(57)【要約】【課題】  圧電素子を用いて円滑に自走動作する自走ロボットを実現する。【解決手段】  直交する一対の可動フレームを、圧電素子を有する４つの駆動部材によって相互に結合する自走機構において、駆動部材の両端部にヒンジ部を形成することにより、自走機構の自走動作時に駆動部材に与えられる変形をヒンジ部において吸収する。【選択図】        図１
2007021655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに移動自在に直交するように配設された第１及び第２の可動フレーム相互間に、圧電素子によって伸長・縮小動作する駆動部材の両端を固定すると共に、上記駆動部材の伸長・縮小動作によって上記第１及び第２の可動フレームを交互に移動させることにより移動基盤上を移動する自走機構を有する自走ロボットにおいて、
上記駆動部材は、
上記圧電素子によって伸長・縮小動作する伸長動作部と、
上記伸長動作部の両端に形成された一対のヒンジ部と、
上記一対のヒンジ部の外側端にそれぞれ形成され、上記第１及び第２の可動フレームに固定される一対の取付け部と
を具えることを特徴とする自走ロボット。
【請求項２】
上記伸長動作部は上記圧電素子を保持する保持枠体を有し、
上記保持枠体は上記圧電素子を保持する前には上記圧電素子の伸長動作方向の長さより短い長さを有すると共に幅方向に外方に膨出する幅形状を有し、
予め上記保持枠体を上記長さの方向に加工圧力を与えて引き延ばした状態において上記保持枠体内に上記圧電素子を挿入し、その後上記加工圧力を除去することにより上記保持枠体が上記圧電素子に上記伸長動作方向に与圧を付加することにより上記保持枠体に上記圧電素子を保持した
ことを特徴とする請求項１に記載の自走ロボット。
【請求項３】
可撓性金属材料でなる保持枠体を有する伸長動作部と、
該伸長動作部の両端側に配設された一対の取付け部と、
上記保持枠体内に保持される長方形状の圧電素子とからなり、
上記保持枠体は予めその幅方向に膨出した樽形状とされ、
上記保持枠体に対して上記幅方向に変形圧力を与えることにより上記保持枠体を樽形状からほぼ長方形状になるように変形させ、
この状態において上記保持枠体内に上記長方形状の圧電素子を挿入し、
その後上記変形圧力を取り除くことにより上記圧電素子を上記保持枠体内に保持する
ことを特徴とする自走ロボットの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自走ロボットに関して、特に移動基盤面上をインチウォーム動作により移動動作できる小型自走ロボットに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動基盤面上を精密に自走する小型ロボットとして、特許文献１によって提案されているように、互いに直交して配設される一対の可動フレーム相互間に４つの圧電素子を介在させると共に、当該一対の可動フレームを交互に移動動作させることにより、インチウォーム動作により尺取虫のような移動動作をするようにしたものが提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２５４３９８公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の自走ロボットは、一対の可動フレームの隣接する端部間に、自走駆動手段である圧電素子部材の端部を、連結する構造をもっており、この連結部分が一対の可動フレームに斜交して固定されているので、圧電素子部材が伸長・縮小動作したとき当該圧電素子部材に伸長・縮小動作方向に対して垂直方向に変形成分をもつような変形力を与える問題がある。
【０００４】
因に、圧電素子自体にその伸長・縮小動作方向と垂直方向に変形を与えると、伸長・縮小動作に不具合が生ずるおそれがあり、その結果可動フレームに効率良く駆動力を伝達できなくなる。
【０００５】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、可動フレームと圧電素子部材間に変形力が生じたとき当該変形力に適応しながら圧電素子に生ずる駆動力を効率良く可動フレームに伝達できるようにした自走ロボットを提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するため本発明においては、互いに移動自在に直交するように配設された第１及び第２の可動フレーム２及び３相互間に、圧電素子２２Ｊ２によって伸長・縮小動作する駆動部材２１Ａ〜２１Ｄの両端を固定すると共に、駆動部材２１Ａ〜２１Ｄの伸長・縮小動作によって第１及び第２の可動フレーム２及び３を交互に移動させることにより移動基盤ＢＳ上を移動する自走機構１を有する自走ロボットにおいて、駆動部材２１Ａ〜２１Ｄは、圧電素子２２Ｊ２によって伸長・縮小動作する伸長動作部２２Ｊと、伸長動作部２２Ｊの両端に形成された一対のヒンジ部２２Ｊ１１及び２２Ｊ１２と、一対のヒンジ部２２Ｊ１１及び２２Ｊ１２の外側端に形成され、第１及び第２の可動フレーム２及び３に固定される一対の取付け部２２Ｋ及び２２Ｌとを設けるようにする。
