(57)【要約】【課題】推進手段により自身で移動可能で、搭載した各種機器や推進手段に外側から配線して長時間駆動可能であり、カメラを搭載したときの視認性が良く、どの向きで衝突してもその衝撃を効率的に逃がすことができ、どの方向の回転が加わっても姿勢を制御可能な移動体を提供する。【解決手段】外側に凸状に膨らんだ形状を成す１対の殻体１１が、内側に空間を形成するよう、互いに間隔をあけて対向して配置されている。細長い軸体１２が、各殻体１１の内側に配置され、各殻体１１を連結するよう両端部が各殻体１１の中心部に取り付けられている。推進手段１３が、各殻体１１の内側で軸体１２に取り付けられている。各殻体１１は、推進手段１３に対して、軸体１２を中心軸として互いに独立に回転可能に取り付けられている。推進手段１３は、軸体１２に対してほぼ垂直方向の軸を中心として回転可能に取り付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外側に凸状に膨らんだ形状を成し、内側に空間を形成するよう、互いに間隔をあけて対向して配置された１対の殻体と、
細長く、各殻体の内側に配置され、各殻体を連結するよう両端部が各殻体の中心部に取り付けられた軸体と、
各殻体の内側で前記軸体に取り付けられた推進手段とを有し、
各殻体は、前記推進手段に対して、前記軸体を中心軸として互いに独立に回転可能に取り付けられ、
前記推進手段は、前記軸体に対してほぼ垂直方向の軸を中心として回転可能に取り付けられていることを
特徴とする移動体。
【請求項２】
前記推進手段はプロペラを有し、
前記プロペラにより飛行可能に設けられていることを
特徴とする請求項１記載の移動体。
【請求項３】
各殻体は、外側に凸状に膨らんだ部分が曲面状または多面体状を成していることを特徴とする請求項１または２記載の移動体。
【請求項４】
各殻体は、少なくとも一部が開放されたフレーム形状を成していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の移動体。
【請求項５】
前記推進手段を無線または有線で制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の移動体。
【請求項６】
前記軸体に対する各殻体の回転方向と回転量、および／または、前記軸体に対する前記推進手段の回転方向と回転量とを、無線または有線で制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、狭い所からの離陸や、着陸、その後の地上移動、さらに再離陸が容易な移動体として、プロペラ推進装置を有する垂直着陸または滑走着陸が可能な飛行機と、その飛行機を取り囲んで一体的に設けられたフレーム状の球殻体とを有する球状飛行機が開発されている（例えば、特許文献１参照）。また、着陸姿勢にかかわらず、プロペラ推進装置による推進方向が常に上方に向くよう構成された飛行体も開発されている（例えば、非特許文献１参照）。これらの飛行体は、着陸時に地表を転がることにより、着陸時の衝撃をある程度逃がすことができるが、飛行中や地上移動中に何かに衝突したときには、その衝突時の衝撃を効率的に逃がすことができず、被衝突物を傷つけたり破損したりする危険性があるという問題があった。
【０００３】
そこで、飛行中や地上移動中に被衝突物に衝突したときの衝撃を受け流して効率的に逃がすことができる飛行体として、プロペラ推進装置が、ジンバルシステムにより、その推進方向に対して垂直な平面内で、互いに垂直な２つの軸を中心に回転可能に、球状のフレームの内側に設けられた飛行体や（例えば、特許文献２、非特許文献２または３参照）、互いに間隔をあけて対向して配置された１対の半球状のフレームと、各フレームを連結するよう両端部が各殻体の中心部に取り付けられた固定軸と、固定軸に取り付けられたプロペラ推進装置とを有し、各フレームが固定軸を中心軸として回転可能に取り付けられた飛行体が開発されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００４】
