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(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】P2023087636
(43)【公開日】2023-06-23
(54)【発明の名称】アクチュエータ、移動体及びロッカーボギー車
(51)【国際特許分類】
H02K 7/02 20060101AFI20230616BHJP
F16H 33/02 20060101ALI20230616BHJP
F16H 33/08 20060101ALI20230616BHJP
B62D 57/02 20060101ALI20230616BHJP
【ＦＩ】
H02K7/02
F16H33/02 B
F16H33/08
B62D57/02 P
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022136459
(22)【出願日】2022-08-30
(31)【優先権主張番号】P 2021201439
(32)【優先日】2021-12-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2022088195
(32)【優先日】2022-05-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】504132881
【氏名又は名称】国立大学法人東京農工大学
(71)【出願人】
【識別番号】000006105
【氏名又は名称】株式会社明電舎
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】水内 郁夫
(72)【発明者】
【氏名】東 朋希
(72)【発明者】
【氏名】横山 颯太
(72)【発明者】
【氏名】菅野 公景
(72)【発明者】
【氏名】日吉 健太
(72)【発明者】
【氏名】山中 和之
(72)【発明者】
【氏名】牧野 洋三
(72)【発明者】
【氏名】興津 俊幸
【テーマコード（参考）】
5H607
【Ｆターム（参考）】
5H607BB01
5H607CC01
5H607CC03
5H607CC09
5H607DD14
5H607DD15
5H607EE41
(57)【要約】
【課題】一時的に、アクチュエータの運動性能限界を超えてトルクを増加させること。
【解決手段】モータ（１１）と、モータ（１１）に接続された１つ又は複数の慣性体（１２，１２Ａ）と、モータ（１１）又は慣性体（１２，１２Ａ）に接続された弾性体（１３）と、弾性体（１３）に接続された出力軸（１４）と、を備え、モータ（１１）と、慣性体（１２，１２Ａ）と、弾性体（１３）と、出力軸（１４）とは、直列に接続されるアクチュエータ（１０Ｂ）とする。
【選択図】図３
【解決手段】モータ（１１）と、モータ（１１）に接続された１つ又は複数の慣性体（１２，１２Ａ）と、モータ（１１）又は慣性体（１２，１２Ａ）に接続された弾性体（１３）と、弾性体（１３）に接続された出力軸（１４）と、を備え、モータ（１１）と、慣性体（１２，１２Ａ）と、弾性体（１３）と、出力軸（１４）とは、直列に接続されるアクチュエータ（１０Ｂ）とする。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
モータと、
前記モータに接続された１つ又は複数の慣性体と、
前記モータ又は前記慣性体に接続された弾性体と、
前記弾性体に接続された出力軸と、を備え、
前記モータと、前記慣性体と、前記弾性体と、前記出力軸とは、直列に接続されるアクチュエータ。
前記モータに接続された１つ又は複数の慣性体と、
前記モータ又は前記慣性体に接続された弾性体と、
前記弾性体に接続された出力軸と、を備え、
前記モータと、前記慣性体と、前記弾性体と、前記出力軸とは、直列に接続されるアクチュエータ。
【請求項2】
モータと、
１つ又は複数の慣性体と、
前記慣性体に接続された弾性体と、
前記モータ及び前記弾性体の双方に接続された出力軸と、を備え、
前記出力軸の回転が止まると、前記慣性体によって前記弾性体に弾性エネルギーが蓄積され、前記弾性エネルギーによって前記出力軸のトルクが増大されるアクチュエータ。
１つ又は複数の慣性体と、
前記慣性体に接続された弾性体と、
前記モータ及び前記弾性体の双方に接続された出力軸と、を備え、
前記出力軸の回転が止まると、前記慣性体によって前記弾性体に弾性エネルギーが蓄積され、前記弾性エネルギーによって前記出力軸のトルクが増大されるアクチュエータ。
【請求項3】
前記弾性体は、渦巻バネである、請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【請求項4】
請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータを駆動力として駆動する移動体。
【請求項5】
請求項１又は請求項２に記載のアクチュエータによってボギーリンクを回転させるロッカーボギー車。
【請求項6】
請求項１に記載のアクチュエータを備えたロッカーボギー車であって、
ロッカーリンクと、
前記ロッカーリンクに軸支されたボギーリンクと、を備え、
前記モータは、前記ロッカーリンクに固定され、前記弾性体の第１の端部は、少なくとも１つの前記慣性体に接続され、前記弾性体の第２の端部は、前記出力軸を構成する前記ボギーリンクに接続される、請求項１に記載のアクチュエータを備えたロッカーボギー車。
ロッカーリンクと、
前記ロッカーリンクに軸支されたボギーリンクと、を備え、
前記モータは、前記ロッカーリンクに固定され、前記弾性体の第１の端部は、少なくとも１つの前記慣性体に接続され、前記弾性体の第２の端部は、前記出力軸を構成する前記ボギーリンクに接続される、請求項１に記載のアクチュエータを備えたロッカーボギー車。
【請求項7】
前記弾性体は、引きバネである、請求項６に記載のロッカーボギー車。
【請求項8】
前記ロッカーリンク、及び前記ボギーリンクの双方は、対向する２枚の側板を含む構成とされ、少なくとも１つの前記慣性体、及び前記弾性体は、前記ボギーリンクの前記２枚の側板の間に配置される、請求項６又は７に記載のロッカーボギー車。
【請求項9】
請求項１に記載のアクチュエータを備えた跳躍機構であって、
上脚部と、
下脚部と、
前記上脚部の下端と前記下脚部の上端とを連結し、前記アクチュエータによって駆動される関節部と、
前記アクチュエータを制御する第１の制御部と、を備える跳躍機構。
上脚部と、
下脚部と、
前記上脚部の下端と前記下脚部の上端とを連結し、前記アクチュエータによって駆動される関節部と、
前記アクチュエータを制御する第１の制御部と、を備える跳躍機構。
【請求項10】
前記第１の制御部は、前記アクチュエータの前記モータを正転、反転させることによって前記上脚部と前記下脚部とを屈曲、伸張させ、前記屈曲と前記伸張の振幅は、
前記上脚部と前記下脚部との離陸前の、前記アクチュエータの弾性体の変位の極大になるときの前と後とで、異なるように制御する、請求項９に記載の跳躍機構。
前記上脚部と前記下脚部との離陸前の、前記アクチュエータの弾性体の変位の極大になるときの前と後とで、異なるように制御する、請求項９に記載の跳躍機構。
【請求項11】
前記第１の制御部は、前記アクチュエータの前記モータを正転、反転させることによって前記上脚部と前記下脚部とを屈曲、伸張させ、前記屈曲と前記伸張の周期は、前記上脚部と前記下脚部との離陸前と離陸後とで、異なるように制御する、請求項９または１０に記載の跳躍機構。
【請求項12】
前記上脚部の上端と前記下脚部の下端との位置関係を制御する第２の制御部を備える請求項９または１０に記載の跳躍機構。
【請求項13】
前記下脚部の下端には、車輪が設けられる、請求項９または１０に記載の跳躍機構。
【請求項14】
前記上脚部の上端には、胴体が設けられ、前記第１の制御部及び前記第２の制御部は、前記胴体内に設けられる、請求項１２に記載の跳躍機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アクチュエータ、移動体及びロッカーボギー車に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、車輪により移動する移動体が進路上に存在する段差を乗り越えることには、ある程度の困難性がある。
段差を乗り越える際には大きなトルクを要し、トルクを大きくするためには大型のモータを要する。
従来技術である特許文献１には、高い段差を乗り越える移動体が開示されている。
段差を乗り越える際には大きなトルクを要し、トルクを大きくするためには大型のモータを要する。
従来技術である特許文献１には、高い段差を乗り越える移動体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－１９９１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、移動体の車輪が段差を越える際のトルクには、アクチュエータの運動性能によって決まる限界がある。
【0005】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、一時的に、アクチュエータの運動性能限界を超えてトルクを増加させることが可能な技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述の課題を解決して目的を達成する本発明の一態様は、モータと、前記モータに接続された１つ又は複数の慣性体と、前記モータ又は前記慣性体に接続された弾性体と、前記弾性体に接続された出力軸と、を備え、前記モータと、前記慣性体と、前記弾性体と、前記出力軸とは、直列に接続されるアクチュエータである。
【0007】
又は、本発明の一態様は、モータと、１つ又は複数の慣性体と、前記慣性体に接続された弾性体と、前記モータ及び前記弾性体の双方に接続された出力軸と、を備え、前記出力軸の回転が止まると、前記慣性体によって前記弾性体に弾性エネルギーが蓄積され、前記弾性エネルギーによって前記出力軸のトルクが増大されるアクチュエータである。
【0008】
又は、本発明の一態様は、前記弾性体は、渦巻バネである、アクチュエータである。
【0009】
又は、本発明の一態様は、前記アクチュエータを駆動力として駆動する移動体である。
