JP3831709B2 - 振動翼付き水中航走体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工魚や潜水調査船，潜水作業船等に用いられる水中航走体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水中航走体としては、図４に示すようなものがあり、その推進のためにはスクリュープロペラ01が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図４に示すスクリュープロペラ01は、その回転軸方向にのみ推力を発生するので、方向制御のためには舵02やサイドスラスタ03などの補助装置を必要とし、直進性能に比べ方向制御や位置保持制御の性能は制限されている。
また、スクリュープロペラ01やサイドスラスタ03は、回転中に付近のものを巻き込む恐れがあり、安全面から使用上の制限を受けることになる。
【０００４】
そこで本発明は、魚のひれのように翼を振動（揺動）させたり、タンク（浮き袋）の注排水により浮沈を制御したりすることにより、推進のみならず舵取りや浮沈制御も行なえるようにした振動翼付き水中航走体を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明の振動翼付き水中航走体は、両側部にそれぞれ基端を枢着されて前後方向の軸線のまわりに往復回動しうるように互いに前後に間隔をあけて列設された多数の横方向骨材と、同骨材に張設された柔軟な翼板とからなる振動翼をそなえ、上記多数の骨材の往復回動を個別に制御して上記振動翼を波打たせることにより上記水中航走体の推進および舵取りを行なうとともに同振動翼を潜舵としても用いるための振動翼制御装置が設けられ、かつ、注排水制御系により浮沈を制御するための注排水可能のタンクが設けられたことを特徴としている。
【０００６】
上述の本発明の振動翼付き水中航走体では、上記振動翼に列設された各骨材の往復回動による振動の位相を相互に規則正しくずらせることにより、同骨材に張設された柔軟な翼板が魚類のエイのひれのごとく波打つようになり、その波を前方から後方へ伝播するごとく生じさせると前方への推力が発生し、逆に後方から前方へ伝播するごとく生じさせると後方への推力が発生する。
【０００７】
また、上記骨材の制御により上記振動翼を潜舵のように用いることもでき、注排水制御可能のタンク（浮き袋）による浮力調整と、左右両側の振動翼の推力の相互間に差を生じさせることによる舵取りと相まって、魚（エイ）のごとく水中で自由に振舞うことが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の一実施形態について説明すると、図１，２はその全体構成を模式的に示すもので、図１はその平面図、図２はその正面図であり、図３はその振動翼の制御系を示すブロック図である。
【０００９】
図１，２に示すように、この実施形態では、水中航走体32の両側部に、それぞれ基端を枢着された多数の横方向の骨材31ａが、前後方向の軸線36のまわりに往復回動しうるように、互いに前後に所定の間隔をあけて列設されている。
そして、骨材31ａに張設された柔軟な翼板31ｂが設けられ、このようにして多数の骨材31ａと翼板31ｂとにより、振動翼31が構成されている。
【００１０】
また、各アクチュエータ34を制御する振動翼制御装置35（図３参照）と、電源となるバッテリ37とが装備されており、振動翼制御装置35は多数の骨材31の往復回動をアクチュエータ34を介して個別に制御して振動翼31をエイのひれのように波打たせることにより、この水中航走体32の推進および舵取りを行なう機能を有している。
また、この水中航走体32には、その浮沈を制御できるように、注排水可能のタンク（浮き袋）38と、その図示しない注排水制御系とが設けられている。
【００１１】
上述の水中航走体における振動翼制御装置35の操作は次のように行なわれる。
（１）操作量である推力を航走体中心線方向の推力と重心回りのモーメントで表す。
（２）上記(１)項の推力とモーメントを左右の振動翼31に掛かる航走体中心線33に平行な推力の和に配分する。
（３）上記(２)項で求めた推力になるように振動翼制御装置35が各骨材31ａの角度を制御する。推力の大きさは各骨材31ａの角速度と骨材相互間の位相差で制御し、推力を大きくするときは角速度および位相差を共に大きくし、推力を小さくするときは角速度および位相差を共に小さくする。
（４）推力の向きは、前進方向へ推力を掛ける場合は先頭の骨材から末尾の骨材に向かって各骨材の往復回動（振動）の位相を遅らせ、後進方向へ推力を掛ける場合は先頭の回転軸から末尾の回転軸に向かって位相を進ませる。
（５）舵取りの際には、左右の振動翼31の各推力に差を生じさせて、所望の方向へ水中航走体32を旋回させるようにする。
【００１２】
このようにして、この実施形態の振動翼付き水中航走体では、左右の振動翼31がエイのひれのように作動して、水中航走体32の前後進および舵取りが可能になるほか、各振動翼31の骨材31ｂの制御により同振動翼31を潜水船の潜舵のように用いることも可能になる。 そして、浮力調整用のタンク38の注排水制御と相まって、水中航走体32の潜航深度の調整が自在に行なわれるようになる。
