特許 7610304 インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚及びその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-24

(45)【発行日】2025-01-08

(54)【発明の名称】インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   B63H 1/36 20060101AFI20241225BHJP

   B63H 23/26 20060101ALI20241225BHJP

   B63B 79/10 20200101ALI20241225BHJP

【ＦＩ】

B63H1/36

B63H23/26

B63B79/10

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023535009

(86)(22)【出願日】2022-11-01

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-26

(86)【国際出願番号】 CN2022129044

(87)【国際公開番号】W WO2023240895

(87)【国際公開日】2023-12-21

【審査請求日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】202210670741.5

(32)【優先日】2022-06-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】521028338

【氏名又は名称】深▲セン▼▲職▼▲業▼技▲術▼学院

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】謝 鋒然

(72)【発明者】

【氏名】鄭 長鎮

(72)【発明者】

【氏名】董 兵兵

(72)【発明者】

【氏名】連 国云

(72)【発明者】

【氏名】戴 明

【審査官】高瀬 智史

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０５２９２４２５（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９５１５６６８（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０６０８１０３６（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１２８９６４７４（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２８６８８４０（ＣＮ，Ｙ）

【文献】中国実用新案第２１２３１３８４３（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６３Ｈ １／３６

Ｂ６３Ｈ ２３／２６

Ｂ６３Ｂ ７９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

魚体と当該魚体に連結されているテールフィンを含むインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚であって、前記テールフィンには前記魚体の長手方向に順に連結されている複数の空気室が形成され、前記魚体はケースと、当該ケース内に取り付けられるガスタンク、空気吸引装置、及び前記ガスタンク及び前記空気吸引装置に電気接続されている制御装置とを含み、前記ガスタンク、前記空気吸引装置及び前記複数の空気室はパイプにより空気循環可能に連結され、前記制御装置が前記ガスタンク又は前記空気吸引装置を制御し、前記ガスタンクは前記空気室内に空気を注入することにより該空気室内の気圧を事前設定気圧値にし、前記空気吸引装置は前記空気室内の空気を吸引して前記ガスタンクに注入することで、前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を調節することを特徴とするインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚。

【請求項2】

前記空気室は、前記魚体の長手方向に順に連結されている第一空気室、第二空気室及び第三空気室を含み、前記第二空気室が形成されない前記第一空気室の一側はテールフィンの空気入口とテールフィンの空気出口が形成され、前記テールフィンの空気入口はパイプにより前記ガスタンクの空気出口に連結され、前記テールフィンの空気出口はパイプにより前記空気吸引装置の空気入口に連結されることを特徴とする請求項１に記載のインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚。

【請求項3】

前記第一空気室と前記第二空気室との間には第一気圧作動型スイッチが取り付けられ、前記第二空気室と前記第三空気室との間には第二気圧作動型スイッチが取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載のインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚。

【請求項4】

前記ガスタンクと前記テールフィンの空気入口との間のパイプ上には第一電磁弁が取り付けられ、前記空気吸引装置と前記テールフィンの空気出口との間のパイプ上には第二電磁弁が取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載のインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚。

【請求項5】

前記空気吸引装置と前記第二電磁弁との間のパイプ上には空気吸引パイプが取り付けられ、前記空気吸引装置から離れている前記空気吸引パイプの一端には前記ケースに向いている開口が形成され、前記空気吸引パイプ上には第三電磁弁が取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載のインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚。

【請求項6】

前記第一電磁弁と前記第一空気室との間のパイプ上には気圧センサーが取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載のインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚。

【請求項7】

前記空気吸引装置は空気圧縮機であることを特徴とする請求項１に記載のインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚。

【請求項8】

前記ケース内には密閉室が形成され、前記制御装置は前記密閉室内に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚。

【請求項9】

前記請求項１～８のうちいずれか一項に記載のインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の制御方法において、前記制御方法は、
前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の前記テールフィンのフラッピング周波数とテールフィンのフラッピング振幅を設定することを設定するステップと、
前記テールフィンのフラッピング周波数とテールフィンのフラッピング振幅により前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を確定するステップと、
前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比により前記ガスタンクの空気を前記空気室内に注入することにより前記空気室内の気圧を事前設定気圧値にし、それにより前記テールフィンの剛性を事前設定値に調節するステップと、
前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の動きに対する需要が変化するとき、前記空気室内の気圧及び／或いは前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を随時に調節することにより前記テールフィンの剛性を適当に調節するステップとを含むことを特徴とするインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バイオミメティックの技術分野に属し、特に、インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚及びその制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

