(57)【要約】【課題】  目標物を見失った追跡ロボットが目標物を容易に再検出することができるロボットシステムを提供する。【解決手段】  第１追跡ロボット１０１は、目標物１００の追跡中においては、常に、第２追跡ロボット１０２から送信された第２追跡ロボット１０２の位置情報を受信している。そのため、第１追跡ロボット１０１は、障害物１０３によって目標物１００が遮られた場合には、第２追跡ロボット１０２の位置情報に基づいて、目標物１００を検出することができるまで、第２追跡ロボット１０２に近づくように、自己の速度ベクトルを変更する制御を繰り返す。【選択図】        図１
2005199377.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標物を追跡するための第１追跡ロボットと第２追跡ロボットとを備えた追跡ロボットシステムであって、
前記第１追跡ロボットおよび前記第２追跡ロボットのそれぞれは、
自己の運動によって外部から受ける力の反作用を利用して自己の位置を移動させる移動部と、
前記移動部を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを含み、
前記第２追跡ロボットは、
目標物を検出する機能および自己の位置を特定する機能のうち少なくともいずれか一方を有する第２検出部と、
前記第２検出部により検出された第２検出部情報を前記第１追跡ロボットへ送信する情報送信部とを含み、
前記第１追跡ロボットは、
前記目標物を検出する第１検出部と、
前記第２追跡ロボットから送信されてきた前記第２検出部情報を受信する情報受信部とを含み、
前記第１追跡ロボットは、前記第１検出部を用いて前記目標物を検出することができなくなった場合には、前記第２検出部情報に基づいて、当該第１追跡ロボットの移動に関する物理量を変更する制御を実行する、追跡ロボットシステム。
【請求項２】
前記第１追跡ロボットは、前記目標物が前記第１検出部によって検出されるまで、前記移動に関する物理量を変更する制御を繰り返す、請求項１に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項３】
前記第１追跡ロボットは、前記第１検出部によって前記目標物が検出されなくなった場合に、前記第２追跡ロボットに近づくように、前記移動に関する物理量を変更する制御を実行する、請求項１に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項４】
前記第２追跡ロボットは、前記第１追跡ロボットが前記第１検出部を用いて前記目標物を検出することができる状態か否を判別する判別部を備え、前記判別部によって前記第１追跡ロボットが前記第１検出部を用いて前記目標物を検出することができなくなったと判定された場合に、前記第１追跡ロボットから遠ざかるように、当該第２追跡ロボットの移動に関する物理量を変更する制御を実行する、請求項１に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項５】
前記第１追跡ロボットは、前記第１検出部によって前記目標物が検出されなくなった場合に、前記第２追跡ロボットと前記目標物とを結ぶ線に対して垂直な方向の成分を有する速度ベクトルで移動するように、前記移動に関する物理量を変更する制御を実行する、請求項１に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項６】
前記第１追跡ロボットは、
所定の基準点に対する当該第１追跡ロボットの位置を示す第１位置ベクトルを特定する第１位置特定部を含み、
前記第２追跡ロボットは、
前記第２検出部として前記所定の基準点に対する当該第２追跡ロボットの位置を示す第２位置ベクトルを特定する第２位置特定部を有し、かつ、前記第２位置ベクトルのデータを前記第１追跡ロボットへ送信し、
前記第１追跡ロボットは、
前記第２追跡ロボットから送信されてきた前記第２位置ベクトルのデータを受信し、かつ、
前記第２位置ベクトルのデータと前記第１位置ベクトルのデータとを用いて、前記第２位置ベクトルと前記第１位置ベクトルとの差のベクトルのデータを算出する、請求項１に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項７】
前記第１追跡ロボットは、前記差のベクトルのデータを用いて、前記第２追跡ロボットに対して近づくように、前記移動に関する物理量を変更する制御を実行する、請求項６に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項８】
前記第１追跡ロボットは、さらに、当該第１追跡ロボットの現在の速度ベクトルのデータを用いて、前記移動に関する物理量を変更する制御を実行する、請求項７に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項９】
前記第１追跡ロボットは、
所定の基準点に対する当該第１追跡ロボットの位置を示す第１位置ベクトルを特定する第１位置特定部を含み、
前記第２検出部は、
前記第２追跡ロボットの位置に対する前記目標物の位置の方向を示す第２方向単位ベクトルを特定する第２方向検出部と、
前記所定の基準点に対する当該第２追跡ロボットの位置を示す第２位置ベクトルを特定する第２位置特定部とを有し、
前記第２追跡ロボットは、前記第２方向単位ベクトルのデータおよび前記第２位置ベクトルのデータを前記第１追跡ロボットへ送信し、
前記第１追跡ロボットは、
前記第２追跡ロボットから送信されてきた前記第２方向単位ベクトルのデータおよび前記第２位置ベクトルのデータを受信し、
前記第１位置ベクトルのデータと前記第２位置ベクトルのデータとの差のベクトルを算出し、
前記差のベクトルのデータと前記第２方向単位ベクトルのデータとの外積を算出し、かつ、
前記外積のデータを用いて、前記第１追跡ロボットに対する前記第２追跡ロボットの方向と前記第２追跡ロボットに対する前記目標物の方向との双方に垂直な方向に移動するように、前記移動に関する物理量を変更する制御を実行する、請求項１に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項１０】
前記第１追跡ロボットは、
所定の基準点に対する当該第１追跡ロボットの位置を示す第１位置ベクトルを特定する第１位置特定部を含み、
前記第２追跡ロボットは、
前記第２検出部として前記所定の基準点に対する当該第２追跡ロボットの位置を示す第２位置ベクトルを特定する第２位置特定部を含み、
前記第１検出部は、前記第１追跡ロボットの位置に対する前記目標物の位置の方向を示す第１方向単位ベクトルを特定する第１方向検出部を有し、
前記第２検出部は、前記第２追跡ロボットの位置に対する前記目標物の位置の方向を示す第２方向単位ベクトルを特定する第２方向検出部を有し、
前記第２追跡ロボットは、前記第２位置ベクトルのデータおよび前記第２方向単位ベクトルのデータを前記第１追跡ロボットへ送信し、
前記第１追跡ロボットは、
前記第２追跡ロボットから送信されてきた前記第２位置ベクトルのデータおよび前記第２方向単位ベクトルのデータを受信し、
前記第１位置ベクトルのデータ、前記第１方向単位ベクトルのデータ、前記第２位置ベクトルのデータ、および前記第２方向単位ベクトルのデータを用いて、前記目標物の位置ベクトルを算出する、請求項１に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項１１】
前記第１追跡ロボットは、前記第１検出部により検出された第１目標物情報のデータを前記第２追跡ロボットへ送信し、
前記第２追跡ロボットは、前記第１目標物情報のデータを受信することができなくなった場合に、当該第２追跡ロボットの移動に関する物理量を変更する制御を実行する、請求項１に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項１２】
前記第１追跡ロボットは、
所定の基準点に対する当該第１追跡ロボットの位置を示す第１位置ベクトルを特定する第１位置特定部を含み、
前記第２追跡ロボットは、
前記第２検出部として前記所定の基準点に対する当該第２追跡ロボットの位置を示す第２位置ベクトルを特定する第２位置特定部を含み、
前記第１追跡ロボットは、前記第２追跡ロボットへ前記第１位置ベクトルのデータを送信し、
前記第２追跡ロボットは、
前記第２位置ベクトルと前記第１位置ベクトルとの差のベクトルを算出し、かつ、
前記差のベクトルを用いて、前記第１追跡ロボットから遠ざかるように、前記移動に関する物理量を変更する、請求項１１に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項１３】
前記第２追跡ロボットは、前記差のベクトルと当該第２追跡ロボットの現在の速度ベクトルとを用いて、前記移動に関する物理量を変更する制御を実行する、請求項１２に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項１４】
目標物を追跡するための追跡ロボットであって、
自己の運動によって外部から受ける力の反作用を利用して自己の位置を移動させる移動部と、
前記移動部を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記目標物を検出する検出部と、
前記目標物を追跡する外部装置から送信されてきた外部情報を受信する情報受信部とを備え、
前記制御部は、前記検出部を用いて前記目標物を検出することができなくなった場合に、前記外部情報を用いて、当該追跡ロボットの移動に関する物理量を変更する制御を実行する、追跡ロボット。
【請求項１５】
前記制御部は、前記目標物が前記検出部によって検出されるまで、前記移動に関する物理量を変更する制御を繰り返す、請求項１４に記載の追跡ロボット。
