JP2013063702A - Underwater robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水中ロボットに関する。特に水中ロボットの作業装置と電源装置と制御装置などの単機能モジュールをそれぞれ独立のユニットとして共通のシャシーに取り付け、各独立ユニットの非耐水部分は耐圧防水ケース内に格納し、各独立ユニット間は無線によって通信を行うようにし、各独立ユニットの作動を制御装置によって制御する水中ロボットに関する。 The present invention relates to an underwater robot. In particular, single-function modules such as the underwater robot work unit, power supply unit and control unit are installed as independent units in a common chassis, and the non-waterproof parts of each independent unit are stored in a pressure-resistant waterproof case. The present invention relates to an underwater robot that communicates wirelessly and controls the operation of each independent unit by a control device.
水中で種々の作業を行う無人の自律型水中ロボットは従来から種々提案されている。 Various unmanned autonomous underwater robots that perform various tasks underwater have been proposed.
一般的に、電池や制御装置やカメラ等の機器は、水に濡れると機能障害をきたす性質(非耐水性)を有しているため、初期の頃の水中ロボットは、共通の耐圧耐水の容器内(船体内)に全部の非耐水性の機器を収納し、必要な所から作業用のアームや推進装置を突出させる構造としていた。 Generally, devices such as batteries, control devices, and cameras have the property of causing functional failures when they get wet (non-water resistance). All non-water-resistant equipment was housed inside (the ship's body), and the working arm and propulsion device protruded from the required location.
しかし、推進装置などは複数個距離をおいて配置することが必要であるため、全部の機器を収納する共通の耐圧耐水容器は大型化せざるを得ず、容器内に無駄な空間を含まざるを得ないという問題があった。 However, since it is necessary to arrange a plurality of propulsion devices at a distance, the common pressure-resistant water-resistant container that accommodates all devices must be enlarged, and a wasteful space must be included in the container. There was a problem of not getting.
そこで、次に開発・提案されたのがモジュール化された水中ロボットである。 Therefore, the modularized underwater robot was next developed and proposed.
このモジュール化された水中ロボットは、作業装置と電源装置と制御装置などの単機能モジュールを可能な限り独立のユニットとして構成し、制御装置によって水中ロボットとしての全体の作動を統制・制御するというものであった。 This modularized underwater robot consists of single function modules such as work devices, power supply devices, and control devices as independent units as much as possible, and controls and controls the overall operation of the underwater robot by the control device. Met.
独立ユニットの構造はそれぞれの単機能モジュールを小型の耐圧耐水ケースに格納し、必要な所に配置し、各耐圧耐水ケース同士は耐圧防水ケースに設けられたコネクタにケーブルを接続することによって通信可能なように構成していた。ケーブルによって各単機能モジュールが通信し合うことにより、各独立ユニットが機能的に連携して作動するようにしていた。 The structure of the independent unit is that each single function module is stored in a small pressure and water resistant case and placed where it is needed, and each pressure and water resistant case can communicate by connecting a cable to the connector provided in the pressure and water resistant case It was configured as follows. Each single-function module communicates with each other through a cable so that each independent unit operates in a functional manner.
上述した従来のモジュール化された水中ロボットは、耐圧耐水ケース同士は耐圧防水ケースに設けられたコネクタを介してケーブルで接続されていたが、ケーブルによる接続には種々の問題があった。 In the conventional modularized underwater robot described above, the pressure-resistant and water-resistant cases are connected to each other by a cable via a connector provided in the pressure-resistant and waterproof case, but there are various problems in connection with the cable.
まず、耐圧防水ケースにコネクタを設けるということは、耐圧防水ケースに穴を開けざるを得ないということであり、耐圧や耐水を求める耐圧防水ケースにとって本質的な短所になっていた。 First, providing a connector in a pressure-resistant waterproof case means that a hole must be made in the pressure-resistant waterproof case, which is an essential disadvantage for a pressure-resistant waterproof case that requires pressure resistance and water resistance.
コネクタを設ける場合、耐圧防水ケースが構造的な継ぎ目を有するようになるため、耐圧性能や耐水性能の低下を防止する対策をとらざるを得なかった。コネクタを設けずにケーブルを貫通させる場合も同様である。継ぎ目の耐圧耐水の構造は複雑でありそれらの加工の手間も煩雑であった。 When the connector is provided, the pressure-resistant and waterproof case has a structural seam, so it has been necessary to take measures to prevent deterioration of the pressure-resistant performance and water-resistant performance. The same applies to the case where the cable is passed through without providing a connector. The structure of pressure and water resistance of the seam is complicated, and the work of those processes is also complicated.
また、従来のモジュール化された水中ロボットは、各独立ユニットをケーブルで接続するため、単機能モジュールを交換することが困難であった。単機能モジュールを交換する必要性は以下の理由による。 Moreover, since the conventional modularized underwater robot connects each independent unit with a cable, it was difficult to replace the single function module. The necessity of replacing the single function module is as follows.