バイオミメティック・ロボット魚の推進方式が異なることによりバイオミメティック・ロボット魚は、魚体とテールフィンによる推進方法（ＢＣＦ）を採用するロボット魚と、中央の２つのテールフィンによる推進方法（ＭＰＦ）を採用するロボット魚に大別される。ＭＰＦ型ロボット魚と比較してみると、ＢＣＦ型ロボット魚は、推進効力が高く、起動速度が速く、水中で高速作業を長くすることができる特徴を有している。したがって、多くの発明者と研究者はＢＣＦ型ロボット魚に注目を集めている。従来のＢＣＦ型ロボット魚はテールフィンの剛性を自動に調節する能力を有していないので、環境が変わるときＢＣＦ型ロボット魚は最高の動作性能及び操作性能を発揮することができない。それにより、前進するときのエネルギーの消耗が増加し、操作のフレキシビリティーが低下し、いろいろな環境に対する適応性が低下するおそれがある。

【0003】

自然の魚の魚体の剛性は通常、魚体の前部から後部に向いて逓減している。その魚が水中で巡航するとき、尾部の筋肉のリラクセーションを制御することにより、魚体の剛性を変化させることができる。それによりその魚はいろいろな環境に適応することができる。テールフィンの剛性が均等に配置されているロボット魚の移動を研究してみると、テールフィンの剛性が増加することにより推進の効力を向上させることができるが、テールフィンの剛性が高いことによりロボット魚の移動のフレキシビリティーが大幅に低下するおそれがある。いろいろな材料で構成されるテールフィンである場合テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を調節することができる。剛性部と柔軟性部の結合比が変化しない場合と比較してみると、テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を適当に調節することによりロボット魚の推進力を大幅に向上させることができる。しかしながら、従来のロボット魚はいろいろな巡航状態によりテールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を自動に調節することができない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

したがって、従来の技術を改良する必要がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

従来の技術の欠点を解決するため、本発明はインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚及びその制御方法を提供することにより、従来のロボット魚がテールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を自動に調節することができない問題を解決する。

【0006】

前記技術的事項を解決するため、本発明は下記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚を提供する。
前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚は魚体と当該魚体に連結されているテールフィンを含み、前記テールフィンには順に連結されている複数の空気室が形成され、前記魚体はケースと当該ケース内に取り付けられるガスタンク及び空気吸引装置とを含み、前記ガスタンク、前記空気吸引装置及び前記複数の空気室はパイプにより空気循環可能に連結され、前記ガスタンクは前記空気室内に空気を注入することにより当該空気室内の気圧を事前設定気圧値にし、前記空気吸引装置は前記空気室内の空気を吸引して前記ガスタンクに注入する。

【0007】

前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚において、前記空気室は、順に連結されている第一空気室、第二空気室及び第三空気室を含み、前記第二空気室が形成されない前記第一空気室の一側はテールフィンの空気入口とテールフィンの空気出口が形成され、前記テールフィンの空気入口はパイプにより前記ガスタンクの空気出口に連結され、前記テールフィンの空気出口はパイプにより前記空気吸引装置の空気入口に連結される。

【0008】

前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚において、前記第一空気室と前記第二空気室との間には第一気圧作動型スイッチが取り付けられ、前記第二空気室と前記第三空気室との間には第二気圧作動型スイッチが取り付けられている。

【0009】

前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚において、前記ガスタンクと前記テールフィンの空気入口との間のパイプ上には第一電磁弁が取り付けられ、前記空気吸引装置と前記テールフィンの空気出口との間のパイプ上には第二電磁弁が取り付けられている。

【0010】

前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚において、前記空気吸引装置と前記第二電磁弁との間のパイプ上には空気吸引パイプが取り付けられ、前記空気吸引装置から離れている前記空気吸引パイプの一端には前記ケースに向いている開口が形成され、前記空気吸引パイプ上には第三電磁弁が取り付けられている。

【0011】

前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚において、前記第一電磁弁と前記第一空気室との間のパイプ上には気圧センサーが取り付けられている。

【0012】

前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚において、前記空気吸引装置は空気圧縮機である。

【0013】

前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚において、前記ケース内には制御装置が更に取り付けられ、前記制御装置は前記空気吸引装置に電気接続されている。

【0014】

前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚において、前記ケース内には密閉室が形成され、前記制御装置は前記密閉室内に取り付けられる。

