(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を提示する情報提示手段を備える情報提示装置であって、
羽ばたき飛行を行なうことで流体中を浮上して移動する浮上手段を備え、
前記浮上手段は、
前記流体中にて羽ばたき運動を行ない、前記羽ばたき運動の反作用により浮上力を得る羽部と、
前記羽部を駆動するための駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを含み、
当該情報提示装置の位置を取得する位置取得手段をさらに備え、
前記情報提示手段は、前記取得した位置に基づいて前記情報の提示様態を変化させる手段をさらに含む、情報提示装置。
【請求項２】
情報を提示する情報提示手段を備える情報提示装置であって、
羽ばたき飛行を行なうことで流体中を浮上して移動する浮上手段を備え、
前記浮上手段は、
前記流体中にて羽ばたき運動を行ない、前記羽ばたき運動の反作用により浮上力を得る羽部と、
前記羽部を駆動するための駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを含み、
当該情報提示装置の姿勢を取得する姿勢取得手段をさらに備え、
前記情報提示手段は、前記取得した姿勢に基づいて前記情報の提示様態を変化させる手段をさらに含む、情報提示装置。
【請求項３】
情報を提示する情報提示手段を備える情報提示装置であって、
羽ばたき飛行を行なうことで流体中を浮上して移動する浮上手段を備え、
前記浮上手段は、
前記流体中にて羽ばたき運動を行ない、前記羽ばたき運動の反作用により浮上力を得る羽部と、
前記羽部を駆動するための駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部とを含み、
前記制御部は前記駆動部における駆動方法に応じた前記羽ばたき運動の運動データを格納する手段を含み、
前記制御部は、前記運動データに基づき当該情報提示装置を当該情報提示装置が前記情報に基づいた図形を前記流体中に描くための位置に移動させるように前記駆動部を制御する、情報提示装置。
【請求項４】
前記制御部は前記駆動部における駆動方法に応じた前記羽ばたき運動の運動データを格納する手段を含み、
前記制御部は、前記運動データに基づき当該情報提示装置を所定位置に移動させるように前記駆動部を制御する、請求項１に記載の情報提示装置。
【請求項５】
前記所定位置は、当該情報提示装置が前記情報に基づいた図形を前記流体中に描くための位置である、請求項４に記載の情報提示装置。
【請求項６】
前記浮上手段と前記情報提示手段とが、独立して制御され、前記情報提示手段と、前記情報を提示される被情報提示者とを結ぶ直線が、前記浮上手段に含まれる前記羽部の移動体積密度の最も低い領域に位置することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の情報提示装置。
【請求項７】
前記情報提示手段は、前記浮上手段を用いて情報を提示する、請求項１に記載の情報提示装置。
【請求項８】
前記情報提示手段は、前記浮上手段の視覚状態を制御することで情報を提示する、請求項７に記載の情報提示装置。
【請求項９】
前記情報提示手段は、前記視覚状態として、反射率を制御することで情報を提示する、請求項８に記載の情報提示装置。
【請求項１０】
前記情報提示手段は、前記視覚状態として、発光を制御することで情報を提示する、請求項８に記載の情報提示装置。
【請求項１１】
前記浮上手段は、当該浮上手段の部位ごとに異なる複数の視覚状態を備え、
前記情報提示手段は、当該情報提示装置の前記被情報提示者に対する姿勢を制御することで情報を提示する、請求項８に記載の情報提示装置。
【請求項１２】
前記浮上手段は、当該浮上手段の表裏で異なる視覚状態を備え、
前記情報提示手段は、前記被情報提示者に向ける前記浮上手段の表裏を制御して情報を提示する、請求項１１に記載の情報提示装置。
【請求項１３】
前記情報提示手段は、当該情報提示装置を複数組合せることで、情報を提示する、請求項１に記載の情報提示装置。
【請求項１４】
前記情報提示手段は、人間の目の位置に相当する高さにおいて情報を提示する、請求項１に記載の情報提示装置。
【請求項１５】
前記情報提示手段は、前記浮上手段を制御することで、前記羽ばたき飛行の様態を変化させて情報を提示する、請求項１に記載の情報提示装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の情報提示装置と、
前記情報提示装置に駆動エネルギーの補充を行なうエネルギー補充装置とからなる、情報提示システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は情報提示装置および情報提示システムに関し、特に、効果的に情報の提示を行なうことができる情報提示装置および情報提示システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディスプレイ技術の発達により、情報提示装置として広告等の情報提示用に様々なディスプレイが用いられている。
【０００３】
図３１は、従来の情報提示装置の具体例を示す図である。従来の情報提示装置は、図３１（ａ）に示すように、支柱などの支持構造を有する。あるいは、図３１（ｂ）に示す一般的な電光掲示板のように、ビルディングなどの構造物に付加される支持態様であった。
【０００４】
また、気球や飛行船、アドバルーン等のように、浮力により浮上する構造物そのもの、もしくはこれに付加された情報提示部分により、浮上することで障害物の少ない位置もしくは視認頻度の高いことが期待される位置に移動して広告などの情報提示を行なう情報提示装置も近年多く用いられている。例えば、特開２００２−６７８４号公報には、従来の飛行船と、プロジェクタとを組合わせた情報提示装置である浮遊型ロボットが示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の支持を必要とする情報提示装置は、支柱や構造物等の支持構造を必要とするため、情報提示部分の大きさが支持構造のサイズや剛性によって制限されてしまうという問題があった。また、このような情報提示装置は、所定の面積を占有するため、情報提示主の所有する不動産にしか配することができない。そのため、位置がほとんど固定されてしまい、より効果的な情報提示を行なうことができないという問題があった。また、催事の会場への道案内といった、一時的な用途に用いるには、情報提示装置を配する土地の管理者に承諾を得る必要がある。そのため、非常に手間がかかるという問題があった。
【０００６】
一方、上述の浮上もしくは飛行するタイプの情報提示装置は、地上に占有面積を有しないためにこの問題が回避される。上述の特開２００２−６７８４号公報で開示される浮遊型ロボットを用いて情報を提示する場合は、この点においてはメリットがある。
【０００７】
しかし、特開２００２−６７８４号公報で開示される情報提示装置は、浮力が体積に比例するため、所定の大きさ以上の浮上部分を必要とする。そのため、人間の視線程度の高さや、ビルディングや一般的な商店街といった状況で用いるのに適さず、効果的な情報の提示ができないという問題があった。
【０００８】
例えば、一般的に用いられている無線操縦の無人飛行船のうちで、最も小さいものでも３ｍ程度の長さがあった。このため、例えば人間の目に最も留まりやすい地上高１〜２ｍでは、障害物が多いため、このような無人飛行船を情報提示に用いることは、ほとんど不可能であるという問題があった。
【０００９】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、面積を占有せず、効果的に情報の提示を行なうことができる情報提示装置および情報提示システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のある局面に従うと、情報提示装置は、情報を提示する情報提示手段を備える情報提示装置であって、羽ばたき飛行を行なうことで流体中を浮上して移動する浮上手段を備え、浮上手段は、流体中にて羽ばたき運動を行ない、その羽ばたき運動の反作用により浮上力を得る羽部と、羽部を駆動するための駆動部と、駆動部を制御する制御部とを含むことを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、情報提示装置は、当該情報提示装置の位置を取得する位置取得手段をさらに備え、情報提示手段は、取得した位置に基づいて情報の提示様態を変化させる手段をさらに含む。
【００１２】
好ましくは、情報提示装置は、当該情報提示装置の姿勢を取得する姿勢取得手段をさらに備え、情報提示手段は、取得した姿勢に基づいて情報の提示様態を変化させる手段をさらに含む。
【００１３】
また、情報提示装置は、情報提示手段で提示する情報に応じて、当該情報提示装置の位置を制御する第１の制御手段をさらに備えることが望ましい。
【００１４】
好ましくは、情報提示装置は、情報提示手段で提示する情報に応じて、当該情報提示装置の姿勢を制御する第２の制御手段をさらに備える。
好ましくは、羽部は当該情報提示装置の左右に対で備えられ、駆動部は、左右に対の羽部の各々を２自由度以上の自由度にて駆動する。
好ましくは、制御部は駆動部における駆動方法に応じた羽ばたき運動の運動データを格納する手段を含み、制御部は、上記運動データに基づき当該情報提示装置を所定位置に移動させるように駆動部を制御する。なお、より好ましくは、上記所定位置は、当該情報提示装置が提示する情報に基づいた図形を流体中に描くための位置である。
【００１５】
また、情報提示装置は、上述の浮上手段と情報提示手段とが、独立して制御されることが望ましい。
【００１６】
また、上述の情報提示手段と、情報を提示される被情報提示者とを結ぶ直線が、浮上手段の移動体積密度の最も低い領域に位置することが望ましい。
【００１７】
また、上述の情報提示手段は、浮上手段を用いて情報を提示することが望ましい。
【００１８】
また、上述の情報提示手段は、浮上手段の視覚状態を制御することで情報を提示することが望ましい。
【００１９】
また、上述の情報提示手段は、視覚状態として、反射率を制御することで情報を提示することが望ましい。
【００２０】
また、上述の情報提示手段は、視覚状態として、発光を制御することで情報を提示することが望ましい。
【００２１】
また、情報提示装置は、浮上手段に、発光した光を拡散する拡散手段をさらに備えることが望ましい。
【００２２】
また、上述の浮上手段は、当該浮上手段の部位ごとに異なる複数の視覚状態を備え、情報提示手段は、当該情報提示装置の被情報提示者に対する姿勢を制御することで情報を提示することが望ましい。
【００２３】
また、上述の浮上手段は、当該浮上手段の表裏で異なる視覚状態を備え、情報提示手段は、被情報提示者に向ける浮上手段の表裏を制御して情報を提示することが望ましい。
【００２４】
また、上述の情報提示手段は、当該情報提示装置を複数組合せることで、情報を提示することが望ましい。
【００２５】
また、上述の情報提示手段は、人間の目の位置に相当する高さにおいて情報を提示することが望ましい。
【００２６】
また、上述の情報提示手段は、浮上手段を制御することで、羽ばたき飛行の様態を変化させて情報を提示することが望ましい。
【００２７】
また、情報提示装置は、音を発生させる発音手段をさらに備えることが望ましい。
【００２８】
また、上述の発音手段は、前記羽ばたき飛行の様態の変化に応じて前記音を変化させることが望ましい。
【００２９】
また、情報提示装置は、物理量を取得する取得手段をさらに備え、情報提示手段は、取得された物理量に応じて情報を提示することが望ましい。
【００３０】
また、情報提示装置は、人体を検出する検出手段をさらに備え、情報提示手段は、検出手段で人体を検出した際に情報を提示することが望ましい。
【００３１】
本発明の他の局面に従うと、情報提示システムは、上述の情報提示装置と、情報提示装置に駆動エネルギーの補充を行なうエネルギー補充装置とからなる。
【００３２】
また、本発明のさらに他の局面に従うと、情報提示システムは、上述の情報提示装置であって、通信手段をさらに備える情報提示装置と、情報提示装置と通信を行ない、１以上の情報提示装置を制御する制御装置とからなる。
【００３３】
また、情報提示システムは、物理量を取得する取得手段をさらに備え、制御装置は、取得された物理量に応じて情報提示装置を制御することが望ましい。
【００３４】
また、情報提示システムは、人体を検出する検出手段をさらに備え、制御装置は、検出手段で検出された人体の情報に応じて情報提示装置を制御することが望ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ、第１〜第３の発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
【００３６】
［第１の実施の形態］
第１の実施の形態における情報提示システム（以下、単にシステムと称する）は、所定の情報を提供する情報提示装置である羽ばたき飛行ロボットと、これを制御するベースステーションとから構成される。以下には、本実施のシステムが、方向案内を行なう情報提示システムであるものとして説明を行なう。より具体的には、人間すなわち被情報提示者の視線程度の高さにおいて、矢印型の図形を提示する情報提示装置、およびこれを用いた情報提示システムであるものとして説明を行なう。
【００３７】
図１は、第１の実施の形態におけるシステムの構成を示す図である。
図１を参照して、本実施の形態におけるシステムは、作業空間９２内に配された、情報提示手段を有する羽ばたき飛行ロボット(以下、単にロボットと称する)９０と、このロボット９０と情報を交換するベースステーション９１とから構成される。
【００３８】
次に、上述のシステムの動作について、具体的に説明を行なう。
ベースステーション９１が被情報提示者９３を検出すると、ベースステーション９１はロボット９０に所定の位置に定位するよう指示する。指示を受けたロボット９０は、指定された位置に定位する。ロボット９０には、情報提示手段として矢印形の図形が配されている。ロボット９０の位置と姿勢とをベースステーション９１が制御することにより、本システムは、矢印の方向という情報を、被情報提示者９３に対して提示する。
【００３９】
次に、図１に示されるロボット９０について説明する。
図２は、図１に示されるロボット９０の主要な構成について示す図である。
【００４０】
図２を参照して、ロボット９０は支持構造１を主構造とし、これに各構成部品が配される。
【００４１】
より詳細には、支持構造１の上部には右アクチュエータ２１と左アクチュエータ２２とが固定される。右アクチュエータ２１には右羽３１が取付けられ、左アクチュエータ２２には左羽３２が取付けられる。各羽３１および３２の構成については、後に詳述する。
【００４２】
また、支持構造１の下部に電極６１が配される。
各アクチュエータ２１および２２は、各々取付けられた羽３１および３２を、アクチュエータ２１および２２の支点を略中心として、３自由度をもって回転させる。各アクチュエータ２１および２２の回転は、支持構造１に搭載された制御装置４によって制御される。各アクチュエータ２１および２２の詳細な構造については後述する。
【００４３】
なお、図２に示される状態におけるロボット９０の重心Ｏは、左右アクチュエータ２１および２２の回転中心の中点Ａ０よりも鉛直下方にある。
【００４４】
また、支持構造１には、加速度センサ５１、角加速度センサ５２、および人体検出用の焦電型赤外線センサ５３が搭載される。
【００４５】
さらに、支持構造１には通信装置７が配される。通信装置７は、ベースステーション９１と情報の送受信を行なう。
【００４６】
上述の制御装置４は、上述の加速度センサ５１および角加速度センサ５２から送られる情報によって、ロボット９０の浮上の状態を検知する。
【００４７】
また、上述の通信装置７は、制御装置４の有する情報をベースステーション９１に送信する。さらに、通信装置７は、ベースステーション９１から指示信号を受信する。
【００４８】
制御装置４は、ベースステーション９１から受信した指示信号に応じて、各アクチュエータ２１および２２の動作パラメータを算出し、駆動を決定する。
【００４９】
さらに、支持構造１には、情報提示手段として、矢印標識８が配される。矢印標識８は、視認性を考慮して、羽３１または３２が被情報提示者９３からの視線を遮ることのない、支持構造１の上部に配される。
【００５０】
上述の左右アクチュエータ２１および２２、制御装置４、センサ５１〜５３、および通信装置７を駆動する電源は、電源６により供給される。電源６は、２次電池であり、電極６１を経由して供給される電力によって充電される。また、電極６１は、位置決めピンの役割も兼ねる。そのため、ロボット９０は、ベースステーション９１の位置決穴（図示せず）に、所定の姿勢で定位することが可能である。
【００５１】
なお、図２においては、電極６１は、正極および負極の２本のピンからなる構成であることが示されているが、充電状態検出用などを含む、３本以上のピンからなる構成であっても構わない。
