揺動推進装置、双胴船及び魚型ロボット
【課題】電磁石の脱着により揺動する揺動体を介して魚形状の本体を素早く及び／又は大きく揺動させ水中で大きな推進力を得ることができる揺動推進装置を提供する。
【解決手段】電磁石の着脱により揺動する揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃを介して本体１１を左右に揺動させ水中で推進力を得る揺動推進装置１であって、体部２１と尾ひれ部２３とを有し、体部２１の少なくとも一部が骨格を形成するフレームをゴム状弾性体からなる外皮２９で覆い形成された魚形状の本体１１と、体部２１の短手方向中央に配置された、電磁石の着脱により左右に揺動する揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃの動きを体部２１に伝達する作用体１５ａ、１５ｂ、１５ｃと、を備え、揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃの変位量をてこの原理を用いて拡大し、本体１１を揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃの変位量以上に変位させる。
【解決手段】電磁石の着脱により揺動する揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃを介して本体１１を左右に揺動させ水中で推進力を得る揺動推進装置１であって、体部２１と尾ひれ部２３とを有し、体部２１の少なくとも一部が骨格を形成するフレームをゴム状弾性体からなる外皮２９で覆い形成された魚形状の本体１１と、体部２１の短手方向中央に配置された、電磁石の着脱により左右に揺動する揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃと、揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃの動きを体部２１に伝達する作用体１５ａ、１５ｂ、１５ｃと、を備え、揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃの変位量をてこの原理を用いて拡大し、本体１１を揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃの変位量以上に変位させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁石で揺動する揺動体を用いて魚形状の本体を揺動させ水中で推進力を得る揺動推進装置、双胴船及び魚型ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶などの推進装置は、スクリュー型推進装置が主流であるが、一方では、高い性能が期待される揺動推進装置の開発が注目されている。揺動推進装置は、本体を揺動させ水を後方に押し出し推進する装置であり、船舶、魚型ロボットなどへの適用が検討されている。揺動推進装置は、スクリュー型推進装置に比べ高速で推進することができ、また、高いエネルギー効率が期待できることから種々の方式が検討されている。
【０００３】
スクリュー型推進装置において推進速度を高めるためには、スクリューを高速で回転させる必要があるが、スクリューの回転速度を高めていくと、キャビテーションが起こり逆に推進力が低下する現象が起こる。また、スクリュー型推進装置は、魚などを傷つける問題があるが、揺動推進装置は、これらの問題を解決することができる。例えば、魚形状の本体内部の両側面、外皮付近に複数の電磁石を取り付け、電磁石を入り切りすることで複数の電磁石を脱着させ、本体を揺動させる電磁推進装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の装置では、電磁石が本体内部の両側面、外皮付近に取り付けられているため、電磁石の脱着により本体が揺動するときの変位量は、電磁石と電磁石との隙間である電磁石の変位量とほぼ同じである。また本体の変位速度も電磁石間の脱着時の変位速度とほぼ同一となる。揺動推進装置を高速で推進させるためには、本体が揺動するときの変位量及び変位速度を大きくし、大きな推進力を得る必要があるが、特許文献１に記載の装置では、構造上、本体が揺動するときの変位量が電磁石の変位量とほぼ同じとなり、本体をより大きく、素早く揺動させることが難しい。
【０００６】
本発明の目的は、電磁石の脱着により揺動する揺動体を介して魚形状の本体を素早く及び／又は大きく揺動させ水中で大きな推進力を得ることができる揺動推進装置、揺動推進装置を備える双胴船及び魚型ロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電磁石の着脱により揺動する揺動体を介して本体を左右に揺動させ水中で推進力を得る揺動推進装置であって、体部と尾ひれ部とを有し、体部の少なくとも一部が骨格を形成するフレームをゴム状弾性体からなる外皮で覆い形成された魚形状の本体と、前記体部の短手方向中央に配置された、電磁石の着脱により左右に揺動する揺動体と、前記揺動体と前記フレームとに連結し、前記揺動体の動きを前記体部に伝達する作用体と、を備え、前記揺動体の変位量をてこの原理を用いて拡大し、前記本体を前記揺動体の変位量以上に変位させることを特徴とする揺動推進装置である。
【０００８】
また本発明は、前記揺動推進装置において、前記揺動体は、左右一対のアームを有するＵ字型の作動部と該作動部に続く作動部に比較して長さの長いＩ型の受動部とを備え、前記作動部と前記受動部との境界近傍に装着された支持ピンを中心に左右に回動し、前記左右一対のアームの内側に吸着板が装着され、さらに前記左右一対のアームの間に前記吸着板が着脱する固定板が配置され、前記吸着板及び前記固定板のうち少なくともいずれか１方は電磁石であり、前記揺動体は、前記吸着板を固定板に着脱することで作動部を左右に揺動させ、さらにてこの原理でこの動きを受動部で拡大させることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記揺動推進装置において、前記固定板は、前記揺動体の受動部の両側に取付けられ、前記揺動体は、複数の揺動体からなり、１の揺動体の受動部がそれに続く後方の揺動体の左右一対のアームの間に入り込み、かつ１の揺動体の受動部とそれに続く後方の揺動体の作動部とが１の支持ピンで互いに回動自在に連結され、これらが長手方向に連なり多関節構造となっていることを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、前記揺動推進装置において、前記揺動体は、前記体部の所定の位置に所定の個数が配置され、前記電磁石の着脱により本体をうなぎ、あじ又ははこふぐの泳ぎ様に揺動させることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、前記揺動推進装置において、前記フレームは、所定の間隔を有する１以上のリング状フレーム、前記リング状フレームの上部と連結する上部フレーム及び前記リング状フレームの下部と連結する下部フレームからなり、前記支持ピンは、前記上部フレームと下部フレームとに連結するように取付けられ、前記作用体は、棒状体又は板状体であり、前記作動部の左右一対のアームの外面とリング状フレームとを連結するように取付けられていることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記揺動推進装置において、前記フレーム及び作用体に代え、フレームは外周がリング状の板状体からなり骨格を形成し、前記揺動体を中央に置き揺動体と連結し作用体としても機能することを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記揺動推進装置を左右に１つずつ備える双胴船であって、左右の揺動推進装置の揺動運動が互いに逆向きであることを特徴とする双胴船である。
【００１４】
また本発明は、前記揺動推進装置を備えることを特徴とする魚型ロボットである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る揺動推進装置は、揺動体の変位量をてこの原理を用いて拡大し、魚形状の本体を揺動体の変位量以上に変位させる構造からなるので、本体を素早く及び／又は大きく揺動させることができ、水中で大きな推進力を得ることができる。また本発明に係る揺動推進装置は、電磁石の着脱により本体を揺動させるので構造が簡単で、かつアクチュエータを用いた方式に比べ応答の遅れが生じにくく、信頼性も高い。
【００１６】
