JP3385463B2 - 内部駆動型羽ばたき式推進器駆動機構及びその制御方法 - Google Patents
内部駆動型羽ばたき式推進器駆動機構及びその制御方法Info
- Publication number
- JP3385463B2 JP3385463B2 JP2000025370A JP2000025370A JP3385463B2 JP 3385463 B2 JP3385463 B2 JP 3385463B2 JP 2000025370 A JP2000025370 A JP 2000025370A JP 2000025370 A JP2000025370 A JP 2000025370A JP 3385463 B2 JP3385463 B2 JP 3385463B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- drive
- wing
- propulsion device
- fluttering
- type
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水中において船舶
や水中航走体を推進することを目的とした内部駆動型羽
ばたき式推進器の駆動機構とその制御方法に関するもの
である。
や水中航走体を推進することを目的とした内部駆動型羽
ばたき式推進器の駆動機構とその制御方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】水中航走船舶の従来の推進器は回転式の
スクリュープロペラが主流である。これは機構が単純で
あり、効率も高いが、プロペラが船尾の乱れた流れの中
で、比較的高速で回転することによって生ずるキャビテ
ーションや流体変動力に起因する雑音及び振動が発生し
やすく低騒音を必要とする様な水中航走体には問題が多
い。
スクリュープロペラが主流である。これは機構が単純で
あり、効率も高いが、プロペラが船尾の乱れた流れの中
で、比較的高速で回転することによって生ずるキャビテ
ーションや流体変動力に起因する雑音及び振動が発生し
やすく低騒音を必要とする様な水中航走体には問題が多
い。
【０００３】これに対し、水中を羽ばたいて推進するエ
イの一種の推進翼のように、体側にある大きな翼をゆっ
くりと動かすことにより推進力を発生する、図１に示す
ような羽ばたき式推進器が考えられる。本出願人は、こ
のような羽ばたき式推進器を出願し、特許されている
（特許第２９２０２０６号）。
イの一種の推進翼のように、体側にある大きな翼をゆっ
くりと動かすことにより推進力を発生する、図１に示す
ような羽ばたき式推進器が考えられる。本出願人は、こ
のような羽ばたき式推進器を出願し、特許されている
（特許第２９２０２０６号）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような推進器は、
プロペラに比べて格段に緩やかな周期運動をすることに
より、推進器の騒音を極めて低く保ちながら水中航走体
を比較的速い速度で効率よく推進することが可能であ
る。一方このような低騒音を期する推進器では、推進力
発生に関わらない不要な水の乱れを発生しないことが肝
要であるため、その複雑な駆動機構をすべて流線型断面
の翼の中に納める必要があり、かつ多数の駆動素子を独
立に駆動して、全体として効果的な羽ばたき運動を実現
しなければならない。しかしその駆動機構の実現が難し
いことと、多数の駆動素子の運動形態が複雑多岐にわた
っている。
プロペラに比べて格段に緩やかな周期運動をすることに
より、推進器の騒音を極めて低く保ちながら水中航走体
を比較的速い速度で効率よく推進することが可能であ
る。一方このような低騒音を期する推進器では、推進力
発生に関わらない不要な水の乱れを発生しないことが肝
要であるため、その複雑な駆動機構をすべて流線型断面
の翼の中に納める必要があり、かつ多数の駆動素子を独
立に駆動して、全体として効果的な羽ばたき運動を実現
しなければならない。しかしその駆動機構の実現が難し
いことと、多数の駆動素子の運動形態が複雑多岐にわた
っている。
【０００５】本発明は、以上のような点に鑑み、本出願
人による上記特許発明にかかる内部駆動型羽ばたき式推
進器の駆動機構とその制御方法を改良し、いっそう信頼
性にとみ合理的な作動が可能な上記駆動機構とその制御
方法を提供することを目的としている。
人による上記特許発明にかかる内部駆動型羽ばたき式推
進器の駆動機構とその制御方法を改良し、いっそう信頼
性にとみ合理的な作動が可能な上記駆動機構とその制御
方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】次に、上記の課題を達成
するための手段を実施の形態にかかる図を参照して説明
する。すなわち、本発明は、潜水船等の水中航走体や十
分な喫水を持つ水上船舶を推進するために、湾曲機能を
有する駆動ユニットを複数個連結してなる駆動腕２を弾
性翼部１内に設け、該駆動腕２で該弾性翼部１を羽ばた
かせるようにした内部駆動型羽ばたき式推進器におい
