【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、剛性が可変できるフィンを有する流体内推進機構、およびかかる剛性が可変できるフィンを備えた高粘性流体内推進機構、弾性翼流体内推進機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、水中推進機構としてはスクリュプロペラが広く用いられているが、高速で回転することによって水中の生物に危険をもたらし、水圧が水の飽和水蒸気圧以下になって生じるキャビテーションを引きおこすという問題がある。
【０００３】
魚類など、体の後部にある尾部の屈曲運動を模擬した機構は、スクリュプロペラの欠点を補う新たな水中屈曲推進機構として有効であり、例えばイルカのヒレの形状のフィンを屈曲させて推力を得るようにした推進機構（特開平８−１２６７２０号公報など）が提案されている。これは水の運動エネルギー（水の慣性力）を利用するため、水中および海中での利用は好ましい。
【０００４】
しかし、食品工業などで用いられるような高粘性液体、もしくは非常にどろどろとした汚泥などでは、液体が運動しにくく、液体の運動エネルギー（液体の慣性力）を利用しにくい。したがって、その環境下では、魚類などの屈曲運動を模擬した機構では大きな推進力が得られず、推進効率も低くなる問題がある。
【０００５】
そこで、流体の慣性力を利用せず、流体の粘性力を利用する運動形態が必要であり、これらは生物の中に多く見られ、例えば、ゾウリムシなどの繊毛の運動や、精子のような微小な生物の鞭毛の運動がある。これらは細長い繊毛や鞭毛が、体長全体にわたって大きく屈曲するものであり、この動きを模擬した高粘性流体内推進機構として、自由度の高い多関節系の屈曲機構によって、鞭毛運動のように体長全体にわたって大きく屈曲し、高粘性液体中で移動する多関節屈曲運動機構（特開２００１−２００６０号公報）が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの魚類のヒレを模擬した屈曲機構、鞭毛のような大きな屈曲を模擬した多関節の屈曲機構は、ある弾性も持ったものや、剛体の組み合わせで構成されており、生物のように、外力を受けた際に生じる、受動的な変位を変化させることができない。これが実現されると、推進機構の剛性が変化できることになり、剛性変化というパラメータを推進に関して加えることができ、きめ細かな推進の制御が可能となる。
【０００７】
多関節系の屈曲機構で、関節部にトルクセンサとモータを介し、受動的に力を受けた際の変位を変化させながらモータを駆動することは、モータにかかるトルクと速度を検出しながら実時間で制御することで可能であるが、制御システム全体が増大して、コスト的に困難となる。また、モータ数が多いと小型化が困難となる。
【０００８】
魚の尾びれを模した水中推進装置で、揺動機構とフィンの間にバネを介し、バネ定数を変えることによって剛性を変化する機構（特開昭５６−８６８９０号公報）も提案されているが、推進速度に対する最適なバネ定数が存在することにより、バネを交換する必要がある。当然、動作させながらバネを交換することは不可能である。
【０００９】
本発明は、上述の課題・問題点を考慮し、剛性を動的に変化させることができる可変剛性フィン、および、それを利用した、推進のきめ細かな制御が可能で、小型な高粘性流体内推進機構、広い速度範囲において推進特性の向上が実現可能な、弾性翼流体内推進機構を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した問題点を解決するために、２枚の弾性フィンを用意し、その弾性フィン間の吸着力を制御することで、２枚の弾性フィンの剛性を動的に変化できる機構を実現することにより、いままでにない弾性フィンを発明するに至ったものである。
【００１１】
すなわち、２枚の弾性フィンを用意し、吸着力が大きい場合には、弾性フィン間での滑りが生じないために剛性が高くなり、変形しづらくなる。また、吸着力が小さい場合には、滑りが・生じやすいために剛性が低くなり、変形しやすくなる。これによって、２枚の弾性フィンの剛性を動的に変化させることに成功した。なお、この機構は、揺動を発生するため、基部に回転機構（例えばモータ）を設ける必要がある。
【００１２】
吸着力の制御は２枚の弾性フィンに取り付けられた電磁石で行う。片方のフィンに付いている電磁石を励磁すれば、電磁石はもう一方のフィンに付いている鉄製円盤と吸着する。逆に、片方のフィンに付いている電磁石の励磁を弱めるか、励磁しないことによって、もう一方のフィンに付いている鉄製円盤との吸着を弱めるか、吸着を無くす。
【００１３】
応答性や制御性の観点から、電磁石の使用が好適であるが、吸引および反発が可能であれば、電磁石に限らず、静電アクチュエータなどを用いることもできる。
【００１４】
本発明の剛性可変フィンを用いた機構を用いれば、繊毛運動のような、フィンの横方向に大きな推進力が得られる動きと、逆に推進力を押さえる動きが実現可能であり、この機構を多数用意し、推進体本体に接続し、ゾウリムシのような高粘性流体内推進機構も実現可能である。
【００１５】