【請求項１６】
当該追跡ロボットは、所定の基準点に対する当該追跡ロボットの位置を示すロボット位置ベクトルを特定する位置特定部を含み、
前記外部情報は、前記外部装置の位置を示す装置位置ベクトルのデータを含み、
前記制御部は、前記装置位置ベクトルのデータと前記ロボット位置ベクトルのデータとを用いて、前記外部装置に近づくように、前記移動に関する物理量を変更する制御を実行する、請求項１４に記載の追跡ロボット。
【請求項１７】
前記追跡ロボットは、前記情報受信部として、所定の基準点に対する当該追跡ロボットの位置を示すロボット位置ベクトルを特定する位置特定部を有し、
前記外部情報は、前記外部装置の位置ベクトルを示す装置位置ベクトルのデータ、および、前記外部装置の位置に対する前記目標物の位置の方向を示す装置方向単位ベクトルデータを含み、
前記制御部は、前記ロボット位置ベクトルと前記装置位置ベクトルとの差のベクトルと前記装置方向単位ベクトルとの外積のデータとを用いて、当該追跡ロボットに対する前記外部装置の方向と前記外部装置に対する前記目標物の方向との双方に垂直な方向に移動するように、前記移動に関する物理量を変更する制御を実行する、請求項１４に記載の追跡ロボット。
【請求項１８】
前記外部装置は、その位置が固定された装置、移動可能なロボット、または、当該追跡ロボットとともに前記目標物を追跡する他の追跡ロボットである、請求項１４に記載の追跡ロボット。
【請求項１９】
前記移動部は、周囲空間からの流体力を受ける羽部であり、
前記羽部の動作によって周囲空間内を羽ばたき飛行する、請求項１４に記載の追跡ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動する目標物を追跡するための追跡ロボットを備えた追跡ロボットシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動する目標物の位置を検出するためのシステムについては、これまでも、様々な手法が提案されている。それらのシステムにおいては、検出装置が一定の位置に固定されているか、または、検出装置は移動できるロボットであるが、１台のロボットが検出した単独の目標物の検出情報のみを使用して目標物の位置を特定しているものである。
【特許文献１】特開２００２−２１８４４９号公報
【特許文献２】特開平３−６７１０号公報
【特許文献３】特開平５−１１８３９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、上述の特開２００２−２１８４４９号公報に記載の技術のように、検出装置が一定の位置に固定されているシステムにおいては、目標物が移動する範囲が広い場合、検出装置を多数の設置することが必要になる。また、目標物が予想し得ない位置に移動してしまうと、目標物を追跡することができなくなる。
【０００４】
また、特開平３−６７１０号公報、または、特開平５−１１８３９号公報に記載の技術のように、１台のロボットの単独の検出情報のみを用いて、目標物を追跡するシステムでは、ロボットが一旦目標物を見失うと、再度目標物を検出し得る位置にロボットを移動させることが困難である。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、目標物を追跡する追跡ロボットが目標物を見失った場合に、外部からその追跡ロボットへ目標物に関する情報を送信することによって、その追跡ロボットが目標物を検出できる位置に復帰し得る追跡ロボットシステムおよびそれに用いられる追跡ロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の追跡ロボットシステムは、目標物を追跡するための第１追跡ロボットと第２追跡ロボットとを備えた追跡ロボットシステムであり、次のような構成である。
【０００７】
第１追跡ロボットおよび第２追跡ロボットのそれぞれは、自己の運動によって外部から受ける力の反作用を利用して自己の位置を移動させる移動部と、移動部を駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部とを含んでいる。
【０００８】
第２追跡ロボットは、目標物を検出する機能および自己の位置を特定する機能のうち少なくともいずれか一方を有する第２検出部と、第２検出部により検出された第２検出部情報を第１追跡ロボットへ送信する情報送信部とを含んでいる。
【０００９】
第１追跡ロボットは、目標物を検出する第１検出部と、第２追跡ロボットから送信されてきた第２検出部情報を受信する情報受信部とを含んでいる。また、第１追跡ロボットは、第１検出部を用いて目標物を検出することができなくなった場合には、第２検出部情報に基づいて、第１追跡ロボットの移動に関する物理量を変更する制御を実行する。
【００１０】
上記の構成によれば、第１追跡ロボットは、第１検出部を用いて目標物を検出することができなくなった場合においても、第２追跡ロボットから送信されてくる第２検出部情報に基づいて移動の態様を変更することによって、目標物を検出することができる位置に移動することができる。
【００１１】
第１追跡ロボットは、より好ましくは、目標物が第１検出部によって検出されるまで、移動に関する物理量を変更する制御を繰り返す。この構成によれば、第１追跡ロボットが目標物を検出することができる確率が高まる。
【００１２】
また、第１追跡ロボットは、第１検出部によって目標物が検出されなくなった場合に、一例として、第２追跡ロボットに近づくように、移動に関する物理量を変更する制御を実行してもよい。
【００１３】
また、第２追跡ロボットは、第１追跡ロボットが第１検出部を用いて目標物を検出することができる状態か否を判別する判別部を備えており、判別部によって第１追跡ロボットが第１検出部を用いて目標物を検出することができなくなったと判定された場合に、第１追跡ロボットから遠ざかるように、当該第２追跡ロボットの移動に関する物理量を変更する制御を実行することが望ましい。
【００１４】
また、第１追跡ロボットは、第１検出部によって目標物が検出されなくなった場合に、他の例として、第２追跡ロボットと目標物とを結ぶ線に対して垂直な方向の成分を有する速度ベクトルで移動するように、移動に関する物理量を変更する制御を実行してもよい。
【００１５】
また、本発明の追跡ロボットシステムは、次のような構成であることが好ましい。
【００１６】
第１追跡ロボットは、所定の基準点に対する当該第１追跡ロボットの位置を示す第１位置ベクトルを特定する第１位置特定部を含んでいる。
【００１７】
第２追跡ロボットは、第２検出部として所定の基準点に対する当該第２追跡ロボットの位置を示す第２位置ベクトルを特定する第２特定部を有し、かつ、第２位置ベクトルのデータを第１追跡ロボットへ送信する。
【００１８】
さらに、第１追跡ロボットは、第２追跡ロボットから送信されてきた第２位置ベクトルのデータを受信する。その後、第１追跡ロボットは、第２位置ベクトルのデータと第１位置ベクトルのデータとを用いて、第２位置ベクトルと第１位置ベクトルとの差のベクトルのデータを算出する。
【００１９】
上記の構成によれば、第１追跡ロボットは、第２追跡ロボットとの間の距離を把握し、目標物の再検出に利用することができる。
【００２０】
次に、第１追跡ロボットは、差のベクトルのデータを用いて、第２追跡ロボットに対して近づくように、移動に関する物理量を変更する制御を実行する。
【００２１】
上記の構成によれば、第１追跡ロボットは、自身の位置に対する第２追跡ロボットの位置の方向を認識し、第２追跡ロボットへ近づくように移動することができる。
【００２２】
第１追跡ロボットは、さらに、当該第１追跡ロボットの現在の速度ベクトルのデータを用いて、移動に関する物理量を変更する制御を実行する。
【００２３】
上記の構成によれば、第１追跡ロボットは、自己の現在の速度ベクトルと自己の変更後の速度ベクトルとが大きく食い違うことを防止しながら、第２追跡ロボットへ近づくように移動することができる。
【００２４】
本発明の追跡ロボットシステムは、次のような構成であってもよい。
【００２５】
第１追跡ロボットは、所定の基準点に対する当該第１追跡ロボットの位置を示す第１位置ベクトルを特定する第１位置特定部を含んでいる。
【００２６】
第２検出部は、第２追跡ロボットの位置に対する目標物の位置の方向を示す第２方向単位ベクトルを特定する第２方向検出部と、所定の基準点に対する当該第２追跡ロボットの位置を示す第２位置ベクトルを特定する第２位置特定部とを有している。
【００２７】
第２追跡ロボットは、第２方向単位ベクトルのデータおよび第２位置ベクトルのデータを第１追跡ロボットへ送信する。
【００２８】
第１追跡ロボットは、まず、第２追跡ロボットから送信されてきた第２方向単位ベクトルのデータおよび第２位置ベクトルのデータを受信する。次に、第１追跡ロボットは、第１位置ベクトルのデータと第２位置ベクトルのデータとの差のベクトルを算出する。その後、第１追跡ロボットは、差のベクトルのデータと第２方向単位ベクトルのデータとの外積を算出する。次に、第１追跡ロボットは、外積のデータを用いて、第１追跡ロボットに対する第２追跡ロボットの方向と第２追跡ロボットに対する目標物の方向との双方に垂直な方向に移動するように、移動に関する物理量を変更する制御を実行する。
【００２９】
上記の構成によれば、第１追跡ロボットは、障害物が存在するために、目標物を第２検出部によって検出することができなくなった場合に、自身と第２追跡ロボットとの間の距離をある程度維持しながら障害物を回避することによって、目標物を検出する位置に移動することが可能となる。その結果、第１追跡ロボットが目標物を見付け出した後において、目標物の位置の特定の精度を向上させることができる。
【００３０】
また、本発明の追跡ロボットシステムは、次のような構成であってもよい。
【００３１】
