JP7137342B2 - 自律型無人潜水機 - Google Patents

Description

本発明は、海底パイプラインや海底の構造物などの検査を行う自律型無人潜水機に関する。

海底パイプラインや海底の構造物などは、腐食や劣化の具合等を定期的に検査する必要がある。例えば特許文献１には、海底パイプラインに沿って航走しながら当該海底パイプラインを検査する自律型無人潜水機（ＡＵＶ：Autonomous Underwater Vehicle。以下、ＡＵＶともいう。）が開示されている。

特許文献１に開示されたＡＵＶは、検査対象物としての海底パイプラインを辿りながら航走する潜水機本体と、基端部が潜水機本体の後部に連結された多関節のロボットアームと、当該ロボットアームの先端部に取り付けられた検査用ツール部と、制御部を備える。制御部は、ロボットアームの複数の駆動部を制御して、検査用ツール部が海底パイプラインに対して所定の位置関係となるようにロボットアームを作動させる。

特許第５８０６５６８号公報

上述したＡＵＶでは、検査対象物に対する潜水機本体の向きが航走中に変化した場合でも、ロボットアームの各駆動部が駆動して、検査対象物に対する検査用ツール部の向きを目標の向きに維持することができる。これにより、検査精度の向上が期待できる。ところで、上述のＡＵＶにおいて、ロボットアームの各駆動部の作動には、潜水機本体に内蔵されたバッテリの電力が用いられる。バッテリの電力が少なくなると、バッテリの充電のためにＡＵＶを浮上させる必要が生じる。このため、検査作業を効率よく進めるためには、ＡＵＶのバッテリの電力の消費をできるだけ抑制することが望まれる。

そこで、本発明は、内蔵されたバッテリの電力の消費を抑えつつ、検査対象物を精度よく検査することができるＡＵＶを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るＡＵＶは、水中または水底に位置する検査対象物に沿って航走する潜水機本体と、前記潜水機本体から延びるアームと、前記検査対象物に対して接触する接触部および前記検査対象物を検査する検査機器を有する検査用ツール部と、前記アームと前記検査用ツール部の間に設けられた、少なくとも１軸周りに前記アームに対する前記検査用ツール部の受動的な相対回転を許容する受動関節と、を備える。

上記の構成によれば、検査対象物に対する潜水機本体の向きが多少変化しても、少なくとも１軸周りについては、アームに対して検査用ツール部が受動的に相対回転するので、アクチュエータを用いずに潜水機本体の回転変位が検査用ツール部に伝わるのを抑制することができる。これにより、少なくとも１軸周りについては、検査対象物に対する検査用ツール部の向きを維持することができる。従って、潜水機本体に内蔵されたバッテリの電力の消費を抑えつつ、検査対象物を精度よく検査することができる。

上記のＡＵＶにおいて、前記受動関節は、互いに垂直な３軸周りに前記アームに対する前記検査用ツール部の受動的な相対回転を許容してもよい。この構成によれば、検査対象物に対する潜水機本体の向きがどのような方向に変化しても、潜水機本体の回転変位が検査用ツール部に伝わるのをより抑制することができる。

上記のＡＵＶにおいて、前記検査対象物は、水中または水底において所定の方向に延在し、前記接触部は、前記検査対象物を幅方向に挟み込むように前記検査対象物に接触し、前記少なくとも１軸は、前記検査対象物が延在する延在方向と前記幅方向の双方に垂直であってもよい。この構成によれば、接触部が検査対象物を幅方向に挟み込むように検査対象物に接触する。このため、検査対象物に対する潜水機本体の向きが、検査対象物の延在方向と幅方向の双方に垂直な軸周りに変化した場合でも、検査対象物からその幅方向に接触部に作用する接触力により、受動関節が、当該軸周りに検査用ツール部が回転しないよう、アームに対する検査用ツール部の受動的な相対回転を許容することができる。

上記のＡＵＶにおいて、前記接触部が前記検査対象物に対して接触しないとき、前記少なくとも１軸周りの前記アームに対する前記検査用ツール部の回転位置は中立位置にあり、前記中立位置から前記検査用ツール部が前記アームに対して相対回転したときに、前記検査用ツール部を前記中立位置に戻す方向の付勢力を発生させる付勢部材を備えてもよい。この構成によれば、接触部が検査対象物に対して接触しないとき、アームに対する検査用ツール部の回転位置を中立位置にするため、検査用ツール部を所望の姿勢とした状態で検査対象物に対し近づけることができる。

上記のＡＵＶにおいて、前記潜水機本体は、前記接触部を前記検査対象物に対して接触させる作業位置と、前記作業位置よりも前記潜水機本体に近い待機位置との間で、前記検査用ツール部が移動するよう前記アームを駆動する駆動部と、前記潜水機本体の正面から見て、前記検査用ツール部が前記待機位置にあるときの前記アームが隠れるように、当該アームと重なるカバー部と、を有してもよい。この構成によれば、検査用ツール部が待機位置にあるとき、アームが受ける水の抵抗を抑制することができる。

上記のＡＵＶにおいて、前記検査用ツール部は、前記接触部が前記検査対象物に対して接触したことを検知する接触検知部を有してもよい。この構成によれば、接触検知部の信号を利用して、検査用ツール部が検査対象物を検査可能な状態となったか否かを即座に判断することができる。

上記のＡＵＶにおいて、前記潜水機本体は、前記検査用ツール部が移動するよう前記アームを駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御装置と、を有し、前記接触部が前記検査対象物に押し付けられる押付力が大きいほど、前記受動関節と前記接触部の間の間隔を狭める間隔変更機構と、前記間隔を検知する間隔検知部を備え、前記制御装置は、前記間隔検知部が検知した検知信号に基づき、前記間隔が所定の範囲内に収まるように前記駆動部を制御してもよい。この構成によれば、受動関節と接触部の間の間隔を所定の範囲内に収めるため、接触部が検査対象物を押し付けすぎたり、接触部が検査対象物から離れたりすることを抑制することができる。