さらに、本発明の弾性可変フィンの幅を増加させ、魚の尾びれを模した、弾性翼流体内推進機構を再現することも実現可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の剛性可変フィンの構成を示す。フィンは、長手方向の長さが１００ｍｍ、横方向の幅が４０ｍｍ、厚さが０．２ｍｍのポリプロピレン製のフレキシブルシート１１の、２枚で作成されている。片側のシートには、電磁石（鉄心１２ａ、巻き線部１２ｂ）を２０ｍｍの間隔で３個取り付け、もう一方のシートにはそれと対称となる位置に鉄製円盤１３を取り付けてある。この２枚のシートはモータの回転軸１４に接続される。
【００１７】
電磁石の鉄心は直径４ｍｍ、高さ１０ｍｍの電磁軟鉄棒で、巻き線はエナメル線０．１ｍｍ径を用い、１０００回巻で４２Ωである。電磁石の巻き線部は直径８ｍｍ、高さ７ｍｍである。また、円盤の直径と厚さはそれぞれ４ｍｍ、３ｍｍである。
【００１８】
図２に、本発明の剛性可変フィンの水中における形状を示す。フィンの剛性変化は、２枚のフレキシブルシート間の吸着力に伴う滑りを制御することで実現される。すなわち、高剛性の場合は、片側のフレキシブルシート２１に付いている電磁石２２を励磁することで、もう一方のフレキシブルシートに付いている鉄製円盤２３を吸着し、２枚のフレキシブルシート間の滑りをなくす。従って同図（ａ）では、フィンがほぼ直線状になる。逆に低剛性の場合は、電磁石を励磁しないことで吸着力を無くし，２枚のフレキシブルシートが自由に滑りあえるようにする。従って同図（ｂ）では、フィンが屈曲する。
【００１９】
図３に、本発明の剛性可変フィンの駆動および推進力測定系の構成図を示す。
剛性可変フィン３１は水槽３２の水中にあるように位置し、これに接続されているＤＣサーボモータ３１ａが回転運動することによって、剛性可変フィンを揺動させることができ、推進力を発生する。従って、このＤＣサーボモータの回転を制御することで、フィンの揺動角速度及び揺動の角度振幅を決めることができる。また、剛性可変フィンに用いた電磁石３１ｂは、パーソナルコンピュータ３３から、リレー回路で構成したドライバ３４に信号を送ることにより励磁する。
【００２０】
ＤＣサーボモータを支持する板３５は、リニアブッシュ３６を介したレール３６ａで支持され、左右に自由に動くことができる。これを接続棒３７を介してロードセル３８で拘束し、そこに加わる力を推進力として検出する。ロードセルからひずみ増幅器３９により増幅された電圧値を、ＤＣサーボモータへの出力信号に同期させて、パーソナルコンピュータに取り込む。この構成は剛性可変フィンの横方向の推進力を計測するものであるが、剛性可変フィンの向きを９０°回転させれば、剛性可変フィンの縦方向の推進力を計測することが可能である。
【００２１】
図４に、本発明の剛性可変フィンの、水中における揺動運動１周期の形状を１６分割して示す。なお、運動周波数は０．５Ｈｚ、揺動の角度振幅は６０°である．同図では３通りの電磁石の励磁条件で行っている。図４（ａ）は、運動１周期の間、常に電磁石が励磁しない場合、図４（ｂ）は、運動１周期の間、常にすべての電磁石が励磁している場合である。図４（ｃ）は、運動の前半においてはフィンの電磁石に励磁、運動の後半においては励磁しない場合である。
【００２２】
図４（ａ）では、常にフィン４１が変形し、図４（ｂ）では、フィンは変形していない。これより、剛性可変フィンの横方向の推進力は常に打ち消しあってしまう。図４（ｃ）では、運動の前半においては電磁石すべてが励磁した状態で、フィンの剛性が上がってフィンがほぼ一直線となっているが、運動の後半においては電磁石すべてが励磁しない状態で、フィンの剛性が下がって、フィンが屈曲変形している。これより、適切な励磁を行うことにより、ゾウリムシの繊毛運動の形態に近いフィンの運動を実現することができた。
【００２３】
推進力の測定結果として、剛性可変フィンの横方向推進力の、運動１周期における平均値は、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）の条件で、それぞれ７．０ｍＮ、５．９ｍＮ、１６．５ｍＮである。従って、図４（ｃ）の条件が一番大きな推進力が得られた。これは、正の横方向推進力を得る有効な動きと、元の位置に戻る際に生じる、負の横方向推進力を低減させる動きによるものである。
【００２４】
図５に、本発明の剛性可変フィンの、２種類の流体中における揺動運動１周期の形状を１６分割して示す。なお、運動周波数は０．２Ｈｚ、揺動の角度振幅は６０°である。電磁石の励磁条件は、運動の前半においてはフィンの電磁石に励磁，運動の後半においてはフィンの電磁石に励磁しない場合である。
【００２５】
図５（ａ）は、流体が水中におけるフィンの形状、図５（ｂ）は、流体が高粘性流体である流動パラフィン中におけるフィンの形状である。動作時の流体温度２０℃における、水および流動パラフィンの動粘性係数は、それぞれ、１．００４×１０−６ｍ／ｓ２、１．５０８×１０−３ｍ／ｓ２である。したがって、流動パラフィンの動粘性係数は、水の動粘性係数よりも１５００倍程度大きい。
【００２６】
