2022/11/30
第7回 海洋資源開発技術プラットフォーム会合

自律海中プラットフォームシステムの新展開
巻俊宏

東京大学生産技術研究所 海中観測実装工学研究センター
http://makilab.iis.u-tokyo.ac.jp/

海中ロボット
Task Complexity

HOV
Human Occupied Vehicle
有人潜水艇

Manipulation
Sampling

Diver

Human Occupied

ROV
Remotely Operated Vehicle
遠隔操縦ロボット
Human Controlled

AUV
Autonomous Underwater
Vehicle自律型海中ロボット

Visualobservation

Acoustic
observation

HOV, ROVAUV
Tow fish

Water

Autonomy (Efficiency)

自律型海中ロボット （AUV）• テザーケーブル無し
• 全自動
• 利点
•••
•

自由かつ安定した動き
広い活動範囲観測効率
将来の可能性• 欠点• 限られた通信・エネル
ギー• 予期せぬ事態への対応• 喪失リスク

Cruise / クルーズ型Hovering / ホバリング型

Glider / グライダー型

形状・特徴

前進のみでなく、上下や横方向細長い胴体で後部に主推進器をプロペラによる推進器を持たず、にも推進器を持つ。その場停止持つ。魚雷形。
本体の浮力変化により移動する。
（ホバリング）できる。

利点

推進効率に優れるため、広範囲 複雑な動きができるため海底や 消費電力が非常に小さいため、の観測に向く
構造物付近での調査に向く
長距離・長期の観測に向く

適用事例

深浅測量、資源探査、水質調査

航続距離O(100km)
うらしま
Remus
r2D4

例

REMUS 6000 （USA）

海底や人工物の詳細観測、画像
水質調査
マッピング
O(10km)O(1000km)
NereusSpray
HROV
Sea glider
Tuna-Sand

Tuna-Sand （Japan）

Slocum （USA）

マルチビークル• 複数AUVの同時展開• 短時間で広域の探査を実現する• ‘Force Multiplier’ – シップタイムの有効活用（AUVの台数分、同じ時間で観測範囲を拡大できる）• ASVとの連携が重要• カギとなる技術• 協調ナビゲーション(測位, 隊列制御)• 着揚収• 通信（AUV間, AUV-ASV, ASV-Ship）
Team KUROSHIO• システムの信頼性
https://www.jamstec.go.jp/• 大量のデータの扱い
team-kuroshio/

Ocean Infinity
https://oceaninfinity.com/

第2期SIP
https://www.jamstec.go.jp/sip2/

レジデント• 海底ステーションを基地とするROVやAUVの長期展開• 船舶に頼らない長期観測を実現する• ドッキング技術は船舶を用いた運用でも重要（着揚収が不要になる）

ISE
https://ise.bc.ca/• 考え方は20年以上前から存在するが、周辺技術の進化により実用化に近づく• カギとなる技術• ドッキング• 非接触充電• 通信• 長期運用時の信頼性

第2期SIP
MBARI
https://www.mbari.org/

低コスト• 低コストなセンサ、パーツ、機体が増えつつある• 背景に（空の）ドローンの普及、ソフトウェアのオープンソース化等がある• 従来の1/10以下の価格帯のもの
もwww.waterlinked.com

https://www.blueprintsubsea.com/• 小型、軽量なので運用コストも削減できる• 海中ロボットの用途拡大、市場拡大につながる可能性• 性能は「高級品」に比べて劣る
ので、使いこなすには用途の絞り込み、データ処理手法の工夫が重要
https://bluerobotics.com/

https://www.qysea.com/

巻研究室における取り組み： 海 × 自律ロボット
Making survey planand monitoring results

Child

Docking under
low visibility andstrong sea current

マルチビークル

AUVStation
Battery charge

Positioning aroundunderwater structures

ParentAcoustic Positioning
Cooperation
Formation Control

音響ネットワ－クによる
複数ＡＵＶの協調展開

海底ステーションとAUVによる水中構造物の長期モニタリング

低コスト
AUV

レジデント
Tri-TON 2

Tri-Dog 1

BUTTORI

Seafloor Station

HATTORI 2

海底の低高度・高速追従

HATTORI
MONACA

ウミガメの自動探知・追跡

海氷・棚氷下の探査
2022年に南極へ展開予定！

極限環境

Tri-TON

生物観測

YOLO v3

低コスト AUV / ASV システム
AUV HATTORI
Highly Agile Terrain Tracker for Ocean Research and Investigation
サイズ: 1.0 (L) × 0.48 (W) × 0.29 (H) [m]
重量: 19 kg
センサ: Scanning Sonar, DVL, AHRS, Depth, SSBL, Camera
機能:
複雑な海底の低高度追従
垂直潜航・浮上

ASV BUTTORI

Buoy for HATTORI
サイズ: 0.8 (L) × 0.8 (W) × 1.6 (H) [m]
重量: 20 kg
センサ: GNSS Compass, SSBL
機能:
HATTORIの測位と状態監視
定点保持
HATTORIの追尾（開発中）HATTORIの航跡（2022.３ ＠神戸 須磨海釣り公園）
HATTORIによるリアルタイム推定値（デッドレコニング）

14:24:31 潜航開始
ヒューム管を回避

14:27:31 浮上開始

海底追従（高度1.5m）

海底追従の様子（Dive 10 ヒューム管を回避）

BUTTORIによるHATTORIの音響測位と自動追従（Dive 28）

外洋への展開 （2021.7 @西之島）

2021年 環境省西之島総合学術調査事業

https://youtu.be/UEm1Fysy_Vo

AUVによる
遊泳生物の自動追跡

Topview
Multibeamimaging sonar

Sea turtle
遊泳生物の新たな観測手法の確立を目指す。
生物にタグ等を取り付けず、まったく自然状態での長期観測を実現する。

AUV

水中で広域を探知できるソーナー（音響センサ）とAIを組み合わせる。

YOLOv2最初のターゲットはウミガメ

Side view

機械学習によるウミガメの認識

https://youtu.be/MJWB5XxFuz0

AUV HATTORIによるウミガメの全自動追跡
AUV HATTORIによるウミガメ追跡実験

Target: Loggerhead Turtle (Carapace length 0.85m)

Speed: x4

https://youtu.be/eazR6KzuwBA

実験結果：
ウミガメとの位置関係
[deg]

[m]

Time [s]Time [s]Direction, θDistance, ｒAUV MONACA
Mobility Oriented Nadir AntarctiC Adventurer
GRAntarctic http://grantarctic.jp/

MONACAのミッション
Shirase

A: 海底探査 (地形, 画像)
B: 氷探査 (形状, 画像)
C: 水質調査

B: Ice Tracking
Acoustic positioning& communication
device

C: Constant Depth

A: Seafloor Tracking (bathymetry)
Altitude 50m

Max. 10km

氷下へのAUV展開のための課題
高い乾舷
低温

限られた開水面
音響測位通信装置
緊急浮上できない

音響通信範囲の制限(機器によるが数km程度)

設計コンセプト

上下反転可能なセンサユニット• 小型• 運用しやすい• しらせから着揚収可能• 低コストモジュール構造• モジュール構造• 多様な観測に対応• 分解して運搬可能• メンテナンスが容易• 複雑地形の低高度追従に対応• ホバリング型• スキャニングソーナーによる手法*, **• 海氷、棚氷、海底の画像観測にも対応（将来）* T. Maki, et al., Low-altitude and High-speed Terrain Tracking Method for Lightweight AUVs,
Journal of Robotics and Mechatronics, 30(6), 971-979 (2018)**小知井秀馬, 山縣広和, 巻俊宏, AUVによる極域探査のための複雑地形の追従手法 -シミュレーションによる性能評価-, 令和3年度 日本船舶海洋工学会 秋季講演会, (2021)

小型 (~2m)

ハードウェア
上下反転可能なセンサユニット（図では下向き）

Navigation••••

DVL (Doppler Velocity Log)
INS (Inartial Navigation System)
SSBL（<3km）
Scaning Sonar

音響モデム（SSBL兼用）

Paylord• Multi-beam Sonar• CTD• (Camera)Size

2.12 x 0.65 x 0.40 [m]Weight230 (in air), 0 (in water) [kg]Max. Depth

1500 [m]Velocity

1.0 [m/s] (2 knot)

Duration> 8 [h]Range> 20 [km]ヒーブスラスタ
x4

吊り上げ
金具

INS

DVL
マルチビームソーナー

アンテナ

サージスラスタ x 2
スキャニングソーナー

電池容器 x 2
コンピュータ容器

2021紋別
2021年2月＠北海道 紋別港
海氷・海底のマッピングに成功

https://youtu.be/cSe7Wg-tsPg

そして南極へ・・

https://news.yahoo.co.jp/articles/a27d254a08b011862073aaf7105f66a197f43aaa

海中工学に関する国際シンポジウム「UT23」
2023年3月＠東大生研にて開催予定！

参考情報• 巻研究室HP• 実験の様子をYouTubeで公開中• http://makilab.iis.u-tokyo.ac.jp/• 駒場リサーチキャンパス公開••••

東京大学生産技術研究所の一般公開
例年6月上旬の金・土に実施
当研究室は例年、水槽にてAUVのデモンストレーションを実施中
https://2022.komaba-oh.jp/• 日本水中ロボネット••••

水中ロボット競技会を運営しているNPO法人
巻研メンバーも多数関わっています
Twitterで情報発信中（モナカの南極展開についても）
http://underwaterrobonet.org/