JP2014125201A - 水中機 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで障害物を回避することができる水中機を提供すること。
【解決手段】水中機は、機体と左側方の左側障害物との間の左側距離を計測する左側距離センサと、機体と右側方の右側障害物との間の右側距離を計測する右側距離センサと、左側距離及び右側距離に基づいて機体の航行を制御する制御部と、を備える。左側距離と右側距離の少なくとも一方が第１基準値以下となった場合、制御部は、機体を障害物から回避させる回避制御を実施する。
【選択図】図３

Description

本発明は、水中機に関する。特に、本発明は、水中機が障害物を回避するための技術に関する。

潜水艦や無人潜水機といった「水中機」が知られている。無人潜水機としては、比較的深い海域や湖沼における水中調査作業において利用されている自律型水中航走体（ＡＵＶ：Autonomous Underwater Vehicle）が知られている。

特許文献１は、水中機のモニタ及び遠隔制御方法を開示している。水中機は、浮動プラットフォームをドッキングさせる手段とリリースさせる手段とを有する。その浮動プラットフォームは、人工衛星から受信された無線信号を介して現在位置の座標を検出する。また、浮動プラットフォームは、水中機から受信する音響信号のデーティングを介して、水中機からの距離を検出する。水中機は、単一の浮動プラットフォームとの間の送受信信号により自己側位が可能である。

特許第３３１９７５９号

本願発明者は、次の点に着目した。一般的な水中機において、障害物回避のために海底地形マップを使用することが多い。しかしながら、海底地形マップを作成するためには多大なコストがかかる。また、海底地形マップを参照して処理を行うためには高性能の処理装置を水中機に搭載する必要であり、このこともコスト増大を招く。

本発明の１つの目的は、低コストで障害物を回避することができる水中機を提供することにある。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明の１つの観点において、水中機（１）が提供される。その水中機（１）は、機体と左側方の左側障害物との間の左側距離（ＬＬ）を計測する左側距離センサ（１０Ｌ）と、機体と右側方の右側障害物との間の右側距離（ＬＲ）を計測する右側距離センサ（１０Ｒ）と、左側距離（ＬＬ）及び右側距離（ＬＲ）に基づいて機体の航行を制御する制御部（２０）と、を備える。左側距離（ＬＬ）と右側距離（ＬＲ）の少なくとも一方が第１基準値（Ｌ１）以下となった場合、制御部（２０）は、機体を障害物から回避させる回避制御を実施する。

例えば、左側距離（ＬＬ）と右側距離（ＬＲ）の一方だけが第１基準値（Ｌ１）以下となった場合、制御部（２０）は、上記回避制御として第１回避制御を実施する。第１回避制御において、制御部（２０）は、第１基準値（Ｌ１）以下となった当該一方の距離が増加するように機体の航行を制御する。当該一方の距離が第１基準値（Ｌ１）以上である第２基準値（Ｌ２）以上となった場合、制御部（２０）は、第１回避制御を終了する。

また、例えば、左側距離（ＬＬ）と右側距離（ＬＲ）の両方が第１基準値（Ｌ１）以下となった場合、制御部（２０）は、上記回避制御として第２回避制御を実施する。第２回避制御において、制御部（２０）は、左側距離（ＬＬ）と右側距離（ＬＲ）が等しくなるように機体の航行を制御する。左側距離（ＬＬ）と右側距離（ＬＲ）の両方が第１基準値（Ｌ１）以上である第２基準値（Ｌ２）以上となった場合、制御部（２０）は、第２回避制御を終了する。

第２基準値（Ｌ２）は、第１基準値（Ｌ１）より大きいことが好適である。

また、例えば、左側距離（ＬＬ）と右側距離（ＬＲ）の少なくとも一方が第１基準値（Ｌ１）より小さい第３基準値（Ｌ３）以下となった場合、制御部（２０）は、機体の航行を停止させる。

