JP5717130B2 - Self-propelled test method and equipment for changing the load level - Google Patents
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Description
本発明は、模型船の自走試験においてプロペラ回転数と船速を独立して設定することができる(あるいはプロペラ荷重度を自由に調整できる)荷重度変更自走試験法および装置に関する。 The present invention relates to a load degree changing self-running test method and apparatus in which a propeller rotation speed and a ship speed can be independently set (or a propeller load degree can be freely adjusted) in a self-running test of a model ship.
船の性能を調べる手段としての模型試験には大きく分けて拘束模型試験と自走試験の2つがある。前者は曳引車と一般に呼ばれる装置で模型船を曳航しておこなう試験であり、後者は曳引車を使わずに模型船自らが動力装置を備えてこれにより模型プロペラを回転させることで自走させておこなう試験である。
いずれの模型試験においても一般にフルード数を実船と一致させて模型船の速度を決めることで相似則を満足させて試験をおこなう。ここで、フルード数とは、船の長さ(m)に重力加速度(m/s2)を乗じて得られた値を1/2乗して得られる値を用いて、船の速度U(m/s)を除して得られる無次元の数である。このフルード数は、船が走る際に水に波を起すことにより生じる造波抵抗の係数(造波抵抗係数)と一対一の関係になっている。フルード数を一致させることは重力と慣性力の比を一致させることを意味し、造波に関する現象を実船と相似にするという意味がある。
フルード数を実船と一致させると粘性力と慣性力の比であるレイノルズ数が一致しなくなるため粘性抵抗等の現象は実船と相似ではなくなる。粘性に起因する船の抵抗は船の全抵抗に対して大きな割合を占めるためフルード数を実船と一致させた模型試験では抵抗は模型船と実船では相似とならず、模型船は実船に較べて相対的に大きな抵抗を受けることになる。
フルード数を一致させたときにレイノルズ数が一致しないことによる模型試験上の問題を解決する手法には次のようなものがある。粘性に関する現象が重要となる船の抵抗を調べるための拘束模型試験においては、フルード数を実船と一致させた計測結果からレイノルズ数の違いによる摩擦抵抗に関する修正をしたうえで実船の抵抗を推定する手法が確立されている。プロペラ特性が係わる性能を調べるための拘束模型試験においては、相対的に大きな抵抗を受ける模型船に模型船の抵抗と実船相当の抵抗との差の分だけ曳引車によって推力を加えることでプロペラ荷重度を模型船と実船で相似にして試験をおこなう手法が確立されている。ここで、プロペラ荷重度とはプロペラ推力をプロペラ直径と同じ直径の円の面積で除した値のことである。なお、これらはいずれも直進時のみを対象とした拘束模型試験である。
There are two types of model tests as means for examining the performance of a ship: a restraint model test and a self-running test. The former is a test carried out by towing a model ship with a device generally called a towing vehicle, and the latter is a self-propelled by rotating the model propeller by itself with a power device without using a towing vehicle. This is a test to be conducted.
In any model test, the test is generally performed by satisfying the similarity law by determining the speed of the model ship by matching the fluid number with the actual ship. Here, the Froude number is a value obtained by multiplying a value obtained by multiplying the length (m) of a ship by a gravitational acceleration (m / s 2 ) to a power of 1/2, It is a dimensionless number obtained by dividing m / s). This Froude number has a one-to-one relationship with a coefficient of wave-making resistance (wave-making resistance coefficient) generated by causing waves in water when a ship runs. Matching the Froude numbers means matching the ratio of gravity and inertial force, and it means that the phenomenon related to wave formation is similar to that of an actual ship.
If the Froude number is matched with the actual ship, the Reynolds number, which is the ratio of the viscous force to the inertial force, will not match, so phenomena such as viscous resistance will not be similar to the actual ship. The resistance of the ship due to viscosity accounts for a large proportion of the total resistance of the ship, so in the model test in which the fluid number is the same as the actual ship, the resistance is not similar between the model ship and the actual ship. As a result, a relatively large resistance is received.
There are the following methods for solving the problem in the model test due to the fact that the Reynolds numbers do not match when the Froude numbers are matched. In a restraint model test to investigate the resistance of a ship where viscosity-related phenomena are important, the friction resistance due to the difference in Reynolds number is corrected from the measurement results obtained by matching the Froude number with that of the actual ship, and then the resistance of the actual ship is determined. An estimation method has been established. In a restraint model test to investigate the performance related to the propeller characteristics, thrust is applied to the model ship that receives relatively large resistance by a towing vehicle by the difference between the resistance of the model ship and the resistance equivalent to the actual ship. A method has been established in which the test load is similar between the model ship and the actual ship. Here, the propeller load degree is a value obtained by dividing the propeller thrust by the area of a circle having the same diameter as the propeller diameter. Note that these are all restraint model tests only for straight running.
模型船の舵効きを実船と相似にするためには模型船のプロペラ荷重度を小さくする必要がある。このための方法として、これまでに空中プロペラによる方法及び圧縮窒素ガス噴射による方法(特許文献1)、空気タンク圧力調整による方法(特許文献2)並びに船外機による方法(特許文献3)が報告されている。
特許文献1には、摩擦抵抗修正推力を模型船体に対して真直ぐ後向きに発生でき、摩擦抵抗修正推力の発生源を模型船体上に搭載しない自由航走模型試験方法および装置を得ることを目的として、模型船上に取り付けた空中プロペラまたは模型プロペラ上方の空中における窒素ガス噴射により、摩擦抵抗増加分に相当する推力を発生させて、推進プロペラに実船相当のプロペラ推力を発生させるようにした摩擦抵抗修正の方法が記載されている。
特許文献2には、室外における自航試験を室内における場合における場合と同じような状態で行い得る自航試験方法を提供することを目的として、模型船遠方に設置された船外機により補助推力を出す方法が記載されている。
特許文献3には、模型が運動してもほぼ一定の大きさの外力を得ることができる装置を提供することを目的として、模型に一定の張力をかけるために、一端が模型に固定された引っ張り索の他端を、空気タンクに連通する圧力室と大気圧に開放された大気開放室とに区画するピストンに連結する方法が記載されている。
特許文献1に記載の方法はいずれも、補助推力一定の状態であってその補助推力の大きさも補助的な量であることが想定されていると考えられる。そして、特許文献2、3に記載の方法は、もっぱら直進状態で補助推力一定の状態を対象としたものと考えられる。
このように、特許文献1〜3に記載されているのは、いずれも模型船のプロペラの回転数を小さくしてプロペラ荷重度を下げたことによる推力の不足を別の方法による一定の補助推力で補おうとする方法である。
In order to make the rudder effect of the model ship similar to the actual ship, it is necessary to reduce the propeller load of the model ship. As a method for this, a method using an air propeller, a method using compressed nitrogen gas injection (Patent Document 1), a method using air tank pressure adjustment (Patent Document 2), and a method using an outboard motor (Patent Document 3) have been reported. Has been.
Patent Document 1 aims to obtain a free-running model test method and apparatus that can generate a frictional resistance-correcting thrust straight backward with respect to the model hull and that does not mount the source of the frictional resistance-correcting thrust on the model hull. Friction resistance that generates propeller thrust equivalent to the actual ship by generating thrust equivalent to the increase in frictional resistance by injecting nitrogen gas in the air above the model propeller or in the air above the model propeller The correction method is described.
In Patent Document 2, auxiliary thrust is provided by an outboard motor installed far away from a model ship for the purpose of providing a self-propulsion test method that can perform a self-propulsion test outdoors in the same state as in an indoor case. Is described.
In Patent Document 3, one end is fixed to a model in order to apply a constant tension to the model for the purpose of providing a device capable of obtaining an external force having a substantially constant magnitude even when the model moves. A method is described in which the other end of the tension line is connected to a piston that divides into a pressure chamber communicating with the air tank and an atmosphere opening chamber opened to atmospheric pressure.
In any of the methods described in Patent Document 1, it is assumed that the auxiliary thrust is in a constant state and the magnitude of the auxiliary thrust is assumed to be an auxiliary amount. The methods described in Patent Documents 2 and 3 are considered to be directed exclusively to a state in which the auxiliary thrust is constant in a straight traveling state.
As described above, Patent Documents 1 to 3 all describe that a shortage of thrust caused by reducing the propeller load degree by reducing the number of revolutions of the propeller of the model ship is constant auxiliary thrust by another method. It is a method to try to supplement with.
実船と模型船の船速はフルードの相似則によって対応づけられるが、粘性に起因する摩擦抵抗はフルードの相似則には従わず、模型船は実船より相対的に大きな抵抗を受ける。直進状態の拘束試験では曳引車によって推力の一部を模型船に与えることでプロペラが出す推力を模型船と実船で相似にする方法が確立されているが、自走試験の場合には模型船のプロペラによってのみ必要な推力が生み出されるため、一般に模型船のプロペラ回転数は実船相当より大きな回転数になる。すなわち、フルード数を実船と一致させて模型船による自走試験をおこなおうとする場合、プロペラ回転数と船速の関係、あるいはプロペラ荷重度が一般に実船と模型船で相似ではなくなる。
プロペラ荷重度が実船と模型船で相似でなくなるとプロペラ後流中に置かれた舵の性能も相似ではなくなる。この場合、模型船の舵の方が実船のそれより強いプロペラ後流中に置かれることになり、模型船の方が実船より舵効きが良くなることになるからである。舵効きは船の操縦性能に強く関係するため、模型船の自走試験による操縦性能試験は一般には実船対応の性能を直接には示さない。
波浪中や風圧下における主機特性の変化・変動を調べる試験をおこなおうとする場合、基本となる平水中におけるプロペラ回転数と船速の関係、プロペラ荷重度が模型船と実船と相似でない場合は回転数と推力、トルク、主機特性の関係についても模型船と実船での相似則が確保されない。
本発明が解決しようとする課題は、上記のような問題を解決するため、直進状態に限らず操舵や外力によって斜航や旋回あるいは波を含む外力による船体動揺までもおこなうような自走試験、さらに途中でプロペラ回転数が変化するような自走試験において、模型船のプロペラ回転数と船速の関係を任意に設定できるようにすること、言い換えると、自走試験におけるプロペラ荷重度を自由に調整できるようにすることである。
The speeds of the actual ship and the model ship are related by the Froude's similarity law, but the frictional resistance due to viscosity does not follow the Froude's similarity law, and the model ship receives a greater resistance than the actual ship. In the restraint test in the straight running state, a method has been established to make the thrust produced by the propeller similar to the model ship and the actual ship by applying a part of the thrust to the model ship by a towing vehicle. Since the necessary thrust is generated only by the propeller of the model ship, the propeller rotation speed of the model ship is generally larger than that of the actual ship. That is, when trying to conduct a self-propelled test with a model ship with the fluid number matched with that of the actual ship, the relationship between the propeller rotation speed and the ship speed, or the propeller load, is generally not similar between the actual ship and the model ship.
