JP3448646B2

JP3448646B2 - 三次元可動構造物の自動組立体

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Publication number: JP3448646B2
Application number: JP2000340335A
Authority: JP
Inventors: 智村田
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2003-09-22
Anticipated expiration: 2020-11-08
Also published as: JP2001200989A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、任意形状の三次元
構造物を自らの自動組立により構成する組立体に関する
ものであり、さらに具体的には、宇宙空間のような極限
環境に設置する任意形状の三次元構造物等としての利用
に適し、相互に結合される同一構造の複数の組立ユニッ
トを備えて、外部からの助力なしにその結合を変更、解
除、再結合して、所期の三次元構造物を自ら構成するよ
うにした三次元可動構造物の自動組立体に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】例えば宇宙空間、惑星探査、深海、原子
炉等の、人間が作業することは困難、あるいは好ましく
ない極限環境において、各種の作業を行う必要があると
きには、ロボットを用いてそれらの作業を行う必要があ
る。そのようなロボットにおいては、多数の同一構造の
組立ユニットを結合し、あるいはその組立ユニットの結
合状態を変更、解除、再結合して、各種構造物を構成す
ることが考えられている。このようなロボットにおいて
は、一般に外部からの助力によってユニットの結合、解
除、変更または再結合を行っている。しかし、このよう
な構造物が、外部からの助力が得にくい前記のような極
限環境や、狭い空間等にある場合では、ユニットの結
合、解除、変更または再結合が困難である。このような
技術的課題に関連して、本発明者は、先に、機器構成用
多機能モジュールを開発し、特許第２０９０６００号
（特公平８ー１５７５号）として提案している。

【０００３】この機器構成用多機能モジュールによって
構成される構造物は、二次元形状をなすもので、各モジ
ュールは情報処理部を具備し、電磁力により互いに結合
したり、結合の位置を変化させたり、あるいは反発力を
発生して結合を解除したりすることができ、隣接するモ
ジュールとの結合関係を順次変化すれば、構造物全体の
二次元形状を変化させることが可能なものである。した
がって、任意の二次元形状に結合された初期形状から出
発して結合関係を変更し、二次元的な目的形状の構造物
にすることができるものである。この装置においては、
中心軸対称で等間隔の複数の突出腕をもつ上層部材、中
層部材及び下層部材を同軸に重積し、上層部材と下層部
材は中心軸線の回りに同位相、中層部材はそれらに対し
逆位相とする。また、上層部材と下層部材の突出腕は、
それらの間に他のモジュールの中層部材の突出腕が挿入
できる間隔で結合し、対向する上層部材と下層部材の突
出腕と、他のモジュールの中層部材の突出腕との間に
は、吸引又は反発する接離機構を設け、各突出腕には、
情報処理装置に接続して、接離機構により結合した他の
モジュールとの通信を行う送信器及び受信器を設けるよ
うに構成したものである。しかしながら、二次元的な形
状の変更では用途が著しく限定されるため、一般構造物
としては、三次元的に任意形状にすることが要求され
る。

【０００４】この要求に応えるため、本発明者は、更
に、三次元構造物の自動組立体を開発し、特願平８−２
８５９４１号（特開平１０−１１０８９３号）として提
案している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記本発明者により提
案されている三次元構造物の自動組立体においては、上
記既提案の外部からの助力なしに二次元的な任意形状に
形成できるようにした機器構成用モジュールを、三次元
的に任意形状に組立て得る構成まで発展させたものであ
り、外部からの助力なしに、同一構造の複数の組立ユニ
ットを結合し、あるいはその結合を解除、変更可能と
し、所期の三次元構造物を自ら構成できるようにした三
次元構造物の自動組立体を提供することができるもので
ある。

【０００６】しかしながら、上記技術は、格子点に制限
された構造物を構築するだけであり、ロボットアームや
ハンド、歩行機械といった能動部分をもつ機械の構成が
困難であった。また、その構造は複雑であり、製作に多
くの手数を要すると共に高価なものとならざるを得ず、
また、機械的な摩擦部分が多くかつ部品点数が多いため
故障を発生する確率が高くなる問題点もあった。