また、飛行体以外の移動体として、本発明者により、外面が一定の曲率半径を有する一対の半球状車輪と、各半球状車輪の回転軸を同一直線上に保ち、かつ、各半球状車輪の外面に囲まれた半球状車輪支持体と、各半球状車輪の回転軸と垂直を成し、各半球状車輪と半球状車輪支持体とを含む車輪全体を回転可能にする車輪全体回転軸とを有する全方向移動体用球状車輪が開発されている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−５２７１３号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１４／１９８７７４号
【特許文献３】特開２０１５−１１７００３号公報
【特許文献４】特許第５０５７１３０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】A. Kalantari, M. Spenko, “Design and Experimental Validation of HyTAQ, a Hybrid Terrestrial and Aerial Quadrotor”, IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2013, p.4430-4435
【非特許文献２】A. Briod, P. Kornatowski, J.-C. Zufferey, and D. Floreano, “A Collision Resilient Flying Robot”', J. Field Robotics, doi:10.1002/rob.21495, 2014
【非特許文献３】水谷将馬、大野和則、柳村一成、岡田佳都、竹内栄二、田所諭、「錯雑した構造体中での飛行が可能な回転球殻を有するクアッドロータ」、日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会  Robomech 2014、2A1-E04
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２、非特許文献２および３に記載の飛行体では、ジンバルシステムを採用しているため、球状フレームの外側から、ジンバルシステムの内側に配置されたプロペラ推進装置やカメラなどの各種機器に配線することができないという課題があった。このため、プロペラ推進装置や各種機器はバッテリー駆動にする必要があり、駆動時間が限られてしまうという課題があった。また、カメラを積載したとき、カメラに対して球状フレームやジンバルシステムが回転して映り込むため、視認性が悪くなるという課題もあった。
【０００８】
特許文献３に記載の飛行体では、固定軸の長さ方向に沿って移動して被衝突物に衝突したとき、その衝撃を効率的に逃がすことができないという課題があった。また、衝突などにより固定軸に対して垂直方向の軸を中心として回転したとき、固定軸に取り付けられたプロペラ推進装置や各種機器も固定軸と一緒に回転してしまい、姿勢制御ができなくなるという課題もあった。
【０００９】
特許文献４に記載の全方向移動体用球状車輪は、各半球状車輪の内側に推進装置が配置されておらず、自身で移動することができないという課題があった。
【００１０】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、推進手段により自身で移動可能で、搭載した各種機器や推進手段に外側から配線して長時間駆動可能であり、カメラを搭載したときの視認性が良く、どの向きで衝突してもその衝撃を効率的に逃がすことができ、どの方向の回転が加わっても姿勢を制御可能な移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る移動体は、外側に凸状に膨らんだ形状を成し、内側に空間を形成するよう、互いに間隔をあけて対向して配置された１対の殻体と、細長く、各殻体の内側に配置され、各殻体を連結するよう両端部が各殻体の中心部に取り付けられた軸体と、各殻体の内側で前記軸体に取り付けられた推進手段とを有し、各殻体は、前記推進手段に対して、前記軸体を中心軸として互いに独立に回転可能に取り付けられ、前記推進手段は、前記軸体に対してほぼ垂直方向の軸を中心として回転可能に取り付けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る移動体は、各殻体の内側で軸体に取り付けられた推進手段により、自身で移動可能である。推進手段は、移動可能であればいかなるものであってもよく、例えば、プロペラや浮遊体、脚や車輪、無限軌道、エンジン、モーター等を有したものから成っている。このような推進手段により、本発明に係る移動体は、空中を飛行したり、水上や水中を移動したり、地表を移動したり走行したりすることができる。地表を走行する場合には、地面に対して各殻体が回転して走行することが好ましい。
