JP2006326055A - 魚ロボット構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 尾鰭を含む胴後部分がしなやかに揺動し、また浮上沈降時の動きが容易に制御可能である等、より自然魚に近い挙動をする魚ロボットを提供する。
【解決手段】ゴム様弾性体の外皮１１で覆われ、水へ浸漬されると、剛体に閉じ込められた空気を除く、前記外皮１１内の空気が、その外皮１１内に進入する水によって容易に排出されるよう、前記剛体によって閉じ込められた部分を除く残りの部分がそれを包む外皮１１の外と連通している。また、前記尾鰭１６を含む胴後部１５内に、弾性変形容易で左右に遥動することが可能な一枚の遥動板２５、その部分の外皮１１を内面から支持すると共に、容易に湾曲し、遥動することが可能な肋骨状部分３０を備え、前記駆動機構２０がその遥動板２５、肋骨状部分３５を介して前記尾鰭１６を含む胴後部１５を遥動させるよう構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は外見、挙動共に自然魚に近い魚ロボットに関する。

従来、人工魚もしくは魚ロボットと称せられものが種々提案され、その幾つかは実用化されている。しかしながら、その多くは、尾鰭を含む胴後部分が揺動し、水中を遊泳可能に構成されているだけで、しかも、一部を除いて、大半は外観が自然魚のそれとかなり異なり、単に遊泳するに留まっていて、それを見る人を十分満足させるまで至っていない。

外観が自然魚に極めて近いものの一例として、回動軸を介して翼が直列に複数組連結され、前記回動軸がそれぞれアクチュエータによって駆動されるよう構成されたものがある（例えば特許文献１参照。）。しかしながら、複数のアクチュエータを備えているため、例え外観が自然魚に近いものであっても、そのアクチュエータが増えれば増えるほど、それらのバランスを取るための駆動制御系が複雑となると言う問題点がある。

そのうえ、魚ロボット内に前記駆動機構等を水密に収容するケースや浮沈タンク等の剛体だでなく、その外側にも水深変化に伴なう水圧変化によって容積が変化する空気が閉じ込められて（残存して）いて、水深の変化によって魚ロボットの見掛け比重が変化すると言う問題点がある。

それについて詳細説明する前に、魚ロボットの沈降・浮上について説明すると、それは一般に内蔵の浮沈タンク（空気封入）への水の出入によって行われている。例えばそれを沈降させる場合、浮沈タンクへある量の水を入れることによって魚ロボットの見掛け比重を上げている。それによって魚ロボットは沈降を開始するが、水深、水圧の増大に伴なって魚ロボット内の残存空気の容積が次第に減少し、魚ロボットの見掛け比重が次第に上昇する（浮沈タンクの見掛け比重は一定）。すなわち、そのままでは沈降速度が加速度的に増大する。また、沈降を止めるためには、浮沈タンク内の水を抜けばよいが、最初に入れただけの量の水を抜くだけでは、沈降開始点とは水深、すなわち魚ロボットの見掛け比重が異なるため、なおも沈降し続ける。

つまり、例えば等速沈降させるためには水深（例えば圧力センサによって測る）に応じて水を少しずつ抜き続けなければならず、また、沈降を停止させるためには、最初に入れた量より多くの量の水を抜いてやらなければならない。反転し、浮上させるには、そのうえさらに水を抜く必要があるが、そうすると以後浮上速度は加速度的に増大するため、等速で浮上させようとすれば、少しずつ水を追加し続けなければならない。以上のように、水深によって容積が変化する残存空気は、魚ロボットに自然な動きをさせるための制御をかなり複雑にすると言う問題点がある。

しかしながら、外皮内に閉じ込められ、残存する空気は、駆動機構その他の高見掛け比重部分に対応して魚ロボットの見掛け比重を水に等しくなるよう低減するうえに少なからず役立っている。従ってその残存空気を少なくすればする程、魚ロボットの見掛け比重が増大するため、その見掛け比重の低減を如何にするかも一つの問題点である。さらに尾鰭を含む胴後部は、その遥動が容易であって、しかも水圧（静圧だけでなく、動圧も含む）が変化してもその形状が常に保持されると共に、前記遥動によって湾曲しても表面に皺等が生じないようにすることも他の問題点である。

