JP4007940B2 - 群ロボットシステム、当該群ロボットシステムに含まれるセンシングロボット、当該群ロボットシステムに含まれるベースステーション、および当該群ロボットシステムに含まれる制御ロボット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は群ロボットシステム、当該群ロボットシステムに含まれるセンシングロボット、当該群ロボットシステムに含まれるベースステーション、および当該群ロボットシステムに含まれる制御ロボットに関し、特に、効率よく対象物の探索を行なうことのできる群ロボットシステム、当該群ロボットシステムに含まれるセンシングロボット、当該群ロボットシステムに含まれるベースステーション、および当該群ロボットシステムに含まれる制御ロボットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数の機構が連携して動作する、システムやロボットについて提案されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１においては、図４５に示すような、外部環境の情報を収集する単数あるいは複数のセンサ機構と、センサ機構からのセンサ情報Ａとにより、アクチュエータ機構への適切な運動指令Ｂを生成する階層型の情報処理機構を備えた、実環境で動作する実用的な環境認識システム、および知能ロボットが開示されている。特許文献１によると、環境認識システムおよび知能ロボットは、センシング時の状況に応じて、階層型の情報処理機構からの運動指令Ｂにより、アクチュエータ機構が、上記センサ機構が十分に機能するように、自己、および対象物の位置や照明などの外部環境を適切に変化させることを特徴としている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−３０３２７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された環境認識システムおよび知能ロボットの構成では、複数のセンサ機構および上位から下位までのセンサ情報処理ユニットが常に動作しており、目的物を検出する場合において、センサ情報の処理による負担を少なくするのが難しいという問題があった。また、センシングロボットの低消費電力化も難しいという問題があった。
【０００６】
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、目的物を検出する場合において、センサ情報の処理による負担を少なくし、低消費電力で、短時間で効率的に対象物の詳細な全体情報を得ることのできる群ロボットシステム、当該群ロボットシステムに含まれるセンシングロボット、当該群ロボットシステムに含まれるベースステーション、および当該群ロボットシステムに含まれる制御ロボットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、群ロボットシステムは、複数のセンシングロボットと、センシングロボットを制御する制御装置とを含む群ロボットシステムであって、上記複数のセンシングロボットは予め設定された探索エリア内において探索動作を行なって対象物を探索し、制御装置は、センシングロボットが所定の探索エリア内で探索動作を行なうことで探索エリア内にある対象物を検出すると、対象物を検出したセンシングロボット以外の探索エリア内で探索動作を行なっている他のセンシングロボットに対して探索エリア外へ移動するよう制御し、対象物を検出したセンシングロボットが探索動作を終了すると、対象物の探索を終了したセンシングロボットに対して、上記他のセンシングロボットと合流して対象物から移動するよう制御することを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の局面に従うと、群ロボットシステムは、複数のセンシングロボットと、センシングロボットを制御する制御装置とを含む群ロボットシステムであって、上記複数のセンシングロボットは予め設定された探索エリア内において探索動作を行なって対象物を探索し、制御装置は、センシングロボットが所定の探索エリア内で探索動作を行なうことで探索エリア内にある対象物を検出すると、対象物を検出したセンシングロボット以外の探索エリア内で探索動作を行なっている他のセンシングロボットに対して探索エリア外へ移動するよう制御し、対象物を検出したセンシングロボットが探索動作を終了すると、探索動作を終了したセンシングロボットに対して、上記他のセンシングロボットと合流して探索エリア外へ移動するよう制御することを特徴とする。
【０００９】
また、上述の制御装置は、センシングロボットに対して、初期位置に移動するよう制御することが望ましい。
【００１１】
本発明のさらに他の局面に従うと、群ロボットシステムは、複数のセンシングロボットと、センシングロボットを制御する制御装置とを含む群ロボットシステムであって、上記複数のセンシングロボットは探索動作を行なって対象物を探索し、制御装置は、センシングロボットが探索動作を行なうことで対象物を検出すると、対象物を検出したセンシングロボットとは異なる他のセンシングロボットに対して、対象物を追探索するよう制御し、追探索するセンシングロボットが追探索するための探索動作を終了すると、追探索するセンシングロボットに対して、対象物から移動するよう制御することを特徴とする。
【００１２】
本発明のさらに他の局面に従うと、群ロボットシステムは、複数のセンシングロボットと、センシングロボットを制御する制御装置とを含む群ロボットシステムであって、上記複数のセンシングロボットは予め設定された探索エリア内において探索動作を行なって対象物を探索し、制御装置は、センシングロボットが所定の探索エリア内で探索動作を行なうことで探索エリア内にある対象物を検出すると、対象物を検出したセンシングロボットとは異なる他のセンシングロボットに対して、対象物を追探索するよう制御し、追探索するセンシングロボットが追探索するための探索動作を終了すると、追探索するセンシングロボットに対して、探索エリア外へ移動するよう制御することを特徴とする。
【００１３】
また、上述の制御装置は、追探索するセンシングロボットに対して、初期位置に移動するよう制御することが望ましい。
【００１４】
好ましくは、制御装置は、センシングロボットが所定の探索エリア内で探索動作を行なうことで探索エリア内にある対象物を検出すると、対象物を検出したセンシングロボットおよび追探索するセンシングロボット以外の探索エリア内で探索動作を行なっている他のセンシングロボットに対して探索エリア外へ移動するよう制御し、追探索するセンシングロボットが追探索するための探索動作を終了すると、追探索するセンシングロボットに対して上述の他のセンシングロボットと合流して移動するよう制御する。
【００１５】
本発明のさらに他の局面に従うと、群ロボットシステムは、複数のセンシングロボットと、センシングロボットを制御する制御装置とを含む群ロボットシステムであって、上記複数のセンシングロボットは探索動作を行なって対象物を探索し、複数のセンシングロボットと制御装置とは、制御装置を最上層とする階層的な通信を行ない、制御装置は、センシングロボットが探索動作を行なうことで対象物を検出すると、対象物を検出したセンシングロボットとは異なる他のセンシングロボットに対して、対象物を追探索するよう制御し、追探索するセンシングロボットが追探索するための探索動作を終了すると、対象物を検出したセンシングロボットと制御装置との間の通信を中継するセンシングロボットに対して、対象物から移動するよう制御することを特徴とする。
【００１６】
本発明のさらに他の局面に従うと、群ロボットシステムは、複数のセンシングロボットと、センシングロボットを制御する制御装置とを含む群ロボットシステムであって、上記複数のセンシングロボットは予め設定された探索エリア内において探索動作を行なって対象物を探索し、複数のセンシングロボットと制御装置とは、制御装置を最上層とする階層的な通信を行ない、制御装置は、センシングロボットが所定の探索エリア内で探索動作を行なうことで探索エリア内にある対象物を検出すると、対象物を検出したセンシングロボットとは異なる他のセンシングロボットに対して、対象物を追探索するよう制御し、追探索するセンシングロボットが追探索するための探索動作を終了すると、対象物を検出したセンシングロボットと制御装置との間の通信を中継するセンシングロボットに対して、探索エリア外へ移動するよう制御することを特徴とする。
【００１７】
また、上述の制御装置は、対象物を検出したセンシングロボットと制御装置との間の通信を中継するセンシングロボットに対して、初期位置に移動するよう制御することが望ましい。
【００１８】
好ましくは、制御装置は、センシングロボットが所定の探索エリア内で探索動作を行なうことで探索エリア内にある対象物を検出すると、対象物を検出したセンシングロボットおよび追探索するセンシングロボット以外の探索エリア内で探索動作を行なっている他のセンシングロボットに対して探索エリア外へ移動するよう制御し、追探索するセンシングロボットが追探索するための探索動作を終了すると、対象物を検出したセンシングロボットと制御装置との間の通信を中継するセンシングロボットに対して上述の他のセンシングロボットと合流して移動するよう制御する。
【００１９】
さらに、上述の制御装置は、センシングロボットの移動を制御する制御装置を含むことが望ましい。
【００２０】
また、上述のセンシングロボットは、羽ばたき運動により羽ばたき飛行可能であることが望ましい。
【００２１】
本発明のさらに他の局面に従うと、センシングロボットは、上述の群ロボットシステムに含まれるセンシングロボットであって、羽ばたき運動により羽ばたき飛行可能であることを特徴とする。
【００２２】
本発明のさらに他の局面に従うと、ベースステーションは、上述の群ロボットシステムに含まれる制御装置に該当し、羽ばたき運動により羽ばたき飛行可能であるセンシングロボットを制御することを特徴とする。
【００２３】
本発明のさらに他の局面に従うと、制御ロボットは、上述の群ロボットシステムに含まれる制御装置である制御ロボットであって、羽ばたき運動により羽ばたき飛行可能であるセンシングロボットの移動を制御することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００２５】
図１は、本実施の形態における群ロボットシステム１００の構成の具体例を示す図である。図１を参照して、本実施の形態における群ロボットシステム１００は、ベースステーションＢＳ１０１と、複数の羽ばたきセンシングロボットＣＳｎと、羽ばたきフェロモンロボットＦＥ１０５とで構成されている。
【００２６】
センシングロボットＣＳおよびフェロモンロボットＦＥ１０５である羽ばたきロボットの基本的な構成、浮上方法、および制御方法は、特願２００１−３４９１３２号において本願出願人が先に提案している羽ばたきロボットの基本構成、浮上方法、および制御方法を用いるものとする。また、羽ばたきロボットを含む本発明の群ロボットシステム１００の基本的な構成については、特願２００１−３１９４０７号において本願出願人が先に提案している群ロボットシステムの基本的な構成を用いるものする。また、本発明の群ロボットシステム１００における基本的な通信方式については、特願２００２−０５１２７９号において本願出願人が先に提案している群ロボットシステムにおける基本的な通信方式を用いるものする。
【００２７】
本群ロボットシステム１００に含まれるベースステーションＢＳ１０１は、通信機能を備える一般的なパーソナルコンピュータやワークステーション等から構築される。そのため、ここでの詳細な構成等の説明は行なわない。本実施の形態におけるベースステーションＢＳ１０１は、探索結果の情報を処理し、群ロボットシステム１００に含まれるロボット群全体を制御する。なお、以下の例においては、ベースステーションＢＳ１０１は固定されたパーソナルコンピュータやワークステーション等であるものとしているが、移動体、固定いずれであってもよい。
【００２８】
また、本群ロボットシステム１００に含まれるフェロモンロボットＦＥ１０５は、本群ロボットシステム１００がベースステーションＢＳ１０１を中心にした体系である場合、センシングロボットＣＳ群の外側に位置する。つまり、フェロモンロボットＦＥ１０５は、センシングロボットＣＳの移動制御用のロボットであり、同時に、探索範囲を決定するロボットである。そのため、センシングロボットＣＳは、ベースステーションＢＳ１０１とフェロモンロボットＦＥ１０５との間に存在することになる。
【００２９】
ここで、本発明にかかるセンシングロボットＣＳおよびフェロモンロボットＦＥ１０５である羽ばたきロボットの主な構成および機能を説明する。以下では、本実施の形態の群ロボットシステムに含まれる羽ばたきセンシングロボットＣＳについての詳細な説明を行なう。フェロモンロボットＦＥ１０５の基本的な構成もまた、センシングロボットＣＳと同様である。
【００３０】
始めに、主要な構成と主要な機能とについて説明する。本実施の形態のセンシングロボットＣＳの一例としての、羽ばたきロボット９０の主要な構成について図２に示す。
【００３１】
図２を参照して、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とが固定される。右アクチュエータ２１には右羽根３１が取付けられ、左アクチュエータ２２には左羽根３２が取付けられる。また、下部に電極６１が配される。
【００３２】
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Ａ１およびＡ２をほぼ中心として、３自由度をもって回転させる。各アクチュエータ２１，２２の回転は、支持構造１に搭載された制御装置４によって制御される。
【００３３】
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。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が搭載される。また、支持構造１には通信装置７が配される。通信装置７は、ベースステーションＢＳや他のセンシングロボットＣＳあるいはフェロモンロボットＦＥとの情報の送受信を行なう。
【００３４】
制御装置４は、加速度センサ５１および角加速度センサ５２から送られてくる情報によって羽ばたきセンシングロボットとしてのロボット９０の浮上の状態を検知するとともに、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内における発熱源（おもに生物）の情報を取得する。そして、これらの情報を、通信装置７を介してベースステーションＢＳや他のセンシングロボットＣＳに送信する。
【００３５】
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。また、通信装置７は、ベースステーションＢＳ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、および発光ダイオード８などの駆動動力は、電源６により供給される。
【００３６】
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、当該ロボット９０がベースステーションＢＳに着地する際の、位置決めピンの役割も兼ねている。そのため、ベースステーションＢＳの位置決め穴に決まった姿勢で定位が可能である。
