(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部は、前記支持構造体に設けられ、前記羽軸に対して引力および斥力のうち少なくともいずれか一方を与える駆動力発生部を含む、羽ばたき飛行装置。
【請求項２】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部は、
前記支持構造体に設けられ、前記羽軸に対して引力または斥力を与える第１駆動力発生部と、
前記支持構造体に設けられ、前記羽軸に対して引力または斥力を与える第２駆動力発生部とを含み、
前記第１駆動力発生部と第２駆動力発生部とは、前記引力または斥力によって前記羽軸が回転往復運動するような位置関係に配置されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項３】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の周波数および位相を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相と一致させる制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項４】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記羽部が羽ばたき運動を開始してから羽ばたき運動を一定の振幅で行なうまでの間、および、前記羽部の羽ばたき運動が一定の振幅で行なわれている間の少なくともいずれか一方において、前記駆動部の駆動力の周波数および位相を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相と一致させる制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項５】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の振幅の増減を、前記羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応するように変化させる制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項６】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の振幅を、前記羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応するように増減させる制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項７】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の振幅を、前記羽軸の動作の振幅の増減とは逆となるように増減させる制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項８】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の周波数および位相のうち少なくともいずれか一方を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相に対してずらす制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項９】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の周波数を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数と一致させた上で、前記羽軸の駆動力の位相を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相にする制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項１０】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記羽部の羽ばたき運動を停止する際に、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の位相を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相にする制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項１１】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記駆動部の停止時には、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記羽軸および前記羽部の強制振動の時定数の２〜３倍の時間をかけて、前記駆動部の振幅を減少させる制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項１２】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部の駆動力の周波数および位相が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相と一致するように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項１３】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記羽部が羽ばたき運動を開始してから羽ばたき運動を一定の振幅で行なうまでの間、および、前記羽部の羽ばたき運動が一定の振幅で行なわれている間のいずれか一方において、前記駆動部の駆動力の周波数および位相が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相と一致するように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項１４】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部の駆動力の振幅の増減が、前記羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応するように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項１５】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部の駆動力の振幅が、前記羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応するように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項１６】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部の駆動力の振幅が、前記羽軸の動作の振幅の増減とは逆対応するように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項１７】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部の駆動力の周波数および位相のうち少なくともいずれか一方が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相に対してずれるように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項１８】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部の駆動力の周波数が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数と一致し、前記羽軸の駆動力の位相が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相になるように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項１９】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記羽部の羽ばたき運動を停止する際に、前記駆動部の駆動力の位相が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相になるように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項２０】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部の停止時には、前記羽軸および前記羽部の強制振動の時定数の２〜３倍の時間をかけて、前記駆動部の振幅が減少するように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項２１】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部は、前記支持構造体に設けられ、前記羽軸に対して引力および斥力のうち少なくともいずれか一方を与える駆動力発生部を含む、羽ばたき飛行装置。
【請求項２２】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部は、
前記支持構造体に設けられ、前記羽軸に対して引力または斥力を与える第１駆動力発生部と、
前記支持構造体に設けられ、前記羽軸に対して引力または斥力を与える第２駆動力発生部とを含み、
前記第１駆動力発生部と第２駆動力発生部とは、前記引力または斥力によって前記羽軸が回転往復運動するような位置関係に配置されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項２３】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部は、
