特許 7103625 運動エネルギ発生機構及びこれを用いた跳躍ロボット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-11

(45)【発行日】2022-07-20

(54)【発明の名称】運動エネルギ発生機構及びこれを用いた跳躍ロボット

(51)【国際特許分類】

   F03G 1/02 20060101AFI20220712BHJP

   F16H 33/02 20060101ALI20220712BHJP

   F03G 1/00 20060101ALI20220712BHJP

   A63H 11/00 20060101ALI20220712BHJP

【ＦＩ】

F03G1/02

F16H33/02 B

F03G1/00 A

A63H11/00 Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018007604

(22)【出願日】2018-01-19

(65)【公開番号】P2018119546

(43)【公開日】2018-08-02

【審査請求日】2021-01-05

(31)【優先権主張番号】P 2017008109

(32)【優先日】2017-01-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】503361400

【氏名又は名称】国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110003339

【氏名又は名称】特許業務法人南青山国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100104215

【弁理士】

【氏名又は名称】大森 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100196575

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 満

(74)【代理人】

【識別番号】100168181

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 哲平

(74)【代理人】

【識別番号】100160989

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 正好

(74)【代理人】

【識別番号】100117330

【弁理士】

【氏名又は名称】折居 章

(74)【代理人】

【識別番号】100168745

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 彩子

(74)【代理人】

【識別番号】100176131

【弁理士】

【氏名又は名称】金山 慎太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100197398

【弁理士】

【氏名又は名称】千葉 絢子

(74)【代理人】

【識別番号】100197619

【弁理士】

【氏名又は名称】白鹿 智久

(72)【発明者】

【氏名】吉川 健人

(72)【発明者】

【氏名】大槻 真嗣

(72)【発明者】

【氏名】吉光 徹雄

(72)【発明者】

【氏名】前田 孝雄

【審査官】北村 亮

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－３０４６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１６００８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０３２９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０５１５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５０９４７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６２－１９４３９５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０８－２８５０３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０９０５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２２３７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２３８２８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｇ １／０２

Ｆ１６Ｈ ３３／０２

Ｆ０３Ｇ １／００

Ａ６３Ｈ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向及びこの反対の第２方向に回転駆動可能な入力軸と、
前記入力軸の回転に伴って回転する入力ギアと、
前記入力ギアから間隔をあけて配置された出力ギアと、
前記出力ギアの回転に伴って回転する出力軸と、
前記出力軸が回転する運動エネルギをポテンシャルエネルギとして蓄積可能に構成された蓄積部と、
前記入力ギアと係合し、前記入力軸が前記第１方向に回転するときに前記出力ギアに対して前記第１方向に係合し、前記入力軸が前記第２方向に回転するときに前記入力軸を中心に前記第２方向に回転し、前記蓄積部に蓄積されるポテンシャルエネルギの大きさによらず前記出力ギアに対する係合を解除するように構成された伝達ギアと、
前記入力軸と前記伝達ギアとを連結する連結部と、
前記入力軸の前記連結部に対する前記第１方向の回転を許容し、前記入力軸の前記連結部に対する前記第２方向の回転を規制する回転規制部と、
を具備する運動エネルギ発生機構。

【請求項2】

請求項１に記載の運動エネルギ発生機構であって、
前記回転規制部は、前記入力軸と前記連結部とを接続している
運動エネルギ発生機構。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の運動エネルギ発生機構であって、
前記伝達ギアを前記出力ギアに向けて付勢する付勢部を更に具備する
運動エネルギ発生機構。

【請求項4】

請求項１に記載の運動エネルギ発生機構であって、
前記回転規制部は、前記伝達ギアに係合可能な先端部を有するラチェットを含む
運動エネルギ発生機構。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の運動エネルギ発生機構であって、
前記蓄積部は、コイルバネと、前記出力ギアの回転運動を直線運動に変換する変換機構と、を有し、前記コイルバネに弾性エネルギを蓄積可能に構成されている
運動エネルギ発生機構。

【請求項6】

請求項５に記載の運動エネルギ発生機構であって、
前記変換機構は、ラック・アンド・ピニオン機構を含む
運動エネルギ発生機構。

【請求項7】

請求項５に記載の運動エネルギ発生機構であって、
前記変換機構は、前記出力軸の周囲に巻き取られることが可能な長尺体の伝達部材を含む
運動エネルギ発生機構。

【請求項8】

請求項５から７のいずれか１項に記載の運動エネルギ発生機構であって、
前記蓄積部は、前記コイルバネの引張変形によって弾性エネルギを蓄積可能に構成されている
運動エネルギ発生機構。

【請求項9】

請求項５から８のいずれか１項に記載の運動エネルギ発生機構であって、
前記入力軸及び前記出力軸の少なくとも一方の回転数によって前記コイルバネに蓄積する弾性エネルギを制御可能な制御部を更に具備する
運動エネルギ発生機構。

【請求項10】

請求項１から９のいずれか１項に記載の運動エネルギ発生機構と、前記運動エネルギ発生機構を保持する本体部と、を具備し、
前記運動エネルギ発生機構の前記蓄積部が脚部として構成される
跳躍ロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、運動エネルギ発生機構及びこれを用いた跳躍ロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

地上を跳躍しながら移動する跳躍ロボットや物体を空中に投擲する投擲装置などの様々な装置において、大規模な駆動源を用いることなく、瞬間的に大きい運動エネルギを発生させる技術が必要となる。例えば、特許文献１～３及び非特許文献１には、瞬間的に大きい運動エネルギを発生させることが可能な技術が開示されている。

【0003】

具体的に、特許文献１及び非特許文献１に記載の技術では、コイルバネの圧縮変形により蓄積された弾性エネルギを一気に解放させることによって、瞬間的に大きい運動エネルギを発生させることが可能である。これらの技術では、変形カムを用いて、コイルバネにおける弾性エネルギの蓄積及び解放を繰り返し行うことができる。

【0004】

また、特許文献２に記載の技術では、燃料を燃焼させることによって、瞬間的に大きい運動エネルギを発生させることが可能である。更に、特許文献３に記載の技術では、圧縮した空気の圧力を一気に解放することによって、瞬間的に大きい運動エネルギを発生させることが可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３５２４５４号