【００５２】
次に、上述の支持構造１についてより詳細に説明する。
支持構造１は、機械的強度を確保した上で十分軽量であることが望ましい。本実施の形態におけるロボット９０の支持構造１では、略球殻状に整形したポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が用いられるものとする。
【００５３】
なお、支持構造１の下部に、接地の際転倒せぬよう、支持脚が配されてもよい。また、支持構造１の材料や形状は、飛行の性能を損なわないものであれば、上述の材料や、図２に示された形状に限られるものではない。
【００５４】
上述の如く、支持構造１の材料は、特に、軽量で剛性が高いことが望ましい。そのため、例えば、蟹や海老等の生物に使われているキトサンなどの有機物と、シリカゲルなどの無機物とを、分子レベルでハイブリッド化した複合材料を用いることも考えられる。前記複合材料を用いることにより、蟹や海老等の外骨格が備える、軽くて丈夫であり、かつ、形状加工が容易であるという、生物が本来持っている最適な組成値をそのまま支持構造１に転用することができる。また、上述の複合材料は、環境に対しても害が少ないため望ましい材料である。さらに、貝殻の材料である炭酸カルシウムを、前述のキトサンに替えて用いることでも、剛性の高い支持構造１を構築することができる。
【００５５】
また、アクチュエータ２１および２２、羽３１および３２の配置、形状についても、図２に示される態様に限るものではない。
【００５６】
なお、本実施の形態では、ロボット９０の浮上の安定性を特に重要視して、すなわち、浮上時に自然に図２に示した姿勢となるように、重心Ｏの位置を羽３１および３２の力学的作用中心点（回転中心の中点Ａ０）の位置よりも下に位置させている。しかし、重心Ｏと力学的作用点（回転中心の中点Ａ０）の位置とを一致させる方が、ロボット９０姿勢制御に必要な左右の羽３１および３２の流体力の差を最も小さくすることができるため、ロボット９０の姿勢を容易に変更することができる。よって、ロボット９０の形態は、上述の、重心Ｏの位置を羽３１および３２の力学的作用中心点の位置よりも下に位置する形態に限定されず、本システムにおける情報提示の目的によっては、上述の、重心Ｏと力学的作用点の位置とを一致させる形態、すなわち、姿勢制御の容易さを優先した設計を行なうことも考えられる。
【００５７】
次に、上述のロボット９０の、羽３１および３２の構成とその動作について、以下に説明する。
【００５８】
ここで、説明の簡便のため、図２における座標系を定義する。
まず、支持構造１の略中央を原点とする。また、重力加速度の方向を下方向、その逆を上方向とする。原点から上方に向かってｚ軸を定義する。
【００５９】
次に、右アクチュエータ２１の形状中心と左アクチュエータ２２の形状中心を結ぶ方向を左右方向とし、原点から左羽３２に向かってｙ軸を定義する。また、原点から、ｙ軸とｚ軸との右手系における外積方向にｘ軸を定義し、以後これを前方、その反対方向を後方と称する。
【００６０】
また、図２には、ロボット９０が、右羽３１の右アクチュエータ２１に対する力学的作用点Ａ１と、左羽３２の左アクチュエータ２２に対する力学的作用点Ａ２との中点Ａ０から、重力加速度方向に下ろした線上に本装置の重心Ｏが位置する状態であることが示されている。本実施の形態においては、左アクチュエータのロータ２２９（図示せず）は略球状であり、左羽３２の主軸３２１の延長線上にこのロータ２２９の球心が位置するように左羽３２が配置される。左アクチュエータ２２に対する力学的作用点Ａ２および主軸３２１の回転運動の支点は、このロータ２２９の球心に一致する。なお、右アクチュエータ２１についても同様である。
【００６１】
以後、前述したｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は図２に示される状態において、支持構造１に対して固定された、本実施の形態のロボット９０に固有の座標系であるものとして説明を行なう。
【００６２】
一方、上述のロボット９０の固定された座標系に対して、空間に固定された任意の点を原点とする空間座標として、ｘ’軸、ｙ’軸およびｚ’軸を定義する。これにより、ロボット９０が移動する作業空間９２の座標は、上述のｘ’軸、ｙ’軸およびｚ’軸のそれぞれの座標を用いて表され、ロボット９０における固有の座標は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のそれぞれの座標を用いて表される。
【００６３】
次に、羽３１および３２の構造について説明する。
左羽３２は、主軸３２１と、主軸３２１から枝状に伸びた枝３２２とから構成される支持部材に、膜３２３を張ることで形成される。主軸３２１は、左羽３２において、前方よりの位置に配される。また、枝３２２は、先に行くほど（主軸３２１から遠くなるほど）下方を向く。さらに、左羽３２は、上に凸状の断面形状を有する。これによって、特に左羽３２を打下ろす際に、左羽３２は、流体から受ける力に対して高い剛性を得る。
【００６４】
上述の主軸３２１と枝３２２とは、軽量化のため、それぞれカーボングラファイトの中空構造である。また、膜３２３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、左羽３２全体の剛性を高める働きを行なう。
【００６５】
なお、具体的に、本発明者らが実験に用いた数値は、以下の数値である。左羽３２の主軸３２１の直径は、支持構造１に支持された根元の部分では１００μｍ、先端部では５０μｍであり、主軸３２１は根元から先端部へ向かって細くなるテーパー形状である。また、膜３２３の材質はポリイミドであり、膜３２３の大きさは前後方向約１ｃｍ、左右方向約４ｃｍ、厚さは約２μｍである。
【００６６】
さらに、上述の具体的な左羽３２の構成を図示する。図３は、左羽３２の構成の具体例を示す図である。図３に示された左羽３２は、説明のために主軸３２１はその太さが拡大されて示されている。図示されない右羽３１は、ｘｚ平面を挟んで左羽３２と鏡面対象になるように支持構造１に取付けられる。
【００６７】
なお、ここに示した羽３１および３２の形状、材質等は具体例の１つであり、飛行の機能を実現する羽３１および３２の構成は、ここに示される形状、材質等に限定されない。
【００６８】
次に、羽３１および３２の動作について、左羽３２を例に挙げて説明する。
左アクチュエータ２２は、左羽３２を回転３自由度で動かすことが可能である。つまり、左羽３２の駆動状態は、その姿勢で表わされる。ここで、以後の説明の簡便のため、左羽３２の姿勢を、図２に示される状態に基づき、以下のように定義する。図４および図５は、左羽３２の姿勢を示すための第１の図および第２の図である。
【００６９】
まず、図４に示すように、主軸３２１の回転運動の支点（力学的作用点Ａ２）と、ｘ軸およびｙ軸にそれぞれ平行な軸（／／ｘ、／／ｙ）とを含むｘｙ平面に平行な平面を基準として、点Ａ２と左羽３２の主軸３２１の根元とを結ぶ線分がその平面となす角度を、羽ばたきのストローク角θとする。また、主軸３２１の回転運動の支点（力学的作用点Ａ２）とｙ軸およびｚ軸にそれぞれ平行な軸（／／ｙ、／／ｚ）とを含むｙｚ平面に平行な平面を基準として、点Ａ２と左羽３２の主軸３２１の根元とを結ぶ線分がその平面となす角度を偏角αとする。
【００７０】
このとき、ストローク角θはｘｙ平面に平行な平面より上方では正とし、下方では負とする。また偏角αはｙｚ平面に平行な平面よりも前方では正とし、後方では負とする。
【００７１】
そして、図５に示すように、左羽３２の主軸３２１の根元における膜３２３の接平面ｐ１が、点Ａ２を通りｘ軸と平行な軸（／／ｘ）と主軸３２１とを含む平面ｐ０となす角度を、ねじり角βとする。このとき、ねじり角βは、主軸３２１の根元から先端に向かって見たときに、時計回りを正とする。
【００７２】
次に、アクチュエータ２１および２２について説明を行なう。
本実施の形態におけるアクチュエータ２１および２２については、トルクが大きいこと、往復運動が簡単に実現できること、および構造が単純なことなどから、圧電素子（ピエゾ）を用いて発生した進行波によって駆動する、一般的に超音波モータと呼ばれるアクチュエータを用いる。
【００７３】
まず始めに、一般的な超音波モータについて検討を行なう。図６は、一般的な超音波モータ２３を示す図である。
【００７４】
図６を参照して、超音波モータ２３は、図６（ａ）に示される如く、下面に圧電素子２３０を貼付けてあるアルミニウムの円盤２３１上に、突起２３２〜２３７が円盤２３１の中心を重心とする正六角形をなすように６カ所配され、さらにこの圧電素子２３０の下面には円周方向に１２分割された電極２３８が配される構造である。
【００７５】
さらに、超音波モータ２３の構造の概略を図６（ｂ）に示す。１２分割された電極２３８の各電極は、１つおきに電気的に短絡されており、それぞれ、円盤２３１を規準に電圧が印加される。すなわち圧電素子２３０には、２相の異なる電圧が加えられる。この様子を図６（ｃ）に、ハッチングと黒塗りつぶしとに分けて示す。このそれぞれに異なる時間的パターンで電圧を加えることによって、円盤２３１上に進行波が発生し、突起２３２〜２３７の先端が楕円運動を行なう。
【００７６】
なお、以上の、検討に用いた一般的な超音波モータ２３の、具体的な数値の例を挙げる。
【００７７】
超音波モータ２３のトルクは、１．０ｇｆ・ｃｍで、無負荷回転速度は８００ｒｐｍである。また、その際の最大消費電流は２０ｍＡである。また、円盤２３１の直径は８ｍｍ、突起２３２〜２３７の配されている間隔は２ｍｍである。円盤２３１の厚さは０．４ｍｍ、突起の高さは約０．４ｍｍである。また、この場合の圧電素子２３０の駆動周波数は３４１ｋＨｚである。
【００７８】
上述の一般的な超音波モータ２３を用いて、ステータを構成することができる。このステータは、ステータ上に接触して配されたロータ２３９（図示せず）を、上述の突起２３２〜２３７の先端の楕円運動により搬送する。
【００７９】
本実施の形態におけるロボット９０では、上述のステータ部分を流用したアクチュエータ２１および２２を用いる。
【００８０】
次に、図７は、右アクチュエータ２１の構成を示す図である。
図７を参照して、右アクチュエータ２１は、図７（ｂ）に示す如く、球殻状のロータ２１９を、上述のステータと同様のステータ２１０とベアリング２１１とで挟込んで保持する構造である。ただし、ステータ２１０のロータ２１９との接触部は、ロータ２１９表面と一致する形状に加工される。
【００８１】
なお、本実施の形態におけるロータ２１９のサイズの具体例としては、外形３．１ｍｍ、内径２．９ｍｍの球殻で、表面に右羽主軸３１１が配される。ステータ２１０の突起のある面に向かって見て時計回り（以後、これを正回転、この逆の回転を逆回転と呼ぶ）にロータ２１９を搬送させる操作を行なうと、右羽主軸３１１は図７（ｂ）に示すθの方向に移動する。
【００８２】
さらに、上述のロータ２１９を３自由度で駆動するために、上部補助ステータ２１２と下部補助ステータ２１３とをベアリング２１４、２１５と共にステータ２１０、ベアリング２１１と同様に図７（ａ）に示すように配する。本実施の形態においては、各補助ステータ２１２，２１３の大きさの具体例としては、ステータ２１０の０．７倍である。
【００８３】
上述のステータの駆動方向は、必ずしも直交していない。しかし、それぞれ独立した要素への回転を与えるため、これらの運動の組合わせによって、ロータ２１９を３自由度で駆動することができる。
【００８４】
例えばロータ２１９に対して、上部補助ステータ２１２によって正回転を、下部補助ステータ２１３によって同じく正回転を与えれば、ロータ２１９はこの合成であるβ方向に回転する。また、上部補助ステータ２１２によって逆回転を、下部補助ステータ２１３によって正回転を与えれば、α方向に回転する。
【００８５】
なお、実際の駆動に際しては、回転中心の異なる２つの回転を行なわせることは、摩擦によって効率を低下させてしまう。そのため、例えば上部補助ステータ２１２と下部補助ステータ２１３とをごく短時間周期で交互に動作させ、その間、動作していないステータの突起はロータ２１９に接触しない、等の駆動方法を行なうことが望ましい。これは、ステータの電極全てに、圧電素子の収縮方向に電圧を印加することで、特別に構成要素を付加することなく実現することができる。
【００８６】
また、実際の圧電素子の駆動周波数が３００ｋＨｚ以上と、せいぜい１００Ｈｚ程度である羽ばたき周波数に比べて十分高速であるので、交互にアクチュエータ２１を動作させても、実質上なめらかな動きを右羽主軸３１１に与えることができる。
【００８７】
以上により、上述の検討に用いた一般的な超音波モータ２３と同等の特性を有する、３自由度を備えるアクチュエータ２１および２２が構成される。
【００８８】
なお、上述のステータの発生する進行波の振幅がサブミクロンオーダであるため、上述のロータ２１９は、このオーダの真球度であることが要求される。民生用の光学製品に用いられている放物面鏡の加工精度は数１０ｎｍであり、また、光学干渉計に用いられる光学部品の加工精度は数ｎｍ程度であることから、このようなロータは現在の加工方法、技術で作成することが可能である。
【００８９】
なお、これは本発明における３自由度の運動を羽３１および３２に与えるアクチュエータ２１および２２を超音波モータで構成した具体例の１つに過ぎず、各構成要素の配置、サイズ、材質、および駆動方法等は、羽ばたき飛行に要求される物理的機能、例えばトルク等が実現できるならこの限りではない。
【００９０】
また、言うまでもなく、羽３１および３２の駆動機構や、羽３１および３２の駆動に用いるアクチュエータ２１および２２の種類についても、特に上述に限定されるものれはない。たとえば特開平５−１６９５６７号公報に開示されているような、外骨格構造とリニアアクチュエータとを組合わせて用いた羽ばたき機構等であっても、上述のアクチュエータ２１および２２と等価な羽３１および３２の動作を実現できる。
【００９１】
また、駆動エネルギー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。さらに、昆虫の筋肉に見られるような、生理的酸化還元反応により、化学的エネルギーを運動エネルギーに変換するアクチュエータを用いることも可能である。例えば、昆虫から採取した筋肉をリニアアクチュエータとして用いる方法や、虫の筋肉のタンパク質のアミノ酸と無機物とを材料として分子レベルでこれらを複合化させて作った複合材料の人工筋肉をリニアアクチュエータとして用いる、等の方法がある。
【００９２】
さらに、基本的な駆動力を上述の内燃機関等のエネルギー効率の高いアクチュエータで得て、これらの制御もしくは補助として電力で駆動するアクチュエータを用いる手法も可能であることは言うまでもない。
【００９３】
次に、ロボット９０の浮上方法について説明を行なう。
なお、ここでは、羽３１および３２が流体から受ける力を流体力と呼ぶこととする。また、説明の簡便のため、空気の流れはがはばたきによってのみ起こる状態、すなわち無風状態であるものと仮定して説明する。さらに、説明の簡便のため、ロボット９０に及ぼされる外力は、羽３１および３２に流体から作用する力、すなわち、流体力と重力とのみであるものとする。
【００９４】
ロボット９０が恒常的に浮上するためには、１回の羽ばたき動作の間で、平均して、
（羽にかかる上方向の流体力の総和）＞（ロボット９０にかかる重力）
であることが必要である。
【００９５】
ここでは、昆虫の羽ばたきを単純化した羽ばたき方である、打下ろし時の流体力を打上げ時の流体力よりも大きくする方法について説明する。説明の簡便のため、流体の挙動もしくはそれが羽３１および３２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、この羽ばたき方によりロボット９０に作用する浮上力と重力との大小については後述する。
【００９６】
羽３１および３２には、羽３１および３２が運動する方向と逆方向の流体力が作用する。そのため、羽３１および３２の打下ろし時には羽３１および３２に上向きの流体力が作用し、打上げ時には羽３１および３２に下向きの流体力が作用する。そこで、打下ろし時に流体力を大きくし、打上げ時には流体力を小さくすることで、１回の羽ばたき動作（打下ろし動作と打上げ動作とをまとめて羽ばたき動作と言う）の間で時間平均すると上方向の流体力が得られることになる。
【００９７】
そのためには、まず、打下ろし時に、羽３１および３２が移動する空間の体積が最大になるように打下ろせば、羽３１および３２にほぼ最大の流体力が作用する。これは、羽３１および３２の接平面と略垂直に羽３１および３２を打下ろすことに相当する。
【００９８】
一方、打上げ時に、羽３１および３２が移動する空間の体積が最小になるように打上げれば、羽３１および３２に及ぼされる流体力はほぼ最小となる。これは、羽３１および３２の断面の曲線にほぼ沿って羽３１および３２を打上げることに相当する。
【００９９】
