JP2003341599A - 情報提示装置および情報提示システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効果的に情報の提示を行なうことができる情
報提示システムを提供する。 【解決手段】 ベースステーション９１が被情報提示者
９３を検出すると、ベースステーション９１は羽ばたき
飛行ロボット９０に所定の位置および姿勢に定位するよ
う指示する。ロボット９０は、羽ばたき飛行を行なうこ
とで、指示された位置および姿勢に定位する。ロボット
９０には、情報提示手段として矢印形の図形が配されて
いる。ロボット９０の位置と姿勢とをベースステーショ
ン９１が制御することにより、本システムは、矢印の方
向という情報を、被情報提示者９３に対して提示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は情報提示装置およ
び情報提示システムに関し、特に、効果的に情報の提示
を行なうことができる情報提示装置および情報提示シス
テムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ディスプレイ技術の発達により、
情報提示装置として広告等の情報提示用に様々なディス
プレイが用いられている。

【０００３】図３１は、従来の情報提示装置の具体例を
示す図である。従来の情報提示装置は、図３１（ａ）に
示すように、支柱などの支持構造を有する。あるいは、
図３１（ｂ）に示す一般的な電光掲示板のように、ビル
ディングなどの構造物に付加される支持態様であった。

【０００４】また、気球や飛行船、アドバルーン等のよ
うに、浮力により浮上する構造物そのもの、もしくはこ
れに付加された情報提示部分により、浮上することで障
害物の少ない位置もしくは視認頻度の高いことが期待さ
れる位置に移動して広告などの情報提示を行なう情報提
示装置も近年多く用いられている。例えば、特開２００
２−６７８４号公報には、従来の飛行船と、プロジェク
タとを組合わせた情報提示装置である浮遊型ロボットが
示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の支持
を必要とする情報提示装置は、支柱や構造物等の支持構
造を必要とするため、情報提示部分の大きさが支持構造
のサイズや剛性によって制限されてしまうという問題が
あった。また、このような情報提示装置は、所定の面積
を占有するため、情報提示主の所有する不動産にしか配
することができない。そのため、位置がほとんど固定さ
れてしまい、より効果的な情報提示を行なうことができ
ないという問題があった。また、催事の会場への道案内
といった、一時的な用途に用いるには、情報提示装置を
配する土地の管理者に承諾を得る必要がある。そのた
め、非常に手間がかかるという問題があった。

【０００６】一方、上述の浮上もしくは飛行するタイプ
の情報提示装置は、地上に占有面積を有しないためにこ
の問題が回避される。上述の特開２００２−６７８４号
公報で開示される浮遊型ロボットを用いて情報を提示す
る場合は、この点においてはメリットがある。

【０００７】しかし、特開２００２−６７８４号公報で
開示される情報提示装置は、浮力が体積に比例するた
め、所定の大きさ以上の浮上部分を必要とする。そのた
め、人間の視線程度の高さや、ビルディングや一般的な
商店街といった状況で用いるのに適さず、効果的な情報
の提示ができないという問題があった。

【０００８】例えば、一般的に用いられている無線操縦
の無人飛行船のうちで、最も小さいものでも３ｍ程度の
長さがあった。このため、例えば人間の目に最も留まり
やすい地上高１〜２ｍでは、障害物が多いため、このよ
うな無人飛行船を情報提示に用いることは、ほとんど不
可能であるという問題があった。

【０００９】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであり、面積を占有せず、効果的に情報の提示を行
なうことができる情報提示装置および情報提示システム
を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のある局面に従うと、情報提示装置は、情報
を提示する情報提示手段を備える情報提示装置であっ
て、羽ばたき飛行を行なうことで浮上する浮上手段を備
えることを特徴とする。

【００１１】また、情報提示装置は、当該情報提示装置
の位置を取得する位置取得手段をさらに備え、情報提示
手段は、取得した位置によって情報の提示を制御するこ
とが望ましい。

【００１２】また、情報提示装置は、当該情報提示装置
の姿勢を取得する姿勢取得手段をさらに備え、情報提示
手段は、取得した姿勢によって情報の提示を制御するこ
とが望ましい。

【００１３】また、情報提示装置は、情報提示手段で提
示する情報に応じて、当該情報提示装置の位置を制御す
る第１の制御手段をさらに備えることが望ましい。

【００１４】また、情報提示装置は、情報提示手段で提
示する情報に応じて、当該情報提示装置の姿勢を制御す
る第２の制御手段をさらに備えることが望ましい。

【００１５】また、情報提示装置は、上述の浮上手段と
情報提示手段とが、独立して制御されることが望まし
い。

【００１６】また、上述の情報提示手段と、情報を提示
される被情報提示者とを結ぶ直線が、浮上手段の移動体
積密度の最も低い領域に位置することが望ましい。

【００１７】また、上述の情報提示手段は、浮上手段を
用いて情報を提示することが望ましい。

【００１８】また、上述の情報提示手段は、浮上手段の
視覚状態を制御することで情報を提示することが望まし
い。

【００１９】また、上述の情報提示手段は、視覚状態と
して、反射率を制御することで情報を提示することが望
ましい。

【００２０】また、上述の情報提示手段は、視覚状態と
して、発光を制御することで情報を提示することが望ま
しい。

【００２１】また、情報提示装置は、浮上手段に、発光
した光を拡散する拡散手段をさらに備えることが望まし
い。

【００２２】また、上述の浮上手段は、当該浮上手段の
部位ごとに異なる複数の視覚状態を備え、情報提示手段
は、当該情報提示装置の被情報提示者に対する姿勢を制
御することで情報を提示することが望ましい。

【００２３】また、上述の浮上手段は、当該浮上手段の
表裏で異なる視覚状態を備え、情報提示手段は、被情報
提示者に向ける浮上手段の表裏を制御して情報を提示す
ることが望ましい。

【００２４】また、上述の情報提示手段は、当該情報提
示装置を複数組合せることで、情報を提示することが望
ましい。

【００２５】また、上述の情報提示手段は、人間の目の
位置に相当する高さにおいて情報を提示することが望ま
しい。

【００２６】また、上述の情報提示手段は、浮上手段を
制御することで、羽ばたき飛行の様態を変化させて情報
を提示することが望ましい。

【００２７】また、情報提示装置は、音を発生させる発
音手段をさらに備えることが望ましい。

【００２８】また、上述の発音手段は、前記羽ばたき飛
行の様態の変化に応じて前記音を変化させることが望ま
しい。

【００２９】また、情報提示装置は、物理量を取得する
取得手段をさらに備え、情報提示手段は、取得された物
理量に応じて情報を提示することが望ましい。

【００３０】また、情報提示装置は、人体を検出する検
出手段をさらに備え、情報提示手段は、検出手段で人体
を検出した際に情報を提示することが望ましい。

【００３１】本発明の他の局面に従うと、情報提示シス
テムは、上述の情報提示装置と、情報提示装置に駆動エ
ネルギーの補充を行なうエネルギー補充装置とからな
る。

【００３２】また、本発明のさらに他の局面に従うと、
情報提示システムは、上述の情報提示装置であって、通
信手段をさらに備える情報提示装置と、情報提示装置と
通信を行ない、１以上の情報提示装置を制御する制御装
置とからなる。

【００３３】また、情報提示システムは、物理量を取得
する取得手段をさらに備え、制御装置は、取得された物
理量に応じて情報提示装置を制御することが望ましい。

【００３４】また、情報提示システムは、人体を検出す
る検出手段をさらに備え、制御装置は、検出手段で検出
された人体の情報に応じて情報提示装置を制御すること
が望ましい。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しつつ、第１
〜第３の発明の実施の形態について説明する。以下の説
明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付
してある。それらの名称および機能も同じである。した
がってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

【００３６】［第１の実施の形態］第１の実施の形態に
おける情報提示システム（以下、単にシステムと称す
る）は、所定の情報を提供する情報提示装置である羽ば
たき飛行ロボットと、これを制御するベースステーショ
ンとから構成される。以下には、本実施のシステムが、
方向案内を行なう情報提示システムであるものとして説
明を行なう。より具体的には、人間すなわち被情報提示
者の視線程度の高さにおいて、矢印型の図形を提示する
情報提示装置、およびこれを用いた情報提示システムで
あるものとして説明を行なう。

【００３７】図１は、第１の実施の形態におけるシステ
ムの構成を示す図である。図１を参照して、本実施の形
態におけるシステムは、作業空間９２内に配された、情
報提示手段を有する羽ばたき飛行ロボット(以下、単に
ロボットと称する)９０と、このロボット９０と情報を
交換するベースステーション９１とから構成される。

【００３８】次に、上述のシステムの動作について、具
体的に説明を行なう。ベースステーション９１が被情報
提示者９３を検出すると、ベースステーション９１はロ
ボット９０に所定の位置に定位するよう指示する。指示
を受けたロボット９０は、指定された位置に定位する。
ロボット９０には、情報提示手段として矢印形の図形が
配されている。ロボット９０の位置と姿勢とをベースス
テーション９１が制御することにより、本システムは、
矢印の方向という情報を、被情報提示者９３に対して提
示する。

【００３９】次に、図１に示されるロボット９０につい
て説明する。図２は、図１に示されるロボット９０の主
要な構成について示す図である。

【００４０】図２を参照して、ロボット９０は支持構造
１を主構造とし、これに各構成部品が配される。

【００４１】より詳細には、支持構造１の上部には右ア
クチュエータ２１と左アクチュエータ２２とが固定され
る。右アクチュエータ２１には右羽３１が取付けられ、
左アクチュエータ２２には左羽３２が取付けられる。各
羽３１および３２の構成については、後に詳述する。

【００４２】また、支持構造１の下部に電極６１が配さ
れる。各アクチュエータ２１および２２は、各々取付け
られた羽３１および３２を、アクチュエータ２１および
２２の支点を略中心として、３自由度をもって回転させ
る。各アクチュエータ２１および２２の回転は、支持構
造１に搭載された制御装置４によって制御される。各ア
クチュエータ２１および２２の詳細な構造については後
述する。

【００４３】なお、図２に示される状態におけるロボッ
ト９０の重心Ｏは、左右アクチュエータ２１および２２
の回転中心の中点Ａ０よりも鉛直下方にある。

【００４４】また、支持構造１には、加速度センサ５
１、角加速度センサ５２、および人体検出用の焦電型赤
外線センサ５３が搭載される。

【００４５】さらに、支持構造１には通信装置７が配さ
れる。通信装置７は、ベースステーション９１と情報の
送受信を行なう。

【００４６】上述の制御装置４は、上述の加速度センサ
５１および角加速度センサ５２から送られる情報によっ
て、ロボット９０の浮上の状態を検知する。

【００４７】また、上述の通信装置７は、制御装置４の
有する情報をベースステーション９１に送信する。さら
に、通信装置７は、ベースステーション９１から指示信
号を受信する。

【００４８】制御装置４は、ベースステーション９１か
ら受信した指示信号に応じて、各アクチュエータ２１お
よび２２の動作パラメータを算出し、駆動を決定する。

【００４９】さらに、支持構造１には、情報提示手段と
して、矢印標識８が配される。矢印標識８は、視認性を
考慮して、羽３１または３２が被情報提示者９３からの
視線を遮ることのない、支持構造１の上部に配される。

【００５０】上述の左右アクチュエータ２１および２
２、制御装置４、センサ５１〜５３、および通信装置７
を駆動する電源は、電源６により供給される。電源６
は、２次電池であり、電極６１を経由して供給される電
力によって充電される。また、電極６１は、位置決めピ
ンの役割も兼ねる。そのため、ロボット９０は、ベース
ステーション９１の位置決穴（図示せず）に、所定の姿
勢で定位することが可能である。

【００５１】なお、図２においては、電極６１は、正極
および負極の２本のピンからなる構成であることが示さ
れているが、充電状態検出用などを含む、３本以上のピ
ンからなる構成であっても構わない。

【００５２】次に、上述の支持構造１についてより詳細
に説明する。支持構造１は、機械的強度を確保した上で
十分軽量であることが望ましい。本実施の形態における
ロボット９０の支持構造１では、略球殻状に整形したポ
リエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が用いられるもの
とする。

【００５３】なお、支持構造１の下部に、接地の際転倒
せぬよう、支持脚が配されてもよい。また、支持構造１
の材料や形状は、飛行の性能を損なわないものであれ
ば、上述の材料や、図２に示された形状に限られるもの
ではない。

【００５４】上述の如く、支持構造１の材料は、特に、
軽量で剛性が高いことが望ましい。そのため、例えば、
蟹や海老等の生物に使われているキトサンなどの有機物
と、シリカゲルなどの無機物とを、分子レベルでハイブ
リッド化した複合材料を用いることも考えられる。前記
複合材料を用いることにより、蟹や海老等の外骨格が備
える、軽くて丈夫であり、かつ、形状加工が容易である
という、生物が本来持っている最適な組成値をそのまま
支持構造１に転用することができる。また、上述の複合
材料は、環境に対しても害が少ないため望ましい材料で
ある。さらに、貝殻の材料である炭酸カルシウムを、前
述のキトサンに替えて用いることでも、剛性の高い支持
構造１を構築することができる。

【００５５】また、アクチュエータ２１および２２、羽
３１および３２の配置、形状についても、図２に示され
る態様に限るものではない。

【００５６】なお、本実施の形態では、ロボット９０の
浮上の安定性を特に重要視して、すなわち、浮上時に自
然に図２に示した姿勢となるように、重心Ｏの位置を羽
３１および３２の力学的作用中心点（回転中心の中点Ａ
０）の位置よりも下に位置させている。しかし、重心Ｏ
と力学的作用点（回転中心の中点Ａ０）の位置とを一致
させる方が、ロボット９０姿勢制御に必要な左右の羽３
１および３２の流体力の差を最も小さくすることができ
るため、ロボット９０の姿勢を容易に変更することがで
きる。よって、ロボット９０の形態は、上述の、重心Ｏ
の位置を羽３１および３２の力学的作用中心点の位置よ
りも下に位置する形態に限定されず、本システムにおけ
る情報提示の目的によっては、上述の、重心Ｏと力学的
作用点の位置とを一致させる形態、すなわち、姿勢制御
の容易さを優先した設計を行なうことも考えられる。

【００５７】次に、上述のロボット９０の、羽３１およ
び３２の構成とその動作について、以下に説明する。

【００５８】ここで、説明の簡便のため、図２における
座標系を定義する。まず、支持構造１の略中央を原点と
する。また、重力加速度の方向を下方向、その逆を上方
向とする。原点から上方に向かってｚ軸を定義する。

【００５９】次に、右アクチュエータ２１の形状中心と
左アクチュエータ２２の形状中心を結ぶ方向を左右方向
とし、原点から左羽３２に向かってｙ軸を定義する。ま
た、原点から、ｙ軸とｚ軸との右手系における外積方向
にｘ軸を定義し、以後これを前方、その反対方向を後方
と称する。

【００６０】また、図２には、ロボット９０が、右羽３
１の右アクチュエータ２１に対する力学的作用点Ａ１
と、左羽３２の左アクチュエータ２２に対する力学的作
用点Ａ２との中点Ａ０から、重力加速度方向に下ろした
線上に本装置の重心Ｏが位置する状態であることが示さ
れている。本実施の形態においては、左アクチュエータ
のロータ２２９（図示せず）は略球状であり、左羽３２
の主軸３２１の延長線上にこのロータ２２９の球心が位
置するように左羽３２が配置される。左アクチュエータ
２２に対する力学的作用点Ａ２および主軸３２１の回転
運動の支点は、このロータ２２９の球心に一致する。な
お、右アクチュエータ２１についても同様である。

【００６１】以後、前述したｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は図２に
示される状態において、支持構造１に対して固定され
た、本実施の形態のロボット９０に固有の座標系である
ものとして説明を行なう。

【００６２】一方、上述のロボット９０の固定された座
標系に対して、空間に固定された任意の点を原点とする
空間座標として、ｘ’軸、ｙ’軸およびｚ’軸を定義す
る。これにより、ロボット９０が移動する作業空間９２
の座標は、上述のｘ’軸、ｙ’軸およびｚ’軸のそれぞ
れの座標を用いて表され、ロボット９０における固有の
座標は、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸のそれぞれの座標を用い
て表される。

【００６３】次に、羽３１および３２の構造について説
明する。左羽３２は、主軸３２１と、主軸３２１から枝
状に伸びた枝３２２とから構成される支持部材に、膜３
２３を張ることで形成される。主軸３２１は、左羽３２
において、前方よりの位置に配される。また、枝３２２
は、先に行くほど（主軸３２１から遠くなるほど）下方
を向く。さらに、左羽３２は、上に凸状の断面形状を有
する。これによって、特に左羽３２を打下ろす際に、左
羽３２は、流体から受ける力に対して高い剛性を得る。

【００６４】上述の主軸３２１と枝３２２とは、軽量化
のため、それぞれカーボングラファイトの中空構造であ
る。また、膜３２３は、その面内において収縮する方向
に自発的な張力を有し、左羽３２全体の剛性を高める働
きを行なう。

【００６５】なお、具体的に、本発明者らが実験に用い
た数値は、以下の数値である。左羽３２の主軸３２１の
直径は、支持構造１に支持された根元の部分では１００
μｍ、先端部では５０μｍであり、主軸３２１は根元か
ら先端部へ向かって細くなるテーパー形状である。ま
た、膜３２３の材質はポリイミドであり、膜３２３の大
きさは前後方向約１ｃｍ、左右方向約４ｃｍ、厚さは約
２μｍである。

【００６６】さらに、上述の具体的な左羽３２の構成を
図示する。図３は、左羽３２の構成の具体例を示す図で
ある。図３に示された左羽３２は、説明のために主軸３
２１はその太さが拡大されて示されている。図示されな
い右羽３１は、ｘｚ平面を挟んで左羽３２と鏡面対象に
なるように支持構造１に取付けられる。