前記支持構造体に設けられ、前記羽軸に対して引力または斥力を与える第１駆動力発生部と、
前記支持構造体に設けられ、前記羽軸に対して引力または斥力を与える第２駆動力発生部とを含み、
前記第１駆動力発生部と第２駆動力発生部とは、前記引力または斥力によって前記羽軸が回転往復運動するような位置関係に配置されており、
前記弾性体は、前記回転往復運動の往路および復路の双方において弾性変形するように、前記羽軸と前記支持構造体との間に設けられている、羽ばたき飛行装置。
【請求項２４】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の周波数および位相を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相と一致させる制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項２５】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記羽部が羽ばたき運動を開始してから羽ばたき運動を一定の振幅で行なうまでの間、および、前記羽部の羽ばたき運動が一定の振幅で行なわれている間の少なくともいずれか一方において、前記駆動部の駆動力の周波数および位相を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相と一致させる制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項２６】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の振幅の増減を、前記羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応するように変化させる制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項２７】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の振幅を、前記羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応するように増減させる制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項２８】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の振幅を、前記羽軸の動作の振幅の増減とは逆となるように増減させる制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項２９】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の周波数および位相のうち少なくともいずれか一方を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相に対してずらす制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項３０】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の周波数を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数と一致させた上で、前記羽軸の駆動力の位相を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相にする制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項３１】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記羽部の羽ばたき運動を停止する際に、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の位相を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相にする制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項３２】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
前記羽軸の運動状態を検出するセンサとを備え、
前記制御部は、前記駆動部の停止時には、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記羽軸および前記羽部の強制振動の時定数の２〜３倍の時間をかけて、前記駆動部の振幅を減少させる制御を実行する、羽ばたき飛行装置。
【請求項３３】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部の駆動力の周波数および位相が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相と一致するように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項３４】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記羽部が羽ばたき運動を開始してから羽ばたき運動を一定の振幅で行なうまでの間、および、前記羽部の羽ばたき運動が一定の振幅で行なわれている間のいずれか一方において、前記駆動部の駆動力の周波数および位相が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相と一致するように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項３５】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部の駆動力の振幅の増減が、前記羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応するように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項３６】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部の駆動力の振幅が、前記羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応するように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項３７】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部の駆動力の振幅が、前記羽軸の動作の振幅の増減とは逆対応するように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項３８】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部の駆動力の周波数および位相のうち少なくともいずれか一方が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相に対してずれるように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項３９】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部の駆動力の周波数が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数と一致し、前記羽軸の駆動力の位相が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相になるように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項４０】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記羽部の羽ばたき運動を停止する際に、前記駆動部の駆動力の位相が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相になるように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項４１】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された羽軸と、
前記羽軸に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記羽軸を駆動する駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記駆動部の停止時には、前記羽軸および前記羽部の強制振動の時定数の２〜３倍の時間をかけて、前記駆動部の振幅が減少するように設定されている、羽ばたき飛行装置。
【請求項４２】
羽ばたき飛行するための羽部と、
該羽部に接続された複数の羽軸と、
前記複数の羽軸のそれぞれに対して回転可能に連結された連結部材と、
該連結部材に接続された弾性体と、
前記弾性体を支持する支持構造体と、
前記複数の羽軸を駆動する複数の駆動部と、
前記複数の駆動部を制御する制御部とを備えた、羽ばたき飛行装置。
【請求項４３】
前記駆動部は、
前記支持構造体に設けられ、前記羽軸に対して引力および斥力のうち少なくともいずれか一方を与える駆動力発生部を含む、請求項４２に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項４４】
前記駆動部は、
前記支持構造体に設けられ、前記羽軸に対して引力または斥力を与える第１駆動力発生部と、
前記支持構造体に設けられ、前記羽軸に対して引力または斥力を与える第２駆動力発生部とを含み、
