(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１以上の探索ロボットと、少なくとも１以上のマザーロボットとを含み、
前記マザーロボットは、
探索空間をマッピングする第１マッピング手段と、
前記第１マッピング手段でのマッピング結果に基づいて前記探索空間を少なくとも１以上のメッシュに分割する分割手段と、
前記メッシュに、前記探索ロボットを配置するための指示を出力する配置指示出力手段とを備え、
前記探索ロボットは、
前記指示に基づいて配置された前記メッシュ内を探索すると共に、当該メッシュから隣接メッシュへの移動ルートも検索する探索手段と、
前記探索の結果を前記マザーロボットに送信する送信手段とを備える、探索ロボットシステム。
【請求項２】
前記マザーロボットの前記配置指示出力手段によって出力される前記指示は、前記少なくとも１以上のメッシュのうち、前記探索空間の境界面に接する最外殻メッシュに前記探索ロボットを配置するための指示である、請求項１に記載の探索ロボットシステム。
【請求項３】
前記マザーロボットの前記配置指示出力手段によって出力される前記指示は、前記少なくとも１以上のメッシュのうち、前記探索空間の境界面に接する最外殻メッシュに前記少なくとも１以上の探索ロボットのうちの第１探索ロボットを配置し、前記探索空間の境界面に接していない内部メッシュの探索に、前記少なくとも１以上の探索ロボットのうちの第２探索ロボットを配置するための指示である、請求項１に記載の探索ロボットシステム。
【請求項４】
前記マザーロボットの前記配置指示出力手段によって出力される前記指示は、前記少なくとも１以上のメッシュのうちの第１メッシュに前記少なくとも１以上の探索ロボットのうちの第１探索ロボットを配置し、前記第１メッシュに隣接する第２メッシュに前記少なくとも１以上の探索ロボットのうちの第２探索ロボットを配置するための指示である、請求項１に記載の探索ロボットシステム。
【請求項５】
前記探索ロボットの前記探索手段は、障害物の表面に沿って前記探索を行なう、請求項１〜４のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項６】
前記探索ロボットの前記探索手段は、障害物と前記障害物の表面との少なくとも一方を、ソナーと赤外線との少なくとも一方を用いて探索する、請求項１〜５のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項７】
前記探索ロボットは、前記探索結果に基づき、前記指示に基づいて配置された前記メッシュ内をマッピングする第２マッピング手段をさらに備える、請求項１〜６のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項８】
前記探索ロボットの前記探索手段は、位置情報を加速度センサと角加速度センサとの少なくとも一方により検出する第１の位置情報検出手段をさらに備える、請求項１〜７のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項９】
前記探索ロボットの前記探索手段は、位置情報をＧＰＳにより検出する第２の位置情報検出手段をさらに備える、請求項１〜８のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項１０】
前記探索ロボットの前記探索手段は、障害物の表面から得られるソナーの情報に基づいて、前記障害物の内部に探索すべき空間があるか否かを検出する探索空間検出手段をさらに備える、請求項１〜９のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項１１】
前記マザーロボットは、前記探索ロボットと通信する通信手段をさらに備える、請求項１に記載の探索ロボットシステム。
【請求項１２】
前記マザーロボットは、前記通信手段によって探索範囲を前記探索ロボットに伝達する、請求項１１に記載の探索ロボットシステム。
【請求項１３】
前記マザーロボットは、前記探索ロボットから受信した前記探索の結果に基づいて、前記探索ロボットの位置を検出する位置検出手段をさらに備え、
前記マザーロボットの通信手段は、前記検出された位置を前記探索ロボットに伝達する、請求項１１または１２に記載の探索ロボットシステム。
【請求項１４】
前記マザーロボットの第１マッピング手段は、前記探索ロボットから受信した前記探索の結果に基づいて前記探索空間をマッピングし、
前記マザーロボットは、前記通信手段によって、前記マッピングに基づいて、次に探索すべき目標を前記探索ロボットに伝達する、請求項１１〜１３のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項１５】
前記マザーロボットは、障害物の位置の変化を検出する位置変化検出手段をさらに備え、
前記マザーロボットは、前記通信手段によって、前記検出された前記障害物の位置の変化を、前記探索ロボットに伝達する、請求項１１〜１４のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項１６】
前記マザーロボットの前記配置指示出力手段は、前記少なくとも１以上の探索ロボットのうちの第１探索ロボットが探索不能になった場合に、前記少なくとも１以上の探索ロボットのうちの第２探索ロボットを前記第１探索ロボットに替えて配置するための指示を出力する、請求項１〜１５のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項１７】
前記マザーロボットと前記探索ロボットとの少なくとも一方は、前記マザーロボットとは異なる他のマザーロボットと、前記探索ロボットとは異なる他の探索ロボットとの通信を中継する通信中継手段をさらに備える、請求項１〜１６のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項１８】
前記マザーロボットと前記探索ロボットとの少なくとも一方は、前記探索ロボットとは異なる他の探索ロボットの充電を行なう充電手段をさらに備える、請求項１〜１７のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項１９】
前記マザーロボットと前記探索ロボットとの少なくとも一方は、前記探索ロボットとは異なる他の探索ロボットへの電力の供給を中継する電力供給中継手段をさらに備える、請求項１〜１８のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項２０】
前記マザーロボットは飛行手段をさらに備える、請求項１〜１９のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項２１】
前記探索ロボットの探索手段は、バイタルサインを検知する第１の検知手段をさらに備える、請求項１〜２０のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項２２】
前記探索ロボットの探索手段は、体熱を検知する第２の検知手段をさらに備える、請求項１〜２１のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項２３】
前記探索ロボットは、前記第１の探知手段で探知されたバイタルサインと、前記第２の探知手段で探知された体熱との少なくとも一方に基づいて、検知されたものが人間か他の動物かを判定する判定手段をさらに備える、請求項２１または２２に記載の探索ロボットシステム。
