羽ばたき装置
【課題】構成要素が少ない小型軽量の羽ばたき装置を提供すること。
【解決手段】基部１と、基部１の左側及び右側に設けられた少なくとも一対の翼部１０ａ、１０ｂとを有する羽ばたき装置であって、一対の翼部１０ａ、１０ｂの少なくともいずれか一方について、一端部が基部１に関節４ａを介して回動可能に設けられた翼軸３ａと、翼軸３ａの他端部に配設された羽２ａと、一方端側が翼軸３ａの外周に接続され他方端側が基部１に接続されている、伸縮可能な複数のリニアアクチュエータ５ａ、５ｂと、を有し、リニアアクチュエータ５ａ、５ｂの少なくとも一つは翼軸３ａを軸回りに回動させる回動用リニアアクチュエータである。
【解決手段】基部１と、基部１の左側及び右側に設けられた少なくとも一対の翼部１０ａ、１０ｂとを有する羽ばたき装置であって、一対の翼部１０ａ、１０ｂの少なくともいずれか一方について、一端部が基部１に関節４ａを介して回動可能に設けられた翼軸３ａと、翼軸３ａの他端部に配設された羽２ａと、一方端側が翼軸３ａの外周に接続され他方端側が基部１に接続されている、伸縮可能な複数のリニアアクチュエータ５ａ、５ｂと、を有し、リニアアクチュエータ５ａ、５ｂの少なくとも一つは翼軸３ａを軸回りに回動させる回動用リニアアクチュエータである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本体の前後方向に対する左側および右側のそれぞれに設けられた対をなす一対以上の翼部を有し、実際の鳥のようにフラッピング運動（翼の打ち上げと打ち下しの往復運動）とフェザリング運動（翼の捩じりに関する往復運動）をする羽ばたき装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の羽ばたき装置は、回転駆動源によって回転駆動され、回転軸が胴体部に対して左右方向を向いて該胴体部内に配置されるクランク部材、及び該クランク部材に連結されて前後動すると共に上下動するクランクロッドを有するクランク機構と、前記胴体部の軸心の直上にあって、前記クランクロッドの上端部にその前端部が一定角度で連結された背骨材と、前記背骨材の前端部に内側端部が回動可能に連結された左右の翼前支持材と、前記背骨材を中心にして左右の前記翼前支持材の間に張られかつ中央部で前記背骨材に固定されて折れ曲がり可能な翼シートとを有する左右対となる翼体と、前記胴体部に揺動可能に取付けられて、前記左右の翼前支持材の中間部をそれぞれ支持する左右の揺動支持部材とを有し、前記クランク部材の回転によって前記クランクロッドを昇降し、前記対となる翼体を上下に動かすフラッピング運動と、前記対となる翼体に捩じり動作を与えるフェザリング運動とを同時に与え、しかも、前記左右の揺動支持部材は、それぞれ前記胴体部に下端部が連結される前側斜め部材と後側斜め部材とを有する（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１５０７９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
羽ばたきによる飛行技術は、エネルギー損失が少ないので省エネ飛行に有用な技術であるが、従来の羽ばたき装置は、羽ばたきを行うのに二つの駆動源及び２種類のクランク機構と対になるシャフトを必要とするため、重量が大きくなり、動力源が大きくなってしまう。また、多数の構成要素が複雑に関連しているので、故障し易い。
【０００５】
また、従来の羽ばたき装置は、クランク機構によって羽ばたきに必要な動力を得るため、翼関節部の自由度に制約が発生し、実際の鳥のような羽ばたき動作をさせることができない。
【０００６】
なお、実際の鳥のような羽ばたきとは、主に、飛行パターンに応じた羽ばたき運動方向の変更、翼打ち上げ時の翼折りたたんでの引き上げ（羽ばたき効率を上げるため）、飛行軌跡・胴体の急旋回・外乱に対する姿勢制御を行うための左右翼羽ばたき速度の変更、などを意味する。
【０００７】
本発明は、上記従来の羽ばたき装置の問題に鑑みてなされたものであり、構成要素が少ない小型軽量の羽ばたき装置を提供することを課題とする。
【０００８】
また、実際の鳥に近い羽ばたき運動ができる羽ばたき装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するためになされた本発明の羽ばたき装置は、基部と、前記基部の左側及び右側に設けられた少なくとも一対の翼部とを有する羽ばたき装置であって、前記羽ばたき装置は、前記一対の翼部の少なくともいずれか一方について、一端部が前記基部に関節を介して回動可能に設けられた翼軸と、前記翼軸の他端部に配設された羽と、一方端側が前記翼軸の外周に接続され他方端側が前記基部に接続されている、伸縮可能な複数のリニアアクチュエータと、を有し、前記複数のリニアアクチュエータの少なくとも一つは前記翼軸を軸回りに回動させる回動用リニアアクチュエータであることを特徴とする。
【００１０】
複数のリニアアクチュエータで直接翼部を動かすので構成要素が少なく、小型軽量化が図られる。
【００１１】
上記の羽ばたき装置において、前記回動用アクチュエータは前記翼軸の外周にらせん状に巻き付いているとよい。
【００１２】
らせん状に巻き付いているので、フラッピング運動とフェザリング運動とを行わせることができる。
【００１３】
また、前記複数のリニアアクチュエータは、前記翼部をフラッピング運動させるフラッピング用伸縮動タイプアクチュエータと、前記翼部をフェザリング運動させるフェザリング用伸縮動タイプアクチュエータとを含むものとするとよい。
【００１４】
二つのリニアアクチュエータで実際の鳥に近い羽ばたき運動をさせることができる。
【００１５】
また、前記複数のリニアアクチュエータは、一方端側が前記翼軸の外周に固定され他方端側が前記基部に固定され前記翼部をフラッピング運動させる少なくとも２つのフラッピング用縮動タイプリニアアクチュエータ及び前記翼軸の外周の前記フラッピング用縮動タイプリニアアクチュエータが固定された位置と異なる位置に一方端側が固定され他方端側が前記基部に固定され前記翼部をフェザリング運動させる少なくとも２つのフェザリング用縮動タイプリニアアクチュエータとを含むものとしてもよい。
【００１６】
縮動タイプリニアアクチュエータは伸縮動タイプリニアアクチュエータより制御が容易であり、高速駆動が可能である。
【００１７】
また、前記複数のリニアアクチュエータは、水平方向を向いた前記翼軸の縦断面及び前記基部の前記縦断面に平行な前記側面における前記翼軸の軸心を原点としＸ軸方向を水平方向、Ｙ軸方向を垂直方向とする直交座標において、Ｙ軸と前記翼軸の外周円との交点を基点として約６０度、約１８０度、約３００度変角した前記外周円の位置にそれぞれ一方端側が固定され、他方端側がそれぞれ時計回りに約１２０度変角した前記外周円の前記側面への射影円と同心で前記射影円より大径の前記側面上の同心円の位置に固定された３つの縮動タイプリニアアクチュエータ及びＹ軸と前記翼軸の前記外周円との交点を基点として約０度、約１２０度、約２４０度変角した前記外周円の位置にそれぞれ一方端側が固定され、他方端側がそれぞれ反時計回りに１２０度変角した前記同心円の位置に固定された３つの縮動タイプリニアアクチュエータとを含むものとしてもよい。
【００１８】
時計回りに駆動力が作用する３つの縮動タイプリニアアクチュエータと反時計回りに駆動力が作用する３つの縮動タイプリニアアクチュエータとを有するので、６つのアクチュエータを適当に制御駆動することにより一層実際の鳥に近い羽ばたき運動をさせることができる。
【００１９】
また、前記関節は、ボールジョイントであるとよい。
【００２０】
翼軸が基部の側面任意外方に低摩擦抵抗で向くことができ且つ軸の回りに回転できるのでアクチュエータの低パワー化が図れる。
【００２１】
また、前記リニアアクチュエータの前記他方端側は前記翼軸の外周にロッドエンドベアリングを介して取り付けられるとよい。
【００２２】
リニアアクチュエータの他方端側が翼軸の外周円の接線を含む面内の任意方向に低摩擦抵抗で向くことができるので、アクチュエータの力を翼軸に効率よく作用させることができる。
【００２３】
また、前記リニアアクチュエータは、圧縮気体を用いた人工筋肉であるとよい。
【００２４】
駆動力が大きく、高速駆動が可能である。
【発明の効果】
【００２５】
