2013 Fiscal Year Annual Research Report
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24246146
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
浅川 賢一 独立行政法人海洋研究開発機構, 海洋工学センター, シニアスタッフ (40344288)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 水中グライダー / 水中ロボット / 長期観測 / 海洋観測 / バーチャルモアリング |
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| Research Abstract |
次世代の海洋観測システムでは、観測の効率と質・量を高めるため、気候変動の影響が早期に現れるキーとなる海域を見出し、集中的に観測することが求められている。そこで本研究では、数年に亘り一定の海域に留まり、海底から海面の間を定期的に往復しながら海水温度等の海洋環境を観測し、イリジウム衛星経由でデータを陸上に伝送する定域長期観測用自律昇降式水中ロボットを開発する。
本研究では、シャトル型水中ロボット「ツクヨミ」をベースとなる機材として使用する。平成23年度までに、ハードウエアの基礎部分と運動特性測定用のプログラムを開発し、基本的な潜水・浮上動作、滑空機能などを確認している。
平成25年度には、以下の研究を実施した。１.小型斜版式アキシャルピストンポンプを用いた浮力エンジンを作成し、本体に組み込んだ。また、室内実験により、その詳細な特性を測定し、学会で報告した。さらに、昨年度開発した高度計をロボット本体に組み込んだ。２.運動制御ソフトウエアに関しては、高度計の制御機能とこれを利用した着底機能、および小型浮力エンジンの制御機能を組み込んだ。さらに、これまでの海洋実験の経験を反映して、イリジウム経由で運動制御パラメータを変更する機能、着底検知機能、最大潜水深度監視機能、潜水時間監視機能、浮上判定機能、浮上時の姿勢制御機能、ツクヨミの浮上位置と支援船の相対位置の表示機能などの強化や上昇開始時のアルゴリズムの変更などを行いった。３.九州大学の曳航水槽と小型船を用いた沿岸試験等を行い、ピッチ角制御が広い条件で安定して行えることを確認した。また、方位制御に関しても、一定の条件の範囲で制御が安定して行えることを確認した。さらに、水深200m までの自律的な潜水と浮上および海面でのGPS測位とイリジウム通信に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
浮力エンジンに関しては、上述したように研究は順調に進み、期待した性能を持つ小型・軽量・高速な浮力エンジンを開発することができた。従来の浮力エンジンに比較して、寸法・重量は1/2～1/3程度となるだけでなく、速度も一桁以上早くすることができた。従来の浮力エンジンは、もともとプロファイリングフロート用に開発したものであるため、高速である必要はなかった。これにより、機敏な運動制御が可能となる。電力効率も、最大で45%程度であり、高い電力効率を持つことが確認できた。また、この浮力エンジンは、ポンプやモータ・ギヤなど主要な部品に市販品を用いているため、従来の浮力エンジンより大幅に製造コストを下げることもできた。さらに、浮力エンジンを小型・軽量とすることにより、その重量を補うために必要な浮力も小さくなるため、全体ロボットシステムもさらに小型・軽量とすることができる。
ソフトウエアに関しても、当初の計画通り順調に開発が進んでいる。さまざまな監視機能を強化することにより、信頼性と実用性を高めることができた。
運動制御に関しては、上述したように、ピッチ角制御が安定して行えることを確認した。方位制御に関しては、一定の条件の範囲で方位制御が安定して行えることを確認した。また、方位制御の安定範囲を広げるためには、形状の上下対称性を改善する必要があることが分かった。さらに、水深200m までの自律的な潜水と浮上および海面でのGPS測位とイリジウム通信に成功した。
一方で、予定していた音響測位システムの開発は遅れている。これは、ソフトウエア等の開発に、予想以上の費用と時間を要したことと、ツクヨミ耐圧容器の海水による腐食が予想以上に進んだため、その対策に予定外の支出が必要となったためである。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度には、まず、これまでの海洋実験等の経験を元に、ソフトウエアの機能の強化を行う。具体的には、（１）シミュレータへの着底シミュレーション機能の追加、（２）イリジウム通信とGPS測位のプロトコル変更による測位と通信の信頼性向上、（３）重心移動装置の電源管理機能の強化による低消費電力化、を行う。また、平行して小型船を用いて沿岸実験を行い、方位制御実験を行なう。前進速度やピッチ角、ロール角などのパラメータを変えて、その制御特性を測定するとともに、広い条件で安定した制御が可能なパラメータを選定する。また、方位制御の安定範囲を広げるため、上下の形状対称性を改善する。小型船で実験するため、ツクヨミを船上に搭載するスペースがない。そのため、ツクヨミは、港から曳航する。この沿岸実験に先立ち、JAMSTEC 所有の大型高圧実験水槽を用いて水密を確認すると同時に、開発した浮力エンジンの高圧下での動作確認実験を行う。
９月には、JAMSTEC所有の海洋調査船「なつしま」により、大水深への潜水・浮上実験を行う。この実験では、潜水・浮上だけでなく、目標位置に向けた走行実験を行う。この実験により、開発した「ツクヨミ」の基本的性能を実証する。
12月には再度小型船を用いて沿岸実験を行い、着底機能を検証する。これらの実験より、音響測位システム以外は，当初の研究目標を達成することができる。
研究成果は、平成27年2月にインドで行われる国際会議で報告する予定である。
音響測位システムの開発については、今後の課題としたい。
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