(57)【要約】【課題】  アクチュエータの駆動負荷を低減できる羽ばたき装置を提供する。【解決手段】  羽ばたき装置は、羽部１００の外周縁を構成する羽縁部１０１と羽縁部１０１の内側に張られた膜部１０２とを有する羽部１００と、羽部１００を支持するように、膜部１０２に取り付けられた第一の羽軸部１０３と、羽部１００を支持するように膜部１０２に取り付けられた第二の羽軸部１０４と、第一の羽軸部１０３の一端と接続され第一の羽軸部１０３を往復運動させる第一の駆動部１０５と、第一の駆動部１０５とは独立して駆動する駆動部であって第二の羽軸部１０４の一端と接続され第二の羽軸部１０４を往復運動させる第二の駆動部１０６とを備えている。また、第一の羽軸部１０３と第二の羽軸部１０４との間の距離は、羽部１００の幅ｗよりも小さい。【選択図】        図１
2005161935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が存在する空間を羽ばたくための羽部であって、該羽部の外周縁を構成する羽縁部と、該羽縁部の内側に張られた膜部とを有する羽部と、
該羽部を支持するように、前記膜部に取り付けられた第一の羽軸部と、
前記羽部を支持するように、前記膜部に取り付けられた第二の羽軸部と、
前記第一の羽軸部の一端と接続され、該第一の羽軸部を往復運動させる第一の駆動部と、
第一の駆動部とは独立して駆動することが可能であり、かつ、羽ばたき飛行時には、前記第一の羽軸部と所定の関係を保持しながら駆動することが可能な駆動部であって、前記第二の羽軸部の一端と接続され、該第二の羽軸部を往復運動させる第二の駆動部とを備え、
前記第一の羽軸部と前記第二の羽軸部との間の距離が、前記羽部の幅よりも小さい、羽ばたき装置。
【請求項２】
流体が存在する空間を羽ばたくための羽部であって、該羽部の外周縁を構成する羽縁部と、該羽縁部の内側に張られた膜部とを有する羽部と、
該羽部を支持するように、少なくとも一部が前記羽縁部のうちの前縁部に取り付けられた第一の羽軸部と、
前記羽部を支持するように、前記膜部に取り付けられた第二の羽軸部と、
前記第一の羽軸部の一端と接続され、該第一の羽軸部を往復運動させる第一の駆動部と、
第一の駆動部とは独立して駆動することが可能であり、かつ、羽ばたき飛行時には、前記第一の羽軸部と所定の関係を保持しながら駆動することが可能な駆動部であって、前記第二の羽軸部の一端と接続され、該第二の羽軸部を往復運動させる第二の駆動部とを備え、
前記第一の羽軸部と前記第二の羽軸部との間の距離が、前記羽部の幅よりも小さい、羽ばたき装置。
【請求項３】
前記第一の羽軸部と前記第二の羽軸部の間に挟まれた前記膜部がコルゲーション構造を有している、請求項１または２に記載の羽ばたき装置。
【請求項４】
前記第一の羽軸部と前記第二の羽軸部の間に挟まれた前記膜部のヤング率が、前記第一の羽軸部と前記第二の羽軸部の間に挟まれていない前記膜部のヤング率より大きな値である、請求項１または２に記載の羽ばたき装置。
【請求項５】
前記第一の羽軸部が、前記第一の駆動部に接続された第一の中軸部と、前記膜部に取り付けられ、該第一の中軸部が挿入された第一の筒部と、を有し、
羽ばたき運動中において、前記第一の筒部が、該第一の中軸部が延びる方向を回転軸として、回転する、請求項１または２に記載の羽ばたき装置。
【請求項６】
前記第一の羽軸が前記第二の羽軸よりも前縁に近い位置に設けられ、
前記第二の羽軸部が、前記第二の駆動部に接続された第二の中軸部と、前記膜部に取り付けられ、該第二の中軸部が挿入された第二の筒部と、を有し、
羽ばたき運動中において、前記第二の筒部が、該第二の中軸部が延びる方向を回転軸として、回転する、請求項１または２に記載の羽ばたき装置。
【請求項７】
前記羽部が静止している状態においては、前記第一の羽軸部または前記第二の羽軸部にほぼ平行な第一方向に沿って前記膜部を切ったときの断面形状の曲率よりも、前記第一方向にほぼ垂直な第二方向に沿って前記膜部切ったときの断面形状の曲率の方が大きい、請求項１または２に記載の羽ばたき装置。
【請求項８】
前記第一の羽軸部と前記第二の羽軸部との間の距離をａとし、前記羽部の長さをｌとしたときに、ｌ／ａが４以上である、請求項１または２に記載の羽ばたき装置。
【請求項９】
前記羽部の幅をｗとし、前記第一の羽軸部と前記第二の羽軸部との間の距離をａとしたときに、ｗ／ａ＝５以上である、請求項１または２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、羽ばたき飛行する羽部を有する羽ばたき装置に関するものであり、特に、１自由度のアクチュエータ２機を用いて、羽ばたきの打ち上げと打ち下ろしとの切り替わり時に、羽の捻り角（羽面に沿った羽弦方向の傾き）を変化させることが可能な羽ばたき装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、家庭内で使用可能なロボットなど、様々なロボットが開発されているが、羽ばたき飛行によって移動するマイクロロボットについても、その研究が盛んになりつつある。羽ばたき運動をさせる機構についても、３自由度のアクチュエータまたは１自由度のアクチュエータを２機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】
これまでに提案されている３自由度のアクチュエータは、非常に精密な加工精度が要求されるため、小型化することが困難である。
【０００４】
また、１自由度のアクチュエータを２機を用いた羽ばたき装置は、羽部を駆動させる２つの羽軸が羽部の前縁部および後縁部のそれぞれに設けられている。そのため、羽部を大きく捻るためには、２本の羽軸の往復運動の位相差を大きく変化させねばならない。その結果、アクチュエータの駆動負荷が大きくなってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来の問題を解消するためになされたものであり、その目的は、アクチュエータの駆動負荷を小さくすることができる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】
【０００６】
本発明の一の局面の羽ばたき装置は、流体が存在する空間を羽ばたくための羽部であって、その羽部の外周縁を構成する羽縁部と、その羽縁部の内側に張られた膜部とを有する羽部を備えている。また、羽ばたき装置は、羽部を支持するように、膜部に取り付けられた第一の羽軸部と、羽部を支持するように、膜部に取り付けられた第二の羽軸部とを備えている。さらに、羽ばたき装置は、第一の羽軸部の一端と接続され、第一の羽軸部を往復運動させる第一の駆動部と、第一の駆動部とは独立して駆動することが可能であり、かつ、羽ばたき飛行時には、第一の羽軸部と所定の関係を保持しながら駆動することが可能な駆動部であって、第二の羽軸部の一端と接続され、第二の羽軸部を往復運動させる第二の駆動部とを備えている。前述の構成の羽ばたき装置において、第一の羽軸部と第二の羽軸部との間の距離が、羽部の幅よりも小さい。