また本発明によれば、揺動体は作動部と作動部に続く作動部に比較して長さの長い受動部を備え、作動部を左右に揺動させ、さらにてこの原理でこの動きを受動部で拡大させるので、簡単な構造ながら大きな変位量、変位速度を得ることができ、これにより本体を素早く及び／又は大きく揺動させることができ、水中で大きな推進力を得ることができる。
【００１７】
また本発明によれば、揺動体が複数の揺動体からなり、これらが長手方向に連なり多関節構造となっているため、本体をより大きく揺動させることが可能であり、大きな推進力を得ることができる。また個々の揺動体は、電磁石により独立した異なる揺動運動をさせることもできるため、揺動体の個数、各揺動体の動きを制御することでエネルギー効率の高い高速推進が達成できる。
【００１８】
また本発明によれば、本体をうなぎ、あじ又ははこふぐの泳ぎ様に揺動させることができるので、目的に応じた泳ぎを選択することができる。
【００１９】
また本発明によれば、フレーム構造により強度の高い骨格を形成することができ、揺動体は、本体の動きに係わらず、支持ピンを介して短手方向中央部に維持されるので、動きの再現性が高く、本体を大きく揺動させるときも目標の動きとすることができる。
【００２０】
また本発明によれば、フレームは、外周がリング状の板状体からなり骨格を形成し、揺動体を中央に置き揺動体と連結し作用体としても機能するフレームであってもよく、このようなフレームを備える揺動推進装置も、揺動体は、本体の動きに係わらず、短手方向中央部に位置するので、動きの再現性が高く、本体を大きく揺動させるときも目標の動きとすることができる。
【００２１】
本発明に係る双胴船は、前記揺動推進装置を左右に１つずつ備えるので、高速でエネルギー効率が高い推進力が得られる。また左右の揺動推進装置の揺動運動が互いに逆向きであるので、双胴船自身の揺動が抑えられ安定した運行ができる。
【００２２】
本発明に係る魚型ロボットは、前記揺動推進装置を備えるので、泳ぎの速いまた種々の泳ぎ方を実現できる。また電磁石で揺動するため応答が速く、急旋回など機敏な動きを実現することができるので、海底及び海中構造物の調査、大型船の船底の検査などに利用される種々の魚型ロボットへの適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態としてのあじ様の泳ぎを模擬する揺動推進装置１の全体構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図１の揺動推進装置１で使用する揺動体及びフレームの斜視図である。
【図３】図１の揺動推進装置１で使用する揺動体の構成を示す図であり、（ａ）は揺動体の斜視図、（ｂ）は２つの揺動体を組み合わせた斜視図である。
【図４】図１の揺動推進装置１で使用する揺動体のてこの原理を説明するための図である。
【図５】図１の揺動推進装置１の動作の一例を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施形態としてのうなぎ様の泳ぎを模擬する揺動推進装置３の概略的構成を示す図である。
【図７】図６の揺動推進装置３で使用する揺動体の斜視図である。
【図８】図６の揺動推進装置３で使用するフレームの斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態としてのはこふぐ様の泳ぎを模擬する揺動推進装置５の概略的構成を示す図である。
【図１０】本発明の第４実施形態としての双胴船１００の概略的構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態としてのあじ様の泳ぎを模擬する揺動推進装置１の全体構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図２は、揺動推進装置１で使用する揺動体及びフレームの斜視図である。図３は、揺動推進装置１で使用する揺動体の構成を示す図であり、（ａ）は揺動体の斜視図、（ｂ）は２つの揺動体を組み合わせた斜視図である。図４は、揺動推進装置１で使用する揺動体のてこの原理を説明するための図である。図５は、揺動推進装置１の動作の一例を説明するための図である。なお図１（ａ）（ｂ）では、フレームの図示を省略し、さらに図１（ｂ）では作用体１５の図示を省略している。
【００２５】
揺動推進装置１は、あじ形状をした本体１１を有し、本体１１内に電磁石で左右に揺動する揺動体１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）が設置され、揺動体１３の動きを作用体１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）を介して本体１１に伝達し、本体１１を左右に揺動させることで推進力を得る。揺動体１３の動きは、本体１１外部に置かれた制御装置１７が行う。
【００２６】
本体１１は、図１に示すように体部２１及び体部２１の後端部に取り付けられた尾ひれ部２３から構成され、体部２１は、水中での抵抗を少なくするために流線形である。体部後方部２７は、フレームがゴム状弾性体からなる外皮２９で覆われ形成され、左右に揺動可能である。尾ひれ部２３は、魚の尾ひれを模擬した構造で、樹脂、金属などの弾力性がある材料からなる。
【００２７】
フレームは、図２に示すように長手方向に所定の間隔を有する複数のリング状フレーム３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃは図示省略）、リング状フレーム３１の上部、下部と連結する長手方向に配置された上部フレーム３３、下部フレーム３５からなり、リング状フレーム３１が体部後方部２７の横断面形状を決める。リング状フレーム３１は、作用体１５を介して揺動体１３と連結するため、リング状フレーム３１は、基本的に作用体１５及び揺動体１３と同数設けられる。またリング状フレーム３１は、揺動体１３の動きに合わせて外皮２９を動かすため、外皮２９を動かしても変形しない強度が必要であり、硬質プラスチック等を用いて形成することができる。上部フレーム３３及び下部フレーム３５は、複数のリング状フレーム３１ａ、３１ｂを長手方向に接続し、フレームを一体化させ強度の高い骨格を形成する。なお上部フレーム３３及び下部フレーム３５は、リング状フレーム３１と一体となって左右に揺動する。
【００２８】
揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、図１、図５に示すように体部後方部２７に３個、支持ピン４３（４３ａ、４３ｂ、４３ｃ）を介して回動自在に連結された多関節構造からなる。揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、体部後方部２７の形状に合わせ後方に向って小さくなっているが、各揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃの構造は同一である。
【００２９】
揺動体１３ａは、図３に示すように左右一対のアーム４９ａを有するＵ字型の作動部４５ａと作動部４５ａに続く作動部４５ａに比較して長さの長いＩ型の受動部４７ａとを有する。左右のアーム４９ａは、図４に示すように外面が平行であるが、内面は、先端方向に向け僅かに広がった扇形となっている。受動部４７ａの両面は平行である。左右一対のアーム４９ａの内面に、それぞれ磁性体からなる吸着板５３ａが設けられ、受動部４７ａの両側面には、後続の揺動体１３ｂの作動部４５ｂに設けられている吸着板５３ｂと相対する位置にそれぞれ電磁石からなる固定板５７ａが設けられている。作動部４５ａと受動部４７ａの境界近傍には、支持ピン４３ａを挿入するための第１支持ピン孔６１ａが設けられ、受動部４７ａの後端部には、後続の揺動体１３ｂを回動自在に連結するための第２支持ピン孔６３ａが設けられている。
【００３０】
揺動体１３ａと揺動体１３ｂとは、図３、図４に示すように揺動体１３ａの第２支持ピン孔６３ａと揺動体１３ｂの第１支持ピン孔６１ｂとに支持ピン４３ｂが挿入され、揺動体１３ｂのアーム４９ｂの間に揺動体１３ａの受動部４７ａが入り込む形で回動自在に連結される。同様に揺動体１３ｂと揺動体１３ｃとは、揺動体１３ｂの第２支持ピン孔６３ｂと揺動体１３ｃの第１支持ピン孔６１ｃとに支持ピン４３ｃが挿入され、揺動体１３ｃのアーム４９ｃの間に揺動体１３ｂの受動部４７ｂが入り込む形で回動自在に連結される。揺動体１３ａは、次の要領で本体１１と連結する。体部前方部２５の後端には保持体５５が設けられ、保持体５５の端部に揺動体１３ａを連結するための前方部支持ピン孔５９が穿設され、揺動体１３ａは、揺動体１３ａの第１支持ピン孔６１ａと前方部支持ピン孔５９とに支持ピン４３ａが挿入され、保持体５５に回動自在に連結される。なお、保持体５５には、揺動体１３ａの吸着板５３ａと相対する位置に電磁石からなる固定板５６が取り付けられている。揺動体１３ｃの受動部４７ｃの後端には、尾ひれ部２３が取り付けられている。
