JP2021052448A - 移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リニアアクチュエータを動力源として移動することができる移動装置を提供する。【解決手段】筐体１１は、載置面上で転がり可能である。リニアアクチュエータ１２は、直線的に振動可能な可動体を有し、筐体１１に固定されている。制御部は、リニアアクチュエータ１２の可動体の振動を制御する。移動装置１０は、リニアアクチュエータ１２の可動体の振動が停止した状態における自装置の姿勢は重力により特定姿勢を示す。リニアアクチュエータ１２の可動体の振動方向１２ａは、特定姿勢における、移動装置１０の重心１０ａを通る鉛直線１０ｂに対してねじれの位置にある方向である。【選択図】図１

Description

本発明は、移動装置に関する。

従来、固定体、可動体及び磁気駆動機構を備えるボイスコイルモータ等のリニアアクチュエータが知られている（例えば特許文献１）。また、このリニアアクチュエータを用いて発生させた振動によりユーザの皮膚を刺激して、ユーザに力覚を提示する触覚デバイスが知られている（例えば特許文献２）。

特開２０１５−１７７６５５号公報 特開２０１５−２３０６０２号公報

しかしながら、従来、リニアアクチュエータは、例えば触覚デバイスにおいてユーザに知覚させる刺激の発生源として用いられているものの、物体を移動させるための動力源としてリニアアクチュエータを用いるという着想はなかった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、リニアアクチュエータを動力源として移動することができる移動装置を提供することを目的としている。

本発明の移動装置は、載置面上で転がり可能な接触部材と、直線的に振動可能な可動体を有し前記接触部材に固定されたリニアアクチュエータと、前記可動体の振動を制御する制御部と、を備え、前記可動体の振動が停止した状態における自装置の姿勢が重力により特定姿勢を示し、前記可動体の振動方向が、前記特定姿勢における、自装置の重心を通る鉛直線に対してねじれの位置にある方向であるものである。

本発明によれば、リニアアクチュエータを動力源として移動することができる移動装置を提供することができる。

本発明の移動装置の一実施例である移動装置１０を模試的に示す斜視図である。 移動装置１０を模試的に示す正面断面図である。 移動装置１０を模試的に示す平面断面図である。 移動装置１０の移動過程の一例を模式的に示す正面断面図（その１）である。 移動装置１０の移動過程の一例を模式的に示す正面断面図（その２）である。 移動装置１０の移動過程の一例を模式的に示す正面断面図（その３）である。 移動装置１０の移動過程の一例を模式的に示す正面断面図（その４）である。 移動装置１０の移動過程の一例を模式的に示す正面断面図（その５）である。 移動装置１０の移動過程の一例を模式的に示す正面断面図（その６）である。 移動装置１０の移動過程の一例を模式的に示す正面断面図（その７）である。 移動装置１０の変形例１を模式的に示す正面断面図である。 移動装置１０の変形例２を模式的に示す正面断面図である。 移動装置１０の変形例３を模式的に示す正面断面図である。 移動装置１０の変形例４を模式的に示す平面断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（移動装置の構成）
図１は、本発明の移動装置の一実施例である移動装置１０を模試的に示す斜視図である。図２は、移動装置１０を模試的に示す正面断面図である。図３は、移動装置１０を模試的に示す平面断面図である。移動装置１０は、筐体１１と、リニアアクチュエータ１２と、錘１３と、不図示の制御部と、を備える。図面においては、リニアアクチュエータ１２と錘１３とを区別し易いように、錘１３を破線で示している。

筐体１１は、内部に球状の空間を有する球体（球殻）を半分に切断した形状（半球殻）である。筐体１１は、載置面１（地面）上で転がり可能な接触部材（接地部材）を構成する。また、筐体１１のうち載置面１と接する外面は、載置面１との間で、後述の移動装置１０の移動過程において互いに滑らない程度の摩擦力を有する。

リニアアクチュエータ１２は、図示しない固定体、可動体及び磁気駆動機構を備えるボイスコイルモータである。固定体は、筐体１１の内部に固定される。可動体は、磁気駆動機構からの駆動によって、固定体に対して直線的に振動（往復運動）可能に設けられている。振動方向１２ａは、リニアアクチュエータ１２の可動体が振動する方向である。

磁気駆動機構は、入力された電気信号に応じて、可動体を磁気的に駆動する。例えば、磁気駆動機構は、固定体及び可動体の一方に設けられたコイルと、固定体及び可動体の他方に設けられ上記のコイルと近接する磁石と、により構成される。この場合に、コイルへ入力される電気信号に応じて、コイルが発生させる磁界が変化し、それによって固定体に対して可動体が移動する推力が得られる。