て、前記弾性翼部１内に左右方向に所定間隔で設けた複
数の翼型枠３と、該複数の翼型枠３間にこれを連結する
ように夫々設けた複数個の骨格ユニット５であって、中
間部が前記隣接する翼型枠３、３の中間において関節８
を介して屈曲自在に結合された左右一対のユニット片５
Ａ、５Ａよりなる骨格ユニット５と、該各骨格ユニット
５に対応して前記複数の翼型枠３間にこれを連結するよ
うに夫々設けた複数個の伸縮構造の駆動素子９とを具備
し、前記駆動素子９を伸縮駆動させることにより前記骨
格ユニットを屈曲させて弾性翼部１を羽ばたかせるよう
にしたことを特徴とする内部駆動型羽ばたき式推進器駆
動機構にある。
するための手段を実施の形態にかかる図を参照して説明
する。すなわち、本発明は、潜水船等の水中航走体や十
分な喫水を持つ水上船舶を推進するために、湾曲機能を
有する駆動ユニットを複数個連結してなる駆動腕２を弾
性翼部１内に設け、該駆動腕２で該弾性翼部１を羽ばた
かせるようにした内部駆動型羽ばたき式推進器におい
て、前記弾性翼部１内に左右方向に所定間隔で設けた複
数の翼型枠３と、該複数の翼型枠３間にこれを連結する
ように夫々設けた複数個の骨格ユニット５であって、中
間部が前記隣接する翼型枠３、３の中間において関節８
を介して屈曲自在に結合された左右一対のユニット片５
Ａ、５Ａよりなる骨格ユニット５と、該各骨格ユニット
５に対応して前記複数の翼型枠３間にこれを連結するよ
うに夫々設けた複数個の伸縮構造の駆動素子９とを具備
し、前記駆動素子９を伸縮駆動させることにより前記骨
格ユニットを屈曲させて弾性翼部１を羽ばたかせるよう
にしたことを特徴とする内部駆動型羽ばたき式推進器駆
動機構にある。
【０００７】前記一個の骨格ユニット５に対応して、そ
の前後に一対の前記伸縮構造の駆動素子９、９を平行に
設けることが望ましい。
の前後に一対の前記伸縮構造の駆動素子９、９を平行に
設けることが望ましい。
【０００８】また、本発明は、前記複数個の骨格ユニッ
ト５とこれと対応する前記複数個の駆動素子９により構
成された駆動腕２を、前記弾性翼部１内に前後平行に少
なくとも二列設け、その前駆動腕２Ａは前記翼型枠３の
前方に回動自在に連結され、その後駆動腕２Ｂは前記翼
型枠３の後方に回動自在且つ前後方向に移動自在に連結
されていることを特徴とする内部駆動型羽ばたき式推進
器駆動機構にある。
ト５とこれと対応する前記複数個の駆動素子９により構
成された駆動腕２を、前記弾性翼部１内に前後平行に少
なくとも二列設け、その前駆動腕２Ａは前記翼型枠３の
前方に回動自在に連結され、その後駆動腕２Ｂは前記翼
型枠３の後方に回動自在且つ前後方向に移動自在に連結
されていることを特徴とする内部駆動型羽ばたき式推進
器駆動機構にある。
【０００９】さらに、本発明は、上記の内部駆動型羽ば
たき式推進器駆動機構を用い、その前記複数個の各駆動
素子９を同時に且つ各別の駆動信号により駆動制御し
て、推進器全体として羽ばたき運動を行わせるようにし
たことを特徴とする内部駆動型羽ばたき式推進器の制御
方法にある。
たき式推進器駆動機構を用い、その前記複数個の各駆動
素子９を同時に且つ各別の駆動信号により駆動制御し
て、推進器全体として羽ばたき運動を行わせるようにし
たことを特徴とする内部駆動型羽ばたき式推進器の制御
方法にある。
【００１０】
【発明の実施の形態】図は、本発明の実施の形態を示
す。図１に示す本推進器を実現するための片翼分の駆動
機構の全体構造を図２に示す。図１に見られる潜水船の
船体１０１両舷に羽ばたいている一対の推進器としての
翼部１は、一切の駆動機構をその翼部１の内部に持つ。
翼部１は、中空で断面が流線型であり、その外周面をな
す翼面皮膜４は、図２に示すように、その内部の翼型枠
３に取り付けられ、翼型枠３相互間に張られる。翼型枠
３は流線型の枠体であり、翼部１の左右方向に所定間隔
で複数個設けられている。翼面皮膜４は伸び縮みの容易
な弾性膜によって作られており、駆動機構の羽ばたき運
動により周りの水をあおり、その結果水が後方に加速さ
れ、その反動で本推進器が前向きの推進力を発生する。
す。図１に示す本推進器を実現するための片翼分の駆動
機構の全体構造を図２に示す。図１に見られる潜水船の
船体１０１両舷に羽ばたいている一対の推進器としての
翼部１は、一切の駆動機構をその翼部１の内部に持つ。
翼部１は、中空で断面が流線型であり、その外周面をな
す翼面皮膜４は、図２に示すように、その内部の翼型枠
３に取り付けられ、翼型枠３相互間に張られる。翼型枠
３は流線型の枠体であり、翼部１の左右方向に所定間隔
で複数個設けられている。翼面皮膜４は伸び縮みの容易
な弾性膜によって作られており、駆動機構の羽ばたき運
動により周りの水をあおり、その結果水が後方に加速さ
れ、その反動で本推進器が前向きの推進力を発生する。
【００１１】駆動機構の構成
本駆動機構の主要構造は図２に示すように、２条の駆動
腕２すなわち前駆動腕２Ａと後駆動腕２Ｂ及び６個の翼
型枠３を有しており、内端部の固定部翼型枠３Ａにより
船体１０１に固定される。駆動腕２は本推進器の羽ばた
