WO2022185767A1 - ばね伸縮機構、ロボットおよび電子機器 - Google Patents

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WO2022185767A1
WO2022185767A1 PCT/JP2022/002119 JP2022002119W WO2022185767A1 WO 2022185767 A1 WO2022185767 A1 WO 2022185767A1 JP 2022002119 W JP2022002119 W JP 2022002119W WO 2022185767 A1 WO2022185767 A1 WO 2022185767A1
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WO
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spring
outer ring
screw
robot
extension
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PCT/JP2022/002119
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Inventor
佳那子 黒川
信希 大島
Original Assignee
ソニーグループ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H19/00—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion
    • F16H19/02—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion
    • F16H19/06—Gearings comprising essentially only toothed gears or friction members and not capable of conveying indefinitely-continuing rotary motion for interconverting rotary or oscillating motion and reciprocating motion comprising flexible members, e.g. an endless flexible member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B25J11/008—Manipulators for service tasks
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H23/00—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/007—Manipulators mounted on wheels or on carriages mounted on wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/24—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • F16H25/2454—Brakes; Rotational locks
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61H23/00—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms
    • A61H23/02—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms with electric or magnetic drive
    • A61H23/0254—Percussion or vibration massage, e.g. using supersonic vibration; Suction-vibration massage; Massage with moving diaphragms with electric or magnetic drive with rotary motor

Definitions

  • the present invention relates to spring extension mechanisms, robots, and electronic devices.
  • the present disclosure proposes a spring expansion/contraction mechanism, a robot, and an electronic device that can adjust the amount of deflection of the spring and that is small and less likely to fail.
  • an outer ring a wire connected to the outer peripheral surface of the outer ring, a spring connected to the outer ring via the wire and compressed by winding the wire around the outer ring
  • An outer ring drive mechanism is provided that is in close contact with an outer ring to transmit rotational power to the outer ring, and that releases the outer ring from the close contact state to freely rotate the outer ring.
  • a robot and an electronic device having the spring extension/contraction mechanism and an operation control section that controls the spring extension/contraction mechanism.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the expansion-contraction operation
  • 10 is a diagram showing another example of control of the spring extension/contraction mechanism; It is a figure which shows an example of the shape of the bottom part of an exterior. It is a figure which shows an example of the shape of the bottom part of an exterior. It is a figure which shows the example which uses a spring expansion-contraction mechanism for the operation
  • FIG. 4 is a diagram showing a control flow for calling the user's attention; It is a figure which shows the example which applied the spring expansion-contraction mechanism to the information processing terminal. It is a figure which shows the example which applied the spring expansion-contraction mechanism to the massager. It is a figure which shows the example which applied the spring expansion-contraction mechanism to the acoustic device. It is a figure which shows the example which applied the spring expansion-contraction mechanism to the futon beating machine.
  • the spring extension mechanism SM has a first motor MT1, a first speed reducer RD1, a rotational power transmission mechanism PTM, a spring SP and an adjustment mechanism AM.
  • the rotary power transmission mechanism PTM switches the connection state between the first motor MT1 and the spring SP according to the rotation direction of the first motor MT1. By switching the connection state, the operation mode of the spring extension/contraction mechanism SM is switched between the transmission mode and the transmission cancellation mode.
  • the transmission mode is an operation mode in which the first motor MT1 and the spring SP are connected via the rotational power transmission mechanism PTM, and the rotational power of the first motor MT1 can be transmitted to the spring SP.
  • transmission mode the spring SP is compressed by the rotational power of the first motor MT1.
  • the transmission release mode is an operation mode in which the connection between the first motor MT1 and the spring SP is disconnected in the rotational power transmission mechanism PTM and the rotational power of the first motor MT1 is not transmitted to the spring SP.
  • de-transmission mode no stress is applied to the spring SP. Therefore, when the spring SP is compressed, the spring SP is released from the compressed state and stretches instantaneously until it returns to its natural length.
  • the rotary power transmission mechanism PTM includes a shaft RA, a first screw MS, a second screw FS, an outer ring OR, a ratchet RT, and a plurality of bearings BG (for example, first bearings BG1 to It has a fourth bearing BG4).
  • the rotary power transmission mechanism PTM is connected to the first motor MT1 via the first speed reducer RD1.
  • the first screw MS is, for example, a male screw.
  • a first screw MS is attached to the shaft RA via a first bearing BG1.
  • a first flange FL1 is provided at the end of the first screw MS opposite to the first bearing BG1 side.
  • a gear portion SEG that meshes with the first speed reducer RD1 is provided at the end of the first screw MS on the side of the first bearing BG1.
  • Rotational power of a first motor MT1 is transmitted to the first screw MS via a first speed reducer RD1.
  • the direction of rotation of the first screw MS is switched by switching the direction of rotation of the first motor MT1. As shown in FIGS. 5 and 6, the first motor MT1 can rotate the first screw MS in a first direction D1 and a second direction D2 opposite to the first direction D1.
  • the rotation of the first motor MT1 when rotating the first screw MS in the first direction D1 is referred to as "forward rotation”.
  • the rotation of the first motor MT1 when rotating the first screw MS in the second direction D1 is referred to as "reverse rotation”.
  • the second screw FS is, for example, a female screw.
  • the second screw FS is screwed with the first screw MS.
  • a second flange FL2 is provided at the end of the second screw FS on the side of the first screw MS.
  • the end of the second screw FS on the opposite side of the first screw MS is fitted in the ratchet RT.
  • Ratchet RT is attached to shaft RA via a fourth bearing BG4.
  • a key KY regulates relative rotation between the second screw FS and the ratchet RT. Therefore, the second screw FS and the ratchet RT rotate together around the shaft RA.
  • the ratchet RT has its rotation direction restricted to the first direction D1 by the pawl PW and the gear portion RG.
  • the rotation direction of the second screw FS is restricted to the first direction D1 by the ratchet RT.
  • the second screw FS and ratchet RT rotate only in the first direction D1 and do not rotate in the second direction D2 opposite the first direction D1.
  • an outer ring OR is provided on the outside of the second screw FS.
  • Spring SP is connected to outer ring OR via wire WR.
  • the spring SP is compressed by winding the wire WR around the outer ring OR.
  • a third flange FL3 is provided at the end of the outer ring OR on the side of the first screw MS.
  • the end of the outer ring OR on the side of the first screw MS (the third flange FL3 in the example of FIG. 2) is attached to the first screw MS via the second bearing BG2.
  • the end of the outer ring OR opposite to the first screw MS is attached to the second screw FS via a third bearing BG3.
  • the third flange FL3 is formed between the first flange FL1 and the second flange FL2 when the first screw MS is rotated in the first direction D1 and the first screw MS and the second screw FS are tightly screwed together. sandwiched.
  • the frictional force at the contact portion (first contact portion CP1) between the first flange FL1 and the third flange FL3 is designed to be small.
  • the frictional force of the contact portion (second contact portion CP2) between the second flange FL2 and the third flange FL2 is designed to be large.
  • the outer ring OR rotates integrally with the first screw MS and the second screw FS due to the strong frictional force at the second contact portion CP2.
  • the transmission release mode the contact between the first screw MS and the outer ring OR is maintained, but since the frictional force of the first contact portion CP1 is small, even if the first screw MS rotates, the rotation of the first screw MS does not occur. It does not greatly affect the operation of the outer ring OR.
  • the first screw MS, the second screw FS and the ratchet RT constitute the outer wheel drive mechanism RPT.
  • the outer ring drive mechanism RPT switches between transmission and interruption of rotational power to the outer ring OR based on the tight contact state between the outer ring OR and the first screw MS and the second screw FS.
  • the outer ring drive mechanism RPT brings the first screw MS and the second screw FS into close contact with the outer ring OR to transmit the rotational power of the first motor MT1 to the outer ring OR.
  • the wire WR is wound around the outer ring OR and the spring SP is compressed.
  • the outer ring drive mechanism RTP releases the outer ring OR from being in close contact with the first screw MS and the second screw F to freely rotate the outer ring OR.
  • the spring SP is released from the compressed state and expanded instantaneously.
  • the adjustment mechanism AM adjusts the orientation of the spring SP.
  • the adjusting mechanism AM has a second motor MT2, a second speed reducer RD2 and a casing CS.
  • the casing CS has a casing main body MB and a spring shaft SA.
  • the casing main body MB has a tubular structure that accommodates therein the first motor MT1, the first speed reducer RD1, and the rotary power transmission mechanism PTM.
  • the casing main body MB is fixed to the shaft RA.
  • the casing main body MB rotates integrally with the shaft RA.
  • the spring shaft SA is provided so as to protrude from the outer peripheral surface of the casing body MB in the radial direction of the casing body MB (direction perpendicular to the shaft RA).
  • a through hole TH through which the wire WR is inserted is provided in the center of the spring shaft SA.
  • the spring shaft SA has a hollow structure through which the wire WR is inserted along the through hole TH.
  • a spiral spring SP is fitted on the outside of the spring shaft SA.
  • the end (first end) of the spring SP on the side of the casing main body MB is in contact with the casing main body MB at the base end of the spring shaft SA.
  • the length of the spring SP in its uncompressed state is greater than the length of the spring shaft SA.
  • the tip of the spring SP in an uncompressed state protrudes from the tip of the spring shaft SA.
  • One end (first end) of the wire WR is connected to the outer peripheral surface of the outer ring OR.
  • the other end (second end) of the wire WR is connected to the end (second end) of the spring SP on the side opposite to the casing main body MB side.
  • transmission mode the wire WR is wound around the outer ring OR, and the second end of the wire WR pulls the second end of the spring SP toward the casing main body MB. This compresses the spring SP.
  • the outer ring OR is released from the rotational power of the first motor MT1 and rotates freely. As a result, the compressed spring SP instantly expands and returns to its natural length.
  • the casing main body MB is provided with a gear portion CEG that meshes with the second reduction gear RD2.
  • Rotational power of the second motor MT2 is transmitted to the casing CS via the second speed reducer RD2.
  • the second motor MT2 rotates the casing CS integrally in the circumferential direction of the shaft RA together with the first motor MT1, the first speed reducer RD1, the rotational power transmission mechanism PTM, and the spring SP held by the casing CS. This adjusts the orientation of the spring SP along the circumferential direction of the shaft RA.
  • the rotation direction of the casing CS is switched by switching the rotation direction of the second motor MT2.
  • the third flange FL3 of the outer ring OR is moved between the first flange FL1 of the first screw MS and the second flange FL1 of the second screw FS. It is sandwiched between the flange FL2.