【００１３】
振動翼制御装置35は、水中航走体32に掛けたい推力とモーメントを左右の振動翼31に分配し、上記推力を振動翼31が発生するための揺動パターンの生成とアクチュエータ34の制御を行なう。浮き袋としてのタンク38の浮力制御は、魚の浮き袋と同様に注排水により行なわれる。
以下に上記揺動パターンの導出方法および制御方法を示す。
【００１４】
（１）推力の計算（準備）
(ａ)水中航走体32を水槽に固定し、推力をはかるためにひずみゲージを取り付ける。
(ｂ)アクチュエータ34が最大振幅かつ最大角速度となる正弦波で揺動させる。
(ｃ)隣接するアクチュエータ34の位相差はすべてのアクチュエータ34で同一とし、最大推力を発生する位相差を求める。
(ｄ)上記(ｂ)で求めた位相差と骨材31ａの間隔から揺動波の速度を求める。
【００１５】
（２）振動翼31の制御法
(ａ)振動翼制御装置35による制御に際して、操縦指令（推進力と回頭角）より水中航走体32に掛ける推力を、航走体中心線33方向の推力と重心回りのモーメントで表す。
(ｂ)上記(ａ)の推力とモーメントを左右の回転軸36に掛ける推力に配分する。
(ｃ)上記(ｂ)で求めた推力を(１)で求めた最大推力で正規化し、アクチュエータ34の揺動速度を求める。
(ｄ)センサ入力（水中航走体32の速度）を考慮し、振動翼の揺動波形の対水速度が(１)で求めた揺動波形の速度になるようにアクチュエータ間の位相差を求める。
(ｅ)上記(ｃ),(ｄ)で求めた揺動波形になるようにアクチュエータ34を制御する。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の振動翼付き水中航走体によれば、水中航走体の左右の振動翼を、上下に往復回動（振動）可能の多数の骨材と、同骨材に張設された柔軟な翼板とで構成して、エイのひれのように制御することにより、水中航走体の前後進および舵取りが可能になるほか、上記骨材の制御により上記振動翼を潜舵のように用いることも可能になり、注排水制御系により浮沈を制御するための注排水可能のタンク（浮き袋）による浮力調整と、左右両側の振動翼の推力の相互間に差を生じさせることによる舵取り作用と相まって、魚（エイ）のごとく水中で自由に振舞うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態としての振動翼付き水中航走体の内部構成を模式的に示す平面図である。
【図２】 図１の振動翼付き水中航走体の内部構成を模式的に示す正面図である。
【図３】 図１，２の振動翼付き水中航走体における翼の制御系を示すブロック図である。
【図４】 従来の水中航走体の側面図である。
【符号の説明】
31 振動翼
31ａ 骨材
31ｂ 翼板
32 水中航走体
33 中心線
34 アクチュエータ
35 振動翼制御装置
36 軸線
37 バッテリー
38 タンク（浮き袋）
【発明の属する技術分野】
本発明は、人工魚や潜水調査船，潜水作業船等に用いられる水中航走体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水中航走体としては、図４に示すようなものがあり、その推進のためにはスクリュープロペラ01が用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図４に示すスクリュープロペラ01は、その回転軸方向にのみ推力を発生するので、方向制御のためには舵02やサイドスラスタ03などの補助装置を必要とし、直進性能に比べ方向制御や位置保持制御の性能は制限されている。
また、スクリュープロペラ01やサイドスラスタ03は、回転中に付近のものを巻き込む恐れがあり、安全面から使用上の制限を受けることになる。
【０００４】
そこで本発明は、魚のひれのように翼を振動（揺動）させたり、タンク（浮き袋）の注排水により浮沈を制御したりすることにより、推進のみならず舵取りや浮沈制御も行なえるようにした振動翼付き水中航走体を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するため、本発明の振動翼付き水中航走体は、両側部にそれぞれ基端を枢着されて前後方向の軸線のまわりに往復回動しうるように互いに前後に間隔をあけて列設された多数の横方向骨材と、同骨材に張設された柔軟な翼板とからなる振動翼をそなえ、上記多数の骨材の往復回動を個別に制御して上記振動翼を波打たせることにより上記水中航走体の推進および舵取りを行なうとともに同振動翼を潜舵としても用いるための振動翼制御装置が設けられ、かつ、注排水制御系により浮沈を制御するための注排水可能のタンクが設けられたことを特徴としている。
【０００６】
上述の本発明の振動翼付き水中航走体では、上記振動翼に列設された各骨材の往復回動による振動の位相を相互に規則正しくずらせることにより、同骨材に張設された柔軟な翼板が魚類のエイのひれのごとく波打つようになり、その波を前方から後方へ伝播するごとく生じさせると前方への推力が発生し、逆に後方から前方へ伝播するごとく生じさせると後方への推力が発生する。
