(57)【要約】      （修正有）【課題】空気より軽い気体を充填した気嚢を用いた飛行装置の姿勢を自由に制御可能とするシステムを提供する。【解決手段】本発明の飛行装置２は、空気より軽い気体が充填された気嚢を備える。また、飛行装置は、錘１４と駆動手段と制御装置とを備える。錘は飛行装置の重心の位置を変化させるだけの重量を有し、飛行装置内を変位可能に配置される。駆動手段１０は、飛行装置の浮力中心と飛行装置の上下方向の軸とを含む面内における、錘の飛行装置に対する相対位置を変位させる。制御手段は、駆動手段により、錘の前記相対位置を制御して、飛行装置の重心の位置を変化させる。【選択図】図１
2015030294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気より軽い気体が充填された気嚢を備える飛行装置であって、
前記飛行装置の重心の位置を変化させるだけの重量を有し、前記飛行装置内を変位可能に配置された錘と、
前記飛行装置の浮力中心と前記飛行装置の上下方向の軸とを含む面内において、前記錘の前記飛行装置に対する相対位置を変位させる駆動手段と、
前記駆動手段により、前記錘の前記相対位置を制御して、前記飛行装置の重心の位置を所定領域内で変化させる制御手段と、
を備え、
前記所定領域は、前記浮力中心を中心とし前記飛行装置の前後方向及び上下方向を軸として見た場合に、前後両方向の斜め下４５度の方角より上側にある方角を含む領域であることを特徴とする飛行装置。
【請求項２】
前記駆動手段は、
前記面内に、前記気嚢に固定して配置された枠体と、
一端が前記錘に接続され、他端が前記枠体のそれぞれ異なる箇所に接続された複数の伸縮駆動体と、を備え、
前記制御手段は、
該複数の伸縮駆動体の伸縮をそれぞれ独立して制御することにより、前記面内における前記錘の前記相対位置を変位させることを特徴とする請求項１に記載の飛行装置。
【請求項３】
前記駆動手段は、
前記面内に、前記気嚢に固定して配置された枠体を、備え、
前記錘を、前記枠体に沿って移動させることで、前記錘の前記相対位置を変位させることを特徴とする請求項１に記載の飛行装置。
【請求項４】
前記面内は、前記飛行装置の左右方向に垂直な面内であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の飛行装置。
【請求項５】
前記面内は、前記飛行装置の前後方向に垂直な面内であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の飛行装置。
【請求項６】
前記駆動手段は、
前記面内を含む３次元空間内における、前記錘の前記相対位置を変位させることを特徴とする請求項１に記載の飛行装置。
【請求項７】
前記駆動手段は、
前記浮力中心を中心とし、前記飛行装置内で回転可能に設置された円形の枠体と、
前記枠体を回転させる回転手段と、
一端が前記錘に接続され、他端が、前記枠体のそれぞれ異なる箇所に接続された複数の伸縮駆動体と、を備え、
前記制御手段は、前記回転手段による前記枠体の回転を制御すると共に、該複数の伸縮駆動体の伸縮をそれぞれ独立して制御することにより、前記錘の前記相対位置を変位させることを特徴とする請求項６に記載の飛行装置。
【請求項８】
前記駆動手段は、
前記浮力中心を中心とし、前記飛行装置で回転可能に設置された円形の枠体と、
前記枠体を回転させる回転手段と、を備え、
前記制御手段は、前記回転手段による前記枠体の回転を制御すると共に、前記錘を前記枠体に沿って移動させることで、前記錘の前記相対位置を変位させることを特徴とする請求項６に記載の飛行装置。
【請求項９】
前記気嚢は、前記飛行装置の本体を構成し、
前記駆動手段及び前記制御手段は、前記気嚢内に配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の飛行装置。
【請求項１０】
前記気嚢は、前記駆動手段に固定されて、複数個配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の飛行装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記錘の内部に配置され、
前記錘の重量の一部を構成することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の飛行装置。
【請求項１２】
第１構造物と、
第２構造物と、
第１状態と第２状態とを有し、一端が前記第１構造物に接続され、他端が前記第２構造物に接続された柱状の駆動体と、
前記駆動体に、物理的刺激を与えて、前記駆動体の状態を前記第１状態又は前記第２状態に変化させる駆動手段と、を備える駆動装置であって、
前記第１状態は、前記第２状態よりも剛性の低い状態又は湾曲した形状の状態であり、
前記第２状態は、直線形状の状態であり、
前記駆動体は、
前記第１状態において、その接続部が、前記第１構造物の一平面に対して平行となるように接続され、かつ、前記第２構造物の一平面に対して垂直となるように接続され、
前記駆動手段は、
前記駆動体の状態を前記第１状態又は前記第２状態に切り替えることで、前記第１構造物と前記第２構造物との位置関係を変更することを特徴とする駆動装置。
【請求項１３】
前記駆動体は、
前記第１状態において、前記第１構造物との接続部が、前記第１構造物の一平面に対して平行な一方向に向くように接続された１又は２以上の第１駆動体と、
前記第１状態において、前記第１構造物との接続部が、前記第１構造物の一平面に対して平行かつ前記一方向とは逆の方向に向くように接続された１又は２以上の第２駆動体と、を備え、
前記駆動手段は、前記第１駆動体の状態を前記第１状態又は前記第２状態に変化させ、前記第２駆動体の状態を、前記第１駆動体とは独立して、前記第１状態又は前記第２状態に変化させることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項１４】
前記駆動体は、平板形状であることを特徴とする請求項１２に記載の駆動装置。
【請求項１５】
前記駆動手段は、前記駆動体に電流を流すことで、前記駆動体に物理的刺激を与えるものであることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１６】
前記駆動手段は、前記駆動体を加熱することで、前記駆動体に物理的刺激を与えるものであることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【請求項１７】
前記駆動装置は、前記駆動体を加圧することで、前記物理的刺激を与えるものであることを特徴とする請求項１２から１４のいずれか１項に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、飛行装置及び駆動装置に関する。より具体的には空気より軽い気体が充填された気嚢を有し、気嚢の浮力により浮遊する飛行装置及び構造物の位置関係を変更する行動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、地上を移動するロボットが抱える問題として、地上環境からの外乱を受けやすく、検知すべき障害物が多い点が挙げられる。一方、ロボットの移動手段として空中移動が挙げられる。ロボットを空中移動させることで、地上環境からの外乱の排除、検知すべき障害物の削減が可能となるため、システムを軽量化できる。しかし、ロボットを空中移動させるためには、浮力を発生させなければならない。
【０００３】
ところで、空中移動を実現させるための装置として飛行機が挙げられる。飛行機はエンジンや回転翼を用いて、莫大な浮力を発生させることで、重量が重い躯体であっても高速度で移動させることができる。しかし飛行機のエネルギ消費は激しい。また飛行機は速度が落ちると失速するし、移動速度が速いため、旋回性能が低く細かい旋回を苦手とする。また、空中移動を実現させるための他の装置として、ヘリコプターが挙げられる。しかしヘリコプターは自在に空中を移動できる反面、エネルギ消費が激しく、一般にプロペラなどが高速で回転するため、人間の近傍で活動するには安全性の問題がある。
【０００４】
例えば、特許文献１には小型飛行装置が開示されている。この小型飛行装置は、内部に気体の重心を移動させる装置を備え、気体の重心の変位により羽ばたき翼の迎角を調整する。そして、モータにより羽ばたき翼を作動して揚力と推進力を発生させることで、飛行速度や飛行高度を変更させている。
【０００５】
特許文献１のようにモータを回転させることで動力を得るシステムは、小型飛行装置であっても、エネルギ消費の面及び安全性の面において同様に問題が残る。また、この小型飛行装置は、飛行速度や高度を変更することができるものの、その場での回転や宙返り等の旋回性能の面での制約は大きくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１１８７０２号公報
【特許文献２】特開２００６−１４２９１３号公報
【特許文献３】特開平１１−２７８３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
空気より密度の低い気体が充填された気嚢を用いて浮力を発生させる飛行船は、空中での静止状態ではエネルギ消費が少ない。また飛行船の気嚢に充填する気体として不活性ガスを使用すれば、比較的人間の近傍にいても安全性を確保しやすい。従って、ロボットの空中移動手段として気嚢を用いた飛行船を利用すること、あるいは飛行船にロボットのような機能を付加することは有益である。
【０００８】
しかし、一般に飛行船は、その場での回転、宙返りなどの旋回性能の面での制約が多い。従って、操作性を向上させ空間内を自由に移動可能とした飛行船の開発が望まれる。
【０００９】
また、飛行船を用いてロボットのような作業を実現しようとする場合、例えばロボットアームのような機構を取り付けることが考えられる。しかし、一般にロボットアームは、求められる作業内容、精度の要求に伴って、多関節・高剛性な躯体となっている場合が多く、それ自体が重量物となる。気嚢を用いた飛行船に、飛行船の浮遊を阻害せずに、ロボットアームのような機構を搭載することは難しい。従って、飛行船の浮遊を阻害せずに簡単な運動を行うことができる簡素で軽量な駆動装置が求められる。
【００１０】