【００６７】なお、ここに示した羽３１および３２の形
状、材質等は具体例の１つであり、飛行の機能を実現す
る羽３１および３２の構成は、ここに示される形状、材
質等に限定されない。

【００６８】次に、羽３１および３２の動作について、
左羽３２を例に挙げて説明する。左アクチュエータ２２
は、左羽３２を回転３自由度で動かすことが可能であ
る。つまり、左羽３２の駆動状態は、その姿勢で表わさ
れる。ここで、以後の説明の簡便のため、左羽３２の姿
勢を、図２に示される状態に基づき、以下のように定義
する。図４および図５は、左羽３２の姿勢を示すための
第１の図および第２の図である。

【００６９】まず、図４に示すように、主軸３２１の回
転運動の支点（力学的作用点Ａ２）と、ｘ軸およびｙ軸
にそれぞれ平行な軸（／／ｘ、／／ｙ）とを含むｘｙ平
面に平行な平面を基準として、点Ａ２と左羽３２の主軸
３２１の根元とを結ぶ線分がその平面となす角度を、羽
ばたきのストローク角θとする。また、主軸３２１の回
転運動の支点（力学的作用点Ａ２）とｙ軸およびｚ軸に
それぞれ平行な軸（／／ｙ、／／ｚ）とを含むｙｚ平面
に平行な平面を基準として、点Ａ２と左羽３２の主軸３
２１の根元とを結ぶ線分がその平面となす角度を偏角α
とする。

【００７０】このとき、ストローク角θはｘｙ平面に平
行な平面より上方では正とし、下方では負とする。また
偏角αはｙｚ平面に平行な平面よりも前方では正とし、
後方では負とする。

【００７１】そして、図５に示すように、左羽３２の主
軸３２１の根元における膜３２３の接平面ｐ１が、点Ａ
２を通りｘ軸と平行な軸（／／ｘ）と主軸３２１とを含
む平面ｐ０となす角度を、ねじり角βとする。このと
き、ねじり角βは、主軸３２１の根元から先端に向かっ
て見たときに、時計回りを正とする。

【００７２】次に、アクチュエータ２１および２２につ
いて説明を行なう。本実施の形態におけるアクチュエー
タ２１および２２については、トルクが大きいこと、往
復運動が簡単に実現できること、および構造が単純なこ
となどから、圧電素子（ピエゾ）を用いて発生した進行
波によって駆動する、一般的に超音波モータと呼ばれる
アクチュエータを用いる。

【００７３】まず始めに、一般的な超音波モータについ
て検討を行なう。図６は、一般的な超音波モータ２３を
示す図である。

【００７４】図６を参照して、超音波モータ２３は、図
６（ａ）に示される如く、下面に圧電素子２３０を貼付
けてあるアルミニウムの円盤２３１上に、突起２３２〜
２３７が円盤２３１の中心を重心とする正六角形をなす
ように６カ所配され、さらにこの圧電素子２３０の下面
には円周方向に１２分割された電極２３８が配される構
造である。

【００７５】さらに、超音波モータ２３の構造の概略を
図６（ｂ）に示す。１２分割された電極２３８の各電極
は、１つおきに電気的に短絡されており、それぞれ、円
盤２３１を規準に電圧が印加される。すなわち圧電素子
２３０には、２相の異なる電圧が加えられる。この様子
を図６（ｃ）に、ハッチングと黒塗りつぶしとに分けて
示す。このそれぞれに異なる時間的パターンで電圧を加
えることによって、円盤２３１上に進行波が発生し、突
起２３２〜２３７の先端が楕円運動を行なう。

【００７６】なお、以上の、検討に用いた一般的な超音
波モータ２３の、具体的な数値の例を挙げる。

【００７７】超音波モータ２３のトルクは、１．０ｇｆ
・ｃｍで、無負荷回転速度は８００ｒｐｍである。ま
た、その際の最大消費電流は２０ｍＡである。また、円
盤２３１の直径は８ｍｍ、突起２３２〜２３７の配され
ている間隔は２ｍｍである。円盤２３１の厚さは０．４
ｍｍ、突起の高さは約０．４ｍｍである。また、この場
合の圧電素子２３０の駆動周波数は３４１ｋＨｚであ
る。

【００７８】上述の一般的な超音波モータ２３を用い
て、ステータを構成することができる。このステータ
は、ステータ上に接触して配されたロータ２３９（図示
せず）を、上述の突起２３２〜２３７の先端の楕円運動
により搬送する。

【００７９】本実施の形態におけるロボット９０では、
上述のステータ部分を流用したアクチュエータ２１およ
び２２を用いる。

【００８０】次に、図７は、右アクチュエータ２１の構
成を示す図である。図７を参照して、右アクチュエータ
２１は、図７（ｂ）に示す如く、球殻状のロータ２１９
を、上述のステータと同様のステータ２１０とベアリン
グ２１１とで挟込んで保持する構造である。ただし、ス
テータ２１０のロータ２１９との接触部は、ロータ２１
９表面と一致する形状に加工される。

【００８１】なお、本実施の形態におけるロータ２１９
のサイズの具体例としては、外形３．１ｍｍ、内径２．
９ｍｍの球殻で、表面に右羽主軸３１１が配される。ス
テータ２１０の突起のある面に向かって見て時計回り
（以後、これを正回転、この逆の回転を逆回転と呼ぶ）
にロータ２１９を搬送させる操作を行なうと、右羽主軸
３１１は図７（ｂ）に示すθの方向に移動する。

【００８２】さらに、上述のロータ２１９を３自由度で
駆動するために、上部補助ステータ２１２と下部補助ス
テータ２１３とをベアリング２１４、２１５と共にステ
ータ２１０、ベアリング２１１と同様に図７（ａ）に示
すように配する。本実施の形態においては、各補助ステ
ータ２１２，２１３の大きさの具体例としては、ステー
タ２１０の０．７倍である。

【００８３】上述のステータの駆動方向は、必ずしも直
交していない。しかし、それぞれ独立した要素への回転
を与えるため、これらの運動の組合わせによって、ロー
タ２１９を３自由度で駆動することができる。

【００８４】例えばロータ２１９に対して、上部補助ス
テータ２１２によって正回転を、下部補助ステータ２１
３によって同じく正回転を与えれば、ロータ２１９はこ
の合成であるβ方向に回転する。また、上部補助ステー
タ２１２によって逆回転を、下部補助ステータ２１３に
よって正回転を与えれば、α方向に回転する。

【００８５】なお、実際の駆動に際しては、回転中心の
異なる２つの回転を行なわせることは、摩擦によって効
率を低下させてしまう。そのため、例えば上部補助ステ
ータ２１２と下部補助ステータ２１３とをごく短時間周
期で交互に動作させ、その間、動作していないステータ
の突起はロータ２１９に接触しない、等の駆動方法を行
なうことが望ましい。これは、ステータの電極全てに、
圧電素子の収縮方向に電圧を印加することで、特別に構
成要素を付加することなく実現することができる。

【００８６】また、実際の圧電素子の駆動周波数が３０
０ｋＨｚ以上と、せいぜい１００Ｈｚ程度である羽ばた
き周波数に比べて十分高速であるので、交互にアクチュ
エータ２１を動作させても、実質上なめらかな動きを右
羽主軸３１１に与えることができる。

【００８７】以上により、上述の検討に用いた一般的な
超音波モータ２３と同等の特性を有する、３自由度を備
えるアクチュエータ２１および２２が構成される。

【００８８】なお、上述のステータの発生する進行波の
振幅がサブミクロンオーダであるため、上述のロータ２
１９は、このオーダの真球度であることが要求される。
民生用の光学製品に用いられている放物面鏡の加工精度
は数１０ｎｍであり、また、光学干渉計に用いられる光
学部品の加工精度は数ｎｍ程度であることから、このよ
うなロータは現在の加工方法、技術で作成することが可
能である。

【００８９】なお、これは本発明における３自由度の運
動を羽３１および３２に与えるアクチュエータ２１およ
び２２を超音波モータで構成した具体例の１つに過ぎ
ず、各構成要素の配置、サイズ、材質、および駆動方法
等は、羽ばたき飛行に要求される物理的機能、例えばト
ルク等が実現できるならこの限りではない。

【００９０】また、言うまでもなく、羽３１および３２
の駆動機構や、羽３１および３２の駆動に用いるアクチ
ュエータ２１および２２の種類についても、特に上述に
限定されるものれはない。たとえば特開平５−１６９５
６７号公報に開示されているような、外骨格構造とリニ
アアクチュエータとを組合わせて用いた羽ばたき機構等
であっても、上述のアクチュエータ２１および２２と等
価な羽３１および３２の動作を実現できる。

【００９１】また、駆動エネルギーとして電力を用いた
が、内燃機関を用いることも可能である。さらに、昆虫
の筋肉に見られるような、生理的酸化還元反応により、
化学的エネルギーを運動エネルギーに変換するアクチュ
エータを用いることも可能である。例えば、昆虫から採
取した筋肉をリニアアクチュエータとして用いる方法
や、虫の筋肉のタンパク質のアミノ酸と無機物とを材料
として分子レベルでこれらを複合化させて作った複合材
料の人工筋肉をリニアアクチュエータとして用いる、等
の方法がある。

【００９２】さらに、基本的な駆動力を上述の内燃機関
等のエネルギー効率の高いアクチュエータで得て、これ
らの制御もしくは補助として電力で駆動するアクチュエ
ータを用いる手法も可能であることは言うまでもない。

【００９３】次に、ロボット９０の浮上方法について説
明を行なう。なお、ここでは、羽３１および３２が流体
から受ける力を流体力と呼ぶこととする。また、説明の
簡便のため、空気の流れはがはばたきによってのみ起こ
る状態、すなわち無風状態であるものと仮定して説明す
る。さらに、説明の簡便のため、ロボット９０に及ぼさ
れる外力は、羽３１および３２に流体から作用する力、
すなわち、流体力と重力とのみであるものとする。

【００９４】ロボット９０が恒常的に浮上するために
は、１回の羽ばたき動作の間で、平均して、 （羽にかかる上方向の流体力の総和）＞（ロボット９０
にかかる重力） であることが必要である。

【００９５】ここでは、昆虫の羽ばたきを単純化した羽
ばたき方である、打下ろし時の流体力を打上げ時の流体
力よりも大きくする方法について説明する。説明の簡便
のため、流体の挙動もしくはそれが羽３１および３２に
及ぼす力については、その主要成分を挙げて説明する。
また、この羽ばたき方によりロボット９０に作用する浮
上力と重力との大小については後述する。

【００９６】羽３１および３２には、羽３１および３２
が運動する方向と逆方向の流体力が作用する。そのた
め、羽３１および３２の打下ろし時には羽３１および３
２に上向きの流体力が作用し、打上げ時には羽３１およ
び３２に下向きの流体力が作用する。そこで、打下ろし
時に流体力を大きくし、打上げ時には流体力を小さくす
ることで、１回の羽ばたき動作（打下ろし動作と打上げ
動作とをまとめて羽ばたき動作と言う）の間で時間平均
すると上方向の流体力が得られることになる。

【００９７】そのためには、まず、打下ろし時に、羽３
１および３２が移動する空間の体積が最大になるように
打下ろせば、羽３１および３２にほぼ最大の流体力が作
用する。これは、羽３１および３２の接平面と略垂直に
羽３１および３２を打下ろすことに相当する。

【００９８】一方、打上げ時に、羽３１および３２が移
動する空間の体積が最小になるように打上げれば、羽３
１および３２に及ぼされる流体力はほぼ最小となる。こ
れは、羽３１および３２の断面の曲線にほぼ沿って羽３
１および３２を打上げることに相当する。

【００９９】このような羽３１および３２の動作につい
て、図８および図９を用いて、例として左羽３２につい
て説明を行なう。図８および図９は、左羽３２の、主軸
３２１に垂直な第１および第２の断面図である。図８は
左羽３２の移動する空間の体積が最大になるように打下
ろした場合を示す図であり、図９は左羽３２の移動する
空間の体積が最小になるように打上げた場合を示す図で
ある。

【０１００】図８および図９では、移動前の左羽３２の
位置は破線で示され、移動後の左羽３２の位置は実線で
示されている。また、左羽３２の移動方向が一点鎖線の
矢印によって示されている。図８および図９において太
線矢印に示される如く、流体力は左羽３２の移動方向と
は逆向きに左羽３２に作用する。

【０１０１】このように、打上げ時における左羽３２が
移動する空間の体積が、打下ろし時における左羽３２が
移動する空間の体積よりも大きくなるように、左羽３２
の姿勢を左羽３２の移動方向に対して変化させること
で、１回の羽ばたき動作の間の時間平均において、左羽
３２に作用する上方向の流体力を、ロボット９０に作用
する重力よりも大きくすることができる。

【０１０２】本実施の形態のロボット９０では、羽３１
および３２のねじり角βが制御可能である。そのため、
ねじり角βを時間的に変化させることによって、上述の
羽３１および３２の運動が実現される。

【０１０３】具体的には、図１０〜図１３に示される左
羽３２の羽ばたき動作に沿って、以下のステップＳ１〜
Ｓ４の説明を行なう。図１０〜図１３は、左羽３２の羽
ばたき動作のステップＳ１〜ステップＳ４を示す図であ
る。

【０１０４】まず、図１０を参照して、ステップＳ１で
は、左羽３２の打下ろしが行なわれる。そのとき、左羽
３２のストローク角θは、＋θ０から−θ０に変化す
る。

【０１０５】次に、図１１を参照して、ステップＳ２で
は、左羽３２の第１の回転動作が行なわれる。このと
き、左羽３２のねじり角βは、β０からβ１に変化す
る。

【０１０６】また、図１２を参照して、ステップＳ３で
は、左羽３２の打上げ（ストローク角θ＝−θ０→ ＋
θ０、ねじり角β＝β１→β２が行なわれる。このと
き、左羽３２の曲面に沿った運動を行ない流体力を最小
限にとどめるために、左羽３２のストローク角θは−θ
０→から＋θ０に変化し、ねじり角βはβ１からβ２に
変化する。

【０１０７】さらに、図１３を参照して、ステップＳ４
では、左羽３２の第２の回転動作が行なわれる。このと
き、左羽３２のねじり角βは、β２からβ０に変化す
る。

【０１０８】上述の、ステップＳ１およびステップＳ３
において左羽３２に作用する流体力を時間平均すると、
上述のように左羽３２の移動する空間の体積の違いか
ら、上向きの流体力となる。なお、この上向きの流体力
の鉛直成分と重力との大小関係については後述する。

【０１０９】なお、言うまでもなく、ステップＳ２およ
びＳ４においても、左羽３２に作用する流体力の時間平
均は、上向きの流体力であることが望ましい。

【０１１０】ここで、ロボット９０の羽３１および３２
では、図１０〜図１３に示す如く、羽３１および３２の
前縁近傍に、羽３１および３２の回転中心（主軸３２１
部分）が位置する。つまり、主軸３２１から羽３２の後
縁までの長さの方が主軸３２１から羽３２の前縁までの
長さよりも長い。このため、図１１および図１３に示す
ように、羽３２の回転動作においては、羽３２の回転方
向に沿って生じる流体の流れに加えて、主軸３２１から
羽３２の後縁に向かう方向に沿って流体の流れが生じ
る。

【０１１１】そして、羽３１および３２には、このよう
な流体の流れの反作用として、それぞれの流れの向きと
は逆向きの力が作用して、図１１に示すステップＳ２で
は実質的に上向きの流体力が左羽３２に与えられ、図１
３に示すステップＳ４では主に下向きの流体力が左羽３
２に与えられる。

【０１１２】さらに、図１２に示すステップＳ３では、
左羽３２の断面の曲線に沿うように左羽３２のねじり角
βをβ１からβ２に変化させながら打上げ動作が行なわ
れる。また、図１１に示すステップＳ２における左羽３
２の回転角は、図１３に示すステップＳ４における左羽
３２の回転角よりも大きい。これにより、ステップＳ２
およびステップＳ４においても、左羽３２に上向きに作
用する流体力が下向きに作用する流体力に打勝って、時
間平均すると上向きの流体力が左羽３２に作用する。

【０１１３】なお、図１０〜図１３では、それぞれのス
テップＳ１〜Ｓ４における左羽３２の移動前の姿勢が波
線で示され、移動後の姿勢が実線で示されている。ま
た、各ステップＳ１〜Ｓ４における左羽３２の移動方向
が一点鎖線の矢印によって示されている。また、各ステ
ップＳ１〜Ｓ４において主に発生する流体の流れが実線
の矢印によって示されている。

【０１１４】次に、ストローク角θおよびねじり角βの
時間変化について図１４に示す。図１４は、ストローク
角θおよびねじり角βの値を時間の関数として表した図
である。ただし、図１４では、ストローク角θ、および
ねじり角βのそれぞれの縦軸の比率は異なっている。

【０１１５】なお、具体的に、本発明者らが実験に用い
た数値は、以下の数値である。θ０は６０°である。β
０は０°である。β１は−１２０°である。β２は−７
０°である。

【０１１６】さらに、上述の説明においては、説明の簡
便のためステップＳ１〜Ｓ４は独立した動作として記述
したが、ステップＳ１において左羽３２を打下ろしなが
ら左羽３２のねじり角を大きくするような動作も可能で
ある。また、上述した例は、最も近似的な考察から説明
されるものであり、実際に浮上可能な羽ばたき方法は上
述の例に限られるものではない。

