(57)【要約】【課題】  前後方向に打ち上げ動作と打ち下ろし動作とを行なうとともに、その切り返しのタイミングで、揚力が大きくなるように、羽に羽軸回りの回転が与えられる羽ばたき装置を提供する。【解決手段】  羽ばたき装置１は、駆動源１０００により回動する第１の円板１０１と、その第１の円板１０１の主表面に接して回動する第２の円板１０２とを備えている。また、第２の円板１０２には、その回転角を制限する第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６が設けられている。また、これらのストッパのうちのいずれかと第１の円板１０１とが接触する状態では、第１の円板１０１の回転のみに起因して羽軸１０８が回転し、これらのストッパと第１の円板１０１とが接触していない状態では、第２の円板１０２の回転のみに起因して羽軸１０８が回転する。【選択図】        図１
2004237975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体と、該本体の前後方向に対する左側および右側のそれぞれに設けられた一対の羽部とを有する羽ばたき装置であって、
該羽部は、その運動により周囲流体に流体力を生じさせ、
該流体力は、前記羽ばたき装置の重力の方向とは逆向きに、前記羽ばたき装置の重力よりも大きな浮上力を前記羽ばたき装置に生じさせることが可能であり、
該羽ばたき装置は、前記一対の羽部のうちの少なくともいずれか一方について、
一方端側が前記羽部に固定されるとともに、他方端側が前記本体に取り付けられ、駆動源の駆動力を前記羽部に伝達する羽軸と、
前記前後方向および該前後方向に垂直な方向である左右方向を含む面に平行な面に沿って前記羽軸を所定の中心点回りに回転させることが可能な中心点回り回転部材と、
前記駆動源の駆動力を利用することなく、前記羽軸の前記所定の中心点回りの回転に従動する部材であって、前記羽軸が延びる方向を回転中心軸として、前記羽軸を該回転中心軸回りに回転させる軸回り回転部材と、
前記羽軸の回転角の範囲が所定の値以下になるように、前記軸回り回転部材の回転の範囲を制限するストッパとを備え、
該ストッパが機能しているときには、前記軸回り回転部材は、前記中心点回り回転部材に対する相対的な位置関係が固定された状態となり、前記羽軸は、前記中心点回り回転部材の回転に起因した回転を行ない、
前記ストッパが機能していないときには、前記軸回り回転部材は、前記中心点回り回転部材の回転に伴って回転する状態となり、前記羽軸は、前記軸回り回転部材の回転に起因した回転を行なう、羽ばたき装置。
【請求項２】
前記ストッパは、前記中心点回り回転部材および前記軸回り回転部材のうち少なくともいずれか一方に設けられた、請求項１に記載の羽ばたき装置。
【請求項３】
前記ストッパは、前記軸回り回転部材および前記中心点回り回転部材のうちいずれか一方に当接することにより、前記軸回り回転部材の回転を停止させ、
前記ストッパの摩擦係数ならびに前記中心点回り回転部材および前記軸回り回転部材のうちいずれかの摩擦係数は、前記中心点回り回転部材および前記軸回り回転部材のうちいずれか一方と前記ストッパとが当接しているときに、前記中心点回り回転部材および前記軸回り回転部材のうちいずれか一方と前記ストッパとの間の位置関係が変化しないような値に設定されている、請求項１に記載の羽ばたき装置。
【請求項４】
前記中心点回り回転部材は、第１の円板を含み、
前記軸回り回転部材は、第２の円板および第３の円板を含み、
前記第２の円板および前記第３の円板は、それぞれの回転中心軸が一致するように設けられているとともに、前記ストッパが機能していない状態においては、前記第２の円板の外周面および前記第３の円板の外周面それぞれが前記第１の円板の主表面に接した状態で、前記第１の円板の回転に伴って回転し、
前記羽軸は、前記第２の円板に固定されており、前記ストッパが機能していない状態においては、該第２の円板の回転に伴って回転するとともに、前記第３の円板の貫通孔を貫通しており、前記ストッパが機能していない状態においては、前記貫通孔に接触しながら回転する、請求項１に記載の羽ばたき装置。
【請求項５】
前記羽ばたき装置は、主表面が前記第１の円板の主表面に対向するように設けられ、前記第２の円板の外周面に接する第４の円板をさらに備え、
該第４の円板は、その回転中心軸が前記第１の円板の回転中心軸と一致するとともに、前記第２の円板の回転に従動するように回転する、請求項４に記載の羽ばたき装置。
【請求項６】
前記羽ばたき装置は、前記第１の円板の主表面と前記第２の円板の外周面とに生じる摩擦力が、前記第１の円板の主表面以外の部分と前記羽軸とに生じる摩擦力よりも大きくなるように構成された、請求項４に記載の羽ばたき装置。
【請求項７】
前記第１の円板の主表面および第２の円板の外周面それぞれは、互いにかみ合う凹凸を有する、請求項４に記載の羽ばたき装置。
【請求項８】
本体と、該本体の前後方向に対する左側および右側のそれぞれに設けられた一対の羽部とを有する羽ばたき装置であって、
該羽部は、その運動により周囲流体に流体力を生じさせ、
該流体力は、前記羽ばたき装置の重力の方向とは逆向きに、前記羽ばたき装置の重力よりも大きな浮上力を前記羽ばたき装置に生じさせることが可能であり、
該羽ばたき装置は、前記一対の羽部のうちの少なくともいずれか一方について、
一方端側が前記羽部に取り付けられるとともに、他方端側が前記本体に取り付けられ、駆動源の駆動力を前記羽部に伝達する第１の羽軸と、
一方端側が前記羽部に取り付けられるとともに、他方端側が前記本体に取り付けられ、駆動源の駆動力を前記羽部に伝達する第２の羽軸と、
前記前後方向および該前後方向に垂直な方向である左右方向を含む面に平行な面に沿って前記第１の羽軸を所定の中心点回りに回転させることが可能な中心点回り回転部材と、
前記駆動源の駆動力を利用することなく、前記第１の羽軸の前記所定の中心点回りの回転に従動して、前記第１の羽軸とは所定の角度をなして交差する所定の回転中心軸回りに、前記第２の羽軸を回転させる軸回り回転部材とを備え、
前記羽部は、前記第１の羽軸と前記第２の羽軸との間に設けられ、前記第１の羽軸と前記第２の羽軸とが相対的な位置関係を変化させることより強制的に捻られる、羽ばたき装置。
【請求項９】
前記中心点回り回転部材は、円板を含み、
前記軸回り回転部材は、第１の円錐の頂点から所定の距離までの部分の第２の円錐が除去された後の残りの部分である裁頭円錐を含み、
該前記裁頭円錐は、前記円板の回転に伴って、その周面が前記円板の主表面に接触した状態で回転し、
前記第２の羽軸は、前記裁頭円錐の円形面に設けられ、
該裁頭円錐の円形面の中心を通る軸と前記第２の羽軸とは所定の角度をなす、請求項８に記載の羽ばたき装置。
【請求項１０】
前記円板の主表面および前記裁頭円錐の外周面それぞれは、互いにかみ合う凹凸を有する、請求項９に記載の羽ばたき装置。
【請求項１１】
前記羽ばたき装置は、前記第２の羽軸の回転角の範囲が所定の値以下になるように、前記軸回り回転部材の回転の範囲を制限するストッパをさらに備え、
該ストッパが機能しているときには、前記軸回り回転部材は、前記中心点回り回転部材に対する相対的な位置関係が固定された状態となり、前記第１の羽軸および前記第２の羽軸それぞれは、前記中心点回り回転部材の回転に起因した回転を行ない、
前記ストッパが機能していないときには、前記軸回り回転部材は、前記中心点回り回転部材の回転に伴って回転する状態となり、前記第２の羽軸は、前記軸回り回転部材の回転に起因した回転を行なう、請求項８に記載の羽ばたき装置。
【請求項１２】
前記ストッパは、前記中心点回り回転部材および前記軸回り回転部材のうち少なくともいずれか一方に設けられた、請求項１１に記載の羽ばたき装置。
【請求項１３】
前記ストッパは、前記軸回り回転部材および前記中心点回り回転部材のうちいずれか一方に当接することにより、前記軸回り回転部材の回転を停止させ、
前記ストッパの摩擦係数ならびに前記中心点回り回転部材および前記軸回り回転部材のうちいずれかの摩擦係数は、前記中心点回り回転部材および前記軸回り回転部材のうちいずれか一方と前記ストッパとが当接しているときに、前記中心点回り回転部材および前記軸回り回転部材のうちいずれか一方と前記ストッパとの間の位置関係が変化しないような値である、請求項１１に記載の羽ばたき装置。