この発明は上記課題を鑑み、空気より軽い気体を充填した気嚢を用いた飛行船の姿勢を自由に制御可能とした改良された飛行装置を提供することを第１の目的とする。更に、このような飛行装置に搭載可能な簡素で軽量な駆動装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の目的を達成するため、本発明の飛行装置は次のように構成される。本発明の飛行装置は、空気より軽い気体が充填された気嚢を備える。また、飛行装置は、錘と、駆動手段と、制御装置とを備える。錘は、飛行装置の重心の位置を変化させるだけの重量を有し、飛行装置内を変位可能に配置される。駆動手段は、飛行装置の浮力中心と飛行装置の上下方向の軸とを含む面内において、錘の飛行装置に対する相対位置を変位させる。制御手段は、駆動手段により、錘の前記相対位置を制御して、飛行装置の重心の位置を所定領域内で変化させる。ここで所定領域は、浮力中心を中心とし飛行装置の前後方向及び上下方向を軸としてみた場合に、前後両方向の斜め下４５度の方角より上側にある方角を含む領域である。
【００１２】
なお、ここで飛行装置の「上下方向の軸」とは、飛行装置が設計上定位置で安定して浮遊する場合における、飛行装置の上下方向を結ぶ軸を意味する。また、「前後方向」とは、飛行装置が設計上定位置で安定して浮遊する場合における、飛行装置の前後方向を意味する。浮力中心と上下方向の軸とを含む面内としているが、厳密に浮力中心を含むことを意図しない。この面内は概ね浮力中心又はその近傍を含む面内であればよく、従って言い換えれば、面内は、浮力中心から所定範囲の位置にある浮力中心近傍を含む面内であってもよい。「所定領域」は、前後両方向の斜め下４５度の方角より上側にある方角を少なくとも１つ含むものであればよい。また錘が変位する「面内」は、浮力中心を中心とし、飛行装置の前後方向及び上下方向を軸とする面に限定されない。即ち、錘が変位する領域は、結果として飛行装置の重心の位置が、前後方向斜め下４５度の方向の線を、上下方向の軸を中心に回転させた位置より上側にあるようにできる位置のうち少なくとも１つ含む領域であればよい。
【００１３】
また、本発明において、駆動手段は、上記の面内に、気嚢に固定して配置された枠体と、一端が錘に接続され、他端が枠体のそれぞれ異なる箇所に接続された複数の伸縮駆動体とを有する構成としてもよい。この構成において制御手段は、複数の伸縮駆動体の伸縮をそれぞれ独立して制御することにより、面内における前記錘の前記相対位置を変位させるものとする。
【００１４】
あるいは、駆動手段は、上記の面内に、気嚢に固定して配置された枠体を備え、錘を、枠体に沿って移動させることで、錘の前記相対位置を変位させる構成としてもよい。
【００１５】
本発明において、上記の錘を変位させる面内とは、例えば、飛行装置の左右方向に垂直な面内としても良く、また、飛行装置の前後方向に垂直な面内としてもよい。ここで、飛行装置の「左右方向」、「前後方向」とは、飛行装置が設計上定位置で安定して浮遊する場合における、飛行装置の左右方向、前後方向をそれぞれ意味する。
【００１６】
本発明において、駆動手段は、上記の面内を含む３次元空間内における、錘の相対位置を変位させる構成としてもよい。
【００１７】
駆動手段が３次元空間内における錘の相対位置を変位させる場合、駆動手段は、浮力中心を中心とし、飛行装置内で回転可能に設置された円形の枠体と、この枠体を回転させる回転手段とを備える構成とすることができる。
【００１８】
このような回転可能な枠体には、一端が錘に接続され、他端が、枠体のそれぞれ異なる箇所に接続された複数の伸縮駆動体を備え、制御手段は、回転手段による枠体の回転を制御すると共に、該複数の伸縮駆動体の伸縮をそれぞれ独立して制御することにより、錘の相対位置を変位させるようにしてもよい。
【００１９】
あるいは、回転可能な枠体に沿って錘を移動できるように設置し、制御手段によって、回転手段による枠体の回転を制御すると共に、駆動手段による錘の枠体に沿った移動を制御することで、錘の相対位置を変位させるようにしてもよい。
【００２０】
本発明おいて、気嚢は、飛行装置の本体を構成するものとし、駆動手段及び制御手段が気嚢内に配置された構成としてもよい。あるいは本発明において気嚢は、駆動手段に固定されて、複数個配置されているものとしてもよい。
【００２１】
本発明において、制御手段は、錘の内部に配置され、錘の重量の一部を構成するものとしてもよい。
【００２２】
第２の目的を達成するため、本発明の駆動装置は、第１構造物と第２構造物と、一端が第１構造物に接続され、他端が第２構造物に接続された柱状の駆動体と、駆動体に、物理的刺激を与える駆動手段を備える。駆動体は、第１状態と第２状態とを有し、駆動手段は、物理的刺激により駆動体の状態を第１状態又は第２状態に変化させる。ここで第１状態は、第２状態よりも剛性の低い状態又は湾曲した形状の状態であり、第２状態は直線形状の状態である。駆動体は、第１状態において、その接続部が、第１構造物の一平面に対して平行となるように接続され、かつ、第２構造物の一平面に対して垂直となるように接続される。駆動手段は、駆動体の状態を第１状態又は第２状態に切り替えることで、第１構造物と第２構造物との位置関係を変更する。
【００２３】
なお、ここで「平行」とは、駆動体の長手方向が第１構造物との接続部のごく近傍において、第１構造物の一平面に対して概ね平行となっていればよく、厳密に両者が平行である場合に限られるものではない。また、同様に「垂直」とは、駆動体の長手方向が第２構造物との接続部のごく近傍において、第２構造物の一平面に対して概ね垂直となっていればよく、厳密に両者が垂直である場合に限られるものではない。
【００２４】
本発明の駆動装置において、駆動体は、第１状態において、第１構造物との接続部が、第１構造物の一平面に対して平行な一方向に向くように接続された１又は２以上の第１駆動体と、第１状態において、第１構造物との接続部が、第１構造物の一平面に対して平行かつ一方向とは逆の方向に向くように接続された１又は２以上の第２駆動体と、を備えるものとしてもよい。この場合、駆動手段は、第１駆動体の状態を第１状態又は第２状態に変化させ、第２駆動体の状態を、第１駆動体とは独立して、第１状態又は第２状態に変化させることができるものとする。
【００２５】
また、本発明の駆動装置において、駆動体は、平板形状としてもよい。
【００２６】
本発明の駆動装置において、駆動手段は、駆動体に電流を流すこと、あるいは駆動体を加熱すること、あるいは、駆動体を加圧することで、物理的刺激を与えるものとすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の飛行装置によれば、飛行装置の重心を錘の移動によって変化させることができる。この重心の移動に伴い飛行装置は重心が浮力中心の鉛直真下の位置に来るように回転する。従って飛行装置内で錘の位置を制御することで、飛行装置の回転を制御することができる。従って気嚢を用いた飛行装置の旋回や移動の制約を少なくし、飛行装置の姿勢を比較的自由に制御することができる。
【００２８】
また、本発明の駆動装置によれば、第１構造物と第２構造物との位置関係を、駆動体の形状を変化させることで変化させることができる。これにより、簡素で軽量な装置により物体間の位置関係を変更することができ、気嚢を用いた飛行装置に搭載可能な駆動装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１における飛行装置を説明するための模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１における重心移動装置を拡大して表した図である。
【図３】本発明の実施の形態１における錘の内部の構成を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、重心移動装置内で錘が移動した状態を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１における飛行装置の側面側の断面を表す図である。
【図６】本発明の実施の形態１における飛行装置の側面側の断面を表す図である。
【図７】本発明の実施の形態１における制御について説明するためのブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態１において制御装置が実行する制御について説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態１により可能となる飛行装置の移動の例を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１により可能となる飛行装置の移動の例を説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における重心移動装置について説明するための図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における錘の構成について説明するための図である。
【図１３】本発明の実施の形態２における制御について説明するためのブロック図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における重心移動装置について説明するための模式図である。
【図１５】本発明の実施の形態３における制御について説明するためのブロック図である。
【図１６】本発明の実施の形態４における飛行装置について説明するための図である。
【図１７】本発明の実施の形態５における駆動装置について説明するための模式図である。
【図１８】本発明の実施の形態５の駆動装置の一部を拡大して表した模式図である。
【図１９】本発明の実施の形態５のおける駆動装置の駆動体が通電されている状態を表す図である。
【図２０】本発明の実施の形態５における制御について説明するためのブロック図である。
【図２１】本発明の実施の形態６における駆動装置について説明するための模式図である。
【図２２】本発明の実施の形態６の駆動装置の一部を拡大して表した図である。
【図２３】本発明の実施の形態６の駆動体装置の駆動体のいずれか又は両方を通電した状態を表す図である。
【図２４】本発明の実施の形態６における制御について説明するためのブロック図である。
【図２５】本発明の実施の形態６において制御装置が実行する具体的な制御について説明するためのフローチャートである。
【図２６】本発明の実施の形態７における駆動装置について説明するための模式図である。
【図２７】本発明の実施の形態７における駆動装置について説明するための斜視図である。
【図２８】本発明の実施の形態８における駆動装置について説明するための模式図である。
【図２９】本発明の実施の形態８における駆動装置について説明するための模式図である。
【図３０】本発明の実施の形態９における駆動装置について説明するための模式図である。
【図３１】熱源を用いた駆動装置の例について説明するための図である。
【図３２】駆動体として空気アクチュエータを用いた駆動装置の例について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００３１】
