特開 2017-44297 フレーム構造体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-44297(P2017-44297A)

(43)【公開日】2017年3月2日

(54)【発明の名称】フレーム構造体

(51)【国際特許分類】

   F16S 3/04 20060101AFI20170210BHJP

   B44C 5/00 20060101ALI20170210BHJP

【ＦＩ】

   F16S3/04

   B44C5/00 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-168881(P2015-168881)

(22)【出願日】2015年8月28日

(71)【出願人】

【識別番号】515237418

【氏名又は名称】武井 祥平

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100114292

【弁理士】

【氏名又は名称】来間 清志

(74)【代理人】

【識別番号】100135633

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 浩康

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】武井 祥平

(57)【要約】

【課題】取扱性が高いフレーム構造体を提供する。
【解決手段】フレーム構造体１の一部を構成する制御装置６２は、テープ１２の移動動作の実行前に、変形の途中または完了時における三次元フレーム構造の安定性を評価する安定性評価部７４と、安定性評価部７４により不安定的であると評価された場合、三次元フレーム構造の不安定状態を回避させる移動動作の実行をテープ移動部６１に対して指示する移動指示部７５と、を有している。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

有端状または無端状のテープと、
前記テープを折り曲げてなる複数の折曲部を、少なくとも１つの集約箇所で集約する集約手段と、
前記テープを長さ方向に移動させるテープ移動手段と、
前記テープ移動手段による前記テープの移動動作を制御する制御手段と
を備え、
前記集約箇所を頂部に含む三次元フレーム構造の全部または一部が前記テープにより形成され、
前記制御手段は、
前記移動動作の実行前に、変形の途中または完了時における前記三次元フレーム構造の安定性を評価する安定性評価部と、
前記安定性評価部により不安定的であると評価された場合、前記三次元フレーム構造の不安定状態を回避させる前記移動動作の実行を前記テープ移動手段に対して指示する移動指示部と、を有する
ことを特徴とするフレーム構造体。

【請求項2】

前記制御手段は、
特定頂部における目標位置を取得する目標位置取得部と、
前記目標位置取得部により取得された前記目標位置まで前記特定頂部を移動させるための前記テープの移動手順を決定する移動手順決定部と、をさらに有し、
前記移動指示部は、前記移動手順決定部により決定された前記移動手順に従う前記移動動作の実行を、前記テープ移動手段に対して指示することを特徴とする請求項１に記載のフレーム構造体。

【請求項3】

前記移動指示部は、
安定的であると評価された場合には前記目標位置まで直接移動させるための１つの前記移動手順に、
不安定的であると評価された場合には前記目標位置までの経路上にある１つ以上の中間位置を経由して、前記目標位置まで移動させるための２つ以上の前記移動手順に、
それぞれ従う前記移動動作の実行を前記テープ移動手段に対して指示する
ことを特徴とする請求項２に記載のフレーム構造体。

【請求項4】

前記移動指示部は、安定的であると評価された場合に前記移動動作の実行を指示し、不安定的であると評価された場合に前記移動動作の実行の指示を保留することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフレーム構造体。

【請求項5】

前記三次元フレーム構造が不安定的である旨をユーザに報知する報知手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフレーム構造体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元フレーム構造を形成するフレーム構造体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、三次元のフレーム構造体として、たとえば、美術分野においてワイヤを用いて三次元のフレーム構造体を作製するワイヤフレームアートが知られている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

ところが、この種のフレーム構造体では、十分な強度や剛性を確保するため、断面が円形状でかつ径が大きいワイヤが用いられることが一般的である。このため、サイズが大きいフレーム構造体を使用または運搬する際に、取扱性がきわめて低下するという問題がある。

【0004】

そこで、本発明は、取扱性が高いフレーム構造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】

【0005】

上記目標を達成するため、本発明のフレーム構造体は、有端状または無端状のテープと、前記テープを折り曲げてなる複数の折曲部を、少なくとも１つの集約箇所で集約する集約手段と、前記テープを長さ方向に移動させるテープ移動手段と、前記テープ移動手段による前記テープの移動動作を制御する制御手段とを備え、前記集約箇所を頂部に含む三次元フレーム構造の全部または一部が前記テープにより形成される。

【0006】

前記制御手段は、前記移動動作の実行前に、変形の途中または完了時における前記三次元フレーム構造の安定性を評価する安定性評価部と、前記安定性評価部により不安定的であると評価された場合、前記三次元フレーム構造の不安定状態を回避させる前記移動動作の実行を前記テープ移動手段に対して指示する移動指示部と、を有する。

【0007】

テープを折り曲げた折曲部を少なくとも１つの集約箇所で集約し、集約箇所を頂部に含む三次元フレーム構造がテープにより形成されているため、テープ上で隣り合う折曲部の間の距離を変更することにより、三次元フレーム構造を使用に適した形状に容易に変形することができる。

【0008】

しかも、テープの移動動作の実行前に、変形の途中または完了時における三次元フレーム構造の安定性を評価し、不安定的であると評価された場合にこの不安定状態を回避させる移動動作の実行を指示するので、テープの移動に起因するフレーム構造体の転倒・倒壊等を未然に防止できる。

