JP6167317B2 - 水中用ロボット - Google Patents

Description

本開示は、水中で作業を行う水中用ロボットに関する。

特許文献１および特許文献２は、水中で検査対象を撮影する遠隔制御ロボットを開示する。これらは、浮力体、推進装置、カメラ、照明等からなる本体と、本体を制御する制御装置等から構成される。これにより、遠隔制御ロボットは、従来の潜水士に代わって、人が水中に潜らずとも遠隔制御でダム等の水中を移動して検査対象を撮影することができる。

特開昭６１−２０００８９号公報 特公平７−７４０３０号公報

本開示は、位置および姿勢を任意の状態に制御することが可能な水中用ロボットを提供する。

本開示の一側面に係る水中用ロボットは、フレームと、推進器ユニットと、おもりと、浮力材と、駆動機構と、を備えている。推進器ユニットは、フレームに取り付けられており、推進力を生じさせる。おもりは、フレームに対して第１軸の方向に沿って移動可能な状態で取り付けられており、第１軸の方向における移動によって重心位置を移動させる。浮力材は、フレームに対して第１軸と交差する第２軸の方向に沿って移動可能な状態で取り付けられており、第２軸の方向における移動によって浮心位置を移動させる。駆動機構は、フレームに取り付けられており、おもりを第１軸の方向、浮力材を第２軸の方向において、互いに同期して移動させる。

本開示の別の一側面に係る水中用ロボットは、フレームと、推進器ユニットと、を備えている。推進器ユニットは、フレームにおける互いに直交する第１軸、第２軸および第３軸おいて、第１軸の方向に向けてフレームに固定され第１軸の方向に推進力を生じさせる複数の第１推進器と、第２軸の方向に向けてフレームに固定され第２軸の方向に推進力を生じさせる複数の第２推進器と、第３軸の方向に向けてフレームに固定され第３軸の方向に推進力を生じさせる複数の第３推進器と、を有する。第１推進器は、基本姿勢における重心位置に対して対称の位置に設けられている。第３推進器は、基本姿勢における重心位置に対して対称の位置に設けられている。

本開示に係る水中用ロボットによれば、位置および姿勢を任意の状態に制御することができる。

本開示の一実施形態に係る水中用ロボットの構成を示す全体斜視図。 図１の水中用ロボットの上面図。 図１の水中用ロボットの左側面図。 図１の水中用ロボットの正面図。 図１の水中用ロボットの右側面図。 図１の水中用ロボットの背面図。 図１の水中用ロボットの制御ブロック図。 図１の水中用ロボットに含まれる姿勢調整機構において、可動おもりと可動浮力材とがギアボックスの近傍にある状態を示す斜視図。 図１の水中用ロボットに含まれる姿勢調整機構において、可動おもりと可動浮力材とがギアボックスの近傍にある状態を示す側面図。 図１の水中用ロボットに含まれる姿勢調整機構において、可動おもりと可動浮力材とがギアボックスの近傍にある状態を示す正面図。 図１の水中用ロボットに含まれる姿勢調整機構において、可動おもりと可動浮力材とがギアボックスから離れた位置にある状態を示す斜視図。 図１の水中用ロボットに含まれる姿勢調整機構において、可動おもりと可動浮力材とがギアボックスから離れた位置にある状態を示す側面図。 図１の水中用ロボットに含まれる姿勢調整機構において、可動おもりと可動浮力材とがギアボックスから離れた位置にある状態を示す正面図。 図３等の姿勢調整機構に含まれる第１送りねじの構成を示す正面図。 図６ＡのＤ部分の拡大図。 水中用ロボットの直立姿勢を示す概略図。 図３等の姿勢調整機構によって水中用ロボットを直立姿勢から前傾姿勢へ移行させた状態を示す概略図。 図５ＡのＡ部分の拡大図。 図５ＢのＢ部分の拡大図。 図５ＣのＣ部分の拡大図。 可動浮力材ユニットが図８Ａの位置から押圧機構の２本のバネを縮める方向に移動した状態を示す図。 可動浮力材ユニットが図８Ｂの位置から押圧機構の２本のバネを縮める方向に移動した状態を示す図。 可動浮力材ユニットが図８Ｃの位置から押圧機構の２本のバネを縮める方向に移動した状態を示す図。 可動浮力材ユニットが図９Ａの位置から上方へ離間していく方向に移動した状態を示す図。 可動浮力材ユニットが図９Ｂの位置から上方へ離間していく方向に移動した状態を示す図。 可動浮力材ユニットが図９Ｃの位置から上方へ離間していく方向に移動した状態を示す図。 可動浮力材ユニットの係止具が第２送りねじの停止溝にある状態を示す斜視図。 可動浮力材ユニットの係止具が第２送りねじの停止溝にある状態を示す斜視図。 可動浮力材ユニットの係止具が第２送りねじの停止溝から送り溝へ移行する状態を示す斜視図。 可動浮力材ユニットの係止具が第２送りねじの停止溝から送り溝へ移行する状態を示す斜視図。 図１の水中用ロボットを用いてダムの壁面を検査する際の工程を示す模式図。 変形例に係る可動浮力材ユニットが第２送りねじの下端部に近づいた状態を示す斜視図。 変形例に係る可動浮力材ユニットが第２送りねじの下端部に到達した状態を示す斜視図。 図１４Ａに示す状態おける押圧機構の内部構成を説明する図。 図１４Ｂに示す状態おける押圧機構の内部構成を説明する図。

以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、出願人は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。

本開示の一実施形態に係る水中用ロボット１０について、図１〜図１５Ｂを用いて説明すれば以下の通りである。なお、本実施形態では、以下の説明において、上下・前後・左右の各方向を図１に示すように定義する。すなわち、水中用ロボット１０が水中において潜行している際の基本姿勢において、水面側を上、水底側を下と定義する。そして、円筒状の本体ユニット１２の中心軸に沿って上下方向に伸びる仮想的な軸を上下軸（第２軸）とする。この上下軸の方向に直交する平面において、後述する操作用カメラ１２ａおよび検査用カメラ１３が撮影する方向を前と定義する。つまり、検査用カメラ１３等の光軸に沿って被写体へ向かう方向を前とし、その反対方向を後とする。そして、検査用カメラ１３の光軸と平行であって、前後方向に伸びる仮想的な軸を前後軸（第１軸）とする。さらに、上下軸と前後軸とにそれぞれ直交する仮想的な軸を左右軸（第３軸）とする。

従って、操縦者が操作用カメラ１２ａによって撮影された画面をコントローラ１のモニタ等で見ながら操作する場合には、浮上／潜航が上／下方向、前進／後進が前／後方向、左進（あるいは左旋回／反時計回り）／右進（あるいは右旋回／時計回り）が左／右方向に対応する。

また、以下の説明では、前後軸を中心とする回転の方向をロール方向、左右軸を中心とする回転の方向をピッチ方向、上下軸を中心とする回転の方向をヨー方向とする。

ここで、高速道路やダム等の社会インフラは、建設されて長い年月が経過したことによる老朽化が進んでいる。近年、これらの社会インフラにおける事故や災害等の発生を未然に防ぐために、点検・整備等が重要となっている。例えば、ダムの点検は、水深の深い位置まで潜水して点検作業を行う必要があり、ダイバーによる点検作業ではリスクを伴うとともに高額な費用がかかってしまう。このため、人の代わりとして水中の様子を把握できるように、水中用ロボットが開発されている。しかしながら、従来の水中用ロボットは、ダムの壁面に対して相対的な位置・姿勢を任意の状態に制御したり、一定に保持したりすることが難しく、鮮明な画像を得ることが困難であった。本開示の水中用ロボット１０は、このような課題に鑑みて、以下のような構成を備えたものである。

＜水中用ロボット１０の説明＞
本実施形態に係る水中用ロボット１０は、例えば、ダムの壁面に生じた亀裂等の検査を実施するために、水中において潜行しながら検査対象となる壁面等の撮影を行う。そして、水中用ロボット１０は、図１および図２Ａ〜図２Ｅに示すように、バンパー（フレーム）１１、本体ユニット１２、検査用カメラ１３、ソナー１４、照明１５、バッテリユニット１６、固定浮力材１７ａ，１７ｂ、推進器ユニット２０、姿勢調整機構３０、押圧機構４０を備えている。

また、水中用ロボット１０は、図３に示すように、ケーブル２を介して、コントローラ１に有線接続されており、地上の操作者からコントローラ１を介して入力された操作内容に応じて、動作・姿勢等が制御される。

水中用ロボット１０を操作するコントローラ１は、例えば、水中用ロボット１０から送信される各種情報を表示するモニタ、水中用ロボット１０を操縦するための入力部等を有している。そして、コントローラ１は、ダムの壁面等の検査対象物との相対的な位置および姿勢を一定に保持するように、複数のスラスタを含む推進器ユニット２０を制御しながら、検査用カメラ１３等の撮影動作を制御する。

ここで、コントローラ１としては、キーボード、マウス、およびモニタを含むノートパソコン等を利用することができる。あるいは、コントローラ１としては、ラジコン機器の操縦等で使用されるプロポーショナル方式のコントローラを利用してもよい。なお、水中用ロボット１０からコントローラ１へ送信される情報としては、例えば、水中用ロボット１０において撮影された画像や、水中用ロボット１０に搭載された各種センサから取得した値、推進器ユニット２０に含まれる各スラスタの状態値等がある。また、コントローラ１は、水中用ロボット１０から送信される情報を記録するための記録装置を備えていてもよい。さらに、コントローラ１は、水中用ロボット１０において撮影された水中の画像を鮮明化する画像処理を行う画像処理部を備えていてもよい。

水中用ロボット１０とコントローラ１との間を接続するケーブル２は、信号線と係留線とを含むように構成されている。信号線は、電気信号あるいは光信号によって、水中用ロボット１０とコントローラ１との間の通信を可能とする。係留線は、水中用ロボット１０とコントローラ１とを係留する。ここで、係留線は、少なくとも、金属および樹脂のいずれかの素材によって形成されているが、材質としてはこれらに限定されるものではない。

また、信号線と係留線とは、一体的に形成されていることが好ましい。例えば、係留線を中空としてその中空部に信号線を通したものや、信号線と係留線をねじり合わせて撚り線としたもの、線材や補強材を保護チューブ内に設けた構成とするいわゆるキャブタイヤケーブル等を用いることができる。これにより、水中で複数の線同士が絡まってしまうリスクが低減され、ケーブルの取り回しが容易になる。なお、信号線のみで係留に十分な強度が得られる場合には、信号線が係留線を兼ねる構成とし、係留線を含まない構成であってもよい。

また、水中用ロボット１０とコントローラ１との間には、ケーブル２を巻き取るための巻き取り器（図示せず）が設けられていてもよい。この場合には、水中用ロボット１０と巻き取り器との間は係留線によって接続し、巻き取り器とコントローラ１との間は通信線のみで接続してもよい。なお、巻き取り器としては、巻き芯にケーブル２を巻き取って収納可能とするものであって、いわゆるウインチやリール、ライン巻きと呼ばれるものを利用することができる。

＜水中用ロボット１０の構成＞
水中用ロボット１０は、上述したように、バンパー（フレーム）１１、本体ユニット１２、検査用カメラ１３、ソナー１４、照明１５、バッテリユニット１６、固定浮力材１７ａ，１７ｂ、推進器ユニット２０、姿勢調整機構３０、押圧機構４０を備えている（図１および図２Ａ〜図２Ｅ参照）。

（バンパー１１）
バンパー（フレーム）１１は、図１等に示すように、上面と下面を構成する２つの八角形のパイプ状部材と、これらの八角形の部材の４隅から上下方向（第２軸の方向）に沿って立設された４本のパイプ状部材とを組み合わせた状態で、ボルト等を用いて固定して構成されている。そして、バンパー１１には、上述した本体ユニット１２、検査用カメラ１３、ソナー１４、照明１５、バッテリユニット１６等が固定される。また、バンパー１１は、図１に示すように、前後方向（第１軸の方向）に沿って配置されたセンターフレーム１１ａ、上下方向に沿って配置されたセンターフレーム１１ｂを有している。

センターフレーム１１ａは、図１および図２Ａに示すように、水中用ロボット１０の上面における左右方向（第３軸の方向）の中央部分において、前後方向に沿って配置されている。そして、センターフレーム１１ａは、後述する姿勢調整機構３０の可動おもりユニット３１の移動方向を誘導するガイド軸として使用される。

センターフレーム１１ｂは、図１および図２Ｅに示すように、水中用ロボット１０の背面における左右方向の中央部分において、上下方向に沿って配置されている。そして、センターフレーム１１ｂは、後述する姿勢調整機構３０の可動浮力材ユニット３５の移動方向を誘導するガイド軸として使用される。

（本体ユニット１２）
本体ユニット１２は、図１および図２Ｂ等に示すように、内部に操作用カメラ１２ａが設置された透明の円筒形容器である。そして、本体ユニット１２は、その両端に設けられた蓋によって操作用カメラ１２ａ等の内容物を密閉し、水中において内部に水が浸入しない防水構造を形成する。そして、本体ユニット１２は、円筒形容器の軸が上下方向に沿って配置されるように、バンパー１１の略中央部分に固定されている。

操作用カメラ１２ａは、水中用ロボット１０を水中で操作する際に動画または静止画を撮影してコントローラ１へ送信する撮像装置である。そして、操作用カメラ１２ａは、図１および図２Ｃに示すように、水中用ロボット１０の前後方向に沿ってカメラの光軸が配置されるように、バンパー１１へ固定されている。そして、操作用カメラ１２ａは、水中用ロボット１０の前方向が撮影領域となる向きで設置されている。また、操作用カメラ１２ａは、本体ユニット１２を構成する円筒形容器に形成された透明な窓部分から動画や静止画の撮影を行う。

（検査用カメラ１３）
検査用カメラ１３は、検査対象となるダムの壁面等を撮影するための撮像装置であって、操作用カメラ１２ａと比較して、高解像度の動画や静止画の撮影が可能である。そして、検査用カメラ１３は、図１および図２Ｂ〜図２Ｄに示すように、操作用カメラ１２ａと同様に、水中用ロボット１０の前後方向に沿ってカメラの光軸が配置されるように、バンパー１１の下部へ固定されている。そして、検査用カメラ１３は、水中用ロボット１０の前方向が撮影領域となる向きに設置されている。

（ソナー１４）
ソナー１４は、ダムの壁面等の検査対象物との間の距離を検出するために、音波発信器と音波検出器とを有している。そして、ソナー１４は、水中用ロボット１０の前方の物体との距離を検知可能とするために、図１および図２Ｃに示すように、正面視において、バンパー１１の前面側における四隅に配置されている。なお、ダムの堤体壁面等のように、検査対象物が平面である場合には、本実施形態のように、バンパー１１の前面における左上と右下、右上と左下のように、対角となる２箇所にそれぞれ設けることが好ましい。これにより、ダムの堤体壁面等の検査対象物との相対姿勢を安定した状態で維持しながら壁面撮影を実施することができるため、検査対象物を撮影した画像として、画像処理に適した画像データを容易に取得することができる。

（照明１５）
照明１５は、検査用カメラ１３によって撮影可能な照度を確保するための光を検査対象物に対して照射する。また、照明１５は、図１および図２Ｃに示すように、バンパー１１における前面の上部中央に固定されている。これにより、操作用カメラ１２ａと検査用カメラ１３の光軸方向前方を、撮影可能な照度になるように保つことができる。なお、本実施形態のように、照明１５が１つの場合には、検査対象物を一様に照らすことが可能な照明を利用することが好ましい。また、照明１５を複数設ける場合には、双方の照明の重なりによって画像処理に影響が及ばないように、画面内あるいは画像処理に使用する範囲の照度が一様になるように各照明を取り付ける位置と向きを調整することが好ましい。また、照明１５は、コントローラ１から照度等を制御されるように構成されてもよい。