【0010】
又は、本発明の一態様は、前記アクチュエータによってボギーリンクを回転させるロッカーボギー車である。
【0011】
又は、本発明の一態様は、前記アクチュエータを備えたロッカーボギー車であって、ロッカーリンクと、前記ロッカーリンクに軸支されたボギーリンクと、を備え、前記モータは、前記ロッカーリンクに固定され、前記弾性体の第１の端部は、少なくとも１つの前記慣性体に接続され、前記弾性体の第２の端部は、前記出力軸を構成する前記ボギーリンクに接続される、ロッカーボギー車である。
【0012】
又は、本発明の一態様は、前記弾性体は、引きバネである、ロッカーボギー車である。
【0013】
又は、本発明の一態様は、前記ロッカーリンク、及び前記ボギーリンクの双方は、対向する２枚の側板を含む構成とされ、少なくとも１つの前記慣性体、及び前記弾性体は、前記ボギーリンクの前記２枚の側板の間に配置される、ロッカーボギー車である。
【0014】
又は、本発明の一態様は、上述のアクチュエータを備えた跳躍機構であって、上脚部と、下脚部と、前記上脚部の下端と前記下脚部の上端とを連結し、前記アクチュエータによって駆動される関節部と、前記アクチュエータを制御する第１の制御部と、を備える。
【0015】
又は、本発明の一態様は、上述のアクチュエータを備えた跳躍機構であって、前記制御部は、前記アクチュエータの前記モータを正転、反転させることによって前記上脚部と前記下脚部とを屈曲、伸張させ、前記屈曲と前記伸張の振幅は、前記上脚部と前記下脚部との離陸前の、前記アクチュエータの弾性体の変位の極大になるときの前と後とで、異なるように制御する。
【0016】
又は、本発明の一態様は、上述のアクチュエータを備えた跳躍機構であって、前記制御部は、前記アクチュエータの前記モータを正転、反転させることによって前記上脚部と前記下脚部とを屈曲、伸張させ、前記屈曲と前記伸張の周期は、前記上脚部と前記下脚部との離陸前と離陸後とで、異なるように制御する。
【0017】
又は、本発明の一態様は、上述のアクチュエータを備えた跳躍機構であって、前記上脚部の上端と前記下脚部の下端との位置関係を制御する第２の制御部を備える。
【0018】
又は、本発明の一態様は、上述のアクチュエータを備えた跳躍機構であって、前記下脚部の下端には、車輪が設けられる。
【0019】
又は、本発明の一態様は、上述のアクチュエータを備えた跳躍機構であって、前記上脚部の上端には、胴体が設けられ、前記第１の制御部及び前記第２の制御部は、前記胴体内に設けられる。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、一時的に、アクチュエータの運動性能限界を超えてトルクを増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態について説明する。
ただし、本発明は、以下の実施形態の記載によって限定解釈されるものではない。
ただし、本発明は、以下の実施形態の記載によって限定解釈されるものではない。
【0023】
＜実施形態１＞
図１は、本実施形態に係るアクチュエータ１０を示す第１の模式図である。
図１に示すアクチュエータ１０は、モータ１１と、モータ１１に接続された慣性体１２と、慣性体１２に接続された弾性体１３と、弾性体１３に接続された出力軸１４と、を備える。
図１に示すアクチュエータ１０において、モータ１１と、慣性体１２と、弾性体１３と、出力軸１４とは、この順に直列に接続されている。
図１は、本実施形態に係るアクチュエータ１０を示す第１の模式図である。
図１に示すアクチュエータ１０は、モータ１１と、モータ１１に接続された慣性体１２と、慣性体１２に接続された弾性体１３と、弾性体１３に接続された出力軸１４と、を備える。
図１に示すアクチュエータ１０において、モータ１１と、慣性体１２と、弾性体１３と、出力軸１４とは、この順に直列に接続されている。
【0024】
モータ１１としては、ＤＤ（Direct Drive）モータを例示することができる。
慣性体１２は、慣性力を付加するために設けられ、おもりとして機能する構成である。
弾性体１３は、変形により弾性エネルギーが蓄積される構成であり、バネを例示することができる。
出力軸１４は、モータ１１から伝達された運動がアクチュエータ１０から運動を出力する構成である。
慣性体１２は、慣性力を付加するために設けられ、おもりとして機能する構成である。
弾性体１３は、変形により弾性エネルギーが蓄積される構成であり、バネを例示することができる。
出力軸１４は、モータ１１から伝達された運動がアクチュエータ１０から運動を出力する構成である。
【0025】
図１においては、慣性体１２は、モータ１１と弾性体１３との間に配置されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
慣性体１２は、モータ１１を基準として弾性体１３とは反対側に配置されていてもよい。
慣性体１２は、モータ１１を基準として弾性体１３とは反対側に配置されていてもよい。
【0026】
図２は、本実施形態に係るアクチュエータ１０Ａを示す第２の模式図である。
図２に示すアクチュエータ１０Ａは、モータ１１と、モータ１１に接続された慣性体１２Ａと、モータ１１に接続された弾性体１３と、弾性体１３に接続された出力軸１４と、を備える。
図２に示すアクチュエータ１０Ａにおいて、慣性体１２Ａと、モータ１１と、弾性体１３と、出力軸１４とは、この順に直列に接続されている。
図２に示すアクチュエータ１０Ａは、モータ１１と、モータ１１に接続された慣性体１２Ａと、モータ１１に接続された弾性体１３と、弾性体１３に接続された出力軸１４と、を備える。
図２に示すアクチュエータ１０Ａにおいて、慣性体１２Ａと、モータ１１と、弾性体１３と、出力軸１４とは、この順に直列に接続されている。
【0027】
図２においては、モータ１１には慣性体１２又は慣性体１２Ａが接続されているが、本発明はこれに限定されるものではない。
モータ１１には、慣性体１２及び慣性体１２Ａの双方が接続されていてもよい。
モータ１１には、慣性体１２及び慣性体１２Ａの双方が接続されていてもよい。
【0028】
図３は、本実施形態に係るアクチュエータ１０Ｂを示す第３の模式図である。
図３に示すアクチュエータ１０Ｂは、モータ１１と、モータ１１に接続された慣性体１２，１２Ａと、慣性体１２に接続された弾性体１３と、弾性体１３に接続された出力軸１４と、を備える。
図３に示すアクチュエータ１０Ｂにおいて、慣性体１２Ａと、モータ１１と、慣性体１２と、弾性体１３と、出力軸１４とは、この順に直列に接続されている。
図３に示すアクチュエータ１０Ｂは、モータ１１と、モータ１１に接続された慣性体１２，１２Ａと、慣性体１２に接続された弾性体１３と、弾性体１３に接続された出力軸１４と、を備える。
図３に示すアクチュエータ１０Ｂにおいて、慣性体１２Ａと、モータ１１と、慣性体１２と、弾性体１３と、出力軸１４とは、この順に直列に接続されている。
【0029】
すなわち、本発明の実施形態１に係るアクチュエータ１０，１０Ａ，１０Ｂは、モータ１１と、モータ１１に接続された１つ又は複数の慣性体１２，１２Ａと、モータ１１又は慣性体１２に接続された弾性体１３と、弾性体１３に接続された出力軸１４と、を備え、モータ１１と、慣性体１２，１２Ａと、弾性体１３と、出力軸１４とは、直列に接続される。
【0030】
図４は、本実施形態に係るアクチュエータ１００の構成例を示す図である。
図４に示すアクチュエータ１００は、モータ１０１と、慣性付加部１０２と、渦巻バネ１０３と、出力軸１０４と、第１エンコーダ１０５と、第２エンコーダ１０６と、を備える直列弾性アクチュエータである。
図４に示すアクチュエータ１００において、モータ１０１の軸と、渦巻バネ１０３と、出力軸１０４とは、この順に直列に接続されている。
図４に示すアクチュエータ１００は、モータ１０１と、慣性付加部１０２と、渦巻バネ１０３と、出力軸１０４と、第１エンコーダ１０５と、第２エンコーダ１０６と、を備える直列弾性アクチュエータである。
図４に示すアクチュエータ１００において、モータ１０１の軸と、渦巻バネ１０３と、出力軸１０４とは、この順に直列に接続されている。
【0031】
図５（Ａ）は、図４に示すアクチュエータ１００の構成を示す概略図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す構成から減速ギア１０７を除いたアクチュエータ１００Ａの構成を示す概略図である。
図６は、図５（Ａ）に示すアクチュエータ１００の構成を示す斜視図である。
図６は、図５（Ａ）に示すアクチュエータ１００の構成を示す斜視図である。
【0032】
モータ１０１の回転は、モータ１０１の軸から渦巻バネ１０３に伝達され、渦巻バネ１０３から出力軸１０４に伝達される。
第１エンコーダ１０５は、出力軸１０４に接続されている。
第２エンコーダ１０６は、モータ１０１のロータに接続されている。
第１エンコーダ１０５及び第２エンコーダ１０６は、渦巻バネ１０３の変位の測定に用いられる。
減速ギア１０７は、モータ１０１から伝達される回転を減速するために設けられているが、必ずしも設けられていなくてもよい。
渦巻バネ１０３は２つの渦巻バネを含み、左右の回転に対して対称的となるように、２つの渦巻バネの各々に初期張力をかけて接続されるとよい。
第１エンコーダ１０５は、出力軸１０４に接続されている。
第２エンコーダ１０６は、モータ１０１のロータに接続されている。
第１エンコーダ１０５及び第２エンコーダ１０６は、渦巻バネ１０３の変位の測定に用いられる。
減速ギア１０７は、モータ１０１から伝達される回転を減速するために設けられているが、必ずしも設けられていなくてもよい。
渦巻バネ１０３は２つの渦巻バネを含み、左右の回転に対して対称的となるように、２つの渦巻バネの各々に初期張力をかけて接続されるとよい。
【0033】
図７（Ａ）は、減速ギア１０７が接続されたモータ１０１と、慣性付加部１０２と、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂと、出力軸１０４と、を示す分解図であり、図７（Ｂ）は、モータ１０１と、慣性付加部１０２と、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂと、出力軸１０４と、減速ギア１０７と、を示す分解図であり、図７（Ｃ）は、モータ１０１と、慣性付加部１０２と、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂと、出力軸１０４と、を示す分解図である。
図７（Ａ）～（Ｃ）に示すように、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂの各々の外端は出力軸１０４に固定され、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂの各々の内端は慣性付加部１０２の巻き芯１０２０に設けられたスリット１０２１に固定されている。
なお、図７（Ｂ）に示す構成によれば、モータのみを交換することが可能である。
図７（Ａ）～（Ｃ）に示すように、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂの各々の外端は出力軸１０４に固定され、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂの各々の内端は慣性付加部１０２の巻き芯１０２０に設けられたスリット１０２１に固定されている。
なお、図７（Ｂ）に示す構成によれば、モータのみを交換することが可能である。
【0034】
図８は、本実施形態に係るアクチュエータ１００を駆動力として駆動する移動体１５０を示す図である。
図８に示す移動体１５０は、アクチュエータ１００と、４つの車輪１５１と、４つの車輪１５１が設けられたシャーシ１５２と、前輪２輪（又は後輪２輪）をつなぐシャフト１５３と、シャフト１５３を介して前輪（又は後輪）にアクチュエータ１００の動力を伝達する動力伝達機構１６０と、を備える。
動力伝達機構１６０は、タイミングベルト及びプーリを含む。
図８に示す移動体１５０は、アクチュエータ１００と、４つの車輪１５１と、４つの車輪１５１が設けられたシャーシ１５２と、前輪２輪（又は後輪２輪）をつなぐシャフト１５３と、シャフト１５３を介して前輪（又は後輪）にアクチュエータ１００の動力を伝達する動力伝達機構１６０と、を備える。
動力伝達機構１６０は、タイミングベルト及びプーリを含む。
【0035】
図８に示す移動体１５０は、車輪が越えられない段差に衝突すると、車輪が停止する。
しかしながら、アクチュエータ１００内では、慣性により慣性付加部１０２は回転を継続しようとし、渦巻バネ１０３は少しずつ変形していく。
そして、渦巻バネ１０３の変形により車輪のトルクが増大していき、移動体１５０は、段差を越えることが可能となる。
このような機構により、図８に示す移動体１５０は、高い段差踏破性を実現可能である。
しかしながら、アクチュエータ１００内では、慣性により慣性付加部１０２は回転を継続しようとし、渦巻バネ１０３は少しずつ変形していく。
そして、渦巻バネ１０３の変形により車輪のトルクが増大していき、移動体１５０は、段差を越えることが可能となる。
このような機構により、図８に示す移動体１５０は、高い段差踏破性を実現可能である。
【0036】
図９（Ａ）は、移動体１５０の走行中を示す図である。
図９（Ａ）に示すように、移動体１５０において、慣性体と、弾性体と、前車輪と、は直列に接続されており、通常走行時にはすべての車輪が等速で回転している。
図９（Ａ）に示すように、移動体１５０において、慣性体と、弾性体と、前車輪と、は直列に接続されており、通常走行時にはすべての車輪が等速で回転している。
【0037】
【0038】
図９（Ｃ）は、移動体１５０において回転運動エネルギーがバネに蓄積していく様子を示す図である。
図９（Ｃ）に示すように、移動体１５０の前車輪が段差に衝突しても、フライホイール効果により慣性により慣性付加部１０２は回転を継続しようとし、バネの変形により回転運動エネルギーがバネに蓄積される。
図９（Ｃ）に示すように、移動体１５０の前車輪が段差に衝突しても、フライホイール効果により慣性により慣性付加部１０２は回転を継続しようとし、バネの変形により回転運動エネルギーがバネに蓄積される。
【0039】
【0040】
図１０（Ｂ）は、移動体１５０の段差乗り越え開始時を示す図である。
図１０（Ｂ）に示すように、前車輪のトルクが増大していくことで、前車輪のトルクが段差越えに必要なトルクに達すると、移動体１５０の前車輪は段差を乗り越え始める。
図１０（Ｂ）に示すように、前車輪のトルクが増大していくことで、前車輪のトルクが段差越えに必要なトルクに達すると、移動体１５０の前車輪は段差を乗り越え始める。
【0041】
【0042】
図１１は、図１０（Ａ）における、移動体１５０のバネが変形していき、次第に前車輪のトルクが増大していく様子を示す図である。
図１１では、前輪のホイール角(Wheel Angle)は、走行時には前輪の回転に伴って単調に増加していくが、段差に衝突すると、前輪は停止する。
図１１におけるバネの変位角（Displacement Angle of Spring）は、図９，１０においては矢印の大きさで示されており、段差に衝突すると大きく変化する。
図１１では、前輪のホイール角(Wheel Angle)は、走行時には前輪の回転に伴って単調に増加していくが、段差に衝突すると、前輪は停止する。
図１１におけるバネの変位角（Displacement Angle of Spring）は、図９，１０においては矢印の大きさで示されており、段差に衝突すると大きく変化する。
【0043】
次に、移動体１５０が段差を乗り越えるために必要なトルクを発生できなかった場合について説明する。
移動体１５０において、段差を乗り越えるために必要なトルクが発生できなかった場合には、バネの弾性によりアクチュエータの回転が反転する。
この場合には、モータの回転を反転させて反対方向へ弾性エネルギーを蓄積する。
そして、バネの変位量が最大に達したタイミングでモータの回転を正転させることで、移動体１５０は、再度段差に衝突する。
移動体１５０は、このような動作を繰り返すことで、慣性エネルギーによってバネの変形量を増大させて、バネに蓄積される弾性エネルギーをより増大させ、段差を乗り越えるための大きなトルクをフライホイール効果により発生させることが可能になる。
移動体１５０において、段差を乗り越えるために必要なトルクが発生できなかった場合には、バネの弾性によりアクチュエータの回転が反転する。
この場合には、モータの回転を反転させて反対方向へ弾性エネルギーを蓄積する。
そして、バネの変位量が最大に達したタイミングでモータの回転を正転させることで、移動体１５０は、再度段差に衝突する。
移動体１５０は、このような動作を繰り返すことで、慣性エネルギーによってバネの変形量を増大させて、バネに蓄積される弾性エネルギーをより増大させ、段差を乗り越えるための大きなトルクをフライホイール効果により発生させることが可能になる。
【0044】
本実施形態によれば、一時的に、アクチュエータの運動性能限界を超えてトルクを増加させることができる。
これにより、フライホイール効果により高い段差踏破性を有する移動体を実現することができる。
これにより、フライホイール効果により高い段差踏破性を有する移動体を実現することができる。
【0045】
なお、本実施形態においては２つの渦巻バネが設けられる形態について説明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、両方向に変形できるバネを用いると、１つのバネであっても同様に適用することができる。
【0046】
＜実施形態２＞
実施形態１においては本発明の一実施形態に係るアクチュエータについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明には、実施形態１に係るアクチュエータを駆動力とするロッカーボギー車が含まれる。
実施形態１においては本発明の一実施形態に係るアクチュエータについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明には、実施形態１に係るアクチュエータを駆動力とするロッカーボギー車が含まれる。
【0047】
図１２は、本実施形態に係るロッカーボギー車２００の構成を示す上面図である。
図１２に示すロッカーボギー車２００は、左右対称のリンク構成を有し、６輪のロッカーボギー車体を構成している。
右前輪２０１ａＲ及び右中輪２０１ｂＲは、右ボギーリンク２０２Ｒに連結され、左前輪２０１ａＬ及び左中輪２０１ｂＬは、左ボギーリンク２０２Ｌに連結されている。
右後輪２０１ｃＲは、右ロッカーリンク２０３Ｒに連結され、左後輪２０１ｃＬは、左ロッカーリンク２０３Ｌに連結されている。
右ボギーリンク２０２Ｒと右ロッカーリンク２０３Ｒは、支持穴で軸支され、左ボギーリンク２０２Ｌと左ロッカーリンク２０３Ｌは、支持穴で軸支されている。
これらの軸支は、能動的に回転角を制御可能な機構であり、ボギーリンク角サスペッションと呼ばれる。
なお、右ボギーリンク２０２Ｒ及び左ボギーリンク２０２Ｌは、本体２０５に軸支されていてもよい。
図１２に示すロッカーボギー車２００は、右ボギーリンク２０２Ｒと右ロッカーリンク２０３Ｒとの間の角度を制御する機構として右リンク角アクチュエータ２１７Ｒを有し、左ボギーリンク２０２Ｌと左ロッカーリンク２０３Ｌとの間の角度を制御する機構として左リンク角アクチュエータ２１７Ｌを有する。
右リンク角アクチュエータ２１７Ｒ及び左リンク角アクチュエータ２１７Ｌは、軸支における角度制御を可能とし、又はトルクの掛からないフリージャンクション状態を作り出すことができる。
このような構成は、回転駆動力を自在に制御できるアクチュエータ、例えば、トルクモータ等により実現可能である。
図１２に示すロッカーボギー車２００は、左右対称のリンク構成を有し、６輪のロッカーボギー車体を構成している。
右前輪２０１ａＲ及び右中輪２０１ｂＲは、右ボギーリンク２０２Ｒに連結され、左前輪２０１ａＬ及び左中輪２０１ｂＬは、左ボギーリンク２０２Ｌに連結されている。
右後輪２０１ｃＲは、右ロッカーリンク２０３Ｒに連結され、左後輪２０１ｃＬは、左ロッカーリンク２０３Ｌに連結されている。
右ボギーリンク２０２Ｒと右ロッカーリンク２０３Ｒは、支持穴で軸支され、左ボギーリンク２０２Ｌと左ロッカーリンク２０３Ｌは、支持穴で軸支されている。
これらの軸支は、能動的に回転角を制御可能な機構であり、ボギーリンク角サスペッションと呼ばれる。