上記のＡＵＶにおいて、前記検査用ツール部は、水の流れを受けて前記接触部を前記検査対象物に対して押し付ける方向に力を発生させる羽根部材を有してもよい。この構成によれば、潜水機本体が航走することにより羽根部材の周りに水の流れが生じる。この水の流れを受けて羽根部材が発生する力により、接触部が検査対象物に対して押し付けられるため、接触部が検査対象物から離れにくくすることができる。

上記のＡＵＶにおいて、前記検査用ツール部は、前記羽根部材が発生する力が所定の範囲内に保たれるように、前記羽根部材が受ける水の流速に応じて、前記検査対象物に対する前記羽根部材の傾きを変更する傾き変更機構を有してもよい。この構成によれば、羽根部材の傾きを変えて、接触部が検査対象物に対して押し付ける力が大きくなり過ぎないようにすることができる。

本発明によれば、内蔵されたバッテリの電力の消費を抑えつつ、検査対象物を精度よく検査することができるＡＵＶを提供することができる。

本発明の一実施形態に係るＡＵＶの斜視図である。 図１に示すＡＵＶの下部を示す部分側面図である。 図１に示すＡＵＶのロボットアームの先端部近傍と検査用ツール部の斜視図である。 図３に示す検査用ツール部の検査対象物に対する接触状態を説明するための検査用ツール部の部分正面図である。 図３に示す検査用ツール部の間隔変更機構を説明するための検査用ツール部の模式的側面図である。 図１に示すＡＵＶの制御系統の構成を示すブロック図である。 図３に示す検査用ツール部の傾き変更機構を説明するための検査用ツール部の模式的側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係るＡＵＶについて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るＡＵＶ１の斜視図である。本実施形態では、ＡＵＶ１は、水中において航走しながら水中または水底に位置する検査対象物を検査する。本実施形態では、検査対象物は、海底パイプラインＸであり、水中または水底において所定の方向に延在し、延在方向に対して垂直な断面が円形の外表面を有する。なお、本願の明細書および特許請求の範囲において、「水」とは、例えば海や湖などＡＵＶ１が航走可能な液体を意味しており、例えば「水中」は、海中や湖中などを含む。

ＡＵＶ１は、潜水機本体２と、当該潜水機本体２から延びるロボットアーム３と、ロボットアーム３により移動する検査用ツール部４とを備える。本実施形態では、検査用ツール部４を海底パイプラインＸに接触させながら、潜水機本体２が海底パイプラインＸに対して非接触状態で海底パイプラインＸに沿って航走する。

潜水機本体２には、航走方向に対する通常の姿勢が定められている。以下の潜水機本体２についての説明では、通常の姿勢における潜水機本体２の航走方向前方、航走方向の反対方向を後方、航走方向左側を左側、航走方向右側を右側、航走方向上側を上側、航走方向下側を下側と定義する。ここで、航走方向に対する通常の姿勢とは、潜水機本体２が航走方向に対して斜め向きの潮流があるような水中を航走する際に、潜水機本体２が潮流に沿うように航走方向に対して斜め向きの姿勢をとるような例外的な場合の姿勢を除く意味である。

潜水機本体２は、バッテリを収容する本体部１０と、当該本体部１０に設けられた推力発生装置１１と、当該推力発生装置１１を制御する制御装置１２を有する。本体部１０は、その前部が水の抵抗の少ない流線型をなしており、また、本体部１０の上部および下部は、互いに平行な平面状に形成されている。

推力発生装置１１は、主推進用のスラスタ、および姿勢制御や軌道の微修正等に使用されるスラスタを含む。なお、図１では主推進用スラスタのみ示し、それ以外のスラスタは省略する。

制御装置１２は、本体部１０が海底パイプラインＸに対して非接触状態でこの海底パイプラインＸを辿りながら航走するように推力発生装置１１を制御する。本実施形態では、潜水機本体２が、当該本体部１０に対する海底パイプラインＸの位置を特定または推定するための検査対象物情報を得るための検出部１３を有する。そして、制御装置１２は、得られた検査対象物情報に基づき、本体部１０が海底パイプラインＸに対して非接触状態でこの海底パイプラインＸを辿りながら航走するように推力発生装置１１を制御する。

本実施形態では、検出部１３は、第１検出部１３ａと２つの第２検出部１３ｂを含む。第１検出部１３ａは、マルチビームソーナであり、図１に示すように、本体部１０の前側下部に設けられ、主に中距離前方の検査対象物情報を収集するためのものである。この中距離前方の検査対象物情報とは、海底パイプラインＸ及びその周辺の中距離の状況、例えば中距離前方の海底パイプラインＸの曲がり具合に関する情報である。

２つの第２検出部１３ｂは、形状把握用レーザであり、図１に示すように、本体部１０の下面において前後に互いに離間して設けられている。この２つの形状把握用レーザは、互いの相対位置の差に基づいて、主に近距離前方の検査対象物情報を収集するためのものである。この近距離前方の検査対象物情報とは、海底パイプラインＸ及びその周辺の近距離の状況、例えば近距離前方の海底パイプラインＸの曲がり具合に関する検査対象物情報を収集するためのものである。

図２は、ＡＵＶ１の下部を示す部分側面図である。図２に示すように、ロボットアーム３は、第１～第７リンク２１～２７が連結して構成される。ロボットアーム３は、６軸の垂直多関節型のロボットアームであり、基端側から先端側に向かって、第１～第６関節３１～３６を有する。