前記第１駆動力発生部と第２駆動力発生部とは、前記引力または斥力によって前記羽軸が回転往復運動するような位置関係に配置されている、請求項４２に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項４５】
前記複数の駆動部のそれぞれは、
前記支持構造体に設けられ、前記羽軸に対して引力または斥力を与える第１駆動力発生部と、
前記支持構造体に設けられ、前記羽軸に対して引力または斥力を与える第２駆動力発生部とを含み、
前記第１駆動力発生部と第２駆動力発生部とは、前記引力または斥力によって前記羽軸部が回転往復運動するような位置関係に配置されており、
前記弾性体は、前記回転往復運動の往路および復路の双方において弾性変形するように、前記連結部材と前記支持構造体との間に設けられている、請求項４２に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項４６】
前記羽軸の運動状態を検出するセンサをさらに備え、
前記制御部は、前記センサにより検出された運動状態に基づいて、前記駆動部を制御する、請求項４２に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項４７】
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の周波数および位相を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相と一致させる制御を実行する、請求項４６に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項４８】
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記羽部が羽ばたき運動を開始してから羽ばたき運動を一定の振幅で行なうまでの間、および、前記羽部の羽ばたき運動が一定の振幅で行なわれている間の少なくともいずれか一方において、前記駆動部の駆動力の周波数および位相を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相と一致させる制御を実行する、請求項４６に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項４９】
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の振幅の増減を、前記羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応するように変化させる制御を実行する、請求項４６に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項５０】
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の振幅を、前記羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応するように増減させる制御を実行する、請求項４６に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項５１】
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の振幅を、前記羽軸の動作の振幅の増減とは逆となるように増減させる制御を実行する、請求項４６に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項５２】
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の周波数および位相のうち少なくともいずれか一方を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相に対してずらす制御を実行する、請求項４６に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項５３】
前記制御部は、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の周波数を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数と一致させた上で、前記羽軸の駆動力の位相を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相にする制御を実行する、請求項４６に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項５４】
前記制御部は、前記羽部の羽ばたき運動を停止する際に、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記駆動部の駆動力の位相を、前記羽軸および前記羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相にする制御を実行する、請求項４６に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項５５】
前記制御部は、前記駆動部の停止時には、前記センサにより検出された前記羽軸の運動状態に基づいて、前記羽軸および前記羽部の強制振動の時定数の２〜３倍の時間をかけて、前記駆動部の振幅を減少させる制御を実行する、請求項４６に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項５６】
前記駆動部の駆動力の周波数および位相が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相と一致するように設定されている、請求項４２に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項５７】
前記羽部が羽ばたき運動を開始してから羽ばたき運動を一定の振幅で行なうまでの間、および、前記羽部の羽ばたき運動が一定の振幅で行なわれている間のいずれか一方において、前記駆動部の駆動力の周波数および位相が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相と一致するように設定されている、請求項４２に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項５８】
前記駆動部の駆動力の振幅の増減が、前記羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応するように設定されている、請求項４２に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項５９】
前記駆動部の駆動力の振幅が、前記羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応するように設定されている、請求項４２に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項６０】
前記駆動部の駆動力の振幅が、前記羽軸の動作の振幅の増減とは逆対応するように設定されている、請求項４２に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項６１】
前記駆動部の駆動力の周波数および位相のうち少なくともいずれか一方が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数および位相に対してずれるように設定されている、請求項４２に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項６２】
前記駆動部の駆動力の周波数が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の周波数と一致し、前記羽軸の駆動力の位相が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相になるように設定されている、請求項４２に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項６３】
前記羽部の羽ばたき運動を停止する際に、前記駆動部の駆動力の位相が、前記羽軸および前記羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相になるように設定されている、請求項４２に記載の羽ばたき飛行装置。
【請求項６４】
前記駆動部の停止時には、前記羽軸および前記羽部の強制振動の時定数の２〜３倍の時間をかけて、前記駆動部の振幅が減少するように設定されている、請求項４２に記載の羽ばたき飛行装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体中を羽ばたき運動により飛行する羽ばたき飛行装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、家庭内で使えるロボットとして、様々なものが開発されている。たとえば、ロボットの移動機構も、二足歩行（たとえば、特開平９−２７２０８３号公報）、多足歩行（たとえば、特開平６−９９３６９号公報）、キャタピラ（たとえば、特開平６−３０５４５５号公報）、または、車輪（たとえば、特開平５−２８２０４０号公報）などの色々なタイプのものがある。しかしながら、これらはいずれも、地面に移動機構の一部を接触させて、その体重を支えるものであった。また、移動機構のうち飛行するロボットとして、特開平５−１７８２９３号公報には、羽ばたき飛行によって移動するものが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来のロボットを使用する場合、整然と整理された工場やオフィスなどの環境であればほとんど問題はない。
【０００４】