水中ロボットは、一つの水中ロボットで種々の作業をこなせる方が好ましい。 It is preferable that the underwater robot can perform various operations with one underwater robot.
なお、本明細書にいう水中ロボットの「作業」とは、他のものに外的な作用を及ぼしてその状態を変化させる場合のみならず、他のものに外的な作用を及ぼさずにデータのみを収集する場合の双方を含む。 The “work” of the underwater robot referred to in this specification is not only the case of changing the state by exerting an external action on other things, but also the data without exerting an external action on other things. Including both collecting only.
一つの水中ロボットに種々の作業をこなす種々のツールを恒久的に搭載すると、水中ロボットが大型化したり、運動性能が低下したりする。 If various tools that perform various tasks are permanently installed in one underwater robot, the underwater robot becomes larger and its motion performance decreases.
そこで、モジュール化された水中ロボットでは、モジュール化されているという利点を生かして作業目的に応じてツールを交換し、大型化や運動性能低下を防止することが考えられる。 Therefore, in a modularized underwater robot, taking advantage of being modularized, it is conceivable to replace the tool according to the work purpose to prevent an increase in size and a decrease in motion performance.
しかし、従来のモジュール化された水中ロボットでは、独立ユニット同士がケーブルによって接続されているため、交換のための作業が繁雑であり、迅速なユニット交換、たとえばツール等の交換が困難であった。 However, in the conventional modularized underwater robot, the independent units are connected to each other by a cable, so that the replacement work is complicated, and it is difficult to quickly replace the unit, for example, a tool.
電源装置についても、従来は電源装置はパワーケーブルで各独立ユニットに接続されているため、電源装置の交換が困難であった。 As for the power supply device, conventionally, since the power supply device is connected to each independent unit by a power cable, it is difficult to replace the power supply device.
電源装置は水中ロボットの水中での作業時間に応じて積み替えたり、充電のために積み替えたりすることが比較的頻繁である。このため、電源装置は簡単に交換できることが好ましい。むろん、交換が容易になるように電源装置の配線は配慮されているが、水分を嫌うこともあって、交換が困難であり、さらなる改良が待たれていた。 It is relatively frequent that the power supply device is reloaded according to the underwater robot's working time in water or for charging. For this reason, it is preferable that the power supply device can be easily replaced. Of course, the wiring of the power supply device is considered so that it can be easily replaced, but it is difficult to replace it because it dislikes moisture, and further improvement has been awaited.
一方、上記ケーブルによる接続の欠点を考え、無線によるモジュール間の通信が考えられる。 On the other hand, considering the shortcomings of connection using the cable, communication between modules by radio can be considered.
しかし、電波は水中で著しく減衰する性質を有している。発明者らの実験によれば、30mm程度の距離を離すと、モジュール間で無線による通信は不能になってしまう。 However, radio waves have the property of being significantly attenuated in water. According to the experiments by the inventors, if the distance of about 30 mm is separated, wireless communication between modules becomes impossible.
このため、水中では電波に代えて超音波や光を利用した通信システムが多く提案されていた。しかし、制御は一般的には電気信号によって行うため、メディアの変換を伴わない電気通信が好ましい。 For this reason, many communication systems using ultrasonic waves and light instead of radio waves have been proposed in water. However, since the control is generally performed by an electric signal, telecommunication without media conversion is preferable.
そこで、本願発明の目的は上記従来の水中ロボットが有する課題を解決し、無線による通信を実現することにより、結線のない完全な独立ユニットを構成することができるようにし、耐圧・耐水に優れ、且つ、各モジュールの交換が容易な水中ロボットを提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional underwater robot and realize a wireless communication, so that a complete independent unit without connection can be configured, and is excellent in pressure resistance and water resistance. Another object is to provide an underwater robot in which each module can be easily replaced.
本発明の水中ロボットは、
少なくとも作業装置と制御装置を含む単機能モジュールをそれぞれ耐圧防水ケースに格納した複数の独立ユニットと、
前記独立ユニットを着脱可能に取り付けることができるシャシーと、
前記独立ユニットの耐圧防水ケースに穴を開けることなく、前記耐圧防水ケースの外側に接触固定させることにより複数の独立ユニットを接続する非導電性の伝達媒体と、を有し、
前記独立ユニットは、それぞれの単機能モジュールの他に、送受信可能な通信手段と、電池とを内蔵し、
前記制御装置を格納した独立ユニットの通信手段と、他の単機能モジュールを格納した独立ユニットの通信手段とを介して通信をすることにより、制御装置が他の単機能モジュールを制御して水中ロボットとしての全体の作動を制御する、ことを特徴とする。
The underwater robot of the present invention is
A plurality of independent units each storing at least a single function module including a work device and a control device in a pressure-resistant waterproof case;
A chassis capable of detachably attaching the independent unit;
A non-conductive transmission medium that connects a plurality of independent units by contact fixing to the outside of the pressure resistant waterproof case without opening a hole in the pressure resistant waterproof case of the independent unit;
In addition to each single function module, the independent unit contains communication means capable of transmitting and receiving, and a battery.
By communicating via the communication means of the independent unit storing the control device and the communication means of the independent unit storing another single function module, the control device controls the other single function module to control the underwater robot. It controls the whole operation as a feature.
本発明の他の水中ロボットは、
電源装置を格納した独立ユニットを有し、
前記各独立ユニットは、それぞれの単機能のモジュールの他に、送受信可能な通信手段と、電力伝達レシーバーと、充電可能な電池とを内蔵し、
前記電源装置が変動磁界を生成し、前記独立ユニットの電力伝達レシーバーが前記変動磁界を電力に変換し、直接あるいは前記電池を介して各単機能モジュールに電力を供給するようにすることができる。
Other underwater robots of the present invention are:
Having an independent unit containing the power supply,
Each independent unit includes a communication means capable of transmitting and receiving, a power transmission receiver, and a rechargeable battery in addition to each single function module.
The power supply device may generate a variable magnetic field, and the power transmission receiver of the independent unit may convert the variable magnetic field into electric power and supply electric power to each single function module directly or via the battery.
前記電源装置は、水中ロボットの作業時間や負荷に応じて積み増し可能に複数のユニットに構成されているようにすることができる。 The power supply device may be configured in a plurality of units so as to be able to be stacked according to the working time and load of the underwater robot.
前記シャシー自体が非導電性材料からなり、前記伝達媒体の機能を兼ねて各独立ユニット間の電気信号を伝達するようにすることができる。 The chassis itself is made of a non-conductive material, and can also function as the transmission medium to transmit an electric signal between the independent units.
前記シャシーは、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンを含む樹脂またはゴムからなるようにすることができる。 The chassis may be made of a resin or rubber containing polyvinyl chloride, polyethylene, or polypropylene.
前記制御装置を格納した独立ユニットは、異なる作業目的のための制御プログラムを搭載した他の独立ユニットに交換可能であり、該作業目的に応じて他の単機能モジュールが交換可能であるようにすることができる。 The independent unit storing the control device can be replaced with another independent unit having a control program for a different work purpose, and other single function modules can be replaced according to the work purpose. be able to.
前記伝達媒体または前記シャシーは、電気信号を受信し増幅して送信する中継手段を有しているようにすることができる。 The transmission medium or the chassis may have relay means for receiving, amplifying and transmitting an electrical signal.
前記伝達媒体は天然ゴム、スチレン・ブタジエン・ラバー、アクリロニトル・ブタジエン・ラバー、クロロブレン・ラバー、エチレン・プロピレン・ラバー、メチル・ビニル・シリコーン・ラバー、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンのいずれかまたはそれらの組み合わせからなるようにすることができる。 The transmission medium is any of natural rubber, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, chlorobrene rubber, ethylene propylene rubber, methyl vinyl silicone rubber, polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, or any of them. It can be made up of combinations.
本願発明の水中ロボットによれば、各単機能モジュールが耐圧防水ケースに格納されて複数の独立ユニットが形成されている。各独立ユニットは共通のシャシーに着脱可能に取り付けられている。各独立ユニットは、耐圧防水ケースの壁体に穴を開けることなく耐圧防水ケースの外側に接触固定された非導電性の伝達媒体によって、他の独立ユニットに接続されている。 According to the underwater robot of the present invention, each single function module is housed in a pressure-resistant waterproof case to form a plurality of independent units. Each independent unit is detachably attached to a common chassis. Each independent unit is connected to another independent unit by a non-conductive transmission medium fixed in contact with the outside of the pressure-proof waterproof case without making a hole in the wall of the pressure-proof waterproof case.
さらに、独立ユニットは送受信可能な通信手段と電池を有し、制御装置が前記通信手段により他の単機能モジュールと無線で通信し、全体として水中ロボットとして作動するように制御を行う。 Further, the independent unit has a communication means and a battery capable of transmitting and receiving, and the control device wirelessly communicates with other single function modules by the communication means and performs control so as to operate as an underwater robot as a whole.
このように、本願発明の水中ロボットによれば、伝達媒体により各単機能モジュールが無線によって他の単機能モジュールと通信できるようになる。このため、単機能モジュールを格納する耐圧防水ケースは電気通信ケーブルのために穴を開けることなく、無線によって単機能モジュール間の通信を実現できる。 Thus, according to the underwater robot of the present invention, each single function module can communicate with other single function modules wirelessly by the transmission medium. For this reason, the pressure-proof waterproof case for storing the single function module can realize communication between the single function modules wirelessly without forming a hole for the telecommunication cable.
耐圧防水ケースは電気通信ケーブルのための構造的な継ぎ目を設ける必要がない。このため、本願発明によれば、各独立ユニットは耐圧性能や耐水性能を高く維持することができる。非耐水性の機器を保持して水面下で活動するように設計された水中ロボットにとって、好適な機能・特質を得ることができる。 The waterproof case does not require a structural seam for the telecommunication cable. For this reason, according to the present invention, each independent unit can maintain high pressure resistance and water resistance. For an underwater robot designed to hold a non-water resistant device and operate under the surface of the water, suitable functions and characteristics can be obtained.