このような羽３１および３２の動作について、図８および図９を用いて、例として左羽３２について説明を行なう。図８および図９は、左羽３２の、主軸３２１に垂直な第１および第２の断面図である。図８は左羽３２の移動する空間の体積が最大になるように打下ろした場合を示す図であり、図９は左羽３２の移動する空間の体積が最小になるように打上げた場合を示す図である。
【０１００】
図８および図９では、移動前の左羽３２の位置は破線で示され、移動後の左羽３２の位置は実線で示されている。また、左羽３２の移動方向が一点鎖線の矢印によって示されている。図８および図９において太線矢印に示される如く、流体力は左羽３２の移動方向とは逆向きに左羽３２に作用する。
【０１０１】
このように、打上げ時における左羽３２が移動する空間の体積が、打下ろし時における左羽３２が移動する空間の体積よりも大きくなるように、左羽３２の姿勢を左羽３２の移動方向に対して変化させることで、１回の羽ばたき動作の間の時間平均において、左羽３２に作用する上方向の流体力を、ロボット９０に作用する重力よりも大きくすることができる。
【０１０２】
本実施の形態のロボット９０では、羽３１および３２のねじり角βが制御可能である。そのため、ねじり角βを時間的に変化させることによって、上述の羽３１および３２の運動が実現される。
【０１０３】
具体的には、図１０〜図１３に示される左羽３２の羽ばたき動作に沿って、以下のステップＳ１〜Ｓ４の説明を行なう。図１０〜図１３は、左羽３２の羽ばたき動作のステップＳ１〜ステップＳ４を示す図である。
【０１０４】
まず、図１０を参照して、ステップＳ１では、左羽３２の打下ろしが行なわれる。そのとき、左羽３２のストローク角θは、＋θ０から−θ０に変化する。
【０１０５】
次に、図１１を参照して、ステップＳ２では、左羽３２の第１の回転動作が行なわれる。このとき、左羽３２のねじり角βは、β０からβ１に変化する。
【０１０６】
また、図１２を参照して、ステップＳ３では、左羽３２の打上げ（ストローク角θ＝−θ０→  ＋θ０、ねじり角β＝β１→β２が行なわれる。このとき、左羽３２の曲面に沿った運動を行ない流体力を最小限にとどめるために、左羽３２のストローク角θは−θ０→から＋θ０に変化し、ねじり角βはβ１からβ２に変化する。
【０１０７】
さらに、図１３を参照して、ステップＳ４では、左羽３２の第２の回転動作が行なわれる。このとき、左羽３２のねじり角βは、β２からβ０に変化する。
【０１０８】
上述の、ステップＳ１およびステップＳ３において左羽３２に作用する流体力を時間平均すると、上述のように左羽３２の移動する空間の体積の違いから、上向きの流体力となる。なお、この上向きの流体力の鉛直成分と重力との大小関係については後述する。
【０１０９】
なお、言うまでもなく、ステップＳ２およびＳ４においても、左羽３２に作用する流体力の時間平均は、上向きの流体力であることが望ましい。
【０１１０】
ここで、ロボット９０の羽３１および３２では、図１０〜図１３に示す如く、羽３１および３２の前縁近傍に、羽３１および３２の回転中心（主軸３２１部分）が位置する。つまり、主軸３２１から羽３２の後縁までの長さの方が主軸３２１から羽３２の前縁までの長さよりも長い。このため、図１１および図１３に示すように、羽３２の回転動作においては、羽３２の回転方向に沿って生じる流体の流れに加えて、主軸３２１から羽３２の後縁に向かう方向に沿って流体の流れが生じる。
【０１１１】
そして、羽３１および３２には、このような流体の流れの反作用として、それぞれの流れの向きとは逆向きの力が作用して、図１１に示すステップＳ２では実質的に上向きの流体力が左羽３２に与えられ、図１３に示すステップＳ４では主に下向きの流体力が左羽３２に与えられる。
【０１１２】
さらに、図１２に示すステップＳ３では、左羽３２の断面の曲線に沿うように左羽３２のねじり角βをβ１からβ２に変化させながら打上げ動作が行なわれる。また、図１１に示すステップＳ２における左羽３２の回転角は、図１３に示すステップＳ４における左羽３２の回転角よりも大きい。これにより、ステップＳ２およびステップＳ４においても、左羽３２に上向きに作用する流体力が下向きに作用する流体力に打勝って、時間平均すると上向きの流体力が左羽３２に作用する。
【０１１３】
なお、図１０〜図１３では、それぞれのステップＳ１〜Ｓ４における左羽３２の移動前の姿勢が波線で示され、移動後の姿勢が実線で示されている。また、各ステップＳ１〜Ｓ４における左羽３２の移動方向が一点鎖線の矢印によって示されている。また、各ステップＳ１〜Ｓ４において主に発生する流体の流れが実線の矢印によって示されている。
【０１１４】
次に、ストローク角θおよびねじり角βの時間変化について図１４に示す。図１４は、ストローク角θおよびねじり角βの値を時間の関数として表した図である。ただし、図１４では、ストローク角θ、およびねじり角βのそれぞれの縦軸の比率は異なっている。
【０１１５】
なお、具体的に、本発明者らが実験に用いた数値は、以下の数値である。θ０は６０°である。β０は０°である。β１は−１２０°である。β２は−７０°である。
【０１１６】
さらに、上述の説明においては、説明の簡便のためステップＳ１〜Ｓ４は独立した動作として記述したが、ステップＳ１において左羽３２を打下ろしながら左羽３２のねじり角を大きくするような動作も可能である。また、上述した例は、最も近似的な考察から説明されるものであり、実際に浮上可能な羽ばたき方法は上述の例に限られるものではない。
【０１１７】
また、ここでは左羽３２について説明したが、右羽３１についてもｘｚ平面に関して鏡面対称に左手系に基づいてストローク角θ、偏角α、およびねじり角βを定義すれば同一の議論が成立つ。以下、羽３１および３２に作用する上向きの流体力を浮上力とし、羽３１および３２に作用する前向きの流体力を推進力とする。
【０１１８】
次に、本実施の形態におけるロボット９０に任意の運動を行なわせるための制御手法について説明を行なう。ここでは、本実施の形態におけるロボットの左羽３２については右手系に基づくストローク角θ、偏角αおよびねじり角βを用い、そして、右羽３１についてはｘｚ平面に対して鏡面対称の左手系に基づくストローク角θ、偏角αおよびねじり角βを用いて羽の姿勢を示す。
【０１１９】
上述の如く、羽ばたきによる浮上移動は、羽にかかる流体力によって行われる。そのため、羽の運動により、ロボット９０に与えられる加速度と角加速度とが直接制御される。
【０１２０】
まず、Ｓを目標とする浮上状態と現在の浮上状態との差異とする。Ｔ（Ｓ）を浮上状態から加速度および角加速度への変換を表わす関数とする。ｓを加速度および角加速度とする。Ｆα（ｓ）を加速度センサ５１および角加速度センサ５２のセンサ応答を含めた制御アルゴリズムを表わす関数とする。ｓαをアクチュエータ制御量とする。Ｇｗ（ｓα）をアクチュエータ２１および２２と羽３１および３２との応答を表わす関数とする。Ｓｗを羽３１および３２の運動とする。Ｇｆｓ（ｓｗ）を羽３１および３２の運動によりロボット９０に及ぼされる加速度もしくは角加速度Ｓｅを表わす関数とする。Ｓｅがこの一連のプロセスにより行なわれる浮上状態の変更とする。そのとき、入力Ｓより出力Ｓｅが得られるプロセスは、図１５に示す如くなる。図１５は、羽ばたき動作制御における応答を示す図である。
【０１２１】
さらに、図１５を参照して、実際には、羽３１および３２と流体との慣性力により、現在までの羽３１および３２の運動Ｒｗと、流体の運動の時刻歴に依存する影響Ｒｆｓとが、ＧｗとＧｆｓとに加わる。
【０１２２】
なお、上述の方法以外にも、Ｆα以外の全ての関数を正確に求め、これよりＳ＝Ｓｅとなる制御アルゴリズムＦαを算出する手法もありうる。しかし、この手法においては、ロボット９０周囲の流体の流れと羽３１および３２の運動の時刻歴とが必要であり、膨大なデータ量と演算速度とが必要となる。また、流体と構造との連成した挙動は複雑で、多くの場合カオティックな応答になってしまう。そのため、この手法は実用的でない。そこで、予め基本的な動作パターンを用意し、目標とする浮上状態を分割して、これら基本動作パターンを時系列に組合わせて実現する手法が簡便で望ましい。
【０１２３】
物体の運動にはｘ方向、ｙ方向、ｚ方向３自由度の並進自由度とθｘ方向、θｙ方向、θｚ方向３自由度の回転自由度、つまり６自由度が存在する。すなわち前後、左右、上下、そしてこれらの方向を軸とする回転である。
【０１２４】
このうち、左右への移動は、θｚ方向の回転と前後方向への移動とを組合わせて行なうことができる。そこで、ここでは、上下方向すなわちｚ軸方向への並進動作、前後方向すなわちｘ軸方向への並進移動、およびｘ軸ｙ軸ｚ軸周りの回転動作について、それぞれその実現方法を説明する。
【０１２５】
（１）上下方向（ｚ軸方向）の動作
羽３１および３２が移動することで、羽３１および３２が流体から受ける力は羽３１および３２の移動速度に依存する。そのため、羽３１および３２に及ぼされる上向きの流体力を大きく（小さく）するには、
Ａ：ストローク角θの振幅を大きく（小さく）する
Ｂ：羽ばたき周波数を大きく（小さく）する
等の方法がある。これらの方法によってロボット９０は上昇（下降）することができる。ただし、流体力には負の値も含まれる。
【０１２６】
なお、これらの手法によれば、羽３１および３２が流体から受ける流体力そのものが大きくなる。そのため、羽３１および３２が流体力を上下方向以外から受けることによって、羽３１および３２の力学的支点Ａ１およびＡ２に羽３１および３２から上下方向以外の力が及ぼされている際には、上昇と共に、その方向へのこの支点Ａ１およびＡ２にかかる力の増加も伴なう。例えば、前方に略等速直線運動を行なっている際に羽ばたき周波数を大きくすると、ロボット９０は速度増加を伴なって上昇する。このように、現時点での羽ばたき方によって、副次的にこのような他の運動を伴なうが、以後、特に断らない限り、停空状態からの制御について説明する。
【０１２７】
また、羽３１および３２のねじり角βを変えて、羽３１および３２が移動する空間の体積を変化させることによっても浮上力は変化する。例えば、打上げ時における羽３１および３２が移動する空間の体積がより大きく、もしくは、打下ろし時における羽３１および３２が移動する空間の体積がより小さくなるようなねじり角βとすることで、羽３１および３２に作用する上向きの流体力の時間平均は小さくなる。実際には、羽３１および３２は剛体でなく変形を伴なうため、同一のねじり角βによっても羽３１および３２が移動する空間の体積は変化する。しかし、第一原理的には、羽３１および３２の移動する方向に垂直なねじり角βが最も大きくなる、羽３１および３２が移動する空間の体積を考える。また、羽３１および３２が移動する方向に平行なねじり角βが最も小さくなる、羽３１および３２が移動する空間の体積を考える。
【０１２８】
なお、この場合、副次的に、羽ばたきと垂直方向にも流体力が作用する。そのため、この垂直方向の流体力が制御上支障を生じるレベルである場合は、これを打消す羽３１おおよび３２の動きを付加する必要がある。最も単純には、偏角αの変更により実現できる。
【０１２９】
また、前記のステップＳ２もしくはステップＳ４において、羽３１および３２の回転角速度を変化させることによっても、ｚ軸方向の動作を行なうことは可能である。例えば、ステップＳ２において羽３１および３２の回転角速度（−ｄβ／ｄｔ）を大きくすると、この回転によって生じる流体の下方向への流速が大きくなるため、この反作用によって羽３１および３２に作用する上向きの流体力は大きくなる。
【０１３０】
なお、上述の場合、ロボット９０に及ぼされる、羽３１および３２の主軸３１１および３２１を回転軸とするトルクが、副次的に変化する。よって、この変化が制御上支障のない範囲内で、この回転角速度変化を行なうことが望ましい。
【０１３１】
また、この場合、ロボット９０に及ぼされる、前後方向への力も副次的に変化する。よって、この変化が制御上支障を来たす場合は、（２）として後述する前後方向への力の制御も同時に行なうことが望ましい。
【０１３２】
（２）前後方向（ｘ軸方向）への動作
前述した羽ばたき方法では、主にステップＳ２およびステップＳ４にて、ｘ方向正の向きへの流体力が羽３１および３２に作用する。したがって、この羽３１および３２の動かし方においては、前進を伴なって浮上する。
【０１３３】
また、打下ろしの際に、偏角αを増加して羽３１および３２を前方に移動させることで、羽３１および３２には後向きの流体力が作用することになる。したがって、打下ろしの際、すなわちステップＳ１における偏角αを制御して、ステップＳ１における羽３１および３２に作用する後向きの流体力を、他の（主にステップＳ２とステップＳ４における）前向きの流体力よりも大きくすれば後退し、小さくすれば前進することができる。また、この後向きの流体力と前向きの流体力とがほぼ釣合えば、前後方向に静止することができる。
【０１３４】
特に、ロボット９０が前後方向に静止しており、左右の羽３１および３２が略対象な運動を行ない、重力とロボット９０における浮上力とが釣合っているならば、ホバリング状態が実現できる。
【０１３５】
なお、偏角αの変更に伴ない、副次的に、羽３１および３２に及ぼされる流体力の鉛直方向成分が変化する。そのため、この流体力の鉛直方向成分が制御上支障を生じるレベルである場合には、これを打消す羽３１および３２の動きを付加する必要がある。これは主に前述（１）の上下方向の動作によって行なうのが簡便である。
【０１３６】
さらに、前述したステップＳ２およびステップＳ４において、羽３１および３２の回転動作の角速度を大きくすると前向きの流体力が増加し、小さくすると減少する。これによっても前後方向への動作を変化させることができる。
【０１３７】
また、（１）に述べた羽３１および３２のねじり角βの変更に伴なう副次的な流体力のうち、ｘ軸方向成分を利用する手法を用いることもできる。つまり、打下ろし時に、ねじり角β＞０なら前方向への力が働き、ねじり角β＜０なら後ろ方向への力が働く。
【０１３８】
なお、打上げ時のねじり角β、偏角α、およびストローク角θの関係は、ある程度拘束されているが、以上の流体力の制御は、ステップＳ３においても可能である。
【０１３９】
（３）ｚ軸を回転軸とする回転動作
（２）において述べた前後方向への制御を、左羽３２と右羽３１について個別に行ない、これを異ならせることで、ロボット９０にトルクを与えることができる。
【０１４０】
すなわち、右羽３１の前向きの流体力を、左羽３２のそれに対して高くすれば、ロボット９０はｘ軸正の向きに向かって左方向を向き、低くすれば同じく右方向を向く。これによって、ｚ軸を回転軸とする回転動作を行なうことができる。
【０１４１】
（４）ｘ軸を回転軸とする回転動作
（３）と同様に、右羽３１の上向きの流体力を、左羽３２のそれに対して大きくすれば右側が持上がり、小さくすれば左側が持上がる。これによって、ｘ軸を回転軸とする回転動作を行なうことができる。
【０１４２】
（５）ｙ軸を回転軸とする回転動作
（２）に述べた、羽３１および３２のねじり角βの角速度変更によって、ロボット９０にかかるｙ軸周りのトルクを変化させることができる。これにより、ｙ軸を回転軸とする回転動作を行なうことができる。例えば、ステップＳ１におけるねじり角βの回転角速度を大きくすると、ロボット９０は機首を下げ、逆に小さくすると機首を上げる。
【０１４３】
（６）ホヴァリング（停空飛翔）
ロボット９０を停空させる際のストローク角θ、偏角α、およびねじり角βと時間との関係を、図１６に示す。図１６は、ロボット９０を停空させる際のストローク角θ、偏角α、およびねじり角βの値を、時間の関数として表わした図である。ただし、図１６においては、それぞれの角度の縦軸の比率は異なっている。
【０１４４】
なお、具体的に、本発明者らが実験に用いた数値は、以下の数値である。θ０は６０°である。β０は−１０°である。α１は３０°である。β１は−１００°である。β２は−６０°である。
【０１４５】
さらに、上述の（１）および（２）に示された動作においての、各ステップＳ１〜Ｓ４における左羽３２の運動と、それにより左羽３２の力学的支点Ａ２に生じる加速度および角加速度とを図１７に示す。図１７は、羽３１および３２の制御とそれによりもたらされる動作とを対応付ける図である。図１７においては、各ステップＳ１からＳ４における左羽３２の運動ごとに、左羽３２の力学的支点Ａ２に生じる加速度および角加速度とを丸印で示す。ただし、左右の羽３１および３２の運動の非対称によって起こすことができるため、（３）、（４）に示すｘ軸、ｚ軸を回転軸とする回転動作については省略する。
【０１４６】
次に、本実施の形態におけるロボット９０に任意の運動を行なわせるための制御方法を決定する手法について説明を行なう。
【０１４７】
ロボット９０の現在の浮上状態は、ロボット９０に搭載された加速度センサ５１や角加速度センサ５２が取得した値を適宜変換した値を用いて求められる。例えば、速度は、加速度を時間積分した値に速度の初期値を加えることで求められる。また、位置は、速度を時間積分した値に位置の初期値を与えることで求められる。当然、浮上状態に、浮上状態の時刻歴を含む手法を用いることもできる。