【請求項１４】
前記羽ばたき装置は、前記第１の羽軸の先端と前記第２の羽軸の先端とを結ぶように設けられた弾性線材を有する羽縁をさらに備え、
前記羽部は、前記第１の羽軸、前記第２の羽軸および前記羽縁により囲まれた部分に設けられた、請求項８に記載の羽ばたき装置。
【請求項１５】
前記羽縁が、前記第１の羽軸と前記第２の羽軸とが相対的な位置関係が変化する場合に、その変化によって塑性変形しない程度の柔軟性を有する部材により構成された、請求項１４に記載の羽ばたき装置。
【請求項１６】
前記第１の羽軸および前記第２の羽軸それぞれは、中空部分を有する円筒状部材により構成され、
前記羽縁は、２つの前記円筒状部材の前記中空部分のそれぞれに挿入され、該中空部分内において、前記第１の羽軸および前記第２の羽軸が延びる２つの方向の２つの軸それぞれの回りに回転可能であるとともに、前記第１の羽軸および前記第２の羽軸それぞれから抜けないように構成された、請求項１４に記載の羽ばたき装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本体の前後方向に対する左側および右側のそれぞれに設けられた一対の羽部を有する羽ばたき装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、家庭内において使用可能な様々なロボットが開発されている。そのロボットの一例として、羽ばたき飛行を利用して移動する羽ばたきロボットの研究が盛んになりつつある。この羽ばたきロボットの羽ばたき運動をさせる機構についても様々なものが提案されている。たとえば、羽ばたき機構として、１つの羽について１つの３自由度のアクチュエータを用いた機構または１つの羽について１自由度のアクチュエータ２個を用いた機構などが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−３２６５９９号公報
【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、前述の１つの羽について３自由度のアクチュエータを用いた機構は、大変、精密な加工精度が要求される。そのため、その機構は、小型化が困難であるという問題を有している。また、１つの羽について１自由度のアクチュエータを複数用いた機構は、羽ばたきロボットの総重量を増大させる。そのため、その機構は、羽ばたき飛行のために、より大きな揚力を必要とするとともに電力消費が大きくなるという問題点を有している。
【０００４】
したがって、１つの羽について１自由度のアクチュエータが１個のみ用いられ、かつ、羽ばたき飛行およびホバリングに必要な羽の複雑な３次元的軌跡を実現する羽ばたき機構が必要とされている。
【０００５】
また、上記従来の羽ばたきロボットにおいては、１つの羽について１自由度のアクチュエータ１個のみを用いて、羽に強制的に捻りを加えて、揚力を向上させる機構が実現されていない。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、１つの羽について１自由度のアクチュエータ１個のみを用いて、羽ばたき飛行およびホバリングに必要な羽の複雑な３次元的軌跡を実現することが可能な羽ばたき装置を提供することである。
【０００７】
また、第２の目的は、１つの羽について１自由度のアクチュエータ１個のみを用いて、羽に強制的に捻りを加えて、揚力を向上させる機構が実現された羽ばたき装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の局面の羽ばたき装置は、本体と、本体の前後方向に対する左側および右側のそれぞれに設けられた一対の羽部とを有している。その羽ばたき装置は、羽部が、その運動により周囲流体に流体力を生じさせる。その流体力は、羽ばたき装置の重力の方向とは逆向きに、羽ばたき装置の重力よりも大きな浮上力を羽ばたき装置に生じさせることが可能である。
【０００９】
また、その羽ばたき装置は、一方端側が羽部に固定されるとともに、他方端側が本体に取り付けられ、駆動源の駆動力を羽部に伝達する羽軸を備えている。また、その羽ばたき装置は、前後方向および前後方向に垂直な方向である左右方向を含む面に平行な面に沿って羽軸を所定の中心点回りに回転させることが可能な中心点回り回転部材を備えている。
【００１０】
また、その羽ばたき装置は、駆動源の駆動力を利用することなく、羽軸の所定の中心点回りの回転に従動する部材であって、羽軸が延びる方向を回転中心軸として、羽軸を回転中心軸回りに回転させる軸回り回転部材を備えている。その羽ばたき装置は、羽軸の回転角の範囲が所定の値以下になるように、軸回り回転部材の回転の範囲を制限するストッパを備えている。
【００１１】
また、ストッパが機能しているときには、軸回り回転部材は、中心点回り回転部材に対する相対的な位置関係が固定された状態となり、羽軸は、中心点回り回転部材の回転に起因した回転を行なう。また、ストッパが機能していないときには、軸回り回転部材は、中心点回り回転部材の回転に伴って回転する状態となり、羽軸は、軸回り回転部材の回転に起因した回転を行なう。
【００１２】
上記のような構成によれば、１つの羽について１自由度の駆動源１個のみを設けるだけで、羽ばたき飛行およびホバリングに必要な羽の複雑な３次元的軌跡を実現することができる。
【００１３】
また、前述のストッパは、中心点回り回転部材および軸回り回転部材のうち少なくともいずれか一方に設けられていることが好ましい。このようにすれば、簡単な構造のストッパで、羽ばたき飛行およびホバリングに必要な羽の複雑な３次元的軌跡を実現することができる。
【００１４】
また、前述のストッパは、軸回り回転部材および中心点回り回転部材のうちいずれか一方に当接することにより、軸回り回転部材の回転を停止させるものであることが好ましい。また、そのストッパの摩擦係数、ならびに、軸回り回転部材および中心点回り回転部材のうちいずれか一方の摩擦係数は、中心点回り回転部材および軸回り回転部材のうちいずれか一方とストッパとが当接しているときに、中心点回り回転部材および軸回り回転部材のうちいずれか一方とストッパとの間の位置関係が変化しないような値に設定されていることが好ましい。
【００１５】
上記のような構成によれば、中心点回り回転部材と軸回り回転部材との相対的位置関係が変化してしまう不都合が生じることが防止される。
【００１６】
また、中心点回り回転部材は、第１の円板を含んでおり、軸回り回転部材は、第２の円板および第３の円板を含でいることが好ましい。その第２の円板および第３の円板は、それぞれの回転中心軸が一致するように設けられているとともに、前述のストッパが機能していない状態においては、第２の円板の外周面および第３の円板の外周面それぞれが第１の円板の主表面に接した状態で、第１の円板の回転に伴って回転することが好ましい。また、羽軸は、第２の円板に固定されており、ストッパが機能していない状態においては第２の円板の回転に伴って回転することが好ましい。また、羽軸は、第３の円板の貫通孔を貫通しており、ストッパが機能していない状態においてはその貫通孔に接触しながら回転することが好ましい。
【００１７】
上記のような構造によれば、円板という製造が容易な形状の部材で中心点周り回転部材および軸回り回転部材を製造することができる。
【００１８】
また、前述の羽ばたき装置は、主表面が第１の円板の主表面に対向するように設けられ、第２の円板の外周面に接する第４の円板をさらに備えていることが好ましい。その第４の円板は、その回転中心軸が第１の円板の回転中心軸と一致するとともに、第２の円板の回転に従動するように回転することが好ましい。
【００１９】
上記のような構成によれば、第４の円板が第２の円板を押圧するため、第１の円板の位置がズレたことに起因して、第１の円板が第２の円板を押圧する力が変化することを抑制することができる。
【００２０】
また、前述の羽ばたき装置は、第１の円板の主表面と第２の円板の外周面とに生じる摩擦力が、第１の円板の主表面以外の部分と羽軸とに生じる摩擦力よりも大きくなるように構成されていることが好ましい。
【００２１】
上記の構成によれば、第２の円板の回転による第２の円板の移動以外の要因により、第１の円板の主表面と第２の円板の外周面との位置関係がズレてしまうという不都合を抑制することができる。
【００２２】