なお、右ボギーリンク２０２Ｒ及び左ボギーリンク２０２Ｌは、本体２０５に軸支されていてもよい。
図１２に示すロッカーボギー車２００は、右ボギーリンク２０２Ｒと右ロッカーリンク２０３Ｒとの間の角度を制御する機構として右リンク角アクチュエータ２１７Ｒを有し、左ボギーリンク２０２Ｌと左ロッカーリンク２０３Ｌとの間の角度を制御する機構として左リンク角アクチュエータ２１７Ｌを有する。
右リンク角アクチュエータ２１７Ｒ及び左リンク角アクチュエータ２１７Ｌは、軸支における角度制御を可能とし、又はトルクの掛からないフリージャンクション状態を作り出すことができる。
このような構成は、回転駆動力を自在に制御できるアクチュエータ、例えば、トルクモータ等により実現可能である。
【0048】
図１２に示すロッカーボギー車は、走行時に前面の段差を、図示しない公知のセンサーで検出すると、右ボギーリンク２０２Ｒ及び左ボギーリンク２０２Ｌが各々右前輪２０１ａＲ及び左前輪２０１ａＬを振り上げるように動作し、段差を踏破する。
【0049】
右前輪２０１ａＲ、左前輪２０１ａＬ、右後輪２０１ｃＲ及び左後輪２０１ｃＬは、メカナムホイール（登録商標）であり、右中輪２０１ｂＲ及び左中輪２０１ｂＬは、オムニホイール（登録商標）である。
右前輪２０１ａＲ、左前輪２０１ａＬ、右中輪２０１ｂＲ、左中輪２０１ｂＬ、右後輪２０１ｃＲ及び左後輪２０１ｃＬの６輪は、それぞれ独立に駆動制御可能である。
この６輪の回転を前進又は後進としてそれぞれ制御することで、ロッカーボギー車２００の前進、後進、横行、斜行又はスピンターン等の走行が可能である。
なお、以下の説明において、右前輪２０１ａＲ及び左前輪２０１ａＬは、前輪２０１ａと記載し、右中輪２０１ｂＲ及び左中輪２０１ｂＬは、中輪２０１ｂと記載し、右後輪２０１ｃＲ及び左後輪２０１ｃＬは、後輪２０１ｃと記載し、右ボギーリンク２０２Ｒ及び左ボギーリンク２０２Ｌは、ボギーリンク２０２と記載し、右ロッカーリンク２０３Ｒ及び左ロッカーリンク２０３Ｌは、ロッカーリンク２０３と記載し、右リンク角アクチュエータ２１７Ｒ及び左リンク角アクチュエータ２１７Ｌは、リンク角アクチュエータ２１７と記載することがある。
右前輪２０１ａＲ、左前輪２０１ａＬ、右中輪２０１ｂＲ、左中輪２０１ｂＬ、右後輪２０１ｃＲ及び左後輪２０１ｃＬの６輪は、それぞれ独立に駆動制御可能である。
この６輪の回転を前進又は後進としてそれぞれ制御することで、ロッカーボギー車２００の前進、後進、横行、斜行又はスピンターン等の走行が可能である。
なお、以下の説明において、右前輪２０１ａＲ及び左前輪２０１ａＬは、前輪２０１ａと記載し、右中輪２０１ｂＲ及び左中輪２０１ｂＬは、中輪２０１ｂと記載し、右後輪２０１ｃＲ及び左後輪２０１ｃＬは、後輪２０１ｃと記載し、右ボギーリンク２０２Ｒ及び左ボギーリンク２０２Ｌは、ボギーリンク２０２と記載し、右ロッカーリンク２０３Ｒ及び左ロッカーリンク２０３Ｌは、ロッカーリンク２０３と記載し、右リンク角アクチュエータ２１７Ｒ及び左リンク角アクチュエータ２１７Ｌは、リンク角アクチュエータ２１７と記載することがある。
【0050】
図１３は、本実施形態に係るロッカーボギー車２００の重心及び車輪の構成例を示す側面概略図である。
ロッカーボギー車２００の車体の重量ｍｇ、前輪２０１ａが対地で支える力Ｎ３、中輪２０１ｂが対地で支える力Ｎ２及び後輪２０１ｃが対地で支える力Ｎ１は、Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎ３、且つｍｇ＝Ｎ１＋Ｎ２＋Ｎ３であり、ロッカーボギー車２００はバランスをとるように構成されている。
前輪２０１ａと軸支との間隔をＡ１とし、中輪２０１ｂと軸支との間隔をＡ２とし、ロッカーボギー車２００の重心の位置とボギーリンク２０２の軸支の位置との間隔をＢ１とし、ロッカーボギー車２００の重心の位置とロッカーリンク２０３の後輪２０１ｃの位置との間隔をＢ２とすると、モーメントのつり合いから、Ａ２×Ｎ２＝Ａ１×Ｎ３、Ｂ２×Ｎ１＝Ｂ１×（Ｎ２＋Ｎ３）となり、Ａ１＝Ａ２、Ｂ２＝２×Ｂ１である。
ロッカーボギー車２００の車体の重量ｍｇ、前輪２０１ａが対地で支える力Ｎ３、中輪２０１ｂが対地で支える力Ｎ２及び後輪２０１ｃが対地で支える力Ｎ１は、Ｎ１＝Ｎ２＝Ｎ３、且つｍｇ＝Ｎ１＋Ｎ２＋Ｎ３であり、ロッカーボギー車２００はバランスをとるように構成されている。
前輪２０１ａと軸支との間隔をＡ１とし、中輪２０１ｂと軸支との間隔をＡ２とし、ロッカーボギー車２００の重心の位置とボギーリンク２０２の軸支の位置との間隔をＢ１とし、ロッカーボギー車２００の重心の位置とロッカーリンク２０３の後輪２０１ｃの位置との間隔をＢ２とすると、モーメントのつり合いから、Ａ２×Ｎ２＝Ａ１×Ｎ３、Ｂ２×Ｎ１＝Ｂ１×（Ｎ２＋Ｎ３）となり、Ａ１＝Ａ２、Ｂ２＝２×Ｂ１である。
【0051】
図１３に示す右前輪２０１ａＲ、左前輪２０１ａＬ、右後輪２０１ｃＲ及び左後輪２０１ｃＬは、メカナムホイール（登録商標）であり、各々の主輪の外周には車軸に対して４５°の傾きで回転可能に支持され、周方向に並んだ複数個のフリーホイールを有する。
なお、図１２に示す、右前輪２０１ａＲ、左前輪２０１ａＬ、右後輪２０１ｃＲ及び左後輪２０１ｃＬ内の斜線は、フリーホイールの回転軸の方向を表している。
なお、図１２に示す、右前輪２０１ａＲ、左前輪２０１ａＬ、右後輪２０１ｃＲ及び左後輪２０１ｃＬ内の斜線は、フリーホイールの回転軸の方向を表している。
【0052】
右前輪２０１ａＲの主輪は、アクチュエータ２１４Ｒに接続されて駆動され、左前輪２０１ａＬの主輪は、アクチュエータ２１４Ｌに接続されて駆動され、右後輪２０１ｃＲの主輪は、アクチュエータ２１６Ｒに接続されて駆動され、左後輪２０１ｃＬの主輪は、アクチュエータ２１６Ｌに接続されて駆動される。
アクチュエータ２１４Ｒ，２１４Ｌ，２１６Ｒ，２１６Ｌは、各々独立しており、右前輪２０１ａＲの主輪、左前輪２０１ａＬの主輪、右後輪２０１ｃＲの主輪及び左後輪２０１ｃＬの主輪は、各々独立に制御可能である。
アクチュエータ２１４Ｒ，２１４Ｌ，２１６Ｒ，２１６Ｌは、各々独立しており、右前輪２０１ａＲの主輪、左前輪２０１ａＬの主輪、右後輪２０１ｃＲの主輪及び左後輪２０１ｃＬの主輪は、各々独立に制御可能である。
【0053】
図１３に示す右中輪２０１ｂＲ及び左中輪２０１ｂＬは、オムニホイール（登録商標）であり、各々の主輪の外周には車軸に対して９０°の向きに回転可能に支持され、周方向に並んだ複数個のフリーホイールを有する。
なお、図１２に示す、右中輪２０１ｂＲ及び左中輪２０１ｂＬ内の横線は、フリーホイールの回転軸の方向を表している。
なお、図１２に示す、右中輪２０１ｂＲ及び左中輪２０１ｂＬ内の横線は、フリーホイールの回転軸の方向を表している。
【0054】
右中輪２０１ｂＲの主輪は、アクチュエータ２１５Ｒに接続されて駆動され、左中輪２０１ｂＬの主輪は、アクチュエータ２１５Ｌに接続されて駆動される。
アクチュエータ２１５Ｒ，２１５Ｌは、各々独立しており、右中輪２０１ｂＲの主輪、左中輪２０１ｂＬの主輪は、各々独立に制御可能である。
なお、以下の説明において、アクチュエータ２１４Ｒ，２１４Ｌは、アクチュエータ２１４と記載し、アクチュエータ２１５Ｒ，２１５Ｌは、アクチュエータ２１５と記載し、アクチュエータ２１６Ｒ，２１６Ｌは、アクチュエータ２１６と記載することがある。
アクチュエータ２１５Ｒ，２１５Ｌは、各々独立しており、右中輪２０１ｂＲの主輪、左中輪２０１ｂＬの主輪は、各々独立に制御可能である。
なお、以下の説明において、アクチュエータ２１４Ｒ，２１４Ｌは、アクチュエータ２１４と記載し、アクチュエータ２１５Ｒ，２１５Ｌは、アクチュエータ２１５と記載し、アクチュエータ２１６Ｒ，２１６Ｌは、アクチュエータ２１６と記載することがある。
【0055】
上述のように、ロッカーボギー車２００は、右前輪２０１ａＲ、左前輪２０１ａＬ、右中輪２０１ｂＲ、左中輪２０１ｂＬ、右後輪２０１ｃＲ及び左後輪２０１ｃＬの６輪の組み合わせにより、前後左右に自在に走行可能である。
【0056】
本実施形態に係るロッカーボギー車２００は、アクチュエータ２１４，２１５，２１６のうちいずれか一部又は全部を、実施形態１に係るアクチュエータにより構成したものとする。
アクチュエータ２１４，２１５，２１６の一部を実施形態１に係るアクチュエータとする場合には、アクチュエータ２１４，２１５，２１６の他の部分は一般的なモータにより構成すればよい。
アクチュエータ２１４，２１５，２１６の一部を実施形態１に係るアクチュエータとする場合には、アクチュエータ２１４，２１５，２１６の他の部分は一般的なモータにより構成すればよい。
【0057】
本実施形態によれば、フライホイール効果により高い段差踏破性を有するロッカーボギー車を実現することができる。
【0058】
＜実施形態３＞
実施形態２においては、６輪のロッカーボギー車の車輪の一部又は全部に対して、実施形態１に係るアクチュエータを駆動力として適用した形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
左右各々のボギーリンクとロッカーリンクとの間の角度を制御する機構に対して、実施形態１に係るアクチュエータを駆動力として適用してもよい。
実施形態２においては、６輪のロッカーボギー車の車輪の一部又は全部に対して、実施形態１に係るアクチュエータを駆動力として適用した形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
左右各々のボギーリンクとロッカーリンクとの間の角度を制御する機構に対して、実施形態１に係るアクチュエータを駆動力として適用してもよい。
【0059】
図１４（Ａ）は、本実施形態に係る６輪のロッカーボギー車２００Ａの前輪の段差乗り上げ時を示す図である。
ロッカーボギー車２００Ａが前方に段差を認識してから、前輪を持ち上げるために、右リンク角アクチュエータ２１７Ｒ及び左リンク角アクチュエータ２１７Ｌ（リンク角アクチュエータ２１７）のモータを回転させると、バネは慣性により変形し、弾性エネルギーを蓄積する。
段差を乗り越える際に、リンク角アクチュエータ２１７に弾性エネルギーが蓄積されるとボギーリンクが回転し、前輪が持ち上がる。
そして、中輪及び後輪が前進回転して、前輪が段差を乗り越えると、ロッカーボギー車２００Ａは図１４（Ａ）に示す状態になる。
ロッカーボギー車２００Ａが前方に段差を認識してから、前輪を持ち上げるために、右リンク角アクチュエータ２１７Ｒ及び左リンク角アクチュエータ２１７Ｌ（リンク角アクチュエータ２１７）のモータを回転させると、バネは慣性により変形し、弾性エネルギーを蓄積する。
段差を乗り越える際に、リンク角アクチュエータ２１７に弾性エネルギーが蓄積されるとボギーリンクが回転し、前輪が持ち上がる。
そして、中輪及び後輪が前進回転して、前輪が段差を乗り越えると、ロッカーボギー車２００Ａは図１４（Ａ）に示す状態になる。
【0060】
図１４（Ｂ）は、本実施形態に係る６輪のロッカーボギー車２００Ａの中輪の段差乗り上げ時を示す図である。
前輪が段差上に移動したタイミングで、リンク角アクチュエータ２１７のモータを反転させると、前輪は段差上に接地し、前輪の段差上への接地の際に、リンク角アクチュエータ２１７内のバネは慣性により大きく変形する。
このバネの変形によってバネには弾性エネルギーが蓄積され、中輪が持ち上がり、前輪及び後輪が前進回転して、中輪が段差を乗り越えようとすると、ロッカーボギー車２００Ａは図１４（Ｂ）に示す状態になる。
前輪が段差上に移動したタイミングで、リンク角アクチュエータ２１７のモータを反転させると、前輪は段差上に接地し、前輪の段差上への接地の際に、リンク角アクチュエータ２１７内のバネは慣性により大きく変形する。
このバネの変形によってバネには弾性エネルギーが蓄積され、中輪が持ち上がり、前輪及び後輪が前進回転して、中輪が段差を乗り越えようとすると、ロッカーボギー車２００Ａは図１４（Ｂ）に示す状態になる。
【0061】
図１５は、本実施形態に係る６輪のロッカーボギー車２００Ａの後輪の段差乗り上げ時を示す図である。
中輪が段差上に乗り上げた後に、リンク角アクチュエータ２１７のモータを更に回転させると、リンク角アクチュエータ２１７内のバネは慣性により大きく変形する。
このバネの変形によってバネには弾性エネルギーが蓄積され、蓄積された弾性エネルギーにより、ボギーリンクに対してロッカーリンクを回転させるトルクが発生し、このトルクが後輪の段差乗り上げを補助する。
このように、実施形態１に係るアクチュエータを駆動力としてボギーリンクに適用することで、ボギーリンクを小さなトルクで回転させることができ、ボギーリンクを回転させるモータを小型化することができる。
中輪が段差上に乗り上げた後に、リンク角アクチュエータ２１７のモータを更に回転させると、リンク角アクチュエータ２１７内のバネは慣性により大きく変形する。
このバネの変形によってバネには弾性エネルギーが蓄積され、蓄積された弾性エネルギーにより、ボギーリンクに対してロッカーリンクを回転させるトルクが発生し、このトルクが後輪の段差乗り上げを補助する。
このように、実施形態１に係るアクチュエータを駆動力としてボギーリンクに適用することで、ボギーリンクを小さなトルクで回転させることができ、ボギーリンクを回転させるモータを小型化することができる。
【0062】
次に、ロッカーボギー車が段差を乗り越えるために必要なトルクを発生できなかった場合について説明する。
図１６（Ａ）は、リンク角アクチュエータ２１７内のバネの弾性によるアクチュエータの反転時のロッカーボギー車２００Ａを示す図である。
ロッカーボギー車において、前輪を持ち上げる際に必要なトルクを発生できない場合には、図１６（Ａ）に示すように、リンク角アクチュエータ２１７はバネの弾性により反転する。
その際、モータを反転させると、反対側のバネには慣性により弾性エネルギーが蓄積される。
この弾性エネルギーによりアクチュエータは再度反転し、前輪を持ち上げる方向へトルクが発生する。
図１６（Ｂ）は、バネの弾性によるリンク角アクチュエータ２１７の再度の反転時のロッカーボギー車２００Ａを示す図である。
反転を繰り返すとバネの変形が慣性により大きくなり、弾性エネルギーが徐々に増大する。
このように、ロッカーボギー車が段差を乗り越えるために必要なトルクを発生できなかった場合にもフライホイール効果により前輪を持ち上げるためのトルクを得ることができる。
図１６（Ａ）は、リンク角アクチュエータ２１７内のバネの弾性によるアクチュエータの反転時のロッカーボギー車２００Ａを示す図である。
ロッカーボギー車において、前輪を持ち上げる際に必要なトルクを発生できない場合には、図１６（Ａ）に示すように、リンク角アクチュエータ２１７はバネの弾性により反転する。
その際、モータを反転させると、反対側のバネには慣性により弾性エネルギーが蓄積される。
この弾性エネルギーによりアクチュエータは再度反転し、前輪を持ち上げる方向へトルクが発生する。
図１６（Ｂ）は、バネの弾性によるリンク角アクチュエータ２１７の再度の反転時のロッカーボギー車２００Ａを示す図である。
反転を繰り返すとバネの変形が慣性により大きくなり、弾性エネルギーが徐々に増大する。
このように、ロッカーボギー車が段差を乗り越えるために必要なトルクを発生できなかった場合にもフライホイール効果により前輪を持ち上げるためのトルクを得ることができる。
【0063】
本実施形態によれば、実施形態１に係るアクチュエータを駆動力としてボギーリンクに適用することで、ロッカーボギー車のボギーリンクを小さなトルクで回転させることができ、ボギーリンクを回転させるモータを小型化することができる。
【0064】
なお、実施形態２の構成と実施形態３の構成とを組み合わせたロッカーボギー車も本発明に含まれる。
【0065】
＜実施形態４＞
本発明のアクチュエータの構成は、アクチュエータ１００，１００Ａに限定されるものではない。
図１７は、本実施形態に係る、図５（Ａ），（Ｂ）の変形例であるアクチュエータ１００Ｂの構成を示す概略図である。
図１７には、モータ１０１と、慣性付加部１０２と、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂと、出力軸１０４と、減速機１０７０，１０７１と、ギア１０７２，１０７３と、が示されている。
なお、減速機１０７０は、モータ１０１から伝達される回転を減速するために設けられているが、モータ１０１の回転の減速が必要でない場合には、設けられていなくてもよい。
また、減速機１０７１は、慣性付加部１０２から渦巻きバネ１０３Ａ，１０３Ｂを介して伝達される回転を減速するために設けられているのみならず、減速機１０７１によれば、慣性付加部１０２の慣性モーメントを減速比の２乗に比例して増大させることができ、蓄積されるエネルギーを大きくすることができる。
そのため、減速機１０７１が設けられていると、慣性付加部１０２の軽量化が可能となるため、好ましい。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、減速機１０７１は、設けられていなくてもよい。
ギア１０７２，１０７３は、モータ１０１の駆動力を慣性付加部に伝達するが、この機構はギアに限らず、プーリとベルトが用いられてもよい。
本発明のアクチュエータの構成は、アクチュエータ１００，１００Ａに限定されるものではない。
図１７は、本実施形態に係る、図５（Ａ），（Ｂ）の変形例であるアクチュエータ１００Ｂの構成を示す概略図である。
図１７には、モータ１０１と、慣性付加部１０２と、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂと、出力軸１０４と、減速機１０７０，１０７１と、ギア１０７２，１０７３と、が示されている。
なお、減速機１０７０は、モータ１０１から伝達される回転を減速するために設けられているが、モータ１０１の回転の減速が必要でない場合には、設けられていなくてもよい。
また、減速機１０７１は、慣性付加部１０２から渦巻きバネ１０３Ａ，１０３Ｂを介して伝達される回転を減速するために設けられているのみならず、減速機１０７１によれば、慣性付加部１０２の慣性モーメントを減速比の２乗に比例して増大させることができ、蓄積されるエネルギーを大きくすることができる。
そのため、減速機１０７１が設けられていると、慣性付加部１０２の軽量化が可能となるため、好ましい。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、減速機１０７１は、設けられていなくてもよい。
ギア１０７２，１０７３は、モータ１０１の駆動力を慣性付加部に伝達するが、この機構はギアに限らず、プーリとベルトが用いられてもよい。
【0066】
図１７に示すアクチュエータ１００Ｂでは、モータ１０１の軸は減速機１０７０に接続され、減速機１０７０はギア１０７２に接続されている。
また、慣性付加部１０２は、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂを介して減速機１０７１に接続されている。
すなわち、慣性付加部１０２は、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂと接続され、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂは、減速機１０７１に接続されている。
減速機１０７１はギア１０７３に接続されている。
ギア１０７２は、ギア１０７３とかみ合うように配置されている。
また、慣性付加部１０２は、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂを介して減速機１０７１に接続されている。
すなわち、慣性付加部１０２は、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂと接続され、渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂは、減速機１０７１に接続されている。
減速機１０７１はギア１０７３に接続されている。
ギア１０７２は、ギア１０７３とかみ合うように配置されている。
【0067】
図１７に示すアクチュエータ１００Ｂでは、出力軸１０４のトルクが車輪に伝達される。
図１７に示すアクチュエータ１００Ｂでは、実施形態１，２と同様に段差に衝突して車輪及び出力軸の回転が止まると、回転し続ける慣性付加部１０２によって渦巻バネ１０３に弾性エネルギーが蓄積される。
この蓄積された弾性エネルギーによって発生するトルクにより、段差の乗り越えが可能となる。