【０１４８】
制御装置４は、現在のロボット９０の浮上状態と、目的とする浮上状態とから、ロボット９０の動作を決定する。この制御は、３次元で行なわれる点以外は従来から行なわれている制御手法を適用することができる。
【０１４９】
ロボット９０の動作は、制御装置４にて、アクチュエータ２１および２２の駆動に変換される。
【０１５０】
この変換には、テーブル参照、もしくはその補完を用いる方法が高速である。例えば、図１８は、基本となる動作と、それを実現するアクチュエータ２１および２２の駆動の組合わせとを定めるテーブルである。図１８に示されるテーブルを予め用意することで、ロボット９０の動作が、制御装置４にて、アクチュエータ２１および２２の駆動に変換される。なお、図１８の左端列は、目的とする動作である。また、羽ばたきにおけるＡおよびＢは、Ａは前進時の羽ばたき方、Ｂは停空時の羽ばたき方である。より具体的には、それぞれ図１４および図１６に示される、偏角α、ねじり角β、およびストローク角θの時刻歴を、時間的に離散化したものである。制御装置４は、ロボット９０の動作から、この駆動もしくはその補完した駆動を、図１８に示されるテーブルより算出する。
【０１５１】
なお、ここでは説明のため、まずロボット９０の動作を算出し、これをアクチュエータ２１および２２の駆動に変換するという手法を用いたが、浮上状態から直接アクチュエータ２１および２２の駆動を選択する手法を用いてもよい。
【０１５２】
例えば、定位制御を行なう場合、現在位置と目標位置との差によって、上述したアクチュエータ２１および２２の駆動のいずれか、もしくはそれを補完した駆動を直接算出する手法であってもよい。
【０１５３】
また、言うまでもなく、ロボット９０の浮上状態を表わす物理量は、上述の位置、速度、加速度等に限定されるものではない。また、言うまでもなく、アクチュエータ２１および２２の駆動を決定する手法は、この態様に限らない。
【０１５４】
次に、本実施の形態におけるロボット９０の構成で浮上が可能な条件について、以下に述べる。
【０１５５】
本発明者らの実験環境では、アクチュエータ２１および２２として進行波アクチュエータを用いた。この進行波アクチュエータによれば、ステータ２１０は超音波モータ２３と同等であるので、θ方向の羽ばたきに関してはトルク１．０ｇｆ・ｃｍである。
【０１５６】
そこで、本発明者らはシミュレーションによりこのトルクで羽ばたいた際の流体力を算出した。以下にその際の値を、具体例として挙げる。
【０１５７】
羽３１および３２は、アクチュエータ２１および２２から離れる方向が長辺で、長辺４ｃｍ、短辺１ｃｍの矩形であるものとする。なお、羽３１および３２の変形は無視する。また、幅８ｍｍ、長さ３３ｍｍのトンボの羽が約２ｍｇであったので、これにならい、羽３１および３２の質量は３ｍｇとする。
【０１５８】
さらに、超音波モータ２３は、突起先端２３２〜２３７の微小な楕円運動の累積によってロータを駆動するため、実際の駆動トルクの立上がりおよび立下がりは、楕円運動の周期オーダ、すなわち１０の５乗ヘルツオーダーである。しかし、計算の安定性からの制約上、±２５０ｇｆ・ｃｍ／ｓｅｃとする。すなわち、トルクは０．００４秒に１ｇｆ・ｃｍ上昇する。
【０１５９】
この羽３１および３２を、一方の短辺を、この辺を回転軸とする回転自由度のみ残して固定し、この回転自由度にトルクを与える。図１９は、回転軸にかかる反力を、上述の具体的な数値を用いて算出した結果を示す図である。ただし、偏角α＝０（度）、ねじり角β＝０（度）である。
【０１６０】
図１９を参照して、時刻０秒において羽３１および３２は水平、すなわちストローク角θ＝０（度）である。ここから時刻０．００４秒までの間にトルクを１ｇｆ・ｃｍまで直線的に向上させ、０．００４秒から０．０１秒まで１ｇｆ・ｃｍを保つ。そして時刻０．０１秒から０．０１８秒までの間にトルクを１ｇｆ・ｃｍから−１ｇｆ・ｃｍまで直線的に変化させ、同０．０１８秒から０．０３秒までは−１ｇｆ・ｃｍを保ち、同０．０３秒から０．０３８秒までの間に再び１ｇｆ・ｃｍへと直線的に変化させる。
【０１６１】
これにより得られた接点反力を、打下ろしの間、すなわちトルクが負である時間である時刻０．０１４秒から時刻０．０３４秒までの間で平均すると約０．２９ｇｆである。
【０１６２】
以上のシミュレーションは、１自由度のはばたき動作の結果であるため、打上げ時における流体力の作用は不明である。しかし、断面積に比して流体の抵抗は減少するので、打上げ時に働く下向きの支点反力を小さくし、かつ、打下ろし時と同じトルクで打上げることが可能なため、打上げに要する時間は打下ろしに要する時間より遙かに短い。すなわち、打上げの際の力が作用する時間は短いこと、また打下ろし以外にも羽３１および３２の回転などを用いて浮上力が更に得られることから、トルク１ｇｆ・ｃｍのアクチュエータ２１および２２を用いて、０．２９ｇ程度の質量を浮上させることは可能であると言える。すなわち、本実施の形態における装置（ロボット９０）全体の質量が０．５８ｇ以下であれば、浮上させることが可能である。以下、上述の具体的な数値を用いて、ロボット９０の重量について検討する。
【０１６３】
まず、ステータ２１０の質量は、電極と圧電素子とが薄いため、比重２．７、厚さ０．４ｍｍ、半径４ｍｍの円盤と同等であり、０．０５４ｇである。
【０１６４】
また、補助ステータ２１２および２１３の重量は、ステータ２１０の直径が０．７倍であることから０．０１９ｇである。
【０１６５】
３つのベアリング２１１，２１４，２１５はいずれも外形４．２ｍｍ、内径３．８ｍｍ、厚さ０．４ｍｍのドーナツ状のボールベアリングである。材質は、比重４．８のチタンで、約３０％の空隙があるため、ベアリング２１１，２１４，２１５の質量は約０．０１３ｇである。
【０１６６】
また、ロータ２１９は、材質がアルミで壁央半径３ｍｍ、厚さが０．２ｍｍであるため、質量は約０．０６１ｇである。
【０１６７】
これらの総和から、アクチュエータ２１の質量は０．１９２ｇである。
また、右羽３１の質量は、前述の通り０．００３ｇである。
【０１６８】
以上の構成が左右計２つあるので、質量の和は０．３９０ｇである。
また、本発明者らが採用した、図１に示す支持構造１は、直径１ｃｍ、比重０．９、厚さ０．１ｍｍの球体であるので、支持構造１の質量は約０．０２８ｇである。
【０１６９】
また、本発明者らが採用した制御装置４、通信装置７、加速度センサ５１、および角加速度センサ５２はそれぞれ、５ｍｍ×５ｍｍの半導体ベアチップで、各質量は約０．０１ｇである。すなわち、これらの質量の総和は０．０４ｇである。
【０１７０】
また、本発明者らが採用した電源６の重量は０．１３ｇである。
以上、ロボット９０の全ての構成要素の重量の合計は、０．５７９ｇとなる。そのため、上述の如く、１対の羽３１および３２で浮上力０．５８ｇｆを得るので、ロボット９０は、この構成で浮上することが可能である。
【０１７１】
次に、通信装置７について説明する。
通信装置７は、送信機能を備え、各種センサの測定値を送信する。これによりベースステーション９１が、ロボット９０の情報を得ることができる。
【０１７２】
より具体的には、ベースステーション９１は、加速度センサ５１から得たロボット９０の加速度情報と、および角加速度センサ５２から得たロボット９０の角加速度情報とを得ることができる。実際には、これらを積分して得られる速度情報および加速度情報を更に積分して得られる位置情報および姿勢情報を得る方が、通信のトラフィックが効率的である。そのため、本実施の形態においては、上述の位置情報および姿勢情報を得る手法を用いる。なお、上述の積分演算は、制御装置４が行なう。
【０１７３】
また、通信装置７は、受信機能を備え、ベースステーション９１より制御信号を受信する。これにより、ベースステーション９１は、ロボット９０に対して制御を行なうことができる。
【０１７４】
なお、本実施の形態においてはここに例示した情報を送受信するものとして以後の説明を行なうが、もちろん、送受信すべき情報は上述に限定されない。例えば、ベースステーション９１より発せられた制御信号を、ロボット９０が正しく受信したか否か確認する応答信号等を送受信することも可能である。
【０１７５】
次に、制御装置４について、図１および図１８を用いて説明する。
図１に示すとおり、制御装置４は、演算装置４１とメモリ４２とからなる。
【０１７６】
上述の演算装置４１は、通信装置７を経て、ロボット９０において各種センサによって得られた情報を送信する機能を有する。
【０１７７】
また、上述のメモリ４２は、上述の、送受信されたデータを保持する機能を有する。
【０１７８】
本実施の形態においてはより具体的に、演算装置４１は加速度センサ５１および角加速度センサ５２からの情報によりロボット９０の加速度および角加速度を算出する。続いて、これを積分演算することによってロボット９０の速度および角速度を算出し、さらにこれらを積分演算することによりロボット９０の位置と姿勢とを算出する。そして、演算装置４１は、適宜、通信装置７を経由して、ベースステーション９１に、上述のロボット９０の位置と姿勢との情報を送信する。また、ベースステーション９１からは、現在ロボット９０の到達すべき位置と姿勢との情報が送信される。ロボット９０は、これを通信装置７を経て受信する。そして、演算装置４１は、この受信された位置と姿勢とに定位すべく、それに適した加速度と角加速度とを算出し、この加速度と角加速度とより各アクチュエータ２１および２２の動作パラメータを決定する機能を有する。
【０１７９】
さらにより具体的には、演算装置４１は、ロボット９０に与えられるべき代表的な加速度と角加速度との組合わせに対応した偏角α、ねじり角β、およびストローク角θの時系列値をテーブルとして有し、これらの値、もしくはその補間値を各アクチュエータ２１および２２の動作パラメータとする。なお、偏角α、ねじり角β、およびストローク角θの時系列値とは、例えば加速度、角加速度共に０であるホバリングの場合は、図１９にグラフで示される値を離散化したものである。
【０１８０】
なお、ここに挙げる偏角α、ねじり角β、およびストローク角θは、制御パラメータの一例であり、説明の簡便のためこれらのパラメータを指定することでアクチュエータ２１および２２が駆動されることを前提に記述している。しかし、例えば、より直接的にこれらを実現する各アクチュエータ２１および２２の駆動電圧や制御電圧に変換したものを用いる手法の方がより効率的である。これらは既存のアクチュエータ制御方式と特に異なるものではないので、ここでは代表的なパラメータとして偏角α、ねじり角β、およびストローク角θを挙げている。なお、同等の機能が実現できる手法であれば、本実施の形態に限るものではない。
【０１８１】
さらに、制御装置４の機能は上述の機能に限定されるものではなく、他の機能を付加することは、到達すべき位置および姿勢への定位に支障を来さない限り可能である。
【０１８２】
またさらに、飛行制御は時間的に連携するものであるので、羽３１および３２の動作の時刻歴を、制御装置４におけるメモリ４２に記憶させておき、ベースステーション９１からの制御信号を、この時刻歴情報によって補正する手法を用いることも可能である。
【０１８３】
また、ロボット９０の浮上移動を優先する場合、通信の帯域から送信不可能なデータが発生することも考えられる。また、通信が途絶する場合も考えられる。これらをはじめとして、重量の増加が浮上移動に障害をもたらさない範囲内ならば、メモリ４２を搭載することは有効である。また逆に、演算装置４１におけるレジスタの類をのぞき、ロボット９０の機能によっては、メモリ４２は明示的に必須ではない。
【０１８４】
なお、以上の構成は、ベースステーション９１の指定した位置および姿勢へのロボット９０の定位という機能を実現するための構成の一例であるので、同等の機能が実現されるなら、上述の構成に限るものではない。
【０１８５】
次にロボット９０の駆動エネルギー源、すなわち電源６について説明する。
ロボット９０の左右アクチュエータ２１および２２、制御装置４、およびセンサ５１〜５３を駆動する電力は、電源６により供給される。
【０１８６】
本実施の形態における電源６は、リチウムイオンポリマーを電解質とする。そこで、リチウムイオンポリマーを、支持構造１に封入しておけばよい。これにより液漏れを防ぐための余分な構造が不要であり、実質的なエネルギー密度を高めることができる。
【０１８７】
なお、現在市販されているリチウムイオン二次電池の一般的な質量エネルギー密度は１５０Ｗｈ／ｋｇである。本実施の形態におけるアクチュエータ２１および２２での消費電流は最大４０ｍＡであるので、電源６の電解質重量を約０．１ｇとすると、本実施の形態のおいては約７．５分の飛行が可能である。
【０１８８】
また、本実施の形態における左右のアクチュエータ２１および２２の最大消費電流は合計４０ｍＡである。また、電源電圧は３Ｖである。そのため、電源６の電解質重量が０．１ｇであるので、０．１２Ｗ／０．１ｇ、つまり１２００Ｗ／ｋｇの重量パワー密度を持つ電源６の実現が求められる。ここで、市販品で実現されているリチウムイオンポリマー二次電池の重量パワー密度は約６００Ｗ／ｋｇであるが、これは携帯電話等の情報機器に用いられている、１０ｇ以上の製品における電池の重量パワー密度の値である。一般に、電解質質量に対する電極面積の比はサイズに反比例するので、本実施の形態における電源６は、前出の情報機器などに用いられている二次電池の１０倍以上の電極面積比を持つため、１０倍程度の質量パワー密度が達成可能であり、冒頭の質量パワー密度は十分達成可能である。
【０１８９】
なお、これらの仕様を満たすエネルギーが供給可能で、かつ、ロボット９０が到達すべき位置および姿勢への定位に支障を来さないならば、駆動エネルギー供給は、上述の種類および手法に限定されない。例えば、他のエネルギー源の種類としては、太陽電池、燃料電池、原子力などの使用も可能である。
【０１９０】
また、アクチュエータの種類によっては、駆動エネルギーは電気的エネルギーに限定されないことは言うまでもない。
【０１９１】
さらに、アクチュエータ２１および２２の駆動エネルギーを、外部から供給する方法を用いることもできる。例えば、電力エネルギーを外部から供給する媒体については、温度差および電磁波等が挙げられ、これを駆動エネルギーに変換する機構としてはそれぞれ熱電素子およびコイル等が挙げられる。
【０１９２】
なお、異なる種類のエネルギー源を混載する手法を用いることもできる。電力以外のエネルギー源を用いる場合、基本的には、制御は制御装置４からの電気的信号を用いることになると考えられる。
【０１９３】
次に、ロボット９０に搭載される各センサ５１〜５３について説明する。
加速度センサ５１は支持構造１の３自由度並進加速度を、角加速度センサ５２は支持構造１の３自由度回転角加速度を検出する。
【０１９４】
焦電型赤外線センサ５３は、ロボット９０の前方にその検出領域が向くように配されており、ロボット９０の提示情報を受けられる範囲の、被情報提示者９３の存在を検出する。これらのセンサ５１〜５３の検出結果は、制御装置４に送られる。
【０１９５】
なお、本発明者が用いた加速度センサ５１の帯域の具体的な数値としては、帯域４０Ｈｚである。当然、加速度センサ５１や角加速度センサ５２の帯域は、高ければ高いほど時間的に緻密な制御が可能であるが、ロボット９０の浮上状態の変更は、１回以上の羽ばたきの結果起きるものであると考えられるので、現在市販されている帯域が数十Ｈｚ程度のセンサでも実用が可能である。
【０１９６】
本実施の形態では、加速度センサ５１および角加速度センサ５２によりロボット９０の位置および姿勢を検出するものとしたが、ロボット９０の位置と姿勢とが計測可能な手段であるならば上記センサに限らない。たとえば、互いに直交する３軸方向の加速度を測定可能な加速度センサを少なくとも２つ、それぞれ支持構造１の異なる位置に配置させ、その加速度センサから得られる加速度情報に基づいてロボット９０の姿勢を算出することも可能である。また、作業空間９２内に位置情報を明示的に組込み、これをロボット９０が検出して位置および姿勢を算出する手法を用いることもできる。例えば、作業空間９２内に磁場分布を設け、磁気センサによりこの磁場分布を検知することで、ロボット９０の位置と姿勢とを算出する手法を用いることも可能である。また、ＧＰＳ（Global Positioning System；衛星位置標定システム）センサ等を用いる手法も考えられる。なお、後述するベースステーション９１がロボット９０の位置と姿勢とを直接検出する機能を有する場合には、言うまでもなくこれのセンサは必須ではない。
【０１９７】
また、加速度センサ５１および角加速度センサ５２をはじめとするセンサ類は、制御装置４とは別部品として表現したが、軽量化の観点から、マイクロマシニング技術によって制御装置４と一体で同一のシリコン基板上に形成してもよい。
【０１９８】
なお、本実施の形態におけるセンサ５１〜５３は、本実施の形態の目的を達成する一例としての最低限の構成要素であって、センサの種類、個数、構成については上述に限定されるものではない。
【０１９９】
