JPH08150997A - 水中ロボットの振動翼式推進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 浮遊物，ゴミの巻き込み等による故障がな
く、海洋環境汚染を生せず、急速直線的前後進及び急速
停止機能に優れ、偏平ロボット機体を水平姿勢として潮
流による影響少なく走航すること。 【構成】 水中ロボットの機体内部にその前後方向の中
心線の左右両側に適宜間隔で対称的に配設された等長の
駆動軸５ａ，５ｂの後端をそれぞれゴムシートを貫通し
て液密に外部水中に突出し、同各後端にそれぞれ翼型断
面を有する竪翼４ａ，４ｂの前端を固着してなる左右１
対の振動翼推進軸を並設してなる水中ロボットにおい
て、上記両推進軸５ａ，５ｂの同機体内部の後部，前部
にそれぞれ左右対称的に所要のスウェー量，ヨー角をそ
れぞれ個別的に与えるスウェー量付与手段７ａ，７ｂ，
ヨー角付与手段１８ａ，１８ｂと、上記両手段を同期的
に又は所望の位相差をもって駆動する位相差可変手段と
を具えたこと。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水中ロボットの振動翼
式推進装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の水中ロボット推進装置としては、
図１０側面図に示すようなものが知られている。ここ
で、１は水中ロボット本体であり、その後端部には上下
１対の垂直安定翼２が突設され、また、その前端部には
左右１対の水平安定翼３が突設され、後端には水中ロボ
ット本体１の中心線上にプロペラー２７が突設され、そ
の後端部にはプロペラー２７を同心的に囲繞する形でプ
ロペラーガードが突設されている。この種の水中ロボッ
トは、従来、殆どがプロペラー２７を回転することによ
って推進力を得ている。ところで、水中ロボットは現
在、種々のコンセプトに基づいて各種のものが設計，製
作されており、特に、海岸近くの海底調査や湖底の調
査、あるいは水槽や管路の清掃ロボットにおいては、水
中に浮遊する多数のゴミの中で作業するものもある。し
かしながら、このような環境下での作業においては、従
来のプロペラー式推進装置では水中の浮遊物であるナイ
ロンやビニール等を巻き込んだり、海底近くでの作業で
は海底のヘドロを巻き上げて環境汚染を惹起し、また、
巻き上げたゴミがプロペラーに巻き込まれたりすること
もある。推進器としてのプロペラー方式のもう一つの問
題は、急速な前後進，急速停止等の性能が悪いことであ
る。これはプロペラーを船尾後方に配置する必要がある
ため、プロペラー軸系の全長が長くなり、回転軸の慣性
モーメントが大きくなることによるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のプ
ロペラー式推進器を使用する水中ロボットには下記のよ
うな問題がある。 （１）浮遊物やゴミの巻き込みによるトラブルが発生す
る。 （２）海底ヘドロ等の巻き上げによる海洋環境汚染を生
ずる。 （３）プロペラーによる人身事故などの発生防止のため
の安全性確保の問題がある。 （４）前進から後進に、また後進から前進に急速に移行
すること、また急速に停止することが困難であり、特に
この点は水中ロボットでは問題となる。

【０００４】本発明はこのような事情に鑑みて提案され
たもので、浮遊物，ゴミの巻き込み等による故障がな
く、海洋環境汚染を生せず、急速直線的前後進及び急速
停止機能に優れ、偏平ロボット機体を水平姿勢として潮
流による外乱少なく走航することができる安全な水中ロ
ボットの振動翼式推進装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのために請求項１の発
明は、水中ロボットの機体内部にその前後方向の中心線
の左右両側に適宜間隔で対称的に配設された等長の駆動
軸の後端をそれぞれゴムシートを貫通して液密に外部水
中に突出し、同各後端にそれぞれ翼型断面を有する竪ひ
れ状翼板の前端を固着してなる左右１対の振動翼式推進
軸を並設してなる水中ロボットにおいて、上記両推進軸
の同機体内部の後部，前部にそれぞれ左右対称的に所要
のスウェー量，ヨー角をそれぞれ個別的に与えるスウェ
ー量付与手段，ヨー角付与手段と、上記両手段を同期的
に又は所望の位相差をもって駆動する位相差可変手段と
を具えたことを特徴とする。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１において、そ
の両推進軸の前部，後部にスウェー量付与手段，ヨー角
付与手段をそれぞれ配設する代わりに、両推進軸の後
部，前部に同スウェー量付与手段，ヨー角付与手段を配
設したことを特徴とする。