運動の前半においては、図５（ａ）、図５（ｂ）ともに、電磁石すべてが励磁した状態であり、フィン５１の剛性が上がってフィンがほぼ一直線となっている。ただし、図５（ｂ）の、流動パラフィン中でのフィン形状は、基部で少し変形が起こっている。運動の後半においては、図５（ａ）、図５（ｂ）ともに、電磁石すべてが励磁しない状態で，フィンの剛性が下がり、フィンが屈曲変形するが、図５（ａ）での水中におけるフィンの変形が少なく、図５（ｂ）での流動パラフィン中におけるフィンの変形は大きい。
【００２７】
推進力の測定結果として、剛性可変フィンの横方向推進力の、運動１周期における平均値は、図５（ａ）、図５（ｂ）のフィンで、それぞれ０．３ｍＮ、６．０ｍＮであり、横方向推進力の、運動１周期における変動量については、図５（ａ）、図５（ｂ）のフィンで、それぞれ７０ｍＮ、１４０ｍＮであった。推進力の平均値は大きいほど推進に寄与するが、推進力の変動量は少ないほど安定した推進が得られるものであり、図５（ｂ）のフィンは推進力の変動量は２倍大きいものの、平均値が２０倍も大きい。従って、本発明の剛性可変フィンは、高粘性流体における横方向の推進に関して有効である。
【００２８】
マイクロマシンを想定した場合、液体の慣性力が粘性力に比べて小さく、本発明の剛性可変フィンの高粘性液体の条件に近い。従って、本発明の剛性可変フィンは、小型化することによって、マイクロマシンに応用できる。
【００２９】
図６に、本発明の剛性可変フィンを多数用いた、ゾウリムシ型の高粘性流体内推進機構を示す。本体６１に接続されたモータ６２の回転運動により、剛性可変フィン６３が運動する。この多数の可変剛性フィンの協調動作によって、推進機構が直線、回転運動を行うことが可能である。
【００３０】
図７に、本発明の剛性可変フィンを用いた、弾性振動翼流体内推進機構を示す。剛性可変フィン７２は、魚の尾びれのような形状とする。本体７１の中にあるモータ７５は、その回転を歯車７４を介して回転軸７７に伝達する。回転軸に接続された剛性可変フィンが揺動運動を行う。様々な推進速度域において、最適な剛性を発生させることにより、広い推進速度域で推進の効率を上げることが可能である。
【００３１】
また、剛性可変フィンは、回転軸の回転運動のみで駆動されるが、回転軸が左右に往復運動する機構をさらに付加することにより、剛性可変フィンの運動が魚の尾びれの運動にさらに近くなり、効率がもっと高い弾性振動翼流体内推進機構を実現することが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２枚の弾性フィン間の吸引力を制御することによって、２枚の弾性フィンの剛性を動的に変化できる機構を実現することができ、この機構をもつフィンを流体内推進機構に採用することにより、従来の高粘性流体内推進機構と比較して小型で、また、従来の弾性翼流体内水中推進機構に比して広い推進速度域で高効率が得られる機構を創出でき、この機構を利用した可能各種実用機器が達成された。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の剛性可変フィンの構成である。
【図２】本発明の剛性可変フィンの水中における形状である。
【図３】本発明の剛性可変フィンの駆動および推進力測定系の構成図である。
【図４】本発明の剛性可変フィンの水中における揺動運動１周期の形状である。
【図５】本発明の剛性可変フィンの２種類の流体中における揺動運動１周期の形状である。
【図６】本発明の剛性可変フィンを多数用いたゾウリムシ型の高粘性流体内推進機構である。
【図７】本発明の可変剛性フィンを用いた弾性振動翼流体内推進機構である。
【符号の説明】
１１ フレキシブルシート
１２ａ 電磁石鉄心
１２ｂ 電磁石巻き線部
１３ 鉄製円盤
１４ 回転軸
１５ スペーサ
２１ フレキシブルシート
２２ 電磁石
２３ 鉄製円盤
２４ 回転軸
３１ 剛性可変フィン
３２ 水槽
３１ａ ＤＣサーボモータ
３１ｂ 電磁石
３３ パーソナルコンピュータ
３４ ドライバ
３５ 板
３６ リニアブッシュ
３６ａ レール
３７ 接続棒
３８ ロードセル
３９ ひずみ増幅器
４１ フィン
５１ フィン
６１ 本体
６２ モータ
６３ 剛性可変フィン
７１ 本体
７２ 剛性可変フィン
７３ 電磁石
７４ 歯車
７５ モータ
７６ ベアリング
７７ 回転軸[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an in-fluid propulsion mechanism having fins with variable stiffness, a high-viscosity in-fluid propulsion mechanism with fins with variable stiffness, and an elastic wing in-fluid propulsion mechanism.
[0002]
[Prior art]
Generally, screw propellers are widely used as an underwater propulsion mechanism, but there is a problem that rotating at high speed poses a danger to creatures in the water and causes cavitation that occurs when the water pressure falls below the saturated water vapor pressure of water. .