実施の形態１．
［実施の形態１の飛行装置の全体構成］
図１は本発明の実施の形態１における飛行装置を説明するための模式図である。図１（ａ）は上面図、図１（ｂ）は側面図を表している。図１における飛行装置の本体としての浮遊体２を有している。浮遊体２は、ここでは長さ１ｍ前後の風船上の物体であり、内部には空気より密度の低いガスが充填され、気嚢として機能する。
【００３２】
尚、以下の実施の形態において、浮遊体２の前後方向に平行で、かつ、浮遊体２の浮力中心Ｏを通る軸をｘ軸、左右方向に平行で浮力中心Ｏを通る軸をｙ軸、上下方向に平行で浮力中心Ｏを通る軸をｚ軸として説明する。また、各図又はその説明において、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸、前後方向、左右方向、上下方向という場合、浮遊体２に対する相対的な軸及び相対的な方向を示すものとする。また、鉛直方向という場合、絶対的な鉛直方向を示すものとし、中心Ｏを通る鉛直方向の軸をＺａ軸で示し説明する。また、上下方向、左右方向、前後方向のそれぞれは、飛行装置が設計上の浮遊体２の形状を保ち定姿勢で安定して浮遊する場合における、飛行装置の上下方向、左右方向、前後方向を意味するものとする。
【００３３】
浮遊体２の側面にはプロペラ４ａ、４ｂが設置されている。プロペラ４ａ、４ｂは、浮遊体２のｙ軸の延長線上近傍の位置に、互いに左右対称に設置されている。プロペラ４ａ、４ｂの近傍にはそれぞれモータ６ａ、６ｂが設置されている。モータ６ａが駆動することでプロペラ４ａが回転し、モータ６ｂが駆動することでプロペラ４ｂが回転する。モータ６ａ及び６ｂを同じ方向に回転させることで、前進方向又は後進方向の力が発生する。一方、モータ６ａ及び６ｂを互いに逆方向に回転させることで、ヨー方向の旋回が可能となる。また、浮遊体２には、浮遊体の姿勢を検知するための姿勢検出器（図示せず）が設置されている。姿勢検出器としては例えば、ジャイロスコープ、地磁気センサ、加速度センサ、９軸センサ等が用いられる。
【００３４】
［重心移動装置１０の構成］
図１に示されるように浮遊体２の内部には重心移動装置１０が設置されている。図２は、重心移動装置１０を拡大して表した図である。図２を参照して、重心移動装置１０は、円形の枠体１２を有している。枠体１２の円形の面は浮力中心Ｏを中心とする面であり、かつ、浮力中心Ｏを含む左右方向に垂直な面内、即ちｘｚ平面上に配置される。
【００３５】
枠体１２内には変位可能な状態で錘１４が設置されている。錘１４には、第１〜第４の４つの伸縮駆動体１６、１８、２０、２２のそれぞれ一端が接続されている。第１〜第４伸縮駆動体１６、１８、２０、２２の他端は、それぞれモータ１６ａ、１８ａ、２０ａ、２２ａに接続されている。モータ１６ａ〜２２ａは、枠体１２の互いに異なる位置に接続されている。具体的に、第１伸縮駆動体１６のモータ１６ａはｚ軸と枠体１２との上側の交点付近に設置され、第２伸縮駆動体１８のモータ１８ａは下側の交点付近に接続されている。第３伸縮駆動体２０のモータ２０ａは、ｘ軸と枠体１２との前側の交点付近に接続され、第４伸縮駆動体２２のモータ２２ａは、後ろ側の交点付近に接続されている。第１〜第４伸縮駆動体１６〜２２は、それぞれのモータ１６ａ〜２２ａが駆動することでその長さが変更され、伸縮可能に構成されている。
【００３６】
図３は、本発明の実施の形態１における錘１４の内部の構成を説明するための模式図である。図３において、（ａ）は図２の錘１４のＡ−Ａ断面を、図２の右側（即ち、浮遊体２の前方）から見た図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面を右側から見た図である。
【００３７】
図３に示されるように、錘１４内には錘の位置を制御するための制御機構が内蔵されている。具体的に、錘１４には、無線通信回路３０と制御装置３２が配置されている。無線通信回路３０は外部からの操作信号を受信するための回路である。制御装置３２の入力部には無線通信回路３０からの信号及び位置検出器からの信号が入力される。一方、制御装置３２の出力部から、第１〜第４伸縮駆動体１６〜２２の各モータ１６ａ〜２２ａに制御信号が出力される。また、錘１４内には、バッテリ３４が配置されている。バッテリ３４により、モータ６ａ、６ｂやモータ１６ａ〜２２ａの駆動等、本実施の形態１の飛行装置において必要な電力が供給される。
【００３８】
上記のように錘１４内に制御機構が設置されることで、飛行装置全体の浮力に対する約９割の荷重が錘１４に集中する。これにより錘１４は飛行装置の重心位置を変えるだけの荷重を有するように構成されている。重心移動装置１０は錘１４の、枠体１２内での位置を後述するように変位させることで、飛行装置の重心を移動させる。
【００３９】
［重心移動装置の動作］
図４は本発明の実施の形態１の重心移動装置１０内で、錘１４が移動した状態を説明するための図である。図４の（ａ）では錘１４をｚ軸上側に移動させた例を示している。この例では、モータ１６ａの駆動により、第１伸縮駆動体１６が所定の長さ分巻き取られ、第１伸縮駆動体１６の長さは少なくとも枠体１２の半径から錘１４の半径を引いた長さより短くなる。これに伴い、第２〜第４伸縮駆動体１８〜２２が所定の長さ分巻き出され、長い状態となる。その結果、第１伸縮駆動体１６が巻き取られた分、錘１４がｚ軸上方側に移動する。
【００４０】
また図４の（ｂ）では、モータ１６ａ及びモータ２２ａが駆動することで、第１及び第４伸縮駆動体１６、２２がそれぞれ所定の長さ分巻き取られる。これに伴い、第２及び第３伸縮駆動体１８、２０は所定の長さ分巻き出される。これにより錘１４は、図４（ｂ）に示されるように、第１、第４伸縮駆動体１６、２２により引かれ、飛行装置に対して上斜め後ろ側に移動する。
【００４１】
このように第１〜第４伸縮駆動体１６〜２２をモータ１６ａ〜２２ａの駆動により巻き取ることで、錘１４を自在に変位させ、結果として飛行装置の重心の位置を、前後両方向の斜め下４５度の方角より上側にある方角を含む枠体１２内の全方角に、自在に変位させることができる。
【００４２】
［重心移動による飛行装置の動作］
図５及び図６は本発明の実施の形態１における飛行装置の側面側の断面を表す図である。即ち図５及び図６はｘｚ面における断面を表し、それぞれ飛行装置の動きを説明するための図である。例えば、図５（ａ）に示されるように、錘１４が浮力中心にある状態から、第２、第４伸縮駆動体を巻き取ることで錘１４を下側斜め後ろに移動させると、飛行装置の重心が錘１４に伴って移動する。その結果、錘１４には、浮力中心Ｏに対して鉛直下側の位置に移動する力が働く。錘１４は伸縮駆動体１６〜２２によって枠体１２に接続され枠体１２は浮遊体２に固定されている。従って、錘１４の動きに伴って飛行装置全体の姿勢が変化する。ここでは、錘１４の移動に伴い、飛行装置は前方先端が下がるようにピッチ方向に回転することとなる。
【００４３】
また例えば、図６に示されるように、第４伸縮駆動体２２を巻き取って錘１４をｘ軸後ろ側に移動させる。その結果、錘１４は浮力中心Ｏに対して鉛直下側に移動する。錘１４の移動に伴い図６に示されるように、浮遊体２は真上を向いた状態となる。
【００４４】
なお本実施の形態において、鉛直方向と浮遊体２の上下方向が概ね一致する定位置で浮遊しあるいは水平飛行を行う場合、錘１４は枠体１２の中心（即ち、浮力中心）に維持される。これにより飛行装置は、重心と浮力中心とが概ね一致した状態で安定的に水平飛行又は浮遊することができる。
【００４５】
本発明において、枠体１２内における錘１４の浮力中心Ｏに対する方向とそれによる飛行装置の姿勢との対応関係は、予め計算され、制御装置３２のメモリ（図示せず）等に記憶されているものとする。
【００４６】
［制御機構について］
図７は、本発明の実施の形態１における制御について説明するためのブロック図である。図７に示されるように、姿勢検出器において検出された現在の姿勢に関する情報、及び、無線通信回路３０において受信された目標姿勢に関する情報が制御装置３２に入力される。制御装置３２はこれに応じて、ヨー方向の移動角と、ピッチ方向の移動角とをそれぞれ算出する。算出されたヨー方向の移動角に応じて、モータ６ａ及び６ｂに制御信号が発せられる。この信号に従ってモータ６ａ、６ｂは回転し、それぞれの回転によりプロペラ４ａ及び４ｂが回転し、前後方向への移動又はヨー方向の回転が実行される。一方、ピッチ方向の移動角に応じた位置に錘１４が方向するように、第１〜第４伸縮駆動体１６〜２２それぞれのモータ１６ａ〜２２ａに制御信号が発せられ、伸縮駆動体１６〜２２が巻き取り、又は巻き出しされる。その結果、錘１４が所望の方向に移動して、飛行装置がピッチ方向に回転する。
【００４７】
［飛行装置の回転の具体的な制御について］
図８は、本発明の実施の形態１において制御装置３２が実行する制御について説明するためのフローチャートである。図８に示される例は、ピッチ方向の回転のみ行う場合の例である。無線通信回路３０が飛行装置の操作者からの操作信号を受信すると、制御装置３２は無線通信回路３０から目標姿勢θを取得すると共に、現在の飛行装置の姿勢を取得する（ステップＳ１０２）。
【００４８】
次に、制御装置３２は目標姿勢と現在姿勢とに応じて、錘１４の移動量を算出する（Ｓ１０４）。次に、移動量に応じて第１〜第４伸縮駆動体１６〜２２のモータ１６ａ〜２２ａを駆動させる（Ｓ１０６）。即ち、第１〜第４伸縮駆動体１６〜２２が巻き取り又は巻き出しされる。これにより錘１４が移動する。
【００４９】
次に、姿勢検出器の出力が検出されて現在姿勢が取得され（Ｓ１０８）、現在の姿勢が目標姿勢と一致するかが確認される（Ｓ１１０）。その結果、現在の姿勢が目標姿勢と一致していない場合には、ステップＳ１１２の処理へ進み、現在の姿勢と目標姿勢との角度差に応じて、錘１４の位置の補正量が算出される。次に、再びＳ１０６に進み、モータ１６ａ〜２２ａにより伸縮駆動体１６〜２２が駆動される。現在姿勢が目標姿勢と一致するまで、ステップＳ１１２〜Ｓ１１０の処理が繰り返される。一方、ステップＳ１１０において、現在姿勢と目標姿勢との一致が認められた場合、今回の処理は終了する。
【００５０】
以上説明したように、本実施の形態１によれば、飛行装置内部に設置された重心移動装置１０により、飛行装置の重心をｘｚ平面内で自在に移動させることができる。これにより、ピッチ方向の回転を自在とすることができ、浮遊体２の姿勢を自在に変更させることができる。
【００５１】
図９〜図１０は、本発明の実施の形態１の機構により可能となる飛行装置の移動の例を説明するための図である。例えば、図９に示されるように、プロペラ４ａ、４ｂによる前進と共に、錘１４の位置を徐々に移動させることで、図９に示されるようなピッチ方向の旋回が可能となる。同様に、図１０に示されるように、ピッチ方向の向きを変えることにより、狭い空間への侵入も可能となる。また、プロペラ４ａ、４ｂによる推力を発生させず、錘１４のみを移動させることで、その場でのピッチ方向の回転も可能となる。
【００５２】
［重心移動装置１０の他の構成例］
上記の実施の形態１ではモータ１６ａ〜２２ａを設置し、伸縮駆動体１６〜２２を巻き取ることで、その長さを変更する場合について説明した。しかし、本発明において、錘１４を移動させる駆動手段は、これに限られるものではない。例えば、伸縮駆動体１６〜２２及びモータ１６ａ〜２２ａに替えて、形状記憶合金を伸縮駆動体として用いることができる。形状記憶合金を用いる場合にも、伸縮駆動体１６〜２２と同様の配置で、４つの形状記憶合金からなる伸縮駆動体を設置する。形状記憶合金は、電流が流され所定の温度に加熱されることにより記憶された記憶形状となる。この記憶形状の状態において、形状記憶合金の長さが、少なくとも枠体１２の半径から錘１４の半径を引いた長さより短くなるように構成する。
【００５３】
これにより、いずれかの伸縮駆動体に電流が流されるとその伸縮駆動体は、記憶形状の短い状態となる。一方、加熱されていない形状記憶合金は剛性が低いため、通電された伸縮駆動体に引かれその長さが伸びた状態となる。その結果、錘１４が通電された伸縮駆動体側に移動する。
【００５４】
ここで用いられる形状記憶合金からなる伸縮駆動体の長さが、枠体１２から錘１４の半径を引いた長さより短くなるのは、記憶形状の状態となった場合のみであり、記憶形状は予め定められた形状である。従って４つの形状記憶合金のいずれか１つ又は２つを加熱することで得られる錘１４の位置は、ｘ軸前方向を０度方向とした場合に、ｘｚ平面を左回りに約０度方向、約４５度方向、約９０度方向、約１３５度方向、約１８０度方向、約２２５度方向、約２７０度方向、約３１５度方向、約３４５度方向となる。このように形状記憶合金を伸縮駆動体として用いる場合、錘１４の移動方向が制約される。しかし、この場合でも、枠体１２内の少なくとも、前後両方向の斜め下４５度の方角より上側にある方角（即ち、ここでは約０度方向、約１８０度方向、約２２５度方向、約２７０度方向、約３１５度方向、約３４５度方向）を含む領域内で、錘１４の移動が可能である。このように形状記憶合金を用いる場合でも、８方向の錘１４の移動が可能であり、飛行装置をある程度自由に回転させることができる。
【００５５】
また、本発明における伸縮駆動体は、形状記憶合金に限られるものではない。例えば、伸縮駆動体１６〜２２に替えて、気圧により伸縮可能な空気圧アクチュエータを用いることもできる。またこれに限られるものではなく、気圧、水圧、油圧、電圧、熱源等によって伸縮可能な駆動体を伸縮駆動体１６〜２２に替えて用いることができる。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００５６】
また、伸縮駆動体１６〜２２の端部を、ｚ軸とｘ軸と枠体１２との各交点付近の位置に設置する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、伸縮駆動体の端部が他の位置に設置されているものであってもよい。この場合、隣り合う伸縮駆動体により形成される角が９０度になるように配置されるものにも限られず、錘１４を安定的に枠体１２内で移動させることができるものであれば、伸縮駆動体の設置方向、設置位置は限定されるものではない。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００５７】
また、伸縮駆動体は必ずしも４つに限られない。例えば、３つの伸縮駆動体により錘１４を移動させるものであってもよく、５以上の伸縮駆動体によって錘を支えるものであってもよい。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００５８】
また、本実施の形態１においては枠体１２の中心が、浮力中心と一致する場合について説明した。これにより飛行装置の姿勢を安定的に移動させることができる。しかしながら、浮力中心と枠体の中心は必ずしも一致するものに限られない。但し、錘１４が移動する範囲内に浮力中心Ｏがあることが必要である。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００５９】
また、本実施の形態では枠体１２の円形の面が浮力中心Ｏを通るｘｚ平面上にあるものとし、ｘｚ平面上で錘１４が移動できる構成とする場合について説明した。しかしこの発明はこれに限られるものではない。例えば、必要に応じて、枠体１２の円形の面が、浮力中心Ｏを通るｙｚ平面上に配置されるものであってもよい。このようにｙｘ平面上の向き、即ち前後方向の軸に垂直の枠体１２を設置して、錘１４を移動させることで、ピッチ方向の回転に替えて、ロール方向の回転を自由に操作できるようにすることができる。このような場合にも、錘１４を変位させ、結果として飛行装置の重心の位置を変位させる領域は、前後両方向斜め下４５度の方向の線を上下方向の軸を中心に回転させた位置よりも上側にある位置のうち、錘１４が変位する枠体１２のｙｘ面内にある位置を少なくとも１つ含む領域とする。つまり、枠体１２を前後方向の軸に垂直な方向に設置する場合、錘１４を変位させることにより重心の位置を変位させる領域は、左右両方向斜め下４５度の方角よりも上側にある方角を含む領域とする。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００６０】
また、本実施の形態では錘１４内部に無線通信回路３０、制御装置３２、及びバッテリ３４を含む制御機構を内蔵する場合について説明した。これにより錘１４に荷重を集中させることができ、飛行装置の操作性を向上させることができる。しかし本発明はこれに限られるものではなく、制御機構全体、またはその一部を錘１４の外に設置するものであってもよい。この場合にも、錘１４の重量自体を、全体の重さに対して、重心を移動できる程度の重量にすることで、本発明の構成を実現することができる。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００６１】
また、本実施の形態において図示した浮遊体２の形状等は本発明を限定するものではない。また、本発明は浮遊体２の左右対称にプロペラ４ａ、４ｂを有する構成に限られるものでもなく、例えば、浮遊体２の後部にヒレ等を設置してこれをモータ等により駆動することで推進力を得る構成としてもよい。また、このようなプロペラ等の推進力を発する機構が搭載されたものに限られず、これらの機構を有さないものであってもよい。この場合にも、本発明の重心移動装置１０により、浮遊体２のピッチ方向の旋回を確保することができる。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００６２】
実施の形態２．
図１１は本発明の実施の形態２における重心移動装置４０について説明するための図である。図１１の重心移動装置４０は、実施の形態１の重心移動装置１０に替えて用いられる。図１１の重心移動装置４０は、実施の形態１と同様に、浮力中心Ｏを含むｘｚ平面に、枠体１２の円形の面が配置されるように設置され、飛行装置のピッチ方向の回転をコントロールするものである。
【００６３】
具体的に、重心移動装置４０において、枠体１２内円に沿ってレール４２が設置されている。レール４２には、レール４２と組み合わされて錘４４が設置されている。錘４４は後述する機構によりレール４２上を、浮力中心Ｏを中心とし、枠体１２内の全方角を自由に移動することができる。
【００６４】
図１２は、本発明の実施の形態２における錘４４の構成について説明するための図である。図１２において、（ａ）は錘４４のＣ−Ｃ方向の断面を表し、（ｂ）は（ａ）におけるＤ−Ｄ方向の断面を表している。図１２に示されるように、錘４４は、図３の錘１４と同様に、無線通信回路３０、制御装置３２及びバッテリ３４を備えている。また、錘４４はモータ４６を有する。モータ４６にはシャフト４８が接続され、シャフト４８には平歯車５０とタイヤ５２とが紙面左右対称に設置されている。各平歯車５０に噛み合うように、紙面左右対称に平歯車５４が設置されている。平歯車５４の内側にはタイヤ５６が紙面左右対称に設置されている。平歯車５４とタイヤ５６の中心には、シャフト５８が取り付けられている。タイヤ５２とタイヤ５６との間にはレール４２が設置され、タイヤ５２とタイヤ５６とはレール４２に接している。
【００６５】
モータ４６が駆動すると、シャフト４８が所定の方向に回転し、これによりタイヤ５２及び平歯車５０が回転する。平歯車５０の回転により、平歯車５４が回転し、これによりシャフト５８が回転し、タイヤ５６がタイヤ５２とは逆周りに回転することとなる。これによりレール４２上を、錘４４が移動することができる。なお、モータ４６を正逆の方向に回転させることで、錘４４の前後両方向への移動が可能となる。
【００６６】
なお本実施の形態において、鉛直方向と浮遊体２の上下方向が概ね一致する定位置で浮遊しあるいは水平飛行を行う場合、錘４４はｚ軸と枠体１２との下側の交点付近の定位置に維持される。つまり飛行装置が定位置で浮遊又は飛行する状態において、錘４４は浮力中心Ｏの鉛直下方向に配置される。また、制御装置３２には錘４４の位置と飛行装置の姿勢との対応関係が予め記憶されている。
【００６７】
図１３は、本発明の実施の形態２における制御について説明するためのブロック図である。本実施の形態２における制御は、ピッチ方向の回転を行う場合に、モータ４６に制御信号を出力し錘４４を移動させる点を除き、実施の形態１の制御と同一である。具体的に、制御装置３２は、姿勢検出器と無線通信回路３０からの信号の入力を受けて、現在姿勢と目標姿勢とを検知する。そして現在姿勢と目標姿勢とのピッチ方向の角度の差分から錘４４の移動角度を定め、モータ４６の駆動量及びその方向を決定する。決定された駆動量及び方向に応じて、モータ４６に制御信号が発せられ錘４４が移動する。
【００６８】
本実施の形態２の具体的な制御は、図８のステップＳ１０４又はステップＳ１１２において、錘４４の移動量を算出し、ステップＳ１０６において、伸縮駆動体１６〜２２を駆動する処理に替えて、モータ４６により錘４４を移動させることで同様に実現することができる。
【００６９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、浮力中心Ｏを通るｘｚ平面にある枠体１２に沿って錘４４の位置を自由に移動させることができる。これにより、実施の形態１の構成と同様に、浮遊体２をピッチ方向に自在に旋回させることができ、浮遊体２の操作性を向上させることができる。
【００７０】
