JP2005192869A - Midair swimming body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空中に浮遊し、空中を移動可能な空中遊泳体に関する。 The present invention relates to an aerial swimmer that floats in the air and is movable in the air.
遊戯ロボットが種々提示されている。そのような遊戯ロボットの中で、魚の動きを模擬した魚ロボットが提案されている。 Various game robots are presented. Among such amusement robots, fish robots that simulate the movement of fish have been proposed.
特開2002−136776号公報は、回転軸によって駆動される、複数の鰭および尾部にも鰭を有する水泳する魚ロボットを開示している。
この魚ロボットは、水族館などにおいて観客に見せるため、無線通信による操作信号に応じて、魚ロボットに搭載された上記回転軸を駆動させることにより鰭を動かして水槽の中を動くことができる。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-136776 discloses a swimming fish robot that is driven by a rotating shaft and has a plurality of ridges and tails.
Since this fish robot is shown to the audience in an aquarium or the like, it can move in the aquarium by moving the shark by driving the rotating shaft mounted on the fish robot in response to an operation signal by wireless communication.
特開平11−318687号公報は、室内または店内などにおいて、鯉のぼりのような空中浮動体が提案されている。この空中浮動体は、ガイド棒に紐を介して吊るされており、鯉のぼりのように、吊るされた状態で鯉が泳ぐように尾びれを上下左右に動かされる。
特開2002−136776号公報のように水中ではなく、特開平11−318687号公報のように固定ではなく、空中を操作者(ユーザ)の意思に従って自由に移動可能な遊戯ロボットが要望されている。
たとえば、室内のイベント会場の空間に、魚の形状をした遊戯ロボットが浮遊し、かつ、自由に移動できる光景は、観客の興味をひき、観客を和ませる。
There is a demand for an amusement robot that can move freely in the air according to the intention of the operator (user), not underwater as in JP-A-2002-136776, but not fixed as in JP-A-11-318687. .
For example, a spectacle where a fish-shaped play robot floats in the space of an indoor event venue and can move freely attracts the audience and softens the audience.
本発明は、魚形状空中遊泳体のような空中を自由に移動可能な空中遊泳体を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an aerial swimmer that can freely move in the air, such as a fish-shaped aerial swimmer.
本願発明者の考察によると、魚の推進原理は、代表的には、図1(A)〜(C)にそれぞれ概要を図解したように、鰻のように体の全体を左右にゆすって進むタイプと、鰺などの魚に代表される体の後半部分を左右にゆすって進むタイプと、河豚のように尾鰭のみを左右にゆすって進むタイプとに大別される。
本発明の空中遊泳体の制作に際して、第1の課題は、所定の高度に浮遊させることである。そのためには、浮力のあるガスの選定と、そのガスを収容する気球の特性、そして、空中遊泳体に搭載する部材の小型かつ軽量化を図ることが必要である。加えて、空中遊泳体が空中に浮いて停留可能な状態、すなわち、「浮遊状態」であることが必要である。ガスの浮力が空中遊泳体全体の重量より大きすぎると空中遊泳体は風船のように止めどもなく上昇してしまう。他方、ガスの浮力が空中遊泳体全体の重量より少ないと空中遊泳体は地上に落下する。浮力が空中遊泳体の重量との均衡を保って、空中遊泳体が浮遊可能にする必要がある。
次いで、空中遊泳体としての空中における推進力が課題となる。本願発明者は、空中遊泳体として、たとえば、図1(B)に図解した鰺型の推進を行う魚形状空中遊泳体の制作を試みた。鰺型の魚形状空中遊泳体は、尾柄(臀鰭から尾鰭の付け根までの部分)と尾鰭の運動によって変化する付加質量が推進力として作用し、速い流れに対応でき、加速性に優れている。
しかしながら、その場合、駆動力が尾鰭の付け根の関節(連結部)に集中する。そこで、空中遊泳体に搭載する部材の小型・軽量化を達成させながら、強度の維持を図った構成にした。
According to the inventor's consideration, the propulsion principle of fish is typically a type in which the entire body is moved to the left and right like a carp, as illustrated schematically in FIGS. 1 (A) to (C). It can be roughly divided into a type that moves the left and right half of the body represented by fish such as carp and the like, and a type that moves only the caudal fin to the left and right like a river pig.
In producing the aerial swimmer of the present invention, the first problem is to float at a predetermined altitude. For this purpose, it is necessary to select a buoyant gas, the characteristics of a balloon that accommodates the gas, and to reduce the size and weight of a member mounted on the air swimming body. In addition, it is necessary that the air swimming body floats in the air and can be stopped, that is, the “floating state”. When the buoyancy of the gas is too large than the weight of the entire air swimming body aerial swimming body rises without endlessly like a balloon. On the other hand, when the buoyancy of gas is less than the weight of the entire aerial swimmer, the aerial swimmer falls to the ground. It is necessary to keep the buoyancy in balance with the weight of the air swimmer so that the air swimmer can float.