【０１１７】また、ここでは左羽３２について説明した
が、右羽３１についてもｘｚ平面に関して鏡面対称に左
手系に基づいてストローク角θ、偏角α、およびねじり
角βを定義すれば同一の議論が成立つ。以下、羽３１お
よび３２に作用する上向きの流体力を浮上力とし、羽３
１および３２に作用する前向きの流体力を推進力とす
る。

【０１１８】次に、本実施の形態におけるロボット９０
に任意の運動を行なわせるための制御手法について説明
を行なう。ここでは、本実施の形態におけるロボットの
左羽３２については右手系に基づくストローク角θ、偏
角αおよびねじり角βを用い、そして、右羽３１につい
てはｘｚ平面に対して鏡面対称の左手系に基づくストロ
ーク角θ、偏角αおよびねじり角βを用いて羽の姿勢を
示す。

【０１１９】上述の如く、羽ばたきによる浮上移動は、
羽にかかる流体力によって行われる。そのため、羽の運
動により、ロボット９０に与えられる加速度と角加速度
とが直接制御される。

【０１２０】まず、Ｓを目標とする浮上状態と現在の浮
上状態との差異とする。Ｔ（Ｓ）を浮上状態から加速度
および角加速度への変換を表わす関数とする。ｓを加速
度および角加速度とする。Ｆα（ｓ）を加速度センサ５
１および角加速度センサ５２のセンサ応答を含めた制御
アルゴリズムを表わす関数とする。ｓαをアクチュエー
タ制御量とする。Ｇｗ（ｓα）をアクチュエータ２１お
よび２２と羽３１および３２との応答を表わす関数とす
る。Ｓｗを羽３１および３２の運動とする。Ｇｆｓ（ｓ
ｗ）を羽３１および３２の運動によりロボット９０に及
ぼされる加速度もしくは角加速度Ｓｅを表わす関数とす
る。Ｓｅがこの一連のプロセスにより行なわれる浮上状
態の変更とする。そのとき、入力Ｓより出力Ｓｅが得ら
れるプロセスは、図１５に示す如くなる。図１５は、羽
ばたき動作制御における応答を示す図である。

【０１２１】さらに、図１５を参照して、実際には、羽
３１および３２と流体との慣性力により、現在までの羽
３１および３２の運動Ｒｗと、流体の運動の時刻歴に依
存する影響Ｒｆｓとが、ＧｗとＧｆｓとに加わる。

【０１２２】なお、上述の方法以外にも、Ｆα以外の全
ての関数を正確に求め、これよりＳ＝Ｓｅとなる制御ア
ルゴリズムＦαを算出する手法もありうる。しかし、こ
の手法においては、ロボット９０周囲の流体の流れと羽
３１および３２の運動の時刻歴とが必要であり、膨大な
データ量と演算速度とが必要となる。また、流体と構造
との連成した挙動は複雑で、多くの場合カオティックな
応答になってしまう。そのため、この手法は実用的でな
い。そこで、予め基本的な動作パターンを用意し、目標
とする浮上状態を分割して、これら基本動作パターンを
時系列に組合わせて実現する手法が簡便で望ましい。

【０１２３】物体の運動にはｘ方向、ｙ方向、ｚ方向３
自由度の並進自由度とθｘ方向、θｙ方向、θｚ方向３
自由度の回転自由度、つまり６自由度が存在する。すな
わち前後、左右、上下、そしてこれらの方向を軸とする
回転である。

【０１２４】このうち、左右への移動は、θｚ方向の回
転と前後方向への移動とを組合わせて行なうことができ
る。そこで、ここでは、上下方向すなわちｚ軸方向への
並進動作、前後方向すなわちｘ軸方向への並進移動、お
よびｘ軸ｙ軸ｚ軸周りの回転動作について、それぞれそ
の実現方法を説明する。

【０１２５】（１）上下方向（ｚ軸方向）の動作 羽３１および３２が移動することで、羽３１および３２
が流体から受ける力は羽３１および３２の移動速度に依
存する。そのため、羽３１および３２に及ぼされる上向
きの流体力を大きく（小さく）するには、 Ａ：ストローク角θの振幅を大きく（小さく）する Ｂ：羽ばたき周波数を大きく（小さく）する 等の方法がある。これらの方法によってロボット９０は
上昇（下降）することができる。ただし、流体力には負
の値も含まれる。

【０１２６】なお、これらの手法によれば、羽３１およ
び３２が流体から受ける流体力そのものが大きくなる。
そのため、羽３１および３２が流体力を上下方向以外か
ら受けることによって、羽３１および３２の力学的支点
Ａ１およびＡ２に羽３１および３２から上下方向以外の
力が及ぼされている際には、上昇と共に、その方向への
この支点Ａ１およびＡ２にかかる力の増加も伴なう。例
えば、前方に略等速直線運動を行なっている際に羽ばた
き周波数を大きくすると、ロボット９０は速度増加を伴
なって上昇する。このように、現時点での羽ばたき方に
よって、副次的にこのような他の運動を伴なうが、以
後、特に断らない限り、停空状態からの制御について説
明する。

【０１２７】また、羽３１および３２のねじり角βを変
えて、羽３１および３２が移動する空間の体積を変化さ
せることによっても浮上力は変化する。例えば、打上げ
時における羽３１および３２が移動する空間の体積がよ
り大きく、もしくは、打下ろし時における羽３１および
３２が移動する空間の体積がより小さくなるようなねじ
り角βとすることで、羽３１および３２に作用する上向
きの流体力の時間平均は小さくなる。実際には、羽３１
および３２は剛体でなく変形を伴なうため、同一のねじ
り角βによっても羽３１および３２が移動する空間の体
積は変化する。しかし、第一原理的には、羽３１および
３２の移動する方向に垂直なねじり角βが最も大きくな
る、羽３１および３２が移動する空間の体積を考える。
また、羽３１および３２が移動する方向に平行なねじり
角βが最も小さくなる、羽３１および３２が移動する空
間の体積を考える。

【０１２８】なお、この場合、副次的に、羽ばたきと垂
直方向にも流体力が作用する。そのため、この垂直方向
の流体力が制御上支障を生じるレベルである場合は、こ
れを打消す羽３１おおよび３２の動きを付加する必要が
ある。最も単純には、偏角αの変更により実現できる。

【０１２９】また、前記のステップＳ２もしくはステッ
プＳ４において、羽３１および３２の回転角速度を変化
させることによっても、ｚ軸方向の動作を行なうことは
可能である。例えば、ステップＳ２において羽３１およ
び３２の回転角速度（−ｄβ／ｄｔ）を大きくすると、
この回転によって生じる流体の下方向への流速が大きく
なるため、この反作用によって羽３１および３２に作用
する上向きの流体力は大きくなる。

【０１３０】なお、上述の場合、ロボット９０に及ぼさ
れる、羽３１および３２の主軸３１１および３２１を回
転軸とするトルクが、副次的に変化する。よって、この
変化が制御上支障のない範囲内で、この回転角速度変化
を行なうことが望ましい。

【０１３１】また、この場合、ロボット９０に及ぼされ
る、前後方向への力も副次的に変化する。よって、この
変化が制御上支障を来たす場合は、（２）として後述す
る前後方向への力の制御も同時に行なうことが望まし
い。

【０１３２】（２）前後方向（ｘ軸方向）への動作 前述した羽ばたき方法では、主にステップＳ２およびス
テップＳ４にて、ｘ方向正の向きへの流体力が羽３１お
よび３２に作用する。したがって、この羽３１および３
２の動かし方においては、前進を伴なって浮上する。

【０１３３】また、打下ろしの際に、偏角αを増加して
羽３１および３２を前方に移動させることで、羽３１お
よび３２には後向きの流体力が作用することになる。し
たがって、打下ろしの際、すなわちステップＳ１におけ
る偏角αを制御して、ステップＳ１における羽３１およ
び３２に作用する後向きの流体力を、他の（主にステッ
プＳ２とステップＳ４における）前向きの流体力よりも
大きくすれば後退し、小さくすれば前進することができ
る。また、この後向きの流体力と前向きの流体力とがほ
ぼ釣合えば、前後方向に静止することができる。

【０１３４】特に、ロボット９０が前後方向に静止して
おり、左右の羽３１および３２が略対象な運動を行な
い、重力とロボット９０における浮上力とが釣合ってい
るならば、ホバリング状態が実現できる。

【０１３５】なお、偏角αの変更に伴ない、副次的に、
羽３１および３２に及ぼされる流体力の鉛直方向成分が
変化する。そのため、この流体力の鉛直方向成分が制御
上支障を生じるレベルである場合には、これを打消す羽
３１および３２の動きを付加する必要がある。これは主
に前述（１）の上下方向の動作によって行なうのが簡便
である。

【０１３６】さらに、前述したステップＳ２およびステ
ップＳ４において、羽３１および３２の回転動作の角速
度を大きくすると前向きの流体力が増加し、小さくする
と減少する。これによっても前後方向への動作を変化さ
せることができる。

【０１３７】また、（１）に述べた羽３１および３２の
ねじり角βの変更に伴なう副次的な流体力のうち、ｘ軸
方向成分を利用する手法を用いることもできる。つま
り、打下ろし時に、ねじり角β＞０なら前方向への力が
働き、ねじり角β＜０なら後ろ方向への力が働く。

【０１３８】なお、打上げ時のねじり角β、偏角α、お
よびストローク角θの関係は、ある程度拘束されている
が、以上の流体力の制御は、ステップＳ３においても可
能である。

【０１３９】（３）ｚ軸を回転軸とする回転動作 （２）において述べた前後方向への制御を、左羽３２と
右羽３１について個別に行ない、これを異ならせること
で、ロボット９０にトルクを与えることができる。

【０１４０】すなわち、右羽３１の前向きの流体力を、
左羽３２のそれに対して高くすれば、ロボット９０はｘ
軸正の向きに向かって左方向を向き、低くすれば同じく
右方向を向く。これによって、ｚ軸を回転軸とする回転
動作を行なうことができる。

【０１４１】（４）ｘ軸を回転軸とする回転動作 （３）と同様に、右羽３１の上向きの流体力を、左羽３
２のそれに対して大きくすれば右側が持上がり、小さく
すれば左側が持上がる。これによって、ｘ軸を回転軸と
する回転動作を行なうことができる。

【０１４２】（５）ｙ軸を回転軸とする回転動作 （２）に述べた、羽３１および３２のねじり角βの角速
度変更によって、ロボット９０にかかるｙ軸周りのトル
クを変化させることができる。これにより、ｙ軸を回転
軸とする回転動作を行なうことができる。例えば、ステ
ップＳ１におけるねじり角βの回転角速度を大きくする
と、ロボット９０は機首を下げ、逆に小さくすると機首
を上げる。

【０１４３】（６）ホヴァリング（停空飛翔） ロボット９０を停空させる際のストローク角θ、偏角
α、およびねじり角βと時間との関係を、図１６に示
す。図１６は、ロボット９０を停空させる際のストロー
ク角θ、偏角α、およびねじり角βの値を、時間の関数
として表わした図である。ただし、図１６においては、
それぞれの角度の縦軸の比率は異なっている。

【０１４４】なお、具体的に、本発明者らが実験に用い
た数値は、以下の数値である。θ０は６０°である。β
０は−１０°である。α１は３０°である。β１は−１
００°である。β２は−６０°である。

【０１４５】さらに、上述の（１）および（２）に示さ
れた動作においての、各ステップＳ１〜Ｓ４における左
羽３２の運動と、それにより左羽３２の力学的支点Ａ２
に生じる加速度および角加速度とを図１７に示す。図１
７は、羽３１および３２の制御とそれによりもたらされ
る動作とを対応付ける図である。図１７においては、各
ステップＳ１からＳ４における左羽３２の運動ごとに、
左羽３２の力学的支点Ａ２に生じる加速度および角加速
度とを丸印で示す。ただし、左右の羽３１および３２の
運動の非対称によって起こすことができるため、
（３）、（４）に示すｘ軸、ｚ軸を回転軸とする回転動
作については省略する。

【０１４６】次に、本実施の形態におけるロボット９０
に任意の運動を行なわせるための制御方法を決定する手
法について説明を行なう。

【０１４７】ロボット９０の現在の浮上状態は、ロボッ
ト９０に搭載された加速度センサ５１や角加速度センサ
５２が取得した値を適宜変換した値を用いて求められ
る。例えば、速度は、加速度を時間積分した値に速度の
初期値を加えることで求められる。また、位置は、速度
を時間積分した値に位置の初期値を与えることで求めら
れる。当然、浮上状態に、浮上状態の時刻歴を含む手法
を用いることもできる。

【０１４８】制御装置４は、現在のロボット９０の浮上
状態と、目的とする浮上状態とから、ロボット９０の動
作を決定する。この制御は、３次元で行なわれる点以外
は従来から行なわれている制御手法を適用することがで
きる。

【０１４９】ロボット９０の動作は、制御装置４にて、
アクチュエータ２１および２２の駆動に変換される。

【０１５０】この変換には、テーブル参照、もしくはそ
の補完を用いる方法が高速である。例えば、図１８は、
基本となる動作と、それを実現するアクチュエータ２１
および２２の駆動の組合わせとを定めるテーブルであ
る。図１８に示されるテーブルを予め用意することで、
ロボット９０の動作が、制御装置４にて、アクチュエー
タ２１および２２の駆動に変換される。なお、図１８の
左端列は、目的とする動作である。また、羽ばたきにお
けるＡおよびＢは、Ａは前進時の羽ばたき方、Ｂは停空
時の羽ばたき方である。より具体的には、それぞれ図１
４および図１６に示される、偏角α、ねじり角β、およ
びストローク角θの時刻歴を、時間的に離散化したもの
である。制御装置４は、ロボット９０の動作から、この
駆動もしくはその補完した駆動を、図１８に示されるテ
ーブルより算出する。

【０１５１】なお、ここでは説明のため、まずロボット
９０の動作を算出し、これをアクチュエータ２１および
２２の駆動に変換するという手法を用いたが、浮上状態
から直接アクチュエータ２１および２２の駆動を選択す
る手法を用いてもよい。

【０１５２】例えば、定位制御を行なう場合、現在位置
と目標位置との差によって、上述したアクチュエータ２
１および２２の駆動のいずれか、もしくはそれを補完し
た駆動を直接算出する手法であってもよい。

【０１５３】また、言うまでもなく、ロボット９０の浮
上状態を表わす物理量は、上述の位置、速度、加速度等
に限定されるものではない。また、言うまでもなく、ア
クチュエータ２１および２２の駆動を決定する手法は、
この態様に限らない。

【０１５４】次に、本実施の形態におけるロボット９０
の構成で浮上が可能な条件について、以下に述べる。

【０１５５】本発明者らの実験環境では、アクチュエー
タ２１および２２として進行波アクチュエータを用い
た。この進行波アクチュエータによれば、ステータ２１
０は超音波モータ２３と同等であるので、θ方向の羽ば
たきに関してはトルク１．０ｇｆ・ｃｍである。

【０１５６】そこで、本発明者らはシミュレーションに
よりこのトルクで羽ばたいた際の流体力を算出した。以
下にその際の値を、具体例として挙げる。

【０１５７】羽３１および３２は、アクチュエータ２１
および２２から離れる方向が長辺で、長辺４ｃｍ、短辺
１ｃｍの矩形であるものとする。なお、羽３１および３
２の変形は無視する。また、幅８ｍｍ、長さ３３ｍｍの
トンボの羽が約２ｍｇであったので、これにならい、羽
３１および３２の質量は３ｍｇとする。

【０１５８】さらに、超音波モータ２３は、突起先端２
３２〜２３７の微小な楕円運動の累積によってロータを
駆動するため、実際の駆動トルクの立上がりおよび立下
がりは、楕円運動の周期オーダ、すなわち１０の５乗ヘ
ルツオーダーである。しかし、計算の安定性からの制約
上、±２５０ｇｆ・ｃｍ／ｓｅｃとする。すなわち、ト
ルクは０．００４秒に１ｇｆ・ｃｍ上昇する。

【０１５９】この羽３１および３２を、一方の短辺を、
この辺を回転軸とする回転自由度のみ残して固定し、こ
の回転自由度にトルクを与える。図１９は、回転軸にか
かる反力を、上述の具体的な数値を用いて算出した結果
を示す図である。ただし、偏角α＝０（度）、ねじり角
β＝０（度）である。

【０１６０】図１９を参照して、時刻０秒において羽３
１および３２は水平、すなわちストローク角θ＝０
（度）である。ここから時刻０．００４秒までの間にト
ルクを１ｇｆ・ｃｍまで直線的に向上させ、０．００４
秒から０．０１秒まで１ｇｆ・ｃｍを保つ。そして時刻
０．０１秒から０．０１８秒までの間にトルクを１ｇｆ
・ｃｍから−１ｇｆ・ｃｍまで直線的に変化させ、同
０．０１８秒から０．０３秒までは−１ｇｆ・ｃｍを保
ち、同０．０３秒から０．０３８秒までの間に再び１ｇ
ｆ・ｃｍへと直線的に変化させる。

【０１６１】これにより得られた接点反力を、打下ろし
の間、すなわちトルクが負である時間である時刻０．０
１４秒から時刻０．０３４秒までの間で平均すると約
０．２９ｇｆである。

【０１６２】以上のシミュレーションは、１自由度のは
ばたき動作の結果であるため、打上げ時における流体力
の作用は不明である。しかし、断面積に比して流体の抵
抗は減少するので、打上げ時に働く下向きの支点反力を
小さくし、かつ、打下ろし時と同じトルクで打上げるこ
とが可能なため、打上げに要する時間は打下ろしに要す
る時間より遙かに短い。すなわち、打上げの際の力が作
用する時間は短いこと、また打下ろし以外にも羽３１お
よび３２の回転などを用いて浮上力が更に得られること
から、トルク１ｇｆ・ｃｍのアクチュエータ２１および
２２を用いて、０．２９ｇ程度の質量を浮上させること
は可能であると言える。すなわち、本実施の形態におけ
る装置（ロボット９０）全体の質量が０．５８ｇ以下で
あれば、浮上させることが可能である。以下、上述の具
体的な数値を用いて、ロボット９０の重量について検討
する。