【０００７】したがって、本発明は、能動部分をもつ機
械の構成が容易であり、かつ、構造が簡単で長期間使用
しても確実に作動し、安価に製造することができる三次
元可動構造物の自動組立体を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、請求項１に係る発明は対向する両側面部及
びその間に挟まれ両側面部と直角をなす端面部に設けた
結合・離脱装置と、両側面部間に配置した連結部とから
なる第１の結合部材と、前記両側面部及び端面部に設け
た永久磁石と連結部からなる第２の結合部材を備えると
ともに、両端が前記両結合部材の連結部に回動自在に連
結する連結部材を備え、連結部材と結合部材を相対的に
回転駆動する駆動装置を備えたことを特徴とする三次元
構造物の自動組立体としたものである。

【０００９】また。請求項２に係る発明は、対向する両
側面部及びその間に挟まれ両側面部と直角をなす端面部
に各々独立して作動するように設けた結合・離脱装置
と、両側面部間に配置した連結部とからなる結合部材を
２個備えるとともに、両端が前記両結合部材の連結部に
回動自在に連結する連結部材を備え、連結部材と結合部
材を相対的に回転駆動する駆動装置を備えたことを特徴
とする三次元構造物の自動組立体としたものである。

【００１０】請求項３に係る発明は、前記結合・離脱装
置は、頂板に対向して移動自在に配置した基板と、基板
上に固定した永久磁石と、基板と頂板間に配置し常時両
者を離す方向に付勢する圧縮コイルばねと基板と頂板間
に配置した形状記憶ばねとを備え、該形状記憶ばねは、
基板が頂板から最も離れているときに基板と頂板のいず
れかとは接触しない短い第１形状と、基板が頂板に近接
したときに基板と頂板を離す方向に押圧する長い第２形
状の２位置をとる請求項１記載の三次元構造物の自動組
立体としたものである。

【００１１】請求項４に係る発明は、前記圧縮コイルば
ねは、永久磁石の吸着特性に適合するように円錐コイル
ばねとした請求項２記載の三次元構造物の自動組立体と
したものである。

【００１２】請求項５に係る発明は、前記連結部材側
に、両結合部材を回転駆動する駆動装置を設けた請求項
１記載の三次元構造物の自動組立体としたものである。

【００１３】請求項６に係る発明は、結合部材の内部に
固定され頂板表面まで延びる電極を設けた請求項１記載
の三次元構造物の自動組立体としたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を説明するに際し
て、最初、本発明の三次元構造物自動組立体に用いられ
る組立体結合装置の原理について、図３に示す作動概要
図に基づいて説明する。図３（ａ）は、内部に結合・離
脱部材３０を備えた第１部材３１の頂板３２から離れた
位置に第２部材３３が位置している状態を示している。
結合・離脱装置３０は、フレーム３４上に可動に載置さ
れた基板３５上に、図中左右１対示されている介装部材
３６を介して第１永久磁石３７を固定しており、図中前
記第１永久磁石３７の図中背後に円錐コイルばね４０を
配置し、中心部には円筒状の形状記憶ばね４１を配置
し、通電可能に電気回路に接続されている。この状態に
おいて、円錐コイルばね４０は下端部が基板３５に、上
端部が頂板３２の内面に当接して、縮設されており、そ
れにより基板３５は図中下方に押圧されている。また、
形状記憶ばね４１は非通電でその長さが短い第１形状状
態となっている。

【００１５】第２部材３３は図４に示すように、磁石保
持体３８の下面に形成した凹部３９に対して、第２永久
磁石４３を嵌入して固定した構成をなしている。第２永
久磁石４３は前記第１部材３１の第１永久磁石３７に対
向して配置されている。第１永久磁石３７と第２永久磁
石４３とは互いに対向する面において異なる極性をもつ
ように配置されており、例えば図３に示すように第１永
久磁石３７の下部がＳ極の時、第２永久磁石３の上部が
Ｎ極となるように配置されている。このとき両磁石の吸
引力は、例えば図３（ｂ）に示すように、第２部材３３
が第１部材３１の頂板３２上に載置されたときには、円
錐コイルばね４０が基板３５を下方に押圧する力よりも
両磁石の吸引力が大きくなるように設定されている。