【請求項２４】
前記探索ロボットの送信手段は、前記第１の検知手段と前記第２の検知手段との少なくとも一方で生きている人間や他の動物を検知した時、その情報を送信する、請求項２１または２２に記載の探索ロボットシステム。
【請求項２５】
前記探索ロボットは、前記第１の検知手段と前記第２の検知手段との少なくとも一方で生きている人間を検知した時、探索ロボットである旨を通知する通知手段をさらに備える、請求項２１または２２に記載の探索ロボットシステム。
【請求項２６】
前記探索ロボットは、前記第１の検知手段と前記第２の検知手段との少なくとも一方で生きている人間を検知した時、前記検知された生きている人間と探索者との通話を確立する通話手段をさらに備える、請求項２１または２２に記載の探索ロボットシステム。
【請求項２７】
前記探索ロボットの送信手段は、前記探索手段において探索物を検知した時、その場所までの経路情報を送信する、請求項１〜２６のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【請求項２８】
前記少なくとも１以上の探査ロボットのうちの第１探索ロボットが前記探索手段によって探索物を検知した場合、前記マザーロボットは、前記通信手段によって、前記少なくとも１以上の探索ロボットのうちの第２探索ロボットに、前記第１探索ロボットから送信された前記探索の結果と、前記第２探索ロボットの位置とに基づいて、前記第２探索ロボットの位置から前記探索物が検知された位置までの経路情報を伝達する、請求項１１に記載の探索ロボットシステム。
【請求項２９】
前記探索ロボットは、飛行手段をさらに備える、請求項１〜２８のいずれかに記載の探索ロボットシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は探索ロボットシステムに関し、特に、効率的な救助活動を実現する探索ロボットシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、レスキューロボットなど、多自由度マニピュレータを駆使して、瓦礫などの障害物を除去しながら、被災者を探索するロボットが研究されている。これらのロボットを用いれば、崩壊や火災、有毒ガスなどの危険があって、レスキュー隊員、消防士などの人間が近づきがたい被災地の現場にも踏込み、人命の救助に当たることができる。
【０００３】
また、巨大な瓦礫を移動させたり、見つけた被災者を被災地の外へ運出せると考えられている。
【０００４】
また、特開平９−２４０５２１号公報においては、不整地でも走行できる災害救助ロボットを用いて救助活動を行う方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の被災地は、環境が整備された工場、オフィスなどとは異なり、通常、障害物が非常に複雑な状況を呈している。そのような場所を乗越え、もしくは、障害物を除去しつつ進むためのロボットを作るには、ある程度以上の大きさと、複雑な機構と、１台当たり高いコストが必要であるという問題があった。
【０００６】
例えば、特開平９−２４０５２１号公報において開示されているいうような災害救援ロボットが、乗越えることが可能な障害物の高さは、クローラの先端と後端の最大長さとで決まるため、ビルの倒壊現場を乗越えるためには、ある程度以上の大きさが必要であるという問題があった。
【０００７】
また、被災者の有無や正確な位置を確認しないまま、これらの大型ロボットを用いて、障害物を除去して行く作業は、非効率的であり、２次災害により、被災者の命を奪う危険性もあるという問題があった。
【０００８】
さらに、必ずしも全ての障害物を除去できない場合もあり、大型ロボットが探索できる範囲には限界が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発明であり、効率的に救助活動を行なうことのできる探索ロボット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、探索ロボットシステムは、少なくとも１以上の探索ロボットと、少なくとも１以上のマザーロボットとを含み、マザーロボットは、探索空間をマッピングする第１マッピング手段と、探索空間を少なくとも１以上のメッシュに分割する分割手段と、メッシュに、探索ロボットを配置するための指示を出力する配置指示出力手段とを備え、探索ロボットは、上記指示に基づいて配置されたメッシュ内を探索する探索手段と、探索の結果をマザーロボットに送信する送信手段とを備える。
【００１１】
好ましくは、マザーロボットの配置指示出力手段によって出力される指示は、少なくとも１以上のメッシュのうち、探索空間の境界面に接する最外殻メッシュに探索ロボットを配置するための指示である。
【００１２】
好ましくは、マザーロボットの配置指示出力手段によって出力される指示は、少なくとも１以上のメッシュのうち、探索空間の境界面に接する最外殻メッシュに少なくとも１以上の探索ロボットのうちの第１探索ロボットを配置し、探索空間の境界面に接していない内部メッシュの探索に、少なくとも１以上の探索ロボットのうちの第２探索ロボットを配置するための指示である。
好ましくは、マザーロボットの配置指示出力手段によって出力される指示は、少なくとも１以上のメッシュのうちの第１メッシュに少なくとも１以上の探索ロボットのうちの第１探索ロボットを配置し、第１メッシュに隣接する第２メッシュに少なくとも１以上の探索ロボットのうちの第２探索ロボットを配置するための指示である。
【００１３】
好ましくは、探索ロボットの探索手段は、上記指示に基づいて配置されたメッシュから隣接メッシュへの移動ルートを探索する。
【００１５】
好ましくは、探索ロボットの探索手段は、障害物の表面に沿って探索を行なう。
【００１６】
好ましくは、探索ロボットの探索手段は、障害物と障害物の表面との少なくとも一方を、ソナーと赤外線との少なくとも一方を用いて探索する。
【００１７】
好ましくは、探索ロボットは、探索結果に基づき、上記指示に基づいて配置されたメッシュ内をマッピングする第２マッピング手段をさらに備える。
【００１８】
好ましくは、探索ロボットの探索手段は、位置情報を加速度センサと角加速度センサとの少なくとも一方により検出する第１の位置情報検出手段をさらに備える。
【００１９】
好ましくは、探索ロボットの探索手段は、位置情報をＧＰＳにより検出する第２の位置情報検出手段をさらに備える。
【００２０】
好ましくは、探索ロボットの探索手段は、障害物の表面から得られるソナーの情報に基づいて、障害物の内部に探索すべき空間があるか否かを検出する探索空間検出手段をさらに備える。
【００２１】
好ましくは、マザーロボットは、探索ロボットと通信する通信手段をさらに備える。
【００２２】
好ましくは、マザーロボットは、通信手段によって探索範囲を前記探索ロボットに伝達する。
【００２３】
好ましくは、マザーロボットは、探索ロボットから受信した探索の結果に基づいて、探索ロボットの位置を検出する位置検出手段をさらに備え、マザーロボットの通信手段は、検出された位置を探索ロボットに伝達する。
【００２４】
好ましくは、マザーロボットの第１マッピング手段は、探索ロボットから受信した探索の結果に基づいて探索空間をマッピングし、マザーロボットは、通信手段によって、マッピングに基づいて、次に探索すべき目標を探索ロボットに伝達する。