なお、本実施の形態２において説明したレール４２に沿って錘４４を移動させる機構は、本発明を拘束するものではない。即ち、枠体１２に沿って、錘４４を自由に移動させることができる機構であれば、他の機構を用いてもよい。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００７１】
また、本発明において、レールに沿って錘を移動させる機構は、本実施の形態のようにレール４２が枠体１２の内円周に沿って配置されるものに限られない。例えば、実施の形態１のように、浮力中心Ｏを通り、直交する枠体１２の直径方向にレールを設置し、このレール上に錘を動かすものであってもよい。またレールが直交する場合に限られるものでもなく、例えば枠体１２の中心から放射線状に複数の方向にレールを配置し、このレール上に錘を動かすようにしたものであってもよい。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００７２】
実施の形態３
実施の形態３の飛行装置は、実施の形態２の飛行装置と重心移動装置が異なる点を除き同一ものである。図１４は本発明の実施の形態３における重心移動装置について説明するための模式図である。この重心移動装置６０は、実施の形態２の重心移動装置４０に替えて用いられるものである。重心移動装置６０は、浮力中心Ｏを中心とする３次元空間内に錘を移動させることができる。
【００７３】
具体的に、重心移動装置６０は枠体１２を有している。枠体１２は実施の形態２と同様に、ｘｚ平面上に円形の面が配置されるように浮遊体２に取り付けられている。枠体１２の内側には、円形の枠体６２が設置されている。枠体６２の中心は、浮力中心Ｏと概ね一致する。円形の枠体６２の内円周に沿ってレール６４が設置されている。レール６４には、実施の形態２の錘４４と同一の構成の錘４４がレール６４に組み合わされ、レール６４上を移動可能に取り付けられている。重心移動装置６０はモータ６６を有している。モータ６６は枠体１２に設置されている。モータ６６にはシャフト６８が接続され、シャフト６８は枠体６２に接続されている。シャフト６８はｘ軸と概ね一致する位置に配置される。
【００７４】
モータ６６の駆動力はシャフト６８を介して枠体６２に伝えられる。つまりモータ６６により、枠体６２及びレール６４を図１４の矢印Ｅ方向に自由に回転させることができる。ここで枠体６２は浮力中心Ｏを中心に回転するように構成されている。
【００７５】
重心移動装置６０によれば、錘４４はレール６４上を、矢印Ｆに示されるように、自由に移動することができる。またレール６４はｘ軸上に設置されたシャフト６８を回転軸として回転する。これにより、錘４４は、レール６４の回転によって形成される浮力中心Ｏを中心とする球表面を、自由に移動することができる構成となっている。
【００７６】
これにより重心移動装置６０は、浮力中心Ｏを中心とする３次元空間内で自由に重心を移動させることができる。その結果、浮遊体２のピッチ方向の回転に加え、ロール方向の回転が可能となる。つまりレール６４上の錘４４の移動によって、ｘ軸方向における飛行装置の重心位置が移動することで、浮遊体２はピッチ方向に旋回し、レール６４の回転によって、ｙ軸方向における飛行装置の重心位置が移動することで、浮遊体２はロール方向に旋回する。これにより浮遊体２のピッチ方向、ロール方向の回転が可能となっている。
【００７７】
なお本実施の形態において、鉛直方向と浮遊体２の上下方向が概ね一致する定位置で浮遊しあるいは水平飛行を行う場合、枠体６２は枠体１２と同一平面にある位置に固定され、錘４４はｚ軸と枠体１２との下側の交点付近の定位置に維持される。つまり飛行装置が定位置で浮遊又は飛行する状態において、錘４４は浮力中心Ｏの鉛直下方向に配置される。また、制御装置３２には錘４４の位置と飛行装置の姿勢との対応関係が予め記憶されている。
【００７８】
図１５は本発明の実施の形態３における制御について説明するためのブロック図である。図１５の制御は、ロール方向の姿勢をも制御する点を除き実施の形態２の制御と同様である。即ち、姿勢検出器と無線通信回路３０とによって、現在姿勢と目標姿勢とが入力されると、制御装置３２は、現在姿勢と目標姿勢との差分から、錘４４のレール６４上の移動量と、レール６４の回転量とを算出する。錘４４のレール６４上の移動量に応じた制御信号がモータ４６に出力され、錘４４が移動する。一方、レール６４の回転量に応じた制御信号がモータ６６に出力され、枠体６２とレール６４が回転する。これにより、錘４４は、目標姿勢に応じた位置に移動し、浮遊体２の姿勢が制御される。
【００７９】
本実施の形態の具体的な制御は、図８のステップＳ１０４又はＳ１１２において、錘４４の移動量を算出し、ステップＳ１０６において伸縮駆動体１６〜２２を駆動する処理に替えて、モータ４６により錘４４を移動させることで同様に実現することができる。
【００８０】
以上説明したように、本実施の形態３の重心移動装置６０を内蔵する飛行装置は、プロペラによるピッチ方向の旋回と、重心移動装置６０によるピッチ方向の旋回とロール方向の旋回とを行うことができ、より自由に空間内を移動させることができる。
【００８１】
なお、本実施の形態では枠体１２がｘｚ平面上に設置され、枠体６２がｘ軸上に設置されたシャフトを中心に回転する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、逆に、枠体１２がｙｚ平面上に固定され、枠体６２がｙ軸上に設置されたシャフトを中心に回転するものとしてもよい。この場合にも錘４４は同様に、レール６４により形成される球表面内を自由に移動することができ、ピッチ方向、ロール方向の回転を自在に行うことができる。また、枠体１２を設置する平面、及びレール６４の回転軸は、必ずしも、ｘｙ軸と一致する必要がなく、軸からずれた斜め方向の平面に設置され、あるいは、軸とは異なる斜め方向のシャフトを回転軸とするものであってもよい。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００８２】
また、枠体１２及びレール６４の中心は共に浮力中心Ｏと一致する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものではなく、浮力中心Ｏがレール６４の回転により形成される球体内にあるものであれば、枠体１２やレール６４の中心がずれているものであってもよい。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００８３】
また、本実施の形態では、実施の形態２の錘４４がレール上を移動する構成を利用して、レールを回転させる場合について説明した。しかし、本発明においてはこれに限られるものではない。例えば、実施の形態３の枠体６２の回転と実施の形態１の重心移動装置１０を組み合わせ、枠体６２に伸縮駆動体を取り付けて錘１４を移動させるものとしてもよい。この場合にも枠体６２を回転させることで、浮力中心Ｏを中心とする３次元空間内に錘１４を移動させることができ、ピッチ方向、ロール方向の回転を可能とすることができる。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００８４】
実施の形態４．
図１６は本発明の実施の形態４における飛行装置について説明するための図である。図１６において（ａ）はｘｙ断面を上面から見た図、（ｂ）はｘｚ断面を横から見た図である。実施の形態４の飛行装置は、実施の形態２と同一の重心移動装置４０を備えている。実施の形態４では重心移動装置４０は浮遊体２内に内蔵されず、重心移動装置４０の枠体１２に、直接４つの気嚢７０を有する。気嚢７０は浮力中心Ｏを中心に、均等に配置されている。
【００８５】
重心移動装置４０のｙ軸方向の左右対称な位置には、プロペラ７２とモータ７４がそれぞれ取り付けられている。これにより飛行装置の前後移動及びヨー方向への回転が可能となっている。また、飛行装置の気嚢７０又は重心移動装置４０には、図示しない姿勢検出器が設置されている。
【００８６】
以上のように、重心移動装置４０の外側に気嚢７０を取り付けた場合にも、同様に、重心移動装置４０の重心移動によって、飛行装置のピッチ方向の回転を自在に制御することができる。このように本発明の飛行装置は、重心移動装置４０が浮遊体２内部に内蔵されている構成に限られず、重心移動装置４０の外側に複数の気嚢を取り付けた構成にも広く適用することができる。
【００８７】
また、本実施の形態では実施の形態２の重心移動装置４０に気嚢７０を取り付けた場合について説明した。しかし、本発明はこれに限られるものでもなく、実施の形態１及び実施の形態３で説明した重心移動装置１０、６０にそれぞれ複数の気嚢を取り付けたものであってもよい。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００８８】
また、気嚢の数は４つである場合に限られず、１又は２以上の気嚢を外部に取り付けたものであってもよい。この場合、浮力の中心が少なくとも枠体１２内にあって、かつ浮力の中心又は浮力中心の鉛直下方向に、水平飛行時の錘の定位置が配置されるようにすることが望ましい。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００８９】
また、本実施の形態では重心移動装置４０にプロペラ７２とモータ７４とを設置する構成について説明した。しかし、本発明において飛行装置は、プロペラ７２とモータ７４とを有する構成に限られるものではない。本発明における飛行装置は、プロペラ７２等に替えて、推進力を発する他の機構を搭載したものであってもよいし、このような機構を有さないものであってもよい。これは他の実施の形態において本実施の形態が適用される場合にも同様である。
【００９０】
実施の形態５．
図１７は、本発明の実施の形態５における駆動装置について説明するための模式図である。図１７において（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）の図を紙面左側から見た側面図である。また、図１８は駆動装置の一部を拡大して表した模式図である。図１７の駆動装置１００、駆動装置１００によって連結される物体同士の位置関係を変化させることができる装置である。従って、例えば、実施の形態１の浮遊体２の後部にヒレを設置したような構成の場合に、ヒレと浮遊体との連結部に設置し、ヒレと浮遊体との位置関係を変化させる装置として用いることができる、また、例えば、実施の形態１〜３の飛行装置のプロペラ４ａ、４ｂ又は実施の形態４のプロペラ７２に設置し、プロペラ４ａ、４ｂ又は７２の向きを変化させる装置として用いることができる。また、実施の形態１〜４に適用される場合に限らず、例えば、複数の浮遊体（又は気嚢）を連結する場合に、この連結部に設置し、隣接する浮遊体同士の位置関係を変化させる装置として用いることができる。また飛行装置の外側に設置し、飛行装置外部にある物体と飛行装置との位置関係を変化させる装置として用いることもできる。