しかしながら、家庭内のような雑然とした環境では、人、ペット、椅子、装飾品、おもちゃなど、その時々によって位置を変えるものが、床の上に置かれたり、移動したりし、また、狭い通路や階段、部屋と部屋との間の段差などの障害物が存在するため、これらの障害物を乗り越えて移動するロボットを製造する必要がある。これらの障害物を乗り越えて移動できるロボットを作るには、ある程度以上の大きさにしなければならず、また、機構が複雑となるため、コストが高くなるという問題がある。
【０００５】
たとえば、特開平９−２７２０８３号公報の二足歩行ロボットの場合、段差の高さがｈの階段を上るためには、脚の最大長がｈより長くなければならない。したがって、ロボットのサイズをｈより小さくすることができない。また、ロボットの脚を折り畳み式にしてロボットのサイズを小さくしようとすると、折り畳のための機構が複雑になってしまう。
【０００６】
また、屋外では、たとえば、災害地や一般のフィールドにおいては、整然とした室内環境とは全く異なる雑然とした環境がある。たとえば、舗装されていない道路や、荒地、草原、川、池、断崖、または、瓦礫の山の中を進んでいくことは、従来のロボットではほとんど不可能である。
【０００７】
さらに、空中を移動する移動機構では、揚力を主とした従来の飛行を行なうタイプのものは、たとえば、飛行機のように、一定の速度以上で推進しないと飛行することができない。そのため、速度ゼロの停空飛翔（ホバリング）を行なうためには、ヘリコプターのような回転翼を使う必要がある。しかしながら、ヘリコブターでは、回転翼に大きな回転トルクを必要とするなどの要因により、急旋回等の飛行態様を急激に変化させる動作を行なう（静止状態と通常の飛行への素早い移行）ことが困難である。
【０００８】
また、特開平５−１７８２９３号公報には、主に揚力を推力とした飛行をする飛行装置が開示されているが、その飛行装置では、速度ゼロの停空飛翔を行なうことはできないため、ロボットに応用して細かな作業を行うようにすることが困難である。
【０００９】
本発明は、上述のような従来の移動機構における問題を解決するためになされたものであり、その目的は、急激な変化を伴う飛行が可能であるとともに、停空飛行が可能な羽ばたき飛行装置を提供することである。
【００１２】
本発明の第一の局面の羽ばたき飛行装置は、羽ばたき飛行するための羽部と、羽部に接続され、弾性力のある羽軸と、羽軸を駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部とを備えている。
本発明の第２の局面の羽ばたき飛行装置は、羽ばたき飛行するための羽部と、羽部に接続された羽軸と、羽軸に接続された弾性体と、弾性体を支持する支持構造体と、羽軸を駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部とを備えている。
本発明の第３の局面の羽ばたき飛行装置は、羽ばたき飛行するための羽部と、羽部に接続された複数の羽軸と、複数の羽軸のそれぞれに対して回転可能に連結された連結部材と、連結部材に接続された弾性体と、弾性体を支持する支持構造体と、複数の羽軸を駆動する複数の駆動部と、複数の駆動部を制御する制御部とを備えている。
【００１３】
上記のような本発明の第１〜第３の局面の羽ばたき飛行装置によれば、羽軸または弾性体の弾性変形により、羽軸および羽部の固有振動数と駆動部の振動数との関係を調整することができる。それにより、前述の調整を羽ばたき飛行に対して適宜選択して使用するようにすれば、駆動部の振動数と羽軸および羽部の固有振動数とを調整して、効率のよい駆動を行なうことが可能となる。その結果、羽ばたき飛行装置に、急激な変化を伴う飛行を行なわせ易くなるとともに、停空飛行もさせ易くなる。
また、第３の局面の羽ばたき飛行装置によれば、複数の羽軸を互いに独立して動作させながら、連結部材を介して複数の羽軸の振動を互いに伝達させることができるため、複数の羽軸の固有振動数を統一することができ、羽部および羽軸の制御の安定性および駆動の効率性を高めることができる。
【００１６】
前述の駆動部は、支持構造体に設けられ、羽軸に対して引力および斥力のうち少なくともいずれか一方を与える駆動力発生部を含んでいてもよい。このような構成によれば、簡単に往復運動を実現することができる。
本発明の第１〜第３の局面の羽ばたき飛行装置においては、駆動部が、支持構造体に設けられ、羽軸に対して引力または斥力を与える第１駆動力発生部と、支持構造体に設けられ、羽軸に対して引力または斥力を与える第２駆動力発生部とを含み、第１駆動力発生部と第２駆動力発生部とが、引力または斥力によって羽軸部が回転往復運動するような位置関係に配置されていてもよい。
本発明の第２の局面の羽ばたき飛行装置においては、駆動部が、支持構造体に設けられ、羽軸に対して引力または斥力を与える第１駆動力発生部と、支持構造体に設けられ、羽軸に対して引力または斥力を与える第２駆動力発生部とを含み、第１駆動力発生部と第２駆動力発生部とは、引力または斥力によって羽軸が回転往復運動するような位置関係に配置されており、弾性体が、回転往復運動の往路および復路の双方において弾性変形するように、羽軸と支持構造体との間に設けられていてもよい。
本発明の第３の局面の羽ばたき飛行装置においては、複数の駆動部のそれぞれが、支持構造体に設けられ、羽軸に対して引力または斥力を与える第１駆動力発生部と、支持構造体に設けられ、羽軸に対して引力または斥力を与える第２駆動力発生部とを含み、第１駆動力発生部と第２駆動力発生部とが、引力または斥力によって羽軸が回転往復運動するような位置関係に配置されており、弾性体が、回転往復運動の往路および復路の双方において弾性変形するように、連結部材と支持構造体との間に設けられていてもよい。
【００２１】
本発明の第１〜第３の局面の羽ばたき飛行装置は、駆動部が、羽軸の下側にのみ設けられ、引力のみにより往復運動を羽軸に実行させるか、または、羽軸の上側にのみ設けられ、斥力のみにより往復運動を羽軸に実行させてもよい。このような構成によれば、駆動部が羽軸に与える力を鉛直下向きの力と、羽ばたき飛行装置の本体に働く重力に起因して羽軸に自然に生じる鉛直上向きの力とにより、羽軸の往復運動を効率的に行なわせることができる。
【００２２】
本発明の第１〜３の局面の羽ばたき飛行装置は、好ましくは、駆動部が複数設けられている。このような構成にすることにより、羽軸に対してより木目細かな制御を行なうことが可能となる。
【００２３】
本発明の第１〜第３の局面の羽ばたき飛行装置は、好ましくは、弾性体が複数設けられている。このような構成にすることにより、被駆動部に対してより木目細かな制御を行なうことが可能となる。
【００２４】
本発明の羽ばたき飛行装置は、羽軸の運動状態を検出するセンサをさらに備え、制御部が、センサにより検出された運動状態に基づいて、駆動部を制御してもよい。この構成によれば、羽部および羽軸の羽ばたき運動と駆動部の駆動力の周波数や位相を調整する際に、羽軸の運動状態をモニタリングしながら、駆動部の駆動力を効率的に制御することが可能となる。
本発明の羽ばたき飛行装置においては、制御部が、センサにより検出された羽軸の運動状態に基づいて、駆動部の駆動力の周波数および位相を、羽軸および羽部の自由振動の周波数および位相と一致させる制御を実行してもよい。このように構成することにより、駆動部の駆動と羽軸の動作との共振を利用して被駆動部の動作を効率的に行なわせることが可能となる。
【００２５】
本発明の羽ばたき飛行装置においては、制御部が、センサにより検出された羽軸の運動状態に基づいて、羽部が羽ばたき運動を開始してから羽ばたき運動を一定の振幅で行なうまでの間、および、羽部の羽ばたき運動が一定の振幅で行なわれている間の少なくともいずれか一方において、駆動部の駆動力の周波数および位相を、羽軸および羽部の自由振動の周波数および位相と一致させる制御を実行してもよい。このように構成することにより、羽部が羽ばたき運動を開始してから一定の振幅で行なうまでの間、および、羽部の羽ばたき運動が一定の振幅で行なわれている間の少なくともいずれか一方において、駆動部の駆動と羽軸の動作との共振を利用して羽軸の動作を効率的に行なわせることが可能となる。
【００２６】
本発明の羽ばたき飛行装置においては、制御部が、センサにより検出された羽軸の運動状態に基づいて、駆動部の駆動力の振幅の増減を、羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応するように変化させる制御を実行してもよい。このように構成することにより、駆動部の駆動と羽軸の動作との共振を利用して羽軸の動作を効率的に行なわせることが可能となる。
【００２７】
本発明の羽ばたき飛行装置においては、制御部が、センサにより検出された羽軸の運動状態に基づいて、駆動部の駆動力の振幅を、羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応して増減させる制御を実行してもよい。このように構成することにより、駆動部の駆動と羽軸の動作との共振を利用して羽軸の動作を効率的に行なわせることが可能となる。
【００２８】
本発明の羽ばたき飛行装置においては、制御部が、センサにより検出された羽軸の運動状態に基づいて、駆動部の駆動力の振幅の増減が、被駆動部の実際の動作の振幅とは逆となるような制御を実行してもよい。このように構成することにより、慣性モーメントを利用して羽軸の動作を効率的に減衰させることが可能となる。
【００２９】
本発明の羽ばたき飛行装置においては、制御部が、センサにより検出された羽軸の運動状態に基づいて、駆動部の駆動力の周波数および位相のうち少なくともいずれか一方を、羽軸および羽部の自由振動の周波数および位相に対してずらす制御を実行してもよい。このような構成によれば、羽軸および羽部の羽ばたき動作を慣性モーメントを利用して意図的に減衰させることが可能になる。
【００３０】
本発明の羽ばたき飛行装置においては、制御部が、センサにより検出された羽軸の運動状態に基づいて、駆動部の駆動力の周波数を、羽軸および羽部の自由振動の周波数と一致させた上で、駆動部の駆動力の位相を、羽軸および羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相にする制御を実行する。このような構成によれば、羽軸および羽部の羽ばたき動作を、慣性モーメントを利用して、最も効率的に減衰させることができる。
