(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伸縮可能なアクチュエータで構成された複数の伸縮トラス部材を有し、各アクチュエータの伸縮により形状を変化させる可変形状トラス構造体を目標形状に制御する方法であって、
前記目標形状を実現するための各アクチュエータの目標伸縮量を求め、一のアクチュエータに先立って他の一のアクチュエータを伸縮させることによって、前記トラス構造体の自重に伴って前記一のアクチュエータの伸縮を妨げる向きに作用する力が減少する場合に、前記他の一のアクチュエータの伸縮が前記一のアクチュエータの伸縮に先立つように各アクチュエータの伸縮駆動順序を定め、この伸縮駆動順序に従って各アクチュエータを夫々の前記目標伸縮量に向けて伸縮させることを特徴とする可変形状トラス構造体の形状制御方法。
【請求項２】
伸縮可能なアクチュエータで構成された複数の伸縮トラス部材を有し、各アクチュエータの伸縮により形状を変化させる、一端が固定された可変形状トラス構造体の形状を制御する方法であって、
一のアクチュエータに先立って、当該一のアクチュエータよりも前記トラス構造体の先端側に位置する他のアクチュエータを伸縮させることによって、前記トラス構造体の自重に伴って前記一のアクチュエータの伸縮を妨げる向きに作用する力が減少する場合に、前記一のアクチュエータに先立って前記他のアクチュエータを伸縮させることを特徴とする可変形状トラス構造体の形状制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、伸縮可能なアクチュエータで構成された複数の伸縮トラス部材を含み、各アクチュエータの伸縮により形状を変化させる可変形状トラス構造体の形状制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、構造部材の一部が伸縮自在なアクチュエータで構成された可変形状トラス（ＶＧＴ：Variable Geometry Truss）構造体が知られている。この可変形状トラス構造体は、三角形状の基本トラスを構成するトラス部材の一部にアクチュエータが組み込まれ、このアクチュエータが伸縮することによって形状が適宜変更されるようになっている。アクチュエータは複数箇所にわたって組み込まれ、それぞれ個別に制御されて、当該構造体全体があらゆる形状に多彩に変形するようになっている。このことから、可変形状トラス構造体は、可動式または開閉式の屋根架構をはじめ、音楽ホールのステージや可動遮音板、可動デッキまたは可動壁、可動式太陽パネル板、自然と調和して動くモニュメントなどへの応用が期待されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この可変形状トラス構造体では、各トラス部材に当該構造体を支えるための支持力が作用している。このため、各アクチュエータを伸縮させるときには、このような支持力に対抗する駆動力を各アクチェータに付与しなければならない。
【０００４】
図７（ａ）は、一端が壁部１に固定支持された片持ち梁式の可変形状トラス構造体２を示したものである。この可変形状トラス構造体２は、四辺形状の基本トラス４を梯子状に連設して構成されている。各基本トラス４は、上下一対の弦材６と、一対の束材８と、一方の弦材６と束材８の交点からその対辺の交点にかけて対角線に沿って斜めに配設された斜材１０とからなる。弦材６、束材８および斜材１０の交点部分は各々ヒンジピン１２を介して回動自在に連結されている。弦材６および斜材１０は長さ一定の固定長の部材となっている。一方、各束材８は伸縮自在なアクチュエータで構成され、伸縮トラス部材となっている。図７（ａ）においては、各束材８のアクチュエータは収縮した状態になっている。
【０００５】
ここで、全てのアクチュエータを伸長させて図７（ｂ）に示すような全ての四辺形の基本トラスが小さく折り畳まれた状態にするとする。各束材８には、当該トラス構造体２の支持端からの距離に応じたモーメントが作用している。すなわち、支持端から近い束材には大きなモーメントとが、また支持端から遠い束材には小さなモーメントが作用している。各アクチュエータを伸縮させるには、このようなモーメントにうち勝つだけの十分な駆動力を付与する必要がある。このような場合に、図７（ｃ）に示すように各アクチュエータを支持端からの距離を考慮せずに駆動すると、支持端から遠いアクチュエータについては小さな駆動力で伸縮できるのに対し、支持端に近いアクチュエータについては、伸縮に大きな駆動力が必要となる。