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ビジュアルTech絶景技術アルバムをめくれVol.2 水深150mまで潜航する、重さ7kgの水中カメラロボ
人がなかなか行けない、水中の狭い隙間でも潜り込み、鮮明な映像を送ってくれる……。海や湖沼、水槽内など、さまざまな場所で活躍する特殊な機材が、自航式の水中カメラロボット。そんな魅力的な“マシン”の姿に迫ってみた。
(文/川畑英毅 総研スタッフ/根村かやの)作成日:09.03.26
最新技術を詰め込んだ、こんなに小柄な実力派ロボ
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「主なユーザーは水産業など、水に関係する研究機関が多いかな。しかし、沈船や危険な水域、水槽やパイプ内の探査などもあり、われわれでも“これ”といえないほど、用途は幅広いんですよ」
 と語るのは、この水中カメラロボットを作った株式会社キュー・アイの武井勇二社長。同社は水中カメラロボットのほかにも、管内検査用カメラ、耐放射線カメラなど、特殊な撮影機材を中心に開発・生産する専門メーカーである。

 ここに紹介したDELTA-100Rは、2008年半ばに出た、同社の水中カメラロボットの最新鋭機種。これ以前に出た機種に比べると、ボリュームにして4分の1程度、重さは20kgから7kgと約3分の1に、消費電力は2kWから400Wにと、大幅に小型・軽量・省電力化が図られている。
相乗効果で大幅コンパクト化を達成
 DELTA-100Rは片手でも簡単に持ち運べる大きさ・重さ〔写真2〕。電源ユニットやケーブル類などを含めても、普通車で搬送でき、母船も小型船で十分。モニターも一般の機器を接続して使用することができる。小型で低コストなベーシック・タイプの水中カメラロボットなので、高度な作業を行う本体装備のオプションは多くないが、水深は標準で100m、ケーブル延長で最大150mまで対応可能、高い機動性を誇り、高解像度のカメラは撮影方向の自由度も高いなど、基本機能は充実している。

「例えば照明を高輝度LEDにすることで省電力化〔写真3、4〕。これによって大きな重量・容積を占める内部電源を小型化しました。マイコンを多用することで回路も小型化。小さく軽くなれば、これまで必要だったフロートもつけずにすむので、ますます小型化できます。そのぶん、スラスターのモーターも小型で十分な推力を得ることができる――。そんな相乗効果によって、ここまで小さくすることが可能になっています」
 と、開発を担当した技術課・課長代理、西岡俊也氏は語る。

 これまでの同社のノウハウを生かし、開発期間は約1年。しかし、単に小型・軽量化しただけでなく、水中カメラロボットとして必要な条件も、高いレベルでクリアすることを目指したという。
「水中で活躍するものですから、内部部品の重量バランスには気を使います。また、接続するケーブルはロボットの動作を妨げないように比重が水と等しい中性浮力ケーブルを使用するのですが、このケーブルの抵抗も考えないといけない。なにしろ本体が小型なので思った以上に影響が大きく、最初の接続位置はテストで『あっ。下向いちゃうよ!』とわかって修正したり。
 基本性能の中でも特に厳しく問われるのは耐久性ですね。時間制限のあるダイバーによる探査に比べ、24時間稼働可能であることがロボットの大きなメリットなのですから、これは絶対。特に耐久性の鍵となるのが、どれだけ長時間潜っていても、内部の機器が損傷しないよう水漏れを防ぐことです。接合部のシーリングをしっかり行うだけでなく、従来のロボのウィークポイントであるスクリュー軸も、このクラスの小型機としては珍しく、内部からの貫通軸をもたない機構を採用しています」(西岡氏)
写真2
DELTA-100Rは本体重量わずか7kg、片手で下げられる重さ。
写真3
前照灯点灯状態。撮影のための明るさを確保するとともに、カメラで確認したものをダイバーが回収に向かうときなどに視認しやすくする役割がある。
写真4
前照灯部分のアップ。上4灯と下2灯とで取り付け角度を変えているのがよく確認できる。
10分程度で自由自在の操縦技術を習得!?
写真5
DELTA-100Rの制御・電源装置一式。コントローラはおなじみのゲーム用。
写真6
各種センサーなどもオプションで装備できる水中カメラロボの上位機種、DELTA-150。
写真7
自走式の管内検査用TVカメラ(TKC-7800)。150mmの小口径管から、そのままで600mm、アタッチメントを付けて口径1000mmクラスまで対応可能。
 そしてもうひとつ、DELTA-100Rの操作性の特徴といえるのが、そのコントローラ〔写真5〕
「従来は専用のコントローラも開発していたのですが、DELTA-100Rでは市販のゲーム・コントローラを流用しています。2本のコントロール・スティックでパワーを調整、L/Rボタンでカメラのピントとズームという具合。ゲーム機が大量に普及しているおかげで、これだけ使い勝手のいいコントローラが、簡単に安価に手に入るのですから、ユーザーにとっても都合がいい」(西岡氏)
 さまざまな電子機器とも併用することを考えるとコントローラは有線であることが望ましいが、一方で、現場での手荒な扱いで断線や接触不良などの可能性はなくならない。そんな場合でも、ゲーム機のコントローラなら、町の電気屋さんでも調達が可能。
「しかも、なんといっても大きなメリットは、誰でもごく普通に“正しい持ち方”をしてくれること(笑)。あるイベントで、デモンストレーションとして4台のロボを持ち込んでお客さんも交えて水中レースを行ったことがありますが、10分もすれば、みなさん、自由自在に動かすことができるんですよ」(西岡氏)

 モニターには、カメラが映す映像だけでなく、水深、方位角、カメラのPAN/TILT角など、操作情報も表示可能。
「深度、方位に関しては、この機種から、自動調整・維持機能を搭載しています。最高速度は2ノット。この大きさですから、実際に航行させてみると、ものすごく速く感じるはず。もちろん、撮影の際はゆっくり、繊細な動きが要求されます。スラスターの操作スティックのレスポンスは、25%、50%……と段階的に切り替えが可能です」(西岡氏)
 これは、いわば自動車のギアのようなもの。25%設定時なら、スティックをいっぱいに倒したときのスラスターの推力が最大の25%。それだけ、細かな操作が行える。

 株式会社キュー・アイは、このDELTA-100Rのほかにも、さまざまな特殊用途のカメラやカメラロボットを開発している〔写真6、7〕。いずれも、人が簡単には行くことができない場所を撮影する機材。同社の水中カメラは、ニュートリノ観測装置の水槽内の点検に一役買ったこともあるとか。
将来テーマは「自律型」
 開発に携わった西岡氏は、大学卒業前、たまたま同社の求人に出合い、この仕事に就くことになったという。
「求人の要項をペラペラめくっていて、“水中ロボット”“海洋開発機器”という単語が目に付いたんですよ。もともと趣味でダイビングをやっていたので、とても興味をひかれて……。
 この仕事に就く条件ですか? やはり水中を動き回る機器の開発ですから、海が好きじゃないと話にならない。そしてロボットが好き、それ以前にもちろん、モノづくり好きなこと。ゲーム好きであることも、有利な条件になるかもしれません。実際にロボを操作している人たちを見ていても、ゲーム好きは上手だし、手先も器用ですしね。
 また、ロボット開発はメカから電気まで、幅広い知識・技術が必要になりますから、視野狭窄に陥らないことが重要。一見、とうてい使えないと思えるような技術、機能が必要になることもあります。何でも機会があれば生かしてやろうと常々考えるように、というのは、自分自身でも気を付けていることです」(西岡氏)
西岡俊也氏
西岡俊也氏
株式会社キュー・アイ
技術課 課長代理
 水中カメラロボットの将来について、現在、テーマのひとつと考えているのは、「自動制御」であるという。DELTA-100Rなどは、人が遠隔操作を行うROV(=Remote Operate Vehicle)。当然、それは人が常に張り付いていなければならず、またケーブルによる行動半径の制約も受けるが、ロボット自身が自律的に動く無人探査機、AUV(=Autonomous Underwater Vehicle)なら、より行動の自由度が広がる。
「現在あるAUVは、高価で大掛かりな研究機材としてのものがほとんど。しかし、低コストで簡単に扱える機材があれば、例えば身近な例でいえば、プールの定休日や閉園後、決まった時間に水中の巡回チェックを行ってくれるとか、いろいろ便利な使い道も出てくると思うんです。現在の水中ロボも含め、そんなものがあるなら使ってみたい、でもそんなものの存在を知らない、という人も多いはず。そんな人に認めてもらえ、使ってもらえる機器を作っていきたいですね」(西岡氏)
取材協力 株式会社キュー・アイ
次回予告 次回の掲載は4月上旬です。 「0.5μm単位で位置制御されるモジュール」のアルバムをめくります。
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根村かやの(総研スタッフ)からのメッセージ 根村かやの(総研スタッフ)からのメッセージ
コントロール・スティックを倒すと、右のスクリューがブーンと回って左旋回。ボタン操作でカメラが首を振り、前照灯が点滅。なんだか楽しいぞ。「お遊び」並みの簡単操作でさまざまな現場の「お仕事」を支える機能を実現したのは、やはり高度な技術力であり、考え抜いた開発なのでした。

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