(57)【要約】【課題】  高い精度で目標物の位置の特定が行うことができる追跡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、センサを用いて自己に対する目標物１００の方向を示す第１単位方向ベクトルのデータを取得し、かつ、ＧＰＳ機能を用いて自己の位置を示す第１位置ベクトルのデータを取得する。第２追跡ロボット１０２は、センサを用いて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取得し、かつ、ＧＰＳ機能を用いて自己の位置を示す第２位置ベクトルのデータを取得する。その後、第２追跡ロボット１０２は、第１追跡ロボット１０１へ取得した２つのデータを送信する。それにより、第１追跡ロボット１０１は、前述の４つのデータを用いて、三角測量の原理に基づいて、目標物１００の位置を特定する。【選択図】        図１
2005173968.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し得る態様で、前記所定の基準点から発信された信号を受信する第１受信部と、
当該第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し得る態様で、前記目標物を検出する第１センサとを含み、
前記第２追跡ロボットは、
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し得る態様で、前記所定の基準点から発信された信号を受信する第２受信部と、
当該第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し得る態様で、前記目標物を検出する第２センサとを含む、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、
前記第２追跡ロボットから送信された、前記第２位置ベクトルを示すデータおよび前記第２方向単位ベクトルを示すデータを受信するデータ受信部と、
前記第１位置ベクトルを示すデータ、前記第２位置ベクトルを示すデータ、前記第１方向単位ベクトルを示すデータ、および前記第２方向単位ベクトルを示すデータを用いて、前記所定の基準点に対する前記目標物の位置を示す目標物位置ベクトルを算出する演算部とを備えた、請求項１に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項３】
前記追跡ロボットシステムは、さらに、外部装置を備え、
該外部装置は、
前記第１追跡ロボットから送信されてきた、前記第１位置ベクトルを示すデータおよび前記第１方向単位ベクトルを示すデータを受信するとともに、前記第２追跡ロボットから送信されてきた、前記第２位置ベクトルを示すデータおよび前記第２方向単位ベクトルを示すデータを受信するデータ受信部と、
前記第１位置ベクトルを示すデータ、前記第２位置ベクトルを示すデータ、前記第１方向単位ベクトルを示すデータ、および前記第２方向単位ベクトルを示すデータを用いて、前記所定の基準点に対する前記目標物の位置を示す目標物位置ベクトルを算出する演算部とを備えた、請求項１に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項４】
前記演算部は、
前記第１方向単位ベクトルと前記第２方向単位ベクトルとがなす角度を算出する角度算出部と、
前記第１センサおよび前記第２センサの測定精度の範囲内において、前記角度が算出され得るように、前記第１追跡ロボットおよび前記第２追跡ロボットのうち少なくともいずれか一方の移動に関する物理量を算出する物理量算出部とを有する、請求項２または３に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項５】
前記第１追跡ロボットおよび前記第２追跡ロボットの制御部は、前記第１追跡ロボット、前記第２追跡ロボット、および前記目標物のそれぞれが三角形の頂点に位置するように、前記駆動部を駆動する、請求項１に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項６】
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、
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し得る態様で、前記所定の基準点から発信された信号を受信する第２受信部と、
該第２位置ベクトルを示すデータを前記第１追跡ロボットに対して送信する送信部とを含み、
前記第１追跡ロボットは、
前記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し得る態様で、前記所定の基準点から発信された信号を受信する第１受信部と、
前記第２追跡ロボットから送信されてきた前記第２位置ベクトルを示すデータを受信する受信部と、
前記第２位置ベクトルを示すデータおよび前記第１位置ベクトルを示すデータを用いて、当該第１追跡ロボットと前記第２追跡ロボットとの間の距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部により算出される距離が所定の範囲内になるような当該第１追跡ロボットの移動に関する物理量を算出する物理量算出部とを含む、追跡ロボットシステム。
【請求項７】
前記第１追跡ロボットの移動に関する物理量は、前記第１追跡ロボットの速度ベクトルである、請求項６に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項８】
目標物を追跡するための、第１追跡ロボット、第２追跡ロボット、および第３追跡ロボット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、前記第２追跡ロボット、および前記第３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し得る態様で、前記所定の基準点から発信された信号を受信する第１受信部と、
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し得る態様で、前記目標物を検出する第１センサとを含み、
前記第２追跡ロボットは、
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し得る態様で、前記所定の基準点から発信された信号を受信する第２受信部と、
当該第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し得る態様で、前記目標物を検出する第２センサとを含み、
前記第３追跡ロボットは、
前記所定の基準点に対する当該第３追跡ロボットの位置を示す第３位置ベクトルを特定し得る態様で、前記所定の基準点から発信された信号を受信する第３受信部と、
当該第３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３方向単位ベクトルを特定し得る態様で、前記目標物を検出する第３センサとを含む、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、
