JP2009248061A - 水中清掃ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、養殖魚網等の清掃対象物表面に沿って、水面に向かう際や、照明を点灯させた際の逆光によりコンパスが目視し難くなるという不具合を解消することを課題とする。
【解決手段】水中に存在する清掃対象物Ｎ表面に沿って移動するロボット本体２と、該ロボット本体内に設けられ、清掃対象物表面に向かって高圧水を噴射して清掃対象物を清掃する清掃ノズルユニット３とを備えた水中清掃ロボットである。前記ロボット本体には、ロボット本体の前方を撮像する水中カメラ７０と、該水中カメラの視野範囲内に配置され且つ方位を示すコンパス８０とが設けられ、少なくともコンパスの方位を表示する芯が透明に構成され、前記水中カメラで撮像された画像を、前記ロボット本体と離間した位置に配置されたモニター装置７５の画面７５ａに、コンパスとともに映し出すことにある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、養殖魚網や船体等の清掃対象物を、高圧水の噴射により清掃する水中清掃ロボットに関する。

従来より、例えば養殖魚網に付着した藻や貝類の除去、船体に付着した汚れの除去等を行うための水中清掃ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる水中清掃ロボットは、水中に存在する清掃対象物表面に沿って移動しながら、この清掃対象物表面に向かって清掃ノズルユニットより高圧水を噴射して清掃対象物を清掃するものである。清掃ノズルユニットは、ロボット本体に回転自在に設けられた回転軸に取り付けられており、清掃対象物表面に対する高圧水の噴射の反力により、この回転軸と一体的に回転するようになっている。

また、ロボット本体には、前方を撮像する水中カメラが設けられ、しかも、水中カメラの前方で且つ下方には、東西南北の方位を示す芯を有するコンパスが、水中カメラの視野範囲内に配置されているのが一般的である。

そして、水中カメラで撮像された画像が、陸上または船上等のロボット本体と離間した位置に配置されたモニター装置の画面に、コンパスとともに映し出される構成となっている。従って、水中清掃ロボットで養殖魚網を清掃する際には、水中カメラで撮像された養殖魚網の画像をモニター画面上で確認しながら、水中清掃ロボットを操作する。また、コンパスがモニター画面の片隅に映し出される構成であるため、水中清掃ロボットの方向を画面上で確認することができるようになっている。

また、ハウジング内にテレビカメラを設置し、このカメラハウジング透明窓を介して撮影を行うテレビカメラ用雲台も公知である（例えば、特許文献２参照）。
特許第３５９２２０４号公報 特開平８−１７８１８２号公報

前記従来の水中清掃ロボットに使用されるコンパスは、東西南北の方位を示す芯を含め全体が不透明であり、また、特に芯に表示される東西南北の文字等は、黒色の場合が多かった。このため、水中清掃ロボットが水中から水面に向かう際や、水中清掃ロボットに取り付けられた照明を点灯させて走行する際の逆光による場合には、コンパス全体が不透明であるため、図１０に示すように、コンパス１００は、モニター画面１０１に黒く影として映し出される。

この結果、芯１０２の視認が困難となり、清掃作業者は、水中清掃ロボットがどの方向を向いて走行しているのか認識できなかった。

また、特許文献２に記載の前記カメラハウジング透明窓を介して撮影を行うテレビカメラ用雲台に関しても、逆光を考慮するものではない。

そこで、本発明は、養殖魚網等の清掃対象物表面に沿って、水面に向かう際や、照明を点灯させた際の逆光によりコンパスが目視し難くなるという不具合を解消することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、水中に存在する清掃対象物表面に沿って移動するロボット本体と、該ロボット本体内に設けられ、清掃対象物表面に向かって高圧水を噴射して清掃対象物を清掃する清掃ノズルユニットとを備えた水中清掃ロボットにおいて、前記ロボット本体には、ロボット本体の前方を撮像する水中カメラと、該水中カメラの視野範囲内に配置され且つ方位を示すコンパスとが設けられ、少なくともコンパスの方位を表示する芯が透明に構成され、前記水中カメラで撮像された画像を、前記ロボット本体と離間した位置に配置されたモニター装置の画面に、コンパスとともに映し出すことにある。

前記本発明の水中清掃ロボットにおいて、前記コンパスは、透明の取付台を介して前記ロボット本体に固定されている。

本発明は、少なくともコンパスの方位を表示する芯が透明に構成されているため、逆光での清掃作業中においても、コンパスの芯が確実に目視でき、水中清掃ロボットの姿勢や方向が把握できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態では、養殖魚網の清掃を行うための自走式の水中清掃ロボットとして本発明を適用した場合について説明する。
−水中清掃ロボットの構成説明−
図１〜図９は、本一実施形態に係る水中清掃ロボット１を示す。本実施の形態にかかる水中清掃ロボット１は、図１〜図３に示すようにロボット本体２と、清掃ノズルユニット３と、推進力発生用プロペラ４（以下、単にプロペラという）を備えている。