不図示の制御部は、リニアアクチュエータ１２の磁気駆動機構（コイル）へ入力する電気信号を制御することにより、リニアアクチュエータ１２の可動体の振動を制御する。なお、不図示の制御部は、リニアアクチュエータ１２や錘１３とともに筐体１１の内部に設けられてもよいし、筐体１１の外部に設けられて有線又は無線で磁気駆動機構と接続されてもよい。磁気駆動機構へ入力する電気信号の電源は、例えば筐体１１の内部に設けられた電池であってもよいし、磁気駆動機構と有線で接続された筐体１１の外部の電源であってもよい。

錘１３は、筐体１１の内部のうち、リニアアクチュエータ１２とは異なる位置に設けられている。錘１３は、筐体１１の内部に設けられた上記の電池であってもよい。重心１０ａは、移動装置１０の重心である。重心１０ａは、例えば、筐体１１内に設けられたリニアアクチュエータ１２や錘１３の重量や位置等によって決まる。

筐体１１の底面は、載置面１上で転がり可能な球面であり、重心１０ａは筐体１１を含む球殻の中心からずれている。したがって、リニアアクチュエータ１２の可動体が停止していると、移動装置１０の姿勢は、重力によって、重心１０ａが載置面１に最も近くなる安定姿勢に収束する。すなわち、リニアアクチュエータ１２の可動体の振動が停止した状態における移動装置１０の姿勢は重力により安定姿勢を示す。以下、この安定姿勢を特定姿勢と称する。

移動装置１０が特定姿勢で静止していると、移動装置１０に対する外力がない限り、移動装置１０は静止し続ける。また、移動装置１０を特定姿勢からわずかに回転させると、移動装置１０は、筐体１１の外面で転がりながら、特定姿勢に収束するように揺れ動き、特定姿勢で静止する。

鉛直線１０ｂは、移動装置１０が特定姿勢であるときの、重心１０ａを通る鉛直線（重力方向の直線）である。リニアアクチュエータ１２の振動方向１２ａは、この鉛直線１０ｂに対してねじれの位置にある直線上にある。すなわち、振動方向１２ａを含む直線は、鉛直線１０ｂに対して、平行でもなく、交叉もしない。筐体１１に対して錘１３を設ける位置や錘１３の重量は、この振動方向１２ａと鉛直線１０ｂとが互いにねじれの位置になるように決定される。

リニアアクチュエータ１２は、筐体１１の転がりに伴う筐体１１の回転の中心（筐体１１を含む球殻の中心）に対して、上記の特定姿勢において低い位置に設けられている。また、リニアアクチュエータ１２は、重心１０ａに対して、上記の特定姿勢において低い位置に設けられている。

筐体１１は、孔１１ａ，１１ｂを有する。孔１１ａ，１１ｂは、鉛直線１０ｂを中心として互いに対称な位置に設けられている。だだし、筐体１１は孔１１ａ，１１ｂを有していなくてもよい。

（移動装置の移動過程）
図４〜図１０は、移動装置１０の移動過程の一例を模式的に示す正面断面図である。図４〜図１０において、図１〜図３に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。移動装置１０は平らな載置面１に置かれている。図４〜図１０において、方向１ａは、リニアアクチュエータ１２の振動方向１２ａ及び鉛直線１０ｂに対して直交し、載置面１と平行な方向である。まず、図４に示すように、移動装置１０が上記の特定姿勢で静止しているとする。

この状態で、図５に示すように、リニアアクチュエータ１２の可動体が、振動方向１２ａの一方向である移動方向１２ｂ（図の奥側）に移動したとする。このとき、作用反作用の法則によって、リニアアクチュエータ１２の可動体の作用力に対する反作用力１２ｃがリニアアクチュエータ１２に発生する。これにより、図５に示すように、移動装置１０は移動方向１２ｂの反対方向に傾く。

次に、図６に示すように、リニアアクチュエータ１２の可動体が、振動方向１２ａの他方向である移動方向１２ｄに移動したとする。このとき、作用反作用の法則によって、リニアアクチュエータ１２の可動体の作用力に対する反作用力１２ｅがリニアアクチュエータ１２に発生する。これにより、図６に示すように、移動装置１０は、回転方向１０ｃに回転する。

次に、移動装置１０は、図７に示すように、特定姿勢へ向かうように転がる。このとき、リニアアクチュエータ１２の可動体が移動方向１２ｂに移動したとする。図７に示す状態において、移動装置１０は、図４に示した状態よりも方向１ａに移動している。

