JP4051382B2

JP4051382B2 - 魚ロボット

Info

Publication number: JP4051382B2
Application number: JP2005155697A
Authority: JP
Inventors: 頴彦塚本; 邦久藤原; 穣末田; 哲雄市来嵜; 聖治野村; 泰輔久保田; 優造陰山; 浩朗長藤
Original assignee: Ｍｈｉソリューションテクノロジーズ株式会社
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2025-05-27
Also published as: JP2006326053A

Description

本発明は、水槽内を単に遊泳するだけでなく、より自然魚に近い挙動をすることが可能であり、且つその挙動に必要な、尾鰭を含む胴後部分の駆動機構も簡単な魚ロボットに関する。

従来、人工魚もしくは魚ロボットと称せられものが種々提案され、その幾つかは実用化されている。しかしながら、その多くは、尾鰭等の鰭、さらに胴後部分が揺動し、水中を遊泳可能に構成されているだけに留まっていて、見る人を十分満足させるまで至っていない。

外観が自然魚に極めて近いものの一例として、回動軸を介して翼が直列に複数組連結され、前記回動軸がそれぞれアクチュエータによって駆動されるよう構成されたものがある（例えば特許文献１参照。）。しかしながら、複数のアクチュエータを備えているため、例え外観が自然魚に近いものであっても、そのアクチュエータが増えれば増えるほど、それらのバランスを取るための駆動制御系が複雑となると言う問題点がある。

また、人工魚に限定されないが、駆動部に例えば２つの金属層が固体電解質を挟んで積層された高分子アクチュエータ素子を備えた生物模型が提案されており（例えば特許文献１参照。）、それに基くものと推測されるものが観賞用として新聞・インターネット等で公表されている。しかしながら、ミニサイズの魚模型が、尾鰭を動かし、遊泳しているように見え、手軽に楽しむものとしては、それなりに評価出来るが、人工魚や魚ロボットと言えるまでの迫真性に欠ける。

特開平１１−１５２０８５号公報（（特許請求の範囲）、図２及び図３）特開２００４−５６３号公報（（特許請求の範囲）、図１）

以上のことから、本発明は、上記した従来技術の欠点を除くために、尾鰭や胴後部分の揺動機構が簡単で、しかも、尾鰭も含め、胴後部分が単に揺動するだけでなく、例えば鰻のように複雑な揺動も可能であって、より自然魚に近い挙動をする魚ロボットを提供することにある。

上記の目的を達するために、請求項１の発明は、尾鰭を含む胴後部内に内蔵された左右対称の複数の揺動体が、それぞれその前端、対称面上に配置された鉛直のピンを介し、その直前の、胴中間部分に内蔵された非揺動体又は他の揺動体に、直列に連結され、前記各鉛直のピンの周り、左右に回動し、それによって前記尾鰭を含む胴後部が左右に揺動するよう構成された魚ロボットであって、
前記非揺動体及び複数の揺動体上に、鉛直軸の周りに左右に回動可能な複数のギアよりなり、且つその一つが原軸ギアとして回動すると、その回動が残りのギアに順次伝えられるよう構成されたギア列が設けられ、前記原軸ギアを除く残りのギアの一部が従軸ギアとして、各遥動体前端の鉛直のピンの周りにその各揺動体を左右に直接回動させるよう構成されている。

請求項２の発明は、尾鰭を含む胴後部内で非揺動体の最後尾に結合された金属薄板よりなる尾鰭板が左右交互に彎曲し、それによって前記尾鰭を含む胴後部が左右に揺動するよう構成された魚ロボットであって、
前記尾鰭板、長手方向に、その尾鰭板を対称面として少なくとも左右方向に拡がる、複数の翼よりなる翼列が結合され、且つその前記尾鰭板が左右交互に彎曲し、前後方向に隣合う、いずれか１つの翼の前端がその直前の翼の後端に接触すると、その二つの翼によって限定された、その尾鰭板の一部がそれ以上大きく彎曲しないように構成されている。