また、本願発明は、無線によって通信を行うことにより、各独立ユニットの交換可能性が著しく改善される。 Further, according to the present invention, the exchangeability of each independent unit is remarkably improved by performing communication by radio.
本発明の水中ロボットによれば、各独立ユニットが電気通信ケーブルによって結線されていないため、各独立ユニットの交換に際して、ケーブルの接続解除や再接続がなく、独立ユニットの交換がきわめて容易になる。 According to the underwater robot of the present invention, since each independent unit is not connected by an electric communication cable, when replacing each independent unit, the cable is not disconnected or reconnected, and the replacement of the independent unit becomes extremely easy.
この場合、各独立ユニットに動力用の電池を内蔵する場合は交換容易であることは言うまでもない。各独立ユニットに充電可能な電池を内蔵している場合も、本発明の一態様によれば、電源装置と各独立ユニットの間を無線によって電力を供給することができる。 In this case, it is needless to say that replacement is easy when a battery for power is built in each independent unit. Even when each independent unit has a rechargeable battery built therein, according to one aspect of the present invention, power can be supplied between the power supply device and each independent unit wirelessly.
この態様の水中ロボットは、電源装置を格納した独立ユニットを有し、各独立ユニットは、それぞれの単機能モジュールと通信手段の他に、電力伝達レシーバーと、充電可能な電池とを内蔵している。 The underwater robot of this aspect has an independent unit storing a power supply device, and each independent unit incorporates a power transmission receiver and a rechargeable battery in addition to each single function module and communication means. .
上記構成において、電源装置が変動磁界を生成することにより、他の独立ユニットの電力伝達レシーバーがその変動磁界を電力に変換し、電池を充電し、あるいは直接的に各単機能モジュールに電力を供給する。 In the above configuration, when the power supply unit generates a fluctuating magnetic field, the power transmission receiver of another independent unit converts the fluctuating magnetic field into electric power, charges the battery, or directly supplies power to each single function module To do.
従来においては、電源装置はパワーケーブルで各独立ユニットに接続されていたため、電源装置や独立ユニットの交換が困難であった。 Conventionally, since the power supply device is connected to each independent unit by a power cable, it is difficult to replace the power supply device or the independent unit.
無線で電力を供給する本発明の態様によれば、パワーケーブルで接続されていないことにより独立ユニットの交換が容易であることは言うに及ばず、電源装置を格納する独立ユニットの交換もきわめて容易である。 According to the aspect of the present invention for supplying power wirelessly, it is easy to replace the independent unit because it is not connected by the power cable, and it is also very easy to replace the independent unit storing the power supply device. It is.
本発明この態様によれば、水中ロボットの水中での作業時間や作業負荷に応じて電源装置の独立ユニットを簡単に積み替えて対応することができる。 According to this aspect of the present invention, the independent unit of the power supply device can be easily transposed according to the working time and work load of the underwater robot in water.
また、一定時間電力を供給することができる電源装置を複数ユニット備えることにより、水中ロボットの作業時間や負荷に応じて電源装置を積み増し可能になる。 Further, by providing a plurality of power supply units that can supply power for a certain period of time, it is possible to increase the number of power supply apparatuses according to the working time and load of the underwater robot.
電源装置は水分を嫌うため、完全に密閉された耐圧防水ケースに格納することにより、電源装置の取り扱いがきわめて容易な水中ロボットを得ることができる。 Since the power supply device dislikes moisture, it is possible to obtain an underwater robot in which the power supply device is extremely easy to handle by storing it in a completely sealed pressure-proof waterproof case.
さらに、本発明によれば、モジュール化された水中ロボットにおいて、各独立ユニットが容易に交換できるため、作業目的に応じて異なる制御プログラムを搭載した制御装置に交換し、その作業目的に応じて他の単機能モジュールを交換することができる。これにより、一機の水中ロボットを全く異なる作業目的の水中ロボットとして使用することができる。 Furthermore, according to the present invention, in a modularized underwater robot, each independent unit can be easily replaced. Therefore, the controller can be replaced with a control device equipped with a different control program depending on the work purpose, and other units can be used depending on the work purpose. The single function module can be replaced. Thereby, one underwater robot can be used as an underwater robot for a completely different work purpose.
また、本願発明は、非導電性材料でシャシーを構成することにより、シャシーが伝達媒体を兼ねることができる。 In the present invention, the chassis can also serve as a transmission medium by forming the chassis with a non-conductive material.
この場合、電気信号が水の減衰を著しく受けることなく、シャシーを通じて各単機能モジュール間で電気信号がやり取りされ、きわめて構造が単純な水中ロボットを得ることができる。 In this case, the electrical signal is not significantly attenuated by water, and the electrical signal is exchanged between the single function modules through the chassis, so that an underwater robot having a very simple structure can be obtained.
