JPH01127486A - 水中ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、水面上の指令部と水中ロボットとがケーブ
ルなどの有索で結ばれていない無人無索からなる水中ロ
ボットであって、水面上の指令部からの指令に基づいて
水中を航行し、例えば水中（海中も含む）の状況を観測
するものなどに使用される水中ロボットに関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、例えば水中（海中も含む）の状況を観測する場合
には、テレビカメラやステイルカメラなどめ逼影機器を
内蔵した有人の潜水艇か、ケーブルなどの有索で母船と
結ばれた無人の水中ロボットが使用されていた。

有人の潜水艇の場合には、潜水艇に乗り込んでいる人間
によって操縦されるため、水中の障害物を避けながら航
行できる利点がある。

また、無人で有索の水中ロボットとしては、例えば、特
開昭６１−２０００８９号公報に記載のｒ水中点検ロボ
ットｊが知られている。

この従来の水中点検ロボットは、ケーブルからなる有索
によって潅水装置が吊り下げられ、また、このケーブル
が、潜水装置の水中における移動を電気的に制御する装
置への電カケープルとしての機能と、水中における観察
結果を地上の管制局に電子的に伝送するときの伝送ケー
ブルとしての機能とを兼ね、複合ケーブルとしての特徴
を有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前記の有人の潜水艇にあっては、前述し
た利点がある反面、事故が起こった場合、これが直ちに
人命にかかわる大事故につながる恐れがあり、比較的安
全な地域の水中の観測以外は使用できなかった。又、潜
水艇に乗り込んでいる人間の健康の面から、長時間、水
中での観測ができないという問題点があった。

また、前記の有索の水中点検ロボットにあっては、複数
の機能を兼ねるケーブルがあるために、このケーブルが
妨げとなって、潜水装置の運動が自由でなく、その運動
性能が低下して、水中を観測するうえで大きな問題点と
なる。

更にまた、水中ロボットを母船とケーブルなどの有索で
結ぶ場合には、ケーブルが母船のスクリューに絡まった
り、破断したりする事故が起こっている。

このように、潜水装置（水中ロボット）の運動性能の低
下や、ケーブルがスクリューに絡まったり、破断したり
する等のトラブルの大きな原因として、有索であること
が大きな要因をなしている。

そして、特に、水流が速い場合、それが速ければ速いほ
ど、その影響は深刻になるという問題点を有している。

この発明は、上記のような問題点に鑑み、その問題点を
解決すべく創案されたものであって、その目的とすると
ころは、有人や有索の場合の欠点を解消し、しかも、無
人無索の水中ロボットでありながら、水面上の指令部か
らの指令に基づき水中を自由に航行し、さらに、水中の
障害物を自動的に回避して、例えば水中の状況を観測す
ることのできる水中ロボットを堤供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

以上の目的を達成するためにこの発明は、無人無索から
なる水中ロボットに、水面上の指令部からの指令を受け
る受信部と、水中の障害物を検出する障害物検知センサ
と、水中ロボットの傾きを調整するスラスタ−と、水中
ロボットを運動させる推進部と、水中ロボットを潜行及
び浮上させる潜行浮上機構と、上記受信部、障害物検知
センサからの情報に基づき上記スラスタ−と推進部を制
御する制御機構と、を少なくとも装備した構成よりなる
。

〔作用〕

以上のような構成を有するこの発明は次のように作用す
る。

すなわち、観測したい水域まで水中ロボットを搬送し、
その水域で水中ロボットを水中に潜行させた後、水面上
の指令部から水中ロボットに指令を出す。指令部からの
指令は受信部で受信され、その情報は制御機構に送られ
る。制御機構では情報の内容に応じて、適宜、スラスタ
−と推進部を駆動して、観測させたい水中を水中ロボッ
トで航行させる。そして、潜航する水中ロボットに、例
えば装備した観測用機器で水中の状況を観測する。