【０００７】
上記構成によれば、第一の羽軸部が羽部の前縁部設けられ、かつ、第二の羽軸部が後縁部に設けられている従来の羽ばたき装置に比較して、羽部の幅を変更することなく、すなわち、羽部の全体の面積を変更することなく、第一の羽軸部と第二の羽軸部との間の距離を小さくすることができる。その結果、羽部を捻るために必要となる第一の羽軸部の往復運動と第二の羽軸部の往復運動との間の位相差の変化の幅を小さくすることができる。したがって、第一駆動部および第二の駆動部の負荷を低減することができる。
【０００８】
また、本発明の他の局面の羽ばたき装置は、前述の第一の局面の羽ばたき装置において、第一の羽軸部が、膜部に取り付けられる代わりに、少なくとも第一の羽軸部の一部が羽縁部に取り付けられている。
【０００９】
上記構成によれば、一の局面の羽ばたき装置により得られる効果に加えて、羽部のフラッタリング（流体から受ける力によって、羽部の固有振動数で羽部が振動してしまう共振現象）を防止することができるため、羽ばたき飛行を安定化させることができる。
【００１０】
また、本発明の一の局面または他の局面の羽ばたき装置は、好ましくは、第一の羽軸部と第二の羽軸部の間に挟まれた膜部がコルゲーション構造を有している。
【００１１】
上記構成によれば、第一の羽軸部の往復運動の位相と第二の羽軸部の往復運動の位相との差によって羽部が捻られたときに、コルゲージョンが伸縮する。それにより、第一の羽軸部と第二の羽軸部との間に挟まれた膜部に生じる面内方向の応力を小さくすることができる。その結果、第一の羽軸部と第二の羽軸部との間に挟まれた膜部が第一の羽軸部と第二の羽軸部とを引き寄せ合う力が減少する。したがって、第一の駆動部および第二の駆動部の負荷が低減される。
【００１２】
また、本発明の一の局面または他の局面の羽ばたき装置は、好ましくは、第一の羽軸部と第二の羽軸部の間に挟まれた膜部のヤング率が、第一の羽軸部と第二の羽軸部の間に挟まれていない膜部のヤング率より大きな値である。
【００１３】
上記の構成によれば、第一の羽軸部の往復運動の位相と第二の羽軸部の往復運動の位相との差によって羽部が捻られたときに、第一の羽軸部と第二の羽軸部の間に挟まれた膜部に生じる面内方向の応力を小さくすることができる。したがって、上記のように、第一の駆動部および第二の駆動部の負荷が低減される。
【００１４】
また、本発明の一の局面または他の局面の羽ばたき装置は、好ましくは、第一の羽軸部が、第一の駆動部に接続された第一の中軸部と、膜部に取り付けられ、第一の中軸部が挿入された第一の筒部と、を有し、羽ばたき運動中において、第一の筒部が、第一の中軸部が延びる方向を回転軸として、回転する。
【００１５】
また、本発明の一の局面または他の局面の羽ばたき装置は、好ましくは、第一の羽軸が第二の羽軸よりも前縁に近い位置に設けられ、第二の羽軸部が、第二の駆動部に接続された第二の中軸部と、膜部に取り付けられ、第二の中軸部が挿入された第二の筒部と、を有し、羽ばたき運動中において、第二の筒部が、第二の中軸部が延びる方向を回転軸として、回転する。
【００１６】
上記構成によれば、第一の羽軸部の往復運動の位相と第二の羽軸部の往復運動の位相との間の差によって羽部が捻られたときに、第一の羽軸部と第二の羽軸部の間に挟まれた膜部が第一の羽軸部および第二の羽軸部の運動に追随する。そのため、第一の羽軸部と第二の羽軸部との間に挟まれた膜部に生じる面内方向の応力を小さくすることができる。したがって、上記のように、第一の駆動部および第二の駆動部の負荷が低減される。
【００１７】
また、本発明の一の局面または他の局面の羽ばたき装置は、羽部が静止している状態においては、第一の羽軸部または第二の羽軸部にほぼ平行な第一方向に沿って膜部を切ったときの断面形状の曲率よりも、第一方向にほぼ垂直な第二方向に沿って膜部切ったときの断面形状の曲率の方が大きい。
【００１８】
上記構成によれば、たとえば、羽部の打ち上げ方向に凸状にすれば、打ち上げ時に羽部の幅（翼弦長）が小さくなり、かつ、羽部が羽部の上面側（凸面側）から受ける流体力を低減させることができるとともに、打ち下ろし時に羽部の幅（翼弦長）が大きくなり、羽部が羽部の下面側（凹面側）から受ける流体力を増加させることができる。したがって、上記の構成によれば、羽ばたき装置の浮上力が増大する。さらに、滑空飛行時等には、通常の羽ばたき飛行で利用している抗力だけでなく、羽部が流体から受ける揚力を大きくすることができるため、羽ばたき飛行に必要なエネルギーを低減することができる。
【００１９】
本発明の羽ばたき装置は、第一の羽軸部と第二の羽軸部との間の距離をａとし、羽部の長さをｌとしたときに、ｌ／ａが４以上であることが望ましい。さらに、第一の羽軸部と第二の羽軸部との間の距離をａとし、羽部の長さをｌとしたときに、ｌ／ａが８以上であることが望ましい。また、第一の羽軸部と第二の羽軸部との間の距離をａとし、羽部の長さをｌとしたときに、ｌ／ａが１２以上であることがより望ましい。加えて、第一の羽軸部と第二の羽軸部との間の距離をａとし、羽部の長さをｌとしたときに、ｌ／ａが１６以上であることが望ましい。また、さらに、第一の羽軸部と第二の羽軸部との間の距離をａとし、羽部の長さをｌとしたときに、ｌ／ａが２０以上であることが最も望ましい。
【００２０】
ｌ／ａの値を大きくすると、羽ばたき飛行に必要な、第一の羽軸部の第二の羽軸部との間の位相差の絶対値を小さくすることができる。また、ｌ／ａの値を大きくすると、打ち上げ時の第一の羽軸部と第二の羽軸部との間の位相差と、打ち下ろし時の第一の羽軸部と第二の羽軸部との間の位相差と、の間の相違量（打ち上げと打ち下ろしとの間の位相差の変化の度合）も小さくすることができる。その結果、第一および第二の駆動部の負荷を低減することができる。
【００２１】
また、第一および第二の駆動部の負荷を低減するという観点では、羽部の幅をｗとし、第一の羽軸部と第二の羽軸部との間の距離をａとしたときに、ｗ／ａ＝５以上であることが望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態の羽ばたき装置を、図を用いて、詳細に説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１の羽ばたき装置の駆動部、羽軸部、および羽部を説明するための図である。