Next, the propulsive force in the air as an air swimming body becomes a problem. The inventor of the present application has attempted to produce a fish-shaped aerial swimmer that performs, for example, a saddle-shaped propulsion illustrated in FIG. 1B as an aerial swimmer. The shark-shaped fish-shaped aerial swimmer has excellent acceleration performance due to the added mass that changes as a result of tail movement (part from the ridge to the base of the ridge) and the movement of the ridge, as a driving force. .
However, in that case, the driving force concentrates on the joint (connecting portion) at the base of the caudal fin. Therefore, the strength is maintained while achieving a reduction in size and weight of the member mounted on the aerial swimmer.
本発明によれば、空中を浮遊する空中遊泳体であって、
当該空中遊泳体に搭載された、第1部分と、第2部分と、第3部分と、前記第1部分と前記第2部分とを運動可能に連結する第1連結手段と、前記第2部分と前記第3部分とを運動可能に連結する第2連結手段と、前記第1連結手段を介して前記第1部材に対して前記第2部材を回動させる電動式第1回動手段と、前記第2連結手段を介して前記第2部材に対して前記第3部材を回動させる電動式第2回動手段と、当該空中遊泳体を空中に浮遊させる気体と、少なくとも、前記第1部分および前記第2部分を包囲し、前記第1部分および前記第2部分内に前記気体を収容する、気体収容体と、前記第1手段および第2回動手段に給電する給電手段とを具備し、
さらに、当該空中遊泳体に搭載される、または、当該空中遊泳体に搭載されず、操作信号に応じて前記第1および第2回動手段を制御する制御手段とを具備し、
空中浮遊状態において、前記第2部分および/または前記第3部分の回動により空中を推進する、空中遊泳体が提供される。
According to the present invention, an aerial swimmer floating in the air,
A first portion, a second portion, a third portion, a first connecting means for movably connecting the first portion and the second portion, and the second portion, mounted on the aerial swimmer; And a second connecting means for movably connecting the third part, an electric first rotating means for rotating the second member with respect to the first member via the first connecting means, Electric second rotating means for rotating the third member relative to the second member via the second connecting means, gas for floating the air swimming body in the air, and at least the first portion And a gas container that surrounds the second part and accommodates the gas in the first part and the second part, and a power feeding means for feeding power to the first means and the second rotating means. ,
Furthermore, it is mounted on the aerial swimmer, or is not mounted on the aerial swimmer, and includes a control means for controlling the first and second rotating means according to an operation signal,
An aerial swimmer is provided that propels the air through rotation of the second part and / or the third part in a floating state.
本発明によれば、空中に浮遊しながら、空中を移動できる空中遊泳体が実現できた。 According to the present invention, an aerial swimmer that can move in the air while floating in the air has been realized.
図2〜図5を参照して本発明の空中遊泳体の第1実施の形態として外観が魚の形状をした魚形状空中遊泳体について述べる。 With reference to FIG. 2 to FIG. 5, a fish-shaped aerial swimmer whose appearance is a fish shape will be described as a first embodiment of the aerial swimmer of the present invention.
図2は本発明の実施の形態の魚形状空中遊泳体が室内の空中に浮遊し、かつ、操作者の操作に応じて3次元空間において推進移動する状態を図解した図である。本実施の形態の魚形状空中遊泳体は、風船のようにただ単に浮遊するだけでなく、ある高度を保って浮遊しながら、操作者の指示に応じて上下左右に空中を移動可能である。
このような浮遊かつ推進移動を行う本発明の実施の形態の魚形状空中遊泳体1の詳細について述べる。
FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the fish-shaped aerial swimmer according to the embodiment of the present invention floats in the air in the room and is propelled and moved in a three-dimensional space according to the operation of the operator. The fish-shaped aerial swimmer according to the present embodiment is not only floating like a balloon, but can move up and down and left and right according to an operator's instruction while floating at a certain altitude.