請求項３の発明は、尾鰭を含む胴後部内に内蔵された左右対称の複数の揺動体が、それぞれその前端、対称面上に配置された鉛直のピンを介し、その直前の、非揺動体又は他の揺動体に、直列に連結され、前記各鉛直のピンの周り、左右に回動すると共に、その複数の揺動体の最後尾に結合された金属薄板よりなる尾鰭板が左右交互に彎曲し、それによって前記尾鰭を含む胴後部が左右に揺動するよう構成された魚ロボットであって、
前記非揺動体及び複数の揺動体上に、鉛直軸の周りに左右に回動可能な複数のギアよりなり、且つその一つが原軸ギアとして回動すると、その回動が残りのギアに順次伝えられるよう構成されたギア列が設けられ、前記原軸ギアを除く残りのギアの一部が従軸ギアとして、各遥動体前端の鉛直のピンの周りにその各揺動体を左右に直接回動させると共に、
前記尾鰭板、長手方向に、その尾鰭板を対称面として少なくとも左右方向に拡がる、複数の翼よりなる翼列が結合され、且つその前記尾鰭板が左右交互に彎曲し、前後方向に隣合う、いずれか１つの翼の前端がその直前の翼の後端に接触すると、その二つの翼によって限定された、その尾鰭板の一部がそれ以上大きく彎曲しないように構成されている。

請求項１の発明によれば、例えば魚ロボットの尾鰭を含む胴後部分が左右いずれかの方向にも湾曲せず、真っ直ぐな（非揺動体に対して、全ての揺動体が前後方向に真っ直ぐに並んだ）状態から、非揺動体又は揺動体のいずれか一つ上に設けられた原軸ギアが回動すると、その回動が伝達された他の複数のギア全てが回動する。それに伴い、各従軸ギアが対応する揺動体を、その直前の非揺動体又は揺動体に対して回動させ、揺動させる。

すなわち、複数の揺動体に対して、ギア列のみの比較的簡単な回動伝達機構によって、非揺動体に対してその直後の揺動体が左右いずれかに、また、その揺動体に対してその直後の揺動体も左右いずれかにそれぞれ回動可能となった。しかも、隣り合う２つの各従軸ギアの間に介在する遊びギアの数が奇数であれば、両従軸ギア（すなわち、揺動体）の回動の方向が同じとなり、尾鰭を含む胴後部分が通常の自然魚のように弧状に彎曲するのに対して、偶数であれば、反対となり、尾鰭を含む胴後部分が左右交互に鰻のように蛇行する等、その回動、揺動の方向を任意に設定可能である。

請求項２の発明によれば、例えば尾鰭板の後部が金属線によって前に引っ張られたり、緩めたりされ、それに翼列の作用を受けることによって彎曲が尾鰭板の一部（例えば後部）に偏ることなく、全体に亘ってゆるやかに彎曲し、自然魚の尾鰭のように挙動する。

請求項３の発明によれば、請求項１及び２の効果が共に得られる。

本発明を実施するための最良の形態に関わる、魚ロボットについて先ず図１によって説明すると、１０はその外側部分であって、中空状のゴム様弾性体よりなり、しかも、形態・模様・色・触感に至るまでその外観が出来るだけ自然魚に似るよう造られていると共に、その挙動も自然魚に似るよう、それを作動させる作動部分（後述）を内蔵している。２０はその外側部分１０の前部分であって、前端の口を上下方向に開閉させる口駆動部２１が設けられている。３０は前記作動部分の大半を内蔵する胴中間部分、４０，５０それぞれ後述するように水平方向に揺動可能な胴後部分、尾鰭部分である。

次に前記胴後部分４０及び尾鰭部分５０の揺動機構について説明する。前記胴中間部分３０内には駆動制御部３２を備えた非揺動体３１、またその後方に方胴後部分４０には左右対称の揺導体４１、４２、さらにその後方尾鰭部分５０には金属薄板よりなる尾鰭板５１が、それぞれ内蔵されている。しかも、その揺導体４１、４２は、それぞれその前端対称面上に配置された鉛直のピンＰ，Ｐの周り、左右方向に回動可能に連結され、また尾鰭部分５１は、誘導体４２と一体に回動するよう、その後尾に結合されている。なお、前記駆動制御部３２には、後述のサーボモータ３３、制御部、それらに電力を供給する蓄電池その他（図示省略）が水密に収納されている。

