱２７の端部には、電磁石を介した支柱２７の支持機能と電磁石への駆動電流の供給経路となる機能を有する端子部２７ｔを設ける。端子部２７ｔは、支柱２７の端部面から突出するように形成して、電磁石と端子部２７ｔが接続された状態でも、電磁石と支柱の端部面との間に空隙を生じるようにする。

図２４は、支柱を設けた第２の構造を示している。なお、図２４の（Ａ）は球状殻体１１の半球部分を切り取った状態を示す斜視図、図２４の（Ｂ）は球状殻体１１の半球部分を切り取った状態の側面図を示している。

支柱２７の端部面には電磁石を設けるものとして、支柱２７の端部側面に支持脚２７ｓを設ける。支持脚２７ｓは、球状殻体１１に当接して支柱２７を球状殻体１１の内部に固定するものである。また、支持脚２７ｓは、電磁石よりも突出するように形成して、球状殻体１１と支持脚２７ｓが当接した状態でも、電磁石と球状殻体１１との間に空隙を生じるようにする。

図２５は、支柱を設けた第３の構造を示している。なお、図２５の（Ａ）は支柱を設けたときの球体移動装置の内部構造、図２５の（Ｂ）は球状殻体１１の半球部分を切り取った状態を示す斜視図である。

このように、電磁石と支柱の端部面との間、または電磁石と殻体との間に空隙を生じさせることで、空隙が設けられていない場合よりも、電磁石の部分に磁性流体が集まり易くなり、磁性流体の移動もスムーズとなる。

第３の構造では、電磁石の部分に集まる磁性流体を多くできるように、電磁石とは異なる位置、例えば移動制御部４２や電源部４４，４５等の位置に支柱２７を設けた場合を示している。このように支柱２７を設けると、電磁石の部分の空間が広くなることから、磁性流体の移動が第１の構造や第２の構造に比べて容易で、電磁石の部分に磁性流体が集まり易くなる。

＜７．第７の実施の形態＞
図２６は、重心移動装置を適用した姿勢制御装置における構成を示している。なお、図２６の（Ａ）は姿勢制御装置９５の斜視図、図２６の（Ｂ）は上面図、図２６の（Ｃ）は位置「Ｘ＝０」での断面を図２６の（Ｂ）における矢印ＳＡ方向からみた側面図、図２６の（Ｄ）は位置「Ｘ＝０」での断面を、図２６の（Ｂ）における矢印ＳＢ方向からみた側面図である。

姿勢制御装置９５は、球体の一部の曲面を持つ形状である例えば半球状殻体１２を用いて構成する。半球状殻体１２の内面には、複数の電磁石を固定して配置する。複数の電磁石は、半球状殻体１２を任意の方向に容易に傾斜させることができるように、半球状殻体１２の内面に均等に配置する。例えば３軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）の交点と半球状殻体１２の中心を一致させたとき、３軸と半球状殻体１２が交わる５つの点に、それぞれ等しい重さとされている電磁石２１〜２５を配置する。

また、半球状殻体１２の内面には、外部からの移動指令を受信する移動指令受信部４１、受信された移動指令に応じて電磁石で発生させる磁力を制御する移動制御部４２、移動制御部４２からの制御信号に基づいて電磁石で磁力を発生させる電磁石駆動部４３、各部を動作させるための電源部４４を固定して配置する。

このように姿勢制御装置９５を構成すると、電磁石２１〜２５で発生させる磁力に応じて半球状殻体１２の内部に設けた磁性流体（図示せず）が移動して、姿勢制御装置９５の重心が変化する。このため、重心の変化に伴い姿勢制御装置９５の姿勢が変化する。したがって、電磁石２１〜２５で発生させる磁力を制御して、姿勢制御装置９５を所望の姿勢とすることができる。さらに、電磁石２１〜２５で発生させる磁力を制御して、磁性流体の移動を繰り返し行うものとすれば、姿勢制御装置９５を所望の姿勢に設定できるだけでなく、揺動動作等も行うことが可能となる。