き運動を発生する役目を持つ。翼型枠３は翼面皮膜４に
翼型曲面を維持させるとともに、駆動腕３からの力を翼
面に伝える役目を持つ。固定部翼型枠３Ａは本推進器を
船体１０１に堅固に固定する役目を持つ。
腕２すなわち前駆動腕２Ａと後駆動腕２Ｂ及び６個の翼
型枠３を有しており、内端部の固定部翼型枠３Ａにより
船体１０１に固定される。駆動腕２は本推進器の羽ばた
き運動を発生する役目を持つ。翼型枠３は翼面皮膜４に
翼型曲面を維持させるとともに、駆動腕３からの力を翼
面に伝える役目を持つ。固定部翼型枠３Ａは本推進器を
船体１０１に堅固に固定する役目を持つ。
【００１２】駆動腕の構造
２条の駆動腕２（２Ａ，２Ｂ）は、図３及び図４に示す
ように、隣接する翼型枠３間に設けられる屈曲可能な複
数の骨格ユニット５の連結により構成される。各骨格ユ
ニット５は、左右一対のユニット片５Ａが中間の関節８
により、左右に隣接する翼型枠３、３の中間において屈
曲自在に結合されている。すなわち、各骨格ユニット５
はいずれも、１軸の回転（図３の正面図において紙面に
直角な軸回りの回転）のみ自由に行える関節８によって
互いに連結されている。骨格ユニット５を構成するユニ
ット片５Ａの内中間部の中間ユニット片５Ａ−１はその
両端に関節８を持ち、クランク状に折曲形成された中間
部が後述する連結部材１１、１２又は１３を介して翼型
枠３に連結されている。また、基端部側の基端ユニット
片５Ａ−２は一端に関節８を持つが他端は固定部翼型枠
３Ａにしっかりと固着されており、先端部側の先端ユニ
ット片５Ａ−３は一端に関節８を持ち他端は自由となっ
ているという点が異なっている。隣り合う骨格ユニット
は関節８による結合の他に、図３及び図４に示すよう
に、並列に配置された一対の駆動素子９と、駆動素子９
の両端のロッドエンド１０及び骨格ユニットの両側に突
き出したシャフト６Ａを介して連結されている。ただし
基端ユニット片５Ａ−２にはシャフトは取り付けられて
いないが、これに代わるシャフト６Ｂが固定部翼型枠３
Ａに設けられている（図３）。
ように、隣接する翼型枠３間に設けられる屈曲可能な複
数の骨格ユニット５の連結により構成される。各骨格ユ
ニット５は、左右一対のユニット片５Ａが中間の関節８
により、左右に隣接する翼型枠３、３の中間において屈
曲自在に結合されている。すなわち、各骨格ユニット５
はいずれも、１軸の回転（図３の正面図において紙面に
直角な軸回りの回転）のみ自由に行える関節８によって
互いに連結されている。骨格ユニット５を構成するユニ
ット片５Ａの内中間部の中間ユニット片５Ａ−１はその
両端に関節８を持ち、クランク状に折曲形成された中間
部が後述する連結部材１１、１２又は１３を介して翼型
枠３に連結されている。また、基端部側の基端ユニット
片５Ａ−２は一端に関節８を持つが他端は固定部翼型枠
３Ａにしっかりと固着されており、先端部側の先端ユニ
ット片５Ａ−３は一端に関節８を持ち他端は自由となっ
ているという点が異なっている。隣り合う骨格ユニット
は関節８による結合の他に、図３及び図４に示すよう
に、並列に配置された一対の駆動素子９と、駆動素子９
の両端のロッドエンド１０及び骨格ユニットの両側に突
き出したシャフト６Ａを介して連結されている。ただし
基端ユニット片５Ａ−２にはシャフトは取り付けられて
いないが、これに代わるシャフト６Ｂが固定部翼型枠３
Ａに設けられている（図３）。
【００１３】駆動腕の屈曲運動の発生方法
図５乃至図８には駆動腕２（２Ａ，２Ｂ）の屈曲運動の
発生方法が示されている。駆動素子９は電気エネルギー
又は流体圧力エネルギー等により、シリンダから突き出
たロッド９Ａがその軸方向に出入りして、駆動素子９全
体としては伸縮を起こして作動するもので、伸縮方向に
駆動力を発揮する機能を持っている。この伸縮により駆
動素子９はロッドエンド１０により両端のシャフト６Ａ
を伸縮方向に移動させる。一対の駆動素子９は等しい伸
縮を行う様に制御されるため、隣り合う骨格ユニット５
はその関節８を中心として、相互の角度を増減する運動
すなわち屈曲運動を生ずる。
発生方法が示されている。駆動素子９は電気エネルギー
又は流体圧力エネルギー等により、シリンダから突き出
たロッド９Ａがその軸方向に出入りして、駆動素子９全
体としては伸縮を起こして作動するもので、伸縮方向に
駆動力を発揮する機能を持っている。この伸縮により駆
動素子９はロッドエンド１０により両端のシャフト６Ａ
を伸縮方向に移動させる。一対の駆動素子９は等しい伸
縮を行う様に制御されるため、隣り合う骨格ユニット５
はその関節８を中心として、相互の角度を増減する運動
すなわち屈曲運動を生ずる。
【００１４】１条の駆動腕２（２Ａ，２Ｂ）の６対の駆
動素子９は、それぞれ独自の動きをすることができる。
この６対の駆動素子９の動きが合成されて、駆動腕は全
体として図９に示すように曲線的に屈曲し、固定部骨格
ユニットの関節８を中心とする扇形状のしなやかな上下
運動を可能とする。この屈曲の形状は、６対の駆動素子
９の動きを独立に且つ任意に与えることにより、任意性
に富んだものとなる。
動素子９は、それぞれ独自の動きをすることができる。
