JP7103625B2

JP7103625B2 - Kinetic energy generation mechanism and jumping robot using it

Info

Publication number: JP7103625B2
Application number: JP2018007604A
Authority: JP
Inventors: 健人吉川; 真嗣大槻; 徹雄吉光; 孝雄前田
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2018-01-19
Publication date: 2022-07-20
Anticipated expiration: 2038-01-19
Also published as: JP2018119546A

Description

本発明は、運動エネルギ発生機構及びこれを用いた跳躍ロボットに関する。 The present invention relates to a kinetic energy generation mechanism and a jumping robot using the same.

地上を跳躍しながら移動する跳躍ロボットや物体を空中に投擲する投擲装置などの様々な装置において、大規模な駆動源を用いることなく、瞬間的に大きい運動エネルギを発生させる技術が必要となる。例えば、特許文献１～３及び非特許文献１には、瞬間的に大きい運動エネルギを発生させることが可能な技術が開示されている。 In various devices such as a jumping robot that moves while jumping on the ground and a throwing device that throws an object into the air, a technique for instantaneously generating a large amount of kinetic energy without using a large-scale drive source is required. For example, Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1 disclose techniques capable of instantaneously generating a large amount of kinetic energy.

具体的に、特許文献１及び非特許文献１に記載の技術では、コイルバネの圧縮変形により蓄積された弾性エネルギを一気に解放させることによって、瞬間的に大きい運動エネルギを発生させることが可能である。これらの技術では、変形カムを用いて、コイルバネにおける弾性エネルギの蓄積及び解放を繰り返し行うことができる。 Specifically, in the techniques described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, it is possible to instantaneously generate a large amount of kinetic energy by releasing the elastic energy accumulated by the compressive deformation of the coil spring at once. In these techniques, the deformed cam can be used to repeatedly store and release elastic energy in the coil spring.

また、特許文献２に記載の技術では、燃料を燃焼させることによって、瞬間的に大きい運動エネルギを発生させることが可能である。更に、特許文献３に記載の技術では、圧縮した空気の圧力を一気に解放することによって、瞬間的に大きい運動エネルギを発生させることが可能である。 Further, in the technique described in Patent Document 2, it is possible to instantaneously generate a large amount of kinetic energy by burning fuel. Further, in the technique described in Patent Document 3, it is possible to instantaneously generate a large kinetic energy by releasing the pressure of the compressed air at once.

米国特許出願公開第２０１５／０３５２４５４号US Patent Application Publication No. 2015/0352454 米国特許第７７７５３０５号US Pat. No. 7,775,305 米国特許第８５７９５３５号US Pat. No. 8,579,535

Kovac, M., Fuchs, M., Guignard, A., Zufferey, J. C., & Floreano, D. (2008, May). A miniature 7g jumping robot. In Robotics and Automation, 2008. ICRA 2008. IEEE International Conference on (pp. 373-378). IEEE.Kovac, M., Fuchs, M., Guignard, A., Zufferey, J. C., & Floreano, D. (2008, May). A miniature 7g jumping robot. In Robotics and Automation, 2008. ICRA 2008. IEEE International Conference on (pp. 373-378). IEEE.

しかしながら、特許文献１～３及び非特許文献１に記載の技術ではいずれも、発生させる運動エネルギの大きさを調整することが難しい。例えば、特許文献１及び非特許文献１に記載の技術では、コイルバネの変形量が変形カムの形状に依存するため、コイルバネに蓄積させる弾性エネルギの調整が困難である。 However, it is difficult to adjust the magnitude of the generated kinetic energy in any of the techniques described in Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1. For example, in the techniques described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, it is difficult to adjust the elastic energy stored in the coil spring because the amount of deformation of the coil spring depends on the shape of the deformation cam.

以上の問題を解決するために、本発明の目的は、発生させる運動エネルギの大きさを調整可能な運動エネルギ発生機構及びこれを用いた跳躍ロボットを提供することにある。 In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a kinetic energy generation mechanism capable of adjusting the magnitude of kinetic energy to be generated and a jumping robot using the kinetic energy generation mechanism.

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係る運動エネルギ発生機構は、入力軸と、入力ギアと、出力ギアと、出力軸と、蓄積部と、伝達ギアと、を具備する。
入力軸は、第１方向及びこの反対の第２方向に回転駆動可能である。
入力ギアは、入力軸の回転に伴って回転する。
出力ギアは、入力ギアから間隔をあけて配置されている。
出力軸は、出力ギアの回転に伴って回転する。
蓄積部は、出力軸が回転する運動エネルギをポテンシャルエネルギとして蓄積可能に構成されている。
伝達ギアは、入力ギアと係合し、入力軸が第１方向に回転するときに出力ギアに対して第１方向に係合し、入力軸が第２方向に回転するときに入力軸とともに第２方向に回転するように構成されている。 In order to achieve the above object, the kinetic energy generation mechanism according to the embodiment of the present invention includes an input shaft, an input gear, an output gear, an output shaft, a storage unit, and a transmission gear.
The input shaft can be rotationally driven in the first direction and vice versa.
The input gear rotates as the input shaft rotates.
The output gears are spaced apart from the input gears.
The output shaft rotates as the output gear rotates.
The storage unit is configured to be able to store kinetic energy in which the output shaft rotates as potential energy.
The transmission gear engages the input gear, engages the output gear in the first direction when the input shaft rotates in the first direction, and is second with the input shaft when the input shaft rotates in the second direction. It is configured to rotate in two directions.

この構成では、入力軸を第１方向に回転駆動させることによって、入力ギア、伝達ギア、及び出力ギアを介して、出力軸を回転させることができる。これにより、蓄積部に、入力軸の第１方向の回転量に応じた大きさのポテンシャルエネルギ（例えば、弾性エネルギ）を蓄積することができる。
また、この構成では、入力軸を第２方向に回転駆動させると、伝達ギアが入力軸とともに第２方向に回転し、伝達ギアの出力ギアに対する係合が解除される。これにより、蓄積部に蓄積されたポテンシャルエネルギが一気に解放されるため、瞬間的に大きい運動エネルギが得られる。
更に、この構成では、単一の駆動部（アクチュエータ）によって、ポテンシャルエネルギの蓄積及び解放が可能である。したがって、複雑な装置構成とすることなく、上記の機能を実現することができる。 In this configuration, the output shaft can be rotated via the input gear, the transmission gear, and the output gear by rotationally driving the input shaft in the first direction. As a result, potential energy (for example, elastic energy) having a magnitude corresponding to the amount of rotation of the input shaft in the first direction can be stored in the storage unit.
Further, in this configuration, when the input shaft is rotationally driven in the second direction, the transmission gear rotates in the second direction together with the input shaft, and the transmission gear is disengaged from the output gear. As a result, the potential energy accumulated in the storage portion is released at once, so that a large kinetic energy can be obtained instantaneously.
Further, in this configuration, potential energy can be stored and released by a single drive unit (actuator). Therefore, the above functions can be realized without a complicated device configuration.

運動エネルギ発生機構は、入力軸と伝達ギアとを連結する連結部と、入力軸の連結部に対する第１方向の回転を許容し、入力軸の連結部に対する第２方向の回転を規制する回転規制部と、を更に具備してもよい。
回転規制部は、入力軸と連結部とを接続していてもよい。
これにより、複雑な構成を用いずに、入力軸を第２方向に回転駆動させることで伝達ギアの出力ギアに対する係合が解除される構成を実現することができる。 The kinetic energy generation mechanism allows rotation in the first direction with respect to the connecting portion connecting the input shaft and the transmission gear and the connecting portion of the input shaft, and regulates rotation in the second direction with respect to the connecting portion of the input shaft. A unit may be further provided.
The rotation control unit may connect the input shaft and the connecting unit.
As a result, it is possible to realize a configuration in which the transmission gear is disengaged from the output gear by rotationally driving the input shaft in the second direction without using a complicated configuration.

運動エネルギ発生機構は、伝達ギアを出力ギアに向けて付勢する付勢部を更に具備してもよい。
この構成では、入力軸が第２方向のトルクを受けていない状態において、伝達ギアの出力ギアに対する係合を保持することができる。 The kinetic energy generation mechanism may further include an urging portion that urges the transmission gear toward the output gear.
In this configuration, the transmission gear can be kept engaged with the output gear in a state where the input shaft is not receiving torque in the second direction.

回転規制部は、前記伝達ギアに係合可能な先端部を有するラチェットを含んでいてもよい。
この構成では、シンプルで軽量な構成で回転規制部の機能を実現可能である。 The rotation restricting portion may include a ratchet having a tip portion that can be engaged with the transmission gear.
With this configuration, the function of the rotation control unit can be realized with a simple and lightweight configuration.

蓄積部は、コイルバネと、出力ギアの回転運動を直線運動に変換する変換機構と、を有し、コイルバネに弾性エネルギを蓄積可能に構成されていてもよい。
変換機構は、ラック・アンド・ピニオン機構を含んでいてもよい。
変換機構は、出力軸の周囲に巻き取られることが可能な長尺体の伝達部材を含んでいてもよい。
これらの構成では、出力ギアが回転する運動エネルギを弾性エネルギとしてコイルバネに蓄積することができる。そして、コイルバネに蓄積された弾性エネルギを直線運動の運動エネルギとして出力可能である。 The storage unit may have a coil spring and a conversion mechanism for converting the rotational motion of the output gear into a linear motion, and may be configured to be able to store elastic energy in the coil spring.
The conversion mechanism may include a rack and pinion mechanism.
The conversion mechanism may include an elongated transmission member that can be wound around the output shaft.
In these configurations, the kinetic energy of rotating the output gear can be stored in the coil spring as elastic energy. Then, the elastic energy stored in the coil spring can be output as the kinetic energy of linear motion.

蓄積部は、前記コイルバネの引張変形によって弾性エネルギを蓄積可能に構成されていてもよい。
この構成の引張型のコイルバネでは、引張変形時に歪みが発生することなく、安定して弾性エネルギを蓄積することができる。 The storage portion may be configured to be able to store elastic energy by tensile deformation of the coil spring.
In the tension type coil spring having this configuration, elastic energy can be stably stored without causing distortion during tensile deformation.

運動エネルギ発生機構は、入力軸及び出力軸の少なくとも一方の回転数によってコイルバネに蓄積する弾性エネルギを制御可能な制御部を更に具備してもよい。
この構成では、コイルバネに蓄積する弾性エネルギの大きさを制御することにより、狙い通りの大きさの直線運動の運動エネルギを出力することができる。 The kinetic energy generation mechanism may further include a control unit capable of controlling the elastic energy stored in the coil spring by the rotation speed of at least one of the input shaft and the output shaft.
In this configuration, by controlling the magnitude of the elastic energy stored in the coil spring, it is possible to output the kinetic energy of the linear motion of the desired magnitude.

本発明の一形態に係る跳躍ロボットは、運動エネルギ発生機構と、運動エネルギ発生機構を保持する本体部と、を具備する。
この跳躍ロボットでは、運動エネルギ発生機構の蓄積部が脚部として構成されている。
この跳躍ロボットは、脚部として構成される蓄積部におけるポテンシャルエネルギの蓄積及び解放を繰り返すことにより、地上を跳躍しながら移動可能なように構成することができる。また、この跳躍ロボットでは、蓄積部におけるポテンシャルエネルギの蓄積量を様々に変更することにより、１回の跳躍あたりの移動距離を調整することが可能である。 The jumping robot according to one embodiment of the present invention includes a kinetic energy generation mechanism and a main body portion that holds the kinetic energy generation mechanism.
In this jumping robot, the storage part of the kinetic energy generation mechanism is configured as a leg part.
This jumping robot can be configured to be able to move while jumping on the ground by repeatedly accumulating and releasing potential energy in the storage portion formed as a leg portion. Further, in this jumping robot, it is possible to adjust the moving distance per jump by variously changing the amount of potential energy stored in the storage unit.