【００９１】
図１７の駆動装置１００は、２つの第１構造物１０２、第２構造物１０４を有している。例えば、駆動装置１００を飛行装置のプロペラに用いて使用する場合、第２構造物１０４は浮遊体本体側に固定され取り付けられる。一方、第１構造物１０２はプロペラ側に固定され取り付けられる。
【００９２】
第１構造物１０２と第２構造物１０４との間には柱状の駆動体１０６が設置されている。駆動体１０６の一端は第２構造物１０４に接続されている。駆動体１０６の長手方向は、第２構造物１０４との接続部近傍において、第２構造物１０４の接続面１０４ａに対して概ね垂直となっている。一方、図１８に示されるように、駆動体１０６の他端は第１構造物１０２に接続されている。駆動体１０６の長手方向は、構造部との接続部近傍において、第１構造物１０２の接続面１０２ａに対して概ね平行となっている。
【００９３】
本実施の形態において、駆動体１０６は形状記憶合金により構成される。図１７を参照して、駆動体１０６には電源回路が接続されている。この電源回路には、電源装置１０８及びスイッチ１１０が取り付けられている。スイッチ１１０は、図示しない制御装置によってＯＮ/ＯＦＦの切り替えが制御される。尚、駆動装置１００が、実施の形態１〜４の飛行装置に搭載される場合には、制御装置３２によってスイッチ１１０が制御されるものとしてもよい。スイッチ１１０の切り替えにより通電された状態となると駆動体１０６には所定の電流が流される。
【００９４】
ところで、図１７は、電源回路のスイッチ１１０がＯＦＦとされ、駆動体１０６が通電されていない状態である。この状態では形状記憶合金である駆動体１０６の剛性は低い状態（第１状態）であり、容易に湾曲される状態となっている。従って、駆動体１０６の形状は、第１構造物１０２及び１０４の位置関係又は第１構造物１０２及び１０４が設置される物体による位置関係に依存し、第１構造物１０２及び第２構造物１０４の位置関係は、駆動体１０６の力によっては変化しない又は変化しにくい状態となる。
【００９５】
図１９は、駆動体１０６が通電されている状態を表す図である。電源回路のスイッチ１１０がＯＮとされ所定の電流が流されると、駆動体１０６は所定の温度に昇温する。これにより駆動体１０６は記憶された形状（記憶形状、第２状態）に戻る性質を有する。記憶形状において駆動体１０６は直線形状の状態となり、このとき駆動体１０６は強い剛性を有する。従って図１９に示されるように、第１構造物１０２と駆動体１０６との位置関係は、駆動体１０６の長手方向と、第１構造物１０２の接続面１０２ａとが平行な状態に変化する。
【００９６】
なお、図１９では第１構造物１０２が移動している場合について説明している。しかしながら、実際には、駆動体１０６の形状変化に伴って、第１、第２構造物１０２、１０４それぞれの動きやすさに応じて、第１、第２構造物１０２、１０４のいずれか又は両者が移動する。その結果、駆動体１０６と接続面１０２ａが平行で、駆動体１０６と接続面１０４ａとが垂直な状態となるように、第１構造物１０２及び第２構造物１０４の位置関係が変化する。
【００９７】
図２０は、本発明の実施の形態５における制御について説明するためのブロック図である。図２０に示されるように、制御装置は、第１、第２構造物１０２、１０４の位置関係を、駆動体１０６を記憶形状の状態（図１９参照）とするよう指令を受信すると、それに応じて、スイッチ１１０がＯＮとなるよう電源回路に制御信号を発する。その結果、駆動体１０６に電流が流れ、駆動体１０６は記憶形状となる。
【００９８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、スイッチ１１０のＯＮ、ＯＦＦにより第１構造物１０２と第２構造物１０４との位置関係を容易に変えることができる。これにより簡単かつ軽量な機構で、第１構造物１０２と第２構造物１０４とに設置される物体の位置関係を変えることができる。従って、例えばこのような機構を浮遊体に設置することにより、浮遊体の浮遊を阻害することなく、プロペラやヒレ等の駆動を行うことができる。
【００９９】
実施の形態６．
図２１は本発明の実施の形態６における駆動装置について説明するための模式図である。図２１において（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）の図を紙面左側から見た側面図である。図２２は図２１の駆動装置１２０の一部を拡大して表した図である。図２１の駆動装置１２０は、図１７の駆動装置１００に替えて用いることができる。
【０１００】
図２１に示されるように、駆動装置１２０は、図１７の駆動装置１００と同様に２つの第１構造物１０２及び第２構造物１０４を有している。第１構造物１０２と第２構造物１０４との間には２本の駆動体１２２ａ、１２２ｂとが設置されている。駆動体１２２ａ及び１２２ｂは形状記憶合金により構成される。駆動体１２２ａ及び１２２ｂの一端は、それぞれ第２構造物１０４に接続されている。駆動体１２２ａ及び１２２ｂの長手方向は、第２構造物１０４との接続部近傍において、第２構造物１０４の接続面１０４ａに対して概ね垂直となっている。
【０１０１】
一方、図２２に示されるように、駆動体１２２ａ及び１２２ｂの他端は、それぞれ第１構造物１０２に接続されている。駆動体１２２ａ及び１２２ｂそれぞれの長手方向は、第１構造物１０２との接続部近傍において、第１構造物１０２の接続面１０２ａに対して概ね平行となっている。また駆動体１２２ａと駆動体１２２ｂとの湾曲方向は互いに逆向きとなっている。即ち、図２１に示されるように、駆動体１２２ａと駆動体１２２ｂとの長手方向の先端面は、互いに外側を向くように接続されている。
【０１０２】
図２１に示されるように、駆動体１２２ａ及び１２２ｂには電源回路が接続され、電源装置１０８から電圧が印加される。電源回路には制御装置によって制御されるスイッチ１２４ａ及び１２４ｂが接続されている。スイッチ１２４ａ又は１２４ｂの切り替えにより電圧が印加されている状態では、駆動体１２２ａ又は１２２ｂには所定の電流が流される。スイッチ１２４ａ及び１２４ｂの少なくとも一方がＯＦＦとされているとき、駆動体１２２ａ及び１２２ｂは互いに電気的に絶縁されている。
【０１０３】
ところで、図２１は、電源回路のスイッチ１２４ａ及び１２４ｂがＯＦＦとされ、駆動体１２２ａ及び１２２ｂに共に電流がながれていない状態を表している。この状態では形状記憶合金である駆動体１２２ａ及び１２２ｂの剛性は低く、容易に湾曲できる状態となっている。従って、第１構造物１０２と第２構造物１０４との位置関係に依存して、比較的自由に第１構造物１０２及び第２構造物１０４が移動する状態となる。
【０１０４】
図２３は、駆動体１２２ａ及び１２２ｂのいずれか又は両方を通電した状態を表す図である。図２３において（ａ）は駆動体１２２ｂのみ通電した状態、（ｂ）は駆動体１２２ａのみ通電した状態、（ｃ）は駆動体１２２ａ及び駆動体１２２ｂの両方を通電した状態を表している。
【０１０５】
図２３の（ａ）に示されるようにスイッチ１２４ｂのみがＯＮとされ駆動体１２２ｂのみに所定の電流が流されると、駆動体１２２ｂは記憶形状（第２状態）に戻り、直線状態の強い剛性を有する状態となる。一方、駆動体１２２ａは通電されていない状態であるので剛性の低い状態（第１状態）となる。従って、第１構造物１０２には駆動体１２２ｂによって、駆動体１２２ｂの長手方向と接続面１０２ａとを平行にしようとする方向の力が働く。その結果、第１構造物１０２は、第２構造物１０４に対して、駆動体１２２ａ側に傾いた状態となる。
【０１０６】
一方、図２３の（ｂ）に示されるようにスイッチ１２４ａのみがＯＮとされ駆動体１２２ａのみに所定の電流が流されると、駆動体１２２ａが記憶形状（第２状態）に戻る。この場合、（ａ）の場合とは逆に、第１構造物１０２には、駆動体１２２ａによって、駆動体１２２ａの長手方向と接続面１０２ａとを平行しようとする方向の力が働く。その結果、第１構造物１０２は第２構造物１０４に対して駆動体１２２ｂ側に傾いた状態となる。
【０１０７】
また、図２３の（ｃ）に示されるようにスイッチ１２４ａ及び１２４ｂが共にＯＮとされ駆動体１２２ａ及び１２２ｂに所定の電流が流されると、駆動体１２２ａ及び１２２ｂが共に記憶形状（第２状態）に戻ろうとする。このとき第１構造物１０２には、駆動体１２２ａの長手方向と接続面１０２ａとを平行にする方向の力と、駆動体１２２ｂの長手方向と接続面１０２ａとを平行にする力とが働く。駆動体１２２ａによる力と駆動体１２２ｂによる力とは逆向きの同じ大きさの力である。従って、駆動体１２２ａと駆動体１２２ｂによる力とが釣り合い、第１構造物１０２と第２構造物１０４とは互いに接続面１０２ａ及び１０４ａが平行に対向した位置関係となる。
【０１０８】
このとき、駆動体１２２ａ及び１２２ｂは共に剛性の強い記憶形状となっていることから、第１構造物１０２と第２構造物１０４の位置関係は固定的な状態となる。この点、駆動体１２２ａ及び１２２ｂの両者に電流を流していない図２１の状態、即ち、第１構造物１０２と第２構造物１０４の位置関係にある程度依存する状態とは異なっている。
【０１０９】
図２４は、本発明の実施の形態６における制御について説明するためのブロック図である。図２４に示されるように、制御装置は、第１、第２構造物１０２、１０４の位置関係に関し指令を受信すると、それに応じて、スイッチ１２４ａ及び１２４ｂのいずれか又は両方がＯＮとなるよう制御信号を発する。その結果、駆動体１２２ａ及び１２２ｂのいずれか又は両方に、電流が流される。これにより第１構造物１０２及び第２構造物１０４の位置関係が指令に応じた位置関係となる。
【０１１０】
図２５は、本発明の実施の形態６において制御装置が実行する具体的な制御について説明するためのフローチャートである。図２５の制御では、制御装置が第１構造物１０２と第２構造物１０４との位置関係に関する指令を受信すると、それに応じて駆動すべき駆動体が選択される（Ｓ２０２）。
【０１１１】
これに応じて、ステップＳ２０４におけるスイッチ１２４ａをＯＮとし、スイッチ１２４ｂをＯＦＦとする処理、又はステップＳ２０６におけるスイッチ１２４ａをＯＦＦとし、スイッチ１２４ｂをＯＮとする処理、又はステップＳ２０８におけるスイッチ１２４ａ及びスイッチ１２４ｂの両方をＯＮ処理のいずれかが実行され、この処理が終了する。
【０１１２】
以上説明したように、本実施の形態６によれば、駆動体１２２ａと１２２ｂの２つの駆動体を用いることにより、実施の形態５のように一方向のみの駆動体１０６を用いる場合に比べて、構造物の稼動範囲を大きくすることができる。また複数の駆動体を用いることで構造物の駆動をより安定して行うことができる。
