(57)【要約】      （修正有）【課題】部材の塑性変形がなく再利用可能である、被衝突物体に与える損傷およびコンタミネーションが少ない、等の特徴を備えた、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム、及び方法を提供する。さらに、当該システム及び方法において最適パラメータの設計手順を提供すると共に、衝突面に凹凸や傾斜のある被衝突物体に対しても良好に動作可能なシステム、及び方法を提供する。【解決手段】衝突時に親機１０１が持つ力学的エネルギを、衝撃吸収ばね１０２のポテンシャルエネルギに変換し、そのエネルギを再び子機１０６の力学的エネルギに変換して、親機に加わる衝撃の低減および、衝突時の跳ね返りの同時低減を実現する。また衝撃吸収ばねのばね定数の最適値を導出するとともに、ストローク長、事前伸長を与える場合はその長さを最適化する。さらに伸縮脚機構により、凹凸や傾斜のある衝突面に対しても良好な動作を可能とする。【選択図】図１
2014210572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衝突体と被衝突体とが衝突したときの衝撃を緩和し、衝突後の跳ね返りを低減させるためのシステムであって、
前記衝突体と、
弾性体と、
前記衝突体と前記弾性体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続する、衝突体接続部と、
前記弾性体を保持し、前記衝突体接続部によって該弾性体に接続された前記衝突体が前記被衝突体に向かって移動することを、該弾性体を介して制限するよう構成された弾性体保持部、及び先行衝突部を備えた、先行衝突体と
を備え、
前記先行衝突部が前記被衝突体に衝突した後、前記衝突体が、前記弾性体保持部による前記弾性体を介した制限を受けながら該被衝突体に向かって移動することにより、該衝突体の力学的エネルギの少なくとも一部が該弾性体のポテンシャルエネルギへと変換された時点で、前記衝突体接続部による該衝突体と該弾性体との接続を解除することにより、力学的エネルギの少なくとも一部を失った該衝突体を該被衝突体と衝突させるよう構成された
ことを特徴とする、システム。
【請求項２】
前記弾性体と飛翔体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続する、飛翔体接続部を更に備え、
前記衝突体接続部による前記衝突体と前記弾性体との接続が解除された後、前記飛翔体接続部を介して該弾性体のポテンシャルエネルギの少なくとも一部を前記飛翔体の力学的エネルギへと変換し、該飛翔体を射出するよう構成されたことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記飛翔体を誘導する誘導レールを更に備え、該誘導レールにより誘導される方向へと該飛翔体を射出することにより該飛翔体の射出方向を制御するよう構成されたことを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記誘導レールを駆動するアクチュエータを更に備え、該アクチュエータにより該誘導レールを駆動することで、該誘導レールによって誘導される前記飛翔体の射出方向を選択するよう構成されたことを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記弾性体の長さが所定値以上になったことに応答して、又は所定値を超えたことに応答して、前記衝突体接続部による前記衝突体と該弾性体との接続を解除するよう構成されたことを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記衝突体の、前記被衝突体に対する速度の大きさが所定値以下になったことに応答して、又は所定値を下回ったことに応答して、前記衝突体接続部による該衝突体と前記弾性体との接続を解除するよう構成されたことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記弾性体として、以下の式
【数１】
2014210572.tif 000042
（ｍは、前記衝突体の質量、及び、該衝突体が前記弾性体保持部による前記弾性体を介した制限を受けながら前記被衝突体に向かって移動しているときに該衝突体と一体となって移動する全ての要素の質量の合計を表わす。ｇは重力加速度を表す。ｈ0は、前記衝突体が前記被衝突体に向かって移動を開始した時点での、該被衝突体上の衝突面に対する該衝突体の高さを表わす。ｌstは、前記弾性体が自然長であるときの、前記先行衝突体に対する前記衝突体の高さを表わす。）
に基づいて決定されたばね定数ｋsを有するばねを用いたことを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記弾性体が自然長である時の、前記先行衝突体に対する前記衝突体の高さが、所定値以上であるか、又は所定値よりも大きいことを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
衝突体と被衝突体とが衝突したときの衝撃を緩和し、衝突後の跳ね返りを低減させるための方法であって、
衝突体接続部が、前記衝突体と弾性体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続し、且つ、先行衝突体の弾性体保持部が該弾性体を保持することにより、該衝突体が前記被衝突体に向かって移動することを、該弾性体を介して制限しつつ、該先行衝突体の先行衝突部を該被衝突体に衝突させる段階と、
前記先行衝突部が前記被衝突体に衝突した後、前記衝突体が、前記弾性体を介した制限を受けながら該被衝突体に向かって移動することにより、該衝突体の力学的エネルギの少なくとも一部が該弾性体のポテンシャルエネルギへと変換された時点で、前記衝突体接続部による該衝突体と該弾性体との接続を解除して、力学的エネルギの少なくとも一部を失った該衝突体を該被衝突体に衝突させる段階と
を備えたことを特徴とする、方法。
【請求項１０】
前記衝突体接続部による前記衝突体と前記弾性体との接続を解除した後、該弾性体のポテンシャルエネルギの少なくとも一部を、飛翔体接続部によって該弾性体との間で力学的エネルギが伝達可能であるよう接続された飛翔体の力学的エネルギへと、該飛翔体接続部を介して変換し、該飛翔体を射出する段階を更に備えたことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記飛翔体を射出する段階は、誘導レールにより該飛翔体を誘導し、該誘導レールにより誘導される方向へと該飛翔体を射出することにより該飛翔体の射出方向を制御しつつ射出する段階であることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記飛翔体を射出する段階は、アクチュエータにより前記誘導レールを駆動することで、該誘導レールによって誘導される該飛翔体の射出方向を選択しつつ射出する段階であることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記衝突体接続部による前記衝突体と前記弾性体との接続の解除が、該弾性体の長さが所定値以上になったことに応答して、又は所定値を超えたことに応答して行われることを特徴とする、請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記衝突体接続部による前記衝突体と前記弾性体との接続の解除が、該衝突体の、前記被衝突体に対する速度の大きさが所定値以下になったことに応答して、又は所定値を下回ったことに応答して行われることを特徴とする、請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記弾性体として、以下の式
【数２】
2014210572.tif 000043
（ｍは、前記衝突体の質量、及び、該衝突体が前記弾性体保持部による前記弾性体を介した制限を受けながら前記被衝突体に向かって移動しているときに該衝突体と一体となって移動する全ての要素の質量の合計を表わす。ｇは重力加速度を表す。ｈ0は、前記衝突体が前記被衝突体に向かって移動を開始した時点での、該被衝突体上の衝突面に対する該衝突体の高さを表わす。ｌstは、前記弾性体が自然長であるときの、前記先行衝突体に対する前記衝突体の高さを表わす。）
に基づいて決定されたばね定数ｋsを有するばねを用いることを特徴とする、請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記弾性体が自然長である時の、前記先行衝突体に対する前記衝突体の高さが、所定値以上であるか、又は所定値よりも大きくなるよう構成された、先行衝突体及び衝突体を用いることを特徴とする、請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
衝突体と被衝突体とが衝突したときの衝撃を緩和し、衝突後の跳ね返りを低減させるためのシステムであって、
前記衝突体と、
飛翔体と、
弾性体と、
前記弾性体と前記飛翔体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続する、飛翔体接続部と、
前記飛翔体と前記衝突体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続する、衝突体接続部と、
前記弾性体を保持し、前記飛翔体接続部によって該弾性体に接続された前記飛翔体、及び前記衝突体接続部によって該飛翔体に接続された前記衝突体が前記被衝突体に向かって移動することを、該弾性体を介して制限するよう構成される弾性体保持部であって、該飛翔体接続部が該弾性体保持部に向かって所定位置を越えて移動することを阻止するよう更に構成された該弾性体保持部、及び先行衝突部を備えた、先行衝突体と
を備え、
前記先行衝突部が前記被衝突体に衝突した後、前記飛翔体及び前記衝突体が、前記弾性体保持部による前記弾性体を介した制限を受けながら該被衝突体に向かって移動することにより、該飛翔体及び該衝突体の力学的エネルギの少なくとも一部が該弾性体のポテンシャルエネルギへと変換された時点で、前記衝突体接続部による該衝突体と該飛翔体との接続を解除することにより、力学的エネルギの少なくとも一部を失った該衝突体を該被衝突体と衝突させるよう構成され、
更に、前記衝突体接続部による前記衝突体と前記飛翔体との接続が解除された後、前記飛翔体接続部を介して該弾性体のポテンシャルエネルギの少なくとも一部を該飛翔体の力学的エネルギへと変換し、該飛翔体を射出するよう構成された
ことを特徴とする、システム。
【請求項１８】
前記衝突体の、前記被衝突体に対する速度の大きさが所定値以下になったことに応答して、又は所定値を下回ったことに応答して、前記衝突体接続部による該衝突体と前記飛翔体との接続を解除するよう構成されたことを特徴とする、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記弾性体として、以下の式
【数３】
2014210572.tif 000044
（ｍは、前記衝突体の質量、前記飛翔体の質量、及び、該衝突体及び該飛翔体が前記弾性体保持部による前記弾性体を介した制限を受けながら前記被衝突体に向かって移動しているときに該衝突体及び該飛翔体と一体となって移動する全ての要素の質量の合計を表わす。ｇは重力加速度を表す。ｈ0は、前記衝突体及び前記飛翔体が前記被衝突体に向かって移動を開始した時点での、該被衝突体上の衝突面に対する該衝突体の高さを表わす。ｌpは、前記飛翔体接続部が前記所定位置にあるときの、前記弾性体の伸びを表わす。ｌstは、前記飛翔体接続部が前記所定位置にあるときの、前記先行衝突体に対する前記衝突体の高さを表わす。）
に基づいて決定されたばね定数ｋsを有するばねを用いたことを特徴とする、請求項１７又は１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記飛翔体接続部が前記所定位置にあるときの、前記弾性体の伸びが、所定値以上であるか、又は所定値よりも大きいことを特徴とする、請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記飛翔体接続部が前記所定位置にあるときの、前記先行衝突体に対する前記衝突体の高さが、所定値以上であるか、又は所定値よりも大きいことを特徴とする、請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２２】
衝突体と被衝突体とが衝突したときの衝撃を緩和し、衝突後の跳ね返りを低減させるための方法であって、
飛翔体接続部が、飛翔体と弾性体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続し、    衝突体接続部が、前記飛翔体と前記衝突体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続し、
前記飛翔体接続部が先行衝突体の弾性体保持部に向かって所定位置を越えて移動することを阻止するよう構成された、該弾性体保持部が、前記弾性体を保持することにより、該飛翔体及び該衝突体が前記被衝突体に向かって移動することを、該弾性体を介して制限しつつ、
前記先行衝突体の先行衝突部を前記被衝突体に衝突させる段階と、
前記先行衝突部が前記被衝突体に衝突した後、前記飛翔体及び前記衝突体が、前記弾性体を介した制限を受けながら該被衝突体に向かって移動することにより、該飛翔体及び該衝突体の力学的エネルギの少なくとも一部が該弾性体のポテンシャルエネルギへと変換された時点で、前記衝突体接続部による該衝突体と該飛翔体との接続を解除して、力学的エネルギの少なくとも一部を失った該衝突体を該被衝突体に衝突させる段階と、
前記衝突体接続部による前記衝突体と前記飛翔体との接続が解除された後、前記飛翔体接続部を介して該弾性体のポテンシャルエネルギの少なくとも一部を該飛翔体の力学的エネルギへと変換し、該飛翔体を射出する段階と
を備えたことを特徴とする、方法。
【請求項２３】
前記衝突体接続部による前記衝突体と前記飛翔体との接続の解除が、該衝突体の、前記被衝突体に対する速度の大きさが所定値以下になったことに応答して、又は所定値を下回ったことに応答して行われることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記弾性体として、以下の式
【数４】
2014210572.tif 000045
（ｍは、前記衝突体の質量、前記飛翔体の質量、及び、該衝突体及び該飛翔体が前記弾性体保持部による前記弾性体を介した制限を受けながら前記被衝突体に向かって移動しているときに該衝突体及び該飛翔体と一体となって移動する全ての要素の質量の合計を表わす。ｇは重力加速度を表す。ｈ0は、前記衝突体及び前記飛翔体が前記被衝突体に向かって移動を開始した時点での、該被衝突体上の衝突面に対する該衝突体の高さを表わす。ｌpは、前記飛翔体接続部が前記所定位置にあるときの、前記弾性体の伸びを表わす。ｌstは、前記飛翔体接続部が前記所定位置にあるときの、前記先行衝突体に対する前記衝突体の高さを表わす。）
に基づいて決定されたばね定数ｋsを有するばねを用いることを特徴とする、請求項２２又は２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記飛翔体接続部が前記所定位置にあるときの、前記弾性体の伸びが、所定値以上であるか、又は所定値よりも大きいことを特徴とする、請求項２２乃至２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記飛翔体接続部が前記所定位置にあるときの、前記先行衝突体に対する前記衝突体の高さが、所定値以上であるか、又は所定値よりも大きいことを特徴とする、請求項２２乃至２５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２７】
衝突体と被衝突体とが衝突したときの衝撃を緩和し、衝突後の跳ね返りを低減させるためのシステムであって、
前記衝突体と、
飛翔体と、
弾性体と、
前記弾性体と前記飛翔体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続する、飛翔体接続部と、
前記飛翔体と前記衝突体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続する、衝突体接続部と、
前記弾性体を保持し、前記飛翔体接続部によって該弾性体に接続された前記飛翔体、及び前記衝突体接続部によって該飛翔体に接続された前記衝突体が前記被衝突体に向かって移動することを、該弾性体を介して制限するよう構成された弾性体保持部と、
前記弾性体保持部に対して摺動可能に接続された複数の第１可動脚部を含む、第１先行衝突部と、
前記複数の第１可動脚部の前記弾性体保持部に対する摺動を阻止できるよう構成された、第１拘束機構と、
前記衝突体に対して摺動可能に接続された複数の第２可動脚部を含む、第２先行衝突部と、
前記複数の第２可動脚部の前記衝突体に対する摺動を阻止できるよう構成された、第２拘束機構と、
を備え、
前記複数の第１可動脚部が順次、前記被衝突体に衝突した後に前記弾性体保持部に対して摺動し、
前記複数の第１可動脚部の全てが前記被衝突体に衝突した後、前記第１拘束機構が、該複数の第１可動脚部の前記弾性体保持部に対する摺動を阻止し、
前記飛翔体及び前記衝突体が、前記弾性体保持部による前記弾性体を介した制限を受けながら前記被衝突体に向かって移動することにより、該飛翔体及び該衝突体の力学的エネルギの少なくとも一部を該弾性体のポテンシャルエネルギへと変換し、
前記複数の第２可動脚部が順次、前記被衝突体に衝突した後に前記衝突体に対して摺動し、
前記複数の第２可動脚部の全てが前記被衝突体に衝突した後、前記衝突体接続部による前記衝突体と前記飛翔体との接続を解除し、前記第２拘束機構が該複数の第２可動脚部の前記衝突体に対する摺動を阻止するとともに、前記飛翔体接続部を介して前記弾性体のポテンシャルエネルギの少なくとも一部を該飛翔体の力学的エネルギへと変換し、該飛翔体を射出するよう構成された
ことを特徴とする、システム。
【請求項２８】
前記第１拘束機構が、
前記複数の第１可動脚部のうちいずれか１つと咬合可能な咬合部材として各々が与えられる、複数の第１咬合部材と、
前記複数の第１咬合部材のいずれか１つと前記弾性体保持部との間に接続された拘束ばねとして各々が与えられる、複数の第１拘束ばねと、
前記複数の第１拘束ばね及び前記複数の第１咬合部材を前記弾性体保持部に対して固定する複数の第１拘束ワイヤ、及び該複数の第１拘束ワイヤを固定する複数のピン部材と、
回転運動により前記複数のピン部材のうちいずれか１つを移動させる歯車部材として各々が与えられる、複数の歯車部材と
を備え、
前記複数の第１可動脚部の各々が前記弾性体保持部に対して摺動することにより、前記複数の歯車部材の各々が回転運動し、
前記回転運動により、前記複数のピン部材の各々が移動することにより、該複数のピン部材の各々による前記複数の第１拘束ワイヤの各々の固定を解除し、
前記複数の第１拘束ワイヤの各々の前記固定を解除することにより、該複数の第１拘束ワイヤによる、前記複数の第１拘束ばね及び前記複数の第１咬合部材の、前記弾性体保持部に対する固定を解除し、
固定が解除された前記複数の第１咬合部材の各々が、固定が解除された前記複数の第１拘束ばねの各々の弾性力により前記複数の第１可動脚部の各々と咬合することにより、該複数の第１可動脚部の前記弾性体保持部に対する摺動を阻止するよう構成された
ことを特徴とする、請求項２７に記載のシステム。
【請求項２９】
前記第２拘束機構が、
前記複数の第２可動脚部のうちいずれか１つと咬合可能な咬合部材として各々が与えられる、複数の第２咬合部材と、
前記複数の第２咬合部材のいずれか１つと前記衝突体との間に接続された拘束ばねとして各々が与えられる、複数の第２拘束ばねと、
前記複数の第２拘束ばね及び前記複数の第２咬合部材を前記衝突体に対して固定する複数の第２拘束ワイヤ、及び該複数の第２拘束ワイヤを固定する、前記衝突体接続部に設けられた複数の第２拘束ワイヤ固定部と
を備え、
前記飛翔体及び前記衝突体が、前記弾性体保持部による前記弾性体を介した制限を受けながら前記被衝突体に向かって移動することにより、前記複数の第２可動脚部を該衝突体に対して摺動させつつ、前記弾性体が伸長し、
前記弾性体が伸長を停止して短縮を開始するタイミングで、前記衝突体接続部による前記衝突体と前記飛翔体との接続を解除するとともに、前記複数の第２拘束ワイヤ固定部の各々による前記複数の第２拘束ワイヤの各々の固定を解除し、
前記複数の第２拘束ワイヤの各々の前記固定を解除することにより、該複数の第２拘束ワイヤによる、前記複数の第２拘束ばね及び前記複数の第２咬合部材の、前記衝突体に対する固定を解除し、
固定が解除された前記複数の第２咬合部材の各々が、固定が解除された前記複数の第２拘束ばねの各々の弾性力により前記複数の第２可動脚部の各々と咬合することにより、該複数の第２可動脚部の前記衝突体に対する摺動を阻止するよう構成された
ことを特徴とする、請求項２７又は２８に記載のシステム。
【請求項３０】
前記第１拘束機構が複数の第１拘束アクチュエータを備え、該複数の第１拘束アクチュエータの各々によって、前記複数の第１可動脚部の各々に、該複数の第１可動脚部の各々による前記弾性体保持部に対する摺動に沿った方向の力を加えるよう構成されたことを特徴とする、請求項２７乃至２９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３１】
前記第２拘束機構が複数の第２拘束アクチュエータを備え、該複数の第２拘束アクチュエータの各々によって、前記複数の第２可動脚部の各々に、該複数の第２可動脚部の各々による前記衝突体に対する摺動に沿った方向の力を加えるよう構成されたことを特徴とする、請求項２７乃至３０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３２】
前記飛翔体を誘導する誘導レールを更に備え、該誘導レールにより誘導される方向へと該飛翔体を射出することにより該飛翔体の射出方向を制御するよう構成されたことを特徴とする、請求項２７乃至３１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項３３】