第１追跡ロボットは、所定の基準点に対する当該第１追跡ロボットの位置を示す第１位置ベクトルを特定する第１位置特定部を含んでいる。
【００３２】
第２追跡ロボットは、所定の基準点に対する当該第２追跡ロボットの位置を示す第２位置ベクトルを特定する第２位置特定部を含んでいる。
【００３３】
第１検出部は、第１追跡ロボットの位置に対する目標物の位置の方向を示す第１方向単位ベクトルを特定する第１方向検出部を有している。
【００３４】
第２検出部は、第２追跡ロボットの位置に対する目標物の位置の方向を示す第２方向単位ベクトルを特定する第２方向検出部を有している。
【００３５】
第２追跡ロボットは、第２位置ベクトルのデータおよび第２方向単位ベクトルのデータを第１追跡ロボットへ送信する。
【００３６】
第１追跡ロボットは、第２追跡ロボットから送信されてきた第２位置ベクトルのデータおよび第２方向単位ベクトルのデータを受信する。第１追跡ロボットは、第１位置ベクトルのデータ、第１方向単位ベクトルのデータ、第２位置ベクトルのデータ、および第２方向単位ベクトルのデータを用いて、目標物の位置ベクトルを算出する。
【００３７】
上記の構成によれば、第１追跡ロボットと第２追跡ロボットとが協働して、目標物の位置を特定することができる。
【００３８】
また、本発明の追跡ロボットシステムは、次のような構成であってもよい。
第１追跡ロボットは、第１検出部により検出された第１目標物情報のデータを第２追跡ロボットへ送信する。
【００３９】
第２追跡ロボットは、第１目標物情報を受信することができなくなった場合に、当該第２追跡ロボットの移動に関する物理量を変更する制御を実行する。
【００４０】
上記の構成によれば、第１追跡ロボットのみならず第２追跡ロボットもまた自らの移動の態様を変更することによって、目標物を見失うことを予防することができる。
【００４１】
また、本発明の追跡ロボットシステムは、次のような構成であってもよい。
【００４２】
第１追跡ロボットは、所定の基準点に対する当該第１追跡ロボットの位置を示す第１位置ベクトルを特定する第１位置特定部を含んでいる。
【００４３】
第２追跡ロボットは、所定の基準点に対する当該第２追跡ロボットの位置を示す第２位置ベクトルを特定する第２位置特定部を含んでいる。
【００４４】
第１追跡ロボットは、第２追跡ロボットへ第１位置ベクトルのデータを送信する。
【００４５】
第２追跡ロボットは、第２位置ベクトルと第１位置ベクトルとの差のベクトルを算出し、差のベクトルを用いて、第１追跡ロボットから遠ざかるように、移動に関する物理量を変更する。
【００４６】
上記の構成によれば、第２追跡ロボットは、第１追跡ロボットが障害物の存在に起因して目標物を見失った場合に、第１追跡ロボットから遠ざかるように移動することができる。その結果、第２追跡ロボットは、第１追跡ロボットと目標物との間に存在する障害物に目標物が遮られてしまうことを予防することができる。
【００４７】
また、本発明の追跡ロボットは、第２追跡ロボットが、差のベクトルと当該第２追跡ロボットの現在の速度ベクトルとを用いて、移動に関する物理量を変更する制御を実行することが望ましい。
【００４８】
上記の構成によれば、第２追跡ロボットは、自己の現在の速度ベクトルと自己の変更後の速度ベクトルとが大きく食い違うことを防止しながら、第１追跡ロボットから遠ざかるように移動することができる。
【００４９】
本発明の追跡ロボットは、上記追跡ロボットシステムを構成するものであるため、上記追跡ロボットシステムに用いられた場合に、上記の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
本発明の実施の形態の追跡ロボットシステムを、図を用いて説明する。
【００５１】
本実施の形態においては、追跡される目標物１００、第１追跡ロボット１０１、および第２追跡ロボット１０２のいずれもが、後述の「羽ばたき装置の構成」で示される羽ばたきロボットである。このような構成を開示する目的は、本発明の追跡ロボットシステムが、２次元平面内での目標物の追跡行動に適用されるものに限定されず、３次元空間内での目標物の追跡行動にも適用され得ることを示すことにある。したがって、特に、本発明の追跡ロボットシステムに用いられるロボットは、羽ばたきロボットに限定されるものではなく、水中を移動するロボットでもあってもよく、また、主に２次元平面を移動する通常の歩行ロボットまたは車輪走行のロボットであってもよい。この場合、本発明の移動部は、羽部ではなく、胴体部、ひれ部、足部または車輪部である。また、羽ばたき飛行するロボットではなく、ヘリコプターまたは固定翼を有する航空機を追跡ロボットとして用いても、本実施の形態において説明される追跡ロボットシステムにより得られる効果とほぼ同様の効果を得ることが可能である。
【００５２】
追跡ロボット１０１、１０２は、後述の「羽ばたき装置の構成」に開示されているように、自己の位置ベクトルを計測するためのＧＰＳ用受信器と、自己の姿勢を計測するための加速度センサまたは３Ｄ（Dimension）モーションセンサと、目標物を認識し、追跡ロボットに対する目標物の方位角を算出するためのＣＣＤ（Charge Coupled Device）と、目標物の位置を特定するための計算を行なう演算部とを有している。これらは、いずれも従来から利用されている技術が用いられている。そのため、ここでは、センサなどの検出手段およびその検出信号を処理する手段については、特に詳細に述べない。
【００５３】
追跡ロボット自身の位置ベクトルを示すデータは、任意の基準点を原点として、ＧＰＳ（Global Positioning System）または簡易ＧＰＳで測定されたデータであり、このデータは、ＧＰＳ用の受信器が衛星から送信されてきた信号を受信することにより得られる。なお、本実施の形態では、ＧＰＳ用受信器を用いて基準点に対する自己の位置ベクトルを特定する手法を示すが、基準点に対する自己の位置ベクトルが特定できるのであれば、ＧＰＳのように、衛星から電波を受信することによって自己の位置ベクトルを特定する手法以外の手法が用いられてもよい。たとえば、基地局を基準点として、基地局の内部または外部に存在する電波塔またはアンテナから自己の位置ベクトルを特定し得る信号を受信する手法であってもよい。さらに、追跡ロボットが、自己の速度ベクトルと移動時間とを把握できる装置を内部に有し、現在の位置ベクトルに、速度ベクトルと移動時間との積のベクトルを順次加えていくことによって、自己の位置ベクトルを順次更新する手法が用いられてもよい。さらに、予め位置座標が決められたマークを検出することによって、そのマークの位置座標に基づいて、自己の位置座標を算出する手法が用いられてもよい。
【００５４】
（実施の形態１）
図１は、追跡ロボットが目標を見失った状態を示す図である。ここでは簡単のため、目標物１００を追跡する追跡ロボットが２台存在し、それぞれは、第１追跡ロボット１０１、第２追跡ロボット１０２と呼ばれるものとする。また、本実施の形態では、第１追跡ロボット１０１が、障害物１０３によって、目標物１００を見失ったものと仮定する。また、所定のタイミングにおいて、目標物１００は速度ベクトルＶT・ＰTで移動し、第１追跡ロボット１０１は速度ベクトルＶ1・Ｐ1で移動し、また、第２追跡ロボット１０２は速度ベクトルＶ2・Ｐ2で移動している。ここで、ＶT，Ｖ1，およびＶ2のそれぞれは、目標物１００、第１追跡ロボット１０１、および第２追跡ロボット１０２のそれぞれの速度の大きさを示し、ＰT，Ｐ1，およびＰ2のそれぞれは、目標物１００、第１追跡ロボット１０１、および第２追跡ロボット１０２のそれぞれが進む方向を示す方向単位ベクトルである。ただし、Ｐ1は、第１追跡ロボットの位置と目標物１００の位置とを結ぶ方向単位ベクトルであり、Ｐ2は、第２追跡ロボットの位置と目標物１００の位置とを結ぶ方向単位ベクトルである。
【００５５】
第１および第２追跡ロボット１０１および１０２のそれぞれは、基地局またはＧＰＳ用の衛星などから、位置座標の基準点１０７に対する自己の位置座標を示すデータを常時受信している。図１では、第１追跡ロボット１０１の位置は、第１位置ベクトルＸ1で示され、第２追跡ロボット１０２の位置は、第２位置ベクトルＸ2で示される。また、本実施の形態では、第１の追跡ロボット１０１は、目標物１００を見失った状態が想定されているため、第２の追跡ロボット１０２のみが、自己に対する目標物１００の方向（方位角、および、仰角または俯角）を示す第２方向単位ベクトルＰ2を取得できているものとする。
【００５６】
つまり、本実施の形態の追跡ロボットシステムにおいては、図２のＳＴ１に示すように、第１追跡ロボット１０１は、自己の第１位置ベクトルＸ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）のみを図１０に示すＧＰＳ用受信器１００２および演算部１０１５を用いて取得している。言い換えれば、第１追跡ロボット１０１は、図１に示す障害物１０３によって目標物１００が隠されているため、図１０に示すＣＣＤ１００１によって目標物１００を検出することができていない。その結果、第１追跡ロボット１０１は、自己に対する目標物１００の方向を示す第１方向単位ベクトルＰ1（ｐ1，ｑ1，ｒ1）を取得できていない。したがって、第１追跡ロボット１０１は、目標物１００を見失った直後においては、目標物１００を見失う直前の速度ベクトルＶ1・Ｐ1での移動を継続している。
【００５７】
一方、図２のＳＴ２において、第２追跡ロボット１０２は、自己に対する目標物１００の第２方向単位ベクトルＰ2（ｐ2，ｑ2，ｒ2）を、図１０に示すＣＣＤ１００１および演算部１０１５を用いて、取得している。また、第２追跡ロボット１０２は、自己の第２位置ベクトルＸ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を、図１０に示すＧＰＳ用受信器１００２および演算部１０１５を用いて、取得している。