【0009】

さらに、テープの曲げ剛性の異方性により三次元フレーム構造を容易に変形可能な外力作用方向が存在することとなる。このような作用方向を利用して、三次元フレーム構造を収納および展開に適した形状に容易に変形することができる。これらにより、フレーム構造体の取扱性が向上する。

【0010】

また、前記制御手段は、特定頂部における目標位置を取得する目標位置取得部と、前記目標位置取得部により取得された前記目標位置まで前記特定頂部を移動させるための前記テープの移動手順を決定する移動手順決定部と、をさらに有し、前記移動指示部は、前記移動手順決定部により決定された前記移動手順に従う前記移動動作の実行を、前記テープ
移動手段に対して指示することが好ましい。これにより、特定頂部を所望の目標位置に移動させることが可能となる。

【0011】

また、前記移動指示部は、安定的であると評価された場合には前記目標位置まで直接移動させるための１つの前記移動手順に、不安定的であると評価された場合には前記目標位置までの経路上にある１つ以上の中間位置を経由して、前記目標位置まで移動させるための２つ以上の前記移動手順に、それぞれ従う前記移動動作の実行を前記テープ移動手段に対して指示することが好ましい。特定頂部の移動量が少ないほど三次元フレーム構造の変形量が小さくなる傾向を考慮して、２つ以上の移動手順に分けて目標位置まで順次移動させることで、安定性を確保しながら三次元フレーム構造を所望の形状に変形できる。

【0012】

また、前記移動指示部は、安定的であると評価された場合に前記移動動作の実行を指示し、不安定的であると評価された場合に前記移動動作の実行の指示を保留することが好ましい。移動動作の実行自体を保留することで、三次元フレーム構造の不安定状態を回避させることが可能となる。

【0013】

また、前記三次元フレーム構造が不安定的である旨をユーザに報知する報知手段をさらに備えることが好ましい。これにより、三次元フレーム構造の不安定状態を回避させる措置を講じるようにユーザに注意を喚起できる。

【発明の効果】

【0014】

このように、本発明によれば、取扱性が高いフレーム構造体を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】この実施形態に係るフレーム構造体の一部を構成するフレーム本体を示す斜視図である。

【図2】図１のフレーム本体を示す上面図である。

【図3】三次元フレーム構造が１本のテープより形成されていることを示す模式図である。

【図4】図１のフレーム本体を含むフレーム構造体の概略ブロック図である。

【図5】図４に示すフレーム構造体の動作説明に供されるフローチャートである。

【図6】仮想三次元座標系の設定方法を示す概略説明図である。

【図7】仮想一次元座標系とテープ長さ座標系の対応関係を示す概略説明図である。

【図8】移動手順の決定結果の具体例を示す模式図である。

【図9】安定領域および不安定領域の区分を模式的に示す説明図である。

【図10】不安定回避動作の一例を示す概略説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施形態に係るフレーム構造体について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、曲げ剛性の異方性がある帯状のテープを折り曲げて三次元フレーム構造を形成するフレーム構造体について説明する。

【0017】

［フレーム本体１０の構造］
＜基本構造＞
図１は、この実施形態に係るフレーム構造体１の一部を構成するフレーム本体１０を示す斜視図である。図２は、図１のフレーム本体１０を示す上面図である。図３は、三次元フレーム構造が１本のテープ１２より形成されていることを示す模式図である。

【0018】

図１に示すように、フレーム本体１０は、帯状のテープ１２と、テープ１２同士を結束する結束部材１３と、テープ１２の一部を集約する第１ジョイント部１４（集約手段）お
よび第２ジョイント部１５ａ〜１５ｃ（集約手段）と、テープ１２を繰り出し可能に巻き取るための巻取部１６から略構成されている。

【0019】

テープ１２は、有端状で長さ方向Ｃに沿って湾曲させることが可能な金属製の材質で構成されている。このテープ１２は、はじめは巻取部１６に巻き取られており、先端部２１が巻取部１６に係合可能に構成されている。

【0020】

図１および図２に示すように、まず、テープ１２を繰り出し、稜線部２２ａ〜２２ｆ（以下、総称して稜線部２２ともいう。）と、折曲部２３ａ〜２３ｆ（以下、総称して折曲部２３ともいう。）と、底辺部２４ａ〜２４ｃ（以下、総称して底辺部２４ともいう。）を形成する。そして、先端部２１を巻取部１６に係合し、既に繰り出された先端部２１から基端部２５までの範囲のテープ１２により、四面体の三次元フレーム構造を形成する。

【0021】

図３に示すように、より具体的には、テープ１２の先端部２１を長さ方向Ｃに繰り出して稜線部２２ａ、折曲部２３ａ、底辺部２４ａ、折曲部２３ｂ、稜線部２２ｂ、折曲部２３ｃを形成する。以下、長さ方向Ｃのうち、巻取部１６から先端部２１側にテープ１２を繰り出す方向を「繰り出し方向Ｃｆ」という。一方、長さ方向Ｃのうち、先端部２１から巻取部１６側にテープ１２を繰り込む方向を「繰り込み方向Ｃｂ」という。

【0022】

同様に、繰り出し方向Ｃｆに繰り出して稜線部２２ｃ、折曲部２３ｄ、底辺部２４ｂ、折曲部２３ｅ、稜線部２２ｄ、折曲部２３ｆを形成する。さらに、繰り出し方向Ｃｆに繰り出して稜線部２２ｅ、折曲部２３ｇ、底辺部２４ｃ、折曲部２３ｈ、稜線部２２ｆを形成することにより、帯状の一本のテープ１２により三次元フレーム構造を形成する。なお、折曲部２３における曲率あるいは折り曲げ角度は任意（鋭角、鈍角、または直角）である。

