JPWO2007105303A1

JPWO2007105303A1 - 水中清掃ロボット

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Publication number: JPWO2007105303A1
Application number: JP2008504955A
Authority: JP
Inventors: 尾坂　滝太郎; 滝太郎尾坂; 淳仁乗田
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2006-03-14
Filing date: 2006-03-14
Publication date: 2009-07-30
Anticipated expiration: 2026-03-14
Also published as: NO20084273L; HRP20110609T1; AU2006340223B2; EP1997567A4; US8757181B2; EP1997567A1; JP4827916B2; AU2006340223C1; US20090094765A1; AU2006340223A1; EP1997567B1; WO2007105303A1; ES2366918T3; NO335706B1

Abstract

水中に存在する清掃対象物表面に沿って移動しながら、この清掃対象物表面に向かって清掃ノズルユニット（３）より高圧水を噴射して清掃対象物を清掃する水中清掃ロボット（１）である。前記清掃ノズルユニットは、ロボット本体（２）に回転自在に設けられた回転軸（５）に取り付けられており、清掃対象物表面に対する高圧水の噴射の反力により、この回転軸と一体的に回転するように構成され、上記回転軸には、この回転軸の回転に伴って回転して、ロボット本体を清掃対象物表面に向かって押し付けるための推進力を発生するプロペラ（４）が設けられている。そして、プロペラの羽根（４３）の回転方向の前縁（４３ａ）は、異物の巻き付きを防止する後退角（θ）を有するように形成されている。そして、プロペラに海草、藻等の異物が巻き付き難くしている。

Description

本発明は、養殖魚網や船体等の清掃対象物を、高圧水の噴射により清掃する水中清掃ロボットに関する。

従来より、例えば養殖魚網に付着した海草、藻や貝類の除去、船体に付着した汚れの除去等を行うための水中清掃ロボットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる水中清掃ロボットは、水中に存在する清掃対象物表面に沿って移動しながら、この清掃対象物表面に向かって清掃ノズルユニットより高圧水を噴射して清掃対象物を清掃するものである。清掃ノズルユニットは、ロボット本体に回転自在に設けられた回転軸に取り付けられており、清掃対象物表面に対する高圧水の噴射の反力により、この回転軸と一体的に回転するようになっている。

また、回転軸には、この回転軸の回転に伴って回転して、ロボット本体を清掃対象物表面に向かって押し付けるための推進力を発生するプロペラが取り付けられている。
特許第３５９２２０４号公報

前記従来の清掃ノズルユニットは、プロペラの羽根の回転方向の前縁が放射状で且つ直線状に設けられていたため、養殖魚網に付着していた海草や藻等の異物が、清掃ノズルユニットより除去された後に、プロペラに巻き付きやすい問題があった。異物がプロペラに巻き付くとプロペラの回転力を低下させてしまうため、ロボット本体を清掃対象物表面に向かって押し付けるための推進力が低下し、安定走行が困難になる。

また、清掃ノズルユニットの回転数も低下するため、所定の範囲に効率よく高圧水を噴射できなくなるおそれがあった。

本発明は、プロペラの形状を工夫することにより、プロペラに海草、藻等の異物が巻き付き難くすることを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、水中に存在する清掃対象物表面に沿って移動しながら、この清掃対象物表面に向かって清掃ノズルユニットに設けられた清掃ノズルにより高圧水を噴射して清掃対象物を清掃する水中清掃ロボットにおいて、前記清掃ノズルユニットは、ロボット本体に回転自在に設けられた回転軸に取り付けられており、清掃対象物表面に対する高圧水の噴射の反力により、この回転軸と一体的に回転するように構成され、上記回転軸には、この回転軸の回転に伴って回転して、ロボット本体を清掃対象物表面に向かって押し付けるための推進力を発生するプロペラが設けられ、プロペラの各羽根の回転方向の前縁は、異物の巻き付きを防止する後退角を有するように形成されていることにある。

本発明の水中清掃ロボットの前記前縁の後退角を有する形状は、羽根の基部から先端にわたって形成されているのが好ましい。

本発明の水中清掃ロボットの前記回転軸は支持筒に挿通され、前記プロペラには、前記支持筒の端部を被覆する回転軸カバー体が設けられているのが好ましい。

本発明の水中清掃ロボットの前記清掃ノズルユニットは、平板状の回転体を備え、該回転体に前記清掃ノズルが取り付けられ、前記回転体における前記清掃ノズルの前方位置には、接触防止体が設けられていることにある。