前記第２追跡ロボットおよび第３追跡ロボットのそれぞれから、前記第２位置ベクトルを示すデータおよび第３位置ベクトルを示すデータのそれぞれ、ならびに、前記第２方向単位ベクトルを示すデータおよび第３方向単位ベクトルを示すデータのそれぞれを受信するデータ受信部と、
前記第１位置ベクトルを示すデータおよび前記第１方向単位ベクトルを示すデータの組み合わせ、前記第２位置ベクトルを示すデータおよび前記第２方向単位ベクトルを示すデータの組み合わせ、ならびに、前記第３位置ベクトルを示すデータおよび前記第３方向単位ベクトルを示すデータの組み合わせのうち、少なくともいずれか２つの組み合わせを用いて、前記所定の基準点に対する前記目標物の位置を示す目標物位置ベクトルを算出する演算部とを備えた、請求項８に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項１０】
前記追跡ロボットシステムは、さらに、外部装置を備え、
該外部装置は、
前記第１追跡ロボットから送信されてきた、前記第１位置ベクトルを示すデータおよび前記第１方向単位ベクトルを示すデータを受信するとともに、前記第２追跡ロボットから送信されてきた、前記第２位置ベクトルを示すデータおよび前記第２方向単位ベクトルを示すデータを受信し、かつ、前記第３追跡ロボットから送信されてきた、前記第３位置ベクトルを示すデータおよび前記第３方向単位ベクトルを示すデータを受信するデータ受信部と、
前記第１位置ベクトルを示すデータおよび前記第１方向単位ベクトルを示すデータの組み合わせ、前記第２位置ベクトルを示すデータおよび前記第２方向単位ベクトルを示すデータの組み合わせ、ならびに、前記第３位置ベクトルを示すデータおよび前記第３方向単位ベクトルを示すデータの組み合わせのうち、少なくともいずれか２つの組み合わせを用いて、前記所定の基準点に対する前記目標物の位置を示す目標物位置ベクトルを算出する演算部とを備えた、請求項８に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項１１】
前記第１、第２および第３追跡ロボットのそれぞれの制御部は、前記第１、第２および第３追跡ロボット同士の間の距離が互いに略等しい状態を維持するように、前記第１、第２および第３追跡ロボットのそれぞれの移動に関する物理量を算出する、請求項８に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項１２】
前記第１、第２および第３追跡ロボットのそれぞれの制御部は、前記第１、第２および第３追跡ロボットのそれぞれが三角形の頂点に位置するように、前記第１、第２および第３追跡ロボットのそれぞれの移動に関する物理量を算出する、請求項８に記載の追跡ロボットシステム。
【請求項１３】
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、
所定の基準点に対する当該追跡ロボットの位置を示す位置ベクトルを特定し得る態様で、前記所定の基準点から発信された信号を受信する受信部と、
当該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方向単位ベクトルを特定し得る態様で、前記目標物を検出するセンサとを備えた、追跡ロボット。
【請求項１４】
当該追跡ロボットとは異なる他の追跡ロボットまたは外部装置と当該追跡ロボットとの間で通信することにより、該他の追跡ロボットまたは外部装置から送信されてきた、該他の追跡ロボットまたは外部装置の前記所定の基準点に対する位置を示す他の位置ベクトルを示すデータ、および該他の追跡ロボットまたは外部装置に対する前記目標物の位置の方向を示す他の方向単位ベクトルを示すデータを受信するデータ受信部と、
前記位置ベクトルを示すデータ、前記他の位置ベクトルを示すデータ、前記方向単位ベクトルを示すデータ、および前記他の方向単位ベクトルを示すデータを用いて、前記所定の基準点に対する前記目標物の位置を示す目標物位置ベクトルを算出する演算部とをさらに備えた、請求項１３に記載の追跡ロボット。
【請求項１５】
前記演算部は、前記方向単位ベクトルと前記他の方向単位ベクトルとがなす角が、前記センサの測定精度以上になるように、前記位置ベクトルを示すデータ、前記他の位置ベクトルを示すデータ、前記方向単位ベクトルを示すデータ、および前記他の方向単位ベクトルを示すデータを用いて、当該追跡ロボットの移動に関する物理量を算出する、請求項１３に記載の追跡ロボット。
【請求項１６】
前記追跡ロボットの移動に関する物理量は、当該追跡ロボットの速度ベクトルである、請求項１５に記載の追跡ロボット。
【請求項１７】
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１３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追跡ロボットを複数備えた追跡ロボットシステムに関するものであり、特に、複数の追跡ロボットが互いに協働して目標物を追跡す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に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、移動する目標物の位置を検出する手法について、様々な手法が提案されている。それらの手法は、複数の検出装置が、一定の位置に固定されている手法、または、移動できるロボットが用いられるが、一体のロボットのみの検出情報に基づいて目標物を追跡する手法である。
【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】
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と、目標物の移動範囲が広い場合には、多数の検出装置を設置する必要がある。また、目標物が予想しない場所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場合もある。
【０００４】
また、特開平３−６７１０号公報に記載の技術、または、特開平５−１１８３９号公報に記載の技術のように、一体のロボットの検出情報のみに基づいて、目標物を追跡する手法においては、目標物の位置決め精度が、一体の追跡ロボットに設けられたセンサの精度によって決定されてしまう。そのため、追跡ロボットから目標物までの距離が大きくなると、位置決め精度が極端に悪くなってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、複数の追跡ロボットが互いに協働して目標物を追跡することにより、一体の追跡ロボットのみを用いる追跡ロボットシステムよりも有用な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】
