JP2023131186A - 回収装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水中物を効率よく回収できる回収装置を提供する。【解決手段】水中を移動可能に構成される水中ロボットに設置されて水中物を回収する回収装置１であり、両端を開口する水平部分３ａとこの水平部分３ａの途中から下方に延設される鉛直部分３ｂとを有するＴ字管３と、水平部分３ａの一端に配置されるプロペラ６と、水平部分３ａの他端に配置されて水中物を収容する収容部４と、鉛直部分３ｂの下端に配置されて水中物を吸い込む吸込み部５とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、水中ロボットに設置されて水中物を回収する回収装置に関するものであり、詳しくは水中物を効率よく回収できる回収装置に関するものである。

水中生物を回収する水中ロボットが種々提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には吸込口の下流に回収かごが配置されて、この回収かごの下流側にポンプが配置された構成が開示されている。

吸込口からポンプまでの流路が長いため、圧力損失が比較的大きかった。またこの流路の途中に回収かごが配置されていたため、圧力損失は更に大きくなっていた。出力の大きなポンプを水中ロボットに設置する必要があった。

出力の大きなポンプを配置すると、水中ロボットの後方に排出される水の流量が多くなるため、水中ロボットが意図せず前進してしまう不具合があった。水中ロボットの姿勢制御が困難であった。水中ロボットの姿勢が不安定となり水中生物を回収する効率が低下する不具合があった。

日本国特開平１０－００７０８５号公報

本発明は上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は水中物を効率よく回収できる回収装置を提供することである。

上記の目的を達成するための回収装置は、水中を移動可能に構成される水中ロボットに設置されて水中物を回収する回収装置において、両端を開口する水平部分とこの水平部分の途中から下方に延設される鉛直部分とを有するＴ字管と、前記水平部分の一端に配置されるプロペラと、前記水平部分の他端に配置されて水中物を収容する収容部と、前記鉛直部分の下端に配置されて水中物を吸い込む吸込み部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、プロペラから鉛直部分の上端までの距離が比較的近いため圧力損失を抑制できる。出力の比較的小さいプロペラを使用できる。水中ロボットの姿勢制御を精度良くおこなえるため水中物を効率よく回収するには有利である。

水中ロボットに設置される回収装置を例示する説明図である。 図１の回収装置を例示する説明図である。 図２の回収装置の上面を例示する説明図である。 図３のＡ－Ａ断面およびＢ－Ｂ断面を例示する説明図である。 図２の回収装置における流体の流れを例示する説明図である。

以下、回収装置を図に示した実施形態に基づいて説明する。図中では水中ロボットの前後方向を矢印ｙ、この前後方向ｙを直角に横断する幅方向を矢印ｘ、上下方向を矢印ｚで示している。

図１に例示するように回収装置１は、水中ロボット２に設置して使用される。回収装置１は、水中ロボット２の上面側および前面側を部分的に覆う状態で水中ロボット２に固定される。水中ロボット２は、例えば遠隔操作型水中ロボット（Remotely operated vehicle、ＲＯＶ）や自律型水中ロボット（Autonomousunderwater vehicle、ＡＵＶ）で構成される。以下、遠隔操作型水中ロボットを例に説明する。水中ロボット２は、水中を移動するための例えばスタスターなどの推進機構２ａを備えている。また水中ロボット２の周囲の画像を取得するためのカメラ２ｂを備えている。操作者は、カメラ２ｂの画像を確認しながらコントローラにより遠隔で水中ロボット２を操作する。

図２に例示するように回収装置１は、円筒形状のパイプを組み合わせて構成されるＴ字管３と、水中物を収容する収容部４とを備えている。Ｔ字管３は、両端を開口する水平部分３ａと、この水平部分３ａの途中となる位置から下方に延設される鉛直部分３ｂとを有している。水平部分３ａは前後方向ｙに沿って延在していて、鉛直部分３ｂは全体として上下方向ｚに沿って延在している。水中物は鉛直部分３ｂの下端側から吸い込まれて、水平部分３ａを経由して収容部４に回収される。Ｔ字管３は例えば塩化ビニル管など、合成樹脂製のパイプで構成される。Ｔ字管３は合成樹脂製に限らず、金属パイプで構成されてもよい。また水平部分３ａおよび鉛直部分３ｂは湾曲したパイプで構成されてもよい。

Ｔ字管３の内径は例えば１５０ｍｍまたは１２５ｍｍに設定される。Ｔ字管３の内径は上記に限定されず、回収対象である水中物の大きさに応じて適宜設定することができる。Ｔ字管３の内径は小さすぎると水中物が通過できない。またＴ字管３の内径は大きすぎると水中物を吸い上げにくくなる。よってＴ字管３の内径は、水中物の大きさとほぼ同等の大きさに設定されることが望ましい。

鉛直部分３ｂの下端には吸込み部５が配置されている。吸込み部５は、Ｔ字管３を構成する円筒形状のパイプと同様のパイプで構成することができる。鉛直部分３ｂの下端近傍の中心軸ｃ１に対する吸込み部５の中心軸ｃ２の傾きθ１が、４５°となる状態で吸込み部５と鉛直部分３ｂとが連結されている。図２では説明のため鉛直部分３ｂの中心軸ｃ１と、吸込み部５の中心軸ｃ２とを一点鎖線で図示している。この実施形態では鉛直部分３ｂの下端近傍の中心軸ｃ１は上下方向ｚと平行となる状態に設定されている。

鉛直部分３ｂは、透明な合成樹脂製のパイプで構成されることが望ましい。鉛直部分３ｂの外径が比較的大きい場合であっても水中ロボット２のカメラ２ｂの視界を遮りにくくなるためである。同様に吸込み部５も透明な合成樹脂製のパイプで構成されることが望ましい。水中ロボット２が自律型水中ロボットＡＵＶで構成される場合であっても、画像認識のためのカメラ２ｂやその他のセンサ等の動作を妨げにくくなる。そのため鉛直部分３ｂ等が透明な合成樹脂製のパイプで構成される方が望ましいことがある。

図２および図３に例示するようにＴ字管３の水平部分３ａの一端にはプロペラ６が配置されている。プロペラ６は水中モータから動力を受けて回転する構成を有している。外部から水平部分３ａの内部に流体を送り込む構成をプロペラ６は有している。プロペラ６はポンプで構成されてもよい。本明細書におけるプロペラ６とは、ポンプを含む概念である。この実施形態ではプロペラ６を保護するための保護ネット７が、プロペラ６に設置されている。図３では説明のため保護ネット７をプロペラ６から取り外した状態を図示している。

水平部分３ａの他端には収容部４が連結されている。収容部４は、流体を通過させて水中物を通過させない構成を有している。壁面の少なくとも一部が金網などの網状部材で形成される箱体で収容部４を構成できる。この実施形態では周面および底面が流体の通過しない板状部材で構成されて、上面が流体の通過する網状部材４ａで構成されている。収容部４は箱体に限らず、少なくとも一部が繊維質の網などの網状部材で構成される袋体で構成されてもよい。

図３および４に例示するように、プロペラ６から送り込まれる流体の進行方向である前後方向ｙに直交する断面において、水平部分３ａの断面積よりも収容部４の断面積の方が大きくなる状態に形成されている。つまり流体が通過する流路の面積が、水平部分３ａよりも収容部４の方が大きく設定されている。この実施形態では収容部４は少なくとも幅方向ｘにおいて、水平部分３ａよりも大きく形成されている。

回収装置１を設置された水中ロボット２は海や湖や水槽などの水中で使用される。水中ロボット２は、例えば磯焼けの原因であるウニ等の水中物を海底から回収する際に使用される。また水中ロボット２は、例えば養殖用いけすの底に沈んだ魚（へい死魚）の回収に使用される。水中ロボット２は、例えば海中を浮遊したり海底に沈んだゴミ等の水中物を回収する際に使用される。本明細書において水中物とは、水中生物および水中のゴミを含む概念である。回収装置１を設置された水中ロボット２は、まず水中に沈められる。

図５に例示するようにプロペラ６を作動させるとＴ字管３に海水等の流体の流れが発生する。図５では説明のため流体の流れる方向を矢印で示している。プロペラ６の作動にともない水平部分３ａにおいてプロペラ６から収容部４に向かう流れが発生する。水平部分３ａの流れにより鉛直部分３ｂの上端側の圧力が低下する。この圧力の低下にともない鉛直部分３ｂの内部で上昇流が発生する。この上昇流により水中物ｍが吸込み部５から吸い込まれる。水中物ｍは、鉛直部分３ｂおよび水平部分３ａを経由して収容部４に移動する。収容部４に流れ込んだ流体は、収容部４の網状部材４ａを通過して回収装置１の外部に放出される。

プロペラ６から鉛直部分３ｂの上端までの距離が比較的短いため圧力損失を抑制できる。出力の比較的小さいプロペラ６を使用できる。プロペラ６により発生する水流を小さく抑制できるので、プロペラ６により水中ロボット２の姿勢が崩れることを抑制できる。水中ロボット２の姿勢制御を精度良く行えるため、水中物ｍを効率よく回収するには有利である。

図２に例示するように水平部分３ａにおいて、鉛直部分３ｂの上端ｐから収容部４側の端部までの距離Ｌ１に比べて、上端ｐからプロペラ６側の端部までの距離Ｌ２の方が小さく設定されることが望ましい。プロペラ６で発生した流れにより鉛直部分３ｂの上端ｐの圧力を効率よく低下させることができる。ここで鉛直部分３ｂの上端ｐとは、回収装置１を幅方向ｘに見通したときに鉛直部分３ｂの上端近傍における中心軸ｃ3と水平部分３ａの壁面とが交わる点をいう。図２では説明のため中心軸ｃ３を一点鎖線で示している。

図５に例示するようにプロペラ６から回収装置１の内部に送られる流体は、収容部４を経由して外部に排出される。Ｔ字管３よりも収容部４の方が流体の流路は広くなる。図４に例示するように流体の進行方向（前後方向ｙ）に直交する断面積がＴ字管３の水平部分３ａよりも収容部４の方が大きくなるとも言える。そのためＴ字管３から収容部４に流れ込んだ流体は流速が大きく低下する。また収容部４の壁面や水中物ｍに衝突して流速が低下する。収容部４の内部において流体の流れる方向が分散するため、流体が水中ロボット２に及ぼす力は小さくなる。つまり回収装置１で発生する流体の流れが水中ロボット２に与える影響を抑制できる。水中ロボット２が意図せず特定の方向の力を受けて姿勢を崩す不具合を回避できる。水中物ｍを効率よく回収するには有利である。

図２に例示するように水平部分３ａの中心軸ｃ４に対する鉛直部分３ｂの上端近傍における中心軸ｃ３の傾きθ２が、９０°より小さくなる状態で水平部分３ａと鉛直部分３ｂが連結されてもよい。傾きθ２は、例えば９０°より小さく３０°以上の範囲で適宜設定することができる。このとき鉛直部分３ｂの上端は収容部４に接近する方向に傾斜している。図２では説明のため中心軸ｃ４を一点鎖線で示している。

この構成により水平部分３ａと鉛直部分３ｂとの合流部分で、水中物ｍが流路内で引っかかったりする不具合を回避しやすくなる。プロペラ６により発生する流れの流速が比較的小さくても、鉛直部分３ｂから水平部分３ａの収容部４側に効率よく流体が流れる。プロペラ６の小型化には有利である。

水平部分３ａの中心軸ｃ４に対する鉛直部分３ｂの上端近傍における中心軸ｃ３の傾きθ２が、９０°に設定されることを除外するものではない。

水平部分３ａの内部であり且つ鉛直部分３ｂの上端ｐとプロペラ６との間となる位置における流体の流速が０．５ｍ／ｓｅｃ以上１．５ｍ／ｓｅｃ以下に設定されることが望ましい。Ｔ字管３内の流速が比較的小さく設定されるため、水中物ｍを傷つけずに回収するには有利である。流速は上記に限定されず、水中物ｍの大きさおよび水中質量に応じて設定される。流速は水中物ｍを回収可能であり且つ破壊しない範囲で設定されることが望ましい。つまり水中物ｍが回収可能となる流速以上であり、且つ水中物ｍが破壊される流速よりも小さい範囲で流速が設定される。

水中物ｍの回収状況に応じてプロペラ６の回転速度を制御する制御機構を回収装置１が備えていてもよい。水中物ｍの回収状況とは、水中物ｍの回収の可否に関する情報や、水中物ｍの破壊の有無の情報をいう。

制御機構は、水中ロボット２のカメラ２ｂで取得される情報に基づきプロペラ６の回転速度を制御する構成を有していてもよい。例えば吸込み部５の近傍に水中物ｍが存在しているにも関わらず、吸込み部５に吸い込まれていかない場合、制御機構はプロペラ６の回転速度を増加させる。吸込み部５の近傍において水中物ｍが例えば３秒などの所定時間停止している状態のとき、制御機構がプロペラ６の回転速度を増加させる。

制御機構は、収容部４を撮影するカメラで取得される情報に基づきプロペラ６の回転速度を制御する構成を有していてもよい。例えば収容部４の中で水中物ｍが破壊されていたり水中物ｍの断片等が複数確認されたりする状態のとき、制御機構がプロペラ６の回転速度を減少させる。

水中ロボット２がＲＯＶで構成される場合は、コントローラからの信号に基づき制御機構がプロペラ６の回転速度を制御する構成としてもよい。操作者が水中物ｍの回収状況を判断して、この判断結果をコントローラに入力することで、水中物ｍの回収状況に基づきプロペラ６の回転速度が制御される。

水中物ｍとして例えばウニを破壊せずに回収できるので、食用として利用可能となる。また水中物ｍとして例えばへい死魚を破壊せずに回収できるので、へい死魚の断片等が収容部４から水中に分散して収容部４の外部の水を汚染する不具合を回避できる。

回収対象の水中物ｍの大きさに応じてプロペラ６の回転速度を制御する構成を制御機構が有していてもよい。このときプロペラ６により発生する流速は、回収対象の大きさの水中物ｍが回収可能となる流速以上であり、且つ回収対象よりも小さい水中物ｍは回収不可能となる流速以下となる範囲で流速が設定される。回収対象としている水中物ｍよりも小さい水中物ｍが回収されることを回避できる。回収装置１は、成長が未熟な小さなウニの回収を避けつつ、十分に成長した大きなウニのみを回収することが可能となる。回収装置１によるウニの乱獲を防止できる。大きなウニの方が小さなウニよりも得られる浮力が大きいため、流速が小さくても回収装置１で回収しやすくなる。

回収対象よりも小さい水中物ｍが回収不可能となる流速が、水中物ｍが破壊される流速より小さい場合は、流速の上限は想定よりも小さい水中物ｍが回収不可能となる流速に設定される。水中物ｍが破壊される流速の方が小さい場合は、流速の上限は水中物ｍが破壊される流速より小さい値に設定される。いずれの場合であっても、想定よりも小さい水中物ｍの回収を回避しつつ、水中物ｍの破壊を回避できる。

水平部分３ａおよび鉛直部分３ｂの内径は同一の大きさに設定されることが望ましい。水平部分３ａおよび鉛直部分３ｂにおいて内径を一定とすることで、流体の流速を安定させることができる。Ｔ字管３の内部において流速が急激に変化したりしないので、水中物ｍが破壊されたり流路の途中で詰まったりする不具合を回避するには有利である。

鉛直部分３ｂの上端ｐとプロペラ６との間における流体の流速は、上記に限定されない。Ｔ字管３の内径や、回収する水中物ｍの種別や大きさ、回収の目的に応じて適宜変更できる。

図２に例示する中心軸ｃ１に対する中心軸ｃ２の傾きθ１は、３０°以上９０°以下の範囲で設定することが望ましい。傾きθ１を９０°に近い角度とすると吸込み部５の前方に位置する水中物ｍを吸込み部５の内部に吸込みやすくなる。水中物ｍが部分的にでも吸込み部５の内部に入り込むと、その後、水中物ｍは水平部分３ａまで容易に吸い上げられる。傾きθ１を３０°に近い角度とすると体長の比較的大きいへい死魚などが吸込み部５で詰まる等の不具合を回避しやすくなる。

異なる傾きθ１を有する複数の吸込み部５を予め準備しておき、Ｔ字管３に対して吸込み部５を切替可能としてもよい。水中物ｍの回収状況に応じて適切な吸込み部５に交換することで、作業効率を向上できる。鉛直部分３ｂの下端を吸込み部５として利用してもよい。このとき傾きθ１は０°となる。

内径の大きさの異なる複数のＴ字管３を予め準備しておき、水中ロボット２に対してＴ字管３を切替可能としてもよい。回収対象の水中物ｍの大きさに合わせて適切な内径の大きさを有するＴ字管３に交換することで、作業効率を向上できる。

収容部４は、周面と底面と上面とが網状部材４ａで構成されてもよい。また周面の一部または底面の一部のみが網状部材４ａで構成されてもよい。図３に例示するように収容部４の上面のみが網状部材４ａで構成されてもよい。この場合は収容部４の上面からのみ流体が排出されることになる。収容部４から排出される流体の流速はそもそも小さくなっているため、水中ロボット２には排出される流体から受ける力がほとんど発生しない。仮に排出される流体から受ける力が水中ロボット２に発生する場合であっても、水中ロボット２に対して下向きの力が発生する。例えば水底で水中ロボット２が作業を行う場合、水中ロボット２に下向きの力が発生しても作業にほとんど影響がない。水中物ｍを効率よく回収するには有利である。

また収容部４の周面と底面とは流体が通過できない構成であるため、収容部４の一方から他方に向かって流体が通過するようなことがない。水中ロボット２の移動時に網状部材４ａを通過した流体により水中物ｍが力を受けて破壊されることを回避できる。水中ロボット２の移動速度を向上できるので、水中物ｍの回収作業における作業効率を向上するには有利である。

網状部材４ａの近傍に流体の流れを阻害する消波板を配置してもよい。消波板は収容部４の内側または外側またはその両方に配置することができる。収容部４から外部に排出される流体の流速を抑制できる。水中物ｍを効率よく回収するには有利である。また収容部４の一方から他方に向かって流体が通過することを抑制できる。水中物ｍが破壊されることを抑制しつつ、水中ロボット２の移動速度を向上できる。

１ 回収装置
２ 水中ロボット
２ａ 推進機構
２ｂ カメラ
３ Ｔ字管
３ａ 水平部分
３ｂ 鉛直部分
４ 収容部
４ａ 網状部材
５ 吸込み部
６ プロペラ
７ 保護ネット
ｘ 幅方向
ｙ 前後方向
ｚ 上下方向
ｃ１－４ 中心軸
θ１－２ 傾き
ｍ 水中物
ｐ （鉛直部分の）上端
Ｌ１－２ 距離

Claims (4)

1. 水中を移動可能に構成される水中ロボットに設置されて水中物を回収する回収装置において、
   両端を開口する水平部分とこの水平部分の途中から下方に延設される鉛直部分とを有するＴ字管と、前記水平部分の一端に配置されるプロペラと、前記水平部分の他端に配置されて水中物を収容する収容部と、前記鉛直部分の下端に配置されて水中物を吸い込む吸込み部とを備えることを特徴とする回収装置。
2. 前記鉛直部分の上端から前記収容部までの距離に比べて、前記鉛直部分の上端から前記プロペラまでの距離の方が小さく設定される請求項１に記載の回収装置。
3. 前記水平部分の中心軸に対する前記鉛直部分の上端近傍における中心軸の傾きが９０°より小さく設定される請求項１に記載の回収装置。
4. 前記吸込み部が、前記鉛直部分の下端近傍の中心軸に対して３０°以上９０°以下となる範囲に中心軸を設定される請求項１に記載の回収装置。

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