If the propeller load degree is not similar between the actual ship and the model ship, the performance of the rudder placed in the wake of the propeller is also not similar. In this case, the rudder of the model ship will be placed in the propeller wake stronger than that of the actual ship, and the model ship will be steered better than the actual ship. Since the rudder effect is strongly related to the maneuvering performance of the ship, the maneuvering performance test by the self-propelled test of the model ship generally does not directly show the performance corresponding to the actual ship.
When conducting tests to investigate changes or fluctuations in the main engine characteristics in the waves or under wind pressure, when the relationship between the propeller rotation speed and ship speed in the basic flat water and the propeller load are not similar to the model ship and the actual ship As for the relationship between the number of revolutions, thrust, torque, and main engine characteristics, the similarity between the model ship and the actual ship is not ensured.
The problem to be solved by the present invention is to solve the above-mentioned problem, not only in a straight traveling state, but also a self-propelled test in which the hull is shaken or turned by a steering or external force, or even the hull is shaken by an external force including waves, Furthermore, in a self-propelled test where the propeller rotational speed changes midway, the relationship between the propeller rotational speed of the model ship and the ship speed can be set arbitrarily, in other words, the propeller load degree in the self-propelled test can be freely set. It is to be able to adjust.
請求項1に記載の本発明の荷重度変更自走試験方法は、自走可能な模型船と、前記模型船を追尾する追尾手段と、前記追尾手段に設けた前記模型船に補助推力を付加する補助推力付加手段とを用いた自走試験方法であって、前記模型船の運動状態、及びフルード数を実船と一致させたときにレイノルズ数が一致しないことによる摩擦抵抗の差に基づいて補助推力を計算し、さらに前記模型船の加速度と前記補助推力付加手段の移動部の質量とに基づいて計算値を補正する補助推力計算手段の計算結果に応じて前記補助推力付加手段を制御し、前記模型船に前記計算結果に基づいた補助推力を付加したことを特徴とする。
この構成によれば、模型船の運動状態に基づいて補助推力計算手段により補助推力を計算し、計算された補助推力を補助推力付加手段で模型船に付加することができる。
また、計算結果に基づいた補助推力を運動状態の変化に対応させて付加することにより、フルード数、レイノルズ数について実船との間に生じる不一致を補正しながら自走試験を行うことができる。
また、模型船の加速度と補助推力付加手段の移動部の質量に基づいて、補助推力付加手段の移動部の慣性による模型船への影響を打ち消すことができる。
請求項2の本発明は、請求項1に記載の荷重度変更自走試験方法において、前記追尾手段として、X-Y-Z3次元直交座標系においてX軸方向と、Y軸方向と、Z軸回りに動く曳引車を用い、前記模型船の位置と方位の検出結果に応じて前記曳引車を制御したことを特徴とする。
この構成によれば、曳引車によりX軸方向、Y軸方向およびZ軸回りの模型船の動きを追尾することができる。
Load degree changing self testing method of the present invention according to claim 1, additionally a free-running possible model ship, and tracking means for tracking the model ship, the auxiliary thrust to the model ship provided on said tracking means A self-propelled test method using auxiliary thrust adding means , which is based on the difference in frictional resistance due to the state of motion of the model ship and the fact that the Reynolds number does not match when the fluid number is matched with the actual ship. Auxiliary thrust is calculated , and the auxiliary thrust addition means is controlled according to the calculation result of the auxiliary thrust calculation means for correcting the calculated value based on the acceleration of the model ship and the mass of the moving part of the auxiliary thrust addition means. A supplementary thrust based on the calculation result is added to the model ship .
According to this configuration, it is possible on the basis of the state of motion of the model ship auxiliary thrust calculated by the auxiliary thrust calculation means, adds the calculated auxiliary thrust model ship auxiliary thrust adding means.
Further, by adding an auxiliary thrust based on the calculation result in correspondence with the change in the motion state, the self-running test can be performed while correcting the discrepancy between the actual number and the fluid number and the Reynolds number.
Further, based on the acceleration of the model ship and the mass of the moving part of the auxiliary thrust adding means, the influence on the model ship due to the inertia of the moving part of the auxiliary thrust adding means can be counteracted.
The present invention of claim 2 is the load degree changing self-running test method according to claim 1 , wherein the tracking means includes an X-axis direction, a Y-axis direction, and a Z-axis in an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system. A towing vehicle moving around is used, and the towing vehicle is controlled in accordance with the detection result of the position and direction of the model ship.
According to this configuration, the movement of the model ship around the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis can be tracked by the towing vehicle.
請求項3に記載の本発明の荷重度変更自走試験装置は、自走可能な模型船と、前記模型船を追尾する追尾手段と、前記追尾手段に設けた前記模型船に補助推力を付加する補助推力付加手段と、前記模型船の運動状態、及びフルード数を実船と一致させたときにレイノルズ数が一致しないことによる摩擦抵抗の差に基づいて補助推力を計算する補助推力計算手段と、前記補助推力計算手段の計算結果に応じて前記補助推力付加手段を制御する制御手段と、前記模型船の加速度を検出する加速度検出手段とを備え、前記補助推力計算手段は、前記加速度検出手段の検出値と前記補助推力付加手段の移動部の質量に基づいて計算値を補正して前記計算結果を導出し、前記制御手段が前記模型船に補正した前記計算結果に基づいた補助推力を付加したことを特徴とする。
この構成によれば、自走可能な模型船の運動状態に基づいて補助推力計算手段により計算された補助推力を模型船に付加することができる。
また、計算結果に基づいた補助推力を運動状態の変化に対応させて付加することにより、運動状態の変化に対応した補助推力を付加して、フルード数、レイノルズ数について実船との間に生じる不一致を補正しながら自走試験を行うことができる。
また、模型船の加速度と補助推力付加手段の移動部の質量に基づいて、補助推力付加手段の移動部の慣性による模型船への影響を打ち消すことができる。
請求項4の本発明は、請求項3に記載の荷重度変更自走試験装置において、前記追尾手段として、X-Y-Z3次元直交座標系においてX軸方向に動く主台車と、この主台車上に設置されたY軸方向に動く副台車と、この副台車に設けたZ軸回りに回転する回転盤とを有した曳引車を用い、前記模型船の位置と方位に応じて前記主台車と前記副台車と前記回転盤を制御したことを特徴とする。
この構成によれば、前記主台車と前記副台車と前記回転盤を制御することにより、その位置と方位に応じて、模型船のX軸方向およびY軸方向の移動ならびにZ軸回りの回転を追うことができる。
請求項5の本発明は、請求項4に記載の荷重度変更自走試験装置において、前記回転盤固定のx−y−z3次元直交座標系において、前記模型船のx軸方向の揺れを検出するx方向揺れ検出手段と、y軸方向の揺れを検出するy方向揺れ検出手段と、z軸回りの揺れを検出する船首揺れ検出手段とをさらに備え、前記x方向揺れ検出手段と、前記y方向揺れ検出手段と、前記船首揺れ検出手段で検出される検出値がゼロになるように前記追尾手段を使用して前記曳引車の位置と方位を制御したことを特徴とする。
この構成によれば、前記主台車と前記副台車と前記回転盤を制御することにより、回転盤固定のx軸方向およびy軸方向の模型船の揺れならびにz軸回りの模型船揺れに追従させることができる。
請求項6の本発明は、請求項5に記載の荷重度変更自走試験装置において、前記模型船に作用するx軸方向の力を検出するx方向力検出器と、y軸方向の力を検出するy方向力検出器をさらに備え、前記x方向力検出器と前記y方向力検出器で検出される力が、前記補助推力のx軸方向の成分とy軸方向の成分と一致するように、前記制御手段で前記補助推力付加手段を制御したことを特徴とする。
この構成によれば、x方向力検出器とy方向力検出器により模型船に作用している力を検出できるから、補助推力付加手段を制御することにより、前記模型の運動状態に基づいて前記補助推力計算手段により計算された補助推進力を模型船に作用させることができる。
請求項7の本発明は、請求項3に記載の荷重度変更自走試験装置において、前記追尾手段として、前記模型船の進行方向に移動可能な曳引車と、この曳引車に搭載された前記模型を掴むロボットアームを用いたことを特徴とする。
この構成によれば、曳引車とロボットアームにより模型を追尾すると共にロボットアームにより模型に補助推力を付加することができる。
請求項8の本発明は、請求項3から請求項7のうちの1項に記載の荷重度変更自走試験装置において、前記追尾手段が前記補助推力付加手段を兼ねたことを特徴とする。
この構成によれば、模型を追尾すると共に模型に対して補助推力を付加することができる。
Load degree changing self test device of the present invention according to claim 3, additionally a free-running possible model ship, and tracking means for tracking the model ship, the auxiliary thrust to the model ship provided on said tracking means Auxiliary thrust adding means , and an auxiliary thrust calculating means for calculating the auxiliary thrust based on a difference in frictional resistance due to the Reynolds number not matching when the movement state of the model ship is matched with the actual ship number A control means for controlling the auxiliary thrust addition means according to a calculation result of the auxiliary thrust calculation means; and an acceleration detection means for detecting an acceleration of the model ship , wherein the auxiliary thrust calculation means is the acceleration detection means. The calculated value is corrected based on the detected value of the sensor and the mass of the moving part of the auxiliary thrust adding means to derive the calculation result, and the auxiliary thrust is added based on the calculation result corrected by the control means to the model ship. did And wherein the door.
According to this configuration, the auxiliary thrust calculated by the auxiliary thrust calculating means based on the motion state of the self-propelled model ship can be added to the model ship .
In addition, by adding auxiliary thrust based on the calculation result corresponding to the change of the motion state, the auxiliary thrust corresponding to the change of the motion state is added, and the fluid number and Reynolds number are generated between the actual ship. A self-run test can be performed while correcting the discrepancy.
Further, based on the acceleration of the model ship and the mass of the moving part of the auxiliary thrust adding means, the influence on the model ship due to the inertia of the moving part of the auxiliary thrust adding means can be counteracted.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the load degree changing self-running test apparatus according to the third aspect , wherein the tracking means includes a main carriage moving in the X-axis direction in an XYZ three -dimensional orthogonal coordinate system, and the main carriage Using a towing vehicle having a sub-car that moves in the Y-axis direction installed on the top and a turntable that rotates around the Z-axis provided on the sub-car, the main ship is changed according to the position and orientation of the model ship. The cart, the sub-cart, and the turntable are controlled.
According to this configuration, by controlling the main carriage, the sub carriage, and the turntable, the movement of the model ship in the X-axis direction and the Y-axis direction and the rotation around the Z-axis are controlled according to the position and direction. Can be chased.
According to a fifth aspect of the present invention, in the load degree changing self-propelled test apparatus according to the fourth aspect , in the xyz three-dimensional orthogonal coordinate system fixed to the rotating disk, the swing of the model ship in the x-axis direction is detected. An x-direction shake detecting means, a y-direction shake detecting means for detecting a shake in the y-axis direction, and a bow shake detecting means for detecting a shake around the z-axis. The position and direction of the towing vehicle are controlled by using the tracking means so that the detected value detected by the direction shaking detection means and the bow shaking detection means becomes zero.