【0015】

前記いずれか１つのインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の制御方法において、前記制御方法は、
前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の前記テールフィンのフラッピング周波数とテールフィンのフラッピング振幅を設定することを設定するステップと、
前記テールフィンのフラッピング周波数とテールフィンのフラッピング振幅により前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を確定するステップと、
前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比により前記ガスタンクの空気を前記空気室内に注入することにより前記空気室内の気圧を事前設定気圧値にし、それにより前記テールフィンの剛性を事前設定値に調節するステップと、
前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の動きに対する需要が変化するとき、前記空気室内の気圧及び／或いは前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を随時に調節することにより前記テールフィンの剛性を適当に調節するステップとを含む。

【発明の効果】

【0016】

本発明のインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚により下記発明の効果を奏することができる。具体的に、前記ガスタンク内の空気を一部の前記空気室に注入しかつ前記空気室内の気圧を事前設定気圧値にすることにより、前記テールフィンの剛性を増加させ、前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を調節することができる。すなわち、いろいろな巡航状態により空気が注入される空気室の数量を確定し、それにより前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を自動に調節することができる。また、前記空気室内の気圧を調節することにより前記テールフィンの剛性を調節することができる。したがって、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚が水中で巡航するとき、推進の性能と操作のフレキシビリティーを同時確保し、エネルギーの消耗を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施例に係るインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の構造を示す図である。

【図2】本発明の実施例に係るインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の（魚体が透明状態にされている）構造を示す図である。

【図3】本発明の実施例に係るインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の魚体の構造を示す図である。

【図4】本発明の実施例に係るインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚のテールフィンの構造を示す図である。

【図5】本発明の実施例に係るインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚のテールフィンの構造を示す他の観察角度下の図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

この発明においてインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚及びその制御方法を提供する。この発明の目的、技術的特徴及び発明の効果を詳細に明確に理解してもらうため、以下、図面によりこの発明の実施例をより詳細に説明する。下記具体的な実施例は、この発明を説明するものであり、この発明を限定するものでない。

【0019】

注意すべきことは、１つの部品が他の部品に「固定」されるか或いは「設置」されるとは１つの部品が他の部品に直接または間接的に固定されるか或いは設置されることを意味する。同様に、１つの部品が他の部品に「連結」されるとは１つの部品が他の部品に直接または間接的に連結されることを意味する。

【0020】

注意すべきことは、本発明の実施例に係る図面において同様または類似の符号で同様または類似の部品を表す。本発明の明細書において、「上」、「下」、「右」、「左」等の用語が定めた方向または位置は図面上の方向または位置を表すものである。それらは、本発明の事項を説明するものであり、装置または部品の特定の方向または位置を明示するか或いは暗示するものでない。図面上の位置を表す用語は、本発明の例示にしか過ぎないものであり、本発明を制限するものでない。この技術分野の技術者は具体的の状況により各用語の具体的な意味を適当に理解することができる。

【0021】

本発明の明細書において、「第一」、「第二」等の用語は、複数の事項を区分するものであり、各事項の重要性または各事項の数量を明示するか或いは暗示するものでない。「第一」、「第二」等がついている特徴はその特徴が１つまたは複数であることを明示するか或いは暗示する。本発明の明細書において、特別な説明がない限り、「複数」とは２つまたは２個以上を指す。

【0022】

以下、図面により本発明の実施例を説明することにより本発明の事項をより詳細に説明する。

【0023】

本発明の実施例においてインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚（Intelligent biomimetic robotic fish）及びその制御方法を提供する。図１、図２及び図４に示すとおり、インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚は魚体（fish body）とテールフィン（tail fin）１を含み、前記魚体は前記テールフィン１に連結される。前記ロボット魚の魚体とテールフィンの形状は実際の魚の魚体とテールフィンの形状に類似している。前記テールフィン１には順に連結されている複数の空気室（air chamber）が形成され、複数の前記空気室の配列方向は前記魚体の長手方向に平行である。前記空気室内の気圧を調節することにより前記テールフィン１の剛性（stiffness）を調節することができる。前記魚体はケース２と当該ケース２内に取り付けられるガスタンク３及び空気吸引装置４とを含む。前記ガスタンク３、前記空気吸引装置４及び前記空気室はパイプにより空気循環可能に連結されている。前記空気吸引装置４は空気圧縮機（air compressor）であることができる。前記空気吸引装置４は外部の空気を前記ガスタンク３に注入するか或いは前記空気室内の空気を前記ガスタンク３に注入することにより前記ガスタンク３内の気圧を所定の気圧値にすることができる。前記ガスタンク３は一定の圧力を有している空気を貯蔵するか或いは前記ガスタンク３内の空気をパイプにより前記空気室内に注入することができる。前記ガスタンク３は前記空気室内に空気を注入しかつ前記空気室内の気圧を事前設定気圧値にすることにより、前記テールフィン１の剛性を増加させ、前記テールフィン１の剛性部と柔軟性部が連結された構造（rigid-flexible coupling）を獲得することができる。前記空気吸引装置４は前記空気室内の空気を吸引して前記ガスタンク３に注入することにより前記テールフィン１の剛性を低減することができる。前記テールフィン１の剛性部と柔軟性部が連結される構造とは、前記テールフィン１の各空気室において、一部の空気室に空気が注入されることによりその空気室は一定の剛性を有し（剛性部）、他の一部に空気が注入されないことによりその空気室は柔軟状態にされ（柔軟性部）、かつ前記剛性部と柔軟性部が連結される構造をいう。

