(57)【要約】【課題】上昇力を発生させて小型のロボットを安定して飛翔させることができる飛翔体浮上システムを提供する。【解決手段】小型飛翔ロボット１に外部よりエキシマレーザ２を照射することにより、表面のポリイミドフィルムをアブレーションによりガス流８ａ，８ｂを発生させ、このガス流の反作用によって上昇力を得る。【選択図】  図１
2004255471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔体（１，３０１，３０２）が外部から照射される、紫外線レーザ又は近紫外線レーザのエネルギービーム（２）により、上記飛翔体の表面を照射時にガス化させることにより、上記飛翔体が上昇力を得ることを特徴とする飛翔体浮上システム。
【請求項２】
上記飛翔体はポリイミドを主体として構成され、上記エネルギービームを上記飛翔体に照射する時に発生するポリイミドのアブレーションガス流を利用し、このガス流の反作用によって上記飛翔体が上昇力を得るようにした請求項１に記載の飛翔体浮上システム。
【請求項３】
上記エネルギービームを上記飛翔体に照射するにあたり、上記飛翔体の位置を画像センサ（６，３０６）により検出し、この結果に基づいて照射位置を制御することにより、上記飛翔体の安定的な浮上を実現する請求項１又は２に記載の飛翔体浮上システム。
【請求項４】
上記飛翔体が、上記エネルギビームの一部を電気エネルギに変換する光電変換素子（３４）を備え、上記エネルギビームの一部が上記光電変換素子により変換された上記電気エネルギにより上記飛翔体に搭載されかつ周囲環境の状態を測定するセンサ素子（３１）と上記センサ素子からの信号を発信する無線モジュール（３２）を動作させ、上記センサ素子の出力を上記無線モジュールにより基地局（３１）へ送信する請求項１〜３のいずれか１つに記載の飛翔体浮上システム。
【請求項５】
上記飛翔体は正方形板飛翔体（３０１）であり、上記飛翔体の四辺のそれぞれの長さを検出して、検出結果に基づき上記飛翔体の姿勢制御を行なうようにした請求項１〜３のいずれか１つに記載の飛翔体浮上システム。
【請求項６】
上記飛翔体は、識別用マーク（３０９）を有する画像マーク（３０７）を複数個有する柔軟飛翔体（３０２）であり、上記飛翔体の上記画像マークとその識別用マークをそれぞれ検出して、検出結果に基づき上記飛翔体の姿勢制御を行なうようにした請求項１〜３のいずれか１つに記載の飛翔体浮上システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空中を飛翔し浮遊するロボットであって、各種センシングを行うことも可能な小型飛翔ロボットである飛翔体の飛翔体浮上システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空中を浮遊する飛翔ロボットの例として飛行装置（特許文献１参照）が知られている。これは、小型の飛行船に各種センサ、プロペラを配置し、人間の居住する空間内で浮遊することにより、ロボットとして各種インターフェース機能を発揮させようとするものである。
【０００３】
まず、図７において飛翔体は、ヘリウムガスを封入した気球である気球部１０１と、各種センサ、制御機器やバッテリ等を装備する本体部１０２と、飛翔体を水平移動、垂直移動させるための推進部１０３を有している。なお、この飛行装置は、主として気球部１０１により得られる浮力を利用し、一定の高度を保ちながら飛行するものであるので、気球部１０１は装置全体の重量を上回る浮力が得られるように設定されている。さらに、飛行装置の本体部１０２は、外部に装置前方に存在する障害物との距離を計測する前方距離認識手段１０４と、装置下方に存在する障害物との距離を計測する下方距離認識手段１０５を有し、内部に図８のブロック図に示すような前方距離認識手段１０４と下方距離認識手段１０５とからの情報を処理するデータ処理手段１０６とを有する。以上の構成により、飛行装置が障害物に接近した場合はこれを回避するプロペラ操作が可能であり、また、気流等の影響により高度が下がった場合には、地面との衝突をさけるプロペラ操作が可能となり、空間内部を長時間にわたり漂うことができる。また、図示しないカメラ、マイク等のセンサにより人間を発見したり、呼びかけに応じたりするインタラクション機能も持たせることができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２０１４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来例は、気球の浮力により空間に浮遊するロボットを実現することができるとはいえ、以下のような課題を有する。
