JP2017159816A - 水中ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】超音波探信機による発見が困難であり、かつ潜航浮上やその場回転などが可能な水中ロボットを提供する。
【解決手段】球形のハウジング１と、ハウジング１に取付けられた４基のスラスター１０とからなり、各スラスター１０は、球形ハウジング１の円周方向において９０℃間隔に取付けられており、各スラスター１０は、推力方向を３６０°変換できる方向変換機構を備えている。ハウジング１が球形であるので、超音波を当てられても音源方向には反射しないので超音波探信機による捕捉がなされ難い。４基のスラスター１０の方向変換を組合わせることで、前後進と自転と公転と浮上潜航の各動作が可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、水中ロボットに関する。さらに詳しくは、河川、海洋その他水中で行動できる水中ロボットに関する。

従来の水中ロボットとして、特許文献１、２に記載のものがある。
特許文献１の水中ロボットは、大形のシャーシの中に幾つかの耐圧防止ケースを収納し、各耐圧防止ケース内に通信手段や電池を内蔵したものである。
特許文献２の水中ロボットは、パイプ状のケースの中にドップラセンサや駆動機構や電池を内蔵したものである。

しかるに、特許文献１、２の従来技術は、共にロボットの外形が大きく立体的な形状なので、超音波を受けるとその反射が音源の方に返りやすく、超音波探信機による発見が容易であった。また、長尺の外形なので、前後進は可能であっても、垂直方向への潜航浮上は不可能であり、その場回転も不可能であったので、運動方向の多様性がなかった。

特開２０１３−６３７０２号公報 特開２０１２−１３２７６２号公報

本発明は上記事情に鑑み、超音波探信機による発見が困難であり、かつ潜航浮上やその場回転などの運動が可能な水中ロボットを提供することを目的とする。

第１発明の水中ロボットは、球形のハウジングと、該ハウジングに取付けられた４基のスラスターとからなり、各スラスターは、前記ハウジングの円周方向において９０℃間隔に取付けられており、各スラスターは、推力方向を３６０°変換できる方向変換機構を備えていることを特徴とする。
第２発明の水中ロボットは、第１発明において、前記方向変換機構は、前記スラスターを支持するホルダーと、該ホルダーを回転させる第１サーボモータとからなることを特徴とする。
第３発明の水中ロボットは、第１または第２発明において、前記スラスターは、両端が開口したパイプ状のノズルと、該ノズルの一端から水を吸い込んで他端から排出するプロペラー機構と、該プロペラー機構を回転させる第２サーボモータとからなることを特徴とする。

第１発明によれば、ハウジングが球形であるので、超音波を当てられても音源方向には反射しないので、水中で超音波探信機による捕捉がなされ難い。また、４基のスラスターの方向変換を組合わせることで、前後進と自転と公転と浮上潜航の各動作が可能である。
第２発明によれば、第１サーボモータを回転させるとスラスターの推力方向が変るので、前後進と自転と公転と浮上潜航の動作選択が可能である。
第３発明によれば、第２サーボモータを駆動してプロペラー機構を回転させることで、ノズルの一端から水を吸い込んで他端から吐き出すので、この水の吐出を推進力として使うことができる。駆動媒体である水は水中ロボットが活動する水中には無尽蔵に存在するので、ハウジング内に駆動媒体を内蔵しておく必要はなく、水中ロボットを小型化できる。

本発明の一実施形態に係る水中ロボットＡの斜視図である。 ４基のスラスターの配置構造説明図である。 スラスターの内部構造説明図である。 前進操作の説明図である。 （Ａ）は潜行操作、（Ｂ）は浮上操作の説明図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
（基本構造）
図１に示すように、本実施形態の水中ロボットＡは、球形のハウジング１を有している。このハウジング１の内部に架台２やスラスターの方向変換機構やプロペラー機構が収められ、ハウジング１の外部にはスラスターのノズル１１のみが配設されている。また、方向変換機構やプロペラー機構の駆動用電池や制御器などが設けられる。

スラスター１０は４基あり、球状ハウジング１の円周方向において９０°間隔で取付けられている。各スラスター１０はハウジング１の円周方向に取付けられるが、球状ハウジング１の中心点を中心とする平面上における仮想円の円周上に取付けることが、運動する際のスピン防止に好ましい。
また、各スラスター１０は後述する方向変換機構により前記仮想円に対し直角な平面内で推力の向きを３６０°変換できるようになっている。

図２に基づき、方向変換機構を説明する。ハウジング１の内部には架台２が１基設けられている。この架台２は適宜の支持部材でハウジング１内に固定される。図示の架台２はリング状であるが、四角枠など任意の形状のものを取りうる。
架台２の外周には、第１サーボモータ３のケーシングが固定されている。第１サーボモータ３は４基のスラスター１０に合わせて、４基が用いられ、架台２の外周に９０°間隔で取付けられている。

各第１サーボモータ３の主軸３ａにはＵ字型のホルダー４が取付けられており、このホルダー４内にスラスター用の第２サーボモータ１３が取付けられている。
第１サーボモータ３を回転させるとホルダー４は矢印Ｘ方向（つまり、主軸３ａの軸まわり）に回転し、スラスター１０のノズル１１の向きを変更することができる。この矢印Ｘ方向は前述した前記仮想円に対し直角な平面内で、３６０°向きを変えることを意味している。

（スラスター）
つぎに、図３に基づきスラスター１０を説明する。スラスター１０は、両端が開口したパイプ状のノズル１１と、このノズル１１の一端から水を吸い込んで他端から排出するためのプロペラー機構と、このプロペラー機構を回転させる第２サーボモータ１３とからなる。

プロペラー機構としては、水を吸い込んで吐き出すインペラーをノズル１１内に同軸に設けるジェット推進型でもよく、図３に示すポンプ型であってもよい。
このポンプ型のプロペラー機構では、ノズル１１の下面に羽根車室１２が形成されていおり、この羽根車室１２内に羽根１４が回転自在に軸支されている。羽根１４の軸は第２サーボモータ１３の主軸で兼用するか、その主軸に連結されている。

上記の構造に基づき、第２サーボモータ１３を駆動すればプロペラー機構を回転させることができ、ノズルの一端から水を吸い込んで他端から吐き出すので、この水の吐出を推進力として使うことができる。駆動媒体である水は水中ロボットＡが活動する水中には無尽蔵に存在するので、ハウジング１内に駆動媒体を内蔵しておく必要はなく、水中ロボットＡを小型化できる。

水中ロボットＡのハウジング１の大きさは任意であり、大きいものも小さいものも採用可能であるが、図示の水中ロボットＡはスラスター１０の推力がさほど大きくないので、ハウジング１の直径が350ｍｍ〜400ｍｍまでのものに好適である。また、ハウジング１を大きくしたい場合は、より推力の大きいジェット型のスラスター１０等を用いればよい。

ハウジング１やスラスター１０の材質には、とくに制限がないが、軽量で強度の高い、プラスチックや強化ガラス、アルミニウムなどが好ましい。
また、ハウジング１をプラスチックや強化ガラスなどの透明材料で作製すれば、内部にカメラなどを搭載して探査目的に利用するのに好都合である。

ハウジング１には上記した方向変換機構やプロペラー機構の外、種々の作業機器を搭載できる。このような作業機器には、既述したカメラのほか、種々の機器が搭載可能であり、これらの作業機器により、水中作業、サンプル採取、小型ロボットの放出と回収、水中通信ネットワークの構築などの用途に利用できる。

つぎに、水中ロボットＡの運動方向の多様性を説明する。
なお、以下の説明では、図１における上下方向を基準として、水平とか上下方向の説明をする。
（１）その場回転
図１に示すように、４基のノズル１１を水平な向きにしてハウジング１の回りに水噴射すると、水中ロボットＡはその場回転する。換言すれば、自転が可能である。
４基のノズル１１のうち１〜３基を使うと、旋回半径をもつ公転が可能となる。大きい旋回半径を得たい場合は使用するノズル１１を１基にすればよい。

（２）前後進
図４に示すように、４基のノズル１１を垂直に向けると、水中ロボットＡはロボット自体の上下方向を横向きにして前進する。同様にノズル１１を正反対に向けると、水中ロボットＡが後進する。

（３）浮上潜航
図５の（Ａ）に示すように、ノズル１１を上向きにすると水中ロボットＡは潜航する。
図５の（Ｂ）に示すように、ノズル１１を下向きにすると水中ロボットＡは浮上する。
（４）以上のように、第１サーボモータを回転させるとスラスター１０の向きが変るので、前後進と自転と公転と浮上潜航の動作選択が可能である。

本実施形態の水中ロボットＡは、つぎの効果を奏する。
（１）ハウジング１が球形であるので、超音波を当てられても音源方向には反射しないので、水中で超音波探信機による捕捉がなされ難い。
（２）４基のスラスター１０の方向変換を組合わせることで、前後進と自転と公転と浮上潜航の各動作が可能である。そのため、望む場所への接近が自在に行える。

本発明は超音波探信機による捕捉が困難なので、水中作業、海洋工程開発や軍用の用途に適している。また、運動方向に多様性があり小回りも効くので、水中での探査や障害物回避、水中作業、サンプル採取、小型ロボットの放出と回収、水中通信ネットワークの構築などの用途にも利用できる。

Ａ 水中ロボット
１ ハウジング
２ 架台
３ 第１サーボモータ
４ ホルダー
１０ スラスター
１１ ノズル
１３ 第２サーボモータ

Claims (3)

1. 球形のハウジングと、
   該ハウジングに取付けられた４基のスラスターとからなり、
   各スラスターは、前記ハウジングの円周方向において９０℃間隔に取付けられており、
   各スラスターは、推力方向を３６０°変換できる方向変換機構を備えている
   ことを特徴とする水中ロボット。
2. 前記方向変換機構は、前記スラスターを支持するホルダーと、該ホルダーを回転させる第１サーボモータとからなる
   ことを特徴とする請求項１記載の水中ロボット。
3. 前記スラスターは、両端が開口したパイプ状のノズルと、該ノズルの一端から水を吸い込んで他端から排出するプロペラー機構と、該プロペラー機構を回転させる第２サーボモータとからなる
   ことを特徴とする請求項１または２記載の水中ロボット。