【００３７】
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。
【００３８】
次に、ロボット９０の支持構造について図２を用いてより詳細に説明する。
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。この羽ばたきセンシングロボットとしてのロボット９０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）が用いられる。支持構造１下部には、着地の際に転倒しないよう、支持脚が配される。この支持脚は、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。
【００３９】
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好ましい。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備える軽くて丈夫な性質を備え、かつ、形状加工が容易となる。すなわち、生物が本来備え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。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替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。
【００４０】
なお、アクチュエータや羽根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。
【００４１】
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、重心の位置を羽根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根の流体力の差が最も小さくて済むので、ロボット９０の姿勢を容易に変更することができる。よって、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。
【００４２】
次に、上述のロボット９０の、羽３１および３２の構成とその動作について、以下に説明する。
【００４３】
ここで、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の略中央を原点とする。また、重力加速度の方向を下方向、その逆を上方向とする。原点から上方に向かってｚ軸を定義する。
【００４４】
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の形状中心を結ぶ方向を左右方向とし、原点から左羽３２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。
【００４５】
また、図２には、ロボット９０が、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との中点Ａ０から、重力加速度方向に下ろした線上に本装置の重心Ｏが位置する状態であることが示されている。本実施の形態においては、左アクチュエータのロータ２２９（図示せず）は略球状であり、左羽３２の主軸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、このロータ２２９の球心に一致する。なお、右アクチュエータ２１についても同様である。
【００４６】
以後、前述したｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は図２に示される状態において、支持構造１に対して固定された、本実施の形態のロボット９０に固有の座標系であるものとして説明を行なう。
【００４７】
一方、上述のロボット９０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、上述のｘ’軸、ｙ’軸およびｚ’軸のそれぞれの座標を用いて表され、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される。
【００４８】
次に、羽３１および３２の構造について説明する。
左羽３２は、主軸３２１と、主軸３２１から枝状に伸びた枝３２２とから構成される支持部材に、膜３２３を張ることで形成される。主軸３２１は、左羽３２において、前方よりの位置に配される。また、枝３２２は、先に行くほど（主軸３２１から遠くなるほど）下方を向く。さらに、左羽３２は、上に凸状の断面形状を有する。これによって、特に左羽３２を打下ろす際に、左羽３２は、流体から受ける力に対して高い剛性を得る。
【００４９】
上述の主軸３２１と枝３２２とは、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である。また、膜３２３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、左羽３２全体の剛性を高める働きを行なう。
【００５０】
なお、具体的に、本願出願人が実験に用いた数値は、以下の数値である。左羽３２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るテーパー形状である。また、膜３２３の材質はポリイミドであり、膜３２３の大きさは前後方向約１ｃｍ、左右方向約４ｃｍ、厚さは約２μｍである。
【００５１】
さらに、上述の具体的な左羽３２の構成を図示する。図３は、左羽３２の構成の具体例を示す図である。図３に示された左羽３２は、説明のために主軸３２１はその太さが拡大されて示されている。図示されない右羽３１は、ｘｚ平面を挟んで左羽３２と鏡面対象になるように支持構造１に取付けられる。
【００５２】
なお、ここに示した羽３１および３２の形状、材質等は具体例の１つであり、飛行の機能を実現する羽３１および３２の構成は、ここに示される形状、材質等に限定されない。
【００５３】
次に、羽３１および３２の動作について、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、その姿勢で表わされる。ここで、以後の説明の簡便のため、左羽３２の姿勢を、図２に示される状態に基づき、以下のように定義する。図４および図５は、左羽３２の姿勢を示すための第１の図および第２の図である。
【００５４】
まず、図４に示すように、主軸３２１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）とを含む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の根元と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、主軸３２１の回転運動の支点（力学的作用点Ａ２）とｙ軸およびｚ軸にそれぞれ平行な軸（／／ｙ、／／ｚ）とを含む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。
【００５５】
このとき、ストローク角θはｘｙ平面に平行な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。
【００５６】
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とを含む平面ｐ０となす角度を、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に、時計回りを正とする。
【００５７】
次に、アクチュエータ２１および２２について説明を行なう。
本実施の形態におけるアクチュエータ２１および２２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、および構造が単純なことなどから、圧電素子（ピエゾ）を用いて発生した進行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。
【００５８】
まず始めに、一般的な超音波モータについて検討を行なう。図６は、一般的な超音波モータ２３を示す図である。
【００５９】
図６を参照して、超音波モータ２３は、図６（ａ）に示される如く、下面に圧電素子２３０を貼付けてあるアルミニウムの円盤２３１上に、突起２３２〜２３７が円盤２３１の中心を重心とする正六角形をなすように６カ所配され、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が配される構造である。
【００６０】
さらに、超音波モータ２３の構造の概略を図６（ｂ）に示す。１２分割された電極２３８の各電極は、１つおきに電気的に短絡されており、それぞれ、円盤２３１を規準に電圧が印加される。すなわち圧電素子２３０には、２相の異なる電圧が加えられる。この様子を図６（ｃ）に、ハッチングと黒塗りつぶしとに分けて示す。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、円盤２３１上に進行波が発生し、突起２３２〜２３７の先端が楕円運動を行なう。
【００６１】
なお、以上の、検討に用いた一般的な超音波モータ２３の、具体的な数値の例を挙げる。
【００６２】
超音波モータ２３のトルクは、１．０ｇｆ・ｃｍで、無負荷回転速度は８００ｒｐｍである。また、その際の最大消費電流は２０ｍＡである。また、円盤２３１の直径は８ｍｍ、突起２３２〜２３７の配されている間隔は２ｍｍである。円盤２３１の厚さは０．４ｍｍ、突起の高さは約０．４ｍｍである。また、この場合の圧電素子２３０の駆動周波数は３４１ｋＨｚである。
【００６３】
上述の一般的な超音波モータ２３を用いて、ステータを構成することができる。このステータは、ステータ上に接触して配されたロータ２３９（図示せず）を、上述の突起２３２〜２３７の先端の楕円運動により搬送する。
【００６４】
本実施の形態におけるロボット９０では、上述のステータ部分を流用したアクチュエータ２１および２２を用いる。
【００６５】
次に、図７は、右アクチュエータ２１の構成を示す図である。
図７を参照して、右アクチュエータ２１は、図７（ｂ）に示す如く、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とで挟込んで保持する構造である。ただし、ステータ２１０のロータ２１９との接触部は、ロータ２１９表面と一致する形状に加工される。
【００６６】
なお、本実施の形態におけるロータ２１９のサイズの具体例としては、外形３．１ｍｍ、内径２．９ｍｍの球殻で、表面に右羽主軸３１１が配される。ステータ２１０の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２１９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。
【００６７】
さらに、上述のロータ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とをベアリング２１４、２１５と共にステータ２１０、ベアリング２１１と同様に図７（ａ）に示すように配する。本実施の形態においては、各補助ステータ２１２，２１３の大きさの具体例としては、ステータ２１０の０．７倍である。
【００６８】
上述のステータの駆動方向は、必ずしも直交していない。しかし、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わせによって、ロータ２１９を３自由度で駆動することができる。
【００６９】
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はこの合成であるβ方向に回転する。また、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。
【００７０】
なお、実際の駆動に際しては、回転中心の異なる２つの回転を行なわせることは、摩擦によって効率を低下させてしまう。そのため、たとえば上部補助ステータ２１２と下部補助ステータ２１３と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、等の駆動方法を行なうことが好ましい。これは、ステータの電極全てに、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することができる。
【００７１】
また、実際の圧電素子の駆動周波数が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２１を動作させても、実質上なめらかな動きを右羽主軸３１１に与えることができる。
【００７２】
以上により、上述の検討に用いた一般的な超音波モータ２３と同等の特性を有する、３自由度を備えるアクチュエータ２１および２２が構成される。
【００７３】
なお、上述のステータの発生する進行波の振幅がサブミクロンオーダであるため、上述のロータ２１９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１０ｎｍであり、また、光学干渉計に用いられ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、技術で作成することが可能である。
【００７４】
なお、これは本発明における３自由度の運動を羽３１および３２に与えるアクチュエータ２１および２２を超音波モータで構成した具体例の１つに過ぎず、各構成要素の配置、サイズ、材質、および駆動方法等は、羽ばたき飛行に要求される物理的機能、たとえばトルク等が実現できるならこの限りではない。
【００７５】
また、言うまでもなく、羽３１および３２の駆動機構や、羽３１および３２の駆動に用いるアクチュエータ２１および２２の種類についても、特に上述に限定されるものではない。たとえば特開平５−１６９５６７号公報に開示されているような、外骨格構造とリニアアクチュエータとを組合わせて用いた羽ばたき機構等であっても、上述のアクチュエータ２１および２２と等価な羽３１および３２の動作を実現できる。
【００７６】
また、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。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、化学的エネルギーを運動エネルギー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ら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、等の方法がある。
【００７７】
さらに、基本的な駆動力を上述の内燃機関等のエネルギー効率の高いアクチュエータで得て、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ことは言うまでもない。
【００７８】
次に、ロボット９０の浮上方法について説明を行なう。
