JP2003011888A - 水中ロボット - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 矩形水路における壁面間の乗り移りを自動化
してロボット操作を簡単にすることができる水中ロボッ
トを提供する。 【解決手段】 傾斜計５ａで計測する水中ロボット２の
ロール角計測値をフィードバックし、このロール角計測
値とＳ字状のロール角計画値との偏差を求め、この偏差
に比例ゲインＫをかけた値と、同偏差を積分してこの積
分値に積分ゲインＫＩをかけた値とを加算し、且つ、前
記ロール角計測値を時間微分してこの微分値と台形状の
ロール角速度計画値との偏差を求め、この偏差に微分ゲ
インＫＤをかけた値も、上記の比例ゲインをかけた値と
積分ゲインをかけた値とに加算することにより、スラス
ター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対する推力指令値を求め
るロールＰＩＤ制御を行う。また、同様して、超音波セ
ンサによる距離計測値に基づき、浮上ＰＩＤ制御と着地
ＰＩＤ制御も行う。
してロボット操作を簡単にすることができる水中ロボッ
トを提供する。 【解決手段】 傾斜計５ａで計測する水中ロボット２の
ロール角計測値をフィードバックし、このロール角計測
値とＳ字状のロール角計画値との偏差を求め、この偏差
に比例ゲインＫをかけた値と、同偏差を積分してこの積
分値に積分ゲインＫＩをかけた値とを加算し、且つ、前
記ロール角計測値を時間微分してこの微分値と台形状の
ロール角速度計画値との偏差を求め、この偏差に微分ゲ
インＫＤをかけた値も、上記の比例ゲインをかけた値と
積分ゲインをかけた値とに加算することにより、スラス
ター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対する推力指令値を求め
るロールＰＩＤ制御を行う。また、同様して、超音波セ
ンサによる距離計測値に基づき、浮上ＰＩＤ制御と着地
ＰＩＤ制御も行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水中ロボットに関
し、暗渠などの矩形水路において水路壁面間の乗り移り
を行って各水路壁面の清掃などを行う水中ロボットに適
用して有用なものである。
し、暗渠などの矩形水路において水路壁面間の乗り移り
を行って各水路壁面の清掃などを行う水中ロボットに適
用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】発電所において海水の取排水路として設
けられた暗渠（矩形水路）の壁面には貝などが付着する
ため、現在、この水路壁面に付着した貝の除去などを行
う水中ロボットの開発が進められている。図３には水中
ロボットが暗渠（矩形水路）において水路壁面間を乗り
移るときの状態を示す。
けられた暗渠（矩形水路）の壁面には貝などが付着する
ため、現在、この水路壁面に付着した貝の除去などを行
う水中ロボットの開発が進められている。図３には水中
ロボットが暗渠（矩形水路）において水路壁面間を乗り
移るときの状態を示す。
【０００３】図３に示すように暗渠１は横断面が矩形状
であり、この暗渠１内において水中ロボット２は暗渠１
の４つの壁面（下面、右面、左面、上面）１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄへ乗り移って、それぞれの壁面１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄに付着している貝の除去などの清掃作業を行
う。
であり、この暗渠１内において水中ロボット２は暗渠１
の４つの壁面（下面、右面、左面、上面）１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄへ乗り移って、それぞれの壁面１ａ，１ｂ，
１ｃ，１ｄに付着している貝の除去などの清掃作業を行
う。
【０００４】水中ロボット１はスラスターを有してお
り、このスラスターの推力によって浮上、回転、着地な
どの水中動作を行うことができるようになっている（詳
細後述）。そして、暗渠１は矩形水路であるため、例え
ば図３に示すように暗渠１の壁面（下面）１ａから他の
壁面（右面）１ｂに乗り移る場合、水中ロボット２は
（１），（２），（３）のように動作する。
り、このスラスターの推力によって浮上、回転、着地な
どの水中動作を行うことができるようになっている（詳
細後述）。そして、暗渠１は矩形水路であるため、例え
ば図３に示すように暗渠１の壁面（下面）１ａから他の
壁面（右面）１ｂに乗り移る場合、水中ロボット２は
（１），（２），（３）のように動作する。
【０００５】即ち、水中ロボット２は、まず、（１）の
ように壁面（下面）１ａに着地している状態から、スラ
スターの推力によって暗渠１の中央部まで浮上する（浮
上動作）。続いて、この暗渠中央部にてスラスターの推
力により（２）のように反時計回りに９０度回転（ロー
ル）して、水中ロボット２の下面２ａを壁面（右面）１
ｂへ向けた状態にする（回転動作）。その後、この姿勢
を維持したままスラスターの推力により（３）のように
壁面（右面）１ｂへ近づいて（並進して）、同壁面（右
面）１ｂに着地する。かくして、水路壁面間の乗り移り
が完了する。
ように壁面（下面）１ａに着地している状態から、スラ
スターの推力によって暗渠１の中央部まで浮上する（浮
上動作）。続いて、この暗渠中央部にてスラスターの推
力により（２）のように反時計回りに９０度回転（ロー
ル）して、水中ロボット２の下面２ａを壁面（右面）１
ｂへ向けた状態にする（回転動作）。その後、この姿勢
を維持したままスラスターの推力により（３）のように
壁面（右面）１ｂへ近づいて（並進して）、同壁面（右
面）１ｂに着地する。かくして、水路壁面間の乗り移り
が完了する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来は上記
のような水中ロボット１の水路壁面間の乗り移り動作
（浮上、回転、着地）を、ロボット操作員が手動操作
（遠隔操作）で行っていたため、ロボット操作員の熟練
技術（操作ノウハウ）が要求され、多くの時間をかけて
ロボット操作員の訓練を行う必要があった（習熟に時間
がかかった）。
のような水中ロボット１の水路壁面間の乗り移り動作
（浮上、回転、着地）を、ロボット操作員が手動操作
（遠隔操作）で行っていたため、ロボット操作員の熟練
技術（操作ノウハウ）が要求され、多くの時間をかけて
ロボット操作員の訓練を行う必要があった（習熟に時間
がかかった）。
【０００７】従って、本発明は上記の事情に鑑み、矩形
水路における壁面間の乗り移りを自動化してロボット操
作を簡単にすることができる水中ロボットを提供するこ
とを課題とする。
水路における壁面間の乗り移りを自動化してロボット操
作を簡単にすることができる水中ロボットを提供するこ
とを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第１
発明の水中ロボットは、推力発生手段と回転角計測手段
と距離計測手段と制御手段とを備え、矩形水路において
浮上動作、回転動作、着地動作を順に行って水路壁面間
の乗り移りを行う水中ロボットであって、前記制御手段
では、前記回転角計測手段で計測する水中ロボットのロ
ール角計測値をフィードバックし、このロール角計測値
とロール角計画値との偏差を求め、この偏差に比例ゲイ
ンをかけた値と、同偏差を積分してこの積分値に積分ゲ
インをかけた値とを加算し、且つ、前記ロール角計測値
を時間微分してこの微分値とロール角速度計画値との偏
差を求め、この偏差に微分ゲインをかけた値も、上記の
比例ゲインをかけた値と積分ゲインをかけた値とに加算
することにより、前記推力発生手段に対する推力指令値
を求めるロールＰＩＤ制御を行うことを特徴とする。
発明の水中ロボットは、推力発生手段と回転角計測手段
と距離計測手段と制御手段とを備え、矩形水路において
浮上動作、回転動作、着地動作を順に行って水路壁面間
の乗り移りを行う水中ロボットであって、前記制御手段
では、前記回転角計測手段で計測する水中ロボットのロ
ール角計測値をフィードバックし、このロール角計測値
とロール角計画値との偏差を求め、この偏差に比例ゲイ
ンをかけた値と、同偏差を積分してこの積分値に積分ゲ
インをかけた値とを加算し、且つ、前記ロール角計測値
を時間微分してこの微分値とロール角速度計画値との偏
差を求め、この偏差に微分ゲインをかけた値も、上記の
比例ゲインをかけた値と積分ゲインをかけた値とに加算
することにより、前記推力発生手段に対する推力指令値
を求めるロールＰＩＤ制御を行うことを特徴とする。
【０００９】また、第２発明の水中ロボットは、第１発
明の水中ロボットにおいて、前記制御手段では、前記距
離計測手段で計測する水路壁面からの浮上距離計測値を
フィードバックし、この浮上距離計測値と浮上距離計画
値との偏差を求め、この偏差に比例ゲインをかけた値
と、同偏差を積分してこの積分値に積分ゲインをかけた
値とを加算し、且つ、前記浮上距離計測値を時間微分し
てこの微分値と浮上速度計画値との偏差を求め、この偏
差に微分ゲインをかけた値も、上記の比例ゲインをかけ
た値と積分ゲインをかけた値とに加算することにより、
前記推力発生手段に対する推力指令値を求める浮上ＰＩ
Ｄ制御と、前記距離計測手段で計測する他の水路壁面ま
での着地距離計測値をフィードバックし、この着地距離
計測値と着地距離計画値との偏差を求め、この偏差に比
例ゲインをかけた値と、同偏差を積分してこの積分値に
積分ゲインをかけた値とを加算し、且つ、前記着地距離
計測値を時間微分してこの微分値と着地速度計画値との
偏差を求め、この偏差に微分ゲインをかけた値も、上記
の比例ゲインをかけた値と積分ゲインをかけた値とに加
算することにより、前記推力発生手段に対する推力指令
値を求める着地ＰＩＤ制御とを行うことを特徴する。
明の水中ロボットにおいて、前記制御手段では、前記距
離計測手段で計測する水路壁面からの浮上距離計測値を
フィードバックし、この浮上距離計測値と浮上距離計画
値との偏差を求め、この偏差に比例ゲインをかけた値
と、同偏差を積分してこの積分値に積分ゲインをかけた
値とを加算し、且つ、前記浮上距離計測値を時間微分し
てこの微分値と浮上速度計画値との偏差を求め、この偏
差に微分ゲインをかけた値も、上記の比例ゲインをかけ
た値と積分ゲインをかけた値とに加算することにより、
前記推力発生手段に対する推力指令値を求める浮上ＰＩ
Ｄ制御と、前記距離計測手段で計測する他の水路壁面ま
での着地距離計測値をフィードバックし、この着地距離
計測値と着地距離計画値との偏差を求め、この偏差に比
例ゲインをかけた値と、同偏差を積分してこの積分値に
積分ゲインをかけた値とを加算し、且つ、前記着地距離
計測値を時間微分してこの微分値と着地速度計画値との
偏差を求め、この偏差に微分ゲインをかけた値も、上記
の比例ゲインをかけた値と積分ゲインをかけた値とに加
算することにより、前記推力発生手段に対する推力指令
値を求める着地ＰＩＤ制御とを行うことを特徴する。
【００１０】また、第３発明の水中ロボットは、第１又
は第２発明の水中ロボットにおいて、 前記ロール角計
画値、前記浮上距離計画値又は前記着地距離計画値とし
て、時間とともにＳ字状に変化するパターンを与え、前
記ロール角速度計画値、前記浮上速度計画値又は前記着
地速度計画値として、時間とともに台形状に変化するパ
ターンを与えて、ロールＰＩＤ制御、浮上ＰＩＤ制御又
は着地ＰＩＤ制御を行うことを特徴とする。
は第２発明の水中ロボットにおいて、 前記ロール角計
画値、前記浮上距離計画値又は前記着地距離計画値とし
て、時間とともにＳ字状に変化するパターンを与え、前
記ロール角速度計画値、前記浮上速度計画値又は前記着
地速度計画値として、時間とともに台形状に変化するパ
ターンを与えて、ロールＰＩＤ制御、浮上ＰＩＤ制御又
は着地ＰＩＤ制御を行うことを特徴とする。
【００１１】また、第４発明の水中ロボットは、推力発
生手段とシーケンシャル制御手段とを備え、矩形水路に
おいて浮上動作、回転動作、着地動作を順に行って水路
壁面間の乗り移りを行う水中ロボットであって、前記シ
ーケンシャル制御手段では、所定の一定時間、予め設定
した一定の推力を前記推力発生手段に発生させて水中ロ
ボットを水路壁面から浮上させ、続いて、所定の一定時
間、予め設定した一定の推力を前記推力発生手段に発生
させて水中ロボットを回転させ、続いて、所定の一定時
間、予め設定した一定の推力を前記推力発生手段に発生
させて水中ロボットを他の水路壁面に着地させるように
シーケンシャル制御を行うことを特徴とする。
生手段とシーケンシャル制御手段とを備え、矩形水路に
おいて浮上動作、回転動作、着地動作を順に行って水路
壁面間の乗り移りを行う水中ロボットであって、前記シ
ーケンシャル制御手段では、所定の一定時間、予め設定
した一定の推力を前記推力発生手段に発生させて水中ロ
ボットを水路壁面から浮上させ、続いて、所定の一定時
間、予め設定した一定の推力を前記推力発生手段に発生
させて水中ロボットを回転させ、続いて、所定の一定時
間、予め設定した一定の推力を前記推力発生手段に発生
させて水中ロボットを他の水路壁面に着地させるように
シーケンシャル制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。
に基づき詳細に説明する。
【００１３】図１は本発明の実施の形態に係る水中ロボ
ットの全体システム構成図、図２（ａ）は前記水中ロボ
ットを下からみた斜視図、図２（ｂ）は前記水中ロボッ
トを上からみた斜視図である。
ットの全体システム構成図、図２（ａ）は前記水中ロボ
ットを下からみた斜視図、図２（ｂ）は前記水中ロボッ
トを上からみた斜視図である。
【００１４】図１に示すように、発電所における海水の
取排水路などの暗渠（矩形水路）１の内部には、水（海
水など）が矢印Ａ方向に流れている。前述のように、暗
渠１は横断面が矩形状であり（図３参照）、この暗渠１
内において水中ロボット２は、暗渠１の４つの壁面（下
面、右面、左面、上面）１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄへ乗り
移って、それぞれの壁面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに付着
している貝の除去などの清掃作業を行う。図１では水中
ロボット２が壁面（左面）１ｃの清掃を行っているとき
の状態を示している。
取排水路などの暗渠（矩形水路）１の内部には、水（海
水など）が矢印Ａ方向に流れている。前述のように、暗
渠１は横断面が矩形状であり（図３参照）、この暗渠１
内において水中ロボット２は、暗渠１の４つの壁面（下
面、右面、左面、上面）１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄへ乗り
移って、それぞれの壁面１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに付着
している貝の除去などの清掃作業を行う。図１では水中
ロボット２が壁面（左面）１ｃの清掃を行っているとき
の状態を示している。
【００１５】図１及び図２に示すように、水中ロボット
２は直方体状のものであり、下面２ａの左右両側部に車
輪３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが設けられており、これらの
車輪３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを図示しない駆動モータで
回転駆動することによって水路壁面１ａ，１ｂ，１ｃ又
は１ｄ上を走行することができる。水中ロボット２の側
面２ｄ，２ｃや下面２ａにはブラシ１２が設けられてお
り、このブラシ１２を図示しない駆動モータで回転させ
ることによって除貝などの清掃作業を行う。
２は直方体状のものであり、下面２ａの左右両側部に車
輪３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが設けられており、これらの
車輪３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを図示しない駆動モータで
回転駆動することによって水路壁面１ａ，１ｂ，１ｃ又
は１ｄ上を走行することができる。水中ロボット２の側
面２ｄ，２ｃや下面２ａにはブラシ１２が設けられてお
り、このブラシ１２を図示しない駆動モータで回転させ
ることによって除貝などの清掃作業を行う。
【００１６】そして、水中ロボット２の四隅部には、浮
上、回転、着地などの水中動作を行うための推力発生手
段として４つのスラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄがそ
れぞれ設けられている。これらのスラスター４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄは図示しない駆動モータによってインペ
ラを正転又は逆転することにより推力を発生する。スラ
スター正転時にはロボット下面方向（図２の矢印Ｂ方
向）の推力が発生し、スラスター逆転時にロボット上面
方向（図２の矢印Ｃ方向）の推力が発生する。
上、回転、着地などの水中動作を行うための推力発生手
段として４つのスラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄがそ
れぞれ設けられている。これらのスラスター４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄは図示しない駆動モータによってインペ
ラを正転又は逆転することにより推力を発生する。スラ
スター正転時にはロボット下面方向（図２の矢印Ｂ方
向）の推力が発生し、スラスター逆転時にロボット上面
方向（図２の矢印Ｃ方向）の推力が発生する。
【００１７】また、水中ロボット２には、回転角度計測
手段としての傾斜計５ａ（ロール角），５ｂ（ピッチ
角），５ｃ（ヨー角）と、水中ロボット２と水路壁面間
の距離計測手段としての超音波センサ６ａ，６ｂ，６
ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆとが設けられている。傾斜計５
ａ，５ｂ，５ｂは内部に液体が封入された一般的なもの
であり、水中ロボット２の傾きにともなって前記液体の
液面が傾くことによる電気抵抗の変化から回転角を計測
するものである。そのため、回転軸が水平からずれると
誤差が大きくなり、垂直となると誤差１００％となり使
いものにならない。勿論、他の方式の傾斜計を用いても
よい。そして、図２に示すように水中ロボット２の図１
の水流方向（矢印Ａ方向）をＸ軸、水中ロボット２の前
からみて左方向をＹ軸、水中ロボット２の上下方向をＺ
軸とすると、図２に示すように傾斜計５ａではＸ軸回り
の回転角度∠Ｘ（ロール角）を計測し、傾斜計５ｂでは
Ｙ軸回りの回転角度∠Ｙ（ピッチ角）を計測し、傾斜計
５ｃではＺ軸回りの回転角度∠Ｚ（ヨー角）を計測す
る。
手段としての傾斜計５ａ（ロール角），５ｂ（ピッチ
角），５ｃ（ヨー角）と、水中ロボット２と水路壁面間
の距離計測手段としての超音波センサ６ａ，６ｂ，６
ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆとが設けられている。傾斜計５
ａ，５ｂ，５ｂは内部に液体が封入された一般的なもの
であり、水中ロボット２の傾きにともなって前記液体の
液面が傾くことによる電気抵抗の変化から回転角を計測
するものである。そのため、回転軸が水平からずれると
誤差が大きくなり、垂直となると誤差１００％となり使
いものにならない。勿論、他の方式の傾斜計を用いても
よい。そして、図２に示すように水中ロボット２の図１
の水流方向（矢印Ａ方向）をＸ軸、水中ロボット２の前
からみて左方向をＹ軸、水中ロボット２の上下方向をＺ
軸とすると、図２に示すように傾斜計５ａではＸ軸回り
の回転角度∠Ｘ（ロール角）を計測し、傾斜計５ｂでは
Ｙ軸回りの回転角度∠Ｙ（ピッチ角）を計測し、傾斜計
５ｃではＺ軸回りの回転角度∠Ｚ（ヨー角）を計測す
る。
【００１８】超音波センサ６ａ，６ｂは水中ロボット２
の下面２ａの前後に設けられており、この下面２ａと対
向する水路壁面１ａ，１ｂ，１ｃ又は１ｄまでの距離を
計測する。超音波センサ６ｃ，６ｄは水中ロボット２の
右面２ｃの前後に設けられており、この右面２ｃと対向
する水路壁面１ａ，１ｂ，１ｃ又は１ｄまでの距離を計
測する。超音波センサ６ｅ，６ｆは水中ロボット２の左
面２ｄの前後に設けられており、この左面２ｄと対向す
る水路壁面１ａ，１ｂ，１ｃ又は１ｄまでの距離を計測
する。
の下面２ａの前後に設けられており、この下面２ａと対
向する水路壁面１ａ，１ｂ，１ｃ又は１ｄまでの距離を
計測する。超音波センサ６ｃ，６ｄは水中ロボット２の
右面２ｃの前後に設けられており、この右面２ｃと対向
する水路壁面１ａ，１ｂ，１ｃ又は１ｄまでの距離を計
測する。超音波センサ６ｅ，６ｆは水中ロボット２の左
面２ｄの前後に設けられており、この左面２ｄと対向す
る水路壁面１ａ，１ｂ，１ｃ又は１ｄまでの距離を計測
する。
【００１９】また、図１に示すように水中ロボット２の
後部には複合ケーブル７が取り付けられている。このケ
ーブル７を介して、傾斜計５ａ，５ｂ，５ｂの計測信号
や超音波センサ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆの
計測信号、更には、水中ロボット２に取り付けられた図
示しない水中カメラの撮像信号などが地上に設けられた
制御装置８に伝送される。そして、制御装置８では、こ
れらの計測信号に基づいて水中ロボット２の浮上、回
転、着地などのＰＩＤ制御を行ない（詳細後述）、ま
た、これらの計測信号や撮像信号などに基づいてＣＲＴ
９にそれぞれの計測値や水路壁面１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄの画像などを表示する。また、ケーブル７を介して、
地上の電源１０からは、水中ロボット２のスラスター４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄなどの各機器へ電力が供給され
る。スラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄへ供給される電
力周波数、即ち、スラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの
回転数は、制御装置８からのＰＩＤ制御信号（推力指
令）に基づきインバータ１１によって調整される。
後部には複合ケーブル７が取り付けられている。このケ
ーブル７を介して、傾斜計５ａ，５ｂ，５ｂの計測信号
や超音波センサ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆの
計測信号、更には、水中ロボット２に取り付けられた図
示しない水中カメラの撮像信号などが地上に設けられた
制御装置８に伝送される。そして、制御装置８では、こ
れらの計測信号に基づいて水中ロボット２の浮上、回
転、着地などのＰＩＤ制御を行ない（詳細後述）、ま
た、これらの計測信号や撮像信号などに基づいてＣＲＴ
９にそれぞれの計測値や水路壁面１ａ，１ｂ，１ｃ，１
ｄの画像などを表示する。また、ケーブル７を介して、
地上の電源１０からは、水中ロボット２のスラスター４
ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄなどの各機器へ電力が供給され
る。スラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄへ供給される電
力周波数、即ち、スラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの
回転数は、制御装置８からのＰＩＤ制御信号（推力指
令）に基づきインバータ１１によって調整される。
【００２０】また、ケーブル７は水中ロボット２が水に
流されないように水中ロボット２を支持する役目も担っ
ている。なお、ケーブル７は基端側が図示しないドラム
に巻き付けられており、水中ロボット２が水流方向、又
は、その逆方向に走行する際にはドラムが回転して巻き
戻し、又は、巻き取られるようになっている。
流されないように水中ロボット２を支持する役目も担っ
ている。なお、ケーブル７は基端側が図示しないドラム
に巻き付けられており、水中ロボット２が水流方向、又
は、その逆方向に走行する際にはドラムが回転して巻き
戻し、又は、巻き取られるようになっている。
【００２１】ここで制御装置８によるＰＩＤ制御につい
て、図３〜図１１に基づいて説明する。図３は前述のよ
うに水中ロボット２が暗渠（矩形水路）１において水路
壁面間を乗り移るときの状態を示す説明図である。図４
は浮上ＰＩＤ制御のブロック図、図５はロールＰＩＤ制
御のブロック図、図６は着地ＰＩＤ制御のブロック図、
図７はピッチＰＩＤ制御のブロック図である。図８は浮
上ＰＩＤ制御において与える浮上距離計画値及び浮上速
度計画値の説明図、図９はロールＰＩＤ制御において与
えるロール角計画値及びロール角速度計画値の説明図、
図１０は着地ＰＩＤ制御において与える着地距離計画値
及び着地速度計画値の説明図である。また、図１１は浮
上ＰＩＤ制御とロールＰＩＤ制御と着地ＰＩＤ制御の切
り換えタイミングを示す説明図である。
て、図３〜図１１に基づいて説明する。図３は前述のよ
うに水中ロボット２が暗渠（矩形水路）１において水路
壁面間を乗り移るときの状態を示す説明図である。図４
は浮上ＰＩＤ制御のブロック図、図５はロールＰＩＤ制
御のブロック図、図６は着地ＰＩＤ制御のブロック図、
図７はピッチＰＩＤ制御のブロック図である。図８は浮
上ＰＩＤ制御において与える浮上距離計画値及び浮上速
度計画値の説明図、図９はロールＰＩＤ制御において与
えるロール角計画値及びロール角速度計画値の説明図、
図１０は着地ＰＩＤ制御において与える着地距離計画値
及び着地速度計画値の説明図である。また、図１１は浮
上ＰＩＤ制御とロールＰＩＤ制御と着地ＰＩＤ制御の切
り換えタイミングを示す説明図である。
【００２２】前述のように、暗渠１は矩形水路であるた
め、例えば図３に示すように暗渠１の壁面（下面）１ａ
から他の壁面（右面）１ｂに乗り移る場合、水中ロボッ
ト２は図３の（１），（２），（３）のように浮上動
作、回転動作及び着地動作を順に行う。そして、本実施
の形態では、これらの動作をロボット操作員が手動で行
うのではなく、ＰＩＤ制御によって自動的に行う。以下
に浮上動作、回転動作及び着地動作について詳述する。
なお、他の水路壁面間の乗り移りも同様である。
め、例えば図３に示すように暗渠１の壁面（下面）１ａ
から他の壁面（右面）１ｂに乗り移る場合、水中ロボッ
ト２は図３の（１），（２），（３）のように浮上動
作、回転動作及び着地動作を順に行う。そして、本実施
の形態では、これらの動作をロボット操作員が手動で行
うのではなく、ＰＩＤ制御によって自動的に行う。以下
に浮上動作、回転動作及び着地動作について詳述する。
なお、他の水路壁面間の乗り移りも同様である。
【００２３】（１）浮上動作
水中ロボット２の下面２ａの超音波センサ６ａ，６ｂに
よって計測される水路壁面（下面）１ａからの距離の計
測値に基づいて浮上ＰＩＤ制御を行ないながら、水中ロ
ボット２を暗渠（水路）１の中央部（例えば水路壁面１
ａから約２．５ｍの位置）まで浮上させる。
よって計測される水路壁面（下面）１ａからの距離の計
測値に基づいて浮上ＰＩＤ制御を行ないながら、水中ロ
ボット２を暗渠（水路）１の中央部（例えば水路壁面１
ａから約２．５ｍの位置）まで浮上させる。
【００２４】図４に基づき、浮上ＰＩＤ制御について説
明する。なお、図４に示す浮上ＰＩＤ制御の各処理部に
はＳ１，Ｓ２等の符号を付した。また、図４中のｓはラ
プラス演算子である。図４に示すように、水中ロボット
２の超音波センサ６ａ，６ｂから計測信号をフィードバ
ックし、これらの平均値を浮上距離計測値として使用す
る（Ｓ１）。そして、この浮上距離計測値と浮上距離計
画値（Ｓ２）との偏差を求め（Ｓ３）、この偏差に比例
ゲインＫ（Ｓ４）をかけた値と、同偏差を積分し（Ｓ
５）、この積分値に積分ゲインＫＩ（Ｓ６）をかけた値
とを、加算する（Ｓ７）。また、前記浮上距離計測値
（Ｓ１）を時間微分し（Ｓ８）、この微分値と浮上速度
計画値（Ｓ９）との偏差を求め（Ｓ１０）、この偏差に
微分ゲインＫＤ（Ｓ１１）をかけた値も、前述の比例ゲ
インＫをかけた値と積分ゲインＫＩをかけた値とに加算
する（Ｓ７）。
明する。なお、図４に示す浮上ＰＩＤ制御の各処理部に
はＳ１，Ｓ２等の符号を付した。また、図４中のｓはラ
プラス演算子である。図４に示すように、水中ロボット
２の超音波センサ６ａ，６ｂから計測信号をフィードバ
ックし、これらの平均値を浮上距離計測値として使用す
る（Ｓ１）。そして、この浮上距離計測値と浮上距離計
画値（Ｓ２）との偏差を求め（Ｓ３）、この偏差に比例
ゲインＫ（Ｓ４）をかけた値と、同偏差を積分し（Ｓ
５）、この積分値に積分ゲインＫＩ（Ｓ６）をかけた値
とを、加算する（Ｓ７）。また、前記浮上距離計測値
（Ｓ１）を時間微分し（Ｓ８）、この微分値と浮上速度
計画値（Ｓ９）との偏差を求め（Ｓ１０）、この偏差に
微分ゲインＫＤ（Ｓ１１）をかけた値も、前述の比例ゲ
インＫをかけた値と積分ゲインＫＩをかけた値とに加算
する（Ｓ７）。
【００２５】かくして、推力指令値Ｆが求められる。そ
して、この推力指令値Ｆから、下式のようにしてスラス
ター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対する推力指令値Ｆ１
（スラスター４ａ），Ｆ２（スラスター４ｂ），Ｆ３
（スラスター４ｃ），Ｆ４（スラスター４ｄ）を求め、
これらの推力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４をインバー
タ１１に出力する。 Ｆ１＝Ｆ２＝Ｆ３＝Ｆ４＝−Ｆ／４
して、この推力指令値Ｆから、下式のようにしてスラス
ター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対する推力指令値Ｆ１
（スラスター４ａ），Ｆ２（スラスター４ｂ），Ｆ３
（スラスター４ｃ），Ｆ４（スラスター４ｄ）を求め、
これらの推力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４をインバー
タ１１に出力する。 Ｆ１＝Ｆ２＝Ｆ３＝Ｆ４＝−Ｆ／４
【００２６】インバータ１１では推力指令値Ｆ１，Ｆ
２，Ｆ３，Ｆ４に基づいて、各スラスター４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄに供給する電力周波数を調整することによ
り、各スラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを所定の回転
数（推力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に相当する推力
が得られる回転数）とする。このときＦ１，Ｆ２，Ｆ
３，Ｆ４の符号は負とし、スラスター４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄを逆転させて、水中ロボット２が水路壁面（下
面）１ａから浮上する方向に推力を発生させる。
２，Ｆ３，Ｆ４に基づいて、各スラスター４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄに供給する電力周波数を調整することによ
り、各スラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを所定の回転
数（推力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に相当する推力
が得られる回転数）とする。このときＦ１，Ｆ２，Ｆ
３，Ｆ４の符号は負とし、スラスター４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄを逆転させて、水中ロボット２が水路壁面（下
面）１ａから浮上する方向に推力を発生させる。
【００２７】また、この浮上ＰＩＤ制御では、図８に示
すような浮上距離計画値と浮上速度計画値とを与える。
浮上距離計画値としては、時間とともにＳ字状に変化す
るパターン、即ち、立ち上がり付近と最終目標値（図示
例では２．５ｍ）付近の増加が緩やかなパターンを与え
る。浮上速度計画値としては、浮上距離計画値に対応さ
せて、時間とともに台形状に変化するパターン、即ち、
一定時間をかけて最終目標値まで増加し、最終目標値を
一定時間維持した後、一定時間をかけて減少するパター
ンを与える。このような浮上距離計画及び浮上速度計画
値を与えることにより、ゲインＫ及びＫＤを十分大きな
値に設定して、制御動作の応答性を高めることができ
る。仮に、計画値を一定とした場合、ゲインＫやＫＤを
大きくすると、オーバーシュートが大きくなり、かえっ
て制御動作の応答性（安定性）が損なわれる。
すような浮上距離計画値と浮上速度計画値とを与える。
浮上距離計画値としては、時間とともにＳ字状に変化す
るパターン、即ち、立ち上がり付近と最終目標値（図示
例では２．５ｍ）付近の増加が緩やかなパターンを与え
る。浮上速度計画値としては、浮上距離計画値に対応さ
せて、時間とともに台形状に変化するパターン、即ち、
一定時間をかけて最終目標値まで増加し、最終目標値を
一定時間維持した後、一定時間をかけて減少するパター
ンを与える。このような浮上距離計画及び浮上速度計画
値を与えることにより、ゲインＫ及びＫＤを十分大きな
値に設定して、制御動作の応答性を高めることができ
る。仮に、計画値を一定とした場合、ゲインＫやＫＤを
大きくすると、オーバーシュートが大きくなり、かえっ
て制御動作の応答性（安定性）が損なわれる。
【００２８】なお、この浮上動作時には、ロールＰＩＤ
制御によりロール角ψ（＝∠Ｘ）及びピッチ角θ（＝∠
Ｙ）をそれぞれ０度一定に制御する。つまり、ロールＰ
ＩＤ制御及びピッチＰＩＤ制御によって得られる推力指
令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４も、浮上ＰＩＤ制御によっ
て得られた推力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に加算し
てインバータ１１に出力される。また、このときにはヨ
ー角φ（＝∠Ｚ）も０度一定に制御することが望ましい
が、水中ロボット２に備えたスラスター４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄの配置ではヨー角を変えることができないた
め、ここではヨー角φの制御は行わない。勿論、ヨー角
φを変えることができるようにスラスターを配置した場
合には、ヨー角φを０度一定に制御するヨーＰＩＤ制御
を行うようにしてもよい。
制御によりロール角ψ（＝∠Ｘ）及びピッチ角θ（＝∠
Ｙ）をそれぞれ０度一定に制御する。つまり、ロールＰ
ＩＤ制御及びピッチＰＩＤ制御によって得られる推力指
令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４も、浮上ＰＩＤ制御によっ
て得られた推力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に加算し
てインバータ１１に出力される。また、このときにはヨ
ー角φ（＝∠Ｚ）も０度一定に制御することが望ましい
が、水中ロボット２に備えたスラスター４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄの配置ではヨー角を変えることができないた
め、ここではヨー角φの制御は行わない。勿論、ヨー角
φを変えることができるようにスラスターを配置した場
合には、ヨー角φを０度一定に制御するヨーＰＩＤ制御
を行うようにしてもよい。
【００２９】（２）回転動作
浮上動作が終了したら、続いて回転動作を行う。即ち、
暗渠１の中央部において、傾斜計５ａで計測される水中
ロボット２のロール角ψ（＝∠Ｘ）の計測値に基づいて
ロールＰＩＤ制御を行ないながら、水中ロボット２を９
０度回転して、水中ロボット２の下面２ａを水路壁面
（右面）１ｂ側に向ける。
暗渠１の中央部において、傾斜計５ａで計測される水中
ロボット２のロール角ψ（＝∠Ｘ）の計測値に基づいて
ロールＰＩＤ制御を行ないながら、水中ロボット２を９
０度回転して、水中ロボット２の下面２ａを水路壁面
（右面）１ｂ側に向ける。
【００３０】図５に基づき、ロールＰＩＤ制御について
説明する。なお、図５に示すロールＰＩＤ制御の各処理
部にはＳ２１，Ｓ２２等の符号を付した。また、図５中
のｓはラプラス演算子である。図５に示すように、水中
ロボット２の傾斜計５ａから計測信号をフィードバック
し、これをロール角計測値として使用する（Ｓ２１）。
そして、このロール角計測値とロール角計画値（Ｓ２
２）との偏差を求め（Ｓ２３）、この偏差に比例ゲイン
Ｋ（Ｓ２４）をかけた値と、同偏差を積分し（Ｓ２
５）、この積分値に積分ゲインＫＩ（Ｓ２６）をかけた
値とを、加算する（Ｓ２７）。また、前記ロール角計測
値（Ｓ２１）を時間微分し（Ｓ２８）、この微分値とロ
ール角速度計画値（Ｓ２９）との偏差を求め（Ｓ３
０）、この偏差に微分ゲインＫＤ（Ｓ３１）をかけた値
も、前述の比例ゲインＫをかけた値と積分ゲインＫＩを
かけた値とに加算する（Ｓ２７）。
説明する。なお、図５に示すロールＰＩＤ制御の各処理
部にはＳ２１，Ｓ２２等の符号を付した。また、図５中
のｓはラプラス演算子である。図５に示すように、水中
ロボット２の傾斜計５ａから計測信号をフィードバック
し、これをロール角計測値として使用する（Ｓ２１）。
そして、このロール角計測値とロール角計画値（Ｓ２
２）との偏差を求め（Ｓ２３）、この偏差に比例ゲイン
Ｋ（Ｓ２４）をかけた値と、同偏差を積分し（Ｓ２
５）、この積分値に積分ゲインＫＩ（Ｓ２６）をかけた
値とを、加算する（Ｓ２７）。また、前記ロール角計測
値（Ｓ２１）を時間微分し（Ｓ２８）、この微分値とロ
ール角速度計画値（Ｓ２９）との偏差を求め（Ｓ３
０）、この偏差に微分ゲインＫＤ（Ｓ３１）をかけた値
も、前述の比例ゲインＫをかけた値と積分ゲインＫＩを
かけた値とに加算する（Ｓ２７）。
【００３１】かくして、推力指令値（トルク）Ｆψが求
められる。そして、この推力指令値Ｆψから、下式のよ
うにしてスラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対する推
力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を求め、これらの推力
指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４をインバータ１１に出力
する。なお、Ｌｃは図５に示すように水中ロボット２の
重心Ｇからスラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄまでの距
離である。 Ｆ１＝Ｆ２＝−Ｆψ／（４×Ｌｃ） Ｆ３＝Ｆ４＝Ｆψ／（４×Ｌｃ）
められる。そして、この推力指令値Ｆψから、下式のよ
うにしてスラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対する推
力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を求め、これらの推力
指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４をインバータ１１に出力
する。なお、Ｌｃは図５に示すように水中ロボット２の
重心Ｇからスラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄまでの距
離である。 Ｆ１＝Ｆ２＝−Ｆψ／（４×Ｌｃ） Ｆ３＝Ｆ４＝Ｆψ／（４×Ｌｃ）
【００３２】インバータ１１では推力指令値Ｆ１，Ｆ
２，Ｆ３，Ｆ４に基づいて、各スラスター４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄに供給する電力周波数を調整することによ
り、各スラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを所定の回転
数（推力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に相当する推力
が得られる回転数）とする。Ｆ１，Ｆ２とＦ３，Ｆ４の
符号が異なることにより、スラスター４ａ，４ｂとスラ
スター４ｃ，４ｄとで回転方向（推力方向）が逆になる
ため、水中ロボット２はロール回転をする。
