ロボット
【課題】人間との生活空間で使用出来るよう、設備の構造が極めて簡単であり、製造コストを極めて安価にすることが出来、障害物の存在する空間においても転倒することなく当該障害物を傷つけずに乗り越えることが出来るロボットを提供する。
【解決手段】ロボットに移動するための推進力を付与する推進力発生手段と、当該ロボットに浮揚力を付与する浮揚力発生手段とを備えることを特徴とし、当該浮揚力発生手段は、当該ロボットに働く重力をＭｇ、当該浮揚力発生手段により発生される浮揚力をＦとした場合に、Ｍｇ≧Ｆの関係を満足するよう設定されるロボットを採用する。
【解決手段】ロボットに移動するための推進力を付与する推進力発生手段と、当該ロボットに浮揚力を付与する浮揚力発生手段とを備えることを特徴とし、当該浮揚力発生手段は、当該ロボットに働く重力をＭｇ、当該浮揚力発生手段により発生される浮揚力をＦとした場合に、Ｍｇ≧Ｆの関係を満足するよう設定されるロボットを採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、転倒することなく移動可能なロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人間の活動を支援する機能的な機械の出現に期待が寄せられている。例えば、これらの期待に応えることを目的にした人間共存型ロボットとして、人とコミュニケーションを取れるペットロボットや高齢者や病人を介護する福祉ロボット等の研究が意欲的に行われている。ここで、人間共存型ロボットは、用いるにあたり、人と生活空間を共有することが前提となるため、この生活空間に存在する障害物を傷つけずに乗り越える機能を備えることが必要である。例えば、家庭やオフィスといった屋内での生活空間には、壁や家具、段差などが混在しているため、それらの障害を傷つけずに乗り越えられる柔軟な移動ツールが不可欠となる。このように、人間と共存する家庭内ロボットにおいては、障害物が混在する複雑な環境下で転倒することなく移動出来ることが必要となる。
【０００３】
転倒することなく移動出来るロボットとして、例えば、特許文献１（特開２００４−９０１２６号）には、移動ロボットの転倒防止方法及びその装置について開示されている。具体的には、特許文献１の移動ロボットの転倒防止方法及びその装置は、「移動ロボットの上部を、該移動ロボットの上方に設置された走行レールに沿って走行するホイストに繰り出し巻き取り自在に巻回されたワイヤの下端部に連結し、前記移動ロボットとホイストとが前記ワイヤを介して連携移動せしめるようにした移動ロボットの転倒防止方法において、前記移動ロボットを２軸方向に移動せしめ、前記ホイストを、前記移動ロボットの移動検知信号あるいは移動設定信号により該移動ロボットの移動に追従させて前記２軸方向に走行させる」ことを特徴とするものである。
【０００４】
特許文献１に開示されているロボットのように、当該ロボットとホイストとを連結しているワイヤ自体の長さ及び張力の調整を行うことで、ロボットの移動路に階段等の上下段差がある場合であっても、段差移動時に移動ロボットの転倒を防ぐことが出来ることとなる。このように、従来においては、移動動作が不安定に陥り易い場所でロボットを移動させるにあたって、当該ロボットの転倒を防止すべく、上方に設置したホイスト（天井クレーン）から吊下したワイヤに当該ロボットを連結する方法が採られていた。この方法を採用することで、ロボットが移動の最中に転倒しそうになったときでも、当該ホイストとワイヤにより当該ロボットを引き戻す手段を採ることで、当該ロボットを転倒から防ぐことが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９０１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に係る移動ロボットの転倒防止方法及びその装置は、ロボットの上方にホイストを設置し、且つ、当該ロボットの移動の際にホイストを連携移動させるための制御装置も必要となる。すなわち、特許文献１の移動ロボットの転倒防止方法及びその装置を採用する場合には、これら設備を設置するスペースを広くとることが必要になると共に、移動ロボットを含めた機械の構造が複雑となる。また、特許文献１の移動ロボットの転倒防止方法及びその装置は、単純なマニュアルに基づいて誰もが取り扱うことが出来るような簡単な構造ではなく、人間に心理的な不安を与える構造でもあるため、人間との生活空間で用いるには問題がある。
【０００７】
以上のことから、本件発明は、人間との生活空間で使用出来るよう、設備の構造が極めて簡単であり、製造コストを極めて安価にすることが出来、障害物の存在する空間においても転倒することなく当該障害物を傷つけずに乗り越えることが出来るロボットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者等は、鋭意研究を行った結果、ロボットの構造について所定の条件を満たすことで、上述した課題を解決するに到った。以下、本件発明に関して説明する。
【０００９】
本件発明に係るロボット： 転倒することなく移動可能なロボットであって、当該ロボットに移動するための推進力を付与する推進力発生手段と、当該ロボットに浮揚力を付与する浮揚力発生手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本件発明に係るロボットにおいて、前記浮揚力発生手段は、前記ロボットに働く重力をＭｇ、当該浮揚力発生手段により発生される浮揚力をＦとした場合、Ｍｇ≧Ｆの関係を満足するように設定され、障害物を乗り越えて移動する際に限り当該障害物の手前でＭｇ＜Ｆの関係を満足するように設定されるものであることが好ましい。
【００１１】
本件発明に係るロボットにおいて、前記浮揚力発生手段は、空気より軽いガスを充填した空中浮遊体であり、当該空中浮遊体が前記ロボットに浮揚力を付与することが好ましい。
【００１２】
本件発明に係るロボットにおいて、前記空中浮遊体に充填されるガスは、ヘリウムガスであることが好ましい。
【００１３】
本件発明に係るロボットにおいて、前記推進力発生手段は、一対の長尺の足部の長手方向を進行方向に対して平行に配置し、当該一対の足部を動作させて前記ロボットに推進力を付与するものであり、当該足部は、板状の可撓性部材と、当該可撓性部材に取り付けられて、通電加熱により収縮し、冷却により延伸することによってその長さが変化する形状記憶合金とからなるアクチュエータとにより構成されることが好ましい。
【００１４】
本件発明に係るロボットにおいて、前記一対の足部と、当該足部間に位置する胴体部と、当該足部と当該胴体部とを連結する一対の脚部とから構成され、前記可撓性部材は、その下面に沿って前記形状記憶合金が各々取り付けられ、且つ、当該形状記憶合金の収縮により接地面に対して円弧状に湾曲するものであり、当該脚部は、下部が当該可撓性部材に取り付けられると共に、当該可撓性部材の湾曲する動作に同期して、ロボットを前方に動かす駆動モーメントの伝達経路となることが好ましい。
【００１５】
本件発明に係るロボットにおいて、前記脚部は、剛性を有する平板部材にて構成されることが好ましい。
【００１６】
本件発明に係るロボットにおいて、前記胴体部は、前後方向に弾性変形可能な弾性部材からなり、且つ、前記脚部の上部背面に取り付けられて、前記駆動モーメントが発生するとき、自重で振り子作用を発揮して、前記ロボットが前方に移動する推進力を付与することが好ましい。
【００１７】
本件発明に係るロボットにおいて、前記形状記憶合金は、それぞれ独立して通電装置に電気的に接続されることが好ましい。
【００１８】
本件発明に係るロボットにおいて、前記通電装置は、前記一対の足部の前記形状記憶合金に交互に通電することが好ましい。
【００１９】
本件発明に係るロボットにおいて、前記足部は、その先端に爪を備えることが好ましい。
【００２０】
本件発明に係るロボットにおいて、前記可撓性部材は、ポリエチレン製の薄板から成ることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本件発明に係るロボットは、当該ロボットに移動するための推進力を付与する推進力発生手段と、当該ロボットに浮揚力を付与する浮揚力発生手段とを備えることで、障害物の存在する空間においても転倒することなく移動することが出来る。そして、当該ロボットは、簡易な構造であるため、製造コストを極めて安価にすることが出来る。また、当該ロボットは、特別な設備が不要であり、単純なマニュアルに基づいて誰でも簡単に取り扱うことが出来る。更に、当該ロボットは、その材質も人間や接触物に傷を付けたりしないものに出来る他、人間に対して心理的な不安や恐怖を与えない構造にすることが出来る。従って、本件発明に係るロボットは、家庭用ロボットとして老若男女全てのユーザーに好適に提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本件発明に係るロボットの一実施形態を例示した図である。
【図２】本件発明に係るロボットに働く重力と浮揚力発生手段により発生される浮揚力との関係を説明するための図である。
【図３】本件発明に係るロボットの推進力発生手段を模式的に示した斜視図である。
【図４】図３のロボットの足部と脚部とからなる構成を示した側面図である。
【図５】図３のロボットの足部の裏平面図である。
【図６】図３のロボットの非通電時における側面図である。
【図７】図３のロボットの通電時における側面図である。
【図８】風船の直径とヘリウムガスの充填量との関係を示したグラフである。
【図９】図８の風船の直径とロボットの最低質量との関係を示したグラフである。
【図１０】実施例１における浮揚力発生手段としてヘリウムを充填した風船を取り付けたロボットの移動の軌跡を示したグラフである。
【図１１】実施例２における浮揚力発生手段としてヘリウムを充填した風船を取り付けたロボットの移動の軌跡を示したグラフである。
【図１２】比較例におけるロボットの移動軌跡を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本件発明に係るロボットの好ましい実施の形態について、以下に図を用いて示しながら本件発明をより詳細に説明する。
【００２４】
本件発明に係るロボット： 図１は、本件発明に係るロボットの一実施形態を例示した図である。図１に示す、本件発明に係るロボット１は、転倒することなく移動可能なロボットであって、当該ロボット１が移動するための推進力を付与する推進力発生手段３と、当該ロボットに浮揚力を付与する浮揚力発生手段２とを備えるものである。本件発明のロボット１は、推進力発生手段３と浮揚力発生手段２とを備えることで、当該ロボットに働く重力を弱めて、例え当該ロボットが移動中にバランスを崩したとしても転倒するのを防ぐ役割を果たすことが出来るようになる。また、本件発明に係るロボット１は、浮揚力発生手段２を備えることで、当該浮揚力発生手段２を構成に含まないものに比べて、ロボット１が移動する際のエネルギー消費を少なくすることが出来る。
【００２５】
また、本件発明に係るロボット１において、浮揚力発生手段は、当該ロボットに働く重力をＭｇ、当該浮揚力発生手段により発生される浮揚力をＦとした場合、Ｍｇ≧Ｆの関係を満足するように設定され、障害物を乗り越えて移動する際に限り当該障害物の手前でＭｇ＜Ｆの関係を満足するように設定されるものであることが好ましい。
【００２６】
上述したように、本件発明に係るロボット１は、当該ロボット１に働く重力を弱める浮揚力発生手段２を備えることで、例え当該ロボット１に外力が加わったとしても転倒せずに前進移動することが可能となる。なお、当該浮揚力発生手段２により発生される浮揚力が大きくなり過ぎると、当該ロボット１の推進力発生手段３を構成する部材が、接地面との摩擦を十分に得ることが出来なくなる。そうすると、ロボット１は、当該推進力発生手段３によって、移動するための十分な推進力を付与されることが難しくなる。従って、当該浮揚力発生手段２は、当該推進力発生手段３が当該ロボット１に必要な推進力を付与可能な十分な摩擦が付与出来るような設定がされていなければならない。
【００２７】
但し、本件発明に係るロボット１が、例えば移動面の段差や障害物等を乗り越えて移動しなければならない場合に限っては、当該障害物の手前において、浮揚力発生手段２の設定を、当該ロボット１に働く重力より当該浮揚力発生手段２により発生される浮揚力を大きくすることが好ましい。当該浮揚力発生手段２の設定をこのような設定にすることで、本件発明に係るロボット１は、当該障害物等をスムーズに乗り越えることが可能となる。
【００２８】
図２は、本件発明に係るロボットの浮揚力発生手段を説明するための概念図である。図２において、質量がＭである当該ロボット１に働く重力をＭｇとした場合に、当該重力Ｍｇに対向する浮揚力をＦとして表している。例えば、脚式移動ロボットと称されるような脚部を用いて移動を行うロボットは、移動の最中において何らかの原因によりバランスを崩した場合に、重力の影響を受けて転倒する恐れがある。しかし、本件発明に係るロボット１は、浮揚力発生手段２を備えることで、例え移動面に形成される起伏や、移動面に存在する障害物等につまずいてバランスを崩したとしても、転倒することなく前進移動することが出来ることとなる。
【００２９】
図２（ａ）は、ロボット１に働く重力をＭｇ、浮揚力発生手段２により発生される浮揚力をＦとした場合に、Ｆ＞Ｍｇの関係にある状態を示している。また、図２（ｂ）は、ロボット１に働く重力をＭｇ、浮揚力発生手段２により得られる浮揚力をＦとした場合に、Ｆ≦Ｍｇの関係にある状態を示している。ここで、図２（ａ）に示すように、浮揚力発生手段２により発生される浮揚力Ｆがロボット１に働く重力Ｍｇを上回るようになると、ロボット１が空中に浮き上がってしまい、ロボット１の推進力発生手段３を構成する部材と移動面との間の摩擦がなくなり、当該ロボット１の前進移動が不可能となる。これに対し、図２（ｂ）に示すように、浮揚力発生手段２により発生される浮揚力Ｆがロボット１に働く重力Ｍｇを下回るようになると、ロボット１の推進力発生手段３を構成する部材と移動面との間に摩擦が生じて、当該ロボット１の前進移動が可能となる。但し、この場合、浮揚力発生手段２により得られる浮揚力Ｆがロボット１に働く重力Ｍｇを大きく下回るようになると、当該ロボット１は、移動中にバランスを崩してしまうと転倒することとなる。従って、当該浮揚力Ｆは、当該ロボット１に働く重力をＭｇ、当該浮揚力発生手段２により発生される浮揚力をＦとした場合に、Ｍｇが若干Ｆを上回るように設定されることがより好ましい。
【００３０】
なお、本件発明に係るロボット１が、例えば移動面の段差や障害物等を乗り越えて移動しなければならない場合に限っては、上述したように、当該障害物の手前において、浮揚力発生手段２により発生される浮揚力Ｆがロボット１に働く重力Ｍｇを上回るように、浮揚力発生手段２の設定がされていることが好ましい。当該浮揚力発生手段２の設定を、一時的にこのような設定にすることで、本件発明に係るロボット１は、空中に浮き上がっている間に、それまでの前進移動によって発生した慣性力を利用して当該障害物等を真上からスムーズに乗り越えることが可能となる。ちなみに、当該浮揚力発生手段２の設定の変更は、例えば、回転翼を用いたものである場合には回転数を変更し、空中浮遊体を用いたものである場合にはその内部に充填するガス量を変更することで行うことが出来る。
【００３１】
また、本件発明に係るロボット１において、浮揚力発生手段２は、空気より軽いガスを充填した空中浮遊体であり、当該空中浮遊体が当該ロボット１に浮揚力を付与することが好ましい。
【００３２】
本件発明に係るロボット１が備える浮揚力発生手段２は、空気より軽いガスを充填した空中浮遊体とすることで、例えば回転翼等による揚力を利用したものよりも構造の単純化及び部品数の削減を図ることが出来るため好ましい。また、風船等の空中浮遊体を用いることで、ロボット１を家庭やオフィス等の生活空間に混在する壁や家具等を傷付ける恐れもない。更に、この空中浮遊体は、その表面に動物やアニメのキャラクター等のような親しみのある図柄を描くことで、特に女性や子供の心理的な不安や恐怖を取り除く効果を発揮することが出来る。従って、当該ロボット１は、浮揚力発生手段２を空中浮遊体とすることで、人間と共存して働く上で好適に用いることが出来ることとなる。
【００３３】
また、本件発明に係るロボット１において、空中浮遊体に充填されるガスは、ヘリウムガスであることが好ましい。
【００３４】
ヘリウムは、空気よりも軽く、水素の約９３％もの浮揚力があり、例えば地表と平行な回転軸に設けた羽根車により揚力を発生する構造を採用したものに比べると安価でコストメリットが大きい。また、ヘリウムは燃えないため、水素よりも安全なガスとして広告用バルーン等にも広く使用されており、人間にとって無害で身近な存在でもあるため、人間と生活空間を共有する上で心理的な抵抗感が少ない。従って、本件発明に係るロボット１において、浮揚力発生手段２は、ヘリウムガスを充填した空中浮遊体とすることが好ましい。
【００３５】
また、本件発明に係るロボット１において、推進力発生手段３は、一対の長尺の足部の長手方向を進行方向に対して平行に配置し、当該一対の足部を動作させてロボット１に推進力を付与するものとすることが出来る。係る場合に、当該足部は、板状の可撓性部材と、当該可撓性部材に取り付けられて、通電加熱により収縮し、冷却により延伸することによってその長さが変化する形状記憶合金とからなるアクチュエータとにより構成されることが好ましい。
【００３６】
図３は、本件発明に係るロボットの推進力発生手段を模式的に示した斜視図である。図３に示すように、本件発明に係るロボット１は、一対の長尺の足部１０、１０の長手方向を進行方向に対して平行に配置し、当該一対の足部１０、１０を動作させて移動するロボットである（当該足部１０の動作に関しては、以降に具体例を示して述べることとする。）。本件発明のロボットは、一対の足部１０、１０を有することで、足部１０、１０の移動面に対する接地位置を調整可能であり、凸凹のある移動面を滑らかに歩くことが出来、また、スリップすることなく方向転換することが出来る等のメリットがある。
【００３７】
図４は、図３のロボットの足部と脚部とからなる構成を示した側面図である。また、図５は、図３のロボットの足部の裏平面図である。図４及び図５において、本件発明の形状記憶合金（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ）は、ワイヤ状（以下、ＳＭＡワイヤと称する。）１２により示されている。形状記憶合金は、常温時に自由な状態（延伸状態）に延び変形し、加熱されると形状記憶の全長に戻ろうとする形状回復力を発生して収縮するものであり、ワイヤ状にすることで変形量のコントロールが容易になるため好ましい。本件発明のＳＭＡワイヤ１２は、例えばその一端及び他端が電気的に接続して直接電流を流す等の適当な方法により、加熱されることによって収縮し、冷却により延伸する性質をロボット１の駆動源として利用するものである。すなわち、当該ＳＭＡワイヤ１２が伸張と収縮を繰り返すことで、当該ＳＭＡワイヤ１２が取り付けられる可撓性部材１１が変形し、この可撓性部材１１の変形によって当該ロボット１を前進させることが可能となる。
【００３８】
なお、本件発明のロボット１がその駆動源として用いる形状記憶合金は、ワイヤ状であればその断面形状に関しては特に問わない。例えば、当該ＳＭＡワイヤ１２の断面形状は、円形や楕円形とすることが出来る。そして、当該ＳＭＡワイヤ１２は、外力を受けていない自由な状態において、略直線状に延伸した形状であることが、ロボット１の移動安定性を考慮すると好ましい。また、このＳＭＡワイヤ１２は、締結部材１４を介して通電用リード線としての、例えば銅線１０１に接続される。
【００３９】
また、本件発明に係るロボット１は、一対の足部１０、１０と、当該足部間に位置する胴体部３０と、当該足部１０と当該胴体部３０とを連結する脚部２０とから構成することが出来る。係る場合に、可撓性部材１１は、その下面に沿って形状記憶合金１２が各々取り付けられ、且つ、当該形状記憶合金（ＳＭＡワイヤ）１２の収縮により接地面に対して円弧状に湾曲するものである。また、当該脚部２０は、下部が当該可撓性部材１１に取り付けられると共に、当該可撓性部材１１の湾曲する動作に同期して、ロボット１を前方に動かす駆動モーメントの伝達経路となることが好ましい。
【００４０】
図３より、本件発明に係るロボット１が、左右一対の長尺の足部１０、１０と、当該足部間に位置する胴体部３０と、これらを連結する一対の脚部２０、２０とから構成されているのが示されている。なお、本件発明で言う脚部は、人間の体で例えると太ももの付け根から踝までの位置に相当する部位であり、足部が踝から足の裏までの位置に相当する部位である。図３において、一対の足部１０、１０は、長手方向を進行方向に対して平行に配置されて、それぞれ板状の可撓性部材１１と、可撓性部材１１の先端側下面に取り付けられたＳＭＡワイヤ１２とで構成されている。また、脚部２０は、図３及び図４に例示するように、当該可撓性部材１１の上面側所定の位置に締結される脚部取付用ブラケット１７を介して足部１０に連結されている。当該脚部取付用ブラケット１７は、足部１０に対して締結部材１６により締結されており、当該脚部２０が接地面に対して所定の傾斜角度θで取り付け可能な形状を呈している。
【００４１】
具体的に、本件発明に係るロボット１において、脚部２０は、足部１０の可撓性部材１１にそれぞれ取り付けるための脚部取付用ブラケット１７と、これら脚部取付用ブラケット１７から所定の傾斜角度（すなわち、接地面と脚部２０の傾斜面とがなす角度。以降当該角度を傾斜角度θとする。なお、図４においては、ＳＭＡワイヤ１２が延伸状態にあるときの可撓性部材１１が接地面と平行であると仮定して傾斜角度θを示している。）で上方に起立する傾斜面とを有している。当該傾斜面は、ロボット１の進行方向に指向している。そして、各脚部取付用ブラケット１７、１７と各可撓性部材１１、１１には、これらが重合する位置に図示しないネジ止め用の孔がそれぞれ形成されている。この重合されるこれらの孔を用いて、各可撓性部材１１、１１に脚部２０、２０の各取付部が、例えばボルトとナット等の締結部材２１により締結される。
【００４２】
次に、ロボット１の移動メカニズムに関して述べておく。図４及び図５に示すように、ＳＭＡワイヤ１２の両端部は、締結部材１４、１４により可撓性部材１１の下面に沿って、略直線状に延伸した状態で取り付けられる。図４及び図５に示す構造の場合、ＳＭＡワイヤ１２の収縮により可撓性部材１１が上面側に向けて湾曲変形することとなる。また、可撓性部材１１の当該締結部材１４、１４の略中間位置には、例えばボルトやナット等の締結部材１５を取り付けて当該可撓性部材１１の下面側に突起部を設けることで、当該可撓性部材１１が下面側に反ることを防止することも出来る。
【００４３】
上述したように各ＳＭＡワイヤ１２は、締結部材１４により可撓性部材１１の下面に沿って各々取り付けられている。この可撓性部材１１は可撓性を有するため、常温時においては、ＳＭＡワイヤ１２を伸張させると共に、自身も伸張した形態を保持するが、そのＳＭＡワイヤ１２が通電装置４５による通電（オン）で加熱して収縮すると、その収縮力が可撓性部材１１においてＳＭＡワイヤ１２が取り付けられた下面側に作用する。その結果、可撓性部材１１が接地面に対して上面側を凸として円弧状に湾曲動作する。
【００４４】
そして、通電が停止（オフ）され、ＳＭＡワイヤ１２が冷却されると、当該ＳＭＡワイヤ１２の収縮状態が解除されるため、可撓性部材１１は、弾性復帰力によってもとの伸長した状態に戻る。このように、ＳＭＡワイヤ１２への通電をオン・オフとすることにより、アクチュエータの湾曲動作、又はその解除が切り替えられる。本件発明のロボット１は、このようなＳＭＡワイヤ１２の形状回復力を利用したアクチュエータを、各脚部２０、２０を動作させるための駆動源としても採用する。すなわち、当該脚部２０は、係る可撓性部材１１とＳＭＡワイヤ１２から構成された各足部１０、１０の湾曲動作に同期して当該脚部２０の傾斜角度θが広がることにより、ロボット１を前方に駆動するための駆動モーメントを発生させる。当該ロボット１は、脚部２０が、この駆動モーメントを発生させることで、前方に移動する推進力が付与されることとなる。
【００４５】
このように本件発明のロボット１は、通電の停止時（非通電時）に足部２０に弾性エネルギーを蓄え、この蓄積されたエネルギーを通電時に運動エネルギーに変換することで前進するための運動量を得ている。そして、通電装置１００により通電のオン・オフ信号を適切に切り替えることで、ロボット１は前進移動することが可能となるのである。
【００４６】
なお、係るアクチュエータは、ＳＭＡワイヤ１２自体がアクチュエータの機能を有するため、ソレノイドやモータ、或いは、油圧アクチュエータ等と比べて機構的に簡単で小型化を達成しやすいという特徴を持っている。更に、アクチュエータを構成する部材も他のものと比して極めて軽量であるため、ロボット１の軽量化も容易に実現することが出来る。
【００４７】
また、本件発明に係るロボット１において、脚部２０は、剛性を有する平板部材にて構成されることが好ましい。
【００４８】
本件発明に係るロボットにおいて、脚部２０は、胴体部３０と足部１０を連結するものであり、例えば図３に示したような平板状の胴体部３０及び足部１０との連結を、例えばネジ等を用いて容易にすることを考慮すると、平板部材にて構成されることが好ましい。なお、この脚部２０は、上述したように、下部が可撓性部材１１に取り付けられると共に、当該可撓性部材１１の湾曲する動作に同期して、ロボット１を前方に動かす駆動モーメントの伝達経路となるものである。そのため、当該脚部２０は、ロボット１を前方に動かす駆動モーメントの伝達にロスが生じぬよう、ある程度剛性を有することが好ましい。
【００４９】
また、本件発明に係るロボット１において、胴体部３０は、前後方向に弾性変形可能な弾性部材からなり、且つ、脚部２０の上部背面に取り付けられて、駆動モーメントが発生するとき、自重で振り子作用を発揮して、ロボット１が前方に移動する推進力を付与することが好ましい。
【００５０】
当該脚部２０が取り付けられる脚部取付用ブラケット１７の位置する可撓性部材１１の下面には、ＳＭＡワイヤ１２が設けられている。係る構成では、ＳＭＡワイヤ１２が通電加熱により収縮すると、その上面に位置する可撓性部材１１が接地面に対して上面側を凸として円弧状に湾曲し、当該湾曲動作に同期して、当該脚部取付用ブラケット１７が当該接地面に対して前方に傾斜しながら上部前方に移動する。このときに、ロボット１の進行方向に指向して取り付けられている当該脚部２０が、当該脚部取付用ブラケット１７の傾きに伴い、更に進行方向に向けて傾斜する。なお、当該脚部２０は、その上部が取付板３１を介して胴体部３０に取り付けられており、当該脚部２０を介して当該胴体部３０にロボット１を前方に動かす駆動モーメントが伝達されることとなる。本件発明に係るロボット１は、係る一連の動作を連続して行うことによって、胴体部３０が自重で振り子作用を発揮し、この振り子作用によって前方に移動する推進力が付与されるのである。
【００５１】
ここで、本件発明に係るロボット１における、脚部２０と胴体部３０との連結構造について、より具体的に述べておく。脚部２０の傾斜面の上端であって、左右方向の略中心の背面は、胴体部３０の後述する取付板３１の前面に当接される。そして、この当接する傾斜面の背面と、取付板３１の前面とが、例えばボルトとナット等の締結部材３２により締結される。本実施の形態では、当該傾斜面と取付板３１には、これらが当接する位置に図示しない孔がそれぞれ形成されており、これら孔を用いて、胴体部３０の取付部３１と脚部２０とがボルトとナットにより締結される。すなわち、本件発明に係るロボット１は、脚部２０が胴体部３０と取付板３１なる部材を介して連結されることで、胴体部３０が発揮する振り子作用がより強められ、前方に移動するための推進力もより大きくすることが出来る。
【００５２】
次に、図３に例示する胴体部３０についても説明しておく。当該胴体部３０は、前後方向に弾性変形可能な弾性部材からなることで、ロボット１が前方に移動する際の推進力が効果的に付与されることとなる。具体的に、当該胴体部３０は、両足部１０、１０の間に位置し、ロボット１の進行方向に対して両足部１０、１０と同様に平行に配された左右一対の補助足部７０、７０と、平板状の支柱３５、３５、３６、３６と、各支柱の上端部をそれぞれ連結する連結部材３４、３７、３７、３８にて構成されることが出来る。ここで、例えば、両補助足部７０、７０は、長尺の平板部材からなり、その長手方向を進行方向に対して略平行に配置される。また、支柱３５、３５は、各補助足部７０、７０の前方上面に立設する平板状の弾性部材であり、各補助足部７０、７０から前方に反って起立するように設けることが出来る。また、これら支柱３５、３５の上端は、平板状の連結部材３４を介して連結されている。
【００５３】
また、図３において、支柱３６、３６は、各補助足部７０、７０の後方上面に立設する平板状の弾性部材であり、補助足部７０、７０から後方に反って立設されている。また、これら支柱３６、３６の上端は上述した前方の支柱３５、３５と同様に、平板状の連結部材３８を介して連結されている。そして、各補助足部７０に設けられた前方の支柱３５と後方の支柱３６の上部は、弾性を有する連結部材３７により連結されている。
【００５４】
なお、これら連結部材３４、３７、３７、３８と各支柱３５、３５、３６、３６との連結方法として、本実施の形態では、上述同様にボルトとナットからなる締結部材３３、３３、３９、３９を用いて締結するものとする。また、上述したように胴体部３０は脚部２０の上部背面に取り付けられている。本実施の形態では、胴体部３０の連結部材３７の前面の左右方向の略中心から下方に延在する取付板３１が設けられている。そして、当該取付板３１の前面と脚部２０の傾斜面の上部背面とが上述の如く締結部材３２により螺着される。なお、このような部材の連結方法は、本実施の形態で示した方法に限らず、例えば、接着剤を用いて接合するものであってもよいし、別の方法を用いるものとしても構わない。
【００５５】
上述したように前方の支柱３５、３５は補助足部７０、７０から前方に反って傾斜するように起立し、且つ、後方の支柱３６、３６は後方に反って傾斜するように起立しているため、前後の支柱３５、３６間の距離は、下部より上部の方が大きくなる。このため、胴体部３０は、上部に行くほど不安定となる。更に、これらの隣接する支柱３５、３５、３６、３６の上部が板状の連結部材３４、３７、３７、３８を介してそれぞれ連結され、一体化されているので、係る連結部材３４、３７、３７、３８の重さと、上部が前後に広がる形状との相乗作用で胴体部３０の重心は、より一層上方となって、前後方向に振れやすい状態となる。
【００５６】
この場合、ロボット１を前方に動かす駆動モーメントが発生すると、脚部２０を介して胴体部３０に駆動モーメントが伝達される。上述したように、可撓性部材１１が接地面に対して円弧状に湾曲し、これに同期して当該脚部２０が前方に傾斜することにより、ロボット１を前方に駆動するための駆動モーメントが発生する。この駆動モーメントが脚部２０を介して胴体部３０伝達されるため、これにより、胴体部３０は、自重で振り子作用を発揮する。この振り子作用により、ロボット１が前方に移動する推進力が付与される。これにより、ロボット１は可撓性部材１１が接地面に対して円弧状に湾曲している方の足部１０を支持足として、前方に移動するのである。ちなみに、脚部２０は、予め進行方向に指向するよう所定の傾斜角度θ（図４参照のこと。）で取り付けられ、可撓性部材１１が接地面に対して円弧状に湾曲した際に、当該脚部２０の傾斜面の角度が初期の状態よりも接地面に対して約１０度程度広がるよう設定することで、胴体部３０を前後方向に振れやすい状態とすることが出来る。
【００５７】
また、本件発明に係るロボット１において、形状記憶合金は、それぞれ独立して通電装置に電気的に接続されることが好ましい。
【００５８】
図６は、図３のロボットの非通電時における側面図である。また、図７は、図３のロボットの通電時における側面図である。なお、図７において、破線は非通電時における足部２と脚部３の状態を示している。図６及び図７に示すように、銅線１０１の他端部は、図示しない通電ケーブル等を介してＳＭＡワイヤ１２への通電量を制御する通電装置１００に接続されている。当該通電装置１００は、各々のＳＭＡワイヤ１２、１２を独立に通電加熱することが可能であるものとすることが好ましい。すなわち、ＳＭＡワイヤ１２、１２は、それぞれ独立して通電装置１００に電気的に接続されることが好ましい。このように、ＳＭＡワイヤ１２、１２がそれぞれ独立して通電装置１００に電気的に接続されることで、各ＳＭＡワイヤ１２、１２への通電は一方の通電状態に依存せず、個々に通電状態を切り替えることが可能となる。
【００５９】
また、本件発明に係るロボット１において、通電装置１００は、一対の足部１０の形状記憶合金１２に交互に通電することが好ましい。
【００６０】
本件発明に係るロボット１は、上述したアクチュエータにて左右の足部１０、１０が交互に支持足となり、歩行するように脚部２０を動作させるにあたって、通電装置１００により一対の足部１０、１０のＳＭＡワイヤ１２、１２に交互に通電することが好ましい。このように、ＳＭＡワイヤ１２、１２に交互に通電することで、足部１０、１０の可撓性部材１１、１１が交互に湾曲と伸長を繰り返す。これにより、左右の足部１０、１０が交互に支持足となり、例え凸凹のある移動面であっても、接地位置を選んで滑らかに移動することが可能となる。なお、本件発明に係るロボット１は、一対の足部１０の形状記憶合金１２への通電を同時に行った場合であっても、脚部２０が可撓性部材１１の湾曲する動作に同期し、ロボットの前方へ倒れる際の反動を利用することによって、前進することが可能である。
【００６１】
また、本件発明に係るロボット１において、足部１０は、その先端に爪を備えることが好ましい。
【００６２】
本件発明に係るロボット１は、足部１０の先端に爪（不図示）を備えることで、当該ロボットの移動効率がより高められることとなる。すなわち、ロボット１は、足部１０の先端側の接地面に対する角度が鋭角となるように爪を設けることで、爪が接地面に着地し、当該着地部と接地面との間に接地面反力が作用して、当該ロボット１をより速く前進移動させることが可能となる。
【００６３】
ここで、通電加熱による形状記憶合金１２の収縮に同期して、可撓性部材１１が湾曲したときの爪の接地面に対して接地する角度は、ロボット１の移動速度や移動安定性に影響を及ぼすため重要である。例えば、当該爪の接地部（先端）から反進行方向側の接地面とがなす角度が鈍角となる場合、爪を接地面に引っかけることが困難となり好ましくない。また、当該爪の接地部（先端）から反進行方向側の接地面とがなす角度が鋭角となる場合、爪と接地面との間の引っかかりが強くなり過ぎてロボット１が後退したり、ロボット１の歩行軌跡に乱れが生じる恐れがある。従って、本件発明に係るロボット１が、その足部１０に爪を形成する場合には、爪の先端が接地面に着地したときの着地角度を適切な角度に設定する必要がある。
【００６４】
また、本件発明に係るロボット１において、可撓性部材１１は、ポリエチレン製の薄板から成ることが好ましい。
【００６５】
ポリエチレンは、炭素と水素のみで形成される単純な高分子であり、窒素や硫黄、塩素などを含んでおらず、人体や環境への影響も殆どない。また、ポリエチレンは、絶縁性に優れるため、ＳＭＡワイヤー１２に対して通電を行っている最中であっても、人間がロボットに触れた際に感電する恐れもない。更に、ポリエチレンを利用した製品は人間の生活空間に溢れる身近なものであると共に、射出成型や押出成型など様々な成形方法により用途に合った製品に高い寸法精度で加工成形することが可能である。但し、本件発明では可撓性部材１１は、ポリエチレン製に限定されるものでなく、可撓性を有する板状部材であれば、他のものであっても差し支えない。
【００６６】
以上のことから、本件発明に係るロボット１は、単純な構造でありながらも転倒せずに移動出来るという優れた特徴を有している。このように、当該ロボット１は、単純な構造であるため、使用される現場で組み立てを行うことも可能となる。また、使用用途や使用環境に合わせてロボット１を改良することも可能である。これにより、本件発明に係るロボット１によれば、汎用性の向上をも図ることが出来るようになる。
【００６７】
以下、実施例及び比較例を示して本件発明をより具体的に説明する。なお、本件発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００６８】
実施例１では、浮揚力発生手段２として空中浮遊体を用いたロボット１について、移動安定性及び移動速度にどのような影響が及ぼされるかについて確認を行った。なお、本実施例において、ロボット１が用いる空中浮遊物は、その内部にヘリウムガスを充填した風船とした。実施例１において、空中浮遊体に充填する気体をヘリウムガスとしたのは、上述したように、人間への安全性やコスト面等を考慮した場合に、最も実現性の高い理由によるものである。
【００６９】
ここで、実施例１で用いるロボット１の構造及び制御について述べておく。本確認を行うにあたって、可撓性部材１１として、厚さ０．５ｍｍ、全長１００ｍｍのポリエチレン製の薄板を採用した。ＳＭＡワイヤ１２は、直径０．０７５ｍｍ、長さ５０ｍｍのワイヤを用いた。そして、可撓性部材１１の先端から３ｍｍの位置にＳＭＡワイヤ１２の先端を配置固定し、脚部２０の取付部３１を可撓性部材１１の先端から３０ｍｍの位置とした。また、非通電時の脚部２０の傾斜角度θを接地面に対して１０７°に設定した。この場合、ＳＭＡワイヤ１２の通電加熱により可撓性部材１１が湾曲すると、この湾曲動作に同期して脚部２０の接地面に対する傾斜角度θが非通電時の傾斜角度よりも約１０°程度広がった。そして、ＳＭＡワイヤ１２の通電がオフになると（ＳＭＡワイヤ１２が冷却すると）、当該傾斜角度θが非通電時の傾斜角度（１０７°）に復帰した。
【００７０】
また、通電装置１００は、３Ｖ、０．７Ａの条件で各ＳＭＡワイヤ１２、１２に通電するものとした。そして、ロボット１に接続したコントロールボックスのスイッチによって、ＯＮを１秒間、ＯＦＦを１秒間の間隔で、一対の脚部に交互に通電を行ってロボット１を移動させた。通電装置１００により各ＳＭＡワイヤ１２に係る条件で通電すると、ＳＭＡワイヤ１２は加熱し、急速に収縮した。これに伴い、可撓性部材１１が湾曲し、ひずみ量が得られた。ちなみに、ＳＭＡワイヤ１２は、加熱されることによって初期の長さ（非通電時の長さ）から約１０％収縮した。
【００７１】
また、実施例１で用いるロボットは、ラウンド型アルミフィルム風船をロボット１の胴体部３０に取り付けた。当該風船とロボット１との取付は、例えばポリエチレン材料やマグネット等の適当なものを用いることが出来る。なお、当該風船とロボット１とを繋ぐ距離を長くとると、ロボット１の移動安定性が劣るため、本実施例では、当該風船とロボット１の胴体部３０とを軽くて加工が容易なメンディングテープにより連結部材３４、３８に接続した。
【００７２】
浮力を発生する浮揚力発生手段２を備えたロボット１は、当該ロボット１に働く重力が当該浮力よりも小さいときには浮き上がってしまい、接地面との摩擦が得られなくなることで前進することが出来ない。従って、当該ロボット１が前進移動を行うに際し、少なくとも足部１０と接地面との間に摩擦力が生じることが条件として挙げられるため、転倒を防ぐことを考慮すると、当該浮力は、当該ロボット１に働く重力と同等又はそれ以下であることが求められる。
【００７３】
実施例１において、ロボット１の胴体部３０に取り付ける風船は、その大きさを選定するにあたり、入手が容易な１４インチ、１８インチ、２２インチのものを用意した。当該風船は、その浮力が少なくともロボット１に働く重力と釣り合う状態になるまでヘリウムガスを充填可能な大きさでなければならない。ここで、図８は、風船の直径とヘリウムガスの充填量（理論上の最大値）との関係を示したグラフである。また、図９は、図８の風船の直径とロボットの最低質量との関係を示したグラフである。
【００７４】
ちなみに、図９に示す最低限必要なロボットの質量を求めるにあたって、以下に示す関係式を参酌することが出来る。まず、風船に充填されるヘリウムガスの体積をＶ（ｍ３）、風船の質量をＣ（ｇ）、空気の密度をρａ（Ｋｇ／ｍ３）、風船内のヘリウムガスの密度をρＨｅ（Ｋｇ／ｍ３）、ロボット１に求められる質量をＭ（ｇ）とすると、「Ｖ（ρａ−ρＨｅ）−Ｃ≦Ｍ」の関係式が成立する。また、温度ｔ（Ｋ）のときの空気の密度をρａ（Ｋｇ／ｍ３）、大気圧をＰ（Ｋｇ／ｍ３）とすると、「ρａ＝１．２９３Ｐ／（１＋０．００３６７ｔ）」の関係式が成立する。
【００７５】
ここで、実施例１で用いるロボット１の浮揚力発生手段２を除く質量は、５．３ｇである。そうすると、ロボット１に働く重力と当該浮揚力発生手段２が発生する浮力とが上述した条件に最も近いのが風船の直径が４５７ｍｍ（約１８インチ）となる（図９参照のこと。）。これは、図９において、例えば風船の直径が４５７ｍｍ（約１８インチ）のときの、ロボットが浮き上がらないために最低限必要な質量が４．２ｇだからである。以上のことから、実施例１において、ロボット１の胴体部３０に取り付ける風船の大きさは、直径が４５７ｍｍ（約１８インチ）とした。
【００７６】
図１０は、浮揚力発生手段としてヘリウムを充填した風船を取り付けたロボットの移動の軌跡を示したグラフである。このロボット１の移動実験は、室内温度２９６Ｋ、風速０ｍ／ｓで行った。ここでは，ロボット１と垂直にビデオカメラを設置し，ロボット１の近傍にスケールを配置して当該ロボット１を撮影した。撮影された動画は１秒ごとの静止画に直し、移動距離を読み取った。ここで、実験に用いたロボット１の浮揚力発生手段２を除いた質量は５．３ｇで一定とした。１８インチのラウンド型アルミフィルム風船に充填するヘリウムガスの量については、浮力が０．２３Ｎ、０．２６Ｎ、０．３３Ｎとなるように、その量を調整することで３種類に分けた。このときに、当該風船の浮力が０．２３Ｎであるものを実施例１−Ａ、当該風船の浮力が０．２６Ｎであるものを実施例１−Ｂ、当該風船の浮力が０．３３Ｎであるものを実施例１−Ｃとして、それぞれについて移動実験を行った。
【００７７】
図１０より、実施例１−Ａについてはロボット１の移動軌跡に乱れが生じ、実施例１−Ｂ及び実施例１−Ｃについてはロボット１の移動軌跡が安定する結果が得られた。この結果より、浮力が０．２６Ｎよりも小さくなるに従って、ロボット１の移動安定性が顕著に悪くなることが分かった。また、図１０において、２０秒経過時点におけるロボット１の移動距離は、実施例１−Ａが約４４ｍｍ、実施例１−Ｂが約１３ｍｍ、実施例１−Ｃが約５ｍｍであった。すなわち、ロボット１の移動速度は、実施例１−Ａが約２．２ｍｍ／ｓｅｃ、実施例１−Ｂが約０．７ｍｍ／ｓｅｃ、実施例１−Ｃが約０．３ｍｍ／ｓｅｃである。この結果より、浮力が０．２６Ｎよりも大きくなるに従って、ロボット１の移動速度が顕著に遅くなることが分かった。ちなみに、実施例１−Ａと実施例１−Ｃとでは、移動速度に約７倍の差が生じる結果が得られた。
【実施例２】
【００７８】
実施例２でも、実施例１と同様に、浮揚力発生手段２として空中浮遊体を用いたロボット１により、移動安定性及び移動速度にどのような影響が及ぼされるかについて確認を行った。但し、実施例２では、実施例１の結果を受けて、ロボット１に働く重力Ｍｇと浮揚力発生手段２により発生される浮揚力Ｆとの関係のより好ましい条件について確認を行った。実施例１では、風船の浮力が０．２３Ｎ〜０．２６Ｎの範囲内において、ロボット１の移動安定性と移動速度との両方を満足する結果が得られている。しかし、当該重力Ｍｇと浮揚力Ｆとの関係のより好ましい条件を確認するにあたって、この風船に充填するヘリウムガスの量を調整して、当該風船の浮力を０．０３Ｎの範囲で分けて設定するのは困難であり、得られるデータも正確性に欠くものとなる。従って、実施例２では、浮揚力発生手段２として実施例１と同様に１８インチのラウンド型アルミフィルム風船を用い、当該風船に充填するヘリウムガスの量については、実施例１で移動安定性及び移動速度共に良好な結果が得られた、浮力が０．２６Ｎに相当する量で一定とした。そして、実施例２では、用いるロボット１の自重を変えるために胴体部３０に質量が１ｇ、４ｇ、８ｇの３種類の異なる重りを取り付けることとした。
【００７９】
すなわち、実施例２では、実施例１における実施例試料Ｂのロボット１に対してそれぞれ異なる重りを取り付けて移動実験を行った。このときに、ロボット１の浮揚力発生手段２を除く質量が１３．３ｇであるものを実施例２−Ｄ、当該質量が９．３ｇであるものを実施例２−Ｅ、当該質量が６．３ｇであるものを実施例２−Ｆとして、それぞれについて移動実験を行った。その他、実施例２では、ロボット１の移動実験は、実施例１と同じ条件で行った。
【００８０】
図１１は、実施例２における浮揚力発生手段としてヘリウムを充填した風船を取り付けたロボットの移動の軌跡を示したグラフである。図１１より、実施例２−Ｄ及び実施例２−Ｅについてはロボット１の移動軌跡に若干の乱れが生じ、実施例２−Ｆについてはロボット１の移動軌跡が安定する結果が得られた。この結果より、ロボット１の浮揚力発生手段２を除く質量が６．３ｇ程度よりも大きくなるに従って、ロボット１の移動安定性が悪くなることが分かった。また、図１１において、２０秒経過時点におけるロボット１の移動距離は、実施例２−Ｄが約２１ｍｍ、実施例２−Ｅが約１４．５ｍｍ、実施例２−Ｆが約１３．５ｍｍであった。すなわち、ロボット１の移動速度は、実施例２−Ｄが約１．１ｍｍ／ｓｅｃ、実施例２−Ｅが約０．７ｍｍ／ｓｅｃ、実施例２−Ｆが約０．７ｍｍ／ｓｅｃである。この結果より、ロボット１の浮揚力発生手段２を除く質量が１３．３ｇの実施例２−Ｄが、最もロボット１の移動速度が速くなることが分かった。但し、実施例２−Ｄ〜実施例２−Ｆでは、移動速度にさほど大きな差が生じなかった。
【比較例】
【００８１】
比較例では、浮揚力発生手段２を用いないロボットについて、移動安定性及び移動速度にどのような影響が及ぼされるかについて確認を行った。なお、比較例で用いるロボットは、浮揚力発生手段２を除けば、上記実施例１及び実施例２と全て同じ条件でロボットの移動実験を行った。
【００８２】
図１２は、比較例におけるロボットの移動軌跡を示したグラフである。図１２において、実線が右脚部の軌跡、破線が左脚部の軌跡をそれぞれ示している。この右脚部の軌跡と左脚部の軌跡とを見るに、比較例のロボットの移動軌跡は比較的安定していることが分かる。そして、図１２より、比較例のロボットの２０秒経過時点におけるロボットの移動距離は、約６ｍｍであった。すなわち、比較例のロボットの移動速度は、約０．３ｍｍ／ｓｅｃである。
【００８３】
［実施例と比較例との対比］
以上の結果より、比較例のロボットの移動速度は、実施例１−Ｃのロボット１の移動速度とほぼ同じ速度となった。この結果より、ロボットの自重が大きくなりすぎても、当該ロボットの移動速度は遅くなることが分かった。そして、実施例１及び実施例２の結果より、移動安定性及び移動速度の両方を考慮した場合に、ロボット１の浮揚力発生手段２を除く質量が６．３ｇである実施例２−Ｆが最も好ましいと考えられる。従って、上述したように、当該ロボット１が空中に浮かばないために最低限必要とされるロボットの質量が４．２ｇであることから（図９参照のこと。）、この質量の約１．５倍の質量とすることが移動安定性及び移動速度の両方を考慮した場合に好ましい結果が得られた。
【００８４】
なお、以上の実施例１及び実施例２は、あくまでも、ラウンド型のアルミニウム製風船に、ヘリウムガスを充填した空中浮遊体を浮揚力発生手段２として確認を行った結果である。ちなみに、ロボット１は、当該浮揚力発生手段２である空中浮遊体の形状の変更、当該空中浮遊体に充填するガスの種類の変更、ロボット１の形状及び構造の変更、回転翼等による揚力を用いた浮揚力発生手段２の採用等、上記実施例１及び実施例２と異なる条件で製造することが出来る。しかし、例え実施例１及び実施例２と異なる条件を採用したとしても、ロボット１の質量を、当該浮揚力発生手段２により得られる浮揚力の約１．５倍程度重くなるよう設定させることが、移動安定性及び移動速度の観点からみて好ましいと考えることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本件発明に係るロボットは、人間に危害を加えない構造及び機能を有し、単純なマニュアルに基づいて誰もが簡単に取り扱うことが出来るものである。また、本件発明に係るロボットは、浮揚力発生手段を構成に備えることで、バランスを崩しても転倒することがなく、災害現場等人の立ち入ることが困難な狭地や危険な場所でも移動が可能である。従って、本件発明に係るロボットによれば、人間の活動を支援するために人間と生活を共有することが可能となる。
【符号の説明】
【００８６】
１ ロボット
２ 浮揚力発生手段
３ 推進力発生手段
１０ 足部
１１ 可撓性部材
１２ ＳＭＡワイヤ（形状記憶合金）
１７ 脚部取付用ブラケット
２０ 脚部
２１ 締結部材
３０ 胴体部
３１ 取付板
３２ 締結部材
３３ 締結部材
３４ 連結部材
３５ 支柱
３６ 支柱
３７ 連結部材
３８ 連結部材
３９ 締結部材
１００ 通電装置
１０１ 銅線（通電リード線）
【技術分野】
【０００１】
本件発明は、転倒することなく移動可能なロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人間の活動を支援する機能的な機械の出現に期待が寄せられている。例えば、これらの期待に応えることを目的にした人間共存型ロボットとして、人とコミュニケーションを取れるペットロボットや高齢者や病人を介護する福祉ロボット等の研究が意欲的に行われている。ここで、人間共存型ロボットは、用いるにあたり、人と生活空間を共有することが前提となるため、この生活空間に存在する障害物を傷つけずに乗り越える機能を備えることが必要である。例えば、家庭やオフィスといった屋内での生活空間には、壁や家具、段差などが混在しているため、それらの障害を傷つけずに乗り越えられる柔軟な移動ツールが不可欠となる。このように、人間と共存する家庭内ロボットにおいては、障害物が混在する複雑な環境下で転倒することなく移動出来ることが必要となる。
【０００３】
転倒することなく移動出来るロボットとして、例えば、特許文献１（特開２００４−９０１２６号）には、移動ロボットの転倒防止方法及びその装置について開示されている。具体的には、特許文献１の移動ロボットの転倒防止方法及びその装置は、「移動ロボットの上部を、該移動ロボットの上方に設置された走行レールに沿って走行するホイストに繰り出し巻き取り自在に巻回されたワイヤの下端部に連結し、前記移動ロボットとホイストとが前記ワイヤを介して連携移動せしめるようにした移動ロボットの転倒防止方法において、前記移動ロボットを２軸方向に移動せしめ、前記ホイストを、前記移動ロボットの移動検知信号あるいは移動設定信号により該移動ロボットの移動に追従させて前記２軸方向に走行させる」ことを特徴とするものである。
【０００４】
特許文献１に開示されているロボットのように、当該ロボットとホイストとを連結しているワイヤ自体の長さ及び張力の調整を行うことで、ロボットの移動路に階段等の上下段差がある場合であっても、段差移動時に移動ロボットの転倒を防ぐことが出来ることとなる。このように、従来においては、移動動作が不安定に陥り易い場所でロボットを移動させるにあたって、当該ロボットの転倒を防止すべく、上方に設置したホイスト（天井クレーン）から吊下したワイヤに当該ロボットを連結する方法が採られていた。この方法を採用することで、ロボットが移動の最中に転倒しそうになったときでも、当該ホイストとワイヤにより当該ロボットを引き戻す手段を採ることで、当該ロボットを転倒から防ぐことが出来る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−９０１２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に係る移動ロボットの転倒防止方法及びその装置は、ロボットの上方にホイストを設置し、且つ、当該ロボットの移動の際にホイストを連携移動させるための制御装置も必要となる。すなわち、特許文献１の移動ロボットの転倒防止方法及びその装置を採用する場合には、これら設備を設置するスペースを広くとることが必要になると共に、移動ロボットを含めた機械の構造が複雑となる。また、特許文献１の移動ロボットの転倒防止方法及びその装置は、単純なマニュアルに基づいて誰もが取り扱うことが出来るような簡単な構造ではなく、人間に心理的な不安を与える構造でもあるため、人間との生活空間で用いるには問題がある。
【０００７】
以上のことから、本件発明は、人間との生活空間で使用出来るよう、設備の構造が極めて簡単であり、製造コストを極めて安価にすることが出来、障害物の存在する空間においても転倒することなく当該障害物を傷つけずに乗り越えることが出来るロボットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明者等は、鋭意研究を行った結果、ロボットの構造について所定の条件を満たすことで、上述した課題を解決するに到った。以下、本件発明に関して説明する。
【０００９】
本件発明に係るロボット： 転倒することなく移動可能なロボットであって、当該ロボットに移動するための推進力を付与する推進力発生手段と、当該ロボットに浮揚力を付与する浮揚力発生手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
本件発明に係るロボットにおいて、前記浮揚力発生手段は、前記ロボットに働く重力をＭｇ、当該浮揚力発生手段により発生される浮揚力をＦとした場合、Ｍｇ≧Ｆの関係を満足するように設定され、障害物を乗り越えて移動する際に限り当該障害物の手前でＭｇ＜Ｆの関係を満足するように設定されるものであることが好ましい。
【００１１】
本件発明に係るロボットにおいて、前記浮揚力発生手段は、空気より軽いガスを充填した空中浮遊体であり、当該空中浮遊体が前記ロボットに浮揚力を付与することが好ましい。
【００１２】
本件発明に係るロボットにおいて、前記空中浮遊体に充填されるガスは、ヘリウムガスであることが好ましい。
【００１３】
本件発明に係るロボットにおいて、前記推進力発生手段は、一対の長尺の足部の長手方向を進行方向に対して平行に配置し、当該一対の足部を動作させて前記ロボットに推進力を付与するものであり、当該足部は、板状の可撓性部材と、当該可撓性部材に取り付けられて、通電加熱により収縮し、冷却により延伸することによってその長さが変化する形状記憶合金とからなるアクチュエータとにより構成されることが好ましい。
【００１４】
本件発明に係るロボットにおいて、前記一対の足部と、当該足部間に位置する胴体部と、当該足部と当該胴体部とを連結する一対の脚部とから構成され、前記可撓性部材は、その下面に沿って前記形状記憶合金が各々取り付けられ、且つ、当該形状記憶合金の収縮により接地面に対して円弧状に湾曲するものであり、当該脚部は、下部が当該可撓性部材に取り付けられると共に、当該可撓性部材の湾曲する動作に同期して、ロボットを前方に動かす駆動モーメントの伝達経路となることが好ましい。
【００１５】
本件発明に係るロボットにおいて、前記脚部は、剛性を有する平板部材にて構成されることが好ましい。
【００１６】
本件発明に係るロボットにおいて、前記胴体部は、前後方向に弾性変形可能な弾性部材からなり、且つ、前記脚部の上部背面に取り付けられて、前記駆動モーメントが発生するとき、自重で振り子作用を発揮して、前記ロボットが前方に移動する推進力を付与することが好ましい。
【００１７】
本件発明に係るロボットにおいて、前記形状記憶合金は、それぞれ独立して通電装置に電気的に接続されることが好ましい。
【００１８】
本件発明に係るロボットにおいて、前記通電装置は、前記一対の足部の前記形状記憶合金に交互に通電することが好ましい。
【００１９】
本件発明に係るロボットにおいて、前記足部は、その先端に爪を備えることが好ましい。
【００２０】
本件発明に係るロボットにおいて、前記可撓性部材は、ポリエチレン製の薄板から成ることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本件発明に係るロボットは、当該ロボットに移動するための推進力を付与する推進力発生手段と、当該ロボットに浮揚力を付与する浮揚力発生手段とを備えることで、障害物の存在する空間においても転倒することなく移動することが出来る。そして、当該ロボットは、簡易な構造であるため、製造コストを極めて安価にすることが出来る。また、当該ロボットは、特別な設備が不要であり、単純なマニュアルに基づいて誰でも簡単に取り扱うことが出来る。更に、当該ロボットは、その材質も人間や接触物に傷を付けたりしないものに出来る他、人間に対して心理的な不安や恐怖を与えない構造にすることが出来る。従って、本件発明に係るロボットは、家庭用ロボットとして老若男女全てのユーザーに好適に提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本件発明に係るロボットの一実施形態を例示した図である。
【図２】本件発明に係るロボットに働く重力と浮揚力発生手段により発生される浮揚力との関係を説明するための図である。
【図３】本件発明に係るロボットの推進力発生手段を模式的に示した斜視図である。
【図４】図３のロボットの足部と脚部とからなる構成を示した側面図である。
【図５】図３のロボットの足部の裏平面図である。
【図６】図３のロボットの非通電時における側面図である。
【図７】図３のロボットの通電時における側面図である。
【図８】風船の直径とヘリウムガスの充填量との関係を示したグラフである。
【図９】図８の風船の直径とロボットの最低質量との関係を示したグラフである。
【図１０】実施例１における浮揚力発生手段としてヘリウムを充填した風船を取り付けたロボットの移動の軌跡を示したグラフである。
【図１１】実施例２における浮揚力発生手段としてヘリウムを充填した風船を取り付けたロボットの移動の軌跡を示したグラフである。
【図１２】比較例におけるロボットの移動軌跡を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本件発明に係るロボットの好ましい実施の形態について、以下に図を用いて示しながら本件発明をより詳細に説明する。
【００２４】
本件発明に係るロボット： 図１は、本件発明に係るロボットの一実施形態を例示した図である。図１に示す、本件発明に係るロボット１は、転倒することなく移動可能なロボットであって、当該ロボット１が移動するための推進力を付与する推進力発生手段３と、当該ロボットに浮揚力を付与する浮揚力発生手段２とを備えるものである。本件発明のロボット１は、推進力発生手段３と浮揚力発生手段２とを備えることで、当該ロボットに働く重力を弱めて、例え当該ロボットが移動中にバランスを崩したとしても転倒するのを防ぐ役割を果たすことが出来るようになる。また、本件発明に係るロボット１は、浮揚力発生手段２を備えることで、当該浮揚力発生手段２を構成に含まないものに比べて、ロボット１が移動する際のエネルギー消費を少なくすることが出来る。
【００２５】
また、本件発明に係るロボット１において、浮揚力発生手段は、当該ロボットに働く重力をＭｇ、当該浮揚力発生手段により発生される浮揚力をＦとした場合、Ｍｇ≧Ｆの関係を満足するように設定され、障害物を乗り越えて移動する際に限り当該障害物の手前でＭｇ＜Ｆの関係を満足するように設定されるものであることが好ましい。
【００２６】
上述したように、本件発明に係るロボット１は、当該ロボット１に働く重力を弱める浮揚力発生手段２を備えることで、例え当該ロボット１に外力が加わったとしても転倒せずに前進移動することが可能となる。なお、当該浮揚力発生手段２により発生される浮揚力が大きくなり過ぎると、当該ロボット１の推進力発生手段３を構成する部材が、接地面との摩擦を十分に得ることが出来なくなる。そうすると、ロボット１は、当該推進力発生手段３によって、移動するための十分な推進力を付与されることが難しくなる。従って、当該浮揚力発生手段２は、当該推進力発生手段３が当該ロボット１に必要な推進力を付与可能な十分な摩擦が付与出来るような設定がされていなければならない。
【００２７】
但し、本件発明に係るロボット１が、例えば移動面の段差や障害物等を乗り越えて移動しなければならない場合に限っては、当該障害物の手前において、浮揚力発生手段２の設定を、当該ロボット１に働く重力より当該浮揚力発生手段２により発生される浮揚力を大きくすることが好ましい。当該浮揚力発生手段２の設定をこのような設定にすることで、本件発明に係るロボット１は、当該障害物等をスムーズに乗り越えることが可能となる。
【００２８】
図２は、本件発明に係るロボットの浮揚力発生手段を説明するための概念図である。図２において、質量がＭである当該ロボット１に働く重力をＭｇとした場合に、当該重力Ｍｇに対向する浮揚力をＦとして表している。例えば、脚式移動ロボットと称されるような脚部を用いて移動を行うロボットは、移動の最中において何らかの原因によりバランスを崩した場合に、重力の影響を受けて転倒する恐れがある。しかし、本件発明に係るロボット１は、浮揚力発生手段２を備えることで、例え移動面に形成される起伏や、移動面に存在する障害物等につまずいてバランスを崩したとしても、転倒することなく前進移動することが出来ることとなる。
【００２９】
図２（ａ）は、ロボット１に働く重力をＭｇ、浮揚力発生手段２により発生される浮揚力をＦとした場合に、Ｆ＞Ｍｇの関係にある状態を示している。また、図２（ｂ）は、ロボット１に働く重力をＭｇ、浮揚力発生手段２により得られる浮揚力をＦとした場合に、Ｆ≦Ｍｇの関係にある状態を示している。ここで、図２（ａ）に示すように、浮揚力発生手段２により発生される浮揚力Ｆがロボット１に働く重力Ｍｇを上回るようになると、ロボット１が空中に浮き上がってしまい、ロボット１の推進力発生手段３を構成する部材と移動面との間の摩擦がなくなり、当該ロボット１の前進移動が不可能となる。これに対し、図２（ｂ）に示すように、浮揚力発生手段２により発生される浮揚力Ｆがロボット１に働く重力Ｍｇを下回るようになると、ロボット１の推進力発生手段３を構成する部材と移動面との間に摩擦が生じて、当該ロボット１の前進移動が可能となる。但し、この場合、浮揚力発生手段２により得られる浮揚力Ｆがロボット１に働く重力Ｍｇを大きく下回るようになると、当該ロボット１は、移動中にバランスを崩してしまうと転倒することとなる。従って、当該浮揚力Ｆは、当該ロボット１に働く重力をＭｇ、当該浮揚力発生手段２により発生される浮揚力をＦとした場合に、Ｍｇが若干Ｆを上回るように設定されることがより好ましい。
【００３０】
なお、本件発明に係るロボット１が、例えば移動面の段差や障害物等を乗り越えて移動しなければならない場合に限っては、上述したように、当該障害物の手前において、浮揚力発生手段２により発生される浮揚力Ｆがロボット１に働く重力Ｍｇを上回るように、浮揚力発生手段２の設定がされていることが好ましい。当該浮揚力発生手段２の設定を、一時的にこのような設定にすることで、本件発明に係るロボット１は、空中に浮き上がっている間に、それまでの前進移動によって発生した慣性力を利用して当該障害物等を真上からスムーズに乗り越えることが可能となる。ちなみに、当該浮揚力発生手段２の設定の変更は、例えば、回転翼を用いたものである場合には回転数を変更し、空中浮遊体を用いたものである場合にはその内部に充填するガス量を変更することで行うことが出来る。
【００３１】
また、本件発明に係るロボット１において、浮揚力発生手段２は、空気より軽いガスを充填した空中浮遊体であり、当該空中浮遊体が当該ロボット１に浮揚力を付与することが好ましい。
【００３２】
本件発明に係るロボット１が備える浮揚力発生手段２は、空気より軽いガスを充填した空中浮遊体とすることで、例えば回転翼等による揚力を利用したものよりも構造の単純化及び部品数の削減を図ることが出来るため好ましい。また、風船等の空中浮遊体を用いることで、ロボット１を家庭やオフィス等の生活空間に混在する壁や家具等を傷付ける恐れもない。更に、この空中浮遊体は、その表面に動物やアニメのキャラクター等のような親しみのある図柄を描くことで、特に女性や子供の心理的な不安や恐怖を取り除く効果を発揮することが出来る。従って、当該ロボット１は、浮揚力発生手段２を空中浮遊体とすることで、人間と共存して働く上で好適に用いることが出来ることとなる。
【００３３】
また、本件発明に係るロボット１において、空中浮遊体に充填されるガスは、ヘリウムガスであることが好ましい。
【００３４】
ヘリウムは、空気よりも軽く、水素の約９３％もの浮揚力があり、例えば地表と平行な回転軸に設けた羽根車により揚力を発生する構造を採用したものに比べると安価でコストメリットが大きい。また、ヘリウムは燃えないため、水素よりも安全なガスとして広告用バルーン等にも広く使用されており、人間にとって無害で身近な存在でもあるため、人間と生活空間を共有する上で心理的な抵抗感が少ない。従って、本件発明に係るロボット１において、浮揚力発生手段２は、ヘリウムガスを充填した空中浮遊体とすることが好ましい。
【００３５】
また、本件発明に係るロボット１において、推進力発生手段３は、一対の長尺の足部の長手方向を進行方向に対して平行に配置し、当該一対の足部を動作させてロボット１に推進力を付与するものとすることが出来る。係る場合に、当該足部は、板状の可撓性部材と、当該可撓性部材に取り付けられて、通電加熱により収縮し、冷却により延伸することによってその長さが変化する形状記憶合金とからなるアクチュエータとにより構成されることが好ましい。
【００３６】
図３は、本件発明に係るロボットの推進力発生手段を模式的に示した斜視図である。図３に示すように、本件発明に係るロボット１は、一対の長尺の足部１０、１０の長手方向を進行方向に対して平行に配置し、当該一対の足部１０、１０を動作させて移動するロボットである（当該足部１０の動作に関しては、以降に具体例を示して述べることとする。）。本件発明のロボットは、一対の足部１０、１０を有することで、足部１０、１０の移動面に対する接地位置を調整可能であり、凸凹のある移動面を滑らかに歩くことが出来、また、スリップすることなく方向転換することが出来る等のメリットがある。
【００３７】
図４は、図３のロボットの足部と脚部とからなる構成を示した側面図である。また、図５は、図３のロボットの足部の裏平面図である。図４及び図５において、本件発明の形状記憶合金（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ）は、ワイヤ状（以下、ＳＭＡワイヤと称する。）１２により示されている。形状記憶合金は、常温時に自由な状態（延伸状態）に延び変形し、加熱されると形状記憶の全長に戻ろうとする形状回復力を発生して収縮するものであり、ワイヤ状にすることで変形量のコントロールが容易になるため好ましい。本件発明のＳＭＡワイヤ１２は、例えばその一端及び他端が電気的に接続して直接電流を流す等の適当な方法により、加熱されることによって収縮し、冷却により延伸する性質をロボット１の駆動源として利用するものである。すなわち、当該ＳＭＡワイヤ１２が伸張と収縮を繰り返すことで、当該ＳＭＡワイヤ１２が取り付けられる可撓性部材１１が変形し、この可撓性部材１１の変形によって当該ロボット１を前進させることが可能となる。
【００３８】
なお、本件発明のロボット１がその駆動源として用いる形状記憶合金は、ワイヤ状であればその断面形状に関しては特に問わない。例えば、当該ＳＭＡワイヤ１２の断面形状は、円形や楕円形とすることが出来る。そして、当該ＳＭＡワイヤ１２は、外力を受けていない自由な状態において、略直線状に延伸した形状であることが、ロボット１の移動安定性を考慮すると好ましい。また、このＳＭＡワイヤ１２は、締結部材１４を介して通電用リード線としての、例えば銅線１０１に接続される。
【００３９】
また、本件発明に係るロボット１は、一対の足部１０、１０と、当該足部間に位置する胴体部３０と、当該足部１０と当該胴体部３０とを連結する脚部２０とから構成することが出来る。係る場合に、可撓性部材１１は、その下面に沿って形状記憶合金１２が各々取り付けられ、且つ、当該形状記憶合金（ＳＭＡワイヤ）１２の収縮により接地面に対して円弧状に湾曲するものである。また、当該脚部２０は、下部が当該可撓性部材１１に取り付けられると共に、当該可撓性部材１１の湾曲する動作に同期して、ロボット１を前方に動かす駆動モーメントの伝達経路となることが好ましい。
【００４０】
図３より、本件発明に係るロボット１が、左右一対の長尺の足部１０、１０と、当該足部間に位置する胴体部３０と、これらを連結する一対の脚部２０、２０とから構成されているのが示されている。なお、本件発明で言う脚部は、人間の体で例えると太ももの付け根から踝までの位置に相当する部位であり、足部が踝から足の裏までの位置に相当する部位である。図３において、一対の足部１０、１０は、長手方向を進行方向に対して平行に配置されて、それぞれ板状の可撓性部材１１と、可撓性部材１１の先端側下面に取り付けられたＳＭＡワイヤ１２とで構成されている。また、脚部２０は、図３及び図４に例示するように、当該可撓性部材１１の上面側所定の位置に締結される脚部取付用ブラケット１７を介して足部１０に連結されている。当該脚部取付用ブラケット１７は、足部１０に対して締結部材１６により締結されており、当該脚部２０が接地面に対して所定の傾斜角度θで取り付け可能な形状を呈している。
【００４１】
具体的に、本件発明に係るロボット１において、脚部２０は、足部１０の可撓性部材１１にそれぞれ取り付けるための脚部取付用ブラケット１７と、これら脚部取付用ブラケット１７から所定の傾斜角度（すなわち、接地面と脚部２０の傾斜面とがなす角度。以降当該角度を傾斜角度θとする。なお、図４においては、ＳＭＡワイヤ１２が延伸状態にあるときの可撓性部材１１が接地面と平行であると仮定して傾斜角度θを示している。）で上方に起立する傾斜面とを有している。当該傾斜面は、ロボット１の進行方向に指向している。そして、各脚部取付用ブラケット１７、１７と各可撓性部材１１、１１には、これらが重合する位置に図示しないネジ止め用の孔がそれぞれ形成されている。この重合されるこれらの孔を用いて、各可撓性部材１１、１１に脚部２０、２０の各取付部が、例えばボルトとナット等の締結部材２１により締結される。
【００４２】
次に、ロボット１の移動メカニズムに関して述べておく。図４及び図５に示すように、ＳＭＡワイヤ１２の両端部は、締結部材１４、１４により可撓性部材１１の下面に沿って、略直線状に延伸した状態で取り付けられる。図４及び図５に示す構造の場合、ＳＭＡワイヤ１２の収縮により可撓性部材１１が上面側に向けて湾曲変形することとなる。また、可撓性部材１１の当該締結部材１４、１４の略中間位置には、例えばボルトやナット等の締結部材１５を取り付けて当該可撓性部材１１の下面側に突起部を設けることで、当該可撓性部材１１が下面側に反ることを防止することも出来る。
【００４３】
上述したように各ＳＭＡワイヤ１２は、締結部材１４により可撓性部材１１の下面に沿って各々取り付けられている。この可撓性部材１１は可撓性を有するため、常温時においては、ＳＭＡワイヤ１２を伸張させると共に、自身も伸張した形態を保持するが、そのＳＭＡワイヤ１２が通電装置４５による通電（オン）で加熱して収縮すると、その収縮力が可撓性部材１１においてＳＭＡワイヤ１２が取り付けられた下面側に作用する。その結果、可撓性部材１１が接地面に対して上面側を凸として円弧状に湾曲動作する。
【００４４】
そして、通電が停止（オフ）され、ＳＭＡワイヤ１２が冷却されると、当該ＳＭＡワイヤ１２の収縮状態が解除されるため、可撓性部材１１は、弾性復帰力によってもとの伸長した状態に戻る。このように、ＳＭＡワイヤ１２への通電をオン・オフとすることにより、アクチュエータの湾曲動作、又はその解除が切り替えられる。本件発明のロボット１は、このようなＳＭＡワイヤ１２の形状回復力を利用したアクチュエータを、各脚部２０、２０を動作させるための駆動源としても採用する。すなわち、当該脚部２０は、係る可撓性部材１１とＳＭＡワイヤ１２から構成された各足部１０、１０の湾曲動作に同期して当該脚部２０の傾斜角度θが広がることにより、ロボット１を前方に駆動するための駆動モーメントを発生させる。当該ロボット１は、脚部２０が、この駆動モーメントを発生させることで、前方に移動する推進力が付与されることとなる。
【００４５】
このように本件発明のロボット１は、通電の停止時（非通電時）に足部２０に弾性エネルギーを蓄え、この蓄積されたエネルギーを通電時に運動エネルギーに変換することで前進するための運動量を得ている。そして、通電装置１００により通電のオン・オフ信号を適切に切り替えることで、ロボット１は前進移動することが可能となるのである。
【００４６】
なお、係るアクチュエータは、ＳＭＡワイヤ１２自体がアクチュエータの機能を有するため、ソレノイドやモータ、或いは、油圧アクチュエータ等と比べて機構的に簡単で小型化を達成しやすいという特徴を持っている。更に、アクチュエータを構成する部材も他のものと比して極めて軽量であるため、ロボット１の軽量化も容易に実現することが出来る。
【００４７】
また、本件発明に係るロボット１において、脚部２０は、剛性を有する平板部材にて構成されることが好ましい。
【００４８】
本件発明に係るロボットにおいて、脚部２０は、胴体部３０と足部１０を連結するものであり、例えば図３に示したような平板状の胴体部３０及び足部１０との連結を、例えばネジ等を用いて容易にすることを考慮すると、平板部材にて構成されることが好ましい。なお、この脚部２０は、上述したように、下部が可撓性部材１１に取り付けられると共に、当該可撓性部材１１の湾曲する動作に同期して、ロボット１を前方に動かす駆動モーメントの伝達経路となるものである。そのため、当該脚部２０は、ロボット１を前方に動かす駆動モーメントの伝達にロスが生じぬよう、ある程度剛性を有することが好ましい。
【００４９】
また、本件発明に係るロボット１において、胴体部３０は、前後方向に弾性変形可能な弾性部材からなり、且つ、脚部２０の上部背面に取り付けられて、駆動モーメントが発生するとき、自重で振り子作用を発揮して、ロボット１が前方に移動する推進力を付与することが好ましい。
【００５０】
当該脚部２０が取り付けられる脚部取付用ブラケット１７の位置する可撓性部材１１の下面には、ＳＭＡワイヤ１２が設けられている。係る構成では、ＳＭＡワイヤ１２が通電加熱により収縮すると、その上面に位置する可撓性部材１１が接地面に対して上面側を凸として円弧状に湾曲し、当該湾曲動作に同期して、当該脚部取付用ブラケット１７が当該接地面に対して前方に傾斜しながら上部前方に移動する。このときに、ロボット１の進行方向に指向して取り付けられている当該脚部２０が、当該脚部取付用ブラケット１７の傾きに伴い、更に進行方向に向けて傾斜する。なお、当該脚部２０は、その上部が取付板３１を介して胴体部３０に取り付けられており、当該脚部２０を介して当該胴体部３０にロボット１を前方に動かす駆動モーメントが伝達されることとなる。本件発明に係るロボット１は、係る一連の動作を連続して行うことによって、胴体部３０が自重で振り子作用を発揮し、この振り子作用によって前方に移動する推進力が付与されるのである。
【００５１】
ここで、本件発明に係るロボット１における、脚部２０と胴体部３０との連結構造について、より具体的に述べておく。脚部２０の傾斜面の上端であって、左右方向の略中心の背面は、胴体部３０の後述する取付板３１の前面に当接される。そして、この当接する傾斜面の背面と、取付板３１の前面とが、例えばボルトとナット等の締結部材３２により締結される。本実施の形態では、当該傾斜面と取付板３１には、これらが当接する位置に図示しない孔がそれぞれ形成されており、これら孔を用いて、胴体部３０の取付部３１と脚部２０とがボルトとナットにより締結される。すなわち、本件発明に係るロボット１は、脚部２０が胴体部３０と取付板３１なる部材を介して連結されることで、胴体部３０が発揮する振り子作用がより強められ、前方に移動するための推進力もより大きくすることが出来る。
【００５２】
次に、図３に例示する胴体部３０についても説明しておく。当該胴体部３０は、前後方向に弾性変形可能な弾性部材からなることで、ロボット１が前方に移動する際の推進力が効果的に付与されることとなる。具体的に、当該胴体部３０は、両足部１０、１０の間に位置し、ロボット１の進行方向に対して両足部１０、１０と同様に平行に配された左右一対の補助足部７０、７０と、平板状の支柱３５、３５、３６、３６と、各支柱の上端部をそれぞれ連結する連結部材３４、３７、３７、３８にて構成されることが出来る。ここで、例えば、両補助足部７０、７０は、長尺の平板部材からなり、その長手方向を進行方向に対して略平行に配置される。また、支柱３５、３５は、各補助足部７０、７０の前方上面に立設する平板状の弾性部材であり、各補助足部７０、７０から前方に反って起立するように設けることが出来る。また、これら支柱３５、３５の上端は、平板状の連結部材３４を介して連結されている。
【００５３】
また、図３において、支柱３６、３６は、各補助足部７０、７０の後方上面に立設する平板状の弾性部材であり、補助足部７０、７０から後方に反って立設されている。また、これら支柱３６、３６の上端は上述した前方の支柱３５、３５と同様に、平板状の連結部材３８を介して連結されている。そして、各補助足部７０に設けられた前方の支柱３５と後方の支柱３６の上部は、弾性を有する連結部材３７により連結されている。
【００５４】
なお、これら連結部材３４、３７、３７、３８と各支柱３５、３５、３６、３６との連結方法として、本実施の形態では、上述同様にボルトとナットからなる締結部材３３、３３、３９、３９を用いて締結するものとする。また、上述したように胴体部３０は脚部２０の上部背面に取り付けられている。本実施の形態では、胴体部３０の連結部材３７の前面の左右方向の略中心から下方に延在する取付板３１が設けられている。そして、当該取付板３１の前面と脚部２０の傾斜面の上部背面とが上述の如く締結部材３２により螺着される。なお、このような部材の連結方法は、本実施の形態で示した方法に限らず、例えば、接着剤を用いて接合するものであってもよいし、別の方法を用いるものとしても構わない。
【００５５】
上述したように前方の支柱３５、３５は補助足部７０、７０から前方に反って傾斜するように起立し、且つ、後方の支柱３６、３６は後方に反って傾斜するように起立しているため、前後の支柱３５、３６間の距離は、下部より上部の方が大きくなる。このため、胴体部３０は、上部に行くほど不安定となる。更に、これらの隣接する支柱３５、３５、３６、３６の上部が板状の連結部材３４、３７、３７、３８を介してそれぞれ連結され、一体化されているので、係る連結部材３４、３７、３７、３８の重さと、上部が前後に広がる形状との相乗作用で胴体部３０の重心は、より一層上方となって、前後方向に振れやすい状態となる。
【００５６】
この場合、ロボット１を前方に動かす駆動モーメントが発生すると、脚部２０を介して胴体部３０に駆動モーメントが伝達される。上述したように、可撓性部材１１が接地面に対して円弧状に湾曲し、これに同期して当該脚部２０が前方に傾斜することにより、ロボット１を前方に駆動するための駆動モーメントが発生する。この駆動モーメントが脚部２０を介して胴体部３０伝達されるため、これにより、胴体部３０は、自重で振り子作用を発揮する。この振り子作用により、ロボット１が前方に移動する推進力が付与される。これにより、ロボット１は可撓性部材１１が接地面に対して円弧状に湾曲している方の足部１０を支持足として、前方に移動するのである。ちなみに、脚部２０は、予め進行方向に指向するよう所定の傾斜角度θ（図４参照のこと。）で取り付けられ、可撓性部材１１が接地面に対して円弧状に湾曲した際に、当該脚部２０の傾斜面の角度が初期の状態よりも接地面に対して約１０度程度広がるよう設定することで、胴体部３０を前後方向に振れやすい状態とすることが出来る。
【００５７】
また、本件発明に係るロボット１において、形状記憶合金は、それぞれ独立して通電装置に電気的に接続されることが好ましい。
【００５８】
図６は、図３のロボットの非通電時における側面図である。また、図７は、図３のロボットの通電時における側面図である。なお、図７において、破線は非通電時における足部２と脚部３の状態を示している。図６及び図７に示すように、銅線１０１の他端部は、図示しない通電ケーブル等を介してＳＭＡワイヤ１２への通電量を制御する通電装置１００に接続されている。当該通電装置１００は、各々のＳＭＡワイヤ１２、１２を独立に通電加熱することが可能であるものとすることが好ましい。すなわち、ＳＭＡワイヤ１２、１２は、それぞれ独立して通電装置１００に電気的に接続されることが好ましい。このように、ＳＭＡワイヤ１２、１２がそれぞれ独立して通電装置１００に電気的に接続されることで、各ＳＭＡワイヤ１２、１２への通電は一方の通電状態に依存せず、個々に通電状態を切り替えることが可能となる。
【００５９】
また、本件発明に係るロボット１において、通電装置１００は、一対の足部１０の形状記憶合金１２に交互に通電することが好ましい。
【００６０】
本件発明に係るロボット１は、上述したアクチュエータにて左右の足部１０、１０が交互に支持足となり、歩行するように脚部２０を動作させるにあたって、通電装置１００により一対の足部１０、１０のＳＭＡワイヤ１２、１２に交互に通電することが好ましい。このように、ＳＭＡワイヤ１２、１２に交互に通電することで、足部１０、１０の可撓性部材１１、１１が交互に湾曲と伸長を繰り返す。これにより、左右の足部１０、１０が交互に支持足となり、例え凸凹のある移動面であっても、接地位置を選んで滑らかに移動することが可能となる。なお、本件発明に係るロボット１は、一対の足部１０の形状記憶合金１２への通電を同時に行った場合であっても、脚部２０が可撓性部材１１の湾曲する動作に同期し、ロボットの前方へ倒れる際の反動を利用することによって、前進することが可能である。
【００６１】
また、本件発明に係るロボット１において、足部１０は、その先端に爪を備えることが好ましい。
【００６２】
本件発明に係るロボット１は、足部１０の先端に爪（不図示）を備えることで、当該ロボットの移動効率がより高められることとなる。すなわち、ロボット１は、足部１０の先端側の接地面に対する角度が鋭角となるように爪を設けることで、爪が接地面に着地し、当該着地部と接地面との間に接地面反力が作用して、当該ロボット１をより速く前進移動させることが可能となる。
【００６３】
ここで、通電加熱による形状記憶合金１２の収縮に同期して、可撓性部材１１が湾曲したときの爪の接地面に対して接地する角度は、ロボット１の移動速度や移動安定性に影響を及ぼすため重要である。例えば、当該爪の接地部（先端）から反進行方向側の接地面とがなす角度が鈍角となる場合、爪を接地面に引っかけることが困難となり好ましくない。また、当該爪の接地部（先端）から反進行方向側の接地面とがなす角度が鋭角となる場合、爪と接地面との間の引っかかりが強くなり過ぎてロボット１が後退したり、ロボット１の歩行軌跡に乱れが生じる恐れがある。従って、本件発明に係るロボット１が、その足部１０に爪を形成する場合には、爪の先端が接地面に着地したときの着地角度を適切な角度に設定する必要がある。
【００６４】
また、本件発明に係るロボット１において、可撓性部材１１は、ポリエチレン製の薄板から成ることが好ましい。
【００６５】
ポリエチレンは、炭素と水素のみで形成される単純な高分子であり、窒素や硫黄、塩素などを含んでおらず、人体や環境への影響も殆どない。また、ポリエチレンは、絶縁性に優れるため、ＳＭＡワイヤー１２に対して通電を行っている最中であっても、人間がロボットに触れた際に感電する恐れもない。更に、ポリエチレンを利用した製品は人間の生活空間に溢れる身近なものであると共に、射出成型や押出成型など様々な成形方法により用途に合った製品に高い寸法精度で加工成形することが可能である。但し、本件発明では可撓性部材１１は、ポリエチレン製に限定されるものでなく、可撓性を有する板状部材であれば、他のものであっても差し支えない。
【００６６】
以上のことから、本件発明に係るロボット１は、単純な構造でありながらも転倒せずに移動出来るという優れた特徴を有している。このように、当該ロボット１は、単純な構造であるため、使用される現場で組み立てを行うことも可能となる。また、使用用途や使用環境に合わせてロボット１を改良することも可能である。これにより、本件発明に係るロボット１によれば、汎用性の向上をも図ることが出来るようになる。
【００６７】
以下、実施例及び比較例を示して本件発明をより具体的に説明する。なお、本件発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００６８】
実施例１では、浮揚力発生手段２として空中浮遊体を用いたロボット１について、移動安定性及び移動速度にどのような影響が及ぼされるかについて確認を行った。なお、本実施例において、ロボット１が用いる空中浮遊物は、その内部にヘリウムガスを充填した風船とした。実施例１において、空中浮遊体に充填する気体をヘリウムガスとしたのは、上述したように、人間への安全性やコスト面等を考慮した場合に、最も実現性の高い理由によるものである。
【００６９】
ここで、実施例１で用いるロボット１の構造及び制御について述べておく。本確認を行うにあたって、可撓性部材１１として、厚さ０．５ｍｍ、全長１００ｍｍのポリエチレン製の薄板を採用した。ＳＭＡワイヤ１２は、直径０．０７５ｍｍ、長さ５０ｍｍのワイヤを用いた。そして、可撓性部材１１の先端から３ｍｍの位置にＳＭＡワイヤ１２の先端を配置固定し、脚部２０の取付部３１を可撓性部材１１の先端から３０ｍｍの位置とした。また、非通電時の脚部２０の傾斜角度θを接地面に対して１０７°に設定した。この場合、ＳＭＡワイヤ１２の通電加熱により可撓性部材１１が湾曲すると、この湾曲動作に同期して脚部２０の接地面に対する傾斜角度θが非通電時の傾斜角度よりも約１０°程度広がった。そして、ＳＭＡワイヤ１２の通電がオフになると（ＳＭＡワイヤ１２が冷却すると）、当該傾斜角度θが非通電時の傾斜角度（１０７°）に復帰した。
【００７０】
また、通電装置１００は、３Ｖ、０．７Ａの条件で各ＳＭＡワイヤ１２、１２に通電するものとした。そして、ロボット１に接続したコントロールボックスのスイッチによって、ＯＮを１秒間、ＯＦＦを１秒間の間隔で、一対の脚部に交互に通電を行ってロボット１を移動させた。通電装置１００により各ＳＭＡワイヤ１２に係る条件で通電すると、ＳＭＡワイヤ１２は加熱し、急速に収縮した。これに伴い、可撓性部材１１が湾曲し、ひずみ量が得られた。ちなみに、ＳＭＡワイヤ１２は、加熱されることによって初期の長さ（非通電時の長さ）から約１０％収縮した。
【００７１】
また、実施例１で用いるロボットは、ラウンド型アルミフィルム風船をロボット１の胴体部３０に取り付けた。当該風船とロボット１との取付は、例えばポリエチレン材料やマグネット等の適当なものを用いることが出来る。なお、当該風船とロボット１とを繋ぐ距離を長くとると、ロボット１の移動安定性が劣るため、本実施例では、当該風船とロボット１の胴体部３０とを軽くて加工が容易なメンディングテープにより連結部材３４、３８に接続した。
【００７２】
浮力を発生する浮揚力発生手段２を備えたロボット１は、当該ロボット１に働く重力が当該浮力よりも小さいときには浮き上がってしまい、接地面との摩擦が得られなくなることで前進することが出来ない。従って、当該ロボット１が前進移動を行うに際し、少なくとも足部１０と接地面との間に摩擦力が生じることが条件として挙げられるため、転倒を防ぐことを考慮すると、当該浮力は、当該ロボット１に働く重力と同等又はそれ以下であることが求められる。
【００７３】
実施例１において、ロボット１の胴体部３０に取り付ける風船は、その大きさを選定するにあたり、入手が容易な１４インチ、１８インチ、２２インチのものを用意した。当該風船は、その浮力が少なくともロボット１に働く重力と釣り合う状態になるまでヘリウムガスを充填可能な大きさでなければならない。ここで、図８は、風船の直径とヘリウムガスの充填量（理論上の最大値）との関係を示したグラフである。また、図９は、図８の風船の直径とロボットの最低質量との関係を示したグラフである。
【００７４】
ちなみに、図９に示す最低限必要なロボットの質量を求めるにあたって、以下に示す関係式を参酌することが出来る。まず、風船に充填されるヘリウムガスの体積をＶ（ｍ３）、風船の質量をＣ（ｇ）、空気の密度をρａ（Ｋｇ／ｍ３）、風船内のヘリウムガスの密度をρＨｅ（Ｋｇ／ｍ３）、ロボット１に求められる質量をＭ（ｇ）とすると、「Ｖ（ρａ−ρＨｅ）−Ｃ≦Ｍ」の関係式が成立する。また、温度ｔ（Ｋ）のときの空気の密度をρａ（Ｋｇ／ｍ３）、大気圧をＰ（Ｋｇ／ｍ３）とすると、「ρａ＝１．２９３Ｐ／（１＋０．００３６７ｔ）」の関係式が成立する。
【００７５】
ここで、実施例１で用いるロボット１の浮揚力発生手段２を除く質量は、５．３ｇである。そうすると、ロボット１に働く重力と当該浮揚力発生手段２が発生する浮力とが上述した条件に最も近いのが風船の直径が４５７ｍｍ（約１８インチ）となる（図９参照のこと。）。これは、図９において、例えば風船の直径が４５７ｍｍ（約１８インチ）のときの、ロボットが浮き上がらないために最低限必要な質量が４．２ｇだからである。以上のことから、実施例１において、ロボット１の胴体部３０に取り付ける風船の大きさは、直径が４５７ｍｍ（約１８インチ）とした。
【００７６】
図１０は、浮揚力発生手段としてヘリウムを充填した風船を取り付けたロボットの移動の軌跡を示したグラフである。このロボット１の移動実験は、室内温度２９６Ｋ、風速０ｍ／ｓで行った。ここでは，ロボット１と垂直にビデオカメラを設置し，ロボット１の近傍にスケールを配置して当該ロボット１を撮影した。撮影された動画は１秒ごとの静止画に直し、移動距離を読み取った。ここで、実験に用いたロボット１の浮揚力発生手段２を除いた質量は５．３ｇで一定とした。１８インチのラウンド型アルミフィルム風船に充填するヘリウムガスの量については、浮力が０．２３Ｎ、０．２６Ｎ、０．３３Ｎとなるように、その量を調整することで３種類に分けた。このときに、当該風船の浮力が０．２３Ｎであるものを実施例１−Ａ、当該風船の浮力が０．２６Ｎであるものを実施例１−Ｂ、当該風船の浮力が０．３３Ｎであるものを実施例１−Ｃとして、それぞれについて移動実験を行った。
【００７７】
図１０より、実施例１−Ａについてはロボット１の移動軌跡に乱れが生じ、実施例１−Ｂ及び実施例１−Ｃについてはロボット１の移動軌跡が安定する結果が得られた。この結果より、浮力が０．２６Ｎよりも小さくなるに従って、ロボット１の移動安定性が顕著に悪くなることが分かった。また、図１０において、２０秒経過時点におけるロボット１の移動距離は、実施例１−Ａが約４４ｍｍ、実施例１−Ｂが約１３ｍｍ、実施例１−Ｃが約５ｍｍであった。すなわち、ロボット１の移動速度は、実施例１−Ａが約２．２ｍｍ／ｓｅｃ、実施例１−Ｂが約０．７ｍｍ／ｓｅｃ、実施例１−Ｃが約０．３ｍｍ／ｓｅｃである。この結果より、浮力が０．２６Ｎよりも大きくなるに従って、ロボット１の移動速度が顕著に遅くなることが分かった。ちなみに、実施例１−Ａと実施例１−Ｃとでは、移動速度に約７倍の差が生じる結果が得られた。