シャシーや伝達媒体のところどころに電気信号を受信し増幅して送信する中継手段を設けることにより、各単機能モジュールの通信機能がより確実になる。 By providing relay means for receiving, amplifying and transmitting electrical signals at various locations in the chassis and transmission medium, the communication function of each single function module is more reliable.
以下に添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1に本発明の一実施形態による水中ロボットを示す。 FIG. 1 shows an underwater robot according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の水中ロボット1は、作業装置の独立ユニット2と、水平方向推進装置の独立ユニット3と、垂直方向推進装置の独立ユニット4と、これらの独立ユニットを着脱可能に取り付けることができるシャシーとを有している。本実施形態ではシャシーは下部シャシー5と上部シャシー6に分割可能に構成されている。
The
作業装置の「作業」とは、既述したように、他のものに外的な作用を及ぼしてその状態を変化させる場合と、他のものに外的な作用を及ぼさずにデータのみを収集する場合の双方を含む。このため、作業装置の独立ユニット2は、例えば視覚的映像を得る目的であればカメラを搭載し、特定のデータを取得する目的であれば各種センサーを搭載し、ものを採取する目的であればマニピュレータを搭載することができる。
As described above, “work” of a work device is a case of changing the state by applying an external action to another, and collecting only data without affecting the other. Including both cases. For this reason, the
水平方向推進装置の独立ユニット3は、4つのユニットを有し、水平方向の推進を行い、かつ、角度をつけて推進できるように左右にも上下にも分割して備えられている。
The
水平方向推進装置の独立ユニット3はそれぞれ円柱状に形成され、下部シャシー5後部の円筒形部分に嵌着できるように形成されている。
The
垂直方向推進装置の独立ユニット4は、円筒状ケーシング内にスクリューを設けたものからなり、上部シャシー6の円筒形部分の内側に嵌着できるように形成されている。
The
推進装置はその上位概念の移動手段に含まれ、移動手段は必要に応じてスクリューに代えて車輪やキャタピラー等でもよいが、定置型の水中ロボット等のように省略することもできる。 The propulsion device is included in the moving means of the superordinate concept, and the moving means may be a wheel, a caterpillar or the like instead of the screw as necessary, but may be omitted as in a stationary underwater robot.
図2は、図1の水中ロボット1を分解して示している。図2において、上部シャシー6は分解して上方に位置するように示している。
FIG. 2 is an exploded view of the
図2に示すように、上部シャシー6も一部において、垂直方向推進装置の独立ユニット4を連結しているが、下部シャシー5は全部の独立ユニットを連結している。
As shown in FIG. 2, the
図に示されているように、水中ロボット1は内部に制御装置の独立ユニット7を有している。
As shown in the figure, the
作業装置の独立ユニット2は、全体として円柱状に形成され、下部シャシー5の前部のリング8内に着脱可能に嵌着されている。
The
制御装置の独立ユニット7は、全体として扁平な円柱状に形成され、下部シャシー5の中心部分の凹部9に着脱可能に嵌着される。
The
上述した作業装置や推進装置や制御装置はそれぞれ特定の機能を発揮する部品装置であり、一つの部品にまとめられており、本明細書では「単機能モジュール」という。 The above-described working device, propulsion device, and control device are component devices that exhibit specific functions and are grouped into one component, and are referred to as “single function modules” in this specification.
単機能モジュールは耐圧防水ケースに格納され、物理的に独立したユニットに構成されている。本明細書ではこの物理的に独立なユニットを「独立ユニット」という。 The single function module is housed in a pressure-resistant waterproof case and is configured as a physically independent unit. In the present specification, this physically independent unit is referred to as an “independent unit”.
図3に水中ロボット1のブロック構成を示す。図3において、推進装置の独立ユニット3,4は、概念的に示すため、2つのブロックで示す。
FIG. 3 shows a block configuration of the
図3に示すように、作業装置の独立ユニット2は、耐圧防水ケース2a内に、作業装置2bの他、送受信可能な通信手段2cと、電池2dを格納している。
As shown in FIG. 3, the
同様に推進装置の独立ユニット3,4は、耐圧防水ケース3a,4a内に、推進装置3b,4bの他、送受信可能な通信手段3c,4cと、電池3d,4dを格納している。
Similarly, the
また同様に、制御装置の独立ユニット7は、耐圧防水ケース7a内に、制御装置7bの他、通信手段7cと、電池7dを格納している。
Similarly, the
これらの独立ユニット2,3,4,7は、下部シャシー5と上部シャシー6に取り付けられ、各独立ユニット2,3,4,7は非導電性の伝達媒体10によって接続されている。
These
伝達媒体10は下部シャシー5と上部シャシー6上に適宜敷設することができる。
The
伝達媒体10の材質としては、天然ゴム、スチレン・ブタジエン・ラバー、アクリロニトル・ブタジエン・ラバー、クロロブレン・ラバー、エチレン・プロピレン・ラバー、メチル・ビニル・シリコーン・ラバー、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンのいずれかまたはそれらの組み合わせからなる。
The material of the
伝達媒体10の接続は、耐圧防水ケース2a,3a,4a,7aに穴を開けることなく、耐圧防水ケース2a,3a,4a,7aの外側に接触固定させるようにする。
The
図4に伝達媒体10の固定の一例を示す。
FIG. 4 shows an example of fixing the
図4の例では、伝達媒体10の一端部を吸盤10aに形成し、耐圧防水ケース2a,3a,4a,7aに対してその外側から吸盤10aを吸着させるようにして固定する。
In the example of FIG. 4, one end portion of the
このような固定方法によれば、耐圧防水ケース2a,3a,4a,7aに穴を開けることがない。すなわち、伝達媒体10の接続部において、耐圧防水ケース2a,3a,4a,7aは構造的な継ぎ目を有しないようにすることができる。
According to such a fixing method, the pressure-proof
なお、通信手段2c,3c,4c,7cは図2に示すように耐圧防水ケース2a,3a,4a,7aに接触していなくてもよい。
Note that the communication means 2c, 3c, 4c, and 7c may not be in contact with the pressure-proof
使用時において、水中ロボット1は全体として水中に配置され、独立ユニットの内部の通信手段2c,3c,4c,7cから無線で電気信号が送受信され、該電気信号は耐圧防水ケース2a,3a,4a,7aと伝達媒体10によって伝達され、他の独立ユニットの耐圧防水ケース2a,3a,4a,7aに伝達して内部に無線送信され、他の独立ユニットの通信手段2c,3c,4c,7cによって傍受される。
In use, the
ここで、本発明によった場合の電波強度の減衰を水中の電波強度の減衰と比較する。 Here, the attenuation of the radio wave intensity according to the present invention is compared with the attenuation of the radio wave intensity in water.
図5は、海水中で発信された無線の電波強度が非導電性材料からなる伝達媒体によってどのように減衰が改善されるかの実験結果を示している。 FIG. 5 shows an experimental result of how attenuation of the radio wave intensity transmitted in seawater is improved by a transmission medium made of a non-conductive material.
発信源として小型のパーソナルコンピュータを使用し、耐圧防水ケースとして樹脂製の防水ケースを使用し、コンピュータに付属の無線LANの通信手段を使用して一定の強度の電波を発信させ、耐圧防水ケース内にコンピュータを格納した。 A small personal computer is used as a transmission source, a resin waterproof case is used as a pressure-resistant waterproof case, and radio waves of a certain strength are transmitted using the wireless LAN communication means attached to the computer. Stored the computer.
まず、伝達媒体を設けずに、空気中で500[mm]の距離で受信したところ、受信電波強度は -30[dB]であった。次に、伝達媒体を設けずに海水中に30[mm]浸漬したところ、電波を受信することができなかった。 First, when it was received in the air at a distance of 500 [mm] without providing a transmission medium, the received radio wave intensity was -30 [dB]. Next, when immersed in seawater for 30 [mm] without providing a transmission medium, radio waves could not be received.
次に、種々の非導電性材料の伝達媒体を使用し、図5に示すように、水面下100[mm]に容器とコンピュータを沈め、水面上で受信電波強度を計測した。ここで、伝達媒体は断面積200[mm]*20[mm]の板状のものを使用した。 Next, using various non-conductive material transmission media, as shown in FIG. 5, the container and the computer were submerged 100 [mm] below the water surface, and the received radio wave intensity was measured on the water surface. Here, a transmission medium having a cross-sectional area of 200 [mm] * 20 [mm] was used.
図5に示すように、実験したところ、伝達媒体が天然ゴム、スチレン・ブタジエン・ラバー、アクリロニトル・ブタジエン・ラバー、クロロブレン・ラバー、エチレン・プロピレン・ラバー、メチル・ビニル・シリコーン・ラバーのいずれかである場合は、水面下100[mm]に容器とコンピュータを沈めたとき、いずれも-60[dB]程度の受信電波強度を計測することができた。ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレンの場合は、-77[dB]程度の受信電波強度を計測することができた。 As shown in FIG. 5, the experiment showed that the transmission medium was natural rubber, styrene / butadiene rubber, acrylonitrile / butadiene rubber, chlorobrene rubber, ethylene / propylene rubber, methyl / vinyl / silicone rubber. In some cases, when the container and computer were submerged 100 [mm] below the surface of the water, both received radio field strengths of about -60 [dB] could be measured. In the case of polyvinyl chloride, polyethylene, and polypropylene, the received radio field intensity of about -77 [dB] could be measured.