【００５８】
図２のＳＴ３において、第１追跡ロボット１０１は、図１０に示す、羽ばたき制御部１００５、通信制御部１００９、およびアンテナ部１０１０を介して、第２追跡ロボット１０２に対して、第１位置ベクトルＸ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を示すデータを、第２追跡ロボット１０２へ送信する。その後、図２のＳＴ６において、第２追跡ロボット１０２は、図１０に示す通信制御部１００９およびアンテナ部１０１０を用いて、第１位置ベクトルＸ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を示すデータを受信する。このとき、第２追跡ロボット１０２は、第１追跡ロボット１０１から第１方向単位ベクトルＰ1を受信することができなくなっているため、第２追跡ロボット１０２の演算部１０１５は、第１追跡ロボット１０１が目標物１００を見失ったと判定する。
【００５９】
また、図２のＳＴ４において、第２追跡ロボット１０２は、図１０に示す、羽ばたき制御部１００５、通信制御部１００９、およびアンテナ部１０１０を介して、第２方向単位ベクトルＰ2（ｐ2，ｑ2，ｒ2）を示すデータおよび第２位置ベクトルＸ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を示すデータを、第１追跡ロボット１０１へ送信する。その後、図２のＳＴ５において、第１追跡ロボット１０１は、図１０に示す通信制御部１００９およびアンテナ部１０１０を用いて、第２方向単位ベクトルＰ2（ｐ2，ｑ2，ｒ2）を示すデータおよび第２位置ベクトルＸ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を示すデータを受信する。
【００６０】
前述のように、第１追跡ロボット１０１および第２追跡ロボット１０２は、図１０を用いて後述される通信制御部１００９およびアンテナ部１０１０が搭載されているため、自己が取得したデータを交換することが可能である。したがって、必要に応じて、第１位置ベクトルＸ1、第２位置ベクトルＸ2、第１方向単位ベクトル、および第２方向単位ベクトルＰ2等の、目標物の追跡に必要な情報を相互に共有することが可能である。
【００６１】
本実施の形態の追跡ロボットシステムでは、図２のＳＴ７に示すように、第１の追跡ロボット１０１が目標物１００を見失った場合には、第１追跡ロボット１０１が目標物１００を検出することができる位置に第１追跡ロボット１０１を復帰させる。そのために、第１追跡ロボット１０１は、目標物１００を見失う直前の速度ベクトルＶ1・Ｐ1に変更を加える。すなわち、第１の追跡ロボット１０１は、ＳＴ５において第２位置ベクトルＰ2を示すデータを受信した後、そのデータを用いて、変更後の速度ベクトルＶx・Ｐx＝（ａ・Ｖ1・Ｐ1＋ｂ・（Ｘ2−Ｘ1））を図１０に示す自らの羽ばたき制御部１００５において算出する。それにより、第１追跡ロボット１０１は、その進行方向を変更し、目標物１００がＣＣＤ１００１（またはセンサ）で検出される位置に移動する。第１追跡ロボット１０１は、前述のＳＴ１〜ＳＴ７に示すような速度ベクトルを変更する処理を、目標物１００がＣＣＤ１００１によって検出されるまで繰り返す。
【００６２】
なお、ＳＴ７の速度ベクトルの算出式に用いられている係数ａおよびｂは、第１追跡ロボット１０１の羽ばたき制御部１００５において算出された変更後の速度ベクトルの大きさ｜Ｖx・Ｐx｜＝｜ａ・Ｖ1・Ｐ1＋ｂ・（Ｘ2−Ｘ1）｜が、第１の追跡ロボット１０１が実現可能な最大速度を越えないようにするためのものである。
【００６３】
例えば、係数ａおよびｂは、次のように算出される。一旦、ａ＝ｂ＝１と仮定する。この仮定の下で、第１追跡ロボット１０１の変更後の速度ベクトル（ａ・Ｖ1・Ｐ1＋ｂ・（Ｘ2−Ｘ1））を算出する。次に、仮定の速度ベクトルの絶対値を第１追跡ロボット１０１が実現可能な最大速度で除算する。最後に、除算の結果の値がｃであれば、係数ａおよびｂのそれぞれを、１／ｃとする。
【００６４】
上記のような本実施の形態の追跡ロボットシステムにおいて重要なポイントは、前述の第１追跡ロボット１０１の速度ベクトルの変更のための算出式に、第２位置ベクトルＸ2と第１位置ベクトルＸ1との差に相当するベクトル（Ｘ2−Ｘ1）を用いること、および、変更後の速度ベクトル（ａ・Ｖ1・Ｐ1＋ｂ・（Ｘ2−Ｘ1））が、変更前の速度ベクトルＶ1・Ｐ1の成分を含んでいることである。これにより、第１追跡ロボット１０１は、目標物１００を見失う前の速度ベクトルＶ1・Ｐ1を急激に変更することなく、第２追跡ロボット１０２の位置ベクトルＸ2へ近づくことができる。
【００６５】
なお、前述の算出式においては、第１追跡ロボット１０１の変更前の速度ベクトルＶ1・Ｐ1を用いているが、速度ベクトルＶ1・Ｐ1の代わりに速度ベクトルＶ2・Ｐ2を用いてもよい。また、本実施の形態では、前述のＳＴ７の演算が第１追跡ロボット１０１において行なわれているが、前述のＳＴ７の演算は、第１の追跡ロボット１０１以外の、たとえば、第２の追跡ロボット１０２において行なわれてもよいとともに、位置座標の基準点１０７となる基地局などで行なわれてもよい。要するに、ＳＴ７の演算結果が、最終的に、目標物１００を見失った第１の追跡ロボット１０１に伝達される追跡ロボットシステムであれば、いかなる手法が用いられてもよい。
【００６６】
次に、ＳＴ８において、目標物１００がＣＣＤ１００１またはセンサにより検出されたか否かが判別される。ＳＴ８において、目標物１００がＣＣＤ１０００１またはセンサにより検出されていなければ、ＳＴ１〜ＳＴ７のステップを繰り返す。それにより、第１追跡ロボット１０１が目標物１００を検出することができる確率が高まる。
【００６７】
また、ＳＴ８において、目標物１００がＣＣＤ１００１またはセンサにより検出されていれば、ＳＴ９において、図７を用いて後述する処理を実行する。すなわち、第１および第２位置ベクトルＸ1およびＸ2を示すデータ、ならびに、第１および第２方向単位ベクトルＰ1およびＰ2を示すデータを用いて、目標物１００の位置ベクトルＸ0を算出する処理を実行する。
【００６８】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２の追跡ロボットシステムを示す図である。図３は図１とほぼ同様である。ただし、図３に示す本実施の形態の追跡ロボットシステムは、図１に示す実施の形態１の追跡ロボットシステムに比較して、第１追跡ロボット１０１が目標物１００を見失った場合には、第１追跡ロボット１０１だけでなく、第２追跡ロボット１０２もまた速度ベクトルを変更することのみが異なる。
【００６９】
より具体的には、本実施の形態が実施の形態１と異なるのは、第２の追跡ロボット１０２の速度ベクトルＶ2・Ｐ2にも、第１の追跡ロボット１０１の速度ベクトルＶ1・Ｐ1の変更と同様の手法によって、変更が加えられることである。このようにするのは、第１の追跡ロボット１０１が障害物１０３に遮られて目標物１００を見失った場合には、第２の追跡ロボット１０２も同一の障害物１０３に遮られて目標物１００を見失うという不都合が生じ易くなっているからである。本実施の形態の追跡ロボットシステムによれば、簡単な制御で、前述のような不都合を極力事前に回避することが可能である。
【００７０】
図４には、本実施の形態の追跡ロボットシステムにおいて行なわれる処理のフローチャートが示されている。図４に示す本実施の形態の追跡ロボットシステムの処理のフローチャートは、図２に示す実施の形態１の追跡ロボットシステムにおいて行なわれる処理のフローチャートに比較して、ＳＴ６の処理の後、ＳＴ６Ａにおいて、第２追跡ロボット１０２は、自己の演算部１０１５で、第１追跡ロボット１０１から第１方向単位ベクトルＰ1を受信することができなくなったと判定された場合に、すなわち、第１追跡ロボット１０１が目標物１００を見失ったと判定された場合に、第２追跡ロボット１０１がＳＴ１０において速度ベクトルを変更する処理を実行することのみが異なる。
【００７１】
ＳＴ１０において、算出式に用いられている係数ｄおよびｅはそれぞれ、算出された第２追跡ロボット１０２の変更後の速度ベクトルＶx・Ｐx＝（ｄ・Ｖ2・Ｐ1＋ｅ・（Ｘ2−Ｘ1））の大きさが、第２の追跡ロボット１０２が実現可能な最大速度を越えないようにするためのものである。
【００７２】
例えば、係数ｄおよびｅは、次のように算出される。一旦、ｄ＝ｅ＝１と仮定する。この仮定の下で、第２追跡ロボット１０２の変更後の速度ベクトル（ｄ・Ｖ2・Ｐ1＋ｅ・（Ｘ2−Ｘ1））を算出する。次に、仮定の速度ベクトルの絶対値を第２追跡ロボット１０２が実現可能な最大速度で除算する。最後に、除算の結果の値がｆであれば、係数ｄおよびｅのそれぞれを、１／ｆとする。
【００７３】
また、本実施の形態の追跡ロボットシステムにおいて重要なポイントは、前述の第２追跡ロボット１０２の速度ベクトルの変更のための算出式に、第２位置ベクトルＸ2と第１位置ベクトルＸ1との差に相当するベクトル（Ｘ2−Ｘ1）を用いることである。前述の算出式においては、第２追跡ロボット１０２の速度変更前の速度ベクトルＶ2・Ｐ2を用いているが、第２追跡ロボット１０２の速度ベクトルＶ2・Ｐ2の代わりに、第１追跡ロボット１０１が目標物１００を見失う前の第１追跡ロボット１０１の速度ベクトルＶ1・Ｐ1を用いてもよい。
【００７４】
ただし、本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、第２追跡ロボット１０２は、自己を基準とした目標物１００の方位角および仰角または俯角、すなわち、自己の位置に対する目標物１００の位置の方向である第２方位単位ベクトルＰ2が自身の追跡すべき方向を示しているため、速度ベクトルＶ1・Ｐ1を用いるよりも速度ベクトルＶ2・Ｐ2を用いれば、第２追跡ロボット１０２は、効率的な追跡および処理を実行することができる。