前記誘導レールを駆動するレール制御用アクチュエータを更に備え、該レール制御用アクチュエータにより該誘導レールを駆動することで、該誘導レールによって誘導される前記飛翔体の射出方向を選択するよう構成されたことを特徴とする、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
衝突体と被衝突体とが衝突したときの衝撃を緩和し、衝突後の跳ね返りを低減させるための方法であって、
飛翔体接続部が、飛翔体と弾性体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続し、    衝突体接続部が、前記飛翔体と前記衝突体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続し、
弾性体保持部が、前記弾性体を保持することにより、前記飛翔体及び前記衝突体が前記被衝突体に向かって移動することを、該弾性体を介して制限しつつ、
前記弾性体保持部に対して摺動可能に接続された複数の第１可動脚部が順次、前記被衝突体に衝突し、前記弾性体保持部に対して摺動する段階と、
前記複数の第１可動脚部の全てが前記被衝突体に衝突した後、第１拘束機構が、該複数の第１可動脚部の前記弾性体保持部に対する摺動を阻止する段階と、
前記飛翔体及び前記衝突体が、前記弾性体保持部による前記弾性体を介した制限を受けながら前記被衝突体に向かって移動することにより、該飛翔体及び該衝突体の力学的エネルギの少なくとも一部を該弾性体のポテンシャルエネルギへと変換する段階と、
前記衝突体に対して摺動可能に接続された複数の第２可動脚部が順次、前記被衝突体に衝突し、前記衝突体に対して摺動する段階と、
前記複数の第２可動脚部の全てが前記被衝突体に衝突した後、前記衝突体接続部による前記衝突体と前記飛翔体との接続を解除し、第２拘束機構が、該複数の第２可動脚部の前記衝突体に対する摺動を阻止するとともに、前記飛翔体接続部を介して前記弾性体のポテンシャルエネルギの少なくとも一部を該飛翔体の力学的エネルギへと変換し、該飛翔体を射出する段階と
を備えたことを特徴とする、方法。
【請求項３５】
前記第１拘束機構が、前記複数の第１可動脚部の前記弾性体保持部に対する摺動を阻止する前記段階は、
複数のピン部材が複数の第１拘束ワイヤを固定し、該複数の第１拘束ワイヤが、前記複数の第１可動脚部のうちいずれか１つと咬合可能な咬合部材として各々が与えられる複数の第１咬合部材と、前記複数の第１咬合部材のいずれか１つと前記弾性体保持部との間に接続された拘束ばねとして各々が与えられる複数の第１拘束ばねと、を前記弾性体保持部に対して固定している状態から、
前記複数の第１可動脚部の各々の、前記弾性体保持部に対する摺動により、複数の歯車部材の各々を回転運動させる段階と、
前記回転運動により、前記複数の歯車部材の各々が、前記複数のピン部材の各々を移動させて、該複数のピン部材の各々によって固定されている前記複数の第１拘束ワイヤの各々の固定を解除する段階と、
前記複数の第１拘束ワイヤの各々の前記固定を解除することにより、該複数の第１拘束ワイヤによる、前記複数の第１拘束ばね及び前記複数の第１咬合部材の、前記弾性体保持部に対する固定を解除する段階と、
固定が解除された前記複数の第１咬合部材の各々が、固定が解除された前記複数の第１拘束ばねの各々の弾性力により前記複数の第１可動脚部の各々と咬合することにより、該複数の第１可動脚部の前記弾性体保持部に対する摺動を阻止する段階と
を備えることを特徴とする、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記第２拘束機構が、前記複数の第２可動脚部の前記衝突体に対する摺動を阻止する段階は、
前記衝突体接続部に設けられた複数の第２拘束ワイヤ固定部が複数の第２拘束ワイヤを固定し、該複数の第２拘束ワイヤが、前記複数の第２可動脚部のうちいずれか１つと咬合可能な咬合部材として各々が与えられる複数の第２咬合部材と、該複数の第２咬合部材のいずれか１つと前記衝突体との間に接続された拘束ばねとして各々が与えられる複数の第２拘束ばねと、を該衝突体に対して固定している状態から、
前記飛翔体及び前記衝突体が、前記弾性体保持部による前記弾性体を介した制限を受けながら前記被衝突体に向かって移動することにより、前記複数の第２可動脚部を該衝突体に対して摺動させつつ、前記弾性体が伸長した後、該弾性体が伸長を停止して短縮を開始するタイミングで、
前記衝突体接続部による前記衝突体と前記飛翔体との接続を解除するとともに、前記複数の第２拘束ワイヤ固定部の各々による前記複数の第２拘束ワイヤの各々の固定を解除する段階と、
前記複数の第２拘束ワイヤの各々の前記固定を解除することにより、該複数の第２拘束ワイヤによる、前記複数の第２拘束ばね及び前記複数の第２咬合部材の、前記衝突体に対する固定を解除する段階と、
固定が解除された前記複数の第２咬合部材の各々が、固定が解除された前記複数の第２拘束ばねの各々の弾性力により前記複数の第２可動脚部の各々と咬合することにより、該複数の第２可動脚部の前記衝突体に対する摺動を阻止する段階と
を備えることを特徴とする、請求項３４又は３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１拘束機構が、前記複数の第１可動脚部の前記弾性体保持部に対する摺動を阻止する前記段階は、複数の第１拘束アクチュエータの各々によって、該複数の第１可動脚部の各々に、該複数の第１可動脚部の各々による該弾性体保持部に対する摺動に沿った方向の力を加える段階を備えることを特徴とする、請求項３４乃至３６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
前記第２拘束機構が、前記複数の第２可動脚部の前記衝突体に対する摺動を阻止する前記段階は、複数の第２拘束アクチュエータの各々によって、該複数の第２可動脚部の各々に、該複数の第２可動脚部の各々による該衝突体に対する摺動に沿った方向の力を加える段階を備えることを特徴とする、請求項３４乃至３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記飛翔体を射出する段階は、誘導レールにより該飛翔体を誘導し、該誘導レールにより誘導される方向へと該飛翔体を射出することにより該飛翔体の射出方向を制御しつつ射出する段階であることを特徴とする、請求項３４乃至３８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
前記飛翔体を射出する段階は、レール制御用アクチュエータにより前記誘導レールを駆動することで、該誘導レールによって誘導される該飛翔体の射出方向を選択しつつ射出する段階であることを特徴とする、請求項３９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体衝突時の衝撃を緩和し、衝突後の跳ね返りを低減させるためのシステム、及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体衝突時の衝撃を緩和し、衝突後の跳ね返りを低減させるために、従来、様々な方法が提案されている。
【０００３】
（ハニカムクラッシュ）
非特許文献１には、衝撃吸収部材の塑性変形により、衝突時の衝撃を吸収する方法が記載されている(図１６)。しかしながら、この方法においては塑性変形を利用して衝撃を吸収するため、一度使用した衝撃吸収部材を再利用できない。したがって、実際に使用する前に動作確認等の試験を行うことができないため、必要な時に正常に機能するかどうか保証できないという点で信頼性に不安が残る。
【０００４】
（逆噴射方式）
特許文献１には、衝突前に流体を噴射し、物体同士の相対速度を低減させることで、衝突時の衝撃を低減する構成を備えた惑星探査機が記載されている(図１７)。しかしながら、このような構成においては、速度調整を行うために噴射する流体を細かく制御する必要があり、開閉弁や処理系等、大規模な装置が必要となる。また、被衝突物体表面に衝突した流体が、被衝突物体表面に損傷やコンタミネーションを与えるという問題や、被衝突物体表面に粉末が付着している場合には、噴射流により、その粉末が巻き上げられてしまうという問題が生じる。
【０００５】
（エアバッグ）
特許文献２には、衝突前にエアバッグに気体を充填し、衝突物体間にそのエアバッグを設置することで衝撃を低減する衝撃緩和装置が記載されている(図１８)。このような装置においては、衝突後に衝突物体が大きく跳ね返ることが典型的に問題となるが、衝突時の空気圧を制御することにより、跳ね返りを抑制することは可能である。ただし、エアバッグに気体を充填するために圧縮された気体を用いるため、その再充填/装填や膨らんだエアバッグの折り畳み、損傷確認等が必要であり、ハニカムクラッシュ同様に再利用は難しい。また、空気圧を調整する弁等の機構は、衝撃の条件に応じてその調整が必要となり、環境条件変動に対するロバスト性に欠ける。
【０００６】
（運動量交換による方法）
非特許文献２には、衝突の前後で上下方向に質量を射出することで、運動量交換を行い、衝突速度を制御する方法が記載されている(図１９)。しかしながら、このような方法においては、装置上の制約として射出速度の上限があるため、運動量交換の理論上、射出物体の質量を大きくする必要がある。
【０００７】
（垂直離着陸機の着陸機構）
特許文献３には、衝突時の力学的エネルギをばねのポテンシャルエネルギに変換・保持する構成を備えた垂直離着陸機の着陸機構が記載されている。この着陸機構においては、衝突物と被衝突物の間にばねが設置されており、ばねが縮む方向への運動のみが許され、ばねが伸びようとする方向への運動は固定装置により阻止される（特許文献３中、図１、図３等を参照）。しかしながら、被衝突物体がやわらかい弾性体である場合には、この着陸機構における衝撃低減の性能が劣化する。また、縮んだばねを保持するためには、衝撃に応じて高強度かつ高速で作動可能な固定装置が必要となる。
【０００８】
（アクティブ脚）
非特許文献３には、セミアクティブダンパやモータを用いて、衝撃を熱に変換する構成が記載されている(図２０)。しかしながら、このような構成においては、衝突直前、直後のわずかな時間で被衝突物体との剛性や減衰を調節するため、高速な処理系が必要となる。また、衝撃低減性能を高めるために、ダンパでは十分に長いストロークが必要になり、更に電気的に大容量なモータが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−３２２６００号公報
【特許文献２】特開２００１−６３４９９号公報
【特許文献３】特開２００７−２４５９２５号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Rogers, W. F., Apollo Experience Report Lunar Module Landing Gear Subsystem, NASA TN D-6850, NASA, (1972), pp.6-21.
【非特許文献２】原進，渡辺翼，櫛田陽平，大槻真嗣，山田陽滋，松久寛，山田啓介，橋本樹明，久保田孝，  “運動量交換原理に基づいた惑星探査機の着陸応答制御の研究”，  日本機械学会論文集C編，  Vol.78(2012),  No.792  pp.2781-2796
【非特許文献３】田口勝也，橋本樹明，大槻真嗣，“アクティブ着陸脚を用いた高精度・高安全な着陸のための動的タッチダウン制御”，  宇宙科学技術連合講演会講演会講演集，  (2009)，  JSASS-2009-4250
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
（課題１）
以上の先行技術が有する問題に鑑み、本発明は、以下のような特徴を持つ衝撃及び跳ね返り低減システム、及び方法を提供することを課題とする。
・消耗品を用いず、部材が塑性変形することもなく、再利用可能である。
・被衝突物体に与える損傷およびコンタミネーションが少ない。
・制御が容易で高速な処理系を必要としない。
・装置全体が小型で軽量であっても衝撃および跳ね返りの抑制性能を持つ。
・射出物体等による周囲への危険が少ない。
・柔らかい被衝突物体に対しても跳ね返り低減可能である等、被衝突物体の特性に依存しないロバスト性を備えた方法である。
【００１２】
（課題２）
また課題１の解決に関して、本発明は、決まった高さからの自由落下を想定した場合に、良好な性能を発揮するための衝撃吸収ばねのパラメータ設計手順を提供することを課題とする。
【００１３】
（課題３）
さらに、課題１の解決に加え、本発明は、以下のような能力を追加するための工夫を提供することを課題とする。
・衝突面に凹凸のある被衝突物体に対しても衝撃、跳ね返りおよび回転運動を抑制する。
・衝突面に傾斜のある被衝突物体に対しても衝撃、跳ね返りおよび回転運動を抑制する。
・衝突面に凹凸のある被衝突物体に対する衝突の際に衝突物体の姿勢を安定化させる。
・衝突面に傾斜のある被衝突物体に対する衝突の際に衝突物体の姿勢を安定化させる。
・衝突物体の構成要素の設計パラメータ変動に対してロバストな性能を発揮する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（本発明の基本概念）
本発明は、典型的一態様において、衝突時に親機（衝突体）が持つ力学的エネルギを、衝撃吸収ばね（弾性体）のポテンシャルエネルギに変換し、そのエネルギを再び子機（飛翔体）の力学的エネルギに変換して、親機に加わる衝撃の低減および、衝突時の跳ね返りの同時低減を実現する。つまり、衝撃応答の運動エネルギをポテンシャルエネルギへ変換し、また、それを運動エネルギに置き換える、計２回のエネルギ変換が本発明の典型的一態様において行われることになる。ただし、本発明において子機を用いることは必須ではなく、親機と衝撃吸収ばねとの間でのエネルギ変換のみによっても、衝突時の衝撃及び跳ね返りをある程度低減させることは可能である。
【００１５】
以下、上述の（課題１）〜（課題３）の各々について、それぞれの課題を解決するための手段を概説し、次に本発明が提供する具体的解決手段を説明する。ただし、解決手段として以下に概説、説明される全ての構成を本発明が備えることは必須ではなく、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載により規定されることに留意する。
【００１６】
課題１に対する解決手段の概説（以降、便宜上、当該手段を「親機子機分離機構」と呼ぶことがある。）
親機子機分離機構は衝突体（親機）、飛翔体（子機）、衝撃（エネルギ）吸収ばね、先行衝突部（脚部）、固定装置、レール、アクチュエータ（駆動装置）を備える。
【００１７】
親機子機分離機構は衝突時に親機が持つ力学的エネルギを、衝撃吸収ばねのポテンシャルエネルギに変換し、そのエネルギを再び子機の運動エネルギに変換して、親機に加わる衝撃の低減および、衝突時の跳ね返りの同時低減を実現する。つまり、衝撃応答の運動エネルギをポテンシャルエネルギへ変換し、また、それを運動エネルギに置き換える、計２回のエネルギ変換が本発明では行われることになる。
【００１８】
親機と脚部は、親機が上下に自由に動ける程度に制約されている。親機と子機は固定装置により結合されており、任意の時間で固定装置を解除することで、親機と子機を分離することができる。
【００１９】
方法の流れは以下のとおりである。
Ａ．衝突体に対し、脚部が初めに接触する。
Ｂ．脚部が被衝突体に接触すると、脚部は元々の進行方向と逆向きに反力を受ける。一方で、親機は慣性により、元々の進行方向への運動を続けようとするので、衝撃吸収ばねが伸長する。衝撃吸収ばねが伸長するに従って、衝突時に親機が持つ力学的エネルギは徐々に衝撃吸収ばねのポテンシャルエネルギに変換される。
Ｃ．衝撃吸収ばねが十分に伸長した状態では、親機の力学的エネルギの大部分は衝撃吸収ばねのポテンシャルエネルギに変換されているため、親機の速度は十分に小さくなっている。このように衝撃吸収ばねが十分に伸びているタイミングで、親機と子機を分離する。
Ｄ．親機と子機の分離以降、親機はばねから力を受けることがないので、親機は十分に減速された状態で開放され、衝突時の衝撃および跳ね返りが低減される。一方で、子機は、ばねからの力を受け、元々の進行方向と逆向きに速度を得る。
Ｅ．伸びたばねが自然長まで縮むと、子機はばねから離れ、元々の進行方向と逆向きに射出される。
Ｆ．ここで、子機の落下位置を制御するために、レールをアクチュエータの駆動で曲げることで、レールの先端の向きを変更する。子機はレールに沿って運動し、レールの先端の向きへ射出される。子機がレールの端を超えた場合、それ以降子機はレールからの拘束を受けることがなくなり、放物線運動する。
【００２０】
課題２に対する解決手段の概説（以降、本設計手順を便宜上、「最適設計」と呼ぶことがある。）
決まった高さからの自由落下を想定した場合に、親機子機分離機構（図２５左の概念図参照）の性能を高めるために重要となる衝撃吸収ばねの設計手順について下記に述べる（ただし、後述の伸縮脚機構を用いない場合に限る）。
Ａ．衝撃吸収ばねが伸長できる長さを可能な限り大きくする。
Ｂ．衝撃吸収ばね定数を次式に従い決定する。
【数１】
2014210572.tif 000003
【００２１】
衝撃吸収ばねをあらかじめ伸ばした状態（図２５右の概念図参照）で保持できる場合、性能がさらに高まる。衝撃吸収ばねをあらかじめ伸ばした状態で保持できる場合に関して、本発明の性能をさらに高めるための衝撃吸収ばねの設計上の工夫について下記に述べる。
Ａ．衝撃吸収ばねを可能な限りあらかじめ伸長させた状態で保持する。
Ｂ．衝撃吸収ばねが伸長できる長さを可能な限り大きくする。
Ｃ．衝撃吸収ばね定数を次式に従い決定する。
【数２】
2014210572.tif 000004
なお、上記各式中の各変数の定義については、以下の表１、及び図２５を参照。
【表１】
2014210572.tif 000005
【００２２】
課題３に対する解決手段の概説
親機子機分離機構に対し、下記に概説するように、幾らかの工夫を加えることにより、課題３を解決することができる。（以降、本工夫を便宜上、「伸縮脚機構」と呼ぶことがある。）
【００２３】
伸縮脚機構を有する親機子機分離機構を衝突体（親機）、飛翔体（子機）、衝撃（エネルギ）吸収ばね、衝撃吸収ばね保持部、固定装置、レール、レール制御用アクチュエータ（駆動装置）、レール制御用ワイヤ、可動脚部、咬合部材と拘束ばね、拘束アクチュエータ（駆動装置）を用いて構成する。
【００２４】
伸縮脚機構を有する親機子機分離機構は可動脚部を先行して衝突させることにより、衝突時に親機が持つ力学的エネルギを、衝撃吸収ばねのポテンシャルエネルギに変換し、そのエネルギを再び子機の運動エネルギに変換して、親機に加わる衝撃の低減および、衝突時の跳ね返りの同時低減を実現する。つまり、衝撃応答の運動エネルギをポテンシャルエネルギへ変換し、また、それを運動エネルギに置き換える、計２回のエネルギ変換が本発明では行われることになる。
【００２５】
親機と衝撃吸収ばね保持部は、親機が上下に自由に動ける程度に制約されている。親機と子機は固定装置により結合されており、任意の時間で固定装置を解除することで、親機と子機を分離することができる。
【００２６】
可動脚部の運動は咬合部材と拘束ばねを用いて固定あるいは解除が可能である。また、拘束アクチュエータにより可動脚部に上向きあるいは下向きの力を加えることもできる。ゆえに可動脚部の長さを被衝突体の衝突表面に沿った長さに固定すれば、衝撃吸収ばね保持部はすべての可動脚部から均等な加重を受けることができるため、衝突時に回転モーメントが生じない。また、衝撃吸収ばねのパラメータに変動が生じた際にも可動脚部がばねの伸長量の誤差を補償するため、性能に影響が少ない。
【００２７】
方法の流れとしては次のＡ〜Ｊのようになる。
Ａ．被衝突体に対し、いずれかの第１可動脚部が初めに接触する。接触後、第１可動脚部は摺動運動する。
Ｂ．全ての第１可動脚部が接触したタイミングで第１咬合部材と第１拘束ばねにより第１可動脚部の運動を固定する。この時、すべて第１可動脚部が地面と接触した状態を維持するために、第１拘束アクチュエータを補助的に使うこともできる。
Ｃ．第１咬合部材と第１拘束ばねによる拘束以降、衝撃吸収ばね保持部は元々の進行方向と逆向きに反力を受ける。一方で、親機、子機、子機設置部は慣性により、元々の進行方向への運動を続けようとするので、衝撃吸収ばねが伸長する。衝撃吸収ばねが伸長するに従って、衝突時に親機が持つ力学的エネルギは徐々に衝撃吸収ばねのポテンシャルエネルギに変換される。
Ｄ．親機下部の第２可動脚部が被衝突物体と接触すると、Ａと同様に第２可動脚部は摺動運動する。この時、すべて第２可動脚部が地面と接触した状態を維持するために、第２拘束アクチュエータを補助的に使うこともできる。
Ｅ．衝撃吸収ばねが十分に伸長した状態では、親機の力学的エネルギの大部分は衝撃吸収ばねのポテンシャルエネルギに変換されているため、親機の速度は十分に小さくなっている。このように衝撃吸収ばねが十分に伸びているタイミングで、親機と子機を分離する。
Ｆ．親機と子機の分離と同時に親機下部の第２可動脚部を第２咬合部材と第２拘束ばねで固定する。
Ｇ．親機は速度が十分に小さくなった状態で被衝突体表面と接した状態で解放されるため、衝突時の衝撃および跳ね返りが大きく低減される。加えて姿勢も安定化される。
Ｈ．親機と子機の分離以降、子機は、衝撃吸収ばねからの力を受け、元々の進行方向と逆向きに速度を得る。
Ｉ．伸びたばねが自然長まで縮むと、子機は衝撃吸収ばねから離れ、元々の進行方向と逆向きに射出される。
Ｊ．ここで、子機の落下位置を制御するために、レールをレール制御用アクチュエータの駆動で曲げることで、レールの先端の向きを変更する。子機はレールに沿って運動し、レールの先端の向きへ射出される。子機がレールの端を超えた場合、それ以降子機はレールからの拘束を受けることがなくなり、放物線運動する。
【００２８】
以下、本発明が提案する具体的解決手段を説明する。
【００２９】