本発明の一の局面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る。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。
【０００７】
第１追跡ロボットは、所定の基準点に対する第１追跡ロボットの位置を示す第１位置ベクトルを特定し得る態様で、所定の基準点から発信された信号を受信する第１受信部と、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し得る態様で、目標物を検出する第１センサとを含んでいる。
【０００８】
第２追跡ロボットは、所定の基準点に対する第２追跡ロボットの位置を示す第２位置ベクトルを特定し得る態様で、所定の基準点から発信された信号を受信する第２受信部と、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し得る態様で、目標物を検出する第２センサとを含んでいる。
【０００９】
上記の構成によれば、第１位置ベクトルを示すデータ、第２位置ベクトルを示すデータ、第１方向単位ベクトルを示すデータ、および第２方向単位ベクトルを示すデータを用いて、所定の基準点に対する目標物の位置を示す目標物位置ベクトルを算出することが可能になる。
【００１０】
また、第１追跡ロボットは、好ましくは、第２追跡ロボットから送信された、第２位置ベクトルを示すデータおよび第２方向単位ベクトルを示すデータを受信するデータ受信部と、第１位置ベクトルを示すデータ、第２位置ベクトルを示すデータ、第１方向単位ベクトルを示すデータ、および第２方向単位ベクトルを示すデータを用いて、所定の基準点に対する目標物の位置を示す目標物位置ベクトルを算出する演算部とを備えている。
【００１１】
上記の構成によれば、第１追跡ロボットにおいて、第１追跡ロボットに対する目標物の方向、第２追跡ロボットに対する目標物の方向、および第１追跡ロボットと第２追跡ロボットとの間の距離を特定することができる。そのため、三角測量と同様の手法を用いて、第１追跡ロボットにおいて目標物の位置を特定することができる。したがって、一体の追跡ロボットのみで目標物を追跡する場合に比較して、第１および第２の追跡ロボットから目標物までの距離が大きくなっても、高い精度で目標物の位置を特定しながら、目標物の追跡を続行することができる。
【００１２】
また、追跡ロボットシステムは、好ましくは、さらに、外部装置を備えている。外部装置は、第１追跡ロボットから送信されてきた、第１位置ベクトルを示すデータおよび第１方向単位ベクトルを示すデータを受信するとともに、第２追跡ロボットから送信されてきた、第２位置ベクトルを示すデータおよび第２方向単位ベクトルを示すデータを受信するデータ受信部を備えている。また、外部装置は、第１位置ベクトルを示すデータ、第２位置ベクトルを示すデータ、第１方向単位ベクトルを示すデータ、および第２方向単位ベクトルを示すデータを用いて、所定の基準点に対する目標物の位置を示す目標物位置ベクトルを算出する演算部を備えている。
【００１３】
上記の構成によれば、外部装置において、三角測量と同様の手法を実行し、目標物の位置を高い精度で特定することができる。
【００１４】
前述の演算部は、好ましくは、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を算出する角度算出部と、第１センサおよび第２センサの測定精度の範囲内において、角度が算出され得るように、第１追跡ロボットおよび第２追跡ロボットのうち少なくともいずれか一方の移動に関する物理量を算出する物理量算出部とを有する。
【００１５】
すなわち、第１追跡ロボットおよび第２追跡ロボットの制御部は、第１追跡ロボット、第２追跡ロボット、および目標物のそれぞれが三角形の頂点に位置するように、駆動部を駆動する。
【００１６】
上記の構成によれば、第１追跡ロボット、第２追跡ロボット、および目標物が１直線上に並んでしまい、目標物の位置を特定できなくなるという不都合が防止される。
【００１７】
本発明の他の局面の追跡ロボットシステムは、一の局面の追跡ロボットシステムと同様に、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る。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。
【００１８】
また、第２追跡ロボットは、所定の基準点に対する第２追跡ロボットの位置を示す第２位置ベクトルを特定し得る態様で、所定の基準点から発信された信号を受信する第２受信部と、第２位置ベクトルを示すデータを第１追跡ロボットに対して送信する送信部を含んでいる。
【００１９】
また、第１追跡ロボットは、所定の基準点に対する第１追跡ロボットの位置を示す第１位置ベクトルを特定し得る態様で、所定の基準点から発信された信号を受信する第１受信部と、第２追跡ロボットから送信されてきた第２位置ベクトルを示すデータを受信する受信部と、第１位置ベクトルを示すデータおよび第２位置ベクトルを示すデータを用いて、第１追跡ロボットと第２追跡ロボットとの間の距離を算出する距離算出部と、距離算出部により算出される距離が所定の範囲内になるように第１追跡ロボットの移動に関する物理量を算出する物理量算出部とを含んでいる。
【００２０】
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、近づき過ぎたり、遠ざかり過ぎたりすることが防止される。なお、第１追跡ロボットの移動に関する物理量は、第１追跡ロボットの速度ベクトルであってもよいが、第１追跡ロボットの加速度ベクトルであってもよい。
【００２１】
本発明のさらに他の局面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、第２追跡ロボット、および第３追跡ロボットを備えた追跡ロボットシステムである。
【００２２】
第１追跡ロボットおよび第２追跡ロボットのそれぞれの構成は前述の構成と同様である。また、第３追跡ロボットも、第１追跡ロボットおよび第２追跡ロボットのそれぞれと同様に、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。また、第３追跡ロボットは、所定の基準点に対する第３追跡ロボットの位置を示す第３位置ベクトルを特定し得る態様で、所定の基準点から発信された信号を受信する第３受信部と、第３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３方向単位ベクトルを特定し得る態様で、目標物を検出する第３センサを含んでいる。
【００２３】
本発明の一の局面の追跡ロボットシステムのように、２台の追跡ロボットで追跡する場合には、目標物とその２台の追跡ロボットとが一直線上に並んでしまう場合がある。この場合、２台の追跡ロボットのうち一方の追跡ロボットに対する目標物の方向と他方の追跡ロボットに対する目標物の方向とがほぼ一致するために、高い精度で三角測量を行うことができなくなる。
【００２４】
