瞬発力発生装置及び瞬発力発生方法
【課題】簡単な構成で一定方向のみに瞬発力を発生させることができるようにする。
【解決手段】帯状の弾性体３Ａと、支持台２と、アーム部材４Ａと、揺動軸１２と、駆動部６Ａとを備えている。弾性体３Ａは、その長手方向の一端を支持台２に固定され、長手方向の他端をアーム部材４Ａに固定されている。アーム部材４Ａは、支持台２に揺動軸１２を介して揺動可能に取り付けられている。そして、駆動部６Ａは、揺動軸１２を支点にしてアーム部材４Ａを、弾性体３Ａの一端と他端が接近して弾性体３Ａを撓ませて一定方向の飛び移り座屈を発生させる第１の方向Ｘと、弾性体３Ａの一端と他端を離反させる第２の方向Ｙに移動させる。これにより、極めて簡単な構成で弾性体に一定方向のみに飛び移り座屈を発生させることができ、ある特定の方向のみに瞬発力を発生させることが可能となる。
【解決手段】帯状の弾性体３Ａと、支持台２と、アーム部材４Ａと、揺動軸１２と、駆動部６Ａとを備えている。弾性体３Ａは、その長手方向の一端を支持台２に固定され、長手方向の他端をアーム部材４Ａに固定されている。アーム部材４Ａは、支持台２に揺動軸１２を介して揺動可能に取り付けられている。そして、駆動部６Ａは、揺動軸１２を支点にしてアーム部材４Ａを、弾性体３Ａの一端と他端が接近して弾性体３Ａを撓ませて一定方向の飛び移り座屈を発生させる第１の方向Ｘと、弾性体３Ａの一端と他端を離反させる第２の方向Ｙに移動させる。これにより、極めて簡単な構成で弾性体に一定方向のみに飛び移り座屈を発生させることができ、ある特定の方向のみに瞬発力を発生させることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状の弾性体の弾力を利用して瞬発力を発生させる瞬発力発生装置及び瞬発力発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、瞬発力発生装置としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されているようなものがある。特許文献１には、エアーシリンダを利用して瞬発力を発生させる技術が記載されている。また、特許文献２には、直動ばねを圧縮させて得た弾性エネルギと偏心カムを利用して瞬発力を発生させる技術が記載されている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、力を蓄積するためのモータを小さくできるため、小型化及び軽量化が可能であるが、大きな瞬発力を得ることが困難であるという問題があった。また、特許文献２に記載された技術では、エアーシリンダを利用して瞬発力を発生させるものであるため、大きな瞬発力を得ることができるが、装置全体が大型化し、重量が大きなものになるという問題があった。
【０００４】
近年、装置全体の小型化を図りながら大きな瞬発力を得るために、柔軟物（弾性体）の力学的機能を利用した瞬発力発生装置が開発されている。この弾性体の力学的機能を利用した瞬発力発生装置としては、非特許文献３に記載されているようなものがある。非特許文献３には、弾性体を曲げることで得た弾性エネルギを、弾性体に飛び移り座屈を発生させることにより開放して瞬発力を発生させる技術が記載されている。
【０００５】
次に、図７を参照して従来の弾性体を利用した瞬発力発生装置について説明する。図７は、従来の瞬発力発生装置の動作を示す説明図である。
【０００６】
図７に示す従来の瞬発力発生装置１００は、支持台１０１と、帯状の弾性体１０２と、２つの回動軸１０３，１０４とから構成されている。支持台１０１は、細長の直方体状に形成されており、弾性体１０２よりも剛性が高くなっている。弾性体１０２は、弾性を有する撓み自在な帯状に形成されている。図７（ａ）及び図７（ｃ）に示すように、この弾性体１０２は、やや撓ませた状態で、２つの回動軸１０３，１０４を介して支持台１０１に取り付けられている。すなわち、弾性体１０２の長手方向の一端は、第１の回動軸１０３を介して支持台１０１に回動可能に取り付けられている。また、弾性体１０２の長手方向の他端は、第２の回動軸１０４を介して支持台１０１に回動可能に取り付けられている。
【０００７】
次に、このような構成を有する瞬発力発生装置１００の動作について説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、弾性体１０２が支持台１０１の下方に突出して撓んでいる場合、第１の回動軸１０３を反時計回りに回動させる共に第２の回動軸１０４を時計回りに回動させる。すると、図７（ｂ）に示すように、弾性体１０２は、略Ｍ字状に弾性変形し、弾性体１０２に弾性エネルギが蓄えられる。そして、さらに第１の回動軸１０３と第２の回動軸１０４を回動させると、弾性体１０２に飛び移り座屈が生じ、弾性体１０２は、略Ｍ字状から上向きのアーチ形状へと瞬間的に変形する（図７（ｃ）参照）。
【０００８】
また、図７（ｃ）に示すように、弾性体１０２が支持台１０１の上方に突出して撓んでいる場合、第１の回動軸１０３を時計回りに回動させると共に第２の回動軸１０４を反時計回りに回動させる。すると、図７（ｄ）に示すように、弾性体１０２は、略Ｗ字状に弾性変形し、弾性体１０２に弾性エネルギが蓄えられる。そして、さらに第１の回動軸１０３と第２の回動軸１０４を回動させると、弾性体１０２に飛び移り座屈が生じ、弾性体１０２は、略Ｗ字状から下向きのアーチ形状へと瞬間的に変形する（図７（ａ）参照）。
【０００９】
この瞬発力発生装置１００は、２つの回動軸１０３，１０４を時計回り又は反時計回りに回動させることで、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示す動作を繰り返し、上下の２方向に瞬発力を発生させている。
【００１０】
次に、図８を参照して従来の弾性体を利用した他の瞬発力発生装置について説明する。図８は、従来の他の瞬発力発生装置の動作を示す説明図である。
【００１１】
図８に示す従来の他の瞬発力発生装置２００は、支持台２０１と、帯状の弾性体２０２と、２つの回動軸２０３，２０４と、直線運動を行うための直動アクチュエータ２０６とから構成されている。図８（ａ）に示すように、弾性体２０２の長手方向の一端は、第１の回動軸２０３を介して支持台２０１に回動可能に取り付けられている。また、弾性体２０２の長手方向の他端は、第２の回動軸２０４と直動アクチュエータ２０６を介して支持台２０１に回動可能で且つ長手方向に水平移動可能に取り付けられている。そして、弾性体２０２は、２つの回動軸２０３，２０４の間において、支持台２０１の下方に突出するようにやや撓ませて配設されている。
【００１２】
次に、このような構成を有する瞬発力発生装置２００の動作について説明する。
まず、図８（ａ）に示すように、第１の回動軸２０３を反時計回りに回動させると共に第２の回動軸２０４を時計回りに回動させる。このとき、直動アクチュエータ２０６により、弾性体２０２の長手方向の他端を第２の回動軸２０４と共に支持台２０１の長手方向と平行に水平移動させて、弾性体２０２の長手方向の一端と他端を接近させる。すると、図８（ｂ）に示すように、弾性体２０２は、略Ｍ字状に弾性変形し、弾性体１０２に弾性エネルギが蓄えられる。
【００１３】
次に、さらに第１の回動軸２０３及び第２の回動軸２０４を回動させると共に弾性体２０２の他端を水平移動させて、弾性体２０２の一端と他端を接近させる。これにより、図８（ｃ）に示すように、弾性体２０２に飛び移り座屈が生じ、弾性体２０２は、略Ｍ字状から上向きのアーチ形状へと瞬間的に変形する。
【００１４】
次に、図８（ｄ）に示すように、第１の回動軸２０３を時計回りに回動させると共に第２の回動軸２０４を反時計回りに回動させる。このとき、直動アクチュエータ２０６によって、弾性体２０２の他端と第２の回動軸２０４と共に支持台２０１の長手方向と平行に水平移動させて、弾性体２０２の一端と他端を離反させる。これにより、弾性体２０２は、突出方向が支持台２０１の下方を向くアーチ形状（初期状態）に戻る（図８（ａ）参照）。
【００１５】
この瞬発力発生装置２００は、２つの回動軸２０３，２０４を時計回り又は反時計回りに回動させると共に弾性体２０２の長手方向の他端を水平移動させることで、一定の方向のみに瞬発力を発生させている。
【００１６】
【特許文献１】特開２００４−９１６７号公報
【特許文献２】特開２００７−１２０６９２号公報
【非特許文献１】望山他：閉ループ柔軟カタパルトによるインパルス型遊泳ロボット、ロボティクス・メカトロニクス講演会２００７講演論文集、２Ｐ１−Ａ０９．２００７．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
近年、ロボットの走行装置等のように、特定の方向のみに瞬発力を発生させる瞬発力発生装置が求められている。しかしながら、図７に示す従来の瞬発力発生装置では、上下の２つの方向に交互に繰り返して瞬発力を発生させている。その結果、従来の瞬発力発生装置では、必要とされる方向以外の方向にも瞬発力が発生してしまい、エネルギ効率の面で望ましくなかった。
【００１８】
また、図８に示す従来の他の瞬発力発生装置では、特定方向のみに瞬発力を発生させることができるが、弾性体を回動させる２つの回動軸だけでなく、弾性体の長手方向の一端を水平移動させるための機構が必要である。その結果、部品点数が増加し、装置全体の構造が複雑になる、という問題があった。
【００１９】
本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、簡単な構成で一定方向のみに瞬発力を発生させることができる瞬発力発生装置及び瞬発力発生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の瞬発力発生装置は、帯状の弾性体を備えている。また、瞬発力発生装置は、弾性体の長手方向の一端が固定される支持台と、弾性体の長手方向の他端が固定されるアーム部材と、このアーム部材を支持台に対して揺動可能に取り付けるための揺動軸とを備えた。更に、瞬発力発生装置は、揺動軸を支点にしてアーム部材を移動させる駆動部を備えた。駆動部は、アーム部材を、弾性体の長手方向の一端と他端が接近して弾性体を撓ませると共に弾性体に一定方向の飛び移り座屈を発生させる第１の方向と、飛び移り座屈が発生した弾性体の一端と他端を離反させる第２の方向に移動させる。
【００２１】
また、本発明の瞬発力発生方法は、以下の（１）から（４）に示す工程を含んでいる。
（１）帯状の弾性体の長手方向の一端を支持台に固定すると共に、弾性体の長手方向の他端をアーム部材に固定する工程。
（２）アーム部材を支持台に揺動軸を介して揺動可能に取り付ける工程。
（３）弾性体の一端と他端が接近して弾性体が撓ませると共に、弾性体に一定方向の飛び移り座屈を発生させる第１の方向に揺動軸を支点にしてアーム部材を移動させる工程。
（４）飛び移り座屈が発生した弾性体の一端と他端が離反する第２の方向に揺動軸を支点にしてアーム部材を移動させる工程。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の瞬発力発生装置によれば、極めて簡単な構成でありながら、アーム部材を揺動させるだけで一定方向に弾性体に飛び移り座屈を発生させることができ、ある特定の方向のみに瞬発力を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例について、図１〜図６を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
また、説明は以下の順序で行う。
１．瞬発力発生装置の実施の形態例
１−１．走行ロボットの構成例
１−２．走行ロボットの動作
【００２４】
１．瞬発力発生装置の実施の形態例
まず、本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例（以下、「本例」という。）として適用した走行ロボットの構成を図１〜図６に従って説明する
図１は本例の走行ロボットを示す斜視図、図２は本例の走行ロボットの上面図、図３は本例の走行ロボットの底面図である。図４は図２及び図３に示す走行ロボットのＡ−Ａ′線断面図である。
【００２５】
１−１．走行ロボットの構成例
図１〜図４に示す走行ロボット１は、２つの帯状の弾性体を交互に一定方向の飛び移り座屈を発生させて、走行するロボットである。この走行ロボット１は、支持台２と、帯状の２つの弾性体３Ａ，３Ｂと、２つのアーム部材４Ａ，４Ｂと、２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂとを有している。また、走行ロボット１は、制御基板８と、この制御基板８に実装された制御部９と、２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂと制御部９に電力を供給する２つの電源部１１Ａ，１１Ｂとを有している。なお、本例では、電源部を２つ設けた例を説明した、電源部は、１つだけでもよい。
【００２６】
［支持台］
図１〜図４に示すように、支持台２は、略台形状をなす枠体として構成されている。この支持台２は、短辺部２ａと、この短辺部２ａと略平行をなして対向する長辺部２ｂと、短辺部２ａと長辺部２ｂを接続する２つの接続辺部２ｃ、２ｄとを有している。第１の接続辺部２ｃは、短辺部２ａと長辺部２ｂの長手方向の一端を接続している。また、第２の接続辺部２ｄは、短辺部２ａと長辺部２ｂの長手方向の他端を接続している。この支持台２の材質としては、例えば、アルミニウムやステンレス鋼等の金属が好適であるが、その他の金属を用いることができることは勿論のこと、金属以外にもエンジニアリングプラスチックや木材等を用いることもできる。
【００２７】
また、支持台２の短辺部２ａには、固定片７が設けられている（図３参照）。固定片７には、２つの弾性体３Ａ，３Ｂの長手方向の一端が固定されている。
【００２８】
［弾性体］
２つの弾性体３Ａ，３Ｂの長手方向の一端は、固定片７と面接触し、且つ固定ねじ１９によって固定されている（図４参照）。なお、２つの弾性体３Ａ，３Ｂの長手方向の一端における固定方法は、固定ねじ１９に限定されるものではなく、例えば、溶接や接着等のその他の固定方法を用いてもよい。第１の弾性体３Ａは、支持台２の第１の接続辺部２ｃ側に配置されており、第２の弾性体３Ｂは、支持台２の第２の接続辺部２ｄ側に配置されている。
【００２９】
２つの弾性体３Ａ，３Ｂは、板厚が比較的薄く且つ適当な幅によって帯状に細長く形成された板状のばね材からなっている。弾性体３Ａ，３Ｂの材質としては、例えば、熱処理ばね鋼ＳＵＰ（例えば、Ｓｉ−Ｍｎ鋼、Ｍｎ−Ｃｒ鋼、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃｒ鋼、高合金鋼等）を挙げることができる。また、弾性体３Ａ，３Ｂには、熱処理ばね鋼ＳＵＰだけでなく、炭素工具鋼（ＳＫ）、合金工具鋼（ＳＫＳ，ＳＫＤ）、高速度工具鋼（ＳＫＨ）、みがき帯鋼、みがき特殊帯鋼、焼入れリボン鋼等を用いることもできる。この２つの弾性体３Ａ，３Ｂの長手方向の略中央には、脚部１３がそれぞれ配設されている。