【文献】米国特許第７７７５３０５号

【文献】米国特許第８５７９５３５号

【非特許文献】

【0006】

【文献】Kovac, M., Fuchs, M., Guignard, A., Zufferey, J. C., & Floreano, D. (2008, May). A miniature 7g jumping robot. In Robotics and Automation, 2008. ICRA 2008. IEEE International Conference on (pp. 373-378). IEEE.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１～３及び非特許文献１に記載の技術ではいずれも、発生させる運動エネルギの大きさを調整することが難しい。例えば、特許文献１及び非特許文献１に記載の技術では、コイルバネの変形量が変形カムの形状に依存するため、コイルバネに蓄積させる弾性エネルギの調整が困難である。

【0008】

以上の問題を解決するために、本発明の目的は、発生させる運動エネルギの大きさを調整可能な運動エネルギ発生機構及びこれを用いた跳躍ロボットを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態に係る運動エネルギ発生機構は、入力軸と、入力ギアと、出力ギアと、出力軸と、蓄積部と、伝達ギアと、を具備する。
入力軸は、第１方向及びこの反対の第２方向に回転駆動可能である。
入力ギアは、入力軸の回転に伴って回転する。
出力ギアは、入力ギアから間隔をあけて配置されている。
出力軸は、出力ギアの回転に伴って回転する。
蓄積部は、出力軸が回転する運動エネルギをポテンシャルエネルギとして蓄積可能に構成されている。
伝達ギアは、入力ギアと係合し、入力軸が第１方向に回転するときに出力ギアに対して第１方向に係合し、入力軸が第２方向に回転するときに入力軸とともに第２方向に回転するように構成されている。

【0010】

この構成では、入力軸を第１方向に回転駆動させることによって、入力ギア、伝達ギア、及び出力ギアを介して、出力軸を回転させることができる。これにより、蓄積部に、入力軸の第１方向の回転量に応じた大きさのポテンシャルエネルギ（例えば、弾性エネルギ）を蓄積することができる。
また、この構成では、入力軸を第２方向に回転駆動させると、伝達ギアが入力軸とともに第２方向に回転し、伝達ギアの出力ギアに対する係合が解除される。これにより、蓄積部に蓄積されたポテンシャルエネルギが一気に解放されるため、瞬間的に大きい運動エネルギが得られる。
更に、この構成では、単一の駆動部（アクチュエータ）によって、ポテンシャルエネルギの蓄積及び解放が可能である。したがって、複雑な装置構成とすることなく、上記の機能を実現することができる。

【0011】

運動エネルギ発生機構は、入力軸と伝達ギアとを連結する連結部と、入力軸の連結部に対する第１方向の回転を許容し、入力軸の連結部に対する第２方向の回転を規制する回転規制部と、を更に具備してもよい。
回転規制部は、入力軸と連結部とを接続していてもよい。
これにより、複雑な構成を用いずに、入力軸を第２方向に回転駆動させることで伝達ギアの出力ギアに対する係合が解除される構成を実現することができる。

【0012】

運動エネルギ発生機構は、伝達ギアを出力ギアに向けて付勢する付勢部を更に具備してもよい。
この構成では、入力軸が第２方向のトルクを受けていない状態において、伝達ギアの出力ギアに対する係合を保持することができる。

【0013】

回転規制部は、前記伝達ギアに係合可能な先端部を有するラチェットを含んでいてもよい。
この構成では、シンプルで軽量な構成で回転規制部の機能を実現可能である。

【0014】

蓄積部は、コイルバネと、出力ギアの回転運動を直線運動に変換する変換機構と、を有し、コイルバネに弾性エネルギを蓄積可能に構成されていてもよい。
変換機構は、ラック・アンド・ピニオン機構を含んでいてもよい。
変換機構は、出力軸の周囲に巻き取られることが可能な長尺体の伝達部材を含んでいてもよい。
これらの構成では、出力ギアが回転する運動エネルギを弾性エネルギとしてコイルバネに蓄積することができる。そして、コイルバネに蓄積された弾性エネルギを直線運動の運動エネルギとして出力可能である。

【0015】

蓄積部は、前記コイルバネの引張変形によって弾性エネルギを蓄積可能に構成されていてもよい。
この構成の引張型のコイルバネでは、引張変形時に歪みが発生することなく、安定して弾性エネルギを蓄積することができる。

【0016】

運動エネルギ発生機構は、入力軸及び出力軸の少なくとも一方の回転数によってコイルバネに蓄積する弾性エネルギを制御可能な制御部を更に具備してもよい。
この構成では、コイルバネに蓄積する弾性エネルギの大きさを制御することにより、狙い通りの大きさの直線運動の運動エネルギを出力することができる。

【0017】

本発明の一形態に係る跳躍ロボットは、運動エネルギ発生機構と、運動エネルギ発生機構を保持する本体部と、を具備する。
この跳躍ロボットでは、運動エネルギ発生機構の蓄積部が脚部として構成されている。
この跳躍ロボットは、脚部として構成される蓄積部におけるポテンシャルエネルギの蓄積及び解放を繰り返すことにより、地上を跳躍しながら移動可能なように構成することができる。また、この跳躍ロボットでは、蓄積部におけるポテンシャルエネルギの蓄積量を様々に変更することにより、１回の跳躍あたりの移動距離を調整することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構の正面図である。

【図2】上記運動エネルギ発生機構の正面図である。

【図3】上記運動エネルギ発生機構の正面図である。

【図4】上記運動エネルギ発生機構の図２のＡ－Ａ線に沿った断面図である。

【図5】上記運動エネルギ発生機構の断面図である。

【図6】上記運動エネルギ発生機構における弾性エネルギの蓄積及び解放の動作の時系列シーケンスを示すグラフである。

【図7】上記運動エネルギ発生機構の変形例を示す断面図である。

【図8】上記運動エネルギ発生機構を備えた跳躍ロボットの斜視図である。

【図9A】上記運動エネルギ発生機構を備えたコアラ撃ち込み装置の断面図である。

【図9B】上記コアラ撃ち込み装置の断面図である。

【図10】上記運動エネルギ発生機構を用いた搬送装置の側面図である。

【図11】上記運動エネルギ発生機構を用いたサッカーロボットの側面図である。

【図12】上記運動エネルギ発生機構を用いた投擲装置の断面図である。

【図13A】上記運動エネルギ発生機構を用いた減速装置の正面図である。

【図13B】上記減速装置の正面図である。

【図14】本発明の第２の実施形態に係る運動エネルギ発生機構の正面図である。

【図15】上記運動エネルギ発生機構の正面図である。

【図16】上記運動エネルギ発生機構の正面図である。

【図17】本発明の第３の実施形態に係る運動エネルギ発生機構の断面図である。

【図18】上記運動エネルギ発生機構の断面図である。

【図19】本発明の第４の実施形態に係る運動エネルギ発生機構の断面図である。

【図20】上記運動エネルギ発生機構の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は、以下の実施形態によって限定的に解釈されるものではない。