複数のリニアアクチュエータで直接翼部を動かすので構成要素が少なく、小型軽量化が図られる。リニア駆動する動力をそのまま翼部の往復運動に利用するのでエネルギー・ロスが少ない。複数のリニアアクチュエータを適当に制御駆動することでフラッピング、フェザリング、といった実際の鳥に近い羽ばたき運動をさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態１に係る羽ばたき装置の概略斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線端面視図である。
【図３】実施形態１に係る羽ばたき装置の伸縮動タイプリニアアクチュエータの断面図である。
【図４】実施形態２に係る羽ばたき装置の要部概略斜視図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線端面視図である。
【図６】実施形態２に係る羽ばたき装置の縮動タイプリニアアクチュエータの動作説明図である。
【図７】実施形態３に係る羽ばたき装置の要部概略斜視図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線端面視図である。
【図９】実施形態３に係る羽ばたき装置の縮動タイプリニアアクチュエータの翼軸への固定構造を説明する部分断面図である。
【図１０】実施形態３に係る羽ばたき装置の打ち上げ動作、打ち下し動作を説明するための図７のＡ−Ａ線端面視図である。
【図１１】実施形態３に係る羽ばたき装置の右回転、左回転動作を説明するための図７のＡ−Ａ線端面視図である。
【図１２】実施形態３に係る羽ばたき装置の右斜め打ち上げ、左斜め打ち下し動作を説明するための図７のＡ−Ａ線端面視図である。
【図１３】実施形態３に係る羽ばたき装置の左斜め打ち上げ、右斜め打ち下し動作を説明するための図７のＡ−Ａ線端面視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（実施形態１）図１〜図３に示すように、本実施形態に係る羽ばたき装置は、基部１と基部１の前後方向に対する右側面１１ａおよび左側面１１ｂのそれぞれに設けられた一対の翼部１０ａ、１０ｂを備えている。
【００２８】
翼部１０ａ、１０ｂは、一端部が基部１に関節４ａ、４ｂ（図示せず）を介して回動可能に設けられた翼軸３ａ、３ｂと、翼軸３ａ、３ｂの他端部に固定された羽２ａ、２ｂと、を備えている。
【００２９】
関節４ａはボールジョイントで、その外面には上下方向に長溝４１ａが形成され、翼軸３ａが上下方向にのみ変角できるようになっている。
【００３０】
羽ばたき装置は、水平方向を向いた翼軸３ａの縦断面及び基部１の前記縦断面に平行な側面１１ａにおける前記翼軸３ａの軸心Ｏを原点としＸ軸方向を水平方向、Ｙ軸方向を垂直方向とする直交座標において、Ｙ軸と翼軸３ａの外周円ＯＣとの交点Ｐ1に一方端側が固定され、他方端側が外周円ＯＣの側面１１ａへの射影円と同心で射影円より大径の側面１１ａ上の同心円ＣＣとＹ軸の交点Ｑ1に固定されたフラッピング用伸縮動タイプアクチュエータ５ａを備えている。
【００３１】
また、羽ばたき装置は、Ｙ軸と翼軸３ａの外周円ＯＣとの交点を基点として約２７０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ2に一方端側が固定され、他方端側が反時計回りに約１５０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ2に固定された、すなわち翼軸３ａの外周にらせん状に巻き付いたフェザリング用（回動用）伸縮動タイプアクチュエータ６ａを備えている。
【００３２】
伸縮動タイプアクチュエータ５ａ、５ｂとしては、例えば図３に示すような可撓性を有するリニアモータからなる人工筋肉（特開2005-58351）を用いることができる。このリニアモータ式人工筋肉は、外側に配置された長尺チューブ状の第一要素９と、第一要素９の内周に挿入される長尺ロッド状の第二要素１０とより主体に構成される。チューブ状の第一要素９は、樹脂やゴム等の可撓性材料からなる円筒部材９１と、その外周の軸方向複数箇所に定ピッチδ１で同軸形成したコイル９２とで構成される。各コイル９２は連絡配線６０で接続され、さらに制御装置７０を介して三相交流等の電源８０に接続されている。
【００３３】
電源８０から電流を供給すると、第一要素９１側に各コイル９２の作用で移動磁界が発生する。この移動磁界と第二要素１０の界磁極との間に生じる電磁力により相対的な推力が発生し、両要素９、１０が軸方向に相対スライドする結果、リニアモータ全体では伸縮運動が行われる。この際、制御装置７０は、入力信号に基づき、電圧・電流制御や周波数制御を行って伸縮速度を制御し、さらには第一要素９と第二要素１０間の相対位置を検出するセンサ（図示省略）からの位置情報に基づいて両要素９、１０の相対位置を管理する。
【００３４】
次に、本実施形態の羽ばたき装置の動作を説明する。例えば、羽ばたき装置が図１の状態、すなわち、翼軸３ａ、３ｂが水平方向を向き、羽２ａ、２ｂも水平面に平行である状態で、フラッピング用伸縮動タイプアクチュエータ５ａ、５ｂを縮動させると、翼軸３ａ、３ｂが打ち上げられる。フラッピング用伸縮動タイプアクチュエータ５ａ、５ｂを伸動させると、翼軸３ａ、３ｂが打ち下げられる。したがって、フラッピング用伸縮動タイプアクチュエータ５ａ、５ｂを交互に縮動-伸動させることによりフラッピング運動を行わせることができる。
【００３５】
羽ばたき装置が図１の状態のとき、フェザリング用伸縮動タイプアクチュエータ６ａ、６ｂ（図示せず）を縮動させると、斜め下向きの力がＰ2に作用する。斜め下向きの力はＸ方向の成分とＹ方向の成分からなり、Ｙ成分で翼軸３ａが反時計回り回転させられる。Ｘ成分は翼軸３ａを右方向に曲げようとするが、ボールジョイント４ａの長溝４１ａで右方向への曲がりが抑制される。フェザリング用伸縮動タイプアクチュエータ６ａ、６ｂ（図示せず）を伸動させると、斜め上向きの力がＰ2に作用する。斜め上向きの力のＹ成分で翼軸３ａが時計回り回転させられる。斜め上向きの力のＸ成分は翼軸３ａを左方向に曲げようとするが、ボールジョイント４ａの長溝４１ａで左方向への曲がりが抑制される。したがって、フェザリング用伸縮動タイプアクチュエータ６ａ、６ｂ（図示せず）を交互に縮動-伸動させることによりフェザリング運動を行わせることができる。
【００３６】
本実施形態の羽ばたき装置では、翼軸３ａ、３ｂがボールジョイント４ａ、４ｂ（図示せず）を介して基部１の側面１１ａ、１１ｂに回動自在に取り付けられているので、翼軸３ａ、３ｂが上下方向に低摩擦抵抗で向くことができ、フラッピング用伸縮動タイプアクチュエータ５ａ、５ｂ及びフェザリング用伸縮動タイプアクチュエータ６ａ、６ｂ（図示せず）の低パワー化が図れる。
【００３７】
（実施形態２）本実施形態に係る羽ばたき装置は、実施形態１の羽ばたき装置の伸縮動タイプアクチュエータを縮動タイプアクチュエータに変更した点が実施形態１の羽ばたき装置と大きく異なる。同じ構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態の羽ばたき装置は、図４〜図６に示すように、水平方向を向いた翼軸３ａの縦断面及び基部１の前記縦断面に平行な右側面１１ａにおける前記翼軸の軸心Ｏを原点としＸ軸方向を水平方向、Ｙ軸方向を垂直方向とする直交座標において、Ｙ軸と翼軸３ａの外周円ＯＣとの交点Ｐ1に一方端側が固定され、他方端側が外周円ＯＣの右側面１１ａへの射影円と同心で射影円より大径の右側面１１ａ上の同心円ＣＣとＹ軸の交点Ｑ1に固定されたフラッピング用縮動タイプアクチュエータ７１ａを備えている。
【００３８】
また、羽ばたき装置は、Ｙ軸と翼軸３ａの外周円ＯＣとの交点を基点として約１８０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ2に一方端側が固定され、他方端側がＹ軸と同心円ＣＣとの交点を基点として約１８０変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ2に固定されたフラッピング用縮動タイプアクチュエータ７２ａを備えている。
【００３９】
また、羽ばたき装置は、Ｙ軸と翼軸３ａの外周円ＯＣとの交点を基点として約９０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ3に一方端側が固定され、他方端側が時計回りに約１２０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ3に固定されたフラッピング用縮動タイプアクチュエータ７３ａを備えている。フラッピング用（回動用）縮動タイプアクチュエータ７３ａの他方端側が一方端側が固定された位置から１２０度変角した位置に固定されているので、一方端側が翼軸３ａにらせん状に巻き付いている。
【００４０】
また、羽ばたき装置は、Ｙ軸と翼軸３ａの外周円ＯＣとの交点を基点として約２７０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ4に一方端側が固定され、他方端側が反時計回りに約１２０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ4に固定されたフラッピング用縮動タイプアクチュエータ７４ａを備えている。フラッピング用（回動用）縮動タイプアクチュエータ７４ａの他方端側が一方端側が固定された位置から１２０度変角した位置に固定されているので、一方端側が翼軸３ａにらせん状に巻き付いている。
【００４１】
なお、説明を省略したが、左側面１１ｂ（図１参照）にも同様の翼部１０ｂ（図示せず）が設けられている。
【００４２】
縮動タイプアクチュエータ７１ａ、７２ａ、７３ａ、７４ａとしては、例えば図６に示すような可撓性を有する圧縮空気式人工筋肉（特開2010-279689）を用いることができる。この人工筋肉は、ゴムチューブ５１と組紐レース５２を一体成型した膨張体５０と膨張体５０の外側を覆うように取り付けられた組紐レース（収縮体）６０からなっている。
【００４３】
図６ａに示す状態から圧縮空気で加圧すると、膨張体５０が膨張して図６ｂに示す縮んだ状態になる。
【００４４】
圧縮空気式人工筋肉として、必要に応じた駆動周波数の人工筋肉を用いることが好ましい。
【００４５】
次に、本実施形態の羽ばたき装置の動作を右側について説明する。例えば、羽ばたき装置が図４の状態、すなわち、翼軸３ａが水平方向を向き、図示しない翼部２ａも水平面に平行である状態で、フラッピング用縮動タイプアクチュエータ７１ａを縮動させると、翼軸３ａが打ち上げられる。フラッピング用縮動タイプアクチュエータ７２ａ縮動させると、翼軸３ａが打ち下される。したがって、フラッピング用縮動タイプアクチュエータ７１ａ、７２ａを交互に縮動させることによりフラッピング運動を行わせることができる。
【００４６】
羽ばたき装置が図４の状態のとき、フェザリング用縮動タイプアクチュエータ７３ａを縮動させると、左斜め下向きの力がＰ3に作用する。左斜め下向きの力はＸ方向の成分とＹ方向の成分からなり、Ｙ成分で翼軸３ａが時計回り回転させられる。Ｘ成分は翼軸３ａを左方向に曲げようとするが、ボールジョイント４ａの長溝４１ａで左方向への曲がりが抑制される。フェザリング用縮動タイプアクチュエータ７４ａを縮動させると、右斜め下向きの力がＰ4に作用する。右斜め下向きの力のＹ成分で翼軸３ａが反時計回り回転させられる。右斜め下向きの力のＸ成分は翼軸３ａを右方向に曲げようとするが、ボールジョイント４ａの長溝４１ａで左方向への曲がりが抑制される。したがって、フェザリング用縮動タイプアクチュエータ７３ａ、７４ａを交互に縮動させることによりフェザリング運動を行わせることができる。
【００４７】
本実施形態の羽ばたき装置は、縮動タイプアクチュエータに圧縮空気式人工筋肉を用いたが、所謂フライバイワイヤ機構（飛行機のフラップや操舵をワイヤで操作する機構）を用いても良い。すなわち、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4に固定された４本のワイヤを基部１に組み込んだアクチュエータ（巻き取り機）で巻き取ることで、フラッピング運動やフェザリング運動を行わせることができる。
【００４８】
（実施形態３）図７〜図９に示す本実施形態に係る羽ばたき装置は、翼軸３ａが側面１１ａにユニバーサルボールジョイント４Ａを介して取り付けられている。実施形態２の羽ばたき装置では４つの縮動タイプアクチュエータを備えていたが、本実施形態に係る羽ばたき装置は、６つの縮動タイプアクチュエータを備えている。
縮動タイプアクチュエータ８１ａは、Ｙ軸と翼軸３の外周円ＯＣとの交点を基点として約６０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ1に一端部側がロッドエンドベアリング９１ａ（図９参照）を介して回動自在に取り付けられ、他端部側がＰ1から時計回りに約１２０度変角した外周円ＯＣの側面１１ａへの射影円と同心で射影円より大径の側面１１ａ上の同心円ＣＣ上の位置Ｑ1に固定されている。
【００４９】
縮動タイプアクチュエータ８２ａは、Ｙ軸と翼軸３の外周円ＯＣとの交点を基点として約１８０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ2に一端部側がロッドエンドベアリング９２ａ（図示せず）を介して回動自在に取り付けられ、他端部側がＰ2から時計回りに約１２０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ2に固定されている。
【００５０】
縮動タイプアクチュエータ８３ａは、Ｙ軸と翼軸３の外周円ＯＣとの交点を基点として約３００度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ3に一端部側がロッドエンドベアリング９３ａ（図示せず）を介して回動自在に取り付けられ、他端部側がＰ3から時計回りに約１２０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ3に固定されている。
【００５１】
縮動タイプアクチュエータ８４ａは、Ｙ軸と翼軸３の外周円ＯＣとの交点を基点として約０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ4に一端部側がロッドエンドベアリング９４ａ（図示せず）を介して回動自在に取り付けられ、他端部側がＰ4から反時計回りに約１２０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ4に固定されている。
【００５２】
縮動タイプアクチュエータ８５ａは、Ｙ軸と翼軸３の外周円ＯＣとの交点を基点として約１２０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ5に一端部側がロッドエンドベアリング９５ａ（図示せず）を介して回動自在に取り付けられ、他端部側がＰ5から反時計回りに約１２０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ5に固定されている。
【００５３】
縮動タイプアクチュエータ８６ａは、Ｙ軸と翼軸３の外周円ＯＣとの交点を基点として約２４０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ6に一端部側がロッドエンドベアリング９６ａ（図示せず）を介して回動自在に取り付けられ、他端部側がＰ6から反時計回りに約１２０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ6に固定されている。
【００５４】
本実施形態の羽ばたき装置では、縮動タイプアクチュエータ８１ａ〜８６ａがロッドエンドベアリング９１ａ〜９６ａを介して、翼軸３ａに連結されているので、各縮動タイプアクチュエータ８１ａ〜８６ａは、低摩擦で縮動する方向に向くことができる。その結果、アクチュエータのエネルギ・ロスを減らすことができる。
【００５５】
なお、説明を省略したが、左側面１１ｂ（図１参照）にも同様の翼部１０ｂ（図示せず）が設けられている。
【００５６】
次に、本実施形態の羽ばたき装置の動作を右側について説明する。例えば、羽ばたき装置が図７の状態、すなわち、翼軸３ａが水平方向を向き、図示しない羽２ａも水平面に平行である状態で、縮動タイプアクチュエータ８２ａ、８３ａ、８５ａを縮動させると、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ5には図１０ａに示すようなＸＹ面内の力Ｆ2、Ｆ3、Ｆ5が作用する。
Ｆ2は、−Ｘ方向を向き、Ｘ方向に平行であるので、Ｙ成分がゼロである。Ｆ3はＸ方向の力Ｆ3ＸとＹ方向の力Ｆ3Ｙに分解される。同様に、Ｆ5はＸ方向の力Ｆ5ＸとＹ方向の力Ｆ5Ｙに分解される。Ｆ3Ｘ＋Ｆ5Ｘ＝Ｆ2となるように縮動タイプアクチュエータ８２ａ、８３ａ、８５ａを縮動させることにより、翼軸３ａがＸ方向（左右方向）へ曲がることがない。一方、（Ｆ3Ｙ＋Ｆ5Ｙ）が＋Ｙ方向に作用するため、翼軸３ａが＋Ｙ方向に曲げられ、打ち上げられる。
【００５７】
羽ばたき装置が図７の状態で、縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８４ａ、８６ａを縮動させると、Ｐ1、Ｐ4、Ｐ6には図１０ｂに示すようなＸＹ面内の力Ｆ1、Ｆ4、Ｆ6が作用する。
【００５８】
Ｆ4は、−Ｘ方向を向き、Ｘ方向に平行であるので、Ｙ成分がゼロである。Ｆ1はＸ方向の力Ｆ1ＸとＹ方向の力Ｆ1Ｙに分解される。同様に、Ｆ6はＸ方向の力Ｆ6ＸとＹ方向の力Ｆ6Ｙに分解される。Ｆ1Ｘ＋Ｆ6Ｘ＝Ｆ4となるように縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８４ａ、８６ａを縮動させることにより、翼軸３ａがＸ方向（左右方向）へ曲がることがない。一方、（Ｆ1Ｙ＋Ｆ6Ｙ）が−Ｙ方向に作用するため、翼軸３ａが−Ｙ方向に曲げられ、打ち下される。
【００５９】
羽ばたき装置が図７の状態で、縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８２ａ、８３ａを縮動させると、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3には図１１ａに示すようなＸＹ面内の力Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3が作用する。したがって、翼軸３ａが右回転（時計回り）する。
【００６０】
羽ばたき装置が図７の状態で、縮動タイプアクチュエータ８４ａ、８５ａ、８６ａを縮動させると、Ｐ4、Ｐ5、Ｐ6には図１１ｂに示すようなＸＹ面内の力Ｆ4、Ｆ5、Ｆ6が作用する。したがって、翼軸３ａが左回転（反時計回り）する。
【００６１】
羽ばたき装置が図７の状態で、縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８３ａ、８５ａを縮動させると、Ｐ1、Ｐ3、Ｐ5には図１２ａに示すようなＸＹ面内の力Ｆ1、Ｆ3、Ｆ5が作用する。力Ｆ1、Ｆ3、Ｆ5はベクトル量であるので、ベクトル和を求めると点線矢印で示すようなＦｇの力、すなわち右斜め上方向の力が翼軸３ａに作用することがわかる。したがって、縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８３ａ、８５ａを縮動させると、翼軸３ａが右斜めに打ち上げられる。
【００６２】
羽ばたき装置が図７の状態で、縮動タイプアクチュエータ８２ａ、８４ａ、８６ａを縮動させると、Ｐ2、Ｐ4、Ｐ6に図１２ｂに示すようなＸＹ面内の力Ｆ2、Ｆ4、Ｆ6が作用する。３つの力のベクトル和を求めると点線矢印で示すようなＦｇの力、すなわち左斜め下向きの力が翼軸３ａに作用することがわかる。したがって、縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８３ａ、８５ａを縮動させると、翼軸３ａが左斜めに打ち下される。
【００６３】
羽ばたき装置が図７の状態で、縮動タイプアクチュエータ８２ａ、８３ａ、８４ａを縮動させると、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4に図１３ａに示すようなＸＹ面内の力Ｆ2、Ｆ3、Ｆ4が作用する。３つの力のベクトル和を求めると点線矢印で示すようなＦｇの力、すなわち左斜め上向きの力が翼軸３ａに作用することがわかる。したがって、縮動タイプアクチュエータ８２ａ、８３ａ、８４ａを縮動させると、翼軸３ａが左斜めに打ち上げられる。
【００６４】
羽ばたき装置が図７の状態で、縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８５ａ、８６ａを縮動させると、Ｐ1、Ｐ5、Ｐ6に図１３ｂに示すようなＸＹ面内の力Ｆ1、Ｆ5、Ｆ6が作用する。３つの力のベクトル和を求めると点線矢印で示すようなＦｇの力、すなわち右斜め下向きの力が翼軸３ａに作用することがわかる。したがって、縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８５ａ、８６ａを縮動させると、翼軸３ａが右斜めに打ち下される。
【００６５】
本実施形態の羽ばたき装置は、時計回りに駆動力が作用する３つの縮動タイプリニアアクチュエータと反時計回りに駆動力が作用する３つの縮動タイプリニアアクチュエータとを有するので、６つのアクチュエータを適当に制御駆動することで、フラッピング（打ち上げ、打ち下し）、フェザリング（右回転、左回転）、右斜め打ち上げ・打ち下し、左斜め打ち上げ・打ち下しを行うことができる。
【符号の説明】
【００６６】
１・ ・・・・・・・・ ・基部
１１ａ・・・・・・・右側面
１１ｂ・・・・・・・左側面
２ａ、２ｂ・・・・・・・羽
３ａ、３ｂ・・・・・・・翼軸
４ａ、４Ａ・・・・・・・関節（ボールジョイント）
５ａ、５ｂ・・・・・・・フラッピング用伸縮動タイプリニアアクチュエータ
６ａ・・・・・・・・・・フェザリング用（回動用）伸縮動タイプリニアアクチュエータ
１０ａ、１０ｂ・・・・・翼部
７１ａ、７２ａ・・・・・フラッピング用縮動タイプリニアアクチュエータ
７３ａ、７３ｂ・・・・・フェザリング用（回動用）縮動タイプリニアアクチュエータ
８１ａ〜８６ａ・・・・・縮動タイプリニアアクチュエータ
９１ａ・・・・・・・・・ロッドエンドベアリング
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本体の前後方向に対する左側および右側のそれぞれに設けられた対をなす一対以上の翼部を有し、実際の鳥のようにフラッピング運動（翼の打ち上げと打ち下しの往復運動）とフェザリング運動（翼の捩じりに関する往復運動）をする羽ばたき装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の羽ばたき装置は、回転駆動源によって回転駆動され、回転軸が胴体部に対して左右方向を向いて該胴体部内に配置されるクランク部材、及び該クランク部材に連結されて前後動すると共に上下動するクランクロッドを有するクランク機構と、前記胴体部の軸心の直上にあって、前記クランクロッドの上端部にその前端部が一定角度で連結された背骨材と、前記背骨材の前端部に内側端部が回動可能に連結された左右の翼前支持材と、前記背骨材を中心にして左右の前記翼前支持材の間に張られかつ中央部で前記背骨材に固定されて折れ曲がり可能な翼シートとを有する左右対となる翼体と、前記胴体部に揺動可能に取付けられて、前記左右の翼前支持材の中間部をそれぞれ支持する左右の揺動支持部材とを有し、前記クランク部材の回転によって前記クランクロッドを昇降し、前記対となる翼体を上下に動かすフラッピング運動と、前記対となる翼体に捩じり動作を与えるフェザリング運動とを同時に与え、しかも、前記左右の揺動支持部材は、それぞれ前記胴体部に下端部が連結される前側斜め部材と後側斜め部材とを有する（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４１５０７９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
羽ばたきによる飛行技術は、エネルギー損失が少ないので省エネ飛行に有用な技術であるが、従来の羽ばたき装置は、羽ばたきを行うのに二つの駆動源及び２種類のクランク機構と対になるシャフトを必要とするため、重量が大きくなり、動力源が大きくなってしまう。また、多数の構成要素が複雑に関連しているので、故障し易い。
【０００５】
また、従来の羽ばたき装置は、クランク機構によって羽ばたきに必要な動力を得るため、翼関節部の自由度に制約が発生し、実際の鳥のような羽ばたき動作をさせることができない。
【０００６】
なお、実際の鳥のような羽ばたきとは、主に、飛行パターンに応じた羽ばたき運動方向の変更、翼打ち上げ時の翼折りたたんでの引き上げ（羽ばたき効率を上げるため）、飛行軌跡・胴体の急旋回・外乱に対する姿勢制御を行うための左右翼羽ばたき速度の変更、などを意味する。
【０００７】
本発明は、上記従来の羽ばたき装置の問題に鑑みてなされたものであり、構成要素が少ない小型軽量の羽ばたき装置を提供することを課題とする。
【０００８】
また、実際の鳥に近い羽ばたき運動ができる羽ばたき装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するためになされた本発明の羽ばたき装置は、基部と、前記基部の左側及び右側に設けられた少なくとも一対の翼部とを有する羽ばたき装置であって、前記羽ばたき装置は、前記一対の翼部の少なくともいずれか一方について、一端部が前記基部に関節を介して回動可能に設けられた翼軸と、前記翼軸の他端部に配設された羽と、一方端側が前記翼軸の外周に接続され他方端側が前記基部に接続されている、伸縮可能な複数のリニアアクチュエータと、を有し、前記複数のリニアアクチュエータの少なくとも一つは前記翼軸を軸回りに回動させる回動用リニアアクチュエータであることを特徴とする。
【００１０】
複数のリニアアクチュエータで直接翼部を動かすので構成要素が少なく、小型軽量化が図られる。
【００１１】
上記の羽ばたき装置において、前記回動用アクチュエータは前記翼軸の外周にらせん状に巻き付いているとよい。
【００１２】
らせん状に巻き付いているので、フラッピング運動とフェザリング運動とを行わせることができる。
【００１３】
また、前記複数のリニアアクチュエータは、前記翼部をフラッピング運動させるフラッピング用伸縮動タイプアクチュエータと、前記翼部をフェザリング運動させるフェザリング用伸縮動タイプアクチュエータとを含むものとするとよい。
【００１４】
二つのリニアアクチュエータで実際の鳥に近い羽ばたき運動をさせることができる。
【００１５】
また、前記複数のリニアアクチュエータは、一方端側が前記翼軸の外周に固定され他方端側が前記基部に固定され前記翼部をフラッピング運動させる少なくとも２つのフラッピング用縮動タイプリニアアクチュエータ及び前記翼軸の外周の前記フラッピング用縮動タイプリニアアクチュエータが固定された位置と異なる位置に一方端側が固定され他方端側が前記基部に固定され前記翼部をフェザリング運動させる少なくとも２つのフェザリング用縮動タイプリニアアクチュエータとを含むものとしてもよい。
【００１６】
縮動タイプリニアアクチュエータは伸縮動タイプリニアアクチュエータより制御が容易であり、高速駆動が可能である。
【００１７】
また、前記複数のリニアアクチュエータは、水平方向を向いた前記翼軸の縦断面及び前記基部の前記縦断面に平行な前記側面における前記翼軸の軸心を原点としＸ軸方向を水平方向、Ｙ軸方向を垂直方向とする直交座標において、Ｙ軸と前記翼軸の外周円との交点を基点として約６０度、約１８０度、約３００度変角した前記外周円の位置にそれぞれ一方端側が固定され、他方端側がそれぞれ時計回りに約１２０度変角した前記外周円の前記側面への射影円と同心で前記射影円より大径の前記側面上の同心円の位置に固定された３つの縮動タイプリニアアクチュエータ及びＹ軸と前記翼軸の前記外周円との交点を基点として約０度、約１２０度、約２４０度変角した前記外周円の位置にそれぞれ一方端側が固定され、他方端側がそれぞれ反時計回りに１２０度変角した前記同心円の位置に固定された３つの縮動タイプリニアアクチュエータとを含むものとしてもよい。
【００１８】
時計回りに駆動力が作用する３つの縮動タイプリニアアクチュエータと反時計回りに駆動力が作用する３つの縮動タイプリニアアクチュエータとを有するので、６つのアクチュエータを適当に制御駆動することにより一層実際の鳥に近い羽ばたき運動をさせることができる。
【００１９】
また、前記関節は、ボールジョイントであるとよい。
【００２０】
翼軸が基部の側面任意外方に低摩擦抵抗で向くことができ且つ軸の回りに回転できるのでアクチュエータの低パワー化が図れる。
【００２１】
また、前記リニアアクチュエータの前記他方端側は前記翼軸の外周にロッドエンドベアリングを介して取り付けられるとよい。
【００２２】
リニアアクチュエータの他方端側が翼軸の外周円の接線を含む面内の任意方向に低摩擦抵抗で向くことができるので、アクチュエータの力を翼軸に効率よく作用させることができる。
【００２３】
また、前記リニアアクチュエータは、圧縮気体を用いた人工筋肉であるとよい。
【００２４】
駆動力が大きく、高速駆動が可能である。
【発明の効果】
【００２５】
複数のリニアアクチュエータで直接翼部を動かすので構成要素が少なく、小型軽量化が図られる。リニア駆動する動力をそのまま翼部の往復運動に利用するのでエネルギー・ロスが少ない。複数のリニアアクチュエータを適当に制御駆動することでフラッピング、フェザリング、といった実際の鳥に近い羽ばたき運動をさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施形態１に係る羽ばたき装置の概略斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線端面視図である。
【図３】実施形態１に係る羽ばたき装置の伸縮動タイプリニアアクチュエータの断面図である。
【図４】実施形態２に係る羽ばたき装置の要部概略斜視図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線端面視図である。
【図６】実施形態２に係る羽ばたき装置の縮動タイプリニアアクチュエータの動作説明図である。
【図７】実施形態３に係る羽ばたき装置の要部概略斜視図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線端面視図である。
【図９】実施形態３に係る羽ばたき装置の縮動タイプリニアアクチュエータの翼軸への固定構造を説明する部分断面図である。
【図１０】実施形態３に係る羽ばたき装置の打ち上げ動作、打ち下し動作を説明するための図７のＡ−Ａ線端面視図である。
【図１１】実施形態３に係る羽ばたき装置の右回転、左回転動作を説明するための図７のＡ−Ａ線端面視図である。
【図１２】実施形態３に係る羽ばたき装置の右斜め打ち上げ、左斜め打ち下し動作を説明するための図７のＡ−Ａ線端面視図である。
【図１３】実施形態３に係る羽ばたき装置の左斜め打ち上げ、右斜め打ち下し動作を説明するための図７のＡ−Ａ線端面視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
（実施形態１）図１〜図３に示すように、本実施形態に係る羽ばたき装置は、基部１と基部１の前後方向に対する右側面１１ａおよび左側面１１ｂのそれぞれに設けられた一対の翼部１０ａ、１０ｂを備えている。
【００２８】
翼部１０ａ、１０ｂは、一端部が基部１に関節４ａ、４ｂ（図示せず）を介して回動可能に設けられた翼軸３ａ、３ｂと、翼軸３ａ、３ｂの他端部に固定された羽２ａ、２ｂと、を備えている。
【００２９】
関節４ａはボールジョイントで、その外面には上下方向に長溝４１ａが形成され、翼軸３ａが上下方向にのみ変角できるようになっている。
【００３０】
羽ばたき装置は、水平方向を向いた翼軸３ａの縦断面及び基部１の前記縦断面に平行な側面１１ａにおける前記翼軸３ａの軸心Ｏを原点としＸ軸方向を水平方向、Ｙ軸方向を垂直方向とする直交座標において、Ｙ軸と翼軸３ａの外周円ＯＣとの交点Ｐ1に一方端側が固定され、他方端側が外周円ＯＣの側面１１ａへの射影円と同心で射影円より大径の側面１１ａ上の同心円ＣＣとＹ軸の交点Ｑ1に固定されたフラッピング用伸縮動タイプアクチュエータ５ａを備えている。
【００３１】
また、羽ばたき装置は、Ｙ軸と翼軸３ａの外周円ＯＣとの交点を基点として約２７０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ2に一方端側が固定され、他方端側が反時計回りに約１５０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ2に固定された、すなわち翼軸３ａの外周にらせん状に巻き付いたフェザリング用（回動用）伸縮動タイプアクチュエータ６ａを備えている。
【００３２】
伸縮動タイプアクチュエータ５ａ、５ｂとしては、例えば図３に示すような可撓性を有するリニアモータからなる人工筋肉（特開2005-58351）を用いることができる。このリニアモータ式人工筋肉は、外側に配置された長尺チューブ状の第一要素９と、第一要素９の内周に挿入される長尺ロッド状の第二要素１０とより主体に構成される。チューブ状の第一要素９は、樹脂やゴム等の可撓性材料からなる円筒部材９１と、その外周の軸方向複数箇所に定ピッチδ１で同軸形成したコイル９２とで構成される。各コイル９２は連絡配線６０で接続され、さらに制御装置７０を介して三相交流等の電源８０に接続されている。
【００３３】
電源８０から電流を供給すると、第一要素９１側に各コイル９２の作用で移動磁界が発生する。この移動磁界と第二要素１０の界磁極との間に生じる電磁力により相対的な推力が発生し、両要素９、１０が軸方向に相対スライドする結果、リニアモータ全体では伸縮運動が行われる。この際、制御装置７０は、入力信号に基づき、電圧・電流制御や周波数制御を行って伸縮速度を制御し、さらには第一要素９と第二要素１０間の相対位置を検出するセンサ（図示省略）からの位置情報に基づいて両要素９、１０の相対位置を管理する。
【００３４】
次に、本実施形態の羽ばたき装置の動作を説明する。例えば、羽ばたき装置が図１の状態、すなわち、翼軸３ａ、３ｂが水平方向を向き、羽２ａ、２ｂも水平面に平行である状態で、フラッピング用伸縮動タイプアクチュエータ５ａ、５ｂを縮動させると、翼軸３ａ、３ｂが打ち上げられる。フラッピング用伸縮動タイプアクチュエータ５ａ、５ｂを伸動させると、翼軸３ａ、３ｂが打ち下げられる。したがって、フラッピング用伸縮動タイプアクチュエータ５ａ、５ｂを交互に縮動-伸動させることによりフラッピング運動を行わせることができる。
【００３５】
羽ばたき装置が図１の状態のとき、フェザリング用伸縮動タイプアクチュエータ６ａ、６ｂ（図示せず）を縮動させると、斜め下向きの力がＰ2に作用する。斜め下向きの力はＸ方向の成分とＹ方向の成分からなり、Ｙ成分で翼軸３ａが反時計回り回転させられる。Ｘ成分は翼軸３ａを右方向に曲げようとするが、ボールジョイント４ａの長溝４１ａで右方向への曲がりが抑制される。フェザリング用伸縮動タイプアクチュエータ６ａ、６ｂ（図示せず）を伸動させると、斜め上向きの力がＰ2に作用する。斜め上向きの力のＹ成分で翼軸３ａが時計回り回転させられる。斜め上向きの力のＸ成分は翼軸３ａを左方向に曲げようとするが、ボールジョイント４ａの長溝４１ａで左方向への曲がりが抑制される。したがって、フェザリング用伸縮動タイプアクチュエータ６ａ、６ｂ（図示せず）を交互に縮動-伸動させることによりフェザリング運動を行わせることができる。
【００３６】
本実施形態の羽ばたき装置では、翼軸３ａ、３ｂがボールジョイント４ａ、４ｂ（図示せず）を介して基部１の側面１１ａ、１１ｂに回動自在に取り付けられているので、翼軸３ａ、３ｂが上下方向に低摩擦抵抗で向くことができ、フラッピング用伸縮動タイプアクチュエータ５ａ、５ｂ及びフェザリング用伸縮動タイプアクチュエータ６ａ、６ｂ（図示せず）の低パワー化が図れる。
【００３７】
（実施形態２）本実施形態に係る羽ばたき装置は、実施形態１の羽ばたき装置の伸縮動タイプアクチュエータを縮動タイプアクチュエータに変更した点が実施形態１の羽ばたき装置と大きく異なる。同じ構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。
本実施形態の羽ばたき装置は、図４〜図６に示すように、水平方向を向いた翼軸３ａの縦断面及び基部１の前記縦断面に平行な右側面１１ａにおける前記翼軸の軸心Ｏを原点としＸ軸方向を水平方向、Ｙ軸方向を垂直方向とする直交座標において、Ｙ軸と翼軸３ａの外周円ＯＣとの交点Ｐ1に一方端側が固定され、他方端側が外周円ＯＣの右側面１１ａへの射影円と同心で射影円より大径の右側面１１ａ上の同心円ＣＣとＹ軸の交点Ｑ1に固定されたフラッピング用縮動タイプアクチュエータ７１ａを備えている。
【００３８】
また、羽ばたき装置は、Ｙ軸と翼軸３ａの外周円ＯＣとの交点を基点として約１８０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ2に一方端側が固定され、他方端側がＹ軸と同心円ＣＣとの交点を基点として約１８０変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ2に固定されたフラッピング用縮動タイプアクチュエータ７２ａを備えている。
【００３９】
また、羽ばたき装置は、Ｙ軸と翼軸３ａの外周円ＯＣとの交点を基点として約９０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ3に一方端側が固定され、他方端側が時計回りに約１２０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ3に固定されたフラッピング用縮動タイプアクチュエータ７３ａを備えている。フラッピング用（回動用）縮動タイプアクチュエータ７３ａの他方端側が一方端側が固定された位置から１２０度変角した位置に固定されているので、一方端側が翼軸３ａにらせん状に巻き付いている。
【００４０】
また、羽ばたき装置は、Ｙ軸と翼軸３ａの外周円ＯＣとの交点を基点として約２７０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ4に一方端側が固定され、他方端側が反時計回りに約１２０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ4に固定されたフラッピング用縮動タイプアクチュエータ７４ａを備えている。フラッピング用（回動用）縮動タイプアクチュエータ７４ａの他方端側が一方端側が固定された位置から１２０度変角した位置に固定されているので、一方端側が翼軸３ａにらせん状に巻き付いている。
【００４１】
なお、説明を省略したが、左側面１１ｂ（図１参照）にも同様の翼部１０ｂ（図示せず）が設けられている。
【００４２】
縮動タイプアクチュエータ７１ａ、７２ａ、７３ａ、７４ａとしては、例えば図６に示すような可撓性を有する圧縮空気式人工筋肉（特開2010-279689）を用いることができる。この人工筋肉は、ゴムチューブ５１と組紐レース５２を一体成型した膨張体５０と膨張体５０の外側を覆うように取り付けられた組紐レース（収縮体）６０からなっている。
【００４３】
図６ａに示す状態から圧縮空気で加圧すると、膨張体５０が膨張して図６ｂに示す縮んだ状態になる。
【００４４】
圧縮空気式人工筋肉として、必要に応じた駆動周波数の人工筋肉を用いることが好ましい。
【００４５】
次に、本実施形態の羽ばたき装置の動作を右側について説明する。例えば、羽ばたき装置が図４の状態、すなわち、翼軸３ａが水平方向を向き、図示しない翼部２ａも水平面に平行である状態で、フラッピング用縮動タイプアクチュエータ７１ａを縮動させると、翼軸３ａが打ち上げられる。フラッピング用縮動タイプアクチュエータ７２ａ縮動させると、翼軸３ａが打ち下される。したがって、フラッピング用縮動タイプアクチュエータ７１ａ、７２ａを交互に縮動させることによりフラッピング運動を行わせることができる。
【００４６】
羽ばたき装置が図４の状態のとき、フェザリング用縮動タイプアクチュエータ７３ａを縮動させると、左斜め下向きの力がＰ3に作用する。左斜め下向きの力はＸ方向の成分とＹ方向の成分からなり、Ｙ成分で翼軸３ａが時計回り回転させられる。Ｘ成分は翼軸３ａを左方向に曲げようとするが、ボールジョイント４ａの長溝４１ａで左方向への曲がりが抑制される。フェザリング用縮動タイプアクチュエータ７４ａを縮動させると、右斜め下向きの力がＰ4に作用する。右斜め下向きの力のＹ成分で翼軸３ａが反時計回り回転させられる。右斜め下向きの力のＸ成分は翼軸３ａを右方向に曲げようとするが、ボールジョイント４ａの長溝４１ａで左方向への曲がりが抑制される。したがって、フェザリング用縮動タイプアクチュエータ７３ａ、７４ａを交互に縮動させることによりフェザリング運動を行わせることができる。
【００４７】
本実施形態の羽ばたき装置は、縮動タイプアクチュエータに圧縮空気式人工筋肉を用いたが、所謂フライバイワイヤ機構（飛行機のフラップや操舵をワイヤで操作する機構）を用いても良い。すなわち、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4に固定された４本のワイヤを基部１に組み込んだアクチュエータ（巻き取り機）で巻き取ることで、フラッピング運動やフェザリング運動を行わせることができる。