【００２５】
好ましくは、マザーロボットは、障害物の位置の変化を検出する位置変化検出手段をさらに備え、マザーロボットは、通信手段によって、検出された障害物の位置の変化を、探索ロボットに伝達する。
【００２６】
好ましくは、マザーロボットの配置指示出力手段は、少なくとも１以上の探索ロボットのうちの第１探索ロボットが探索不能になった場合に、少なくとも１以上の探索ロボットのうちの第２探索ロボットを第１探索ロボットに替えて配置するための指示を出力する。
【００２７】
また、マザーロボットと探索ロボットとの少なくとも一方は、当該マザーロボットとは異なる他のマザーロボットと、当該探索ロボットとは異なる他の探索ロボットとの通信を中継する通信中継手段をさらに備えることが望ましい。
【００２８】
また、マザーロボットと探索ロボットとの少なくとも一方は、当該探索ロボットとは異なる他の探索ロボットの充電を行なう充電手段をさらに備えることが望ましい。
【００２９】
また、マザーロボットと探索ロボットとの少なくとも一方は、当該探索ロボットとは異なる他の探索ロボットへの電力の供給を中継する電力供給中継手段をさらに備えることが望ましい。
【００３０】
好ましくは、マザーロボットは飛行手段をさらに備える。
好ましくは、探索ロボットの探索手段は、バイタルサインを検知する第１の検知手段をさらに備える。
【００３１】
好ましくは、探索ロボットの探索手段は、体熱を検知する第２の検知手段をさらに備える。
【００３２】
また、探索ロボットは、第１の探知手段で探知されたバイタルサインと、第２の探知手段で探知された体熱との少なくとも一方に基づいて、検知されたものが人間か他の動物かを判定する判定手段をさらに備えることが望ましい。
【００３３】
好ましくは、探索ロボットの送信手段は、第１の検知手段と第２の検知手段との少なくとも一方で生きている人間や他の動物を検知した時、その情報を送信する。
【００３４】
また、探索ロボットは、第１の検知手段と第２の検知手段との少なくとも一方で生きている人間を検知した時、探索ロボットである旨を通知する通知手段をさらに備えることが望ましい。
【００３５】
また、探索ロボットは、第１の検知手段と第２の検知手段との少なくとも一方で生きている人間を検知した時、検知された生きている人間と探索者との通話を確立する通話手段をさらに備えることが望ましい。
【００３６】
好ましくは、探索ロボットの送信手段は、探索手段において探索物を検知した時、その場所までの経路情報を送信する。
【００３７】
好ましくは、少なくとも１以上の探査ロボットのうちの第１探索ロボットが探索手段によって探索物を検知した場合、マザーロボットは、通信手段によって、少なくとも１以上の探索ロボットのうちの第２探索ロボットに、第１探索ロボットから送信された探索の結果と、第２探索ロボットの位置とに基づいて、第２探索ロボットの位置から探索物が検知された位置までの経路情報を伝達する。
【００３８】
また、探索ロボットは、飛行手段をさらに備えることが望ましい。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照しつつ、本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。
【００４０】
図１は、本実施の形態における探索ロボットシステムの具体例を示す図である。
【００４１】
図１を参照して、本実施の形態における探索ロボットシステムは、ベースステーション１００と、バルーン型ロボットであるマザーロボット１０４と、羽ばたき型ロボットである探索ロボット１０５とを含む。
【００４２】
このような探索ロボットシステムにおいて、オペレータ１０１は、ベースステーション１００を操作して、被災者１０３の探索を行なう。すなわち、ビルなどの倒壊現場の障害物１０２の中に埋もれている被災者１０３を探索する。
【００４３】
以下に、その本実施の形態の探索ロボットシステムを用いた探索方法について説明を行なう。なお、ここでは、分かりやすくするため、被災地を一方向から眺めた２次元で説明する。
【００４４】
まず始めに、探索すべき被災地の全体をマッピングするために、被災地の上空や側方に、マザーロボット１０４を配置する。マザーロボット１０４は、
（１）被災地全体のマッピング
（２）引続く倒壊などによる再マッピング
（３）探索ロボット１０５の配置指示
（４）探索ロボット１０５とベースステーション１００との双方向通信の中継
（５）探索ロボット１０５への電力供給
を行なう。
【００４５】
具体的には、まず、被災地全体を適当なサイズのメッシュ１０６に分割する。そして、探索ロボット１０５を１メッシュに１台ずつ配置する。もちろん、マザーロボット１０４から、障害物１０２の内部を観測できない。そのため、探索範囲の外側を規定して、メッシュ１０６を決定する。このようにして、探索空間を１つまたは複数のメッシュ１０６に分割して、メッシュ１０６ごとに探索ロボット１０５を配置することで、被災地等の捜索領域をくまなく探索でき、被災者１０３の位置を正確に把握して、効率的に救助活動を展開することができる。また、その探索活動は安価な小型のロボットで実現することができる。また、障害物１０２の小さな隙間を抜けて、広い範囲を探索することも可能である。
【００４６】
このように探索空間をメッシュ１０６に分割すると、マザーロボット１０４から観測可能な一番外側の最外殻メッシュ１０７が決まる。最初に、マザーロボット１０４は、この最外殻メッシュ１０７に探索ロボット１０５を投入（配置）する。なぜなら、マザーロボット１０４から最外殻メッシュ１０７が観測できるため、確実に探索ロボット１０５を配置できるからである。また、探索ロボット１０５との通信を確保することができる。図１は、探索初期における探索ロボットシステムの探索方法について示す図であり、具体的に、１３台の探索ロボット１０５が、最外殻メッシュ１０７において作業を開始する探索方法について示している。
【００４７】
次に、探索ロボット１０５は、障害物１０２の表面に沿って、
（１）被災者１０３はいないか
（２）隣接メッシュ１０８への移動ルートはあるか
等を探索して進む。
【００４８】
探索すべき被災者１０３は、障害物１０２に接しているので、空間座標のすべてのポイントを探索する必要はない。また、探索ロボット１０５は移動の際、その妨げとなるものを回避して行く必要があるので、ソナーや赤外線で回避すべき物体、すなわち障害物１０２を検出し、その表面に沿って移動することが望ましい。探索ロボット１０５がこのように移動することで、障害物１０２に接して横たわっているであろう被災者１０３を、効率的に探索することができる。また、非接触で、被災者１０３を探索することができる。
【００４９】
さらに、このように、探索ロボット１０５がソナーや赤外線で障害物１０２を検出してメッシュ１０６内をマッピングすることで、探索ロボット１０５が自己の位置座標を確認する際においても、それを基準にできる。そのため、より精度の高い位置決めが可能となる。
【００５０】
また、赤外線センサは、探索すべき被災者１０３の体熱など、被災者１０３を識別するために重要な物理量を検出することができる。また、ソナーは、被災者１０３の呼吸音や声等の、被災者１０３を識別するために重要な物理量を検出することができる。そのため、赤外線センサやソナーは、夜間や暗闇、煙の中など、視界の利かない場所でも被災者１０３を探索することができ、非常に有効である。
【００５１】