本発明は、衝突体と被衝突体とが衝突したときの衝撃を緩和し、衝突後の跳ね返りを低減させるためのシステムであって、衝突体と、弾性体と、衝突体と弾性体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続する、衝突体接続部と、弾性体を保持し、衝突体接続部によって弾性体に接続された衝突体が被衝突体に向かって移動することを、弾性体を介して制限するよう構成された弾性体保持部、及び先行衝突部を備えた、先行衝突体とを備え、先行衝突部が被衝突体に衝突した後、衝突体が、弾性体保持部による弾性体を介した制限を受けながら被衝突体に向かって移動することにより、衝突体の力学的エネルギの少なくとも一部が弾性体のポテンシャルエネルギへと変換された時点で、衝突体接続部による衝突体と弾性体との接続を解除することにより、力学的エネルギの少なくとも一部を失った衝突体を被衝突体と衝突させるよう構成されたことを特徴とするシステムを提供する（本件第一発明のシステム。）。
【００３０】
上記本件第一発明のシステムに、弾性体と飛翔体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続する飛翔体接続部を更に備え、衝突体接続部による衝突体と弾性体との接続が解除された後、飛翔体接続部を介して弾性体のポテンシャルエネルギの少なくとも一部を飛翔体の力学的エネルギへと変換し、飛翔体を射出するよう構成することが好ましい。
【００３１】
上記飛翔体接続部を備えた本件第一発明のシステムに、飛翔体を誘導する誘導レールを更に備え、誘導レールにより誘導される方向へと飛翔体を射出することにより飛翔体の射出方向を制御するよう構成することが可能である。
【００３２】
上記誘導レールを備えた本件第一発明のシステムに、誘導レールを駆動するアクチュエータを更に備え、アクチュエータにより誘導レールを駆動することで、誘導レールによって誘導される飛翔体の射出方向を選択するよう構成することが可能である。
【００３３】
また、上記本件第一発明のシステムを、弾性体の長さが所定値以上になったことに応答して、又は所定値を超えたことに応答して、衝突体接続部による衝突体と弾性体との接続を解除するよう構成することが可能である。
【００３４】
また、本件第一発明のシステムを、衝突体の、被衝突体に対する速度の大きさが所定値以下になったことに応答して、又は所定値を下回ったことに応答して、衝突体接続部による衝突体と弾性体との接続を解除するよう構成することが可能である。
【００３５】
上記弾性体としては、以下の式
【数３】
2014210572.tif 000006
（１）
（ｍは、衝突体の質量、及び、衝突体が弾性体保持部による弾性体を介した制限を受けながら被衝突体に向かって移動しているときに衝突体と一体となって移動する全ての要素の質量の合計を表わす。ｇは重力加速度を表す。ｈ0は、衝突体が被衝突体に向かって移動を開始した時点での、被衝突体上の衝突面に対する衝突体の高さを表わす。ｌstは、弾性体が自然長であるときの、先行衝突体に対する衝突体の高さを表わす。）
に基づいて決定されたばね定数ｋsを有するばねを用いてよい。上記式（１）を満たすばね定数ｋsを有するばねを用いれば、後述のとおり、衝突体における衝突後の跳ね返りを最小化することが可能となる。ただし、ばね定数ｋsが上記式（１）を厳密に満たすことは必須ではない。個々の実施態様において許容可能な跳ね返りの程度、製造技術上実現可能な実際のばね定数値の精度等に応じて、弾性体の剛性は任意に選択可能である。
【００３６】
上記弾性体が自然長である時の、先行衝突体に対する衝突体の高さ（以下、本件第一発明における、弾性体の「ストローク長」と呼ぶ。）を、所定値以上であるか、又は所定値よりも大きくすることが可能である。後述のとおり、本件第一発明のシステムにおいては、ストローク長を大きくすることにより衝突体の分離時の加速度を小さくすることができる。ただし、システムのサイズ制限等により、通常はストローク長を無制限に大きくはできないので、個々の実施態様において実現可能な所定値を設定し、これ以上かこれを超えるストローク長を確保することが好ましい。
【００３７】
さらに本発明は、衝突体と被衝突体とが衝突したときの衝撃を緩和し、衝突後の跳ね返りを低減させるための方法であって、衝突体接続部が、衝突体と弾性体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続し、且つ、先行衝突体の弾性体保持部が弾性体を保持することにより、衝突体が被衝突体に向かって移動することを、弾性体を介して制限しつつ、先行衝突体の先行衝突部を被衝突体に衝突させる段階と、先行衝突部が被衝突体に衝突した後、衝突体が、弾性体を介した制限を受けながら被衝突体に向かって移動することにより、衝突体の力学的エネルギの少なくとも一部が弾性体のポテンシャルエネルギへと変換された時点で、衝突体接続部による衝突体と弾性体との接続を解除して、力学的エネルギの少なくとも一部を失った衝突体を被衝突体に衝突させる段階とを備えたことを特徴とする方法を提供する（本件第一発明の方法）。
【００３８】
上記本件第一発明の方法に、衝突体接続部による衝突体と弾性体との接続を解除した後、弾性体のポテンシャルエネルギの少なくとも一部を、飛翔体接続部によって弾性体との間で力学的エネルギが伝達可能であるよう接続された飛翔体の力学的エネルギへと、飛翔体接続部を介して変換し、飛翔体を射出する段階を更に備えることが好ましい。
【００３９】
上記飛翔体を射出する段階は、誘導レールにより飛翔体を誘導し、誘導レールにより誘導される方向へと飛翔体を射出することにより飛翔体の射出方向を制御しつつ射出する段階であってよい。
【００４０】
上記誘導レールを用いる本件第一発明の方法において、飛翔体を射出する段階は、アクチュエータにより誘導レールを駆動することで、誘導レールによって誘導される飛翔体の射出方向を選択しつつ射出する段階であってよい。
【００４１】
また、本件第一発明の方法を、衝突体接続部による衝突体と弾性体との接続の解除が、弾性体の長さが所定値以上になったことに応答して、又は所定値を超えたことに応答して行われるよう構成することが可能である。
【００４２】
また、本件第一発明の方法を、衝突体接続部による衝突体と弾性体との接続の解除が、衝突体の、被衝突体に対する速度の大きさが所定値以下になったことに応答して、又は所定値を下回ったことに応答して行われるよう構成することが可能である。
【００４３】
本件第一発明の方法においても、上記弾性体としては、上記式（１）に基づいて決定されたばね定数ｋsを有するばねを用いてよい。上記式（１）を満たすばね定数ｋsを有するばねを用いれば、後述のとおり、衝突体における衝突後の跳ね返りを最小化することが可能となる。既に述べたとおり、ばね定数ｋsが上記式（１）を厳密に満たすことは必須ではない。個々の実施態様において許容可能な跳ね返りの程度、製造技術上実現可能な実際のばね定数値の精度等に応じて、弾性体の剛性は任意に選択可能である。
【００４４】
本件第一発明の方法においても、上記弾性体が自然長である時の、先行衝突体に対する衝突体の高さ（ストローク長）が、所定値以上であるか、又は所定値よりも大きくなるよう構成された、先行衝突体及び衝突体を用いることが可能である。既に述べたとおり、個々の実施態様において実現可能な所定値を設定し、これ以上かこれを超えるストローク長を確保することが好ましい。
【００４５】
また本発明は、衝突体と被衝突体とが衝突したときの衝撃を緩和し、衝突後の跳ね返りを低減させるためのシステムであって、衝突体と、飛翔体と、弾性体と、弾性体と飛翔体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続する、飛翔体接続部と、飛翔体と衝突体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続する、衝突体接続部と、弾性体を保持し、飛翔体接続部によって弾性体に接続された飛翔体、及び衝突体接続部によって飛翔体に接続された衝突体が被衝突体に向かって移動することを、弾性体を介して制限するよう構成される弾性体保持部であって、飛翔体接続部が弾性体保持部に向かって所定位置を越えて移動することを阻止するよう更に構成された弾性体保持部、及び先行衝突部を備えた、先行衝突体とを備え、先行衝突部が被衝突体に衝突した後、飛翔体及び衝突体が、弾性体保持部による弾性体を介した制限を受けながら被衝突体に向かって移動することにより、飛翔体及び衝突体の力学的エネルギの少なくとも一部が弾性体のポテンシャルエネルギへと変換された時点で、衝突体接続部による衝突体と飛翔体との接続を解除することにより、力学的エネルギの少なくとも一部を失った衝突体を被衝突体と衝突させるよう構成され、更に、衝突体接続部による衝突体と飛翔体との接続が解除された後、飛翔体接続部を介して弾性体のポテンシャルエネルギの少なくとも一部を飛翔体の力学的エネルギへと変換し、飛翔体を射出するよう構成されたことを特徴とするシステムを提供する（本件第二発明のシステム）。
【００４６】
また、本件第二発明のシステムを、衝突体の、被衝突体に対する速度の大きさが所定値以下になったことに応答して、又は所定値を下回ったことに応答して、衝突体接続部による衝突体と飛翔体との接続を解除するよう構成することが可能である。後述のとおり、本件第二発明のシステムの動作の一態様においては、衝突体の被衝突体に対する速度がゼロとなったことに応答して衝突体と飛翔体との接続が解除される。ただし、速度の検出精度や接続解除タイミングの制御能力には通常限界があること等に鑑みれば、個々の実施態様に応じて上記速度の大きさに関する適切な所定値を設定し、当該速度の大きさがこれ以下になったかこれを下回ったことに応答して、衝突体接続部による衝突体と飛翔体との接続を解除することが好ましい。
【００４７】
本件第二発明のシステムにおいて、上記弾性体としては、以下の式
【数４】
2014210572.tif 000007
（２）
（ｍは、衝突体の質量、飛翔体の質量、及び、衝突体及び飛翔体が弾性体保持部による弾性体を介した制限を受けながら被衝突体に向かって移動しているときに衝突体及び飛翔体と一体となって移動する全ての要素の質量の合計を表わす。ｇは重力加速度を表す。ｈ0は、衝突体及び飛翔体が被衝突体に向かって移動を開始した時点での、被衝突体上の衝突面に対する衝突体の高さを表わす。ｌpは、飛翔体接続部が所定位置にあるときの、弾性体の伸びを表わす。ｌstは、飛翔体接続部が所定位置にあるときの、先行衝突体に対する衝突体の高さを表わす。）
に基づいて決定されたばね定数ｋsを有するばねを用いてよい。上記式（２）を満たすばね定数ｋsを有するばねを用いれば、後述のとおり、衝突体における衝突後の跳ね返りを最小化することが可能となる。ただし、ばね定数ｋsが上記式（２）を厳密に満たすことは必須ではない。個々の実施態様において許容可能な跳ね返りの程度、製造技術上実現可能な実際のばね定数値の精度等に応じて、弾性体の剛性は任意に選択可能である。
【００４８】
本件第二発明のシステムにおいて、飛翔体接続部が上記所定位置にあるときの、弾性体の伸び（以下、本件第二発明における「事前伸長の長さ」と呼ぶ。）を、所定値以上であるか、又は所定値よりも大きくすることが可能である。後述のとおり、本件第二発明のシステムにおいては、事前伸長の長さを大きくすることにより、衝突体の分離時の加速度を、特に本件第一発明における加速度よりも小さくすることができる。ただし、システムのサイズ制限等により、通常は事前伸長の長さを無制限に大きくはできないので、個々の実施態様において実現可能な所定値を設定し、これ以上かこれを超える事前伸長の長さを確保することが好ましい。
【００４９】
本件第二発明のシステムにおいて、飛翔体接続部が所定位置にあるときの、先行衝突体に対する衝突体の高さ（以下、本件第二発明における弾性体の「ストローク長」と呼ぶ。）を、所定値以上であるか、又は所定値よりも大きくすることが可能である。後述のとおり、本件第二発明のシステムにおいても、ストローク長を大きくすることにより衝突体の分離時の加速度を小さくすることができる。ただし、システムのサイズ制限等により、通常はストローク長を無制限に大きくはできないので、個々の実施態様において実現可能な所定値を設定し、これ以上かこれを超えるストローク長を確保することが好ましい。以降、本件第二発明において、式（２）を満たすようにばね定数ｋsを決定し、事前伸長の長さ及びストローク長を可能な限り大きくする設計を、本件第二発明における「最適設計」と呼ぶことがある。
【００５０】
さらに本発明は、衝突体と被衝突体とが衝突したときの衝撃を緩和し、衝突後の跳ね返りを低減させるための方法であって、飛翔体接続部が、飛翔体と弾性体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続し、衝突体接続部が、飛翔体と衝突体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続し、飛翔体接続部が先行衝突体の弾性体保持部に向かって所定位置を越えて移動することを阻止するよう構成された、弾性体保持部が、弾性体を保持することにより、飛翔体及び衝突体が被衝突体に向かって移動することを、弾性体を介して制限しつつ、先行衝突体の先行衝突部を被衝突体に衝突させる段階と、先行衝突部が被衝突体に衝突した後、飛翔体及び衝突体が、弾性体を介した制限を受けながら被衝突体に向かって移動することにより、飛翔体及び衝突体の力学的エネルギの少なくとも一部が弾性体のポテンシャルエネルギへと変換された時点で、衝突体接続部による衝突体と飛翔体との接続を解除して、力学的エネルギの少なくとも一部を失った衝突体を被衝突体に衝突させる段階と、衝突体接続部による衝突体と飛翔体との接続が解除された後、飛翔体接続部を介して弾性体のポテンシャルエネルギの少なくとも一部を飛翔体の力学的エネルギへと変換し、飛翔体を射出する段階とを備えたことを特徴とする方法を提供する（本件第二発明の方法）。
【００５１】
本件第二発明の方法において、衝突体接続部による衝突体と飛翔体との接続の解除を、衝突体の、被衝突体に対する速度の大きさが所定値以下になったことに応答して、又は所定値を下回ったことに応答して行うことができる。既に述べたとおり、個々の実施態様に応じて上記速度の大きさに関する適切な所定値を設定し、当該速度の大きさがこれ以下になったかこれを下回ったことに応答して、衝突体接続部による衝突体と飛翔体との接続を解除することが好ましい。
【００５２】
本件第二発明の方法において、上記弾性体としては、上記（２）式に基づいて決定されたばね定数ｋsを有するばねを用いてよい。上記式（２）を満たすばね定数ｋsを有するばねを用いれば、後述のとおり、衝突体における衝突後の跳ね返りを最小化することが可能となる。既に述べたとおり、ばね定数ｋsが上記式（２）を厳密に満たすことは必須ではない。個々の実施態様において許容可能な跳ね返りの程度、製造技術上実現可能な実際のばね定数値の精度等に応じて、弾性体の剛性は任意に選択可能である。
【００５３】
本件第二発明の方法においても、飛翔体接続部が所定位置にあるときの、弾性体の伸び（事前伸長の長さ）を、所定値以上であるか、又は所定値よりも大きくすることが可能である。既に述べたとおり、個々の実施態様において実現可能な所定値を設定し、これ以上かこれを超える事前伸長の長さを確保することが好ましい。
【００５４】
本件第二発明の方法においても、飛翔体接続部が所定位置にあるときの、先行衝突体に対する衝突体の高さ（ストローク長）を、所定値以上であるか、又は所定値よりも大きくすることが可能である。既に述べたとおり、個々の実施態様において実現可能な所定値を設定し、これ以上かこれを超えるストローク長を確保することが好ましい。
【００５５】
また本発明は、衝突体と被衝突体とが衝突したときの衝撃を緩和し、衝突後の跳ね返りを低減させるためのシステムであって、衝突体と、飛翔体と、弾性体と、弾性体と飛翔体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続する、飛翔体接続部と、飛翔体と衝突体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続する、衝突体接続部と、弾性体を保持し、飛翔体接続部によって弾性体に接続された飛翔体、及び衝突体接続部によって飛翔体に接続された衝突体が被衝突体に向かって移動することを、弾性体を介して制限するよう構成された弾性体保持部と、弾性体保持部に対して摺動可能に接続された複数の第１可動脚部を含む、第１先行衝突部と、複数の第１可動脚部の弾性体保持部に対する摺動を阻止できるよう構成された、第１拘束機構と、衝突体に対して摺動可能に接続された複数の第２可動脚部を含む、第２先行衝突部と、複数の第２可動脚部の衝突体に対する摺動を阻止できるよう構成された、第２拘束機構と、を備え、複数の第１可動脚部が順次、被衝突体に衝突した後に弾性体保持部に対して摺動し、複数の第１可動脚部の全てが被衝突体に衝突した後、第１拘束機構が、複数の第１可動脚部の弾性体保持部に対する摺動を阻止し、飛翔体及び衝突体が、弾性体保持部による弾性体を介した制限を受けながら被衝突体に向かって移動することにより、飛翔体及び衝突体の力学的エネルギの少なくとも一部を弾性体のポテンシャルエネルギへと変換し、複数の第２可動脚部が順次、被衝突体に衝突した後に衝突体に対して摺動し、複数の第２可動脚部の全てが被衝突体に衝突した後、衝突体接続部による衝突体と飛翔体との接続を解除し、第２拘束機構が複数の第２可動脚部の衝突体に対する摺動を阻止するとともに、飛翔体接続部を介して弾性体のポテンシャルエネルギの少なくとも一部を飛翔体の力学的エネルギへと変換し、飛翔体を射出するよう構成されたことを特徴とするシステムを提供する（本件第三発明のシステム）。
【００５６】
本件第三発明のシステムにおいて、第１拘束機構を、複数の第１可動脚部のうちいずれか１つと咬合可能な咬合部材として各々が与えられる、複数の第１咬合部材と、複数の第１咬合部材のいずれか１つと弾性体保持部との間に接続された拘束ばねとして各々が与えられる、複数の第１拘束ばねと、複数の第１拘束ばね及び複数の第１咬合部材を弾性体保持部に対して固定する複数の第１拘束ワイヤ、及び複数の第１拘束ワイヤを固定する複数のピン部材と、回転運動により複数のピン部材のうちいずれか１つを移動させる歯車部材として各々が与えられる、複数の歯車部材とを備え、複数の第１可動脚部の各々が弾性体保持部に対して摺動することにより、複数の歯車部材の各々が回転運動し、回転運動により、複数のピン部材の各々が移動することにより、複数のピン部材の各々による複数の第１拘束ワイヤの各々の固定を解除し、複数の第１拘束ワイヤの各々の固定を解除することにより、複数の第１拘束ワイヤによる、複数の第１拘束ばね及び複数の第１咬合部材の、弾性体保持部に対する固定を解除し、固定が解除された複数の第１咬合部材の各々が、固定が解除された複数の第１拘束ばねの各々の弾性力により複数の第１可動脚部の各々と咬合することにより、複数の第１可動脚部の弾性体保持部に対する摺動を阻止するよう構成することができる。
【００５７】
本件第三発明のシステムにおいて、第２拘束機構を、複数の第２可動脚部のうちいずれか１つと咬合可能な咬合部材として各々が与えられる、複数の第２咬合部材と、複数の第２咬合部材のいずれか１つと衝突体との間に接続された拘束ばねとして各々が与えられる、複数の第２拘束ばねと、複数の第２拘束ばね及び複数の第２咬合部材を衝突体に対して固定する複数の第２拘束ワイヤ、及び複数の第２拘束ワイヤを固定する、衝突体接続部に設けられた複数の第２拘束ワイヤ固定部とを備え、飛翔体及び衝突体が、弾性体保持部による弾性体を介した制限を受けながら被衝突体に向かって移動することにより、複数の第２可動脚部を衝突体に対して摺動させつつ、弾性体が伸長し、弾性体が伸長を停止して短縮を開始するタイミングで、衝突体接続部による衝突体と飛翔体との接続を解除するとともに、複数の第２拘束ワイヤ固定部の各々による複数の第２拘束ワイヤの各々の固定を解除し、複数の第２拘束ワイヤの各々の固定を解除することにより、複数の第２拘束ワイヤによる、複数の第２拘束ばね及び複数の第２咬合部材の、衝突体に対する固定を解除し、固定が解除された複数の第２咬合部材の各々が、固定が解除された複数の第２拘束ばねの各々の弾性力により複数の第２可動脚部の各々と咬合することにより、複数の第２可動脚部の衝突体に対する摺動を阻止するよう構成することができる。
【００５８】
本件第三発明のシステムにおいて、第１拘束機構を、複数の第１拘束アクチュエータを備え、複数の第１拘束アクチュエータの各々によって、複数の第１可動脚部の各々に、複数の第１可動脚部の各々による弾性体保持部に対する摺動に沿った方向の力を加えるよう構成することができる。
【００５９】
本件第三発明のシステムにおいて、第２拘束機構を、複数の第２拘束アクチュエータを備え、複数の第２拘束アクチュエータの各々によって、複数の第２可動脚部の各々に、複数の第２可動脚部の各々による衝突体に対する摺動に沿った方向の力を加えるよう構成することができる。
【００６０】
本件第三発明のシステムに飛翔体を誘導する誘導レールを更に備え、誘導レールにより誘導される方向へと飛翔体を射出することにより飛翔体の射出方向を制御するよう構成することができる。
【００６１】
上記誘導レールを備えた本件第三発明のシステムに、誘導レールを駆動するレール制御用アクチュエータを更に備え、レール制御用アクチュエータにより誘導レールを駆動することで、誘導レールによって誘導される飛翔体の射出方向を選択するよう構成することができる。
【００６２】
また本発明は、衝突体と被衝突体とが衝突したときの衝撃を緩和し、衝突後の跳ね返りを低減させるための方法であって、飛翔体接続部が、飛翔体と弾性体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続し、衝突体接続部が、飛翔体と衝突体とを力学的エネルギが伝達可能であるよう接続し、弾性体保持部が、弾性体を保持することにより、飛翔体及び衝突体が被衝突体に向かって移動することを、弾性体を介して制限しつつ、弾性体保持部に対して摺動可能に接続された複数の第１可動脚部が順次、被衝突体に衝突し、弾性体保持部に対して摺動する段階と、複数の第１可動脚部の全てが被衝突体に衝突した後、第１拘束機構が、複数の第１可動脚部の弾性体保持部に対する摺動を阻止する段階と、飛翔体及び衝突体が、弾性体保持部による弾性体を介した制限を受けながら被衝突体に向かって移動することにより、飛翔体及び衝突体の力学的エネルギの少なくとも一部を弾性体のポテンシャルエネルギへと変換する段階と、衝突体に対して摺動可能に接続された複数の第２可動脚部が順次、被衝突体に衝突し、衝突体に対して摺動する段階と、複数の第２可動脚部の全てが被衝突体に衝突した後、衝突体接続部による衝突体と飛翔体との接続を解除し、第２拘束機構が、複数の第２可動脚部の衝突体に対する摺動を阻止するとともに、飛翔体接続部を介して弾性体のポテンシャルエネルギの少なくとも一部を飛翔体の力学的エネルギへと変換し、飛翔体を射出する段階とを備えたことを特徴とする方法を提供する（本件第三発明の方法）。
