JP2003231495A - 振動翼付き水中航走体 - Google Patents
振動翼付き水中航走体Info
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- JP2003231495A JP2003231495A JP2003023146A JP2003023146A JP2003231495A JP 2003231495 A JP2003231495 A JP 2003231495A JP 2003023146 A JP2003023146 A JP 2003023146A JP 2003023146 A JP2003023146 A JP 2003023146A JP 2003231495 A JP2003231495 A JP 2003231495A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、魚のひれのように翼を振動（揺
動）させることにより、推進のみならず舵取りも行なえ
るようにした振動翼付き水中航走体を提供することを課
題とする。 【解決手段】 水中航走体22において、その両側部に、
それぞれ基端を枢着された振動翼21をそなえ、同振動翼
21を竪軸25を介し竪軸線のまわりに往復回動させる第１
アクチュエータ24が設けられるとともに、同振動翼21を
横軸25を介して回動調整する第２アクチュエータ23が設
けられて、これらのアクチュエータ23，24をそれぞれ制
御して振動翼21により水中航走体22の推進および舵取り
を行なうための振動翼制御装置28が設けられている。
動）させることにより、推進のみならず舵取りも行なえ
るようにした振動翼付き水中航走体を提供することを課
題とする。 【解決手段】 水中航走体22において、その両側部に、
それぞれ基端を枢着された振動翼21をそなえ、同振動翼
21を竪軸25を介し竪軸線のまわりに往復回動させる第１
アクチュエータ24が設けられるとともに、同振動翼21を
横軸25を介して回動調整する第２アクチュエータ23が設
けられて、これらのアクチュエータ23，24をそれぞれ制
御して振動翼21により水中航走体22の推進および舵取り
を行なうための振動翼制御装置28が設けられている。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、人工魚や潜水調査
船，潜水作業船等に用いられる水中航走体に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の水中航走体としては、図４に示す
ようなものがあり、その推進のためにはスクリュープロ
ペラ01が用いられている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示す
スクリュープロペラ01は、その回転軸方向にのみ推力を
発生するので、方向制御のためには舵02やサイドスラス
タ03などの補助装置を必要とし、直進性能に比べ方向制
御や位置保持制御の性能は制限されている。また、スク
リュープロペラ01やサイドスラスタ03は、回転中に付近
のものを巻き込む恐れがあり、安全面から使用上の制限
を受けることになる。 【０００４】そこで本発明は、魚のひれのように翼を振
動（揺動）させることにより、推進のみならず舵取りも
行なえるようにした振動翼付き水中航走体を提供するこ
とを課題とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明の振動翼付き水中航走体は、両側部にそれぞ
れ基端を枢着された振動翼をそなえ、同振動翼を竪軸線
のまわりに往復回動させる第１アクチュエータと、同振
動翼を横軸線のまわりに回動調整する第２アクチュエー
タとが設けられるとともに、上記の第１および第２アク
チュエータをそれぞれ制御して上記振動翼により上記水
中航走体の推進および舵取りを行なうための振動翼制御
装置が設けられたことを特徴としている。 【０００６】上述の振動翼付き水中航走体では、上記振
動翼の翼角を第２アクチュエータで調整しながら、同振
動翼を第１アクチュエータで前後に振動させることによ
り前進または後進を行なうことができる。すなわち、前
進の際には、上記振動翼を第１アクチュエータで前方ま
たは横方向に張り出し、その翼面を鉛直面に添わせた翼
角状態に第２アクチュエータで調整してから、同振動翼
を第１アクチュエータで後方へ揺動させると、前進のた
めの推力を生じるようになる。そして振動翼を元の前方
または横方向へ張り出した状態に戻す際には、同振動翼
の翼面を水平面に沿わせて水の抵抗を少なくするように
する。このような振動翼の動作を連続的に行なわせて前
後に振動させると、前進のための推力を効率よく発生さ
せることができる。 【０００７】また、後進の際には、上述の前進のための
作用とは逆に、振動翼が後方へ張り出した状態から横方
向または前方まで揺動するときに、その翼面を鉛直面に
そわせるようにすればよく、これにより後進のための推
力が発生するようになる。 【０００８】そして、左右両側の振動翼の推力の相互間
に差を生じさせることにより、舵取りを行なうことが可
能になる。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の一実施
形態としての振動翼付き水中航走体について説明する
