WO2018164170A1 - 羽ばたき飛行機 - Google Patents

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WO2018164170A1
WO2018164170A1 PCT/JP2018/008715 JP2018008715W WO2018164170A1 WO 2018164170 A1 WO2018164170 A1 WO 2018164170A1 JP 2018008715 W JP2018008715 W JP 2018008715W WO 2018164170 A1 WO2018164170 A1 WO 2018164170A1
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WO
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axis
wings
shaft
wing
flapping
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/008715
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
太郎 藤川
耕生 菊池
Original Assignee
学校法人東京電機大学
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Filing date
Publication date
Application filed by 学校法人東京電機大学 filed Critical 学校法人東京電機大学
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
    • A63H29/00—Drive mechanisms for toys in general
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C33/00—Ornithopters
    • B64C33/02—Wings; Actuating mechanisms therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plants using steam or spring force
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H37/00—Combinations of mechanical gearings, not provided for in groups F16H1/00 - F16H35/00
    • F16H37/12—Gearings comprising primarily toothed or friction gearing, links or levers, and cams, or members of at least two of these types

Definitions

  • the present invention relates to a flapping airplane that flies by flapping wings that are swingably mounted to the left and right of the axle.
  • Flapping airplanes that fly by flapping wings that are swingably mounted on the left and right sides of the aircraft are known (see Patent Documents 1, 2, 3, and 4). These inventions have a mechanism that includes a member that moves up and down, and that converts the lifting movement of the lifting member into a three-dimensional reciprocating rocking movement of a rigid link.
  • the reciprocating oscillating motion is converted into a flapping motion (vertical motion), a lead-lag motion (front-back motion), and a feathering motion (twisting motion with respect to the leading edge of the wing), and a flapping airplane flies.
  • Patent Document 4 there is a flapping robot that turns left or right by changing the flapping time of the left and right wings, but it is structurally designed to create a time difference and is in flight
  • the present invention has been made in view of these circumstances in the background described above, and does not require an additional device such as a tail or a ladder.
  • the purpose of the present invention is to provide a fluttering plane that performs yaw control, in which a rotational moment is generated from the lift difference generated by the kite.
  • the flapping airplane according to the present invention has an axis and a plurality of opposed first and second wings extending in the normal direction of the axis. Then, when the extension direction of the machine axis is a roll axis, the normal direction is a pitch axis, and the roll axis and the direction perpendicular to the pitch axis are yaw axes, the plurality of first blades with respect to the machine axis A first pivot member pivotally supported around the roll axis and the yaw axis, and a second pivot part pivotally supporting the plurality of second blades around the roll axis with respect to the machine axis.
  • a rocking shaft that is provided in the roll axis direction along the machine axis and performs reciprocating motion that repeats approaching and remote from the machine axis, the rocking shaft, the plurality of first blades, and the second blades And an elastic link connecting the two.
  • the elastic link is attached to the swing shaft by applying a predetermined twist and bend, and swings the plurality of first blades and second blades by reciprocating motion of the swing shaft. Furthermore, it has the control means which controls independently the rotation range around the yaw axis of each said 1st wing
  • the wing and the pivot member by the wing and the pivot member, the three movements necessary for flapping flight, the flapping movement around the roll axis that moves the wing up and down with respect to the axis, and the twisting with respect to the leading edge of the wing Feathering motion, lead lag motion that moves the wing back and forth with respect to the axis is realized. And these movements realize the flight by flapping by supplying power by the reciprocating movement of the swing shaft. Furthermore, by restricting the rotation range of the first wing around the yaw axis opposed by the restricting means, the lead / lag angle of the first wing (the swing width of the flapping motion) can be controlled.
  • the lead / lag angle of the first wing is reduced, thereby reducing the wing area of the first wing and the second wing.
  • the lift is reduced and the aircraft is lowered. In this way, the aircraft can be raised and lowered.
  • the regulating means can regulate the lead lag angle of the opposing wing independently. For example, if the lead / lag angle of the first wing on one side is reduced, the balance of rotational moments around the yaw axis is lost, and a rotational moment in the direction of the first wing on which the lead / lag angle is reduced is generated. Due to the generation of this rotational moment, the aircraft rotates in the direction of the wing with a reduced lead / lag angle. The airplane can be swung by the rotation of the aircraft. As described above, this aspect realizes flight control that is turned with the ascending and descending of the flapping airplane, which is difficult with the prior art.
  • the restricting means may be configured to restrict the rotation range of the pivot member.
  • Another aspect of the present invention may be configured such that the regulating means regulates the amount of twist of the elastic link.
  • the torsion amount of the elastic body link that transmits the power of the lead / lag motion is regulated, and the rotational range around each yaw axis of the wing is regulated by reducing the transmitted power. Therefore, flight control of the flapping airplane can be realized with a simple configuration.
  • the amount of twist of the elastic body link is regulated by, for example, restricting the elastic displacement of the band plate-like elastic body link from the center line in the longitudinal direction to any side surface side. Can be regulated.
  • a twist restricting member may be attached to an intermediate portion in the extending direction of the elastic link.
  • the flight control of the flapping airplane can be realized with a simple configuration.
  • the regulating means is a shape memory alloy, and can be configured to include a control means for controlling the operation of the memory shape alloy.
  • the shape memory alloy by controlling the hardness of the shape memory alloy by adjusting the power supply, it is a member that regulates the rotation range of the pivot support member that pivots about the yaw axis of the airframe.
  • the configuration further includes a drive unit that reciprocates the swing shaft, and the drive unit is pivotally supported in the pitch axis direction on the opposite side of the swing shaft to the flight direction of the swing shaft.
  • a crankshaft, and a connecting rod that has one end pivotally supported by the crankshaft and the other end pivotally supported by the axle, and converts the rotation of the crank into a relative rotational motion of the axle with respect to the swing shaft. It can be set as the structure provided.
  • the drive unit is provided as means for reciprocating the swing shaft, and the drive unit is a crankshaft that is pivotally supported in the pitch axis direction, so that it is difficult to interfere with the flapping motion of the blade. Therefore, it is possible to make the wing close to the fuselage and to make a large feathering movement.
  • Another aspect of the present invention further includes a drive unit that reciprocates the swing shaft, and the drive unit is disposed in the roll axis direction on the opposite side of the swing shaft to the flight direction of the swing shaft.
  • a supported crankshaft, and an articulated rod having one end pivotally supported by the crankshaft and the other end pivotally supported by the axle, and converting the rotation of the crank into a relative rotational motion of the axle relative to the swing shaft It can also be set as the structure provided with these.
  • the drive unit is provided as means for reciprocating the swing shaft, and the drive unit is a crankshaft supported in the roll axis direction, the overall length of the machine body can be shortened. It can be a compact flapping airplane.
  • the control unit may be provided with communication means, and flight by remote control can also be realized.
  • the power source and energy are not limited to batteries and motors, and energy may be accumulated with rubber or the like and used as power as in Patent Documents 1 to 3.
  • the present invention does not require an additional device such as a tail or a ladder, and changes the lead / lag angles of the left and right wings to make them asymmetrical, thereby generating a rotational moment from the lift difference generated by the left and right kites.
  • a flapping airplane that can be controlled can be provided.
  • One aspect of the present invention includes an axis and a plurality of opposed first and second wings extending in the normal direction of the axis. Then, when the extension direction of the machine axis is a roll axis, the normal direction is a pitch axis, and the roll axis and the direction perpendicular to the pitch axis are yaw axes, the plurality of first blades with respect to the machine axis A first pivot member pivotally supported around the roll axis and the yaw axis, and a second pivot part pivotally supporting the plurality of second blades around the roll axis with respect to the machine axis.
  • a rocking shaft that is provided in the roll axis direction along the machine axis and performs reciprocating motion that repeats approaching and remote from the machine axis, the rocking shaft, the plurality of first blades, and the second blades And an elastic link connecting the two.
  • the elastic link is attached to the swing shaft by applying a predetermined twist and bend, and swings the plurality of first blades and second blades by reciprocating motion of the swing shaft.
  • any specific embodiment may be used as long as it has a restricting means for independently restricting the rotation range of each of the opposed first blades around the yaw axis.
  • FIG. 1 is a perspective view for explaining the main configuration of a flapping airplane according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged perspective view for explaining the wing pivot mechanism according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view illustrating the wing pivot mechanism according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side view illustrating the power transmission mechanism according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the behavior of the elastic link according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a side view for explaining the flapping motion according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a top view for explaining the flapping motion according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view for explaining an example of the regulating member according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the rotational movement according to the first embodiment of the present invention.
  • the extending direction of the machine shaft 10 is the roll axis
  • the normal direction is the pitch axis
  • the roll axis and the direction perpendicular to the pitch axis are the yaw axes
  • one of the roll axes is the flight direction.
  • the roll axis, pitch axis, and yaw axis may be expressed as R axis, P axis, and Y axis, respectively.
  • a flapping airplane 100 includes an axle 10 and a plurality of opposed first wings 20 and 20 and second wings 30 extending in the pitch direction of the axle 10. 30. Arranged on the flight direction side of the axle 10 and pivotally supported around the roll axis and the yaw axis of the first wings 20 and 20 and pivotally supported around the roll axis of the second wings 30 and 30.
  • a pivotal support member 40 a swinging shaft 70 that is provided in the roll axis direction along the axis 10, and performs a reciprocating motion that repeats approaching and remote from the axis 10, the swinging shaft 70, the first blade 20, 20 and an elastic body link 80 connecting the second blades 30 and 30.
  • a drive unit 110 that reciprocates the swing shaft 70 is also provided.
  • the axle 10 is a long member serving as a structure corresponding to an aircraft body.
  • the machine shaft 10 can be made of resin that is lightweight and has appropriate strength, elasticity, and flexibility, wood such as bamboo, metal, FRP, and the like.
  • the axle 10 supports the wing 20 that performs flapping motion, the drive unit 110 that provides power, and the swing shaft 70 that performs reciprocating motion, the axle 10 has strength, elasticity, and flexibility according to these motions and loads. Material and shape are selected.
  • a pivot support member accommodating portion 11 that is a concave notch when viewed from the yaw direction is formed so as to accommodate the pivot portion, and a pivot support member coupling pin 46 (for pivotally supporting the pivot support member 40)
  • a shaft support member coupling pin hole 15 into which the shaft support member is inserted is drilled in the roll axis direction from the end surface to the opposite surface beyond the support member housing portion 11.
  • a motor 111 is mounted on the rear end side of the machine shaft 10, and the support body 12 on which the reciprocating fulcrum 72 of the swing shaft 70 is disposed is located on the lower side in the yaw direction of the machine body 10. It has been extended.
  • the axle 10 and the support body 12 are fixed.
  • the support 12 can be made of resin that is lightweight and has appropriate strength, elasticity, and flexibility, wood such as bamboo, metal, FRP, and the like.
  • a worm gear support 13 extending to the rear end side in the roll axis direction is fixed to the support 12.
  • the worm gear support 13 can be made of resin that is lightweight and has appropriate strength, elasticity, and flexibility, wood such as bamboo, metal, FRP, and the like.
  • axle 10 the support body 12, and the worm gear support body 13 constitute an airframe fixed to each other, and may be formed integrally.