【００１６】それにより、図３（ａ）に示すように第２
部材３３が第１部材３１から離れているときは基板３
５、介装部材３６、第１永久磁石３７は一体的に下方に
位置しており、この状態から図３（ｂ）に示すように第
２部材３３が第１部材３１の頂板３２上に近接したと
き、両磁石の吸引力が円錐コイルばね４０の反発力より
大きくなるため、円錐コイルばね４０は押し縮められ、
第２永久磁石４３は基板３５と共に一体的に上昇する。
このとき中心部の形状記憶ばね４１は押し縮められる
が、形状記憶ばね４１は非通電時にはその弾性力が弱い
ため、容易に押し縮めることができる短い第１形状とな
っている。それにより第１部材３１と第２部材３３は強
固に結合することができる。この状態において、第１永
久磁石３７は頂板の穴を貫通して第２永久磁石４３と直
接接触し、両者は強固に結合する。

【００１７】図３（ｂ）に示す両部材の結合状態から、
形状記憶ばね４１に通電すると、予め加熱時には長さが
長い第２形状となるように設定されて製造されているた
め、形状記憶ばねは通電による加熱時には第２形状に大
きな力で戻る。そのため、図３（ｃ）に示すように長く
なり、大きな力で基板３５を下方に押圧し、その力が円
錐コイルばねの反発力に抗して吸引している両磁石の吸
引力よりも大きくなると、同図に示すように第１永久磁
石３７は第２永久磁石４３側から離れるため、基板３５
は図３（ａ）に示す元の状態に戻る。それにより両永久
磁石の吸引力が実質的に無くなるため、図３（ｃ）に示
すように第２部材３３は第１部材３１から自由に離脱可
能となる。

【００１８】上記のような作動を行うため、第１永久磁
石３７と第２磁石４３の吸引力、円錐コイルばね４０の
ばね力、及び形状記憶合金ばね４１のばね力の関係は、
一例として図５に示す特性を有するものが用いられる。
なお、永久磁石の磁気ポテンシャルを非線形ばねに蓄え
る考え方は、既に広瀬茂雄氏らが提案しているものであ
り（Advanced Robotics,Vol.3,No.1,pp.225-242）、こ
の技術を用いることができる。図５に示すグラフにおい
てＸ軸は第１永久磁石３７と第２永久磁石４３の距離を
示し、Ｙ軸は両磁石の吸引力、または円錐コイルばねの
ばね力を示し、両永久磁石の吸引力は図中実線Ｍに示す
特性を示し、円錐コイルばね４０のばね力はこの吸引力
よりわずかに少ない値で、吸引力の特性Ｍと同様の曲線
を示す特性Ｓになるように設定される。このような特性
において、両永久磁石が接触しているときの両磁石の吸
引力と、この状態における円錐コイルばねの反発力との
差以上の力が、形状記憶合金に通電することにより発生
すると、両磁石の吸引力に抗して第１部材３１と第２部
材３３はほとんど拘束力なしに離脱することができる。

【００１９】本発明の三次元構造物の自動組立体におけ
る組立体結合装置は上記原理に基づいて作動するもので
あり、実際には一例として図６に示す部品から構成され
る。即ち、全体として図６（ａ）及び（ｂ）に示す頂板
１３、図６（ｃ）及び（ｄ）に示図中４個の円錐コイル
ばね５１とその中心に位置する形状記憶ばね５２、図６
（ｅ）及び（ｆ）に示す基板５３と、図６（ｇ）及び
（ｈ）に示す本体部材５４からなっている。

【００２０】基板５３は、基板５５と、その四隅に接着
等により固定される介装部材５６と、その介装部材５６
の上に接着等により固定される永久磁石５７とから構成
されている。また、本体部材５４は、下部フレーム５８
と、下部フレーム５８の縁に近接して配置されねじ６０
で固定される図中４本の周縁支柱６１と、中心部におい
てねじ６２で固定される中心支柱６３と、図示実施例に
おいては前記周縁支柱６１と中心支柱６３間で下部フレ
ーム５８から突出固定されている図中４本の円錐コイル
ばね５１を支持するロッド６４とから構成されている。

【００２１】上記部材を備える組立体結合装置は、その
組立に際して、図６（ｇ）及び（ｈ）に示す本体部材５
４の組立状態から、基板５５、介装部材５６、永久磁石
５７を一体化した状態の基板５３を下部フレーム５８上
に載置する。このとき、基板５５の中心孔７３には中心
支柱６３が貫通し、その周辺の４個の周縁孔６７にはロ
ッド６４が貫通する。このようにセットされた基板５５
上に円錐コイルばね５１と形状記憶ばね５２を図６
（ｃ）に示す配置の状態で載置する。更にこの上に頂板
１３を載置する。このとき、頂板１３に形成されたロッ
ド貫通孔７０には下部フレーム５８から突出したロッド
６４が貫通する。また、頂板１３の外側通孔７１は下部
フレーム５８に固定された周縁支柱６１に形成されてい
るねじ穴７２に対向し、中心通孔７３は中心支柱６３の
ねじ穴７４に対向する。このとき、頂板１３の４個の穴
１５は永久磁石５７に対向して、永久磁石５７が穴１５
から突出可能となっている。その後、４本のねじ７５を
頂板１３の外側通孔７１からねじ穴７２にねじ込み、１
本のねじ７６を中心通孔７３からねじ穴７４にねじ込む
ことにより組立てられる。