【０００６】
つまり、ヘリウムガスを用いた気球の浮力は単位体積あたりでは極めて小さく、たとえば、蝶やハエのような小型の飛翔ロボットを実現しようとすると、シャボン玉のような極めて薄くて軽い気球部を構成せねばならず、さらに、搭載可能な本体部分の質量は極めて小さくする必要がある。また、現状のバッテリ技術では、超小型で大容量なバッテリの実現は困難であるため、搭載した電子回路を長時間にわたり動作させ続けることは事実上不可能である。
【０００７】
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、上昇力を発生させて小型のロボットを安定して飛翔させることができる飛翔体浮上システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
【０００９】
本発明によれば、飛翔体が外部から照射される、紫外線レーザ又は近紫外線レーザのエネルギービームにより、上記飛翔体の表面を照射時にガス化させることにより、上記飛翔体が上昇力を得ることを特徴とする飛翔体浮上システムを提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
【００１１】
本発明の第１態様によれば、飛翔体が外部から照射される、紫外線レーザ又は近紫外線レーザのエネルギービームにより、上記飛翔体の表面をガス化させることにより、上記飛翔体が上昇力を得ることを特徴とする飛翔体浮上システムを提供する。
【００１２】
本発明の第２態様によれば、上記飛翔体はポリイミドを主体として構成され、上記エネルギービームを上記飛翔体に照射する時に発生するポリイミドのアブレーションガス流を利用し、このガス流の反作用によって上記飛翔体が上昇力を得るようにした第１の態様に記載の飛翔体浮上システムを提供する。
【００１３】
このように、小型飛翔ロボットに、外部より照射されるエネルギービームによって、空中に安定した浮力を発生させる。より具体的にはエキシマレーザをポリイミドフィルム等に照射する時に発生するアブレーションガス流を利用し、このガス流の反作用によって小型浮遊ロボットを小型でありながら安定して飛翔させることができる。
【００１４】
ここで、本発明の第１態様のように、上記エネルギービームが紫外線レーザ又は近紫外線レーザであり、上記飛翔体の表面を照射時にガス化させることにより、飛翔体が上昇力を得ることが、安定した浮力の発生を実現することから望ましい。
【００１５】
本発明の第３態様によれば、上記エネルギービームを上記飛翔体に照射するにあたり、上記飛翔体の位置を画像センサにより検出し、この結果に基づいて照射位置を制御することにより、上記飛翔体の安定的な浮上を実現する第１又は２の態様に記載の飛翔体浮上システムを提供する。
【００１６】
かかる構成によれば、ガス流のばらつきや、気流の影響を除去して安定な飛翔を実現するために、画像センサにより飛翔体の位置姿勢を計測し、この結果に基づいてエキシマレーザの照射位置や照射タイミングを制御することができる。すなわち、かかる構成によれば、気流の影響を除去して安定した飛翔を実現することができるという効果が得られる。
【００１７】
本発明の第４態様によれば、上記飛翔体が、上記エネルギビームの一部を電気エネルギに変換する光電変換素子を備え、上記エネルギビームの一部が上記光電変換素子により変換された上記電気エネルギにより上記飛翔体に搭載されかつ周囲環境の状態を測定するセンサ素子と上記センサ素子からの信号を発信する無線モジュールを動作させ、上記センサ素子の出力を上記無線モジュールにより基地局へ送信する第１〜３のいずれか１つの態様に記載の飛翔体浮上システムを提供する。
【００１８】
さらに、本発明の第４態様のように、上記飛翔体が上記エネルギビームの一部を電気エネルギに変換する機能を持ち、上記飛翔体に搭載されたセンサ素子と無線モジュールを動作させ、上記センサ素子の出力を上記無線モジュールにより固定局例えば基地局へ送信することが、ロボットに有益な作業を行わせることができることから望ましい。
【００１９】
かかる構成によれば、電源を小型飛翔ロボットに搭載しなくても電子回路を動作させることができ、環境センサと無線小型モジュールの組み合わせなどにより環境センシングが可能な小型飛翔ロボットを実現することができるという効果が得られる。
【００２０】
すなわち、小型飛翔ロボットに光電変換素子を搭載することにより、小型飛翔ロボットに照射されるエキシマレーザのエネルギはアブレーションガスを発生するだけでなく、小型飛翔ロボットに搭載された光電変換素子により電気エネルギーに変換され、小型飛翔ロボット上の電子回路を動作させることができる。ＭＥＭＳプロセスなどによる小型環境センサと無線小型モジュールを搭載することにより、小型飛翔ロボットにより環境をセンシングすることが可能である。
【００２１】
本発明の第５態様によれば、上記飛翔体は正方形板飛翔体であり、上記飛翔体の四辺のそれぞれの長さを検出して、検出結果に基づき上記飛翔体の姿勢制御を行なうようにした第１〜３のいずれか１つの態様に記載の飛翔体浮上システムを提供する。
【００２２】
本発明の第６態様によれば、上記飛翔体は、識別用マークを有する画像マークを複数個有する柔軟飛翔体であり、上記飛翔体の上記画像マークとその識別用マークをそれぞれ検出して、検出結果に基づき上記飛翔体の姿勢制御を行なうようにした請求項１〜３のいずれか１つに記載の飛翔体浮上システムを提供する。
【００２３】
以下、本発明の各実施の形態について、図を用いて詳細に説明をしていく。
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態に係る飛翔体浮上システムの構成を示す。
【００２５】
図１において、１は例えばＶ字状の断面を持った飛翔体であり空中に浮遊させる物体である。２はレーザビームであり、飛翔体１を空中に留める働きをもつ。３はスキャナミラーであり、飛翔体１のねらった位置にレーザビーム２を反射させて照射する働きを持つ。スキャナモータ４ａ、４ｂはスキャナモータであり、スキャナミラー３を直交する２方向沿いに進退させて位置決めする。ビームスプリッタ５は、レーザビーム２の一部を分岐させて、飛翔体１の様子を画像センサ６に光学的に投影する働きを持ち、画像センサ６はその結像像を電気信号に変換する。最後に、エキシマレーザ７は、レーザビーム２をパルス的に発生するものである。
【００２６】
ところで、飛翔体１は空中で安定した姿勢を確保できるような形状、重心位置を持っているが、重力や風の影響を受けて、その位置姿勢は不安定なものとなってしまう。そこで、本飛翔体浮上システムでは、飛翔体１の位置、姿勢を画像センサ６によりモニターし、レーザビーム２の飛翔体１への照射位置を制御することにより、飛翔体１の浮遊位置を所望の位置に制御しようとするものである。
【００２７】
図２において、飛翔体１にレーザビーム２が照射されたときに、照射された部分において、飛翔体１を構成するポリイミドフィルムが瞬時にガス化し、クレータ２７ができるとともに、ガス流８ａ、８ｂが発生する。ガス流８ａ、８ｂの反作用として飛翔体１には上昇力９が働き、これが飛翔体１を重力に抗して浮遊させる力となる。なお、エキシマレーザ７はパルスレーザであるため、レーザビーム２は断続的な光のパルスとなる。その波長は紫外域（たとえば、ＫｒＦエキシマレーザの場合波長が２４７ｎｍ）であるため、飛翔体１を構成するポリイミドフィルムは加熱されるよりも早く、有機分子の結合がたちどころに切れて一気にガス化する（アブレーション現象）。クレータ２７の深さはエキシマレーザの強度にもよるが、通常数μｍ程度であり、飛翔体１のポリイミドフィルムがアブレーションにより一気に貫通してしまうことはない。もちろん、長期の飛翔後はポリイミドフィルムが摩滅しているため、交換する必要があるが、本飛翔体１は小型であるため、常時、予備品を用意しておくことは困難ではない。
【００２８】
次に、図３を用いて飛翔体制御システムについて説明する。
【００２９】
図３の飛翔体制御システムは、画像センサ６により受像されたカメラ画像（センサ画像）３０が入力されるモーメント検出器８と、モーメント検出器８からの信号が入力され、かつ、スキャナモータ４ａ、４ｂへそれぞれ位置決め指令信号１０ａ，１０ｂを送るとともにエキシマレーザ７に発光指令信号１１を送るコントローラ９とを備えて構成している。
【００３０】
画像センサ６により受像されたカメラ画像（センサ画像）３０はモーメント検出器８により、画像処理される。この際、飛翔体像１’は背景２８からはっきりと区別できるように背景２８が工夫されている。具体的には、背景２８を暗くし、飛翔体像１’のコントラストが十分に取れるようになっている。モーメント検出器８において、この画像３０を二値化した後に、以下に示す０〜１次の画像モーメントを算出する。
【００３１】
【数１】
2004255471.tif 000003
【００３２】
ただし、（数１）において、カメラ（画像センサ）６の縦横解像度をＮ、ピクセル座標を（ｘ，ｙ）、各ピクセルでの二値化後の値をＩ（ｘ，ｙ）とし、画像モーメントｍｉｊとして、画像モーメントｍ００、画像モーメントｍ０１、画像モーメントｍ１０を求める。計算された画像モーメントｍ００、ｍ０１、ｍ１０はコントローラ９に送られ、内部で演算処理を施された後に、スキャナモータ４ａ、４ｂに対する位置決め指令１０ａ、１０ｂ、及び、エキシマレーザ７に対する発光指令１１が発生される。ここで、ｉ，ｊはモーメントの次数であり、０以上の整数である。
【００３３】
次に、図４を用いてコントローラ９の具体的な動作アルゴリズムを説明する。
【００３４】
図４のコントローラ９は、モーメント検出器８からの出力が入力される面積重心検出器２９と、面積重心検出器２９からの面積情報１２（ピクセル数）と重心のピクセル位置情報１３とが入力される照射位置算出器１６と、照射位置算出器１６からの照射座標１７が入力されるスキャナ角度算出器１８と、スキャナ角度算出器１８からの角度指令信号１９が入力されるスキャナモータドライバ２０と、スキャナモータドライバ２０からの位置決め完了信号が入力されるエキシマレーザコントローラ２２とを備えるように構成している。
【００３５】
今、モーメント検出器８からの出力は、面積重心検出器２９へと送られる。ここで、以下の式を用いて飛翔体像１’の形状特徴量が面積重心検出器２９で算出される。
【００３６】
【数２】
2004255471.tif 000004
【００３７】
【数３】
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【００３８】
【数４】
2004255471.tif 000006
【００３９】
ただし、（数２）〜（数４）において、Ａは面積情報１２（ピクセル数）、Ｇｘ、Ｇｙは画像モーメントｍ０１、ｍ１０の重心のピクセル位置情報１３のｘ座標及びｙ座標を表す。
【００４０】
続いて、照射位置算出器１６において、面積重心検出器２９から入力された面積情報１２と重心のピクセル位置情報１３を元に、飛翔体１が望ましい位置に戻るようなレーザビーム２の照射位置を算出する。この時に、次のルール１，２に従う。
【００４１】
ルール１：飛翔体像１’の面積が一定値より大きいときは、飛翔体１に対する照射パルス量を増やす。少ないときは照射パルス量を減らす。これは、飛翔体像１’の見かけの大きさから遠近を判断し、飛翔体像１’の見かけの大きさが一定になるように制御することで、飛翔体１の飛行高さを一定とすることを目標とする。
【００４２】
ルール２：飛翔体像１’の重心位置が画像中心よりずれた時は、ずれた方向に照射位置をずらすことにより、ガス流８ａ，８ｂの方向を変化させ、飛翔体１を中心に引き戻す。これは、飛翔体１の位置を常に希望する位置に位置決めすることを目標とする。
【００４３】
照射位置算出器１６でレーザビーム２の照射座標１７を算出したのち、算出されて照射位置算出器１６から入力された照射座標１７をスキャナ角度算出器１８が必要な座標変換を施して、角度指令信号１９を算出する。そして、スキャナ角度算出器１８で算出された角度指令信号１９をスキャナモータドライバ２０へ入力する。スキャナモータドライバ２０は、角度指令信号１９に基づいて、スキャナモータ４ａ、４ｂを制御してスキャナミラー３を所定の位置に位置決めした後、位置決め完了信号２１をエキシマレーザコントローラ２２へ送信し、エキシマレーザコントローラ２２の制御の元にエキシマレーザ７が発光する。エキシマレーザ発光後、スキャナミラー３を初期位置に戻し、再び、画像センサ６の測定を行う。なお、制御周期の高速化を図るため、エキシマレーザ発光とほぼ同時に画像センサ６の測定を行い、スキャナミラー３の現在姿勢を考慮しながら飛翔体１の位置を測定することも可能である。
【００４４】
次に、図５を用いて、画像センサ６の実装の１つの方法を示す。
【００４５】
エキシマレーザ２２はパルスレーザであるが、その発光周波数は最大１ｋＨｚ程度である。飛翔体１は、元々、不安定な系であるため、これを安定化させるための制御の周期は高速であるほど望ましい。しかしながら、制御系高速化のボトルネックは画像センサ６にあることが多い。たとえば、通常のＣＣＤカメラではフレームレートの制約で、３０Ｈｚでしか画像計測を行うことができない。この画像計測の周波数を１ｋＨｚ程度まで引き上げるには、特殊な画像センサの構成が必要となる。図５にその一例を示す（システム制御情報学会発行の「システム／制御／情報」のＶｏｌ．４２、  Ｎｏ．４、  ｐｐ．２１０−２１６参照。）。このセンサはピクセル毎に演算部を持つことにより、画像センシングのボトルネックを解消しようとするものである。図中、１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃは受光部であって、光を電気信号に変換する。変換された電気信号は隣接する演算部１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃで処理され、その結果は、加算器１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ、１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃを通して、画像センサ外に結果出力１３０される。今、画像モーメントｍ００、ｍ０１、ｍ１０を算出する場合を考えると、列選択信号１２８、及び、行選択信号１２９を用いて、座標１〜Ｎのピクセルの読み値を順番に読み出すことで、（数１）の画像モーメントｍ００、ｍ０１、ｍ１０を結果出力１３０させることができる。この時、画像センサ６内に内蔵された加算器１２５１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ、１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃにより画像センサ６内でほとんどの演算処理が行われるため、画像センサ６とモーメント検出器８の間のデータ通信量が大幅に減り、Ｉ／Ｏボトルネックを解消し、１ｋＨｚ以上の高速処理が可能になる。
【００４６】
図６において、上記実施形態の変形例として、飛翔体１上に、周囲環境の状態を測定するセンサ素子３３と、上記センサ素子３３からの信号を発信する無線モジュール３２と、上記エネルギビーム２の一部を電気エネルギに変換する光電変換素子３４とを互いに接続して搭載する例を示す。周囲環境の状態を測定するセンサ素子３３からの信号を無線モジュール３２により基地局３１に電送することにより、リモートセンシングを行うことが可能となる。なお、無線モジュール３２及びセンサ素子３３で必要となる電力は、光電変換素子３４から供給される。光電変換素子３４は、エキシマレーザの波長に感度を持つ物が好ましく、レーザビーム２から直接、又は、アブレーションの際に発生する散乱光から電気を作ることができる。
【００４７】
上記第１実施形態によれば、飛翔体１が、外部から照射されるエネルギービームにより、空中に安定して浮上するように構成している。より具体的にはエキシマレーザをポリイミドフィルム等に照射する時に発生するアブレーションガス流８ａ，８ｂを利用し、このガス流８ａ，８ｂの反作用によって上記飛翔体１が上昇力を得て、上記飛翔体１が小型浮遊ロボットとして飛翔させるように構成している。このため、小型でありながら、安定した飛翔が可能な飛翔ロボットを実現することができる。
【００４８】
また、ガス流８ａ，８ｂのばらつきや、気流の影響を除去して安定した飛翔体１の飛翔を実現するために、画像センサ６により飛翔体１の位置姿勢を計測し、この結果に基づいてエキシマレーザ７のレーザビーム照射位置や照射タイミングを制御するように構成している。ここで、小型飛翔ロボットに照射されるエキシマレーザ７のエネルギはアブレーションガスを発生するだけでなく、小型飛翔ロボットに搭載された光電変換素子３４により電気エネルギーに変換され、小型飛翔ロボット上の電子回路を動作させることもできる。ＭＥＭＳプロセスなどによる小型環境センサ３３と無線小型モジュール３２を搭載することにより、小型飛翔ロボットにより環境をセンシングすることも可能である。
【００４９】
すなわち、上記エネルギービーム２が紫外線レーザ又は近紫外線レーザであり、上記飛翔体１の表面を照射時にガス化させることにより、飛翔体１が上昇力を得るように構成すれば、安定した浮力の発生を実現することができて望ましい。
【００５０】
また、上記エネルギービーム２を上記飛翔体１に照射するにあたり、上記飛翔体１の位置を画像センサ６により検出し、この結果に基づいてエネルギービーム２の照射位置を制御するようにすれば、上記飛翔体１の安定的な浮上を実現することから望ましい。
【００５１】
さらに、上記飛翔体１が上記エネルギビーム２の一部を光電変換素子３４により電気エネルギに変換する機能を持ち、上記飛翔体１に搭載されたセンサ素子３３と無線モジュール３２とを動作させ、上記センサ素子３３の出力を上記無線モジュール３２により固定された基地局３１へ送信するようにすれば、上記飛翔体１であるロボットに有益な作業を行わせることができて望ましい。
【００５２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。
【００５３】
例えば、次に、図９を用いて本発明の第２実施形態の飛翔体浮上システムについて述べる。図９と、第１実施形態における図１の違いは、飛翔体１を正方形板飛翔体３０１としたこと、及び、画像センサ６の代わりにＣＣＤカメラ３０６を利用したことである。正方形板飛翔体３０１はポリイミドを主体とする板であり、形状は正方形に限られることはないが、正方形の形状は後述する画像処理を適用する上で都合がよい。ＣＣＤカメラ３０６を用いることにより、その出力信号は市販の画像処理装置３３０により容易に解析することができる。よって、正方形板飛翔体３０１のＣＣＤカメラ３０６による観察像を画像処理装置３３０により画像処理することにより、その姿勢を解析、算出し、算出された情報を元にコントローラ９を介して正方形飛翔板３０１の飛翔動作を第１実施形態と同様に制御することが可能である。図１０に正方形板飛翔体３０１の観察像の一例を示す。正方形飛翔板像３０１ａは正方形がひしゃげた四角形として観察され、左右上下の各辺は長さがＬ１〜Ｌ４となっている。ひしゃげる要因としては、ＣＣＤカメラ３０６からの距離が変化することに伴う遠近法的効果、並びに、傾くことにより見かけの辺の長さが変化する効果である。図中では、右辺Ｌ３の方向に飛翔体３０１が持ち上がった様子を表しており、遠近法的効果がθｐに現れ、下辺の長さＬ２、上辺の長さＬ４が左辺の長さＬ１に比べて短くなっている。各辺の長さＬ１〜Ｌ４は、正方形像３０１ａをエッジ抽出し、エッジ間の関係を数理的に処理することにより容易に求めることができる。上辺の傾斜角度（下辺の傾斜角度）θｐの大きさも同様の画像処理から求めることができる。また、各辺の平均的長さＬ１〜Ｌ４は飛翔体３０１の高さを表している。以上より、第１実施形態と同様にエキシマレーザ７のビーム２の位置を制御して、正方形板飛翔体３０１の傾きを制御することが可能となる。ただし、ＣＣＤカメラ３０６を利用することによる制約があり、姿勢検出のレートがフレームレート（３０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）に制限されてしまう。この結果、正方形板飛翔体３０１の高速な挙動には追従できない。そこで、飛翔体３０１の面積を大きくすると回転に対して抵抗する性質（慣性モーメント）を大きくなり挙動が鈍くなることを利用して、大きめの飛翔体３０１を利用することが望ましい。
【００５４】
次に、図１１を用いて本発明第３実施形態を説明する。本実施形態は第２実施形態を表した図９と比較すると、柔軟飛翔体３０２を用いることが大きく異なっている。柔軟飛翔体３０２は薄いポリイミドフィルムからなる大面積の飛翔体であり、面積に対する薄さの故に柔軟性を持っている。柔軟な布状の飛翔体３０２を空中で安定化するためには、その柔軟性に起因する局所的な位置の変動を制御してやる必要がある。このため、図１２に示すように、正方形からなる画像マーク３０７を柔軟飛翔体像３０２ａの表面に複数個分布させ、これらをＣＣＤカメラ３０６により検出し、画像処理装置３３１によりそれぞれの高さ及び傾きを算出して、算出された情報を元にコントローラ９を介して柔軟飛翔体３０２の飛翔動作を第１実施形態と同様に制御する。上記算出のアルゴリズムは第２実施形態と同様であるが、唯一異なる点は複数の画像マーク３０７を区別する必要があるということである。そこで、図１３に示すように、正方形の画像マーク３０７の内側には識別用マーク３０９が設けられており、画像マーク３０７の認識情報が書き込まれている。たとえば、２次元バーコードなどがこの用途に適しており、ＣＣＤカメラ３０６により読み込まれた２次元バーコードは画像処理装置３３１により解析されて、画像マーク３０７の柔軟飛翔体３０２内での位置情報がデコードされる。つまり、柔軟飛翔体３０２の全ての画像用マーク３０７をＣＣＤカメラ３０６で読み込んで画像処理装置３３１により画像処理することにより、柔軟飛翔体３０２の各点の３次元位置と姿勢が明らかになり、これら情報により、コントローラ９を介してエキシマレーザ７のビームを制御することで、柔軟飛翔体３０２の姿勢を安定化することが可能となる。