【００７５】
上記のような本実施の形態の追跡ロボットシステムによれば、第２追跡ロボット１０２は、ＳＴ６Ａにおいて、第１追跡ロボット１０１から方向単位ベクトルＰ1を示すデータを受信することができなくなったと判定された場合、ベクトル（Ｘ2−Ｘ1）を用いて、速度ベクトルを変更する。それにより、第２追跡ロボット１０２は、第１追跡ロボット１０１が目標物１００を見失った場合、第１追跡ロボット１０１から遠ざかるように移動することによって、目標物１００を見失うことを予防することができる。また、実施の形態１と同様に、本実施の形態においても、第２追跡ロボット１０２は、変更後の速度ベクトル（ａ・Ｖ2・Ｐ2＋ｂ・（Ｘ2−Ｘ1））が、変更前の速度ベクトルＶ2・Ｐ2の成分を含んでいる。したがって、第２追跡ロボット１０２は、目標物１００を見失う前の速度ベクトルＶ2・Ｐ2を急激に変更することなく、第１追跡ロボット１０１の位置ベクトルＸ1から遠ざかることができる。
【００７６】
なお、第２追跡ロボット１０２は、ＳＴ６Ａにおいて、第１追跡ロボット１０１から第１方向単位ベクトルＰ1（ｐ1，ｑ1，ｒ2）を示すデータを受信していると判定されれば、ＳＴ１１において、現状の速度ベクトルＶ１・Ｐ１を維持する。
【００７７】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３の追跡ロボットシステムを示す図である。図５は図１とほぼ同様である。ただし、図５に示す本実施の形態の追跡ロボットシステムは、図１に示す実施の形態１の追跡ロボットシステムに比較して、第１追跡ロボット１０１が目標物１００を見失った場合に、第１追跡ロボット１０１が、第１位置ベクトルＸ1と第２位置ベクトルＸ2との差に相当するベクトル（Ｘ2−Ｘ1）および第２方向単位ベクトルＰ2のそれぞれに対して垂直な方向の成分を含む速度ベクトルで移動することのみが異なる。
【００７８】
図６には、本実施の形態の追跡ロボットシステムにおいて行なわれる処理のフローチャートが示されている。図６に示す本実施の形態の追跡ロボットシステムの処理のフローチャートは、図２に示す実施の形態１の追跡ロボットシステムにおいて行なわれる処理のフローチャートに比較して、ＳＴ７において用いられる演算式のみが異なっている。
【００７９】
より具体的には、本実施の形態は、図６のＳＴ７において、速度ベクトルの変更のための算出式に、第２位置ベクトルＸ2と第１位置ベクトルＸ1との差に相当するベクトル（Ｘ2−Ｘ1）と第２方向単位ベクトルＰ2との外積（Ｘ2−Ｘ1）×Ｐ2を用いることが、実施の形態１と異なっている。
【００８０】
図５においては、第２位置ベクトルＸ2と第１位置ベクトルＸ1の差に相当するベクトル（Ｘ2−Ｘ1）と、第２方向単位ベクトルＰ2とは、紙面と平行である仮定としている。そのため、第１追跡ロボット１０１の変更後の速度ベクトルＶｘ・Ｐｘ＝［ｇ・Ｖ1・Ｐ１＋ｈ・（Ｘ2−Ｘ1）×Ｐ2］は、紙面に垂直な方向ベクトルと速度の大きさとを用いて表される。そのため、図５では、第１追跡ロボット１０１の変更後の速度ベクトルＶｘ・Ｐｘは、紙面に垂直な方向の矢印を示す記号◎を用いて描かれている。
【００８１】
図６のＳＴ７において、算出式に用いられている係数ｄおよびｅはそれぞれ、算出された第２追跡ロボット１０２の変更後の速度ベクトルＶｘ・Ｐｘの大きさ｜ｇ・Ｖ1・Ｐ１＋ｈ・（Ｘ2−Ｘ1）×Ｐ2｜が、第２の追跡ロボット１０２が実現可能な最大速度を越えないようにするためのものである。
【００８２】
例えば、係数ｇおよびｈは、次のように算出される。一旦、ｇ＝ｈ＝１と仮定する。この仮定の下で、第２追跡ロボット１０２の変更後の速度ベクトル［ｇ・Ｖ1・Ｐ１＋ｈ・（Ｘ2−Ｘ1）×Ｐ2］を算出する。次に、仮定の速度ベクトルの絶対値を第２追跡ロボット１０２が実現可能な最大速度で除算する。最後に、除算の結果の値がｆであれば、係数ｄおよびｅのそれぞれを、１／ｆとする。
【００８３】
図６に示すフローチャートのＳＴ１〜ＳＴ８を、目標物１００がＣＣＤ１００１またはセンサによって検出されるまで、短い時間間隔で繰り返す。このとき、外積は、常に、第２位置ベクトルＸ2と第１位置ベクトルＸ1との差に相当するベクトル（Ｘ2−Ｘ1）および第２方向単位ベクトルＰ2のそれぞれに対して垂直な方向のベクトルである。そのため、第１追跡ロボット１０１は、方向単位ベクトルＰ2の方向に延びる線（第２の追跡ロボット１０２と目標物１００とを結ぶ線）を回転軸として、その回転軸まわりを回転（旋回）する運動をすることになる。つまり、第２追跡ロボット１０２は、円錐の側面（周面）を螺旋の一部の軌跡を描きながら移動することになる。
【００８４】
その結果、第１の追跡ロボットは１０１と第２の追跡ロボット１０２とは、互いの距離をある程度保持したまま、再び、目標物１００が見える位置に移動できる可能性が高くなる。このことは、特に、第１の追跡ロボット１０１が、目標物１００を検出した後、目標物１００の位置を特定するステップにおいて重要である。
【００８５】
その理由は、次のようなものである。
【００８６】
以上、本発明の追跡ロボットシステムにおいては、実施の形態１〜３のそれぞれのフローチャートに示す処理が実行され、第１追跡ロボット１０１のＣＣＤ１００１またはセンサが目標物１００が検出された後においては、図７のフローチャートに示す処理が実行される。後述する図７のフローチャートが示すように、第１および第２追跡ロボット１０１および１０２のそれぞれが目標物１００を検出すると、三角測量の原理を用いて、第２追跡ロボット１０１から目標物１００までの距離｜Ｘ2−Ｘ0｜および第１追跡ロボット１０２から目標物１００までの距離｜Ｘ1−Ｘ0｜が算出されるとともに、目標物１００の位置ベクトルＸ0が算出される。このとき、第１方向単位ベクトルＰ1と第２方向単位ベクトルＰ2との内積（Ｐ1・Ｐ2）が小さいことが望ましく、そのために、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２との間の距離｜Ｘ2−Ｘ1｜が大きいことが望ましい。その理由は、図１、図３、および図５における第１方向単位ベクトルＰ1と第２方向単位ベクトルＰ2とのなす角ψが、ＣＣＤ１００１またはセンサにより検出される方位角、および仰角または俯角の、物理的または機械的な測定精度δより小さくならないようにすべきだからである。
【００８７】
なお、本実施の形態においても、第１追跡ロボット１０１は、変更後の速度ベクトルｇ・Ｖ1・Ｐ１＋ｈ・（Ｘ2−Ｘ1）×Ｐ2が、変更前の速度ベクトルＶ1・Ｐ1の成分を含んでいるため、急激な速度変更ではない、連続性がある速度変更を行なうことができる。
【００８８】
（目標物の位置の特定）
図７および図８を用いて、本実施の形態の追跡ロボットシステムにおいて、目標物の位置を特定するための処理を説明する。
【００８９】
第２追跡ロボット１０２が目標物１００をＣＣＤ１００１によって検出することができている、図２、図４、および図６のＳＴ９に示す状況では、以下のような処理が実行される。
【００９０】
図７のＳ１において、第１追跡ロボット１０１は、第１追跡ロボット１０１に対する目標物１００の第１方向単位ベクトルＰ1（ｐ1，ｑ1，ｒ1）を図１０に示すＣＣＤ１００１および演算部１０１５を用いて取得するとともに、自己の第１位置ベクトルＸ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を図１０に示すＧＰＳ用受信器１００２および演算部１０１５を用いて取得する。
【００９１】
また、図７のＳ２において、第２追跡ロボット１０２は、第２追跡ロボット１０２に対する目標物１００の第２方向単位ベクトルＰ2（ｐ2，ｑ2，ｒ2）を、図１０に示すＣＣＤおよび演算部１０１５を用いて、取得するとともに、自己の第２位置ベクトルＸ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を、図１０に示すＧＰＳ用受信器１００２および演算部１０１５を用いて、取得する。
【００９２】
図７のＳ３において、第２追跡ロボット１０２は、図１０に示す、羽ばたき制御部１００５、通信制御部１００９、およびアンテナ部１０１０を介して、第１追跡ロボット１０１に対して、第２方向単位ベクトルＰ2（ｐ2，ｑ2，ｒ2）を示すデータおよび第２位置ベクトルＸ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を示すデータを送信する。
【００９３】
図７のＳ４において、第１追跡ロボット１０１は、図１０に示す通信制御部１００９およびアンテナ部１０１０を用いて、第２方向単位ベクトルＰ2（ｐ2，ｑ2，ｒ2）を示すデータおよび第２位置ベクトルＸ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を受信する。
【００９４】
図７のＳ５において、第１追跡ロボット１０１は、羽ばたき制御部１００５において、後述する三角測量の原理を利用した演算を行ない、目標物１００の第１位置ベクトルＸ1（ｐ0，ｑ0，ｒ0）を算出する。また、Ｓ５においては、第１位置ベクトルＸ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）および第２位置ベクトルＸ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を用いて、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２との間の距離｜Ｘ1−Ｘ2｜＝｜（ｘ1，ｙ1，ｚ1）−（ｘ2，ｙ2，ｚ2）｜を算出する。
【００９５】
図７のＳ６において、第１追跡ロボット１０１は、図１０に示す通信制御部１００９およびアンテナ部１０１０を用いて、目標物１００の位置ベクトルＸ0（ｐ0，ｑ0，ｒ0）のデータを第２追跡ロボット１０２に対して送信し、第２追跡ロボット１０２は、図１０に示す通信制御部１００９およびアンテナ部１０１０を用いて、目標物１００の位置ベクトルＸ0（ｐ0，ｑ0，ｒ0）のデータを受信する。
【００９６】
次に、図７のＳ７では、第１追跡ロボット１０１は、羽ばたき制御部１００５において、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２との間の距離｜Ｘ1−Ｘ2｜＝｜（ｘ1，ｙ1，ｚ1）−（ｘ2，ｙ2，ｚ2）｜が第１所定値以上であるか否かを判別する。Ｓ７において、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２との間の距離｜Ｘ1−Ｘ2｜が第１所定値以上でないと判定されれば、Ｓ８において、第１追跡ロボット１０１は、自己の移動速度のベクトルを変更して、第２追跡ロボット１０２から遠ざかる。
【００９７】
また、Ｓ７において、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２との間の距離｜Ｘ1−Ｘ2｜が第１所定値以上であると判定されれば、Ｓ９では、第１追跡ロボット１０１は、羽ばたき制御部１００５において、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２との間の距離｜Ｘ1−Ｘ2｜が第２所定値（＞第１所定値）以下であるか否かを判別する。Ｓ９において、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２との間の距離｜Ｘ1−Ｘ2｜が第２所定値以下でないと判定されれば、Ｓ１０では、第１追跡ロボット１０１は、自己の移動速度のベクトルを変更して、第２追跡ロボット１０２に近づく。
【００９８】
Ｓ９において、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２との間の距離｜Ｘ1−Ｘ2｜が第２所定値以下であると判定されれば、第１追跡ロボット１０１は、現状の自己の移動の速度ベクトルを維持する。なお、速度ベクトルを算出するための演算は、羽ばたき制御部１００５において行なわれている。このように、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２との間の距離に応じて、第１追跡ロボット１０１の速度ベクトルを変更することにより、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２とが、離れ過ぎたり、遠ざかり過ぎたりすることが防止される。
【００９９】
なお、本実施の形態では、第１追跡ロボット１０１の速度ベクトルを変更する例が示されているが、第１追跡ロボット１０１から第２追跡ロボット１０２へ送信された目標物の位置ベクトルＸ0を示すデータを用いて、第２追跡ロボット１０２がその速度ベクトルを変更する追跡ロボットシステムであってもよい。
【０１００】
なお、追跡ロボットに対する目標物の方位角を測定する手法は、ＣＣＤを用いる手法に限定されず、目標物の物理的特性または目標物の物理的特性の測定精度に応じて、超音波センサなどのソナー、赤外線センサ、または紫外線センサなど、目標物と周囲の環境とを区別できるセンサを用いる手法であれば、いかなる手法であってもよい。
【０１０１】
また、より具体的には、追跡ロボットは、その追跡ロボットに対する目標物の方向、すなわち方位角を示す方向単位ベクトルを、次の手法により取得する。まず、ＣＣＤにより目標物の画像データが検出される。このとき、羽ばたき制御部１００５において、目標物が、追跡ロボットが向く方向に対して、いずれの方向（方位角λ、仰角υ）に存在するかが画像データを用いて抽出される。
【０１０２】
次に、角加速度センサまたは３Ｄモーションセンサで検出された追跡ロボットの姿勢を示すデータ（直交座標の３軸のそれぞれ回りの回転角のそれぞれ：ロール角、ピッチ角、ヨー角）分だけ、画像データを補正する。それにより、極座標データで得られた方向単位ベクトルを特定可能なデータが直交座標データに変換される。すなわち、検出された追跡ロボットに対する目標物の方位角λおよび仰角υが、次式を用いて、直交座標の方向単位ベクトルＰ0（ｐ0，ｑ0，ｒ0）に変換される。
【０１０３】
ｐ0  ＝  ｃｏｓλ×ｃｏｓυ
ｑ0  ＝  ｓｉｎλ×ｃｏｓυ
ｒ0  ＝  ｓｉｎυ
さらに、追跡ロボットが向く方向が、基準となる直交座標のそれぞれの軸に対して、ロール角Ａ、ピッチ角Ｂ、およびヨー角Ｃのそれぞれだけ傾いていれば、一般の回転に関する座標変換を用いて、次のように、第１追跡ロボット１０１の向く方向を基準としたときの直交座標における方向単位ベクトルＰ0（ｐ0，ｑ0，ｒ0）を、ＧＰＳにおいて基準として用いられている直交座標における方向単位ベクトルＰ1（ｐ1，ｑ1，ｒ1）を変換する。
【０１０４】
【数１】
2005199377.tif 000003
【０１０５】
その結果、ＧＰＳにおいて基準として用いられている直交座標での目標物１００の方向単位ベクトルＰ1（ｐ1，ｑ1，ｒ1）が算出される。
【０１０６】
このようにして、第１追跡ロボット１０１は、所定の基準点に対する自己の位置ベクトルを示す第１位置ベクトルのデータを得るとともに、第２追跡ロボット１０２は、所定の基準点に対する自己の位置ベクトルを示す第２位置ベクトルのデータを得る。また、第１追跡ロボット１０１は、自己に対する目標物１００の方向を示す第１方向単位ベクトルのデータを得るとともに、第２追跡ロボット１０２は、自己に対する目標物１００の方向を示す第２方向単位ベクトルのデータを得る。それにより、図７に示すように、第１追跡ロボット１０１は、第１および第２位置ベクトルのデータならびに第１および第２方向単位ベクトルのデータを用いて、三角測量の原理を用いて、目標物１００の位置ベクトルのデータを算出する。
【０１０７】
なお、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２とは、通信により、位置ベクトルのデータおよび方向単位ベクトルのデータを交換する。ただし、本実施の形態では、位置ベクトルのデータおよび方向単位ベクトルのデータは、第２追跡ロボット１０２から第１追跡ロボット１０１へのみ送信される。
【０１０８】
具体的には、第１追跡ロボット１０１の羽ばたき制御部１００５では、次のような演算が行なわれている。
【０１０９】
第１追跡ロボット１０１の所定の基準点に対する位置を示す第１位置ベクトルをＸ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）とし、第１追跡ロボット１０１に対する目標物１００の方向を示す第１方向単位ベクトルをＰ1（ｐ1，ｑ1，ｒ1）とすると、目標物１００の位置ベクトルＸ0（ｘ0，ｙ0，ｚ0）は、実数パラメータｓを用いて、次の式により表される。
【０１１０】
Ｘ0（ｘ0，ｙ0，ｚ0）＝（ｐ1・ｓ＋ｘ1，ｑ1・ｓ＋ｙ1，ｒ1・ｓ＋ｚ1）
同様に、第１追跡ロボット１０２の所定の基準点に対する位置を示す第２位置ベクトルをＸ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）とし、第２追跡ロボット１０２に対する目標物１００の方向を示す第２方向単位ベクトルをＰ2（ｐ2，ｑ2，ｒ2）とすれば、目標物１００の位置ベクトルＸ0（ｘ0，ｙ0，ｚ0）は、実数パラメータｔを用いて、次の式により表される。
【０１１１】
Ｘ0（ｘ0，ｙ0，ｚ0）＝（ｐ2・ｔ＋ｘ2，ｑ2・ｔ＋ｙ2，ｒ2・ｔ＋ｚ2）
前述の２つの式の右辺が等しいため、連立方程式を用いて未知数であるパラメータｓおよびｔの値を算出すれば、目標物１００の位置ベクトルＸ0（ｘ0，ｙ0，ｚ0）の値が得られる。
【０１１２】
次に、図１、図３、および図５のそれぞれにおいて障害物１０３がなく、第１追跡ロボット１０１および第２追跡ロボット１０２の双方が目標物１００を検出することができている場合に、第１追跡ロボット１０１、第２追跡ロボット１０２、および目標物１００がほぼ一直線上に並んでしまう状態になることを回避する手法を説明する。この手法を説明するにあたっては、第１追跡ロボット１０１に対する目標物１００の方向単位ベクトルと、第２追跡ロボット１０２に対する目標物１００の方向単位ベクトルとがなす角度をψとする。したがって、以下において説明される手法は、角度ψが第１追跡ロボット１０１および第２追跡ロボット１０２のそれぞれに搭載されたＣＣＤ１００１および角加速度センサを用いて算出され得る以上の角度になるようにする手法である。
【０１１３】
図８は、本実施の形態で用いられる手法を説明するためのフローチャートである。ここでも、図７を用いて説明したように、第２追跡ロボット１０２から第１追跡ロボット１０１へ測定データ（ここでは、第２位置ベクトルおよび第２方向単位ベクトル）を送信する。また、目標物１００の位置ベクトルを算出する演算は、実施の形態１と同様に、第１追跡ロボット１０１において行なわれている。図８に示すＳ１１〜Ｓ１４の処理は、図７に示すＳ１〜Ｓ４の処理と全く同様である。
【０１１４】
しかしながら、第１および第２追跡ロボット１０１および１０２のそれぞれから追跡ロボットとは異なる基地局またはマザーロボットのような外部装置へ、第２位置ベクトルおよび第２方向単位ベクトルを示すデータを送信し、外部装置において算出された目標物の位置ベクトルのデータを第１および第２追跡ロボット１０１および１０２のそれぞれが受信するような追跡ロボットシステムであってもよい。
【０１１５】
また、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２との間において、計算処理を分担することも考えられる。しかしながら、本実施の形態では、説明を簡単にするため、追跡ロボットの１台（ここでは、第１追跡ロボット１０１）が計算処理を行なうものとする。