【００２２】本発明による三次元構造物の自動組立体
は、上記のような組立体結合装置が用いられ、全体構成
としては例えば図１に示すように、同様の形状からなる
第１結合部材２と第２結合部材３とが、連結駆動部材４
で回動自在に結合されて自動組立ユニット１が構成され
ている。図１中において、第１結合部材２は左右２個の
半円状の円筒面を備えた円筒面部６と、この半円状の円
筒面部６の開放側に位置する端面部７と、円筒面部６及
び端面部７の両側面により形成される第１側面部１０及
び第２側面部１１を備え、両円筒面部６間には連結凹部
１２が形成されている。第２結合部材３は第１結合部材
２と上記外形においては同一形状をなしている。

【００２３】端面部７、第１側面部１０及び第２側面部
１１には、上記図６に示す基本構成をなすとともに図３
の原理により作動する組立結合装置が内部に設けられて
いる。第２部材３の頂板１３には、前記のように両磁石
が吸引されるとき吸引力を高めるため、永久磁石が相互
が接触できるように、永久磁石に対向する部分に穴１５
を形成している。また、図中実施例においては、第２部
材３の頂板における前記穴１５の外側に、わずかに突出
するオス型電極６９が各穴１５の周囲に設けられてい
る。一方第１部材２の頂板表面に露出して設けた磁石５
７の外側には、前記オス型電極６９に対向する位置にメ
ス型電極１９を配置している。それにより後に述べるよ
うに、２個の自動組立体が結合するとき、両電極が接続
し、信号の授受等を行うことができるようにしている。

【００２４】第１結合部材２と第２結合部材３を連結す
る連結駆動部材４は、図２に示すように両側の連結板１
６の間に第１モータ１７と第２モータ１８を設け、第１
モータ１７の連結軸２０は図６（ｂ）に示すように、図
中左側の側板１６から突出し、駆動板２１を固定してい
る。また、図中右側の側板１６の外側には、連結軸２０
と同一軸線上にベアリング２８で回転自在に支持される
自由回転板２９が設けられている。また、第２モータ１
８側も同様に構成されている。それにより第１モータ１
７が駆動されると第１結合部材２が回動し、第２モータ
１８が駆動されると第２結合部材が回動する。

【００２５】上記構成の自動組立ユニット１は、その単
体として図７に示すように直線上を移動することができ
る。即ち、図７（ａ）に示すように、第１結合部材２の
端面部７、及び第２結合部材３の端面部７’が共に多数
のユニットで構成されている床面２４に接触している状
態から、第１結合部材２のモータが図７（ｂ）中矢印Ａ
方向に回転し、同時に第２結合部材３のモータが図中矢
印Ｂ方向に回転すると、第２部材３のモータの回転によ
り連結駆動部材４は回転して第１結合部材２を持ち上
げ、１８０度回転することにより図７（ｃ）に示す位置
に第１結合部材２を移動することができる。第１結合部
材２は同時に矢印Ａ方向に１８０度回転することによ
り、第１部材２は最終的に図７（ｃ）に示す位置とな
り、自動組立ユニット１としては図７（ａ）に示す位置
から直線方向に連結駆動部材４の軸間長さの分だけ移動
したこととなる。なお、上記作動において、第１結合部
材２は図中Ａ方向とは逆方向に１８０度回転することに
よっても同様の作動を行うことができる。

【００２６】以下、図７（ｂ）と同様に、第１結合部材
２が連結駆動部材４を同方向に回転し、第２結合部材３
が回転することにより図７（ｄ）に示すように駆動さ
れ、移動することができる。上記作動において、床板２
４にも各結合部材の機構と同様の機構を備えたユニット
を敷き詰めておくことにより、上記のような作動を容易
に行うことができる。