特開平１１−１５２０８５号公報（（特許請求の範囲）、図２及び図３）

以上のことから、本発明は、上記した従来技術の欠点を除くために、尾鰭や胴後部分の揺動機構が簡単で、尾鰭を含む胴後部分がしなやかに揺動し、また浮上沈降時の動きがなめらかである等、より自然魚に近い挙動をする魚ロボットを提供することにある。

上記の目的を達するために、請求項１の発明は、外見が魚状に形成され、外見が魚状に形成された、一体又は略一体のゴム様弾性体の外皮で覆われ、且つ内蔵された駆動機構が尾鰭を含む胴後部を遥動させ、それによって水中を遊泳することが可能に構成された魚ロボットであって、水へ浸漬されると、剛体に閉じ込められた空気を除く、前記外皮内に水への浸漬前に存在した空気の全て又は略全てが、その外皮内に進入する水によって容易に排出されるよう、前記外皮内の、剛体によって閉じ込められた部分を除く残りの部分の全て又は殆ど全てがその外皮の外と連通しており、好ましくは空気が残存し易い部分に空気排出口を備えている。

請求項２の発明は、請求項１の発明の構成に加えて、前記尾鰭を含む胴後部に、その部分の外皮を内面から支持すると共に、その断面形状を全く又は殆ど変えずに容易に湾曲し、遥動することが可能な肋骨状部分が設けられている。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明の構成に加えて、前記外皮が薄膜及びそれを覆うよう配列された多数の鱗状片を備え、それぞれ前側の鱗状片とその後側の鱗状片とが一部重なり合っており、且つその各鱗状片の前端の少なくとも一部が前記薄膜に結合されている。

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかの発明の構成に加えて、前記尾鰭を含む胴後部内に、前後及び上下に延びると共に、前端を固定端として前記左右に遥動することが可能に弾性変形容易な一枚の遥動板を備え、前記内蔵された駆動機構がその遥動板を介して前記尾鰭を含む胴後部を遥動させるよう構成されている。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかの発明の構成に加えて、比重が水よりも著しく低く、且つ水圧によって全く又は殆ど容積が変化しない超低比重定容部材を内蔵している。

請求項１の発明によれば、前記外皮内空洞に水への浸漬前に存在した空気の全て又は略全てが、その外皮内空洞に進入する水によって容易に排出されるため、魚ロボットの浮沈タンクを除く部分の見掛け比重は水深の変化に無関係に一定であり、例えば浮沈タンクへの水の出入によって魚ロボットの見掛け比重を調節し、任意の速度で沈降又は浮上させることが可能となり、より自然魚のような挙動をさせることが出来る。また、水深が変化すると遥動容易に柔軟な外外皮に閉じ込められた空気の容積が変化し、その形状が変化すると言う従来例に見られた問題点も併せて解消される。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加えて、尾鰭を含む胴後部は、その断面形状を全く又は殆ど変えずに容易に遥動することが可能な肋骨状部分によって、その部分の外皮が内面から支持されているため、遥動だけでなく、水圧（静圧だけでなく、動圧も含む）が変化してもその形状が常に保持される。

請求項３の発明によれば、請求項１又は２の発明の効果に加えて、前記尾鰭を含む胴後部の遥動に伴なって湾曲しても、前側の鱗状片とその後側の鱗状片の重なり度合いが若干変化するだけで、外皮に外観を損なうような不自然な皺を生じない。

請求項４の発明によれば、請求項１乃至３のいずれかの発明の効果に加えて、前後及び上下に延び、弾性変形容易な一枚の遥動板が、その前端を固定端として、例えば魚ロボットが左右いずれかの方向にも湾曲せず、真っ直ぐな状態から、例えば前記内蔵の駆動機構から遥動板の後部左右両側へ連接された金属細線のうち、その左側が前に向かって引っ張られ、右側が緩められると、遥動板は左側に湾曲し、反対にその左側が緩められ、右側が前側に引っ張られると、右側に湾曲する。このように、左右の金属細線の前側への引っ張り、後側への緩めが交互に繰り返されることによって、遥動板がスムーズに遥動する。さらにその遥動板の上下の縁が、例えば前記肋骨部分と結合されていれば、それによって肋骨部分、さらにそれに支持された尾鰭を含む胴後部の外皮が連動してスムーズに遥動する。従って駆動機構、それによって遥動する遥動板共に従来例に比較して著しく簡略化される。

請求項５の発明によれば、請求項１乃至４のいずれかの発明の効果に加えて、魚ロボットの見掛け比重を水のそれと同等又は略同等にすることが、内蔵する、比重が水よりも著しく低く、且つ水圧によって全く又は殆ど容積が変化しない超低比重定容部材によって容易に可能となり、それによって従来問題点があると言われていた残存空気を排除することが可能になる。

本発明を実施するため最良の形態に関わる、魚ロボットについて図１（ａ），（ｂ），（ｃ）によって説明すると、１０は魚ロボット、１１はそれを覆う外皮であって、中空状一体又は略一体のゴム様弾性体よりなり、しかも、形態・模様・色・触感に至るまでその外観が出来るだけ自然魚に似るよう造られている。そのうえ、この魚ロボット１０は水に浸漬されると、剛体に閉じ込められた空気を除く、水への浸漬前に外皮１１内に存在していた空気の全て又は略全てが、その外皮１１内に進入する水によって容易に排出されるよう、前記外皮１１内の、剛体によって閉じ込められた部分を除く残りの部分がその外皮１１の外と連通しており、そのためには、例えば外皮１１の最も上の部分に空気排出口１９が設けられることが好ましい。なお、１５は魚ロボットの胴後部、１６は尾鰭であって、その人口魚１０の前部には上下方向に開閉可能な口Ｍや動く目Ｅも設けられている（詳細な構成は省略）。

２０は尾鰭１６を含む胴後部１５を遥動させる遥動機構、２５は前後及び上下に延び、弾性変形容易な一枚の金属製の遥動板であって、その前端はアクチュエータ２１の後部に固定されていて、前記駆動機構２０によって後述のように左右に遥動させられると、前記尾鰭１６を含む胴後部１５が左右にスムーズに遥動するよう構成されている。さらにそれについて図２（ａ），（ｂ）によって詳細説明すると、２２はいずれも中点の周りに一体的に回動可能な上下３個の水平レバーであって、１本の鉛直軸Ａｘに同軸に垂設されており、最下段のレバー２２が前記アクチュエータ２１の軸Ａｘに連動して回動するようよう構成されている。２３は残りの２個のレバー２２のそれぞれ両端と前記遥動板２５の後部左右各面との間を連接する２本（計４本）の金属細線である。なお、この尾鰭１６を含む胴後部１５は、前進のみならず、方向を変えるための舵の役目を有することは勿論である。

３０は複数の環状片（又はそれに準ずる形状の湾曲片）が前後方向に隙間を開けて配列された肋骨状部分であって、前記尾鰭１６を含む胴後部１５の部分の外皮１１を内面から支持すると共に、各片が前記遥動板２５の上下の縁とも結合されており、その断面形状を全く又は殆ど変えず、片同士の隙間を変えることによって前記遥動板２５と共に容易に左右に湾曲し、遥動することが可能に構成されている。

４０は水深、水圧によって容積を変化することのない剛体よりなる浮沈タンクであって、空気が閉じ込められていて、図示されないポンプによって水が押し込まれたり、排出しされたりすることによってその見掛け比重が変化し、それによって魚ロボット１０の見掛け比重を変化させるよう構成されている。なお、４５は水圧を測る圧力センサであって、これと図示されない超音波センサによって、水深と障害物との距離を知ることが可能に構成されている。

５０は前記人口魚１０の見掛け比重を水のそれと同等又は略同等に低減する超低比重定容部材であって、例えば見掛け比重が水よりも著しく低く、且つ水圧によって全く又は殆ど容積が変化しない、硬質の発泡スチロール体、硬質のプラスチック球体等よりなり、その形状、大きさ、配置は、前記人口魚１０の重心がそれの中央に位置するよう、搭載部品の形状、大きさ、配置によって決められる。

最後に前記尾鰭１６を含む胴後部１５の外皮１１について図３によって説明すると、尾鰭１６を含む胴後部１５が遥動しても、その部分の外皮１１に外観を損なう不自然な皺を生じないように、薄膜１２及びそれを覆うよう配列された多数の鱗状片１３を備えている。さらに詳細に説明すると、それぞれ前側の鱗状片１３とその後側の鱗状片１３とが一部重なり合っており、且つその各鱗状片１３の前端の少なくとも一部が前記薄膜１２に結合されている。なお、残りの部分についても外観その他、必要があれば同様に構成されてもよいが、一般に、必要な模様は施されているが、単純な一枚の外皮よりなる。

尾鰭１６を含む胴後部分１５の作動について説明すると、例えば魚ロボット１０が左右いずれの方向にも湾曲せず、真っ直ぐな状態から、遥動機構２０の稼動に伴ってアクチュエータ２１の鉛直軸Ａｘに連動して、前記３本の水平レバー２２のうち、最下段がその中点の周りに往復回動され、それと同軸の残りの２段も往復回動される。それに伴って前記２段の各レバー２２と遥動板２５の後部との間を連接する４本の金属細線２３の左右いずれか一方の側が前に引っ張られ、他方の側が緩められること，と反対にその一方の側が緩められ、他方の側が前に引っ張られること，とが、交互に繰り返し行われるため、遥動板２５が繰り返し左右に彎曲、遥動させられる。

さらにその遥動板２５が繰り返し左右に彎曲、遥動するのに伴って、その遥動板２５の上下の縁に結合された肋骨部分３０と，それによって内面から外皮１１を支持された、尾鰭１６を含む胴後部１５と，が左右に遥動する。しかも、その遥動する部分の外皮１１は薄膜１２及びそれを覆うよう配列された多数の鱗状片１３を備え、それぞれ前側の鱗状片１３とその後側の鱗状片１３とが一部重なり合っており、且つその各鱗状片１３の前端の少なくとも一部が前記薄膜１２に結合されているため、その外皮１１は、彎曲し、遥動しても、外観を損なう不自然な皺を生じることはない。

次に魚ロボット１０の沈降・浮上について説明する。浮沈タンク４０には、人口魚１０の見掛け比重が水と等しくなるよう、空気と共に予め一定量の水が閉じ込められている。また、魚ロボット１０が水へ浸漬されると、外皮１１内の、浮沈タンク４０等剛体に閉じ込められた部分を除くの残りの部分が外皮１１の外と連通し、しかも外皮１１の最も上の部分に空気排出口１９が設けられているため、水の浸漬前に前記外皮１１内に存在していた空気の全て又は略全てが、その外皮１１内に進入する水によって容易に排出される。

以上のような状態で、浮沈タンク４０へある量の水がポンプ（図示省略）によって追加されると、浮沈タンク４０の見掛け比重が上がり、それによって魚ロボット１０の見掛け比重も上がり、魚ロボット１０は沈降する。浮沈タンク４０の見掛け比重は追加水量によって決まり、水深、水圧の影響を受けないため、沈降し、水深が増大しても一定であるため、魚ロボット１０は水追加量のみによって決まる速度で沈降する。なお、水深は圧力センサ４５によって知ることが出来る。沈降を止めるためには、浮沈タンクから沈降前の水量に戻す、すなわち、追加しただけの量の水を抜けばよい。反対に浮上させるためには、浮沈タンク４０内の水を抜き、初期水量よりも少なくすればよいし、その浮上を止めるには抜いた水だけ戻せばよい。従って魚ロボット１０の沈降・浮上の制御が従来例のそれに比較して著しく容易になり、魚ロボット１０により自然な動きをさせることが出来る。なお、外皮１１に閉じ込められた空気が全く又は殆ど存在しないため、水深変化に伴なって、それが圧縮されたり、膨張したりすることによる外皮１１の変形も生じることはない。

本発明の魚ロボット１０は、前述のように、その外皮１１内に閉じ込められ、その魚ロボット１０の見掛け比重を低減するのに役立つ残存空気が全く又は殆ど排除されている。しかしながら、その対策として、例えば見掛け比重が水よりも著しく低く、且つ水圧によって全く又は殆ど容積が変化しない、硬質の発泡スチロール体、硬質のプラスチック球体等よりなる超低比重定容部材５０が内蔵されている。そのため、単に魚ロボット１０の見掛け比重が水のそれと等しく又は略等しくなっているだけでなく（微調整は浮沈タンク４０内の水量調節によって行う）、魚ロボット１０の略中央に配置された浮沈タンク４０が占める空間の少なくとも一部を任意の形状、大きさ、配置が可能な超低比重定容部材５０によって代替可能となり、それだけ各種搭載部品の形状、大きさ、配置の自由度が増大する。

本発明を実施するための最良の形態例であって、（ａ）はその外形を示す側面図、（ｂ）はその内部を示す断面図、（ｃ）はその平面図である。 図１の要部（胴後部）の内部を示す、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 図１の外皮の一部を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 魚ロボット
１１ 外皮
１２ 薄膜
１３ 鱗状片
１５ 胴後部
１６ 尾鰭
１９ 空気排出口
２０ 遥動機構
２１ アクチュエータ
２２ レバー
２３ 金属細線
２５ 遥動板
３０ 肋骨部分
４０ 浮沈タンク
４５ 圧力センサ
５０ 超低比重定容部材
Ａｘ 軸
Ｅ 目
Ｍ 口

Claims (5)

1. 外見が魚状に形成され、外見が魚状に形成された、一体又は略一体のゴム様弾性体の外皮で覆われ、且つ内蔵された駆動機構が尾鰭を含む胴後部を遥動させ、それによって水中を遊泳することが可能に構成された魚ロボットであって、水へ浸漬されると、剛体に閉じ込められた空気を除く、前記外皮内に水への浸漬前に存在した空気の全て又は略全てが、その外皮内に進入する水によって容易に排出されるよう、前記外皮内の、剛体によって閉じ込められた部分を除く残りの部分の全て又は殆ど全てがその外皮の外と連通しており、好ましくは空気が残存し易い部分に空気排出口を備えていることを特徴とする魚ロボット。
2. 前記尾鰭を含む胴後部に、その部分の外皮を内面から支持すると共に、その断面形状を全く又は殆ど変えずに容易に湾曲し、遥動することが可能な肋骨状部分が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の魚ロボット。
3. 前記外皮が薄膜及びそれを覆うよう配列された多数の鱗状片を備え、それぞれ前側の鱗状片とその後側の鱗状片とが一部重なり合っており、且つその各鱗状片の前端の少なくとも一部が前記薄膜に結合されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の魚ロボット。
4. 前記尾鰭を含む胴後部内に、前後及び上下に延びると共に、前端を固定端として前記左右に遥動することが可能に弾性変形容易な一枚の遥動板を備え、前記内蔵された駆動機構がその遥動板を介して前記尾鰭を含む胴後部を遥動させるよう構成されていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の魚ロボット。
5. 比重が水よりも著しく低く、且つ水圧によって全く又は殆ど容積が変化しない超低比重定容部材を内蔵していることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の魚ロボット。
   
   

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