【0020】

［Ｉ］第１の実施形態
１．運動エネルギ発生機構１
図１は、本発明の第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１を模式的に示す正面図である。図１には、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸が示されている。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、後述の図２以降においても共通である。

【0021】

運動エネルギ発生機構１は、入力軸１０と、伝達部２０と、出力軸３０と、弾性機構４０と、フレーム部５０と、を有する。フレーム部５０は、後述する図８に示す跳躍ロボット１００の本体部１０１などに固定される。フレーム部５０は、Ｘ軸方向に対向する２枚の平板状の保持板５１と、保持板５１間をＸ軸方向に延びるビーム５２と、を有する。

【0022】

入力軸１０は、保持板５１間をＸ軸方向に延び、ビーム５２のＺ軸方向上側において保持板５１に回転可能に支持されている。出力軸３０は、保持板５１間をＸ軸方向に延び、入力軸１０の更にＺ軸方向上側において保持板５１に回転可能に支持されている。なお、入力軸１０及び出力軸３０の位置は様々に変更可能である。

【0023】

運動エネルギ発生機構１は、駆動部１１と、減速機１２と、を更に有する。駆動部１１及び減速機１２は、一方の（図１では右側の）保持板５１の内側の面に保持されている。駆動部１１は、入力軸１０を回転させる駆動力を生成する。減速機１２は、駆動部１１の回転数を減少させ、高トルクの駆動力を入力軸１０に伝達する。

【0024】

駆動部１１は、例えば、電磁モータを用いて構成することができる。しかし、駆動部１１は、これに限定されず、超音波モータ、静電モータなどの各種モータを用いて構成することもできる。更に、駆動部１１は、例えば、ＣＮＴアクチュエータ、誘電エラストマアクチュエータなどの各種アクチュエータを用いて構成することもできる。

【0025】

減速機１２は、例えば、ウォームギア及びウォームホイールを用いて構成することができる。なお、減速機１２は、これに限定されず、他のギアを用いた構成であってもよく、ボール減速機やローラ減速機などのギアを用いない構成であってもよい。減速機１２における減速比は、例えば、４０：１とすることができる。

【0026】

伝達部２０は、入力軸１０の回転する駆動力を出力軸３０に伝達することによって、出力軸３０を回転させることができる。また、伝達部２０は、入力軸１０から出力軸３０への駆動力の伝達を解除することもできる。伝達部２０においてこのような機能を実現するための構成については下記の「２．伝達部２０」で説明する。

【0027】

弾性機構４０は、シャフト４１と、コイルバネ４２と、支持部４３と、ストッパ４４と、変換機構４５と、を有する。弾性機構４０は、コイルバネ４２の圧縮変形により弾性エネルギを蓄積可能な蓄積部として構成される。シャフト４１は、Ｚ軸方向に延びる細長い棒状に形成されており、各保持板５１の外側にそれぞれ配置されている。なお、シャフト４１の数は、２本に限定されず、１本であっても３本以上であってもよい。

【0028】

コイルバネ４２は、各シャフト４１に挿通されている。支持部４３は、Ｘ軸方向に延びる棒状に形成され、２本のシャフト４１のＺ軸方向下部に掛け渡されている。ストッパ４４は、各シャフト４１のＺ軸方向上部にそれぞれ取り付けられている。つまり、支持部４３及びストッパ４４は、コイルバネ４２を介してＺ軸方向に対向している。

【0029】

変換機構４５は、各シャフト４１のコイルバネ４２とストッパ４４との間に配置され、シャフト４１に沿ってＺ軸方向に移動可能に構成されている。また、変換機構４５は、各保持板５１の外側の面に固定されている。つまり、弾性機構４０は、変換機構４５においてフレーム部５０に固定されている。

【0030】

図１に示す状態では、コイルバネ４２が、支持部４３と変換機構４５とに挟まれて、Ｚ軸方向に圧縮変形している。このため、変換機構４５は、コイルバネ４２にＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に押圧されて、ストッパ４４に押し付けられている。これにより、変換機構４５のシャフト４１に沿ったＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）への移動が規制されている。

【0031】

また、出力軸３０は、各保持板５１をＸ軸方向に貫通しており、各変換機構４５に接続されている。変換機構４５は、出力軸３０の回転運動を、変換機構４５自体のＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）への直線運動に変換可能に構成されている。変換機構４５の構成は、特定のものに限定されない。

【0032】

例えば、変換機構４５は、出力軸３０とともに回転するピニオンと、シャフト４１に沿って設けられたラックと、を含むラック・アンド・ピニオン機構として構成することができる。この構成では、出力軸３０の回転に伴うピニオンの回転によって、変換機構４５がシャフト４１に沿ってコイルバネ４２を圧縮変形させながらＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動する。

【0033】

図２は、変換機構４５がシャフト４１に沿ってＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動し、コイルバネ４２が圧縮変形させられている状態を示す図である。このとき、変換機構４５に接続された保持板５１を含むフレーム部５０が変換機構４５とともにＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動するため、フレーム部５０に保持されている各構成もＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動している。

【0034】

図２に示す状態では、コイルバネ４２に、変換機構４５をＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に押し戻そうとする弾性エネルギが蓄積されている。この状態において、伝達部２０によって入力軸１０から出力軸３０への駆動力の伝達を解除すると、図３に示すように、コイルバネ４２に蓄積された弾性エネルギが一気に解放され、変換機構４５がＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に急激に押し戻される。このように、運動エネルギ発生機構１では直線運動の運動エネルギを発生させることができる。

【0035】

運動エネルギ発生機構１では、出力軸３０の回転数に応じて、変換機構４５のＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）への移動量、すなわちコイルバネ４２の弾性変形量が変化する。つまり、出力軸３０の回転数によってコイルバネ４２に蓄積させる弾性エネルギの大きさを変更することにより、発生させる運動エネルギの大きさを調整可能である。

【0036】

２．伝達部２０
図４は、運動エネルギ発生機構１の図１のＡ－Ａ線に沿った断面を示す模式図である。つまり、図４は、Ｘ軸方向から見た伝達部２０の構成を示している。伝達部２０は、入力ギア２１と、出力ギア２２と、伝達ギア２３と、連結部２４と、付勢部２５と、回転規制部２６と、を有する。