[0003]
A mechanism that simulates the bending movement of the tail at the back of the body, such as fish, is effective as a new underwater bending propulsion mechanism that compensates for the disadvantages of screw propellers.For example, it obtains thrust by bending fins in the shape of fins of dolphins Such a propulsion mechanism (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-126720) has been proposed. Since this utilizes the kinetic energy of water (the inertial force of water), use in water and underwater is preferred.
[0004]
However, in the case of a highly viscous liquid or a very slimy sludge used in the food industry or the like, the liquid does not easily move and it is difficult to use the kinetic energy of the liquid (the inertial force of the liquid). Therefore, in such an environment, a mechanism that simulates a bending motion of a fish or the like cannot obtain a large propulsion force, and there is a problem that the propulsion efficiency is reduced.
[0005]
Therefore, it is necessary to use a form of movement that utilizes the viscous force of the fluid instead of using the inertial force of the fluid.These forms are often found in living organisms, for example, the movement of cilia such as paramecium, or the movement of microscopic particles such as sperm. There is a movement of the flagellum of a living organism. These are long and slender cilia or flagella that bend greatly over the entire body length. Articulated bending motion mechanism (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-20060) has been proposed which bends over a large distance and moves in a highly viscous liquid.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the bending mechanism that simulates the fins of these fishes and the multi-joint bending mechanism that simulates large bends such as flagella are composed of a certain elasticity or a combination of rigid bodies, and are similar to organisms. However, the passive displacement generated when receiving an external force cannot be changed. When this is realized, the rigidity of the propulsion mechanism can be changed, and a parameter of rigidity change can be added for propulsion, and fine propulsion control can be performed.
