特開 2024-59046 羽ばたき装置

(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】P2024059046

(43)【公開日】2024-04-30

(54)【発明の名称】羽ばたき装置

(51)【国際特許分類】

   B64C 33/02 20060101AFI20240422BHJP

【ＦＩ】

B64C33/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022166557

(22)【出願日】2022-10-17

(71)【出願人】

【識別番号】592050814

【氏名又は名称】株式会社中北製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100180644

【弁理士】

【氏名又は名称】▲崎▼山 博教

(72)【発明者】

【氏名】濱本 将樹

(57)【要約】      （修正有）

【課題】小型で高機動力が得られる羽ばたき装置を提供する。
【解決手段】羽ばたき装置１は、羽根２と、羽根２に対応して設けられた一対の駆動部３とを有し、駆動部３は、第１駆動源３０Ｕと、第２駆動源３０Ｄと、第１駆動源３０Ｕにより第１回動軸線周りに回動する第１従動部１０Ｕと、第２駆動源３０Ｄにより第２回動軸線周りに回動する第２従動部１０Ｄと、第１従動部１０Ｕの回動方向とは逆に第１従動部１０Ｕを付勢する第１付勢部材４０Ｕと、第２従動部１０Ｄの回動方向とは逆に第２従動部１０Ｄを付勢する第２付勢部材４０Ｄと、制御部６０とを備える。羽根２は、第１従動部１０Ｕに接続され、第１回動軸線に交差する第３回動軸線周りに回動可能な第１羽根軸２０と、第２従動部１０Ｄに接続され、第２回動軸線に交差する第４回動軸線周りに回動可能な第２羽根軸２１と、羽根本体２２とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の羽根と、
一対の前記羽根のそれぞれに対応して設けられた一対の駆動部と、
を有し、
前記駆動部は、
第１駆動源と、
第２駆動源と、
前記第１駆動源から出力された動力を受けて第１回動軸線周りに回動する第１従動部と、
前記第２駆動源から出力される動力を受けて第２回動軸線周りに回動する第２従動部と、
前記第１従動部の回動に伴って、前記第１従動部の回動方向とは逆方向への付勢力を前記第１従動部に対して付与する第１付勢部材と、
前記第２従動部の回動に伴って、前記第２従動部の回動方向とは逆方向への付勢力を前記第２従動部に対して付与する第２付勢部材と、
前記第１駆動源及び前記第２駆動源による駆動力の出力制御を行う制御部と、
を備えたものであり、
前記羽根は、
所定の軸線方向に延びると共に、一端側において前記第１従動部に対して接続され、前記第１回動軸線に対して交差する第３回動軸線周り方向に回動可能に接続された第１羽根軸と、
前記第１羽根軸に対して交差する方向に延びると共に、一端側において前記第２従動部に対して接続され、前記第２回動軸線に対して交差する第４回動軸線周り方向に回動可能に接続された第２羽根軸と、
前記第１羽根軸及び前記第２羽根軸に亘って設けられた羽根本体と、
を有するものであること、
を特徴とする羽ばたき装置。

【請求項2】

一対の羽根と、
一対の前記羽根のそれぞれに対応して設けられた一対の駆動部と、
を有し、
前記駆動部は、
第１駆動源と、
第２駆動源と、
前記第１駆動源から出力された動力を受けて第１回動軸線周りに回動する第１従動部と、
前記第２駆動源から出力される動力を受けて第２回動軸線周りに回動する第２従動部と、
前記第１従動部の回動に伴って、前記第１従動部の回動方向とは逆方向への付勢力を前記第１従動部に対して付与する第１付勢部材と、
前記第２従動部の回動に伴って、前記第２従動部の回動方向とは逆方向への付勢力を前記第２従動部に対して付与する第２付勢部材と、
前記第１駆動源及び前記第２駆動源による駆動力の出力制御を行う制御部と、
を備えたものであり、
前記羽根は、
所定の軸線方向に延びると共に、一端側において前記第１従動部に対して接続され、前記第１回動軸線に対して交差する第３回動軸線周り方向に回動可能に接続された第１羽根軸と、
前記第１羽根軸に対して交差する方向に延びると共に、一端側において前記第２従動部に対して接続され、前記第２回動軸線に対して交差する第４回動軸線周り方向に回動可能に接続された第２羽根軸と、
前記第１羽根軸及び前記第２羽根軸に亘って設けられた羽根本体と、
を有するものであり、
前記第１付勢部材は、
一端側において前記第１従動部に対して接続され、他端側において前記第１羽根軸に対して直接的又は間接的に接続されており、
前記第２付勢部材は、
一端側において前記第２従動部に対して接続され、他端側において前記第２羽根軸に対して直接的又は間接的に接続されていること、
を特徴とする羽ばたき装置。

【請求項3】

一端側において前記第２回動軸線に対して交差する第５軸線周り方向に回動可能なように前記第２従動部に接続されたリンク部材を有しており、
前記リンク部材は、
他端側が前記第２羽根軸に向けて延びるように形成されると共に、前記第４回動軸線周り方向に回動可能に前記第２羽根軸が接続されていること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の羽ばたき装置。

【請求項4】

前記第１駆動源及び前記第２駆動源が、ＤＣモータにおけるアウトランナーモータで構成されていること、を特徴とする請求項１又は２に記載の羽ばたき装置。

【請求項5】

前記制御部は、
前記第１駆動源及び前記第２駆動源の正転又は逆転の切り替えにおいて前記第１駆動源及び前記第２駆動源の回転数がゼロとなる所定時間前に前記第１駆動源及び前記第２駆動源の駆動力の出力を停止させる制御を行うと共に、前記第１付勢部材及び前記第２付勢部材の復元力により、前記羽根における往動又は復動が切り替わった時点で、前記第１駆動源及び前記第２駆動源による駆動力の出力を再開させる制御を行うこと、を特徴とする請求項１又は２に記載の羽ばたき装置。

【請求項6】

前記制御部は、
前記第１付勢部材の振幅中心を、前記第１回動軸線周りの一方側又は他方側に所定量でオフセットする第１オフセット制御と、
前記第２付勢部材の振幅中心を、前記第２回動軸線周りの一方側又は他方側に所定量でオフセットする第２オフセット制御と、
を実行可能であり、
前記第１オフセット制御及び前記第２オフセット制御は、前記第１駆動源及び前記第２駆動源における駆動電圧波形に所定量のオフセットを付与することで実行されること、を特徴とする請求項１又は２に記載の羽ばたき装置。

【請求項7】

前記一対の駆動部を支持する躯体を有しており、
前記第１従動部の回動に伴って、前記第１従動部の回動方向とは逆方向への付勢力を前記第１従動部に対して付与する第３付勢部材と、
前記第２従動部の回動に伴って、前記第２従動部の回動方向とは逆方向への付勢力を前記第２従動部に対して付与する第４付勢部材と、
を有しており、
前記第３付勢部材は、
一端側において前記躯体に対して接続されると共に、他端側において、前記第１羽根軸に直接的又は間接的に接続されており、
前記第４付勢部材は、
一端側において前記躯体に対して接続されると共に、他端側において、前記第２羽根軸に直接的又は間接的に接続されており、
前記第３付勢部材及び前記第４付勢部材は、前記第１付勢部材及び前記第２付勢部材における付勢力よりも小さい付勢力を発揮可能、かつ、前記第１付勢部材及び前記第２付勢部材における振幅中心を基準位置に戻すことが可能な付勢力を発揮可能に形成されていること、を特徴とする請求項２に記載の羽ばたき装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記羽根が、進行方向に対して反対方向に所定の角度で傾斜するように前記第１駆動源及び前記第２駆動源における出力の位相に差を設ける制御を行うこと、を特徴とする請求項１又は２に記載の羽ばたき装置。

【請求項9】

前記一対の駆動部を支持する躯体を有しており、
前記躯体は、間隔を空けて配された一対の支持部を有しており、
前記第１駆動源及び前記第２駆動源が、前記一対の支持部の外側に配されており、
前記第１付勢部材、前記第２付勢部材、前記第１従動部、及び前記第２従動部が、前記一対の支持部の間に配されていること、を特徴とする請求項１又は２に記載の羽ばたき装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、羽根を揺動させることによって浮上力を得る羽ばたき装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、上空からの監視、撮影、各種の点検等に羽ばたき装置が利用されている。上述した羽ばたき装置として、ＤＣモータにより、直接的に羽ばたき翼（羽根に相当）を駆動する羽ばたき翼超小型飛行機システム（以下、単に羽ばたき装置と称する）が知られている。ＤＣモータは小型化に伴い設計上高いトルクを出す事が困難になること、及び高速回転（概ね無負荷回転数の７０～８５％）領域において電気－機械エネルギー変換効率（以後、単に効率と称する）がピークを取る事から、リンク機構を用いて一方向回転運動を往復回動運動に変換して羽根を羽ばたかせる羽ばたき機構が多く用いられてきた。一方で近年、昆虫などの生体の羽ばたきにおいて共振現象を用いた羽ばたきストロークの拡大機構が用いられている事が見いだされ、この知見を利用して、トーションバネにより共振系を構築する事で、トルクが小さい小型のＤＣモータを用いた構成でもスタンドアロン浮上が可能な機体が実現されている（例えば、特許文献１）。

