(57)【要約】【課題】不整地であっても移動可能であって且つ作業効率の高い作業ロボットを提供する。【解決手段】ホッパーロボットは、ダクテッドファンと、ロボット構造体と、無線通信装置と、慣性計測装置と、ラダーと、モメンタムホイールと、制御装置とを有する。制御装置は、ダクテッドファンを動かして当該ホッパーロボットの飛翔力を作り出すとともに、ラダー及びモメンタムホイールを動かして当該ホッパーロボットの姿勢及び方向を制御する。ダクテッドファンの回転軸とモメンタムホイールの回転軸は平行であり、ダクテッドファンの回転方向とモメンタムホイールの回転方向は逆方向である。【選択図】図２
2018127151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気取り入れ口を有し、一方向に延在するダクトと、
前記ダクト内に回転自在に支持されたダクテッドファンと、
前記ダクトを支持するロボット構造体と、
外部コンピュータ装置から送信された操作信号を受信する無線通信装置と、
慣性計測装置と、
前記ダクテットファンが作り出す気流の流路に設けられたラダーと、
回転自在に支持されたモメンタムホイールと、
前記無線通信装置の出力信号及び前記慣性計測装置の出力信号に基づいて、前記ダクテッドファンを動かして当該ホッパーロボットの飛翔力を作り出すとともに、前記ラダー及び前記モメンタムホイールを動かして当該ホッパーロボットの姿勢及び方向を制御する制御装置と
を具備し、
前記ダクテッドファンの回転軸と前記モメンタムホイールの回転軸が平行であり、且つ前記ダクテッドファンの回転方向と前記モメンタムホイールの回転方向が逆方向であることを特徴とするホッパーロボット。
【請求項２】
前記制御装置は、前記ダクテットファンの単位時間当たりの回転数と前記ダクテットファンの慣性モーメントの積と前記モメンタムホイールの単位時間当たりの回転数と前記モメンタムホイールの慣性モーメントの積が等しくなるように、前記ダクテッドファン及び前記モメンタムホイールの両方又は一方の単位時間当たりの回転数を制御することを特徴とする請求項１に記載のホッパーロボット。
【請求項３】
前記ロボット構造体は、前記ダクトの延在方向に沿って延在する３つ以上の所定個数の伸縮脚と、前記所定個数の伸縮脚の各々の伸縮をロックするロック機構と、前記所定個数の伸縮脚の各々の下端が地面に着地したか否かを検知するセンサとを具備し、
前記制御装置は、
当該ホッパーロボットの着地の際に、前記所定個数の伸縮脚の全ての下端が地面に着地するまでは前記所定個数の伸縮脚の何れの伸縮のロックもせずに、前記所定個数の伸縮脚の全ての下端が地面に着地したときに前記所定個数の伸縮脚の全ての伸縮をロックする制御を不整地着地制御として行う
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のホッパーロボット。
【請求項４】
前記ダクトの延在方向をＺ軸方向とし、
前記Ｚ軸方向と直交する１の方向をＸ軸方向とし、
前記Ｚ軸方向及び前記Ｘ方向の両方と直交する方向をＹ軸方向として右手直交系を構成し、
前記Ｚ軸方向における前記タグデットファンの回転軸の真下に前記モメンタムホイールの回転軸があることを特徴とする請求項３に記載のホッパーロボット。
【請求項５】
前記モメンタムホイールは、円柱状をなしており、前記モメンタムホイールは、当該モメンタムホイールの中心が前記Ｚ軸方向における前記ダクテットファンの回転軸の真下に支持されていることを特徴とする請求項４に記載のホッパーロボット。
【請求項６】
前記ダクテッドファンの回転軸を挟んで前記Ｘ軸方向に対向する第１のラダー及び第２のラダーと、前記ダクテッドファンの回転軸を挟んで前記Ｙ軸方向に対向する第３のラダー及び第４のラダーとを具備し、
前記第１のラダー及び第２のラダーは前記Ｘ軸の軸回りに回動し得るように支持されており、前記第３のラダー及び第４のラダーは前記Ｙ軸の軸回りに回動し得るように支持されており、
前記制御装置は、当該ホッパーロボットの飛翔中において、前記第１のラダー及び第２のラダーの回動と前記第３のラダー及び第４のラダーの回動を個別に制御する
ことを特徴とする請求項５に記載のホッパーロボット。