【００２４】
羽部１００は、羽の形状を形成する、すなわち、羽部１００の外周縁を構成する羽縁部１０１と、羽縁部１０１の内部に張られた膜部１０２とを有している。羽部１００は、羽ばたき運動において、流体に対して力を及ぼし、その力の反作用として、飛行に必要な浮上力（抗力および揚力を含む）を受け取る部分である。
【００２５】
第一の羽軸部１０３および第二の羽軸部１０４としては、長さが４０ｍｍであり、かつ、厚さおよび幅のそれぞれが１５０μｍであるステンレス製の角材が用いられている。ただし、第一の羽軸部１０３および第二の羽軸部１０４の材質および形状は、前述の材質および形状に限定されない。
【００２６】
また、羽縁部１０１には、厚さが２０μｍであり、かつ、幅が２００μｍであるステンレス製の角材が用いられている。それにより、前述の第一の羽軸部１０３および第二の羽軸部１０４のそれぞれを構成する角材よりも変形量の大きな柔らかい縁取りにすることができる。もちろん、飛行に適した軽くて強度の高い材質であれば、カーボングラファイトまたはキトサンなどの有機材料を羽縁部１０１の材料として用いることができる。
【００２７】
ただし、羽縁部１０１は、膜部１０２と異なる材料を用いて構成されるものではなく、単に膜部１０２の縁取り部、すなわち膜部１０２の外周部により構成されていてもよい。その場合には、膜部１０２は弾性率が高い材質で構成されることが望ましい。
【００２８】
また、膜部１０２は、模型飛行機などで使われている厚さが４μｍ程度のポリエチレンフィルムまたはポリイミドのような樹脂を用いて形成されている。ただし、膜部１０２には、いわゆる膜状の材質であるため、その面内方向の張力が主な内部応力として発生する。したがって、弾性率が低い場合は、羽縁部１０１に膜部１０２より高い弾性率の材質を用いるか、または、羽縁部１０１の縁縁取り部の形状を工夫することにより、縁取り部の弾性率が膜部１０２の内部の弾性率よりも高くすることが望ましい。このとき、羽縁部１０１は、その縁取り部の全周にわたって、同じ弾性率を有している必要はない。実際の羽ばたき装置の主たる飛行方向の側のみが、膜部１０２の内部より高い弾性率を有するだけで、羽部１００が流体から受ける力によってフラッタリング（流体から受ける力によって、羽部がその固有振動数で振動してしまう共振現象）することを防止することができる。
【００２９】
また、羽部１００には、第一の羽軸部１０３および第二の羽軸部１０４が取り付けられている。第一の羽軸部１０３の一端には、第一の羽軸部１０３を駆動させる第一の駆動部１０５が接続されている。第二の羽軸部１０４の一端には、羽軸部１０４を駆動させる第二の駆動部１０６が接続されている。
【００３０】
これら駆動部および羽軸部については、後述する「浮上方法」および「羽ばたき制御」の項目において、詳細に説明する。本実施の形態においては、羽を捻るために、第一の羽軸部１０３の往復運動の位相と第二の羽軸部１０４の往復運動の位相との間に位相差φが存在するが、一般的に打ち上げ時の第一の羽軸部１０３と第二の羽軸部１０４との間の位相差φ↑と打ち下ろし時の第一の羽軸部１０３と第二の羽軸部１０４との間の位相差φ↓とは異なる。
【００３１】
本実施の形態では、２本の羽軸部１０３および１０４が膜部１０２に取り付けられているため、実施の形態３において述べるように、従来の２本の羽軸が膜部の前縁と後縁とに設けられている場合に比較して、羽部１００の全体の面積を保持したまま、第一の羽軸部１０３と第二の羽軸部１０４との間の距離ａが羽幅ｗ（翼弦長）よりも小さくなるように、第一の羽軸部１０３および第二の羽軸部１０４を羽部１００に取り付けることができる（例えば、羽の長さｌ＝４０ｍｍ、かつ、羽の幅（翼弦長）ｗ＝１０ｍｍに対して、第一の羽軸部１０３と第二の羽軸部１０４との間の距離ａ＝２ｍｍである。これは、図５のｌ／ａ＝２０の場合に相当する。）。
【００３２】
このｌ／ａの値を大きくすると、羽ばたき飛行に必要な、第一の羽軸部１０３の第二の羽軸部１０４との間の位相差φの絶対値を小さくすることができる。また、ｌ／ａの値を大きくすると、打ち上げ時の第一の羽軸部１０３と第二の羽軸部１０４との間の位相差φ↑と打ち下ろし時の第一の羽軸部１０３と第二の羽軸部１０４との間の位相差φ↓との間の相違量（打ち上げと打ち下ろしとの間の位相差の変化の度合）も小さくすることができる。その結果、アクチュエータの駆動負荷を低減することができる。なお、アクチュエータの駆動負荷を低減するという観点から、ｗ／ａ＝５以上であることが望ましい。
【００３３】
（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２の羽ばたき装置の第一の駆動部２０５、第二の駆動部２０６、第一の羽軸部２０３、第二の羽軸部２０４、および羽部２００（羽縁部２０１，膜部２０２）を示す図である。これら各部位のそれぞれの構造は、基本的には、実施の形態１の第一の駆動部１０５、第二の駆動部１０６、第一の羽軸部１０３、第二の羽軸部１０４、および羽部１００（羽縁部１０１，膜部１０２）のそれぞれの構造とほぼ同様である。本実施の形態の羽ばたき装置が実施の形態１の羽ばたき装置と異なるところは、第一の羽軸部２０３が、前縁部の一部の羽縁部２０１上に取り付けられていることである。
【００３４】
本実施の形態の羽ばたき装置によっても、実施の形態１と同様に、羽部２００の全体の面積を保持したまま、第一の羽軸部２０３と第二の羽軸部２０４との間の距離ａを羽幅ｗ（翼弦長）よりも小さくすることができる。その結果、本実施の形態の羽ばたき装置によれば、従来の２本の羽軸が膜部の前縁と後縁とに設けられている場合に比較して、羽部１００に捻りを生じさせる、第一の羽軸部２０３の往復運動と第二の羽軸部２０４の往復運動との間の位相差に関して、打ち上げ時の位相差と打ち下ろし時の位相差との間の相違量を小さくすることができる。したがって、本実施の形態の羽ばたき装置によれば、実施の形態１の羽ばたき装置と同様の理由で、アクチュエータの駆動負荷を低減することができる。
【００３５】
また、実施の形態１の羽ばたき装置では、羽部１００（特に、羽軸部よりも飛行方向前方側の羽部）において、流体から受ける力によって羽部の固有振動数で羽部１００が振動してしまう共振現象、いわゆるフラッタリングが生じる。しかしながら、本実施の形態の羽ばたき装置によれば、第一の羽軸部２０３が、羽の前縁部の一部の羽縁部２０１上に形成されているため、フラッタリングの発生を防止することができる。その結果、実施の形態１の羽ばたき装置よりも、本実施の形態の羽ばたき装置の方が、羽ばたき飛行を安定させることができる。
【００３６】
（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３の羽ばたき装置の第一の駆動部３０５、第二の駆動部３０６、第一の羽軸部３０３、第二の羽軸部３０４、および羽部３００（羽縁部３０１，膜部３０２）を示す図である。これら各部位のそれぞれの構造は、基本的には、実施の形態２の第一の駆動部２０５、第二の駆動部２０６、第一の羽軸部２０３、第二の羽軸部２０４、および羽部２００（羽縁部２０１，膜部２０２）のそれぞれの構造とほぼ同様である。
【００３７】
本実施の形態の羽ばたき装置が、実施の形態２の羽ばたき装置と異なるところは、第一の羽軸部３０３と第二の羽軸部３０４とが、互いに平行に配置され、第一の羽軸部３０３および第二の羽軸部３０４のそれぞれの長さが、羽部３００の長さｌ（すなわち前縁の長さ）と一致していることである。
【００３８】
以下では、説明を分かりやすくするため、図３を用いて本発明の主旨を述べる。
【００３９】
「浮上方法」および「羽ばたき制御」の項で後述するように、羽ばたき運動によって飛行する場合、打ち下ろし時と打ち上げ時で、羽部３００が影響を及ぼす流体の体積を異ならせる必要がある。そのため、膜部３０２の平面が羽ばたき運動面（ストローク面）となす角（捻り角）αを、打ち上げ時と打ち下ろし時で変えなければならない。
【００４０】
そこで、第一の羽軸部３０３の往復運動と第二の羽軸部３０４の往復運動とが位相差φを有するようにする。この場合、羽先端部における捻り角αは、およそ次の式で表される。
【００４１】
α＝（ｌ／ａ）・｛ｓｉｎ［γ・ｃｏｓτ］−ｓｉｎ［γ・ｃｏｓ（τ＋φ）］｝
ここで、ａは羽軸間距離、ｌは羽の長さ、γは羽ばたき角、τは羽ばたき運動の位相を表す（図３および「羽ばたき制御」の項を参照のこと）。
【００４２】
この式から、第一の羽軸部３０３と第二の羽軸部３０４との間の距離ａが、羽部３００の長さｌより小さいほど、同じ位相差φに対して、より大きな捻り角αが得られることが分かる。つまり、第一の羽軸部３０３と第二の羽軸部３０４との間の距離ａが、羽部３００の長さｌより小さいほど、実際の羽ばたき飛行において、打ち上げ時の羽部３００の捻り角αと打ち下ろし時の羽部３００の捻り角αとの差、すなわち、打ち上げ時の位相差φ↑と、打ち下ろし時の位相差φ↓と間の相違量を小さくすることができる。したがって、駆動部３０５および３０６の負荷を減らせることができる。
【００４３】
例えば、後に「羽ばたき制御」で述べる図１０に示す羽ばたき飛行の例と同じ浮上力を得るためには、ｌ／ａ＝４である場合、打ち下ろし時の位相差φ↓＝１°であり、打ち上げ時の位相差φ↑＝４°であればよい。この場合、位相差の相違量は、３°であり、図１０を用いて後述する羽ばたき飛行の例の場合の位相差の相違量が１２°（打ち下ろし時の位相差φ↓＝４°であり、打ち上げ時の位相差φ↑＝１６°である）である場合に比べて、非常に小さい。
【００４４】
図５は、前述のαの式をグラフで表したものである。図５では、位相差は、φ＝４°に固定されており、捻り角αとｌ／ａの値との関係が示されている。
【００４５】
（実施の形態４）
図４は、本発明の実施の形態４の羽ばたき装置の第一の駆動部４０５、第二の駆動部４０６、第一の羽軸部４０３、第二の羽軸部４０４、および羽部４００（羽縁部４０１，膜部４０２）を示す図である。これら各部位のそれぞれの構造は、基本的には、実施の形態３の第一の駆動部３０５、第二の駆動部３０６、第一の羽軸部３０３、第二の羽軸部３０４、および羽部３００（羽縁部３０１，膜部３０２）のそれぞれの構造とほぼ同様である。
【００４６】
実施の形態３の羽ばたき装置においては、第一の羽軸部３０３の往復運動と第二の羽軸部３０４の往復運動との間に位相差φがある場合、２本の羽軸の間の部分の膜部３０２ａには、それ以外の膜部３０２ｂよりも大きな張力がかかるという問題がある。
【００４７】
そこで、本実施の形態の羽ばたき装置は、図４に示すように、第一の羽軸部４０３と第二の羽軸部４０３との間の膜部４０２ａにコルゲーション構造４０８が設けられている。本実施の形態の羽ばたき装置は、膜部４０２ａにコルゲージョン構造４０８が設けられている。なお、コルゲーション構造４０８に代えて、第一の羽軸部４０３と第二の羽軸部４０４の間に挟まれた膜部４０２のヤング率が、第一の羽軸部４０３と第二の羽軸部４０４の間に挟まれていない膜部４０２のヤング率より大きな値である構造が用いられてもよい。これらの構造によれば、前述の位相差φがあることに起因して膜部４０２ａに生じる張力を低減させることができる。その結果、第一の駆動部４０５および第二の駆動部４０６にかかる負荷を低減することができる。
【００４８】
また、実施の形態３の羽ばたき装置では、羽ばたき運動時のひねりによって、第一の羽軸部３０３と第二の羽軸部３０４の間の膜部４０２ａに捻じれが生じる。そのため、本実施の形態では、図４に示すように、第一の羽軸部４０３が中軸４１０ａと中軸４１０ａを外装する筒部４１１ａとにより構成され、中軸４１０ａと筒部４１１ａとが中軸４１０ａが延びる方向を中心軸として相対的に回転し得るように構成されている。
【００４９】
また、第二の羽軸部４０４が中軸４１０ｂと中軸４１０ｂを外装する筒部４１１ｂとにより構成され、中軸４１０ｂと筒部４１１ｂとが筒部４１１ｂが延びる方向を中心軸として相対的に回転し得るように構成されている。そのため、膜部４０２ａの捻じれによって膜部４０２ａと第一および第二の羽軸部４０３および４０４とに生じる歪み量が小さい。その結果、第一の駆動部４０５および第二の駆動部４０６にかかる負荷を低減することができる。
【００５０】
また、本実施の形態の羽ばたき装置は、図４に示すように、膜部４０２ｂの断面形状が所定の曲線で構成されている。例えば、この曲線を打ち上げ方向に凸状の曲線にすれば、打ち上げ時においては、羽幅（翼弦長）ｗが減少するように羽部４００が撓み、羽部４００の上側（突出する側）から羽部４００が受ける流体力が減少する。また、打ち下ろし時においては、羽幅（翼弦長）ｗが増加するように羽部４００が広がり、羽部４００がその下面（凹面側）から受ける流体力が増加する。
【００５１】
したがって、羽部４００が打ち上げ方向に凸状の曲線となる断面形状を有していれば、羽ばたき装置の浮上力が増加する。さらに、羽部４００が羽ばたき運動を行なわずに滑空飛行する場合には、羽部４００に揚力を生じさせることが可能になる。別な観点から言えば、羽部４００が静止している状態においては、第一の羽軸部４０３または第二の羽軸部４００４にほぼ平行な第一方向に沿って膜部４０２ａおよび４０２ｂを切ったときの断面形状の曲率よりも、第一方向にほぼ垂直な第二方向に沿って膜部４０２ａおよび４０２ｂ切ったときの断面形状の曲率の方が大きいことが望ましい。