【発明の効果】
【０００７】
圧電素子によって駆動部材を伸長・縮小動作させることにより第１及び第２の可動フレームを交互に移動させる際に、駆動部材には圧電素子の本来の伸長・縮小動作方向に対して垂直方向成分をもつ変形力が与えられるが、この変形力を伸長動作部及び取付け部間に設けたヒンジ部によって吸収することによって駆動部材を適正に伸長・縮小動作させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【０００９】
（１）自走機構の構成
図１において、１は全体として自走ロボットの自走機構を示し、自走機構１は、外観上コ字形状を有しかつ磁性材料でなる一対の可動フレーム２及び３を有する。
【００１０】
第１の可動フレーム２は、図２に示すように、水平方向に延長する断面長方形状の本体部２Ａの両端から下方に延長するように一対の脚部２Ｂ及び２Ｃが形成され、この脚部２Ｂ及び２Ｃの下端面が四角錐状に下方に突出する支点部２Ｄ及び２Ｅが形成されている。
【００１１】
この支点部２Ｄ及び２Ｅは、自走機構１が磁性材料でなる移動基盤ＢＳ上に置かれたとき、当該可動フレーム２を支点部２Ｄ及び２Ｅが当接する位置において可動フレーム２を支持する。
【００１２】
脚部２Ｂ及び２Ｃには励磁コイル１１Ａ及び１１Ｂが巻装され（図１）、可動フレーム２の支点部２Ｄ及び２Ｅが磁性材料でなる移動基盤ＢＳに当接した状態で励磁コイル１１Ａ及び１１Ｂが励磁されたとき、可動フレーム２と移動基盤ＢＳとによって磁気回路が形成されることにより、支点部２Ｄ及び２Ｅが移動基盤ＢＳの表面に吸着し、これにより可動フレーム２が支点部２Ｄ及び２Ｅの位置に吸着保持される。
【００１３】
第２の可動フレーム３は、図３に示すように、水平方向に延長する断面が長方形状の本体部３Ａの両端から下方に延長するように一対の脚部３Ｂ及び３Ｃが形成され、一方の脚部３Ｂに励磁コイル２１Ａが巻装されている（図１）と共に、当該脚部３Ｂの下端面に四角錐状に下方に突出する支点部３Ｄが形成されている。
【００１４】
これに対して他方の脚部３Ｃには、下方への延長途中において、上及び下端部３Ｅ及び３Ｆを残すように励磁コイル収納溝３Ｇが形成されると共に、上及び下端部３Ｅ及び３Ｆに断面三角形状の割溝３ＥＸ及び３ＦＸが形成されている。
【００１５】
脚部３Ｃの励磁コイル収納溝３Ｇ並びに割溝３ＥＸ及び３ＦＸには、図４に示すような関節脚部材４が装着される。
【００１６】
関節脚部材４は、断面円形の棒状磁性材料でなる脚本体４Ａと、その中央部分に巻装された励磁コイル４Ｂとを有し、脚本体４Ａの下端面に円錐状に下方に突出する支点部４Ｃが形成されている。
【００１７】
かかる構成の関節脚部材４は、図１に示すように、可動フレーム３の脚部３Ｃに対して外方から、励磁コイル４Ｂを励磁コイル収納溝３Ｇに差し込むと共に、脚本体４Ａの上端部及び下端部を割溝３ＥＸ及び３ＦＸに押し付けた状態に位置決めされた後、一対の帯状係止具５Ａ及び５Ｂを有する関節脚係止部材５によって、上下方向に位置調整可能な状態に係止される。
【００１８】
かくして自走機構１が移動基盤ＢＳ上に置かれたとき、第２の可動フレーム３の一方の脚部３Ｃに係止されている関節脚部材４を、関節脚係止部材５を用いて、上下方向の位置を調整することにより、可動フレーム２の一対の脚部２Ｂ及び２Ｃの支点部２Ｄ及び２Ｅが移動基盤ＢＳ上に当接した状態において、可動フレーム３の脚部３Ｂの支点部３Ｄ及び関節脚部材４の支点部４Ｃが移動基盤ＢＳから離れることなく、ガタなく、移動基盤ＢＳの表面に当接させることができる。
【００１９】
これにより第２の可動フレーム３の励磁コイル１２Ａ及び４Ｂを励磁したとき、可動フレーム３と移動基盤ＢＳとによって磁気回路を形成することにより、可動フレーム３を移動基盤ＢＳ上に吸着保持できる。
【００２０】