According to this configuration, by controlling the main carriage, the auxiliary carriage, and the turntable, the model board shakes in the x-axis direction and the y-axis direction fixed on the turntable and the model ship shake around the z-axis are caused to follow. be able to.
According to a sixth aspect of the present invention, in the load degree changing self-propelled test apparatus according to the fifth aspect , an x-direction force detector for detecting an x-axis direction force acting on the model ship and a y-axis direction force are provided. A y-direction force detector for detecting the force, and the force detected by the x-direction force detector and the y-direction force detector so that the x-axis direction component and the y-axis direction component of the auxiliary thrust force coincide with each other. Further, the auxiliary thrust adding means is controlled by the control means.
According to this configuration, since the force acting on the model ship can be detected by the x-direction force detector and the y-direction force detector, the auxiliary thrust addition means is controlled to control the force based on the movement state of the model. The auxiliary propulsive force calculated by the auxiliary thrust calculating means can be applied to the model ship.
According to a seventh aspect of the present invention, in the load degree changing self-propelled test apparatus according to the third aspect , the towing vehicle movable in the traveling direction of the model ship as the tracking means, and mounted on the towing vehicle. A robot arm that holds the model is used.
According to this configuration, the model can be tracked by the towing vehicle and the robot arm, and auxiliary thrust can be added to the model by the robot arm.
The present invention of claim 8 is characterized in that, in the load degree changing self-running test apparatus according to one of claims 3 to 7 , the tracking means also serves as the auxiliary thrust adding means.
According to this configuration, it is possible to track the model and add auxiliary thrust to the model.
本発明の荷重度変更自走試験方法および荷重度変更自走試験装置によれば、自走可能な模型を追尾手段により追尾し、追尾手段に設けた補助推力付加手段から模型に対して、その運動状態に基づいて補助推力計算手段により計算された所定の補助推力を与えることができる。例えば、操舵や外力によって斜航や旋回あるいは波を含む外力による船体動揺までもおこなうような自走試験、さらに途中でプロペラ回転数が変化するような自走試験において、運動状態に基づいて所定の補助推力を与えることができる。
模型として模型船を用い、補助推力計算手段がフルード数を実船と一致させたときにレイノルズ数が一致しないことによる摩擦抵抗の差を計算する構成とすれば、自走可能な模型船のプロペラの回転数・推力・荷重度を補助推力の大きさに応じて任意に設定することが可能となる。これにより、平水中のみならず波浪中や風圧下における船の性能を直進中に限らず、操舵中、斜航中、旋回中、加速中、減速中などの航行状態を問わず、かつ機関特性をも含めて明らかにすることが可能となる。
追尾手段として、X-Y-Z3次元直交座標系においてX軸方向と、Y軸方向と、Z軸回りに動く曳引車を用い、模型船の位置と方位の検出結果に応じて曳引車を制御する構成とすれば、曳引車により自走可能な模型船の位置と方位を常に検知しながら、自走可能な模型船を追尾することが可能となる。また、曳引車は、自走可能な模型船の方位に応じて、補助推力計算手段により計算された補助推力を模型船の前後方向に常に与え続けることが可能となる。
補助推力計算手段が模型船の加速度と補助推力付加手段の移動部の質量とに基づいて計算値を補正する構成とすれば、補助推力付加手段の移動部の慣性による模型船への影響を打ち消すことができるから、自走可能な模型船のプロペラの回転数・推力・荷重度の補助推力の大きさに応じた設定をより正確に行うことが可能となる。
本発明の荷重度変更自走試験装置を、x方向揺れ検出手段、y方向揺れ検出手段および船首揺れ検出手段を備えた構成とすれば、模型船の揺れに追従させることができるから、自走可能な模型船の上記設定をより正確に行うことが可能となる。
本発明の荷重度変更自走試験装置をx方向力検出器およびy方向力検出器を備えた構成とすれば、これらにより検出された模型船に実際に加えられている補助推力に基づいて補助推力付加手段を制御することができるから、模型船に付加する補助推力の精度を向上させることができる。
追尾手段として曳引車とこの曳引車に搭載されたロボットアームを用いた構成または、追尾手段が補助推力付加手段を兼ねた構成とすれば、模型を追尾し補助推力を加える手段を簡単な構成により実現することができる。例えば、模型へのロボットアームの取り付け作業を容易にし、また、慣性力を低くして動揺の計測範囲を広げることができる。
According to the load degree changing self-running test method and the load degree changing self-running test apparatus of the present invention, the model capable of self-running is tracked by the tracking means, and the auxiliary thrust adding means provided in the tracking means is used to A predetermined auxiliary thrust calculated by the auxiliary thrust calculation means can be applied based on the motion state. For example, in a self-propelled test in which the steering or external force also causes tilting, turning, or even the hull's swaying by an external force including waves, and in a self-propelled test in which the propeller rotation speed changes along the way, a predetermined amount is determined based on the state of motion. Auxiliary thrust can be applied.
If a model ship is used as a model, and the auxiliary thrust calculation means calculates the difference in frictional resistance due to the fact that the Reynolds number does not match when the fluid number matches the actual ship, the propeller of the self-propelled model ship It is possible to arbitrarily set the number of rotations, thrust, and load degree according to the magnitude of the auxiliary thrust. As a result, the performance of the ship not only in plain water but also in the waves and under wind pressure is not limited to straight traveling, regardless of navigation conditions such as steering, tilting, turning, accelerating, decelerating, etc., and engine characteristics It becomes possible to clarify including.
As a tracking means, a towing vehicle that moves around the X axis direction, the Y axis direction, and the Z axis in an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system is used. If it is set as the structure which controls, it becomes possible to track the model ship which can be self-propelled, always detecting the position and direction of the model ship which can be self-propelled by the towing vehicle. Further, the towing vehicle can continuously apply the auxiliary thrust calculated by the auxiliary thrust calculation means in the front-rear direction of the model ship in accordance with the orientation of the model ship capable of traveling by itself.
If the auxiliary thrust calculation means corrects the calculated value based on the acceleration of the model ship and the mass of the moving part of the auxiliary thrust adding means, the influence on the model ship due to the inertia of the moving part of the auxiliary thrust adding means is canceled out. Therefore, it is possible to more accurately set the propulsion speed, thrust force, and load degree of the propeller of the self-propelled model ship according to the magnitude of the auxiliary thrust.
If the load degree changing self-running test apparatus of the present invention is configured to include an x-direction shake detecting means, a y-direction shake detecting means and a bow shake detecting means, it can follow the shake of the model ship. It becomes possible to perform the above setting of a possible model ship more accurately.
If the load degree changing self-propelled test device of the present invention is configured to include an x-direction force detector and a y-direction force detector, the assist is based on the auxiliary thrust actually applied to the model ship detected by these. Since the thrust adding means can be controlled, the accuracy of the auxiliary thrust applied to the model ship can be improved.
If a configuration using a towing vehicle and a robot arm mounted on this towing vehicle as a tracking means, or a configuration in which the tracking means also serves as an auxiliary thrust adding means, a means for tracking the model and applying auxiliary thrust can be simplified. This can be realized by the configuration. For example, it is easy to attach the robot arm to the model, and the inertial force can be lowered to widen the measurement range of shaking.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態について、図1〜4を参酌して以下に説明する。
図1は、本実施形態による荷重度変更試験方法に用いる荷重度変更試験装置を示すブロック図である。同図に示すように本実施形態の荷重度変更試験装置10は、制御手段1、運動状態検出手段2、補助推力計算手段3、補助推力付加手段4、追尾手段5および模型船(模型)6を備えている。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a block diagram showing a load degree change test apparatus used in the load degree change test method according to the present embodiment. As shown in the figure, the load degree change test apparatus 10 of this embodiment includes a control means 1, a motion state detection means 2, an auxiliary thrust calculation means 3, an auxiliary thrust addition means 4, a tracking means 5, and a model ship (model) 6. It has.
制御手段1は、運動状態検出手段2、補助推力計算手段3、補助推力付加手段4、追尾手段5および模型船6を制御するものであり、中央処理装置(CPU、Central Processing Unit)などを用いて構成することができる。また、制御手段1は、必要に応じて制御のための情報を記録したり読み出したりするための情報記憶手段(図示せず)と接続されていても良い。
運動状態検出手段2は、模型船6の運動状態を検出するものである。運動状態検出手段2により検出される運動状態としては、速度、加速度等が挙げられる。補助推力計算手段3は、運動状態検出手段2により検出された模型船6の運動状態に基づいて補助推力を計算するものである。補助推力計算手段3により、模型船6の運動状態に対応した適切な補助推力を得ることができる。補助推力付加手段4は、補助推力計算手段3の計算結果に応じて模型船6に補助推力を付加するものである。この補助推力付加手段4により、運動状態に対応した適切な補助推力を模型船6に付加することができる。追尾手段5は、自走可能な模型船6を追尾するものである。
The control means 1 controls the motion state detection means 2, the auxiliary thrust calculation means 3, the auxiliary thrust addition means 4, the tracking means 5 and the model ship 6, and uses a central processing unit (CPU) or the like. Can be configured. Further, the control means 1 may be connected to information storage means (not shown) for recording and reading information for control as required.
The movement state detection means 2 detects the movement state of the model ship 6. Examples of the motion state detected by the motion state detection means 2 include speed and acceleration. The auxiliary thrust calculation means 3 calculates the auxiliary thrust based on the movement state of the model ship 6 detected by the movement state detection means 2. By means of the auxiliary thrust calculation means 3, an appropriate auxiliary thrust corresponding to the movement state of the model ship 6 can be obtained. The auxiliary thrust adding means 4 adds auxiliary thrust to the model ship 6 according to the calculation result of the auxiliary thrust calculating means 3. By this auxiliary thrust adding means 4, an appropriate auxiliary thrust corresponding to the motion state can be added to the model ship 6. The tracking means 5 tracks a model ship 6 that can be self-propelled.
図2は本実施形態による荷重度変更自走試験方法に用いる試験水槽と曳引車の構造を示す要部平面図である。同図に示すように、曳引車(追尾手段)Aは主台車51、主台車51上の副台車52、および副台車52上の回転盤53を備えている。
水槽Hは、模型船6(図1参照)を自走させるためのものであり、X-Y-Z3次元直交座標系が設定されている。以下、水槽Hに設定されている座標系を用いて模型船6の位置・方向を特定する場合、大文字のX、Y、Z及びΨを用いる。本実施形態においては、X-Y-Z3次元直交座標系のX方向は、水槽Hに水が入った状態において水面の外郭により形成される長方形の長手方向をいう。そして、水面上でX軸に直交する方向をY方向、X方向およびY方向の何れとも直交する鉛直方向をZ方向とする。
FIG. 2 is a plan view of an essential part showing the structure of a test water tank and a towing vehicle used in the load degree changing self-running test method according to the present embodiment. As shown in the figure, the towing vehicle (tracking means) A includes a main carriage 51, a sub carriage 52 on the main carriage 51, and a turntable 53 on the sub carriage 52.