【0024】

自然の魚の魚体の剛性は通常、魚体の前部から後部に向いて逓減している。その魚が水中で巡航（cruise）するとき、尾部の筋肉のリラクセーション（relaxation）を制御することにより、魚体の剛性を変化させ、推進力を適当に調節することができる。それによりその魚はいろいろな環境に適応することができる。本発明のインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚において、前記テールフィン１が完全な剛性状態にされているとき、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の推進の効率を向上させることができるが、操作のフレキシビリティー（flexibility）が大幅に低下するおそれがある。前記テールフィン１のすべての空気室に空気を注入することにより前記テールフィン１を完全な剛性状態にするか或いは、前記テールフィン１の任意のすべての空気室に空気を注入しないことにより前記テールフィン１を完全なフレキシブル状態にするとき、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の前進の効率と操作のフレキシビリティーを同時確保することができない。したがって、前記テールフィン１の所定の空気室に空気を注入することにより前記テールフィン１の剛性部と柔軟性部された連結状態を確保する必要がある。前記テールフィン１の剛性部と柔軟性部が連結状態にされているとき、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の推進の効率と操作のフレキシビリティーを同時向上させることができる。周知のように、魚体の剛性は魚体の前部から後部に向いて逓減する。そのため、本実施例において、一部の空気室に空気を注入するとき、まず、前記魚体にもっとも近づいている空気室に空気を注入する。その空気室に対する空気の注入を終わると、その空気室に隣接しているつぎの空気室に空気を注入する。

【0025】

本発明の実施例において、前記ガスタンク３内の空気を一部の前記空気室に注入しかつ前記空気室内の気圧を事前設定気圧値にすることにより、前記テールフィン１の剛性を増加させ、前記テールフィン１の剛性部と柔軟性部の結合比を調節することができる。すなわち、いろいろな巡航状態により空気が注入される空気室の数量を確定し、それにより前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を自動に調節することができる。また、前記空気室内の気圧を調節することにより前記テールフィンの剛性を調節することができる。したがって、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚が水中で巡航するとき、推進の性能と操作のフレキシビリティーを同時確保し、エネルギーの消耗を低減することができる。

【0026】

本発明の実施例において、図４に示すとおり、前記空気室の数量は３つであり、それらは順に連結されている第一空気室５、第二空気室６及び第三空気室７である。前記第一空気室５は前記魚体に近づいている位置に形成され、前記第三空気室７は前記魚体から離れている位置に形成されている。図５に示すとおり、前記第二空気室６が形成されない前記第一空気室５の一側はテールフィンの空気入口８とテールフィンの空気出口９が形成され、前記テールフィンの空気入口８はパイプにより前記ガスタンク３の空気出口に連結され、前記テールフィンの空気出口９はパイプにより前記空気吸引装置４の空気入口に連結される。前記ガスタンク３内の空気を前記テールフィンの空気入口８により前記第一空気室５に注入することができる。前記空気吸引装置４が作動するとき、前記第一空気室５内の空気は前記テールフィンの空気出口９によりパイプ側に流動し、かつ前記ガスタンク３内に流入することができる。前記第一空気室５と前記第二空気室６との間及び、前記第二空気室６と前記第三空気室７との間にスイッチがそれぞれ取り付けられることにより空気通路の開閉を制御することができる。前記ガスタンク３内の空気を前記第一空気室５に注入するとき、前記第一空気室５内の気圧は増加し、前記第一空気室５に対応する位置の剛性も増加する。その場合、前記第一空気室５と前記第二空気室６との間のスイッチを開けると、前記第一空気室５の空気は前記第二空気室６内に流動することができる。それにより、前記第一空気室５内の気圧と前記第二空気室６内の気圧は同時増加し、前記テールフィン１の前記第一空気室５と前記第二空気室６にそれぞれ対応する位置の剛性も増加することができる。