【００３１】
各支持ピン４３ａ、４３ｂ、４３ｃは、上端が上部フレーム３３に固定され、下端が下部フレーム３５に固定されている。このため各支持ピン４３ａ、４３ｂ、４３ｃは、本体１１が揺動しても常に中心軸線上に位置する。このため各支持ピン４３ａ、４３ｂ、４３ｃを中心に回動する揺動体１３は、体部後方部２７の短手方向の中心付近に保持されるので、体部後方部２７を効率よく揺動させることができる。また体部後方部２７を揺動させる動きの再現性が高く、体部後方部２７を大きく揺動させるときも目標の動きとすることができる。
【００３２】
作用体１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）は、図１及び図２に示すように揺動体１３の揺動運動を体部後方部２７に伝達するパイプ状の部材であり、左右に一対設けられている。左右一対の作用体は、それぞれ揺動体１３の左右一対のアーム４９の外面に固着され、他端がリング状フレーム３１に固着されている。作用体１５は、各揺動体１３の左右一対のアーム４９の外面に直交するように、また左右の作用体１５は、水平に一直線上に配置されている。作用体１５は、平面視において、揺動体１３の左右一対のアーム４９の先端付近に取り付けられている。例えば揺動体１３ｂは吸着板５３ｂを、揺動体１３ａの受動部４７ａの固定板５７ａに吸着することで揺動するが、揺動体１３ｂは支持ピン４３ｂを中心に回動し、アーム４９ｂの内側は、先端に向って僅かに扇形に広がっているので、支持ピン４３ｂから離れるほど作動部４５ｂの変位量は大きくなる。この作動部４５の変位量が本体１１を揺動させる起源であり、体部後方部２７を大きく変位させるために作用体１５は、アーム４９の先端付近に取り付けることが重要である。
【００３３】
図４は、揺動体１３のてこの原理を説明するための図である。揺動体１３ａの左側アーム４９ａの吸着板５３ａが保持体５５の左側の固定板５６に吸着し、揺動体１３ａが支持ピン４３ａを支点にして時計回りに回動し、同時に作用体１５ａ、１５ｂも回動し、作用体１５ａ、１５ｂが体部後方部２７を移動させるときのてこの原理について説明する。
【００３４】
揺動体１３ａ及び作用体１５ａは、吸着板５３ａの取り付け位置から支持ピン４３ａまでの長さＸに比べ、支持ピン４３ａから作用体１５ａの先端までの長さＹが長くしてある。これによりてこの原理により作用体１５ａの先端の変位量及び変位速度を吸着板５３ａの変位量及び変位速度以上に拡大することができる。このように作用体１５ａを介在させることで、体部後方部２７の変位量及び変位速度を大きくすることができる。
【００３５】
同時に、受動部４７ａも支持ピン４３ａを支点にして回動し、さらに揺動体１３ｂを介して作用体１５ｂが回動する。そこで、吸着板５３ａの取り付け位置から支持ピン４３ａまでの長さＸに比べ、支持ピン４３ａから揺動体１３ｂに接続する作用体１５ｂの先端までの長さＺを長く取ることで、てこの原理により作用体１５ｂの先端の変位量及び変位速度を吸着板５３ｂの変位量及び変位速度以上に拡大することができる。支持ピン４３ａから作用体１５ｂの先端までの長さＺは、揺動体１３ａの受動部４７ａの長さに大きく依存する。このため本実施形態では、作動部４５ａに比較して受動部４７ａの長さを長くしている。なお、てこの原理は、左側の作用体１５ａ、１５ｂを対象に説明したが、右側の作用体１５ａ、１５ｂもてこの原理が同様に働く。
【００３６】
揺動推進装置１は本体１１外部に固定板５６、５７への通電、停電を制御する制御装置１７を備える。制御装置１７は、固定板５６、５７の通電量、通電のタイミングなどを制御し、これにより本体１１を所定の要領で揺動させることができる。制御装置１７は、例えばプログラムロジックコントローラ、コンピュータを使用することができる。なお、制御装置１７は、体部２１内に設置しても良い。
【００３７】
図５を用いて揺動推進装置１の動作の一例を説明する。なお、図５ではフレームの図示を省略している。保持体５５に取り付けられた右側の固定板５６、揺動体１３ａ、１３ｂの右側の固定板５７ａ、５７ｂに通電し、左側の固定板５６、５７ａ、５７ｂは通電しない状態にすると、右側のそれぞれの吸着板５３ａ、５３ｂ、５３ｃが右側の固定板５６、５７ａ、５７ｂに引き付けられ密着する。この時、揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、支持ピン４３ａ、４３ｂ、４３ｃを支点にして反時計回りに回動する。
【００３８】
揺動体１３ａが回動すると、揺動体１３ａに接続する作用体１５ａ及びリング状フレーム３１ａ（図示省略）が一体的に回動し体部後方部２７を右側に移動させる。また、同時に揺動体１３ａの受動部４７ａも右側に回動するため、支持ピン４３ｂを介して揺動体１３ｂも右側に傾く。揺動体１３ｂは、右側に傾いた状態で、吸着板５３ｂが固定板５７ａに密着するため揺動体１３ｂの作動部４５ｂは、支持ピン４３ｂを軸にさらに右側に回動する。そのため、揺動体１３ｂに接続する作用体１５ｂは、体部後方部２７をさらに大きく右側に移動させる。揺動体１３ｃも同様である。最後方の揺動体１３ｃの受動部４７ｃには尾ひれ部２３が接続されているため、尾ひれ部２３も大きく右側に移動する。これにより体部後方部２７は、後方になるに従い大きく右側に移動することになる。
【００３９】
体部後方部２７が最も大きく右側に移動した時点で、右側の固定板５６、５７ａ、５７ｂへの通電を停止し、逆に左側の固定板５６、５７ａ、５７ｂへ通電すると、体部後方部２７及び尾ひれ部２３は、逆に左側に大きく移動する。左右の固定板５６、５７ａ、５７ｂへの通電を交互に繰り返すことで、体部後方部２７及び尾ひれ部２３が左右に撓うように揺動し、水中では水を後方に押し出すため揺動推進装置１は、大きな推進力を得ることができる。
【００４０】
上記実施形態では、吸着板５３を磁性体、固定板５６、５７を電磁石としたが、共に電磁石又は、吸着板５３を電磁石、固定板５６、５７を磁性体又は永久磁石としてもよい。但し、固定板５６、５７を電磁石とし、吸着板５３を磁性体又は永久磁石とする方が、電磁石が安定しているので故障が少なく、また作動部４５の重量が軽いので、効率がよく迅速に揺動させることができる。なお吸着板５３を矩形状で示し、固定板５７を丸形状で示したが、共に矩形状又は丸形状でもよく特に形状は限定されない。
【００４１】
上記のように揺動推進装置１は、揺動体１３の変位量をてこの原理を用いて拡大し、魚形状の本体１１を揺動体１３の変位量以上に変位させる構造からなるので、本体１１を素早くかつ大きく揺動させることができ、水中で大きな推進力を得ることができる。また揺動推進装置１は、電磁石の着脱により本体１１を揺動させるので構造が簡単で製作し易く、アクチュエータを用いた方式に比べ応答の遅れが生じにくく、信頼性も高い。また揺動体１３が複数、長手方向に連なった多関節構造であるので、後方に行くに従って本体１１をより大きく変位させることが可能であり、大きな推進力を得ることができる。また個々の揺動体１３は、電磁石の入り切りにより独立した異なる揺動運動をさせることもできるので各揺動体１３の動きを制御することでエネルギー効率の高い高速推進が達成できる。
【００４２】
本発明の揺動推進装置は、複数の揺動体を多関節に結合させ揺動させることができるため種々の魚の泳ぎを模擬することができる。図６は、本発明の第２実施形態としてのうなぎ様の泳ぎを模擬する揺動推進装置３の概略的構成を示す図であり、図７は、揺動推進装置３で使用する揺動体の斜視図、図８は、揺動推進装置３で使用するフレームの斜視図である。第１実施形態の揺動推進装置１と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。なお図６では、先頭の揺動体８４の揺動に係わる固定板５６及び吸着板５３を図示し、２番目以降の揺動体８４については、先頭の揺動体８４と同様な構成であるため固定板５７及び吸着板５３の図示を省略した。
【００４３】
揺動推進装置３は、体部８２及び尾ひれ部２３から構成されるうなぎ形をした本体８０を有し、体部８２内に電磁石で左右に揺動する揺動体８４及び作用体としても機能するフレーム８６が複数設置され、揺動体８４の動きをフレーム８６を介して体部８２に伝達し、体部８２及び尾ひれ部２３を左右に揺動させることで推進力を得る。体部８２は、先頭部分を除き、体部８２ほぼ全体を揺動させるべく、体部８２内ほぼ全体がフレーム８６及びそれを覆う外皮２９で形成されている。揺動体８４の動きは、制御装置１７が制御する。揺動推進装置３は、体部８２の短手方向の幅が長手方向に対してほぼ同一であるため、同一構造の揺動体８４が回動自在に連結された多関節構造である。
【００４４】
