WO2017033332A1

WO2017033332A1 - フレーム構造体

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Publication number: WO2017033332A1
Application number: PCT/JP2015/074243
Authority: WO
Inventors: 祥平武井
Original assignee: 祥平武井
Priority date: 2015-08-27
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2017-03-02

Abstract

取扱性が高いフレーム構造体を提供する。　有端状又は無端状のテープ（１２）と、このテープ（１２）を折り曲げてガイドローラ（４１）および摺動ローラ（５１）に巻回することで構成される複数の折曲部（２３）を、少なくとも１つの集約箇所（Ｆ）で集約する第１ジョイント部（１４）および第２ジョイント部（１５）と、テープを長さ方向に移動させる１つ以上のモータ（１７）と、モータ（１７）を制御するモータ制御部（１８Ａ～１８Ｃ）と、を備え、集約箇所（Ｆ）を頂部に含む四面体の三次元フレーム構造がテープ（１２）により形成されており、モータ制御部（１８Ａ～１８Ｃ）は、テープ（１２）を移動して、テープ（１２）上で隣り合う折曲部（２３、２３）の間の距離が変化するように、モータ（１７）を制御する。

Description

フレーム構造体

　本発明は、三次元フレーム構造を形成するフレーム構造体に関する。

　従来から、三次元のフレーム構造体として、例えば、美術分野においてワイヤを用いて三次元のフレーム構造体を作製するワイヤフレームアートが知られている。

　ところが、この種のフレーム構造体では、十分な強度や剛性を確保するため、断面が円形状でかつ径が大きいワイヤが用いられることが一般的である。このため、サイズが大きいフレーム構造体を使用又は運搬する際に、取扱性がきわめて低下するという問題がある。

　そこで、本発明は、運搬効率が高いフレーム構造体を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明のフレーム構造体は、有端状又は無端状のテープと、前記テープを折り曲げてなる複数の折曲部を、少なくとも１つの集約箇所で集約する集約手段と、前記テープを長さ方向に移動させる１つ以上のテープ移動手段と、前記テープ移動手段を制御する制御手段と、を備え、前記集約箇所を頂部に含む三次元フレーム構造の一部又は全部が前記テープにより形成されており、前記制御手段は、前記テープが移動して前記テープ上で隣り合う折曲部の間の距離が変化するように、前記テープ移動手段を制御する。

　前記テープを折り曲げた折曲部を少なくとも１つの集約箇所で集約し、前記集約箇所を頂部に含む三次元フレーム構造がテープにより形成されているため、テープ上で隣り合う折曲部の間の距離を変更することにより、三次元フレーム構造を使用に適した形状に容易に変形することができる。

　また、前記テープの曲げ剛性の異方性により三次元フレーム構造を容易に変形可能な外力作用方向が存在することとなる。このような外力作用方向を利用して、三次元フレーム構造を収納および展開に適した形状に容易に変形することができる。これらにより、フレーム構造体の取扱性が向上する。

　また、前記テープ移動手段を２つ以上備え、前記制御手段は、前記長さ方向のうちの一方に沿って前記テープが順次移動するように、前記テープ移動手段を制御することが好ましい。長さ方向のうちの一方に沿って前記テープが順次移動することにより、隣り合う折曲部の間の距離を所定の値に確実に変更することができる。つまり、三次元フレーム構造を、使用に適した形状に容易かつ確実に変形することができる。

　また、前記テープは有端状であり、前記テープ移動手段は、前記長さ方向のうちの一方から他方に、且つ、他方から一方に沿って同時に前記テープを順次移動させることが好ましい。前記テープ移動手段が、前記長さ方向のうちの一方から他方に、且つ、他方から一方に沿って同時に前記テープを順次移動させることにより、テープ上で隣り合う折曲部の間の距離を素早く変更することができる。つまり、三次元フレーム構造を、使用に適した形状に容易かつ素早く変形することができる。

　また、前記テープ移動手段は、前記頂部又はその近傍に配置されていることが好ましい。前記テープ移動手段が、前記頂部又はその近傍に配置されていることにより、テープ上で隣り合う折曲部の間の距離をできるだけ短くすることができる。つまり、三次元フレーム構造を、使用に適したより小さい形状に容易に変形することができる。

　また、三次元空間において、１つ以上の目標座標を設定する目標座標設定部と、前記設定された１つ以上の目標座標に基づいて、当該目標座標に頂部が位置する三次元フレーム構造を形成可能な折曲点を算出する折曲点算出手段と、を更に備え、前記制御手段は、前記テープが移動して前記算出した折曲点で折り曲げられるように、前記テープ移動手段を制御することが好ましい。

　目標座標に基づいて、当該目標座標に頂部が位置する三次元フレーム構造を形成可能なテープの折曲点を算出するという幾何学的な計算処理により、一の頂部を精度良く目標座標位置に移動することができる。つまり、三次元フレーム構造を、使用に適した形状に容易かつ正確に変形することができる。

　また、三次元空間において、１つ以上の目標座標を設定する目標座標設定部と、１つ以上の頂部が所定座標に位置する三次元フレーム構造に対応付けて、当該三次元フレーム構造を形成可能な折曲点の位置を示す折曲点位置情報を記憶する記憶手段と、を更に備え、前記制御手段は、前記設定された目標座標に基づいて、当該目標座標に頂部が位置する三次元フレーム構造を形成可能な折曲点情報を、前記記憶手段から読み出し、読み出した折曲点位置情報に示す折曲点で前記テープが折り曲げられることにより、前記三次元フレーム構造を構成する頂部のうち少なくとも１つの頂部が前記目標座標となるように、前記テープ移動手段を制御する。

　記憶手段に記憶されているテープ折曲点情報を利用することで、目標座標に頂部が位置する三次元フレーム構造を形成可能なテープの折曲点を簡便に取得して、一の頂部を精度良く目標座標位置に移動することができる。つまり、三次元フレーム構造を、使用に適した形状に容易かつ正確に変形することができる。

　このように、本発明によれば、取扱性が高いフレーム構造体を提供することができる。

第１実施形態に係るフレーム構造体を示す斜視図である。図１のフレーム構造体を示す上面図である。図１のフレーム構造体が１本のテープから構成されていることを模式的に示した図である。図１に示す第１ジョイント部を拡大した平面図である。図１に示す第２ジョイント部を拡大した斜視図である。第２実施形態に係るフレーム構造体を示す上面図である。第２実施形態に係る折曲点算出部の処理内容について説明するための図である。第２実施形態に係る駆動電流出力部が行う処理の具体例について説明するための図である。第２実施形態に係るモータ制御部が行う処理内容を説明するフローチャートである。第３実施形態に係るフレーム構造体を示す上面図である。第３実施形態に係る折曲点情報記憶部が記憶する折曲点情報の一例を示した図である。第３実施形態に係るモータ制御部が行う処理内容を説明するフローチャートである。

　以下、本発明の実施形態に係るフレーム構造体について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、曲げ剛性の異方性がある帯状のテープを用いて長さを測定する巻尺のテープを折り曲げて三次元フレーム構造を形成するフレーム構造体について説明する。

　（１）第１実施形態
　はじめに、図１から図７を参照して、第１実施形態に係るフレーム構造体１Ａの基本構成について説明する。

　（１－１．基本構造）
　第１実施形態に係るフレーム構造体１Ａは、図１および図２に示すように、帯状のテープ１２と、テープ１２同士を結束する結束部材１３と、テープ１２の一部を集約する第１ジョイント部１４および第２ジョイント部１５ａ～１５ｃ（集約手段）と、テープ１２を繰り出し可能に巻き取るための巻取部１６（巻取手段）と、を含んで構成されている。

　テープ１２は、有端状で長さ方向に沿って湾曲させることが可能な金属製の材質で構成されている。このテープ１２は、はじめは巻取部１６に巻き取られており、先端部２１が巻取部１６に係合可能に構成されている。まず、テープ１２を繰り出し、図１および図２に示すように、稜線部２２ａ～２２ｆ（以下、総称して稜線部２２ともいう。）と、折曲部２３ａ～２３ｈ（以下、総称して折曲部２３ともいう。）と、底辺部２４ａ～２４ｃ（以下、総称して底辺部２４ともいう。）を形成する。そして、先端部２１を巻取部１６に係合し、既に繰り出された先端部２１から基端部２５までの範囲のテープ１２により、四面体の三次元フレーム構造を形成する。

　より具体的には、図３に示すように、テープ１２の先端部２１を長さ方向Ｃ（矢印Ｃ方向）に繰り出して稜線部２２ａ、折曲部２３ａ、底辺部２４ａ、折曲部２３ｂ、稜線部２２ｂ、折り曲げ部２３ｃを形成する。同様に、長さ方向Ｃに繰り出して稜線部２２ｃ、折曲部２３ｄ、底辺部２４ｂ、折曲部２３ｅ、稜線部２２ｄ、折曲部２３ｆを形成する。さらに、長さ方向Ｃに繰り出して稜線部２２ｅ、折曲部２３ｇ、底辺部２４ｃ、折曲部２３ｈ、稜線部２２ｆを形成することにより、帯状の一本のテープ１２により三次元フレーム構造を形成する。なお、折曲部２３における曲率あるいは折り曲げ角度は任意（鋭角、鈍角、又は直角）である。以下では、長さ方向Ｃのうち、巻取部１６から先端部２１側にテープ１２を繰り出す方向を、繰り出し方向Ｃｆと呼ぶ。これに対して、長さ方向Ｃのうち、先端部２１から巻取部１６側にテープ１２を繰り込む方向を、繰り込み方向Ｃｂと呼ぶ。

　図１から図３に示すように、底辺部２４は、テープ１２が１重に配置されており、稜線部２２ａと稜線部２２ｆ、稜線部２２ｂと稜線部２２ｃ、稜線部２２ｄと稜線部２２ｅは、テープ１２が２重に配置される。そして、四面体の頂上部Ａの近傍と底面頂部Ｂの近傍の２箇所で結束部材１３により結束して互いの稜線部２２を平行に成型する。

　図１および図２に戻って、フレーム構造体１Ａは、三次元フレーム構造を変形可能に構成されている。具体的には、フレーム構造体１Ａは、テープ１２を長さ方向Ｃに移動させるモータ１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈ（テープ移動手段）と、各モータ１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈを独立して駆動制御するモータ制御部１８Ａ（制御手段）と、を更に含んで構成される。

　（１－２．第１ジョイント部）
　図２および図４に示すように、第１ジョイント部１４は、テープ１２により形成された四面体の頂上部Ａに配置されており、並列に配置された２つのガイドローラ４１ａ、４１ｂ（以下、総称してガイドローラ４１ともいう。）と、ガイドローラ４１ａ、４１ｂをそれぞれ回動可能に連結する連結部材４２とから構成されている。なお、図４は、図１で示す矢印Ｄ方向からの部分拡大平面図である。

　ガイドローラ４１は、円柱形状を有しており、周面上にテープ１２を巻回することにより折曲部２３ｃと折曲部２３ｆを形成する。

　連結部材４２は、金属製の材質で構成されている。この連結部材４２は、上面視すると三叉形状を有しており、ガイドローラ４１の周面上でテープ１２が摺動可能にガイドローラ４１の回転軸と連結する軸連結部４３と、巻取部１６と連結する巻取連結部４４とから構成されている。この軸連結部４３と巻取連結部４４により、２つのガイドローラ４１と巻取部１６とを連結する。