（バッテリユニット１６）
バッテリユニット１６は、図３に示すように、本体ユニット１２（操作用カメラ１２ａ）と接続されており、本体ユニット１２内の電気回路を介して、検査用カメラ１３、ソナー１４、照明１５、推進器ユニット２０、姿勢調整機構３０に対して電力を供給する。そして、バッテリユニット１６は、図１および図２Ｃに示すように、バンパー１１の下部、特に、下端面に、結束帯あるいはネジ等を用いて固定されている。これにより、水中用ロボット１０の重心位置を低い位置に設定することができるため、水中用ロボット１０の水中姿勢を安定化させることができる。

なお、バッテリユニット１６のバンパー１１に対する固定部分には、バッテリユニット１６をバンパー１１に対して傾けることが可能なチルト機構を設けることがより好ましい。これにより、バッテリユニット１６内の電池あるいは充電池を取り出す作業をより容易に実施することができる。また、バッテリユニット１６は、防水コネクタ等を用いて、密閉容器である本体ユニット１２や照明１５と着脱可能な状態で接続されていることがより好ましい。

（固定浮力材１７ａ，１７ｂ）
固定浮力材１７ａ，１７ｂは、水中用ロボット１０に浮力を付与するために設けられた浮力材であって、図１および図２Ａに示すように、バンパー１１の上面における後ろ寄りの位置に固定配置されている。また、固定浮力材１７ａ，１７ｂは、その下方に設けられた上下スラスタ２２ｃ，２２ｄの推進力の障壁となることを回避するために、図２Ａに示すように、平面視において上下スラスタ２２ｃ，２２ｄと重なる部分が切り欠かれた形状を有している。

（推進器ユニット２０）
推進器ユニット２０は、水中用ロボット１０の水中における移動時の推進力を生じさせる機構であって、スクリュー（プロペラとも呼ぶ）とスクリューを回転させるモータとを組み合わせて構成される複数のスラスタによって構成されている。推進器ユニット２０は、コントローラ１からの指示入力や自動姿勢制御によって、各スラスタのモータの回転数が制御されることで、前後、左右、上下の各方向（第１〜第３軸の方向）における推進力が制御される。これにより、水中用ロボット１０の水中における移動、姿勢等を制御することができる。

そして、推進器ユニット２０は、図１および図２Ａ〜図２Ｅに示すように、前後スラスタ（第１推進器）２１ａ，２１ｂ、上下スラスタ（第２推進器）２２ａ〜２２ｄ、左右スラスタ（第３推進器）２３ａ，２３ｂを有している。前後スラスタ２１ａ，２１ｂ、上下スラスタ２２ａ〜２２ｄ、左右スラスタ２３ａ，２３ｂは、互いに直交する３つの軸（第１〜第３軸）方向において、水中用ロボット１０の各軸方向における並進と各軸回りの回転とが可能になるように、それぞれバンパー１１に固定される。そして、前後スラスタ２１ａ，２１ｂ、上下スラスタ２２ａ〜２２ｄ、左右スラスタ２３ａ，２３ｂは、それぞれが独立して制御される。なお、以下の説明においてスラスタの方向とは、各スラスタが備えるスクリューの回転軸に平行な方向、すなわち、各スラスタによって生じる推進力の方向を指すものとする。

（前後スラスタ２１ａ，２１ｂ）
２つの前後スラスタ（第１推進器）２１ａ，２１ｂは、前後方向における水中での推進力を生じさせるために、図１および図２Ａ〜図２Ｅに示すように、バンパー１１の右前と左後ろの位置に固定されている。また、前後スラスタ２１ａ，２１ｂは、上下方向における中央からやや下寄りの位置において、バンパー１１に固定されている。そして、前後スラスタ２１ａ，２１ｂは、各スラスタの回転軸が前後方向において互いに平行になるように配置されている。

本実施形態の水中用ロボット１０では、図１および図２Ａ〜図２Ｅに示すように、前後スラスタ２１ａ，２１ｂが、平面視において水中用ロボット１０の直立姿勢における重心位置ｇ１（図２Ａ参照）を中心として対称な位置に配置されている。なお、重心位置ｇ１については後述する。これにより、前後スラスタ２１ａ，２１ｂのそれぞれの推進力の出力を変化させることで、水中用ロボット１０を安定した状態で、前後方向に移動させたり、前後方向に沿う第１軸に対して傾けたりすることができる。すなわち、水中用ロボット１０を、ピッチ方向およびヨー方向において回転させることが可能となる。なお、本実施形態では、２つの前後スラスタ２１ａ，２１ｂはバンパー１１の右前と左後ろの位置に固定されているが、右後ろと左前の位置に配置することもでき、また、４つの前後スラスタが四隅付近に配置されてもよい。

（上下スラスタ２２ａ〜２２ｄ）
４つの上下スラスタ（第２推進器）２２ａ〜２２ｄは、上下方向における水中での推進力を生じさせるために、図１および図２Ｂ〜図２Ｅに示すように、平面視におけるバンパー１１の四隅付近に設けられている。また、上下スラスタ２２ａ〜２２ｄは、バンパー１１の上下方向における中央よりやや上寄りの位置に設けられている。さらに、上下スラスタ２２ａ〜２２ｄは、水中用ロボット１０が潜水する際に大きな推進力を必要とするため、他のスラスタ（前後スラスタ２１ａ，２１ｂ、および左右スラスタ２３ａ，２３ｂ）と比較して、大きな推進力を生じさせることが可能なスラスタが配置されている。具体的には、上下スラスタ２２ａ〜２２ｄのスクリューの羽根の大きさ、モータの馬力、回転数等が他のスラスタよりも大きくなるように調整すればよい。

また、４つの上下スラスタ２２ａ〜２２ｄは、上下方向を向くように、バンパー１１に固定されている。すなわち、上下スラスタ２２ａ〜２２ｄは、各スラスタの回転軸が、上下方向に対して互いに平行になるように配置される。また、上下スラスタ２２ａ〜２２ｄは、それぞれの回転軸に直交する同一平面上に、平面視において水中用ロボット１０の重心位置ｇ１を中心とする長方形の四隅付近に配置されている。これにより、４つの上下スラスタ２２ａ〜２２ｄの推進力の出力を変化させることで、水中用ロボット１０を上下方向に移動させたり、上下方向に対して傾けたりすることができる。すなわち、水中用ロボット１０を、ロール方向に移動させたり、ピッチ方向において回転（前傾・後傾）させたりすることができる。

また、本実施形態の水中用ロボット１０では、図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、他の部品と比較して重量の大きいバッテリユニット１６をバンパー１１の下端面に配置している。このため、水中用ロボット１０を水中で上下に移動させる際に、姿勢を安定化させることができる。

（左右スラスタ２３ａ，２３ｂ）
２つの左右スラスタ（第３推進器）２３ａ，２３ｂは、左右方向における水中での推進力を生じさせるために、図１および図２Ａ〜図２Ｅに示すように、バンパー１１の左前と右後ろの位置に固定されている。また、左右スラスタ２３ａ，２３ｂは、上下方向における中央からやや下寄りの位置、つまり前後スラスタ２１ａ，２１ｂと略同じ高さ位置において、バンパー１１に固定されている。そして、左右スラスタ２３ａ，２３ｂは、各スラスタの回転軸が左右方向において互いに平行になるように配置されている。

本実施形態の水中用ロボット１０では、図１および図２Ａ〜図２Ｅに示すように、左右スラスタ２３ａ，２３ｂが、平面視において、直立姿勢の水中用ロボット１０の重心位置ｇ１（図２Ａ参照）を中心として対称な位置に配置されている。これにより、左右スラスタ２３ａ，２３ｂのそれぞれの推進力の出力を変化させることで、水中用ロボット１０を安定した状態で、左右方向に移動させたり、左右方向に沿う第３軸に対して傾けたりすることができる。すなわち、水中用ロボット１０を、ヨー方向およびロール方向において回転させることが可能となる。なお、本実施形態では、２つの左右スラスタ２３ａ，２３ｂはバンパー１１の左前と右後ろの位置に固定されているが、左後ろと右前の位置に配置することもでき、また、４つの左右スラスタが四隅付近に配置されてもよい。

ただし、上記の各スラスタの配置や方向は、標準的な配置であって、水中用ロボット１０の重心位置や水中推進時における水の抵抗による挙動等に鑑みて、位置や方向を調整すればよい。

（姿勢調整機構３０）
姿勢調整機構３０は、左右方向に沿った第３軸を中心として回転させて、水中用ロボット１０を前傾姿勢（図７Ｂ参照）へ移行させる機構であって、水中用ロボット１０の重心位置および浮心位置を移動させるために、以下のような構成を有している。すなわち、姿勢調整機構３０は、図４Ａ〜図４Ｃおよび図５Ａ〜図５Ｃに示すように、可動おもりユニット３１と、第１送りねじ（駆動機構）３２と、可動浮力材ユニット３５と、第２送りねじ（駆動機構）３６と、ギアボックス（駆動機構）３７と、を有している。

（可動おもりユニット３１）
可動おもりユニット３１は、水中用ロボット１０の重心位置を前後方向）において移動させるために、前後方向に沿って配置された第１送りねじ３２の回転に伴って、前後方向において前後に移動する。そして、可動おもりユニット３１は、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、ケース３１ａ、おもり３１ｂ、ガイド部３１ｃを有している。

ケース３１ａは、おもり３１ｂを内包する筐体部分であって、ケース３１ａに連結された係止具（図示せず）が第１送りねじ３２の溝に係合された状態で第１送りねじ３２が回転することで、おもり３１ｂごと前後方向に移動する。おもり３１ｂは、ケース３１ａによって保持された状態で前後方向に移動する部材であって、比重が大きい金属等で構成されている。ガイド部３１ｃは、上述したバンパー１１の一部であるセンターフレーム１１ａの外周を覆うように取り付けられており、センターフレーム１１ａによって前後方向に誘導される。

本実施形態の水中用ロボット１０では、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、可動おもりユニット３１が第１送りねじ３２の後部側に位置する状態が、可動おもりユニット３１の初期位置として設定されている。そして、水中用ロボット１０を前傾姿勢に移行させる際には、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、第１送りねじ３２の前部側の位置まで可動おもりユニット３１が移動する。すなわち、水中用ロボット１０が基本姿勢である直立姿勢（図７Ａ参照）で水中を移動する際には、可動おもりユニット３１は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、前後方向における後端の初期位置にある。そして、水中用ロボット１０が前傾姿勢（図７Ｂ参照）へ移行する際には、可動おもりユニット３１は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、可動浮力材ユニット３５の上下方向における移動に連動して、前後方向における前端の位置まで移動する。

これにより、水中用ロボット１０の重心位置を、直立姿勢における水中用ロボット１０の重心位置ｇ１から、前後方向における前寄りの重心位置ｇ２へと移動させることにより、前傾姿勢に移行させることができる。なお、水中用ロボット１０において可動おもりユニット３１を移動させることによる重心位置の移動及び重心位置ｇ２については、後述する。

（第１送りねじ３２）
第１送りねじ３２は、図１および図２Ａ等に示すように、前後方向に沿って配置されている。そして、第１送りねじ３２は、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、外周面に送り溝３２ａと停止溝３２ｂとが形成されており、回転することによって可動おもりユニット３１を前後方向に移動させる。なお、第１送りねじ３２と後述する第２送りねじ３６とは、長さおよび送り溝のピッチが異なるものの、ほぼ同じ構成を有している。よって、本実施形態では、説明の便宜上、共通の図面（図６Ａおよび図６Ｂ）を用いて、第１送りねじ３２と第２送りねじ３６について説明する。

送り溝３２ａは、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、円柱状の第１送りねじ３２の軸方向に対して斜めに、前後方向に沿って連続的に形成された１本の溝として形成されている。可動おもりユニット３１は、その係止具がこの送り溝３２ａ内に係合された状態で第１送りねじ３２が回転することで、前後方向に移動可能となる。

停止溝３２ｂは、図６Ｂに示すように、円柱状の第１送りねじ３２の軸方向に対して垂直な平面に沿って形成された円環状の溝であって、送り溝３２ａの両端側に形成されている。可動おもりユニット３１は、その係止具が停止溝３２ｂ内に係合された状態になると、第１送りねじ３２を回転させても、それ以上に前方向又は後方向に移動しない。よって、停止溝３２ｂは、可動おもりユニット３１の前後方向の両端部におけるストッパとして機能する。

（可動浮力材ユニット３５）
可動浮力材ユニット３５は、水中用ロボット１０の浮心位置を上下方向において移動させるために、上下方向に沿って配置された第２送りねじ３６の回転に伴って、上下方向において上下に移動する。そして、可動浮力材ユニット３５は、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、ケース３５ａ、浮力材３５ｂ、係止具３５ｃ（図１１Ａ〜図１２Ｂ参照）を有している。

ケース３５ａは、浮力材３５ｂを内包する筐体部分であって、ケース３５ａに連結された係止具３５ｃが第２送りねじ３６の送り溝３６ａに係止された状態で第２送りねじ３６が回転することで、浮力材３５ｂごと上下方向に移動する。浮力材３５ｂは、ケース３５ａによって保持された状態で上下方向において移動する部材であって、比重が小さい樹脂等で構成されている。係止具３５ｃは、浮力材３５ｂを保持するケース３５ａと連結されており、可動浮力材ユニット３５を上下方向において移動させるために、第２送りねじ３６の送り溝３６ａ等に係合した状態で第２送りねじ３６の外周面に沿って移動する。

本実施形態の水中用ロボット１０では、可動おもりユニット３１と同様に、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、可動浮力材ユニット３５が第２送りねじ３６の上部側に位置する状態が、可動浮力材ユニット３５の初期位置として設定されている。そして、水中用ロボット１０を前傾姿勢に移行させる際には、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、第２送りねじ３６の下部側の位置まで可動浮力材ユニット３５が移動する。すなわち、水中用ロボット１０が直立姿勢（図７Ａ参照）で水中を移動する際には、可動浮力材ユニット３５は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、上下方向における上端の初期位置にある。そして、水中用ロボット１０が前傾姿勢（図７Ｂ参照）へ移行する際には、可動浮力材ユニット３５は、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、可動おもりユニット３１の前後方向における移動に連動して、上下方向における下端の位置まで移動する。

これにより、水中用ロボット１０の浮心位置を、直立姿勢における水中用ロボット１０の浮心位置ｆ１から、上下方向における下寄りの浮心位置ｆ２へと移動させることにより、前傾姿勢に移行させることができる。なお、水中用ロボット１０において可動浮力材ユニット３５を移動させることによる浮心位置の移動及び浮心位置ｆ１，ｆ２については、後述する。

（第２送りねじ３６）
第２送りねじ３６は、図１および図２Ｂ、図２Ｄ等に示すように、上下方向に沿って配置されている。そして、第２送りねじ３６は、第１送りねじ３２と同様に、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、外周面に送り溝３６ａと停止溝３６ｂとが形成されており、回転することによって可動浮力材ユニット３５を上下方向に移動させる。

送り溝３６ａは、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、円柱状の第２送りねじ３６の軸方向に対して斜めに、前後方向に沿って連続的に形成された１本の溝として形成されている。可動浮力材ユニット３５は、係止具３５ｃがこの送り溝３６ａ内に係合された状態で第２送りねじ３６が回転することで、上下方向において移動可能となる。なお、第２送りねじ３６の送り溝３６ａのピッチは、第１送りねじ３２の送り溝３２ａのピッチよりも大きい。これは、可動浮力材ユニット３５の上下方向における移動距離が、可動おもりユニット３１の前後方向における移動距離よりも長く、かつ可動おもりユニット３１と可動浮力材ユニット３５とが、それぞれ第１・第２送りねじ３２，３６における両端へ到達するタイミングを一致させるためである。また、本実施形態では、送り溝３２ａと送り溝３６ａのピッチは、それぞれ一定であるが、例えば、中央部のピッチを両端側のピッチより小さく形成することもできる。これにより、可動おもりユニット３１、可動浮力材ユニット３５がそれぞれ第１送りねじ３２、第２送りねじ３６の中央付近に位置するときの水中用ロボット１０の姿勢をより細かく制御することができる。

停止溝３６ｂは、図６Ｂに示すように、円柱状の第２送りねじ３６の軸方向に対して垂直な平面に沿って形成された円環状の溝であって、送り溝３６ａの両端側に形成されている。可動浮力材ユニット３５は、係止具３５ｃが停止溝３６ｂ内に係合された状態になると、第２送りねじ３６を回転させても、それ以上、上方向又は下方向に移動しない。よって、停止溝３６ｂは、可動浮力材ユニット３５の上下方向の両端部におけるストッパとして機能する。

なお、姿勢調整機構３０では、可動おもりユニット３１が前後方向において移動した場合には、それ自体に体積があるため、可動おもりユニット３１の移動に伴って浮心位置も若干移動する。また、可動浮力材ユニット３５が上下方向において移動した場合には、それ自体に質量があるため、浮心位置だけでなく重心位置も若干移動する。しかしながら、本実施形態では、説明の便宜上、可動おもりユニット３１の移動に伴う浮心位置の移動量、および可動浮力材ユニット３５の移動に伴う重心位置の移動量は無視できるものとし、これらを考慮せずに説明する。

（ギアボックス３７）
ギアボックス３７は、可動おもりユニット３１および可動浮力材ユニット３５を、それぞれ前後方向および上下方向において駆動するために、バンパー１１における上面の後端に設けられている。そして、ギアボックス３７は、内部に設けられた単一の駆動源（モータ）（図示せず）と、複数のギアとを組み合わせて構成されている。ギアボックス３７内の単一の駆動源は、複数のギアを介して、前後方向に沿って配置された第１送りねじ３２の後端、上下方向に沿って配置された第２送りねじ３６の上端にそれぞれ連結されている。そして、ギアボックス３７は、第１送りねじ３２と第２送りねじ３６とに対して、それぞれ回転駆動力を付与する。

具体的には、ギアボックス３７から付与される回転駆動力は、図４Ａおよび図５Ｂ等に示すように、可動おもりユニット３１が前方向へ移動する際には、これに連動して可動浮力材ユニット３５が下方向へ移動するように、第１送りねじ３２、第２送りねじ３６に対して伝達される。なお、第１送りねじ３２と第２送りねじ３６とを回転させる方向は、それぞれの送り溝３２ａ，３６ａが形成された向きに応じて設定されていればよい。例えば、ギアボックス３７から見て、第１送りねじ３２と第２送りねじ３６とを同じ方向に回転させてもよいし、逆方向に回転させてもよい。

また、本実施形態では、ギアボックス３７による第１送りねじ３２と第２送りねじ３６との回転数は一致している。そして、第１送りねじ３２の送り溝３２ａと第２送りねじ３６の送り溝３６ａとのピッチを異ならせることにより、長さの異なる第１送りねじ３２と第２送りねじ３６との両端側への可動おもりユニット３１と可動浮力材ユニット３５との到達タイミングを一致させている。なお、第１送りねじ３２の送り溝３２ａと第２送りねじ３６の送り溝３６ａとのピッチを合わせて、ギアボックス３７による第１送りねじ３２と第２送りねじ３６との回転数を異ならせることにより、可動おもりユニット３１および可動浮力材ユニット３５の両端側への到達タイミングを一致させてもよい。

また、可動おもりユニット３１と可動浮力材ユニット３５を駆動する駆動機構としては、上述した第１送りねじ３２、第２送りねじ３６の代わりに、ベルトを用いて駆動してもよい。すなわち、２本のベルトの各々に可動おもりユニット３１および可動浮力材ユニット３５を取り付け、ギアボックス３７がこれらのベルトを駆動することにより、可動おもりユニット３１および可動浮力材ユニット３５をそれぞれ前後方向および上下方向において駆動させるようにしてもよい。

＜水中用ロボット１０の前傾姿勢への切替制御＞
本実施形態の水中用ロボット１０は、上述した姿勢調整機構３０によって、水中用ロボット１０の重心位置と浮心位置とを移動させることで、水中用ロボット１０を直立姿勢（図７Ａ参照）から前傾姿勢（図７Ｂ参照）へと切り替える。具体的には、水中用ロボット１０が直立姿勢にある状態では、図７Ａに示すように、可動おもりユニット３１は第１送りねじ３２の後端に位置しており、可動浮力材ユニット３５は第２送りねじ３６の上端に位置している（初期位置）。水中用ロボット１０は、浮心位置ｆ１が、重心位置ｇ１を通る鉛直線上における上方に位置するような姿勢である直立姿勢を取る。

水中用ロボット１０は、前傾姿勢で検査対象物の検査を実施する場合を除き、通常はこの直立姿勢において水中を移動する。そして、検査対象となるダムの壁面がほぼ鉛直方向に沿って配置されている場合には、この直立姿勢を維持した状態で、壁面との距離を一定に保ちながら壁面に沿って移動して検査画像を撮影する。

ここで、水中用ロボット１０が直立姿勢にある状態では、重心位置は、図７Ａに示すように、水中用ロボット１０の中心軸上における下部である重心位置ｇ１に位置している。重心位置ｇ１は、水中用ロボット１０に含まれる重量の大きい構成物（特に、バッテリユニット１６等）の配置を調整することで、図７Ａに示す位置に設定される。そして、水中用ロボット１０が直立姿勢にある状態では、浮心位置は、図７Ａに示すように、水中用ロボット１０の中心軸上におけるほぼ中央である浮心位置ｆ１に位置している。浮心位置ｆ１は、水中用ロボット１０に含まれる固定浮力材１７ａ，１７ｂの配置を調整することで、図７Ａに示す位置に設定される。

次に、水中用ロボット１０を前傾姿勢に切り替える際には、図７Ｂに示すように、可動おもりユニット３１が第１送りねじ３２の前端に移動するのに連動して、可動浮力材ユニット３５が第２送りねじ３６の下端に移動する（前傾位置）。水中用ロボット１０は、検査対象となるダムの壁面が傾斜している場合には、この前傾姿勢を維持した状態で、壁面との距離を一定に保ちながら壁面に沿って移動して検査画像を撮影する。

ここで、水中用ロボット１０が前傾姿勢に移行した状態では、図７Ｂに示すように、可動おもりユニット３１が前後方向において前端へ移動したことにより、重心位置も直立姿勢の重心位置ｇ１から前傾姿勢の重心位置ｇ２へと移動する。つまり、重心位置は、中心軸上から水中用ロボット１０の前後方向における前へ移動する。重心位置ｇ１は、水中用ロボット１０が直立姿勢にある状態、つまり可動おもりユニット３１が後端にある状態における水中用ロボット１０の重心位置である。また、重心位置ｇ２は、水中用ロボット１０が前傾姿勢にある状態、つまり可動おもりユニット３１が前端にある状態における水中用ロボット１０の重心位置である。

一方、水中用ロボット１０が前傾姿勢へ移行すると、浮心位置ｆ２は、図７Ｂに示すように、可動浮力材ユニット３５が上下方向における下端へ移動したことにより、浮心位置も直立姿勢の浮心位置ｆ１から前傾姿勢の浮心位置ｆ２へと移動する。つまり、浮心位置は、上下方向に平行な中心軸上に沿って、上下方向における下向きに移動する。浮心位置ｆ１は、水中用ロボット１０が直立姿勢にある状態、つまり可動浮力材ユニット３５が上端にある状態における水中用ロボット１０の浮心位置である。また、浮心位置ｆ２は、水中用ロボット１０が前傾姿勢にある状態、つまり可動浮力材ユニット３５が下端にある状態における水中用ロボット１０の浮心位置である。

本実施形態の水中用ロボット１０では、以上のように、図７Ｂに示す前傾姿勢では、可動おもりユニット３１が前後方向における前側へ移動することで重心位置を前側へ移動させる。さらに、可動浮力材ユニット３５が上下方向における下側へ移動することで、浮心位置を上下方向における下向きに移動させる。これにより、水中用ロボット１０は、固定浮力材１７ａ，１７ｂおよび可動浮力材ユニット３５によって、その背面側下部を持ち上げるように浮力が生じるとともに、可動おもりユニット３１によって、その前面側上部を沈み込ませる方向に重力が掛かる。より詳細には、水中用ロボット１０は、浮心位置ｆ２が、重心位置ｇ２を通る鉛直線上における上方に位置するような姿勢である前傾姿勢を取ることになる。この結果、水中用ロボット１０を安定した状態で、前傾姿勢に移行させることができる。

なお、水中用ロボット１０の前傾角度は、例えば、最大で９０度になるように設定されていればよい。そして、それ以下（例えば、３０度）の前傾角度の姿勢を維持した状態で検査を実施する場合には、可動おもりユニット３１および可動浮力材ユニット３５の初期位置からの移動を端部の手前で停止させればよい。これにより、水中用ロボット１０の重心位置および浮心位置の移動を調整することができるため、前傾角度も任意の角度で調整することができる。

また、水中用ロボット１０の最大の前傾角度は、直立姿勢での重心位置と浮心位置、可動おもりユニット３１と可動浮力材ユニット３５の重量、体積、移動位置を調整することにより、設定することができる。そして、前傾角度を９０度にすることより、例えば、水平方向に配置された管内に水中用ロボット１０が進入することが可能となる。そして、９０度の前傾姿勢で、水中用ロボット１０が管内を移動しヨー方向に回転することにより、管内の全周面を撮影し検査することができる。

上述の実施形態では、姿勢調整機構３０により、水中用ロボット１０は直立姿勢から前傾姿勢に移行する場合について説明したが、水中用ロボット１０は直立姿勢から後傾姿勢に移行するように、構成することもできる。この場合、直立姿勢における可動おもりユニット３１、可動浮力材ユニット３５の位置を、それぞれ第１送りねじ３２、第２送りねじ３６の中央部に設定し、可動おもりユニット３１、可動浮力材ユニット３５をそれぞれ第１送りねじ３２の後部側、第２送りねじ３６の上部側に移動させることにより、後傾姿勢に移行する。

（押圧機構４０）
押圧機構４０は、図４Ａ〜図５Ｃに示すように、上述した可動おもりユニット３１および可動浮力材ユニット３５が第１送りねじ３２および第２送りねじ３６の両端に移動した際に、逆方向へ押し戻すために、第１送りねじ３２および第２送りねじ３６の両端にそれぞれ設けられている。なお、ここでは、第１送りねじ３２および第２送りねじ３６のそれぞれの両端、計４箇所に設けられた押圧機構４０のうち、第２送りねじ３６の下端に設けられた押圧機構４０を例として挙げてその構成について説明する。そして、その他の場所に設けられた押圧機構４０についても、同様の構成を有しているため、その説明を省略する。

そして、押圧機構４０は、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、押圧部材４１、２本のバネ４２、ベース部４３を有している。押圧部材４１は、板状部材によって構成されており、２本のバネ４２によって上向き（即ち、第２送りねじ３６の下部側に形成された停止溝３６ｂから送り溝３６ａへの向き）に押圧されている。そして、押圧部材４１は、可動浮力材ユニット３５が下端位置付近まで移動してきた際に、可動浮力材ユニット３５の下端から突出するように設けられた被押圧部材３５ｄを上向きに押圧する。２本のバネ４２は、押圧部材４１とベース部４３との間に挟まれるように配置されており、可動浮力材ユニット３５が下端位置付近まで移動してきた際に、可動浮力材ユニット３５の被押圧部材３５ｄが押圧部材４１を下向きに押し込むことで、縮んで上向きに弾性力を生じさせる。ベース部４３は、バンパー１１に対して固定配置されており、２本のバネ４２を下方から支持している。

ここで、本実施形態の水中用ロボット１０では、可動浮力材ユニット３５の第２送りねじ３６の両端における移動を規制するストッパとしての機能を、第２送りねじ３６の両端に形成された停止溝３６ｂに持たせている。このため、可動浮力材ユニット３５が、第２送りねじ３６の端部側に移動して、係止具３５ｃが停止溝３６ｂに係止された状態になると、係止具３５ｃを反対方向に押圧しなければ、第２送りねじ３６を逆回転させても可動浮力材ユニット３５を反対方向へ移動させることができない。そこで、本実施形態の水中用ロボット１０では、可動浮力材ユニット３５が、第２送りねじ３６の端部に移動して、係止具３５ｃが停止溝３６ｂに係止された状態から、再び、送り溝３６ａ側に係止された状態へ戻すために、押圧機構４０が設けられている。可動おもりユニット３１と第１送りねじ３２との関係についても同様である。

具体的には、押圧機構４０は、可動浮力材ユニット３５が第２送りねじ３６によって下端付近まで移動してくると、図８Ａ〜図８Ｃに示すように、可動浮力材ユニット３５の被押圧部材３５ｄが押圧機構４０の押圧部材４１の上面に当接する。そして、さらに可動浮力材ユニット３５が下方へ移動すると、図９Ａ〜図９Ｃに示すように、可動浮力材ユニット３５の被押圧部材３５ｄが押圧機構４０の押圧部材４１の上面を下方へ押し込んだ状態となる。このとき、押圧部材４１が下方へ移動することで、２本のバネ４２は縮んだ状態となる。

なお、図９Ａ〜図９Ｃに示す２本のバネ４２が縮んだ際には、可動浮力材ユニット３５が第２送りねじ３６の下端部まで移動した状態となる。すなわち、この状態では、係止具３５ｃが停止溝３６ｂ内へ係止された状態となる（図１１Ａ、１１Ｂ参照）。そして、可動浮力材ユニット３５を上向きに移動させる際には、押圧機構４０の２本のバネ４２によって押圧部材４１が上向きに付勢された状態で、第２送りねじ３６を逆回転させる。これにより、押圧部材４１によって押し上げられた被押圧部材３５ｄは、２本のバネ４２の弾性力によって可動浮力材ユニット３５を上方へと押し上げることで、係止具３５ｃを再び第２送りねじ３６の送り溝３６ａ内へと移動させることができる（図１２Ａ、図１２Ｂ参照）。

この結果、図１０Ａ〜図１０Ｃに示すように、第２送りねじ３６の下端まで移動してきた可動浮力材ユニット３５を、再び、送り溝３６ａにおいて上昇させることができる。

ここで、第２送りねじ３６の下端まで移動してきた可動浮力材ユニット３５を、上昇させる際における押圧機構４０の押圧部材４１と係止具３５ｃの位置関係について、図１１Ａ〜図１２Ｂを用いて以下で説明する。

すなわち、第２送りねじ３６を回転させて、下端まで移動してきた可動浮力材ユニット３５は、被押圧部材３５ｄによって、押圧機構４０の押圧部材４１を下向きに押し込む。このとき、第２送りねじ３６は、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、係止具３５ｃが停止溝３６ｂ内へ係止された状態で、ギアボックス３７から見て反時計回りに回転している。

次に、第２送りねじ３６の下端まで移動してきた可動浮力材ユニット３５を、再び、送り溝３６ａにおいて上昇させる際には、まず、第２送りねじ３６を、ギアボックス３７から見て時計回りに回転させる。このとき、可動浮力材ユニット３５の被押圧部材３５ｄは、押圧機構４０の押圧部材４１によって上向きに押圧された状態となっている。このため、係止具３５ｃは、図１２Ａに示すように、第２送りねじ３６の停止溝３６ｂと送り溝３６ａとが接続された部分に移動すると、上向きの押圧力を受けて、図１２Ｂに示すように、停止溝３６ｂから送り溝３６ａへと移動する。これにより、係止具３５ｃを送り溝３６ａ内へ移動させることができるため、そのまま第２送りねじ３６を時計回りに回転させることで、可動浮力材ユニット３５を上昇させることができる。

＜ダムの壁面の検査時の動作＞
本実施形態の水中用ロボット１０では、上述した構成によって、例えば、図１３に示すダムの堤体５０の壁面５１ａ，５１ｂの検査を実施する。具体的には、水中用ロボット１０は、コントローラ１から操作入力された内容に基づいて、図１３に示すように、水面に近い位置Ｌ１で潜行しながら検査対象であるダムの堤体５０の壁面５１ａへと近づいていく。このとき、水中用ロボット１０は、推進器ユニット２０の各スラスタによって、３軸方向における推進力を制御して、直立姿勢を維持した状態で壁面５１ａへと近づいていく。水中用ロボット１０は、このような水平移動時には、上下スラスタ２２ａ〜２２ｄおよび左右スラスタ２３ａ，２３ｂによる推進力を使って基本姿勢を維持しつつ、前後スラスタ２１ａ，２１ｂによる推進力を使って前進する。また、操作者は、コントローラ１で、操作用カメラ１２ａによって取得された映像をモニタ画面で確認しながら目標とする方向へ水中用ロボット１０を移動させる。

次に、水中用ロボット１０は、その正面（例えば、検査用カメラ１３）と壁面５１ａとの距離が距離ｄｓになる位置Ｌ２まで移動する。この位置Ｌ２において、水中用ロボット１０は、検査用カメラ１３を起動して、壁面５１ａの撮影を開始する。

次に、水中用ロボット１０は、直立姿勢を維持した状態で、壁面５１ａまでの距離ｄｓを維持したまま、水平（左右方向）移動と下降とを繰り返して壁面５１ａを撮影しながら移動して行く。

このとき、水中用ロボット１０は、上下方向における移動時には、前後スラスタ２１ａ，２１ｂ、上下スラスタ２２ａ〜２２ｄおよび左右スラスタ２３ａ，２３ｂによる推進力を使って直立姿勢を維持しつつ、上下スラスタ２２ａ〜２２ｄによる推進力を使って上下に移動する。また、水中用ロボット１０は、左右方向における移動時には、前後スラスタ２１ａ，２１ｂ、上下スラスタ２２ａ〜２２ｄおよび左右スラスタ２３ａ，２３ｂによる推進力を使って直立姿勢を維持しつつ、左右スラスタ２３ａ，２３ｂによる推進力を使って左右方向に移動する。

これにより、略鉛直方向に沿うように配置された壁面５１ａの検査用の画像を、検査用カメラ１３によって取得することができる。なお、検査用カメラ１３によって取得される画像は、動画であってもよいし、静止画であってもよい。検査用カメラ１３によって動画を撮影する場合には、検査対象となる壁面５１ａから距離ｄｓとなった位置Ｌ２に移動した後、所望のタイミングで撮影を開始して、壁面５１ａと壁面５１ｂとの境界部分の位置Ｌ３に到達するまで連続的に撮影を行えばよい。一方、検査用カメラ１３によって静止画を撮影する場合には、検査対象となる壁面５１ａから距離ｄｓとなった位置Ｌ２に移動した後、操作用カメラ１２ａによって壁面５１ａの状態を確認しながら移動し、クラック等の異常が見られる位置において、所望のタイミングで静止画を撮影すればよい。

次に、水中用ロボット１０が壁面５１ａと壁面５１ｂとの境界部分の位置Ｌ３に到達すると、水中用ロボット１０は、次に検査対象となる傾斜した壁面５１ｂの角度に合わせて前傾姿勢へと切り替えられる。具体的には、水中用ロボット１０では、図１３に示す位置Ｌ３において、上述した姿勢調整機構３０によって可動おもりユニット３１と可動浮力材ユニット３５とが、同期して所定の方向へ移動する。そして、図７Ｂに示すように、重心位置が重心位置ｇ１から重心位置ｇ２へと移動し、かつ浮心位置が浮心位置ｆ１から浮心位置ｆ２へと移動することで、水中用ロボット１０をピッチ方向において傾ける（前傾させる）ことができる（位置Ｌ４）。

ここで、可動おもりユニット３１と可動浮力材ユニット３５の移動距離は、位置Ｌ４における前傾角度が検査対象である壁面５１ｂの角度に平行になるように設定される。壁面５１ｂの傾斜角度は、ダム等の設計データ等を予め入力しておいてもよい。あるいは、水中用ロボット１０において、操作用カメラ１２ａ、検査用カメラ１３、ソナー１４等を用いて直立姿勢時における壁面５１ｂまでの距離を計測して、壁面５１ｂの傾斜角度を求めてもよい。

次に、水中用ロボット１０は、前傾姿勢を維持した状態で、壁面５１ｂまでの距離ｄｓを維持したまま、左右方向における移動と斜め下向きへの移動とを繰り返しながら位置Ｌ５に移動して行く。このとき、水中用ロボット１０は、斜め下向きへの移動時には、前後スラスタ２１ａ，２１ｂ、上下スラスタ２２ａ〜２２ｄおよび左右スラスタ２３ａ，２３ｂによる推進力を使って前傾姿勢を維持しつつ、上下スラスタ２２ａ〜２２ｄによる推進力を使って斜め下向きに移動する。また、水中用ロボット１０は、左右方向における移動時には、前後スラスタ２１ａ，２１ｂ、上下スラスタ２２ａ〜２２ｄおよび左右スラスタ２３ａ，２３ｂによる推進力を使って前傾姿勢を維持しつつ、左右スラスタ２３ａ，２３ｂによる推進力を使って左右方向に移動する。これにより、傾斜面として形成された壁面５１ｂの検査用の画像を、検査用カメラ１３によって取得することができる。

（変形例）
次に、変形例に係る水中用ロボット１０について、図１４Ａ〜図１５Ｂを用いて説明する。変形例に係る水中用ロボット１０は、押圧機構の構成が異なる。即ち、上述の押圧機構４０はバンパー１１に固定されているが、変形例に係る押圧機構８０は、可動おもりユニットおよび可動浮力材ユニット７５に固定され、可動おもりユニットおよび可動浮力材ユニット７５とともに移動する。

押圧機構８０は、可動おもりユニットおよび可動浮力材ユニット７５が第１送りねじ３２および第２送りねじ３６の両端に移動した際に、逆方向へ押し戻すために設けられる。なお、上述の押圧機構４０は第１送りねじ３２および第２送りねじ３６の両端に計４箇所設けられるが、押圧機構８０は可動おもりユニットおよび可動浮力材ユニット７５にそれぞれ固定されるので計２つである。なお、ここでは、第２送りねじ３６に沿って移動する可動浮力材ユニット７５に設けられた押圧機構８０について説明する。可動おもりユニットに設けられた押圧機構８０は、可動浮力材ユニット７５に設けられた押圧機構８０と同様の構成を有しているため、その説明を省略する。

図１４Ａは、可動浮力材ユニット７５が第２送りねじ３６の下端部に近づいた状態を示す斜視図、図１４Ｂは、可動浮力材ユニット７５が第２送りねじ３６の下端部に到達した状態を示す斜視図である。また、図１５Ａは図１４Ａに示す状態おける押圧機構８０の内部構成を説明する図、図１５Ｂは、図１４Ｂに示す状態おける押圧機構８０の内部構成を説明する図である。

押圧機構８０は、図１５Ａ、図１５Ｂに示すように、ケース８１、第１バネ８２ａ、第２バネ８２ｂ、第１ベース部材８３ａ、第２ベース部材８３ｂ、係止具８５ｃ、被押圧部材８５ｄを有する。また、第２送りねじ３６の下端側には、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ｂに示すように、突起９１が形成されている。同様に、突起９１は、第２送りねじ３６の上端側にも、形成されている。

ケース８１は、可動浮力材ユニット７５に固定されるとともに、第１バネ８２ａ、第２バネ８２ｂ、第１ベース部材８３ａ、第２ベース部材８３ｂ、係止具８５ｃ、被押圧部材８５ｄを保持する。

第１バネ８２ａの一端は、第１ベース部材８３ａに挿入され、他端は、被押圧部材８５ｄに固定されている。第１バネ８２ａは、可動浮力材ユニット３５が第２送りねじ３６の下端付近まで移動してきた際に、突起９１が第１ベース部材８３ａを押し込むことにより、縮むとともに、被押圧部材８５ｄを上向きに付勢する。第２バネ８２ｂの一端は、第２ベース部材８３ｂに挿入され、他端は、被押圧部材８５ｄに固定されている。第２バネ８２ｂは、可動浮力材ユニット３５が第２送りねじ３６の上端付近まで移動してきた際に、第２送りねじ３６の上端側に設けられた突起９１が第２ベース部材８３ｂを押し込むことにより、縮むとともに、被押圧部材８５ｄを下向きに付勢する。

第１ベース部材８３ａおよび第２ベース部材８３ｂは、有底筒状の形状を有し、その内部にそれぞれ第１バネ８２ａ、第２バネ８２ｂの一部が挿入される。第１ベース部材８３ａは第１バネ８２ａによって上向きに、第２ベース部材８３ｂは第２バネ８２ｂによって下向きに、それぞれ付勢されている。そして、第１ベース部材８３ａは、図１５Ｂに示すように、可動浮力材ユニット７５が第２送りねじ３６の下端付近まで移動してきた際に、突起９１によって、上向きに押圧される。可動浮力材ユニット７５が第２送りねじ３６の上端付近まで移動する際には、第２ベース部材８３ｂが、第２送りねじ３６の上端側に設けられた突起９１によって、下向きに押圧される。

係止具８５ｃは、被押圧部材８５ｄと連結し、可動浮力材ユニット７５を上下方向に移動させるために、第２送りねじ３６の送り溝３６ａ等に係合した状態で第２送りねじ３６の外周面に沿って移動する。被押圧部材８５ｄは、係止具８５ｃを支持し、ケース８１に固定されている。

水中用ロボットの姿勢が傾斜するように、第２送りねじ３６がギアボックス３７から見て反時計回りに回転すると、可動浮力材ユニット７５は下降し、第２送りねじ３６の下端側に到達する。このとき、可動浮力材ユニット７５に固定された押圧機構８０の係止具８５ｃは、第２送りねじ３６の送り溝３６ａから停止溝３６ｂに到達するため、第２送りねじ３６が順回転を続けても、可動浮力材ユニット７５はそれ以上、下降しない。そして、このとき、図１５Ｂに示すように、突起９１が押圧機構８０の第１ベース部材８３ａを上方向に押し込み、第１バネ８２ａは縮んだ状態となって、被押圧部材８５ｄを介して係止具８５ｃを上向きに付勢する状態となる。

この状態で、第２送りねじ３６をギアボックス３７から見て時計回りに逆回転させると、係止具８５ｃは、上向きに付勢されているので、図１５Ｂに示すように、第２送りねじ３６の送り溝３６ａ内へと移動する。そして、逆回転を継続することにより、可動浮力材ユニット７５を上昇させることができる。

水中用ロボットが基本姿勢になるように、第２送りねじ３６の逆回転を継続すると、可動浮力材ユニット７５は上昇し、第２送りねじ３６の上端側に到達する。このとき、可動浮力材ユニット７５に固定された押圧機構８０の係止具８５ｃは、第２送りねじ３６の送り溝３６ａから上端側の停止溝３６ｂに到達するため、第２送りねじ３６が逆回転を続けても、可動浮力材ユニット７５はそれ以上、上昇しない。そして、このとき、第２送りねじ３６の上端側に設けられた突起９１が押圧機構８０の第２ベース部材８３ｂを下方向に押し込み、第２バネ８２ｂは縮んだ状態となって、被押圧部材８５ｄを介して係止具８５ｃを下向きに付勢する状態となる。

この状態で、再度、水中用ロボットの姿勢が傾斜するように、第２送りねじ３６を順回転させると、係止具８５ｃは、下向きに付勢されているので、第２送りねじ３６の送り溝３６ａ内へと移動する。そして、順回転を継続することにより、可動浮力材ユニット７５を下降させることができる。

本開示の水中用ロボットは、位置および姿勢を任意の状態に制御することができるという効果を奏することから、水中で移動しながら各種作業を行う装置に対して広く適用可能である。

１ コントローラ
２ ケーブル
１０ 水中用ロボット
１１ バンパー（フレーム）
１１ａ センターフレーム
１１ｂ センターフレーム
１２ 本体ユニット
１２ａ 操作用カメラ
１３ 検査用カメラ
１４ ソナー
１５ 照明
１６ バッテリユニット
１７ａ，１７ｂ 固定浮力材
２０ 推進器ユニット
２１ａ，２１ｂ 前後スラスタ（第１推進器）
２２ａ〜２２ｄ 上下スラスタ（第２推進器）
２３ａ，２３ｂ 左右スラスタ（第３推進器）
３０ 姿勢調整機構
３１ 可動おもりユニット
３１ａ ケース
３１ｂ おもり
３１ｃ ガイド部
３２ 第１送りねじ（駆動機構）
３２ａ 送り溝
３２ｂ 停止溝
３５ 可動浮力材ユニット
３５ａ ケース
３５ｂ 浮力材
３５ｃ 係止具
３５ｄ 被押圧部材
３６ 第２送りねじ（駆動機構）
３６ａ 送り溝
３６ｂ 停止溝
３７ ギアボックス（駆動機構）
４０ 押圧機構
４１ 押圧部材
４２ バネ
４３ ベース部
７５ 可動浮力材ユニット
８０ 押圧機構
８１ ケース
８２ａ 第１バネ
８２ｂ 第２バネ
８３ａ 第１ベース部材
８３ｂ 第２ベース部材
８５ｃ 係止具
８５ｄ 被押圧部材
９１ 突起
５０ 堤体
５１ａ，５１ｂ 壁面（検査対象物）
ｄｓ 距離
ｆ１，ｆ２ 浮心位置
ｇ１，ｇ２ 重心位置
Ｌ１〜Ｌ５ 位置

Claims (10)

1. フレームと、
   前記フレームに取り付けられており、推進力を生じさせる推進器ユニットと、
   前記フレームに対して第１軸の方向に沿って移動可能な状態で取り付けられており、前記第１軸の方向における移動によって重心位置を移動させるおもりと、
   前記フレームに対して前記第１軸と交差する第２軸の方向に沿って移動可能な状態で取り付けられており、前記第２軸の方向における移動によって浮心位置を移動させる浮力材と、
   前記フレームに取り付けられており、前記おもりを前記第１軸の方向、前記浮力材を前記第２軸の方向において、互いに同期して移動させる駆動機構と、
   を備えている、水中用ロボット。
2. 前記推進器ユニットは、互いに直交する前記第１軸、前記第２軸および第３軸のそれぞれの方向において推進力を生じさせる複数の推進器を有する、
   請求項１に記載の水中用ロボット。
3. 前記第１軸の方向における被写体の撮像を行うカメラを、さらに備えている、
   請求項１に記載の水中用ロボット。
4. 前記第１軸は、基本姿勢における前後方向に沿って配置されており、
   前記カメラは、前記第１軸における前方向を撮像するとともに、
   前記駆動機構は、前記おもりおよび前記浮力材を駆動することで、前記カメラによる撮像角度を前傾あるいは後傾させる、
   請求項３に記載の水中用ロボット。
5. 前記駆動機構は、前記第１軸に沿って配置され前記おもりを前記第１軸の方向に沿って移動させる第１送りねじと、前記第２軸に沿って配置され前記浮力材を前記第２軸の方向に沿って移動させる第２送りねじと、前記第１送りねじおよび前記第２送りねじに対して回転駆動力を付与する回転駆動源と、を有している、
   請求項１に記載の水中用ロボット。
6. 前記第１送りねじおよび前記第２送りねじは、それぞれの両端側において長手方向に直交する向きに形成された停止溝と、前記停止溝の間において長手方向に対して傾斜する向きに形成された送り溝と、を有している、
   請求項５に記載の水中用ロボット。
7. 前記第１送りねじの前記停止溝に前記おもりが移動した際および前記第２送りねじの前記停止溝に前記浮力材が移動した際に、前記送り溝の方向へ前記おもりまたは前記浮力材を押圧する押圧機構を、さらに備えている、
   請求項６に記載の水中用ロボット。
8. 前記押圧機構は、前記おもりまたは前記浮力材とともに移動する、
   請求項７に記載の水中用ロボット。
9. 前記回転駆動源は、前記第１送りねじおよび前記第２送りねじを単一の駆動源によって回転駆動する、
   請求項５に記載の水中用ロボット。
10. 前記第２軸の方向における前記フレームの上部に固定配置された固定浮力材を、さらに備えている、
    請求項１に記載の水中用ロボット。

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