【００６３】
本件第三発明の方法において、第１拘束機構が、複数の第１可動脚部の弾性体保持部に対する摺動を阻止する段階は、複数のピン部材が複数の第１拘束ワイヤを固定し、複数の第１拘束ワイヤが、複数の第１可動脚部のうちいずれか１つと咬合可能な咬合部材として各々が与えられる複数の第１咬合部材と、複数の第１咬合部材のいずれか１つと弾性体保持部との間に接続された拘束ばねとして各々が与えられる複数の第１拘束ばねと、を弾性体保持部に対して固定している状態から、複数の第１可動脚部の各々の、弾性体保持部に対する摺動により、複数の歯車部材の各々を回転運動させる段階と、回転運動により、複数の歯車部材の各々が、複数のピン部材の各々を移動させて、複数のピン部材の各々によって固定されている複数の第１拘束ワイヤの各々の固定を解除する段階と、複数の第１拘束ワイヤの各々の固定を解除することにより、複数の第１拘束ワイヤによる、複数の第１拘束ばね及び複数の第１咬合部材の、弾性体保持部に対する固定を解除する段階と、固定が解除された複数の第１咬合部材の各々が、固定が解除された複数の第１拘束ばねの各々の弾性力により複数の第１可動脚部の各々と咬合することにより、複数の第１可動脚部の弾性体保持部に対する摺動を阻止する段階とを備える段階とすることができる。
【００６４】
第２拘束機構が複数の第２可動脚部の衝突体に対する摺動を阻止する段階は、衝突体接続部に設けられた複数の第２拘束ワイヤ固定部が複数の第２拘束ワイヤを固定し、複数の第２拘束ワイヤが、複数の第２可動脚部のうちいずれか１つと咬合可能な咬合部材として各々が与えられる複数の第２咬合部材と、複数の第２咬合部材のいずれか１つと衝突体との間に接続された拘束ばねとして各々が与えられる複数の第２拘束ばねと、を衝突体に対して固定している状態から、飛翔体及び衝突体が、弾性体保持部による弾性体を介した制限を受けながら被衝突体に向かって移動することにより、複数の第２可動脚部を衝突体に対して摺動させつつ、弾性体が伸長した後、弾性体が伸長を停止して短縮を開始するタイミングで、衝突体接続部による衝突体と飛翔体との接続を解除するとともに、複数の第２拘束ワイヤ固定部の各々による複数の第２拘束ワイヤの各々の固定を解除する段階と、複数の第２拘束ワイヤの各々の固定を解除することにより、複数の第２拘束ワイヤによる、複数の第２拘束ばね及び複数の第２咬合部材の、衝突体に対する固定を解除する段階と、固定が解除された複数の第２咬合部材の各々が、固定が解除された複数の第２拘束ばねの各々の弾性力により複数の第２可動脚部の各々と咬合することにより、複数の第２可動脚部の衝突体に対する摺動を阻止する段階とを備える段階とすることができる。
【００６５】
第１拘束機構が複数の第１可動脚部の弾性体保持部に対する摺動を阻止する段階は、複数の第１拘束アクチュエータの各々によって、複数の第１可動脚部の各々に、複数の第１可動脚部の各々による弾性体保持部に対する摺動に沿った方向の力を加える段階を備える段階とすることができる。
【００６６】
第２拘束機構が複数の第２可動脚部の衝突体に対する摺動を阻止する段階は、複数の第２拘束アクチュエータの各々によって、複数の第２可動脚部の各々に、複数の第２可動脚部の各々による衝突体に対する摺動に沿った方向の力を加える段階を備える段階とすることができる。
【００６７】
飛翔体を射出する段階は、誘導レールにより飛翔体を誘導し、誘導レールにより誘導される方向へと飛翔体を射出することにより飛翔体の射出方向を制御しつつ射出する段階とすることができる。
【００６８】
上記誘導レールを用いる本件第三発明の方法において、飛翔体を射出する段階は、レール制御用アクチュエータにより誘導レールを駆動することで、誘導レールによって誘導される飛翔体の射出方向を選択しつつ射出する段階とすることができる。
【発明の効果】
【００６９】
本発明では次のような従来技術にはない効果が得られる。
【００７０】
Ａ．本発明においては塑性変形を起こさずに衝突を行うことが可能であり、一度使用した後にもシステムを再利用することが可能である。したがって、地上で試験し動作を確認した後、再度現場でも使用できるため、ハニカムクラッシュに比べ信頼性が高い。また、環境条件変動に対するロバスト性も高いため、信頼性向上のための冗長性が必要なく、コストの削減も可能である。
【００７１】
Ｂ．本発明では被衝突物体に対して流体を噴射する必要がないので、逆噴射に比べ、被衝突物体の損傷とコンタミネーションを軽減することが可能である。また、被衝突物体の表面に粉末が付着していても、逆噴射に比べて巻き上げを抑えることができる。
【００７２】
Ｃ．従来の運動量交換による方法の場合、射出物体にある程度の質量がないと、高速による射出用のアクチュエータが別途求められた。しかし、本発明が衝撃および跳ね返り低減のために用いている原理はエネルギ変換であるため、射出質量を小さくしても、十分な性能を持った衝撃および跳ね返り低減が可能である。
【００７３】
Ｄ．本発明で制御するための操作量はレール先端の向きのみであり（レールを用いずに本発明を実施することも可能である。）、これは事前に先端を向けておくことが可能であるため、従来の方法で必要であった高速な計算処理装置を必要としない。結果として、子機の射出方向の制御が容易になり、運動量交換による方法の場合に比べ周囲に与える危険を低減できる。
【００７４】
Ｅ．本発明は柔らかい被衝突物体に対しても跳ね返り低減が可能であり、この点で垂直離着陸機の着陸機構よりも優れている。つまり、本発明は被衝突物体の特性に依存しない高いロバスト性を有している。
【００７５】
Ｆ．本発明は、提案する機構が有する衝撃吸収ばねのパラメータを適切に設計することにより、良好な性能を発揮することができる。
【００７６】
Ｇ．本発明は、衝突面に凹凸のある被衝突物体との衝突の際に、可動脚部が、衝突面の高低差に沿って長さを変えることができる。すると、すべて脚に等しい反力が生じるため、回転モーメントが大きく低減される。ゆえに平らな面との衝突時と同様に衝撃、跳ね返りおよび回転運動の抑制性能を発揮することができる。
【００７７】
Ｈ．本発明は、衝突面に傾斜のある被衝突物体との衝突の際に、可動脚部が、衝突面の高低差に沿って長さを変えることができる。すると、すべて脚に等しい反力が生じるため、回転モーメントが大きく低減される。ゆえに平らな面との衝突時と同様に衝撃、跳ね返りおよび回転運動の抑制性能を発揮することができる。
【００７８】
Ｉ．本発明は、衝突面に凹凸のある被衝突物体との衝突の際に、可動脚部が、衝突面の高低差に沿って長さを変えることができる。すると、すべて脚に等しい反力が生じるため、回転モーメントが大きく低減される。ゆえに衝突物体は衝突時の姿勢で維持させることができる。
【００７９】
Ｊ．本発明は、衝突面に傾斜のある被衝突物体との衝突の際に、可動脚部が、衝突面の高低差に沿って長さを変えることができる。すると、すべて脚に等しい反力が生じるため、回転モーメントが大きく低減される。ゆえに衝突物体は衝突時の姿勢で維持させることができる。
【００８０】
Ｋ．衝撃吸収ばねのパラメータの変動を要因として親機の分離高さに変動が生じることにより性能の低下を招く。本発明では、親機の分離高さの差を親機下部の可動脚部が補償するゆえに、衝撃吸収ばねのパラメータ変動に対してロバストな性能を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本件第一発明の第一実施形態に係る、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００の構成図。
【図２ａ】本件第一発明の第一実施形態に係る、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００の平面図。
【図２ｂ】本件第一発明の第二実施形態に係る、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２００の平面図。
【図３】図１に示す衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００の、衝突時の動作（脚部１０５の衝突時）を示す図。
【図４】図１に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００の、衝突時の動作（脚部１０５の衝突後、親機１０１と衝撃吸収ばね１０２とが接続されているとき）を示す図。
【図５】図１に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００の、衝突時の動作（親機１０１と衝撃吸収ばね１０２の接続解除時）を示す図。
【図６】図１に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００の、衝突時の動作（親機１０１と衝撃吸収ばね１０２の接続解除後、子機１０６の誘導時）を示す図。
【図７】図１に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００の、衝突時の動作（親機１０１と衝撃吸収ばね１０２の接続解除後、子機１０６の誘導時）を示す図。
【図８】図１に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００の、衝突時の動作（子機１０６の射出時）を示す図。
【図９ａ】図１に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００を用いて、地上において０．５ｍの高さから質量３．０ｋｇの親機１０１を落下させた場合の衝突後の跳ね返り高さと搭載質量の関係を示すグラフ。
【図９ｂ】図１８に示される運動量交換による方法を用いて、地上において０．５ｍの高さから質量３．０ｋｇの親機を落下させた場合の衝突後の跳ね返り高さと搭載質量の関係を示すグラフ。
【図１０ａ】図１に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００を用いて、地上において０．５ｍの高さから質量３．０ｋｇの親機１０１を落下させた場合の衝突後の跳ね返り高さと被衝突物体の剛性の関係を示すグラフ。
【図１０ｂ】特許文献３に示される垂直離着陸機の着陸機構を用いて、地上において０．５ｍの高さから質量３．０ｋｇの親機を落下させた場合の衝突後の跳ね返り高さと被衝突物体の剛性の関係を示すグラフ。
【図１１ａ】図１に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００を用いて、親機をスポンジに衝突させた場合の、親機の計測開始点に対する高さ、及びスポンジ面に垂直な方向の加速度を測定した実験結果を示すグラフ。
【図１１ｂ】親機のみをスポンジに衝突させた場合の、親機の計測開始点に対する高さ、及びスポンジ面に垂直な方向の加速度を測定した実験結果を示すグラフ。
【図１２】本件第一発明の第二実施形態に係る、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２００の構成図。衝突時の、脚部２０５の衝突前の状態に対応する。
【図１３】図１２に示す衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２００の、衝突時の動作（脚部２０５の衝突後、親機２０１の衝撃吸収ばね保持部２０４に対する拘束解除時）を示す図。
【図１４】図１２に示す衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２００の、衝突時の動作（親機２０１と衝撃吸収ばね２０２の接続解除時）を示す図。
【図１５】図１２に示す衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２００の、衝突時の動作（親機２０１と衝撃吸収ばね２０２の接続解除後）を示す図。
【図１６】非特許文献１に記載のハニカムクラッシュの概念図。
【図１７】特許文献１に記載の逆噴射方式の概念図。
【図１８】特許文献２に記載のエアバッグの概念図。
【図１９】非特許文献２に記載の運動量交換による方法の概念図。
【図２０】非特許文献３に記載のアクティブ脚の概念図。
【図２１】図１に示す衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００について、衝撃吸収ばね１０２が自然長ｌnsであるときの先行衝突体（衝撃吸収ばね保持部１０４と４つの脚部１０５とが一体となって形成される。）に対する親機１０１の高さとして定義されるストローク長ｌstを示す図。
【図２２ａ】軟着陸性能（親機１０１の最大跳ね返り高さ）とストローク長との関係についての、計算機シミュレーション結果を示すグラフ（破線：ばね定数が適正値の５０％，太線：ばね定数が適正値，細線：ばね定数が適正値の１５０％）。
【図２２ｂ】軟着陸性能（親機１０１の最大加速度）とストローク長との関係についての、計算機シミュレーション結果を示すグラフ（破線：ばね定数が適正値の５０％，太線：ばね定数が適正値，細線：ばね定数が適正値の１５０％）。
【図２３ａ】分離の遅れの変化に対するロバスト性（親機１０１の最大跳ね返り高さ）についての、計算機シミュレーション結果を示すグラフ（破線：ストローク長が０．１ｍ，細線：ストローク長が０．２ｍ，太線：ストローク長が０．３ｍ）。
【図２３ｂ】分離の遅れの変化に対するロバスト性（親機１０１の最大加速度）についての、計算機シミュレーション結果を示すグラフ（破線：ストローク長が０．１ｍ，細線：ストローク長が０．２ｍ，太線：ストローク長が０．３ｍ）。
【図２４】本件第二発明に係る、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００の構成図。
【図２５】本件第一発明、第二発明のそれぞれに係る衝撃緩和及び跳ね返り低減システムについて、設計変数を視覚的に説明するための図。
【図２６】本件第二発明に係る、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００の平面図。
【図２７】図２４に示す衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００の、衝突時の動作（脚部１００５の衝突時）を示す図。
【図２８】図２４に示す衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００の、衝突時の動作（脚部１００５の衝突後、親機１００１と子機１００６、及び子機１００６と衝撃吸収ばね１００２が接続されているとき）を示す図。
【図２９】図２４に示す衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００の、衝突時の動作（親機１００１と子機１００６の接続解除時）を示す図。
【図３０】図２４に示す衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００の、衝突時の動作（親機１００１と子機１００６の接続解除後、子機１００６の誘導時）を示す図。
【図３１】図２４に示す衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００の、衝突時の動作（子機１００６と衝撃吸収ばね１００２の接続解除時）を示す図。
【図３２】図２４に示す衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００の、衝突時の動作（子機１００６の射出時）を示す図。
【図３３ａ】軟着陸性能（親機１００１の最大跳ね返り高さ）と事前伸長の長さとの関係についての、計算機シミュレーション結果を示すグラフ（破線：ばね定数が適正値の５０％，太線：ばね定数が適正値，細線：ばね定数が適正値の１５０％）。
【図３３ｂ】軟着陸性能（親機１００１の最大加速度）と事前伸長の長さとの関係についての、計算機シミュレーション結果を示すグラフ（破線：ばね定数が適正値の５０％，太線：ばね定数が適正値，細線：ばね定数が適正値の１５０％）。
【図３４ａ】軟着陸性能（親機１００１の最大跳ね返り高さ）と分離の遅れとの関係についての、計算機シミュレーション結果を示すグラフ（破線：ストローク長が０ｍ，細線：ストローク長が０．５ｍ，太線：ストローク長が２．０ｍ）。
【図３４ｂ】軟着陸性能（親機１００１の最大加速度）と分離の遅れとの関係についての、計算機シミュレーション結果を示すグラフ（破線：ストローク長が０ｍ，細線：ストローク長が０．５ｍ，太線：ストローク長が２．０ｍ）。
【図３５】伸縮脚機構の概念を説明するための図（伸縮脚が可動状態）。
【図３６】伸縮脚機構の概念を説明するための図（伸縮脚が拘束状態）。
【図３７】非伸縮脚機構の動作の概要を示す図。
【図３８】伸縮脚機構の動作の概要を示す図（衝突前）。
【図３９】伸縮脚機構の動作の概要を示す図（第１可動脚部の衝突時）。
【図４０】伸縮脚機構の動作の概要を示す図（第２可動脚部の衝突時）。
【図４１】伸縮脚機構の動作の概要を示す図（親機と子機の分離時）。
【図４２】伸縮脚機構の動作の概要を示す図（子機の射出時）。
【図４３】非伸縮脚機構が段差のある場所に着陸した時の動作の概要を示す図。
【図４４】伸縮脚機構が段差のある場所に着陸した時の動作の概要を示す図（衝突前）。
【図４５】伸縮脚機構が段差のある場所に着陸した時の動作の概要を示す図（第１可動脚部のうち一部が衝突した時）。
【図４６】伸縮脚機構が段差のある場所に着陸した時の動作の概要を示す図（第１可動脚部の全てが衝突した時）。
【図４７】伸縮脚機構が段差のある場所に着陸した時の動作の概要を示す図（第２可動脚部が衝突した時）。
【図４８】伸縮脚機構が段差のある場所に着陸した時の動作の概要を示す図（親機と子機の分離時）。
【図４９】拘束アクチュエータにより早い分離タイミングを補償した時の概要図。
【図５０】拘束アクチュエータにより分離タイミングの遅れを補償した時の概要図。
【図５１】非伸縮脚機構が固い地面に着陸した時の、脚部の振動を示す図。
【図５２】伸縮脚機構において拘束アクチュエータにより脚部の振動を抑制した時の動作を示す図。
【図５３ａ】非伸縮脚機構と伸縮脚機構とにおいて、ばね剛性が変動した時の、親機の最大跳ね返り高さの計算機シミュレーション結果を比較したグラフ。
【図５３ｂ】非伸縮脚機構と伸縮脚機構とにおいて、ばね剛性が変動した時の、親機に加わる最大加速度の計算機シミュレーション結果を比較したグラフ。
【図５４ａ】非伸縮脚機構と伸縮脚機構とにおいて、段差の高さが変動した時の、親機の最大跳ね返り高さの計算機シミュレーション結果を比較したグラフ。
【図５４ｂ】非伸縮脚機構と伸縮脚機構とにおいて、段差の高さが変動した時の、親機に加わる最大加速度の計算機シミュレーション結果を比較したグラフ。
【図５４ｃ】非伸縮脚機構と伸縮脚機構とにおいて、段差の高さが変動した時の、親機の最大回転角の計算機シミュレーション結果を比較したグラフ。
【図５５ａ】非伸縮脚機構と伸縮脚機構とにおいて、着地する斜面の傾きが変動した時の、親機の最大跳ね返り高さの計算機シミュレーション結果を比較したグラフ。
【図５５ｂ】非伸縮脚機構と伸縮脚機構とにおいて、着地する斜面の傾きが変動した時の、親機に加わる最大加速度の計算機シミュレーション結果を比較したグラフ。
【図５５ｃ】非伸縮脚機構と伸縮脚機構とにおいて、着地する斜面の傾きが変動した時の、親機の最大回転角の計算機シミュレーション結果を比較したグラフ。
【図５６ａ】伸縮脚機構において、伸縮脚の拘束が遅れた場合の、親機の最大跳ね返り高さの計算機シミュレーション結果を比較したグラフ。
【図５６ｂ】伸縮脚機構において、伸縮脚の拘束が遅れた場合の、親機の最大加速度の計算機シミュレーション結果を比較したグラフ。
【図５７】伸縮脚の拘束が遅れた場合の対応策として、可動脚部にストッパを設けた構成を示す概要図。
【図５８】本件第三発明に係る、衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の構成図。
【図５９ａ】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の構成要素を示す図。
【図５９ｂ】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の構成要素を示す図。
【図６０】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の本体部の構成を示す図。
【図６１】親機２００１に取り付けられた固定装置２００３の動作を示す図。
【図６２】子機２００６に対するレール２００８の設置態様を示す図。
【図６３】第１可動脚部２００５とスライダ部２００５−１を示す図。
【図６４】拘束ワイヤ２０１５Ｅ，２０１６Ｅを示す図。
【図６５】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の組み立て順序を示す図（１）。
【図６６】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の組み立て順序を示す図（２）。
【図６７】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の組み立て順序を示す図（３）。
【図６８】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の組み立て順序を示す図（４）。
【図６９】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の組み立て順序を示す図（５）。
【図７０】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の組み立て順序を示す図（６）。
【図７１】図７０の時点で固定された拘束ワイヤ配置の詳細を示す図。
【図７２】１つの拘束ワイヤが外れた状態を示す図。
【図７３】２つの拘束ワイヤが外れた状態を示す図。
【図７４】３つの拘束ワイヤが外れた状態を示す図。
【図７５】全ての拘束ワイヤが外れた状態を示す図。
【図７６】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の組み立て順序を示す図（７）。