[0007]
In a multi-joint bending mechanism, driving a motor while changing the displacement when a force is passively applied to a joint via a torque sensor and a motor is performed while detecting the torque and speed applied to the motor. Although it is possible to control by time, the whole control system increases, and it becomes difficult in terms of cost. Also, if the number of motors is large, miniaturization becomes difficult.
[0008]
An underwater propulsion device that simulates the tail fin of a fish, and a mechanism that changes the stiffness by changing the spring constant via a spring between the swing mechanism and the fins (Japanese Patent Application Laid-Open No. 56-86890) has been proposed, The spring needs to be replaced due to the existence of an optimal spring constant for the propulsion speed. Naturally, it is impossible to replace the spring while operating.
[0009]
The present invention has been made in consideration of the above-described problems and problems, and has a variable stiffness fin capable of dynamically changing stiffness, and a small-sized high-viscosity fluid capable of finely controlling propulsion using the fin. An object of the present invention is to provide a propulsion mechanism, an elastic wing fluid propulsion mechanism capable of improving propulsion characteristics in a wide speed range.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-described problem, the present invention provides a mechanism capable of dynamically changing the rigidity of two elastic fins by preparing two elastic fins and controlling the attraction force between the elastic fins. Has led to the invention of an unprecedented elastic fin.
[0011]
That is, when two elastic fins are prepared and the attraction force is large, there is no slippage between the elastic fins, so the rigidity is high and the elastic fins are hardly deformed. In addition, when the suction force is small, slippage is likely to occur, so that the rigidity is low and deformation is easy. This succeeded in dynamically changing the rigidity of the two elastic fins. In addition, since this mechanism generates a swing, it is necessary to provide a rotation mechanism (for example, a motor) on a base.
[0012]
The control of the attraction force is performed by an electromagnet attached to two elastic fins. If the electromagnet on one fin is excited, the electromagnet will be attracted to the iron disk on the other fin. Conversely, by weakening or not exciting the electromagnet attached to one fin, the adsorption to the iron disk attached to the other fin is weakened or eliminated.
[0013]
From the viewpoint of responsiveness and controllability, it is preferable to use an electromagnet. However, as long as suction and repulsion are possible, not only electromagnets but also electrostatic actuators can be used.
[0014]
By using the mechanism using the variable stiffness fin of the present invention, it is possible to realize a movement such as ciliary movement in which a large propulsion force is obtained in the lateral direction of the fin and a movement for suppressing the propulsion force. It is also possible to realize a high-viscosity fluid propulsion mechanism such as paramecium by preparing a large number and connecting it to the propelling body main body.
[0015]
Furthermore, it is also possible to increase the width of the elastic variable fin of the present invention and reproduce an elastic wing fluid propulsion mechanism that simulates a fish fin.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows the configuration of the variable stiffness fin of the present invention. The fins are made of two flexible sheets 11 made of polypropylene, each having a length in the longitudinal direction of 100 mm, a width in the lateral direction of 40 mm, and a thickness of 0.2 mm. On one sheet, three electromagnets (iron core 12a, winding portion 12b) are attached at intervals of 20 mm, and on the other sheet, an iron disk 13 is attached at a position symmetrical to the electromagnet. These two sheets are connected to the rotating shaft 14 of the motor.
[0017]
The iron core of the electromagnet is an electromagnetic soft iron rod having a diameter of 4 mm and a height of 10 mm. The winding is enameled with a diameter of 0.1 mm, and is 42Ω in 1,000 turns. The winding part of the electromagnet has a diameter of 8 mm and a height of 7 mm. The diameter and thickness of the disk are 4 mm and 3 mm, respectively.