【０００７】
また、上記骨材の制御により上記振動翼を潜舵のように用いることもでき、注排水制御可能のタンク（浮き袋）による浮力調整と、左右両側の振動翼の推力の相互間に差を生じさせることによる舵取りと相まって、魚（エイ）のごとく水中で自由に振舞うことが可能になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の一実施形態について説明すると、図１，２はその全体構成を模式的に示すもので、図１はその平面図、図２はその正面図であり、図３はその振動翼の制御系を示すブロック図である。
【０００９】
図１，２に示すように、この実施形態では、水中航走体32の両側部に、それぞれ基端を枢着された多数の横方向の骨材31ａが、前後方向の軸線36のまわりに往復回動しうるように、互いに前後に所定の間隔をあけて列設されている。
そして、骨材31ａに張設された柔軟な翼板31ｂが設けられ、このようにして多数の骨材31ａと翼板31ｂとにより、振動翼31が構成されている。
【００１０】
また、各アクチュエータ34を制御する振動翼制御装置35（図３参照）と、電源となるバッテリ37とが装備されており、振動翼制御装置35は多数の骨材31の往復回動をアクチュエータ34を介して個別に制御して振動翼31をエイのひれのように波打たせることにより、この水中航走体32の推進および舵取りを行なう機能を有している。
また、この水中航走体32には、その浮沈を制御できるように、注排水可能のタンク（浮き袋）38と、その図示しない注排水制御系とが設けられている。
【００１１】
上述の水中航走体における振動翼制御装置35の操作は次のように行なわれる。
（１）操作量である推力を航走体中心線方向の推力と重心回りのモーメントで表す。
（２）上記(１)項の推力とモーメントを左右の振動翼31に掛かる航走体中心線33に平行な推力の和に配分する。
（３）上記(２)項で求めた推力になるように振動翼制御装置35が各骨材31ａの角度を制御する。推力の大きさは各骨材31ａの角速度と骨材相互間の位相差で制御し、推力を大きくするときは角速度および位相差を共に大きくし、推力を小さくするときは角速度および位相差を共に小さくする。
（４）推力の向きは、前進方向へ推力を掛ける場合は先頭の骨材から末尾の骨材に向かって各骨材の往復回動（振動）の位相を遅らせ、後進方向へ推力を掛ける場合は先頭の回転軸から末尾の回転軸に向かって位相を進ませる。
（５）舵取りの際には、左右の振動翼31の各推力に差を生じさせて、所望の方向へ水中航走体32を旋回させるようにする。
【００１２】
このようにして、この実施形態の振動翼付き水中航走体では、左右の振動翼31がエイのひれのように作動して、水中航走体32の前後進および舵取りが可能になるほか、各振動翼31の骨材31ｂの制御により同振動翼31を潜水船の潜舵のように用いることも可能になる。 そして、浮力調整用のタンク38の注排水制御と相まって、水中航走体32の潜航深度の調整が自在に行なわれるようになる。
【００１３】
振動翼制御装置35は、水中航走体32に掛けたい推力とモーメントを左右の振動翼31に分配し、上記推力を振動翼31が発生するための揺動パターンの生成とアクチュエータ34の制御を行なう。浮き袋としてのタンク38の浮力制御は、魚の浮き袋と同様に注排水により行なわれる。
以下に上記揺動パターンの導出方法および制御方法を示す。
【００１４】
（１）推力の計算（準備）
(ａ)水中航走体32を水槽に固定し、推力をはかるためにひずみゲージを取り付ける。
(ｂ)アクチュエータ34が最大振幅かつ最大角速度となる正弦波で揺動させる。
(ｃ)隣接するアクチュエータ34の位相差はすべてのアクチュエータ34で同一とし、最大推力を発生する位相差を求める。
(ｄ)上記(ｂ)で求めた位相差と骨材31ａの間隔から揺動波の速度を求める。
【００１５】
（２）振動翼31の制御法
(ａ)振動翼制御装置35による制御に際して、操縦指令（推進力と回頭角）より水中航走体32に掛ける推力を、航走体中心線33方向の推力と重心回りのモーメントで表す。
(ｂ)上記(ａ)の推力とモーメントを左右の回転軸36に掛ける推力に配分する。
(ｃ)上記(ｂ)で求めた推力を(１)で求めた最大推力で正規化し、アクチュエータ34の揺動速度を求める。
(ｄ)センサ入力（水中航走体32の速度）を考慮し、振動翼の揺動波形の対水速度が(１)で求めた揺動波形の速度になるようにアクチュエータ間の位相差を求める。
(ｅ)上記(ｃ),(ｄ)で求めた揺動波形になるようにアクチュエータ34を制御する。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の振動翼付き水中航走体によれば、水中航走体の左右の振動翼を、上下に往復回動（振動）可能の多数の骨材と、同骨材に張設された柔軟な翼板とで構成して、エイのひれのように制御することにより、水中航走体の前後進および舵取りが可能になるほか、上記骨材の制御により上記振動翼を潜舵のように用いることも可能になり、注排水制御系により浮沈を制御するための注排水可能のタンク（浮き袋）による浮力調整と、左右両側の振動翼の推力の相互間に差を生じさせることによる舵取り作用と相まって、魚（エイ）のごとく水中で自由に振舞うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態としての振動翼付き水中航走体の内部構成を模式的に示す平面図である。
