JPH09301274A - 水中航走装置 - Google Patents
水中航走装置Info
- Publication number
- JPH09301274A JPH09301274A JP11496096A JP11496096A JPH09301274A JP H09301274 A JPH09301274 A JP H09301274A JP 11496096 A JP11496096 A JP 11496096A JP 11496096 A JP11496096 A JP 11496096A JP H09301274 A JPH09301274 A JP H09301274A
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- Japan
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- motion
- underwater vehicle
- drive mechanism
- underwater
- feathering
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- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水中航走装置の操縦機構として、ホバリング
や旋回など位置及び姿勢の細かな制御を実現することが
可能な操縦機構を提供すること。 【解決手段】 本発明の水中航走装置は、胴体６の側面
に左右一対の胸鰭１を備えるともに、胴体６の内部に胸
鰭１の駆動機構８を備える。この駆動機構６は、左右一
対の胸鰭１に、水平軸１４まわりに旋回するピッチング
運動、ピッチング運動にのって鉛直軸１３まわりに前後
方向に往復旋回するリード・ラグ運動、及びリード・ラ
グ運動にのって水平軸１２まわりに上下方向に往復旋回
するフェザリング運動を、左右独立に与える。リード・
ラグ運動とフェザリング運動の位相差を調整することに
よって、水中航走装置自身の前進、後退及び旋回運動を
制御することができる。
や旋回など位置及び姿勢の細かな制御を実現することが
可能な操縦機構を提供すること。 【解決手段】 本発明の水中航走装置は、胴体６の側面
に左右一対の胸鰭１を備えるともに、胴体６の内部に胸
鰭１の駆動機構８を備える。この駆動機構６は、左右一
対の胸鰭１に、水平軸１４まわりに旋回するピッチング
運動、ピッチング運動にのって鉛直軸１３まわりに前後
方向に往復旋回するリード・ラグ運動、及びリード・ラ
グ運動にのって水平軸１２まわりに上下方向に往復旋回
するフェザリング運動を、左右独立に与える。リード・
ラグ運動とフェザリング運動の位相差を調整することに
よって、水中航走装置自身の前進、後退及び旋回運動を
制御することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水中探査や水中作
業に使用される水中航走装置に係り、特に、その操縦機
構に関するものである。
業に使用される水中航走装置に係り、特に、その操縦機
構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】水中探査ロボットを用いて複雑な海底を
探査する場合、海底に生息する魚の様に、ホバリングや
素早い旋回などの細かい運動が要求される。また、腕付
き水中ロボットが水中に浮遊した状態で停止して作業を
行う場合、ロボット本体の位置及び姿勢の細かな制御が
要求される。
探査する場合、海底に生息する魚の様に、ホバリングや
素早い旋回などの細かい運動が要求される。また、腕付
き水中ロボットが水中に浮遊した状態で停止して作業を
行う場合、ロボット本体の位置及び姿勢の細かな制御が
要求される。
【０００３】従来、水中ロボットなどの位置及び姿勢を
制御する水中航走装置の操縦機構として、例えば、翼や
スクリュー式スラスターなどが用いられてきた。この
内、翼は、水中航走装置が停止した状態ではほとんど推
力が発生しないので、停止状態での位置及び姿勢の制御
には利用できない。また、スクリュー式スラスターも、
水中航走装置が停止した状態では、正負の推力を迅速に
切換えることが困難であることから、停止状態における
位置及び姿勢の維持性能が十分に得られないと言う欠点
がある。
制御する水中航走装置の操縦機構として、例えば、翼や
スクリュー式スラスターなどが用いられてきた。この
内、翼は、水中航走装置が停止した状態ではほとんど推
力が発生しないので、停止状態での位置及び姿勢の制御
には利用できない。また、スクリュー式スラスターも、
水中航走装置が停止した状態では、正負の推力を迅速に
切換えることが困難であることから、停止状態における
位置及び姿勢の維持性能が十分に得られないと言う欠点
がある。
【０００４】推進の観点から、魚の尾鰭の運動を模した
振動翼を採用した水中航走装置に関して多数の試みが公
表されている。しかし、尾鰭の運動機構を主スラスター
として水中航走装置に適用した場合、それによって誘起
される水中航走装置自身の振動などの問題があり、停止
状態における位置及び姿勢の制御に適用することは容易
ではない。一方、魚の胸鰭の運動を、水中航走装置の推
進、あるいは浮遊して停止している状態での位置及び姿
勢の制御に適用する試みは、これまで行われていない。
振動翼を採用した水中航走装置に関して多数の試みが公
表されている。しかし、尾鰭の運動機構を主スラスター
として水中航走装置に適用した場合、それによって誘起
される水中航走装置自身の振動などの問題があり、停止
状態における位置及び姿勢の制御に適用することは容易
ではない。一方、魚の胸鰭の運動を、水中航走装置の推
進、あるいは浮遊して停止している状態での位置及び姿
勢の制御に適用する試みは、これまで行われていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来から用
いられている翼やスクリュー式スラスターなどに代っ
て、ホバリングや旋回など位置及び姿勢の細かな制御を
実現することが可能な操縦機構を備えた水中航走装置を
提供することを目的としている。
いられている翼やスクリュー式スラスターなどに代っ
て、ホバリングや旋回など位置及び姿勢の細かな制御を
実現することが可能な操縦機構を備えた水中航走装置を
提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の水中航走装置
は、胴体と、胴体の側面に備えられた左右一対の胸鰭
と、胴体の内部に備えられた駆動機構とを備え、前記駆
動機構は、前記左右一対の胸鰭に、水平軸まわりに旋回
するピッチング運動、ピッチング運動にのって鉛直軸ま
わりに前後方向に往復旋回するリード・ラグ運動、及び
リード・ラグ運動にのって水平軸まわりに上下方向に往
復旋回するフェザリング運動を、左右独立に与えること
を特徴とする。
は、胴体と、胴体の側面に備えられた左右一対の胸鰭
と、胴体の内部に備えられた駆動機構とを備え、前記駆
動機構は、前記左右一対の胸鰭に、水平軸まわりに旋回
するピッチング運動、ピッチング運動にのって鉛直軸ま
わりに前後方向に往復旋回するリード・ラグ運動、及び
リード・ラグ運動にのって水平軸まわりに上下方向に往
復旋回するフェザリング運動を、左右独立に与えること
を特徴とする。
【０００７】本願発明者は、水中ロボットなどの水中航
走装置の操縦性能の向上の観点から、魚が停止状態でそ
の運動を制御するのに重要な役割をすると見られる胸鰭
の運動に着目して、その運動を詳細に観察して解析を行
った。その結果、胸鰭の運動は主として、図４に示す様
に、水平軸まわりに上下方向に往復旋回するフェザリン
グ運動、及び鉛直軸まわりに前後方向に往復旋回するリ
ード・ラグ運動の２つの運動モードから成り立っている
こと、これら２つの運動モードは、ほぼ正弦的な動きを
示すこと、これら２つの運動モードの位相差を調整する
ことによって前進、後退、旋回などの運動が形成されて
いることを発見した。この知見に基いて、本発明の水中
航走装置を開発した。
走装置の操縦性能の向上の観点から、魚が停止状態でそ
の運動を制御するのに重要な役割をすると見られる胸鰭
の運動に着目して、その運動を詳細に観察して解析を行
った。その結果、胸鰭の運動は主として、図４に示す様
に、水平軸まわりに上下方向に往復旋回するフェザリン
グ運動、及び鉛直軸まわりに前後方向に往復旋回するリ
ード・ラグ運動の２つの運動モードから成り立っている
こと、これら２つの運動モードは、ほぼ正弦的な動きを
示すこと、これら２つの運動モードの位相差を調整する
ことによって前進、後退、旋回などの運動が形成されて
いることを発見した。この知見に基いて、本発明の水中
航走装置を開発した。
【０００８】本発明の水中航走装置は、胴体の内部に配
置された駆動機構を用いて、胴体の側面に左右一対備え
られた胸鰭に、リード・ラグ運動とフェザリング運動と
を左右独立に与えるとともに、左右の胸鰭のリード・ラ
グ運動とフェザリング運動の位相差を調整することによ
って、前進、後退の推力を発生することができる。
置された駆動機構を用いて、胴体の側面に左右一対備え
られた胸鰭に、リード・ラグ運動とフェザリング運動と
を左右独立に与えるとともに、左右の胸鰭のリード・ラ
グ運動とフェザリング運動の位相差を調整することによ
って、前進、後退の推力を発生することができる。
【０００９】更に、ピッチング運動の旋回角度を調整し
て、リード・ラグ運動の軸を（基準方向である）鉛直方
向から傾けることによって、上記の推力に上下方向の推
力を付加することが可能となる。
て、リード・ラグ運動の軸を（基準方向である）鉛直方