２，Ｆ３，Ｆ４に基づいて、各スラスター４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄに供給する電力周波数を調整することによ
り、各スラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを所定の回転
数（推力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に相当する推力
が得られる回転数）とする。Ｆ１，Ｆ２とＦ３，Ｆ４の
符号が異なることにより、スラスター４ａ，４ｂとスラ
スター４ｃ，４ｄとで回転方向（推力方向）が逆になる
ため、水中ロボット２はロール回転をする。
【００３３】また、このロールＰＩＤ制御では、図９に
示すようなロール角計画値とロール角速度計画値とを与
える。つまり、ロール角計画値としては、時間とともに
Ｓ字状に変化するパターン、即ち、立ち上がり付近と最
終目標値（９０度）付近の増加が緩やかなパターンを与
える。ロール角速度計画値としては、ロール角計画値に
対応させて、時間とともに台形状に変化するパターン、
即ち、一定時間をかけて最終目標値（９０度）まで増加
し、最終目標値を一定時間維持した後、一定時間をかけ
て減少するパターンを与える。このようなロール角計画
値及びロール角速度計画値を与えることにより、ゲイン
Ｋ及びＫＤを十分大きな値に設定して、制御動作の応答
性を高めることができる。仮に、計画値を一定とした場
合、ゲインＫやＫＤを大きくすると、オーバーシュート
が大きくなり、かえって制御動作の応答性（安定性）が
損なわれる。
示すようなロール角計画値とロール角速度計画値とを与
える。つまり、ロール角計画値としては、時間とともに
Ｓ字状に変化するパターン、即ち、立ち上がり付近と最
終目標値（９０度）付近の増加が緩やかなパターンを与
える。ロール角速度計画値としては、ロール角計画値に
対応させて、時間とともに台形状に変化するパターン、
即ち、一定時間をかけて最終目標値（９０度）まで増加
し、最終目標値を一定時間維持した後、一定時間をかけ
て減少するパターンを与える。このようなロール角計画
値及びロール角速度計画値を与えることにより、ゲイン
Ｋ及びＫＤを十分大きな値に設定して、制御動作の応答
性を高めることができる。仮に、計画値を一定とした場
合、ゲインＫやＫＤを大きくすると、オーバーシュート
が大きくなり、かえって制御動作の応答性（安定性）が
損なわれる。
【００３４】なお、この回転動作時にはロール角（∠
Ｘ）、ピッチ角（∠Ｙ）及びヨー角（∠Ｚ）をそれぞれ
ＰＵＤ制御により０度一定に制御することが望ましい
が、先にも述べたように水中ロボット２に備えたスラス
ター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの配置ではヨー角（∠Ｚ）
を変えることができないため、ここではヨー角φの制御
は行わない。勿論、ヨー角を変えることができるように
スラスターを配置した場合には、ヨー角φを０度一定に
制御するヨーＰＩＤ制御を行ってもよい。
Ｘ）、ピッチ角（∠Ｙ）及びヨー角（∠Ｚ）をそれぞれ
ＰＵＤ制御により０度一定に制御することが望ましい
が、先にも述べたように水中ロボット２に備えたスラス
ター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの配置ではヨー角（∠Ｚ）
を変えることができないため、ここではヨー角φの制御
は行わない。勿論、ヨー角を変えることができるように
スラスターを配置した場合には、ヨー角φを０度一定に
制御するヨーＰＩＤ制御を行ってもよい。
【００３５】（３）着地動作
回転動作が終了したら、続いて着地動作を行う。即ち、
水中ロボット２の下面２ａの超音波センサ６ａ，６ｂに
よって計測される水路壁面（右面）１ｂまでの距離の計
測値に基づいて着地ＰＩＤ制御を行ないながら、水中ロ
ボット２を暗渠（水路）１の中央部から水路壁面１ｂま
で移動（並進）させて着地させる。
水中ロボット２の下面２ａの超音波センサ６ａ，６ｂに
よって計測される水路壁面（右面）１ｂまでの距離の計
測値に基づいて着地ＰＩＤ制御を行ないながら、水中ロ
ボット２を暗渠（水路）１の中央部から水路壁面１ｂま
で移動（並進）させて着地させる。
【００３６】図６に基づき、着地ＰＩＤ制御について説
明する。なお、図６に示す着地ＰＩＤ制御の各処理部に
はＳ４１，Ｓ４２等の符号を付した。また、図６中のｓ
はラプラス演算子である。図６に示すように、水中ロボ
ット２の超音波センサ６ａ，６ｂから計測信号をフィー
ドバックし、これらの平均値を着地距離計測値として使
用する（Ｓ４１）。そして、この着地距離計測値と着地
距離計画値（Ｓ４２）との偏差を求め（Ｓ４３）、この
偏差に比例ゲインＫ（Ｓ４４）をかけた値と、同偏差を
積分し（Ｓ４５）、この積分値に積分ゲインＫＩ（Ｓ４
６）をかけた値とを、加算する（Ｓ４７）。また、前記
着地距離計測値（Ｓ４１）を時間微分し（Ｓ４８）、こ
の微分値と着地速度計画値（Ｓ４９）との偏差を求め
（Ｓ５０）、この偏差に微分ゲインＫＤ（Ｓ５１）をか
けた値も、前述の比例ゲインＫをかけた値と積分ゲイン
ＫＩをかけた値とに加算する（Ｓ４７）。
明する。なお、図６に示す着地ＰＩＤ制御の各処理部に
はＳ４１，Ｓ４２等の符号を付した。また、図６中のｓ
はラプラス演算子である。図６に示すように、水中ロボ
ット２の超音波センサ６ａ，６ｂから計測信号をフィー
ドバックし、これらの平均値を着地距離計測値として使
用する（Ｓ４１）。そして、この着地距離計測値と着地
距離計画値（Ｓ４２）との偏差を求め（Ｓ４３）、この
偏差に比例ゲインＫ（Ｓ４４）をかけた値と、同偏差を
積分し（Ｓ４５）、この積分値に積分ゲインＫＩ（Ｓ４
６）をかけた値とを、加算する（Ｓ４７）。また、前記
着地距離計測値（Ｓ４１）を時間微分し（Ｓ４８）、こ
の微分値と着地速度計画値（Ｓ４９）との偏差を求め
（Ｓ５０）、この偏差に微分ゲインＫＤ（Ｓ５１）をか
けた値も、前述の比例ゲインＫをかけた値と積分ゲイン
ＫＩをかけた値とに加算する（Ｓ４７）。
【００３７】かくして、推力指令値Ｆが求められる。そ
して、この推力指令値Ｆから、下式のようにしてスラス
ター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対する推力指令値Ｆ１，
Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を求め、これらの推力指令値Ｆ１，Ｆ
２，Ｆ３，Ｆ４をインバータ１１に出力する。 Ｆ１＝Ｆ２＝Ｆ３＝Ｆ４＝Ｆ／４
して、この推力指令値Ｆから、下式のようにしてスラス
ター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対する推力指令値Ｆ１，
Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を求め、これらの推力指令値Ｆ１，Ｆ
２，Ｆ３，Ｆ４をインバータ１１に出力する。 Ｆ１＝Ｆ２＝Ｆ３＝Ｆ４＝Ｆ／４
【００３８】インバータ１１では推力指令値Ｆ１，Ｆ
２，Ｆ３，Ｆ４に基づいて、各スラスター４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄに供給する電力周波数を調整することによ
り、各スラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを所定の回転
数（推力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に相当する推力
が得られる回転数）とする。このときＦ１，Ｆ２，Ｆ
３，Ｆ４の符号は正とし、スラスター４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄを正転させて、水中ロボット２が水路壁面１ｂ
へ近づく（着地する）方向に推力を発生させる。
２，Ｆ３，Ｆ４に基づいて、各スラスター４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄに供給する電力周波数を調整することによ
り、各スラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを所定の回転
数（推力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に相当する推力
が得られる回転数）とする。このときＦ１，Ｆ２，Ｆ
３，Ｆ４の符号は正とし、スラスター４ａ，４ｂ，４
ｃ，４ｄを正転させて、水中ロボット２が水路壁面１ｂ
へ近づく（着地する）方向に推力を発生させる。
【００３９】また、この着地ＰＩＤ制御では、図１０に
示すような着地距離計画値と着地速度計画値とを与え
る。つまり、着地距離計画値としては、時間とともにＳ
字状に変化するパターン、即ち、立下がり付近と最終目
標値（０ｍ）付近の減少が緩やかなパターンを与える。
着地速度計画値としては、着地距離計画値に対応させ
て、時間とともに台形状に変化するパターン、即ち、一
定時間をかけて最終目標値まで増加し、最終目標値を一
定時間維持した後、一定時間をかけて減少するパターン
を与える。このような着地距離計画値及び着地速度計画
値を与えることにより、ゲインＫ及びＫＤを十分大きな
値に設定して、制御動作の応答性を高めることができ
る。仮に、計画値を一定とした場合、ゲインＫやＫＤを
大きくすると、オーバーシュートが大きくなり、かえっ
て制御動作の応答性（安定性）が損なわれる。
示すような着地距離計画値と着地速度計画値とを与え
る。つまり、着地距離計画値としては、時間とともにＳ
字状に変化するパターン、即ち、立下がり付近と最終目
標値（０ｍ）付近の減少が緩やかなパターンを与える。
着地速度計画値としては、着地距離計画値に対応させ
て、時間とともに台形状に変化するパターン、即ち、一
定時間をかけて最終目標値まで増加し、最終目標値を一
定時間維持した後、一定時間をかけて減少するパターン
を与える。このような着地距離計画値及び着地速度計画
値を与えることにより、ゲインＫ及びＫＤを十分大きな
値に設定して、制御動作の応答性を高めることができ
る。仮に、計画値を一定とした場合、ゲインＫやＫＤを
大きくすると、オーバーシュートが大きくなり、かえっ
て制御動作の応答性（安定性）が損なわれる。
【００４０】また、この着地動作時には、ロールＰＩＤ
制御によってロール角ψ（＝∠Ｘ）は目標角度一定（９
０度）に制御し、更に、水中ロボット２の超音波センサ
６ａ，６ｂによって計測される水路壁面（右面）１ｂま
での距離の差からピッチ角θを求め、このピッチ角θを
０度一定に維持するようにピッチ角ＰＩＤ制御を行な
う。ピッチ角に傾斜計５ｂの信号を採用したいところだ
が、先の説明の如く水路壁面１ｂ，１ｃでは水中ロボッ
ト２は傾斜計５ｂの回転軸（Ｙ軸）が垂直となってお
り、傾斜計５ｂのデータは使用できない。
制御によってロール角ψ（＝∠Ｘ）は目標角度一定（９
０度）に制御し、更に、水中ロボット２の超音波センサ
６ａ，６ｂによって計測される水路壁面（右面）１ｂま
での距離の差からピッチ角θを求め、このピッチ角θを
０度一定に維持するようにピッチ角ＰＩＤ制御を行な
う。ピッチ角に傾斜計５ｂの信号を採用したいところだ
が、先の説明の如く水路壁面１ｂ，１ｃでは水中ロボッ
ト２は傾斜計５ｂの回転軸（Ｙ軸）が垂直となってお
り、傾斜計５ｂのデータは使用できない。
【００４１】図７に基づき、ピッチ角ＰＩＤ制御につい
て説明する。なお、図７に示すピッチ角ＰＩＤ制御の各
処理部にはＳ６１，Ｓ６２等の符号を付した。また、図
７中のｓはラプラス演算子である。図７に示すように、
水中ロボット２の超音波センサ６ａ，６ｂから計測信号
をフィードバックし、これらの計測値の差からピッチ角
θを求め、これをピッチ角計測値として使用する（Ｓ６
１）。そして、このピッチ角計測値とピッチ角計画値
（Ｓ６２）との偏差を求める（Ｓ６３）。このときピッ
チ角計画値は０度一定とする。続いて、この偏差に比例
ゲインＫ（Ｓ６４）をかけた値と、同偏差を積分し（Ｓ
６５）、この積分値に積分ゲインＫＩ（Ｓ６６）をかけ
た値とを、加算する（Ｓ６７）。また、前記ピッチ角計
測値（Ｓ６１）を時間微分し（Ｓ６８）、この微分値と
ピッチ角速度計画値（Ｓ６９）との偏差を求める（Ｓ７
０）。このときピッチ角速度計画値は０とする。そし
て、この偏差に微分ゲインＫＤ（Ｓ７１）をかけた値
も、前述の比例ゲインＫをかけた値と積分ゲインＫＩを
かけた値とに加算する（Ｓ６７）。
て説明する。なお、図７に示すピッチ角ＰＩＤ制御の各
処理部にはＳ６１，Ｓ６２等の符号を付した。また、図
７中のｓはラプラス演算子である。図７に示すように、
水中ロボット２の超音波センサ６ａ，６ｂから計測信号
をフィードバックし、これらの計測値の差からピッチ角
θを求め、これをピッチ角計測値として使用する（Ｓ６
１）。そして、このピッチ角計測値とピッチ角計画値
（Ｓ６２）との偏差を求める（Ｓ６３）。このときピッ
チ角計画値は０度一定とする。続いて、この偏差に比例
ゲインＫ（Ｓ６４）をかけた値と、同偏差を積分し（Ｓ
６５）、この積分値に積分ゲインＫＩ（Ｓ６６）をかけ
た値とを、加算する（Ｓ６７）。また、前記ピッチ角計
測値（Ｓ６１）を時間微分し（Ｓ６８）、この微分値と
ピッチ角速度計画値（Ｓ６９）との偏差を求める（Ｓ７
０）。このときピッチ角速度計画値は０とする。そし
て、この偏差に微分ゲインＫＤ（Ｓ７１）をかけた値
も、前述の比例ゲインＫをかけた値と積分ゲインＫＩを
かけた値とに加算する（Ｓ６７）。
【００４２】かくして、推力指令値（トルク）Ｆθが求
められ、この推力指令値Ｆθから、下式のようにしてス
ラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対する推力指令値Ｆ
１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を求め、これらの推力指令値Ｆ
１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４も、着地ＰＩＤ制御で得られた推
力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４及びロールＰＩＤ制御
で得られた推力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に加え
て、インバータ１１に出力する。なお、Ｌａは図７に示
すように水中ロボット２の重心Ｇからスラスター４ａ，
４ｂ，４ｃ，４ｄまでの距離である。 Ｆ１＝Ｆ３＝Ｆθ／（４×Ｌａ） Ｆ２＝Ｆ４＝−Ｆθ／（４×Ｌａ）
められ、この推力指令値Ｆθから、下式のようにしてス
ラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに対する推力指令値Ｆ
１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を求め、これらの推力指令値Ｆ
１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４も、着地ＰＩＤ制御で得られた推
力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４及びロールＰＩＤ制御
で得られた推力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に加え
て、インバータ１１に出力する。なお、Ｌａは図７に示
すように水中ロボット２の重心Ｇからスラスター４ａ，
４ｂ，４ｃ，４ｄまでの距離である。 Ｆ１＝Ｆ３＝Ｆθ／（４×Ｌａ） Ｆ２＝Ｆ４＝−Ｆθ／（４×Ｌａ）
【００４３】インバータ１１では推力指令値Ｆ１，Ｆ
２，Ｆ３，Ｆ４に基づいて、各スラスター４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄに供給する電力周波数を調整することによ
り、各スラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを所定の回転
数（推力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に相当する推力
が得られる回転数）とする。Ｆ１，Ｆ２とＦ３，Ｆ４の
符号が異なることにより、スラスター４ａ，４ｃとスラ
スター４ｂ，４ｄとで回転方向（推力方向）が逆になる
ため、水中ロボット２はピッチ回転をする。
２，Ｆ３，Ｆ４に基づいて、各スラスター４ａ，４ｂ，
４ｃ，４ｄに供給する電力周波数を調整することによ
り、各スラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを所定の回転
数（推力指令値Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４に相当する推力
が得られる回転数）とする。Ｆ１，Ｆ２とＦ３，Ｆ４の
符号が異なることにより、スラスター４ａ，４ｃとスラ
スター４ｂ，４ｄとで回転方向（推力方向）が逆になる
ため、水中ロボット２はピッチ回転をする。
【００４４】なお、浮上動作（浮上ＰＩＤ制御）、回転
動作（ロールＰＩＤ制御）及び着地動作（着地ＰＩＤ制
御）の切り換えは、それぞれのＰＩＤ制御において目標
値に対し計測値が所定の範囲内に収束した時点で切り換
えるようにしてもよく、また、図１１に例示すように予
め設定した時間で切り換えるようにしてもよい。図１１
では２秒間浮上動作（浮上ＰＩＤ制御）を行った後、浮
上動作から回転動作に切り換えて、１秒間回転動作（ロ
ールＰＩＤ制御）を行い、その後、回転動作から着地動
作に切り換えて、２秒間着地動作（着地ＰＩＤ制御）を
行う。
動作（ロールＰＩＤ制御）及び着地動作（着地ＰＩＤ制
御）の切り換えは、それぞれのＰＩＤ制御において目標
値に対し計測値が所定の範囲内に収束した時点で切り換
えるようにしてもよく、また、図１１に例示すように予
め設定した時間で切り換えるようにしてもよい。図１１
では２秒間浮上動作（浮上ＰＩＤ制御）を行った後、浮
上動作から回転動作に切り換えて、１秒間回転動作（ロ
ールＰＩＤ制御）を行い、その後、回転動作から着地動
作に切り換えて、２秒間着地動作（着地ＰＩＤ制御）を
行う。
【００４５】以上のように、本実施の形態の水中ロボッ
ト２によれば、暗渠（水路）１において水路壁面間を乗
り移る際の浮上動作、回転動作及び着地動作をＰＩＤ制
御によって自動的に行うため、ロボット操作が簡単にな
り、ロボット操作員の習熟期間が短縮され、且つ、操作
の信頼性が向上する。
ト２によれば、暗渠（水路）１において水路壁面間を乗
り移る際の浮上動作、回転動作及び着地動作をＰＩＤ制
御によって自動的に行うため、ロボット操作が簡単にな
り、ロボット操作員の習熟期間が短縮され、且つ、操作
の信頼性が向上する。
【００４６】しかも、ロール角計画値、浮上距離計画値
及び着地距離計画値として、時間とともにＳ字状に変化
するパターンを与え、また、ロール角速度計画値、浮上
速度計画値及び着地速度計画値として、時間とともに台
形状に変化するパターンを与えて、ロールＰＩＤ制御、
浮上ＰＩＤ制御及び着地ＰＩＤ制御を行うため、ゲイン
ＫやゲインＫＤを十分大きな値に設定して、制御動作の
応答性を高めることができる。
及び着地距離計画値として、時間とともにＳ字状に変化
するパターンを与え、また、ロール角速度計画値、浮上
速度計画値及び着地速度計画値として、時間とともに台
形状に変化するパターンを与えて、ロールＰＩＤ制御、
浮上ＰＩＤ制御及び着地ＰＩＤ制御を行うため、ゲイン
ＫやゲインＫＤを十分大きな値に設定して、制御動作の
応答性を高めることができる。
【００４７】なお、上記では浮上動作、回転動作及び着
地動作の何れにもＰＩＤ制御を行っているが、必ずしも
これに限定するものではなく、操作の特に難しいと考え
られる回転動作をＰＩＤ制御にして、他の浮上動作及び
着地動作は手動にしてもよい。
地動作の何れにもＰＩＤ制御を行っているが、必ずしも
これに限定するものではなく、操作の特に難しいと考え
られる回転動作をＰＩＤ制御にして、他の浮上動作及び
着地動作は手動にしてもよい。
【００４８】また、ＰＩＤ制御は行わず、シーケンシャ
ル制御を行うようにしてもよい。即ち、図１２に例示す
るように、例えば水路壁面（下面）１ａから水路壁面
（右面）１ｂへ乗り移る場合、まず、所定の一定時間
（Ｔ１〜Ｔ２）、予め設定した一定の推力をスラスター