この間、水中の障害物に遭遇した場合には、障害物検知
センサで障害物を検知して、その情報が制御機構に送ら
れ、その情報の内容に応じて、適宜、スラスタ−と推進
部を駆動して、水中の障害物を自動的に回避させながら
、水中の状況を観測する。

〔実施例〕

以下、図面に記載の実施例に基づいてこの発明をより具
体的に説明する。

ここで、第１図は母船に設けられた指令部と水中の水中
ロボットを示す概要図、第２図は水中ロボットの平面図
、第３図は水中ロボットの側面図である。

図において、無人無索からなる水中ロボット１は、耐圧
容器からなるロボット本体２と、水面上の指令部３から
の指令を受ける受信部４と、水中の障害物を検出する障
害物検知センサ５と、水中の状況を観測する観測用機器
６と、水中ロボット１の傾きを調整するスラスタ−７と
、水中ロボット１を運動させる推進部８と、水中ロボッ
ト１を潜行及び浮上させる潜行浮上機構９と、上記受信
部４、障害物検知センサ５からの情ＩＩＧこ基づき上記
スラスタ−７と推進部８を制御する制御機構１０などか
ら構成されている。

耐圧容器からなるロボット本体２は、例えば比重の小さ
なＦＲＰ　（強化プラスチック）材から造られ、その内
部が中空となっている。ロボット本体２の上面側には水
面上の指令部３からの指令を受ける受信部４が装備され
ている。

受信部４は例えば超音波受信器からなり、水面上の指令
部３が設けられている母船１１からの超音波を受信する
構成となっている。このため、母船１１には超音波を発
信する超音波発信器１２が設けられている。そして、母
船１１上の指令部３からの指令が、超音波の信号に置き
（負えられて超音波発信器１２から発信され、これをロ
ボット本体２に設けられた超音波受信器としての受信部
４で受信して、指令部３からの指令を水中ロボット１に
伝えることができるようになっている。

ロボット本体２の前部側には、水中ロボット１が水中を
航行中に水底（又は海底）の障害物を検０知して自動的
に回避できるようにするために、例えば第４図（Ａ）〜
（Ｄ）に示すような障害物検知センサ５が設けられてい
る。障害物検知センサ５は超音波を利用して障害物をヰ
★知するようになっている。これは、水中ロボットｌの
前部部分に振動子をある所定の角度をもって取付けるも
ので、図において黒丸のマークが超音波センサ（超音波
振動子）である。第４図はセンサの取付は角を説明する
ための概念図であり、実際の取付は箇所は頭部ドーム１
３の上下に分けて取付は方が黒影などの邪魔にならない
。

障害物検知センサ５は、下方５−１、前斜め下方５−２
、前方５−３、前斜め上方５−４、右斜め下方５−５、
左斜め下方５−６の６個の超音波振動子から成っている
。

第４図（Ｄ）に示すように、下方５−１と前斜め下方５
−２とに設けられた障害物検知センサ５により、水底（
又は海底）が水平面となす角θ１と、前斜め下方５−２
と前方５−３に設けられた障害物検知センサからの出力
によりθ２を計算する。

ここで指令角度として、 θ　＝　　ｋ、　　θ、十　ｋ！　θ２（ｋｌ、ｋｇと
して最適な数値を選ぶ）水中ロボット１が水底面（５！
、は海底面）の地形に応じた角度データを制御機構１０
に送ることによって、上記推進部８の角度の制御が行わ
れ水底の地形に沿って、水底から一定の距離を保ちなが
ら航行することが可能となる。

また、前方５−３や、左右の５−４．５−５などの障害
物検知センサ５が障害物を検知した場合は、いち早くそ
の情報を上記のロボット本体２内部に装備された制御機
構１０に送り、障害物を回避するために右旋回、左旋回
又は上昇などを行わせる。