また、第１の円板の主表面および第２の円板の外周面それぞれは、互いにかみ合う凹凸を有していることが望ましい。このようにすれば、第２の円板の回転による第２の円板の移動以外の要因により、第１の円板の主表面と第２の円板の外周面との位置関係がズレてしまうという不都合をより確実に抑制することができる。
【００２３】
本発明の第２の局面の羽ばたき装置は、本体と、本体の前後方向に対する左側および右側のそれぞれに設けられた一対の羽部とを有している。また、その羽ばたき装置の羽部は、その運動により周囲流体に流体力を生じさせる。また、その流体力は、羽ばたき装置の重力の方向とは逆向きに、羽ばたき装置の重力よりも大きな浮上力を羽ばたき装置に生じさせることが可能である。
【００２４】
その羽ばたき装置は、一方端側が羽部に取り付けられるとともに、他方端側が本体に取り付けられ、駆動源の駆動力を羽部に伝達する第１の羽軸を備えている。また、その羽ばたき装置は、一方端側が羽部に取り付けられるとともに、他方端側が本体に取り付けられ、駆動源の駆動力を羽部に伝達する第２の羽軸を備えている。
【００２５】
また、その羽ばたき装置は、前後方向および前後方向に垂直な方向である左右方向を含む面に平行な面に沿って第１の羽軸を所定の中心点回りに回転させることが可能な中心点回り回転部材を備えている。また、その羽ばたき装置は、駆動源の駆動力を利用することなく、第１の羽軸の所定の中心点回りの回転に従動して、第１の羽軸とは所定の角度をなして交差する所定の回転中心軸回りに、第２の羽軸を回転させる軸回り回転部材を備えている。
【００２６】
また、羽部は、第１の羽軸と第２の羽軸との間に設けられ、第１の羽軸と第２の羽軸とが相対的な位置関係を変化させることより強制的に捻られる。
【００２７】
上記のような構成によれば、羽部は、強制的に捻られる、すなわち、羽ばたき運動において能動的に羽を捻ることができるため、羽ばたき装置は、より大きな揚力を得易くなる。したがって、１つの羽について１自由度のアクチュエータ１個のみを用いて、より大きな揚力が得られる羽ばたき装置を提供することができる。
【００２８】
また、前述の中心点回り回転部材は、円板を含んでおり、前述の軸回り回転部材は、第１の円錐の頂点から所定の距離までの部分の第２の円錐が除去された後の残りの部分である裁頭円錐を含んでいることが好ましい。また、その裁頭円錐は、円板の回転に伴って、その周面が円板の主表面に接触した状態で回転することが好ましい。また、第２の羽軸は、裁頭円錐の円形面に設けられていることが好ましい。また、裁頭円錐の円形面の中心を通る軸と第２の羽軸とは所定の角度をなすことが好ましい。
【００２９】
上記のような構成によれば、円板および裁頭円錐という比較的製造し易い形状の部材を用いて、中心点周り回転部材および軸回り回転部材を製造することができる。
【００３０】
また、円板の主表面および裁頭円錐の外周面それぞれは、互いにかみ合う凹凸を有していることが好ましい。このようにすれば、裁頭円錐の回転による裁頭円錐の移動以外の要因により、円板の主表面と裁頭円錐の周面との位置関係がズレてしまうという不都合をより確実に抑制することができる。
【００３１】
また、前述の羽ばたき装置は、第２の羽軸の回転角の範囲が所定の値以下になるように、軸回り回転部材の回転の範囲を制限するストッパをさらに備えていることが好ましい。また、ストッパが機能しているときには、軸回り回転部材は、中心点回り回転部材に対する相対的な位置関係が固定された状態となり、第１の羽軸および第２の羽軸それぞれは、中心点回り回転部材の回転に起因した回転を行なう。また、ストッパが機能していないときには、軸回り回転部材は、中心点回り回転部材の回転に伴って回転する状態となり、第２の羽軸は、軸回り回転部材の回転に起因した回転を行なう。
【００３２】
上記の構成によれば、１つの羽について１自由度のアクチュエータ１個のみを設けるだけで、羽ばたき飛行およびホバリングに必要な羽の複雑な３次元的軌跡を実現することができる。
【００３３】
また、そのストッパは、中心点回り回転部材および軸回り回転部材のうち少なくともいずれか一方に設けられていることが好ましい。このようにすれば、簡単な構造のストッパで、羽ばたき飛行およびホバリングに必要な羽の複雑な３次元的軌跡を実現することができる。
【００３４】
また、前述のストッパは、軸回り回転部材および中心点回り回転部材のうちいずれか一方に当接することにより、軸回り回転部材の回転を停止させるものであることが好ましい。また、そのストッパの摩擦係数、ならびに、軸回り回転部材および中心点回り回転部材のうちいずれか一方の摩擦係数は、中心点回り回転部材および軸回り回転部材のうちいずれか一方とストッパとが当接しているときに、中心点回り回転部材および軸回り回転部材のうちいずれか一方とストッパとの間の位置関係が変化しないような値に設定されていることが好ましい。
【００３５】
上記のような構成によれば、中心点回り回転部材と軸回り回転部材との相対的位置関係が変化してしまう不都合が生じることが防止される。
【００３６】
また、前述の羽ばたき装置は、第１の羽軸の先端と第２の羽軸の先端とを結ぶように設けられた弾性線材を有する羽縁をさらに備えていることが好ましい。また、羽部は、第１の羽軸、第２の羽軸および羽縁により囲まれた部分に設けられていることが好ましい。
【００３７】
また、羽縁は、第１の羽軸と第２の羽軸とが相対的な位置関係が変化する場合に、その変化によって塑性変形しない程度の柔軟性を有する部材により構成されていることが好ましい。このようにすることにより、連続した羽ばたき運動に起因して羽縁が損傷することが抑制される。
【００３８】
また、第１の羽軸および第２の羽軸それぞれは、中空部分を有する円筒状部材により構成されていることが好ましい。また、羽縁は、２つの円筒状部材の中空部分のそれぞれに挿入され、中空部分内において、第１の羽軸および第２の羽軸が延びる２つの方向の２つの軸それぞれの回りに回転可能であるとともに、第１の羽軸および第２の羽軸それぞれから抜けないように構成されていることが好ましい。このようにすることにより、羽ばたき運動において、羽縁は第１の羽軸および第２の羽軸に拘束されずに捻られるため、連続した羽ばたき運動に起因して羽縁が損傷することが抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態の羽ばたき装置を、図を参照しながら詳細に説明する。
【００４０】
実施の形態１および２の羽ばたき装置の全体の主要な構成については、図１および図１７に描かれている。なお、各実施の形態の羽ばたき装置では、特に断らない限り、説明の簡便のため、羽を駆動する主要な部分は左右対称であるものとする。したがって、各実施の形態においては、羽ばたき装置の右半分についてのみ説明が行なわれる。また、駆動源を制御する制御部や外部からの情報が入力されるアンテナおよびセンサ等についての説明は行なわない。
【００４１】
また、各実施の形態においては、左半分に対して鏡面対称である構成要素が右半分について配されているものとする。ただし、本発明の羽ばたき装置においては、左右対称であることは、必須の条件ではない。なお、図１および図１７では、ｚ軸によって鉛直方向が示され、ｙ軸によって前後方向が示され、ｘ軸によって左右方向が示されている。
【００４２】
（実施の形態１）
まず、本発明との関連において本実施の形態の羽ばたき装置１を説明する。
【００４３】
本実施の形態の羽ばたき装置１は、図１に示すように、本体５００と、本体５００の前後方向に対する左側および右側のそれぞれに設けられた一対の羽１０７とを有している。その羽ばたき装置１は、羽１０７が、その運動により周囲流体に流体力を生じさせる。その流体力は、羽ばたき装置１の重力の方向とは逆向きに、羽ばたき装置１の重力よりも大きな浮上力を羽ばたき装置１に生じさせることが可能である。
【００４４】
また、その羽ばたき装置１は、一方端側が羽１０７に固定されるとともに、他方端側が本体５００に取り付けられ、駆動源１０００の駆動力を羽１０７に伝達する羽軸１０８を備えている。また、その羽ばたき装置１は、前後方向および前後方向に垂直な方向である左右方向を含む面ｘｙに平行な面に沿って羽軸１０８を所定の中心点（第１の円板１０１の中心点）回りに回転させる中心点回り回転部材としての第１の円板１０１を備えている。
【００４５】