【0037】

入力ギア２１は、入力軸１０に挿通され、入力軸１０とともに回転する。出力ギア２２は、出力軸３０に挿通され、出力軸３０とともに回転する。入力ギア２１及び出力ギア２２は、Ｚ軸方向に離間しており、つまり相互に係合していない。入力ギア２１及び出力ギア２２は、伝達ギア２３を介して接続可能である。

【0038】

伝達ギア２３は、入力ギア２１と出力ギア２２との間の隙間にＹ軸方向右側に隣接して配置されている。伝達ギア２３は、入力ギア２１と係合しており、出力ギア２２とも係合可能に構成されている。図４に示す状態では、伝達ギア２３は、出力ギア２２とも係合しており、入力ギア２１と出力ギア２２とを接続している。

【0039】

連結部２４は、相互に交差する２つの帯状の部分を有するＬ字型の部材であり、交差部分に入力軸１０が挿通されている。連結部２４の右上方向に延びる部分には、伝達ギア２３を回転可能に支持する支軸２４ａが設けられている。連結部２４の右下方向に延びる部分には、Ｘ軸方向に突出し、ビーム５２に対向する押圧部２４ｂが設けられている。

【0040】

連結部２４は、入力ギア２１と伝達ギア２３とが係合した状態で、入力軸１０と伝達ギア２３とを連結している。このため、伝達ギア２３は、入力ギア２１及び連結部２４と一体として、入力軸１０を中心に回転可能である。つまり、伝達ギア２３は、入力軸１０を中心に回動することによって出力ギア２２に対して離接可能である。

【0041】

付勢部２５は、シャフト２５ａと、コイルバネ２５ｂと、ストッパ２５ｃ，２５ｄと、を有する。シャフト２５ａは、細長い棒状に形成されており、ビーム５２と、連結部２４の押圧部２４ｂと、を挿通している。コイルバネ２５ｂは、シャフト２５ａに挿通され、ビーム５２と押圧部２４ｂとの間に配置されている。

【0042】

ストッパ２５ｃは、シャフト２５ａのビーム５２より外側の位置に取り付けられ、シャフト２５ａがビーム５２から抜けることを防いでいる。ストッパ２５ｄは、シャフト２５ａの押圧部２４ｂより外側の位置に取り付けられ、シャフト２５ａが押圧部２４ｂから抜けることを防いでいる。

【0043】

コイルバネ２５ｂは、ビーム５２と押圧部２４ｂとに挟まれて、常に圧縮変形している。このため、連結部２４は、コイルバネ２５ｂから入力軸１０を中心とする左回りのトルクを受ける。これにより、連結部２４に支持された伝達ギア２３が出力ギア２２に向けて付勢されるため、伝達ギア２３の出力ギア２２に対する係合が保持される。

【0044】

なお、付勢部２５は、伝達ギア２３を出力ギア２２に向けて付勢することが可能であればよく、上記の構成でなくてもよい。例えば、付勢部２５は、板バネやゼンマイバネやねじりバネなどのコイルバネ以外のバネを用いた構成や、各種弾性体や圧縮空気などを用いた構成であってもよい。

【0045】

回転規制部２６は、入力軸１０と連結部２４とに接続されている。回転規制部２６は、入力軸１０の連結部２４に対する左回りの回転を許容し、入力軸１０の連結部２４に対する右回りの回転を規制するように構成される。回転規制部２６は、特定の構成に限定されず、例えば、ワンウェイクラッチとして構成することができる。

【0046】

図４に示すように、入力軸１０は、左回り（矢印Ｌ方向）に回転するとき、回転規制部２６によって連結部２４に対する回転が許容されるため、伝達ギア２３を右回り（矢印Ｒ方向）に回転させる。伝達ギア２３は、付勢部２５の作用によって出力ギア２２に係合しているため、出力ギア２２を左回り（矢印Ｌ方向）に回転させる。

【0047】

このように、伝達部２０は、入力軸１０を左回りに回転させるときに、入力軸１０の駆動力を入力ギア２１、伝達ギア２３、及び出力ギア２２を介して出力軸３０に伝達する。したがって、運動エネルギ発生機構１では、入力軸１０を左回りに回転させることによって、図２に示すようにコイルバネ４２に弾性エネルギを蓄積することができる。

【0048】

図５は、図４に示す状態から、入力軸１０を右回り（矢印Ｒ方向）に少し回転させた状態を示す図である。入力軸１０は、右回り（矢印Ｒ方向）に回転するとき、回転規制部２６によって連結部２４に対する回転が規制されるため、付勢部２５による左回りのトルクに抗して連結部２４を右回りに回転させる。

【0049】

このとき、伝達ギア２３が出力ギア２２から離間し、出力ギア２２と伝達ギア２３との間に隙間Ｇが発生する。つまり、入力軸１０を右回り（矢印Ｒ方向）に回転させることにより、出力ギア２２の伝達ギア２３に対する係合が解除される。なお、付勢部２５のコイルバネ２５ｂは、連結部２４の押圧部２４ｂに押圧されて更に圧縮変形する。

【0050】

これにより、出力ギア２２が伝達ギア２３による拘束を受けなくなるため、出力ギア２２に接続された出力軸３０は自由に回転することが可能となる。したがって、コイルバネ４２の弾性エネルギが一気に解放されるとともに、出力軸３０が右回り（矢印Ｒ方向）に勢いよく回転する。

【0051】

この後、入力軸１０への右回り（図５の矢印Ｒ方向）へのトルクが解除されると、付勢部２５から連結部２４に加わる左回りのトルクによって、伝達ギア２３が再び出力ギア２２に対して係合する。これにより、図４に示す状態に戻り、再び、入力軸１０の右回りの回転によってコイルバネ４２に弾性エネルギを蓄積することが可能となる。

【0052】

図６は、運動エネルギ発生機構１における弾性エネルギの蓄積及び解放の動作の時系列シーケンスを示すグラフである。図６の横軸は、時刻ｔを示している。図６の上図の縦軸は、入力軸１０の回転速度を示している。図６の下図の縦軸は、コイルバネ４２に蓄積されている弾性エネルギの大きさを示している。

【0053】

図６の上図では、回転速度が正の場合には入力軸１０が図４に示す矢印Ｌ方向に回転しており、回転速度が負の場合には入力軸１０が図５に示す矢印Ｒ方向に回転しているものとしている。