【００５２】
（羽ばたき装置の構成）
図６（ａ）および図６（ｂ）を用いて、上述の実施の形態１〜４のそれぞれにおいて用いられる羽ばたき装置の基本構造を説明する。ただし、以下に説明する羽ばたき装置の羽部には、前述の実施の形態１〜４のそれぞれの羽ばたき装置の羽部、駆動部、および羽軸部が取り付けられるものとする。したがって、以下に示す羽ばたき装置の動作を上記実施の形態１〜４の羽ばたき装置が実行するものとする。
【００５３】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示す羽ばたき装置の駆動部には、１自由度の往復運動が可能な振動型アクチュエータが用いられている。図６（ａ）では、羽ばたき装置の前方正面部分が示され、図６（ｂ）では、羽ばたき装置の前方正面に向かって左側面部分が示されている。
【００５４】
なお、図６（ａ）、および図６（ｂ）では、羽ばたき装置の前方正面に向かって左羽しか示されていないが、実際には、胴体部７０５の中心軸７０９を挟んで左右対称に右羽も形成されている。また、説明を簡単にするため、胴体部７０５が延びる方向に沿った軸（胴体軸７０８）は水平面内にあり、重心を通る中心軸７０９は、鉛直方向に保たれているとものとする。
【００５５】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、羽ばたき装置の胴体部７０５には、第１の羽軸部７０３および第２の羽軸部７０４と、それらの間に張られた羽部（ここでは図を見易くするために、羽軸間の膜部７０６のみを示す）とを有する羽（左羽）が取り付けられている。
【００５６】
また、胴体部７０５には、第１の羽軸部７０３を駆動するための振動型アクチュエータ７０１と、第２の羽軸部７０４を駆動するための振動型アクチュエータ７０２とが搭載されている。このようなアクチュエータ７０１および７０２の配置、ならびに、第１の羽軸部７０３、第２の羽軸部７０４、および両羽軸間の膜部７０６を含む羽全体（ここでは図示されていない）の形状は、飛行の性能が損なわれないならば、図６に示されるものに限られない。
【００５７】
さらに、この羽ばたき装置の場合、羽の断面形状を鉛直上方に凸となるようにしておけば、水平方向へ飛行するときに、抗力だけでなく、揚力も発生し、より大きな浮上力が得られることになる。
【００５８】
また、この羽ばたき装置の重心の位置は、羽ばたき装置の安定性を重視する場合には、羽が周囲の流体から羽部が受ける力がアクチュエータに作用するアクチュエータの回転中心点の位置よりも下方に存在するように設定されていことが望ましい。一方、羽ばたき装置がその姿勢を容易に変更することができるということを重視する場合には、重心の高さと前述のアクチュエータの回転中心点の高さとを略一致させておくことが望ましい。この場合には、羽ばたき装置の姿勢を制御するために必要とされる、左の羽が流体から受ける力と右の羽が流体から受ける力との差が小さくてもよいため、羽ばたき装置の姿勢の変更を容易に行なうことができる。
【００５９】
２つの振動型アクチュエータ７０１および７０２は、互いに振動軸７００（振動型アクチュエータの振動の固定点、すなわち回転中心点を通る軸）を共有している。この振動軸７００と胴体軸７０８とは、所定の角度（９０°−θ）をなしている。第１および第２の羽軸部７０３および７０４のそれぞれは、振動型アクチュエータ７０１および７０２のそれぞれの回転中心軸を支点として振動軸７００と直交する平面内を往復運動する。この振動軸７００と直交する平面と胴体軸７０８とのなす角度が仰角θとなる。
【００６０】
胴体部７０５としては、機械的強度を確保するととも、十分な軽量化を図るために、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などを円筒状に成形したものが用いられることが望ましいが、胴体部７０５の材料および形状は、前述のような材料および形状に限定されるものではない。
【００６１】
さて、図６（ａ）および図６（ｂ）に示された羽ばたき装置では、振動型アクチュエータ７０１には羽軸部７０３が取り付けられ、振動型アクチュエータ７０２には羽軸部７０４が取り付けられている。
【００６２】
第１の羽軸部７０３と第２の羽軸部７０４との間には、膜部７０６が張られている。膜部７０６は、その面内において収縮する方向に自発的な張力を有しており、その張力は、羽全体の剛性を高める働きをしている。
【００６３】
軽量化のため、第１の羽軸部７０３および第２の羽軸部７０４のそれぞれは、中空構造であり、カーボングラファイトを用いて形成されている。このため、第１の羽軸部７０３および第２の羽軸部７０４のそれぞれには弾力性を有しており、第１の羽軸部７０３および第２の羽軸部７０４のそれぞれは、膜部７０６の面内に生じている張力に応じて変形する。
【００６４】
図７は、本羽ばたき装置の全体の構造を示す図である。なお、前方方向（紙面に向かって上方向）に向かって左側の羽は省略されている。
【００６５】
胴体部７０５には、加速度センサ１００３および角加速度センサ１００４が設けられている。これらのセンサによる検出結果は、演算部で処理された後、羽ばたき制御部１００５に送られる。演算部では、羽ばたき装置の浮上状態および姿勢などの情報が処理される。羽ばたき制御部１００５では、左右のアクチュエータ７０１，７０２および重心制御部１００７の駆動制御の態様が決定される。
【００６６】
なお、ここでは、本羽ばたき装置の浮上状態および姿勢などを検出する手段として、加速度センサ１００３および角加速度センサ１００４を用いたが、本羽ばたき装置の浮上状態および姿勢が計測可能なセンサであれば、羽ばたき装置に用いられるセンサは、前述のセンサに限定されない。
【００６７】
たとえば、直交する３軸方向の加速度を測定可能な加速度センサ２つをそれぞれ胴体部１０００の異なる位置に配置し、その２つの加速度センサにより得られる２つの加速度情報を用いても、本実施の形態の羽ばたき装置の姿勢を特定することは可能である。また、本実施の形態の羽ばたき装置が移動する空間内に磁場分布を設けておき、磁気センサによって、この磁場分布を検知することで、本実施の形態の羽ばたき装置の位置および姿勢を特定することも可能である。
【００６８】
また、図７においては、加速度センサ１００３および角加速度センサ１００４のようなセンサ類は、演算部および羽ばたき制御部１００５とは別部品として示されている。しかしながら、羽ばたき装置の重量の軽減を図るということを考慮すれば、たとえば、マイクロマシニング技術により、加速度センサ１００３および角加速度センサ１００４は一体的に同一基板上に形成されていてもよい。