【００３１】
本発明の羽ばたき飛行装置においては、制御部が、センサにより検出された羽軸の運動状態に基づいて、駆動部の駆動力の周波数を、羽軸および羽部の自由振動の周波数と一致させた上で、羽部の羽ばたき運動を停止する際に、駆動部の駆動力の位相を、羽軸および羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相にする制御を実行してもよい。このような構成によれば、羽ばたき動作を、慣性モーメントを利用して、効率的に停止することが可能となる。
【００３２】
本発明の羽ばたき飛行装置においては、制御部が、センサにより検出された羽軸の運動状態に基づいて、駆動部の停止時には、羽軸および羽部の強制振動の時定数の２〜３倍の時間をかけて、駆動部の振幅を減少させる制御を実行してもよい。このように構成することにより、羽軸の振幅をほぼ単調に減少させることができる。
本発明の羽ばたき飛行装置においては、駆動部の駆動力の周波数および位相が、羽軸および羽部の自由振動の周波数および位相と一致するように設定されていてもよい。
本発明の羽ばたき飛行装置においては、羽部が羽ばたき運動を開始してから羽ばたき運動を一定の振幅で行なうまでの間、および、羽部の羽ばたき運動が一定の振幅で行なわれている間の少なくともいずれか一方において、駆動部の駆動力の周波数および位相が、羽軸および羽部の自由振動の周波数および位相と一致するように設定されていてもよい。
本発明の羽ばたき飛行装置においては、駆動部の駆動力の振幅の増減が、羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応して変化するように設定されていてもよい。
本発明の羽ばたき飛行装置においては、駆動部の駆動力の振幅が、羽軸の実際の動作の振幅の増減に対応して増減するように設定されていてもよい。
本発明の羽ばたき飛行装置においては、駆動部の駆動力の振幅が、羽軸の動作の振幅の増減とは逆に増減するように設定されていてもよい。
本発明の羽ばたき飛行装置においては、駆動部の駆動力の周波数および位相のうち少なくともいずれか一方が、羽軸および羽部の自由振動の周波数および位相に対してずれるように設定されていてもよい。
本発明の羽ばたき飛行装置においては、駆動部の駆動力の周波数が、羽軸および羽部の自由振動の周波数と一致し、羽軸の駆動力の位相が、羽軸および羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相になるように設定されていてもよい。
本発明の羽ばたき飛行装置においては、羽部の羽ばたき運動を停止する際に、駆動部の駆動力の位相が、羽軸および羽部の自由振動の位相と１８０度逆位相になるように設定されていてもよい。
本発明の羽ばたき飛行装置においては、駆動部の停止時には、羽軸および羽部の強制振動の時定数の２〜３倍の時間をかけて、駆動部の振幅が減少するように設定されていてもよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本実施の形態の羽ばたき飛行装置を、図に基づいて詳細に説明する。
【００３６】
（主たる構成）
図１は、本実施の形態の羽ばたき飛行装置の羽ばたき飛行のための駆動装置を説明するための図である。本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置は次のような構成を備えている。
【００３７】
羽ばたき飛行装置の本体に設けられた支持構造体１００のヒンジ１０２部分に羽軸１０１の一端が回動可能に設けられており、羽軸１０１の他端には、羽１０３が設けられている（図１では、羽を正面から見ているため、厚み方向のみが示されている）。また、支持構造体１００には、制御信号１０９で制御される電磁石１０５が設けられており、その電磁石１０５によって、引力または斥力を受ける磁石１０４が、羽軸１０１に取付けられている。さらに、支持構造体１００と羽軸１０１とをつなぐ弾性体（一例としてのバネ）１０６が、支持構造体１００および羽軸１０１それぞれにヒンジ１０７，１０８で接合されている。
【００３８】
本実施の形態の駆動装置では、電磁石１０５および弾性体１０６を、１の支持構造体１００に対して各２個ずつ設けているが、少なくとも各々１個ずつあれば、本実施の形態の駆動装置で用いる原理を他の形態の駆動装置にも利用することができる。実際には、図１に示す上下に振動させる羽１０３に加えるべき力や、羽１０３にかかる外力の、上下方向の大小差を考慮して決めることになる。たとえば、本実施の形態のような羽ばたき飛行のための駆動装置においては、羽１０３を下向きに打ち下ろす力が重要であり、また、滑空状態でも、羽１０３に、下から上向きの力を空気から受けるので、電磁石１０５を支持構造体１００の上側または下側に少なくとも１個だけ設けるようにしてもよい。その理由は、次に示すようなものである。
【００３９】
駆動部が発生する力の変化量は、電圧に依存し、大きな変化量を得るためには、大きな電圧が必要となるため、消費電力も増大する。そこで、ある決まった小さな電圧（たとえば３Ｖ）で駆動することを考えると、得られる力の変化量δが一定量に決まるので、斥力と引力にδ／２ずつ割り振るより、たとえば、引力だけにして、その最大値をδにした方が、１方向ではあるが、大きな力が得られることになる。
【００４０】
重力の働く空気中の飛行を考えた場合、飛行装置には、下向きの重力が働くため、羽には常に上向きの力がかかる。したがって、羽根の下側に位置する支持構造体にだけ駆動部を設け、引力だけを働かせた方が（あるいは、逆に、羽の上側に位置する支持構造体にだけ駆動部を設け、斥力だけを働かせた方が）より少ないエネルギで飛行できる。羽の打ち上げ運動に、重力による、空気からの反作用を利用するのである。
【００４１】
さて、通常、電磁石１０５から、磁石１０４を介して、羽軸１０１に与える磁気的な引力または斥力は、ヒンジ１０２などで発生するわずかな摩擦力を除くと、実際の羽ばたき飛行に必要な空気力以外に、羽軸１０１および羽１０３の慣性モーメントによる慣性力にも使われる。しかし、この慣性力は、飛行そのものには使われないので、エネルギ効率の観点からは無駄である。そこで、この慣性力の影響を極力小さくするため、弾性体１０６を用いたのが、本実施の形態の羽ばたき飛行装置の特徴である。その理由を以下に説明する。
【００４２】
電磁石１０５から磁石１０４を介して、羽軸１０１に与える磁気的な引力または斥力（以下、「駆動力」とする。）を、角周波数ω（周波数ｆ＝ω／２π）の正弦波Ａ・ｓｉｎ（ωｔ）として与えるとすると、この羽ばたき運動に対して働く弾性体１０６の弾性力Ｆは、
Ｆ＝ｋ・Ａ・ｓｉｎ（ωｔ）
となる。ここでｋは、弾性体１０６の弾性定数、Ａは羽１０３の振幅、ｔは時間である。
【００４３】
また、羽軸１０１および羽１０３の慣性モーメントＩによる慣性力Ｑは、
Ｑ＝Ｉ・ｄ2（Ａ・ｓｉｎ（ωｔ））／ｄｔ2＝−Ｉ・ω2・Ａ・ｓｉｎ（ωｔ）
となる。したがって、Ｆ＝Ｑとなる角周波数ωｏ（周波数ｆ＝ωｏ／２π）は、
ωｏ＝（ｋ／Ｉ）1/2であるから、この弾性体１０６の固有振動に同調させた角周波数ωｏで羽ばたき運動を行なうことにより、羽軸１０１にかかる力を、羽ばたき飛行に必要な空気力のみに抑えることができ、効率的な羽ばたき運動が可能となる。
【００４４】
羽軸１０１が静止した状態から、羽ばたき運動を開始するときにも、弾性体１０６の固有振動に同調させた角周波数ωｏの駆動力を与えることで、共振現象を利用して、効率的に所定の羽ばたき角γまで、持っていくことができる（図２参照）。
【００４５】
ここでは、共振現象を利用しているので、駆動角周波数ωｏの近傍であれば、少々ずれていてもかまわない。また、最初から、同じ駆動力を与えるのではなく、共振によって増大される羽ばたき角に合せ、徐々に駆動力を増していけば、エネルギ的に、より効率的な制御が可能となる（図３参照）。
【００４６】
羽ばたき運動を停止するときは、弾性体１０６の固有振動に同調する角周波数ωｏではあるが、実際の羽ばたき運動と逆位相の駆動力を与えることで、単に駆動力を小さくしていく、あるいはゼロにする場合より、速やかに停止させられる（図４参照）。
【００４７】
また、いつまでも、同じ駆動力を与えるのではなく、羽ばたき角の減衰に合せて、徐々に駆動力を減少させていけば、エネルギ的に、より効率的な制御が可能となる（図５参照）。
【００４８】
また、羽ばたき運動を停止するときには、位相を完全な逆位相にしない、または、駆動角周波数をωｏからずらすことで、停止時間は少し延びるが、緩やかに羽ばたき運動を停止させ、着陸時の安定性を得ることも可能である。その理由は以下のようなものである。
【００４９】
固有振動（振幅Ａ、角周波数ω1、時定数τ1）と、
強制振動（振幅Ｂ、角周波数ω2、時定数τ2、位相α）との合成式が、
Ｆ（ｔ）＝Ａ・ｅ-t/τ1ｓｉｎ（ω1・ｔ）＋Ｂ・（１−ｅ-t/τ2）・Ｓｉｎ（ω2・ｔ＋α）
と表わされる。
【００５０】
ここで、角周波数を同じとすると（ω1＝ω2＝ω）、
Ｆ（ｔ）＝（ｅ-t/τ1＋Ｂ・（１−ｅ-t/τ2）・ｃｏｓα）・ｓｉｎ（ω・ｔ）＋Ｂ・１−ｅ-t/τ2）ｓｉｎα・ｃｏｓ（ω・ｔ）となる。
【００５１】
強制振動により時定数τ1より速やかに減衰させる場合、α＝１８０°にすると、第２項の符号がマイナスになって、最も早く減衰されるが、最終的には、振幅Ｂの強制振動に収束するため、一旦、振幅ゼロになった振動が、再び振幅Ｂまで増幅されてしまう。
【００５２】
しかし、制御上は、振幅がＢまで単調に減衰し、それを待って、徐々に、振幅Ｂを小さくするのが望ましい。
【００５３】
そこで、振幅をほぼ単調に減少させるためには、強制振動の時定数τ2の２〜３倍程度の時間をかけて、振幅をＢまで減衰させるのがよいので、τ2の３倍の時間をかけるとすると、上式より、
Ａ・ｅ-3τ2/τ1＋Ｂ・（１−ｅ-3τ2/τ2）／ｃｏｓα＋Ｂ・（１−ｅ-3τ2/τ2）・ｓｉｎα≒Ｂ
すなわち、
ｃｏｓα＋ｓｉｎα≒（１−（Ａ／Ｂ）・ｅ-3τ2/τ1）／（１−ｅ-3）