【0054】

時刻ｔ_０において駆動部１１の動作を開始し、つまり図４に示すように入力軸１０の矢印Ｌ方向の回転を開始する。時刻ｔ_０から時刻ｔ_１まで駆動部１１を動作させて入力軸１０を等速で回転させると、コイルバネ４２には所定の弾性エネルギＦが蓄積される。コイルバネ４２に蓄積する弾性エネルギＦは、駆動部１１の動作時間で制御可能である。

【0055】

時刻ｔ_１において入力軸１０の回転を停止すると、図２に示すようにコイルバネ４２に弾性エネルギＦが蓄積された状態で保持される。そして、時刻ｔ_２において図５に示すように入力軸１０を矢印Ｒ方向に回転させた瞬間に、コイルバネ４２に蓄積された弾性エネルギＦが一気に解放される。

【0056】

上記のとおり、運動エネルギ発生機構１では、入力軸１０の回転方向を変更するだけで、コイルバネ４２に弾性エネルギの蓄積する動作と、コイルバネ４２に蓄積された弾性エネルギを解放する動作と、を切り替えることが可能である。したがって、運動エネルギ発生機構１では、これらの各動作を単一の駆動部１１によって実行可能である。

【0057】

また、運動エネルギ発生機構１は制御部を具備していてもよい。制御部は、入力軸１０及び出力軸３０の少なくとも一方の回転数によってコイルバネ４２に蓄積させる弾性エネルギの大きさの制御が可能であり、入力軸１０の回転方向によって弾性エネルギの蓄積と解放との切り替えの制御が可能なように構成することができる。このように、運動エネルギ発生機構１では、各動作の制御が容易であるため、高度な制御部を必要としない。

【0058】

更に、運動エネルギ発生機構１では、消耗品が存在しないため、駆動部１１を駆動させるための電力などの動力源を供給し続けることにより、繰り返し動作可能である。加えて、運動エネルギ発生機構１では、複雑な構成を必要としないため、小型化や軽量化が容易である。
運動エネルギ発生機構１では、蓄積されたコイルバネ４２の弾性エネルギを、シャフト４１に沿ったＺ軸方向へ解放する直線運動の運動エネルギとして出力しているので、一定方向への瞬間的な駆動力を出力することが可能となる。

【0059】

なお、回転規制部２６は、入力軸１０と連結部２４とに接続された構成に限らず、図７に示すように伝達ギア２３と連結部２４とに接続された構成であってもよい。この場合、回転規制部２６は、伝達ギア２３の連結部２４に対する右回りの回転を許容し、伝達ギア２３の連結部２４に対する左回りの回転を規制する。

【0060】

図７に示す構成では、入力軸１０及び入力ギア２１を右回り（矢印Ｒ方向）に回転させると、左回りの回転が規制されている伝達ギア２３が入力ギア２１のトルクによって入力軸１０を中心に右回りに回転させられる。これにより、伝達ギア２３が出力ギア２２から離間し、出力ギア２２と伝達ギア２３との間に隙間Ｇが形成される。

【0061】

３．跳躍ロボット１００
図８は、運動エネルギ発生機構１を用いた跳躍ロボット１００の斜視図である。跳躍ロボット１００は、本体部１０１と、ホイール部１０２と、運動エネルギ発生機構１と、を具備する。跳躍ロボット１００は、運動エネルギ発生機構１によって発生させた運動エネルギを利用して、地上を跳躍しながら移動可能な移動ロボットである。

【0062】

本体部１０１は、跳躍ロボット１００の本体を構成し、跳躍ロボット１００の用途に応じた様々な構成が搭載される。例えば、本体部１０１にカメラを搭載することにより、跳躍ロボット１００から見える風景の画像や映像を撮影可能となる。また、本体部１０１には、画像や映像を通信により送信可能な通信部を搭載することもできる。

【0063】

ホイール部１０２は、略半球状の外面１０２ａと、支軸１０２ｂと、を有する。支軸１０２ｂは、本体部１０１から前方に向けて斜め下側に延び、ホイール部１０２の内面の中央部に接続している。ホイール部１０２は、支軸１０２ｂを中心に回転可能である。ホイール部１０２は、外面１０２ａが地面に接触した状態で本体部１０１を保持する。

【0064】

運動エネルギ発生機構１は本体部１０１に設けられ、図１に示すフレーム部５０の保持板５１が本体部１０１に固定されている。跳躍ロボット１００では、弾性機構４０のシャフト４１が本体部１０１から後方に向けて斜め下方に延びている。弾性機構４０は、シャフト４１の先端部に設けられたパッド（不図示）が地面に接触した状態で本体部１０１を保持する脚部として構成される。パッドの形状は任意に決定可能である。

【0065】

つまり、地上における跳躍ロボット１００は、ホイール部１０２の外面１０２ａと、弾性機構４０の２本のシャフト４１の先端部に設けられたパッドと、において地面に接触している。これにより、跳躍ロボット１００は、平滑でない凹凸形状の地面においても安定した姿勢を保つことが可能である。

【0066】

なお、本体部１０１に対する弾性機構４０のシャフト４１の取り付け角度は、跳躍ロボット１００の跳躍角度に応じて自由に設計可能である。一例として、跳躍ロボット１００では、シャフト４１が収縮した状態で、シャフト４１の地面に対する角度が４５°となるように設定することができる。

【0067】

運動エネルギ発生機構１が図２に示す状態のとき、跳躍ロボット１００では、図８に示す状態よりも、弾性機構４０のシャフト４１のうち本体部１０１より下方に延びる部分が短くなっている。つまり、フレーム部５０を保持する本体部１０１がフレーム部５０とともに下降してホイール部１０２を支点として下方に傾き、跳躍ロボット１００が低い姿勢となっている。

【0068】

図２に示す状態の運動エネルギ発生機構１では、コイルバネ４２に、変換機構４５をＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に押し戻そうとする弾性エネルギが蓄積されている。この状態において、伝達部２０によって入力軸１０から出力軸３０への駆動力の伝達を解除すると、コイルバネ４２に蓄積された弾性エネルギが一気に解放される。

【0069】

このとき、運動エネルギ発生機構１では、図３に示すように、コイルバネ４２の弾性エネルギによって変換機構４５がＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に急激に押し戻され、すなわちシャフト４１が跳躍ロボット１００の本体部１０１より下方に急激に伸長する。これにより、跳躍ロボット１００が前方に跳躍する。

【0070】

また、跳躍ロボット１００は、ホイール部１０２を回転させることにより、後部に取り付けられた軸部品を中心として旋回することができる。これにより、跳躍ロボット１００は、地面に沿って向きを変更することができる。したがって、跳躍ロボット１００は、任意の方向に移動することが可能な移動ロボットである。