なお、上述の例では、ソナーや赤外線で障害物１０２を検出する場合について説明したが、障害物１０２の表面を検出できるセンサであれば、特にそれらに限定されるものではない。
【００５２】
さらに、探索ロボット１０５は、加速度センサや角加速度センサを有していることが望ましい。このことによって、探索ロボット１０５は、自分の位置を正確に把握することができる。
【００５３】
また、ここでは、探索ロボット１０５が、自己のセンサ等を用いてメッシュ１０６内のマッピングを行なう説明を行なったが、マザーロボット１０４やベースステーション１００との通信によりメッシュ１０６内のマッピングを実現しても構わない。このようにマザーロボット１０４やベースステーション１００の探索情報に基づき、マッピングを行なうことで、探索状況を正確に記録し、未探索領域を明確にすることができる。
【００５４】
あるいは、ＧＰＳ（Global Positioning System）などにより、マザーロボット１０４なしでも、自己位置を決定することもできる。このことで、探索ロボット１０５は、自分の絶対的な位置を、グローバルに把握することができる。さらに、互いの探索ロボット１０５どうしの位置関係を容易に比較することができる。しかし、この場合、ＧＰＳによる通信が途絶すると、活動が続けられなくなるデメリットがあるものと考えられる。
【００５５】
ここで、探索ロボット１０５は、上述の（１）（２）を行なうために、
（Ａ）人体等を検知するための赤外線センサ
（Ｂ）心音等を検知するためのバイタルセンサ
（Ｃ）探索ロボット１０５であることを知らせたり、オペレータ１０１と会話するための音声等の入出力装置
（Ｄ）障害物検知のためのソナーやＣＣＤ（Charge Coupled Device）装置
（Ｅ）メッシュ１０６内をくまなく探索するためのマッピング機能
（Ｆ）検知した情報や自己のメッシュ内座標をマザーロボット１０４へ知らせたり、マザーロボット１０４からの指示を受けるための通信装置
（Ｇ）マザーロボット１０４や他の探索ロボット１０５から電力を供給されたり、他の探索ロボット１０５へ電力を供給するための電力送受信装置
を含む。また、その他の構成要素を含んでいてもよい。
【００５６】
特に被災者１０３を見つける上で、赤外線センサ（Ａ）だけでは、生物、無生物の区別が難しい場合が生じる。そのため、バイタルセンサ（Ｂ）や入出力装置（Ｃ）により、探索ロボット１０５、もしくはオペレータ１０１が、総合的に被災者１０３であるか否かを判断することが望ましい。
【００５７】
また、入出力装置（Ｃ）を用いて、被災者１０３に探索ロボット１０５であることを知らせることもできる。このことは、被災者１０３に無用の不安を抱かせないために有効である。
【００５８】
探索ロボット１０５は、被災者１０３を見つけた場合は、直ちに、通信装置（Ｆ）等を用いて、マザーロボット１０４に連絡する。さらに、マザーロボット１０４は、ベースステーション１００へ連絡する。また、探索ロボット１０５は、マザーロボット１０４に直接通信ができない場合、隣接メッシュ１０８にいる他の探索ロボット１０５を経由して、マザーロボット１０４に連絡する。連絡を受けたオペレータ１０１は、速やかに、レスキュー隊を送込み、被災者１０３の救出活動に入る。
【００５９】
この際、これまでに、判明している被災地マップから、被災者１０３へ到達する最も安全で近道となる救出ルートをベースステーション１００でサーチすることも可能である。
【００６０】
さらに、レスキュー隊が１台の探索ロボット１０５を備えることで、マザーロボット１０４は当該レスキュー隊の位置を認識できる。そして、マザーロボット１０４が、別の探索ロボット１０５に被災者１０３までの救出ルートを指示することで、レスキュー隊を被災者１０３まで誘導することができる。
【００６１】
また、探索ロボット１０５が、最初に割当てられた最外殻メッシュ１０７から、隣接メッシュ１０８へのルートを見つけた場合は、その旨をマザーロボット１０５に連絡する。そして、隣接メッシュ１０８を探索するための新たな探索ロボット１０５を配置してもらう。あるいは、元の探索ロボット１０５が隣接メッシュ１０８の探索を開始し、元のメッシュ１０７を新しい探索ロボット１０５に任せても良い。その場合は、元の探索ロボット１０５は、新しい探索ロボット１０５にメッシュ１０７内のマップを通信する必要がある。
【００６２】
このように、探索ロボット１０５が、内部のメッシュに至るルートを外側から順次開拓することで、被災者を発見した際に、救助すべき有効なルートを見つけることができる。
【００６３】
また上述の如く、探索ロボット１０５が隣接メッシュへ移動して探索を続けることで、探索ロボット１０５の台数が足りない場合や、そのメッシュまで別の探索ロボット１０５が到達するのに時間がかかり過ぎる、あるいは、ルートが塞がれてしまったような場合にも対応することができる。
【００６４】
また、メッシュ１０６の境界の確認は、マザーロボット１０４のマッピングデータを元に、探索ロボット１０５との通信において、行なうことが望ましい。
【００６５】
なお、上述の隣接メッシュの探索は、元の探索ロボット１０５が行なっても構わないが、別の探索ロボット１０５が容易に配置できるのであれば、探索ロボット１０５の数を増やして探索を行なう方が、一刻を争う救助活動においては、有効である。このように、探索空間の境界面に接していない内部メッシュの探索に別の新しい探索ロボット１０５を用いることで、緊急を要する救助活動を複数のロボットで分担して効率的に進めることができる。また、電波の届かない場所でも、隣接メッシュの探索ロボットを中継することで、通信や、電力供給を行なうことをができる。
【００６６】
こうして、最終的には、全てのメッシュ１０６，１０７，１０８に探索ロボット１０５が配置される。そして、各メッシュ１０６，１０７，１０８の探索が終了すれば、作業は完了となる。
【００６７】
しかし、障害物１０２に覆われていて、探索ロボット１０５が入れなかった空間が残る場合もある。そのような場所は、別途、障害物１０２を除去して探索する必要がある。この作業は、本発明の探索ロボット１０５には不向きであるが、逆に、探索ロボット１０５は、その必要のある場所の位置を確認でき、非常に有効である。
【００６８】
一方、探索ロボット１０５が入れなかった空間が、コンクリートなどの塊なのか、内部に被災者１０３が存在する可能性のある空洞が存在するのか、という判断を行なう必要がある。もちろん、空間が小さくて、被災者１０３が入れないような場所は探索の必要はないことも考えられる。しかし、小さな子供やペット動物が存在する可能性もあるので、やはり、空洞かどうかを確認することが望ましい。
【００６９】
その場合、オペレータ１０１は、そのような空間について、形状などで判断するだけでなく、探索ロボット１０５を障害物の表面に着地させ、ソナーによって、内部の状態を検査することができる。このように、探索ロボット１０５が、障害物１０２の表面から得られるソナーの情報を元に障害物１０２の内部に探索すべき空間があるかどうかを検出することで、進入が不可能な空間をみつけ、探索できた領域と、不可能な領域とを明確に把握することができる。
【００７０】
さて、上述の探索作業において、他の探索ロボット１０５より、先に作業を終了できた探索ロボット１０５は、
（１）残りメッシュへのルートが開拓された時点で、残りメッシュ内の探索を行なう
（２）マザーロボット１０４と直接通信できない他の探索ロボット１０５のための通信の中継を行なう