  • the strong contact of the third flange FL3 with the first flange FL1 and the second flange FL2 integrates the outer ring OR with the first screw MS and the second screw FS. Since the frictional force between the second flange FL2 and the third flange FL3 at the second contact portion CP2 is large, it is difficult for the outer ring OR to rotate relative to the second screw FS. Therefore, the outer ring OR is firmly fixed to the second screw FS.
  • the first screw MS rotates in the second direction D2 opposite to the first direction D1.
  • the rotation direction of the second screw FS is limited to the first direction D1 by the ratchet RT. Therefore, even if the first screw MS rotates in the second direction D2, the second screw FS cannot rotate together with the first screw MS in the second direction D2, and the direction away from the first screw MS (fourth direction D4).
  • a gap is generated between the second flange FL2 and the third flange FL3 at the second contact portion CP2, and the adhesion between the third flange FL3 and the first flange FL1 and the second flange FL2 is reduced.
  • the frictional force of the first contact portion CP1 is small. Therefore, when the adhesion between the first screw MS and the outer ring OR is reduced, the outer ring OR does not rotate even if the first screw MS rotates.
  • the outer ring OR becomes disconnected from the outer ring drive mechanism RPT and is free to rotate.
  • the compressive stress applied to the spring SP via the wire WR also disappears, allowing the spring SP to expand freely.
  • the outer ring OR rotates as the spring SP expands, since the outer ring OR is separated from the outer ring drive mechanism RPT, no stress is generated that hinders the rotation of the outer ring OR. Therefore, the spring SP expands instantaneously and returns to its original length.
  • the spring expansion/contraction mechanism SM has an outer ring OR, a wire WR, a spring SP, and an outer ring drive mechanism RPT.
  • a wire WR is connected to the outer peripheral surface of the outer ring OR.
  • Spring SP is connected to outer ring OR via wire WR.
  • the spring SP is compressed by winding the wire WR around the outer ring OR.
  • the outer wheel drive mechanism RPT is in close contact with the outer wheel OR and transmits rotational power to the outer wheel OR.
  • the outer ring drive mechanism RPT releases the outer ring OR from the tight contact state and allows the outer ring OR to rotate freely.
  • the outer wheel drive mechanism RPT has a first screw MS, a second screw FS and a ratchet RT.
  • the second screw FS is screwed with the first screw MS, and sandwiches the outer ring OR with the first screw MS when the first screw MS rotates in the first direction D1.
  • the ratchet RT limits the rotation direction of the second screw FS to the first direction D1.
  • the second screw FS moves away from the first screw MS (fourth direction D4), and the outer ring OR comes into close contact with the first screw MS and the second screw FS. released from the state.
  • the connection between the outer ring OR and the first screw MS and the second screw FS is released, and the stress applied to the outer ring OR is removed. Therefore, the outer ring OR can rotate freely.
  • the spring extension mechanism SM has a first motor MT1.
  • the first motor MT1 can rotate the first screw MS in a first direction D1 and a second direction D2 opposite to the first direction D1.
  • a compact spring expansion/contraction mechanism SM using the first motor MT1 as a rotational power source is provided.
  • the spring expansion/contraction mechanism SM has an adjustment mechanism AM that adjusts the direction of the spring SP.
  • the restoring force of the spring SP can be exerted in an appropriate direction.
  • the adjustment mechanism AM has a casing CS and a second motor MT2.
  • the casing CS has a hollow spring shaft SA through which the wire WR is passed.
  • the second motor MT2 rotates the casing CS.
  • the orientation of the spring SP can be adjusted with a simple configuration.
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of an autonomous mobile body 10, which is an example of a robot.
  • the autonomous mobile body 10 is an oblong agent-type robot that autonomously travels on wheels.
  • the autonomous mobile body 10 implements various types of communication including information presentation by, for example, performing autonomous actions according to the user, surroundings, and own situation.
  • the autonomous mobile body 10 may be a small robot having a size and weight that a user can easily lift with one hand.
  • the autonomous mobile body 10 has the above-described spring extension/contraction mechanism SM for use in obstacle avoidance, impact absorption when dropped, and recovery from a fallen state.
  • FIG. 13 is a side view of the autonomous mobile body 10.
  • the autonomous mobile body 10 has two eye parts 510 corresponding to the right eye and the left eye on the upper part of the main body.
  • the eye part 510 is realized by, for example, an LED, and can express a line of sight, a blink, or the like. Note that the eye part 510 is not limited to the above example, and may be realized by, for example, a single or two independent OLEDs (Organic Light Emitting Diodes).
  • the autonomous mobile body 10 is equipped with two cameras 515 above the eye part 510 .
  • the camera 515 has a function of capturing images of the user and the surrounding environment. Also, the autonomous mobile body 10 can realize SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) based on the image captured by the camera 515 .
  • SLAM Simultaneous Localization and Mapping
  • the eye part 510 and the camera 515 are arranged on a substrate 505 arranged inside the exterior surface.
  • the exterior surface of the autonomous mobile body 10 is basically formed using an opaque material, but the portion corresponding to the substrate 505 on which the eye part 510 and the camera 515 are arranged uses a transparent or translucent material.
  • a head cover 550 is provided. Thereby, the user can recognize the eye part 510 of the autonomous mobile body 10, and the autonomous mobile body 10 can image the outside world.
  • the autonomous mobile body 10 is equipped with a ToF sensor 520 at the bottom of the front.
  • the ToF sensor 520 has a function of detecting the distance to an object present in front. According to the ToF sensor 520, distances to various objects can be detected with high precision, and by detecting steps and the like, falling and overturning can be prevented.
  • the autonomous mobile body 10 may have a connection terminal 555 for an external device and a power switch 560 on the back.
  • the autonomous mobile body 10 can connect with an external device via the connection terminal 555 and perform information communication.
  • the autonomous mobile body 10 has two wheels 570 on the bottom.
  • the two wheels 570 are driven by different motors. As a result, the autonomous mobile body 10 can move forward, backward, turn, and rotate. Wheels 570 are provided so that they can be retracted inside the main body and protrude to the outside.
  • the autonomous mobile body 10 can perform a jump motion by, for example, vigorously protruding the two wheels 570 to the outside.
  • the autonomous mobile body 10 performs movement operations such as back-and-forth motion, turning motion, and rotating motion while maintaining a forward-leaning posture.
  • the autonomous mobile body 10 performs a movement operation while tilting forward by an angle ⁇ in the vertical direction.
  • the angle ⁇ is, for example, 10°.
  • the motion control unit 160 which will be described later, controls the motion of the autonomous mobile body 10 so that the center of gravity CoG of the autonomous mobile body 10 is positioned vertically above the rotation axis of the wheels 570 .
  • FIG. 14 is a block diagram showing a functional configuration example of the autonomous mobile body 10. As shown in FIG.
  • the autonomous mobile body 10 includes a sensor section 110 , an input section 120 , a light source 130 , an audio output section 140 , a drive section 150 and an operation control section 160 .
  • the sensor unit 110 has a function of collecting various sensor information related to the user and surroundings.
  • the sensor unit 110 includes, for example, a camera 515, a ToF sensor 520, a microphone, an inertial sensor (IMU: Inertial Measurement Unit), and the like.
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • the sensor unit 110 may include various sensors such as various optical sensors including a geomagnetic sensor, a touch sensor, an infrared sensor, a temperature sensor, and a humidity sensor.
  • the input unit 120 has a function of detecting physical input operations by the user.
  • the input unit 120 includes buttons such as a power switch 560, for example.
  • the light source 130 expresses the eye movement of the autonomous mobile body 10 .
  • the light source 130 comprises two eyes 510 .
  • the audio output unit 140 has a function of outputting various sounds including voice.
  • the audio output unit 140 includes a speaker 535, an amplifier, and the like.
  • the driving unit 150 expresses the body motion of the autonomous mobile body 10.
  • the drive unit 150 includes two wheels 570, a plurality of wheel drive motors, a spring extension/contraction mechanism SM, and the like.
  • the operation control unit 160 has a function of controlling each configuration provided in the autonomous mobile body 10 .
  • the motion control unit 160 for example, makes an action plan based on the sensor information collected by the sensor unit 110, and controls eye expression by the light source 130 and audio output by the audio output unit 140. Further, the operation control section 160 may control the operation of the driving section 150 based on the above action plan.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of control of the spring extension mechanism SM by the operation control unit 160.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of control of the spring extension mechanism SM by the operation control unit 160.
  • the rotation direction of the first motor MT1 is controlled to compress and extend the spring SP.
  • the state on the left side of FIG. 15 is a state in which the outer ring OR is rotated in the first direction D1 by the first motor MT1 and the spring SP is compressed. In this state, the spring SP does not protrude from the bottom portion BT of the exterior ET of the autonomous mobile body 10 . Therefore, the autonomous mobile body 10 can move on the wheels 570 without being hindered by the spring SP.
  • the state on the right side of FIG. 15 is a state in which the first motor MT1 rotates the outer ring OR in the second direction D2 and the spring SP is released from the compressed state.
  • the spring SP protrudes from the bottom BT of the exterior ET toward the ground.
  • the autonomous mobile body 10 can jump up by vigorously pushing the ground with the tip of the spring SP.
  • FIG. 16 is a diagram showing another example of control of the spring extension/contraction mechanism SM.
  • the orientation of the spring SP is adjusted by controlling the rotation of the second motor MT2.
  • the autonomous mobile body 10 moves with the spring SP compressed. In this state, the rotational force must be continuously applied to the spring SP during the movement period.
  • the orientation of the spring SP is changed horizontally. In this configuration, even when the spring SP is stretched, the spring SP does not protrude from the bottom portion BT of the exterior ET. The autonomous mobile body 10 can move without being hindered by the spring SP without applying rotational power to the spring SP. Therefore, power consumption is reduced.
  • 17 and 18 are diagrams showing an example of the shape of the bottom portion BT of the exterior ET.
  • L is the natural length of the spring SP.
  • Reference L1 indicates the length by which the spring SP protrudes from the bottom portion BT when the spring SP is extended from the bottom portion BT toward the ground with the spring SP oriented vertically downward.
  • L2 indicates the length by which the spring SP protrudes from the bottom portion BT when the spring SP is extended from the bottom portion BT toward the ground while the orientation of the spring SP is tilted from the vertical direction.
  • FIG. 17 shows an example in which the width of the bottom portion BT is longer than the height.
  • length L1 is longer than length L2. Therefore, the force of jumping straight up is stronger than the force of jumping diagonally.
  • FIG. 18 shows an example in which the width of the bottom portion BT is shorter than the height. In the example of FIG. 18, length L2 is longer than length L1. Therefore, the force of jumping diagonally is stronger than the force of jumping straight up.