を満たすαの値より小さな位相を持たせるのがよい。
【００５４】
具体的な値としては、たとえば、τ1＝１０００ｍｓ、τ2＝１００ｍｓ、Ａ／Ｂ＝２ならば、α＜１５６°と、
τ1＝１００ｍｓ、τ2＝１００ｍｓ、Ａ／Ｂ＝２ならば、α＜１０３°となる。
【００５５】
以上、述べてきた制御においては、電磁石１０５からの一方的な駆動力であったが、羽軸１０１の羽ばたき角を検出して、それを駆動力にフィードバックすることで、より細かな制御が可能となる。たとえば、図３および図５のような制御では、羽ばたき角の増加や減少をモデリングしながら、駆動力を調整する方が、より効率的である。また、図４のような逆位相で制御したい場合も、羽ばたき角の位相を知ることが重要であろう。
【００５６】
そこで、図６に示すように、たとえば、角度センサ６１０によって検出された羽軸６０１の羽ばたき角を、制御部にフィードバックし、ここから羽ばたきの最大角や位相を算出して、駆動力を調整することが望ましい。
【００５７】
なお、本実施の形態においては弾性体として、図１には、バネの図を描いたが、可塑性のある弾性体であれば、その材質および構造は特に限定されるものではない。また、羽軸が適当な弾性力を有するものであれば、羽軸の弾性力を利用してもよい。さらに、羽軸の弾性力と弾性体の弾性力とを組み合わせてもよい。
【００５８】
（羽ばたき飛行装置の構成）
図７（ａ）および図７（ｂ）は、図１で述べた羽ばたき飛行装置を振動型アクチュエータとして用いて羽部として複数（一例として２本）の羽軸を有する羽ばたき飛行装置を示す図である。
【００５９】
図７（ａ）では、羽ばたき飛行装置の前方正面部分が示され、図７（ｂ）には、羽ばたき飛行装置の前方正面に向かって左側面部分が示されている。
【００６０】
なお、図７（ａ）および図７（ｂ）では、羽ばたき飛行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を挟んで左右対象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ものとする。
【００６１】
図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、羽ばたき飛行装置の胴体部７０５には、前羽軸７０３および後羽軸７０４と、その前羽軸７０３と後羽軸７０４との間を渡すように設けられた羽の膜７０６とを有する羽（左羽）が形成されている。
【００６２】
また、胴体部７０５には、前羽軸７０３を駆動するための振動型アクチュエータ７０１と、後羽軸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、７０２の配置は、前羽軸７０３、後羽軸７０４および羽の膜７０６を含む羽の形状は、飛行の性能を損なわなければこれに限られるものではない。
【００６３】
さらに、この羽ばたき飛行装置の場合、羽の断面形状を鉛直上方に凸となるようにしておけば、水平方向への飛行に対して抗力だけでなく、揚力も発生し、より大きな浮上力が得られることになる。
【００６４】
また、ここでは、１枚の羽に対し、図１の振動型アクチュエータ２個を用いたため、バネ１０６は、前（後）羽軸７０３、７０４の各々に別個に接続されていたが、図１４を用いて示すように、前（後）羽軸１４０１，１４０１の間に自由度を持って接続される梁１４１０を形成し、支持構造体１４００と梁１４１０との間にバネ１４０６を接続する構成にしてもよい。前（後）羽軸１４０１，１４０１の固有振動数を統一し、制御の安定性と効率性を高めることができる。前（後）羽軸１４０１，１４０１の間で振動を伝達すること、および、羽軸１４０１，１４０１などの被駆動部の固有振動数の算出を簡略化できることを考慮すると、梁１４１０は剛体であることが望ましい。なお、羽軸１４０１，１４０１などの被駆動部の固有振動数の算出が複雑にならないのであれば、梁１４１０が弾性体であってもよい。
【００６５】
また、この羽ばたき飛行装置の重心の位置は、羽ばたき飛行装置の安定性を重視するために、羽が周囲の流体により受ける力のアクチュエータに対する作用点の位置よりも下方になるように設定されている。一方、羽ばたき飛行装置の姿勢を容易に変更する観点からは、重心とその作用点をほぼ一致させておくことが望ましく、この場合には、姿勢制御に必要な左右の羽が流体から受ける力の差が小さくなって、羽ばたき飛行装置の姿勢変更を容易に行なうことができる。
【００６６】
２つの振動型アクチュエータ７０１，７０２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を通る軸）を共有している。この振動軸７００は、胴体軸７０８とは、所定の角度（９０°−θ）をなしている。前（後）羽軸７０３，７０４は、振動型アクチュエータ７０１，７０２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。
【００６７】
胴体部７０５としては、機械的強度を確保するとともに、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）などを円筒状に形成したものが望ましいが、このような材料や形状は限定されるものではない。
【００６８】
さて、図７（ａ）および図７（ｂ）に示された羽ばたき飛行装置では、振動型アクチュエータ７０１，７０２には、前羽軸７０３と後羽軸７０４とがそれぞれ接続されている。前羽軸７０３と後羽軸７０４との間には、羽の膜７０６が張られている。羽の膜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、羽全体の剛性を高める働きをしている。
【００６９】
軽量化のため、前羽軸７０３と後羽軸７０４は中空構造であり、それぞれカーボングラファイトから形成されている。このため、前羽軸７０４と後羽軸７０４には弾性力があり、前羽軸７０３と後羽軸７０４とは、羽の膜７０６の張力により変形可能である。
【００７０】
図１０は、本実施の形態の羽ばたき飛行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）に向かって左側の羽は省略されている。
【００７１】
胴体部１０００には、超音波センサ１００１、赤外線センサ１００２、加速度センサ１００３および角加速度センサ１００４が配置されている。これらのセンサによる検出結果は、羽ばたき制御部１００５に送られる。羽ばたき制御部１００５では、超音波センサ１００１や赤外線センサ１００２によって検出された結果から、羽ばたき飛行装置と周囲の障害物や人間等の検出対象物との距離などの情報が処理される。また、加速度センサ１００３や角加速度センサ１００４等の羽ばたき飛行に関する物理量を検出するセンサによって検出された結果から、羽ばたき飛行装置の浮上状態、目的位置または姿勢などの情報が処理されて、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。
【００７２】
なお、ここでは、本羽ばたき飛行装置の周囲に存在する障害物を検出する手段として、超音波センサ１００１および赤外線センサ１００２を用い、本羽ばたき飛行装置の位置および姿勢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、本羽ばたき飛行装置の周囲環境や位置と姿勢とが計測可能なセンサであれば上記センサには限られない。加速度測定可能な加速度センサ２つをそれぞれ胴体部１０００の異なる位置に配して得られる加速度情報からも、本実施の形態の羽ばたき飛行装置の姿勢を算出することは可能である。また、本実施の形態の羽ばたき飛行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、本羽ばたき飛行装置の位置と姿勢を算出することも可能である。
【００７３】
また、図１０では、加速度センサ１００３および角加速度センサ１００４をはじめとするセンサ類は、羽ばたき制御部１００５とは別部品として示されているが、軽量化の観点からたとえば、マイクロマシニング技術により、羽ばたき制御部１００５と一体で同一基板上に形成してもよい。
【００７４】
また本羽ばたき飛行装置では、羽の駆動をオープンループ制御としているが、羽の付根に羽の角度センサを設け、この角度センサから得られる角度情報により、クローズドループ制御を行なうことも可能である。
【００７５】
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ならば、ここに挙げたセンサ類は必須ではない。
【００７６】
羽ばたき制御部１００５は、メモリ部１００８と接続されており、羽ばたき制御に必要な既存のデータをメモリ部１００８から読出すことができる。また、各センサ１００１〜１００４によって得られた情報をメモリ部１００８に送り込み、必要に応じて、メモリ部１００８の情報を書換えることもでき、羽ばたき飛行装置として学習機能を持たせることができる。
【００７７】
なお、各センサ１００１〜１００４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と各センサ１００１〜１００４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と接続されて、通信制御部１００９とデータの入出力を行なうことができる。通信制御部１００９は、アンテナ部１０１０を介して、外部の装置（他の羽ばたき飛行装置やベースステーションなど）とデータの送受信を行なう。
【００７８】
このような通信機能により、羽ばたき飛行装置が取得して、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、羽ばたき飛行装置では入手できない情報を外部の装置から受取り、そのような情報をメモリ部１００８に蓄積することで、羽ばたきの制御に利用することもできる。たとえば、大きなマップ情報をすべて羽ばたき飛行装置に記憶させなくても、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が可能となる。
【００７９】
なお、図１０では、アンテナ部１０１０は、胴体部１０００の端から突き出た棒状のものとして示されているが、アンテナの機能を有するものであれば、形状配置などこれらに限られるものではない。たとえば、前羽軸１０２や、後羽軸１０１３を利用して、羽の上にループ状のアンテナを形成してもよい。また胴体部１０００にアンテナを内蔵した形態でも、あるいは、アンテナと通信制御部１００９とを一体化させた形態でもよい。超音波センサ１００１、赤外線センサ１００２、加速度センサ１００３、角加速度センサ１００４、羽ばたき制御部１００５、左右のアクチュエータ１００６、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。
【００８０】
ここでは、駆動エネルギとして電力を用いたが、内燃機関を用いることも可能である。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用いたアクチュエータを用いることも可能である。あるいは、アクチュエータの駆動エネルギを外部から取得する方法も採用できる。たとえば、電力については、熱電素子、電磁波などが挙げられる。
【００８１】
（浮上方法）
説明の簡便のため、本実施の形態の羽ばたき飛行装置に作用する外力は羽が流体から受ける流体力と、羽ばたき飛行装置に作用する重力（羽ばたき飛行装置の質量と重力加速度の積）のみであるとする。本羽ばたき飛行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）＞（本羽ばたき飛行装置に作用する重量）
を満たすことが必要とされる。１回の羽ばたき動作としては、羽を打ち下ろし、次に羽を打ち上げる動作をいう。
【００８２】
さらに、鉛直上向きの流体力を卓越させて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。
【００８３】
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」とする。）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」とする。）より大きくする方法について説明する。
【００８４】
説明の簡便のため、流体の挙動もしくは流体が羽に及ぼす力については、その主用成分を挙げて説明する。また、この羽ばたき方法により得られた浮上力と、本羽ばたき飛行装置に作用する重量（以下、「重量」とする。）の大小については後述する。
【００８５】
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、打ち下ろし時に羽の膜７０６が移動する空間の体積が最大になるように打ち下ろせばよい。そのためには、羽の膜７０６を水平面とほぼ平行に打ち下ろせばよく、この打ち下ろしにより、ほぼ最大の流体力を得ることができる。反対に、打ち上げ時には、羽の膜７０６が移動する空間の体積が最小になるように打ち上げればよい。そのためには、羽の膜７０６を水平面に対してほぼ直角に近い角度で打ち上げればよく、この打ち上げにより、羽に及ぼされる流体力がほぼ最小となる。そこで、振動型アクチュエータ７０１，７０２により、振動軸７００のまわりに両羽軸７０３，７０４を往復運動させる際に、各羽軸７０３，７０４が水平面とほぼ一致する位置を中心として上方と下方とにそれぞれ角度γだけ往復運動させるとする。さらに、図８に示すように、前羽軸７０３の往復運動に対して、後羽軸７０４の往復運動を適当な位相φだけ遅らせる。
【００８６】
これにより、図９（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°で打ち下ろされた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９０１の前羽軸９０３が先に打ち下ろされるため、前羽軸９０３および後羽軸９０４の先端との羽の膜９０６とが水平に近づく。
【００８７】
一方、τ＝１０８°〜３１５°で示された打ち上げ時においては、両羽軸９０３，９０４の先端の高さの差が拡大されて、羽の膜９０６も垂直に近づく。この結果前羽軸９０３と後羽軸９０４に張られた羽の膜９０６が流体を押し下げ、あるいは、押し上げる量に差異が生じ、この羽ばたき飛行装置の場合には、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。
【００８８】
この浮上力とベクトルは、位相差φを変化させることにより、前方に傾く。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、実際の飛行では、位相差φ以外にも、羽ばたき周波数ｆや羽ばたき角γを制御することが可能である。また、この羽ばたき飛行装置では、はばたき仰角θを固定しているが、これを変化させる機構を追加して、自由度を増加させてもかまわない。
【００８９】
（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。上述した羽ばたき飛行装置では、打ち下ろし動作または打ち上げ動作の際に、羽の先端部がなすねじり角αは、羽の長さ（羽の膜の前羽軸に沿った長さ、後羽軸に沿った長さ）をｌ、羽の幅（前羽軸と後羽軸との間隔）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０°、最も打ち下ろした瞬間を１８０°とする）、前羽軸と後羽軸の位相差をφとすれば（図９を参照）、およそ以下の式で表わされる。
【００９０】
ｔａｎα＝（ｗ／Ｉ）・［ｓｉｎ｛γ・ｃｏｓτ｝−ｓｉｎ｛γ・ｃｏｓ（τ＋φ）｝］
実際には、前羽軸や後羽軸に弾性があり、変形可能であるので、このねじり角αは、多少違った値をとる。また、羽軸の根元ほど、この角度は小さい。しかし、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。
【００９１】
ねじり角を変え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ρ、羽ばたき角をγ、羽ばたき周波数をｆとして、おおよそ
Ｆ＝（４／３）・π2・ρ・ｗ・γ2・ｆ2・ｌ3・ｓｉｎ2τ・ｃｏｓ（γ・ｃｏｓτ）となる。
【００９２】
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。
【００９３】
羽にねじり角αを持たせると、上記成分Ｆの羽ばたき運動平面に垂直な成分Ｌと、水平な成分Ｄとはそれぞれ次のようになる。
【００９４】
Ｌ＝Ｆ・ｃｏｓα・ｓｉｎα
Ｄ＝Ｆ・ｃｏｓ2α
これに、羽ばたき仰角θを考慮すると、重量と釣合うべき鉛直方向の成分Ａと、前後運動の推力となる平行方向成分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。実際の浮力や推進力は、羽ばたき運動の１周期分を積分したものとなる。
【００９５】
以上より、この飛行制御の一例として、羽ばたき飛行装置の羽の長さ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の時間変化を各角度の時間変化とともに図１１に示す。
【００９６】
横軸が１周期の分の時間が位相τで表わされている。前半が打ち下ろし、後半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、水平面からの羽のねじり角（θ−α）、流体力の鉛直方向成分Ａ、水平方向成分Ｊの時間変化をそれぞれ示している。
【００９７】
この例では、単位時間当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、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。したがって、２枚の羽では、羽ばたき飛行装置の重量が約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程度の羽ばたき飛行装置であれば、ホバリング可能となる。
【００９８】
ここで、打ち下ろし時の位相差φ↓を大きく、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。このとき、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、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。このとき、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。
【００９９】
この羽ばたき飛行装置では、たとえば、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°と大きくするか、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°と小さくし、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。
【０１００】
また、たとえば、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°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°と大きくし、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。
【０１０１】
ホバリング状態のまま、羽ばたき飛行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、下げるかのいずれかにすればよい。水平飛行中でも、上昇と下降については、主に、周波数ｆによって制御可能である。周波数ｆを上げることで羽ばたき飛行装置は上昇し、周波数ｆを下げることで羽ばたき飛行装置を下降する。
【０１０２】
この例では、打ち上げ動作中、もしくは、打ち下ろし動作中にも、羽のねじれ角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ねじり角αをいての値に設定して、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、ねじり角αを急激に変化させるようにしてもよい。