ロボット本体２は、下方のノズル側本体２Ａと、上方のプロペラ側本体２Ｂと、これら各本体同士を連結する連結体２Ｃとを備えている。プロペラ側本体２Ｂは、ノズル側本体２Ａとの間に所定距離を有して配設されており、このノズル側本体２Ａとの間に水の導入路として機能する導入空間Ｄを形成している。

プロペラ側本体２Ｂは、中央部に比較的大径の開口２１が形成されており、この開口２１の内部にプロペラ４が収容されている。

ノズル側本体２Ａの左右側面には４個の車輪（前後左右車輪）２２，２３，２４，２５が回転可能に取り付けられている。図２において、矢印Ｆで示す方向が水中清掃ロボット１の前方を示す。また水中清掃ロボット１の前方に向かって右側を矢印Ｒで示し、左側を矢印Ｌで示す。

ノズル側本体２Ａ内には、例えば４個の水中モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４が収容されており、各々の水中モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の駆動軸は、各車輪２２，２３，２４，２５にそれぞれ接続されている。

各水中モータＭ１，Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４は、図４に示すようにモータ・制御コードＣを介して陸上または船上に配置された制御ボックス２９に接続されている。水中清掃ロボット１が水中に沈められた状態では、制御ボックス２９から水中清掃ロボット１に向けてモータ・制御コードＣが延びて、各水中モータＭ１，Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４への給電が行われる。これにより、これら水中モータＭ１，Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の駆動に伴って各車輪２２〜２５が回転する。

例えば、水中清掃ロボット１が前進走行（図２の矢印Ｆ方向に走行）している状況で、右側の水中モータＭ２、Ｍ４の回転数を左側の水中モータＭ１、Ｍ３の回転数よりも高くすれば、水中清掃ロボット１の走行方向が図２中左方向（矢印Ｌ方向）へ向くようになっている。逆に、左側の水中モータＭ１、Ｍ３の回転数を右側の水中モータＭ２、Ｍ４の回転数よりも高くすれば、水中清掃ロボット１の走行方向が図２中右方向（矢印Ｒ方向）へ向くようになっている。

水中モータＭ１，Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を上記とは逆方向に回転させて水中清掃ロボット１を後退走行させている場合も同様にして進行方向を変えることが可能である。更に、各水中モータＭ１、Ｍ３と、水中モータＭ２、Ｍ４を互いに逆方向に回転させれば、水中清掃ロボット１を転回させることもできる。

なお、水中モータは左右の前車輪２２、２３を回転駆動するように２個の水中モータＭ１、Ｍ２を設け、左側の前後車輪２２、２４をベルト機構またはチェーン機構で連動連結し、右側の前後車輪２３、２５を同様に連動連結してもよい。

清掃ノズルユニット３は、高圧水ホースＨから供給された高圧水を清掃対象物としての養殖魚網に向かって噴射し、その噴流によって養殖魚網の清掃を行うものである。清掃ノズルユニット３は、ノズル側本体２Ａから鉛直上向きに固定された支持筒内１１に挿通された回転軸５の下部に取り付けられている。この回転軸５は、プロペラ側本体２Ｂに形成された前記開口２１の中心部に位置するように、ロータリジョイント５１によって回転自在に支持されている。

ノズル側本体２Ａ後部の上面には、高圧水ホース接続口部２７が設けられ、この高圧水ホース接続口部２７とロータリジョイント５１とが配管またはパイプ等の接続管５２を介して接続されている。高圧水ホース接続口部２７に高圧水ホースＨの一端は接続されている。高圧水ホースＨの他端は、陸上または船上に配置された高圧ポンプＰに接続され、この高圧ポンプＰから圧送される高圧水が清掃ノズルユニット３に供給されるようになっている。

回転軸５の内部には、高圧水ホースＨからロータリジョイント５１を経て供給された高圧水を、清掃ノズルユニット３へ送るための高圧水通路５３が形成されている。

清掃ノズルユニット３は、前記回転軸５の下端に固定された円盤状の回転体３５を備え、回転体３５の外周部には、高圧水通路５３に連通する複数個の清掃ノズル３３が取り付けられている。これら清掃ノズル３３は、高圧水の噴射方向が養殖魚網の表面を向くように所定角度だけ下方に傾斜している。