しかしながら、上記の本発明の他の局面の追跡ロボットシステムの構成によれば、一組の追跡ロボットのうち、一方の追跡ロボットに対する目標物の方向と他方の追跡ロボットに対する目標物の方向とがほぼ一致する場合には、一方および他方の追跡ロボットのうちのいずれかに対する目標物の方向と、それら以外の追跡ロボットに対する目標物の方向とを用いて三角測量を行うことができる。
【００２５】
すなわち、第１、第２および第３追跡ロボットのいずれかと目標物との間の距離がある程度以下であれば、第１、第２および第３追跡ロボットのうちのいずれか２台の追跡ロボットを用いて、上述の一の局面の追跡ロボットシステムと同様の三角測量を行えば、高い精度で目標物の位置ベクトルを算出することができる。
【００２６】
また、第１追跡ロボットは、好ましくは、第２追跡ロボットおよび第３追跡ロボットのそれぞれから、第２位置ベクトルを示すデータおよび第３位置ベクトルを示すデータのそれぞれ、ならびに、第２方向単位ベクトルを示すデータおよび第３方向単位ベクトルを示すデータのそれぞれを受信するデータ受信部を備えている。
【００２７】
また、第１追跡ロボットは、第１位置ベクトルを示すデータおよび第１方向単位ベクトルを示すデータの組み合わせ、第２位置ベクトルを示すデータおよび第２方向単位ベクトルを示すデータの組み合わせ、ならびに、第３位置ベクトルを示すデータおよび第３方向単位ベクトルを示すデータの組み合わせのうち、少なくともいずれか２つの組み合わせを用いて、所定の基準点に対する目標物の位置を示す目標物位置ベクトルを算出する演算部を備えている。
【００２８】
上記の構成によれば、第１追跡ロボットにおいて、高い精度で目標物の位置を特定することができる。
【００２９】
また、本発明のさらに他の局面の追跡ロボットシステムは、好ましくは、さらに、外部装置を備えている。また、外部装置は、第１追跡ロボットから送信されてきた、第１位置ベクトルを示すデータおよび第１方向単位ベクトルを示すデータを受信するとともに、第２追跡ロボットから送信されてきた、第２位置ベクトルを示すデータおよび第２方向単位ベクトルを示すデータを受信し、かつ、第３追跡ロボットから送信されてきた、第３位置ベクトルを示すデータおよび第３方向単位ベクトルを示すデータを受信するデータ受信部を備えている。
【００３０】
また、外部装置は、好ましくは、第１位置ベクトルを示すデータおよび第１方向単位ベクトルを示すデータの組み合わせ、第２位置ベクトルを示すデータおよび第２方向単位ベクトルを示すデータの組み合わせ、ならびに、第３位置ベクトルを示すデータおよび第３方向単位ベクトルを示すデータの組み合わせのうち、少なくともいずれか２つの組み合わせを用いて、所定の基準点に対する目標物の位置を示す目標物位置ベクトルを算出する演算部とを備えている。
【００３１】
上記の構成によれば、外部装置において、高い精度で目標物の位置を特定することができる。
【００３２】
また、本発明のさらに他の局面の追跡ロボットシステムは、好ましくは、第１、第２および第３追跡ロボットのそれぞれの制御部が、第１、第２および第３追跡ロボット同士の間の距離が互いに略等しい状態を維持するように、第１、第２および第３追跡ロボットのそれぞれの移動に関する物理量を算出する。
【００３３】
一般的には、第１、第２および第３追跡ロボットのそれぞれの制御部は、第１、第２および第３追跡ロボットのそれぞれが三角形の頂点に位置するように、第１、第２および第３追跡ロボットのそれぞれの移動に関する物理量を算出すればよい。
【００３４】
上記の構成によれば、第１、第２および第３追跡ロボットは正三角形の頂点に位置するように編隊されるため、目標物が急に方向変換を行っても、第１、第２および第３追跡ロボットのうちのいずれか２つの追跡ロボットでより高い精度の三角測量を行うことができる。
【００３５】
本発明の追跡ロボットは、上記の第１、第２および第３追跡ロボットのいずれかと同様の構成であるため、上記追跡ロボットシステムを構成するための手段とすれば、上記追跡ロボットシステムにより得られる効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、この発明を図示の実施の形態により、詳細に説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
図１および図２を用いて、本実施の形態の追跡ロボットシステムを説明する。
【００３８】
図１は、本実施の形態の、２台の追跡ロボットを用いた追跡ロボットシステムの構成を示す図である。
【００３９】
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、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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
したがって、図２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８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８に示すＧＰＳ用受信器１００２および演算部１０１５を用いて取得する。
【００４３】
また、図２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８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８に示すＧＰＳ用受信器１００２および演算部１０１５を用いて、取得する。
【００４４】
図２のＳ３において、第２追跡ロボット１０２は、図８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。
【００４５】
図２のＳ４において、第１追跡ロボット１０１は、図８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。
【００４６】
図２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。
【００４７】
図２のＳ６において、第１追跡ロボット１０１は、図８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８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。
【００４８】
次に、図２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。
【００４９】
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、Ｓ８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。Ｓ８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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
【数１】
2005173968.tif 000003
【００５７】