The water tank H is for making the model ship 6 (see FIG. 1) self-propelled, and an XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system is set. Hereinafter, when specifying the position and direction of the model ship 6 using the coordinate system set in the water tank H, capital letters X, Y, Z, and Ψ are used. In the present embodiment, the X direction of the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system refers to a rectangular longitudinal direction formed by the outline of the water surface when water enters the water tank H. A direction orthogonal to the X axis on the water surface is defined as a Y direction, and a vertical direction orthogonal to any of the X direction and the Y direction is defined as a Z direction.
曳引車Aは主台車51によってレール54上をX方向に動くことができる。主台車51には副台車52が設置されており、副台車52は主台車51上をY方向に動くことができる。副台車52は回転盤53を備えており、回転盤53はZ方向(Z軸)を回転軸として回転することができる。回転盤53がZ軸回りに回転する回転方向をX軸を基準としてΨ方向と記す。曳引車Aの位置をXc,Ycと記し、X軸を基準とした回転方向をΨcと記す。曳引車Aの位置と方向Xc,Yc,Ψcは外部からの信号によってそれぞれ制御することができる。 The towing vehicle A can move in the X direction on the rail 54 by the main carriage 51. The main cart 51 is provided with a sub cart 52, and the sub cart 52 can move on the main cart 51 in the Y direction. The sub-carriage 52 includes a turntable 53, and the turntable 53 can rotate about the Z direction (Z axis) as a rotation axis. A rotation direction in which the rotating disk 53 rotates around the Z axis is referred to as a Ψ direction with reference to the X axis. Shows information about the position of the towing vehicle A X c, and Y c, the direction of rotation relative to the X axis denoted as [psi c. The position of the towing vehicle A and the directions X c , Y c and Ψ c can be controlled by signals from the outside.
図3は本実施形態の荷重度変更試験装置の構造を示す要部斜視図であり、変位検出・補助推力付加のための荷重度変更試験装置10の構造の概略を示している。この荷重度変更試験装置10は、図2に示した曳引車Aの回転盤53上に設置される。そして、その下端の模型固定部11において、破線で示した模型船6の重心位置に固定される。模型船6を水平に保つためのジンバル部12を備えていることによって、図2に示す曳引車Aが模型船6の横揺れ・縦揺れ・船首揺れを拘束することはない。すなわち、ジンバル部12により、模型船6のピッチ方向、ロール方向、ヨー方向に対する運動が許容されている。 FIG. 3 is a perspective view of a main part showing the structure of the load degree change test apparatus according to the present embodiment, and shows an outline of the structure of the load degree change test apparatus 10 for detecting displacement and adding auxiliary thrust. This load degree change test apparatus 10 is installed on the turntable 53 of the towing vehicle A shown in FIG. And in the model fixing | fixed part 11 of the lower end, it fixes to the gravity center position of the model ship 6 shown with the broken line. The provision of the gimbal portion 12 for keeping the model ship 6 horizontal prevents the towing vehicle A shown in FIG. That is, the gimbal portion 12 allows the model ship 6 to move in the pitch direction, roll direction, and yaw direction.
図3に示すように、水槽Hに設定されているX-Y-Z3次元直交座標系(図2参照)とは別に、荷重度変更試験装置10にはx−y−z3次元直交座標系が設定されている。以下、荷重度変更試験装置10に設定されている座標系を用いて模型船6の位置・方向を特定する場合、小文字のx、y、z及びψを用いる。このx−y−z3次元直交座標系のx方向とは、回転盤53上に固定された水槽Hの水面に平行な所定方向をいう。そして、水面に平行でx軸に直交する方向をy方向、x方向およびy方向の何れとも直交する鉛直方向をz方向とする。
x−y−z3次元直交座標系は、回転盤53上に固定されたものであるから、回転盤53の回転に伴って、x方向、y方向が変化する。ただし、z軸回りの回転方向の基準位置をx方向としているから、z軸回りの回転方向ψが回転盤53の回転に伴って変化することはない。
荷重度変更試験装置10では、模型固定部11およびジンバル部12を備えている支柱部13が、鉛直方向に移動可能な状態でx移動部(補助推力付加手段)14に取付けられている。支柱部13は、x移動部14内のローラー(補助推力付加手段)15によって、鉛直となるように保たれると同時に模型船6の上下揺れを拘束することはない。
x移動部14は下方にローラー15を備えており、ローラー15がxレール16上に乗っている。ローラー15が回転してxレール16を移動することにより、x移動部14はx方向に動くことができる。xレール16の下方にはローラー(補助推力付加手段)17が設けられており、ローラー17がyレール(補助推力付加手段)18上に乗っている。ローラー17が回転してyレール18上を移動することにより、xレール16はy方向に動くことができる。
As shown in FIG. 3, in addition to the XYZ three-dimensional orthogonal coordinate system (see FIG. 2) set in the water tank H, the load degree changing test apparatus 10 has an xyz three-dimensional orthogonal coordinate system. Is set. Hereinafter, when specifying the position / direction of the model ship 6 using the coordinate system set in the load degree change test apparatus 10, lowercase letters x, y, z, and ψ are used. The x direction of the xyz three-dimensional orthogonal coordinate system refers to a predetermined direction parallel to the water surface of the water tank H fixed on the rotating disk 53. A direction parallel to the water surface and orthogonal to the x-axis is defined as the y direction, and a vertical direction orthogonal to any of the x and y directions is defined as the z direction.
Since the xyz three-dimensional orthogonal coordinate system is fixed on the turntable 53, the x direction and the y direction change as the turntable 53 rotates. However, since the reference position in the rotation direction around the z axis is the x direction, the rotation direction ψ around the z axis does not change with the rotation of the rotating disk 53.
In the load degree change test apparatus 10, a support column portion 13 including a model fixing portion 11 and a gimbal portion 12 is attached to an x moving portion (auxiliary thrust adding means) 14 in a state of being movable in the vertical direction. The support column 13 is kept vertical by a roller (auxiliary thrust adding means) 15 in the x moving unit 14 and does not restrain vertical swing of the model ship 6 at the same time.
The x moving unit 14 includes a roller 15 below, and the roller 15 is on the x rail 16. As the roller 15 rotates and moves along the x rail 16, the x moving part 14 can move in the x direction. A roller (auxiliary thrust adding means) 17 is provided below the x rail 16, and the roller 17 rides on a y rail (auxiliary thrust adding means) 18. As the roller 17 rotates and moves on the y rail 18, the x rail 16 can move in the y direction.
模型船6のx方向の揺れはx揺れ検出用ポテンショメータ(運動状態検出手段)19によって検出される。模型船6のy方向の揺れはy揺れ検出用ポテンショメータ(運動状態検出手段)20によって検出される。模型船6の船首揺れは船首揺れ検出用ポテンショメータ(運動状態検出手段)21によって検出される。これらのポテンショメータによって検出されるx揺れとy揺れ、船首揺れの値をx,y,ψと記す。 Shaking of the model ship 6 in the x direction is detected by an x shaking detecting potentiometer (motion state detecting means) 19. Shaking of the model ship 6 in the y direction is detected by a y shaking detection potentiometer (motion state detecting means) 20. The bow of the model ship 6 is detected by a bow shake detection potentiometer (motion state detecting means) 21. The values of x swing, y swing, and bow swing detected by these potentiometers are denoted as x, y, and ψ.
x移動部14にはx揺れ用ワイヤー22を介してx力用サーボモータ(補助推力付加手段)23が接続されており、これらを介してx移動部14にx方向の力をかけることができる。xレール16にはy揺れ用ワイヤー24を介してy力用サーボモータ(補助推力付加手段)25が接続されており、これらを介してxレール16にy方向の力をかけることができる。x力用サーボモータ23が生み出すx方向の力をFx、y力用サーボモータ25が生み出すy方向の力をFyと記す。模型固定部11、ジンバル部12および支柱部13の合計重量は模型船6の排水量に含まれる。 An x force servomotor (auxiliary thrust adding means) 23 is connected to the x moving part 14 via an x swinging wire 22, and a force in the x direction can be applied to the x moving part 14 via these. . A y-force servomotor (auxiliary thrust adding means) 25 is connected to the x-rail 16 via a y-swing wire 24, and a force in the y-direction can be applied to the x-rail 16 through these. The x-direction of force x power servo motor 23 generate F x, the y direction of the force servo motor 25 generate a y force referred to F y. The total weight of the model fixing part 11, the gimbal part 12 and the column part 13 is included in the drainage amount of the model ship 6.
検出されたx,y,ψを信号に変換して曳引車Aに入力し、これらx,y,ψが0になるように例えばPID制御のようなフィードバック制御によってXc,Yc,Ψcを制御する。その結果、曳引車Aは自走する模型船6の位置と方位を追尾して動くことになる。 The detected x, y, and ψ are converted into signals and input to the towing vehicle A, and X c , Y c , and Ψ are controlled by feedback control such as PID control so that these x, y, and ψ become zero. c is controlled. As a result, the towing vehicle A moves by tracking the position and direction of the self-propelled model ship 6.
水槽HのX-Y-Z3次元直交座標系における模型船6の船首方向をΨsと記す。Ψsと、回転盤53の回転方向Ψcと、船首揺れ検出用ポテンショメータ21によって検出されたψとに関して次の関係が成り立つ。
模型船6がx方向に加速度を持つ場合はx移動部14の質量mxが、y方向に加速度を持つ場合はx移動部14の質量mxとxレール16の質量mrの合計がそれぞれ慣性力として模型船6に作用することになる。これらの慣性力が無視できない場合は、これらの慣性力を打ち消すだけの力をx方向とy方向に与えればよい。この場合、x力用サーボモータ23が生み出すx方向の力Fxと、y力用サーボモータ25が生み出すy方向の力Fyは次式で与えられる。
補助推力Taは、一定値であっても、あるいは模型船6の船速とプロペラ回転数・船体運動等から計算され時々刻々変化する変動値でもかまわない。すなわち、模型船6を一定速度で直進させるような場合、補助推力Taとして一定の値を用いることができるが、本実施形態の荷重度変更試験装置10によれば、模型船6の運動状態に基づいて補助推力計算手段3により計算された補助推力を模型船6に対して付加することができる。これにより、模型船6の自走試験においてプロペラの荷重度を自由に調整すること、すなわち、模型船6の変化する運動状態に対応して、適切な補助推力を加えることにより、模型船6のプロペラの荷重度を自由に調整することが可能となる。
When the model ship 6 has acceleration in the x direction, the mass m x of the x moving unit 14 is the sum of the mass m x of the x moving unit 14 and the mass m r of the x rail 16 when having acceleration in the y direction. Acting on the model ship 6 as an inertial force. If these inertial forces cannot be ignored, a force sufficient to cancel these inertial forces may be applied in the x and y directions. In this case, the x direction of the force F x which x force servomotor 23 produces a force F y in the y direction servo motor 25 generate a y force is given by the following equation.