【0003】

上述した特許文献１に記載の羽ばたき装置は、トーションバネに接続されたＤＣモータを駆動することで羽根を直接駆動するものとされている。また、上述した特許文献１に記載の羽ばたき装置は、ＤＣモータを往復回動運動することで、当該トーションバネの復元力と、システム全体（羽根、駆動力伝達系、上記ＤＣモータのロータ）の慣性力にて構成されるバネ－マス系を加振しているものと考えられる。このＤＣモータの加振周波数が、上記バネ－マス系の固有振動数（２＊π＊√（Ｋ／Ｉ）、但しＫは当該トーションバネのバネ定数、Ｉは上記システム全体の回転慣性）に等しいとき、モータの駆動効率が最大となり、また羽ばたき振幅、及び浮上力も最大となることが上記特許文献１により示されている。すなわち当該構成においては上記バネ－マス系の固有振動数近傍に羽ばたき周波数を設定することが浮上に有利である。このため、羽根の質量が大きいケースや、モータのロータの回転慣性が大きい場合、おのずとバネ定数の高いトーションバネを用いることとなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０１６／１５９４７７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、近年、羽ばたき装置の利用の多様化に伴い、小型で高機動力の羽ばたき装置が求められている。しかしながら、上述した特許文献１に記載の羽ばたき装置は、羽根の駆動が１自由度で構成されており、例えば羽根の迎え角をストロークと独立して変更する事はできず、高精細な羽根の駆動を行うことが困難であった。また、上述した特許文献１に記載の羽ばたき装置は、例えば、左右の羽根の運動の差を大きくするような場合（大きな姿勢制御トルクを発生させる場合）にモータの出力を高める必要があった。

【0006】

また、羽ばたき装置の高機動力化にあたり、モータの容量を大きくすることが考えられるが、羽ばたき装置の大型化や、コスト増大の懸念があった。また、モータの大容量化に代えて、トーションバネのバネ定数を上げて、羽ばたきに係る周波数を高めることが考えられる。しかしながら、上述した特許文献１に記載の羽ばたき装置は、トーションバネのバネ定数を大きくした場合、ヨー方向への運動に影響を及ぼす懸念や羽根のストロークを確保しにくくなる懸念があった。

【0007】

そこで、本発明は、小型で高機動力が得られる羽ばたき装置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】

【0008】

（１）上述した課題を解決すべく提供される本発明の羽ばたき装置は、一対の羽根と、一対の前記羽根のそれぞれに対応して設けられた一対の駆動部と、を有し、前記駆動部は、第１駆動源と、第２駆動源と、前記第１駆動源から出力された動力を受けて第１回動軸線周りに回動する第１従動部と、前記第２駆動源から出力される動力を受けて第２回動軸線周りに回動する第２従動部と、前記第１従動部の回動に伴って、前記第１従動部の回動方向とは逆方向への付勢力を前記第１従動部に対して付与する第１付勢部材と、前記第２従動部の回動に伴って、前記第２従動部の回動方向とは逆方向への付勢力を前記第２従動部に対して付与する第２付勢部材と、前記第１駆動源及び前記第２駆動源による駆動力の出力制御を行う制御部と、を備えたものであり、前記羽根は、所定の軸線方向に延びると共に、一端側において前記第１従動部に対して接続され、前記第１回動軸線に対して交差する第３回動軸線周り方向に回動可能に接続された第１羽根軸と、前記第１羽根軸に対して交差する方向に延びると共に、一端側において前記第２従動部に対して接続され、前記第２回動軸線に対して交差する第４回動軸線周り方向に回動可能に接続された第２羽根軸と、前記第１羽根軸及び前記第２羽根軸に亘って設けられた羽根本体と、を有するものであること、を特徴とするものである。

【0009】

上述した羽ばたき装置は、第１羽根軸が、第１駆動源により駆動され、第２羽根軸が、第２駆動源により駆動される。すなわち、羽根は、第１駆動源及び第２駆動源の双方により駆動され、第一駆動源の回転角により羽のストローク角が、第１駆動源と第２駆動源の回転角の差により羽の迎え角として規定される。これにより、上述した羽ばたき装置は、ストロークと迎え角を個別に制御する事が可能となり、姿勢を保ったまま水平方向に移動する等の、より機動力が高い飛行が可能になる。

【0010】

ここで、第１駆動源及び第２駆動源（単に、両者を併せて駆動源とも称する）には、各種のモータ等が利用できるが、正逆転が容易でありパワーウェイトレシオの高いブラシレスＤＣモータが好ましく利用できる。これにより、バッテリ駆動が容易になり、制御も容易に行うことができる。

【0011】

また、上述した羽ばたき装置は、第１付勢部材及び第２付勢部材（両者を併せて付勢部材とも称する）による付勢により、第１羽根軸及び第２羽根軸を、第１回動軸線周り方向及び第２回動軸線周り方向に励振することができる。したがって、上述した羽ばたき装置は、一対の羽根の羽ばたき周波数を励振により増幅できるので、一対の羽根を高速で駆動できる。なお、上述した付勢部材には、例えば、トーションバネ等の捩り方向にトルクを付勢できるものが好ましく利用できる。

【0012】

ここで、本発明の発明者等が鋭意検討の結果、羽ばたき装置における羽ばたき周波数を向上させれば、外乱の影響を低減でき、制御も容易になるという知見が得られた。上述した知見に基づき、羽ばたき周波数を向上させるには、例えば、付勢部材に用いられるトーションバネ等のバネ定数を上げることが考えられる。しかしながら、付勢部材（例えば、トーションバネ）のバネ定数を上げた場合は、復元力も強くなるため、負荷が大きくなり、羽根軸をストロークさせにくくなる懸念があった。その結果、浮上力が低下する懸念があった。

【0013】

また、例えば、羽ばたき装置をピッチ方向へ移動させるためには、第１付勢部材及び第２付勢部材の振幅中心を、第１回動軸線周り方向及び第２回動軸線周り方向の一方側又は他方側（以下、前後方向とも称する）にオフセットする必要がある。しかしながら、羽ばたき装置を前後方向にオフセットさせる場合は、付勢部材の復元力によりオフセットが困難になる問題があった。また、付勢部材のバネ定数を上げる場合は、より一層復元力が強くなるため、前記オフセットがより困難となる問題があった。そのため、羽ばたき周波数を向上させつつ、駆動部の制御の安定化を図ることが可能な羽ばたき装置が求められている。

【0014】

（２）そこで、上述した課題を解決すべく提供される本発明の羽ばたき装置は、一対の羽根と、一対の前記羽根のそれぞれに対応して設けられた一対の駆動部と、を有し、前記駆動部は、第１駆動源と、第２駆動源と、前記第１駆動源から出力された動力を受けて第１回動軸線周りに回動する第１従動部と、前記第２駆動源から出力される動力を受けて第２回動軸線周りに回動する第２従動部と、前記第１従動部の回動に伴って、前記第１従動部の回動方向とは逆方向への付勢力を前記第１従動部に対して付与する第１付勢部材と、前記第２従動部の回動に伴って、前記第２従動部の回動方向とは逆方向への付勢力を前記第２従動部に対して付与する第２付勢部材と、前記第１駆動源及び前記第２駆動源による駆動力の出力制御を行う制御部と、を備えたものであり、前記羽根は、所定の軸線方向に延びると共に、一端側において前記第１従動部に対して接続され、前記第１回動軸線に対して交差する第３回動軸線周り方向に回動可能に接続された第１羽根軸と、前記第１羽根軸に対して交差する方向に延びると共に、一端側において前記第２従動部に対して接続され、前記第２回動軸線に対して交差する第４回動軸線周り方向に回動可能に接続された第２羽根軸と、前記第１羽根軸及び前記第２羽根軸に亘って設けられた羽根本体と、を有するものであり、前記第１付勢部材は、一端側において前記第１従動部に対して接続され、他端側において前記第１羽根軸に対して直接的又は間接的に接続されており、前記第２付勢部材は、一端側において前記第２従動部に対して接続され、他端側において前記第２羽根軸に対して直接的又は間接的に接続されていること、を特徴とするものである。