[0018]
FIG. 2 shows the shape of the variable stiffness fin of the present invention in water. The change in the rigidity of the fin is realized by controlling the slip caused by the attraction force between the two flexible sheets. That is, in the case of high rigidity, the electromagnet 22 attached to one flexible sheet 21 is excited to attract the iron disk 23 attached to the other flexible sheet, and the slip between the two flexible sheets is reduced. lose. Therefore, the fins are substantially straight in FIG. Conversely, in the case of low rigidity, the electromagnet is not excited to eliminate the attraction force so that the two flexible sheets can slide freely. Therefore, the fin is bent in FIG.
[0019]
FIG. 3 shows a configuration diagram of a drive and propulsion force measurement system of the variable stiffness fin of the present invention.
The variable stiffness fins 31 are located underwater in the water tank 32, and the variable stiffness fins can be oscillated by rotating the DC servo motor 31a connected thereto, thereby generating a propulsive force. Therefore, by controlling the rotation of the DC servo motor, the swing angular velocity and the swing angular amplitude of the fin can be determined. The electromagnet 31b used for the variable stiffness fin is excited by sending a signal from the personal computer 33 to a driver 34 constituted by a relay circuit.
[0020]
The plate 35 supporting the DC servomotor is supported by rails 36a via linear bushes 36, and can move freely left and right. This is restrained by a load cell 38 via a connecting rod 37, and the force applied thereto is detected as a propulsive force. The voltage value amplified by the strain amplifier 39 from the load cell is taken into the personal computer in synchronization with the output signal to the DC servomotor. This configuration measures the lateral propulsion force of the variable stiffness fin. However, if the direction of the variable stiffness fin is rotated by 90 °, the vertical propulsion force of the variable stiffness fin can be measured. .
[0021]
FIG. 4 shows the shape of one cycle of the oscillating motion in water of the variable stiffness fin of the present invention divided into 16 parts. The motion frequency was 0.5 Hz, and the swing angular amplitude was 60 °. In the same figure, three electromagnet excitation conditions are used. FIG. 4A shows a case where the electromagnet is not always excited during one cycle of the movement, and FIG. 4B shows a case where all the electromagnets are always excited during one cycle of the movement. FIG. 4C shows a case where the electromagnets of the fins are excited in the first half of the movement and not excited in the second half of the movement.
[0022]
In FIG. 4A, the fin 41 is constantly deformed, and in FIG. 4B, the fin is not deformed. Thus, the lateral propulsion of the variable stiffness fins always cancels out. In FIG. 4 (c), in the first half of the movement, the fins increase in rigidity and the fins are almost in a straight line in a state where all the electromagnets are excited. The rigidity of the fin is reduced, and the fin is bent and deformed. Thus, by performing appropriate excitation, it was possible to realize a fin movement close to the form of cilia movement of Paramecium.
[0023]
As a result of the measurement of the propulsion force, the average value of the lateral propulsion force of the variable stiffness fin in one cycle of movement is 7.0 mN under the conditions of FIGS. 4 (a), 4 (b) and 4 (c). 5.9 mN and 16.5 mN. Therefore, the condition of FIG. 4 (c) provided the largest propulsion force. This is due to the effective movement to obtain a positive lateral thrust and the movement to reduce the negative lateral thrust when returning to the original position.
[0024]
FIG. 5 shows the shape of one cycle of the rocking motion of the variable stiffness fin of the present invention in two kinds of fluids divided into 16 parts. The motion frequency was 0.2 Hz, and the swing angular amplitude was 60 °. The excitation conditions of the electromagnet are such that the fin electromagnet is excited in the first half of the movement, and the fin electromagnet is not excited in the second half of the movement.
[0025]
FIG. 5 (a) shows the shape of the fin when the fluid is underwater, and FIG. 5 (b) shows the shape of the fin when the fluid is a high-viscosity fluid paraffin. The kinematic viscosity coefficients of water and liquid paraffin at a fluid temperature of 20 ° C. during operation are 1.004 × 10 −6 m / s 2 and 1.508 × 10 −3 m / s 2 , respectively. Therefore, the kinematic viscosity coefficient of liquid paraffin is about 1500 times greater than that of water.
[0026]
In the first half of the movement, both the electromagnets are excited in both FIGS. 5A and 5B, and the rigidity of the fins 51 increases, and the fins are substantially aligned. However, the shape of the fin in the liquid paraffin shown in FIG. 5B is slightly deformed at the base. In the latter half of the movement, in both FIGS. 5 (a) and 5 (b), the rigidity of the fin is reduced and the fin is bent and deformed in a state where all the electromagnets are not excited. Of the fins in the liquid paraffin in FIG. 5B is large.