  • the motion control unit 160 controls the deflection amount (compression amount), extension direction, and extension timing of the spring SP based on the situation of the autonomous mobile body 10 .
  • Various situations are conceivable as conditions that cause control. Examples of the above-mentioned situations include passive situations such as changes in operating environment and active situations such as interacting with others. According to this configuration, it is possible to cause the spring extension/contraction mechanism SM to perform an appropriate operation according to the situation of the autonomous mobile body 10 . An example of control of the spring extension/contraction mechanism SM according to the situation will be described below.
  • FIG. 19 is a diagram showing an example of using the spring expansion/contraction mechanism SM for the operation of getting over the obstacle OT.
  • the motion control unit 160 When the motion control unit 160 detects a situation in which an obstacle OT exists in front of the autonomous mobile body 10 based on the image of the camera 515, it calculates the deflection amount of the spring SP based on the height of the obstacle OT. The motion control unit 160 calculates the extension direction and extension timing of the spring SP based on the distance to the obstacle OT. According to this configuration, the autonomous mobile body 10 can be made to climb over the obstacle OT.
  • FIG. 20 is a diagram showing a control flow by the operation control unit 160.
  • FIG. 20 is a diagram showing a control flow by the operation control unit 160.
  • step S1 the motion control unit 160 uses the camera 515 to detect an obstacle OT ahead in the movement direction.
  • step S2 the motion control unit 160 calculates the amount of deflection of the spring SP necessary for jumping over the obstacle OT from the height of the obstacle OT.
  • step S3 the motion control unit 160 determines whether the spring SP is currently sufficiently compressed to jump over the obstacle OT.
  • step S3 If it is determined in step S3 that the spring SP is sufficiently compressed (step S3: Yes), proceed to step S4.
  • step S3 When it is determined in step S3 that the spring SP is not sufficiently compressed (step S3: No), the process proceeds to step S5.
  • step S5 the operation control unit 160 rotates the first motor MT1 forward and fully compresses the spring SP. Then, the process proceeds to step S4.
  • step S4 the motion control unit 160 calculates the angle at which the spring SP pushes the ground GD according to the calculated amount of deflection.
  • step S6 the motion control unit 160 rotates the spring SP to the calculated angle using the second motor MT2.
  • step S7 the motion control unit 160 rotates the first motor MT1 in reverse to vigorously extend the spring SP.
  • step S8 the spring SP pushes the ground GD and the autonomous mobile body 10 jumps up.
  • step S9 the autonomous mobile body 10 lands on the obstacle OT with the spring SP stretched. The stretched spring SP absorbs the impact upon landing.
  • FIG. 21 is a diagram showing an example of using the spring expansion/contraction mechanism SM to absorb impact when dropped.
  • the motion control unit 160 When the motion control unit 160 detects that the autonomous mobile body 10 is falling based on the IMU measurement data, it calculates the direction in which the autonomous mobile body 10 lands as the extension direction. The motion control unit 160 extends the spring SP before the autonomous mobile body 10 lands. According to this configuration, the spring SP can absorb the impact caused by the drop.
  • FIG. 22 is a diagram showing a control flow by the operation control section 160.
  • FIG. 22 is a diagram showing a control flow by the operation control section 160.
  • the motion control unit 160 detects that the autonomous mobile body 10 is falling based on the measurement data of the IMU. In step S12, the motion control unit 160 causes the second motor MT2 to rotate the spring SP in the dropping direction. In step S13, the motion control unit 160 determines whether the spring SP is currently expanded (not in a compressed state).
  • step S13 If it is determined in step S13 that the spring SP is stretched (step S13: Yes), the process proceeds to step S14.
  • step S13: No When it is determined in step S13 that the spring SP is not stretched (compressed) (step S13: No), the process proceeds to step S15.
  • step S15 the motion control unit 160 rotates the first motor MT1 in reverse to extend the spring SP. Then, the process proceeds to step S14.
  • step S14 the autonomous mobile body 10 lands on the ground GD with the spring SP extended.
  • the impact at landing is absorbed by the stretched spring SP.
  • FIG. 23 is a diagram showing an example of using the spring extension/contraction mechanism SM for recovery operation from the overturned state.
  • the motion control unit 160 When the motion control unit 160 detects that the autonomous mobile body 10 has fallen based on the measurement data of the IMU, it calculates the deflection amount and extension direction of the spring SP for raising the autonomous mobile body 10 . According to this configuration, the overturned autonomous mobile body 10 can be raised.
  • FIG. 24 is a diagram showing a control flow by the operation control unit 160.
  • FIG. 24 is a diagram showing a control flow by the operation control unit 160.
  • step S21 the operation control unit 160 detects that the autonomous mobile body 10 is lying down based on the measurement data of the IMU.
  • step S ⁇ b>22 the motion control unit 160 determines whether the spring SP is currently contracted by an amount sufficient to raise the autonomous mobile body 10 .
  • step S22 When it is determined in step S22 that the spring SP is sufficiently compressed (step S22: Yes), the process proceeds to step S23.
  • step S22 When it is determined in step S22 that the spring SP is not sufficiently compressed (step S22: No), the process proceeds to step S24.
  • step S24 the operation control unit 160 causes the first motor MT1 to rotate forward, and compresses the spring SP by an amount necessary to raise the autonomous mobile body 10. As shown in FIG. Then, the process proceeds to step S23.
  • step S23 the operation control unit 160 causes the second motor MT2 to rotate the spring SP in the overturning direction.
  • the motion control unit 160 calculates the inclination angle of the spring SP necessary to raise the autonomous mobile body 10, and rotates the spring SP until the spring SP inclines with the ground GD by the calculated inclination angle.
  • step S25 the operation control unit 160 rotates the first motor MT1 in reverse to vigorously extend the spring SP.
  • step S26 the spring SP pushes the ground GD and the autonomous mobile body 10 rises.
  • the spring extension mechanism SM is used to attract the user's attention.
  • the autonomous mobile body 10 gently taps the user's hand HD to tactilely attract the user's attention.
  • the autonomous mobile body 10 may tap the desk to make a sound to aurally attract the user's attention.
  • the autonomous mobile body 10 bounces at a constant rhythm to visually attract the user's attention.
  • the motion control unit 160 When the motion control unit 160 detects a situation that should attract the user's attention, the motion control unit 160 adjusts the amount of deflection of the spring SP, Controls stretch direction and stretch timing. According to this configuration, the user's attention can be attracted by the movement of the autonomous mobile body 10 caused by the expansion and contraction of the spring SP.
  • the collision target object OB is the user's hand HD. Therefore, the stress at the time of release (the amount of deflection of the spring SP) is set to be as small as possible within a range that can be recognized by the user.
  • the object OB to be collided with is the ground GD. If the ground GD is made of a hard material, the spring SP can be greatly compressed to allow a high jump.
  • FIG. 27 is a diagram showing a control flow for calling the user's attention.
  • step S31 the motion control unit 160 determines the strength with which the object OB to be collided with is struck.
  • step S32 the motion control unit 160 calculates the deflection amount of the spring SP according to the determined strength.
  • step S33 the motion control unit 160 rotates the first motor MT1 forward to compress the spring SP by the calculated deflection amount.
  • step S34 the motion control unit 1600 rotates the first motor MT1 in reverse to extend the spring SP vigorously and strike the object OB with the extended spring SP.
  • step S35 the motion control unit 160 determines whether the object OB has been hit the required number of times. If it is determined in step S35 that the object OB has been hit the required number of times (step S35: Yes), the process ends. If it is determined in step S35 that the object OB has not been poked the required number of times (step S35: No), the process returns to step S33, and the above processing is repeated until the object OB is poked the required number of times.
  • the autonomous mobile body 10 has a spring extension/contraction mechanism SM and an operation control section 160 . According to this configuration, the amount of deflection of the spring SP can be adjusted, and the autonomous mobile body 10 that is small and hard to break down is provided.
  • the electronic device ED has a spring extension/contraction mechanism SM and an operation control section.
  • the motion control section controls the spring extension/contraction mechanism SM, and has the same configuration as the motion control section 160 described above.
  • FIG. 28 is a diagram showing an example in which the spring extension/contraction mechanism SM is applied to an information processing terminal ED1 such as a smart phone and a tablet terminal.
  • the information processing terminal ED1 has a spring extension/contraction mechanism SM as vibration means.
  • the motion control unit notifies the user using vibration generated by expansion and contraction of the spring SP. For example, when there is an incoming call to the information processing terminal ED1, the spring SP is protruded at a constant rhythm and hits the surface of the desk TB on which the information processing terminal ED1 is placed. The user recognizes that there is an incoming call from the vibration or vibration sound of the information processing terminal ED1. According to this configuration, the expansion and contraction of the spring SP causes a large vibration, so that the user can be reliably notified.
  • the spring expansion/contraction mechanism SM can also be built into a game controller or the like. According to this configuration, it is possible to generate powerful vibrations that cannot be expressed by conventional vibration means. Therefore, a highly entertaining game is provided.
  • FIG. 29 is a diagram showing an example in which the spring extension/contraction mechanism SM is applied to the massager ED2.
  • the massager ED2 has a vibrating part BP that massages objects such as the user's HM's head, shoulders, back, waist, and legs using vibrations generated by expansion and contraction of the springs SP.
  • the spring expansion/contraction mechanism SM is built in the vibration part BP. This configuration provides a compact massager ED2 whose strength of massage can be controlled by the amount of deflection of the spring SP.
  • FIG. 30 is a diagram showing an example in which the spring extension/contraction mechanism SM is applied to the acoustic device ED3.
  • the acoustic device ED3 has a membrane FM which vibrates due to the expansion and contraction of the spring SP and which produces the sound SD.
  • the motion control section controls the deflection amount and extension timing of the spring SP based on the acoustic signal.
  • the spring extension/contraction mechanism SM can be used as a sound source.
  • the intensity of sound SD can be adjusted by the amount of deflection of spring SP. Therefore, a compact audio device ED3 is provided that can adjust the strength of the sound SD.
  • by strongly bending the spring SP it is possible to generate a powerful sound SD that cannot be expressed by a piezoelectric element or the like. For example, it is possible to produce realistic drum sounds by hitting the membrane FM like hitting a drum.
  • FIG. 31 is a diagram showing an example in which the spring extension mechanism SM is applied to the futon beating machine ED4.
  • the futon-beating machine ED4 has a vibrating part BP that beats the futon MA using vibrations generated by expansion and contraction of the spring SP.
  • the spring expansion/contraction mechanism SM is built in the vibration part BP.