第１及び第２の可動フレーム２及び３は、可動フレーム２の本体部２Ａの中央下縁に形成された逃げ溝２Ｇ（図２）と可動フレーム３の本体部３Ａの中央上縁に形成された逃げ溝３Ｇ（図３）とを相互に挿通させるように互いに直交して配設されることにより、可動フレーム２及び３の本体部２Ａ及び３Ａの上表面をほぼ同一平面上に配置する。
【００２１】
本体部２Ａ及び３Ａの上表面には、当該同一平面内において、可動フレーム２及び３の互いに隣合う端部間に駆動部材２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ及び２１Ｄが固着され、これにより、可動フレーム２及び３が一体に結合される。
【００２２】
この実施の形態の場合、第１の可動フレーム２の脚部２Ｃ側の一端部２ＡＸと第２の可動フレーム３の脚部３Ｂ側の一端部３ＡＸに対して駆動部材２１Ａの両端が取付ピン２３Ａ及び２３Ｂによって一体に固着され、同様にして、第２の可動フレーム３の脚部３Ｂ側の一端部３ＡＸ及び第２の可動フレーム２の脚部２Ｂ側の他端部２ＡＹに対して駆動部材２１Ｂの両端が取付ピン２４Ａ及び２４Ｂによって一体に固着され、第２の可動フレーム２の脚部２Ｂ側の他端部２ＡＹと第２の可動フレーム３の脚部３Ｃ側の他端部３ＡＹに対して駆動部材２１Ｃの両端が取付ピン２５Ａ及び２５Ｂによって一体に固着され、第２の可動フレーム３の脚部３Ｃ側の他端部３ＡＹ及び第１の可動フレーム２の脚部２Ｃ側の一端部２ＡＸに駆動部材２１Ｄの両端が取付ピン２６Ａ及び２６Ｂによって一体に固着されている。
【００２３】
これら４つの駆動部材２１（２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ）は、図５に示すように、全体として長方形板状の外観形状を有し、長手方向の中央部に伸長動作部２２Ｊを有すると共に、当該伸長動作部２２Ｊの両端側に取付け部２２Ｋ及び２２Ｌが設けられている。
【００２４】
伸長動作部２２Ｊは、可撓性金属材料でなる保持枠体２２Ｊ１内に圧電素子２２Ｊ２を保持し、これにより圧電素子２２Ｊ２が伸長動作したとき保持枠体２２Ｊ１の長手方向の長さが長くなるような伸長動作をするようになされている。
【００２５】
保持枠体２２Ｊ１の長手方向の両端部は、それぞれ当該ヒンジ部２２Ｊ１１及び２２Ｊ１２を介して取付け部２２Ｋ及び２２Ｌに結合されている。
【００２６】
駆動部材２１（２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄ）の取付け部２２Ｋ及び２２Ｌには、長手方向の中心線Ｌ１に対して横方向に偏倚した位置において貫通するように、取付け孔２２Ｋ１及び２２Ｌ１が穿設され、当該取付け孔２２Ｋ１及び２２Ｌ１を挿通する取付けピン（２３Ａ、２３Ｂ）、（２４Ａ、２４Ｂ）、（２５Ａ、２５Ｂ）及び（２６Ａ、２６Ｂ）によって取付け部２２Ｋ及び２２Ｌが可動フレーム２及び３に一体に固定されている。
【００２７】
かくして駆動部材２１（２１Ａ〜２１Ｄ）の圧電素子２２Ｊ２は、駆動電圧が与えられて中心線Ｌ１上において外方に伸びたとき、中心線Ｌ１に沿って取付け部２２Ｋ及び２２Ｌの間隔を駆動電圧に相当する長さだけ拡げるように動作し、これにより取付け部２２Ｋ及び２２Ｌが固定されている可動フレーム２及び３の端部間の間隔を駆動電圧に応じて拡げるようになされている。
【００２８】
この実施の形態の場合、ヒンジ部２２Ｊ１１及び２２Ｊ１２は、保持枠体２２Ｊ１の両端部において横方向から中心線Ｌ１に向う方向に一対の切込み２２Ｍ１及び２２Ｍ２を形成し、これにより切り込まれずに中心線Ｌ１上に残った連続部２２Ｎを中心として、取付け部２２Ｋ及び２２Ｌが、可動フレーム２及び３の本体部２Ａ及び３Ａの上表面において、保持枠体２２Ｊ１に対して時計方向又は反時計方向に回動するようなヒンジ動作をすることができるようになされている。
【００２９】
またこの実施の形態の場合、駆動部材２１（２１Ａ１〜２１Ｄ１）は、図６（Ａ）に示すように、保持枠体２２Ｊ１として予め横方向に膨出したような樽形状のものを用意し、当該保持枠体２２Ｊ１に対して矢印ａで示すような縮小圧力を与えることにより、矢印ｂで示すように、保持枠体２２Ｊ１を中心線Ｌ１に沿う方向に長くほぼ長方形状になるように変形させ、この状態において図６（Ｂ）に示す長方形状の圧電素子２２Ｊ１を中心線Ｌ１上に沿うように挿入し、その後加工圧ａを取り除くことにより図６（Ｃ）に示すように、保持枠体２２Ｊ１が元の膨出形状に戻ろうとする復元力を中心線Ｌ１に沿う方向に圧電素子２２Ｊ２の両端に与圧ｃとして与える状態で平衡状態を得る。
【００３０】
かくして圧電素子２２Ｊ２に予め与圧を付与しておくことにより、圧電素子２２Ｊ２が外力により引っ張られて破壊に至ることを未然に防止するようになされている。
