JP3229104B2 - 振動翼制御推進機付ビークル - Google Patents
振動翼制御推進機付ビークルInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、船舶、潜水機、人工
魚、レジャーボート、又はメンテナンスロボット等水面
上、又は水面下の水中を航走するビークルを、推進機と
しての振動翼を振動させることにより航走させることの
できる振動翼制御推進機付ビークルに関する。
魚、レジャーボート、又はメンテナンスロボット等水面
上、又は水面下の水中を航走するビークルを、推進機と
しての振動翼を振動させることにより航走させることの
できる振動翼制御推進機付ビークルに関する。
【０００２】
【従来の技術】水中を航走するビークルの推進装置とし
て、回転推進機（プロペラ）が良く知られている。しか
し、回転推進機による推進では、ヘドロ水域、若しくは
水深が浅く水草が繁茂する水域では、回転推進機、若し
くは回転推進機を駆動する推進軸に、ヘドロの繊維状の
物質、又は水草等が巻き込み航走を不能にする恐れがあ
り、信頼性ある運航は出来ない。このため、水中を遊泳
する生物が尾びれ等を振動させて、高推進性能や高運動
性能を得ることに習って、流線形に形成した振動翼を振
動させて、推進力を得る振動翼推進機とする考えがあ
る。しかし、振動翼推進機に関しては、流体力学的な面
からの形状研究、及び形状試作の段階にあり、これを制
御駆動して推進装置とする推進システムとしたものは未
だ実現していない。
て、回転推進機（プロペラ）が良く知られている。しか
し、回転推進機による推進では、ヘドロ水域、若しくは
水深が浅く水草が繁茂する水域では、回転推進機、若し
くは回転推進機を駆動する推進軸に、ヘドロの繊維状の
物質、又は水草等が巻き込み航走を不能にする恐れがあ
り、信頼性ある運航は出来ない。このため、水中を遊泳
する生物が尾びれ等を振動させて、高推進性能や高運動
性能を得ることに習って、流線形に形成した振動翼を振
動させて、推進力を得る振動翼推進機とする考えがあ
る。しかし、振動翼推進機に関しては、流体力学的な面
からの形状研究、及び形状試作の段階にあり、これを制
御駆動して推進装置とする推進システムとしたものは未
だ実現していない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、振動翼を取
り付けたビークルの駆動機構及び制御装置を提案し、推
進のための有効な推力を得ることのできる、振動翼制御
推進機付ビークルの実現を課題とする。
り付けたビークルの駆動機構及び制御装置を提案し、推
進のための有効な推力を得ることのできる、振動翼制御
推進機付ビークルの実現を課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の振動翼制御推進
機付ビークルは、上記課題を解決するために次の手段と
する。 （１）形状が変化し難い剛体の素材で前方が形成され、
後方がゴム、セルロイド等の弾性体で形成され、流線形
状に一体成形されて、その進行方向に直交する方向に並
進し振動する並進振動と、進行方向に直交する軸まわり
の回転振動ができる振動翼を設けた。 （２）振動翼を具えるビークル、又は振動翼を構成部材
の一部とするビークルの推進推力、および航走速度の制
御指令信号を受け、当該制御指令信号に基づく作動信号
を出力する制御装置を設けた。 （３）制御装置からの作動信号により、振動翼を並進振
動させる第一の駆動装置、および振動翼を回転振動させ
る第二の駆動装置からなる駆動機構を設けた。
機付ビークルは、上記課題を解決するために次の手段と
する。 （１）形状が変化し難い剛体の素材で前方が形成され、
後方がゴム、セルロイド等の弾性体で形成され、流線形
状に一体成形されて、その進行方向に直交する方向に並
進し振動する並進振動と、進行方向に直交する軸まわり
の回転振動ができる振動翼を設けた。 （２）振動翼を具えるビークル、又は振動翼を構成部材
の一部とするビークルの推進推力、および航走速度の制
御指令信号を受け、当該制御指令信号に基づく作動信号
を出力する制御装置を設けた。 （３）制御装置からの作動信号により、振動翼を並進振
動させる第一の駆動装置、および振動翼を回転振動させ
る第二の駆動装置からなる駆動機構を設けた。
【０００５】
【作用】制御指令信号に基づく作動信号を制御装置から
受けた駆動機構は、第一の駆動装置および第二の駆動装
置を作動させて、振動翼に並進振動、回転振動からなる
連成振動を発生させて、推進力を発生させ、ビークルを
推進させる。