【０１１６】
次に、図８のＳ１５においては、第１追跡ロボット１０１に対する目標物１００の第１方向単位ベクトルＰ1（ｐ1，ｑ1，ｒ1）と第２追跡ロボット１０２に対する目標物１００の第２方向単位ベクトルＰ2（ｐ2，ｑ2，ｒ2）とがなす角度ψが、次の式を用いて算出される。
【０１１７】
ｃｏｓψ＝ｐ1・ｐ2＋ｑ1・ｑ2＋ｒ1・ｒ2
すなわち、第１方向単位ベクトルＰ1（ｐ1，ｑ1，ｒ1）と第２方向単位ベクトルＰ2（ｐ2，ｑ2，ｒ2）とがなす角度ψは、それらのベクトルの内積ｃｏｓψを算出することによって、算出される。なお、ｃｏｓψに対応するψの値は予めデータテーブルに記憶されているため、ψの値は、ｃｏｓψの値が算出されれば、ｃｏｓψの値に応じて一義的に導き出される。
【０１１８】
本実施の形態の追跡ロボットシステムにおいては、常に、角度ψが一定値以上の値に維持される。これにより、第１追跡ロボット１０１、第２追跡ロボット１０２、および目標物１００のそれぞれは、常に、三角形の頂点に位置する。すなわち、第１追跡ロボット１０１、第２追跡ロボット１０２、および目標物１００が一直線上に位置することがない。そのため、本実施の形態の追跡ロボットシステムの手法によれば、目標物１００の位置を特定できなくなる状況が発生しない。
【０１１９】
本実施の形態では、図８のＳ１６において、角度ψの値が追跡ロボットに搭載されたＣＣＤおよび角加速度センサの精度δの２Ｊ倍（Ｊ：余裕度であり、１より大きな値である）より小さくなれば、Ｓ１７において、角度ψが２δより大きいか否かの判別が行なわれる。第１方向単位ベクトルと第２方向単位ベクトルとがなす角度ψがＣＣＤおよび角加速度センサの精度δの２倍より小さくなれば、２台の追跡ロボットと目標物とがほぼ一直線上に並ぶ状態になる。この場合には、まず、Ｓ１８では、ｒ2＝ｙ12＋ｚ12を用いてｒが算出されるとともに、第１方向単位ベクトルに垂直な方向を向く方向単位ベクトルＲ1（０，ｚ1／ｒ，ｙ1／ｒ）が算出される。
【０１２０】
その後、Ｓ１９において、一方の追跡ロボット（図８では第１追跡ロボット１０１）の速度ベクトルＶ1・Ｐ1に、第１追跡ロボット１０１に対する目標物の方向（第１方向単位ベクトルの向き）に対して垂直な速度ベクトルＶ1・Ｒ1を加える。すなわち、第１追跡ロボット１０１は、速度の大きさＶ1で目標物１００を追跡している場合、速度ベクトルを、Ｖ1・Ｐ1からｋ・Ｖ1・Ｐ1＋ｌ・Ｖ1・Ｒ1へ変更する。なお、係数ｋおよびｌは、演算により得られた変更後の速度ベクトルが、第１追跡ロボット１０１が実現可能な最大速度を超えないように調節するためのものである。また、第１追跡ロボット１０１が速度ベクトルの大きさの絶対値Ｖ1を維持するのであれば、
ｋ＝ｌ＝１／［２・｜Ｐ1＋Ｒ1｜］が成立する必要がある。
【０１２１】
したがって、目標物１００、第１追跡ロボット１０１、および第２追跡ロボット１０２が、一直線上に並んでしまった場合には、第１追跡ロボット１０１が進行方向を変更することによって、目標物１００、第１追跡ロボット１０１、および第２追跡ロボット１０２のそれぞれが三角形の頂点に位置する状態に戻される。
【０１２２】
また、Ｓ１７において、角度ψの値が追跡ロボットに搭載されたＣＣＤおよび角加速度センサの精度δの２倍より大きければ、Ｓ２０において、一方の追跡ロボット（図８では第１追跡ロボット１０１）の速度ベクトルの向きを、他方の追跡ロボット（第２追跡ロボット１０２）に対する目標物１００の方向を示す第２方向単位ベクトルの向きに変更する。すなわち、第１追跡ロボット１０１が、速度の大きさＶ１で目標物１００を追跡している場合、図８のＳ１７に示すように、第１追跡ロボット１０１の速度ベクトルをＶ1・Ｐ1（Ｖ1・ｐ1，Ｖ1・ｑ1，Ｖ1・ｒ1）からＶ1・Ｐ2（Ｖ1・ｐ2，Ｖ1・ｑ2，Ｖ1・ｒ2）に変更する。この速度ベクトルの変更によって、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２とは、同じ方向に進むため、角度ψが一定値以上の値に維持され易い。
【０１２３】
なお、前述の場合、第１追跡ロボット１０１は、速度ベクトルをＶ1・Ｐ1からｍ・Ｖ1・Ｐ1＋ｎ・Ｖ1・（Ｘ1−Ｘ2）／｜Ｘ1−Ｘ2｜へ変更してもよい。この速度ベクトルの変更によって、第１追跡ロボット１０１は、第２追跡ロボット１０２から離れる方向に移動するため、角度ψが一定値以上の値に維持される。前述の速度ベクトルの変更手法は、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２との間の距離が大きくなるような成分（Ｘ1−Ｘ2）／｜Ｘ1−Ｘ2｜を速度ベクトルの変更前の速度ベクトルＶ1・Ｐ1に追加するための手法である。また、係数ｍおよびｎは、演算により得られた変更後の速度ベクトルが、第１追跡ロボット１０１が実現できる最高の移動速度を超えないように調節するためのものである。速度ベクトルの絶対値Ｖ1を維持することが必要である場合には、
ｍ＝ｎ＝１／〔２・｜｛Ｐ1＋（Ｘ1−Ｘ2）／｜Ｘ1−Ｘ2｜｝｜〕
で示す式が成立するｍおよびｎが選択される。
【０１２４】
なお、本実施の形態では、Ｓ１６およびＳ１７における判別の基準値として、Ｊδおよびδでなく、２Ｊδおよび２δが用いられている。それは、角度ψの値を算出するために、２台の追跡ロボットのそれぞれで測定された値が用いられているので、ψには、２台分の誤差、すなわちＣＣＤおよびセンサの精度δの２倍の誤差が含まれているからである。
また、図８のＳ１６において、角度ψの値が追跡ロボットに搭載されたＣＣＤおよび角加速度センサの精度δの２Ｊ倍（Ｊ：余裕度）より大きければ、Ｓ２１において、第１追跡ロボット１０１は、自己の移動の速度ベクトルを目標物１００に向かう速度ベクトルＶ1・Ｐ1のまま維持する。なお、本実施の形態では、第２追跡ロボット１０２は、図８のＳ２２に示すように、常に、自己の移動の速度ベクトルを目標物１００に向かう速度ベクトルＶ2・Ｐ2のまま維持する。
【０１２５】
なお、本実施の形態では、第１追跡ロボット１０１が速度ベクトルを変更する例が示されている。しかしながら、Ｓ１６およびＳ１７のそれぞれにおいて、第１および第２追跡ロボット１０１および１０２のうちいずれかが、速度ベクトルを変更する必要があると判定された場合に、第１追跡ロボット１０１から第２追跡ロボット１０２へその旨を示す信号が送信され、その信号を受信した第２追跡ロボット１０２が自己の速度ベクトルを変更することによって、第１および第２追跡ロボット１０１および１０２と目標物１００とが一直線上に並ぶことを防止するような追跡ロボットシステムであってもよい。
【０１２６】
（羽ばたき装置の構成）
図９（ａ）および図９（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追跡ロボットとしての羽ばたき装置を説明する。図９（ａ）および図９（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。
【０１２７】
図９（ａ）では、羽ばたき装置の前方正面部分が示され、図９（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。
【０１２８】
なお、図９（ａ）および図９（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する。
【０１２９】
図９（ａ）および図９（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。
【０１３０】
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９に示されるものに限られない。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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、羽が周囲の流体により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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
さて、図９（ａ）および図９（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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
図１０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。
【０１３９】
胴体部７０５には、加速度センサ１００３、角加速度センサ１００４、ＣＣＤ１００１、およびＧＰＳ１００２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１０１５で処理された後、羽ばたき制御部１００５に送られる。演算部１０１５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とともに、目標物を追跡するための速度ベクトル、または、追跡ロボット相互の位置関係を調節するための速度ベクトルが計算される。羽ばたき制御部１００５では、算出された速度ベクトルに基づいて、左右のアクチュエータ１００６および重心制御部１００７の駆動制御が決定される。
【０１４０】
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。
【０１４１】
たとえば、直交する３軸のそれぞれの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７０５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。
【０１４２】
また、図１０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１０１５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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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１００５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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
なお、図１０では、アンテナ部１０１０は、胴体部７０５の端から突き出た棒状のものとして示されているが、アンテナは、アンテナ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１０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が形成されていてもよい。また、胴体部７０５にアンテナ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。
【０１４９】
加速度センサ１００３、角加速度センサ１００４、ＣＣＤ１００１、ＧＰＳ１００２、演算部１０１５、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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
（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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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羽ばたき角γの回転角だけ、往復運動するものとする。さらに、図１１の第１の羽軸部７０３の角度８０１および第２の羽軸部７０４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。
【０１５８】
これにより、図１２（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１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。
【０１５９】
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が延びる方向が鉛直方向に近づく。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。
【０１６０】
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、前方または後方に傾く。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。
【０１６１】
（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１２参照）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との位相差をφとすれば（図１１を参照）、次の式で表わされる。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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１３に示す。
【０１６９】
横軸においては、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。
【０１７０】
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、羽ばたき装置は浮上することができる。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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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。
【０１７７】
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１４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。
【０１７８】
さらに、図１０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または右にずらすことで左または右への旋回を行なってもよい。
【０１７９】
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および右の羽の周波数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および右の羽の周波数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。
【０１８０】
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１０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。
【０１８１】
また、図１５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７０４ａと間の幅をｗ、羽軸部の長さをｌ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７０４ｂ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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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、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１００６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。
【０１８４】
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】
【０１８５】
【図１】実施の形態１の追跡ロボットシステムの構成を示す図である。
【図２】実施の形態１の追跡ロボットの制御方法を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態２の追跡ロボットシステムの構成を示す図である。
【図４】実施の形態２の追跡ロボットの制御方法を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態３の追跡ロボットシステムの構成を示す図である。
【図６】実施の形態３の追跡ロボットの制御方法のフローチャートである。
【図７】各実施の形態の追跡ロボットシステムが、目標物の位置を検出するときの制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】各実施の形態の追跡ロボットシステムにおいて、２つの追跡ロボットおよび目標物が一直線上に並ばないように、追跡ロボットが速度ベクトルを変更するときの制御を説明するためのフローチャートである。
【図９】追跡ロボット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１０】追跡ロボットの一例の羽ばたき装置の全体の構成を示す図である。
【図１１】図９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１２】図９および図１０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１３】図９および図１０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１４】図９および図１０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１５】図９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】
【０１８６】
１００  目標物、１０１  第１追跡ロボット、１０２  第２追跡ロボット、１０７  基準点、７００  振動軸、７０１，７０２  振動型アクチュエータ、７０３  第１の羽軸部、７０４  第２の羽軸部、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１の羽軸部の角度、８０２  第２の羽軸部の角度、１００１  ＣＣＤ、１００２  ＧＰＳ用受信器、１００３  加速度センサ、１００４  角加速度センサ、１００５  羽ばたき制御部、１００６  アクチュエータ、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、７１４  羽部、１０１５  演算部。
【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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