(57)【要約】【課題】微小機械の遠隔制御を、磁場を用いた電力供給と通信方法で実施する。【解決手段】操作したい微小機械にコイルと共振回路をとりつけておく。外部の磁場印加装置により交流磁場を印加することにより、微小機械に取り付けたコイルにおいて電磁誘導を誘起する。このとき、印加する交流磁場と同じ周波数の電気信号が微小機械側で発生する。この電気信号をタンク回路で貯蔵しエネルギとすると同時に、共振回路を用いて周波数によるスイッチングを行う。このスイッチングにより微小機械に取り付けたアクチュエータの駆動制御を行う。また、このスイッチングされた信号を微小機械に内蔵されたマイクロコンピュータに伝えることで、外部から微小機械に対する通信を行う。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
システム全体を統制するコンピュータとそれにより制御され任意の周波数の交流磁場を発生する磁場印加装置と、機械的に独立しかつ前記コンピュータにより制御可能なデバイスより構成されるシステムに於いて、前期交流磁場の切り替え（もしくは重畳する周波数の制御）によって電力供給と信号伝達を同時に行うことを特徴とする機械の制御方法。
【請求項２】
前記交流電気信号の周波数を用い、前期機械に内蔵された複数の共振回路のうち、前期周波数に対応した共振回路を励起せしめることにより、周波数に対応した信号を伝達する、請求項１に記載の機械の制御方法。
【請求項３】
前期周波数に対応した信号を、前記機械に内蔵された整流装置とコンパレータを用いて判別し、増幅回路に伝達して前記機械に取り付けられたアクチュエータの駆動を行うことを特徴とする、請求項１に記載の機械の制御方法。
【請求項４】
請求項１の磁場印加装置において、伝達したいデジタル信号の‘０’と‘１’に応じて周波数を適宜変調し、請求項2の共振回路を通じて前記機械に内蔵されたコンパレータを用いて整流し、デジタル信号として復調し、前記機械に取り付けられたマイクロコンピュータの通信ポートに伝達することで、デジタル信号を前記機械にシリアルまたはパラレルで伝送することを特徴とする、請求項１に記載の機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、体内や水中などにおいて使用されるカプセル内視鏡などの機械およびマイクロマシンの分野で用いることのできる、制御・操作の方法として好適に用いることのできる、機械の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁場を用いた機械の制御方法では、例えば、特許公開２００６−８７５２１、又は須藤誠一，瀬川真也，本田崇；磁気マイクロマシンの移動速度の周波数依存性；実験力学，Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．４，ｐ２３５−２４１（１２，２００３）に記載されているように、機械に取り付けた磁石に対して外部から磁場を印加し、磁石を磁場の向きに移動させることで機械の姿勢を制御したり、回転磁場をかけて磁石を回転させ、その作用で機械につけられたネジの機構を用いて移動させる方法や、磁場によって磁石を振動させ、その動きを磁石に取り付けたヒレに伝えて水中を移動する事例がある。
【特許文献１】特開２００６−８７５２１号公報
【非特許文献１】須藤誠一，瀬川真也，本田崇；磁気マイクロマシンの移動速度の周波数依存性；実験力学，Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．４，ｐ２３５−２４１（１２，２００３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これらの方法では複数の機械を同時に操作すると、全て同じ動きをすることになる。また、磁場の向きに追従する磁石の特性を用いたものであるので、磁場を変化させることにより方向や回転の運動をさせることが基本であり、複雑な動作を実現することは難しい。
【０００４】
また、基本的に磁石の運動のみ制御可能であり、その他の原理で動作するアクチュエータの駆動はむずかしい。さらに、機械内部に取り付けられた制御装置に対する情報伝達はできない。
【０００５】
本発明は、磁場を用いて機械に電力供給と信号伝達を行い、機械を制御する新規な方法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】
【０００６】
上記目的を達成すべく、本発明は、機械にコイルをとりつけ、外部からの交流磁場により電磁誘導を誘起し、電気エネルギと共に交流電気信号を機械に伝達することを特徴とする、機械の制御方法に関する。