【図７７】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の組み立て順序を示す図（８）。
【図７８】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の組み立て順序を示す図（９）。
【図７９】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の組み立て順序を示す図（１０）。
【図８０】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の動作順序を示す図（１）。
【図８１】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の動作順序を示す図（２）。
【図８２】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の動作順序を示す図（３）。
【図８３】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の動作順序を示す図（４）。
【図８４】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の動作順序を示す図（５）。
【図８５】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の動作順序を示す図（６）。
【図８６】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の動作順序を示す図（７）。
【図８７】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の動作順序を示す図（８）。
【図８８】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の動作順序を示す図（９）。
【図８９】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の動作順序を示す図（１０）。
【図９０】衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の動作順序を示す図（１１）。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
これより図面を用いて、本発明に係る衝撃緩和及び跳ね返り低減システム、及び方法の実施形態を説明する。ただし、本発明に係る衝撃緩和及び跳ね返り低減システム、及び方法は、各図面、及び関連する説明により示される特定の具体的構成、動作へと限定されるわけではなく、本発明の範囲内で適宜変更可能である。例えば（可動）脚部の数は４に限らず任意の数であってよい。各図面は本発明の原理を説明するための概念図であり、図面中の個々の要素も、それらを見易くする目的で適宜拡大又は縮小されている。
【実施例１】
【００８３】
衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００の構成
図１は、本発明の第一実施形態に係る、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００の構成図であり、図２ａは、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００を図１中の矢印方向で見たときの平面図である。図２ａ中、ＡＡ’線が紙面下向き方向に移動することで得られる断面を、図２ａ中の矢印方向で見たときの構成図が、図１に対応する。
【００８４】
衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００は、親機１０１、衝撃吸収ばね１０２、固定装置１０３、衝撃吸収ばね保持部１０４、４つの脚部１０５、子機１０６、子機設置部１０７、レール１０８、ワイヤ１０９を備える。一例において、親機１０１は惑星着陸機であり、子機１０６は惑星探査機であり、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００は全体として惑星着陸船を構成するが、後述のとおり本発明の衝撃緩和及び跳ね返り低減システムはこれ以外の様々な用途に利用可能である。
【００８５】
衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００においては、衝撃吸収ばね保持部１０４と４つの脚部１０５とが一体となって（図２ａ参照）形成される先行衝突体の、当該衝撃吸収ばね保持部１０４が衝撃吸収ばね１０２を、その一端を溶接する等の手段によって保持しており、衝撃吸収ばね１０２の他端が、同じく溶接等の手段によって子機設置部１０７を保持しており、子機設置部１０７上に、子機１０６が、その一端を吊り下げる等して設置されており、さらに子機１０６の他端に固定装置１０３を引っ掛ける等して、親機１０１が固定されている。このような構成により、親機１０１と先行衝突体とは、衝撃吸収ばね１０２を介した制限を受けつつ、親機１０１が図１中の矢印方向、及びその逆方向に動ける状態で接続されている。なお、固定装置１０３による、親機１０１と子機１０６との固定状態は、図示されていないアクチュエータ等によって任意に解除可能である。
【００８６】
レール１０８は、図１、図２ａに示されるとおり子機１０６の中心軸を貫き、子機射出口１１０を越えて伸びる。子機１０６は、固定装置１０３による固定が解除された状態では、子機設置部１０７から離れてレール１０８に沿って移動可能である。レール１０８は所定位置を支点として傾動可能な構造を有しており（図６参照）、且つレール１０８の一端はワイヤ１０９と接続されている。図示されていないアクチュエータによってワイヤ１０９を引っ張ることにより、レール１０８を、上記所定位置を支点として傾動させて、子機１０６の移動経路を曲げることが可能である。これにより、子機１０６の上下（ピッチ）方向の射出角度（被衝突物体３００の衝突面を水平面としたときの仰角）を調整して、子機１０６の射出位置から到達位置までの直線距離を制御することができる。また、予め曲げられたレール１０８を、その軸廻りに回転させることにより（図６参照）、子機１０６の方位角を調整することができる。すなわち、被衝突物体３００の衝突面を水平面としたとき、当該水平面内での射出方向を調整して、子機１０６の到達位置を制御することができる。なお、ワイヤ１０９が子機１０６の移動を妨げることを防ぐために、子機の一端を削り取っておくことが好ましい。あるいは、レール１０８に対してワイヤ１０９を着脱可能に接続して、子機の通過時にはワイヤ１０９をレール１０８から外してもよい。
【００８７】
衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００の動作
次に、図３〜図８を用いて、本発明に係る衝撃緩和及び跳ね返り低減方法の一例である、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００の動作を説明する。衝突を行う前に、子機１０６をレール１０８に拘束して、親機１０１と子機１０６を固定装置１０３で固定して、アクチュエータとレール１０８の先端が連動するようワイヤ１０９で固定することにより、図１に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００が構成されているものとする。
【００８８】
まず、被衝突物体３００に対し、脚部１０５が衝突する（図３）。脚部１０５が被衝突物体３００に衝突すると、脚部１０５はそれまでの移動方向と逆向きに反力を受けるため、脚部１０５の速度は低減される。脚部１０５は被衝突物体３００と接触しており、これ以上、それまでの進行方向に移動することはできない。
【００８９】
一方で、親機１０１は慣性によりそれまでの進行方向への運動を続けようとするので、図４に示されるとおり衝撃吸収ばね１０２が伸長する。親機１０１が衝撃吸収ばね１０２を介した制限を受けつつ被衝突物体３００に向かって移動し、衝撃吸収ばね１０２が伸長するにしたがって、衝突時に親機１０１が有していた力学的エネルギは徐々に衝撃吸収ばね１０２のポテンシャルエネルギへと変換される。
【００９０】
衝撃吸収ばね１０２が十分に伸長した状態では、親機１０１の力学的エネルギの大部分は衝撃吸収ばね１０２のポテンシャルエネルギに変換されているため、親機１０１の速度は十分に小さくなっている。このように衝撃吸収ばね１０２が十分に伸びているタイミングで、アクチュエータ等を用いて固定装置１０３による固定状態を解除し、親機１０１と子機１０６を分離する（図５）。親機１０１と子機１０６の分離以降、親機１０１は衝撃吸収ばね１０２から力を受けることがないので、解放された親機１０１は十分に減速された状態から、被衝突物体３００に向かって移動を続ける。一方で子機１０６は、子機設置部１０７を介して衝撃吸収ばね１０２からの力を受け、それまでの進行方向と逆向きに加速される。子機１０６は、レール１０８に誘導されつつ、子機射出口１１０に向かって移動する。
【００９１】
ここで、子機１０６の運動軌跡、着陸位置を制御するために、アクチュエータの駆動でワイヤ１０９を引っ張り、レール１０８を傾動させることにより、レール１０８の先端の向き（仰角）を変更するとともに、アクチュエータの駆動でレール１０８をその軸廻りに回転させて、レール１０８の先端の向き（方位角）を変更する（図６）。なお、レール１０８の先端の向きを変更する方法はこれに限らない。例えばレール１０８を塑性変形等であらかじめ曲げておき（これによりワイヤ１０９は不要となる）、レール１０８を回動させることによって先端の向きを変更してもよい（図７）。このような向きの変更はどのタイミングで行ってもよく、例えば脚部１０５が被衝突物体３００に衝突する前にゆっくりとレール１０８の先端の向きを変更して、子機１０６を射出する時点で変更動作を停止させておくことが好ましい。
【００９２】
子機１０６はレール１０８に沿って、子機射出口１１０に向かって運動する。衝撃吸収ばね１０２のポテンシャルエネルギが、子機設置部１０７を介して子機１０６の力学的エネルギへと変換されていくため、衝撃吸収ばね１０２は縮んでいく。衝撃吸収ばね１０２が自然長まで縮むと、子機１０６は衝撃吸収ばね１０２から解放され、子機設置部１０７から離れて、レール１０８の先端方向に射出される（図８）。子機１０６がレール１０８の先端を通過すると、それ以降、子機１０６はレール１０８からの拘束を受けることがなくなり、放物線運動する。また親機１０１は、十分に減速された状態から被衝突物体３００に衝突するので、通常の衝突に比べ、衝撃が緩和されて跳ね返りが低減される。
【００９３】
図１に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００を用いて、地上において０．５ｍの高さから質量３．０ｋｇの親機１０１を落下させた場合の衝突後の跳ね返り高さと子機（飛翔体）質量の関係を示すグラフを図９ａに示す。また比較用に、図１９に示される運動量交換による方法の上部のみを用いて、地上において０．５ｍの高さから質量３．０ｋｇの親機を落下させた場合の衝突後の跳ね返り高さと上方向へ飛翔する物体質量の関係を示すグラフを図９ｂに示す。衝撃吸収ばね１０２、及び図１９の方法において用いられる上のばねのばね定数は３０３０（Ｎ／ｍ）とし、その他の要素の質量は無視して計算機シミュレーションを行い、グラフを作成した。図９ａのグラフを作成するにあたっては、レール１０８を用いずに子機１０６が真上に射出されるものとした。両グラフ中の実線、点線、１点鎖線は、それぞれ被衝突体の剛性が１．０×１０4（Ｎ／ｍ），１．０×１０5（Ｎ／ｍ），１．０×１０3（Ｎ／ｍ）であるとして計算された、飛翔体質量（ｋｇ）と最大跳ね返り高さ（ｍ）の関係を表わす。運動量交換による方法に比べ、本発明により親機を衝突させたときには跳ね返りが小さく、特に本発明においては射出質量が小さくても十分に跳ね返りを抑えられることが示された。
【００９４】
同様に、図１に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００を用いて、地上において０．５ｍの高さから質量３．０ｋｇの親機１０１を落下させた場合の衝突後の跳ね返り高さと被衝突物体３００の剛性の関係を示すグラフを、図１０ａに示す。また比較用に、特許文献３に示される垂直離着陸機の着陸機構を用いて、地上において０．５ｍの高さから質量３．０ｋｇの親機を落下させた場合の衝突後の跳ね返り高さと被衝突物体の剛性の関係を示すグラフを、図１０ｂに示す。ただし、図１０ａのグラフは、上記飛翔体質量を０．０５（ｋｇ）に固定したうえで、被衝突体の剛性（Ｎ／ｍ）を変化させつつ最大跳ね返り高さ（ｍ）を計算した結果を示すグラフである。ばね定数やレールを用いないという条件は、図９ａのグラフを作成した際の計算と同様である。特許文献３に示される垂直離着陸機の着陸機構に比べ、本発明により親機を衝突させたときには、被衝突物体の剛性の低い場合であっても跳ね返りが小さく、本発明においては柔らかい被衝突物体に対しても十分に跳ね返りを抑えられることが示された。
【００９５】
さらに、図１に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００を用いて、親機１０１をスポンジ（被衝突物体３００）に衝突させた場合の、親機１０１の計測開始点に対する高さ、及びスポンジ面に垂直な方向の加速度を測定した実験結果を図１１ａのグラフに示す。本実験において、親機１０１の質量、子機１０６の質量、及び衝撃吸収ばね保持部１０４と脚部１０５とが一体となって形成される先行衝突体の質量は、それぞれ３３５５ｇ，５６ｇ，及び７６２ｇである。引っ張りばね定数１６７０Ｎ／ｍのばねを４本用いて衝撃吸収ばね１０２を形成し、全体のばね定数は６６８０Ｎ／ｍであった。なお、子機１０６はスポンジ面に対して垂直方向に射出された。また比較用に、同じ質量の親機１０１のみをスポンジに衝突させた場合の、親機の計測開始点に対する高さ、及びスポンジ面に垂直な方向の加速度を測定した実験結果を図１１ｂのグラフに示す。図１１ａに示されるとおり、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００を用いれば、親機１０１の跳ね返りはほぼゼロになり、衝突時の加速度も、ノイズを無視すれば図１１ｂの実験結果に比べて数分の１になることが示された。
【実施例２】
【００９６】
衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２００の構成
本発明を、子機を用いずに実施することも可能である。この場合であっても、衝撃のピークは抑制される。図１２に、子機を用いずに構成された、本発明の第二実施形態に係る衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２００の構成図を示す。図２ｂが、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２００を図１２中の矢印方向で見たときの平面図である。図２ｂ中、ＡＡ’線が紙面下向き方向に移動することで得られる断面を、図２ｂ中の矢印方向で見たときの構成図が、図１２に対応する。
【００９７】
衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２００は、親機２０１、衝撃吸収ばね２０２、固定装置２０３、衝撃吸収ばね保持部２０４、４つの脚部２０５、子機設置部２０７、レール２０８を備える。これらの要素は、図１に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００に含まれる、親機１０１、衝撃吸収ばね１０２、固定装置１０３、衝撃吸収ばね保持部１０４、４つの脚部１０５、子機設置部１０７、レール１０８と同様の構成を有する要素であるが、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２００の子機設置部２０７には子機が設置されておらず、また図１２に示されるとおり、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２００においては、固定装置２０３を、子機ではなく子機設置部２０７に引っ掛けることにより、親機２０１を衝撃吸収ばね２０２に固定している。なお、本実施例においては子機を用いないので、レール２０８は外しても構わない。
【００９８】
さらに、子機を用いない構成においては、拘束装置２１１により、親機２０１を、衝撃吸収ばね保持部２０４と脚部２０５とからなる先行衝突体に拘束しておくことが好ましい。拘束していない場合、衝撃吸収ばね２０２の剛性が低ければ、脚部２０５よりも先に親機２０１が被衝突物体３００に衝突する恐れがあるからである。拘束装置２１１は図示されていないアクチュエータの制御により伸縮する伸縮部２１２を備える。先行衝突体に対する、親機２０１の変位の方向を規定する親機誘導部２１３に設けられた開口部を伸縮部２１２が貫いている状態（図２ｂ、図１２）においては、親機２０１と先行衝突体とが相対移動不可であるために衝撃吸収ばね２０２も伸長できない。後述のとおり、先行衝突体が被衝突物体３００に衝突した時点で拘束を解けば、脚部２０５よりも先に親機２０１が被衝突物体３００に衝突することを防止できる。ただし、拘束手段としてこのような伸縮部２１２を用いることは必須ではなく、親機２０１を先行衝突体に拘束できる拘束手段であればどのような手段を用いてもよい。拘束装置は、第一実施形態に係る衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００に設けることも可能である。なお、拘束装置を用いる等して親機と衝撃吸収ばねを拘束することは必須ではない。衝撃吸収ばねの剛性、脚部の長さ等、システム内の各パラメータを適宜調整することにより、脚部よりも先に親機が被衝突物体に衝突することを防止できる。
【００９９】
衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２００の動作
次に、図１２〜図１５を用いて、本発明に係る衝撃緩和及び跳ね返り低減方法の一例である、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２００の動作を説明する。衝突を行う前に、上述のとおり親機２０１を先行衝突体に、拘束装置２１１により拘束して、更に親機２０１と子機設置部２０７とを固定装置２０３で固定して、図１２に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２００が構成されているものとする。なお、既に述べたとおり拘束装置２１１による拘束は行わなくてもよい。
【０１００】
まず、被衝突物体３００に対し、脚部２０５が衝突する（図１３）。脚部２０５が被衝突物体３００に衝突すると、脚部２０５はそれまでの移動方向と逆向きに反力を受けるため、脚部２０５の速度は低減される。脚部２０５は被衝突物体３００と接触しており、これ以上、それまでの進行方向に移動することはできない。
【０１０１】
拘束装置２１１を用いる場合、この時点で、拘束装置２１１による拘束を解除する。親機２０１の速度が急激にゼロに近づいたことが任意のセンサにより検出されたこと等に応答して、アクチュエータにより伸縮部２１２が縮められて、親機２０１の先行衝突体への拘束が解除される（図１３）。
【０１０２】
拘束が解除されると、親機２０１は慣性によりそれまでの進行方向への運動を続けるので、図１３に示されるとおり衝撃吸収ばね２０２が伸長する。親機２０１が衝撃吸収ばね２０２を介した制限を受けつつ被衝突物体３００に向かって移動し、衝撃吸収ばね２０２が伸長するにしたがって、衝突時に親機２０１が有していた力学的エネルギは徐々に衝撃吸収ばね２０２のポテンシャルエネルギへと変換される。
【０１０３】
衝撃吸収ばね２０２が十分に伸長した状態では、親機２０１の力学的エネルギの大部分は衝撃吸収ばね２０２のポテンシャルエネルギに変換されているため、親機２０１の速度は十分に小さくなっている。このように衝撃吸収ばね２０２が十分に伸びているタイミングで、アクチュエータ等を用いて固定装置２０３による固定状態を解除し、親機２０１と衝撃吸収ばね２０２を分離する（図１４）。親機２０１と衝撃吸収ばね２０２の分離以降、親機２０１は衝撃吸収ばね２０２から力を受けることがないので、解放された親機２０１は十分に減速された状態から、被衝突物体３００に向かって移動を続ける。親機２０１は、十分に減速された状態から被衝突物体３００に衝突するので、通常の衝突に比べ、衝撃が緩和されて跳ね返りが低減される。なお、親機２０１と衝撃吸収ばね２０２の分離時点で衝撃吸収ばね２０２に蓄えられていたポテンシャルエネルギが散逸するまで、衝撃吸収ばね２０２は往復運動を続ける（図１５）。
【０１０４】
上述の衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００，２００、及びこれらの動作は、本発明の具体的実施態様の一例に過ぎず、これらとは異なる態様で本発明を実施することが可能である。
【０１０５】
例えば、固定装置１０３，２０３による固定状態を解除するタイミングは、衝撃吸収ばね１０２，２０２が十分伸びた（長さが所定値に達したか、所定値を超えた）ことを、任意のセンサ等が検出したタイミングであるとしたが、これ以外にも、親機１０１，２０１の被衝突体に対する速度の大きさが所定値以下になったこと、又は所定値を下回ったことを任意のセンサ等で検出し、これに応答してアクチュエータを動作させて、固定装置１０３，２０３による固定状態を解除してもよい。また図１に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００においては子機１０６の端部に固定装置１０３を引っ掛けていたが、子機１０６を用いる構成においても、図１２の構成と同様に、固定装置１０３を子機設置部１０７に引っ掛けてよい。また子機設置部１０７，２０７が衝撃吸収ばね１０２，２０２とは別個の部材として設けられることも必須ではなく、衝撃吸収ばね１０２，２０２の端部を適切な形状に成形すること等により、子機設置部１０７，２０７を構成してもよい。いずれの場合においても、親機１０１，２０１と衝撃吸収ばね１０２，２０２とは力学的エネルギが伝達可能な状態で接続される。