【０００７】請求項３の発明は、請求項１又は２におい
て、そのロボット機体の横断面形状を竪長異形長円形と
するとともに、その左右１対の振動翼式推進軸を上下対
称的に配設されそれぞれ互いに平行する水平翼板とする
とともに、同両水平翼板に左右対称的の代わりに上下対
称的にヒービング，ピッチング角をそれぞれ個別的に与
えるヒービング付与手段，ピッチング付与手段と、上記
両手段を同期的に又は所望の位相差をもって駆動する位
相差可変手段とを具えたことを特徴とする水中ロボット
の振動翼式推進装置。

【０００８】

【作用】このような構成によれば、水中で翼を左右方向
（スウェー方向）に振動させ、その左右方向の振動と同
期して翼角振動（ヨー角振動）をさせることにより、水
力が発生し、この翼角振動の左右振動に対する位相を変
えることにより、推力を変化し、その際、翼が発生する
推力は振動周波数，振幅に比例する。この振動翼と駆動
する原動機にはリニアモーターを使用している。また、
１ヶの振動翼で推進力を得ることは可能であるが、１ヶ
では振動翼に作用する流体力の反力により水中ロボット
が左右揺れ（ヨーイング）を発生するから、このヨーイ
ングを打ち消すために２つの振動翼を対称翼として１８
０°位相をずらして動かすことにより推進力の向上と運
動の軽減を図ることができる。リニアモーターは駆動電
源と位相制御発振器により駆動制御され所定の周波数，
振幅，位相差で運転する。ここで位相制御発振器は、リ
ニアモーターの周波数，振幅，位相を指令制御するもの
である。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例を図面について説明する
と、図１はその側面図、図２は図１の平面図、図３は図
１〜図２のIII 部である本発明に係る振動翼式推進装置
のメカニズムを示す全体平面図、図４は図３のIV−IV矢
視断面図、図５は図３の振動翼のメカニズムの主要リン
ク機構を示す模式図、図６は図５において後部リニアロ
ッドは不動とし、前部リニアロッドのみを左右方向に往
復動する場合を示す平面図、図７は図５において前部リ
ニアロッドは不動とし、後部リニアロッドのみを左右方
向に往復動する場合を示す平面図、図８は図５におい
て、スウェー量をゼロとし、ヨー角のみを振動させた場
合を示す平面図、図９は図５においてスウェー量とヨー
角とを位相をずらして振動させた場合を示す平面図であ
る。

【００１０】まず、図１平面図においては、水中ロボッ
ト１の船尾部後部に振動翼４ａ，４ｂがそれぞれ駆動軸
５ａ，５ｂを介して振動翼駆動装置５Ａ，５Ｂに連結さ
れている。２ａ，２ｂはロボットの後部上下端に通常装
備される上下１対の垂直安定翼である。

【００１１】図２平面図において、４ａ，４ｂはロボッ
トの後部に突設された左右１対の振動翼であり、３ａ，
３ｂは前部に突設された左右１対の水平安定翼を示して
いる。