この６対の駆動素子９の動きが合成されて、駆動腕は全
体として図９に示すように曲線的に屈曲し、固定部骨格
ユニットの関節８を中心とする扇形状のしなやかな上下
運動を可能とする。この屈曲の形状は、６対の駆動素子
９の動きを独立に且つ任意に与えることにより、任意性
に富んだものとなる。
【００１５】駆動腕による翼型枠の駆動
２条の駆動腕２（２Ａ，２Ｂ）は前記のような機構にな
っているので、それぞれの駆動素子９を独立に伸縮させ
ることにより、各々の駆動腕は別々の屈曲運動をするこ
とができる。２条の駆動腕のうち前駆動腕２Ａは、図１
０、図１１及び図１４に示すように骨格ユニット５の上
下の翼型枠連結部材１１，１３において一つの翼型枠３
と接続される。また後駆動腕２Ｂは上部の翼型枠連結部
材１２により翼型枠３に接続される。すなわち、各翼型
枠３は、その３点において、前駆動腕２Ａ及び後駆動腕
２Ｂと連結されている。したがって１及び２の屈曲形状
が決まれば、各翼型枠３はこの３個の連結部材１１、１
２、１３によりその位置と姿勢を与えられる。各翼型枠
３と駆動腕２の各骨格ユニット５とのこのような連結に
より、図２乃至図４に示すような形状輪郭を持つ羽ばた
き型駆動機構の片翼全体が構成される。
っているので、それぞれの駆動素子９を独立に伸縮させ
ることにより、各々の駆動腕は別々の屈曲運動をするこ
とができる。２条の駆動腕のうち前駆動腕２Ａは、図１
０、図１１及び図１４に示すように骨格ユニット５の上
下の翼型枠連結部材１１，１３において一つの翼型枠３
と接続される。また後駆動腕２Ｂは上部の翼型枠連結部
材１２により翼型枠３に接続される。すなわち、各翼型
枠３は、その３点において、前駆動腕２Ａ及び後駆動腕
２Ｂと連結されている。したがって１及び２の屈曲形状
が決まれば、各翼型枠３はこの３個の連結部材１１、１
２、１３によりその位置と姿勢を与えられる。各翼型枠
３と駆動腕２の各骨格ユニット５とのこのような連結に
より、図２乃至図４に示すような形状輪郭を持つ羽ばた
き型駆動機構の片翼全体が構成される。
【００１６】駆動腕と翼型枠の連結部材
連結部材１１は、図１０乃至図１６に示すように前駆動
腕２Ａの骨格ユニットの駆動軸１４のＡ点を中心に３軸
の角度変位可能な球面軸受けを持つ車輪であり、車輪の
外側面が翼型枠３の穴１５に固定されている。この連結
構造により、連結部材１１は前駆動腕１の屈曲による上
下方向の力を翼型枠３に伝える働きをする。連結部材１
２もまた後駆動腕２Ｂの骨格ユニットの駆動軸１６のＢ
点を中心に同様の球面軸受けを持つ車輪であるが、車輪
の外側面は翼型枠３のスリット１７にはめられており、
車輪はスリット内をスライドするよう拘束されている。
このスライドの自由度は、翼型枠３に俯仰角が付くとき
にＡ点とＢ点の距離が変化するのに対処するために与え
られている。この連結構造により、連結部材１２は後駆
動腕２Ｂによる上下方向の力を翼型枠３に伝えるととも
に、翼型枠３に俯仰角変位を生じさせるモーメントを与
える働きをする。連結部材１３は前駆動腕１の骨格ユニ
ットの駆動軸１８を中心に円筒軸受け（車輪の回転の自
由度のみを持つ通常の軸受け）を持つ車輪であり、翼型
枠３に設けられた２枚の平行な案内板１９，２０によっ
て挟まれており、翼型枠３の俯仰角変化を自由にしたま
ま、翼型枠の下端部に横向きに力を伝えることができ
る。
腕２Ａの骨格ユニットの駆動軸１４のＡ点を中心に３軸
の角度変位可能な球面軸受けを持つ車輪であり、車輪の
外側面が翼型枠３の穴１５に固定されている。この連結
構造により、連結部材１１は前駆動腕１の屈曲による上
下方向の力を翼型枠３に伝える働きをする。連結部材１
２もまた後駆動腕２Ｂの骨格ユニットの駆動軸１６のＢ
点を中心に同様の球面軸受けを持つ車輪であるが、車輪
の外側面は翼型枠３のスリット１７にはめられており、
車輪はスリット内をスライドするよう拘束されている。
このスライドの自由度は、翼型枠３に俯仰角が付くとき
にＡ点とＢ点の距離が変化するのに対処するために与え
られている。この連結構造により、連結部材１２は後駆
動腕２Ｂによる上下方向の力を翼型枠３に伝えるととも
に、翼型枠３に俯仰角変位を生じさせるモーメントを与
える働きをする。連結部材１３は前駆動腕１の骨格ユニ
ットの駆動軸１８を中心に円筒軸受け（車輪の回転の自
由度のみを持つ通常の軸受け）を持つ車輪であり、翼型
枠３に設けられた２枚の平行な案内板１９，２０によっ
て挟まれており、翼型枠３の俯仰角変化を自由にしたま
ま、翼型枠の下端部に横向きに力を伝えることができ
る。
【００１７】羽ばたき運動の実現
前駆動腕２Ａ及び後駆動腕２Ｂに取り付けられたそれぞ
れ６対の駆動素子９の伸縮を正弦関数状に周期的に行う
ことにより、前駆動腕２Ａ及び後駆動腕２Ｂは互いに少
しずれた屈曲変形を示し、扇型状の上下運動を行う。こ
れに取り付けられた各翼型枠３は、駆動腕との接続点で
ある連結部材１１及び連結部材１２の上下位置関係によ
り、その上下位置変位と俯仰角変位を生ずる。各翼型枠
３がこのような運動を生ずる結果、翼全体は適当な俯仰
角変化を示しながら上下に周期的に羽ばたくことができ