【０００７】
また、本発明は、前記交流電気信号の周波数を用い、前期機械に内蔵された複数の共振回路のうち、前期周波数に対応した共振回路を励起せしめることにより、周波数に対応した信号を伝達する、機械の制御方法に関する。
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を行った。その結果、外部の磁場印加装置より交流磁場を機械に印加すると、機械にとりつけたコイルにおいて電磁誘導を誘起し、印加した交流磁場と同じ周波数の交流電気信号を発生させた。
【０００９】
発生させた交流電気信号は機械に内蔵されたコンデンサを用いたタンク回路にて電気エネルギとして貯蔵され、また機械に内蔵された共振回路においては、その共振周波数と外部磁場の周波数が一致した時に、大きい電圧信号が出力される。交流磁場の周波数を切り替えながら印加し、複数の共振回路からの電圧信号をコンパレータによって比較し、その結果を増幅回路で増幅することで、アクチュエータの動作方向を制御・駆動する。
【００１０】
さらに、前記共振回路からの電圧信号をデジタル信号とし、機械に内蔵されたマイクロコンピュータに入力することで、外部から印加される磁場の周波数の変調により、機械への情報伝達を行う。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明の磁場を用いた機械の遠隔制御方法によれば、一台の磁場印加装置による交流磁場を用いて電気エネルギと信号伝達が同時に行える。また、複数の機械を同時に遠隔制御可能である。さらには、一つの機械に取り付けた複数のアクチュエータを同時に独立して遠隔制御可能である。また、アクチュエータの変わりにマイクロコンピュータに接続することで、磁場を用いた通信ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の磁場を用いた機械の制御方法において好適に用いることのできる装置の全体構成を示す概略図である。図１に示す装置は、磁場印加用のコイル１と、機械２と、機械が浮遊している水槽３と、システム全体を統制するコンピュータ４と、コイル１に電流を供給する磁場印加装置５を具えている。
【００１３】
コンピュータ４から交流電圧信号が磁場印加装置５に入力されると、磁場印加装置５は交流電圧信号を増幅した交流電流をコイル１に流す。コイル１は流された交流電流により、交流磁場を発生し、水槽３に浮遊する機械２に交流磁場を印加する。なお、交流磁場の周波数は、コンピュータ４において任意に設定・変更できる。
【００１４】
図２に機械の例を示す。機械は本体６に取り付けられた駆動回路７と、コイル８とＩＰＭＣ（Ｉｏｎｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｍｅｔａｌ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：イオン導電性高分子・貴金属接合体）アクチュエータ９で構成されている。コイル１から印加された交流磁場はコイル８において電磁誘導を誘起し、交流電気信号となって駆動回路７に伝わる。
【００１５】
図３に駆動回路の例を示す。駆動回路は共振回路（Ａ）１０と、共振回路（Ｂ）１１と、タンク回路（Ａ）１２と、タンク回路（Ｂ）１３と、整流回路（Ａ）１４と、整流回路（Ｂ）１５と、コンパレータ１６と、増幅回路１７から構成されている。コイル８で電磁誘導により発生した交流電気信号はタンク回路（Ａ）１２とタンク回路（Ｂ）１３において、電荷として蓄えられる。また、共振回路（Ａ）１０と共振回路（Ｂ）１１にも流れる。図３の装置では、共振回路（Ａ）１０の共振周波数は９ｋＨｚ、共振回路（Ｂ）１１の共振周波数は１１ｋＨｚである。
【００１６】
図４に交流磁場の周波数が９ｋＨｚの場合と１１ｋＨｚの場合での整流回路（Ａ）１４と整流回路（Ｂ）１５の出力電圧／入力電圧比を示す。交流磁場の周波数が９ｋＨｚの場合、整流回路（Ａ）１４の方が整流回路（Ｂ）１５より出力電圧が大きく、交流磁場の周波数が１１ｋＨｚの場合、整流回路（Ｂ）１５の方が整流回路（Ａ）１４より出力電圧が大きくなる。それぞれの出力電圧をコンパレータ１６で比較し、その結果を増幅回路１７に伝えることで、機械のＩＰＭＣアクチュエータ９を駆動する電圧を決定する。その結果、交流磁場の周波数を交互に９ｋＨｚと１１ｋＨｚで切り替えることで、ＩＰＭＣアクチュエータ９に印加する電圧を変化させ、動作方向の切り替えを行う。動作方向の切り替えを連続して継続することにより、ＩＰＭＣアクチュエータ９は周囲の水を掻き、その反動で機械は推進する。
【００１７】