Details of the fish-shaped
図3(A)〜(C)は図2に図解した魚形状空中遊泳体の気球部の概略構成を図解する図である。図3(A)は魚形状空中遊泳体1の断面図であり、図3(B)は図3(A)とは直交する魚形状空中遊泳体1の上部からみた骨格の概略図であり、図3(C)は魚形状空中遊泳体1の気球部の概略構成図である。
魚形状空中遊泳体1は、左右1対の胸鰭を有し、各胸鰭は3つのサーボと扇のような機構を有する鰭で構成されている。3つのサーボのうち、1つは扇の開閉の動作に、2つは鰭をひねる動作と扇ぐ動作にそれぞれ使用する。各胸鰭3自由度で動作し、左右1対で6自由度の動作をする(胸鰭運動手段)。この胸鰭運動手段によって魚形状空中遊泳体1は推進、推進時の舵取り、定位置での旋回、平行移動の動作を行う。
魚形状空中遊泳体1は、頭部11と、胴部(または尾柄(臀鰭から尾鰭の付け根までの部分))13と、尾鰭(または尻尾部分)15とを有する。
頭部11は頭部バルーン111で包囲されており、頭部バルーン111内にはHeガス113が充填されている。同様に、胴部(または尾柄)13は胴部バルーン131で包囲されており、胴部バルーン131にはHeガス133が充填されている。頭部バルーン111および胴部バルーン131はそれぞれ、Heガス113、Heガス133が漏洩しない材料で軽量に形成されている。
頭部バルーン111内に充填されているHeガス113および胴部バルーン131内に充填されているHeガス133の上昇力により、魚形状空中遊泳体1が空中に浮遊する。
3A to 3C are diagrams illustrating a schematic configuration of a balloon portion of the fish-shaped aerial swimmer illustrated in FIG. FIG. 3 (A) is a cross-sectional view of the fish-shaped
The fish-shaped
The fish-shaped
The
The fish-shaped
骨格部
頭部バルーン111および胴部バルーン131には、第1貫通部12および第2貫通部14が設けられており、これら貫通部12、14内を、第1部材21および第2部材22が貫通している。
第1部材21と第2部材22とは第1連結部31で連結され、第2部材22と第3部材23とは第2連結部32で連結されている。第1連結部31および第2連結部32はそれぞれ、魚の関節部分に該当し、頭部バルーン111および胴部バルーン131の外部に設けられている。このように、魚形状空中遊泳体1は2つの関節部31、32を持っている。
The skeleton
The
図3(A)、(B)に図解の魚形状空中遊泳体1は、紙面に直交する面において、第1連結部31を枢軸として第1部材21と第2部材22とが回転でき、第2連結部32を枢軸として第2部材22と第3部材23とが回転できる。したがって、魚形状空中遊泳体1の頭部11と胴部13とが第1連結部31を枢軸として回転し、胴部13と尾鰭15とが第2連結部32を枢軸として回転可能である。
In the fish-shaped
図4(A)、(B)は、図3(B)に図解した構造部分、すなわち、第1部材21〜第3部材23、および、第1連結部31、32の詳細構成例を図解した図である。図4(A)は横断面図であり、図4(B)は平面図である。なお、図4(A)、(B)には、本実施の形態の寸法をも例示している。
第1部材21〜第3部材23、および、第1連結部31、第2連結部32は強度を維持しながら、軽量化を図った。
第1部材21の先頭ブロックはポリエステル樹脂を基板に、制御用コンピュータ41が搭載される部分にはカーボンバスラを用い、第1連結部31には炭素繊維パイプとアクリル板を用いた。
頭部11の胴部バルーン131の第1貫通部12に収容されている第1部材21は、先頭部分が発泡スチロールで形成されており、炭素繊維パイプに差し込む形状になっている。第1部材21の第1連結部31近傍には、カーボンバスラの板で構成されており、このカーボンバスラの板の上に制御処理部40と駆動手段50と、バッテリ電源60が搭載されている。
バッテリ電源60は制御処理部40および駆動手段50の駆動に使用する電力を提供する。
FIGS. 4A and 4B illustrate structural examples illustrated in FIG. 3B, that is, detailed configuration examples of the
The
The first block of the
The
The battery power source 60 provides power used to drive the control processing unit 40 and the driving
第2部材22および第3部材23は直径5mmの炭素繊維パイプで構成されている。
駆動手段50は第1サーボ51および第2サーボ52とを有している。
第1サーボ51と第1連結部31とは直径5mmの炭素繊維パイプで連結されている。第2サーボ52と第2連結部32とは直径5mmの炭素繊維パイプで作られたリンク機構を通して連結している。この骨格により、図3(A)、(B)に図解の魚形状空中遊泳体1は、第1サーボ51、第2サーボ52を駆動することにより、紙面に直交する面において、魚形状空中遊泳体1の頭部11と胴部13とが第1連結部31を枢軸として回転し、胴部13と尾鰭15とが第2連結部32を枢軸として回転可能である。
The
The driving means 50 has a
The
図5はサーボ51、52として使用する、リモコン用サーボの外観図である。
魚形状空中遊泳体1に使用するリモコン用サーボとしては、本体部50aとサーボホーン50bを持つ。本体部50aは上述した方法で第1部材21に固定されている。ケーブル50cを介して給電され、ケーブル50cを介して駆動制御信号が印加されると、サーボホーン50bが所定角度の範囲で回転移動することにより、第1連結部31を介して第2部材22、第2連結部32を介して第3部材23が回動する。
FIG. 5 is an external view of a remote control servo used as the
The remote control servo used for the fish-shaped
魚形状空中遊泳体1に使用するリモコン用サーボは、バッテリ電源60で動作でき、浮遊のため軽量であり、頭部11の頭部バルーン111に収容するため小型であり、サーボホーン第2部材22および第3部材23を駆動したとき魚形状空中遊泳体1を推進させるだけの所定のトルクおよび動作角度を持つ必要がある。ただし、リモコン用サーボは水中で駆動する魚ロボットに使用する駆動手段ほどのトルクは必要ない。
実験例に用いたリモコン用サーボの特性を下記に例示する。
The servo for remote control used in the fish-shaped
The characteristics of the remote control servo used in the experimental example are illustrated below.
実験例のリモコン用サーボの特性
(1)動作電圧 4.8〜6VDC
(2)回転動作スピード 01.1〜0.5秒/60°
(3)動作角度範囲 ±60°(0〜120°)
(4)トルク ±0.5〜20kg・cm
(5)寸法 20×11×18〜60×30×55mm
(6)重量 6〜120g
Characteristics of experimental remote control servo (1) Operating voltage 4.8-6VDC
(2) Rotation speed 01.1 to 0.5 seconds / 60 °
(3) Operating angle range ± 60 ° (0-120 °)
(4) Torque ± 0.5-20kg · cm
(5) Dimensions 20 x 11 x 18 to 60 x 30 x 55 mm
(6) Weight 6-120g
そのような回転動作は、操作者の指令に応じてサーボ51、52を駆動する制御処理部40により行われる。
制御処理部40は、制御用コンピュータと送受信装置からなる。
送受信装置42はアンテナを持ち、操作者の持つコントローラから発せられる操作指示信号を、高周波電波を用いた無線信号として内蔵アンテナで受信し、中間周波信号に変換して、制御用コンピュータに送出する。また、送受信装置は必要に応じて、制御用コンピュータからの信号を無線信号としてアンテナを介して操作者のコントローラに送出する。
なお、魚形状空中遊泳体1を室内の限られた空間内で移動させる場合、制御用コンピュータと操作者が使用するコントローラとの間を、高周波無線信号に代えて光信号、または、無線方式に代えて、有線方式で行うこともできる。その場合、コントローラと送受信装置との間をケーブルで接続する。
Such a rotation operation is performed by the control processing unit 40 that drives the
The control processing unit 40 includes a control computer and a transmission / reception device.
The transmission / reception device 42 has an antenna, receives an operation instruction signal emitted from a controller owned by the operator as a radio signal using a high-frequency radio wave with a built-in antenna, converts it to an intermediate frequency signal, and sends it to a control computer. Further, the transmission / reception apparatus sends a signal from the control computer as a radio signal to the operator's controller via the antenna as necessary.
In addition, when moving the fish-shaped
制御用コンピュータは、送受信装置を介して受信した操作者からの操作指示信号、たとえば、右回転、左回転、上昇、下降などの操作指示信号に応じて、第1サーボ51、および/または、第2サーボ52を駆動する。サーボ51、52は、第1連結部31、第2連結部32を介して胴部13、尾鰭15を駆動する。
制御用コンピュータの制御内容の詳細は後述する。
The control computer receives the
Details of the control contents of the control computer will be described later.
気球部
図6は魚形状空中遊泳体1の各部の形状と寸法を図解した図である。
魚形状空中遊泳体1の全長は、たとえば、約2550mm〜2600mmであり、頭部11の横幅は800〜850mmである。全容積は300リットル以上になった。
頭部バルーン111および胴部バルーン131にはそれぞれ、Heガス113、Heガス133が収容されるが、その機密性が問題となる。本実験例では、気球の内側から外側に向かって、図8に図解したように、パラフィン紙71、アルミニウム製薄膜(フィルム)72、薄いゴム板73を重ね、パラフィン紙71をヒートシーラで加熱してアルミニウム製薄膜72を融着させて、機密性を高めた。
Heガスの浮力は1リットルで1gである。本実験例では、魚形状空中遊泳体1の気球部の全容積は300リットル以上であり、計算上、魚形状空中遊泳体1の浮力は300g以上となった。
したがって、第1部材21〜23、第1連結部31、32、制御処理部40、駆動手段50(サーボ51、52)およびバッテリ電源60、および、バルーン111、131などの総重量が、300g以下であれば、魚形状空中遊泳体1は空間を浮遊する。ただし、魚形状空中遊泳体1の総重量がHeガスの浮力より極端に軽いと、魚形状空中遊泳体1は風船のように飛び上がってしまう。そこで、Heガスの浮力と魚形状空中遊泳体1の総重量とは、魚形状空中遊泳体1が空中に浮遊する程度に均衡がとれていることが重要である。
Heガスの浮力が魚形状空中遊泳体1の総重量以上の場合は、重量調整用おもりをつけるとか、紐を繋いで魚形状空中遊泳体1が舞い上がらないようにすることができる。
なお、2つのサーボを使って重量調整用おもりを前後左右に移動させて、魚形状空中遊泳体1の重心位置を変える重心移動手段を有する。重心移動手段によって魚形状空中遊泳体1は様々な動作を効果的に行うことができる。
Balloon Part FIG. 6 is a diagram illustrating the shape and dimensions of each part of the fish-shaped
The total length of the fish-shaped
He
The buoyancy of He gas is 1 g per liter. In the present experimental example, the total volume of the balloon portion of the fish-shaped
Therefore, the total weight of the
When the buoyancy of He gas is more than the total weight of the fish-shaped
In addition, it has a gravity center moving means which moves the weight for weight adjustment back and forth and right and left using two servos, and changes the gravity center position of the fish-shaped
制御用コンピュータの制御方法
制御用コンピュータは第1サーボ51、第2サーボ52を駆動して、操作者がコントローラを介して指示して動作を魚形状空中遊泳体1に行わせる。制御用コンピュータの制御処理内容を述べる。
図8はサーボ51、52を制御する制御信号の波形図である。たとえば、20msの周期で、たとえば、パルス幅1.0〜2.0msのパルス信号をサーボ51、52に印加すると、1.5ms幅のパルス信号を印加した場合は図5のサーボホーン50aはほぼ中間位置で停止し、1.5ms幅より短いパルス信号を印加した場合はサーボホーン50aは左回りに回転し、1.5ms幅より長いパルス信号を印加した場合はサーボホーン50aは右回りに回転する。
サーボホーン50aは、上述した実験例のサーボによれば、±60°(0〜120°)回転するから、1.0〜2.0msのパルス幅のパルス信号の印加により、±60°の範囲でサーボホーン50aを回転駆動することができる。
このように、制御用コンピュータは、パルス幅変調(PWM)方式で第1サーボ51、第2サーボ52のサーボホーン50aの回転を制御できる。
制御用コンピュータは、所定の周期、たとえば、上記20msでPWM制御を行うため、20msごとの割り込みで上記動作を行う。
Control Method of Control Computer The control computer drives the
FIG. 8 is a waveform diagram of control signals for controlling the
The
As described above, the control computer can control the rotation of the
Since the control computer performs PWM control at a predetermined cycle, for example, 20 ms, the control computer performs the above operation with an interrupt every 20 ms.
図9は制御用コンピュータが1個のサーボ、たとえば、第1サーボ51を駆動するときの、例示的な、パルス波形図である。この例示においては、制御用コンピュータ41は、以上の動作をタイマ割り込み処理を利用してPWM制御処理に基づく下記の動作を行った。
(1)パルス幅0.8msのパルス信号を20ms周期で第1サーボ51に印加して、+60°の位置までサーボホーン50aを回転させる動作。
(2)サーボホーン50aが+60°の位置まで回転しおわるまで、800msの間、何もしないで待機する動作。
(3)パルス幅2.2msのパルス信号を20ms周期で第1サーボ51に印加して、−60°の位置までサーボホーン50aを回転させる動作。
(4)サーボホーン50aが−60°の位置まで回転しおわるまで、800msの間、何もしないで待機する動作。
以上の動作により、第1サーボ51のサーボホーン50aは±60°の範囲が連続的に首振り運動を行った。
FIG. 9 is an exemplary pulse waveform diagram when the control computer drives one servo, for example, the
(1) An operation in which a pulse signal having a pulse width of 0.8 ms is applied to the
(2) An operation of waiting for 800 ms without doing anything until the
(3) An operation in which a pulse signal having a pulse width of 2.2 ms is applied to the
(4) An operation of waiting for 800 ms without doing anything until the
With the above operation, the
図10は、制御用コンピュータが位相差τをつけて2個のサーボ、51、52を駆動した例示的なパルス波形図である。位相差τの変化があると、2つのサーボ51、52の動作の位相差も変化する。その結果、胴部13部分の第2部材22、尾鰭15部分の第3部材23の運動が変化する。
図10に図解した例示においては、位相差τを400msと800msにした場合を例示している。なお本実施の形態では、τ=0msで同位相、τ=800msで逆位相となる。
図11(A)〜(C)、(D)〜(F)はそれぞれ、τ=0msと、τ=800msにおける、胴部13部分の第2部材22と、尾鰭15部分の第3部材23の200msごとの運動を例示したグラフである。
このように、制御用コンピュータが位相差τをつけて第1サーボ51と第2サーボ52とをPWM制御すると、胴部13と尾鰭15とを希望する角度まで回動させることができる。
FIG. 10 is an exemplary pulse waveform diagram in which the control computer drives the two
In the example illustrated in FIG. 10, the case where the phase difference τ is set to 400 ms and 800 ms is illustrated. In this embodiment, the phase is the same when τ = 0 ms and the opposite phase when τ = 800 ms.
11 (A) to 11 (C) and 11 (D) to 11 (F) respectively show the
As described above, when the control computer applies PWM control to the
図12(A)、(B)は位相差τと、胴部(または尾柄)13部分の第2部材22および尾鰭15部分の第3部材23の運動と、その推進力を図解した、例示的な図である。
胴部(または尾柄)13および尾鰭15の回動により、空中に浮遊している魚形状空中遊泳体1に推進力が発生し、魚形状空中遊泳体1が推進する。白抜き矢印が示したものが胴部(または尾柄)13による推進力を示し、黒印で示したものが尾鰭15による推進力を示す。
このように、位相差τをつけて2個のサーボ51、52をPWM制御することにより、第2部材22および第3部材23、すなわち、胴部13と尾鰭15とを運動させることができる。
FIGS. 12A and 12B illustrate the phase difference τ, the movement of the
By the rotation of the trunk (or tail handle) 13 and the
In this way, the
図13は魚形状空中遊泳体1の推進状態を図解した図である。
図解の状態において、頭部11と胴部13とが接近している上側に正の圧力(正圧)PPが発生し、頭部11と胴部13とが離間している下側に負圧NPが発生し、同様に、胴部13と尾鰭15とが離間している上側に負圧NPが発生し、胴部13と尾鰭15とが接近している下側に正圧PPが発生している。
魚形状空中遊泳体1は、正圧PPと負圧NPとの圧力差に依存して空中を移動する。
FIG. 13 is a diagram illustrating the propulsion state of the fish-shaped
In the illustrated state, a positive pressure (positive pressure) PP is generated on the upper side where the
The fish-shaped
図14は本発明の実験例としての位相差と魚形状空中遊泳体1の直進速度の関係を示す図である。
実験例では、位相差τ=300msで、最高直進速度5.34cm/sであった。なお、気球部の形状の改良、関節数の追加、第1サーボ51、52の駆動性能の向上などにより、最高速度を向上させることができる。
FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the phase difference and the straight traveling speed of the fish-shaped
In the experimental example, the phase difference τ = 300 ms and the maximum straight traveling speed was 5.34 cm / s. The maximum speed can be improved by improving the shape of the balloon, adding the number of joints, and improving the drive performance of the
魚形状空中遊泳体1を鰺のように運動させる場合、制御用コンピュータによるサーボ51、52の駆動方法をさらに高度に行うこと、および、気球部の形状および材質を改良することによって、魚形状空中遊泳体1をさらに高速に移動させることができる。
When the fish-shaped
魚形状空中遊泳体1は、操作者が使用するコントローラからの指令に応じて、移動方向、すなわち、右側か、左側か、および、移動速度を変化させることができる。
したがって、制御処理部40の制御用コンピュータは、操作者がコントローラを介して移動速度を早めるとか遅くするなど、指示してきた場合、たとえば、図14のデータを参照して、移動速度を変化させるための位相差τを選択する。
また、制御用コンピュータは、操作者がコントローラを介して、右旋回するとか、左旋回するとかを指示してきたときは、その旋回方向と旋回角度の大きさに応じて事前に制御用コンピュータ41のメモリに記憶されている、第1サーボ51および第2サーボ52の駆動量、および、位相差τを参照して、第1サーボ51および第2サーボ52をPWM制御する。
The fish-shaped
Therefore, the control computer of the control processing unit 40 changes the moving speed with reference to the data of FIG. 14, for example, when the operator gives an instruction to increase or decrease the moving speed via the controller, for example. The phase difference τ is selected.
In addition, when the operator instructs to turn right or turn left via the controller, the control computer 41 in advance according to the turning direction and the turning angle. The
以上述べたように、魚形状空中遊泳体1は、すなわち、鰺型空中遊泳体1は、操作者のコントローラからの指令に応じて、頭部11に対して胴部13が運動し、胴部13に対して尾鰭15が運動することにより、鰺が胴と尾鰭を動かして、恰も、海の中を泳ぐように、空中を移動していく。
As described above, the fish-shaped
なお、決まった軌道で魚形状空中遊泳体1を、たとえば、室内を移動させるときは、操作者がコントローラを介してその都度指令することなく、制御用コンピュータに運動する軌跡データを記憶させておき、制御用コンピュータはそのデータに基づいてサーボ51、52を駆動する。
When moving the fish-shaped
第2実施の形態
本発明の空中遊泳体の第2実施の形態を述べる。
第2実施の形態の空中遊泳体としては、第1実施の形態として述べた魚形状空中遊泳体1に搭載した制御用コンピュータ、送受信装置の他に、音声識別回路を追加することにより、魚形状空中遊泳体1の下にいる人間からの音声による操作指示に応じて、たとえば、早く、左旋回、または、ゆっくり右旋回などの操作指示を音声識別回路で行い、その結果に基づいて制御用コンピュータが上述した制御処理を行うことができる。
正常に音声認識したとき、制御用コンピュータは、たとえば、魚形状空中遊泳体1の目の部分に内蔵された発光手段、たとえば、発光ダイオードを所定時間点灯させることもできる。
Second Embodiment A second embodiment of the aerial swimmer of the present invention will be described.
As an aerial swimmer of the second embodiment, a voice identification circuit is added to the fish shape
When the voice is recognized normally, the control computer can turn on, for example, a light-emitting means, for example, a light-emitting diode, built in the eye portion of the fish-shaped
第3実施の形態
本発明の空中遊泳体の第3実施の形態を述べる。
第3実施の形態の空中遊泳体としては、第1実施の形態、または、第2実施の形態の魚形状空中遊泳体1に対して、たとえば、室内での障害物との衝突防止のため、たとえば、超音波センサや超小型CCDカメラといった情報収集手段を付加し、情報収集手段が、たとえば、壁とか障害物を検知したとき、制御用コンピュータが魚形状空中遊泳体1に対して、障害物を回避させることができる。このとき、制御用コンピュータは、魚形状空中遊泳体1に搭載されたブザーなどを鳴動させることができる。
あるいは、制御用コンピュータがメモリに記憶しておいた衝突防止のための動作データに従い、魚形状空中遊泳体1に衝突防止動作を行わせることができる。制御用コンピュータのメモリに記憶させておく衝突防止のための動作データには、魚形状空中遊泳体1の運動停止や、魚形状空中遊泳体1に搭載されたブザーなどを鳴動させるというデータも含まれている。
魚形状空中遊泳体1は、超音波CCDセンサと超小型カメラといった情報収集手段を有し、魚形状空中遊泳体1の周囲に存在する障害を検知し、適当な動作を行う機能を備えている。障害には動く障害(動的障害物)と動かない障害(静的障害物)の2種類があるが、例えば、情報収集手段が魚形状空中遊泳体1の予定動作を妨げる障害を検知した場合、当該障害の回避動作を行う。また、動的障害物が魚形状空中遊泳体1から逃避する場合、魚形状空中遊泳体1は当該動的障害物を追跡することもある。
Third Embodiment A third embodiment of the aerial swimmer of the present invention will be described.
As an aerial swimmer of the third embodiment, for example, in order to prevent a collision with an obstacle in the room against the fish-shaped
Alternatively, it is possible to cause the fish-shaped
The fish-shaped
なお、魚形状空中遊泳体1は通常、浮遊状態にあるが、バルーン内のHeガスは時間経過と共に徐々に漏れてしまう。その結果、魚形状空中遊泳体1は浮遊状態を逸脱し、徐々に下降してしまう。情報収集手段が、この下降を検知すると、制御用コンピュータのメモリに記憶させておいたHeガスの補給のための動作データに従い、魚形状空中遊泳体1にHeガス補給動作、あるいはHeガス補給を要求する動作を行わせることができる。
Although the fish-shaped
本発明の空中遊泳体の実施に際しては、上述した実施の形態には限定されない。たとえば、魚形状空中遊泳体1として、鰺型の魚の形状をし、鰺のような運動をする魚を例示して述べたが、本発明はそのような例示には限定されない。
たとえば、関節部を2以上、たとえば、3にしてもよい。具体的な例としては、胴部13を2個にして、より微細な運動を行わせてもよいし、尾鰭15を2個にして、より微細な運動を行わせてもよい。あるいは、尾鰭15を2個にして、先端側の運動を高速にして、実際の鰺の動きに則した動作をさせながら、魚形状空中遊泳体1の運動速度を高めることもできる。
The implementation of the air swimming body of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, the fish-shaped
For example, the joint portion may be 2 or more, for example, 3. As a specific example, two
また、上述した実施の形態においては、空中を左右に運動する場合を例示したが、上下に昇降させる機能を付加してもよい。 In the above-described embodiment, the case of moving in the air from side to side is illustrated, but a function of moving up and down may be added.
もちろん、空中遊泳体の形状は魚の形状に限定されるものでもない。たとえば、魚形状空中遊泳体1に該当するものを象にして、象の本体部分を頭部11に対応させ、耳を胴部13と尾鰭15に該当するものにして、耳を胴部13と尾鰭15のように運動させて、空中を浮遊する象を上下などに移動させることもできる。
Of course, the shape of the air swimming body is not limited to the shape of a fish. For example, an object corresponding to the fish-shaped
なお、魚形状空中遊泳体1にサーボ51、52とバッテリ電源60とを搭載し、制御用コンピュータを魚形状空中遊泳体1に搭載させず、制御用コンピュータ41を地上においてその結果の駆動信号のみ、無線方式でサーボ51、52に出力することもできる。このように、制御用コンピュータを魚形状空中遊泳体1に搭載しないと、魚形状空中遊泳体1の重量が軽くなり、魚形状空中遊泳体1の浮遊条件が緩和できる。
The fish-shaped
以上の実施の形態は、操作者がコントローラを介して操作する例について述べたが、本発明は、基本的な実施形態に魚形状空中遊泳体1は、制御用コンピュータが情報収集手段により得られた情報に従って動作を決定するロボットという位置づけにすることができる。すなわち、ラジコン飛行船のように操作者の指令に応じて動作するだけの空中遊泳体とは別物になる。
また、「送受信装置」の使用は、「制御用コンピュータと操作者のコントローラとの間」の通信を行うだけではない。魚形状空中遊泳体1の外部に設置した情報処理用コンピュータと制御用コンピュータとの間で通信を行い、制御用コンピュータでは賄い切れない情報処理を情報処理用コンピュータにて行う。制御用コンピュータでは賄い切れない情報処理としては、例えば高度な画像処理や情報収集手段によって得られた多量な情報の蓄積などが考えられる。もし、情報処理用コンピュータを介して操作者が制御用コンピュータと通信を行う場合、(情報処理用コンピュータ)=(コントローラ)ということになる。
In the above embodiment, the example in which the operator operates through the controller has been described. However, the present invention is a basic embodiment in which the fish-shaped
In addition, the use of the “transmission / reception device” is not limited to communication between “the control computer and the operator's controller”. Communication is performed between an information processing computer installed outside the fish-shaped
1・・魚形状空中遊泳体
11・・頭部
111・・頭部バルーン、113・・Heガス
12・・第1貫通部
13・・胴部(または尾柄)
131・・胴部バルーン、133・・Heガス
14・・第2貫通部
15・・尾鰭
21〜23・・第1〜3部材
31、32・・第1、2連結部
40・・制御部
41・・制御用コンピュータ、43・・送受信装置
50・・駆動手段
51、52・・サーボ
60・・バッテリ電源
1. Fish shape aerial swimming body
11. Head
111 ... Head balloon, 113 ... He gas
12. First penetration
13. The trunk (or tail handle)
131..Body balloon, 133..He gas
14. Second penetrating part
15. Owase
21 to 23 ... 1st to 3rd members
31, 32 .. 1st and 2nd connecting part
40..Control part
41..Control computer, 43..Transceiver
50 .. Driving means
51, 52 .. Servo
60 .. Battery power
Claims (8)
当該空中遊泳体に搭載された、
第1部分と、
第2部分と、
第3部分と、
前記第1部分と前記第2部分とを運動可能に連結する第1連結手段と、
前記第2部分と前記第3部分とを運動可能に連結する第2連結手段と、
前記第1連結手段を介して前記第1部材に対して前記第2部材を回動させる電動式第1回動手段と、
前記第2連結手段を介して前記第2部材に対して前記第3部材を回動させる電動式第2回動手段と、
当該空中遊泳体を空中に浮遊させる気体と、
少なくとも、前記第1部分および前記第2部分を包囲し、前記第1部分および前記第2部分内に前記気体を収容する、気体収容体と、
前記第1手段および第2回動手段に給電する給電手段と
を具備し、および、
当該空中遊泳体に搭載される、または、当該空中遊泳体に搭載されず、操作信号に応じて前記第1および第2回動手段を制御する制御手段と
を具備し、
空中浮遊状態において、前記第2部分および/または前記第3部分の回動により空中を推進する、
空中遊泳体。 An aerial swimmer floating in the air,
Mounted on the aerial swimmer,
A first part;
A second part;
A third part;
First connection means for movably connecting the first part and the second part;
Second connection means for movably connecting the second part and the third part;
Electric first rotating means for rotating the second member relative to the first member via the first connecting means;
Electric second rotating means for rotating the third member with respect to the second member via the second connecting means;
A gas that floats the air swimming body in the air;
A gas container that surrounds at least the first part and the second part, and contains the gas in the first part and the second part;
Power supply means for supplying power to the first means and the second rotation means, and
Control means mounted on the aerial swimmer or not mounted on the aerial swimmer and controlling the first and second turning means in response to an operation signal;
Propelling the air by rotating the second part and / or the third part in an airborne state;
Air swimmer.
請求項1に記載の空中遊泳体。 The control means shifts the timing for driving the first and second rotating means, and controls the movement of the second part and / or the third part, so as to add a phase difference to the first and second parts. Drive the rotating means,
The aerial swimmer according to claim 1.
前記制御手段はPWM方式で前記サーボを駆動する、
請求項2に記載の空中遊泳体。 The electric first and second rotating means are servos,
The control means drives the servo by a PWM method;
The aerial swimmer according to claim 2.
前記制御手段は、前記PWMのパルス幅を調整して前記サイドホーンの回転角度範囲を制御する、
請求項3に記載の空中遊泳体。 The servo is connected to the connecting means and has a rotating side horn,
The control means adjusts the PWM pulse width to control the rotation angle range of the side horn.
The aerial swimmer according to claim 3.
前記気体はHeガスであり、
前記第1〜第3部分は、頭部、胴部(または尾柄)、尾鰭であり、
前記頭部に対して前記胴部および/または尾鰭が運動して、その推力で空中を運動する、
請求項1〜4いずれかに記載の空中遊泳体。 The aerial swimmer is a fish-shaped aerial swimmer,
The gas is He gas;
The first to third parts are a head, a trunk (or tail handle), a tail fin,
The torso and / or tail fin moves with respect to the head and moves in the air with its thrust;
The aerial swimming body according to any one of claims 1 to 4.
前記制御手段は当該空中遊泳体に搭載され、
該音声応答手段は音声による操作指示に応じた指令を前記制御手段に出力する、
請求項1〜5いずれかに記載の空中遊泳体。 The air swimming body is further equipped with voice response means,
The control means is mounted on the air swimming body,
The voice response means outputs a command corresponding to a voice operation instruction to the control means.
The air swimming body according to any one of claims 1 to 5.
前記音声応答手段は音声を認識したとき、前記音声認識確認手段を駆動する、
請求項6に記載の空中遊泳体。 A voice recognition confirmation unit;
The voice response means drives the voice recognition confirmation means when recognizing voice;
The aerial swimmer according to claim 6.
前記制御手段は障害検出手段か障害を検出したとき、その障害の回避動作する、
請求項1〜7いずれかに記載の空中遊泳体。
It further has a failure detection means,
When the control means detects a failure, the control means operates to avoid the failure.
The aerial swimmer according to claim 1.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101329064B1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-11-14 | 정완엽 | Gas-filled robot fish |
CN110280023A (en) * | 2019-06-27 | 2019-09-27 | 北京信息科技大学 | A kind of machine fish group control method of motion trace transported for floating material |
-
2004
- 2004-01-08 JP JP2004003317A patent/JP2005192869A/en active Pending
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