【請求項７】
前記慣性計測装置は、
前記Ｘ軸方向の加速度を示すＸ軸加速度信号、前記Ｙ軸方向の加速度を示すＹ軸加速度信号、前記Ｚ軸方向の加速度を示すＺ軸加速度信号、前記Ｘ軸回りの角速度を示すＸ軸回り角速度信号、前記Ｘ軸回りの角度を示すＸ軸回り角度信号、前記Ｙ軸回りの角速度を示すＹ軸回り角速度信号、前記Ｙ軸回りの角度を示すＹ軸回り角度信号、前記Ｚ軸回りの角速度を示すＺ軸回り角速度信号、及び前記Ｚ軸回りの角度を示すＺ軸回り角度信号を出力し、
前記制御装置は、
前記操作信号と、前記Ｘ軸加速度信号、前記Ｙ軸加速度信号、前記Ｚ軸加速度信号、前記Ｘ軸回り角速度信号、前記Ｘ軸回り角度信号、前記Ｙ軸回り角速度信号、前記Ｙ軸回り角度信号、前記Ｚ軸回り角速度信号、及び前記Ｚ軸回り角度信号との関係に基づいて、前記第１のラダー、前記第２のラダー、前記第３のラダー、及び前記第４のラダーの回転角度を決定し、
前記１のラダー及び前記第２のラダーは共通の回転角度に制御されるようになっており、前記第３のラダー及び前記第４のラダーは個別の回転角度に制御されるようになっている
ことを特徴とする請求項６に記載のホッパーロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動しながら作業を行うロボットとそれを制御するコンピュータとからなるロボットシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術分野において従来からあるロボットには、クローラ式ロボットやヘリコプターロボットがある。クローラ式ロボットは、作業性に富むが不整地における移動には不向きである。ヘリコプター型ロボットは、移動の自由度は高いが作業性に乏しい。
【０００３】
特許文献１には、空気を供給するファンの回転軸を動力装置と連結して物体を空中に浮上させた後、エンジンやモータ等の動力装置に動力源に切り替えて推進する技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、ダクテッドファン無人航空システム用のハイブリッド動力について開示されている。ダクテッドファンが内燃機関と発電機を動力源として使い分けるものである。
【０００５】
特許文献３には、ダクテッドファン型無人飛翔体（ＵＡＶ）が開示されている。ＵＡＶに対する耐障害性飛行制御に関するものである。
【０００６】
特許文献４には、ダクテッドファン等を使用した垂直離着陸機類の垂直飛行の際に発生させる上昇気流を利用した垂直方向への推力を加えることで、安定性を確保する技術が開示されている。
【０００７】
特許文献５には、左右一対のダクテッドファンを備えた垂直離着陸機の一般的な構成を開示している。ダクテッドファンを並列方向に２つ備えたものである。
【０００８】
特許文献６には、操縦者にジェットベルトにより固定することができる、ダクテッドファンにより浮上する垂直離着陸個人飛行装置が開示されている。
【０００９】
特許文献７には、無人航空機（ＵＡＶ）ダクテッドファンのリップ成形について開示している。
【００１０】
特許文献８には、推進器としてダクテッドファンを用いた垂直離着陸機が開示されている。特に狭い空間で移動するために、揚力及び推力の発生に工夫がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１５１３４３号
【特許文献２】特開２０１０−１３７８４４号
【特許文献３】特開２０１３−１０７６２６号
【特許文献４】特開２０１３−２４８９６８号
【特許文献５】特開２０１４−１４４７０２号
【特許文献６】特開２００８−５３１３９５号
【特許文献７】特開２０１０−０３６８９０号