このような全ての判断基準は上記制御機構１０のファー
ムウェア化された制御プログラムに内蔵されており、水
中ロポソトエは自動的にこれらの判断、回避動作などを
行うようになっている。

上記の水中の状況を観測する観測用機器６は、ロボット
本体２に内蔵されており、又ロボット本体２の前部側に
設けられた頭部ドーム１３の内部に設置されている。頭
部ドーム１３は半球面の形状を有し、例えば透明な耐圧
ガラスで形成されている。観測用機器６には例えばテレ
ビカメラやステイルカメラなどが使用されるが、特に立
体的観測が要求される場合には、観測用機器６として超
音波送受信装置が使用されることもある。

この観測用機器６で観測された内容は記録装置に記録さ
れ、水中ロボット１を回収した後にロボット本体２の内
部から取り出すようになっているものや、観測用機器６
で観測された内容を、信号に置き換えて水面上の指令部
３に伝達するものがある。指令部３に伝達するタイプの
ものにあっては、水中ロボット１に発信器が設けられ、
又指令部３側の母船１１に受信器が設けられている。

上記ロボット本体２の後部には、尾翼が十字状に設けら
れ、又水中ロボット１の傾きを調整するスラスタ−７が
設けられている。スラスタ−７はロボット本体２の後部
側に形成されている。スラスタ−７は水中ロボット１の
トリム角調整用として機能する。スラスタ−７は制御機
構１０にょって制御される。

また、ロボット本体２の左右の側面には、水中ロボソ）
１を運動させる一対の推進部８が装備されている。各推
進部８は略弾頭状の形状からなるカバーによってその内
部が保護されており、その内部にはモーターやギヤなど
が内装されている。

又推進部８の後部には推進用のスクリューが設けられ、
そのスクリューの周面側には円筒状のダクトが形成され
ている。

推進部８はロボット本体２の側面に回動自在に取付けら
れていて、ロボット本体２に対して水平並びに垂直方向
に回動できるようになっている。

このため、ロボット本体２に対する推進部８の角度を変
え、更に推進部８のモーターの回転数制御により、自由
に３次元空間での動きを可能にすることができる。これ
らの推進部８の制御は制御機構１０によって行われる。

更に、ロボット本体２の内部には、水中ロボット１を潜
行及び浮上させる潜行浮上機構９が設けられている。潜
行浮上機構９には、圧縮気体ボンへ、バラストタンク９
ａなどが含まれる。バラストタンク９ａはロボット本体
２の上部側の左右両側に形成されていて、バラストタン
ク９ａに圧縮気体ボンベから圧搾空気を送り込んで内部
の水や海水を排出させたり、バラストタンク９ａに水や
海水を注入したりする電磁弁の開閉制御によって、水中
ロボット１の水中重量を調整し、水中ロボット１の潜行
及び浮上を可能にしている。

潜行浮上機構９の制御は制御機構１０で行われ、水中ロ
ボット１の潜行浮上などの動作は指令部３が設けられた
母船１１からの指令により、超音波で伝えられるが、別
個のタイマー機構などによって、浮上開始時間を制御ｎ
することも可能である。

また、水中ロボット１が危険な状態に瀕した時には自動
的に緊急浮上するように制御される。

例えば、水中ロボットｌのロボット本体２の内部に漏水
があった場合、各所に配置された漏水上ンサの出力を制
′４３Ｉ機構１０でとらえ、速やかに浮上させるもので
ある。また、スラスタ−７や推進部８のモーターに異常
が発生して、例えばサーマルリレーが機能してこの事態
を検知した際に、速やかに浮上させるものである。

以上のシステムを更に完全なものとするためには、水中
ロボット１の姿勢保持が重要となる０例えば障害物検知
センサ５により障害物を検知可能としても、それは水中
ロボットｌの姿勢が水平に保たれていることが前提条件
となるが、常時姿勢を水平に（傾きをＯに）保つことは
不可能なので、水中ロボット１は、ヒール、トリム方向
にそれぞれ傾斜センサを内蔵し、この傾斜センサの出力
で障害物との距離、水底（又は海底）との角度などを補
正計算するシステムとなっている。また、これらの超音
波センサのデータを連続して保持し水底（又は海底）の
地形を調査することも可能である。