る。
れ６対の駆動素子９の伸縮を正弦関数状に周期的に行う
ことにより、前駆動腕２Ａ及び後駆動腕２Ｂは互いに少
しずれた屈曲変形を示し、扇型状の上下運動を行う。こ
れに取り付けられた各翼型枠３は、駆動腕との接続点で
ある連結部材１１及び連結部材１２の上下位置関係によ
り、その上下位置変位と俯仰角変位を生ずる。各翼型枠
３がこのような運動を生ずる結果、翼全体は適当な俯仰
角変化を示しながら上下に周期的に羽ばたくことができ
る。
【００１８】翼型枠による翼面被膜の駆動
本推進器の翼面を形成する翼面皮膜４は、このこのよう
な翼型枠３に取り付けられて被覆しているので、翼面形
状を健全に保ったまま羽ばたき運動をする事が出来る。
な翼型枠３に取り付けられて被覆しているので、翼面形
状を健全に保ったまま羽ばたき運動をする事が出来る。
【００１９】多数の駆動素子の制御方法
図１７に羽ばたき運動を行わせるための各駆動素子対の
伸縮の制御方式を示す。各駆動素子対の名称を図４のよ
うに名付ける。すなわち、Ａｃ１１、Ａｃ１２、・・・
Ａｃ１６は前駆動腕２Ａに取り付けられた駆動素子の対
を示しており、翼の根本側から翼先端に向かって順に
１，２，・・・６と番号をつけている。またＡｃ２１，
Ａｃ２２、・・・Ａｃ２６は後駆動腕２Ｂに取り付けら
れた駆動素子の対を示しており、前駆動腕２Ａと同様に
翼の根本側から翼先端に向かって番号をつけている。各
駆動素子の動きは図１７のグラフで示している様な運動
の繰り返しである。縦軸は駆動素子のロッドの伸び、横
軸は時間の経過を示している。Ａｃｉｊの伸び長さをε
ｉｊと表すと、
伸縮の制御方式を示す。各駆動素子対の名称を図４のよ
うに名付ける。すなわち、Ａｃ１１、Ａｃ１２、・・・
Ａｃ１６は前駆動腕２Ａに取り付けられた駆動素子の対
を示しており、翼の根本側から翼先端に向かって順に
１，２，・・・６と番号をつけている。またＡｃ２１，
Ａｃ２２、・・・Ａｃ２６は後駆動腕２Ｂに取り付けら
れた駆動素子の対を示しており、前駆動腕２Ａと同様に
翼の根本側から翼先端に向かって番号をつけている。各
駆動素子の動きは図１７のグラフで示している様な運動
の繰り返しである。縦軸は駆動素子のロッドの伸び、横
軸は時間の経過を示している。Ａｃｉｊの伸び長さをε
ｉｊと表すと、
【００２０】ε1j＝ε0 Ｋ｛ωｔ＋δj ｝ ;
δj ＝（ｊ−１）α ε2j＝ε0 Ｋ｛ωｔ＋δj ＋β｝ （ｊ＝１，２，・・・，６）
δj ＝（ｊ−１）α ε2j＝ε0 Ｋ｛ωｔ＋δj ＋β｝ （ｊ＝１，２，・・・，６）
【００２１】により各駆動素子の伸び運動が制御され
る。ここにｔは時間を示す変数、ωは周期運動の角周波
数である。Ｋは周期２π／ωの周期関数で、 最大値；Ｋmax ＝ １ 最小値；Ｋmin ＝ −ｋ , ｋ＞０ なる性質を持つ任意の関数である。関数Ｋの具体的な１
例は Ｋ（ｔ） ＝ sin （ωｔ） （この場合、自動的に
k＝１） である。なお伸び長さ０は、図３及び図４のように各駆
動腕がまっすぐ伸びている状態の駆動素子の伸びとして
定義している。この制御方法では、関数Ｋと角周波数ω
を決めれば、羽ばたき運動の大きさと形態は、３つのパ
ラメータεO 、α及びβの数値で記述される。αは駆動
素子間の翼端方向の位相差、βは駆動腕間の位相差を示
している。
る。ここにｔは時間を示す変数、ωは周期運動の角周波
数である。Ｋは周期２π／ωの周期関数で、 最大値；Ｋmax ＝ １ 最小値；Ｋmin ＝ −ｋ , ｋ＞０ なる性質を持つ任意の関数である。関数Ｋの具体的な１
例は Ｋ（ｔ） ＝ sin （ωｔ） （この場合、自動的に
k＝１） である。なお伸び長さ０は、図３及び図４のように各駆
動腕がまっすぐ伸びている状態の駆動素子の伸びとして
定義している。この制御方法では、関数Ｋと角周波数ω
を決めれば、羽ばたき運動の大きさと形態は、３つのパ
ラメータεO 、α及びβの数値で記述される。αは駆動
素子間の翼端方向の位相差、βは駆動腕間の位相差を示
している。
【００２２】羽ばたき機構の運動及び駆動素子の制御の
実施例 図１８に上記制御方法により実現される本件駆動機構及
びその羽ばたき運動を示す。この運動においては、 Ｋ（ｔ）＝ sin （ωｔ） で、 εO 10＝5mm α＝１０・π／１８０ β＝５・π／１８０ と指定している。この場合の図３及び図４に示す機構の
大きさは、図中に描いた単位長さを１００ｍｍとしたと
きのものである。εO はこの寸法において駆動機構の各
部材が翼面皮膜から突き出さないように選択している。
実施例 図１８に上記制御方法により実現される本件駆動機構及
びその羽ばたき運動を示す。この運動においては、 Ｋ（ｔ）＝ sin （ωｔ） で、 εO 10＝5mm α＝１０・π／１８０ β＝５・π／１８０ と指定している。この場合の図３及び図４に示す機構の
大きさは、図中に描いた単位長さを１００ｍｍとしたと
きのものである。εO はこの寸法において駆動機構の各
部材が翼面皮膜から突き出さないように選択している。
【００２３】駆動素子はコンピュータ及びその関連機器
と接続することにより、任意の伸縮運動を精密に実現さ
せることができる。したがって、上記の制御法における
関数Ｋの形状や角周波数ωの値はかなり広範に実現する
ことができる。特にωの小さい値については実現が容易
である。したがってこのような駆動機構と制御方法を使
用することにより、非常に緩やかでかつ滑らかな羽ばた
き運動を推進翼において実現することができる。
と接続することにより、任意の伸縮運動を精密に実現さ
せることができる。したがって、上記の制御法における
関数Ｋの形状や角周波数ωの値はかなり広範に実現する
ことができる。特にωの小さい値については実現が容易
である。したがってこのような駆動機構と制御方法を使
用することにより、非常に緩やかでかつ滑らかな羽ばた
き運動を推進翼において実現することができる。
【００２４】以上、本発明の実施の形態について説明し
てきたが、本発明はこれに限定されることなく、請求項
の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なこと
は当業者には自明であろう。
てきたが、本発明はこれに限定されることなく、請求項
の記載の範囲内において各種の変形、変更が可能なこと
は当業者には自明であろう。
【００２５】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明に係る駆動
機構とその駆動制御法は、内部駆動型羽ばたき式推進器
を安定した状態で非常に緩やかに、滑らかに且つしなや
かに運動させることができ、しかも効果的に水を掻いて
推進力を発生するように動かすことができ、その動作の
信頼性を向上させることができる。その結果、本発明は
従来のプロペラに比べて振動雑音及びキャビテーション
の発生の少ない静粛な水中船舶用推進器を実現すること
ができる。
機構とその駆動制御法は、内部駆動型羽ばたき式推進器
を安定した状態で非常に緩やかに、滑らかに且つしなや
かに運動させることができ、しかも効果的に水を掻いて
推進力を発生するように動かすことができ、その動作の
信頼性を向上させることができる。その結果、本発明は
従来のプロペラに比べて振動雑音及びキャビテーション
の発生の少ない静粛な水中船舶用推進器を実現すること
ができる。
【図１】本発明の実施の形態に係る羽ばたき式推進器を
装備した潜水船の概念図である。
装備した潜水船の概念図である。
【図２】同推進器の機械的構成を示す内部透視図であ
る。
る。
【図３】同推進器の駆動機構を示す正面図である。
【図４】同推進器の駆動機構を示す平面図である。
【図５】同駆動機構の基本単位の平面図である。
【図６】同駆動機構の基本単位の正面図である。
【図７】同駆動機構を構成する駆動素子の動作を示す正
面図である。
面図である。
【図８】同駆動機構の基本単位の伸長時（Ａ）及び収縮
時（Ｂ）の動作を示す正面図である。
時（Ｂ）の動作を示す正面図である。
【図９】同駆動機構を構成する前駆動腕の動作を示す正
面図である。
面図である。
【図１０】同駆動機構を構成する翼型枠部分の平面図で
ある。
ある。
【図１１】同駆動機構を構成する翼型枠部分の側面図で
ある。
ある。
【図１２】図１１中のＥ−Ｅ線断面図（Ａ）及び該断面
部分の正面図（Ｂ）である。
部分の正面図（Ｂ）である。
【図１３】図１１中のＦ−Ｆ線断面図（Ａ）及び該断面
部分の正面図（Ｂ）である。
部分の正面図（Ｂ）である。
【図１４】同駆動機構を構成する翼型枠部分の俯仰角運
動時の側面図である。
動時の側面図である。
【図１５】図１４中のＧ−Ｇ線断面図である。
【図１６】図１４中のＨ−Ｈ線断面図である。
【図１７】本発明に係る羽ばたき式推進器として有効な
羽ばたき運動を実現するための駆動素子の伸縮制御の方
法を示すグラフ図である。
羽ばたき運動を実現するための駆動素子の伸縮制御の方
法を示すグラフ図である。
【図１８】本発明に係る羽ばたき式推進器の羽ばたき運
動を１周期間の形態の変化で示す図である。
動を１周期間の形態の変化で示す図である。
１ 翼部
２ 駆動腕、２Ａ 前駆動腕、２Ｂ 後駆動腕
３ 翼型枠、３Ａ 固定部翼型枠
４ 翼面皮膜
５ 骨格ユニット、５Ａ ユニット片、５Ａ−１
中間ユニット片、 ５Ａ−２ 基端ユニット片、５Ａ−３ 先端ユニッ
ト片 ６Ａ シャフト、６Ｂ シャフト ８ 関節 ９ 駆動素子、９Ａ ロッド 10 ロッドエンド 11 連結部材（前駆動腕上部用） 12 連結部材（後駆動腕用） 13 連結部材（前駆動腕下部用） 14 前駆動腕用骨格ユニットの翼型枠駆動軸 15 翼型枠連結部材固定用穴 16 後駆動腕用骨格ユニットの翼型枠駆動軸 17 スリット 18 前駆動腕用骨格ユニットの下部翼型枠駆動軸 19、20 案内板
中間ユニット片、 ５Ａ−２ 基端ユニット片、５Ａ−３ 先端ユニッ
ト片 ６Ａ シャフト、６Ｂ シャフト ８ 関節 ９ 駆動素子、９Ａ ロッド 10 ロッドエンド 11 連結部材（前駆動腕上部用） 12 連結部材（後駆動腕用） 13 連結部材（前駆動腕下部用） 14 前駆動腕用骨格ユニットの翼型枠駆動軸 15 翼型枠連結部材固定用穴 16 後駆動腕用骨格ユニットの翼型枠駆動軸 17 スリット 18 前駆動腕用骨格ユニットの下部翼型枠駆動軸 19、20 案内板