受信電波強度は-88[dB]程度までは受信成功率85%を超え、十分実用に耐えることが他の実験で確認されているため、本発明のように非導電性の伝達媒体を使用することにより、著しく減衰が少なくなることが分かる。 Received radio wave strength exceeds -88 [dB] and the reception success rate exceeds 85%, and it has been confirmed by other experiments that it can withstand practical use, so use a non-conductive transmission medium as in the present invention. This shows that the attenuation is remarkably reduced.
図5の実験結果が示すように、本発明によれば、独立ユニット間の通信が伝達媒体10によって水による減衰を免れ、実用的な水中ロボットの大きさでは、独立ユニット間で通信を行うことができる。
As shown in the experimental results of FIG. 5, according to the present invention, communication between independent units is prevented from being attenuated by the water by the
図3に示すように、本発明の水中ロボット1は、制御装置の独立ユニット7の通信手段7cと、他の独立ユニット2,3,4の通信手段2c,3c,4cが互いに通信することにより、制御装置7bが他の単機能モジュール2b,3b,4bを制御して水中ロボット1としての全体の作動を制御することができる。
As shown in FIG. 3, the
図3の水中ロボット1は、電気通信ケーブルがないため、各耐圧防水ケースがケーブルのための穴を有しておらず、耐圧耐水に優れている。また、吸盤10aによれば伝達媒体10の着脱が容易である利点を有する。
Since the
しかし、本発明によれば、各独立ユニットを完全に独立にすることができる。「完全に独立」とは、伝達媒体の接続ケーブルもなく、電力を供給するパワーケーブルもないということである。 However, according to the present invention, each independent unit can be made completely independent. “Completely independent” means that there is no connection cable for the transmission medium and no power cable for supplying power.
図6は、各独立ユニットを完全に独立にした水中ロボットのブロック図を示している。 FIG. 6 shows a block diagram of an underwater robot in which each independent unit is completely independent.
図6において、理解を容易にするため、図3と同一の部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。 In FIG. 6, for ease of understanding, the same parts as those in FIG.
図6に示す水中ロボット11は伝達媒体の接続ケーブル(図3における伝達媒体10)がない代わりに、シャシー5,6は非導電性材料、たとえば樹脂材料やゴムからなる。
The
また、図6に示す水中ロボット11は、各独立ユニットが電池の代わりに充電池を有し、かつ、独立ユニットに電力を供給する電源装置の独立ユニット12を有している。
In addition, the
水中ロボット11は大容量の電源装置を使用することにより、長時間活動でき、しかも、電力を供給するパワーケーブルを有していない。
The
具体的には、電源装置の独立ユニット12は、耐圧防水ケース12aの内部に、電源装置12bと、通信手段12cと、変動磁界を生成する変動磁界生成手段12dとを格納している。
Specifically, the
これに対して、作業装置の独立ユニット2は、充電池2d’と、電力伝達レシーバー2eとを有している。
On the other hand, the
また、推進装置の独立ユニット3,4は、充電池3d’,4d’と、電力伝達レシーバー3e,4eとを有している。
The
制御装置の独立ユニット7は、充電池7d’と、電力伝達レシーバー7eとを有している。
The
本実施形態の水中ロボット11によれば、各独立ユニットの通信手段2c,3c,4c,7c,12cの電気信号は、非導電性材料からなるシャシー5,6を介してやり取りされるため、伝達媒体の接続ケーブルを省略することができる。
According to the
また、電力は以下のようにパワーケーブルを要することなく各単機能モジュールに供給することができる。 Moreover, electric power can be supplied to each single function module without requiring a power cable as follows.
すなわち、電源装置の独立ユニット12は、通信手段12cを介して制御装置7bの指令により、変動磁界生成手段12dによって変動する磁界を生成する。
That is, the
一方、各独立ユニットの電力伝達レシーバー2e,3e,4e,7eは、前記変動磁界を電力に変換し、各単機能モジュールに直接的または間接的に電力を供給する。
On the other hand, the
間接的に各単機能モジュールに電力を供給するとは電力伝達レシーバーで取得した電力で充電池2d’,3d’,4d’,7d’を充電し、充電池2d’,3d’,4d’,7d’によって各単機能モジュールに電力を供給することである。
To indirectly supply power to each single function module, the
本実施形態の水中ロボット11によれば、各独立ユニットは単にシャシー5,6に嵌着されているだけで、通信をすることができ、かつ、電力の供給を受けることができる。
According to the
このため、各独立ユニットの交換がきわめて容易になる。すなわち、各独立ユニットは電気通信ケーブルや伝達媒体の接続ケーブルやパワーケーブルによって結線されていないため、単に独立ユニットを取り替えればよい。 This makes it very easy to replace each independent unit. That is, since each independent unit is not connected by a telecommunication cable, a connection cable for a transmission medium, or a power cable, the independent unit may be simply replaced.