と、図１はその内部構成を模式的に示す平面図、図２は
その内部構成を模式的に示す正面図、図３はその振動翼
の制御系を示すブロック図である。 【００１０】図１，２に示すように、この実施形態で
は、水中航走体22の両側部に、それぞれ基端を枢着され
た振動翼21をそなえ、同振動翼21を竪軸25を介し竪軸線
のまわりに往復回動させる流体圧式または電動式のシリ
ンダ装置としての第１アクチュエータ24と、同振動翼21
を横軸26を介し横軸線のまわりに回動させて翼角を調整
しうるモーターのごとき第２アクチュエータ23とが設け
られている。 【００１１】そして、第１アクチュエータ24および第２
アクチュエータ23を操縦指令に基づき制御して両側の振
動翼21により水中航走体22の推進および舵取りを行なう
ための振動翼制御装置28（図３参照）が設けられてい
る。 【００１２】また本実施形態の水中航走体では、その浮
沈も制御できるように、注排水可能のタンク（浮袋）29
と、その図示しない注排水制御系とが設けられている。
なお、図１における符号27は電源としてのバッテリーを
示している。 【００１３】上述の水中航走体における振動翼21の制御
装置28の操作は次のように行なわれる。 （１）操作量である推力を水中航走体22の重心に掛ける
推力で表す。 （２）上記(１)項の推力を左右の振動翼21の航走体本体
との接続点に掛ける推力の和になるように、左右の振動
翼21へ推力を配分する。 （３）上記(２)項の各振動翼21の推力から同振動翼21の
回動速度と振幅の大きさとを求め、竪軸25まわりの角度
が上記の回動速度と振幅とになるように第１アクチュエ
ータ24を制御する。 （４）翼角制御用の第２アクチュエータ23は、前進方向
に推力を発生させる場合には両振動翼21を開くときに抵
抗を受けないように翼角を水平方向へ制御し、閉じると
き推力を発生するように翼角を垂直方向へ制御する。後
進方向に推力を発生させる場合には、翼を開くときに推
力を発生するように翼角を垂直方向へ制御し、閉じると
き抵抗を受けないように翼角を水平方向へ制御する。 （５）舵取りの際には、左右の振動翼21の各推力に差を
生じさせて、所望の方向へ水中航走体22を旋回させるよ
うにする。 【００１４】このようにして、この実施形態の振動翼付
き水中航走体では、左右の振動翼21が魚の胸びれのよう
に作動して、水中航走体22の前後進および舵取りが可能
になるほか、各振動翼21の翼角制御により同振動翼21を
潜水船の潜舵のように用いることも可能になる。そし
て、浮力調整用のタンク29の注排水制御と相まって、水
中航走体の潜航深度の調整が自在に行なわれるようにな
る。 【００１５】振動翼21の制御は、図３に示すように、振
動翼制御装置28が、第１アクチュエータ24へシリンダス
トロークを指示するとともに、第２アクチュエータ23へ
角度を指示することにより行なわれ、浮き袋としてのタ
ンク29の浮力制御は、魚の浮き袋と同様に行なわれる。
この実施形態では振動翼21の回転運動を含めた６軸運動
の制御が可能であり、以下に上記ストロークと角度の制
御方法を図３により説明する。 【００１６】（１）振動翼21の動作範囲の計測（準備） (ａ)水中航走体22を水槽中に固定し、水中航走体22と振
動翼21の接続部に掛かる力（上下，左右，前後の３方
向）を計測するためにセンサを取り付ける。 (ｂ)回転角制御アクチュエータ24のストローク範囲と翼
角アクチュエータ23の角度を指定し、１回の揺動で水中
航走体22と振動翼21の接続部に掛かる力を計測する。 (ｃ)上記(ｂ)を繰り返し、上下，左右，前後の３方向に
掛けることができる力の範囲とその時のストローク範囲
と翼角の角度をデータべースとしてまとめる。 (ｄ)上記(ｃ)のデータにおいて往復運動となる同じスト
ローク範囲のデータを組み合わせて振動翼21が発生する
力とその時の振動パターンをまとめる。 (ｅ)振動翼21の揺動速度と接続部に掛かる力の比を求め
る。 【００１７】（２）振動翼の制御法 (ａ)振動翼制御装置28により、振動翼21の出力可能な推
力の方向と大きさを制約条件として、水中航走体22の操
縦指令（水中航走体に掛ける力とモーメント）を非線形
計画法にて左右の振動翼21に分配する。 (ｂ)上記(ａ)の各振動翼に分配した力を発生する揺動パ
ターンを上記(１)で作成したデータより求める。 (ｃ)１往復毎に上記(ｂ)で求めた揺動パターンを更新
し、回転角制御アクチュエータ24と翼角アクチュエータ
23を制御する。 上記方法に浮力制御を組み合わせ、回転を伴った６軸の
推進力制御が可能となる。 【００１８】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明の振動翼付
き水中航走体によれば、水中航走体の左右の振動翼を前
後に振動（揺動）させる第１アクチュエータと、同振動
翼の翼角を調整する第２アクチュエータとが設けられる
ので、左右の振動翼が魚の胸びれのように作動して、水
中航走体の前後進および舵取りが可能になるほか、各振
動翼の翼角制御により同振動翼を潜水船の潜舵のように
用いることも可能になる。
船，潜水作業船等に用いられる水中航走体に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来の水中航走体としては、図４に示す
ようなものがあり、その推進のためにはスクリュープロ