各揺動体８４は、同一構造であるため揺動体８４の受動部４７の末端は、上下が一部切り取られ段差が生じるように形成され、この部分に第２支持ピン孔６３が設けられている。一方作動部４５と受動部４７の境界近傍は、他の揺動体８４の受動部４７の末端に嵌り込むように、中央部が切り取られ、ここに第１支持ピン孔６１が穿設されている。そのため２つの揺動体８４を支持ピン４３で回動自在に連結したとき、２つの揺動体８４の上下の面が面一となる。揺動体８４の他の構成及び機能は、前記揺動体１３の構成及び機能と同一であるので説明は省略する。
【００４５】
フレーム８６は、第１実施形態のフレームとは異なり、リング状の板状体からなる。フレーム８６の外周が第１実施形態のリング状フレーム３１に相当する。フレーム８６は、揺動体８４のアーム４９に嵌め込むために中心部分が刳り貫かれ、ここに揺動体８４のアーム４９が嵌り込み、アーム４９に固着されている。アーム４９に対する取付位置は、第１実施形態の作用体１５と同じである。このようなフレーム８６は、外皮２９を所定の形状に保持する機能の他、作用体としての機能も有する。フレーム８６は、円盤状の板であり、その中心部に揺動体８４が位置するので、揺動体８４は、本体８０が揺動しても本体８０のほぼ中心部に位置することができる。支持ピン４３は、フレーム８６には連結されていない。フレーム８６は、構造上強度が大きいので、水深が深く水圧が高い場所を調査する魚型ロボットなどに好適に使用することができる。なお、本実施形態では、フレーム８６を使用する例を示したが、第１実施形態に示すフレームと作用体１５を使用してもよいことは言うまでもない。
【００４６】
揺動推進装置３の動作の一例を説明する。揺動推進装置３は、本体８０を長手方向に対し交互に湾曲させ、水を後方に押し出し推進する装置である。固定板５６及び先頭から３番目までの揺動体８４の右側の固定板５７に通電すると、相対する揺動体８４の吸着板５３が固定板５６、５７に密着し揺動体８４は反時計回りに回動し、揺動体８４に連結するフレーム８６を介して体部８２を右側に移動させる。その後、４番目から９番目の揺動体８４の左側の固定板５７に通電すると、相対する揺動体８４の吸着板５３が固定板５７に密着し揺動体８４は時計回りに回動し、揺動体８４に連結するフレーム８６を介して体部８２を左側に移動させる。そのため、本体８０は、Ｓ字形に湾曲する。次に、左右の固定板５６、５７への通電を逆にすると、本体８０は、逆Ｓ字形に湾曲し揺動する。この動作を繰り返すことでうなぎ様の泳ぎを模擬することができる。
【００４７】
図９は、本発明の第３実施形態としてのはこふぐ様の泳ぎを模擬する揺動推進装置５の概略的構成を示す図である。第１実施形態の揺動推進装置１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。以下、第１及び第２実施形態としての揺動推進装置１、３との相違点を中心に説明する。揺動推進装置５は、はこふぐ形をした本体９０内に揺動体１３が１つ設置され、尾ひれ部２３を主に揺動させ、尾ひれ部２３で水を後方に押し出し推進する。揺動推進装置５は構造が単純であるので、尾ひれ部２３を高速で揺動させることが可能となり、高速移動が可能となる。
【００４８】
上記のように揺動推進装置１、３、５の揺動体は、目的に応じた個数、大きさなどを選択でき、個々を独立に揺動させ、また多関節に接合することができるため、あじ、うなぎ、はこふぐなどの泳ぎを自由に選択し模擬することが可能であり適用範囲が広い。また揺動推進装置１、３、５は電磁石で揺動するため応答が速く、急旋回など機敏な動きが実現できる。さらに個々の揺動体が独立に揺動し、多関節構造を採用することで位置制御性も優れ、海底及び海中構造物の調査、大型船の船底の検査などに利用される種々の魚型ロボットへの適用が可能である。なお、上記揺動推進装置１、３、５において、体部２１、８２及び本体９０のうち、揺動体が設置されていない先頭部分又は前方部分の構成、構造は特に限定されないので、必要に応じて空気室を設け、又は錘等設置すればバランスをとりやすくなる。
【００４９】
図１０は、本発明の第４実施形態としての双胴船１００の概略的構成を示す図である。双胴船１００は、船本体１０２の下方に板状の取付具１０４ａ、１０４ｂを介して左右それぞれに揺動推進装置１が取り付けられている。２台の揺動推進装置１は、海面１０６の下に位置し左右に揺動することで船本体１０２を推進させる。左右の揺動推進装置１は揺動方向が互いに逆向きに設定されており、これにより双胴船自身の揺動が抑えられ安定した運行ができる。揺動推進装置１を双胴船１００に適用することで、エネルギー効率に優れかつ高い推進力が得られる。プロペラと異なり、イルカなどを傷つけることがなく、遊覧船等に好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１、３、５ 揺動推進装置
１１、８０、９０ 本体
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 揺動体
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 作用体
１７ 制御装置
２１、８２ 体部
２３ 尾ひれ部
２５ 体部前方部
２７ 体部後方部
２９ 外皮
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ リング状フレーム
３３ 上部フレーム
３５ 下部フレーム
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ 支持ピン
４５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ 作動部
４７、４７ａ、４７ｂ、４７ｃ 受動部
４９、４９ａ、４９ｂ、４９ｃ アーム
５３、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ 吸着板
５５ 保持体
５６ 固定板
５７、５７ａ、５７ｂ、５７ｃ 固定板
５９ 前方部支持ピン孔
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ 第１支持ピン孔
６３ａ、６３ｂ 第２支持ピン孔
８４ 揺動体
８６ フレーム
１００ 双胴船
１０２ 船本体
１０４ａ、１０４ｂ 取付具
１０６ 海面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁石で揺動する揺動体を用いて魚形状の本体を揺動させ水中で推進力を得る揺動推進装置、双胴船及び魚型ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶などの推進装置は、スクリュー型推進装置が主流であるが、一方では、高い性能が期待される揺動推進装置の開発が注目されている。揺動推進装置は、本体を揺動させ水を後方に押し出し推進する装置であり、船舶、魚型ロボットなどへの適用が検討されている。揺動推進装置は、スクリュー型推進装置に比べ高速で推進することができ、また、高いエネルギー効率が期待できることから種々の方式が検討されている。
【０００３】
スクリュー型推進装置において推進速度を高めるためには、スクリューを高速で回転させる必要があるが、スクリューの回転速度を高めていくと、キャビテーションが起こり逆に推進力が低下する現象が起こる。また、スクリュー型推進装置は、魚などを傷つける問題があるが、揺動推進装置は、これらの問題を解決することができる。例えば、魚形状の本体内部の両側面、外皮付近に複数の電磁石を取り付け、電磁石を入り切りすることで複数の電磁石を脱着させ、本体を揺動させる電磁推進装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１８７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の装置では、電磁石が本体内部の両側面、外皮付近に取り付けられているため、電磁石の脱着により本体が揺動するときの変位量は、電磁石と電磁石との隙間である電磁石の変位量とほぼ同じである。また本体の変位速度も電磁石間の脱着時の変位速度とほぼ同一となる。揺動推進装置を高速で推進させるためには、本体が揺動するときの変位量及び変位速度を大きくし、大きな推進力を得る必要があるが、特許文献１に記載の装置では、構造上、本体が揺動するときの変位量が電磁石の変位量とほぼ同じとなり、本体をより大きく、素早く揺動させることが難しい。
【０００６】