そのうえ前記揺動体４１、４２は、それぞれ非揺動体３１、その誘導体４１に対して、上述のように各鉛直のピンＰを軸として回動することによって、それぞれ前二者の前端面の左右が交互に、それぞれ相対する、後二者の後端面の左右に対して近付いたり、遠ざかったりする。しかし、その相対する端面が近付いても当接することがないよう、それぞれの形状は例えば次のように設定されている。すなわち、胴後部分４０が左右いずれの方向にも湾曲せず、真っ直ぐな状態では、前記相対する各端面同士、その対称面から左右方向に離れるに従って前後方向に末広がりに開いていて、少なくとも一方（図では両方）が、前端面と後端面とでは向きが逆になるが、いずれもその対称面に対して傾斜しており、その左右の端面の水平断面形状は、前端面は前方に、また、後端面は後方に、それぞれ頂点を持つ二等辺三角形である。

また、前記非揺動体３１及び揺動体４１，４２上には、鉛直軸の周りに左右に回動可能な複数のギアが配置されていて、その一つが原軸ギアＧｍとして回動すると、その回動が残りのギアＧｓ，Ｇに順次伝えられるようギア列を構成している。その原軸ギアＧｍを除く残りのギアの一部は従軸ギアＧｓ，Ｇｓとして、各遥動体４１，４２前端の鉛直のピンＰの周りにその各揺動体４１，４２を左右に直接回動させるよう構成されている。なお、最後尾の従軸ギアＧｓについては後述する。

図では原軸ギアＧｍは非揺動体３１上に設けられており、その非揺動体３１に設けられたサーボモータ３３によって駆動されるが、二つの揺動体４１，４２のいずれかの上に設けられてもよい。なお、ギアGは単に回動を伝達するだけの遊びギアである。また、本例では揺動体４１を直接回動させる従軸ギアＧｓと揺動体４２を直接回動させる従軸ギアＧｓとが互いに逆方向に回動するよう、両者の間には、２つ（偶数）の遊びギアＧ，Ｇが挿入されているが、後述のように両者が同方向に回動するよう、その間に奇数の遊びギアＧが挿入されてもよい。

上述の各揺動体４１，４２としては一般に中実体が考えられるが、これに限定されるものでなく、長手方向に延びる左右対称の筒状体又は長手方向に並ぶ複数の左右対称の環状体とその内部、対称面上に拡がる板状体とが結合された中空状のものであってもよく、上述のように非揺動体又は前の揺動体に対して、後の揺動体がその前端の鉛直のピンの周りに、当接することなく、回動することが出来るよう構成されたものであれば特に制限はない。

尾鰭部分５０の揺動機構について説明する。前述の、揺動体４２と一体に回動する前側の従軸ギアＧｓの後方、１つの遊びギアＧを挟んで、さらにその揺動体４２上に一つの従軸ギアＧｓが軸Ｘを介して回動可能に軸着されている。しかもその軸Ｘには上下２段、左右水平に腕Ａ，Ａが突設され、さらにその腕Ａ，Ａと前記尾鰭板５１の後部左右の面との間に金属線Ｗ，Ｗが張られており、前記従軸ギアＧｓが左右に回動すると、左右の腕Ａ，Ａが回動し、左右の金属線Ｗ，Ｗが左右交互に引っ張られたり、緩められたりすることによって、前記尾鰭板５１が左右交互に彎曲し、尾鰭部分５０が左右に揺動するよう構成されている。なお、揺動体４２の後部は前記腕Ａ，Ａや金属線Ｗ，Ｗの動きに支障がないよう刳り抜かれている。また、図示は省略するが、金属線Ｗは尾鰭部分５０の両面に沿って各点に設けられたガイドで案内される。

ここで参考までに、この魚ロボットの浮沈を制御する浮沈制御機構３５について説明する。３６は胴中間部分３０内に配置された浮沈用水タンク、３７，３７はその左右両側に配置された、前記浮沈用水タンク６６へ水を送入したり、それから水を排出したりする歯車ポンプ、３８，３８は前記浮沈用水タンク３６への水の送入、それからの水の排出が行なわれるよう、外側部分１０の下面に設けられた水出入口、Ｌ，Ｌは水出入口３８，３８と前記浮沈用水タンク３６とを前記歯車ポンプ３７，３７を介して結ぶ配管ラインである。

胴後部分の作動について図２によって説明すると、例えば胴後部分が左右いずれの方向にも湾曲せず、真っ直ぐな状態から、前記サーボモータ３３の回動に伴って原軸ギアＧｍが回動すると、それと直接噛み合う従軸ギアＧｓがそれとは逆方向に回動し、それに伴って揺動体４１がその前端の鉛直のピンＰの回りに、非揺動体３１に対して左右交互に折れるように回動する。

また前記原軸ギアＧｍの回動はギア列によって同時に後方の２つの従軸ギアＧｓ，Ｇｓにも伝えられ、後方の揺動体４２をその前方の揺動体４１に対して回動させると共に、前記揺動体４２に結合された尾鰭板５１を左右交互に彎曲させる。それによって、先ず揺動体４２は、それを回動させる従軸ギアＧｓと前方の従軸ギア４１との間に２つの遊びギアＧｓ，Ｇｓが介在しているため、その回動の向きが前方の揺動体４１のそれとは逆となり、胴後部分４０全体としてジグザグ又は鰻のように揺動する。次に最後尾の従軸ギアＧｓがその直前の従軸ギアＧｓと同じ向き、左右に回動すると、軸Ｘ、腕Ａ，Ａ、金属線Ｗ，Ｗを介して尾鰭板５１の後部左右の面が交互に引っ張られたり、緩められたりして、左右交互に彎曲するため、尾鰭板５１は前記揺動体４１の回動に単に一体的に追従するだけでなく、それに対しても揺動する。その彎曲の向きも前述のように介在する遊びギアＧの数を変更することによって任意に選定可能である。

しかも、１つのギア列よりなる比較的単純な回動伝達機構によって、前後に隣り合う２つの各従軸ギアＧｓ，Ｇｓの間に介在する遊びギアＧの数が奇数であれば、両従軸ギアＧｓ，Ｇｓ（すなわち、揺動体４１，４２）の回動の方向が同じとなり、偶数であれば、回動の方向が逆となる等、尾鰭部分５０を含む胴後部分４０に対して、例えば鰻のようなかなり複雑な揺動が可能になる。また、そのギア列と金属線Ｗ，Ｗによって尾鰭板５１も左右交互に容易に彎曲可能になる。なお、揺動体の数は上述の２つに限定されるものではなく、それが多ければ多い程、滑らかな揺動が可能になり、自然魚により近い挙動が可能になる。

本発明の魚ロボットを実施するための別の態様について図３によって説明する。その構成は尾鰭板５１に以下に述べる翼列５２が追加されたことを除いて上述の第一の例とそれと同じである。

その翼列５２は、その尾鰭板５１を対称面として少なくとも左右方向に拡がる、複数の翼Ｌｂが尾鰭板５１長手方向に配列されたものであって、以下のように構成されている。すなわち、その前記尾鰭板５１が左右交互に彎曲し、前後方向に隣合う、いずれか１つの後側の翼Ｌｂの前端がその前側の翼Ｌｂの後端に接触すると、その二つの翼Ｌｂ，Ｌｂによって限定された、その尾鰭板５１の一部がそれ以上大きく彎曲しないよう、尾鰭板５１が左右いずれの方向にも湾曲せず、真っ直ぐな状態で、相対する前後の左右の端面同士が尾鰭板５１から左右方向に離れるに従って前後方向に末広がりに開いている。すなわち、前述の揺動体４１，４２に対しては、相対する前後の端面同士が当接しないように、その開き角度が設定されているが、前後の翼Ｌｂ，Ｌｂ同士は、その部分の彎曲の程度（例えば曲率半径）が所定値に達すると、相対する前後の左右の端面同士が当接し、その部分がそれ以上彎曲しないよう、その開き角度が設定されている。

各翼の形態として一般に中実体が考えられるが、これに限定されるものでなく、尾鰭板５１を囲み、その上下に結合された左右対称の環状体であって、前後に隣り合う２つの翼によって限定される尾鰭板の一部が彎曲し、その彎曲の程度がある値に達すると、その前後に隣り合う２つの翼が当接するよう構成されたものであればよい。また、請求項２に示すように、尾鰭板５１が直接非揺動体に結合されたものも本発明に含まれる。なお、図示は省略するが、金属線Ｗは尾鰭部分５０の両面に沿って各点に設けられたガイドで案内される。

尾鰭部分５０の作動について図４によって説明する。最後尾の従軸ギアＧｓによって左右の金属線Ｗ，Ｗが引っ張られたり、緩めたりすることによって尾鰭板５１が彎曲することは前述の通りである。しかも翼列５２のない尾鰭板５１の彎曲は、金属線Ｗ末端が留められた後部が最も大きく、それから前に離れるに従って小さくなる。それに対して本態様では、各相対する前後の翼Ｌｂ，Ｌｂの開き角度に応じて、それらによって限定された尾鰭板５１の一部の彎曲が制約を受けるため、尾鰭板５１の後部の彎曲が過大になるのを防止すると共に、従来低く抑えられていた前部の彎曲を大きくすることが出来、尾鰭板５１が全体に亘ってゆるやかに彎曲し、尾鰭部分５０が自然魚のそれのように挙動する。なお、各部の彎曲の程度は、勿論前後の翼Ｌｂ，Ｌｂ同士の開き角度によって略任意に設定可能である。また、この翼列５２備えた尾鰭板５１が非揺動体に直接結合されたものも本発明に含まれる。

本発明の魚ロボットを実施するための最良の形態例であって、（ａ）はその水平縦断面図、（ｂ）はその要部鉛直縦断面図である。図１の後部の彎曲状態を示す水平断面図である。図１とは別の態様であって、（ａ）はその水平縦断面図、（ｂ）はその要部鉛直縦断面図である。図３の尾鰭部分の彎曲状態を示す水平断面図である。

符号の説明

１０外側部分
２０前部分
２１口駆動部
３０中間部分
３１非揺動体
３２駆動部制御部
３３サーボモータ
３５浮沈制御機構
３６浮沈用水タンク
３７歯車ポンプ
３８水出入口
４０胴後部分
４１揺導体
４２揺導体
５０尾鰭部分
５１尾鰭板
５２翼列
Ａ腕
Ｇ遊びギア
Ｇｍ原軸ギア
Ｇｓ従軸ギア
Ｌ配管ライン
Ｌｂ翼
Ｐ鉛直のピン
Ｘ軸
Ｗ金属線

Claims

尾鰭を含む胴後部内に内蔵された左右対称の複数の揺動体が、それぞれその前端、対称面上に配置された鉛直のピンを介し、その直前の、胴中間部分に内蔵された非揺動体又は他の揺動体に、直列に連結され、前記各鉛直のピンの周り、左右に回動し、それによって前記尾鰭を含む胴後部が左右に揺動するよう構成された魚ロボットであって、前記非揺動体及び複数の揺動体上に、鉛直軸の周りに左右に回動可能な複数のギアよりなり、且つその一つが原軸ギアとして回動すると、その回動が残りのギアに順次伝えられるよう構成されたギア列が設けられ、前記原軸ギアを除く残りのギアの一部が従軸ギアとして、各揺動体前端の鉛直のピンの周りにその各揺動体を左右に直接回動させるよう構成されていることを特徴とする魚ロボット。
尾鰭を含む胴後部内に内蔵された左右対称の複数の揺動体が、それぞれその前端、対称面上に配置された鉛直のピンを介し、その直前の、非揺動体又は他の揺動体に、直列に連結され、前記各鉛直のピンの周り、左右に回動すると共に、その複数の揺動体の最後尾に結合された金属薄板よりなる尾鰭板が左右交互に彎曲し、それによって前記尾鰭を含む胴後部が左右に揺動するよう構成された魚ロボットであって、前記非揺動体及び複数の揺動体上に、鉛直軸の周りに左右に回動可能な複数のギアよりなり、且つその一つが原軸ギアとして回動すると、その回動が残りのギアに順次伝えられるよう構成されたギア列が設けられ、前記原軸ギアを除く残りのギアの一部が従軸ギアとして、各揺動体前端の鉛直のピンの周りにその各揺動体を左右に直接回動させると共に、前記尾鰭板、長手方向に、その尾鰭板を対称面として少なくとも左右方向に拡がる、複数の翼よりなる翼列が結合され、且つその前記尾鰭板が左右交互に彎曲し、前後方向に隣合う、いずれか1つの翼の前端がその直前の翼の後端に接触すると、その二つの翼によって限定された、その尾鰭板の一部がそれ以上大きく彎曲しないように構成されていることを特徴とする魚ロボット。