  • a compact futon beating machine ED4 is provided in which the force with which the futon MA is beaten can be controlled by the amount of deflection of the spring SP. By strongly bending the spring SP, the futon MA can be strongly hit. Therefore, dust, mites, etc. can be removed more effectively.
  • the electronic device ED has the spring extension mechanism SM of the present disclosure. According to this configuration, the deflection amount of the spring can be adjusted, and the electronic device ED that is small and hard to break down is provided.
  • the present technology can also take the following configuration.
  • a spring telescoping mechanism having a
  • the outer wheel drive mechanism is a first screw; a second screw that engages with the first screw and sandwiches the outer ring between the first screw and the first screw when the first screw rotates in the first direction; a ratchet that restricts the rotation direction of the second screw to the first direction; having The spring extension mechanism according to (1) above.
  • the adjustment mechanism is a casing having a hollow spring shaft through which the wire is inserted; a second motor for rotating the casing; having The spring extension mechanism according to (4) above.
  • (6) a spring extension mechanism according to any one of (1) to (5) above; an operation control unit that controls the spring expansion/contraction mechanism; A robot with (7) The motion control unit controls the deflection amount, extension direction, and extension timing of the spring based on the situation of the robot.
  • the motion control unit calculates the amount of deflection of the spring based on the height of the obstacle. calculating the extension direction and extension timing of the spring based on the distance of The robot according to (7) above. (9) When detecting that the robot is falling based on the measurement data of the IMU, the motion control unit calculates the direction in which the robot lands as the extension direction, and adjusts the spring before the robot lands. lengthen, The robot according to (7) above. (10) When the motion control unit detects that the robot is overturned based on the measurement data of the IMU, it calculates the deflection amount and the extension direction of the spring for raising the robot. The robot according to (7) above.
  • the motion control unit determines the amount of deflection of the spring, controlling the stretch direction and stretch timing; The robot according to (7) above.
  • (12) a spring extension mechanism according to any one of (1) to (5) above; an operation control unit that controls the spring expansion/contraction mechanism; electronic equipment.
  • the operation control unit notifies the user using vibration generated by expansion and contraction of the spring.
  • (14) Having a membrane that vibrates by expansion and contraction of the spring and generates sound, The operation control unit controls the deflection amount and extension timing of the spring based on the acoustic signal.
  • the electronic device according to (12) above. (15) Having a vibrating part that hits or massages an object using vibration generated by expansion and contraction of the spring, The electronic device according to (12) above.

Abstract

ばね伸縮機構（ＳＭ）は、外輪（ＯＲ）とワイヤ（ＷＲ）とばね（ＳＰ）と外輪駆動機構（ＲＰＴ）とを有する。ワイヤ（ＷＲ）は、外輪（ＯＲ）の外周面に接続されている。ばね（ＳＰ）は、ワイヤ（ＷＲ）を介して外輪（ＯＲ）と接続されている。ばね（ＳＰ）は、外輪（ＯＲ）にワイヤ（ＷＲ）が巻き取られることにより圧縮される。外輪駆動機構（ＲＰＴ）は、外輪（ＯＲ）と密着して外輪（ＯＲ）に回転動力を伝達する。外輪駆動機構（ＲＰＴ）は、外輪（ＯＲ）を密着した状態から解放して外輪（ＯＲ）を自由回転させる。

Description

ばね伸縮機構、ロボットおよび電子機器
　本発明は、ばね伸縮機構、ロボットおよび電子機器に関する。
　カムとアームを用いることで、１つの動力のみでばねの巻き取りと解放を行うことが可能なばね伸縮機構が知られている（特許文献１参照）。
特開２０１５－２２９１１３号公報
　上述の方法では、ばねが解放されたときの大きな力がカムにかかる。そのため、カムが故障しやすい。また、ばねのたわみ量に応じてカムの直径が大きくなるため、機器を小型化するのが難しい。さらに、ばねのたわみ量が調整できないという課題もある。
　そこで、本開示では、ばねのたわみ量を調整でき、小型で故障しにくいばね伸縮機構、ロボットおよび電子機器を提案する。
　本開示によれば、外輪と、前記外輪の外周面に接続されたワイヤと、前記ワイヤを介して前記外輪と接続され、前記外輪に前記ワイヤが巻き取られることにより圧縮されるばねと、前記外輪と密着して前記外輪に回転動力を伝達するとともに、前記外輪を密着した状態から解放して前記外輪を自由回転させる外輪駆動機構と、を有するばね伸縮機構が提供される。また、本開示によれば、前記ばね伸縮機構と、前記ばね伸縮機構を制御する動作制御部と、を有するロボットおよび電子機器が提供される。
ばね伸縮機構の一例を示す図である。 ばね伸縮機構の一例を示す図である。 ばね伸縮機構の一例を示す図である。 ばね伸縮機構の一例を示す図である。 ばね伸縮機構の一例を示す図である。 ばね伸縮機構の一例を示す図である。 ばね伸縮機構の一例を示す図である。 ばね伸縮機構の一例を示す図である。 ばね伸縮機構によるばねの伸縮動作を示す図である。 ばね伸縮機構によるばねの伸縮動作を示す図である。 ばね伸縮機構によるばねの伸縮動作を示す図である。 ばね伸縮機構によるばねの伸縮動作を示す図である。 ロボットの一例である自律移動体の構成を示す図である。 自律移動体の機能構成例を示すブロック図である。 動作制御部によるばね伸縮機構の制御の一例を示す図である。 ばね伸縮機構の制御の他の例を示す図である。 外装の底部の形状の一例を示す図である。 外装の底部の形状の一例を示す図である。 ばね伸縮機構を障害物の乗り越え動作に用いる例を示す図である。 動作制御部による制御フローを示す図である。 ばね伸縮機構を落下時の衝撃吸収に用いる例を示す図である。 動作制御部による制御フローを示す図である。 ばね伸縮機構を転倒状態からの復帰動作に用いる例を示す図である。 動作制御部による制御フローを示す図である。 ばね伸縮機構を自律移動体の他の動作へ適用した例を示す図である。 ばね伸縮機構を自律移動体の他の動作へ適用した例を示す図である。 ユーザの注意を喚起するための制御フローを示す図である。 ばね伸縮機構を情報処理端末に適用した例を示す図である。 ばね伸縮機構をマッサージ器に適用した例を示す図である。 ばね伸縮機構を音響装置に適用した例を示す図である。 ばね伸縮機構を布団叩き機に適用した例を示す図である。
　以下に、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
　なお、説明は以下の順序で行われる。
［１．ばね伸縮機構］
　［１－１．ばね伸縮機構の構成］
　［１－２．ばねの伸縮動作］
　［１－３．効果］
［２．ばね伸縮機構の適用例１］
　［２－１．ロボットの構成］
　［２－２．障害物を乗り越える動作］
　［２－３．落下時の衝撃吸収］
　［２－４．転倒状態から復帰する動作］
　［２－５．他の動作への適用例］
　［２－６．効果］
［３．ばね伸縮機構の適用例２］
　［３－１．情報処理端末］
　［３－２．マッサージ器］
　［３－３．音響装置］
　［３－４．布団たたき機］
　［３－５．効果］
［１．ばね伸縮機構］
［１－１．ばね伸縮機構の構成］
　図１ないし図８は、ばね伸縮機構ＳＭの一例を示す図である。
　図１および図２に示すように、ばね伸縮機構ＳＭは、第１モータＭＴ１、第１減速機ＲＤ１、回転動力伝達機構ＰＴＭ、ばねＳＰおよび調整機構ＡＭを有する。
　回転動力伝達機構ＰＴＭは、第１モータＭＴ１の回転方向に応じて、第１モータＭＴ１とばねＳＰとの接続状態を切り替える。接続状態が切り替えられることによって、ばね伸縮機構ＳＭの動作モードが伝達モードと伝達解除モードとの間で切り替えられる。
　伝達モードは、第１モータＭＴ１とばねＳＰとが回転動力伝達機構ＰＴＭを介して接続され、第１モータＭＴ１の回転動力がばねＳＰに伝達可能な動作モードである。伝達モードでは、第１モータＭＴ１の回転動力によってばねＳＰが圧縮される。伝達解除モードは、第１モータＭＴ１とばねＳＰとの接続が回転動力伝達機構ＰＴＭにおいて切り離され、第１モータＭＴ１の回転動力がばねＳＰに伝達されない動作モードである。伝達解除モードでは、ばねＳＰに対して何らの応力も付与されない。そのため、ばねＳＰが圧縮されていた場合には、ばねＳＰは圧縮状態から解放され、自然長に戻るまで瞬発的に伸長する。
　図１ないし図３に示すように、回転動力伝達機構ＰＴＭは、シャフトＲＡ、第１ねじＭＳ、第２ねじＦＳ、外輪ＯＲ、ラチェットＲＴ、および、複数のベアリングＢＧ（例えば、第１ベアリングＢＧ１ないし第４ベアリングＢＧ４）を有する。回転動力伝達機構ＰＴＭは、第１減速機ＲＤ１を介して第１モータＭＴ１と接続されている。
　第１ねじＭＳは、例えば、雄ねじである。第１ねじＭＳは、第１ベアリングＢＧ１を介してシャフトＲＡに取り付けられている。第１ねじＭＳの第１ベアリングＢＧ１側とは反対側の端部には、第１フランジＦＬ１が設けられている。第１ねじＭＳの第１ベアリングＢＧ１側の端部には、第１減速機ＲＤ１と噛み合う歯車部ＳＥＧが設けられている。第１ねじＭＳには、第１減速機ＲＤ１を介して第１モータＭＴ１の回転動力が伝達される。第１ねじＭＳの回転方向は、第１モータＭＴ１の回転方向を切り替えることによって切り替えられる。図５および図６に示すように、第１モータＭＴ１は、第１ねじＭＳを第１方向Ｄ１、および、第１方向Ｄ１とは反対の第２方向Ｄ２に回転可能である。
　以下では、第１ねじＭＳを第１方向Ｄ１に回転させるときの第１モータＭＴ１の回転を「正転」と記載する。第１ねじＭＳを第２方向Ｄ１に回転させるときの第１モータＭＴ１の回転を「逆転」と記載する。
　図１および図２に示すように、第２ねじＦＳは、例えば、雌ねじである。第２ねじＦＳは、第１ねじＭＳと螺合する。第２ねじＦＳの第１ねじＭＳ側の端部には、第２フランジＦＬ２が設けられている。第２ねじＦＳの第１ねじＭＳ側とは反対側の端部は、ラチェットＲＴにはめ込まれている。ラチェットＲＴは、第４ベアリングＢＧ４を介してシャフトＲＡに取り付けられている。第２ねじＦＳとラチェットＲＴとの相対回転はキーＫＹによって規制されている。そのため、第２ねじＦＳとラチェットＲＴは、シャフトＲＡの周りを一体に回転する。
　図６に示すように、ラチェットＲＴは、爪ＰＷおよび歯車部ＲＧによって回転方向を第１方向Ｄ１に規制されている。第２ねじＦＳの回転方向は、ラチェットＲＴによって第１方向Ｄ１に制限されている。第２ねじＦＳおよびラチェットＲＴは、第１方向Ｄ１にのみ回転し、第１方向Ｄ１とは反対の第２方向Ｄ２には回転しない。
　図１ないし図４に示すように、第２ねじＦＳの外側には、外輪ＯＲが設けられている。ばねＳＰは、ワイヤＷＲを介して外輪ＯＲと接続されている。ばねＳＰは、外輪ＯＲにワイヤＷＲが巻き取られることにより圧縮される。
　外輪ＯＲの第１ねじＭＳ側の端部には、第３フランジＦＬ３が設けられている。外輪ＯＲの第１ねじＭＳ側の端部（図２の例では、第３フランジＦＬ３）は、第２ベアリングＢＧ２を介して第１ねじＭＳに取り付けられている。外輪ＯＲの第１ねじＭＳとは反対側の端部は、第３ベアリングＢＧ３を介して第２ねじＦＳに取り付けられている。第３フランジＦＬ３は、第１ねじＭＳを第１方向Ｄ１に回転させて第１ねじＭＳと第２ねじＦＳとを強く螺合させたときに第１フランジＦＬ１と第２フランジＦＬ２との間に挟み込まれる。
　図７において、第１フランジＦＬ１と第３フランジＦＬ３との接触部（第１接触部ＣＰ１）の摩擦力は小さくなるように設計されている。第２フランジＦＬ２と第３フランジＦＬ２との接触部（第２接触部ＣＰ２）の摩擦力は大きくなるように設計されている。伝達モードでは、第２接触部ＣＰ２における強い摩擦力によって外輪ＯＲが第１ねじＭＳおよび第２ねじＦＳと一体に回転する。伝達解除モードでは、第１ねじＭＳと外輪ＯＲとの接触は維持されるが、第１接触部ＣＰ１の摩擦力は小さいため、第１ねじＭＳが回転しても、第１ねじＭＳの回転が外輪ＯＲの動作に大きく影響しない。
　図１ないし図３に示すように、第１ねじＭＳ、第２ねじＦＳおよびラチェットＲＴによって外輪駆動機構ＲＰＴが構成される。外輪駆動機構ＲＰＴは、外輪ＯＲと第１ねじＭＳおよび第２ねじＦＳとの密着状態に基づいて外輪ＯＲへの回転動力の伝達と遮断とを切り替える。例えば、伝達モードでは、外輪駆動機構ＲＰＴは、第１ねじＭＳおよび第２ねじＦＳを外輪ＯＲと密着させて外輪ＯＲに第１モータＭＴ１の回転動力を伝達する。これにより、ワイヤＷＲが外輪ＯＲに巻き取られ、ばねＳＰが圧縮される。伝達解除モードでは、外輪駆動機構ＲＴＰは、外輪ＯＲを第１ねじＭＳおよび第２ねじＦと密着した状態から解放して外輪ＯＲを自由回転させる。これにより、ばねＳＰは圧縮状態から解放されて瞬発的に伸長する。
　図１、図２および図８に示すように、調整機構ＡＭは、ばねＳＰの向きを調整する。調整機構ＡＭは、第２モータＭＴ２、第２減速機ＲＤ２およびケーシングＣＳを有する。
　ケーシングＣＳは、ケーシング本体ＭＢとばね軸ＳＡとを有する。ケーシング本体ＭＢは、第１モータＭＴ１、第１減速機ＲＤ１および回転動力伝達機構ＰＴＭを内部に収容する筒状の構造を有する。ケーシング本体ＭＢは、シャフトＲＡに固定されている。ケーシング本体ＭＢは、シャフトＲＡと一体に回転する。
　ばね軸ＳＡは、ケーシング本体ＭＢの外周面からケーシング本体ＭＢの径方向（シャフトＲＡと直交する方向）に突出して設けられている。ばね軸ＳＡの中心には、ワイヤＷＲを挿通させる貫通孔ＴＨが設けられている。ばね軸ＳＡは、貫通孔ＴＨに沿ってワイヤＷＲを挿通させる中空の構造を有する。
　ばね軸ＳＡの外側には、らせん状のばねＳＰが嵌められている。ばねＳＰのケーシング本体ＭＢ側の端部（第１端部）は、ばね軸ＳＡの基端部でケーシング本体ＭＢと接触している。圧縮されていない状態のばねＳＰの長さは、ばね軸ＳＡの長さよりも長い。圧縮されていない状態のばねＳＰの先端部は、ばね軸ＳＡの先端から突出している。
　ワイヤＷＲの一方の端部（第１端部）は外輪ＯＲの外周面に接続されている。ワイヤＷＲの他方の端部（第２端部）は、ばねＳＰのケーシング本体ＭＢ側とは反対側の端部（第２端部）に接続されている。伝達モードでは、ワイヤＷＲが外輪ＯＲに巻き取られ、ワイヤＷＲの第２端部がばねＳＰの第２端部をケーシング本体ＭＢ側に引っ張る。これにより、ばねＳＰは圧縮される。伝達解除モードでは、外輪ＯＲは第１モータＭＴ１の回転動力から解放され、外輪ＯＲは自由回転する。これにより、圧縮されていたばねＳＰは瞬発的に伸長し、自然長に戻る。
　ケーシング本体ＭＢには、第２減速機ＲＤ２と噛み合う歯車部ＣＥＧが設けられている。ケーシングＣＳには、第２減速機ＲＤ２を介して第２モータＭＴ２の回転動力が伝達される。第２モータＭＴ２は、ケーシングＣＳを、ケーシングＣＳに保持された第１モータＭＴ１、第１減速機ＲＤ１、回転動力伝達機構ＰＴＭおよびばねＳＰとともに、シャフトＲＡの周方向一体に回転させる。これにより、ばねＳＰの向きがシャフトＲＡの周方向に沿って調整される。ケーシングＣＳの回転方向は、第２モータＭＴ２の回転方向を切り替えることによって切り替えられる。
［１－２．ばねの伸縮動作］
　図９ないし図１２は、ばね伸縮機構ＳＭによるばねＳＰの伸縮動作を示す図である。
　図９に示すように、第１モータＭＴ１を正転させて第１ねじＭＳを第１方向Ｄ１に回転させると、第２ねじＦＳは第１ねじＭＳに締めこまれる。これにより、第２ねじＦＳは、第１ねじＭＳに近づく方向（第３方向Ｄ３）に移動する。外輪ＯＲは第１接触部ＣＰ１において第１ねじＭＳと接触しているが、第１接触部ＣＰ１における摩擦力は小さいため、第１ねじＭＳが回転しても外輪ＯＲは回転しない。
　図１０に示すように、第２ねじＦＳが第３方向Ｄ３に所定の距離だけ移動すると、外輪ＯＲの第３フランジＦＬ３が、第１ねじＭＳの第１フランジＦＬ１と第２ねじＦＳの第２フランジＦＬ２との間に挟み込まれる。第３フランジＦＬ３が第１フランジＦＬ１および第２フランジＦＬ２と強く密着することにより、外輪ＯＲが第１ねじＭＳおよび第２ねじＦＳと一体化される。第２接触部ＣＰ２における第２フランジＦＬ２と第３フランジＦＬ３との摩擦力は大きいため、外輪ＯＲが第２ねじＦＳに対して相対回転しにくい。そのため、外輪ＯＲが第２ねじＦＳに対して固く固定される。
　図１１に示すように、第３フランジＦＬ３を第１フランジＦＬ１と第２フランジＦＬ２との間に挟み込んだ状態で第１ねじＭＳが第１方向Ｄ１にさらに回転すると、第１ねじＭＳの回転に伴って第２ねじＦＳ、外輪ＯＲおよびラチェットＲＴが第１方向Ｄ１に一体に回転する。外輪ＯＲの回転によって、外輪ＯＲに接続されたワイヤＷＲが外輪ＯＲに巻き取られる。これにより、ワイヤＷＲに接続されたばねＳＰが圧縮される。
　図１２に示すように、ばねＳＰが圧縮された状態で第１モータＭＴ１の回転方向を反転させると、第１ねじＭＳが第１方向Ｄ１とは反対の第２方向Ｄ２に回転する。第２ねじＦＳは、ラチェットＲＴによって回転方向を第１方向Ｄ１に制限されている。そのため、第１ねじＭＳが第２方向Ｄ２に回転しても、第２ねじＦＳは第１ねじＭＳとともに第２方向Ｄ２に回転することができず、第１ねじＭＳから遠ざかる方向（第４方向Ｄ４）に移動する。第２接触部ＣＰ２において、第２フランジＦＬ２と第３フランジＦＬ３との間に隙間が生じ、第３フランジＦＬ３と第１フランジＦＬ１および第２フランジＦＬ２との密着力が低下する。
　第１接触部ＣＰ１では外輪ＯＲと第１ねじＭＳとの接触は維持されるが、第１接触部ＣＰ１の摩擦力は小さい。そのため、第１ねじＭＳと外輪ＯＲとの密着力が低下した状態では、第１ねじＭＳが回転しても外輪ＯＲは回転しない。外輪ＯＲは、外輪駆動機構ＲＰＴから切り離された状態となり、自由に回転できるようになる。ワイヤＷＲを介してばねＳＰに付与されていた圧縮応力もなくなり、ばねＳＰは自由に伸長できるようになる。ばねＳＰの伸長に伴って外輪ＯＲは回転するが、外輪ＯＲは外輪駆動機構ＲＰＴから切り離された状態となっているため、外輪ＯＲの回転を阻害する応力は発生しない。そのため、ばねＳＰは瞬発的に伸長し、元の長さに戻る。
［１－３．効果］
　ばね伸縮機構ＳＭは、外輪ＯＲとワイヤＷＲとばねＳＰと外輪駆動機構ＲＰＴとを有する。ワイヤＷＲは、外輪ＯＲの外周面に接続されている。ばねＳＰは、ワイヤＷＲを介して外輪ＯＲと接続されている。ばねＳＰは、外輪ＯＲにワイヤＷＲが巻き取られることにより圧縮される。外輪駆動機構ＲＰＴは、外輪ＯＲと密着して外輪ＯＲに回転動力を伝達する。外輪駆動機構ＲＰＴは、外輪ＯＲを密着した状態から解放して外輪ＯＲを自由回転させる。
　この構成によれば、外輪駆動機構ＲＰＴと外輪ＯＲとの密着状態に基づいて回転動力の伝達と遮断とが切り替えられる。外輪駆動機構ＲＰＴと外輪ＯＲとの密着力が低下した状態では、ばねＳＰと外輪駆動機構ＲＰＴとの接続は解除されているため、ばねＳＰのたわみは瞬発的に解放される。ばねＳＰが解放されたときの力は外輪駆動機構ＲＰＴに伝達されないため、故障が生じにくい。ばねＳＰは、外輪ＯＲでワイヤＷＲを巻き取ることによって圧縮されるため、ばねＳＰのたわみ量は外輪ＯＲの回転量によって調整される。外輪ＯＲの回転量によってたわみ量が自在に制御されるため、ばねＳＰのたわみ量が大きくても機器を小型化しやすい。
　外輪駆動機構ＲＰＴは、第１ねじＭＳと第２ねじＦＳとラチェットＲＴとを有する。第２ねじＦＳは、第１ねじＭＳと螺合し、第１ねじＭＳが第１方向Ｄ１に回転したときに第１ねじＭＳとの間に外輪ＯＲを挟み込む。ラチェットＲＴは、第２ねじＦＳの回転方向を第１方向Ｄ１に制限する。
　この構成によれば、簡単な構成で外輪ＯＲへの回転動力の伝達と遮断とが切り替えられる。例えば、第１ねじＭＳが第１方向Ｄ１に回転すると、第２ねじＦＳが第１ねじＭＳに近づく方向（第３方向Ｄ３）に移動し、第１ねじＭＳと第２ねじＦＳとの間で外輪ＯＲが挟み込まれる。外輪ＯＲに密着した第１ねじＭＳおよび第２ねじＦＳを介して外輪ＯＲに回転動力が供給され、外輪ＯＲは第１ねじＭＳおよび第２ねじＦＳとともに第１方向Ｄ１に回転する。第１ねじＭＳが第２方向Ｄ２に回転すると、第２ねじＦＳが第１ねじＭＳから遠ざかる方向（第４方向Ｄ４）に移動し、外輪ＯＲは第１ねじＭＳおよび第２ねじＦＳと密着した状態から解放される。これにより、外輪ＯＲと第１ねじＭＳおよび第２ねじＦＳとの接続が解除され、外輪ＯＲに付与されていた応力がなくなる。よって、外輪ＯＲが自由に回転できるようになる。
　ばね伸縮機構ＳＭは、第１モータＭＴ１を有する。第１モータＭＴ１は、第１ねじＭＳを第１方向Ｄ１、および、第１方向Ｄ１とは反対の第２方向Ｄ２に回転可能である。
　この構成によれば、第１モータＭＴ１を回転動力源とした小型のばね伸縮機構ＳＭが提供される。
　ばね伸縮機構ＳＭは、ばねＳＰの向きを調整する調整機構ＡＭを有する。
　この構成によれば、ばねＳＰの復元力を適切な方向に発揮させることができる。
　調整機構ＡＭは、ケーシングＣＳと第２モータＭＴ２とを有する。ケーシングＣＳは、ワイヤＷＲを挿通させる中空のばね軸ＳＡを備える。第２モータＭＴ２は、ケーシングＣＳを回転させる。
　この構成によれば、簡単な構成でばねＳＰの向きを調整することができる。
　なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
［２．ばね伸縮機構の適用例１］
　以下、ばね伸縮機構ＳＭがロボットに適用される例を説明する。
［２－１．ロボットの構成］
　図１３は、ロボットの一例である自律移動体１０の構成を示す図である。自律移動体１０は、車輪による自律走行を行う長楕円体のエージェント型ロボットである。自律移動体１０は、例えば、ユーザ、周囲、また自身の状況に応じた自律動作を行うことで、情報提示を含む種々のコミュニケーションを実現する。自律移動体１０は、ユーザが片手で容易に持ち上げられる程度の大きさおよび重量を有する小型ロボットであってもよい。自律移動体１０は、障害物回避動作、落下時の衝撃吸収、および、転倒状態から復帰する動作などに用いるために、前述したばね伸縮機構ＳＭを有する。
　図１３は、自律移動体１０の側面図である。自律移動体１０は、本体上部に右眼および左眼に相当する２つの眼部５１０を備える。眼部５１０は、例えば、ＬＥＤなどにより実現され、視線や瞬きなどを表現することができる。なお、眼部５１０は、上記の例に限定されず、例えば、単一または独立した２つのＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）などにより実現されてもよい。
　自律移動体１０は、眼部５１０の上方に２つのカメラ５１５を備える。カメラ５１５は、ユーザや周囲環境を撮像する機能を有する。また、自律移動体１０は、カメラ５１５により撮像された画像に基づいて、ＳＬＡＭ（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ　Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｍａｐｐｉｎｇ）を実現することができる。
　眼部５１０およびカメラ５１５は、外装表面の内部に配置される基板５０５上に配置される。自律移動体１０の外装表面は、基本的に不透明な素材を用いて形成されるが、眼部５１０およびカメラ５１５が配置される基板５０５に対応する部位については、透明、あるいは半透明素材を用いた頭部カバー５５０が設けられる。これにより、ユーザは、自律移動体１０の眼部５１０を認識することができ、また自律移動体１０は外界を撮像することができる。
　自律移動体１０は、正面下部にＴｏＦセンサ５２０を備える。ＴｏＦセンサ５２０は、前方に存在する物体との距離を検出する機能を有する。ＴｏＦセンサ５２０によれば、種々の物体との距離を精度高く検出することができ、また段差などを検出することで、落下や転倒を防止することができる。
　自律移動体１０は、背面に外部装置の接続端子５５５および電源スイッチ５６０を備えてもよい。自律移動体１０は、接続端子５５５を介して外部装置と接続し情報通信を行うことができる。
　自律移動体１０は、底面に２つの車輪５７０を備える。２つの車輪５７０は、それぞれ異なるモータにより駆動される。これにより自律移動体１０は、前進、後退、旋回、回転などの移動動作を実現することができる。車輪５７０は、本体内部への格納、および外部への突出が可能なように備えられる。自律移動体１０は、例えば、２つの車輪５７０を勢いよく外部へと突出させることでジャンプ動作を行うことも可能である。
　自律移動体１０は、前傾姿勢を保ちながら、前後運動、旋回運動、回転運動などの移動動作を行う。例えば、自律移動体１０は、垂直方向に角度θだけ前方向に傾いて移動動作を行う。角度θは、例えば、１０°である。後述する動作制御部１６０は、自律移動体１０の重心ＣｏＧが車輪５７０の回転軸の鉛直上に位置するように自律移動体１０の移動動作を制御する。
　図１４は、自律移動体１０の機能構成例を示すブロック図である。
　自律移動体１０は、センサ部１１０、入力部１２０、光源１３０、音声出力部１４０、駆動部１５０、および動作制御部１６０を備える。
　センサ部１１０は、ユーザや周囲に係る種々のセンサ情報を収集する機能を有する。このために、センサ部１１０は、例えば、カメラ５１５、ＴｏＦセンサ５２０、マイクロフォン、慣性センサ（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｕｎｉｔ）などを備える。センサ部１１０は、上記の他、例えば、地磁気センサ、タッチセンサ、赤外線センサなどを含む種々の光センサ、温度センサ、湿度センサなどの様々なセンサを備えてよい。
　入力部１２０は、ユーザによる物理的な入力操作を検出する機能を有する。入力部１２０は、例えば、電源スイッチ５６０などのボタンを備える。
　光源１３０は、自律移動体１０の眼球動作を表現する。このために、光源１３０は、２つの眼部５１０を備える。
　音声出力部１４０は、音声を含む種々の音を出力する機能を有する。このために、音声出力部１４０は、スピーカ５３５やアンプなどを備える。
　駆動部１５０は、自律移動体１０の身体動作を表現する。このために、駆動部１５０は、２つの車輪５７０、複数の車輪駆動用のモータ、および、ばね伸縮機構ＳＭなどを備える。
　動作制御部１６０は、自律移動体１０が備える各構成を制御する機能を有する。動作制御部１６０は、例えば、センサ部１１０が収集したセンサ情報に基づいて行動計画を行い、光源１３０による眼球表現や、音声出力部１４０による音声出力を制御する。また、動作制御部１６０は、上記の行動計画に基づいて、駆動部１５０の動作を制御してよい。
　図１５は、動作制御部１６０によるばね伸縮機構ＳＭの制御の一例を示す図である。
　図１５の例では、第１モータＭＴ１の回転方向を制御して、ばねＳＰの圧縮および伸長が行われる。図１５の左側の状態は、第１モータＭＴ１によって外輪ＯＲが第１方向Ｄ１に回転され、ばねＳＰが圧縮された状態である。この状態では、ばねＳＰが自律移動体１０の外装ＥＴの底部ＢＴから突出しない。そのため、自律移動体１０は、ばねＳＰによって邪魔されずに車輪５７０で移動することができる。
　図１５の右側の状態は、第１モータＭＴ１によって外輪ＯＲが第２方向Ｄ２に回転され、ばねＳＰが圧縮状態から解放された状態である。この状態では、ばねＳＰは、外装ＥＴの底部ＢＴから地面に向けて突出する。自律移動体１０は、地面をばねＳＰの先端で勢いよく押すことにより、飛び上がることができる。
　図１６は、ばね伸縮機構ＳＭの制御の他の例を示す図である。
　図１６の例では、第２モータＭＴ２の回転を制御して、ばねＳＰの向きが調整される。図１５の左側の例では、自律移動体１０は、ばねＳＰを圧縮した状態で移動する。この状態では、移動期間中、常にばねＳＰに回転動力を付与し続けなければならない。図１６の例では、ばねＳＰの向きが水平方向に変更される。この構成では、ばねＳＰが伸長した状態でも、外装ＥＴの底部ＢＴからばねＳＰは突出しない。自律移動体１０は、ばねＳＰに回転動力を付与しなくても、ばねＳＰに邪魔されずに移動することができる。よって、消費電力が低減される。
　図１７および図１８は、外装ＥＴの底部ＢＴの形状の一例を示す図である。
　符号Ｌは、ばねＳＰの自然長である。符号Ｌ１は、ばねＳＰの向きを鉛直下方とした状態で、ばねＳＰを底部ＢＴから地面に向けて伸長させたときに、底部ＢＴからばねＳＰが突出する長さを示す。符号Ｌ２は、ばねＳＰの向きを鉛直方向から傾けた状態で、ばねＳＰを底部ＢＴから地面に向けて伸長させたときに、底部ＢＴからばねＳＰが突出する長さを示す。
　図１７は、底部ＢＴの横幅が高さよりも長い例を示す。図１７の例では、長さＬ１は長さＬ２よりも長い。そのため、真上に飛び上がる力の方が斜め方向に飛び上がる力よりも強い。図１８は、底部ＢＴの横幅は高さよりも短い例を示す。図１８の例では、長さＬ２は長さＬ１よりも長い。そのため、斜め方向に飛び上がる力の方が真上に飛び上がる力よりも強い。このように、底部ＢＴの形状を調整することで、飛び上がる強さを、飛び上がる方向に応じて異ならせることができる。
　動作制御部１６０は、自律移動体１０の状況に基づいて、ばねＳＰのたわみ量（圧縮量）、伸長方向および伸長タイミングを制御する。制御の起因となる状況としては種々のものが考えられる。例えば、動作環境の変化などの受動的な状況や、他者とインタラクティブを行うなどの能動的な状況などが上述した状況の例として挙げられる。この構成によれば、ばね伸縮機構ＳＭに自律移動体１０の状況に応じた適切な動作を行わせることができる。以下、状況に応じたばね伸縮機構ＳＭの制御の一例を説明する。
［２－２．障害物を乗り越える動作］
　図１９は、ばね伸縮機構ＳＭを障害物ＯＴの乗り越え動作に用いる例を示す図である。
　動作制御部１６０は、カメラ５１５の映像に基づいて自律移動体１０の前方に障害物ＯＴが存在する状況を検出した場合、障害物ＯＴの高さに基づいてばねＳＰのたわみ量を算出する。動作制御部１６０は、障害物ＯＴまでの距離に基づいてばねＳＰの伸長方向および伸長タイミングを算出する。この構成によれば、自律移動体１０に障害物ＯＴを乗り越えさせることができる。
　図２０は、動作制御部１６０による制御フローを示す図である。
　ステップＳ１において、動作制御部１６０は、カメラ５１５を用いて移動方向の前方にある障害物ＯＴを検知する。ステップＳ２において、動作制御部１６０は、障害物ＯＴの高さから、障害物ＯＴの上にジャンプするために必要なばねＳＰのたわみ量を計算する。ステップＳ３において、動作制御部１６０は、現在ばねＳＰが障害物ＯＴの上にジャンプできる程度に十分に縮んでいるか判定する。
　ステップＳ３において、ばねＳＰが十分に縮んでいると判定された場合には（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、ステップＳ４に進む。ステップＳ３において、ばねＳＰが十分に縮んでいないと判定された場合には（ステップＳ３：Ｎｏ）、ステップＳ５に進む。ステップＳ５において、動作制御部１６０は、第１モータＭＴ１を正転させ、ばねＳＰを十分に縮める。そして、ステップＳ４に進む。
　ステップＳ４において、動作制御部１６０は、計算したたわみ量に応じてばねＳＰが地面ＧＤを押す角度を計算する。次に、ステップＳ６において、動作制御部１６０は、第２モータＭＴ２を用いて、計算した角度までばねＳＰを回転させる。ステップＳ７において、動作制御部１６０は、第１モータＭＴ１を逆転させて、ばねＳＰを勢いよく伸長させる。これにより、ステップＳ８において、ばねＳＰが地面ＧＤを押して自律移動体１０が飛び上がる。そして、ステップＳ９において、自律移動体１０は、ばねＳＰを伸ばした状態で障害物ＯＴの上に着地する。伸びたばねＳＰは、着地時の衝撃を吸収する。
［２－３．落下時の衝撃吸収］
　図２１は、ばね伸縮機構ＳＭを落下時の衝撃吸収に用いる例を示す図である。
　動作制御部１６０は、ＩＭＵの計測データに基づいて自律移動体１０が落下している状況を検出した場合、自律移動体１０が着地する方向を伸長方向として算出する。動作制御部１６０は、自律移動体１０が着地する前にばねＳＰを伸長させる。この構成によれば、ばねＳＰによって落下による衝撃を吸収することができる。
　図２２は、動作制御部１６０による制御フローを示す図である。
　ステップＳ１１において、動作制御部１６０は、ＩＭＵの計測データに基づいて自律移動体１０が落下中であることを検知する。ステップＳ１２において、動作制御部１６０は、第２モータＭＴ２でばねＳＰを落下方向に回転させる。ステップＳ１３において、動作制御部１６０は、現在ばねＳＰが伸びているか（圧縮状態でないか）判定する。
　ステップＳ１３において、ばねＳＰが伸びていると判定された場合には（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１３において、ばねＳＰが伸びていない（圧縮されている）と判定された場合には（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５において、動作制御部１６０は、第１モータＭＴ１を逆転させ、ばねＳＰを伸長させる。そして、ステップＳ１４に進む。
　ステップＳ１４において、自律移動体１０は、ばねＳＰを伸ばした状態で地面ＧＤに着地する。着地時の衝撃は、伸ばしたばねＳＰによって吸収される。
［２－４．転倒状態から復帰する動作］
　図２３は、ばね伸縮機構ＳＭを転倒状態からの復帰動作に用いる例を示す図である。
　動作制御部１６０は、ＩＭＵの計測データに基づいて自律移動体１０が転倒している状況を検出した場合、自律移動体１０を起き上がらせるためのばねＳＰのたわみ量および伸長方向を算出する。この構成によれば、転倒していた自律移動体１０を起き上がらせることができる。
　図２４は、動作制御部１６０による制御フローを示す図である。
　ステップＳ２１において、動作制御部１６０は、ＩＭＵの計測データに基づいて自律移動体１０が倒れている状態であることを検知する。ステップＳ２２において、動作制御部１６０は、現在ばねＳＰが自律移動体１０を起き上がらせるのに十分な量だけ縮んでいるか判定する。
　ステップＳ２２において、ばねＳＰが十分に縮んでいると判定された場合には（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、ステップＳ２３に進む。ステップＳ２２において、ばねＳＰが十分に縮んでいないと判定された場合には（ステップＳ２２：Ｎｏ）、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４において、動作制御部１６０は、第１モータＭＴ１を正転させ、自律移動体１０を起き上がらせるのに必要な量だけばねＳＰを縮める。そして、ステップＳ２３に進む。
　ステップＳ２３において、動作制御部１６０は、第２モータＭＴ２でばねＳＰを転倒方向に回転させる。動作制御部１６０は、自律移動体１０を起き上がらせるのに必要なばねＳＰの傾斜角を計算し、計算した傾斜角だけばねＳＰが地面ＧＤと傾斜するまでばねＳＰを回転させる。
　次に、ステップＳ２５において、動作制御部１６０は、第１モータＭＴ１を逆転させて、ばねＳＰを勢いよく伸長させる。これにより、ステップＳ２６において、ばねＳＰが地面ＧＤを押して自律移動体１０が起き上がる。
［２－５．他の動作への適用例］
　図２５および図２６は、ばね伸縮機構ＳＭを自律移動体１０の他の動作へ適用した例を示す図である。
　図２５および図２６の例では、ばね伸縮機構ＳＭは、ユーザの注意を引き付けるために用いられる。例えば、図２５の例では、自律移動体１０は、ユーザの手ＨＤを優しくタップして、触覚でユーザの注意を喚起する。自律移動体１０は、机をコツンと叩いて音を出して、聴覚でユーザの注意を喚起してもよい。図２６の例では、自律移動体１０は、一定のリズムで跳ねて、視覚でユーザの注意を喚起する。
　動作制御部１６０は、ユーザの注意を引き付けるべき状況を検出した場合には、ユーザに認識させたい内容、および、伸長したばねＳＰが衝突する物体ＯＢの種類に応じて、ばねＳＰのたわみ量、伸長方向および伸長タイミングを制御する。この構成によれば、ばねＳＰの伸縮によって生じる自律移動体１０の動きによってユーザの注意を惹くことができる。
　例えば、図２５の例では、衝突対象となる物体ＯＢはユーザの手ＨＤである。そのため、解放時の応力（ばねＳＰのたわみ量）はユーザが認識できる範囲で極力小さく設定される。図２６の例では、衝突対象となる物体ＯＢは地面ＧＤである。地面ＧＤが固い材質で形成されている場合には、ばねＳＰを大きく圧縮して高くジャンプさせることができる。
　図２７は、ユーザの注意を喚起するための制御フローを示す図である。
　ステップＳ３１において、動作制御部１６０は、衝突対象となる物体ＯＢを突く強さを決定する。ステップＳ３２において、動作制御部１６０は、決定した強さに応じたばねＳＰのたわみ量を計算する。ステップＳ３３において、動作制御部１６０は、第１モータＭＴ１を正転させて、計算したたわみ量だけばねＳＰを縮める。ステップＳ３４において、動作制御部１６００は、第１モータＭＴ１を逆転させて、ばねＳＰを勢いよく伸ばし、伸ばしたばねＳＰで物体ＯＢを突く。
　ステップＳ３５において、動作制御部１６０は、必要な回数だけ物体ＯＢを突いたか判定する。ステップＳ３５において、必要な回数だけ物体ＯＢを突いたと判定された場合には（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、処理を終了する。ステップＳ３５において、必要な回数だけ物体ＯＢを突いていないと判定された場合には（ステップＳ３５：Ｎｏ）、ステップＳ３３に戻り、必要な回数だけ物体ＯＢを突くまで上述の処理を繰り返す。
［２－６．効果］
　自律移動体１０は、ばね伸縮機構ＳＭと動作制御部１６０とを有する。この構成によれば、ばねＳＰのたわみ量を調整でき、小型で故障しにくい自律移動体１０が提供される。
［３．ばね伸縮機構の適用例２］
　以下、ばね伸縮機構ＳＭを電子機器ＥＤに適用した例を示す。電子機器ＥＤは、ばね伸縮機構ＳＭと動作制御部とを有する。動作制御部は、ばね伸縮機構ＳＭを制御するものであり、上述した動作制御部１６０と同様の構成を有する。
［３－１．情報処理端末］
　図２８は、ばね伸縮機構ＳＭをスマートフォンおよびタブレット端末などの情報処理端末ＥＤ１に適用した例を示す図である。情報処理端末ＥＤ１は、ばね伸縮機構ＳＭをバイブレーション手段として有する。動作制御部は、ばねＳＰの伸縮によって生じる振動を用いてユーザに通知を行う。例えば、情報処理端末ＥＤ１に着信があった場合には、ばねＳＰを一定のリズムで突出させて、情報処理端末ＥＤ１が置かれている机ＴＢなどの表面を突く。ユーザは情報処理端末ＥＤ１の振動または振動音によって着信があったことを認識する。この構成によれば、ばねＳＰの伸縮によって大きな振動が生じるため、確実にユーザに通知を行うことができる。
　なお、ばね伸縮機構ＳＭはゲームコントローラなどに内蔵させることもできる。この構成によれば、従来のバイブレーション手段では表現できないような力強い振動を発生させることができる。そのため、エンタテイメント性の高いゲームが提供される。
［３－２．マッサージ器］
　図２９は、ばね伸縮機構ＳＭをマッサージ器ＥＤ２に適用した例を示す図である。マッサージ器ＥＤ２は、ばねＳＰの伸縮によって生じる振動を用いて、ユーザＨＭの頭、肩、背中、腰および足などの対象物をマッサージする振動部ＢＰを有する。ばね伸縮機構ＳＭは、振動部ＢＰに内蔵されている。この構成によれば、マッサージの強さをばねＳＰのたわみ量によって制御可能な小型のマッサージ器ＥＤ２が提供される。
［３－３．音響装置］
　図３０は、ばね伸縮機構ＳＭを音響装置ＥＤ３に適用した例を示す図である。音響装置ＥＤ３は、ばねＳＰの伸縮によって振動し、音ＳＤを発生する膜ＦＭを有する。動作制御部は、音響信号に基づいてばねＳＰのたわみ量および伸長タイミングを制御する。この構成によれば、ばね伸縮機構ＳＭを音源として用いることができる。音ＳＤの強さは、ばねＳＰのたわみ量によって調節することができる。よって、音ＳＤの強さを調節可能な小型の音響装置ＥＤ３が提供される。また、ばねＳＰを強くたわませることで、圧電素子などでは表現できない力強い音ＳＤを生成することができる。例えば、太鼓を叩くように膜ＦＭを叩いて、ドラムの音をリアルに出すようなことも可能である。
［３－４．布団たたき機］
　図３１は、ばね伸縮機構ＳＭを布団叩き機ＥＤ４に適用した例を示す図である。布団たたき機ＥＤ４は、ばねＳＰの伸縮によって生じる振動を用いて布団ＭＡを叩く振動部ＢＰを有する。ばね伸縮機構ＳＭは、振動部ＢＰに内蔵されている。この構成によれば、布団ＭＡを叩く強さをばねＳＰのたわみ量によって制御可能な小型の布団たたき機ＥＤ４が提供される。ばねＳＰを強くたわませることで、布団ＭＡを力強く叩くことできる。よって、埃やダニなどをよりよく除去することができる。
［３－５．効果］
　電子機器ＥＤは、本開示のばね伸縮機構ＳＭを有する。この構成によれば、ばねのたわみ量を調整でき、小型で故障しにくい電子機器ＥＤが提供される。
［付記］
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　外輪と、
　前記外輪の外周面に接続されたワイヤと、
　前記ワイヤを介して前記外輪と接続され、前記外輪に前記ワイヤが巻き取られることにより圧縮されるばねと、
　前記外輪と密着して前記外輪に回転動力を伝達するとともに、前記外輪を密着した状態から解放して前記外輪を自由回転させる外輪駆動機構と、
　を有するばね伸縮機構。
（２）
　前記外輪駆動機構は、
　　第１ねじと、
　　前記第１ねじと螺合し、前記第１ねじが第１方向に回転したときに前記第１ねじとの間に前記外輪を挟み込む第２ねじと、
　　前記第２ねじの回転方向を前記第１方向に制限するラチェットと、
　を有する、
　上記（１）に記載のばね伸縮機構。
（３）
　前記第１ねじを前記第１方向、および、前記第１方向とは反対の第２方向に回転可能な第１モータを有する、
　上記（２）に記載のばね機構。
（４）
　前記ばねの向きを調整する調整機構を有する、
　上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載のばね伸縮機構。
（５）
　前記調整機構は、
　　前記ワイヤを挿通させる中空のばね軸を備えたケーシングと、
　　前記ケーシングを回転させる第２モータと、
　を有する、
　上記（４）に記載のばね伸縮機構。
（６）
　上記（１）ないし（５）のいずれか１つに記載のばね伸縮機構と、
　前記ばね伸縮機構を制御する動作制御部と、
　を有するロボット。
（７）
　前記動作制御部は、前記ロボットの状況に基づいて、前記ばねのたわみ量、伸長方向および伸長タイミングを制御する、
　上記（６）に記載のロボット。
（８）
　前記動作制御部は、カメラの映像に基づいて前記ロボットの前方に障害物が存在する状況を検出した場合、前記障害物の高さに基づいて前記ばねのたわみ量を算出し、前記障害物までの距離に基づいて前記ばねの伸長方向および伸長タイミングを算出する、
　上記（７）に記載のロボット。
（９）
　前記動作制御部は、ＩＭＵの計測データに基づいて前記ロボットが落下している状況を検出した場合、前記ロボットが着地する方向を前記伸長方向として算出し、前記ロボットが着地する前に前記ばねを伸長させる、
　上記（７）に記載のロボット。
（１０）
　前記動作制御部は、ＩＭＵの計測データに基づいて前記ロボットが転倒している状況を検出した場合、前記ロボットを起き上がらせるための前記ばねのたわみ量および前記伸長方向を算出する、
　上記（７）に記載のロボット。
（１１）
　前記動作制御部は、ユーザの注意を引き付けるべき状況を検出した場合には、前記ユーザに認識させたい内容、および、伸長した前記ばねが衝突する物体の種類に応じて、前記ばねのたわみ量、伸長方向および伸長タイミングを制御する、
　上記（７）に記載のロボット。
（１２）
　上記（１）ないし（５）のいずれか１つに記載のばね伸縮機構と、
　前記ばね伸縮機構を制御する動作制御部と、
　を有する電子機器。
（１３）
　前記動作制御部は、前記ばねの伸縮によって生じる振動を用いてユーザに通知を行う、
　上記（１２）に記載の電子機器。
（１４）
　前記ばねの伸縮によって振動し、音を発生する膜を有し、
　前記動作制御部は、音響信号に基づいて前記ばねのたわみ量および伸長タイミングを制御する、
　上記（１２）に記載の電子機器。
（１５）
　前記ばねの伸縮によって生じる振動を用いて対象物を叩くまたはマッサージする振動部を有する、
　上記（１２）に記載の電子機器。
１０　自律移動体（ロボット）
１６０　動作制御部
ＡＭ　調整機構
ＢＰ　振動部
ＣＳ　ケーシング
ＥＤ　電子機器
ＦＭ　膜
ＦＳ　第２ねじ
ＭＳ　第１ねじ
ＭＴ１　第１モータ
ＭＴ２　第２モータ
ＯＲ　外輪
ＯＴ　障害物
ＲＰＴ　外輪駆動機構
ＲＴ　ラチェット
ＳＡ　ばね軸
ＳＭ　ばね伸縮機構
ＳＰ　ばね
ＷＲ　ワイヤ

Claims (15)

  1. 　外輪と、
    　前記外輪の外周面に接続されたワイヤと、
    　前記ワイヤを介して前記外輪と接続され、前記外輪に前記ワイヤが巻き取られることにより圧縮されるばねと、
    　前記外輪と密着して前記外輪に回転動力を伝達するとともに、前記外輪を密着した状態から解放して前記外輪を自由回転させる外輪駆動機構と、
    　を有するばね伸縮機構。
  2. 　前記外輪駆動機構は、
    　　第１ねじと、
    　　前記第１ねじと螺合し、前記第１ねじが第１方向に回転したときに前記第１ねじとの間に前記外輪を挟み込む第２ねじと、
    　　前記第２ねじの回転方向を前記第１方向に制限するラチェットと、
    　を有する、
    　請求項１に記載のばね伸縮機構。
  3. 　前記第１ねじを前記第１方向、および、前記第１方向とは反対の第２方向に回転可能な第１モータを有する、
    　請求項２に記載のばね伸縮機構。
  4. 　前記ばねの向きを調整する調整機構を有する、
    　請求項１に記載のばね伸縮機構。
  5. 　前記調整機構は、
    　　前記ワイヤを挿通させる中空のばね軸を備えたケーシングと、
    　　前記ケーシングを回転させる第２モータと、
    　を有する、
    　請求項４に記載のばね伸縮機構。
  6. 　請求項１に記載のばね伸縮機構と、
    　前記ばね伸縮機構を制御する動作制御部と、
    　を有するロボット。
  7. 　前記動作制御部は、前記ロボットの状況に基づいて、前記ばねのたわみ量、伸長方向および伸長タイミングを制御する、
    　請求項６に記載のロボット。
  8. 　前記動作制御部は、カメラの映像に基づいて前記ロボットの前方に障害物が存在する状況を検出した場合、前記障害物の高さに基づいて前記ばねのたわみ量を算出し、前記障害物までの距離に基づいて前記ばねの伸長方向および伸長タイミングを算出する、
    　請求項７に記載のロボット。
  9. 　前記動作制御部は、ＩＭＵの計測データに基づいて前記ロボットが落下している状況を検出した場合、前記ロボットが着地する方向を前記伸長方向として算出し、前記ロボットが着地する前に前記ばねを伸長させる、
    　請求項７に記載のロボット。
  10. 　前記動作制御部は、ＩＭＵの計測データに基づいて前記ロボットが転倒している状況を検出した場合、前記ロボットを起き上がらせるための前記ばねのたわみ量および前記伸長方向を算出する、
    　請求項７に記載のロボット。
  11. 　前記動作制御部は、ユーザの注意を引き付けるべき状況を検出した場合には、前記ユーザに認識させたい内容、および、伸長した前記ばねが衝突する物体の種類に応じて、前記ばねのたわみ量、伸長方向および伸長タイミングを制御する、
    　請求項７に記載のロボット。
  12. 　請求項１に記載のばね伸縮機構と、
    　前記ばね伸縮機構を制御する動作制御部と、
    　を有する電子機器。
  13. 　前記動作制御部は、前記ばねの伸縮によって生じる振動を用いてユーザに通知を行う、
    　請求項１２に記載の電子機器。
  14. 　前記ばねの伸縮によって振動し、音を発生する膜を有し、
    　前記動作制御部は、音響信号に基づいて前記ばねのたわみ量および伸長タイミングを制御する、
    　請求項１２に記載の電子機器。
  15. 　前記ばねの伸縮によって生じる振動を用いて対象物を叩くまたはマッサージする振動部を有する、
    　請求項１２に記載の電子機器。
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