【0015】

上述した羽ばたき装置は、第１付勢部材の一端側が第１従動部に接続され、他端側が第１羽根軸に直接的又は間接的に接続されている。また、上述した羽ばたき装置は、第２付勢部材の一端側が第２従動部に接続され、他端側が第２羽根軸に接続されている。すなわち、第１付勢部材及び第２付勢部材（両者を併せて付勢部材とも称する）は、一端側が、羽ばたき装置を構成する躯体に固定されるのではなく、第１従動部及び第２従動部に固定されている。言い換えると、付勢部材は、一端側が自由端をなしている。したがって、上述した羽ばたき装置は、付勢部材にトルク（付勢力）を加えた場合であっても、付勢部材の復元力による影響を受けずに第１羽根軸及び第２羽根軸を励振することができる。すなわち、上述した羽ばたき装置は、第１羽根軸及び第２羽根軸に対して直接的にトルクを付与できる。これにより、駆動源の出力制御の安定化が期待できる。なお、上述した付勢部材には、例えば、トーションバネ等の捩り方向にトルクを付勢できるものが好ましく利用できる。

【0016】

また、上述した羽ばたき装置は、付勢部材の一端側が自由端とされているので、付勢部材のバネ定数を上げても付勢部材の復元力による影響を受けにくいものとされている。したがって、上述した羽ばたき装置によれば、付勢部材のバネ定数を上げて、羽ばたき周波数を向上させることができるので、駆動源の出力制御の安定化が期待できる。また、付勢部材のバネ定数の向上に伴い、付勢部材の重量を大きくできるので、外乱による影響のより一層の低減が期待できる。

【0017】

また、上述した羽ばたき装置は、第１羽根軸が、第１駆動源により駆動され、第２羽根軸が、第２駆動源により駆動される。すなわち、羽根は、第１駆動源及び第２駆動源の双方により駆動され、第一駆動源の回転角により羽のストローク角が、第１駆動源と第２駆動源の回転角の差により羽の迎え角として規定される。これにより、上述した羽ばたき装置は、ストロークと迎え角を個別に制御する事が可能となり、姿勢を保ったまま水平方向に移動する等の、より機動力が高い飛行が可能になる。

【0018】

ここで、第１駆動源及び第２駆動源（単に、両者を併せて駆動源とも称する）には、各種のモータ等が利用できるが、正逆転が容易でありパワーウェイトレシオの高いブラシレスＤＣモータが好ましく利用できる。これにより、バッテリ駆動が容易になり、制御も容易に行うことができる。

【0019】

ここで、例えば、羽根が扇形状に形成されている場合は、第２羽根軸が、第１羽根軸における第３回動軸線に対して傾斜する第４回動軸線方向に配されるため、第２羽根軸は、第１羽根軸に対して交差する第４回動軸線周りに回動可能に支持する必要がある。そのため、第２羽根軸の支持部は、第４回動軸線に応じて傾斜させることが望ましい。

【0020】

（３）そこで、上述した本発明の羽ばたき装置は、一端側において前記第２回動軸線に対して交差する第５軸線周り方向に回動可能なように前記第２従動部に接続されたリンク部材を有しており、前記リンク部材は、他端側が前記第２羽根軸に向けて延びるように形成されると共に、前記第４回動軸線周り方向に回動可能に前記第２羽根軸が接続されていること、を特徴とするとよい。

【0021】

上述した羽ばたき装置は、かかる構成とすることにより、第１羽根軸に対して第２羽根軸が傾斜する場合（例えば、羽根が扇形状に形成されている場合）であっても、傾斜方向（第４回動軸線方向）に合わせて、第２羽根軸を確実に回動可能に支持できる。これにより、羽根の設計の自由度と空力特性の向上と、が期待できる。

【0022】

ここで、駆動源としてインランナ―モータを使用する場合は、モータのロータによるイナーシャが小さいため、羽の姿勢（迎え角）変化にともなう、第１羽根軸、及び第２羽根軸に加わる羽根のイナーシャ変化の影響が相対的に大きくなる。これに伴い共振周波数も大きく変化し、さらに共振係数（羽根振幅の増幅率）も大きく変化するため、羽根の制御に羽根振幅の変化を考慮する必要があり、制御が複雑となる問題があった。そこで、発明者等がさらに鋭意検討を進めた結果、インランナ―モータに比べて、ロータによるイナーシャが大きいアウトランナーモータを用いれば、羽根の姿勢変化に伴う第１羽根軸、第２羽根軸のイナーシャの変化量は、アウトランナーモータのロータの有する大きなイナーシャに比べれば相対的に小さいため、共振系の共振周波数変化、ないしは羽根振幅の変化も小さくなり、制御が容易になるという知見が得られた。

【0023】

（４）そこで、上述した本発明の羽ばたき装置は、前記第１駆動源及び前記第２駆動源が、ＤＣモータにおけるアウトランナーモータで構成されていること、を特徴とするとよい。

【0024】

上述した羽ばたき装置は、インランナ―モータに比べて安価なアウトランナーモータを使用することにより、第１駆動源及び第２駆動源のコストを低減できる。したがって、上述した羽ばたき装置は、一対の第１駆動源及び一対の第２駆動源の４基をアウトランナーモータに置き換えることにより、より一層のコスト低減が期待できる。また、上述した羽ばたき装置は、アウトランナーモータを使用することにより、共振系の共振周波数変化、及び羽根振幅の変化を小さくできるため、より一層の制御の安定化が期待できる。

【0025】

ここで、発明者等が鋭意検討した結果、上述した羽ばたき装置においては、羽根の往復運動における折り返し（往動と復動との切り替え）の際に駆動部（例えば、モータ）における電気及び機械の変換効率が低下する傾向にあるという知見が得られた。また、上述した羽ばたき装置においては、第１付勢部材及び第２付勢部材の復元力により、羽根の往復運動における折り返し端において、自律的に往復運動の切り返しが行われる。そのため、羽根の往復運動における折り返し端において、モータを停止させ、羽ばたき中央付近の羽の角速度が大きい領域でのみで励振を行うようにすれば、モータの効率が向上するものと考えられる。

【0026】

（５）そこで、上述した羽ばたき装置において、前記制御部は、前記第１駆動源及び前記第２駆動源の正転又は逆転の切り替えにおいて前記第１駆動源及び前記第２駆動源の回転数がゼロとなる所定時間前に前記第１駆動源及び前記第２駆動源の駆動力の出力を停止させる制御を行うと共に、前記第１付勢部材及び前記第２付勢部材の復元力により、前記羽根における往動又は復動が切り替わった時点で、前記第１駆動源及び前記第２駆動源による駆動力の出力を再開させる制御を行うこと、を特徴とするとよい。

【0027】

上述した羽ばたき装置は、第１駆動源及び第２駆動源（以下、単に駆動源とも称する）の正転又は逆転の切り替えにおいて駆動源の回転数がゼロとなる所定時間前に前記駆動源の駆動を停止させる制御を行うものとされている。これにより、前記駆動源の効率が低下する部分での前記駆動源による駆動を停止できるので、前記駆動源の出力による無駄を低減でき、駆動バッテリの電費の向上が期待できる。このように、上述した羽ばたき装置は、効率的に羽根を往復運動させることができる。また、上述した羽ばたき装置は、第１付勢部材及び第２付勢部材の復元力により、一対の羽根における往動又は復動が切り替わった時点で、駆動源の駆動を再開させる制御を行うものとされている。これにより、上述した羽ばたき装置は、羽ばたき中央付近の羽根の角速度が大きい領域で羽根の励振を行うことができる。また、上述した羽ばたき装置は、駆動源の容量を大きくせずとも、羽ばたき運動を効率的に行うことができる。そのため、上述した羽ばたき装置の小型化が期待できる。

【0028】

（６）上述した本発明の羽ばたき装置において、前記制御部は、前記第１付勢部材の振幅中心を、前記第１回動軸線周りの一方側又は他方側に所定量でオフセットする第１オフセット制御と、前記第２付勢部材の振幅中心を、前記第２回動軸線周りの一方側又は他方側に所定量でオフセットする第２オフセット制御と、を実行可能であり、前記第１オフセット制御及び前記第２オフセット制御は、前記第１駆動源及び前記第２駆動源における駆動電圧波形に所定量のオフセットを付与することで実行されること、を特徴とするとよい。

【0029】

上述した羽ばたき装置は、第１駆動源及び第２駆動源における駆動電圧波形に所定量のオフセットを付与することで、容易に第１オフセット制御及び第２オフセット制御を実行することができる。そのため、上述した羽ばたき装置によれば、高精度な制御を行いつつ制御の安定化が期待できる。

【0030】

ここで、上述した第１オフセット制御及び第２オフセット制御においては、第１付勢部材及び第２付勢部材（両者を併せて付勢部材とも称する）における一端側が、自由端とされている場合、オフセット後の付勢部材の振幅中心が、付勢部材の励振に伴い、予定振幅中心（基準位置とも称する）からずれる懸念がある。

