(57)【要約】【課題】より精度の高い移動性能で走行面を移動する移動装置を提供する。【解決手段】移動装置１は、脚部１００ａ〜１００ｃを有する第一フレーム１０と、第一フレーム１０の脚部１００ａ〜１００ｃと隣り合うようにして配される脚部１１０ａ〜１１０ｃを有する第二フレーム１１と、互いに隣り合う脚部１００ａ〜１００ｃと脚部１１０ａ〜１１０ｃを連結するとともに、伸縮して脚部同士の離間距離を変更可能とする複数のアクチュエータ３０Ｆ〜３０Ｂと、複数のアクチュエータ３０Ｆ〜３０Ｂの各々が、第一フレーム１０の脚部１００ａ〜１００ｃと第二フレーム１１の脚部１１０ａ〜１１０ｃとの間に作用させる力が略一定となる条件を満たしながら、複数のアクチュエータ３０Ｆ〜３０Ｂの各々を伸縮させて、第一フレーム１０と第二フレーム１１を相対移動させる駆動制御部２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行面上に配される複数の脚部を有する第一フレームと、
前記走行面上に、前記第一フレームの前記脚部と隣り合うようにして配される複数の脚部を有する第二フレームと、
互いに隣り合う前記第一フレームの前記脚部と前記第二フレームの前記脚部を連結するとともに、伸縮して前記脚部同士の離間距離を変更可能とする複数のアクチュエータと、
前記第一フレームの前記脚部または前記第二フレームの前記脚部を一時的に走行面に固定する固定手段と、
前記複数のアクチュエータの各々が、前記第一フレームの前記脚部と前記第二フレームの前記脚部との間に作用させる力が略一定となる条件を満たしながら、前記複数のアクチュエータの各々を伸縮させて、前記第一フレームと前記第二フレームとを相対移動させる駆動制御部と、
を備えることを特徴とする移動装置。
【請求項２】
前記駆動制御部は、
前記複数のアクチュエータの各々における伸縮量と、当該複数のアクチュエータの各々が連結する前記脚部同士の離間距離の伸縮量と、を前記複数のアクチュエータの全てについて常に等しくするような制御に従って、前記第一フレームの前記脚部と前記第二フレームの前記脚部との間に作用させる力が略一定となる条件を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載の移動装置。
【請求項３】
前記第一フレームは、前記脚部を放射状に伸びるようにして少なくとも三つ有し、
前記第二フレームは、前記脚部を、それぞれが前記第一フレームの前記脚部の間に配置されるように、放射状に伸びるようにして少なくとも三つ有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動装置。
【請求項４】
前記複数のアクチュエータは、
前記第一フレームの各脚部と、これと隣り合う前記第二フレームの各脚部と、の間の各々に一つずつ、計六個備えられている
ことを特徴とする請求項３に記載の移動装置。
【請求項５】
前記複数のアクチュエータは、
入力する電気信号に応じて伸縮するとともに、自身に作用する力に対して弾性変形可能な弾性体であって、
前記駆動制御部は、
当該複数のアクチュエータが前記第一フレームの前記脚部と前記第二フレームの前記脚部との間に作用させる力を略一定とする条件を満たすように前記電気信号を前記アクチュエータの各々に出力する
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の移動装置。
【請求項６】
前記固定手段は、
前記第一フレームまたは前記第二フレームの各脚部に磁力を発生させ、当該脚部を一時的に走行面に固定するコイルである
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の移動装置。
【請求項７】
走行面上に配される複数の脚部を有する第一フレームと、
前記走行面上に、前記第一フレームの前記脚部と隣り合うようにして配される複数の脚部を有する第二フレームと、
互いに隣り合う前記第一フレームの前記脚部と前記第二フレームの前記脚部を連結するとともに、伸縮して前記脚部同士の離間距離を変更可能とする複数のアクチュエータと、
前記第一フレームの前記脚部または前記第二フレームの前記脚部を一時的に走行面に固定する固定手段と、を備える移動装置のコンピュータを、
前記複数のアクチュエータの各々が、前記第一フレームの前記脚部と前記第二フレームの前記脚部との間に作用させる力が略一定となる条件を満たしながら、前記複数のアクチュエータの各々を伸縮させて、前記第一フレームと前記第二フレームとを相対移動させる駆動制御手段、
として機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自走ロボット等に利用される移動装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器や半導体デバイス等の製品の小型化が進むに連れ、これら小型製品の量産を支える基盤技術として、微小な移動を制御できる小型移動装置の需要が高まっている。このような背景から、従来、圧電アクチュエータを駆動源とした精密自走機構（移動装置）の研究が行われている（特許文献１、非特許文献１）。
【０００３】
この研究では、一対のＵ字型のフレームを電磁石として交互に強磁性体性の走行面に吸着させ、アクチュエータの伸縮と同期させることで連続微動する尺取虫型の四点接地型移動装置の開発が進められている。これにより移動装置の小型化、軽量化を促進し、省エネルギー、低振動、定床面積、独立三自由度の経路生成を特長とする精密作業の実現が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１８９４２７号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】小林賢史、青山尚之、渕脇大海「小型自走機械群による超精密生産機械システム―第１１０報 二枚の板バネを用いた四点接地機構の開発―」２００８年度精密工学会春季大会学術講演会論文集、ｐ．８５−８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１及び非特許文献１に示す従来の四点接地型の移動装置では、その駆動中、本体が二本の軸足のみで吸着して固定される時間帯が存在するため、特に荷重搭載時においては、そのタイミングごとにＵ字型フレームの姿勢が傾倒する場合がある。そうすると、移動装置の動機構に対する制御のバランスが崩れ、移動距離の減少、直進性の悪化、振動の発生、その他特性のバラつき等を誘発し、微細制御が困難になるという問題が生じる。この問題を解決する手段としては、例えば移動装置の接地点数を増やし、移動装置本体が少なくとも三本の軸足で吸着して固定されるようにする手法が考えられる。しかしながら、移動装置の接地点数を増やそうとすると、必然的に当該移動装置の動機構は煩雑化し、当該同機構を構成する動力素子の搭載点数を増加させることになる。そうすると、制御の仕方によっては、各々の動力素子が与える動力が自装置本体に対して互いに相反する作用を及ぼし合うなどして、移動装置に過剰な負荷を与えてしまうようなケースが発生し得る。また動力素子の搭載点数が増加すると、当該動力素子ごとの伸縮特性のバラつきや組立バラつき等に起因して、移動距離の減少や直進性の悪化等、上記と同等の問題を誘発する原因となってしまう。
【０００７】
そこでこの発明は、上述の問題を解決することのできる移動装置及びプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の課題を解決すべくなされたもので、走行面上に配される複数の脚部を有する第一フレームと、前記走行面上に、前記第一フレームの前記脚部と隣り合うようにして配される複数の脚部を有する第二フレームと、互いに隣り合う前記第一フレームの前記脚部と前記第二フレームの前記脚部を連結するとともに、伸縮して前記脚部同士の離間距離を変更可能とする複数のアクチュエータと、前記第一フレームの前記脚部または前記第二フレームの前記脚部を一時的に走行面に固定する固定手段と、前記複数のアクチュエータの各々が、前記第一フレームの前記脚部と前記第二フレームの前記脚部との間に作用させる力が略一定となる条件を満たしながら、前記複数のアクチュエータの各々を伸縮させて、前記第一フレームと前記第二フレームとを相対移動させる駆動制御部と、を備えることを特徴とする移動装置である。
本発明によれば、駆動制御部の制御により、第一フレームの脚部と第二フレームの脚部との間に作用させる力が略一定となる条件を満たしながら、複数のアクチュエータの各々を伸縮させるので、第一フレームまたは第二フレームを相対移動させる場合において、各アクチュエータが互いに相反するような力を発生させることがない。したがって移動装置を、自装置に過剰な負荷を与えないように駆動させることができる。
【０００９】
また本発明は、上述の移動装置において、前記駆動制御部が、前記複数のアクチュエータの各々における伸縮量と、当該複数のアクチュエータの各々が連結する前記脚部同士の離間距離の伸縮量と、を前記複数のアクチュエータの全てについて常に等しくするような制御に従って、前記第一フレームの前記脚部と前記第二フレームの前記脚部との間に作用させる力が略一定となる条件を満たすことを特徴とする。
本発明によれば、駆動制御部の制御により、各アクチュエータにおける伸縮量と、当該アクチュエータの各々が連結する脚部同士の離間距離の伸縮量と、が全てのアクチュエータについて常に等しくなる。したがって、第一フレームの脚部と第二フレームの脚部との間に作用させる力が略一定となる条件がより具体的に実現される。
【００１０】
また本発明は、上述の移動装置において、前記第一フレームが、前記脚部を放射状に伸びるようにして少なくとも三つ有し、前記第二フレームが、前記脚部を、それぞれが前記第一フレームの前記脚部の間に配置されるように、放射状に伸びるようにして少なくとも三つ有することを特徴とする。
本発明によれば、第一フレーム及び第二フレームにより、移動装置がその駆動中において常に三つの脚部で支持される。したがって、移動装置本体の傾倒を防止することができる。また移動装置を、当目的を達成する上で簡素な構成とすることができる。
【００１１】