【0027】

前記第一空気室５と前記第二空気室６との間には第一気圧作動型スイッチ１２が取り付けられ、前記第二空気室６と前記第三空気室７との間には第二気圧作動型スイッチ１３が取り付けられることができる。気圧が気圧臨界値に達するとき、第一気圧作動型スイッチ１２と第二気圧作動型スイッチ１３はいずれもオン状態にされることができる。前記第一空気室５内の気圧が前記第一気圧作動型スイッチ１２の気圧臨界値に達すると、前記第一気圧作動型スイッチ１２はオン状態にされ、前記第一空気室５の空気は前記第二空気室６内に流動することができる。前記第二空気室６内の気圧が前記第二気圧作動型スイッチ１３の気圧臨界値に達すると、前記第二気圧作動型スイッチ１３はオン状態にされ、前記第二空気室６の空気は前記第三空気室７内に流動することができる。前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚が水中で巡航するとき、前記テールフィン１の剛性部と柔軟性部の結合比により前記第一気圧作動型スイッチ１２と前記第二気圧作動型スイッチ１３の開閉を制御することができる。例えば、前記テールフィン１の剛性部と柔軟性部の結合比が１：２であるとき、前記第一気圧作動型スイッチ１２と前記第二気圧作動型スイッチ１３をオフ状態にし、前記第一空気室５の気圧のみを事前設定値に調節することができる。前記テールフィン１の剛性部と柔軟性部の結合比が２：１であるとき、前記第一気圧作動型スイッチ１２をオン状態にし、前記第二気圧作動型スイッチ１３をオフ状態にすることにより、前記第一空気室５と前記第二空気室６の気圧を事前設定値に調節することができる。前記第一気圧作動型スイッチ１２と前記第二気圧作動型スイッチ１３の開閉は気圧臨界値を設定することと前記第一空気室５及び前記第二空気室６の気圧の事前設定値を制御することとにより制御することができる。例えば、前記第一気圧作動型スイッチ１２を開ける必要がないとき、前記第一気圧作動型スイッチ１２の気圧臨界値を前記第一空気室５の希望の気圧値より大きくすることができる。前記テールフィン１の剛性部と柔軟性部の結合比及び気圧を調節することにより、前記テールフィン１の剛性を調節し、かつ前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の推進の効率と操作のフレキシビリティーを同時向上させることができる。

【0028】

図３に示すとおり、前記ガスタンク３と前記テールフィンの空気入口８との間のパイプ上には第一電磁弁（solenoid valve）１４が取り付けられ、前記空気吸引装置４と前記テールフィンの空気出口９との間のパイプ上には第二電磁弁１５が取り付けられている。最初の時、前記第一電磁弁１４と前記第二電磁弁１５はいずれもオフ状態にされている。前記ガスタンク３の空気を前記空気室に注入する必要があるとき、前記第一電磁弁１４をオン状態にし、かつ前記第二電磁弁１５のオフ状態を維持する。前記ガスタンク３の空気を前記空気室に注入する操作が終わると、前記第一電磁弁１４をオフ状態にする必要がある。前記空気室内の気圧を減少させることにより前記テールフィン１の剛性を減少させる必要があるとき、前記第二電磁弁１５をオン状態にし、かつ前記第一電磁弁１４のオフ状態を維持する。その場合、前記空気吸引装置４は前記空気室内の空気を吸引して前記ガスタンク３に送入することができる。

【0029】

本発明の実施例において、前記空気吸引装置４と前記第二電磁弁１５との間のパイプ上には空気吸引パイプ１６が取り付けられ、前記空気吸引装置４から離れている前記空気吸引パイプ１６の一端には前記ケース２に向いている開口が形成され、前記空気吸引パイプ１６上には第三電磁弁１７が取り付けられている。インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚を水に入れる前、前記第三電磁弁１７をオン状態にし、かつ前記空気吸引装置４の作動を制御することにより外部の空気を前記ガスタンク３に送入する必要がある。外部の空気は前記空気吸引パイプ１６により前記ガスタンク３に送入される。前記ガスタンク３内の空気の容量が所定の容量になると、前記第三電磁弁１７をオフ状態にするとともに前記空気吸引装置４の作動を停止させる。

【0030】

前記第一電磁弁１４と前記第一空気室５との間のパイプ上には気圧センサー１８が取り付けられている。前記気圧センサー１８は、前記空気室内の気圧を検出し、かつその検出結果により前記第一電磁弁１４の開閉を制御する。例えば、前記ガスタンク３内の空気を前記第一空気室５を注入することにより前記第一空気室５の気圧が事前設定値に達し、かつ前記第二空気室６内に空気を更に注入する必要がない。その場合、前記第一電磁弁１４をオフ状態にすることにより前記第二電磁弁１５内の気圧を維持することができる。

【0031】

図２に示すとおり、前記ケース２内には制御装置１９が更に取り付けられ、前記制御装置１９は、前記空気吸引装置４、前記第一電磁弁１４、前記第二電磁弁１５、前記第三電磁弁１７、前記第一気圧作動型スイッチ１２、前記第二気圧作動型スイッチ１３及び前記気圧センサー１８に電気接続されている。前記制御装置１９により、前記空気吸引装置４と前記気圧センサー１８の作動（状態）を制御し、かつ前記第一電磁弁１４、前記第二電磁弁１５、前記第三電磁弁１７、前記第一気圧作動型スイッチ１２および前記第二気圧作動型スイッチ１３の開閉を制御することができる。

【0032】

前記ケース２内には密閉室２０が形成され、前記制御装置１９は前記密閉室２０内に取り付けられることができる。それにより、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚が水で泳ぐとき、前記制御装置１９に進水することにより制御装置１９が破損されることを防止することができる。前記密閉室２０には密閉蓋２３が取り付けられ、前記密閉蓋２３は前記密閉室２０の開口に取り付けられる。前記制御装置１９の反対側に位置する前記密閉蓋２３の一面と前記ケース２の外表面が平坦な表面を形成するように接続されることにより前記ケース２の外観の美観を確保することができる。

【0033】

前記テールフィン１の剛性部と柔軟性部の結合比は前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の動作パラメーター（Motion Parameters）により確定され、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の動作パラメーターは前記制御装置１９により設定されるか或いは調節される。例えば、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚が初めて水に入るとき、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の推進力を増加させることにより前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の起動と前進を確保する必要がある。そのとき、前記制御装置１９により前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の動作パラメーターを設定することができる。例えば、テールフィンのフラッピング周波数（flapping frequency）を２Ｈｚに設定し、テールフィンのフラッピング振幅を３０°に設定することができる。好適な推進効率を獲得するため、前記テールフィン１の剛性部と柔軟性部の結合比を２：１に自動に調節することができる。前記テールフィン１の剛性部と柔軟性部の結合比を２：１にするため、前記制御装置１９は前記第一電磁弁１４をオン状態にする。その場合、前記ガスタンク３内の空気は前記第一空気室５に流入することができる。前記第一空気室５と前記第二空気室６の開閉を制御する前記第一気圧作動型スイッチ１２は常にオフ状態にされている。前記第一空気室５内の気圧が前記第一気圧作動型スイッチ１２の気圧臨界値に達すると、前記第一気圧作動型スイッチ１２はオン状態にされ、前記第一空気室５内の空気は前記第二空気室６に流入することができる。前記第二気圧作動型スイッチ１３の気圧臨界値が前記第一気圧作動型スイッチ１２の気圧臨界値より大きく設定されることにより、前記第二気圧作動型スイッチ１３は常にオフ状態にされており、前記第二空気室６内の空気は前記第三空気室７内に流入することができない。パイプ上に取り付けられる気圧センサー１８はパイプ内の気圧を検出するとともに検出された気圧値を制御装置１９に送信する。前記気圧センサー１８は、前記第一空気室５と前記第二空気室６内の気圧が事前設定値に達することが検出されると、前記空気吸引装置４がオフ状態にされるように制御する。それにより前記第一空気室５と前記第二空気室６内の気圧が一定の数値以上にされていることを確保することができる。そのとき、前記テールフィン１の剛性部と柔軟性部の結合比は２：１にされ、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚は速く前進することができる。前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚は通常、迅速に起動した後正常の速度で巡航する。迅速に起動するときより、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚が正常の速度で巡航するとき、より高い操作のフレキシビリティーが求められる。前記制御装置１９は、前記第二電磁弁１５がオン状態にされることと、前記空気吸引装置４が前記第一空気室５と前記第二空気室６内の空気を吸引して前記ガスタンク３に注入することとを制御する。前記第一空気室５と前記第二空気室６内の気圧が設定値まで低下すると、前記第二電磁弁１５と前記空気吸引装置４をオフ状態にすることにより、前記テールフィン１の剛性を所定の剛性まで低減して維持する。それにより前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚は高いフレキシビリティーにより水中で巡航することができる。前記テールフィン１の気圧を調節する前記方法により、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚はいろいろな動き状態により前記テールフィン１の気圧値を適当に調節することができる。前記テールフィン１の第一気圧作動型スイッチ１２と第二気圧作動型スイッチ１３で前記テールフィン１の剛性部と柔軟性部の結合比を制御することにより前記テールフィン１の剛性を調節することができる。それにより、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚は動きに対する需要により自身の推進の効率と操作のフレキシビリティーを随時に調節することができる。

【0034】

前記魚体はフレーム２４を更に含み、前記フレーム２４は前記ケース２に連結される。前記フレーム２４は前記魚体を支持することにより前記魚体が所定の強度を有するようにする。前記ガスタンク３を前記フレーム２４に取り付けることにより前記ガスタンク３を所定の位置に固定させることができる。前記フレーム２４は横方向部品２４１と縦方向部品２４２を含み、前記縦方向部品２４２は前記魚体の長手方向に垂直である。前記縦方向部品２４２は前記テールフィン１に近づいている前記横方向部品２４１の一端に形成され、前記横方向部品２４１と前記縦方向部品２４２は垂直に連結され、前記横方向部品２４１は前記縦方向部品２４２の中央に連結される。前記ケース２は剛性ケース２１と柔軟性ケース２２を含む。例えば、前記柔軟性ケース２２は珪酸ゲル（silica gel）で製造されるケースであり、前記剛性ケース２１はステンレススチール（stainless steel）で製造されるケースであることができる。前記剛性ケース２１と前記柔軟性ケース２２はそれぞれ、前記縦方向部品２４２の両側に連結され、前記剛性ケース２１、前記ガスタンク３及び前記空気吸引装置４はいずれも、前記縦方向部品２４２の同一側に取り付けられ、前記ガスタンク３、前記空気吸引装置４及び前記密閉室２０はいずれも、前記剛性ケース２１内に取り付けられる。

【0035】

前記柔軟性ケース２２内にはラダー２５が取り付けられ、前記ラダー２５は前記縦方向部品２４２に連結される。前記ラダー２５にはテールフィン駆動部２６が連結され、前記テールフィン駆動部２６は前記柔軟性ケース２２内に位置する。前記ラダー２５から離れている前記ラダー２５の一側は前記テールフィン１に連結される。前記ラダー２５は前記制御装置１９に電気接続され、前記制御装置１９は前記ラダー２５の作動を制御することにより前記ラダー２５が前記テールフィン駆動部２６のフラッピングを駆動するようにする。それにより前記テールフィン１がフラッピングをするように駆動することができる。前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の動作パラメーターはテールフィンのフラッピング周波数とテールフィンのフラッピング振幅を含む。前記テールフィンのフラッピング周波数と前記テールフィンのフラッピング振幅が設定されると、制御装置１９は前記ラダー２５が前記テールフィン１のフラッピングを駆動するように制御する。それにより前記テールフィンのフラッピング周波数と前記テールフィンのフラッピング振幅を設定値にすることができる。

【0036】

前記ガスタンク３とテールフィンの空気入口８との間のパイプは空気入力パイプ１０であり、前記空気吸引装置４と前記テールフィンの空気出口９との間のパイプは空気出力パイプ１１である。前記空気入力パイプ１０と前記空気出力パイプ１１はいずれも、前記剛性ケース２１から前記縦方向部品２４２側に延伸し、かつ前記縦方向部品２４２を貫通することにより前記柔軟性ケース２２内まで延伸する。前記空気入力パイプ１０と前記空気出力パイプ１１が前記ラダー２５の両側に取り付けられることにより、前記魚体の各部品がきちんと配列されることを確保し、前記魚体のバランスをとることができる。

【0037】

本発明の実施例において前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の制御方法を更に公開する。前記制御方法は、
前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の前記テールフィンのフラッピング周波数とテールフィンのフラッピング振幅を設定することを設定するステップＳ１と、
前記テールフィンのフラッピング周波数とテールフィンのフラッピング振幅により前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を確定するステップＳ２と、
前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比により前記ガスタンクの空気を前記空気室内に注入することにより前記空気室内の気圧を事前設定気圧値にし、それにより前記テールフィンの剛性を事前設定値に調節するステップＳ３と、
前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の動きに対する需要が変化するとき、前記空気室内の気圧及び／或いは前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を随時に調節することにより前記テールフィンの剛性を適当に調節するステップＳ４とを含む。

【0038】

具体的に、まず、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の動きに対する需要によりテールフィンのフラッピング周波数とテールフィンのフラッピング振幅を設定する。つぎに、前記テールフィンのフラッピング周波数とテールフィンのフラッピング振幅により前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を確定する。つぎに、前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比により前記ガスタンクの空気を前記空気室内に注入することにより前記空気室内の気圧を事前設定気圧値にし、それにより前記テールフィンの剛性を事前設定値に調節する。本実施例において、前記空気室の数量は３つであり、前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比は２：１であることができる。前記ガスタンク内の空気を前記魚体に近づいている２つの空気室に注入することによりその２つの空気室に対応する位置の剛性を所定の剛性まで増加させ、前記魚体の最遠端に位置している空気室に注入しないことによりその空気室に対応する位置の柔軟性を維持する。それにより前記テールフィンの剛性部と柔軟性部が連結された構造を獲得することができる。前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の動きに対する需要が変化するとき、例えば、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の動きに対する需要が低速巡航（Slow Cruise）から高推力推進（High thrust propulsion）に変化するとき、前記空気室内の気圧及び／或いは前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を随時に調節することにより前記テールフィンの剛性を適当に調節することができる。前記テールフィンの剛性を調節するとき、空気室の気圧のみを変化させることによりテールフィンの剛性を調節するか或いは、前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を同時調節することができる。空気を注入する空気室の気圧を空気がもう注入された空気室の圧力と同一にするか或いは、前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比と空気室の気圧を同時調節することができるが、本発明はそれを限定しない。前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の動きに対する需要が変化するとき、前記テールフィンの剛性を適当に調節することにより、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚の動きの性能を向上させ、エネルギーの消耗を低減することができる。

【0039】

前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚のテールフィンのフラッピング周波数とテールフィンのフラッピング振幅を設定する前に前記ガスタンクに空気を予め注入する必要がある。すなわち、動作パラメーターが設定されたインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚を水に入れる前に前記ガスタンクに空気を予め注入し、前記ガスタンクに予め注入された空気を前記テールフィン内に注入することによりテールフィンの剛性を調節することができる。具体的に、前記第三電磁弁をオン状態にし、前記空気吸引装置で外部の空気を吸引してガスタンクに注入する。前記ガスタンクに所定の量の空気が注入されると、前記空気吸引装置は自動に停止し、かつ前記第三電磁弁はオフ状態にされる。

【0040】

以上のとおり、本発明はインテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚及びその制御方法を提供する。前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚は魚体と当該魚体に連結されるテールフィンを含み、前記テールフィンには順に連結されている複数の空気室が形成され、前記魚体はケースと当該ケース内に取り付けられるガスタンク及び空気吸引装置とを含み、前記ガスタンク、前記空気吸引装置及び前記空気室はパイプにより空気循環可能に連結され、前記ガスタンクは前記空気室内に空気を注入することにより前記空気室内の気圧を事前設定気圧値にし、前記空気吸引装置は前記空気室内の空気を前記ガスタンクに注入する。本発明は、前記ガスタンク内の空気を一部の前記空気室に注入しかつ前記空気室内の気圧を事前設定気圧値にすることにより、前記テールフィンの剛性を増加させ、前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を調節することができる。すなわち、いろいろな巡航状態により空気が注入される空気室の数量を確定し、それにより前記テールフィンの剛性部と柔軟性部の結合比を自動に調節することができる。また、前記空気室内の気圧を調節することにより前記テールフィンの剛性を調節する。それにより、前記インテリジェント・バイオミメティック・ロボット魚が水中で巡航するとき、推進の性能と操作のフレキシビリティーを同時確保し、エネルギーの消耗を低減することができる。

【0041】

注意すべきことは、前記実施例は、本発明を説明するものであり、本発明を限定するものでない。以上、本発明の好適な実施例を説明してきたが、前記実施例は本発明の例示にしか過ぎないものであるため、本発明は前記実施例にのみ限定されない。この技術分野の技術者は、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において設計の変更、改良等をすることができ、そのような設計の変更、改良等があっても本発明に含まれることは勿論である。

【符号の説明】

【0042】

１ テールフィン
２ ケース
２１ 剛性ケース
２２ 柔軟性ケース
３ ガスタンク
４ 空気吸引装置
５ 第一空気室
６ 第二空気室
７ 第三空気室
８ テールフィンの空気入口
９ テールフィンの空気出口
１０ 空気入力パイプ
１１ 空気出力パイプ
１２ 第一気圧作動型スイッチ
１３ 第二気圧作動型スイッチ
１４ 第一電磁弁
１５ 第二電磁弁
１６ 気吸引パイプ
１７ 第三電磁弁
１８ 気圧センサー
１９ 制御装置
２０ 密閉室
２３ 密閉蓋
２４ フレーム
２４１ 横方向部品
２４２ 縦方向部品
２５ ラダー
２６ テールフィン駆動部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】