【００１２】次に、図３水平断面図について説明する
と、振動翼４ａ，４ｂは前端がそれぞれ左右１対の前後
方向の駆動軸５ａ，５ｂの後端に連結され、両駆動軸５
ａ，５ｂは水中ロボット１の船尾端外板を貫通してそれ
ぞれ水密用ゴム２９ａ，２９ｂにより可動的に水密に遮
断されている。駆動軸５ａ，５ｂはそれぞれ同駆動軸５
ａ，５ｂを左右に動かす左右１対の船幅方向のスウェー
用リニアウェー６ａ，６ｂの可動部７ａ，７ｂにそれぞ
れ回転方向に自由なベヤリングと駆動軸５ａ，５ｂとを
貫通した竪ピン９ａ，９ｂにより枢支されている。８
ａ，８ｂはリニアウェー可動部７ａ，７ｂが移動するた
めのスウェー用ガイドウェーである。スウェー用リニア
ウェー可動部７ａはスウェー用リニアモーター１４のリ
ニアロッド１２の左端に接続器（カップリング）１１ａ
により連結されている。一方、リニアロッド１２の右端
にはカップリング１１ｂが付設され、リニアロッド１２
の全長にわたって移動方向を反転するギヤヘッド１３ｇ
が付設されている。ここで、ギヤヘッド１３ｇの右端は
右舷振動翼４ｂの駆動軸５ｂにコンロッド１４ｃにより
連結され、左舷振動翼４ａの動きと右舷振動翼４ｂの動
きが船体中心線Ｃ−Ｃを対称軸として左右対称的に動く
ように配慮されている。また、リニアロッド１２はリニ
アモーター１４と呼ばれているギヤヘッド１３ｇ及びリ
ニアモーター１４により動かされる。

【００１３】さらに振動翼の駆動軸５ａ，５ｂの前端に
はそれぞれ軸方向に移動可能なガイドローラー１６ａ，
１６ｂが付設され、ガイドローラーの受け台１５ａ，１
５ｂはそれぞれヨー用リニアウェー１８ａ，１８ｂの可
動部に配設され、ガイドウェー１７ａ，１７ｂに沿って
それぞれ動くことができる。ガイドローラー受け台１５
ａはレバーリンク２１とヨー用コンロッド１９ａにより
連結され、レバーリンク２１の前端はリニアロッド２０
の左端にピンジョイントされている。一方、右舷ガイド
ローラー受け台１５ｂはヨー用コンロッド１９ｂに連結
され、リニアロッド２０に接続されている。リニアロッ
ド２０はギヤヘッド２２を介してヨー用リニアモーター
２３により駆動される。リニアモーター１４，２３はモ
ーター配線２４ａ，２４ｂを介してモーター駆動電源２
５ａ，２５ｂに接続され、モーター駆動電源２５ａ，２
５ｂは位相制御発振器２６に接続されている。スウェー
用リニアモーター１４，ヨー用リニアモーター２３は位
相制御発振器２６により周波数，位相，振幅を制御して
駆動される。

【００１４】本実施例では、リニアモーター２台の駆動
モーターで２つの振動翼を船体中心線を対称軸として左
右対称的に駆動させることにより、振動翼１台による駆
動時に発生する船体のヨーイング運動を相殺して推進効
率を高める。また、振動翼の運動はスウェー方向の可動
点（竪ピン９ａ，９ｂ）を支点としてヨーイング運動を
与えスウェーとヨーの運動を機構的に同期して行うので
ある。

【００１５】なお、このような構造において、ヨー用リ
ニアモーター２３により、ヨー用ギヤヘッド２２を介し
てヨー用リニアロッド２０を左方，右方へ任意に移動す
ることができる。例えば、ヨー用リニアロッド２０が左
方へ移動するときは、ガイドローラー１６ｂは同じく左
方へ移動するとともに、レバーリンク２１を介してヨー
用コンロッド１９ａ、つまりガイドローラー１６ａは右
方へ移動へ等距離を左右対称的に移動する。また、ヨー
用リニアロッド２０が右方へ移動したときは、ガイドロ
ーラー１６ｂは同じく右方へ移動するとともに、ガイド
ローラー１６ａは左方へ等距離だけ左右対称的に移動す
ることになる。