【００１３】
本発明に係る移動体は、推進手段に対して、（Ａ）軸体を中心軸とした各殻体の回転と、（Ｂ）軸体に対してほぼ垂直方向の軸を中心とした軸体の回転とを有している。また、互いに間隔をあけて対向して配置された各殻体が、その間隔の両側でそれぞれ同じ面に接触しているとき、各殻体が互いに反対方向に回転することにより、（Ｃ）その接触面に対してほぼ垂直な方向の軸（軸体に対してもほぼ垂直な方向の軸）を中心として回転することができる。（Ａ）の回転の回転軸と（Ｂ）の回転の回転軸、および、（Ａ）の回転の回転軸と（Ｃ）の回転の回転軸とは、それぞれ互いにほぼ垂直を成しているため、（Ｂ）の回転の回転軸と（Ｃ）の回転の回転軸とがほぼ垂直になるよう、軸体に対して推進手段を相対的に回転させることにより、互いにほぼ垂直な３軸回転が可能である。
【００１４】
本発明に係る移動体は、移動中または停止中に被衝突物と衝突したとき、各殻体が推進手段に対して、軸体を中心軸として相対的に回転するため、軸体の長さ方向に沿って相対的に移動して被衝突物と衝突したとき以外には、各殻体の回転（上記の（Ａ）の回転）により、その衝撃を効率的に逃がすことができる。また、軸体の長さ方向に沿って相対的に移動して被衝突物と衝突したときには、推進手段が軸体に対して、軸体に対してほぼ垂直方向の軸を中心として相対的に回転するため、推進手段に対する軸体の回転（上記の（Ｂ）の回転）により、その衝撃を効率的に逃がすことができる。このように、本発明に係る移動体は、どの向きで被衝突物と衝突しても、その衝撃を効率的に逃がすことができ、移動体自身や被衝突物を傷つけたり破損したりするのを防ぐことができる。
【００１５】
また、衝突などによりどの方向の回転が加わっても、推進手段に対して各殻体および軸体が上記の（Ａ）〜（Ｃ）の回転で回転することにより、加わった回転の影響を推進手段にまで及ぼさないようにすることができる。このため、推進手段の体勢を維持することができ、推進手段により姿勢を制御可能である。
【００１６】
本発明に係る移動体は、上記の（Ａ）〜（Ｃ）の回転を利用することにより、離陸時や移動開始時に、可動性の高い姿勢に変換することができ、離陸や移動を始めやすくすることができる。また、推進手段に錘など取り付けることにより、推進手段を自動的に同じ体勢に維持することができる。これにより、移動開始（離陸）、移動、停止（着陸）といった一連の動作を、安定して行うことができる。
【００１７】
本発明に係る移動体は、推進手段とともに回転可能に、カメラや計測装置などの各種機器が各殻体の内側に搭載されていることが好ましい。この場合、各種機器の体勢を維持した状態で移動することができ、各種機器による観察や計測などを効率的かつ正確に行うことができる。また、外部の物質との衝突を各殻体で防ぐと共に、その衝突による衝撃を、各殻体および軸体の回転で逃がすことができ、各種機器が破損するのを防ぐことができる。カメラを搭載したときには、各殻体の間の間隔から撮影することにより、各殻体が視覚に入らないようにして撮影することができ、視認性を良くすることができる。
【００１８】
本発明に係る移動体は、各殻体の間の間隔を通して、搭載した各種機器や推進手段に外側から配線することができる。また、これにより、移動したり各殻体が回転したりしても、配線が巻き付いたり絡まったりしない。このため、移動中でも各種機器や推進手段に有線で電力を供給することができ、バッテリー駆動の場合と比べて、長時間駆動が可能である。また、バッテリー駆動の場合でも、有線によるバッテリーへの充電が容易である。各殻体の間の間隔から各種機器や推進手段へのアクセスが容易であるため、部品やバッテリーの交換、修理等のメンテナンスが容易である。