【０１１３】
実施の形態７．
図２６は本発明の実施の形態７における駆動装置について説明するための模式図である。図２６において（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）の図を紙面左側から見た側面図である。図２６の駆動装置１３０は、図２１の駆動装置１２０に替えて用いることができる。
【０１１４】
図２６の駆動装置１３０は第１構造物１０２及び第２構造物１０４に対し、一列に配置された複数の駆動体１３２ａからなる第１駆動体群と、一列に配置された複数の駆動体１３２ｂからなる第２駆動体群とを有している。各駆動体群の駆動体１３２ａ及び１３２ｂの本数は同一であり、各駆動体１３２ａ及び１３２ｂは共に形状記憶合金により構成される。
【０１１５】
各駆動体１３２ａ及び１３２ｂの一端は、その接続部近傍における長手方向が第２構造物１０４の接続面１０４ａに対して概ね垂直となるようにして、第２構造物１０４に接続されている。一方、各駆動体１３２ａ及び１３２ｂの他端は、それぞれ第１構造物１０２に接続されている。駆動体１３２ａ及び１３２ｂそれぞれ長手方向は、第１構造物１０２との接続部近傍において、第１構造物１０２の接続面１０２ａに対して概ね平行となるように接続されている。また、第１駆動体群の駆動体１３２ａと第２駆動体群の駆動体１３２ｂとでは湾曲方向は互いに逆向きとなっている。即ち、各駆動体１３２ａと各駆動体１３２ｂの長手方向の、第１構造物１０２側の先端面は互いに外側を向くように接続されている。
【０１１６】
図２７は本発明の実施の形態７における駆動装置について説明するための斜視図である。図２７において、（ａ）は全体構成を説明するための斜視図であり、（ｂ）は、駆動体１３２ａ又は１３２ｂの配線について説明するため、第１構造物１０２を９０度回転させた状態を模式的に表したものである。
【０１１７】
図２７に示されるように、第１駆動体群の駆動体１３２ａはそれぞれ直列に接続されている。従って、スイッチ１３４ａがＯＮとされることで、第１駆動体群の全ての駆動体１３２ａは電流が流された状態となる。また第２駆動体群の駆動体１３２ｂもそれぞれ直列に接続されている。従って、スイッチ１３４ｂがＯＮとされることで第２駆動体群のすべての駆動体１３２ｂは電流が流された状態となる。スイッチ１３４ａ及び１３４ｂの少なくとも一方のスイッチがＯＦＦとされているとき、第１駆動体群の駆動体１３２ａと第２駆動体群の駆動体１３２ｂとは互いに電気的に絶縁されている。
【０１１８】
駆動装置１３０による第１構造物１０２及び第２構造物１０４の位置関係の移動は、駆動装置１２０と同一（図２１及び図２３参照）である。即ちスイッチ１３４ａ及び１３４ｂがＯＦＦとされ、駆動体１３２ａ及び１３２ｂが共に通電されていない状態では、駆動体１３２ａ、１３２ｂの剛性は低く、比較的容易にその形状が変化する状態となっている。従って、第１構造物１０２と第２構造物１０４との位置関係に依存して、比較的自由に第１構造物１０２及び１０４が移動する状態となる。
【０１１９】
スイッチ１３４ｂのみがＯＮとされ第２駆動体群の駆動体１３２ｂのみに所定の電流が流されると、各駆動体１３２ｂは直線状態の強い剛性を有する状態となる。第１構造物１０２には駆動体１３２ｂによって、駆動体１３２ｂの長手方向と接続面１０２ａとを平行にする方向の力が働く。その結果、第１構造物１０２は、第２構造物１０４に対して、駆動体１３２ａ側に傾いた状態となる。一方、スイッチ１３４ａのみがＯＮとされ第１駆動体群の駆動体１３２ａのみに所定の電流が流されると、駆動体１３２ａが記憶形状に戻る。この場合、第１構造物１０２には、駆動体１３２ａによって駆動体１３２ａの長手方向と接続面１０２ａとを平行にする方向の力が働く。その結果、第１構造物１０２は、第２構造物１０４に対して駆動体１３２ｂ側に傾いた状態となる。
【０１２０】
スイッチ１３４ａ及び１３４ｂが共にＯＮとされ駆動体１３２ａ及び１３２ｂに所定の電流が流されると、第１駆動体群及び第２駆動体群の全ての駆動体１３２ａ及び１３２ｂが記憶形状に戻ろうとする。ここで駆動体１３２ａによる力と駆動体１３２ｂによる力とは逆向きの同じ大きさの力である。従って第１構造物１０２と第２構造物１０４とは互いに接続面１０２ａ及び１０４ａが平行に対向した位置関係で固定される。
【０１２１】
なお、このような制御は、図２５及び図２６によって示した制御機構および制御のフローチャートと同様に、スイッチ１３４ａ及びスイッチ１３４ｂが制御されることで、実現される。
【０１２２】
以上説明したように、本実施の形態によれば複数の駆動体を有する第１、第２駆動体群を設けることにより、実施の形態６の場合に比べて、更に大きな駆動力を確保すると共に、第１構造物１０２及び第２構造物の位置関係をより安定させることができる。
【０１２３】
実施の形態８．
図２８及び図２９は、本発明の実施の形態８における駆動装置について説明するための模式図である。図２８は、斜視図であり、図２９の（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の図を紙面左側から見た側面図である。本発明の実施の形態８における駆動装置１４０は、図２６の駆動装置１３０に替えて用いることができる。図２８の駆動装置１４０は、第１駆動体群の駆動体１４２ａと第２駆動体群の駆動体１４２ｂとが互いに交互に、一列に配列されている点を除き、図２６の駆動装置１３０と同一のものである。
【０１２４】
具体的に、駆動装置１４０は第１駆動体群の駆動体１４２ａと第２駆動体群の駆動体１４２ｂとを有する。第２構造物１０４との接続部近傍において、各駆動体１４２ａ及び１４２ｂの長手方向は、第２構造物１０４の接続面１０４ａに対して概ね垂直な方向に接続されている。一方、第１構造物１０２との接続部近傍において、各駆動体１４２ａ及び１４２ｂの長手方向は、第１構造物１０２との接続面１０２ａに対して概ね平行となるように接続されている。
【０１２５】
更に、第１駆動体群の駆動体１４２ａは、第１構造物１０２の接続面１０２ａに対し同一方向に接続され、第２駆動体群の駆動体１４２ｂは、駆動体１４２ａとは逆方向に向けて接続面１０２ａに接続されている。第１駆動体群の駆動体１４２ａと、第２駆動体群の駆動体１４２ｂとは、互いに交互に、一列に配列されている。駆動体１４２ａ及び１４２ｂそれぞれの本数は同一であり、各駆動体１３２ａ及び１３２ｂは形状記憶合金により構成される。
【０１２６】
第１駆動体群の駆動体１４２ａは、スイッチ１４４ａを有する回路に直列に接続されている。スイッチ１４４ａがＯＮとされることで、第１駆動体群の全ての駆動体１４２ａは電流が流された状態となる。一方、第２駆動体群の駆動体１４２ｂはスイッチ１４４ｂを有する回路に直列に接続されている。スイッチ１４４ｂがＯＮとされることで第２駆動体群のすべての駆動体１４２ｂは電流が流された状態となる。スイッチ１４４ａ及びスイッチ１４４ｂの少なくとも一方がＯＦＦとされている状態において、駆動体１４２ａと駆動体１４２ｂとは互いに電気的に絶縁されている。
【０１２７】
この駆動装置１４０による第１構造物１０２及び１０４の位置関係の移動は、駆動装置１２０の場合と同一（図２１及び２３参照）である。即ちスイッチ１４４ａ及び１４４ｂがＯＦＦとされ、駆動体１４２ａ及び１４２ｂが共に通電されていない状態では、駆動体１４２ａ及び１４２ｂの剛性は低く、比較的容易にその形状が変化する状態となっている。従って、第１構造物１０２と第２構造物１０４との位置関係に依存して、比較的自由に第１構造物１０２及び１０４が移動する状態となる。
【０１２８】
スイッチ１４４ｂのみがＯＮとされ第２駆動体群の駆動体１４２ｂのみに所定の電流が流されると、各駆動体１４２ｂは直線状態の強い剛性を有する状態となる。このとき第１構造物１０２には駆動体１４２ｂによって、駆動体１４２ｂの長手方向と接続面１０２ａとを平行にする方向の力が働く。その結果、第１構造物１０２は、第２構造物１０４に対して駆動体１４２ａ側に傾いた状態となる。一方、スイッチ１４４ａのみがＯＮとされ第１駆動体群の駆動体１４２ａのみに所定の電流が流されると、駆動体１４２ａが記憶形状に戻る。このとき第１構造物１０２には、駆動体１４２ａによって駆動体１４２ａの長手方向と接続面１０２ａとを平行にする方向の力が働く。その結果、第１構造物１０２は、第２構造物１０４に対して駆動体１４２ｂ側に傾いた状態となる。
【０１２９】
スイッチ１４４ａ及び１４４ｂが共にＯＮとされ駆動体１４２ａ及び１４２ｂに所定の電流が流されると、第１駆動体群及び第２駆動体群の全ての駆動体１４２ａ及び１４２ｂが記憶形状に戻ろうとする。駆動体１４２ａによる力と駆動体１４２ｂによる力とは逆向きの同じ大きさの力である。従って、記憶形状に戻ろうとする力は釣り合って、第１構造物１０２と第２構造物１０４とは互いに接続面１０２ａ及び１０４ａが平行に対向した位置関係で固定される。
【０１３０】
なお、このような制御は、図２５及び図２６によって示した制御機構および制御のフローチャートと同様に、スイッチ１４４ａ及びスイッチ１４４ｂが制御されることで、実現される。
【０１３１】
以上説明したように、本実施の形態によれば複数の駆動体を有する第１、第２駆動体群を設けることにより、実施の形態６の場合に比べて大きな駆動力を確保すると共に、第１構造物１０２及び第２構造物の位置関係をより安定させることができる。また、駆動体１４２ａ及び１４２ｂを一列に交互に配列しているため、実施の形態７のように駆動体１３２ａ及び１３２ｂを２列に配列する場合に比べて駆動装置の小型化を図ることができる。
【０１３２】
実施の形態９．
図３０は、本発明の実施の形態９における駆動装置について説明するための模式図であり、図３０の（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の図を紙面左側から見た側面図である。本発明の実施の形態９における駆動装置１５０は、図２６の駆動装置１３０に替えて用いることができる。図３０の駆動装置１５０は、第１、第２駆動体群の駆動体１３２ａ及び１３２ｂに替えて、板状の駆動体１５２ａと１５２ｂとを有する点を除き、図２６の駆動装置１３０と同一のものである。
【０１３３】
具体的に、駆動装置１５０の板状の駆動体１５２ａ及び１５２ｂは共に、形状記憶合金を用いて同一形状に形成されている。駆動装置１５０の駆動体１５２ａ、１５２ｂは一面において、第２構造物１０４の接続面１０４ａに対して概ね垂直となるように第２構造物１０４に接続されている。
【０１３４】