上記の制御機構１０は、指令部３が設けられた母船１１
からの指令を受ける受信部４と、水中の障害物を検出す
る障害物検知センサ５とからの情報に基づき、水中ロボ
ソトエのスラスタ−７と推進部８を制御をするものであ
り、プログラム化されたコンピュータを内蔵している。

制御機構１０は必要に応じて、潜行浮上機構９をも制御
したり、水中ロボット１の姿勢制御の補正計算なども取
り扱うことができるようになっている。この制＜１ｌｌ
ｆｉ構１０はロボット本体２に内蔵されている。

また、ロボット本体２の下部には着底用脚１４が設けら
れている。

次に上記実施例の構成に基づく作用について以下説明す
る。

先ず、観測したい水域（又は海域）まで水中ロボットｌ
を搬送する。水中ロボソ）１は指令部３が設けられてい
る母船１１に載せて所定の水域に運ばれる。所定の水域
まで母船１１で運ばれた水中ロボット１は、そこで、母
船１１から水面（又は海面）に降ろされる。

水面におろされた水中ロボット１は、水中（又は海中）
の比重と略同じになるように、潜行浮上機構９のバラス
トタンク９ａに水又は海水を注入して調整される。そし
て、水中ロボット１の比重が略水中（又は海中）の比重
と同じなったところで、水中ロボット１を母船１１から
切り離す。

この場合において、水中ロボット１には予め、切り離し
自在な重りが連結されているため、水中ロボットｌはこ
の重りによって潜行する。そして、水中ロボット１の頭
部ドーム１３の下方５−１に設けた障害物検知センサ５
で海底までの距離を測定しながら、所定の深さまで水中
ロボット１が潜行した時、重りは氷中ロポッ）１から切
り離される０重りの切り離し機構は、例えば水平な推進
部８を垂直の状態に回動した場合に、重りを把持してい
た把持機構が自動的に開いて、重りを切り離すような構
成などがある。

重りを切り離した水中ロボット１は、水中（又は海中）
の比重と略同じになるため、その降下が止まり、その位
置に浮遊することになる。

このような状態になっな後、指令部３からの指令を水中
ロボット１に送る。指令部３からの指令は、超音波の信
号に変換された後、母船１１に設けられた超音波発信器
１２から発信される。超音波発信器１２から発信された
超音波は、水中に浮遊する水中ロボット１の受信部４で
受信される。

そして、受信部４で受信された指令は、制御機構ＩＯに
送られ、この制御機構１０のコンビエータによって判断
され、その判断に基づき、水中ロボットｌのスラスタ−
７や推進部８を制御して、水中ロボット１の水中での運
動をコントロールすることができる。

このようにして、観測させたい水域の水中を水中ロボッ
ト１は航行し、水中ロボット１の頭部ドーム１３に内蔵
された観測用機器６が、水中の状況を観測し、その観測
結果は、記録装置に記録されたり、母船ｌｌ上の指令部
３に伝送されたりすることなる。

また、水中を航行中に水中ロボットｌが水中の障害物に
遭遇した場合には、障害物検知センサ５が障害物を検知
する。第４図に示すような前方５−３や、左右の５−４
．５−５などの障害物検知センサ５が障害物を検知した
場合は、いち早くその情報を上記のロボット本体２内部
に装備された制御機構１０に送られ、その情報の内容に
応じて、適宜、スラスタ−７と推進部８を駆動して、障
害物を回避するために右旋回、左旋回又は上昇などが行
われる。　、 このような全ての判断基準は上記制御機構１０のファー
ムウェア化された制御プログラムに内蔵されており、水
中ロボソ）１は自動的にこれらの判断、回避動作などを
行うようになっている。そして、水中の障害物を自動的
に回避しながら、水中の状況を観測することができるの
である。

水中の観測を終了して、水中ロボット１を浮上させる場
合には、指令部３からの指令や、必要に応じてタイマー
機構の作動などによって、制御機構１０を介して或いは
直接に潜行浮上機構９を作動させる。この作動は、バラ
ストタンク９ａに圧縮気体ボンベから圧搾空気を送り込
んで内部の水や海水を排出させて、バラストタンク９ａ
を軽くすることにより、水中ロボットｌの比重を水（又
は海水）より小さくして、水中ロボット１を浮上させる
ようになっている。

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし
得ることは勿論である。例えば、上記実施例においては
、指令部３が母船１１に設けられている場合で説明した
が、陸上に設けられいる場合でもよい。

〔発明の効果〕

以上の記載より明らかなように、この発明に係る水中ロ
ボットによれば、潜航中の水中ロボ・ノドと水面上の指
令部とは、ケーブルなどの有索で結ばれておらず、全く
の無人無索からなる水中ロボットである。

即ち、水面上の指令部からのケーブルが全くないため、
有索であることに起因する各種のトラブル、例えば水中
ロボットの運動性能の低下や、指令部が母船に設けられ
ている場合にあっては母船のスクリューにケーブルが絡
まったり破断したりする不都合等が除かれる。そして、
特に、水流の速い水域でも運動性能に優れた潜航機能を
発蓮して、例えば水中の状況を観測することができる。

このように、この発明に係る水中ロボットは自由に水中
を航行でき、従来の有索の水中ロボットにはない優れた
特性を備えている。

しかも、無人であるため、危険性もなく安心して、例え
ば所望の水域での水中の観測を行うことができ、また、
人間の健康などを考慮する必要がないから、長時間の観
測も可能となる。

加えて、この発明に係る水中ロボットは、予め想定され
る各種の水底（又は海底）地形パターンに対して、動作
のアルゴリズムを知能として有しており、水中の障害物
に対しても、自動的に回避する動作を行い、指令部の操
縦側でこれを意識する必要もなく、このため、煩わしい
操作に悩まされることもない。

このように、この発明によれば、１かに使いやすく安全
性に冨む高性能の水中ロボットを提供することができ、
産業界に対する貢献度は甚だ大である。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明に係る水中ロボットの実施例を示すもの
であって、第１図は母船に設けられた指令部と水中の水
中ロボットを示す概要図、第２図は水中ロボットの平面
図、第３図は水中ロボットの側面図、第４図（Ａ）〜（
Ｄ）は障害物検知センサの取付概念図で、（Ａ）は頭部
ドームの平面図、（Ｂ）は頭部ドームの正面図、（Ｃ）
は頭部ドームの右側面図、（Ｄ）は水底の地形データを
測定する図である。 〔符号の説明〕 １：水中ロボット　　　２：ロボソト本体３；指令部　
　　　　　４：受信部 ５：障害物検知センサ　６：観測用機器７：スラスタ−
８：推進部 ９：？ＩｆＩ行浮上行橋上機構９ａ：ハラストタンク１
０：制御機構　　　　　１１：母船 １２：超音波発信器　　　１３；頭部ドーム１４：着底
用脚 特許出願人　　佐世保先端技術開発協同組合代理人　弁
理士　　　原　崎　　正 第１図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 無人無索からなる水中ロボットに、水面上の指令部から
   の指令を受ける受信部と、水中の障害物を検出する障害
   物検知センサと、水中ロボットの傾きを調整するスラス
   ターと、水中ロボットを運動させる推進部と、水中ロボ
   ットを潜行及び浮上させる潜行浮上機構と、上記受信部
   、障害物検知センサからの情報に基づき上記スラスター
   と推進部を制御する制御機構と、を少なくとも装備した
   ことを特徴とする水中ロボット。