図４〜図７に示したように、移動装置１０が特定姿勢である状態でリニアアクチュエータ１２の可動体が移動方向１２ｂ，１２ｄ，１２ｂの順に移動すると、筐体１１の孔１１ｂ側が方向１ａへ進むように移動装置１０が転がる。

次に、移動装置１０は、図７に示す状態まで転がった勢いによってさらに転がり、図８に示すように、図６に示した状態とは反対側（図の奥側）に傾く。また、このタイミングにおいて、リニアアクチュエータ１２の可能体が移動方向１２ｄに移動したとする。このとき、作用反作用の法則によって、リニアアクチュエータ１２の可動体の作用力に対する反作用力がリニアアクチュエータ１２に発生する。これにより、移動装置１０はさらに（図の奥側に）傾く。

次に、リニアアクチュエータ１２の可動体が、移動方向１２ｂに移動したとする。このとき、作用反作用の法則によって、リニアアクチュエータ１２の可動体の作用力に対する反作用力１２ｅがリニアアクチュエータ１２に発生する。これにより、図９に示すように、移動装置１０は、回転方向１０ｄに回転する。

次に、移動装置１０は、図１０に示すように、特定姿勢へ向かうように転がる。このとき、リニアアクチュエータ１２の可動体が移動方向１２ｂに移動したとする。図１０に示す状態において、移動装置１０は、図４に示した状態と同じ姿勢になっているとともに、図４に示した状態よりも方向１ａに移動している。

図７〜図１０に示したように、移動装置１０が特定姿勢である状態（図７の状態）でリニアアクチュエータ１２の可動体が移動方向１２ｂ，１２ｄ，１２ｂの順に移動すると、筐体１１の孔１１ａ側が方向１ａへ進むように移動装置１０が転がる。

そして、図１０に示した状態において、図５〜図９に示した例と同様にリニアアクチュエータ１２の可動体が振動すると、図５〜図９に示した移動装置１０の動作が繰り返され、移動装置１０が方向１ａにさらに移動する。

したがって、不図示の制御部によってリニアアクチュエータ１２の可動体を振動方向１２ａに振動させることにより、移動装置１０は、筐体１１の孔１１ｂ側が方向１ａへ進む転がりと、筐体１１の孔１１ａが方向１ａ側へ進む転がりと、を繰り返しながら方向１ａに移動する。すなわち、移動装置１０は、方向１ａを前方とすると、左右に揺れ動きながら前進する。

（可動体の振動周期）
図５〜図９においては、移動装置１０が特定姿勢であるときに可動体を移動方向１２ｂに移動させ、移動装置１０が傾いてから特定姿勢に戻るまでの期間に可動体の移動方向が２回切り替わるという、移動装置１０の転がり周期に同期した周期で可動体の振動させる場合について説明したが、可動体の振動周期はこれに限らない。例えば、可動体の振動周期は、上記の周期よりも短い周期であってもよい。

移動装置１０の移動速度は、移動装置１０の重量や重心１０ａ、リニアアクチュエータ１２の位置、可動体の振動方向１２ａや重量、及び可動体の振動周期や振幅などの組み合わせによって決まる。例えば、移動装置１０の作成後に、可動体の振動周期を変化させながら移動装置１０の移動速度を測定することで、移動装置１０の移動速度が所望の移動速度になる可動体の振動周期を導出することができる。また、可動体の振動周期の振幅を可変にすることにより、移動装置１０の移動速度を可変にしてもよい。

また、移動装置１０は、移動装置１０の姿勢を検出する姿勢センサを備え、不図示の制御部は、姿勢センサの検出結果に基づいて、移動装置１０の転がり周期に同期してリニアアクチュエータ１２の可動体の振動を制御してもよい。これにより、より効率よく移動装置１０を移動させることが可能になる。

（移動装置の変形例）
図１１は、移動装置１０の変形例１を模式的に示す正面断面図である。図１１において、図８に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。筐体１１の形状が半球殻である場合について説明したが、筐体１１の形状は半球殻に限らない。例えば、図１１に示すように、筐体１１の形状は、内部に球状の空間を有する球体（球殻）であってもよい。

図１２は、移動装置１０の変形例２を模式的に示す正面断面図である。図１２において、図１〜図３に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。筐体１１の底面が球面である場合について説明したが、筐体１１の底面の形状はこれに限らない。

例えば、筐体１１は、７以上の面を有する中空の多面体であってもよいし、図１２に示すように７以上の面を有する中空の多面体を切断して得られる形状であってもよい。また、図示しないが、筐体１１は、中空の卵形、長球形、円柱形などの形状であってもよい。すなわち、筐体１１は、載置面１に対して転がり可能な各種の形状とすることができる。