【００３１】
さらにこの実施の形態の場合、関節脚係止部材５の帯状係止具５Ａ及び５Ｂは、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、薄いスチールベルトでなり、「コ」字状に折り曲げられた係止ベルト２５を有し、その両端に可動フレーム３の脚部３Ｃの両側面に対接するベルト取付板２６Ａ及び２６Ｂが一体に固着されている。
【００３２】
ベルト取付板２６Ａ及び２６Ｂの先端部分には、図７（Ｂ）に示すように、長手方向に延長する長孔２７が穿設され、この長孔２７を通って横方向に脚部３Ｃを貫通するように設けられた取付ボルト２８が挿通され、当該取付ボルト２８の両端に張力調整用締付ボルト２９Ａ及び２９Ｂを締め付けることにより、ベルト取付板２６Ａ及び２６Ｂを脚部３Ｃに取り付ける。
【００３３】
係止ベルト２５の中央部には、内側にテフロン（登録商標）樹脂材料でなる係止部材３０を保持する受座３１が設けられ、これによりベルト取付板２６Ａ及び２６Ｂの取付位置を長孔２７を利用して調整することにより、関節脚部材４の脚本体４Ａを割溝３ＥＸ及び３ＦＸに押し付けて保持する。
【００３４】
かくして関節脚停止部５は、図８に示すように、可動フレーム３の上及び下端部３Ｅ及び３Ｆにおいて、帯状係止具５Ａ及び５Ｂの係止ベルト２５を緩めた状態で、割溝３ＥＸ及び３ＦＸに対して関節脚部材４を上下方向に位置合せすることにより、脚本体４Ａの支点部４Ｃの下端面を移動基盤ＢＳの表面に過不足なく当接できるように調整することができる。
【００３５】
（２）自走動作
（ａ）停止動作
以上の構成において、自走機構１は、図９の停止動作状態において、自走制御部（図示せず）から、図１０（Ａ）〜（Ｆ）に示すような停止駆動信号を与える。すなわち、第１及び第２の可動フレーム２及び３の励磁コイル１１Ａ、１１Ｂ及び１２Ａ、４Ｂに対して図１０（Ａ）及び（Ｂ）に示すようなオン動作信号を与えることにより、脚部２Ｂ、２Ｃ及び３Ｂ及び３Ｃを移動基盤ＢＳ上に吸着させる。
【００３６】
このとき駆動部材２１Ａ〜２１Ｄの圧電素子２２Ｊ２には、図１０（Ｃ）〜（Ｆ）に示すように、停止動作電圧Ｖ０が与えられていることにより、駆動部材２１（２１Ａ〜２１Ｄ）が伸長動作も縮小動作もしていない基準長を呈する状態になっている。このとき、駆動部材２１（２１Ａ〜２１Ｄ）は同じ基準長の平衡状態になっていることにより、可動フレーム２及び３は相対的に直交する状態に保持されていると共に、駆動部材２１Ａ〜２１Ｄの保持枠体２２Ｊ１は、圧電素子２２Ｊ２を中心線Ｌ１の方向に向かせるような基準状態（ヒンジ部２２Ｊ１１及び２２Ｊ１２が変形していない状態）にある。
【００３７】
（ｂ）前進・後退動作
自走機構１は、図１２に示すような前進駆動信号が与えられたとき、図１１において矢印ｆで示すように、左方に前進するような移動動作する。
【００３８】
すなわち、図１２の時点ｔ１〜ｔ２の区間において、励磁コイル１１Ａ及び１１Ｂがオン動作し（図１２（Ａ））、かつ励磁コイル１２Ａ及び４Ｂがオフ動作することにより、第１の可動フレーム２が移動基盤ＢＳに吸着された状態になるのに対して、第２の可動フレーム３が移動基盤ＢＳに吸着されずに可動状態になる。
【００３９】
この状態において、第２の可動フレーム３の右側にある駆動部材２１Ａ及び２１Ｄが、図１２（Ｃ）及び（Ｆ）に示すように、伸長動作し、かつ可動フレーム３の左側にある駆動部材２１Ｂ及び２１Ｃが、図１２（Ｄ）及び（Ｅ）に示すように縮小動作する。
【００４０】
このとき可動フレーム３の脚部３Ｂが駆動部材２１Ａ及び２１Ｂの伸長及び縮小動作により左方に移動されると同時に、反対側の脚部３Ｃが駆動部材２１Ｄ及び２１Ｃの伸長及び縮小動作によって左方に移動される。
【００４１】
この動作の後、時点ｔ２において励磁コイル１１Ａ及び１１Ｂがオフ動作し（図１２（Ａ））かつ、励磁コイル１２Ａ及び４Ｂがオン動作する（図１２（Ｂ））ことにより、可動フレーム３の脚部３Ｂ及び３Ｃが左側に移動した位置において移動基盤ＢＳ上に吸着されると共に、可動フレーム２の脚部２Ｂ及び２Ｃが可動状態になる。
【００４２】
かくして自走機構１は、時点ｔ１〜ｔ２において移動基盤ＢＳに吸着されていた可動フレーム２の脚部２Ｂ及び２Ｃを支点として、可動フレーム３が駆動手段２１Ａ〜２１Ｄの伸長・縮小動作長さ分だけ左方に移動した位置に、インチウォーム動作により移動する。
【００４３】