向から傾けることによって、上記の推力に上下方向の推
力を付加することが可能となる。
【００１０】これによって、本発明の水中航走装置は、
停止状態において精度の高い位置及び姿勢の制御性能を
備えるとともに、停止状態から前進、後退、旋回、上
昇、下降等の動作に迅速に移行することができる。
停止状態において精度の高い位置及び姿勢の制御性能を
備えるとともに、停止状態から前進、後退、旋回、上
昇、下降等の動作に迅速に移行することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図面を用いて説明する。図１に、本発明の水中航走装置
の外観を示す、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面
図である。水中航走装置は、その胴体６の左右に一対の
胸鰭１を備え、胴体６の内部には、後述の胸鰭の駆動機
構が組み込まれている。
図面を用いて説明する。図１に、本発明の水中航走装置
の外観を示す、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面
図である。水中航走装置は、その胴体６の左右に一対の
胸鰭１を備え、胴体６の内部には、後述の胸鰭の駆動機
構が組み込まれている。
【００１２】図２に、水中航走装置の内部に組込まれる
胸鰭の駆動機構の構造を示す、（ａ）はその平面図、
（ｂ）はその側面図である。また、第３図にその斜視図
を示す。
胸鰭の駆動機構の構造を示す、（ａ）はその平面図、
（ｂ）はその側面図である。また、第３図にその斜視図
を示す。
【００１３】この胸鰭の駆動機構は、三台のモータ４、
３、２を組合わせて構成され、その先に胸鰭１が取付け
られる。即ち、水平軸に直交する台座５には水平方向の
基準軸を有するモータ４が取り付けられ、モータ４の駆
動軸には鉛直方向の基準軸を有するモータ３が取り付け
られ、モータ３の駆動軸には水平方向の基準軸を有する
モータ２が取り付けられ、モータ２の駆動軸には胸鰭１
が取り付けられている。モータ４は、モータ３の駆動軸
を水平軸まわりに旋回させるピッチング運動を形成し、
モータ３は、モータ２の駆動軸をほぼ鉛直方向の軸まわ
りに前後方向に往復旋回させるリード・ラグ運動を形成
し、モータ２は、胸鰭１をほぼ水平方向の軸まわりに上
下方向に往復旋回させるフェザリング運動を形成する。
３、２を組合わせて構成され、その先に胸鰭１が取付け
られる。即ち、水平軸に直交する台座５には水平方向の
基準軸を有するモータ４が取り付けられ、モータ４の駆
動軸には鉛直方向の基準軸を有するモータ３が取り付け
られ、モータ３の駆動軸には水平方向の基準軸を有する
モータ２が取り付けられ、モータ２の駆動軸には胸鰭１
が取り付けられている。モータ４は、モータ３の駆動軸
を水平軸まわりに旋回させるピッチング運動を形成し、
モータ３は、モータ２の駆動軸をほぼ鉛直方向の軸まわ
りに前後方向に往復旋回させるリード・ラグ運動を形成
し、モータ２は、胸鰭１をほぼ水平方向の軸まわりに上
下方向に往復旋回させるフェザリング運動を形成する。
【００１４】この胸鰭の駆動機構が組み込まれた水中航
走装置は、胸鰭１のリード・ラグ運動（図４（ｂ））と
フェザリング運動（図４（ａ））の位相差を調整するこ
とによって、前進方向及び後退方向の推力を発生するこ
とができ、更に、ピッチング運動の旋回角度を調整し
て、リード・ラグ運動の軸を（基準方向である）鉛直方
向から傾けることによって、上記の推力に上下方向の推
力を付加することが可能となる。
走装置は、胸鰭１のリード・ラグ運動（図４（ｂ））と
フェザリング運動（図４（ａ））の位相差を調整するこ
とによって、前進方向及び後退方向の推力を発生するこ
とができ、更に、ピッチング運動の旋回角度を調整し
て、リード・ラグ運動の軸を（基準方向である）鉛直方
向から傾けることによって、上記の推力に上下方向の推
力を付加することが可能となる。
【００１５】作業腕を備えた水中ロボットが、水中に浮
遊した状態で停止して作業を行う場合、作業腕を上下方
向に動かすと、動的干渉によって水中ロボット本体に縦
揺れ運動が生ずる。この水中ロボット本体に本発明によ
る水中航走装置を装着することによって、水中ロボット
に上下方向の推力を付加することができ、その結果、以
上の様な縦揺れを抑えることが可能になる。
遊した状態で停止して作業を行う場合、作業腕を上下方
向に動かすと、動的干渉によって水中ロボット本体に縦
揺れ運動が生ずる。この水中ロボット本体に本発明によ
る水中航走装置を装着することによって、水中ロボット
に上下方向の推力を付加することができ、その結果、以
上の様な縦揺れを抑えることが可能になる。
【００１６】
【実施例】上述した操縦機構を備えた水中航走装置を用
いて、水槽中で航走試験を行った。図５に、試験に用い