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。
【００５８】
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２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。
【００５９】
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。
【００６０】
具体的には、第１追跡ロボット１０１の羽ばたき制御部１０５では、次のような演算が行われている。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
なお、前述の実施の形態の説明は、以後に説明する実施の形態２〜４のいずれにも適用される事項である。
【００６５】
（実施の形態２）
次に、図１〜図３を用いて、本実施の形態の追跡ロボットシステムを説明する。図１において、第１追跡ロボット１０１に対する目標物１００の方向と、第２追跡ロボット１０２に対する目標物１００の方向とがなす角度をψとする。実施の形態１の追跡ロボットシステム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ＣＣＤ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。
【００６６】
図３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２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において行われている。図３に示すＳ１１〜Ｓ１４の処理は、図２に示すＳ１〜Ｓ４の処理と全く同様である。
【００６７】
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。
【００６８】
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）が計算処理を行うものとする。
【００６９】
次に、図３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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
本実施の形態では、図３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。
【００７３】
その後、Ｓ１９において、一方の追跡ロボット（図３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。
【００７４】
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。
【００７５】
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３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３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。
【００７６】
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。
【００７７】
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３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３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。
【００７８】
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。
【００７９】
（実施の形態３）
次に、本実施の形態の追跡ロボットシステムを、図４を用いて説明する。本実施の形態の追跡ロボットシステムは、図４に示すように、３台以上の追跡ロボットを用いて、目標物１００を追跡する追跡ロボットシステムである。本実施の形態では、３台以上の追跡ロボット、たとえば、第１〜第３追跡ロボット１０１，１０２，１０３のうちのいずれかと目標物１００との間の距離がある程度以下であれば、常に、第１〜第３追跡ロボット１０１，１０２，１０３のうちのいずれか２台の追跡ロボットの方向単位ベクトル同士がなす角度ψを所定値以上に確保し得る手法を説明する。なお、本実施の形態では、上述の実施の形態１および２において説明した追跡ロボットシステムで用いられている手法の全てを実施できることを前提としている。
【００８０】
本実施の形態では、まず、追跡ロボットが２台よりも多い台数の追跡ロボットを用いて目標物の位置ベクトルを算出する手法が、図５を用いて説明される。この手法は、基本的には、図２を用いて説明した手法と同様である。たとえば、図５のＳ１０１，Ｓ１０２，およびＳ１０４のステップは、図２のＳ１，Ｓ２，およびＳ３のステップと全く同様である。
【００８１】
図５では、さらに、Ｓ１０３において、第３追跡ロボット１０３は、第３追跡ロボット１０３に対する目標物１００の第３方向単位ベクトルＰ3（ｐ3，ｑ3，ｒ3）を図８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３位置ベクトルＸ3（ｘ3，ｙ3，ｚ3）を図８に示すＧＰＳ用受信器１００２および演算部１０１５を用いて取得する。
【００８２】
Ｓ１０４において、第２追跡ロボット１０２は、図８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。
【００８３】
Ｓ１０５において、第３追跡ロボット１０３は、図８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３方向単位ベクトルＰ3（ｐ3，ｑ3，ｒ3）を示すデータおよび第３位置ベクトルＸ3（ｘ3，ｙ3，ｚ3）を示すデータを送信する。
【００８４】
図５のＳ１０６において、第１追跡ロボット１０１は、図８に示す通信制御部１００９およびアンテナ部１０１０を用いて、第１方向単位ベクトルＰ2（ｐ2，ｑ2，ｒ2）を示すデータおよび第１位置ベクトルＸ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）、ならびに、第３方向単位ベクトルＰ3（ｐ3，ｑ3，ｒ3）を示すデータおよび第３位置ベクトルＸ3（ｘ3，ｙ3，ｚ3）を受信する。
【００８５】
ただし、本実施例では、図３を用いて説明した２台の追跡ロボットの方向単位ベクトル同士がなす角度ψは、第１〜第３追跡ロボット１０１，１０２，１０３のうちのいずれか２台の追跡ロボットの方向単位ベクトル同士がなす角度であるため、３種類存在する。図５のＳ１０７では、３種類の角度ψのそれぞれを実施の形態２の図３のＳ１５の手法と同様の手法により算出する。
【００８６】
つまり、本実施の形態では、Ｓ１０７において、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方向単位ベクトルと第２追跡ロボット１０２に対する目標物１００の方向を示す第２方向単位ベクトルとがなす角度ψ１２、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方向単位ベクトルと第３追跡ロボットに対する目標物１００の方向を示す第３方向単位ベクトルとがなす角度ψ２３、第３追跡ロボット１０３に対する目標物１００の方向を示す第３方向単位ベクトルと第１追跡ロボット１０１に対する目標物１００の方向を示す第１方向単位ベクトルとがなす角度ψ３１の３種類のψが算出される。
【００８７】
次に、Ｓ１０８において、３種類の角度ψ１２，ψ２３，ψ３１のうちで最大値となる角度を構成する２台の追跡ロボットのそれぞれの位置ベクトルおよび方向単位ベクトルを用いて、実施の形態１の図２のＳ５で説明した手法と同様の手法により、目標物１００の位置ベクトルが算出される。
【００８８】
図５のＳ１０９において、第１追跡ロボット１０１は、図８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、Ｓ１１０において、第２追跡ロボット１０２は、図８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，ｐ0，ｐ0）のデータを受信する。
【００８９】
また、図５のＳ１０９において、第１追跡ロボット１０１は、図８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，ｐ0，ｐ0）のデータを第３追跡ロボット１０３に対して送信し、第３追跡ロボット１０３は、図８に示す通信制御部１００９およびアンテナ部１０１０を用いて、Ｓ１１１において、目標物１００の位置ベクトルＸ0（ｐ0，ｑ0，ｒ0）のデータを受信する。
【００９０】
このように、本実施の形態の追跡ロボットシステムによれば、３台以上の追跡ロボットの中から、方向単位ベクトル同士のなす角度が最大値となる２台の追跡ロボットの位置ベクトルおよび方向単位ベクトルの組み合わせを用いることによって、目標物がいかなる位置に存在しても、常に高い精度で、目標物の位置ベクトルを決定することができる。
【００９１】
たとえば、図１に示すように、２台で追跡する場合では、目標物１００がその進行経路を１０４のように急激に変更した場合、ψが急激に小さくなってしまう場合がある。最悪の場合には、第１追跡ロボット１０１と第２追跡ロボット１０２とが一直線上に並んでしまうことがある。
【００９２】
しかしながら、図４（ａ）に示すように、３台の追跡ロボット相互の距離を常にほぼ一定値ｄに維持することができれば、すなわち、第１〜第３追跡ロボット１０１〜１０３全体で一辺の距離がｄの正三角形の編隊を維持することができれば、個々の追跡ロボットに対する目標物１００の方位角の測定精度のみならず目標物１００の位置ベクトルの算出精度を容易に高い水準に維持することができる。
【００９３】
なぜなら、第１〜第３追跡ロボット１０１〜１０３のそれぞれから目標物１００までの３つの距離のうち最大値をＬmax.とし、かつ、３種類の角度ψ１２，ψ２３，ψ３１のうちの最大値をψmax.とした場合において、ψmax.が最も小さくなる状態の目標物１００と第１〜第３追跡ロボット１０１〜１０３との位置関係は、図４（ｂ）のようなものであるためである。
【００９４】
この状態では、
tan（ψmax.）＞（ｄ・cos３０°）／〔Ｌmax.−（ｄ／２）〕
＝（√３）η／（２−η）
の関係が成立する。ここで、η＝ｄ／Ｌmax.であるとする。
【００９５】
すなわち、Ｌmax.があまり大きくならない範囲では、追跡ロボット同士の間の距離ｄの値を一定に維持することによって、ηが所定値を超えず、かつ、ψmax.が特定値より小さくならないようにすることができる。
【００９６】
例えば、ＣＣＤやセンサの精度δが０．５°であったとすると、実施の形態１において述べた余裕度Ｊ＝２として、ψmax.＞２Ｊδ＝４°としたい場合には、前述の式を用いて、η＜１／２５が導き出される。すなわち、第１〜第３追跡ロボット１０１〜１０３のそれぞれから目標物１００まで３つの距離のうちの最大値Ｌmax.を２．５ｍ以下に維持しながら、第１〜第３追跡ロボット１０１〜１０３が目標物１００を追跡することができるなら、ｄ＝１０ｃｍを保持していれば、目標物１００がその運動の向きをどちらに変えても、方位角の測定精度のみならず位置ベクトルの算出精度を高い水準に維持することができる。
【００９７】
前述のことは、目標物１００が、３台の追跡ロボットの作る正三角形を含む平面（図４の紙面）からはずれた位置に存在する場合にも成立するため、第１〜第３追跡ロボット１０１〜１０３は、目標物１００の位置に関わらず、互いの間の距離を一定に維持しさえすればよい。したがって、第１〜第３追跡ロボット１０１〜１０３は、次に述べる比較的簡単な制御で目標物１００を追跡することができるため、第１〜第３追跡ロボット１０１〜１０３と目標物１００とが所定の平面内に配置されるように、例えば、第１〜第３追跡ロボット１０１〜１０３によって形成される平面内に目標物１００が位置するように、第１〜第３追跡ロボット１０１〜１０３の配置が設定される必要はない。
【００９８】
なお、本実施の形態においては、３台の追跡ロボットを用いて目標物を追跡する追跡ロボットシステムが説明されたが、３台よりも多い台数の追跡ロボットを用いる場合には、複数の追跡ロボットのうちいずれか３台の追跡ロボットにおいて図５に示すような手法が行われればよく、他の追跡ロボットは、冗長な追跡ロボットである。
【００９９】
また、本実施の形態では、第１〜第３追跡ロボット１０１〜１０３のそれぞれが正三角形の頂点に位置する例が示されているが、本発明としては、三角測量をＣＣＤおよびセンサの精度の範囲内で実行できる三角形であれば、第１〜第３追跡ロボット１０１〜１０３のそれぞれがいかなる三角形の頂点に位置しながら目標物を追跡する追跡ロボットシステムであってもよい。
【０１００】
（実施の形態４）
次に、図６を用いて、本発明の実施の形態４の追跡ロボットシステムを説明する。本実施の形態の追跡ロボットシステムは、実施の形態１〜３のそれぞれにおいて用いられている手法の全てを実施できるものとする。
【０１０１】
本実施の形態においては、実施の形態３で説明された第１〜第３追跡ロボット１０１〜１０３が、互いの距離をほぼ一定に維持しながら追跡行動する手法が、図６に示すフローチャートを用いて説明される。
【０１０２】
図６に示すように、Ｓ２０１，Ｓ２０２，Ｓ２０３，Ｓ２０５，Ｓ２０６およびＳ２０７に示すステップは、図５のＳ１０１，Ｓ１０２，Ｓ１０３，Ｓ１０４，Ｓ１０５，Ｓ１０６に示すステップとほぼ同様である。ただし、Ｓ２０１において、第１追跡ロボット１０１は、速度センサにより自己の移動速度の大きさｖを測定し、記憶装置に記憶するステップを実行している。
【０１０３】
本実施の形態の追跡ロボットシステムでは、Ｓ２０４において、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）を示すデータ、自己に対する目標物の第１方向単位ベクトルＰ1（ｐ1，ｑ1，ｒ1）を示すデータ、および、自己の移動速度の大きさｖを示すデータを第２および第３追跡ロボット１０２および１０３のそれぞれに送信する。
【０１０４】
また、第２追跡ロボット１０２は、Ｓ２０８において、第１追跡ロボット１０１から送信されてきた、第１位置ベクトルＸ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を示すデータ、第１方向単位ベクトルＰ1（ｐ1，ｑ1，ｒ1）を示すデータ、および、移動速度の大きさｖを示すデータを受信するとともに、第３追跡ロボット１０３から送信されてきた第３位置ベクトルＸ3（ｘ3，ｙ3，ｚ3）を示すデータを受信する。
【０１０５】
また、第３追跡ロボット１０３は、Ｓ２０９において、第１追跡ロボット１０１から送信されてきた、第１位置ベクトルＸ1（ｘ1，ｙ1，ｚ1）を示すデータ、第１方向単位ベクトルＰ1（ｐ1，ｑ1，ｒ1）を示すデータ、および、移動速度の大きさｖを示すデータを受信するとともに、第２追跡ロボット１０２から送信されてきた第２位置ベクトルＸ2（ｘ2，ｙ2，ｚ2）を示すデータを受信する。
【０１０６】
次に、Ｓ２１０において、第１追跡ロボット１０１は、羽ばたき制御部１００５にて、自己を基準としたときの第２追跡ロボット１０２の位置ベクトルＸ21を第２位置ベクトルＸ2と第１位置ベクトルＸ1との差を算出することによって決定するとともに、自己を基準としたときの第３追跡ロボット１０３の位置ベクトルＸ31を第３位置ベクトルＸ3と第１位置ベクトルＸ1との差を算出することによって決定する。
【０１０７】
また、Ｓ２１１において、第２追跡ロボット１０２は、羽ばたき制御部１００５にて、自己を基準としたときの第１追跡ロボット１０１の位置ベクトルＸ12を第１位置ベクトルＸ1と第２位置ベクトルＸ2との差を算出することによって決定するとともに、自己を基準としたときの第３追跡ロボット１０３の位置ベクトルＸ32を第３位置ベクトルＸ3と第２位置ベクトルＸ2との差を算出することによって決定する。
【０１０８】
また、Ｓ２１２において、第３追跡ロボット１０３は、羽ばたき制御部１００５にて、自己を基準としたときの第１追跡ロボット１０１の位置ベクトルＸ13を第１位置ベクトルＸ1と第３位置ベクトルＸ3との差を算出することによって決定するとともに、自己を基準としたときの第２追跡ロボット１０２の位置ベクトルＸ23を第２位置ベクトルＸ2と第３位置ベクトルＸ3との差を算出することによって決定する。
【０１０９】
次に、Ｓ２１３において、第１追跡ロボット１０１は、羽ばたき制御部１００５にて、速度補正ベクトルＱ1＝［（１−ｄ／｜Ｘ21｜）・Ｘ21＋［（１−ｄ／｜Ｘ31｜）・Ｘ31］を算出する。また、Ｓ２１４において、第２追跡ロボット１０２は、羽ばたき制御部１００５にて、速度補正ベクトルＱ2＝［（１−ｄ／｜Ｘ12｜）・Ｘ12＋［（１−ｄ／｜Ｘ32｜）・Ｘ32］を算出する。また、Ｓ２１５において、第３追跡ロボット１０３は、羽ばたき制御部１００５にて、速度補正ベクトルＱ3＝［（１−ｄ／｜Ｘ13｜）・Ｘ13＋［（１−ｄ／｜Ｘ23｜）・Ｘ23］を算出する。
【０１１０】
次に、Ｓ２１６において、第１追跡ロボット１０１は、移動速度を変更した後の自己の速度ベクトルＶＶ1＝ｖ・Ｐ1＋ｕ・Ｑ1を算出する。また、Ｓ２１７において、第２追跡ロボット１０２は、移動速度を変更した後の自己の速度ベクトルＶＶ2＝ｖ・Ｐ2＋ｕ・Ｑ2を算出する。また、Ｓ２１８において、第３追跡ロボット１０３は、移動速度を変更した後の自己の速度ベクトルＶＶ3＝ｖ・Ｐ3＋ｕ・Ｑ3を算出する。
【０１１１】
本実施の形態では、３台の追跡ロボットは、編隊飛行の状態を維持するため、ｖ・Ｐ１の速度ベクトルで、平行移動することによって、目標物１００を追跡するとともに、ｕ・Ｑｉ（i＝１，２，３）の値を用いて、第１〜第３追跡ロボット１０１〜１０３の相互の位置関係（本実施例では正三角形の位置関係）を調整し、互いの距離をｄに維持する。係数ｕは、速度変更後の速度ベクトルＶＶｉ（i＝１，２，３）の絶対値｜ＶＶｉ｜が、追跡ロボットの実現可能な最大速度を超えないように調節するための係数である。ここでは、係数ｕは、演算によって算出された速度変更後の追跡ロボットの速度の大きさが、追跡ロボットが実現できる最大速度を超えないようにするためのものであり、係数ｕには、簡単のため、３台の追跡ロボットに共通の値が用いられているが、３台の追跡ロボットのそれぞれに異なる値が用いられてもよい。
【０１１２】
なお、図６のフローチャートでは、３台の追跡ロボットを用いて目標物を追跡する追跡ロボットシステムの例が示されたが、２台の追跡ロボットを用いて目標物を追跡する追跡ロボットシステムであれば、第１追跡ロボット１０１および第２追跡ロボット１０２のそれぞれは、Ｘ31およびＸ32のそれぞれが（０，０，０）であるものとして、互いの距離ｄを一定に維持するための速度ベクトルＶＶ1およびＶＶ2の算出を行えばよい。したがって、図６を用いて説明した手法は、２台の追跡ロボット同士の間の距離を一定に維持する場合にも用いることが可能である。
【０１１３】
なお、上記した実施の形態１〜４のそれぞれにおいては、追跡ロボット同士が通信することによって、２点の位置のそれぞれからの目標物の方向を示す方向単位ベクトルのデータおよびその２点の位置の位置ベクトルのデータからなる４つのデータが取得される例が示されている。しかしながら、移動可能な追跡ロボットと位置が固定されている外部装置との間で通信することによって、前述の４つのデータが取得されてもよい。
【０１１４】
また、実施の形態１〜４のそれぞれにおいては、前述の４つのデータが複数の追跡ロボットのうちの１台の追跡ロボットに集められ、その追跡ロボットにおいて目標物の位置を特定する演算が行われる例が示されている。しかしながら、位置が固定されている外部装置に前述の４つのデータが集められ、その外部装置において目標物の位置が特定される追跡ロボットシステムであっても、本発明の目的を達成することは可能である。
【０１１５】
さらに、実施の形態１〜４のそれぞれにおいては、追跡ロボット同士の間の距離が適切かどうかの判別を、目標物の位置を特定する演算を行った追跡ロボットが行っているが、その判別は、前述の外部装置において行われてもよいとともに、目標物の位置を特定する演算を行なった追跡ロボット以外の追跡ロボットにおいて行われてもよい。
【０１１６】
（羽ばたき装置の構成）
図７（ａ）および図７（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７（ａ）および図７（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。
【０１１７】
図７（ａ）では、羽ばたき装置の前方正面部分が示され、図７（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。
【０１１８】
なお、図７（ａ）および図７（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。
【０１１９】
図７（ａ）および図７（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。
【０１２０】
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７に示されるものに限られない。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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うことができる。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
さて、図７（ａ）および図７（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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
図８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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
また、図８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。
【０１３３】
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われてもよい。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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う。
【０１３７】
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。
【０１３８】
なお、図８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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
（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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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９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。
【０１４８】
これにより、図１０（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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
（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１０参照）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９を参照）、次の式で表わされる。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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１１に示す。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
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１２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。
【０１６８】
さらに、図８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ってもよい。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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８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。
【０１７１】
また、図１３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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
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】
【０１７５】
【図１】実施の形態１および２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３】実施の形態２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４】実施の形態３および４の追跡ロボットシステムの構成を示す図である。
【図５】実施の形態３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６】実施の形態４の追跡ロボットシステムが、３つの追跡ロボットが一直線上に並ばないように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７】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８】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９】図７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１０】図７および図８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１１】図７および図８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１２】図７および図８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１３】図７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】
【０１７６】
１００  目標物、１０１  第１追跡ロボット、１０２  第２追跡ロボット、１０３  第３追跡ロボット、１０４  目標物の飛行経路の一例、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、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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