  • the first wing 20 has a configuration similar to a butterfly wing, and includes a leading edge vein 22, a side vein 23, a leading edge vein 22, and a side vein 23. And a wing film 21 stretched between them.
  • the second wing 30 has a configuration similar to a butterfly wing, and is between the second leading edge vein 32, the second side vein 33, and the second leading edge vein 32 and the second side vein 33. The second wing film 31 is stretched.
  • the leading edge vein 22 is a long member arranged so as to overhang the leading edge in the flight direction of the flapping airplane 100, and is lightweight and has a suitable strength, elasticity, flexibility, bamboo, etc. Wood, metal, FRP, etc. can be applied.
  • a pivot member coupling portion 24 is formed at one end of the leading edge vein 22, and is fixed to the blade coupling portion 44 of the pivot member 40.
  • the fixing may be in any form such as bonding with an adhesive or mechanical bonding with a screw or the like.
  • the side vein 23 is a long member disposed behind the leading edge vein 22 in the flight direction, and is lightweight and has resin having moderate strength, elasticity and flexibility, wood such as bamboo, metal, FRP, and the like. Can be applied.
  • One end of the side vein 23 is fixed to the pivot member connecting portion 24 of the leading edge vein 22, and the side vein 23 moves in the same manner as the leading edge vein 22.
  • the leading edge vein 22 and the side vein 23 are arranged so as to spread in a fan shape, and the wing film 21 is stretched between them.
  • the wing film 21 is formed of a resin, fiber, cloth, or the like that is lightweight and has appropriate strength, elasticity, and flexibility.
  • the first wing 20 reciprocates up and down in the yaw axis direction by the flapping operation of the flapping airplane 100, and flapping motion around the roll axis that moves the wing up and down relative to the aircraft axis, and feathering that twists against the front edge of the wing Causing movement.
  • the feathering motion can be adjusted by appropriately combining the shape and material of the wing membrane 21, the leading edge vein 22, and the side vein 23 according to the shape, size, and power of the flapping airplane 100. it can.
  • the second leading edge vein 32 is a long member disposed so as to overlap the yaw direction lower side of the side blade 23 of the first wing 20 and is light in weight and has appropriate strength, elasticity, and flexibility. Resin, wood such as bamboo, metal, FRP, etc. can be applied.
  • a second pivot member coupling portion 34 is formed at one end of the second leading edge vein 32 and is fixed to the second blade coupling portion 62 of the pivot member 40.
  • the fixing may be in any form such as bonding with an adhesive or mechanical bonding with a screw or the like.
  • the second side vein 33 is a long member arranged along the axis 10 of the flapping airplane 100, and is lightweight, resin having moderate strength, elasticity and flexibility, wood such as bamboo, metal FRP or the like can be applied.
  • One end of the second side vein 33 is fixed to the second pivot member coupling portion 34 of the second leading edge vein 32, and the second side vein 33 moves in the same manner as the second leading edge vein 32.
  • the second leading edge vein 32 and the second side vein 33 are arranged so as to spread in a fan shape, and the second wing film 31 is stretched between them.
  • the second wing film 31 is formed of a resin, fiber, cloth, or the like that is lightweight and has appropriate strength, elasticity, and flexibility.
  • the second wing 30 reciprocates up and down in the yaw axis direction together with the first wing 20 by the flapping operation of the flapping airplane 100, and the flapping motion around the roll axis that moves the wing up and down relative to the aircraft axis, at the leading edge of the wing In contrast, a twisting feathering motion is generated.
  • the second blade 30 is pivotally supported only around the roll axis.
  • a configuration of a vein and a wing membrane similar to a butterfly wing is applied.
  • a single plate-like ridge having no vein may be used, and structural strength may be increased.
  • the number of veins may be increased.
  • the first wing 20 and the second wing 30 may be at least two or more of the first wing 20 and the second wing 30, but the plurality of wings added to the first wing 20 or the second wing 30 are By making the same movement as the first wing 20 or the second wing 30 described above, a redundant configuration can be obtained.
  • the pivot member 40 is disposed on the front end side of the axle 10, is rotatable around the roll axis and the yaw axis of the plurality of first blades 20, 20, and around the roll axis of the plurality of second blades 30, 30 Is pivotally supported.
  • the pivot member 40 pivots around the roll axis of the first wing 20 constituting the first pivot member so as to be pivotable so as to perform a flapping motion, and to pivot around the yaw axis.
  • the roll pivot part 41 and the second roll pivot part 61 are coupled and integrated via a connecting part 60, and rotate in conjunction with the roll axis. These may be a single member or may be a unit that connects separate members.
  • the roll pivot 41 is perforated so that a roll pin hole 47 and a yaw pin hole 48 in the yaw axis direction pass through in the roll axis direction.
  • the roll pivot part 41, the second roll pivot part 61 and the connecting part 60 are accommodated in the pivot member accommodating part 11 so that the roll pin hole 47 and the axle pivot member pin hole 15 communicate with each other.
  • the axle pivot member coupling pin 46 is inserted through the axle pivot member coupling pin hole 15, and the roll pin It passes through the hole 47 and is inserted up to the axle shaft support member coupling pin hole 15 on the facing side beyond the support member housing portion 11.
  • the axle pivot member connecting pin 46 is treated so as not to fall off.
  • the roll pivot part 41 does not contact the pivot member housing part 11 so that the roll pivot part 41 can rotate around the roll axis about the axis pivot member coupling pin 46 as a rotation axis. It has a cylindrical shape.
  • the yaw pin hole 48 is drilled in an engaging portion 50 that engages with the lead lug pivotal support portion 42 that is a plate-like portion extending from a cylindrical portion.
  • the lead lug pivotal support part 42 is formed between an engagement receiving part 51 that forms a slit-like recess in the roll axis direction in a part of the rectangular parallelepiped block and a pivotal support part that penetrates in a direction perpendicular to the slit width direction (yaw axis direction).
  • the wing coupling portion 44 is provided on a part of the upper surface in the yaw axis direction opposite to the coupling pin hole 43 and the engagement accommodating portion 51, and the elastic body link coupling portion 45 is provided on a part of the lower surface. Yes.
  • the engagement portion 50 of the roll pivot portion 41 is fitted into the engagement receiving portion 51 of the lead lug pivot portion 42 so as to communicate with the yaw pin hole 48 and the pivot member connecting pin hole 43. Thereafter, the inter-fulcrum coupling pin 49 is inserted from the inter-fulcrum member coupling pin hole 43, passes through the yaw pin hole 48, and reaches the inter-fulcrum support member coupling pin hole 43 on the opposite side beyond the engagement accommodating portion 51. Inserted. Note that the inter-fulcrum connecting pin 49 is treated so that it does not fall off.
  • the lead / lag pivot 42 is not in contact with the engagement receiving portion 51 so that the pivot 49 can be rotated about the yaw axis about the pivot pin 49. It has a cylindrical shape.
  • the fixing may be in any form such as bonding with an adhesive or mechanical bonding with a screw or the like.
  • the pivot member 40 is provided at a position away from the axis pivot member coupling pin 46 and the pivot pin 49 as two rotary shafts orthogonal to each other. It can also be configured as a member.
  • the pivotal support of the second wing 30 will be described.
  • the roll pivot part 41 and the second roll pivot part 61 are coupled and integrated via the connecting part 60, and the second roll pivot part 61 is rotatable around the roll axis. Yes.
  • the second blade coupling portion 62 is formed on a part of the upper side surface in the yaw axis direction of the plate-like portion that extends from the cylindrical part of the second roll pivot support 61.
  • a second pivot member coupling portion 34 formed at one end of the second leading edge vein 32 of the second wing 30 is fixed to the second blade coupling portion 62.
  • the elastic link 80 and the flapping motion will be described with reference to FIGS.
  • the elastic body link 80 a resin band plate-like member that is easily changed in elasticity as compared with the machine shaft 10 and the swing shaft 70 can be applied.
  • the belt-like surface at one end of the elastic body link 80 is fixed to the elastic body link coupling portion 45 provided at the lead / lug pivot portion 42, and the other end is provided at the front end side of the swing shaft 70. It is fixed to 71.
  • the fixing may be in any form such as bonding with an adhesive or mechanical bonding with a screw or the like.
  • the elastic body link 80 is fixed to the machine shaft 10 and the rocking shaft 70 so that a predetermined torsion / bending is applied to the rocking shaft to form an inverted C shape. Is done.
  • the elastic body link 80 is illustrated as being inserted into the elastic body link coupling portion 71 of the swing shaft 70, but this is to emphasize the fixed state. The same applies to the configuration in which the elastic body link coupling portion 71 is provided on the surface of the swing shaft 70 and bonded, as shown in FIGS. 2 (C) and 2 (D). Further, although the position and the coupling state of the coupling surface between the elastic body link 80 and the pivotal support member 40 are not changed, it is simplified to explain the behavior of the elastic body link 80.
  • the elastic body link 80 is fixed to the machine shaft 10 and the swing shaft 70 on a seating surface by a roll shaft and a yaw shaft. At this time, the elastic body link 80 is not twisted, and expands and contracts by the reciprocating motion of the swing shaft 70.
  • the flapping of the first wings 20 and 20 and the second wings 30 and 30 at this time is a flapping motion around the roll axis that moves the wings up and down with respect to the axle 10.
  • one end of the elastic body link 80 is a machine shaft 10 on the seat surface by the roll shaft and the yaw shaft, and the other surface is a surface obtained by rotating the seat surface by the yaw shaft. And is fixed to the swing shaft 70. At this time, a twist is added to the elastic body link 80, and the reciprocating motion of the rocking shaft 70 performs a complicated expansion and contraction motion accompanied by the twist.
  • FIG. 6A shows a state in which the swing shaft 70 is farthest from the machine shaft 10 due to the reciprocating motion.
  • the first blade 20 is subjected to a pushing force toward the rear end side (the back side in FIG. 5) due to the twist of the elastic body link 80.
  • the first wing 20 is retracted to the rear end side by the pushing force toward the rear end side.
  • the second blade 30 does not move back and forth because the back and forth movement in the roll axis direction is restricted.
  • the flapping motion FI is generated by the first wing 20 and the second wing 30 being pushed down, and the structure of the first wing 20 and the second wing 30 is flexible.
  • a feathering motion FE as shown in FIG. 6 (C) is generated.
  • the elastic link 80 is fixed to the machine shaft 10 and the swing shaft 70 so that a predetermined torsion / bending is applied to the swing shaft so as to form an inverted C shape, thereby flapping motion FI and feathering motion FE.
  • the aerodynamic force related to the rise in the flapping motion can be effectively generated.
  • a negative pressure is generated between the upper surfaces of both wings by the operation of peeling off the left and right first wings 20 and 20 and the second wings 30 and 30.
  • the negative pressure between the first wings 20 and 20 and the second wings 30 and 30 spreads over the entire upper surface of the first wings 20 and 20 and the second wings 30 and 30.
  • the aircraft rises so that it can be pulled up from above by pressure. 6B to 6C, the first and second blades 20 and 20 and the second blades 30 and 30 are lifted by the launch of the first blades 20 and 20 and the second blades 30 and 30, respectively.
  • a negative pressure is generated between the lower surfaces of the wings, and while the lower surfaces of the first wings 20 and 20 and the second wings 30 and 30 are close to the front, the aircraft advances due to the pressure difference between the upper and lower surfaces of the wings.