【００１６】また、スウェー用リニアモーター１４が左
方へ移動するときは、スウェー用竪ピン９ａは同じく左
方へ移動するとともに、レバーリンク１３を介してスウ
ェー用コンロッド１４ｃは右方、つまりスウェー用竪ピ
ン９ｂは同じく右方へ等距離だけ左右対称的に移動する
ことになる。その結果、左舷駆動軸５ａはその前端のガ
イドローラー１６ａが後端寄りの竪ピン９ａの周りに右
動し、その後端寄りの竪ピン９ａは前端のガイドローラ
ー16ａの周りに左動する。ここで、コンロッド１４ｃの
可動部７ｂ，駆動軸５ｂ，スウェー用ガイドウェー８ｂ
及び竪ピン９ｂの接続構造は図４に示す通りである。

【００１７】このような構造において、リンクメカニズ
ムの全体的運動の自由度の理解を容易にするために、便
宜上、各リニアウェイを省略して図示すると、図３は図
５に示すように簡単化される。ここで、同図において、
後部のリニアロッド１２を不動として前部のリニアロッ
ド２０を右方へ若干移動すると、図６に示すように、前
部レバーリンク２１は破線位置から実線位置に時計方向
へ若干回動し、左舷駆動軸５ａ，右舷駆動軸５ｂはそれ
ぞれ破線位置から内側の実線位置に左右対称的に（スウ
ェー量ｘ）＋（ヨー角θ）ずつ傾いた位置に来る。な
お、前部リニアロッド２０を左方へ移動した場合は、図
示は省略するが、両舷駆動軸５ａ，５ｂは破線位置から
それぞれ外側へ左右対称的にｘ＋θずつ傾いた位置に来
る。

【００１８】次に、図７に示すように、前部リニアロッ
ド２０を不動として後部リニアロッド１２を左方へ若干
移動すると、後部レバーリンク１３は破線位置から実線
位置に時計方向へ若干回動し、左舷駆動軸５ａ，右舷駆
動軸５ｂはそれぞれ破線位置から外側の実線位置に（ス
ウェー量ｘ）＋（ヨー角θ）ずつ傾いた位置に来る。な
お、後部リニアロッド１２を右方へ移動した場合は、図
示は省略するが、両舷駆動軸５ａ，５ｂは左右対称的に
ｘ＋θずつ互いに内側へ傾いた位置へ来る。

【００１９】また、図８に示すように、両駆動軸５ａ,5
ｂにスウェー量ｘ＝０とし、ヨー角のみを与えることも
できる。すなわち、同図において、前部リニアロッド２
０を左動するとともに、後部リニアロッド１２を右動す
ると、前部レバーリンク21，前部連結桿１９ｂ，後部レ
バーリンク１３，後部連結桿１４はそれぞれ破線位置か
ら実線位置へ移動し、左舷駆動軸５ａ，右舷駆動軸５ｂ
は、実線で示すように、スウェー量ｘ＝０としてヨー角
θのみ互いに外側に左右対称的に移動する。

【００２０】さらに、図９においては、スウェー量とヨ
ー角との位相を相対的に変える場合を示しており、例え
ば、ヨー用リニアモーター２３によりヨー用リニアロッ
ド２０及びヨー用コンロッド１９ｂを右方へ移動すると
ともに、スウェー用リニアモーター１４によりスウェー
用リニアロッド１２を左方へ移動すると、駆動軸５ｂ，
５ａはそれぞれ破線位置から実線位置へ移動する。その
結果、左舷翼板４ａは微少なスウェー量ｘ_L 及びヨー角
θ_L の範囲、つまり実質的にその場でヨー角を変える運
動を行い、一方、右舷翼板４ｂは左舷翼板４ａよりも若
干大きなスウェー量ｘ_r 及びヨー角θ_r の範囲で破線位
置から実線位置へ移動することとなる。

【００２１】

【発明の効果】このような振動翼式推進装置において
は、下記の効果がある。 （１）海中に浮遊するゴミやロープ等の巻き込みよるト
ラブルを避けることができる。 （２）慣用のプロペラーによる人身事故等の危険もな
く、安全性の高い推進装置が得られる。 （３）スウェーとヨーの翼振動の位相を変えるだけで、
前進から後進まで自由に速く変えることができ、慣用の
プロペラーに比べて前後進性能は格段に向上する。 （４）慣用のプロペラー方式では方向制御に舵を必要と
するが、本発明の振動翼式推進方式では振動翼の振動中
心を変えるだけで、舵の作用をも行うことができる。 （５）これにより、安全でかつトラブルが少なく直線的
前後進性能が優れた推進装置が提供できる。 （６）図３において、ヨー角可変手段を両駆動軸の後部
に配設するとともに、スウェー量可変手段を両駆動軸の
前部に配設することもできる。このような配置によって
も、図３の配置におけると実質的に同一のヨー角，スウ
ェー量を各振動翼に与えることができる。 （７）さらに、ロボット機体の横断面形状を図１〜図２
に示した長円形とする代わりに竪長異形長円形とすると
ともに、図１〜図２に示した左右１対の振動翼式推進軸
の代わりに互いに平行する水平翼板を有する上下１対の
振動翼式推進軸を具えた構造を採用することもできる。
このような水中ロボットによれば、図１〜図２に示した
機体を横長異形長円形断面の代わりに竪長異形長円形と
なして、海底の急峻な起伏地形の狭隘な谷間を大きな運
動の自由度をもって機敏かつ容易に移動することが可能
となる。

【００２２】要するに請求項１の発明によれば、水中ロ
ボットの機体内部にその前後方向の中心線の左右両側に
適宜間隔で対称的に配設された等長の駆動軸の後端をそ
れぞれゴムシートを貫通して液密に外部水中に突出し、
同各後端にそれぞれ翼型断面を有する竪ひれ状翼板の前
端を固着してなる左右１対の振動翼式推進軸を並設して
なる水中ロボットにおいて、上記両推進軸の同機体内部
の後部，前部にそれぞれ左右対称的に所要のスウェー
量，ヨー角をそれぞれ個別的に与えるスウェー量付与手
段，ヨー角付与手段と、上記両手段を同期的に又は所望
の位相差をもって駆動する位相差可変手段とを具えたこ
とにより、浮遊物，ゴミの巻き込み等による故障がな
く、海洋環境汚染を生せず、急速直線的前後進及び急速
停止機能に優れ、偏平ロボット機体を水平姿勢として潮
流による影響少なく走航することができる安全な水中ロ
ボットの振動翼式推進装置を得るから、本発明は産業上
極めて有益なものである。

【００２３】請求項２の発明によれば、請求項１におい
て、その両推進軸の前部，後部にスウェー量付与手段，
ヨー角付与手段をそれぞれ配設する代わりに、両推進軸
の後部，前部に同スウェー量付与手段，ヨー角付与手段
を配設したことにより、請求項１の発明と実質的に同一
の効果を奏することができるから、本発明は産業上極め
て有益なものである。

【００２４】請求項３の発明によれば、請求項１又は２
において、そのロボット機体の横断面形状を竪長異形長
円形とするとともに、その左右１対の振動翼式推進軸を
上下対称的に配設されそれぞれ互いに平行する水平翼板
とするとともに、同両水平翼板に左右対称的の代わりに
上下対称的にヒービング，ピッチング角をそれぞれ個別
的に与えるヒービング付与手段，ピッチング付与手段
と、上記両手段を同期的に又は所望の位相差をもって駆
動する位相差可変手段とを具えたことにより、請求項
１，２の発明による効果をそれぞれ奏するほか、偏平ロ
ボット機体を鉛直に立てた形で狭隘な海底の起伏地形の
間を容易に移動することができるので、本発明は産業上
極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を備えた水中ロボットを示す
全体側面図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】図２のIII 部である振動翼式推進装置のメカニ
ズムを示す全体平面図である。