【００２７】また、図７（ｂ）に示すように第１部材が
床面２４から離れる必要があるときには、前記結合・離
脱装置は、図３（ｃ）に示すように形状記憶合金ばねに
通電加熱することにより、永久磁石を床面２４から離す
ことができ、それにより第１結合部材２は自由に移動で
きる状態となり、第２結合部材３が連結駆動部材４を回
転することにより、床面２４から容易に持ち上げること
ができる。

【００２８】本発明の自動組立ユニット１は、その単体
として図８〜図１０に示すように、前記のようなユニッ
トで構成された平面上を各種の形態で移動することがで
きる。即ち、図８（ａ）の平面図に示すように床面上に
載置している状態から、第１結合部材２の側面部に設け
た結合・離脱装置により床面を吸着しつつ、第２結合部
材３側は自由状態とし、第１結合部材２の第１モータを
図中Ｃ方向に９０度回転し、同時に第２結合部材３の第
２モータが図中Ｄ方向に９０度回転することにより図８
（ｂ）に示す状態となる。それにより図８（ａ）に示す
状態から図８（ｂ）に示す状態まで連結駆動部材４の軸
間長さの半分の長さ移動したこととなる。同様に、第２
結合部材３の床面側の側面部に設けた結合・離脱装置に
より床面を吸着しつつ、第１結合部材２は自由状態と
し、第２結合部材３の第２モータを矢印Ｄ方向に９０度
回転することにより連結駆動部材４を回動し、同時に第
１結合部材２の第１モータを矢印Ｃ方向に９０度回転す
ることによって図８（ｃ）に示す状態とすることができ
る。その結果図８（ａ）に示す状態から連結駆動部材４
の軸間長さ分だけ並進移動し、且つ第１結合部材２と第
２結合部材３とが入れ替わった状態となる。

【００２９】また、前記図８（ａ）と同様の図９（ａ）
に示す状態から、前記と同様の手法によって第１結合部
材２の第１モータのみを９０度回転すると図９（ｂ）に
示す状態となる。ここから第２結合部材３を固定状態と
し、第１結合部材２を自由状態として、第１結合部材２
を矢印Ｅ方向に９０度回転すると図９（ｃ）に示す状態
とすることができ、この状態は図９（ａ）の位置から第
１結合部材２の回転軸を中心に９０度回転した位置とな
る。

【００３０】更に前記図８（ａ）と同様の図１０（ａ）
に示す状態から、前記と同様の手法により、第１結合部
材２の第１モータを９０度回転すると共に、第２結合部
材３を矢印Ｆ方向に９０度回転すると図１０（ｂ）に示
す状態となる。ここから第２結合部材３を固定状態とし
第２モータを矢印Ｇ方向に９０度回転するとともに、第
１結合部材２を自由状態として第１モータを矢印Ｈ方向
に９０度回転することにより図１０（ｃ）に示す状態と
することができ、この状態は図１０（ａ）の位置からピ
ボット形式の移動が行われたこととなる。

【００３１】自動組立ユニット単体によっても上記のよ
うに種々の移動を行うことができるものであるが、これ
を２個組合わせると例えば図１１に示すような作動を行
うことができる。即ち、図１１（ａ）に示すように結合
した第１自動組立ユニットＡと第２自動組立ユニットＢ
とを用い、第１自動組立ユニットＡの第１結合部材２の
端面部を床面に固定状態とし、第１モータを駆動して連
結駆動部材４を９０度回転すると図１１（ｂ）に示すよ
うに、第１自動組立ユニットＡの第２部材３に第２自動
組立ユニットＢが吸着したままで持ち上げられる。この
状態で第２モータを９０度回転すると、第２自動組立ユ
ニットＢも共に９０度回転し図１１（ｃ）に示す状態と
なる。ここから第１モータを前記とは逆方向に９０度回
転すると図１１（ｄ）に示す位置となり、この状態は図
１１（ａ）に示す状態から第２自動組立ユニットＢがそ
の長さ方向に９０度回転した位置となる。それにより、
図１１（ａ）において第２自動組立ユニットＢは床面に
垂直方向に回動する状態から、図１１（ｃ）においては
床面に平行に回動する状態にモードを変更することがで
きる。なお、上記のように複数の自動組立ユニットを結
合するに際しては、例えば図１の電極が互いに連結する
ことにより、制御信号の授受及び電源の授受を行わせる
ことができ、相互に関連した作動を行わせることができ
る。