続いて、移動基盤ＢＳに吸着されている可動フレーム３の右側の駆動部材２１Ａ及び２１Ｄが縮小動作し（図１２（Ｃ）及び（Ｄ））かつ左側の駆動部材２１Ｂ及び２１Ｃが伸長動作する（図１２（Ｂ）及び（C））。
【００４４】
このとき可動フレーム２の脚部２Ｃ及び２Ｂが共に左方に移動すると共に、その後の時点ｔ３において励磁コイル１１Ａ及び１１Ｂがオン動作して（図１２（Ａ））可動フレーム２の脚部２Ｂ及び２Ｃが移動基盤ＢＳに吸着されると共に、励磁コイル１２Ａ及び４Ｂがオフ動作する（図１２（Ｂ））ことにより可動フレーム３の脚部３Ｂ及び３Ｃが可動状態になる。
【００４５】
かくして自走機構１は、時点ｔ２〜ｔ３間において移動基盤ＢＣに吸着されている可動フレーム３の脚部３Ｂ及び３Ｃを支点として、可動フレーム２が駆動部材２１Ａ〜２１Ｄの伸長・縮小動作長さ分だけ左方に移動した位置に、インチウォーム動作により移動する。
【００４６】
以下同様にして、時点ｔ３以降において、励磁コイル１１Ａ、１１Ｂ及び１２Ａ、４Ｂ、並びに駆動部材２１Ａ〜２１Ｄが時点ｔ１〜ｔ３について上述したと同様の動作を繰り返すことにより、自走機構１は矢印ｆで示す左方にインチウォーム動作することになる。
【００４７】
この実施の形態の場合、駆動部材２１Ａ〜２１Ｄの圧電素子２２Ｊ２（図５）に与えられる駆動電圧（図１２（Ｃ）〜（Ｆ））は、停止動作電圧Ｖ０を動作点とする正弦波形を有し、これにより、時点ｔ１〜ｔ２、ｔ２〜ｔ３、ｔ３〜ｔ４……において、駆動電圧が最小電圧値から停止動作電圧Ｖ０を通って最大電圧値に変化するとき駆動部材２１Ａ〜２１Ｄはその電圧変化に応じて伸長動作し、これとは逆に、駆動電圧が最大電圧値から停止動作電圧Ｖ０を通って最小電圧値に変化するとき駆動部材２１Ａ〜２１Ｄはその電圧変化に応じて縮小動作する。
【００４８】
この自走機構１の左方への移動動作において、駆動部材２１Ａ〜２１Ｄは図１３において、点線矢印ｗ１で示す方向に本来の伸長・縮小力を生じるのに対して、一端側が矢印ｆに沿う方向に移動する可動フレーム３に結合されていることにより、実線矢印ｗ２に示すように本来の伸長・縮小動作方向に対して垂直方向（せん断方向）の変形成分をもつような変形を受ける。
【００４９】
このとき駆動部材２１Ａ〜２１Ｄは、図１４（Ａ）に示すように、保持枠体２２Ｊ１と両端の取付け部２２Ｋ及び２２Ｌとの間に形成されたヒンジ部２２Ｊ１１及び２２Ｊ１２が当該変形力を受けて、図１４（Ｂ）に示すように、当該変形力を吸収するように変形動作をする（水平面内において傾くような動作をする）ことにより、保持枠体２２Ｊ１は保持している圧電素子２２Ｊ２の中心線が変形動作方向ｗ２に近づくような方向に回動する。
【００５０】
かくすることにより、自走機構１が前進動作をする際に駆動部材２１Ａ〜２１Ｄに変形力が与えられても、当該変形力をヒンジ部２２Ｊ１１及び２２Ｊ１２によって吸収することができることにより、圧電素子２２Ｊ２には垂直方向（せん断方向）への変形力を与えることなく、圧電素子２２Ｊ２に生じた伸長力を、互いに直交する可動フレーム２及び３に無理なく伝達することができる。
【００５１】
因に、圧電素子は、その伸長方向に対して垂直方向には伸長動作をすることはできず、当該垂直方向に変形力を与え続けると不具合が生ずるおそれがあるのに対して、上述の構成によれば、当該不具合を生じさせることなく、繰り返し、自走機構１を前進動作させることができる。
【００５２】
なお、図１１〜１３の左前進動作モードにおいては、時点ｔ１〜ｔ２間において駆動部材２１Ａ及び２１Ｄを伸長動作させる（図１２（Ｃ）及び（Ｆ））と共に駆動部材２１Ｂ及び２１Ｃを縮小動作させ（図１２（Ｄ）及び（Ｅ））、その後の時点ｔ２〜ｔ３間において駆動部材２１Ａ及び２１Ｄを縮小動作させる（図１２（Ｃ）及び（Ｆ））と共に駆動部材２１Ｂ及び２１Ｃを伸長動作させる（図１２（Ｄ）及び（Ｅ））ことにより、自走機構１を左方に前進させたが、これに代え、時点ｔ１〜ｔ２において駆動部材２１Ａ及び２１Ｄを縮小動作させると共に、駆動部材２１Ｂ及び２１Ｃを伸長させ、時点ｔ２〜ｔ３間において駆動部材２１Ａ及び２１Ｄを伸長動作させると共に駆動部材２１Ｂ及び２１Ｃを縮小動作させるようにすれば、自走機構１は矢印ｆとは逆方向に右方に移動するような後退動作を行う。
【００５３】
この後退動作の際にも、図１１及び図１３について上述したと同様に、駆動部材２１Ａ〜２１Ｄは、ヒンジ部２２Ｊ１１及び２２Ｊ１２のヒンジ動作によって変形力を有効に吸収することができる。
【００５４】
（ｃ）斜行動作
図１５に示す自走機構１は、図１６の斜行駆動信号によって駆動されることにより、矢印ｇで示すように、斜め左上方に自走する。
