JP6271689B2 - チタンバンドを含むガラス球耐圧容器及びそれを用いる深海探査用の多関節海底ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、耐圧容器及び海底ロボットを用いた海底探査システムに関し、特に、深海の水圧に耐え、内蔵された装置を海水の浸水から保護し、海洋研究データ及び水中状態データを送信することができるチタンバンドを含むガラス球耐圧容器と最小限の面積を支持したまま海底面を探査し、深海用の足を用いて本体を固定し、姿勢を変えることができ、歩行及び遊泳が可能であり、母船と連結された１次水中ケーブルの重量を相殺させるディプレッサーシステムを含み、ディプレッサーと再び２次水中ケーブルに連結された深海用多関節海底ロボットを用いた海底探査システムに関するものである。

地球で生命が生きられる空間の９９％は海であり、このうちの８５％が深海であり、現在１％程度の探査も行われていない実状である。
現在、６，０００ｍまで探査が可能な科学探査用無人潜水艇を保有している国は、米国、フランス、韓国、日本、ドイツなどの一部国家に限られており、現在まで、開発、運用されている深海用無人潜水艇は、全部プロペラ型の潜水艇形態であった。

一般に、海底ロボットは、その役割に応じて、主に広い領域を探査する自律無人潜水艇と、相対的に狭い領域で精密作業を遂行する遠隔無人潜水艇（ＲＯＶ）とに分けられており、ほとんどの海底ロボットは、プロペラが推進装置として利用されている。

プロペラは、長い間、水中推進機として使用されてきており、その推進メカニズムに対する理論がよく確立されており、特定領域ではその効率もまた高い。

しかし、堆積土壌からなる深海を精密現場調査する場合、プロペラ流動による海底の攪乱が問題になることがあり、精密調査のために、海底面に安着する場合、プロペラ流動によって乱れた干潟が鎮まるまで一定時間が必要とされ、移動する生命体や観察が緊急な場合、探査に困難があった。

プロペラとは異なる形態の海底ロボットとして無限軌道を用いる方法と、複数の足を用いる方法とがある。生体模写研究の一環として、ザリガニロボットが開発されていた（非特許文献１）。これを通じてザリガニの機構学的構造と歩きぶりを分析し、人工筋肉アクチュエータと命令ニューロンに基づいた中央制御器を実現した。

前記ロボットは、実際の作業用よりは生体模写認識及び歩行研究に焦点を置いている。海底ロボット（underwater robot）は、無人潜水艇（ＵＵＶ；unmanned underwater vehicle）とも呼ばれ、大きく自律無人潜水艇（ＡＵＶ）と遠隔無人潜水艇（ＲＯＶ）とに分けられる。

自律無人潜水艇は、数百メートルから数百キロメートルまでの領域に該当する科学的調査や探索に主に使用される。現在まで開発された多くのＡＵＶは、科学調査や軍事用目的に活用されている。

遠隔無人潜水艇は、数十センチメートル以下の位置精度で海底調査や精密作業に活用される。遠隔無人潜水艇は、海底ケーブル埋設をはじめとして、海底パイプライン、海底構造物のメンテナンスなど多様な作業に活用されている。

遠隔無人潜水艇の活用分野は、以下の通り要約される。

第１に、沈没船探査及び引き揚げ作業と沈没船による油類流出防止作業、第２に、海洋科学調査と海洋資源探査及び開発、第３に、海底構造物設置、調査支援及びメンテナンス、第４に、機雷探査、機雷除去など軍事的目的に活用される。

海底作業用遠隔無人潜水艇は、大きく二つの形態で移動性を得る。

第１に、プロペラ方式は、ＡＵＶのような航走型では効果的であるが、精密作業が求められる遠隔無人潜水艇では制御安定性を得ることが容易でない。これは、水中で遠隔無人潜水艇に作用する流体力が非線形的であり、推力また不感帯、応答遅延、飽和などの強い非線形性を内在しているからである。

第２に、無限軌道形態の推進方式は、不規則な海底地形や障害物地域を走行し難く、走行方式の特性上、海底を攪乱させる短所を有している。

海底には、沈没船、漁場、ロープ、廃網など各種障害物と暗礁、軟弱地盤など海底地形の制約条件が常に存在するので、無限軌道方式の走行に困難がある。

また、海底調査の場合、攪乱されていない環境で攪乱を最小化して行われなければならない現場調査（in-situ survey）が多く、このような用途に使用し難い問題点がある。

従来の海底作業の技術的限界又は問題点を、再度整理すれば以下の通りである。
ダイバーが直接作業に参加する場合、潜水病をはじめとする様々な危険要素による安全問題が存在する。ダイバーが作業する場合、減圧なしで作業できる時間は２１ｍ水深で３０分、４０ｍでは５分に制限される。

海底には、沈没船、漁場、ロープ、廃網など各種障害物と暗礁など不規則な海底地形が常に存在してしるので、ダイバーの作業を邪魔し、さらには生命を脅威する。

プロペラやキャタピラ方式の海底ロボットは、必然的に海底面を攪乱させる。海底調査の場合、攪乱されていない環境で行わなければならない調査が多い。プロペラ方式を用いる海底作業用遠隔無人潜水艇の場合、海底作業時、精密な位置維持の困難などの問題から傾斜地、チムニー（Rugged terrain）などの海底精密探査し難い限界がある。

