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JP4030488B2 - Ascent movement device - Google Patents
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Description

本発明は、浮上移動装置に関し、特に、羽を羽ばたかせることによって所定の流体力を生み出すことで浮上する浮上移動装置に関するものである。   The present invention relates to a rising and moving apparatus, and more particularly to a rising and moving apparatus that floats by generating a predetermined fluid force by flapping its wings.

従来の航空機よりも機動性に優れている浮上移動装置を工学的実現することを目指した研究が、近年盛んになっている。この研究に伴って、従来研究されていなかった羽ばたき浮上移動の制御方法の研究も行なわれるようになっている。   In recent years, research aimed at engineering realization of a rising and moving apparatus that is superior in mobility to conventional aircraft has become active. Along with this research, research on the control method of flapping flying movement, which has not been studied in the past, has also been conducted.

たとえば、特願2001−052057号には、3自由度の運動をする羽を用いて羽ばたき浮上移動装置を制御する手法およびそれを用いた羽ばたき浮上移動装置が提案されている。
特願2001−052057号
For example, Japanese Patent Application No. 2001-052057 proposes a method of controlling a flapping levitation moving apparatus using wings that move with three degrees of freedom and a flapping levitation moving apparatus using the same.
Japanese Patent Application No. 2001-052057

しかしながら、従来提案されてきた羽ばたき浮上移動の制御手法は、第一原理的なものであり、実際の複雑な羽ばたき浮上移動の態様を制御するには不十分なものである。   However, the conventionally proposed flapping flying movement control method is first-principle and is insufficient for controlling the actual complex flapping flying movement mode.

特に、羽ばたき浮上移動は、空気などの流体の挙動と羽などの構造の挙動との相互作用によって生じる現象である。そのため、羽ばたき浮上移動においては、非線型の複雑系としての応答が現れる。したがって、浮上移動の運動形態の1要素(たとえば、垂直方向の速度等)のみを制御することにより適切な羽ばたき運動を行なわせることは困難であるという問題がある。   In particular, flapping and floating movement is a phenomenon caused by the interaction between the behavior of a fluid such as air and the behavior of a structure such as a wing. Therefore, a response as a nonlinear complex system appears in the flapping movement. Therefore, there is a problem that it is difficult to perform an appropriate flapping motion by controlling only one element (for example, a vertical velocity) of the movement mode of the rising and moving.

以下、前述の問題を具体的に説明する。   Hereinafter, the above problem will be described in detail.

羽ばたき浮上移動装置がホバリング(停空飛翔)している期間中において、羽ばたき浮上移動装置が姿勢を変更する場合を考える。ホバリング中においては、羽ばたき運動によって生み出される流体力は、その方向が略鉛直方向に沿っており、その大きさが羽ばたき浮上移動装置の自重と釣り合う大きさである。   Consider a case where the flapping levitation moving apparatus changes its posture during the period when the flapping levitation moving apparatus is hovering (stop flying). During hovering, the fluid force generated by the flapping motion has a direction that is substantially along the vertical direction, and the size of the fluid force is in proportion to the weight of the flapping and moving device.

この状態において、羽ばたき浮上移動装置の姿勢を、鉛直方向以外の方向に延びる軸を回転中心軸とする回転運動によって変更したと仮定する。このとき、羽ばたき浮上移動装置の姿勢が変更されるため、羽ばたき運動によって生み出される流体力の方向は鉛直方向からφ度ずれる。したがって、羽ばたきによって生み出される流体力の鉛直成分は、COS(φ)倍となり、姿勢が変更される前の羽ばたきによって生み出される流体力の鉛直成分よりも減少する。   In this state, it is assumed that the posture of the flapping levitation moving device is changed by a rotational movement with an axis extending in a direction other than the vertical direction as a rotation center axis. At this time, since the posture of the flapping movement device is changed, the direction of the fluid force generated by the flapping motion is shifted by φ degrees from the vertical direction. Therefore, the vertical component of the fluid force generated by flapping is COS (φ) times, and is smaller than the vertical component of the fluid force generated by flapping before the posture is changed.

このため、姿勢の変更に伴って、羽ばたき浮上移動装置はその位置が低下する。また、姿勢の変更に伴って、その反作用を受けて、周囲流体の挙動が変化する。その変化に伴って、羽ばたき運動によって生み出される流体力に変化が生じる。   For this reason, the position of the flapping rising and moving apparatus is lowered with the change of the posture. Further, as the posture changes, the behavior of the surrounding fluid changes due to the reaction. Along with this change, a change occurs in the fluid force generated by the flapping motion.

そこで、位置の変化および流体力の変化を相殺するためには、羽ばたき方を変更することが考えられる。一般に、羽ばたき方は羽の姿勢という3自由度のパラメータの時刻歴で表される。また、各々の自由度のパラメータの時刻歴を変更することは、複数の羽ばたき浮上移動の運動形態の各構成要素の変更を伴う。さらに、運動形態の各構成要素の変更の影響それぞれは、相互に関連している。そのため、羽ばたき方を特定する複数のパラメータそれぞれの変更値を適切に求めることは極めて困難である。   Therefore, in order to cancel the change in position and the change in fluid force, it is conceivable to change the way of flapping. In general, the way of flapping is represented by a time history of a parameter of three degrees of freedom called the posture of the wing. In addition, changing the time history of each parameter of freedom involves changing each component of a plurality of flapping flying movement motion forms. Furthermore, each of the effects of changing each component of the movement form is interrelated. For this reason, it is extremely difficult to appropriately obtain a change value of each of a plurality of parameters that specify how to flutter.

前述の事項をまとめると次のようになる。   The above items are summarized as follows.

羽ばたき浮上移動装置の制御は、多様なパラメータの時刻歴の非線型の応答によって得られるものである。したがって、たとえば、水平方向の加速度および前後方向の加速度それぞれの増減というような、単純な運動形態の1要素の変更のみでは、羽ばたき浮上移動装置の制御を適切に行なうことはできない。そのため、浮上移動の態様の制御が可能な羽ばたき浮上移動装置は、これまで実現されていない。   The control of the flapping flying device is obtained by a non-linear response of time history with various parameters. Therefore, for example, it is not possible to appropriately control the flapping and moving apparatus by only changing one element of a simple motion form, such as increasing or decreasing the acceleration in the horizontal direction and the acceleration in the front-rear direction. Therefore, no flapping rising and moving apparatus capable of controlling the manner of rising and moving has been realized so far.

また、羽ばたきの際の羽の運動は、2以上の自由度を有する運動である。この運動の時刻歴を適切に算出しようとすることは計算量の観点から効率的ではない。一般に、複数の羽ばたき方を特定するためのパラメータのうち一のパラメータのみを変更した場合に、どのような力学的応答が起こるかを分析的に解明することはそれほど困難なことではないかもしれない。しかしながら、羽ばたき方の複数のパラメータの変更を組み合わせたときの力学的応答を解明することは非常に困難である。したがって、従来においては、羽ばたき浮上移動装置に所望の位置の移動または姿勢の変更を行なわせるためにいかなる羽ばたき方をすればよいかを特定する手法は提案されていなかった。   In addition, the movement of the wing when flapping is an exercise having two or more degrees of freedom. It is not efficient from the viewpoint of the amount of calculation to appropriately calculate the time history of this exercise. In general, it may not be so difficult to analytically elucidate what kind of mechanical response occurs when only one of the parameters for identifying how to flutter is changed. . However, it is very difficult to elucidate the mechanical response when a combination of flapping parameter changes is combined. Therefore, conventionally, there has not been proposed a method for specifying what type of flapping should be performed in order to cause the flapping rising and moving apparatus to move to a desired position or change the posture.

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、羽ばたき浮上移動装置に所望の位置の移動または所望の姿勢の変更を行なわせる場合に、いかなる羽ばたき方をすればよいかをより容易に特定可能な羽ばたき浮上移動装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the purpose of the present invention is what kind of flapping should be performed when the flapping levitation moving device is moved to a desired position or a desired posture is changed. It is an object to provide a fluttering and moving apparatus that can more easily identify the flapping movement.

本発明の羽ばたき浮上移動装置は、流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽部と、羽部を駆動する駆動部と、駆動部の駆動態様を制御する制御部と、制御部において駆動態様を決定するためのデータが記憶された記憶部とを備えている。また、記憶部は、羽部の基準となる羽ばたき方を特定する基準羽ばたき方データと、基準羽ばたきに所定の変換を加えるための関数のデータと、所定の変換に起因した羽ばたき飛行の態様の変化の度合を特定可能な感度のデータとを含んでいる。さらに、制御部は、外部から入力された目標とすべき羽ばたき飛行の態様を特定するデータと、感度のデータとを用いて、基準羽ばたき方データの変換量を算出する算出手段と、基準羽ばたき方データの変換量と関数のデータとを用いて、基準羽ばたき方データを特定の羽ばたき方データに変換する変換手段と、特定の羽ばたき方データを用いて、駆動部を駆動するための信号を駆動部に出力する出力手段とを含んでいる。   A flapping levitation moving device of the present invention includes a wing part for flapping and flying in a space where a fluid exists, a driving unit for driving the wing part, a control unit for controlling a driving mode of the driving unit, and a driving mode in the control unit. And a storage unit in which data for determining is stored. In addition, the storage unit includes reference flapping data that specifies a flapping method that is a reference of the wing, data of a function for applying a predetermined conversion to the reference flapping, and a change in flapping flight caused by the predetermined conversion. Sensitivity data that can specify the degree of. The control unit further includes a calculation unit for calculating a conversion amount of the reference flapping data using data specifying the flapping flight mode to be targeted and input from the outside, and sensitivity data, and a reference flapping method Conversion means for converting reference flapping data to specific flapping data using data conversion amount and function data, and signal for driving the driving unit using specific flapping data Output means for outputting to the output.

このような構成によれば、記憶部には基準羽ばたき方のみが記憶されており、他の羽ばたき方は、基準羽ばたき方に基づいて算出する浮上移動装置を実現することができる。この羽ばたき浮上移動装置によれば、より簡単に羽ばたき方を変更する制御を実行することができる。その結果、羽ばたき浮上移動装置に所望の位置の移動または所望の姿勢の変更をより簡単に行なわせることができる。   According to such a configuration, only the reference flapping method is stored in the storage unit, and other flapping methods can realize a rising and moving apparatus that calculates based on the reference flapping method. According to this flapping rising and moving apparatus, it is possible to execute control for changing the flapping method more easily. As a result, it is possible to make the flapping levitation moving device move the desired position or change the desired posture more easily.

また、基準羽ばたき方データは、羽部が周期的な運動を行なうように設定されたデータであることが望ましい。この構成によれば、羽部の羽ばたき運動の1周期に対して前述の所定の変換を加えるだけで、浮上移動装置の羽ばたき飛行の態様を変更することができる。したがって、羽ばたき飛行の態様の制御がより簡単になる。   Further, it is desirable that the reference flapping data is data set so that the wing moves periodically. According to this configuration, the flapping flight mode of the rising and moving apparatus can be changed only by adding the above-described predetermined conversion to one cycle of the flapping motion of the wing. Therefore, the control of the flapping flight mode becomes easier.

また、基準羽ばたき方のデータは、周期的な運動の各周期の同位相のデータを時系列的に表した場合、浮上移動装置の運動が等加速度運動または等角加速度運動となる羽ばたき方のデータであってもよい。これらの基準羽ばたき方データを用いれば、基準羽ばたき方を比較的簡単な式で表すことができる。その結果、前述の所定の変換量をより容易に算出することができる。   The reference flapping data is the flapping data in which the movement of the rising and moving device is equal acceleration motion or equal angular acceleration motion when the same phase data of each period of the periodic motion is expressed in time series. It may be. If these reference flapping data are used, the reference flapping method can be expressed by a relatively simple expression. As a result, the aforementioned predetermined conversion amount can be calculated more easily.

また、基準羽ばたき方データは、羽ばたき浮上移動装置がホバリングする場合の羽ばたき方のデータであることが望ましい。このようにすれば、ホバリングは、羽ばたき浮上移動装置が空間において移動しない状態であるため、浮上移動装置は、上下方向、左右方向、および前後方向のいずれの方向にも均等に機動力を発揮することができる。   Further, it is desirable that the reference flapping method data is data of flapping when the flapping rising and moving apparatus hovers. In this way, since the hovering is a state in which the flapping and moving apparatus does not move in the space, the rising and moving apparatus exhibits the mobility evenly in any of the vertical direction, the horizontal direction, and the front-rear direction. be able to.

また、関数のデータは、基準羽ばたき方データのうちの特定の位相の区間のみに変換を加えるデータであってもよい。この構成によれば、基準羽ばたき方により発生する流体力のベクトルの方向以外の方向の流体力を得ることができる。この特定の区間は、羽部の打ち上げの区間、羽部の打ち下ろしの区間、または羽部の切り返しの区間である。羽ばたき方を前述の3つの区間に分ければ、前述の所定の変換による効果が輻輳することがないため、より簡単に羽ばたき方の変更の制御を行なうことができる。   Further, the function data may be data in which conversion is applied only to a specific phase section of the reference flapping data. According to this configuration, a fluid force in a direction other than the direction of the vector of the fluid force generated by the reference flapping can be obtained. This specific section is a wing launch section, a wing down section, or a wing cut-back section. If the manner of flapping is divided into the three sections described above, the effect of the predetermined conversion described above will not be congested, so that the flapping manner can be controlled more easily.

また、所定の変換は、基本羽ばたき方のデータの時間軸を変更することにより行なわれるものであってもよい。羽ばたき方の変更には、同じ時刻での羽の姿勢を変更する手法と、同じ羽の姿勢が実現される時刻を変更する手法とがある。前者の手法によれば、羽の姿勢を表すパラメータとして、複数の角度の時系列での値を変更する必要があるため、計算量が膨大になる。しかしながら、後者の手法によれば、羽ばたき運動の周期という時間軸の変更を行なう処理のみで羽ばたき方を変更することができる、すなわち、1つのパラメータ変更のみによって羽ばたき方の変更を実現できるため、羽ばたき方の変更に必要な計算量を軽減することができる。この時間軸の変更は、時間軸を変更するための関数を時間で微分したときに得られる関数が連続関数となるように、行なわれる。このようにすれば、羽ばたき方の変換時においてなめらかなに羽ばたき方を変更することができる。   The predetermined conversion may be performed by changing the time axis of the basic flapping data. For changing the way of flapping, there are a method of changing the posture of the wing at the same time and a method of changing the time when the same posture of the wing is realized. According to the former method, since it is necessary to change a time-series value of a plurality of angles as a parameter representing the wing posture, the amount of calculation is enormous. However, according to the latter method, the flapping method can be changed only by changing the time axis of the flapping motion period, that is, the flapping method can be changed only by changing one parameter. The amount of calculation required to change the direction can be reduced. The change of the time axis is performed so that the function obtained when differentiating the function for changing the time axis with respect to time becomes a continuous function. In this way, it is possible to smoothly change the way of flapping at the time of flapping conversion.

また、関数のデータは、複数種類設けられており、変換手段は、目標とすべき羽ばたき飛行の態様を特定するデータの種類に応じて、複数種類の関数のデータの中から特定の関数のデータを選択し、特定の関数を用いて、所定の変換を行なうことが望ましい。この構成によれば、前述の所定の変換量を目標とすべき羽ばたき飛行の態様に応じて変更することができる。   In addition, a plurality of types of function data are provided, and the conversion means selects a specific function data from a plurality of types of function data according to the type of data specifying the flapping flight mode to be targeted. It is desirable to select and perform a predetermined conversion using a specific function. According to this configuration, the predetermined conversion amount described above can be changed according to the flapping flight mode to be targeted.

また、羽ばたき浮上移動装置は、関数のデータが、複数設けられており、変換手段は、複数の関数のデータを組み合せて用いることにより、前述の所定の変換を行なうことが望ましい。これによれば、羽ばたき飛行の態様に対応して、より木目細かな羽ばたき方の変更を行なうことができる。   In addition, it is desirable that the flapping flying device is provided with a plurality of function data, and the conversion means performs the predetermined conversion described above by combining a plurality of function data. According to this, in accordance with the flapping flight mode, it is possible to change the flapping method more finely.

(実施の形態1)
本発明の実施の形態1の浮上移動装置について、図1〜図12を用いて説明する。
(Embodiment 1)
A rising and moving apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS.

なお、本発明における浮上移動装置については、後述する駆動部および制御部等の具体的な機能実現手段には様々な構成が考えられる。しかしながら、所定の環境の中で浮上移動装置の羽の運動を適切に制御できるのであれば、駆動部および制御部の詳細な構成はいかなるものであってもよい。そのため、駆動部および制御部などの各構成要素については、その機能のみを記述する。   In addition, about the rising and moving apparatus in this invention, various structures can be considered for concrete function implementation means, such as a drive part and a control part mentioned later. However, as long as the movement of the wing of the rising and moving apparatus can be appropriately controlled in a predetermined environment, any detailed configuration of the drive unit and the control unit may be used. Therefore, only the functions of the components such as the drive unit and the control unit are described.

なお、本実施の形態に述べる基準羽ばたき方と羽の形状とには密接な関係がある。しかしながら、この関係の一意的な解を求めることは容易ではない。本実施の形態においては、前述の関係を簡便に説明したい。そこで、流体・構造連成シミュレーションの結果に基づいて、実施の形態の浮上移動装置の特徴を説明する。   Note that there is a close relationship between the reference flapping method described in this embodiment and the shape of the wing. However, it is not easy to find a unique solution for this relationship. In the present embodiment, the above relationship is simply explained. Therefore, the characteristics of the rising and moving apparatus according to the embodiment will be described based on the result of the fluid / structure coupled simulation.

この流体・構造連成シミュレーションでは、羽ばたき浮上移動装置の羽として昆虫の一例のアキアカネの羽と等価な工学モデルが用いられるとともに、基準羽ばたき方としてアキアカネのホバリングにおける羽ばたき方が用いられる。しかしながら、羽ばたき浮上移動装置の羽の構成および羽ばたき方は、昆虫のそれに限定されるわけではない。たとえば、平板で構成された羽とこの平板の羽ばたき動作によってホバリングが可能な羽ばたき方とを浮上移動装置の羽ばたき飛行のシミュレーションに用いてもよい。   In this fluid-structure coupled simulation, an engineering model equivalent to the wing of an Akaekane insect is used as the wing of the flapping and floating movement device, and the flapping method of the Akahane hovering is used as the reference flapping method. However, the configuration of the wing and the manner of flapping of the flapping and moving apparatus are not limited to those of insects. For example, a wing composed of a flat plate and a flapping method capable of hovering by a flapping operation of the flat plate may be used for a simulation of flapping flight of the rising and moving apparatus.

(全体の構成)
本実施の形態における浮上移動装置90の構成とその機能を図2に基づいて説明する。本実施の形態の浮上移動装置90は、胴体部908に、制御部901、指示受信部902、センサー部903、および駆動部905が内装されている。また、駆動部905には羽904が接続されている。羽904は駆動部905により駆動される。指示受信部902は、外部から指示信号を受信して、制御部901に送信する。制御部901は、指示信号に基づいて駆動部905の動作を制御する。
(Overall configuration)
The structure and function of the rising and moving apparatus 90 in the present embodiment will be described with reference to FIG. In the rising and moving apparatus 90 of the present embodiment, a control unit 901, an instruction receiving unit 902, a sensor unit 903, and a driving unit 905 are incorporated in a body unit 908. A wing 904 is connected to the drive unit 905. The wing 904 is driven by the drive unit 905. The instruction receiving unit 902 receives an instruction signal from the outside and transmits it to the control unit 901. The control unit 901 controls the operation of the drive unit 905 based on the instruction signal.

次に、図3を用いて、本実施の形態の浮上移動装置90に設けられた羽904について説明する。   Next, the wing 904 provided in the rising and moving apparatus 90 of the present embodiment will be described with reference to FIG.

羽904は、アキアカネの羽と同等の形状および剛性分布を有するように、四辺形シェル要素ごとにモデリングされている。また、羽904は、シェル構造であり、そのヤング率が0.354GPaであり、その厚み分布が図3に示すようなものになる。なお、図3に示す羽の点P0,P1,およびP2のそれぞれの位置と時間との関係が、図4および図5に示されている。   The wings 904 are modeled for each quadrilateral shell element to have a shape and stiffness distribution equivalent to that of Akahane wings. Further, the wing 904 has a shell structure, its Young's modulus is 0.354 GPa, and its thickness distribution is as shown in FIG. The relationship between the position of each of the wing points P0, P1, and P2 shown in FIG. 3 and time is shown in FIGS.

定常的なホバリングの際には、駆動部905は、羽904における点P1および点P2のそれぞれが、点P0を基準として、図4および図5に示すグラフにおいて時系列的に示される座標値に対応する位置をとるように、羽904を駆動する。なお、この図4および図5に示された基準羽ばたき方を実現するために、基準羽ばたき方に対応した態様で駆動部905を駆動するための信号が制御部901内に格納されているものとする。この信号は、パルスウィドスモデュレーションのデューティ比を特定するデータである。パルスワイドモデュレーションのデューティ比の制御の具体的手法については、実施の形態2の中で説明するため、ここでは、その詳細を説明しない
この羽904の運動は、実際に羽904のモデルとなるデータを採取したアキアカネがホバリングしている際の羽の運動に相当する運動である。
During steady hovering, the drive unit 905 causes the point P1 and the point P2 on the wing 904 to have the coordinate values shown in time series in the graphs shown in FIGS. 4 and 5 with respect to the point P0. The wing 904 is driven to take the corresponding position. In order to realize the reference flapping method shown in FIGS. 4 and 5, a signal for driving the drive unit 905 in a manner corresponding to the reference flapping method is stored in the control unit 901. To do. This signal is data for specifying the duty ratio of pulse width modulation. Since the specific method of controlling the duty ratio of pulse wide modulation will be described in the second embodiment, the details thereof will not be described here. The movement of the wing 904 actually becomes a model of the wing 904. This movement corresponds to the movement of wings when the Akaekane that collected the data is hovering.

なお、点P1および点P2のそれぞれは、胴体908に対する相対的な位置関係が拘束されていない。また、点P0は、回転運動のみ自由であるリンクによって駆動部905に接続されており、胴体908に対する相対的な位置関係は固定されている。   Note that the relative positional relationship between the point P1 and the point P2 with respect to the body 908 is not constrained. Further, the point P0 is connected to the drive unit 905 by a link that is free only of rotational motion, and the relative positional relationship with the body 908 is fixed.

なお、本実施の形態では、定常的なホバリング時の羽部904の動作、すなわち羽ばたき方を基準羽ばたき方と呼ぶ。この基準羽ばたき方を特定可能なデータは固定記憶装置906に格納されている。   In the present embodiment, the operation of the wing part 904 at the time of steady hovering, that is, the way of flapping is called the reference flapping method. Data that can specify the reference flapping method is stored in the fixed storage device 906.

指示受信部902では浮上移動装置90の目標とする羽ばたき飛行の態様(位置および姿勢のいずれもを含む)を指示する指示信号Xが受信される。センサー部903では、たとえば、姿勢および位置というような、現在の浮上移動装置90の状態の情報Xdが得られる。固定記憶装置906および一時記憶装置907には、基準羽ばたき方のデータF、ならびに、基準羽ばたき方のデータFを変更するために用いられる感度のデータAmおよび関数のデータMが格納されている。   The instruction receiving unit 902 receives an instruction signal X instructing a flapping flight mode (including both position and attitude) as a target of the rising and moving apparatus 90. The sensor unit 903 obtains the current state information Xd of the rising and moving apparatus 90 such as the posture and position. The fixed storage device 906 and the temporary storage device 907 store reference flapping data F, sensitivity data Am and function data M used to change the reference flapping data F.

制御部901は、前述の指示信号X、情報Xd、データAm、およびデータMを用いて、羽部904の駆動態様を決定する。その後、制御部901は、駆動部905に決定された駆動態様を実現する駆動信号を送信する。その駆動信号により特定される態様で、羽904が駆動する。羽904は、自身の駆動により、周囲の空気から反作用を受ける。この反作用が駆動部905に伝達される。その結果、駆動部905に固定された胴体908が浮上する。   The control unit 901 determines the driving mode of the wing unit 904 using the instruction signal X, information Xd, data Am, and data M described above. Thereafter, the control unit 901 transmits a drive signal for realizing the determined drive mode to the drive unit 905. The wing 904 is driven in a manner specified by the drive signal. The wing 904 receives a reaction from the surrounding air by its own driving. This reaction is transmitted to the drive unit 905. As a result, the body 908 fixed to the driving unit 905 floats.

(羽ばたき方制御フロー)
具体的な羽ばたき浮上移動制御の実現手法を、図1を用いて説明する。なお、図1に制御手法は一例であり、同様の目的を達成できる手法であれば、浮上移動装置の羽ばたき方を制御する手法として、他の手法を用いてもよい。また、本実施の形態では、指示受信部902が受信する指示信号Xは、その指示信号Xのみを用いて、浮上移動装置90が連続して羽ばたき動作を実現することができる程度の間隔で受信される信号であるものとする。
(Flapping control flow)
A specific method for realizing the flapping flying movement control will be described with reference to FIG. Note that the control method shown in FIG. 1 is an example, and other methods may be used as a method for controlling the flapping movement of the rising and moving apparatus as long as the same purpose can be achieved. Further, in the present embodiment, the instruction signal X received by the instruction receiving unit 902 is received at intervals that allow the rising and moving apparatus 90 to continuously perform the flapping operation using only the instruction signal X. Signal.

しかしながら、実際には、目標とする位置のみを特定する指示信号Xが指示受信部902において受信され、その位置に至るまでに浮上移動装置90がたどる経路および浮上移動装置90の加速度などの運動パラメータの履歴を制御部901が算出する手法が用いられてもよい。この場合、制御部901により算出された運動パラメータの履歴が、指示受信部902において受信された指示信号Xにより特定される目標とする羽ばたき飛行の態様であると読み替えられる。   However, in practice, the instruction signal X that specifies only the target position is received by the instruction receiving unit 902, and the movement parameter such as the path that the rising and moving apparatus 90 follows to reach that position and the movement parameters such as the acceleration of the rising and moving apparatus 90 A method in which the control unit 901 calculates the history may be used. In this case, the history of the motion parameter calculated by the control unit 901 is read as the target flapping flight mode specified by the instruction signal X received by the instruction receiving unit 902.

以下、指示受信部902より受信された、目的とする状態(位置、姿勢、速度、角速度、加速度、角加速度等)を特定する指示信号をXdとする。センサー部903で得られた浮上移動装置90の現時点での運動状態(羽ばたき飛行の態様)を特定する情報をXとする。基準羽ばたき方を特定するデータFの変更の態様を特定するアルゴリズムの一例の関数のデータをMとする。関数のデータMによって基準羽ばたき方のデータFを変更した場合に、その変更によって浮上移動装置90の羽ばたき飛行の態様がどの程度変化するかを特定するために、感度のデータAmが用いられる。この場合の感度とは、羽ばたき方の変更量(たとえば、羽ばたき周波数の変更量)に対する浮上移動装置90の羽ばたき飛行の態様の変化量(たとえば、浮上移動装置90の位置の変化量)の度合を示すものである。言いかえれば、感度とは、羽ばたき方の1単位あたりの変更量に対する羽ばたき飛行態様の変化量である。なお、基準羽ばたき方のデータF、関数のデータM、および感度のデータAmは、固定記憶装置906に格納されている。これらの組み合わせについては後述する。   Hereinafter, an instruction signal for specifying a target state (position, posture, speed, angular velocity, acceleration, angular acceleration, etc.) received from the instruction receiving unit 902 is Xd. Let X be the information that specifies the current state of motion of the ascending movement device 90 obtained by the sensor unit 903 (the manner of flapping flight). Let M be data of a function of an example of an algorithm that specifies the mode of change of the data F that specifies the reference flapping method. When the reference flapping data F is changed by the function data M, the sensitivity data Am is used to specify how much the flapping flight mode of the rising and moving apparatus 90 changes due to the change. The sensitivity in this case refers to the degree of change in the flapping flight mode of the ascending movement device 90 (for example, the amount of change in the position of the ascending movement device 90) relative to the amount of change in flapping (for example, the amount of change in flapping frequency). It is shown. In other words, the sensitivity is the amount of change of the flapping flight mode with respect to the amount of change per unit of flapping. The reference flapping data F, function data M, and sensitivity data Am are stored in the fixed storage device 906. These combinations will be described later.

また、基準羽ばたき方の変換量を表すパラメータ(羽ばたき周波数の変更量=アクチュエータ駆動周波数の変更量) をCとする。本実施の形態では、制御部901は、指示受信部902より得られた指示信号Xdと、センサー部903より得られた情報Xとを用いて、パラメータCを次式(1)により算出する。   Further, C represents a parameter representing the amount of conversion of the reference flapping method (change amount of flapping frequency = change amount of actuator driving frequency). In the present embodiment, the control unit 901 uses the instruction signal Xd obtained from the instruction receiving unit 902 and the information X obtained from the sensor unit 903 to calculate the parameter C by the following equation (1).

C=(Xd−X)/Am (1)
さらに、制御部90は、算出されたパラメータCおよび関数のデータMを用いて、固定記憶装置906に格納されている基準羽ばたき方のデータFに変換を加える。それにより、アクチュエータの駆動態様がデータM(C)・Fとして算出される。この算出されたアクチュエータの駆動態様のデータM(C)・Fを用いて、制御部90はアクチュエータ905を駆動する。このとき、C×Amにより算出された羽ばたき方の変更量を特定するために用いられる値(Xd−X)が現状の羽ばたき方を特定する情報Xに加えられるように、制御部90はアクチュエータ905を駆動する。これにより、現状の羽ばたき方の情報Xは、Xd(=X+(Xd−X))となる。つまり、制御部90は、浮上移動装置90が、指示受信部902で受信された指示信号Xdに対応する羽ばたき飛行態様になるように、羽904を駆動させる制御を実行する。
C = (Xd−X) / Am (1)
Further, the control unit 90 uses the calculated parameter C and function data M to convert the reference flapping data F stored in the fixed storage device 906. Thereby, the driving mode of the actuator is calculated as data M (C) · F. The controller 90 drives the actuator 905 using the calculated actuator driving data M (C) · F. At this time, the control unit 90 controls the actuator 905 so that the value (Xd−X) used to specify the amount of flapping change calculated by C × Am is added to the information X that specifies the current flapping method. Drive. Thus, the current flapping information X is Xd (= X + (Xd−X)). That is, the control unit 90 performs control to drive the wing 904 so that the rising and moving apparatus 90 is in a flapping flight mode corresponding to the instruction signal Xd received by the instruction receiving unit 902.

なお、図1(a)に制御の手法を説明するためのブロック図が示され、図1(b)に信号の流れを説明するためフローチャートが示されている。   FIG. 1A shows a block diagram for explaining a control method, and FIG. 1B shows a flowchart for explaining a signal flow.

(羽ばたき方制御)
本実施の形態においては、上記基準羽ばたき方に必要最低限の変換を加えることで羽ばたき方の変更を行ない、これにより羽ばたき飛行の態様を制御する。この制御の手法を、流体・構造連成解析を用いた物理シミュレーションを用いて説明する。シミュレーションに用いられた羽の構造を特定するためのメッシュの外形線を図6に示す。
(Flapping control)
In this embodiment, the flapping method is changed by adding the minimum necessary conversion to the reference flapping method, thereby controlling the flapping flight mode. This control method will be described using physical simulation using fluid-structure interaction analysis. FIG. 6 shows the outline of the mesh for specifying the wing structure used in the simulation.

なお、浮上移動装置90の胴体908等、すなわち羽904を除く部分は、質量が237mgであり、かつ、回転慣性モーメントが0.000118N・mである剛体である。なお、図6に示されるように、本シミュレーションにおいては、説明を簡単にするために、浮上移動装置90が左右対称であると仮定している。したがって、浮上移動装置90の左右いずれか一方を特定するハーフモデルを用いて、前述の解析を行っている。   The body 908 and the like of the rising and moving apparatus 90, that is, the portion excluding the wing 904 is a rigid body having a mass of 237 mg and a rotational inertia moment of 0.000118 N · m. As shown in FIG. 6, in this simulation, it is assumed that the rising and moving apparatus 90 is symmetrical in order to simplify the explanation. Therefore, the above-described analysis is performed using a half model that specifies either the left or right of the rising and moving device 90.

そのため、本シミュレーションによって得られる結果は、左右対称な運動である。左右対称な運動は、上下方向における並進運動、前後方向における並進運動、および左右方向に延びる仮想軸を回転軸とする回転運動のみによって得られる運動であり、自由度が3の運動を意味する。しかしながら、左右の羽それぞれを別個独立して制御可能なフルモデルを用いる場合には、3以上の自由度を有する運動について解析することも可能である。また、左右対称な運動については、フルモデルを用いた解析結果とハーフモデルを用いた解析結果とに相違点は生じない。そのため、ハーフモデルを用いてシミュレーションが行なわれることは、左右対称な運動の制御についての解析結果に影響を与えない。   Therefore, the result obtained by this simulation is a symmetrical motion. A left-right symmetric motion is a motion obtained only by a translational motion in the vertical direction, a translational motion in the front-rear direction, and a rotational motion having a virtual axis extending in the left-right direction as a rotation axis, and means a motion with 3 degrees of freedom. However, when a full model that can control the left and right wings independently is used, it is possible to analyze a motion having three or more degrees of freedom. In addition, with respect to the symmetrical movement, there is no difference between the analysis result using the full model and the analysis result using the half model. Therefore, the simulation using the half model does not affect the analysis result of the symmetrical motion control.

また、以下においては、ホバリング状態から他の羽ばたき方へ変化するための制御手法が述べられている。なお、ホバリング状態以外の所定の羽ばたき方から特定の羽ばたき方へ変化するときも、基本的には、ホバリング状態から他の羽ばたき方へ変化するため制御手法と同様の制御手法を用いることができる。   In the following, a control method for changing from a hovering state to another way of flapping is described. In addition, when changing from a predetermined flapping method other than the hovering state to a specific flapping method, basically, a control method similar to the control method can be used to change from the hovering state to another flapping method.

(上下方向の位置制御)
まず、上下方向の制御について、図4、図5、および図7を用いて説明する。なお、上下方向とは地表面に対してほぼ垂直な方向を意味するものとする。上下方向の制御においては、情報Xおよび指示信号Xdのそれぞれは、浮上移動装置90の上下方向の位置を特定するものであるとする。また、関数のデータMは、図4および図5における時間軸を拡大または縮小するためのものであり、パラメータCは、縮小率(%)を特定するパラメータであるとする。たとえば、C=50なら、図4および図5における時間軸の目盛りを1.5で割った目盛を用いて特定される羽ばたき方が、変換された新たな羽ばたき方として採用される。
(Position control in the vertical direction)
First, the vertical control will be described with reference to FIGS. 4, 5, and 7. The vertical direction means a direction substantially perpendicular to the ground surface. In the vertical control, each of the information X and the instruction signal Xd specifies the vertical position of the rising and moving apparatus 90. The function data M is for enlarging or reducing the time axis in FIGS. 4 and 5, and the parameter C is a parameter for specifying the reduction rate (%). For example, if C = 50, the flapping method specified by using the scale obtained by dividing the time axis scale in FIG. 4 and FIG. 5 by 1.5 is adopted as the new flapping method after conversion.

本実施の形態においては、図4および図5において羽ばたき周波数が1.5倍になることを実現するには、時間軸というパラメータ1つを変更しさえすればよい前述の手法を採用する。しかしながら、データ加工の手間が問題にならないのであれば、図4および図5におけるx,y,zのデータそのものを変更する手法を用いてもよい。   In the present embodiment, in order to realize that the flapping frequency becomes 1.5 times in FIGS. 4 and 5, the above-described method that only changes one parameter called the time axis is adopted. However, if the trouble of data processing does not become a problem, a method of changing the x, y, z data itself in FIGS. 4 and 5 may be used.

本実施の形態においては、感度のデータAmは、羽ばたき動作1周期当たり1%羽ばたき周波数を増加させたときの浮上移動装置90の上下方向の位置の変化量を示すデータである。本発明者らの実験によると、
Am=0.0184[mm/(1周期・1%の羽ばたき周波数の増加)]
である。
In the present embodiment, the sensitivity data Am is data indicating the amount of change in the vertical position of the rising and moving apparatus 90 when the flapping frequency is increased by 1% per cycle of the flapping operation. According to our experiments,
Am = 0.184 [mm / (1 cycle, 1% flapping frequency increase)]
It is.

一例として、羽ばたき周波数を変更する前の羽の羽ばたき周期が23.5msecである場合を考える。この場合、たとえば、40msecつまり40/23.5≒1.7(周期)の間に、浮上移動装置90を0.2mmだけ上昇させるとき、すなわち、Xd−X=0.2/1.7=0.1176(mm/1周期)であるとき、C=(Xd−X)/Am=0.1176/0.0184=6.393(%)だけ、羽ばたき周波数が増加する。つまり、(周波数)=1/(周期)であるため、図4および図5における時間軸を変更すると、新たな羽ばたき周期は、23.5×(1−C/100)=22(msec)となる。   As an example, consider a case where the flapping period of the wings before changing the flapping frequency is 23.5 msec. In this case, for example, when the rising and moving apparatus 90 is raised by 0.2 mm during 40 msec, that is, 40 / 23.5≈1.7 (period), that is, Xd−X = 0.2 / 1.7 = When 0.1176 (mm / 1 period), the flapping frequency increases by C = (Xd−X) /Am=0.1176/0.0184=6.393 (%). That is, since (frequency) = 1 / (cycle), if the time axis in FIGS. 4 and 5 is changed, the new flapping cycle is 23.5 × (1−C / 100) = 22 (msec). Become.

このように、羽ばたき周波数を23.5msecから22msecに変更したときの解析結果として、時間と羽の仰角との関係を図7に示す。なお、羽ばたき周波数の変更は、図4および図5のt=0.13secの時点に行なわれている。図7(a)は、浮上移動装置の位置の変化の様子の一例として、前後方向の位置の変化および上下方向の位置の変化の様子を示している。図7(b)は、浮上移動装置の姿勢の変化の態様の一例として、羽の仰角の時刻歴を示している。なお、仰角は、機首を機尾に対して上側にあるときの、水平面と機首と機尾とを結ぶ線とのなす角を正の値で示すものとする。   As described above, FIG. 7 shows the relationship between time and the wing elevation angle as an analysis result when the flapping frequency is changed from 23.5 msec to 22 msec. The flapping frequency is changed at time t = 0.13 sec in FIGS. 4 and 5. FIG. 7A shows a change in the position in the front-rear direction and a change in the position in the vertical direction as an example of the change in the position of the rising and moving apparatus. FIG.7 (b) has shown the time history of the elevation angle of the wing | blade as an example of the aspect of the attitude | position change of a rising and moving apparatus. The elevation angle is a positive value that indicates the angle between the horizontal plane and the line connecting the nose and the nose when the nose is above the nose.

