(57)【要約】【課題】船体の外板におけるロボットの位置を精度良く検知できる位置検知技術を提供する。【解決手段】ロボットの位置検知システムは、船体外板８０の異なる位置に取り付けられ船体外板８０に伝播させる音波を発信する２つの音源部３１、３２と、ロボット２Ａに設けられ船体外板８０を伝播した音波を受信する音波受信部２５とを備えている。そして、この位置検知システムでは、各音源部３１、３２から発信された音波が船体外板８０を伝播して音波受信部２５で受信されるまでの各伝播時間と、船体外板８０における各音源部３１、３２の位置情報とに基づき、ロボット２Ａの位置を検知する。その結果、船体外板８０におけるロボット２Ａの位置を精度良く検知できる。【選択図】図７
2011075414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体の外板におけるロボットの位置を検知する位置検知システムであって、
前記外板の異なる位置に取り付けられ、前記外板に伝播させる音波を発信する複数の音波発信部と、
前記ロボットに設けられ、前記外板を伝播した音波を受信する音波受信手段と、
前記複数の音波発信部それぞれから発信された音波が前記外板を伝播して前記音波受信手段で受信されるまでの各伝播時間と、前記外板における前記複数の音波発信部それぞれの位置情報とに基づき、前記ロボットの位置を検知する位置検知手段と、
を備えることを特徴とする位置検知システム。
【請求項２】
請求項１に記載の位置検知システムにおいて、
前記複数の音波発信部それぞれは、マグネットにより前記外板に対して着脱自在であることを特徴とする位置検知システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の位置検知システムにおいて、
前記音波受信手段は、
前記ロボットの異なる位置に設けられた複数の音波受信部、
を有することを特徴とする位置検知システム。
【請求項４】
船体の外板におけるロボットの位置を検知する位置検知システムであって、
前記ロボットに設けられ、前記外板に伝播させる音波を発信する音波発信手段と、
前記外板の異なる位置に取り付けられ、前記外板を伝播した音波を受信する複数の音波受信部と、
前記音波発信手段から発信された音波が前記外板を伝播して前記複数の音波受信部それぞれで受信されるまでの各伝播時間と、前記外板における前記複数の音波受信部それぞれの位置情報とに基づき、前記ロボットの位置を検知する位置検知手段と、
を備えることを特徴とする位置検知システム。
【請求項５】
請求項４に記載の位置検知システムにおいて、
前記複数の音波受信部それぞれは、マグネットにより前記外板に対して着脱自在であることを特徴とする位置検知システム。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の位置検知システムにおいて、
前記音波発信手段は、
前記ロボットの異なる位置に設けられた複数の音波発信部、
を有することを特徴とする位置検知システム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の位置検知システムにおいて、
前記ロボットに設けられ、前記外板の表面を撮影して画像を取得する撮像手段、
をさらに備えることを特徴とする位置検知システム。
【請求項８】
請求項７に記載の位置検知システムにおいて、
前記ロボットを前記外板上で移動させる駆動手段と、
前記駆動手段によって前記ロボットを移動させつつ、前記撮像手段で前記画像を順次に取得させる画像取得手段と、
をさらに備えることを特徴とする位置検知システム。
【請求項９】
船体の外板におけるロボットの位置を検知する位置検知方法であって、
前記外板の異なる位置に取り付けられた複数の音波発信部それぞれから、前記外板に伝播させる音波を発信する音波発信工程と、
前記ロボットに設けられた音波受信手段で前記外板を伝播した音波を受信する音波受信工程と、
前記複数の音波発信部それぞれから発信された音波が前記外板を伝播して前記音波受信手段で受信されるまでの各伝播時間と、前記外板における前記複数の音波発信部それぞれの位置情報とに基づき、前記ロボットの位置を検知する位置検知工程と、
を備えることを特徴とする位置検知方法。
【請求項１０】
船体の外板におけるロボットの位置を検知する位置検知方法であって、
前記ロボットに設けられた音波発信手段から、前記外板に伝播させる音波を発信する音波発信工程と、
前記外板の異なる位置に取り付けられた複数の音波受信部それぞれで前記外板を伝播した音波を受信する音波受信工程と、
前記音波発信手段から発信された音波が前記外板を伝播して前記複数の音波受信部それぞれで受信されるまでの各伝播時間と、前記外板における前記複数の音波受信部それぞれの位置情報とに基づき、前記ロボットの位置を検知する位置検知工程と、
を備えることを特徴とする位置検知方法。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の位置検知方法において、
所定の駆動手段によって前記ロボットを前記外板上で移動させつつ、前記ロボットに設けられた撮像手段で前記外板の表面を撮影して画像を順次に取得させる画像取得工程、
をさらに備えることを特徴とする位置検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船体の外板におけるロボットの位置を検知する位置検知技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に船舶では、船体の外板にフジツボやムラサキイガイ等が付着すれば、外国に外来種を運んでしまう可能性があり、環境に悪影響を与える恐れがある。また、船体外板に付着した異物の影響により水に対しての抵抗が大きくなるため、燃費が悪くなり燃料コストの増加やＣＯ２排出量の増大を招くこととなる。特にコンテナ船やタンカー等の大型船では燃料消費量が多いため、数％の燃費悪化でも相当なコスト増となる。このため、２年半に１回等の頻度で定期的に船舶をドックに上げ、船体外板に付着した異物の除去や再塗装等の作業を行うようにしているが、このような作業に必要な費用も高額である。
【０００３】
一方、港などに停泊中の船舶において水中に潜ったダイバーが船体外板を点検し、付着物を除去することも行われるが、その作業効率は悪く危険で時間のかかる作業となっている。
【０００４】
そこで、上記ダイバーの作業効率を向上させる技術として、例えば停泊中の船舶において水中ロボットを用い水面下の船体外板を検査する技術が提案されている。この水中ロボットによる検査では、その水中での位置を正確に検知することが重要である。
【０００５】
水中ロボットの位置検知に関しては、例えば特許文献１に開示される技術がある。この技術によれば、船底ビルジ部より外方斜め下方に張り出して設置された超音波受信器にて水中ロボットから発信され水中を伝播した超音波を受信することで、水中ロボットの位置検知が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１３６２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、水中ロボットから発信された超音波は水中を伝播して超音波受信器で受信されるため、その伝播経路において水流や浮遊物等の影響を受けてしまうと、ノイズの原因となる。これでは、船体の外板上で検査を行う水中ロボットの位置を精度良く検知するのは困難である。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、船体の外板におけるロボットの位置を精度良く検知できる位置検知技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、船体の外板におけるロボットの位置を検知する位置検知システムであって、前記外板の異なる位置に取り付けられ、前記外板に伝播させる音波を発信する複数の音波発信部と、前記ロボットに設けられ、前記外板を伝播した音波を受信する音波受信手段と、前記複数の音波発信部それぞれから発信された音波が前記外板を伝播して前記音波受信手段で受信されるまでの各伝播時間と、前記外板における前記複数の音波発信部それぞれの位置情報とに基づき、前記ロボットの位置を検知する位置検知手段とを備える。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る位置検知システムにおいて、前記複数の音波発信部それぞれは、マグネットにより前記外板に対して着脱自在である。
【００１１】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る位置検知システムにおいて、前記音波受信手段は、前記ロボットの異なる位置に設けられた複数の音波受信部を有する。
【００１２】
また、請求項４の発明は、船体の外板におけるロボットの位置を検知する位置検知システムであって、前記ロボットに設けられ、前記外板に伝播させる音波を発信する音波発信手段と、前記外板の異なる位置に取り付けられ、前記外板を伝播した音波を受信する複数の音波受信部と、前記音波発信手段から発信された音波が前記外板を伝播して前記複数の音波受信部それぞれで受信されるまでの各伝播時間と、前記外板における前記複数の音波受信部それぞれの位置情報とに基づき、前記ロボットの位置を検知する位置検知手段とを備える。
【００１３】
また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る位置検知システムにおいて、前記複数の音波受信部それぞれは、マグネットにより前記外板に対して着脱自在である。
【００１４】
また、請求項６の発明は、請求項４または請求項５の発明に係る位置検知システムにおいて、前記音波発信手段は、前記ロボットの異なる位置に設けられた複数の音波発信部を有する。
【００１５】
また、請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかの発明に係る位置検知システムにおいて、前記ロボットに設けられ、前記外板の表面を撮影して画像を取得する撮像手段をさらに備える。
【００１６】
また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る位置検知システムにおいて、前記ロボットを前記外板上で移動させる駆動手段と、前記駆動手段によって前記ロボットを移動させつつ、前記撮像手段で前記画像を順次に取得させる画像取得手段とをさらに備える。
【００１７】
また、請求項９の発明は、船体の外板におけるロボットの位置を検知する位置検知方法であって、前記外板の異なる位置に取り付けられた複数の音波発信部それぞれから、前記外板に伝播させる音波を発信する音波発信工程と、前記ロボットに設けられた音波受信手段で前記外板を伝播した音波を受信する音波受信工程と、前記複数の音波発信部それぞれから発信された音波が前記外板を伝播して前記音波受信手段で受信されるまでの各伝播時間と、前記外板における前記複数の音波発信部それぞれの位置情報とに基づき、前記ロボットの位置を検知する位置検知工程とを備える。
【００１８】
また、請求項１０の発明は、船体の外板におけるロボットの位置を検知する位置検知方法であって、前記ロボットに設けられた音波発信手段から、前記外板に伝播させる音波を発信する音波発信工程と、前記外板の異なる位置に取り付けられた複数の音波受信部それぞれで前記外板を伝播した音波を受信する音波受信工程と、前記音波発信手段から発信された音波が前記外板を伝播して前記複数の音波受信部それぞれで受信されるまでの各伝播時間と、前記外板における前記複数の音波受信部それぞれの位置情報とに基づき、前記ロボットの位置を検知する位置検知工程とを備える。
【００１９】
また、請求項１１の発明は、請求項９または請求項１０の発明に係る位置検知方法において、所定の駆動手段によって前記ロボットを前記外板上で移動させつつ、前記ロボットに設けられた撮像手段で前記外板の表面を撮影して画像を順次に取得させる画像取得工程をさらに備える。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１から請求項３、請求項７から請求項９および請求項１１の発明によれば、船体の外板の異なる位置に取り付けられた複数の音波発信部それぞれから発信された音波が外板を伝播してロボットに設けられた音波受信手段で受信されるまでの各伝播時間と、外板における複数の音波発信部それぞれの位置情報とに基づき、船体の外板におけるロボットの位置を検知するため、ロボットの位置を精度良く検知できる。
【００２１】
特に、請求項２の発明においては、複数の音波発信部それぞれがマグネットにより船体の外板に対して着脱自在であるため、音波発信部の取付けおよび取外し作業を容易に行える。
【００２２】
また、請求項３の発明においては、複数の音波受信部がロボットの異なる位置に設けられるため、ロボットの姿勢を検出できる。
【００２３】
また、請求項４から請求項８、請求項１０および請求項１１の発明によれば、ロボットに設けられた音波発信手段から発信された音波が船体の外板を伝播して、外板の異なる位置に取り付けられた複数の音波受信部それぞれで受信されるまでの各伝播時間と、外板における複数の音波受信部それぞれの位置情報とに基づき、船体の外板におけるロボットの位置を検知するため、ロボットの位置を精度良く検知できる。
【００２４】
また、請求項５の発明においては、複数の音波受信部それぞれがマグネットにより船体の外板に対して着脱自在であるため、音波受信部の取付けおよび取外し作業を容易に行える。
【００２５】
また、請求項６の発明においては、複数の音波発信部がロボットの異なる位置に設けられるため、ロボットの姿勢を検出できる。
【００２６】
また、請求項７の発明においては、船体の外板表面を撮影して画像を取得する撮像手段がロボットに設けられるため、船体の外板表面の画像を容易に取得でき、その画像から例えば船体外板の異常(フジツボ等の付着や塗装はがれなど)を検出できる。
【００２７】
また、請求項８および請求項１１の発明においては、駆動手段によってロボットを船体の外板上で移動させつつロボットに設けられた撮像手段で画像を順次に取得させるため、船体の外板において画像取得が必要な領域内の画像を効率良く取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態に係るロボットの位置検知システムの要部構成を示す概念図である。
【図２】ロボットの要部構成を示す斜視図である。
【図３】ロボットを下面から見た図である。
【図４】音源部の要部構成を説明するための図である。
【図５】位置検知システムの機構構成を示すブロック図である。
【図６】船体外板で検出された付着物等の領域をマッピング表示する一例を示す図である。
【図７】船体外板におけるロボットの位置検知を説明するための図である。
【図８】ロボットの位置検知を説明するためのタイムチャートである。
【図９】位置検知システムの基本的な動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る位置検知システムの機能構成を示すブロック図である。
【図１１】船体外板におけるロボットの位置検知を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
＜第１実施形態＞
＜ロボットの位置検知システムの構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るロボットの位置検知システム（以下では「位置検知システム」とも略称する）１Ａの要部構成を示す概念図である。
【００３０】
位置検知システム１Ａは、船舶８における船体の外板(以下では「船体外板」ともいう)８０上で作業(画像取得作業)を行うロボット２Ａと、船体外板８０上に取り付けられた２つの音源部３１、３２とを備えており、船体外板８０におけるロボット２Ａの位置を検知する。また、位置検知システム１Ａは、ケーブルＣＢａを介してロボット２Ａと通信可能に接続するとともに、アンプ(増幅器)３３が介挿されたケーブルＣＢ１〜３を介して各音源部３１、３２と電気的に接続する制御装置４を備えている。
【００３１】
まず、ロボット２Ａの構成について図２〜３を参照して説明する。
【００３２】
図２は、ロボット２Ａの要部構成を示す斜視図である。また、図３は、ロボット２Ａを下面(裏側)から見た図である。
【００３３】
ロボット２Ａは、水中での作業が可能な水中ロボットとして構成されており、ロボット２Ａの各部位は適宜に防水処理(防水加工)が施されている。そして、ロボット２Ａは、例えば箱型の形状を有したロボット本体部（以下では「本体部」とも略称する）２０と、本体部２０の下面に設けられた４個のボールキャスタ２１(図３)と、本体部２０の両サイドに設けられた２つの車輪２２と、本体部２０の前面（正面）に設けられた撮像部２３および照明部２４と、本体部２０の下部中央付近に設けられた音源受信部２５とを備えている。
【００３４】
４個のボールキャスタ２１は、そのボール部が永久磁石として形成されている。このような構成のボールキャスタ２１は鉄製の船体外板(鉄板)８０に磁気的に吸着するため、ロボット２Ａを船体外板８０に吸い貼り付かせ、その船体外板８０に沿った移動を可能とする。なお、各ボールキャスタ２１には、ロボット２Ａが移動する際に生じる振動などを吸収するバネ機構等を付加するのが好ましい。
【００３５】
２つの車輪２２は、回転軸２２ｃを中心に回転自在となっている。この車輪２２を例えばモータなどのアクチュエータ２６(図５)によって回転させることで、図２のようにＺ軸に沿った方向Ｄａにロボット２Ａを前進させることが可能である。なお、各車輪２２に対して例えば不均衡な回転トルクを与えたり、互いに逆方向の回転を与えることでロボット２Ａの進行方向を変更することができる。
【００３６】
撮像部２３は、メインカメラとして使用する第１カメラ２３１と、サブカメラとして使用する第２カメラ２３２を有しており、図２に示すようにロボット２Ａ前方の撮影領域Ｅｓ(網掛け部)における船体外板８０表面を撮影し、その画像を取得することが可能である。ここで、車輪２２の回転によりロボット２Ａを方向Ｄａに前進させれば、撮影領域Ｅｓの先にある次の撮影領域Ｅｔの画像を撮像部２３で取得できる。なお、次の撮影領域Ｅｔを撮影するためのロボット２Ａの前進動作に関しては、例えばエンコーダによって車輪２２の回転角度を検出し、数十ｃｍ程度の距離をロボット２Ａが移動するようにする。このように船体外板８０上でロボット２Ａを一定距離ずつ移動させながら、撮像部２３で順次に撮影領域Ｅｓの画像を取得すれば、例えば喫水線より下方の船体外板８０全域を隈無く撮影することが可能となる。
【００３７】
なお、撮像部２３では、第１カメラ２３１により撮影領域Ｅｓについての２次元画像を取得できるが、この撮影領域Ｅｓを第２カメラ２３２でも撮影するようにすれば撮影領域Ｅｓに関する船体外板８０の３次元形状情報を取得できる。これにより、船体外板８０に付着したフジツボなどの突起物を容易に検出できるため、この突起物を回避するようにロボット２Ａを移動させる制御が可能となる。このようなロボット２Ａの回避動作により、ボールキャスタ２１の磁気的な吸着力により船体外板８０に吸い付いて移動するロボット２Ａにおいて、突起物にボールキャスタ２１が乗り上げ、ロボット２Ａが船体外板８０から離れて落下するのを未然に防止できる。
【００３８】
照明部２４は、ロボット２Ａの前方にある撮影領域Ｅｓ付近を照明するもので、例えば照明光が不足する水中での撮影時などに使用される。
【００３９】
音波受信部２５は、例えばコンクリートマイクとして構成されており、船体外板８０を伝播した音波を受信する音波センサとして機能する。この音波受信部２５では、その下面部２５ｆを船体外板８０表面に当接させて音波を検出することとなるが、ロボット２Ａが移動する際には下面部２５ｆを船体外板８０から離す必要がある。そこで、不図示の駆動機構を用い音波受信部２５を上下方向Ｄｂに昇降可能としている。これにより、ロボット２Ａが移動中には音波受信部２５を上昇させ、静止中のロボット２Ａにおいて音波を受信する際には音波受信部２５を下降させることができるため、ロボット２Ａの移動時には音波受信部２５の下面部２５ｆの保護が図れるとともに、音波の受信を適切に行えることとなる。
【００４０】
次に、音源部３１、３２の構成について図４を参照して説明する。
【００４１】
図４は、音源部３１の要部構成を説明するための図である。この図４では、音源部３１の縦断面を主に示している。
【００４２】
音源部(以下では「第１音源部」ともいう)３１は、音源本体３１０と、音源本体３１０を覆うように形成された筐体３１１とを備えている。
【００４３】
音源本体３１０は、磁石と可動コイルとを備えたスピーカ（例えば骨伝導スピーカ）として構成されており、その下面３１０ｆを船体外板８０に当接させることで、船体外板８０に伝播させる音波を発信するが可能である。
【００４４】
筐体３１１は、円柱状の外形を有し、その下部に例えば円環状(リング状)の永久磁石として構成されたマグネット部３１ｍ(平行斜線部)が取り付けられている。このマグネット部３１ｍによる船体外板８０への磁気的な吸着力により、音源部３１は船体外板８０に対して着脱自在となっている。このような構成により、船体外板８０に対する音源部３１の取付け・取外し作業を容易化できる。
【００４５】
なお、音源部(以下では「第２音源部」ともいう)３２についても、図４に示す第１音源部３１と同様の構成を有している。
【００４６】
図１に戻って、制御装置４の構成を説明する。
【００４７】
制御装置４は、例えばパーソナルコンピュータとして構成されており、キーボードやマウス(不図示)からなる入力部４１と、例えば液晶ディスプレイとして構成される表示部４２とを備えている。
【００４８】
次に、位置検知システム１Ａの機能構成について図５を参照して説明する。
【００４９】
図５は、位置検知システム１Ａの機構構成を示すブロック図である。
【００５０】
ロボット２Ａは、上述した撮像部２３、照明部２４、音波受信部２５およびアクチュエータ２６を備えるとともに、これらの各部位と電気的に接続する制御部２７と、制御装置４と通信するためのインターフェース部２８とを備えている。
【００５１】
アクチュエータ２６は、車輪２２を駆動してロボット２Ａを船体外板８０上で移動させる駆動部として機能する。
【００５２】
制御部２７は、例えばＣＰＵおよびメモリを有し、ロボット２Ａの各部を統括的に制御するための部位である。
【００５３】
また、上述した第１音源部３１および第２音源部３２は、船体外板８０の異なる位置、例えば図１のように船首付近の上方および船尾付近の上方の各位置に取り付けられ、船体外板８０に伝播させる音波を発信する音波発信部３を構成する。
【００５４】
制御装置４は、上述した入力部４１および表示部４２の他に記憶部４３を備えるとともに、これらの各部とデータ伝送可能に接続する制御部４４と、ロボット２Ａとの通信やアンプ３３を介しての音源発信部３の制御を行うためのインターフェース部４５とを有している。
【００５５】
記憶部４３は、例えばハードディスクとして構成されており、後述するロボット２Ａの位置検知を行うためのアプリケーションプログラムなどを格納している。
【００５６】
制御部４４は、例えばコンピュータとして働くＣＰＵおよびメモリを有しており、制御装置４を統括的に制御する部位である。この制御部４４では、例えば記憶部４３に記憶されたアプリケーションプログラムを読み出し、当該プログラムをＣＰＵで実行することにより、各種機能をソフトウェア的に実現することが可能である。
【００５７】
制御部４４は、ソフトウェア的に実現される位置検知部４４１と画像解析部４４２とを有している。
【００５８】
位置検知部４４１では、各音源部３１、３２から発信された音波が船体外板８０を伝播してロボット２Ａの音波受信部２５に到達するのにかかる時間と、その各音源部３１、３２の位置とに基づき、船体外板８０上におけるロボット２Ａの位置を検知する。このロボット２Ａの位置検知については、後で詳述する。
【００５９】
画像解析部４４２では、アクチュエータ２６を用いてロボット２Ａを移動させつつ撮像部２３でロボット２Ａ前方の撮影領域Ｅｓ(図２)の画像を順次に取得させる制御を行うとともに、これによって取得した画像群を解析する。この画像解析では、例えば船体外板８０との色の違いやテクスチャの違いにより付着物や塗装はがれ、錆などを検出するとともに、検出した付着物については、さらに、その画像の特徴量（色、テクスチャ、幾何学形状など）に基づきフジツボ、ムラサキイガイなどの分類分けを行う。例えばフジツボに関しては、色が灰色でエッジが多いという特徴に基づき他の付着物との識別が可能である。そして、画像解析によって得られた結果については、例えば図６に示すように簡略化された船体の立体画像Ｇｓ上に、フジツボが付着した領域Ｅａや、ムラサキイガイが付着した領域Ｅｂ、塗装はがれが発生している領域Ｅｃをマッピング表示する。このような解析結果の表示を行えば、船体外板８０における付着物の種類および位置(付着範囲)を容易に把握できるため、例えばダイバーによる付着物の除去作業を効率良く行えることとなる。なお、図６に示す船体の立体画像Ｇｓについては、簡略化したものを表示するのは必須でなく、船体の三次元データを用いて詳細に表示しても良い。また、図６に示す船体の立体画像Ｇｓ上に、位置検知部４４１によってリアルタイムに検知されるロボット２Ａの位置を表示させるようにすれば、移動中のロボット２Ａの現在位置を把握でき、利便性が向上する。また、図６に示すような解析結果の表示を視認したダイバーが潜って付着物の除去作業を行う際に実際の付着物の位置(箇所)を示す目印となるもの（例えばマグネットを備えた旗状のものなど）をロボット２Ａに装備しておき、それをロボット２Ａの作業中（移動中）に画像解析部４４２で検出された付着物の箇所に取り付けるようにすれば、タイバーによる付着物の除去作業の効率化が図れる。
【００６０】
＜ロボット２Ａの位置検知＞
図７は、船体外板８０におけるロボット２Ａの位置検知を説明するための図である。なお、図７において円弧状の破線は船体外板８０での音波の伝播を表現している。また、図８は、ロボット２Ａの位置検知を説明するためのタイムチャートである。この図８においては、横軸が時間ｔを示しており、第１音源部３１および第２音源部３２から発信された各音波Ｊ１、Ｊ２が時間遅れＴ１、Ｔ２を伴って音波受信部２５で受信されることを表している。
【００６１】
本実施形態の位置検知システム１Ａにおいて船体外板８０上のロボット２Ａの位置を検出する手法を、以下で説明する。
【００６２】
まず、船体外板８０で基準となる位置(既知の位置)に取り付けられた各音源部３１、３２から例えば時間をずらせて音波を照射し、船体外板８０に伝播させるようにする。具体的には、制御装置４により音源部３１、３２での音波の発信タイミングを制御し、図８に示すように第１音源部３１から音波Ｊ１を発信させた後に、第２音源部３２から音波Ｊ２を発信させる。
【００６３】
このように各音源部３１、３２から船体外板８０に発信された音波は、図７に示す船体外板８０の伝播経路Ｐ１、Ｐ２に沿ってロボット２Ａの音波受信部２５に到達する。よって、図８に示すように各音源部３１、３２から発信された音波Ｊ１、Ｊ２が、船体外板８０を伝播し、その音波Ｋ１、Ｋ２を音波受信部２５で受信（キャッチ）するまでの各伝播時間Ｔ１、Ｔ２を計測すれば、図７に示す音波の伝播経路Ｐ１、Ｐ２の距離を導出できる。ここでは、例えば各音源部３１、３２での音波の発信タイミングを制御する制御装置４に、ロボット２Ａから音波受信部２５で音波を受信したタイミング(時刻)の情報をケーブルＣＢａを介して送るようにすれば、制御装置４で音波の発信タイミングと受信タイミングとのずれを求めて各伝播時間Ｔ１、Ｔ２が得られることとなる。このように得られた各伝播時間Ｔ１、Ｔ２[s]に、船体外板８０で音波が伝播する際の速度(音速)Ｖｏ[m/s](鉄板ではＶｏ＝５０００m/s程度)を乗算すれば、各伝播経路Ｐ１、Ｐ２の距離、つまり各音源部３１、３２から音波受信部２５までの距離が算出できる。各音源部３１、３２から音波受信部２５までの距離が分かれば、船体外板８０における各音源部３１、３２の位置が既知であるため、船体外板８０におけるロボット２Ａの位置を特定することが可能となる。なお、図７に示す２つの音源部３１、３２およびロボット２Ａの配置では、船体外板８０の片側面（図７に係る紙面の上側）におけるロボット２Ａの位置検知を行えることとなるが、これと反対の面（図７に係る紙面の下側）におけるロボット２Ａの位置検知を行う場合には、その反対側の面において図７に示すような音源部３１、３２およびロボット２Ａの配置を行えば良い。
【００６４】
なお、船体外板８０での音速に関しては、船体外板８０の材質などの影響によって変化するため、事前に音速を計測して校正(キャリブレーション)を行っておくのが好ましい。例えば、ロボット２Ａの作業を開始する前に船体外板８０における既知の位置、つまり音源部３１(３２)からの距離が判明している位置にロボット２Ａをセットし、音源部３１(３２)からの音波の伝播時間Ｔ１(Ｔ２)を計測するようにすれば、船体外板８０での音速を精度良く求められることとなる。
【００６５】
以上のような位置検知手法により、例えば図７に示すように水面Ｌｗ下で船体外板８０に貼り付きながら作業するロボット２Ａの位置を適切に検出できることとなるが、以下では、この具体的な動作を説明する。
【００６６】
＜位置検知システム１Ａの動作＞
図９は、位置検知システム１Ａの基本的な動作を示すフローチャートである。この動作については、例えば制御装置４の制御部４４によって実行される。
【００６７】
図１のように船舶外板８０に各音源部３１、３２を取り付けるとともにロボット２Ａを既知の位置にセットしてから、制御装置４で記憶部４３内のアプリケーションプログラムを実行すると、ロボット２Ａの位置検知動作に関するキャリブレーションが実行される(ステップＳ１)。このキャリブレーションにより、上述のように船舶外板８０での音速Ｖｏが精度良く求められ、ロボット２Ａの位置検知に用いられる。
【００６８】
ステップＳ２では、音源部３１、３２から船体外板８０に音波を発信する。ここでは、図８に示すように第１音源部３１からの音波Ｊ１の発信タイミングと第２音源部３２からの音波Ｊ２の発信タイミングとをずらせるようにし、各音源部３１、３２から発信された音波Ｊ１、Ｊ２を音波受信部２５で区別できるようにする。
【００６９】
ステップＳ３では、ステップＳ２で発信され船体外板８０を伝播する音波をロボット２Ａの音波受信部２５で受信して各伝播時間Ｔ１、Ｔ２(図８)を計測する。
【００７０】
ステップＳ４では、位置検知部４４１において、ステップＳ３で計測された各伝播時間Ｔ１、Ｔ２から船体外板８０におけるロボット２Ａの位置を検知する。ここでは、上述のように各伝播時間Ｔ１、Ｔ２に船体外板８０での音速Ｖｏを乗じてロボット２Ａの位置が特定されるが、この音速ＶｏにステップＳ１のキャリブレーション動作で得られたものを使用すれば、ロボット２Ａの位置検知精度が向上する。
【００７１】
ステップＳ５では、ロボット２Ａの撮像部２３により船体外板８０の表面を撮影して画像を取得する。具体的には、図２のようにロボット２Ａ前方の撮影領域Ｅｓを撮像部２３で撮影し、船体外板８０上面の画像を取得する。なお、撮像部２３で取得された画像データは、ケーブルＣＢａ(図１)を介して制御装置４に送られる。
【００７２】
ステップＳ６では、船体外板８０で画像取得が必要な領域（例えば船体外板８０のうち水面Ｌｗ(図７)下の領域）の撮影が未完であるかを判定する。ここで、撮影が未完の場合には、ステップＳ７に進み、必要な領域の撮影が完了している場合には、ステップＳ８に進む。
【００７３】
ステップＳ７では、アクチュエータ２６を駆動してロボット２Ａを移動させる。これにより、例えば図２に示すように、この移動前に撮影した撮影領域Ｅｓに対して、その前方の撮影領域Ｅｔの画像を撮像部２３で取得することが可能となる。以上のようにアクチュエータ２６によってロボット２Ａを船体外板８０上で移動させつつロボット２Ａに設けられた撮像部２３で船体外板８０の表面を撮影して画像を順次に取得させることにより、船体外板８０で画像取得が必要な領域についての画像を効率良く取得できる。なお、上述のように、ステップＳ３で船体外板８０を伝播する音波を受信する際にはロボット２Ａにおいて音波受信部２５を下降させるが、ステップＳ７でロボット２Ａを移動させる際には音波受信部２５を上昇させ、その下面部２５ｆを保護するようにする。
【００７４】
ステップＳ８では、ステップＳＴ５において撮像部３で取得した画像から、付着物等を検出して表示部４２に表示する。すなわち、船体外板８０で画像取得が必要な領域内においてロボット２Ａを移動させつつ撮像部２３で順次に取得した撮影領域Ｅｓ(図２)の各画像を画像解析部４４２で解析して、付着物や塗装はがれ、錆などを検出し、その検出結果を例えば図６に示すように船体の立体画像Ｇｓに重畳させて表示部４２に表示する。このようにロボット２Ａを用いて取得した画像を解析し船体外板８０上の付着物等を表示させる動作(検査)を定期的に行うようにすれば、船体外板８０における付着物等の状態を時系列で把握することができ、船体のメンテナンス時期の決定等に活用できることとなる。
【００７５】
以上で説明した位置検知システム１Ａにおいては、異なる位置に取り付けられた２つの音源部３１、３２それぞれから発信された音波が船体外板８０を伝播して音波受信部２５で受信されるまでの各伝播時間Ｔ１、Ｔ２(図８)と、船体外板８０における各音源部３１、３２の位置情報とに基づき、ロボット２Ａの位置を検知する。その結果、各音源部３１、３２から発信された音波の伝播経路Ｐ１、Ｐ２(図７)は船体外板８０に沿った経路となるため、従来のように水流や水中の浮遊物等の影響を受けずに、船体外板８０におけるロボット２Ａの位置を精度良く検知できる。
【００７６】
このようにロボット２Ａの位置を精度良く検知できれば、ロボット２Ａで取得した画像を解析し検出された付着物の領域などを図６のように適切にマッピング表示することが可能となる。そして、このマッピング表示を視認することで付着物等の位置(付着状況)を予め把握したダイバーは、水面下の船体外板８０における付着物等の除去作業を効率良く行えることとなる。
【００７７】
＜第２実施形態＞
＜位置検知システムの構成＞
図１０は、本発明の第２実施形態に係る位置検知システム１Ｂの機能構成を示すブロック図である。この図１０は、図５に対応しており、第１実施形態と同様の機能を有する部位には、同じ参照符号を付している。
【００７８】
位置検知システム１Ｂは、第１実施形態の位置検知システム１Ａと類似の構成を有しているが、ロボットの構成が異なるとともに、第１実施形態の２つの音源部３１、３２に代わって船体外板８０の異なる位置に２つの音波受信部５１、５２が取り付けられる点が相違している。
【００７９】
すなわち、第２実施形態のロボット２Ｂは、第１実施形態と類似の構成を有しているが、第１実施形態の音波受信部２５に代わって第１実施形態の音源部３１(３２)と同様の機能を有した音源部２９を備える点で相違している。
【００８０】
第２実施形態の２つの音波受信部(以下では「第１音波受信部」、「第２音波受信部」ともいう)５１、５２は、第１実施形態の音波受信部２５と同様の機能を有している。そして、各音源受信部５１、５２においては、図４のように筐体３１１の下部にマグネット部３１ｍが取り付けられた音源部３１と同様の構成を採用するようにする。これにより、マグネットによる船体外板８０への吸着力によって音波受信部５１、５２が船体外板８０に対して着脱自在となり、船体外板８０に対する音波受信部５１、５２の取付け・取外し作業を容易化できる。
【００８１】
以上のような構成を備えた位置検知システム１Ｂにおけるロボット２Ｂの位置検知について、以下で説明する。
【００８２】
＜ロボット２Ｂの位置検知＞
図１１は、船体外板８０におけるロボット２Ｂの位置検知を説明するための図である。なお、図１１において円弧状の破線は船体外板８０での音波の伝播を表現している。
【００８３】
第１実施形態の位置検出システム１Ａでは、上述のように船体外板８０上の異なる位置に取り付けられた２つの音源部３１、３２から発信された音波が船体外板８０を伝播してロボット２Ａの音波受信部２５で受信されるまでの各伝播時間Ｔ１、Ｔ２(図８)を計測することでロボット２Ａの位置を検出する。これに対し、第２実施形態の位置検出システム１Ｂでは、図１１に示すようにロボット２Ｂの音源部２９から発信された音波が船体外板８０を伝播し、船体外板８０上の異なる位置に取り付けられた２つの音波受信部５１、５２で受信されるまでの各伝播時間を計測することで、ロボット２Ｂの位置を検出するようになっている。このロボット２Ｂの位置検知手法について、以下で具体的に説明する。
【００８４】
まず、ロボット２Ｂの音源部２９から音波を発信し、船体外板８０に伝播させるようにする。このように音源部２９から船体外板８０に向けて照射された音波は、図１１に示す伝播経路Ｑ１、Ｑ２に沿って、船体外板８０で基準となる位置(既知の位置)に取り付けられた各音波受信部５１、５２に到達する。よって、音源部２９から発信された音波が船体外板８０を伝播して２つの音波受信部５１、５２それぞれで受信（キャッチ）するまでの各伝播時間を計測すれば、上述した第１実施形態と同様に、図１１に示す音波の伝播経路Ｑ１、Ｑ２の距離、つまり音源部２９から各音波受信部５１、５２までの距離を導出できる。
【００８５】
このように音源部２９から各音波受信部５１、５２までの距離が分かれば、船体外板８０における各音波受信部５１、５２の位置が既知であるため、船体外板８０におけるロボット２Ｂの位置を特定することが可能となる。
【００８６】
以上のような位置検知手法により、例えば図１１に示すように水面Ｌｗ下で船体外板８０に貼り付きながら作業するロボット２Ｂの位置を適切に検出できる。
【００８７】
なお、位置検知システム１Ｂの基本的な動作については、図９のフローチャートに示す第１実施形態の動作と類似しているが、図９のステップＳ２〜３の動作が多少異なっている。
【００８８】
すなわち、本実施形態の位置検知システム１Ｂでは、図９のステップＳ２においてロボット２Ｂの音源部２９から船体外板８０に音波を発信するとともに、図９のステップＳ３において船体外板８０を伝播した音波を各音波受信部５１、５２で受信して各伝播時間を計測する。
【００８９】
以上で説明した位置検知システム１Ｂにおいては、ロボット２Ｂの音源部２９から発信された音波が船体外板８０を伝播して２つの音波受信部５１、５２それぞれで受信されるまでの各伝播時間と、船体外板８０における各音波受信部５１、５２の位置情報とに基づき、ロボット２Ｂの位置を検知する。その結果、第１実施形態と同様に、船体外板８０におけるロボット２Ｂの位置を精度良く検知できる。
【００９０】
＜変形例＞
上記の各実施形態においては、回転ブラシやウォータージェットにより船体外板８０上の異物等を清掃する清掃機構をロボット２Ａ(２Ｂ)に設けるようにしても良い。このような清掃機構により、ロボット２Ａ(２Ｂ)の移動中に検出されたフジツボの幼生など比較的簡単に除去できるものを、その都度、船体外板８０から取り除くことが可能となる。特に、異物が付着しずらく付着した異物の除去も容易に行えるようになる特別な塗装（付着防止塗装）が施された船体外板８０に対しては、ロボットに設けられた上記の清掃機構による付着物等の除去が有効である。
【００９１】
上記の各実施形態においては、ボール部がマグネットとして構成されるボールキャスタ２１の代わりに、船体外板８０に接触する車輪２２の外周部をマグネットとして構成し船体外板８０に対してロボットを磁気的に吸着させるようにしても良い。
【００９２】
上記の各実施形態においては、音源部３１、３２や音波受信部５１、５２をマグネットを用いて船体外板８０に取り付けるのは必須でなく、両面粘着シートなどを用いて船体外板８０に取り付けるようにしても良い。
【００９３】
上記の各実施形態において船体外板８０に伝播させる音波については、振動により、その周囲に伝わる波動で音波受信部によって受信可能なものであれば良く、例えば超音波や可聴音を用いることが可能である。
【００９４】
上記の第１実施形態においては、ロボット２Ａに１つの音波発信部２５を設けるのは必須でなく、ロボット２Ａの異なる位置に２以上の音波発信部２５を設けるようにしても良い。これにより、ロボット２Ａでの異なる２以上の位置を検知できるため、ロボット２Ａの姿勢(傾き)を検出することが可能になる。同様に、上記の第２実施形態においてロボット２Ｂの異なる位置に２以上の音源部２９を設けるようにすれば、ロボット２Ｂでの異なる２以上の位置を検知できるため、ロボット２Ｂの姿勢を検出することが可能になる。
【００９５】
上記の第１実施形態においては、船体外板８０に２つの音源部３１、３２を取り付けるのは必須でなく、３以上の音源部を取り付けるようにしても良い。これにより、各音源部からロボットまでの３以上の距離情報が得られるため、より精度の良いロボットの位置検知が行える。同様に、上記の第２実施形態において船体外板８０に３以上の音波受信部を取り付けるようにすれば、各音波受信部からロボットまでの３以上の距離情報が得られるため、より精度の良いロボットの位置検知が行えることとなる。
【００９６】
上記の第１実施形態においては、音波の発信タイミングを異ならせることで各音源部からの音波を区別するのは必須でなく、音波の周波数やパルス幅を異ならせることで各音源部からの音波を区別するようにしても良い。
【００９７】
本発明は詳細に説明されたが、以上の説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【００９８】
１Ａ、１Ｂ  ロボットの位置検知システム
２Ａ、２Ｂ  ロボット
３  音波受信部
４  制御装置
２３  撮像部
２５  音波受信部
２９  音源部
３１  音源部(第１音源部)
３１ｍ  マグネット部
３２  音源部(第２音源部)
４２  表示部
４４  制御部
５１  音波受信部(第１音波受信部)
５２  音波受信部(第２音波受信部)
８０  船体の外板(船体外板)
４４１  位置検知部
４４２  画像解析部
Ｔ１、Ｔ２  音波の伝播時間
【図１】
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【図２】
2011075414.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011075414.tif 000009
【図８】
2011075414.tif 000010
【図９】
2011075414.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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