【００１９】
本発明に係る移動体で、軸体に対する推進手段の回転軸は、軸体に対してほぼ垂直方向であればよく、軸体に対して８０度〜９０度の角度を成していることが好ましい。また、各殻体は、軸体に対して右回りにも左回りにも回転可能であることが好ましい。また、各殻体は、外側から衝撃が加わったときに、その衝撃をある程度吸収可能な弾性や柔軟性等を有する素材から成っていることが好ましい。また、各殻体と軸体との取付部や、軸体と推進手段との取付部も、衝撃を吸収可能に構成されていることが好ましい。これらの場合、衝突時の、被衝突物や移動体自身の破損防止効果を高めることができる。
【００２０】
本発明に係る移動体で、各殻体は、外側に凸状に膨らんだ部分が曲面状または多面体状を成していることが好ましい。曲面状の場合には、多面体状の場合と比べて、地面を転がったときなどに、振動が発生しにくく、各殻体の内側の推進手段や各種機器が破損したり故障したりするのを防ぐことができる。曲面状の場合の曲面としては、半球に限らず、例えば、球や楕円体の一部の曲面であってもよい。多面体状の場合には、製造しやすく、製造コストを抑えることができる。
【００２１】
本発明に係る移動体で、各殻体は、少なくとも一部が開放されたフレーム形状を成していることが好ましい。この場合、各殻体の内側を視認しやすく、推進手段や各種機器の管理が容易である。
【００２２】
本発明に係る移動体は、前記推進手段を無線または有線で制御可能に構成されていることが好ましい。また、前記軸体に対する各殻体の回転方向と回転量、および／または、前記軸体に対する前記推進手段の回転方向と回転量とを、無線または有線で制御可能に構成されていてもよい。有線の場合には、各殻体の間の間隔を通して、推進手段まで容易に配線することができる。また、無線の場合には、各殻体の少なくとも一部をフレーム形状にすることにより、推進手段との間で無線信号の送受信を確実に行えるようにすることができる。軸体に対する各殻体や推進手段の回転を制御することにより、能動的に任意の動きを行うことができ、使用用途を広げることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、推進手段により自身で移動可能で、搭載した各種機器や推進手段に外側から配線して長時間駆動可能であり、カメラを搭載したときの視認性が良く、どの向きで衝突してもその衝撃を効率的に逃がすことができ、どの方向の回転が加わっても姿勢を制御可能な移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態の移動体を示す（ａ）斜視図、（ｂ）平面図、（ｃ）側面図、（ｄ）正面図である。
【図２】本発明の実施の形態の移動体の変形例を示す、各殻体および軸体の（ａ）平面図、（ｂ）側面図、（ｃ）正面図である。
【図３】図２に示す移動体の変形例を示す、各殻体および軸体の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１乃至図３は、本発明の実施の形態の移動体を示している。
図１に示すように、移動体１０は、１対の殻体１１と軸体１２と推進手段１３とを有している。
【００２６】
各殻体１１は、弾性を有する素材から成り、外側に半球状に膨らんだ、球殻を半分にした形状を成している。各殻体１１は、内側に空間を形成するよう、互いに間隔をあけて対向して配置されている。なお、各殻体１１は、少なくとも一部が開放されたフレーム形状を成していてもよい。例えば、図２および３に示すように、各殻体１１は、半球の底部に円形の枠体１１ａを有し、半球の頂点から底部の枠体１１ａに向かって、一定の間隔で円弧状に枠材１１ｂを取り付けて形成されていてもよい。
【００２７】
図１に示すように、軸体１２は、細長い形状を成しており、中央に配置された円環部１２ａと、その円環部１２ａから外側に向かって互いに反対方向に伸びる１対の軸部１２ｂとを有している。また、軸体１２は、各軸部１２ｂの両端部に回転機構１２ｃを有し、その回転機構１２ｃより先端側が、各軸部１２ｂの周方向に回転可能に構成されている。軸体１２は、各殻体１１の内側に配置され、各殻体１１を連結するよう、両端の各軸部１２ｂの先端が、各殻体１１の中心部である頂点に取り付けられている。これにより、各殻体１１は、軸体１２の円環部１２ａに対して、軸体１２を中心軸として互いに独立に回転可能になっている。また、各殻体１１は、軸体１２に対して右回りにも左回りにも回転可能になっている。