第１リンク２１が第１関節３１により潜水機本体２に相対回転可能に連結される。第２リンク２２が第２関節３２により第１リンク２１に相対回転可能に連結される。第３リンク２３が第３関節３３により第２リンク２２に相対回転可能に連結される。第４リンク２４は、第２リンク２２と第３リンク２３とともに、平行リンク機構を構成する。すなわち、第２リンク２２に対する第３リンク２３の位置が決まると、第３リンク２３に対する第４リンク２４の位置は、一意に定まる。第５リンク２５が第４関節３４により第４リンク２４に相対回転可能に連結される。第６リンク２６が第５関節３５により第５リンク２５に相対回転可能に連結される。第７リンク２７が第６関節３６により第６リンク２６に相対回転可能に連結される。

第１リンク２１は、本体部１０の下面より下方に位置する。第１リンク２１は、第１関節３１を介して本体部１０の下面に垂直な第１軸Ｃ１周りに回転可能に、本体部１０に連結される。第１関節３１には、図２で図示しない第１駆動部６１（図６参照）が設けられている。第１駆動部６１は、本体部１０に対して第１軸Ｃ１周りに第１リンク２１を回転駆動する。

第２リンク２２は、第２関節３２を介して第１軸Ｃ１に垂直な第２軸Ｃ２周りに回転可能に、第１リンク２１に連結される。第２関節３２には、図２で図示しない第２駆動部６２（図６参照）が設けられている。第２駆動部６２は、第１リンク２１に対して第２軸Ｃ２周りに第２リンク２２を回転駆動する。

第３リンク２３は、一対の互いに平行な長尺の第３リンク部材２３ａ，２３ｂで構成される。一対の第３リンク部材２３ａ，２３ｂの長手方向の一端は、それぞれ、第１軸Ｃ１および第２軸Ｃ２の双方に垂直な第３軸Ｃ３ａ，Ｃ３ｂ周りに回転可能に第２リンク２２に連結される。また、一対の第３リンク部材２３ａ，２３ｂの長手方向の他端は、それぞれ、第３軸Ｃ３ａ，Ｃ３ｂに平行な第４軸Ｃ４ａ，Ｃ４ｂ周りに回転可能に第４リンク２４に連結される。

第３関節３２には、図２で図示しない第３駆動部６３（図６参照）が設けられている。第３駆動部６３は、第２リンク２２に対して第３軸Ｃ３ａ周りに第３リンク部材２３ａを回転駆動する。上述したように、第４リンク２４は、第２リンク２２と第３リンク２３とともに平行リンク機構を構成するため、第３リンク部材２３ａが回転すると、第３リンク部材２３ａに対し平行な状態を維持するように第３リンク部材２３ｂも回転する。すなわち、第３軸Ｃ３ａ，Ｃ３ｂのうち、第３軸Ｃ３ａは駆動軸であり、第３軸Ｃ３ｂは従動軸である。

第５リンク２５は、第４関節３４を介して第４軸Ｃ４ａ周りに回転可能に、第４リンク２４に連結される。第６リンク２６は、第５関節３５を介して第４軸Ｃ４ａに垂直な第５軸Ｃ５周りに回転可能に、第５リンク２５に連結される。第７リンク２７は、第６関節３６を介して第４軸Ｃ４ａおよび第５軸Ｃ５の双方に垂直な第６軸Ｃ６周りに回転可能に、第６リンク２６に連結される。第７リンク２７には検査用ツール部４が接続される。

上述したように、第１～第３関節３１～３３には第１～第３駆動部６１～６３がそれぞれ設けられているため、第１～第３関節３１～３３は、能動関節である。第１～第３駆動部６１～６３は、例えばサーボモータであり、第１～第３関節３１～３３にはサーボモータの回転角度位置を検出する位置センサ（図示略）がそれぞれ設けられている。制御装置１２は、位置センサからの回転角度位置情報に基づき、第１～第３駆動部６１～６３を制御する。

以下の説明では、ロボットアーム３における、潜水機本体２に対する位置の制御が可能な部分、すなわち、第１～第４リンク２１～２４を、能動アーム部３ａと呼ぶこととする。能動アーム部３ａは、本発明の「アーム」に相当し、能動アーム部３ａを駆動する第１～第３駆動部６１～６３は、本発明の「駆動部」に相当する。

一方、第４～第６関節３４～３６には、第１～第３関節３１～３３とは異なり駆動部が設けられていない。すなわち、第４～第６関節３４～３６は、受動関節である。これら第４～第６関節３４～３６は、能動アーム部３ａに対する検査用ツール部４の受動的な相対回転を許容する。

以下の説明では、ロボットアーム３における第５～第７リンク２５～２７を、受動アーム部３ｂと呼ぶこととする。

本実施形態では、検査用ツール部４を用いた検査作業を行うとき、制御装置１２は、検査用ツール部４を、海底パイプラインＸに対して接触させる位置（作業位置）Ｐ１に移動するよう能動アーム部３ａを作動させる。

基端側の第１～第３関節３１～３３（すなわち能動関節）と先端側の第４～第６関節３４～３６（すなわち、受動関節）の間に配置された第３リンク２３（具体的には第３リンク部材２３ａ，２３ｂ）は、他のリンクよりも長く形成される。具体的には、制御装置１２は、本体部１０が海底パイプラインＸを辿る際に当該海底パイプラインＸに対して接触しないように、本体部１０が海底パイプラインＸから所定の距離（範囲）を確保しながら海底パイプラインＸを辿るよう推力発生装置１１を制御する。そして、第３リンク２３は、海底パイプラインＸから所定の距離離れた本体部１０からでも検査用ツール部４を海底パイプラインＸから接触させるのに十分な長さを有する。

また、制御装置１２は、検査用ツール部４を用いた検査を行わないとき（例えば検査作業を行うために海底パイプラインＸにアプローチするときや、検査の途中または終了後に海底パイプラインＸの近傍から浮上するときなど）、図２に二点鎖線で示すように、作業位置Ｐ１よりも潜水機本体２に近い予め定めた位置（待機位置）Ｐ２に、検査用ツール部４を待機させるよう能動アーム部３ａを作動させる。本実施形態では、待機位置Ｐ２は、第２軸Ｃ２が潜水機本体２の前後方向に延び、さらに第３リンク２３が潜水機本体２の前後方向に水平に延びるときの検査用ツール部４の位置である。

図２に示すように、本体部１０の下面には、当該下面から下方に突き出たカバー部１４が設けられている。カバー部１４は、潜水機本体２が航走するときにロボットアーム３が受ける水の抵抗を低減するためのものである。カバー部１４は、その前部から側部にかけて、水の抵抗の少ない流線型をなしている。また、カバー部１４の後部は、開口しており、当該開口部分から能動アーム部３ａが後方に突き出ている。カバー部１４と能動アーム部３ａとは、能動アーム部３ａが予め定めた動作範囲内で動作する際に干渉しないように構成される。

カバー部１４は、潜水機本体２の正面から見て（本実施形態では、潜水機本体２が航走するときの航走方向前方から見て）、検査用ツール部４が待機位置Ｐ２にあるときの能動アーム部３ａが隠れるように、能動アーム部３ａと重なる。このため、検査用ツール部４が待機位置Ｐ２にあるとき、能動アーム部３ａが受ける水の抵抗を抑制することができる。

図３は、ロボットアーム３の先端部近傍と検査用ツール部４の斜視図である。受動アーム部３ｂの各リンク２５～２７は、検査用ツール部４が海底パイプラインＸに接触していないとき、能動アーム部３ａの先端部である第４リンク２４に対して予め定めた中立位置にくるように構成される。具体的には、受動アーム部３ｂには、一対の第１付勢部材３４ａ，３４ｂと、一対の第２付勢部材３５ａ，３５ｂと、一対の第３付勢部材３６ａ，３６ｂが設けられている。一対の第１付勢部材３４ａ，３４ｂ、一対の第２付勢部材３５ａ，３５ｂ、一対の第３付勢部材３６ａ，３６ｂは、例えばコイルばねである。

一対の第１付勢部材３４ａ，３４ｂは、その一端が第４リンク２４に固定され、その他端が第５リンク２５に固定される。一対の第１付勢部材３４ａ，３４ｂは、それぞれ第４軸Ｃ４ａを挟むように互いに平行に設けられており、第４リンク２４に対する第５リンク２５の回転位置が所定の中立位置にあるときに、互いの付勢力が釣り合った状態にある。そして、第５リンク２５が中立位置から第４リンク２４に対して相対回転したときに、一対の第１付勢部材３４ａ，３４ｂは、第５リンク２５を中立位置に戻す方向の付勢力を発生させる。

一対の第２付勢部材３５ａ，３５ｂは、その一端が第５リンク２５に固定され、その他端が第６リンク２６に固定される。一対の第２付勢部材３５ａ，３５ｂは、それぞれ第５軸Ｃ５を挟むように互いに平行に設けられており、第５リンク２５に対する第６リンク２６の回転位置が所定の中立位置にあるときに、互いの付勢力が釣り合った状態にある。そして、第６リンク２６が中立位置から第５リンク２５に対して相対回転したときに、一対の第２付勢部材３５ａ，３５ｂは、第６リンク２６を中立位置に戻す方向の付勢力を発生させる。

一対の第３付勢部材３６ａ，３６ｂは、その一端が第６リンク２６に固定され、その他端が第７リンク２７に固定される。一対の第３付勢部材３６ａ，３６ｂは、それぞれ第６軸Ｃ６を挟むように互いに平行に設けられており、第６リンク２６に対する第７リンク２７の回転位置が所定の中立位置にあるときに、互いの付勢力が釣り合った状態にある。そして、第７リンク２７が中立位置から第６リンク２６に対して相対回転したときに、一対の第３付勢部材３６ａ，３６ｂは、第７リンク２７を中立位置に戻す方向の付勢力を発生させる。

検査用ツール部４は、第７リンク２７に固定されたフレーム４１と、フレーム４１に支持された海底パイプラインＸに対して接触する接触部としての４つの車輪４２を備える。本実施形態において、フレーム４１は、複数の骨部材などが連結されて構成されている。４つの車輪４２は、海底パイプラインＸに沿って海底パイプラインＸ上を走行するように配置される。

以下の検査用ツール部４についての説明では、検査用ツール部４が海底パイプラインＸ上を走行するときの走行方向を前方、走行方向の反対方向を後方、走行方向左側を左側、走行方向右側を右側、走行方向上側を上側、走行方向下側を下側と定義する。

図４は、検査用ツール部４の海底パイプラインＸに対する接触状態を説明するための検査用ツール部４の部分正面図である。本実施形態では、フレーム４１の前側で、４つの車輪４２のうちの２つの車輪（前側車輪）４２ａが、検査用ツール部４の左右方向に対向するように位置しており、フレーム４１の後ろ側で、４つの車輪４２のうちの残りの２つの車輪（後側車輪）４２ｂが、検査用ツール部４の左右方向に対向するように位置する（例えば図２参照）。

一対の前側車輪４２ａは、海底パイプラインＸを幅方向に挟み込むように海底パイプラインＸに接触する。同様に、一対の後側車輪４２ｂも、海底パイプラインＸを幅方向に挟み込むように海底パイプラインＸに接触する。また、一対の前側車輪４２ａおよび一対の後側車輪４２ｂのそれぞれの回転面は、海底パイプラインＸの中央部分に向かって延びるように配される。言い換えれば、各車輪４２の回転軸は、検査用ツール部４の左右方向における中央側に向かうにつれて上方に位置するように傾く。

また、フレーム４１には、第１および第２カメラ４３，４３が支持されている。図４に示すように、第１および第２カメラ４３，４３は、４つの車輪４２が海底パイプラインＸに接触しているときに、海底パイプラインＸの左右の各側面を撮像する。作業者は、その撮像された映像を見て、海底パイプラインＸの左右の各側面を目視検査できる。

また、フレーム４１には、第３カメラ４４が支持されている。図３に示すように、第３カメラ４４は、４つの車輪４２が海底パイプラインＸに接触しているときに、海底パイプラインＸの上面を撮像する。作業者は、その撮像された映像を見て、海底パイプラインＸの上面を目視検査できる。

また、フレーム４１には、海底パイプラインＸを検査するための検査機器として、防食検査器４５が支持されている。この防食検査器４５は、海底パイプラインＸの全長に亘って防食処置（例えば防食塗装）の劣化の程度を検査するためのものであり、電位測定用プローブ４５ａとリモート電極（図示略）とを有している。電位測定用プローブ４５ａは、その先端部が海底パイプラインＸの上面に近づくよう配置されている。

また、検査用ツール部４は、４つの車輪４２が海底パイプラインＸに押し付けられる押付力が大きいほど、受動アーム部３ｂと車輪４２の間の間隔Ｈの間の間隔Ｈを狭める間隔変更機構５０を備える。間隔変更機構５０について、図５（Ａ）～（Ｃ）を参照して説明する。

図５（Ａ）は、検査用ツール部４の間隔変更機構５０を説明するための検査用ツール部４の模式的側面図である。なお、図５（Ａ）～（Ｃ）において、間隔変更機構５０とは関係しない検査用ツール部４の構成要素は省略している。検査用ツール部４のフレーム４１は、第７リンク２７に固定された第１フレーム部５１と、４つの車輪４２を支持する第２フレーム部５２を有する。本実施形態では、間隔変更機構５０は、これら第１フレーム部５１および第２フレーム部５２と、第１フレーム部５１と第２フレーム部５２との間にそれぞれ設けられた接続部材５３と付勢部材５４を有する。

第１フレーム部５１と第２フレーム部５２とは、検査用ツール部４の上下方向に相対変位可能に連結されている。本実施形態では、第１フレーム部５１が第２フレーム部５２に対して第４軸Ｃ４ａに平行な軸周りに回動するように、接続部材５３に連結されている。接続部材５３は、長尺状の部材であり、第１フレーム部５１と第２フレーム部５２とを連結する。接続部材５３の長手方向の一端は、第４軸Ｃ４ａに平行な軸Ｄ１周りに回転可能に第１フレーム部５１に連結され、また、接続部材５３の長手方向の他端は、第４軸Ｃ４ａに平行な軸Ｄ２周りに回転可能に第２フレーム部５２に連結される。

付勢部材５４は、例えばコイルばねであり、第１フレーム部５１と第２フレーム部５２とを連結し、上述の間隔Ｈに応じて付勢力を発生させる。具体的には、４つの車輪４２が接触することで、間隔Ｈが狭まると、付勢部材５４は当該間隔Ｈに応じた付勢力を発生させる。第２フレーム部５２は、付勢部材５４の付勢力により海底パイプラインＸに対して押圧される。このため、後述するように、制御装置１２は、検査用ツール部４を適切な力で海底パイプラインＸに押圧するように、付勢部材５４の一端と他端の間隔を調整するよう能動アーム部３ａを作動させる。

また、能動アーム部３ａが作動して４つの車輪４２が海底パイプラインＸに接触したときに、間隔変更機構５０は、受動アーム部３ｂと４つの車輪４２の間の間隔を変化させる。このため、間隔変更機構５０は、海底パイプラインＸに対する車輪４２の衝撃力を吸収する衝撃吸収機構としても機能する。

検査用ツール部４は、４つの車輪４２の少なくとも１つが海底パイプラインＸに対して接触したことを検知する接触検知部５５（図６参照）を有する。接触検知部５５は、例えばリミットスイッチである。接触検知部５５は、例えば４つの車輪４２のそれぞれに対して設けられる。

また、検査用ツール部４は、間隔変更機構５０によって変更される間隔Ｈを検知する第１間隔検知部５６および第２間隔検知部５７を有する。

本実施形態では、制御装置１２は、間隔変更機構５０によって変更される間隔Ｈが予め定めた目標間隔範囲内に収まるように、能動アーム部３ａの動作を制御する。例えば、第１間隔検知部５６および第２間隔検知部５７は、それぞれ間隔Ｈが上述の目標間隔範囲の上限値および下限値に到達したときの接続部材５３の位置を検出するリミットスイッチである。

図５（Ｂ）は、間隔変更機構５０によって変更される間隔Ｈが目標間隔範囲の下限値に到達した状態を示し、図５（Ｃ）は、間隔変更機構５０によって変更される間隔Ｈが目標間隔範囲の上限値に到達した状態を示す。第１間隔検知部５６は、間隔変更機構５０によって変更される間隔Ｈが上述の目標間隔範囲の下限値に到達したことを検知する（図５（Ｂ）参照）。また、第２間隔検知部５７は、間隔変更機構５０によって変更される間隔Ｈが上述の目標間隔範囲の上限値に到達したことを検知する（図５（Ｃ）参照）。

接触検知部５５、第１間隔検知部５６および第２間隔検知部５７は、例えば第２フレーム部５２に支持されている。接触検知部５５、第１間隔検知部５６および第２間隔検知部５７がそれぞれ検知した検知信号は、制御装置１２に送られる。制御装置１２は、接触検知部５５、第１間隔検知部５６および第２間隔検知部５７がそれぞれ検知した検知信号に基づき、第１～第３駆動部６１～６３を制御する。

図６は、ＡＵＶ１の制御系統の構成を示すブロック図である。制御装置１２は、上述したように、第１検出部１３ａおよび第２検出部１３ｂにより得られた検査対象物情報に基づき、本体部１０が海底パイプラインＸに対して非接触状態でこの海底パイプラインＸを辿りながら航走するように推力発生装置１１を制御する。

また、制御装置１２は、検査用ツール部４が海底パイプラインＸに対して予め設定された目標位置関係となるように、第１～第３駆動部６１～６３を駆動して、能動アーム部３ａを動作させる。なお、本実施形態における検査用ツール部４が海底パイプラインＸに対する目標位置関係とは、検査用ツール部４が海底パイプラインＸの中心軸線の略真上であって、海底パイプラインＸの上面と接触した状態で走行する位置関係をいう。

また、制御装置１２は、第１間隔検知部５６および第２間隔検知部５７から得た検知信号に基づき、間隔変更機構５０によって変更される間隔Ｈが予め定めた目標間隔範囲内に収まるように、能動アーム部３ａの動作を制御する。

具体的には、図５（Ｂ）に示すように、第１間隔検知部５６が間隔Ｈが上述の目標間隔範囲の下限値に到達したことを検知すると、制御装置１２は、第１間隔検知部５６から得た検知信号に基づき、能動アーム部３ａの先端部を海底パイプラインＸから遠ざかるように第３駆動部６３を駆動する。また、図５（Ｃ）に示すように、第２間隔検知部５７が間隔Ｈが上述の目標間隔範囲の上限値に到達したことを検知すると、制御装置１２は、第２間隔検知部５７から得た検知信号に基づき、能動アーム部３ａの先端部を海底パイプラインＸに近づけるように第３駆動部６３を駆動する。こうして、受動アーム部３ｂと車輪４２の間の間隔Ｈを所定の範囲内に収めるため、受動アーム部３ｂが海底パイプラインＸを押し付けすぎたり、受動アーム部３ｂが海底パイプラインＸから離れたりすることを抑制することができる。

また、図２および図３に示すように、検査用ツール部４は、羽根部材４６を有する。羽根部材４６は、検査用ツール部４が海底パイプラインＸに沿って走行することにより、検査用ツール部４を海底パイプラインＸに押し付ける力を発生する。なお、図４では、羽根部材４６を省略している。また、検査用ツール部４は、海底パイプラインＸに対する羽根部材４６の傾きを変更する傾き変更機構７０を有する。

図７は、検査用ツール部４の傾き変更機構７０を説明するための検査用ツール部４の模式的側面図である。図７（Ａ）は、検査用ツール部４が走行していない状態を示し、図７（Ｂ）は、検査用ツール部４が走行している状態を示す。

本実施形態では、羽根部材４６は、図７（Ａ）に示すように、検査用ツール部４の左右方向に垂直な断面形状が翼型であり、そのキャンバーラインが下に凸である。傾き変更機構７０は、左右方向に延び、羽根部材４６をフレーム４１（より詳しくは第２フレーム部５２）に回転可能に支持する軸部７１と、軸部７１より後方に設けられた付勢部材７２を有する。付勢部材７２は、例えばコイルばねであり、羽根部材４６とフレーム４１（より詳しくは第２フレーム部５２）の間に配置される。図７（Ａ）に示すように、検査用ツール部４が走行していないとき（言い換えれば、付勢部材７２に付勢力が発生していないとき）、羽根部材４６は、その前縁が後縁よりも下方に位置するように、海底パイプラインＸに対して羽根部材４６が傾いた状態にある。

図７（Ｂ）に示すように、検査用ツール部４が海底パイプラインＸの上を走行すると、羽根部材４６は、正面から水の流れを受ける。これにより、羽根部材４６の上面側の水の圧力が、羽根部材４６の下面側の水の圧力より大きくなり、羽根部材４６には全体として下向きの力が作用する。こうして、羽根部材４６が水から受ける下向きの力は、軸部７１を介してフレーム４１に伝わり、結果として、４つの車輪４２を海底パイプラインＸに押し付ける力となる。このため、検査用ツール部４が海底パイプラインＸに沿って走行する際に、４つの車輪４２を海底パイプラインＸから離れにくくすることができる。

ただし、例えば海底パイプラインＸに対する羽根部材４６の傾きが一定である場合、羽根部材４６が受ける水の流速が大きくなるほど、羽根部材４６が４つの車輪４２を海底パイプラインＸに押し付ける力は大きくなる。この押付力が過度になりすぎないように、本実施形態では、傾き変更機構７０が、羽根部材４６が受ける水の流速に応じて、海底パイプラインＸに対する羽根部材４６の傾きを変更する。