【００３２】自動組立ユニットを複数用いることによ
り、例えば図１２に示すように各種の構造物を形成する
ことができる。即ち、図１２において互いに端面部を吸
着させて上下方向に立設した柱状部材Ｐを、等間隔でＸ
軸方向に図中４個配列し、同様にＹ軸方向に図中３個配
列している。Ｙ軸方向の柱状部材Ｐ間には、柱状部材と
同様の構成でＸ軸方向に延びる梁状部材Ｑを配置し、両
側の柱状部材と対面する部分は互いに吸着し固定状態と
している。それにより、全体として構成されるブロック
Ｒは強固な構造物とすることができる。なお、このよう
な構造物の状態から、互いの吸着固定部分を適宜離し、
所用のモータを駆動することにより、種々の形態に変更
することもできる。

【００３３】更に自動組立ユニットを複数組み合わせる
ことにより、図１３に示すような任意の形状の平面部材
Ｓを構成することもできる。このような平面部材Ｓを用
いると、図１４に示すような階段状の形状を含めた種々
の形状の構造物Ｔを形成することができる。その際、平
面内の結合を間引いて適宜両平面間の結合部として用い
ることにより、平面部材Ｓは単に１層のみではなく、２
層により形成することもでき、更に図１２に示すような
構造物を平面上に広く配置することにより平面部材を形
成し、これを用いて図１４に示すような構造物Ｔを構成
することができる。このような構造物Ｔにおいても、各
自動組立ユニットの吸着固定部分を適宜離脱し、所用の
モータを駆動することにより、種々の形態に変更するこ
ともできる。

【００３４】また、例えば図１５の本発明の実施例を示
す模式図のように、中央の胴体部Ａから側方４本の足Ｂ
を突出し、各足の端部に下方に向けて床面をとらえるこ
とのできる吸着部Ｃを配置し、胴体部Ａの先端には頭部
Ｄを設け、後部には尾部Ｅを設けたサソリ状の四足移動
構造物Ｆを構成することもできる。また、足を多数設け
て、むかで形状にすることもできる。この構造の自動組
立ユニットの組立体も、その説明は省略するが、例えば
平面上に配置した板状体のものを、各自動組立ユニット
を順次前記図７〜図１１の移動の組み合わせにより形成
することができる。また、更に種々の構造、形状の組み
合わせ体を形成することができる。

【００３５】上記実施例は、自動組立ユニットを組み合
わせて実施できるほんの一部の例に過ぎず、ありとあら
ゆる構造に自由に変形することができ、例えば図１６に
示すように、自由に形状を変化しながら、あらゆるとこ
ろを自由に移動できる三次元構造物の自動組立体とする
ことができる。各自動組立ユニット相互は、前記のよう
に電源の連結、制御信号路の連結を行い、更に各自動組
立ユニットにマイコンを搭載することにより、多数の結
合した自動組立ユニットが一つの生命体のような作動を
行わせることも可能となる。また、自動組立ユニットに
用いる吸着部としては前記実施例に示した電磁機構のほ
か、例えばＬ型フックを用いて相手側に掛け外しを行う
機構等、種々の結合機構を用いることもできる。また、
上記実施例において、駆動機構は連結駆動部材に設けた
例を示したが、例えば各結合部材内に設け、両結合部材
との連結部は単なる板状体とすることもできる。

【００３６】また、連結部材で連結される２個の結合部
材のうち、片側の結合部材には結合・離脱装置を設け、
他側の結合部材には永久磁石のみを設けることにより三
次元可動構造物の自動組立体を構成し、移動平面側にも
同様の結合離脱装置を設けるほか、例えば、２個の結合
部材に同様の構成の結合・離脱装置を設け、移動平面側
は鉄板等の磁石に吸着される均一な材質のものによって
形成することも可能である。

【００３７】更に、結合離脱装置が内部に配置されてい
る結合部材１の永久磁石の極性が例えば全て外側ががＮ
極にし、もう一方の結合部材２の極性は、全て外側がＳ
極、あるいは全てがＮ極とすることもできる。このよう
にすると、どのようにモジュールを組み合わせても、モ
ジュールの回転角が、０度または±９０度である限り、
結合面ではＮ極とＳ極が対向する。なぜならば、３次元
チェッカーボードにおいて、最初に黒マスに置かれた結
合部材は、このモジュールで可能な９０度単位の回転を
どのような順序で施しても黒マスにあり、白マスに置か
れた場合も同様に白マスであり続けるからである。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、能動部分をもつ機械の構成が
容易であり、かつ、構造が簡単で長期間使用しても確実
に作動し、安価に製造することができる三次元構造物の
自動組立体とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の三次元構造物の斜視図である。