【００２８】
推進手段１３は、各殻体１１の内側で、軸体１２の円環部１２ａに取り付けられている。推進手段１３は、軸体１２の円環部１２ａの円環に沿って回転可能に取り付けられている。これにより、推進手段１３は、軸体１２に対してほぼ垂直方向の軸を中心として回転可能になっている。図１に示す具体的な一例では、推進手段１３は、細長く、両端にプロペラ１３ａを有するものから成り、中心部で軸体１２の円環部１２ａに取り付けられている。図１に示す推進手段１３は、プロペラ１３ａを回転させることにより、水上や水中を移動したり、各殻体１１を回転して地表を走行したりするよう構成されている。なお、推進手段１３は、図１に示すものに限らず、例えば、プロペラや浮遊体、脚や車輪、無限軌道、エンジン、モーター等を有し、空中を飛行したり、水上や水中を移動したり、地表を移動したり走行したりすることができるものであれば、いかなるものであってもよい。
【００２９】
図２に示すように、移動体１０は、軸体１２の円環部１２ａ（推進手段１３）に対して、（Ａ）Ｘ軸に沿った軸体１２を中心軸とした各殻体１１の回転と、（Ｂ）軸体１２に対してほぼ垂直方向のＹ軸を中心とした軸体１２の回転とを有している。また、図２（ｃ）に示すように、互いに間隔をあけて対向して配置された各殻体１１が、その間隔の両側でそれぞれ同じ面（接触面１）に接触しているとき、各殻体１１が互いに反対方向に回転することにより、（Ｃ）その接触面１に対してほぼ垂直な方向のＺ軸（軸体１２に対してもほぼ垂直な方向のＺ軸）を中心として回転することができる。（Ａ）の回転の回転軸Ｘと（Ｂ）の回転の回転軸Ｙ、および、（Ａ）の回転の回転軸Ｘと（Ｃ）の回転の回転軸Ｚとは、それぞれ互いにほぼ垂直を成しているため、図２に示すように、（Ｂ）の回転の回転軸Ｙと（Ｃ）の回転の回転軸Ｚとがほぼ垂直になるよう、軸体１２に沿って円環部１２ａ（推進手段１３）を相対的に回転させることにより、互いにほぼ垂直な３軸回転が可能である。
【００３０】
次に、作用について説明する。
移動体１０は、各殻体１１の内側で軸体１２に取り付けられた推進手段１３により、自身で移動可能である。移動体１０は、移動中または停止中に被衝突物と衝突したとき、各殻体１１が推進手段１３に対して、軸体１２を中心軸として相対的に回転するため、軸体１２の長さ方向に沿って相対的に移動して被衝突物と衝突したとき以外には、各殻体１１の回転（図２中の回転軸Ｘを中心とした（Ａ）の回転）により、その衝撃を効率的に逃がすことができる。また、軸体１２の長さ方向に沿って相対的に移動して被衝突物と衝突したときには、推進手段１３が軸体１２に対して、軸体１２に対してほぼ垂直方向の軸を中心として相対的に回転するため、推進手段１３に対する軸体１２の回転（図２中の回転軸Ｙを中心とした（Ｂ）の回転）により、その衝撃を効率的に逃がすことができる。このように、移動体１０は、どの向きで被衝突物と衝突しても、その衝撃を効率的に逃がすことができ、移動体１０自身や被衝突物を傷つけたり破損したりするのを防ぐことができる。
【００３１】
また、衝突などによりどの方向の回転が加わっても、推進手段１３に対して各殻体１１および軸体１２が図２中の回転軸Ｘ、Ｙ、Ｚを中心とした（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の回転で回転することにより、加わった回転の影響を推進手段１３にまで及ぼさないようにすることができる。このため、推進手段１３の体勢を維持することができ、推進手段１３により姿勢を制御可能である。
【００３２】
移動体１０は、図２中の回転軸Ｘ、Ｙ、Ｚを中心とした（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の回転を利用することにより、離陸時や移動開始時に、可動性の高い姿勢に変換することができ、離陸や移動を始めやすくすることができる。また、推進手段１３に錘など取り付けることにより、推進手段１３を自動的に同じ体勢に維持することができる。これにより、移動開始（離陸）、移動、停止（着陸）といった一連の動作を、安定して行うことができる。