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに発生させて（何れのスラスタ
ー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄも逆転）、水中ロボット２を
水路壁面１ａから暗渠１の中央部まで浮上させる。続い
て、所定の一定時間（Ｔ２〜Ｔ３）、予め設定した一定
の推力をスラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに発生させ
て（スラスター４ａ，４ｂは逆転、スラスター４ｃ，４
ｄは正転）、水中ロボット２を暗渠１の中央部において
９０度回転させる。続いて、所定の一定時間（Ｔ３〜Ｔ
４）、予め設定した一定の推力をスラスター４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄに発生させて（何れのスラスター４ａ，
４ｂ，４ｃ，４ｄも正転）、水中ロボット２を暗渠１の
中央部から水路壁面１ｂへと移動（並進）させて水路壁
面１ｂに着地させる。
ル制御を行うようにしてもよい。即ち、図１２に例示す
るように、例えば水路壁面（下面）１ａから水路壁面
（右面）１ｂへ乗り移る場合、まず、所定の一定時間
（Ｔ１〜Ｔ２）、予め設定した一定の推力をスラスター
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに発生させて（何れのスラスタ
ー４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄも逆転）、水中ロボット２を
水路壁面１ａから暗渠１の中央部まで浮上させる。続い
て、所定の一定時間（Ｔ２〜Ｔ３）、予め設定した一定
の推力をスラスター４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄに発生させ
て（スラスター４ａ，４ｂは逆転、スラスター４ｃ，４
ｄは正転）、水中ロボット２を暗渠１の中央部において
９０度回転させる。続いて、所定の一定時間（Ｔ３〜Ｔ
４）、予め設定した一定の推力をスラスター４ａ，４
ｂ，４ｃ，４ｄに発生させて（何れのスラスター４ａ，
４ｂ，４ｃ，４ｄも正転）、水中ロボット２を暗渠１の
中央部から水路壁面１ｂへと移動（並進）させて水路壁
面１ｂに着地させる。
【００４９】このようなシーケンシャル制御は行うこと
によっても、ロボット操作が簡単になり、ロボット操作
員の習熟期間が短縮され、且つ、操作の信頼性が向上す
る。
によっても、ロボット操作が簡単になり、ロボット操作
員の習熟期間が短縮され、且つ、操作の信頼性が向上す
る。
【００５０】
【発明の効果】以上、発明の実施の形態とともに具体的
に説明したように、第１発明の水中ロボットは、推力発
生手段と回転角計測手段と距離計測手段と制御手段とを
備え、矩形水路において浮上動作、回転動作、着地動作
を順に行って水路壁面間の乗り移りを行う水中ロボット
であって、前記制御手段では、前記回転角計測手段で計
測する水中ロボットのロール角計測値をフィードバック
し、このロール角計測値とロール角計画値との偏差を求
め、この偏差に比例ゲインをかけた値と、同偏差を積分
してこの積分値に積分ゲインをかけた値とを加算し、且
つ、前記ロール角計測値を時間微分してこの微分値とロ
ール角速度計画値との偏差を求め、この偏差に微分ゲイ
ンをかけた値も、上記の比例ゲインをかけた値と積分ゲ
インをかけた値とに加算することにより、前記推力発生
手段に対する推力指令値を求めるロールＰＩＤ制御を行
うことを特徴とする。
に説明したように、第１発明の水中ロボットは、推力発
生手段と回転角計測手段と距離計測手段と制御手段とを
備え、矩形水路において浮上動作、回転動作、着地動作
を順に行って水路壁面間の乗り移りを行う水中ロボット
であって、前記制御手段では、前記回転角計測手段で計
測する水中ロボットのロール角計測値をフィードバック
し、このロール角計測値とロール角計画値との偏差を求
め、この偏差に比例ゲインをかけた値と、同偏差を積分
してこの積分値に積分ゲインをかけた値とを加算し、且
つ、前記ロール角計測値を時間微分してこの微分値とロ
ール角速度計画値との偏差を求め、この偏差に微分ゲイ
ンをかけた値も、上記の比例ゲインをかけた値と積分ゲ
インをかけた値とに加算することにより、前記推力発生
手段に対する推力指令値を求めるロールＰＩＤ制御を行
うことを特徴とする。
【００５１】従って、この第１発明の水中ロボットによ
れば、水路壁面間を乗り移る際の回転動作が自動化され
るため、ロボット操作が簡単になり、ロボット操作員の
習熟期間が短縮され、且つ、操作の信頼性が向上する。
れば、水路壁面間を乗り移る際の回転動作が自動化され
るため、ロボット操作が簡単になり、ロボット操作員の
習熟期間が短縮され、且つ、操作の信頼性が向上する。
【００５２】また、第２発明の水中ロボットは、第１発
明の水中ロボットにおいて、前記制御手段では、前記距
離計測手段で計測する水路壁面からの浮上距離計測値を
フィードバックし、この浮上距離計測値と浮上距離計画
値との偏差を求め、この偏差に比例ゲインをかけた値
と、同偏差を積分してこの積分値に積分ゲインをかけた
値とを加算し、且つ、前記浮上距離計測値を時間微分し
てこの微分値と浮上速度計画値との偏差を求め、この偏
差に微分ゲインをかけた値も、上記の比例ゲインをかけ
た値と積分ゲインをかけた値とに加算することにより、
前記推力発生手段に対する推力指令値を求める浮上ＰＩ
Ｄ制御と、前記距離計測手段で計測する他の水路壁面ま
での着地距離計測値をフィードバックし、この着地距離
計測値と着地距離計画値との偏差を求め、この偏差に比
例ゲインをかけた値と、同偏差を積分してこの積分値に
積分ゲインをかけた値とを加算し、且つ、前記着地距離
計測値を時間微分してこの微分値と着地速度計画値との
偏差を求め、この偏差に微分ゲインをかけた値も、上記
の比例ゲインをかけた値と積分ゲインをかけた値とに加
算することにより、前記推力発生手段に対する推力指令
値を求める着地ＰＩＤ制御とを行うことを特徴する。
明の水中ロボットにおいて、前記制御手段では、前記距
離計測手段で計測する水路壁面からの浮上距離計測値を
フィードバックし、この浮上距離計測値と浮上距離計画
値との偏差を求め、この偏差に比例ゲインをかけた値
と、同偏差を積分してこの積分値に積分ゲインをかけた
値とを加算し、且つ、前記浮上距離計測値を時間微分し
てこの微分値と浮上速度計画値との偏差を求め、この偏
差に微分ゲインをかけた値も、上記の比例ゲインをかけ
た値と積分ゲインをかけた値とに加算することにより、
前記推力発生手段に対する推力指令値を求める浮上ＰＩ
Ｄ制御と、前記距離計測手段で計測する他の水路壁面ま
での着地距離計測値をフィードバックし、この着地距離
計測値と着地距離計画値との偏差を求め、この偏差に比
例ゲインをかけた値と、同偏差を積分してこの積分値に
積分ゲインをかけた値とを加算し、且つ、前記着地距離
計測値を時間微分してこの微分値と着地速度計画値との
偏差を求め、この偏差に微分ゲインをかけた値も、上記
の比例ゲインをかけた値と積分ゲインをかけた値とに加
算することにより、前記推力発生手段に対する推力指令
値を求める着地ＰＩＤ制御とを行うことを特徴する。
【００５３】従って、この第２発明の水中ロボットによ
れば、水路壁面間を乗り移る際の浮上動作、回転動作及
び着地動作が自動化されるため、更に、ロボット操作が
簡単になり、ロボット操作員の習熟期間が短縮され、且
つ、操作の信頼性が向上する。
れば、水路壁面間を乗り移る際の浮上動作、回転動作及
び着地動作が自動化されるため、更に、ロボット操作が
簡単になり、ロボット操作員の習熟期間が短縮され、且
つ、操作の信頼性が向上する。
【００５４】また、第３発明の水中ロボットは、第１又
は第２発明の水中ロボットにおいて、前記ロール角計画
値、前記浮上距離計画値又は前記着地距離計画値とし
て、時間とともにＳ字状に変化するパターンを与え、前
記ロール角速度計画値、前記浮上速度計画値又は前記着
地速度計画値として、時間とともに台形状に変化するパ
ターンを与えて、ロールＰＩＤ制御、浮上ＰＩＤ制御又
は着地ＰＩＤ制御を行うことを特徴とする。
は第２発明の水中ロボットにおいて、前記ロール角計画
値、前記浮上距離計画値又は前記着地距離計画値とし
て、時間とともにＳ字状に変化するパターンを与え、前
記ロール角速度計画値、前記浮上速度計画値又は前記着
地速度計画値として、時間とともに台形状に変化するパ
ターンを与えて、ロールＰＩＤ制御、浮上ＰＩＤ制御又
は着地ＰＩＤ制御を行うことを特徴とする。
【００５５】従って、この第３発明の水中ロボットによ
れば、ゲインを十分大きな値に設定して、制御動作の応
答性を高めることができる。
れば、ゲインを十分大きな値に設定して、制御動作の応
答性を高めることができる。
【００５６】また、第４発明の水中ロボットは、推力発
生手段とシーケンシャル制御手段とを備え、矩形水路に
おいて浮上動作、回転動作、着地動作を順に行って水路
壁面間の乗り移りを行う水中ロボットであって、前記シ
ーケンシャル制御手段では、所定の一定時間、予め設定
した一定の推力を前記推力発生手段に発生させて水中ロ
ボットを水路壁面から浮上させ、続いて、所定の一定時
間、予め設定した一定の推力を前記推力発生手段に発生
させて水中ロボットを回転させ、続いて、所定の一定時
間、予め設定した一定の推力を前記推力発生手段に発生
させて水中ロボットを他の水路壁面に着地させるように
シーケンシャル制御を行うことを特徴とする。
生手段とシーケンシャル制御手段とを備え、矩形水路に
おいて浮上動作、回転動作、着地動作を順に行って水路
壁面間の乗り移りを行う水中ロボットであって、前記シ
ーケンシャル制御手段では、所定の一定時間、予め設定
した一定の推力を前記推力発生手段に発生させて水中ロ
ボットを水路壁面から浮上させ、続いて、所定の一定時
間、予め設定した一定の推力を前記推力発生手段に発生
させて水中ロボットを回転させ、続いて、所定の一定時
間、予め設定した一定の推力を前記推力発生手段に発生
させて水中ロボットを他の水路壁面に着地させるように
シーケンシャル制御を行うことを特徴とする。
【００５７】従って、この第４発明の水中ロボットによ