ペラ01が用いられている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】ところで、図４に示す
スクリュープロペラ01は、その回転軸方向にのみ推力を
発生するので、方向制御のためには舵02やサイドスラス
タ03などの補助装置を必要とし、直進性能に比べ方向制
御や位置保持制御の性能は制限されている。また、スク
リュープロペラ01やサイドスラスタ03は、回転中に付近
のものを巻き込む恐れがあり、安全面から使用上の制限
を受けることになる。 【０００４】そこで本発明は、魚のひれのように翼を振
動（揺動）させることにより、推進のみならず舵取りも
行なえるようにした振動翼付き水中航走体を提供するこ
とを課題とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明の振動翼付き水中航走体は、両側部にそれぞ
れ基端を枢着された振動翼をそなえ、同振動翼を竪軸線
のまわりに往復回動させる第１アクチュエータと、同振
動翼を横軸線のまわりに回動調整する第２アクチュエー
タとが設けられるとともに、上記の第１および第２アク
チュエータをそれぞれ制御して上記振動翼により上記水
中航走体の推進および舵取りを行なうための振動翼制御
装置が設けられたことを特徴としている。 【０００６】上述の振動翼付き水中航走体では、上記振
動翼の翼角を第２アクチュエータで調整しながら、同振
動翼を第１アクチュエータで前後に振動させることによ
り前進または後進を行なうことができる。すなわち、前
進の際には、上記振動翼を第１アクチュエータで前方ま
たは横方向に張り出し、その翼面を鉛直面に添わせた翼
角状態に第２アクチュエータで調整してから、同振動翼
を第１アクチュエータで後方へ揺動させると、前進のた
めの推力を生じるようになる。そして振動翼を元の前方
または横方向へ張り出した状態に戻す際には、同振動翼
の翼面を水平面に沿わせて水の抵抗を少なくするように
する。このような振動翼の動作を連続的に行なわせて前
後に振動させると、前進のための推力を効率よく発生さ
せることができる。 【０００７】また、後進の際には、上述の前進のための
作用とは逆に、振動翼が後方へ張り出した状態から横方
向または前方まで揺動するときに、その翼面を鉛直面に
そわせるようにすればよく、これにより後進のための推
力が発生するようになる。 【０００８】そして、左右両側の振動翼の推力の相互間
に差を生じさせることにより、舵取りを行なうことが可
能になる。 【０００９】 【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の一実施
形態としての振動翼付き水中航走体について説明する
と、図１はその内部構成を模式的に示す平面図、図２は
その内部構成を模式的に示す正面図、図３はその振動翼
の制御系を示すブロック図である。 【００１０】図１，２に示すように、この実施形態で
は、水中航走体22の両側部に、それぞれ基端を枢着され
た振動翼21をそなえ、同振動翼21を竪軸25を介し竪軸線
のまわりに往復回動させる流体圧式または電動式のシリ
ンダ装置としての第１アクチュエータ24と、同振動翼21
を横軸26を介し横軸線のまわりに回動させて翼角を調整
しうるモーターのごとき第２アクチュエータ23とが設け
られている。 【００１１】そして、第１アクチュエータ24および第２
アクチュエータ23を操縦指令に基づき制御して両側の振
動翼21により水中航走体22の推進および舵取りを行なう
ための振動翼制御装置28（図３参照）が設けられてい
る。 【００１２】また本実施形態の水中航走体では、その浮
沈も制御できるように、注排水可能のタンク（浮袋）29
と、その図示しない注排水制御系とが設けられている。
なお、図１における符号27は電源としてのバッテリーを
示している。 【００１３】上述の水中航走体における振動翼21の制御
装置28の操作は次のように行なわれる。 （１）操作量である推力を水中航走体22の重心に掛ける
推力で表す。 （２）上記(１)項の推力を左右の振動翼21の航走体本体
との接続点に掛ける推力の和になるように、左右の振動
翼21へ推力を配分する。 （３）上記(２)項の各振動翼21の推力から同振動翼21の
回動速度と振幅の大きさとを求め、竪軸25まわりの角度
が上記の回動速度と振幅とになるように第１アクチュエ
ータ24を制御する。 （４）翼角制御用の第２アクチュエータ23は、前進方向
に推力を発生させる場合には両振動翼21を開くときに抵
抗を受けないように翼角を水平方向へ制御し、閉じると
き推力を発生するように翼角を垂直方向へ制御する。後
進方向に推力を発生させる場合には、翼を開くときに推
力を発生するように翼角を垂直方向へ制御し、閉じると
き抵抗を受けないように翼角を水平方向へ制御する。 （５）舵取りの際には、左右の振動翼21の各推力に差を
生じさせて、所望の方向へ水中航走体22を旋回させるよ
うにする。 【００１４】このようにして、この実施形態の振動翼付
き水中航走体では、左右の振動翼21が魚の胸びれのよう
に作動して、水中航走体22の前後進および舵取りが可能
になるほか、各振動翼21の翼角制御により同振動翼21を
潜水船の潜舵のように用いることも可能になる。そし
て、浮力調整用のタンク29の注排水制御と相まって、水
中航走体の潜航深度の調整が自在に行なわれるようにな
る。 【００１５】振動翼21の制御は、図３に示すように、振
動翼制御装置28が、第１アクチュエータ24へシリンダス
トロークを指示するとともに、第２アクチュエータ23へ
角度を指示することにより行なわれ、浮き袋としてのタ
ンク29の浮力制御は、魚の浮き袋と同様に行なわれる。
この実施形態では振動翼21の回転運動を含めた６軸運動
の制御が可能であり、以下に上記ストロークと角度の制
御方法を図３により説明する。 【００１６】（１）振動翼21の動作範囲の計測（準備） (ａ)水中航走体22を水槽中に固定し、水中航走体22と振
動翼21の接続部に掛かる力（上下，左右，前後の３方
向）を計測するためにセンサを取り付ける。 (ｂ)回転角制御アクチュエータ24のストローク範囲と翼
角アクチュエータ23の角度を指定し、１回の揺動で水中
航走体22と振動翼21の接続部に掛かる力を計測する。 (ｃ)上記(ｂ)を繰り返し、上下，左右，前後の３方向に
掛けることができる力の範囲とその時のストローク範囲
と翼角の角度をデータべースとしてまとめる。 (ｄ)上記(ｃ)のデータにおいて往復運動となる同じスト
ローク範囲のデータを組み合わせて振動翼21が発生する
力とその時の振動パターンをまとめる。 (ｅ)振動翼21の揺動速度と接続部に掛かる力の比を求め
る。 【００１７】（２）振動翼の制御法 (ａ)振動翼制御装置28により、振動翼21の出力可能な推
力の方向と大きさを制約条件として、水中航走体22の操
縦指令（水中航走体に掛ける力とモーメント）を非線形
計画法にて左右の振動翼21に分配する。 (ｂ)上記(ａ)の各振動翼に分配した力を発生する揺動パ
ターンを上記(１)で作成したデータより求める。 (ｃ)１往復毎に上記(ｂ)で求めた揺動パターンを更新
し、回転角制御アクチュエータ24と翼角アクチュエータ
23を制御する。 上記方法に浮力制御を組み合わせ、回転を伴った６軸の
推進力制御が可能となる。 【００１８】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明の振動翼付
き水中航走体によれば、水中航走体の左右の振動翼を前
後に振動（揺動）させる第１アクチュエータと、同振動
翼の翼角を調整する第２アクチュエータとが設けられる
ので、左右の振動翼が魚の胸びれのように作動して、水
中航走体の前後進および舵取りが可能になるほか、各振
動翼の翼角制御により同振動翼を潜水船の潜舵のように
用いることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての振動翼付き水中航
走体の内部構成を模式的に示す平面図である。 【図２】図１の振動翼付き水中航走体の内部構成を模式
的に示す正面図である。 【図３】図１，２の振動翼付き水中航走体における翼の
制御系を示すブロック図である。 【図４】従来の水中航走体の側面図である。 【符号の説明】 21 振動翼 22 水中航走体 23 第２アクチュエータ 24 第１アクチュエータ 25 竪軸 26 横軸 27 バッテリー 28 振動翼制御装置 29 浮力調整用タンク
走体の内部構成を模式的に示す平面図である。 【図２】図１の振動翼付き水中航走体の内部構成を模式
的に示す正面図である。 【図３】図１，２の振動翼付き水中航走体における翼の
制御系を示すブロック図である。 【図４】従来の水中航走体の側面図である。 【符号の説明】 21 振動翼 22 水中航走体 23 第２アクチュエータ 24 第１アクチュエータ 25 竪軸 26 横軸 27 バッテリー 28 振動翼制御装置 29 浮力調整用タンク
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 太呉 克哉
長崎市深堀町五丁目717番１号 三菱重工
業株式会社長崎研究所内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 水中航走体において、両側部にそれぞれ
基端を枢着された振動翼をそなえ、同振動翼を竪軸線の
まわりに往復回動させる第１アクチュエータと、同振動
翼を横軸線のまわりに回動調整する第２アクチュエータ
とが設けられるとともに、上記の第１および第２アクチ
ュエータをそれぞれ制御して上記振動翼により上記水中
航走体の推進および舵取りを行なうための振動翼制御装
置が設けられたことを特徴とする、振動翼付き水中航走
体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003023146A JP2003231495A (ja) | 1997-09-18 | 2003-01-31 | 振動翼付き水中航走体 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-272077 | 1997-09-18 | ||
| JP27207797 | 1997-09-18 | ||
| JP2003023146A JP2003231495A (ja) | 1997-09-18 | 2003-01-31 | 振動翼付き水中航走体 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12171598A Division JP3416522B2 (ja) | 1997-09-18 | 1998-04-15 | 振動翼付き水中航走体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003231495A true JP2003231495A (ja) | 2003-08-19 |
Family
ID=27790306
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003023146A Pending JP2003231495A (ja) | 1997-09-18 | 2003-01-31 | 振動翼付き水中航走体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003231495A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100417574C (zh) * | 2006-12-19 | 2008-09-10 | 北京航空航天大学 | 基于柔性扑翼推进的仿生水下机器人 |
| CN100431918C (zh) * | 2006-12-19 | 2008-11-12 | 天津大学 | 混合型水下航行器 |
| CN103832564A (zh) * | 2014-03-14 | 2014-06-04 | 中国计量学院 | 一种梭形水下滑翔器设计及控制方法 |
| JP2016150681A (ja) * | 2015-02-18 | 2016-08-22 | 学校法人金沢工業大学 | 水陸探査用ロボット |
| CN109533241A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-03-29 | 南京信息工程大学 | 一种智能折翼水下机器人 |
| CN115402496A (zh) * | 2022-11-01 | 2022-11-29 | 天津大学 | 升沉勘测平台 |
| KR20230045833A (ko) * | 2021-09-29 | 2023-04-05 | (주)아이로 | 물고기 로봇 |
| CN117429590A (zh) * | 2023-11-28 | 2024-01-23 | 北京大学 | 机翼装置及航行器 |
-
2003
- 2003-01-31 JP JP2003023146A patent/JP2003231495A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100417574C (zh) * | 2006-12-19 | 2008-09-10 | 北京航空航天大学 | 基于柔性扑翼推进的仿生水下机器人 |
| CN100431918C (zh) * | 2006-12-19 | 2008-11-12 | 天津大学 | 混合型水下航行器 |
| CN103832564A (zh) * | 2014-03-14 | 2014-06-04 | 中国计量学院 | 一种梭形水下滑翔器设计及控制方法 |
| JP2016150681A (ja) * | 2015-02-18 | 2016-08-22 | 学校法人金沢工業大学 | 水陸探査用ロボット |
| CN109533241A (zh) * | 2018-12-14 | 2019-03-29 | 南京信息工程大学 | 一种智能折翼水下机器人 |
| CN109533241B (zh) * | 2018-12-14 | 2023-08-15 | 南京信息工程大学 | 一种智能折翼水下机器人 |
| KR20230045833A (ko) * | 2021-09-29 | 2023-04-05 | (주)아이로 | 물고기 로봇 |
| KR102539261B1 (ko) * | 2021-09-29 | 2023-06-02 | (주)아이로 | 물고기 로봇 |
| CN115402496A (zh) * | 2022-11-01 | 2022-11-29 | 天津大学 | 升沉勘测平台 |
| CN115402496B (zh) * | 2022-11-01 | 2023-02-03 | 天津大学 | 升沉勘测平台 |
| CN117429590A (zh) * | 2023-11-28 | 2024-01-23 | 北京大学 | 机翼装置及航行器 |
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Legal Events
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| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060621 |
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| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060804 |
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| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20061206 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |