(57)【要約】【課題】振動モータを用いて簡易かつ正確に移動体を移動または回転させることができる移動装置を提供する。【解決手段】移動装置１は、移動面７に略平行に配置された回転軸８周りに偏芯した錘部材９を回転させることにより振動を発生する振動モータ３と、振動モータ３が取り付けられ、振動モータ３と共に移動面７上を移動または回転可能な移動体２と、錘部材９が上方から下方に回転したことによる移動体２の見かけの重量が軽くなる期間内に移動体２が所定の方向に移動または回転するように、錘部材９を所定方向に回転させる回転制御部４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動面に略平行に配置された回転軸周りに偏芯した錘部材を回転させることにより振動を発生する振動モータと、
前記振動モータが取り付けられ、前記振動モータと共に前記移動面上を移動または回転可能な移動体と、
前記錘部材が上方から下方に回転したことによる前記移動体の見かけの重量が軽くなる期間内に前記移動体が所定の方向に移動または回転するように、前記錘部材を所定方向に回転させる回転制御部と、を備えることを特徴とする移動装置。
【請求項２】
前記錘部材が回転軸周りに回転する回転周期は、前記移動体の見かけの重量が軽くなる期間と、前記移動体の本来の重量が前記移動面にかかる期間とを合わせた振動周期に等しいことを特徴とする請求項１に記載の移動装置。
【請求項３】
前記移動体は、前記移動体の見かけの重量が軽くなる期間内における前記錘部材の回転方向に応じた方向に移動または回転することを特徴とする請求項１または２に記載の移動装置。
【請求項４】
前記回転制御部は、前記移動体の移動方向を反対方向に切り替える場合は、前記振動モータの回転方向を逆にすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の移動装置。
【請求項５】
前記移動体は、前記移動面に接触する複数の脚部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の移動装置。
【請求項６】
複数の前記振動モータが前記移動体の重心位置に対して対称的に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の移動装置。
【請求項７】
前記回転制御部は、前記複数の振動モータのそれぞれに対応して設けられる複数の前記錘部材の回転位置を揃えた状態で、前記複数の振動モータを同期して回転させることを特徴とする請求項６に記載の移動装置。
【請求項８】
前記錘部材の回転位置を検出する錘検出部を備え、
前記回転制御部は、前記複数の振動モータのそれぞれに対応する前記錘検出部の検出結果に基づいて、前記複数の錘部材の回転位置を揃えることを特徴とする請求項７に記載の移動装置。
【請求項９】
前記移動体に取り付けられる地磁気センサまたは加速度センサを備え、
前記回転制御部は、前記地磁気センサまたは前記加速度センサの検出信号に基づいて、前記移動体が所定の方向に移動または回転するよう前記錘部材の回転方向を制御することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の移動装置。
【請求項１０】
前記回転制御部は、前記移動体の見かけの重量が最も軽くなるタイミングに合わせて、前記錘部材の回転方向を制御することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の移動装置。
【請求項１１】
前記回転制御部は、前記錘部材が最上部位置から９０度下方に回転した位置で前記移動体の見かけの重量が最も軽くなる場合は、この位置を過ぎて前記錘部材が回転する方向と逆方向の慣性力で前記移動体が移動するように、前記錘部材の回転方向を制御することを特徴とする請求項１０に記載の移動装置。
【請求項１２】
前記移動体は、それぞれが弾性力を有する弾性体であり前記移動面に接触する複数の脚部を有し、
前記回転制御部は、前記移動体が前記移動面を押しつける力の反発力と、前記錘部材を上方から下方に落下させ始める力の上向き反力と、により前記移動体の見かけの重量が最も軽くなるタイミングに合わせて、前記錘部材の回転方向を制御することを特徴とする請求項１０に記載の移動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動モータを用いて移動体を移動または回転させる移動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動モータは、モータ本体から伸びる回転軸に錘を偏って取り付けた構造である。回転軸に取り付けた錘を回転させると、錘の重心の位置が時間的に変化して、モータ本体が振動する。
この種の振動モータは、携帯電話やゲーム機などの電子機器に幅広く用いられている。例えば、携帯電話では、ユーザに着信を知らせるためのバイブレーション機能を実現するために振動モータが用いられている。また、ゲーム機でも、ゲーム効果を高めるために振動モータでバイブレーション機能を実現している。
【０００３】
例えば、携帯電話を硬質または衝撃を吸収しない材質からなる床面に置いて振動させると、振動が床面に直接伝達されて、携帯電話は不規則に激しく振動する。振動によって、携帯電話は床面をたたくため、その反作用で、携帯電話は浮き上がったり、不規則に回転したり、移動したりする。このような携帯電話の動きは、携帯電話が軽いほど、また内蔵している振動モータの駆動力が大きいほど、激しくなる。
【０００４】
このように、振動モータを内蔵する電子機器は、振動モータの振動によって、回転したり移動したりするため、振動モータを電子機器の回転や移動に積極的に利用する試みもなされている（例えば、特許文献１および２参照）。
【０００５】
特許文献１には、モータの振動を、本体の底部下面に植設された植毛に伝達させて本体を移動させる技術が開示されている。また、特許文献２には、足部を傾斜方向に振動させて本体を移動させる技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、２つの振動子の同期を取ることで、振動力のベクトル方向を変更できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２９１５７５号公報
【特許文献２】特開２００８−１９４０７０号公報
【特許文献３】特表２００８−５４６５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１，２のいずれも、振動モータの回転方向により本体の移動方向を制御するものではない。また、複数の振動モータの回転方向の組み合わせにより、本体の移動方向や回転方向を制御できることについても開示も示唆もない。
【０００９】
また、特許文献３には、振動モータを移動や回転に利用することは想定していない。
【００１０】
このように、従来は、振動モータによる振動を移動体の移動に利用することや、複数の振動モータにより振動力のベクトル方向を変更することは開示されていたが、振動モータを用いて移動体を所望の方向に正確に移動または回転させることはできなかった。
【００１１】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動モータを用いて、簡易かつ正確に移動体を移動または回転させることができる移動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、移動面に略平行に配置された回転軸周りに偏芯した錘部材を回転させることにより振動を発生する振動モータと、
前記振動モータが取り付けられ、前記振動モータと共に前記移動面上を移動または回転可能な移動体と、
前記錘部材が上方から下方に回転したことによる前記移動体の見かけの重量が軽くなる期間内に前記移動体が所定の方向に移動または回転するように、前記錘部材を所定方向に回転させる回転制御部と、を備えることを特徴とする移動装置が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、振動モータを用いて、簡易かつ正確に移動体を移動または回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る移動装置１の概略構成を示す図。
【図２】錘部材９の回転位置と位置検出センサ５の出力信号との関係を示す図。
【図３】本実施形態に係る移動装置１の電気系統のブロック図。
【図４】錘部材９の回転方向と移動体２の移動方向との関係を示す図。
【図５】移動装置１内に２つの振動モータ３Ａ，３Ｂを設けて移動または回転させる例を示す図。
【図６】移動装置１内に２つの振動モータ３を設けた場合の回転制御部４の処理動作の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る移動装置１の概略構成を示す図であり、図１（ａ）は移動装置１の正面図、図１（ｂ）は左側面図である。
【００１６】
図１の移動装置１は、移動面７の上に移動自在に載置された移動体２と、移動体２に取り付けられた振動モータ３と、振動モータ３を回転させる制御を行う回転制御部４と、移動体２に取り付けられた位置検出センサ５および加速度センサ６とを備えている。図１（ｂ）では、簡略化のために、加速度センサ６を図示していない。加速度センサ６は、必ずしも位置検出センサ５の外側に位置するとは限らず、移動体２の二次元方向または三次元方向の加速度を検出可能な位置であれば、具体的な設置場所は問わない。
