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(In Japanese)羽ばたき動作機構及び羽ばたき動作機構の使用方法、並びに、羽ばたき動作機構を用いた推進装置 UPDATE_EN meetings

Patent code P190016399
File No. 18T067
Posted date Oct 18, 2019
Application number P2018-184512
Publication number P2020-050315A
Date of filing Sep 28, 2018
Date of publication of application Apr 2, 2020
Inventor
  • (In Japanese)田中 博人
  • (In Japanese)栢菅 宏規
Applicant
  • TOKYO INSTITUTE OF TECHNOLOGY
Title (In Japanese)羽ばたき動作機構及び羽ばたき動作機構の使用方法、並びに、羽ばたき動作機構を用いた推進装置 UPDATE_EN meetings
Abstract (In Japanese)
【課題】
 能動的に制御できる領域が大きい羽ばたき動作を可能とする羽ばたき動作機構及びその使用方法並びに、それを用いた推進装置を提供する。
【解決手段】
 差動歯車部と基部とを備え、差動歯車部は、内側/外側フレームと、3つの傘歯車部と2つのモータとを備え、3つの傘歯車は、内側フレームの内側に、回動可能に保持された、第1から第3の傘歯車であり、内側及び外側フレームとは回動可能に接続され、2つのモータは、外側フレームの外側に配置された第1と第2のモータであり、第1の傘歯車と第2の傘歯車とは、同軸上に、回動面が平行になるように、対向して配置され、第3の傘歯車は、第1の及び第2の傘歯車の回動面夫々とは垂直に、回動可能に設けられ、差動歯車部と基部とは、差動歯車部の外側フレームに、基部の第1の接続軸が、差動歯車部の、第1と第2の傘歯車の回動面の回動中心との中間点の方向に、差動歯車部を回動可能に接続される。
【選択図】
 図1
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来から、空中を航行する航空機では、推力(推進力)を生じさせるために、プロペラなどの推進装置が用いられ、水上や水中を航行する船舶では、同様にスクリューなどの推進装置が用いられている。

これらのプロペラやスクリューなどの推進装置は、空中や水中での推進力を発生させるものではあるが、基本的には、固定翼飛行機や飛行船の場合には、空中で揚力を発生させるために、別途、翼が必要であり、推進力により前進しない限りは、揚力は発生せず、運動方向の制御用にも、舵を別途必要としている。また、水上を航行する船舶の場合には、船体の浮力の調整により、船体を水上に浮かせており、水中を航行する船舶の場合にも同様に船体の浮力の調整は可能であるが、運動方向の制御には、同様に、運動方向制御用の舵を別途必要とする、という課題があった。

一方、自然界においては、このような推進力と運動方向との双方を同時に制御するために、羽ばたき翼を用いる例が見られる。

例えば、空中では、一般的な鳥類は、羽ばたきによる推進力と運動方向との制御を行っており、水中では、ペンギンなどの潜水遊泳する鳥類、および海洋で生息するウミガメなどが、羽ばたきによる推進力と運動方向との制御を行っている。

そして、こうした生物の羽ばたき運動を参考とした、推進機構に用いる技術として、例えば、特開2001-191985号公報(特許文献1)に記載されたような、「水中航走装置」や、特開2015-174538号公報(特許文献2)に記載されたような、「運動変換機構及びこれを用いた羽ばたき機構」などが開示されている。

そして、これらの特許文献に開示された技術では、羽ばたき運動に必要とされるフラッピング運動やフェザリング運動等を、特許文献1では、ジンバル機構を介して生じさせており、特許文献2では、揺動コマと回転コマとの組み合わせなどを介して生じさせている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、羽ばたき動作機構及び羽ばたき動作機構の使用方法、並びに、羽ばたき動作機構を用いた推進装置に関する。更に詳細には、少なくとも3自由度の回転運動を用いた、羽ばたき動作を可能とする羽ばたき動作機構とその使用方法、並びに、これを用いた空中や水中での推進装置に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
少なくとも差動歯車部と基台部とを備え、
前記差動歯車部は、フレームと、3つの傘歯車と2つのモータとを備え、
前記差動歯車部のフレームは、内側フレームと外側フレームとからなり、
前記3つの傘歯車は、前記内側フレームの内側に、回動可能に保持された、第1の傘歯車、第2の傘歯車、及び、第3の傘歯車であり、
前記内側フレームと前記外側フレームとは、前記第1の傘歯車の第1の歯車軸と、前記第2の傘歯車の第2の歯車軸とを介して回動可能に接続され、
前記2つのモータは、前記外側フレームの外側に配置された第1のモータと第2のモータであり、
前記第1の傘歯車と前記第2の傘歯車とは、同軸上に、回動面が平行になるように、相互に対向して配置され、
前記第1の歯車軸は、前記第1の傘歯車の回動中心に、前記第1の傘歯車の回動面に垂直に、前記第2の傘歯車側とは反対方向に設けられ、前記第1の歯車軸には、前記第1の歯車軸を回動可能に、前記第1のモータが接続され、
前記第2の歯車軸は、前記第2の傘歯車の回動中心に、前記第2の傘歯車の回動面に垂直に、前記第1の傘歯車側とは反対方向に設けられ、前記第2の歯車軸には、前記第2の歯車軸を回動可能に、前記第2のモータが接続され、
前記第3の傘歯車は、前記第1の傘歯車の回動面及び前記第2の傘歯車の回動面とは相互に垂直に、前記第1の傘歯車と前記第2の傘歯車との間に、前記第1の傘歯車及び前記第2の傘歯車と噛合することにより回動可能に設けられ、
前記第3の傘歯車の回動中心には、前記第3の傘歯車の回動面に垂直に、第3の歯車軸が、前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とは垂直な方向に設けられ、
前記基台部は、第1の接続軸と第3のモータとを備え、
前記第1の接続軸は、前記基台部の筐体に、軸廻りに回動可能に設けられ、
前記第3のモータは、前記第1の接続軸に、前記第1の接続軸を回動可能に接続され、
前記差動歯車部と前記基台部とは、前記差動歯車部の前記外側フレームに、前記基台部の前記第1の接続軸が、前記差動歯車部の、前記第1の傘歯車の回動面の回動中心と前記第2の傘歯車の回動面の回動中心との中間点の方向に、前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とが作る軸線に対して垂直な方向から、前記差動歯車部を回動可能に接続され、
前記差動歯車部と前記基台部との接続は、初期状態では、前記第1の接続軸の延長線と前記第3の歯車軸の延長線とが、同一軸線上にあるように形成されている、
ことを特徴とする羽ばたき動作機構。

【請求項2】
 
前記差動歯車部と前記基台部との接続は、初期状態では、前記第1の接続軸の延長線と前記第3の歯車軸延長線とが、相互に垂直になるように形成された、請求項1に記載の羽ばたき動作機構。

【請求項3】
 
請求項1に記載の羽ばたき動作機構の使用方法であって、
前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とを、前記第1のモータと前記第2のモータにより、対向する前記第1の傘歯車の回動面と前記第2の傘歯車の回動面とを、相互に同一の方向に同じ回動量で回動させることを通じて、前記第3の傘歯車と前記内側フレームを回動させることにより、前記第3の歯車軸にフラッピング動作のみを生じさせ、
前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とを、前記第1のモータと前記第2のモータにより、対向する前記第1の傘歯車の回動面と前記第2の傘歯車の回動面とを、相互に異なる方向に同じ回動量で回動させることを通じて、前記第3の歯車軸にフェザリング動作のみを生じさせ、
前記フラッピング動作と前記フェザリング動作とを、前記方向と前記回動量とを調整することにより連動して生じさせ、
前記第1の接続軸を、前記第3のモータにより回動させることを通じて、前記外側フレームを回動させることにより、前記第3の歯車軸に、フラッピング面ピッチング動作を生じさせることを特徴とする、羽ばたき動作機構の使用方法。