なお、図２６では、半球状殻体１２を用いた場合について図示しているが、球体の一部の曲面を接地面とする形状であれば、姿勢制御装置９５の殻体の形状は半球状に限られるものではない。

＜８．第８の実施の形態＞
図２７は、磁力の発生手段として永久磁石を用いた場合の構成を示している。永久磁石を用いる場合、永久磁石が球状殻体１１の内面に固定されている状態では、磁力を変化させることができない。そこで、永久磁石を用いる場合、例えば永久磁石２８を球状殻体１１に内蔵させて、永久磁石駆動部２９で永久磁石２８を球状殻体１１の中心方向に進退させることで、磁力を変化させる。

このように永久磁石を用いる場合でも、磁力を制御可能な構成とすれば、電磁石を用いた場合と同様に、球体移動装置を転動させたり姿勢制御装置の姿勢を変化させることが可能となる。

また、電磁石と永久磁石を組み合わせて用いるものとしてもよい。

この発明によれば、球体または球体の一部の曲面を持つ形状で、球体面または前記曲面を接地面とする殻体の内部に流動性物質が設けられて、この流動性物質を殻体内で移動させることにより重心が所望の位置に移動される。このため、例えば回転動作や揺動動作あるいは姿勢変化を行う遊技機、搬送装置の駆動部等に適用することができる。

球状移動装置の斜視図である。 球状移動装置の断面概略図である。 球状殻体の内面の配置図である。 第１の実施の形態の機能ブロック図である。 ＵＶＷ座標系とＸＹＺ座標系の関係を示す図である。 回転角度と移動方向角度を示す図である。 接地点が移動目標点の位置となったのち、さらに移動させる場合を示す図である。 第１の実施の形態における駆動動作を示すフローチャートである。 現在の姿勢を検出するための姿勢検出センサを設けた場合の構成を示す図である。 ＸＹＺ座標系における球体移動装置の位置を検出する構成を示す図である。 発光部を設けた場合を示す図である。 撮像装置で取得できる情報を説明するための図である。 第２の実施の形態の機能ブロック図である。 第２の実施の形態の駆動動作を示すフローチャートである。 電磁石の位置に光センサを設けた場合を示す図である。 球体移動装置における移動方向の断面概略図である。 第３の実施の形態の機能ブロック図である。 第３の実施の形態の駆動動作を示すフローチャートである。 電磁石の位置に音検出センサを設けた場合を示す図である。 第４の実施の形態の機能ブロック図である。 第４の実施の形態の駆動動作を示すフローチャートである。 第５の実施の形態の動作原理を説明するための図である。 殻体に支柱を設けたときの第１の構造を示す図である。 殻体に支柱を設けたときの第２の構造を示す図である。 殻体に支柱を設けたときの第３の構造を示す図である。 姿勢制御装置の構成を示す図である。 永久磁石を用いた場合の構成を示す図である。

符号の説明

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ・・・球体移動装置、１１・・・球状殻体、１２・・・半球状殻体、１５，１５ａ，１５ｂ・・・磁性流体、２１〜２６・・・電磁石、２７・・・支柱、２７ｓ・・・支持脚、２７ｔ・・・端子部、２８・・・永久磁石、２９・・・永久磁石駆動部、４０，４０ａ・・・アンテナ、４１・・・移動指令受信部、４１ａ・・・移動指令／位置情報受信部、４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ・・・移動制御部、４３・・・電磁石駆動部、４４〜４８・・・電源部、４９・・・３軸加速度センサ、５１・・・点滅駆動部、６１〜６６・・・発光デバイス、７１〜７６・・・光センサ、８１〜８６・・・音センサ、９０・・・撮像装置、９１・・・設置物、９２・・・回転軸、９５・・・姿勢制御装置

Claims (15)

1. 球体または球体の一部の曲面を持つ形状で、球体面または前記曲面を接地面とする殻体と、
   前記殻体内に設けられた流動性物質と、
   前記殻体内に設けられて、前記流動性物質を移動させる流動性物質駆動部と、
   前記殻体内に設けられて、前記流動性物質駆動部を制御して、前記流動性物質を移動させることにより所望の位置に重心を移動させる移動制御部と
   を備える重心移動装置。
2. 前記流動性物質は磁性流体であり、
   前記流動性物質駆動部は、複数の磁石と、該磁石の磁力を制御する磁石駆動部で構成した
   請求項１記載の重心移動装置。
3. 前記複数の磁石は、前記殻体の内面に均等に配置した
   請求項２記載の重心移動装置。
4. 前記移動制御部は、外部からの指令に基づき前記磁性流体の移動に用いる磁石と磁力を決定して、該決定に基づき前記磁石駆動部で前記磁石を駆動させる
   請求項３記載の重心移動装置。
5. 前記外部からの指令は、移動位置を示す位置情報であり、
   前記移動制御部は、現在位置と前記移動位置から前記移動位置の方向および移動位置までの距離を判別して、該判別結果に応じて前記磁石と磁力の決定を行う
   請求項４記載の重心移動装置。
6. 前記移動制御部は、現在位置から前記移動位置までの距離が所定距離よりも長いとき、前記所定距離に応じた前記磁石と磁力の決定を行って前記磁性流体を移動させる処理を繰り返す
   請求項５記載の重心移動装置。
7. 前記移動制御部は、前記殻体上における接地点の位置と、接地面上における前記殻体の中心位置と、前記殻体上における一点の位置と、該一点の前記接地面上における位置を取得して、該取得した位置から前記殻体の姿勢を判別し、姿勢の判別結果と現在位置と前記移動位置から前記移動位置の方向および移動位置までの距離を判別して、該判別結果に応じて前記磁石と磁力の決定を行う
   請求項６記載の重心移動装置。
8. 前記殻体に照射された光の強度を検出する光センサを前記殻体に複数配し、
   前記移動制御部は、前記殻体に照射された光を前記外部からの指令として、前記光センサの検出結果に基づいて判別した光の強度が強い方向に応じて前記磁石と磁力の決定を行う
   請求項４記載の重心移動装置。
9. 音を収音する音センサを前記殻体に複数配し、
   前記移動制御部は、前記音を前記外部からの指令として、前記音センサの検出結果に基づいて判別した音の方向に応じて前記磁石と磁力の決定を行う
   請求項４記載の重心移動装置。
10. 前記殻体の内部に支柱を設け、該支柱によって前記殻体の内面を支持する
    請求項３記載の重心移動装置。
11. 前記支柱の端部に前記磁石と接続される端子部を突出して設け、前記端部と前記磁石との間に空隙を生じた状態で前記殻体の内面を前記端子部によって前記磁石を介して支持する
    請求項１０記載の重心移動装置。
12. 前記支柱の端部に前記磁石と端部から突出した支持脚を設け、前記磁石と前記殻体の内面との間に空隙を生じた状態で前記殻体の内面を前記支持脚で支持する
    請求項１０記載の重心移動装置。
13. 前記支柱は、前記殻体の内面の前記磁石が設けられていない位置を支持する
    請求項１０記載の重心移動装置。
14. 前記重心を移動させる際に、前記複数の磁石における所定の磁石で磁力を発生させて前記磁性流体の一部を吸着させておくことで、慣性モーメントの偏りを補正する
    請求項３記載の重心移動装置。
15. 球体または球体の一部の曲面を持つ形状で球体面または前記曲面を接地面とする殻体において、前記殻体の内部に設けられている流動性物質を前記殻体の内部に設けられている流動性物質駆動部によって移動させるステップと、
    前記殻体の内部に設けられている移動制御部によって、前記流動性物質駆動部を制御して、前記流動性物質を移動させることにより所望の位置に重心を移動させるステップとを具備する重心移動方法。

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