【０１０３】
羽ばたき仰角θ＝０°とした場合の鉛直方向成分Ａと水平方向成分Ｊの時間変化を各角度の時間変化とともに図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、左右への舵取りは、左右の羽の羽ばたき運動を別々に制御できる場合ではそれぞの羽による推力に差を持たせればよい。たとえば、前方へ飛行中に、右方向へ旋回するには、右羽の羽ばたき角γを、左羽よりも小さくする、または、右羽の前羽軸と後羽軸との位相差を左羽よりも大きくする、あるいは、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下がり、右に旋回することができる。羽ばたき飛行装置を左へ旋回させる場合には、その逆の制御を行なえばよい。
【０１０４】
あるいは、図１０に示された重心制御部１００７を用いて、羽ばたき飛行装置の重心を左右にずらすことで左右への旋回を行なってもよい。
【０１０５】
たとえば、重心を右にずらして、右羽を下方へ、左羽を上方へ傾けてそして、周波数ｆを大きくすることで、羽ばたき飛行装置を右へ旋回させることができる。重心を左へずらして、同様に、周波数ｆを大きくすることで、羽ばたき飛行装置を左に旋回させることができる。また、いずれの場合でも、姿勢の安定を保つために、左右それぞれの羽ばたき周波数ｆを同じ値に設定しておくことが望ましい。
【０１０６】
以上の説明では、前（後）羽軸７０３，７０４の往復運動する平面が、振動軸７００と直交する場合について述べてきた。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、前（後）羽軸１０１２、１０１３の往復運動する平面に角度を持たせるようにしてもよい。こうすることで、前（後）羽軸１０１２，１０１３の弾性力や羽の膜１０１４の張力により、打ち上げ運動から打ち下ろし運動、あるいは打ち下ろし運動から打ち上げ運動に移る際の、羽のねじり角αの正の値から負の値あるいは負の値から正の値への変化を高速化することができる。
【０１０７】
図１３に示すように、前（後）羽軸１３０１，１３０２の先端方向が、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、羽軸の付根１３０５の幅をｗ、羽軸の長さをｌとして、
ｓｉｎε＞｛（ｗ2＋８・ｌ2）1/2−ｗ｝／４・ｌ
を満たすεであれば、羽のねじり角α＝０°（γｆ＝γｂ）における羽軸先端１３０６間の距離Ｗｏが最大となるため、そのときの羽軸の弾性力や羽の膜の張力も最大となり、絶対値｜α｜＞０の状態の方が安定となるため、ねじり角αの変化を高速化することができる。
【０１０８】
なお、上式を満たすεは、羽のアスペクト比Ａｐ（ｌ／ｗ）＝１のとき、ε＞３０°、Ａｐ＝４のとき、ε＞１７．２°、Ａｐ＝１０のとき、ε＞１１．５°である。
【０１０９】
さらに、前（後）羽軸１０１２，１０１３が、その軸まわりに軸回転できる自由度を付加すれば、前（後）羽軸１０１２，１０１３同士の位置関係が変化しても、羽の膜１０１４が前（後）羽軸１０１２，１０１３に固定されている部分を互いにほぼ向き合せるように、回転することが可能となるため、アクチュエータ１００６にかかる負荷を軽減し、効率のよい制御が可能となる。
【０１１０】
以上のような本実施の形態の羽ばたき飛行装置の詳細な特徴をまとめると以下のようになる。
【０１１１】
なお、本発明の弾性力のある羽軸とは、駆動部の駆動周波数に近い固有周波数の曲げ剛性を有する羽軸を意味する。弾性力のある羽軸の材料には、軽量化も考慮して、アルミニウム、マグネシウム合金、樹脂類などの高分子材料を用いるのがよい。また、弾性定数ｋは、駆動角周波数をωｏ、羽軸と羽の慣性モーメントをＩとしたとき、およそｋ＝Ｉ・ωｏ2で決まる値に設定しておくのが好ましい。
【０１１２】
また、本発明の弾性体としては、炭素鋼、合金鋼、高合金、ニッケル合金などの金属バネ、気体、液体、合成樹脂、積層材などを用いた非金属バネ、あるいは可塑性のある弾性材として、高分子が架橋されたゴム類（無機材料や、ポリビニルアルコール系の有機材料、ハイブリット材料）、フェノール樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂などの樹脂類や、それらを用いたシリコン弾性体、ガラス繊維強化樹脂ＧＦＲＰ（Glass-Fiber Reinforced Polymer）や炭素繊維強化樹脂ＣＦＲＰ（Carbon-Fiber Reinforced Polymer）、圧電セラミックスを接着した金属弾性体などを用いることができる。
【０１１３】
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。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明の駆動装置によれば、被駆動部の弾性変形により、被駆動部および駆動対象物の固有振動数と駆動部の振動数との関係を調整することができる。その結果、たとえば、このような駆動装置を、羽ばたき飛行装置の駆動装置として用いて、被駆動部および駆動対象物の固有振動数と駆動部の振動数とを調整して、効率のよい駆動を行なうことが可能となる。その結果、前述の調整を羽ばたき飛行に対して適宜選択して使用すれば、羽ばたき飛行装置に、急激な変化を伴う飛行を行なわせ易くなるとともに、停空飛行もさせ易くなる。
【０１１５】
本発明の羽ばたき飛行装置によれば、被駆動部の弾性変形により、被駆動部および羽部の固有振動数と駆動部の振動数との関係を調整することができる。それにより、前述の調整を羽ばたき飛行に対して適宜選択して使用するようにすれば、被駆動部および羽部の固有振動数と駆動部の振動数とを調整して、効率のよい駆動を行なうことが可能となる。その結果、羽ばたき飛行装置に、急激な変化を伴う飛行を行なわせ易くなるとともに、停空飛行もさせ易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置を説明する図である。
【図２】  本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置において、共振現象を利用した場合の、羽ばたき運動の角度の駆動力に対する変化を示す第１のグラフである。
【図３】  本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置において、共振現象を利用した場合の、羽ばたき運動の角度の駆動力に対する変化を示す第２のグラフである。
【図４】  本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置において、駆動力を羽ばたき運動とは逆の位相で与えた場合の、羽ばたき運動の角度の駆動力に対する変化を示す第１のグラフである。
【図５】  本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置において、駆動力を羽ばたき運動とは逆の位相で与えた場合の、羽ばたき運動の角度の駆動力に対する変化を示す第２のグラフである。
【図６】  本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置において、角度センサを設けた別の例を示す図である。
【図７】  図１に示す羽ばたき飛行装置の駆動装置において、振動型アクチュエータを用いた場合の、２軸羽ばたき飛行装置の例を示す図であり、（ａ）はその部分正面図であり、（ｂ）はその部分側面図である。
【図８】  本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置において、羽ばたき運動と羽ばたき運動の位相との関係を示すグラフである。
【図９】  本実施の形態の羽ばたき飛行装置の駆動装置における羽ばたき運動の状態を示す図である。
【図１０】  図７に示す羽ばたき飛行装置の飛行態様の一例を示す図である。
【図１１】  本実施の形態の羽ばたき飛行装置の、羽に作用する力および各角度のそれぞれの羽ばたき運動の位相に対する変化を示す第１のグラフである。
【図１２】  本実施の形態の羽ばたき飛行装置の、羽に作用する力および各角度のそれぞれの羽ばたき運動の位相に対する変化を示す第２のグラフである。
【図１３】  本実施の形態の羽ばたき飛行装置において、前羽軸と後羽軸の先端方向とが、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の、２本の羽軸の位置関係を示す図である。
【図１４】  本実施の形態の羽ばたき飛行装置において、前羽軸と後羽軸との間に梁を設けた場合の例を説明するための図である。
【符号の説明】
１００，６００  支持構造体、１０１，６０１  羽軸、１０２，１０７，１０８，６０２，６０７，６０８  ヒンジ、１０３，６０３  羽、１０４，６０４  磁石、１０５，６０５  磁石、１０６，６０６  バネ、１０９，６０９  制御信号、２０１，３０１，４０１，５０１  駆動力、２０２，３０２，４０２，５０２  羽ばたき運動の角度、６１０  角度センサ、７００  振動軸、７０１，７０２，９０１，９０２  振動型アクチュエータ、７０３，９０３，１３０１  前羽軸、７０４，９０４，１３０２  後羽軸、７０５，９０５  胴体部、７０６，９０６  羽の膜、７０７，９０７  羽の先端部、７０８  胴体軸、７０９  中心軸、８０１  前羽軸の角度、８０２  後羽軸の角度、１００１  超音波センサ、１００２  赤外線センサ、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、１３０３  前羽軸の振動軸、１３０４  後羽軸の振動軸、１３０５羽軸の付根、１３０６  羽軸先端。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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