なお、ここでは、羽３１および３２が流体から受ける力を流体力と呼ぶこととする。また、説明の簡便のため、空気の流れはがはばたきによってのみ起こる状態、すなわち無風状態であるものと仮定して説明する。さらに、説明の簡便のため、ロボット９０に及ぼされる外力は、羽３１および３２に流体から作用する力、すなわち、流体力と重力とのみであるものとする。
【００７９】
ロボット９０が恒常的に浮上するためには、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。
【００８０】
ここでは、昆虫の羽ばたきを単純化した羽ばたき方である、打下ろし時の流体力を打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３１および３２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。
【００８１】
羽３１および３２には、羽３１および３２が運動する方向と逆方向の流体力が作用する。そのため、羽３１および３２の打下ろし時には羽３１および３２に上向きの流体力が作用し、打上げ時には羽３１および３２に下向きの流体力が作用する。そこで、打下ろし時に流体力を大きくし、打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（打下ろし動作と打上げ動作とをまとめて羽ばたき動作と言う）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。
【００８２】
そのためには、まず、打下ろし時に、羽３１および３２が移動する空間の体積が最大になるように打下ろせば、羽３１および３２にほぼ最大の流体力が作用する。これは、羽３１および３２の接平面と略垂直に羽３１および３２を打下ろすことに相当する。
【００８３】
一方、打上げ時に、羽３１および３２が移動する空間の体積が最小になるように打上げれば、羽３１および３２に及ぼされる流体力はほぼ最小となる。これは、羽３１および３２の断面の曲線にほぼ沿って羽３１および３２を打上げることに相当する。
【００８４】
このような羽３１および３２の動作について、図８および図９を用いて、例として左羽３２について説明を行なう。図８および図９は、左羽３２の、主軸３２１に垂直な第１および第２の断面図である。図８は左羽３２の移動する空間の体積が最大になるように打下ろした場合を示す図であり、図９は左羽３２の移動する空間の体積が最小になるように打上げた場合を示す図である。
【００８５】
図８および図９では、移動前の左羽３２の位置は破線で示され、移動後の左羽３２の位置は実線で示されている。また、左羽３２の移動方向が一点鎖線の矢印によって示されている。図８および図９において太線矢印に示される如く、流体力は左羽３２の移動方向とは逆向きに左羽３２に作用する。
【００８６】
このように、打上げ時における左羽３２が移動する空間の体積が、打下ろし時における左羽３２が移動する空間の体積よりも大きくなるように、左羽３２の姿勢を左羽３２の移動方向に対して変化させることで、１回の羽ばたき動作の間の時間平均において、左羽３２に作用する上方向の流体力を、ロボット９０に作用する重力よりも大きくすることができる。
【００８７】
本実施の形態のロボット９０では、羽３１および３２のねじり角βが制御可能である。そのため、ねじり角βを時間的に変化させることによって、上述の羽３１および３２の運動が実現される。
【００８８】
具体的には、図１０〜図１３に示される左羽３２の羽ばたき動作に沿って、以下のステップＳ１〜Ｓ４の説明を行なう。図１０〜図１３は、左羽３２の羽ばたき動作のステップＳ１〜ステップＳ４を示す図である。
【００８９】
まず、図１０を参照して、ステップＳ１では、左羽３２の打下ろしが行なわれる。そのとき、左羽３２のストローク角θは、＋θ０から−θ０に変化する。
【００９０】
次に、図１１を参照して、ステップＳ２では、左羽３２の第１の回転動作が行なわれる。このとき、左羽３２のねじり角βは、β０からβ１に変化する。
【００９１】
また、図１２を参照して、ステップＳ３では、左羽３２の打上げ（ストローク角θ＝−θ０→＋θ０、ねじり角β＝β１→β２が行なわれる。このとき、左羽３２の曲面に沿った運動を行ない流体力を最小限にとどめるために、左羽３２のストローク角θは−θ０→から＋θ０に変化し、ねじり角βはβ１からβ２に変化する。
【００９２】
さらに、図１３を参照して、ステップＳ４では、左羽３２の第２の回転動作が行なわれる。このとき、左羽３２のねじり角βは、β２からβ０に変化する。
【００９３】
上述の、ステップＳ１およびステップＳ３において左羽３２に作用する流体力を時間平均すると、上述のように左羽３２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。なお、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。
【００９４】
なお、言うまでもなく、ステップＳ２およびＳ４においても、左羽３２に作用する流体力の時間平均は、上向きの流体力であることが好ましい。
【００９５】
ここで、ロボット９０の羽３１および３２では、図１０〜図１３に示す如く、羽３１および３２の前縁近傍に、羽３１および３２の回転中心（主軸３２１部分）が位置する。つまり、主軸３２１から羽３２の後縁までの長さの方が主軸３２１から羽３２の前縁までの長さよりも長い。このため、図１１および図１３に示すように、羽３２の回転動作においては、羽３２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３２の後縁に向かう方向に沿って流体の流れが生じる。
【００９６】
そして、羽３１および３２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して、図１１に示すステップＳ２では実質的に上向きの流体力が左羽３２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左羽３２に与えられる。
【００９７】
さらに、図１２に示すステップＳ３では、左羽３２の断面の曲線に沿うように左羽３２のねじり角βをβ１からβ２に変化させながら打上げ動作が行なわれる。また、図１１に示すステップＳ２における左羽３２の回転角は、図１３に示すステップＳ４における左羽３２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、左羽３２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打勝って、時間平均すると上向きの流体力が左羽３２に作用する。
【００９８】
なお、図１０〜図１３では、それぞれのステップＳ１〜Ｓ４における左羽３２の移動前の姿勢が破線で示され、移動後の姿勢が実線で示されている。また、各ステップＳ１〜Ｓ４における左羽３２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。
【００９９】
次に、ストローク角θおよびねじり角βの時間変化について図１４に示す。図１４は、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した図である。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は異なっている。
【０１００】
なお、具体的に、本願出願人が実験に用いた数値は、以下の数値である。θ０は６０°である。β０は０°である。β１は−１２０°である。β２は−７０°である。
【０１０１】
さらに、上述の説明においては、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、ステップＳ１において左羽３２を打下ろしながら左羽３２のねじり角を大きくするような動作も可能である。また、上述した例は、最も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上述の例に限られるものではない。
【０１０２】
また、ここでは左羽３２について説明したが、右羽３１についてもｘｚ平面に関して鏡面対称に左手系に基づいてストローク角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立つ。以下、羽３１および３２に作用する上向きの流体力を浮上力とし、羽３１および３２に作用する前向きの流体力を推進力とする。
【０１０３】
次に、本実施の形態におけるロボット９０に任意の運動を行なわせるための制御手法について説明を行なう。ここでは、本実施の形態におけるロボットの左羽３２については右手系に基づくストローク角θ、偏角αおよびねじり角βを用い、そして、右羽３１についてはｘｚ平面に対して鏡面対称の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を用いて羽の姿勢を示す。
【０１０４】
上述の如く、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われる。そのため、羽の運動により、ロボット９０に与えられる加速度と角加速度とが直接制御される。
【０１０５】
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とする。Ｔ（Ｓ）を浮上状態から加速度および角加速度への変換を表わす関数とする。ｓを加速度および角加速度とする。Ｆα（ｓ）を加速度センサ５１および角加速度センサ５２のセンサ応答を含めた制御アルゴリズムを表わす関数とする。ｓαをアクチュエータ制御量とする。Ｇｗ（ｓα）をアクチュエータ２１および２２と羽３１および３２との応答を表わす関数とする。Ｓｗを羽３１および３２の運動とする。Ｇｆｓ（ｓｗ）を羽３１および３２の運動によりロボット９０に及ぼされる加速度もしくは角加速度Ｓｅを表わす関数とする。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。そのとき、入力Ｓより出力Ｓｅが得られるプロセスは、図１５に示す如くなる。図１５は、羽ばたき動作制御における応答を示す図である。
【０１０６】
さらに、図１５を参照して、実際には、羽３１および３２と流体との慣性力により、現在までの羽３１および３２の運動Ｒｗと、流体の運動の時刻歴に依存する影響Ｒｆｓとが、ＧｗとＧｆｓとに加わる。
【０１０７】
なお、上述の方法以外にも、Ｆα以外の全ての関数を正確に求め、これよりＳ＝Ｓｅとなる制御アルゴリズムＦαを算出する手法もありうる。しかし、この手法においては、ロボット９０周囲の流体の流れと羽３１および３２の運動の時刻歴とが必要であり、膨大なデータ量と演算速度とが必要となる。また、流体と構造と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。そのため、この手法は実用的でない。そこで、予め基本的な動作パターンを用意し、目標とする浮上状態を分割して、これら基本動作パターンを時系列に組合わせて実現する手法が簡便で好ましい。
【０１０８】
物体の運動にはｘ方向、ｙ方向、ｚ方向３自由度の並進自由度とθｘ方向、θｙ方向、θｚ方向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。
【０１０９】
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とを組合わせて行なうことができる。そこで、ここでは、上下方向すなわちｚ軸方向への並進動作、前後方向すなわちｘ軸方向への並進移動、およびｘ軸ｙ軸ｚ軸周りの回転動作について、それぞれその実現方法を説明する。
【０１１０】
（１）上下方向（ｚ軸方向）の動作
羽３１および３２が移動することで、羽３１および３２が流体から受ける力は羽３１および３２の移動速度に依存する。そのため、羽３１および３２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
等の方法がある。これらの方法によってロボット９０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。
【０１１１】
なお、これらの手法によれば、羽３１および３２が流体から受ける流体力そのものが大きくなる。そのため、羽３１および３２が流体力を上下方向以外から受けることによって、羽３１および３２の力学的支点Ａ１およびＡ２に羽３１および３２から上下方向以外の力が及ぼされている際には、上昇と共に、その方向へのこの支点Ａ１およびＡ２にかかる力の増加も伴なう。たとえば、前方に略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、ロボット９０は速度増加を伴なって上昇する。このように、現時点での羽ばたき方によって、副次的にこのような他の運動を伴なうが、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。
【０１１２】
また、羽３１および３２のねじり角βを変えて、羽３１および３２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、打上げ時における羽３１および３２が移動する空間の体積がより大きく、もしくは、打下ろし時における羽３１および３２が移動する空間の体積がより小さくなるようなねじり角βとすることで、羽３１および３２に作用する上向きの流体力の時間平均は小さくなる。実際には、羽３１および３２は剛体でなく変形を伴なうため、同一のねじり角βによっても羽３１および３２が移動する空間の体積は変化する。しかし、第一原理的には、羽３１および３２の移動する方向に垂直なねじり角βが最も大きくなる、羽３１および３２が移動する空間の体積を考える。また、羽３１および３２が移動する方向に平行なねじり角βが最も小さくなる、羽３１および３２が移動する空間の体積を考える。
【０１１３】
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。そのため、この垂直方向の流体力が制御上支障を生じるレベルである場合は、これを打消す羽３１おおよび３２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。
【０１１４】
また、前記のステップＳ２もしくはステップＳ４において、羽３１および３２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３１および３２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３１および３２に作用する上向きの流体力は大きくなる。
【０１１５】
なお、上述の場合、ロボット９０に及ぼされる、羽３１および３２の主軸３１１および３２１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のない範囲内で、この回転角速度変化を行なうことが好ましい。
【０１１６】
また、この場合、ロボット９０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を来たす場合は、（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好ましい。
【０１１７】
（２）前後方向（ｘ軸方向）への動作
前述した羽ばたき方法では、主にステップＳ２およびステップＳ４にて、ｘ方向正の向きへの流体力が羽３１および３２に作用する。したがって、この羽３１および３２の動かし方においては、前進を伴なって浮上する。
【０１１８】
また、打下ろしの際に、偏角αを増加して羽３１および３２を前方に移動させることで、羽３１および３２には後向きの流体力が作用することになる。したがって、打下ろしの際、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３１および３２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、この後向きの流体力と前向きの流体力とがほぼ釣合えば、前後方向に静止することができる。
【０１１９】
特に、ロボット９０が前後方向に静止しており、左右の羽３１および３２が略対象な運動を行ない、重力とロボット９０における浮上力とが釣合っているならば、ホバリング状態が実現できる。
【０１２０】
なお、偏角αの変更に伴ない、副次的に、羽３１および３２に及ぼされる流体力の鉛直方向成分が変化する。そのため、この流体力の鉛直方向成分が制御上支障を生じるレベルである場合には、これを打消す羽３１および３２の動きを付加する必要がある。これは主に前述（１）の上下方向の動作によって行なうのが簡便である。
【０１２１】
さらに、前述したステップＳ２およびステップＳ４において、羽３１および３２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への動作を変化させることができる。
【０１２２】
また、（１）に述べた羽３１および３２のねじり角βの変更に伴なう副次的な流体力のうち、ｘ軸方向成分を利用する手法を用いることもできる。つまり、打下ろし時に、ねじり角β＞０なら前方向への力が働き、ねじり角β＜０なら後ろ方向への力が働く。
【０１２３】
なお、打上げ時のねじり角β、偏角α、およびストローク角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。
【０１２４】
（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３２と右羽３１について個別に行ない、これを異ならせることで、ロボット９０にトルクを与えることができる。
【０１２５】
すなわち、右羽３１の前向きの流体力を、左羽３２のそれに対して高くすれば、ロボット９０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。これによって、ｚ軸を回転軸とする回転動作を行なうことができる。
【０１２６】
（４）ｘ軸を回転軸とする回転動作
（３）と同様に、右羽３１の上向きの流体力を、左羽３２のそれに対して大きくすれば右側が持上がり、小さくすれば左側が持上がる。これによって、ｘ軸を回転軸とする回転動作を行なうことができる。
【０１２７】
（５）ｙ軸を回転軸とする回転動作
（２）に述べた、羽３１および３２のねじり角βの角速度変更によって、ロボット９０にかかるｙ軸周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におけるねじり角βの回転角速度を大きくすると、ロボット９０は機首を下げ、逆に小さくすると機首を上げる。
【０１２８】
（６）ホバリング（停空飛翔）
ロボット９０を停空させる際のストローク角θ、偏角α、およびねじり角βと時間との関係を、図１６に示す。図１６は、ロボット９０を停空させる際のストローク角θ、偏角α、およびねじり角βの値を、時間の関数として表わした図である。ただし、図１６においては、それぞれの角度の縦軸の比率は異なっている。
【０１２９】
なお、具体的に、本願出願人が実験に用いた数値は、以下の数値である。θ０は６０°である。β０は−１０°である。α１は３０°である。β１は−１００°である。β２は−６０°である。
【０１３０】
さらに、上述の（１）および（２）に示された動作においての、各ステップＳ１〜Ｓ４における左羽３２の運動と、それにより左羽３２の力学的支点Ａ２に生じる加速度および角加速度とを図１７に示す。図１７は、羽３１および３２の制御とそれによりもたらされる動作とを対応付ける図である。図１７においては、各ステップＳ１からＳ４における左羽３２の運動ごとに、左羽３２の力学的支点Ａ２に生じる加速度および角加速度とを丸印で示す。ただし、左右の羽３１および３２の運動の非対称によって起こすことができるため、（３）、（４）に示すｘ軸、ｚ軸を回転軸とする回転動作については省略する。
【０１３１】
次に、本実施の形態におけるロボット９０に任意の運動を行なわせるための制御方法を決定する手法について説明を行なう。
【０１３２】
ロボット９０の現在の浮上状態は、ロボット９０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換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加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。当然、浮上状態に、浮上状態の時刻歴を含む手法を用いることもできる。
【０１３３】
制御装置４は、現在のロボット９０の浮上状態と、目的とする浮上状態とから、ロボット９０の動作を決定する。この制御は、３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。
【０１３４】
ロボット９０の動作は、制御装置４にて、アクチュエータ２１および２２の駆動に変換される。
【０１３５】
この変換には、テーブル参照、もしくはその補完を用いる方法が高速である。たとえば、図１８は、基本となる動作と、それを実現するアクチュエータ２１および２２の駆動の組合わせとを定めるテーブルである。図１８に示されるテーブルを予め用意することで、ロボット９０の動作が、制御装置４にて、アクチュエータ２１および２２の駆動に変換される。なお、図１８の左端列は、目的とする動作である。また、羽ばたきにおけるＡおよび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る。より具体的には、それぞれ図１４および図１６に示される、偏角α、ねじり角β、およびストローク角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、ロボット９０の動作から、この駆動もしくはその補完した駆動を、図１８に示されるテーブルより算出する。
【０１３６】
なお、ここでは説明のため、まずロボット９０の動作を算出し、これをアクチュエータ２１および２２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２１および２２の駆動を選択する手法を用いてもよい。
【０１３７】
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２１および２２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であってもよい。
【０１３８】
また、言うまでもなく、ロボット９０の浮上状態を表わす物理量は、上述の位置、速度、加速度等に限定されるものではない。また、言うまでもなく、アクチュエータ２１および２２の駆動を決定する手法は、この態様に限らない。
【０１３９】
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について、以下に述べる。
【０１４０】
本願出願人の実験環境では、アクチュエータ２１および２２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は超音波モータ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。
【０１４１】
そこで、本願出願人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。以下にその際の値を、具体例として挙げる。
【０１４２】
羽３１および３２は、アクチュエータ２１および２２から離れる方向が長辺で、長辺４ｃｍ、短辺１ｃｍの矩形であるものとする。なお、羽３１および３２の変形は無視する。また、幅８ｍｍ、長さ３３ｍｍのトンボの羽が約２ｍｇであったので、これにならい、羽３１および３２の質量は３ｍｇとする。
【０１４３】
さらに、超音波モータ２３は、突起先端２３２〜２３７の微小な楕円運動の累積によってロータを駆動するため、実際の駆動トルクの立上がりおよび立下がりは、楕円運動の周期オーダ、すなわち１０の５乗ヘルツオーダーである。しかし、計算の安定性からの制約上、±２５０ｇｆ・ｃｍ／ｓｅｃとする。すなわち、トルクは０．００４秒に１ｇｆ・ｃｍ上昇する。
【０１４４】
この羽３１および３２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る。図１９は、回転軸にかかる反力を、上述の具体的な数値を用いて算出した結果を示す図である。ただし、偏角α＝０（度）、ねじり角β＝０（度）である。
【０１４５】
図１９を参照して、時刻０秒において羽３１および３２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を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へと直線的に変化させる。
【０１４６】
これにより得られた接点反力を、打下ろしの間、すなわちトルクが負である時間である時刻０．０１４秒から時刻０．０３４秒までの間で平均すると約０．２９ｇｆである。
【０１４７】
以上のシミュレーションは、１自由度のはばたき動作の結果であるため、打上げ時における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は減少するので、打上げ時に働く下向きの支点反力を小さくし、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遙かに短い。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３１および３２の回転などを用いて浮上力が更に得られることから、トルク１ｇｆ・ｃｍのアクチュエータ２１および２２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言える。すなわち、本実施の形態における装置（ロボット９０）全体の質量が０．５８ｇ以下であれば、浮上させることが可能である。以下、上述の具体的な数値を用いて、ロボット９０の重量について検討する。
【０１４８】
まず、ステータ２１０の質量は、電極と圧電素子とが薄いため、比重２．７、厚さ０．４ｍｍ、半径４ｍｍの円盤と同等であり、０．０５４ｇである。
【０１４９】
また、補助ステータ２１２および２１３の重量は、ステータ２１０の直径が０．７倍であることから０．０１９ｇである。
【０１５０】
３つのベアリング２１１，２１４，２１５はいずれも外形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２１１，２１４，２１５の質量は約０．０１３ｇである。
【０１５１】
また、ロータ２１９は、材質がアルミで壁央半径３ｍｍ、厚さが０．２ｍｍであるため、質量は約０．０６１ｇである。
【０１５２】
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、右羽３１の質量は、前述の通り０．００３ｇである。
【０１５３】
以上の構成が左右計２つあるので、質量の和は０．３９０ｇである。
また、本願出願人が採用した、図２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、支持構造１の質量は約０．０２８ｇである。
【０１５４】
また、本願出願人が採用した制御装置４、通信装置７、加速度センサ５１、および角加速度センサ５２はそれぞれ、５ｍｍ×５ｍｍの半導体ベアチップで、各質量は約０．０１ｇである。すなわち、これらの質量の総和は０．０４ｇである。
【０１５５】
また、本願出願人が採用した電源６の重量は０．１３ｇである。
以上、ロボット９０の全ての構成要素の重量の合計は、０．５７９ｇとなる。そのため、上述の如く、１対の羽３１および３２で浮上力０．５８ｇｆを得るので、ロボット９０は、この構成で浮上することが可能である。
【０１５６】
次に、制御装置４について、図２および図１６を用いて説明する。
図２に示すとおり、制御装置４は、演算装置４１とメモリ４２とシリアルインタフェース４３とからなる。
【０１５７】
上述の演算装置４１は、ロボット９０における各構成要素の動作を決定し、制御する。なお、本実施の形態における演算装置４１は、情報を処理し、その情報に基づいて何らかの物理量を出力するものの総称であり、特に算術演算を行なう装置に限るものではない。
【０１５８】
本実施の形態においてはより具体的に、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する。また、速度および角速度と、目標とする経路からのずれとから、演算装置４１は、現時点でロボット９０に与えられるべき加速度と角加速度とを算出する。さらに演算装置４１は、この算出された加速度と角加速度より、各アクチュエータ２１および２２の動作パラメータを決定する機能を有し、これを用いて各アクチュエータ２１および２２の動作を決定する。
【０１５９】
最も代表的な手法として、ロボット９０における加速度センサ５１および角加速度センサ５２の情報を時間積分することにより、ロボット９０の速度および角速度を算出し、さらにこれをそれぞれ更に時間積分することによりロボット９０の位置と姿勢とをそれぞれ算出することができる。積分定数としては、ロボット９０が待機状態での値、すなわち、速度および角速度が共に０で、位置と姿勢とはベースステーション９１に固定されている状態での値を用いればよい。当然、誤差を避けるためにこれらの演算はなるべく高いサンプリング周波数で行なわれることが望ましい。
【０１６０】
このように、現時点でロボット９０に与えられるべき加速度および角加速度は、目標とする軌道に静定することを目標とする一般的な制御演算により求めることができる。
【０１６１】
これにより、ロボット９０のアクチュエータ類の駆動が決定される。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わせに対応した偏角α、ねじり角β、およびストローク角θの時系列値をテーブルとして有し、これらの値、もしくはその補間値を各アクチュエータ２１および２２の動作パラメータとする。なお、偏角α、ねじり角β、およびストローク角θの時系列値とは、たとえば加速度、角加速度共に０であるホバリングの場合は、図１９にグラフで示される値を離散化したものである。これらの値によって各アクチュエータ２１および２２は駆動される。
【０１６２】
なお、ここに挙げる偏角α、ねじり角β、およびストローク角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２１および２２が駆動されることを前提に記述している。しかし、たとえば、より直接的にこれらを実現する各アクチュエータ２１および２２の駆動電圧や制御電圧に変換したものを用いる手法の方がより効率的である。これらは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、ここでは代表的なパラメータとして偏角α、ねじり角β、およびストローク角θを挙げている。なお、同等の機能が実現できる手法であれば、本実施の形態に限るものではない。