図１３は、移動装置１０の変形例３を模式的に示す正面断面図である。図１３において、図２に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。筐体１１に１個のリニアアクチュエータ（リニアアクチュエータ１２）を設ける構成について説明したが、筐体１１に複数のリニアアクチュエータを設けた構成としてもよい。例えば、図１３に示すように、筐体１１はリニアアクチュエータ１２に加えてリニアアクチュエータ１４を備えていてもよい。

リニアアクチュエータ１４は、鉛直線１０ｂを中心としてリニアアクチュエータ１２と対称に設けられた、リニアアクチュエータ１２と同様のリニアアクチュエータである。振動方向１４ａは、リニアアクチュエータ１４の可動体が振動する方向である。不図示の制御部は、リニアアクチュエータ１２，１４の各可動体を個別に制御可能である。図１３に示す例では、リニアアクチュエータ１４は、図１〜図３に示した錘１３としての機能も有しており、錘１３は移動装置１０から省かれている。

リニアアクチュエータ１２の可動体を振動させ、リニアアクチュエータ１４の可動体を停止させる制御を行うと、移動装置１０は、図４〜図１０に示したように方向１ａへ移動する。また、リニアアクチュエータ１４の可動体を振動させ、リニアアクチュエータ１２の可動体を停止させる制御を行うと、移動装置１０は、方向１ａとは反対の方向（図１３の右方向）に移動する。このように、筐体１１の異なる位置に複数のリニアアクチュエータを設けることにより、移動装置１０を複数の方向に移動させることが可能になる。

図１４は、移動装置１０の変形例４を模式的に示す平面断面図である。図１４において、図１〜図３，図１３に示した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。図１４に示すように、筐体１１はリニアアクチュエータ１２，１４〜１６を備えてもよい。なお、図１４に示す例では筐体１１の孔１１ａ，１１ｂを省略している。

リニアアクチュエータ１２，１４〜１６は、鉛直線１０ｂを中心として対称に設けられている。リニアアクチュエータ１５，１６は、リニアアクチュエータ１２と同様のリニアアクチュエータである。振動方向１５ａ，１６ａは、それぞれリニアアクチュエータ１５，１６の可動体が振動する方向である。

不図示の制御部は、リニアアクチュエータ１２，１４〜１６の各可動体を個別に制御可能である。これにより、リニアアクチュエータ１２，１４〜１６の各可動体のうちいずれ振動させるかによって、移動装置１０を４方向に移動させることができる。また、リニアアクチュエータ１２，１４〜１６のうち複数のリニアアクチュエータの可動体を振動させることで、移動装置１０の複雑な移動や動きを実現することができる。

図１１から図１４に示した各変形例は、組み合わせることも可能である。例えば、図１３，図１４に示したようにリニアアクチュエータを複数設ける構成において、筐体１１の形状を図１１，図１２に示したような筐体１１の形状としてもよい。

振動方向１２ａが特定姿勢において水平になるようにリニアアクチュエータ１２を設ける構成について説明したが、このような構成に限らない。例えば、振動方向１２ａが、特定姿勢において、鉛直線１０ｂとはねじれの位置であり、かつ水平でない方向になるようにリニアアクチュエータ１２を設けてもよい。

（本形態の主な効果）
以上のように、本形態の移動装置１０によれば、リニアアクチュエータ１２の可動体の振動方向１２ａが、移動装置１０の特定姿勢における、重心１０ａを通る鉛直線１０ｂに対してねじれの位置になっている。これにより、リニアアクチュエータ１２の可動体が振動すると、鉛直線１０ｂ及び可動体の振動方向１２ａと直交する方向（方向１ａ）へ向かって、左右に揺れ動きながら移動することができる。

したがって、リニアアクチュエータ１２の可動体の振動を継続させることによって移動装置１０が移動することができる。このため、移動装置１０は、リニアアクチュエータ１２を動力源として移動することができる。リニアアクチュエータ１２を動力源として移動することで、例えば、移動装置１０を玩具に適用した場合に、リニアアクチュエータ１２の振動に応じて揺れ動きながら移動するという、興趣のある移動が実現できる。

また、筐体１１に対して、特定姿勢における鉛直線１０ｂを挟んでリニアアクチュエータ１２の反対側に固定された錘１３を備えてもよい。これにより、リニアアクチュエータ１２の可動体の振動方向１２ａが特定姿勢における鉛直線１０ｂに対してねじれの位置になるようにリニアアクチュエータ１２を設けることが容易になる。