また、印加する交流磁場の周波数を、９ｋＨｚを‘１‘に、１１ｋＨｚを’０‘に対応させて、送信したいデジタル信号に応じて周波数を切り替えることで、’１‘と’０‘に対応した電圧が駆動回路の増幅回路１７から出力される。駆動回路の増幅回路１７からの出力信号を、アクチュエータの替わりに機械に内蔵されたマイクロコンピュータの入力ポートに接続することで、シリアル形式でデータを送信する。
【００１８】
また複数の駆動回路を内蔵されたマイクロコンピュータの入力ポートに接続することで、パラレル形式でデータを送信する。
【実施例】
【００１９】
図１に示す磁場印加装置を、コイル半径５０ｍｍ、コイル巻き数１０、コイル長さ３０ｍｍの二つのコイルＮｏ．１とコイルＮｏ．２を、コイル間距離５０ｍｍで接続したヘルムホルツコイルと、交流信号生成用のマイコンと、図５に示す増幅回路から構成する。信号増幅回路からヘルムホルツコイルに流れる電流振幅は、交流信号の周波数が９ｋＨｚで１６Ａ，１１ｋＨｚで１０Ａである。この結果、ヘルムホルツコイルの中心軸上での磁場振幅は９ｋＨｚ時で３１７３（Ａ／ｍ）以上、１１ｋＨｚ時で１９６６（Ａ／ｍ）以上である。また、この磁場印加装置の磁場強度／電流は９５（１／ｍ）である。図６は、図２と同じ構成である微小機械の例である。この微小機械は、光造形法で作製した本体とＩＰＭＣアクチュエータから構成されている。本体は半径７．５ｍｍの円筒形の先端部と、直径１５ｍｍ、長さ２２．５ｍｍの胴体から構成されている。また、ＩＰＭＣアクチュエータは長さ２０ｍｍである。磁場印加装置からの交流磁場の印加によって機械に取り付けたコイルからの出力電圧の振幅が３．５Ｖ、出力電流が１００ｍＡ程度になるように、コイルの巻き数を２００とし、機械の胴体に取り付ける。またコイルは結線により外部にある駆動回路と接続する。機械に取り付けた駆動回路は図３と同じ構成である。磁場印加装置から交流磁場を印加した際の駆動装置からの出力電圧は、印加した交流磁場が９ｋＨｚのときに−１．５１Ｖ、１１ｋＨｚのときに１．１５Ｖである。これは微小機械に取り付けたＩＰＭＣアクチュエータを駆動するのに十分な電圧である。図７に示す様に、微小機械を水槽内にいれたのち、外部磁場をその周波数を切り替えながら印加したところ、ＩＰＭＣアクチュエータの屈曲運動を確認した。
【００２０】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。例えば、一つの機械に取り付けた複数のアクチュエータについて、個々のアクチュエータごとに駆動回路を用意・接続する。個々の駆動回路の共振回路（Ａ）１４と共振回路（Ｂ）１５の共振周波数を、駆動回路ごとに別の周波数を割り当てる。印加する交流磁場を、操作したい駆動回路ごとの共振周波数成分を重ね合わせた信号波形で印加することにより一つまたは複数の磁場印加装置を用いて、一つの機械に取り付けた複数のアクチュエータを同時に独立して制御・駆動する。
【００２１】
また、同様に複数の機械に別個に周波数を割り当てた駆動回路とアクチュエータをとりつけることで、一つまたは複数の磁場印加装置を用いて、同時に複数の機械を独立して制御・駆動する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の磁場を用いた機械の遠隔制御方法の実施例のモデル図である。
【図２】本発明の磁場を用いた機械の遠隔制御方法において好適に用いることのできる機械の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の磁場を用いた機械の遠隔制御方法で使用する駆動回路の構成例である。
【図４】本発明の磁場を用いた機械の遠隔制御方法で使用する駆動回路の周波数選択性能例である。
【図５】本発明の磁場を用いた機械の遠隔制御方法で使用する磁場印加装置を構成する増幅回路の例である。
【図６】本発明の磁場を用いた機械の遠隔制御方法で使用する制御対象となる機械の例である。
【図７】本発明の磁場を用いた機械の遠隔制御方法で使用する制御対象となる機械の動作例である。
【符号の説明】
【００２３】
１  磁場印加用コイル
２  機械
３  水槽
４  コンピュータ
５  コイル１に電流を供給する磁場印加装置
６  機械本体
７  駆動回路
８  コイル
９  ＩＰＭＣアクチュエータ
１０  共振回路（Ａ）
１１  共振回路（Ｂ）
１２  タンク回路（Ａ）
１３  タンク回路（Ｂ）
１４  整流回路（Ａ）
１５  整流回路（Ｂ）
１６  コンパレータ
１７  増幅回路
【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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