【0023】

図１から図３に示すように、底辺部２４は、テープ１２が１重に配置されており、稜線部２２ａと稜線部２２ｆ、稜線部２２ｂと稜線部２２ｃ、稜線部２２ｄと稜線部２２ｅは、テープ１２が２重に配置される。そして、四面体の頂上部Ａの近傍と底面頂部Ｂの近傍の２箇所で結束部材１３により結束して互いの稜線部２２を平行に成型する。

【0024】

＜第１ジョイント部１４＞
図１および図２に示すように、第１ジョイント部１４は、テープ１２により形成された四面体の頂上部Ａに配置されており、並列に配置された２つのガイドローラ４１ａ、４１ｂ（以下、総称してガイドローラ４１ともいう。）と、ガイドローラ４１ａ、４１ｂをそれぞれ回動可能に連結する連結部材４２とから構成されている。

【0025】

ガイドローラ４１は、円柱形状を有しており、周面上にテープ１２を巻回することにより折曲部２３ｃと折曲部２３ｆを形成する。

【0026】

連結部材４２は、金属製の材質で構成されている。この連結部材４２は、上面視すると三叉形状を有しており、ガイドローラ４１の周面上でテープ１２が摺動可能にガイドローラ４１の回転軸と連結する軸連結部と、巻取部１６と連結する巻取連結部とから構成されている。この軸連結部と巻取連結部により、２つのガイドローラ４１と巻取部１６とを連結する。

【0027】

＜第２ジョイント部１５ａ〜１５ｃ＞
図１および図２に示すように、第２ジョイント部１５ａ〜１５ｃ（以下、総称して第２ジョイント部１５ともいう。）は、テープ１２により形成された四面体の底面頂部Ｂにそれぞれ配置されており、テープ１２を厚み方向から挟持する一対の駆動ローラ５１ａ、５
１ｂ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｇ、５１ｈ（以下、総称して一対の駆動ローラ５１ともいう。）と、一対の駆動ローラ５１をそれぞれ回動可能に支持する３つの摺動ガイド５２ａ〜５２ｃ（以下、総称して摺動ガイド５２ともいう。）から構成されている。

【0028】

一対の駆動ローラ５１ａ、５１ｂ、５１ｄ、５１ｅ、５１ｇ、５１ｈは、円柱形状を有しており、周面上にテープ１２を巻回することにより折曲部２３ａ、２３ｂ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｇ、２３ｈをそれぞれ形成する。この一対の駆動ローラ５１は、上面視すると上下方向に一対配置されるとともに四面体の底面頂部Ｂに２つずつ上下方向に配置されている。

【0029】

また、一対の駆動ローラ５１は、モータ６３（図４参照）により回転駆動が可能であり、少なくとも一方が回転することによりテープ１２の繰り出しおよび繰り込みを行う。

【0030】

摺動ガイド５２は、側面視すると略逆Ｔ字形状を有しており、一対の駆動ローラ５１に繰り込まれるテープ１２の折れ曲がりを強制するガイド部材である。摺動ガイド５２ａは一対の駆動ローラ５１ｈ、５１ａを、摺動ガイド５２ｂは一対の駆動ローラ５１ｂ、５１ｄを、摺動ガイド５２ｃは一対の駆動ローラ５１ｅ、５１ｇをそれぞれ回動可能に支持する。

【0031】

［フレーム本体１０の取扱方法］
＜変形方法＞
図１〜図３に示すように、フレーム本体１０は、折曲部２３ａ〜２３ｈが第１ジョイント部１４または第２ジョイント部１５により集約され、集約箇所Ｆの全てを頂部（頂上部Ａまたは底面頂部Ｂ）とする四面体の三次元フレーム構造を構成している。そして、この三次元フレーム構造は変形することが可能である。なお、上述したように構成されたフレーム本体１０の「集約箇所Ｆ」は、機械的な固い結合でも緩い結合でもよい。

【0032】

このフレーム本体１０は、駆動ローラ５１が回転することによりテープ１２の繰り出しおよび繰り込みが可能であるため、繰り出しおよび繰り込みによりテープ１２を移動、第１ジョイント部１４および第２ジョイント部１５の位置を移動することにより、三次元フレーム構造を所定の形状に変化することができる。たとえば、直稜四面体の形状、垂心四面体の形状、当面四面体の形状等、様々な四面体の形状に形成することができる。

【0033】

また、上述したように構成されたフレーム本体１０のテープ１２は、曲げ剛性に異方性があるので、長さ方向Ｃに沿って容易に折曲可能である一方、幅方向に沿って折り曲げるのが難しい。つまり、テープ１２を折り曲げまたは捻り曲げることにより、三次元フレーム構造を変形自在にすることができる。

【0034】

＜収納方法＞
次に、このフレーム本体１０の収納方法について説明する。たとえば、底辺部２４ａ〜２４ｃの両端から略等距離にある点を折り曲げ、三次元フレーム構造を縦方向に引き伸ばすことにより、四面体の三次元フレーム構造を縦長状に折り畳む。これにより、縦長状のフレーム本体１０を筒状容器に収納することができる。

【0035】

あるいは、上述した巻取部１６の巻取ボタン（図示省略）を押圧することによりテープ１２を巻き取り、フレーム本体１０を小型化した後に収納してもよい。あるいは、結束部材１３を外し、ガイドローラ４１や一対の駆動ローラ５１の周面上に巻回されたテープ１２を解いてから、一気にテープ１２を巻き取ることも可能である。

【0036】

＜展開方法＞
次に、このフレーム本体１０の展開方法について説明する。縦長状に折り畳んで収納した場合、テープ１２の復元力によりフレーム本体１０を展開する。また、テープ１２を巻き取って収納した場合、テープ１２を繰り出し方向Ｃに繰り出した後、整形作業または組立作業を経てフレーム本体１０を展開する。

【0037】

［フレーム構造体１のブロック図］
図４は、図１のフレーム本体１０を含むフレーム構造体１の概略ブロック図である。このフレーム構造体１は、上述したフレーム本体１０の他、フレーム本体１０の一部を構成するテープ１２を長さ方向Ｃに移動させるテープ移動部６１（テープ移動手段）と、テープ移動部６１を制御する制御装置６２（制御手段）から略構成されている。

【0038】

テープ移動部６１は、制御装置６２から出力された駆動信号に応じて回転力を付与する６つのモータ６３からなる。なお、テープ移動部６１はこの構成に限られることなく、テープ１２を長さ方向Ｃに移動させるための種々の構成を採り得る。

【0039】

左側から１番目、２番目のモータ６３、６３は、第２ジョイント部１５ａが備える一対の駆動ローラ５１ｈ、５１ａ（図２）をそれぞれ回動可能である。左側から３番目、４番目のモータ６３、６３は、第２ジョイント部１５ｂが備える一対の駆動ローラ５１ｂ、５１ｄ（同図）をそれぞれ回動可能である。左側から５番目、６番目のモータ６３、６３は、第２ジョイント部１５ｃが備える一対の駆動ローラ５１ｅ、５１ｇ（同図）をそれぞれ回動可能である。

【0040】

制御装置６２は、情報入力部６４、情報出力部６５（報知手段）、および移動制御部６６を含んで構成されるコンピュータである。情報入力部６４は、たとえばマウス、キーボード、タッチセンサ、マイクロフォンを含む入力デバイスである。情報出力部６５は、たとえばディスプレイ、ランプ、スピーカを含む出力デバイスである。

【0041】

移動制御部６６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）またはＭＰＵ（Micro-Processing Unit）を含んで構成される。移動制御部６６は、図示しないメモリに格納されたプログラムを読み出し実行することで、座標系設定部７１、目標位置取得部７２、移動手順決定部７３、安定性評価部７４、および移動指示部７５の各種機能を実行可能である。

【0042】

［フレーム構造体１の動作］
続いて、フレーム構造体１の動作について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。以下、フレーム本体１０のテープ１２を長さ方向Ｃに移動することで三次元フレーム構造を変形させる制御を「テープ移動制御」という。

【0043】

＜通常動作＞
ステップＳ１において、座標系設定部７１は、テープ移動制御に必要な変換座標系を設定する。ここでは、［１］仮想三次元座標系８１、［２］仮想一次元座標系８２、および［３］テープ長さ座標系８３、の３つの座標系をそれぞれ定義する。

【0044】

図６は、仮想三次元座標系８１の設定方法を示す概略説明図である。より詳しくは、図６（ａ）は仮想三次元座標系８１の定義を例示する図であり、図６（ｂ）は頂部と理想点Ｐ１〜Ｐ１０との対応関係を示す図である。

【0045】

図６（ａ）に示す仮想三次元座標系８１は、Ｘ軸・Ｙ軸・Ｚ軸を３軸とする直交座標系であり、展開前の三次元フレーム構造を三次元的に表現するための作業領域に相当する。ここでは、四面体の頂上部Ａが任意の位置に存在するとともに、底面（三角形Ｂ１・Ｂ２・Ｂ３）がＸＹ平面上に配置されている。また、１つの底面頂部Ｂ１が原点Ｏに固定配置
されている。以下、３つの底面頂部Ｂを明確に区別する際、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３と表記する場合がある。

【0046】

図６（ｂ）は、図３の折り曲げ順により三次元フレーム構造が形成される場合における対応関係を示す。理想点Ｐ１〜Ｐ１０は、三次元フレーム構造を一筆書き（一次元的に展開）する際の１つの始点（Ｐ１）、８つの屈曲点（Ｐ２〜Ｐ９）、および１つの終点（Ｐ１０）に対応する。

【0047】

図７は、仮想一次元座標系８２とテープ長さ座標系８３の対応関係を示す概略説明図である。より詳しくは、図７（ａ）は仮想三次元座標系８１から仮想一次元座標系８２に変換した結果を示す図であり、図７（ｂ）は仮想一次元座標系８２からテープ長さ座標系８３に変換した結果を示す図である。

【0048】

図７（ａ）に示す仮想一次元座標系８２は、Ｌ１軸に沿った一次元座標系であり、展開後の三次元フレーム構造を一次元的に表現するための作業領域に相当する。ここでは、一筆書きの始点（理想点Ｐ１）を原点Ｏとし、残りの理想点Ｐ２〜Ｐ１０が正方向に沿って順次配置されている。

【0049】

図３および図６（ｂ）から理解されるように、先端部２１は理想点Ｐ１に、基端部２５は理想点Ｐ１０にそれぞれ対応する。また、折曲部２３ｈは理想点Ｐ２に、折曲部２３ｇは理想点Ｐ３に、折曲部２３ｆは理想点Ｐ４に、折曲部２３ｅは理想点Ｐ５にそれぞれ対応する。また、折曲部２３ｄは理想点Ｐ６に、折曲部２３ｃは理想点Ｐ７に、折曲部２３ｂは理想点Ｐ８に、折曲部２３ａは理想点Ｐ９にそれぞれ対応する。

【0050】

ところが、理想点Ｐ１〜Ｐ１０をそのまま用いて実際のフレーム本体１０を具現化する場合、理想的な三次元フレーム構造との乖離が生じる。その理由は、たとえば、［１］連結部材４２の形状、［２］摺動ガイド５２の形状、［３］ガイドローラ４１の外径、［４］巻取部１６の存否及びサイズ、［５］理想点Ｐ１〜Ｐ１０と折曲点２２との位置の乖離、によりテープ１２の長さ誤差が発生するためである。そこで、仮想一次元座標系８２からテープ長さ座標系８３に変換し、テープ１２の長さ誤差を予め補正しておくことが好ましい。

【0051】

図７（ａ）に示すテープ長さ座標系８３は、Ｌ２軸に沿った一次元座標系であり、テープ１２上の位置を一次元的に表現するための作業領域に相当する。ここでは、理想点Ｐ１に対応する「制御点Ｑ１」を原点Ｏとし、理想点Ｐ２〜Ｐ１０にそれぞれ対応する「制御点Ｑ２〜Ｑ１０」が正方向に沿って順次配置されている。

【0052】

具体的には、頂上部Ａでは、折曲部２３ｃ、２２ｆ、巻取部１６を１つの集約箇所Ｆに配置する必要があるため、空間上の制約を受けて頂点形状が僅かに鈍化している。たとえば、稜線部２２ｄから稜線部２２ｅまでのテープ１２の長さが理想値よりもΔだけ短くなると想定する。この場合、理想点Ｐ４をΔ／２だけ負方向にシフトした位置に制御点Ｑ４を配置するとともに、理想点Ｐ５をΔだけ負方向にシフトした位置に制御点Ｑ５を配置すればよい。

【0053】

図７（ｂ）は、図１および図４の構成を採用した場合における対応関係を示す。６つの制御点Ｑ２、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ８、Ｑ９は、一対の駆動ローラ５１を用いて、テープ１２上で隣り合う折曲部２３の間の距離を主体的に制御可能な点である。これに対して、残り４つの制御点Ｑ１、Ｑ４、Ｑ７、Ｑ１０は、隣接する２つの制御点との関係で一意に決まる点である。具体的には、制御点Ｑ３、Ｑ５の両方が決定すれば、制御点Ｑ３、Ｑ５の「中点」が制御点Ｑ４として決定される。

【0054】

このようにして、座標系設定部７１は、仮想三次元座標系８１、仮想一次元座標系８２およびテープ長さ座標系８３をそれぞれ設定する（ステップＳ１）。これら３つの座標系の間で相互に変換することで、頂上部Ａの位置に応じた６つの制御点Ｑ２、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ８、Ｑ９を算出できる。

【0055】

ステップＳ２において、目標位置取得部７２は、特定頂部（ここでは頂上部Ａ）における目標位置Ｔ１、Ｔ２を取得する。目標位置取得部７２は、情報入力部６４から入力された情報を取得してもよいし、図示しないメモリに格納された情報を読み出して取得してもよい。また、この情報として、「絶対位置」を示す三次元座標、あるいは現在位置からの「相対位置」を示す移動方向・移動量を用いることができる。

【0056】

ステップＳ３において、移動手順決定部７３は、ステップＳ２で取得された目標位置Ｔ１、Ｔ２に基づいてテープ１２の移動手順を決定する。ここで、「移動手順」とは、三次元フレーム構造の変形に伴う移動動作のシーケンスである。このシーケンスは、テープ１２の移動量、移動方向、およびモータ６３の駆動順序の組み合わせからなる。

【0057】

移動手順決定部７３は、予め付与された制約条件の下、頂上部Ａを目標位置Ｔ１、Ｔ２まで移動させるための移動手順を１つ決定する。たとえば、底面頂部Ｂ１〜Ｂ３の位置をすべて固定しながら頂上部Ａのみを移動させる場合、幾何学的考察により、６つの制御点Ｑ２、Ｑ３、Ｑ５、Ｑ６、Ｑ８、Ｑ９は一意に定められる。一方、１つ以上の底面頂部Ｂをさらに移動させる場合、公知の最適化手法を用いて、最適解としての移動手順が１つだけ決定される。

【0058】

図８（ａ）は、テープ１２の一方向（繰り込み方向Ｃｂ）からモータ６３を順次駆動させる移動手順を示す。１番目には、制御点Ｑ２に対応するモータ６３のみを駆動し、移動量ΔＬ１１（符号付き；繰り込み方向Ｃｂは正値）の長さ分のテープ１２を移動させる。２番目には、制御点Ｑ３に対応するモータ６３のみを駆動し、移動量ΔＬ１２の長さ分のテープ１２を移動させる。以下、テープ１２を合計６回だけ順次移動することでフレーム本体１０の変形が完了する。