かかる清掃ノズル３３から高圧水が噴射された場合、この高圧水が養殖魚網の表面に吹き付けられることに伴って発生する噴射反力により、清掃ノズルユニット３が回転軸５と共に回転するようになっている。換言すると、この清掃ノズルユニット３は、回転軸５の軸心回りに回転しながら養殖魚網の表面に高圧水を噴射することによって、養殖魚網に付着している海草藻や貝類等を広範囲に亘って除去できるように構成されている。

前記プロペラ４は、回転軸５と一体的に設けられ、プロペラ側本体２Ｂに形成された開口２１内に収容されている。従って、清掃ノズル３３から高圧水が噴射され、その噴射反力によって清掃ノズルユニット３と共に回転軸５が回転した場合、このプロペラ４も一体的に回転し（図２に示す矢印Ａ方向）、水中清掃ロボット１を下側へ押し付けるための水流を発生させるようになっている。これにより、清掃動作時に、水中清掃ロボット１を養殖魚網に向かう方向へ押し付ける推進力が発生する構成となっている。

このように、本形態に係る水中清掃ロボット１は、清掃ノズルユニット３とプロペラ４とを回転軸５を介して一体回転するように構成し、清掃ノズル３３から高圧水が噴射された際の噴射反力によって、これら三者３，４，５を回転させ、プロペラ４の回転によって推進力が得られるようにしている。

水中清掃ロボット１は、回転軸５の回転によってロボット本体２に発生する連れ回りを防止するための補助ノズル６が設けられている。つまり、清掃ノズルユニット３及び回転軸５が回転した際に、上記回転軸５とロータリジョイント５１との間の摺動抵抗等により、ロボット本体２も回転軸５の回転方向に回転しようとするが、その力を打ち消すためのものである。

プロペラ側本体２Ｂの前部には、養殖魚網の洗浄状況等のチェックをすることができる水中カメラ７０が設けられている。この水中カメラ７０の撮像情報は、モータ・制御コードＣの電気信号線を介して制御ボックス２９に送信されるようになっている。具体的には、プロペラ側本体２Ｂの前部には、取付凹部２ｄが設けられており、この取付凹部２ｄには、ブラッケット７２が固定されている。

そして、このブラッケット７２に水中カメラ７０が前方且つ下方を撮像できるように、傾斜して取り付けられている。水中カメラ７０で水中の状況を撮像し、その画像が、陸上または船上に配置されたモニター装置７５の画面７５ａに映し出され、水中の養殖魚網のチェックがリアルタイムで行えるようになっている。

また、ブラッケット７２には、コンパス８０が、水中カメラで撮像される画像の片隅に映し出されるように、水中カメラ７０の視野範囲内（画面７５ａ内）に配置されている。コンパス８０は、水中での洗浄作業における水中清掃ロボット１の姿勢（上下左右）、東西南北の方位を示すもので、図７に示すように目視できる程度に一部を映し出しても、あるいは、図８に示すように、コンパス８０全体を映し出してもよい。

コンパス８０はコンパス取付部材８１を介してブラッケット７２に取り付けられている。コンパス取付部材８１は、図５（ａ）、（ｂ）および図６に示すように透明のプレート８２と、このプレート８２の先端に固定された透明のアクリル部材からなる取付台８３とから構成されている。

コンパス８０は、球形コンパスを例示する。このコンパス８０は、取付台８３に固定される透明のコンパス本体８０ａと、このコンパス本体８０ａ内に収容された球状の芯８０ｂとからなる。そして、芯８０ｂは、東西南北の方位を示す表示部８０ｃが設けられている。芯８０ｂは、表示部８０ｃも含め全体が透明に構成されているか、あるいは、表示部８０ｃを除いた地の部分が透明に構成されている。

表示部８０ｃも含め全体が透明とは、表示部８０ｃは、逆光でも認識できる程度の半透明である場合をいう。また、表示部８０ｃを除いた地の部分が透明とは、地の部分が透明で光が透過可能であるが、表示部８０ｃは例えば黒色からなり、不透明となっており、光がほとんど透過不可能である。
−水中清掃ロボット１の動作説明−
次に、上述の如く構成された水中清掃ロボット１による養殖魚網Ｎの清掃動作について説明する。

この水中清掃ロボット１による清掃時には、図９に示すように陸上または船上から水中清掃ロボット１が養殖魚網Ｎの内側（養殖用スペース）に沈められる。そして、清掃作業者は、図４に示すリモコンボックスＲを操作してモータ・制御コードＣからの各水中モータへの給電及び高圧水ホースＨからの清掃ノズルユニット３及び補助ノズルユニット６への高圧水の供給を行う。これにより、各水中モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４が駆動し、各車輪２２〜２５が回転して水中清掃ロボット１は養殖魚網Ｎに沿って走行する。