また、減速機１０７１により減速比の２乗に比例する慣性モーメントが発生するため、慣性１０２が軽量であっても大きな慣性モーメントを得ることができ、渦巻きバネ１０３に蓄積される弾性エネルギーを大きくすることができる。
また、実施形態３と同様にボギーリンクとロッカーリンクとの間の角度を制御する機構に対して、図１７に示すアクチュエータ１００Ｂを適用してもよい。
図１７に示すアクチュエータ１００Ｂでは、実施形態１，２と同様に段差に衝突して車輪及び出力軸の回転が止まると、回転し続ける慣性付加部１０２によって渦巻バネ１０３に弾性エネルギーが蓄積される。
この蓄積された弾性エネルギーによって発生するトルクにより、段差の乗り越えが可能となる。
また、減速機１０７１により減速比の２乗に比例する慣性モーメントが発生するため、慣性１０２が軽量であっても大きな慣性モーメントを得ることができ、渦巻きバネ１０３に蓄積される弾性エネルギーを大きくすることができる。
また、実施形態３と同様にボギーリンクとロッカーリンクとの間の角度を制御する機構に対して、図１７に示すアクチュエータ１００Ｂを適用してもよい。
【0068】
すなわち、本実施形態のように、モータ１０１と、１つ又は複数の慣性体１０２と、慣性体１０２に接続された弾性体である渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂと、モータ１０１及び弾性体である渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂの双方に接続された出力軸１０４と、を備え、出力軸１０４の回転が止まると、慣性体１０２によって弾性体である渦巻バネ１０３Ａ，１０３Ｂに弾性エネルギーが蓄積され、この弾性エネルギーによって出力軸１０４のトルクが増大されるアクチュエータ１００Ｂも本発明に含まれる。
また、アクチュエータ１００Ｂを駆動力として駆動する移動体、及びアクチュエータ１００Ｂによってボギーリンクを回転させるロッカーボギー車も本発明に含まれる。
図１７に示すアクチュエータ１００Ｂによっても実施形態１～３と同様の効果を得ることができる。
また、アクチュエータ１００Ｂを駆動力として駆動する移動体、及びアクチュエータ１００Ｂによってボギーリンクを回転させるロッカーボギー車も本発明に含まれる。
図１７に示すアクチュエータ１００Ｂによっても実施形態１～３と同様の効果を得ることができる。
【0069】
＜実施形態５＞
本実施形態は、図１２に示す実施形態２のロッカーボギー車と同等の構造を有するロッカーボギー車に係り、実施形態３と同様に、ボギーリンクの回転に前述のアクチュエータを利用する。異なる点は、ロッカーリンクとボギーリンクに対するアクチュエータの連結の構成である。本実施形態では、図１２の紙面上部にある右ロッカーリンク２０３Ｒと右ボギーリンク２０２Ｒの連結の構成、および紙面下部にある左ロッカーリンク２０３Ｌと左ボギーリンク２０２Ｌの連結の構成は、等しいので、以下、片側のボギーリンクとロッカーリンクについてその構成を説明する。
本実施形態は、図１２に示す実施形態２のロッカーボギー車と同等の構造を有するロッカーボギー車に係り、実施形態３と同様に、ボギーリンクの回転に前述のアクチュエータを利用する。異なる点は、ロッカーリンクとボギーリンクに対するアクチュエータの連結の構成である。本実施形態では、図１２の紙面上部にある右ロッカーリンク２０３Ｒと右ボギーリンク２０２Ｒの連結の構成、および紙面下部にある左ロッカーリンク２０３Ｌと左ボギーリンク２０２Ｌの連結の構成は、等しいので、以下、片側のボギーリンクとロッカーリンクについてその構成を説明する。
【0070】
図１８は、本実施形態に係るロッカーボギー車のロッカーリンクとボギーリンクの構成を示す概略図である。図１８に示すように、本実施形態に係るロッカーボギー車３００は、モータ３０７と、モータ３０７に接続された１つ又は複数の慣性体３１０と、モータ３０７又は慣性体３１０に接続された弾性体３０９と、弾性体３０９に接続された出力軸３０４と、を備え、モータ３０７と、慣性体３１０と、弾性体３０９と、出力軸３０４とは、直列に接続される。ここで、モータ３０７と、慣性体３１０と、弾性体３０９と、出力軸３０４とは、アクチュエータ３０１を構成している。モータ３０７と慣性体３１０とは、後述する減速機（図１８では図示せず）を介して接続されている。
【0071】
図１９は、本実施形態に係るロッカーボギー車のロッカーリンクとボギーリンクの構成をさらに詳細に示す斜視図である。このロッカーボギー車３００は、アクチュエータ３０１を備えたロッカーボギー車３００であって、ロッカーリンク３０３と、ロッカーリンク３０３に軸支されたボギーリンク３０５と、を備え、モータ３０７は、ロッカーリンク３０３に固定される。本実施形態におけるボギーリンク３０５は、出力軸３０４を構成している。ここで、本願発明における出力軸とは、前述の実施形態のような、回転駆動する軸、及び、回転可能に軸支されて回転駆動される部材（本実施形態におけるボギーリンク）を含むものとする。
【0072】
図２０は、図１９のＡ－Ａ断面矢視図である。図２０に示すように、弾性体３０９の第１の端部３０９ｂは、少なくとも１つの慣性体３１０に接続され、弾性体３０９の第２の端部３０９ｃは、出力軸３０４を構成するボギーリンク３０５に接続される。図２０に示す通り、本実施形態における弾性体３０９は、引きバネ３０９ａである。
【0073】
図１９に示すように、ロッカーリンク３０３は、一方向に延びる板状の梁３１１と、この梁３１１の両側部に結合され、互いに対向するように設けられた板状の一対の側板３１３，３１３とを備えている。この側板３１３，３１３は、それぞれ一方向に延びる梁３１１に結合された主板部３１３ａ，３１３ａとこの主板部３１３ａ，３１３ａの一端から主板部３１３ａ，３１３ａに直交する方向に延びる主脚部３１３ｂ，３１３ｂと、主板部３１３ａ，３１３ａの他端から主板部３１３ａ，３１３ａに直交する方向に延びる連結脚部３１３ｃ，３１３ｃとを備えている。連結脚部３１３ｃ，３１３ｃの長さは、主脚部３１３ｂ，３１３ｂの長さより短い。主脚部３１３ｂ，３１３ｂの下端には、軸を介して車輪３２１が回転自在に支持されている。連結脚部３１３ｃ，３１３ｃの下端には、ボギーリンク３０５が連結軸ｊを介して軸支されている。
【0074】
ボギーリンク３０５は、互いに対向するように設けられた一対の側板３２５，３２５と支柱３３１を備えている。この側板３２５，３２５は、間隙を開けて支柱３３１によって連結されている。この側板３２５，３２５は、それぞれ支柱３３１に結合された主板部３２５ａ，３２５ａとこの主板部３２５ａ，３２５ａの一端から主板部３２５ａ，３２５ａに直交する方向に延びる前脚部３２５ｂ，３２５ｂと、主板部３２５ａ，３２５ａの他端から主板部３２５ａ，３２５ａに直交する方向に延びる後脚部３２５ｃ，３２５ｃとを備えている。前脚部３２５ｂ，３２５ｂと後脚部３２５ｃ，３２５ｃの長さは、等しく、それぞれの下端には、軸を介して車輪３２１，３２１が回転自在に支持されている。
【0075】
図２１は、図１９のＢ－Ｂ断面矢視図であって、ロッカーリンク３０３とボギーリンク３０５との連結軸ｊの近傍の要部の拡大図である。前述したとおり、ロッカーリンク３０３、及びボギーリンク３０５の双方は、対向する２枚の側板３１３，３１３、３２５，３２５を含む構成とされ、少なくとも一つの慣性体３１０、及び弾性体３０９である引きバネ３０９ａは、ボギーリンクの２枚の側板３２５，３２５の間に配置される。
【0076】
図２１に示すように、ロッカーリンク３０３に固定されたモータ３０７の駆動軸３０７ａには、慣性体３１０の一つとして、錘３１０ａが接続される。錘３１０ａは、本実施形態では、真鍮で作成されてモータ３０７の外周を囲むように設けられ、駆動軸３０７ａと共に回転し、モータ３０７の回転駆動の慣性を大きくしている。もう一つの慣性体３１０としては、モータリンク３１０ｂが設けられている。モータ３０７の駆動軸３０７ａとモータリンク３１０ｂとは、モータ３０７の駆動軸３０７ａの回転出力を減速するギア列からなる減速機３３３を介して接続されている。
【0077】
減速機３３３は、駆動軸３０７ａの回転を伝達する駆動ギア３３３ａとこの駆動ギア３３３ａの回転を受けてモータリンク３１０ｂに回転を伝える受動ギア３３３ｂとを備えている。本実施形態では、減速機３３３は、モータ３０７の駆動軸３０７ａからモータリンク３１０ｂの回転軸へ５：１の減速比で回転を伝達している。減速後のモータリンク３１０ｂの回転軸に対する減速前のモータ３０７の駆動軸３０７ａの慣性モーメントは減速比の２乗になるため、モータ３０７の駆動軸３０７ａに錘３１０ａを取り付けることで少ない慣性モーメントで、大きな慣性増加の効果を得ることができる。ここで、ボギーリンク３０５は、これらのモータ３０７等の回転駆動とは独立して、回転自在に連結軸ｊに軸支されている。
【0078】
図１８では、動作をわかりやすくするため慣性体３１０をレバーの様な長尺の部材として描写しているが、本実施形態の実装では、図１９、図２０に示すように、円筒状のモータリンク３１０ｂを採用している。図２０に示すように、モータリンク３１０ｂ（少なくとも一つの慣性体３１０）には、引きバネ３０９ａの第１の端部３０９ｂが円筒状のモータリンク３１０ｂの径方向の外縁部分で接続され、引きバネ３０９ａの第２の端部３０９ｃは、出力軸３０４を構成するボギーリンク３０５の支柱３３１に接続される。
【0079】
このように構成されたアクチュエータ３０１を備えたロッカーボギー車３００については、その段差乗り上げ時等のロッカーボギー車としての、ボギーリンクの回転駆動等の動作については、実施形態３とほぼ同等であるので、その詳細については実施形態３を参照することで、ここではその説明を省略する。以下、実施形態３とは異なるアクチュエータ３０１について詳細に説明する。
【0080】
図１８に示すように、本実施形態におけるロッカーボギー車３００において、ボギーリンク３０５の回転には引きバネ３０９ａの振動を活用する。このとき、引きバネ３０９ａの振動の周期が短いと、一回の振動で引きバネ３０９ａがボギーリンク３０５に与える仕事量が小さくなるため、高い運動性能が期待できない。高い運動性能向上のためには，引きバネ３０９ａの振動の周期を長くすることが有効である。本実施形態では、回転駆動における慣性を大きくすることによって、バネの振動の周期を長くすることができる。