【0031】

（７）そこで、上述した本発明の羽ばたき装置は、前記一対の駆動部を支持する躯体を有しており、前記第１従動部の回動に伴って、前記第１従動部の回動方向とは逆方向への付勢力を前記第１従動部に対して付与する第３付勢部材と、前記第２従動部の回動に伴って、前記第２従動部の回動方向とは逆方向への付勢力を前記第２従動部に対して付与する第４付勢部材と、を有しており、前記第３付勢部材は、一端側において前記躯体に対して接続されると共に、他端側において、前記第１羽根軸に直接的又は間接的に接続されており、前記第４付勢部材は、一端側において前記躯体に対して接続されると共に、他端側において、前記第２羽根軸に直接的又は間接的に接続されており、前記第３付勢部材及び前記第４付勢部材は、前記第１付勢部材及び前記第２付勢部材における付勢力よりも小さい付勢力を発揮可能、かつ、前記第１付勢部材及び前記第２付勢部材における振幅中心を基準位置に戻すことが可能な付勢力を発揮可能に形成されていること、を特徴とするとよい。

【0032】

上述した羽ばたき装置は、かかる構成とすることにより、第１付勢部材及び第２付勢部材の一端側が、自由端とされていても、第１付勢部材及び第２付勢部材における振幅中心を、基準位置（予定振幅中心）に戻すことができる。そのため、上述した羽ばたき装置によれば、より一層の制御の高精度化と安定化が期待できる。

【0033】

（８）上述した本発明の羽ばたき装置において、前記制御部は、前記羽根が、進行方向に対して反対方向に所定の角度で傾斜するように前記第１駆動源及び前記第２駆動源における出力の位相に差を設ける制御を行うこと、を特徴とするとよい。

【0034】

上述した羽ばたき装置は、かかる構成とすることにより、効率良く浮上力を発生させることができる。

【0035】

ここで、第１駆動源や第２駆動源にアウトランナーモータを使用する場合は、外周部分の回転子が回転する関係上、回転子と各部が干渉する懸念がある。

【0036】

（９）そこで、上述した本発明の羽ばたき装置は、前記一対の駆動部を支持する躯体を有しており、前記躯体は、間隔を空けて配された一対の支持部を有しており、前記第１駆動源及び前記第２駆動源が、前記一対の支持部の外側に配されており、前記第１付勢部材、前記第２付勢部材、前記第１従動部、及び前記第２従動部が、前記一対の支持部の間に配されていること、を特徴とするとよい。

【0037】

上述した羽ばたき装置は、かかる構成とすることにより、第１駆動源及び第２駆動源（両者を併せて駆動源とも称する）と、第１付勢部材、第２付勢部材、第１従動部、及び第２従動部とが、干渉しない。そのため、上述した羽ばたき装置は、例えば、駆動源にアウトランナーモータを使用する場合において、アウトランナーモータの回転子が、第１付勢部材、第２付勢部材、第１従動部、及び第２従動部に干渉することを抑制できる。このように、上述した羽ばたき装置は、アウトランナーモータのように回転子が露出する場合であっても、装置が大型化することを抑制できる。

【発明の効果】

【0038】

本発明によれば、小型で高機動力が得られる羽ばたき装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】本発明の第一実施形態に係る羽ばたき装置の全体斜視図である。

【図2】本発明の第一実施形態に係る羽ばたき装置の平面図である。

【図3】本発明の第一実施形態に係る羽ばたき装置を斜め後方側から見た斜視図である。

【図4】本発明の第一実施形態に係る羽ばたき装置を後方側から見た斜視図である。

【図5】本発明の第一実施形態に係る羽ばたき装置の一部切欠き概略構成図である。

【図6】本発明の第一実施形態に係る羽ばたき装置を構成する羽根の駆動の説明図である。

【図7】本発明の第一実施形態に係る羽ばたき装置で利用されるモータの出力特性、及びモータの出力領域の説明図である。

【図8】（ａ）は、振幅中心をオフセットさせる場合の説明図であり、（ｂ）は、本発明の第一実施形態に係る羽ばたき装置におけるオフセット制御の説明図である。

【図9】本発明の第二実施形態に係る羽ばたき装置の一部切欠き概略構成図である。

【図10】本発明の第二実施形態に係る羽ばたき装置におけるオフセット制御の説明図である。

【図11】本発明の第三実施形態に係る羽ばたき装置の一部切欠き概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

以下、添付図面を参照して、本発明の第一実施形態に係る羽ばたき装置１の詳細を説明する。なお、これらの図は模式図であって、必ずしも大きさを正確な比率で記したものではない。また、図中、同様の構成部品は、同様の符号を付していることに留意されたい。また、図２に示すように、図示上下方向をＺ方向、左右方向をＸ方向、図示奥行き方向をＹ方向とし、Ｚ軸周り方向への回動をヨー方向、Ｘ軸周り方向への回動をピッチ方向、Ｙ軸周り方向への回動をロール方向と称することがある。

【0041】

≪第一実施形態≫
図１～図５に示すように、羽ばたき装置１は、一対の羽根２，２と、一対の羽根２，２のそれぞれに対して設けられた一対の駆動部３，３（合計４基の駆動部３，３，３，３）と、を有している。駆動部３，３，３，３は、それぞれ躯体７に支持されている。本実施形態における羽ばたき装置１は、一対の羽根２，２を水平方向（図示、紙面の前後方向）に往復駆動することにより、上方側への浮上力を得るものとされている。なお、一対の羽根２，２、及び４基の駆動部３，３，３，３は、左右対称に配されているので、以下の説明では、特に区別する必要がない場合は、左右一方側（右側）について説明し、他方側（左側）の説明は省略する。また、図１～図５において、図示上方側を上方側（Ｕ側）、図示下方側を下方側（Ｕ側）として説明する場合があることに留意されたい。

【0042】

躯体７は、上下方向に間隔を空けて配された一対の支持部７０Ｕ，７０Ｄと、支持部７０Ｕ，７０Ｄの間に配された中間支持部７０Ｍと、を備えている。本実施形態では、支持部７０Ｕ，７０Ｄ及び中間支持部７０Ｍが、それぞれ板状部材で形成されている。

【0043】

駆動部３，３は、第１駆動源３０Ｕと、第２駆動源３０Ｄと、第１従動部１０Ｕと、第２従動部１０Ｄと、を備えている。また、駆動部３，３は、第１付勢部材４０Ｕと、第２付勢部材４０Ｄと、制御部６０等を備えている。本実施形態では、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄが、ＤＣモータにおけるアウトランナーモータで構成されている。なお、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄを駆動するための電源（バッテリ）は、図示及び説明を省略する。

【0044】

第１駆動源３０Ｕは、上部側に位置する支持部７０Ｕの外側面に、台座３１を介して支持されている。また、第２駆動源３０Ｄは、下部側に位置する支持部７０Ｄの外側面に、台座３１を介して支持されている。本実施形態では、第２駆動源３０Ｄが、中間支持部７０Ｍを介して、第１駆動源３０Ｕに対して上下対称となるように配されている。

【0045】

図５に示すように、第１駆動源３０Ｕの駆動軸３２Ｕは、適宜の軸受（図示せず）を介して支持部７０Ｕに対して回動可能に支持されている。また、駆動軸３２Ｕの先端側は、適宜の軸受（図示せず）を介して中間支持部７０Ｍに対して回動可能に支持されている。また、駆動軸３２Ｕの中間部には、ピニオンギヤとしての第１駆動ギヤ１５Ｕが外嵌されている。

【0046】

第２駆動源３０Ｄの駆動軸３２Ｄは、適宜の軸受（図示せず）を介して支持部７０Ｄに対して回動可能に支持されている。また、駆動軸３２Ｄの先端側は、適宜の軸受（図示せず）を介して中間支持部７０Ｍに対して回動可能に支持されている。また、駆動軸３２Ｄの中間部には、ピニオンギヤとしての第２駆動ギヤ１５Ｄが外嵌されている。

【0047】

図１～図５に示すように、第１従動部１０Ｕは、一部が切り欠かれたスパーギヤ（平歯車）で形成されている。第１従動部１０Ｕの切り欠かれた部分は、羽根２等との干渉を抑制するために形成されている。第１従動部１０Ｕは、支持部７０Ｕ及び中間支持部７０Ｍに対して第１回動軸１１Ｕの軸線周り方向に回動可能に支持されている。具体的には、本実施形態では、第１回動軸１１Ｕが、支持部７０Ｕ及び中間支持部７０Ｍに対して回動可能に支持されており、第１従動部１０Ｕが第１回動軸１１Ｕに圧入等で固定されている。また、本実施形態では、第１従動部１０Ｕが、中間支持部７０Ｍ側寄りに配されている。第１従動部１０Ｕは、第１駆動ギヤ１５Ｕと噛合っており、第１駆動源３０Ｕから出力された動力を受けて第１回動軸１１Ｕ（図５参照）の軸線周り方向（第１回動軸線周り方向とも称する）に回動可能である。

【0048】

また、第１従動部１０Ｕには、後述する第１羽根軸２０を保持するための第１羽根軸保持部５０Ｕが支持されている。第１羽根軸保持部５０Ｕは、第１従動部１０Ｕと一体的に第１回動軸線周り方向に回動するものとされている。

【0049】

また、第１羽根軸保持部５０Ｕには、第１従動部１０Ｕの径方向外側を向くようにベアリング５１が支持されている。言い換えると、ベアリング５１は、第１回動軸１１Ｕと交差する方向（本実施形態では直交する方向、以下、第３軸線周り方向とも称する）に向けて、第１従動部１０Ｕに支持されている。ベアリング５１には、後述する第１羽根軸２０が第３軸線周り方向に回動可能なように支持されている。

【0050】

第２従動部１０Ｄは、一部が切り欠かれたスパーギヤ（平歯車）で形成されている。第２従動部１０Ｄの切り欠かれた部分は、羽根２等との干渉を抑制するために形成されている。第２従動部１０Ｄは、支持部７０Ｄ及び中間支持部７０Ｍに対して第２回動軸１１Ｄの軸線周り方向に回動可能に支持されている。具体的には、本実施形態では、第２回動軸１１Ｄが、支持部７０Ｄ及び中間支持部７０Ｍに対して回動可能に支持されており、第２従動部１０Ｄが第２回動軸１１Ｄに圧入等で固定されている。また、本実施形態では、第２従動部１０Ｄが、中間支持部７０Ｍ側寄りに配されている。第２従動部１０Ｄは、第２駆動ギヤ１５Ｄと噛合っており、第２駆動源３０Ｄから出力された動力を受けて第２回動軸１１Ｄの軸線周り方向（第２回動軸線周り方向とも称する）に回動可能である。すなわち、第２従動部１０Ｄは、中間支持部７０Ｍを介して、第１従動部１０Ｕと略上下対称となるように配されている。

【0051】

また、第２従動部１０Ｄには、後述する第２羽根軸２１を保持するための第２羽根軸保持部５０Ｄが支持されている。第２羽根軸保持部５０Ｄは、第２従動部１０Ｄと一体的に第２回動軸線周り方向に回動するものとされている。

【0052】

図３及び図４に示すように、第２羽根軸保持部５０Ｄには、第２従動部１０Ｄの外側を向くようにベアリング５２（図４参照）が支持されている。言い換えると、ベアリング５２は、第２回動軸１１Ｄと交差する方向（本実施形態では第２回動軸１１Ｄの径方向、以下、第５軸線周り方向とも称する）に向けて支持されている。ベアリング５２には、リンク部材５３が第５軸線周り方向に回動可能なように支持されている。

【0053】

リンク部材５３は、他端側が後述する第２羽根軸２１に向けて延びるように形成されている。リンク部材５３の他端側には、ベアリング５４が第４軸線方向に向けて支持されている。ベアリング５４には、後述する第２羽根軸２１が第４軸線周り方向に回動可能なように支持されている。

【0054】

図１～図５に示すように、第１付勢部材４０Ｕは、トーションバネで形成され、支持部７０Ｕと第１従動部１０Ｕとの間に配されている。また、第１付勢部材４０Ｕは、第１回動軸１１Ｕの軸線周りに配されている。第１付勢部材４０Ｕは、第１従動部１０Ｕの回動に伴って、第１従動部１０Ｕの回動方向とは逆方向への付勢力を第１従動部１０Ｕに対して付与するものとされている。具体的には、第１付勢部材４０Ｕは、一端側（前端側）が、支持部７０Ｕに接続されており、他端側（後方側）が、第１従動部１０Ｕに接続されている。したがって、第１付勢部材４０Ｕは、第１従動部１０Ｕの回動に伴って、第１従動部１０Ｕの回動方向とは逆方向に付勢力を付与することができる。

【0055】

第２付勢部材４０Ｄは、第１付勢部材４０Ｕと同様にトーションバネで形成され、支持部７０Ｄと第２従動部１０Ｄとの間に配されている。また、第２付勢部材４０Ｄは、第２回動軸１１Ｄの軸線周りに配されている。第２付勢部材４０Ｄは、第２従動部１０Ｄの回動に伴って、第２従動部１０Ｄの回動方向とは逆方向への付勢力を第２従動部１０Ｄに対して付与するものとされている。具体的には、第２付勢部材４０Ｄは、一端側（後端側）が、支持部７０Ｄに接続されており、他端側（前端側）が、第２従動部１０Ｄに接続されている。したがって、第２付勢部材４０Ｄは、第２従動部１０Ｄの回動に伴って、第１従動部１０Ｕの回動方向とは逆方向に付勢力を付与することができる。

【0056】

羽根２は、第１羽根軸２０と、第２羽根軸２１と、羽根本体２２等を有している。

【0057】

第１羽根軸２０は、所定の軸線方向（本実施形態では、第１回動軸１１Ｕの径方向）に延びるように形成されている。第１羽根軸２０は、一端側において第１従動部１０Ｕに対して接続され、第１回動軸１１Ｕの軸線に対して交差する第３回動軸線周り方向に回動可能に接続されている。具体的には、第１羽根軸２０は、一端側において、第１羽根軸保持部５０Ｕのベアリング５１に回動可能に支持されている。また、第１羽根軸２０は、第１従動部１０Ｕの回動に伴って、回動方向とは逆方向に第１付勢部材４０Ｕによる付勢力が付与される。これにより、第１羽根軸２０が第１従動部１０Ｕの回動方向（第１回動軸線周り方向）に励振される。

【0058】

第２羽根軸２１は、所定の軸線方向（本実施形態では、第１羽根軸２０に対して所定の傾斜角で傾斜する方向）に延びるように形成されている。第２羽根軸２１は、一端側において第２従動部１０Ｄに対して接続され、第２回動軸１１Ｄの軸線に対して交差する第４回動軸線周り方向に回動可能に接続されている。具体的には、第２羽根軸２１は、一端側において、リンク部材５３のベアリング５４に回動可能に支持されている。言い換えれば、第２羽根軸２１は、第２羽根軸保持部５０Ｄにおけるリンク部材５３を介して、第２従動部１０Ｄに対して第４回動軸線周り方向に回動可能に接続されている。

【0059】

これにより、上述した羽ばたき装置１は、第１羽根軸２０に対して第２羽根軸２１が傾斜する場合（例えば、羽根２が扇形状に形成されている場合）であっても、傾斜方向（第４回動軸線方向）に合わせて、第２羽根軸２１を確実に回動可能に支持できる。これにより、羽根２の設計の自由度と空力特性の向上と、が期待できる。

【0060】

また、第２羽根軸２１は、第２従動部１０Ｄの回動に伴って、回動方向とは逆方向に第２付勢部材４０Ｄによる付勢力が付与される。これにより、第２羽根軸２１が第２従動部１０Ｄの回動方向（第２回動軸線周り方向）に励振される。

【0061】

羽根本体２２は、第１羽根軸２０及び第２羽根軸２１に亘って設けられている。羽根本体２２は、本実施形態では、略扇形状に形成されている。羽根本体２２は、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄの駆動により、往復揺動し、浮上力を発生させることができる。

【0062】

制御部６０は、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄによる駆動力の出力制御を行うものとされている。すなわち、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄによる駆動力の出力制御を行うことで、羽根２に往復運動が付与される。

【0063】

図６は、制御部６０において、第１駆動源３０Ｕの出力の位相と、第２駆動源３０Ｄの出力の位相とに所定量の差を設ける制御を行った場合の羽根２の動きを表した説明図である。図６における例示は、例えば、第１駆動源３０Ｕの出力の位相を、第２駆動源３０Ｄの出力の位相に対して３％進めるようにシフトさせたものである。このように、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄ（両者を併せて駆動源３０，３０とも称する）の位相に差を設けることにより、羽根２が、進行方向に対して反対方向に所定の角度（例えば、３０度）で傾斜する。具体的には、図示のように、羽根２を例えば、前方側にストロークさせた場合、羽根２が後方側に所定の角度で傾斜する。また、羽根２を例えば、後方側にストロークさせた場合、羽根２が前方側に所定の角度で傾斜する。すなわち、第１羽根軸２０及び第２羽根軸２１の振幅における位相に差を設けることにより、羽根２が、進行方向に対して反対方向に所定の角度で傾斜する。これにより、上述した羽ばたき装置１は、効率良く浮上力を発生させることができる。なお、羽根２の傾斜角度は、飛行態様に応じて適宜変更すればよい。

【0064】

ここで、制御部６０は、例えば、一対の羽根２，２の振幅を同じだけ増減するように駆動源３０の出力を制御することで、浮上力を増減させることができる。また、制御部６０は、例えば、一対の羽根２，２の振幅に差を設けるように駆動源３０，３０の出力を制御することで、左右の浮上力の差により、ロール方向のトルク（駆動力）を発生させることができる。

【0065】

また、制御部６０は、第１付勢部材４０Ｕの振幅中心を、第１回動軸線周りの一方側又は他方側に所定量でオフセットする第１オフセット制御と、第２付勢部材４０Ｄの振幅中心を、第２回動軸線周りの一方側又は他方側に所定量でオフセットする第２オフセット制御と、を実行可能なものとされている。

【0066】

図８（ａ）は、付勢部材４０の振幅中心をオフセットさせる場合の説明図である。なお、図８（ａ）において、付勢部材４０の振幅中心をオフセットさせた角度は、理解を容易にするため誇張して描いていることに留意されたい。前記第１オフセット制御及び前記第２オフセット制御は、第１付勢部材４０Ｕ及び第２付勢部材４０Ｄのいずれか一方又は双方の振幅中心を前後方向（本実施形態では前方側の実線位置）にオフセットさせるものとされている。すなわち、前記第１オフセット制御及び前記第２オフセット制御は、前後方向（本実施形態では前方側）に浮上力の中心を偏らせるものとされている。

【0067】

具体的には、図８（ｂ）に示すように、前記第１オフセット制御及び前記第２オフセット制御は、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄのいずれか一方又は双方における駆動電圧波形（出力波形とも称する）に所定量Ｔのオフセットを付与することにより、実行することができる。駆動電圧波形へのオフセットの付与は、例えば、前進方向への駆動電圧の出力と、後退方向への駆動電圧の出力と、に差を設けることで、実行することができる。すなわち、付勢部材４０の振幅中心が、オフセットされる（図８（ａ）参照）。これにより、制御部６０は、ピッチ方向のトルクを発生させることができる。ここで、付勢部材４０の振幅中心をオフセットさせる角度は、例えば、５～１０度とするとよい。なお、第一実施形態における羽ばたき装置１では、上述したオフセットをさせる場合、付勢部材４０，４０に抗して、駆動源３０，３０の出力を上げる必要がある。また、羽ばたき装置１の飛行態様に応じて、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄのそれぞれのオフセット量は、同一のもの、あるいは、互いに異なるものとしてもよい。

【0068】

また、制御部６０は、例えば、往復運動における前後方向の速度に差を設けるように駆動源３０，３０の出力の制御を行うと共に、左右の羽根２，２の速度差を逆向きとするように駆動源３０，３０の出力の制御を行うことにより、ヨー方向へのトルクを発生させることができる。

【0069】

図７は、駆動源３０における出力特性、及び本発明の羽ばたき装置１で利用されるの出力領域の説明図である。図示のように、駆動源３０にモータ（本実施形態では、アウトランナーモータ）を使用する場合は、羽根２の往復運動における折り返し（往動と復動との切り替え）の際に駆動源３０における電気及び機械の変換効率が低下する傾向にある。また、上述した羽ばたき装置１においては、第１付勢部材４０Ｕ及び第２付勢部材４０Ｄの復元力により、羽根２の往復運動における折り返し端において、自律的に往復運動の切り返しが行われる。

【0070】

そこで、本実施形態において、制御部６０は、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄの正転又は逆転の切り替えにおいて第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄの回転数がゼロとなる所定時間前に第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄの駆動力の出力を停止させる制御を行っている。ここで、前記所定時間は、使用する第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄの特性（例えば、出力の効率）に応じて、任意に設定することができる。また、制御部６０は、上記と共に、第１付勢部材４０Ｕ及び第２付勢部材４０Ｄの復元力により、羽根２における往動又は復動が切り替わった時点で、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄによる駆動力の出力を再開させる制御を行うものとされている。

【0071】

これらにより、駆動源３０の効率が低下する部分での駆動源３０による駆動を停止できるので、駆動源３０の出力による無駄を低減でき、駆動バッテリの電費の向上が期待できる。このように、上述した羽ばたき装置１は、効率的に羽根２を往復運動させることができる。また、上述した羽ばたき装置１は、第１付勢部材４０Ｕ及び第２付勢部材４０Ｄの復元力により、一対の羽根２，２における往動又は復動が切り替わった時点で、駆動源３０の駆動を再開させる制御を行うものとされている。これにより、上述した羽ばたき装置１は、羽ばたき中央付近の羽根２の角速度が大きい領域で羽根２の励振を行うことができる。また、上述した羽ばたき装置１は、駆動源３０の容量を大きくせずとも、羽ばたき運動を効率的に行うことができる。そのため、上述した羽ばたき装置１の小型化が期待できる。

【0072】

以上が、本発明の第一実施形態に係る羽ばたき装置１の構成である。なお、上述において、左右対称に配されている部分の構成は、同様であるので説明を省略する。次に、本発明の一実施形態に係る羽ばたき装置１の作用効果について、以下に説明する。

【0073】

上述した羽ばたき装置１は、第１羽根軸２０が、第１駆動源３０Ｕにより駆動され、第２羽根軸２１が、第２駆動源３０Ｄにより駆動される。すなわち、羽根２は、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄの双方により駆動され、第１駆動源３０Ｕの回転角により羽根２のストローク角が、第１駆動源３０Ｕと第２駆動源３０Ｄの回転角の差により羽根２の迎え角として規定される。これにより、上述した羽ばたき装置１は、ストロークと迎え角を個別に制御する事が可能となり、姿勢を保ったまま水平方向に移動する等の、より機動力が高い飛行が可能になる。

【0074】

また、上述した羽ばたき装置１は、第１付勢部材４０Ｕ及び第２付勢部材４０Ｄ（両者を併せて付勢部材４０とも称する）による付勢により、第１羽根軸２０及び第２羽根軸２１を、第１回動軸線周り方向及び第２回動軸線周り方向に励振することができる。したがって、上述した羽ばたき装置１は、一対の羽根２，２の羽ばたき周波数を励振により増幅できるので、一対の羽根２，２を高速で駆動できる。

【0075】

また、本実施形態において、上述した羽ばたき装置１は、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄが、ＤＣモータにおけるアウトランナーモータで構成されている。そのため、上述した羽ばたき装置１は、モータを構成するロータによるイナーシャを大きくできる。これにより、上述した羽ばたき装置１は、共振系の共振周波数変化、及び羽根振幅の変化を小さくできるので、制御が安定する。したがって、上述した羽ばたき装置１は羽ばたき装置１が受ける外乱（例えば、気流）による影響を軽減でき、より一層の制御の安定化が期待できる。

【0076】

また、上述した羽ばたき装置１は、インランナ―モータに比べて安価なアウトランナーモータを使用することにより、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄのコストを低減できる。したがって、上述した羽ばたき装置１は、左右一対の第１駆動源３０Ｕ，３０Ｕ及び左右一対の第２駆動源３０Ｄ，３０Ｄの４基をアウトランナーモータに置き換えることにより、より一層のコスト低減が期待できる。

【0077】

また、上述した羽ばたき装置１は、一対の駆動部３，３を支持する躯体７を有しており、躯体７は、間隔を空けて配された一対の支持部７０Ｕ，７０Ｄを有している。また、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄが、一対の支持部７０Ｕ，７０Ｄの外側に配されており、第１付勢部材４０Ｕ、第２付勢部材４０Ｄ、第１従動部１０Ｕ、及び第２従動部１０Ｄが、一対の支持部７０Ｕ，７０Ｄの間に配されている。

【0078】

これにより、上述した羽ばたき装置１は、駆動源３０と、第１付勢部材４０Ｕ、第２付勢部材４０Ｄ、第１従動部１０Ｕ、及び第２従動部１０Ｄとが干渉しない。そのため、上述した羽ばたき装置１は、例えば、駆動源３０にアウトランナーモータを使用する場合において、アウトランナーモータのロータが、第１付勢部材４０Ｕ、第２付勢部材４０Ｄ、第１従動部１０Ｕ、及び第２従動部１０Ｄに干渉することを抑制できる。このように、上述した羽ばたき装置１は、アウトランナーモータのようにロータが露出する場合であっても、装置が大型化することを抑制できる。

【0079】

以上が、本発明の第一実施形態に係る羽ばたき装置１の構成及び作用効果であり、次に、本発明の第二実施形態に係る羽ばたき装置１００についての詳細を説明する。なお、第二実施形態に係る羽ばたき装置１００は、上述した羽ばたき装置１と第１付勢部材４０Ｕ及び第２付勢部材４０Ｄの接続の仕方と、各部品の配置が一部異なる以外の構成は同様であるので、同様部分の説明は省略する。また、上述した羽ばたき装置１と同一の部材については、同一の符号を用いていることに留意されたい。また、羽ばたき装置１００は、左右対称に構成されているので、一方側について説明し、他方側の説明を省略する。

【0080】

ところで、上述した第一実施形態に係る羽ばたき装置１では、付勢部材４０，４０の一端側が支持部７０Ｕ，７０Ｄに接続され、他方側が、第１従動部１０Ｕ又は第２従動部１０Ｄに接続されている。ここで、外乱の影響を低減するために羽ばたき装置１における羽ばたき周波数を向上させるには、例えば、付勢部材４０，４０に用いられるトーションバネ等のバネ定数を上げることが考えられる。しかしながら、付勢部材４０，４０のバネ定数を上げた場合は、復元力も強くなるため、負荷が大きくなり、第１羽根軸２０及び第２羽根軸２１をストロークさせにくくなる懸念があった。その結果、浮上力が低下する懸念があった。そこで、第二実施形態では、第一実施形態に係る懸念を抑制することで、更なる浮上力の向上と、制御の安定化が可能な羽ばたき装置１００を提供することを目的としている。

【0081】

≪第二実施形態≫
図９に示すように、第二実施形態に係る羽ばたき装置１００は、一対の羽根２，２と、一対の羽根２，２のそれぞれに対応して設けられた一対の駆動部３，３と、を備えている。また、駆動部３は、第１駆動源３０Ｕと、第２駆動源３０Ｄと、第１従動部１０Ｕと、第２従動部１０Ｄと、を備えている。また、駆動部３は、前記の他、第１付勢部材４０Ｕと、第２付勢部材４０Ｄと、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄによる駆動力の出力制御を行う制御部６０等を備えている。

【0082】

羽ばたき装置１００における第１付勢部材４０Ｕは、一端側において第１従動部１０Ｕに対して接続され、他端側において第１羽根軸２０に対して直接的又は間接的に接続されている。具体的に説明すると、第１付勢部材４０Ｕは、一端側において第１従動部１０Ｕに対して接続され、他端側において第１羽根軸保持部５０Ｕに対して接続されている。

【0083】

また、第２付勢部材４０Ｄは、一端側において第２従動部１０Ｄに対して接続され、他端側において第２羽根軸２１に対して直接的又は間接的に接続されている。具体的に説明すると、第２付勢部材４０Ｄは、一端側において第２従動部１０Ｄに対して接続され、他端側において第２羽根軸保持部５０Ｄに対して接続されている。すなわち、第１付勢部材４０Ｕ及び第２付勢部材４０Ｄ（両者を併せて付勢部材４０，４０とも称する）は、一端側が、羽ばたき装置１００を構成する躯体７に固定されるのではなく、第１従動部１０Ｕ及び第２従動部１０Ｄに固定されている。言い換えると、付勢部材４０，４０は、一端側が自由端をなしている。また、第二実施形態では、第１従動部１０Ｕが、第１回動軸１１Ｕに対して回動可能に支持されており、第２従動部１０Ｄが、第２回動軸１１Ｄに対して回動可能に支持されている。

【0084】

以上が、本発明の第二実施形態に係る羽ばたき装置１００の構成であるが、羽ばたき装置１００は、第一実施形態と同様に付勢部材４０，４０の振幅中心をオフセットさせることができる。すなわち、第二実施形態に係る羽ばたき装置１００は、上述した第１オフセット制御及び第２オフセット制御を実行できる。

【0085】

図１０に示すように、前記第１オフセット制御及び前記第２オフセット制御は、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄのいずれか一方又は双方における駆動電圧波形（出力波形）に所定量Ｔのオフセットを付与することで実行することができる。なお、羽ばたき装置１００の飛行態様に応じて、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄのそれぞれのオフセット量は、同一のもの、あるいは、互いに異なるものとしてもよい。

【0086】

このように、上述した羽ばたき装置１００は、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄにおける駆動電圧波形に所定量Ｔのオフセットを付与することで、容易に第１オフセット制御及び第２オフセット制御を実行することができる。そのため、上述した羽ばたき装置１００によれば、高精度な制御を行いつつ制御の安定化が期待できる。また、第二実施形態に係る羽ばたき装置１００は、付勢部材４０，４０における一端側が自由端をなしているので、図１０に示すように、駆動源３０，３０の駆動電圧波形にオフセットを容易に付与することができる。すなわち、付勢部材４０，４０の復元力に依存することなく、容易に駆動電圧波形にオフセットを付与することができる（相対的にオフセットさせることができる）。

【0087】

以上が、本発明の第二実施形態に係る羽ばたき装置１００の構成であり、次に、羽ばたき装置１００の作用効果についての詳細を説明する。

【0088】

上述したように羽ばたき装置１００は、付勢部材４０，４０にトルク（付勢力）を加えた場合であっても、付勢部材４０，４０の復元力による影響を受けずに第１羽根軸２０及び第２羽根軸２１を励振することができる。すなわち、上述した羽ばたき装置１００は、第１羽根軸２０及び第２羽根軸２１に対して直接的にトルクを付与できる。これにより、駆動源３０，３０の出力制御の安定化が期待できる。なお、上述した付勢部材４０，４０には、例えば、トーションバネ等の捩り方向にトルクを付勢できるものが好ましく利用できる。

【0089】

また、上述した羽ばたき装置１００は、付勢部材４０，４０の一端側が自由端とされているので、付勢部材４０，４０のバネ定数を上げても付勢部材４０，４０の復元力による影響を受けにくいものとされている。したがって、上述した羽ばたき装置１００によれば、付勢部材４０，４０のバネ定数を上げて、羽ばたき周波数を向上させることができるので、駆動源３０，３０の出力制御の安定化が期待できる。また、付勢部材４０，４０のバネ定数の向上に伴い、付勢部材４０，４０の重量を大きくできるので、外乱による影響のより一層の低減が期待できる。

【0090】

また、上述した羽ばたき装置１００は、第１羽根軸２０が、第１駆動源３０Ｕにより駆動され、第２羽根軸２１が、第２駆動源３０Ｄにより駆動され、第１駆動源３０Ｕの回転角により羽根２のストローク角が、第１駆動源３０Ｕと第２駆動源３０Ｄの回転角の差により羽根２の迎え角として規定される。これにより、上述した羽ばたき装置１００は、ストロークと迎え角を個別に制御する事が可能となり、姿勢を保ったまま水平方向に移動する等の、より機動力が高い飛行が可能になる。

【0091】

また、上述した羽ばたき装置１００は、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄをそれぞれ独立して駆動制御することができるので、様々な方向への飛行が可能となる。ここで、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄ（単に、両者を併せて駆動源３０，３０とも称する）には、各種のモータ等が利用できるが、正逆転が容易でありパワーウェイトレシオの高いブラシレスＤＣモータが好ましく利用できる。これにより、バッテリ駆動が容易になり、制御も容易に行うことができる。

【0092】

ここで、上述した第１オフセット制御及び第２オフセット制御においては、付勢部材４０，４０における一端側が、自由端とされている。そのため、オフセット後の付勢部材４０，４０の振幅中心が、付勢部材４０，４０の励振に伴い、予定振幅中心（基準位置とも称する）からずれる懸念がある。そこで、第三実施形態に係る羽ばたき装置２００は、図１１に示すように、さらに第３付勢部材４１Ｕ及び第４付勢部材４１Ｄを設け、オフセット後の付勢部材４０，４０の振幅中心を、基準位置に戻すようにしている。以下、第三実施形態に係る羽ばたき装置２００についての詳細を説明する。なお、第三実施形態に係る羽ばたき装置２００は、第二実施形態に係る羽ばたき装置１００に対して、第３付勢部材４１Ｕ及び第４付勢部材４１Ｄを設けたものであるので、第二実施形態に係る羽ばたき装置１００と同様の部分についての説明は省略する。また、第三実施形態に係る羽ばたき装置２００は、左右対称に構成されているため、一方側の説明を行い、他方側の説明は省略する。

【0093】

≪第三実施形態≫
図１１に示すように、第三実施形態に係る羽ばたき装置２００は、第二実施形態に係る羽ばたき装置１００（図９参照）の構成に加えて、第３付勢部材４１Ｕ及び第４付勢部材４１Ｄを有している。

【0094】

第３付勢部材４１Ｕは、例えば、トーションバネが用いられている。第３付勢部材４１Ｕは、第１従動部１０Ｕの回動に伴って、第１従動部１０Ｕの回動方向とは逆方向への付勢力を第１従動部１０Ｕに対して付与するものとされている。具体的には、第３付勢部材４１Ｕは、一端側において躯体７（本実施形態では、中間支持部７０Ｍ）に対して接続されると共に、他端側において、第１従動部１０Ｕに接続されている。

【0095】

また、第３付勢部材４１Ｕは、第１付勢部材４０Ｕにおける付勢力よりも小さい付勢力を発揮可能、かつ、第１付勢部材４０Ｕにおける振幅中心を基準位置に戻すことが可能な付勢力を発揮可能なものとされている。例えば、第３付勢部材４１Ｕには、第１付勢部材４０Ｕよりもバネ係数が小さいトーションバネが用いられている。そのため、第３付勢部材４１Ｕが第１付勢部材４０Ｕに及ぼす影響は限定的なものとされている。