【請求項4】
 
請求項2に記載の羽ばたき動作機構の使用方法であって、
前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とを、前記第1のモータと前記第2のモータにより、対向する前記第1の傘歯車の回動面と前記第2の傘歯車の回動面とを、相互に同一の方向に同じ回動量だけ回動させることを通じて、前記内側フレームを回動させることにより、前記第3の歯車軸にリード・ラグ動作のみを生じさせ、
前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とを、前記第1のモータと前記第2のモータにより、対向する前記第1の傘歯車の回動面と前記第2の傘歯車の回動面とを、相互に異なる方向に同じ回動量だけ回動させることにより、前記第3の歯車軸にフェザリング動作のみを生じさせ、
前記リード・ラグ動作と前記フェザリング動作とを、前記方向と前記回動量とを調整することにより連動して生じさせ、
前記第1の接続軸を前記第3のモータにより回動させることを通じて、前記外側フレームを回動させることにより、前記第3の歯車軸に、フラッピング動作を生じさせ、
前記、フラッピング動作と前記リード・ラグ動作とを同時に実行することにより、前記第3の歯車軸にフラッピング面ピッチングを伴う前記フラッピング動作を生じさせることを特徴とする、羽ばたき動作機構の使用方法。

【請求項5】
 
請求項2に記載の羽ばたき動作機構の使用方法であって、
前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とを、前記第1のモータと前記第2のモータにより、対向する前記第1の傘歯車の回動面と前記第2の傘歯車の回動面とを、相互に同一の方向に同じ回動量だけ回動させることを通じて、前記内側フレームを回動させることにより、前記第3の歯車軸にフラッピング動作のみを生じさせ、
前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とを、前記第1のモータと前記第2のモータにより、対向する前記第1の傘歯車の回動面と前記第2の傘歯車の回動面とが、相互に異なる方向に同じ回動量だけ回動させることにより、前記第3の歯車軸にフェザリング動作のみを生じさせ、
前記フラッピング動作と前記フェザリング動作とを、前記方向と前記回動量とを調整することにより連動して生じさせ、
前記第1の接続軸を前記第3のモータにより回動させることを通じて、前記外側フレームを回動させることにより、前記第3の歯車軸に、リード・ラグ動作を生じさせ、
前記フラッピング動作と前記リード・ラグ動作とを同時に実行することにより、前記第3の歯車軸にフラッピング面ピッチングを伴う前記フラッピング動作を生じさせることを特徴とする、羽ばたき動作機構の使用方法。

【請求項6】
 
請求項1に記載の羽ばたき動作機構を用いた推進装置であって、
前記推進装置は、少なくとも、推進装置本体と、2台の前記羽ばたき動作機構とを有し、
前記羽ばたき動作機構は、前記推進装置本体の前後方向に対する両側面に設けられると共に、前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とが作る軸線が、前記推進装置本体の前後方向を結ぶ線に概ね平行になるように設けられ、
前記羽ばたき動作機構の前記第3の歯車軸には、翼面が前記第3の歯車軸と前記第1の歯車軸および前記第2の歯車軸がなす平面と概ね平行になるように、翼が接続され、
前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とを、前記第1のモータと前記第2のモータにより、対向する前記第1の傘歯車の回動面と前記第2の傘歯車の回動面とを、相互に同一の方向に同じ回動量だけ回動させることを通じて、前記内側フレームを回動させることにより、前記第3の歯車軸にフラッピング動作のみを生じさせ、
前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とを、前記第1のモータと前記第2のモータにより、対向する前記第1の傘歯車の回動面と前記第2の傘歯車の回動面とを、相互に異なる方向に同じ回動量だけ回動させることを通じて、前記第3の歯車軸にフェザリング動作のみを生じさせ、
前記フラッピング動作と前記フェザリング動作とを、前記方向と前記回動量とを調整することにより連動して生じさせ、
前記第1の接続軸を、前記第3のモータにより回動させることを通じて、前記外側フレームを回動させることにより、前記第3の歯車軸に、フラッピング面ピッチング動作を生じさせ、
前記フラッピング動作、前記フェザリング動作、及び前記フラッピング面ピッチング動作の動作量と位相差とを制御することにより、水中や空中などの流体中での運動の制御を行うことを特徴とする、推進装置。

【請求項7】
 
請求項2に記載の羽ばたき動作機構を用いた推進装置であって、
前記推進装置は、少なくとも、推進装置本体と、2台の前記羽ばたき動作機構とを有し、
前記羽ばたき動作機構は、前記推進装置本体の前後方向に対する両側面に設けられると共に、前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とが作る軸線が、前記推進装置本体の前後方向を結ぶ線に概ね垂直になるように設けられ、
前記羽ばたき動作機構の前記第3の歯車軸には、翼面の法線が前記第1の歯車軸および前記第2の歯車軸と概ね平行になるように、翼が接続され、
前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とを、前記第1のモータと前記第2のモータにより、対向する前記第1の傘歯車の回動面と前記第2の傘歯車の回動面とを、相互に同一の方向に同じ回動量だけ回動させることを通じて、前記内側フレームを回動させることにより、前記第3の歯車軸にリード・ラグ動作のみを生じさせ、
前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とを、前記第1のモータと前記第2のモータにより、対向する前記第1の傘歯車の回動面と前記第2の傘歯車の回動面とを、相互に異なる方向に同じ回動量だけ回動させることにより、前記第3の歯車軸にフェザリング動作のみを生じさせ、
前記リード・ラグ動作と前記フェザリング動作とを、前記方向と前記回動量とを調整することにより連動して生じさせ、
前記第1の接続軸を前記第3のモータにより回動させることを通じて、前記外側フレームを回動させることにより、前記第3の歯車軸に、フラッピング動作を生じさせ、
前記、フラッピング動作と前記リード・ラグ動作とを同時に実行することにより、前記第3の歯車軸にフラッピング面ピッチングを伴う前記フラッピング動作を生じさせ、
前記リード・ラグ動作、前記フェザリング動作、前記フラッピング動作、前記フラッピング面ピッチングを伴う前記フラッピング動作の動作量と位相差とを制御することにより、水中や空中などの流体中での運動の制御を行うことを特徴とする、推進装置。

【請求項8】
 
請求項2に記載の羽ばたき動作機構を用いた推進装置であって、
前記推進装置は、少なくとも、推進装置本体と、2台の前記羽ばたき動作機構とを有し、
前記羽ばたき動作機構は、前記推進装置本体の前後方向に対する両側面に設けられると共に、前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とが作る軸線が、前記推進装置本体の前後方向を結ぶ線に概ね平行になるように設けられ、
前記羽ばたき動作機構の前記第3の歯車軸には、翼面が前記第3の歯車軸と前記第1の歯車軸および前記第2の歯車軸がなす平面と概ね平行になるように、翼が接続され、
前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とを、前記第1のモータと前記第2のモータにより、対向する前記第1の傘歯車の回動面と前記第2の傘歯車の回動面とを、相互に同一の方向に同じ回動量だけ回動させることを通じて、前記内側フレームを回動させることにより、前記第3の歯車軸にフラッピング動作のみを生じさせ、
前記第1の歯車軸と前記第2の歯車軸とを、前記第1のモータと前記第2のモータにより、対向する前記第1の傘歯車の回動面と前記第2の傘歯車の回動面とが、相互に異なる方向に同じ回動量だけ回動させることにより、前記第3の歯車軸にフェザリング動作のみを生じさせ、
前記フラッピング動作と前記フェザリング動作とを、前記方向と前記回動量とを調整することにより連動して生じさせ、
前記第1の接続軸を前記第3のモータにより回動させることを通じて、前記外側フレームを回動させることにより、前記第3の歯車軸に、リード・ラグ動作を生じさせ、
前記フラッピング動作と前記リード・ラグ動作とを同時に実行することにより、前記第3の歯車軸にフラッピング面ピッチングを伴う前記フラッピング動作を生じさせ、
前記フラッピング動作、前記フェザリング動作、前記リード・ラグ動作、フラッピング面ピッチングを伴う前記フラッピング動作の動作量と位相差とを制御することにより、水中や空中などの流体中での運動の制御を行うことを特徴とする、推進装置。
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP2018184512thum.jpg
State of application right Published
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