回避制御を実施しない間、制御部（２０）は、機体を所定の航路（ＷＬ）上に沿って航行するように制御してもよい。

本発明によれば、低コストで障害物を回避することができる水中機が実現される。

図１は、本発明の実施の形態に係る水中機を示す概念図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る水中機の機能構成を示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る水中機の回避制御の一例を示す概念図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る水中機の回避制御の他の例を示す概念図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る水中機の回避制御を要約的に示すフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る水中機１を概念的に示している。水中機１は、左側距離センサ１０Ｌと右側距離センサ１０Ｒを備えている。左側距離センサ１０Ｌと右側距離センサ１０Ｒの各々は、典型的には、音響センサ（ソナー）であり、障害物（例：海底地形）からの反射波に基づいて障害物までの距離を計測する。

より詳細には、左側距離センサ１０Ｌは、左側方の左側障害物と機体との間の距離を計測する。左側距離センサ１０Ｌによって計測される距離は、以下、「左側距離ＬＬ」と参照される。一方、右側距離センサ１０Ｒは、右側方の右側障害物と機体との間の距離を計測する。右側距離センサ１０Ｒによって計測される距離は、以下、「右側距離ＬＲ」と参照される。

本実施の形態に係る水中機１は、計測された左側距離ＬＬ及び右側距離ＬＲを参照し、必要に応じて、機体を障害物から回避させる回避制御を実施する。その回避制御の実施のために、次の３つの距離（基準値）が導入される。

１つ目は、制御開始距離Ｌ１（第１基準値）である。この制御開始距離Ｌ１は、回避制御が必要な程度に障害物が接近していることを示すインデックスとして用いられる。より詳細には、左側距離ＬＬと右側距離ＬＲの少なくとも一方が、所定の期間Ｔ１以上、この制御開始距離Ｌ１以下となった場合、水中機１は、回避制御を開始する。

２つ目は、制御解除距離Ｌ２（第２基準値）である。この制御解除距離Ｌ２は、回避制御を解除してよい程度に障害物が離れたことを示すインデックスとして用いられる。より詳細には、上述の制御開始距離Ｌ１以下となった距離が、回避制御の結果、所定の期間Ｔ２以上、この制御解除距離Ｌ２以上となった場合、水中機１は、当該回避制御を終了させる。この制御解除距離Ｌ２は、上述の制御開始距離Ｌ１以上に設定される（Ｌ２≧Ｌ１）。制御の安定性の観点から言えば、制御解除距離Ｌ２は、制御開始距離Ｌ１より大きいことが好適である（Ｌ２＞Ｌ１）。

３つ目は、警報距離Ｌ３（第３基準値）である。この警報距離Ｌ３は、回避制御がもはや間に合わない程度に障害物が近接していることを示すインデックスとして用いられる。そのため、この警報距離Ｌ３は、上述の制御開始距離Ｌ１よりも小さく設定される（Ｌ１＞Ｌ３）。左側距離ＬＬと右側距離ＬＲの少なくとも一方が、所定の期間Ｔ３以上、この警報距離Ｌ３以下となった場合、水中機１は、機体の航行を停止させる。ここで、航行の停止とは、機体をその場で停止させることだけでなく、機体をその場で上昇させることも含む。

図２は、本実施の形態に係る水中機１の機能構成を示すブロック図である。水中機１は、上述の左側距離センサ１０Ｌ及び右側距離センサ１０と制御部２０を備えている。

制御部２０は、各種データ処理を行う機能ブロックであり、典型的にはマイクロコンピュータと制御プログラムにより実現される。この制御部２０は、各種センサにより得られる計測データに基づいて、機体の航行を制御する。特に、制御部２０は、左側距離センサ１０Ｌ及び右側距離センサ１０のそれぞれによって得られる左側距離ＬＬ及び右側距離ＬＲに基づいて、機体の航行を制御する。

図３を参照して、本実施の形態における回避制御の一例を説明する。最初、水中機１は、一般的な目標航路追従航走を行っている。目標航路追従航走の場合、目標地点が設定されると、スタート地点からその目標地点まで所定のコース（目標航路）が設定される。本実施の形態の回避制御を実施しない間、制御部２０は、機体をその所定のコース上に沿って航行するように制御する。機体が所定のコースを外れた場合、制御部２０は、機体をその所定のコース上に戻すような制御を行う。これらが一般的な目標航路追従制御である。その一方で、障害物の接近が検知されると、割り込み制御として、本実施の形態の回避制御が発動する。