【００３０】
脚部１３は、クランク状に形成されている。脚部１３には、地面との接地時間を長くするために弾性を有するものを用いることが好ましい。脚部１３の材質としては、例えば焼入れリボン鋼が用いられている。この脚部１３を介して２つの弾性体３Ａ，３Ｂに発生した飛び移り座屈による瞬発力が地面に瞬発力が伝達される。そして、脚部１３から地面に伝わる瞬発力が走行ロボット１の前方への推進力となっている。
【００３１】
また、２つの弾性体３Ａ，３Ｂの長手方向の他端には、２つのアーム部材４Ａ，４Ｂが固定されている。すなわち、第１の弾性体３Ａには、第１のアーム部材４Ａが固定されており、第２の弾性体３Ｂには、第２のアーム部材４Ｂが固定されている。そして、２つの弾性体３Ａ，３Ｂは、支持台２の固定片７と２つのアーム部材４Ａ，４Ｂの間において、脚部１３が突出する方向と反対方向に突出するように撓んで設けられている（図４参照）。
【００３２】
［アーム部材］
第１のアーム部材４Ａは、第１の駆動モータ６Ａに取り付けられる取付部１４Ａと、第１の弾性体３Ａの他端が固定される固定部１６Ａと、取付部１４Ａと固定部１６Ａを連結する連結部１７Ａとから構成されている。固定部１６Ａは、第１の弾性体３Ａの長手方向の他端と面接触し、且つ固定ねじ１９によって第１の弾性体３Ａの他端と一体に固定されている。第１のアーム部材４Ａの取付部１４Ａは、第１の駆動モータ６Ａの揺動軸１２に取り付けられている。
【００３３】
また、第２のアーム部材４Ｂは、第１のアーム部材４Ａと同様に、第２の駆動モータ６Ｂに取り付けられる取付部１４Ｂと、第２の弾性体３Ｂが固定される固定部１６Ｂと、取付部１４Ｂと固定部１６Ｂを連結する連結部１７Ｂとから構成されている。固定部１６Ｂは、第２の弾性体３Ｂの長手方向の他端と面接触し、且つ固定ねじ１９によって第２の弾性体３Ｂの他端と一体に固定されている。第２のアーム部材４Ｂの取付部１４Ｂは、第２の駆動モータ６Ｂの揺動軸１２に取り付けられている。
【００３４】
駆動部の一具体例を示す２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂは、それぞれ揺動軸１２を有している。この２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂは、揺動軸１２を対向させて、それぞれ支持台２に固定されている。すなわち、第１の駆動モータ６Ａは、揺動軸１２を第１の弾性体３Ａ側に向けて、支持台２の長辺部２ｂ側における第１の接続辺部２ｃに配設されている。また、第２の駆動モータ６Ｂは、揺動軸１２を第２の弾性体３Ｂ側に向けて、支持台２の長辺部２ｂ側における第２の接続辺部２ｄに配設されている。これにより、第１のアーム部材４Ａは、第１の駆動モータ６Ａの揺動軸１２を介して支持台２に揺動可能に支持されている。また、第２のアーム部材４Ｂは、第２の駆動モータ６Ｂの揺動軸１２を介して支持台２に揺動可能に支持されている。
【００３５】
更に、第１の駆動モータ６Ａの上面部には、第１の電源部１１Ａが載置されている。また、第２の駆動モータ６Ｂの上面部には、第２の電源部１１Ｂが載置されている。この２つの電源部１１Ａ，１１Ｂは、例えば接着剤によって第１の駆動モータ６Ａ、第２の駆動モータ６Ｂに固定されている。
【００３６】
この２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂを駆動することで、その回転力が揺動軸１２を介して２つのアーム部材４Ａ，４Ｂに伝達される。そして、この２つのアーム部材４Ａ，４Ｂは、揺動軸１２を支点にして、連結部１７Ａ，１７Ｂが支持台２の２つの接続辺部２ｃ，２ｄと略平行をなす状態と、２つの接続辺部２ｃ，２ｄと略直交なす状態に揺動する。すなわち、２つの弾性体３Ａ，３Ｂの長手方向の一端と他端を接近させる第１の方向Ｘと、２つの弾性体３Ａ，３Ｂの長手方向の一端と他端を離反させる第２の方向Ｙに揺動軸１２を支点にして移動する（図５及び図６参照）。
【００３７】
なお、本例では、２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂには、サーボモータが用いられている。また、駆動部として駆動モータを用いた例を説明したが、揺動軸を回動することができるハンドルを設けてもよい。そして、ユーザが手動操作でハンドルを回すことで、アーム部材を揺動させるようにしてもよい。
【００３８】
また、図４に示すように、支持台２の固定片７から揺動軸１２までの長さＴは、第１のアーム部材４Ａの固定部１６Ａから揺動軸１２までの長さＳよりも長く設定されている（Ｔ＞Ｓ）。本例では、固定片７から揺動軸１２までの長さＴと固定部１６から揺動軸１２までの長さＳの比は、Ｔ：Ｓ＝２：１に設定されている。なお、第１のアーム部材４Ａの固定部１６Ａから揺動軸１２までの長さと第２のアーム部材４Ｂの固定部１６Ｂから揺動軸１２までの長さは、同一である。
【００３９】
この２つのアーム部材４Ａ，４Ｂの材質としては、例えば、アルミニウムやステンレス鋼等の金属が好適であるが、その他の金属を用いることができるし、金属以外にもエンジニアリングプラスチックや木材等を用いるようにしてもよい。
【００４０】
なお、２つのアーム部材４Ａ，４Ｂと２つの弾性体３Ａ，３Ｂとの固定方法は、固定ねじ１９に限定されるものではなく、例えば溶接や接着等のその他の固定方法を用いてもよい。また、２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂで２つのアーム部材４Ａ，４Ｂを揺動する例を説明したが、複数のギアを用いて１つの駆動モータで２つのアーム部材４Ａ，４Ｂを揺動するように構成してもよい。
【００４１】
［制御基板］
また、支持台２の短辺部２ａ側には、制御基板８が固定片７の上方を覆うように取り付けられている。制御基板８は、略台形状をなす平板部材として構成されている。この制御基板８は、略四角形状に開口した開口部８ａを有している。開口部８ａは、２つの弾性体３Ａ，３Ｂを避けるようにして、制御基板８の長辺から短辺側に向けて略四角形状に切り欠くことで形成されている。この開口部８ａによって、制御基板８と２つの弾性体３Ａ，３Ｂの接触を防止することができる。また、この制御基板８には、制御部９が実装されている。
【００４２】
［制御部］
制御部９は、２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂ及び２つの電源部１１Ａ，１１Ｂと、不図示の接続コードを介して電気的に接続されている。そして、この制御部９は、２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂを駆動させるための制御信号を生成し、２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂに出力している。
【００４３】
なお、本例では、弾性体、アーム部材及び揺動軸をそれぞれ２つ設けた例を説明したが、弾性体、アーム部材及び揺動軸は、１つだけでもよく、または３つ以上設けてもよいことは言うまでもない。
【００４４】
１−２．走行ロボットの動作