Auxiliary thrust T a is may be a variable value may be constant values or calculated from boat speed of the model ship 6 and propeller speed, ship motions like changes from moment to moment. That is, when the model ship 6 goes straight at a constant speed, a constant value can be used as the auxiliary thrust Ta, but according to the load degree change test apparatus 10 of the present embodiment, the motion state of the model ship 6 Based on the above, the auxiliary thrust calculated by the auxiliary thrust calculation means 3 can be added to the model ship 6. Thereby, in the self-propelled test of the model ship 6, the load degree of the propeller can be freely adjusted, that is, by applying an appropriate auxiliary thrust corresponding to the changing motion state of the model ship 6, It becomes possible to freely adjust the load degree of the propeller.
一般に自走試験の方法としては、プロペラ回転数一定のほか推力一定、トルク一定、馬力一定の方法が考えられる。いずれの方法で自走試験をおこなっても、波浪中や風圧下など外乱がある場合は一般に船体動揺や斜航などの操縦運動が伴う。あるいは外乱がなくても操舵による操縦運動が伴う場合がある。このような場合は船速が変化する。船速が変化すれば与えるべき補助推力Taの値も変化する。これは補助推力Taが一般に摩擦抵抗成分に対応するからである。補助推力Taとして与えるべき摩擦抵抗成分は、あらかじめ実施されたまたは別途推定された船の抵抗特性から次式のように船速の前後方向成分umの関数として求めることができる。
図5は船速の前後方向成分umを説明するための模式図である。同図に示すように、図中において二点鎖線を用いて示した軌跡を描くように旋回する場合、模型船6は一般にその船首を旋回軌道よりも内側に向ける。ここで、補助推力Taとして与えるべき摩擦抵抗成分は、旋回方向ではなく、船速の前後方向成分umの関数として求めることができる。船速の前後方向成分umは次式で計算される。
Figure 5 is a schematic view for explaining a front-rear direction component u m of boat speed. As shown in the figure, when turning to draw a locus indicated by a two-dot chain line in the figure, the model ship 6 generally turns its bow to the inside of the turning track. Here, frictional resistance component to be applied as an auxiliary thrust Ta, not the turning direction can be determined as a function of the longitudinal component u m of boat speed. Longitudinal direction component u m of boat speed is calculated by the following equation.
(4)式の具体化はいくつか考えられるが、例えば次式のように表すことができる。
このように、本方法によれば船速の変動がある場合でもこれに応じて変動する補助推力を時々刻々与えることが可能となる。
Although there are some possible implementations of the equation (4), for example, it can be expressed as the following equation.
As described above, according to the present method, even when there is a fluctuation in the ship speed, it is possible to apply the auxiliary thrust that fluctuates according to the fluctuation every moment.
なお、本実施形態の荷重度変更試験装置は、運動状態検出手段としてポテンショメータを用いている。このようにポテンショメータを採用した構成では、追尾手段が補助推力付加手段としても機能するから、両者を厳密に分けることは困難である。このため、補助推力計算手段による計算値の補正に用いられる補助推力付加手段の移動部の質量には、追尾手段に相当する部分の質量も含まれることとなる。しかし、模型船を追尾するための手段として、例えばカメラで模型船の位置を認識するような別の構成を採用することも可能である。このような構成を採用した場合、追尾手段の移動部の質量が存在せず、ポテンショメータは必要なくなり、移動部すべてが補助推力付加手段であるとみなすことができる。このため、補助推力付加手段の移動部の質量として計算値の補正に用いられるものは、追尾手段に相当する部分を含まない移動部の質量となる。 In addition, the load degree change test apparatus of this embodiment uses a potentiometer as the motion state detection means. In the configuration employing the potentiometer in this way, the tracking means also functions as the auxiliary thrust adding means, so it is difficult to strictly separate the two. For this reason, the mass of the moving part of the auxiliary thrust adding means used for correcting the calculated value by the auxiliary thrust calculating means includes the mass of the portion corresponding to the tracking means. However, as a means for tracking the model ship, it is possible to adopt another configuration in which, for example, the position of the model ship is recognized by a camera. When such a configuration is adopted, the mass of the moving part of the tracking means does not exist, no potentiometer is required, and all the moving parts can be regarded as auxiliary thrust adding means. For this reason, what is used for the correction of the calculated value as the mass of the moving part of the auxiliary thrust adding means is the mass of the moving part not including the part corresponding to the tracking means.
(第2の実施形態)
本実施の形態において用いる装置・手段としては、第1の実施形態とほぼ同じであるが、図6に示すような若干異なる変位検出・補助推力付加装置を用いる。本実施形態の荷重度変更試験装置30が図3の荷重度変更試験装置10と異なる点は、xy方向加速度計26を必要とせず、その代わりにジンバル部12上部にx方向の力を検出するx方向力検出器(運動状態検出手段)31とy方向の力を検出するy方向力検出器(運動状態検出手段)32を設けている点である。なお、第1の実施形態において説明した部材については、同じ番号を付して本実施形態では説明を省略する。
与えるべき補助推力がTaである場合、x方向力検出器31で検出される力をFxm,y方向力検出器32で検出される力をFymとする。このとき、次式が満足されるようにx力用サーボモータ23及びy力用サーボモータ25を制御すればよい。
The devices and means used in the present embodiment are almost the same as those in the first embodiment, but a slightly different displacement detection / auxiliary thrust addition device as shown in FIG. 6 is used. The load degree change test apparatus 30 of the present embodiment is different from the load degree change test apparatus 10 of FIG. 3 in that it does not require the xy-direction accelerometer 26 and instead detects the force in the x direction on the gimbal portion 12. An x-direction force detector (movement state detection means) 31 and a y-direction force detector (movement state detection means) 32 for detecting a force in the y direction are provided. In addition, about the member demonstrated in 1st Embodiment, the same number is attached | subjected and description is abbreviate | omitted in this embodiment.
If the auxiliary thrust force to be applied is T a, the force detected by the x-direction force detector 31 F xm, the force detected by the y-direction force detector 32 and F ym. At this time, the x-force servomotor 23 and the y-force servomotor 25 may be controlled so that the following expression is satisfied.
x方向力検出器31およびy方向力検出器32の代わりに模型船6の前後力FLおよび左右力FTを検出する場合は以下を満足するようにx力用サーボモータ23及びy力用サーボモータ25を制御すればよい。
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態について、図7及び図8を参酌して以下に説明する。本実施形態では、補助推力付加手段として圧縮ガス(エア)ボンベを利用して補助推力を与える方法を用いた点において、上述した第1および第2の実施形態とは異なっている。なお、第1および第2の実施形態において説明した部材については、同じ番号を付して本実施形態では説明を省略する。
図7は本実施形態による荷重度変更自走試験装置の構造を示す要部斜視図である。同図に示すように、本実施形態の荷重度変更試験装置40は模型船6の船尾にエアノズル(補助推力付加手段)41を備えている。そして、曳引車Aは別途自動追尾手段としての主台車51、副台車52及び回転盤53(図2参照)を持って模型船6を追尾すると同時に、模型船6の船尾に設けられているエアノズル41を制御して模型船6に与える補助推力の大きさを時々刻々状況に応じて変化させることになる。なお、曳引車Aによるエアノズル41の制御方法としては、従来公知の方法を用いることができる。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The present embodiment is different from the above-described first and second embodiments in that a method of applying auxiliary thrust using a compressed gas (air) cylinder as auxiliary thrust adding means is used. In addition, about the member demonstrated in 1st and 2nd embodiment, the same number is attached | subjected and description is abbreviate | omitted in this embodiment.
FIG. 7 is a perspective view of a main part showing the structure of the load degree changing self-running test apparatus according to the present embodiment. As shown in the figure, the load degree changing test apparatus 40 of this embodiment includes an air nozzle (auxiliary thrust adding means) 41 at the stern of the model ship 6. The towing vehicle A has a main car 51, a sub car 52, and a turntable 53 (see FIG. 2) as separate automatic tracking means to track the model ship 6 and is provided at the stern of the model ship 6. The magnitude of the auxiliary thrust applied to the model ship 6 by controlling the air nozzle 41 is changed according to the situation. In addition, as a control method of the air nozzle 41 by the towing vehicle A, a conventionally well-known method can be used.
図8は荷重度変更自走試験装置においてエアノズル41を制御して模型船に与える補助推力を制御する構成を説明するための要部側面図である。同図に示すように、模型船6はその推進力をプロペラ61のみならず、エアノズル41からも得ることができる。このため、運動状態検出手段2により得られた情報に基づいて補助推力計算手段3により得られた計算結果に応じて、エアノズル41からのガス噴射による補助推進力を変化させることにより、プロペラ61の回転数と模型船6の船側とを独立して設定することができ、プロペラ61の荷重度を自由に調整することができる。
なお、本実施の形態においては、第2の実施の形態同様x方向力検出器31およびy方向力検出器32を用いた構成としたが、これ以外の実施形態として記載した構成と組み合わせて実施することも可能である。
FIG. 8 is a side view of an essential part for explaining a configuration for controlling the auxiliary thrust applied to the model ship by controlling the air nozzle 41 in the load degree changing self-running test apparatus. As shown in the figure, the model ship 6 can obtain its propulsive force not only from the propeller 61 but also from the air nozzle 41. For this reason, by changing the auxiliary propulsive force by the gas injection from the air nozzle 41 according to the calculation result obtained by the auxiliary thrust calculation means 3 based on the information obtained by the motion state detection means 2, the propeller 61 The rotation speed and the ship side of the model ship 6 can be set independently, and the load degree of the propeller 61 can be adjusted freely.
In the present embodiment, the x-direction force detector 31 and the y-direction force detector 32 are used as in the second embodiment. However, the present embodiment is implemented in combination with the configurations described as other embodiments. It is also possible to do.
(第4の実施形態)
本発明の第4の実施形態について、図9〜図13を参酌して以下に説明する。本実施形態では、ロボットアームを用いて荷重度変更試験装置を実施し、当該荷重度変更試験装置を備えた流体作用力測定装置として本発明を実施する場合について説明する。この場合、ロボットアームは、それが検出する模型船の変位と方位に応じて曳引車が模型船を自動追尾すると同時に、状況に応じて時々刻々変化する補助推力を模型船に加えるように動く。これにより、ロボットアームを用いることによっても、本発明の課題を解決することができる。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. This embodiment demonstrates the case where a load degree change test apparatus is implemented using a robot arm, and this invention is implemented as a fluid action force measuring apparatus provided with the said load degree change test apparatus. In this case, the robot arm moves so that the towing vehicle automatically tracks the model ship according to the displacement and direction of the model ship detected by the robot arm, and at the same time, an auxiliary thrust that changes from time to time according to the situation is applied to the model ship. . Thereby, the subject of this invention can be solved also by using a robot arm.