（３）マザーロボット１０４から電力を直接受取ることができない他の探索ロボット１０５のための電力中継を行なう
等の処理を行なう。
【００７１】
なお、上述の（２）、（３）に示される処理においては、マザーロボット１０４は、探索ロボット１０５を障害物１０２の表面に着地させて、バッテリーの消耗を最小限とすることが望ましい。
【００７２】
しかし、実際の災害現場では、崩落や、人手による救助活動などのため、障害物の状況が変化する場合がある。あるいは、探索ロボット１０５が動けなくなる場合も生じる。あるいは、壊れてしまって、そのメッシュの探索を続けられなくなる場合も生じる。あるいは、探索ロボット１０５が外部と通信できなくなり、その位置を見失われてしまう場合も生じる。そこで、マザーロボット１０４は、そのような変化を常に監視し、必要に応じて、
（１）探索ロボット１０５に再探索を命じる
（２）新たなメッシュに新しい探索ロボット１０５を配置する
（３）探索不能になった探索ロボット１０５に代わる新しい探索ロボット１０５を配置する
等の対応を行なう。
【００７３】
また、探索ロボット１０５のバッテリーが消耗した場合は、探索ロボット１０５は、マザーロボット１０４、近くの他の探索ロボット１０５、あるいは、ベースステーション１００に対して、電力供給を要請し、充電を受ける。あるいは、一旦、所定の場所まで充電に戻る。
【００７４】
このように、本実施の形態における探索ロボットシステムが、上述の探索を行なうことで、探索ロボットと外部との通信や電力供給を中継することができる。また、外部からしか把握できない被災地の状況の変化などを探索ロボットに伝達することもできる。さらに、小型の探索ロボットでは処理しきれない情報を分析することや、もしくは、外部のベースステーションに中継して、作業を分担、最適化することができる。
【００７５】
また、本実施の形態における探索ロボットシステムは、探索によって作成したマップに基づいて、最適な救出ルートを抽出、検討することができるため、効率的な探索を行なうことができる。
【００７６】
また、本実施の形態における探索ロボットシステムが、上述の探索ロボットを用いて探索を行なうことで、生きている被災者をより早く検出することができる。また、人間かペットなどの動物かを識別することや、識別に必要な情報を外部に通信し、外部で被災者の状況を把握することもできる。
【００７７】
なお、以上の説明では、マザーロボット１０４として、バルーン型ロボットを用いた場合について述べたが、羽ばたき型ロボットや、ヘリコプタ型であっても構わない。
【００７８】
このように、マザーロボット１０４が、飛行機能を有することで、マザーロボット１０４が被災地の状況を上空や側面から把握し、探索ロボット１０５やベースステーション１００に情報を提供することができる。
【００７９】
また、マザーロボット１０４は、被災地の全体が見通せれば良いので、隣接するビルなどに配置できるのであれば、必ずしも飛行ロボットでなくても構わない。
【００８０】
また、以上の説明では、探索ロボット１０５として、羽ばたき型ロボットを用いた場合について述べたが、障害物１０２を回避して進むことができればよいので、バルーン型ロボットや、ヘリコプター型ロボットや、キャタピラや吸盤を備えた地上走行型ロボット、ファイバなどを用いた有線のロボットであっても構わない。ただし、飛行ロボットを用いることで、障害物１０２の回避が非常に容易になる。
【００８１】
このように、探索ロボット１０５が、飛行機能を有することで、探索ロボット１０５が通過できるサイズの穴があれば、障害物１０２の内部のどこへでも侵入でき、また、非接触で表面を探索することができる。
【００８２】
さらに、探索ロボット１０５について説明を行なう。ここでは、探索ロボットとして、羽ばたきロボットを用いる場合について説明を行なう。
【００８３】
図２は、本実施の形態における探索ロボット１０５の羽ばたき装置の概要を示す図である。図２（ａ）は、羽ばたき装置の前方正面部分を示し、図２（ｂ）は、羽ばたき装置の前方正面に向かって左側面部分を示す図である。なお、図２（ａ）、および図２（ｂ）は、羽ばたき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２０５の中心軸２０９を挟んで左右対称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２０５が延びる方向に沿った軸（胴体軸２０８）は水平面内にあり、重心を通る中心軸２０９は、鉛直方向に保たれているものとする。
【００８４】
図２（ａ）、および図２（ｂ）を参照して、羽ばたき装置の胴体部２０５は、前羽軸２０３、後羽軸２０４と、前羽軸２０３と後羽軸２０４との間を渡すように設けられた羽の膜２０６とを有する羽（左羽）を備える。
【００８５】
また、胴体部２０５は、前羽軸２０３を駆動するための回転型アクチュエータ２０１と、後羽軸２０４を駆動するための回転型アクチュエータ２０２とを備える。なお、上述のアクチュエータ２０１，２０２の配置や、前羽軸２０３、後羽軸２０４ 、および羽の膜２０６を含む羽の形状は、飛行の性能が損なわれないならば、図２に示される配置および形態に限られるものではない。
【００８６】
さらに、この羽ばたき装置について、羽の断面形状を鉛直上方に凸にすることで、水平方向への飛行に際して、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。
【００８７】
また、この羽ばたき装置の重心の位置は、羽ばたき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がアクチュエータ２０１，２０２に対して作用する位置（作用点）よりも下方になるように設定されている。一方、羽ばたき装置の姿勢を容易に変更するためには、重心とその作用点とを略一致させておくことが望ましい。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り、羽ばたき装置の姿勢変更を容易に行なうことができる。
【００８８】
２つの回転型アクチュエータ２０１と２０２とは、互いに回転軸２００（回転型アクチュエータ２０１，２０２の固定点を通る軸）を共有する。この回転軸２００と胴体軸２０８とは、所定の角度（９０°−θ）をなす。前羽軸２０３および後羽軸２０４は、回転型アクチュエータ２０１および回転型アクチュエータ２０２を支点として、回転軸２００と直交する平面内を往復運動する。この回転軸２００と直交する平面と胴体軸２０８とのなす角度が、仰角θとなる。
【００８９】
胴体部２０５は、機械的強度を確保すると共に、十分な軽量化を図るために、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）などを円筒状に成形したものであることが望ましいが、このような材料や形状限定されるものではない。
【００９０】
さて、図２（ａ）、および図２（ｂ）に示される羽ばたき装置では、回転型アクチュエータ２０１および回転型アクチュエータ２０２には、前羽軸２０３および後羽軸２０４がそれぞれ接続される。
【００９１】
前羽軸２０３と後羽軸２０４との間には 、羽の膜２０６が張られる。羽の膜２０６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、羽全体の剛性を高める働きをする。
【００９２】