【０１６３】
当然、制御装置４の機能は、上述の機能に限定されない。たとえば無線通信機能等を備えても構わない。
【０１６４】
さらに、これらの動作開始または終了は、シリアルインタフェース４３を経由して、ベースステーション９１より送られてくる動作指示命令をトリガとすることができるものとする。
【０１６５】
これにより、ロボット９０は、電極６１が電極９１４と電気的に結合している場合、ベースステーション９１より受信した軌道データに基づく行動を、ベースステーション９１の指示により開始または終了することができる。
【０１６６】
次にロボット９０の駆動エネルギー源、すなわち電源６について説明する。
本実施の形態における電源６は、リチウムイオンポリマを電解質とする。そこで、リチウムイオンポリマを、支持構造１に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要であり、実質的なエネルギー密度を高めることができる。
【０１６７】
なお、現在市販されているリチウムイオン二次電池の一般的な質量エネルギー密度は１５０Ｗｈ／ｋｇである。本実施の形態におけるアクチュエータ２１および２２での消費電流は最大４０ｍＡであるので、電源６の電解質重量を約０．１ｇとすると、本実施の形態のおいては約７．５分の飛行が可能である。
【０１６８】
また、本実施の形態における左右のアクチュエータ２１および２２の最大消費電流は合計４０ｍＡである。また、電源電圧は３Ｖである。そのため、電源６の電解質重量が０．１ｇであるので、０．１２Ｗ／０．１ｇ、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。ここで、市販品で実現されているリチウムイオンポリマ二次電池の重量パワー密度は約６００Ｗ／ｋｇであるが、これは携帯電話等の情報機器に用いられている、１０ｇ以上の製品における電池の重量パワー密度の値である。一般に、電解質質量に対する電極面積の比はサイズに反比例するので、本実施の形態における電源６は、前出の情報機器などに用いられている二次電池の１０倍以上の電極面積比を持つため、１０倍程度の質量パワー密度が達成可能であり、冒頭の質量パワー密度は十分達成可能である。
【０１６９】
さらに、アクチュエータ２１および２２の駆動エネルギーを、外部から供給する方法を用いることもできる。たとえば、電力エネルギーを外部から供給する媒体については、温度差および電磁波等が挙げられ、これを駆動エネルギー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等が挙げられる。
【０１７０】
なお、異なる種類のエネルギー源を混載する手法を用いることもできる。電力以外のエネルギー源を用いる場合、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る。
【０１７１】
また、他のエネルギー源の種類としては、太陽電池、燃料電池、原子力などの使用も可能である。
【０１７２】
次に、ロボット９０に搭載される各センサ５１〜５３について説明する。
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は支持構造１の３自由度回転角加速度を、焦電型赤外線センサ５３は発熱源を検出することで人体を含む動物の有無情報を検出する。これらの検出結果は制御装置４に送られる。
【０１７３】
なお、本願出願人が用いた加速度センサ５１の帯域の具体的な数値としては、帯域４０Ｈｚである。当然、加速度センサ５１や角加速度センサ５２の帯域は、高ければ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十Ｈｚ程度のセンサでも実用が可能である。
【０１７４】
本実施の形態では、加速度センサ５１および角加速度センサ５２によりロボット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の位置と姿勢とが計測可能な手段であるならば上記センサに限らない。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、その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。また、ＧＰＳ（Global Positioning System；衛星位置標定システム）センサ等を用いる手法も考えられる。なお、後述するベースステーション９１がロボット９０の位置と姿勢とを直接検出する機能を有する場合には、言うまでもなくこれのセンサは必須ではない。
【０１７５】
また、加速度センサ５１および角加速度センサ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したが、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。
【０１７６】
なお、本実施の形態におけるセンサ５１〜５３は、本実施の形態の目的を達成する一例としての最低限の構成要素であって、センサの種類、個数、構成については上述に限定されるものではない。
【０１７７】
たとえば、ロボット９０における羽３１および３２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３１および３２の付け根に羽の角度センサを設け、ここから得られた角度情報によりフィードバックを行ない、より正確に羽３１および３２を駆動する方法を用いることもできる。
【０１７８】
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要となるので、加速度センサ５１や角加速度センサ５２は必須ではない。
【０１７９】
以上で、ロボット９０についての説明を終了し、次に、ベースステーションＢＳの１つの具体例としてベースステーション９１について説明を行なう。
【０１８０】
まず始めに、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。図２０は、ベースステーション９１の主要な構成と機能とを示す図である。なお、図２０に示されるベースステーション９１の主要な構成は、本発明の主旨の技術を実現する構成の一例であり、これに限定されるものではない。
【０１８１】
図２０を参照して、ベースステーション９１は、その上面がロボット９０の離着陸台を兼ねており、ロボット９０はその電極６１がベースステーション９１の電極９１４に嵌合する。この状態で、ベースステーション９１は、シリアルインタフェース９１６を介してロボット９０に軌道情報を送信する機能を有する。また、ベースステーション９１は、シリアルインタフェース９１６を介して、ロボット９０に離陸動作開始命令を送信することができる。これによりロボット９０はベースステーション９１より浮上する。
【０１８２】
また、ベースステーション９１は、ロボット９０の離着陸を補助するための、ロボット検出装置９１７、および電磁石９１５を備える。また、ベースステーション９１は、ロボット９０の電源６を充電するための充電器９１３を備える。
【０１８３】
また、ベースステーション９１は、全面に入出力パネル９１９を有する。操作者は、入出力パネル９１９より、ロボット９０の行動設定などを行なうことができる。
【０１８４】
そして、上述の各構成要素は、ベースステーション９１の演算装置９１１により制御される。
【０１８５】
次に、演算装置９１１について、図２１を参照しつつ説明する。図２１は、上述のロボット９０とベースステーション９１とにおける各種情報の流れを示す図である。なお、各機能の動作の順については、全体の動作手順の項に後述する。
【０１８６】
演算装置９１１は、ベースステーション９１の各構成要素から得られた情報等により、ベースステーション９１を制御する。
【０１８７】
また、演算装置９１１は、シリアルインタフェース９１６を通じて、軌道情報をロボット９０に送信する。また、同じくシリアルインタフェース９１６を通じて、離陸開始命令をロボット９０に送信する。
【０１８８】
また、演算装置９１１は、ロボット検出装置９１７からの信号により、電磁石９１５の制御を行なう。すなわち、ロボット９０をロボット検出器９１７が検出した際には電磁石９１５を動作させるなどの手法で、ロボット９０をベースステーション９１に吸着させる。
【０１８９】
また、演算装置９１１は充電器９１３を制御し、ロボット９０の電極６１がベースステーション９１の電極９１４に結合している場合であって、ロボット９０の電源６に充電が必要な場合に、ロボット９０への充電を行なう。
【０１９０】
次に、ベースステーション９１が行なう、ロボット９０の離着陸の際の補助の手法について説明を行なう。
【０１９１】
ロボット９０の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、羽ばたきによって発生する気流が急激に増加もしくは減少し不安定である。そのため、ベースステーション９１がロボット９０の位置および姿勢を制御することは難しい。そこで、本実施の形態では、離陸の前の段階において、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を吸着する。そのため、ロボット９０の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、等の手法を用いることで、ベースステーション９１はロボット９０の安定した離陸を実現することが可能である。
【０１９２】
ロボット９０の着陸の概略について説明する。まず、ベースステーション９１は、ロボット９０の電極６１が充電穴９１４の上部に位置するようロボット９０を移動させる。そして、この状態で電磁石９１５を作動させ、ロボット９０を吸着する。このため、ベースステーション９１は、さらにその後にロボット９０の羽ばたきを停止させれば気流が不安定となる状態でも、ロボット９０の着陸時の位置と姿勢とを安定させることができる。なお、ロボット９０の定位を容易にするため、電極６１もしくは充電穴９１４の少なくとも一方はテーパー形状をしていることが望ましい。
【０１９３】
なお、重量が許すならロボット９０が電磁石９１５を有する構成であっても構わない。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全てに対して安定した離着陸が可能になる。
【０１９４】
さらに、ロボット９０のより加速度の小さい離陸を実現するために、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を用いることも可能である。
【０１９５】
また、上述の補助の手法は、離着陸時の気流不安定性に伴なうロボット９０の不安定浮上を防ぐ手法の一例にすぎないため、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を用いても構わない。たとえば、電磁石９１５に替えて空気を用いてロボット９０を吸引する手法を用いることもできる。また、レール等のガイド機構に沿ってロボット９０の離着陸を行なう等の手法を用いることもできる。
【０１９６】
以上で、ベースステーション９１についての説明を終了する。
本実施の形態における群ロボットシステム１００が上述のように構成され、上述のように機能することで、ＧＰＳ（Global Positioning System）等の装置を用いることなく、ロボットのセンシングと、動き制御のための通信経路、方式を用いてセンシングロボットの位置同定とを行なうことができる。
【０１９７】
また、本実施の形態における群ロボットシステム１００は、センシングロボットの位置同定においてそれぞれのセンシングロボットＣＳ同士、またはベースステーションＢＳとセンシングロボットＣＳとの間の通信の、距離および通信電力（パワー）を、ベースステーションＢＳとセンシングロボットＣＳとが１対１で通信を行なう場合に比較して小さくすることができるため、センシングロボットＣＳそれぞれの通信機構の小型化または軽量化を図りながら、ベースステーションＢＳからのセンシングロボットＣＳの位置同定が可能になる。
【０１９８】
なお、センシングロボットＣＳは、センサ機能と移動機能と通信機能とを備え、フェロモンロボットＦＥ１０５は、移動手段と通信手段を備え、センシング機能がついている移動体の動きを直接制御する装置であればよく、上述のように羽ばたき飛行を行なう羽ばたきロボットであることが好ましいが、上述の手段を備えるその他の装置であっても構わない。
【０１９９】
本実施の形態においては、図１に示される群ロボットシステム１００を、たとえば、１辺、最小数１０メートルから最大数キロメートル平方の面積の部分から火事や人などの熱源の探索、ＣＯなどの有毒ガスや有毒放射線の探索、地雷などの金属探査、都市設計のための３次元の画像データの収集などに用いる。
【０２００】
たとえば、上述の、都市全体の有毒ガスや有毒放射線の探索を行なう場合には、群ロボットが一度に全ての市街地を探索するのではなく、数分の１に分割された市街地を、ベースステーションＢＳ１０１を中心として位置した探索用の羽ばたきセンシングロボットＣＳ群が、目的物の探索を行なう。センシングロボットＣＳ群が、上記の数分の１に分割された市街地の有毒ガスや有毒放射能の探索を終えると、ベースステーションＢＳ１０１が次の数分の１に分割された市街地の探索をするために徐々に移動を始め、目的地の市街地区域に来ると停止する。
【０２０１】
ベースステーションＢＳ１０１の移動に追従して、フェロモンロボットＦＥ１０５、センシングロボットＣＳが移動を始める。ベースステーションＢＳ１０１が次の市街地区域で移動を停止すると、センシングロボットＣＳ群は、ベースステーションＢＳ１０１を中心として位置して、分割された市街地の有毒ガスや有毒放射線の探索を行なう。
【０２０２】
このようにして、本実施の形態の群ロボットシステム１００においては、分割された区域をセンシングロボットＣＳ群で探索する。そして、センシングロボットＣＳは、探索結果をベースステーションＢＳ１０１とフェロモンロボットＦＥ１０５とに送る。フェロモンロボットＦＥ１０５は、対象物の有無についての情報を受取って、センシングロボットＣＳに対して探索を続行するための制御を行なう。ベースステーションＢＳ１０１は、探索結果を処理する。そして、区域の探索終了後、群ロボットシステム１００全体は、ベースステーションＢＳ１０１を中心に移動しながら次の区域の探索を行なう。このように、この移動の動作を繰返しながら全体面積の探索を行なう。
【０２０３】
以下に、本群ロボットシステム１００における対象物（Ｏｂｊｅｃｔ）の検出方法について述べる。本群ロボットシステム１００において、センシングロボットＣＳｎは対象物を検出し、対象物の有無についての情報をフェロモンロボットＦＥ１０５に対して伝える。
【０２０４】
図１においては、本実施の形態における群ロボットシステム１００の構成の初期状態の具体例であって、対象物（Ｏｂｊｅｃｔ）を検出する前のセンシングロボットＣＳｎの位置関係と、各々のセンシングロボットＣＳの探索能力（分解能およびセンサ機能のＯＮ／ＯＦＦ）とを模式的に示している。