図9は本実施形態による荷重度変更試験装置を備えた流体作用力測定装置を模型船に適用した波力測定装置の機能実現手段を示すブロック図である。
本実施形態による波力測定装置は、流体の作用力試験を行う模型(模型船)101と、模型101に作用する流体の力を検出する作用力検出手段(運動状態検出手段)102と、流体を変動させる流体変動手段103と、模型101を作動させる模型作動手段104と、作用力検出手段102を端部に設けるロボットアーム(補助推力付加手段、追尾手段)105とを備えている。ロボットアーム105は、従来のヒーブロッド・キャリッジ式波力計測装置のようなキャリッジを必要としないため、動揺計測範囲を広く取れる。
作用力検出手段102は、複数のロードセルで構成している。本実施形態では、サージ方向、スウェイ方向、ヒーブ方向、ヨー方向のそれぞれの作用力を検出するために、4軸ロードセルを用いている。作用力検出手段102は、流体変動手段103による流体の変動下で模型101に作用する力、及び模型101を模型作動手段104により作動させたときの模型101に作用する力を検出する。
FIG. 9 is a block diagram showing a function realization means of the wave force measuring device in which the fluid acting force measuring device provided with the load degree changing test device according to the present embodiment is applied to a model ship.
The wave force measuring apparatus according to the present embodiment includes a model (model ship) 101 that performs a fluid force test, an action force detection means (motion state detection means) 102 that detects the force of the fluid acting on the model 101, and a fluid. A fluid changing means 103 for changing the model 101, a model operating means 104 for operating the model 101, and a robot arm (auxiliary thrust adding means, tracking means) 105 provided with an acting force detecting means 102 at its end. Since the robot arm 105 does not require a carriage unlike the conventional heave rod / carriage type wave force measuring device, the fluctuation measurement range can be widened.
The acting force detection means 102 is composed of a plurality of load cells. In the present embodiment, a four-axis load cell is used to detect the acting forces in the surge direction, sway direction, heave direction, and yaw direction. The acting force detecting means 102 detects the force acting on the model 101 under the fluid fluctuation by the fluid changing means 103 and the force acting on the model 101 when the model 101 is actuated by the model actuating means 104.
ロボットアーム105の端部は、機械的な機構又は制御機構によって水平を保つように構成されている。ロボットアーム105の先端部には、過大負荷防止機構106とワンタッチ機構107とを備えている。図9では、過大負荷防止機構106は、ワンタッチ機構107を介してロボットアーム105に設けた構成を示しているが、ロボットアーム105に直接設けてもよい。
作用力検出手段102は過大負荷防止機構106を介しワンタッチ機構107によってロボットアーム105に連結され、一方でケーシング118を介してジンバル108に接続されている。また、過大負荷防止機構106は、模型101を作動、又は停止させるときに作用力検出手段102の周辺構造物であるケーシング118を掴み、作用力検出手段102に過大な負荷がかかることを防止することが可能なように構成されている。
なお、ワンタッチ機構107は、作用力検出手段102とジンバル108との間、又はジンバル108と模型101との間に設けてもよい。ジンバル108と模型101との間にワンタッチ機構107を設けた場合は、模型101をワンタッチ機構107で直接的に掴むことになるがロボットアーム105と過大負荷防止機構106との間や、作用力検出手段102とジンバル108との間に設けた場合は、間接的に掴むことになる。この掴み方が、直接的であるか間接的であるかは、関連部分の構成や着脱操作のし易さに応じて任意に選択される。
なお、ワンタッチ機構107は、手の1回の接触で着脱が可能な機構をはじめとした、工具を用いることなく簡便に物の着脱が可能な機構全体を含むものとする。
従来のヒーブロッド・キャリッジ式波力計測装置においては、ジンバルを模型船に固定する作業が、複数のボルト固定によるために極めて手間を要していた。しかし、ワンタッチ機構107を設けることで、模型101へのロボットアーム105の取り付けを多数のボルトを用いることなく行えるために、波力測定装置の設置作業に要する手間を軽減できる。また、従来のヒーブロッド・キャリッジ式波力計測装置で問題となっていたサージ方向とスウェイ方向のキャリッジの慣性力の問題を軽減できる。
また、過大負荷防止機構106はケーシング118を掴む構成以外に、模型101を掴む構成や、ジンバル108の上部を掴む構成があり得る。この、過大負荷防止機構106がどこを掴むかは、関連部分の構成や実験のし易さに応じて任意に選択される。
図9に示すように、過大負荷防止機構106は、モータやソレノイド等を利用した開閉手段106aによって開閉される。過大負荷防止機構106がクランプ開の状態、すなわちクランプしない状態では、ワンタッチ機構107によって作用力検出手段102が過大負荷防止機構106を介してロボットアーム105に連結される。過大負荷防止機構106は、クランプ閉の状態、すなわちクランプした状態では、作用力検出手段102のケーシング118を掴む。過大負荷防止機構106によってケーシング118を掴んだ状態では、ロボットアーム105から模型101に力を作用させても、ロボットアーム105の力は作用力検出手段102に働かない。模型101を作動/停止させるとき、すなわち所定の試験位置に模型101を設置するまでの移動時及び停止時や、所定の速度に加速する間等には、開閉手段106aによってクランプ閉とし、過大負荷防止機構106でケーシング118を掴むように制御する。また、模型101に力を作用させる場合にも、開閉手段106aによってクランプ閉とし、過大負荷防止機構106でケーシング118を掴んだ状態とする。
The end of the robot arm 105 is configured to be kept horizontal by a mechanical mechanism or a control mechanism. An excessive load prevention mechanism 106 and a one-touch mechanism 107 are provided at the tip of the robot arm 105. In FIG. 9, the overload prevention mechanism 106 is provided on the robot arm 105 via the one-touch mechanism 107, but may be provided directly on the robot arm 105.
The acting force detection means 102 is coupled to the robot arm 105 by the one-touch mechanism 107 via the overload prevention mechanism 106, and is connected to the gimbal 108 via the casing 118. Further, the excessive load prevention mechanism 106 grips the casing 118 that is a peripheral structure of the acting force detection means 102 when the model 101 is operated or stopped, and prevents an excessive load from being applied to the acting force detection means 102. It is configured to be possible.
The one-touch mechanism 107 may be provided between the acting force detection means 102 and the gimbal 108 or between the gimbal 108 and the model 101. When the one-touch mechanism 107 is provided between the gimbal 108 and the model 101, the model 101 is directly gripped by the one-touch mechanism 107, but between the robot arm 105 and the overload prevention mechanism 106, and the detection of the acting force. If it is provided between the means 102 and the gimbal 108, it will be grabbed indirectly. Whether the gripping method is direct or indirect is arbitrarily selected according to the configuration of the related part and the ease of the attaching / detaching operation.
Note that the one-touch mechanism 107 includes the whole mechanism that can easily attach and detach an object without using a tool, such as a mechanism that can be attached and detached with a single hand contact.
In the conventional heave rod / carriage type wave force measuring device, the work of fixing the gimbal to the model ship is extremely troublesome because of fixing a plurality of bolts. However, since the one-touch mechanism 107 is provided, the robot arm 105 can be attached to the model 101 without using a large number of bolts, so that the labor required for installing the wave force measuring device can be reduced. Further, the problem of the inertia force of the carriage in the surge direction and the sway direction, which has been a problem in the conventional heave rod / carriage type wave force measuring device, can be reduced.
Further, the overload prevention mechanism 106 may have a configuration for gripping the model 101 or a configuration for gripping the upper part of the gimbal 108 in addition to the configuration for gripping the casing 118. Where the overload prevention mechanism 106 grasps is arbitrarily selected according to the configuration of related parts and the ease of experimentation.
As shown in FIG. 9, the overload prevention mechanism 106 is opened and closed by an opening / closing means 106a using a motor, a solenoid or the like. When the overload prevention mechanism 106 is in the clamp open state, that is, not clamped, the action force detecting means 102 is connected to the robot arm 105 via the overload prevention mechanism 106 by the one-touch mechanism 107. The overload prevention mechanism 106 grips the casing 118 of the acting force detection means 102 in the clamp closed state, that is, in the clamped state. In a state where the casing 118 is gripped by the overload prevention mechanism 106, even if a force is applied from the robot arm 105 to the model 101, the force of the robot arm 105 does not act on the applied force detection means 102. When the model 101 is operated / stopped, that is, when moving or stopping until the model 101 is installed at a predetermined test position, or while accelerating to a predetermined speed, the clamp is closed by the opening / closing means 106a, and an excessive load is applied. Control is performed so that the casing 118 is gripped by the prevention mechanism 106. In addition, when force is applied to the model 101, the clamp is closed by the opening / closing means 106 a and the casing 118 is gripped by the overload prevention mechanism 106.
作用力検出手段102は、ジンバル108を介して模型101に取り付けられる。ジンバル108は、ピッチ方向とロール方向に対する模型101の運動を許容する。
模型作動手段104には、模型101を曳引する曳引車A(図2参照)を用いることができ、模型作動手段104は、ロボットアーム105を介して作動させることが好ましい。
検出値記憶手段109は、作用力検出手段102で検出し、付加物慣性力補正手段114で補正した検出値を記憶する。追随動作演算手段(補助推力計算手段)110では、検出値記憶手段109に記憶した検出値に基づいて、検出される力がゼロとなるようにロボットアーム105の動作方向と動作距離を演算する。ロボットアーム駆動手段(補助推力付加手段、追尾手段)111では、追随動作演算手段110で演算されたデータに基づいてロボットアーム105に対して駆動させる。
ロボットアーム105を模型101に追随させる時には、開閉手段106aによってクランプ開とし、上記のように作用力検出手段102で検出される力がゼロとなるようにロボットアーム105を動作させる。従って、ロボットアーム105からの力は、作用力検出手段102に作用させず、ロボットアーム105の端部を作用力検出手段102の動きに追随させて動作させることができる。また、追随動作演算手段110により計算された補助推力をロボットアーム105を介して、模型101に付加することができる。
付加される補助推力は、第1の実施形態において記載したとおり、一定値であっても、あるいは模型101の船速とプロペラ回転数・船体運動等から計算され時々刻々変化する変動値であってもかまわない。変化する模型101の運動状態に対応した適切な補助推力を加えることにより、模型101のプロペラの荷重度を自由に調整することが可能となる。
The acting force detection means 102 is attached to the model 101 via the gimbal 108. The gimbal 108 allows the model 101 to move in the pitch direction and the roll direction.
As the model actuating means 104, a towing vehicle A (see FIG. 2) for towing the model 101 can be used, and the model actuating means 104 is preferably actuated via a robot arm 105.
The detection value storage unit 109 stores the detection value detected by the applied force detection unit 102 and corrected by the additive inertia force correction unit 114. The following motion calculation means (auxiliary thrust calculation means) 110 calculates the movement direction and movement distance of the robot arm 105 based on the detection value stored in the detection value storage means 109 so that the detected force becomes zero. The robot arm driving means (auxiliary thrust adding means, tracking means) 111 drives the robot arm 105 based on the data calculated by the tracking operation calculating means 110.
When the robot arm 105 is made to follow the model 101, the clamp is opened by the opening / closing means 106a, and the robot arm 105 is operated so that the force detected by the acting force detection means 102 becomes zero as described above. Therefore, the force from the robot arm 105 can be operated by causing the end of the robot arm 105 to follow the movement of the acting force detecting means 102 without acting on the acting force detecting means 102. Further, the auxiliary thrust calculated by the following operation calculating unit 110 can be applied to the model 101 via the robot arm 105.