れば、ロボット操作が簡単になり、ロボット操作員の習
熟期間が短縮され、且つ、操作の信頼性が向上する。
れば、ロボット操作が簡単になり、ロボット操作員の習
熟期間が短縮され、且つ、操作の信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る水中ロボットの全体
システム構成図である。
システム構成図である。
【図２】（ａ）は前記水中ロボットを下からみた斜視
図、（ｂ）は前記水中ロボットを上からみた斜視図であ
る。
図、（ｂ）は前記水中ロボットを上からみた斜視図であ
る。
【図３】水中ロボットが暗渠（矩形水路）において水路
壁面間を乗り移るときの状態を示す説明図である。
壁面間を乗り移るときの状態を示す説明図である。
【図４】浮上ＰＩＤ制御のブロック図である。
【図５】ロールＰＩＤ制御のブロック図である。
【図６】着地ＰＩＤ制御のブロック図である。
【図７】ピッチＰＩＤ制御のブロック図である。
【図８】浮上ＰＩＤ制御において与える浮上距離計画値
及び浮上速度計画値の説明図である。
及び浮上速度計画値の説明図である。
【図９】ロールＰＩＤ制御において与えるロール角計画
値及びロール角速度計画値の説明図である。
値及びロール角速度計画値の説明図である。
【図１０】着地ＰＩＤ制御において与える着地距離計画
値及び着地速度計画値の説明図である。
値及び着地速度計画値の説明図である。
【図１１】浮上ＰＩＤ制御とロールＰＩＤ制御と着地Ｐ
ＩＤ制御の切り換えタイミングを示す説明図である。
ＩＤ制御の切り換えタイミングを示す説明図である。
【図１２】シーケンシャル制御の説明図である。
１ 暗渠（矩形水路）
１ａ 壁面（下面）
１ｂ 壁面（右面）
１ｃ 壁面（左面）
１ｄ 壁面（上面）
２ 水中ロボット
２ａ 下面
２ｂ 上面
２ｃ 側面（右面）
２ｄ 側面（左面）
３ａ〜３ｄ 車輪
４ａ〜４ｄ スラスター
５ａ〜５ｃ 傾斜計
６ａ〜６ｆ 超音波センサ
７ ケーブル
８ 制御装置
９ ＣＲＴ
１０ 電源
１１ インバータ
１２ ブラシ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 西前 悦史
兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号
三菱重工業株式会社高砂研究所内
Ｆターム(参考） 3C007 AS15 AS28 CS08 CY02 KS36
KT01 KT15 KV18 LV24 LW07
MT01 MT06 MT07 WA16 WA23
WA25 WA27
Claims (4)
- 【請求項１】 推力発生手段と回転角計測手段と距離計
測手段と制御手段とを備え、矩形水路において浮上動
作、回転動作、着地動作を順に行って水路壁面間の乗り
移りを行う水中ロボットであって、 前記制御手段では、前記回転角計測手段で計測する水中
ロボットのロール角計測値をフィードバックし、このロ
ール角計測値とロール角計画値との偏差を求め、この偏
差に比例ゲインをかけた値と、同偏差を積分してこの積
分値に積分ゲインをかけた値とを加算し、且つ、前記ロ
ール角計測値を時間微分してこの微分値とロール角速度
計画値との偏差を求め、この偏差に微分ゲインをかけた
値も、上記の比例ゲインをかけた値と積分ゲインをかけ
た値とに加算することにより、前記推力発生手段に対す
る推力指令値を求めるロールＰＩＤ制御を行うことを特
徴とする水中ロボット。 - 【請求項２】 請求項１に記載する水中ロボットにおい
て、 前記制御手段では、前記距離計測手段で計測する水路壁
面からの浮上距離計測値をフィードバックし、この浮上
距離計測値と浮上距離計画値との偏差を求め、この偏差
に比例ゲインをかけた値と、同偏差を積分してこの積分
値に積分ゲインをかけた値とを加算し、且つ、前記浮上
距離計測値を時間微分してこの微分値と浮上速度計画値
との偏差を求め、この偏差に微分ゲインをかけた値も、
上記の比例ゲインをかけた値と積分ゲインをかけた値と
に加算することにより、前記推力発生手段に対する推力
指令値を求める浮上ＰＩＤ制御と、 前記距離計測手段で計測する他の水路壁面までの着地距
離計測値をフィードバックし、この着地距離計測値と着
地距離計画値との偏差を求め、この偏差に比例ゲインを
かけた値と、同偏差を積分してこの積分値に積分ゲイン
をかけた値とを加算し、且つ、前記着地距離計測値を時
間微分してこの微分値と着地速度計画値との偏差を求
め、この偏差に微分ゲインをかけた値も、上記の比例ゲ
インをかけた値と積分ゲインをかけた値とに加算するこ
とにより、前記推力発生手段に対する推力指令値を求め
る着地ＰＩＤ制御とを行うことを特徴する水中ロボッ
ト。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載する水中ロボット
において、 前記ロール角計画値、前記浮上距離計画値又は前記着地
距離計画値として、時間とともにＳ字状に変化するパタ
ーンを与え、前記ロール角速度計画値、前記浮上速度計
画値又は前記着地速度計画値として、時間とともに台形
状に変化するパターンを与えて、ロールＰＩＤ制御、浮
上ＰＩＤ制御又は着地ＰＩＤ制御を行うことを特徴とす
る水中ロボット。 - 【請求項４】 推力発生手段とシーケンシャル制御手段
とを備え、矩形水路において浮上動作、回転動作、着地
動作を順に行って水路壁面間の乗り移りを行う水中ロボ
ットであって、 前記シーケンシャル制御手段では、所定の一定時間、予
め設定した一定の推力を前記推力発生手段に発生させて
水中ロボットを水路壁面から浮上させ、続いて、所定の
一定時間、予め設定した一定の推力を前記推力発生手段
に発生させて水中ロボットを回転させ、続いて、所定の
一定時間、予め設定した一定の推力を前記推力発生手段
に発生させて水中ロボットを他の水路壁面に着地させる
ようにシーケンシャル制御を行うことを特徴とする水中
ロボット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001204220A JP2003011888A (ja) | 2001-07-05 | 2001-07-05 | 水中ロボット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001204220A JP2003011888A (ja) | 2001-07-05 | 2001-07-05 | 水中ロボット |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003011888A true JP2003011888A (ja) | 2003-01-15 |
Family
ID=19040721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001204220A Withdrawn JP2003011888A (ja) | 2001-07-05 | 2001-07-05 | 水中ロボット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003011888A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007118702A (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Univ Kansai | 位置姿勢制御装置及び位置姿勢制御方法 |
| JP4743347B2 (ja) * | 2008-09-17 | 2011-08-10 | 株式会社村田製作所 | 転倒防止制御装置及びコンピュータプログラム |
| JP2013180682A (ja) * | 2012-03-02 | 2013-09-12 | Nec Corp | 航走体、操縦装置、操縦制御方法及びプログラム |
| JP2015013573A (ja) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 水中移動装置及びその移動方法 |
| CN108008626A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-05-08 | 哈尔滨工程大学 | 一种水下机器人在近水面受海浪干扰时使用水平舵进行主动减摇的模糊pid控制方法 |
| CN110209181A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-09-06 | 西北工业大学深圳研究院 | 一种基于测距仪的水下清洗机器人自主竖立着落船舷控制方法 |
-
2001
- 2001-07-05 JP JP2001204220A patent/JP2003011888A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007118702A (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Univ Kansai | 位置姿勢制御装置及び位置姿勢制御方法 |
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| JP2013180682A (ja) * | 2012-03-02 | 2013-09-12 | Nec Corp | 航走体、操縦装置、操縦制御方法及びプログラム |
| JP2015013573A (ja) * | 2013-07-05 | 2015-01-22 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 水中移動装置及びその移動方法 |
| CN108008626A (zh) * | 2017-12-05 | 2018-05-08 | 哈尔滨工程大学 | 一种水下机器人在近水面受海浪干扰时使用水平舵进行主动减摇的模糊pid控制方法 |
| CN110209181A (zh) * | 2019-05-06 | 2019-09-06 | 西北工业大学深圳研究院 | 一种基于测距仪的水下清洗机器人自主竖立着落船舷控制方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20081007 |