軽量化のため、前羽軸２０３と後羽軸２０４とは中空構造であり、それぞれカーボングラファイトから形成される。このため、前羽軸２０３と後羽軸２０４とには弾力性があり、羽の膜２０６の張力により変形が可能である。
【００９３】
本実施の形態における探索ロボット１０５は、上述の羽ばたき装置を備える羽ばたきロボットである。そこで次に、本実施の形態における探索ロボット１０５である羽ばたきロボットについて説明する。
【００９４】
図３は、探索ロボットとして用いる羽ばたきロボットの全体の構造を示す図である。なお、説明の便宜上、前方方向（紙面に向って上）に向って左側の羽は省略されている。
【００９５】
図３を参照して、羽ばたきロボットの胴体部３００には、超音波センサ３０１、赤外線センサ３０２、加速度センサ３０３、および角加速度センサ３０４が配される。
【００９６】
これらのセンサ３０１〜３０４による検出結果は、羽ばたき制御部３０５に送られる。羽ばたき制御部３０５は、超音波センサ３０１や赤外線センサ３０２によって検出された結果から、本羽ばたきロボットと周囲の障害物や人間との距離などの情報を処理する。また、羽ばたき制御部３０５は、加速度センサ３０３や角加速度センサ３０４によって検知された結果から、当該羽ばたきロボットの浮上状態、目的位置または姿勢などの情報を処理し、左右のアクチュエータ３０６および重心制御部３０７の駆動制御を決定する。
【００９７】
なお、ここでは、本羽ばたきロボット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３０１および赤外線センサ３０２を用い、当該羽ばたきロボットの位置および姿勢を検出する手段として、加速度センサ３０３および角加速度センサ３０４を用いたが、本羽ばたきロボット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、上記センサに限らない。
【００９８】
例えば、直交する３軸方向の加速度を測定可能な加速度センサ２つをそれぞれ胴体部３００の異なる位置に配して得られる加速度情報からも、当該羽ばたきロボットの姿勢を算出することができる。また、センサによって、この磁場分布を検知することで、当該羽ばたきロボットの位置と姿勢とを算出することもできる。
【００９９】
なお、図３においては、加速度センサ３０３および角加速度センサ３０４等のセンサ類は、羽ばたき制御部３０５とは別部品として示されているが、軽量化の観点から、例えば、マイクロマシニング技術により、羽ばたき制御部３０５と一体で同一基板上に形成してもよい。
【０１００】
また、本羽ばたきロボットでは、羽の駆動をオープンループ制御としているが、羽の付け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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
羽ばたき制御部３０５は、メモリ部３０８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３０８から読出す。また、羽ばたき制御部３０５は、各センサ３０１〜３０４によって得られた情報をメモリ部３０８に送込み、必要に応じて、メモリ部３０８の情報を書換える。そのため、羽ばたきロボットとして学習機能を持たせることができる。
【０１０３】
なお、各センサ３０１〜３０４によって得られた情報をメモリ部３０８に蓄積するだけであれば、羽ばたき制御部３０５を介さずに、メモリ部３０８と各センサ３０１〜３０４とが、直接接続されてもよい。
【０１０４】
また、羽ばたき制御部３０５は、通信制御部３０９と接続されて、通信制御部３０９とデータの入出力を行なう。通信制御部３０９は、アンテナ部３１０を介して、外部の装置（他の羽ばたきロボットやマザーロボット１０４、あるいはベースステーション１００など）とデータの送受信を行なう。
【０１０５】
このような通信機能により、本探索システムは、羽ばたきロボットが取得してメモリ部３０８に蓄えたデータを、速やかに外部の装置に転送できる。また、羽ばたきロボット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３０８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。例えば、被災地全体の大きなマップ情報をすべてを羽ばたきロボットに記憶させなくても、随時、必要な情報のみ受取れば良い。また、探索メッシュ内のマッピング情報、探索結果などを、マザーロボット１０４やベースステーション１００へ出力することなどが可能となる。
【０１０６】
また、電波で電力の受渡しを行なうこともできる。
なお、図３においては、アンテナ部３１０は、胴体部３００の端から突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、配置などはこれに限られない。例えば、前羽軸３１２や後羽軸３１３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３００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３０９とを一体化させた形態でもよい。
【０１０７】
そして、以上の超音波センサ３０１、赤外線センサ３０２、加速度センサ３０３、角加速度センサ３０４、羽ばたき制御部３０５、左右のアクチュエータ３０６、重心制御部３０７、メモリ部３０８、通信制御部３０９、およびアンテナ部３１０などは、電源部３１１により供給される電流によって駆動される。
【０１０８】
なお、ここでは、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。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ーを外部から取得する方法も採用できる。例えば、電力については熱電素子、電磁波などが挙げられる。
【０１０９】
次に、上述の羽ばたきロボットである本実施の形態における探索ロボット１０５の、浮上方法について説明を行なう。
【０１１０】
なお、説明の簡便のため、本羽ばたきロボットに作用する外力は、羽が流体から受ける流体力と、羽ばたきロボットに作用する重力（羽ばたきロボットの質量と重力加速度の積）とのみであるとする。
【０１１１】
本羽ばたきロボット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）＞（本羽ばたきロボットに作用する重力）を満たすことが必要とされる。１回の羽ばたき動作とは、羽を打下ろし、次に羽を打上げる動作を言う。
【０１１２】
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。
【０１１３】
ここでは、昆虫の羽ばたき方を単純化した羽ばたき方法である、打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「打下ろし時の流体力」と記す。）を、打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「打上げ時の流体力」と記す。）より大きくする方法について説明する。
【０１１４】
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、その主要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、本羽ばたきロボットに作用する重力（以下「重量」と記す。）との大小については後述する。