【0059】

図８（ｂ）は、テープ１２の双方向（繰り出し方向Ｃｆおよび繰り込み方向Ｃｂ）からモータ６３を順次駆動させる移動手順を示す。１番目には、制御点Ｑ２、Ｑ９に対応する２つのモータ６３を同時に駆動し、移動量ΔＬ２１、ΔＬ２２の長さ分のテープ１２をそれぞれ移動させる。２番目には、制御点Ｑ３、Ｑ８に対応する２つのモータ６３を同時に駆動し、移動量ΔＬ２１、ΔＬ２２の長さ分のテープ１２をそれぞれ移動させる。以下、テープ１２を合計３回だけ順次移動することでフレーム本体１０の変形が完了する。

【0060】

なお、図１例では、制御点Ｑ９に対応するモータ６３を駆動することで、テープ１２の繰り出し長さが変化する点に留意する。繰り出し長さの変更を伴う場合、移動手順の最初に制御点Ｑ９を移動させ、テープ１２の繰り出し長さを早い段階で固定することが好ましい。

【0061】

ステップＳ４において、安定性評価部７４は、ステップＳ３で決定された移動手順に従う移動動作を実行する場合、一連の動作時（変形の途中または完了時）における三次元フレーム構造の安定性を評価する。ここで、「安定性」とは、三次元フレーム構造の自立状態を維持するために必要である機械的または力学的な安定性を意味し、フレーム本体１０が転倒・倒壊等を起こさない確度（可能性）を示す特性である。

【0062】

具体的には、安定性評価部７４は、公知の推定手法を用いて、シーケンス番号が示す各
回の移動が終了した三次元フレーム構造の安定性（たとえば、荷重、応力、重心、高さ）を示す評価値を算出する。そして、安定性評価部７４は、算出した各指標に基づいて、三次元フレーム構造が「安定状態」であるか「不安定状態」であるかをそれぞれ判別する。

【0063】

たとえば、フレーム本体１０を構成する各部の重量・形状や、頂部の三次元座標等を用いて重心の高低を定量的に示す評価値を算出し、この評価値と閾値の大小関係に応じて「安定状態」であるか「不安定状態」であるかを判別してもよい。また、三次元フレーム構造の各辺に発生する形状の歪み、テープ１２の張力・撓みを考慮した評価値を算出してもよい。また、予め格納した多次元のテーブルデータを参照し、各変数の組み合わせに応じた評価値を求めてもよい。

【0064】

図８（ａ）例の場合、安定性評価部７４は、６種類の形状のうちすべて「安定状態」であると判別した場合、その移動動作は安定性が確保されている（つまり「安定的」）と評価する。一方、安定性評価部７４は、６種類の形状のうち少なくとも１つが「不安定状態」であると判別した場合、その移動動作は安定性が確保されていない（つまり「不安定的」）と評価する。なお、図８（ｂ）例の場合、３種類の形状について評価される点に留意する。

【0065】

図９は、安定領域８４および不安定領域８５の区分を模式的に示す説明図である。本図では、仮想三次元座標系８１の上には、破線で囲まれる安定領域８４と、安定領域８４の補集合に相当する不安定領域８５が表記されている。ここで、不安定領域８５は、フレーム本体１０の可動範囲内でありながら「不安定的」である領域と、フレーム本体１０の可動範囲外である領域からなる点に留意する。

【0066】

安定領域８４は、現在位置を基準として、頂上部Ａを「安定的」に移動させる位置の集合に相当する。一方、不安定領域８５は、現在位置を基準として、頂上部Ａを「不安定的」に移動させる位置の集合に相当する。本図から理解されるように、目標位置Ｔ１は安定領域８４に属するとともに、目標位置Ｔ２は不安定領域８５に属する。

【0067】

ステップＳ５において、ステップＳ４にて三次元フレーム構造の安定性が確保されている、つまり「安定的である」と評価された場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、次のステップＳ６に進む。この状況は、ステップＳ２にて目標位置Ｔ１が取得された場合に該当する。

【0068】

ステップＳ６において、テープ移動部６１は、ステップＳ３で決定された移動手順に従って、フレーム本体１０の一部を構成するテープ１２を移動させる。具体的には、移動指示部７５は、駆動順序に応じたモータ６３を選択した上で、テープ１２の移動量および移動方向に応じた駆動信号を順次出力する。このテープ移動制御により、フレーム本体１０は、一連の移動動作を１つ経て、三次元フレーム構造の安定状態を維持しながら所望の形状に変化する。変形の完了時には、頂上部Ａが目標位置Ｔ１に移動されている。

【0069】

ステップＳ７において、移動制御部６６は、終了指令を受け付けたか否かを判定する。終了指令を受け付けていない場合（ステップＳ７：ＮＯ）、ステップＳ２に戻って、以下、ステップＳ２〜Ｓ７を順次繰り返す。一方、終了指令を受け付けた場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、フレーム構造体１の動作を終了する。

【0070】

このように、制御装置６２は、頂上部Ａにおける目標位置Ｔ１（Ｔ２）を取得する目標位置取得部７２と、取得された目標位置Ｔ１（Ｔ２）まで頂上部Ａを移動させるためのテープ１２の移動手順を決定する移動手順決定部７３と、をさらに有し、移動指示部７５は、決定された移動手順に従う移動動作の実行をテープ移動部６１に対して指示してもよい。これにより、頂上部Ａを所望の目標位置Ｔ１（Ｔ２）に移動させることが可能となる。

【0071】

＜不安定回避動作＞
ところで、図５のステップＳ５に戻って、三次元フレーム構造の安定性が確保されていない、つまり「不安定的である」と評価された場合（ステップＳ５：ＮＯ）、ステップＳ８に進む。この状況は、ステップＳ２にて目標位置Ｔ２が取得された場合に該当する。

【0072】

ステップＳ８において、移動指示部７５は、不安定回避動作の実行をテープ移動部６１に対して指示する。ここで、「不安定回避動作」とは、三次元フレーム構造の不安定状態を回避させる移動動作を意味する。具体的には、「安定的」であると評価された場合には１つの移動手順をもって目標位置Ｔ１まで直接移動させるのに対して、「不安定的」であると評価された場合には複数の移動手順をもって目標位置Ｔ２まで移動させる点が異なっている。

【0073】

図１０は、不安定回避動作の一例を示す概略説明図である。より詳しくは、図１０（ａ）は１つ目の移動手順による頂上部Ａの移動を示す図であり、図１０（ｂ）は２つ目の移動手順による頂上部Ａの移動を示す図である。

【0074】

図１０（ａ）に示すように、頂上部Ａの現在位置から目標位置Ｔ２までの経路（たとえば、直線状の経路８６）を均等分割した位置を「中間位置Ｔｍ」と定義する。このとき、中間位置Ｔｍは、目標位置Ｔ２の場合と異なり、現在位置を基準とする安定領域８４に属している。そこで、移動手順決定部７３は、仮の目標である中間位置Ｔｍまで頂上部Ａを移動させるための１つ目の移動手順を決定する。

【0075】

図１０（ｂ）に示すように、頂上部Ａが中間位置Ｔｍまで移動させることで、目標位置Ｔ２は、中間位置Ｔｍを基準とする安定領域８４に属するようになる。そこで、移動手順決定部７３は、最終の目標である目標位置Ｔ２まで頂上部Ａを移動させるための２つ目の移動手順を決定する。このように、移動手順決定部７３は、頂上部Ａを目標位置Ｔ２まで移動させるための２つの移動手順を決定し（ステップＳ８）、ステップＳ７に進む。

【0076】

ステップＳ７において、テープ移動部６１は、ステップＳ８で決定された２つの移動手順に従って、フレーム本体１０の一部を構成するテープ１２を順次移動させる。具体的には、移動指示部７５は、駆動順序に応じたモータ６３を選択した上で、テープ１２の移動量および移動方向に応じた駆動信号を順次出力する。このテープ移動制御により、フレーム本体１０は、一連の移動動作を２つ経て、三次元フレーム構造の安定状態を維持しながら所望の形状に変化する。変形の途中には頂上部Ａが中間位置Ｔｍに移動され、変形の完了時には頂上部Ａが目標位置Ｔ２に移動されている。

【0077】

このように、移動指示部７５は、不安定的であると評価された場合には目標位置Ｔ２までの経路８６上にある１つ以上（ここでは、１つ）の中間位置Ｔｍを経由して、目標位置Ｔ２まで移動させるための２つ以上（ここでは、２つ）の移動手順に従う移動動作の実行をテープ移動部６１に対して指示してもよい。頂上部Ａの移動量が少ないほど三次元フレーム構造の変形量が小さくなる傾向を考慮して、２つ以上の移動手順に分けて目標位置Ｔ２まで順次移動させることで、安定性を確保しながら三次元フレーム構造を所望の形状に変形できる。

【0078】

＜不安定回避動作の別例＞
三次元フレーム構造の不安定状態を回避させる動作は上記した例に限られない。以下、「不安定回避動作」の別例について説明する。

【0079】

第１例として、移動指示部７５は、「安定的」であると評価された場合に移動動作の実
行を指示する一方、「不安定的」であると評価された場合に移動動作の実行の指示を保留してもよい。移動動作の実行自体を保留することで、三次元フレーム構造の不安定状態を回避させることが可能となる。この保留には、［１］所定の動作又は操作を受け付けるまで待機する場合、あるいは［２］所定の時間が経過するまで待機する場合、が含まれる。

【0080】

第２例として、情報出力部６５は、移動指示部７５による不安定回避動作の実行有無にかかわらず、三次元フレーム構造が「不安定的」である旨をユーザに報知してもよい。これにより、三次元フレーム構造の不安定状態を回避させる措置を講じるようにユーザに注意を喚起できる。この報知には、メッセージ、点灯表示、画像表示、音声を出力することで、人間の五感に訴える方法を適用できる。