【図２】 図１の振動翼付き水中航走体の内部構成を模式的に示す正面図である。
【図３】 図１，２の振動翼付き水中航走体における翼の制御系を示すブロック図である。
【図４】 従来の水中航走体の側面図である。
【符号の説明】
31 振動翼
31ａ 骨材
31ｂ 翼板
32 水中航走体
33 中心線
34 アクチュエータ
35 振動翼制御装置
36 軸線
37 バッテリー
38 タンク（浮き袋）
Claims (1)
- 水中航走体において、両側部にそれぞれ基端を枢着されて前後方向の軸線のまわりに往復回動しうるように互いに前後に間隔をあけて列設された多数の横方向骨材と、同骨材に張設された柔軟な翼板とからなる振動翼をそなえ、上記多数の骨材の往復回動を個別に制御して上記振動翼を波打たせることにより上記水中航走体の推進および舵取りを行なうとともに同振動翼を潜舵としても用いるための振動翼制御装置が設けられ、かつ、注排水制御系により浮沈を制御するための注排水可能のタンクが設けられたことを特徴とする、振動翼付き水中航走体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003023147A JP3831709B2 (ja) | 1997-09-18 | 2003-01-31 | 振動翼付き水中航走体 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9-272077 | 1997-09-18 | ||
| JP27207797 | 1997-09-18 | ||
| JP2003023147A JP3831709B2 (ja) | 1997-09-18 | 2003-01-31 | 振動翼付き水中航走体 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12171598A Division JP3416522B2 (ja) | 1997-09-18 | 1998-04-15 | 振動翼付き水中航走体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003231496A JP2003231496A (ja) | 2003-08-19 |
| JP3831709B2 true JP3831709B2 (ja) | 2006-10-11 |
Family
ID=27790307
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003023147A Expired - Fee Related JP3831709B2 (ja) | 1997-09-18 | 2003-01-31 | 振動翼付き水中航走体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3831709B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US9162832B2 (en) | 2013-07-02 | 2015-10-20 | Rite-Hite Holding Corporation | Vehicle-actuated weather barrier apparatus |
| JP6493912B2 (ja) * | 2015-02-18 | 2019-04-03 | 学校法人金沢工業大学 | 水陸探査用ロボット |
| CN112810782A (zh) * | 2019-11-15 | 2021-05-18 | 广州中国科学院先进技术研究所 | 一种水下仿生机器人及其运动控制系统 |
| JP2021138280A (ja) * | 2020-03-05 | 2021-09-16 | 国立研究開発法人海洋研究開発機構 | 推進装置 |
| 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 |
-
2003
- 2003-01-31 JP JP2003023147A patent/JP3831709B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2003231496A (ja) | 2003-08-19 |
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Legal Events
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| A521 | Written amendment |
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