【0096】

ここで、第３付勢部材４１Ｕにおけるバネ係数は、第１付勢部材４０Ｕにおける振幅中心を基準位置に戻すことが可能な付勢力を発揮可能な各種のものを利用できる。また、第３付勢部材４１Ｕにおけるバネ係数は、第１付勢部材４０Ｕに及ぼす影響と、振幅中心を基準位置に戻すための付勢力とのバランスを考慮し、決定するとよい。

【0097】

第４付勢部材４１Ｄは、例えば、トーションバネが用いられている。第４付勢部材４１Ｄは、第２従動部１０Ｄの回動に伴って、第２従動部１０Ｄの回動方向とは逆方向への付勢力を第２従動部１０Ｄに対して付与するものとされている。具体的には、第４付勢部材４１Ｄは、一端側において躯体７（本実施形態では、中間支持部７０Ｍ）に対して接続されると共に、他端側において、第２従動部１０Ｄに接続されている。

【0098】

また、第４付勢部材４１Ｄは、第２付勢部材４０Ｄにおける付勢力よりも小さい付勢力を発揮可能、かつ、第２付勢部材４０Ｄにおける振幅中心を基準位置に戻すことが可能な付勢力を発揮可能なものとされている。例えば、第４付勢部材４１Ｄには、第２付勢部材４０Ｄよりもバネ係数が小さいトーションバネが用いられている。そのため、第４付勢部材４１Ｄが第２付勢部材４０Ｄに及ぼす影響は限定的なものとされている。

【0099】

ここで、第４付勢部材４１Ｄにおけるバネ係数は、第２付勢部材４０Ｄにおける振幅中心を基準位置に戻すことが可能な付勢力を発揮可能な各種のものを利用できる。また、第４付勢部材４１Ｄにおけるバネ係数は、第２付勢部材４０Ｄに及ぼす影響と、振幅中心を基準位置に戻すための付勢力とのバランスを考慮し、決定するとよい。

【0100】

このように、第三実施形態に係る羽ばたき装置２００は、第１付勢部材４０Ｕ及び第２付勢部材４０Ｄの一端側が、自由端とされていても、第１付勢部材４０Ｕ及び第２付勢部材４０Ｄにおける振幅中心を、基準位置（予定振幅中心）に戻すことができる。そのため、上述した羽ばたき装置２００によれば、より一層の制御の高精度化と安定化が期待できる。

【0101】

以上が、本発明の第一実施形態～第三実施形態に係る羽ばたき装置１，１００，２００の構成及び作用効果であるが、本発明の羽ばたき装置１，１００，２００は、上記実施形態には限定されず、各種の変形を行うことができる。

【0102】

例えば、一対の羽根２，２は、各種の形状や大きさに形成することができる。また、本実施形態では、一対の羽根２，２が設けられているが、羽根２は、例えば、二対のものなど、設ける数量を適宜、変更することが可能である。また、第１羽根軸２０、第２羽根軸２１、及び羽根本体２２は、各種の形状や大きさに形成することができ、形成方向も適宜変更することが可能である。

【0103】

また、本実施形態では、駆動源３０，３０にＤＣモータにおけるアウトランナーモータを利用する場合を例示したが、駆動源３０，３０には、駆動力を発揮可能な各種のモータ等が利用できる。例えば、駆動源３０，３０が、ＤＣモータにおけるインランナ―モータで構成されていてもよい。また、本実施形態では、第１駆動源３０Ｕと、第２駆動源３０Ｄとが、同一のアウトランナーモータで構成されているが、それぞれ異なる種類の駆動源を用いることも可能である。

【0104】

また、本実施形態では、第１従動部１０Ｕ及び第２従動部１０Ｄにスパーギヤ（平歯車）を用い、これらをピニオンギヤである第１駆動ギヤ１５Ｕ及び第２駆動ギヤ１５Ｄで駆動するようにしているが、本発明は、これには限定されない。第１従動部１０Ｕ及び第２従動部１０Ｄには、各種の形態のものが利用できる。例えば、第１従動部１０Ｕ及び第２従動部１０Ｄが、プーリ等で形成され、ベルト等で駆動されるようにしてもよい。また、第１従動部１０Ｕ及び第２従動部１０Ｄの態様に合わせて、第１駆動ギヤ１５Ｕ及び第２駆動ギヤ１５Ｄもギヤだけではなく、各種の態様のものが利用できる。

【0105】

また、本実施形態では、第１付勢部材４０Ｕ、第２付勢部材４０Ｄ、第３付勢部材４１Ｕ、及び第４付勢部材４１Ｄとしてトーションバネが用いられているが、これには限定されない。第１付勢部材４０Ｕ、第２付勢部材４０Ｄ、第３付勢部材４１Ｕ、及び第４付勢部材４１Ｄは、トーションバネに限定されるものではなく、各種のものが利用できる。また、本実施形態では、第１付勢部材４０Ｕ、第２付勢部材４０Ｄ、第３付勢部材４１Ｕ、及び第４付勢部材４１Ｄとして同種のトーションバネが用いられているが、それぞれ異種の付勢部材を用いることも可能である。また、第１付勢部材４０Ｕ、第２付勢部材４０Ｄ、第３付勢部材４１Ｕ、及び第４付勢部材４１Ｄの配置は、本発明の範囲内で、各種の変更を行うことができる。 また、本実施形態では、単一の制御部６０によって統合的に制御を行うようにしているが、制御部６０は、機能毎に制御を分けるなど、複数で構成されていてもよい。

【0106】

また、本実施形態では、第２羽根軸２１が、リンク部材５３に対して第４回動軸周り方向に回動可能に接続されているが、第２羽根軸２１は、リンク部材５３を介して接続されるものだけではなく、第２従動部１０Ｄに直接的又は間接的に接続されていてもよい。また、リンク部材５３は、第２羽根軸２１の形成方向に応じて、各種の形状や大きさに形成できる。また、リンク部材５３は、必要に応じて複数設けられていてもよい。また、第４回動軸線方向及び第５軸線方向は、第２羽根軸２１の形成方向に応じて、各種の方向に形成することができる。

【0107】

また、本実施形態では、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄの回転数がゼロとなる所定時間前に第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄの駆動力の出力を停止させる制御を行うものとしたが、出力を停止させるタイミングは、使用するモータ等の特性に応じて、適宜変更することが可能である。また、本実施形態では、第１付勢部材４０Ｕ及び第２付勢部材４０Ｄの復元力により、羽根２における往動又は復動が切り替わった時点で、第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄによる駆動力の出力を再開させる制御を行うものとしたが、駆動力の出力を再開させるタイミングも、使用するモータ等の特性に応じて、適宜変更することが可能である。

【0108】

また、制御部６０による第１オフセット制御及び第２オフセット制御におけるオフセット量は、羽ばたき装置１，１００，２００の飛行態様に応じて、各種のオフセット量を設定することができる。また、第１オフセット制御及び第２オフセット制御におけるオフセット量は、それぞれ同じものでもよいし、飛行態様に応じてそれぞれ異なるものとしてもよい。

【0109】

また、本実施形態では、制御部６０において、羽根２が、進行方向に対して反対方向に所定の角度で傾斜するように第１駆動源３０Ｕ及び第２駆動源３０Ｄにおける出力の位相に差を設ける制御を行うものとしたが、羽根２を傾斜させる角度は、飛行態様や飛行環境等に応じて、各種の角度に設定できる。また、羽根２の制御は、上述した実施形態のものには限定されず、飛行態様等に応じて、各種の制御を行うことが可能である。

【0110】

以上が、本発明に係る羽ばたき装置の各種の実施形態や変形例であるが、本発明は上述した実施形態や変形例において例示したものに限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない範囲でその教示及び精神から他の実施形態があり得ることは当業者に容易に理解できよう。

【産業上の利用可能性】

【0111】

本発明の羽ばたき装置は、空中における各種の調査や補修、撮影等に利用することができる。

【符号の説明】

【0112】

１ ：羽ばたき装置
２ ：羽根
３ ：駆動部
７ ：躯体
１０Ｕ：第１従動部
１０Ｄ：第２従動部
２０ ：第１羽根軸
２１ ：第２羽根軸
２２ ：羽根本体
３０ ：駆動源
３０Ｕ：第１駆動源
３０Ｄ：第２駆動源
４０ ：付勢部材
４０Ｕ：第１付勢部材
４０Ｄ：第２付勢部材
４１Ｕ：第３付勢部材
４１Ｄ：第４付勢部材
５３ ：リンク部材
６０ ：制御部
７０Ｕ：支持部
７０Ｄ：支持部
７０Ｍ：中間支持部
１００ ：羽ばたき装置
２００ ：羽ばたき装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】