支持端に近いアクチュエータについては、設計上、十分に大きな駆動力が得られる大型のものを使用しなければならず、構造体全体の大型化や重量アップ、構築費用の増大を招いた。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、可変形状トラス構造体において、各アクチュエータの伸縮に際し、必要な駆動力を小さくすることができ、各アクチュエータの小型化が図れるような可変形状トラス構造体の形状制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明の請求項１にかかる可変形状トラス構造体の形状制御方法は、伸縮可能なアクチュエータで構成された複数の伸縮トラス部材を有し、各アクチュエータの伸縮により形状を変化させる可変形状トラス構造体を目標形状に制御する方法であって、前記目標形状を実現するための各アクチュエータの目標伸縮量を求め、一のアクチュエータに先立って他の一のアクチュエータを伸縮させることによって、前記トラス構造体の自重に伴って前記一のアクチュエータの伸縮を妨げる向きに作用する力が減少する場合に、前記他の一のアクチュエータの伸縮が前記一のアクチュエータの伸縮に先立つように各アクチュエータの伸縮駆動順序を定め、この伸縮駆動順序に従って各アクチュエータを夫々の前記目標伸縮量に向けて伸縮させることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の請求項２にかかる可変形状トラス構造体の形状制御方法は、伸縮可能なアクチュエータで構成された複数の伸縮トラス部材を有し、各アクチュエータの伸縮により形状を変化させる、一端が固定された可変形状トラス構造体の形状を制御する方法であって、一のアクチュエータに先立って、当該一のアクチュエータよりも前記トラス構造体の先端側に位置する他のアクチュエータを伸縮させることによって、前記トラス構造体の自重に伴って前記一のアクチュエータの伸縮を妨げる向きに作用する力が減少する場合に、前記一のアクチュエータに先立って前記他のアクチュエータを伸縮させることを特徴とする。
【０００９】
これらの制御方法にあっては、アクチュエータの伸縮を妨げる向きに作用する力が減少するような順序で各アクチュエータを伸縮駆動するから、アクチュエータの伸縮に際し、当該アクチュエータを伸縮させるのに必要な駆動力が必要最小限で済み、大きな駆動力が得られる大型のアクチュエータを採用する必要がない。このため、アクチュエータ全体の小型化が図れ、構造体全体の大型化や重量アップ、構築費用の増大を招かずに済む。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明にかかる可変形状トラス構造体の形状制御方法の実施の形態について説明する。図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明にかかる形状制御方法を片持ち梁式の可変形状トラス構造体に適用したときの形状制御手順を示したものである。
【００１１】
この可変形状トラス架構は、前述した図７の可変形状トラス架構と同じく、四辺形の基本トラス４を梯子状に連設して構成され、各基本トラス４は、上下一対の弦材６と、左右一対の束材と、四角形の基本トラス４内に対角線に沿って斜めに介設された斜材１０とからなる。各弦材６、各束材８および各斜材１０はそれぞれ相互にヒンジピン１２を介して回動自在に連結され、弦材６および斜材１０は、長さ一定の固定長トラス部材で構成され、一方、各束材８は、伸縮トラス部材として、伸縮自在なアクチュエータＡ１〜Ａ１２で構成されている。図１（ａ）では、各アクチュエータＡ１〜Ａ１２が全て収縮された状態になっている。
【００１２】
ここで、全てのアクチュエータＡ１〜Ａ１２を伸長させて図１（ｅ）に示すように四辺形の基本トラス４を全て小さく折り畳まれた状態にし、可変形状トラス構造体全体を収縮させた状態にするとする。ここで図１（ａ）に示す状態から図１（ｅ）に示す状態にするための各アクチュエータの目標伸縮量を求める。
【００１３】
本発明では、一のアクチュエータに先立って他の一のアクチュエータを伸縮させることによって、トラス構造体の自重に伴って一のアクチュエータの伸縮を妨げる向きに作用する力が減少する場合に、他の一のアクチュエータの伸縮が一のアクチュエータの伸縮に先立つように各アクチュエータの伸縮駆動順序を定め、この伸縮駆動順序に従って各アクチュエータを夫々の目標伸縮量に向けて伸縮させる。すなわち、本実施の形態では、支持端から最も遠く離れたアクチュエータをこれよりも支持端に近いアクチュエータよりも先立たせて伸長させることによって、支持端に近いアクチュエータに作用してその伸長に妨げとなっているモーメントを減少させることができるから、支持端から最も遠く離れたアクチュエータから順に伸長させる。なお、以下においては、支持端から最も遠いアクチュエータＡ１を第１アクチュエータとし、これより支持端に近いアクチュエータＡ２〜Ａ１２をそれぞれ近い順に第２〜第１２アクチュエータとする。
【００１４】
図１（ｂ）〜（ｄ）は、支持端から最も遠く離れたアクチュエータから順に伸長させたときの途中経過を示したものである。図１（ｂ）に示すように、第１および第２アクチュエータＡ１，Ａ２を伸長させれば、トラス構造体２の先端部分が収縮され、これらよりも支持端に近い第３〜第１２アクチュエータＡ３〜Ａ１２に作用しているモーメントは減少する。ここで第３〜第５アクチュエータＡ３〜Ａ５を伸長させる際には、これら第３〜第５アクチュエータＡ３〜Ａ５を必要最小限の駆動力で伸長させることができる。図１（ｃ）は第３〜第５アクチュエータＡ３〜Ａ５が伸長したときの様子を示す。さらに図（ｄ）に示すように第６〜第８アクチュエータＡ６〜Ａ８を伸長させる。このように支持端から最も離れたアクチュエータから順に伸長させることで、トラス構造体は先端部から順次収縮され、支持端に近いアクチュエータに作用しているモーメントも逐次減少するから、各アクチュエータＡ１〜Ａ１２を伸長させる際には必要最小限の駆動力で済む。このため、大きな駆動力を出力可能な大型なアクチュエータが不要となり、構造体全体の大型化や重量アップ、構築費用の増大を招かずに済む。
【００１５】
次に本発明にかかる形状制御方法を他のタイプの可変形状トラス構造体に適用した場合について説明する。図２は、この可変形状トラス構造体を示したものである。この可変形状トラス構造体２０は、一端が地面２１に固定支持された片持ち梁式の可変形状トラス構造体であり、三角形状の固定トラス２２と四辺形の可変トラス２４とを交互に連設して構成されている。三角形状の固定トラス２２は、相互にピンヒンジ２６を介して回動自在に結合された３つの辺材２８を有している。さらに中央に位置する４つの固定トラス２２には、当該固定トラス２２の三角形を二分するように２つの辺材２８の交差部と残りの他の辺材２８の中央部とを結んで１本の補助材３０が配設されている。これらの固定トラス２２は、相互にピンヒンジ２６を介して回動自在に連結されている。
【００１６】
一方、四辺形状の可変トラス２４は、相互にピンヒンジ２６を介して回動自在に四辺形を形成すべく連結された４つの辺材２８，３２と、これらの交点間を結んで対角線に沿って介設された伸縮可能な可変長部材３４とから構成される。４つの辺材２８，３２のうち２つの辺材２８は相隣接した固定トラス２２と共有している。可変長部材３４は伸縮自在なアクチュエータＡ１〜Ａ５で構成され、四辺形状の可変トラス２４はその形状がパンタグラフのように折れ畳まれたり展開したりするようになっている。図２の状態では、アクチュエータが全て伸長して全ての可変トラスが折れ畳まれて小さく収縮された状態で、構造体全体が図中左側に傾いた状態になっている。全てのアクチュエータを収縮させて可変トラスが全て展開すると、図６（Ｍ）に示すように、構造体全体が図中右側に倒れ込むような状態になる。
【００１７】
このような可変形状トラス構造体全体を図２に示す状態から図６（Ｍ）に示す状態に変形させる場合について説明する。前述した場合と同様、まず、図２に示す状態から図６（Ｍ）に示す状態にするための各アクチュエータＡ１〜Ａ５の目標伸縮量を求める。そして、一のアクチュエータに先立って他の一のアクチュエータを伸縮させることによって、トラス構造体の自重に伴って一のアクチュエータの伸縮を妨げる向きに作用する力が減少する場合に、他の一のアクチュエータの伸縮が前記一のアクチュエータの伸縮に先立つように各アクチュエータの伸縮駆動順序を定める。
【００１８】
以下に各アクチュエータＡ１〜Ａ５の駆動状況について詳しく説明する。図３（Ｂ）〜図４（Ｅ）はそのときの途中経過を示したものである。第１アクチュエータＡ１から第４アクチュエータＡ４まで順次収縮させると、図中左側に倒れ込むように傾斜して立っているトラス構造体は、その先端部が徐々に持ち上げられて起立してゆき、最終的に第２〜第５アクチュエータＡ２〜Ａ５が全て収縮されると、図４（Ｅ）に示すように反対に図中右側に少し傾いた状態になる。この状態だと、支持端に最も近い第１アクチュエータＡ１には、トラス構造体２の先端部が少し図中右側に傾いた分モーメントが作用している。そこで、第２〜第５アクチュエータＡ２〜Ａ５を若干量伸長させて第２〜第５アクチュエータＡ２〜Ａ５の収縮量を若干減らすとともに、これに伴い第５アクチュエータＡ５に作用するモーメントが減少したのを見計らって支持端に最も近い第５アクチュエータの収縮を開始する。途中、図４（Ｇ）に示すように、可変形状トラス構造体２全体がちょうど地面に垂直に起立するような状態になるようになり、そして、さらに第５アクチュエータＡ５を目標とする伸縮量に向かって伸縮させると、可変形状トラス構造体２は、図５（Ｈ）に示すような状態になって、最終的に図５（Ｉ）に示すような状態になる。
【００１９】
第１アクチュエータＡ１の収縮が完了させた後、次に図５（Ｊ）〜図６（Ｌ）に示すように、支持端に近い順に残りのアクチュエータＡ２〜Ａ５を収縮させる。そして、支持端から最も離れたアクチュエータＡ５が収縮すると、図６（Ｍ）に示すように可変形状トラス構造体２の変形が完了する。
【００２０】
このようにアクチュエータの伸縮を妨げる向きに作用する力が減少するように各アクチュエータの伸縮駆動順序を定めることで、各アクチュエータを必要最小限の駆動力で伸縮させることができ、各アクチュエータの小型化が図れ、構造体全体の大型化や重量アップ、コスト増を回避することができる。
【００２１】
＝＝＝他の実施の形態＝＝＝
（１）本発明にかかる可変形状トラス構造体の形状制御方法にあっては、前記実施の形態で説明した可変形状トラス構造体以外に、他のタイプの可変形状トラス構造体に適用されてもかまわない。
【００２２】
（２）前記実施の形態では、可変形状トラス構造体に含まれる全てのアクチュエータが伸縮する場合について説明したが、本発明にあってはこのような場合に限らず、複数あるアクチュエータの一部が伸縮される場合にも適用される。
【００２３】
【発明の効果】
本発明にかかる可変形状トラス構造体の形状制御方法によれば、一のアクチュエータに先立って他のアクチュエータを伸縮させることによって、トラス構造体の自重に伴って前記他のアクチュエータの伸縮を妨げる向きに作用する力が減少する場合に、他のアクチュエータの伸縮が一のアクチュエータの伸縮に先立つような順序で各アクチュエータを伸縮駆動するから、各アクチュエータを必要最小限の駆動力で伸縮させることができ、各アクチュエータの小型化が図れ、構造体全体の大型化や重量アップ、コスト増を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）本発明にかかる可変形状トラス構造体の形状制御方法を片持ち梁可変形状トラス架構に適用したときの一実施形態を示した図である。
【図２】本発明にかかる形状制御方法を適用する他の可変形状トラス構造体を示した図である。
【図３】（Ｂ）〜（Ｄ）図２に示す可変形状トラス構造体に本発明にかかる形状制御方法を適用したときの変形手順を説明する図である。
【図４】（Ｅ）〜（Ｇ）図３に引き続き、図２に示す可変形状トラス構造体に本発明にかかる形状制御方法を適用したときの変形手順を説明する図である。
【図５】（Ｈ）〜（Ｊ）図４に引き続き、図２に示す可変形状トラス構造体に本発明にかかる形状制御方法を適用したときの変形手順を説明する図である。
【図６】（Ｋ）〜（Ｍ）図５に引き続き、図２に示す可変形状トラス構造体に本発明にかかる形状制御方法を適用したときの変形手順を説明する図である。
【図７】（ａ）及び（ｂ）一般的によく知られた可変形状トラス構造体の一例を変形させるときの手順を示した図である。
【符号の説明】
２，２０  可変形状トラス構造体
４  基本構成要素
６  弦材
８  束材
１０  斜材
１２  ヒンジピン
２２  固定トラス
２４  可変トラス
２６  ピンヒンジ
２８  辺材
３４  可変部材
【図１】
0003707373.tif 000002
【図２】
0003707373.tif 000003
【図３】
0003707373.tif 000004
【図４】
0003707373.tif 000005
【図５】
0003707373.tif 000006
【図６】
0003707373.tif 000007
【図７】
0003707373.tif 000008