【0071】

このように、跳躍ロボット１００は、弾性機構４０のシャフト４１を伸縮させて地面を蹴ることにより、前方に跳躍することが可能である。これにより、跳躍ロボット１００では、平滑でない凹凸形状の地面においても、前方への移動が容易となる。また、跳躍ロボット１００は、進路を阻む障害物を跳躍によって飛び越えることもできる。

【0072】

このため、跳躍ロボット１００は、例えば、地震などで土砂が堆積した地域においても移動可能である。また、跳躍ロボット１００は、地球上のみならず、月面などの天体上においても移動可能である。特に、跳躍ロボット１００は、地面の状態が把握できていない未知の天体上においても移動可能である。

【0073】

４．運動エネルギ発生機構１の他の用途
本実施形態に係る運動エネルギ発生機構１は、上述の跳躍ロボット１００以外にも、例えば産業用機械や玩具などといった様々な分野において利用可能である。以下、様々な分野における運動エネルギ発生機構１の用途について例示するが、運動エネルギ発生機構１の用途はこれらに限定されない。

【0074】

４．１ コアラ撃ち込み装置２００
コアラは、土や泥などの土壌の構成物質を採取するための筒状の部材である。つまり、コアラを土壌に突き刺し、回収することにより、コアラの内部に充填された土壌の構成物質を採取することができる。コアラを土壌に突き刺す際には、コアラを強い力で土壌に撃ち込む必要がある。

【0075】

図９Ａ，９Ｂは、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構１を用いたコアラ撃ち込み装置２００を模式的に示す断面図である。コアラ撃ち込み装置２００は、本体部２０１と、放出部２０２と、を具備する。本体部２０１は、棒状に形成されている。運動エネルギ発生機構１及び放出部２０２は、本体部２０１内に長手方向に並べて配置されている。

【0076】

本体部２０１には、運動エネルギ発生機構１から長手方向一端に延びる開口部２０３と、放出部２０２から長手方向他端に延びる開口部２０４と、が形成されている。運動エネルギ発生機構１の弾性機構４０は、開口部２０３に沿って延びている。放出部２０２は、開口部２０４からカウンタマスを放出することができる。

【0077】

コアラ撃ち込み装置２００では、図９Ａに示すように、弾性機構４０に弾性エネルギを蓄積した状態で、コアラＭ１が弾性機構４０の先端に接触するように開口部２０３内にセットされる。弾性機構４０に蓄積する弾性エネルギは、コアラＭ１を撃ち込む強さに応じて決定可能である。

【0078】

図９Ａに示す状態で、弾性機構４０に蓄積された弾性エネルギを解放することにより、図９Ｂに示すようにコアラＭ１が開口部２０３から勢いよく撃ち出される。また、弾性エネルギを解放する瞬間に、放出部２０２によって開口部２０４からカウンタマスを放出することにより、本体部２０１に加わる衝撃をキャンセルすることができる。

【0079】

４．２ 搬送装置３００
図１０は、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構１を用いた搬送装置３００を模式的に示す側面図である。搬送装置３００は、搬送台３０１を具備する。搬送装置３００では、搬送台３０１の上面において物体Ｍ２を滑動させることにより物体Ｍ２を搬送する。運動エネルギ発生機構１のフレーム部５０は搬送台３０１の上面に固定されている。

【0080】

弾性機構４０は、搬送台３０１の上面に沿って延びている。搬送装置３００では、弾性機構４０に弾性エネルギを蓄積した状態で、物体Ｍ２が弾性機構４０の先端に接触するようにセットされる。そして、弾性機構４０に蓄積された弾性エネルギを解放することにより、物体Ｍ２は、弾性機構４０に強く押圧され、搬送台３０１の上面を滑動する。

【0081】

４．３ サッカーロボット４００
図１１は、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構１を用いたサッカーロボット４００を模式的に示す側面図である。サッカーロボット４００は、本体部４０１と、車輪４０２と、を有する。サッカーロボット４００は、車輪４０２によってフィールドを移動しながらサッカーをプレイできるように構成されている。

【0082】

サッカーロボット４００では、運動エネルギ発生機構１の弾性機構４０が本体部４０１から前方に突出している。サッカーロボット４００では、弾性エネルギを蓄積した状態の弾性機構４０の先端をサッカーボールＭ３に接触させ、弾性機構４０に蓄積された弾性エネルギを解放する。これにより、サッカーボールＭ３を強く蹴ることができる。

【0083】

４．４ 投擲装置５００
図１２は、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構１を用いた投擲装置５００を模式的に示す断面図である。投擲装置５００は、本体部５０１を有する。本体部５０１は、底部が閉塞された細長い筒状に形成されている。運動エネルギ発生機構１は、本体部５０１内の底部に、弾性機構４０を開放された先端部に向けた状態で配置される。

【0084】

投擲装置５００では、弾性機構４０に弾性エネルギを蓄積した状態で、投擲の対象となるボールなどの物体Ｍ４が弾性機構４０の先端に接触するように本体部５０１の内部にセットされる。そして、弾性機構４０に蓄積された弾性エネルギを解放することにより、物体Ｍ４が本体部５０１の先端部から勢いよく投げ出される。

【0085】

４．５ 減速装置６００
図１３Ａ，１３Ｂは、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構１を用いた減速装置６００を模式的に示す正面図である。減速装置６００は、単数又は複数の運動エネルギ発生機構１によって構成される。減速装置６００は、落下する物体Ｍ５の落下速度を着地直前に減速させることにより、物体Ｍ５の着地時の衝撃を低減することができる。

【0086】

図１３Ａに示すように、減速装置６００では、運動エネルギ発生機構１の弾性機構４０の先端が、物体Ｍ５の下面に取り付けられている。そして、物体Ｍ５が着地する前に、図１３Ａに示すように弾性機構４０に弾性エネルギを蓄積し、図１３Ｂに示すように弾性機構４０に蓄積された弾性エネルギを解放する。

【0087】

これにより、弾性機構４０が物体Ｍ５の下面を蹴り上げ、各運動エネルギ発生機構１が下方に勢いよく落下する。このとき、各運動エネルギ発生機構１から物体Ｍ５に上方への力が加わるため、物体Ｍ５の落下速度が減速する。なお、減速装置６００における運動エネルギ発生機構１の数は適宜決定可能である。

【0088】

［ＩＩ］第２の実施形態
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る運動エネルギ発生機構７０１を模式的に示す正面図である。図１４は、第１の実施形態に係る図１に対応する。本実施形態に係る運動エネルギ発生機構７０１について、第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１と共通の構成には同一の符号を用いる。