本発明は、清掃時にプロペラに海草、藻等の異物が巻き付き難くすることができ、安定して効率よく清掃対象物を清掃できる。

本発明の一実施の形態に係る水中清掃ロボットの平面図である。同水中清掃ロボットの一部断面を含む側面図である。同水中清掃ロボットの斜視図である。同水中清掃ロボットに使用されるプロペラの要部を示す平面図である。プロペラの取り付け構造の要部を示す断面図である。本発明の一実施の形態に係る水中清掃ロボットの底面図である。清掃ノズルの斜視図である。

符号の説明

１水中清掃ロボット
２ロボット本体
３清掃ノズルユニット
４プロペラ（推進力発生用プロペラ）
５回転軸
１１支持筒
３５回転体
４１中心部
４３羽根
４５回転軸カバー体
θ 後退角

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本実施の形態では、養殖魚網の清掃を行うための自走式の水中清掃ロボットとして本発明を適用した場合について説明する。
−水中清掃ロボットの構成説明−
図１〜図７は、本一実施形態に係る水中清掃ロボット１を示す。本実施の形態にかかる水中清掃ロボット１は、図１〜図３に示すようにロボット本体２、清掃ノズルユニット３、推進力発生用プロペラ４（以下、単にプロペラという）を備えている。

ロボット本体２は、下方のノズル側本体２Ａと、上方のプロペラ側本体２Ｂと、これら各本体同士を連結する一対の板状の連結体２Ｃ，２Ｃとを備えている。プロペラ側本体２Ｂは、ノズル側本体２Ａとの間に所定距離を有して配設されており、このノズル側本体２Ａとの間に水の導入路として機能する導入空間Ｄを形成している。

プロペラ側本体２Ｂは、中央部に比較的大径の開口２１が形成されており、この開口２１の内部にプロペラ４が収容されている。つまり、このプロペラ４の回転によって、上記導入空間Ｄからプロペラ４に向けて水が導入される構成となっている。

ノズル側本体２Ａの左右側面には４個の車輪（前後左右車輪）２２，２３，２４，２５が回転可能に取り付けられている。図１において、矢印Ｆで示す方向が水中清掃ロボット１の前方を示す。また水中清掃ロボット１の前方に向かって右側を矢印Ｒで示し、左側を矢印Ｌで示す。

ノズル側本体２Ａ内には、図６に示すように、例えば４個の水中モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４が収容されており、各々の水中モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の駆動軸は、各車輪２２，２３，２４，２５にそれぞれ接続されている。

各水中モータＭ１，Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４には給電ケーブルＣが接続されている。水中清掃ロボット１が水中に沈められた状態では、陸上または船上の図示しない電源装置から水中清掃ロボット１に向けて給電ケーブルＣが延びて、各水中モータＭ１，Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４への給電が行われる。これにより、これら水中モータＭ１，Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４の駆動に伴って各車輪２２〜２５が回転する。

例えば、水中清掃ロボット１が前進走行（図１の矢印Ｆ方向に走行）している状況で、右側の水中モータＭ２、Ｍ４の回転数を左側の水中モータＭ１、Ｍ３の回転数よりも高くすれば、水中清掃ロボット１の走行方向が図１中左方向（矢印Ｌ方向）へ向くようになっている。逆に、左側の水中モータＭ１、Ｍ３の回転数を右側の水中モータＭ２、Ｍ４の回転数よりも高くすれば、水中清掃ロボット１の走行方向が図１中右方向（矢印Ｒ方向）へ向くようになっている。

水中モータＭ１，Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４を上記とは逆方向に回転させて水中清掃ロボット１を後退走行させている場合も同様にして進行方向を変えることが可能である。更に、各水中モータＭ１、Ｍ３と、水中モータＭ２、Ｍ４を互いに逆方向に回転させれば、水中清掃ロボット１を転回させることもできる。

なお、水中モータは左右の前車輪２２、２３を回転駆動するように２個の水中モータＭ１、Ｍ２を設け、左側の前後車輪２２、２４をベルト機構またはチェーン機構で連動連結し、右側の前後車輪２３、２５を同様に連動連結してもよい。

清掃ノズルユニット３は、後述する高圧水ホースＨから供給された高圧水を清掃対象物としての養殖魚網に向かって噴射し、その噴流によって養殖魚網の清掃を行うものである。清掃ノズルユニット３は、図２に示すようにノズル側本体２Ａから鉛直上向きに固定された支持筒内１１に挿通された回転軸５の下部に取り付けられている。この回転軸５は、プロペラ側本体２Ｂに形成された前記開口２１の中心部に位置するように、ロータリジョイント５１によって回転自在に支持されている。

ロータリジョイント５１に高圧水ホースＨの一端が接続されている。高圧水ホースＨの他端は、陸上または船上の図示しない高圧ポンプに接続され、この高圧ポンプから圧送される高圧水が清掃ノズルユニット３に供給されるようになっている。なお、回転軸５の内部には、高圧水ホースＨからロータリジョイント５１を経て供給された高圧水を、清掃ノズルユニット３へ送るための高圧水通路５３が形成されている。

清掃ノズルユニット３は、前記回転軸５の下端に固定された円盤状の回転体３５を備え、この回転体３５の内部には、図７に示すように高圧水の噴射路３６が、前記回転軸５の高圧水通路５３に連通し且つ回転体３５の直径方向に形成されている。回転体３５の外周部には、噴射路３６に連通する複数個（本実施の形態では一対）の清掃ノズル３３，３４が取り付けられている。

これら清掃ノズル３３，３４は、高圧水の噴射方向が養殖魚網の表面を向くように所定角度だけ下方に傾斜するようになっている。具体的には、図７に示すように、各清掃ノズル３３，３４の向きは、回転体３５を矢印Ａ方向に回転させる向きで、且つ養殖魚網の表面に向かって（図中下方に向かって）所定角度（例えば５〜４５°）だけ下向き傾斜している。

これにより、清掃ノズル３３，３４から高圧水が噴射された場合、この高圧水が養殖魚網の表面に吹き付けられることに伴って発生する噴射反力により、清掃ノズルユニット３が回転軸５と共に回転するようになっている。換言すると、この清掃ノズルユニット３は、回転軸５の軸心回りに回転しながら養殖魚網の表面に高圧水を噴射することによって、養殖魚網に付着している藻や貝類等を広範囲に亘って除去できるように構成されている。

各清掃ノズル３３，３４は、養殖魚網の表面に接近させた状態で噴出するのが望ましいが、接近過ぎると、養殖魚網の表面に接触し易くなる。そこで、回転体３５の下面でかつ各清掃ノズル３３，３４の前方位置（各清掃ノズル３３，３４の向きと反対位置）には、接触防止体３７が固定されている。この接触防止体３７の前部には、接触する養殖魚網を案内する上向きの傾斜面３７ａが形成されている。

前記プロペラ４は、回転軸５と一体的に設けられている。プロペラ４は、プロペラ側本体２Ｂに形成された開口２１内に収容されており、前記回転軸５の上端に一体的に取り付けられた中心部分４１と、この中心部分４１に設けられた複数個（３枚）の羽根４３、４３、４３から構成されている。

従って、清掃ノズル３３，３４から高圧水が噴射され、その噴射反力によって清掃ノズルユニット３と共に回転軸５が回転した場合、このプロペラ４も一体的に回転し（図１に示す矢印Ａ方向）、水中清掃ロボット１を下側へ押し付けるための水流を発生させるようになっている。これにより、清掃動作時に、水中清掃ロボット１を養殖魚網に向かう方向へ押し付ける推進力が発生する構成となっている。

このように、本実施の形態に係る水中清掃ロボット１は、清掃ノズルユニット３とプロペラ４とを回転軸５を介して回転一体に構成し、清掃ノズル３３，３４から高圧水が噴射された際の噴射反力によって、これら三者３，４，５を回転させ、プロペラ４の回転によって推進力が得られるようにしている。

プロペラ４の各羽根４３の回転方向Ａの前縁４３ａは、図４に示す如く異物Ｘの巻き付きを防止する後退角θを有するように、湾曲形成されている。ここで後退角θとは、前縁４３ａ上の任意の点Ｐとプロペラ４の回転中心Ｏとを結ぶ直線Ｌ１と、当該点Ｐでの前縁４３ａの接線Ｌ２とのなす角度をいう。各羽根４３は、中心部４１側の基部４３ｂの近傍から先端４３ｃにわたって後退角θが形成されるのが好ましい。かかる後退角θは各羽根４３の先端に向けて次第に大きくなるように設定されている。なお、図４に各羽根４３の展開形状を２点鎖線で示す。

プロペラ４の中心部４１の下面には、図５に示すように回転軸カバー体４５が取り付けられている。この回転軸カバー体４５は取付部４６と、この取付部４６に一体的に形成され且つ下面が開口する筒状部４７とからなる。回転軸カバー体４５は支持筒１１の上端部（端部）１１ａと、プロペラ４の中心部４１との間を被覆しており、支持筒１１とプロペラ４との間の回転軸５に、異物が巻き付くのを防止している。また、筒状部４７の下面には、テーパ面４７ａが形成されている。かかるテーパ面４７ａを設けることにより、回転軸カバー体４５に接触する異物を効果的に除去できるようにしている。

本水中清掃ロボット１は、回転軸５の回転によってロボット本体２に発生する連れ回りを防止するための補助ノズルユニット６が設けられている。つまり、清掃ノズルユニット３及び回転軸５が回転した際に、上記回転軸５とロータリジョイント５１との間の摺動抵抗等により、ロボット本体２も回転軸５の回転方向に回転しようとするが、その力を打ち消すためのものである。

この補助ノズルユニット６は、ノズル側本体２Ａの内部に取り付けられた分岐ジョイント６１に接続された分岐ホース６２と、この分岐ホース６２に連結され且つノズル側本体２Ａに固定されたアーム６３と、このアーム６３の先端に取り付けられた補助ノズル６５とを備えている。これら補助ノズル６５の高圧水噴射方向は、ロボット本体２の回転を阻止する方向（ロボット本体２が連れ周りする場合には、プロペラ４の回転方向）に向けられている。
−水中清掃ロボット１の動作説明−
次に、上述の如く構成された水中清掃ロボット１による養殖魚網の清掃動作について説明する。この清掃時には、図１に示すように陸上または船上から水中清掃ロボット１が養殖魚網Ｎの内側（養殖用スペース）に沈められる。そして、給電ケーブルＣからの各水中モータへの給電及び高圧水ホースＨからの清掃ノズルユニット３及び補助ノズルユニット６への高圧水の供給が行われる。

これにより、各水中モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４が駆動し、各車輪２２〜２５が回転して水中清掃ロボット１は養殖魚網Ｎに沿って走行する。

また、清掃ノズルユニット３の各清掃ノズル３３，３４及び補助ノズルユニット６の補助ノズル６５から高圧水の噴射が行われる。清掃ノズル３３，３４からの高圧水の噴射により、養殖魚網Ｎに付着した藻や貝類等が除去されて養殖用スペースの外に排出され養殖魚網Ｎが清掃される。

この高圧水の噴射に伴う噴射反力により、清掃ノズルユニット３、回転軸５及びプロペラ４は一体的に回転する。このプロペラ４の回転によって図２に破線の矢印で示すように、導入空間Ｄからプロペラ４に向けて水が導入され、開口２１から吹き出される水流が発生し、これによって水中清掃ロボット１には推進力が得られ、各車輪２２〜２５が養殖魚網Ｎに所定の圧力で当接した状態が維持される。

このため、各車輪２２〜２５が養殖魚網Ｎから浮き上がってしまうことがなく、水中清掃ロボット１が養殖魚網Ｎに沿って安定して走行しながら養殖魚網Ｎの清掃が行われる。

養殖魚網Ｎの清掃時には、藻や貝類等を除去すべく清掃ノズルユニット３の清掃ノズル３３，３４から噴射される高圧水の水流と、推進力を得るべくプロペラ４の周辺を流れる水流とを、ノズル側本体２Ａによって遮断することができ、養殖魚網Ｎから剥離除去された藻や貝類等は、プロペラ４の導入側に回り込むことはほとんどない。

特に、汚れのひどい養殖魚網Ｎの清掃を行う場合には、藻等の除去物が水中清掃ロボット１の導入空間Ｄに流入してしまう場合がある。また、前記除去物以外に養殖魚網Ｎに使用されているロープ等の異物が水中清掃ロボット１の導入空間Ｄに流入してしまう場合もある。かかる異物（除去物を含む）がプロペラ４の導入側に回り込むと、プロペラ４に接触するが、プロペラ４の各羽根４３の回転方向の前縁４３ａは、後退角θを有するように形成されているため、異物Ｘはこの前縁４３ａに巻き付くことなく容易に摺動することとなり、回転するプロペラ４から外れてしまう。しかも、プロペラ４の下部には、回転軸カバー体４５が設けられているので、異物Ｘは回転軸５に巻き付くこともない。

また、清掃ノズル３３，３４は回転体３５とともに回転するが、清掃ノズル３３，３４の前方には、接触防止体３７が位置するため、この接触防止体３７が接近する養殖魚網Ｎを清掃ノズル３３，３４に接触しないように案内する。

その結果、養殖魚網Ｎから剥離除去された除去物等の異物Ｘが、プロペラ４に巻き付いたり、清掃ノズル３３，３４が養殖魚網Ｎに不用意に接触したりして清掃作業に悪影響を与えるといった不具合を回避することができ、ロボット１に損傷を招いてしまうといった状況の発生も回避することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、養殖魚網Ｎに向かって高圧水を噴射させた際の噴射反力を利用して清掃ノズルユニット３を回転させると共に、この回転力を利用してプロペラ４を回転させている。そして、このプロペラ４の回転により、水中清掃ロボット１に推進力を得るようにしているが、プロペラ４の各羽根４３の前縁４３ａは、異物Ｘの巻き付きを防止する後退角θを有するように、湾曲形成されているため、プロペラ４の回転力が異物により低下するのを防止する。

また、清掃ノズル３３，３４の前方に設けられた接触防止体３７が、養殖魚網Ｎを清掃ノズル３３，３４に接触しないように案内するため、プロペラ４の回転力が低下するのを防止する。この結果、プロペラ４の形状と接触防止体３７との相乗効果により、プロペラ４で所定の推進力を維持し、安定した清掃作業を行うことができる。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、養殖魚網Ｎの清掃を行うための自走式の水中清掃ロボットとして本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、吊り下げ式水中清掃ロボット（船体等からワイヤロープによって吊り下げた状態で清掃を行うもの）に適用することも可能である。また、清掃対象物として養殖魚網Ｎに限らず、橋脚、船体、プール等の清掃にも使用可能である。

また、上記実施形態では、清掃ノズルユニット３、プロペラ４、回転軸５をそれぞれ１個ずつ備えていたが、この三者３，４，５を一組とするユニットを複数組備えさせるようにしてもよい。特に、このユニットを偶数個備えさせ、一方向に回転するユニットと、それとは反対方向に回転するユニットとの個数を同一にすれば、回転軸５とロータリジョイント５１との間の摺動抵抗によりロボット本体２に生じる回転反力を相殺することが可能になる。これにより、補助ノズルユニット６を不要とすることが可能になる。

ロボット本体２は、ノズル側本体２Ａとプロペラ側本体２Ｂとに分割する必要はなく、このロボット本体２の一部を開口して導入空間Ｄを形成したものであってもよい。

以上のように本発明によれば、水中清掃ロボットで養殖魚網や船体等の清掃対象物を清掃するに際して、推進力発生用プロペラに除去物等の異物が巻き付くのを防止し、安定した清掃作業を効率よく行なえる。

Claims

水中に存在する清掃対象物表面に沿って移動しながら、この清掃対象物表面に向かって清掃ノズルユニットに設けられた清掃ノズルにより高圧水を噴射して清掃対象物を清掃する水中清掃ロボットにおいて、
前記清掃ノズルユニットは、ロボット本体に回転自在に設けられた回転軸に取り付けられており、清掃対象物表面に対する高圧水の噴射の反力により、この回転軸と一体的に回転するように構成され、上記回転軸には、この回転軸の回転に伴って回転して、ロボット本体を清掃対象物表面に向かって押し付けるための推進力を発生するプロペラが設けられ、プロペラの各羽根の回転方向の前縁は、異物の巻き付きを防止する後退角を有するように形成されていることを特徴とする水中清掃ロボット。
前記前縁の後退角を有する形状は、羽根の基部近傍から先端にわたって形成されている請求項１に記載の水中清掃ロボット。
前記回転軸は支持筒に挿通され、前記プロペラには、前記支持筒の端部を被覆する回転軸カバー体が設けられている請求項１または２に記載の水中清掃ロボット。
前記清掃ノズルユニットは、平板状の回転体を備え、該回転体に前記清掃ノズルが取り付けられ、前記回転体における前記清掃ノズルの前方位置には、接触防止体が設けられている請求項１〜３の何れかに記載の水中清掃ロボット。