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B63H 1/37
B63H 1/36
Claims (4)
- 【請求項１】 潜水船等の水中航走体や十分な喫水を持
つ水上船舶を推進するために、湾曲機能を有する駆動ユ
ニットを複数個連結してなる駆動腕を弾性翼部内に設
け、該駆動腕で該弾性翼部を羽ばたかせるようにした内
部駆動型羽ばたき式推進器において、 前記弾性翼部内に左右方向に所定間隔で設けた複数の翼
型枠と、 該複数の翼型枠間にこれを連結するように設けた複数個
の骨格ユニットであって、中間部が前記複数の翼型枠の
中間において関節を介して屈曲自在に結合された左右一
対のユニット片よりなる骨格ユニットと、 該各骨格ユニットに対応して前記複数の翼型枠間にこれ
を連結するように夫々設けた複数個の伸縮構造の駆動素
子とを具備し、 前記駆動素子を伸縮駆動させることにより前記骨格ユニ
ットを屈曲させて弾性翼部を羽ばたかせるようにしたこ
とを特徴とする内部駆動型羽ばたき式推進器駆動機構。 - 【請求項２】 前記一個の骨格ユニットに対応して、そ
の前後に一対の前記伸縮構造の駆動素子を設けたことを
特徴とする請求項１に記載の内部駆動型羽ばたき式推進
器駆動機構。 - 【請求項３】 前記複数個の骨格ユニットとこれと対応
する前記複数個の駆動素子により構成された駆動腕を、
前記弾性翼部内に前後平行に少なくとも二列設け、その
前駆動腕は前記翼型枠の前方に連結され、その後駆動腕
は前記翼型枠の後方に連結されていることを特徴とする
請求項１又は２に記載の内部駆動型羽ばたき式推進器駆
動機構。 - 【請求項４】 請求項１、２又は３に記載の内部駆動型
羽ばたき式推進器駆動機構を用い、その前記複数個の各
駆動素子を同時に且つ各別に駆動制御して、推進器全体
として羽ばたき運動を行わせるようにしたことを特徴と
する内部駆動型羽ばたき式推進器の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000025370A JP3385463B2 (ja) | 2000-02-02 | 2000-02-02 | 内部駆動型羽ばたき式推進器駆動機構及びその制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000025370A JP3385463B2 (ja) | 2000-02-02 | 2000-02-02 | 内部駆動型羽ばたき式推進器駆動機構及びその制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001213392A JP2001213392A (ja) | 2001-08-07 |
| JP3385463B2 true JP3385463B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=18551236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000025370A Expired - Lifetime JP3385463B2 (ja) | 2000-02-02 | 2000-02-02 | 内部駆動型羽ばたき式推進器駆動機構及びその制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3385463B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104309788A (zh) * | 2014-10-27 | 2015-01-28 | 哈尔滨工业大学 | 双波动胸鳍协同推进的仿鳐鱼水下航行器 |
| CN109367744A (zh) * | 2018-09-01 | 2019-02-22 | 冯亿坤 | 仿生物扑翼机器人 |
| CN111152904A (zh) * | 2020-01-06 | 2020-05-15 | 张尚丽 | 一种多级驱动仿生水下机器人驱动系统及驱动方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5135685B2 (ja) * | 2006-01-12 | 2013-02-06 | 達郎 横井 | 揺動式横ヒレ推進人力船 |
| WO2012097005A1 (en) * | 2011-01-10 | 2012-07-19 | Benjamin Pietro Filardo | Mechanisms for creating undulating motion. such as for propulsion. and for harnessing the energy of moving fluid |
| CN110027692B (zh) * | 2019-05-14 | 2023-06-13 | 西南石油大学 | 一种利用波动鳍推进的水陆两栖机器人 |