【０１１５】
図２に示される羽ばたきロボットにおいて、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ためには、打下ろし時に、羽の膜２０６が移動する空間の体積が最大になるように打下ろせばよい。そのためには、羽の膜２０６を水平面と略平行に打下ろせばよい。これにより、ほぼ最大の流体力を得ることができる。
【０１１６】
反対に、打上げ時には、羽の膜２０６が移動する空間の体積が最小になるように打上げればよい。そのためには、羽の膜２０６を水平面に対して略直角に近い角度で打上げればよい。これにより、羽に及ぼされる流体力はほぼ最小となる。
【０１１７】
ここで、羽ばたき動作を、回転型アクチュエータ２０１，２０２により、回転軸２００の周りに両羽軸２０３，２０４を往復運動させる際に、各羽軸２０３，２０４が水平面と略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動作とする。このような往復運動において上述の条件を満たすために、図４に示す如く、前羽軸２０３の往復運動に対して、後羽軸２０４の往復運動を適当な位相φだけ遅れさせる。図４は、羽ばたき運動と羽ばたき運動の位相との関係を示す図である。
【０１１８】
さらに、図５は、羽ばたき装置における羽ばたき動作の各状態を示す図である。図５は、上述の位相差φを２０°とした場合の羽ばたき動作の各状態が示された図である。
【０１１９】
図５を参照して、上述の図４に示される羽ばたき動作を行なうことで、τ＝０°〜１８０°で示された打下ろし時においては、より高い位置にある回転型アクチュエータ５０１の前羽軸５０３が先に打下ろされるため、前羽軸５０３および後羽軸５０４の先端と羽の膜５０６とが、水平に近づく。一方、τ＝１８０°〜３１５°で示された打上げ時においては、両羽軸５０３，５０４の先端の高さの差が拡大されて、羽の膜５０６も垂直に近づく。
【０１２０】
この結果、前羽軸５０３と後羽軸５０４とに張られた羽の膜５０６が流体を押下げ、あるいは、押上げる量に差異が生じる。そして、打下ろし時の流体力の方が打上げ時の流体力よりも大きくなるため、羽ばたきロボットは浮上力を得る。
【０１２１】
この浮上力のベクトルは、位相差φを変化させることにより、前後に傾く。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、本羽ばたきロボットでは、羽ばたき仰角θを固定しているが、これを変化させる機構を追加して、自由度を増やしても構わない。
【０１２２】
実際の羽ばたき制御について、さらに詳細に説明する。
上述した羽ばたきロボットにおいて、打下ろし動作または打上げ動作の際に、羽の先端部がなす捻り角αは、羽の長さ（羽の膜の前羽軸および後羽軸に沿った長さ）をｌ、羽の幅（前羽軸と後羽軸の間隔）をｗ、羽ばたき角をγ、羽ばたき運動の位相をτ（最も打上げた瞬間を０°、最も打下ろした瞬間を１８０°とする）、前羽軸と後羽軸の位相差をφとすれば（図４を参照）、およそ以下の式で表わされる。
【０１２３】
ｔａｎα＝（ｗ／ｌ）・｛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、この捻り角αは、多少異なった値となる。また、羽軸の根元ほど、捻り角αの角度は小さい。しかし、以下においては、簡便のため、捻り角αを上の式のαとして説明する。
【０１２４】
捻りを加えていない羽に作用する流体力の鉛直方向成分Ｆは、流体の密度をρ、羽ばたき角をγ、羽ばたき周波数をｆとして、およそ
Ｆ＝（４／３）・π2ρｗγ2ｆ2ｌ3・ｓｉｎ2τ・ｃｏｓ（γ・ｃｏｓτ）
となる。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、互いに打消し合うことになる。
【０１２５】
羽に捻り角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。
【０１２６】
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水平方向成分Ｊとは、打下ろし時では、
Ａ（下）＝−Ｌ・ｃｏｓθ＋Ｄ・ｓｉｎθ
Ｊ（下）＝−Ｌ・ｓｉｎθ−Ｄ・ｃｏｓθ
打上げ時では、
Ａ（上）＝Ｌ・ｃｏｓθ−Ｄ・ｓｉｎθ
Ｊ（上）＝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。
【０１２７】
以上より、この飛行制御の一例として、以下に具体的な数値を示す。
すなわち、羽ばたきロボットの羽の長さ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、打下ろし時の位相差φ（下）＝４°、および、打上げ時の位相差φ（上）＝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との時間変化を、各角度の時間変化と共に図６に示す。図６は、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の図である。
【０１２８】
図６において、横軸に、１周期分の時間が位相τで表わされている。前半が打下ろし、後半が打上げを示している。
【０１２９】
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、水平面からの羽の捻り角（θ−α）、流体力の鉛直方向成分Ａ、および水平方向成分Ｊの時間変化をそれぞれ示している。
【０１３０】
この例では、単位時間当たりの流体力の鉛直方向成分Ａにおいては、打下ろし時の方が、打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。従って、羽ばたきロボットが２枚の羽を備える場合、羽ばたきロボットの重量が約１ｇ以下であれば、浮上することができることになる。また、単位時間当た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程度の羽ばたきロボットであれば、ホバリング可能となる。
【０１３１】
ここで、打下ろし時の位相差φ（下）を大きく、もしくは、打上げ時の位相差φ（上）を小さくすれば、前進することができる。この時、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、打下ろし時の位相差φ（下）を小さく、もしくは、打上げ時の位相差φ（上）を大きくすれば、後退することができる。この時、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。
【０１３２】
本羽ばたきロボットは、例えば、打上げ時の位相差φ（上）を１６°に保ったまま、打下ろし時の位相差φ（下）を７°と大きくするか、または、打下ろし時の位相差φ（下）を４°に保ったまま、打上げ時の位相差φ（上）を１１°と小さくして、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。
【０１３３】
また、例えば、打上げ時の位相差φ（上）を１６°に保ったまま、打下ろし時の位相差φ（下）を１°と小さくするか、または、打下ろし時の位相差φ（下）を４°に保ったまま、打上げ時の位相差φ（上）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。
【０１３４】