【０２０５】
図１を参照して、始めに、対象物を検出する前には、センシングロボットＣＳ３０〜ＣＳ３４（分解能Ｒ１０４）、およびセンシングロボットＣＳ２０〜ＣＳ２４（分解能Ｒ１０３）のうち、ベースステーションＢＳ１０１から遠いセンシングロボットＣＳ３０〜ＣＳ３４のセンサ機能がまずＯＮになっている。
【０２０６】
ここで、センシングロボットＣＳの時間あたりの移動距離は、次にベースステーションＢＳ１０１から遠いセンシングロボットＣＳに比べて大きい。つまり、センシングロボットＣＳの羽ばたき周波数が、次にベースステーションＢＳ１０１から遠いセンシングロボットＣＳの羽ばたき周波数に比べて大きい。このため、全てのセンシングロボットＣＳにおいて、センサの精度およびサンプリング速度が同じである場合には、上記の単位時間あたりの移動距離との関係から、センシングロボットＣＳの目的物検出のための分解能は、次にベースステーションＢＳ１０１から遠いセンシングロボットＣＳの分解能に比べて低分解能である。
【０２０７】
すなわち、ベースステーションＢＳ１０１から遠い、群ロボットシステム１００の外側のセンシングロボットＣＳ３０〜ＣＳ３４は、内側のセンシングロボットＣＳ２０〜ＣＳ２４よりはばたき速度が速いために、分解能Ｒ１０４がセンシングロボットＣＳ２０〜ＣＳ２４の分解能Ｒ１０３より低く設定されている。
【０２０８】
本群ロボットシステム１００では、始めに、この外側のセンシングロボットＣＳ３０〜ＣＳ３４のセンサ機能がＯＮとなるようベースステーションＢＳ１０１が制御し、外側のセンシングロボットＣＳ３０〜ＣＳ３４で対象物の探索を始める。このとき、分解能が高いセンシングロボットＣＳ２０〜ＣＳ２４（分解能Ｒ１０３＞Ｒ１０４）のセンサ機能はＯＦＦとなるようベースステーションＢＳ１０１が制御している。よって、この時点では、センシングロボットＣＳ２０〜ＣＳ２４は、探索動作を行なっていない。
【０２０９】
次に、センシングロボットＣＳ３０が、対象物を発見した場合の、群ロボットシステム１００の構成の２次状態の具体例について図２２に示す。
【０２１０】
図２２を参照して、センシングロボットＣＳ３０が対象物（Ｏｂｊｅｃｔ）を発見した場合、センシングロボットＣＳ３０からフェロモンロボットＦＥ１０５に、対象物の検出を通知する情報が送られる（図２２において点線にて示されている）。フェロモンロボットＦＥ１０５は、センシングロボットＣＳ３０からこの情報を受けて、対象物近傍に移動する。このフェロモンロボットＦＥ１０５の移動は、フェロモンロボットＦＥ１０５の記憶装置に記憶されるプログラムに予め定められており、フェロモンロボットＦＥ１０５のＣＰＵ（Central Processing Unit）等からなる制御装置が、記憶装置からプログラムを読出して実行することによって実現される。
【０２１１】
このとき、センサ機能がＯＮになっているにもかかわらず、対象物を検出していないセンシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４は、図２２において実線で示されるように、現在の探索エリアから移動する。この対象物を検出していないセンシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４の移動は、センシングロボットＣＳ３０から対象物を検出した旨の情報を受けたフェロモンロボットＦＥ１０５が、対象物を検出していないセンシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４に対して移動を行なうよう制御信号を送ることによって実現される。あるいは、後に説明を行なう通信方法によって、センシングロボットＣＳ３０から対象物に関する情報を受けたベースステーションＢＳ１０１が、対象物を検出していないセンシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４に対して移動を行なうよう制御信号を送ることによって実現されてもよい。
【０２１２】
次に、センシングロボットＣＳ３０から検出情報を受けたフェロモンロボットＦＥ１０５は、図２３に示すように、対象物を最初に検出したセンシングロボットＣＳ３０より、分解能が高いセンシングロボットＣＳであって、比較的近傍のセンシングロボットＣＳ２０，ＣＳ２１，ＣＳ２３に対象物の検出を伝える（図２３において長破線にて示されている）。センシングロボットＣＳ２０，ＣＳ２１，ＣＳ２３は、フェロモンロボットＦＥ１０５からの信号を受けると、センシング機能をＯＮにして探索動作（追探索）を開始する。すなわち、フェロモンロボットＦＥ１０５は、センシングロボットＣＳ２０，ＣＳ２１，ＣＳ２３に対して、センサ機能をＯＮにするよう制御信号を送る。また、フェロモンロボットＦＥ１０５は、センシングロボットＣＳ２０，ＣＳ２１，ＣＳ２３に対して、フェロモンロボットＦＥ１０５に向かって移動するよう制御信号も送る。
【０２１３】
このとき、センサ機能がＯＮになっているにもかかわらず、対象物を検出していないセンシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４は、図２３において実線で示されるように、現在の探索エリアから移動する。また追探索を行なわないセンシングロボットＣＳ２２，ＣＳ２４も、図２３において実線で示されるように、現在の探索エリアから移動する。ここでのセンシングロボットＣＳ２２，ＣＳ２４，ＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４の移動については、上に述べたセンシングロボットＣＳの移動と同様であるため、説明を繰返さない。
【０２１４】
次に、センシング機能をＯＮにして探索動作（追探索）を開始したセンシングロボットＣＳ２０，ＣＳ２１，ＣＳ２３は、図２４に示すように、対象物の近傍であって、信号を送るフェロモンロボットＦＥ１０５に向かって移動する。そして、対象物の近傍で、対象物を最初に検出したセンシングロボットＣＳ３０より高分解能のセンシング機能で、探索を続ける。
【０２１５】
このとき、センサ機能がＯＮになっているにもかかわらず、対象物を検出していないセンシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４は、図２４において実線で示されるように、現在の探索エリアから移動する。また追探索を行なわないセンシングロボットＣＳ２２，ＣＳ２４も、図２４において実線で示されるように、現在の探索エリアから移動する。上記のセンシングロボットＣＳ２２，ＣＳ２４，ＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４は、通常は、次の探索エリアの探査を行なうために、次の探索エリアに移動する。なお、ここでのセンシングロボットＣＳ２２，ＣＳ２４，ＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４の移動については、上に述べたセンシングロボットＣＳの移動と同様であるため、説明を繰返さない。
【０２１６】
次に、対象物（Ｏｂｊｅｃｔ）を発見したセンシングロボットＣＳ３０は、当該対象物の探索を終了すると、図２５に示すように対象物から離れ、既に当該初期の探索エリアから次の探索エリアに向かって移動しているセンシングロボット群に合流して次の探索エリアに移動し、次のエリアを探索する。さらに、当該対象物の追探索を行なっているセンシングロボットＣＳ２０，ＣＳ２１，ＣＳ２３もまた、当該対象物の探索を終了すると、図２６に示すように対象物から離れ、既に当該初期の探索エリアから次の探索エリアに向かって移動しているセンシングロボット群に合流して次の探索エリアに移動し、次のエリアを探索する。
【０２１７】
これらのセンシングロボットＣＳの移動は、これらのセンシングロボットＣＳから対象物の探索を終了した旨の情報を受けたフェロモンロボットＦＥ１０５が、当該センシングロボットＣＳに対して対象物から離れるよう、あるいは次の探索エリアに移動するよう制御信号を送ることによって実現される。あるいは、後に説明を行なう通信方法によって、センシングロボットＣＳから対象物の探索を終了した旨の情報を受けたベースステーションＢＳ１０１が、当該センシングロボットＣＳに対して対象物から離れるよう、あるいは次の探索エリアに移動するよう制御信号を送ることによって実現されてもよい。
【０２１８】
また、フェロモンロボットＦＥ１０５は、センシングロボットＣＳから対象物の探索および追探索を終了した旨の情報を受信して探索の終了を検出すると、対象物から離れ、既に当該初期の探索エリアから次の探索エリアに向かって移動しているセンシングロボット群に合流する。
【０２１９】
なお、本実施の形態においては、本群ロボットシステム１００に、分解能の異なるセンシングロボットＣＳである、分解能が２段構成であるセンシングロボットＣＳが含まれるものとしているが、分解能が３段以上の構成であるセンシングロボットＣＳが含まれる場合であっても同様である。
【０２２０】
また、図１の初期状態において、分解能の異なるセンシングロボットＣＳ３０〜ＣＳ３４とセンシングロボットＣＳ２０〜ＣＳ２４とが、ベースステーションＢＳ１０１を中心として、ほぼ同心円上に配置されている例が示されているが、分解能が異なるセンシングロボットＣＳがほぼランダムに配置されてもよい。
【０２２１】
なお、上述のように、対象物を検出していないセンシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４、および追探索を行わないセンシングロボットＣＳ２２，ＣＳ２４は、通常は、次の探査エリアの探索を行なうために次の探索エリアに移動するが、対象物が１個しかない場合や探索エリアの探索が終了している場合は、図１、図２２、図２３に示される状態の後、図２３あるいは図２７において点線で示されるように、初期位置に向かって移動する。
【０２２２】
また、対象物が１個しかない場合や探索エリアの探索が終了している場合は、対象物を検出したセンシングロボットＣＳ３０は、対象物の探索を終了すると、図２８に示すように、対象物から離れ、初期位置に移動する。
【０２２３】
さらに、対象物が１個しかない場合や探索エリアの探索が終了している場合は、追探索を行なっていたセンシングロボットＣＳ２０，ＣＳ２１，ＣＳ２３は、対象物の探索を終了すると、図２９の点線で示されるように、対象物から離れ、初期位置に向かって移動する。フェロモンロボットＦＥ１０５も同様に、対象物から離れ、初期位置に向かって移動する。
【０２２４】
上述の対象物の検出方法は、分解能が異なる複数のセンシングロボットＣＳｎを用いて対象物を検出する方法であるが、その他の検出方法もある。以下に、備えるセンサ機能の異なる複数のセンシングロボットＣＳｎを用いて対象物を検出する場合の対象物の検出方法について述べる。
【０２２５】
図３０は、この場合の本群ロボットシステム１００の構成の初期状態の具体例であって、対象物（Ｏｂｊｅｃｔ）を検出する前のセンシングロボットＣＳｎの位置関係と、各々のセンシングロボットＣＳの検出機能（センサ種類およびセンサ機能のＯＮ／ＯＦＦ）とを模式的に示している。
【０２２６】
図３０を参照して、始めに、センシングロボットＣＳ３０〜ＣＳ３４は赤外線センサを備え、センシングロボットＣＳ２０はイメージセンサを備え、センシングロボットＣＳ２１はガス検出センサを備え、センシングロボットＣＳ２２，ＣＳ２３は放射線検出センサを備え、センシングロボットＣＳ２４はガス検出センサを備えるものとする。これらのセンシングロボットＣＳ３０〜ＣＳ３４、およびセンシングロボットＣＳ２０〜ＣＳ２４のうち、ベースステーションＢＳ１０１から遠いセンシングロボットＣＳ３０〜ＣＳ３４のセンサ機能がまずＯＮになっている。本実施においては、始めに、同じ種類のセンサ機能を備える複数のセンシングロボットＣＳロボットにより目的物の探索を始める。具体的には、赤外線センサを備えるセンシングロボットＣＳ３０〜ＣＳ３４により対象物の探索を始める。
【０２２７】
本群ロボットシステム１００では、始めに、この外側のセンシングロボットＣＳ３０〜ＣＳ３４のセンサ機能がＯＮとなるようベースステーションＢＳ１０１が制御し、外側のセンシングロボットＣＳ３０〜ＣＳ３４で対象物の探索を始める。このとき、他のセンサ機能を備えるセンシングロボットＣＳ２０〜ＣＳ２４（イメージセンサ、ガス検出センサ、放射線センサ）のセンサ機能はＯＦＦとなるようベースステーションＢＳ１０１が制御している。よって、この時点では、センシングロボットＣＳ２０〜ＣＳ２４は、探索動作を行なっていない。
【０２２８】
次に、センシングロボットＣＳ３０が、対象物を発見した場合の、群ロボットシステム１００の構成の２次状態の具体例について図３１に示す。
【０２２９】
図３１を参照して、センシングロボットＣＳ３０が対象物（Ｏｂｊｅｃｔ）を発見した場合、センシングロボットＣＳ３０からフェロモンロボットＦＥ１０５に、対象物の検出を通知する情報が連絡される（図３１において点線にて示されている）。フェロモンロボットＦＥ１０５は、センシングロボットＣＳ３０からこの情報を受けて、対象物近傍に移動する。ここでのフェロモンロボットＦＥ１０５の移動は、上に述べたフェロモンロボットＦＥ１０５の移動と同様であるため、ここでの説明を繰返さない。
【０２３０】
このとき、センサ機能がＯＮになっているにもかかわらず、対象物を検出していないセンシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４は、図３１において実線で示されるように、次の探索エリアの探査のために、現在の探索エリアから次の探索エリアに移動する。ここでのセンシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４の移動については、上に述べたセンシングロボットＣＳの移動と同様であるため、説明を繰返さない。
【０２３１】
次に、センシングロボットＣＳ３０から検出情報を受けたフェロモンロボットＦＥ１０５は、図３２に示すように、対象物を最初に検出したセンシングロボットＣＳ３０とは異なるセンシング機能（センサ）を備えるセンシングロボットＣＳであって、比較的近傍のセンシングロボットＣＳ２０，ＣＳ２１，ＣＳ２３に対象物の検出を伝える（図３２において長破線にて示されている）。センシングロボットＣＳ２０，ＣＳ２１，ＣＳ２３は、フェロモンロボットＦＥ１０５からの信号を受けると、センシング機能をＯＮにして探索動作（追探索）を開始する。すなわち、フェロモンロボットＦＥ１０５は、センシングロボットＣＳ２０，ＣＳ２１，ＣＳ２３に対して、センサ機能をＯＮにするよう制御信号を送る。また、フェロモンロボットＦＥ１０５は、センシングロボットＣＳ２０，ＣＳ２１，ＣＳ２３に対して、フェロモンロボットＦＥ１０５に向かって移動するよう制御信号も送る。
【０２３２】
このとき、センサ機能がＯＮになっているにもかかわらず、対象物を検出していないセンシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４は、図３２において実線で示されるように、現在の探索エリアから移動する。また追探索を行なわないセンシングロボットＣＳ２２，ＣＳ２４も、図３２において実線で示されるように、現在の探索エリアから移動する。ここでのセンシングロボットＣＳ２２，ＣＳ２４，ＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４の移動については、上に述べたセンシングロボットＣＳの移動と同様であるため、説明を繰返さない。