【図２】図１の連結駆動部材を取り出した状態を示す斜
視図である。

【図３】本発明の結合・離脱装置の原理を示す断面図で
ある。

【図４】図３に示す第２部材を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は永久磁石を外した状体の断面図である。

【図５】図３に示す永久磁石の吸引力と円錐コイルばね
の特性等を示すグラフである。

【図６】本発明に用いる結合部材の分解図であり、
（ａ）は頂板の平面図、（ｂ）は同断面図、（ｃ）は円
錐コイルばねと形状記憶合金ばねの平面配置図、（ｄ）
は同側面図、（ｅ）は基板の平面図、（ｆ）は同構成部
品を分解した状態の断面図、（ｇ）は本体部材の一部横
断面を示す平面図、（ｈ）は同縦断面図である。

【図７】本発明の自動組立ユニットが直線上を移動する
状態の説明図である。

【図８】本発明の自動組立ユニットが平面上を並進移動
する状態の平面図である。

【図９】本発明の自動組立ユニットが平面上を回転移動
する状態の平面図である。

【図１０】本発明の自動組立ユニットが平面上をピボッ
ト式の移動を行う状態の平面図である。

【図１１】本発明の自動組立ユニットを２個用いてモー
ド変更を行う例を示す斜視図である。

【図１２】本発明の自動組立ユニットを多数用いて構造
物を形成する例を示す斜視図である。

【図１３】本発明の自動組立ユニットを多数用いて平面
部材を形成する例を示す平面図である。

【図１４】本発明の自動組立ユニットを多数用いて各種
構造物を形成する例を示す平面図である。

【図１５】本発明の自動組立ユニットを多数用いて４足
移動構造物を形成する例を示す斜視図である。

【図１６】本発明の自動組立ユニットを多数用いた構造
物が変形しつつ移動する状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１自動組立ユニット２第１結合部材３第２結合部材４連結駆動部材５円筒面６円筒面部７端面部１０第１側面部１１第２側面部１２連結凹部１３カバー板１７第１モータ１８第２モータ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対向する両側面部及びその間に挟まれ両
側面部と直角をなす端面部に設けた結合・離脱装置と、
両側面部間に配置した連結部とからなる第１の結合部材
と、前記両側面部及び端面部に設けた永久磁石と連結部
からなる第２の結合部材を備えるとともに、両端が前記
両結合部材の連結部に回動自在に連結する連結部材を備
え、連結部材と結合部材を相対的に回転駆動する駆動装
置を備えたことを特徴とする三次元構造物の自動組立
体。
【請求項２】対向する両側面部及びその間に挟まれ両
側面部と直角をなす端面部に各々独立して作動するよう
に設けた結合・離脱装置と、両側面部間に配置した連結
部とからなる結合部材を２個備えるとともに、両端が前
記両結合部材の連結部に回動自在に連結する連結部材を
備え、連結部材と結合部材を相対的に回転駆動する駆動
装置を備えたことを特徴とする三次元構造物の自動組立
体。
【請求項３】前記結合・離脱装置は、頂板に対向して
移動自在に配置した基板と、基板上に固定した永久磁石
と、基板と頂板間に配置し常時両者を離す方向に付勢す
る圧縮コイルばねと基板と頂板間に配置した形状記憶ば
ねとを備え、該形状記憶ばねは、基板が頂板から最も離
れているときに基板と頂板のいずれかとは接触しない短
い第１形状と、基板が最も頂板に近接したときに基板と
頂板を離す方向に押圧する長い第２形状の２位置をとる
請求項１または請求項２記載の三次元構造物の自動組立
体。
【請求項４】前記圧縮コイルばねは、永久磁石の吸着
特性に適合するように円錐コイルばねとした請求項３記
載の三次元構造物の自動組立体。
【請求項５】前記連結部材側に、両結合部材を回転駆
動する駆動装置を設けた請求項１または請求項２記載の
三次元構造物の自動組立体。
【請求項６】結合部材の内部に固定され頂板表面まで
延びる電極を設けた請求項１または請求項２記載の三次
元構造物の自動組立体。