　（１－３．第２ジョイント部）
　図２および図５に示すように、第２ジョイント部１５ａ～１５ｃ（以下、総称して第２ジョイント部１５ともいう。）は、テープ１２により形成された四面体の底面頂部Ｂにそれぞれ配置されており、テープ１２を厚み方向から挟持する一対の駆動ローラ５１ａ、５１ｂ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｇ、５１ｈ（以下、総称して一対の駆動ローラ５１ともいう。）と、一対の駆動ローラ５１をそれぞれ回動可能に支持する３つの摺動ガイド５２ａ～５２ｃ（以下、総称して摺動ガイド５２ともいう。）から構成されている。

　一対の駆動ローラ５１ａ、５１ｂ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｇ、５１ｈは、円柱形状を有しており、周面上にテープ１２を巻回することにより折曲部２３ａ、２３ｂ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｇ、２３ｈをそれぞれ形成する。この一対の駆動ローラ５１は、上面視すると上下方向に一対配置されるとともに四面体の底面頂部Ｂに各２つ上下方向に配置されている。

　また、一対の駆動ローラ５１ａ、５１ｂ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｇ、５１ｈは、モータ１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈによりそれぞれ回転駆動が可能である。駆動ローラ５１が回転することによりテープ１２の繰り出しおよび繰り込みを行う。また、また、駆動ローラ５１は、ロータリエンコーダなど、ローラの回転量を検出する検出機構を内蔵し、検出した回転量をテープ１２の移動量として、モータ制御部１８ａに通知する。

　摺動ガイド５２は、四面体の底面頂部Ｂに各１つ配置され、一対の駆動ローラ５１ｈと一対の駆動ローラ５１ａは摺動ガイド５２ａが、一対の駆動ローラ５１ｂと一対の駆動ローラ５１ｄは摺動ガイド５２ｂが、一対の駆動ローラ５１ｅと一対の駆動ローラ５１ｇは摺動ガイド５２ｃがそれぞれ回動可能に支持する。

　また、摺動ガイド５２は、側面視すると略逆Ｔ字形状を有しており、両側面側にテープ１２の折曲部２２が位置する垂直板部５３と、垂直板部５３とともに一対の駆動ローラ５１を回動可能に支持する水平板部５４とから構成されている。この垂直板部５３および水平板部５４により、一対の駆動ローラ５１に繰り込まれるテープ１２の折れ曲がりを強制する。

　（１－４．モータ）
　図２に示すように、モータ１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈ（以下、総称してモータ１７ともいう。）は、上述したように、一対の駆動ローラ５１ａ、５１ｂ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｇ、５１ｈを回転駆動して、テープ１２を長さ方向Ｃ、例えば繰り出し方向Ｃｆ、または繰り込み方向Ｃｂに移動する。

　（１－５．モータ制御部）
　モータ制御部１８Ａは、ＣＰＵ、メインメモリ、ストレージ、入出力インタフェースなどから構成されるコンピュータであって、制御用プログラムがインストールされることで、モータ１７に駆動電流を出力してモータ１７を駆動して駆動ローラ５１の回転方向と回転量を制御する機能を実現する。具体的には、モータ制御部１８ａは、駆動ローラ５１から通知される実回転量と目標とする回転量との差分が収束するように駆動ローラ５１を回転することにより、正確にテープ１２の移動量を制御することができる。

　次に、図１から図３を参照して、第１実施形態に係るフレーム構造体１Ａの収納・展開および変形方法について説明する。

　（１－６．収納方法）
　次に、図１から図３を参照して、第１実施形態に係るフレーム構造体１Ａの収納方法について説明する。フレーム構造体１Ａの収納方法の一例では、底辺部２４ａ～２４ｃの両端から略等距離にある点を折り曲げ、三次元フレーム構造を高さ方向に引き伸ばすことにより、四面体の三次元フレーム構造を縦長状に折り畳む。

　上述したように、テープ１２の曲げ剛性には異方性があるため、図１に示す底辺部２４を折り曲げることができ、また、ガイドローラ４１や一対の駆動ローラ５１の周面上をテープ１２が摺動するため、四面体の三次元フレーム構造を縦長状に変形し、筒状容器に収納することができる。

　なお、結束部材１３を外し、ガイドローラ４１や一対の駆動ローラ５１の周面上に巻回されたテープ１２を解いてから、一気にテープ１２を巻き取ることも可能である。

　図１および図２に示すように、折曲部２３ｃと折曲部２３ｆは、ガイドローラ４１の周面上にテープ１２を巻回することにより形成している。また、折曲部２３ａ、２３ｂ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｇ、２３ｈは、一対の駆動ローラ５１の周面上にテープ１２を巻回することにより形成している。このため、ガイドローラ４１や一対の駆動ローラ５１の周面上に巻回されたテープ１２を解くことにより、形成した折曲部２３を含むテープ１２を容易に巻取部１６の内部に巻き取ることができる。

　（１－７．展開方法）
　次に、第１実施形態に係るフレーム構造体１Ａの展開方法について説明する。フレーム構造体１の展開方法の一例として、底辺部２４ａ～２４ｃの両端から略等距離にある点を折り曲げ、四面体の三次元フレーム構造を縦長状に折り畳むことにより収納した場合は、テープ１２の復元力により展開することができる。また、テープ１２を巻き取ることにより四面体の三次元フレーム構造を巻取部１６の内部に収納した場合は、図１に示すように新たに組み立てて展開する。

　（１－８．フレーム構造の変形）
　上述したように構成されたフレーム構造体１Ａの三次元フレーム構造は、図１から図３に示すように、折曲部２３ａ～２３ｈが第１ジョイント部１４または第２ジョイント部１５により集約され、集約された集約箇所Ｆの全てを頂部（頂上部Ａまたは底面頂部Ｂ）とする四面体の三次元フレーム構造を構成している。このようにして三次元フレーム構造がテープ１２により形成されているため、モータ制御部１８Ａは、テープ１２上で隣り合う折曲部２３ａ～２３ｈの間の距離を変更することによって、三次元フレーム構造を使用に適した形状に容易に変形することができる。

　まず、テープ１２が撓まないようにするため、モータ制御部１８Ａは、次のようにモータ１７の動作を制御する。つまり、モータ制御部１８Ａは、テープ１２の先端部２１と基端部２５とが略同一の位置となる、言い換えれば、稜線２２ａと稜線２２ｆとの長さを常に等しくなるように、モータ１７の動作を制御する。稜線２２ａと稜線２２ｆとの長さを同時に短くする場合、モータ制御部１８Ａは、駆動ローラ５１ａがテープ１２を繰り出し方向Ｃｆに繰り出すとともに駆動ローラ５１ｈがテープ１２を繰り込み方向Ｃｂに繰り込むように、モータ１７ａ、１７ｂを同時に駆動する。一方、稜線２２ａと稜線２２ｆとの長さを同時に長くする場合、モータ制御部１８Ａは、駆動ローラ５１ａがテープ１２を繰り込み方向Ｃｂに繰り込むとともに駆動ローラ５１ｈがテープ１２を繰り出し方向Ｃｆに繰り出すように、モータ１７ａ、１７ｂを同時に駆動する。

　また、モータ制御部１８Ａは、三次元フレーム構造を変形するため、テープ１２上で隣り合う折曲部２３、２３の間の距離を変更するように、モータ１７の動作を制御する。

　一例として、折曲部２３ａと折曲部２３ｂの間の距離（底面部２４ａの長さ）を次のようにして変更することができる。すなわち、底面部２４ａを長くする場合、モータ制御部１８Ａは、駆動ローラ５１ｈがテープ１２を移動しないようにモータ１７ｈを停止した状態で、駆動ローラ５１ａがテープ１２を繰り出し方向Ｃｆに繰り出すようにモータ１７ａの動作を制御する。一方、底面部２４ａの長さを短くする場合、モータ制御部１８Ａは、駆動ローラ５１ｈがテープ１２を移動しないようにモータ１７ｈを停止した状態で、駆動ローラ５１ａがテープ１２を繰り込み方向Ｃｂに繰り込むように、モータ１７ａの動作を制御する。

　他の例として、折曲部２３ｂと折曲部２３ｃとの間の距離（稜線部２２ｂの長さ）を次のように変更することができる。すなわち、稜線部２２ｂを長くする場合、モータ制御部１８Ａは、駆動ローラ５１ｄがテープ１２を移動しないようにモータ１７ｄを停止した状態で、駆動ローラ５１ｂがテープ１２を繰り出し方向Ｃｆに繰り出すようにモータ１７ｂの動作を制御する。一方、稜線部２２ｂを短くする場合、モータ制御部１８Ａは、駆動ローラ５１ｄがテープ１２を移動しないようにモータ１７ｄを停止した状態で、駆動ローラ５１ｂがテープ１２を繰り込み方向Ｃｂに繰り込むようにモータ１７ｂの動作を制御する。

　以上のように、モータ制御部１８Ａは、テープ１２上で隣り合う折曲部２３、２３の間の距離を変更することにより、三次元フレーム構造を所定の形状に変形することができる。つまり、三次元フレーム構造を、収納及びその展開など使用に適した形状に容易に変形することができる。これにより、フレーム構造体の取扱性が向上する。

　また、モータ制御部１８Ａは、例えばモータ１７ａ、１７ｂの順番で駆動して、繰り出し方向Ｃに沿って底面部２４ａ、稜線部２２ｂという順番でテープ１２を順次移動することにより、隣り合う２つの折曲部を１組とする折曲部間の距離を確実に所定の値に変更することができる点で好ましい。このようにモータ１７を順次駆動することにより、例えば、底面部２４ａの長さを変更するときは、モータ１７ｂの動きの影響を受けずに、底面部２４ａを所定の値に変更することができる。このようにして、隣り合う２つの折曲部の間の長さを順次変更することで、三次元フレーム構造を、使用に適した形状に容易かつ確実に変形することができる。

　また、モータ制御部１８Ａは、長さ方向のうちの一方から他方に、且つ、他方から一方に沿って同時にテープを順次移動することで、稜線部２２の長さを素早く変更することができる。例えば、モータ制御部１８Ａは、駆動ローラ５１ｂでテープ１２を繰り出し方向Ｃｆに繰り出すと同時に駆動ローラ５１ｄでテープ１２を繰り込み方向Ｃｂに繰り込むことで、稜線部２２ｂ、２２ｃを素早く長くすることができる。一方、モータ制御部１８Ａは、駆動ローラ５１ｂでテープ１２を繰り込み方向Ｃｂに繰り込むと同時に駆動ローラ５１ｄでテープ１２を繰り出し方向Ｃｆに繰り出すことで、稜線部２２ｂ、２２ｃを素早く短くすることができる。このようにして、モータ制御部１８Ａは、三次元フレーム構造を、使用に適した形状に容易かつ素早く変形することができる。