具体的には、左側距離ＬＬと右側距離ＬＲの一方が、所定の期間Ｔ１以上、制御開始距離Ｌ１以下となった場合、制御部２０は、「片側回避制御（第１回避制御）」を実施する。片側回避制御において、制御部２０は、制御開始距離Ｌ１以下となった当該距離が再び増加するように機体の航行を制御する。図３で示される例では、右側距離ＬＲが制御開始距離Ｌ１以下となり、制御部２０は、片側回避制御を開始する。その片側回避制御において、制御部２０は、右側距離ＬＲが増加するように、機体を左方向に操舵制御する。これにより、右側方の右側障害物から回避可能である。但し、この回避制御の結果、機体は所定のコースから外れる。

その後、右側障害物は機体から離れていき、右側距離ＬＲが増加していく。右側距離ＬＲが、所定の期間Ｔ２以上、制御解除距離Ｌ２以上となった場合、制御部２０は、片側回避制御を終了させる。そして、目標航路追従制御により、機体は所定のコースに戻る。

続いて、図４を参照して、本実施の形態における回避制御の他の例を説明する。図４は、左側距離ＬＬと右側距離ＬＲの両方が、所定の期間Ｔ１以上、制御開始距離Ｌ１以下となる場合を示している。この場合、制御部２０は、「両側回避制御（第２回避制御）」を実施する。両側回避制御において、制御部２０は、機体の目標位置を左側障害物と右側障害物との中央位置に設定する。つまり、制御部２０は、左側距離ＬＬと右側距離ＬＲが等しくなるように機体の航行を制御する。

その後、左右の障害物は機体から離れていく。左側距離ＬＬ及び右側距離ＬＲが、所定の期間Ｔ２以上、制御解除距離Ｌ２以上となった場合、制御部２０は、両側回避制御を終了させる。そして、目標航路追従制御により、機体は所定のコースに戻る。

図５は、本実施の形態に係る回避制御を要約的に示すフローチャートである。

ステップＳ１０：
左側距離センサ１０Ｌは、左側方の左側障害物と機体との間の左側距離ＬＬを計測する。右側距離センサ１０Ｒは、右側方の右側障害物と機体との間の右側距離ＬＲを計測する。計測された左側距離ＬＬ及び右側距離ＬＲのデータは、制御部２０に送られる。

ステップＳ２０：
制御部２０は、左側距離ＬＬ及び右側距離ＬＲのそれぞれを制御開始距離Ｌ１と比較する。左側距離ＬＬと右側距離ＬＲの少なくとも一方が、所定の期間Ｔ１以上、制御開始距離Ｌ１以下となった場合（ステップＳ２０；Ｙｅｓ）、処理は、ステップＳ３０に進む。それ以外の場合（ステップＳ２０；Ｎｏ）、処理は、ステップＳ１０に戻る。

ステップＳ３０：
制御部２０は、左側距離ＬＬ及び右側距離ＬＲのそれぞれを警報距離Ｌ３と比較する。左側距離ＬＬと右側距離ＬＲの少なくとも一方が、所定の期間Ｔ３以上、警報距離Ｌ３以下となった場合（ステップＳ３０；Ｙｅｓ）、処理は、ステップＳ４０に進む。それ以外の場合（ステップＳ３０；Ｎｏ）、処理は、ステップＳ５０に進む。

ステップＳ４０：
制御部２０は、機体の航行を停止させる。ここで、航行の停止とは、機体をその場で停止させることだけでなく、機体をその場で上昇させることも含む。

ステップＳ５０：
左側距離ＬＬと右側距離ＬＲの両方が制御開始距離Ｌ１以下である場合（ステップＳ５０；Ｙｅｓ）、処理は、ステップＳ６０に進む。一方、左側距離ＬＬと右側距離ＬＲの一方だけ制御開始距離Ｌ１以下である場合（ステップＳ５０；Ｎｏ）、処理は、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ６０：
制御部２０は、両側回避制御を実施する（図４参照）。具体的には、制御部２０は、機体の目標位置を左側障害物と右側障害物との中央位置に設定する。つまり、制御部２０は、左側距離ＬＬと右側距離ＬＲが等しくなるように機体の航行を制御する。両側回避制御を実施しつつ、処理は、ステップＳ１０に戻る。