【０１６３】まず、ステータ２１０の質量は、電極と圧
電素子とが薄いため、比重２．７、厚さ０．４ｍｍ、半
径４ｍｍの円盤と同等であり、０．０５４ｇである。

【０１６４】また、補助ステータ２１２および２１３の
重量は、ステータ２１０の直径が０．７倍であることか
ら０．０１９ｇである。

【０１６５】３つのベアリング２１１，２１４，２１５
はいずれも外形４．２ｍｍ、内径３．８ｍｍ、厚さ０．
４ｍｍのドーナツ状のボールベアリングである。材質
は、比重４．８のチタンで、約３０％の空隙があるた
め、ベアリング２１１，２１４，２１５の質量は約０．
０１３ｇである。

【０１６６】また、ロータ２１９は、材質がアルミで壁
央半径３ｍｍ、厚さが０．２ｍｍであるため、質量は約
０．０６１ｇである。

【０１６７】これらの総和から、アクチュエータ２１の
質量は０．１９２ｇである。また、右羽３１の質量は、
前述の通り０．００３ｇである。

【０１６８】以上の構成が左右計２つあるので、質量の
和は０．３９０ｇである。また、本発明者らが採用し
た、図１に示す支持構造１は、直径１ｃｍ、比重０．
９、厚さ０．１ｍｍの球体であるので、支持構造１の質
量は約０．０２８ｇである。

【０１６９】また、本発明者らが採用した制御装置４、
通信装置７、加速度センサ５１、および角加速度センサ
５２はそれぞれ、５ｍｍ×５ｍｍの半導体ベアチップ
で、各質量は約０．０１ｇである。すなわち、これらの
質量の総和は０．０４ｇである。

【０１７０】また、本発明者らが採用した電源６の重量
は０．１３ｇである。以上、ロボット９０の全ての構成
要素の重量の合計は、０．５７９ｇとなる。そのため、
上述の如く、１対の羽３１および３２で浮上力０．５８
ｇｆを得るので、ロボット９０は、この構成で浮上する
ことが可能である。

【０１７１】次に、通信装置７について説明する。通信
装置７は、送信機能を備え、各種センサの測定値を送信
する。これによりベースステーション９１が、ロボット
９０の情報を得ることができる。

【０１７２】より具体的には、ベースステーション９１
は、加速度センサ５１から得たロボット９０の加速度情
報と、および角加速度センサ５２から得たロボット９０
の角加速度情報とを得ることができる。実際には、これ
らを積分して得られる速度情報および加速度情報を更に
積分して得られる位置情報および姿勢情報を得る方が、
通信のトラフィックが効率的である。そのため、本実施
の形態においては、上述の位置情報および姿勢情報を得
る手法を用いる。なお、上述の積分演算は、制御装置４
が行なう。

【０１７３】また、通信装置７は、受信機能を備え、ベ
ースステーション９１より制御信号を受信する。これに
より、ベースステーション９１は、ロボット９０に対し
て制御を行なうことができる。

【０１７４】なお、本実施の形態においてはここに例示
した情報を送受信するものとして以後の説明を行なう
が、もちろん、送受信すべき情報は上述に限定されな
い。例えば、ベースステーション９１より発せられた制
御信号を、ロボット９０が正しく受信したか否か確認す
る応答信号等を送受信することも可能である。

【０１７５】次に、制御装置４について、図１および図
１８を用いて説明する。図１に示すとおり、制御装置４
は、演算装置４１とメモリ４２とからなる。

【０１７６】上述の演算装置４１は、通信装置７を経
て、ロボット９０において各種センサによって得られた
情報を送信する機能を有する。

【０１７７】また、上述のメモリ４２は、上述の、送受
信されたデータを保持する機能を有する。

【０１７８】本実施の形態においてはより具体的に、演
算装置４１は加速度センサ５１および角加速度センサ５
２からの情報によりロボット９０の加速度および角加速
度を算出する。続いて、これを積分演算することによっ
てロボット９０の速度および角速度を算出し、さらにこ
れらを積分演算することによりロボット９０の位置と姿
勢とを算出する。そして、演算装置４１は、適宜、通信
装置７を経由して、ベースステーション９１に、上述の
ロボット９０の位置と姿勢との情報を送信する。また、
ベースステーション９１からは、現在ロボット９０の到
達すべき位置と姿勢との情報が送信される。ロボット９
０は、これを通信装置７を経て受信する。そして、演算
装置４１は、この受信された位置と姿勢とに定位すべ
く、それに適した加速度と角加速度とを算出し、この加
速度と角加速度とより各アクチュエータ２１および２２
の動作パラメータを決定する機能を有する。

【０１７９】さらにより具体的には、演算装置４１は、
ロボット９０に与えられるべき代表的な加速度と角加速
度との組合わせに対応した偏角α、ねじり角β、および
ストローク角θの時系列値をテーブルとして有し、これ
らの値、もしくはその補間値を各アクチュエータ２１お
よび２２の動作パラメータとする。なお、偏角α、ねじ
り角β、およびストローク角θの時系列値とは、例えば
加速度、角加速度共に０であるホバリングの場合は、図
１９にグラフで示される値を離散化したものである。

【０１８０】なお、ここに挙げる偏角α、ねじり角β、
およびストローク角θは、制御パラメータの一例であ
り、説明の簡便のためこれらのパラメータを指定するこ
とでアクチュエータ２１および２２が駆動されることを
前提に記述している。しかし、例えば、より直接的にこ
れらを実現する各アクチュエータ２１および２２の駆動
電圧や制御電圧に変換したものを用いる手法の方がより
効率的である。これらは既存のアクチュエータ制御方式
と特に異なるものではないので、ここでは代表的なパラ
メータとして偏角α、ねじり角β、およびストローク角
θを挙げている。なお、同等の機能が実現できる手法で
あれば、本実施の形態に限るものではない。

【０１８１】さらに、制御装置４の機能は上述の機能に
限定されるものではなく、他の機能を付加することは、
到達すべき位置および姿勢への定位に支障を来さない限
り可能である。

【０１８２】またさらに、飛行制御は時間的に連携する
ものであるので、羽３１および３２の動作の時刻歴を、
制御装置４におけるメモリ４２に記憶させておき、ベー
スステーション９１からの制御信号を、この時刻歴情報
によって補正する手法を用いることも可能である。

【０１８３】また、ロボット９０の浮上移動を優先する
場合、通信の帯域から送信不可能なデータが発生するこ
とも考えられる。また、通信が途絶する場合も考えられ
る。これらをはじめとして、重量の増加が浮上移動に障
害をもたらさない範囲内ならば、メモリ４２を搭載する
ことは有効である。また逆に、演算装置４１におけるレ
ジスタの類をのぞき、ロボット９０の機能によっては、
メモリ４２は明示的に必須ではない。

【０１８４】なお、以上の構成は、ベースステーション
９１の指定した位置および姿勢へのロボット９０の定位
という機能を実現するための構成の一例であるので、同
等の機能が実現されるなら、上述の構成に限るものでは
ない。

【０１８５】次にロボット９０の駆動エネルギー源、す
なわち電源６について説明する。ロボット９０の左右ア
クチュエータ２１および２２、制御装置４、およびセン
サ５１〜５３を駆動する電力は、電源６により供給され
る。

【０１８６】本実施の形態における電源６は、リチウム
イオンポリマーを電解質とする。そこで、リチウムイオ
ンポリマーを、支持構造１に封入しておけばよい。これ
により液漏れを防ぐための余分な構造が不要であり、実
質的なエネルギー密度を高めることができる。

【０１８７】なお、現在市販されているリチウムイオン
二次電池の一般的な質量エネルギー密度は１５０Ｗｈ／
ｋｇである。本実施の形態におけるアクチュエータ２１
および２２での消費電流は最大４０ｍＡであるので、電
源６の電解質重量を約０．１ｇとすると、本実施の形態
のおいては約７．５分の飛行が可能である。

【０１８８】また、本実施の形態における左右のアクチ
ュエータ２１および２２の最大消費電流は合計４０ｍＡ
である。また、電源電圧は３Ｖである。そのため、電源
６の電解質重量が０．１ｇであるので、０．１２Ｗ／
０．１ｇ、つまり１２００Ｗ／ｋｇの重量パワー密度を
持つ電源６の実現が求められる。ここで、市販品で実現
されているリチウムイオンポリマー二次電池の重量パワ
ー密度は約６００Ｗ／ｋｇであるが、これは携帯電話等
の情報機器に用いられている、１０ｇ以上の製品におけ
る電池の重量パワー密度の値である。一般に、電解質質
量に対する電極面積の比はサイズに反比例するので、本
実施の形態における電源６は、前出の情報機器などに用
いられている二次電池の１０倍以上の電極面積比を持つ
ため、１０倍程度の質量パワー密度が達成可能であり、
冒頭の質量パワー密度は十分達成可能である。

【０１８９】なお、これらの仕様を満たすエネルギーが
供給可能で、かつ、ロボット９０が到達すべき位置およ
び姿勢への定位に支障を来さないならば、駆動エネルギ
ー供給は、上述の種類および手法に限定されない。例え
ば、他のエネルギー源の種類としては、太陽電池、燃料
電池、原子力などの使用も可能である。

【０１９０】また、アクチュエータの種類によっては、
駆動エネルギーは電気的エネルギーに限定されないこと
は言うまでもない。

【０１９１】さらに、アクチュエータ２１および２２の
駆動エネルギーを、外部から供給する方法を用いること
もできる。例えば、電力エネルギーを外部から供給する
媒体については、温度差および電磁波等が挙げられ、こ
れを駆動エネルギーに変換する機構としてはそれぞれ熱
電素子およびコイル等が挙げられる。

【０１９２】なお、異なる種類のエネルギー源を混載す
る手法を用いることもできる。電力以外のエネルギー源
を用いる場合、基本的には、制御は制御装置４からの電
気的信号を用いることになると考えられる。

【０１９３】次に、ロボット９０に搭載される各センサ
５１〜５３について説明する。加速度センサ５１は支持
構造１の３自由度並進加速度を、角加速度センサ５２は
支持構造１の３自由度回転角加速度を検出する。

【０１９４】焦電型赤外線センサ５３は、ロボット９０
の前方にその検出領域が向くように配されており、ロボ
ット９０の提示情報を受けられる範囲の、被情報提示者
９３の存在を検出する。これらのセンサ５１〜５３の検
出結果は、制御装置４に送られる。

【０１９５】なお、本発明者が用いた加速度センサ５１
の帯域の具体的な数値としては、帯域４０Ｈｚである。
当然、加速度センサ５１や角加速度センサ５２の帯域
は、高ければ高いほど時間的に緻密な制御が可能である
が、ロボット９０の浮上状態の変更は、１回以上の羽ば
たきの結果起きるものであると考えられるので、現在市
販されている帯域が数十Ｈｚ程度のセンサでも実用が可
能である。

【０１９６】本実施の形態では、加速度センサ５１およ
び角加速度センサ５２によりロボット９０の位置および
姿勢を検出するものとしたが、ロボット９０の位置と姿
勢とが計測可能な手段であるならば上記センサに限らな
い。たとえば、互いに直交する３軸方向の加速度を測定
可能な加速度センサを少なくとも２つ、それぞれ支持構
造１の異なる位置に配置させ、その加速度センサから得
られる加速度情報に基づいてロボット９０の姿勢を算出
することも可能である。また、作業空間９２内に位置情
報を明示的に組込み、これをロボット９０が検出して位
置および姿勢を算出する手法を用いることもできる。例
えば、作業空間９２内に磁場分布を設け、磁気センサに
よりこの磁場分布を検知することで、ロボット９０の位
置と姿勢とを算出する手法を用いることも可能である。
また、ＧＰＳ（Global Positioning System；衛星位置
標定システム）センサ等を用いる手法も考えられる。な
お、後述するベースステーション９１がロボット９０の
位置と姿勢とを直接検出する機能を有する場合には、言
うまでもなくこれのセンサは必須ではない。

【０１９７】また、加速度センサ５１および角加速度セ
ンサ５２をはじめとするセンサ類は、制御装置４とは別
部品として表現したが、軽量化の観点から、マイクロマ
シニング技術によって制御装置４と一体で同一のシリコ
ン基板上に形成してもよい。

【０１９８】なお、本実施の形態におけるセンサ５１〜
５３は、本実施の形態の目的を達成する一例としての最
低限の構成要素であって、センサの種類、個数、構成に
ついては上述に限定されるものではない。

【０１９９】例えば、ロボット９０における羽３１およ
び３２の駆動には、フィードバックのない制御を用いて
いるが、羽３１および３２の付け根に羽の角度センサを
設け、ここから得られた角度情報によりフィードバック
を行ない、より正確に羽３１および３２を駆動する方法
を用いることもできる。

【０２００】また逆に、浮上する領域における気流が既
知であり、予め定められた羽ばたき方のみによって目的
位置に定位することが可能ならば、ロボット９０の浮上
状態を検出することは不要となるので、加速度センサ５
１や角加速度センサ５２は必須ではない。

【０２０１】以上で、ロボット９０についての説明を終
了し、次に、ベースステーション９１について説明を行
なう。

【０２０２】まず始めに、ベースステーション９１の主
要な構成と機能とを説明する。図２０は、ベースステー
ション９１の主要な構成と機能とを示す図である。な
お、ベースステーション９１の主要な目的はロボット９
０からの情報取得とこれに基づくロボット９０の制御と
であるので、図２０はこれらを具体化した一例にすぎ
ず、外観、形状、また付帯的な構成要素の有無について
は、上述の目的を阻害しない限りここに記す限りではな
い。

【０２０３】図２０を参照して、ベースステーション９
１は、演算装置９１１とメモリ９１２と通信装置９１７
とを備える。また、ここには図示しない外部インタフェ
ース９１８を備える。

【０２０４】上述の通信装置９１７は、ロボット９０よ
り送信された信号を受信する機能を有する。また、ロボ
ット９０に信号を送信する機能を有する。

【０２０５】ベースステーション９１は、メモリ９１２
に格納された作業空間９２のマップデータ等と、ロボッ
ト９０より通信装置９１７を介して受信したロボット９
０の位置情報をはじめとする各種情報とから、ロボット
９０の行動を決定する機能を有する。また、この行動を
通信装置９１７を介してロボット９０に送信する機能を
有する。

【０２０６】上述の受信機能と行動決定機能と送信機能
とによって、ベースステーション９１は、ロボット９０
自身もしくはその周囲環境情報に基づき、通信装置９１
７を介してロボット９０を制御する。

【０２０７】これらのロボット９０の制御は、外部イン
タフェース９１８を介して入力された目的（例えば情報
提示を行なう作業空間９２内の位置や、その提示すべき
情報の内容など）に応じて、演算装置９１１が決定す
る。

【０２０８】また、図２０を参照して、ベースステーシ
ョン９１は、その上面をロボット９０の離発着台として
用いる。すなわち、ベースステーション９１は、上面
に、充電器９１３を備える。そして、充電穴９１４にロ
ボット９０の電極６１が結合する。そのことで電気的に
電源６に充電器９１３が接続され、充電が可能な状態に
なる。本実施の形態においては、節電のため、充電器９
１３は演算装置９１１により制御され、ロボット９０が
ベースステーション９１に結合している際にのみ動作
し、充電を行なうものとする。

【０２０９】また、上述の充電穴９１４は位置決穴の役
割も兼ねる。さらに、ベースステーション９１は電磁石
９１５を備え、必要に応じてロボット９０を吸着する。
すなわち離陸前のロボット９０のベースステーション９
１に対する相対位置は、電磁石９１５を作動させること
により固定されている。また、相対速度は０である。

【０２１０】また、ベースステーション９１は焦電型赤
外線センサ９１６を備え、人体を検出する。ベースステ
ーション９１は、焦電型赤外線センサ９１６を用いて被
情報提示者９３の存在を検出し、これにより、本システ
ムは情報提示動作を開始する。

【０２１１】次に、ベースステーション９１からロボッ
ト９０に対して行なわれる動作指示について説明を行な
う。

【０２１２】本実施の形態においては、ベースステーシ
ョン９１は、ロボット９０と通信を行ない、ロボット９
０から、主にロボット９０の位置や姿勢などの浮上状態
に関する情報を得る。また、ベースステーション９１
は、ロボット９０に対して、到達すべき位置や姿勢の指
示といった制御情報を送信する。

【０２１３】より具体的には、ベースステーション９１
は、演算装置９１１とメモリ９１２と通信装置９１７と
を備え、外部インタフェース９１８を介して演算装置９
１１に入力された目的を実現すべく、ロボット９０から
通信装置９１７を介して取得したロボット９０の現在の
位置と姿勢とメモリ９１２に格納された作業空間９２の
マップデータとより、次に到達すべきロボット９０の位
置と姿勢とを算出する機能を有する。そして、通信装置
９１７を介して、これをロボット９０に送信する機能を
有する。

【０２１４】また、ロボット９０から受信した焦電型赤
外線センサ５３の情報により、情報提示の終了を判断す
る機能を有する。

【０２１５】外部インタフェース９１８から入力される
情報は、主に、情報提示を行なう作業空間９２内でのロ
ボット９０の位置と、提示すべき情報の内容との情報で
ある。これらの情報は全て、最終的に、ロボット９０の
浮上状態と、その浮上状態でのロボット９０に備わる周
辺機器の動作制御とで構成される。そのため、上記情報
提示位置と提示すべき情報内容とをロボット９０の行動
に変換する手法は、既存のロボット制御手法をそのまま
適用できる。

【０２１６】なお、上述のベースステーション９１の構
成は、ロボット９０が情報提示を行なうことのできる位
置および姿勢に到達する機能を実現するための一構成で
あり、実際にはアプリケーションによって最適なものを
デザインするものである。そのため、上述と同等の機能
が実現できるのであれば、構成は上述に限定されないこ
とは言うまでもない。

【０２１７】次に、ベースステーション９１が行なう、
ロボット９０の離着陸の際の補助の手法について説明を
行なう。

【０２１８】ロボット９０の羽ばたきの開始もしくは終
了時、すなわちロボット９０の離着陸の際は、羽ばたき
によって発生する気流が急激に増加もしくは減少し不安
定である。そのため、ベースステーション９１がロボッ
ト９０の位置および姿勢を制御することは難しい。そこ
で、本実施の形態では、離陸の前の段階において、ベー
スステーション９１に備えられた電磁石９１５がロボッ
ト９０を吸着する。そのため、ロボット９０の離陸の際
は羽ばたきによる気流が安定するまで電磁石９１５を作
動させ、気流が安定した時点で電磁石９１５による吸着
を停止する、等の手法を用いることで、ベースステーシ
ョン９１はロボット９０の安定した離陸を実現すること
が可能である。

【０２１９】ロボット９０の着陸の概略について説明す
る。まず、ロボット９０の電極６１が充電穴９１４の上
部に位置するようロボット９０を移動させる。そして、
この状態で電磁石９１５を作動させ、ロボット９０をベ
ースステーション９１に吸着する。さらに、その後にロ
ボット９０の羽ばたきを停止させれば、気流が不安定と
なる状態でもロボット９０の着陸時の位置と姿勢とを安
定させることができる。なお、定位を容易にするため、
電極６１もしくは充電穴９１４の少なくとも一方はテー
パー形状をしていることが望ましい。

【０２２０】なお、重量が許すならロボット９０が電磁
石９１５を有する構成であっても構わない。また、この
構成により、ロボット９０はベースステーション９１に
限らず、強磁性もしくは軟磁性材料で構成される物質全
てに対して安定した離着陸が可能になる。

【０２２１】さらに、ロボット９０のより加速度の小さ
い離陸を実現するために、電磁石９１５に力覚センサを
配し、この力覚センサにかかる力によって電磁石９１５
の吸引力を制御する手法を用いることも可能である。

【０２２２】また、上述の補助の手法は、離着陸時の気
流不安定性に伴なうロボット９０の不安定浮上を防ぐ手
法の一例にすぎないため、離着陸時にロボット９０を一
時的に保持する機構であれば他の手段を用いても構わな
い。例えば、電磁石９１５に替えて空気を用いてロボッ
ト９０を吸引する手法を用いることもできる。また、レ
ール等のガイド機構に沿ってロボット９０の離着陸を行
なう等の手法を用いることもできる。

【０２２３】以上で、ベースステーション９１について
の説明は終了し、次に、システムの動作について説明を
行なう。

【０２２４】本システムにおいて、ロボット９０は、ベ
ースステーション９１からの指示により作業空間９２に
おいて、所定の位置と姿勢とに定位し、矢印標識８によ
る方向指示を行なう。図２１は、第１の実施の形態のシ
ステムにおける各種情報の流れを示す図である。図２１
を参照しながら、上述の動作について、より具体的に説
明する。なお、以下に述べる「浮上状態」とは、本シス
テムの空間における浮上態様を指すものであり、「浮上
情報」とは、これを表わす情報を指すものであって、上
昇もしくは浮遊していることを必須とするものではな
い。なお、停空飛行や下降も浮上状態の１形態に含まれ
る。

【０２２５】まず、システムの動作の始めとして、ロボ
ット９０の待機状態について説明する。

【０２２６】ロボット９０は、動作開始前において、ベ
ースステーション９１の充電穴９１４に電極６１が接続
され、固定される。また、必要に応じて、電源６に対し
て充電が行なわれる。

【０２２７】その際、ベースステーション９１の演算装
置９１１およびメモリ９１２はすでに動作しているもの
とする。このとき、ベースステーション９１の焦電型赤
外線センサ９１６は動作を開始しており、被情報提示者
９３を検出することでこの待機状態を解除し、情報提示
動作を開始する。

【０２２８】情報提示動作が開始されると、ロボット９
０は、まず、ベースステーション９１から離陸する。そ
こで、次に、ロボット９０の離陸について説明する。

【０２２９】図２２は、本システムのロボット９０が離
陸動作を行なうための処理を示すフローチャートであ
る。図２２のフローチャートに示される処理は、ベース
ステーション９１の演算装置９１１がメモリ９１２に記
憶されているプログラムを実行し、また、ベースステー
ション９１からの指示信号に基づいて、ロボット９０の
制御装置４がプログラムを実行することによって実現さ
れる。

【０２３０】ロボット９０の離陸動作は、ロボット９０
が羽ばたき動作を開始し、ロボット９０に働く浮力を得
ることで行なわれる。

【０２３１】本実施の形態では、ベースステーション９
１が、ロボット９０の鉛直上方の位置を目標位置として
ロボット９０に制御信号を送信する。そして、この位置
に到達するための羽ばたき動作をロボット９０が開始す
ることで、上述の離陸動作が開始される。

【０２３２】羽ばたき動作開始以前には、ベースステー
ション９１の電磁石９１５が動作し、ロボット９０はベ
ースステーション９１に吸着されている（Ｓ１０２）。
そして、遅くとも電磁石９１５が吸着を解除するまでに
は、ロボット９０において加速度センサ５１、角加速度
センサ５２、制御装置４、および通信装置７は動作を開
始する（Ｓ１２１，Ｓ１２２）。また、ベースステーシ
ョン９１においても、通信装置９１７が動作を開始し、
演算装置９１１が、ロボット９０の浮上状態を検出でき
る状態に達している必要がある（Ｓ１０１）。また、通
信路のコネクションを確立している必要がある。

【０２３３】そして、上記のように、ベースステーショ
ン９１は離陸開始指示として、ロボット９０の鉛直上方
の位置を、ロボット９０の到達目標位置としてロボット
９０に指示する（Ｓ１０３）。また、待機時の姿勢を到
達目標姿勢としてロボット９０に指示する。

【０２３４】上述の指示をベースステーション９１から
受信して（Ｓ１２３）、ロボット９０は到達目標に到達
するための羽３１および３２の駆動を算出する（Ｓ１２
４）。そして、算出結果に従って、羽ばたき動作を開始
するための羽３１および３２の駆動を開始する（Ｓ１２
５）。

【０２３５】また、この間、少なくともロボット９０が
羽ばたき動作を開始するまでに、ロボット９０の制御装
置４は、ロボット９０の位置と姿勢とを求める演算を開
始する必要がある。

【０２３６】ここで、ベースステーション９１は、ロボ
ット９０の羽ばたきによる気流が安定するだけの間、待
機する（Ｓ１０４）。羽ばたきによる気流が安定した時
点で、ベースステーション９１は、電磁石９１５はロボ
ット９０の吸着を弱めていく（Ｓ１０５）。

【０２３７】ロボット９０は実質上、常にその位置と姿
勢とを把握する演算を行なっている。そして、ベースス
テーション９１からの要求に応じて（Ｓ１０６，Ｓ１２
６）、この情報、すなわち浮上状態の情報（以後、単に
浮上情報と称す）をベースステーション９１に送信する
（Ｓ１２７，Ｓ１０７）。

【０２３８】ベースステーション９１はこの得られたロ
ボット９０の浮上情報より、ロボット９０の浮上を判定
する。

【０２３９】ベースステーション９１が、電磁石９１５
の吸着力とロボット９０の浮力とがバランスする点より
更に電磁石９１５の吸着力を弱めた時点で、ロボット９
０は浮上を開始する。つまり、ベースステーション９１
は、ロボット９０の浮上を検出するまでの間、電磁石９
１５の吸着力低下（Ｓ１０５）と、浮上情報の要求と
（Ｓ１０６）、浮上情報の受信（Ｓ１０７）とを繰返す
ことで、ロボット９０の浮上すなわち離陸を実現するこ
とができる（Ｓ１０８でＹＥＳ，Ｓ１２８でＹＥＳ）。

【０２４０】離陸完了後、ベースステーション９１は、
電磁石９１５を停止させ（Ｓ１０９）、電磁石９１５の
吸着力を０とする。

【０２４１】以上の動作により、ロボット９０の離陸が
完了する。上述の動作で離陸したロボット９０は、目的
地へ到達し、目的地においてその目的である情報提示を
行なう。そこで、次に、本システムが行なう情報提示
（方向指示）について、説明を行なう。

【０２４２】図２３は、本システムが情報提示を行なう
ための処理を示すフローチャートである。

【０２４３】図２３を参照して、まず、ロボット９０が
離陸すると、ベースステーション９１は、メモリ９１２
に格納されたマップデータと、表示すべき情報等とか
ら、ロボット９０の到達すべき位置と姿勢とを算出する
（Ｓ２０１）。障害物等によりロボット９０が直線運動
で目的地に到達できない場合は、障害物を回避しうる経
由地を目標とし、経由地への定位を繰返すことで、目的
地へ到達することができる。ベースステーション９１
は、こうして算出された到達目標を、ロボット９０に通
信を介して指定する（Ｓ２０２）。

【０２４４】ロボット９０は、ベースステーション９１
から上述の目的地の情報を受信し（Ｓ２２１）、指定さ
れた位置と姿勢とに到達するべき制御の時刻歴を算出す
る（Ｓ２２２）。そして、算出結果に従って、羽３１お
よび３２の駆動を適宜変更する（Ｓ２２３）。これを繰
返すことによって、ベースステーション９１より指定さ
れた位置および姿勢への定位を行なう。

【０２４５】この間、ベースステーション９１は適宜ロ
ボット９０に浮上情報を要求する（Ｓ２０３）。ロボッ
ト９０はこれに応じて（Ｓ２２４）、ベースステーショ
ン９１に浮上情報を送信する（Ｓ２２５）。ベースステ
ーション９１は得られたロボット９０の浮上情報より
（Ｓ２０４）、ロボット９０の目標への到達を判断する
（Ｓ２０５）。

【０２４６】そして、ロボット９０が、到達すべき位置
および姿勢への定位を完了した際には、ロボット９０
は、定位動作を行なう。定位動作は、その位置と姿勢と
を維持する停空飛行であることが望ましい。

【０２４７】ベースステーション９１が、ロボット９０
の、情報を提示すべき目的地への到達を検出した場合
（Ｓ２０５でＹＥＳ）、ベースステーション９１は、ロ
ボット９０が提示する情報を算出し（Ｓ２０６）、ロボ
ット９０に、情報提示動作を行なうことを指示する（Ｓ
２０７）。ロボット９０は、この指示に基づき（Ｓ２２
６でＹＥＳ）、情報提示動作を行なう（Ｓ２２７）。

【０２４８】本実施の形態においては、ロボット９０が
所定の位置において所定の姿勢で定位することによっ
て、矢印標識８の位置と向きとが定まり、情報提示が行
なわれる。例えば、方向指示をする場合、矢印標識８の
示す方向を、指示したい方向と略一致させるよう、ベー
スステーション９１はロボット９０の姿勢を算出すれば
よい。なお、ここではロボット９０の定位している位置
と姿勢とが提示情報と等価である。このため、方向指示
手法は、ロボット９０の位置と姿勢との決定手法をその
まま用いることができる。

【０２４９】また、この際、羽ばたきによりロボット９
０が羽音を発生させることで、被情報提示者９３がロボ
ット９０を認識する確率を高めることができる。そこ
で、羽音は羽ばたきにより自然に発生するものではある
が、人間の可聴周波数帯域を考慮して、ロボット９０は
３０Ｈｚ以上２００００Ｈｚ以下で羽ばたくことが望ま
しい。

【０２５０】なお、言うまでもなく、この時点までに、
ベースステーション９１は、外部インタフェース９１８
を経て得られた提示情報より、ロボット９０の情報提示
動作を算出しておく必要がある。

【０２５１】情報提示終了時には、ベースステーション
９１は、ロボット９０に情報提示動作の終了を指示す
る。ただし、本実施の形態においてはこれは着陸位置へ
の移動と等価である。

【０２５２】ロボット９０は羽ばたき浮上を行なってい
るので、高い機動力で移動および定位を行なうことが可
能である。また、言うまでもなく、ロボット９０は浮上
しているので、支柱などの支持構造物を必要とせず、自
由な位置にて情報提示を行なうことができる。

【０２５３】なお、本実施の形態に示した矢印標識８
は、情報提示手段の一例であって、提示する情報の内容
は、これに限るものではない。

【０２５４】上述の情報提示動作は、ロボット９０の焦
電型赤外線センサ５３によって人体が検出されている
間、継続して行なわれる（Ｓ２２８，Ｓ２２９でＹＥ
Ｓ）。そして、ロボット９０の焦電型赤外線センサ５３
が人体を検出せず、ロボット９０の情報提示範囲より被
情報提示者９３が去ったと判断する場合（Ｓ２２９でＮ
Ｏ）、ロボット９０は、情報提示を終了する指示を、ベ
ースステーション９１に対して送信する（Ｓ２３０，Ｓ
２０８）。

【０２５５】以上で情報提示の処理について終了し、引
続いて、ロボット９０は、着陸動作に移る。

【０２５６】次に、ロボット９０の着陸動作について説
明を行なう。着陸動作は、次の順で行なわれる。すなわ
ち、ロボット９０は、ロボット９０の電極６１がベース
ステーション９１の充電穴９１４の略鉛直上方に位置す
る位置および姿勢に定位する。次に、ベースステーショ
ン９１は、ロボット９０（の電極６１）を、電磁石９１
５を作動させることによって吸着する。

【０２５７】図２４は、本システムのロボット９０が着
陸を行なうための処理を示すフローチャートである。

【０２５８】図２４を参照して、離陸、情報提示の際と
同様に、ベースステーション９１はロボット９０の目標
とする位置および姿勢を算出する。すなわち、ロボット
９０の電極６１が、ベースステーション９１の充電穴９
１４の略鉛直上方に位置し、かつ、ベースステーション
９１の電磁石９１５がロボット９０を吸着可能である位
置および姿勢（以後これを着陸可能状態と称する）を算
出する。そして、ベースステーション９１は、通信によ
り上述の位置および姿勢を、ロボット９０に指示する
（Ｓ３０１）。

【０２５９】ロボット９０は、これに従い、到達すべき
位置および姿勢への定位を開始する（Ｓ３２１）。すな
わち、上述の位置および姿勢へ到達するために必要な羽
３１および３２の駆動を算出し（Ｓ３２２）、算出結果
に従って、羽３１および３２の駆動を開始する（Ｓ３２
３）。

【０２６０】ベースステーション９１は、適宜、浮上情
報要求を通信によりロボット９０に送信する（Ｓ３０
２）。これに応じてロボット９０は、浮上情報をベース
ステーション９１に送信する（Ｓ３２４，Ｓ３２５）。
ベースステーション９１は、この得られた浮上情報よ
り、ロボット９０の上記の着陸可能状態への到達を判断
する（Ｓ３０３，Ｓ３０４）。

【０２６１】そして、ベースステーション９１は、ロボ
ット９０が着陸可能状態へ到達したと判断した時点で
（Ｓ３０４でＹＥＳ）、電磁石９１５を作動させ、ロボ
ット９０をベースステーション９１に固定する（Ｓ３０
５）。

【０２６２】ベースステーション９１にロボット９０が
固定されて以後、ロボット９０の加速度センサ５１、角
加速度センサ５２は動作を停止する。

【０２６３】また、ベースステーション９１にロボット
９０が固定されて以後、ベースステーション９１は、ロ
ボット９０に羽ばたきの停止を指示する（Ｓ３０６）。
これ以後、通信装置７、制御装置４は停止させてよい
（Ｓ３２６でＹＥＳ）。

【０２６４】以上の動作により、ロボット９０の着陸が
完了する。なお、上述の本システムにおける一連の処理
は、本システムが、ある位置と姿勢とをもって矢印標識
８によって情報提示を行なう機能を実現するための方法
の一例にすぎない。そのため、これを実現するロボット
９０の動作は、上述の動作に限定されるものではない。

【０２６５】なお、本実施の形態における、ロボット９
０の制御装置４と、ベースステーション９１の情報処理
との機能分担について、以下に示す。

【０２６６】ロボット９０とベースステーション９１と
は、通信路を通じて情報交換が可能なので、各々の機能
分担は様々な形態が可能である。例えば、上述のベース
ステーション９１の機能を全てロボット９０に収め、ベ
ースステーション９１を廃した、いわゆるスタンドアロ
ンタイプも可能である。しかし、上述の如く、ロボット
９０に過剰な質量を搭載すると浮上が困難になる。ま
た、ロボット９０が軽量である方が、ロボット９０の機
敏な動きが可能になり、システムの動作効率が向上す
る。つまり一般に、情報処理の大部分はベースステーシ
ョン９１にて行ない、ロボット９０を軽量に設計するこ
とが望ましい。特に、提示情報を格納するにはある一定
以上の質量を持った一時記憶装置が必要となり、これは
提示すべき情報の量に応じて大きくなる。つまり、ロボ
ット９０の浮上可能な質量によって、ロボット９０の提
示できる情報量は制限されてしまう。よって、提示され
る情報は、ロボット９０の搭載重量の増加につながらな
いメモリ９１２に用意されていることが望ましい。

【０２６７】上述の議論に加え、ロボット９０の制御装
置４と、ベースステーション９１の情報処理との機能分
担については、通信速度の向上が重量増加につながる点
を考慮する必要がある。

【０２６８】例えば、電波を用いた通信の場合、通信速
度が高速になると、キャリアとしてエネルギーの高い、
高周波数の電波を用いなくてはならないために消費電力
が増加する。このため、電源６の重量増加につながる。
また補償回路等を用いて信号品質を向上させなくてはな
らず、構成要素が増加し、通信装置の重量増加につなが
る。総合的にはこれらのトレードオフを考慮して、実際
の機能分担をデザインする必要がある。

【０２６９】例えば、羽ばたきの細部、すなわち羽３１
および３２の角度α、β、θをもベースステーション９
１が指示する場合を考える。一般に羽ばたき飛行の周波
数は数十Ｈｚ以上であるため、α、β、θの制御周波数
帯域はｋＨｚオーダである。この場合、α、β、θのデ
ータがそれぞれ８ビットであるとして、各々１ｋＨｚで
制御するには、単一の通信路で、８（ｂｉｔ）×１（ｋ
Ｈｚ）×３×２（アクチュエータの個数）＝４８（ｋｂ
ｐｓ）の通信速度が必要である。なお、これは、送信の
みの速度であり、実際には受信のための帯域も必要とな
る。これに、通信のオーバーヘッド等も加わるため、１
００ｋｂｐｓ程度の通信速度を備える通信方法が必要と
なる。

【０２７０】ところで、ロボット９０の、前進、後退、
および左右への旋回といった基本的な動作については、
各々の動作に対応した一定のパターンの羽ばたき方を用
意できる。したがって、これら基本動作と、各々の動作
に対応した羽ばたき方のパターンとをロボット９０に内
包し、ベースステーション９１が予定経路に相当する基
本動作を算出してロボット９０に指示し、ロボット９０
は指示された基本動作から、内包された羽ばたき方のパ
ターンを選択する等の方法を用いても、ロボット９０に
所望の経路を飛行させることができる。このように、ロ
ボット９０は、羽ばたき方そのものの制御に代表される
高い周波数帯域の制御を受持ち、ベースステーション９
１は経路制御に代表される低い周波数帯域での制御を受
持つ形態が、制御装置４の演算量の軽減、通信路のトラ
フィック軽減の観点から望ましい。なお、これら基本動
作と、各々の動作に対応した羽ばたきとのパターンは、
テーブルとして制御装置４に用意することが、処理速
度、および制御装置４における演算量の低減の観点から
望ましい。

【０２７１】さらに、特に制御装置４に代表される演算
装置の演算能力や通信速度は、今後大きく向上すること
が期待される。そのため、ここに記したロボット９０と
ベースステーション９１とにおける情報処理の態様は、
現状を元に基本となる考えを例示したものであり、具体
的な機能分担については、今後ここに記した限りではな
い。

【０２７２】なお、本システムにおける情報提示方法と
して、上述の情報提示方法以外を考える。

【０２７３】本実施の形態においては、提示される情報
が空間において略固定である場合、すなわち、その位置
を変化させない場合を想定したが、動作を伴なって情報
提示することもできる。例えば、ロボット９０が、所定
の円周上を、常にその中心を矢印標識８が指示するよう
な姿勢を保ちながら運動することで、その中心付近領域
を指示する情報提示方法であってもよい。また、ロボッ
ト９０が、矢印標識と略一致する方向に移動すること
で、方向指示を協調する情報提示方法であってもよい。

【０２７４】また、より効果的な情報提示を想定し、羽
音を用いたが、羽音そのもので情報を提示する情報提示
方法であってもよい。例えば、羽音の周波数をサイレン
のようにうねらせることで、警告という情報を提示する
情報提示方法が考えられる。

【０２７５】また、本実施の形態では、エネルギーの節
約を想定して、焦電型赤外線センサ９１６により被情報
提示者９３が検出された場合のみ情報提示動作を行なっ
たが、より多くの時間情報提示が行なわれることを優先
させるならこの限りではない。その場合、本システムに
おいて、被情報提示者の有無に対応して情報提示を制御
する構成は必須ではない。また、本実施の形態では、情
報提示を開始するトリガとして、焦電型赤外線センサ９
１６により直接人体を検出しているが、これに限るもの
ではない。例えば、重量センサや電場センサなどが挙げ
られる。またより具体的には、既存の自動ドアに用いら
れるような人体検出装置の利用が挙げられる。

【０２７６】また、こういった既存設備の人体検出信号
を利用できる外部信号インタフェースをベースステーシ
ョン９１に設けておくことで、より利便性を高めること
ができる。

【０２７７】さらに、本システムにおけるエネルギー補
充機構について以下に述べる。言うまでもなく、上述の
説明における電源６の充電方法や形態は、軽量化と継続
使用とを両立させるために一般的に用いられるエネルギ
ー補充の一形態を例示したものである。すなわち、電源
としての機能を満たす充電方法や形態であれば、電源６
とその充電機構の態様とはここに示した限りではない。

【０２７８】例えば、羽３１および３２に、金属薄膜ス
パッタリングによってコイルを構成し、外部から与えた
電波を前述のコイルで電力に変換、整流して電源６を充
電するエネルギー補充方法であってもよい。

【０２７９】また例えば、ベースステーション９１以外
に充電のみを目的とする充電ステーションが存在し、そ
こで充電を行なうエネルギー補充方法であってもよい。

【０２８０】また、電力以外のエネルギーを用いる場
合、これに適したエネルギー補充方法が必要となる。こ
の場合、もちろん、電極６１と充電穴９１４との形状
は、本実施の形態に示したものに限らない。また、本実
施の形態に示したように位置決めの役割を兼用すること
は必須ではない。

【０２８１】また、本システムにおける通信方法につい
て以下に述べる。本実施の形態においては、ベースステ
ーション９１は、常にロボット９０の情報を得て、ロボ
ット９０を制御するものとしたが、ロボット９０に自律
的動作が可能である場合など、常にベースステーション
９１がロボット９０を制御することは必ずしも必要でな
い。

【０２８２】また、メモリ４２に情報を一時的に保持す
ることで、ベースステーション９１とロボット９０との
通信の頻度を下げることができる。これは後述する、ロ
ボットやベースステーションが複数存在する場合等、通
信路のトラフィック低減が求められる場合等に有効であ
る。

【０２８３】なお、ロボット９０とベースステーション
９１とのコネクションは、途絶する可能性を前提として
設計することが望ましい。ここで、ロボット９０に通信
路が途絶した場合の行動様式を予め組込むことで、コネ
クションが再開された際、通信途絶に起因する悪影響を
最小限に抑えられる。

【０２８４】例えば、ロボット９０とベースステーショ
ン９１との通信が行なわれていない状態であっても、ロ
ボット９０は、最後にベースステーション９１より指示
された位置と姿勢とに到達してホバリングを行なうこと
で浮上状態を一定に保つような機能を備えることで場合
であってもよい。この場合、常にベースステーション９
１がロボット９０と通信する必要はなく、ベースステー
ション９１の機能を他の目的に割当てる余地を作ること
ができる。

【０２８５】また、メモリ４２に、先の動作までバッフ
ァリングすることで、通信路が途絶した場合でも、ロボ
ット９０は飛行を続けることができる。逆に、メモリ４
２に、ロボット９０の情報をバッファリングすること
で、通信路が回復した際にこれをベースステーション９
１が得ることで、通信路が途絶している間のロボット９
０の情報をベースステーション９１が得ることができ
る。

【０２８６】また逆に、上述のバッファリングを用いる
ことで、障害物が多く電波が遮られやすい環境において
も、より微弱な電波でロボットシステムの機能を達成す
ることができる。そのため、省電力化が可能であり、電
源６の軽量化につながり、ロボット９０の機動性を高め
ることができる。

【０２８７】なお、本実施の形態においては、説明の簡
便のため、作業空間９２における環境は変化しないもの
としたが、実際の使用においては環境は変化する。主要
な環境変化として、気流の発生と障害物の変化とが挙げ
られる。当然、これら環境変化が存在する場合は、これ
ら環境変化に応じた、上述の制御の補正手段を用意する
必要がある。

【０２８８】なお、気流については、羽ばたき飛行であ
っても一般の航空機と同様の影響を受ける。そのため、
この補正は、一般的な航空機の経路計画に用いられる手
法がそのまま応用可能である。

【０２８９】さらに、本実施の形態においては、説明の
簡便のため、ベースステーション９１は１台としたが、
複数のベースステーション９１によってロボット９０を
制御してもよい。例えば、ベースステーション９１とロ
ボット９０との通信可能範囲よりも作業空間９２が広い
場合、作業空間９２をカバーするように複数のベースス
テーション９１を設け、ロボット９０の制御を空間的に
分担することも考えられる。このような場合には、移動
通信体に用いられるローミング技術をそのまま用いるこ
とができる。

【０２９０】また本実施の形態においては、ベースステ
ーション９１に、ロボット９０の制御機能と離着陸補助
機能とエネルギー補充機能（すなわち充電機能）とを統
合したが、これらの機能がベースステーション９１に統
合されることは必須ではない。例えば、通信可能範囲に
比べ、航続飛行距離（すなわち外部から駆動エネルギー
を補充することなく飛行を続けられる距離）が短い場
合、１台のベースステーション９１がカバーする通信可
能範囲内に、他のエネルギー補充ステーションが存在す
る、といった形態が考えられる。

【０２９１】また、当然、ベースステーション９１の機
能を全てロボット９０に内包でき、かつ浮上が可能な重
量であるならば、スタンドアロンタイプとしてロボット
９０単独で使用することもできる。逆に、ほとんどの情
報処理をベースステーション９１が担い、ロボット９０
の制御部はアクチュエータ２１および２２を駆動するの
みである形態も可である。

【０２９２】また、１台のベースステーション９１が、
ロボット９０を複数制御することもできる。例えば、順
路が複雑な会場の誘導に本システム用いる場合等、矢印
標識８を複数配する場合等に有効である。当然、複数台
のベースステーション９１が複数台のロボット９０を制
御してもよい。これらの制御においては、羽ばたき飛行
であることとは直接関与が無く、従来のロボット制御手
法がそのまま適用できる。

【０２９３】上述の如く、本実施の形態における情報提
示システムは、羽ばたき飛行を行なうロボット９０を用
いて情報提示を行なうことを特徴とする。

【０２９４】このような羽ばたき飛行による浮上は、浮
上力が体積でなく表面積に依存するため、気球や飛行船
に比べて、理論的に小型化に適している。このため、地
上高１〜２ｍといった、人間の視線に対応した、最も情
報提示効果の高い高さにおいて、有効な情報提示を、地
上に占有面積を有することなく効果的に行なうことがで
きる。

【０２９５】例えば、催事会場への道案内を具体的に想
定して、全長１０ｃｍ程度の気球を用いて前記道案内の
情報を提供することを想定する。全長１０ｃｍの立方体
ヘリウム気球の浮上可能質量は最大１．１ｇ程度である
が、この気球の表面積は６００平方センチメートル程度
である。仮に、１平方センチメートル辺りの質量が２ｍ
ｇの、非常に軽い膜で気球を構成したとしても、気球自
体の質量が気球の浮力を上回ってしまい、浮上すること
ができない。気球により発生する浮力と気球自体の質量
との関係は、体積が長さの３乗に比例し表面積が長さの
二乗に比例することから、気球の大きさが小さくなるほ
ど、気球の浮力は気球自体の体積（質量）より小さくな
るという関係である。よって、上記の条件では、気球は
少なくとも１０ｃｍより大きくなくては浮上できないた
め、情報提示装置としての役割を果たすことができな
い。実際には、移動のためのモータ、制御装置等が必要
となるため、浮上部以外の質量は、上述の質量よりはる
かに大きくなる。

【０２９６】また、小型航空機のような、揚力により浮
上する固定翼浮上機構は、停空飛行ができないため、高
度１〜２ｍといった情報提示に最も効果的な高度では障
害物に遮られることが多く、情報提示が不可能である場
合が多い。

【０２９７】一方、羽ばたき飛行は停空飛翔が可能なた
め、一般の航空機のように、前進し続ける必要がない。
そのため、ある位置に留まって行なうことを一般的に求
められる情報提示を行なう場合に適している。

【０２９８】また、羽ばたき飛行による浮上機構は、ヘ
リコプターといった、回転翼を用いた浮上機構に比べ、
抗力を有効に用いることが可能なため、これら回転翼を
用いた浮上機構に比べても小型化に適している。また、
羽ばたき飛行による浮上機構は、抗力を利用するため、
相対的に浮力発生部位の運動速度を小さく設定すること
ができる。例えば、第一近似的に、ヘリコプターの翼を
角度θｈで傾いた平板だとすると、翼の単位移動量あた
りにおける、直近の流体に与える浮上方向の速度は、羽
の速度のｓｉｎθｈ倍となる。羽ばたき飛行の場合、羽
の速度と同じ速度を流体に与えることが可能である。す
なわち、羽ばたき飛行においては、羽の速度を、ヘリコ
プターの場合に比べ、ｓｉｎθｈ倍まで小さくすること
が可能である。このため、情報を提示する近辺に人間や
構造物などの障害物が存在する場合にも、羽がこれら障
害物に接触した際の被害を小さくすることができる。ま
た、騒音を小さくする効果もある。

【０２９９】これらのことより、羽ばたき飛行は室内の
ような障害物の多い環境においても停空飛翔が可能な浮
上手段であり、本システムがこの羽ばたき浮上装置を備
えることで、障害物の多い環境においても本システムを
用いて、地上に占有面積を有しない情報提示を行なうこ
とができる。

【０３００】なお、高さ１〜２ｍといった、情報提示に
最も有効な高さでは、情報提示を行う位置により、被情
報提示者から認識できる情報が変化する可能性がある。
例えば、正方形であっても、斜めから見れば長方形に見
える。そこで、情報提示装置が取得する位置もしくは姿
勢に応じて、提示する情報を補正または変換すること
や、情報提示装置が所定の位置もしくは姿勢に到達した
際に情報提示を行なうことで、このような認識される情
報の変化を防ぐことができ、正確な情報提示を行なうこ
とができる。

【０３０１】また、本実施の形態における情報提示シス
テムは、例えば矢印標識といった提示情報を上記の機能
を有する羽ばたき浮上機構に搭載することで、簡便に情
報提示を行なうことができる。この際、提示情報と被情
報提示者とを結ぶ直線を、羽の移動体積密度が相対的に
低い領域に位置させることで、羽による情報提示への干
渉を低下させることができる。すなわち、提供される情
報が、羽の移動に遮られて被情報提示者に届かないとい
った事態の発生を低下させることができる。このため、
被情報提示者が提示情報を認識することが容易になる。

【０３０２】また、人間は歩行時やその他多くの場合、
概ね水平方向を向いている。そのため、目の高さ程度に
て情報提示を行なうのが最も情報提示の効果が高い。本
実施の形態の情報提示システムは、浮上により提示され
る情報を３次元の任意の方向に移動できるため、容易に
効果の高い位置にて情報提示を行なうことができる。

【０３０３】また、羽ばたきの態様の変化によっても、
より多くの情報を提示することができる。例えば、矢印
標識が空間のある１点を指すようにロボット９０を運動
させることで、その１点を指示す情報提示を行なうこと
ができる。

【０３０４】さらに、本実施の形態の情報提示システム
は、羽音を発生させることで、情報提示が行なわれてい
るという情報自体を、被情報提示者に効果的に伝えるこ
とができる。また、羽音自体で情報を提示することもで
きるため、他の構成を機能的に付加せずに、提示される
情報量を増大させることができる。

【０３０５】また、本実施の形態の情報提示システムに
人体検出機構を備えることで、人体を検出した際に情報
提示を行なうといった、効率のよい情報提示を行なうこ
とができる。

【０３０６】さらに、本実施の形態におけるロボット９
０に二次電池等の再補充可能なエネルギー源を備え、前
記再補充可能なエネルギー源を充電する装置を本システ
ムにさらに備えることで、継続的に情報提示を行なうこ
とのできる、情報提示効果の高い情報提示システムを構
築することができる。

【０３０７】なお、上述の情報提示システムは、羽ばた
き飛行を行なう情報提示装置（ロボット９０）を用いて
情報の提示を行なうことを特徴としている。そのため、
情報提示装置は、質量の制約を受け、その結果、提示す
る情報の量が制約される場合がある。しかし、情報の提
示を行なうユーザの利便性を向上させるために、情報提
示システムは、提示される情報量によらず情報提示を行
なうことが望ましい。そこで、以下に、より利便性の高
い情報提示システムについて説明を行なう。

【０３０８】［第２の実施の形態］第２の実施の形態に
おいては、人間の視線程度の高さにおいて、ロボットの
集合体にて表示可能な任意の情報を提示する情報提示シ
ステムについて説明する。

【０３０９】図２５は、第２の実施の形態におけるシス
テムの構成を示す図である。図２５を参照して、本実施
の形態におけるシステムは、複数の羽ばたき飛行ロボッ
ト（以下、単にロボットと称する）９０ａ〜９０ｆ（ロ
ボット９０ａ〜９０ｆを代表させて、ロボット９０とい
う）と、これらロボット９０ａ〜９０ｆと情報を交換で
きるベースステーション９９とから構成される。

【０３１０】上述の本実施の形態におけるシステムで
は、具体的には次のような動作が行なわれる。

【０３１１】すなわち、ベースステーション９９からの
指示により、ロボット９０ａ〜９０ｆが指定の位置に定
位する。ロボット９０ａ〜９０ｆの位置と姿勢とをベー
スステーション９９が制御することにより、ロボット９
０ａ〜９０ｆが矢印形状に配置され、本システムは、こ
の矢印による方向指示という情報を提示する。

【０３１２】本実施の形態におけるロボット９０は、図
２に示される第１の実施の形態におけるロボット９０と
同様のものであるため、ここでの説明は繰返さない。た
だし、矢印標識８は廃される。

【０３１３】また、ロボット９０ａ〜９０ｆは、通信の
個体区別のため、それぞれ異なるＩＤを有している。こ
のＩＤは、例えば、後述する通信におけるヘッダとして
送信されるなどして、後述するベースステーション９９
に告知される。

【０３１４】次に、ベースステーション９９について説
明を行なう。本実施の形態におけるベースステーション
９９もまた、図２０に示される第１の実施の形態におけ
るベースステーション９１と同じ構成である。そのた
め、ここでの説明は繰返さない。ただし、６台のロボッ
ト９０ａ〜９０ｆと個別に通信できるように、６つの通
信路を有する。また、６台のロボットを離着陸させ、充
電を行なうための、６組の電磁石９１５ａ〜９１５ｆ、
および充電穴９１４ａ〜９１４ｆを有する。

【０３１５】上述の如く、本実施の形態におけるベース
ステーション９９は、第１の実施の形態のベースステー
ション９１と同様の方法で、ロボット９０ａ〜９０ｆと
個別に通信する。その際、各ロボット９０に与えられた
ＩＤを参照することにより、それぞれのロボット９０の
情報を個別に得て、それぞれのロボット９０に到達すべ
き位置および姿勢などの制御情報を個別に与える。

【０３１６】これらの制御形態は、従来の、複数のロボ
ットに対する制御手法がそのまま適用できる。

【０３１７】次に、システムの動作について説明を行な
う。本実施の形態におけるロボット９０ａ〜９０ｆは、
ベースステーション９９からの指示により作業空間９２
においてそれぞれ、所定の位置おとび姿勢に定位する。
本システムにおいては、この際の配置を矢印状にするこ
とによって方向指示を行なう。上述の動作について、よ
り具体的に説明する。なお、本実施の形態におけるシス
テムの動作のうち、情報提示動作を除いて、６台のロボ
ット９０ａ〜９０ｆの動作については、第１の実施の形
態におけるロボット９０の動作とほぼ同等であるので、
以下、情報提示動作についてのみ説明する。

【０３１８】ロボット９０ａ〜９０ｆの位置および姿勢
は、ベースステーション９９が任意に設定することがで
きる。そのため、図２５に示す如く、ベースステーショ
ン９９が、矢印形にこれらのロボット９０ａ〜９０ｆを
配することで、矢印の位置と向きが定まることによっ
て、本システムにおいて情報提示が行なわれる。

【０３１９】ただし、第１の実施の形態と同様に、ロボ
ット９０ａ〜９０ｆの定位している位置と姿勢とが提示
情報と等価であるため、ロボット９０ａ〜ｆは、上述の
第１の実施の形態におけるロボット９０と同様の動作を
行なうものである。

【０３２０】当然、この時点までにベースステーション
９９は、外部インタフェース９１８を経て得られた提示
情報より、ロボット９０ａ〜９０ｆの配置を算出してお
く必要がある。本実施の形態においては、上記理由のた
め、ロボット９０ａ〜９０ｆの提示すべき情報は、ロボ
ット９０ａ〜９０ｆの到達目標そのものであるので、既
に算出されている。

【０３２１】ロボット９０ａ〜９０ｆは羽ばたき浮上を
行なっているので、高い機動力で移動および定位を行な
うことが可能である。また、言うまでもなく、ロボット
９０は浮上しているので、支柱などの支持構造物を必要
とせず、自由な位置にて情報提示を行なうことができ
る。このため、人間が最も認識しやすい高度１〜２ｍに
おける情報提示を行なうことができる。

【０３２２】また、本実施の形態におけるシステムは、
複数の情報提示装置であるロボット９０を組合わせて情
報提示することで、提示される情報量を増やすことがで
きる。例えば、本システムでｎ台のロボット９０を用い
て情報の提供を行なう場合、１台のロボット９０によっ
て示すことのできる情報量をａとすると、ａのｎ乗の情
報量を情報を提供することができる。この場合も、浮上
させるロボット９０単体の重量は変化しないため、ロボ
ット９０の浮上性能に支障を来すことなく、提示される
情報量を増大させることができる。

【０３２３】また、本システムは、ロボット９０の台数
の制約内で、矢印のみならず、図形など、任意の情報を
提示することができる。

【０３２４】なお、本実施の形態におけるシステムの情
報伝達は、ロボット９０ａ〜９０ｆに対応して通信路が
複数用意される以外は、図２１に示す第１の実施の形態
におけるシステムの構成と同等である。

【０３２５】さらに、本実施の形態においては、提示さ
れる情報が空間９２において略固定である、すなわち、
その位置を変化させない場合を想定して説明を行なって
いるが、動作を伴ないその位置を変化させて情報提示を
行なってもよい。例えば、ロボット９０ａ〜９０ｆが、
所定の円周上を、常にその中心を指示するような情報提
示状態を保ちながら運動することで、その中心付近領域
を指示する情報提示方法であってもよい。また、ロボッ
ト９０ａ〜９０ｆが、その提示している方向と略一致す
る方向に移動することで、方向指示を協調する情報提示
方法であってもよい。

【０３２６】なお、本実施の形態における通信方法で
は、ロボット９０が複数であるため複数の通信路を必要
とする。この複数の通信路の形成は、一般に用いられて
いる手法がそのまま適用できる。例えば、時分割手法
や、波長変調、もしくはデータをＩＤを含めて複合して
エンコードし、ロボットの側でＩＤに応じてデコードす
る等の通信方法であってもよい。

【０３２７】また、通信の途絶における対処ついては、
第１の実施の形態における対処と同様の方法を行なうこ
とができる。

【０３２８】また、本実施の形態においては、説明の簡
便のためベースステーション９９は１台としたが、複数
のベースステーション９９によってロボット９０ａ〜９
０ｆを制御することもできる。例えば、作業空間９２
が、ベースステーション９９とロボット９０ａ〜９０ｆ
との通信可能範囲よりも広い場合、作業空間９２をカバ
ーするように複数のベースステーション９９を設け、ロ
ボット９０ａ〜９０ｆの制御を、複数のベースステーシ
ョン９９で空間的に分担することもできる。この場合に
は、従来の移動体通信に用いられているローミング技術
をそのまま用いることができる。当然、ロボット９０ａ
〜９０ｆを、複数のベースステーション９９が個体別に
分担して制御する手法を用いることもできる。例えば、
第１の実施の形態におけるベースステーション９１は、
ロボット９０を１台制御するようになっているので、第
１の実施の形態におけるベースステーション９１を６台
用いることで、各々のベースステーション９１にロボッ
ト９０ａ〜９０ｆを１台ずつ割当てることでも本実施の
形態の構成は実現される。

【０３２９】また、本実施の形態においては、ベースス
テーション９９に、ロボット９０ａ〜９０ｆの制御機能
と離着陸補助機能とエネルギー補充機能（すなわち充電
機能）とを統合したが、必ずしもこれらの機能がベース
ステーション９９に統合されていることは必須ではな
い。例えば、通信可能範囲に比べ、航続飛行距離（すな
わち外部から駆動エネルギーを補充することなく跳続け
ることのできる距離）が短い場合、１台のベースステー
ション９９がカバーする通信可能範囲内に、他のエネル
ギー補充ステーションが存在する等の形態が考えられ
る。

【０３３０】また当然、ベースステーション９９の機能
を全てロボット９０ａ〜９０ｆに内包でき、かつロボッ
ト９０ａ〜９０ｆの重量が浮上が可能な重量であるなら
ばスタンドアロンタイプとして、ロボット９０ａ〜９０
ｆのみを単独で用いることもできる。逆に、ほとんどの
情報処理をベースステーション９９が担い、ロボット９
０ａ〜９０ｆの制御部は、アクチュエータ２１および２
２を駆動するのみである形態であってもよい。

【０３３１】また、本実施の形態では明示的に矢印と認
識できる形状を示すための最低限度の数としてロボット
９０を６台用いたが、当然、ロボット９０の台数はこれ
に限らない。すなわち、ロボット９０の制御が可能な範
囲で、より多くのロボット９０を用いることで、より複
雑な情報を提示することができる。

【０３３２】また、本実施の形態においては、複数台の
ロボット９０を離着陸させるシステムとして、最も単純
に実現が可能な機構を例として挙げたが、複数台のロボ
ット９０の離発着を可能とする機構であれば、上述の本
実施の形態に示す限りではない。

【０３３３】例えば、ロボット搬送システムを用いて、
ロボット９０を充電穴９１４に搬送し、セットすること
ができれば、充電穴９１４、電磁石９１５等がベースス
テーション９９にロボット９０の台数分備えられている
ことは必須ではない。

【０３３４】［第３の実施の形態］第３の実施の形態に
おいては、人間の視線程度の高さにおいて、ドットマト
リクスにて表示可能な任意の情報を提示する情報提示シ
ステムについて説明する。

【０３３５】図２６は、第３の実施の形態におけるシス
テムの構成を示す図である。図２６を参照して、本実施
の形態におけるシステムは、発光素子を搭載した複数の
羽ばたき飛行ロボット群（以下、単にロボットと称す
る）と、これらロボット群に含まれるロボット９０と情
報を交換できるベースステーション９８とから構成され
る。

【０３３６】本実施の形態におけるシステムでは、これ
らロボット群をドットマトリクスとして用いて情報提示
を行なうことを特徴とする。具体的には、上述の本実施
の形態におけるシステムでは、次のような動作が行なわ
れる。

【０３３７】すなわち、ベースステーション９８からの
指示により、ｎ×ｍ個のロボット群９０（ｉ，ｊ）（１
≦ｉ≦ｎ、１≦ｊ≦ｍであって、ｎおよびｍは自然数）
（以後、単にロボット群９０（ｉ，ｊ）と記す）を、ｎ
行ｍ列に並んで定位させる。その後に、ベースステーシ
ョン９８が、ロボット群９０（ｉ，ｊ）に含まれるロボ
ット９０の各々の発光素子の明滅を制御することによ
り、ｎ×ｍのドットマトリクスに文字や図形などの情報
を提示させる。

【０３３８】図２７は、図２５に示されるロボット９０
の主要な構成について示す図である。図２７に示される
ロボット９０は、図２に示される第１の実施の形態にお
けるロボット９０と同様のものであるため、ここでの説
明は繰返さない。ただし、矢印標識８は廃される。代わ
りに発光素子８１と、拡散光学系８２とが配される。

【０３３９】発光素子８１は、発光面積を増大させるた
め、羽３１および３２の上に配された拡散光学系８２を
介して、羽３１および３２の上より可視光を射出する。
羽３１および３２の往復運動に伴ない、見かけ上の発光
面積は、羽３１および３２の移動空間の断面積にまで拡
大される。ただし、ここでは、軽量化のため、拡散光学
系８２は主軸３１１および３２１と枝３１２および３２
２とを兼ねる。例えば、左羽３２においては、半透明樹
脂で構成された主軸３２１と枝３２２とを拡散光学系８
２として用いる。拡散光学系８２は半透明であるため、
発光素子８１より照射された光を散乱する。そのため、
拡散光学系８２全体より、光が放射される。

【０３４０】発光素子８１は、制御装置４によって制御
される。また、制御装置４は、通信装置７を介して、ベ
ースステーション９８より、発光素子８１の制御情報を
受信し、これによって発光素子８１を制御する。

【０３４１】また、ロボット９０は、通信の個体区別の
ため、それぞれ異なるＩＤを備える。

【０３４２】次に、ベースステーション９８について説
明を行なう。本実施の形態におけるベースステーション
９８は、ロボット群９０（ｉ，ｊ）と個別に通信が可能
な通信路を有する。また、複数のロボット９０の離着
陸、および充電を行なうための、電磁石９１５（ｉ，
ｊ）および充電穴９１４（ｉ，ｊ）を有する。それ以外
の構成については、第１の実施の形態におけるベースス
テーション９９と同じ構成であるため、ここでの詳細な
説明は繰返さない。

【０３４３】本実施の形態におけるベースステーション
９８は、通信装置９１７を介して、ロボット群９０
（ｉ，ｊ）に対して、含まれる各々のロボット９０の発
光素子８１の制御情報を、個別に送信することを特徴と
する。この機能と前記制御装置４の発光素子８１の制御
機能とにより、ベースステーション９８は、ロボット群
９０（ｉ，ｊ）の発光素子８１を、ロボット９０ごとに
個別に制御できる。

【０３４４】このようなベースステーション９８は、第
１の実施の形態のベースステーション９９と同様に、ロ
ボット群９０（ｉ，ｊ）と個別に通信し、含まれるそれ
ぞれのロボット９０の情報を得る。また、それぞれのロ
ボット９０に到達すべき位置および姿勢等の制御情報を
与える。

【０３４５】これらの制御方法は、従来のロボット制御
の手法がそのまま適用できる。続いて、システム全体の
動作について説明する。

【０３４６】ロボット群９０（ｉ，ｊ）はベースステー
ション９８からの指示により作業空間９２においてある
位置および姿勢に定位し、情報提示を行なう。図２８
は、第３の実施に形態のシステムにおける各種情報の流
れを示す図である。図２８を参照しながら、上述の動作
について、より具体的に説明する。なお、図２８には、
本実施の形態におけるシステムの、ロボット群９０
（ｉ，ｊ）の単一要素ロボットについての概要が示され
る。

【０３４７】図２８を参照して、本実施の形態における
システムの動作は、情報提示動作を除いて、各ロボット
９０（ｉ，ｊ）に関して、第１の実施の形態で図２２〜
２４に示す、第１の実施の形態におけるロボット９０の
動作とほぼ同等であるので、ここでの説明は繰返さな
い。以下、本実施の形態におけるシステムの情報提示動
作についてのみ説明する。

【０３４８】ベースステーション９８は、ロボット群９
０（ｉ，ｊ）の到達すべき位置と姿勢とを、ロボット群
９０（ｉ，ｊ）に通信を介して指定する。

【０３４９】一例として、ベースステーション９８は、
ロボット群９０（ｉ，ｊ）に含まれる各ロボット９０の
位置指定を、図２６に示すようにｎ行ｍ列の格子状に設
定する。図２６は、ｎ＝５，ｍ＝６の場合の、各ロボッ
ト９０の位置を示す。各ロボット９０は、それぞれ指定
された位置に定位することで、この配置を実現する。こ
れは、設定されたロボット群９０（ｉ，ｊ）の各ロボッ
ト９０の位置に対して、第１の実施の形態に示されるロ
ボット９０の定位を、本実施の形態の各ロボット９０が
行なうことで実現される。

【０３５０】このようにロボット群９０（ｉ，ｊ）が配
列している状態で、各々のロボット９０の発光を、ベー
スステーション９８からの信号により制御すれば、一般
的なドットマトリクスディスプレイの制御と同様に、本
システムにおいて任意の情報を表示できる。本システム
が、上述の制御を行なうことで、任意の文字、図形等を
表示することができ、また、表示の変更もドットマトリ
クスディスプレイと同様に、容易に行なうことができ
る。

【０３５１】また、ロボット群９０（ｉ，ｊ）は、羽ば
たき浮上を行なっているので、機高い機動力で移動およ
び定位を行なうことが可能である。また、言うまでもな
く、ロボット９０は浮上しているので、支柱などの支持
構造物を必要とせず、自由な位置にて情報提示を行なう
ことができる。

【０３５２】さらに、本実施の形態におけるシステムで
は、ロボット９０の台数の制約内で、図形や文字など、
任意の情報を提示することができる。

【０３５３】なお、本実施の形態においては、ロボット
９０の配置を矩形格子状としたが、当然、この限りでな
く、目的によっては異なる配置の方がより効果的に情報
提示を行なうことができる。例えば、ロボット群９０
（ｉ，ｊ）を球殻状に構成することもできる。

【０３５４】次に、本実施の形態のシステムにおける情
報提示方法について説明する。本実施の形態においては
提示される情報が、空間において略固定である、すなわ
ちその位置を変化させない場合を想定したが、動作を伴
なって情報提示することもできる。例えば、ロボット群
９０（ｉ，ｊ）が、所定の円周上を、常にその中心を矢
印が指示するような姿勢を保ちながら運動することで、
その中心付近領域をより限定して指示する情報提示方法
であってもよい。また、ロボット群９０（ｉ，ｊ）が矢
印と略一致する方向に移動することで、方向指示を協調
する情報提示方法であってもよい。

【０３５５】また、図２９に具体例が示されるように、
移動に伴ない残像現象を用いて情報提示を方法であって
もよい。図２９は、残像現象を用いた情報提示方法の第
１の具体例を示す図である。

【０３５６】図２９を参照して、最も単純には、ロボッ
ト群９０（ｉ，ｊ）について、ｊ＝１として縦にロボッ
ト群９０（ｉ，ｊ）を配し、その配置と略垂直方向に掃
引しつつ、各ロボット９０における発光素子８１の明滅
を制御する。このことで、図２９に示される如く、矢印
が、残像として表示される。このようにすることで、残
像現象を利用した情報提示が可能である。

【０３５７】また、図３０は、残像現象を用いた情報提
示方法の第２の具体例を示す図である。図３０を参照し
て、ロボット群９０（ｉ，ｊ）が略円筒面のような閉曲
面を形成するよう移動すれば、当該円筒面上に、残像現
象を用いて、連続した情報提示を行なうことができる。

【０３５８】上述の、本実施の形態のシステムにおいて
は、ロボット９０が複数であるため、複数の通信路を必
要とする。この複数の通信路の形成は、一般に用いられ
ている通信路の形成方法をそのまま適用することができ
る。例えば、時分割手法や、波長変調、もしくはデータ
をＩＤを含めて複合してエンコードし、ロボットの側で
ＩＤに応じてデコードする等の手法が考えられる。

【０３５９】また、通信の途絶についても、第１の実施
に形態の説明と同様の内容が、本実施の形態のシステム
について当てはまるため、ここでの説明は繰返さない。

【０３６０】なお、発光素子８１は、本実施の形態にお
いては単に明滅だけの特性を持った発光素子としたが、
到達すべき位置および姿勢への定位に支障を来さない範
囲で、これに限定されるものではない。例えば、青緑赤
等の３原色を用いて、カラー表示を行なうこともでき
る。

【０３６１】また、本実施の形態においては視認性を考
慮して発光素子８１としたが、反射板などの受動的な可
視光放射手法を用いてもよい。これは、例えば日中な
ど、外光が強く、能動的な発光素子では効果的な情報提
示を行なうことができない場合に、特に有効である。こ
のように、本実施の形態における情報提示システムが物
理量取得機能を有し、これより得られた物理量によって
提示する情報を変化させることで、より効果的な情報提
示を行なうことができる。例えば、情報提示に関わる物
理量の変化である周囲の明るさに対応した、より効果的
な情報提示を行なうことができる。

【０３６２】また、上述の発光素子８１に替えて、羽３
１および３２の色分けを用いて情報提示することもでき
る。例えば、ロボット９０（ｉ，ｊ）の羽３１および３
２の、表面を黒色、裏面を白色とし、姿勢変更によって
視認される羽３１および３２の向きを変更することで
も、本実施の形態におけるシステムと同様に情報提示を
行なうことができる。

【０３６３】また、本実施の形態においては発光面積を
優先している。すなわち、羽３１および３２の表面に拡
散光学系８２を設け、発光素子８１はこれに向かい可視
光を照射したが、発光形態はこれに限るものではない。
例えば、羽３１および３２の表面に蛍光塗料を塗布等し
て配し、これに励起光を照射する発光形態であってもよ
い。

【０３６４】当然、情報提示に求められる要件を満たす
なら、可視光を直接、被情報提示者９３に向かい照射す
る方法であってもよい。例えば、発光素子８１から照射
された可視光が、羽３１および３２の軌跡によって遮ら
れずに被情報提示者９３に到達する部位に、発光素子８
１を配する方法であってもよい。

【０３６５】これら上述の方法を兼用する方法であって
もよい。例えば、ロボット９０が、発光素子８１と、羽
３１および３２の表裏で異なる色に着色された拡散光学
系８２とを備える方法が考えられる。このとき、周囲が
明るく、発光素子８１による発光では情報提示ができな
い場合には、発光素子８１に替えて、上記の羽３１およ
び３２の姿勢の変化で情報提示を行なうことができる。

【０３６６】このように、本システムがロボット９０の
羽部まで用いて情報を提示することで、最大限の大きさ
の情報を提示することができる。このため、より大きな
情報を提示する際にも、情報の提示を行なう媒体（本シ
ステムにおけるロボット９０）の質量の増加を防ぐこと
ができ、浮上機能の低下を防ぐことができる。

【０３６７】また、ロボット９０の羽部を用いた情報提
示は、羽部の視覚状態の変更、特に反射率の変更や、羽
部の発光によって、最も効果的に実現される。さらに、
上述の如く、ロボット９０の羽部に拡散光学系８２を配
し、これを用いて羽３１および３２を発光させること
で、最大限、羽の大きさを活かした情報提示を行なうこ
とができる。

【０３６８】また、本実施の形態におけるシステムで
は、ロボット９０の羽３１および３２の姿勢を変更する
こと等によっても情報提示を行なうことができる。この
情報の提供方法は、浮上機構に何ら付与する構成を必要
とせず実現できるため、最も単純で、安価に情報提示が
実現できる。

【０３６９】また、本実施の形態におけるシステムで
は、ロボット９０の羽３１および３２の両面に異なる視
覚特性を付与し、被情報提示者９３に向合う羽３１およ
び３２の面をロボット９０の姿勢変更によって変更する
ことでも情報提示を行なうことができる。

【０３７０】また、本実施の形態においては、説明の簡
便のため、ベースステーション９８は１台としたが、複
数のベースステーション９８によってロボット群９０
（ｉ，ｊ）を制御することもできる。例えば、作業空間
９２が、ベースステーション９８とロボット群９０
（ｉ，ｊ）との通信可能範囲よりも広い場合、作業空間
９２をカバーするように複数のベースステーション９８
を設け、ロボット群９０（ｉ，ｊ）の制御を、複数のベ
ースステーション９８で空間的に分担することもでき
る。

【０３７１】また、本実施の形態においては、ベースス
テーション９８に、ロボット群９０（ｉ，ｊ）の制御機
能と離着陸補助機能とエネルギー補充機能（すなわち充
電機能）とを統合したが、必ずしもこれらの機能がベー
スステーション９８に統合されていることは必須ではな
い。例えば、通信可能範囲に比べ、航続飛行距離（すな
わち外部から駆動エネルギーを補充することなく跳続け
ることのできる距離）が短い場合、１台のベースステー
ション９８がカバーする通信可能範囲内に、他のエネル
ギー補充ステーションが存在する等の形態が考えられ
る。

【０３７２】また当然、ベースステーション９８の機能
を全てロボット群９０（ｉ，ｊ）に内包でき、かつロボ
ット９０の重量が浮上が可能な重量であるならばスタン
ドアロンタイプとして、ロボット群９０（ｉ，ｊ）単独
のみを単独で用いることもできる。逆に、ほとんどの情
報処理をベースステーション９８が担い、ロボット群９
０（ｉ，ｊ）の制御部は、アクチュエータ２１および２
２を駆動するのみである形態であってもよい。

【０３７３】また、本実施の形態では明示的に矢印と認
識できる形状を示すため、例えば図２６においてロボッ
ト９０を３０台用いたが、当然、ロボットの台数はこれ
に限らない。

【０３７４】また、本実施の形態においては、ロボット
９０の集合の各要素が、その視認状態を各々のロボット
９０において変化させることで、様々な可変である情報
を提示することのできるシステムの一構成を示したもの
であって、ロボット９０の配置は上述の配置に限らな
い。例えば、マトリクス状の配列を変更してもよいし、
同心円状に配列してもよい。

【０３７５】また、本実施の形態においては、複数台の
ロボット９０を離着陸させるシステムとして、最も単純
に実現が可能な機構を例として挙げたが、複数台のロボ
ット９０の離発着を可能とする機構であれば、上述の本
実施の形態に示す限りではない。

【０３７６】例えば、ロボット搬送システムを用いて、
ロボット９０を充電穴９１４に搬送し、セットすること
ができれば、充電穴９１４、電磁石９１５等がベースス
テーション９８にロボット９０の台数分備えられている
ことは必須ではない。

【０３７７】また逆に、１台のベースステーション９８
に全てのロボット９０を離発着させる構成が含まれてい
なくてもよい。例えば、２台以上の複数のベースステー
ション９８で、ロボット９０の離発着を分担することも
できる。

【０３７８】さらに、上述の第１〜第３の実施の形態に
おいて説明したシステムは、各実施の形態における機能
を実現するための構成の１例であって、システムの構成
を限定するものではない。例えば、第１の実施の形態に
示されている矢印標識８を搭載した複数のロボットを、
第２の実施の形態に示されている情報提示方法を用い
て、矢印形状に並べることにより、より認識性の高い情
報提示を行なうシステムであってもよい。

【０３７９】また、本実施の形態におけるシステムは、
第１〜第３の実施に形態に示された、方向指示といった
具体的言語に可換である情報のみならず、抽象情報の提
示を行なうこともできる。例えば、本実施の形態におけ
るシステムにおいてイルミネーション等を用いて情報を
提供することで、娯楽、観賞、装飾、宣伝、およびアイ
キャッチ等に本実施に形態におけるシステムを用いるこ
とができる。この場合、情報提示システムにおいては、
情報の提示と、情報提示装置であるロボット９０の位置
および姿勢の制御とは、独立して行なわれる。

【０３８０】さらに、上述の情報提示システムにおける
情報提示方法を、プログラムとして提供することもでき
る。このようなプログラムは、コンピュータに付属する
フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＲＯＭ、ＲＡＭ
およびメモリカードなどのコンピュータ読取り可能な記
録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供する
こともできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハー
ドディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラム
を提供することもできる。また、ネットワークを介した
ダウンロードによって、プログラムを提供することもで
きる。

【０３８１】提供されるプログラム製品は、ハードディ
スクなどのプログラム格納部にインストールされて実行
される。

【０３８２】なお、プログラム製品は、プログラム自体
と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。

【０３８３】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態におけるシステムの構成を
示す図である。

【図２】 図１に示されるロボット９０の主要な構成に
ついて示す図である。

【図３】 左羽３２の構成の具体例を示す図である。

【図４】 左羽３２の姿勢を示すための第１の図であ
る。

【図５】 左羽３２の姿勢を示すための第２の図であ
る。

【図６】 一般的な超音波モータ２３を示す図である。

【図７】 右アクチュエータ２１の構成を示す図であ
る。

【図８】 左羽３２の、主軸３２１に垂直な第１の断面
図である。

【図９】 左羽３２の、主軸３２１に垂直な第２の断面
図である。

【図１０】 左羽３２の羽ばたき動作のステップＳ１を
示す図である。

【図１１】 左羽３２の羽ばたき動作のステップＳ２を
示す図である。

【図１２】 左羽３２の羽ばたき動作のステップＳ３を
示す図である。

【図１３】 左羽３２の羽ばたき動作のステップＳ４を
示す図である。

【図１４】 ストローク角θおよびねじり角βの値を時
間の関数として表した図である。

【図１５】 羽ばたき動作制御における応答を示す図で
ある。

【図１６】 ロボット９０を停空させる際のストローク
角θ、偏角α、およびねじり角βの値を、時間の関数と
して表わした図である。

【図１７】 羽３１および３２の制御とそれによりもた
らされる動作とを対応付ける図である。

【図１８】 基本となる動作と、それを実現するアクチ
ュエータ２１および２２の駆動の組合わせとを定めるテ
ーブルである。

【図１９】 回転軸にかかる反力を、具体的な数値を用
いて算出した結果を示す図である。

【図２０】 ベースステーション９１の主要な構成と機
能とを示す図である。

【図２１】 第１の実施の形態のシステムにおける各種
情報の流れを示す図である。

【図２２】 本システムのロボット９０が離陸動作を行
なうための処理を示すフローチャートである。

【図２３】 本システムが情報提示を行なうための処理
を示すフローチャートである。

【図２４】 本システムのロボット９０が着陸を行なう
ための処理を示すフローチャートである。

【図２５】 第２の実施の形態におけるシステムの構成
を示す図である。

【図２６】 第３の実施の形態におけるシステムの構成
を示す図である。

【図２７】 図２５に示されるロボット９０の主要な構
成について示す図である。

【図２８】 第３の実施に形態のシステムにおける各種
情報の流れを示す図である。

【図２９】 残像現象を用いた情報提示方法の第１の具
体例を示す図である。

【図３０】 残像現象を用いた情報提示方法の第２の具
体例を示す図である。

【図３１】 従来の情報提示装置の具体例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 支持構造、４ 制御装置、６ 電源、７ 通信装
置、８ 矢印標識、２１右アクチュエータ、２２ 左ア
クチュエータ、２３ 超音波モータ、３１ 右羽、３２
左羽、４１ 演算装置、４２ メモリ、５１ 加速度
センサ、５２角加速度センサ、５３，９１６ 焦電型赤
外線センサ、６１ 電極、８１ 発光素子、８２ 拡散
光学系、９０，９０ａ〜９０ｆ，９０（ｉ，ｊ） ロボ
ット、９１，９８，９９ ベースステーション、９２
作業空間、９３ 被情報提示者、２１０ ステータ、２
１１，２１４，２１５ ベアリング、２１２ 上部補助
ステータ、２１３ 下部補助ステータ、２１９，２２９
ロータ、２３０ 圧電素子、２３１ 円盤、２３２〜
２３７ 突起、２３８ 電極、３１１，３２１主軸、３
１２，３２２ 枝、３１３，３２３ 膜、９１１ 演算
装置、９１２メモリ、９１３ 充電器、９１４，９１４
ａ〜９１４ｆ，９１４（ｉ，ｊ） 充電穴、９１５，９
１５ａ〜９１５ｆ，９１５（ｉ，ｊ） 電磁石、９１７
通信装置、９１８ 外部インタフェース。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０９Ｆ 25/00 Ｇ０９Ｆ 25/00 Ｌ 27/00 27/00 Ｇ (72)発明者 原 圭太 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5C096 AA01 AA22 BA01 BA04 BC02 BC13 CA03 CA06 CA12 CA22 CA28 CB04 CC36 CD04 CD22 CD36 CF02 DB01 DB09 DB19 DB33 DC02 DC12 DC15 DC30 DD04 FA02 FA08

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 情報を提示する情報提示手段を備える情
   報提示装置であって、 羽ばたき飛行を行なうことで浮上する浮上手段を備える
   ことを特徴とする、情報提示装置。
2. 【請求項２】 当該情報提示装置の位置を取得する位置
   取得手段をさらに備え、 前記情報提示手段は、前記取得した位置によって情報の
   提示を制御する、請求項１に記載の情報提示装置。
3. 【請求項３】 当該情報提示装置の姿勢を取得する姿勢
   取得手段をさらに備え、 前記情報提示手段は、前記取得した姿勢によって情報の
   提示を制御する、請求項１に記載の情報提示装置。
4. 【請求項４】 前記情報提示手段で提示する情報に応じ
   て、当該情報提示装置の位置を制御する第１の制御手段
   をさらに備える、請求項１に記載の情報提示装置。
5. 【請求項５】 前記情報提示手段で提示する情報に応じ
   て、当該情報提示装置の姿勢を制御する第２の制御手段
   をさらに備える、請求項１に記載の情報提示装置。
6. 【請求項６】 前記浮上手段と前記情報提示手段とが、
   独立して制御されることを特徴とする、請求項１〜５の
   いずれかに記載の情報提示装置。
7. 【請求項７】 前記情報提示手段と、前記情報を提示さ
   れる被情報提示者とを結ぶ直線が、前記浮上手段の移動
   体積密度の最も低い領域に位置することを特徴とする、
   請求項６に記載の情報提示装置。
8. 【請求項８】 前記情報提示手段は、前記浮上手段を用
   いて情報を提示する、請求項１に記載の情報提示装置。
9. 【請求項９】 前記情報提示手段は、前記浮上手段の視
   覚状態を制御することで情報を提示する、請求項８に記
   載の情報提示装置。
10. 【請求項１０】 前記情報提示手段は、前記視覚状態と
    して、反射率を制御することで情報を提示する、請求項
    ９に記載の情報提示装置。
11. 【請求項１１】 前記情報提示手段は、前記視覚状態と
    して、発光を制御することで情報を提示する、請求項９
    に記載の情報提示装置。
12. 【請求項１２】 前記浮上手段に、前記発光した光を拡
    散する拡散手段をさらに備える、請求項１１に記載の情
    報提示装置。
13. 【請求項１３】 前記浮上手段は、当該浮上手段の部位
    ごとに異なる複数の視覚状態を備え、 前記情報提示手段は、当該情報提示装置の前記被情報提
    示者に対する姿勢を制御することで情報を提示する、請
    求項９に記載の情報提示装置。
14. 【請求項１４】 前記浮上手段は、当該浮上手段の表裏
    で異なる視覚状態を備え、 前記情報提示手段は、前記被情報提示者に向ける前記浮
    上手段の表裏を制御して情報を提示する、請求項１３に
    記載の情報提示装置。
15. 【請求項１５】 前記情報提示手段は、当該情報提示装
    置を複数組合せることで、情報を提示する、請求項１に
    記載の情報提示装置。
16. 【請求項１６】 前記情報提示手段は、人間の目の位置
    に相当する高さにおいて情報を提示する、請求項１に記
    載の情報提示装置。
17. 【請求項１７】 前記情報提示手段は、前記浮上手段を
    制御することで、前記羽ばたき飛行の様態を変化させて
    情報を提示する、請求項１に記載の情報提示装置。
18. 【請求項１８】 音を発生させる発音手段をさらに備え
    る、請求項１に記載の情報提示装置。
19. 【請求項１９】 前記発音手段は、前記羽ばたき飛行の
    様態の変化に応じて前記音を変化させることを特徴とす
    る、請求項１８に記載の情報提示装置。
20. 【請求項２０】 物理量を取得する取得手段をさらに備
    え、 前記情報提示手段は、前記取得された物理量に応じて情
    報を提示する、請求項１に記載の情報提示装置。
21. 【請求項２１】 人体を検出する検出手段をさらに備
    え、 前記情報提示手段は、前記検出手段で人体を検出した際
    に情報を提示する、請求項１に記載の情報提示装置。
22. 【請求項２２】 請求項１〜２１のいずれかに記載の情
    報提示装置と、 前記情報提示装置に駆動エネルギーの補充を行なうエネ
    ルギー補充装置とからなる、情報提示システム。
23. 【請求項２３】 請求項１〜２１のいずれかに記載の情
    報提示装置であって、通信手段をさらに備える情報提示
    装置と、 前記情報提示装置と通信を行ない、１以上の前記情報提
    示装置を制御する制御装置とからなる、情報提示システ
    ム。
24. 【請求項２４】 物理量を取得する取得手段をさらに備
    え、 前記制御装置は、前記取得された物理量に応じて前記情
    報提示装置を制御する、請求項２３に記載の情報提示シ
    ステム。
25. 【請求項２５】 人体を検出する検出手段をさらに備
    え、 前記制御装置は、前記検出手段で検出された人体の情報
    に応じて前記情報提示装置を制御する、請求項２３また
    は２４に記載の情報提示システム。