【００５５】
なお、上記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、小型浮遊ロボットに外部より紫外線レーザ又は近紫外線レーザのエネルギービームを照射することにより、上記飛翔体の表面の材料をアブレーションしてガス流を発生することで、ガス流の反作用によって上昇流を得て小型浮遊ロボットを飛翔させる。かかる構成によれば、駆動源を飛翔ロボットに搭載しなくても十分な飛翔力を実現することができ、小型の飛翔ロボットであっても安定して飛翔することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による飛翔体浮上システムの概略図である。
【図２】本発明の上記第１実施形態の飛翔体浮上システムの飛翔体の飛翔原理を表す原理図である。
【図３】本発明の上記第１実施形態の飛翔体浮上システムのシステム図である。
【図４】本発明の上記第１実施形態の飛翔体浮上システムの制御ブロック図である。
【図５】本発明の上記第１実施形態の飛翔体浮上システムにおいて使用できる画像センサの構成図である。
【図６】本発明の上記第１実施形態の変形例にかかる飛翔体浮上システムの飛翔体の構成図である。
【図７】従来の飛行ロボットの構成図である。
【図８】従来の飛行ロボットの制御ブロック図である。
【図９】本発明の第２実施形態による飛翔体浮上システムの概略図である。
【図１０】図９の飛翔体浮上システムでの正方形板飛翔体の観察像の一例を示す図である。
【図１１】本発明の第３実施形態による飛翔体浮上システムの概略図である。
【図１２】図１１の飛翔体浮上システムにおいて、正方形からなる画像マークを柔軟飛翔体像の表面に複数個分布させた状態を示す説明図である。
【図１３】図１１の飛翔体浮上システムにおいて、正方形の画像マークの内側には識別用マークが設けられた状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１…飛翔体、１’…飛翔体像、２…レーザビーム、３…スキャナミラー、４ａ、４ｂ…スキャナモータ、５…ビームスプリッタ、６…画像センサ、７…エキシマレーザ、８…モーメント検出器、８ａ、８ｂ…ガス流、９…コントローラ、１０ａ，１０ｂ…位置決め指令信号、１１…発光指令信号、１２…面積情報、１３…重心のピクセル位置情報、１６…照射位置算出器、１７…照射座標、１８…スキャナ角度算出器、１９…角度指令信号、２０…スキャナモータドライバ、２１…位置決め完了信号、２２…エキシマレーザコントローラ、２５、２６…加算器、２７…クレータ、２８…背景、２９…面積重心検出器、３０…カメラ画像、３１…基地局、３２…無線モジュール、３３…センサ素子、３４…光電変換素子、１２３ａ，１２３ｂ，１２３ｃ…受光部、１２４ａ，１２４ｂ，１２４ｃ…演算部、１２５ａ，１２５ｂ，１２５ｃ，１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ…加算器、１２８…列選択信号、１２９…行選択信号、１３０…結果出力、３０１…正方形板飛翔体、３０１ａ…正方形飛翔板像、３０２…柔軟飛翔体、３０２ａ…柔軟飛翔体像、３０６…ＣＣＤカメラ、３０７…画像マーク、３０９…識別用マーク、３３０，３３１…画像処理装置。
【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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【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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