図５及び図６は、本例の走行ロボットの動作について説明する説明図である。
次に、図５及び図６を参照して、上述の構成を有する走行ロボット１の動作について説明する。なお、第１の弾性体３Ａの動きと第２の弾性体３Ｂの動きは、同一であるため、ここでは第１の弾性体３Ａの動きについてのみ説明する。
【００４５】
まず、図５（ａ）に示すように、第１の駆動モータを駆動し、揺動軸１２を時計回りである矢印Ｒの方向に回動させる。そして、図５（ｂ）に示すように、揺動軸１２が回動することで、第１のアーム部材４Ａは、この揺動軸１２を支点にして、第１の弾性体３Ａの長手方向の一端と他端を接近させる第１の方向Ｘに移動する。第１の弾性体３Ａは、一端と他端が接近することで略Ｓ字状に弾性変形する。
【００４６】
次に、図５（ｃ）に示すように、第１のアーム部材４Ａの連結部１７Ａが支持台２の第１の接続辺部２ｃと略直交するように、更に第１のアーム部材４Ａを第１の方向Ｘに移動させる。これにより、第１の弾性体３Ａの一端と他端が更に接近すると共に第１の弾性体３Ａは、略Ｓ字状から略Ｗ字状に弾性変形する。
【００４７】
図５（ｃ）に示す状態から揺動軸１２を介して第１のアーム部材４Ａを更に移動させると、図６（ａ）に示すように、第１の弾性体３Ａに飛び移り座屈が生じる。これにより、第１の弾性体３Ａが略Ｗ字状から支持台２の下方を向くアーチ形状へと瞬間的に変形する。そして、このとき発生した瞬発力は、第１の弾性体３Ａに設けた脚部１３から地面に伝達され、走行ロボット１の推進力となる。
【００４８】
次に、図６（ｂ）に示すように、第１の駆動モータ６Ａを駆動し、揺動軸１２を反時計回りである矢印Ｋの方向に回動させる。揺動軸１２を矢印Ｋの方向に回動させることで、第１のアーム部材４Ａは、揺動軸１２を支点にして、第１の弾性体３Ａの一端と他端を離反させる第２の方向Ｙに移動する。次に、揺動軸１２を介して第１のアーム部材４Ａを更に第２の方向Ｙへ移動させる。これにより、図６（ｃ）に示すように、第１の弾性体３Ａは、上向きの飛び移り座屈をほとんど発生させることなく、上向きのアーチ形状（初期状態）に戻る。
【００４９】
本例の走行ロボット１は、第１の駆動モータ６Ａと第２の駆動モータ６Ｂは、互いに逆位相で駆動している。そのため、第１のアーム部材４Ａと第２のアーム部材４Ｂは、交互に第１の方向Ｘと第２の方向Ｙに揺動する。その結果、第１の弾性体３Ａと第２の弾性体３Ｂには、交互に飛び移り座屈が発生する。
【００５０】
なお、第１の駆動モータ６Ａと第２の駆動モータ６Ｂを逆位相で駆動させた例を説明したが、これに限定されるものではなく。例えば、第１の駆動モータ６Ａと第２の駆動モータ６Ｂを同位相で駆動させて、第１の弾性体３Ａと第２の弾性体３Ｂに同時に飛び移り座屈が発生するようにしてもよい。また、第１の駆動モータ６Ａと第２の駆動モータ６Ｂの位相を制御することにより、進行方向を制御することが可能である。
【００５１】
ここで、図８に示す従来の瞬発力発生装置２００では、２つの回動軸を回動させると共に直動アクチュエータを用いて弾性体の他端を水平移動させる必要があった。しかしながら、本例の走行ロボット１によれば、第１のアーム部材４Ａを第１の方向Ｘと第２の方向Ｙに揺動させるだけで、第１の弾性体３Ａに一定方向の瞬発力を極めて簡単に生じさせることができる。これにより、直動アクチュエータや回動軸等の部品点数を削減することができ、装置全体の構成を簡略化することが可能である。
【００５２】
また、第１のアーム部材４Ａを第１の方向Ｘと第２の方向Ｙに揺動させるだけという少ない工程数で、第１の弾性体３Ａに飛び移り座屈を発生させると共に初期状態に戻すことができる。そのため、本例の走行ロボット１は、非常に短い周期で第１の弾性体３Ａに飛び移り座屈を発生させることができるという効果を有している。
【００５３】
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。上述した実施の形態例では、瞬発力発生装置の具体例として走行ロボットを適用した例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、プレス装置の加圧機構、対象物に高加速度を加えて投擲するカタパルト装置等の一定方向の瞬発力が求められる装置に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例として適用した走行ロボットの斜視図である。
【図２】本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例として適用した走行ロボットの上面図である。
【図３】本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例として適用した走行ロボットの底面図である。
【図４】本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例として適用した走行ロボットに係る図２及び図３のＡ−Ａ′線断面図である。
【図５】本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例として適用した走行ロボットの動作を説明する形状遷移図である。
【図６】本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例として適用した走行ロボットの動作を説明する形状遷移図である。
【図７】従来の瞬発力発生装置の動作を説明する形状遷移図である。
【図８】従来の他の瞬発力発生装置の動作を説明する形状遷移図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…走行ロボット（瞬発力発生装置）、 ２…支持台、 ３Ａ…第１の弾性体（弾性体）、 ３Ｂ…第２の弾性体（弾性体）、 ４Ａ…第１のアーム部材（アーム部材）、 ４Ｂ…第２のアーム部材（アーム部材）、 ６Ａ…第１の駆動モータ（駆動部）、 ６Ｂ…第２の駆動モータ（駆動部）、 ７…固定片、 ９…制御部、 １１Ａ…第１の電源部、 １１Ｂ…第１の電源部、 １２…揺動軸、 １３…脚部、 Ｘ…第１の方向、 Ｙ…第２の方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状の弾性体の弾力を利用して瞬発力を発生させる瞬発力発生装置及び瞬発力発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、瞬発力発生装置としては、例えば、特許文献１及び特許文献２に記載されているようなものがある。特許文献１には、エアーシリンダを利用して瞬発力を発生させる技術が記載されている。また、特許文献２には、直動ばねを圧縮させて得た弾性エネルギと偏心カムを利用して瞬発力を発生させる技術が記載されている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、力を蓄積するためのモータを小さくできるため、小型化及び軽量化が可能であるが、大きな瞬発力を得ることが困難であるという問題があった。また、特許文献２に記載された技術では、エアーシリンダを利用して瞬発力を発生させるものであるため、大きな瞬発力を得ることができるが、装置全体が大型化し、重量が大きなものになるという問題があった。
【０００４】
近年、装置全体の小型化を図りながら大きな瞬発力を得るために、柔軟物（弾性体）の力学的機能を利用した瞬発力発生装置が開発されている。この弾性体の力学的機能を利用した瞬発力発生装置としては、非特許文献３に記載されているようなものがある。非特許文献３には、弾性体を曲げることで得た弾性エネルギを、弾性体に飛び移り座屈を発生させることにより開放して瞬発力を発生させる技術が記載されている。
【０００５】
次に、図７を参照して従来の弾性体を利用した瞬発力発生装置について説明する。図７は、従来の瞬発力発生装置の動作を示す説明図である。
【０００６】
図７に示す従来の瞬発力発生装置１００は、支持台１０１と、帯状の弾性体１０２と、２つの回動軸１０３，１０４とから構成されている。支持台１０１は、細長の直方体状に形成されており、弾性体１０２よりも剛性が高くなっている。弾性体１０２は、弾性を有する撓み自在な帯状に形成されている。図７（ａ）及び図７（ｃ）に示すように、この弾性体１０２は、やや撓ませた状態で、２つの回動軸１０３，１０４を介して支持台１０１に取り付けられている。すなわち、弾性体１０２の長手方向の一端は、第１の回動軸１０３を介して支持台１０１に回動可能に取り付けられている。また、弾性体１０２の長手方向の他端は、第２の回動軸１０４を介して支持台１０１に回動可能に取り付けられている。
【０００７】
次に、このような構成を有する瞬発力発生装置１００の動作について説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、弾性体１０２が支持台１０１の下方に突出して撓んでいる場合、第１の回動軸１０３を反時計回りに回動させる共に第２の回動軸１０４を時計回りに回動させる。すると、図７（ｂ）に示すように、弾性体１０２は、略Ｍ字状に弾性変形し、弾性体１０２に弾性エネルギが蓄えられる。そして、さらに第１の回動軸１０３と第２の回動軸１０４を回動させると、弾性体１０２に飛び移り座屈が生じ、弾性体１０２は、略Ｍ字状から上向きのアーチ形状へと瞬間的に変形する（図７（ｃ）参照）。
【０００８】
また、図７（ｃ）に示すように、弾性体１０２が支持台１０１の上方に突出して撓んでいる場合、第１の回動軸１０３を時計回りに回動させると共に第２の回動軸１０４を反時計回りに回動させる。すると、図７（ｄ）に示すように、弾性体１０２は、略Ｗ字状に弾性変形し、弾性体１０２に弾性エネルギが蓄えられる。そして、さらに第１の回動軸１０３と第２の回動軸１０４を回動させると、弾性体１０２に飛び移り座屈が生じ、弾性体１０２は、略Ｗ字状から下向きのアーチ形状へと瞬間的に変形する（図７（ａ）参照）。
【０００９】
この瞬発力発生装置１００は、２つの回動軸１０３，１０４を時計回り又は反時計回りに回動させることで、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示す動作を繰り返し、上下の２方向に瞬発力を発生させている。
【００１０】
次に、図８を参照して従来の弾性体を利用した他の瞬発力発生装置について説明する。図８は、従来の他の瞬発力発生装置の動作を示す説明図である。
【００１１】
図８に示す従来の他の瞬発力発生装置２００は、支持台２０１と、帯状の弾性体２０２と、２つの回動軸２０３，２０４と、直線運動を行うための直動アクチュエータ２０６とから構成されている。図８（ａ）に示すように、弾性体２０２の長手方向の一端は、第１の回動軸２０３を介して支持台２０１に回動可能に取り付けられている。また、弾性体２０２の長手方向の他端は、第２の回動軸２０４と直動アクチュエータ２０６を介して支持台２０１に回動可能で且つ長手方向に水平移動可能に取り付けられている。そして、弾性体２０２は、２つの回動軸２０３，２０４の間において、支持台２０１の下方に突出するようにやや撓ませて配設されている。
【００１２】
次に、このような構成を有する瞬発力発生装置２００の動作について説明する。
まず、図８（ａ）に示すように、第１の回動軸２０３を反時計回りに回動させると共に第２の回動軸２０４を時計回りに回動させる。このとき、直動アクチュエータ２０６により、弾性体２０２の長手方向の他端を第２の回動軸２０４と共に支持台２０１の長手方向と平行に水平移動させて、弾性体２０２の長手方向の一端と他端を接近させる。すると、図８（ｂ）に示すように、弾性体２０２は、略Ｍ字状に弾性変形し、弾性体１０２に弾性エネルギが蓄えられる。
【００１３】
次に、さらに第１の回動軸２０３及び第２の回動軸２０４を回動させると共に弾性体２０２の他端を水平移動させて、弾性体２０２の一端と他端を接近させる。これにより、図８（ｃ）に示すように、弾性体２０２に飛び移り座屈が生じ、弾性体２０２は、略Ｍ字状から上向きのアーチ形状へと瞬間的に変形する。
【００１４】
次に、図８（ｄ）に示すように、第１の回動軸２０３を時計回りに回動させると共に第２の回動軸２０４を反時計回りに回動させる。このとき、直動アクチュエータ２０６によって、弾性体２０２の他端と第２の回動軸２０４と共に支持台２０１の長手方向と平行に水平移動させて、弾性体２０２の一端と他端を離反させる。これにより、弾性体２０２は、突出方向が支持台２０１の下方を向くアーチ形状（初期状態）に戻る（図８（ａ）参照）。
【００１５】
この瞬発力発生装置２００は、２つの回動軸２０３，２０４を時計回り又は反時計回りに回動させると共に弾性体２０２の長手方向の他端を水平移動させることで、一定の方向のみに瞬発力を発生させている。
【００１６】
【特許文献１】特開２００４−９１６７号公報
【特許文献２】特開２００７−１２０６９２号公報
【非特許文献１】望山他：閉ループ柔軟カタパルトによるインパルス型遊泳ロボット、ロボティクス・メカトロニクス講演会２００７講演論文集、２Ｐ１−Ａ０９．２００７．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
近年、ロボットの走行装置等のように、特定の方向のみに瞬発力を発生させる瞬発力発生装置が求められている。しかしながら、図７に示す従来の瞬発力発生装置では、上下の２つの方向に交互に繰り返して瞬発力を発生させている。その結果、従来の瞬発力発生装置では、必要とされる方向以外の方向にも瞬発力が発生してしまい、エネルギ効率の面で望ましくなかった。
【００１８】
また、図８に示す従来の他の瞬発力発生装置では、特定方向のみに瞬発力を発生させることができるが、弾性体を回動させる２つの回動軸だけでなく、弾性体の長手方向の一端を水平移動させるための機構が必要である。その結果、部品点数が増加し、装置全体の構造が複雑になる、という問題があった。
【００１９】
本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、簡単な構成で一定方向のみに瞬発力を発生させることができる瞬発力発生装置及び瞬発力発生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の瞬発力発生装置は、帯状の弾性体を備えている。また、瞬発力発生装置は、弾性体の長手方向の一端が固定される支持台と、弾性体の長手方向の他端が固定されるアーム部材と、このアーム部材を支持台に対して揺動可能に取り付けるための揺動軸とを備えた。更に、瞬発力発生装置は、揺動軸を支点にしてアーム部材を移動させる駆動部を備えた。駆動部は、アーム部材を、弾性体の長手方向の一端と他端が接近して弾性体を撓ませると共に弾性体に一定方向の飛び移り座屈を発生させる第１の方向と、飛び移り座屈が発生した弾性体の一端と他端を離反させる第２の方向に移動させる。
【００２１】
また、本発明の瞬発力発生方法は、以下の（１）から（４）に示す工程を含んでいる。
（１）帯状の弾性体の長手方向の一端を支持台に固定すると共に、弾性体の長手方向の他端をアーム部材に固定する工程。
（２）アーム部材を支持台に揺動軸を介して揺動可能に取り付ける工程。
（３）弾性体の一端と他端が接近して弾性体が撓ませると共に、弾性体に一定方向の飛び移り座屈を発生させる第１の方向に揺動軸を支点にしてアーム部材を移動させる工程。
（４）飛び移り座屈が発生した弾性体の一端と他端が離反する第２の方向に揺動軸を支点にしてアーム部材を移動させる工程。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の瞬発力発生装置によれば、極めて簡単な構成でありながら、アーム部材を揺動させるだけで一定方向に弾性体に飛び移り座屈を発生させることができ、ある特定の方向のみに瞬発力を発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例について、図１〜図６を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。また、本発明は、以下の形態に限定されるものではない。
また、説明は以下の順序で行う。
１．瞬発力発生装置の実施の形態例
１−１．走行ロボットの構成例
１−２．走行ロボットの動作
【００２４】
１．瞬発力発生装置の実施の形態例
まず、本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例（以下、「本例」という。）として適用した走行ロボットの構成を図１〜図６に従って説明する
図１は本例の走行ロボットを示す斜視図、図２は本例の走行ロボットの上面図、図３は本例の走行ロボットの底面図である。図４は図２及び図３に示す走行ロボットのＡ−Ａ′線断面図である。
【００２５】
１−１．走行ロボットの構成例
図１〜図４に示す走行ロボット１は、２つの帯状の弾性体を交互に一定方向の飛び移り座屈を発生させて、走行するロボットである。この走行ロボット１は、支持台２と、帯状の２つの弾性体３Ａ，３Ｂと、２つのアーム部材４Ａ，４Ｂと、２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂとを有している。また、走行ロボット１は、制御基板８と、この制御基板８に実装された制御部９と、２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂと制御部９に電力を供給する２つの電源部１１Ａ，１１Ｂとを有している。なお、本例では、電源部を２つ設けた例を説明した、電源部は、１つだけでもよい。
【００２６】
［支持台］
図１〜図４に示すように、支持台２は、略台形状をなす枠体として構成されている。この支持台２は、短辺部２ａと、この短辺部２ａと略平行をなして対向する長辺部２ｂと、短辺部２ａと長辺部２ｂを接続する２つの接続辺部２ｃ、２ｄとを有している。第１の接続辺部２ｃは、短辺部２ａと長辺部２ｂの長手方向の一端を接続している。また、第２の接続辺部２ｄは、短辺部２ａと長辺部２ｂの長手方向の他端を接続している。この支持台２の材質としては、例えば、アルミニウムやステンレス鋼等の金属が好適であるが、その他の金属を用いることができることは勿論のこと、金属以外にもエンジニアリングプラスチックや木材等を用いることもできる。
【００２７】
また、支持台２の短辺部２ａには、固定片７が設けられている（図３参照）。固定片７には、２つの弾性体３Ａ，３Ｂの長手方向の一端が固定されている。
【００２８】
［弾性体］
２つの弾性体３Ａ，３Ｂの長手方向の一端は、固定片７と面接触し、且つ固定ねじ１９によって固定されている（図４参照）。なお、２つの弾性体３Ａ，３Ｂの長手方向の一端における固定方法は、固定ねじ１９に限定されるものではなく、例えば、溶接や接着等のその他の固定方法を用いてもよい。第１の弾性体３Ａは、支持台２の第１の接続辺部２ｃ側に配置されており、第２の弾性体３Ｂは、支持台２の第２の接続辺部２ｄ側に配置されている。
【００２９】
２つの弾性体３Ａ，３Ｂは、板厚が比較的薄く且つ適当な幅によって帯状に細長く形成された板状のばね材からなっている。弾性体３Ａ，３Ｂの材質としては、例えば、熱処理ばね鋼ＳＵＰ（例えば、Ｓｉ−Ｍｎ鋼、Ｍｎ−Ｃｒ鋼、Ｓｉ−Ｍｎ−Ｃｒ鋼、高合金鋼等）を挙げることができる。また、弾性体３Ａ，３Ｂには、熱処理ばね鋼ＳＵＰだけでなく、炭素工具鋼（ＳＫ）、合金工具鋼（ＳＫＳ，ＳＫＤ）、高速度工具鋼（ＳＫＨ）、みがき帯鋼、みがき特殊帯鋼、焼入れリボン鋼等を用いることもできる。この２つの弾性体３Ａ，３Ｂの長手方向の略中央には、脚部１３がそれぞれ配設されている。
【００３０】
脚部１３は、クランク状に形成されている。脚部１３には、地面との接地時間を長くするために弾性を有するものを用いることが好ましい。脚部１３の材質としては、例えば焼入れリボン鋼が用いられている。この脚部１３を介して２つの弾性体３Ａ，３Ｂに発生した飛び移り座屈による瞬発力が地面に瞬発力が伝達される。そして、脚部１３から地面に伝わる瞬発力が走行ロボット１の前方への推進力となっている。
【００３１】
また、２つの弾性体３Ａ，３Ｂの長手方向の他端には、２つのアーム部材４Ａ，４Ｂが固定されている。すなわち、第１の弾性体３Ａには、第１のアーム部材４Ａが固定されており、第２の弾性体３Ｂには、第２のアーム部材４Ｂが固定されている。そして、２つの弾性体３Ａ，３Ｂは、支持台２の固定片７と２つのアーム部材４Ａ，４Ｂの間において、脚部１３が突出する方向と反対方向に突出するように撓んで設けられている（図４参照）。
【００３２】
［アーム部材］
第１のアーム部材４Ａは、第１の駆動モータ６Ａに取り付けられる取付部１４Ａと、第１の弾性体３Ａの他端が固定される固定部１６Ａと、取付部１４Ａと固定部１６Ａを連結する連結部１７Ａとから構成されている。固定部１６Ａは、第１の弾性体３Ａの長手方向の他端と面接触し、且つ固定ねじ１９によって第１の弾性体３Ａの他端と一体に固定されている。第１のアーム部材４Ａの取付部１４Ａは、第１の駆動モータ６Ａの揺動軸１２に取り付けられている。
【００３３】
また、第２のアーム部材４Ｂは、第１のアーム部材４Ａと同様に、第２の駆動モータ６Ｂに取り付けられる取付部１４Ｂと、第２の弾性体３Ｂが固定される固定部１６Ｂと、取付部１４Ｂと固定部１６Ｂを連結する連結部１７Ｂとから構成されている。固定部１６Ｂは、第２の弾性体３Ｂの長手方向の他端と面接触し、且つ固定ねじ１９によって第２の弾性体３Ｂの他端と一体に固定されている。第２のアーム部材４Ｂの取付部１４Ｂは、第２の駆動モータ６Ｂの揺動軸１２に取り付けられている。
【００３４】
駆動部の一具体例を示す２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂは、それぞれ揺動軸１２を有している。この２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂは、揺動軸１２を対向させて、それぞれ支持台２に固定されている。すなわち、第１の駆動モータ６Ａは、揺動軸１２を第１の弾性体３Ａ側に向けて、支持台２の長辺部２ｂ側における第１の接続辺部２ｃに配設されている。また、第２の駆動モータ６Ｂは、揺動軸１２を第２の弾性体３Ｂ側に向けて、支持台２の長辺部２ｂ側における第２の接続辺部２ｄに配設されている。これにより、第１のアーム部材４Ａは、第１の駆動モータ６Ａの揺動軸１２を介して支持台２に揺動可能に支持されている。また、第２のアーム部材４Ｂは、第２の駆動モータ６Ｂの揺動軸１２を介して支持台２に揺動可能に支持されている。
【００３５】
更に、第１の駆動モータ６Ａの上面部には、第１の電源部１１Ａが載置されている。また、第２の駆動モータ６Ｂの上面部には、第２の電源部１１Ｂが載置されている。この２つの電源部１１Ａ，１１Ｂは、例えば接着剤によって第１の駆動モータ６Ａ、第２の駆動モータ６Ｂに固定されている。
【００３６】
この２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂを駆動することで、その回転力が揺動軸１２を介して２つのアーム部材４Ａ，４Ｂに伝達される。そして、この２つのアーム部材４Ａ，４Ｂは、揺動軸１２を支点にして、連結部１７Ａ，１７Ｂが支持台２の２つの接続辺部２ｃ，２ｄと略平行をなす状態と、２つの接続辺部２ｃ，２ｄと略直交なす状態に揺動する。すなわち、２つの弾性体３Ａ，３Ｂの長手方向の一端と他端を接近させる第１の方向Ｘと、２つの弾性体３Ａ，３Ｂの長手方向の一端と他端を離反させる第２の方向Ｙに揺動軸１２を支点にして移動する（図５及び図６参照）。
【００３７】
なお、本例では、２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂには、サーボモータが用いられている。また、駆動部として駆動モータを用いた例を説明したが、揺動軸を回動することができるハンドルを設けてもよい。そして、ユーザが手動操作でハンドルを回すことで、アーム部材を揺動させるようにしてもよい。
【００３８】
また、図４に示すように、支持台２の固定片７から揺動軸１２までの長さＴは、第１のアーム部材４Ａの固定部１６Ａから揺動軸１２までの長さＳよりも長く設定されている（Ｔ＞Ｓ）。本例では、固定片７から揺動軸１２までの長さＴと固定部１６から揺動軸１２までの長さＳの比は、Ｔ：Ｓ＝２：１に設定されている。なお、第１のアーム部材４Ａの固定部１６Ａから揺動軸１２までの長さと第２のアーム部材４Ｂの固定部１６Ｂから揺動軸１２までの長さは、同一である。
【００３９】
この２つのアーム部材４Ａ，４Ｂの材質としては、例えば、アルミニウムやステンレス鋼等の金属が好適であるが、その他の金属を用いることができるし、金属以外にもエンジニアリングプラスチックや木材等を用いるようにしてもよい。
【００４０】
なお、２つのアーム部材４Ａ，４Ｂと２つの弾性体３Ａ，３Ｂとの固定方法は、固定ねじ１９に限定されるものではなく、例えば溶接や接着等のその他の固定方法を用いてもよい。また、２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂで２つのアーム部材４Ａ，４Ｂを揺動する例を説明したが、複数のギアを用いて１つの駆動モータで２つのアーム部材４Ａ，４Ｂを揺動するように構成してもよい。
【００４１】
［制御基板］
また、支持台２の短辺部２ａ側には、制御基板８が固定片７の上方を覆うように取り付けられている。制御基板８は、略台形状をなす平板部材として構成されている。この制御基板８は、略四角形状に開口した開口部８ａを有している。開口部８ａは、２つの弾性体３Ａ，３Ｂを避けるようにして、制御基板８の長辺から短辺側に向けて略四角形状に切り欠くことで形成されている。この開口部８ａによって、制御基板８と２つの弾性体３Ａ，３Ｂの接触を防止することができる。また、この制御基板８には、制御部９が実装されている。
【００４２】
［制御部］
制御部９は、２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂ及び２つの電源部１１Ａ，１１Ｂと、不図示の接続コードを介して電気的に接続されている。そして、この制御部９は、２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂを駆動させるための制御信号を生成し、２つの駆動モータ６Ａ，６Ｂに出力している。
【００４３】
なお、本例では、弾性体、アーム部材及び揺動軸をそれぞれ２つ設けた例を説明したが、弾性体、アーム部材及び揺動軸は、１つだけでもよく、または３つ以上設けてもよいことは言うまでもない。
【００４４】
１−２．走行ロボットの動作
図５及び図６は、本例の走行ロボットの動作について説明する説明図である。
次に、図５及び図６を参照して、上述の構成を有する走行ロボット１の動作について説明する。なお、第１の弾性体３Ａの動きと第２の弾性体３Ｂの動きは、同一であるため、ここでは第１の弾性体３Ａの動きについてのみ説明する。
【００４５】
まず、図５（ａ）に示すように、第１の駆動モータを駆動し、揺動軸１２を時計回りである矢印Ｒの方向に回動させる。そして、図５（ｂ）に示すように、揺動軸１２が回動することで、第１のアーム部材４Ａは、この揺動軸１２を支点にして、第１の弾性体３Ａの長手方向の一端と他端を接近させる第１の方向Ｘに移動する。第１の弾性体３Ａは、一端と他端が接近することで略Ｓ字状に弾性変形する。
【００４６】
次に、図５（ｃ）に示すように、第１のアーム部材４Ａの連結部１７Ａが支持台２の第１の接続辺部２ｃと略直交するように、更に第１のアーム部材４Ａを第１の方向Ｘに移動させる。これにより、第１の弾性体３Ａの一端と他端が更に接近すると共に第１の弾性体３Ａは、略Ｓ字状から略Ｗ字状に弾性変形する。
【００４７】
図５（ｃ）に示す状態から揺動軸１２を介して第１のアーム部材４Ａを更に移動させると、図６（ａ）に示すように、第１の弾性体３Ａに飛び移り座屈が生じる。これにより、第１の弾性体３Ａが略Ｗ字状から支持台２の下方を向くアーチ形状へと瞬間的に変形する。そして、このとき発生した瞬発力は、第１の弾性体３Ａに設けた脚部１３から地面に伝達され、走行ロボット１の推進力となる。
【００４８】
次に、図６（ｂ）に示すように、第１の駆動モータ６Ａを駆動し、揺動軸１２を反時計回りである矢印Ｋの方向に回動させる。揺動軸１２を矢印Ｋの方向に回動させることで、第１のアーム部材４Ａは、揺動軸１２を支点にして、第１の弾性体３Ａの一端と他端を離反させる第２の方向Ｙに移動する。次に、揺動軸１２を介して第１のアーム部材４Ａを更に第２の方向Ｙへ移動させる。これにより、図６（ｃ）に示すように、第１の弾性体３Ａは、上向きの飛び移り座屈をほとんど発生させることなく、上向きのアーチ形状（初期状態）に戻る。
【００４９】
本例の走行ロボット１は、第１の駆動モータ６Ａと第２の駆動モータ６Ｂは、互いに逆位相で駆動している。そのため、第１のアーム部材４Ａと第２のアーム部材４Ｂは、交互に第１の方向Ｘと第２の方向Ｙに揺動する。その結果、第１の弾性体３Ａと第２の弾性体３Ｂには、交互に飛び移り座屈が発生する。
【００５０】
なお、第１の駆動モータ６Ａと第２の駆動モータ６Ｂを逆位相で駆動させた例を説明したが、これに限定されるものではなく。例えば、第１の駆動モータ６Ａと第２の駆動モータ６Ｂを同位相で駆動させて、第１の弾性体３Ａと第２の弾性体３Ｂに同時に飛び移り座屈が発生するようにしてもよい。また、第１の駆動モータ６Ａと第２の駆動モータ６Ｂの位相を制御することにより、進行方向を制御することが可能である。
【００５１】
ここで、図８に示す従来の瞬発力発生装置２００では、２つの回動軸を回動させると共に直動アクチュエータを用いて弾性体の他端を水平移動させる必要があった。しかしながら、本例の走行ロボット１によれば、第１のアーム部材４Ａを第１の方向Ｘと第２の方向Ｙに揺動させるだけで、第１の弾性体３Ａに一定方向の瞬発力を極めて簡単に生じさせることができる。これにより、直動アクチュエータや回動軸等の部品点数を削減することができ、装置全体の構成を簡略化することが可能である。
【００５２】
また、第１のアーム部材４Ａを第１の方向Ｘと第２の方向Ｙに揺動させるだけという少ない工程数で、第１の弾性体３Ａに飛び移り座屈を発生させると共に初期状態に戻すことができる。そのため、本例の走行ロボット１は、非常に短い周期で第１の弾性体３Ａに飛び移り座屈を発生させることができるという効果を有している。
【００５３】
なお、本発明は上述しかつ図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形実施が可能である。上述した実施の形態例では、瞬発力発生装置の具体例として走行ロボットを適用した例を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、プレス装置の加圧機構、対象物に高加速度を加えて投擲するカタパルト装置等の一定方向の瞬発力が求められる装置に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例として適用した走行ロボットの斜視図である。
【図２】本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例として適用した走行ロボットの上面図である。
【図３】本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例として適用した走行ロボットの底面図である。
【図４】本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例として適用した走行ロボットに係る図２及び図３のＡ−Ａ′線断面図である。
【図５】本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例として適用した走行ロボットの動作を説明する形状遷移図である。
【図６】本発明の瞬発力発生装置の実施の形態例として適用した走行ロボットの動作を説明する形状遷移図である。
【図７】従来の瞬発力発生装置の動作を説明する形状遷移図である。
【図８】従来の他の瞬発力発生装置の動作を説明する形状遷移図である。
【符号の説明】
【００５５】
１…走行ロボット（瞬発力発生装置）、 ２…支持台、 ３Ａ…第１の弾性体（弾性体）、 ３Ｂ…第２の弾性体（弾性体）、 ４Ａ…第１のアーム部材（アーム部材）、 ４Ｂ…第２のアーム部材（アーム部材）、 ６Ａ…第１の駆動モータ（駆動部）、 ６Ｂ…第２の駆動モータ（駆動部）、 ７…固定片、 ９…制御部、 １１Ａ…第１の電源部、 １１Ｂ…第１の電源部、 １２…揺動軸、 １３…脚部、 Ｘ…第１の方向、 Ｙ…第２の方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の弾性体と、
前記弾性体の長手方向の一端が固定される支持台と、
前記弾性体の長手方向の他端が固定されるアーム部材と、
前記アーム部材を前記支持台に対して揺動可能に取り付けるための揺動軸と、
前記アーム部材を移動させるための駆動部と、を備え、
前記駆動部は、
前記弾性体の長手方向の一端と他端が接近して前記弾性体を撓ませると共に、前記弾性体に一定方向の飛び移り座屈を発生させる第１の方向と、
前記飛び移り座屈が発生した前記弾性体の一端と他端を離反させる第２の方向に、前記揺動軸を支点にして前記アーム部材を移動させる、
ことを特徴とする瞬発力発生装置。
【請求項２】
前記弾性体は、前記支持台と前記アーム部材の間において、飛び移り座屈が発生する方向と反対方向に突出して撓むように設定される、
請求項１に記載の瞬発力発生装置。
【請求項３】
前記弾性体の一端が固定された前記支持台の箇所から前記揺動軸までの距離は、前記弾性体の他端が固定された前記アーム部材の箇所から前記揺動軸までの距離よりも長く設定されている
請求項１または２に記載の瞬発力発生装置。
【請求項４】
前記弾性体の一端は、前記支持台に面接触して固定され、前記弾性体の他端は、前記アーム部材に面接触して固定される、
請求項１〜３のいずれかに記載の瞬発力発生装置。
【請求項５】
帯状の弾性体の長手方向の一端を支持台に固定すると共に、前記弾性体の長手方向の他端をアーム部材に固定する工程と、
前記アーム部材を前記支持台に揺動軸を介して揺動可能に取り付ける工程と、
前記弾性体の前記一端と前記他端が接近して前記弾性体が撓ませると共に、前記弾性体に一定方向の飛び移り座屈を発生させる第１の方向に前記揺動軸を支点にして前記アーム部材を移動させる工程と、
前記飛び移り座屈が発生した前記弾性体の一端と他端が離反する第２の方向に、前記揺動軸を支点にして前記アーム部材を移動させる工程と、
を含む瞬発力発生方法。
【請求項１】
帯状の弾性体と、
前記弾性体の長手方向の一端が固定される支持台と、
前記弾性体の長手方向の他端が固定されるアーム部材と、
前記アーム部材を前記支持台に対して揺動可能に取り付けるための揺動軸と、
前記アーム部材を移動させるための駆動部と、を備え、
前記駆動部は、
前記弾性体の長手方向の一端と他端が接近して前記弾性体を撓ませると共に、前記弾性体に一定方向の飛び移り座屈を発生させる第１の方向と、
前記飛び移り座屈が発生した前記弾性体の一端と他端を離反させる第２の方向に、前記揺動軸を支点にして前記アーム部材を移動させる、
ことを特徴とする瞬発力発生装置。
【請求項２】
前記弾性体は、前記支持台と前記アーム部材の間において、飛び移り座屈が発生する方向と反対方向に突出して撓むように設定される、
請求項１に記載の瞬発力発生装置。
【請求項３】
前記弾性体の一端が固定された前記支持台の箇所から前記揺動軸までの距離は、前記弾性体の他端が固定された前記アーム部材の箇所から前記揺動軸までの距離よりも長く設定されている
請求項１または２に記載の瞬発力発生装置。
【請求項４】
前記弾性体の一端は、前記支持台に面接触して固定され、前記弾性体の他端は、前記アーム部材に面接触して固定される、
請求項１〜３のいずれかに記載の瞬発力発生装置。
【請求項５】
帯状の弾性体の長手方向の一端を支持台に固定すると共に、前記弾性体の長手方向の他端をアーム部材に固定する工程と、
前記アーム部材を前記支持台に揺動軸を介して揺動可能に取り付ける工程と、
前記弾性体の前記一端と前記他端が接近して前記弾性体が撓ませると共に、前記弾性体に一定方向の飛び移り座屈を発生させる第１の方向に前記揺動軸を支点にして前記アーム部材を移動させる工程と、
前記飛び移り座屈が発生した前記弾性体の一端と他端が離反する第２の方向に、前記揺動軸を支点にして前記アーム部材を移動させる工程と、
を含む瞬発力発生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１３３４９９（Ｐ２０１０−１３３４９９Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１０２８３（Ｐ２００８−３１０２８３）
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【出願人】（５０４１７１１３４）国立大学法人 筑波大学 (510)
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
[ Back to top ]