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柱状採泥のための 小型水中ロボット開発

川村貞夫 立命館大学

坂上憲光 東海大学

応用地質株式会社

I. はじめに

柱状採泥は，環境計測，資源探査等において有用

独立行政法人 国立環境研究所 （NIES)

地球環境研究センター （CGER)

Arc Geo Support Co., LTD

びわ湖においては1年に1mm堆積

50cm柱状採泥

500年分のびわ湖データを獲得

浅域での柱状採泥をロボット化

操縦型採泥航行システム

（三井造船製 1,400kg) 遠隔操作機

ハイパードルフィン 重量 3200kg

(独)海洋研究開発機構

深海域

浅海域

gravity core sampler OYO Co.Ltd.20kg~100kg

従来方法 投げ込み式（左図）

≪求められる性能≫

•人力携行可能 • 遠隔操作性 • 中立的な浮力 •三次元移動推進力 •超短基線音響測位システムorGPSによる位置制御

携行型柱状採泥水中ロボット

ロボット設計概念図 操作パソコン

フロート部

ケーブル

SSBL

SSBL

深度計

LAN

採 泥 管

カメラ

推進ﾌﾟﾛﾍﾟﾗ（Z軸 4基、X-Y軸 各2基）

4

カメラ

柱状採泥ロボット1号機（2012～2013）

サイズ： 2.6mx0.84mx0.4m 重量 ： 34kg 潜行速度： 0.48 m/sec 浮上速度： 0.51m/sec 水平速度： 0.32m/sec

Collected soil

採泥保持機構

Size [m] 0.8× 0.16 × 0.16

Weight [kg] 2.0

Material A2017, SUS304

ボール(ｽﾁｰﾙ)

水流

ボール （ｽﾁｰﾙ）

受動蓋

6

水流

潜行動作中 浮上動作中

コントローラ

操縦装置（ゲームコントローラ利用）

潜行

後退 前進

(Y)

(X)

(Z)

回転

浮上 浮上

7 潜行

後退 前進

回転

開発された1号機の問題点 [1]水平移動非効率問題

水平移動・2基の推進器 ・大断面積

垂直移動

・４基の推進器 ・小断面積

水平移動能力⇒低い

３ｍ程度のロボット長

浅い領域からのスタートは不可能

[2]操縦者負担問題

全動作を一人で操作可能

II. 水平移動の非効率問題解決法 ・小さな断面形状. ・垂直移動用の4基スラスタ 技術ポイント 垂直方向推進力を水平移動に利用

90度回転式可動フロート

浅深度 大深度

姿勢制御

フロート 体積：16L 全長：0.79m 直径： 0.16m 材料： ポリウレタン発泡材 モーター

36W 190:1

実験水槽での運動制御

III. 操縦者負担問題解決法

手 段 センサー情報による自動制御

・本体の姿勢変化 ピッチ角の自動制御 ・目標位置への方向変化 ヨー角の自動制御

GPS

Z

y

x

ロール

ピッチ

ヨー

・位置制御

（水面移動時GPS情報利用）

水平運動GPSフィードバック制御則

IV. システムハードウエア

ﾗｯﾌﾟﾄｯﾌﾟｺﾟﾝﾋﾟｭｰﾀ

ｹﾞｰﾑｺﾝﾄﾛｰﾗ ﾌﾞｰｽﾀｰ

電源

光学式記録媒体変換機

採泥管

可動式ﾌﾛｰﾄ

推進器

水中ロボット

操縦装置ディスプレイ

V. 琵琶湖大橋桟橋実験 日本最大の湖

「びわ湖」 びわ湖大橋桟橋

実験動画 風速 7m／秒 ロボットの平均速力 1.34ノット（0.69m／秒）

びわ湖実験 GPS航跡

・スタート点からGPSフィード

バック制御で目標領域へ水面で移動

・目標領域で採泥形状に姿勢変化

・潜水 採泥

・採泥後，浮上

・移動形状に変化

・スタート点にGPSフィードバック制御で帰還

北

スタート点

目標点

再浮上点

ゴール