【００５５】
この場合、図１２について上述した前進駆動信号の場合と同様に、時点ｔ１１〜ｔ１２の区間において、可動フレーム２の励磁コイル１１Ａ及び１１Ｂがオン動作する（図１６（Ａ））と共に、可動フレーム３の励磁コイル１２Ａ及び４Ｂがオフ動作する（図１６（Ｂ））。
【００５６】
続いて時点ｔ１２〜ｔ１３の区間において、励磁コイル１１Ａ及び１１Ｂがオフ動作すると共に、励磁コイル１２Ａ及び４Ｂがオン動作する。
【００５７】
以下同様にして、励磁コイル１１Ａ及び１１Ｂと、１２Ａ及び４Ｂとが交互にオンオフ動作することにより、可動フレーム２及び３が交互に移動基盤ＢＳ上に吸着され、これによりインチウォーム動作をする。
【００５８】
この場合、時点ｔ１１〜ｔ１２の区間において、駆動部材２１Ａが伸長動作する（図１６（Ｃ））と共に、駆動部材２１Ｃが縮小動作する（図１６（Ｅ））。
【００５９】
これと同時に、駆動部材２１Ｂ及び２１Ｄは伸長・縮小動作をしないで基準長を維持するように停止動作電圧Ｖ０が与えられる（図１６（Ｄ）及び（Ｆ））。
【００６０】
かくして駆動部材２１Ａが伸長動作することにより可動フレーム３の脚部３Ｂが可動フレーム２の脚部２Ｃより遠くなる方向に押圧されるのに対して、駆動部材２１Ｃが縮小動作することにより可動フレーム３の脚部３Ｃが可動フレーム２の脚部２Ｂに近づく方向に引き付けられる。
【００６１】
このとき可動フレーム３の脚部３Ｂと可動フレーム２の脚部２Ｂとの間隔は、基準長の状態になっている駆動部材２１Ｂによって変更が生じないようになされていると共に、可動フレーム２の脚部２Ｃと可動フレーム３の脚部３Ｃとの間隔も基準長の状態にある駆動部材２１Ｄによって変化が生じないようになされているので、可動フレーム３の脚部３Ｂ及び３Ｃは、移動基盤ＢＳに吸着されている可動フレーム２を支点として斜め左上方に移動される。
【００６２】
これに続いて、時点ｔ１２〜ｔ１３の区間において、駆動部材２１Ａが縮小動作する（図１６（Ｃ））と共に、駆動部材２１Ｃが伸長動作する（図１６（Ｅ））。
【００６３】
これと同時に、駆動部材２１Ｂ及び２１Ｄは伸長・縮小動作をしないで基準長を維持するように停止動作電圧Ｖ０が与えられる（図１６（Ｄ）及び（Ｆ））。
【００６４】
かくして駆動部材２１Ａが縮小動作することにより可動フレーム３の脚部３Ｂが可動フレーム２の脚部２Ｃに近づく方向に引き付けられるのに対して、駆動部材２１Ｃが伸長動作することにより可動フレーム３の脚部３Ｃが可動フレーム２の脚部２Ｂより遠くなる方向に押圧される。
【００６５】
このとき可動フレーム３の脚部３Ｂと可動フレーム２の脚部２Ｂとの間隔は、基準長の状態になっている駆動部材２１Ｂによって変更が生じないようになされていると共に、可動フレーム２の脚部２Ｃと可動フレーム３の脚部３Ｃとの間隔も基準長の状態にある駆動部材２１Ｄによって変化が生じないようになされているので、可動フレーム３の脚部３Ｂ及び３Ｃは、移動基盤ＢＳに吸着されている可動フレーム３を支点として斜め左上方に移動される。
【００６６】
以下同様にして、時点ｔ１３以降において、励磁コイル１１Ａ、１１Ｂ及び１２Ａ、４Ｂ、並びに駆動部材２１Ａ〜２１Ｄが時点ｔ１１〜ｔ１３について上述したと同様の動作を繰り返すことにより、自走機構１は矢印ｇで示す斜め左上方にインチウォーム動作することになる。
【００６７】
このように斜め左上方に移動動作するとき、図１７に示すように、駆動部材２１Ａ及び２１Ｃがその本来の伸長・縮小方向ｗ１の方向に伸長・縮小動作をしたとき、垂直方向（せん断方向）成分をもつ実線矢印ｗ２の方向に変形力が生ずる。
【００６８】
また伸長・縮小動作をしていない駆動部材２１Ｂ及び２１Ｄについても、可動フレーム３の移動動作に基づいてその本来の伸長・縮小動作方向に対して垂直方向（せん断方向）の成分をもつ実線矢印ｗ２の方向に変形力が作用する。
【００６９】
この駆動部材２１Ａ〜２１Ｄに作用する変形力に対して、駆動部材２１Ａ〜２１Ｄのヒンジ部２２Ｊ１１及び２２Ｊ１２が、図１５に示すように、吸収動作をし、これにより圧電素子２２Ｊ２はせん断方向の変形力が作用しない状態に維持され、これにより圧電素子２２Ｊ２に不具合が生ずるおそれを有効に防止できる。
【００７０】
なお、図１５ないし図１７においては、互いに対向する一対の駆動部材２１Ａ及び２１Ｃについて、駆動部材２１Ａの伸長動作及び駆動部材２１Ｃの縮小動作と、駆動部材２１Ａの縮小動作及び駆動部材２１Ｃの伸長動作を交互に繰り返すことによって、矢印ｇの斜め左上方に自走機構１を自走させる場合について述べたが、これとは逆に、駆動部材２１Ａの縮小動作及び駆動部材２１Ｃの伸長動作と、駆動部材２１Ａの伸長動作及び駆動部材２１Ｃの縮小動作とを交互に繰り返すような斜行駆動信号を与えるようにすれば、自走機構１を右斜め下方向に自走させることができる。