例えば、ロボット９０における羽３１および３２の駆動には、フィードバックのない制御を用いているが、羽３１および３２の付け根に羽の角度センサを設け、ここから得られた角度情報によりフィードバックを行ない、より正確に羽３１および３２を駆動する方法を用いることもできる。
【０２００】
また逆に、浮上する領域における気流が既知であり、予め定められた羽ばたき方のみによって目的位置に定位することが可能ならば、ロボット９０の浮上状態を検出することは不要となるので、加速度センサ５１や角加速度センサ５２は必須ではない。
【０２０１】
以上で、ロボット９０についての説明を終了し、次に、ベースステーション９１について説明を行なう。
【０２０２】
まず始めに、ベースステーション９１の主要な構成と機能とを説明する。図２０は、ベースステーション９１の主要な構成と機能とを示す図である。なお、ベースステーション９１の主要な目的はロボット９０からの情報取得とこれに基づくロボット９０の制御とであるので、図２０はこれらを具体化した一例にすぎず、外観、形状、また付帯的な構成要素の有無については、上述の目的を阻害しない限りここに記す限りではない。
【０２０３】
図２０を参照して、ベースステーション９１は、演算装置９１１とメモリ９１２と通信装置９１７とを備える。また、ここには図示しない外部インタフェース９１８を備える。
【０２０４】
上述の通信装置９１７は、ロボット９０より送信された信号を受信する機能を有する。また、ロボット９０に信号を送信する機能を有する。
【０２０５】
ベースステーション９１は、メモリ９１２に格納された作業空間９２のマップデータ等と、ロボット９０より通信装置９１７を介して受信したロボット９０の位置情報をはじめとする各種情報とから、ロボット９０の行動を決定する機能を有する。また、この行動を通信装置９１７を介してロボット９０に送信する機能を有する。
【０２０６】
上述の受信機能と行動決定機能と送信機能とによって、ベースステーション９１は、ロボット９０自身もしくはその周囲環境情報に基づき、通信装置９１７を介してロボット９０を制御する。
【０２０７】
これらのロボット９０の制御は、外部インタフェース９１８を介して入力された目的（例えば情報提示を行なう作業空間９２内の位置や、その提示すべき情報の内容など）に応じて、演算装置９１１が決定する。
【０２０８】
また、図２０を参照して、ベースステーション９１は、その上面をロボット９０の離発着台として用いる。すなわち、ベースステーション９１は、上面に、充電器９１３を備える。そして、充電穴９１４にロボット９０の電極６１が結合する。そのことで電気的に電源６に充電器９１３が接続され、充電が可能な状態になる。本実施の形態においては、節電のため、充電器９１３は演算装置９１１により制御され、ロボット９０がベースステーション９１に結合している際にのみ動作し、充電を行なうものとする。
【０２０９】
また、上述の充電穴９１４は位置決穴の役割も兼ねる。さらに、ベースステーション９１は電磁石９１５を備え、必要に応じてロボット９０を吸着する。すなわち離陸前のロボット９０のベースステーション９１に対する相対位置は、電磁石９１５を作動させることにより固定されている。また、相対速度は０である。
【０２１０】
また、ベースステーション９１は焦電型赤外線センサ９１６を備え、人体を検出する。ベースステーション９１は、焦電型赤外線センサ９１６を用いて被情報提示者９３の存在を検出し、これにより、本システムは情報提示動作を開始する。
【０２１１】
次に、ベースステーション９１からロボット９０に対して行なわれる動作指示について説明を行なう。
【０２１２】
本実施の形態においては、ベースステーション９１は、ロボット９０と通信を行ない、ロボット９０から、主にロボット９０の位置や姿勢などの浮上状態に関する情報を得る。また、ベースステーション９１は、ロボット９０に対して、到達すべき位置や姿勢の指示といった制御情報を送信する。
【０２１３】
より具体的には、ベースステーション９１は、演算装置９１１とメモリ９１２と通信装置９１７とを備え、外部インタフェース９１８を介して演算装置９１１に入力された目的を実現すべく、ロボット９０から通信装置９１７を介して取得したロボット９０の現在の位置と姿勢とメモリ９１２に格納された作業空間９２のマップデータとより、次に到達すべきロボット９０の位置と姿勢とを算出する機能を有する。そして、通信装置９１７を介して、これをロボット９０に送信する機能を有する。
【０２１４】
また、ロボット９０から受信した焦電型赤外線センサ５３の情報により、情報提示の終了を判断する機能を有する。
【０２１５】
外部インタフェース９１８から入力される情報は、主に、情報提示を行なう作業空間９２内でのロボット９０の位置と、提示すべき情報の内容との情報である。これらの情報は全て、最終的に、ロボット９０の浮上状態と、その浮上状態でのロボット９０に備わる周辺機器の動作制御とで構成される。そのため、上記情報提示位置と提示すべき情報内容とをロボット９０の行動に変換する手法は、既存のロボット制御手法をそのまま適用できる。
【０２１６】
なお、上述のベースステーション９１の構成は、ロボット９０が情報提示を行なうことのできる位置および姿勢に到達する機能を実現するための一構成であり、実際にはアプリケーションによって最適なものをデザインするものである。そのため、上述と同等の機能が実現できるのであれば、構成は上述に限定されないことは言うまでもない。
【０２１７】
次に、ベースステーション９１が行なう、ロボット９０の離着陸の際の補助の手法について説明を行なう。
【０２１８】
ロボット９０の羽ばたきの開始もしくは終了時、すなわちロボット９０の離着陸の際は、羽ばたきによって発生する気流が急激に増加もしくは減少し不安定である。そのため、ベースステーション９１がロボット９０の位置および姿勢を制御することは難しい。そこで、本実施の形態では、離陸の前の段階において、ベースステーション９１に備えられた電磁石９１５がロボット９０を吸着する。そのため、ロボット９０の離陸の際は羽ばたきによる気流が安定するまで電磁石９１５を作動させ、気流が安定した時点で電磁石９１５による吸着を停止する、等の手法を用いることで、ベースステーション９１はロボット９０の安定した離陸を実現することが可能である。
【０２１９】
ロボット９０の着陸の概略について説明する。まず、ロボット９０の電極６１が充電穴９１４の上部に位置するようロボット９０を移動させる。そして、この状態で電磁石９１５を作動させ、ロボット９０をベースステーション９１に吸着する。さらに、その後にロボット９０の羽ばたきを停止させれば、気流が不安定となる状態でもロボット９０の着陸時の位置と姿勢とを安定させることができる。なお、定位を容易にするため、電極６１もしくは充電穴９１４の少なくとも一方はテーパー形状をしていることが望ましい。
【０２２０】
なお、重量が許すならロボット９０が電磁石９１５を有する構成であっても構わない。また、この構成により、ロボット９０はベースステーション９１に限らず、強磁性もしくは軟磁性材料で構成される物質全てに対して安定した離着陸が可能になる。
【０２２１】
さらに、ロボット９０のより加速度の小さい離陸を実現するために、電磁石９１５に力覚センサを配し、この力覚センサにかかる力によって電磁石９１５の吸引力を制御する手法を用いることも可能である。
【０２２２】
また、上述の補助の手法は、離着陸時の気流不安定性に伴なうロボット９０の不安定浮上を防ぐ手法の一例にすぎないため、離着陸時にロボット９０を一時的に保持する機構であれば他の手段を用いても構わない。例えば、電磁石９１５に替えて空気を用いてロボット９０を吸引する手法を用いることもできる。また、レール等のガイド機構に沿ってロボット９０の離着陸を行なう等の手法を用いることもできる。
【０２２３】
以上で、ベースステーション９１についての説明は終了し、次に、システムの動作について説明を行なう。
【０２２４】
本システムにおいて、ロボット９０は、ベースステーション９１からの指示により作業空間９２において、所定の位置と姿勢とに定位し、矢印標識８による方向指示を行なう。図２１は、第１の実施の形態のシステムにおける各種情報の流れを示す図である。図２１を参照しながら、上述の動作について、より具体的に説明する。なお、以下に述べる「浮上状態」とは、本システムの空間における浮上態様を指すものであり、「浮上情報」とは、これを表わす情報を指すものであって、上昇もしくは浮遊していることを必須とするものではない。なお、停空飛行や下降も浮上状態の１形態に含まれる。
【０２２５】
まず、システムの動作の始めとして、ロボット９０の待機状態について説明する。
【０２２６】
ロボット９０は、動作開始前において、ベースステーション９１の充電穴９１４に電極６１が接続され、固定される。また、必要に応じて、電源６に対して充電が行なわれる。
【０２２７】
その際、ベースステーション９１の演算装置９１１およびメモリ９１２はすでに動作しているものとする。このとき、ベースステーション９１の焦電型赤外線センサ９１６は動作を開始しており、被情報提示者９３を検出することでこの待機状態を解除し、情報提示動作を開始する。
【０２２８】
情報提示動作が開始されると、ロボット９０は、まず、ベースステーション９１から離陸する。そこで、次に、ロボット９０の離陸について説明する。
【０２２９】
図２２は、本システムのロボット９０が離陸動作を行なうための処理を示すフローチャートである。図２２のフローチャートに示される処理は、ベースステーション９１の演算装置９１１がメモリ９１２に記憶されているプログラムを実行し、また、ベースステーション９１からの指示信号に基づいて、ロボット９０の制御装置４がプログラムを実行することによって実現される。
【０２３０】
ロボット９０の離陸動作は、ロボット９０が羽ばたき動作を開始し、ロボット９０に働く浮力を得ることで行なわれる。
【０２３１】
本実施の形態では、ベースステーション９１が、ロボット９０の鉛直上方の位置を目標位置としてロボット９０に制御信号を送信する。そして、この位置に到達するための羽ばたき動作をロボット９０が開始することで、上述の離陸動作が開始される。
【０２３２】
羽ばたき動作開始以前には、ベースステーション９１の電磁石９１５が動作し、ロボット９０はベースステーション９１に吸着されている（Ｓ１０２）。そして、遅くとも電磁石９１５が吸着を解除するまでには、ロボット９０において加速度センサ５１、角加速度センサ５２、制御装置４、および通信装置７は動作を開始する（Ｓ１２１，Ｓ１２２）。また、ベースステーション９１においても、通信装置９１７が動作を開始し、演算装置９１１が、ロボット９０の浮上状態を検出できる状態に達している必要がある（Ｓ１０１）。また、通信路のコネクションを確立している必要がある。
【０２３３】
そして、上記のように、ベースステーション９１は離陸開始指示として、ロボット９０の鉛直上方の位置を、ロボット９０の到達目標位置としてロボット９０に指示する（Ｓ１０３）。また、待機時の姿勢を到達目標姿勢としてロボット９０に指示する。
【０２３４】
上述の指示をベースステーション９１から受信して（Ｓ１２３）、ロボット９０は到達目標に到達するための羽３１および３２の駆動を算出する（Ｓ１２４）。そして、算出結果に従って、羽ばたき動作を開始するための羽３１および３２の駆動を開始する（Ｓ１２５）。
【０２３５】
また、この間、少なくともロボット９０が羽ばたき動作を開始するまでに、ロボット９０の制御装置４は、ロボット９０の位置と姿勢とを求める演算を開始する必要がある。
【０２３６】
ここで、ベースステーション９１は、ロボット９０の羽ばたきによる気流が安定するだけの間、待機する（Ｓ１０４）。羽ばたきによる気流が安定した時点で、ベースステーション９１は、電磁石９１５はロボット９０の吸着を弱めていく（Ｓ１０５）。
【０２３７】
ロボット９０は実質上、常にその位置と姿勢とを把握する演算を行なっている。そして、ベースステーション９１からの要求に応じて（Ｓ１０６，Ｓ１２６）、この情報、すなわち浮上状態の情報（以後、単に浮上情報と称す）をベースステーション９１に送信する（Ｓ１２７，Ｓ１０７）。
【０２３８】
ベースステーション９１はこの得られたロボット９０の浮上情報より、ロボット９０の浮上を判定する。
【０２３９】
ベースステーション９１が、電磁石９１５の吸着力とロボット９０の浮力とがバランスする点より更に電磁石９１５の吸着力を弱めた時点で、ロボット９０は浮上を開始する。つまり、ベースステーション９１は、ロボット９０の浮上を検出するまでの間、電磁石９１５の吸着力低下（Ｓ１０５）と、浮上情報の要求と（Ｓ１０６）、浮上情報の受信（Ｓ１０７）とを繰返すことで、ロボット９０の浮上すなわち離陸を実現することができる（Ｓ１０８でＹＥＳ，Ｓ１２８でＹＥＳ）。
【０２４０】
離陸完了後、ベースステーション９１は、電磁石９１５を停止させ（Ｓ１０９）、電磁石９１５の吸着力を０とする。
【０２４１】
以上の動作により、ロボット９０の離陸が完了する。
上述の動作で離陸したロボット９０は、目的地へ到達し、目的地においてその目的である情報提示を行なう。そこで、次に、本システムが行なう情報提示（方向指示）について、説明を行なう。
【０２４２】
図２３は、本システムが情報提示を行なうための処理を示すフローチャートである。
【０２４３】
図２３を参照して、まず、ロボット９０が離陸すると、ベースステーション９１は、メモリ９１２に格納されたマップデータと、表示すべき情報等とから、ロボット９０の到達すべき位置と姿勢とを算出する（Ｓ２０１）。障害物等によりロボット９０が直線運動で目的地に到達できない場合は、障害物を回避しうる経由地を目標とし、経由地への定位を繰返すことで、目的地へ到達することができる。ベースステーション９１は、こうして算出された到達目標を、ロボット９０に通信を介して指定する（Ｓ２０２）。
【０２４４】
ロボット９０は、ベースステーション９１から上述の目的地の情報を受信し（Ｓ２２１）、指定された位置と姿勢とに到達するべき制御の時刻歴を算出する（Ｓ２２２）。そして、算出結果に従って、羽３１および３２の駆動を適宜変更する（Ｓ２２３）。これを繰返すことによって、ベースステーション９１より指定された位置および姿勢への定位を行なう。
【０２４５】
この間、ベースステーション９１は適宜ロボット９０に浮上情報を要求する（Ｓ２０３）。ロボット９０はこれに応じて（Ｓ２２４）、ベースステーション９１に浮上情報を送信する（Ｓ２２５）。ベースステーション９１は得られたロボット９０の浮上情報より（Ｓ２０４）、ロボット９０の目標への到達を判断する（Ｓ２０５）。
【０２４６】
そして、ロボット９０が、到達すべき位置および姿勢への定位を完了した際には、ロボット９０は、定位動作を行なう。定位動作は、その位置と姿勢とを維持する停空飛行であることが望ましい。
【０２４７】
ベースステーション９１が、ロボット９０の、情報を提示すべき目的地への到達を検出した場合（Ｓ２０５でＹＥＳ）、ベースステーション９１は、ロボット９０が提示する情報を算出し（Ｓ２０６）、ロボット９０に、情報提示動作を行なうことを指示する（Ｓ２０７）。ロボット９０は、この指示に基づき（Ｓ２２６でＹＥＳ）、情報提示動作を行なう（Ｓ２２７）。
【０２４８】
本実施の形態においては、ロボット９０が所定の位置において所定の姿勢で定位することによって、矢印標識８の位置と向きとが定まり、情報提示が行なわれる。例えば、方向指示をする場合、矢印標識８の示す方向を、指示したい方向と略一致させるよう、ベースステーション９１はロボット９０の姿勢を算出すればよい。なお、ここではロボット９０の定位している位置と姿勢とが提示情報と等価である。このため、方向指示手法は、ロボット９０の位置と姿勢との決定手法をそのまま用いることができる。
【０２４９】
また、この際、羽ばたきによりロボット９０が羽音を発生させることで、被情報提示者９３がロボット９０を認識する確率を高めることができる。そこで、羽音は羽ばたきにより自然に発生するものではあるが、人間の可聴周波数帯域を考慮して、ロボット９０は３０Ｈｚ以上２００００Ｈｚ以下で羽ばたくことが望ましい。
【０２５０】
なお、言うまでもなく、この時点までに、ベースステーション９１は、外部インタフェース９１８を経て得られた提示情報より、ロボット９０の情報提示動作を算出しておく必要がある。
【０２５１】
情報提示終了時には、ベースステーション９１は、ロボット９０に情報提示動作の終了を指示する。ただし、本実施の形態においてはこれは着陸位置への移動と等価である。
【０２５２】
ロボット９０は羽ばたき浮上を行なっているので、高い機動力で移動および定位を行なうことが可能である。また、言うまでもなく、ロボット９０は浮上しているので、支柱などの支持構造物を必要とせず、自由な位置にて情報提示を行なうことができる。
【０２５３】
なお、本実施の形態に示した矢印標識８は、情報提示手段の一例であって、提示する情報の内容は、これに限るものではない。
【０２５４】
上述の情報提示動作は、ロボット９０の焦電型赤外線センサ５３によって人体が検出されている間、継続して行なわれる（Ｓ２２８，Ｓ２２９でＹＥＳ）。そして、ロボット９０の焦電型赤外線センサ５３が人体を検出せず、ロボット９０の情報提示範囲より被情報提示者９３が去ったと判断する場合（Ｓ２２９でＮＯ）、ロボット９０は、情報提示を終了する指示を、ベースステーション９１に対して送信する（Ｓ２３０，Ｓ２０８）。
【０２５５】
以上で情報提示の処理について終了し、引続いて、ロボット９０は、着陸動作に移る。
【０２５６】
次に、ロボット９０の着陸動作について説明を行なう。
着陸動作は、次の順で行なわれる。すなわち、ロボット９０は、ロボット９０の電極６１がベースステーション９１の充電穴９１４の略鉛直上方に位置する位置および姿勢に定位する。次に、ベースステーション９１は、ロボット９０（の電極６１）を、電磁石９１５を作動させることによって吸着する。
【０２５７】
図２４は、本システムのロボット９０が着陸を行なうための処理を示すフローチャートである。
【０２５８】
図２４を参照して、離陸、情報提示の際と同様に、ベースステーション９１はロボット９０の目標とする位置および姿勢を算出する。すなわち、ロボット９０の電極６１が、ベースステーション９１の充電穴９１４の略鉛直上方に位置し、かつ、ベースステーション９１の電磁石９１５がロボット９０を吸着可能である位置および姿勢（以後これを着陸可能状態と称する）を算出する。そして、ベースステーション９１は、通信により上述の位置および姿勢を、ロボット９０に指示する（Ｓ３０１）。
【０２５９】
ロボット９０は、これに従い、到達すべき位置および姿勢への定位を開始する（Ｓ３２１）。すなわち、上述の位置および姿勢へ到達するために必要な羽３１および３２の駆動を算出し（Ｓ３２２）、算出結果に従って、羽３１および３２の駆動を開始する（Ｓ３２３）。
【０２６０】
ベースステーション９１は、適宜、浮上情報要求を通信によりロボット９０に送信する（Ｓ３０２）。これに応じてロボット９０は、浮上情報をベースステーション９１に送信する（Ｓ３２４，Ｓ３２５）。ベースステーション９１は、この得られた浮上情報より、ロボット９０の上記の着陸可能状態への到達を判断する（Ｓ３０３，Ｓ３０４）。
【０２６１】
そして、ベースステーション９１は、ロボット９０が着陸可能状態へ到達したと判断した時点で（Ｓ３０４でＹＥＳ）、電磁石９１５を作動させ、ロボット９０をベースステーション９１に固定する（Ｓ３０５）。
【０２６２】
ベースステーション９１にロボット９０が固定されて以後、ロボット９０の加速度センサ５１、角加速度センサ５２は動作を停止する。
【０２６３】
また、ベースステーション９１にロボット９０が固定されて以後、ベースステーション９１は、ロボット９０に羽ばたきの停止を指示する（Ｓ３０６）。これ以後、通信装置７、制御装置４は停止させてよい（Ｓ３２６でＹＥＳ）。
【０２６４】
以上の動作により、ロボット９０の着陸が完了する。
なお、上述の本システムにおける一連の処理は、本システムが、ある位置と姿勢とをもって矢印標識８によって情報提示を行なう機能を実現するための方法の一例にすぎない。そのため、これを実現するロボット９０の動作は、上述の動作に限定されるものではない。
【０２６５】
なお、本実施の形態における、ロボット９０の制御装置４と、ベースステーション９１の情報処理との機能分担について、以下に示す。
【０２６６】
ロボット９０とベースステーション９１とは、通信路を通じて情報交換が可能なので、各々の機能分担は様々な形態が可能である。例えば、上述のベースステーション９１の機能を全てロボット９０に収め、ベースステーション９１を廃した、いわゆるスタンドアロンタイプも可能である。しかし、上述の如く、ロボット９０に過剰な質量を搭載すると浮上が困難になる。また、ロボット９０が軽量である方が、ロボット９０の機敏な動きが可能になり、システムの動作効率が向上する。つまり一般に、情報処理の大部分はベースステーション９１にて行ない、ロボット９０を軽量に設計することが望ましい。特に、提示情報を格納するにはある一定以上の質量を持った一時記憶装置が必要となり、これは提示すべき情報の量に応じて大きくなる。つまり、ロボット９０の浮上可能な質量によって、ロボット９０の提示できる情報量は制限されてしまう。よって、提示される情報は、ロボット９０の搭載重量の増加につながらないメモリ９１２に用意されていることが望ましい。
【０２６７】
上述の議論に加え、ロボット９０の制御装置４と、ベースステーション９１の情報処理との機能分担については、通信速度の向上が重量増加につながる点を考慮する必要がある。
【０２６８】
例えば、電波を用いた通信の場合、通信速度が高速になると、キャリアとしてエネルギーの高い、高周波数の電波を用いなくてはならないために消費電力が増加する。このため、電源６の重量増加につながる。また補償回路等を用いて信号品質を向上させなくてはならず、構成要素が増加し、通信装置の重量増加につながる。総合的にはこれらのトレードオフを考慮して、実際の機能分担をデザインする必要がある。
【０２６９】
例えば、羽ばたきの細部、すなわち羽３１および３２の角度α、β、θをもベースステーション９１が指示する場合を考える。一般に羽ばたき飛行の周波数は数十Ｈｚ以上であるため、α、β、θの制御周波数帯域はｋＨｚオーダである。この場合、α、β、θのデータがそれぞれ８ビットであるとして、各々１ｋＨｚで制御するには、単一の通信路で、８（ｂｉｔ）×１（ｋＨｚ）×３×２（アクチュエータの個数）＝４８（ｋｂｐｓ）の通信速度が必要である。なお、これは、送信のみの速度であり、実際には受信のための帯域も必要となる。これに、通信のオーバーヘッド等も加わるため、１００ｋｂｐｓ程度の通信速度を備える通信方法が必要となる。
【０２７０】
ところで、ロボット９０の、前進、後退、および左右への旋回といった基本的な動作については、各々の動作に対応した一定のパターンの羽ばたき方を用意できる。したがって、これら基本動作と、各々の動作に対応した羽ばたき方のパターンとをロボット９０に内包し、ベースステーション９１が予定経路に相当する基本動作を算出してロボット９０に指示し、ロボット９０は指示された基本動作から、内包された羽ばたき方のパターンを選択する等の方法を用いても、ロボット９０に所望の経路を飛行させることができる。このように、ロボット９０は、羽ばたき方そのものの制御に代表される高い周波数帯域の制御を受持ち、ベースステーション９１は経路制御に代表される低い周波数帯域での制御を受持つ形態が、制御装置４の演算量の軽減、通信路のトラフィック軽減の観点から望ましい。なお、これら基本動作と、各々の動作に対応した羽ばたきとのパターンは、テーブルとして制御装置４に用意することが、処理速度、および制御装置４における演算量の低減の観点から望ましい。
【０２７１】
さらに、特に制御装置４に代表される演算装置の演算能力や通信速度は、今後大きく向上することが期待される。そのため、ここに記したロボット９０とベースステーション９１とにおける情報処理の態様は、現状を元に基本となる考えを例示したものであり、具体的な機能分担については、今後ここに記した限りではない。
【０２７２】
なお、本システムにおける情報提示方法として、上述の情報提示方法以外を考える。
【０２７３】
本実施の形態においては、提示される情報が空間において略固定である場合、すなわち、その位置を変化させない場合を想定したが、動作を伴なって情報提示することもできる。例えば、ロボット９０が、所定の円周上を、常にその中心を矢印標識８が指示するような姿勢を保ちながら運動することで、その中心付近領域を指示する情報提示方法であってもよい。また、ロボット９０が、矢印標識と略一致する方向に移動することで、方向指示を協調する情報提示方法であってもよい。
【０２７４】
また、より効果的な情報提示を想定し、羽音を用いたが、羽音そのもので情報を提示する情報提示方法であってもよい。例えば、羽音の周波数をサイレンのようにうねらせることで、警告という情報を提示する情報提示方法が考えられる。
【０２７５】
また、本実施の形態では、エネルギーの節約を想定して、焦電型赤外線センサ９１６により被情報提示者９３が検出された場合のみ情報提示動作を行なったが、より多くの時間情報提示が行なわれることを優先させるならこの限りではない。その場合、本システムにおいて、被情報提示者の有無に対応して情報提示を制御する構成は必須ではない。また、本実施の形態では、情報提示を開始するトリガとして、焦電型赤外線センサ９１６により直接人体を検出しているが、これに限るものではない。例えば、重量センサや電場センサなどが挙げられる。またより具体的には、既存の自動ドアに用いられるような人体検出装置の利用が挙げられる。
【０２７６】
また、こういった既存設備の人体検出信号を利用できる外部信号インタフェースをベースステーション９１に設けておくことで、より利便性を高めることができる。
【０２７７】
さらに、本システムにおけるエネルギー補充機構について以下に述べる。
言うまでもなく、上述の説明における電源６の充電方法や形態は、軽量化と継続使用とを両立させるために一般的に用いられるエネルギー補充の一形態を例示したものである。すなわち、電源としての機能を満たす充電方法や形態であれば、電源６とその充電機構の態様とはここに示した限りではない。
【０２７８】
例えば、羽３１および３２に、金属薄膜スパッタリングによってコイルを構成し、外部から与えた電波を前述のコイルで電力に変換、整流して電源６を充電するエネルギー補充方法であってもよい。
【０２７９】
また例えば、ベースステーション９１以外に充電のみを目的とする充電ステーションが存在し、そこで充電を行なうエネルギー補充方法であってもよい。
【０２８０】
また、電力以外のエネルギーを用いる場合、これに適したエネルギー補充方法が必要となる。この場合、もちろん、電極６１と充電穴９１４との形状は、本実施の形態に示したものに限らない。また、本実施の形態に示したように位置決めの役割を兼用することは必須ではない。
【０２８１】
また、本システムにおける通信方法について以下に述べる。
本実施の形態においては、ベースステーション９１は、常にロボット９０の情報を得て、ロボット９０を制御するものとしたが、ロボット９０に自律的動作が可能である場合など、常にベースステーション９１がロボット９０を制御することは必ずしも必要でない。
【０２８２】
また、メモリ４２に情報を一時的に保持することで、ベースステーション９１とロボット９０との通信の頻度を下げることができる。これは後述する、ロボットやベースステーションが複数存在する場合等、通信路のトラフィック低減が求められる場合等に有効である。
【０２８３】
なお、ロボット９０とベースステーション９１とのコネクションは、途絶する可能性を前提として設計することが望ましい。ここで、ロボット９０に通信路が途絶した場合の行動様式を予め組込むことで、コネクションが再開された際、通信途絶に起因する悪影響を最小限に抑えられる。
【０２８４】
例えば、ロボット９０とベースステーション９１との通信が行なわれていない状態であっても、ロボット９０は、最後にベースステーション９１より指示された位置と姿勢とに到達してホバリングを行なうことで浮上状態を一定に保つような機能を備えることで場合であってもよい。この場合、常にベースステーション９１がロボット９０と通信する必要はなく、ベースステーション９１の機能を他の目的に割当てる余地を作ることができる。
【０２８５】
また、メモリ４２に、先の動作までバッファリングすることで、通信路が途絶した場合でも、ロボット９０は飛行を続けることができる。逆に、メモリ４２に、ロボット９０の情報をバッファリングすることで、通信路が回復した際にこれをベースステーション９１が得ることで、通信路が途絶している間のロボット９０の情報をベースステーション９１が得ることができる。
【０２８６】
また逆に、上述のバッファリングを用いることで、障害物が多く電波が遮られやすい環境においても、より微弱な電波でロボットシステムの機能を達成することができる。そのため、省電力化が可能であり、電源６の軽量化につながり、ロボット９０の機動性を高めることができる。
【０２８７】
なお、本実施の形態においては、説明の簡便のため、作業空間９２における環境は変化しないものとしたが、実際の使用においては環境は変化する。主要な環境変化として、気流の発生と障害物の変化とが挙げられる。当然、これら環境変化が存在する場合は、これら環境変化に応じた、上述の制御の補正手段を用意する必要がある。
【０２８８】
なお、気流については、羽ばたき飛行であっても一般の航空機と同様の影響を受ける。そのため、この補正は、一般的な航空機の経路計画に用いられる手法がそのまま応用可能である。
【０２８９】
さらに、本実施の形態においては、説明の簡便のため、ベースステーション９１は１台としたが、複数のベースステーション９１によってロボット９０を制御してもよい。例えば、ベースステーション９１とロボット９０との通信可能範囲よりも作業空間９２が広い場合、作業空間９２をカバーするように複数のベースステーション９１を設け、ロボット９０の制御を空間的に分担することも考えられる。このような場合には、移動通信体に用いられるローミング技術をそのまま用いることができる。
【０２９０】
また本実施の形態においては、ベースステーション９１に、ロボット９０の制御機能と離着陸補助機能とエネルギー補充機能（すなわち充電機能）とを統合したが、これらの機能がベースステーション９１に統合されることは必須ではない。例えば、通信可能範囲に比べ、航続飛行距離（すなわち外部から駆動エネルギーを補充することなく飛行を続けられる距離）が短い場合、１台のベースステーション９１がカバーする通信可能範囲内に、他のエネルギー補充ステーションが存在する、といった形態が考えられる。
【０２９１】
また、当然、ベースステーション９１の機能を全てロボット９０に内包でき、かつ浮上が可能な重量であるならば、スタンドアロンタイプとしてロボット９０単独で使用することもできる。逆に、ほとんどの情報処理をベースステーション９１が担い、ロボット９０の制御部はアクチュエータ２１および２２を駆動するのみである形態も可である。
【０２９２】
また、１台のベースステーション９１が、ロボット９０を複数制御することもできる。例えば、順路が複雑な会場の誘導に本システム用いる場合等、矢印標識８を複数配する場合等に有効である。当然、複数台のベースステーション９１が複数台のロボット９０を制御してもよい。これらの制御においては、羽ばたき飛行であることとは直接関与が無く、従来のロボット制御手法がそのまま適用できる。
【０２９３】
上述の如く、本実施の形態における情報提示システムは、羽ばたき飛行を行なうロボット９０を用いて情報提示を行なうことを特徴とする。
【０２９４】
このような羽ばたき飛行による浮上は、浮上力が体積でなく表面積に依存するため、気球や飛行船に比べて、理論的に小型化に適している。このため、地上高１〜２ｍといった、人間の視線に対応した、最も情報提示効果の高い高さにおいて、有効な情報提示を、地上に占有面積を有することなく効果的に行なうことができる。
【０２９５】
例えば、催事会場への道案内を具体的に想定して、全長１０ｃｍ程度の気球を用いて前記道案内の情報を提供することを想定する。全長１０ｃｍの立方体ヘリウム気球の浮上可能質量は最大１．１ｇ程度であるが、この気球の表面積は６００平方センチメートル程度である。仮に、１平方センチメートル辺りの質量が２ｍｇの、非常に軽い膜で気球を構成したとしても、気球自体の質量が気球の浮力を上回ってしまい、浮上することができない。気球により発生する浮力と気球自体の質量との関係は、体積が長さの３乗に比例し表面積が長さの二乗に比例することから、気球の大きさが小さくなるほど、気球の浮力は気球自体の体積（質量）より小さくなるという関係である。よって、上記の条件では、気球は少なくとも１０ｃｍより大きくなくては浮上できないため、情報提示装置としての役割を果たすことができない。実際には、移動のためのモータ、制御装置等が必要となるため、浮上部以外の質量は、上述の質量よりはるかに大きくなる。
【０２９６】
また、小型航空機のような、揚力により浮上する固定翼浮上機構は、停空飛行ができないため、高度１〜２ｍといった情報提示に最も効果的な高度では障害物に遮られることが多く、情報提示が不可能である場合が多い。
【０２９７】
一方、羽ばたき飛行は停空飛翔が可能なため、一般の航空機のように、前進し続ける必要がない。そのため、ある位置に留まって行なうことを一般的に求められる情報提示を行なう場合に適している。
【０２９８】
また、羽ばたき飛行による浮上機構は、ヘリコプターといった、回転翼を用いた浮上機構に比べ、抗力を有効に用いることが可能なため、これら回転翼を用いた浮上機構に比べても小型化に適している。また、羽ばたき飛行による浮上機構は、抗力を利用するため、相対的に浮力発生部位の運動速度を小さく設定することができる。例えば、第一近似的に、ヘリコプターの翼を角度θｈで傾いた平板だとすると、翼の単位移動量あたりにおける、直近の流体に与える浮上方向の速度は、羽の速度のｓｉｎθｈ倍となる。羽ばたき飛行の場合、羽の速度と同じ速度を流体に与えることが可能である。すなわち、羽ばたき飛行においては、羽の速度を、ヘリコプターの場合に比べ、ｓｉｎθｈ倍まで小さくすることが可能である。このため、情報を提示する近辺に人間や構造物などの障害物が存在する場合にも、羽がこれら障害物に接触した際の被害を小さくすることができる。また、騒音を小さくする効果もある。
【０２９９】
これらのことより、羽ばたき飛行は室内のような障害物の多い環境においても停空飛翔が可能な浮上手段であり、本システムがこの羽ばたき浮上装置を備えることで、障害物の多い環境においても本システムを用いて、地上に占有面積を有しない情報提示を行なうことができる。
【０３００】
なお、高さ１〜２ｍといった、情報提示に最も有効な高さでは、情報提示を行う位置により、被情報提示者から認識できる情報が変化する可能性がある。例えば、正方形であっても、斜めから見れば長方形に見える。そこで、情報提示装置が取得する位置もしくは姿勢に応じて、提示する情報を補正または変換することや、情報提示装置が所定の位置もしくは姿勢に到達した際に情報提示を行なうことで、このような認識される情報の変化を防ぐことができ、正確な情報提示を行なうことができる。
【０３０１】
また、本実施の形態における情報提示システムは、例えば矢印標識といった提示情報を上記の機能を有する羽ばたき浮上機構に搭載することで、簡便に情報提示を行なうことができる。この際、提示情報と被情報提示者とを結ぶ直線を、羽の移動体積密度が相対的に低い領域に位置させることで、羽による情報提示への干渉を低下させることができる。すなわち、提供される情報が、羽の移動に遮られて被情報提示者に届かないといった事態の発生を低下させることができる。このため、被情報提示者が提示情報を認識することが容易になる。
【０３０２】
また、人間は歩行時やその他多くの場合、概ね水平方向を向いている。そのため、目の高さ程度にて情報提示を行なうのが最も情報提示の効果が高い。本実施の形態の情報提示システムは、浮上により提示される情報を３次元の任意の方向に移動できるため、容易に効果の高い位置にて情報提示を行なうことができる。
【０３０３】
また、羽ばたきの態様の変化によっても、より多くの情報を提示することができる。例えば、矢印標識が空間のある１点を指すようにロボット９０を運動させることで、その１点を指示す情報提示を行なうことができる。
【０３０４】
さらに、本実施の形態の情報提示システムは、羽音を発生させることで、情報提示が行なわれているという情報自体を、被情報提示者に効果的に伝えることができる。また、羽音自体で情報を提示することもできるため、他の構成を機能的に付加せずに、提示される情報量を増大させることができる。
【０３０５】
また、本実施の形態の情報提示システムに人体検出機構を備えることで、人体を検出した際に情報提示を行なうといった、効率のよい情報提示を行なうことができる。
【０３０６】
さらに、本実施の形態におけるロボット９０に二次電池等の再補充可能なエネルギー源を備え、前記再補充可能なエネルギー源を充電する装置を本システムにさらに備えることで、継続的に情報提示を行なうことのできる、情報提示効果の高い情報提示システムを構築することができる。
【０３０７】
なお、上述の情報提示システムは、羽ばたき飛行を行なう情報提示装置（ロボット９０）を用いて情報の提示を行なうことを特徴としている。そのため、情報提示装置は、質量の制約を受け、その結果、提示する情報の量が制約される場合がある。しかし、情報の提示を行なうユーザの利便性を向上させるために、情報提示システムは、提示される情報量によらず情報提示を行なうことが望ましい。そこで、以下に、より利便性の高い情報提示システムについて説明を行なう。
【０３０８】
［第２の実施の形態］
第２の実施の形態においては、人間の視線程度の高さにおいて、ロボットの集合体にて表示可能な任意の情報を提示する情報提示システムについて説明する。
【０３０９】
図２５は、第２の実施の形態におけるシステムの構成を示す図である。
図２５を参照して、本実施の形態におけるシステムは、複数の羽ばたき飛行ロボット（以下、単にロボットと称する）９０ａ〜９０ｆ（ロボット９０ａ〜９０ｆを代表させて、ロボット９０という）と、これらロボット９０ａ〜９０ｆと情報を交換できるベースステーション９９とから構成される。
【０３１０】
上述の本実施の形態におけるシステムでは、具体的には次のような動作が行なわれる。
【０３１１】
すなわち、ベースステーション９９からの指示により、ロボット９０ａ〜９０ｆが指定の位置に定位する。ロボット９０ａ〜９０ｆの位置と姿勢とをベースステーション９９が制御することにより、ロボット９０ａ〜９０ｆが矢印形状に配置され、本システムは、この矢印による方向指示という情報を提示する。
【０３１２】
本実施の形態におけるロボット９０は、図２に示される第１の実施の形態におけるロボット９０と同様のものであるため、ここでの説明は繰返さない。ただし、矢印標識８は廃される。
【０３１３】
また、ロボット９０ａ〜９０ｆは、通信の個体区別のため、それぞれ異なるＩＤを有している。このＩＤは、例えば、後述する通信におけるヘッダとして送信されるなどして、後述するベースステーション９９に告知される。
【０３１４】
次に、ベースステーション９９について説明を行なう。
本実施の形態におけるベースステーション９９もまた、図２０に示される第１の実施の形態におけるベースステーション９１と同じ構成である。そのため、ここでの説明は繰返さない。ただし、６台のロボット９０ａ〜９０ｆと個別に通信できるように、６つの通信路を有する。また、６台のロボットを離着陸させ、充電を行なうための、６組の電磁石９１５ａ〜９１５ｆ、および充電穴９１４ａ〜９１４ｆを有する。
【０３１５】
上述の如く、本実施の形態におけるベースステーション９９は、第１の実施の形態のベースステーション９１と同様の方法で、ロボット９０ａ〜９０ｆと個別に通信する。その際、各ロボット９０に与えられたＩＤを参照することにより、それぞれのロボット９０の情報を個別に得て、それぞれのロボット９０に到達すべき位置および姿勢などの制御情報を個別に与える。
【０３１６】
これらの制御形態は、従来の、複数のロボットに対する制御手法がそのまま適用できる。
【０３１７】
次に、システムの動作について説明を行なう。
本実施の形態におけるロボット９０ａ〜９０ｆは、ベースステーション９９からの指示により作業空間９２においてそれぞれ、所定の位置おとび姿勢に定位する。本システムにおいては、この際の配置を矢印状にすることによって方向指示を行なう。上述の動作について、より具体的に説明する。なお、本実施の形態におけるシステムの動作のうち、情報提示動作を除いて、６台のロボット９０ａ〜９０ｆの動作については、第１の実施の形態におけるロボット９０の動作とほぼ同等であるので、以下、情報提示動作についてのみ説明する。
【０３１８】
ロボット９０ａ〜９０ｆの位置および姿勢は、ベースステーション９９が任意に設定することができる。そのため、図２５に示す如く、ベースステーション９９が、矢印形にこれらのロボット９０ａ〜９０ｆを配することで、矢印の位置と向きが定まることによって、本システムにおいて情報提示が行なわれる。
【０３１９】
ただし、第１の実施の形態と同様に、ロボット９０ａ〜９０ｆの定位している位置と姿勢とが提示情報と等価であるため、ロボット９０ａ〜ｆは、上述の第１の実施の形態におけるロボット９０と同様の動作を行なうものである。
【０３２０】
当然、この時点までにベースステーション９９は、外部インタフェース９１８を経て得られた提示情報より、ロボット９０ａ〜９０ｆの配置を算出しておく必要がある。本実施の形態においては、上記理由のため、ロボット９０ａ〜９０ｆの提示すべき情報は、ロボット９０ａ〜９０ｆの到達目標そのものであるので、既に算出されている。
【０３２１】
ロボット９０ａ〜９０ｆは羽ばたき浮上を行なっているので、高い機動力で移動および定位を行なうことが可能である。また、言うまでもなく、ロボット９０は浮上しているので、支柱などの支持構造物を必要とせず、自由な位置にて情報提示を行なうことができる。このため、人間が最も認識しやすい高度１〜２ｍにおける情報提示を行なうことができる。
【０３２２】
また、本実施の形態におけるシステムは、複数の情報提示装置であるロボット９０を組合わせて情報提示することで、提示される情報量を増やすことができる。例えば、本システムでｎ台のロボット９０を用いて情報の提供を行なう場合、１台のロボット９０によって示すことのできる情報量をａとすると、ａのｎ乗の情報量を情報を提供することができる。この場合も、浮上させるロボット９０単体の重量は変化しないため、ロボット９０の浮上性能に支障を来すことなく、提示される情報量を増大させることができる。
【０３２３】
また、本システムは、ロボット９０の台数の制約内で、矢印のみならず、図形など、任意の情報を提示することができる。
【０３２４】
なお、本実施の形態におけるシステムの情報伝達は、ロボット９０ａ〜９０ｆに対応して通信路が複数用意される以外は、図２１に示す第１の実施の形態におけるシステムの構成と同等である。
【０３２５】
さらに、本実施の形態においては、提示される情報が空間９２において略固定である、すなわち、その位置を変化させない場合を想定して説明を行なっているが、動作を伴ないその位置を変化させて情報提示を行なってもよい。例えば、ロボット９０ａ〜９０ｆが、所定の円周上を、常にその中心を指示するような情報提示状態を保ちながら運動することで、その中心付近領域を指示する情報提示方法であってもよい。また、ロボット９０ａ〜９０ｆが、その提示している方向と略一致する方向に移動することで、方向指示を協調する情報提示方法であってもよい。
【０３２６】
なお、本実施の形態における通信方法では、ロボット９０が複数であるため複数の通信路を必要とする。この複数の通信路の形成は、一般に用いられている手法がそのまま適用できる。例えば、時分割手法や、波長変調、もしくはデータをＩＤを含めて複合してエンコードし、ロボットの側でＩＤに応じてデコードする等の通信方法であってもよい。
【０３２７】
また、通信の途絶における対処ついては、第１の実施の形態における対処と同様の方法を行なうことができる。
【０３２８】
また、本実施の形態においては、説明の簡便のためベースステーション９９は１台としたが、複数のベースステーション９９によってロボット９０ａ〜９０ｆを制御することもできる。例えば、作業空間９２が、ベースステーション９９とロボット９０ａ〜９０ｆとの通信可能範囲よりも広い場合、作業空間９２をカバーするように複数のベースステーション９９を設け、ロボット９０ａ〜９０ｆの制御を、複数のベースステーション９９で空間的に分担することもできる。この場合には、従来の移動体通信に用いられているローミング技術をそのまま用いることができる。当然、ロボット９０ａ〜９０ｆを、複数のベースステーション９９が個体別に分担して制御する手法を用いることもできる。例えば、第１の実施の形態におけるベースステーション９１は、ロボット９０を１台制御するようになっているので、第１の実施の形態におけるベースステーション９１を６台用いることで、各々のベースステーション９１にロボット９０ａ〜９０ｆを１台ずつ割当てることでも本実施の形態の構成は実現される。
【０３２９】
また、本実施の形態においては、ベースステーション９９に、ロボット９０ａ〜９０ｆの制御機能と離着陸補助機能とエネルギー補充機能（すなわち充電機能）とを統合したが、必ずしもこれらの機能がベースステーション９９に統合されていることは必須ではない。例えば、通信可能範囲に比べ、航続飛行距離（すなわち外部から駆動エネルギーを補充することなく跳続けることのできる距離）が短い場合、１台のベースステーション９９がカバーする通信可能範囲内に、他のエネルギー補充ステーションが存在する等の形態が考えられる。
【０３３０】
また当然、ベースステーション９９の機能を全てロボット９０ａ〜９０ｆに内包でき、かつロボット９０ａ〜９０ｆの重量が浮上が可能な重量であるならばスタンドアロンタイプとして、ロボット９０ａ〜９０ｆのみを単独で用いることもできる。逆に、ほとんどの情報処理をベースステーション９９が担い、ロボット９０ａ〜９０ｆの制御部は、アクチュエータ２１および２２を駆動するのみである形態であってもよい。
【０３３１】
また、本実施の形態では明示的に矢印と認識できる形状を示すための最低限度の数としてロボット９０を６台用いたが、当然、ロボット９０の台数はこれに限らない。すなわち、ロボット９０の制御が可能な範囲で、より多くのロボット９０を用いることで、より複雑な情報を提示することができる。
【０３３２】
また、本実施の形態においては、複数台のロボット９０を離着陸させるシステムとして、最も単純に実現が可能な機構を例として挙げたが、複数台のロボット９０の離発着を可能とする機構であれば、上述の本実施の形態に示す限りではない。
【０３３３】
例えば、ロボット搬送システムを用いて、ロボット９０を充電穴９１４に搬送し、セットすることができれば、充電穴９１４、電磁石９１５等がベースステーション９９にロボット９０の台数分備えられていることは必須ではない。
【０３３４】
［第３の実施の形態］
第３の実施の形態においては、人間の視線程度の高さにおいて、ドットマトリクスにて表示可能な任意の情報を提示する情報提示システムについて説明する。
【０３３５】
図２６は、第３の実施の形態におけるシステムの構成を示す図である。
図２６を参照して、本実施の形態におけるシステムは、発光素子を搭載した複数の羽ばたき飛行ロボット群（以下、単にロボットと称する）と、これらロボット群に含まれるロボット９０と情報を交換できるベースステーション９８とから構成される。
【０３３６】
本実施の形態におけるシステムでは、これらロボット群をドットマトリクスとして用いて情報提示を行なうことを特徴とする。具体的には、上述の本実施の形態におけるシステムでは、次のような動作が行なわれる。
【０３３７】
すなわち、ベースステーション９８からの指示により、ｎ×ｍ個のロボット群９０（ｉ，ｊ）（１≦ｉ≦ｎ、１≦ｊ≦ｍであって、ｎおよびｍは自然数）（以後、単にロボット群９０（ｉ，ｊ）と記す）を、ｎ行ｍ列に並んで定位させる。その後に、ベースステーション９８が、ロボット群９０（ｉ，ｊ）に含まれるロボット９０の各々の発光素子の明滅を制御することにより、ｎ×ｍのドットマトリクスに文字や図形などの情報を提示させる。
【０３３８】
図２７は、図２５に示されるロボット９０の主要な構成について示す図である。図２７に示されるロボット９０は、図２に示される第１の実施の形態におけるロボット９０と同様のものであるため、ここでの説明は繰返さない。ただし、矢印標識８は廃される。代わりに発光素子８１と、拡散光学系８２とが配される。
【０３３９】
発光素子８１は、発光面積を増大させるため、羽３１および３２の上に配された拡散光学系８２を介して、羽３１および３２の上より可視光を射出する。羽３１および３２の往復運動に伴ない、見かけ上の発光面積は、羽３１および３２の移動空間の断面積にまで拡大される。ただし、ここでは、軽量化のため、拡散光学系８２は主軸３１１および３２１と枝３１２および３２２とを兼ねる。例えば、左羽３２においては、半透明樹脂で構成された主軸３２１と枝３２２とを拡散光学系８２として用いる。拡散光学系８２は半透明であるため、発光素子８１より照射された光を散乱する。そのため、拡散光学系８２全体より、光が放射される。
【０３４０】
発光素子８１は、制御装置４によって制御される。また、制御装置４は、通信装置７を介して、ベースステーション９８より、発光素子８１の制御情報を受信し、これによって発光素子８１を制御する。
【０３４１】
また、ロボット９０は、通信の個体区別のため、それぞれ異なるＩＤを備える。
【０３４２】
次に、ベースステーション９８について説明を行なう。
本実施の形態におけるベースステーション９８は、ロボット群９０（ｉ，ｊ）と個別に通信が可能な通信路を有する。また、複数のロボット９０の離着陸、および充電を行なうための、電磁石９１５（ｉ，ｊ）および充電穴９１４（ｉ，ｊ）を有する。それ以外の構成については、第１の実施の形態におけるベースステーション９９と同じ構成であるため、ここでの詳細な説明は繰返さない。
【０３４３】
本実施の形態におけるベースステーション９８は、通信装置９１７を介して、ロボット群９０（ｉ，ｊ）に対して、含まれる各々のロボット９０の発光素子８１の制御情報を、個別に送信することを特徴とする。この機能と前記制御装置４の発光素子８１の制御機能とにより、ベースステーション９８は、ロボット群９０（ｉ，ｊ）の発光素子８１を、ロボット９０ごとに個別に制御できる。
【０３４４】
このようなベースステーション９８は、第１の実施の形態のベースステーション９９と同様に、ロボット群９０（ｉ，ｊ）と個別に通信し、含まれるそれぞれのロボット９０の情報を得る。また、それぞれのロボット９０に到達すべき位置および姿勢等の制御情報を与える。
【０３４５】
これらの制御方法は、従来のロボット制御の手法がそのまま適用できる。
続いて、システム全体の動作について説明する。
【０３４６】