[0027]
As a result of the measurement of the propulsion force, the average value of the lateral propulsion force of the variable stiffness fin in one cycle of the movement is 0.3 mN and 6.0 mN for the fins of FIGS. 5A and 5B, respectively. 5 (a) and 5 (b) were 70 mN and 140 mN, respectively. The larger the average value of the propulsion force is, the more the propulsion is contributed. However, the smaller the fluctuation amount of the propulsion force is, the more stable the propulsion is obtained. In the fin of FIG. 5B, the fluctuation amount of the propulsion force is twice as large. , The average value is 20 times larger. Therefore, the variable stiffness fin of the present invention is effective for lateral propulsion in a highly viscous fluid.
[0028]
Assuming a micromachine, the inertial force of the liquid is smaller than the viscous force, which is close to the condition of the highly viscous liquid of the variable stiffness fin of the present invention. Therefore, the variable stiffness fin of the present invention can be applied to a micromachine by reducing the size.
[0029]
FIG. 6 shows a paramecium-type highly viscous fluid propulsion mechanism using a number of variable stiffness fins of the present invention. The rotational movement of the motor 62 connected to the main body 61 causes the stiffness variable fins 63 to move. The propulsion mechanism can perform linear and rotational movements by the cooperative operation of the plurality of variable stiffness fins.
[0030]
FIG. 7 shows an elastic vibrating blade in-fluid propulsion mechanism using the variable stiffness fin of the present invention. The variable stiffness fins 72 are shaped like fish fins. The motor 75 in the main body 71 transmits the rotation to a rotating shaft 77 via a gear 74. The variable stiffness fin connected to the rotating shaft performs a swinging motion. By generating optimal rigidity in various propulsion speed ranges, it is possible to increase the efficiency of propulsion in a wide propulsion speed range.
[0031]
In addition, the variable stiffness fin is driven only by the rotational movement of the rotating shaft, but by further adding a mechanism in which the rotating shaft reciprocates right and left, the movement of the variable stiffness fin becomes closer to the movement of the tail fin of the fish, It is possible to realize a more efficient elastic vibrating wing fluid propulsion mechanism.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a mechanism capable of dynamically changing the rigidity of two elastic fins can be realized by controlling the suction force between the two elastic fins. By adopting the fins with the fins for the in-fluid propulsion mechanism, it is smaller than the conventional high-viscosity in-fluid propulsion mechanism, and has a higher propulsion speed range than the conventional elastic wing fluid in-water propulsion mechanism. A mechanism that can obtain efficiency can be created, and various practical devices that can use this mechanism have been achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a configuration of a stiffness variable fin of the present invention.
FIG. 2 shows the shape of a variable stiffness fin of the present invention in water.
FIG. 3 is a configuration diagram of a drive and propulsion force measurement system of the variable stiffness fin of the present invention.
FIG. 4 shows the shape of one cycle of the rocking movement of the variable stiffness fin of the present invention in water.
FIG. 5 shows the shape of one cycle of a rocking motion of the variable stiffness fin of the present invention in two kinds of fluids.
FIG. 6 shows a paramecium-type highly viscous fluid propulsion mechanism using a number of variable stiffness fins of the present invention.
FIG. 7 shows an elastic vibrating wing fluid propulsion mechanism using the variable stiffness fins of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Flexible sheet 12a Electromagnet core 12b Electromagnet winding part 13 Iron disk 14 Rotation shaft 15 Spacer 21 Flexible sheet 22 Electromagnet 23 Iron disk 24 Rotation shaft 31 Stiffness variable fin 32 Water tank 31a DC servo motor 31b Electromagnet 33 Personal computer 34 Driver 35 Plate 36 Linear bush 36a Rail 37 Connecting rod 38 Load cell 39 Strain amplifier 41 Fin 51 Fin 61 Main body 62 Motor 63 Variable stiffness fin 71 Main body 72 Variable stiffness fin 73 Electromagnet 74 Gear 75 Motor 76 Bearing 77 Rotation axis