ステップＳ７０：
制御部２０は、片側回避制御を実施する（図３参照）。具体的には、制御部２０は、制御開始距離Ｌ１以下となった距離が再び増加するように機体の航行を制御する。片側回避制御を実施しつつ、処理は、ステップＳ１０に戻る。

ステップＳ１００：
制御部２０は、回避制御の終了条件が満たされるか否か判断する。片側回避制御の場合の終了条件は、制御開始距離Ｌ１以下となった距離が、所定の期間Ｔ２以上、制御解除距離Ｌ２以上となることである。両側回避制御の場合の終了条件は、左側距離ＬＬ及び右側距離ＬＲが、所定の期間Ｔ２以上、制御解除距離Ｌ２以上となることである。これら回避制御の終了条件が満たされた場合（ステップＳ１００；Ｙｅｓ）、処理は、ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０：
制御部２０は、回避制御を終了させる。

尚、図示されない前方向距離センサにより前方障害物を検知した場合も、制御部２０は、本実施の形態に係る回避制御処理を一旦停止する。

以上に説明されたように、本実施の形態によれば、左側距離センサ１０Ｌ及び右側距離センサ１０のそれぞれによって得られる左側距離ＬＬ及び右側距離ＬＲに基づいて、障害物回避制御が行われる。障害物回避制御のために、海底地形マップは不要である。従って、コストが削減される。すなわち、本実施の形態によれば、低コストで障害物を回避することができる水中機１が実現される。

また、海底地形は経時的に変化する。よって、海底地形マップは、どこまで正確か分からない。本実施の形態では、リアルタイムに障害物が検知されるため、海底地形マップを利用する場合と比較して、回避精度が向上する。

本発明は、例えば、小型の無人潜水機や自律型水中航走体に適用可能である。

以上、本発明の実施の形態が添付の図面を参照することにより説明された。但し、本発明は、上述の実施の形態に限定されず、要旨を逸脱しない範囲で当業者により適宜変更され得る。

１ 水中機
１０Ｌ 左側距離センサ
１０Ｒ 右側距離センサ
ＬＬ 左側距離
ＬＲ 右側距離
Ｌ１ 制御開始距離
Ｌ２ 制御解除距離
Ｌ３ 警報距離

Claims (8)

1. 機体と左側方の左側障害物との間の左側距離を計測する左側距離センサと、
   前記機体と右側方の右側障害物との間の右側距離を計測する右側距離センサと、
   前記左側距離及び前記右側距離に基づいて前記機体の航行を制御する制御部と
   を備え、
   前記左側距離と前記右側距離の少なくとも一方が第１基準値以下となった場合、前記制御部は、前記機体を障害物から回避させる回避制御を実施する
   水中機。
2. 請求項１に記載の水中機であって、
   前記左側距離と前記右側距離の一方だけが前記第１基準値以下となった場合、前記制御部は、前記回避制御として第１回避制御を実施し、
   前記第１回避制御において、前記制御部は、前記第１基準値以下となった前記一方の距離が増加するように前記機体の航行を制御する
   水中機。
3. 請求項２に記載の水中機であって、
   前記一方の距離が前記第１基準値以上である第２基準値以上となった場合、前記制御部は、前記第１回避制御を終了する
   水中機。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水中機であって、
   前記左側距離と前記右側距離の両方が前記第１基準値以下となった場合、前記制御部は、前記回避制御として第２回避制御を実施し、
   前記第２回避制御において、前記制御部は、前記左側距離と前記右側距離が等しくなるように前記機体の航行を制御する
   水中機。
5. 請求項４に記載の水中機であって、
   前記左側距離と前記右側距離の両方が前記第１基準値以上である第２基準値以上となった場合、前記制御部は、前記第２回避制御を終了する
   水中機。
6. 請求項３又は５に記載の水中機であって、
   前記第２基準値は、前記第１基準値より大きい
   水中機。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の水中機であって、
   前記左側距離と前記右側距離の少なくとも一方が前記第１基準値より小さい第３基準値以下となった場合、前記制御部は、前記機体の航行を停止させる
   水中機。
8. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の水中機であって、
   前記回避制御を実施しない間、前記制御部は、前記機体を所定のコース上に沿って航行するように制御する
   水中機。

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