ロボット群９０（ｉ，ｊ）はベースステーション９８からの指示により作業空間９２においてある位置および姿勢に定位し、情報提示を行なう。図２８は、第３の実施に形態のシステムにおける各種情報の流れを示す図である。図２８を参照しながら、上述の動作について、より具体的に説明する。なお、図２８には、本実施の形態におけるシステムの、ロボット群９０（ｉ，ｊ）の単一要素ロボットについての概要が示される。
【０３４７】
図２８を参照して、本実施の形態におけるシステムの動作は、情報提示動作を除いて、各ロボット９０（ｉ，ｊ）に関して、第１の実施の形態で図２２〜２４に示す、第１の実施の形態におけるロボット９０の動作とほぼ同等であるので、ここでの説明は繰返さない。以下、本実施の形態におけるシステムの情報提示動作についてのみ説明する。
【０３４８】
ベースステーション９８は、ロボット群９０（ｉ，ｊ）の到達すべき位置と姿勢とを、ロボット群９０（ｉ，ｊ）に通信を介して指定する。
【０３４９】
一例として、ベースステーション９８は、ロボット群９０（ｉ，ｊ）に含まれる各ロボット９０の位置指定を、図２６に示すようにｎ行ｍ列の格子状に設定する。図２６は、ｎ＝５，ｍ＝６の場合の、各ロボット９０の位置を示す。各ロボット９０は、それぞれ指定された位置に定位することで、この配置を実現する。これは、設定されたロボット群９０（ｉ，ｊ）の各ロボット９０の位置に対して、第１の実施の形態に示されるロボット９０の定位を、本実施の形態の各ロボット９０が行なうことで実現される。
【０３５０】
このようにロボット群９０（ｉ，ｊ）が配列している状態で、各々のロボット９０の発光を、ベースステーション９８からの信号により制御すれば、一般的なドットマトリクスディスプレイの制御と同様に、本システムにおいて任意の情報を表示できる。本システムが、上述の制御を行なうことで、任意の文字、図形等を表示することができ、また、表示の変更もドットマトリクスディスプレイと同様に、容易に行なうことができる。
【０３５１】
また、ロボット群９０（ｉ，ｊ）は、羽ばたき浮上を行なっているので、機高い機動力で移動および定位を行なうことが可能である。また、言うまでもなく、ロボット９０は浮上しているので、支柱などの支持構造物を必要とせず、自由な位置にて情報提示を行なうことができる。
【０３５２】
さらに、本実施の形態におけるシステムでは、ロボット９０の台数の制約内で、図形や文字など、任意の情報を提示することができる。
【０３５３】
なお、本実施の形態においては、ロボット９０の配置を矩形格子状としたが、当然、この限りでなく、目的によっては異なる配置の方がより効果的に情報提示を行なうことができる。例えば、ロボット群９０（ｉ，ｊ）を球殻状に構成することもできる。
【０３５４】
次に、本実施の形態のシステムにおける情報提示方法について説明する。
本実施の形態においては提示される情報が、空間において略固定である、すなわちその位置を変化させない場合を想定したが、動作を伴なって情報提示することもできる。例えば、ロボット群９０（ｉ，ｊ）が、所定の円周上を、常にその中心を矢印が指示するような姿勢を保ちながら運動することで、その中心付近領域をより限定して指示する情報提示方法であってもよい。また、ロボット群９０（ｉ，ｊ）が矢印と略一致する方向に移動することで、方向指示を協調する情報提示方法であってもよい。
【０３５５】
また、図２９に具体例が示されるように、移動に伴ない残像現象を用いて情報提示を方法であってもよい。図２９は、残像現象を用いた情報提示方法の第１の具体例を示す図である。
【０３５６】
図２９を参照して、最も単純には、ロボット群９０（ｉ，ｊ）について、ｊ＝１として縦にロボット群９０（ｉ，ｊ）を配し、その配置と略垂直方向に掃引しつつ、各ロボット９０における発光素子８１の明滅を制御する。このことで、図２９に示される如く、矢印が、残像として表示される。このようにすることで、残像現象を利用した情報提示が可能である。
【０３５７】
また、図３０は、残像現象を用いた情報提示方法の第２の具体例を示す図である。図３０を参照して、ロボット群９０（ｉ，ｊ）が略円筒面のような閉曲面を形成するよう移動すれば、当該円筒面上に、残像現象を用いて、連続した情報提示を行なうことができる。
【０３５８】
上述の、本実施の形態のシステムにおいては、ロボット９０が複数であるため、複数の通信路を必要とする。この複数の通信路の形成は、一般に用いられている通信路の形成方法をそのまま適用することができる。例えば、時分割手法や、波長変調、もしくはデータをＩＤを含めて複合してエンコードし、ロボットの側でＩＤに応じてデコードする等の手法が考えられる。
【０３５９】
また、通信の途絶についても、第１の実施に形態の説明と同様の内容が、本実施の形態のシステムについて当てはまるため、ここでの説明は繰返さない。
【０３６０】
なお、発光素子８１は、本実施の形態においては単に明滅だけの特性を持った発光素子としたが、到達すべき位置および姿勢への定位に支障を来さない範囲で、これに限定されるものではない。例えば、青緑赤等の３原色を用いて、カラー表示を行なうこともできる。
【０３６１】
また、本実施の形態においては視認性を考慮して発光素子８１としたが、反射板などの受動的な可視光放射手法を用いてもよい。これは、例えば日中など、外光が強く、能動的な発光素子では効果的な情報提示を行なうことができない場合に、特に有効である。このように、本実施の形態における情報提示システムが物理量取得機能を有し、これより得られた物理量によって提示する情報を変化させることで、より効果的な情報提示を行なうことができる。例えば、情報提示に関わる物理量の変化である周囲の明るさに対応した、より効果的な情報提示を行なうことができる。
【０３６２】
また、上述の発光素子８１に替えて、羽３１および３２の色分けを用いて情報提示することもできる。例えば、ロボット９０（ｉ，ｊ）の羽３１および３２の、表面を黒色、裏面を白色とし、姿勢変更によって視認される羽３１および３２の向きを変更することでも、本実施の形態におけるシステムと同様に情報提示を行なうことができる。
【０３６３】
また、本実施の形態においては発光面積を優先している。すなわち、羽３１および３２の表面に拡散光学系８２を設け、発光素子８１はこれに向かい可視光を照射したが、発光形態はこれに限るものではない。例えば、羽３１および３２の表面に蛍光塗料を塗布等して配し、これに励起光を照射する発光形態であってもよい。
【０３６４】
当然、情報提示に求められる要件を満たすなら、可視光を直接、被情報提示者９３に向かい照射する方法であってもよい。例えば、発光素子８１から照射された可視光が、羽３１および３２の軌跡によって遮られずに被情報提示者９３に到達する部位に、発光素子８１を配する方法であってもよい。
【０３６５】
これら上述の方法を兼用する方法であってもよい。例えば、ロボット９０が、発光素子８１と、羽３１および３２の表裏で異なる色に着色された拡散光学系８２とを備える方法が考えられる。このとき、周囲が明るく、発光素子８１による発光では情報提示ができない場合には、発光素子８１に替えて、上記の羽３１および３２の姿勢の変化で情報提示を行なうことができる。
【０３６６】
このように、本システムがロボット９０の羽部まで用いて情報を提示することで、最大限の大きさの情報を提示することができる。このため、より大きな情報を提示する際にも、情報の提示を行なう媒体（本システムにおけるロボット９０）の質量の増加を防ぐことができ、浮上機能の低下を防ぐことができる。
【０３６７】
また、ロボット９０の羽部を用いた情報提示は、羽部の視覚状態の変更、特に反射率の変更や、羽部の発光によって、最も効果的に実現される。さらに、上述の如く、ロボット９０の羽部に拡散光学系８２を配し、これを用いて羽３１および３２を発光させることで、最大限、羽の大きさを活かした情報提示を行なうことができる。
【０３６８】
また、本実施の形態におけるシステムでは、ロボット９０の羽３１および３２の姿勢を変更すること等によっても情報提示を行なうことができる。この情報の提供方法は、浮上機構に何ら付与する構成を必要とせず実現できるため、最も単純で、安価に情報提示が実現できる。
【０３６９】
また、本実施の形態におけるシステムでは、ロボット９０の羽３１および３２の両面に異なる視覚特性を付与し、被情報提示者９３に向合う羽３１および３２の面をロボット９０の姿勢変更によって変更することでも情報提示を行なうことができる。
【０３７０】
また、本実施の形態においては、説明の簡便のため、ベースステーション９８は１台としたが、複数のベースステーション９８によってロボット群９０（ｉ，ｊ）を制御することもできる。例えば、作業空間９２が、ベースステーション９８とロボット群９０（ｉ，ｊ）との通信可能範囲よりも広い場合、作業空間９２をカバーするように複数のベースステーション９８を設け、ロボット群９０（ｉ，ｊ）の制御を、複数のベースステーション９８で空間的に分担することもできる。
【０３７１】
また、本実施の形態においては、ベースステーション９８に、ロボット群９０（ｉ，ｊ）の制御機能と離着陸補助機能とエネルギー補充機能（すなわち充電機能）とを統合したが、必ずしもこれらの機能がベースステーション９８に統合されていることは必須ではない。例えば、通信可能範囲に比べ、航続飛行距離（すなわち外部から駆動エネルギーを補充することなく跳続けることのできる距離）が短い場合、１台のベースステーション９８がカバーする通信可能範囲内に、他のエネルギー補充ステーションが存在する等の形態が考えられる。
【０３７２】
また当然、ベースステーション９８の機能を全てロボット群９０（ｉ，ｊ）に内包でき、かつロボット９０の重量が浮上が可能な重量であるならばスタンドアロンタイプとして、ロボット群９０（ｉ，ｊ）単独のみを単独で用いることもできる。逆に、ほとんどの情報処理をベースステーション９８が担い、ロボット群９０（ｉ，ｊ）の制御部は、アクチュエータ２１および２２を駆動するのみである形態であってもよい。
【０３７３】
また、本実施の形態では明示的に矢印と認識できる形状を示すため、例えば図２６においてロボット９０を３０台用いたが、当然、ロボットの台数はこれに限らない。
【０３７４】
また、本実施の形態においては、ロボット９０の集合の各要素が、その視認状態を各々のロボット９０において変化させることで、様々な可変である情報を提示することのできるシステムの一構成を示したものであって、ロボット９０の配置は上述の配置に限らない。例えば、マトリクス状の配列を変更してもよいし、同心円状に配列してもよい。
【０３７５】
また、本実施の形態においては、複数台のロボット９０を離着陸させるシステムとして、最も単純に実現が可能な機構を例として挙げたが、複数台のロボット９０の離発着を可能とする機構であれば、上述の本実施の形態に示す限りではない。
【０３７６】
例えば、ロボット搬送システムを用いて、ロボット９０を充電穴９１４に搬送し、セットすることができれば、充電穴９１４、電磁石９１５等がベースステーション９８にロボット９０の台数分備えられていることは必須ではない。
【０３７７】
また逆に、１台のベースステーション９８に全てのロボット９０を離発着させる構成が含まれていなくてもよい。例えば、２台以上の複数のベースステーション９８で、ロボット９０の離発着を分担することもできる。
【０３７８】
さらに、上述の第１〜第３の実施の形態において説明したシステムは、各実施の形態における機能を実現するための構成の１例であって、システムの構成を限定するものではない。例えば、第１の実施の形態に示されている矢印標識８を搭載した複数のロボットを、第２の実施の形態に示されている情報提示方法を用いて、矢印形状に並べることにより、より認識性の高い情報提示を行なうシステムであってもよい。
【０３７９】
また、本実施の形態におけるシステムは、第１〜第３の実施に形態に示された、方向指示といった具体的言語に可換である情報のみならず、抽象情報の提示を行なうこともできる。例えば、本実施の形態におけるシステムにおいてイルミネーション等を用いて情報を提供することで、娯楽、観賞、装飾、宣伝、およびアイキャッチ等に本実施に形態におけるシステムを用いることができる。この場合、情報提示システムにおいては、情報の提示と、情報提示装置であるロボット９０の位置および姿勢の制御とは、独立して行なわれる。
【０３８０】
さらに、上述の情報提示システムにおける情報提示方法を、プログラムとして提供することもできる。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびメモリカードなどのコンピュータ読取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。
【０３８１】
提供されるプログラム製品は、ハードディスクなどのプログラム格納部にインストールされて実行される。
【０３８２】
なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。
【０３８３】
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て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】
【図１】  第１の実施の形態におけるシステムの構成を示す図である。
【図２】  図１に示されるロボット９０の主要な構成について示す図である。
【図３】  左羽３２の構成の具体例を示す図である。
【図４】  左羽３２の姿勢を示すための第１の図である。
【図５】  左羽３２の姿勢を示すための第２の図である。
【図６】  一般的な超音波モータ２３を示す図である。
【図７】  右アクチュエータ２１の構成を示す図である。
【図８】  左羽３２の、主軸３２１に垂直な第１の断面図である。
【図９】  左羽３２の、主軸３２１に垂直な第２の断面図である。
【図１０】  左羽３２の羽ばたき動作のステップＳ１を示す図である。
【図１１】  左羽３２の羽ばたき動作のステップＳ２を示す図である。
【図１２】  左羽３２の羽ばたき動作のステップＳ３を示す図である。
【図１３】  左羽３２の羽ばたき動作のステップＳ４を示す図である。
【図１４】  ストローク角θおよびねじり角βの値を時間の関数として表した図である。
【図１５】  羽ばたき動作制御における応答を示す図である。
【図１６】  ロボット９０を停空させる際のストローク角θ、偏角α、およびねじり角βの値を、時間の関数として表わした図である。
【図１７】  羽３１および３２の制御とそれによりもたらされる動作とを対応付ける図である。
【図１８】  基本となる動作と、それを実現するアクチュエータ２１および２２の駆動の組合わせとを定めるテーブルである。
【図１９】  回転軸にかかる反力を、具体的な数値を用いて算出した結果を示す図である。
【図２０】  ベースステーション９１の主要な構成と機能とを示す図である。
【図２１】  第１の実施の形態のシステムにおける各種情報の流れを示す図である。
【図２２】  本システムのロボット９０が離陸動作を行なうための処理を示すフローチャートである。
【図２３】  本システムが情報提示を行なうための処理を示すフローチャートである。
【図２４】  本システムのロボット９０が着陸を行なうための処理を示すフローチャートである。
【図２５】  第２の実施の形態におけるシステムの構成を示す図である。
【図２６】  第３の実施の形態におけるシステムの構成を示す図である。
【図２７】  図２５に示されるロボット９０の主要な構成について示す図である。
【図２８】  第３の実施に形態のシステムにおける各種情報の流れを示す図である。
【図２９】  残像現象を用いた情報提示方法の第１の具体例を示す図である。
【図３０】  残像現象を用いた情報提示方法の第２の具体例を示す図である。
【図３１】  従来の情報提示装置の具体例を示す図である。
【符号の説明】
１  支持構造、４  制御装置、６  電源、７  通信装置、８  矢印標識、２１右アクチュエータ、２２  左アクチュエータ、２３  超音波モータ、３１  右羽、３２  左羽、４１  演算装置、４２  メモリ、５１  加速度センサ、５２  角加速度センサ、５３，９１６  焦電型赤外線センサ、６１  電極、８１  発光素子、８２  拡散光学系、９０，９０ａ〜９０ｆ，９０（ｉ，ｊ）  ロボット、９１，９８，９９  ベースステーション、９２  作業空間、９３  被情報提示者、２１０  ステータ、２１１，２１４，２１５  ベアリング、２１２  上部補助ステータ、２１３  下部補助ステータ、２１９，２２９  ロータ、２３０  圧電素子、２３１  円盤、２３２〜２３７  突起、２３８  電極、３１１，３２１  主軸、３１２，３２２  枝、３１３，３２３  膜、９１１  演算装置、９１２  メモリ、９１３  充電器、９１４，９１４ａ〜９１４ｆ，９１４（ｉ，ｊ）  充電穴、９１５，９１５ａ〜９１５ｆ，９１５（ｉ，ｊ）  電磁石、９１７  通信装置、９１８  外部インタフェース。
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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