従来の遠隔無人潜水艇は、傾斜面に安着しなければ精密探査及び試料採取などに有利であるため、傾斜面探査時制約が伴われ、連続的な海底面調査のためには従来の遠隔無人潜水艇は一定の高度維持が必要とされる。

一方、通常の圧力容器は、耐圧及び外圧条件で変形と応力による構造的な破壊を防ぐために特定規格（例えば、ＫＳ Ｂ ６７５０）に準じて特定の圧力に耐えさせるために、厚さ、長さ、内部容器及び外部容器の半径、溶接条件、成形条件などを特定して、いかなる状況においても構造的な安全性を保障することができるように設計及び製作されている。このように、圧力容器は、構造の安全性を最優先するので、一つの連続体（すなわち、一体化した構造体）で製作する必要がある。

これにより、本発明者は、ロボット本体フレームを、足及びシリンダー状の耐圧容器固定のためにだけ連結部を備え、圧力容器の構造的安全性のために別途の連結部のない一体型でロボット本体を製作すると同時に、多関節海底ロボット及びディプレッサーが深海の水圧に耐え、防水処理を通じて内蔵された装置を海水の浸水から保護し、海洋研究データ及び水中状態データを母船に送信することができるようにする複数の耐圧容器を考案するに至った。

また、傾斜地、チムニーなどの劣悪な海底地形探査時にも精密な位置を維持し、連続的な海底面調査時にも一定の高度を必ずしも維持する必要がなく、自由遊泳が可能であると同時に、ロボット本体フレームを、足及びシリンダー状の耐圧容器固定のためにだけ連結部を備え、圧力容器の構造的安全性のために別途の連結部のない一体型でロボット本体成型を考案するに至った。

日本特開第１９９６−３３４５９３号 日本特許第４８２０８４号

Joseph, A. (2004). "Underwater walking", Arthropod Structure & Development Vol 33, pp 347-360. Tanaka, T., Sakai, H., Akizono, J. (2004). "Design concept of a prototype amphibious walking robot for automated shore line survey work", Oceans ‘04 MTS/IEEE Techno-Ocean’04, pp 834-839.

本発明の目的は、従来のプロペラ方式や無限軌道方式の問題点を補完するための手段として最小限の面積を支持したまま海底面を探査し、深海用の足を用いて本体を固定し、姿勢を変えることができ、歩行及び遊泳の移動方法を通じて傾斜地、チムニーでも安定的であり、超近接海底面探査が連続的に実行可能な深海探査用の多関節海底ロボットシステムを提供することである。

また、多関節海底ロボット及びディプレッサーが所定の耐圧容器を備え、水深６，０００メートル以下の深海の水圧に耐え、防水処理を通じて内蔵された装置を海水の浸水から保護し、海洋研究データ及び水中状態データを海底ロボットの移動方向を遠隔制御する母船に送信することができる深海探査用の多関節海底ロボットシステムを提供することである。

また、深海探査用の多関節海底ロボットシステム内で軽い耐圧用ガラス半球を用いて、水中で運用される探査装備である多関節海底ロボット及びディプレッサーが深海の水圧に耐え、防水処理を通じて内蔵された装置を海水の浸水及び水圧から保護し、海洋研究データ及び水中状態データを母船に送信を可能にするチタンバンドを含むガラス球耐圧容器を提供することである。

前記課題を達成するための本発明の深海探査用の多関節海底ロボットシステムは、深海の水圧に耐え、防水処理を通じて内蔵された装置を海水の浸水から保護する複数の第１及び第２耐圧容器を備え、海洋研究データを取得し、海底地形を近接精密探査して、水中状態データを送信する多関節海底ロボット；前記海洋研究データ及び前記水中状態データが印加され、保存し、前記海底ロボットの移動方向をモニタリングして制御する母船；及び前記第３耐圧容器を備え、前記母船と１次ケーブルにより連結され、前記海底ロボットと２次ケーブルにより連結され、前記１次ケーブルの水中抵抗力が、前記海底ロボットまで伝達されることを防止するディプレッサー；を含み、前記複数の第１耐圧容器は球形であり、ロボット本体フレームに取り付けられ、前記複数の第２耐圧容器はシリンダー状であり、複数の左右ロボット足の間にそれぞれに取り付けられ、前記第３耐圧容器はシリンダー状であり、ディプレッサープラットホーム内に取り付けられることを特徴とする。

前記課題を達成するための本発明のチタンバンドを含むガラス球耐圧容器は、多関節海底ロボット、ディプレッサー及び母船を含む海底探査システムにおいて、前記多関節海底ロボットが深海の水圧に耐えるようにし、内蔵された装置を海水の浸水から保護する複数の第１及び第２耐圧容器；及び前記ディプレッサーが深海の水圧に耐えるようにし、内蔵された装置を海水の浸水から保護する第３耐圧容器；前記海底ロボットに取り付けられるバッテリーに適用される一組の半球形態のガラス球間に所定高さのチタン材質の帯が備えられた耐圧球；を含み、前記複数の第１耐圧容器は球形であり、ロボット本体フレームに取り付けられ、前記複数の第２耐圧容器はシリンダー状であり、複数の左右ロボット足の間それぞれに取り付けられ、前記第３耐圧容器はシリンダー状であり、ディプレッサープラットホーム内に取り付けられることを特徴とする。