本発明の第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構の正面図である。It is a front view of the kinetic energy generation mechanism which concerns on 1st Embodiment of this invention. 上記運動エネルギ発生機構の正面図である。It is a front view of the said kinetic energy generation mechanism. 上記運動エネルギ発生機構の正面図である。It is a front view of the said kinetic energy generation mechanism. 上記運動エネルギ発生機構の図２のＡ－Ａ線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the line AA of FIG. 2 of the said kinetic energy generation mechanism. 上記運動エネルギ発生機構の断面図である。It is sectional drawing of the said kinetic energy generation mechanism. 上記運動エネルギ発生機構における弾性エネルギの蓄積及び解放の動作の時系列シーケンスを示すグラフである。It is a graph which shows the time series sequence of the operation of the accumulation and release of elastic energy in the said kinetic energy generation mechanism. 上記運動エネルギ発生機構の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the said kinetic energy generation mechanism. 上記運動エネルギ発生機構を備えた跳躍ロボットの斜視図である。It is a perspective view of the jumping robot provided with the said kinetic energy generation mechanism. 上記運動エネルギ発生機構を備えたコアラ撃ち込み装置の断面図である。It is sectional drawing of the koala shooting apparatus provided with the said kinetic energy generation mechanism. 上記コアラ撃ち込み装置の断面図である。It is sectional drawing of the said koala shooting apparatus. 上記運動エネルギ発生機構を用いた搬送装置の側面図である。It is a side view of the transfer device using the said kinetic energy generation mechanism. 上記運動エネルギ発生機構を用いたサッカーロボットの側面図である。It is a side view of the soccer robot using the said kinetic energy generation mechanism. 上記運動エネルギ発生機構を用いた投擲装置の断面図である。It is sectional drawing of the throwing apparatus using the said kinetic energy generation mechanism. 上記運動エネルギ発生機構を用いた減速装置の正面図である。It is a front view of the reduction gear using the said kinetic energy generation mechanism. 上記減速装置の正面図である。It is a front view of the reduction gear. 本発明の第２の実施形態に係る運動エネルギ発生機構の正面図である。It is a front view of the kinetic energy generation mechanism which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 上記運動エネルギ発生機構の正面図である。It is a front view of the said kinetic energy generation mechanism. 上記運動エネルギ発生機構の正面図である。It is a front view of the said kinetic energy generation mechanism. 本発明の第３の実施形態に係る運動エネルギ発生機構の断面図である。It is sectional drawing of the kinetic energy generation mechanism which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 上記運動エネルギ発生機構の断面図である。It is sectional drawing of the said kinetic energy generation mechanism. 本発明の第４の実施形態に係る運動エネルギ発生機構の断面図である。It is sectional drawing of the kinetic energy generation mechanism which concerns on 4th Embodiment of this invention. 上記運動エネルギ発生機構の正面図である。It is a front view of the said kinetic energy generation mechanism.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施形態によって限定的に解釈されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments.

［Ｉ］第１の実施形態
１．運動エネルギ発生機構１
図１は、本発明の第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１を模式的に示す正面図である。図１には、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、後述の図２以降においても共通である。 [I] First Embodiment 1. Kinetic energy generation mechanism 1
FIG. 1 is a front view schematically showing a kinetic energy generation mechanism 1 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 shows X-axis, Y-axis, and Z-axis that are orthogonal to each other. The X-axis, Y-axis, and Z-axis are also common to FIGS. 2 and later described later.

運動エネルギ発生機構１は、入力軸１０と、伝達部２０と、出力軸３０と、弾性機構４０と、フレーム部５０と、を有する。フレーム部５０は、後述する図８に示す跳躍ロボット１００の本体部１０１などに固定される。フレーム部５０は、Ｘ軸方向に対向する２枚の平板状の保持板５１と、保持板５１間をＸ軸方向に延びるビーム５２と、を有する。 The kinetic energy generation mechanism 1 includes an input shaft 10, a transmission unit 20, an output shaft 30, an elastic mechanism 40, and a frame unit 50. The frame portion 50 is fixed to the main body portion 101 of the jumping robot 100 shown in FIG. 8 to be described later. The frame portion 50 has two flat plate-shaped holding plates 51 facing each other in the X-axis direction, and a beam 52 extending between the holding plates 51 in the X-axis direction.

入力軸１０は、保持板５１間をＸ軸方向に延び、ビーム５２のＺ軸方向上側において保持板５１に回転可能に支持されている。出力軸３０は、保持板５１間をＸ軸方向に延び、入力軸１０の更にＺ軸方向上側において保持板５１に回転可能に支持されている。なお、入力軸１０及び出力軸３０の位置は様々に変更可能である。 The input shaft 10 extends between the holding plates 51 in the X-axis direction, and is rotatably supported by the holding plate 51 on the upper side of the beam 52 in the Z-axis direction. The output shaft 30 extends between the holding plates 51 in the X-axis direction, and is rotatably supported by the holding plate 51 on the upper side of the input shaft 10 in the Z-axis direction. The positions of the input shaft 10 and the output shaft 30 can be changed in various ways.

運動エネルギ発生機構１は、駆動部１１と、減速機１２と、を更に有する。駆動部１１及び減速機１２は、一方の（図１では右側の）保持板５１の内側の面に保持されている。駆動部１１は、入力軸１０を回転させる駆動力を生成する。減速機１２は、駆動部１１の回転数を減少させ、高トルクの駆動力を入力軸１０に伝達する。 The kinetic energy generation mechanism 1 further includes a drive unit 11 and a speed reducer 12. The drive unit 11 and the speed reducer 12 are held on the inner surface of one of the holding plates 51 (on the right side in FIG. 1). The drive unit 11 generates a driving force for rotating the input shaft 10. The speed reducer 12 reduces the rotation speed of the drive unit 11 and transmits a high torque driving force to the input shaft 10.

駆動部１１は、例えば、電磁モータを用いて構成することができる。しかし、駆動部１１は、これに限定されず、超音波モータ、静電モータなどの各種モータを用いて構成することもできる。更に、駆動部１１は、例えば、ＣＮＴアクチュエータ、誘電エラストマアクチュエータなどの各種アクチュエータを用いて構成することもできる。 The drive unit 11 can be configured by using, for example, an electromagnetic motor. However, the drive unit 11 is not limited to this, and may be configured by using various motors such as an ultrasonic motor and an electrostatic motor. Further, the drive unit 11 can also be configured by using various actuators such as a CNT actuator and a dielectric elastomer actuator.

減速機１２は、例えば、ウォームギア及びウォームホイールを用いて構成することができる。なお、減速機１２は、これに限定されず、他のギアを用いた構成であってもよく、ボール減速機やローラ減速機などのギアを用いない構成であってもよい。減速機１２における減速比は、例えば、４０：１とすることができる。 The speed reducer 12 can be configured by using, for example, a worm gear and a worm wheel. The speed reducer 12 is not limited to this, and may have a configuration using other gears, or may have a configuration that does not use gears such as a ball speed reducer or a roller speed reducer. The reduction ratio in the speed reducer 12 can be, for example, 40: 1.

伝達部２０は、入力軸１０の回転する駆動力を出力軸３０に伝達することによって、出力軸３０を回転させることができる。また、伝達部２０は、入力軸１０から出力軸３０への駆動力の伝達を解除することもできる。伝達部２０においてこのような機能を実現するための構成については下記の「２．伝達部２０」で説明する。 The transmission unit 20 can rotate the output shaft 30 by transmitting the rotating driving force of the input shaft 10 to the output shaft 30. Further, the transmission unit 20 can cancel the transmission of the driving force from the input shaft 10 to the output shaft 30. The configuration for realizing such a function in the transmission unit 20 will be described in "2. Transmission unit 20" below.

弾性機構４０は、シャフト４１と、コイルバネ４２と、支持部４３と、ストッパ４４と、変換機構４５と、を有する。弾性機構４０は、コイルバネ４２の圧縮変形により弾性エネルギを蓄積可能な蓄積部として構成される。シャフト４１は、Ｚ軸方向に延びる細長い棒状に形成されており、各保持板５１の外側にそれぞれ配置されている。なお、シャフト４１の数は、２本に限定されず、１本であっても３本以上であってもよい。 The elastic mechanism 40 includes a shaft 41, a coil spring 42, a support portion 43, a stopper 44, and a conversion mechanism 45. The elastic mechanism 40 is configured as a storage portion capable of accumulating elastic energy by compressive deformation of the coil spring 42. The shaft 41 is formed in the shape of an elongated rod extending in the Z-axis direction, and is arranged outside each holding plate 51. The number of shafts 41 is not limited to two, and may be one or three or more.

コイルバネ４２は、各シャフト４１に挿通されている。支持部４３は、Ｘ軸方向に延びる棒状に形成され、２本のシャフト４１のＺ軸方向下部に掛け渡されている。ストッパ４４は、各シャフト４１のＺ軸方向上部にそれぞれ取り付けられている。つまり、支持部４３及びストッパ４４は、コイルバネ４２を介してＺ軸方向に対向している。 The coil spring 42 is inserted through each shaft 41. The support portion 43 is formed in a rod shape extending in the X-axis direction, and is hung on the lower portion of the two shafts 41 in the Z-axis direction. The stopper 44 is attached to the upper portion of each shaft 41 in the Z-axis direction. That is, the support portion 43 and the stopper 44 face each other in the Z-axis direction via the coil spring 42.

変換機構４５は、各シャフト４１のコイルバネ４２とストッパ４４との間に配置され、シャフト４１に沿ってＺ軸方向に移動可能に構成されている。また、変換機構４５は、各保持板５１の外側の面に固定されている。つまり、弾性機構４０は、変換機構４５においてフレーム部５０に固定されている。 The conversion mechanism 45 is arranged between the coil spring 42 of each shaft 41 and the stopper 44, and is configured to be movable in the Z-axis direction along the shaft 41. Further, the conversion mechanism 45 is fixed to the outer surface of each holding plate 51. That is, the elastic mechanism 40 is fixed to the frame portion 50 in the conversion mechanism 45.

図１に示す状態では、コイルバネ４２が、支持部４３と変換機構４５とに挟まれて、Ｚ軸方向に圧縮変形している。このため、変換機構４５は、コイルバネ４２にＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に押圧されて、ストッパ４４に押し付けられている。これにより、変換機構４５のシャフト４１に沿ったＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）への移動が規制されている。 In the state shown in FIG. 1, the coil spring 42 is sandwiched between the support portion 43 and the conversion mechanism 45, and is compressed and deformed in the Z-axis direction. Therefore, the conversion mechanism 45 is pressed by the coil spring 42 upward in the Z-axis direction (+ Z-axis direction) and is pressed against the stopper 44. As a result, the movement of the conversion mechanism 45 along the shaft 41 downward in the Z-axis direction (-Z-axis direction) is restricted.

また、出力軸３０は、各保持板５１をＸ軸方向に貫通しており、各変換機構４５に接続されている。変換機構４５は、出力軸３０の回転運動を、変換機構４５自体のＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）への直線運動に変換可能に構成されている。変換機構４５の構成は、特定のものに限定されない。 Further, the output shaft 30 penetrates each holding plate 51 in the X-axis direction and is connected to each conversion mechanism 45. The conversion mechanism 45 is configured to be able to convert the rotational motion of the output shaft 30 into a linear motion downward in the Z-axis direction (−Z-axis direction) of the conversion mechanism 45 itself. The configuration of the conversion mechanism 45 is not limited to a specific one.

例えば、変換機構４５は、出力軸３０とともに回転するピニオンと、シャフト４１に沿って設けられたラックと、を含むラック・アンド・ピニオン機構として構成することができる。この構成では、出力軸３０の回転に伴うピニオンの回転によって、変換機構４５がシャフト４１に沿ってコイルバネ４２を圧縮変形させながらＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動する。 For example, the conversion mechanism 45 can be configured as a rack and pinion mechanism including a pinion that rotates with the output shaft 30 and a rack provided along the shaft 41. In this configuration, the conversion mechanism 45 moves downward in the Z-axis direction (−Z-axis direction) while compressing and deforming the coil spring 42 along the shaft 41 due to the rotation of the pinion accompanying the rotation of the output shaft 30.

図２は、変換機構４５がシャフト４１に沿ってＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動し、コイルバネ４２が圧縮変形させられている状態を示す図である。このとき、変換機構４５に接続された保持板５１を含むフレーム部５０が変換機構４５とともにＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動するため、フレーム部５０に保持されている各構成もＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動している。 FIG. 2 is a diagram showing a state in which the conversion mechanism 45 moves downward in the Z-axis direction (−Z-axis direction) along the shaft 41, and the coil spring 42 is compressed and deformed. At this time, since the frame portion 50 including the holding plate 51 connected to the conversion mechanism 45 moves downward in the Z-axis direction (−Z-axis direction) together with the conversion mechanism 45, each configuration held by the frame portion 50 is also Z. It is moving downward in the axial direction (-Z axis direction).

図２に示す状態では、コイルバネ４２に、変換機構４５をＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に押し戻そうとする弾性エネルギが蓄積されている。この状態において、伝達部２０によって入力軸１０から出力軸３０への駆動力の伝達を解除すると、図３に示すように、コイルバネ４２に蓄積された弾性エネルギが一気に解放され、変換機構４５がＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に急激に押し戻される。このように、運動エネルギ発生機構１では直線運動の運動エネルギを発生させることができる。 In the state shown in FIG. 2, elastic energy for pushing the conversion mechanism 45 upward in the Z-axis direction (+ Z-axis direction) is stored in the coil spring 42. In this state, when the transmission unit 20 cancels the transmission of the driving force from the input shaft 10 to the output shaft 30, the elastic energy stored in the coil spring 42 is released at once, and the conversion mechanism 45 Z. It is suddenly pushed back upward in the axial direction (+ Z axis direction). In this way, the kinetic energy generation mechanism 1 can generate kinetic energy of linear motion.

運動エネルギ発生機構１では、出力軸３０の回転数に応じて、変換機構４５のＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）への移動量、すなわちコイルバネ４２の弾性変形量が変化する。つまり、出力軸３０の回転数によってコイルバネ４２に蓄積させる弾性エネルギの大きさを変更することにより、発生させる運動エネルギの大きさを調整可能である。 In the kinetic energy generation mechanism 1, the amount of movement of the conversion mechanism 45 downward in the Z-axis direction (-Z-axis direction), that is, the amount of elastic deformation of the coil spring 42 changes according to the rotation speed of the output shaft 30. That is, the magnitude of the generated kinetic energy can be adjusted by changing the magnitude of the elastic energy stored in the coil spring 42 according to the rotation speed of the output shaft 30.

２．伝達部２０
図４は、運動エネルギ発生機構１の図１のＡ－Ａ線に沿った断面を示す模式図である。つまり、図４は、Ｘ軸方向から見た伝達部２０の構成を示している。伝達部２０は、入力ギア２１と、出力ギア２２と、伝達ギア２３と、連結部２４と、付勢部２５と、回転規制部２６と、を有する。 2. Transmission unit 20
FIG. 4 is a schematic view showing a cross section of the kinetic energy generation mechanism 1 along the line AA of FIG. That is, FIG. 4 shows the configuration of the transmission unit 20 as viewed from the X-axis direction. The transmission unit 20 includes an input gear 21, an output gear 22, a transmission gear 23, a connecting unit 24, an urging unit 25, and a rotation regulating unit 26.

入力ギア２１は、入力軸１０に挿通され、入力軸１０とともに回転する。出力ギア２２は、出力軸３０に挿通され、出力軸３０とともに回転する。入力ギア２１及び出力ギア２２は、Ｚ軸方向に離間しており、つまり相互に係合していない。入力ギア２１及び出力ギア２２は、伝達ギア２３を介して接続可能である。 The input gear 21 is inserted through the input shaft 10 and rotates together with the input shaft 10. The output gear 22 is inserted through the output shaft 30 and rotates together with the output shaft 30. The input gear 21 and the output gear 22 are separated from each other in the Z-axis direction, that is, they are not engaged with each other. The input gear 21 and the output gear 22 can be connected via the transmission gear 23.

伝達ギア２３は、入力ギア２１と出力ギア２２との間の隙間にＹ軸方向右側に隣接して配置されている。伝達ギア２３は、入力ギア２１と係合しており、出力ギア２２とも係合可能に構成されている。図４に示す状態では、伝達ギア２３は、出力ギア２２とも係合しており、入力ギア２１と出力ギア２２とを接続している。 The transmission gear 23 is arranged adjacent to the right side in the Y-axis direction in the gap between the input gear 21 and the output gear 22. The transmission gear 23 is engaged with the input gear 21 and is configured to be engaged with the output gear 22. In the state shown in FIG. 4, the transmission gear 23 is also engaged with the output gear 22 and connects the input gear 21 and the output gear 22.

連結部２４は、相互に交差する２つの帯状の部分を有するＬ字型の部材であり、交差部分に入力軸１０が挿通されている。連結部２４の右上方向に延びる部分には、伝達ギア２３を回転可能に支持する支軸２４ａが設けられている。連結部２４の右下方向に延びる部分には、Ｘ軸方向に突出し、ビーム５２に対向する押圧部２４ｂが設けられている。 The connecting portion 24 is an L-shaped member having two strip-shaped portions that intersect each other, and the input shaft 10 is inserted through the intersecting portions. A support shaft 24a that rotatably supports the transmission gear 23 is provided at a portion extending in the upper right direction of the connecting portion 24. A pressing portion 24b that projects in the X-axis direction and faces the beam 52 is provided at a portion of the connecting portion 24 that extends in the lower right direction.

連結部２４は、入力ギア２１と伝達ギア２３とが係合した状態で、入力軸１０と伝達ギア２３とを連結している。このため、伝達ギア２３は、入力ギア２１及び連結部２４と一体として、入力軸１０を中心に回転可能である。つまり、伝達ギア２３は、入力軸１０を中心に回動することによって出力ギア２２に対して離接可能である。 The connecting portion 24 connects the input shaft 10 and the transmission gear 23 in a state where the input gear 21 and the transmission gear 23 are engaged with each other. Therefore, the transmission gear 23 can rotate about the input shaft 10 integrally with the input gear 21 and the connecting portion 24. That is, the transmission gear 23 can be separated from and detached from the output gear 22 by rotating around the input shaft 10.

付勢部２５は、シャフト２５ａと、コイルバネ２５ｂと、ストッパ２５ｃ，２５ｄと、を有する。シャフト２５ａは、細長い棒状に形成されており、ビーム５２と、連結部２４の押圧部２４ｂと、を挿通している。コイルバネ２５ｂは、シャフト２５ａに挿通され、ビーム５２と押圧部２４ｂとの間に配置されている。 The urging portion 25 has a shaft 25a, a coil spring 25b, and stoppers 25c and 25d. The shaft 25a is formed in an elongated rod shape, and the beam 52 and the pressing portion 24b of the connecting portion 24 are inserted through the shaft 25a. The coil spring 25b is inserted through the shaft 25a and is arranged between the beam 52 and the pressing portion 24b.

ストッパ２５ｃは、シャフト２５ａのビーム５２より外側の位置に取り付けられ、シャフト２５ａがビーム５２から抜けることを防いでいる。ストッパ２５ｄは、シャフト２５ａの押圧部２４ｂより外側の位置に取り付けられ、シャフト２５ａが押圧部２４ｂから抜けることを防いでいる。 The stopper 25c is attached to a position outside the beam 52 of the shaft 25a to prevent the shaft 25a from coming out of the beam 52. The stopper 25d is attached to a position outside the pressing portion 24b of the shaft 25a to prevent the shaft 25a from coming off the pressing portion 24b.

コイルバネ２５ｂは、ビーム５２と押圧部２４ｂとに挟まれて、常に圧縮変形している。このため、連結部２４は、コイルバネ２５ｂから入力軸１０を中心とする左回りのトルクを受ける。これにより、連結部２４に支持された伝達ギア２３が出力ギア２２に向けて付勢されるため、伝達ギア２３の出力ギア２２に対する係合が保持される。 The coil spring 25b is sandwiched between the beam 52 and the pressing portion 24b and is constantly compressed and deformed. Therefore, the connecting portion 24 receives a counterclockwise torque centered on the input shaft 10 from the coil spring 25b. As a result, the transmission gear 23 supported by the connecting portion 24 is urged toward the output gear 22, so that the engagement of the transmission gear 23 with the output gear 22 is maintained.

なお、付勢部２５は、伝達ギア２３を出力ギア２２に向けて付勢することが可能であればよく、上記の構成でなくてもよい。例えば、付勢部２５は、板バネやゼンマイバネやねじりバネなどのコイルバネ以外のバネを用いた構成や、各種弾性体や圧縮空気などを用いた構成であってもよい。 The urging unit 25 may not have the above configuration as long as the transmission gear 23 can be urged toward the output gear 22. For example, the urging portion 25 may have a configuration using a spring other than a coil spring such as a leaf spring, a mainspring spring, or a torsion spring, or a configuration using various elastic bodies, compressed air, or the like.

回転規制部２６は、入力軸１０と連結部２４とに接続されている。回転規制部２６は、入力軸１０の連結部２４に対する左回りの回転を許容し、入力軸１０の連結部２４に対する右回りの回転を規制するように構成される。回転規制部２６は、特定の構成に限定されず、例えば、ワンウェイクラッチとして構成することができる。 The rotation regulating unit 26 is connected to the input shaft 10 and the connecting unit 24. The rotation regulating unit 26 is configured to allow counterclockwise rotation of the input shaft 10 with respect to the connecting portion 24 and regulate clockwise rotation of the input shaft 10 with respect to the connecting portion 24. The rotation regulation unit 26 is not limited to a specific configuration, and can be configured as, for example, a one-way clutch.

図４に示すように、入力軸１０は、左回り（矢印Ｌ方向）に回転するとき、回転規制部２６によって連結部２４に対する回転が許容されるため、伝達ギア２３を右回り（矢印Ｒ方向）に回転させる。伝達ギア２３は、付勢部２５の作用によって出力ギア２２に係合しているため、出力ギア２２を左回り（矢印Ｌ方向）に回転させる。 As shown in FIG. 4, when the input shaft 10 rotates counterclockwise (in the direction of arrow L), the rotation regulating unit 26 allows rotation with respect to the connecting portion 24, so that the transmission gear 23 rotates clockwise (in the direction of arrow R). ). Since the transmission gear 23 is engaged with the output gear 22 by the action of the urging portion 25, the output gear 22 is rotated counterclockwise (in the direction of arrow L).

このように、伝達部２０は、入力軸１０を左回りに回転させるときに、入力軸１０の駆動力を入力ギア２１、伝達ギア２３、及び出力ギア２２を介して出力軸３０に伝達する。したがって、運動エネルギ発生機構１では、入力軸１０を左回りに回転させることによって、図２に示すようにコイルバネ４２に弾性エネルギを蓄積することができる。 In this way, when the input shaft 10 is rotated counterclockwise, the transmission unit 20 transmits the driving force of the input shaft 10 to the output shaft 30 via the input gear 21, the transmission gear 23, and the output gear 22. Therefore, in the kinetic energy generation mechanism 1, elastic energy can be stored in the coil spring 42 as shown in FIG. 2 by rotating the input shaft 10 counterclockwise.

図５は、図４に示す状態から、入力軸１０を右回り（矢印Ｒ方向）に少し回転させた状態を示す図である。入力軸１０は、右回り（矢印Ｒ方向）に回転するとき、回転規制部２６によって連結部２４に対する回転が規制されるため、付勢部２５による左回りのトルクに抗して連結部２４を右回りに回転させる。 FIG. 5 is a diagram showing a state in which the input shaft 10 is slightly rotated clockwise (in the direction of arrow R) from the state shown in FIG. When the input shaft 10 rotates clockwise (in the direction of arrow R), the rotation regulating unit 26 regulates the rotation of the input shaft 10 with respect to the connecting portion 24. Rotate clockwise.

このとき、伝達ギア２３が出力ギア２２から離間し、出力ギア２２と伝達ギア２３との間に隙間Ｇが発生する。つまり、入力軸１０を右回り（矢印Ｒ方向）に回転させることにより、出力ギア２２の伝達ギア２３に対する係合が解除される。なお、付勢部２５のコイルバネ２５ｂは、連結部２４の押圧部２４ｂに押圧されて更に圧縮変形する。 At this time, the transmission gear 23 is separated from the output gear 22, and a gap G is generated between the output gear 22 and the transmission gear 23. That is, by rotating the input shaft 10 clockwise (in the direction of arrow R), the output gear 22 is disengaged from the transmission gear 23. The coil spring 25b of the urging portion 25 is pressed by the pressing portion 24b of the connecting portion 24 and is further compressed and deformed.

これにより、出力ギア２２が伝達ギア２３による拘束を受けなくなるため、出力ギア２２に接続された出力軸３０は自由に回転することが可能となる。したがって、コイルバネ４２の弾性エネルギが一気に解放されるとともに、出力軸３０が右回り（矢印Ｒ方向）に勢いよく回転する。 As a result, the output gear 22 is not restrained by the transmission gear 23, so that the output shaft 30 connected to the output gear 22 can rotate freely. Therefore, the elastic energy of the coil spring 42 is released at once, and the output shaft 30 rotates vigorously clockwise (in the direction of arrow R).

この後、入力軸１０への右回り（図５の矢印Ｒ方向）へのトルクが解除されると、付勢部２５から連結部２４に加わる左回りのトルクによって、伝達ギア２３が再び出力ギア２２に対して係合する。これにより、図４に示す状態に戻り、再び、入力軸１０の右回りの回転によってコイルバネ４２に弾性エネルギを蓄積することが可能となる。 After that, when the clockwise torque to the input shaft 10 (in the direction of arrow R in FIG. 5) is released, the transmission gear 23 is again output gear by the counterclockwise torque applied from the urging portion 25 to the connecting portion 24. Engage with 22. As a result, the state returned to the state shown in FIG. 4 can be returned, and elastic energy can be accumulated in the coil spring 42 again by rotating the input shaft 10 clockwise.

図６は、運動エネルギ発生機構１における弾性エネルギの蓄積及び解放の動作の時系列シーケンスを示すグラフである。図６の横軸は、時刻ｔを示している。図６の上図の縦軸は、入力軸１０の回転速度を示している。図６の下図の縦軸は、コイルバネ４２に蓄積されている弾性エネルギの大きさを示している。 FIG. 6 is a graph showing a time-series sequence of elastic energy storage and release operations in the kinetic energy generation mechanism 1. The horizontal axis of FIG. 6 indicates the time t. The vertical axis in the upper figure of FIG. 6 indicates the rotation speed of the input shaft 10. The vertical axis in the lower figure of FIG. 6 shows the magnitude of the elastic energy stored in the coil spring 42.

図６の上図では、回転速度が正の場合には入力軸１０が図４に示す矢印Ｌ方向に回転しており、回転速度が負の場合には入力軸１０が図５に示す矢印Ｒ方向に回転しているものとしている。 In the upper figure of FIG. 6, when the rotation speed is positive, the input shaft 10 is rotating in the direction of the arrow L shown in FIG. 4, and when the rotation speed is negative, the input shaft 10 is the arrow R shown in FIG. It is assumed that it is rotating in the direction.

時刻ｔ_０において駆動部１１の動作を開始し、つまり図４に示すように入力軸１０の矢印Ｌ方向の回転を開始する。時刻ｔ_０から時刻ｔ_１まで駆動部１１を動作させて入力軸１０を等速で回転させると、コイルバネ４２には所定の弾性エネルギＦが蓄積される。コイルバネ４２に蓄積する弾性エネルギＦは、駆動部１１の動作時間で制御可能である。 At time t ₀ , the operation of the drive unit 11 is started, that is, the rotation of the input shaft 10 in the arrow L direction is started as shown in FIG. When the drive unit 11 is operated from time t ₀ to time t ₁ to rotate the input shaft 10 at a constant speed, a predetermined elastic energy F is accumulated in the coil spring 42. The elastic energy F stored in the coil spring 42 can be controlled by the operating time of the drive unit 11.

時刻ｔ_１において入力軸１０の回転を停止すると、図２に示すようにコイルバネ４２に弾性エネルギＦが蓄積された状態で保持される。そして、時刻ｔ_２において図５に示すように入力軸１０を矢印Ｒ方向に回転させた瞬間に、コイルバネ４２に蓄積された弾性エネルギＦが一気に解放される。 When the rotation of the input shaft ₁₀ is stopped at time t1, the elastic energy F is held in the coil spring 42 in a state of being accumulated as shown in FIG. Then, at the moment when the input shaft 10 is rotated in the direction of the arrow R as shown in _FIG . 5 at time t2, the elastic energy F stored in the coil spring 42 is released at once.

上記のとおり、運動エネルギ発生機構１では、入力軸１０の回転方向を変更するだけで、コイルバネ４２に弾性エネルギの蓄積する動作と、コイルバネ４２に蓄積された弾性エネルギを解放する動作と、を切り替えることが可能である。したがって、運動エネルギ発生機構１では、これらの各動作を単一の駆動部１１によって実行可能である。 As described above, the kinetic energy generation mechanism 1 switches between an operation of accumulating elastic energy in the coil spring 42 and an operation of releasing the elastic energy accumulated in the coil spring 42 simply by changing the rotation direction of the input shaft 10. It is possible. Therefore, in the kinetic energy generation mechanism 1, each of these operations can be executed by a single drive unit 11.

また、運動エネルギ発生機構１は制御部を具備していてもよい。制御部は、入力軸１０及び出力軸３０の少なくとも一方の回転数によってコイルバネ４２に蓄積させる弾性エネルギの大きさの制御が可能であり、入力軸１０の回転方向によって弾性エネルギの蓄積と解放との切り替えの制御が可能なように構成することができる。このように、運動エネルギ発生機構１では、各動作の制御が容易であるため、高度な制御部を必要としない。 Further, the kinetic energy generation mechanism 1 may include a control unit. The control unit can control the magnitude of the elastic energy stored in the coil spring 42 by the rotation speed of at least one of the input shaft 10 and the output shaft 30, and the storage and release of the elastic energy depends on the rotation direction of the input shaft 10. It can be configured to allow control of switching. As described above, the kinetic energy generation mechanism 1 does not require an advanced control unit because it is easy to control each operation.

更に、運動エネルギ発生機構１では、消耗品が存在しないため、駆動部１１を駆動させるための電力などの動力源を供給し続けることにより、繰り返し動作可能である。加えて、運動エネルギ発生機構１では、複雑な構成を必要としないため、小型化や軽量化が容易である。
運動エネルギ発生機構１では、蓄積されたコイルバネ４２の弾性エネルギを、シャフト４１に沿ったＺ軸方向へ解放する直線運動の運動エネルギとして出力しているので、一定方向への瞬間的な駆動力を出力することが可能となる。 Further, since the kinetic energy generation mechanism 1 has no consumables, it can be repeatedly operated by continuously supplying a power source such as electric power for driving the drive unit 11. In addition, since the kinetic energy generation mechanism 1 does not require a complicated configuration, it is easy to reduce the size and weight.
In the kinetic energy generation mechanism 1, the accumulated elastic energy of the coil spring 42 is output as kinetic energy of linear motion to be released in the Z-axis direction along the shaft 41, so that a momentary driving force in a certain direction is generated. It becomes possible to output.

なお、回転規制部２６は、入力軸１０と連結部２４とに接続された構成に限らず、図７に示すように伝達ギア２３と連結部２４とに接続された構成であってもよい。この場合、回転規制部２６は、伝達ギア２３の連結部２４に対する右回りの回転を許容し、伝達ギア２３の連結部２４に対する左回りの回転を規制する。 The rotation restricting unit 26 is not limited to the configuration connected to the input shaft 10 and the connecting unit 24, and may be connected to the transmission gear 23 and the connecting unit 24 as shown in FIG. 7. In this case, the rotation regulating unit 26 allows the transmission gear 23 to rotate clockwise with respect to the connecting portion 24, and regulates the counterclockwise rotation of the transmission gear 23 with respect to the connecting portion 24.

図７に示す構成では、入力軸１０及び入力ギア２１を右回り（矢印Ｒ方向）に回転させると、左回りの回転が規制されている伝達ギア２３が入力ギア２１のトルクによって入力軸１０を中心に右回りに回転させられる。これにより、伝達ギア２３が出力ギア２２から離間し、出力ギア２２と伝達ギア２３との間に隙間Ｇが形成される。 In the configuration shown in FIG. 7, when the input shaft 10 and the input gear 21 are rotated clockwise (in the direction of arrow R), the transmission gear 23 whose counterclockwise rotation is restricted causes the input shaft 10 to be rotated by the torque of the input gear 21. It can be rotated clockwise to the center. As a result, the transmission gear 23 is separated from the output gear 22, and a gap G is formed between the output gear 22 and the transmission gear 23.

３．跳躍ロボット１００
図８は、運動エネルギ発生機構１を用いた跳躍ロボット１００の斜視図である。跳躍ロボット１００は、本体部１０１と、ホイール部１０２と、運動エネルギ発生機構１と、を具備する。跳躍ロボット１００は、運動エネルギ発生機構１によって発生させた運動エネルギを利用して、地上を跳躍しながら移動可能な移動ロボットである。 3. 3. Jumping robot 100
FIG. 8 is a perspective view of the jumping robot 100 using the kinetic energy generation mechanism 1. The jumping robot 100 includes a main body portion 101, a wheel portion 102, and a kinetic energy generation mechanism 1. The jumping robot 100 is a mobile robot that can move while jumping on the ground by utilizing the kinetic energy generated by the kinetic energy generation mechanism 1.

本体部１０１は、跳躍ロボット１００の本体を構成し、跳躍ロボット１００の用途に応じた様々な構成が搭載される。例えば、本体部１０１にカメラを搭載することにより、跳躍ロボット１００から見える風景の画像や映像を撮影可能となる。また、本体部１０１には、画像や映像を通信により送信可能な通信部を搭載することもできる。 The main body 101 constitutes the main body of the jumping robot 100, and various configurations according to the use of the jumping robot 100 are mounted. For example, by mounting a camera on the main body 101, it is possible to capture an image or video of a landscape seen from the jumping robot 100. Further, the main body 101 may be equipped with a communication unit capable of transmitting images and videos by communication.

ホイール部１０２は、略半球状の外面１０２ａと、支軸１０２ｂと、を有する。支軸１０２ｂは、本体部１０１から前方に向けて斜め下側に延び、ホイール部１０２の内面の中央部に接続している。ホイール部１０２は、支軸１０２ｂを中心に回転可能である。ホイール部１０２は、外面１０２ａが地面に接触した状態で本体部１０１を保持する。 The wheel portion 102 has a substantially hemispherical outer surface 102a and a support shaft 102b. The support shaft 102b extends diagonally downward from the main body 101 toward the front and is connected to the central portion of the inner surface of the wheel 102. The wheel portion 102 can rotate about the support shaft 102b. The wheel portion 102 holds the main body portion 101 in a state where the outer surface 102a is in contact with the ground.

運動エネルギ発生機構１は本体部１０１に設けられ、図１に示すフレーム部５０の保持板５１が本体部１０１に固定されている。跳躍ロボット１００では、弾性機構４０のシャフト４１が本体部１０１から後方に向けて斜め下方に延びている。弾性機構４０は、シャフト４１の先端部に設けられたパッド（不図示）が地面に接触した状態で本体部１０１を保持する脚部として構成される。パッドの形状は任意に決定可能である。 The kinetic energy generation mechanism 1 is provided in the main body 101, and the holding plate 51 of the frame 50 shown in FIG. 1 is fixed to the main body 101. In the jumping robot 100, the shaft 41 of the elastic mechanism 40 extends obliquely downward from the main body 101 toward the rear. The elastic mechanism 40 is configured as a leg that holds the main body 101 in a state where a pad (not shown) provided at the tip of the shaft 41 is in contact with the ground. The shape of the pad can be determined arbitrarily.

つまり、地上における跳躍ロボット１００は、ホイール部１０２の外面１０２ａと、弾性機構４０の２本のシャフト４１の先端部に設けられたパッドと、において地面に接触している。これにより、跳躍ロボット１００は、平滑でない凹凸形状の地面においても安定した姿勢を保つことが可能である。 That is, the jumping robot 100 on the ground is in contact with the ground at the outer surface 102a of the wheel portion 102 and the pads provided at the tip portions of the two shafts 41 of the elastic mechanism 40. As a result, the jumping robot 100 can maintain a stable posture even on a ground having an uneven shape that is not smooth.

なお、本体部１０１に対する弾性機構４０のシャフト４１の取り付け角度は、跳躍ロボット１００の跳躍角度に応じて自由に設計可能である。一例として、跳躍ロボット１００では、シャフト４１が収縮した状態で、シャフト４１の地面に対する角度が４５°となるように設定することができる。 The mounting angle of the shaft 41 of the elastic mechanism 40 with respect to the main body 101 can be freely designed according to the jumping angle of the jumping robot 100. As an example, in the jumping robot 100, the angle of the shaft 41 with respect to the ground can be set to be 45 ° in a state where the shaft 41 is contracted.

運動エネルギ発生機構１が図２に示す状態のとき、跳躍ロボット１００では、図８に示す状態よりも、弾性機構４０のシャフト４１のうち本体部１０１より下方に延びる部分が短くなっている。つまり、フレーム部５０を保持する本体部１０１がフレーム部５０とともに下降してホイール部１０２を支点として下方に傾き、跳躍ロボット１００が低い姿勢となっている。 When the kinetic energy generation mechanism 1 is in the state shown in FIG. 2, in the jumping robot 100, the portion of the shaft 41 of the elastic mechanism 40 extending downward from the main body 101 is shorter than in the state shown in FIG. That is, the main body 101 holding the frame 50 descends together with the frame 50 and tilts downward with the wheel 102 as a fulcrum, so that the jumping robot 100 is in a low posture.

図２に示す状態の運動エネルギ発生機構１では、コイルバネ４２に、変換機構４５をＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に押し戻そうとする弾性エネルギが蓄積されている。この状態において、伝達部２０によって入力軸１０から出力軸３０への駆動力の伝達を解除すると、コイルバネ４２に蓄積された弾性エネルギが一気に解放される。 In the kinetic energy generation mechanism 1 in the state shown in FIG. 2, elastic energy that tends to push the conversion mechanism 45 upward in the Z-axis direction (+ Z-axis direction) is stored in the coil spring 42. In this state, when the transmission unit 20 releases the transmission of the driving force from the input shaft 10 to the output shaft 30, the elastic energy stored in the coil spring 42 is released at once.

このとき、運動エネルギ発生機構１では、図３に示すように、コイルバネ４２の弾性エネルギによって変換機構４５がＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に急激に押し戻され、すなわちシャフト４１が跳躍ロボット１００の本体部１０１より下方に急激に伸長する。これにより、跳躍ロボット１００が前方に跳躍する。 At this time, in the kinetic energy generation mechanism 1, as shown in FIG. 3, the conversion mechanism 45 is suddenly pushed back upward in the Z-axis direction (+ Z-axis direction) by the elastic energy of the coil spring 42, that is, the shaft 41 is of the jumping robot 100. It rapidly extends downward from the main body 101. As a result, the jumping robot 100 jumps forward.

また、跳躍ロボット１００は、ホイール部１０２を回転させることにより、後部に取り付けられた軸部品を中心として旋回することができる。これにより、跳躍ロボット１００は、地面に沿って向きを変更することができる。したがって、跳躍ロボット１００は、任意の方向に移動することが可能な移動ロボットである。 Further, the jumping robot 100 can rotate around the shaft component attached to the rear portion by rotating the wheel portion 102. As a result, the jumping robot 100 can change its direction along the ground. Therefore, the jumping robot 100 is a mobile robot capable of moving in any direction.

このように、跳躍ロボット１００は、弾性機構４０のシャフト４１を伸縮させて地面を蹴ることにより、前方に跳躍することが可能である。これにより、跳躍ロボット１００では、平滑でない凹凸形状の地面においても、前方への移動が容易となる。また、跳躍ロボット１００は、進路を阻む障害物を跳躍によって飛び越えることもできる。 In this way, the jumping robot 100 can jump forward by expanding and contracting the shaft 41 of the elastic mechanism 40 and kicking the ground. As a result, the jumping robot 100 can easily move forward even on uneven ground that is not smooth. In addition, the jumping robot 100 can jump over obstacles that obstruct the course by jumping.

このため、跳躍ロボット１００は、例えば、地震などで土砂が堆積した地域においても移動可能である。また、跳躍ロボット１００は、地球上のみならず、月面などの天体上においても移動可能である。特に、跳躍ロボット１００は、地面の状態が把握できていない未知の天体上においても移動可能である。 Therefore, the jumping robot 100 can move even in an area where earth and sand are accumulated due to, for example, an earthquake. Further, the jumping robot 100 can move not only on the earth but also on a celestial body such as the moon surface. In particular, the jumping robot 100 can move even on an unknown celestial body whose ground condition cannot be grasped.

４．運動エネルギ発生機構１の他の用途
本実施形態に係る運動エネルギ発生機構１は、上述の跳躍ロボット１００以外にも、例えば産業用機械や玩具などといった様々な分野において利用可能である。以下、様々な分野における運動エネルギ発生機構１の用途について例示するが、運動エネルギ発生機構１の用途はこれらに限定されない。 4. Other Uses of the Kinetic Energy Generation Mechanism 1 The kinetic energy generation mechanism 1 according to the present embodiment can be used in various fields such as industrial machines and toys in addition to the above-mentioned jumping robot 100. Hereinafter, the use of the kinetic energy generation mechanism 1 in various fields will be illustrated, but the use of the kinetic energy generation mechanism 1 is not limited to these.

４．１コアラ撃ち込み装置２００
コアラは、土や泥などの土壌の構成物質を採取するための筒状の部材である。つまり、コアラを土壌に突き刺し、回収することにより、コアラの内部に充填された土壌の構成物質を採取することができる。コアラを土壌に突き刺す際には、コアラを強い力で土壌に撃ち込む必要がある。 4.1 Koala Shooting Device 200
A koala is a tubular member for collecting soil constituents such as soil and mud. That is, by piercing the koala into the soil and collecting it, the constituent substances of the soil filled inside the koala can be collected. When piercing a koala into the soil, it is necessary to shoot the koala into the soil with a strong force.

図９Ａ，９Ｂは、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構１を用いたコアラ撃ち込み装置２００を模式的に示す断面図である。コアラ撃ち込み装置２００は、本体部２０１と、放出部２０２と、を具備する。本体部２０１は、棒状に形成されている。運動エネルギ発生機構１及び放出部２０２は、本体部２０１内に長手方向に並べて配置されている。 9A and 9B are cross-sectional views schematically showing a koala shooting device 200 using the kinetic energy generation mechanism 1 according to the present embodiment. The koala shooting device 200 includes a main body 201 and a emitting 202. The main body 201 is formed in a rod shape. The kinetic energy generating mechanism 1 and the releasing portion 202 are arranged side by side in the longitudinal direction in the main body portion 201.

本体部２０１には、運動エネルギ発生機構１から長手方向一端に延びる開口部２０３と、放出部２０２から長手方向他端に延びる開口部２０４と、が形成されている。運動エネルギ発生機構１の弾性機構４０は、開口部２０３に沿って延びている。放出部２０２は、開口部２０４からカウンタマスを放出することができる。 The main body 201 is formed with an opening 203 extending from the kinetic energy generation mechanism 1 to one end in the longitudinal direction and an opening 204 extending from the discharging portion 202 to the other end in the longitudinal direction. The elastic mechanism 40 of the kinetic energy generation mechanism 1 extends along the opening 203. The discharge unit 202 can discharge the counter mass from the opening 204.

コアラ撃ち込み装置２００では、図９Ａに示すように、弾性機構４０に弾性エネルギを蓄積した状態で、コアラＭ１が弾性機構４０の先端に接触するように開口部２０３内にセットされる。弾性機構４０に蓄積する弾性エネルギは、コアラＭ１を撃ち込む強さに応じて決定可能である。 In the koala shooting device 200, as shown in FIG. 9A, the koala M1 is set in the opening 203 so as to come into contact with the tip of the elastic mechanism 40 in a state where the elastic energy is stored in the elastic mechanism 40. The elastic energy stored in the elastic mechanism 40 can be determined according to the strength with which the koala M1 is shot.

図９Ａに示す状態で、弾性機構４０に蓄積された弾性エネルギを解放することにより、図９Ｂに示すようにコアラＭ１が開口部２０３から勢いよく撃ち出される。また、弾性エネルギを解放する瞬間に、放出部２０２によって開口部２０４からカウンタマスを放出することにより、本体部２０１に加わる衝撃をキャンセルすることができる。 By releasing the elastic energy stored in the elastic mechanism 40 in the state shown in FIG. 9A, the koala M1 is vigorously shot out from the opening 203 as shown in FIG. 9B. Further, at the moment when the elastic energy is released, the counter mass is discharged from the opening 204 by the discharge unit 202, so that the impact applied to the main body unit 201 can be canceled.

４．２搬送装置３００
図１０は、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構１を用いた搬送装置３００を模式的に示す側面図である。搬送装置３００は、搬送台３０１を具備する。搬送装置３００では、搬送台３０１の上面において物体Ｍ２を滑動させることにより物体Ｍ２を搬送する。運動エネルギ発生機構１のフレーム部５０は搬送台３０１の上面に固定されている。 4.2 Conveyor device 300
FIG. 10 is a side view schematically showing a transfer device 300 using the kinetic energy generation mechanism 1 according to the present embodiment. The transport device 300 includes a transport stand 301. In the transfer device 300, the object M2 is conveyed by sliding the object M2 on the upper surface of the transfer table 301. The frame portion 50 of the kinetic energy generation mechanism 1 is fixed to the upper surface of the transport table 301.

弾性機構４０は、搬送台３０１の上面に沿って延びている。搬送装置３００では、弾性機構４０に弾性エネルギを蓄積した状態で、物体Ｍ２が弾性機構４０の先端に接触するようにセットされる。そして、弾性機構４０に蓄積された弾性エネルギを解放することにより、物体Ｍ２は、弾性機構４０に強く押圧され、搬送台３０１の上面を滑動する。 The elastic mechanism 40 extends along the upper surface of the transport table 301. In the transfer device 300, the object M2 is set so as to come into contact with the tip of the elastic mechanism 40 in a state where the elastic energy is accumulated in the elastic mechanism 40. Then, by releasing the elastic energy accumulated in the elastic mechanism 40, the object M2 is strongly pressed by the elastic mechanism 40 and slides on the upper surface of the transport table 301.

４．３サッカーロボット４００
図１１は、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構１を用いたサッカーロボット４００を模式的に示す側面図である。サッカーロボット４００は、本体部４０１と、車輪４０２と、を有する。サッカーロボット４００は、車輪４０２によってフィールドを移動しながらサッカーをプレイできるように構成されている。 4.3 Soccer robot 400
FIG. 11 is a side view schematically showing the soccer robot 400 using the kinetic energy generation mechanism 1 according to the present embodiment. The soccer robot 400 has a main body 401 and wheels 402. The soccer robot 400 is configured to be able to play soccer while moving on the field by wheels 402.

サッカーロボット４００では、運動エネルギ発生機構１の弾性機構４０が本体部４０１から前方に突出している。サッカーロボット４００では、弾性エネルギを蓄積した状態の弾性機構４０の先端をサッカーボールＭ３に接触させ、弾性機構４０に蓄積された弾性エネルギを解放する。これにより、サッカーボールＭ３を強く蹴ることができる。 In the soccer robot 400, the elastic mechanism 40 of the kinetic energy generation mechanism 1 projects forward from the main body 401. In the soccer robot 400, the tip of the elastic mechanism 40 in a state where the elastic energy is accumulated is brought into contact with the soccer ball M3 to release the elastic energy accumulated in the elastic mechanism 40. As a result, the soccer ball M3 can be strongly kicked.

４．４投擲装置５００
図１２は、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構１を用いた投擲装置５００を模式的に示す断面図である。投擲装置５００は、本体部５０１を有する。本体部５０１は、底部が閉塞された細長い筒状に形成されている。運動エネルギ発生機構１は、本体部５０１内の底部に、弾性機構４０を開放された先端部に向けた状態で配置される。 4.4 Throwing device 500
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing a throwing device 500 using the kinetic energy generation mechanism 1 according to the present embodiment. The throwing device 500 has a main body 501. The main body 501 is formed in an elongated tubular shape with a closed bottom. The kinetic energy generation mechanism 1 is arranged at the bottom of the main body 501 with the elastic mechanism 40 facing the open tip.

投擲装置５００では、弾性機構４０に弾性エネルギを蓄積した状態で、投擲の対象となるボールなどの物体Ｍ４が弾性機構４０の先端に接触するように本体部５０１の内部にセットされる。そして、弾性機構４０に蓄積された弾性エネルギを解放することにより、物体Ｍ４が本体部５０１の先端部から勢いよく投げ出される。 In the throwing device 500, with the elastic energy accumulated in the elastic mechanism 40, an object M4 such as a ball to be thrown is set inside the main body 501 so as to come into contact with the tip of the elastic mechanism 40. Then, by releasing the elastic energy accumulated in the elastic mechanism 40, the object M4 is vigorously thrown out from the tip end portion of the main body portion 501.

４．５減速装置６００
図１３Ａ，１３Ｂは、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構１を用いた減速装置６００を模式的に示す正面図である。減速装置６００は、単数又は複数の運動エネルギ発生機構１によって構成される。減速装置６００は、落下する物体Ｍ５の落下速度を着地直前に減速させることにより、物体Ｍ５の着地時の衝撃を低減することができる。 4.5 Speed reducer 600
13A and 13B are front views schematically showing a speed reducer 600 using the kinetic energy generation mechanism 1 according to the present embodiment. The speed reducer 600 is composed of a single or a plurality of kinetic energy generation mechanisms 1. The speed reduction device 600 can reduce the impact of the falling object M5 at the time of landing by decelerating the falling speed of the falling object M5 immediately before landing.

図１３Ａに示すように、減速装置６００では、運動エネルギ発生機構１の弾性機構４０の先端が、物体Ｍ５の下面に取り付けられている。そして、物体Ｍ５が着地する前に、図１３Ａに示すように弾性機構４０に弾性エネルギを蓄積し、図１３Ｂに示すように弾性機構４０に蓄積された弾性エネルギを解放する。 As shown in FIG. 13A, in the speed reducer 600, the tip of the elastic mechanism 40 of the kinetic energy generation mechanism 1 is attached to the lower surface of the object M5. Then, before the object M5 lands, the elastic energy is accumulated in the elastic mechanism 40 as shown in FIG. 13A, and the elastic energy accumulated in the elastic mechanism 40 is released as shown in FIG. 13B.

これにより、弾性機構４０が物体Ｍ５の下面を蹴り上げ、各運動エネルギ発生機構１が下方に勢いよく落下する。このとき、各運動エネルギ発生機構１から物体Ｍ５に上方への力が加わるため、物体Ｍ５の落下速度が減速する。なお、減速装置６００における運動エネルギ発生機構１の数は適宜決定可能である。 As a result, the elastic mechanism 40 kicks up the lower surface of the object M5, and each kinetic energy generating mechanism 1 vigorously falls downward. At this time, an upward force is applied to the object M5 from each kinetic energy generation mechanism 1, so that the falling speed of the object M5 is reduced. The number of kinetic energy generation mechanisms 1 in the speed reducer 600 can be appropriately determined.

［ＩＩ］第２の実施形態
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る運動エネルギ発生機構７０１を模式的に示す正面図である。図１４は、第１の実施形態に係る図１に対応する。本実施形態に係る運動エネルギ発生機構７０１について、第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１と共通の構成には同一の符号を用いる。 [II] Second Embodiment FIG. 14 is a front view schematically showing the kinetic energy generation mechanism 701 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 14 corresponds to FIG. 1 according to the first embodiment. Regarding the kinetic energy generation mechanism 701 according to the present embodiment, the same reference numerals are used for the common configuration with the kinetic energy generation mechanism 1 according to the first embodiment.

本実施形態に係る運動エネルギ発生機構７０１は、以下に特に説明する構成以外について、第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１と同様に構成されている。運動エネルギ発生機構７０１には、第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１の弾性機構４０とは異なる弾性機構７４０が設けられている。 The kinetic energy generation mechanism 701 according to the present embodiment has the same configuration as the kinetic energy generation mechanism 1 according to the first embodiment, except for the configuration particularly described below. The kinetic energy generation mechanism 701 is provided with an elastic mechanism 740 different from the elastic mechanism 40 of the kinetic energy generation mechanism 1 according to the first embodiment.

より詳細に、第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１の弾性機構４０では、変換機構４５と支持部４３との間に、圧縮型のコイルバネ４２が配置されていた。これに対し、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構７０１の弾性機構７４０では変換機構４５とストッパ４４との間に、引張型のコイルバネ７４２が配置されている。 More specifically, in the elastic mechanism 40 of the kinetic energy generation mechanism 1 according to the first embodiment, the compression type coil spring 42 is arranged between the conversion mechanism 45 and the support portion 43. On the other hand, in the elastic mechanism 740 of the kinetic energy generation mechanism 701 according to the present embodiment, a tension type coil spring 742 is arranged between the conversion mechanism 45 and the stopper 44.

弾性機構７４０では、コイルバネ７４２の一方の端部が変換機構４５のＺ軸方向上面（＋Ｚ軸方向を向いた面）に固定され、コイルバネ７４２の他方の端部がストッパ４４のＺ軸方向下面（－Ｚ軸方向を向いた面）に固定されている。つまり、コイルバネ７４２は、シャフト４１にＸ軸方向に隣接する位置において、ストッパ４４と変換機構４５とを接続している。 In the elastic mechanism 740, one end of the coil spring 742 is fixed to the upper surface of the conversion mechanism 45 in the Z-axis direction (the surface facing the + Z-axis direction), and the other end of the coil spring 742 is the lower surface of the stopper 44 in the Z-axis direction (the surface facing the + Z-axis direction). -Fixed to the surface facing the Z-axis direction). That is, the coil spring 742 connects the stopper 44 and the conversion mechanism 45 at a position adjacent to the shaft 41 in the X-axis direction.

これにより、変換機構４５がＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動すると、コイルバネ７４２は、ストッパ４４と変換機構４５とに引っ張られて、弾性変形によってＺ軸方向に伸長する。つまり、弾性機構７４０は、コイルバネ７４２の引張変形により弾性エネルギを蓄積可能な蓄積部として構成される。 As a result, when the conversion mechanism 45 moves downward in the Z-axis direction (−Z-axis direction), the coil spring 742 is pulled by the stopper 44 and the conversion mechanism 45 and extends in the Z-axis direction due to elastic deformation. That is, the elastic mechanism 740 is configured as a storage portion capable of accumulating elastic energy by tensile deformation of the coil spring 742.

図１５は、変換機構４５がシャフト４１に沿ってＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動し、コイルバネ７４２が引張変形させられている状態を示す図である。このとき、変換機構４５に接続された保持板５１を含むフレーム部５０が変換機構４５とともにＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動するため、フレーム部５０に保持されている各構成もＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動している。 FIG. 15 is a diagram showing a state in which the conversion mechanism 45 moves downward in the Z-axis direction (−Z-axis direction) along the shaft 41, and the coil spring 742 is tensilely deformed. At this time, since the frame portion 50 including the holding plate 51 connected to the conversion mechanism 45 moves downward in the Z-axis direction (−Z-axis direction) together with the conversion mechanism 45, each configuration held by the frame portion 50 is also Z. It is moving downward in the axial direction (-Z axis direction).

図１５に示す状態では、コイルバネ７４２に、変換機構４５をＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に引き上げようとする弾性エネルギが蓄積されている。この状態において、伝達部２０によって入力軸１０から出力軸３０への駆動力の伝達を解除すると、コイルバネ７４２に蓄積された弾性エネルギが一気に解放される。 In the state shown in FIG. 15, elastic energy for pulling the conversion mechanism 45 upward in the Z-axis direction (+ Z-axis direction) is stored in the coil spring 742. In this state, when the transmission unit 20 releases the transmission of the driving force from the input shaft 10 to the output shaft 30, the elastic energy stored in the coil spring 742 is released at once.

これにより、図１６に示すように、変換機構４５がＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に急激に引き上げられる。このように、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構７０１では、入力軸１０を回転させる駆動力によって、Ｚ軸方向に沿った直線運動の運動エネルギを発生させることができる。 As a result, as shown in FIG. 16, the conversion mechanism 45 is rapidly pulled upward in the Z-axis direction (+ Z-axis direction). As described above, in the kinetic energy generation mechanism 701 according to the present embodiment, the kinetic energy of linear motion along the Z-axis direction can be generated by the driving force for rotating the input shaft 10.

運動エネルギ発生機構７０１では、引張型のコイルバネ７４２を用いることにより、コイルバネ７４２に座屈などの歪みを発生させることなく、安定して弾性エネルギを蓄積することができる。このため、運動エネルギ発生機構７０１では、蓄積される弾性エネルギの損失を抑制することができる。 In the kinetic energy generation mechanism 701, by using the tension type coil spring 742, elastic energy can be stably stored in the coil spring 742 without causing distortion such as buckling. Therefore, the kinetic energy generation mechanism 701 can suppress the loss of the accumulated elastic energy.

なお、コイルバネ７４２の配置は、任意に決定可能である。例えば、コイルバネ７４２はシャフト４１内に配置されていてもよく、コイルバネ７４２内にシャフト４１が挿通されていてもよい。また、各ストッパ４４及び変換機構４５ごとに複数のコイルバネ７４２が設けられていてもよい。 The arrangement of the coil spring 742 can be arbitrarily determined. For example, the coil spring 742 may be arranged in the shaft 41, or the shaft 41 may be inserted in the coil spring 742. Further, a plurality of coil springs 742 may be provided for each stopper 44 and the conversion mechanism 45.

［ＩＩＩ］第３の実施形態
図１７は、本発明の第３の実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１の断面図である。図１７は、第１の実施形態に係る図４に対応する。本実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１について、第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１と共通の構成には同一の符号用いる。 [III] Third Embodiment FIG. 17 is a cross-sectional view of the kinetic energy generation mechanism 801 according to the third embodiment of the present invention. FIG. 17 corresponds to FIG. 4 according to the first embodiment. The same reference numerals are used for the kinetic energy generation mechanism 801 according to the present embodiment in the common configuration with the kinetic energy generation mechanism 1 according to the first embodiment.

本実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１は、以下に特に説明する構成以外について、第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１と同様に構成されている。運動エネルギ発生機構８０１には、第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１の伝達部２０とは異なる伝達部８２０が設けられている。 The kinetic energy generation mechanism 801 according to the present embodiment has the same configuration as the kinetic energy generation mechanism 1 according to the first embodiment, except for the configuration particularly described below. The kinetic energy generation mechanism 801 is provided with a transmission unit 820 different from the transmission unit 20 of the kinetic energy generation mechanism 1 according to the first embodiment.

より詳細に、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１の伝達部８２０には、ラチェット８２６が設けられている。また、運動エネルギ発生機構８０１には、１の実施形態に係るビーム５２に代えて、ラチェット８２６を回転可能に支持するためのラチェット軸８５２（第４の実施形態に係る図２０参照）が設けられている。 More specifically, the ratchet 826 is provided in the transmission unit 820 of the kinetic energy generation mechanism 801 according to the present embodiment. Further, the kinetic energy generation mechanism 801 is provided with a ratchet shaft 852 (see FIG. 20 according to the fourth embodiment) for rotatably supporting the ratchet 826 instead of the beam 52 according to the first embodiment. ing.

ラチェット軸８５２は、入力軸１０、出力軸３０、及び支軸２４ａよりもＺ軸方向上側（Ｚ軸方向プラス側）であって、入力軸１０及び支軸２４ａの中心軸を通る平面Ｐよりも出力軸３０側に配置されている。ラチェット軸８５２は、入力軸１０及び出力軸３０と同様に保持板５１間をＸ軸方向に延びている。 The ratchet shaft 852 is above the input shaft 10, the output shaft 30, and the support shaft 24a in the Z-axis direction (plus side in the Z-axis direction), and is above the plane P passing through the central axes of the input shaft 10 and the support shaft 24a. It is arranged on the output shaft 30 side. The ratchet shaft 852 extends between the holding plates 51 in the X-axis direction in the same manner as the input shaft 10 and the output shaft 30.

ラチェット８２６は、平面Ｐよりも出力軸３０側において伝達ギア２３に係合する先端部８２６ａを有する。ラチェット８２６には右回りのトルクが付与され、先端部８２６ａが伝達ギア２３に向けて付勢されている。ラチェット８２６へのトルクの付与には、例えば、ゼンマイバネやねじりバネなどを用いることができる。 The ratchet 826 has a tip portion 826a that engages with the transmission gear 23 on the output shaft 30 side of the plane P. A clockwise torque is applied to the ratchet 826, and the tip portion 826a is urged toward the transmission gear 23. For example, a spring or a torsion spring can be used to apply torque to the ratchet 826.

伝達ギア２３には、ラチェット８２６の先端部８２６ａから加わる力によって、入力軸１０を中心とする左回りのトルクが付与されている。これにより、伝達部８２０では、伝達ギア２３が出力ギア２２に付勢されている。つまり、伝達部８２０では、ラチェット８２６が、伝達ギア２３を出力ギア２２に付勢するための付勢部として機能する。 A counterclockwise torque centered on the input shaft 10 is applied to the transmission gear 23 by a force applied from the tip portion 826a of the ratchet 826. As a result, in the transmission unit 820, the transmission gear 23 is urged to the output gear 22. That is, in the transmission unit 820, the ratchet 826 functions as an urging unit for urging the transmission gear 23 to the output gear 22.

また、ラチェット８２６の先端部８２６ａは、伝達ギア２３の支軸２４ａに対する右回りの回転を許容し、伝達ギア２３の支軸２４ａに対する左回りの回転を規制可能な形状に形成されている。これにより、伝達部８２０では、ラチェット８２６が、伝達ギア２３の回転を規制する回転規制部としても機能する。 Further, the tip portion 826a of the ratchet 826 is formed in a shape that allows clockwise rotation of the transmission gear 23 with respect to the support shaft 24a and regulates counterclockwise rotation of the transmission gear 23 with respect to the support shaft 24a. As a result, in the transmission unit 820, the ratchet 826 also functions as a rotation regulation unit that regulates the rotation of the transmission gear 23.

このように、本実施形態に係る伝達部８２０では、ラチェット８２６が付勢部及び回転規制部として機能する。このため、伝達部８２０では、第１の実施形態に係る伝達部２０における付勢部２５及び回転規制部２６を設ける必要がなく、シンプルで軽量な構成を実現することができる。 As described above, in the transmission unit 820 according to the present embodiment, the ratchet 826 functions as an urging unit and a rotation regulating unit. Therefore, in the transmission unit 820, it is not necessary to provide the urging unit 25 and the rotation regulation unit 26 in the transmission unit 20 according to the first embodiment, and a simple and lightweight configuration can be realized.

図１７に示すように、伝達ギア２３は、入力軸１０が左回り（矢印Ｌ方向）に回転すると、これに伴って右回り（矢印Ｒ方向）に回転する。伝達ギア２３が右回り（矢印Ｒ方向）に回転すると、ラチェット８２６によって伝達ギア２３が付勢されている出力ギア２２が左回り（矢印Ｌ方向）に回転する。 As shown in FIG. 17, when the input shaft 10 rotates counterclockwise (arrow L direction), the transmission gear 23 rotates clockwise (arrow R direction) accordingly. When the transmission gear 23 rotates clockwise (arrow R direction), the output gear 22 urged by the ratchet 826 rotates counterclockwise (arrow L direction).

図１８は、図１７に示す状態から、入力軸１０を右回り（矢印Ｒ方向）に少し回転させた状態を示す図である。伝達ギア２３は、入力軸１０の右回り（矢印Ｒ方向）の回転に伴う左回りの回転がラチェット８２６によって規制されている。このため、伝達ギア２３は、入力ギア２１とともに入力軸１０を中心として右回り（矢印Ｒ方向）に回動する。 FIG. 18 is a diagram showing a state in which the input shaft 10 is slightly rotated clockwise (in the direction of arrow R) from the state shown in FIG. The ratchet 826 regulates the counterclockwise rotation of the transmission gear 23 as the input shaft 10 rotates clockwise (in the direction of arrow R). Therefore, the transmission gear 23 rotates clockwise (in the direction of arrow R) about the input shaft 10 together with the input gear 21.

なお、入力軸１０のバックドライバビリティが良好な場合には、入力軸１０を右回り（矢印Ｒ方向）に積極的に回転させなくても、入力軸１０に加えるトルクをゼロにするだけでよい。この場合、出力ギア２２は、コイルバネ４２から出力軸３０に加わるトルクによって（矢印Ｒ方向）に回転し、伝達ギア２３を左回りに回転させようとする。しかし、伝達ギア２３は、ラチェット８２６によって左回りの回転を規制されているため、入力ギア２１とともに入力軸１０を中心として右回り（矢印Ｒ方向）に回動する。 If the back drivability of the input shaft 10 is good, the torque applied to the input shaft 10 may be reduced to zero without actively rotating the input shaft 10 clockwise (in the direction of arrow R). .. In this case, the output gear 22 rotates in the (arrow R direction) due to the torque applied from the coil spring 42 to the output shaft 30, and tries to rotate the transmission gear 23 counterclockwise. However, since the transmission gear 23 is restricted from rotating counterclockwise by the ratchet 826, the transmission gear 23 rotates clockwise (in the direction of arrow R) around the input shaft 10 together with the input gear 21.

伝達ギア２３は、入力ギア２１とともに入力軸１０を中心として右回り（矢印Ｒ方向）に回動することによって、出力ギア２２から離間し、出力ギア２２と伝達ギア２３との間に隙間Ｇが発生する。これにより、伝達部８２０では、出力ギア２２の伝達ギア２３に対する係合が解除される。 The transmission gear 23 is separated from the output gear 22 by rotating clockwise (in the direction of arrow R) about the input shaft 10 together with the input gear 21, and a gap G is formed between the output gear 22 and the transmission gear 23. Occur. As a result, in the transmission unit 820, the engagement of the output gear 22 with the transmission gear 23 is released.

このとき、出力ギア２２が伝達ギア２３による拘束を受けなくなるため、出力ギア２２に接続された出力軸３０は自由に回転することが可能となる。これにより、コイルバネ４２の弾性エネルギが一気に解放されるとともに、出力軸３０が右回り（矢印Ｒ方向）に勢いよく回転する。 At this time, since the output gear 22 is not restrained by the transmission gear 23, the output shaft 30 connected to the output gear 22 can rotate freely. As a result, the elastic energy of the coil spring 42 is released at once, and the output shaft 30 is vigorously rotated clockwise (in the direction of arrow R).

この後、入力軸１０への右回り（図１８の矢印Ｒ方向）へのトルクが解除され、入力軸１０に再び左回り（図１７の矢印Ｌ方向）のトルクが付与されると、伝達ギア２３が再び出力ギア２２に対して係合する。このとき、ラチェット８２６から伝達ギア２３に付与されるトルクも、伝達ギア２３が再び出力ギア２２に対して係合する動作をサポートする。これにより、図１７に示す状態に戻り、再び、入力軸１０の右回りの回転によってコイルバネ４２に弾性エネルギを蓄積することが可能となる。 After that, when the torque in the clockwise direction (arrow R direction in FIG. 18) is released to the input shaft 10 and the torque in the counterclockwise direction (arrow L direction in FIG. 17) is applied to the input shaft 10 again, the transmission gear 23 engages the output gear 22 again. At this time, the torque applied to the transmission gear 23 from the ratchet 826 also supports the operation of the transmission gear 23 engaging with the output gear 22 again. As a result, the state returned to the state shown in FIG. 17 can be returned, and elastic energy can be accumulated in the coil spring 42 again by rotating the input shaft 10 clockwise.

［ＩＶ］第４の実施形態
図１９は、本発明の第４の実施形態に係る運動エネルギ発生機構９０１の断面図である。図１４は、第３の実施形態に係る図１７に対応する。本実施形態に係る運動エネルギ発生機構９０１について、第３の実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１と共通の構成には同一の符号を用いる。 [IV] Fourth Embodiment FIG. 19 is a cross-sectional view of the kinetic energy generation mechanism 901 according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 14 corresponds to FIG. 17 according to the third embodiment. Regarding the kinetic energy generation mechanism 901 according to the present embodiment, the same reference numerals are used for the common configuration with the kinetic energy generation mechanism 801 according to the third embodiment.

本実施形態に係る運動エネルギ発生機構９０１は、以下に特に説明する構成以外について、第３の実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１と同様に構成されている。本実施形態に係る運動エネルギ発生機構９０１には、第３の実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１の伝達部８２０とは異なる伝達部９２０が設けられている。 The kinetic energy generation mechanism 901 according to the present embodiment has the same configuration as the kinetic energy generation mechanism 801 according to the third embodiment, except for the configuration particularly described below. The kinetic energy generation mechanism 901 according to the present embodiment is provided with a transmission unit 920 different from the transmission unit 820 of the kinetic energy generation mechanism 801 according to the third embodiment.

より詳細に、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構９０１の伝達部９２０には、伝達部材９２７及び巻き取り部９２８が設けられている。伝達部材９２７は、紐やロープやケーブルやベルトなどの柔軟性のある長尺体として構成されている。巻き取り部９２８は、出力軸３０に設けられ、出力軸３０とともに回転可能に構成されている。 More specifically, the transmission unit 920 of the kinetic energy generation mechanism 901 according to the present embodiment is provided with a transmission member 927 and a winding unit 928. The transmission member 927 is configured as a flexible long body such as a string, a rope, a cable, or a belt. The take-up portion 928 is provided on the output shaft 30 and is configured to be rotatable together with the output shaft 30.

図２０は、運動エネルギ発生機構９０１の正面図である。図２０は、第１の実施形態に係る図１に対応する。伝達部材９２７は、その一方の端部が巻き取り部９２８に固定され、巻き取り部９２８からＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に延び、他方端部が支持部４３に固定されている。つまり、伝達部材９２７は、出力軸３０と支持部４３とを接続している。 FIG. 20 is a front view of the kinetic energy generation mechanism 901. FIG. 20 corresponds to FIG. 1 according to the first embodiment. One end of the transmission member 927 is fixed to the take-up portion 928, extends downward in the Z-axis direction (-Z-axis direction) from the take-up portion 928, and the other end is fixed to the support portion 43. That is, the transmission member 927 connects the output shaft 30 and the support portion 43.

図１９に示すように、伝達ギア２３は、入力軸１０が左回り（矢印Ｌ方向）に回転すると、これに伴って出力ギア２２が左回り（矢印Ｌ方向）に回転する。これにより、伝達部材９２７が巻き取り部９２８に巻き取られていく。これに伴い、伝達部材２１７によって、支持部４３がＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に引き上げられる。 As shown in FIG. 19, in the transmission gear 23, when the input shaft 10 rotates counterclockwise (arrow L direction), the output gear 22 rotates counterclockwise (arrow L direction) accordingly. As a result, the transmission member 927 is wound around the winding portion 928. Along with this, the support portion 43 is pulled upward in the Z-axis direction (+ Z-axis direction) by the transmission member 217.

これにより、コイルバネ４２が圧縮変形することにより、弾性エネルギが蓄積される。このように、運動エネルギ発生機構９０１では、伝達部９２０における伝達部材９２７及び巻き取り部９２８が出力軸３０の回転運動を、変換機構４５自体のＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）への直線運動に変換可能な変換機構として機能する。 As a result, the coil spring 42 is compressed and deformed, so that elastic energy is accumulated. As described above, in the kinetic energy generation mechanism 901, the transmission member 927 and the winding portion 928 in the transmission unit 920 perform the rotational movement of the output shaft 30 in a straight line downward in the Z-axis direction (−Z-axis direction) of the conversion mechanism 45 itself. It functions as a conversion mechanism that can be converted into motion.

このため、運動エネルギ発生機構９０１では、第３の実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１の変換機構４５を設ける必要がない。したがって、運動エネルギ発生機構９０１では、変換機構４５に代えて、変換機構として機能しない支持部９４５を用いることができるため、シンプルで軽量な構成を実現することができる。 Therefore, in the kinetic energy generation mechanism 901, it is not necessary to provide the conversion mechanism 45 of the kinetic energy generation mechanism 801 according to the third embodiment. Therefore, in the kinetic energy generation mechanism 901, a support portion 945 that does not function as a conversion mechanism can be used instead of the conversion mechanism 45, so that a simple and lightweight configuration can be realized.

また、運動エネルギ発生機構９０１では、駆動力の伝達のために、伝達部材９２７を屈曲させることが可能なプーリなどを用いることもできる。これにより、出力軸３０の回転運動を、Ｚ軸方向に限らず、任意の方向の直線運動に変換可能となる。これらにより、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構９０１では、設計自由度が飛躍的に向上する。 Further, in the kinetic energy generation mechanism 901, a pulley or the like capable of bending the transmission member 927 can also be used for transmitting the driving force. As a result, the rotational motion of the output shaft 30 can be converted into a linear motion in any direction, not limited to the Z-axis direction. As a result, in the kinetic energy generation mechanism 901 according to the present embodiment, the degree of freedom in design is dramatically improved.

［Ｖ］その他の実施形態
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、運動エネルギ発生機構の伝達部における入力ギア、出力ギア、及び伝達ギアはそれぞれ複数のギアで構成されていてもよい。 [V] Other Embodiments Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made. For example, the input gear, the output gear, and the transmission gear in the transmission unit of the kinetic energy generation mechanism may each be composed of a plurality of gears.

一例として、入力ギアは、入力軸とともに回転するギアと、このギアと係合するギアと、を含む構成でもよい。また、出力ギアは、出力軸とともに回転するギアと、このギアと係合するギアと、を含む構成でもよい。更に、伝達ギアは、複数のギアを介して入力ギアと出力ギアとを接続可能な構成でもよい。 As an example, the input gear may be configured to include a gear that rotates with the input shaft and a gear that engages with the gear. Further, the output gear may be configured to include a gear that rotates with the output shaft and a gear that engages with the gear. Further, the transmission gear may have a configuration in which the input gear and the output gear can be connected via a plurality of gears.

また、運動エネルギ発生機構において、弾性機構が、出力軸の回転運動を直線運動に変換することにより、コイルバネに弾性エネルギを蓄積する構成は必須ではない。例えば、弾性機構は、ゼンマイバネやねじりバネなどを用いて出力軸が回転する運動エネルギをそのまま弾性エネルギとして蓄積してもよい。 Further, in the kinetic energy generation mechanism, it is not essential that the elastic mechanism stores the elastic energy in the coil spring by converting the rotational motion of the output shaft into a linear motion. For example, the elastic mechanism may store the kinetic energy of rotating the output shaft as it is as elastic energy by using a spring, a torsion spring, or the like.

更に、運動エネルギ発生機構は、弾性エネルギを蓄積可能な弾性機構ではなく、出力軸が回転する運動エネルギを弾性エネルギ以外のポテンシャルエネルギとして蓄積可能な蓄積部を有していてもよい。蓄積部は、例えば、重力や静電ポテンシャルなどによるポテンシャルエネルギを蓄積可能な構成とすることができる。 Further, the kinetic energy generation mechanism may have a storage portion capable of storing the kinetic energy in which the output shaft rotates as potential energy other than the elastic energy, instead of the elastic mechanism capable of storing the elastic energy. The storage unit can be configured to be capable of storing potential energy due to, for example, gravity or electrostatic potential.

１…運動エネルギ発生機構
１０…入力軸
２０…伝達部
２１…入力ギア
２２…出力ギア
２３…伝達ギア
２４…連結部
２５…付勢部
２６…回転規制部
３０…出力軸
４０…弾性機構
４１…シャフト
４２…コイルバネ
４５…変換機構
５０…フレーム部
５２…ビーム
１００…跳躍ロボット
１０１…本体部
１０２…ホイール部 1 ... Motion energy generation mechanism 10 ... Input shaft 20 ... Transmission unit 21 ... Input gear 22 ... Output gear 23 ... Transmission gear 24 ... Connecting unit 25 ... Biasing unit 26 ... Rotation regulation unit 30 ... Output shaft 40 ... Elastic mechanism 41 ... Shaft 42 ... Coil spring 45 ... Conversion mechanism 50 ... Frame part 52 ... Beam 100 ... Jumping robot 101 ... Main body part 102 ... Wheel part

Claims

An input shaft that can be rotationally driven in the first direction and the second direction opposite to it,
An input gear that rotates with the rotation of the input shaft,
The output gears arranged at intervals from the input gears,
An output shaft that rotates with the rotation of the output gear,
A storage unit configured to store kinetic energy in which the output shaft rotates as potential energy, and a storage unit.
When the input gear is engaged and the input shaft is rotated in the first direction, the output gear is engaged in the first direction, and when the input shaft is rotated in the second direction, the output gear is engaged with the output gear. A transmission gear that rotates about the input shaft in the second direction and is configured to disengage from the output gear regardless of the magnitude of the potential energy stored in the storage unit .
A connecting portion that connects the input shaft and the transmission gear,
A rotation restricting unit that allows the input shaft to rotate in the first direction with respect to the connecting portion and regulates the rotation of the input shaft with respect to the connecting portion in the second direction.
A kinetic energy generation mechanism comprising.

The kinetic energy generation mechanism according to claim 1 .
The rotation regulating unit is a kinetic energy generating mechanism that connects the input shaft and the connecting unit.

The kinetic energy generation mechanism according to claim 1 or 2 .
A kinetic energy generation mechanism further comprising an urging portion for urging the transmission gear toward the output gear.

The kinetic energy generation mechanism according to claim 1 .
The rotation restricting portion is a kinetic energy generating mechanism including a ratchet having a tip portion that can engage with the transmission gear.

The kinetic energy generation mechanism according to any one of claims 1 to 4 .
The storage unit has a coil spring and a conversion mechanism that converts the rotational movement of the output gear into a linear movement, and is configured to be able to store elastic energy in the coil spring.

The kinetic energy generation mechanism according to claim 5 .
The conversion mechanism is a kinetic energy generation mechanism including a rack and pinion mechanism.

The kinetic energy generation mechanism according to claim 5 .
The conversion mechanism is a kinetic energy generating mechanism including a long body transmitting member that can be wound around the output shaft.

The kinetic energy generation mechanism according to any one of claims 5 to 7 .
The storage unit is a kinetic energy generation mechanism configured to be able to store elastic energy by tensile deformation of the coil spring.

The kinetic energy generation mechanism according to any one of claims 5 to 8 .
A kinetic energy generation mechanism further comprising a control unit capable of controlling the elastic energy stored in the coil spring by the rotation speed of at least one of the input shaft and the output shaft.

The kinetic energy generation mechanism according to any one of claims 1 to 9 and a main body portion holding the kinetic energy generation mechanism are provided.
A jumping robot in which the storage portion of the kinetic energy generation mechanism is configured as a leg portion.