【０１０６】
またレール１０８，２０８は、子機射出口１１０，２１０の先まで伸びている必要はないし、図１等に示されるとおりレール１０８，２０８が親機１０１，２０１に固定されていることも必須ではない。さらに、衝突物体３００としては、例えば陸地が考えられるが、脚部１０５，２０５が陸地に衝突し、親機１０１，２０１が陸地の上にある岩に衝突する場合でも、本発明により衝撃緩和及び跳ね返り低減を達成することが可能である。すなわち衝突物体３００は、一体化された単独の物体である必要はなく、別個の物体の集合体であってもよい。
【０１０７】
さらに、実施例１，２においては、親機１０１，２０１が十分に減速された状態で固定装置１０３，２０３による固定状態を解除していたが、親機１０１，１０２をどの程度まで減速させるかは、親機１０１，２０１の耐久性や脚部１０５，２０５の長さ等の条件に応じて適宜決定すべき事項であり、親機１０１，２０１の力学的エネルギの少なくとも一部が衝撃吸収ばね１０２，２０２のポテンシャルエネルギへと変換された時点で、固定状態を解除すれば、親機１０１，２０１への衝撃を緩和することができる。衝撃吸収ばね１０２，２０２の長さが所定値に達したか、所定値を超えたことに応答して固定状態を解除する場合も同様である。当該所定値として設定する値は任意に小さくても構わない。
【０１０８】
その他、第一実施形態においては、ワイヤ１０９を引っ張ることでレール１０８を傾動させていたが、あらかじめ任意の方向にレールを曲げておくことで子機１０６の射出方向を選択してもよい。ワイヤ１０９を剛体棒に変更し、引っ張り方向のみならず押す方向にも力を加えてレール１０８を曲げるよう構成すれば、１本の剛体棒のみでレール１０８の先端を２方向に動かすことが可能となる。レール１０８の材料に形状記憶合金を用いれば、ヒータにより角度を制御することも可能である。
【０１０９】
設計パラメータの最適化、及び事前伸長ばねモデルの導入
次に、これまで説明した衝撃緩和及び跳ね返り低減システム、及び方法における設計パラメータの最適化について説明する。設計パラメータの最適化により、親機における跳ね返り高さや加速度を更に小さくすることが可能となる。
【０１１０】
まず、衝撃吸収ばねの剛性（ばね定数）、及びストローク長を設計変数として扱う。図１の衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００を例にとれば、図２１に示すとおりストローク長ｌstは、衝撃吸収ばね１０２が自然長ｌnsであるときの、先行衝突体（衝撃吸収ばね保持部１０４と４つの脚部１０５とが一体となって形成される。）に対する親機１０１の高さとして定義される。また衝撃吸収ばね１０２のばね定数をｋsとする。以降、図１のシステムを例にとって設計パラメータの最適化を説明するが、図１２のように子機を用いないシステムにおいても、同様にパラメータｋs，ｌstを定義すればこれらパラメータを同様に最適化できる。
【０１１１】
以下、親機１０１の跳ね返り高さ、加速度を小さくし、更に、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム、及び方法を実施するにあたり最も問題となる、親機１０１と子機１０６との分離（親機１０１と衝撃吸収ばね１０２との分離と同義）タイミングの遅れに対するロバスト性を改善する（分離後の親機１０１のエネルギの増加、すなわち衝撃吸収ばね１０２のポテンシャルエネルギの減少を抑える）ための、上記パラメータｋs，ｌstの最適値を理論的に導出する。さらに、これまでに説明した本発明の衝撃緩和及び跳ね返り低減システム、及び方法を拡張して、本件第二発明に係る事前伸長ばねモデルを導入し、更なる性能の改善を図る。なお、以下において、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００は自由落下により被衝突物体３００に衝突するとし、特に落下開始時刻ｔ＝０における、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１００の被衝突物体３００に対する速度がゼロであるとする。
【０１１２】
Ａ．衝撃吸収ばねの剛性、及びストローク長の最適化
親機１０１における、ａ）最大の跳ね返り高さ、ｂ）加速度の最大値、ｃ）分離の遅れによるエネルギの増大を最小化するべく、上述のばね定数ｋs及びストローク長ｌstを以下のとおり最適化できる。
【０１１３】
ａ）親機における最大の跳ね返り高さを最小化するための最適設計
エネルギ保存則によれば、分離時に、親機１０１の力学的エネルギは、被衝突物体３００（以下、地面とする）による減衰で、何らかのエネルギ吸収を受けるのであり、その後、残りのエネルギによって跳ね返りが起こる。したがって、以下の式（３）が得られる。
【数５】
2014210572.tif 000008
（３）
ただし、ｍ2は親機１０１の質量（ｋｇ）であり、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ2）であり、ｙ2（Ｔ2）は、親機１０１と子機１０６の分離時刻Ｔ2（ｓ）における、被衝突物体３００の衝突面に対する親機１０１の高さ（ｍ）である。Ｅgは、被衝突物体３００による減衰で吸収されるエネルギ（Ｊ）であり、ｈrは、親機１０１における最大の跳ね返り高さ（ｍ）である。
【０１１４】
Ｅgはゼロ以上の値であるので、最大の跳ね返り高さは以下の式（４），（５）によって記述される。
【数６】
2014210572.tif 000009
（４）
【数７】
2014210572.tif 000010
（５）
【０１１５】
跳ね返り高さを最小化するためには、分離時の親機１０１の高さｙ2（Ｔ2）をゼロとする必要がある。以下の仮定：
（i）子機１０６と親機１０１（及び、子機設置部１０７等が質量を有する場合を考慮すれば、親機１０１が衝撃吸収ばね保持部１０４による衝撃吸収ばね１０２を介した制限を受けながら被衝突物体３００に向かって移動しているときに親機１０１と一体となって移動する、その他の全ての要素）の力学的エネルギが、時刻ｔ＝Ｔ2において衝撃吸収ばね１０２のポテンシャルエネルギに完全に（散逸せずに）変換される。
（ii）脚部１０５の被衝突物体３００に対する変位が、脚部１０５と被衝突物体３００の衝突から上記分離時刻Ｔ2までの期間に亘って０（ｍ）である（脚部１０５の跳ね返りが起こらない）。
（iii）時刻ｔ＝Ｔ2において、親機１０１の速度が０（ｍ／ｓ）である。
に基づいて、以下の式（６）が得られる。
【数８】
2014210572.tif 000011
（６）
ただし、ｍは、親機１０１の質量、及び、親機１０１が衝撃吸収ばね保持部１０４による衝撃吸収ばね１０２を介した制限を受けながら被衝突物体３００に向かって移動しているときに親機１０１と一体となって移動する全ての要素の質量の合計を表わす（これら要素のうち、子機１０６以外の要素の質量を無視できる場合には、子機１０６の質量をｍ1（ｋｇ）として、ｍ＝ｍ1＋ｍ2である。以下、この式が成り立つと仮定する。）。ｈ0は、親機１０１が被衝突物体３００に向かって移動を開始した時点での、被衝突物体３００上の衝突面に対する親機１０１の高さ（ｍ）を表わす。
【０１１６】
ｙ2（Ｔ2）＝０を満たすために、ばね定数ｋsは以下の式（７）を満たさねばならない。
【数９】
2014210572.tif 000012
（７）
この結果は、上記式（７）が成り立つ限り親機１０１の最大跳ね返り高さがゼロになることを示している。
【０１１７】
この結果を、計算機シミュレーションによって確認した。図２２ａは、親機１０１の最大跳ね返り高さと衝撃吸収ばね１０２のストローク長との関係についての、上記式（７）で与えられる適正値に関する各種条件下での計算機シミュレーション結果を示すグラフである（破線：ばね定数が適正値の５０％，太線：ばね定数が適正値，細線：ばね定数が適正値の１５０％）。なお、この計算機シミュレーション、及び以降の計算機シミュレーションにおいては、ｍ＝ｍ1＋ｍ2として、飛翔体設置部１０７等の質量を無視した。また、計算機シミュレーションで用いた各種パラメータ値は以下の表２のとおりである。
【表２】
2014210572.tif 000013
【０１１８】
ばね定数が適正に選択されたものであれば、親機１０１の跳ね返り高さがほとんどゼロであるということが、計算機シミュレーション結果により示されている。一方、ばね定数が不適正な値である場合、計算機シミュレーションの結果は悪化した。
【０１１９】
以上のとおり、上記式（７）が成り立つときに跳ね返り高さが最小化されることが、理論的に、及び分析的に示された。
【０１２０】
ｂ）親機における加速度を最小化するための最適設計
地面の反発と衝撃吸収ばね１０２の張力により、加速度が大きくなり得る。まず、被衝突物体３００からの加速の最小化について説明する。地面は剛性と減衰とによってモデル化されるため、親機１０１における衝突（着陸）後の動力学は減衰振動によって説明される。加速度は、地面の減衰比に依存して以下の式（８）〜（１０）によって表わされる。
【数１０】
2014210572.tif 000014
ただし、
2014210572.tif 000015
（８）
【数１１】
2014210572.tif 000016
ただし、
2014210572.tif 000017
（９）
【数１２】
2014210572.tif 000018
ただし、
2014210572.tif 000019
（１０）
ここで、
【数１３】
2014210572.tif 000020
は、それぞれ親機１０１が地面に最初に接触してからの経過時間（ｓ），経過時間に応じて変化する加速度（ｍ／ｓ2），減衰比（無次元），親機１０１が地面に衝突した時の速度の大きさ（ｍ／ｓ），地面の固有角周波数（ｒａｄ／ｓ）である。
【０１２１】
ν0がゼロの時、減衰比の値に関わらず加速度をゼロとすることができる。親機１０１は分離時の高さであるｙ2（Ｔ2）から落下するので、エネルギ保存則に基づき、ν0を以下の式（１１），（１２）によって得ることができる。
【数１４】
2014210572.tif 000021
（１１）
【数１５】
2014210572.tif 000022
（１２）
【０１２２】
ｙ2（Ｔ2）＝０であればν0もゼロとなり、地面の反発からの加速をゼロとすることができる。この条件は、跳ね返りを抑えるための最適化と同様に上述の式（７）によって表すことができる。この結果は、地面からの跳ね返り及び加速を同時にゼロにできるということを示している。地面からの跳ね返りと加速を抑えることは、軟着陸を実現するための主目的であるため、以下においては式（７）の条件下でパラメータの最適化を行う。
【０１２３】
次に、衝撃吸収ばね１０２からの時刻ｔにおける加速度
【数１６】
2014210572.tif 000023
を、以下の式（１３），（１４）で表わす。
【数１７】
2014210572.tif 000024
（１３）
【数１８】
2014210572.tif 000025
（１４）
ただし、ｙ2（ｔ），ｙ3（ｔ）は、それぞれ時刻ｔにおける親機１０１と先行衝突体の地面に対する高さ（ｍ。地面から、親機１０１と脚部１０５それぞれの最下部までの距離）である。
【０１２４】
ばねの張力は、脚部１０５が地面に衝突してから（図３）、親機１０１と子機１０６が分離される（図５）までの期間においてのみ生成される。この期間中、脚部１０５は地面に接しているので、ｙ3（ｔ）はゼロとみなされる。衝撃吸収ばね１０２が最も伸びたときに発生する最大加速度は、以下の式（１５）により得られる。
【数１９】
2014210572.tif 000026
（１５）
【０１２５】
上記式（７）の条件下において、この最大加速度は以下の式（１６）で表わされる。
【数２０】
2014210572.tif 000027
（１６）
【０１２６】
この結果は、ストローク長が無限大であれば加速度がゼロになるということを示している。しかし、現実にはストローク長には上限がある。例えば、打ち上げシステムのためのフェアリングのサイズによって、ストローク長が制約を受ける場合がある。脚部１０５の位置は地面よりも下とはなり得ないが、これによってもストローク長の最大値は制約を受ける。そのような場合、ストローク長は可能な限り大きな値をとるべきである。ストローク長と最大加速度の関係を、図２２ｂのグラフに示す。図２２ｂは、親機１０１の最大加速度とストローク長との関係についての、計算機シミュレーション結果を示すグラフである（破線：ばね定数が適正値の５０％，太線：ばね定数が適正値，細線：ばね定数が適正値の１５０％。各種パラメータ値については表２を参照。）。
この結果は、ストローク長を大きくし、そして適正なばね定数を与えることで、加速度がよく抑えられることを示している。跳ね返り抑制に対する最適化結果と同様に、ばね定数が不適正である場合、計算機シミュレーションの結果は悪化した。
【０１２７】
ｃ）分離の遅れによる親機のエネルギ増加を最小化するための最適設計
分離の遅れΔｔによって引き起こされる親機１０１のエネルギ増加を最小化するための方法を、以下に説明する。ここでは、性能インデックスＥlossを以下の式（１７）で定義する。この性能インデックスは、衝撃吸収ばね１０２のポテンシャルエネルギへと適正に変換することができない力学的エネルギの総量を表わす。
【数２１】
2014210572.tif 000028
（１７）
【０１２８】
ｙ2（Ｔ2＋Δｔ）を近似するため、Δｔが十分に小さい場合にテイラー展開を適用して、以下の式（１８）が得られる（以降ではΔｔについて３次以上の項は無視した）。
【数２２】
2014210572.tif 000029
（１８）
ここで、
【数２３】
2014210572.tif 000030
は時刻Ｔ2における親機１０１の速度であるが、分離の時刻Ｔ2の定義から、この速度はゼロである（上記仮定（iii））。
【数２４】
2014210572.tif 000031
は、上記式（１５）から得られる。上記（７）式の条件下で、性能インデックスＥlossは以下の式（１９），（２０）によって表わされる。
【数２５】
2014210572.tif 000032
（１９）
【数２６】
2014210572.tif 000033
（２０）
【０１２９】
この結果は、ストローク長が大きければ性能インデックスが改善することを示している。図２３ａ，図２３ｂは、分離の遅れと軟着陸性能との、異なるストローク長に対する関係を示す計算機シミュレーション結果のグラフである（破線：ストローク長が０．１ｍ，細線：ストローク長が０．２ｍ，太線：ストローク長が０．３ｍ。各種パラメータ値については表２を参照。）。
シミュレーション結果はまた、大きなストローク長によって分離の遅れに対するロバスト性が改善することを明らかに示している。したがって、以下の設計要求を定めることができる。
（i）上記式（７）が満たされるべきである。
（ii）ストローク長は可能な限り大きくするべきである。
【０１３０】
Ｂ．衝撃吸収ばねの剛性、ストローク長、及び事前伸長の長さの最適化
上述のとおり、上記式（７）の条件下でストローク長を大きくとることにより、最適なパラメータ値が与えられることが示された。以下においては、本件第一発明のシステム、方法を更に改善するべく、追加的設計変数として事前伸長を導入し、これを検討する。まずは事前伸長モデルを用いた本件第二発明に係るシステム、方法の構成及び動作を説明し、次に当該モデルにおける各種パラメータの最適化を説明する。
【０１３１】
衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００の構成
図２４に、衝撃吸収ばねに事前伸長が与えられた、本件第二発明に係る衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００の構成図を示す。図２５は、図１のシステム１０００と図２４のシステムを対比し、設計変数を視覚的に示した図である。図２６は、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００を図２４中の矢印方向で見たときの平面図である。図２６中、ＡＡ’線が紙面下向き方向に移動することで得られる断面を、図２６中の矢印方向で見たときの構成図が、図２４に対応する。
【０１３２】
衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００は、親機１００１、衝撃吸収ばね１００２、固定装置１００３、衝撃吸収ばね保持部１００４、４つの脚部１００５、子機１００６、子機設置部１００７、レール１００８を備える。これに加えて、実施例１と同様にレールを回動させるワイヤ等を設けてもよいし、子機１００６の射出方向を制御する必要がないならばレール１００８は省略可能である。
【０１３３】
本件第一発明と同様に、一例において親機１００１は惑星着陸機であり、子機１００６は惑星探査機であり、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００は全体として惑星着陸船を構成するが、用途がこれに限られるわけではない。
【０１３４】
衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００においては、衝撃吸収ばね保持部１００４と４つの脚部１００５とが一体となって（図２６参照）形成される先行衝突体の、当該衝撃吸収ばね保持部１００４が衝撃吸収ばね１００２を、その一端を溶接する等の手段によって保持しており、衝撃吸収ばね１００２の他端が、同じく溶接等の手段によって子機設置部１００７を保持している。衝撃吸収ばね１００２の伸縮により、子機設置部１００７は衝撃吸収ばね保持部１００４に向かう方向、その逆方向へと移動可能であるが、衝撃吸収ばね保持部１００４に向かっての、図２４において子機設置部１００７が存在する所定位置を越えての移動は、衝撃吸収ばね保持部１００４によって阻止される。子機設置部１００７が図２４の当該所定位置にあるときの、衝撃吸収ばね１００２の伸び（事前伸長の長さ）をｌpとする。図２４中、ｌnsは衝撃吸収ばね１００２の自然長を表わし、子機設置部１００７が当該所定位置にあるときの、先行衝突体に対する親機１００１の高さをストローク長ｌstとする。
【０１３５】
子機設置部１００７には、子機１００６が、その一端を吊り下げる等して設置されている。さらに子機１００６の他端に固定装置１００３を引っ掛ける等して、親機１００１が固定されている。このような構成により、親機１００１と、子機１００６と、先行衝突体とは、衝撃吸収ばね１００２を介した制限を受けつつ、親機１００１が図２４中の矢印方向、及びその逆方向に動ける状態で接続されている。なお、固定装置１００３による、親機１００１と子機１００６との固定状態は、図示されていないアクチュエータ等によって任意に解除可能である。
【０１３６】
レール１００８は、図２４、図２６に示されるとおり子機１００６の中心軸を貫き、子機射出口１０１０を越えて伸びる。子機１００６は、固定装置１００３による固定が解除された状態では、子機設置部１００７から離れてレール１００８に沿って移動可能である。レール１００８は、図２４に示されているとおり所定位置を支点として傾動可能な構造を有しており、本件第一発明のシステムと同様に、レール１００８の一端をワイヤ（不図示）と接続し、図示されていないアクチュエータによってワイヤを引っ張ることにより、レール１００８を、上記所定位置を支点として傾動させて仰角を調整することが可能である。図６を用いて既に説明したとおり、予め曲げられたレール１００８を、その軸廻りに回転させることにより子機１００６の方位角を調整することもできる。本件第一発明のシステムと同様に、ワイヤとの干渉を防ぐために子機１００６の一端を削り取ったり、レール１００８に対してワイヤを着脱可能に接続したりしておくことが好ましい。
【０１３７】
衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００の動作
次に、図２７〜図３２を用いて、本件第二発明に係る衝撃緩和及び跳ね返り低減方法の一例である、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００の動作を説明する（ワイヤを用いる等した射出方向の制御については、本件第一発明と同様であるため省略する。）。衝突を行う前に、子機１００６をレール１００８に拘束して、親機１００１と子機１００６を固定装置１００３で固定することにより、図２４に示される衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００が構成されているものとする。
【０１３８】
まず、被衝突物体３００に対し、脚部１００５が衝突する（図２７）。脚部１００５が被衝突物体３００に衝突すると、脚部１００５はそれまでの移動方向と逆向きに反力を受けるため、脚部１００５の速度は低減される。脚部１００５は被衝突物体３００と接触しており、これ以上、それまでの進行方向に移動することはできない。
【０１３９】
一方で、親機１００１、子機１００６は慣性によりそれまでの進行方向への運動を続けようとするので、図２８に示されるとおり衝撃吸収ばね１００２が伸長する。親機１００１、子機１００６が衝撃吸収ばね１００２を介した制限を受けつつ被衝突物体３００に向かって移動し、衝撃吸収ばね１００２が伸長するにしたがって、衝突時に親機１００１、子機１００６が有していた力学的エネルギは徐々に衝撃吸収ばね１００２のポテンシャルエネルギへと変換される。
【０１４０】
衝撃吸収ばね１００２が十分に伸長した状態では、親機１００１、子機１００６の力学的エネルギの大部分は衝撃吸収ばね１００２のポテンシャルエネルギに変換されているため、親機１００１、子機１００６の速度は十分に小さくなっている。このように衝撃吸収ばね１００２が十分に伸びているタイミングで、アクチュエータ等を用いて固定装置１００３による固定状態を解除し、親機１００１と子機１００６を分離する（図２９）。親機１００１と子機１００６の分離以降、親機１００１は衝撃吸収ばね１００２から力を受けることがないので、解放された親機１００１は十分に減速された状態から、被衝突物体３００に向かって移動を続ける（図３０）。一方で子機１００６は、子機設置部１００７を介して衝撃吸収ばね１００２からの力を受け、それまでの進行方向と逆向きに加速される。子機１００６は、レール１００８に誘導されつつ、子機射出口１０１０に向かって移動する（図３０）。
【０１４１】
子機１００６はレール１００８に沿って、子機射出口１０１０に向かって運動する。衝撃吸収ばね１００２のポテンシャルエネルギが、子機設置部１００７を介して子機１００６の力学的エネルギへと変換されていくため、衝撃吸収ばね１００２は縮んでいく。衝撃吸収ばね１００２の伸びが事前伸長の長さｌpとなったとき、子機設置部１００７は上述の所定位置に到達するため、それ以上、衝撃吸収ばね保持部１００４の方向へ移動することができない（図３１）。このとき、子機１００６は衝撃吸収ばね１００２から解放され、子機設置部１００７から離れて、レール１００８の先端方向に射出される（図３２）。子機１００６がレール１００８の先端を通過すると、それ以降、子機１００６はレール１００８からの拘束を受けることがなくなり、放物線運動する。また親機１００１は、十分に減速された状態から被衝突物体３００に衝突するので、通常の衝突に比べ、衝撃が緩和されて跳ね返りが低減される。
【０１４２】
上述の衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００、及びその動作は、本件第二発明の具体的実施態様の一例に過ぎず、これらとは異なる態様で本件第二発明を実施することが可能である。
【０１４３】
例えば、固定装置１００３による固定状態を解除するタイミングは、衝撃吸収ばね１００２が十分伸びた（長さが所定値に達したか、所定値を超えた）ことを、任意のセンサ等が検出したタイミングであるとしたが、これ以外にも、親機１００１の被衝突体に対する速度の大きさが所定値以下になったこと、又は所定値を下回ったことを任意のセンサ等で検出し、これに応答してアクチュエータを動作させて、固定装置１００３による固定状態を解除してもよい。また子機設置部１００７が衝撃吸収ばね１００２とは別個の部材として設けられることも必須ではなく、衝撃吸収ばね１００２の端部を適切な形状に成形すること等により、子機設置部１００７を構成してもよい。いずれの場合においても、親機１００１と衝撃吸収ばね１００２とは力学的エネルギが伝達可能な状態で接続される。
【０１４４】
その他、本件第一発明について既に説明した、レール１００８の長さ等の任意性、衝突物体３００が別個の物体の集合体であってもよいこと、分離時点での親機１００１の速度及び衝撃吸収ばね１００２の長さの任意性、レール１００８やワイヤの具体的構成の任意性等は、本件第二発明においても同様に成り立つ。
【０１４５】
事前伸長モデルにおけるパラメータの最適化
以下、図２４の衝撃緩和及び跳ね返り低減システム１０００における各種パラメータの最適化について説明する。本件第一発明に関連して既に説明したとおり、地面からの跳ね返り及び加速度は、ｙ2（Ｔ2）＝０の条件下において最も強力に抑制される（ｙ2，Ｔ2，及び以降で用いる記号は、本件第一発明におけるパラメータの最適化で用いた同様の記号と同様の意味を表わす。またｍ＝ｍ1＋ｍ2とした。）。本件第二発明に係る事前伸長モデルのシステムにおいて、この条件は、エネルギ保存則に従い以下の式（２１），（２２）によって表わされる。
【数２７】
2014210572.tif 000034
（２１）
【数２８】
2014210572.tif 000035
（２２）
【０１４６】
この結果は、ばね定数がストローク長ｌstと事前伸長の長さｌpの一意な関数として決定できることを示している。ここにおいて、上記式（２２）は上記式（７）をより一般的に表したものであるといえる。ｌp＝０のとき、式（７）と式（２２）は等価である。
【０１４７】
分離時刻ｔ＝T2において、衝撃吸収ばね１００２からの最大加速度が生成される。上記式（２２）の条件下では、本件第一発明のパラメータ最適化と同様の計算により、その加速度を以下の式（２３）で表わすことができる。
【数２９】
2014210572.tif 000036
（２３）
【０１４８】
上記のとおり、加速度を抑えるためには、ストローク長と事前伸長の長さの両方を大きくすべきであることがわかる。事前伸長の長さに制約がなく無限大であったならば、以下の式（２４）に示すとおり、事前伸長を用いない本件第一発明における式（１６）の加速度に比べて、最大加速度を５０％低減させることができる。
【数３０】
2014210572.tif 000037
（２４）
【０１４９】
本件第二発明のシステムにおける、事前伸長の長さと軟着陸性能との関係についての計算機シミュレーション結果を示す図３３ａ，図３３ｂのグラフによって、上述の結果を確認することができる（破線：ばね定数が適正値の５０％，太線：ばね定数が適正値，細線：ばね定数が適正値の１５０％。各種パラメータ値については表２を参照。）。この結果から、本件第一発明と同様に、本件第二発明の事前伸長を用いるシステムにおいても跳ね返りを抑えられることが明らかである。
さらに、事前伸長を用いるシステムにより加速度抑制の性能が改善される。
【０１５０】
また、分離の遅れによって引き起こされる親機１００１のエネルギの増大を最小化するパラメータ値を、本件第一発明において行った方法と同様の方法により得ることができる。性能インデックスＥlossは、以下の式（２５）により表される。
【数３１】
2014210572.tif 000038
（２５）
【０１５１】
Δｔが十分に小さい場合に、ｙ2（Ｔ2＋Δｔ）にテイラー展開を適用する。ここで、本件第一発明において用いた仮定と同様の仮定から時刻Ｔ2における親機１００１の速度はゼロであり、また上述のとおりｙ2（Ｔ2）＝０とする。さらに上記（２３）式を用いて、以下の式（２６）が得られる（以降ではΔｔについて３次以上の項は無視した）。
【数３２】
2014210572.tif 000039
（２６）
【０１５２】
上記式（２２）の条件下で、性能インデックスＥlossは以下の式（２７）によって表わされる。
【数３３】
2014210572.tif 000040
（２７）
【０１５３】
この結果は、事前伸長の長さを可能な限り大きくすべきであることを示している。図３４ａ，図３４ｂのグラフは、異なる事前伸長の長さに対する、軟着陸性能と分離の遅れとの関係についての計算機シミュレーション結果を示している（破線：ストローク長が０ｍ，細線：ストローク長が０．５ｍ，太線：ストローク長が２．０ｍ。各種パラメータ値については表２を参照。）。
シミュレーション結果は、事前伸長の長さを大きくすることにより、分離の遅れに対するロバスト性が改善することを示している。
【０１５４】
結論として、事前伸長モデルのシステムは、３つの重要な設計パラメータを有していることが示された。すなわち、（i）ストローク長は大きくするべきであり、（ii）事前伸長の長さも大きくするべきであり、（iii）ばね定数は、上記式（２２）を満たすべきである。
【０１５５】
次に、本件第三発明に係る伸縮脚機構の構成及び動作を説明する。まず、図３５〜図５７を用いて、伸縮脚機構の基本概念、及び計算機シミュレーションによって示される伸縮脚機構の性能を説明し、次に図５８〜図９０を用いて、伸縮脚機構の具体例を説明する。
【０１５６】
伸縮脚機構の基本概念
図３５に、伸縮脚機構の一例である衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２０００の基本構成を示す。衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２０００は、親機２００１，衝撃吸収ばね２００２，固定装置２００３，衝撃吸収ばね保持部２００４，４つの第１可動脚部２００５，子機２００６，子機設置部２００７，レール２００８，４つの第２可動脚部２０１４，第１拘束機構２０１５，第２拘束機構２０１６を備える。これに加えて、実施例１と同様にレールを回動させるレール制御用ワイヤ等を設けてもよいし、子機２００６の射出方向を制御する必要がないならばレール２００８は省略可能である。
【０１５７】
衝撃吸収ばね保持部２００４は衝撃吸収ばね２００２を、その一端を溶接する等の手段によって保持しており、衝撃吸収ばね２００２の他端が、同じく溶接等の手段によって子機設置部２００７を保持している。子機設置部２００７には子機２００６が設置され、固定装置２００３により子機２００６に接続された親機２００１とともに、衝撃吸収ばね保持部２００４による衝撃吸収ばね２００２を介した制限を受けながら上下に移動可能である。４つの第１可動脚部２００５は、それぞれ衝撃吸収ばね保持部２００４に対して上下に摺動可能であり、同様に４つの第２可動脚部２０１４は、それぞれ親機２００１に対して上下に摺動可能である。第１拘束機構２０１５，第２拘束機構２０１６は、それぞれ第１可動脚部２００５，第２可動脚部２０１４における上記摺動を阻止できる構成を備えている。図３５は、第１拘束機構２０１５，第２拘束機構２０１６による拘束がされておらず第１可動脚部２００５，第２可動脚部２０１４が摺動可能な状態を概念的に表し、図３６は、第１拘束機構２０１５，第２拘束機構２０１６による拘束がされており、第１可動脚部２００５，第２可動脚部２０１４が摺動不可能な状態を概念的に表す。
【０１５８】
図３７に、非伸縮脚機構の動作の概要を左から順に時系列で表わす。既に説明したとおり、親機の速度、及び親機の衝突面からの高さがゼロとなった時点で親機と子機を分離することが跳ね返り低減等の点からは好ましいが、ストローク長がずれている場合、親機の速度がゼロの時点で分離を行っても、図３７に示すとおりギャップが生じて親機が跳ね返る危険性がある。
【０１５９】
伸縮脚機構を用いれば、そのようなストローク長のずれを補償することができる。図３８〜図４２に、伸縮脚機構の動作の概要を時系列順に示す。
【０１６０】
衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００が衝突面に向かって移動し（図３８）、まずは第１可動脚部２００５が衝突する。衝突面が平らな場合、全ての第１可動脚部２００５が同時に衝突面に衝突し、このタイミングで第１拘束機構２０１５が、衝撃吸収ばね保持部２００４に対して第１可動脚部２００５を固定する（図３９）。
【０１６１】
その後、親機２００１と子機２００６は、衝撃吸収ばね２００２を介した制限を受けながら衝突面に対して移動し、やがて第２可動脚部２０１４が衝突面に衝突する（図４０）。その後も、第２可動脚部２０１４を親機２００１に対して摺動させつつ、親機２００１と子機２００６は更に衝突面に対して移動し、やがて衝撃吸収ばね２００２の弾性力により、衝突面に対する移動を停止して逆方向への移動を開始する。
【０１６２】
典型的にはこのタイミングで、固定装置２００３による親機２００１と子機２００６との接続を解除する（跳ね返り低減等の点からはこのタイミングでの分離が好ましいが、任意のアクチュエータを用いる等して、これ以外の任意のタイミングで分離してもよい。全ての実施例について同様。）。さらに、第２拘束機構２０１６により、親機２００１に対して第２可動脚部２０１４を固定する（図４１。上記分離と同様、このタイミングも任意である。これらタイミングの任意性は、他の全ての実施例においても同様。）。ストローク長にずれがある場合、図４２に示すとおりギャップが生じるが、第２可動脚部２０１４は親機２００１に対して摺動不可能であるため、親機２００１が落下することはない。このように、伸縮脚機構を用いればストローク長のずれを補償することができる。
【０１６３】
また、伸縮脚機構を用いれば、段差のある地面等に着地した時にシステムが回転することを防止できる。図４３に示すとおり、非伸縮脚機構が段差のある地面に着地した場合、システムに回転モーメントが生じて姿勢が傾き、段差が大きければシステムが回転、転倒してしまう恐れがある。姿勢が傾いた状態で衝撃吸収ばねが伸長すれば、図４３に示すとおり本体部に沿って伸長せず、衝撃吸収ばねと本体部とが衝突する恐れもある。
【０１６４】
伸縮脚機構を用いれば、このような問題を回避できる。伸縮脚機構を用いた衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００が段差のある地面に着地するときの動作の概要を、図４４〜図４８に時系列順に示す。
【０１６５】
衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００が衝突面に向かって移動し（図４４）、まずは第１可動脚部２００５のうち一部が、段差に衝突する（図４５）。その後、衝突した第１可動脚部２００５が衝撃吸収ばね保持部２００４に対して摺動しつつ（伸縮脚が縮む）、衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００は地面への移動を続けるため、衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００は元の姿勢を維持することができる。
【０１６６】
全ての第１可動脚部２００５が衝突面に衝突すると、第１拘束機構２０１５が、衝撃吸収ばね保持部２００４に対して第１可動脚部２００５を固定する（図４６）。その後、親機２００１と子機２００６は、衝撃吸収ばね２００２を介した制限を受けながら衝突面に対して移動し、やがて第２可動脚部２０１４が衝突面に衝突する（図４７）。その後も、第２可動脚部２０１４を親機２００１に対して摺動させつつ、親機２００１と子機２００６は更に衝突面に対して移動し、やがて衝撃吸収ばね２００２の弾性力により、衝突面に対する移動を停止して逆方向への移動を開始する。典型的にはこのタイミングで固定装置２００３による親機２００１と子機２００６との接続を解除し、更に、第２拘束機構２０１６により、親機２００１に対して第２可動脚部２０１４を固定する（図４８）。
【０１６７】
アクティブ要素による伸縮脚機構の基本概念
上述の伸縮脚機構は、後に具体例を用いて説明するとおり外部からの制御を必要としないパッシブ要素のみで構成することが可能であるが、アクチュエータ等、アクティブ要素を用いて伸縮脚機構を構成すれば、第１拘束機構２０１５，第２拘束機構２０１６の拘束力を制御して、更に柔軟にシステムを動作させることが可能となる。
【０１６８】
例えば親機２００１と子機２００６の分離タイミングが早く、分離後も親機２００１が衝突面に向かう速度を持っている場合には（図４９の左図）、第２拘束機構２０１６に備えた拘束アクチュエータによって第２可動脚部２０１４の摺動に対する抵抗力を生じさせれば（トルクを外部制御可能なモータ及び歯車等）、徐々に親機２００１が停止するため、親機２００１の跳ね返りの高さ、加速度を低減させることができる（図４９の右図）。分離タイミングが遅く、親機２００１が子機２００６射出方向の速度を持っている場合も（図５０の左図）、第２拘束機構２０１６に備えた拘束アクチュエータによって第２可動脚部２０１４の摺動に対する抵抗力を生じさせれば、徐々に親機２００１が停止するため、親機が最も上昇した地点で第２可動脚部２０１４を伸長・固定し、再落下を防ぐことができる（図５０の右図）。
【０１６９】
また、非伸縮脚機構においては、固い地面等に脚部が激しく衝突した場合、脚部が振動して子機射出速度の推定精度が劣化する恐れがある（図５１）が、アクチュエータ等を用いて伸縮脚機構を構成すれば、第１拘束機構２０１５，第２拘束機構２０１６の拘束力を制御し、可動脚部の摺動を徐々に停止させることにより、第１可動脚部２００５，第２可動脚部２０１４を固い地面に対して緩やかに接触させることができる（図５２）。これにより可動脚部の振動が抑制され、子機射出速度の推定精度が向上する。
【０１７０】
伸縮脚機構の性能の、計算機シミュレーション結果
図３５に示す構成の伸縮脚機構を備えたシステムの動作について、衝撃吸収ばね２００２のばね剛性が変動した時、段差の高さが変動した時、着地する斜面の傾きが変動した時、伸縮脚の拘束が遅れた場合のそれぞれについて計算機シミュレーションを行った結果を図５３ａ〜図５６ｂに示す。図５３ａ〜図５５ｃにおいては、右側のグラフが伸縮脚機構についての計算機シミュレーション結果であり、左側のグラフは非伸縮脚機構についての計算機シミュレーション結果である。なお、計算機シミュレーションで用いたノミナルパラメータ値は以下の表３のとおりである。
【表３】
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【０１７１】
まずばね剛性が変動した時のシミュレーション結果を見ると、親機の最大跳ね返り高さについては非伸縮脚機構と伸縮脚機構とで大きな差は見られなかったものの（図５３ａ）、親機の最大加速度については、特にばね剛性が大きい場合に伸縮脚機構で低減されることがわかる（図５３ｂ）。次に、段差の高さが変動した時のシミュレーション結果を見ると、最大跳ね返り高さ、最大加速度、最大回転角の全てにおいて、且つあらゆる高さの段差に対して、伸縮脚機構は良好な性能を発揮することがわかる（図５４ａ〜図５４ｃ）。また、着地する斜面の傾きが変動した時のシミュレーション結果を見ても、あらゆる傾きの斜面に対して、伸縮脚機構は良好な性能を発揮することがわかる（図５５ａ〜図５５ｃ）。なお、伸縮脚の拘束が遅れた場合のシミュレーション結果は、図５６ａ，図５６ｂに示すとおりであり、衝撃吸収ばねが伸びることのできる長さを十分に保てる範囲で伸縮脚をロックする必要があることがわかる。伸縮脚の拘束の遅れへの改善策として、図５７に示すとおりストッパ２０１７を用いれば、伸縮脚の縮むことができる量を制限し、衝撃吸収ばね２００２の伸長のために最低限の長さを確保することができる。
【０１７２】
伸縮脚機構の具体例
次に、伸縮脚機構を備えた衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の具体例を説明する。
【０１７３】
衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の具体的構成
具体的構成の一例を、図５８に示す。衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２０００は、親機２００１，衝撃吸収ばね２００２，固定装置２００３，衝撃吸収ばね保持部２００４，４つの第１可動脚部２００５，子機２００６，子機設置部２００７，レール２００８，レール制御用ワイヤ２００９，４つの第２可動脚部２０１４，第１拘束機構２０１５，第２拘束機構２０１６を備える。
【０１７４】
図５８の例において、特に第１拘束装置２０１５は、４つのピン２０１５Ａ（図５８では２つのみ描かれているが、紙面裏側の位置にも２つ存在する。その他の要素についても全て同様。），４つの歯車２０１５Ｂ，４つの第１咬合部材２０１５Ｃ，４つの第１拘束ばね２０１５Ｄ，４本の第１拘束ワイヤ２０１５Ｅ，４つの第１拘束アクチュエータ２０１５Ｆを備えている。ただし、パッシブ制御のみで第１拘束機構２０１５を動作させるならば第１拘束アクチュエータ２０１５Ｆは不要であるし、逆に第１拘束アクチュエータ２０１５Ｆのアクティブ制御のみで第１拘束機構２０１５を動作させるならば第１拘束アクチュエータ２０１５Ｆのみで第１拘束機構２０１５を構成してよい。
【０１７５】
４つの第１咬合部材２０１５Ｃは、それぞれ４つの第１可動脚部２００５のうち１つと咬合可能であり、それぞれは第１拘束ばね２０１５Ｄによって衝撃吸収ばね保持部２００４と接続されている。第１拘束ばね２０１５Ｄの弾性力により第１咬合部材２０１５Ｃが衝撃吸収ばね保持部２００４側に引っ張られて第１可動脚部２００５と咬合すると、第１咬合部材２０１５Ｃと咬合した第１可動脚部２００５は衝撃吸収ばね保持部２００４に対して摺動不可能となる。
【０１７６】
ただし、着陸動作の開始前においては、４つのピン２０１５Ａにそれぞれ引っ掛けられた４つの第１拘束ワイヤ２０１５Ｅが、４つの第１咬合部材２０１５Ｃ（及び、これらと接続された４つの第１拘束ばね２０１５Ｄ）を弾性体保持部２００４に対して固定しているため、第１咬合部材２０１５Ｃは第１可動脚部２００５と咬合できない。４つのピン２０１５Ａは、衝撃吸収ばね保持部２００４に設けられた４つの穴（図６０）にそれぞれ嵌め込まれており、４つの歯車２０１５Ｂが回転することにより穴内で移動するよう構成されている。第１可動脚部２００５が衝撃吸収ばね保持部２００４に対して摺動することにより、歯車２０１５Ｂが回転運動し、この回転運動により、ピン２０１５Ａが穴内で移動することにより、ピン２０１５Ａに引っ掛けられた第１拘束ワイヤ２０１５Ｅが外れて、これにより、第１咬合部材２０１５Ｃに対する固定も解除されて、第１咬合部材２０１５Ｃが第１可動脚部２００５と咬合し、咬合した第１可動脚部２００５が摺動不可能となる。また、このような動作中、第１拘束アクチュエータ２０１５Ｆ（トルクを外部制御可能なモータ及び歯車等）によって、第１可動脚部２００５に、その摺動方向に沿った力を加えれば、摺動中の第１可動脚部２００５を徐々に減速させて緩やかに摺動を停止させることが可能であるし、あるいは第１拘束アクチュエータ２０１５Ｆによって摺動に対する大きな抵抗力を発生させて、これのみによって摺動を停止させてもよい。
【０１７７】
また図５８の例において、特に第２拘束装置２０１６は、固定装置２００３に設けられた４つの突起部２０１６Ａ（図５８では２つのみ描かれているが、紙面裏側の位置にも２つ存在する。その他の要素についても全て同様。），４つの第２咬合部材２０１６Ｃ，４つの第２拘束ばね２０１６Ｄ，４本の第２拘束ワイヤ２０１６Ｅ，４つの第２拘束アクチュエータ２０１６Ｆを備えている。ただし、パッシブ制御のみで第２拘束装置２０１６を動作させるならば第２拘束アクチュエータ２０１６Ｆは不要であるし、逆に第２拘束アクチュエータ２０１６Ｆのアクティブ制御のみで第２拘束機構２０１６を動作させるならば第２拘束アクチュエータ２０１６Ｆのみで第２拘束機構２０１６を構成してよい。
【０１７８】
４つの第２咬合部材２０１６Ｃは、それぞれ４つの第２可動脚部２０１４のうち１つと咬合可能であり、それぞれは第２拘束ばね２０１６Ｄによって、親機２００１の突起部２００１−１に接続されている。第２拘束ばね２０１６Ｄの弾性力により第２咬合部材２０１６Ｃが突起部２００１−１から離れる方向に押されて第２可動脚部２０１４と咬合すると、第２咬合部材２０１６Ｃと咬合した第２可動脚部２０１４は親機２００１に対して摺動不可能となる。
【０１７９】
ただし、着陸動作の開始前においては、４つの突起部２０１６Ａにそれぞれ引っ掛けられた４つの第２拘束ワイヤ２０１６Ｅが、４つの第２咬合部材２０１６Ｃ（及び、これらと接続された４つの第２拘束ばね２０１６Ｄ）を親機２００１に対して固定しているため、第２咬合部材２０１６Ｃは第２可動脚部２０１４と咬合できない。固定装置２００３の爪部が回転して（図６１）親機２００１と子機２００６の接続を解除する時、第２拘束ワイヤ２０１６Ｅが突起部２０１６Ａから外れて、これにより、第２咬合部材２０１６Ｃに対する固定も解除されて、第２咬合部材２０１６Ｃが第２可動脚部２０１４と咬合し、咬合した第２可動脚部２０１４が摺動不可能となる。また、このような動作中、第２拘束アクチュエータＦ（トルクを外部制御可能なモータ及び歯車等）によって、第２可動脚部２０１４に、その摺動方向に沿った力を加えれば、摺動中の第２可動脚部２０１４を徐々に減速させて緩やかに摺動を停止させることが可能であるし、あるいは第２拘束アクチュエータ２０１６Ｆによって摺動に対する大きな抵抗力を発生させて、これのみによって摺動を停止させてもよい。
【０１８０】
図５９ａ，図５９ｂに、衝撃緩和及び跳ね返り低減システム２０００の各構成要素を示す。スライダ部２００５−１は第１可動脚部２００５の長軸方向にスライドするよう構成された部材であり、スライダ部２００５−１に衝撃吸収ばね保持部２００４を接続することで、第１可動脚部２００５が衝撃吸収ばね保持部２００４に対して摺動可能となる。
スライダ部２０１４−１は第２可動脚部２０１４の長軸方向に摺動するよう構成された部材であり、スライダ部２０１４−１に親機２００１を接続することで、第２可動脚部２０１４が親機２００１に対して摺動可能となる。
【０１８１】
図６０には、衝撃吸収ばね保持部２００４，衝撃吸収ばね２００２，子機設置部２００７（これらを合わせて「本体部」と呼ぶことがある。）の側面図や平面図が示されている。衝撃吸収ばね保持部２００４、子機設置部２００７は衝撃吸収ばね２００２により連結されている。衝撃吸収ばね保持部２００４、子機設置部２００７はともに適当な大きさの穴を有している。衝撃吸収ばね保持部２００４からは突起物が下方に向けて設けられている。衝撃吸収ばね保持部２００４には、第１可動脚部２００５を取り付けるための穴、ピン２０１５Ａを設置するための穴も設けられている。
【０１８２】
図６１には、固定装置２００３の動作時の各タイミングにおける様子が示されている。親機２００１に取り付けられた固定装置２００３は爪状の拘束具を有している。親機２００１側面に設置された突起部の回転運動と連動して拘束具による親機と子機の接続・分離が切り替えられるようになっている。親機２００１の上部にはレール２００８が垂直に立てられている。
【０１８３】
図６２には、子機２００６及びレール２００８が示されている。子機２００６は軸方向に空洞を有している。空洞の中にはローラがとりつけられており、レール２００８を挟み込むことができる。子機２００６の下部には溝が設けられている。
【０１８４】
図６３に、第１可動脚部２００５とスライダ部２００５−１を示す。第１可動脚部２００５は背面に鋸歯状の溝を有する。スライダ部２００５−１と第１可動脚部２００５は一軸の摺動運動をすることができる。
【０１８５】
図６４に、第１拘束ワイヤ２０１５Ｅ，第２拘束ワイヤ２０１６Ｅを示す。各拘束用ワイヤは片端をリングに拘束されている。第１拘束ワイヤ２０１５Ｅのもう一方の端は４又に分かれている。
【０１８６】
衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の組み立て手順の例
次に、上述の各構成要素を用いて衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００を組み立てる手順の一例を説明する。
【０１８７】
まず、親機２００１に設置されたレール２００８を子機設置部２００７，衝撃吸収ばね保持部２００４，子機２００６の順に通す。子機２００６をレール２００８に沿って下方に移動させ、親機２００１に取り付けられた固定装置２００３の拘束具を子機２００６の溝にはめる。この時、子機設置部２００７は親機と子機に挟まれている（図６５）。
【０１８８】
レール制御用アクチュエータ２０１８を親機２００１に取り付ける。レール制御用アクチュエータ２０１８はレール制御装置２０１９，レール制御用ワイヤ２００９を介してレール２００８の上端と連結されている。レール制御用アクチュエータ２０１８を制御することにより、レール２００８は弾性変形するため、レール２００８先端の角度を調整することができる（図６６）。
【０１８９】
４つの第１可動脚部２００５のスライダ部２００５−１を衝撃吸収ばね保持部２００４と固定する。４つの第２可動脚部２０１４のスライダ部２０１４−１を親機２００１の下部と固定する（図６７）。
【０１９０】
衝撃吸収ばね保持部２００４における、衝撃吸収ばね保持部２００４に取り付けられたそれぞれの第１可動脚部２００５に対応する箇所に、第１咬合部材２０１５Ｃ及び第１拘束ばね２０１５Ｄを設置する。第１咬合部材２０１５Ｃは第１拘束ばね２０１５Ｄにより第１可動脚部２００５と咬合する向きに引き付けられている（図６８）。
【０１９１】
衝撃吸収ばね保持部２００４にピン２０１５Ａと歯車２０１５Ｂを設置する。歯車２０１５Ｂは第１可動脚部２００５の上下運動をピン２０１５Ａに伝達する。すなわち、ピン２０１５Ａは第１可動脚部２００５の運動と逆向きに運動するよう設置されている（図６９）。
【０１９２】
それぞれのピン２０１５に、第１拘束ワイヤ２０１５Ｅのリングを引っ掛ける。リングから伸びる４本のワイヤを各第１咬合部材２０１５Ｃに取り付け、第１咬合部材２０１５Ｃを固定し、第１咬合部材２０１５Ｃが第１可動脚部２００５と咬合しないようにする（図７０、更に詳しくは図７１。なお、一部又は全てのワイヤが外れた状態については図７２〜図７５を参照。ワイヤ３本が外れた状態の図７４においても、１本のワイヤが全ての第１咬合部材２０１５Ｃを固定しているため、全ての咬合部材２０１５Ｃは第１可動脚部２００５と咬合できず、したがって摺動可能である。）。
【０１９３】
衝撃吸収ばね保持部２００４に取り付けられたそれぞれの第１可動脚部２００５の対応する箇所に第１拘束アクチュエータ２０１５Ｆを設置する。第１拘束アクチュエータ２０１５Ｆはその回転運動を制御することにより、第１可動脚部２００５に摺動方向の力を加えることができる（図７６）。
【０１９４】
親機２００１の突起部２００１−１に、第２咬合部材２０１６Ｃ及び第２拘束ばね２０１６Ｄを設置する。第２咬合部材２０１６Ｃは第２拘束ばね２０１６Ｄにより、第２可動脚部２０１４と咬合する向きに押し出されている（図７７）。
【０１９５】
親機２００１に取り付けられたそれぞれの咬合部材２０１６Ｃを固定装置２００３と第２拘束ワイヤ２０１６Ｅで結び、咬合部材２０１６Ｃが第２可動脚部２０１４と咬合しないようにする（図７８）。
【０１９６】
親機２００１に取り付けられたそれぞれの第２可動脚部２０１４の対応する箇所に第２拘束アクチュエータ２０１６Ｆを設置する。第２アクチュエータ２０１６Ｆはその回転運動を制御することにより、第２可動脚部２０１４に摺動方向の力を加えることができる（図７９）。
【０１９７】
衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の動作の実施例
次に、衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００の動作の流れの一例を説明する。なお、代表として、図５８のように衝撃吸収ばね２００２をあらかじめ伸長させない構成について説明するが、図２４と同様に、衝撃吸収はね保持部２００４を変形して衝撃吸収ばね２００２をあらかじめ伸長させるものについても、動作は同様である。
【０１９８】
一様でない被衝突表面を有する被衝突物体３００に対し、第１可動脚部２００５が初めに接触するような衝突をする場合に、本件第三発明に係る衝撃吸収及び跳ね返り低減システム２０００は衝撃、跳ね返りおよび回転運動の低減を実現する。
【０１９９】
被衝突物体３００に対し、いずれかの第１可動脚部２００５が初めに接触する。このとき、第１拘束機構２０１５は解除（全ての第１咬合部材２０１５Ｃが第１可動脚部２００５と咬合していない）ので、接触後、第１可動脚部２００５は摺動運動する。（図８０）
【０２００】
第１可動脚部２００５が摺動運動をすると対応するピン２０１５Ａが下方に移動し、対応する第１拘束ワイヤ２０１５Ｅのリングがピン２０１５Ａから外れる。外れたリングと繋がっている第１拘束ワイヤ２０１５Ｅが緩む（図８１）。
【０２０１】
全ての第１可動脚部２００５が被衝突物体３００と接触すると、全ての第１拘束ワイヤ２０１５Ｅのリングが外れ、全ての第１拘束ワイヤ２０１５Ｅが緩んだ状態になる。第１咬合部材２０１５Ｃは第１拘束ワイヤ２０１５Ｅからの拘束を受けなくなり。第１可動脚部２００５と咬合する向きに移動する。第１咬合部材２０１５Ｃと第１可動脚部２００５の鋸歯状の溝が咬み合うと、第１可動脚部２００５の摺動運動は阻止される。なお、第１咬合部材２０１５Ｃと第１可動脚部２００５の鋸歯状の溝がかみ合うまでの間、全ての第１可動脚部２００５が衝突面と接触した状態を維持するために、第１拘束アクチュエータ２０１５Ｆを補助的に使うこともできる（図８２）。
【０２０２】
第１拘束機構２０１５による拘束以降、衝撃吸収ばね保持部２００４は元々の進行方向と逆向きに衝突面からの反力を受けるため、その場で静止する。なお、第１可動脚部２００５が被衝突物体表面の形状に沿った長さで固定されているため、衝撃吸収ばね保持部２００４に加わる回転モーメントが大きく低減されており、姿勢は維持される（図８３）。
【０２０３】
親機２００１、子機２００６、子機設置部２００７は慣性により、元々の進行方向への運動を続けようとするので、衝撃吸収ばね２００２が伸長する。衝撃吸収ばね２００２が伸長するに従って、衝突時に親機２００１が持つ力学的エネルギは徐々に衝撃吸収ばね２００２のポテンシャルエネルギに変換される。この時、摩擦により固定装置２００３に上向きの力が加わるが、子機２００６を強く締め付けるように力が伝達されるため、この段階で親機２００１と子機２００６は拘束された状態を保つ（図８４）。
【０２０４】
親機２００１下部の第２可動脚部２０１４が被衝突物体３００と接触すると、第２可動脚部２０１４は上方向に摺動運動する。この時、全ての第２可動脚部２０１４が地面と接触した状態を維持するために、第２拘束アクチュエータ２０１６Ｆを補助的に使うこともできる（図８５）。
【０２０５】
衝撃吸収ばね２００２が十分に伸長した状態では、親機２００１の力学的エネルギの大部分は衝撃吸収ばね２００２のポテンシャルエネルギに変換されているため、親機２００１の速度は十分に小さくなっている。衝撃吸収ばね２００２が伸びきった後、縮む方向への運動を開始した瞬間、縮み方向の運動による摩擦が固定装置に伝達され（衝撃吸収ばね保持部２００４のうち固定装置２００３と接触している部分が、固定装置２００３に下向きの摩擦力を作用させ、この摩擦力により、固定装置２００３の爪部分が開く。なお、任意のタイミングで固定装置２００３による固定を解除する場合は、外部制御のアクチュエータ等によりアクティブに爪部分を開いてもよい。）、親機と子機が分離される（図８６）。
【０２０６】
親機２００１と子機２００６の分離とほぼ同時に、突起部２０１６Ａに引っ掛けられていた第２拘束ワイヤ２０１６Ｅのリング部分が外れ、第２咬合部材２０１６Ｃを拘束していた第２拘束ワイヤ２０１６Ｅが緩み、第２咬合部材２０１６Ｃが第２可動脚部２０１４と咬合して第２可動脚部２０１４の摺動運動が阻止される（図８７）。
【０２０７】
親機２００１は速度が十分に小さくなり、かつ、被衝突体３００の表面と接した状態で解放されるため、衝突時の衝撃および跳ね返りが大きく低減される。また、第１可動脚部２００５，第２可動脚部２０１４が被衝突体表面の形状に沿った長さで固定されているため、回転モーメントも大きく低減され、姿勢は維持される（図８８）。
【０２０８】
親機２００１と子機２００６の分離以降、子機２００６は、衝撃吸収ばね２００２からの力を受け、元々の進行方向と逆向きに速度を得る。伸びた衝撃吸収ばね２００２が自然長まで縮むと、子機２００６は子機設置部２００７から離れ、元々の進行方向と逆向きに射出される（図８９）。
【０２０９】
子機の落下位置を制御するために、レール２００８を、レール制御用アクチュエータ２０１８，レール制御装置２０１９を用いたレール制御用ワイヤ２００９の駆動で曲げることで、レール２００８の先端の向きを変更する。子機２００６はレール２００８に沿って運動し、レール２００８の先端の向きへ射出される。子機２００６がレール２００８の端を越えた場合、それ以降子機２００６はレール２００８からの拘束を受けることがなくなり、放物線運動する（図９０）。
【産業上の利用可能性】
【０２１０】
本発明は、運動するＮ個の複数物体の集合体が他の物体と接触した際に、（Ｎ−１）個以下の個数の物体の衝撃および跳ね返り低減をしなければならない、あらゆる問題に応用可能である。さらに、１個以上の再運動開始物体の次の接触位置をある範囲内に留める必要があるあらゆる問題に応用可能である。なお、被衝突物体の形状，材質は問わない。例として以下の利用可能性を挙げる。
・人が立ち入れないような火山地帯や災害現場等、傾斜や凹凸の激しい地域に、複数の観測機器を上空から落下させ、指定の地点に設置したい場合に、観測機器に本発明のシステム組み込むことで複数の観測機器に加わる衝撃を低減しつつ、跳ね返りもないため，複数の観測機器をそれぞれ指定した場所に高精度に設置することができる。
・車両の前方および後方に本発明のシステムを組み込むことで、様々な形状や材質の衝突時の衝撃緩和が可能になる。
・惑星探査機の下方に本発明のシステムを組み込むことで着陸時に探査機本体に加わる衝撃を低減できる上に、平坦でない地面への着陸の際の転倒も防止する。
・車止めに本発明のシステムを組み込むことで、あらゆる形状と材質の車両と車止めの接触の際の事故の被害を低減できる。
・高所作業者下方の床に本発明のシステムを組み込むことで、高所作業者が誤って落下し、床に衝突した際の衝撃を緩和できる。
・人が乗車可能な落下台の下方に本発明のシステムを組み込むことで、自由落下を体験できるエンターテインメントマシンに利用できる。
・ガラス製品等、衝撃に弱い製品を運搬する際の入れ物に本発明のシステムを組み込むことで、製品の保護に貢献できる。
・月面の縦穴内を探査する際に、探査機本体を縦穴内に軟着陸させ、かつ、縦穴外に地球との通信用の子機を設置することができる。月面の縦穴内の地面の凹凸が激しい場合にも着陸を可能とする。
・車両シート下に本発明のシステムを組み込むことで衝突時の衝撃緩和が可能になる。
・飛行機や垂直離陸機のランディングギヤに本発明のシステムを組み込むことで、あらゆる地形への着陸に対して衝撃と跳ね返りの抑制ができる。
・打ち抜きやせん断等を行う工作機械の振動と衝撃緩和が可能になる。
【符号の説明】
【０２１１】
１００，２００，１０００，２０００        衝撃緩和及び跳ね返り低減システム
１０１，２０１，１００１，２００１        親機
２００１−１                              突起部
１０２，２０２，１００２，２００２        衝撃吸収ばね
１０３，２０３，１００３，２００３        固定装置
１０４，２０４，１００４，２００４        衝撃吸収ばね保持部
１０５，２０５，１００５                  脚部
２００５                                  第１可動脚部
２００５−１                              スライダ部
１０６，１００６，２００６                子機
１０７，２０７，１００７，２００７        子機設置部
１０８，２０８，１００８，２００８        レール
１０９                                    ワイヤ
２００９                                  レール制御用ワイヤ
１１０，２１０，１０１０，２０１０        子機射出口
２１１                                    拘束装置
２１２                                    伸縮部
２１３                                    親機誘導部
２０１４                                  第２可動脚部
２０１４−１                              スライダ部
２０１５                                  第１拘束機構
２０１５Ａ                                ピン
２０１５Ｂ                                歯車
２０１５Ｃ                                第１咬合部材
２０１５Ｄ                                第１拘束ばね
２０１５Ｅ                                第１拘束ワイヤ
２０１５Ｆ                                第１拘束アクチュエータ
２０１６                                  第１拘束機構
２０１６Ａ                                突起部
２０１６Ｃ                                第２咬合部材
２０１６Ｄ                                第２拘束ばね
２０１６Ｅ                                第２拘束ワイヤ
２０１６Ｆ                                第２拘束アクチュエータ
２０１７                                  ストッパ
２０１８                                  レール制御用アクチュエータ
２０１９                                  レール制御装置
３００                                    被衝突物体
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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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２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２３ａ】
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【図２３ｂ】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３ａ】
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【図３３ｂ】
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【図３４ａ】
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【図３４ｂ】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３ａ】
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【図５３ｂ】
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【図５４ａ】
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【図５４ｂ】
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【図５４ｃ】
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【図５５ａ】
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【図５５ｂ】
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【図５５ｃ】
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【図５６ａ】
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【図５６ｂ】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９ａ】
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【図５９ｂ】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
2014210572.tif 000130
【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
2014210572.tif 000135
【図７６】
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【図７７】
2014210572.tif 000137
【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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【図８６】
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【図８７】
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【図８８】
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【図８９】
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【図９０】
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