また、その羽ばたき装置１は、駆動源１０００の駆動力を利用することなく、羽軸１０８の所定の中心点回りの回転に従動する部材であって、羽軸１０８が延びる方向を回転中心軸として、羽軸１０８を羽軸１０８が延びる方向の回転中心軸回りに回転させることが可能な軸回り回転部材としての第２の円板１０２を備えている。その羽ばたき装置１は、羽１０７の回転角の範囲が所定の値以下になるように、第２の円板１０２の回転の範囲を制限する第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６を備えている。
【００４６】
第１のストッパ１０５または第２のストッパ１０６がその機能を発揮しているときには、第２の円板１０２は、第１の円板１０１に対する相対的な位置関係が固定された状態となり、羽軸１０８は、第１の円板１０１の回転に起因した回転を行なう。第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６のうちのいずれもが機能していないときには、第２の円板１０２は、第１の円板１０１の回転に伴って回転する状態となり、羽軸１０８は、第２の円板１０２の回転に起因した回転を行なう。
【００４７】
上記のような構成によれば、１つの羽１０７について１自由度の駆動源１０００が１個のみを設けるだけで、羽ばたき飛行およびホバリングに必要な羽１０７の複雑な３次元的軌跡を実現することができる。
【００４８】
また、前述のストッパは、第１の円板１０１および第２の円板１０２のうち少なくともいずれか一方に設けられていることが好ましい。このようにすれば、簡単な構造のストッパで、第２の円板１０２の過度な回転を防止することができる。
【００４９】
また、前述のストッパは、第１の円１０１板および第２の円板１０２のうちいずれか一方に当接することにより、第２の円板１０２の回転を停止させるものである。また、そのストッパの摩擦係数、ならびに、第２の円板１０２および第１の円板１０１のうちいずれか一方の摩擦係数は、第１の円板１０１および第２の円板１０２のうちいずれか一方とストッパとが当接しているときに、第１の円板１０１および第２の円板１０２のうちいずれか一方とストッパとの間の位置関係が変化しないような値に設定されている。
【００５０】
上記のような構成によれば、第１の円板１０１と第２の円板１０２との相対的位置関係が変化してしまう不都合が生じることが防止される。
【００５１】
また、羽ばたき装置１は、第３の円板１０３が設けられている。第２の円板１０２と第３の円板１０３とは、それぞれの回転中心軸が一致するように設けられているとともに、第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６のうちいずれもが機能していない状態においては、第２の円板１０２の外周面および第３の円板１０３の外周面それぞれが第１の円板１０１の主表面に接した状態で、第１の円板１０１の回転に伴って回転する。また、羽軸１０８は、第２の円板１０２に固定されており、前述のストッパが機能していない状態においては、第２の円板１０２の回転に伴って回転する。また、羽軸１０８は、第３の円板１０３の貫通孔を貫通しており、前述のストッパが機能していない状態においては、その貫通孔に接触しながら回転する。
【００５２】
上記のような構造によれば、円板という製造が容易な形状の部材で、本発明の中心点周り回転部材および軸回り回転部材を製造することができる。
【００５３】
また、前述の羽ばたき装置１は、図１６に示すように、主表面が第１の円板１０１の主表面に対向するように設けられ、第２の円板１０２の外周面に接する第４の円板１０９をさらに備えている。その第４の円板１０９は、その回転中心軸が第１の円板１０１の回転中心軸２００と一致するとともに、第２の円板１０２の回転に従動するように回転する。
【００５４】
上記のような構成によれば、第４の円板１０９が第２の円板１０２を押圧するため、第１の円板１０１の位置がズレたことに起因して、第１の円板１０１が第２の円板１０２を押圧する力が変化することを抑制することができる。
【００５５】
また、前述の羽ばたき装置１は、第１の円板１０１の主表面と第２の円板１０２の外周面とに生じる摩擦力が、第１の円板１０１の主表面以外の部分、たとえば、支持軸１０４および第３の円板１０３のそれぞれと羽１０７との間に生じる摩擦力よりも大きくなるように構成されている。
【００５６】
上記の構成によれば、第２の円板１０２の回転による第２の円板１０２の移動以外の要因により、第１の円板１０１の主表面と第２の円板１０２の外周面との位置関係がズレてしまうという不都合を抑制することができる。
【００５７】
また、第１の円板１０１の主表面および第２の円板１０２の外周面それぞれは、互いにかみ合う凹凸を有していてもよい。このようにすれば、第２の円板１０２の回転による第２の円板１０２の移動以外の要因により、第１の円板１０１の主表面と第２の円板１０２の外周面との位置関係がズレてしまうという不都合をより確実に抑制することができる。
【００５８】
以降、本実施の羽ばたき装置１の詳細について説明する。
【００５９】
図２は、実施の形態１の羽ばたき装置の羽ばたき機構を示す模式図である。図３は、図１の第１の円板１０１および第２の円板１０２の拡大図である。図３の（Ａ）は、羽軸１０８が延びる方向において羽ばたき機構を見た図である。図３の（Ｂ）は、支持軸１０４が延びる方向において羽ばたき機構を見た図である。
【００６０】
まず、図１〜図３を用いて、実施の形態の羽ばたき装置を説明する。
【００６１】
図１〜図３に示すように、本実施の形態の羽ばたき装置１は、伝達軸１００を有している。伝達軸１００は、アクチュエータなどの駆動源１０００からの回動力を第１の円板１０１に伝達するための回転軸である。この伝達軸１００は第１の円板１０１に固定されている。そのため、伝達軸１００の回転に伴って第１の円板１０１は回転する。
【００６２】
また、第１の円板１０１の主表面には、第２の円板１０２の外周面および第３の円板１０３の外周面それぞれが接触している。第２の円板１０２および第３の円板１０３それぞれの回転中心軸に沿うように羽軸１０８が延びている。また、羽軸１０８は、第１の円板１０１の中心部に回転可能の挿入された支持軸１０４を貫通している。また、羽軸１０８は、羽１０７の前縁に固定されている。
【００６３】
支持軸１０４は、第１の円板１０１および伝達軸１００に設けられた凹部内に挿入され、第１の円板１０１の回転中心軸２００と一致する中心軸回りに、第１の円板１０１から独立して回転可能に構成されている。したがって、第１の円板１０１の回転が行なわれただけでは、支持軸１０４は第１の円板１０１の回転に伴って回転しない。
【００６４】
また、羽軸１０８は、第２の円板１０２に固定されている。また、羽軸１０８は、第３の円板１０３および支持軸１０４を回転可能に貫通している。そのため、羽軸１０８は、第３の円板１０３および支持軸１０４それぞれの状態に拘束されることなく、羽軸１０８が延びる方向の回転中心軸回りに回転することができる。
【００６５】
さらに、第２の円板１０２には、第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６が設けられている。第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６は、第２の円板１０２の回転角の範囲が所定の値以下になるように、第２の円板１０２の回転を制限している。
【００６６】
なお、第１の円板１０１と第２の円板１０２との接触面それぞれ、第１の円板１０１と第３の円板１０３との接触面それぞれ、ならびに、第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６のうちいずれか一方と第１の円板１０１と接触面それぞれは、十分な摩擦係数を有している。したがって、第１の円板１０１と第２の円板１０２、第１の円板１０１と第３の円板１０３、ならびに、第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６のうちいずれか一方と第１の円板１０１とは、互いにスリップしないものとする。
【００６７】