た水中航走装置の外形寸法を示す、（ａ）はその平面
図、（ｂ）はその側面図である。なお、胴体１はＦＲＰ
で製作し、平面図の形状として、ＮＡＣＡ００１８翼型
を採用している。胸鰭の駆動機構を、水中航走装置の船
首から１／４長さの部分に装着し、水中でほぼ中性浮力
になる様にバラスト調整を行った。
いて、水槽中で航走試験を行った。図５に、試験に用い
た水中航走装置の外形寸法を示す、（ａ）はその平面
図、（ｂ）はその側面図である。なお、胴体１はＦＲＰ
で製作し、平面図の形状として、ＮＡＣＡ００１８翼型
を採用している。胸鰭の駆動機構を、水中航走装置の船
首から１／４長さの部分に装着し、水中でほぼ中性浮力
になる様にバラスト調整を行った。
【００１７】航走試験は、水深を５００ｍｍに設定した
平面水槽の中で行った。水中航走装置の位置を測定する
ため、５００ｍｍ間隔で水槽の底に格子状の線を引き、
水槽の上部からビデオ撮影を行って、胸鰭の運動と水中
航走装置の動きの関係を観察した。また、リード・ラグ
運動とフェザリング運動を正弦運動とし、それらの位相
差は、前進時で３０°、後退時で−１２０°とした。ま
た、旋回時には、片方の胸鰭の位相差を前進状態に、他
方の胸鰭の位相差を後退状態にした。
平面水槽の中で行った。水中航走装置の位置を測定する
ため、５００ｍｍ間隔で水槽の底に格子状の線を引き、
水槽の上部からビデオ撮影を行って、胸鰭の運動と水中
航走装置の動きの関係を観察した。また、リード・ラグ
運動とフェザリング運動を正弦運動とし、それらの位相
差は、前進時で３０°、後退時で−１２０°とした。ま
た、旋回時には、片方の胸鰭の位相差を前進状態に、他
方の胸鰭の位相差を後退状態にした。
【００１８】表１に、測定された前進速度及び後退速度
の一例を示す。なお、表中のＫは無次元振動数と呼ばれ
るパラメータであり、次式で定義される、 Ｋ＝Ｃ×ω／Ｕ 上式において、Ｃは胸鰭の翼弦長（ｍ）、ωは胸鰭の角
速度（ｒａｄ／ｓ）、Ｕは当該水中航走装置の速度（ｍ
／ｓ）を表す。なお、この試験に用いた胸鰭の翼弦長は
０．１６ｍである。試験の範囲内では、前進運動の際に
は、水中航走装置の速度に余り差は認められなかった。
の一例を示す。なお、表中のＫは無次元振動数と呼ばれ
るパラメータであり、次式で定義される、 Ｋ＝Ｃ×ω／Ｕ 上式において、Ｃは胸鰭の翼弦長（ｍ）、ωは胸鰭の角
速度（ｒａｄ／ｓ）、Ｕは当該水中航走装置の速度（ｍ
／ｓ）を表す。なお、この試験に用いた胸鰭の翼弦長は
０．１６ｍである。試験の範囲内では、前進運動の際に
は、水中航走装置の速度に余り差は認められなかった。
【００１９】
【表１】
【００２０】図６に、水中航走装置を左旋回させた時の
頭部、頭部から１／４長さの部分、尾部の軌跡を示す。
なお、推進の条件は、表１の No.２相当の条件で、右側
の胸鰭を前進状態に、左側を後退状態にしている。図６
に示す様に、安定した旋回運動が実現されていることが
分る。なお、この時の旋回角速度は６．５°／ｓであっ
た。
頭部、頭部から１／４長さの部分、尾部の軌跡を示す。
なお、推進の条件は、表１の No.２相当の条件で、右側
の胸鰭を前進状態に、左側を後退状態にしている。図６
に示す様に、安定した旋回運動が実現されていることが
分る。なお、この時の旋回角速度は６．５°／ｓであっ
た。
【００２１】
【発明の効果】本発明の水中航走装置は、フェザリング
運動、リード・ラグ運動及びピッチング運動を行う胸鰭
を、左右一対備えることによって、浮遊して停止した状
態において精度の高い位置及び姿勢の制御性能を実現す
るとともに、停止状態から前進、後退、旋回、上昇、下
降等の動作に迅速に移行することができる。
運動、リード・ラグ運動及びピッチング運動を行う胸鰭
を、左右一対備えることによって、浮遊して停止した状
態において精度の高い位置及び姿勢の制御性能を実現す
るとともに、停止状態から前進、後退、旋回、上昇、下
降等の動作に迅速に移行することができる。
【図１】本発明の水中航走装置の外観を示す図、（ａ）
は平面図を、（ｂ）は側面図を表す。
は平面図を、（ｂ）は側面図を表す。
【図２】胸鰭の駆動機構の構造を説明する図、（ａ）は
平面図を、（ｂ）は側面図を表す。
平面図を、（ｂ）は側面図を表す。
【図３】胸鰭の駆動機構の構造を説明する斜視図。
【図４】胸鰭の運動モードを説明する図、（ａ）はフェ
ザリング運動を、（ｂ）はリード・ラグ運動を示す。
ザリング運動を、（ｂ）はリード・ラグ運動を示す。
【図５】航走試験に使用した水中航走装置の外形寸法を
示す図、（ａ）は平面図を、（ｂ）は側面図を表す。
示す図、（ａ）は平面図を、（ｂ）は側面図を表す。
【図６】左旋回運動の際の水中航走装置の軌跡の一例を
示す図。
示す図。
１・・・胸鰭、 ２・・・フェザリング運動用モータ、 ３・・・リード・ラグ運動用モータ、 ４・・・ピッチング運動用モータ、 ５・・・台座、 ６・・・胴体、 ８・・・胸鰭の駆動機構。
Claims (3)
- 【請求項１】 胴体と、 胴体の側面に備えられた左右一対の胸鰭と、 胴体の内部に備えられた駆動機構とを備え、 前記駆動機構は、前記胸鰭に、鉛直軸まわりに前後方向
に往復旋回するリード・ラグ運動、及びリード・ラグ運
動にのって水平軸まわりに上下方向に往復旋回するフェ
ザリング運動を、左右独立に与えることを特徴とする水
中航走装置。 - 【請求項２】 胴体と、 胴体の側面に備えられた左右一対の胸鰭と、 胴体の内部に備えられた駆動機構とを備え、 前記駆動機構は、前記左右一対の胸鰭に、水平軸まわり
に旋回するピッチング運動、ピッチング運動にのって鉛
直軸まわりに前後方向に往復旋回するリード・ラグ運
動、及びリード・ラグ運動にのって水平軸まわりに上下
方向に往復旋回するフェザリング運動を、左右独立に与
えることを特徴とする水中航走装置。 - 【請求項３】 前記リード・ラグ運動と前記フェザリン
グ運動の位相差を調整することによって、前記水中航走
装置自身の前進、後退及び旋回運動を制御する制御手段
を備えたことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の
水中航走装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11496096A JPH09301274A (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 水中航走装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11496096A JPH09301274A (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 水中航走装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09301274A true JPH09301274A (ja) | 1997-11-25 |
Family
ID=14650904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11496096A Pending JPH09301274A (ja) | 1996-05-09 | 1996-05-09 | 水中航走装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09301274A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106184677A (zh) * | 2016-09-23 | 2016-12-07 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | 一种采用新型驱动机构的机器鱼 |
| CN108116643A (zh) * | 2018-01-23 | 2018-06-05 | 焦作大学 | 一种新型自动化水体检测装置 |
| CN119319899A (zh) * | 2024-11-15 | 2025-01-17 | 中国船舶科学研究中心 | 一种基于仿生运动设计的水下作业装置 |
-
1996
- 1996-05-09 JP JP11496096A patent/JPH09301274A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106184677A (zh) * | 2016-09-23 | 2016-12-07 | 江西洪都航空工业集团有限责任公司 | 一种采用新型驱动机构的机器鱼 |
| CN108116643A (zh) * | 2018-01-23 | 2018-06-05 | 焦作大学 | 一种新型自动化水体检测装置 |
| CN108116643B (zh) * | 2018-01-23 | 2019-06-07 | 焦作大学 | 一种新型自动化水体检测装置 |
| CN119319899A (zh) * | 2024-11-15 | 2025-01-17 | 中国船舶科学研究中心 | 一种基于仿生运动设计的水下作业装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050613 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050621 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20051018 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |