JPH02303993A

JPH02303993A - 曳航式海洋観測ロボット

Info

Publication number: JPH02303993A
Application number: JP12362089A
Authority: JP
Inventors: Wataru Koderayama; 亘小寺山; Yusaku Kyozuka; 雄策経塚; Masahiko Nakamura; 昌彦中村; Akira Ookusu; 大楠　丹; Tadashi Kashiwagi; 正柏木; Hiroyuki Honchi; 本地　弘之; Kazuo Kawatate; 川建　和雄
Original assignee: Kyushu University NUC
Current assignee: Kyushu University NUC
Priority date: 1989-05-17
Filing date: 1989-05-17
Publication date: 1990-12-17

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、観測に必要な計器を搭載した観δ−１０ボ
ット本体を海中に潜航させ、この観測ロボット本体を観
測船により曳航索を介して曳航して海洋観測をするロボ
ットに関する。

（従来の技術）海水の流向、流速、水温、塩分濃度、海底地形、沿岸状
況などを観測するため、曳航式海洋観ａＦ１０ボットが
使用されていることは知られている。

曳航式海洋観測ロボットは、観測に必要な計器類を搭載
した観Δ−１０ボット本体を曳航索を介して観測母船で
曳航し、この観７Ｉ１１ロボット本体が海中を潜航して
このＩＪ　）ＦＪロボット本体に搭載した上記データを
１１Ｉｌｊ定する計器類で海水の特性や海底または沿岸
の状況を観ａｐｊするものであり、上記計器類で測定し
た情報を曳航索に通したケーブルを介して観測母船上の
観？ｌ１１１装置で観測するようになっている。

（発明が解決しようとする課題）従来の曳航式海洋観ａ！ＩＩロボットにおいては、潜航
深度を調整する場合、曳航索の長さを変えるようにして
いた。

しかしながら、単に曳航索の長さを変えるだけでは、所
望の潜航深度に迅速に到達しなとともに、所望の潜航深
度を維持することが困難であった。

また、従来の曳航式海洋観測ロボットにおいては、曳航
中に横揺れが生じるとこれを能動的に制御する手段がな
く、特に高速曳航時には横揺が激しく、時として転覆す
ることもあった。

このため従来の場合、ロボットの姿勢が安定しないから
このロボットに搭載した計器類で高精度な観４１１］が
望めず、また高速曳航が不可能であるため広い海域の観
ａには能率的でない不具合がある。

本発明は上記の問題点を解消するためになされたもので
、潜航深度の調整および閘揺れを能動的にかつ迅速に制
御することができ、高速曳航であっても安定した航行を
保ち、精度のよい観ｔｐ１が可能となって広い海域の観
ｌ−１を効率的に行うことができる曳航式海洋観ｎ）ロ
ボットを提供しようとするものである。

［発明の構成コ（問題点を解決するための手段）本発明は、ロボット管制装置を積んだ観測母船により曳
航索を介して曳航される観測ロボット本体と、この観ａ
！ＩＩロボット本体に搭載された観測に必要な計器類と
を備える曳航式海洋観測ロボットにおいて、上記観ａｌ
ｌロボット本体は、伏仰角が調節可能な左右に伸びた水
平主翼を備えるとともに、回動調節１１Ｊ能な左右に伸
びた水゛Ｐ尾翼を有し、上記観測母船上のロボット管制
装置からの指令信号により上記水’＋ｚ主翼の伏仰角を
調節して潜航深度を制御するとともに上記左右の水平尾
翼を互いに反対称に同動させて横揺を制御する駆動装置
を備えていることを特徴とする。

（作用）本発明によれば、観ｆｌｌ母船からの指令により水平主
翼の伏仰角を調節して潜航深度を制御することができ、
かつ左右の水平尾翼を互いに反対称に回動させることに
より横揺れを制御することができる。したがって、潜航
深度の調整および横揺れを能動的にかつ迅速に制御する
ことができる。

（実施例）以ドこの発明について、図面に示す一実施例にもとづき
詳細に説゛明する。

第１図は曳航式海洋観ＡＰ＋ロボットシステムの全体の
構成を小し、ｌは観１１母船、ｌＯは翼制御型曳航式海
洋観４幹１０ボット、６０は観測ロボットＩＯを曳航し
かつ１５号を伝送する曳航索である。この観測母船ｌに
は上記観測ロボットｌＯを制御し、しかも挙動を監現す
るロボット管制装置８０が積°み込まれている。

上；己観測ロボット１０は、第２図ないし第４図に示す
通り、例えば水の抵抗を少なくした弾頭型外殻形状の胴
体をＨする観ＡＩＩｊロボット本体１２をもち、このロ
ボット本体１２の上Ｉｆｉｉ（下面でもよい）に略三角
形の垂直翼１３を突設しであるとともに、このロボット
本体１２の前部左右には潜航深度を制御するための水平
主翼１４が取り付けられており、さらにロボット本体１
２の後部左右には溝揺れを制御するための水１１４尾翼
１０ａ　、　１（ｆｂが設けられている。

左右の水゛１４主翼１４は１本の駆動軸１５に連結され
ており、この駆動軸１５を後述する駆動装置の駆動源と
しての主翼駆動用シリンダ３２により回動すると水平上
ＷＩ４は伏仰角を変えることができるようになっている
。

左右の水平尾翼ｌｅａ　、　１６ｔ＋はそれぞれ回動軸
１７ａ　、　１７ｂに連結されており、これら回動軸１
７ａ。

！７ｂは後述する駆動装置の駆動源としての尾翼駆動用
シリンダ３４により互いに反対方向に対称的に回動され
るようになっており、対称的に伏仰角を食えることがで
きるようになっている。

また、ロボット本体１２の前部には上記曳航索６゜と連
結される曳航用金具２０が設けられており、口ポット本
体１２の下部には観測用計δｐ１機器２■が取付けられ
ている。そして、ロボット本体１２の下部には観測用計
測機器２１を保護する脚を兼用したそり形状のガード２
２を備えている。

さらに、ロボット本体１２の後部には駆動装置としてプ
ロペラ２３が取り付けられており、このプロペラ２３は
観測ロボット１０が海水中を潜航する時、海水の流れの
抵抗を受けて回転される。このプロペラ２３は周囲をシ
ュラウド２４により囲まれており、このシュラウド２４
はプロペラ２３の保護と海水の導入作用をなし、プロペ
ラ効率の向上を図っている。

このようなロボット本体１２は、例えば全長２００　（
）　１１１％最大高さ１４６０１１％水弔主翼１４部の
溝幅２０００ｓ■となる大きさに形成されているもので
ある。

ロボット本体１２の内部には、駆動装置として、上記プ
ロペラ２３により駆動される油圧ポンプ２Ｂ、オイルフ
ィルタ２８、オイルリザーブタンク３０．主翼駆動用シ
リンダ３２、尾翼駆動用シリンダ３４が収容されている
。

オイルリザーブタンク３０の内部には油漬けにされた主
翼制御用サーボ弁４４、尾翼制御用サーボ弁４６、バイ
パス用サーボ弁４８が収容されている。オイルリザーブ
タンク３０は上面が開放され、この開口部は内圧と外圧
を、Ｚａするゴム［５０で閉塞されており、観１）１０
ボツトｌＯが瀾（潜航した場合に外圧によりゴム膜５０
が押されて撓み、これにより外部の水圧と内部の静的油
圧とを釣り合わせ、油圧系統の水圧による破損や、外部
海水の油圧回路への侵入を防いでいる。

上記プロペラ２３により駆動される油圧ポンプ２６は、
オイルリザーブタンク３０から作動油を導入し。

てこれを加圧する。。

油圧ポンプ２６で加圧された作動油の圧力が所定以上に
なると、上記バイパス用サーボ弁４８が開かれ、上記油
圧ポンプ２６で加圧された作動油はオイルリザーブタン
ク３０に戻され、したがってオイルリザーブタンク３０
．油圧ポンプ２６、バイパス用サーボ弁４８、オイルリ
ザーブタンク３０の循環経路を流れる。

そして、上記主翼制御用サーボ弁４４が開かれると、上
記油圧ポンプ２６で加圧された作動油は主翼駆動用シリ
ンダ３２に送られ、この主翼駆動用シリンダ３２を作動
させて水平主翼を回動して水平主翼１４の伏仰角を変え
る。

さらに、尾翼制御用サーボ弁４Ｇが開かれた場合は、上
記油圧ポンプ２Ｇで加圧された作動油は尾翼駆動用シリ
ンダ３４に送られ、この尾翼駆動用シリンダ３４を作動
させる。尾翼駆動用シリンダ３４は、位相が１８０　’
異なるように作動ず・るリンク機構３５を介して左右の
水・１４尾翼ｌｅａ　、　１Ｅｌｂをそれぞれ互いに反
対方向に対称的に回動させて伏仰角を変えるようになっ
ている。

また、ロボット本体１２には主翼角検知装置３Ｂ。

尾翼角検知装置３Ｂが収容されており、主翼角検知装置
３６は水平主翼１４の伏仰角を検知し、尾翼角検知装置
３８は水平化ＷＩ６ａ　、　１６ｂの伏仰角を検知する
。

そしてまた、ロボット本体１２には電子機器保護用耐圧
殻４０が設けられており、この電子機器保護用耐圧殻４
０には、傾斜計、深度計などのような観ａｐ１０ボット
本体１２の運動を計測する装置、および浸水検知装置、
深度誤差検出回路、テレメータ装置などの電子機器が納
められている。

一方、曳航索６０は観測ロボット１０を観測母船ｌで曳
航しかつ信号を伝送するためのもので、この曳航索８０
は、第５図に示すように、曳航時の張力に耐える抗張力
体６２と、１０本の信号用電線６４と、２本の電子機器
電力用電線６６とで構成された合成体である。曳航索６
０の直径は流体の抵抗を小さくするためできるだけ小さ
いことが望ましい。この曳航索６０に挿通された上記信
号用電線６４は、観測母船１のロボット管制装置８０に
接続されている。

観測母船ｌ上のロボット管制装置８０は、オペレータが
観測ロボットｌＯを観測母船１上で遠隔操作し、かつ運
動などの挙動を監視するためのものである。

このロボット管制装置８０は、第６図に示すように、主
翼角指令装置８２、尾翼角指令装置８４、主翼角検知装
置８Ｂ、尾翼角表示装置８８、潜航深度表示装置９０、
縦揺（ピッチング）色表示装置ｇ２、横揺（ローリング
）色表示装置９４、曳航索張力表示装置９６、浸水表示
装置９８、および第７図に示すように主翼制御回路１０
０、尾翼制御回路１０２などを備えている。

第７図には、ロボット管制装置８０と観測ロボットｌＯ
側の制御機器を結んだ制御系統図を示しである。

観測ロボット１０で測定した潜航深度、横揺れ角、主翼
角、尾翼角などの制御用信号は電子機器用耐圧殻４０内
のテレメータ装置により曳航索６０を通してロボット管
制装置８０に送られる。このロボット管制装置８０にあ
っては、送られてきた信号を補償回路１０４．１０６等
で処理し、増幅器１０８．１１０等で！！制御信号とし
て電流出力を増幅して曳航索Ｇｏを通して観ＡＰＪロボ
ットＩＯにフィードバックする。

観測ロボットｌＯに−おいては、上記制御信号により主
翼制御ｊ１７サーボ弁４４および尾翼制御用サーボ弁４
６が作動される。

観ＡＰＪロボット１０の潜航深度は、前記ロボット管制
装置８０に装備した主翼角指令装置８２の制御モード切
換スイッチを手動側に切換え、主翼角ダイアルを回して
水平主翼１４を動かすことにより設定する。

そして、潜航深度表示装置９０に表示される潜航深度が
設定値に達した時点で制御モード切換えスイッチを自動
側に一ノ換えると、その後は自動制御により観ａｌｌＪ
　Ｏボット１０が上記設定された深度に保たれる。

観、’ＩＩＩロボット１０の横揺れは、管制装置８０に
設けた尾翼角制御装置８４の制御モード切換えスイッチ
を自動側に切換えると自動制御により観測ロボット１０
の横揺れをゼロに保つように制御する。

このような構成の翼制御形曳航式海洋観測ロボットにつ
いて、その作動を説明する。

海洋観測をしようとする海域で観測母船１から観測ロボ
ットＩＯを海中に降下し、曳航索６０により観Δ−１０
ボット１０を曳航する・。観測ロボット１０は自重によ
り海中に沈み、しかしながら曳航索６０により引かれる
ので水中を潜航する。

この曳航により、海水の相対的な流れがプロペラ２３を
回転させ、油圧ポンプ２６を駆動して油圧を発生する。

曳航速度が速くなり、プロペラ２３が高速回転して油圧
ポンプ２６で発生される油圧が所定の規定値を越えると
、バイパス用サーボ弁４８が開いて油圧をオイルリザー
ブタンク３ｏに逃がし、油圧系統を保護する。

そして、観４−１０ボット１ｏの潜航深度は水弔主翼１
４の伏仰角を調節することにより！＋１　御する。すな
わち、観測母船１のロボット管制装置８ｏに装備した主
翼角指令装置８２の制御モード切換スイッチを手動側に
切換え、主翼角ダイアルを回すと主翼制御用サーボ弁４
４が開かれ、主翼駆動用シリンダ３２が作動して水平上
ｇ１４を回動させる。このため、水平上Ｒ１４の伏仰角
が変化するので観測ロボット１０の潜航深度が制御され
る。

そして、潜航深度表示装置９０に表示される潜航深度が
設定値に達した時点で制御モード切換えスイッチを自動
側に切換えると、その後は自動制御により観１１ＰＩロ
ボットｌＯが上記設定された深度に保たれる。

この自動制御は、観測ロボット１０で測定した潜航深度
、主翼角、尾翼角などの制御用信号を電子機器用耐圧殻
４０内のテレメータ装置により曳航索６０を通してロボ
ット管制装置８０に送り、このロボット管制装置８０で
送られてきた信号を処理して制御信号として曳航索６０
を通して観測ロボット１０にフィードバックする。

したがって、この自動制御により観ΔＩＩＪロボット１
０は上記設定された深度に保たれる。

なお、この時の縦揺れは、曳航用金具２０とロボット本
体１２の連結点（曳航点）を理論計算により最適値を選
ぶことによって小さくすることができる。

縦傾斜の釣り合い式を高次項を省略して簡（１１に古く
と、 θ−ＡＴｚ　　＋Ｂとなる。θは縦傾斜角、Ｔｚは連結点（曳航点）に加わ
る曳航索張力の垂直方向の分力、ＡＳＢは曳航点の位置
や翼の圧力中心の位置等によって決まる定数である。

上式より、水平主翼１４を動かして潜航深度を変化させ
ることにより張力Ｔ７が変動しても、縦傾斜角θが小さ
くなるように定数Ａ、Ｂ、つまり曳航点を決める。

一方、観ＡＰ＋ロボットｌＯの横揺れは、管制装置８０
に設けた尾翼角制御装置８４の制御モード切換えスイッ
チを自動側に切換えると自動制御により観」ｊロボット
本体の横揺れをゼロに保つように制御する。

すなわち、ロボット本体１２の横揺れ運動方程式を連成
項を省略して簡単に書くと下記式のようになる。

（１、、＋　ｍ　＊＋）φ＋ｂ　３３φ＋Ｃ３３φＩＩ
ＩＩＩＭ、。

ここで、φは横揺れ角、■□は慣性モーメント、ｍ、３
は付加慣性モーメント、ｂ９．は減衰力係数、ｃ、４ｊ
は復元力係数、Ｍ８は外力である。

また、横揺固自゛周期Ｔ、は、Ｔ４−２　ｙｒ　　（１、、＋ｍ３３）　ｌ　Ｃ３３と
なる。

よって、描揺れ固釘周期を大きくするためには付加慣性
モーメントｍ３．を大きくすればよ＜、横揺れを早く減
衰させるためには減衰力係数ｂ３３を大きくすればよい
。

これらの点を考慮すると、流体力学的に安定したロボッ
ト本体１２の胴体形状は、第２図に示すように、弾頭形
をなし略三角形の大きな垂直翼を一体に備えていること
がａ利である。

そして、横揺れは水１１と尾翼１６を左右反対称に動か
すことにより、ロボット本体１２に回転モーメントを与
え、減衰を促すように制御する。

すなわち、観測ロボット１０の横揺れ角、尾翼角などの
制御用信号は電子機器用耐圧殻４０内のテレメータ装置
により曳航索６０を通してロボット管制装置８０に送ら
れる。

ロボット管制装置８０にあっては、送られてきた信号を
処理し、制御信号として電流出力を増幅して曳航索６０
を通して観測ロボット１０にフィードバックする。観Ｉ
ｌＮロボット１０においてはこの制御信号により尾翼制
御用サーボ弁４６を作動させ、尾翼駆動用シリンダ３４
を作動させる。尾翼駆動用シリンダ３４は、リンク機構
３５を介して左右の水平尾翼１６ａ　、　１［ｉｂをそ
れぞれ互いに反対方向に対称的に回動させる。

この場合、左右の水平尾翼１［１ａ　、　ＩＧｂは互い
に反対方向に対称的に回動されるから、大きな回転モー
メントを発生させ、観７ＩｐｊロボットｌＯの横揺れを
迅速に減衰させる。

そして、管制装置８０に設けた尾翼角制御装置８４の制
御モード切換えスイッチを自動側に切換えておくことに
より、自動制御により観測０ボット１０の横揺れをゼロ
に保つように制御する。

なお、尾翼角制御装置８４の制御モード切換えスイッチ
を手動側に切換えて、尾翼角ダイアルを回して尾翼１６
を動かすと、観測ロボット１０が横傾斜の姿勢を定常的
に保つようにすることもできる。

上記のような実施例によれば、潜航深度を水平主１１４
の伏仰角で制御することができるため速やかに設定深度
を灸えることができ、自動制御による深度保持性能も優
れている。また、曳航する観測母船１の速度に影響され
ることがない。さらに水平尾翼ＩＧａ　、　Ｉ［ｉｂに
より横揺れがゼロに近づくように自動制御するから、転
覆することがなく、安定した高速曳航が可能になる。

さらに、水・１４主翼１４や水ｉβ尾ｇ１６ａ　、　１
６ｂの駆動力を、外部流体によって回転されるプロペラ
１８から取り入れるため、長時間の観７１１１１がｉＪ
能である。

［発明の効果］以上説明したようにこの発明によれば、観／ｌ１ｌｌ母
船からの指令により水平主翼の伏仰角を調節して潜航深
度を制御することができるとともに、左右の水平尾翼を
互いに反対称に回動させることにより横揺れを制御する
ことができる。したがって、潜航深度の２１整および横
揺れを能動的にかつ迅速に制御することができ、高速曳
航であっても安定した航行を保つ。このため、精度のよ
い観測が可能となり、広い海域の観測を効率的に行うこ
とができる利点を秦する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すもので、第１図は曳航式
海洋観測ロボットシステムの全体の構成図、第２図は観
測ロボットの斜視図、第３図はその平面図、第４図はそ
の側面図、第５図は曳航索の断面図、第６図はロボット
管制装置の斜視図、第７図は制御系統図である。１・・・観測母船、ｌＯ・・・翼制御形曳航式海洋観測
ロボット、Ｉ２・・・観ａ−１０ボット本体、１４・・
・水平主翼、１［ｉ、＋　１１Ｕｂ・・・水゛１孔尾翼
、３２・・・主翼駆動用シリンダ、３４・・・尾翼駆動
用シリンダ、２０・・・曳航用金具、２１・・・観ａＦ
Ｉ用計ＡＩＩＪ機器、２３・・・プロペラ、２４・・・
シュラウド、２６・・・油圧ポンプ、３０・・・オイル
リザーブタンク、３Ｇ・・・主翼角検知装置、３６・・
・尾翼色検知装置、４４・・・主翼制御用サーボ弁、４
６・・・尾翼制御用サーボ弁、４８・・・バイパス用サ
ーボ弁、６０・・・曳航索、８０・・・ロボット管制装
置、８２・・・主翼角指令装置、８４・・・尾翼角指令
装置、８６・・・主翼角表示装置、８８・・・尾翼負表
示装置、９０・・・潜航深度表示装置、９２・・・縦揺
角表示装置、９４・・・横揺角表示装置、９Ｂ・・・曳
航索張力表示装置、９８・・・浸水表示装置、１００・
・・主翼制御回路、１０２・・・尾翼制御回路。第　５　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ロボット管制装置を積んだ観測母船により曳航索
を介して曳航される観測ロボット本体と、この観測ロボ
ット本体に搭載された観測に必要な計器類とを備える曳
航式海洋観測ロボットにおいて、上記観測ロボット本体は、伏仰角が調節可能な左右に伸
びた水平主翼を備えるとともに、回動調節可能な左右に
伸びた水平尾翼を有し、上記観測母船上のロボット管制
装置からの指令信号により上記水平主翼の伏仰角を調節
して潜航深度を制御するとともに上記左右の水平尾翼を
互いに反対称に回動させて横揺を制御する駆動装置を備
えていることを特徴とする曳航式海洋観測ロボット。
（２）上記観測ロボット本体に搭載した駆動装置は、曳
航による潜水進航時に海水から抵抗を受けて回転される
プロペラと、このプロペラにより駆動される流体ポンプ
と、この流体ポンプで発生した流体圧エネルギーにより
上記水平主翼および水平尾翼を動かす駆動源とを備えた
ことを特徴とする第１の請求項に記載された曳航式海洋
観測ロボット。