本発明によれば、最小限の面積を支持したまま海底面を連続的に精密探査し、深海底面の堆積土壌の攪乱を最小化し、深海用の足を用いて本体を固定し、姿勢を変えることができ、安定、且つ精密な深海水中作業が可能になる。

また、傾斜地、チムニーなど複雑な海底地形でも安定であり、且つ精密な作業が可能であり、歩行を通じて海底面を移動するので、超近接海底面探査が連続的に実行可能であり、有無線ハイブリッド通信方式を介して長期観測調査が可能である。

また、耐圧容器が球形設計により浮力材を最小化し、左右２個の足を連結する形態の設計により配線の簡素化、メンテナンスの向上が可能になり、耐圧容器の構造的安全性及び製作所要時間短縮を図ることができる。

また、各種Ｏ−リングを介した確実な水密保障、水中コネクター直結方式を介した空間最小化、２次ケーブルの直径及び曲率半径縮小、内部対称性が確保される。

本発明に係る深海探査用の多関節海底ロボットシステムに関する概略的な概念図である。 図１に示された海底探査システム内の多関節海底ロボットの本体及び足が組み立てられた外装写真である。 図２に示された多関節海底ロボットの本体フレームの上部斜視図及び下部斜視図である。 図２に示された多関節海底ロボット１００のシリンダー状の耐圧容器１３０及び足が組み立てられた外装写真である。 図２に示された多関節海底ロボット１００の本体フレーム１１０、シリンダー状の耐圧容器１３０及び足の連結構造に対する斜視図である。 図２に示された多関節海底ロボット１００の深海用の油入り足及び足兼用ロボットの腕に関する斜視図である。 図２に示された多関節海底ロボット１００の浮力調節装置に関する斜視図である。 図５に示された本体フレーム、球形の耐圧容器及び足の連結構造に取り付けられる本体フレーム及び球形の耐圧容器の斜視図である。 図５に示された本体フレーム、球形の耐圧容器及び足の連結構造に取り付けられる球形の耐圧容器の分解斜視図（ａ）及び斜視図（ｂ）である。 図９に示された球形の耐圧容器の内部装備固定方式を示す分解斜視図（ａ）及び固定完了状態の内部斜視図（ｂ）である。 図４に示された多関節海底ロボットのシリンダー状の耐圧容器の内部斜視図である。 図１に示された海底探査システム内のディプレッサーに取り付けられるシリンダー状の耐圧容器の内部斜視図である。 図１に示された海底探査システム内の耐圧水密接続箱である。 図１に示された海底探査システム内の耐圧水密接続箱である。 図１に示された海底探査システム内の耐圧水密接続箱である。 図１に示された海底探査システム内の電源を分配する構成要素のブロック図である。 図１に示された海底探査システム内のロボット本体に取り付けられるバッテリーの正面図（ａ）及び斜視図（ｂ）である。 図１に示された海底探査システム内のディプレッサープラットホームの斜視図である。 本発明に係る深海探査用の多関節海底ロボットシステムに関するリモートコントロール動作を説明するための構成図である。

本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は添付される図面と共に詳細に後記されている実施例を参照すれば明確になるだろう。しかし、本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、異なる多様な形態で具現されるものであり、単に本実施例は、本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者に発明の範疇を完全に教えるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇により定義されるだけである。明細書全体に亘って同一参照符号は同一構成要素を意味する。

以下、添付された図面を参照して、本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る深海探査用の多関節海底ロボットシステムに関する概略的な概念図であり、多関節海底ロボット１００、ディプレッサー２００及び母船３００を含む。

図１を参照すれば、本発明の一実施例である６，０００ｍまで複合移動により探査が可能な深海用海底探査システムが海底６０００ｍに達し、遊泳して、歩行する状態を示す。

ディプレッサー２００（depressor）は、母船３００に１次ケーブル２２０により連結され、多関節海底ロボット１００は、ディプレッサー２００に２次ケーブル２４０により連結され、１次ケーブル２２０の水中重さ及び張力に耐え、母船３００の垂直運動の影響を緩衝して、海底ロボットの移動性を保障してくれる。

また、深海用多関節海底ロボット１００の進水及び引き揚げのために海底ロボットを固定することができ、運用時、カメラを介して海底ロボットと相互観測が可能になり、６０００メートル水深で水中位置追跡が可能な装置を搭載する。

ディプレッサー２００と多関節海底ロボット１００は、母船３００と有線通信及び無線通信の有無線ハイブリッド通信方式で運用される。

即ち、母船３００とディプレッサー２００と間に１次ケーブル２２０により連結され、ディプレッサー２００と海底ロボットと間に２次ケーブル２４０により連結され、有線方式で運用されるか、母船３００とディプレッサー２００と間に１次ケーブル２２０により連結され、ディプレッサー２００と海底ロボットは有線ケーブルなしで無線通信を介して無線方式で運用され得る。