  • FIG. 7B corresponding to FIG. 6A and FIG. 7A corresponding to FIG. 6C
  • the area of the first wing 20 viewed from the yaw axis direction is caused by the lead-lag motion. change.
  • FIG. 7B when the first wing 20 and the second wing 30 are lowered, the center of gravity COG of the flapping airplane 100 and the thrusts FL, FR of the first wing 20, 20, and the second wings 30, 30 are shown.
  • the distances LL and LR between the right wing center of gravity (LOGR) and the left wing center of gravity (LOGL), which are the power points, are approaching, and the moment centered on the center of gravity (COG) acts in the direction of raising the axle 10.
  • the elastic body link 80 is attached to the swing shaft 70 by applying a predetermined twist and bend, thereby realizing a complicated motion for flapping flight.
  • the drive unit 110 includes a worm wheel 113 that constitutes a crankshaft, a worm 112 that transmits power to the worm wheel 113, a motor 111 that rotates the worm 112, and a battery 120 that supplies electric power to the motor 111. And a control unit 121 that controls electric power, and a cable 123 that electrically connects the control unit 121 and the motor 111.
  • the worm wheel 113 is a disc-shaped helical gear, and constitutes a worm gear in combination with a worm 112 that is a screw gear that fits the helical gear.
  • rotation of the worm 112 around the roll axis is converted into rotation around the pitch axis of the worm wheel 113.
  • the worm wheel 113 is rotatably supported around the pitch axis in the vicinity of the end in the roll axis direction of the worm gear support 13 extending from the support 12 to the rear end side in the roll axis direction.
  • a guide pin 114 which is a protrusion extending in the pitch axis direction, is provided at a position shifted in the radial direction from the rotational axis on the side surface of the disk of the worm wheel 113.
  • the guide pin 114 reciprocates up and down in the yaw axis direction with respect to the rotation axis.
  • the guide pin 114 is accommodated in the guide groove 73 of the swing shaft 70, and transmits the reciprocating motion of the guide pin 114 in the yaw axis direction up and down to the swing shaft 70.
  • a reciprocating motion in the roll axis direction may also occur. However, the influence of this reciprocating motion can be canceled by appropriately setting the length of the guide groove 73. it can.
  • the worm wheel 113 and the guide pin 114 can act as a crankshaft and a connecting rod as described above. Further, by rotating the thin disc-shaped worm wheel 113 around the pitch axis, it is possible to prevent the flapping motion of the wings 20 and 20 from interfering with each other. Therefore, the second wing 30 is disposed at a position close to the axis 10. And can make a big feathering exercise.
  • the motor 111 is a small electric motor that rotates the worm 112, and a DC motor, a brushless motor, an ultrasonic motor, a servo motor, a stepping motor, a linear motor, or the like can be applied.
  • the power supply is not limited to the motor, and the rotational force may be supplied by twisting the rubber string as in Patent Documents 1 to 3, or the shape memory alloy is applied to swing directly.
  • the shaft 70 may be reciprocated.
  • the motor 111 may be attached to the axle 10 or may be attached to the support 12. However, since the mounting position of the motor 111 affects the center of gravity COG of the entire aircraft, it is set in consideration of flapping flight motion.
  • the control unit 121 controls the amount of power supplied from the battery 120 to the motor 111 in accordance with a preset program or an external command. In case of controlling by an external command, a function related to communication is installed.
  • the control unit 121 is attached to the axle 10, but may be attached to the support 12. However, the center of gravity COG of the entire machine body is appropriately set to a predetermined position according to the mounting position of the motor 111. Note that power transmission from the control unit 121 to the motor 111 is performed through the cable 123, but it may be transmitted wirelessly. Furthermore, a receiving unit may be provided to supply power wirelessly.
  • the swinging unit 70 transmits the reciprocating motion in the yaw axis direction, which is an action as a crank shaft by the worm wheel 113 and the guide pin 114, to the elastic body link 80.
  • a guide groove 73 is formed on the rear end side of the swing shaft 70.
  • the guide groove 73 is provided with a slit that accommodates the guide pin 114 and allows the guide pin 114 to move a predetermined width in the longitudinal direction of the swing shaft 70. Yes.
  • An elastic body link coupling portion 71 to which the elastic body link 80 is fixed is provided on the front end side of the swing shaft 70.
  • a fulcrum 72 is disposed at an intermediate portion sandwiched between the guide groove 73 and the elastic body link coupling portion 71 of the oscillating shaft 70, and the oscillating shaft 70 reciprocates up and down in the yaw axis direction around the fulcrum 72.
  • the fulcrum 72 is, for example, a through-hole formed in the support body 12 in the pitch direction, and a protrusion formed on the swing shaft 70 is inserted to support the swing shaft 70 so as to be rotatable around the pitch axis. .
  • the position of the elastic body link coupling portion 71 moves back and forth relative to the machine shaft 10 in the roll axis direction. Due to this back-and-forth motion, the elastic link 80 is twisted together with bending, and the elastic link that causes the first wing 20 and the second wing 30 to perform flapping motion, feathering motion, and the first wing 20 to perform lead-lag motion. 80 behaviors are realized.
  • FIG. 8 there is a lead lug pivot 42 that is engaged with a roll pivot 41 that is rotatable in the roll axis direction, and the lead lug pivot from the surface of the roll pivot 41 on the flight direction side.
  • a pivoting portion rotation restricting member 130 is disposed on the surface of the supporting portion 42 on the flight direction side.
  • pivot support rotation regulating member 130 may be a fixed end fixed to the lead lug pivot support 42. However, when such a configuration is applied, the flapping force is adjusted with the force with which the pivotal support rotation regulating member 130 presses the lead lug pivotal support portion 42, and the flapping force is not excessively suppressed. There is a need to.
  • the pivoting support member 130 is a band-shaped shape memory alloy, and utilizes the property of a shape memory alloy that bends and stretches in the direction when heat is applied to the tip. That is, the wire 122 for flowing current is connected to the pivot support member 130 and Joule heat is generated by energizing the shape memory alloy according to the command of the control unit 121, and the other end of the pivot support member 130 is connected to the pivot support member 130. It is bent in a predetermined direction.
  • the other end of the pivot support member 130 is bent in the flight direction so as to relax the rotation restriction of the first wing 20 around the yaw axis.
  • the other end of the pivot support rotation regulating member 130 presses the lead lug pivot support section 42 so as to strengthen the rotation regulation of the first blade 20 around the yaw axis.
  • the pivot support rotation restricting member 130 is provided in each of the restricting members 40, 40 arranged to face the axle 10, performs independent bending control according to a command from the control unit 121, and the first blade It functions as a restricting means for independently restricting the rotation ranges around the yaw axes of 20, 20.
  • the rotation range of the pivot member 40 that pivots around the roll axis of the airframe can be regulated with a light and simple configuration.
  • the pivot range around the yaw axis of each of the first wings 20 and 20 by the pivot support member 130 the control of the flapping airplane can be realized.
  • FIG. 9 (A) shows a case where the lead / lag angle of the left first wing 20 is larger than the lead / lag angle of the right first wing 20 with respect to the flight direction.
  • the wing area of the first wing 20 and the second wing 30 on the right side is smaller than the wing area of the first wing 20 and the second wing 30 on the left side.
  • the reaction force which is the reaction force when creating a downward air flow of the wing, contributes to lift and thrust, so that thrust FL> thrust FR.
  • This thrust difference produces a yaw rotational moment RM that is clockwise with respect to the direction of flight. Due to the generation of the yaw rotation moment RM, the body of the flapping airplane 100 turns in the right direction.
  • the first wings 20, 20 and the pivot member 40 are the three motions necessary for flapping flight, and the first wings 20, 20 are moved around the roll axis up and down with respect to the axle 10. Control of flapping motion, feathering motion that twists against the leading edge of the wing, and lead lug motion that moves the wing back and forth with respect to the axis.
  • FIG. 10 is a perspective view for explaining an example of the regulating member according to the second embodiment of the present invention.
  • the second embodiment of the present invention is an embodiment relating to a regulating means that independently regulates the lead / lag angle of the opposed wings, and the other configuration is the same as that of the first embodiment, so the following description will be given. The description of the same components as those in the first embodiment will be omitted.
  • two elastic body link twist restricting members 141 and 142 are arranged from the upper surface of the rocking shaft 70 in the yaw direction on the front end side to the intermediate portion of the elastic body link 80.
  • the elastic link twist restricting members 141 and 142 are arranged in parallel to the roll axis direction as shown in FIG. 10B, and one end thereof is fixed to the upper surface of the swing shaft 70. The other end extends in the surface direction of the elastic body link 80 on the axis 10 side, but the elastic body link torsion regulating members 141 and 142 and the elastic body link 80 are not fixed, and are structurally free ends. Yes.
  • the elastic link twist restricting members 141 and 142 may be fixed ends fixed to the elastic link 80 in order to strictly restrict the rotation range. However, when such a configuration is applied, the flapping force is adjusted with the force with which the elastic link torsion regulating members 141 and 142 press the elastic link 80, and the flapping force is not excessively suppressed. There is a need to.
  • the elastic link twist restricting members 141 and 142 are band-plate or wire-shaped shape memory alloys, and utilize the property of the shape memory alloy that bends and stretches in the direction when heat is applied to the tip. That is, by connecting the wire 122 that allows current to flow to the elastic body link twist regulating members 141 and 142 and energizing the shape memory alloy according to a command from the control unit 121, Joule heat is generated, and the elastic body link twist regulating members 141 and 142. The other end is bent in a predetermined direction.
  • the elastic body link twist restricting member 141 is maintained in a linear state as shown in FIG. 10A, and the elastic body link twist restricting member 142 is energized to have a constant bend, whereby the elastic body link 80 Restricts the left side of FIG. 10B from being twisted forward (rotation of the yaw axis).
  • the elastic body link 80 Restricts the left side of FIG. 10B from being twisted forward (rotation of the yaw axis).
  • the elastic link torsion restricting member 142 is maintained in a linear state as shown in FIG.
  • the amount by which the first wing 20 moves in the flight direction can be increased, and the lead / lag angle can be increased.
  • the elastic link torsion restricting members 141 and 142 are provided so as to correspond to the first wings 20 and 20 facing the left and right of the swing shaft 70, and perform independent torsion control according to a command from the control unit 121. It functions as a regulating means for independently regulating the rotation range of each of the blades 20 and 20 around the yaw axis.
  • the control of the flapping airplane can be realized by restricting the rotation range of each of the first wings 20 and 20 around the yaw axis with a light and simple configuration.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a main configuration of a flapping airplane according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a side view illustrating a power transmission mechanism according to the third embodiment of the present invention.
  • the third embodiment of the present invention is an embodiment according to a modified example of the swing shaft and the drive unit, and other configurations are the same as those of the first embodiment. Therefore, in the following description, the third embodiment is the same as the first embodiment. The description of the overlapping configuration is omitted.
  • a motor support 214 extends on the rear end side of the axle 10 on the lower side of the yaw axis.
  • the motor support 214 may be a part of the axle 10, or may be attached and fixed as a separate body.
  • a motor 211 is attached to the lower side of the motor support 214 by an annular member or the like. The rotation direction of the motor 211 is set around the roll axis.
  • the first blade 20 and the second blade 30 are shown as two-dot chain lines as an integrated state.
  • a battery 220 and a control unit 221 are attached to the middle part of the axle 10, and a fulcrum support 230 that constitutes a fulcrum 272 is provided extending below the yaw axis.
  • the fulcrum support 230 may be a part of the axle 10, or may be attached and fixed separately.
  • resin that is lightweight and has appropriate strength, elasticity, and flexibility, wood such as bamboo, metal, FRP, and the like can be applied.
  • the drive unit 200 includes a second spur gear 213 and a first spur gear 212 that transmit power to the second spur gear 213, a motor 211 that rotates the first spur gear 212, and electric power to the motor 211. It consists of a battery 220 to be supplied, a control unit 221 that controls electric power, and a cable 223 that electrically connects the control unit 221 and the motor 211. In the figure, a cable 222 for sending a rotation restriction control command is also shown.
  • the second spur gear 213 is a spur gear, and is combined with a first spur gear 212 that is a spur gear that matches the spur gear.
  • the rotation of the first spur gear 212 around the roll axis is transmitted to the second spur gear 213.
  • the second spur gear 213 is rotatably supported around the roll axis by a rotating shaft 225 extending from the rear end of the machine shaft 10 in the roll axis direction.
  • a guide body 271 serving as a connecting rod of the crank mechanism is attached to the rear end side of the swing shaft 270 so as to be rotatable around the roll axis with respect to the swing shaft 270.
  • a guide groove (not shown) is formed in the guide body 271. Also in this embodiment, as in the configuration shown in FIG. 4 of the first embodiment, the guide body 271 and the side surface of the disk of the second spur gear 213 are provided at positions shifted in the radial direction from the rotation axis.
  • the projecting guide pin thus formed serves as a guide mechanism 240 that functions as a crankshaft.
  • the rocking part 270 transmits the reciprocating motion in the vertical direction in the yaw axis to the elastic body link 80.
  • a fulcrum 272 is disposed at an intermediate portion between the guide body 271 and the elastic body link coupling portion 275 of the swing shaft 270, and the swing shaft 270 reciprocates up and down in the yaw axis direction around the support point 272.
  • the fulcrum 272 is formed by punching through holes in the pitch direction in the fulcrum support 230 and inserting protrusions formed on the swing shaft 270 to support the swing shaft 270 so as to be rotatable around the pitch axis. is there.
  • the second spur gear 213 rotating around the roll axis can act as a crankshaft, so that the overall length of the flapping airplane body can be shortened.
  • a complicated flight can be performed by further increasing the number of wings facing each other or controlling the flapping angle of each increased wing. Can also be realized.

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Abstract

尾翼やラダーといった付加的な装置を必要とせず、左右の翼のリード・ラグ角度をそれぞれ変化させて非対称にし、左右の翅が生成する揚力差から回転モーメントを生じさせる、ヨー制御する羽ばたき飛行機を提供する。　機軸（１０）とその法線方向に延出された対向する第１翼（２０）,（２０）および第２翼（３０）,（３０）と、第１翼を機軸に対してロール軸周りおよびヨー軸周りを回動自在に枢支する第１枢支部材（４１）,（４２）と、第２翼を機軸に対してロール軸周りに回動自在に枢支する第２枢支部材（６１）と、機軸に対して近接と遠隔を繰り返す往復運動を行う揺動軸（７０）と、揺動軸と第１翼および第２翼とを結ぶ弾性体リンク（８０）と、を備え、弾性体リンクが、揺動軸の往復運動によって第１翼および第２翼を揺動させる羽ばたき飛行機（１００）において、対向する第１翼のそれぞれのヨー軸周りの回動範囲を独立して規制する規制手段（１３０）を有することを特徴とする。

Description

羽ばたき飛行機
　本発明は、機軸の左右に揺動自在に装着された翼の羽ばたきによって飛翔する羽ばたき飛行機に関する。
　機体の左右に揺動自在に装着された翼の羽ばたきによって飛翔する羽ばたき飛行機が知られている（特許文献１，２，３，４参照）。これらの発明は、昇降する部材を備え、この昇降部材の昇降運動を剛体リンクの三次元的往復揺動運動に変換する機構を有している。往復揺動運動は翼のフラッピング運動（上下運動）およびリード・ラグ運動（前後運動）さらにはフェザリング運動（翼の前縁部に対する捩り運動）に変換されて、羽ばたき飛行機が飛翔する。
特開２０１０－１０５４１３号公報 特開２０１０－０１８０５９号公報 特開２００９－２８７７２３号公報 国際公開第２０１１／０１３６６７号
　一般的なはばたきロボットは、１つのアクチュエータで左右の翅を同時に駆動させているためにフラッピング角を左右独立して変化させることはできなかった（特許文献１，２，３参照）。従って、方向転換には尾翼を追加してラダーなどの舵取り機構を用いる場合が多く、その結果全長が伸びてしまい質量も増加するという課題があった。また、左右の翼をそれぞれのアクチュエータで駆動させて角度制御を可能としているものもあるが、システムの大型化や消費電力が増加する（常時左右の翅のアクチュエータを駆動するため）という課題があった。
　さらに、特許文献４のように、左右の翅のはばたき時間を変えることで左旋回もしくは右旋回を行うはばたきロボットがあるが、時間差を生み出すように構造的に設計されたものであって飛翔中の動的な旋回制御はできないという課題があった。
　本発明は、前記背景におけるこれらの実情に鑑みてなされたものであり、尾翼やラダーといった付加的な装置を必要とせず、左右の翼のリード・ラグ角度をそれぞれ変化させて非対称にして、左右の翅が生成する揚力差から回転モーメントを生じさせる、ヨー制御する羽ばたき飛行機を提供することをその目的とする。
　本発明に係る羽ばたき飛行機は、機軸と該機軸の法線方向に延出された対向する複数の第１翼および第２翼を有している。そして、前記機軸の延出方向をロール軸、前記法線方向をピッチ軸、該ロール軸および該ピッチ軸と互いに直交する方向をヨー軸としたとき、前記複数の第１翼を前記機軸に対してロール軸周りおよびヨー軸周りを回動自在に枢支する第１枢支部材と、前記複数の第２翼を前記機軸に対してロール軸周りに回動自在に枢支する第２枢支部材と、前記機軸に沿ってロール軸方向に設けられて、前記機軸に対して近接と遠隔を繰り返す往復運動を行う揺動軸と、前記揺動軸と前記複数の第１翼および第２翼とを結ぶ弾性体リンクと、を備えている。前記弾性体リンクが、前記揺動軸に所定の捩り・曲げを加えられて取り付けられ、前記揺動軸の往復運動によって前記複数の第１翼および第２翼を揺動させる。さらに、対向する前記第１翼のそれぞれのヨー軸周りの回動範囲を独立して規制する規制手段を有している。
　この態様によれば、翼と枢支部材によって、羽ばたき飛行に必要な３つの運動である、翼を機軸に対して上下に動かすロール軸周りのフラッピング運動、翼の前縁部に対して捻るフェザリング運動、翼を機軸に対して前後に動かすリード・ラグ運動を実現させる。そして、これらの運動は揺動軸の往復運動によって動力を供給することで、羽ばたきによる飛行を実現させる。さらに、規制手段が対向する第１翼のヨー軸周りの回動範囲を規制することで、第１翼のリード・ラグ角度（羽ばたきの前後運動の振り幅）を制御することができる。第１翼の回動範囲を狭めることによって、第１翼のリード・ラグ角度を減少することで、第１翼と第２翼とを併せた翼面積が減少する。その結果、揚力を減少させて機体を下降させる。このように機体を上昇させるとともに下降させることも可能になる。
　加えて、規制手段は、対向する翼のリード・ラグ角度を独立して規制することができる。例えば、片側の第１翼のリード・ラグ角度を減少させると、ヨー軸周りの回転モーメントのバランスが崩れ、リード・ラグ角度が減少した方の第１翼側の方向の回転モーメントが生ずる。この回転モーメントの発生によって、機体はリード・ラグ角度が減少した翼方向へ回転する。この機体の回転によって、羽ばたき飛行機を旋回させることができる。このように、本態様は、従来技術では困難であった、羽ばたき飛行機の上昇下降とともに旋回させる飛行制御を実現させている。
　前記態様において、前記規制手段が前記枢支部材の前記回動範囲を規制する構成とすることができる。
　この態様によれば、機体のヨー軸周りを回動自在に枢支する枢支部材の回動範囲を規制することで、翼のそれぞれのヨー軸周りの回動範囲を規制することができるため、簡単な構成で、羽ばたき飛行機の飛行制御を実現することができる。
　本発明の他の態様は、前記規制手段が前記弾性体リンクの捩り量を規制するように構成しても良い。
　この態様によれば、リード・ラグ運動の動力を伝達する弾性体リンクの捻り量が規制して、伝達される動力を減少させることで、翼のそれぞれのヨー軸周りの回動範囲を規制することができるため、簡単な構成で、羽ばたき飛行機の飛行制御を実現することができる。なお、弾性体リンクの捻り量の規制は、例えば、帯板状の弾性体リンクの長尺方向の中心線から、いずれかの側面側へ偏った箇所の弾性変位を規制することで、捻り量を規制することができる。
　前記態様において、前記弾性体リンクの延在方向中間部に捻り規制部材を装着する構成とすることができる。
　この態様によれば、捻り規制部材によって弾性体リンクの弾性変化する範囲を変えることができるため、簡単な構成で、羽ばたき飛行機の飛行制御を実現することができる。
　前記態様において、前記規制手段が形状記憶合金であり、該記憶形状合金の動作を制御する制御手段を備えるように構成することができる。
　この態様によれば、電力供給を調整することで形状記憶合金の硬軟を制御することによって、機体のヨー軸周りを回動自在に枢支する枢支部材の回動範囲を規制する部材とすることができ、もしくは弾性体リンクの延在方向中間部に曲げ規制部として備えて弾性体リンクの弾性変化する範囲を変えることができる。
　前記構成において、前記揺動軸を前記往復運動させる駆動部をさらに備え、前記駆動部が、前記揺動軸の前記揺動軸の前記飛行方向の反対側に前記ピッチ軸方向に軸支されたクランク軸と、一端が前記クランク軸に枢支され、他端が前記機軸に枢支され、前記クランクの回転を前記揺動軸に対する前記機軸の相対回転運動に変換して伝える連接杆と、を備える構成とすることができる。
　この態様によれば、揺動軸を往復運動させる手段として駆動部を備え、その駆動部をピッチ軸方向に軸支されたクランク軸とすることで、翼の羽ばたき運動に干渉しにくい構成とできるため、機体に近接した翼とすることや、大きなフェザリング運動をさせることができる。
　本発明の他の態様は前記揺動軸を前記往復運動させる駆動部をさらに備え、前記駆動部が、前記揺動軸の前記揺動軸の前記飛行方向の反対側に前記ロール軸方向に軸支されたクランク軸と、一端が前記クランク軸に枢支され、他端が前記機軸に枢支され、前記クランクの回転を前記揺動軸に対する前記機軸の相対回転運動に変換して伝える連接杆と、を備える構成とすることもできる。
　この態様によれば、揺動軸を往復運動させる手段として駆動部を備え、その駆動部をロール軸方向に軸支されたクランク軸とすることで、機体の全長を短縮することができるため、コンパクトな羽ばたき飛行機とすることができる。
　前記態様において、前記クランクを回転させるモータと、前記モータと前記規制手段への電力を供給する電池と、をさらに備え、前記制御部が、前記モータと前記規制手段への電力を制御する構成とすることができる。
　この態様によれば、外部からエネルギを供給することなく、自立飛行できる羽ばたき飛行機とすることができる。また、制御部に通信手段を備えてもよく、リモートコントロールによる飛行も実現することができる。なお、動力源、エネルギは電池、モータに限定されることはなく、特許文献１～３のようにゴム等によってエネルギを蓄積するとともに動力として利用しても良い。
　本発明は、尾翼やラダーといった付加的な装置を必要とせず、左右の翼のリード・ラグ角度をそれぞれ変化させて非対称にして、左右の翅が生成する揚力差から回転モーメントを生じさせる、ヨー制御が可能な羽ばたき飛行機を提供することができる。
本発明の第１実施形態に係る羽ばたき飛行機の主構成を説明する斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る翼の枢支機構を説明する拡大斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る翼の枢支機構を説明する分解斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る動力伝達機構を説明する側面図である。 本発明の第１実施形態に係る弾性体リンクの挙動を説明する図である。 本発明の第１実施形態に係る羽ばたき運動を説明する側面図である。 本発明の第１実施形態に係る羽ばたき運動を説明する上面図である。 本発明の第１実施形態に係る規制部材の一実施例を説明する斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る回旋運動を説明する図である。 本発明の第２実施形態に係る規制部材の一実施例を説明する斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る羽ばたき飛行機の主構成を説明する斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る動力伝達機構を説明する側面図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の羽ばたき飛行機に係る好適な実施の形態について説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。
　本発明の一態様は、機軸と該機軸の法線方向に延出された対向する複数の第１翼および第２翼を有している。そして、前記機軸の延出方向をロール軸、前記法線方向をピッチ軸、該ロール軸および該ピッチ軸と互いに直交する方向をヨー軸としたとき、前記複数の第１翼を前記機軸に対してロール軸周りおよびヨー軸周りを回動自在に枢支する第１枢支部材と、前記複数の第２翼を前記機軸に対してロール軸周りに回動自在に枢支する第２枢支部材と、前記機軸に沿ってロール軸方向に設けられて、前記機軸に対して近接と遠隔を繰り返す往復運動を行う揺動軸と、前記揺動軸と前記複数の第１翼および第２翼とを結ぶ弾性体リンクと、を備えている。前記弾性体リンクが、前記揺動軸に所定の捩り・曲げを加えられて取り付けられ、前記揺動軸の往復運動によって前記複数の第１翼および第２翼を揺動させる。さらに、対向する前記第１翼のそれぞれのヨー軸周りの回動範囲を独立して規制する規制手段を有しているものであれば、その具体的態様はいかなるものであっても構わない。
（第１実施形態）
　はじめに、図１～４を参照して、本発明の第１実施形態に係る羽ばたき飛行機の主要な構成を説明する。次に、図５～７を参照して、羽ばたき機構を説明する。そして、図８，９を参照して、ヨー軸周りの回動範囲を独立して規制する規制手段の例と規制手段による羽ばたき飛行機の回旋運動について説明する。
　図１は、本発明の第１実施形態に係る羽ばたき飛行機の主構成を説明する斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る翼の枢支機構を説明する拡大斜視図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る翼の枢支機構を説明する分解斜視図である。図４は、本発明の第１実施形態に係る動力伝達機構を説明する側面図である。図５は、本発明の第１実施形態に係る弾性体リンクの挙動を説明する図である。図６は、本発明の第１実施形態に係る羽ばたき運動を説明する側面図である。図７は、本発明の第１実施形態に係る羽ばたき運動を説明する上面図である。図８は、本発明の第１実施形態に係る規制部材の一実施例を説明する斜視図である。図９は、本発明の第１実施形態に係る回旋運動を説明する図である。
　以下の説明において、機軸１０の延出方向をロール軸、法線方向をピッチ軸、ロール軸およびピッチ軸と互いに直交する方向をヨー軸とし、ロール軸の延出する一方を飛行方向とする。ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸はそれぞれ頭文字をとってＲ軸、Ｐ軸、Ｙ軸と表す場合がある。
（主要構成の説明）
　図１を参照すると、本発明の第１実施形態に係る羽ばたき飛行機１００は、機軸１０とこの機軸１０のピッチ方向に延出された対向する複数の第１翼２０，２０および第２翼３０，３０を備えている。機軸１０の飛行方向側に配され、第１翼２０，２０のロール軸周りおよびヨー軸周りを回動自在に枢支するとともに第２翼３０，３０のロール軸周りを回動自在に枢支する枢支部材４０と、機軸１０に沿ってロール軸方向に設けられて、機軸１０に対して近接と遠隔を繰り返す往復運動を行う揺動軸７０と、揺動軸７０と第１翼２０，２０および第２翼３０，３０とを結ぶ弾性体リンク８０とを備えている。また、図４に詳しく示すように、揺動軸７０を往復運動させる駆動部１１０も備えている。
（機軸の説明）
　機軸１０は、飛行機の機体に相当する構造体となる長尺の部材である。機軸１０には、軽量であるとともに適度な強度、弾性、柔軟性を有した樹脂、竹等の木材、金属、ＦＲＰ等を適用できる。ただし、機軸１０は羽ばたき運動を行う翼２０、動力を提供する駆動部１１０、往復運動を行う揺動軸７０を支持することから、これらの運動、負荷に応じた強度、弾性、柔軟性を備えた材料、形状が選択される。
　図２を参照すると、機軸１０の飛行方向側（以下「前端側」といい、飛行方向の反対側を「後端側」という場合がある。）の端部には、枢支部材４０の一部を収容するように、ヨー方向から見て凹状の切り欠きとなる枢支部材収容部１１が形成され、枢支部材４０を回動自在に枢支するための機軸枢支部材結合ピン４６（図３参照）が挿通される機軸枢支部材結合ピン孔１５がロール軸方向に端面から枢支部材収容部１１を超えた対面まで穿孔されている。
　図４を参照すると、機軸１０の後端側にはモータ１１１が装着されるとともに、揺動軸７０の往復運動の支点７２が配設される支持体１２が、機体１０のヨー方向下側に延出されている。機軸１０と支持体１２とは固着されている。支持体１２には、軽量であるとともに適度な強度、弾性、柔軟性を有した樹脂、竹等の木材、金属、ＦＲＰ等を適用できる。
　支持体１２にはロール軸方向の後端側へ延出するウォームギア支持体１３が固着されている。ウォームギア支持体１３には、軽量であるとともに適度な強度、弾性、柔軟性を有した樹脂、竹等の木材、金属、ＦＲＰ等を適用できる。
　このように、機軸１０，支持体１２，ウォームギア支持体１３は、互いに固着された機体を構成しており、全てを一体で形成しても良い。
（翼の説明）
　次に、再び図１を参照すると、第１翼２０は、蝶の翅に類似した構成としており、前縁翅脈（しみゃく）２２と、側翅脈２３と、前縁翅脈２２と側翅脈２３との間に張られた翼膜２１とからなる。同様に、第２翼３０も、蝶の翅に類似した構成としており、第２前縁翅脈３２と、第２側翅脈３３と、第２前縁翅脈３２と第２側翅脈３３との間に張られた第２翼膜３１とからなる。
　前縁翅脈２２は、羽ばたき飛行機１００の飛行方向の前縁に張り出すように配された長尺の部材であり、軽量であるとともに適度な強度、弾性、柔軟性を有した樹脂、竹等の木材、金属、ＦＲＰ等を適用できる。
　図２，３を参照すると、前縁翅脈２２の一端は、枢支部材結合部２４が形成されており、枢支部材４０の翼結合部４４に固着される。固着は、接着剤による結合、ネジ等による機械的結合等、どのような形態でも良い。
　側翅脈２３は、前縁翅脈２２の飛行方向後方に配された長尺の部材であり、軽量であるとともに適度な強度、弾性、柔軟性を有した樹脂、竹等の木材、金属、ＦＲＰ等を適用できる。側翅脈２３の一端は前縁翅脈２２の枢支部材結合部２４に固着され、側翅脈２３は前縁翅脈２２と同じ動きをする。
　前縁翅脈２２と側翅脈２３とは扇状に広がるように配されており、その間に翼膜２１が張られる。翼膜２１は、軽量であるとともに適度な強度、弾性、柔軟性を有した樹脂や繊維、布等によって形成されている。
　第１翼２０は、羽ばたき飛行機１００の羽ばたき動作によって、ヨー軸方向上下に往復し、翼を機軸に対して上下に動かすロール軸周りのフラッピング運動、翼の前縁部に対して捻るフェザリング運動を生じさせている。ここで、フェザリング運動は、羽ばたき飛行機１００の機体形状やサイズ、動力の大きさに応じて、翼膜２１，前縁翅脈２２、側翅脈２３の形状・材質を適宜組み合わせることで調整することができる。
　第２前縁翅脈３２は、第１翼２０の側翅脈２３のヨー方向下方に重畳するように配された長尺の部材であり、軽量であるとともに適度な強度、弾性、柔軟性を有した樹脂、竹等の木材、金属、ＦＲＰ等を適用できる。
　第２前縁翅脈３２の一端は、第２枢支部材結合部３４が形成されており、枢支部材４０の第２翼結合部６２に固着される。固着は、接着剤による結合、ネジ等による機械的結合等、どのような形態でも良い。
　第２側翅脈３３は、羽ばたき飛行機１００の機軸１０に沿うように配された長尺の部材であり、軽量であるとともに適度な強度、弾性、柔軟性を有した樹脂、竹等の木材、金属、ＦＲＰ等を適用できる。第２側翅脈３３の一端は第２前縁翅脈３２の第２枢支部材結合部３４に固着され、第２側翅脈３３は第２前縁翅脈３２と同じ動きをする。
　第２前縁翅脈３２と第２側翅脈３３とは扇状に広がるように配されており、その間に第２翼膜３１が張られる。第２翼膜３１は、軽量であるとともに適度な強度、弾性、柔軟性を有した樹脂や繊維、布等によって形成されている。
　第２翼３０は、羽ばたき飛行機１００の羽ばたき動作によって、第１翼２０とともにヨー軸方向上下に往復し、翼を機軸に対して上下に動かすロール軸周りのフラッピング運動、翼の前縁部に対して捻るフェザリング運動を生じさせている。なお、後記するように第２翼３０は、ロール軸周りのみ回動自在に枢支されている。
　なお、本実施形態では、蝶の翅に類似した翅脈と翼膜という構成を適用しているが、翅脈を有さない１枚の板状翅にしても良いし、構造的な強度を高めたり、フェザリング運動の状態を変えたりするために、翅脈の数を増加させても良い。また、第１翼２０および第２翼３０は少なくとも２以上の複数の第１翼２０および第２翼３０であれば良いが、第１翼２０もしくは第２翼３０に追加される複数の翼は、前記した第１翼２０もしくは第２翼３０と同じ運動をさせることで冗長的な構成とすることができる。
（枢支部材の説明）
　次に図２（Ａ），（Ｂ），図３を参照して、枢支部材４０を説明する。枢支部材４０は、機軸１０の前端側に配され、複数の第１翼２０、２０のロール軸周りおよびヨー軸周りを回動自在に、そして複数の第２翼３０，３０のロール軸周りを回動自在に枢支するものである。
　枢支部材４０は、第１枢支部材を構成する第１翼２０のロール軸周りを回動自在に枢支してフラッピング運動をさせるロール枢支部４１およびヨー軸周りを回動自在に枢支してリード・ラグ運動をさせるリード・ラグ枢支部４２と、第２枢支部材を構成する第２翼３０のロール軸周りを回動自在に枢支してフラッピング運動をさせる第２ロール枢支部６１からなる。
　ロール枢支部４１と第２ロール枢支部６１とは連結部６０を介して結合され一体化されており、ロール軸周りに連動して回動する。これらは一つの部材としても良いし別体を結合するものでも良い。
　はじめに第１翼２０の枢支について説明する。ロール枢支部４１には、ロール軸方向にロールピン孔４７と、ヨー軸方向のヨーピン孔４８とが貫通するように穿孔されている。
　ロール枢支部４１、第２ロール枢支部６１および連結部６０は、ロールピン孔４７と機軸枢支部材ピン孔１５とが連通するように、枢支部材収容部１１に収容される。ロール枢支部４１、第２ロール枢支部６１および連結部６０が枢支部材収容部１１に収容された後、機軸枢支部材結合ピン４６が、機軸枢支部材結合ピン孔１５から挿通され、ロールピン孔４７を貫通して、枢支部材収容部１１を超えた対面側の機軸枢支部材結合ピン孔１５まで挿入される。なお、機軸枢支部材結合ピン４６は、抜け落ちることがないように処置される。
　ロール枢支部４１のロールピン孔４７の周りは、ロール枢支部４１が機軸枢支部材結合ピン４６を回転軸として、ロール軸周りを回動自在となるように、枢支部材収容部１１に接触しない円筒状の形状としている。ヨーピン孔４８は、円筒状の一部から延出された板状の部分であるリード・ラグ枢支部４２と係合する係合部５０に穿孔されている。
　リード・ラグ枢支部４２は、直方体ブロックの一部にロール軸方向のスリット状の凹部となる係合収容部５１と、スリットの幅方向に直交する方向（ヨー軸方向）に貫通した枢支部間結合ピン孔４３と、係合収容部５１とは反対側のヨー軸方向の上側の面の一部に翼結合部４４を、下側の面の一部に弾性体リンク結合部４５を備えている。
　ロール枢支部４１の係合部５０は、ヨーピン孔４８と枢支部材間結合ピン孔４３と連通するように、リード・ラグ枢支部４２の係合収容部５１に嵌入される。その後、枢支部間結合ピン４９が、枢支部材間結合ピン孔４３から挿通され、ヨーピン孔４８を貫通して、係合収容部５１を超えた対面側の枢支部材間結合ピン孔４３まで挿入される。なお、枢支部間結合ピン４９は、抜け落ちることがないように処置される。
　ロール枢支部４１のヨーピン孔４８の周りは、リード・ラグ枢支部４２が枢支部間結合ピン４９を回転軸として、ヨー軸周りを回動自在となるように、係合収容部５１に接触しない円筒状の形状としている。
　翼結合部４４には第１翼２０の前縁翅脈２２の一端が固着され、弾性体リンク結合部４５には、弾性体リンク８０の一端に設けられた枢支部材結合部８１が固着される。固着は、接着剤による結合、ネジ等による機械的結合等、どのような形態でも良い。
　なお、枢支部材４０は、互いに直交する２つの回転軸としての機軸枢支部材結合ピン４６，枢支部間結合ピン４９を離れた位置に設けたが、この２軸をユニバーサルジョントのような一部材として構成することもできる。
　次に第２翼３０の枢支について説明する。前記したように、ロール枢支部４１と第２ロール枢支部６１とは連結部６０を介して結合され一体化されており、第２ロール枢支部６１は、ロール軸周りに回動自在となっている。
　第２ロール軸枢支部６１の円筒状の一部から延出された板状部分のヨー軸方向上側面の一部に第２翼結合部６２が形成されている。第２翼結合部６２には第２翼３０の第２前縁翅脈３２の一端に形成された第２枢支部材結合部３４が固着される。係る構成によって、第２翼３０は、第１翼２０と同期したフラッピング運動を行うが、ロール軸方向の前後運動であるリード・ラグ運動は規制されている。
（弾性体リンクおよび羽ばたき運動の説明）
　次に図５，６も併せて参照して、弾性体リンク８０と羽ばたき運動について説明する。弾性体リンク８０は、機軸１０や揺動軸７０と比べて弾性変化がし易い、樹脂の帯板状部材を適用することができる。弾性体リンク８０の一端の帯状の面はリード・ラグ枢支部４２に設けられた弾性体リンク結合部４５に固着され、他端は揺動軸７０の前端側に設けられた弾性体リンク結合部７１に固着される。固着は、接着剤による結合、ネジ等による機械的結合等、どのような形態でも良い。
　図５（Ａ）～（Ｄ）を参照すると、弾性体リンク８０は、前記揺動軸に所定の捩り・曲げを加えられて逆Ｃ字になるように、機軸１０や揺動軸７０に固着される。なお、図５（Ａ）～（Ｄ）では、弾性体リンク８０が揺動軸７０の弾性体リンク結合部７１内に挿入されているように描いているが、これは固着状態を強調するためであり、図２（Ｃ）、（Ｄ）のように揺動軸７０の面に弾性体リンク結合部７１を設けて接着等する形態でも同様となる。また、弾性体リンク８０と枢支部材４０との結合面の位置および結合状態を変化させていないが、弾性体リンク８０の挙動を説明するために簡略化している。
　まず、図５（Ａ）、（Ｂ）を参照すると、弾性体リンク８０は、ロール軸とヨー軸による座面上に機軸１０や揺動軸７０に固着されている。このとき、弾性体リンク８０には捻りはなく、揺動軸７０の往復運動によって、伸縮運動を行う。このときの第１翼２０，２０および第２翼３０，３０の羽ばたきはそれぞれの翼を機軸１０に対して上下に動かすロール軸周りのフラッピング運動となる。
　次に、図５（Ｃ）、（Ｄ）を参照すると、弾性体リンク８０の一端はロール軸とヨー軸による座面上で機軸１０に、他端は座面をヨー軸で回転させた面で揺動軸７０に固着されている。このとき、弾性体リンク８０に捻りが付加され、揺動軸７０の往復運動によって、捻りを伴った複雑な伸縮運動を行う。
　この複雑な伸縮運動について図６も併せて参照して説明する。往復運動によって揺動軸７０が機軸１０から最も離れた状態が、図６（Ａ）となる。このとき図５（Ｃ）に示すように第１翼２０には弾性体リンク８０の捻りによって後端側（図５の奥側）に押す力が働く。リード・ラグ枢支部４２があるため、第１翼２０はこの後端側へ押す力によって後端側へ後退する。なお、第２翼３０はロール軸方向の前後運動が規制されているためこの前後運動はしない。
　揺動軸７０が機軸１０に近づく過程では図６（Ｂ）となり、捻りが反転して、第１翼２０が前端側へ移動する。さらに揺動軸７０が機軸１０に最も近づいた図６（Ｃ）では、図５（Ｄ）に示すように、図５（Ｃ）から反転した捻り状態となるため、第１翼２０は最も前端側に移動した状態となる。このようにリード・ラグ移動長ＸＬＲがＸＬＲ１＜ＸＬＲ２＜ＸＬＲ３となる、リード・ラグ運動が実現される。なお、この構成は１例であり、例えば翼２０が水平になったときに、リード・ラグ長を最大に、すなわち　ＸＬＲ２＜ＸＬＲ１、ＸＬＲ３　とすることで、翼面積を最大にして飛行方向への抵抗を少なくするとともに、推進力を大きくすることができる。なお機体の姿勢に応じたリード・ラグ長の長短のコントロールは、弾性体リンク８０の捩り、曲げの状態を任意に設定することで具現化することができる。
　さらに、図６（Ａ）では、第１翼２０と第２翼３０とが打ち下ろされることでフラッピング運動ＦＩを発生させ、柔軟性のある第１翼２０と第２翼３０の構造によって図６（Ｃ）に示すようなフェザリング運動ＦＥを発生させる。弾性体リンク８０を、前記揺動軸に所定の捩り・曲げを加えられて逆Ｃ字になるように、機軸１０や揺動軸７０に固着することで、フラッピング運動ＦＩとフェザリング運動ＦＥとの位相差を発生させ、羽ばたき運動における上昇に係る空気力を効果的に発生させることができる。
　詳しくは、第１翼２０と第２翼３０の打ち下ろし時には、左右の第１翼２０、２０および第２翼３０，３０を引き剥がす動作で両翼の上面間に負圧を生じさせ、図６（Ａ）の状態において第１翼２０、２０および第２翼３０，３０の間の負圧が第１翼２０、２０および第２翼３０，３０の上面の全面に広がり、この上方への負圧により上から引き上げられるように機体が上昇する。そして、図６（Ｂ）から（Ｃ）に示す第１翼２０、２０および第２翼３０，３０の打ち上げにより、左右の第１翼２０、２０および第２翼３０，３０を広げる動作で両翼の下面間に負圧を生じさせ、第１翼２０、２０および第２翼３０，３０の下面が前向きに近い間、翼の上下面の圧力差により機体が前進する。
　図６（Ａ）に対応する図７（Ｂ）および図６（Ｃ）に対応する図７（Ａ）を参照すると、リード・ラグ運動によって、ヨー軸方向から見た第１翼２０の面積が変わる。図７（Ｂ）を見ると、第１翼２０および第２翼３０の打ち下ろし時には、羽ばたき飛行機１００の機体の重心ＣＯＧと第１翼２０、２０および第２翼３０，３０の推力ＦＬ、ＦＲの力点となる右翼重心ＬＯＧＲ、左翼重心ＬＯＧＬとの距離ＬＬ，ＬＲは近づいており、重心ＣＯＧを中心としたモーメントは機軸１０を上昇させる方向に働いている。
　一方、図７（Ａ）を見ると、第１翼２０および第２翼３０の打ち上げ時には、羽ばたき飛行機１００の機体の重心ＣＯＧと第１翼２０、２０および第２翼３０，３０の推力ＦＬ、ＦＲの力点となる右翼重心ＬＯＧＲ、左翼重心ＬＯＧＬとの距離ＬＬ，ＬＲは打ち下ろし時と比べて離れており、この位置関係によって機軸１０の前端を上側に傾斜させて、前進とともに上昇を行う羽ばたき運動を可能としている。以上から図５に示すように、弾性体リンク８０が、揺動軸７０に所定の捩り・曲げを加えられて取り付けられることで、羽ばたき飛行を行うための複雑な運動を実現している。
（揺動軸および駆動部の説明）
　図４を参照すると、駆動部１１０は、クランク軸を構成するウォームホイール１１３およびウォームホイール１１３に動力を伝達するウォーム１１２と、ウォーム１１２を回転させるモータ１１１と、モータ１１１に電力を供給する電池１２０と、電力を制御する制御部１２１と、制御部１２１とモータ１１１を電気的に連結するケーブル１２３とからなる。
　ウォームホイール１１３は円盤状のはす歯歯車であって、このはす歯歯車に合うねじ歯車であるウォーム１１２と組み合わせてウォームギアを構成している。このウォームギアの機構によって、ウォーム１１２のロール軸周りの回転は、ウォームホイール１１３のピッチ軸周りの回転に変換される。
　ウォームホイール１１３は、支持体１２からロール軸方向後端側に延出されたウォームギア支持体１３のロール軸方向の端部付近に、ピッチ軸周りに回転自在に軸支される。
　ウォームホイール１１３の円盤の側面で回転軸心から放射線方向にずれた位置には、ピッチ軸方向に延出した突起であるガイドピン１１４が備えられている。このガイドピン１１４は、ウォームホイール１１３の回転に伴い、回転軸心に対して、ヨー軸方向上下に往復運動する。ガイドピン１１４は、揺動軸７０のガイド溝７３内に収容され、ガイドピン１１４のヨー軸方向上下の往復運動を揺動軸７０に伝達している。なお、ウォームホイール１１３回転時のガイドピン１１４の位置によっては、ロール軸方向の往復運動も発生するが、ガイド溝７３の長さを適宜設定することで、この往復運動の影響をキャンセルすることができる。
　本実施形態では、このようにウォームホイール１１３とガイドピン１１４によって、クランク軸および連結杆としての作用を奏させることができる。また、厚みのない円盤状のウォームホイール１１３をピッチ軸周りに回転させることで、翼２０，２０の羽ばたき運動に干渉しにくい構成とできるため、機軸１０に近接した位置に第２翼３０を配置することや、大きなフェザリング運動をさせることができる。
　モータ１１１は、ウォーム１１２を回転させる小型の電動モータであって、ＤＣモータ、ブラシレスモータ、超音波モータ、サーボモータ、ステッピングモータ、リニアモータ等を適用できる。なお、動力の供給はモータに限定されることはなく、特許文献１～３のようにゴム紐を撚ることで回転力を供給しても良いし、形状記憶合金を適用して直接揺動軸７０を往復運動させてもよい。
　モータ１１１は、機軸１０に取り付けても良いし、支持体１２に取り付けても良い。ただし、モータ１１１の取り付け位置は、機体全体の重心ＣＯＧに影響することから、羽ばたき飛行運動を考慮して設定される。
　制御部１２１は、予め設定されたプログラム、もしくは、外部からの指令に従って、電池１２０からモータ１１１への電力供給量を制御する。外部からの指令によって制御する場合には、通信に係る機能を搭載する。制御部１２１は、機軸１０に取り付ける構成としているが、支持体１２に取り付けても良い。ただし、モータ１１１の取り付け位置に応じて、機体全体の重心ＣＯＧを所定の位置にするよう適宜設定される。なお、制御部１２１からモータ１１１への送電はケーブル１２３を通じて行われるが、無線で伝送する形式でも良い。さらに、受信部を設けて、無線で電力を供給する形式でも良い。
　揺動部７０は、ウォームホイール１１３とガイドピン１１４によるクランク軸としての作用であるヨー軸方向上下の往復運動を弾性体リンク８０に伝達する。揺動軸７０の後端側には、ガイドピン１１４を収容するとともに、そのガイドピン１１４が揺動軸７０の長尺方向の所定幅を移動できるスリットが設けられたガイド溝７３が形成されている。そして、揺動軸７０の前端側には弾性体リンク８０が固着される弾性体リンク結合部７１が設けられている。
　揺動軸７０のガイド溝７３と弾性体リンク結合部７１に挟まれた中間部には、支点７２が配されており、揺動軸７０は支点７２を中心にヨー軸方向上下に往復運動する。支点７２は、例えば、支持体１２にピッチ方向に貫通孔を穿孔し、揺動軸７０に形成した突起を挿入して、揺動軸７０をピッチ軸周りに回動自在に支持するものである。
　なお、揺動軸７０は、支点７２を中心にピッチ軸周りに回動していることから、弾性体リンク結合部７１の位置は、機軸１０に対して相対的にロール軸方向で前後する。この前後運動によって、弾性体リンク８０には曲げとともに捩りが生じ、第１翼２０および第２翼３０にフラッピング運動、フェザリング運動、第１翼２０にリード・ラグ運動の奏させる弾性体リンク８０の挙動を実現している。
（規制部材の説明）
　次に、対向する第１翼２０，２０のリード・ラグ角度を独立して規制する規制手段について説明する。以下では、枢支部材４０のリード・ラグ枢支部４２のヨー軸周りの回転を規制する枢支部回動規制部材１３０の実施例を説明する。しかしながら規制手段は、これらの実施例に限定されることはなく、例えば、リード・ラグ枢支部４２にエンコーダとステッピングモータを搭載して、指示するリード・ラグ角度の範囲に制御しても良い。
（枢支部回動規制についての説明）
　図８を参照すると、ロール軸方向に回動自在とされたロール枢支部４１に係合されているリード・ラグ枢支部４２があり、ロール枢支部４１の飛行方向側の面からリード・ラグ枢支部４２の飛行方向側の面に架けて枢支部回動規制部材１３０が配されている。
　枢支部回動規制部材１３０の一端はロール枢支部４１の飛行方向側の面に固着されている。他端はリード・ラグ枢支部４２の飛行方向側の面に延出されているが、枢支部回動規制部材１３０はリード・ラグ枢支部４２には固定されておらず、構造的に自由端としている。なお、厳密な回動範囲の規制をするために、枢支部回動規制部材１３０をリード・ラグ枢支部４２に固定した固定端としても良い。ただし、係る構成を適用する場合には、羽ばたきする力と枢支部回動規制部材１３０がリード・ラグ枢支部４２を押圧する力との調整をとり、羽ばたきの力を過度に抑制しないように構成する必要がある。
　枢支部回動規制部材１３０は、帯板状の形状記憶合金であり、先端部に熱を加えると、その方向に屈伸するという形状記憶合金の性質を利用している。すなわち、枢支部回動規制部材１３０に電流を流すワイヤ１２２をつなぎ、制御部１２１の指令によって、形状記憶合金に通電することでジュール熱を発生させ、枢支部回動規制部材１３０の他端を所定の方向に曲げるものである。
　例えば、リード・ラグ角度を大きくとりたいときには、第１翼２０のヨー軸周りの回転規制を緩和するように、枢支部回動規制部材１３０の他端が飛行方向に曲げられ、一方リード・ラグ角度を小さくしたいときには、第１翼２０のヨー軸周りの回転規制を強化するように、枢支部回動規制部材１３０の他端がリード・ラグ枢支部４２を押さえつけるようにする。
　枢支部回動規制部材１３０は、機軸１０に対して対向して配されている規制部材４０，４０のそれぞれに備えられており、制御部１２１の指令によって独立した曲げ制御を行い、第１翼２０，２０のそれぞれのヨー軸周りの回動範囲を独立して規制する規制手段として働く。
　このように本実施形態によれば、機体のロール軸周りを回動自在に枢支する枢支部材４０の回動範囲を、軽量かつ簡易な構成で規制することができる。この枢支部回動規制部材１３０によって、第１翼２０，２０のそれぞれのヨー軸周りの回動範囲を規制することで羽ばたき飛行機の制御を実現することができる。
（リード・ラグ角度制御の説明）
　次に、図９を参照して、対向する第１翼２０，２０のリード・ラグ角度を独立して規制する規制手段を適用した制御について説明する。
　図９（Ａ）は、飛行方向に対して左側の第１翼２０のリード・ラグ角度が、右側の第１翼２０のリード・ラグ角度よりも大きい場合を示している。
　図９（Ａ）では、左側の第１翼２０および第２翼３０の翼面積と比べて右側の第１翼２０および第２翼３０の翼面積の方が小さくなる。羽ばたき飛行機において、翼の下向きの空気の流れをつくったときの反力である翅反力が、揚力・推力に寄与することから、推力ＦＬ＞推力ＦＲとなる。この推力の差は飛行方向に対して時計回りのヨー回転モーメントＲＭを生じさせる。ヨー回転モーメントＲＭの発生によって、羽ばたき飛行機１００の機体は右方向に旋回する。
　一方、図９（Ｂ）に示すように、飛行方向に対して右側の第１翼２０のリード・ラグ角度が、左側の第１翼２０のリード・ラグ角度よりも大きい場合には、推力ＦＲ＞推力ＦＬとなる。この推力の差は飛行方向に対して反時計回りのヨー回転モーメントＲＭを生じさせる。ヨー回転モーメントＲＭの発生によって、羽ばたき飛行機１００の機体は右方向に旋回する。
　また、対向する第１翼２０，２０の両方について、同時にリード・ラグ角度が減じるように規制することで、通常の直進する羽ばたき飛行におけるフラッピング運動、フェザリング運動、リード・ラグ運動を減少させて、直進方向の速度を減少させることや、上昇速度減少から下降させる制御も実現できる。
　この実施形態によれば、第１翼２０，２０と枢支部材４０によって、羽ばたき飛行に必要な３つの運動である、第１翼２０，２０を機軸１０に対して上下に動かすロール軸周りのフラッピング運動、翼の前縁部に対して捻るフェザリング運動、翼を機軸に対して前後に動かすリード・ラグ運動の制御を実現させる。
　そして、これらの運動は揺動軸７０の往復運動によって動力を供給することで、羽ばたきによる飛行を実現させる。さらに、規制手段である枢支部回動規制部材１３０が対向する第１翼２０，２０のそれぞれのヨー軸周りの回動範囲を規制することで、第１翼２０，２０のリード・ラグ角度（機体の前後の動きの振り幅）を制御することができる。さらに、回動範囲を狭めることによって、全ての羽根のリード・ラグ角度を減少させられるため、揚力を減少させて機体を下降させる。このように機体を上昇させるとともに下降させることも可能になる。
（第２実施形態）
　次に、図１０を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。図１０は、本発明の第２実施形態に係る規制部材の一実施例を説明する斜視図である。本発明の第２実施形態は、対向する翼のリード・ラグ角度を独立して規制する規制手段に係る実施形態であり、その他の構成については第１実施形態と同じであるため、以下の説明において、第１実施形態と重複する構成については、その説明を省略する。
　図１０（Ａ）を参照すると、揺動軸７０の先端側ヨー方向の上面から弾性体リンク８０の中間部に架けて２つの弾性体リンク捻り規制部材１４１、１４２が配されている。
　弾性体リンク捻り規制部材１４１、１４２は、図１０（Ｂ）に示すようにロール軸方向に平行に配され、その一端は揺動軸７０の上面に固着されている。他端は弾性体リンク８０の機軸１０側の面方向に延出されているが、弾性体リンク捻り規制部材１４１、１４２と弾性体リンク８０とは固定されておらず、構造的に自由端としている。なお、厳密な回動範囲の規制をするために、弾性体リンク捻り規制部材１４１、１４２を弾性体リンク８０に固定した固定端としても良い。ただし、係る構成を適用する場合には、羽ばたきする力と弾性体リンク捻り規制部材１４１、１４２が弾性体リンク８０を押圧する力との調整をとり、羽ばたきの力を過度に抑制しないように構成する必要がある。
　弾性体リンク捻り規制部材１４１、１４２は、帯板状もしくはワイヤ状の形状記憶合金であり、先端部に熱を加えると、その方向に屈伸するという形状記憶合金の性質を利用している。すなわち、弾性体リンク捻り規制部材１４１、１４２に電流を流すワイヤ１２２をつなぎ、制御部１２１の指令によって、形状記憶合金に通電することでジュール熱を発生させ、弾性体リンク捻り規制部材１４１、１４２の他端を所定の方向に曲げるものである。
　例えば、弾性体リンク捻り規制部材１４１を図１０（Ａ）のように直線的な状態を維持し、そして弾性体リンク捻り規制部材１４２に通電して一定の曲げにすることで、弾性体リンク８０は、図１０（Ｂ）の左側が手前に捻れる（ヨー軸の回転）ことを規制する。このように制御することで、第１翼２０が飛行方向へ動く量を減少させて、リード・ラグ角度を減少させる。
　一方、リード・ラグ角度を大きくとりたいときは、弾性体リンク捻り規制部材１４２を図１０（Ａ）のように直線的な状態を維持し、そして弾性体リンク捻り規制部材１４１に通電して一定の曲げにすることで、第１翼２０が飛行方向へ動く量を増加させて、リード・ラグ角度を増加させることができる。
　弾性体リンク捻り規制部材１４１、１４２は、揺動軸７０の左右に対向する第１翼２０，２０に対応するように備えられており、制御部１２１の指令によって独立した捻り制御を行い、第１翼２０，２０のそれぞれのヨー軸周りの回動範囲を独立して規制する規制手段として働く。
　このように本実施形態によれば、軽量かつ簡易な構成で第１翼２０，２０のそれぞれのヨー軸周りの回動範囲を規制することで羽ばたき飛行機の制御を実現することができる。
（第３実施形態）
　次に、図１１、１２を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。図１１は、本発明の第３実施形態に係る羽ばたき飛行機の主構成を説明する斜視図である。図１２は、本発明の第３実施形態に係る動力伝達機構を説明する側面図である。
　本発明の第３実施形態は、揺動軸および駆動部の変形例に係る実施形態であり、その他の構成については第１実施形態と同じであるため、以下の説明において、第１実施形態と重複する構成については、その説明を省略する。
　図１１，１２を参照すると、機軸１０の後端側にはヨー軸下方側にモータ支持体２１４が延出している。モータ支持体２１４は、機軸１０の一部でも良いし、別体として取り付けて固定しても良い。モータ支持体２１４の下側には環状部材等によってモータ２１１が取り付けられる。モータ２１１の回転方向はロール軸周りとしている。なお、図１１，１２において、第１翼２０，第２翼３０については、一体となった状態として、二点鎖線で示している。
　さらに機軸１０の中間部には、電池２２０、制御部２２１が装着されるとともに、ヨー軸下方に延出して、支点２７２を構成する支点支持体２３０が備えられている。支点支持体２３０は、機軸１０の一部でも良いし、別体として取り付けて固定しても良い。モータ支持体２１４および支点支持体２３０には、軽量であるとともに適度な強度、弾性、柔軟性を有した樹脂、竹等の木材、金属、ＦＲＰ等を適用できる。
　駆動部２００は、クランク軸を構成する第２平歯車２１３および第２平歯車２１３に動力を伝達する第１平歯車２１２と、第１平歯車２１２を回転させるモータ２１１と、モータ２１１に電力を供給する電池２２０と、電力を制御する制御部２２１と、制御部２２１とモータ２１１を電気的に連結するケーブル２２３とからなる。なお、図では回動規制制御の指令を送るケーブル２２２も示している。
　第２平歯車２１３は平歯車であって、この平歯車に合う平歯車である第１平歯車２１２と組み合わせている。この伝達機構によって、第１平歯車２１２のロール軸周りの回転が、第２平歯車２１３に伝達される。
　第２平歯車２１３は、機軸１０の後端からロール軸方向に延出された回転軸２２５によって、ロール軸周りに回転自在に軸支される。
　揺動軸２７０の後端側にはクランク機構の連結杆となるガイド体２７１が、揺動軸２７０に対してロール軸周りに回動自在に取り付けられている。ガイド体２７１には図示しないガイド溝が形成されている。そして、本実施形態においても、第１実施形態の図４に示した構成と同じく、このガイド体２７１と、第２平歯車２１３の円盤の側面で回転軸心から放射線方向にずれた位置に備えられた突起状のガイドピンとでクランク軸としての作用を奏するガイド機構２４０としている。
　揺動部２７０は、ヨー軸方向上下の往復運動を弾性体リンク８０に伝達する。揺動軸２７０のガイド体２７１と弾性体リンク結合部２７５に挟まれた中間部には、支点２７２が配されており、揺動軸２７０は支点２７２を中心にヨー軸方向上下に往復運動する。支点２７２は、例えば、支点支持体２３０にピッチ方向に貫通孔を穿孔し、揺動軸２７０に形成した突起を挿入して、揺動軸２７０をピッチ軸周りに回動自在に支持するものである。
　なお、揺動軸２７０は、ピッチ軸周りに回動していることから、弾性体リンク結合部２７５の位置は、ロール軸方向に対して相対的に前後する。この前後運動によって、弾性体リンク８０には曲げとともに捩りが生じ、翼２０にフラッピング運動、フェザリング運動、リード・ラグ運動のための弾性体リンク８０の挙動を実現している。
　本実施形態では、ロール軸周りに回転する第２平歯車２１３によって、クランク軸としての作用を奏させることができるため、羽ばたき飛行機機体の全長を短縮化することができる。
　以上で説明を終えるが、本発明の態様は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、対向する翼をさらに増加することや、増加した翼それぞれのフラッピング角度を制御して、複雑な飛行を実現させることもできる。
　　１０・・・機軸
　　１１・・・枢支部材収容部
　　１２・・・支持体
　　１３・・・ウォームギア支持体
　　１５・・・機軸枢支部材結合ピン孔
　　２０・・・第１翼
　　２１・・・翼膜
　　２２・・・前縁翅脈（しみゃく）
　　２３・・・側翅脈
　　２４・・・枢支部材結合部
　　３０・・・第２翼
　　３１・・・第２翼膜
　　３２・・・第２前縁翅脈
　　３３・・・第２側翅脈
　　３４・・・第２枢支部材結合部
　　４０・・・枢支部材
　　４１・・・ロール枢支部
　　４２・・・リード・ラグ枢支部
　　４３・・・枢支部間結合ピン孔
　　４４・・・翼結合部
　　４５・・・弾性体リンク結合部
　　４６・・・機軸枢支部材結合ピン
　　４７・・・ロールピン孔
　　４８・・・ヨーピン孔
　　４９・・・枢支部間結合ピン
　　６０・・・連結部
　　６１・・・第２ロール枢支部
　　６２・・・第２翼結合部
　　５０・・・係合部
　　５１・・・係合収容部
　　７０・・・揺動軸
　　７１、２７５・・・弾性体リンク結合部
　　７２・・・支点
　　７３・・・ガイド溝
　　８０・・・弾性体リンク
　　８１・・・枢支部材結合部
　１００，２００・・・羽ばたき飛行機
　１１０・・・駆動部
　１１１・・・モータ
　１１２・・・ウォーム
　１１３・・・ウォームホイール
　１１４・・・ガイドピン
　１２０・・・電池
　１２１・・・制御部
　１２２，１２３・・・ケーブル
　１３０・・・枢支部回動規制部材
　１４１，１４２・・・弾性体リンク曲げ規制部材
　２００・・・駆動部
　２１１・・・モータ
　２１２・・・第１平歯車
　２１３・・・第２平歯車
　２１４・・・モータ支持体
　２２０・・・電池
　２２１・・・制御部
　２２２，２２３・・・ケーブル
　２２５・・・回転軸
　２３０・・・支点支持体
　２４０・・・ガイド機構
　２７０・・・揺動軸
　２７１・・・ガイド体
　ＣＯＧ・・・機体重心
　ＦＬ，ＦＲ・・・推力
　ＬＯＧＲ・・・右翼重心
　ＬＯＧＬ・・・左翼重心
　ＸＬＲ１，２，３・・・リード・ラグ移動長
　ＲＭ・・・回転モーメント

Claims (8)

  1. 　機軸と該機軸の法線方向に延出された対向する複数の第１翼および第２翼と、
    　前記機軸の延出方向をロール軸、前記法線方向をピッチ軸、該ロール軸および該ピッチ軸と互いに直交する方向をヨー軸としたとき、前記複数の第１翼を前記機軸に対してロール軸周りおよびヨー軸周りを回動自在に枢支する第１枢支部材と、
    　前記複数の第２翼を前記機軸に対してロール軸周りに回動自在に枢支する第２枢支部材と、
    　前記機軸に沿ってロール軸方向に設けられて、前記機軸に対して近接と遠隔を繰り返す往復運動を行う揺動軸と、
    　前記揺動軸と前記複数の第１翼および第２翼とを結ぶ弾性体リンクと、を備え、
    　前記弾性体リンクが、前記揺動軸に所定の捩り・曲げを加えられて取り付けられ、前記揺動軸の往復運動によって前記複数の第１翼および第２翼を揺動させる羽ばたき飛行機において、
    　対向する前記第１翼のそれぞれのヨー軸周りの回動範囲を独立して規制する規制手段を有することを特徴とする羽ばたき飛行機。
  2. 　前記規制手段が前記第１枢支部材の前記回動範囲を規制する、ことを特徴とする請求項１に記載の羽ばたき飛行機。
  3. 　前記規制手段が前記弾性体リンクの捩り量を規制する、ことを特徴とする請求項１に記載の羽ばたき飛行機。
  4. 　前記弾性体リンクの延在方向中間部に捩り規制部材を装着する、ことを特徴とする請求項３に記載の羽ばたき飛行機。
  5. 　前記規制手段が形状記憶合金であり、該記憶形状合金の動作を制御する制御手段を備える、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の羽ばたき飛行機。
  6. 　前記揺動軸を前記往復運動させる駆動部をさらに備え、
    　前記駆動部が、
    　前記揺動軸の前記揺動軸の前記飛行方向の反対側に前記ピッチ軸方向に軸支されたクランク軸と、
    　一端が前記クランク軸に枢支され、他端が前記機体に枢支され、前記クランクの回転を前記揺動軸に対する前記機体の相対回転運動に変換して伝える連接杆と、を備える、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の羽ばたき飛行機。
  7. 　前記揺動軸を前記往復運動させる駆動部をさらに備え、
    　前記駆動部が、
    　前記揺動軸の前記揺動軸の前記飛行方向の反対側に前記ロール軸方向に軸支されたクランク軸と、
    　一端が前記クランク軸に枢支され、他端が前記機体に枢支され、前記クランクの回転を前記揺動軸に対する前記機体の相対回転運動に変換して伝える連接杆と、を備える、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の羽ばたき飛行機。
  8. 　前記クランクを回転させるモータと、
    　前記モータと前記規制手段への電力を供給する電池と、をさらに備え、
    　前記制御部が、前記モータと前記規制手段への電力を制御する、ことを特徴とする請求項６または７に記載の羽ばたき飛行機。

     
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