As described in the first embodiment, the auxiliary thrust to be added is a constant value or a fluctuation value that is calculated from the ship speed of the model 101, the propeller rotation speed, the hull motion, etc., and changes every moment. It doesn't matter. By applying an appropriate auxiliary thrust corresponding to the moving state of the model 101 that changes, it is possible to freely adjust the load of the propeller of the model 101.
模型101の船体運動を検出する船体運動検出手段として、加速度検出手段(運動状態検出手段)112とロボットアーム位置検出手段(運動状態検出手段)113とを備えている。加速度検出手段112は、作用力検出手段102とともにロボットアーム105の端部に設けている。加速度検出手段112は、サージ方向、スウェイ方向、ヒーブ方向、ヨー方向のそれぞれの加速度を検出することが好ましい。ロボットアーム位置検出手段113は、例えば、ロボットアーム機構が通常備えているサーボモータなどのエンコーダのデータを用いてロボットアーム105の端部の位置データを検出することができる。
付加物慣性力補正手段(加速度検出手段、補助推力付加手段)114は、本実施形態により模型101と一緒に加速運動する作用力検出手段102に加わる慣性力を演算し、検出された作用力を補正する。付加物とは、ロボットアーム105の端部に設けられた作用力検出手段102、加速度検出手段112、及びこれらを固定するための治具であり、付加物の質量はあらかじめ記憶されている。付加物慣性力補正手段114では、検出される加速度とあらかじめ記憶された付加物の質量とから演算される。
As hull motion detection means for detecting the hull motion of the model 101, acceleration detection means (motion state detection means) 112 and robot arm position detection means (motion state detection means) 113 are provided. The acceleration detecting means 112 is provided at the end of the robot arm 105 together with the acting force detecting means 102. The acceleration detecting means 112 preferably detects accelerations in the surge direction, sway direction, heave direction, and yaw direction. The robot arm position detecting means 113 can detect the position data of the end of the robot arm 105 using data of an encoder such as a servo motor normally provided in the robot arm mechanism, for example.
The additive inertia force correcting means (acceleration detecting means, auxiliary thrust adding means) 114 calculates the inertial force applied to the acting force detecting means 102 that accelerates together with the model 101 according to the present embodiment, and uses the detected acting force. to correct. The appendage is an acting force detection means 102 and an acceleration detection means 112 provided at the end of the robot arm 105, and a jig for fixing them, and the mass of the appendage is stored in advance. The additive inertia force correcting means 114 calculates the detected acceleration and the mass of the additive stored in advance.
波力演算手段115では、作用力検出手段102で検出し、付加物慣性力補正手段114で補正した検出値に基づいて波力を演算する。
測定値記憶手段116では、波力演算手段115で演算された、付加物による影響を除去した波力を記憶するとともに、ロボットアーム位置検出手段113で検出された模型101の位置データを記憶する。
ドリフト量演算手段17では、ロボットアーム位置検出手段113で検出した検出値に基づいて、模型101のドリフト量を演算する。ドリフト量演算手段17による演算結果として、ドリフトを復原する力をロボットアーム105に与える必要がある場合には、ドリフトを復原する力をロボットアーム駆動手段11に与えることで、一定の平均的な位置周りに模型101を維持する。また、ドリフトを復原する力が作用力検出手段102の容量を超えた場合は、過大負荷防止機構106がケーシング118を掴むように開閉手段106aによってクランプを閉動作させ、作用力検出手段102の損傷を防止する。
The wave force calculating means 115 calculates the wave force based on the detection value detected by the acting force detecting means 102 and corrected by the additive inertia force correcting means 114.
The measured value storage means 116 stores the wave force calculated by the wave force calculation means 115 from which the influence of the additive has been removed, and stores the position data of the model 101 detected by the robot arm position detection means 113.
The drift amount calculation means 17 calculates the drift amount of the model 101 based on the detection value detected by the robot arm position detection means 113. As a result of calculation by the drift amount calculation means 17, when it is necessary to give the robot arm 105 a force for restoring the drift, the robot arm driving means 11 is given a force for restoring the drift, thereby obtaining a certain average position. Maintain the model 101 around. Further, when the force for restoring the drift exceeds the capacity of the acting force detecting means 102, the clamp is closed by the opening / closing means 106a so that the overload prevention mechanism 106 grasps the casing 118, and the acting force detecting means 102 is damaged. To prevent.
図10は同波力測定装置の要部斜視図、図11は同波力測定装置の要部断面図、図12は同波力測定装置の要部分解斜視図、図13は同波力測定装置の要部断面図である。
ジンバル108は、互いが直交する方向に第1の軸108aと第2の軸108bとを備えており、模型101の前後方向が第1の軸108a、模型101の左右方向が第2の軸108bとなるように模型101に固定される。第1の軸108aによって模型101のロール方向の運動を許容し、第2の軸108bによって模型101のピッチ方向の運動を許容する。
作用力検出手段102はケーシング118内に収納され、ケーシング118を介してジンバル108に取り付けられる。作用力検出手段102は、ジンバル108に取り付けられることで、模型101のロール方向とピッチ方向の運動の影響は受けない。
ロボットアーム105の先端部には、ワンタッチ機構107を介して過大負荷防止機構106が設けられている。
10 is a perspective view of the main part of the wave force measuring device, FIG. 11 is a sectional view of the main part of the wave force measuring device, FIG. 12 is an exploded perspective view of the main part of the wave force measuring device, and FIG. It is principal part sectional drawing of an apparatus.
The gimbal 108 includes a first axis 108a and a second axis 108b in directions orthogonal to each other, the front-rear direction of the model 101 is the first axis 108a, and the left-right direction of the model 101 is the second axis 108b. It is fixed to the model 101 so that The movement of the model 101 in the roll direction is allowed by the first axis 108a, and the movement of the model 101 in the pitch direction is allowed by the second axis 108b.
The acting force detection means 102 is accommodated in the casing 118 and attached to the gimbal 108 via the casing 118. The acting force detection means 102 is attached to the gimbal 108 and is not affected by the movement of the model 101 in the roll direction and the pitch direction.
An excessive load prevention mechanism 106 is provided at the tip of the robot arm 105 via a one-touch mechanism 107.
図12に示すように、作用力検出手段102は、サージ方向の作用力を検出するロードセル102a、スウェイ方向の作用力を検出するロードセル102b、ヒーブ方向の作用力を検出するロードセル102c、ヨー方向の作用力を検出するロードセル102dとから構成される。これらのロードセル102a、102b、102c、102dは、ケーシング118内に収納されている。ケーシング118の外周面には溝が形成され、過大負荷防止機構106はこの溝に係止する突起を備えている。 As shown in FIG. 12, the acting force detection means 102 includes a load cell 102a for detecting the acting force in the surge direction, a load cell 102b for detecting the acting force in the sway direction, a load cell 102c for detecting the acting force in the heave direction, It is comprised from the load cell 102d which detects action force. These load cells 102 a, 102 b, 102 c, 102 d are accommodated in the casing 118. A groove is formed on the outer peripheral surface of the casing 118, and the overload prevention mechanism 106 is provided with a protrusion that engages with the groove.
図10から図12では、過大負荷防止機構106は、ケーシング118を掴むことで、間接的にジンバル108を掴む構成を示している。このように、過大負荷防止機構106は、ケーシング118、ジンバル108、又は模型101のいずれかを掴むことで、作用力検出手段102にロボットアーム105の力が加わらない。 10 to 12 show a configuration in which the overload prevention mechanism 106 grasps the gimbal 108 indirectly by grasping the casing 118. As described above, the overload prevention mechanism 106 does not apply the force of the robot arm 105 to the acting force detection unit 102 by grasping any of the casing 118, the gimbal 108, or the model 101.
図12及び図13にワンタッチ機構107を示している。
ワンタッチ機構107は、ロボットアーム105の先端部105aを挿入可能な凹部が形成された接合部107aと、ボール保持具107bと、ボール107cと、ボール107cを先端部105aに押圧するロック部材107dと、ロック部材107dによるボール107cへの押圧を解除する解除レバー107eとから構成されている。また、先端部105aの端部には、廻り止め用のローレット105bが形成されている。
The one-touch mechanism 107 is shown in FIGS.
The one-touch mechanism 107 includes a joint 107a formed with a recess into which the tip 105a of the robot arm 105 can be inserted, a ball holder 107b, a ball 107c, and a lock member 107d that presses the ball 107c against the tip 105a, It is composed of a release lever 107e that releases the pressure on the ball 107c by the lock member 107d. Further, a knurl 105b for preventing rotation is formed at the end of the front end portion 105a.
ロボットアーム105の先端部105aが凹部に挿入されると、ボール107cが先端部105aの外周にリング状に形成された溝にはまり込み、ロック部材107dの押圧によって、先端部105aが接合部107aに係合される。
解除レバー107eを凹部の底面に向かって押し下げることで、ロック部材107dのボール107cへの押圧が解除され、先端部105aの接合部107aに対する係合は解除される。
When the distal end portion 105a of the robot arm 105 is inserted into the recess, the ball 107c is fitted into a groove formed in a ring shape on the outer periphery of the distal end portion 105a, and the distal end portion 105a is brought into contact with the joining portion 107a by the pressing of the lock member 107d. Engaged.
By pushing down the release lever 107e toward the bottom surface of the recess, the pressing of the lock member 107d to the ball 107c is released, and the engagement of the distal end portion 105a with the joint portion 107a is released.
以上のように本実施形態によれば、波の作用力試験を行う模型101と、模型101に作用する波の力を検出する作用力検出手段102と、作用力検出手段102を端部に設けるロボットアーム105と、波を発生させる流体変動手段103とを備え、ロボットアーム105の端部に作用力検出手段102を設けることで、模型101の6自由度運動を極力拘束することなく、波による模型101の運動にロボットアーム105を追随させやすく、模型101の着脱作業が簡単で、コンパクトな測定装置を実現でき、更には広範囲での模型101の動揺を計測することができる。
また本実施形態によれば、作用力検出手段102として、ロードセル102a、102b、102c、102dを用いたことで、模型101に作用する波の力を電気信号で取り出すため、ロボットアーム105へのフィードバック制御を行いやすい。
As described above, according to the present embodiment, the model 101 that performs the wave action force test, the action force detection means 102 that detects the wave force acting on the model 101, and the action force detection means 102 are provided at the end. A robot arm 105 and a fluid fluctuation means 103 for generating a wave are provided, and by providing an acting force detection means 102 at the end of the robot arm 105, the movement of the model 101 is controlled by the wave without being restricted as much as possible. The robot arm 105 can easily follow the movement of the model 101, the model 101 can be easily attached and detached, a compact measuring apparatus can be realized, and the fluctuation of the model 101 in a wide range can be measured.