【０２３３】
次に、センシング機能をＯＮにして探索動作（追探索）を開始したセンシングロボットＣＳ２０，ＣＳ２１，ＣＳ２３は、図３３に示すように、対象物の近傍であって、信号を送るフェロモンロボットＦＥ１０５に向かって移動した後、対象物の近傍で、対象物を最初に検出したセンシングロボットＣＳ３０とは異なる種類のセンシング機能で、探索を続ける。図３３に示される例では、イメージセンサ（ＣＳ２０）、ガス検出センサ（ＣＳ２１）、放射線検出センサ（ＣＳ２３）等を用いて探索を続ける。
【０２３４】
なお、本実施の形態においては、初期の比較的多数のセンシングロボットＣＳで用いるセンサを赤外線センサ、次の２次的な比較的少数のセンシングロボットＣＳで用いるセンサをイメージセンサ、ガス検出センサ、および放射線検出センサとしたが、用いられるセンサ機能はこれに限られるものではない。対象物の特徴により、それに対する適切なセンサが選択され用いられることが好ましい。また本実施の形態においては、センシングロボットＣＳが異なる種類のセンサ機能を備える場合について示しているが、センシングロボットＣＳの備えるセンサ機能が同じでそのセンサ情報の処理方法が異なるものであってもよい。
【０２３５】
このとき、センサ機能がＯＮになっているにもかかわらず、対象物を検出していないセンシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４は、図３３において実線で示されるように、現在の探索エリアから移動する。また追探索を行なわないセンシングロボットＣＳ２２，ＣＳ２４も、図３３において実線で示されるように、次の探索エリアの探査を行なうために、現在の探索エリアから次の探索エリアに移動する。なお、ここでのセンシングロボットＣＳ２２，ＣＳ２４，ＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４の移動については、上に述べたセンシングロボットＣＳの移動と同様であるため、説明を繰返さない。
【０２３６】
次に、対象物（Ｏｂｊｅｃｔ）を発見したセンシングロボットＣＳ３０（赤外線センサ）は、当該対象物の探索を終了すると、図３４に示すように対象物から離れ、既に当該初期の探索エリアから次の探索エリアに向かって移動しているセンシングロボット群に合流して次の探索エリアに移動し、次のエリアを探索する。さらに、当該対象物の追探索を行なっているセンシングロボットＣＳ２０（イメージセンサ），ＣＳ２１（ガス検出センサ），ＣＳ２３（放射線検出センサ）もまた、当該対象物の探索を終了すると、図３５に示すように対象物から離れ、既に当該初期の探索エリアから次の探索エリアに向かって移動しているセンシングロボット群に合流して次の探索エリアに移動し、次のエリアを探索する。これらのセンシングロボットＣＳの移動の制御も、上に述べたセンシングロボットＣＳの移動と同様であるため、説明を繰返さない。
【０２３７】
また、フェロモンロボットＦＥ１０５は、センシングロボットＣＳから対象物の探索および追探索を終了した旨の情報を受信して探索の終了を検出すると、対象物から離れ、既に当該初期の探索エリアから次の探索エリアに向かって移動しているセンシングロボット群に合流する。
【０２３８】
なお、本実施の形態においては、本群ロボットシステム１００に、センサ機能の種類の異なるセンシングロボットＣＳである、備える機能が初期検出センサおよび２次検出センサの２段構成であるセンシングロボットＣＳが含まれるものとしているが、センサ機能の種類が３段以上の構成であるセンシングロボットＣＳが含まれる場合であっても同様である。
【０２３９】
また、図３０の初期状態において、センサ機能の種類またはセンサ情報の処理方法の異なるセンシングロボットＣＳ３０〜ＣＳ３４（初期検出センサ）とセンシングロボットＣＳ２０〜ＣＳ２４（２次検出センサ）とが、ベースステーションＢＳ１０１を中心として、ほぼ同心円上に配置されている例が示されているが、センサ機能の種類またはセンサ情報の処理方法が異なるセンシングロボットＣＳがほぼランダムに配置されてもよい。
【０２４０】
なお、上述のように、対象物を検出していないセンシングロボットＣＳ３１（赤外線センサ），ＣＳ３２（赤外線センサ），ＣＳ３３（赤外線センサ），ＣＳ３４（赤外線センサ）、および追探索を行わないセンシングロボットＣＳ２２（放射線検出センサ），ＣＳ２４（ガス検出センサ）は、通常は、次の探査エリアの探索を行なうために次の探索エリアに移動するが、対象物が１個しかない場合や探索エリアの探索が終了している場合は、図３０、図３１、図３２の状態の後、図３２あるいは図３６において点線で示されるように、初期位置に向かって移動する。
【０２４１】
また、対象物が１個しかない場合や探索エリアの探索が終了している場合は、対象物を検出したセンシングロボットＣＳ３０（赤外線センサ）は、対象物の探索を終了すると、図３７に示すように、対象物から離れ、初期位置に移動する。
【０２４２】
さらに、対象物が１個しかない場合や探索エリアの探索が終了している場合は、追探索のセンシングロボットＣＳ２０（イメージセンサ），ＣＳ２１（ガス検出センサ），ＣＳ２３（放射線検出センサ）は、対象物の探索を終了すると、図３８の点線で示されるように、対象物から離れ、初期位置に向かって移動する。また対象物の探索を終了すると、フェロモンロボットＦＥ１０５も同様に、対象物から離れ、初期位置に向かって移動する。
【０２４３】
このように、本群ロボットシステム１００においてセンシングロボットＣＳが対象物を発見すると、対象物の有無についての情報がフェロモンロボットＦＥ１０５に対して伝えられ、同時に、位置情報などのセンサ情報がセンシングロボットＣＳからベースステーションＢＳ１０１に対して伝えられる。また、センシング能力やセンサの変更指示などの制御情報が、ベースステーションＢＳ１０１からセンシングロボットＣＳに対して伝えられる。そこで、次に、本群ロボットシステム１００における、センシングロボットＣＳとベースステーションＢＳ１０１との通信について述べる。ここでは、上述の図３３に示される追探索を開始した後における通信について述べる。図３９は、本群ロボットシステム１００において通信を行なう際の配置の具体例を示す図である。
【０２４４】
図３９を参照して、図３３で示される追探索を行なっているセンシングロボットＣＳ２０（イメージセンサ），ＣＳ２１（ガス検出センサ），ＣＳ２３（放射線センサ），ＣＳ３０（赤外線センサ）は、始めに、探索動作を停止した状態の（図３９においてはＯＦＦ表示で示されている。これは、センサ機能をＯＦＦしていることを示す。）センシングロボットＣＳ３１に対して、探索情報を通信する。
【０２４５】
次に、センシングロボットＣＳ２０，ＣＳ２１，ＣＳ２３，ＣＳ３０から探索情報を受信したセンシングロボットＣＳ３１は、探索を停止した状態のセンシングロボットＣＳ３２に対して、探索情報を通信する。さらに、センシングロボットＣＳ３２はセンシングロボットＣＳ３３に対して、次にセンシングロボットＣＳ３３はセンシングロボットＣＳ３４に対して、次にセンシングロボットＣＳ３４はベースステーションＢＳ１０１に対して、順番に探索情報を通信する。
【０２４６】
ここで、センシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４は、対象物を検出した以外のセンシングロボットであり、センシングロボットＣＳ３０が対象物を検出した以後は、探索を停止している。また、センシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４は、上述の通信を行なうために、ベースステーションＢＳ１０１とフェロモンロボットＦＥ１０５との間に、ほぼ一直線に位置する。そして、この通信用のセンシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４が羽ばたきロボットである場合、これらはホバリング状態にある。
【０２４７】
このような通信における配置は、対象物を検出したセンシングロボットＣＳ３０が、最も近くに存在するセンシングロボットＣＳ３１に対して探索情報を通信することで、センシングロボットＣＳ３１がベースステーションＢＳ１０１とフェロモンロボットＦＥ１０５との間に移動し、さらに、センシングロボットＣＳ３１が最も近くに存在するセンシングロボットＣＳ３２がベースステーションＢＳ１０１とフェロモンロボットＦＥ１０５との間に移動し、以降、順次、探索情報を受取ったセンシングロボットＣＳがベースステーションＢＳ１０１とフェロモンロボットＦＥ１０５との間に移動することで、実現される。あるいは、センシングロボットＣＳ３０が対象物を検出した際に、その旨の情報を受取ったフェロモンロボットＦＥ１０５が、センシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４に対して、ベースステーションＢＳ１０１とフェロモンロボットＦＥ１０５との間に、ほぼ一直線に位置するよう制御することによって実現されてもよい。
【０２４８】
本群ロボットシステム１００においてこのような通信方法が行なわれるため、ベースステーションＢＳ１０１およびセンシングロボットＣＳの通信強度は、本群ロボットシステム１００全体の通信エリアをカバーする通信強度である必要がなく、通信経路において隣り合うセンシングロボットＣＳに対する通信を確保できる通信強度さえあればよい。よって、本群ロボットシステム１００全体の通信エリアをカバーする通信強度に比べ、弱い通信強度でよく、通信のための消費電力が少なくて済む。
【０２４９】
なお、図３９においては、センシングロボットＣＳ２０が、センシングロボットＣＳ３１に対して探索情報を通信している場合（図３９において実線）が示されているが、複数のセンシングロボットＣＳがセンシングロボットＣＳ３１に対して探索情報を通信する場合（図３９において長破線）には、時分割で、センシングロボットＣＳ２０，ＣＳ２１，ＣＳ２３，ＣＳ３０，ＣＳ２０の順で、各々がセンシングロボットＣＳ３１に対して探索情報を通信する。
【０２５０】
また逆に、ベースステーションＢＳ１０１から対象物を検出しているセンシングロボットＣＳ２０に情報を伝達する場合、上記のルートの流れを逆にし、ベースステーションＢＳ１０１，センシングロボットＣＳ３４，ＣＳ３３，ＣＳ３２，ＣＳ３１，ＣＳ２０の順に信号が流れる。
【０２５１】
なお、対象物の検出、追探索、およびセンシングロボットＣＳとベースステーションＢＳ１０１との間の通信の中継のいずれにも関与していないセンシングロボットＣＳ（図３９においてはセンシングロボットＣＳ２２，ＣＳ２４）は、図３９において実線で示されるように、次の探索エリアで探査を行なうために、現在の探索エリアから次の探索エリアに移動する。なお、ここでのセンシングロボットＣＳ２２，ＣＳ２４の移動については、上に述べたセンシングロボットＣＳの移動と同様であるため、説明を繰返さない。
【０２５２】
対象物（Ｏｂｊｅｃｔ）を発見したセンシングロボットＣＳ３０（赤外線センサ）、および追探索を行なっているセンシングロボットＣＳ２０（イメージセンサ），ＣＳ２１（ガス検出センサ），ＣＳ２３（放射線検出センサ）は、当該対象物の探索を終了すると、図４０に示すように対象物から離れ、既に当該探索エリアから次の探索エリアに向かって移動しているセンシングロボット群に合流して次の探索エリアに移動し、次のエリアを探索する。これらのセンシングロボットＣＳの移動の制御も、上に述べたセンシングロボットＣＳの移動と同様であるため、説明を繰返さない。
【０２５３】
また、フェロモンロボットＦＥ１０５は、センシングロボットＣＳから対象物の探索および追探索を終了した旨の情報を受信して探索の終了を検出すると、対象物から離れ、既に当該探索エリアから次の探索エリアに向かって移動しているセンシングロボット群に合流する。
【０２５４】
さらに、センシングロボットＣＳとベースステーションＢＳ１０１との間の通信の中継を行なっていたセンシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４は、図４１に示すように、センシングロボットＣＳとベースステーションＢＳ１０１との間の通信を切断して移動を開始し、既に当該探索エリアから次の探索エリアに向かって移動しているセンシングロボット群に合流して次の探索エリアの探索に参加する。
【０２５５】
なお、上述のように、対象物の検出、追探索、およびセンシングロボットＣＳとベースステーションＢＳ１０１との間の通信の中継のいずれにも関与していないセンシングロボットＣＳ２２，ＣＳ２４は、通常は、図３９に示されるように、次の探索エリアで探査を行なうために次の探索エリアに移動するが、対象物が１個しかない場合や探索エリアの探索が終了している場合は、図４２に点線で示されるように、初期位置に向かって移動する。
【０２５６】
なお、図４２に示される上述以外の動作は、図３９に示される動作と同様であるため、ここでの説明は繰返さない。
【０２５７】
対象物が１個しかない場合や探索エリアの探索が終了している場合は、対象物の検出、追探索、センシングロボットＣＳとベースステーションＢＳ間の通信いずれにも関与していないロボット、図４２の例では、ＣＳ２２とＣＳ２４のロボットは、図４２の点線で示すように、初期位置にむかって移動する。
【０２５８】
さらに、対象物が１個しかない場合や探索エリアの探索が終了している場合は、対象物を検出したセンシングロボットＣＳ３０（赤外線センサ）、および追探索のセンシングロボットＣＳ２０（イメージセンサ），ＣＳ２１（ガス検出センサ），ＣＳ２３（放射線検出センサ）は、対象物の探索を終了すると、図４３の点線で示されるように、対象物から離れ、初期位置に向かって移動する。また対象物の探索を終了すると、フェロモンロボットＦＥ１０５も同様に、対象物から離れ、初期位置に向かって移動する。また、図４４の点線で示されるように、センシングロボットＣＳとベースステーションＢＳ１０１との間の通信の中継を行なっていたセンシングロボットＣＳ３１，ＣＳ３２，ＣＳ３３，ＣＳ３４は、通信を切断し、初期位置に向かって移動する。
【０２５９】
本発明にかかる群ロボットシステムは、上述の構成であることによって、多くのセンシングロボットが移動しながら対象物を検出する場合において、センサ情報の処理、通信による負担を少なくし、また早く次の対象物を検出することができる。また移動を行なわない場合であって、センサ情報の処理、通信による負担を少なくし、消費電力を少なくすることができる。さらに、短時間で効率的に対象物の詳細な全体情報を得ることができる。
【０２６０】
さらに、このような群ロボットシステム１００の制御方法を、プログラムとして提供することもできる。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびメモリカードなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。
【０２６１】
