成果報告書詳細
管理番号20150000000690
タイトル平成23年度ー平成24年度成果報告書 SBIR技術革新事業 「船舶用小型水中清掃装置(ROV)に関する研究開発」
公開日2016/3/1
報告書年度2011 - 2012
委託先名株式会社キュー・アイ 特定非営利活動法人環境テクノロジーセンター
プロジェクト番号P08015
部署名イノベーション推進部
和文要約件名:平成23年度ー平成24年度成果報告書 SBIR技術革新事業 「船舶用小型水中清掃装置(ROV)に関する研究開発」

船舶において船底における海洋生物の付着は航行性能の低下や燃費の増大を招くことから、定期的な清掃が必要である。現在、船舶の清掃はドライドック時において、高水圧噴射やダイバーによるインウォータークリーニング(IWC)などで行われているが、費用面の負担が大きく、頻繁に実施することは困難で、海洋生物の付着を招いているのが実情である。本研究では、ダイバーが潜水することなく、水中で簡易にしかもこまめに船舶の清掃を行う遠隔操縦の清掃装置(清掃ロボット)を開発し、事業化することを目的とする。本研究はF/S(実証研究)とR&D(開発研究)の2ヵ年に及ぶ計画として立案された。
F/Sでは、まず水中ロボットの技術動向を調査し、ロボットでの清掃で期待される効果について検討した。3000トンの船で約3500万円程度(2.5年間で)の費用対効果を期待できることを試算した。次に、遠隔操縦による小型な清掃ロボットの開発に必要な次の要素技術について検討した。
1.清掃用ブラシの最適化検討 2.高性能スラスタ及び吸引用プロペラの検討 3.陸上と水中清掃ロボットを接続する複合ケーブル 4.姿勢制御及び超音波近接センサによる自動走行の検討 5.方位センサと3軸ジャイロを用いた船体における位置表示方法の検討 6.位置検出と位置表示方法の検討 7.操作が容易なマンマシンインターフェースの検討 8.事業化のためのコストダウンの検討 9.メンテナンス、清掃結果レポートに関する検討。
さらに、ユーザ(海運業界等)からの需要動向を踏まえた清掃ロボットの基本コンセプトを明らかにし、基本仕様及び所要性能を明らかにした。
R&Dでは、F/Sで検討した要素技術と開発基本コンセプトをもとに、ロボットの位置を検出する機能も付加して、実用的な所要性能を有し、安定的かつ簡易に操作できる水中清掃ロボットの技術開発(設計、製作)を行い、試作機の性能や操作性の総合評価を行った。ロータリーエンコーダ方式による位置検出機能においては、誤差3%以内を実現できる見通しが得られた。操作用PC表示、及びモニタリング系の改善も行った。清掃結果のレポート作成支援する運用支援システムについても検討を行った。
この結果、本事業での水中清掃ロボット開発の次の目標を概ね達成することができた。
a.曲面を含む形状の船底に付着した海洋生物を、停泊中の水中で除去できる。 b.水中での現在の位置・姿勢を把握でき、深度や針路を自動的に保持した操作が可能。 c.水中カメラ等により清掃前後の状況を確認・記録できる機能を有する。 d.数100m2/h 程度の清掃速度。 e.最大30mまでの耐水深性能。 f.水中装置全体の大きさが、高さ、幅、奥行きとも各1m程度に小型化。 g.水中装置全体の重量が、数名程度で持ち上げられる程度(40kg程度)。h.市場優位性が見込まれること。
さらに、実船での清掃効果の検証として、清掃ロボットで清掃した前後における燃費削減効果を計測した。その結果、ロボットの船底清掃でスライムが除去されることで、約5%程度の燃費削減効果があることが分かった。
また、F/S、R&Dの各期間において、及び実用化、および事業化を視野に入れたビジネスプランの策定、製造、販売、サービス体制の確立、及び海運業界を中心とする市場開発を行った。この事業が実用化すれば、これまでよりこまめに船底を清掃でき、船舶のCO2排出削減や航行性能維持に大きく貢献でき、新たな産業振興に資することができる。
英文要約Title: Technology Innovation Program for Small Business Innovation Research (SBIR)/Research and development of compact underwater cleaning equipment (ROV) for vessels (FY2011-FY2012) Final Report

In a vessel, adhesion of a marine organism in a ship's bottom cause a degradation of ship's performance and a increase of fuel consumption, it requires periodical ship’s bottom cleaning to remove the fouling. Because the cleaning of the vessel in water by a diver is very heavy and expensive, it is difficult to carry out the cleaning frequently, it cause adhesion of a marine organism. In this research, we developed the cleaning equipment (cleaning robot) by remote control which cleans a vessel simply and efficiently without a diver diving. This research was planned in two stages that is F/S (feasibility study) and R&D (research and development). In F/S, the underwater robot's technology trends were investigated first and the effect expected by cleaning with a robot was examined. The trial calculation of about 35 million yen (for 2.5 years) cost effectiveness being expectable by 3000-ton ship was made. Next, the following component engineering required for development of the small cleaning robot by remote control was examined.
1) Optimization of the brush. 2) Highly efficient thruster and the propeller for suction. 3) Composite cable connects the robot and the onshore controller. 4) Attitude control and automatic operation. 5) Magnetic direction sensor and gyroscope for the automatic run. 6) Position recognition and display method. 7) Man machine interfaces with easy operation. 8) Cost cut methods for manufacturing. 9) Support system to make a cleaning report.
Furthermore, the basic concept of the cleaning robot based on the demand trends from users (shipping industry etc.) was showed, and the basic specification and the necessary performance were clarified.
In R&D, based on F/S, we developed the underwater cleaning robot which can operate stably and simply, and the comprehensive evaluation of the robot were performed. A function to detect a robot's position was also added. In the position detection function using a rotary encoder system, the prospect that less than 3% of an error was performed. PC display for operation and the improvement of a monitoring system were also made. The operations support system which offers the results of cleaning was also examined.
As a result, the performance aimed in this cleaning robot development was almost achieved as follows.
a) Remove the marine organism adhering to the ship's bottom of the form containing a curved surface. b) Automatic run held a depth and a course is by posture and the position detection. c) A function which can check the situation before and after cleaning with TV cameras. d) Cleaning speed about 400m2/h. e) Depth-proof performance of 30 m. f) Small and compact (1 m each in size and about 40kg in weight). Furthermore, the effect before and after the robot cleaned was measured as verification; it turned out to be about 5% reduction of fuel consumption by removing a slime. Moreover, in this study we developed a business plan of manufacturing and cleaning service on the shipping industry.
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