【００１７】
振動モータ３は、移動面７に略平行に延在する回転軸８と、この回転軸８周りに回転する偏芯した錘部材９とを有する。錘部材９が回転軸８周りを回転することにより、振動モータ３は回転周期に応じて振動する。
【００１８】
回転制御部４は、錘部材９が上方から下方に回転したことによる移動装置１の重心位置の移動に伴って移動体２の見かけの重量が軽くなる期間内に移動体２が所望の方向に移動するように、錘部材９を所定方向に回転させる。
【００１９】
移動体２の底面全体が移動面７に接触してもよいが、移動面７との接触面積が大きいほど、摩擦抵抗が大きくなって、移動体２は移動面７上を移動しにくくなる。そこで、図１では、移動体２の底面側に複数の脚部２ａを設けて、これら脚部２ａだけが移動面７に接触するようにして、摩擦抵抗を低減して移動面７上を移動しやすくしている。これら脚部２ａを設ける場所は、移動体２をガタつかせずに移動できる場所であればよく、理想的には移動体２の重心位置に対して対称的な位置に配置するのが望ましい。
【００２０】
位置検出センサ５は、錘部材９の回転位置を検出するために設けられており、例えば反射型フォトセンサで構成されている。フォトセンサは、錘部材９の方向に光を照射して、錘部材９の表面に設けられた反射板１０で反射した反射光を検出することで、錘部材９が所定の回転位置に位置するか否かを検出する。より具体的には、フォトセンサは、錘部材９が回転して最下方位置付近に達したときに、錘部材９の存在を検出する。
【００２１】
図２は錘部材９の回転位置と位置検出センサ５の出力信号との関係を示す図である。図２の例では、錘部材９の回転方向先端部が最下方位置付近に達したときに位置検出センサ５の出力信号はロウレベルになる。錘部材９の回転方向後端部が最下方位置を通過したときは、位置検出センサ５の出力信号はハイレベルになる。したがって、位置検出センサ５の検出信号の論理レベルにより、錘部材９の回転位置を検出することができる。
【００２２】
加速度センサ６は、移動装置１が所望の方向に移動または回転したか否かを検出するために設けられている。加速度センサ６は、移動面７上の二次元方向の加速度を検出し、検出した加速度に基づいて、移動装置１がどの方向にどの程度移動または回転したかを検出する。後述するように、回転制御部４は、加速度センサ６の検出信号に基づいて、振動モータ３の駆動制御を行って、移動装置１を所望の方向に移動または回転させる。
【００２３】
なお、加速度センサ６の代わりに、地磁気センサなどの他のセンサを設けて、移動装置１の移動または回転位置を検出してもよい。
【００２４】
図１では、移動体２の上面に振動モータ３を載置した例を示しているが、振動モータ３は、移動体２の内部に収納されてもよい。例えば、本実施形態に係る移動装置１が携帯電話等の携帯型電子機器の場合、携帯型電子機器に標準で設けられているバイブレーション用の振動モータ３を用いて、携帯型電子機器を移動または回転させることができる。
【００２５】
図３は本実施形態に係る移動装置１の電気系統のブロック図である。図３の例では、移動装置１に２つの振動モータ３Ａ，３Ｂを取り付けている。回転制御部４は、ＣＰＵ１１と、各振動モータ３Ａ，３Ｂ用の駆動信号を生成するモータドライバ１２とを有する。
【００２６】
ＣＰＵ１１は、位置検出センサ５の検出信号に基づいて錘部材９の回転位置を検出し、検出された錘部材９の回転位置に合わせて、振動モータ３の回転を制御する。各モータドライバ１２は、ＣＰＵ１１から指示されたタイミングで、駆動信号を生成して、対応する振動モータ３に供給する。
【００２７】
次に、本実施形態に係る移動装置１の動作を詳細に説明する。振動モータ３が回転軸８を回転させると、それに合わせて錘部材９が回転軸８周りに回転する。このとき、錘部材９は、上方から下方まで下がった後、下方から上方まで上がるという周期的な回転動作を繰り返す。
【００２８】
錘部材９が上方から下方まで下がる半周期内は、錘部材９の位置が下がった影響で、振動モータ３と移動体２とを合わせた移動装置１の重心位置が下がることから、その反作用で、移動体２を持ち上げる方向に力が働く。この力により、移動体２の見かけの重量は軽くなる。重量が軽くなるということは、移動体２が移動面７上を移動しやすくなることを示している。したがって、本実施形態では、移動体２の見かけの重量が軽くなる期間に合わせて、錘部材９を所定の方向に回転させて、この回転方向に沿って移動体２を移動させる。
【００２９】