【特許文献８】特開２０１３−０１０４６６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような背景の下に案出されたものであり、クローラ型ロボット及びヘリコプター型ロボットの欠点を補完し、不整地であっても移動可能であって且つ作業効率の高い作業ロボットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の好適な態様であるホッパーロボットは、空気取り入れ口を有し、一方向に延在するダクトと、前記ダクト内に回転自在に支持されたダクテッドファンと、前記ダクトを支持するロボット構造体と、外部コンピュータ装置から送信された操作信号を受信する無線通信装置と、慣性計測装置（ＩＭＵ：Inertial Measurement Unit）と、前記ダクテットファンが作り出す気流の流路に設けられたラダーと、回転自在に支持されたモメンタムホイールと、前記無線通信装置の出力信号及び前記慣性計測装置の出力信号に基づいて、前記ダクテッドファンを動かして当該ホッパーロボットの飛翔力を作り出すとともに、前記ラダー及び前記モメンタムホイールを動かして当該ホッパーロボットの姿勢及び方向を制御する制御装置とを具備し、前記ダクテッドファンの回転軸と前記モメンタムホイールの回転軸が平行であり、且つ前記ダクテッドファンの回転方向と前記モメンタムホイールの回転方向が逆方向であることを特徴とする。
【００１４】
この態様において、前記制御装置は、前記ダクテットファンの単位時間当たりの回転数と前記ダクテットファンの慣性モーメントの積と前記モメンタムホイールの単位時間当たりの回転数と前記モメンタムホイールの慣性モーメントの積が等しくなるように、前記ダクテッドファン及び前記モメンタムホイールの両方又は一方の単位時間当たりの回転数を制御してもよい。
【００１５】
また、前記ロボット構造体は、前記ダクトの延在方向に沿って延在する３つ以上の所定個数の伸縮脚と、前記所定個数の伸縮脚の各々の伸縮をロックするロック機構と、前記所定個数の伸縮脚の各々の下端が地面に着地したか否かを検知するセンサとを具備し、前記制御装置は、当該ホッパーロボットの着地の際に、前記所定個数の伸縮脚の全ての下端が地面に着地するまでは前記所定個数の伸縮脚の何れの伸縮のロックもせずに、前記所定個数の伸縮脚の全ての下端が地面に着地したときに前記所定個数の伸縮脚の全ての伸縮をロックする制御を不整地着地制御として行うようにしてもよい。
【００１６】
また、前記ダクトの延在方向をＺ軸方向とし、前記Ｚ軸方向と直交する１の方向をＸ軸方向とし、前記Ｚ軸方向及び前記Ｘ方向の両方と直交する方向をＹ軸方向として右手直交系を構成し、前記Ｚ軸方向における前記タグデットファンの回転軸の真下に前記モメンタムホイールの回転軸があるようにしてもよい。
【００１７】
また、前記モメンタムホイールは、円柱状をなしており、前記モメンタムホイールは、当該モメンタムホイールの中心が前記Ｚ軸方向における前記ダクテットファンの回転軸の真下になる位置に支持されていてもよい。
【００１８】
また、前記ダクテッドファンの回転軸を挟んで前記Ｘ軸方向に対向する第１のラダー及び第２のラダーと、前記ダクテッドファンの回転軸を挟んで前記Ｙ軸方向に対向する第３のラダー及び第４のラダーとを具備し、前記第１のラダー及び第２のラダーは前記Ｘ軸の軸回りに回動し得るように支持されており、前記第３のラダー及び第４のラダーは前記Ｙ軸の軸回りに回動し得るように支持されており、前記制御装置は、当該ホッパーロボットの飛翔中において、前記第１のラダー及び第２のラダーの回動と前記第３のラダー及び第４のラダーの回動を個別に制御するようにしてもよい。
【００１９】
また、前記慣性計測装置は、前記Ｘ軸方向の加速度を示すＸ軸加速度信号、前記Ｙ軸方向の加速度を示すＹ軸加速度信号、前記Ｚ軸方向の加速度を示すＺ軸加速度信号、前記Ｘ軸回りの角速度を示すＸ軸回り角速度信号、前記Ｘ軸回りの角度を示すＸ軸回り角度信号、前記Ｙ軸回りの角速度を示すＹ軸回り角速度信号、前記Ｙ軸回りの角度を示すＹ軸回り角度信号、前記Ｚ軸回りの角速度を示すＺ軸回り角速度信号、及び前記Ｚ軸回りの角度を示すＺ軸回り角度信号を出力し、前記制御装置は、前記操作信号と、前記Ｘ軸加速度信号、前記Ｙ軸加速度信号、前記Ｚ軸加速度信号、前記Ｘ軸回り角速度信号、前記Ｘ軸回り角度信号、前記Ｙ軸回り角速度信号、前記Ｙ軸回り角度信号、前記Ｚ軸回り角速度信号、及び前記Ｚ軸回り角度信号との関係に基づいて、前記第１のラダー、前記第２のラダー、前記第３のラダー、及び前記第４のラダーの回転角度を決定し、前記１のラダー及び前記第２のラダーは共通の回転角度に制御されるようになっており、前記第３のラダー及び前記第４のラダーは個別の回転角度に制御されるようになっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態であるロボットシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】図１のロボットシステムのホッパーロボットの正面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】図１を矢印Ｂ方向から見た図及び矢印Ｃ方向から見た図である。
【図５】ホッパーロボットの移動の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態であるロボットシステムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、ロボットシステムは、ホッパーロボット２とコンピュータ装置１とを有する。ホッパーロボット２とコンピュータ装置１は、ブルートウース（登録商標）によるコネクションが確立されている。ロボットシステムは、人手による作業が困難な場所（例えば、不整地）において、コンピュータ装置１の制御の下に、ホッパーロボット２を飛翔させながら、ホッパーロボット２に作業を行わせるものである。コンピュータ装置１には、ホッパーロボット２を遠隔操作する操作プログラムが実装されている。コンピュータ装置１のインターフェース画面において、操作が行われると、操作内容を示す操作信号ＳＣでキャリアを変調した無線信号がホッパーロボット２に送信される。
【００２２】
図２は、ホッパーロボット２の正面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線断面図である。図４（Ａ）は、図２を矢印Ｂ方向から見た図（上面図）である。図４（Ｂ）は、図２を矢印Ｃ方向から見た図（下面図）である。
【００２３】
図２、図３、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、ホッパーロボット２は、ダクテッドファン４と、ダクテッドファン４を回転自在に支持するダクト１３と、ダクト１３を支持するロボット構造体９とを有する。ダクト１３は、一方向に延在する筒状の部材である。ダクト１３の一方の開口には空気取り入れ口１２がある。
【００２４】
ダクテッドファン４は、ダクト１３の延在方向に沿った気流の流れを作り出す役割を果たすものである。ダクテッドファン４は、半球状の中心体５の周縁に複数の羽６を固定したものである。羽の枚数は、３〜１２と任意であるが、ここでは６枚とする。ダクテッドファン４は、パルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号の供給を受け、この信号に応じて回転する。
【００２５】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、ホッパーロボット２におけるダクト１３の延伸方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向と直交する１の方向をＸ方向とし、Ｚ軸方向及びＸ軸方向の両方と直交する方向をＹ軸方向とすると、ダクテッドファン４の６つの羽６−ｋ（ｋ＝１〜６）は、Ｘ軸及びＹ軸に平行な面において放射状に広がっている。ダクテッドファン４の回転軸（中心体５の中心）は、Ｚ軸と平行である。ここで、図４（Ａ）における〇の中に●を記した印は、Ｚ軸が紙面の奥から手前に向かっていることを示すものである。図４（Ｂ）における〇の中に×を記した印は、Ｚ軸が紙面の手前から奥に向かっていることを示すものである。簡便のため、図２及び図３にも、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸の方向を示す線及び印を記している。
【００２６】
ロボット構造体９は、導流体１２０と、伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、及び２１Ｒと、上部デッキ１４１と、中部デッキ１４２と、下部デッキ１４３とを有する。導流体１２０は、筒状の部材である。導流体１２０の一端は、ダクト１３における空気取り入れ口１２の反対側の端部に固定されている。導流体１２０の直径は、ダクト１３の内周の直径よりも小さく、ダクテッドファン４の中心体５の直径より大きい。流動体におけるダクト１３に固定されている側の半分は、ダクト１３に近づくほど直径が僅かに小さくなっている。Ｘ軸及びＹ軸に平行な面における導流体１２０の中心は、ダクテッドファン４の回転軸（中心体５の中心）と一致している。
【００２７】
伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、及び２１Ｒは、ダクト１３の延在方向に沿って延伸している。図３に示すように、伸縮脚２１Ｆは、筒体２２Ｆと筒体２２Ｆ内に収められた棒体２３Ｆとからなる。伸縮脚２１Ｂは、筒体２２Ｂと筒体２２Ｂ内に収められた棒体２３Ｂとからなる。図２に示すように、伸縮脚２１Ｌは、筒体２２Ｌと筒体２２Ｌ内に収められた棒体２３Ｌとからなる。伸縮脚２１Ｒは、筒体２２Ｒと筒体２２Ｒ内に収められた棒体２３Ｒとからなる。
【００２８】
図４（Ｂ）に示すように、伸縮脚２１Ｆの筒体２２Ｆの一端及び伸縮脚２１Ｂの筒体２２Ｂの一端は、ダクト１３の下面におけるＸ軸方向に対向する各位置に固定されている。伸縮脚２１Ｌの筒体２２Ｌの一端及び伸縮脚２１Ｒの筒体２２Ｒの一端は、ダクト１３の下面におけるＹ軸方向に対向する各位置に固定されている。
【００２９】
図３に示すように、伸縮脚２１Ｆの棒体２３Ｆは、筒体２２Ｆにおけるダクト１３に固定された側と反対側の開口から筒体２２Ｆ外に露出している。伸縮脚２１Ｆの筒体２２Ｆ内の下縁と棒体２３Ｆの上縁には、互いの係合によって筒体２２Ｆから棒体２３Ｆが抜け落ちるのを防ぐストッパが設けられている。棒体２３Ｆの露出部分の先端には、逆さドーム状の先端部２４Ｆがある。伸縮脚２１Ｆの筒体２２Ｆ内における下縁よりも僅かに上の位置にはセンサ２５Ｆとロック装置２６Ｆが設けられている。センサ２５Ｆは、伸縮脚２１Ｆの先端部２４Ｆが地面に設置したか否かを検知する役割を果たすものである。センサ２５Ｆは、筒体２２Ｆ内を摺動する棒体２３Ｆの上端が当該センサ２５Ｆのセンシング点を通過すると、そのことを示す検知信号を出力する。
【００３０】
ロック装置２６Ｆは、伸縮脚２１Ｆの伸縮をロックするロック機構としての役割を果たす。ロック装置２６Ｆは、ＰＷＭ信号の供給を受け、この信号に応じて、筒体２２Ｆ内の棒体２３Ｆに規制部材を押し付けて摩擦力による摺動を規制した伸縮ロック状態と、棒体２３Ｆから規制部材を離して摺動の規制を解除した伸縮非ロック状態とを切り替える。
【００３１】
伸縮脚２１Ｂ、２１Ｌ、及び２１Ｒの構造は、伸縮脚２１Ｆのそれと同様である。
【００３２】
上部デッキ１４１、中部デッキ１４２、及び下部デッキ１４３は、環状をなしている。上部デッキ１４１は、伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、及び２１Ｒにおける導流体１２０とダクト１３の固定部位の近傍の各位置に固定されている。中部デッキ１４２は、伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、及び２１Ｒにおける上部デッキ１４１から下側（空気取り入れ口１２の側と反対側）に離れた各位置に固定されている。下部デッキ１４３は、伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、及び２１Ｒにおける中部デッキ１４２から下側（空気取り入れ口１２の側と反対側）に離れた各位置に固定されている。
【００３３】
導流体１２０の外周のダクテッドファン４が作り出す流路上における下部デッキ１４３の内側にあたる位置には、４個のラダー１１Ｆ、１１Ｂ、１１Ｌ、及び１１Ｒが設けられている。導流体１２０内には、ラダー駆動装置２０５Ｆ、２０５Ｂ、２０５ＬＲ、モメンタムホイール７、モメンタムホイール駆動装置２０４、バッテリ１５１、１５２、無線通信装置２０１、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）２０２、及び制御装置２０３が収められている。
【００３４】
ラダー１１Ｆ及び１１Ｂは、ダクテッドファン４の回転軸を挟んでＸ軸方向に対向している。ラダー１１Ｌ及び１１Ｒは、ダクテッドファン４の回転軸を挟んでＹ軸方向に対向している。ラダー１１Ｆ、１１Ｂ、１１Ｌ、１１Ｒは、軸に矩形板を取り付けた鉈のような形をしている。
【００３５】
ラダー１１Ｆの軸は、導流体１２０内のラダー駆動装置２０５Ｆに支持されている。ラダー駆動装置２０５Ｆは、ＰＷＭ信号の供給をうけ、この信号に応じて、ラダー１１ＦをＸ軸の軸回りに回動させる。ラダー１１Ｂの軸は、導流体１２０内のラダー駆動装置２０５Ｂに支持されている。ラダー駆動装置２０５Ｂは、ＰＷＭ信号の共有を受け、この信号に応じて、ラダー１１ＢをＸ軸の軸回りに回動させる。
【００３６】
ラダー１１Ｌ及び１１Ｒの軸は、導流体１２０内のラダー駆動装置２０５ＬＲに支持されている。ラダー駆動装置２０５ＬＲは、ＰＷＭ信号の共有を受け、この信号に応じて、ラダー１１Ｌ及び１１ＲをＹ軸回りに回動させる。
【００３７】
モメンタムホイール７は、ダクテッドファン４の回転の方向と逆方向の回転により、ジャイロ効果を打ち消す役割を果たすものである。モメンタムホイール７は、中実な円柱状をなしている。モメンタムホイール７の両端面の直径は、両端面間の距離（高さ）よりも十分に大きくなっている。モメンタムホイール７は、導流体１２０内の最下部におけるダクテッドファン４の真下にあたる位置に回転自在に支持されている。モメンタムホイール７の回転軸（中心体５の中心）は、Ｚ軸と平行である。Ｘ軸及びＹ軸に平行な面におけるモメンタムホイール７の回転軸は、ダクテッドファン４の回転軸と一致している。モメンタムホイール駆動装置２０４は、ＰＷＭ信号の供給を受け、この信号に応じてモメンタムホイール７を回転させる。
【００３８】
バッテリ１５１、１５２は、バッテリ１５１、１５２の重心がダクテッドファン４の回転軸と一致するように、２個一組で対称に配置されている。
【００３９】
無線通信装置２０１は、コンピュータ装置１から送信された無線信号を受信し、この無線信号を復調し、この復調により得た操作信号ＳＣを出力する。
【００４０】
ＩＭＵ２０２は、ホッパーロボット２のＸ軸方向の加速度を示すＸ軸加速度信号ＳＸ、Ｙ軸方向の加速度を示すＹ軸加速度信号ＳＹ、Ｚ軸方向の加速度を示すＺ軸加速度信号ＳＺ、Ｘ軸回りの角速度を示すＸ軸回り角速度信号ＳΨ、Ｘ軸回りの角度を示すＸ軸回り角度信号Ｓ’Ψ、Ｙ軸回りの角速度を示すＹ軸回り角速度信号ＳΦ、Ｙ軸回りの角度を示すＹ軸回り角度信号Ｓ’Φ、Ｚ軸回りの角速度を示すＺ軸回り角速度信号ＳΘ、及びＺ軸回りの角度を示すＺ軸回り角度信号Ｓ’Θの９種類の信号を出力する。
【００４１】
制御装置２０３は、ホッパーロボット２の制御中枢としての役割を果たす。制御装置２０３は、無線通信装置２０１の出力信号ＳＣ、及びＩＭＵ２０２の出力信号ＳＸ、ＳＹ、ＳＺ、ＳΨ、Ｓ’Ψ、ＳΦ、Ｓ’Φ、ＳΘ、Ｓ’Θに基づいて、ダクテッドファン４を動かしてホッパーロボット２の飛翔力を作り出すとともに、ラダー１１Ｆ、１１Ｂ、１１Ｌ、１１Ｒ、及びモメンタムホイール７を動かしてホッパーロボット２の姿勢及び方向を制御する。
【００４２】
より詳細に説明すると、制御装置２０３は、操作信号ＳＣが、ホッパーロボット２の離陸を指示するものである場合、ラダー１１Ｆ、１１Ｂ、１１Ｌ、及び１１ＲをＺ軸と平行にし、ダクテッドファン４とモメンタムホイール７を高速回転させる。これにより、ホッパーロボット２がＺ軸方向に上昇する。ここで、ダクテッドファン４の回転方向とモメンタムホイール７の回転方向は逆方向とし、ダクテッドファン４の単位時間当たりの回転数とモメンタムホイール７の回転数は、ダクテッドファン４の単位時間当たりの回転数とダクテッドファン４の慣性モーメントの積とモメンタムホイール７の単位時間当たりの回転数とモメンタムホイール７の慣性モーメントの積が等しくなるように制御するとよい。具体的には、モメンタムホイール７の回転数ＮＭＷをダクテッドファン４の回転数ＮＤＷに同期させて以下の関係式（１）を満たすように制御するとよい。
ＮＭＷ＝（ＩＤＦ／ＩＭＷ）ＮＤＦ・・・（１）
【００４３】
上記の式（１）にけるＩＤＦはダクテッドファン４の慣性モーメントであり、ＩＭＷはモメンタムホイール７の慣性モーメントである。よって、この回転数制御を行う場合、ダクテッドファン４とモメンタムホイール７の慣性モーメント比率ＩＤＦ／ＩＭＷを前もって与えておく必要があり、両者の回転数を実時間で測定してモメンタムホイール７の回転制御を行う必要がある。
【００４４】
また、制御装置２０３は、操作信号ＳＣが、ホッパーロボット２のピッチング（Ｙ軸回りの回転）を指示するものである場合は、操作信号ＳＣとＩＭＵ２０２の出力信号ＳＸ、ＳＹ、ＳＺ、ＳΨ、Ｓ’Ψ、ＳΦ、Ｓ’Φ、ＳΘ、Ｓ’Θとの関係に基づいて、ラダー１１Ｌ及び１１ＲのＹ軸回りの共通の回転角度を決定し、この決定に従って、ラダー１１Ｌ及び１１Ｒを回動させる。例えば、ラダー１１Ｌ及び１１Ｒをラダー１１Ｆ側に回動すると、ホッパーロボット２が前傾姿勢（ダクテッドファン４を伸縮脚２１Ｆの側に傾けた姿勢）になり、ホッパーロボット２が前方に移動する。また、ラダー１１Ｌ及び１１Ｒをラダー１１Ｂ側に回動すると、ホッパーロボット２が後傾姿勢（ダクテッドファン４伸縮脚２１Ｂの側に傾けた姿勢）になり、ホッパーロボット２が後方に移動する。
【００４５】
また、制御装置２０３は、操作信号ＳＣが、ホッパーロボット２のヨーイング（Ｚ軸回りの回転）を指示するものである場合は、操作信号ＳＣとＩＭＵ２０２の出力信号ＳＸ、ＳＹ、ＳＺ、ＳΨ、Ｓ’Ψ、ＳΦ、Ｓ’Φ、ＳΘ、Ｓ’Θとの関係に基づいて、ラダー１１ＦのＸ軸回りの回転角度とラダー１１ＢのＸ軸回りの回転角度とを個別に決定し、この決定に従って、ラダー１１Ｆ及び１１Ｂを回動させる。例えば、ラダー１１Ｆがラダー１１Ｌ側に回動し、ラダー１１Ｂがラダー１１Ｒ側に回動すると、ホッパーロボット２は、上から見て、反時計回り方向にヨーイングする。ラダー１１Ｆがラダー１１Ｒ側に回動し、ラダー１１Ｂがラダー１１Ｌ側に回動すると、ホッパーロボット２は、上から見て、時計回り方向にヨーイングする。
【００４６】
また、制御装置２０３は、操作信号ＳＣが、ホッパーロボット２の着地を指示するものである場合は、ダクテッドファン４とモメンタムホイール７の回転速度（単位時間当たりの回転数）を減速する。また、制御装置２０３は、この減速と併せて、不整地着地制御を行う。不整地着地制御は、ホッパーロボット２の着地位置が不整地であるか否かに関わらず、直立姿勢（ダクテッドファン４の回転軸が鉛直方向とほぼ一致している姿勢）で着地するための制御である。
【００４７】
制御装置２０３は、不整地着地制御では、４個の伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒのロック装置２６Ｆ、２６Ｂ、２６Ｌ、２６Ｒを伸縮非ロック状態にしたまま４つの伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒのセンサ２５Ｆ、２５Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒからの検知信号の出力を待つ。４つのうち何れかの伸縮脚（例えば、伸縮脚２１Ｆ）の先端部２４Ｆが着地すると、着地した伸縮脚２１Ｆの棒体２３Ｆが筒体２２Ｆに収容され、その伸縮脚２１Ｆのセンサ２５Ｆが検知信号を出力する。制御装置２０３は、４つの伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒのセンサ２５Ｆ、２５Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒの全てが検知信号を出力すると、４つの伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒのロック装置２６Ｆ、２６Ｂ、２６Ｌ、２６Ｒを一斉に伸縮ロック状態にする。４つの伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒのロック装置２６Ｆ、２６Ｂ、２６Ｌ、２６Ｒが伸縮ロック状態になるまでの間は、先に着地した伸縮脚２１は筒体２２内に収容され続ける。このため、直立姿勢を保ったままでの着地が可能となる。
【００４８】
以上が、本実施形態の詳細である。本実施形態によると、次の効果が得られる。