提供されるプログラム製品は、ハードディスクなどのプログラム格納部にインストールされて実行される。なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。
【０２６２】
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て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。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の初期状態の具体例を示す図である。
【図２】 本実施の形態のセンシングロボットＣＳである羽ばたきロボット９０の構造を示す図である。
【図３】 左羽３２の構成の具体例を示す図である。
【図４】 左羽３２の姿勢を示すための第１の図である。
【図５】 左羽３２の姿勢を示すための第２の図である。
【図６】 一般的な超音波モータ２３を示す図である。
【図７】 右アクチュエータ２１の構成を示す図である。
【図８】 左羽３２の、主軸３２１に垂直な第１の断面図である。
【図９】 左羽３２の、主軸３２１に垂直な第２の断面図である。
【図１０】 左羽３２の羽ばたき動作のステップＳ１を示す図である。
【図１１】 左羽３２の羽ばたき動作のステップＳ２を示す図である。
【図１２】 左羽３２の羽ばたき動作のステップＳ３を示す図である。
【図１３】 左羽３２の羽ばたき動作のステップＳ４を示す図である。
【図１４】 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した図である。
【図１５】 羽ばたき動作制御における応答を示す図である。
【図１６】 ロボット９０を停空させる際のストローク角θ、偏角α、およびねじり角βの値を、時間の関数として表わした図である。
【図１７】 羽３１および３２の制御とそれによりもたらされる動作とを対応付ける図である。
【図１８】 基本となる動作と、それを実現するアクチュエータ２１および２２の駆動の組合わせとを定めるテーブルである。
【図１９】 回転軸にかかる反力を、具体的な数値を用いて算出した結果を示す図である。
【図２０】 ベースステーション９１の主要な構成と機能とを示す図である。
【図２１】 ロボット９０とベースステーション９１とにおける各種情報の流れを示す図である。
【図２２】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の２次状態の具体例を示す図である。
【図２３】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の３次状態の具体例を示す図である。
【図２４】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の４次状態の具体例を示す図である。
【図２５】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の５次状態の具体例を示す図である。
【図２６】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の６次状態の具体例を示す図である。
【図２７】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の４次状態の他の具体例を示す図である。
【図２８】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の５次状態の他の具体例を示す図である。
【図２９】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の６次状態の他の具体例を示す図である。
【図３０】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の初期状態の具体例を示す図である。
【図３１】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の２次状態の具体例を示す図である。
【図３２】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の３次状態の具体例を示す図である。
【図３３】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の４次状態の具体例を示す図である。
【図３４】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の５次状態の具体例を示す図である。
【図３５】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の６次状態の具体例を示す図である。
【図３６】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の４次状態の他の具体例を示す図である。
【図３７】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の５次状態の他の具体例を示す図である。
【図３８】 本実施の形態の群ロボットシステム１００の構成の６次状態の他の具体例を示す図である。
【図３９】 本群ロボットシステム１００において通信を行なう際の配置状態の具体例を示す図である。
【図４０】 本群ロボットシステム１００において通信を解除する際の配置状態の具体例を示す図である。
【図４１】 本群ロボットシステム１００において通信を解除する際の配置の２次状態の具体例を示す図である。
【図４２】 本群ロボットシステム１００において通信を行なう際の配置状態の他の具体例を示す図である。
【図４３】 本群ロボットシステム１００において通信を解除する際の配置状態の他の具体例を示す図である。
【図４４】 本群ロボットシステム１００において通信を解除する際の配置の２次状態の他の具体例を示す図である。
【図４５】 従来の環境認識システムの具体例を示す図である。
【符号の説明】
１ 支持構造、４ 制御装置、６ 電源、７ 通信装置、８ 発光ダイオード、２１，２２ アクチュエータ、２３ 超音波モータ、３１，３２ 羽、４１ 演算装置、４２ メモリ、４３ シリアルインタフェース、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、６１，６１１，６１２，６１３ 電極、８１ 発光素子、８２ 拡散光学系、９０ ロボット、１００ 群ロボットシステム、９１，１０１，ＢＳ ベースステーション、１０５，ＦＥフェロモンロボット、 ２１０ ステータ、２１１，２１４，２１５ ベアリング、２１２ 上部補助ステータ、２１３ 下部補助ステータ、２１９，２２９ロータ、２３０ 圧電素子、２３１ 円盤、２３２〜２３７ 突起、２３８ 電極、３１１，３２１ 主軸、３１２，３２２ 枝、３１３，３２３ 膜、９１１ 演算装置、９１２ メモリ、９１３ 充電器、９１４ 電極、９１５ 電磁石、９１６ シリアルインタフェース、９１７ ロボット検出装置、９１９ 入出力パネル、ＣＳ センシングロボット。

Claims (16)

1. 複数のセンシングロボットと、前記センシングロボットを制御する制御装置とを含む群ロボットシステムであって、
   前記複数のセンシングロボットは予め設定された探索エリア内において探索動作を行なって対象物を探索し、
   前記制御装置は、前記センシングロボットが所定の探索エリア内で前記探索動作を行なうことで前記探索エリア内にある前記対象物を検出すると、前記対象物を検出したセンシングロボット以外の前記探索エリア内で前記探索動作を行なっている他のセンシングロボットに対して前記探索エリア外へ移動するよう制御し、前記対象物を検出したセンシングロボットが前記探索動作を終了すると、前記対象物を検出したセンシングロボットに対して、前記他のセンシングロボットと合流して前記対象物から移動するよう制御することを特徴とする、群ロボットシステム。
2. 複数のセンシングロボットと、前記センシングロボットを制御する制御装置とを含む群ロボットシステムであって、
   前記複数のセンシングロボットは予め設定された探索エリア内において探索動作を行なって対象物を探索し、
   前記制御装置は、前記センシングロボットが所定の探索エリア内で前記探索動作を行なうことで前記探索エリア内にある前記対象物を検出すると、前記対象物を検出したセンシングロボット以外の前記探索エリア内で前記探索動作を行なっている他のセンシングロボットに対して前記探索エリア外へ移動するよう制御し、前記対象物を検出したセンシングロボットが前記探索動作を終了すると、前記探索動作を終了したセンシングロボットに対して、前記他のセンシングロボットと合流して前記探索エリア外へ移動するよう制御することを特徴とする、群ロボットシステム。
3. 前記制御装置は、前記センシングロボットに対して、初期位置に移動するよう制御することを特徴とする、請求項１または２に記載の群ロボットシステム。
4. 複数のセンシングロボットと、前記センシングロボットを制御する制御装置とを含む群ロボットシステムであって、
   前記複数のセンシングロボットは探索動作を行なって対象物を探索し、
   前記制御装置は、前記センシングロボットが前記探索動作を行なうことで前記対象物を検出すると、前記対象物を検出したセンシングロボットとは異なる他のセンシングロボットに対して、前記対象物を追探索するよう制御し、
   前記追探索するセンシングロボットが前記追探索するための前記探索動作を終了すると、前記追探索するセンシングロボットに対して、前記対象物から移動するよう制御することを特徴とする、群ロボットシステム。
5. 複数のセンシングロボットと、前記センシングロボットを制御する制御装置とを含む群ロボットシステムであって、
   前記複数のセンシングロボットは予め設定された探索エリア内において探索動作を行なって対象物を探索し、
   前記制御装置は、前記センシングロボットが所定の探索エリア内で前記探索動作を行なうことで前記探索エリア内にある対象物を検出すると、前記対象物を検出したセンシングロボットとは異なる他のセンシングロボットに対して、前記対象物を追探索するよう制御し、
   前記追探索するセンシングロボットが前記追探索するための前記探索動作を終了すると、前記追探索するセンシングロボットに対して、前記探索エリア外へ移動するよう制御することを特徴とする、群ロボットシステム。
6. 前記制御装置は、前記追探索するセンシングロボットに対して、初期位置に移動するよう制御することを特徴とする、請求項４または５に記載の群ロボットシステム。
7. 前記制御装置は、前記センシングロボットが所定の探索エリア内で前記探索動作を行なうことで前記探索エリア内にある前記対象物を検出すると、前記対象物を検出したセンシングロボットおよび前記追探索するセンシングロボット以外の前記探索エリア内で前記探索動作を行なっている他のセンシングロボットに対して前記探索エリア外へ移動するよう制御し、前記追探索するセンシングロボットが前記追探索するための前記探索動作を終了すると、前記追探索するセンシングロボットに対して前記他のセンシングロボットと合流して移動するよう制御する、請求項４または５に記載の群ロボットシステム。
8. 複数のセンシングロボットと、前記センシングロボットを制御する制御装置とを含む群ロボットシステムであって、
   前記複数のセンシングロボットは探索動作を行なって対象物を探索し、
   前記複数のセンシングロボットと前記制御装置とは、前記制御装置を最上層とする階層的な通信を行ない、
   前記制御装置は、前記センシングロボットが前記探索動作を行なうことで前記対象物を検出すると、前記対象物を検出したセンシングロボットとは異なる他のセンシングロボットに対して、前記対象物を追探索するよう制御し、
   前記追探索するセンシングロボットが前記追探索するための前記探索動作を終了すると、前記対象物を検出したセンシングロボットと前記制御装置との間の通信を中継するセンシングロボットに対して、前記対象物から移動するよう制御することを特徴とする、群ロボットシステム。
9. 複数のセンシングロボットと、前記センシングロボットを制御する制御装置とを含む群ロボットシステムであって、
   前記複数のセンシングロボットは予め設定された探索エリア内において探索動作を行なって対象物を探索し、
   前記複数のセンシングロボットと前記制御装置とは、前記制御装置を最上層とする階層的な通信を行ない、
   前記制御装置は、前記センシングロボットが所定の探索エリア内で前記探索動作を行なうことで前記探索エリア内にある対象物を検出すると、前記対象物を検出したセンシングロボットとは異なる他のセンシングロボットに対して、前記対象物を追探索するよう制御し、
   前記追探索するセンシングロボットが前記追探索するための前記探索動作を終了すると、前記対象物を検出したセンシングロボットと前記制御装置との間の通信を中継するセンシングロボットに対して、前記探索エリア外へ移動するよう制御することを特徴とする、群ロボットシステム。
10. 前記制御装置は、前記対象物を検出したセンシングロボットと前記制御装置との間の通信を中継するセンシングロボットに対して、初期位置に移動するよう制御することを特徴とする、請求項８または９に記載の群ロボットシステム。
11. 前記制御装置は、前記センシングロボットが所定の探索エリア内で前記探索動作を行なうことで前記探索エリア内にある前記対象物を検出すると、前記対象物を検出したセンシングロボットおよび前記追探索するセンシングロボット以外の前記探索エリア内で前記探索動作を行なっている他のセンシングロボットに対して前記探索エリア外へ移動するよう制御し、前記追探索するセンシングロボットが前記追探索するための前記探索動作を終了すると、前記対象物を検出したセンシングロボットと前記制御装置との間の通信を中継するセンシングロボットに対して前記他のセンシングロボットと合流して移動するよう制御する、請求項８または９に記載の群ロボットシステム。
12. 前記制御装置は、前記センシングロボットの移動を制御する制御装置を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載の群ロボットシステム。
13. 前記センシングロボットは、羽ばたき運動により羽ばたき飛行可能であることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の群ロボットシステム。
14. 請求項１〜１２のいずれかに記載の群ロボットシステムに含まれるセンシングロボットであって、羽ばたき運動により羽ばたき飛行可能であることを特徴とする、群ロボットシステムに含まれるセンシングロボット。
15. 請求項１〜１２のいずれかに記載の群ロボットシステムに含まれる前記制御装置に該当するベースステーションであって、羽ばたき運動により羽ばたき飛行可能である前記センシングロボットを制御することを特徴とする、群ロボットシステムに含まれるベースステーション。
16. 請求項１〜１２のいずれかに記載の群ロボットシステムに含まれる前記制御装置である制御ロボットであって、羽ばたき運動により羽ばたき飛行可能である前記センシングロボットの移動を制御することを特徴とする、群ロボットシステムに含まれる制御ロボット。

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