前記複合移動が可能な６，０００ｍ探査用の多関節海底ロボット１００を用いた海底探査システムは、潮流が殆どない深海環境を想定して考案されたが、テザーケーブルの重量がロボットにあたえる影響を最小化するためにディプレッサー２００を置いて運用する概念である。

前述のように連結された多関節海底ロボット１００、ディプレッサー２００及び母船３００を含む海底探査システムを介して海底地形を観察するためのシステムを構築し、多関節海底ロボット１００を制御して海底地形に対するデータを確保することができる。

深海用多関節海底ロボット１００は、深海の堆積層に対する攪乱を最小化し、ロボットの足が海底土壌にのめり込まれるのを防止し、遊泳をするために浮力調節機能を有する。

前記海底探査システムは、以下通りに２種類の任務を有する。

深海海洋科学の調査
堆積土壌からなる軟弱地盤の深海底環境で海底攪乱を最小化しながら海洋物理、化学、生物、地質などの研究に必要な科学調査データを取得する。

６，０００ｍまでの海底で科学調査のために必要な生物、土壌、海水などのサンプルを採取する。

長期精密海底調査
海底熱水鉱床など不規則な海底地形を近接精密探査する。無線自律制御モードではディプレッサー２００なしで単独運用されてエネルギーを最小化しながら決められた地域を長期観測する。

本発明では、従来のプロペラ方式の潜水艇とは異なる新しい概念の海底ロボットで、以下のような概念で克服する。

安全性について、ダイバーが直接作業するのに危険な環境では、ダイバーの代わりに海底ロボット１００を作業に用いる。作業時間について、海底ロボット１００を用いることによって、ダイバーの潜水時間の限界を克服する。

海底ロボット１００と母船３００と間に、ディプレッサー２００を置いてケーブルにかかる潮流力が海底ロボット１００に及ぼす影響を減らす。

障害物と不規則海底地形について、自ら障害物に絡まらないように多足を利用して海底に着地し、静的安定性を保持し、不規則海底地形でも多関節の足を利用して所望の本体の姿勢を保持し、歩行移動する。

環境干渉について、海底の攪乱を最小化することができるように海底歩行の方法で移動及び作業する。

新たに提案される海底ロボット１００は、プロペラ方式で推力を得る従来の海底ロボットとは違って、複数の関節からなる足を利用して海底面に近接し、歩行と遊泳に移動する新しい概念の海底ロボットを提供する。

この海底ロボット１００の概念は、あたかもカニ（Crab）とザリガニ（Lobster）が海底面で移動し、作業する形態と似ており、ロボットの名前を‘Ｃｒａｂｓｔｅｒ ＣＲ６０００’と命名した。

図２は、図１に示された海底探査システム内の多関節海底ロボット１００の本体及び足が組み立てられた外装写真である。

図３は、図２に示された多関節海底ロボット１００の本体フレーム１１０の上部斜視図及び下部斜視図である。

図４は、図２に示された多関節海底ロボット１００のシリンダー状の耐圧容器１３０及び足が組み立てられた外装写真である。

図５は、図２に示された多関節海底ロボット１００の本体フレーム１１０、シリンダー状の耐圧容器１３０及び足の連結構造に対する斜視図である。

図６は、図２に示された多関節海底ロボット１００の深海用の油入り足及び足兼用ロボットの腕に対する斜視図であり、第１関節〜第４関節１０１〜１０４、油圧補償ゴムパック１０５、メンブレイン１０６及びグリッパー１０７を含む。

図７は、図２に示された多関節海底ロボット１００の浮力調節装置に対する斜視図である。

図１〜図７を参照して、本発明に係る海底探査システム内多関節海底ロボットの構造及び機能を説明する。

本発明の深海用多関節海底ロボット１００は、６足歩行及び遊泳が可能であり、精密探査のためのスキャニングソーナー及び高解像度光学カメラを取り付け、約６，０００メートルの水深で水中位置追跡が可能な装置を搭載する。

図６に示されるように、深海６，０００メートル水深での約６００ｂａｒ圧力に耐えられるように油圧補償ゴムパック１０５及びメンブレイン１０６構造を有し、防水が可能であり、エアブリードバルブ、圧力リリーフバルブ構造を含む深海用の油入り足を備える。

また、深海用の油入り足と同様の構造としてグリッパー１０７が取り付けられ、水中作業時、ロボットの腕への変形が可能な深海用の油入り足兼用ロボットの腕を備える。

一方、図７に示されるように、本発明の深海用多関節海底ロボット１００は、海底ロボット下段に取り付けられ、水中で海底ロボットの浮力調節ができるように電磁石方式の浮力調節装置を備え、無線運用のためのバッテリーを搭載する。

ロボット本体フレーム１１０
まず、ロボット本体フレーム１１０は、海底ロボット１００の荷重減量及び高剛性のためにカーボン複合素材を採択し、球形の第１耐圧容器１２０の搭載のための固定フレームを取り付ける。

また、足及びシリンダー状の第２耐圧容器１３０の固定のためにだけ連結部を備え、製作所要時間短縮及び強度向上のために別途の他の連結部のない一体型で成形を製作する。

また、フレーム剛性の増大のために炭素繊維の木目方向に回転して蒸着し、連結部位及び応力集中部位は所定の厚さを増大させる。

足及びロボットの腕
本発明の足及びロボットの腕は、６，０００ｍ耐圧水密のための油入り関節リンクに設計され、耐腐食性及び加工性のために機構部の部分はアルミニウム合金を使用する。

足の関節構造は、４自由度（４ＤＯＦ）により作動され、ロボットの腕は、足の先に線形駆動機で作動するグリッパーだけを適用してシステムを簡素化する。

オイル注入のためのベント孔及び圧力補償のためのオイルパック、メンブレイン及びリリーフバルブを取り付け、内部配線のためのケーブルパスを備える。

軽量化のためのフレームなしのモーター及びバックラッシュ除去のためのハーモニックドライブ減速機を使用し、モーター−減速機直結構造を適用する。

水密方式は、足の内部に絶縁油を充填し、連結部にＯ−リングを適用する構造であり、回転部位は二重Ｏ−リング構造であり、耐腐食性のためにマグネシウム素材の犠牲陽極が付着される。

本体及び足の連結部
本発明の本体及び足の連結部は、ロボット本体フレーム１１０に耐圧容器結合体のフランジが装着され得る構造であり、足ベース−耐圧容器フランジ−ロボット本体フレームフランジに連結される構造である。

ロボット本体フレーム１１０及びシリンダー状の第２耐圧容器１３０が同時に足を支えることができる構造であり、接続方式は、ロボット本体フレームフランジに沿って円形に配置されたタブにボルトで締結される方式である。

本体及び足の外装はフレーム保護、流体抵抗減少、機構的剛性補完を考慮した形状であり、流体抵抗を減らすために流線型に設計され、素材は、ガラス強化繊維素材（ＦＲＰ）を使用する。

図８は、図５に示されたロボット本体フレーム１１０、球形の第１耐圧容器１２０及び足の連結構造に取り付けられるロボット本体フレーム１１０及び球形の第１耐圧容器１２０の斜視図である。

図９は、図５に示されたロボット本体フレーム１１０、球形の第１耐圧容器１２０及び足の連結構造に取り付けられる球形の第１耐圧容器１２０の分解斜視図（ａ）及び斜視図（ｂ）である。

図１０は、図９に示された球形の第１耐圧容器１２０の内部装備固定方式を示す分解斜視図（ａ）及び固定完了状態の内部斜視図（ｂ）である。

本発明の海底６，０００ｍ級球形の第１耐圧容器１２０は、ＨＤカメラ及びモーター／接続箱（Junction Box）、照明装置などの各種電気／電子部品、バッテリーをそれぞれ内蔵する。

球形に設計され、重さ最小化のために一組の常用耐圧ガラス半球を備える。
本発明の球形の第１耐圧容器１２０には、複数の水中コネクター装着のためのコネクター連結シリンダー、耐圧ガラス半球の破損防止のための組み立て部、耐圧容器内部装備装着のためのジグ固定部を備える。

カメラ搭載用耐圧容器のガラス半球は、透過性及び歪曲防止のためにポリシング処理される。
また、本発明の球形の第１耐圧容器１２０は、深海６，０００メートル水深での６００ｂａｒの圧力に耐え、防水が可能であり、ガラス球を用いて重さが軽く、内部空間による浮力が大きな耐圧容器であり、内部に取り付けられる電気電子デバイスの電力供給、装備間の通信のための水中コネクターを取り付けるための多角形の外形を有するチタンバンドを有する。このとき、チタンバンド外郭の多角形面は、必要に応じて拡張することができ、多角形面に水中コネクターを取り付けることができる。

図１１は、図４に示された多関節海底ロボット１００のシリンダー状の第２耐圧容器１３０の内部斜視図である。

本発明の多関節海底ロボット１００のシリンダー状の第２耐圧容器１３０は、モータードライバー固定ジグに深海用の油入り足及びロボットの腕の駆動用モータードライバーを搭載し、左右２個の足を連結する形態に設計され、配線を簡素化させ、メンテナンスを向上させる。

足と耐圧容器との連結部は、足と耐圧容器をロボット本体フレーム１１０に固定するためのチタン材質のフランジを用い、足ベースと耐圧容器との連結は、空間最小化のために水中コネクター直結方式を採択する。

図１２は、図１に示された海底探査システム内のディプレッサー２００に取り付けられるシリンダー状の第３耐圧容器２３０の内部斜視図である。本発明のディプレッサー２００に取り付けられるシリンダー状の第３耐圧容器２３０は、ディプレッサー２００の電気／電子インターフェース搭載用であり、チタン素材であることが好ましく、ＡＢＳツール及び 商用解釈ツールを用いて設計される。

シリンダーキャップのフランジの部分とシリンダー内壁との接触面にＯ−リングを挿入して水密を保障し、第３耐圧容器２３０とシリンダーキャップとの連結部は、Ｖ−バンドを用いて締結し、シリンダーキャップには複数の水中コネクターが取り付けられる。

図１３〜図１５は、図１に示された海底探査システム内の耐圧水密接続箱（Junction Box）であり、ロボット本体接続箱、ディプレッサー接続箱及び変圧器箱を含む。

ロボット本体接続箱
図１３に示されるように、ロボット本体接続箱は、ディプレッサー２００と連結される２次ケーブル２４０の電源線、光ケーブル、イーサネットケーブルを分配する。

耐圧水密及び製作、分解及び組み立て性のために油入りタイプの直六面体に設計され、流量状態確認及び配線連結のために開放面に透明強化プラスチックを適用する。連結は、ロボット本体フレームフランジに沿って円形に配置されたタブにボルトで締結される方式であり、内部に第１漏水センサーが取り付けられる。

ディプレッサー接続箱
図１４に示されるように、ディプレッサー接続箱は、１次ケーブル２２０−ディプレッサー２００−２次ケーブル２４０間の電源及び通信を分配する。

油入り構造に設計され、内・外部圧力が平衡を成す構造であり、引入される１次ケーブル２２０で電源と光通信を分離し、高圧電源は変圧器に連結し、光通信は第３耐圧容器に分配される。

降圧された電源が再び印加され、直流電源に変換することができるように内部に整流器が設置され、第２漏水センサーが取り付けられる。

変圧器箱
図１５に示されるように、変圧器箱は、１次ケーブル２２０に伝送される高電圧の交流を低電圧の交流に変換する変圧器を実装して保護する。

直六面体の形状に全面アルミニウムで製作され、内部に第３漏水センサーが取り付けられる。

図１６は、図１に示された海底探査システム内の電源を分配する構成要素のブロック図である。

図１７は、図１に示された海底探査システム内のロボット本体に取り付けられるバッテリー耐圧球の正面図（ａ）及び斜視図（ｂ）である。

図１８は、図１に示された海底探査システム内のディプレッサープラットホームの斜視図である。

図１６に示されるように、母船３００とディプレッサー２００とを連結する１次ケーブル２２０及びディプレッサー２００とロボット本体とを連結する２次ケーブル２４０は、電源と光通信機能を含んでおり、２次ケーブル２４０にはイーサネット通信ケーブルが更に含まれる。

ここで、２次ケーブル２４０は、直径縮小のために低容量ケーブルを多数用い、高容量ケーブルとして具現され、光通信ラインの中央配置を通じて曲律半径を縮小させる。

イーサネットラインの分割配置により内部対称性を確保し、ケーブル保護のために内部被覆が追加される。張力増大のためにケブラー構造を適用し、浮力増大のために外皮を浮力材に代替することができる。

ケーブルでの電圧降下と安定したロボットの動作を考慮して、母船３００側では高圧の三相交流を伝送するように、研究船（Research Vessel）で多く使われる４４０ＶＡＣ、６０Ｈｚ、三相電力を利用できる昇圧器を適用する。

昇圧された電源は、１次ケーブル２２０を介してディプレッサー２００に伝送され、ディプレッサー２００ではこれを減圧及び整流する。整流されたＤＣ電圧を適切にＤＣ／ＤＣ変換し、各装備の要求電圧に変換されるようにして、２次ケーブル２４０を介してロボット本体に伝送し、実装される各種装置に供給する。

ロボット本体での電源供給及び分配
バッテリーは、ロボット本体に内蔵され、ディプレッサー接続箱内の整流器で変換された直流電源が印加され、充電ロボット本体が自律モードで動作することができるように設計及び配置される。

即ち、探査モードで、８時間以上運用できるように設計され、出力電圧は、直流電圧である。安全のための温度、電圧、漏水モニタリング機能を有するバッテリー管理システム（ＢＭＳ：battery management system）を追加し、セルはリチウムイオンを適用する。

１次ケーブル２２０を介して送電したとき、ケーブル自体による電圧降下まで考慮して設計する。ＤＣ／ＤＣコンバーターは、小型、高容量、低発熱の商用コンバーターであり、ロボット本体とディプレッサー２００に共通に適用され、２次ケーブル２４０を介してロボット本体の各装備に適切に供給する。

ディプレッサー２００の電力配分及び通信
電力配分は、１次ケーブル２２０⇒降圧変圧器⇒整流器⇒ＤＣ／ＤＣコンバーター及び２次ケーブル２４０（ロボット本体）⇒各装備順へと分配される。１次ケーブル２２０を介して送電された電源変換のための変圧器を設計し、交流−直流整流のために三相ブリッジ整流器を用いる。

一方、海底ロボット１００、ディプレッサー２００、母船２００内の遠隔制御室内部通信は、基本的にイーサネット（Ethernet）を基盤とし、光通信変換装置は、光通信−イーサネット変換をベースに設計される。

深海用多関節海底ロボット１００の遠隔制御室を活用するために、光コンバーターのような従来の光通信変換装置が導入される。

線形駆動機及びリンクシステムを用いたロボット本体固定部、１次及び２次ケーブルターミネーション連結部、耐圧容器、接続箱、変圧器箱、ＵＳＢＬ、パンチルト（Pan tilt）、高度計、バラストウェイト（ballasting weight）固定部が設計される。フレームは、耐腐食性のためにアルミニウム合金を使用し、海水による腐食防止のために犠牲陽極を付着し、ロボット本体固定装置及びバラストウェイト装着が可能である。

図１９は、本発明に係る深海探査用の多関節海底ロボットシステムに関するリモートコントロール動作を説明するための構成図であり、多関節海底ロボット１００、ディプレッサー２００及び母船３００を含む。

本発明に係る深海探査用の多関節海底ロボットシステムは、多関節海底ロボット１００及びディプレッサー２００の位置追跡及び取り付けられたカメラとセンサー装備から取得した情報を遠隔でモニタリングし、海底ロボットの動作を遠隔で制御することができる。

そのために、母船３００には多関節海底ロボット１００のリモートコントロールのための歩行及び遊泳アルゴリズムが搭載され、多関節海底ロボット１００及びディプレッサー２００の位置追跡が可能なプログラムが搭載される。

また、光学カメラ及びスキャニングソーナーの映像と多関節海底ロボット１００及びディプレッサー２００に搭載された各種センサーの情報とをリアルタイムでモニタリングできる装置が搭載される。

このように、本発明のチタンバンドを含むガラス球耐圧容器及びこれを用いる深海探査用の多関節海底ロボットシステムは、最小限の面積を支持したまま海底面を探査し、深海用の足を用いて本体を固定し、姿勢を変えることができ、傾斜地、チムニーでも安定、且つ超近接海底面探査が連続的に実行可能になる。

また、多関節海底ロボット及びディプレッサーが所定の耐圧容器を備え、深海の水圧に耐え、防水処理を通じて内蔵された装置を海水の浸水から保護し、海洋研究データ及び水中状態データを海底ロボットの移動方向を制御する母船に送信することができる。

これにより、最小限の面積を支持したまま海底面を探査し、深海底面の堆積土壌の攪乱を最小化し、深海用の足を用いて本体を固定し、姿勢を変えることができ、精密な深海水中作業が可能になる。

また、傾斜地、チムニーでも安定的であり、且つ精密な作業が可能であり、歩行を通じて海底面を移動するので、超近接海底面探査が連続的に実行可能になる。

また、耐圧容器が球形設計で浮力材を最小化し、左右２個の足を連結する形態の設計により配線の簡素化、メンテナンスの向上が可能であり、耐圧容器の構造的安全性及び製作所要時間の短縮を図ることができる。

また、各種Ｏ−リングを介した確実な水密保障、水中コネクター直結方式を介した空間最小化、２次ケーブルの直径及び曲律半径縮小、内部対称性が確保される。
以上、一部実施例を挙げて本発明の好ましい実施例について説明したが、このような説明は例示的なものに過ぎなく、いかなる意味においても、これによって本発明が制限されると解釈され得なく、本発明が属する技術分野における通常の知識を有した者であれば前記説明から本発明を多様に変形するか、修正又は置換して実施するか、本発明と均等の実施を行うことができるという点をよく理解するだろう。

１００：多関節海底ロボット
１１０：ロボット本体フレーム
１２０：第１耐圧容器
１３０：第２耐圧容器
２００：ディプレッサー
２２０：１次ケーブル
２３０：第３耐圧容器
２４０：２次ケーブル
３００：母船

Claims (15)