第１に、本実施形態のホッパーロボット２は、ダクテッドファン４を動かして飛翔力を作り出すとともに、ラダー１１及びモメンタムホイール７を動かして当該ホッパーロボット２の姿勢及び方向を制御するようになっている。よって、図５に示すように、間欠的な飛翔を繰り返しながら、作業効率の高い作業を行うことができる。
【００４９】
第２に、本実施形態のホッパーロボット２は、モメンタムホイール７を有し、ダクテッドファン４の回転軸とモメンタムホイール７の回転軸が平行であり、且つダクテッドファン４の回転方向とモメンタムホイール７の回転方向が逆方向になっている。よって、本実施形態によると、ホッパーロボット２全体の角運動量を０に近づけ、制御に有害なジャイロ効果を打ち消すことができる。
【００５０】
第３に、本実施形態のホッパーロボット２は、着地の際に、４個の伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒの全ての下端が地面に着地するまでは４個の伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒの何れの伸縮のロックもせずに、４個の伸縮脚の２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒ全ての下端が地面に着地したときに４個の伸縮脚２１Ｆ、２１Ｂ、２１Ｌ、２１Ｒの全ての伸縮をロックする制御を行う。よって、図５に示すような、斜めに傾いた不整地での着地を円滑に行うことができる。
【００５１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、かかる実施形態に以下の変形を加えてもよい。
【００５２】
（１）上記実施形態では、ダクテッドファン４の回転軸とモメンタムホイール７の回転軸は平行であり、Ｘ軸とＹ軸に平行な面上におけるダクテッドファン４の回転軸の位置とモメンタムホイール７の回転軸の位置は一致していた。しかし、ダクテッドファン４の回転軸とモメンタムホイール７の回転軸が平行でありさえれば、Ｘ軸とＹ軸に平行な面上におけるダクテッドファン４の回転軸の位置とモメンタムホイール７の回転軸の位置は一致しなくてもよい。つまり、ダクテッドファン４の回転軸とモメンタムホイール７の回転軸が平行でありさえれば、モメンタムホイール７の回転軸をダクテッドファン４の回転軸の真下からずらした位置に配してもよい。
【００５３】
（２）上記実施形態では、モメンタムホイール７は円柱状をなしていた。しかし、モメンタムホイール７を別の形状にしてもよい。例えば、モメンタムホイール７を四角柱状にしてもよいし、円錐状にしてもよい。
【００５４】
（３）上記実施形態では、制御装置２０３は、ホッパーロボット２の飛翔中において、ラダー１１Ｆ及び１１Ｂを共通の回転角度に制御し、ラダー１１Ｌ及び１１Ｒを個別の回転角度に制御した。しかし、制御装置２０３は、４つのラダー１１Ｆ、１１Ｂ、１１Ｌ、及び１１Ｒの各々を個別の回転角度に制御するようにしてもよい。
【００５５】
（４）上記実施形態では、伸縮脚２１は４つであった。しかし、伸縮脚２１の個数は３つ以上の所定個数であればよい。
【００５６】
（５）上記実施形態では、ホッパーロボット２とコンピュータ装置１はブルートウース（登録商標）により通信を行った。しかし、ブルートウース（登録商標）以外の無線通信規格により通信を行ってもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１…コンピュータ装置、２…ホッパーロボット、４…ダクテットファン、５…中心体、６…羽、７…モメンタムホイール、１１…ラダー、１２…空気取り入れ口、１３…伸縮脚、２１…伸縮脚、２２…筒体、２３…棒体、２４…先端部、２５…センサ、２６…ロック装置、２０１…無線通信装置、２０２…ＩＭＵ、２０３…制御装置、２０４…モメンタムホイール駆動装置、２０５…ラダー駆動装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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