本発明の目的は、電磁石の脱着により揺動する揺動体を介して魚形状の本体を素早く及び／又は大きく揺動させ水中で大きな推進力を得ることができる揺動推進装置、揺動推進装置を備える双胴船及び魚型ロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電磁石の着脱により揺動する揺動体を介して本体を左右に揺動させ水中で推進力を得る揺動推進装置であって、体部と尾ひれ部とを有し、体部の少なくとも一部が骨格を形成するフレームをゴム状弾性体からなる外皮で覆い形成された魚形状の本体と、前記体部の短手方向中央に配置された、電磁石の着脱により左右に揺動する揺動体と、前記揺動体と前記フレームとに連結し、前記揺動体の動きを前記体部に伝達する作用体と、を備え、前記揺動体の変位量をてこの原理を用いて拡大し、前記本体を前記揺動体の変位量以上に変位させることを特徴とする揺動推進装置である。
【０００８】
また本発明は、前記揺動推進装置において、前記揺動体は、左右一対のアームを有するＵ字型の作動部と該作動部に続く作動部に比較して長さの長いＩ型の受動部とを備え、前記作動部と前記受動部との境界近傍に装着された支持ピンを中心に左右に回動し、前記左右一対のアームの内側に吸着板が装着され、さらに前記左右一対のアームの間に前記吸着板が着脱する固定板が配置され、前記吸着板及び前記固定板のうち少なくともいずれか１方は電磁石であり、前記揺動体は、前記吸着板を固定板に着脱することで作動部を左右に揺動させ、さらにてこの原理でこの動きを受動部で拡大させることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記揺動推進装置において、前記固定板は、前記揺動体の受動部の両側に取付けられ、前記揺動体は、複数の揺動体からなり、１の揺動体の受動部がそれに続く後方の揺動体の左右一対のアームの間に入り込み、かつ１の揺動体の受動部とそれに続く後方の揺動体の作動部とが１の支持ピンで互いに回動自在に連結され、これらが長手方向に連なり多関節構造となっていることを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、前記揺動推進装置において、前記揺動体は、前記体部の所定の位置に所定の個数が配置され、前記電磁石の着脱により本体をうなぎ、あじ又ははこふぐの泳ぎ様に揺動させることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、前記揺動推進装置において、前記フレームは、所定の間隔を有する１以上のリング状フレーム、前記リング状フレームの上部と連結する上部フレーム及び前記リング状フレームの下部と連結する下部フレームからなり、前記支持ピンは、前記上部フレームと下部フレームとに連結するように取付けられ、前記作用体は、棒状体又は板状体であり、前記作動部の左右一対のアームの外面とリング状フレームとを連結するように取付けられていることを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、前記揺動推進装置において、前記フレーム及び作用体に代え、フレームは外周がリング状の板状体からなり骨格を形成し、前記揺動体を中央に置き揺動体と連結し作用体としても機能することを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、前記揺動推進装置を左右に１つずつ備える双胴船であって、左右の揺動推進装置の揺動運動が互いに逆向きであることを特徴とする双胴船である。
【００１４】
また本発明は、前記揺動推進装置を備えることを特徴とする魚型ロボットである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る揺動推進装置は、揺動体の変位量をてこの原理を用いて拡大し、魚形状の本体を揺動体の変位量以上に変位させる構造からなるので、本体を素早く及び／又は大きく揺動させることができ、水中で大きな推進力を得ることができる。また本発明に係る揺動推進装置は、電磁石の着脱により本体を揺動させるので構造が簡単で、かつアクチュエータを用いた方式に比べ応答の遅れが生じにくく、信頼性も高い。
【００１６】
また本発明によれば、揺動体は作動部と作動部に続く作動部に比較して長さの長い受動部を備え、作動部を左右に揺動させ、さらにてこの原理でこの動きを受動部で拡大させるので、簡単な構造ながら大きな変位量、変位速度を得ることができ、これにより本体を素早く及び／又は大きく揺動させることができ、水中で大きな推進力を得ることができる。
【００１７】
また本発明によれば、揺動体が複数の揺動体からなり、これらが長手方向に連なり多関節構造となっているため、本体をより大きく揺動させることが可能であり、大きな推進力を得ることができる。また個々の揺動体は、電磁石により独立した異なる揺動運動をさせることもできるため、揺動体の個数、各揺動体の動きを制御することでエネルギー効率の高い高速推進が達成できる。
【００１８】
また本発明によれば、本体をうなぎ、あじ又ははこふぐの泳ぎ様に揺動させることができるので、目的に応じた泳ぎを選択することができる。
【００１９】
また本発明によれば、フレーム構造により強度の高い骨格を形成することができ、揺動体は、本体の動きに係わらず、支持ピンを介して短手方向中央部に維持されるので、動きの再現性が高く、本体を大きく揺動させるときも目標の動きとすることができる。
【００２０】
また本発明によれば、フレームは、外周がリング状の板状体からなり骨格を形成し、揺動体を中央に置き揺動体と連結し作用体としても機能するフレームであってもよく、このようなフレームを備える揺動推進装置も、揺動体は、本体の動きに係わらず、短手方向中央部に位置するので、動きの再現性が高く、本体を大きく揺動させるときも目標の動きとすることができる。
【００２１】
本発明に係る双胴船は、前記揺動推進装置を左右に１つずつ備えるので、高速でエネルギー効率が高い推進力が得られる。また左右の揺動推進装置の揺動運動が互いに逆向きであるので、双胴船自身の揺動が抑えられ安定した運行ができる。
【００２２】
本発明に係る魚型ロボットは、前記揺動推進装置を備えるので、泳ぎの速いまた種々の泳ぎ方を実現できる。また電磁石で揺動するため応答が速く、急旋回など機敏な動きを実現することができるので、海底及び海中構造物の調査、大型船の船底の検査などに利用される種々の魚型ロボットへの適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態としてのあじ様の泳ぎを模擬する揺動推進装置１の全体構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】図１の揺動推進装置１で使用する揺動体及びフレームの斜視図である。
【図３】図１の揺動推進装置１で使用する揺動体の構成を示す図であり、（ａ）は揺動体の斜視図、（ｂ）は２つの揺動体を組み合わせた斜視図である。
【図４】図１の揺動推進装置１で使用する揺動体のてこの原理を説明するための図である。
【図５】図１の揺動推進装置１の動作の一例を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施形態としてのうなぎ様の泳ぎを模擬する揺動推進装置３の概略的構成を示す図である。
【図７】図６の揺動推進装置３で使用する揺動体の斜視図である。
【図８】図６の揺動推進装置３で使用するフレームの斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態としてのはこふぐ様の泳ぎを模擬する揺動推進装置５の概略的構成を示す図である。
【図１０】本発明の第４実施形態としての双胴船１００の概略的構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態としてのあじ様の泳ぎを模擬する揺動推進装置１の全体構成図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図２は、揺動推進装置１で使用する揺動体及びフレームの斜視図である。図３は、揺動推進装置１で使用する揺動体の構成を示す図であり、（ａ）は揺動体の斜視図、（ｂ）は２つの揺動体を組み合わせた斜視図である。図４は、揺動推進装置１で使用する揺動体のてこの原理を説明するための図である。図５は、揺動推進装置１の動作の一例を説明するための図である。なお図１（ａ）（ｂ）では、フレームの図示を省略し、さらに図１（ｂ）では作用体１５の図示を省略している。
【００２５】
揺動推進装置１は、あじ形状をした本体１１を有し、本体１１内に電磁石で左右に揺動する揺動体１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）が設置され、揺動体１３の動きを作用体１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）を介して本体１１に伝達し、本体１１を左右に揺動させることで推進力を得る。揺動体１３の動きは、本体１１外部に置かれた制御装置１７が行う。
【００２６】