また、電源装置についても、パワーケーブルで各独立ユニットに接続されていないため、容易に電源装置の独立ユニット12ものを交換することができる。
Also, since the power supply device is not connected to each independent unit by a power cable, the
これにより、水中ロボット11によれば、水中での作業時間や作業負荷に応じて電源装置の独立ユニット12単に積み替えて対応することができる。
Thereby, according to the
さらに、電源装置の独立ユニット12を、一定時間電力を供給することができるユニットにし、かかる電源装置を複数ユニット備えれば、水中ロボットの作業時間や負荷に応じて電源装置を積み増したり、減らしたりすることができる。
Furthermore, if the
また、各独立ユニットが、結線されておらず交換が容易であるため、本実施形態の水中ロボット11では、異なる作業目的のために、制御装置の独立ユニット7を交換することができる。
In addition, since each independent unit is not connected and can be easily replaced, the
すなわち、作業目的に応じて、制御装置の独立ユニット7を、異なる制御プログラムを搭載した他の制御装置の独立ユニットに簡単に交換することができる。むろん、その作業目的に応じて他の単機能モジュールの独立ユニットも簡単に交換することができる。
That is, the
これにより、一機の水中ロボットを複数の作業目的に適宜使用することができる。 Thereby, one underwater robot can be appropriately used for a plurality of work purposes.
図7は、図6の水中ロボット11の変形例を示す。
FIG. 7 shows a modification of the
図7の水中ロボットは、中継手段13を有している点において図6の水中ロボット11と異なるのみである。
The underwater robot shown in FIG. 7 is different from the
中継手段13は、電気信号を受信し増幅して送信する機能を有している。
The
この変形例の水中ロボット11によれば、シャシーのところどころに中継手段13を設けることにより、各単機能モジュールの通信機能がより確実になる。
According to the
なお、図7の例では、中継手段13がシャシー5,6に設けられているが、伝達媒体の接続ケーブルを使用し、伝達媒体のところどころに中継手段13を設けるようにしてもよい。
In the example of FIG. 7, the
1 水中ロボット
2 作業装置の独立ユニット
2a 耐圧防水ケース
2b 作業装置
2c 通信手段
2d 電池
2d’ 充電池
2e 電力伝達レシーバー
3 水平方向推進装置の独立ユニット
3a 耐圧防水ケース
3b 推進装置
3c 通信手段
3d 電池
3d’ 充電池
3e 電力伝達レシーバー
4 垂直方向推進装置の独立ユニット
4a 耐圧防水ケース
4b 推進装置
4c 通信手段
4d 電池
4d’ 充電池
4e 電力伝達レシーバー
5 下部シャシー
6 上部シャシー
7 制御装置の独立ユニット
7a 耐圧防水ケース
7b 制御装置
7c 通信手段
7d 電池
7d’ 充電池
7e 電力伝達レシーバー
8 リング
9 凹部
10 伝達媒体
10a 吸盤
11 水中ロボット
12 電源装置の独立ユニット
12a 耐圧防水ケース
12b 電源装置
12c 通信手段
12d 変動磁界生成手段
13 中継手段
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記独立ユニットを着脱可能に取り付けることができるシャシーと、
前記独立ユニットの耐圧防水ケースに穴を開けることなく、前記耐圧防水ケースの外側に接触固定させることにより複数の独立ユニットを接続する非導電性の伝達媒体と、を有し、
前記独立ユニットは、それぞれの単機能のモジュールの他に、送受信可能な通信手段と、電池とを内蔵し、
前記制御装置を格納した独立ユニットの通信手段と、他の単機能モジュールを格納した独立ユニットの通信手段とを介して通信をすることにより、制御装置が他の単機能モジュールを制御して水中ロボットとしての全体の作動を制御する、ことを特徴とする水中ロボット。 A plurality of independent units each storing at least a single function module including a work device and a control device in a pressure-resistant waterproof case;
A chassis capable of detachably attaching the independent unit;
A non-conductive transmission medium that connects a plurality of independent units by contact fixing to the outside of the pressure resistant waterproof case without opening a hole in the pressure resistant waterproof case of the independent unit;
In addition to each single-function module, the independent unit includes a communication means capable of transmitting and receiving, and a battery.
By communicating via the communication means of the independent unit storing the control device and the communication means of the independent unit storing another single function module, the control device controls the other single function module to control the underwater robot. An underwater robot characterized by controlling the overall operation of the robot.
前記単機能モジュールを有する他の独立ユニットは、それぞれの単機能モジュールの他に、送受信可能な通信手段と、電力伝達レシーバーと、充電可能な電池とを内蔵し、
前記電源装置が変動磁界を生成し、前記独立ユニットの電力伝達レシーバーが前記変動磁界を電力に変換し、直接あるいは前記電池を介して各単機能モジュールに電力を供給することを特徴とする請求項1記載の水中ロボット。 Having an independent unit containing the power supply,
The other independent unit having the single function module includes, in addition to each single function module, a communication means capable of transmitting and receiving, a power transmission receiver, and a rechargeable battery.
The power supply device generates a variable magnetic field, and the power transmission receiver of the independent unit converts the variable magnetic field into electric power, and supplies power to each single function module directly or via the battery. The underwater robot according to 1.
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