具体的には、羽根部材４６が正面から水の流れを受けると、羽根部材４６には、その周りの水により、羽根部材４６の上面側と下面側で水の圧力差が小さくなるような軸部７１周りの回転力、言い換えれば、検査用ツール部４が走行する方向（海底パイプラインＸの延在する方向）に対して傾きを低減させる回転力が作用する。一方、付与部材６２は、この回転力に抗する付勢力を発生させて、検査用ツール部４の前後方向に対する羽根部材４６の傾きが一定以上に維持する。こうして、傾き変更機構７０は、羽根部材４６が発生する力が所定の範囲内に保たれるように、羽根部材４６が受ける水の流速に応じて、海底パイプラインＸに対する羽根部材４６の傾きを変更する。これにより、車輪４２が海底パイプラインＸに対して押し付ける力が大きくなり過ぎないようにすることができる。

以上に説明した本実施形態に係るＡＵＶ１によれば、ロボットアーム３の第４～第６関節３４～３６が、受動関節であり、互いに垂直な３軸Ｃ４ａ，Ｃ５，Ｃ６周りに能動アーム部３ａに対する検査用ツール部４の受動的な相対回転を許容する。これにより、海底パイプラインＸに対する潜水機本体２の向きがどのような方向に変化しても、潜水機本体２の回転変位が検査用ツール部４に伝わるのをより抑制することができる。

従って、海底パイプラインＸに対する検査用ツール部４の向きを維持することができ、その結果、内蔵されたバッテリの電力の消費を抑えつつ、海底パイプラインＸを精度よく検査することができる。

また、本実施形態では、一対の前側車輪４２ａおよび一対の後側車輪４２ｂは、それぞれ海底パイプラインＸを幅方向に挟み込むように海底パイプラインＸに接触する。このため、海底パイプラインＸに対する潜水機本体２の向きが、海底パイプラインＸの延在方向と幅方向の双方に垂直な軸（軸Ｃ６）周りに変化した場合でも、海底パイプラインＸからその幅方向に車輪４２に作用する接触力により、受動関節（第６関節３６）が、当該軸周りに検査用ツール部４が回転しないよう、能動アーム部３ａに対する検査用ツール部４の受動的な相対回転を許容することができる。

また、本実施形態では、受動アーム部３ｂには、一対の第１付勢部材３４ａ，３４ｂと、一対の第２付勢部材３５ａ，３５ｂと、一対の第３付勢部材３６ａ，３６ｂが設けられている。これにより、車輪４２が海底パイプラインＸに対して接触しないとき、能動アーム部３ａに対する検査用ツール部４の回転位置を中立位置にするため、検査用ツール部４を所望の姿勢とした状態で海底パイプラインＸに対し近づけることができる。

また、本実施形態では、検査用ツール部４が接触検知部５５を有するため、制御装置１２は、接触検知部５５の信号を利用して、検査用ツール部４が海底パイプラインＸを検査可能な状態となったか否かを即座に判断することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば検査対象物は、海底パイプラインＸに限定されず、例えば検査対象物は水中の構造物であってもよい。また、検査対象物は、海底パイプラインと異なる形状でもよく、例えば水中において上下方向に延びたものでもよい。また、検査対象物は、平面状であってもよく、この場合、４つの車輪４２の回転軸は互いに平行であってもよい。また、平面状の検査対象物など、検査対象物は、検査用ツール部４の接触部によって左右方向に挟み込むことが可能な部分を有さない場合、本発明の接触部は、検査対象物を挟み込むように接触する必要はない。

また、上記実施形態では、潜水機本体２が海底パイプラインＸに対して非接触状態でこの海底パイプラインＸを辿りながら航走したが、潜水機本体２は、検査対象物に対して接触しながら当該検査対象物に沿って航走してもよい。

また、上記実施形態では、ロボットアーム３は、互いに垂直な関節軸を有する３つの受動関節を有していたが、受動関節の数はこれに限定されず、本発明のＡＵＶは、少なくとも１軸周りに能動アーム部３ａに対する検査用ツール部４の受動的な相対回転を許容する受動関節を有していればよい。この場合でも、検査対象物に対する潜水機本体２の向きが多少変化しても、少なくとも１軸周りについては、検査対象物に対する検査用ツール部４の向きを維持することができるため、潜水機本体が内蔵するバッテリの電力の消費を抑えつつ、検査対象物を精度よく検査することができる。また、ロボットアーム３は、互いに垂直な関節軸を有する３つの受動関節を有する代わりに、アームに対する検査用ツール部４の受動的な３自由度の相対回転を許容する球関節を受動関節として有してもよい。

例えば検査対象物が平面状のものであった場合、ＡＵＶは、当該平面に垂直な軸周りの能動アーム部３ａに対する検査用ツール部４の受動的な相対回転を許容する受動関節を有さなくてもよい。

また、上記実施形態では、一対の第１付勢部材３４ａ，３４ｂが、第５リンク２５を中立位置に戻す方向の付勢力を発生させたが、このような付勢部材は一対でなくてもよく、１つであってもよい。一対の第２付勢部材３５ａ，３５ｂや一対の第３付勢部材３６ａ，３６ｂも同様である。

また、上記実施形態では、検査用ツール部４が、接触検知部５５を有していたが、検査用ツール部４は接触検知部５５を有さなくてもよい。例えば、制御装置１２は、第２間隔検知部５７からの信号（間隔Ｈが上述の目標間隔範囲の上限値に到達したことを検知する信号）がオフになったことを指標として、車輪４２が検査対象物に対して接触したと判断してもよい。

また、検査用ツール部４の間隔変更機構５０も、上記実施形態で説明された構成に限定されない。例えば、上記実施形態では、第１フレーム部５１が第２フレーム部５２に対して第４軸Ｃ４ａに平行な軸周りに回動するように、接続部材５３に連結されていたが、第１フレーム部５１は、第２フレーム部５２に対して検査用ツール部４の上下方向に直動変位可能に連結されていてもよい。

また、上記実施形態では、羽根部材４６は傾き変更可能にフレーム４１に支持されていたが、羽根部材４６は、フレーム４１に対する傾きが変更しないようフレーム４１に固定されていてもよい。また、羽根部材４６は、断面形状が翼型でなくてもよい。例えば羽根部材４６は、互いに平行な２つの主面を有する平板部材であってもよい。付勢部材５４により十分に車輪４６を検査対象物に押圧する力を確保できる場合、検査用ツール部４は、羽根部材４６を有さなくてもよい。

潜水機本体２、ロボットアーム３、および検査用ツール部の形状や構成も、上記実施形態で説明されたものに限定されるものではない。潜水機本体２は、カバー部１４を有さなくてもよい。この場合でも、検査用ツール部４を待機位置Ｐ２に位置付けることで、潜水機本体２の航走方向と第３リンク２３が延びる方向を一致させることができるため、能動アーム部３ａが受ける水の抵抗を多少抑制することができる。また、ロボットアーム３は、潜水機本体２の下部ではなく、潜水機本体２の前部または後部に連結されていてもよいし、ロボットアーム３は、６軸の多関節型のロボットアームでなくてもよく、５軸以下、あるいは７軸以上の多関節型のロボットアームでもよい。

また、検査用ツール部が有する検査機器として、上記実施形態では、防食検査器４５が挙げられたが、検査用ツール部が有する検査機器はこれに限定されない。例えば、検査用ツール部が有する検査機器は、例えば超音波を用いて海底パイプラインＸの全長に亘って肉厚を検査することができる肉厚検査器でもよい。

１ ：ＡＵＶ（自律型無人潜水機）
２ ：潜水機本体
３ａ ：能動アーム部（アーム）
３ｂ ：受動アーム部
４ ：検査用ツール部
１２ ：制御装置
１４ ：カバー部
３４ ：第４関節（受動関節）
３４ａ，３４ｂ ：第１付勢部材（付勢部材）
３５ ：第５関節（受動関節）
３５ａ，３５ｂ ：第２付勢部材（付勢部材）
３６ ：第６関節（受動関節）
３６ａ，３６ｂ ：第３付勢部材（付勢部材）
４２ ：車輪（接触部）
４５ ：防食検査器（検査機器）
４６ ：羽根部材
５０ ：間隔変更機構
５５ ：接触検知部
５６ ：第１間隔検知部（間隔検知部）
５７ ：第２間隔検知部（間隔検知部）
６０ ：傾き変更機構
６１ ：第１駆動部（駆動部）
６２ ：第２駆動部（駆動部）
６３ ：第３駆動部（駆動部）
Ｐ１ ：作業位置
Ｐ２ ：待機位置
Ｘ ：海底パイプライン（検査対象物）

Claims (9)

1. 水中または水底に位置する検査対象物に沿って航走する潜水機本体と、
   前記潜水機本体から延びるアームと、
   前記検査対象物に対して接触する接触部および前記検査対象物を検査する検査機器を有する検査用ツール部と、
   前記アームと前記検査用ツール部の間に設けられた、少なくとも１軸周りに前記アームに対する前記検査用ツール部の受動的な相対回転を許容する受動関節と、を備える、自律型無人潜水機。
2. 前記受動関節は、互いに垂直な３軸周りに前記アームに対する前記検査用ツール部の受動的な相対回転を許容する、請求項１に記載の自律型無人潜水機。
3. 前記検査対象物は、水中または水底において所定の方向に延在し、
   前記接触部は、前記検査対象物を幅方向に挟み込むように前記検査対象物に接触し、
   前記少なくとも１軸は、前記検査対象物が延在する延在方向と前記幅方向の双方に垂直である、請求項１または２に記載の自律型無人潜水機。
4. 前記接触部が前記検査対象物に対して接触しないとき、前記少なくとも１軸周りの前記アームに対する前記検査用ツール部の回転位置は中立位置にあり、
   前記中立位置から前記検査用ツール部が前記アームに対して相対回転したときに、前記検査用ツール部を前記中立位置に戻す方向の付勢力を発生させる付勢部材を備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の自律型無人潜水機。
5. 前記潜水機本体は、
   前記接触部を前記検査対象物に対して接触させる作業位置と、前記作業位置よりも前記潜水機本体に近い待機位置との間で、前記検査用ツール部が移動するよう前記アームを駆動する駆動部と、
   前記潜水機本体の正面から見て、前記検査用ツール部が前記待機位置にあるときの前記アームが隠れるように、当該アームと重なるカバー部と、を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の自律型無人潜水機。
6. 前記検査用ツール部は、前記接触部が前記検査対象物に対して接触したことを検知する接触検知部を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の自律型無人潜水機。
7. 前記潜水機本体は、前記検査用ツール部が移動するよう前記アームを駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御装置と、を有し、
   前記接触部が前記検査対象物に押し付けられる押付力が大きいほど、前記受動関節と前記接触部の間の間隔を狭める間隔変更機構と、
   前記間隔を検知する間隔検知部を備え、
   前記制御装置は、前記間隔検知部が検知した検知信号に基づき、前記間隔が所定の範囲内に収まるように前記駆動部を制御する、請求項１～６のいずれか１項に記載の自律型無人潜水機。
8. 前記検査用ツール部は、水の流れを受けて前記接触部を前記検査対象物に対して押し付ける方向に力を発生させる羽根部材を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の自律型無人潜水機。
9. 前記検査用ツール部は、前記羽根部材が発生する力が所定の範囲内に保たれるように、前記羽根部材が受ける水の流速に応じて、前記検査対象物に対する前記羽根部材の傾きを変更する傾き変更機構を有する、請求項８に記載の自律型無人潜水機。
   

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