また、筐体１１の底面が曲面であってもよい。これにより、転がりが円滑になるため、移動に対する抵抗力が少なくなり、より効率よく移動することができる。

また、移動装置１０は、複数のリニアアクチュエータ１２，１４（リニアアクチュエータ１２，１４，１５，１６）を備え、制御部がリニアアクチュエータ１２，１４（リニアアクチュエータ１２，１４，１５，１６）のそれぞれの可動体の振動を個別に制御してもよい。これにより、移動装置１０は、複数の方向に移動することができる。

また、リニアアクチュエータ１２の振動方向１２ａは、上記の特定姿勢に水平になるようにしてもよい。これにより、移動装置１０は、揺れ動きながら、カーブせずに方向１ａに向かって移動することができる。

以上説明してきたように、本明細書には以下の事項が開示されている。

（１）
載置面上で転がり可能な接触部材と、
直線的に振動可能な可動体を有し前記接触部材に固定されたリニアアクチュエータと、
前記可動体の振動を制御する制御部と、を備え、
前記可動体の振動が停止した状態における自装置の姿勢が重力により特定姿勢を示し、
前記可動体の振動方向が、前記特定姿勢における、自装置の重心を通る鉛直線に対してねじれの位置にある方向である移動装置。

（１）のように構成すると、リニアアクチュエータの可動体が振動すると、特定姿勢における鉛直線及び可動体の振動方向と直交する方向へ向かって、左右に揺れ動きながら移動することができる。このため、可動体の振動を継続させることによって自装置が移動することができる。

（２）
（１）記載の移動装置であって、
前記可動体が振動すると、前記特定姿勢における前記鉛直線及び前記振動方向と直交する方向へ向かって、左右に揺れ動きながら移動する移動装置。

（２）のように構成すると、可動体の振動を継続させることによって自装置が移動することができる。

（３）
（１）又は（２）記載の移動装置であって、
前記接触部材に対して、前記特定姿勢における前記鉛直線を挟んで前記リニアアクチュエータの反対側に固定された錘を備える移動装置。

（３）のように構成すると、可動体の振動方向が特定姿勢における鉛直線に対してねじれの位置になるようにリニアアクチュエータを設けることが容易になる。

（４）
（１）から（３）のいずれか１つに記載の移動装置であって、
前記接触部材のうち載置面と接する底面は曲面である移動装置。

（４）のように構成すると、転がりが円滑になるため、移動に対する抵抗力が少なくなり、効率よく移動することができる。

（５）
（１）から（４）のいずれか１つに記載の移動装置であって、
前記接触部材に固定された前記リニアアクチュエータが複数設けられており、
前記制御部は、前記リニアアクチュエータのそれぞれの前記可動体の振動を個別に制御する移動装置。

（５）のように構成すると、複数の方向に移動することができる。

（６）
（１）から（５）のいずれか１つに記載の移動装置であって、
前記振動方向は、前記特定姿勢における水平方向である移動装置。

（６）のように構成すると、揺れ動きながら１つの方向に向かって移動することができる。

１ 載置面
１ａ 方向
１０ 移動装置
１０ａ 重心
１０ｂ 鉛直線
１０ｃ，１０ｄ 回転方向
１１ 筐体
１１ｂ，１１ａ 孔
１２，１４〜１６ リニアアクチュエータ
１２ａ，１４ａ，１５ａ，１６ａ 振動方向
１２ｂ，１２ｄ 移動方向
１２ｃ，１２ｅ 反作用力
１３ 錘

Claims (6)

1. 載置面上で転がり可能な接触部材と、
   直線的に振動可能な可動体を有し前記接触部材に固定されたリニアアクチュエータと、
   前記可動体の振動を制御する制御部と、を備え、
   前記可動体の振動が停止した状態における自装置の姿勢が重力により特定姿勢を示し、
   前記可動体の振動方向が、前記特定姿勢における、自装置の重心を通る鉛直線に対してねじれの位置にある方向である移動装置。
2. 請求項１記載の移動装置であって、
   前記可動体が振動すると、前記特定姿勢における前記鉛直線及び前記振動方向と直交する方向へ向かって、左右に揺れ動きながら移動する移動装置。
3. 請求項１又は２記載の移動装置であって、
   前記接触部材に対して、前記特定姿勢における前記鉛直線を挟んで前記リニアアクチュエータの反対側に固定された錘を備える移動装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の移動装置であって、
   前記接触部材のうち載置面と接する底面は曲面である移動装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の移動装置であって、
   前記接触部材に固定された前記リニアアクチュエータが複数設けられており、
   前記制御部は、前記リニアアクチュエータのそれぞれの前記可動体の振動を個別に制御する移動装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項記載の移動装置であって、
   前記振動方向は、前記特定姿勢における水平方向である移動装置。

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