【0081】
ロッカーボギー車３００が，段差に乗り上げるなどして、ボギーリンク３０５に対して、通常より大きな回転力を付与する必要が生じた際には、フィードバック励振により引きバネ３０９ａの振動の拡大を行う。フィードバック励振とは、バネの変形速度の向きにモータトルクを駆動することによって励振を行う手法である。バネの変形速度向きにモータトルクを駆動することにより運動エネルギーが蓄積し、力学的エネルギーの総和が増大するため、バネの振動が拡大できる。
【0082】
図２２は、モータリンク３１０ｂとボギーリンク３０５とに接続された引きバネ３０９ａが変形していき、次第にボギーリンク３０５を回転させるトルクが増大していく様子を示す図である。図２２において、破線ｔは、フィードバック励振を実施しているときのモータ３０７の指令トルクを示している。実線ｋは、ロッカーリンク３０３とモータリンク３１０ｂとの間の角度を示している。
【0083】
図２２では、バネの変形速度の向きに、０．６Ｎ・ｍのモータトルクを駆動させる励振動作を行ったときの、リンク関節角度の時系列、およびモータトルク指令値のトルクを表している。回転の向きは前輪持ち上げ向きが正の向きとなっている。実際の駆動としては、図１８のモータリンク３１０ｂの白矢印で示された正回転、逆回転の連続する駆動が行われている。図２２より、モータリンク３１０ｂの角度が励振され徐々に大きくなっていることがわかる。モータリンク３１０ｂの角度が２５ｄｅｇのときにバネによって作用する関節トルクは０．３６Ｎ・ｍとなり、７８ｄｅｇのときは１．０７Ｎ・ｍとなるデータが得られており、２５ｄｅｇに対して７８ｄｅｇでは、およそ３倍のトルクを獲得している。モータ３０７の直接の駆動トルク０．６Ｎ・ｍに対しては、およそ２倍のトルクを獲得している。
【0084】
以上述べたように、本実施形態では、実施形態３と同様に、フィードバック励振を利用することによって、ロッカーボギー車３００のボギーリンク３０５を比較的小さなトルクを発生するモータ３０７でも回転させることができるので、ボギーリンク３０５を回転させるモータ３０７を小型化することができる。ロッカーリンク３０３、及びボギーリンク３０５は、対向する２枚の側板を含む構成とされている。したがって、ロッカーリンク３０３、ボギーリンク３０５の剛性を高めつつ軽量化できる。ボギーリンク３０５の側板３２５，３２５の間には、少なくとも１つの慣性体３１０であるモータリンク３１０ｂと弾性体３０９である引きバネ３０９ａとを配置することができるので、アクチュエータ３０１を省スペースでコンパクトに構成することが可能となる。
【0085】
＜実施形態６＞
図２３は、本実施形態に係る跳躍機構の構成を示す模式図である。図２３に示すように、本実施形態に係る跳躍機構４００は、上脚部４０１と、下脚部４０３と、関節部４０５と、連結部４０６と、制御装置４０７と、車輪４１１と、胴体４１３と、を備えている。関節部４０５は、上脚部４０１の下端４０１ｂと下脚部４０３の上端４０３ａとを連結し、前述の実施形態にあるアクチュエータ４０５ａ（例えば、図１～図３に示されるアクチュエータ）によって駆動される。車輪４１１は、下脚部４０３の下端４０３ｂに設けられている。胴体４１３は、上脚部４０１の上端４０１ａに連結部４０６を介して設けられる。連結部４０６は、上脚部４０１の上端４０１ａと胴体４１３との間に設けられるアクチュエータであって、上脚部４０１と胴体４１３との間の連結角度を調整する。
図２３は、本実施形態に係る跳躍機構の構成を示す模式図である。図２３に示すように、本実施形態に係る跳躍機構４００は、上脚部４０１と、下脚部４０３と、関節部４０５と、連結部４０６と、制御装置４０７と、車輪４１１と、胴体４１３と、を備えている。関節部４０５は、上脚部４０１の下端４０１ｂと下脚部４０３の上端４０３ａとを連結し、前述の実施形態にあるアクチュエータ４０５ａ（例えば、図１～図３に示されるアクチュエータ）によって駆動される。車輪４１１は、下脚部４０３の下端４０３ｂに設けられている。胴体４１３は、上脚部４０１の上端４０１ａに連結部４０６を介して設けられる。連結部４０６は、上脚部４０１の上端４０１ａと胴体４１３との間に設けられるアクチュエータであって、上脚部４０１と胴体４１３との間の連結角度を調整する。
【0086】
制御装置４０７は、アクチュエータ４０５ａを制御する第１の制御部４０７ａと、上脚部４０１の上端４０１ａと下脚部４０３の下端４０３ｂとの位置関係を制御する第２の制御部４０７ｂとを備えている。制御装置４０７は、本実施形態では、胴体４１３の内部に設けられている。第２の制御部４０７ｂは、アクチュエータ４０５ａ、連結部４０６、車輪４１１の駆動を制御し、跳躍機構４００の姿勢を制御している。
【0087】
第１の制御部４０７ａは、アクチュエータ４０５ａのモータを正転、反転させることによって上脚部４０１と下脚部４０３とを屈曲、伸張させ、屈曲と伸張の振幅は、上脚部４０１と下脚部４０３との離陸前の、アクチュエータ４０５ａの弾性体の変位の極大になるときの前と後とで、異なるように制御する。
【0088】
図２４は、本発明の実施形態に係る跳躍機構４００の動作を示す模式図である。図に示すように、跳躍機構４００は、段差Ｄに向かって移動中に、第１の制御部４０７ａによって制御されたアクチュエータ４０５ａによって、上脚部４０１と下脚部４０３との屈伸動作が行われている。第２の制御部４０７ｂは、屈伸動作中に、胴体４１３が地面に対して垂直の姿勢となるように、連結部４０６、車輪４１１を制御する。ここで第２の制御部４０７ｂによる車輪４１１の制御は、倒立振子の制御を含む。倒立振子の制御とは、支点よりも重心が高い位置にある振り子の制御であって、本実施形態では、胴体４１３を垂直の姿勢となるように車輪４１１の駆動を制御する。
【0089】
跳躍機構４００は、（ａ）～（ｃ）への移動の間、上脚部４０１と下脚部４０３を屈曲させている。（ｃ）～（ｄ）への移動の間、上脚部４０１と下脚部４０３を伸張させて、地面から離陸する。（ｅ）～（ｇ）の離陸後の間も、上脚部４０１と下脚部４０３との屈伸動作は継続されている。図２４において、破線Ｐは、跳躍機構４００の重心軌道を表し、実線Ｑは、跳躍機構４００の車輪４１１の軌道を表している。図に示すように、跳躍機構４００は、離陸してから重心が最高点に達する時刻と、上脚部４０１と下脚部４０３とが最も縮む時刻が一致するように制御されている。
【0090】
次に、上述のように、離陸してから重心が最高点に達する時刻と、上脚部４０１と下脚部４０３とが最も縮む時刻が一致するように制御することについて、説明する。図２５は、本実施形態に係る跳躍機構４００の力学系のモデルＭとその動作を表した図である。本モデルは、三質点一バネ一入力系として構成されている。このモデルＭにおいて、「離陸してから重心が最高点に達する時刻と、上脚部４０１と下脚部４０３とが最も縮む時刻が一致するように制御する」とは、「跳躍時の重心最高点に達する時刻とバネが最も縮む時刻を一致」させることになる。
【0091】
このモデルは下から順に、跳躍機構４００の足の慣性を想定した質点ｍ１［ｋｇ］、モータ慣性を想定した質点ｍａ［ｋｇ］、ボディ全体の慣性を想定した質点ｍ２［ｋｇ］の三つの質点から構成されている。加えて、ｍ１とｍａとの間にバネ定数ｋ［Ｎ／ｍ］のバネ、ｍａとｍ２との間にモータ力が作用する構成となっている。これはボディ全体と足の間に上述のアクチュエータを使用することを想定している。ここでアクチュエータを位置制御することを想定し、アクチュエータ長さｌ［ｍ］を入力とする。ｍ１、ｍａ、ｍ２の絶対位置をそれぞれｚ１［ｍ］、ｚａ［ｍ］、ｚ２［ｍ］で表す。この系の重心位置をｚｃ［ｍ］で表す。ここで、接地区間においてはｍ２，ｍａに作用する重力と釣り合うだけバネが下向きにｄ＝（ｍ２＋ｍａ）ｇ／ｋ［ｍ］だけ変位し、その点が振動中心となる。（ここでｇは重力加速度である。）一方で空中区間においてはバネの振動中心はバネの自然長の位置となる。接地区間と空中区間におけるｍａの振動中心からの変位をそれぞれｚｇ［ｍ］、ｚａｐ［ｍ］とする。また、ｔｔｏ［ｓ］は離陸時刻、ｔｍａｘ［ｓ］は足裏高さが最大になるときの時刻である。後述するグラフにおいては、空中区間では離陸時刻ｔｔｏをｔ＝０ｓ、ｔｍａｘ［ｓ］を足裏高さが最大になるときの時刻とする。このモデルを用いて「跳躍時の重心最高点に達する時刻とバネが最も縮む時刻を一致」させる方法について説明する。
【0092】
重心の垂直方向の速度は、ｍａの速度に依存している。ここで、ｍａの垂直方向の速度は、跳躍までの経過時刻、すなわち振動回数ｎと設定されるアクチュエータ振幅ｌａに依存するので、それを考慮してｎ回目の振動の腹以降で跳躍に至るようにするｌａは、式（１）で表す事ができる。ここで振動の腹とは、振動におけるバネ変位の極大値のことである。図２６は、この振動の腹を説明するためのグラフＧ１であって、縦軸がバネ変位、横軸が時間を表している。横の実線Ｆは、跳躍機構４００が離陸に至る閾値を示している。グラフＧ１では、破線Ｈで示された時刻が、ｎ回目の振動の腹の時刻であって、この状態が、ギリギリ離陸には至らない離陸前のバネ変位が極大値となる時刻である。ｎ回目の振動の腹では床からの反力がほぼ０となり、その次の振動中で跳躍に至る。図２６では、破線Ｓの時刻の後に跳躍に至っている。
【0093】
【数1】
【0094】
つぎにｎ回目の振動の腹を迎えた後に振幅を係数α倍する。この係数αを操作することでアクチュエータ振幅ｌａが変化し、離陸時の速度ｚｇ（ｔｔｏ）が制御できる。これを考慮した接地区間、および離陸直前の振動の腹を迎えた後におけるアクチュエータ長さ振動を式（２）、式（３）に示す。図２６では、離陸直前の振動の腹である破線Ｈまで式（２）の制御を行い、破線Ｈを経過後は、式（３）の制御に切り換える。図１～図３に示されるアクチュエータを用いた場合には、モータの回転角度を適切に設定することで、ここで説明している力学系のモデルＭのアクチュエータの振幅に相当する入力が可能となる。ここで制御のきっかけとなる振動の腹のタイミングは、エンコーダ等でバネの変位を計測することによって得ることができる。
【0095】
【数2】
【0096】