【実施例２】
【００７８】
実施例２でも、実施例１と同様に、浮揚力発生手段２として空中浮遊体を用いたロボット１により、移動安定性及び移動速度にどのような影響が及ぼされるかについて確認を行った。但し、実施例２では、実施例１の結果を受けて、ロボット１に働く重力Ｍｇと浮揚力発生手段２により発生される浮揚力Ｆとの関係のより好ましい条件について確認を行った。実施例１では、風船の浮力が０．２３Ｎ〜０．２６Ｎの範囲内において、ロボット１の移動安定性と移動速度との両方を満足する結果が得られている。しかし、当該重力Ｍｇと浮揚力Ｆとの関係のより好ましい条件を確認するにあたって、この風船に充填するヘリウムガスの量を調整して、当該風船の浮力を０．０３Ｎの範囲で分けて設定するのは困難であり、得られるデータも正確性に欠くものとなる。従って、実施例２では、浮揚力発生手段２として実施例１と同様に１８インチのラウンド型アルミフィルム風船を用い、当該風船に充填するヘリウムガスの量については、実施例１で移動安定性及び移動速度共に良好な結果が得られた、浮力が０．２６Ｎに相当する量で一定とした。そして、実施例２では、用いるロボット１の自重を変えるために胴体部３０に質量が１ｇ、４ｇ、８ｇの３種類の異なる重りを取り付けることとした。
【００７９】
すなわち、実施例２では、実施例１における実施例試料Ｂのロボット１に対してそれぞれ異なる重りを取り付けて移動実験を行った。このときに、ロボット１の浮揚力発生手段２を除く質量が１３．３ｇであるものを実施例２−Ｄ、当該質量が９．３ｇであるものを実施例２−Ｅ、当該質量が６．３ｇであるものを実施例２−Ｆとして、それぞれについて移動実験を行った。その他、実施例２では、ロボット１の移動実験は、実施例１と同じ条件で行った。
【００８０】
図１１は、実施例２における浮揚力発生手段としてヘリウムを充填した風船を取り付けたロボットの移動の軌跡を示したグラフである。図１１より、実施例２−Ｄ及び実施例２−Ｅについてはロボット１の移動軌跡に若干の乱れが生じ、実施例２−Ｆについてはロボット１の移動軌跡が安定する結果が得られた。この結果より、ロボット１の浮揚力発生手段２を除く質量が６．３ｇ程度よりも大きくなるに従って、ロボット１の移動安定性が悪くなることが分かった。また、図１１において、２０秒経過時点におけるロボット１の移動距離は、実施例２−Ｄが約２１ｍｍ、実施例２−Ｅが約１４．５ｍｍ、実施例２−Ｆが約１３．５ｍｍであった。すなわち、ロボット１の移動速度は、実施例２−Ｄが約１．１ｍｍ／ｓｅｃ、実施例２−Ｅが約０．７ｍｍ／ｓｅｃ、実施例２−Ｆが約０．７ｍｍ／ｓｅｃである。この結果より、ロボット１の浮揚力発生手段２を除く質量が１３．３ｇの実施例２−Ｄが、最もロボット１の移動速度が速くなることが分かった。但し、実施例２−Ｄ〜実施例２−Ｆでは、移動速度にさほど大きな差が生じなかった。
【比較例】
【００８１】
比較例では、浮揚力発生手段２を用いないロボットについて、移動安定性及び移動速度にどのような影響が及ぼされるかについて確認を行った。なお、比較例で用いるロボットは、浮揚力発生手段２を除けば、上記実施例１及び実施例２と全て同じ条件でロボットの移動実験を行った。
【００８２】
図１２は、比較例におけるロボットの移動軌跡を示したグラフである。図１２において、実線が右脚部の軌跡、破線が左脚部の軌跡をそれぞれ示している。この右脚部の軌跡と左脚部の軌跡とを見るに、比較例のロボットの移動軌跡は比較的安定していることが分かる。そして、図１２より、比較例のロボットの２０秒経過時点におけるロボットの移動距離は、約６ｍｍであった。すなわち、比較例のロボットの移動速度は、約０．３ｍｍ／ｓｅｃである。
【００８３】
［実施例と比較例との対比］
以上の結果より、比較例のロボットの移動速度は、実施例１−Ｃのロボット１の移動速度とほぼ同じ速度となった。この結果より、ロボットの自重が大きくなりすぎても、当該ロボットの移動速度は遅くなることが分かった。そして、実施例１及び実施例２の結果より、移動安定性及び移動速度の両方を考慮した場合に、ロボット１の浮揚力発生手段２を除く質量が６．３ｇである実施例２−Ｆが最も好ましいと考えられる。従って、上述したように、当該ロボット１が空中に浮かばないために最低限必要とされるロボットの質量が４．２ｇであることから（図９参照のこと。）、この質量の約１．５倍の質量とすることが移動安定性及び移動速度の両方を考慮した場合に好ましい結果が得られた。
【００８４】
なお、以上の実施例１及び実施例２は、あくまでも、ラウンド型のアルミニウム製風船に、ヘリウムガスを充填した空中浮遊体を浮揚力発生手段２として確認を行った結果である。ちなみに、ロボット１は、当該浮揚力発生手段２である空中浮遊体の形状の変更、当該空中浮遊体に充填するガスの種類の変更、ロボット１の形状及び構造の変更、回転翼等による揚力を用いた浮揚力発生手段２の採用等、上記実施例１及び実施例２と異なる条件で製造することが出来る。しかし、例え実施例１及び実施例２と異なる条件を採用したとしても、ロボット１の質量を、当該浮揚力発生手段２により得られる浮揚力の約１．５倍程度重くなるよう設定させることが、移動安定性及び移動速度の観点からみて好ましいと考えることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本件発明に係るロボットは、人間に危害を加えない構造及び機能を有し、単純なマニュアルに基づいて誰もが簡単に取り扱うことが出来るものである。また、本件発明に係るロボットは、浮揚力発生手段を構成に備えることで、バランスを崩しても転倒することがなく、災害現場等人の立ち入ることが困難な狭地や危険な場所でも移動が可能である。従って、本件発明に係るロボットによれば、人間の活動を支援するために人間と生活を共有することが可能となる。
【符号の説明】
【００８６】
１ ロボット
２ 浮揚力発生手段
３ 推進力発生手段
１０ 足部
１１ 可撓性部材
１２ ＳＭＡワイヤ（形状記憶合金）
１７ 脚部取付用ブラケット
２０ 脚部
２１ 締結部材
３０ 胴体部
３１ 取付板
３２ 締結部材
３３ 締結部材
３４ 連結部材
３５ 支柱
３６ 支柱
３７ 連結部材
３８ 連結部材
３９ 締結部材
１００ 通電装置
１０１ 銅線（通電リード線）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転倒することなく移動可能なロボットであって、
当該ロボットに移動するための推進力を付与する推進力発生手段と、当該ロボットに浮揚力を付与する浮揚力発生手段とを備えることを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記浮揚力発生手段は、前記ロボットに働く重力をＭｇ、当該浮揚力発生手段により発生される浮揚力をＦとした場合、Ｍｇ≧Ｆの関係を満足するように設定され、障害物を乗り越えて移動する際に限り当該障害物の手前でＭｇ＜Ｆの関係を満足するように設定されるものである請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記浮揚力発生手段は、空気より軽いガスを充填した空中浮遊体であり、当該空中浮遊体が前記ロボットに浮揚力を付与する請求項１又は請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記空中浮遊体に充填されるガスは、ヘリウムガスである請求項３に記載のロボット。
【請求項５】
前記推進力発生手段は、一対の長尺の足部の長手方向を進行方向に対して平行に配置し、当該一対の足部を動作させて前記ロボットに推進力を付与するものであり、
当該足部は、板状の可撓性部材と、当該可撓性部材に取り付けられて、通電加熱により収縮し、冷却により延伸することによってその長さが変化する形状記憶合金とからなるアクチュエータとにより構成される請求項１〜請求項４のいずれかに記載のロボット。
【請求項６】
前記一対の足部と、当該足部間に位置する胴体部と、当該足部と当該胴体部とを連結する一対の脚部とから構成され、
前記可撓性部材は、その下面に沿って前記形状記憶合金が各々取り付けられ、且つ、当該形状記憶合金の収縮により接地面に対して円弧状に湾曲するものであり、
当該脚部は、下部が当該可撓性部材に取り付けられると共に、当該可撓性部材の湾曲する動作に同期して、ロボットを前方に動かす駆動モーメントの伝達経路となる請求項５に記載のロボット。
【請求項７】
前記脚部は、剛性を有する平板部材にて構成される請求項６に記載のロボット。
【請求項８】
前記胴体部は、前後方向に弾性変形可能な弾性部材からなり、且つ、前記脚部の上部背面に取り付けられて、前記駆動モーメントが発生するとき、自重で振り子作用を発揮して、前記ロボットが前方に移動する推進力を付与する請求項６又は請求項７に記載のロボット。
【請求項９】
前記形状記憶合金は、それぞれ独立して通電装置に電気的に接続される請求項５〜又は請求項８に記載のロボット。
【請求項１０】
前記通電装置は、前記一対の足部の前記形状記憶合金に交互に通電する請求項９に記載のロボット。
【請求項１１】
前記足部は、その先端に爪を備える請求項５〜請求項１０のいずれかに記載のロボット。
【請求項１２】
前記可撓性部材は、ポリエチレン製の薄板から成る請求項５〜請求項１１のいずれかに記載のロボット。
【請求項１】
転倒することなく移動可能なロボットであって、
当該ロボットに移動するための推進力を付与する推進力発生手段と、当該ロボットに浮揚力を付与する浮揚力発生手段とを備えることを特徴とするロボット。
【請求項２】
前記浮揚力発生手段は、前記ロボットに働く重力をＭｇ、当該浮揚力発生手段により発生される浮揚力をＦとした場合、Ｍｇ≧Ｆの関係を満足するように設定され、障害物を乗り越えて移動する際に限り当該障害物の手前でＭｇ＜Ｆの関係を満足するように設定されるものである請求項１に記載のロボット。
【請求項３】
前記浮揚力発生手段は、空気より軽いガスを充填した空中浮遊体であり、当該空中浮遊体が前記ロボットに浮揚力を付与する請求項１又は請求項２に記載のロボット。
【請求項４】
前記空中浮遊体に充填されるガスは、ヘリウムガスである請求項３に記載のロボット。
【請求項５】
前記推進力発生手段は、一対の長尺の足部の長手方向を進行方向に対して平行に配置し、当該一対の足部を動作させて前記ロボットに推進力を付与するものであり、
当該足部は、板状の可撓性部材と、当該可撓性部材に取り付けられて、通電加熱により収縮し、冷却により延伸することによってその長さが変化する形状記憶合金とからなるアクチュエータとにより構成される請求項１〜請求項４のいずれかに記載のロボット。
【請求項６】
前記一対の足部と、当該足部間に位置する胴体部と、当該足部と当該胴体部とを連結する一対の脚部とから構成され、
前記可撓性部材は、その下面に沿って前記形状記憶合金が各々取り付けられ、且つ、当該形状記憶合金の収縮により接地面に対して円弧状に湾曲するものであり、
当該脚部は、下部が当該可撓性部材に取り付けられると共に、当該可撓性部材の湾曲する動作に同期して、ロボットを前方に動かす駆動モーメントの伝達経路となる請求項５に記載のロボット。
【請求項７】
前記脚部は、剛性を有する平板部材にて構成される請求項６に記載のロボット。
【請求項８】
前記胴体部は、前後方向に弾性変形可能な弾性部材からなり、且つ、前記脚部の上部背面に取り付けられて、前記駆動モーメントが発生するとき、自重で振り子作用を発揮して、前記ロボットが前方に移動する推進力を付与する請求項６又は請求項７に記載のロボット。
【請求項９】
前記形状記憶合金は、それぞれ独立して通電装置に電気的に接続される請求項５〜又は請求項８に記載のロボット。
【請求項１０】
前記通電装置は、前記一対の足部の前記形状記憶合金に交互に通電する請求項９に記載のロボット。
【請求項１１】
前記足部は、その先端に爪を備える請求項５〜請求項１０のいずれかに記載のロボット。
【請求項１２】
前記可撓性部材は、ポリエチレン製の薄板から成る請求項５〜請求項１１のいずれかに記載のロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−２０５８１（Ｐ２０１３−２０５８１Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５６４０（Ｐ２０１１−１５５６４０）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２３年５月２６日 一般社団法人日本機械学会発行の「Ｎｏ．１１−５ ロボティクス・メカトロニクス講演会２０１１ 講演概要集」に発表
【出願人】（５９９１４１２２７）学校法人関東学院 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２３年５月２６日 一般社団法人日本機械学会発行の「Ｎｏ．１１−５ ロボティクス・メカトロニクス講演会２０１１ 講演概要集」に発表
【出願人】（５９９１４１２２７）学校法人関東学院 (14)
【Ｆターム（参考）】
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