図4および図5のt=0.17secにおいて、羽ばたき周期23.5msecの場合の上下方向の位置は、図7(a)に示されるように、−0.00534mであり、羽ばたき周期22msecの場合の上下方向位置は、−0.00513mである。したがって、浮上移動装置90は、羽ばたき動作の周期が22msecの場合の上下方向の位置が、羽ばたき動作の周期が23.5msecの場合の上下方向の位置に比較して、ほぼ0.2mm上昇している。   4 and 5, the position in the vertical direction when the flapping period is 23.5 msec at t = 0.17 sec is −0.00534 m as shown in FIG. 7A, and the flapping period is 22 msec. The position in the vertical direction is -0.00513 m. Therefore, the rising and moving apparatus 90 has an approximately 0.2 mm rise in the vertical position when the flapping period is 22 msec compared to the vertical position when the flapping period is 23.5 msec. Yes.

以上のように、浮上移動装置90は、固定記憶装置906に格納されている感度Amを用いて算出されたパラメータCを用いて、現在の羽ばたき周波数に変更を加えることができる。より具体的には、制御部901が、関数Mを用いて、図4および図5に示される羽の基本羽ばたき方データFの時間軸を拡大または縮小する。それにより、浮上移動装置90の上下方向の制御が実現される。   As described above, the rising and moving apparatus 90 can change the current flapping frequency using the parameter C calculated using the sensitivity Am stored in the fixed storage device 906. More specifically, the control unit 901 uses the function M to expand or contract the time axis of the basic flapping data F shown in FIGS. Thereby, the vertical control of the rising and moving apparatus 90 is realized.

(前後方向の位置制御)
次に、前後方向における制御について、図4、図5、図8、および図9を用いて説明する。なお、前後方向とは、地表面に対してほぼ平行な面において、左右のアクチュエータを結ぶ線に対してほぼ垂直な方向である。
(Position control in the front-rear direction)
Next, control in the front-rear direction will be described with reference to FIGS. 4, 5, 8, and 9. The front-rear direction is a direction substantially perpendicular to a line connecting the left and right actuators on a plane substantially parallel to the ground surface.

前後方向における制御においては、情報Xおよび指示信号Xdのそれぞれは、浮上移動装置90の前後方向の位置を特定するものであるとする。また、関数のデータMは、図4および図5における、羽の打ち上げ動作および打ち下ろし動作のそれぞれの時間軸を拡大または縮小するためのものである。パラメータCは、打ち上げ動作における時間軸の縮小率(%)および打ち下ろし動作における時間軸の拡大率(%)を特定するためのパラメータである。たとえば、C=−5なら、打ち上げ動作区間については、図4および図5における時間軸の目盛を0.95で割った目盛を用いた羽ばたき方が採用され、打ち下ろし動作区間については、図4および図5における時間軸の目盛に0.95を掛けた目盛を用いた羽ばたき方が、変換後の新たな羽ばたき方として採用される。すなわち、打ち下ろし区間においては、図4および図5に示すグラフの時間軸のみを(1+C/100)倍したときに得られるグラフにより表現された羽ばたき方が、変換後の新たな羽ばたき方として採用され、打ち上げ区間においては、図4および図5に示すグラフの時間軸のみを1/(1+C/100)倍したときに得られるグラフにより表現された羽ばたき方が、変換後の新たな羽ばたき方として採用される。   In the control in the front-rear direction, each of the information X and the instruction signal Xd specifies the position of the rising and moving apparatus 90 in the front-rear direction. The function data M is for expanding or reducing the time axis of the wing launching operation and the descending operation in FIGS. 4 and 5. The parameter C is a parameter for specifying the reduction rate (%) of the time axis in the launch operation and the enlargement rate (%) of the time axis in the down operation. For example, if C = −5, for the launch operation section, a flapping method using a scale obtained by dividing the scale of the time axis in FIGS. 4 and 5 by 0.95 is adopted, and for the down motion section, FIG. A flapping method using a scale obtained by multiplying the scale of the time axis in FIG. 5 by 0.95 is adopted as a new flapping method after conversion. That is, in the downhill section, the flapping method expressed by the graph obtained by multiplying only the time axis of the graphs shown in FIGS. 4 and 5 by (1 + C / 100) is adopted as the new flapping method after conversion. In the launch section, the flapping method expressed by the graph obtained by multiplying only the time axis of the graphs shown in FIGS. 4 and 5 by 1 / (1 + C / 100) is the new flapping method after conversion. Adopted.

前述の手法は、図4および図5において、打ち上げまたは打ち下ろしという1サイクルの一部の期間のみの羽ばたき動作の変更を行なうために、時間軸というパラメータ1つを変更すればよいため、データの処理が簡単である。しかしながら、データの処理が複雑になることが特に問題にならないのであれば、図4および図5におけるx,y,zのデータそのものを変更する手法を用いてもよい。また、変換によって浮上移動装置1に大きな加速度が発生してしまうことを防止するため、図4および図5における時間軸の拡大または縮小は、図8に示す曲線がなめらかに変化するように行なわれることが望ましい。   In the above-described method, in FIG. 4 and FIG. 5, in order to change the flapping operation only for a part of one cycle of up or down, it is only necessary to change one parameter called the time axis. Easy to process. However, if the data processing is not particularly complicated, a method of changing the x, y, z data itself in FIGS. 4 and 5 may be used. Further, in order to prevent a large acceleration from being generated in the rising and moving apparatus 1 due to the conversion, the time axis in FIG. 4 and FIG. 5 is enlarged or reduced so that the curve shown in FIG. 8 changes smoothly. It is desirable.

本実施の形態では、感度のデータAmは、羽ばたき動作の1周期当たり、打ち上げまたは打ち下ろしの際の羽ばたき動作の速度を1%変更したときの前後方向の位置の変化量を示すデータである。本発明者らの実験によると、
Am=0.1227[mm/(1周期・1%の打ち上げまたは打ち下ろし羽ばたき動作の速度の変更量)]
である。
In the present embodiment, the sensitivity data Am is data indicating the amount of change in the position in the front-rear direction when the flapping motion speed at the time of launching or descending is changed by 1% per cycle of the flapping motion. According to our experiments,
Am = 0.227 [mm / (change amount of speed of 1 cycle, 1% launching or falling flapping motion)]
It is.

一例として、変更前の羽ばたき周期が23.5msecである場合を考える。この場合において、30msecつまり30/23.5≒1.28(周期)の間に、浮上移動装置90が0.4mmだけ後退する場合、すなわち、Xd−X=−0.4/1.28=−0.313[mm/(周期)]である場合には、羽ばたき動作の速度の変更量は、C=(Xd−X)/Am=−0.313/0.1227=−2.55(%)となる。   As an example, consider a case where the flapping period before the change is 23.5 msec. In this case, when the rising and moving apparatus 90 moves back by 0.4 mm during 30 msec, that is, 30 / 23.5≈1.28 (period), that is, Xd−X = −0.4 / 1.28 = When −0.313 [mm / (period)], the amount of change in the flapping speed is C = (Xd−X) /Am=−0.313/0.1227=−2.55 ( %).

したがって、制御部901は、打ち上げ時には、図4および図5における時間軸の目盛を0.9745で割った目盛を用いた羽ばたき方となるように基本羽ばたきのデータFを変更する。また、制御部901は、打ち下ろし時には、図4および図5における時間軸の目盛が0.9745倍された目盛を用いた羽ばたき方となるように、基本羽ばたき方のデータFを変更する。さらに、制御部901は、前述の基本羽ばたき方が変更された新たな羽ばたき方を実行するように羽部904を駆動する。   Therefore, at the time of launch, the control unit 901 changes the basic flapping data F so that the flapping method uses a scale obtained by dividing the time axis scale in FIGS. 4 and 5 by 0.9745. In addition, the control unit 901 changes the basic flapping method data F so that the flapping method uses a scale obtained by multiplying the time axis scale in FIG. 4 and FIG. 5 by 0.9745. Further, the control unit 901 drives the wing unit 904 to execute a new flapping method in which the above-described basic flapping method is changed.

前述の新たな羽ばたき方においては、図8に示すように、打ち上げ時には羽ばたき周波数が24.1msecであり、打ち下ろし時には羽ばたき周波数が22.9msecである。   In the above-described new flapping method, as shown in FIG. 8, the flapping frequency is 24.1 msec at the time of launch, and the flapping frequency is 22.9 msec at the time of downstroke.

前述の条件でシミュレーションを行った場合の結果を図9に示す。なお、羽ばたき周波数の変更は、図4および図5に示すt=0.06secの時点において行なわれている。図9(a)は、浮上移動装置の位置の変化の様子の一例として、前後方向の位置の変化の様子および上下方向の位置の変化の様子を示している。図9(b)は、浮上移動装置の姿勢の変化の態様として、浮上移動装置90の仰角の時刻歴を示している。なお、仰角は、機首を機尾に対して上側にするときの、水平面と機首と機尾とを結ぶ線のなす角を正の値で示すものとする。   FIG. 9 shows the result when the simulation is performed under the above-described conditions. The flapping frequency is changed at the time t = 0.06 sec shown in FIGS. FIG. 9A shows a change in the position in the front-rear direction and a change in the position in the vertical direction as an example of the change in the position of the rising and moving apparatus. FIG. 9B shows a time history of the elevation angle of the rising and moving apparatus 90 as a mode of change in the posture of the rising and moving apparatus. The elevation angle is a positive value that indicates an angle formed by a line connecting the horizontal plane, the nose, and the nose when the nose is positioned above the nose.

図4および図5に示すt=0.09secの時点において、上記基準羽ばたき方に変換を加えなかった場合の前後方向の位置は、図9(a)に示されるように、0.0026mである。一方、基準羽ばたき方に変換を加えた場合の前後方向の位置は、0.003mである。したがって、羽ばたき方の変更後の浮上移動装置90の前後方向の位置は、羽ばたき方の変更前の前後方向の位置よりも、ほぼ0.4mmの後退している。   The position in the front-rear direction when no conversion is applied to the reference flapping method at time t = 0.09 sec shown in FIGS. 4 and 5 is 0.0026 m, as shown in FIG. 9A. . On the other hand, the position in the front-rear direction when the conversion is applied to the reference flapping method is 0.003 m. Therefore, the position in the front-rear direction of the rising and moving apparatus 90 after changing the flapping method is set back approximately 0.4 mm from the position in the front-rear direction before changing the flapping method.

以上のように、浮上移動装置90は、固定記憶装置906に格納されている感度のデータAmを用いて算出された羽ばたき方の変換量のパラメータCを用いて、打ち上げの区間と打ち下ろしの区間とのそれぞれにおいて別個に、現在の羽ばたき周波数に変更を加える。より具体的には、制御部901が、関数のデータMを用いて、図4および図5に示される基本羽ばたき方のデータFの時間軸を、打ち上げの区間と打ち下ろしの区間とのそれぞれにおいて別個に拡大または縮小する。それにより、浮上移動装置90の前後方向の位置の制御が実現される。   As described above, the rising and moving apparatus 90 uses the parameter C of the flapping conversion amount calculated by using the sensitivity data Am stored in the fixed storage device 906, and then the up and down sections. In each of the above, a change is made to the current flapping frequency. More specifically, the control unit 901 uses the function data M to set the time axis of the basic flapping data F shown in FIG. 4 and FIG. 5 in each of the launch section and the down section. Zoom in or out separately. Thereby, control of the position of the rising and moving apparatus 90 in the front-rear direction is realized.

(仰角制御)
続いて、姿勢制御のうち、本実施の形態におけるシミュレーションで検証可能な仰角の制御について、図4、図5、図8、図9、および図10を用いて説明する。
(Elevation control)
Subsequently, control of the elevation angle, which can be verified by simulation in the present embodiment, in the posture control will be described with reference to FIGS. 4, 5, 8, 9, and 10.

仰角の制御においては、情報Xおよび指示信号Xdのそれぞれは、浮上移動装置90の機首と機尾とを結ぶ線と水平面とのなす角度であるものとする。   In the control of the elevation angle, each of the information X and the instruction signal Xd is an angle formed by a line connecting the nose and the tail of the rising and moving apparatus 90 and the horizontal plane.

関数のデータMは、羽の打ち上げ動作および打ち下ろし動作のそれぞれにおける、図4および図5に示す時間軸の拡大または縮小の態様を示すものである。また、パラメータCは、打ち上げ動作における時間軸の縮小率(%)であり、かつ、打ち下ろし動作における時間軸の拡大率(%)を意味するものとする。   The function data M indicates the manner of expansion or contraction of the time axis shown in FIG. 4 and FIG. 5 in the wing launching operation and the descending operation, respectively. Further, the parameter C is a reduction rate (%) of the time axis in the launch operation and also means an enlargement rate (%) of the time axis in the down operation.

例えば、C=−5なら、打ち上げ動作の区間については、図4および図5における時間軸の目盛りを0.95で割った目盛を用いた羽ばたき方が変更後の羽ばたき方として採用される。また、C=−5なら、打ち下ろし動作の区間については、図4および図5における時間軸の目盛りに0.95を掛けた目盛を用いた羽ばたき方が、変更後の新たな羽ばたき方として採用される。すなわち、打ち下ろし区間においては、図4および図5に示すグラフの時間軸のみを(1+C/100)倍したときに得られるグラフにより表現された羽ばたき方が、変換後の新たな羽ばたき方として採用され、打ち上げ区間においては、図4および図5に示すグラフの時間軸のみを1/(1+C/100)倍したときに得られるグラフにより表現された羽ばたき方が、変換後の新たな羽ばたき方として採用される。   For example, if C = −5, the flapping method using the scale obtained by dividing the time axis graduation in FIG. 4 and FIG. 5 by 0.95 is adopted as the flapping method after the change. If C = -5, the flapping method using a scale obtained by multiplying the time axis scale in FIG. 4 and FIG. 5 by 0.95 is used as the new flapping method after the change. Is done. That is, in the downhill section, the flapping method expressed by the graph obtained by multiplying only the time axis of the graphs shown in FIGS. 4 and 5 by (1 + C / 100) is adopted as the new flapping method after conversion. In the launch section, the flapping method expressed by the graph obtained by multiplying only the time axis of the graphs shown in FIGS. 4 and 5 by 1 / (1 + C / 100) is the new flapping method after conversion. Adopted.

なお、前述の手法は、図4および図5において羽ばたき周波数を変更するために、時間軸という1つのパラメータのみを変更すればよいため、簡便な手法である。しかしながら、データの処理の手間が問題にならないのであれば、図4および図5におけるx,y,zのデータそのものを変更する手法を用いることが可能である。   The above-described method is a simple method because only one parameter called the time axis needs to be changed in order to change the flapping frequency in FIGS. 4 and 5. However, if the trouble of data processing does not become a problem, it is possible to use a method of changing the x, y, and z data itself in FIGS. 4 and 5.

また、実際には、図4および図5に示す基本羽ばたき方のデータの時間軸の拡大または縮小は、羽ばたき方の変更に起因して大きな加速度が浮上移動装置90に生じることを避けるため、図8に示す曲線がなめらかなるように行なわれることが望ましい。   Also, in practice, the time flapping of the basic flapping data shown in FIG. 4 and FIG. 5 is not enlarged or shrunk in order to avoid large acceleration from occurring in the rising and moving apparatus 90 due to the change of flapping. It is desirable that the curve shown in FIG.

本実施の形態においては、感度のデータAmは、羽ばたき1周期当たり打ち上げまたは打ち下ろしの際の羽ばたき周波数を1%変更したときの仰角の変化量のデータである。本発明者らの実験によると、
Am=0.6136[角度/(1周期・1%の打ち上げまたは打ち下ろしの動作の速度の変更量)]
である。
In the present embodiment, the sensitivity data Am is data on the amount of change in elevation angle when the flapping frequency at the time of flapping up or down is changed by 1%. According to our experiments,
Am = 0.6136 [Angle / (Change amount of speed of 1 cycle, 1% launching or downing operation)]
It is.

変更前の羽ばたき周期が23.5msecである場合を考える。この場合において、30msecつまり、30/23.5≒1.28(周期)の間に、2度仰角を増加させたい場合には、すなわち、Xd−X=2/1.28=1.5625(度/周期) である場合には、羽ばたき動作の速度の変更量は、C=(Xd−X)/Am=1.5625/0.6136=−2.55(%)となる。   Consider a case where the flapping period before the change is 23.5 msec. In this case, when it is desired to increase the elevation angle by 2 degrees during 30 msec, that is, 30 / 23.5≈1.28 (period), that is, Xd−X = 2 / 1.28 = 1.5625 ( (Degree / cycle), the amount of change in the flapping speed is C = (Xd−X) /Am=1.5625/0.6136=−2.55 (%).

その後、制御部901は、打ち上げ時には、図4および図5における時間軸の目盛を0.9745で割った目盛を用いた羽ばたき方を採用する。また、打ち下ろし時には、図4および図5における時間軸を0.9745倍した目盛を用いた羽ばたき方が採用される。その後、制御部901は、採用された羽ばたき方を特定可能な信号を駆動部905に送信し、駆動部905は、その信号を用いて羽部904を駆動する。   Thereafter, at the time of launch, the control unit 901 employs a flapping method using a scale obtained by dividing the time axis scale in FIGS. 4 and 5 by 0.9745. At the time of downing, a flapping method using a scale obtained by multiplying the time axis in FIGS. 4 and 5 by 0.9745 is employed. Thereafter, the control unit 901 transmits a signal capable of specifying the employed flapping method to the driving unit 905, and the driving unit 905 drives the wing unit 904 using the signal.

この羽ばたき方は、図8に示すように、打ち上げ時に羽ばたき周波数(動作速度)を24.1msecにするとともに、打ち下ろし時に羽ばたき周波数(動作速度)を22.9msecにした羽ばたき方と等価である。   As shown in FIG. 8, this flapping method is equivalent to a flapping method in which the flapping frequency (operating speed) is set to 24.1 msec at the time of launch and the flapping frequency (operating speed) is set to 22.9 msec at the time of dropping.

この条件でのシミュレーション結果を図9に示す。なお、羽ばたき周波数(動作速度)の変更はt=0.06secにて行なわれている。図9(a)は、前後方向および上下方向を含む平面内における浮上移動装置90の位置を変化の様子を示しており、図9(b)は、浮上移動装置90の姿勢の変化の様子を仰角の時刻歴を用いて示している。なお、仰角は、機首が機尾に対して上側にあるときの水平面と機首と機尾とを結ぶ線のなす角を正の値とする。   The simulation result under this condition is shown in FIG. Note that the flapping frequency (operation speed) is changed at t = 0.06 sec. FIG. 9A shows a state of changing the position of the rising and moving apparatus 90 in a plane including the front and rear direction and the up and down direction, and FIG. 9B shows a state of changing the posture of the rising and moving apparatus 90. The time history of the elevation angle is used. The elevation angle has a positive value at an angle formed by a line connecting the horizontal plane, the nose and the nose when the nose is above the nose.

t=0.09secにて、基準羽ばたき方に変換を加えなかった場合の仰角は、図9(b)に示されるように、−2.1度である。基準羽ばたき方に変換を加えた場合の浮上移動装置90の仰角は、−0.1度である。したがって、変換後の浮上移動装置90は、変換後の浮上移動装置90に比較して、ほぼ2.0度だけ仰角を増加している。   At t = 0.09 sec, the elevation angle when no conversion is applied to the reference flapping is −2.1 degrees as shown in FIG. 9B. The elevation angle of the rising and moving apparatus 90 when conversion is applied to the reference flapping method is -0.1 degrees. Therefore, the rising and moving apparatus 90 after conversion has increased the elevation angle by about 2.0 degrees compared to the rising and moving apparatus 90 after conversion.

以上のように、固定記憶装置906に格納されている感度のデータAmより算出された変換量のパラメータCと関数のデータMとを用いて、打ち上げの区間と打ち下ろしの区間とのそれぞれにおいて別個に、羽ばたき方の変更を行なっている。より具体的には、制御部901は、固定記憶装置906に格納されている、図4および図5に示される羽の運動における時間軸のデータを、打ち上げ時に縮小し、かつ打ち下ろし時に拡大するという、羽ばたき方の変更を関数のデータMを用いて行っている。そのため、浮上移動装置90は、仰角の制御を簡便に実現することができる。   As described above, using the conversion amount parameter C calculated from the sensitivity data Am stored in the fixed storage device 906 and the function data M, the launch section and the down section are separately provided. In addition, the way of flapping is changed. More specifically, the control unit 901 reduces the time-axis data in the wing movement shown in FIGS. 4 and 5 stored in the fixed storage device 906 at the time of launch and expands at the time of downstroke. The flapping method is changed using the function data M. Therefore, the rising and moving apparatus 90 can easily realize control of the elevation angle.

また、他の例として、重心の位置を変化させることによって、浮上移動装置90の仰角を制御する手法を説明する。   As another example, a method of controlling the elevation angle of the rising and moving apparatus 90 by changing the position of the center of gravity will be described.

浮上移動装置90の重心の位置を、前後に1mmずつずらしたときのシミュレーション結果を図10に示す。図10(a)は、浮上移動装置90の前後方向および上下方向を含む平面内での位置の変化の様子を示しており、図10(b)は、浮上移動装置90の姿勢の変化の態様を仰角の時刻歴によって示している。なお、仰角は、機首が機尾に対して上側にあるときの水平面と機首と機尾とを結ぶ線とのなす角を正の値とする。   FIG. 10 shows a simulation result when the position of the center of gravity of the rising and moving apparatus 90 is shifted by 1 mm forward and backward. FIG. 10A shows how the position of the rising and moving apparatus 90 changes in the plane including the front-rear direction and the vertical direction. FIG. 10B shows how the attitude of the rising and moving apparatus 90 changes. Is shown by the time history of the elevation angle. The elevation angle is a positive value defined by the angle formed by the horizontal plane when the nose is above the nose and the line connecting the nose and the nose.

図10(a)に示すように、羽ばたき浮上装置90の重心の位置が変化しても、浮上移動装置90の位置は大きく変化することはないが、図10(b)に示すように、重心の位置が変化することによって、浮上移動装置90の姿勢が大きく変化する。その結果、浮上移動装置90は、姿勢の変化によって位置の変化が生じることが分かる。すなわち、重心の位置の変更そのものによって直接的に浮上移動装置90の位置は変化しないが、重心の位置の変更に起因して姿勢が変化するため、間接的に浮上移動装置90の位置が変化する。   As shown in FIG. 10 (a), even if the position of the center of gravity of the flapping and floating device 90 changes, the position of the rising and moving device 90 does not change greatly, but as shown in FIG. 10 (b), The position of the rising and moving apparatus 90 changes greatly by changing the position of. As a result, it can be seen that the position of the rising and moving apparatus 90 changes due to the change in posture. That is, the position of the rising and moving apparatus 90 does not change directly due to the change in the position of the center of gravity, but the position changes due to the change in the position of the center of gravity, so the position of the rising and moving apparatus 90 changes indirectly. .

以上より、基準羽ばたき方のままの状態で、重心の位置をずらすことにより浮上移動装置の姿勢の制御を行なうことが可能であることが分かる。これにより、重心の位置の変更によって、姿勢の変更を行なうことができることが分かる。たとえば、重心の位置を前方に移動すると、機首が機尾に対して下がる。また、重心の位置を後方に移動すると、機首が機尾に対して上がる。   From the above, it can be seen that the attitude of the rising and moving apparatus can be controlled by shifting the position of the center of gravity while keeping the reference flapping. Thus, it can be seen that the posture can be changed by changing the position of the center of gravity. For example, when the position of the center of gravity is moved forward, the nose is lowered relative to the tail. Further, when the position of the center of gravity is moved backward, the nose rises with respect to the tail.

(回転変換による位置および姿勢の制御)
図11(b)に示されているホバリング時の羽ばたき動作のストローク面を、図11(a)に示されているストローク面のように変更する。この羽ばたき方の変更は、浮上移動装置90の機首を機尾に対して上げるように、浮上移動装置90の左右方向に延びるx軸を回転軸とする回転変換を徐々に加えたものである。このときの浮上移動装置90の位置と姿勢の変化の様子を図12に示す。
(Position and orientation control by rotation conversion)
The stroke surface of the flapping operation at the time of hovering shown in FIG. 11B is changed to the stroke surface shown in FIG. This change in flapping is a gradual addition of rotational transformation about the x axis extending in the left-right direction of the rising and moving apparatus 90 as the axis of rotation so as to raise the nose of the rising and moving apparatus 90 relative to the tail. . FIG. 12 shows how the position and posture of the rising and moving apparatus 90 change at this time.

図12(a)から、水平面とストローク面とのなす角が10度になることによって、浮上移動装置90は後方に移動することが分かる。また、図12(b)から、水平面とストローク面とのなす角が10度になることに起因して、機首が機尾に対して上方に位置するように浮上移動装置90の姿勢が変化していることが分かる。   From FIG. 12A, it can be seen that the rising and moving apparatus 90 moves backward when the angle formed by the horizontal plane and the stroke plane is 10 degrees. Also, from FIG. 12B, the attitude of the rising and moving device 90 changes so that the nose is positioned above the nose due to the angle formed by the horizontal plane and the stroke plane being 10 degrees. You can see that

以上より、基準羽ばたき方のストロークの回転変換を行なうことにより、浮上移動装置の姿勢および位置の制御を行なうことができることが分かる。   From the above, it can be seen that the posture and position of the rising and moving apparatus can be controlled by rotationally converting the stroke of the reference flapping.

また、ストローク面の法線ベクトルを前方側に傾けることによって、浮上移動装置90は前方に移動することができる。この際、機首は機尾に対して下方に位置する。また、ストローク面の法線ベクトルを後方に傾けることによって、浮上移動装置は後方に移動することができる。この際、機首は機尾に対して上方に位置する。   Further, the rising and moving apparatus 90 can move forward by tilting the normal vector of the stroke surface forward. At this time, the nose is positioned below the tail. Further, the rising and moving apparatus can move backward by tilting the normal vector of the stroke surface backward. At this time, the nose is positioned above the tail.

(補足事項)
また、変形する羽の挙動を妥当に表現できるものであれば、流体・構造連成解析の手法は、本実施の形態のものに限定されるされず、いかなるものであってもよい。
(Supplementary information)
Further, as long as the behavior of the deformed wing can be appropriately expressed, the fluid / structure interaction analysis method is not limited to that of the present embodiment, and any method may be used.

また、実験的手法も、本実施の形態のものに限定されず、羽の剛性分布に異方性が設けられるなどの変更が加えられる手法が用いられていてもよい。この場合、拡大模型を用いてもよい。拡大模型を用いる場合であっても、羽の変形の態様が元の模型の羽の変形の態様と同一であれば、本発明により得られる効果と同様の効果を得ることができる。   Also, the experimental method is not limited to the one in this embodiment, and a method in which a change such as anisotropy is provided in the wing stiffness distribution may be used. In this case, an enlarged model may be used. Even when the enlarged model is used, the same effect as that obtained by the present invention can be obtained as long as the deformation mode of the wing is the same as that of the original model.

また、本実施の形態においては、浮上移動装置90の構成要素としては、外部からの指示情報に基づき自律的に移動するための最低限の抽象化されたものが示されている。つまり、本実施の形態においては、浮上移動装置90は、胴体908、制御部901、指示受信部902、センサー部903、駆動部905、および羽904が設けられている。しかしながら、浮上移動装置90は、要求される機能によっては、前述の構成要素以外のものが設けられていてもよいとともに、前述の構成要素のうち必要でないものは設けられていなくてもよい。たとえば、外部からの指示を必要としない場合には、指示受信部902は必要ではない。また、センサフィードバック制御を実行しないのであれば、センサー部903は必要ではない。   Moreover, in this Embodiment, the minimum abstract thing for moving autonomously based on the instruction information from the outside is shown as a component of the rising and moving apparatus 90. That is, in the present embodiment, the rising and moving apparatus 90 is provided with a body 908, a control unit 901, an instruction receiving unit 902, a sensor unit 903, a driving unit 905, and a wing 904. However, the rising and moving apparatus 90 may be provided with components other than the above-described components depending on the required functions, and may not be provided with unnecessary components among the above-described components. For example, the instruction receiving unit 902 is not necessary when an instruction from the outside is not required. Further, if the sensor feedback control is not executed, the sensor unit 903 is not necessary.

また、本実施の形態においては、基準羽ばたき方のデータは、固定記憶装置906に予め記憶されているものであるため、基準羽ばたき方は常に同じものである。しかしながら、基準羽ばたき方は、常に同じものである必要はない。   In this embodiment, since the reference flapping data is stored in advance in the fixed storage device 906, the reference flapping method is always the same. However, the reference flapping method need not always be the same.

また、次のような手法を用いてもよい。まず、複数の羽ばたき方の一つを基準羽ばたき方として選択し、基準羽ばたき方とその他の羽ばたき方との差を羽ばたき方の変換量として算出し、一時記憶装置907に格納する。この格納された羽ばたき方の変換量を用いて現在の羽ばたき方を変更した後の時点での浮上移動装置90の運動の態様と、目標とする浮上移動装置90の運動の態様との間に現実に差分が生じている場合がある。この場合、前述の羽ばたき方の変換量を拡大または縮小するというように、羽ばたき方の変換量を、羽ばたき浮上移動装置90の実際の状態に合わせて補正することによって、新たなアクチュエータの駆動量を求める。この手法によっても、前述の手法と同様の効果を得ることができる。   Further, the following method may be used. First, one of a plurality of flapping methods is selected as the reference flapping method, and a difference between the reference flapping method and the other flapping methods is calculated as a conversion amount of the flapping method and stored in the temporary storage device 907. Between the mode of movement of the rising and moving apparatus 90 at the time after the current flapping method is changed using the stored amount of flapping conversion, and the actual mode of movement of the target rising and moving apparatus 90 There may be a difference in. In this case, by correcting the amount of flapping conversion according to the actual state of the flapping rising and moving device 90, such as increasing or reducing the amount of flapping conversion described above, the driving amount of the new actuator can be reduced. Ask. Also by this method, the same effect as the above method can be obtained.

また、制御部901が学習機能を有している場合には、固定記憶手段906に浮上移動装置90の製造当初から記憶されている基準羽ばたきのデータのみならず、学習の結果、前述したような羽ばたき方の変更手法を用いて、上記基準羽ばたき方をより適切な羽ばたき方に近づけていくことができる。   In addition, when the control unit 901 has a learning function, not only the reference flapping data stored in the fixed storage unit 906 from the beginning of manufacture of the rising and moving apparatus 90 but also the learning result as described above. Using the flapping method changing method, the reference flapping method can be brought closer to a more appropriate flapping method.

本実施の形態では左右対称モデルについてのみ解析を行ったため、左右対称の運動のみが実現されている。しかしながら、左右の羽のそれぞれについて独立した解析を行なうことも可能である。たとえば、右羽が前方へ移動し、左羽が後方へ移動すれば、浮上移動装置90は左旋回することが可能になる。これらの制御においても、制御部901により算出された羽ばたき方の変更量を、基準羽ばたき方に加えることにより、前述の羽ばたき方の変更により得られる効果と同様の効果を得ることができる。   In this embodiment, only the left-right symmetric model is analyzed, so that only a left-right symmetric motion is realized. However, it is also possible to perform independent analysis for each of the left and right wings. For example, if the right wing moves forward and the left wing moves backward, the rising and moving apparatus 90 can turn left. Also in these controls, by adding the flapping change amount calculated by the control unit 901 to the reference flapping method, it is possible to obtain the same effect as that obtained by changing the flapping method described above.

(実施の形態2)
本実施の形態においては、前述のような実施の形態1の浮上移動装置90が行なう羽ばたき方の変更の制御を実現することが可能な浮上移動装置を、図13〜図27を用いてより具体的に説明する。なお、本実施の形態において実施の形態1と同じ符号が付された構成および同じ名称が付されている構成は、実施の形態1において説明した機能と同じ機能を有している。また、本実施の形態の浮上移動装置は、実施の形態1の浮上移動装置の羽ばたき方の変換の手法の概念がそのまま適用される。また、実施の形態1に記載された浮上移動装置の構成のうち、本実施の形態に記載されていない構成および機能についても、本実施の形態の羽ばたき浮上移動装置は備えているものとする。なお、本実施の形態においては、実施の形態1における浮上移動装置90を、浮上移動装置1と称する。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, the rising and moving apparatus capable of realizing the control of the flapping change performed by the rising and moving apparatus 90 of the first embodiment as described above is more specifically described with reference to FIGS. I will explain it. In the present embodiment, the configurations denoted by the same reference numerals and the same names as those in the first embodiment have the same functions as those described in the first embodiment. Further, the concept of the method of changing the flapping method of the rising and moving apparatus of the first embodiment is applied as it is to the rising and moving apparatus of the present embodiment. Further, among the configurations of the rising and moving apparatus described in the first embodiment, the flapping and rising and moving apparatus of the present embodiment is also provided for configurations and functions that are not described in the present embodiment. In the present embodiment, the rising and moving apparatus 90 in the first embodiment is referred to as a rising and moving apparatus 1.

(全体の構成)
まず、本実施の形態の浮上移動装置の全体の主要な構成について、図13および図14を用いて説明する。なお、本実施の形態の浮上移動装置では、特に断らない限り、説明の簡便のため、羽および羽を駆動する主要な部分は左右対称に構成されているものとする。したがって、以後においては、浮上移動装置の左半分の構成要素についてのみ説明を行ない、左半分に対して面対称である構成要素が、浮上移動装置の右半分の構成要素として設けられているものとする。ただし、これは説明の簡便のためであり、本発明の浮上移動装置においては、左右対称であることは、必要な条件ではない。たとえば、当該構成要素が3組以上設けられた構成、または、当該構成要素が1組のみ用いられた構成であっても本発明の浮上移動装置として用いることは可能である。
(Overall configuration)
First, an overall main configuration of the rising and moving apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 13 and 14. In the rising and moving apparatus of the present embodiment, unless otherwise specified, for convenience of explanation, it is assumed that the wings and the main parts that drive the wings are configured symmetrically. Therefore, hereinafter, only the left half component of the rising and moving apparatus will be described, and the component that is plane-symmetric with respect to the left half is provided as the right half of the rising and moving apparatus. To do. However, this is for convenience of explanation, and in the rising and moving apparatus of the present invention, it is not a necessary condition to be symmetrical. For example, even a configuration in which three or more sets of the components are provided, or a configuration in which only one set of the components is used can be used as the rising and moving apparatus of the present invention.

本実施の形態の浮上移動装置1は、図13および図14に示すように、支持構造9上に配されたアクチュエータ2、アクチュエータ2によりベアリング31,32を介して駆動される伝達軸33、および伝達軸33により駆動される羽4を主要な構成要素とする。   As shown in FIGS. 13 and 14, the rising and moving apparatus 1 of the present embodiment includes an actuator 2 disposed on the support structure 9, a transmission shaft 33 driven by the actuator 2 via bearings 31 and 32, and The wing 4 driven by the transmission shaft 33 is a main component.

伝達軸33には、伝達軸33の並進運動(アクチュエータ2の回動:伝達軸33が扇型状の軌跡を描く運動)を用いて伝達軸33に伝達軸33が延びる方向を中心軸とする回動(羽4を伝達軸33が延びる方向に見たときに羽4が扇型状の軌跡を描く運動)を与える機構として固定部材34が固定されている。固定部材34は、アクチュエータ2の回動運動の両端付近において、被接触部材351および352のそれぞれに接触する。固定部材34は、被接触部材351および352のそれぞれの接触面上を滑りながら移動する。それにより、伝達軸33は、伝達軸33が延びる方向を中心軸とする回転運動を行なう。固定部材34は被接触部材351および352のそれぞれに対応して2つの独立した突起部34aおよび34bを有している。そのため、図13では、固定部材34は単一の構成要素として描かれているが、図13の構造は、2つの突起が設けられた構造と等価である。   For the transmission shaft 33, the direction in which the transmission shaft 33 extends to the transmission shaft 33 using the translational movement of the transmission shaft 33 (rotation of the actuator 2: movement of the transmission shaft 33 drawing a fan-shaped locus) is used as the central axis. A fixing member 34 is fixed as a mechanism for providing rotation (movement in which the wing 4 draws a fan-shaped locus when the wing 4 is viewed in the direction in which the transmission shaft 33 extends). The fixed member 34 contacts each of the contacted members 351 and 352 in the vicinity of both ends of the rotational movement of the actuator 2. The fixing member 34 moves while sliding on the contact surfaces of the contacted members 351 and 352. Thereby, the transmission shaft 33 performs a rotational movement with the direction in which the transmission shaft 33 extends as a central axis. The fixing member 34 has two independent protrusions 34a and 34b corresponding to the contacted members 351 and 352, respectively. Therefore, in FIG. 13, the fixing member 34 is depicted as a single component, but the structure of FIG. 13 is equivalent to a structure in which two protrusions are provided.

被接触部材351,352は、支持構造9に対する相対的な位置が、支持構造9に設けられた被接触部材移動機構361,362の機能によって変更され得る。被接触部材移動機構361,362は、固定部材34が被接触部材351,352に接触しながらその表面上を移動する際に固定部材34が被接触部材351,352に及ぼす反力よりも大きな力で、被接触部材351,352を保持する。   The relative positions of the contacted members 351 and 352 with respect to the support structure 9 can be changed by the functions of the contacted member moving mechanisms 361 and 362 provided in the support structure 9. The contacted member moving mechanisms 361 and 362 have a force larger than the reaction force that the fixing member 34 exerts on the contacted members 351 and 352 when the fixing member 34 moves on the surface while contacting the contacted members 351 and 352. Thus, the contacted members 351 and 352 are held.

また、リミットセンサ353,354は、固定部材34が回動の両端のそれぞれに達したことを検出するセンサである。制御装置5は、リミットセンサ353および354のそれぞれから受ける信号に基づき、アクチュエータ2の回動方向を反転させる。これにより、アクチュエータ2の往復回動運動は、効率よく行なわれる。   The limit sensors 353 and 354 are sensors that detect that the fixing member 34 has reached both ends of rotation. Control device 5 reverses the rotation direction of actuator 2 based on signals received from limit sensors 353 and 354, respectively. Thereby, the reciprocating rotational movement of the actuator 2 is efficiently performed.

また、羽4の翼弦長方向が図13における鉛直方向すなわちZ軸負方向に一致した状態であって、かつ羽の後縁が下側に向いた状態を基準として、翼弦方向と鉛直方向とが±30度の範囲に制限される。そのために、ベアリング31,32は、伝達軸33が延びる方向を中心軸とする伝達軸33の回転角を制限する回転制限機構としても機能する。   Further, the chord direction and the vertical direction of the wing 4 are based on the state in which the chord length direction of the wing 4 coincides with the vertical direction in FIG. 13, that is, the negative Z-axis direction and the trailing edge of the wing is directed downward. Is limited to a range of ± 30 degrees. Therefore, the bearings 31 and 32 also function as a rotation limiting mechanism that limits the rotation angle of the transmission shaft 33 whose central axis is the direction in which the transmission shaft 33 extends.

なお、±30度という回転角が制限される範囲は、説明の簡便のための一例であり、回転角の制限の範囲は、前述の数値に限定されるものではない。たとえば、羽4が剛体であると仮定するのであれば、制限される回転角の範囲は±80度程度であることが望ましい。   The range in which the rotation angle is limited to ± 30 degrees is an example for ease of explanation, and the range of the rotation angle limitation is not limited to the above-described numerical values. For example, if it is assumed that the wing 4 is a rigid body, it is desirable that the range of the limited rotation angle is about ± 80 degrees.

以上の構成により、アクチュエータ2が、アクチュエータ2の回動中心軸回りに往復回動運動をすると、その両端付近において、固定部材34が被接触部材351,352に接触する。それにより、伝達軸33は、伝達軸33が延びる方向を中心軸として回動する。その後、リミットセンサ353および354のそれぞれが固定部材34の回動の両端のそれぞれへの到達したことを検出する。このとき、リミットセンサ353および354のそれぞれは、検出信号を制御部5へ送信する。それにより、検出信号を受けて制御部5がアクチュエータ2の回動運動を反転させる。それによって、回動運動の方向が逆転するため、固定部材34が被接触部材351または352から離れる。その結果、伝達軸33は、伝達軸33が延びる方向を中心軸とする回転角が、回転制限機構により制限される。そのため、羽4は周囲流体に対して一定の迎え角のまま移動する。なお、伝達軸33が所定の速度以上の速度で運動を行なえば、羽4は、周囲流体から所定の流体力を受けることによって、その抑え角が一定に保持される。   With the above configuration, when the actuator 2 reciprocates around the rotation center axis of the actuator 2, the fixed member 34 contacts the contacted members 351 and 352 in the vicinity of both ends. Thereby, the transmission shaft 33 rotates about the direction in which the transmission shaft 33 extends as a central axis. Thereafter, it is detected that each of the limit sensors 353 and 354 has reached both ends of the rotation of the fixing member 34. At this time, each of the limit sensors 353 and 354 transmits a detection signal to the control unit 5. Thereby, the control unit 5 receives the detection signal and reverses the rotational movement of the actuator 2. As a result, the direction of the rotational movement is reversed, so that the fixing member 34 is separated from the contacted member 351 or 352. As a result, the rotation angle of the transmission shaft 33 with the direction in which the transmission shaft 33 extends is limited by the rotation limiting mechanism. Therefore, the wing 4 moves with a constant angle of attack with respect to the surrounding fluid. In addition, if the transmission shaft 33 moves at a speed equal to or higher than a predetermined speed, the wing 4 receives a predetermined fluid force from the surrounding fluid, so that the suppression angle is kept constant.

以上により、羽4は、アクチュエータ2の往復回動運動中心近傍では、一般的な航空機の翼に加えられる揚力と同様の揚力が加えられる。また、羽4は、往復回動運動の両端付近では、伝達軸33が延びる方向を中心軸とする伝達軸33の回動運動によって回転揚力を発生させる。それによって、浮上移動装置1は、鉛直上向きの力を受けて浮上する。   As described above, the wing 4 is applied with lift similar to the lift applied to the wing of a general aircraft near the center of the reciprocating rotational motion of the actuator 2. Further, the wing 4 generates rotational lift by the rotational motion of the transmission shaft 33 with the direction in which the transmission shaft 33 extends as the central axis in the vicinity of both ends of the reciprocating rotational motion. Thereby, the rising and moving apparatus 1 is lifted by receiving a vertically upward force.

また、本実施の形態の浮上移動装置1は、被接触部材移動機構351,および362を用いて、左右の羽4のアクチュエータ2のそれぞれの回動の振幅の中心を、別個独立して進行方向前側または進行方向後側にずらす。それにより、本実施の形態の浮上移動装置1は、進行方向を左右のいずれかに変更するか、または、前進および後退のいずれかを行なう。なお、浮上移動装置1の前後方向に延びる軸、すなわちY軸を回転中心軸とする回転動作は、左の羽4のアクチュエータ2の往復回動運動および右の羽4のアクチュエータの往復回動運動の少なくともいずれか一方において、振幅および周波数のうちの少なくともいずれか一方を変更することにより、実現される。   In addition, the rising and moving apparatus 1 according to the present embodiment uses the contacted member moving mechanisms 351 and 362 to separately and independently center the center of amplitude of rotation of the actuator 2 of the left and right wings 4. Shift to the front or back in the direction of travel. Thereby, the rising and moving apparatus 1 of the present embodiment changes the advancing direction to either the left or right, or performs either forward or backward movement. Note that the rotational movement about the axis extending in the front-rear direction of the rising and moving apparatus 1, that is, the Y axis, is the reciprocating rotational motion of the actuator 2 of the left wing 4 and the reciprocating rotational motion of the actuator of the right wing 4. This is realized by changing at least one of the amplitude and the frequency in at least one of the above.

また、アクチュエータ2および被接触部材移動機構361,362のそれぞれは、制御部5により制御される。また、アクチュエータ2および被接触部材移動機構361,362、ならびに制御部5は、電源6より供給される電力によって稼働する。   Each of the actuator 2 and the contacted member moving mechanisms 361 and 362 is controlled by the control unit 5. In addition, the actuator 2, the contacted member moving mechanisms 361 and 362, and the control unit 5 are operated by electric power supplied from the power source 6.

(支持構造)
次に、支持構造9について説明する。支持構造9は、支持構造としての機能を損なわない範囲内の質量であって、より軽量であることが望ましい。この範囲は、従来のエンジニアリングの技術で求めることができる。たとえば、軽量化のあまり剛性が低下し過ぎてしまい、羽4を駆動させるべきエネルギーが支持構造9の振動となって散逸することがないこと等が、その範囲を決定するための基準となる。本実施の形態の浮上移動装置1においては、軽量なカーボングラファイトを支持構造9に用いる。
(Support structure)
Next, the support structure 9 will be described. The support structure 9 has a mass within a range that does not impair the function as the support structure, and is desirably lighter. This range can be determined by conventional engineering techniques. For example, the rigidity is reduced too much due to weight reduction, and the energy for driving the wing 4 is not dissipated as vibration of the support structure 9 is a criterion for determining the range. In the rising and moving apparatus 1 of the present embodiment, lightweight carbon graphite is used for the support structure 9.

(羽駆動部)
次に、羽の駆動部について、図14〜図19を用いて説明する。
(Wing drive)
Next, the wing drive unit will be described with reference to FIGS.

(アクチュエータ)
まず、アクチュエータ2について、図14を用いて説明する。
(Actuator)
First, the actuator 2 will be described with reference to FIG.

本実施の形態の浮上移動装置1においては、アクチュエータ2として、超音波モータと一般に呼ばれているモータを用いる。その超音波モータは、図14に矢印で示されるように、支持構造9に固定されているステータ部21に対してロータ部22を回動させることができる。   In the rising and moving apparatus 1 of the present embodiment, a motor generally called an ultrasonic motor is used as the actuator 2. The ultrasonic motor can rotate the rotor portion 22 with respect to the stator portion 21 fixed to the support structure 9 as indicated by an arrow in FIG.

(ベアリングおよびその回転制限機構)
ベアリング31,32は、その外周部31a,32aがロータ部22に固定されている。ベアリング31,32は、外周部31a,32aに対して内周部31b,32bが円滑に回転できるようになっており、内周部31b,32bには伝達軸33が固定されている。したがって、アクチュエータ2は、伝達軸33が延びる方向を含む面であって、アクチュエータ2の主表面と平行な面内において、伝達軸33をアクチュエータ2の回動中心軸回りに回動させることが可能である。
(Bearing and its rotation limiting mechanism)
The outer peripheral portions 31 a and 32 a of the bearings 31 and 32 are fixed to the rotor portion 22. The bearings 31 and 32 are configured so that the inner peripheral portions 31b and 32b can smoothly rotate with respect to the outer peripheral portions 31a and 32a, and the transmission shaft 33 is fixed to the inner peripheral portions 31b and 32b. Therefore, the actuator 2 can rotate the transmission shaft 33 around the rotation center axis of the actuator 2 in a plane including the direction in which the transmission shaft 33 extends and parallel to the main surface of the actuator 2. It is.

また、ベアリング31の回転角は、外周部31aおよび内周部31bのそれぞれに設けられた、互いの相対的な位置関係を拘束する部位同士の係止により、約60度に制限される。ベアリング32の回転角は、外周部32aおよび内周部32bのそれぞれに設けられた、互いの相対的な位置関係を拘束する部位同士の係止により、約60度に制限される。   Further, the rotation angle of the bearing 31 is limited to about 60 degrees by the engagement between the portions provided on the outer peripheral portion 31a and the inner peripheral portion 31b that restrict the relative positional relationship with each other. The rotation angle of the bearing 32 is limited to about 60 degrees by the engagement between the portions provided on the outer peripheral portion 32a and the inner peripheral portion 32b that restrict the relative positional relationship between them.

なお、ベアリング31および32のそれぞれの回転角の範囲を一定値以下に制限する手法は、前述の手法に限定されるものではない。したがって、図14および図15では、説明の簡便のため、ベアリング31および32のそれぞれの回転角の範囲を一定値以下に制限するための部位は、ハッチングが付された円弧状のマークで抽象的に表されている。また、回転制限機構により制限されるベアリング31および32のそれぞれの回転角の大きさを変更することが可能な機構を有していれば、羽4の迎え角を変更することが可能である。   Note that the method of limiting the range of the rotation angles of the bearings 31 and 32 to a certain value or less is not limited to the method described above. Therefore, in FIG. 14 and FIG. 15, for the convenience of explanation, the portion for limiting the range of the rotation angle of each of the bearings 31 and 32 to a predetermined value or less is an arc-shaped mark with hatching. It is expressed in Moreover, if it has a mechanism which can change the magnitude | size of each rotation angle of the bearings 31 and 32 restrict | limited by a rotation limitation mechanism, it is possible to change the angle of attack of the wing | blade 4. FIG.

(被接触部材および固定部材の突起部による伝達軸回転機構)
次に、固定部材34および被接触部材351,352について図14〜図19を用いて説明する。
(Transmission shaft rotation mechanism by protrusions of contacted member and fixed member)
Next, the fixing member 34 and the contacted members 351 and 352 will be described with reference to FIGS.

説明の簡便のため、図14に示される円盤状のアクチュエータ2に対して相似な円形を底面に有する仮想円柱の周面内に被接触部材移動機構361,362および被接触部材351,352が位置するとみなし、その円柱の周面を展開して図15に示す。   For simplicity of explanation, the contacted member moving mechanisms 361 and 362 and the contacted members 351 and 352 are positioned in the peripheral surface of a virtual cylinder having a similar circular shape to the bottom surface of the disk-shaped actuator 2 shown in FIG. Accordingly, the peripheral surface of the cylinder is developed and shown in FIG.

固定部材34は、伝達軸33が延びる方向を中心軸として回転することが可能であるが、前述の回転制限機構として機能するベアリング31,32によりその回転が±30度の範囲内に制限される。図15に示された状態は、伝達軸33の回転角が−30度の状態、つまり、伝達軸33が羽4の先端側から見て時計回りに最も大きく回転した状態である。   The fixing member 34 can rotate about the direction in which the transmission shaft 33 extends as a central axis, but its rotation is limited within a range of ± 30 degrees by the bearings 31 and 32 functioning as the rotation limiting mechanism described above. . The state shown in FIG. 15 is a state in which the rotation angle of the transmission shaft 33 is −30 degrees, that is, the state in which the transmission shaft 33 is rotated most clockwise when viewed from the tip side of the wing 4.

図15において、伝達軸33は右方向に移動すると仮定する。この際、羽4に対しては、図15において左斜め上方向に流体力がかかっている。そのため、伝達軸33よりも羽4が下側にあることから、伝達軸33には時計回り方向のトルクが羽4から与えられる。しかしながら、回転制限機構としてのベアリング31,32の機能により、伝達軸33は−30度より大きく時計回りに回転しない。そのため、図15に示す状態では、羽4にかかる流体力は、伝達軸33を介して、浮上移動装置1に対して、図15において左斜め上方向への力として伝達される。   In FIG. 15, it is assumed that the transmission shaft 33 moves in the right direction. At this time, a fluid force is applied to the wing 4 in the upper left direction in FIG. Therefore, since the wing 4 is below the transmission shaft 33, clockwise torque is applied to the transmission shaft 33 from the wing 4. However, due to the function of the bearings 31 and 32 as the rotation limiting mechanism, the transmission shaft 33 does not rotate clockwise more than −30 degrees. Therefore, in the state shown in FIG. 15, the fluid force applied to the wing 4 is transmitted to the rising and moving apparatus 1 via the transmission shaft 33 as a force in the upper left direction in FIG. 15.

さらに、図15の状態よりも伝達軸33が右側に移動すると、固定部材34は被接触部材351に設けられた曲面部に接触する。その後、さらに伝達軸34の右方向への移動することによって、固定部材34は被接触部材351の曲面部に接触しながら移動する。なお、固定部材34と曲面部との接触の態様は、アクチュエータ2の駆動態様、被接触部材351および固定部材34の取付位置、被接触部材351の移動の有無、ならびに被接触部材351の形状に基づいて決定される。   Further, when the transmission shaft 33 moves to the right side from the state of FIG. 15, the fixing member 34 comes into contact with the curved surface portion provided on the contacted member 351. Thereafter, by further moving the transmission shaft 34 in the right direction, the fixing member 34 moves while contacting the curved surface portion of the contacted member 351. Note that the manner of contact between the fixed member 34 and the curved surface portion depends on the driving mode of the actuator 2, the attachment position of the contacted member 351 and the fixed member 34, whether or not the contacted member 351 moves, and the shape of the contacted member 351. To be determined.

しかしながら、本実施の形態においては、固定部材34と被接触部材351との衝突時の衝撃を和らげ、かつ、伝達軸33の回転がスムーズに開始されることが必要である。そのため、固定部材34の移動方向と、固定部材34と接触を開始する位置における曲面部が延びる方向とがほぼ同一であり、かつ、曲面部は、2次関数で表される曲線、3次関数で表される曲線または4次以上の関数で表される曲線上に位置するものとする。   However, in the present embodiment, it is necessary that the impact at the time of collision between the fixed member 34 and the contacted member 351 is reduced, and the rotation of the transmission shaft 33 is started smoothly. Therefore, the moving direction of the fixing member 34 is substantially the same as the direction in which the curved surface portion extends at the position where contact with the fixing member 34 starts, and the curved surface portion is a curve represented by a quadratic function, a cubic function. It shall be located on the curve represented by (4) or the curve represented by the function of 4th order or more.

さらに、伝達軸33そのものと被接触部材351との衝突を防ぐため、固定部材34は、図15に示されるように、伝達軸33に対して垂直な方向に延びる第1軸34cとその第1軸34cに対して垂直な方向であって第1軸34cが延びる方向から見たときに伝達軸33に対して垂直な方向に延びる第2軸34dとを有している。また、第2軸34dの両端には、球状の突起部34aと球状の突起部34bとが設けられている。   Further, in order to prevent a collision between the transmission shaft 33 itself and the contacted member 351, the fixing member 34 includes a first shaft 34c extending in a direction perpendicular to the transmission shaft 33 and the first shaft 34c as shown in FIG. A second shaft 34d extending in a direction perpendicular to the transmission shaft 33 when viewed from a direction perpendicular to the shaft 34c and extending in the first shaft 34c. In addition, a spherical protrusion 34a and a spherical protrusion 34b are provided at both ends of the second shaft 34d.

突起部34bが被接触部材351上の最も右端に達すると、その後、伝達軸33は、左方向に運動を始める。このとき、羽4にかかる流体力の方向は、図15において右斜め上向きである。また、伝達軸33には羽4の先端側から見て反時計回りのトルクがかかる。そのため、回転制限機構により、伝達軸33は、その回転角が+30度に固定された状態で、図15の左方向へ移動する。その後、突起部34aが被接触部材352と接触する。このとき、突起部34aが被接触部材352の曲面部上を移動する態様と、突起部34bが被接触部材351の曲面部上を移動する態様とは、図15において左右対称である。ただし、図15において、突起部34aが被接触部材352の曲面部上を移動する態様と、突起部34bが被接触部材351の曲面部上を移動する態様とが異なるように、被接触部材351の形状または材質と被接触部材352の形状または材質とが異なっているか、または、突起部34aの形状または材質と突起部34bの形状または材質とが異なっていてもよい。   When the protrusion 34b reaches the rightmost end on the contacted member 351, the transmission shaft 33 starts to move in the left direction. At this time, the direction of the fluid force applied to the wing 4 is diagonally upward to the right in FIG. Further, counterclockwise torque is applied to the transmission shaft 33 when viewed from the tip side of the wing 4. Therefore, the transmission shaft 33 moves to the left in FIG. 15 with the rotation angle fixed at +30 degrees by the rotation limiting mechanism. Thereafter, the protrusion 34 a comes into contact with the contacted member 352. At this time, the aspect in which the protrusion 34 a moves on the curved surface portion of the contacted member 352 and the aspect in which the protrusion 34 b moves on the curved surface portion of the contacted member 351 are symmetric in FIG. 15. However, in FIG. 15, the contacted member 351 is different from the manner in which the protruding portion 34 a moves on the curved surface portion of the contacted member 352 and the manner in which the protruding portion 34 b moves on the curved surface portion of the contacted member 351. The shape or material of the contact member 352 may be different from the shape or material, or the shape or material of the protrusion 34a may be different from the shape or material of the protrusion 34b.

羽4が剛体であれば、羽4および伝達軸33は、図16に示すように移動する。しかしながら、実際には、羽4は弾性変形する。そのため、図16に示す剛体の羽4の運動と等価な運動を実現するためには、回転制限機構により回転角が制限される範囲を、羽4が剛体である場合より小さく設定することが最も簡便である。その結果、羽4の運動は、図17に示されるようなものとなる。   If the wing 4 is a rigid body, the wing 4 and the transmission shaft 33 move as shown in FIG. However, actually, the wing 4 is elastically deformed. Therefore, in order to realize a motion equivalent to the motion of the rigid wing 4 shown in FIG. 16, it is most preferable to set the range in which the rotation angle is limited by the rotation limiting mechanism to be smaller than when the wing 4 is a rigid body. Convenient. As a result, the movement of the wing 4 is as shown in FIG.

なお、本実施の形態の浮上移動装置1における固定部材34および被接触部材351,352は、本発明の浮上移動装置の機能を実現することができるのであれば、必ずしも図15に示した形状および位置である必要はない。たとえば、ベアリング31からさらに延長された伝達軸33の先端部に、図15に示す第1軸34cが設けられている位置とは逆方側の位置から第1軸が延びるように固定部材34が設けられていてもよい。すなわち、アクチュエータ2よりも内側の空間において、図15において、第1軸34cと第2軸34dとの間の位置関係が同じ状態で、羽4が延びる方向と同様の方向に第1軸34cが延びるように固定部材34が設けられていてもよい。この場合においても、固定部材34に対応した位置に被接触部材351,352が設けられていれば、本実施の形態と羽4の運動と同様の運動を実現することができる。   Note that the fixed member 34 and the contacted members 351 and 352 in the rising and moving apparatus 1 of the present embodiment are not necessarily in the shape shown in FIG. 15 as long as the function of the rising and moving apparatus of the present invention can be realized. It doesn't have to be a position. For example, the fixing member 34 is arranged such that the first shaft extends from a position opposite to the position where the first shaft 34c shown in FIG. 15 is provided at the tip of the transmission shaft 33 further extended from the bearing 31. It may be provided. That is, in the space inside the actuator 2, in FIG. 15, the first shaft 34c is in the same direction as the direction in which the wings 4 extend with the same positional relationship between the first shaft 34c and the second shaft 34d. A fixing member 34 may be provided so as to extend. Also in this case, if the contacted members 351 and 352 are provided at positions corresponding to the fixing member 34, the same movement as that of the present embodiment and the movement of the wing 4 can be realized.

なお、本実施の形態の浮上移動装置においては、アクチュエータ2の回動角は±45°である。また、±45°のアクチュエータ2の回動によって生じる伝達軸33が延びる方向を中心軸とする羽4の回動の角度は±30°と設定されているものとする。   In the rising and moving apparatus of the present embodiment, the rotation angle of the actuator 2 is ± 45 °. In addition, it is assumed that the rotation angle of the wing 4 is set to ± 30 ° with the direction in which the transmission shaft 33 generated by the rotation of the actuator 2 as ± 45 ° extends as the central axis.

(被接触部材移動機構)
次に、被接触部材移動機構361,362について、図15および図19を用いて説明する。
(Contacted member moving mechanism)
Next, the contacted member moving mechanisms 361 and 362 will be described with reference to FIGS. 15 and 19.

被接触部材移動機構361,362は、支持構造9に設置されており、被接触部材351,352がアクチュエータ2の外周上の点の回動の軌跡と相似形の円弧状の軌跡を描くように被接触部材351,352の位置を移動させる機能を有する。この被接触部材351,352の位置の移動は、図15においては、被接触部材351、352が水平方向(左右方向)に移動することに相当する。   The contacted member moving mechanisms 361 and 362 are installed on the support structure 9 so that the contacted members 351 and 352 draw an arc-shaped locus similar to the rotation locus of the point on the outer periphery of the actuator 2. It has a function of moving the positions of the contacted members 351 and 352. The movement of the positions of the contacted members 351 and 352 corresponds to the movement of the contacted members 351 and 352 in the horizontal direction (left-right direction) in FIG.

この被接触部材351,352の位置を浮上移動装置1の前方または後方にずらし、かつ、羽4のアクチュエータ2の回動の軌跡が描かれる領域を浮上移動装置1の前方側または後方側にずらす。それにより、羽ばたき運動の振幅の範囲および振幅の中心位置を変更することができる。これにより、後述する飛行方向の転換などの制御を簡単に行なうことができる。   The positions of the contacted members 351 and 352 are shifted to the front or rear of the rising and moving apparatus 1, and the region where the trajectory of the rotation of the actuator 2 of the wing 4 is shifted to the front or rear of the rising and moving apparatus 1. . Thereby, the range of the amplitude of the flapping motion and the center position of the amplitude can be changed. As a result, control such as switching of the flight direction, which will be described later, can be easily performed.

また、被接触部材移動機構361,362によって、伝達軸33が延びる方向を中心軸とする伝達軸33の回転の角度を制御することが可能である。たとえば、固定部材34が被接触部材351または352に接触している間に、伝達軸33の移動方向と同一方向に被接触部材351または352を移動させれば、伝達軸33が延びる方向を中心軸とする伝達軸33の回動動作は、被接触部材351または352の移動が行なわれない場合に比べて、緩慢になる。   Further, the contacted member moving mechanisms 361 and 362 can control the rotation angle of the transmission shaft 33 with the direction in which the transmission shaft 33 extends as the central axis. For example, if the contacted member 351 or 352 is moved in the same direction as the movement direction of the transmission shaft 33 while the fixed member 34 is in contact with the contacted member 351 or 352, the direction in which the transmission shaft 33 extends is centered. The rotation operation of the transmission shaft 33 as a shaft is slower than the case where the contacted member 351 or 352 is not moved.

被接触部材移動機構361および362は、そのトルク、質量、および消費エネルギーなどの条件が被接触部材351および352を移動させることができるように設定されているならば、特にその構成に制約はない。そこで、本実施の形態の浮上移動装置1の被接触部材移動機構361および362のそれぞれには、図19に示すように、応答性に優れた超音波リニアアクチュエータ381が用いられる。図19は、図15の展開図において、紙面に垂直に被接触部材移動機構361を切断したときの被接触部材移動機構361および被接触部材351のそれぞれの断面図である。   The contacted member moving mechanisms 361 and 362 are not particularly limited in configuration as long as conditions such as torque, mass, and energy consumption are set so that the contacted members 351 and 352 can be moved. . Therefore, as shown in FIG. 19, an ultrasonic linear actuator 381 having excellent responsiveness is used for each of the contacted member moving mechanisms 361 and 362 of the rising and moving apparatus 1 of the present embodiment. FIG. 19 is a sectional view of the contacted member moving mechanism 361 and the contacted member 351 when the contacted member moving mechanism 361 is cut perpendicularly to the paper surface in the developed view of FIG.

なお、被接触部材352および被接触部材移動機構362の構成と被接触部材移動機構361および被接触部材351の構成とは鏡面対称である。また、軽量化のため、被接触部材移動機構361と被接触部材351との接触部であって超音波リニアアクチュエータが存在しない部分には、潤滑性に優れたテフロン(R)ベアリング371が用いられている。また、空気から羽4へ加えられる反力に起因して超音波リニアアクチュエータ381に加えられる力の影響を低減するため、超音波リニアアクチュエータ381は伝達軸33が延びる方向をその法線に有する面上にその面に沿って平行に延びるように設けられている。   The configurations of the contacted member 352 and the contacted member moving mechanism 362 and the configurations of the contacted member moving mechanism 361 and the contacted member 351 are mirror-symmetric. In addition, in order to reduce the weight, a Teflon (R) bearing 371 having excellent lubricity is used in a contact portion between the contacted member moving mechanism 361 and the contacted member 351 where an ultrasonic linear actuator does not exist. ing. Further, in order to reduce the influence of the force applied to the ultrasonic linear actuator 381 due to the reaction force applied from the air to the wing 4, the ultrasonic linear actuator 381 has a surface having a normal direction in which the transmission shaft 33 extends. It is provided so that it may extend along the surface in parallel.

また、被接触部材移動機構361,362は、固定部材34と被接触部材移動機構361,362との干渉を避けるため、固定部材34が移動する経路からずれた位置に設けられている。   Further, the contacted member moving mechanisms 361 and 362 are provided at positions shifted from the path along which the fixed member 34 moves in order to avoid interference between the fixed member 34 and the contacted member moving mechanisms 361 and 362.

(羽部)
次に、羽4について図14〜図22を用いて説明する。
(Hanebe)
Next, the wing 4 will be described with reference to FIGS.

(形状、剛性の概略)
羽4は、図14に示すように、伝達軸33に直接固定されており、その厚さはほぼ均一な平板である。羽4は、長軸の長さが約20mm、かつ、短軸の長さが約5mmの楕円を、その長軸と平行に長軸から約2.5mmの箇所で、かつ、その短軸と平行に短軸から約8mmの箇所で切断した場合に、最も大きい部分に相当する部分の形状が用いられている。
(Outline of shape and rigidity)
As shown in FIG. 14, the wing 4 is directly fixed to the transmission shaft 33 and is a flat plate having a substantially uniform thickness. The wing 4 has an ellipse having a major axis length of about 20 mm and a minor axis length of about 5 mm at a location approximately 2.5 mm from the major axis parallel to the major axis and the minor axis. The shape of the portion corresponding to the largest portion is used when it is cut in parallel at about 8 mm from the short axis.

また、羽4は、軽量な硬質の樹脂から構成されている。さらに、羽4は、レーザカッティングによって成形されている。そのため、羽4の輪郭部には縁取りが形成されている。この縁取りにより、羽4の強度が増加している。   Further, the wing 4 is made of a light and hard resin. Further, the wing 4 is formed by laser cutting. Therefore, an edge is formed on the contour portion of the wing 4. Due to this edging, the strength of the wing 4 is increased.

また、本発明者らが用いた羽4の剛性を代表するものとして、伝達軸33を拘束した際の、伝達軸33が延びる方向に対して垂直な方向における伝達軸33からの距離が17.1mmの位置における荷重−変位関係を図21に示す。   Further, as representative of the rigidity of the wing 4 used by the present inventors, the distance from the transmission shaft 33 in the direction perpendicular to the direction in which the transmission shaft 33 extends when the transmission shaft 33 is restrained is 17. FIG. 21 shows the load-displacement relationship at a position of 1 mm.

(羽の運動と捻り変位拡大機構)
本実施の形態による羽の挙動を図16〜図18および図22を用いて説明する。
(Wing movement and torsional displacement expansion mechanism)
The behavior of the wing according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.

本実施の形態の浮上移動装置1では、羽4の前後方向の往復運動の両端のそれぞれで正の回転揚力が得られる図16に示す羽ばたき方を採用する。   In the rising and moving apparatus 1 of the present embodiment, the flapping method shown in FIG. 16 is employed in which positive rotational lift is obtained at both ends of the reciprocating motion of the wing 4 in the front-rear direction.

この際、便宜上、羽4を浮上移動装置1の進行方向の前方から後方へ運動させる動作を羽の打ち上げ動作とし、その逆方向の動作を打ち下ろし動作と定義する。ただし、羽の打ち上げ動作および羽の打ち下ろし動作は、通常地面に対してほぼ水平な方向の動作であるため、羽の打ち上げ動作および羽の打ち下ろし動作といっても、地面にほぼ垂直な方向に行なわれる動作を意味するものではない。   At this time, for the sake of convenience, the operation of moving the wing 4 from the front to the rear in the moving direction of the rising and moving apparatus 1 is defined as the wing launching operation, and the operation in the opposite direction is defined as the down-motion operation. However, since the wing launching and wing lowering operations are generally horizontal movements with respect to the ground, the wing launching and wing lowering operations are almost perpendicular to the ground. It does not mean the action performed in

本実施の形態の浮上移動装置の羽4の運動は図16に示すものとなるが、効率よく揚力を得るためには、迎え角θが概ね10°程度である必要がある。このため、羽4の弾性変形がほとんどない状態では、打ち上げ動作と打ち下ろし動作との切り替えにおいて、羽4を160°程度回転させる必要がある。   The movement of the wing 4 of the rising and moving apparatus of the present embodiment is as shown in FIG. 16, but the angle of attack θ needs to be about 10 ° in order to obtain lift efficiently. For this reason, in a state where there is almost no elastic deformation of the wing 4, it is necessary to rotate the wing 4 by about 160 ° in switching between the launch operation and the down operation.

しかしながら、羽4に弾性変形の度合いが大きいものを用いれば、迎え角θが概ね10°程度である状態を維持しながら、伝達軸33が延びる方向を回動中心軸とする回動の角度をより小さくすることができる。つまり、本実施の形態の浮上移動装置1では、羽4を空力によって受動変形させることで、伝達軸33に対して垂直な方向の羽4の先端(後縁)の回動角をより大きくする手法を採用する。   However, if a wing 4 having a large degree of elastic deformation is used, the rotation angle with the direction in which the transmission shaft 33 extends as the rotation center axis is maintained while maintaining the state where the angle of attack θ is approximately 10 °. It can be made smaller. That is, in the rising and moving apparatus 1 of the present embodiment, the rotational angle of the tip (rear edge) of the wing 4 in the direction perpendicular to the transmission shaft 33 is further increased by passively deforming the wing 4 by aerodynamics. Adopt a method.

本発明者らの実験によれば、前後方向の羽4の往復運動の両端において、伝達軸33が延びる方向を回動中心軸として、羽4を±30°程度回動させることで、羽4の受動変形によって、羽4の伝達軸33に垂直な方向の中央部より伝達軸33に対して遠い位置においては±80°程度の羽4の回動角が得られた。発明者らが実験で用いた羽ばたき運動により、図16に示す羽4の運動と等価な浮上力を得ることができる。この際の羽4の挙動を図17に断面図として示す。   According to the experiments by the present inventors, at both ends of the reciprocating motion of the wing 4 in the front-rear direction, the wing 4 is rotated about ± 30 ° with the direction in which the transmission shaft 33 extends as the rotation center axis. As a result of the passive deformation, a rotation angle of the wing 4 of about ± 80 ° is obtained at a position far from the transmission shaft 33 from the central portion of the wing 4 in the direction perpendicular to the transmission shaft 33. By the flapping motion used by the inventors in the experiment, a floating force equivalent to the motion of the wing 4 shown in FIG. 16 can be obtained. The behavior of the wing 4 at this time is shown as a sectional view in FIG.

なお、図18に示すような、アクチュエータ2の回動によって得られる羽4の回動角がαであり、かつ、伝達軸33が延びる方向を中心軸とする回動によって得られる回動角がβである場合における、αとβとの関係を図22に示す。これは、羽の運動を数値的に表現した一例であり、本発明の要件を満たす羽の運動はこれに限定されない。なお、図22では、羽ばたきの1周期を打ち下ろしと打ち上げとに分けたが、伝達軸33が延びる方向の伝達軸33の回転角βが変化する区間(位相率が0.4〜0.6および0.9〜0.1の区間)を切り返しの区間として、この区間のみの羽ばたき方を変更してもよい。   As shown in FIG. 18, the rotation angle of the wing 4 obtained by the rotation of the actuator 2 is α, and the rotation angle obtained by the rotation about the direction in which the transmission shaft 33 extends is the center axis. The relationship between α and β in the case of β is shown in FIG. This is an example in which the movement of the wing is expressed numerically, and the movement of the wing that satisfies the requirements of the present invention is not limited to this. In FIG. 22, one cycle of flapping is divided into down and up, but a section in which the rotation angle β of the transmission shaft 33 changes in the direction in which the transmission shaft 33 extends (phase rate is 0.4 to 0.6). Further, the flapping method of only this section may be changed.

(制御部)
次に、制御部5の動作およびこれを用いた飛行制御手法について図23〜25を用いて説明する。なお、本実施の形態では、アクチュエータ2に印加される電圧のパルス波形のデューディ比を変更するによってアクチュエータ2の回転速度を制御するPWM(Pulse Width Modulation)制御を採用する。しかしながら、本実施の形態の浮上移動装置1を制御する手法として、アクチュエータ2に印加される電圧の大きさを変更することによってアクチュエータ2の回転速度を制御するような手法が用いられてもよい。
(Control part)
Next, operation | movement of the control part 5 and the flight control method using the same are demonstrated using FIGS. In the present embodiment, PWM (Pulse Width Modulation) control for controlling the rotation speed of the actuator 2 by changing the duty ratio of the pulse waveform of the voltage applied to the actuator 2 is adopted. However, as a method of controlling the rising and moving apparatus 1 of the present embodiment, a method of controlling the rotation speed of the actuator 2 by changing the magnitude of the voltage applied to the actuator 2 may be used.

また、説明の簡便のために、本実施の形態では、浮上移動装置1を、実施の形態1において説明した指示信号Xdにより特定された加速度ベクトルまたは角加速度ベクトルを有する状態に変化させるための制御のみを説明する。すなわち、指示される目標とする運動状態を特定する指示信号Xdは、加速度ベクトルまたは角加速度ベクトルの数値表記によって表される。しかしながら、目標とする運動状態を特定する指示信号Xdを他のパラメータによって表してもよい。たとえば、浮上移動装置1が、最適経路を算出する機能を有し、自律的に目標とする運動状態を決定する場合においても、制御部5は、最終的に加速度および角加速度を処理することになる。このような場合には、加速度および角加速度を表すパラメータを算出した後の制御部5による制御においては、前述の手法と同様の手法を適用することが可能である。すなわち、図1(a)における指示信号Xdおよび情報X、または、値(Xd−X)については、その取得方法はいかなるものであってもよい。   For the sake of simplicity of explanation, in the present embodiment, control for changing the rising and moving apparatus 1 to a state having the acceleration vector or the angular acceleration vector specified by the instruction signal Xd described in the first embodiment. I will explain only. That is, the instruction signal Xd for specifying the target exercise state to be instructed is represented by a numerical notation of an acceleration vector or an angular acceleration vector. However, the instruction signal Xd for specifying the target motion state may be expressed by other parameters. For example, even when the rising and moving apparatus 1 has a function of calculating an optimum route and autonomously determines a target motion state, the control unit 5 finally processes acceleration and angular acceleration. Become. In such a case, a method similar to the above-described method can be applied to the control by the control unit 5 after calculating the parameters representing the acceleration and the angular acceleration. That is, for the instruction signal Xd and the information X or the value (Xd−X) in FIG.

(ハードウェア構成)
制御部5は、演算処理装置(以下、「CPU(Central Processing Unit)」という。)501、読み出し専用メモリ(以下、「ROM(Read Only Memory)」という。)502と、一時記憶装置(以下、「RAM(Random Access Memory)」という。)503、および動作指示入力部505からなる。なお、本実施の形態では、目標とする浮上移動装置1の運動状態(Xd)と現在の浮上移動装置1の運動状態(X)との差分(Xd−X)が既に与えられているものと仮定している。しかしながら、目標とする浮上移動装置1の運動状態と現在の浮上移動装置1の運動状態を取得する手法との差分を取得する手法は、いかなるものであってもよい。また、一般的に用いられる商業用プロセッサは、ROM502およびRAM503に相当する機能を内包している場合が多く、RAM503とレジスタとは機能が等価であるため、本発明においてはCPUに物理的に組み込まれている読み出し専用領域または一時記憶領域についても、それぞれROM502またはRAM503であるとして取り扱う。これらの構成を特定するブロック図が図23に示されている。
(Hardware configuration)
The control unit 5 includes an arithmetic processing device (hereinafter referred to as “CPU (Central Processing Unit)”) 501, a read-only memory (hereinafter referred to as “ROM (Read Only Memory)”) 502, and a temporary storage device (hereinafter referred to as “ROM”). It is referred to as “RAM (Random Access Memory)”) 503 and an operation instruction input unit 505. In the present embodiment, the difference (Xd−X) between the target movement state (Xd) of the rising and moving apparatus 1 and the current movement state (X) of the rising and moving apparatus 1 is already given. Assumes. However, any method may be used for obtaining a difference between the target motion state of the rising and moving apparatus 1 and the current method of acquiring the moving state of the rising and moving apparatus 1. Further, generally used commercial processors often include functions corresponding to the ROM 502 and RAM 503. Since the functions of the RAM 503 and the register are equivalent, they are physically incorporated in the CPU in the present invention. The read-only area or the temporary storage area is also handled as the ROM 502 or RAM 503, respectively. A block diagram specifying these configurations is shown in FIG.

ROM502には、ホバリング時の基準羽ばたき方のデータF、すなわち、図22(実施の形態1では図4および図5)に示す態様を実現するための羽ばたき方のデータが格納されている。本実施の形態では、アクチュエータ2を用いて、図22に示す態様の羽ばたき方を実現するためのパラメータとして、打ち上げ時および打ち下ろし時のそれぞれにアクチュエータ2に印加される電圧のパルス波形のデューティ比を特定するデータがROM502に格納されている。なお、本実施の形態では、ホバリング時にアクチュエータ2に印加される電圧のパルス波形のデューティ比は0.9である。また、ROM502には、基準羽ばたき方に所定の変換を加えるための変換量を特定する関数のデータMと、この所定の変換対する浮上移動装置1の運動状態の変化の感度のデータAmとが格納されている。これらのデータMおよびAmのそれぞれは、実施の形態1のものと同様のデータである。   ROM 502 stores reference flapping data F at the time of hovering, that is, flapping data for realizing the mode shown in FIG. 22 (FIGS. 4 and 5 in the first embodiment). In the present embodiment, the duty ratio of the pulse waveform of the voltage applied to the actuator 2 at the time of launch and at the time of down is used as a parameter for realizing the flapping manner of the aspect shown in FIG. Is stored in the ROM 502. In the present embodiment, the duty ratio of the pulse waveform of the voltage applied to the actuator 2 during hovering is 0.9. Further, the ROM 502 stores data M of a function for specifying a conversion amount for applying a predetermined conversion to the reference flapping method, and data Am for sensitivity of change in the motion state of the rising and moving apparatus 1 for the predetermined conversion. Has been. Each of these data M and Am is data similar to that of the first embodiment.

なお、実際の浮上移動装置1では、データMおよびAmのそれぞれは、たとえば、実施の形態1において説明したように、上下方向制御、前後方向制御、および仰角制御のそれぞれに対応して複数種類設けられている。また、データMとデータAmとは、1対1で対応している。さらに、実際の制御では、複数種類のデータMが組み合せられたアルゴリズムによって羽ばたき方の変換が行なわれる。   In the actual rising and moving apparatus 1, a plurality of types of data M and Am are provided corresponding to the vertical direction control, the front-rear direction control, and the elevation angle control, for example, as described in the first embodiment. It has been. Data M and data Am have a one-to-one correspondence. Further, in actual control, flapping conversion is performed by an algorithm in which a plurality of types of data M are combined.

(アクチュエータの制御方法)
本実施の形態においては、説明の簡便のため、打ち上げ時および打ち下ろし時のそれぞれにおいて、アクチュエータ2に印加される電圧のパルス波形のデューティ比を変更することにより、アクチュエータ2の回転速度が制御されるものとする。デューティ比とアクチュエータ2の駆動周波数、すなわち回転角速度(回動角速度)との関係を図24に示す。
(Actuator control method)
In the present embodiment, for ease of explanation, the rotational speed of the actuator 2 is controlled by changing the duty ratio of the pulse waveform of the voltage applied to the actuator 2 at the time of launch and at the time of downstroke. Shall. FIG. 24 shows the relationship between the duty ratio and the driving frequency of the actuator 2, that is, the rotational angular velocity (rotational angular velocity).

CPU501は、前述のデューティ比のデータに従ったアクチュエータ駆動パルスをアクチュエータ2に対して出力する。出力されたアクチュエータ駆動パルスは、ドライバ回路506によりアクチュエータ2の駆動信号に変換される。ドライバ回路506は、アクチュエータ駆動パルスが正の場合にはアクチュエータ2を時計回りに回転させる信号をアクチュエータ2に出力する。また、ドライバ回路506は、アクチュエータ駆動パルスが負の場合にはアクチュエータ2を反時計回りに回転させる信号をアクチュエータ2に出力する。さらに、ドライバ回路506は、アクチュエータ駆動パルスがゼロの場合にはアクチュエータ2を停止させる信号をアクチュエータ2に出力する。CPU501によりドライバ回路506に与えられる信号の一例を模式的に図25に示す。   The CPU 501 outputs an actuator drive pulse in accordance with the above-described duty ratio data to the actuator 2. The output actuator drive pulse is converted into a drive signal for the actuator 2 by the driver circuit 506. The driver circuit 506 outputs a signal for rotating the actuator 2 clockwise to the actuator 2 when the actuator drive pulse is positive. The driver circuit 506 outputs a signal for rotating the actuator 2 counterclockwise to the actuator 2 when the actuator drive pulse is negative. Further, the driver circuit 506 outputs a signal for stopping the actuator 2 to the actuator 2 when the actuator driving pulse is zero. An example of a signal given to the driver circuit 506 by the CPU 501 is schematically shown in FIG.

なお、本実施の形態の浮上移動装置においては、基本羽ばたき方のデータとして、図4および図5に示すようなホバリング時の羽ばたき方を実現するようなデータが用いられる。この基本羽ばたき方のデータは、ドライバ回路506が出力するパルス波形のデューティ比を特定するデータであり、ROM502に格納されている。   In the rising and moving apparatus of the present embodiment, data that realizes the flapping method during hovering as shown in FIGS. 4 and 5 is used as the basic flapping data. This basic flapping data is data for specifying the duty ratio of the pulse waveform output from the driver circuit 506, and is stored in the ROM 502.

(制御におけるデータ処理)
浮上移動装置1は、現在の浮上移動装置の現在の運動状態を把握する手段として6自由度加速度センサ504を備えている。6自由度加速度センサ504は、現在の浮上移動装置1の加速度および角加速度を検出し、検出された値を浮上移動装置1の現在の運動状態を示す情報XとしてCPU501に送信する。これにより、CPU501は、現在の運動状態を示す情報Xを用いて、現在の浮上移動装置1の速度、角速度、位置、および姿勢を算出する。
(Data processing in control)
The rising and moving apparatus 1 includes a six-degree-of-freedom acceleration sensor 504 as means for grasping the current movement state of the current rising and moving apparatus. The six-degree-of-freedom acceleration sensor 504 detects the current acceleration and angular acceleration of the rising and moving apparatus 1 and transmits the detected values to the CPU 501 as information X indicating the current movement state of the rising and moving apparatus 1. Thereby, CPU501 calculates the speed, angular velocity, a position, and attitude | position of the present rising and moving apparatus 1 using the information X which shows the present exercise state.

なお、速度は、加速度を一階積分することによって求められ、角速度は、角加速度を一階積分することにより求められる。また、位置は、加速度を二階積分することにより求められ、姿勢は、角加速度を二階積分することにより求められる。   The velocity is obtained by first-order integration of acceleration, and the angular velocity is obtained by first-order integration of angular acceleration. The position is obtained by second-order integration of acceleration, and the posture is obtained by second-order integration of angular acceleration.

本実施の形態では、説明の簡便のため、現在の運動状態を示す情報Xの初期値は既知であるものとするために、たとえば、離陸前の静止状態の運動状態、すなわち加速度および角加速度のいずれもがゼロであることを示すデータが、現在の運動状態を示す情報Xの初期値としてRAM503に格納されている。以上のようにして、CPU501は、現在の運動状態を示す情報Xを取得する。CPU501が取得した現在の運動状態を示す情報XはRAM503に格納される。   In the present embodiment, for the sake of simplicity of explanation, the initial value of the information X indicating the current motion state is assumed to be known. For example, the motion state in the stationary state before takeoff, that is, the acceleration and angular acceleration Data indicating that both are zero is stored in the RAM 503 as an initial value of the information X indicating the current exercise state. As described above, the CPU 501 acquires information X indicating the current exercise state. Information X indicating the current exercise state acquired by the CPU 501 is stored in the RAM 503.

また、浮上移動装置1は、その目標とする運動状態を特定する指示信号Xdを取得する動作指示入力部505を備えている。目標とする運動状態を特定する指示信号Xdは、一般的には、浮上移動装置1の外部の装置から通信によって送信されてくるデータであるが、目標とする運動状態を特定する指示信号Xdが得られるのであれば、いかなる手法が採用されてもよい。そのため、本実施の形態においては、外部装置による通信などに関する詳細な記述は行なわない。本実施の形態では、目標とする運動状態を特定する指示信号Xdのうち加速度の情報が、動作指示入力部505からCPU501に与えられるものとする。これにより、CPU501は、目標とする運動状態を特定する指示信号Xdを取得する。CPU501が取得した目標とする運動状態(加速度のデータ)を特定する指示信号Xdは、RAM503に格納される。   Further, the rising and moving apparatus 1 includes an operation instruction input unit 505 that acquires an instruction signal Xd that specifies the target motion state. The instruction signal Xd for specifying the target motion state is generally data transmitted by communication from an external device of the rising and moving apparatus 1, but the instruction signal Xd for specifying the target motion state is Any method may be adopted as long as it is obtained. Therefore, in the present embodiment, detailed description regarding communication by an external device is not performed. In the present embodiment, it is assumed that acceleration information in the instruction signal Xd for specifying the target exercise state is given from the operation instruction input unit 505 to the CPU 501. Thereby, the CPU 501 obtains the instruction signal Xd that specifies the target exercise state. The instruction signal Xd specifying the target motion state (acceleration data) acquired by the CPU 501 is stored in the RAM 503.

また、CPU501は、目標とする運動状態を特定する指示信号Xdと現在の運動状態(羽ばたき飛行の態様)を特定する情報Xを用いてアクチュエータ2の駆動態様を決定する。より具体的には、RAM503に格納されている目標とする加速度の値から現在の加速度の値を減算する。それによって、加速度ベクトルの変化量を算出する。   Further, the CPU 501 determines the driving mode of the actuator 2 using the instruction signal Xd that specifies the target motion state and the information X that specifies the current motion state (the flapping flight mode). More specifically, the current acceleration value is subtracted from the target acceleration value stored in the RAM 503. Thereby, the change amount of the acceleration vector is calculated.

さらに、CPU501は、前述の実施の形態1において説明した制御アルゴリズムに従って、加速度ベクトルの変化量を用いて、基準羽ばたき方に対して加える変換の態様を決定する。その後、CPU501は、変換された羽ばたき方を実現するために、ドライバ回路506に出力するアクチュエータ駆動パルスの波形の電位の時刻歴、すなわち、電圧波形のパルスの幅および電圧波形のパルス同士の間隔(時間)を算出する。それにより、CPU501は、アクチュエータ駆動パルスのデューティ比を算出する。ドライバ回路506は、CPU501から与えられたデューティ比のアクチュエータ駆動パルスを用いて、アクチュエータ2を駆動する。   Further, the CPU 501 determines a conversion mode to be applied to the reference flapping method using the change amount of the acceleration vector according to the control algorithm described in the first embodiment. After that, the CPU 501 realizes the converted flapping method, the time history of the potential of the actuator driving pulse waveform output to the driver circuit 506, that is, the pulse width of the voltage waveform and the interval between the pulses of the voltage waveform ( Time). Thereby, the CPU 501 calculates the duty ratio of the actuator drive pulse. The driver circuit 506 drives the actuator 2 using an actuator drive pulse with a duty ratio given from the CPU 501.

なお、実施の形態1の各種制御手法は、全て、羽ばたきの特定位相領域または全領域における、羽ばたきの速度(周波数)の変更により行なうものとする。そのため、アクチュエータ駆動パルスのデューティ比の変更というような、一つのパラメータのみを変更する手法によって、羽ばたき方を変更することができる。   In addition, all the various control methods of Embodiment 1 shall be performed by changing the flapping speed (frequency) in the specific phase region of flapping or the entire region. Therefore, the flapping method can be changed by a method of changing only one parameter, such as changing the duty ratio of the actuator driving pulse.

また、以後は説明の簡便のため、羽ばたき方の変更の一例として、上下方向の加速度の変更を制御する手法についてのみ説明がなされる。また、同様に、説明の簡便のため、現在の運動状態(情報X)としては、ホバリング状態、すなわち、速度、角速度、加速度、および角加速度のそれぞれがゼロである状態を採用する。また、ホバリング時の羽ばたき方を特定するデータとしては前述の基準羽ばたき方のデータFが用いられるものとする。   Further, hereinafter, for the sake of simplicity of explanation, only a method for controlling the change in acceleration in the vertical direction will be described as an example of a change in flapping. Similarly, for the convenience of explanation, the current motion state (information X) employs a hovering state, that is, a state in which each of speed, angular velocity, acceleration, and angular acceleration is zero. Further, the above-described reference flapping data F is used as data for specifying the flapping method during hovering.

(制御フロー)
本実施の形態の浮上移動装置1の制御フローは、図27に示すようなもであり、そのフローの詳細を次に説明する。
(Control flow)
The control flow of the rising and moving apparatus 1 of the present embodiment is as shown in FIG. 27, and details of the flow will be described next.

(ステップ1) まず、図23に示す6自由度加速度センサ504により取得された浮上移動装置1の現在の運動状態を示す6つの加速度のデータXがRAM503に格納される。なお、6つの加速度のデータとは、図13のX軸、Y軸、およびZ軸のそれぞれに沿った方向の3つの並進運動の加速度のデータ、ならびに、図13のX軸、Y軸、およびZ軸のそれぞれを中心軸とする3つの回転運動の角加速度のデータである。   (Step 1) First, six acceleration data X indicating the current motion state of the rising and moving apparatus 1 acquired by the six-degree-of-freedom acceleration sensor 504 shown in FIG. 23 is stored in the RAM 503. Note that the six acceleration data are the acceleration data of the three translational motions in the directions along the X-axis, Y-axis, and Z-axis in FIG. 13, and the X-axis, Y-axis, and It is data of angular acceleration of three rotational movements with each of the Z axes as the central axis.

(ステップ2) 次に、CPU501は、動作指示入力部505において得られた目標とする運動状態を特定する指示信号Xd(目標とする6つの加速度のデータ)をRAM503に格納する。   (Step 2) Next, the CPU 501 stores in the RAM 503 an instruction signal Xd (target six acceleration data) that specifies the target exercise state obtained by the operation instruction input unit 505.

(ステップ3) CPU501は、目標とする運動状態を特定する指示信号XのうちZ軸に沿った方向の並進運動の加速度Xzから現在の運動状態を特定する情報XのうちのZ軸に沿った方向の並進運動の加速度Xdzを減算する。それにより、CPU501は、Z軸に沿った方向の加速度ベクトルの変化量を算出する。   (Step 3) The CPU 501 follows the Z axis of the information X that specifies the current motion state from the acceleration Xz of the translational motion in the direction along the Z axis in the instruction signal X that specifies the target motion state. The acceleration Xdz of the translational motion in the direction is subtracted. Thereby, the CPU 501 calculates the amount of change in the acceleration vector in the direction along the Z axis.

(ステップ4) CPU501は、ROM502に格納されている基準羽ばたき方のデータFを変更するために、ROM502内に記憶されている複数種類の関数の中から特定の関数のデータMを選択する。本実施の形態では、制御の対象が上下方向の位置の変更であるため、関数のデータMとして、羽ばたき周波数を増減させるための関数が選択される。関数のデータMは、アクチュエータ2に印加される電圧パルス波形のデューティ比を増減させるものである。また、基準羽ばたき方を示すデータFを変更する関数のデータMが決定されることにより、関数のデータMによってなされた羽ばたき方の変換に起因した浮上移動装置1の位置の変化の感度を示すデータAmも一意的に選択される。ここでは関数のデータMは、デューティ比に変換を加えるための関数であり、感度のデータAmは、デューティ比の変更量に対する浮上移動装置1の加速度ベクトルの変化量のZ軸方向の成分である。たとえば、Am=10.9である。   (Step 4) In order to change the reference flapping data F stored in the ROM 502, the CPU 501 selects data M of a specific function from among a plurality of types of functions stored in the ROM 502. In the present embodiment, since the object to be controlled is a change in the vertical position, a function for increasing or decreasing the flapping frequency is selected as the function data M. The function data M is to increase or decrease the duty ratio of the voltage pulse waveform applied to the actuator 2. Further, by determining the data M of the function that changes the data F indicating the reference flapping method, the data indicating the sensitivity of the change in the position of the rising and moving apparatus 1 due to the flapping conversion performed by the function data M Am is also uniquely selected. Here, the function data M is a function for converting the duty ratio, and the sensitivity data Am is a component in the Z-axis direction of the change amount of the acceleration vector of the rising and moving apparatus 1 with respect to the change amount of the duty ratio. . For example, Am = 10.9.

(ステップ5) CPU501は、加速度ベクトルの変化量の垂直成分の値(Xd−X)を、感度を示すデータAmで除算し、基準羽ばたき方の変換量Cを算出する。例えばXd−X=0.545であれば、羽ばたき方の変換量C=0.05である。   (Step 5) The CPU 501 divides the value (Xd−X) of the vertical component of the change amount of the acceleration vector by the data Am indicating the sensitivity, and calculates the conversion amount C of the reference flapping method. For example, if Xd−X = 0.545, the flapping conversion amount C = 0.05.

(ステップ6) CPU501は、変換量Cの羽ばたき方の変換を実行するために、基準羽ばたき方のデータFにデータM(C)を作用させる。この場合、変換量C=0.05を、基準羽ばたき時のデューティ比である0.9に加える。したがって、アクチュエータ2に印加される電圧パルス波形のデューティ比が0.95である場合の羽ばたき方(羽ばたき周波数)が求められる。なお、極端に大きくデューティ比を変更することによって、浮上移動装置1の姿勢が不安定になることが懸念される場合には、図26に示すように、デューティ比を0.9から0.95まで連続的に除々に変化させる手法が用いられることが望ましい。つまり、デューティ比を変更するための関数を微分した関数は連続関数になることが望ましい。なお、ディユーティ比の変更により羽ばたき動作の速度を変化させる、すなわち、基本羽ばたき方の時間軸を拡大または縮小することができる。   (Step 6) In order to perform the conversion of the flapping amount of the conversion amount C, the CPU 501 applies the data M (C) to the data F of the reference flapping method. In this case, the conversion amount C = 0.05 is added to 0.9, which is the duty ratio for the reference flapping. Therefore, a flapping method (flapping frequency) when the duty ratio of the voltage pulse waveform applied to the actuator 2 is 0.95 is obtained. If it is feared that the attitude of the rising and moving apparatus 1 becomes unstable by changing the duty ratio extremely large, the duty ratio is changed from 0.9 to 0.95 as shown in FIG. It is desirable to use a method of gradually and gradually changing the level. That is, it is desirable that the function obtained by differentiating the function for changing the duty ratio is a continuous function. Note that the speed of the flapping operation can be changed by changing the duty ratio, that is, the time axis of the basic flapping method can be enlarged or reduced.

(ステップ7) CPU501は、前述の変換されたデューティ比のデータを用いて作成されたアクチュエータ駆動パルスをドライバ回路506に与える。それによって、アクチュエータ2に与えられる駆動電流は、大きくなるように変化する。その結果、アクチュエータ2の回転速度が図24に示されるように上昇する。その結果、上記の加速度ベクトルのZ軸方向成分は増加する。すなわち、加速度は、増加して0.54となる。   (Step 7) The CPU 501 gives the actuator drive pulse generated by using the converted duty ratio data to the driver circuit 506. Thereby, the drive current given to the actuator 2 changes so as to increase. As a result, the rotation speed of the actuator 2 increases as shown in FIG. As a result, the Z-axis direction component of the acceleration vector increases. That is, the acceleration increases to 0.54.

(浮上可能要件)
本発明者らの実験によれば、図22に示す羽4の運動により発生する浮上力の最大値は、羽1枚あたり約0.13gfである。また、この浮上力を得る際に必要なアクチュエータ2の駆動トルクは最大約1gf・cmである。
(Requirements for rising)
According to the experiments by the present inventors, the maximum value of the levitation force generated by the movement of the wing 4 shown in FIG. 22 is about 0.13 gf per wing. Further, the driving torque of the actuator 2 necessary for obtaining this levitation force is about 1 gf · cm at the maximum.

羽4の質量は約5mgである。主軸33の質量は約3mgである。固定部材34の質量は約2mgである。被接触部材351,352の質量は約6mgである。アクチュエータ2の質量は約80mgである。   The mass of the wing 4 is about 5 mg. The mass of the main shaft 33 is about 3 mg. The mass of the fixing member 34 is about 2 mg. The mass of the contacted members 351 and 352 is about 6 mg. The mass of the actuator 2 is about 80 mg.

浮上移動装置1は、支持構造9、制御部5および電源6の重量の合計が68mg以内となるように構成されれば、浮上することが可能である。ただし、電源6を無線で供給し、無線送信される電源の変換部分および制御部5をワンチップに集積して、そのワンチップを支持構造9上にパッケージングすれば、支持構造9および制御部5の合計の質量が5〜10mg以内となる。   The rising and moving apparatus 1 can float if the total weight of the support structure 9, the control unit 5, and the power supply 6 is within 68 mg. However, if the power supply 6 is supplied wirelessly, the conversion part of the power transmitted wirelessly and the control unit 5 are integrated on one chip, and the one chip is packaged on the support structure 9, the support structure 9 and the control unit The total mass of 5 is within 5 to 10 mg.

さらに、アクチュエータ2の効率は今後の技術革新により向上させることが可能であるので、本実施の形態の浮上移動装置を浮上させることは実現可能である。   Furthermore, since the efficiency of the actuator 2 can be improved by future technological innovation, it is possible to float the rising and moving apparatus of the present embodiment.

(駆動エネルギー供給方法)
本実施の形態の浮上移動装置1においては、駆動エネルギー供給方法は、浮上機能を損なわない限りその手法に制約はない。
(Driving energy supply method)
In the rising and moving apparatus 1 of the present embodiment, the driving energy supply method is not limited as long as the flying function is not impaired.

たとえば、浮上移動装置1内に充電池または燃料電池等を内蔵する手法、または、外部のエネルギー供給源から電波を用いて、羽4に設けられたアンテナに電力を送電する手法などが考えられる。なお、本実施の形態の浮上移動装置1においては後者の手法を採用するものとする。   For example, a method of incorporating a rechargeable battery or a fuel cell in the rising and moving apparatus 1 or a method of transmitting electric power to an antenna provided on the wing 4 using radio waves from an external energy supply source is conceivable. In the rising and moving apparatus 1 of the present embodiment, the latter method is adopted.

(補足)
上述した被接触部材、突起、および被接触部材移動機構は一例であり、浮上移動に支障無く、本実施の形態に示す羽ばたき方を実現することができるのであれば、浮上移動装置の駆動機構は上述した機構以外のものであってもよい。
(Supplement)
The above-mentioned contacted member, protrusion, and contacted member moving mechanism are examples, and if the flapping method shown in this embodiment can be realized without hindering the rising movement, the drive mechanism of the rising moving device is Other than the mechanism described above may be used.

本実施の形態の浮上移動装置1においては、現段階で浮上移動を実現することが可能である機構を提示するために、アクチュエータ2として超音波モータを用いたが、浮上移動装置1が浮上移動できるのであれば、超音波モータ以外の駆動源を用いてもよい。また、アクチュエータ2の運動は、最終的に伝達軸33に前述した運動を行なわせるものであるならば特に限定が必要なものではない。たとえば、軽量化のために、リニアアクチュエータに高分子材料が用いられ、リンク機構によって伝達軸33を運動させる手法が用いられてもよい。また、アクチュエータとして2サイクルエンジンのような往復運動が容易な内燃機関が用いられてもよい。   In the rising and moving apparatus 1 of the present embodiment, an ultrasonic motor is used as the actuator 2 in order to present a mechanism capable of realizing rising and moving at the present stage. If possible, a drive source other than the ultrasonic motor may be used. The movement of the actuator 2 is not particularly limited as long as it finally causes the transmission shaft 33 to perform the movement described above. For example, in order to reduce the weight, a method may be used in which a polymer material is used for the linear actuator and the transmission shaft 33 is moved by a link mechanism. Further, an internal combustion engine that is easy to reciprocate, such as a two-cycle engine, may be used as the actuator.

また、伝達軸33および羽4の運動も、本実施の形態に示したものに限定されない。例えば、完全な剛体の伝達軸33を製造することは困難であり、伝達軸33がしなることも考えられる。この場合は、浮上移動装置1は、伝達軸33の先端が横向きの8の字を描くように運動するものであってもよい。極端に柔らかく、浮上力を損なうような伝達軸33でない限りこれは、伝達軸33はいかなるものであってもよい。また、アクチュエータ2の回転半径が無限に大きいと仮定すると、伝達軸33は、単純に往復運動を行なうものと考えられる。この仮定の場合においても、本発明の羽ばたき方の変更手法を適用することは可能である。   Further, the movements of the transmission shaft 33 and the wings 4 are not limited to those shown in the present embodiment. For example, it is difficult to manufacture a complete rigid transmission shaft 33, and the transmission shaft 33 may be bent. In this case, the rising and moving apparatus 1 may move so that the tip of the transmission shaft 33 draws a horizontally-eighth figure. As long as the transmission shaft 33 is not extremely soft and impairs the levitation force, this may be any transmission shaft 33. Assuming that the rotation radius of the actuator 2 is infinitely large, the transmission shaft 33 is considered to simply reciprocate. Even in this case, it is possible to apply the flapping method changing method of the present invention.

また、羽4の形状は、浮上移動装置が浮上移動可能なものの一例であり、浮上移動を実現することが可能であるならば、羽4の構成または材料などは、他の構成または材料であってもよい。たとえば、羽4の厚さは一様である必要はない。また、金属膜をスパッタリングするなどの手法により、部分的に剛性を変化させて空力特性を変更する手法を用いて作成された羽が用いられてもよい。   In addition, the shape of the wing 4 is an example of what the rising and moving apparatus can move up and down, and if the rising and moving movement can be realized, the configuration or material of the wing 4 is other configuration or material. May be. For example, the thickness of the wing 4 need not be uniform. In addition, wings created using a technique of changing aerodynamic characteristics by partially changing the rigidity by a technique such as sputtering of a metal film may be used.

また、回転角制限機構が制限する回転の範囲は一定である必要はない。図17に示されるように、空力による羽の変形の態様は異なるため、最適な迎え角を維持するために、回転角制限機構が制限する回転の範囲を適宜変更するように制御することによって、浮上力を効率的に発生させることができる。   Further, the range of rotation limited by the rotation angle limiting mechanism need not be constant. As shown in FIG. 17, the manner of deformation of the wing by aerodynamics is different, so in order to maintain the optimum angle of attack, by controlling to appropriately change the range of rotation limited by the rotation angle limiting mechanism, The levitation force can be generated efficiently.

なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

(a)は、実施の形態1の浮上移動装置の制御の概念を表すブロック図であり、(b)は、実施の形態1の浮上移動装置の制御における信号の流れを表す図である。(A) is a block diagram showing the concept of control of the rising and moving apparatus of Embodiment 1, and (b) is a figure showing the signal flow in control of the rising and moving apparatus of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の浮上移動装置の主要な構成要素を表す説明図である。It is explanatory drawing showing the main components of the rising and moving apparatus of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の羽のモデルを説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a wing model according to the first embodiment; 実施の形態1において、基準羽ばたき方が行なわれた場合の、羽の上に想定された点の運動の様子を示すグラフである。5 is a graph showing a state of movement of a point assumed on the wing when the reference flapping is performed in the first embodiment. 実施の形態1において、基準羽ばたき方が行なわれた場合の、羽の上に想定されたもう1点の運動の様子を示すグラフである。6 is a graph showing the state of another point of motion assumed on the wing when the reference flapping is performed in the first embodiment. 実施の形態1において説明されたシミュレーションに用いられた要素分割された空間の斜視図である。3 is a perspective view of a space into which elements are divided used for the simulation described in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の羽ばたき周波数を変更したときの浮上移動装置の運動状態の変化の様子を示す第1のグラフであり、(a)は、浮上移動装置の位置の変化の様子を示すグラフであり、(b)は浮上移動装置の仰角の変化の様子を示すグラフである。It is a 1st graph which shows the mode of the change of the movement state of the rising movement apparatus when the flapping frequency of Embodiment 1 is changed, (a) is a graph which shows the mode of the change of the position of the rising movement apparatus. (B) is a graph which shows the mode of a change of the elevation angle of a rising and moving apparatus. 実施の形態1において、羽ばたき周波数を部分的に変更することを説明するためのグラフである。6 is a graph for explaining that the flapping frequency is partially changed in the first embodiment. 実施の形態1の羽ばたき動作の速度が部分的に変更されたときの浮上移動装置の運動状態の変化の様子を示すグラフであり、(a)は、浮上移動装置の位置の変化の様子を示すグラフであり、(b)は浮上移動装置の仰角の変化の様子を示すグラフである。It is a graph which shows the mode of the change of the movement state of the rising and moving apparatus when the speed of the flapping motion of Embodiment 1 is partially changed, (a) shows the changed state of the position of the rising and moving apparatus. It is a graph, (b) is a graph which shows the mode of a change of the elevation angle of a rising and moving apparatus. 実施の形態1において、重心の位置を移動したときの浮上移動装置の運動状態の変化の様子を示すグラフであり、(a)は、浮上移動装置の位置の変化の様子を示すグラフであり、(b)は浮上移動装置の仰角の変化の様子を示すグラフである。In Embodiment 1, it is a graph showing how the movement state of the rising and moving apparatus changes when the position of the center of gravity is moved, (a) is a graph showing how the position of the rising and moving apparatus changes. (B) is a graph which shows the mode of a change of the elevation angle of a rising and moving apparatus. 実施の形態1の浮上移動装置の羽ばたき動作のストローク面の変化の様子を示す図であり、(a)は、ストローク面を変更した後の状態を示す図であり、(b)は、ストローク面を変更する前の状態を示す図である。It is a figure which shows the mode of the change of the stroke surface of the flapping operation | movement of the rising and moving apparatus of Embodiment 1, (a) is a figure which shows the state after changing a stroke surface, (b) is a stroke surface. It is a figure which shows the state before changing. 実施の形態1において、ストローク面が水平面となす角度を変更したときの浮上移動装置の運動状態の変化の様子を示すグラフであり、(a)は、浮上移動装置の位置の変化の様子を示すグラフであり、(b)は浮上移動装置の仰角の変化の様子を示すグラフである。In Embodiment 1, it is a graph which shows the mode of the change of the motion state of the rising movement apparatus when the angle which a stroke surface makes with a horizontal surface is changed, (a) shows the mode of change of the position of a rising movement apparatus. It is a graph, (b) is a graph which shows the mode of a change of the elevation angle of a rising and moving apparatus. 実施の形態2の浮上移動装置の主要な構成を示す図である。It is a figure which shows the main structures of the rising and moving apparatus of Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の浮上移動装置の駆動機構の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the drive mechanism of the rising and moving apparatus of Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の浮上移動装置の駆動機構の運動の様子を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mode of a motion of the drive mechanism of the rising and moving apparatus of Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の浮上移動装置の剛体の羽部が行なう運動の態様を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the aspect of the motion which the wing | wing part of the rigid body of the rising and moving apparatus of Embodiment 2 performs. 実施の形態2の浮上移動装置の弾性変形する羽部の挙動を示す図である。It is a figure which shows the behavior of the wing | wing part which carries out elastic deformation of the rising and moving apparatus of Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の浮上移動装置の羽部の挙動を表す角度を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the angle showing the behavior of the wing | blade part of the rising and moving apparatus of Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の浮上移動装置の被接触部材移動機構の概略を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline of the to-be-contacted member moving mechanism of the rising and moving apparatus of Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の浮上移動装置の羽部の形状の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the shape of the wing | blade part of the rising and moving apparatus of Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の浮上移動装置の羽部の剛性を表すグラフである。It is a graph showing the rigidity of the wing | blade part of the rising and moving apparatus of Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の浮上移動装置の羽部の運動を表すグラフである。It is a graph showing the motion of the wing | blade part of the rising and moving apparatus of Embodiment 2. FIG. 実施の形態2の浮上移動装置の信号の流れを表すブロック図である。It is a block diagram showing the flow of the signal of the rising and moving apparatus of Embodiment 2. 実施の形態2の浮上移動装置のドライバ回路に与えられるアクチュエータ駆動パルスのデューティ比と、そのパルスにより実現される羽ばたき周波数との関係を表すグラフである。It is a graph showing the relationship between the duty ratio of the actuator drive pulse given to the driver circuit of the rising and moving apparatus of Embodiment 2, and the flapping frequency realized by the pulse. 実施の形態2の浮上移動装置のアクチュエータ駆動パルスの一例を示すグラフである。6 is a graph illustrating an example of an actuator driving pulse of the rising and moving apparatus according to the second embodiment. 実施の形態2の浮上移動装置のデューティ比の変更の態様を示すグラフである。It is a graph which shows the aspect of a change of the duty ratio of the rising and moving apparatus of Embodiment 2. 実施の形態2の浮上移動装置の制御のフローチャートである。6 is a flowchart of control of the rising and moving apparatus according to the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

90 浮上移動装置、901 制御部、902 指示受信部、903 センサー部、904 羽、905 駆動部、907 胴体。   90 levitation moving device, 901 control unit, 902 instruction receiving unit, 903 sensor unit, 904 wings, 905 drive unit, 907 fuselage.

Claims (11)

流体が存在する空間を羽ばたき飛行するための羽部と、
前記羽部を駆動する駆動部と、
前記駆動部の駆動態様を制御する制御部と、
前記制御部において前記駆動態様を決定するためのデータが記憶された記憶部とを備えた浮上移動装置であって、
前記記憶部は、
前記羽部の基準となる羽ばたき方を特定する基準羽ばたき方データと
前記基準羽ばたき方に所定の変換を加えるための関数のデータと、
前記所定の変換に起因した前記羽ばたき飛行の態様の変化の度合を特定可能な感度のデータとを含み、
前記制御部は、
外部から入力された目標とすべき羽ばたき飛行の態様を特定するデータと、前記感度のデータとを用いて、前記基準羽ばたき方データの変換量を算出する算出手段と、
前記基準羽ばたき方データの変換量と前記関数のデータとを用いて、前記基準羽ばたき方データを特定の羽ばたき方データに変換する変換手段と、
前記特定の羽ばたき方データを用いて、前記駆動部を駆動するための信号を前記駆動部に出力する出力手段とを含む、浮上移動装置。
A wing for flapping and flying in a space where fluid exists,
A drive unit for driving the wing part;
A control unit for controlling a driving mode of the driving unit;
A rising and moving apparatus comprising: a storage unit storing data for determining the driving mode in the control unit;
The storage unit
Reference flapping method data for specifying a flapping method that serves as a reference for the wing portion, and data of a function for applying a predetermined transformation to the reference flapping method,
Including sensitivity data that can identify the degree of change in the flapping flight mode caused by the predetermined conversion,
The controller is
A calculation means for calculating a conversion amount of the reference flapping method data, using data specifying an aspect of flapping flight to be a target input from the outside, and the sensitivity data;
Using the conversion amount of the reference flapping data and the data of the function, conversion means for converting the reference flapping data to specific flapping data,
An ascent movement apparatus comprising: output means for outputting a signal for driving the driving unit to the driving unit using the specific flapping data.
前記基準羽ばたき方データは、前記羽部が周期運動を行なうように設定されたデータである、請求項1に記載の浮上移動装置。   2. The rising and moving apparatus according to claim 1, wherein the reference flapping method data is data set so that the wing portion performs periodic motion. 前記基準羽ばたき方のデータは、前記周期的な運動の各周期の同位相のデータを時系列的に表した場合、当該浮上移動装置の運動が等加速度運動となる羽ばたき方のデータである、請求項2に記載の浮上移動装置。   The reference flapping data is data of flapping in which the movement of the rising and moving apparatus becomes a uniform acceleration movement when the data of the same phase of each period of the periodic movement is expressed in time series. Item 3. The rising and moving apparatus according to item 2. 前記基準羽ばたき方のデータは、前記周期的な運動の各周期の同位相のデータを時系列的に表した場合、当該浮上移動装置の運動が等角加速度運動となる羽ばたき方のデータである、請求項2に記載の浮上移動装置。   The reference flapping data is data of flapping how the motion of the rising and moving apparatus becomes a conformal acceleration motion when the data of the same phase of each cycle of the periodic motion is represented in time series, The rising and moving apparatus according to claim 2. 前記基準羽ばたき方データは、前記浮上移動装置がホバリングする場合の羽ばたき方のデータである、請求項1に記載の浮上移動装置。   2. The rising and moving apparatus according to claim 1, wherein the reference flapping data is data on how to flutter when the rising and moving apparatus is hovered. 前記関数のデータは、前記基準羽ばたき方データのうちの特定の位相の区間のみに変換を加えるデータである、請求項2に記載の浮上移動装置。   The rising and moving apparatus according to claim 2, wherein the data of the function is data that performs conversion only on a specific phase section of the reference flapping data. 前記特定の区間は、前記羽部の打ち上げの区間、前記羽部の打ち下ろしの区間、または前記羽部の切り返しの区間である、請求項6記載の浮上移動装置。   The rising and moving apparatus according to claim 6, wherein the specific section is a section in which the wing is launched, a section in which the wing is down, or a section in which the wing is turned back. 前記所定の変換は、前記基本羽ばたき方のデータの時間軸を変更することにより行なわれる、請求項2に記載の浮上移動装置。   3. The rising and moving apparatus according to claim 2, wherein the predetermined conversion is performed by changing a time axis of the basic flapping data. 前記時間軸の変更は、前記時間軸を変更するための関数を時間で微分することにより得られる関数が連続関数となるように、行なわれる、請求項8記載の浮上移動装置。   9. The rising and moving apparatus according to claim 8, wherein the change of the time axis is performed so that a function obtained by differentiating a function for changing the time axis with respect to time becomes a continuous function. 前記関数のデータは、複数種類設けられており、
前記変換手段は、前記目標とすべき羽ばたき飛行の態様を特定するデータの種類に応じて、前記複数種類の関数のデータの中から特定の関数のデータを選択し、前記特定の関数を用いて、前記所定の変換を行なう、請求項1に記載の浮上移動装置。
A plurality of types of data of the function are provided,
The conversion means selects data of a specific function from the data of the plurality of types of function according to the type of data specifying the flapping flight mode to be targeted, and uses the specific function. The rising and moving apparatus according to claim 1, wherein the predetermined conversion is performed.
前記関数のデータは、複数種類設けられており、
前記変換手段は、複数種類の前記関数のデータを組み合せたデータを用いて前記所定の変換を行なう、請求項1に記載の浮上移動装置。
A plurality of types of data of the function are provided,
The rising and moving apparatus according to claim 1, wherein the conversion unit performs the predetermined conversion using data obtained by combining data of a plurality of types of functions.
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