ここでｌ０［ｍ］は、アクチュエータの中立長、（２ｎ－１）π／ωｇ［ｓ］はｎ回目の振動の腹を迎えるときの時刻である。ここでωｇ［ｒａｄ／ｓ］は跳躍機構４００の力学系のモデルＭの固有角振動数（接地している状態での固有角振動数）である。図２７は、跳躍機構４００の破線で示される離陸後の重心位置ｚｃと、実線で示される足裏の位置を代表する質点ｍ１の位置ｚ１を時間の経過と共に示した図である。グラフＧ２は、α、または後述するωの調整前、グラフＧ３がα、および／またはωの調節後のグラフである。図２７に示すように跳躍機構４００は、離陸直前のバネ変位が極大値に至る振動の腹前後のαを調節することで重心最高点に達する時刻を操作できるようになり「離陸後の重心最高点に達する時刻とバネが最も縮む時刻を一致」することができる。
【0097】
以上述べたように、本実施形態では、上述の実施形態におけるアクチュエータ４０５ａを関節部４０５に採用し、跳躍機構４００を構成する。第１の制御部４０７ａは、アクチュエータ４０５ａのモータを正転、反転させることによって上脚部４０１と下脚部４０３とを屈曲、伸張させ、屈曲と伸張の振幅は、跳躍機構４００の離陸直前のバネ変位が極大値に至る振動の腹前後で、異なるように制御する。このことによって、跳躍機構４００は、離陸してから重心が最高点に達する時刻と、上脚部４０１と下脚部４０３とが最も縮む時刻が一致するように制御され、例えば、この跳躍機構４００を、移動体に適用した場合の跳躍において、重心が最高点に達する時刻の足裏の高さが最高になり、大きな段差を乗り越えることができる。なお、本実施形態では、下脚部４０３の下端４０３ｂには、車輪４１１が設けられる例を説明したが、これに限定されず、車輪４１１に代えて、その場に自立する部材を設けてもよい。この場合は、第２の制御部４０７ｂの姿勢制御によって、跳躍機構４００を前方に傾斜させると共に、跳躍機構４００を跳躍させることにより、前方上方への移動が可能となる。
【0098】
＜実施形態７＞
本実施形態が実施形態６と異なるのは、図２３に示す跳躍機構４００の制御方法である。本実施形態では、第１の制御部４０７ａは、アクチュエータ４０５ａのモータを正転、反転させることによって上脚部４０１と下脚部４０３とを屈曲、伸張させ、屈曲と伸張の周期は、上脚部と下脚部との離陸前と離陸後とで、異なるように制御する。その他の構成、作用については、実施形態６と共通である。ここで離陸前と離陸後とは、図２６に示す破線Ｓの前後のことである。
本実施形態が実施形態６と異なるのは、図２３に示す跳躍機構４００の制御方法である。本実施形態では、第１の制御部４０７ａは、アクチュエータ４０５ａのモータを正転、反転させることによって上脚部４０１と下脚部４０３とを屈曲、伸張させ、屈曲と伸張の周期は、上脚部と下脚部との離陸前と離陸後とで、異なるように制御する。その他の構成、作用については、実施形態６と共通である。ここで離陸前と離陸後とは、図２６に示す破線Ｓの前後のことである。
【0099】
本実施形態においても、ｎ回目の振動の腹以降で跳躍に至るようにするｌａは、上述の式（１）で表す事ができる。本実施形態においては、このｌａを設定した上に、さらにn 回目の振動の腹を迎えるとき以降の上述の式（３）のαをα＝ｌｍａｘ／（２ｌａ）と設定する。実施形態６と同様に振動の腹とは、図２６に示す破線Ｈの時刻である。ｌｍａｘは、アクチュエータの最大長である。この設定により、n回目の振動の腹を迎えた後に最大の振幅でアクチュエータは振動することになり、地面からの離陸は一回のみという制約下で最も離陸速度を大きくできる。
【0100】
この設定に加え、「離陸後の重心最高点に達する時刻とバネが最も縮む時刻を一致」させるために、式（３）におけるアクチェータの周期に関係する角振動数ωｇを調節する。実施形態６と同様に、図２７に示すように、跳躍機構４００は、離陸後のωを調節することでバネが最も縮む時刻を操作できるようになり「離陸後の重心最高点に達する時刻とバネが最も縮む時刻を一致」することができる。本実施形態において、制御のきっかけとなる上述した振動の腹、および離陸のタイミングは、エンコーダ等でバネの変位を計測することによって得ることができる。
【0101】
本実施形態では、実施形態６と同様に、「離陸後の重心最高点に達する時刻とバネが最も縮む時刻を一致」させながら、n回目の振動の腹を迎えた後に最大の振幅でアクチュエータを振動させることにより、最も離陸速度を大きくできる。したがって、跳躍の高さを向上することができる。なお、本実施形態では、ｎ回目の振動の腹前後で振幅を変更する制御と離陸前後で振動周期を変更する制御との両方を行っているが、これに限定されず、「離陸後の重心最高点に達する時刻とバネが最も縮む時刻を一致」させる簡易的な制御のため、離陸前後の振動周期のみを変更する制御を行ってよい。
【0102】
＜実施形態６、７の変形例＞
図２８は、実施形態６、７の変形例を示す図である。図に示すとおり、本変形例における跳躍機構４１０は、胴体４１３と上脚部４０１の連結角度を制御する連結部４０６に代えて、リンク機構４１５が設けられている。リンク機構４１５は、リンクバー４１５ａ～４１５ｅとリンク軸４１５ｆ～４１５ｊを備えている。リンクバー４１５ａ～４１５ｅは、リンク軸４１５ｆ～４１５ｊに対して紙面平面上で回動可能に軸支されており、上脚部４０１と下脚部４０３の動作を、そのままリンクバー４１５ｄと４１５ｅに反映させる。リンクバー４１５ａと４１５ｃは、平行関係を保つ。リンクバー４１５ｃには、車軸４１１ａを介して車輪４１１が軸支されている。その他の作用効果については、実施形態６、７と同等である。本実施形態では、リンク機構４１５を採用することによって、跳躍機構４１０の姿勢を簡便な構造を用いて、実施形態６、７の連結部４０６のアクチュエータに代えて、容易に制御することができる。
図２８は、実施形態６、７の変形例を示す図である。図に示すとおり、本変形例における跳躍機構４１０は、胴体４１３と上脚部４０１の連結角度を制御する連結部４０６に代えて、リンク機構４１５が設けられている。リンク機構４１５は、リンクバー４１５ａ～４１５ｅとリンク軸４１５ｆ～４１５ｊを備えている。リンクバー４１５ａ～４１５ｅは、リンク軸４１５ｆ～４１５ｊに対して紙面平面上で回動可能に軸支されており、上脚部４０１と下脚部４０３の動作を、そのままリンクバー４１５ｄと４１５ｅに反映させる。リンクバー４１５ａと４１５ｃは、平行関係を保つ。リンクバー４１５ｃには、車軸４１１ａを介して車輪４１１が軸支されている。その他の作用効果については、実施形態６、７と同等である。本実施形態では、リンク機構４１５を採用することによって、跳躍機構４１０の姿勢を簡便な構造を用いて、実施形態６、７の連結部４０６のアクチュエータに代えて、容易に制御することができる。
【0103】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、上述の構成に対して、構成要素の付加、削除又は転換を行った様々な変形例も含むものとする。
【符号の説明】
【0104】
１０，１０Ａ，１０Ｂ アクチュエータ
１１，３０７ モータ
１２，１２Ａ，３１０ 慣性体
１３，３０９ 弾性体
１４ 出力軸
１００，１００Ａ，１００Ｂ，３０１ アクチュエータ
１０１ モータ
１０２ 慣性付加部
１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ 渦巻バネ
１０４，３０４ 出力軸
１０５ 第１エンコーダ
１０６ 第２エンコーダ
１０７ 減速ギア
１０７０，１０７１ 減速機
１０７２，１０７３ ギア
１５０ 移動体
１５１ 車輪
１５２ シャーシ
１５３ シャフト
１６０ 動力伝達機構
２００，３００ ロッカーボギー車
２０１ａ 前輪
２０１ａＲ 右前輪
２０１ａＬ 左前輪
２０１ｂ 中輪
２０１ｂＲ 右中輪
２０１ｂＬ 左中輪
２０１ｃ 後輪
２０１ｃＲ 右後輪
２０１ｃＬ 左後輪
２０２Ｒ 右ボギーリンク
２０２Ｌ 左ボギーリンク
２０３Ｒ 右ロッカーリンク
２０３Ｌ 左ロッカーリンク
２０５ 本体
２１４，２１４Ｒ，２１４Ｌ，２１５，２１５Ｒ，２１５Ｌ，２１６，２１６Ｒ，２１６Ｌ アクチュエータ
２１７ リンク角アクチュエータ
２１７Ｒ 右リンク角アクチュエータ
２１７Ｌ 左リンク角アクチュエータ
３０３ ロッカーリンク
３０５ ボギーリンク
３０９ａ 引きバネ
３０９ｂ 第１の端部
３０９ｃ 第２の端部
３１０ 慣性体
３１３、３２５ 側板
４００、４１０ 跳躍機構
４０１ 上脚部
４０１ａ 上脚部の上端
４０１ｂ 上脚部の下端
４０３ 下脚部
４０３ａ 下脚部の上端
４０３ｂ 下脚部の下端
４０５ 関節部
４０５ａ アクチュエータ
４０６ 連結部
４０７ａ 第１の制御部
４０７ｂ 第２の制御部
４１１ 車輪
４１３ 胴体
１１，３０７ モータ
１２，１２Ａ，３１０ 慣性体
１３，３０９ 弾性体
１４ 出力軸
１００，１００Ａ，１００Ｂ，３０１ アクチュエータ
１０１ モータ
１０２ 慣性付加部
１０３，１０３Ａ，１０３Ｂ 渦巻バネ
１０４，３０４ 出力軸
１０５ 第１エンコーダ
１０６ 第２エンコーダ
１０７ 減速ギア
１０７０，１０７１ 減速機
１０７２，１０７３ ギア
１５０ 移動体
１５１ 車輪
１５２ シャーシ
１５３ シャフト
１６０ 動力伝達機構
２００，３００ ロッカーボギー車
２０１ａ 前輪
２０１ａＲ 右前輪
２０１ａＬ 左前輪
２０１ｂ 中輪
２０１ｂＲ 右中輪
２０１ｂＬ 左中輪
２０１ｃ 後輪
２０１ｃＲ 右後輪
２０１ｃＬ 左後輪
２０２Ｒ 右ボギーリンク
２０２Ｌ 左ボギーリンク
２０３Ｒ 右ロッカーリンク
２０３Ｌ 左ロッカーリンク
２０５ 本体
２１４，２１４Ｒ，２１４Ｌ，２１５，２１５Ｒ，２１５Ｌ，２１６，２１６Ｒ，２１６Ｌ アクチュエータ
２１７ リンク角アクチュエータ
２１７Ｒ 右リンク角アクチュエータ
２１７Ｌ 左リンク角アクチュエータ
３０３ ロッカーリンク
３０５ ボギーリンク
３０９ａ 引きバネ
３０９ｂ 第１の端部
３０９ｃ 第２の端部
３１０ 慣性体
３１３、３２５ 側板
４００、４１０ 跳躍機構
４０１ 上脚部
４０１ａ 上脚部の上端
４０１ｂ 上脚部の下端
４０３ 下脚部
４０３ａ 下脚部の上端
４０３ｂ 下脚部の下端
４０５ 関節部
４０５ａ アクチュエータ
４０６ 連結部
４０７ａ 第１の制御部
４０７ｂ 第２の制御部
４１１ 車輪
４１３ 胴体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】