【００４８】
（実施形態３）図７〜図９に示す本実施形態に係る羽ばたき装置は、翼軸３ａが側面１１ａにユニバーサルボールジョイント４Ａを介して取り付けられている。実施形態２の羽ばたき装置では４つの縮動タイプアクチュエータを備えていたが、本実施形態に係る羽ばたき装置は、６つの縮動タイプアクチュエータを備えている。
縮動タイプアクチュエータ８１ａは、Ｙ軸と翼軸３の外周円ＯＣとの交点を基点として約６０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ1に一端部側がロッドエンドベアリング９１ａ（図９参照）を介して回動自在に取り付けられ、他端部側がＰ1から時計回りに約１２０度変角した外周円ＯＣの側面１１ａへの射影円と同心で射影円より大径の側面１１ａ上の同心円ＣＣ上の位置Ｑ1に固定されている。
【００４９】
縮動タイプアクチュエータ８２ａは、Ｙ軸と翼軸３の外周円ＯＣとの交点を基点として約１８０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ2に一端部側がロッドエンドベアリング９２ａ（図示せず）を介して回動自在に取り付けられ、他端部側がＰ2から時計回りに約１２０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ2に固定されている。
【００５０】
縮動タイプアクチュエータ８３ａは、Ｙ軸と翼軸３の外周円ＯＣとの交点を基点として約３００度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ3に一端部側がロッドエンドベアリング９３ａ（図示せず）を介して回動自在に取り付けられ、他端部側がＰ3から時計回りに約１２０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ3に固定されている。
【００５１】
縮動タイプアクチュエータ８４ａは、Ｙ軸と翼軸３の外周円ＯＣとの交点を基点として約０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ4に一端部側がロッドエンドベアリング９４ａ（図示せず）を介して回動自在に取り付けられ、他端部側がＰ4から反時計回りに約１２０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ4に固定されている。
【００５２】
縮動タイプアクチュエータ８５ａは、Ｙ軸と翼軸３の外周円ＯＣとの交点を基点として約１２０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ5に一端部側がロッドエンドベアリング９５ａ（図示せず）を介して回動自在に取り付けられ、他端部側がＰ5から反時計回りに約１２０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ5に固定されている。
【００５３】
縮動タイプアクチュエータ８６ａは、Ｙ軸と翼軸３の外周円ＯＣとの交点を基点として約２４０度変角した外周円ＯＣ上の位置Ｐ6に一端部側がロッドエンドベアリング９６ａ（図示せず）を介して回動自在に取り付けられ、他端部側がＰ6から反時計回りに約１２０度変角した同心円ＣＣ上の位置Ｑ6に固定されている。
【００５４】
本実施形態の羽ばたき装置では、縮動タイプアクチュエータ８１ａ〜８６ａがロッドエンドベアリング９１ａ〜９６ａを介して、翼軸３ａに連結されているので、各縮動タイプアクチュエータ８１ａ〜８６ａは、低摩擦で縮動する方向に向くことができる。その結果、アクチュエータのエネルギ・ロスを減らすことができる。
【００５５】
なお、説明を省略したが、左側面１１ｂ（図１参照）にも同様の翼部１０ｂ（図示せず）が設けられている。
【００５６】
次に、本実施形態の羽ばたき装置の動作を右側について説明する。例えば、羽ばたき装置が図７の状態、すなわち、翼軸３ａが水平方向を向き、図示しない羽２ａも水平面に平行である状態で、縮動タイプアクチュエータ８２ａ、８３ａ、８５ａを縮動させると、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ5には図１０ａに示すようなＸＹ面内の力Ｆ2、Ｆ3、Ｆ5が作用する。
Ｆ2は、−Ｘ方向を向き、Ｘ方向に平行であるので、Ｙ成分がゼロである。Ｆ3はＸ方向の力Ｆ3ＸとＹ方向の力Ｆ3Ｙに分解される。同様に、Ｆ5はＸ方向の力Ｆ5ＸとＹ方向の力Ｆ5Ｙに分解される。Ｆ3Ｘ＋Ｆ5Ｘ＝Ｆ2となるように縮動タイプアクチュエータ８２ａ、８３ａ、８５ａを縮動させることにより、翼軸３ａがＸ方向（左右方向）へ曲がることがない。一方、（Ｆ3Ｙ＋Ｆ5Ｙ）が＋Ｙ方向に作用するため、翼軸３ａが＋Ｙ方向に曲げられ、打ち上げられる。
【００５７】
羽ばたき装置が図７の状態で、縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８４ａ、８６ａを縮動させると、Ｐ1、Ｐ4、Ｐ6には図１０ｂに示すようなＸＹ面内の力Ｆ1、Ｆ4、Ｆ6が作用する。
【００５８】
Ｆ4は、−Ｘ方向を向き、Ｘ方向に平行であるので、Ｙ成分がゼロである。Ｆ1はＸ方向の力Ｆ1ＸとＹ方向の力Ｆ1Ｙに分解される。同様に、Ｆ6はＸ方向の力Ｆ6ＸとＹ方向の力Ｆ6Ｙに分解される。Ｆ1Ｘ＋Ｆ6Ｘ＝Ｆ4となるように縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８４ａ、８６ａを縮動させることにより、翼軸３ａがＸ方向（左右方向）へ曲がることがない。一方、（Ｆ1Ｙ＋Ｆ6Ｙ）が−Ｙ方向に作用するため、翼軸３ａが−Ｙ方向に曲げられ、打ち下される。
【００５９】
羽ばたき装置が図７の状態で、縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８２ａ、８３ａを縮動させると、Ｐ1、Ｐ2、Ｐ3には図１１ａに示すようなＸＹ面内の力Ｆ1、Ｆ2、Ｆ3が作用する。したがって、翼軸３ａが右回転（時計回り）する。
【００６０】
羽ばたき装置が図７の状態で、縮動タイプアクチュエータ８４ａ、８５ａ、８６ａを縮動させると、Ｐ4、Ｐ5、Ｐ6には図１１ｂに示すようなＸＹ面内の力Ｆ4、Ｆ5、Ｆ6が作用する。したがって、翼軸３ａが左回転（反時計回り）する。
【００６１】
羽ばたき装置が図７の状態で、縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８３ａ、８５ａを縮動させると、Ｐ1、Ｐ3、Ｐ5には図１２ａに示すようなＸＹ面内の力Ｆ1、Ｆ3、Ｆ5が作用する。力Ｆ1、Ｆ3、Ｆ5はベクトル量であるので、ベクトル和を求めると点線矢印で示すようなＦｇの力、すなわち右斜め上方向の力が翼軸３ａに作用することがわかる。したがって、縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８３ａ、８５ａを縮動させると、翼軸３ａが右斜めに打ち上げられる。
【００６２】
羽ばたき装置が図７の状態で、縮動タイプアクチュエータ８２ａ、８４ａ、８６ａを縮動させると、Ｐ2、Ｐ4、Ｐ6に図１２ｂに示すようなＸＹ面内の力Ｆ2、Ｆ4、Ｆ6が作用する。３つの力のベクトル和を求めると点線矢印で示すようなＦｇの力、すなわち左斜め下向きの力が翼軸３ａに作用することがわかる。したがって、縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８３ａ、８５ａを縮動させると、翼軸３ａが左斜めに打ち下される。
【００６３】
羽ばたき装置が図７の状態で、縮動タイプアクチュエータ８２ａ、８３ａ、８４ａを縮動させると、Ｐ2、Ｐ3、Ｐ4に図１３ａに示すようなＸＹ面内の力Ｆ2、Ｆ3、Ｆ4が作用する。３つの力のベクトル和を求めると点線矢印で示すようなＦｇの力、すなわち左斜め上向きの力が翼軸３ａに作用することがわかる。したがって、縮動タイプアクチュエータ８２ａ、８３ａ、８４ａを縮動させると、翼軸３ａが左斜めに打ち上げられる。
【００６４】
羽ばたき装置が図７の状態で、縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８５ａ、８６ａを縮動させると、Ｐ1、Ｐ5、Ｐ6に図１３ｂに示すようなＸＹ面内の力Ｆ1、Ｆ5、Ｆ6が作用する。３つの力のベクトル和を求めると点線矢印で示すようなＦｇの力、すなわち右斜め下向きの力が翼軸３ａに作用することがわかる。したがって、縮動タイプアクチュエータ８１ａ、８５ａ、８６ａを縮動させると、翼軸３ａが右斜めに打ち下される。
