JPH0457558B2 - - Google Patents

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ツトと
がケーブルなどの有索で結ばれていない無人無索
からなる水中ロボツトであつて、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
される水中ロボツ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
どの撮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ツ
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
いる人間によつて操縦されるため、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ツトとしては、例
えば、特開昭61−200089号公報に記載の「水中点
検ロボツト」が知られている。

この従来の水中点検ロボツトは、ケーブルから
なる有索によつて潜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力ケーブルとし
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つて
は、前述した利点がある反面、事故が起こつた場
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
外は使用できなかつた。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つた。

また、前記の有索の水中点検ロボツトにあつて
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つて、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、水中ロボツ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
ユーに絡まつたり、破断したりする事故が起こつ
ている。

このように、潜水装置（水中ロボツト）の運動
性能の低下や、ケーブルがスクリユーに絡まつた
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つて、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ツトであ
りながら、水面上の指令部からの指令に基づき水
中を自由に航行すると共に、水中の障害物を自動
的に回避し、さらに、水中ロボツトの内部で漏水
が生じた場合にはそれを検知して浮上し、水中ロ
ボツトの沈没を防ぐことのできる水中ロボツトを
提供することにある。

〔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ツトに、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、水中ロボツトの傾きを
調整するスラスターと、水中ロボツトを運動させ
る推進部と、水中ロボツトを潜行及び浮上させる
潜行浮上機構と、ロボツト内部の漏水を検出する
漏水検知センサと、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、前記障
害物検知センサは３個以上からなり、前記制御機
構は、各２個の障害物センサからの情報により水
底（又は海底）が水平面となす角を各々求め、求
められた複数の水平面となす角から指令角度を演
算し、この指令角度に基づいて、障害物を水中ロ
ボツトが航行しながら回避するように前記のスラ
スターと推進部を制御し、且つ、漏水検知センサ
からの漏水情報に基づき前記潜行浮上機構を制御
して水中ロボツトを浮上させる構成よりなる。

〔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ツトを
搬送し、その水域で水中ロボツトを水中に潜行さ
せた後、水面上の指令部から水中ロボツトに指令
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、スラスターと推進部を
駆動して、観測させたい水中を水中ロボツトで航
行させる。そして、潜航する水中ロボツトに、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、スラスター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。

また、水中ロボツトの内部で漏水が生じた場合
には、漏水検知センサで漏水を検知し、その情報
は制御機構に送られ、制御機構ではその情報に基
づき潜行浮上機構を作動させて、水中ロボツトを
浮上させることにより、水中ロボツトの沈没を防
ぐ。

〔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
中の水中ロボツトを示す概要図、第２図は水中ロ
ボツトの平面図、第３図は水中ロボツトの側面図
である。

図において、無人無索からなる水中ロボツト１
は、耐圧容器からなるロボツト本体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、水中ロボツト
１の傾きを調整するスラスター７と、水中ロボツ
ト１を運動させる推進部８と、水中ロボツト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からの情報に基づき上
記スラスター７と推進部８を制御する制御機構１
０などから構成されている。

耐圧容器からなるロボツト本体２は、例えば比
重の小さなFRP（強化プラスチツク）材から造ら
れ、その内部が中空となつている。ロボツト本体
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つている。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換えられて超
音波発信器１２から発信され、これをロボツト本
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ツト
１に伝えることができるようになつている。

ロボツト本体２の前部側には、水中ロボツト１
が水中を航行中に水底（又は海底）の障害物を検
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
が５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検知するようになつてい
る。これは、水中ロボツト１の前部部分に振動子
をある所定の角度をもつて取付けるもので、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図はセンサの取付け角を説明す
るための概念図であり、実際の取付け箇所は頭部
ドーム１３の上下に分けて取付け方が撮影などの
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
振動子から成つている。

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θとして、 θ＝k₁θ₁＋k₂θ₂ （k₁，k₂として最適な数値を選ぶ） 水中ロボツト１が水底面（又は海底面）の地形
に応じた角度データを制御機構１０に送ることに
よつて、上記推進部８の角度の制御が行われ水底
の地形に沿つて、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ツト本体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
のフアームウエア化された制御プログラムに内蔵
されており、水中ロボツト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つている。

上記の水中の状況を観測する観測用機器６は、
ロボツト本体２に内蔵されており、又ロボツト本
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、水中ロボツト１を回収した後にロボ
ツト本体２の内部から取り出すようになつている
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つて
は、水中ロボツト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。

上記ロボツト本体２の後部には、尾翼が十字状
に設けられ、又水中ロボツト１の傾きを調整する
スラスター７が設けられている。スラスター７は
ロボツト本体２の後部側に形成されている。スラ
スター７は水中ロボツト１のトリム角調整用とし
て機能する。スラスター７は制御機構１０によつ
て制御される。

また、ロボツト本体２の左右の側面には、水中
ロボツト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
カバーによつ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ユーが設け
られ、そのスクリユ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はロボツト本体２の側面に回動自在に
取付けられていて、ロボツト本体２に対して水平
並びに垂直方向に回動できるようになつている。
このため、ロボツト本体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によつて行われる。

更に、ロボツト本体２の内部には、水中ロボツ
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
ベ、バラストタンク９ａなどが含まれる。バラス
トタンク９ａはロボツト本体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つ
て、水中ロボツト１の水中重量を調整し、水中ロ
ボツト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、水中ロボツト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
よつて、浮上開始時間を制御することも可能であ
る。また、水中ロボツト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、水中ロボツト１のロボツト本体２の内
部に漏水があつた場合、各所に配置された漏水セ
ンサの出力を制御機構１０でとらえ、速やかに浮
上させるものである。また、スラスター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、水中ロボツト１の姿勢保持が重要となる。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、それは水中ロボツト１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０に）保つことは不可能なの
で、水中ロボツト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つている。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、水中ロボツト１のスラスター７と推
進部８を制御をするものであり、プログラム化さ
れたコンピユ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、水中ロボツト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つている。この制
御機構１０はロボツト本体２に内蔵されている。

また、ロボツト本体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
ボツト１を搬送する。水中ロボツト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
中ロボツト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ツト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、水中ロボツト１の比重
が略水中（又は海中）の比重と同じなつたところ
で、水中ロボツト１を母船１１から切り離す。

この場合において、水中ロボツト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
ロボツト１はこの重りによつて潜行する。そし
て、水中ロボツト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ツト１
が潜行した時、重りは水中ロボツト１から切り離
される。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ツト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つた後、指令部３からの指
令を水中ロボツト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
遊する水中ロボツト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
１０に送られ、この制御機構１０のコンピユータ
によつて判断され、その判断に基づき、水中ロボ
ツト１のスラスター７や推進部８を制御して、水
中ロボツト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
中ロボツト１は航行し、水中ロボツト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１１上の指令部３に伝送されたりす
ることになる。

また、水中を航行中に水中ロボツト１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ツト本体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、スラスター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
のフアームウエア化された制御プログラムに内蔵
されており、水中ロボツト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つている。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、水中ロボツト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つて、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、水中ロボツト１の比重を水（又
は海水）より小さくして、水中ロボツト１を浮上
させるようになつている。

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
られている場合でもよい。

〔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
る水中ロボツトによれば、潜航中の水中ロボツト
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
ツトである。

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、例えば水中ロボツ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つては母船
のスクリユーにケーブルが絡まつたり破断したり
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揮し
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ツトは自由
に水中を航行でき、従来の有索の水中ロボツトに
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。

その上、この発明に係る水中ロボツトは、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、水底（又は海
底）が水平面となす角を各々求め、求められた複
数の水平面となす角から指令角度を演算し、この
指令角度に基づき前記のスラスターと推進部を制
御して、緊急停止するこなく自動的に回避する動
作を行うので、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。

以上ような効果に加えて、水中ロボツトの内部
で漏水が生じた場合には、漏水検知センサで漏水
を検知し、その情報は制御機構に送られ、制御機
構ではその情報に基づき潜行浮上機構を作動させ
て、水中ロボツトを浮上させることにより、高価
な水中ロボツトが沈没するのを未然に防ぐことが
できる。

このように、この発明によれば、遥かに使いや
すく安全性に富む高性能の水中ロボツトを提供す
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ツトの実施例を
示すものであつて、第１図は母船に設けられた指
令部と水中の水中ロボツトを示す概要図、第２図
は水中ロボツトの平面図、第３図は水中ロボツト
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……水中ロボツト、２……ロボツ
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
スター、８……推進部、９……潜行浮上機構、９
ａ……バラストタンク、１０……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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 無人無索からなる水中ロボツトに、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、水中ロボツト
   の傾きを調整するスラスターと、水中ロボツトを
   運動させる推進部と、水中ロボツトを潜行及び浮
   上させる潜行浮上機構と、ロボツト内部の漏水を
   検出する漏水検知センサと、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、前記障害物検知センサは３個以上からなり、
   前記制御機構は、各２個の障害物センサからの情
   報により水底（又は海底）が水平面となす角を
   各々求め、求められた複数の水平面となす角から
   指令角度を演算し、この指令角度に基づいて、障
   害物を水中ロボツトが航行しながら回避するよう
   に前記のスラスターと推進部を制御し、且つ、漏
   水検知センサからの漏水情報に基づき前記潜行浮
   上機構を制御して水中ロボツトを浮上させること
   を特徴とする水中ロボツト。