清掃ノズルユニット３の各清掃ノズル３３，３４から高圧水の噴射が行われる。清掃ノズル３３、３４からの高圧水の噴射により、養殖魚網Ｎに付着した藻や貝類等が除去されて養殖用スペースの外に排出され養殖魚網Ｎが清掃される。

この高圧水の噴射に伴う噴射反力により、清掃ノズルユニット３、回転軸５及びプロペラ４は一体的に回転する。このプロペラ４の回転によって導入空間Ｄからプロペラ４に向けて水が導入され、開口２１から吹き出される水流が発生し、これによって水中清掃ロボット１には推進力が得られ、各車輪２２〜２５が養殖魚網Ｎに所定の圧力で当接した状態が維持される。

このため、各車輪２２〜２５が養殖魚網Ｎから浮き上がってしまうことがなく、水中清掃ロボット１が養殖魚網Ｎに沿って安定して走行しながら養殖魚網Ｎの清掃が行われる。

この清掃の際には、水中カメラ７０が撮像した画像がモニター装置７５の画面７５ａに映し出される。この画面７５ａには、水中カメラ７０が撮像している方位を示すコンパス８０も映し出されている。従って、清掃作業者は、養殖魚網Ｎの清掃状況や水中清掃ロボット１の走行方向とを常時確認しながら清掃作業を行うことができる。

例えば、太陽にロボット本体２の下面を向けて養殖魚網Ｎの周部Ｎ１を上昇または下降しながら清掃する際には、水中カメラ７０に対して逆光となる。しかしながら、太陽光は、取付台８３およびコンパス８０自体が透明に構成されていることから、取付台８３およびコンパス８０は太陽光が透過する。このため、清掃作業者は、逆光であっても芯８０ｂを明確に目視することができ、水中清掃ロボット１の姿勢や走行方向が把握できる。

このように、水中カメラ７０が逆光となっても、モニター装置７５でコンパス８０を目視できる効果は、太陽以外に養殖魚網Ｎの上方に設けられ且つ養殖魚網Ｎ内を照らす照明装置や、ロボット本体２に適宜取り付けた照明装置の場合であっても同様である。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、清掃対象物として養殖魚網Ｎに限らず、橋脚、船体、プール等の清掃にも使用可能である。

前記実施の形態では、水中カメラ７０を一方向の走行の場合について例示したが、他方向（図２に示す矢印Ｆと反対側）にも設けることも可能である。また、ロボット本体２は、ノズル側本体２Ａとプロペラ側本体２Ｂとに分割する必要はなく、このロボット本体２の一部を開口して導入空間Ｄを形成したものであってもよい。

本発明の一実施の形態に係る水中清掃ロボットの全体斜視図である。 同水中清掃ロボットの平面図である。 同水中清掃ロボットの一部断面を含む側面図である。 同水中清掃ロボットの制御システムの概略を示す斜視図である。 同水中清掃ロボットに使用されるコンパスおよびコンパス取付部材を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面側面図である。 同水中清掃ロボットに使用されるコンパスおよびコンパス取付部材の拡大断面図である。 モニター装置に映し出された画像を示す正面図である。 モニター装置に映し出された画像を示す正面図である。 水中清掃ロボットで養殖魚網を清掃する状態を示す斜視図である。 従来例のモニター装置に映し出された画像を示す正面図である。

符号の説明

１ 水中清掃ロボット
２ ロボット本体
３ 清掃ノズルユニット
２０ 制御ボックス
７０ 水中カメラ
７５ モニター装置
８０ コンパス
８１ コンパス取付部材
８２ プレート
８３ 取付台
Ｃ モータ・制御コード
Ｈ 高圧水ホース
Ｎ 養殖魚網（清掃対象物）

Claims (2)

1. 水中に存在する清掃対象物表面に沿って移動するロボット本体と、該ロボット本体内に設けられ、清掃対象物表面に向かって高圧水を噴射して清掃対象物を清掃する清掃ノズルユニットとを備えた水中清掃ロボットにおいて、
   前記ロボット本体には、ロボット本体の前方を撮像する水中カメラと、該水中カメラの視野範囲内に配置され且つ方位を示すコンパスとが設けられ、少なくともコンパスの方位を表示する芯が透明に構成され、前記水中カメラで撮像された画像を、前記ロボット本体と離間した位置に配置されたモニター装置の画面に、コンパスとともに映し出すことを特徴とする水中清掃ロボット。
2. 請求項１に記載の水中清掃ロボットにおいて、前記コンパスは、透明の取付台を介して前記ロボット本体に固定されていることを特徴とする水中清掃ロボット。

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