1. 深海の水圧に耐え、防水処理を通じて内蔵された装置を海水の浸水から保護する複数の第１及び第２耐圧容器を備え、海洋研究データを取得し、海底地形を近接精密探査し、水中状態データを送信して、水中運動のために流体力学的な流線型本体を有する多関節海底ロボット；
   前記海洋研究データ及び前記水中状態データが印加され、保存し、前記海底ロボットの移動方向をモニタリングして制御する母船；及び
   第３耐圧容器を備え、前記母船と１次ケーブルにより連結され、前記海底ロボットと２次ケーブルにより連結され、前記１次ケーブルの水中抵抗力が前記海底ロボットまで伝達されることを防止するディプレッサー；
   を含み、
   前記複数の第１耐圧容器は球形であり、ロボットの本体フレームに取り付けられ、前記複数の第２耐圧容器はシリンダー状であり、複数の左右ロボット足の間にそれぞれに取り付けられ、前記第３耐圧容器はシリンダー状であり、ディプレッサープラットホーム内に取り付けられることを特徴とする深海探査用の多関節海底ロボットシステム。
2. 前記海底ロボットは、連結部を介して前記複数の第１耐圧容器を搭載する前記ロボット本体フレーム；
   耐圧水密のための油入り関節リンクを備え、４自由度（４ＤＯＦ）により作動され、水中遊泳と歩行のために流線型形状を有する三組の足及びロボットの腕；
   フランジを介して前記ロボット本体フレームに前記複数の第１耐圧容器を結合する本体及び足連結部；及び
   前記２次ケーブルの電源線、光ケーブル、イーサネットケーブルを分配するロボット本体接続箱；
   を含み、
   前記三組のロボットの腕のそれぞれは、前記三組の足の先に線形駆動機で作動されるグリッパーを用いることを特徴とする請求項１に記載の深海探査用の多関節海底ロボットシステム。
3. 前記海底ロボットは、水中で浮力調節ができるように下部に電磁石方式の浮力調節装置が取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の深海探査用の多関節海底ロボットシステム。
4. 前記ロボット本体接続箱は、流量状態確認及び配線連結のために開放面に透明強化プラスチックを適用し、第１漏水センサーを内蔵することを特徴とする請求項２に記載の深海探査用の多関節海底ロボットシステム。
5. 前記ディプレッサーは、前記１次ケーブルを介して電源と光通信とが印加され、分離し、前記電源を変圧器に伝達し、前記光通信を前記第３耐圧容器に分配するディプレッサー接続箱；及び前記変圧器を実装及び保護する変圧器箱；を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の深海探査用の多関節海底ロボットシステム。
6. 前記ディプレッサー接続箱は、前記変圧器で降圧された電源が印加され、直流電源に変換する整流器；及び第２漏水センサー；を内蔵することを特徴とする請求項５に記載の深海探査用の多関節海底ロボットシステム。
7. 前記変圧器箱は、前記１次ケーブルを介して伝送される高電圧の交流を低電圧の交流に変換する前記変圧器；及び
   第３漏水センサー；を内蔵することを特徴とする請求項５に記載の深海探査用の多関節海底ロボットシステム。
8. 前記海底ロボットは、前記整流器で変換された直流電源が印加され、充電するバッテリー；及び
   前記変換された直流電源が印加され、降圧して、ロボット本体の各装備に供給するＤＣ／ＤＣコンバーター；
   を更に含み、
   前記バッテリーは、一組の半球形態のガラス球間に所定高さの帯が備えられた耐圧球を適用することを特徴とする請求項６に記載の深海探査用の多関節海底ロボットシステム。
9. 多関節海底ロボット、ディプレッサー及び母船を含む海底探査システムのガラス球耐圧容器において、
   前記多関節海底ロボットが、深海の水圧に耐えるようにし、内蔵された装置を海水の浸水から保護する複数の第１及び第２耐圧容器；及び
   前記ディプレッサーが、深海の水圧に耐えるようにし、内蔵された装置を海水の浸水から保護する第３耐圧容器；
   前記海底ロボットに取り付けられるバッテリーに適用される一組の半球形態のガラス球間に所定高さの帯が備えられた耐圧球；
   を含み、
   前記複数の第１耐圧容器は球形であり、ロボット本体フレームに取り付けられ、前記複数の第２耐圧容器はシリンダー状であり、複数の左右ロボット足の間にそれぞれに取り付けられ、前記第３耐圧容器はシリンダー状であり、ディプレッサープラットホーム内に取り付けられることを特徴とするチタンバンドを含むガラス球耐圧容器。
10. 前記複数の第１耐圧容器のそれぞれは、
    一組の耐圧ガラス半球；前記一組の耐圧ガラス半球間に位置し、複数の水中コネクターがそれぞれ取り付けられる複数のコネクター連結シリンダー；
    前記耐圧ガラス半球の破損を防止する組み立て部；及び
    前記耐圧ガラス半球内部に装備を取り付けるジグ固定部；
    を含むことを特徴とする請求項９に記載のチタンバンドを含むガラス球耐圧容器。
11. 前記複数のコネクター連結シリンダーは、チタン材質であり、
    前記耐圧ガラス半球は、ＰＥ素材であることを特徴とする請求項１０に記載のチタンバンドを含むガラス球耐圧容器。
12. 前記複数の第２耐圧容器のそれぞれは、
    シリンダー中央部に位置する水中コネクター；
    モータードライバーを搭載するモータードライバー固定ジグ；
    シリンダーキャップとシリンダー内壁との接触部位の水密を保障する二重Ｏ−リング；及び
    前記複数の左右ロボット足の間のそれぞれに前記複数の第２耐圧容器のそれぞれを固定するフランジ；
    を含むことを特徴とする請求項９に記載のチタンバンドを含むガラス球耐圧容器。
13. 前記第３耐圧容器は
    シリンダー両側に取り付けられるシリンダーキャップ；
    前記第３耐圧容器と前記シリンダーキャップとを連結して締結するＶ−バンド；
    前記Ｖ−バンドに取り付けられる水中コネクター；及び
    電機電子部を搭載する電機電子部固定ジグ；
    を含むことを特徴とする請求項９に記載のチタンバンドを含むガラス球耐圧容器。
14. 前記複数の第１耐圧容器は、水中電子装備、カメラ電子装備、パンチルトＨＤカメラ、モーター及び接続箱電子装備及び照明電子装備のそれぞれを内部に取り付けて、耐圧及び水密機能を行うことを特徴とする請求項９に記載のチタンバンドを含むガラス球耐圧容器。
15. 前記複数の第１耐圧容器中、前記カメラ電子装備及び前記パンチルトＨＤカメラが内部に取り付けられる場合、
    前記一組の耐圧ガラス半球は透過性を有し、歪曲防止のためにポリシング処理されることを特徴とする請求項１４に記載のチタンバンドを含むガラス球耐圧容器。