たとえば、前述の接触面それぞれがゴムなどで構成されていれば、接触面同士はスリップしない。また、支持軸１０４に加えられた力が羽軸１０８を介して接触面に加えられるようにしてもよい。それにより、接触面同士が密着するため、接触面に摩擦力が大きくなる。それにより、接触面でのスリップが防止される。また、接触面が、たとえば、ギアなどのような凹凸形状に構成されてもよい。それにより、接触面の凹凸が噛み合うことにより、接触面でのスリップが生じないようになる。
【００６８】
次に、図４〜図１１を用いて、本発明の実施の形態１の羽ばたき装置の羽ばたき動作について説明する。
【００６９】
図４においては、第１のストッパ１０５が、第１の円板１０１に接している状態が示されている。この状態は、第１の円板１０１が右へ回転を始めた直後の状態である。第１の円板１０１がその回転中心軸２００回りに回転するときに、羽軸１０８がひねり角φだけ自転しようとする。このとき、羽軸１０８と第３の円板１０３との間および支持軸１０４と羽軸１０８との間で第１の摩擦力が生じる。また、第１の円板１０１と第２の円板１０２との間で第２の摩擦力が生じる。このとき、第１の摩擦力が第２の摩擦力より十分小さければ、第１の円板１０１が矢印Ｄ1の方向に回転することにより、第２の円板１０２が、図４に示すひねり角φだけ、羽軸１０８の回転中心軸回りに回転する、すなわち、図８に示す矢印Ｄ7の方向に回転する。
【００７０】
図４には、羽軸１０８が延びる方向から羽ばたき機構を見た場合の状態が示されており、図８には、第１の円板１０１の回転中心軸２００が延びる方向から羽ばたき機構を見たときの状態が示されている。このとき、羽軸１０８は、その位置が変わらずに自転するため、羽軸１０８に固定された羽１０７は、図４に示したひねり角φだけ羽軸１０８の回転中心軸回りに自転する。
【００７１】
図５には、第２の円板１０２が、ひねり角φだけ自転した直後の状態が示されている。なお、図５には、羽軸１０８が延びる方向から羽ばたき機構を見た場合の状態が示されており、図９には、第１の円板１０１の回転中心軸が延びる方向から羽ばたき機構を見たときの状態が示されている。
【００７２】
このとき、第１の円板１０１は、第２のストッパ１０６に当接している。それにより、第２の円板１０２は、自転を停止している。また、第２の円板１０２は、羽軸１０８の回転中心軸回りのさらなる自転ができない状態であるため、第１の円板１０１の回転に伴って第１の円板１０１の回転中心軸２００回りに回転する。この回転の方向は、図５においては、矢印Ｄ2で示されている。
【００７３】
このとき、羽１０７は、羽軸１０８の回りに自転しない。また、羽軸１０８は、第１の円板１０１の図９の矢印Ｄ8で示す方向の回転に起因して、第２の円板１０２の移動に伴って図９の矢印Ｄ9で示す方向に回転を始める。
【００７４】
図６には、第１の円板１０１が、図３に示した羽ばたき角γだけ第２の円板１０２を回転させた後、その回転とは逆方向の回転を開始した直後の状態が示されている。このとき、第１の円板１０１が、回転中心軸２００回りに、図６に示す矢印Ｄ3で示す方向、すなわち、図１０に示す矢印Ｄ10で示す方向に回転を始める。それにより、羽１０７が、羽軸１０８の回転中心軸回りに、図１０に示す矢印Ｄ11で示す方向に回転を始める。この動作は、第１のストッパ１０５が第１の円板１０１に当接することにより停止する。
【００７５】
図７には、第１のストッパ１０５と第１の円板１０１とが当接することにより、第２の円板１０２の回転が停止した状態が示されている。図７に示すように、第１の円板１０１は回転中心軸２００回りに矢印Ｄ35で示す方向、すなわち、図１１の矢印Ｄ12で示す方向に回転を始める。このとき、図１１に示すように、羽軸１０８が、第１の円板１０１の回転に伴って、矢印Ｄ13方向に回転を始める。そして、羽ばたき機構は、図４および図８の状態に戻る。
【００７６】
図８〜図１１においては、紙面に垂直な方向を鉛直下方とすれば、図８に示す動作が、羽の打ち上げ後の羽のひねり回転の動作を示しており、図９に示す動作が、羽の打ち下ろし動作を示しており、図１０に示す動作が、羽の打ち下ろし後の羽のひねり回転の動作を示しており、図１１に示す動作が、羽の打ち上げの動作を示している。
【００７７】
なお、第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６は、図１〜図１１に示されている形状に限定されるものではない。第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６は、第２の円板１０２の回転角（ひねり角φ）の範囲を所定値以下に制限し、第１の円板１０１と第２の円板１０２との相対的な位置関係を固定した状態で、羽軸１０８を第１の円板１０１の回転のみに起因して回転させることができるように構成されているものであればよい。第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６は、たとえば、図１２に示すように、第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６それぞれと第１の円板１０１との接触面積が前述のストッパの接触面積よりも大きなものであってもよい。
【００７８】
また、第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６は、図１３に示すように、突起状のものであってもよい。また、ひねり角φが所定の値より大きな値である羽ばたき機構にストッパを設ける場合には、図１４に示すように、第１のストッパ１０５のみが第２の円板１０２に設けられているものであってもよい。
【００７９】
また、図１５に示すように、ストッパは、第２の円板１０２ではなく、第１の円板１０１に固定されていてもよい。この場合、第２の円板１０２と第１のストッパ１０５との接触面、および、第２の円板１０２と第２のストッパ１０６との接触面において、大きな摩擦力を生じさせることにより、それらの接触面でスリップが発生しないことが望ましい。また、前述のストッパにより得られる効果と同様の効果が得られるストッパであれば、ストッパの形状は、前述したものに限られるものではない。
【００８０】
前述の羽ばたき機構が、羽ばたきロボットの本体５００に組み込まれたときに、第１の円板１０１の回転中心軸２００が鉛直方向に対して傾いた状態で、羽ばたきロボットの本体５００に設置されてしまうことがある。この場合、第１の円板１０１の第２の円板１０２に対する相対的な位置が所望の位置とはならないことがある。なお、飛行制御の都合上で、回転中心軸２００が鉛直方向に対して恣意に傾けられている場合もある。
【００８１】
また、組み付け時に回転中心軸２００が鉛直方向に固定された羽ばたきロボットであっても、飛行中に羽ばたきロボットの本体５００が様々な向きを向くため、回転中心軸２００が鉛直方向に対して傾いた状態となってしまうことがある。さらに、羽１０７に、大きな空気力や流体力が加わることがある。
【００８２】
上述のような要因のために、第２の円板１０２と第１の円板１０１との接触面にかかる圧力が大きく変化してしまうという不都合が生じる場合がある。
【００８３】
そこで、前述の不都合を解決するために、図１６に示すように、第２の円板１０２の外周面に当接することにより、第２の円板１０２を第１の円板１０１に対して押圧することが可能な第４の円板１０９を設ける。もちろん、第４の円板１０９は、上述の第２の円板１０２の動作を妨げるものであってはならない。
【００８４】
そのため、第４の円板１０９は、第２の円板１０２の動作に合わせて、第１の円板１０１の回転中心軸２００と同じ回転中心軸回りに自由に回転できるように構成されていることが望ましい。図１６には、第４の円板１０９としてボールベアリング式の回転板を用いたものが示されている。
【００８５】
図１６に示すように、ボールベアリング式の回転板は、球形のベアリング１０９ａと、円板にその円板の中心点と一致する円形の底面を有する円柱状の空間が設けられた凹型円板１０９ｃと、凹型円板１０９ｃの円柱状の空間に嵌め込まれた円柱状の突出部を有する凸型円板１０９ｂとを備えている。凸型円板１０９ｂは、軸１１０に固定されている。
【００８６】
凹型円板１０９ｃと凸型円板１０９ｂとは、平面的に見て円形状に並べられたベアリング１０９ａに接するように、嵌め合わされている。第２の円板１０２が回転すると凹型円板１０９ｃは、その下側の主表面が第２の円板１０２に接触しながら、第２の円板１０２の回転に伴って回転する。このとき、ベアリング１０９ａは、凹型円板１０９ｃの円柱状空間の内側面と凸型円板１０９ｂの突出部の外側面とにころがり接触する。