本体１１は、図１に示すように体部２１及び体部２１の後端部に取り付けられた尾ひれ部２３から構成され、体部２１は、水中での抵抗を少なくするために流線形である。体部後方部２７は、フレームがゴム状弾性体からなる外皮２９で覆われ形成され、左右に揺動可能である。尾ひれ部２３は、魚の尾ひれを模擬した構造で、樹脂、金属などの弾力性がある材料からなる。
【００２７】
フレームは、図２に示すように長手方向に所定の間隔を有する複数のリング状フレーム３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃは図示省略）、リング状フレーム３１の上部、下部と連結する長手方向に配置された上部フレーム３３、下部フレーム３５からなり、リング状フレーム３１が体部後方部２７の横断面形状を決める。リング状フレーム３１は、作用体１５を介して揺動体１３と連結するため、リング状フレーム３１は、基本的に作用体１５及び揺動体１３と同数設けられる。またリング状フレーム３１は、揺動体１３の動きに合わせて外皮２９を動かすため、外皮２９を動かしても変形しない強度が必要であり、硬質プラスチック等を用いて形成することができる。上部フレーム３３及び下部フレーム３５は、複数のリング状フレーム３１ａ、３１ｂを長手方向に接続し、フレームを一体化させ強度の高い骨格を形成する。なお上部フレーム３３及び下部フレーム３５は、リング状フレーム３１と一体となって左右に揺動する。
【００２８】
揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、図１、図５に示すように体部後方部２７に３個、支持ピン４３（４３ａ、４３ｂ、４３ｃ）を介して回動自在に連結された多関節構造からなる。揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、体部後方部２７の形状に合わせ後方に向って小さくなっているが、各揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃの構造は同一である。
【００２９】
揺動体１３ａは、図３に示すように左右一対のアーム４９ａを有するＵ字型の作動部４５ａと作動部４５ａに続く作動部４５ａに比較して長さの長いＩ型の受動部４７ａとを有する。左右のアーム４９ａは、図４に示すように外面が平行であるが、内面は、先端方向に向け僅かに広がった扇形となっている。受動部４７ａの両面は平行である。左右一対のアーム４９ａの内面に、それぞれ磁性体からなる吸着板５３ａが設けられ、受動部４７ａの両側面には、後続の揺動体１３ｂの作動部４５ｂに設けられている吸着板５３ｂと相対する位置にそれぞれ電磁石からなる固定板５７ａが設けられている。作動部４５ａと受動部４７ａの境界近傍には、支持ピン４３ａを挿入するための第１支持ピン孔６１ａが設けられ、受動部４７ａの後端部には、後続の揺動体１３ｂを回動自在に連結するための第２支持ピン孔６３ａが設けられている。
【００３０】
揺動体１３ａと揺動体１３ｂとは、図３、図４に示すように揺動体１３ａの第２支持ピン孔６３ａと揺動体１３ｂの第１支持ピン孔６１ｂとに支持ピン４３ｂが挿入され、揺動体１３ｂのアーム４９ｂの間に揺動体１３ａの受動部４７ａが入り込む形で回動自在に連結される。同様に揺動体１３ｂと揺動体１３ｃとは、揺動体１３ｂの第２支持ピン孔６３ｂと揺動体１３ｃの第１支持ピン孔６１ｃとに支持ピン４３ｃが挿入され、揺動体１３ｃのアーム４９ｃの間に揺動体１３ｂの受動部４７ｂが入り込む形で回動自在に連結される。揺動体１３ａは、次の要領で本体１１と連結する。体部前方部２５の後端には保持体５５が設けられ、保持体５５の端部に揺動体１３ａを連結するための前方部支持ピン孔５９が穿設され、揺動体１３ａは、揺動体１３ａの第１支持ピン孔６１ａと前方部支持ピン孔５９とに支持ピン４３ａが挿入され、保持体５５に回動自在に連結される。なお、保持体５５には、揺動体１３ａの吸着板５３ａと相対する位置に電磁石からなる固定板５６が取り付けられている。揺動体１３ｃの受動部４７ｃの後端には、尾ひれ部２３が取り付けられている。
【００３１】
各支持ピン４３ａ、４３ｂ、４３ｃは、上端が上部フレーム３３に固定され、下端が下部フレーム３５に固定されている。このため各支持ピン４３ａ、４３ｂ、４３ｃは、本体１１が揺動しても常に中心軸線上に位置する。このため各支持ピン４３ａ、４３ｂ、４３ｃを中心に回動する揺動体１３は、体部後方部２７の短手方向の中心付近に保持されるので、体部後方部２７を効率よく揺動させることができる。また体部後方部２７を揺動させる動きの再現性が高く、体部後方部２７を大きく揺動させるときも目標の動きとすることができる。
【００３２】
作用体１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）は、図１及び図２に示すように揺動体１３の揺動運動を体部後方部２７に伝達するパイプ状の部材であり、左右に一対設けられている。左右一対の作用体は、それぞれ揺動体１３の左右一対のアーム４９の外面に固着され、他端がリング状フレーム３１に固着されている。作用体１５は、各揺動体１３の左右一対のアーム４９の外面に直交するように、また左右の作用体１５は、水平に一直線上に配置されている。作用体１５は、平面視において、揺動体１３の左右一対のアーム４９の先端付近に取り付けられている。例えば揺動体１３ｂは吸着板５３ｂを、揺動体１３ａの受動部４７ａの固定板５７ａに吸着することで揺動するが、揺動体１３ｂは支持ピン４３ｂを中心に回動し、アーム４９ｂの内側は、先端に向って僅かに扇形に広がっているので、支持ピン４３ｂから離れるほど作動部４５ｂの変位量は大きくなる。この作動部４５の変位量が本体１１を揺動させる起源であり、体部後方部２７を大きく変位させるために作用体１５は、アーム４９の先端付近に取り付けることが重要である。
【００３３】
図４は、揺動体１３のてこの原理を説明するための図である。揺動体１３ａの左側アーム４９ａの吸着板５３ａが保持体５５の左側の固定板５６に吸着し、揺動体１３ａが支持ピン４３ａを支点にして時計回りに回動し、同時に作用体１５ａ、１５ｂも回動し、作用体１５ａ、１５ｂが体部後方部２７を移動させるときのてこの原理について説明する。
【００３４】
揺動体１３ａ及び作用体１５ａは、吸着板５３ａの取り付け位置から支持ピン４３ａまでの長さＸに比べ、支持ピン４３ａから作用体１５ａの先端までの長さＹが長くしてある。これによりてこの原理により作用体１５ａの先端の変位量及び変位速度を吸着板５３ａの変位量及び変位速度以上に拡大することができる。このように作用体１５ａを介在させることで、体部後方部２７の変位量及び変位速度を大きくすることができる。
【００３５】
同時に、受動部４７ａも支持ピン４３ａを支点にして回動し、さらに揺動体１３ｂを介して作用体１５ｂが回動する。そこで、吸着板５３ａの取り付け位置から支持ピン４３ａまでの長さＸに比べ、支持ピン４３ａから揺動体１３ｂに接続する作用体１５ｂの先端までの長さＺを長く取ることで、てこの原理により作用体１５ｂの先端の変位量及び変位速度を吸着板５３ｂの変位量及び変位速度以上に拡大することができる。支持ピン４３ａから作用体１５ｂの先端までの長さＺは、揺動体１３ａの受動部４７ａの長さに大きく依存する。このため本実施形態では、作動部４５ａに比較して受動部４７ａの長さを長くしている。なお、てこの原理は、左側の作用体１５ａ、１５ｂを対象に説明したが、右側の作用体１５ａ、１５ｂもてこの原理が同様に働く。
【００３６】
揺動推進装置１は本体１１外部に固定板５６、５７への通電、停電を制御する制御装置１７を備える。制御装置１７は、固定板５６、５７の通電量、通電のタイミングなどを制御し、これにより本体１１を所定の要領で揺動させることができる。制御装置１７は、例えばプログラムロジックコントローラ、コンピュータを使用することができる。なお、制御装置１７は、体部２１内に設置しても良い。
【００３７】
図５を用いて揺動推進装置１の動作の一例を説明する。なお、図５ではフレームの図示を省略している。保持体５５に取り付けられた右側の固定板５６、揺動体１３ａ、１３ｂの右側の固定板５７ａ、５７ｂに通電し、左側の固定板５６、５７ａ、５７ｂは通電しない状態にすると、右側のそれぞれの吸着板５３ａ、５３ｂ、５３ｃが右側の固定板５６、５７ａ、５７ｂに引き付けられ密着する。この時、揺動体１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、支持ピン４３ａ、４３ｂ、４３ｃを支点にして反時計回りに回動する。
【００３８】
揺動体１３ａが回動すると、揺動体１３ａに接続する作用体１５ａ及びリング状フレーム３１ａ（図示省略）が一体的に回動し体部後方部２７を右側に移動させる。また、同時に揺動体１３ａの受動部４７ａも右側に回動するため、支持ピン４３ｂを介して揺動体１３ｂも右側に傾く。揺動体１３ｂは、右側に傾いた状態で、吸着板５３ｂが固定板５７ａに密着するため揺動体１３ｂの作動部４５ｂは、支持ピン４３ｂを軸にさらに右側に回動する。そのため、揺動体１３ｂに接続する作用体１５ｂは、体部後方部２７をさらに大きく右側に移動させる。揺動体１３ｃも同様である。最後方の揺動体１３ｃの受動部４７ｃには尾ひれ部２３が接続されているため、尾ひれ部２３も大きく右側に移動する。これにより体部後方部２７は、後方になるに従い大きく右側に移動することになる。
【００３９】
体部後方部２７が最も大きく右側に移動した時点で、右側の固定板５６、５７ａ、５７ｂへの通電を停止し、逆に左側の固定板５６、５７ａ、５７ｂへ通電すると、体部後方部２７及び尾ひれ部２３は、逆に左側に大きく移動する。左右の固定板５６、５７ａ、５７ｂへの通電を交互に繰り返すことで、体部後方部２７及び尾ひれ部２３が左右に撓うように揺動し、水中では水を後方に押し出すため揺動推進装置１は、大きな推進力を得ることができる。
【００４０】
上記実施形態では、吸着板５３を磁性体、固定板５６、５７を電磁石としたが、共に電磁石又は、吸着板５３を電磁石、固定板５６、５７を磁性体又は永久磁石としてもよい。但し、固定板５６、５７を電磁石とし、吸着板５３を磁性体又は永久磁石とする方が、電磁石が安定しているので故障が少なく、また作動部４５の重量が軽いので、効率がよく迅速に揺動させることができる。なお吸着板５３を矩形状で示し、固定板５７を丸形状で示したが、共に矩形状又は丸形状でもよく特に形状は限定されない。
【００４１】
上記のように揺動推進装置１は、揺動体１３の変位量をてこの原理を用いて拡大し、魚形状の本体１１を揺動体１３の変位量以上に変位させる構造からなるので、本体１１を素早くかつ大きく揺動させることができ、水中で大きな推進力を得ることができる。また揺動推進装置１は、電磁石の着脱により本体１１を揺動させるので構造が簡単で製作し易く、アクチュエータを用いた方式に比べ応答の遅れが生じにくく、信頼性も高い。また揺動体１３が複数、長手方向に連なった多関節構造であるので、後方に行くに従って本体１１をより大きく変位させることが可能であり、大きな推進力を得ることができる。また個々の揺動体１３は、電磁石の入り切りにより独立した異なる揺動運動をさせることもできるので各揺動体１３の動きを制御することでエネルギー効率の高い高速推進が達成できる。
【００４２】
本発明の揺動推進装置は、複数の揺動体を多関節に結合させ揺動させることができるため種々の魚の泳ぎを模擬することができる。図６は、本発明の第２実施形態としてのうなぎ様の泳ぎを模擬する揺動推進装置３の概略的構成を示す図であり、図７は、揺動推進装置３で使用する揺動体の斜視図、図８は、揺動推進装置３で使用するフレームの斜視図である。第１実施形態の揺動推進装置１と同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。なお図６では、先頭の揺動体８４の揺動に係わる固定板５６及び吸着板５３を図示し、２番目以降の揺動体８４については、先頭の揺動体８４と同様な構成であるため固定板５７及び吸着板５３の図示を省略した。
【００４３】
揺動推進装置３は、体部８２及び尾ひれ部２３から構成されるうなぎ形をした本体８０を有し、体部８２内に電磁石で左右に揺動する揺動体８４及び作用体としても機能するフレーム８６が複数設置され、揺動体８４の動きをフレーム８６を介して体部８２に伝達し、体部８２及び尾ひれ部２３を左右に揺動させることで推進力を得る。体部８２は、先頭部分を除き、体部８２ほぼ全体を揺動させるべく、体部８２内ほぼ全体がフレーム８６及びそれを覆う外皮２９で形成されている。揺動体８４の動きは、制御装置１７が制御する。揺動推進装置３は、体部８２の短手方向の幅が長手方向に対してほぼ同一であるため、同一構造の揺動体８４が回動自在に連結された多関節構造である。
【００４４】
各揺動体８４は、同一構造であるため揺動体８４の受動部４７の末端は、上下が一部切り取られ段差が生じるように形成され、この部分に第２支持ピン孔６３が設けられている。一方作動部４５と受動部４７の境界近傍は、他の揺動体８４の受動部４７の末端に嵌り込むように、中央部が切り取られ、ここに第１支持ピン孔６１が穿設されている。そのため２つの揺動体８４を支持ピン４３で回動自在に連結したとき、２つの揺動体８４の上下の面が面一となる。揺動体８４の他の構成及び機能は、前記揺動体１３の構成及び機能と同一であるので説明は省略する。
【００４５】
フレーム８６は、第１実施形態のフレームとは異なり、リング状の板状体からなる。フレーム８６の外周が第１実施形態のリング状フレーム３１に相当する。フレーム８６は、揺動体８４のアーム４９に嵌め込むために中心部分が刳り貫かれ、ここに揺動体８４のアーム４９が嵌り込み、アーム４９に固着されている。アーム４９に対する取付位置は、第１実施形態の作用体１５と同じである。このようなフレーム８６は、外皮２９を所定の形状に保持する機能の他、作用体としての機能も有する。フレーム８６は、円盤状の板であり、その中心部に揺動体８４が位置するので、揺動体８４は、本体８０が揺動しても本体８０のほぼ中心部に位置することができる。支持ピン４３は、フレーム８６には連結されていない。フレーム８６は、構造上強度が大きいので、水深が深く水圧が高い場所を調査する魚型ロボットなどに好適に使用することができる。なお、本実施形態では、フレーム８６を使用する例を示したが、第１実施形態に示すフレームと作用体１５を使用してもよいことは言うまでもない。
【００４６】
揺動推進装置３の動作の一例を説明する。揺動推進装置３は、本体８０を長手方向に対し交互に湾曲させ、水を後方に押し出し推進する装置である。固定板５６及び先頭から３番目までの揺動体８４の右側の固定板５７に通電すると、相対する揺動体８４の吸着板５３が固定板５６、５７に密着し揺動体８４は反時計回りに回動し、揺動体８４に連結するフレーム８６を介して体部８２を右側に移動させる。その後、４番目から９番目の揺動体８４の左側の固定板５７に通電すると、相対する揺動体８４の吸着板５３が固定板５７に密着し揺動体８４は時計回りに回動し、揺動体８４に連結するフレーム８６を介して体部８２を左側に移動させる。そのため、本体８０は、Ｓ字形に湾曲する。次に、左右の固定板５６、５７への通電を逆にすると、本体８０は、逆Ｓ字形に湾曲し揺動する。この動作を繰り返すことでうなぎ様の泳ぎを模擬することができる。
【００４７】
図９は、本発明の第３実施形態としてのはこふぐ様の泳ぎを模擬する揺動推進装置５の概略的構成を示す図である。第１実施形態の揺動推進装置１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。以下、第１及び第２実施形態としての揺動推進装置１、３との相違点を中心に説明する。揺動推進装置５は、はこふぐ形をした本体９０内に揺動体１３が１つ設置され、尾ひれ部２３を主に揺動させ、尾ひれ部２３で水を後方に押し出し推進する。揺動推進装置５は構造が単純であるので、尾ひれ部２３を高速で揺動させることが可能となり、高速移動が可能となる。
【００４８】
上記のように揺動推進装置１、３、５の揺動体は、目的に応じた個数、大きさなどを選択でき、個々を独立に揺動させ、また多関節に接合することができるため、あじ、うなぎ、はこふぐなどの泳ぎを自由に選択し模擬することが可能であり適用範囲が広い。また揺動推進装置１、３、５は電磁石で揺動するため応答が速く、急旋回など機敏な動きが実現できる。さらに個々の揺動体が独立に揺動し、多関節構造を採用することで位置制御性も優れ、海底及び海中構造物の調査、大型船の船底の検査などに利用される種々の魚型ロボットへの適用が可能である。なお、上記揺動推進装置１、３、５において、体部２１、８２及び本体９０のうち、揺動体が設置されていない先頭部分又は前方部分の構成、構造は特に限定されないので、必要に応じて空気室を設け、又は錘等設置すればバランスをとりやすくなる。
【００４９】
図１０は、本発明の第４実施形態としての双胴船１００の概略的構成を示す図である。双胴船１００は、船本体１０２の下方に板状の取付具１０４ａ、１０４ｂを介して左右それぞれに揺動推進装置１が取り付けられている。２台の揺動推進装置１は、海面１０６の下に位置し左右に揺動することで船本体１０２を推進させる。左右の揺動推進装置１は揺動方向が互いに逆向きに設定されており、これにより双胴船自身の揺動が抑えられ安定した運行ができる。揺動推進装置１を双胴船１００に適用することで、エネルギー効率に優れかつ高い推進力が得られる。プロペラと異なり、イルカなどを傷つけることがなく、遊覧船等に好適に使用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１、３、５ 揺動推進装置
１１、８０、９０ 本体
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ 揺動体
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 作用体
１７ 制御装置
２１、８２ 体部
２３ 尾ひれ部
２５ 体部前方部
２７ 体部後方部
２９ 外皮
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ リング状フレーム
３３ 上部フレーム
３５ 下部フレーム
４３、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ 支持ピン
４５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ 作動部
４７、４７ａ、４７ｂ、４７ｃ 受動部
４９、４９ａ、４９ｂ、４９ｃ アーム
５３、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ 吸着板
５５ 保持体
５６ 固定板
５７、５７ａ、５７ｂ、５７ｃ 固定板
５９ 前方部支持ピン孔
６１ａ、６１ｂ、６１ｃ 第１支持ピン孔
６３ａ、６３ｂ 第２支持ピン孔
８４ 揺動体
８６ フレーム
１００ 双胴船
１０２ 船本体
１０４ａ、１０４ｂ 取付具
１０６ 海面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石の着脱により揺動する揺動体を介して本体を左右に揺動させ水中で推進力を得る揺動推進装置であって、
体部と尾ひれ部とを有し、体部の少なくとも一部が骨格を形成するフレームをゴム状弾性体からなる外皮で覆い形成された魚形状の本体と、
前記体部の短手方向中央に配置された、電磁石の着脱により左右に揺動する揺動体と、
前記揺動体と前記フレームとに連結し、前記揺動体の動きを前記体部に伝達する作用体と、を備え、
前記揺動体の変位量をてこの原理を用いて拡大し、前記本体を前記揺動体の変位量以上に変位させることを特徴とする揺動推進装置。
【請求項２】
前記揺動体は、左右一対のアームを有するＵ字型の作動部と該作動部に続く作動部に比較して長さの長いＩ型の受動部とを備え、前記作動部と前記受動部との境界近傍に装着された支持ピンを中心に左右に回動し、
前記左右一対のアームの内側に吸着板が装着され、
さらに前記左右一対のアームの間に前記吸着板が着脱する固定板が配置され、
前記吸着板及び前記固定板のうち少なくともいずれか１方は電磁石であり、
前記揺動体は、前記吸着板を固定板に着脱することで作動部を左右に揺動させ、さらにてこの原理でこの動きを受動部で拡大させることを特徴とする請求項１に記載の揺動推進装置。
【請求項３】
前記固定板は、前記揺動体の受動部の両側に取付けられ、
前記揺動体は、複数の揺動体からなり、１の揺動体の受動部がそれに続く後方の揺動体の左右一対のアームの間に入り込み、かつ１の揺動体の受動部とそれに続く後方の揺動体の作動部とが１の支持ピンで互いに回動自在に連結され、これらが長手方向に連なり多関節構造となっていることを特徴とする請求項２に記載の揺動推進装置。
【請求項４】
前記揺動体は、前記体部の所定の位置に所定の個数が配置され、
前記電磁石の着脱により本体をうなぎ、あじ又ははこふぐの泳ぎ様に揺動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の揺動推進装置。
【請求項５】
前記フレームは、所定の間隔を有する１以上のリング状フレーム、前記リング状フレームの上部と連結する上部フレーム及び前記リング状フレームの下部と連結する下部フレームからなり、
前記支持ピンは、前記上部フレームと下部フレームとに連結するように取付けられ、
前記作用体は、棒状体又は板状体であり、前記作動部の左右一対のアームの外面とリング状フレームとを連結するように取付けられていることを特徴とする請求項２から４のいずれか１に記載の揺動推進装置。
【請求項６】
前記フレーム及び作用体に代え、
フレームは外周がリング状の板状体からなり骨格を形成し、前記揺動体を中央に置き揺動体と連結し作用体としても機能することを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の揺動推進装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１に記載の揺動推進装置を左右に１つずつ備える双胴船であって、
左右の揺動推進装置の揺動運動が互いに逆向きであることを特徴とする双胴船。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１に記載の揺動推進装置を備えることを特徴とする魚型ロボット。
【請求項１】
電磁石の着脱により揺動する揺動体を介して本体を左右に揺動させ水中で推進力を得る揺動推進装置であって、
体部と尾ひれ部とを有し、体部の少なくとも一部が骨格を形成するフレームをゴム状弾性体からなる外皮で覆い形成された魚形状の本体と、
前記体部の短手方向中央に配置された、電磁石の着脱により左右に揺動する揺動体と、
前記揺動体と前記フレームとに連結し、前記揺動体の動きを前記体部に伝達する作用体と、を備え、
前記揺動体の変位量をてこの原理を用いて拡大し、前記本体を前記揺動体の変位量以上に変位させることを特徴とする揺動推進装置。
【請求項２】
前記揺動体は、左右一対のアームを有するＵ字型の作動部と該作動部に続く作動部に比較して長さの長いＩ型の受動部とを備え、前記作動部と前記受動部との境界近傍に装着された支持ピンを中心に左右に回動し、
前記左右一対のアームの内側に吸着板が装着され、
さらに前記左右一対のアームの間に前記吸着板が着脱する固定板が配置され、
前記吸着板及び前記固定板のうち少なくともいずれか１方は電磁石であり、
前記揺動体は、前記吸着板を固定板に着脱することで作動部を左右に揺動させ、さらにてこの原理でこの動きを受動部で拡大させることを特徴とする請求項１に記載の揺動推進装置。
【請求項３】
前記固定板は、前記揺動体の受動部の両側に取付けられ、
前記揺動体は、複数の揺動体からなり、１の揺動体の受動部がそれに続く後方の揺動体の左右一対のアームの間に入り込み、かつ１の揺動体の受動部とそれに続く後方の揺動体の作動部とが１の支持ピンで互いに回動自在に連結され、これらが長手方向に連なり多関節構造となっていることを特徴とする請求項２に記載の揺動推進装置。
【請求項４】
前記揺動体は、前記体部の所定の位置に所定の個数が配置され、
前記電磁石の着脱により本体をうなぎ、あじ又ははこふぐの泳ぎ様に揺動させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載の揺動推進装置。
【請求項５】
前記フレームは、所定の間隔を有する１以上のリング状フレーム、前記リング状フレームの上部と連結する上部フレーム及び前記リング状フレームの下部と連結する下部フレームからなり、
前記支持ピンは、前記上部フレームと下部フレームとに連結するように取付けられ、
前記作用体は、棒状体又は板状体であり、前記作動部の左右一対のアームの外面とリング状フレームとを連結するように取付けられていることを特徴とする請求項２から４のいずれか１に記載の揺動推進装置。
【請求項６】
前記フレーム及び作用体に代え、
フレームは外周がリング状の板状体からなり骨格を形成し、前記揺動体を中央に置き揺動体と連結し作用体としても機能することを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載の揺動推進装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１に記載の揺動推進装置を左右に１つずつ備える双胴船であって、
左右の揺動推進装置の揺動運動が互いに逆向きであることを特徴とする双胴船。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか１に記載の揺動推進装置を備えることを特徴とする魚型ロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２１８９６４（Ｐ２０１１−２１８９６４Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９０２５１（Ｐ２０１０−９０２５１）
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（５１０１００１４０）ハマダベンディングサービス株式会社 (1)
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月９日（２０１０．４．９）
【出願人】（５１０１００１４０）ハマダベンディングサービス株式会社 (1)
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