【００３３】
移動体１０は、推進手段１３とともに回転可能に、カメラや計測装置などの各種機器が各殻体１１の内側に搭載されていることが好ましい。この場合、各種機器の体勢を維持した状態で移動することができ、各種機器による観察や計測などを効率的かつ正確に行うことができる。また、外部の物質との衝突を各殻体１１で防ぐと共に、その衝突による衝撃を、各殻体１１および軸体１２の回転で逃がすことができ、各種機器が破損するのを防ぐことができる。カメラを搭載したときには、各殻体１１の間の間隔から撮影することにより、各殻体１１が視覚に入らないようにして撮影することができ、視認性を良くすることができる。
【００３４】
移動体１０は、各殻体１１の間の間隔を通して、搭載した各種機器や推進手段１３に外側から配線することができる。また、これにより、移動したり各殻体１１が回転したりしても、配線が巻き付いたり絡まったりしない。このため、移動中でも各種機器や推進手段１３に有線で電力を供給することができ、バッテリー駆動の場合と比べて、長時間駆動が可能である。また、バッテリー駆動の場合でも、有線によるバッテリーへの充電が容易である。各殻体１１の間の間隔から各種機器や推進手段１３へのアクセスが容易であるため、部品やバッテリーの交換、修理等のメンテナンスが容易である。
【００３５】
移動体１０は、各殻体１１が弾性を有する素材から成っているため、外側から衝撃が加わったときに、その衝撃をある程度吸収することができ、衝突時の、被衝突物や移動体１０自身の破損を防止することができる。移動体１０は、各殻体１１が曲面状であるため、地面を転がったときなどに、振動が発生しにくく、各殻体１１の内側の推進手段１３や各種機器が破損したり故障したりするのを防ぐことができる。また、図２および図３に示すように、各殻体１１がフレーム状の場合には、各殻体１１の内側を視認しやすく、推進手段１３や各種機器の管理が容易である。
【００３６】
移動体１０は、軸体１２に対して各殻体１１を着脱可能に構成することにより、容易に分解することができる。これにより、搬送時に分解して、占有体積を小さくすることができ、搬送しやすくすることができる。また、分解することにより、容易にメンテナンスを行うこともできる。
【００３７】
なお、移動体１０は、推進手段１３や各種機器を有線で制御しても無線で制御してもよい。有線の場合には、各殻体１１の間の間隔を通して、推進手段１３や各種機器まで容易に配線することができる。また、無線の場合には、図２および図３に示すように、各殻体１１の少なくとも一部をフレーム形状にすることにより、推進手段１３や各種機器との間で無線信号の送受信を確実に行えるようにすることができる。
【００３８】
また、移動体１０は、軸体１２に対する各殻体１１の回転方向と回転量、および／または、軸体１２に対する推進手段１３の回転方向と回転量とを、無線または有線で制御してもよい。この場合、軸体１２に対する各殻体１１や推進手段１３の回転を制御することにより、能動的に任意の動きを行うことができ、使用用途を広げることができる。
【００３９】
このように、移動体１０は、適切な推進手段１３を使用することにより、所望の場所に自由に移動することができる。例えば、狭隘空間などへの出入りや、狭隘空間内での移動も自由に行うことができる。このため、様々な探査活動等を効率的に行うことができる。移動体１０は、橋梁やトンネルなどの社会インフラの点検や、災害現場の探査などに利用することができる。移動体１０は、飛行体や車輪、脚式移動体、水中推進機構、クローラ、その他の複合移動機構など、移動可能なものであればいかなるものから成っていてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１  接触面
１０  移動体
１１  殻体
１１ａ  枠体
１１ｂ  枠材
１２  軸体
１２ａ  円環部
１２ｂ  軸部
１２ｃ  回転機構
１３  推進手段
１３ａ  プロペラ
【図１】
2017035996.tif 000003
【図２】
2017035996.tif 000004
【図３】
2017035996.tif 000005