移動体２の見かけの重量が軽くなる期間は、錘部材９が上方から下方に下がるときである。ここで、錘部材９が最上部位置付近から時計回りに下方に下がる場合において、錘部材９が軸端から見て９０度回転した位置で、錘部材９の速度が最も速くなるため、移動体２の見かけの重量が最も軽くなる。この位置を通過すると、図４（ａ）に示すように、錘部材９は左方向に回転する。したがって、このタイミングに合わせて、錘部材９を左方向に回転させれば、錘部材９に生じる慣性力により、図４（ａ）に示すように移動体２は右方向に移動し、錘部材９を右方向に回転させれば、図４（ｂ）に示すように移動体２は左方向に移動することになる。
【００３０】
なお、上述の通り、摩擦抵抗を低減して移動面７上を移動しやすくするため、脚部２ａを設けてもよいが、この脚部２ａは弾性力を有する弾性体で構成されていることが好ましい。移動体２の振動による衝撃を吸収することができ耐久性に優れるからである。
【００３１】
しかし、この場合は、移動体２の見かけの重量が最も軽くなる時間は、脚部２ａである弾性体の弾性力が加味されるため、脚部２ａである弾性体を設けない場合に比べて早くなる。移動面７を押しつける力の脚部２ａである弾性体の反発力と錘部材９を上方から下方に落下させ始める力の上向き反力とが移動体２に働いて、移動体２の見かけの重量が最も軽くなる位置がある。したがって、このタイミングに合わせて、錘部材９を左方向に回転させれば、図４（ａ）に示すように移動体２は右方向に移動し、錘部材９を右方向に回転させれば、図４（ｂ）に示すように移動体２は左方向に移動することになる。
【００３２】
このように、本実施形態では、錘部材９の回転により、移動体２の見かけの重量が軽くなる期間内に移動体２が所望の方向に移動するように、錘部材９を所定の方向に回転させて、その回転方向に応じた方向に移動体２を移動または回転させる。
【００３３】
本実施形態では、振動モータ２の回転周期Ｔｍを、移動体２の見かけの重量が軽くなる期間Ｔｂと、移動体２の本来の重量が移動面７にかかる期間Ｔｃとを合わせた振動周期に等しくなるようにしている。すなわち、本実施形態では、Ｔｍ＞Ｔｂの関係が成り立つようにしている。この関係が成り立つように、回転制御部４が振動モータ２の回転数を制御することで、移動体２を所望の方向に移動または回転させることができる。
【００３４】
上述したＴｂの期間を決定する要因には、１）錘部材９の運動エネルギー、２）移動体２の重量、３）移動体２の重心位置から錘部材９までの距離、４）移動体２の底面側の構造および材質、５）移動面の摩擦係数（弾力）、６）移動装置１の重力、７）空気抵抗などがあり、Ｔｂの値を正確に制御するのは難しい。よって、事前に決められた部材を用いて、上記１）〜７）の少なくとも一部を入力パラメータとして、この入力パラメータを変化させて実験を行った結果をテーブル化して記憶装置に格納しておき、記憶装置に所定の入力パラメータを与えて、対応するＴｂを読み出すようにしてもよい。
【００３５】
移動体２を移動または回転させる手法として、錘部材９が所定の回転位置に達した時点で、錘部材９の回転を減速または停止させて、錘部材９の遠心力に基づく慣性力を発生させ、この慣性力で移動体２を移動または回転させる手法もあるが、この手法では、錘部材９が所定の回転位置に達した時点で錘部材９の回転を減速または停止させる制御が必要となり、振動モータ３の回転制御が複雑になるおそれがあり、また、タイミングのずれにより正確な移動制御も困難になるという問題がある。
【００３６】
これに対して、本実施形態の手法では、錘部材９の回転速度を途中で変更する必要はないため、振動モータ３の回転制御が容易であり、動作的にも安定する。
【００３７】
図３の例では、移動装置１内に２つの振動モータ３Ａ，３Ｂを設けたが、移動装置１内に設ける振動モータ３の数には特に制限はない。ただし、１つの振動モータ３だけで移動装置１を所望の方向に移動または回転するのは容易ではなく、加速度センサ６の検出信号を頼りに、頻繁に移動方向や回転方向を切り替える必要が生じる。このため、現実的には、２つ以上の振動モータ３を設けるのがよい。２つ以上の振動モータ３を設ける場合は、可能であれば、これら振動モータ３を移動体２の重心位置に対して対称的な位置に配置して、錘の回転位置や回転周期を合わせるのが望ましい。移動や回転の偏りが生じにくいためである。
【００３８】
図５は移動装置１内に２つの振動モータ３Ａ，３Ｂを設けて移動または回転させる例を示す図であり、図５（ａ）は移動装置１を右側に移動（前進）させる例、図７（ｂ）は移動装置１を反時計回りに回転させる例を示している。
【００３９】
図５（ａ）のように移動装置１を図示の右側に移動（前進）させるためには、２個の振動モータ３Ａ，３Ｂに取り付けられた錘部材９の回転周期を合わせて、かつ振動モータ３Ａの錘部材９は軸端から見て反時計回りに回転させ、振動モータ３Ｂの錘部材９は軸端から見て時計回りに回転させる必要がある。これにより、２つの錘部材９が最下方位置に存在するときに、図示の右方向に錘部材９を回転させる力が働き、この力により、移動装置１は右側に移動する。
【００４０】
一方、図５（ｂ）のように移動装置１を反時計回りに回転させるためには、２個の振動モータ３に取り付けられた錘部材９の回転周期を合わせて、かつ両方の振動モータ３の錘部材９をいずれも軸端から見て時計回りに回転させればよい。
【００４１】
図５（ａ）と図５（ｂ）のいずれの場合も、理想的には、錘部材９の回転周期だけでなく、錘部材９が最下方位置に来るタイミングを合わせて、錘部材９を回転させるのが望ましい。その理由は、錘部材９が下方に向って回転する場合が最も移動面7との摩擦が少なくなっており、また、錘部材９を移動面７の水平方向に回転させる力が最大になるためである。ただし、振動モータ３Ａと振動モータ３Ｂで、錘部材９の回転位置や回転周期が多少ずれても、加速度センサ６で移動体２の移動または回転の補正が行えるため、実用上支障のない程度の精度で移動または回転を行える。
また、振動モータ３Ａ，３Ｂの位相が180°ずれていても、一方のモータにより移動装置１の一端側を移動させ、次に他方のモータにより移動装置１の他端側を移動させるというように、移動装置１の一端側と他端側を交互に移動させることにより、所望の方向に移動装置１を移動させることも可能である。
【００４２】
図６は移動装置１内に２つの振動モータ３を設けた場合の回転制御部４の処理動作の一例を示すフローチャートである。まず、移動装置１の現在の方位を検出する（ステップＳ１）。ここでは、例えば地磁気センサを用いて現在の方位を検出する。
【００４３】
次に、移動または回転すべき方向を把握する（ステップＳ２）。そして、設定した目標位置まで移動装置１が移動するように、２個の振動モータ３Ａ，３Ｂを回転駆動する（ステップＳ３〜Ｓ６）。具体的には、移動装置１を時計回り（右方向）に回転させるには、振動モータ３Ａ，３Ｂをいずれも、それぞれの軸端、すなわち回転軸８を錘部材９の方向から見て、反時計回りに回転させる（ステップＳ３）。また、移動装置１を反時計回り（左方向）に回転させるには、２個の振動モータ３Ａ，３Ｂを時計回りに回転させる（ステップＳ４）。
【００４４】
一方、移動装置１を前進させるには、振動モータ３Ａは反時計回りに回転させ、振動モータ３Ｂは時計回りに回転させる（ステップＳ５）。また、移動装置１を後退させるには、振動モータ３Ａは時計回りに回転させ、振動モータ３Ｂは反時計回りに回転させる（ステップＳ６）。
【００４５】
なお、ステップＳ３〜Ｓ６のいずれの場合も、上述したように、理想的には、錘部材９が最下方位置に来るタイミングを合わせるのが望ましい。
【００４６】
ステップＳ３〜Ｓ６の処理によって移動装置１が移動または回転すると、次に、加速度センサ６を用いて移動装置１の現在の方位を検出する（ステップＳ７）。そして、ステップＳ７の検出結果により、正しい方向に進んだか否かを判定する（ステップＳ８）。正しい方向に進んでいないと判定されると、ステップＳ２に戻って、移動先の修正を行う。正しい方向に進んだと判定された場合は、図８のフローチャートを終了する。
【００４７】
このように、本実施形態では、錘部材９が上方から下方に下がる際に、移動体２の見かけの重量が軽くなることに着目して、移動体２の見かけの重量が軽くなる期間内に移動体２が所望の方向に移動するように、錘部材９を所定方向に回転させることにより、この方向に沿って移動体２を移動または回転させる。より具体的には、振動モータ３の回転周期Ｔｍが、移動体２の見かけの重量が軽くなる期間Ｔｂと移動体２の本来の重量が移動面７にかかる期間Ｔｃとを合わせた期間になるようにする。これにより、振動モータ３の回転速度を急に切り替えなくても、所望の方向に精度よく移動または回転させることが可能となる。
【００４８】
特に、本実施形態によれば、回転している錘部材９を所定の回転位置で減速または停止させて得られる慣性力を利用して移動体２を移動または回転させる場合と比較して、振動モータ３の回転制御が容易になり、回転制御部４の構成を簡略化できる。
【００４９】
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１  移動装置、２  移動体、２ａ  脚部、３  振動モータ、４  回転制御部、５  位置検出センサ、６  加速度センサ、７  移動面、８  回転軸、９  錘部材、１０  反射板、１１  ＣＰＵ、１２  モータドライバ
【図１】
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【図２】
2013157925.tif 000004
【図３】
2013157925.tif 000005
【図４】
2013157925.tif 000006
【図５】
2013157925.tif 000007
【図６】
2013157925.tif 000008