【００８７】
また、凸型円板１０９ｂは、本体５００に接続された回転軸１１０に固定されているため、回転しない。その結果、第２の円板１０２は、常に、ほぼ一定の押圧力で第１の円板１０１の主表面に押圧された状態で、回転する。したがって、たとえば、飛行中に羽１０７に大きな流体力がかかり、第２の円板１０２の位置に変化が生じる要因が生じても、第１の円板１０１と第２の円板１０２との間では、第４の円板１０９の一部としての凹型円板１０９ｃから押圧されることにより、互いに一定の押圧力で押し合う状態が維持される。
【００８８】
（実施の形態２）
次に、図１７〜図２１を用いて、実施の形態２の羽ばたき装置を説明する。
【００８９】
本実施の形態の羽ばたき装置は、以下に説明する事項以外は、実施の形態１の羽ばたき装置とほぼ同様の構造である。また、実施の形態１の羽ばたき装置において用いた参照符号と同じ参照符号が付された部位は、特に説明がなされていない限り、実施の形態１の羽ばたき装置と同様の機能を有している。
【００９０】
まず、本発明との関連において本実施の形態の羽ばたき装置１を説明する。
【００９１】
本実施の形態の羽ばたき装置１は、図１７に示すように、本体５００と、本体５００の前後方向に対する左側および右側のそれぞれに設けられた一対の羽１０７とを有している。また、その羽ばたき装置１の羽１０７は、その運動により周囲流体に流体力を生じさせる。また、その流体力は、羽ばたき装置１の重力の方向とは逆向きに、羽ばたき装置１の重力よりも大きな浮上力を羽ばたき装置１に生じさせることが可能である。
【００９２】
その羽ばたき装置１は、一方端側が羽１０７に取り付けられるとともに、他方端側が本体５００に取り付けられ、駆動源１０００の駆動力を羽１０７に伝達する第１の羽軸としての前羽軸８０７を備えている。また、その羽ばたき装置１は、一方端側が羽１０７に取り付けられるとともに、他方端側が本体５００に取り付けられ、駆動源１０００の駆動力を羽１０７に伝達する第２の羽軸としての後羽軸８０８を備えている。
【００９３】
また、その羽ばたき装置１は、前後方向および前後方向に垂直な方向である左右方向を含む面に平行な面ｘｙに沿って前羽軸８０７を所定の中心点（第１の円板１０１の中心点）回りに回転させることが可能な中心点回り回転部材としての第１の円板１０１を備えている。また、その羽ばたき装置１は、駆動源１０００の駆動力を利用することなく、前羽軸８０７の所定の中心点回りの回転に従動して、前羽軸８０７とは所定の角度をなして交差する所定の回転中心軸８１１回りに、後羽軸８０８を回転させる軸回り回転部材としての第２の円板１０２を備えている。
【００９４】
羽１０７は、前羽軸８０７と後羽軸８０８との間に設けられ、前羽軸８０７と後羽軸８０８とが相対的な位置関係を変化させることより強制的に捻られる。
【００９５】
上記のような構成によれば、羽１０７は、強制的に捻られる、すなわち、羽ばたき運動において能動的に羽を捻ることができるため、羽ばたき装置１は、より大きな揚力を得ることが容易になる。左右の羽１０７それぞれに１つの駆動源１０００のみを用いて、より大きな揚力を得る羽ばたき装置１を実現することができる。
【００９６】
また、前述の第２の円板１０２は、第１の円錐の頂点から所定の距離までの部分の第２の円錐が除去された後の残りの部分である裁頭円錐の形状である。また、その裁頭円錐は、第１の円板１０１の回転に伴って、その周面が第１の円板１０１の主表面に接触した状態で回転する。また、後羽軸８０８は、裁頭円錐の形状の第２の円板１０２の円形面に設けられている。また、裁頭円錐の第２の円板１０２の円形面の中心を通る回転中心軸８１１と後羽軸８０８とは所定の角度をなしている。
【００９７】
上記のような構成によれば、第１の円板１０１と裁頭円錐形状の第２の円板１０２という比較的製造し易い形状の部材を用いて、本発明の中心点周り回転部材および軸回り回転部材を製造することができる。
【００９８】
また、第１の円板１０１の主表面および裁頭円錐形状の第２の円板１０２の外周面それぞれは、互いにかみ合う凹凸を有していてもよい。このようにすれば、第２の円板１０２の回転による第２の円板１０２の移動以外の要因により、第１の円板１０１の主表面と第２の円板１０２の周面との位置関係がズレてしまうという不都合をより確実に抑制することができる。
【００９９】
また、前述の羽ばたき装置１は、後羽軸８０８の回転角の範囲が所定の値以下になるように、第２の円板１０２の回転の範囲を制限する第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６をさらに備えている。また、第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６のうちのいずれかが機能しているときには、第２の円板１０２は、第１の円板１０１に対する相対的な位置関係が固定された状態となり、前羽軸８０７、後羽軸８０８、および第２の円板は、第１の円板１０１と一体となって回転する。また、第１および第２のストッパ１０５，１０６のいずれもが機能していないときには、第２の円板１０２は、第１の円板１０１の回転に伴って回転する状態となり、後羽軸８０８は、第２の円板１０２の回転に起因して回転中心軸８１１回りに回転を行なう。
【０１００】
上記の構成によれば、１つの羽１０７について１自由度の駆動源１０００を１個のみを設けるだけで、羽ばたき飛行およびホバリングに必要な羽１０７の複雑な３次元的軌跡を実現することができる。
【０１０１】
また、そのストッパは、第１の円板１０１および第２の円板１０２のうち少なくともいずれか一方に設けられていればよい。このようにすれば、簡単な構造の第１の円板１０１および第２の円板１０２で、羽ばたき飛行およびホバリングに必要な羽の複雑な３次元的軌跡を実現することができる。
【０１０２】
また、第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６は、第２の円板１０２および第１の円板１０１のうちいずれか一方に当接することにより、第２の円板１０２の回転中心軸８１１回りの回転を停止させる。また、第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６の摩擦係数、ならびに、第２の円板１０２および第１の円板１０１のうちいずれか一方の摩擦係数は、第１の円板１０１および第２の円板１０２のうちいずれか一方とストッパとが当接しているときに、第１の円板１０１および第２の円板１０２のうちいずれか一方とストッパとの間の位置関係が変化しないような値である。
【０１０３】
上記のような構成によれば、第１の円板１０１と第２の円板１０２との相対的位置関係が変化してしまう不都合が生じることが防止される。
【０１０４】
また、前述の羽ばたき装置１は、前羽軸８０７の先端と後羽軸８０８の先端とを結ぶように設けられた弾性線材を有する羽縁８１０をさらに備えている。また、羽１０７は、前羽軸８０７、後羽軸８０８および羽縁８１０により囲まれた部分に設けられている。
【０１０５】
また、羽縁８１０は、前羽軸８０７と後羽軸８０８とが相対的な位置関係が変化する場合に、その変化によって塑性変形しない程度の柔軟性を有する部材により構成されている。このようにすることにより、連続した羽ばたき運動に起因して羽縁８１０が損傷することが抑制される。
【０１０６】
また、前羽軸８０７および後羽軸８０８それぞれは、中空部分を有する円筒状部材により構成されており、羽縁８１０は、円筒状部材の中空部分に挿入されていてもよい。また、羽縁８１０は、中空部分内において、前羽軸８０７および後羽軸８０８それぞれが延びる方向の軸回りに回転可能であるとともに、前羽軸８０７および後羽軸８０８それぞれから抜けないように構成されていてもよい。このようにすることにより、羽ばたき運動において、羽縁８１０は前羽軸８０７および後羽軸８０８に拘束されずに捻られるため、連続した羽ばたき運動に起因して羽縁８１０が損傷することが抑制される。
【０１０７】
以降、本実施の羽ばたき装置１の詳細について説明する。
【０１０８】
図１８は、本発明の実施の形態２の羽ばたき装置の羽ばたき機構を示す図である。本実施の形態の羽ばたき機構は、第２の円板１０２の回転中心軸（ひねり軸）８１１が、第１の円板１０１の主表面と平行ではない。図１８では、ひねり軸８１１と第１の円板１０１の主表面とがなす角の大きさはεで示されている。
【０１０９】
また、羽軸は、前羽軸８０７と後羽軸８０８との２つの軸からなる。前羽軸８０７は、その軸が延びる方向の軸回りには回転しない。前羽軸８０７は、支持軸１０４に固定されている。支持軸１０４は、伝達軸８００の凹部に挿入される。支持軸１０４の外周面と伝達軸８００の凹部の内周面との間にはボールベアリング７１０が存在する。支持軸１０４は、伝達軸８００の凹部内でボールベアリング７１０に接触しながら、伝達軸８００から独立して回転する。つまり、伝達軸８００は、支持軸１０４の回転によっては回転しない。前羽軸８０７は、伝達軸８００の側壁に設けられた開口７００の中で回動することが可能である。伝達軸８００は、駆動源１０００の回転が直接的には伝達されない軸であるが、第１の円板１０１に固定されているため、第１の円板１０１、第２の円板１０２、および第１または第２のストッパ１０５または１０６を介して駆動源１０００の回転が間接的に伝達され得る。したがって、第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６のいずれもが第１の円板１０１に当接していないときには、前羽軸８０７、第２の円板１０２および後羽軸８０８は、支持軸１０４の回転によって支持軸１０４とともに前後方向に移動し、かつ、第２の円板１０２および後羽軸８０８は、支持軸１０４の回転によって、第２の円板１０２が第１の円板１０１に接触する状態で、回転中心軸（ひねり軸）８１１回りに回転する。
【０１１０】
また、第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６のいずれかが第１の円板１０１に当接しているときには、前羽軸８０７は、第１の円板１０１および支持軸１０４の回転に伴って、第１の円板１０１に対する相対的な位置関係が固定された状態で、第１の円板１０１の回転中心軸２００回りにのみ回転する。
【０１１１】
前羽ひねり軸補強板８０９は、ひねりシャフト９００の根元を補強するためのものである。また、ひねりシャフト９００は、中空の円筒形状であり、支持軸１０４に固定されている。また、第２の円板１０２の円形面の中心点には、挿入軸９０１が固定されている。この挿入軸９０１は、ひねりシャフト９００の中空部分に挿入される。したがって、挿入軸９０１は、第２の円板１０２が回転するときには、ひねりシャフト９００に拘束されることなく、回転中心軸８１１回り回転することが可能である。なお、挿入軸９０１は、ひねりシャフト９００から外れないように、その先端に係止部が設けられ、支持軸１０４内において、係止されている。
【０１１２】
一方、後羽軸８０８は、回転中心軸８１１とは所定の角度をなして設けられている。また、後羽軸８０８は、後羽軸補強板８２０によって、第２の円板１０２に固定されており、第２の円板１０２の自転に伴って回転する。なお、第１のストッパ１０５および第２のストッパ１０６は、実施の形態１において説明したストッパど同様の役割を果たす。また、本実施の形態の羽ばたき装置１においては、ストッパとして第１のストップ１０５および第２のストッパ１０６を例にして説明するが、実施の形態１の羽ばたき装置１に説明されたいずれのストッパを用いてもよい。
【０１１３】
実施の形態１の羽ばたき機構における羽１０７のねじり（ひねり）角φは、羽軸１０８回りの回転によって生じる。一方、本実施の形態の羽ばたき機構における羽１０７のねじり（ひねり）角φは、後羽軸８０８が前羽軸８０７の周囲を回転することによって生じる。このことが、本実施の形態の羽ばたき機構が実施の形態１の羽ばたき機構と異なる点である。
【０１１４】
実施の形態１の羽ばたき機構においては、羽１０７は、空気など周囲の流体から受ける力に起因して生じる受動変形するが、羽１０７を能動的に変形させることはできない。しかしながら、本実施の形態の羽ばたき機構においては、羽ばたき機構の動作により羽１０７を能動的に変形させることが可能である。
【０１１５】
また、後述するように、第２の円板１０２の回転角（ひねり角）φ以上に、羽１０７の先端部分は、大きく回転する、すなわち、羽１０７の先端部分は羽１０７の根元部分よりも大きく捻られる。そのため、本実施の形態の羽ばたき装置１の羽１０７は、羽１０７の先端部分での回転（捻れ）の角速度が根元部分での回転（捻れ）の角速度よりも大きくなる。その結果、本実施の形態の羽ばたき機構は、実施の形態１の羽ばたき機構よりも大きな回転揚力（rotational lift）を生み出すことができる。
【０１１６】
ただし、羽１０７が捻られるため、次に記載するような構成にすることが好ましい。以下、図１９および図２０を用いて、羽１０７の捻りに対応可能な羽ばたき機構の構成を説明する。
【０１１７】
図１９および図２０に示すように、前羽軸８０７と後羽軸８０８とを結ぶ羽縁８１０が設けられている。羽縁８１０の材料としては、前羽軸８０７や後羽軸８０８に比べて柔らかい材質のものが用いられている。具体的な羽縁８１０の材料としては、ワイヤなどが考えられる。なお、図１９および図２０には、羽１０７のひねり前の状態８１０ａと羽１０７のひねり後の状態８１０ｂとが示されており、ひねり前の状態８１０ａは実線で示されており、また、ひねり後の状態８１０ｂは点線で示されている。
【０１１８】
また、図１９および図２０に示す羽ばたき機構は、羽縁８１０が、前羽軸８０７および後羽軸８０８が延びる２つ方向の２つ軸それぞれの回りに自由に回転可能である。そのために、前羽軸８０７および後羽軸８０８それぞれは、中空の円筒状部材により構成され、羽縁８１０がその円筒状部材の中空部分に挿入されている。また、中空部分において、羽縁８１０は前羽軸８０７および後羽軸８０８が延びる２つの方向の２つの軸のそれぞれの回りに回転可能である。さらに、羽縁８１０は、たとえば、その先端にボール形状のストッパが設けられており、そのストッパが、前羽軸８０７および後羽軸８０８それぞれの根元部分に係止されることにより、前羽軸８０７および後羽軸８０８それぞれから抜けないように構成されている。なお、羽縁８１０自身が、前羽軸８０７および後羽軸８０８それぞれの軸回りに容易に捻られ得るような捻れ弾性を有する部材により構成されていてもよい。もちろん、羽１０７は、羽縁８１０の変形に追随できる柔軟な膜により構成されている。このようにすることで、羽１０７が捻られることにより羽１０７に生じる負荷が軽減されるため、羽１０７に挫屈等の損傷が生じない。
【０１１９】
また、図２０に示す羽１０７自身の回転角（捻れ角）ψは、羽１０７が捻られる前の状態の羽弦（翼弦）方向の傾きと、羽１０７が捻られた後の状態の羽弦（翼弦）方向の傾きとの間の角度ψであって、次のように定義される。
【０１２０】
tanψ＝cosη・sinφ／｛cos（ε-η）・〔tan（ε-η）／tanε-１／ｎ〕｝
ここで、ｎは、図１８の距離Ｓを１単位とした場合に、前羽軸８０７上における前羽軸８０７の付け根からの距離を示す数値であり、εは図１８に示したひねり軸８１１の傾きの大きさを示す角度である。なお、距離Ｓは、第２の円板１０２の円形面の中心点から前羽軸８０７に対して引いた垂線と前羽軸８０７との交点と、ひねりシャフト９００の延長線（回転中心軸８１１）と前羽軸８０７との交点と、の間の距離である。また、ηは次式で表される。
【０１２１】
tanη＝tanε・cosφ
また、前述のように、本実施の形態の羽ばたき機構における後羽軸８０８の回転角は、後羽軸８０８が前羽軸８０７の周囲を回転することによって生じる。すなわち、後羽軸８０８の回転角は、第２の円板１０２の回転角φによって表される。
【０１２２】
なお、羽弦（翼弦）方向は、前羽軸８０７に対して垂直な方向であって、図２０の点線で示す方向である。また、図２０においては、羽１０７の捻り前の状態の羽弦の傾きと羽１０７の捻り後の状態の羽弦の傾きとの間の角度は、羽１０７の根元から羽１０７の先端にかけて除々に大きくなっている。
【０１２３】
図２１には、ε＝１４°（S／D＝４）で羽ばたき機構が設計された場合において、前羽軸８０７上の付け根部分からの距離がｎの位置での、羽弦のねじれ角ψが示されている。たとえば、第２の円板１０２の回転角φ＝３０°の場合、ｎ＝２の位置では、ψ＝５３°である。また、φ＝９０°になるように第２の円板１０２を回転させると、ｎ＝２の位置で、ψ＝１１６°になる。
【０１２４】
このように、本実施の形態の羽ばたき機構によれば、羽弦のねじれ角ψが、第２の円板１０２の回転角（ひねり角）φよりも大きくなるとともに、羽１０７の根元から羽１０７の先端に向かうに従って除々に大きくなるため、より大きな回転揚力が得られる。その結果、本実施の形態の羽ばたき機構は、実施の形態１のはたき機構よりも、羽ばたき飛行およびホバリングに有利である。
【０１２５】
なお、以下、前述の実施の形態１および２それぞれの飛行制御について説明する。
【０１２６】
羽ばたき飛行により、３次元空間をくまなく移動するには、前進後退、左右への旋回、上昇および下降の３つの運動要素が実現される必要がある。以下、各運動要素およびその基本動作となるホバリングを実現する手法について述べる。
【０１２７】
各実施の形態の羽ばたき装置１においては、駆動源１０００を構成するアクチュエータが、左右の第１の円板１０１の回動の振幅の中心が羽ばたき装置１のほぼ真横方向になる状態で、振幅の中心に対して前後に、たとえば、±４５°の振幅で、羽軸１０８または前羽軸８０７を回動させることでホバリングが実現される。つまり、左の第１の円板１０１の回動の振幅中心と左の羽１０７の羽軸１０８または前羽軸８０７の先端とを結ぶ線と、右の第１の円板１０１の回動の振幅中心と右の羽１０７の羽軸１０８または前羽軸８０７の先端とを結ぶ線とが、ほぼ一直線上になるように、左右の羽１０７それぞれが前後方向に往復運動すれば、羽ばたき装置１はホバリングを行なう。
【０１２８】
また、上述の羽１０７の前後方向の±４５°の回動により、羽１０７には、鉛直下向きの流れ以外に、羽軸１０８または前羽軸８０７が延びる方向において、第１の円板１０１側から羽１０７の先端側へ向かうように、流体の流れが発生する。この流れを利用することで羽ばたき装置１に前後方向に移動させることができる。
【０１２９】
たとえば、駆動源１０００としてアクチュエータを用いて、第１の円板１０１の回動の振幅の中心を前側または後側にずらすことで、羽１０７の前後方向の往復運動である羽ばたき運動を前側または後側に偏らせる。それにより、上述の羽軸１０８または前羽軸８０７が延びる方向において、第１の円板１０１側から羽１０７の先端側へ向かう流れを羽ばたき装置１の後方または前方へ向けることができる。そのため、羽ばたき装置１は推進する力または後退する力を得ることができる。左右の羽１０７それぞれについて羽１０７の根元から先端へ向かう流れを、等しく後方へ向ける羽ばたき方に変更すれば、羽ばたき装置１は前進する。また、羽軸１０８または前羽軸８０７が延びる方向において羽１０７の根元側から羽１０７の先端側へ向かう流れを、左右の羽１０７について等しく、羽ばたき装置１の前方へ向ける羽ばたき方に変更すれば、羽ばたき装置１は後退することが可能となる。
【０１３０】
さらに、上述の羽１０７の表面において、羽軸１０８または前羽軸８０７が延びる方向において第１の円板１０１側から羽１０７の先端側へ向かう流れを用いることで、羽ばたき装置１を左右のいずれかへ旋回させることが可能である。
【０１３１】
たとえば、左の羽１０７のみ上述の羽軸１０８または前羽軸８０７が延びる方向において第１の円板１０１側から羽１０７の先端側へ向かう流れを後方に向ければ、羽ばたき装置１は右へ旋回しながら前進する。逆に、右の羽１０７のみ上述の羽軸１０８または前羽軸８０７が延びる方向において第１の円板１０１側から羽１０７の先端側へ向かう流れを後方に向ければ、羽ばたき装置１は左へ旋回しながら前進する。
【０１３２】
また、左の羽１０７のみ上述の羽軸１０８または前羽軸８０７が延びる方向において第１の円板１０１側から羽１０７の先端側へ向かう流れを前方に向け、かつ、右の羽１０７のみ上述の羽軸１０８または前羽軸８０７が延びる方向において第１の円板１０１側から羽１０７の先端側へ向かう流れを後方に向ければ、羽ばたき装置１は、その上方から見て反時計回りにその場で回転することができる。
【０１３３】
（浮上および降下）
浮上および降下を行なう最も単純な方法は、第１の円板１０１の回転速度を変更することにより、羽１０７の羽ばたき周波数を上昇または低下させる手法が挙げられる。
【０１３４】
また、前述の手法以外の浮上および降下を行なう手法としては、羽１０７の羽ばたきのストローク（振幅）を大きくする手法、すなわち第１の円板１０１の回動に起因した羽軸１０８または前羽軸８０７の前後方向の回動の振幅を大きくする手法が挙げられる。
【０１３５】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】実施の形態１の羽ばたき装置を示す図である。
【図２】図１に示す羽ばたき装置の羽ばたき機構部分を示す図である。
【図３】図１に示す羽ばたき装置の羽ばたき機構部分を拡大して示した図である。
【図４】図１〜図３に示す羽ばたき装置の機構部分の運動の状態を示す側面図である。
【図５】図１〜図３に示す羽ばたき装置の機構部分の運動の状態を示す側面図である。
【図６】図１〜図３に示す羽ばたき装置の機構部分の運動の状態を示す側面図である。
【図７】図１〜図３に示す羽ばたき装置の機構部分の運動の状態を示す側面図である。
【図８】図１〜図３に示す羽ばたき装置の機構部分の運動の状態を示す上面図である。
【図９】図１〜図３に示す羽ばたき装置の機構部分の運動の状態を示す上面図である。
【図１０】図１〜図３に示す羽ばたき装置の機構部分の運動の状態を示す上面図である。
【図１１】図１〜図３に示す羽ばたき装置の機構部分の運動の状態を示す上面図である。
【図１２】図１〜図３に示す羽ばたき装置の機構部分の形状の別の形態の一例を示す図である。
【図１３】図１〜図３に示す羽ばたき装置の機構部分の形状の別の形態の一例を示す図である。
【図１４】図１〜図３に示す羽ばたき装置の機構部分の形状の別の形態の一例を示す図である。
【図１５】図１〜図３に示す羽ばたき装置の機構部分の別の実施の形態を示す図である。
【図１６】図１〜図３に示す羽ばたき装置の機構部分の別の実施の形態を示す図である。
【図１７】実施の形態２の羽ばたき装置を示す図である。
【図１８】実施の形態２の羽ばたき装置の機構部分を示す図である。
【図１９】実施の形態２の羽ばたき装置の機構部分を拡大して示す図である。
【図２０】実施の形態２の羽ばたき装置における羽の動きを示す図である。
【図２１】実施の形態２の羽ばたき装置の羽のねじり角ψと第２の円板の回転角φとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３７】
１００  伝達軸、１０１  第１の円板、１０２  第２の円板、１０３  第３の円板、１０４  支持軸、１０５  第１のストッパ、１０６  第２のストッパ、１０７  羽、１０８  羽軸、１０９  第４の円板、２００  第１の円板の回転中心軸、８０７  前羽軸、８０８  後羽軸、８０９  前羽ひねり軸補強板、８１０  羽縁、８１１  第２の円板の回転軸（ひねり軸）、８２０  後羽軸補強板。
【図１】
2004237975.tif 000003
【図２】
2004237975.tif 000004
【図３】
2004237975.tif 000005
【図４】
2004237975.tif 000006
【図５】
2004237975.tif 000007
【図６】
2004237975.tif 000008
【図７】
2004237975.tif 000009
【図８】
2004237975.tif 000010
【図９】
2004237975.tif 000011
【図１０】
2004237975.tif 000012
【図１１】
2004237975.tif 000013
【図１２】
2004237975.tif 000014
【図１３】
2004237975.tif 000015
【図１４】
2004237975.tif 000016
【図１５】
2004237975.tif 000017
【図１６】
2004237975.tif 000018
【図１７】
2004237975.tif 000019
【図１８】
2004237975.tif 000020
【図１９】
2004237975.tif 000021
【図２０】
2004237975.tif 000022
【図２１】
2004237975.tif 000023