受けた駆動機構は、第一の駆動装置および第二の駆動装
置を作動させて、振動翼に並進振動、回転振動からなる
連成振動を発生させて、推進力を発生させ、ビークルを
推進させる。
【０００６】
【実施例】以下、本発明の振動翼制御推進機付ビークル
の実施例を図面により説明する。図１は本発明の振動翼
制御推進機付ビークルの２つの例を示す図であって、船
舶、レジャーボート等の水面５上を航走するビークル１
に、振動翼制御推進機２を設けたもの、および潜水機、
人工魚、又はメンテナンスロボット等の水面５下を航行
するビークル３に、振動翼制御推進機２を設けたものを
それぞれ示す。
の実施例を図面により説明する。図１は本発明の振動翼
制御推進機付ビークルの２つの例を示す図であって、船
舶、レジャーボート等の水面５上を航走するビークル１
に、振動翼制御推進機２を設けたもの、および潜水機、
人工魚、又はメンテナンスロボット等の水面５下を航行
するビークル３に、振動翼制御推進機２を設けたものを
それぞれ示す。
【０００７】図２は、振動翼制御推進機２を示す図であ
って、図２（Ａ）は全体概要図、図２（Ｂ）は、図２
（Ａ）に示す振動翼の平面図である。振動翼制御推進機
２は流線形の翼型に形成された振動翼６と、振動翼６の
進行する方向と直交する左右方向（Ｘ軸方向）に、振動
翼６を並進振動させるとともに、振動翼６の進行する方
向と直交する方向に設けた支持軸１１まわりに、振動翼
６を回転振動させる駆動機構７と、駆動機構７に作動信
号を出力する制御装置８とからなる。
って、図２（Ａ）は全体概要図、図２（Ｂ）は、図２
（Ａ）に示す振動翼の平面図である。振動翼制御推進機
２は流線形の翼型に形成された振動翼６と、振動翼６の
進行する方向と直交する左右方向（Ｘ軸方向）に、振動
翼６を並進振動させるとともに、振動翼６の進行する方
向と直交する方向に設けた支持軸１１まわりに、振動翼
６を回転振動させる駆動機構７と、駆動機構７に作動信
号を出力する制御装置８とからなる。
【０００８】振動翼６は、形状変形しにくい剛性の大き
い素材で形成された剛体部９で前方が構成され、弾性素
材で形成された弾性部１０で後方が構成され、翼型に一
体成形されている。剛体部９の略中央には、前記支持軸
１１が垂設されている。
い素材で形成された剛体部９で前方が構成され、弾性素
材で形成された弾性部１０で後方が構成され、翼型に一
体成形されている。剛体部９の略中央には、前記支持軸
１１が垂設されている。
【０００９】また、駆動機構７は、振動翼６を支持軸１
１まわりに回転振動させる図示しない回転機構と、ＡＣ
サーボモータ１２からなる第二の駆動装置としてのθ軸
駆動部１３と、支持軸１１を進行方向の左右に並進さ
せ、並進振動を行わせる駆動軸１４と、ＡＣサーボモー
タ１５からなる第一の駆動装置としてのＸ軸駆動部１６
とからなる。なお、１７は振動翼６の航走により振動翼
６に発生する横力、抗力および支持軸１１まわりに発生
するモーメントの３分力を計測する三分力計ロードセル
で、実験時のみ使用するものである。
１まわりに回転振動させる図示しない回転機構と、ＡＣ
サーボモータ１２からなる第二の駆動装置としてのθ軸
駆動部１３と、支持軸１１を進行方向の左右に並進さ
せ、並進振動を行わせる駆動軸１４と、ＡＣサーボモー
タ１５からなる第一の駆動装置としてのＸ軸駆動部１６
とからなる。なお、１７は振動翼６の航走により振動翼
６に発生する横力、抗力および支持軸１１まわりに発生
するモーメントの３分力を計測する三分力計ロードセル
で、実験時のみ使用するものである。
【００１０】制御装置８には、図３に示すようなネット
ワーク構造をもつ、ニューラルネットワーク学習アルゴ
リズムが構築されている。このネットワーク構造は入力
層、中間層、出力層の３層の階層ネットワークより構成
され、ビークルの推進推力、船速の制御指令信号を受
け、振動周波数、位相差、並進振動振幅を、Ｘ軸駆動部
１６を駆動するＡＣサーボアンプに、また、振動周波
数、位相差、回転振動振幅を、θ軸駆動部１３を駆動す
るＡＣサーボアンプに、それぞれ作動信号として出力す
る。
ワーク構造をもつ、ニューラルネットワーク学習アルゴ
リズムが構築されている。このネットワーク構造は入力
層、中間層、出力層の３層の階層ネットワークより構成
され、ビークルの推進推力、船速の制御指令信号を受
け、振動周波数、位相差、並進振動振幅を、Ｘ軸駆動部
１６を駆動するＡＣサーボアンプに、また、振動周波
数、位相差、回転振動振幅を、θ軸駆動部１３を駆動す
るＡＣサーボアンプに、それぞれ作動信号として出力す
る。
【００１１】以上説明した、制御装置８、駆動部１３，
１６からなる駆動機構、振動翼６、およびビークル１ｏ
ｒ３からなるシステムブロックダイヤグラムを図４に示
す。なお、同図において、１８は入力指令設定値より推
進制御指令を出力する２相制御発信器であり、制御装置
８に学習機能をつけた場合、２相制御発信器１８は試験
データより自動学習制御を行うようにしている。
１６からなる駆動機構、振動翼６、およびビークル１ｏ
ｒ３からなるシステムブロックダイヤグラムを図４に示
す。なお、同図において、１８は入力指令設定値より推
進制御指令を出力する２相制御発信器であり、制御装置
８に学習機能をつけた場合、２相制御発信器１８は試験
データより自動学習制御を行うようにしている。
【００１２】本実施例は、上述の様に構成されているの
で、制御指令信号としての推進推力、および船速が入力
された制御装置８は、この信号に対応して振動翼６を作
動させる作動信号、すなわち、振動翼６の振動数、並進
振幅、回転振幅および位相角を、制御指令信号による推
進推力および船速を達成できる値にして振動翼６を作動
させる信号、を駆動機構のθ軸駆動部１３およびＸ軸駆
動部１６に出力する。θ軸駆動部１３及びＸ軸駆動部１
６は、それぞれ入力された作動信号により、作動信号に
基づく振動数、回転振幅および位相角の回転振動と、作
動信号に基づく振動数、並進振幅および位相角による並
進振動とを振動翼６に発生させる。そして、回転振動、
並進振動が連成された振動翼６では、振動数、振幅およ
び位相角に応じた、制御指令信号による推進推力を発生
し、振動翼６を取付けたビークルに順方向、又は逆方向
に、制御指令信号による船速を発生させる。また、本実
施例の制御装置８は学習機能を具えているので、振動翼
単独推進試験、ビークル搭載拘束試験、ビークル自航試
験等で得られたデータを学習データとして、入力される
制御指令信号に対応する作動信号を演算して、駆動機構
に出力することもできる。
で、制御指令信号としての推進推力、および船速が入力
された制御装置８は、この信号に対応して振動翼６を作
動させる作動信号、すなわち、振動翼６の振動数、並進
振幅、回転振幅および位相角を、制御指令信号による推
進推力および船速を達成できる値にして振動翼６を作動
させる信号、を駆動機構のθ軸駆動部１３およびＸ軸駆
動部１６に出力する。θ軸駆動部１３及びＸ軸駆動部１
６は、それぞれ入力された作動信号により、作動信号に
基づく振動数、回転振幅および位相角の回転振動と、作
動信号に基づく振動数、並進振幅および位相角による並
進振動とを振動翼６に発生させる。そして、回転振動、
並進振動が連成された振動翼６では、振動数、振幅およ
び位相角に応じた、制御指令信号による推進推力を発生
し、振動翼６を取付けたビークルに順方向、又は逆方向
に、制御指令信号による船速を発生させる。また、本実
施例の制御装置８は学習機能を具えているので、振動翼
単独推進試験、ビークル搭載拘束試験、ビークル自航試
験等で得られたデータを学習データとして、入力される
制御指令信号に対応する作動信号を演算して、駆動機構
に出力することもできる。
【００１３】本実施例によれば、 （１）振動翼０６の並進振動と回転振動との連成により
推進力が発生し、振動翼０６を一方向だけに回転させな
いので、回転に伴う異物の巻込がなくなり、ヘドロ水
域、水草の繁茂する水域においても信頼性ある航走がで
きる。 （２）振動翼６の並進振動と回転振動の位相差を１８０
°変えるだけで、推進力の方向が容易に変えることがで
きるとともに、振動翼６を作動させたまま、その位置を
保持出来るホバリング性を持たせることもできる。 （３）制御装置８にニューラルネットワーク学習を応用
したモデル固定機能を持たせたので、汎用性が向上し広
い分野に適用できる。 （４）推進方向と推進力を一つの振動翼６の作動で制御
できるので、従来推進方向の制御に必要であった舵が不
要となり、コンパクトなものとすることができる。 （５）振動翼６の振動させる部分を剛体の後方に取付け
た、弾性体で構成しているので、弾性体の特性をアクテ
ィブに利用でき、発生推力を向上できるとともに、推進
効率を向上させることができる。
推進力が発生し、振動翼０６を一方向だけに回転させな
いので、回転に伴う異物の巻込がなくなり、ヘドロ水
域、水草の繁茂する水域においても信頼性ある航走がで
きる。 （２）振動翼６の並進振動と回転振動の位相差を１８０
°変えるだけで、推進力の方向が容易に変えることがで
きるとともに、振動翼６を作動させたまま、その位置を
保持出来るホバリング性を持たせることもできる。 （３）制御装置８にニューラルネットワーク学習を応用
したモデル固定機能を持たせたので、汎用性が向上し広
い分野に適用できる。 （４）推進方向と推進力を一つの振動翼６の作動で制御
できるので、従来推進方向の制御に必要であった舵が不
要となり、コンパクトなものとすることができる。 （５）振動翼６の振動させる部分を剛体の後方に取付け
た、弾性体で構成しているので、弾性体の特性をアクテ
ィブに利用でき、発生推力を向上できるとともに、推進
効率を向上させることができる。
【００１４】次に、図５は本発明の振動翼制御推進機付
ビークルを、水族館向大型人工魚に適用した実施例であ
り、図４（Ａ）内部構造を示す側面図、図４（Ｂ）は図
４（Ａ）の矢視Ａ−Ａ図である。本実施例においては、
振動翼６′がビークル３′の−部を構成しており、水槽
外に設置された制御装置８から無線装置２０により制御
指令信号２１が発信されると、水槽内のビークル（人工
魚）３′に設けられている無線受信機２２により受信さ
れ、ビークル３′内部に設置された制御装置としてのボ
ードコンピュータ２３により制御指令信号２１に基づく
作動信号が、第一の駆動装置としてのモータＡ２４、お
よび第二の駆動装置としてのモータＢ２５に出力され
る。モータＡ２４を正負方向の同期的な回転をさせるこ
とにより、モータＡ２４で駆動される、プーリ２７、ワ
イヤ２８で構成されたリンク機構に連結された振動翼６
の前方を、左右に並進し振動翼６′に並進振動を発生さ
せる。また、モータＢ２４はプーリ２９とワイヤ３０で
構成されたリンク機構に連結された振動翼６′の後方を
回転振動させる。これにより、ビークル３′は、あたか
も水槽内で魚が遊泳するように航走する。
ビークルを、水族館向大型人工魚に適用した実施例であ
り、図４（Ａ）内部構造を示す側面図、図４（Ｂ）は図
４（Ａ）の矢視Ａ−Ａ図である。本実施例においては、
振動翼６′がビークル３′の−部を構成しており、水槽
外に設置された制御装置８から無線装置２０により制御
指令信号２１が発信されると、水槽内のビークル（人工
魚）３′に設けられている無線受信機２２により受信さ
れ、ビークル３′内部に設置された制御装置としてのボ
ードコンピュータ２３により制御指令信号２１に基づく
作動信号が、第一の駆動装置としてのモータＡ２４、お
よび第二の駆動装置としてのモータＢ２５に出力され
る。モータＡ２４を正負方向の同期的な回転をさせるこ
とにより、モータＡ２４で駆動される、プーリ２７、ワ
イヤ２８で構成されたリンク機構に連結された振動翼６
の前方を、左右に並進し振動翼６′に並進振動を発生さ
せる。また、モータＢ２４はプーリ２９とワイヤ３０で
構成されたリンク機構に連結された振動翼６′の後方を
回転振動させる。これにより、ビークル３′は、あたか
も水槽内で魚が遊泳するように航走する。
【００１５】
【発明の効果】以上述べた様に、本発明の振動翼制御推
進機付ビークルは、特許請求の範囲に示す構成により、
回転推進機に代る振動翼の振動による航行が可能とな
る。また、従来の回転推進機を具えるビークルに比較
し、次の効果が得られる。 （１）プロペラ回転により異物を巻込む危険性が皆無と
なる。 （２）順・逆方向推進力の方向切り換えが容易となると
共に、ホバリング性が向上する。 （３）推進方向と推進力をひとつのアクチュエータで、
同時に制御可能となり装置のコンパクト性が向上する。 （４）弾性体の特性をアクティブに利用しているので、
発生推力、および効率が向上する。
進機付ビークルは、特許請求の範囲に示す構成により、
回転推進機に代る振動翼の振動による航行が可能とな
る。また、従来の回転推進機を具えるビークルに比較
し、次の効果が得られる。 （１）プロペラ回転により異物を巻込む危険性が皆無と
なる。 （２）順・逆方向推進力の方向切り換えが容易となると
共に、ホバリング性が向上する。 （３）推進方向と推進力をひとつのアクチュエータで、
同時に制御可能となり装置のコンパクト性が向上する。 （４）弾性体の特性をアクティブに利用しているので、
発生推力、および効率が向上する。
【図１】本発明の振動翼制御推進機付ビークル一実施例
を示す図、
を示す図、
【図２】図１の振動翼制御推進機を示す図であって、図
２（Ａ）は全体概要図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の振動
翼の平面図、
２（Ａ）は全体概要図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の振動
翼の平面図、
【図３】図２（Ａ）の制御装置に構築された学習アルゴ
リズムを示す図、
リズムを示す図、
【図４】図１に示す実施例のシステムダイヤグラムを示
す図、
す図、
【図５】本発明の他の実施例を示す図で、図５（Ａ）は
全体概要図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の矢視Ａ−Ａ図で
ある。
全体概要図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の矢視Ａ−Ａ図で
ある。
１，３，３′ ビークル ２，４ 振動翼制御推進機 ６，６′ 振動翼 ７ 駆動機構 ８ 制御装置 ９ 剛体部 １０ 弾性部 １１ 支持軸 １２ ＡＣサーボモータ １３ θ軸駆動部 １４ 駆動軸 １５ ＡＣサーボモータ １６ Ｘ軸駆動部 １７ 三分力計ロードセル １８ ２本目制御発信器 ２０ 無線装置 ２１ 制御指令信号 ２２ 受信機 ２３ ボードコンピュータ ２４ モータＡ ２５ モータＢ ２７，２９ プーリ ２８，３０ ワイヤ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B63H 1/30 B63H 1/36 - 1/37
Claims (1)
- 【請求項１】 水中を航走するビークルにおいて、前方
部が剛体で形成され後方部が弾性体で形成されて流線形
状に一体成形された振動翼と、前記振動翼を並進振動さ
せる第一の駆動装置および前記振動翼を回転振動させる
第二の駆動装置からなる駆動機構と、前記ビークルを航
走させる推進推力および速度の制御指令信号を入力し、
前記駆動機構に前記制御指令信号に対応する作動信号を
出力する制御装置とを具え、前記制御装置からの作動信
号に基づく駆動機構の作動により前記振動翼に並進振動
および回転振動との連成振動を発生させ前記ビークルを
航走させるようにしたことを特徴とする振動翼制御推進
機付ビークル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01259494A JP3229104B2 (ja) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | 振動翼制御推進機付ビークル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01259494A JP3229104B2 (ja) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | 振動翼制御推進機付ビークル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07215292A JPH07215292A (ja) | 1995-08-15 |
| JP3229104B2 true JP3229104B2 (ja) | 2001-11-12 |
Family
ID=11809683
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01259494A Expired - Fee Related JP3229104B2 (ja) | 1994-02-04 | 1994-02-04 | 振動翼制御推進機付ビークル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3229104B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3416522B2 (ja) * | 1997-09-18 | 2003-06-16 | 三菱重工業株式会社 | 振動翼付き水中航走体 |
| JP5364318B2 (ja) * | 2008-09-05 | 2013-12-11 | 新潟原動機株式会社 | 船舶推進機の旋回制御装置 |
| CN107804446B (zh) * | 2017-09-26 | 2019-04-19 | 西北工业大学 | 用于水下航行器的三自由度仿水翼推进机构及其运动学控制方法 |
| CN114455045A (zh) * | 2022-03-09 | 2022-05-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种胸鳍同频异幅的仿生鳐鱼摆动机构 |
-
1994
- 1994-02-04 JP JP01259494A patent/JP3229104B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07215292A (ja) | 1995-08-15 |
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