In addition, according to the present embodiment, the load cells 102a, 102b, 102c, and 102d are used as the acting force detection means 102, so that the wave force acting on the model 101 is extracted with an electrical signal, and therefore feedback to the robot arm 105 is performed. Easy to control.
また本実施形態によれば、ロボットアーム105の先端部105aには、模型101を掴むワンタッチ機構107を備え、ワンタッチ機構107によって模型101を掴むことで、模型101へのロボットアーム105の取り付けを、多数のボルトを用いることなく行えるために、波力測定装置の設置作業に要する手間を軽減できる。
また本実施形態によれば、模型101の運動を許容するジンバル108をさらに備え、ワンタッチ機構107がジンバル108を掴む場合には、復原力を持つローリングやピッチングによる回転運動に対する制御をジンバル108によって行う必要がなくなり、またジンバル108を掴むことでも、ロボットアーム105を模型101に取り付けることができる。
また本実施形態によれば、ロボットアーム105を介して模型101を曳引する模型作動手段104をさらに備え、模型101を模型作動手段104で曳引して作動させることで、模型101を作動させたときの模型101に作用する力を測定でき、また模型101の作動をロボットアーム105によって行うことができる。
Further, according to the present embodiment, the tip portion 105a of the robot arm 105 is provided with the one-touch mechanism 107 that grips the model 101. By gripping the model 101 by the one-touch mechanism 107, the robot arm 105 can be attached to the model 101. Since it can be performed without using a large number of bolts, it is possible to reduce the labor required for installing the wave force measuring device.
In addition, according to the present embodiment, the gimbal 108 that allows the movement of the model 101 is further provided. When the one-touch mechanism 107 grips the gimbal 108, the gimbal 108 controls the rotational movement by rolling or pitching with restoring force. The robot arm 105 can be attached to the model 101 by grasping the gimbal 108.
Further, according to the present embodiment, the model operating means 104 for pulling the model 101 via the robot arm 105 is further provided, and the model 101 is operated by pulling and operating the model 101 by the model operating means 104. The force acting on the model 101 can be measured, and the operation of the model 101 can be performed by the robot arm 105.
また本実施形態によれば、模型101を作動/停止させるときに、過大負荷防止機構106でケーシング118を掴むことで、模型101の作動/停止にともなう作用力検出手段102への負荷を無くし、作用力検出手段102の損傷を防止することができる。
また本実施形態によれば、作用力検出手段102で検出される力がゼロとなるようにロボットアーム105を制御することで、模型101の6自由度運動を極力拘束することなく、模型船の運動にロボットアームを追随させることができる。
また本実施形態によれば、模型101に作用する波によるドリフトを復原する力をロボットアーム105に与えて、一定の平均的な位置周りに模型101を維持した状態で、作用力検出手段102で検出される平均荷重を求めて波力を測定したことで、サージング、スウェイング、及びヨーイングのドリフトを防止しつつ、出会波周期の船体運動にロボットアームを追随させ、波から受けるサージ、スウェイ、ヨー方向の定常的(平均値)な力を精密に測定することができる。
Further, according to the present embodiment, when the model 101 is operated / stopped, the casing 118 is gripped by the excessive load prevention mechanism 106, thereby eliminating the load on the acting force detecting means 102 accompanying the operation / stop of the model 101, Damage to the acting force detection means 102 can be prevented.
Further, according to the present embodiment, the robot arm 105 is controlled so that the force detected by the acting force detection means 102 becomes zero, so that the movement of the model ship 101 is restrained as much as possible. The robot arm can follow the movement.
Further, according to the present embodiment, the force detecting unit 102 applies the force for restoring the drift caused by the wave acting on the model 101 to the robot arm 105 and maintains the model 101 around a certain average position. By measuring the wave force by obtaining the detected average load, while preventing drift of surging, swaying, and yawing, the robot arm is made to follow the hull motion of the encounter wave cycle, and the surge, sway, A steady (average) force in the yaw direction can be accurately measured.
また本実施形態によれば、模型101の船体運動を検出する船体運動検出手段をさらに備え、模型101に作用する力を検出するときに模型101の船体運動を船体運動検出手段によって検出したことで、船体運動を同時計測することができる。
また本実施形態によれば、船体運動検出手段を、加速度検出手段112とロボットアーム位置検出手段113で構成したことで、加速度検出手段112の検出値を用いて作用力検出手段102などの計測物による慣性力の影響を補正することができる。
In addition, according to the present embodiment, the hull motion detecting means for detecting the hull motion of the model 101 is further provided, and the hull motion of the model 101 is detected by the hull motion detecting means when the force acting on the model 101 is detected. The ship motion can be measured simultaneously.
In addition, according to the present embodiment, the hull motion detection means is constituted by the acceleration detection means 112 and the robot arm position detection means 113, so that the measurement object such as the acting force detection means 102 is detected using the detection value of the acceleration detection means 112. It is possible to correct the influence of inertial force due to.
なお、本実施形態では、模型船に適用した波力測定装置で説明したが、船以外の浮体、水中航行体、航空機などに対する流体の作用力試験に用いる流体作用力測定装置としても適用できる。
また、本実施形態では、ロボットアーム105の端部が水平を保つように制御し、作用力検出手段102で検出される力がゼロとなるようにロボットアーム105を動作させることで、模型の運動に影響を与えることなく、ロボットアーム105の端部が模型101の運動を追跡、計測する場合を説明したが、ジャイロを備えることで、ロボットアーム105の端部を水平に保つことなく、水平からのずれを計測し、水平からのずれ量を用いて荷重の計測値を補正してもよい。
また、他の実施形態として、復原力の無いサージ方向、スウェイ方向、ヨー方向の運動に対して、定常力と変位に比例する復原力に相当する力を与え、これらの運動が平均的な位置の周りの周期運動となるように制御することもできる。
In this embodiment, the wave force measuring device applied to the model ship has been described. However, the wave force measuring device can also be applied to a fluid acting force measuring device used for a fluid acting force test on a floating body other than a ship, an underwater vehicle, an aircraft, and the like.
In the present embodiment, the movement of the model is controlled by controlling the end of the robot arm 105 to be horizontal and operating the robot arm 105 so that the force detected by the acting force detection means 102 becomes zero. The case where the end of the robot arm 105 tracks and measures the movement of the model 101 without affecting the above has been described. However, by providing a gyro, the end of the robot arm 105 can be maintained horizontally without keeping the end horizontal. The deviation of the load may be measured, and the measured value of the load may be corrected using the amount of deviation from the horizontal.
Further, as another embodiment, a force corresponding to a restoring force proportional to a steady force and a displacement is applied to a movement in a surge direction, a sway direction, and a yaw direction without a restoring force, and these movements are average positions. It can also be controlled to have a periodic motion around the.
本発明は、船、船以外の浮体、水中航行体、航空機などの各種模型を用いた自走試験においてプロペラ回転数と模型速度とを独立して設定可能な試験に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a test in which the propeller rotation speed and the model speed can be set independently in a self-running test using various models such as a ship, a floating body other than a ship, an underwater vehicle, and an aircraft.
1 制御手段
2 運動状態検出手段
3 補助推力計算手段
4 補助推力付加手段
5 追尾手段
6 模型船(模型)
10、30、40 荷重度変更試験装置
14 x移動部(補助推力付加手段)
15 ローラー(補助推力付加手段)
16 xレール(補助推力付加手段)
17 ローラー(補助推力付加手段)
18 yレール(補助推力付加手段)
19 x揺れ検出用ポテンショメータ(運動状態検出手段)
20 y揺れ検出用ポテンショメータ(運動状態検出手段)
21 船首揺れ検出用ポテンショメータ(運動状態検出手段)
23 x力用サーボモータ(補助推力付加手段)
25 y力用サーボモータ(補助推力付加手段)
26 xy方向加速度計(運動状態検出手段)
31 x方向力検出器(運動状態検出手段)
32 y方向力検出器(運動状態検出手段)
41 エアノズル(補助推力付加手段)
51 主台車(追尾手段)
52 副台車(追尾手段)
53 回転盤(追尾手段)
A 曳引車(追尾手段)
101 模型(模型船)
102 作用力検出手段(運動状態検出手段)
105 ロボットアーム(補助推力付加手段、追尾手段)
110 追随動作演算手段(補助推力計算手段)
111 ロボットアーム駆動手段(補助推力付加手段、追尾手段)
112 加速度検出手段(運動状態検出手段)
113 ロボットアーム位置検出手段(運動状態検出手段)
114 付加物慣性力補正手段(加速度検出手段、補助推力付加手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control means 2 Motion state detection means 3 Auxiliary thrust calculation means 4 Auxiliary thrust addition means 5 Tracking means 6 Model ship (model)
10, 30, 40 Load degree change test device 14 x moving part (auxiliary thrust adding means)
15 Roller (Auxiliary thrust adding means)
16 x rail (auxiliary thrust adding means)
17 Roller (Auxiliary thrust adding means)
18 y rail (auxiliary thrust adding means)
19 x Potentiometer for shaking detection (motion state detecting means)
20 y Potentiometer for shaking detection (motion state detecting means)
21 Bow shake detection potentiometer (motion state detection means)
23 x servo motor for force (auxiliary thrust adding means)
25 y-force servo motor (auxiliary thrust adding means)
26 xy direction accelerometer (motion state detection means)
31 x-direction force detector (motion state detection means)
32 y-direction force detector (motion state detecting means)
41 Air nozzle (Auxiliary thrust adding means)
51 Main cart (tracking means)
52 Sub-trolley (tracking means)
53 Turntable (tracking means)
A Towing vehicle (tracking means)
101 Model (model ship)
102 action force detection means (motion state detection means)
105 Robot arm (auxiliary thrust adding means, tracking means)
110 Tracking operation calculation means (auxiliary thrust calculation means)
111 Robot arm driving means (auxiliary thrust adding means, tracking means)
112 Acceleration detection means (motion state detection means)
113 Robot arm position detection means (motion state detection means)
114 Additive inertia force correction means (acceleration detection means, auxiliary thrust addition means)
Claims (8)
前記模型船の運動状態、及びフルード数を実船と一致させたときにレイノルズ数が一致しないことによる摩擦抵抗の差に基づいて補助推力を計算し、さらに前記模型船の加速度と前記補助推力付加手段の移動部の質量とに基づいて計算値を補正する補助推力計算手段の計算結果に応じて前記補助推力付加手段を制御し、前記模型船に前記計算結果に基づいた補助推力を付加したことを特徴とする荷重度変更自走試験方法。 And free-running possible model ship, a tracking means and, self test method using an auxiliary thrust adding means for adding an auxiliary thrust to the model ship provided on said tracking means for tracking the model ship,
Auxiliary thrust is calculated based on the difference in frictional resistance due to the Reynolds number not matching when the model ship 's motion state and fluid number are matched with the actual ship, and the model ship acceleration and the auxiliary thrust addition controlling the auxiliary thrust adding means according to the calculated result of the auxiliary thrust calculation means for correcting the calculated value based on the mass of the moving parts of the unit, to the addition of the auxiliary thrust based on the calculation result to the model ship A self-propelled test method for changing the load degree, characterized by
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