【００６９】
また、本羽ばたき装置では、羽を駆動するために、オープンループ制御が用いられているが、羽の付け根に羽の角度センサが設けられ、この角度センサによって得られる角度情報を用いて、クローズドループ制御が行なわれてもよい。
【００７０】
なお、浮上する空間における流体の流れが既知であり、予め定められた羽ばたき方によって浮上することが可能であるならば、ここに挙げたセンサ類は必須のものではない。
【００７１】
羽ばたき制御部１００５は、メモリ部１００８にアクセス可能に接続されており、羽ばたき制御に必要な既存のデータをメモリ部１００８から読み出すことができる。また、羽ばたき制御部１００５は、各センサによって得られた情報をメモリ部１００８に送信し、必要に応じて、メモリ部１００８の情報を書き換えることが可能であり、それにより、羽ばたき装置に学習機能を持たせることができる。
【００７２】
なお、各センサによって得られた情報をメモリ部１００８に蓄積するだけであれば、羽ばたき制御部１００５を介さずに、メモリ部１００８とセンサのそれぞれとが、直接接続されていてもよい。また、羽ばたき制御部１００５は、通信制御部１００９に電気的に接続されており、羽ばたき制御部１０５と通信制御部１００９との間でデータの入出力が行なわれる。通信制御部１００９は、アンテナ部１０１０を介して、外部の装置（他の羽ばたき装置またはベースステーションなど）とデータの送受信を行なう。
【００７３】
このような通信機能により、羽ばたき装置が取得してメモリ部１００８に蓄えられたデータを速やかに外部の装置に転送することができる。また、羽ばたき装置では、入手できない情報を外部の装置から受け取り、そのような情報をメモリ部１００８に蓄積する。それにより、羽ばたき装置は、このような外部から送信されてきた情報を羽ばたき飛行の制御に利用することができる。たとえば、羽ばたき装置は、メモリ部１００８に大きなマップ情報の全てを記憶させておかなくても、随時、必要な範囲のマップ情報をベースステーションなどから入手することなどが可能となる。
【００７４】
なお、図８では、アンテナ部１０１０は、胴体部１０００の端から突き出た棒状のものとして示されているが、アンテナ部は、アンテナ部としての機能を有するものであれば、その形状および配置などは、図８に示すものに限定されない。たとえば、羽部７１４の羽縁部が利用され、羽縁上にループ状のアンテナ部が形成されていてもよい。また、胴体部１０００にアンテナ部を内蔵した形態の羽ばたき装置であっても、または、アンテナ部１０１０と通信制御部１００９とを一体化させた形態の羽ばたき装置であってもよい。
【００７５】
加速度センサ１００３、角加速度センサ１００４、演算部、羽ばたき制御部１００５、左右のアクチュエータ７０１，７０２、重心制御部１００７、メモリ部１００８、通信制御部１００９、およびアンテナ部１０１０などは、電源部１０１１により供給される電流によって駆動される。
【００７６】
ここでは、駆動エネルギーとして電力を用いたが、駆動エネルギーとして燃料を用いてもよく、その場合には、振動型アクチュエータの代わりに内燃機関が用いられる。また、昆虫の筋肉に見られるような、生理的酸化還元反応を利用したアクチュエータを用いることも可能である。また、駆動エネルギーを羽ばたき装置の内部に有する手法ではなく、アクチュエータの駆動エネルギーを外部から取得する手法が用いられてもよい。たとえば、外部の駆動エネルギーを利用して電力を得るための手段として、熱電素子または電磁波などが用いられてもよい。
【００７７】
（浮上方法）
説明の簡便のため、本羽ばたき装置に作用する外力は、羽が流体から受ける流体力および羽ばたき装置に作用する重力（羽ばたき装置の質量と重力加速度との積）のみであるとする。本羽ばたき装置が恒常的に浮上するためには、１回の羽ばたき動作の間の時間平均において、次の関係、
（羽に作用する鉛直上方向の流体力）＞（本羽ばたき装置に作用する重力）
を満たすことが必要とされる。１回の羽ばたき動作とは、羽を打ち下ろし動作とその直後の羽を打ち上げる動作とからなる動作を言う。
【００７８】
さらに、鉛直上向きの流体力を羽ばたき装置に作用する重力より大きくして、羽ばたき装置を上昇させるためには、
（打ち下ろし動作において羽に作用する鉛直上向きの流体力）
＞（打ち上げ動作において羽に作用する鉛直下向きの流体力）
となる必要がある。
【００７９】
ここでは、昆虫の羽ばたき方を単純化した羽ばたき方法により、打ち下ろし動作において羽に作用する鉛直上向きの流体力（以下、「打ち下ろし時の流体力」と言う。）を、打ち上げ動作において羽に作用する鉛直下向きの流体力（以下、「打ち上げ時の流体力」と言う。）より大きくする方法について説明する。
【００８０】
説明の簡便のため、流体の挙動および流体が羽に及ぼす力については、その主要成分を挙げて説明する。また、前述の羽ばたき方法により得られた浮上力と、本羽ばたき装置に作用する重力（以下「重量」と記す。）との大小関係については後述する。
【００８１】
打ち下ろし時の流体力を、打ち上げ時の流体力よりも大きくするためには、打ち下ろし時に羽部７１４が移動する空間の体積が最大になるように、羽部７１４を打ち下ろせばよい。そのためには、羽部７１４を水平面と略平行に打ち下ろせばよく、これにより、羽部７１４に及ぼされる流体力はほぼ最大となる。
【００８２】
反対に、打ち上げ時には、羽部７１４が移動する空間の体積が最小になるように羽部７１４を打ち上げればよい。そのためには、羽部７１４を水平面に対して略直角に近い角度で打ち上げればよく、これにより、羽部７１４に及ぼされる流体力はほぼ最小となる。
【００８３】
そこで、振動型アクチュエータ７０１および７０２のそれぞれが駆動することによって、振動軸７００の周りに両羽軸部７０３および７０４のそれぞれが往復運動する際に、羽軸部７０３および７０４のそれぞれが、水平面と略一致する位置を中心として上方と下方とにそれぞれ角度γの回転角だけ、往復運動するものとする。さらに、図９の第１の羽軸部の角度８０１および第２の羽軸部の角度８０２に示すように、第１の羽軸部７０３の往復運動の位相に対して、第２の羽軸部７０４の往復運動の位相をφだけ遅れさせる。
【００８４】
これにより、図８（ここではφ＝２０°として描いた）に示す一連の羽の往復運動のうち、τ＝０°〜１８０°の打ち下ろし時においては、より高い位置にある振動型アクチュエータ７０１の第一の羽軸部７０３が先に打ち下ろされるため、第１の羽軸部７０３および第２の羽軸部７０４の先端と羽軸間の膜部７０６（従って、図示されていないがその延長上にある羽部７１４）とが、水平に近づく。
【００８５】
一方、τ＝１８０°〜３１５°の打ち上げ時においては、第１の羽軸部７０３の先端と第２の羽軸部７０４の先端との高さの差が拡大されて、両羽軸間の膜部７０６も垂直に近づく。その結果、第１の羽軸部７０３と第２の羽軸部７０４との間に張られた羽軸間の膜部７０６の延長上にある羽部７１４が流体を押し下げまたは押し上げる量に差異が生じる。それにより、本実施の形態の羽ばたき装置の場合には、打ち下ろし時の流体力の方が、打ち上げ時の流体力よりも大きくなって浮上力が得られることになる。
【００８６】
この浮上力のベクトルは、位相差φを変化させることにより、前後に傾く。浮上力のベクトルが、前方に傾けば推進運動、後方に傾けば後退運動、真上に向けば、停空飛翔（ホバリング）状態となる。なお、実際の羽ばたき飛行では、位相差φ以外にも、羽ばたき周波数ｆまたは羽ばたき角γを制御することによって、前進、後退、およびホバリングの制御を行なうことが可能である。また、この羽ばたき装置では、羽ばたき仰角θを固定しているが、この羽ばたき装置に仰角θを変化させる機構をさらに追加すれば、羽ばたき方の制御の自由度を増加させることができる。
【００８７】
（羽ばたき制御）
実際の羽ばたき制御について、さらに詳細に説明する。上述した羽ばたき装置では、打ち下ろし動作または打ち上げ動作の際に、羽の先端部がなす捻り角α（図８参照）は、羽の長さをｌ、羽の幅をｗ、羽ばたき角をγ、羽ばたき運動の位相をτ（最も打ち上げた瞬間を０°、最も打ち下ろした瞬間を１８０°とする）、第１の羽軸部７０３と第２の羽軸部７０４の位相差をφとすれば（図８を参照）、次の式で表わされる。
【００８８】
α＝（ｌ／ｗ）・｛ｓｉｎ［γ・ｃｏｓτ］−ｓｉｎ［γ・ｃｏｓ（τ＋φ）］｝
実際には、前羽軸（第１の羽軸部７０３）および後羽軸（第２の羽軸部７０４）のいずれも弾性変形するため、捻り角αは、多少違った値を取る。また、第１の羽軸部７０３および第２の羽軸部７０４のそれぞれは、根元ほど、捻り角αが小さい。しかしながら、以下の議論では簡便のため、上の式のαを用いて説明する。
【００８９】
捻りを加えていない羽に作用する流体力の鉛直方向成分Ｆは、流体の密度をρ、羽ばたき角をγ、羽ばたき周波数をｆとすれば、
Ｆ＝（４／３）・π2・ρ・ｗ・γ2・ｆ2・ｌ3・ｓｉｎ2τ・ｃｏｓ［γ・ｃｏｓτ］
となる。
【００９０】
なお、羽に作用する流体力の水平方向成分は、左右の羽が同じ運動をすれば、互いに打ち消し合うことになる。
【００９１】
羽が捻り角αを有すると、上記の鉛直方向成分Ｆの羽ばたき運動平面に垂直な成分Ｌおよび水平な成分Ｄはそれぞれ次のようになる。
【００９２】
Ｌ＝Ｆ・ｃｏｓα・ｓｉｎα
Ｄ＝Ｆ・ｃｏｓ2α
さらに、羽ばたき仰角θを考慮すると、重量と釣り合うべき鉛直方向の成分Ａおよび前後運動の推進力となる水平方向成分Ｊは、打ち下ろし時では、
Ａ↓＝−Ｌ・ｃｏsθ＋Ｄ・ｓｉｎθ
Ｊ↓＝−Ｌ・ｓｉｎθ−Ｄ・ｃｏｓθ
打ち上げ時では、
Ａ↑＝Ｌ・ｃｏsθ−Ｄ・ｓｉｎθ
Ｊ↑＝Ｌ・ｓｉｎθ＋Ｄ・ｃｏｓθ
となる。
【００９３】
実際の浮上力および推進力のそれぞれは、羽ばたき運動の１周期の期間において上述の式を積分したものとなる。
【００９４】
以上より、この飛行制御の一例として、羽ばたき装置の羽の長さｌ＝４ｃｍ、羽の幅ｗ＝１ｃｍ、羽ばたき仰角θ＝３０°、羽ばたき角γ＝６０°、羽ばたき周波数ｆ＝５０Ｈｚ、打ち下ろし時の位相差φ↓＝４°、打ち上げ時の位相差φ↑＝１６°とした場合における鉛直方向成分Ａと水平方向成分Ｊの変化と各角度の変化との関係を、図１０に示す。
【００９５】
横軸は羽ばたき運動の１周期分（３６０°）が、位相τを用いて表わされている。横軸の位相は、前半（０°〜１８０°）が打ち下ろしを示し、後半（１８０°〜３６０°）が打ち上げを示している。各グラフの曲線は、前羽軸の羽ばたき角γf、後羽軸の羽ばたき角γb、水平面からの羽の捻り角（θ−α）、流体力の鉛直方向成分Ａ、および水平方向成分Ｊの時間変化をそれぞれ示している。
【００９６】
この例では、単位時間当たりの流体力の鉛直方向成分Ａにおいては、打ち下ろし時の方が、打ち上げ時より大きいため、羽ばたき運動の１周期の平均で、約５００ｄｙｎの鉛直上向きの流体力が１枚の羽で得られる。従って、２枚の羽では、羽ばたき装置の重量が約１ｇ以下であれば、浮上することができることになる。また、単位時間当たりの流体力の水平方向成分Ｊは、１周期の間にほぼ打ち消されるため、重量１ｇ程度の羽ばたき装置であれば、ホバリング可能となる。
【００９７】
本実施の形態の羽ばたき装置によれば、打ち下ろし時の位相差φ↓を大きくし、もしくは、打ち上げ時の位相差φ↑を小さくすれば、前進することができる。この時、水平に前進させるためには、周波数ｆを少し小さくすることが望ましい。逆に、打ち下ろし時の位相差φ↓を小さくし、もしくは、打ち上げ時の位相差φ↑を大きくすれば、後退することができる。この時、水平に後退させるには、周波数ｆを少し大きくすることが望ましい。
【００９８】
この羽ばたき装置では、例えば、打ち上げ時の位相差φ↑を１６°に保ったまま、打ち下ろし時の位相差φ↓を７°のように大きくするか、打ち下ろし時の位相差φ↓を４°に保ったまま、打ち上げ時の位相差φ↑を１１°のように小さくし、羽ばたき周波数ｆ＝４８Ｈｚに下げることで、最初の１秒間におよそ１ｍの速度で、水平に前進することができる。
【００９９】
また、例えば、打ち上げ時の位相差φ↑を１６°に保ったまま、打ち下ろし時の位相差φ↓を１°のように小さくするか、打ち下ろし時の位相差φ↓を４°に保ったまま、打ち上げ時の位相差φ↑を２４°のように大きくし、羽ばたき周波数ｆ＝５４Ｈｚに上げることで、最初の１秒間におよそ１ｍの速度で、水平に後退することができる。
【０１００】
ホバリング状態のまま、羽ばたき装置を上昇または下降させるためには、周波数ｆを上げるか、または、下げるか、すればよい。
【０１０１】
水平飛行中でも、上昇および下降については、主に周波数ｆによって制御が可能である。周波数ｆを上げることで羽ばたき装置は上昇し、周波数ｆを下げることで羽ばたき装置は下降する。
【０１０２】
この例では、打ち上げ動作中、もしくは、打ち下ろし動作中にも、羽の捻り角αをゆっくり変化させているが、これは、アクチュエータへの負荷を減らすためである。浮上力を得るための羽ばたき運動としては、打ち上げ動作中や打ち下ろし動作中は羽の捻り角αを一定の値に設定して、打ち下ろし動作から打ち上げ動作、もしくは、打ち上げ動作から打ち下ろし動作への変化点において、捻り角αを急激に変化させるようにしてもよい。
【０１０３】
羽ばたき仰角θ＝０°とした場合の鉛直方向成分Ａと水平方向成分Ｊの時間変化を各角度の時間変化とともに図１１に示す。この場合は、ハチドリのホバリングにヒントを得た羽ばたき運動である。なお、左右方向へ旋回するための舵取りは、左右の羽の羽ばたき運動を別々に制御できる場合、左の羽の羽ばたき運動によって生じる推進力と右の羽の羽ばたき運動によって生じる推進力とに差を持たせればよい。例えば、前方へ飛行中に、右方向へ旋回するためには、右羽の羽ばたき角γを左羽よりも小さくするか、もしくは、右羽の前羽軸と後羽軸の位相差を左羽よりも大きくするか、または、羽ばたき仰角θが制御できるような場合には、右羽のθを左羽よりも小さくするといった制御を行なう。これにより、右羽の推進力が左羽の推進力に比べて相対的に小さくなり、右に旋回することができる。羽ばたき装置を左へ旋回させる場合には、前述の制御と左右逆の制御を行えばよい。
【０１０４】
さらに、図９に示された重心制御部１００７を用いて、羽ばたき装置の重心を左右にずらすことで左右への旋回を行ってもよい。
【０１０５】
例えば、重心を羽ばたき装置の中心軸より右側にずらして、右羽を下方へ傾け、かつ、左羽を上方へ傾けるとともに左右羽の周波数ｆを大きくすることで、羽ばたき装置を右へ旋回させることができる。また、重心を羽ばたき装置の中心軸より左側へずらすとともに左右羽の周波数ｆを大きくすることで、羽ばたき装置を左に旋回させることができる。ただし、いずれの場合でも、姿勢の安定を保つために、左の羽の羽ばたきの周波数ｆと右の羽の羽ばたき周波数ｆとを同じ値に設定しておくことが望ましい。
【０１０６】
以上の説明では、第１および第２の羽軸部７０３および７０４のそれぞれの往復運動する２つの平面のそれぞれが、振動軸７００と直交する場合について述べた。したがって、この場合は、これら２つの平面が、互いに平行な関係となる。しかしながら、図７に示したように、羽軸部７０３が往復運動する平面と羽軸部７０４が往復運動する平面とが所定の角度を有するように交差する羽ばたき装置であってもよい。このようにすることによって、第１および第２の羽軸部７０３および７０４のそれぞれの弾性力および羽部７１４の張力を用いて、打ち上げ運動から打ち下ろし運動、または、打ち下ろし運動から打ち上げ運動に移る際の、羽の捻り角αの正値から負値、または、負値から正値への変化を高速化できる。
【０１０７】
また、図１２に示すように、第１の羽軸部７０３が延びる方向と第２の羽軸部７０４が延びる方向とが、互いに平行な位置から角度εだけ外側を向いている場合、羽軸部の付け根７０３ａと羽軸部の付け根７０３ｂと間の幅をｗ、羽軸部の長さを１として、
ｓｉｎε＞[（ｗ2＋８・ｌ2）1/2−ｗ]／４・ｌ
を満たすεであれば、羽の捻り角α＝０°（γｆ＝γｂ）における羽軸部の先端７０３ｂと羽軸部の先端７０３ｂとの間の距離Ｗｏが最大となる。このとき、羽軸部の弾性力および膜部の張力も最大となるため、捻り角αの変化を高速化することができる。また、｜α｜＞０の状態の方が羽ばたき装置が安定する。
【０１０８】
なお、上式を満たすεは、羽のアスペクト比Ａｐ（ｌ／ｗ）＝１の時、ε＞３０°、Ａｐ＝４の時、ε＞１７.２°、Ａｐ＝１０の時、ε＞１１.５°である。
【０１０９】
さらに、第１および第２の羽軸部７０３および７０４のそれぞれが、それぞれが延びる方向の軸の周りに回転できれば、第１の羽軸部７０３と第２の羽軸部７０４との位置関係が変化しても、常に、羽部７１４が第１および第２の羽軸部７０３および７０４に固定されている部分同士を互いに略向かい合わせにすることが可能となる。そのため、アクチュエータ７０１，７０２にかかる負荷が軽減されるため、高い効率で羽ばたき装置を制御することが可能となる。
【０１１０】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、産業用または家庭用のロボットに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】実施の形態１の羽ばたき装置を示す図である。
【図２】実施の形態２の羽ばたき装置を示す図である。
【図３】実施の形態３の羽ばたき装置を示す図である。
【図４】実施の形態４の羽ばたき装置を示す図である。
【図５】捻り角と羽ばたき運動の位相との間の関係を示す図である。
【図６】羽ばたき装置の一例の羽ばたき装置の駆動部の構造を示す図である。
【図７】図６に示す羽ばたき装置の駆動部において、第１の羽軸部の往復運動と第２の羽軸部の往復運動とが、位相差を有することを説明するための図である。
【図８】羽ばたき装置の一例の羽ばたき装置の全体の構成を示す図である。
【図９】図６および図７に示す羽ばたき装置の飛行態様の一例を示す図である。
【図１０】図６および図７に示す羽ばたき装置に所定の羽ばたき方をさせたときの浮上力および推進力を示す図である。
【図１１】図６および図７に示す羽ばたき装置に他の所定の羽ばたき方をさせたときの浮上力および推進力を示す図である。
【図１２】図６に示す羽ばたき装置において、第１の羽軸部が延びる方向と第２の羽軸部が延びる方向とが、互いに平行な位置から角度εずつ外側に向けられたときの２本の羽軸部の状態を示す図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１００，２００，３００，４００，７１４  羽部、１０１，２０１，３０１，４０１  羽縁部、１０２，２０２，３０２ａ，３０２ｂ，４０２ａ，４０２ｂ  膜部、１０３，２０３，３０３，４０３，７０３  第一の羽軸部、１０４，２０４，３０４，４０４，７０４  第二の羽軸部、１０５，２０５，３０５，４０５  第一の駆動部、１０６，２０６，３０６，４０６  第二の駆動部、７００  振動軸、７０１，７０２  振動型アクチュエータ、７０５  胴体部、７０６  羽軸間の膜部、７０７  羽の先端部、７０８  胴体軸、７０９  中心軸、８０１  第一の羽軸部の角度、８０２  第二の羽軸部の角度、１００１  ＣＣＤ、１００２  ＧＰＳ、１００３  加速度センサー、１００４  角加速度センサー、１００５  羽ばたき制御部、１００７  重心制御部、１００８  メモリ部、１００９  通信制御部、１０１０  アンテナ部、１０１１  電源部、７０３ａ，７０４ａ  羽軸部の付け根、７０３ｂ，７０４ｂ  羽軸部の先端。
【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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