【0081】

［フレーム構造体１による効果］
以上のように、このフレーム構造体１は、テープ１２と、テープ１２を折り曲げてなる複数の折曲部２３を、少なくとも１つ（たとえば４つ）の集約箇所Ｆで集約する集約手段（第１ジョイント部１４、第２ジョイント部１５ａ〜１５ｃ）と、テープ１２を長さ方向Ｃに移動させるテープ移動部６１と、テープ移動部６１によるテープ１２の移動動作を制御する制御装置６２を備え、集約箇所Ｆを頂部（頂上部Ａ、底面頂部Ｂ１〜Ｂ３）に含む三次元フレーム構造の全部がテープ１２により形成される。

【0082】

制御装置６２は、移動動作の実行前に、変形の途中または完了時における三次元フレーム構造の安定性を評価する安定性評価部７４と、安定性評価部７４により不安定的であると評価された場合、三次元フレーム構造の不安定状態を回避させる移動動作の実行をテープ移動部６１に対して指示する移動指示部７５と、を有する。

【0083】

テープ１２を折り曲げた折曲部２３を少なくとも１つの集約箇所Ｆで集約し、集約箇所Ｆを頂部に含む三次元フレーム構造がテープ１２により形成されているため、テープ１２上で隣り合う折曲部２３の間の距離を変更することにより、三次元フレーム構造を使用に適した形状に容易に変形することができる。

【0084】

しかも、テープ１２の移動動作の実行前に、変形の途中または完了時における三次元フレーム構造の安定性を評価し、不安定的であると評価された場合にこの不安定状態を回避させる移動動作の実行を指示するので、テープ１２の移動に起因するフレーム構造体１の転倒・倒壊等を未然に防止できる。

【0085】

また、テープ１２の曲げ剛性の異方性により三次元フレーム構造を容易に変形可能な外力作用方向が存在することとなる。このような作用方向を利用して、三次元フレーム構造を収納および展開に適した形状に容易に変形することができる。これらにより、フレーム構造体１の取扱性が向上する。

【0086】

［他の実施形態］
以上、フレーム構造体１を図示して実施形態に基づいて説明したが、フレーム構造体１はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。以下、他の実施形態におけるフレーム構造体について説明する。

【0087】

たとえば、フレーム本体１０は、三次元フレーム構造の全部が１本のテープ１２により形成されているが、２本以上のテープ１２を組み合わせることで１つの三次元フレーム構造をなしてもよい。すなわち、１本のテープにより三次元フレーム構造の一部を形成する形状であってもよい。また、テープ１２は有端状に限られず、無端状であってもよい。

【0088】

また、フレーム本体１０は、複数の折曲部２３ａ〜２３ｈが第１ジョイント部１４または第２ジョイント部１５により集約され、集約された集約箇所Ｆの全てを頂部（頂上部Ａまたは底面頂部Ｂ）とする四面体となっている場合について説明したが、折曲部２３のいずれかが集約箇所Ｆに集約していなくてもよく、集約箇所Ｆの全てが頂部とならなくてもよい。

【0089】

また、複数の折曲部２３のうち集約した２つの集約箇所Ｆと、複数の折曲部２３のうち２つの箇所が集約していない非集約箇所とから四面体で構成されたフレーム本体であってもよい。なお、「非集約箇所」とは、複数の折曲部が集約されていない箇所、すなわち、折曲部２３を１つのみ有する箇所である。

【0090】

また、頂部の総数（たとえば４つ）を超える個数（たとえば７つ）の集約箇所Ｆのうち、選択した４つを頂部とする四面体で構成されたフレーム構造体であってもよい。

【0091】

また、フレーム本体１０は、第２ジョイント部１５の数を増加することにより、四面体のみならず、四角錐の形状、五角錐の形状、六角錐の形状等の様々な角錐の形状にも形成することができる。さらに、立方体を含む、五面以上を有する任意の立体にも形成することができる。

【0092】

また、フレーム構造体１は、様々な用途で使用され得る。たとえば、空間演出、デザイン家具、舞台装置、建築、産業機械、宇宙産業等で使用可能であり、用途は問わない。

【符号の説明】

【0093】

１‥フレーム構造体 １０‥フレーム本体
１２‥テープ １３‥結束部材
１４‥第１ジョイント部（集約手段）
１５（ａ〜ｃ）‥第２ジョイント部（集約手段）
１６‥巻取部 ２１‥先端部
２２（ａ〜ｆ）‥稜線部 ２３（ａ〜ｈ）‥折曲部
２４（ａ〜ｃ）‥底辺部 ２５‥基端部
４１ａ（ｂ）‥ガイドローラ
５１（ａ／ｂ／ｄ／ｅ／ｇ／ｈ）‥一対の駆動ローラ
５２（ａ〜ｃ）‥摺動ガイド ６１‥テープ移動部（テープ移動手段）
６２‥制御装置（制御手段） ６３‥モータ
６４‥情報入力部 ６５‥情報出力部（報知手段）
６６‥移動制御部 ７１‥座標系設定部
７２‥目標位置取得部 ７３‥移動手順決定部
７４‥安定性評価部 ７５‥移動指示部
８１‥仮想三次元座標系 ８２‥仮想一次元座標系
８３‥テープ長さ座標系 ８４‥安定領域
８５‥不安定領域 ８６‥経路
Ａ‥頂上部（頂部） Ｂ、Ｂ１〜Ｂ３‥底面頂部（頂部）
Ｃ‥長さ方向 Ｆ‥集約箇所
Ｔ１、Ｔ２‥目標位置 Ｔｍ‥中間位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】