また、ホバリング状態のまま、羽ばたきロボットを上昇または下降させるためには、周波数ｆを上げるか、または下げるかすればよい。
【０１３５】
また、水平飛行中でも、上昇と下降については、主に周波数ｆによって制御が可能である。周波数ｆを上げることで羽ばたきロボットは上昇し、周波数ｆを下げることで羽ばたきロボットは下降する。
【０１３６】
この例では、打上げ動作中、もしくは、打下ろし動作中にも、羽の捻り角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、打上げ動作中や打下ろし動作中は羽の捻り角αを一定の値に設定して、打下ろし動作から打上げ動作、もしくは、打上げ動作から打下ろし動作への変化点において、捻り角αを急激に変化させるようにしてもよい。
【０１３７】
次に、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との時間変化を、各角度の時間変化と共に図７に示す。図７は、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の図である。
【０１３８】
図７に示される場合は、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、それぞれの羽による推力に差を持たせることで実現できる。例えば、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ればよい。または、右羽の前羽軸と後羽軸の位相差を、左羽の位相よりも大きくすればよい。あるいは、羽ばたき仰角θが制御できる場合には、右羽の羽ばたき仰角θを左羽の羽ばたき仰角θよりも小さくする制御を行なう。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。また、羽ばたきロボット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。
【０１３９】
あるいは、図３に示される重心制御部３０７を用いて、羽ばたきロボット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。
【０１４０】
例えば、重心を右にずらして、右羽を下方へ、左羽を上方へ傾け、そして、周波数ｆを大きくすることで、羽ばたきロボットを右へ旋回させることができる。逆に、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、羽ばたきロボット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、左右のそれぞれの羽ばたきの周波数ｆを同じ値に設定しておくことが望ましい。
【０１４１】
以上の説明では、前羽軸２０３および後羽軸２０４の往復運動する平面と回転軸２００とが直交する場合について述べている。したがって、この場合は、前羽軸２０３の往復運動する平面と後羽軸２０４の往復運動する平面とが、互いに平行な関係となる。しかし、図３に示したように、前羽軸２０３の往復運動する平面と後羽軸２０４の往復運動する平面とに、角度を持たせてもよい。こうすることで、羽軸３１２，３１３の弾性力や羽の膜３１４の張力により、打上げ運動から打下ろし運動、あるいは打下ろし運動から打上げ運動に移る際の、羽の捻り角αの、正値から負値、あるいは、負値から正値への変化を、高速化できる。
【０１４２】
ここで、図８は、前羽軸および後羽軸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の、２本の羽軸の関係を示す図である。
【０１４３】
図８を参照して、羽軸の付け根８０５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、羽の捻り角α＝０°（γｆ＝γｂ）における羽軸先端８０６間の距離Ｗｏが最大となる。そのため、その時の羽軸の弾性力や羽の膜の張力も最大となり、｜α｜＞０の状態の方が安定となる。そして、捻り角αの変化を高速化できる。
【０１４４】
なお、上式を満たすεは、具体的には、羽のアスペクト比Ａｐ（ｌ／ｗ）＝１の時にはε＞３０°、Ａｐ＝４の時にはε＞１７.２°、Ａｐ＝１０の時にはε＞１１.５°である。
【０１４５】
さらに、羽軸８０１，８０２が、その軸の周りに軸回転できる自由度を付加すれば、アクチュエータにかかる負荷を軽減し、効率のよい制御が可能となる。すなわち、ここで再び図３を参照して、羽軸３１２，３１３が軸の周りに軸回転できる自由度を付加すれば、羽軸３１２，３１３どうしの位置関係が変化しても、羽の膜３１４が羽軸３１２，３１３に固定されている部分を互いに略向合わせるよう回転することが可能である。そのため、アクチュエータ３０６にかかる負荷を軽減し、効率のよい制御を行なうことができる。
【０１４６】
さらに、上述の探索ロボットシステムにおける探索方法を、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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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】  本実施の形態における探索ロボットシステムの具体例を示す図である。
【図２】  本実施の形態における探索ロボット１０５の羽ばたき装置の概要を示す図である。
【図３】  探索ロボットとして用いる羽ばたきロボットの全体の構造を示す図である。
【図４】  羽ばたき運動と羽ばたき運動の位相との関係を示す図である。
【図５】  羽ばたき装置における羽ばたき動作の各状態を示す図である。
【図６】  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の図である。
【図７】  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の図である。
【図８】  前羽軸および後羽軸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の、２本の羽軸の関係を示す図である。
【符号の説明】
１００  ベースステーション、１０１  オペレータ、１０２  障害物、１０３被災者、１０４  マザーロボット、１０５  探索ロボット、１０６  メッシュ、１０７  最外殻メッシュ、１０８  隣接メッシュ、２００  回転軸、２０１，２０２，５０１，５０２  回転型アクチュエータ、２０３，３１２，５０３，８０１  前羽軸、２０４，３１３，５０４，８０２  後羽軸、２０５，３００，５０５  胴体部、２０８  胴体軸、２０６，３１４，５０６  羽の膜、２０７，５０７  羽の先端部、２０９  中心軸、３０１  超音波センサ、３０２  赤外線センサ、３０３  加速度センサ、３０４  角加速度センサ、３０５  羽ばたき制御部、３０６  アクチュエータ、３０７  重心制御部、３０８  メモリ部、３０９通信制御部、３１０  アンテナ部、３１１  電源部、４０１  前羽軸の振幅、４０２  後羽軸の振幅、８０３  前羽軸の回転軸、８０４  後羽軸の回転軸、８０５  羽軸の付け根、８０６  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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