　なお、モータ１７は、駆動ローラ５１を駆動するのに代えて、例えば底面部２４の間に新たに設けたローラを駆動することで、テープ１２を移動させてもよい。言い換えれば、底面部２４ａの間を駆動点としてテープ１２を移動してもよい。このようにモータが駆動するローラの配置位置は特定の位置に限定されないが、特に、モータ１７が、四面体の頂部又はその近傍に配置されている駆動ローラ５１を駆動することが好ましい。つまり、モータ１７が、底面頂部Ｂ又はその近傍に配置されていることにより、底面部２４をできるだけ短くする、言い換えれば、テープ上で隣り合う折曲部の間の距離をできるだけ短くすることができる。この結果、三次元フレーム構造を、使用に適したより小さい形状に容易に変形することができる。

　また、上述したように構成されたフレーム構造体１の「集約箇所Ｆ」は、機械的な固い結合でも緩い結合でもよい。

　上述したように構成されたフレーム構造体１Ａは、駆動ローラ５１が回転することによりテープ１２の繰り出しおよび繰り込みが可能であるため、繰り出しおよび繰り込みによりテープ１２を移動、第１ジョイント部１４および第２ジョイント部１５の位置を移動することにより、三次元フレーム構造を所定の形状に変形することができる。例えば、直稜四面体の形状、垂心四面体の形状、当面四面体の形状等、様々な四面体の形状に形成することができる。

　また、上述したように構成されたフレーム構造体１Ａのテープ１２は、曲げ剛性に異方性があるので、長さ方向に沿って容易に折曲可能である一方、幅方向に沿って折り曲げるのが難しい。つまり、テープ１２を折り曲げまたは捻り曲げることにより、三次元フレーム構造を変形自在にすることができる。

　さらに、上述したように構成されたフレーム構造体１Ａは、第２ジョイント部１５の数を増加することにより、四面体のみならず、四角錐の形状、五角錐の形状、六角錐の形状等の様々な角錐の形状にも形成することができる。さらに、立方体を含む、五面以上を有する任意の立体にも形成することができる。

　（２）第２実施形態
　次に、図６から図９を参照して、第２実施形態に係るフレーム構造体１Ｂの基本構成について説明する。

　第２実施形態に係るフレーム構造体１Ｂは、図６に示すように、テープ１２と、結束部材１３と、第１ジョイント部１４および第２ジョイント部１５ａ～１５ｃ（集約手段）と、巻取部１６（巻取手段）と、モータ１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈ（テープ移動手段）と、モータ１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈを制御するモータ制御部１８Ｂ（制御手段）と、から略構成されている。

　第２実施形態に係るフレーム構造体１Ｂは、上述した第１実施形態に係るフレーム構造体１Ａの構成に対して、モータ制御部１８Ｂの構成に改良を加えたものであり、その他の部分の構成は同様である。そこで、以下では、フレーム構造体１Ｂの構成のうち、第１実施形態に係るフレーム構造体１Ａと同等の構成等については説明を省略するものとし、第１実施形態に係るフレーム構造体Ａと同様の構成要素には同一の符号を付して説明する。

　モータ制御部１８Ｂは、図６に示すように、三次元空間において１つ以上の目標座標を設定する目標座標設定部１８１（目標座標設定手段）と、設定された１つ以上の目標座標に基づいて、当該目標座標に頂部が位置する三次元フレーム構造を形成可能な折曲点（以下、目標折曲点）を算出する折曲点算出部１８２（折曲点算出手段）と、モータ１７を駆動する駆動電流出力を出力する駆動電流出力部１８３と、を有する。

　（２－１．目標座標設定部）
　目標座標設定部１８１は、例えばユーザからの操作入力により、テープ１２により形成された四面体の頂上部Ａに対して、三次元空間における目標座標を設定する。本実施形態では、次のようにして三次元空間を規定する。例えば図６に示すように、Ｘ軸とＹ軸をそれぞれ互いに直行する水平方向とし、Ｚ軸を鉛直方向とする。また、第２ジョイント部１５ａ～１５ｃが接地する底面上の任意の点を原点（０，０，０）とする。上記のように規定した三次元空間において、目標座標設定部１８１は、（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ）を設定する。そして、目標座標設定部１８１は、設定した目標座標（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ）を折曲点算出部１８２に通知する。なお本実施形態では、頂上部Ａに対して目標座標を設定するが、これに限らず例えば底面頂部Ｂに対しても目標座標を設定してもよい。

　（２－２．折曲点算出部）
　折曲点算出部１８２は、目標座標設定部１８１により設定された目標座標に基づいて、図６に示す実空間に対応した仮想的な三次元空間上に、図７（Ａ）に示すような、頂部Ｐ１～頂部Ｐ４からなり頂部Ｐ１が目標座標に位置する四面体を作図する。そして、折曲点算出部１８２は、作図した四面体に対応する三次元フレーム構造を形成可能なテープ１２の目標折曲点を算出する。具体的には、折曲点算出部１８２は、図７（Ｂ）に示すように、先端部Ｓから基端部Ｅまでのテープ全長ＴＬと、先端部Ｓを基準とした各目標折曲点Ｃ１～Ｃ８の位置情報（長さ）を算出する。ここで、先端部Ｓは先端部２１に対応し、基端部Ｅは基端部２５に対応し、目標折曲点Ｃ１～Ｃ８は、それぞれ折曲部２３ａ～２３ｈに対応する。実際にテープ１２を用いて形成される四面体では、第１ジョイント部１４および第２ジョイント部１５ａ～１５ｃなどの取付位置に起因して、三次元フレーム構造の折曲部２３と、仮想的に作図した四面体から得られる折曲点とが完全に一致しない。このため、折曲点算出部１８２は、作図した四面体に対応する三次元フレーム構造を形成可能なテープ１２の目標折曲点を、第１ジョイント部１４および第２ジョイント部１５ａ～１５ｃなどの取付位置等に基づいて補正して、目標折曲点として算出すればよい。

　（２－３．駆動電流出力部１８３）
　駆動電流出力部１８３は、折曲点算出部１８２により算出されたテープ全長ＴＬとなり、かつ、折曲部２３ａ～２３ｈが目標折曲点Ｃ１～Ｃ８となるように、モータ１７を駆動する駆動電流出力を出力する。

　ここで、モータ１７を駆動する一例を図８を用いて説明する。まず、本例では図８（Ａ）に示すように、頂上部Ａと底面頂部Ｂとからなる四面体を、頂部Ｐ１～頂部Ｐ４からなり頂部Ｐ１が目標座標に位置する四面体に変形するものとする。

　このような変形を行うため、図８に示すように、タイミングＴ１において、駆動電流出力部１８３は、モータ１７ａ、１７ｈを駆動して、折曲部２３ａに対応する折曲点Ｃ０１（Ｂ）を目標折曲点Ｃ１（Ｐ２）に変化させるのと同時に、基端部２５に対応する点Ｅ０（Ａ）を点Ｅ（Ｐ１）に変化させる。

　次に、タイミングＴ２において、駆動電流出力部１８３は、折曲部２３ａと基端部２５を固定した状態で、モータ１７ａを駆動して、折曲部２３ｂに対応する折曲点Ｃ０２（Ｂ）を目標折曲点Ｃ２（Ｐ３）に変化させる。

　次に、タイミングＴ３において、駆動電流出力部１８３は、折曲部２３ａ、２３ｂと基端部２５を固定した状態でモータ１７ｂ、１７ｄを駆動して、折曲部２３ｃに対応する折曲点Ｃ０３（Ａ）を目標折曲点Ｃ３（Ｐ１）に変化させるのと同時に、折曲部２３ｄに対応する折曲点Ｃ０４（Ｂ）を目標折曲点Ｃ４（Ｐ３）に変化させる。

　次に、タイミングＴ４において、駆動電流出力部１８３は、折曲部２３ａ～２３ｄと基端部２５を固定した状態でモータ１７ｄを駆動して、折曲部２３ｅに対応する折曲点Ｃ０５（Ｂ）を目標折曲点Ｃ５（Ｐ４）に変化させる。

　次に、タイミングＴ５において、駆動電流出力部１８３は、折曲部２３ａ～２３ｅと基端部２５を固定した状態でモータ１７ｅ、１７ｇを駆動して、折曲部２３ｆに対応する折曲点Ｃ０６（Ａ）を目標折曲点Ｃ６（Ｐ１）に変化させるのと同時に、折曲部２３ｇに対応する折曲点Ｃ０７（Ｂ）を目標折曲点Ｃ７（Ｐ４）に変化させる。このような折曲部２３ｆ、２３ｇの変化に連動して、折曲部２３ｈに対応する折曲点Ｃ０８（Ｂ）が、目標折曲点Ｃ８（Ｐ２）に変化することとなる。

　上記のタイミングＴ１～Ｔ５に従って、折曲部２３に対応する折曲点が変化することで、図８（Ａ）に示すように、四面体の頂上部Ａを、目標座標Ｐ１（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ）に変化することとなる。

　（２－４．処理工程）
　以下では、図９に示すフローチャートに沿って、各処理部の動作を説明する。

　ステップＳ９１において、目標座標設定部１８１は、テープ１２により形成された四面体の頂上部Ａに対して、三次元空間における目標座標（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ）を設定して、ステップＳ９２に進む。

　ステップＳ９２において、折曲点算出部１８２は、目標座標設定部１８１により設定された目標座標に基づいて、上述したように、先端部Ｓから基端部Ｅまでのテープ全長ＴＬと、先端部Ｓを基準とした各目標折曲点Ｃ１～Ｃ８の位置情報を算出して、ステップＳ９３に進む。

　ステップＳ９３において、駆動電流出力部１８３は、上述した図８（Ｂ）に示したように、タイミングＴ１～Ｔ５に分けてモータ１７を駆動して、折曲部２３ａ～２３ｈを目標折曲点に順次変化させて、図８（Ａ）に示すように四面体の頂上部Ａを目標座標Ｐ１（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ）に変化させて、図９に示す処理を終了する。

　上記のように、図９に示す処理によれば、目標座標に基づいて、当該目標座標に頂部が位置する三次元フレーム構造を形成可能な目標折曲点を算出するという幾何学的な計算処理により、一の頂部を精度良く目標座標位置に移動することができる。つまり、三次元フレーム構造を、使用に適した形状に容易かつ正確に変形することができる。

　（３）第３実施形態
　次に、図１０から図１２を参照して、第３実施形態に係るフレーム構造体１Ｃの基本構成について説明する。

　第３実施形態に係るフレーム構造体１Ｃは、図１０に示すように、テープ１２と、結束部材１３と、第１ジョイント部１４および第２ジョイント部１５ａ～１５ｃ（集約手段）と、巻取部１６（巻取手段）と、モータ１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈ（テープ移動手段）と、モータ１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈを制御するモータ制御部１８ｃ（制御手段）と、から略構成されている。第３実施形態に係るフレーム構造体１Ｃは、上述した第１実施形態に係るフレーム構造体１Ａの構成のうち、モータ制御部１８Ｃの構成に改良を加えたものであり、その他の部分の構成は同様である。そこで、以下では、フレーム構造体１Ｂの構成のうち、第１実施形態に係るフレーム構造体１Ａと同等の構成等については説明を省略するものとし、第１実施形態に係るフレーム構造体と同様の構成要素には同一の符号を付して説明する。

　モータ制御部１８Ｃは、図１０に示すように、三次元空間において１つ以上の目標座標を設定する目標座標設定部１８１（目標座標設定手段）と、任意の三次元フレーム構造を形成可能な折曲点の位置を示す折曲点位置情報を記憶する折曲点情報記憶部１８４（記憶手段）と、モータ１７を駆動する駆動電流出力を出力する駆動電流出力部１８３と、を有する。

　（３－１．目標座標設定部１８１）
　目標座標設定部１８１は、第２実施形態と同様に、例えばユーザからの操作入力により、テープ１２により形成された四面体の頂上部Ａに対して、三次元空間における目標座標（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ）を設定する。そして、目標座標設定部１８１は、設定した目標座標（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ）を駆動電流出力部１８３に通知する。

　（３－２．折曲点情報記憶部１８４）
　折曲点情報記憶部１８４は、１つ以上の頂部が所定座標に位置する三次元フレーム構造に対応付けて、当該三次元フレーム構造を形成可能な折曲点の位置を示す折曲点情報を記憶する。例えば、折曲点情報記憶部１８４は、図１１に示すように、四面体の頂上部Ａの座標に対応付けて、当該四面体を形成するテープ１２の全長、折曲部２３ａ～折曲部２３ｈにおける先端部２１からの距離を記憶している。図１１に示す折曲点情報は、予め頂上部Ａの座標が所定の座標となるように三次元フレーム構造を作成することにより容易に取得することができる。図１１に示す例では、原点（０、０、０）としたときの頂上部Ａが座標（１０、８、７）に位置する場合、そのときのテープ１２のテープ全長が５６ｃｍ、折曲部２３ａ～２３ｈそれぞれについて先端部２１からの距離が、６ｃｍ、１６ｃｍ、２１ｃｍ、２６ｃｍ、３４ｃｍ、３９ｃｍ、４４ｃｍ、５１ｃｍであることを示している。

　（３－３．駆動電流出力部１８３）
　駆動電流出力部１８３は、設定された目標座標に基づいて、当該目標座標に頂部が位置する三次元フレーム構造を形成可能な折曲点情報を折曲点情報記憶部１８４から読み出し、読み出した折曲点位置情報に示すテープ全長ＴＬとなり、かつ、折曲部２３ａ～２３ｈが折曲点位置情報に示す折曲点Ｃ１～Ｃ８となるように、モータ１７を駆動する駆動電流出力を出力する。具体的には、第２実施形態で述べたように、タイミングＴ１～Ｔ５に分けて、折曲部２３を、折曲点情報で示す折曲点に順次変化させることで、頂上部Ａを目標座標（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ）に変化させることができる。

　（３－４．処理工程）
　以下では、図１２に示すフローチャートに沿って、各処理部の動作を説明する。

　ステップＳ１２１において、目標座標設定部１８１は、テープ１２により形成された四面体の頂上部Ａに対して、三次元空間における目標座標（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ）を設定して、ステップＳ１２２に進む。

　ステップＳ１２２において、駆動電流出力部１８３は、設定された目標座標に基づいて、当該目標座標に頂部が位置する三次元フレーム構造を形成可能な折曲点情報を、折曲点情報記憶部１８４から読み出す。例えば、目標座標が（１０、８、７）の場合には、テープ全長が５６ｃｍ、折曲部２３ａ～２３ｈそれぞれについて先端部２１からの距離が、６ｃｍ、１６ｃｍ、２１ｃｍ、２６ｃｍ、３４ｃｍ、３９ｃｍ、４４ｃｍ、５１ｃｍであるという折曲点情報を読み出して、ステップＳ１２３に進む。

　ステップＳ１２３において、駆動電流出力部１８３は、折曲部２３ａ～２３ｈを、ステップＳ１２２で読み出した折曲点情報で示す折曲点に順次変化させることにより、四面体の頂上部Ａを目標座標Ｐ１（ｘｔ、ｙｔ、ｚｔ）に変化させて、図１２に示す処理を終了する。

　上記図１２に示す処理によれば、折曲点情報記憶部１８４に記憶されている折曲点情報を利用することで、目標座標に頂部が位置する三次元フレーム構造を形成可能なテープの折曲点を簡便に取得して、一の頂部を精度良く目標座標位置に移動することができる。つまり、三次元フレーム構造を、使用に適した形状に容易かつ正確に変形することができる。

　（４）他の実施形態
　上述した本実施形態に係るフレーム構造１Ａ～１Ｃでは、フレーム構造体の全部が１本のテープ１２により形成される場合を図示して説明したが、複数本のテープ１２を組み合わせることで１つの三次元フレーム構造をなしてもよい。すなわち、１本のテープによりフレーム構造体の一部を形成する形状であってもよい。

　上述した本実施形態に係るフレーム構造体１Ａ～１Ｃでは、稜線部２２の結束がそれぞれ２箇所である場合を図示して説明したが、平行に成型する稜線部２２に対して少なくとも１箇所で結束されていればよく、強度の確保のため２箇所以上で結束されていてもよい。

　また、上述した本実施形態に係るフレーム構造体１Ａ～１Ｃでは、テープ１２を繰り出しおよび巻き取る巻取部１６は、四面体の頂上部に配置されている場合を図示して説明したが、フレーム構造体の重心を安定させるため、四面体の底面側に配置してもよい。

　さらに、上述した本実施形態に係るフレーム構造体１Ａ～１Ｃでは、駆動ローラ５１は、モータ１７により回転駆動する場合について説明したが、駆動ローラ５１のうちの少なくとも１つの一対の駆動ローラ５１がモータにより回転駆動するように構成してもよい。さらに、一対の駆動ローラ５１のうち一方の駆動ローラ５１のみがモータにより回転駆動するように構成してもよい。このように構成しても三次元フレーム構造を容易に変形することができる。

　また、上述した本実施形態に係るフレーム構造体１Ａ～１Ｃでは、連結部材４２は、金属製の材質で構成されている場合について説明したが、連結部材４２の材質は適宜変更が可能である。

　そして、上述した本実施形態に係るフレーム構造体１Ａ～１Ｃでは、複数の折曲部２３ａ～２３ｈが第１ジョイント部１４または第２ジョイント部１５により集約され、集約された集約箇所Ｆの全てを頂部（頂上部Ａまたは底面頂部Ｂ）とする四面体となっている場合について説明したが、折曲部２３（２３ａ～２３ｈ）のいずれかが集約箇所Ｆに集約していなくてもよく、集約箇所Ｆの全てが頂部とならなくてもよい。なお、集約箇所Ｆは、上述したように、機械的に固い結合でも緩い結合でもよい。

　上述した本実施形態に係るフレーム構造体１Ａ～１Ｃは様々な用途で使用することができる。例えば、空間演出、デザイン家具、舞台装置、建築、産業機械、宇宙産業等で使用することができ、用途は問わない。

　１Ａ～１Ｃ　　　　　　フレーム構造体
　１２　　　　　　　　　テープ
　１３　　　　　　　　　結束部材
　１４　　　　　　　　　第１ジョイント部
　１５ａ～１５ｃ　　　　第２ジョイント部
　１６　　　　　　　　　巻取部
　１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈ　モータ
　１８Ａ～１８Ａ　　　　モータ制御部
　１８１　　　　　　　　目標座標設定部
　１８２　　　　　　　　折曲点算出部
　１８３　　　　　　　　駆動電流出力部
　１８４　　　　　　　　折曲点情報記憶部
　２１　　　　　　　　　先端部
　２２ａ～２２ｆ　　　　稜線部
　２３ａ～２３ｈ　　　　折曲部
　２４ａ～２４ｃ　　　　底辺部
　２５　　　　　　　　　基端部
　４１ａ、４１ｂ　　　　ガイドローラ
　４２　　　　　　　　　連結部材
　４３　　　　　　　　　軸連結部
　４４　　　　　　　　　巻取連結部
　５１ａ～５１ｆ　　　　駆動ローラ
　５２ａ～５２ｃ　　　　摺動ガイド
　５３　　　　　　　　　垂直板部
　５４　　　　　　　　　水平板部
　Ａ　　　　　　　　　　頂上部
　Ｂ　　　　　　　　　　底面頂部
　Ｆ　　　　　　　　　　集約箇所

Claims

　有端状又は無端状のテープ（１２）と、
　前記テープを折り曲げてなる複数の折曲部（２３、２３ａ～２３ｈ）を、少なくとも１つの集約箇所（Ｆ）で集約する集約手段（１４、１５ａ～１５ｃ）と、
　前記テープを長さ方向に移動させる１つ以上のテープ移動手段（１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈ）と、
　前記テープ移動手段を制御する制御手段（１８Ａ～１８Ｃ）と、を備え、
　前記集約箇所（Ｆ）を頂部（Ａ、Ｂ）に含む三次元フレーム構造の一部又は全部が前記テープ（１２）により形成されており、
　前記制御手段（１８、１８３）は、前記テープ（１２）が移動して前記テープ（１２）上で隣り合う折曲部の間の距離が変化するように、前記テープ移動手段（１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈ）を制御する、フレーム構造体（１Ａ～１Ａ）。
　前記テープ移動手段（１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈ）を２つ以上備え、
　前記制御手段（１８Ａ～１８Ｃ）は、前記長さ方向のうちの一方に沿って前記テープ（１２）が順次移動するように、前記テープ移動手段（１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈ）を制御する、請求項１に記載のフレーム構造体（１Ａ～１Ｃ）。
　前記テープ（１２）は有端状であり、
　前記テープ移動手段（１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈ）は、前記長さ方向のうちの一方から他方に、且つ、他方から一方に沿って同時に前記テープ（１２）を順次移動させる、請求項２に記載のフレーム構造体（１Ａ～１Ｃ）。
　前記テープ移動手段（１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈ）は、前記頂部（Ａ、Ｂ）又はその近傍に配置されている、請求項１乃至３のうち何れか１項に記載のフレーム構造体（１Ａ～１Ｃ）。
　前記制御手段（１８Ａ～１８Ｃ）は、
　三次元空間において、１つ以上の目標座標を設定する目標座標設定手段（１８１）と、
前記設定された１つ以上の目標座標に基づいて、当該目標座標に頂部が位置する三次元フレーム構造を形成可能な折曲点を算出する折曲点算出手段（１８２）と、を有し、
　前記テープ（１２）が移動して前記算出した折曲点で折り曲げられるように、前記テープ移動手段（１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈ）を制御する、請求項１乃至４のうち何れか１項に記載のフレーム構造体（１Ａ～１Ｃ）。
　前記制御手段（１８Ａ～１８Ｃ）は、
　三次元空間において、１つ以上の目標座標を設定する目標座標設定手段（１８１）と、
　１つ以上の頂部（Ａ、Ｂ）が所定座標に位置する三次元フレーム構造に対応付けて、当該三次元フレーム構造を形成可能な折曲点の位置を示す折曲点位置情報を記憶する記憶手段（１８４）と、を有し、
　前記設定された目標座標に基づいて、当該目標座標に頂部が位置する三次元フレーム構造を形成可能な折曲点情報を、前記記憶手段から読み出し、読み出した折曲点情報に示す折曲点で前記テープが折り曲げられることにより、前記三次元フレーム構造を構成する頂部（Ａ、Ｂ）のうち少なくとも１つの頂部（Ａ、Ｂ）が前記目標座標となるように、前記テープ移動手段（１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｄ、１７ｅ、１７ｇ、１７ｈ）を制御する、請求項１乃至４のうち何れか１項に記載のフレーム構造体（１Ａ～１Ｃ）。