【0089】

本実施形態に係る運動エネルギ発生機構７０１は、以下に特に説明する構成以外について、第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１と同様に構成されている。運動エネルギ発生機構７０１には、第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１の弾性機構４０とは異なる弾性機構７４０が設けられている。

【0090】

より詳細に、第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１の弾性機構４０では、変換機構４５と支持部４３との間に、圧縮型のコイルバネ４２が配置されていた。これに対し、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構７０１の弾性機構７４０では変換機構４５とストッパ４４との間に、引張型のコイルバネ７４２が配置されている。

【0091】

弾性機構７４０では、コイルバネ７４２の一方の端部が変換機構４５のＺ軸方向上面（＋Ｚ軸方向を向いた面）に固定され、コイルバネ７４２の他方の端部がストッパ４４のＺ軸方向下面（－Ｚ軸方向を向いた面）に固定されている。つまり、コイルバネ７４２は、シャフト４１にＸ軸方向に隣接する位置において、ストッパ４４と変換機構４５とを接続している。

【0092】

これにより、変換機構４５がＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動すると、コイルバネ７４２は、ストッパ４４と変換機構４５とに引っ張られて、弾性変形によってＺ軸方向に伸長する。つまり、弾性機構７４０は、コイルバネ７４２の引張変形により弾性エネルギを蓄積可能な蓄積部として構成される。

【0093】

図１５は、変換機構４５がシャフト４１に沿ってＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動し、コイルバネ７４２が引張変形させられている状態を示す図である。このとき、変換機構４５に接続された保持板５１を含むフレーム部５０が変換機構４５とともにＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動するため、フレーム部５０に保持されている各構成もＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に移動している。

【0094】

図１５に示す状態では、コイルバネ７４２に、変換機構４５をＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に引き上げようとする弾性エネルギが蓄積されている。この状態において、伝達部２０によって入力軸１０から出力軸３０への駆動力の伝達を解除すると、コイルバネ７４２に蓄積された弾性エネルギが一気に解放される。

【0095】

これにより、図１６に示すように、変換機構４５がＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に急激に引き上げられる。このように、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構７０１では、入力軸１０を回転させる駆動力によって、Ｚ軸方向に沿った直線運動の運動エネルギを発生させることができる。

【0096】

運動エネルギ発生機構７０１では、引張型のコイルバネ７４２を用いることにより、コイルバネ７４２に座屈などの歪みを発生させることなく、安定して弾性エネルギを蓄積することができる。このため、運動エネルギ発生機構７０１では、蓄積される弾性エネルギの損失を抑制することができる。

【0097】

なお、コイルバネ７４２の配置は、任意に決定可能である。例えば、コイルバネ７４２はシャフト４１内に配置されていてもよく、コイルバネ７４２内にシャフト４１が挿通されていてもよい。また、各ストッパ４４及び変換機構４５ごとに複数のコイルバネ７４２が設けられていてもよい。

【0098】

［ＩＩＩ］第３の実施形態
図１７は、本発明の第３の実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１の断面図である。図１７は、第１の実施形態に係る図４に対応する。本実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１について、第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１と共通の構成には同一の符号用いる。

【0099】

本実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１は、以下に特に説明する構成以外について、第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１と同様に構成されている。運動エネルギ発生機構８０１には、第１の実施形態に係る運動エネルギ発生機構１の伝達部２０とは異なる伝達部８２０が設けられている。

【0100】

より詳細に、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１の伝達部８２０には、ラチェット８２６が設けられている。また、運動エネルギ発生機構８０１には、１の実施形態に係るビーム５２に代えて、ラチェット８２６を回転可能に支持するためのラチェット軸８５２（第４の実施形態に係る図２０参照）が設けられている。

【0101】

ラチェット軸８５２は、入力軸１０、出力軸３０、及び支軸２４ａよりもＺ軸方向上側（Ｚ軸方向プラス側）であって、入力軸１０及び支軸２４ａの中心軸を通る平面Ｐよりも出力軸３０側に配置されている。ラチェット軸８５２は、入力軸１０及び出力軸３０と同様に保持板５１間をＸ軸方向に延びている。

【0102】

ラチェット８２６は、平面Ｐよりも出力軸３０側において伝達ギア２３に係合する先端部８２６ａを有する。ラチェット８２６には右回りのトルクが付与され、先端部８２６ａが伝達ギア２３に向けて付勢されている。ラチェット８２６へのトルクの付与には、例えば、ゼンマイバネやねじりバネなどを用いることができる。

【0103】

伝達ギア２３には、ラチェット８２６の先端部８２６ａから加わる力によって、入力軸１０を中心とする左回りのトルクが付与されている。これにより、伝達部８２０では、伝達ギア２３が出力ギア２２に付勢されている。つまり、伝達部８２０では、ラチェット８２６が、伝達ギア２３を出力ギア２２に付勢するための付勢部として機能する。

【0104】

また、ラチェット８２６の先端部８２６ａは、伝達ギア２３の支軸２４ａに対する右回りの回転を許容し、伝達ギア２３の支軸２４ａに対する左回りの回転を規制可能な形状に形成されている。これにより、伝達部８２０では、ラチェット８２６が、伝達ギア２３の回転を規制する回転規制部としても機能する。

【0105】

このように、本実施形態に係る伝達部８２０では、ラチェット８２６が付勢部及び回転規制部として機能する。このため、伝達部８２０では、第１の実施形態に係る伝達部２０における付勢部２５及び回転規制部２６を設ける必要がなく、シンプルで軽量な構成を実現することができる。

【0106】

図１７に示すように、伝達ギア２３は、入力軸１０が左回り（矢印Ｌ方向）に回転すると、これに伴って右回り（矢印Ｒ方向）に回転する。伝達ギア２３が右回り（矢印Ｒ方向）に回転すると、ラチェット８２６によって伝達ギア２３が付勢されている出力ギア２２が左回り（矢印Ｌ方向）に回転する。

【0107】

図１８は、図１７に示す状態から、入力軸１０を右回り（矢印Ｒ方向）に少し回転させた状態を示す図である。伝達ギア２３は、入力軸１０の右回り（矢印Ｒ方向）の回転に伴う左回りの回転がラチェット８２６によって規制されている。このため、伝達ギア２３は、入力ギア２１とともに入力軸１０を中心として右回り（矢印Ｒ方向）に回動する。

【0108】

なお、入力軸１０のバックドライバビリティが良好な場合には、入力軸１０を右回り（矢印Ｒ方向）に積極的に回転させなくても、入力軸１０に加えるトルクをゼロにするだけでよい。この場合、出力ギア２２は、コイルバネ４２から出力軸３０に加わるトルクによって（矢印Ｒ方向）に回転し、伝達ギア２３を左回りに回転させようとする。しかし、伝達ギア２３は、ラチェット８２６によって左回りの回転を規制されているため、入力ギア２１とともに入力軸１０を中心として右回り（矢印Ｒ方向）に回動する。

【0109】

伝達ギア２３は、入力ギア２１とともに入力軸１０を中心として右回り（矢印Ｒ方向）に回動することによって、出力ギア２２から離間し、出力ギア２２と伝達ギア２３との間に隙間Ｇが発生する。これにより、伝達部８２０では、出力ギア２２の伝達ギア２３に対する係合が解除される。

【0110】

このとき、出力ギア２２が伝達ギア２３による拘束を受けなくなるため、出力ギア２２に接続された出力軸３０は自由に回転することが可能となる。これにより、コイルバネ４２の弾性エネルギが一気に解放されるとともに、出力軸３０が右回り（矢印Ｒ方向）に勢いよく回転する。

【0111】

この後、入力軸１０への右回り（図１８の矢印Ｒ方向）へのトルクが解除され、入力軸１０に再び左回り（図１７の矢印Ｌ方向）のトルクが付与されると、伝達ギア２３が再び出力ギア２２に対して係合する。このとき、ラチェット８２６から伝達ギア２３に付与されるトルクも、伝達ギア２３が再び出力ギア２２に対して係合する動作をサポートする。これにより、図１７に示す状態に戻り、再び、入力軸１０の右回りの回転によってコイルバネ４２に弾性エネルギを蓄積することが可能となる。

【0112】

［ＩＶ］第４の実施形態
図１９は、本発明の第４の実施形態に係る運動エネルギ発生機構９０１の断面図である。図１４は、第３の実施形態に係る図１７に対応する。本実施形態に係る運動エネルギ発生機構９０１について、第３の実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１と共通の構成には同一の符号を用いる。

【0113】

本実施形態に係る運動エネルギ発生機構９０１は、以下に特に説明する構成以外について、第３の実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１と同様に構成されている。本実施形態に係る運動エネルギ発生機構９０１には、第３の実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１の伝達部８２０とは異なる伝達部９２０が設けられている。

【0114】

より詳細に、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構９０１の伝達部９２０には、伝達部材９２７及び巻き取り部９２８が設けられている。伝達部材９２７は、紐やロープやケーブルやベルトなどの柔軟性のある長尺体として構成されている。巻き取り部９２８は、出力軸３０に設けられ、出力軸３０とともに回転可能に構成されている。

【0115】

図２０は、運動エネルギ発生機構９０１の正面図である。図２０は、第１の実施形態に係る図１に対応する。伝達部材９２７は、その一方の端部が巻き取り部９２８に固定され、巻き取り部９２８からＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）に延び、他方端部が支持部４３に固定されている。つまり、伝達部材９２７は、出力軸３０と支持部４３とを接続している。

【0116】

図１９に示すように、伝達ギア２３は、入力軸１０が左回り（矢印Ｌ方向）に回転すると、これに伴って出力ギア２２が左回り（矢印Ｌ方向）に回転する。これにより、伝達部材９２７が巻き取り部９２８に巻き取られていく。これに伴い、伝達部材２１７によって、支持部４３がＺ軸方向上方（＋Ｚ軸方向）に引き上げられる。

【0117】

これにより、コイルバネ４２が圧縮変形することにより、弾性エネルギが蓄積される。このように、運動エネルギ発生機構９０１では、伝達部９２０における伝達部材９２７及び巻き取り部９２８が出力軸３０の回転運動を、変換機構４５自体のＺ軸方向下方（－Ｚ軸方向）への直線運動に変換可能な変換機構として機能する。

【0118】

このため、運動エネルギ発生機構９０１では、第３の実施形態に係る運動エネルギ発生機構８０１の変換機構４５を設ける必要がない。したがって、運動エネルギ発生機構９０１では、変換機構４５に代えて、変換機構として機能しない支持部９４５を用いることができるため、シンプルで軽量な構成を実現することができる。

【0119】

また、運動エネルギ発生機構９０１では、駆動力の伝達のために、伝達部材９２７を屈曲させることが可能なプーリなどを用いることもできる。これにより、出力軸３０の回転運動を、Ｚ軸方向に限らず、任意の方向の直線運動に変換可能となる。これらにより、本実施形態に係る運動エネルギ発生機構９０１では、設計自由度が飛躍的に向上する。

【0120】

［Ｖ］その他の実施形態
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、運動エネルギ発生機構の伝達部における入力ギア、出力ギア、及び伝達ギアはそれぞれ複数のギアで構成されていてもよい。

【0121】

一例として、入力ギアは、入力軸とともに回転するギアと、このギアと係合するギアと、を含む構成でもよい。また、出力ギアは、出力軸とともに回転するギアと、このギアと係合するギアと、を含む構成でもよい。更に、伝達ギアは、複数のギアを介して入力ギアと出力ギアとを接続可能な構成でもよい。

【0122】

また、運動エネルギ発生機構において、弾性機構が、出力軸の回転運動を直線運動に変換することにより、コイルバネに弾性エネルギを蓄積する構成は必須ではない。例えば、弾性機構は、ゼンマイバネやねじりバネなどを用いて出力軸が回転する運動エネルギをそのまま弾性エネルギとして蓄積してもよい。

【0123】

更に、運動エネルギ発生機構は、弾性エネルギを蓄積可能な弾性機構ではなく、出力軸が回転する運動エネルギを弾性エネルギ以外のポテンシャルエネルギとして蓄積可能な蓄積部を有していてもよい。蓄積部は、例えば、重力や静電ポテンシャルなどによるポテンシャルエネルギを蓄積可能な構成とすることができる。

【符号の説明】

【0124】

１…運動エネルギ発生機構
１０…入力軸
２０…伝達部
２１…入力ギア
２２…出力ギア
２３…伝達ギア
２４…連結部
２５…付勢部
２６…回転規制部
３０…出力軸
４０…弾性機構
４１…シャフト
４２…コイルバネ
４５…変換機構
５０…フレーム部
５２…ビーム
１００…跳躍ロボット
１０１…本体部
１０２…ホイール部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】