【図４】図３のIV−IV矢視断面図である。

【図５】図３の振動翼のメカニズムの主要リンク機構を
示す平面図である。

【図６】図４において、後部リニアロッドは不動とし
て、前部リニアロッドのみを左右方向に往復動する場合
の運動を示す平面図である。

【図７】図４において、前部リニアロッドは不動とし
て、後部リニアロッドのみを左右方向に往復動する場合
の運動を示す平面図である。

【図８】図４において、スウェーイングをゼロとして、
ヨーイングのみを行った場合を示す平面図である。

【図９】図４において、スウェーイングとヨーイングと
を互いに位相をずらせて行った場合の各部材の運動を示
す平面図である。

【図１０】従来のプロペラー方式の水中ロボットを示す
全体側面図である。

【符号の説明】

１ 水中ロボット ２ａ，２ｂ 垂直安定翼 ３ａ，３ｂ 水平安定翼 ４ａ 左舷振動翼 ４ｂ 右舷振動翼 ５ａ，５ｂ 駆動軸 ５Ａ，５Ｂ 振動翼駆動装置 ６ａ，６ｂ スウェー用リニアウェー ７ａ，７ｂ スウェー用リニアウェー可動部 ８ａ，８ｂ スウェー用ガイドウェー ９ａ，９ｂ 竪ピン １０ 連結桿 １１ａ，１１ｂ カップリング １２ リニアロッド １３ レバーリンク １３ｇ ギヤヘッド １４ スウェー用リニアモーター １４ｃ コンロッド １５ａ，１５ｂ ガイドローラー受け台 １６ａ，１６ｂ ガイドローラー １７ａ，１７ｂ ガイドウェー １８ａ，１８ｂ ヨー用リニアウェー １９ａ，１９ｂ ヨー用コンロッド ２０ リニアロッド ２１ レバーリンク ２２ ヨー用ギヤヘッド ２３ ヨー用リニアモーター ２４ａ，２４ｂ モーター配線 ２５ａ，２５ｂ 駆動電源 ２６ 位相制御発振器 ２７ プロペラー ２８ プロペラーガード ２９ａ，２９ｂ 水密用ゴム

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中ロボットの機体内部にその前後方向
   の中心線の左右両側に適宜間隔で対称的に配設された等
   長の駆動軸の後端をそれぞれゴムシートを貫通して液密
   に外部水中に突出し、同各後端にそれぞれ翼型断面を有
   する竪ひれ状翼板の前端を固着してなる左右１対の振動
   翼式推進軸を並設してなる水中ロボットにおいて、上記
   両推進軸の同機体内部の後部，前部にそれぞれ左右対称
   的に所要のスウェー量，ヨー角をそれぞれ個別的に与え
   るスウェー量付与手段，ヨー角付与手段と、上記両手段
   を同期的に又は所望の位相差をもって駆動する位相差可
   変手段とを具えたことを特徴とする水中ロボットの振動
   翼式推進装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、その両推進軸の前
   部，後部にスウェー量付与手段，ヨー角付与手段をそれ
   ぞれ配設する代わりに、両推進軸の後部，前部に同スウ
   ェー量付与手段，ヨー角付与手段を配設したことを特徴
   とする水中ロボットの振動翼式推進装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、そのロボット
   機体の横断面形状を竪長異形長円形とするとともに、そ
   の左右１対の振動翼式推進軸を上下対称的に配設されそ
   れぞれ互いに平行する水平翼板とするとともに、同両水
   平翼板に左右対称的の代わりに上下対称的にヒービン
   グ，ピッチング角をそれぞれ個別的に与えるヒービング
   付与手段，ピッチング付与手段と、上記両手段を同期的
   に又は所望の位相差をもって駆動する位相差可変手段と
   を具えたことを特徴とする水中ロボットの振動翼式推進
   装置。