【００７１】
さらに、駆動部材２１Ａ及び２１Ｃを伸長・縮小動作させない状態において、駆動部材２１Ｂの伸長動作及び駆動部材２１Ｄの縮小動作と、駆動部材２１Ｂの縮小動作及び駆動部材２１Ｄの伸長動作とを交互に繰り返すようにすれば、自走機構１を斜め右上方に自走させることができ、またこれとは逆に、駆動部材２１Ｂの縮小動作及び駆動部材２１Ｄの伸長動作と、駆動部材２１Ｂの伸長動作及び駆動部材２１Ｄの縮小動作とを交互に繰り返すことにより自走機構１を斜め左下方向に自走させることができる。
【００７２】
このような場合においても、駆動部材２１Ａ〜２１Ｄの変形に対して、図１７について上述したと同様にして、ヒンジ部２２Ｊ１１及び２２Ｊ１２のヒンジ動作を用いて圧電素子２２Ｊ２にせん断方向への変形を吸収することができる。
【００７３】
（ｄ）回転動作
自走機構１は、図１８に示す回転動作をするとき、図１９に示すように、可動フレーム２の励磁コイル１１Ａ及び１１Ｂがオン動作し（図１９（Ａ））かつ可動フレーム３の励磁コイル１２Ａ及び４Ｂがオフ動作する（図１９（Ｂ））時点ｔ２１〜ｔ２２の区間において、駆動部材２１Ａを伸長動作させる（図１９（Ｃ））と共に、駆動部材２１Ｂを縮小動作させる（図１９（Ｄ））。これと同時に駆動部材２１Ｃを伸長動作させる（図１９（Ｅ））と共に、駆動部材２１Ｄを縮小動作させる（図１９（Ｆ））。
【００７４】
かくして移動基盤ＢＳ上に吸着されている可動フレーム２の脚部２Ｂ及び２Ｃに対して、駆動部材２１Ａが脚部２Ｃ及び３Ｂ間の間隔を拡げるように動作すると共に、駆動部材２１Ｂが脚部２Ｂ及び３Ｂ間の間隔を狭めるような動作をすることにより、可動フレーム３の脚部３Ｂを左方に引っ張るような動作をする。
【００７５】
これに対して、駆動部材２１Ｃが脚部２Ｂ及び３Ｃ間の間隔を拡げるように動作するのに対して、駆動部材２１Ｄが脚部３Ｃ及び２Ｃ間の間隔を狭めるように動作し、これにより脚部３Ｃを右方に引っ張るような動作をする。
【００７６】
かくして移動基盤ＢＳ上に吸着されている可動フレーム２に対して、可動フレーム３の上方端が左方に引っ張られるのに対して、下方端が右方に引っ張られることにより、可動フレーム３は全体として矢印ｈで示すように、可動フレーム２の中心位置を中心として反時計方向に回動するように移動動作する。
【００７７】
続いて時点ｔ２２〜ｔ２３の区間になると、可動フレーム３の励磁コイル１２Ａ及び４Ｂがオン動作し（図１９（Ｂ））かつ可動フレーム２の励磁コイル１１Ａ及び１１Ｂがオフ動作し（図１９（Ａ））、駆動部材２１Ａが縮小動作する（図１９（Ｃ））と共に、駆動部材２１Ｂが伸長動作する（図１９（Ｄ））。これと同時に駆動部材２１Ｃが縮小動作をする（図１９（Ｅ））と共に、駆動部材２１Ｄが伸長動作をする（図１９（Ｆ））。
【００７８】
その結果脚部３Ｂ及び３Ｃによって移動基盤ＢＳ上に吸着されている可動フレーム３に対して、駆動部材２１Ａによって脚部３Ｂから脚部２Ｃまでの間隔が狭められると共に、駆動部材２１Ｄによって脚部３Ｃから脚部２Ｃまでの間隔が拡げられることにより、可動状態にある可動フレーム２の脚部２Ｃが上方に引っ張られる。
【００７９】
これと同時に駆動部材２１Ｂによって脚部３Ｂから脚部２Ｂまでの間隔が拡げられると共に、駆動部材２１Ｃによって脚部３Ｃから脚部２Ｂまでの間隔が狭められることにより、可動フレーム２の脚部２Ｂが下方に引っ張られる。
【００８０】
かくして自走機構１は可動フレーム３の中心部を中心として可動フレーム２を矢印ｈの方向に反時計方向に回動するように移動動作する。
【００８１】
以下同様の効果を繰り返すことにより、自走機構１はその中心部を中心として反時計方向に回転するように移動動作する。
【００８２】
このように、移動基盤ＢＳに吸着している可動フレーム２（又は３）に対して、互いに隣り合う駆動部材２１Ａ〜２１Ｄが交互に伸長及び縮小動作することにより、駆動部材２１Ａ〜２１Ｄには図２０に示すように、その本来の伸長・縮小方向ｗ１に対して垂直方向（せん断方向）成分をもつ矢印ｗ２の方向に変形力が生ずる。
【００８３】
この駆動部材２１Ａ〜２１Ｄに作用する変形力に対して、駆動部材２１Ａ〜２１Ｄのヒンジ部２２Ｊ１１及び２２Ｊ１２が吸収動作し、これにより圧電素子２２Ｊ２はせん断方向の変形力が作用しない状態に維持され、これにより圧電素子２２Ｊ２に不具合が生ずるおそれを有効に防止できる。
【００８４】
図１８ないし図２０において上述した反時計方向への回転動作に代えて、時点ｔ２１〜ｔ２２の区間及び時点ｔ２２〜ｔ２３の区間……における駆動部材２１Ａ〜２１Ｄの伸長・縮小動作を逆にすれば、自走機構１は図１８の場合とは逆に時計方向に回転するように移動動作する。
【００８５】
因にｔ２１〜ｔ２２の区間において駆動部材２１Ａ及び２１Ｃを縮小動作させると共に、駆動部材２１Ｂ及び２１Ｄを伸長動作させ、その後時点ｔ２２〜ｔ２３の区間において駆動部材２１Ａ及び２１Ｃを伸長動作させると共に、駆動部材２１Ｂ及び２１Ｄを縮小動作させる。
【００８６】
このように自走機構１が時計方向に回転動作する場合も、図２０について上述したと同様に、駆動部材２１Ａ〜２１Ｄに本来の伸長・縮小動作方向ｗ１に対して変形方向ｗ２に変形力が与えられるが、この変形力に応じて、駆動部材２１Ａ〜２１Ｄのヒンジ部２２Ｊ１１及び２２Ｊ１２が応動動作することにより当該変形力を吸収できる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は移動基盤上にインチウォーム動作する小型自走ロボットに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施の形態による自走機構の全体構成を示す斜視図である。
【図２】（Ａ）は第１の可動フレームを示す正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は底面図である。
【図３】（Ａ）は第２の可動フレームを示す正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は底面図である。
【図４】（Ａ）は関節脚部材の正面図、（Ｂ）は底面図である。
【図５】駆動部材を示す平面図である。
【図６】（Ａ）は駆動部材の組立て前における保持枠体の構成を示す平面図、（Ｂ）は圧電素子を示す平面図、（Ｃ）は保持枠体に圧電素子を組立てることにより得られる駆動部材を示す平面図である。
【図７】（Ａ）は帯状係止具を脚部に取り付けた状態を示す平面図、（Ｂ）は帯状係止具の側面図である。
【図８】関節脚係止部を示す側面図である。
【図９】停止動作状態にある自走機構を示す平面図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｆ）は停止駆動信号を示す信号波形図である。
【図１１】前進動作状態にある自走機構を示す平面図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｆ）は前進駆動信号を示す信号波形図である。
【図１３】前進動作時の自走機構における駆動部材の変形動作の説明に供する平面図である。
【図１４】（Ａ）及び（Ｂ）は駆動部材の変形動作の説明に供する平面図である。
【図１５】斜行動作時の自走機構を示す平面図である。
【図１６】（Ａ）〜（Ｆ）は斜行駆動信号を示す信号波形図である。
【図１７】斜行動作時の自走機構における駆動部材の変形動作の説明に供する平面図である。
【図１８】回転動作時の自走機構を示す平面図である。
【図１９】（Ａ）〜（Ｆ）は回転駆動信号を示す信号波形図である。
【図２０】回転動作時の自走機構における駆動部材の変形動作の説明に供する略線図である。
【符号の説明】
【００８９】
１……自走機構、２……可動フレーム、２Ａ……本体部、２Ｂ、２Ｃ……脚部、２Ｄ、２Ｅ……支点部、３……可動フレーム、３Ａ……本体部、３Ｂ、３Ｃ……脚部、３Ｄ……支点部、３Ｅ……上端部、３ＥＸ……割溝、３Ｆ……下端部、３ＦＸ……割溝、３Ｇ……励磁コイル収納溝、４……関節脚部材、４Ａ……脚本体、４Ｂ、１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ……励磁コイル、５Ａ、５Ｂ……帯状係止具、２１（２１Ａ〜２１Ｄ）……駆動部材、２２Ｋ、２２Ｌ……取付け部、２２Ｋ１、２２Ｌ１……取付け穴、２２Ｊ……伸長動作部、２２Ｊ１……保持枠体、２２Ｊ１１、２２Ｊ１２……ヒンジ部、２２Ｊ２……圧電素子、２５……係止ベルト、２６Ａ、２６Ｂ……ベルト取付板、２７……長孔、２８……取付ボルト、２９Ａ、２９Ｂ……締付ナット、３０……係止部材、３１……受座。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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