一方、駆動体１５２ａ及び１５２ｂは、駆動体１５２ａ及び１５２ｂの互いに対向する面であって上記一面とは垂直の面１５２ｃ及び１５２ｄが、第１構造物１０２との接続部近傍において第１構造物１０２の接続面１０２ａに概ね平行となるようにして、接続されている。駆動体１５２ａと駆動体１５２ｂとの湾曲方向は互いに逆向きであり、駆動体１５２ａと駆動体１５２ｂとは正面から見た場合に互いに外側に向かって湾曲した状態で接続されている。
【０１３５】
図３０に示されるように、駆動体１５２ａ及び１５２ｂには電源回路が接続され、電源装置１０８から電圧が印加される。電源回路には制御装置によって制御されるスイッチ１５４ａ及び１５４ｂが接続されている。スイッチ１５４ａがＯＮとされることで、駆動体１５２ａは電流が流された状態となる。一方、スイッチ１５４ｂがＯＮとされることで駆動体１５２ｂは電流が流された状態となる。スイッチ１５４ａ及び１５４ｂの少なくとも一方がＯＦＦとされている状態において駆動体１５２ａと駆動体１５２ｂとは電気的に絶縁されている。
【０１３６】
この駆動装置１５０による第１構造物１０２及び第２構造物１０４の位置関係の移動は、駆動装置１２０の場合と同一（図２１及び２３参照）である。即ちスイッチ１５４ａ及び１５４ｂがＯＦＦとされ、駆動体１５２ａ及び１５２ｂが共に通電されていない状態では、駆動体１５２ａ、１５２ｂの剛性は低く、比較的容易にその形状が変化する状態となっている。従って、第１構造物１０２と第２構造物１０４との位置関係に依存して、比較的自由に第１構造物１０２及び１０４が移動する状態となる。
【０１３７】
スイッチ１５４ｂのみがＯＮとされ第２駆動体群の駆動体１５２ｂのみに所定の電流が流されると、各駆動体１５２ｂは直線状態の強い剛性を有する状態となる。第１構造物１０２には駆動体１５２ｂによって、駆動体１５２ｂと第１構造物１０２との接続面同士を平行にする方向の力が働く。その結果、第１構造物１０２は、第２構造物１０４に対して駆動体１５２ａ側に傾いた状態となる。一方、スイッチ１５４ａのみがＯＮとされ駆動体１５２ａのみに所定の電流が流されると、駆動体１５２ａが記憶形状に戻る。この場合、第１構造物１０２には、駆動体１５２ａによって駆動体１５２ａと第１構造物１０２との接続面同士を平行にする方向の力が働く。その結果、第１構造物１０２は、第２構造物１０４に対して駆動体１５２ｂ側に傾いた状態となる。
【０１３８】
スイッチ１５４ａ及び１５４ｂが共にＯＮとされ駆動体１５２ａ及び１５２ｂに所定の電流が流されると、駆動体１５２ａ及び１５２ｂが記憶形状に戻ろうとする。このとき駆動体１５２ａによる力と駆動体１５２ｂによる力とは逆向きの同じ大きさの力となる。従って、記憶形状に戻ろうとする力は釣り合って、第１構造物１０２と第２構造物１０４とは互いに接続面１０２ａ及び１０４ａが平行に対向した位置関係で固定される。
【０１３９】
なお、このような制御は、図２５及び図２６によって示した制御機構および制御のフローチャートと同様に、スイッチ１５４ａ及びスイッチ１５４ｂが制御されることで実現される。
【０１４０】
以上説明したように、本実施の形態９のように板状の形状記憶合金を駆動体として用いる場合にも、第１構造物１０２及び１０４の位置関係を容易に変化させることができる。また、このように板状の駆動体１５２ａ、１５２ｂを用いることで駆動装置の駆動力を高く確保することができる。
【０１４１】
なお、以上の実施の形態５〜９においては、電圧印加により形状記憶合金である駆動体の形状を変化させることで第１構造物１０２、１０４を駆動する場合について説明した。しかし、本発明は駆動体として形状記憶合金を用いる場合に限られるものではなく、物理的刺激によって曲がり方、あるいは剛性が変化する特性を有する他の材料を同様に用いることができる。
【０１４２】
本発明において、駆動体に対する物理的刺激は通電に限られず、例えば、熱源によるものであってもよい。この場合、例えば形状記憶合金である駆動体近傍に電源回路に替えて熱源を設置し、必要に応じて駆動体を加熱することで第１構造物１０２及び１０４を駆動する構成であってもよい。
【０１４３】
図３１は、熱源を用いた駆動装置について説明するための図である。図３１の例では、図３０の駆動装置１５０の電源回路に替えて、駆動体１５２ａ及び１５２ｂの近傍に熱源１５６ａ及び１５６ｂが設置されている。熱源１５６ａ及び１５６ｂは例えば制御装置に電気的に接続され、それぞれ独立して制御される構成となっている。熱源１５６ａに電圧が印加されると、熱源１５６ａにより駆動体１５２ａが加熱され、これにより駆動体１５２ａは剛性の平板形状に戻される。一方、熱源１５６ｂに電圧が印加されると、熱源１５６ｂにより駆動体１５２ｂが加熱され、これにより駆動体１５２ｂは剛性の強い平板形状に戻される。熱源１５６ａ又は１５６ｂによる加熱制御は、制御装置からの制御信号によって制御される。このような制御も、図２５及び図２６に示した制御機構およびフローチャートと同様に、熱源１５６ａ及び１５６ｂへの電圧印加が制御されることで実現することができる。
【０１４４】
また、熱源による加熱により第１構造物１０２及び１０４を駆動する駆動装置の場合、駆動体の材料としては形状記憶合金を用いる場合に限らず、加熱により曲がり方あるいは剛性の変化する他の材料を用いるものであってもよい。このような駆動体の材料としては形状記憶合金の他に、例えばバイメタルが挙げられる。実施の形態５〜９の駆動体に替えてバイメタルを用いる場合にも、熱源からの加熱によりバイメタルを直線形状または平板形状とし、加熱を停止することによりバイメタルを湾曲形状に戻すことができる。従って、駆動体としてバイメタルを用いることで、同様に第１構造物１０２及び第２構造物１０４の位置関係の変更を行うことができる。
【０１４５】
但し、バイメタルの場合、湾曲した状態と直線形状又は平板形状とで曲がり方が変化しても、剛性は変化しない場合がある。このように剛性が変化しない材料を駆動体として用いる場合、湾曲した状態であっても、第１構造物１０２及び１０４の位置関係は、第１構造物１０２及び１０４の位置関係に依存するのではなく、駆動体自体の形状に依存した第１構造物１０２及び１０４の位置関係に変化する。
【０１４６】
また、バイメタルはそれを構成する金属によっては、その温度に応じて、直線形状、一方の金属側に湾曲した形状、他方の金属側に湾曲した形状、及び直線形状の３つの形状に変化させることができる。実施の形態５〜９の駆動体として、このようなバイメタルを用いる場合には、例えば熱源の温度を制御することで、第１構造物１０２と第２構造物１０４との位置関係を、駆動体が第１方向に湾曲した形状となる位置関係、駆動体が直線形状となる位置関係、駆動体が第１方向とは逆向きに湾曲した形状となる位置関係に変更する駆動装置を、バイメタルからなる一本または一群の駆動体によって実現することができる。
【０１４７】
また、本発明は、油圧、水圧又は気圧による加圧により、駆動体の曲がり方あるいは剛性を変化させるものであってもよい。例えば、物理的刺激として圧力を変化させる場合の駆動体の例として空気圧アクチュエータが挙げられる。図３２に駆動体として空気圧アクチュエータを用いた場合の駆動装置の例を示す。図３２は、駆動装置１３０の駆動体１３２ａ及び１３２ｂを、それぞれ空気圧アクチュエータで構成された駆動体１３２１ａ及び１３２１ｂとした駆動装置１３０１を説明するための図である。
【０１４８】
図３２に示されるようにこの駆動装置１３０１は、加圧装置１３６を有している。加圧装置１３６には配管１３７ａの一端が接続され、配管１３７ａの他端は、第１駆動体群の駆動体１３２１ａに接続されている。また加圧装置１３６には配管１３７ｂの一端が接続され、配管１３７ｂの他端は、第２駆動体群の駆動体１３２１ｂに接続されている。配管１３７ａ及び１３７ｂそれぞれには、弁１３８ａ及び弁１３８ｂが設置されている。弁１３８ａ及び弁１３８ｂの開閉は、制御装置により独立して制御される。
【０１４９】
この装置において弁１３８ａ及び１３８ｂが共に閉じられている場合、駆動体１３２１ａ及び１３２１ｂは湾曲した剛性の低い状態となる。一方、弁１３８ａが開かれることで第１駆動体群の駆動体１３２１ａは加圧され、直線形状に伸びて剛性の強い状態となる。また、弁１３８ｂが開かれることで、第２駆動体群の駆動体１３２１ｂが加圧され、直線形状に伸びて剛性の強い状態となる。従って、弁１３８ａ及び１３８ｂの制御により駆動体１３２１ａ及び１３２１ｂへの加圧を制御することで、駆動装置１３０と同様に、第１構造物１０２及び１０４の位置関係を変化させることができる。
【０１５０】
このように、実施の形態５〜９の駆動体を空気アクチュエータとすることで、同様に第１構造物１０２及び１０４の駆動を実現することができる。また、本発明は、空気圧アクチュエータを用いる場合に限らず、油圧や水圧により駆動体を伸縮できる駆動体を用いた駆動装置であってもよい。このような制御も、図２５及び図２６に示した制御機構およびフローチャートと同様に、弁１３８ａ、１３８ｂの開閉が制御されることで実現することができる。
【０１５１】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【０１５２】
２  浮遊体
４ａ、４ｂ、７２  プロペラ
６ａ、６ｂ、１６ａ〜２２ａ、４６、６６、７４  モータ
１０、４０、６０  重心移動装置
１２、６２  枠体
１４、４４  錘
１６〜２２  伸縮駆動体
３０  無線通信回路
３２  制御装置
３４  バッテリ
４２、６４  レール
４８、５８、６８  シャフト
５０、５４  平歯車
５２、５６  タイヤ
７０  気嚢
１００、１２０、１３０、１４０、１５０、１３０１  駆動装置
１０２  第１構造物
１０４  第２構造物
１０２ａ、１０４ａ  接続面
１０６、１２２ａ、１２２ｂ、１３２ａ、１３２ｂ、１４２ａ、１４２ｂ、１５２ａ、１５２ｂ、１３２１ａ、１３２１ｂ  駆動体
１０８  電源装置
１１０、１２４ａ、１２４ｂ、１３４ａ、１３４ｂ、１４４ａ、１４４ｂ、１５４ａ、１５４ｂ  スイッチ
１３６  加圧装置
１３７ａ、１３７ｂ  配管
１３８ａ、１３８ｂ  弁
１５６ａ、１５６ｂ  熱源
【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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【図６】
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【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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【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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