【００６５】
本実施形態の羽ばたき装置は、時計回りに駆動力が作用する３つの縮動タイプリニアアクチュエータと反時計回りに駆動力が作用する３つの縮動タイプリニアアクチュエータとを有するので、６つのアクチュエータを適当に制御駆動することで、フラッピング（打ち上げ、打ち下し）、フェザリング（右回転、左回転）、右斜め打ち上げ・打ち下し、左斜め打ち上げ・打ち下しを行うことができる。
【符号の説明】
【００６６】
１・ ・・・・・・・・ ・基部
１１ａ・・・・・・・右側面
１１ｂ・・・・・・・左側面
２ａ、２ｂ・・・・・・・羽
３ａ、３ｂ・・・・・・・翼軸
４ａ、４Ａ・・・・・・・関節（ボールジョイント）
５ａ、５ｂ・・・・・・・フラッピング用伸縮動タイプリニアアクチュエータ
６ａ・・・・・・・・・・フェザリング用（回動用）伸縮動タイプリニアアクチュエータ
１０ａ、１０ｂ・・・・・翼部
７１ａ、７２ａ・・・・・フラッピング用縮動タイプリニアアクチュエータ
７３ａ、７３ｂ・・・・・フェザリング用（回動用）縮動タイプリニアアクチュエータ
８１ａ〜８６ａ・・・・・縮動タイプリニアアクチュエータ
９１ａ・・・・・・・・・ロッドエンドベアリング
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、前記基部の左側及び右側に設けられた少なくとも一対の翼部とを有する羽ばたき装置であって、
前記羽ばたき装置は、前記一対の翼部の少なくともいずれか一方について、
一端部が前記基部に関節を介して回動可能に設けられた翼軸と、
前記翼軸の他端部に配設された羽と、
一方端側が前記翼軸の外周に接続され他方端側が前記基部に接続されている、伸縮可能な複数のリニアアクチュエータと、
を有し、
前記複数のリニアアクチュエータの少なくとも一つは前記翼軸を軸回りに回動させる回動用リニアアクチュエータであることを特徴とする羽ばたき装置。
【請求項２】
前記回動用アクチュエータは前記翼軸の外周にらせん状に巻き付いている請求項１に記載の羽ばたき装置。
【請求項３】
前記複数のリニアアクチュエータは、前記翼部をフラッピング運動させるフラッピング用伸縮動タイプアクチュエータと、前記翼部をフェザリング運動させるフェザリング用伸縮動タイプアクチュエータとを含む請求項１に記載の羽ばたき装置。
【請求項４】
前記複数のリニアアクチュエータは、一方端側が前記翼軸の外周に固定され他方端側が前記基部に固定され前記翼部をフラッピング運動させる少なくとも２つのフラッピング用縮動タイプリニアアクチュエータ及び前記翼軸の外周の前記フラッピング用縮動タイプリニアアクチュエータが固定された位置と異なる位置に一方端側が固定され他方端側が前記基部に固定され前記翼部をフェザリング運動させる少なくとも２つのフェザリング用縮動タイプリニアアクチュエータとを含む請求項１に記載の羽ばたき装置。
【請求項５】
前記複数のリニアアクチュエータは、水平方向を向いた前記翼軸の縦断面及び前記基部の前記縦断面に平行な前記側面における前記翼軸の軸心を原点としＸ軸方向を水平方向、Ｙ軸方向を垂直方向とする直交座標において、Ｙ軸と前記翼軸の外周円との交点を基点として約６０度、約１８０度、約３００度変角した前記外周円の位置にそれぞれ一方端側が固定され、他方端側がそれぞれ時計回りに約１２０度変角した前記外周円の前記側面への射影円と同心で前記射影円より大径の前記側面上の同心円の位置に固定された３つの縮動タイプリニアアクチュエータ及びＹ軸と前記翼軸の前記外周円との交点を基点として約０度、約１２０度、約２４０度変角した前記外周円の位置にそれぞれ一方端側が固定され、他方端側がそれぞれ反時計回りに１２０度変角した前記同心円の位置に固定された３つの縮動タイプリニアアクチュエータとを含む請求項１に記載の羽ばたき装置。
【請求項６】
前記関節は、ボールジョイントである請求項１〜５のいずれか１項に記載の羽ばたき装置。
【請求項７】
前記リニアアクチュエータの前記他方端側は前記翼軸の外周にロッドエンドベアリングを介して取り付けられる請求項１〜６のいずれか１項に記載の羽ばたき装置。
【請求項８】
前記リニアアクチュエータは、圧縮気体を用いた人工筋肉である請求項１〜７のいずれか１項に記載の羽ばたき装置。
【請求項１】
基部と、前記基部の左側及び右側に設けられた少なくとも一対の翼部とを有する羽ばたき装置であって、
前記羽ばたき装置は、前記一対の翼部の少なくともいずれか一方について、
一端部が前記基部に関節を介して回動可能に設けられた翼軸と、
前記翼軸の他端部に配設された羽と、
一方端側が前記翼軸の外周に接続され他方端側が前記基部に接続されている、伸縮可能な複数のリニアアクチュエータと、
を有し、
前記複数のリニアアクチュエータの少なくとも一つは前記翼軸を軸回りに回動させる回動用リニアアクチュエータであることを特徴とする羽ばたき装置。
【請求項２】
前記回動用アクチュエータは前記翼軸の外周にらせん状に巻き付いている請求項１に記載の羽ばたき装置。
【請求項３】
前記複数のリニアアクチュエータは、前記翼部をフラッピング運動させるフラッピング用伸縮動タイプアクチュエータと、前記翼部をフェザリング運動させるフェザリング用伸縮動タイプアクチュエータとを含む請求項１に記載の羽ばたき装置。
【請求項４】
前記複数のリニアアクチュエータは、一方端側が前記翼軸の外周に固定され他方端側が前記基部に固定され前記翼部をフラッピング運動させる少なくとも２つのフラッピング用縮動タイプリニアアクチュエータ及び前記翼軸の外周の前記フラッピング用縮動タイプリニアアクチュエータが固定された位置と異なる位置に一方端側が固定され他方端側が前記基部に固定され前記翼部をフェザリング運動させる少なくとも２つのフェザリング用縮動タイプリニアアクチュエータとを含む請求項１に記載の羽ばたき装置。
【請求項５】
前記複数のリニアアクチュエータは、水平方向を向いた前記翼軸の縦断面及び前記基部の前記縦断面に平行な前記側面における前記翼軸の軸心を原点としＸ軸方向を水平方向、Ｙ軸方向を垂直方向とする直交座標において、Ｙ軸と前記翼軸の外周円との交点を基点として約６０度、約１８０度、約３００度変角した前記外周円の位置にそれぞれ一方端側が固定され、他方端側がそれぞれ時計回りに約１２０度変角した前記外周円の前記側面への射影円と同心で前記射影円より大径の前記側面上の同心円の位置に固定された３つの縮動タイプリニアアクチュエータ及びＹ軸と前記翼軸の前記外周円との交点を基点として約０度、約１２０度、約２４０度変角した前記外周円の位置にそれぞれ一方端側が固定され、他方端側がそれぞれ反時計回りに１２０度変角した前記同心円の位置に固定された３つの縮動タイプリニアアクチュエータとを含む請求項１に記載の羽ばたき装置。
【請求項６】
前記関節は、ボールジョイントである請求項１〜５のいずれか１項に記載の羽ばたき装置。
【請求項７】
前記リニアアクチュエータの前記他方端側は前記翼軸の外周にロッドエンドベアリングを介して取り付けられる請求項１〜６のいずれか１項に記載の羽ばたき装置。
【請求項８】
前記リニアアクチュエータは、圧縮気体を用いた人工筋肉である請求項１〜７のいずれか１項に記載の羽ばたき装置。
【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１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−２０６６４６（Ｐ２０１２−２０６６４６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７４８８１（Ｐ２０１１−７４８８１）
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（５０１２２０００８）アイシン・エンジニアリング株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３０日（２０１１．３．３０）
【出願人】（５０１２２０００８）アイシン・エンジニアリング株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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