JP4219257B2 - 浮上移動装置 - Google Patents
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Description
浮上移動装置は、羽ばたき動作する羽部と、一方端側が羽部に固定されるとともに、他方端側が本体に取り付けられ、駆動源の駆動力を羽部に伝達する伝達軸とを備えている。また、浮上移動装置は、本体の前後方向および左右方向を含む面に平行な面に沿って伝達軸を所定の中心点回りに回動させるアクチュエータと、伝達軸の周面または羽部に固定された固定部材と、伝達軸の所定の中心点回りの回動の両端の折り返し時のそれぞれにおいて、固定部材に接触する一対の被接触部材とを備えている。
まず、本実施の形態の浮上移動装置の全体の主要な構成について、図1および図2を用いて説明する。なお、本実施の形態の浮上移動装置では、特に断らない限り、説明の簡便のため、羽の駆動に関わる主要な部分は、左右方向に垂直な面に対して鏡面対称の一対の構成要素からなるものとする。したがって、以後においては、浮上移動装置の左半分についてのみ説明を行ない、右半分の構成要素は、左半分に対して鏡面対称であるものとする。
次に、支持構造9について説明する。支持構造9は、支持構造としての機能を損なわない範囲内の質量であれば、より軽量であることが望ましい。この範囲は、従来のエンジニアリングの技術で求めることができる。たとえば、軽量化のあまり剛性が低下し過ぎてしまい、羽4を駆動させるべきエネルギーが支持構造9の振動となって散逸することがないこと等が、その範囲を決定するための基準となる。本実施の形態の浮上移動装置1においては、軽量なカーボングラファイトが支持構造9に用いられる。
次に、羽の駆動部について、図2〜7を用いて説明する。
まず、アクチュエータ2について、図2を用いて説明する。
ベアリング31は、その外周部31aがロータ部22に固定されている。ベアリング32は、その外周部32aがロータ部22に固定されている。ベアリング31は、外周部31aに対して内周部31bが円滑に回転できるようになっており、内周部31bには伝達軸33が固定されている。ベアリング32は、外周部32aに対して内周部32bが円滑に回転できるようになっており、内周部31b,32bには伝達軸33が固定されている。したがって、アクチュエータ2は、伝達軸33含む面であって、アクチュエータ2の主表面と平行な面において、伝達軸33をアクチュエータ2の回動中心軸回りに回動させることが可能である。
次に、固定部材34および被接触部材351,352について図2〜7を用いて説明する。
次に、被接触部材移動機構361,362について、図3および7を用いて説明する。
次に、羽4について図2〜13を用いて説明する。
羽4は、図2に示すように、伝達軸33に直接固定されており、その厚さはほぼ均一な平板である。羽4は、図8に示すように長径が約20mm、かつ、短径の長さが約5mmの楕円を、その長径と平行に長径から約2.5mmの箇所で、かつ、その短径と平行に短径から約8mmの箇所で切断した場合に、最も大きい部分に相当する部分の形状を用いている。
本実施の形態による羽の挙動を図4〜図6および図10〜図13を用いて説明する。
本発明者らの実験によれば、図10に示す羽4の運動により発生する浮上力の最大値は、羽1枚あたり約0.13gfである。また、この浮上力を得る際に必要なアクチュエータ2の駆動トルクは最大約1gf・cmである。
次に、飛行の制御方法について図6、図10、および図11を用いて説明する。なお、ここに示した飛行の制御方法は第一義近似的な例示である。実際には羽ばたきの変更によって羽に及ぼされる力は、周囲流体である空気と羽4との相互作用によって複雑にその挙動が変化する。そのため、現実には下記する羽ばたき方の変更のみに対応して羽ばたき飛行の態様が行なわれるとは限らない。
本実施の形態の浮上移動装置においては、図10に示す羽ばたき方でホバリングが可能である。固定部材34および被接触部材351,352のそれぞれの形状は、被接触部材移動機構361,362により被接触部材351,352が移動しない状態で、アクチュエータ2が伝達軸33を±45°回動させる際に、この図10に示す運動が実現されるよう設計されている。
上述の羽4の前後方向の±45°の回動により、羽4には、鉛直下向きの流れ以外に、伝達軸33が延びる方向において、アクチュエータ2側から羽4の先端側(伝達軸33の先端側)へ向かうように、図11に矢印で示すような流れが発生する。この流れを利用することで浮上移動装置1に前後方向の移動をさせることができる。
さらに、上述の羽4の表面において、伝達軸33が延びる方向においてアクチュエータ2側から羽4の先端側へ向かう流れを用いることで、浮上移動装置1を左右のいずれかへ旋回させることが可能である。なお、浮上移動装置1の重心は、真上から見たとき、左のアクチュエータ2の回転中心点と右のアクチュエータ2の回転中心点との中点に位置するものとする。
浮上および降下を行なう最も単純な方法は、アクチュエータ2の駆動を変更し、羽ばたき周波数を上昇または低下させる手法が挙げられる。
上述の運動変更により、浮上移動装置1の姿勢は変化する。姿勢の変化が望ましくない場合には、浮上移動装置1の重心を、伝達軸33の位置より低くしておけばよい。これによって、ある程度の時間ホバリングすることによって、左のアクチュエータ2の回転中心点と右のアクチュエータ2の回転中心点との中間の位置の下側に浮上移動装置1の重心が位置するように、浮上移動装置1の姿勢が安定する。
本実施の形態の浮上移動装置1においては、駆動エネルギー供給方法は、浮上機能を損なわない限りその手法に制約はない。
上述した被接触部材、突起、および被接触部材移動機構は一例であり、浮上移動に支障無く、本実施の形態に示す羽ばたき方を実現することができるのであれば、浮上移動装置の駆動機構は上述した機構以外のものであってもよい。
Claims (17)
- 本体と、前記本体内に設けられた駆動源とを有する浮上移動装置であって、
該浮上移動装置は、
羽ばたき動作する羽部と、
一方端側が前記羽部に固定されるとともに、他方端側が前記本体に取り付けられ、前記駆動源の駆動力を前記羽部に伝達する伝達軸と、
前記本体の前後方向および左右方向を含む面に平行な面に沿って前記伝達軸を所定の中心点回りに回動させるアクチュエータと、
前記伝達軸の周面または前記羽部に固定された固定部材と、
前記伝達軸の前記所定の中心点回りの回動の両端の折り返し時のそれぞれにおいて、前記固定部材に接触する一対の被接触部材とを備え、
前記固定部材と前記被接触部材との接触により、該固定部材が固定された前記伝達軸に該伝達軸が延びる方向を回転軸とするトルクが加わり、それにより、前記羽部に回転揚力が生じるように、前記羽部の前記回転軸まわりの回動角が変化する、浮上移動装置。 - 前記伝達軸が延びる方向を中心軸とする前記伝達軸の回動の角度を所定の値以下に制限する制限機構をさらに備えた、請求項1に記載の浮上移動装置。
- 前記制限機構は、前記所定の角度を変更する機構を有する、請求項2に記載の浮上移動装置。
- 前記固定部材は、前記一対の被接触部材の一方に接触する一方の突起部と、前記一対の被接触部材の他方に接触する他方の突起部とを有している、請求項1に記載の浮上移動装置。
- 前記一方の突起部の形状と前記他方の突起部の形状とが異なる、請求項4に記載の浮上移動装置。
- 前記一方の突起部の材質と前記他方の突起部の材質とが異なる、請求項4に記載の浮上移動装置。
- 前記固定部材と前記被接触部材とが接触を開始するときには、前記固定部材の移動方向と前記被接触部材の接触面の接平面とがほぼ平行である、請求項1に記載の浮上移動装置。
- 前記固定部材と前記被接触部材とが接触する前記被接触部材の接触面の接平面と前記固定部材の移動方向とがなす角およびその時間微分値は、ゼロから連続的に増加する、請求項1に記載の浮上移動装置。
- 前記被接触部材の位置を変更する位置変更機構が設けられた、請求項1に記載の浮上移動装置。
- 前記位置変更機構によって、前記接触部材と前記固定部材とが接触する位置を変化させる、請求項9に記載の浮上移動装置。
- 前記固定部材が、前記アクチュエータと前記羽部の間に位置する、請求項1に記載の浮上移動装置。
- 前記固定部材と前記羽部との間に、前記アクチュエータが位置する、請求項1に記載の浮上移動装置。
- 前記被接触部材が、前記本体の一部である、請求項1に記載の浮上移動装置。
- 前記一対の被接触部材の一方の形状と他方の形状とが異なる、請求項1に記載の浮上移動装置。
- 前記固定部材が前記羽部の一部により構成された、請求項1に記載の浮上移動装置。
- 前記固定部材の前記被接触部材との接触部位および前記被接触部材の前記固定部材との接触部位のそれぞれに、テフロン(R)、DLC、または、アモルファスカーボンが用いられた、請求項1に記載の浮上移動装置。
- 前記固定部材が前記被接触部材に接触している期間のいずれのタイミングにおいても、前記固定部材の一点のみが前記被接触部材に接触するように、前記固定部材が球状部分を有する、請求項1に記載の浮上移動装置。
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