また本発明は、上述の移動装置において、前記複数のアクチュエータが、前記第一フレームの各脚部と、これと隣り合う前記第二フレームの各脚部と、の間の各々に一つずつ、計六個備えられていることを特徴とする。
本発明によれば、各アクチュエータのそれぞれが幾何学的な対称性をもって各脚部の間に配置される。したがって、アクチュエータごとの組立バラつきや伸縮特性のバラつき、熱膨張が相殺され、移動距離の減少、直進性、位置決め再現性、位置決め精度、振動の発生等を改善することができる。
【００１２】
また本発明は、上述の移動装置において、前記複数のアクチュエータが、入力する電気信号に応じて伸縮するとともに、自身に作用する力に対して弾性変形可能な弾性体であって、前記駆動制御部が、当該複数のアクチュエータが前記第一フレームの前記脚部と前記第二フレームの前記脚部との間に作用させる力を略一定とする条件を満たすように前記電気信号を前記アクチュエータの各々に出力することを特徴とする。
本発明によれば、各アクチュエータが電気信号に応じて伸縮するので、各アクチュエータの伸縮を電気的に制御することができる。また各アクチュエータが弾性体であるので、アクチュエータごとの伸縮特性のバラつき、組立バラつき、熱膨張を弾性により吸収することができる。また電気信号のノイズ等に起因する異常動作が生じても、当該弾性により吸収することで外乱に対する静的・動的な位置決め性能のロバスト性を向上させ、さらに故障を防止し、耐久性を向上させることができる。
【００１３】
また本発明は、上述の移動装置において、前記固定手段が、前記第一フレームまたは前記第二フレームの各脚部に磁力を発生させ、当該脚部を一時的に走行面に固定するコイルであることを特徴とする。
本発明によれば、コイルに電流を流すことで第一フレームまたは第二フレームの各脚部に磁力を発生させ、当該磁力により走行面に吸着固定させる。したがって、移動装置の駆動を電気的に制御することができる。
【００１４】
また本発明は、走行面上に配される複数の脚部を有する第一フレームと、前記走行面上に、前記第一フレームの前記脚部と隣り合うようにして配される複数の脚部を有する第二フレームと、互いに隣り合う前記第一フレームの前記脚部と前記第二フレームの前記脚部を連結するとともに、伸縮して前記脚部同士の離間距離を変更可能とする複数のアクチュエータと、前記第一フレームの前記脚部または前記第二フレームの前記脚部を一時的に走行面に固定する固定手段と、を備える移動装置のコンピュータを、前記複数のアクチュエータの各々が、前記第一フレームの前記脚部と前記第二フレームの前記脚部との間に作用させる力が略一定となる条件を満たしながら、前記複数のアクチュエータの各々を伸縮させて、前記第一フレームと前記第二フレームとを相対移動させる駆動制御手段、として機能させることを特徴とするプログラムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、より精度の高い移動性能で走行面を移動する移動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態による移動装置の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による移動装置の上面図である。
【図３】本発明の一実施形態による第一フレームの上面図及び正面図である。
【図４】本発明の一実施形態による第二フレームの上面図及び正面図である。
【図５】本発明の一実施形態による接地部材の正面図である。
【図６】本発明の一実施形態によるアクチュエータの構造及び機能を説明する図である。
【図７】本発明の一実施形態による移動装置の効果を説明する図である。
【図８】本発明の一実施形態による移動装置の駆動原理を説明する第一の図である。
【図９】本発明の一実施形態による移動装置の駆動原理を説明する第二の図である。
【図１０】本発明の一実施形態による移動装置の駆動原理を説明する第三の図である。
【図１１】本発明の一実施形態による移動装置の駆動原理を説明する第四の図である。
【図１２】本発明の一実施形態による移動装置の駆動原理を説明する第五の図である。
【図１３】本発明の一実施形態による移動装置の駆動原理を説明する第六の図である。
【図１４】本発明の一実施形態による移動装置の動力学モデルを説明する図である。
【図１５】本発明の一実施形態による移動装置の半動作ステップの挙動を説明する第一の図である。
【図１６】本発明の一実施形態による移動装置の半動作ステップの挙動を説明する第二の図である。
【図１７】本発明の一実施形態による移動装置を開ループで八方向に並進動作させた場合の実験結果を示す第一の図である。
【図１８】本発明の一実施形態による移動装置を開ループで八方向に並進動作させた場合の実験結果を示す第二の図である。
【図１９】本発明の一実施形態による駆動制御部の制御の算出に用いた各定数の値を示す図である。
【図２０】本発明の一実施形態による移動装置の並進移動時における変動係数と経路長を示す図である。
【図２１】本発明の一実施形態による移動装置をその場回転させた場合の実験結果を示す第一の図である。
【図２２】本発明の一実施形態による移動装置をその場回転させた場合の実験結果を示す第二の図である。
【図２３】本発明の一実施形態による移動装置をその場回転させた場合の理論値と実験値の比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態による移動装置を、図面を参照して説明する。なお以下の説明においては走行面に直交する座標成分をＺ軸で表し、走行面の法線方向（移動装置が置かれる側）を＋Ｚ方向、その反対方向を−Ｚ方向とする。また走行面の接線方向を、互いに直交するＸ軸（±Ｘ方向）、Ｙ軸（±Ｙ方向）で定義する。
【００１８】
（移動装置の全体構成）
図１は、本発明の一実施形態による移動装置の斜視図である。また図２は、本発明の一実施形態による移動装置の上面図である。これらの図において、符号１は移動装置である。
【００１９】
図１及び図２に示すように、本実施形態による移動装置１は、第一フレーム１０と第二フレーム１１を備えている。第一フレーム１０は、三方向に放射状に伸びるように三つの脚部１００ａ、１００ｂ、１００ｃを有してＹ字型に形成されている。また第二フレーム１１は、第一フレーム１０と同様に、三つの脚部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを有してＹ字型に形成されているが、当該脚部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃのそれぞれは、第一フレーム１０の脚部１００ａ、１００ｂ、１００ｃのそれぞれの間に配置される。
また第一フレーム１０は、放射状に三方向に伸びた脚部１００ａ、１００ｂ、１００ｃの各端部においてさらに−Ｚ方向に延伸し、走行面と接地する接地部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃを備えている。同様に第二フレームは、放射状に三方向に延伸する脚部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの各端部においてさらに−Ｚ方向に延伸し、走行面と接地する接地部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃを備えている。なお以降の説明では、脚部１００ａ、１００ｂ、１００ｃを総称して単に「脚部１００」と、脚部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを総称して単に「脚部１１０」と表記する。また接地部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃを総称して単に「接地部材２０」と、接地部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃを総称して単に「接地部材２１」と表記する。
【００２０】
また、図１及び図２に示すように、移動装置１は、第一フレーム１０の各脚部１００と第二フレーム１１の各脚部１１０との間に連結されるアクチュエータ３０Ｆ、３０Ｌ１、３０Ｒ１、３０Ｌ２、３０Ｒ２、３０Ｂを備えている。各アクチュエータ３０Ｆ、３０Ｌ１、３０Ｒ１、３０Ｌ２、３０Ｒ２、３０Ｂは、それぞれ隣り合う脚部同士（脚部１１０ｂと脚部１００ｃ、脚部１００ｃと脚部１１０ｃ、脚部１１０ｂと脚部１００ｂ、脚部１１０ｃと脚部１００ａ、脚部１００ｂと脚部１１０ａ、脚部１００ａと脚部１１０ａ）の間に、板部材５０ａ、５０ｂ並びに固定具６０（後述）を介して連結される。なお以降の説明では、これらアクチュエータ３０Ｆ、３０Ｌ１、３０Ｒ１、３０Ｌ２、３０Ｒ２、３０Ｂを総称して単に「アクチュエータ３０」と表記する。
【００２１】
アクチュエータ３０は、駆動制御部２（図１、図２）からの所定の電気信号に基づいて伸縮し、脚部１００、１１０同士の離間距離を変更可能とする機能部である。アクチュエータ３０（動力素子３００）の具体的な構成及び当該伸縮動作に伴う機能については後述する。なお本実施形態によるアクチュエータ３０は、図１及び図２に示すように、脚部１００と脚部１１０の間の各々において直列に連結された二つの動力素子３００で構成されるものとする。ただし本実施形態による移動装置１の各アクチュエータ３０はこの態様に限定されることはなく、一つの動力素子３００のみで構成されるものであってもよいし、三つ以上の動力素子３００で構成されるものであってもよい。
【００２２】
駆動制御部２は、各アクチュエータ３０に所定の電気信号を出力し、各々を伸縮させて、第一フレーム１０と第二フレーム１１とを相対移動させる機能部である。駆動制御部２は、複数のアクチュエータ３０の各々が、第一フレーム１０の脚部１００と第二フレーム１１の脚部１１０との間に作用させる力（各アクチュエータ３０の発生力）が略一定となる条件を満たしながらアクチュエータ３０の各々を伸縮させることを特徴としている。ここで駆動制御部２が出力する電気信号の波形パターンについては後述する。なお以降の説明では、上述した「複数のアクチュエータ３０の各々が、第一フレーム１０の脚部１００と第二フレーム１１の脚部１１０との間に作用させる力が略一定となる条件」を「内力の準一定化条件」とも記載することとする。
【００２３】
上述した通りアクチュエータ３０は、板部材５０ａ、５０ｂ及び固定具６０を介して第一フレーム１０の各脚部１００及び第二フレーム１１の各脚部１１０の間に連結固定される。ここで板部材５０ａは第一フレーム１０、第二フレーム１１の上面側（図２紙面手前側）からボルトで連結される。一方、板部材５０ｂは第一フレーム１０、第二フレーム１１の下面側（図２紙面奥手側）から、上記板部材５０ａと各脚部１００、１１０を挟むように対向してボルトで連結される。また固定具６０は、上記板部材５０ａ及び５０ｂに挟持されるように上下からボルトで締結されて固定されている。固定具６０は、走行面に対して垂直な側面にボルトを通す孔が設けられており、各アクチュエータ３０はボルトで、当該固定具６０の走行面に対して垂直な側面において連結されている。なお以降の説明では、板部材５０ａ、５０ｂを総称して単に「板部材５０」と記載する。
【００２４】
また図１及び図２に示すように、第一フレーム１０は、放射状に三方向に延伸する各脚部１００のそれぞれにコイル４０を備えている。同様に第二フレーム１１は、放射状に三方向に延伸する各脚部１１０のそれぞれにコイル４１を備えている。コイル４０は、後述するように、自身に電流が流れることで第一フレーム１０を電磁石として機能させ、その脚部１００及び接地部材２０に磁力を発生させる。同様にコイル４１は、自身に電流が流れることで第二フレーム１１を電磁石として機能させ、その脚部１１０及び接地部材２１に磁力を発生させる。このようにすることで、移動装置１は、強磁性体からなる走行面へ各接地部材２０、２１を交互に吸着、離脱させながら、上記アクチュエータ３０の伸縮と連動させることで走行面を走行することができる。
【００２５】
（第一フレームの構造）
図３は、本発明の一実施形態による第一フレームの上面図及び正面図である。この図において、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は正面図である。
図３（ａ）に示すように、第一フレーム１０は、平面視Ｙ字型の部材であり、中心部１０４から脚部１００ａ、１００ｂ、１００ｃが棒状に、互いになす角度（１２０°）を等しくして放射状に延伸して形成される。なお、本実施形態による第一フレーム１０の素材は、磁性材料として３％ケイ素鋼を選択している。これは、移動装置１の動作原理上、第一フレーム１０が電磁石の鉄心として機能することを鑑みて、磁気ヒステリシスが小さい材料を選択するためである。ここで磁気ヒステリシスが大きい材料を選択すると、コイル４０の電流を切断した際における鉄心（第一フレーム１０）の残留磁化が大きくなり、移動装置１の運動を阻害してしまう。ただし、本発明の他の実施形態においては、同等の目的が達成することができれば、他の材料を選択しても構わない。なお、第一フレーム１０の表面には腐食防止の目的で、例えばニッケルなどのめっき処理が施されてもよい。
【００２６】
また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第一フレーム１０は、脚部１００ａ、１００ｂ、１００ｃの端部それぞれに接地部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃを固定するための貫通孔１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを有している（以下、貫通孔１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃを総称して単に「貫通孔１０１」と記載する。）。貫通孔１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃは、それぞれ後述する接地部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃを固定するための孔であり、当該接地部材２０の長手方向（Ｚ方向）に沿って円形にくり抜かれるように形成されている（図３（ａ））。また、第一フレーム１０の端部には、その外面と、貫通孔１０１の内面とを連通するように、同じくＺ方向に沿って形成されたすり割り１０２が設けられている（図３（ａ））。各接地部材２０は、この貫通孔１０１の各々に通され、すり割り１０２をボルトで締めて、当該すり割り１０２の間隔を狭めることによって第一フレーム１０に固定される。
【００２７】
また、図３（ａ）に示すように、第一フレーム１０は、各脚部１００の端部から若干の距離を置いた位置に複数個の板バネ固定孔１０３ａ、１０３ｂが設けられている。板バネ固定孔１０３ａ、１０３ｂはそれぞれ上述した板部材５０ａ、５０ｂを第一フレーム１０に固定するためのボルト孔である。板部材５０ａは、上面（紙面手前側の面）に設けられた板バネ固定孔１０３ａに挿通されたボルトにより、上面側から第一フレーム１０に固定される。同様に、板部材５０ｂは、下面（紙面奥手側の面）に設けられた板バネ固定孔１０３ｂに挿通されたボルトにより、下面側から第一フレーム１０に固定される。
【００２８】
（第二フレームの構造）
図４は、本発明の一実施形態による第二フレームの上面図及び正面図である。この図において、図４（ａ）は上面図、図４（ｂ）は正面図である。
図４（ａ）に示すように、第二フレーム１１は、平面視Ｙ字型の部材であり、中心部１１４から脚部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが棒状に、互いになす角度（１２０°）を等しくして放射状に延伸して形成される。図４（ｂ）に示すように、第二フレーム１１はその中心部１１４付近で−Ｚ方向への若干の“窪み”が形成されている。ここで、第二フレーム１１は、移動装置１として組み立てられた際、上述した第一フレーム１０とお互いの中心部１０４、１１４において交差するように配置される。この“窪み”はその交差する中心部１１４付近において第一フレーム１０と干渉しないための溝として機能する。このようにすることで、第一フレーム１０の各脚部１００の間に、第二フレーム１１の各脚部１１０のそれぞれが配置される際に、計六個の各脚部１００、１１０全てが走行面に対して同一の水平面上に配置されることとなる。このとき、第一フレーム１０の各脚部１００及び第二フレーム１１の各脚部１１０のそれぞれは、互いに約６０°の角度をもって配置されることとなる。なお本実施形態による第二フレーム１１の素材は、上述した第一フレーム１０と同等であるため、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
（接地部材の構造）
図５は、本発明の一実施形態による接地部材の正面図である。
第一フレーム１０に固定される接地部材２０は、第一フレーム１０の各脚部１００と同様に電磁石の鉄心としての機能を有する。したがって、接地部材２０は第一フレーム１０と同じ磁性材料である３％ケイ素鋼で形成される。
【００３０】
接地部材２０は、上述したすり割り１０２の間隔を狭めて、貫通孔１０１の内周面で接地部材２０を狭持することにより第一フレーム１０に固定される。本実施形態では、すり割り１０２と直交するようにボルトが締め付けられることで、すり割り１０２の間隔が狭まって接地部材２０が固定される。第一フレーム１０は三つの接地部材２０と固定されるため、第一フレーム１０は走行面に対し三点接地される。本実施形態による移動装置１は、第一フレーム１０が三点接地することで、フレーム１０の二つの回転自由度（Ｘ軸回りの回転方向、Ｙ軸回りの回転方向）、および±Ｚ方向の位置決め自由度を拘束し、位置決め自由度を走行面上の±Ｘ方向、±Ｙ方向並びにＺ軸回りの回転方向の三方向（Ｘ、Ｙ、Θ）に限定することができる。
接地部材２０の−Ｚ方向の先端に形成された接地部２０１は、表面が−Ｚ方向、すなわち走行面に向かって凸となる曲面となっているのが望ましい。特に、接地部材２０の長手方向の中心軸と曲面の−Ｚ方向の極小点が一致するように曲面を選択すれば、走行面が粗い場合でも接地部２０１をその極小点近傍つまり中心軸付近に止めることができる。するとフレーム１０の走行面との接触点は、走行面が粗い場合でもほぼ一定の正三角形を形成する。三つの接触点の幾何学的な位置関係がほぼ一定となることで、拘束されている二つの回転角度（Ｘ軸回りの回転方向、Ｙ軸回りの回転方向）、及び、±Ｚ方向の変位の変動を小さくできる。これにより、走行面の不均一性による、位置決め再現性への影響を小さくすることができる。
同様の理由により、接地部材２１の−Ｚ方向を同様な曲面とすることで、フレーム１１の走行面との接地点は、常に一定の正三角形となり、フレーム１１の二つの回転角度（Ｘ軸回りの回転方向、Ｙ軸回りの回転方向）、及び、±Ｚ方向の変位の変動を小さくできる。これにより、走行面の不均一性による、位置決め再現性への影響を小さくすることができる。
【００３１】
さらに、ボルトが緩められてすり割り１０２の間隔が広がることにより、接地部材２０は貫通孔１０１から容易に引き抜かれる。これにより、利用者は、移動装置１の走行時の摩擦等により接地部材２０の接地部２０１が磨耗した場合でも、接地部材２０を容易に交換することができる。また接地部材２０は、Ｚ軸に沿って＋Ｚ方向および−Ｚ方向に移動することができる。これにより、利用者は、移動装置１の組立て時やメンテナンス時等において、各接地部材２０の走行面に対する高さを容易に調整することができる。
なお本実施形態においては、第二フレーム１１に固定される接地部材２１も、上述した接地部材２０と同等の構造を有するものとして、その説明を省略する。
【００３２】
（アクチュエータの構造及び機能）
図６は、本発明の一実施形態によるアクチュエータの構造及び機能を説明する図である。
以下、本実施形態による移動装置１の各アクチュエータ３０を構成する動力素子３００の構造について説明する。動力素子３００は、図６に示すように、圧電体を複数重ねた積層型圧電素子３０１を用いることで、電気信号により伸縮自在とする機能を有している。ここで積層型圧電素子３０１の変位量は約６μｍ／１００Ｖ程度であるが、図６に示す変位増幅機構３０２により、約１００μｍ／１００Ｖ程度まで変位量を増幅している。ここで積層型圧電素子３０１は、その伸縮する方向を、アクチュエータ３０として伸縮する方向である第一フレーム１０の脚部１００と第二フレーム１１の脚部１１０とが近接離間する方向と直交する方向としている。変位増幅機構３０２は、図６に示すように、積層型圧電素子３０１の伸長力を、これに直交する方向に沿った圧縮力に変位量を反転増幅して変換する機構である。この変位増幅機構３０２によって増幅された変位量をもって変位する方向を動力素子３００の「変位方向」、すなわち本実施形態によるアクチュエータ３０の「変位方向」とする。したがってアクチュエータ３０の変位方向は、第一フレーム１０の脚部１００と第二フレーム１１の脚部１１０とが近接離間する方向となるように設定される。なお動力素子３００は、以上のような変位増幅機構３０２を有する構成であることから、変位方向に弾性変形可能な「弾性体」として機能する。
【００３３】
また上述した通り、アクチュエータ３０は上記のような動力素子３００を二つ直列に連結して構成される。これにより、動力素子３００が一個の場合と比較して、二倍の変位量を確保することができる。そうすると、移動装置１の１ステップ動作の移動距離を延ばすことができ、移動装置１の移動スピードを向上させることができる。なお「１ステップ動作」とは、第一フレーム１０の接地部材２０もしくは第二フレーム１１の接地部材２１が、走行面への固定を解除され、移動してから再び固定されるまでを、第一フレーム１０、第二フレーム１１が交互に一回ずつ行う一連の動作をいう。
【００３４】
動力素子３００が弾性体であるため、当該動力素子３００によって構成される各アクチュエータ３０も全て弾性体である。ここで、弾性体であるアクチュエータ３０に何ら外力が与えられていない状態を変位量“０”とし、この状態からアクチュエータ３０に何らかの力を作用させることで変位方向に圧縮、伸長した際の変位量を「変位量ｄ」（圧縮する方向を−、伸長する方向を＋）で表すこととする。またアクチュエータ３０は駆動制御部２（図１、図２）に電気配線を介して接続されている。駆動制御部２は、当該電気配線を介して所定の電気信号を出力して積層型圧電素子３０１を伸縮させることにより、アクチュエータ３０を伸縮することができる。
【００３５】
このような特性を有するアクチュエータ３０を、第一フレーム１０の脚部１００ａ、１００ｂ、１００ｃと、第二フレーム１１の脚部１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃとの間にそれぞれ配置する。具体的には、例えばアクチュエータ３０Ｆは、板部材５０ａ、５０ｂ並びに固定具６０を介して、脚部１００ｃと脚部１１０ｂの間に配置される（図１、図２）。他のアクチュエータ３０（３０Ｌ１、３０Ｒ１、３０Ｌ２、３０Ｒ２、３０Ｂ）についても、それぞれの脚部１００と脚部１１０の間に配置される。
【００３６】
ところで、移動装置１の重量のうち、コイル４０、４１および脚部１００、１１０の重量がその大きな割合を占める。また、コイル４０、４１は走行面の近傍に配置されることとなる。ここで、板部材５０ａと、板部材５０ｂとの間に挟持されるように取り付けられた固定具６０を介してアクチュエータ３０を連結することにより、当該アクチュエータ３０は、コイル４０、４１および脚部１００、１１０と、走行面からほぼ同一の高さに配置されることとなる。このようにすることで、移動装置１の構成を全体として扁平化し、低重心化を図ることができる。これにより、移動装置１の加速および停止時における慣性モーメントによる姿勢の変化を低減することができるので、より良好な移動性能を確保することができる。
【００３７】
（コイルの構造及び機能）
図１及び図２に示すように、第一フレーム１０の各脚部１００には走行面に接地部材２０を固定するための磁力を発生させるコイル４０が配置されている。コイル４０は、表面が樹脂でコーティングされた銅線で構成されており、絶縁紙や樹脂等からなる不図示の絶縁体を介して、第一フレーム１０の各脚部１００に巻回されている。コイル４０は、図２に示す駆動制御部２に接続されており、駆動制御部２からコイル４０に電流を供給することにより、第一フレーム１０及び接地部材２０が電磁石として作用する。コイル４０は、流れる電流に基づいて自身を励磁または消磁させることにより、強磁性材料で形成された走行面に、第一フレーム１０及び接地部材２０を一時的に吸着または離脱させる固定手段として機能する。
【００３８】
なお、本実施形態では、第一フレーム１０に取り付けられる三個の各コイル４０は、配線接続で直列に接続されている。したがって、三個のコイル４０を駆動制御部２で制御することにより、第一フレーム１０の接地部材２０ａ、２０ｂ、２０ｃを同時に走行面に吸着または離脱させることができる。このように、一つの制御信号で三個のコイル４０を同時に制御することができるので、移動装置１についての制御信号を簡素化することができる。なお本実施形態においては、第二フレーム１１の各脚部１１０に配置されるコイル４１も、上述したコイル４０と同等の構造及び機能を有するものとして、その説明を省略する。
【００３９】
（板部材の構造）
上述したとおり、第一フレーム１０、第二フレーム１１及びアクチュエータ３０は、板部材５０ａ、５０ｂを介して接続されている。板部材５０ａ、５０ｂは、りん青銅やアルミ、樹脂等の非磁性材料からなる平板部材である。非磁性材料としたのは、前述の第一フレーム１０および第二フレーム１１は電磁石の鉄心として磁路を形成するので、当該第一フレーム１０、第二フレーム１１に接続される板部材５０ａ、５０ｂにより、磁気干渉や磁束漏れ等が発生するのを防止するためである。板部材５０ａの平板面の中央付近には、取付孔５００ａが複数個所形成されている（図２）。板部材５０ａは、当該取付孔５００ａにボルトを挿通させて第一フレーム１０及び第二フレーム１１に上面側（図２紙面手前側）から固定される。同様に、板部材５０ａと脚部１００、１１０を挟んで対抗する板部材５０ｂは、その平板面の中央付近に形成された取付孔５００ｂ（図示せず）にボルトを挿通させて第一フレーム１０及び第二フレーム１１に背面側（図２紙面奥手側）から固定される。
また板部材５０ａの平板面の両端部付近には、取付孔５０１ａが複数箇所形成されている（図２）。同様に、板部材５０ｂの平板面の両端部付近には、取付孔５０１ｂが複数箇所形成されている（図示せず）。
【００４０】
図１及び図２に示すように、板部材５０ａは、第一フレーム１０および第二フレーム１１の各脚部１００、１１０に形成された板バネ固定孔１０３ａにボルトで＋Ｚ側から固定される。一方、板部材５０ａは、上述した固定具６０を＋Ｚ側からボルトで固定する。具体的には、板部材５０ａの両端部付近の取付孔５０１ａにボルトを挿通して＋Ｚ方向から締め付けることにより、板部材５０ａに固定具６０を固定する。同様に、板部材５０ｂは、上述した固定具６０を−Ｚ側からボルトで固定する。具体的には、板部材５０ｂの両端部付近の取付孔５０１ｂ（図示せず）にボルトを挿通して−Ｚ方向から締め付けることにより、板部材５０ｂに固定具６０を固定する。
なお、板部材５０ａ、５０ｂは、Ｚ方向に可撓性を有する素材を用いてもよい。このようにすることで、移動装置１の走行時に、走行面の凹凸による衝撃を吸収し、移動装置１の運動を安定化することができる。
【００４１】
（固定具の構造）
図１及び図２に示すように、各アクチュエータ３０は固定具６０に連結されて各脚部１００、１１０の間に固定される。固定具６０は、磁気干渉や磁束漏れ等が発生するのを防止するため、板部材５０ａ、５０ｂと同等の材料が選択される。固定具６０は上面（図２紙面手前側）及び下面（図２紙面奥手側）にボルトを通す孔が設けられており、上述したように板部材５０ａと板部材５０ｂに挟持されるように上下から固定される。そして、固定具６０は、その側面に設けられた孔を挿通するボルトにより、アクチュエータ３０を、その変位方向が走行面と平行となるように固定する。
【００４２】
図７は、本発明の一実施形態による移動装置の効果を説明する図である。
以上に説明したように、本実施形態による移動装置１は、第一フレーム１０、第二フレーム１１の各脚部１００、１１０のそれぞれを計六個の駆動機構であるアクチュエータ３０で連結する構成となっている。ここで移動装置１の実際の歩行動作においては、各アクチュエータ３０（図６参照）が入力する電圧信号に応じて伸縮動作を繰り返すうちに、少しずつ発熱して熱を帯びていくこととなる。そうすると、熱膨張による各アクチュエータ３０自身の大きさ及び伸縮の特性が発熱に応じて変化する。
【００４３】
図７（ａ）には、アクチュエータ３０を三個有して構成された移動装置の模式図を示している。移動装置１は、図７（ａ）に示すように、アクチュエータ３０を三個のみ有する構成であったとしても、当該三個のアクチュエータ３０を所望に伸縮させることで、理論上、任意の方向に移動・回転することが可能である。ここで、図７（ａ）に示した移動装置１において、その歩行動作に応じて当該三個のアクチュエータ３０がΔｄだけ伸長（熱膨張）した場合を考える。すると三個のアクチュエータ３０は、それぞれがΔｄだけ伸長した分だけ第一フレーム１０に対し、回転方向に一定の変位を付与することになる（図７（ａ）参照）。そうすると、アクチュエータ３０を三個のみ有する移動装置１は、特定の方向への歩行動作を繰り返すうちに、当該付与された回転方向の変位に応じてその移動方向に誤差を生じさせてしまう。
【００４４】
一方、図７（ｂ）には、上述したようにアクチュエータ３０を六個有して構成された移動装置の模式図を示している。ここで、図７（ｂ）に示した移動装置１において、その歩行動作に応じて当該六個のアクチュエータ３０がΔｄだけ熱膨張した場合を考える。すると、図７（ｂ）に示すように、六個のアクチュエータ３０はそれぞれΔｄだけ熱膨張して第一フレーム１０に変位を与えようとするが、隣り合うアクチュエータ３０からのΔｄの変位により互いに均等に打ち消し合う作用が生じる（図７（ｂ）参照）。すなわち、移相器１は、各アクチュエータ３０の熱膨張によっても第一フレーム１０と第二フレーム１１の相対位置が変動しない構成となっている。
【００４５】
以上より、本実施形態による移動装置１は、第一フレーム１０、第二フレーム１１の各脚部１００、１１０に計六個のアクチュエータ３０を有する構成とすることで、その精密位置決め性能を向上させることができる。また、移動装置１の動力源であるアクチュエータ３０の数を増やすことで推力を増加し、積載荷重、加速度を向上する効果も得ることができる。
【００４６】
（移動装置の動作）
移動装置１は、一方のＹ字型フレーム（第一フレーム１０）を三点で走行面に固定しながら、他方のＹ字型フレーム（第二フレーム１１）を当該アクチュエータ３０の伸縮で相対移動させた後、走行面に固定する。移動装置１は、これを交互に繰り返しながら尺取虫のように移動することを特徴とする。以下、駆動制御部２による具体的な制御手段について図面を参照しながら説明する。
【００４７】
図８、図９は、本発明の一実施形態による移動装置の駆動原理を説明する第一の図、第二の図である。この図において、図８（ａ）〜（ｉ）は各アクチュエータ３０の変位量等を示すグラフであり、図９（ａ）、（ｂ）はある期間におけるアクチュエータ３０の伸縮と移動装置１の状態を説明する図である。
【００４８】
図８（ａ）〜（ｆ）に示すグラフは、移動装置１が＋Ｘ方向（図９（ａ）、（ｂ）紙面上方向）に並進移動を行う場合の各アクチュエータ３０の変位量ｄの時間変化を示している。ここで図８（ａ）〜（ｆ）に示すグラフは、横軸に時刻ｔを、縦軸に各アクチュエータ３０の変位量ｄを示している。ここで、グラフの縦軸はそのアクチュエータ３０が伸長する方向を正にとっている。また、各アクチュエータ３０は、駆動制御部２からの全ての電気信号の入力が無い状態（以下、これを移動装置１の「初期状態」と定義する。）においてオフセットｌ０（＜０）の変位量で釣り合っているものとする。すなわち、初期状態においては、六個のアクチュエータ３０はそれぞれの変位方向について互いに変位量ｌ０だけ圧縮された状態で平衡状態を保っているものとする。また、各アクチュエータ３０Ｆ、３０Ｂ、３０Ｒ１、３０Ｒ２、３０Ｌ１、３０Ｌ２の変位量ｄをそれぞれｄＦ、ｄＢ、ｄＲ１、ｄＲ２、ｄＬ１、ｄＬ２とする。また各アクチュエータ３０Ｆ、３０Ｂ、３０Ｒ１、３０Ｒ２、３０Ｌ１、３０Ｌ２の、オフセットｌ０を中心とした片振幅をそれぞれＡＦ、ＡＢ、ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＬ１、ＡＬ２とし、いずれのアクチュエータ３０もその最大値及び最小値が＋Ａ及び−Ａであるものとする。
【００４９】
なお本実施形態による移動装置１では、上述したオフセットｌ０（＜０）を、アクチュエータ３０の圧縮方向への機械的な最大変位量の半分の値に設定する。ここでアクチュエータ３０内部の積層型圧電素子３０１（図６）には一般的に市販される積層型圧電素子を用いることができるが、この場合、駆動制御部２から入力される電気信号と変位量との良好な線形性を得るために、専ら入力される電気信号に対して「伸長する方向」の特性のみが使用される。したがって、各アクチュエータ３０が電気信号に対して良好な線形性を得られるのは、その変位方向に対して「圧縮する方向」のみとなる。よって、移動装置１の各アクチュエータ３０は、その圧縮方向への最大変位量の半分の値がオフセットｌ０として与えられることで、このオフセットｌ０を基準に２ｌ０≦ｄＦ〜ｄＬ２≦０の範囲で往復運動することとなる。その結果各アクチュエータ３０は、入力される電気信号に基づいて「伸縮」可能な駆動機構であるかのように振る舞うことができる。
【００５０】
図８（ｇ）、（ｈ）に示すグラフは、それぞれ第一フレーム１０、第二フレーム１１の走行面に対する吸着力を示すグラフである。ここで、図８（ｇ）、（ｈ）は、横軸に時間を、縦軸に第一フレーム１０、第二フレーム１１の電磁石としての吸着力を示している。また図８（ｉ）に示すグラフは、＋Ｘ方向への移動距離を示すグラフである。ここで、図８（ｉ）は、横軸に時間を、縦軸に第一フレーム１０、第二フレーム１１の＋Ｘ方向への移動距離を示している。
【００５１】
まず図８（ｇ）、（ｈ）によると、時刻Ｔ／４〜時刻３Ｔ／４の期間において、第一フレーム１０の吸着力はゼロであり、また同期間において第二フレーム１１は所定の吸着力Ｆｍａｇを発生している。すなわち、この期間においては、第二フレーム１１は走行面に固定された状態で、第一フレーム１０が走行面を移動する。一方、時刻３Ｔ／４〜時刻５Ｔ／４の期間においては、第一フレーム１０は所定の吸着力Ｆｍａｇを発生させており、また同期間において第二フレーム１１の吸着力はゼロである。すなわち、この期間においては、第一フレーム１０が走行面に固定された状態で、第二フレーム１１が走行面を移動する。
【００５２】
図９（ａ）は、時刻Ｔ／４〜時刻３Ｔ／４の期間において、第一フレーム１０が第二フレーム１１に対して相対移動する様子を示している。この場合、図８（ａ）〜（ｆ）に示すように駆動制御部２は、時刻Ｔ／４〜時刻３Ｔ／４の期間において、アクチュエータ３０Ｆ、３０Ｂを変位量ｌ０に維持したまま、アクチュエータ３０Ｒ１、３０Ｌ２を圧縮する方向へ変位させ、アクチュエータ３０Ｒ２、３０Ｌ１を伸長する方向へ変位させる。ここで駆動制御部２は、アクチュエータ３０Ｒ１、３０Ｌ２の圧縮方向への変位量を最大で“−Ａ”、アクチュエータ３０Ｒ２、３０Ｌ１の伸長方向への変位量を最大で“＋Ａ”となるように変位させる（図８（ａ）〜（ｆ））。各アクチュエータ３０が上記のように伸縮することで、第一フレーム１０が第二フレーム１１に対して＋Ｘ方向に並進移動する（図８（ｉ）、図９（ａ））。
【００５３】
図９（ｂ）は、時刻３Ｔ／４〜時刻５Ｔ／４の期間において、第二フレーム１１が第一フレーム１０に対して相対移動する様子を示している。この場合、図８（ａ）〜（ｆ）に示すように、駆動制御部２は、時刻３Ｔ／４〜時刻５Ｔ／４の期間において、アクチュエータ３０Ｆ、３０Ｂを変位量ｌ０に維持したまま、アクチュエータ３０Ｒ１、３０Ｌ２を伸長する方向へ変位させ、アクチュエータ３０Ｒ２、Ｌ１を圧縮する方向へ変位させる。ここで駆動制御部２は、アクチュエータ３０Ｒ１、３０Ｌ２の伸長方向への変位量を最大で“＋Ａ”、アクチュエータ３０Ｒ２、３０Ｌ１の圧縮方向への変位量を最大で“−Ａ”となるように変位させる（図８（ａ）〜（ｆ））。各アクチュエータ３０が上記のように伸縮することで、第二フレーム１１が第一フレーム１０に対して＋Ｘ方向に並進移動する（図８（ｉ）、図９（ｂ））。
【００５４】
図１０、図１１は、本発明の一実施形態による移動装置の駆動原理を説明する第三の図、第四の図である。この図において、図１０（ａ）〜（ｉ）は各アクチュエータ３０の変位量等を示すグラフであり、図１１（ａ）、（ｂ）はある期間におけるアクチュエータ３０の伸縮と移動装置１の状態を説明する図である。なお、図１０（ａ）〜（ｉ）の各グラフが示す意味については、図８（ａ）〜（ｉ）の各グラフと同等である。
【００５５】
図１０（ａ）〜（ｆ）に示すグラフは、移動装置１が＋Ｙ方向（図１１（ａ）、（ｂ）紙面右方向）に並進移動を行う場合の各アクチュエータ３０の変位量の時間変化を示している。
【００５６】
図１０（ｇ）、（ｈ）によると、時刻Ｔ／４〜時刻３Ｔ／４の期間において、第一フレーム１０の吸着力はゼロであり、また同期間において第二フレーム１１は所定の吸着力Ｆｍａｇを発生している。すなわち、この期間においては、第二フレーム１１は走行面に固定された状態で、第一フレーム１０が走行面を移動する。一方、時刻３Ｔ／４〜時刻５Ｔ／４の期間においては、第一フレーム１０は所定の吸着力Ｆｍａｇを発生させており、また同期間において第二フレーム１１の吸着力はゼロである。すなわち、この期間においては、第一フレーム１０が走行面に固定された状態で、第二フレーム１１が走行面を移動する。
【００５７】
図１１（ａ）は、時刻Ｔ／４〜時刻３Ｔ／４の期間において、第一フレーム１０が第二フレーム１１に対して相対移動する様子を示している。この場合、図１０（ａ）〜（ｆ）に示すように、駆動制御部２は、時刻Ｔ／４〜時刻３Ｔ／４の期間において、アクチュエータ３０Ｆ、３０Ｂを圧縮する方向へ変位させ、一方、アクチュエータ３０Ｒ１、３０Ｒ２、３０Ｌ１、３０Ｌ２をいずれも伸長する方向へ変位させる。ただし、駆動制御部２は、アクチュエータ３０Ｆ、３０Ｂの圧縮方向への変位量を最大で“−Ａ”とするのに対し、アクチュエータ３０Ｒ１、３０Ｒ２、３０Ｌ１、３０Ｌ２の伸長方向への変位量を最大で“＋Ａ／２”とすることに留意する（図１０（ａ）〜（ｆ））。各アクチュエータ３０が上記のように伸縮することで、第一フレーム１０が第二フレーム１１に対して＋Ｙ方向に並進移動する（図１０（ｉ）、図１１（ａ））。
【００５８】
図１１（ｂ）は、時刻３Ｔ／４〜時刻５Ｔ／４の期間において、第二フレーム１１が第一フレーム１０に対して相対移動する様子を示している。この場合、図１０（ａ）〜（ｆ）に示すように、駆動制御部２は、時刻３Ｔ／４〜時刻５Ｔ／４の期間において、アクチュエータ３０Ｆ、３０Ｂを伸長する方向へ変位させ、一方、アクチュエータ３０Ｒ１、３０Ｒ２、３０Ｌ１、３０Ｌ２をいずれも圧縮する方向へ変位させる。ただし、駆動制御部２は、アクチュエータ３０Ｆ、３０Ｂの伸縮方向への変位量を最大で“＋Ａ”とするのに対し、アクチュエータ３０Ｒ１、３０Ｒ２、３０Ｌ１、３０Ｌ２の圧縮方向への変位量を最大で“−Ａ／２”とすることに留意する（図１０（ａ）〜（ｆ））。各アクチュエータ３０が上記のように伸縮することで、第二フレーム１１が第一フレーム１０に対して＋Ｙ方向に並進移動する（図１０（ｉ）、図１１（ｂ））。
【００５９】
図１２、図１３は、本発明の一実施形態による移動装置の駆動原理を説明する第五の図、第六の図である。この図において、図１２（ａ）〜（ｉ）は各アクチュエータ３０の変位量等を示すグラフであり、図１３（ａ）、（ｂ）はある期間におけるアクチュエータ３０の伸縮と移動装置１の状態を説明する図である。なお、図１２（ａ）〜（ｉ）の各グラフが示す意味については、図８（ａ）〜（ｉ）及び図１０（ａ）〜（ｉ）の各グラフと同等である。
【００６０】
図１２（ａ）〜（ｆ）に示すグラフは、移動装置１が紙面時計回りに回転移動を行う場合の各アクチュエータ３０の変位量の時間変化を示している。
【００６１】
図１２（ｇ）、（ｈ）によると、時刻Ｔ／４〜時刻３Ｔ／４の期間において、第二フレーム１１は走行面に固定された状態で、第一フレーム１０が走行面を移動する。一方、時刻３Ｔ／４〜時刻５Ｔ／４の期間においては、第一フレーム１０が走行面に固定された状態で、第二フレーム１１が走行面を移動する。
【００６２】
図１３（ａ）は、時刻Ｔ／４〜時刻３Ｔ／４の期間において、第一フレーム１０が第二フレーム１１に対して相対移動する様子を示している。この場合、図１２（ａ）〜（ｆ）に示すように、駆動制御部２は、時刻Ｔ／４〜時刻３Ｔ／４の期間において、アクチュエータ３０Ｆ、３０Ｒ２、３０Ｌ２を圧縮する方向へ変位させ、一方、アクチュエータ３０Ｒ１、３０Ｂ、３０Ｌ１をいずれも伸長する方向へ変位させる。ここで、駆動制御部２は、アクチュエータ３０Ｆ、３０Ｒ２、３０Ｌ２の圧縮方向への変位量を最大で“−Ａ”、アクチュエータ３０Ｒ１、３０Ｂ、３０Ｌ１の伸長方向への変位量は最大で“＋Ａ”となるように変位させる（図１２（ａ）〜（ｆ））。各アクチュエータ３０が上記のように伸縮することで、第一フレーム１０が第二フレーム１１に対して時計回りに回転移動する（図１２（ｉ）、図１３（ａ））。
【００６３】
図１３（ｂ）は、時刻３Ｔ／４〜時刻５Ｔ／４の期間において、第二フレーム１１が第一フレーム１０に対して相対移動する様子を示している。この場合、図１２（ａ）〜（ｆ）に示すように、駆動制御部２は、時刻３Ｔ／４〜時刻５Ｔ／４の期間において、アクチュエータ３０Ｆ、３０Ｒ２、３０Ｌ２は伸長する方向へ変位させ、一方、アクチュエータ３０Ｒ１、３０Ｂ、３０Ｌ１はいずれも圧縮する方向へ変位させる。ここで駆動制御部２は、アクチュエータ３０Ｆ、３０Ｒ２、３０Ｌ２の伸長方向への変位量は最大で“＋Ａ”、アクチュエータ３０Ｒ１、３０Ｂ、３０Ｌ１の圧縮方向への変位量は最大で“−Ａ”となるように変位させる（図１２（ａ）〜（ｆ））。各アクチュエータ３０が上記のように伸縮することで、第二フレーム１１が第一フレーム１０に対して時計回りに回転移動する（図１２（ｉ）、図１３（ｂ））。
なお、上述した通り、図８、図１０及び図１２において、移動装置１が時刻Ｔ／４〜時刻５Ｔ／４の期間に行う一連の動作を「１ステップ動作」と定義している。また、以降の説明において時刻Ｔ／４〜時刻３Ｔ／４、若しくは、時刻３Ｔ／４〜時刻５Ｔ／４の期間における第一フレーム１０、または、第二フレーム１１いずれか一方のみの動作を「半ステップ動作」と呼ぶこととする。
【００６４】
（駆動制御部の機能）
本実施形態による駆動制御部２は、各アクチュエータ３０が第一フレーム１０と第二フレーム１１との間に作用させる力を略一定とする条件を満たしながら各々を伸縮させることを特徴とする。すなわち駆動制御部２は、各アクチュエータ３０の各々が作用させている力（各アクチュエータ３０の発生力）を、それぞれのアクチュエータ３０について常に一定に保ちながら相対移動の制御を行う。なお、図８〜図１３を用いて示した各種制御方法はその一例である。以下、駆動制御部２が各アクチュエータ３０に対して行う制御方法について具体的に説明する。
【００６５】
まず、駆動制御部２が各アクチュエータ３０に任意の電気信号を出力した場合において、本実施形態による移動装置１の可動側のフレーム（以下の説明において、第一フレーム１０とする）は、固定側のフレーム（以下の説明において、第二フレーム１１とする）に対してどのように相対移動するかを考える。
【００６６】
ここで、上記に説明した移動装置１の機能構成によれば、第一フレーム１０の相対移動の仕方は、Ｘ方向への並進移動、Ｙ方向への並進移動、角度Θの回転移動の組み合わせで表すことができる。一方、駆動制御部２が出力すべき電気信号は、各々のアクチュエータ３０について一信号ずつであるから合計で六つとなる。なお電気信号の電圧値と各アクチュエータ３０の片振幅ＡＦ〜ＡＬ２は線形の関係にあり、一対一に対応する。よって以降の説明では、駆動制御部２が出力する電気信号の電圧値を、その電圧値によって与えられるアクチュエータ３０の片振幅ＡＦ〜ＡＬ２で表すこととする。このように考えると、第一フレーム１０は、６自由度（ＡＦ、ＡＢ、ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＬ１、ＡＬ２）の入力に対し、３自由度（Ｘ、Ｙ、Θ）の出力が成される系と考えることができる。以下、ここで挙げた入力と出力の関係を、動力学モデルを用いて具体的に説明する。
【００６７】
図１４は、本発明の一実施形態による移動装置の動力学モデルを説明する図である。
図１４に示す動力学モデルでは、第二フレーム１１を固定し、第一フレーム１０を３自由度で振動させる動力学モデルを定義している。ここで、当該動力学モデルは、各アクチュエータ３０を変位量ｄ（ｄＦ、ｄＢ、ｄＲ１、ｄＲ２、ｄＬ１、ｄＬ２）及び圧縮とせん断の二つの線形バネ（それぞれのバネ定数をｋＬ、ｋＳとする。）によりモデル化している（図１４）。この動力学モデルにおいて第一フレーム１０は、これら計１２個のバネにより各方向から吊られた剛体とみなされる。上述した６自由度（ＡＦ、ＡＢ、ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＬ１、ＡＬ２）の入力と、３自由度（Ｘ、Ｙ、θ）の出力との関係は、これらのバネの復元力、慣性力がつり合う条件から求めることができる。
【００６８】
図１４において、第二フレーム１１は固定されているものとし、第一フレーム１０は、この第二フレーム１１を基準として、六個のアクチュエータ（１２個のバネ）の変位に基づいて相対移動するものとする。図１４に示されるＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、第一フレーム１０の三つの端部Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３それぞれを原点とする絶対座標系に基づく位置を表している。ＰＧ１は第一フレーム１０の重心点に張られた絶対座標系に基づく位置を表している。
【００６９】
図１５は、本発明の一実施形態による移動装置の半動作ステップの挙動を説明する第一の図である。また図１６は、本発明の一実施形態による移動装置の半動作ステップの挙動を説明する第二の図である。
ここで、第一フレーム１０の挙動を並進移動及び回転移動に分離して説明する。
【００７０】
図１５は、図１４に示した第一フレーム１０がベクトルＬに沿って並進移動した様子を示している。ここでベクトルＬの直交座標における成分は（ｘＧ１、ｙＧ１）であったとする。そうすると、図１５におけるＰＧ１が示す位置は座標（ｘＧ１、ｙＧ１）となる。また、第一フレーム１０の各端部におけるＰ１’、Ｐ２’、Ｐ３’の位置もそれぞれの座標系においてベクトルＬだけ並進移動した位置、すなわち座標（ｘＧ１、ｙＧ１）となる。なお、ベクトルＬは変位量Ｗ、方位φをもって表すこともできる（図１５）。
【００７１】
図１６は、第一フレーム１０がベクトルＬ（ｘＧ１、ｙＧ１）の並進移動（図１５）の後、さらに角度θだけ回転した様子を示している。このときの各端部における移動成分をベクトルＲ１〜Ｒ３で表す。各ベクトルＲ１〜Ｒ３は、その変位量をｒθ、方位を図１６に示す円の接線方向と近似して式（１）のように表される。なお、本実施形態による移動装置１の各脚部１００の長さｒは約３９ｍｍである一方、アクチュエータ３０の変位量ｄは大きく見積もっても２００μｍ程度であり、ｒと比較して微小である。したがって、上述の近似においては、第一フレーム１０の回転移動に関わらず、アクチュエータ３０による力の作用方向は一定であるとしている。
【００７２】
【数１】
2014177152.tif 000003
【００７３】
ここでＰ１は、Ｐ１’からベクトルＲ１だけ移動した位置に存在する。したがって、Ｐ１の位置（座標（ｘ１、ｙ１））はベクトルＬとベクトルＲ１の和で示される。同様に、Ｐ２の位置（座標（ｘ２、ｙ２））はベクトルＬとベクトルＲ２の和、Ｐ３の位置（座標（ｘ３、ｙ３））はベクトルＬとベクトルＲ３の和で示される。以上より、式（２）が導かれる。
【００７４】
【数２】
2014177152.tif 000004
【００７５】
次に、図１４に示した動力学モデルの解を求める。Ｐ１〜Ｐ３に作用する力（それぞれ、ベクトルＦ１〜Ｆ３とする）の合力と慣性項を等式で結ぶことにより、第一フレーム１０の重心点（座標（ｘＧ１、ｙＧ１））のｘ軸方向、ｙ軸方向についての運動方程式は式（３）のように示される。
【００７６】
【数３】
2014177152.tif 000005
【００７７】
ところで上述した通り、アクチュエータ３０の各変位量ｄ（ｄＦ、ｄＢ、ｄＲ１、ｄＲ２、ｄＬ１、ｄＬ２）は、オフセットｌ０（＜０）を中心とした片振幅Ａ（ＡＦ、ＡＢ、ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＬ１、ＡＬ２）の正弦波で表すことができる。したがって各変位量ｄは式（４）のように表される。
【００７８】
【数４】
2014177152.tif 000006
【００７９】
ここで式（４）を式（３）に代入すると、式（５）が導出される。
【００８０】
【数５】
2014177152.tif 000007
【００８１】
また、第一フレーム１０の重心点を通る鉛直軸回りの回転に対して式（６）のような運動方程式を得ることができる。
【００８２】
【数６】
2014177152.tif 000008
【００８３】
ここでＩＧは、第一フレーム１０の重心点を通る鉛直軸回りの慣性モーメントである。ここで、動力学モデルの初期条件を式（７）に示す。
【００８４】
【数７】
2014177152.tif 000009
【００８５】
式（７）の初期条件に基づいて式（５）、（６）を解くと、式（８）に示す解が得られる。
【００８６】
【数８】
2014177152.tif 000010
【００８７】
ただし、式（８）において
【００８８】
【数９】
2014177152.tif 000011
【００８９】
である。ここで、ωｎはｘ軸、ｙ軸の固有角振動数であり、ωｎＲは、θ軸の固有角振動数である。ωｎＬ、ωｎＲＬは、せん断のバネ定数ｋＳに無関係に定まる角振動数である。
【００９０】
固有角振動数ωｎに対して変位量ｄの角振動数ωは十分小さい（ω＜＜ωｎ）ものとして式（１０）に示すように、式（８）の一部を近似し、さらに片振幅Ｋ１（ω）、Ｋ２（ω）を定義する。
【００９１】
【数１０】
2014177152.tif 000012
【００９２】
一方、第一フレーム１０の位置を示す三つのパラメータｘＧ１、ｙＧ１、θの時間変化は、それぞれ片振幅Ｘ、Ｙ、Θの単振動になるものとして式（１１）のように表される。
【００９３】
【数１１】
2014177152.tif 000013
【００９４】
よって、式（８）〜式（１１）より、
【００９５】
【数１２】
2014177152.tif 000014
【００９６】
が導かれる。式（１１）、式（１２）よりｘＧ１、ｙＧ１、θは、角振動数ωにより片振幅が変化する単振動に近似される。式（１２）は、上述した６自由度（ＡＦ、ＡＢ、ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＬ１、ＡＬ２）の入力と、３自由度（Ｘ、Ｙ、Θ）の出力との関係を示している。ただし、第一フレーム１０の運動の自由度（３）よりも、入力の自由度（６）の方が多い。この場合、駆動制御部２は、式（１２）を満たすのみでは、一組の（Ｘ、Ｙ、Θ）に対し、無数の（ＡＦ、ＡＢ、ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＬ１、ＡＬ２）の組み合わせが存在する。しかしながら、実際に移動装置１を駆動させる過程においては、駆動制御部２が、六個のアクチュエータ３０の内のいくつかが、第一フレーム１０をそれぞれ異なる方向に移動させようとした結果、互いに相反するような力を作用させるような変位を与えることは、機械的負荷や消費電力の効率性の面から考えて好ましくない。
【００９７】
上記「互いに相反するような力を作用させる」場合の一例として、例えば、駆動制御部２が、全てのアクチュエータ３０に対し均等に圧縮方向の変位を与える場合等が挙げられる。この場合、各アクチュエータ３０はいずれも第一フレーム１０及び第二フレーム１１のそれぞれの脚部１００、１１０の間隔を狭めようとする方向に力を作用させるが、これらの力は全て互いに打ち消し合って、結局、第一フレーム１０は運動しない。すなわち、各アクチュエータ３０に無理な機械的負荷がかかるのみで、無駄に電力を消費していることになる。そこで、駆動制御部２は、アクチュエータ３０に無理な機械的負荷を与えない動作条件として、全てのアクチュエータ３０が第一フレーム１０（固定されていない脚部）に対して、互いに相反するような力が作用するのを抑制するように第一フレーム１０を第二フレーム１１に対して相対移動させることが求められる。つまり、駆動制御部２は、式（１２）を満たすという条件に加え、さらに、移動装置１の初期状態において各アクチュエータ３０それぞれが第一フレーム１０に作用させている力を略一定に保ったまま第一フレーム１０を第二フレーム１１に対して相対移動させる、という条件が課せられる。なお各アクチュエータ３０それぞれが第一フレーム１０に作用させている力は、作用反作用の原理から、第二フレーム１１に作用させている力と大きさが等しく向きが反対の力となる。この条件を「内力の準一定化条件」として以下、説明を続ける。
【００９８】
（内力の準一定化条件）
ここで、図１４に示した動力学モデルにおいて、アクチュエータ３０Ｒ２が第一フレーム１０に作用させている力をベクトルＦＲ２と定義する。同様に、他のアクチュエータ３０Ｆ、３０Ｂ、３０Ｌ１、３０Ｌ２、３０Ｒ１が第一フレーム１０に作用させる力をベクトルＦＦ、ＦＢ、ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＲ１で表す。なおベクトルＦＦ〜ＦＬ２の反作用力（ベクトル−ＦＦ〜−ＦＬ）は第二フレーム１１に作用することとなる。各力ベクトルＦＦ〜ＦＬ２は、動力学モデルの運動方程式に基づいて、それぞれ以下に示す式（１３）で与えられる。
【００９９】
【数１３】
2014177152.tif 000015
【０１００】
式（１３）において、右辺第二項は各アクチュエータ３０のせん断変形による反力であり、第一フレーム１０の変位に対する抵抗力である。本実施形態において用いるアクチュエータ３０のせん断方向へのバネ成分は、その伸縮方向へのバネ成分に比べて十分に小さく、無視できるものとして式（１４）に示すように近似する。
【０１０１】
【数１４】
2014177152.tif 000016
【０１０２】
一方、移動装置１の初期状態においては、六個のアクチュエータ３０の変位量ｄは全てｌ０（＜０）であるため、初期状態において各アクチュエータ３０が作用させている力はｋＬ・ｌ０である。したがって、任意の時刻ｔにおいて各アクチュエータ３０が第一フレーム１０に作用させる力がｋＬ・ｌ０で一定となる条件を満たせばよい。つまり、各アクチュエータ３０の変位量ｄが電気信号Ｖに応じてΔｄだけ伸縮した際に、対応する第一フレーム１０の各脚部１００がその伸縮量（Δｄ）と同じ距離だけ移動して、その結果アクチュエータ３０の変位量ｄがｌ０で一定となっていればよい。このことから式（１５）が導かれる。
【０１０３】
【数１５】
2014177152.tif 000017
【０１０４】
式（１５）は、すなわち駆動制御部２が、各アクチュエータ３０における伸縮量（Δｄ）と、当該アクチュエータ３０が連結する脚部同士の離間距離の伸縮量（Δｘ，Δｙ）と、を各アクチュエータ３０の全てについて常に等しくするような制御を行うことを意味している。式（１５）に式（２）を代入してまとめると、式（１６）を得る。
【０１０５】
【数１６】
2014177152.tif 000018
【０１０６】
さらに、式（１６）に式（４）及び式（１１）を代入すると式（１７）のようにまとめられる。
【０１０７】
【数１７】
2014177152.tif 000019
【０１０８】
そして、式（１７）から次の式（１８）、式（１９）が導かれる。
【０１０９】
【数１８】
2014177152.tif 000020
【０１１０】
【数１９】
2014177152.tif 000021
【０１１１】
ここで、６自由度（ＡＦ、ＡＢ、ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＬ１、ＡＬ２）の入力と、３自由度（Ｘ、Ｙ、Θ）の出力との関係は、式（１８）によっても表されるが、式（１８）は、各アクチュエータ３０のせん断方向の力、及び、第一フレーム１０の慣性力が考慮されていない。したがって、本実施形態による移動装置１については、入力（ＡＦ、ＡＢ、ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＬ１、ＡＬ２）と、出力（Ｘ、Ｙ、Θ）との関係を示す式としては、式（１８）よりも式（１２）の方が適切であるので、式（１８）式は使用しない。一方、式（１９）は、各アクチュエータ３０の伸縮方向に作用する力を準一定化する新たな条件として適用することができる。すなわち式（１９）は、「バネ定数ｋＳ＝０かつ慣性力０」という条件のもと、六個のアクチュエータ３０の内力を一定化するための必要条件（内力の準一定化条件）である。
【０１１２】
図１４に示した動力学モデルから導出した近似解、式（１２）と、内力の準一定化条件、式（１９）と、は式（２０）のようにまとめられる。
【０１１３】
【数２０】
2014177152.tif 000022
【０１１４】
さらに、式（２０）の右辺側の各行列の逆行列を両辺に乗算し、入力（ＡＦ、ＡＢ、ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＬ１、ＡＬ２）についての式となるように変形すると、式（２１）に示すように、六個のアクチュエータ３０それぞれの片振幅ＡＦ、ＡＢ、ＡＲ１、ＡＲ２、ＡＬ１、ＡＬ２を第一フレーム１０の半動作ステップの変位量（Ｗ、φ、Θ）により表現することができる。
【０１１５】
【数２１】
2014177152.tif 000023
【０１１６】
式（２１）は、式（１０）で定義した片振幅Ｋ１（ω）、Ｋ２（ω）を含むため、バネ定数ｋＬ、ｋＳ、周波数ｆ（＝ω／２π）、質量ｍ、慣性モーメントＩＧを含む動力学的な解である。さらに式（１９）の条件を含むため、圧縮のバネ定数ｋＬが大きく、せん断のバネ定数ｋＳが小さく、角周波数ωが小さくなるほど各アクチュエータ３０が第一フレーム１０に作用させる六つの内力が常に一定になる解に漸近する、と解釈できる。
【０１１７】
式（２１）を式（４）に代入することで、式（２２）に示すように、六個のアクチュエータの変位量ｄ（ｄＦ、ｄＢ、ｄＲ１、ｄＲ２、ｄＬ１、ｄＬ２）を、第一フレーム１０の相対移動の仕方（Ｗ、φ、Θ）で表現することができる。
【０１１８】
【数２２】
2014177152.tif 000024
【０１１９】
一方、駆動制御部２によるアクチュエータ３０Ｆ、３０Ｂ、３０Ｌ１、３０Ｌ２、３０Ｒ１、３０Ｒ２へ入力する電気信号Ｖの各電圧値を、それぞれＶＦ、ＶＢ、ＶＬ１、ＶＬ２、ＶＲ１、ＶＲ２とする（これらを総称して単に「Ｖ」と表記する）。各アクチュエータ３０は、電気信号Ｖに対し、定数Ｃ（＜０）をもって線形に変位するとして、式（２３）の近似式が成り立つとする。
【０１２０】
【数２３】
2014177152.tif 000025
【０１２１】
式（２３）を式（２２）に代入すると、駆動制御部２の各アクチュエータ３０への入力電圧Ｖを、出力パラメータである第一フレーム１０の相対移動の仕方（Ｗ、φ、Θ）により、式（２４）のように表すことができる。
【０１２２】
【数２４】
2014177152.tif 000026
【０１２３】
以上、駆動制御部２は、第一フレーム１０を移動させたい方向（Ｗ、φ、Θ）に応じて、式（２４）を満たす電気信号Ｖを各アクチュエータ３０に出力すればよい。なお、式（２４）の条件は、第二フレーム１１を、固定された第一フレーム１０に対して相対移動させる場合にもそのまま適用できる。したがって、駆動制御部２は、第一フレーム１０及び第二フレーム１１に対し交互に、式（２４）を満たす電気信号Ｖをアクチュエータ３０に出力することで、内力の準一定化条件を保ちながら移動装置１を任意の方向に移動させることができる。
【０１２４】
以上、本実施形態による移動装置１は、歩行動作において常に三点で固定されることから、姿勢が傾倒することなく安定して移動することができる。また各アクチュエータ３０の熱膨張による変位を互いに打ち消し合うことができ、精密位置決め性能を向上させることができる。（図７参照）。さらに移動装置１の動力源であるアクチュエータ３０の数を増やすことで推力を増加し、積載荷重、加速度を向上することができる。
【０１２５】
また本実施形態による移動装置１は、上記六個のアクチュエータ３０として弾性体を用いていることを特徴としている。ここで例えば、六個のアクチュエータ３０が全て剛体によるパラレルリンク機構で構成されていたとすると、移動装置１は、駆動制御部２から各電気信号のわずかなずれが生じた場合や雑音が入力された場合等において、その信号に基づく予期しない駆動により筐体に無理な負荷がかかってしまう。すなわち移動装置１は、電気信号の雑音や入力誤差に対する“遊び”が小さい設計となる。一方、本実施形態による移動装置１のようにアクチュエータ３０が弾性力を有する構成となっていることで、上記のような電気信号の雑音や入力誤差による負荷が弾性体である各アクチュエータ３０に吸収され、本体の構造そのものに負荷を与えない。したがって、本実施形態による移動装置１は、電気信号の雑音等に対する柔軟性を有した設計となっている。
【０１２６】
以上、本発明によれば、より精度の高い移動性能で走行面を移動する移動装置を提供できる、という効果が得られる。
【０１２７】
図１７、図１８は、本発明の一実施形態による移動装置を開ループで八方向に並進動作させた場合の実験結果を示す第一の図、第二の図である。図１９は、本発明の一実施形態による駆動制御部の制御の算出に用いた各定数の値を示す図である。図２０は、本発明の一実施形態による移動装置の並進移動時における変動係数と経路長を示す図である。
【０１２８】
式（２４）の各種パラメータは、周波数ｆを１００Ｈｚ（＝ω／２π）、歩幅Ｗを５０μｍ、回転移動Θを０°とし、並進移動の方位を０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°とした。また歩数を１００としたため、これらの設定値により経路長の目標値は１００００μｍとなる。
【０１２９】
実験回数は、それぞれの方向ごとに２０回とした。図１７では、水平軸が図１４の（ｘＧ１、ｙＧ１）静止座標系の＋ｘＧ１方向（＝０°）、垂直軸が＋ｙＧ１方向（＝９０°）に対応しており，グラフの原点ＯＧ１を移動装置１の重心点の始点と一致させている。移動装置１の重心点の始点と終点の平均を直線で結び、平均の終点には誤差として終点における標準偏差の６倍（±６σｎ−１）を、ｘ軸，ｙ軸について示した。移動装置１に高指向性のＬＥＤを四点設置し、それらの重心点と角度変化より、本機構の幾何学的中心点と姿勢角度を、画像解析装置（Ｋｅｙｅｎｃｅ製ＣＶ５７００）のパターンマッチング機能を用いて計測した。使用したＣＣＤカメラの画素数は５００万画素であり、計測分解能は３．６μｍ、移動装置１を静止させた状態で２００回計測した場合の標準偏差は１．７μｍ程であった。ＬＥＤの位置と画像分解能（２４３２（Ｈ）×２０５０（Ｖ））より算出した姿勢角の理論的な計測分解能は０．０７２°であり、移動装置１を静止させた状態で２００回計測した場合の標準偏差は０．０１７°であった。
【０１３０】
ここで搭載する荷重の重量は１３０グラムとした。移動装置１の並進移動の方位を上記と同様に０°、４５°、９０°、１３５°、１８０°、２２５°、２７０°、３１５°とした。なお、図１８に示す実験結果では、前後左右方向でも同様な実験結果となったため、斜め四方のみの実験結果を記載している。図２０に示すように、移動装置１の斜め四方向での変動係数（経路長の標準偏差の平均経路長に対する百分率）は、無負荷の場合では１．６％、荷重搭載時の場合では２．７％となった。
【０１３１】
試作した移動装置１の重量が１００グラムであったため、自重の１．３倍の荷重を搭載しても、開ループで３％以内の再現性を実現できることを確認した。また、図１７、図１８に示すように、経路長の平均値は、無荷重の場合で５０３０μｍとなり、平均の経路長は目標値の１００００μｍの約半分となった。八方向の経路長の標準偏差は±２２５μｍであり、これを平均の経路長に対する百分率に換算すると±２．５％となる。また、荷重を搭載した場合で６１３０μｍであったため、荷重搭載時の方が経路長の平均値は２１．９％程大きい。なお、１００Ｈｚ以下の周波数において、移動方位、位置決め再現性、方向による経路長の均一性は同様の結果となったが、経路長は周波数が低くなるほど増加し、１Ｈｚの時に８方向の平均で５９１０μｍとなり、目標とする経路長１００００μｍに近づく傾向があった。これは、電磁石電流の立ち上がり時間による支持側の電磁石の滑りと可動側の電磁石の摩擦力の影響が主要因であると推察される。なお、姿勢角の誤差は全ての方向で３．３°以内、平均で２．０°であった。開ループ制御下においても、０．４°／ｍｍの良好な直進性が得られることを確認した。
【０１３２】
以上より、式（２４）は１３０グラムまでの荷重、１００Ｈｚ以下の周波数の併進動作において、移動装置１の尺取虫動作の定常状態での理論式として概ね妥当であることを確認し、移動装置１は、経路長、方向のばらつきが平均に対する標準偏差の百分率で±２．５％以内で移動することができることを確認した。
【０１３３】
図２１、図２２は、本発明の一実施形態による移動装置をその場回転させた場合の実験結果を示す第一の図、第二の図である。また、図２３は、本発明の一実施形態による移動装置をその場回転させた場合の理論値と実験値の比較を示す図である。
導出した式（２４）のパラメータを、ｆ＝１００Ｈｚ、Ｗ＝０μｍ、Θ=０．０９２５°と設定し、歩数を７００として、その場回転の実験を行った。目標の回転中心は、図１４の静止座標系である（ｘＧ１、ｙＧ１）座標で表現すると、原点ＯＧ１に相当する。時計回り、反時計回りともに五回ずつ実験を行った。図２１、図２２において、移動装置１の幾何学的中心点の軌跡、さらに（ｘＧ１、ｙＧ１）＝（１００００μｍ、０μｍ）、（−１００００μｍ、０μｍ）をそれぞれ初期地点とする機構上の二点の軌跡を示した。同図に示すように最小二乗法により計算した近似円を用いて、実験時の平均の回転軸の座標、半径を算出することで、図２３に示すように理論値との比較を行った。回転角度は、時計回りの場合で１０８．３９±０．４３°（平均±標準偏差：ＳＤ）、反時計回りの場合で、１０８．５７±０．９１°となった。平均に対する標準偏差の百分率（変動係数：ＣＶ）は、それぞれ０．３９％、０．８４％となり、開ループ制御においても、１％以下の再現性を得られることを確認した。回転角度は、実験値は理論値よりも１６％程小さくなったが、目標とする回転軸と、実験時の平均の回転軸のずれは、時計回りで２３０±２０μｍ（平均±標準偏差）、反時計回りで１２５±６０μｍと、電磁石の中心から端までの長さｒ（３９ｍｍ）に対して０．５９％、０．３２％とわずかであった。以上をまとめると、移動装置１は、回転角度以外はほぼ（２４）式の理論値通り、その場回転を行えることを確認した。
【０１３４】
ここで移動装置１は、上述したように、第一フレーム１０及び第二フレーム１１が脚部１００、１１０をそれぞれ三つずつ有し、合計六本足の構造として説明したが、本実施形態による移動装置１はこのような六本足の態様に限定されることはない。すなわち、他の実施形態による移動装置１を構成する第一フレーム１０及び第二フレーム１１が備える脚部の数が三つずつではない態様であっても、上述した動力学モデル化及び算出手法と同等の手段により、当該他の実施形態についての内力の準一定化条件を見出すことは可能である。そして、当該他の実施形態による移動装置１においても、内力を略一定に維持しながら駆動させることで、本実施形態による移動装置１と同等の効果を得ることができる。
【０１３５】
また、上述した移動装置１は、上記固定手段として第一フレーム１０、第二フレーム１１等を磁性材料としてコイル４０、４１を用いたが、本発明の他の実施形態によってはこの態様に限定されない。例えば他の実施形態による移動装置１は、第一フレーム１０に備えられる接地部材２０、または、第二フレーム１１に備えられる接地部材２１の少なくとも何れか一方に永久磁石を備えた態様であってもよい。この場合、移動装置１は、走行面の鉛直方向上側に当該永久磁石の吸着力をキャンセルする昇降機構（例えば、圧電アクチュエータ等で構成される）を、第一フレーム１０と第二フレーム１１の交差点に備えるものとする。
【０１３６】
ここで、例えば、第一フレーム１０に備えられる接地部材２０のみに永久磁石が備えられていたとする。この場合において、第一フレーム１０を固定して第二フレーム１１を移動させたい場合は、当該永久磁石を走行面に吸着させ、その状態で各アクチュエータ３０を伸縮させればよい。一方、第二フレーム１１を固定して第一フレーム１０を移動させたい場合は、上記昇降機構を駆動させ、永久磁石の走行面への吸着力を打ち消す方向（走行面鉛直方向上側）に力を作用させる。そうすると、第一フレーム１０の走行面への固定は解除される一方、当該昇降機構の反作用力が第二フレーム１１を走行面に押し付ける方向に作用するため、当該第二フレーム１１は走行面に固定されることとなる。
【０１３７】
なお、上述の駆動制御部２は、内部にコンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した駆動制御部２の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｋ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）または半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１３８】
１・・・移動装置
１０・・・第一フレーム
１１・・・第二フレーム
１００、１１０・・・脚部
２０、２１・・・接地部材
３０Ｆ、３０Ｂ、３０Ｌ１、３０Ｌ２、３０Ｒ１、３０Ｒ２・・・アクチュエータ
４０、４１・・・コイル
５０ａ、５０ｂ・・・板部材
６０・・・固定具
２・・・駆動制御部
【図１】
2014177152.tif 000027
【図２】
2014177152.tif 000028
【図３】
2014177152.tif 000029
【図４】
2014177152.tif 000030
【図５】
2014177152.tif 000031
【図６】
2014177152.tif 000032
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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