| CN110329473B (zh) * | 2019-07-09 | 2020-09-22 | 北京机电工程研究所 | 一种仿生胸鳍运动设计方法 |
-
2000
- 2000-02-02 JP JP2000025370A patent/JP3385463B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104309788A (zh) * | 2014-10-27 | 2015-01-28 | 哈尔滨工业大学 | 双波动胸鳍协同推进的仿鳐鱼水下航行器 |
| CN109367744A (zh) * | 2018-09-01 | 2019-02-22 | 冯亿坤 | 仿生物扑翼机器人 |
| CN111152904A (zh) * | 2020-01-06 | 2020-05-15 | 张尚丽 | 一种多级驱动仿生水下机器人驱动系统及驱动方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001213392A (ja) | 2001-08-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Low | Modelling and parametric study of modular undulating fin rays for fish robots | |
| US7204731B2 (en) | Linear propulsor with radial motion | |
| RU2482012C2 (ru) | Плавниковое движительное устройство | |
| US7357684B2 (en) | Control system for a linear propulsor array | |
| Yu et al. | An amphibious snake-like robot: Design and motion experiments on ground and in water | |
| JP4814692B2 (ja) | 航走体システム | |
| JP3385463B2 (ja) | 内部駆動型羽ばたき式推進器駆動機構及びその制御方法 | |
| US7244151B2 (en) | Linear propulsor with linear motion | |
| US11209022B2 (en) | Vehicle with traveling wave thrust module apparatuses, methods and systems | |
| US20200115018A1 (en) | Mechanisms for steering robotic fish | |
| Li et al. | Design and analysis of a biomimetic wire-driven flapping propeller | |
| Li et al. | Design and experimental evaluation of the novel undulatory propulsors for biomimetic underwater robots | |
| CN113459738A (zh) | 基于可变形浮游腿的水陆两栖四足机器人及其驱动方法 | |
| JP2920206B2 (ja) | 内部駆動型羽ばたき式推進器 | |
| JP2799539B2 (ja) | 揺動ひれ推進船 | |
| CN208412060U (zh) | 一种仿生企鹅推进机构 | |
| CN216674363U (zh) | 一种基于海扁虫柔性侧鳍波动的仿生鱼 | |
| CN115432154A (zh) | 一种有展弦向运动功能的变刚度仿蝠鲼柔性扑翼推进装置 | |
| US20150174451A1 (en) | Arm-powered swimming aid | |
| CN111409799B (zh) | 线驱动连续型仿生机器海豚 | |
| US4688994A (en) | Watercraft propulsion device | |
| WO2005054051A1 (en) | Watercraft with propulsion by muscle power | |
| US3768431A (en) | Underwater swimming aid | |
| WO1997048599A1 (en) | Symmetrical foil for moving fluids | |
| Xu et al. | A novel multiple synchronous compliant and passive propeller inspired by loons for swimming robot |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 3385463 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |