JP7116987B2

JP7116987B2 - 水中航走体の衝突後対応方法、衝突後対応装置、及び衝突後対応プログラム

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Publication number: JP7116987B2
Application number: JP2018069429A
Authority: JP
Inventors: 雅彦篠野; 剛広瀬田; 章裕岡本; 祥梧稲葉
Original assignee: National Institute of Maritime Port and Aviation Technology
Current assignee: National Institute of Maritime Port and Aviation Technology
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: JP2019179474A

Description

本発明は、水の中を航走し調査作業等を行う水中航走体の衝突後対応方法、衝突後対応装置、及び衝突後対応プログラムに関する。

水中を自律的に航走するＡＵＶ（ＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＶｅｈｉｃｌｅ）等の水中航走体を用いた水底探査が行われている。水中航走体による水底探査においては、水中航走体が水底に近づくほど調査精度が向上する。また、水中航走体が高速で移動するほど調査範囲が拡大する。しかし、水中航走体を低高度で高速移動させると、水中航走体が水底に衝突する危険性が高まる。
そこで水中航走体は、水底への衝突を避けるため、自律的に下方ソナーからの情報により水底までの距離を一定に確保するか、又は深度を一定として水底からの高度を一定以上に確保している。また、水中航走体には障害物を自律的に避けるための前方障害物回避システムが搭載されている。前方障害物回避システムは、下方ソナー、前方ソナー、レーザー又はカメラにより水中航走体の進行方向に障害物を検出した場合には、障害物よりも高高度に水中航走体を移動させることで障害物を回避している。
しかし、前方障害物回避システムにより全方位を確認することは困難であり、死角が存在する。また、水中航走体は常に前方へ直進しているわけではなく、水中航走体が回頭中に障害物が現れる場合がある。また、下方ソナー、前方ソナー、レーザー及びカメラは、ごく近距離の障害物に対しては検知感度がない。よって、水中航走体が障害物に衝突する可能性をゼロにすることは困難である。
また、水中航走体が障害物と衝突した場合は、特に衝突現場が水底付近だと、そこからの離脱に最適な行動を推定するための十分な情報が水中航走体の搭載センサから得られない可能性がある。

図７は、水中航走体が岩礁等の障害物に衝突した状態の第一の例を示す図である。
水中航走体５０２には、通過するべき目標ウェイポイントの緯度、経度、高度（又は深度）の情報を含むウェイポイントリストが入力されている。
前方ソナー等のセンサで障害物５０３が検知されない場合、水中航走体５０２は次の目標ウェイポイントに向かって前進する。障害物５０３と衝突してもセンサが障害物５０３を検知できていなければ、水中航走体５０２の航走が障害物５０３によって妨げられていることを水中航走体５０２も調査母船５０１も認識できないため、水中航走体５０２は障害物５０３を押し続けることになる。
図７では水中航走体５０２が、１番目の目標ウェイポイントＷＰ₁から２番目の目標ウェイポイントＷＰ₂へ移動しようとしている状況を示している。設定された制限時間内に水中航走体５０２が２番目の目標ウェイポイントＷＰ₂に到達しない場合、水中航走体５０２は緊急事態が発生したと判断してバラストを投下して緊急浮上するため、調査が長時間にわたって中断してしまう。

図８は、水中航走体が岩礁等の障害物に衝突した状態の第二の例を示す図である。
岩礁等の障害物５０３が図８に示すようにオーバーハングした形状の場合には、緊急事態が発生したと判断した水中航走体５０２がバラストを投下して緊急浮上しようとしても、障害物５０３の上部の張り出し部分に当たって浮上することができない。また、障害物５０３によって水中音響信号が阻害されるため、調査母船５０１から水中航走体５０２に対して通信や測位を行うこともできない。

図９は、水中航走体が岩礁等の障害物に衝突した状態の第三の例を示す図である。
障害物５０３が図９に示すように一端が水底に固定されたロープの場合には、ロープが絡まった水中航走体５０２は、一定パワーでロープを引っ張り続け、制限時間に達すると緊急事態が発生したと判断してバラストを投下して緊急浮上しようとする。しかし、ロープが絡まったままであれば緊急浮上できない。

ここで、特許文献１には、巡回経路に沿って設けた各ウェイポイントを巡回させる自律制御型水中航走体が、１つのウェイポイントの場所から次に辿る順序のウェイポイントの場所を目標地点として移動する経路上で、水中航走体に装備した障害物検出ソナーにより経路上の障害物が検出されると、水中航走体を障害物のない方向へ移動させる緊急回避動作を行い、回避終了時の水中航走体の位置に、巡回経路の次の周回以降に経由させるための新たなウェイポイントを追加することで、障害物が検出された周回の次の周回以降は、水中航走体を、追加されたウェイポイントを経由させることで、障害物に差し掛かることなく巡回させる自律制御方法が開示されている。
また、特許文献２には、自動走行玩具に関し、玩具が障害物に近接又は衝突したときは、操向方向のいかんに関わらず、所定方向に一定距離後退したのち、再び予定の操行及び操向を続行する障害物回避装置が開示されている。
また、特許文献３には、位置指令、速度指令、加速度指令のうちの少なくとも１つから必要駆動トルク指令の各要素を演算する必要駆動トルク指令要素演算手段と、位置、速度、加速度のうちの少なくとも１つ及び必要駆動トルク指令の各要素のうちの少なくとも１つを用いて必要駆動トルクを演算する必要駆動トルク演算手段と、上側しきい値及び下側しきい値を演算するしきい値演算手段と、必要駆動トルク、上側しきい値、下側しきい値及びロボットの各軸を駆動するモータの電流に基づいて衝突を判別する衝突判別手段とを備えたロボット制御装置において、加速度指令及び加加速度指令に応じて上側しきい値及び下側しきい値を変更すること、衝突判別後はロボットを停止又は衝突物から退避させることが開示されている。

特開２０１１－３４５１８号公報特開昭６３－１８９１８９号公報特開２００３－２５２７２号公報

特許文献１は、水中航走体の緊急回避動作を低減しようとするものであり、水中航走体が障害物に衝突した後の回避行動については何ら記載されていない。
また、特許文献２は、障害物に近接又は衝突したときは、所定方向に一定距離後退させることによって障害物を回避させるものであるから、後方に障害物が存在して一定距離後退させることができない場合は、障害物を回避できない。また、陸上走行時の衝突回避を目的としており、水中での衝突した後の回避行動に関する記載はない。
また、特許文献３は、作業用ロボットについて、衝突判別のための計算量を削減し、高精度に衝突判別を行おうとするものであり、水中での衝突した後の回避行動に関する記載はない。

そこで本発明は、障害物に衝突した水中航走体が当該障害物によって通常航走が妨げられている状態から自律的に脱し、通常航走に戻ったか否かを判断することができる、水中航走体の衝突後対応方法、衝突後対応装置、及び衝突後対応プログラムを提供することを目的とする。

請求項１記載に対応した水中航走体の衝突後対応方法においては、水の中を航走する水中航走体の障害物への衝突後の対応方法であって、水中航走体に搭載した加速度検出手段及び／又は加加速度検出手段で障害物への水中航走体の衝突を検知し、衝突点を含む移動開始前位置から上方向又は水平方向を含む空間に水中航走体を所定距離又は所定時間、向きを変えることなく平行移動させ、次に目標ウェイポイントへの方向に移動を試み、水中航走体の航行に使用する航行用センサを利用して、移動開始前位置からの変位を確認し、一定時間経過後に一定距離以上を進んだか否かにより障害物からの回避を判断することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、水中航走体は衝突点を含む移動開始前位置から上方向又は水平方向に移動して障害物からの回避を試みることができると共に、回避が成功したか否かを移動距離によって判断することができる。これにより、障害物に衝突した水中航走体は障害物によって通常航走が妨げられている状態から自律的に脱し、通常航走に戻ることができる。

請求項２記載の本発明は、障害物からの回避ができなかったと判断された場合に、所定距離又は所定時間を変更して平行移動させ、目標ウェイポイントへの方向に移動を試み、以後、回避が行なわれたと判断されるまで、所定距離又は所定時間をさらに変更して平行移動させ、目標ウェイポイントへの方向への移動の試みを繰り返すことを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、水中航走体は、ある回避行動によっては障害物を回避できなかった場合に回避行動を異ならせて繰り返し回避を試みるため、離脱可能性を高めることができる。

請求項３記載の本発明は、変更する所定距離又は所定時間としてランダム値を用いることを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、水中航走体の回避行動にランダム性を取り入れて偶然の離脱を試みることができるため、離脱可能性を効果的に高めることができる。

請求項４記載の本発明は、衝突点から一旦後退した後、所定距離又は所定時間、移動開始前位置として後退した後の位置から向きを変えることなく平行移動させることを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、今まで航走して来た元の方向に一旦後退することにより、始めに障害物から水中航走体を後方へ離すことで、平行移動による離脱可能性を高めることができる。

請求項５記載に対応した水中航走体の衝突後対応方法においては、水の中を航走する水中航走体の障害物への衝突後の対応方法であって、水中航走体に搭載した加速度検出手段及び／又は加加速度検出手段で障害物への水中航走体の衝突を検知し、衝突点を含む移動開始前位置で水中航走体を所定角度、回頭させ、次に回頭させた所定角度の方向に移動を試み、水中航走体の航行に使用する航行用センサを利用して、移動開始前位置からの変位を確認し、一定時間経過後に一定距離以上を進んだか否かにより障害物からの回避を判断することを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、水中航走体は衝突点を含む移動開始前位置で回頭して障害物からの回避を試みることができると共に、回避が成功したか否かを移動距離によって判断することができる。これにより、障害物に衝突した水中航走体は障害物によって通常航走が妨げられている状態から自律的に脱し、通常航走に戻ることができる。

請求項６記載の本発明は、障害物からの回避ができなかったと判断された場合に、所定角度を変更して回頭させ、変更した所定角度の方向に移動を試み、以後、回避が行なわれたと判断されるまで、所定角度をさらに変更して回頭させ、さらに変更した所定角度の方向への移動の試みを繰り返すことを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、水中航走体は、ある回避行動によっては障害物を回避できなかった場合に回避行動を異ならせて繰り返し回避を試みるため、離脱可能性を高めることができる。

請求項７記載の本発明は、変更する所定角度としてランダム値を用いることを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、水中航走体の回避行動にランダム性を取り入れて偶然の離脱を試みることができるため、離脱可能性を効果的に高めることができる。

請求項８記載の本発明は、衝突点から一旦後退した後、移動開始前位置として後退した後の位置で所定角度、回頭させることを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、今まで航走して来た元の方向に一旦後退することにより、始めに障害物から水中航走体を後方へ離すことで、回頭による離脱可能性を高めることができる。

請求項９記載の本発明は、請求項１から請求項４に記載のいずれか１項に記載の水中航走体の衝突後対応方法を行なっても障害物からの回避ができない場合に、請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の水中航走体の衝突後対応方法を行なう及び／又は水中航走体の推力を増すことを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、水中航走体は、平行移動によっては障害物を回避できなかった場合に、回頭及び推力増加の少なくともどちらか一方を行って再度回避を試みるため、離脱可能性を高めることができる。

請求項１０記載に対応した水中航走体の衝突後対応装置においては、水の中を航走する水中航走体の障害物への衝突後の対応装置であって、障害物への水中航走体の衝突を検知する水中航走体に搭載した加速度検出手段及び／又は加加速度検出手段と、衝突点を含む移動開始前位置から上方向又は水平方向を含む空間に水中航走体を所定距離又は所定時間、向きを変えることなく平行移動させる平行移動手段と、目標ウェイポイントへの方向に移動を試みる移動制御手段と、移動開始前位置からの変位を確認する水中航走体の航行に使用する航行用センサと、一定時間経過後に一定距離以上を進んだか否かにより障害物からの回避を判断する回避判断手段とを備えたことを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、水中航走体は衝突点を含む移動開始前位置から上方向又は水平方向に移動して障害物からの回避を試みることができると共に、回避が成功したか否かを移動距離によって判断することができる。これにより、障害物に衝突した水中航走体は障害物によって通常航走が妨げられている状態から自律的に脱し、通常航走に戻ることができる。

請求項１１記載の本発明は、衝突点を含む移動開始前位置で水中航走体を所定角度、回頭させる回頭手段を備え、回頭させた所定角度の方向に移動制御手段で移動を試み、一定時間経過後に一定距離以上を進んだか否かにより障害物からの回避を回避判断手段で判断することを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、水中航走体は衝突点を含む移動開始前位置で回頭して障害物からの回避を試みることができる。

請求項１２記載の本発明は、障害物からの回避ができなかったと判断された場合に、所定距離若しくは所定時間又は所定角度を変更し、目標ウェイポイントへの方向、又は変更した所定角度の方向に移動を試み、以後、回避が行なわれたと判断されるまで、所定距離若しくは所定時間又は所定角度をさらに変更し、目標ウェイポイントへの方向、又はさらに変更した所定角度の方向への移動の試みを繰り返す繰り返し手段を備えたことを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、水中航走体は、ある回避行動によっては障害物を回避できなかった場合に回避行動を異ならせて繰り返し回避を試みるため、離脱可能性を高めることができる。

請求項１３記載の本発明は、変更する所定距離若しくは所定時間又は所定角度のランダム値を発生するランダム値発生手段を備えたことを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、水中航走体の回避行動にランダム性を取り入れて偶然の離脱を試みることができるため、離脱可能性を効果的に高めることができる。

請求項１４記載の本発明は、衝突点から一旦後退させる後退手段を備えたことを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、今まで航走して来た元の方向に一旦後退することにより、始めに障害物から水中航走体を後方へ離すことで、平行移動又は回頭による離脱可能性を高めることができる。

請求書１５記載の本発明は、加速度検出手段及び／又は加加速度検出手段は、水中航走体の航行に使用する航行用センサを共用することを特徴とする。
請求書１５に記載の本発明によれば、航行用センサを利用して障害物への水中航走体の衝突を検知することができるため、加速度検出手段及び加加速度検出手段を別途設ける必要が無い。

請求書１６記載の本発明は、航行用センサは、慣性航法装置又はドップラーソナーであることを特徴とする。
請求項１６に記載の本発明によれば、慣性航法装置又はドップラーソナーを利用して障害物への水中航走体の衝突を検知することができる。

請求書１７記載に対応した水中航走体の衝突後対応プログラムは、水の中を航走する水中航走体の障害物への衝突後の対応プログラムであって、コンピュータに、障害物への水中航走体の衝突を検知する水中航走体に搭載した加速度検出手段及び／又は加加速度検出手段の信号を受け付ける衝突検知ステップと、衝突点を含む移動開始前位置から上方向又は水平方向を含む空間に水中航走体を所定距離又は所定時間、向きを変えることなく平行移動させる平行移動ステップと、目標ウェイポイントへの方向に移動を試みる移動制御ステップと、水中航走体の航行に使用する航行用センサの測定値を取得して、移動開始前位置からの変位を確認し、一定時間経過後に一定距離以上を進んだか否かにより障害物からの回避を判断する回避判断ステップとを実行させることを特徴とする。
請求項１７に記載の本発明によれば、水中航走体は衝突点を含む移動開始前位置から上方向又は水平方向に移動して障害物からの回避を試みることができると共に、回避が成功したか否かを移動距離によって判断することができる。これにより、障害物に衝突した水中航走体は障害物によって通常航走が妨げられている状態から自律的に脱し、通常航走に戻ることができる。

請求項１８記載の本発明は、衝突点を含む移動開始前位置で水中航走体を所定角度、回頭させる回頭ステップをさらに備え、移動制御ステップで回頭させた所定角度の方向に移動を試み、一定時間経過後に一定距離以上を進んだか否かにより障害物からの回避を回避判断ステップで判断することを特徴とする。
請求項１８に記載の本発明によれば、水中航走体は衝突点を含む移動開始前位置で回頭して障害物からの回避を試みることができる。

請求項１９記載の本発明は、回避判断ステップで障害物からの回避が否定された場合に、所定距離若しくは所定時間又は所定角度を変更し、目標ウェイポイントへの方向、又は変更した所定角度の方向に移動を試み、以後、回避が行なわれたと判断されるまで、所定距離若しくは所定時間又は所定角度をさらに変更し、目標ウェイポイントへの方向、又はさらに変更した所定角度の方向への移動の試みを繰り返す繰り返しステップをさらに備えたことを特徴とする。
請求項１９に記載の本発明によれば、水中航走体は、ある回避行動によっては障害物を回避できなかった場合に回避行動を異ならせて繰り返し回避を試みるため、離脱可能性を高めることができる。

請求項２０記載の本発明は、変更する所定距離若しくは所定時間又は所定角度のランダム値を発生するランダム値発生ステップをさらに備えたことを特徴とする。
請求項２０に記載の本発明によれば、水中航走体の回避行動にランダム性を取り入れて偶然の離脱を試みることができるため、離脱可能性を効果的に高めることができる。

本発明の水中航走体の衝突後対応方法によれば、水中航走体は衝突点を含む移動開始前位置から上方向又は水平方向に移動して障害物からの回避を試みることができると共に、回避が成功したか否かを移動距離によって判断することができる。これにより、障害物に衝突した水中航走体は障害物によって通常航走が妨げられている状態から自律的に脱し、通常航走に戻ることができる。

また、障害物からの回避ができなかったと判断された場合に、所定距離又は所定時間を変更して平行移動させ、目標ウェイポイントへの方向に移動を試み、以後、回避が行なわれたと判断されるまで、所定距離又は所定時間をさらに変更して平行移動させ、目標ウェイポイントへの方向への移動の試みを繰り返す場合には、水中航走体は、ある回避行動によっては障害物を回避できなかった場合に回避行動を異ならせて繰り返し回避を試みるため、離脱可能性を高めることができる。

また、変更する所定距離又は所定時間としてランダム値を用いる場合には、水中航走体の回避行動にランダム性を取り入れて偶然の離脱を試みることができるため、離脱可能性を効果的に高めることができる。

また、衝突点から一旦後退した後、所定距離又は所定時間、移動開始前位置として後退した後の位置から向きを変えることなく平行移動させる場合には、今まで航走して来た元の方向に一旦後退することにより、始めに障害物から水中航走体を後方へ離すことで、平行移動による離脱可能性を高めることができる。

また、本発明の水中航走体の衝突後対応方法によれば、水中航走体は衝突点を含む移動開始前位置で回頭して障害物からの回避を試みることができると共に、回避が成功したか否かを移動距離によって判断することができる。これにより、障害物に衝突した水中航走体は障害物によって通常航走が妨げられている状態から自律的に脱し、通常航走に戻ることができる。

また、障害物からの回避ができなかったと判断された場合に、所定角度を変更して回頭させ、変更した所定角度の方向に移動を試み、以後、回避が行なわれたと判断されるまで、所定角度をさらに変更して回頭させ、さらに変更した所定角度の方向への移動の試みを繰り返す場合には、水中航走体は、ある回避行動によっては障害物を回避できなかった場合に回避行動を異ならせて繰り返し回避を試みるため、離脱可能性を高めることができる。

また、変更する所定角度としてランダム値を用いる場合には、水中航走体の回避行動にランダム性を取り入れて偶然の離脱を試みることができるため、離脱可能性を効果的に高めることができる。

また、衝突点から一旦後退した後、移動開始前位置として後退した後の位置で所定角度、回頭させる場合には、今まで航走して来た元の方向に一旦後退することにより、始めに障害物から水中航走体を後方へ離すことで、回頭による離脱可能性を高めることができる。

また、本発明の水中航走体の衝突後対応方法によれば、水中航走体は、平行移動によっては障害物を回避できなかった場合に、回頭及び推力増加の少なくともどちらか一方を行って再度回避を試みるため、離脱可能性を高めることができる。

また、本発明の水中航走体の衝突後対応装置によれば、水中航走体は衝突点を含む移動開始前位置から上方向又は水平方向に移動して障害物からの回避を試みることができると共に、回避が成功したか否かを移動距離によって判断することができる。これにより、障害物に衝突した水中航走体は障害物によって通常航走が妨げられている状態から自律的に脱し、通常航走に戻ることができる。

また、衝突点を含む移動開始前位置で水中航走体を所定角度、回頭させる回頭手段を備え、回頭させた所定角度の方向に移動制御手段で移動を試み、一定時間経過後に一定距離以上を進んだか否かにより障害物からの回避を回避判断手段で判断する場合には、水中航走体は衝突点を含む移動開始前位置で回頭して障害物からの回避を試みることができる。

また、障害物からの回避ができなかったと判断された場合に、所定距離若しくは所定時間又は所定角度を変更し、目標ウェイポイントへの方向、又は変更した所定角度の方向に移動を試み、以後、回避が行なわれたと判断されるまで、所定距離若しくは所定時間又は所定角度をさらに変更し、目標ウェイポイントへの方向、又はさらに変更した所定角度の方向への移動の試みを繰り返す繰り返し手段を備えた場合には、水中航走体は、ある回避行動によっては障害物を回避できなかった場合に回避行動を異ならせて繰り返し回避を試みるため、離脱可能性を高めることができる。

また、変更する所定距離若しくは所定時間又は所定角度のランダム値を発生するランダム値発生手段を備えた場合には、水中航走体の回避行動にランダム性を取り入れて偶然の離脱を試みることができるため、離脱可能性を効果的に高めることができる。

また、衝突点から一旦後退させる後退手段を備えた場合には、今まで航走して来た元の方向に一旦後退することにより、始めに障害物から水中航走体を後方へ離すことで、平行移動又は回頭による離脱可能性を高めることができる。

また、加速度検出手段及び／又は加加速度検出手段は、水中航走体の航行に使用する航行用センサを共用する場合には、航行用センサを利用して障害物への水中航走体の衝突を検知することができるため、加速度検出手段及び加加速度検出手段を別途設ける必要が無い。

また、航行用センサは、慣性航法装置又はドップラーソナーである場合には、慣性航法装置又はドップラーソナーを利用して障害物への水中航走体の衝突を検知することができる。

また、本発明の水中航走体の衝突後対応プログラムによれば、水中航走体は衝突点を含む移動開始前位置から上方向又は水平方向に移動して障害物からの回避を試みることができると共に、回避が成功したか否かを移動距離によって判断することができる。これにより、障害物に衝突した水中航走体は障害物によって通常航走が妨げられている状態から自律的に脱し、通常航走に戻ることができる。

また、衝突点を含む移動開始前位置で水中航走体を所定角度、回頭させる回頭ステップをさらに備え、移動制御ステップで回頭させた所定角度の方向に移動を試み、一定時間経過後に一定距離以上を進んだか否かにより障害物からの回避を回避判断ステップで判断する場合には、水中航走体は衝突点を含む移動開始前位置で回頭して障害物からの回避を試みることができる。

また、回避判断ステップで障害物からの回避が否定された場合に、所定距離若しくは所定時間又は所定角度を変更し、目標ウェイポイントへの方向、又は変更した所定角度の方向に移動を試み、以後、回避が行なわれたと判断されるまで、所定距離若しくは所定時間又は所定角度をさらに変更し、目標ウェイポイントへの方向、又はさらに変更した所定角度の方向への移動の試みを繰り返す繰り返しステップをさらに備えた場合には、水中航走体は、ある回避行動によっては障害物を回避できなかった場合に回避行動を異ならせて繰り返し回避を試みるため、離脱可能性を高めることができる。

また、変更する所定距離若しくは所定時間又は所定角度のランダム値を発生するランダム値発生ステップをさらに備えた場合には、水中航走体の回避行動にランダム性を取り入れて偶然の離脱を試みることができるため、離脱可能性を効果的に高めることができる。

本発明の一実施形態による水中航走体を用いた水中探査を示す概略図同水中航走体の衝突後対応装置の構成図同水中航走体の衝突後対応方法のフロー図本発明の他の実施形態による水中航走体の衝突後対応装置の構成図同水中航走体の衝突後対応方法のフロー図同水中航走体の衝突後対応方法のフロー図水中航走体が岩礁等の障害物に衝突した状態の第一の例を示す図水中航走体が岩礁等の障害物に衝突した状態の第二の例を示す図水中航走体が岩礁等の障害物に衝突した状態の第三の例を示す図

以下に、本発明の実施形態による水中航走体の衝突後対応方法、衝突後対応装置、及び衝突後対応プログラムについて説明する。
図１は、本発明の実施形態による水中航走体を用いた水中探査を示す概略図である。
図１では、海洋や湖沼等において、調査母船１から調査水域に水中航走体２を投入し、水底の鉱物資源やエネルギー資源等の調査作業等を行う状態を示している。水中航走体２は、調査母船１に積載して調査水域まで運搬してきたものである。水中航走体２は、単数であっても複数であってもよい。
水中航走体２には、調査母船１からの投入前にオペレータによって、通過するべき目標ウェイポイントの緯度、経度、高度（又は深度）の情報を含むウェイポイントリストが入力されている。
調査母船１は、水中で調査作業等を行う水中航走体２に対して管制を行う。調査母船１には、水中航走体２との音響信号による双方向通信に用いる母船側通信手段１１と、水中航走体２へ向けて信号を発する音響測位手段１２が設けられている。
水中航走体２は無人かつ無索で自律航走するロボットである。水中航走体２には、調査母船１の母船側通信手段１１との音響信号による双方向通信に用いる航走体側通信手段２１と、調査母船１の音響測位手段１２から発せられる信号に対して返答を行う音響トランスポンダ２２と、自機の位置の測定に用いる航行用センサ２３と、前方へ向けられた前方ソナー２４と、下方へ向けられた下方ソナー２５と、水中航走体２に質量を付加するバラスト２６と、障害物３に衝突した水中航走体２を障害物３から離脱させるべく制御する衝突後対応装置３０が設けられている。
水中航走体２は、調査母船１から投入された後、自律的に１番目の目標ウェイポイントＷＰ₁に向かって潜航（下降）する。水中航走体２が潜航すると、調査母船１と水中航走体２間の電波は水によって遮断される。このため、調査母船１と水中航走体２間の情報通信は、水中航走体２が水中にあるときは水中音響通信によって行われる。なお、調査母船１や水中航走体２の周囲の雑音状況によっては、通信が成立しないこともある。また、水中航走体２が水中を移動する際は、水中航走体２自身の測位は、ＧＰＳによる測位から航行用センサ２３による測位に切り替えて行われる。航行用センサ２３は、加速度計やジャイロといった各種水中センサの計測結果を踏まえて測位等を行う慣性航法装置（以下、「ＩＮＳ」という）としている。
調査母船１からは、音響測位手段１２による水中音響ＵＳＢＬ測位により、音響トランスポンダ２２が搭載されている水中航走体２の水中位置を測位することができる。また、水中音響通信装置１１を用いた水中音響通信により、その測位結果を水中航走体２に送信することや、簡単な指令を送ることもできる。なお、調査母船１と水中航走体２の位置関係、又は調査母船１や水中航走体２の周囲の雑音状況によっては、測位や通信が成立しないこともある。

水中航走体２は、１番目の目標ウェイポイントＷＰ₁に到達すると、２番目の目標ウェイポイントＷＰ₂に向かいつつ、センサによる水底調査を行う。水中航走体２は、２番目の目標ウェイポイントＷＰ₂に到達すると、３番目の目標ウェイポイント（図示略）以降も同様に航走しつつ、計画測線に沿って水底調査を行う。水中航走体２は、全ての目標ウェイポイントを通過したのち、バラスト２６を投下し水面に向けて浮上する。

水中航走体２は、水底への衝突を避けるため、下方ソナー２５から得た水底までの距離情報に基づいて自律的に水底までの距離を一定に確保している。なお、水中航走体２の深度を一定として水底からの高度を一定以上に確保することもできる。また、水中航走体２は、前方ソナー２４によって進行方向に障害物３を検出した場合には、自律的に障害物３よりも高高度に移動することで障害物３を回避する。
また、水中航走体２は、自律的に緊急事態を解消できないと判断した場合や、調査母船１から水中音響通信で緊急浮上の指令を受信した場合には、スラスタを停止し、バラスト２６を投下して緊急浮上することができる。

図２は、本実施形態による水中航走体の衝突後対応装置の構成図である。図３は、本実施形態による水中航走体の衝突後対応方法のフロー図である。

衝突後対応装置３０は、水中航走体２が障害物３に衝突した場合に、水中航走体２に障害物３からの離脱行動を行わせる。
衝突後対応装置３０は、衝突判断手段４０と、所定値決定手段５０と、平行移動手段６０と、回頭手段７０と、移動制御手段８０と、回避判断手段９０と、繰り返し手段１００と、ランダム値発生手段１１０と、後退手段１２０と、推力変更手段１３０を備える。

衝突判断手段４０は、加速度検出手段４１から水中航走体２の加速度αを取得し、加加速度検出手段４２から水中航走体２の加加速度ｊを取得する。加速度検出手段４１及び加加速度検出手段４２は、水中航走体２の航行に使用する航行用センサ２３を共用している。このため、加速度検出手段４０及び加加速度検出手段４１を別途設ける必要が無い。
なお、本実施形態における航行用センサ２３はＩＮＳであるが、ＩＮＳの代わりにドップラーソナーを用いることもできる。
衝突判断手段４０は、加速度検出手段４１によって検出される水中航走体２の加速度αと、加加速度検出手段４２によって検出される水中航走体２の加加速度ｊを監視し、加速度α又は加加速度jが閾値（特に負の閾値）を越えた場合に、水中航走体２が何らかの障害物３に衝突したと判断する。

所定値決定手段５０は、障害物３に衝突した水中航走体２をその障害物３から回避させるにあたって、移動目標となる所定値を決定する。所定値決定手段５０は、所定距離決定部５１と、所定時間決定部５２と、所定角度決定部５３を有する。
所定距離決定部５１は、水中航走体２が障害物３に衝突した衝突点から水中航走体２を上方向又は水平方向に移動させる際の目標距離となる所定距離Ｘ_minを決定する。
所定時間決定部５２は、衝突点から水中航走体２を上方向又は水平方向に移動させる際の目標時間となる所定時間ｔを決定する。
所定角度決定部５３は、衝突点から水中航走体２を回頭させる際の目標角度となる所定角度Δθを決定する。

平行移動手段６０は、水中航走体２を水平方向に移動させる水平移動部６１と、水中航走体２を鉛直方向に移動させる鉛直移動部６２を有する。水平移動部６１と鉛直移動部６２を同時に用いることで、水中航走体２を斜め方向に移動させることも可能である。
平行移動手段６０は、所定値決定手段５０で決定された所定値に従い、衝突点から水中航走体２を上方向又は水平方向を含む空間に所定距離Ｘ_min又は所定時間ｔ、水中航走体２の向きを変えることなく平行移動させる。

回頭手段７０は、所定値決定手段５０で決定された所定値に従い、衝突点で水中航走体２を所定角度Δθ、回頭させる。

移動制御手段８０は、衝突点から上方向又は水平方向に所定距離Ｘ_min若しくは所定時間ｔ平行移動した水中航走体２、又は衝突点で所定角度Δθ回頭した水中航走体２を、次の目標ウェイポイントＷＰ_nの方向へ移動させようと試みる。

回避判断手段９０は、ＩＮＳにより移動開始前位置Ｘからの変位ΔＸを確認し、水中航走体２が次の目標ウェイポイントＷＰ_nの方向への移動試行を開始してから一定時間Δｔ経過後に、水中航走体２が一定距離ΔＸ_min以上進んだか否かにより障害物３からの回避を判断する。これにより、回避の成否を移動距離によって判断することができる。
本発明の目的は、障害物３に衝突した水中航走体２が自律的に衝突現場を離れ、通常航走に戻ることである。このため、離脱判断のパラメータとして、水中航走体２の速度ｖ、加速度α、加加速度jではなく、位置Ｘを用いている。

繰り返し手段１００は、所定距離変更部１０１、所定時間変更部１０２、所定角度変更部１０３、所定値変更回数設定部１０４を有する。
所定距離変更部１０１は、所定距離Ｘ_minを変更する。所定時間変更部１０２は、所定時間ｔを変更する。所定角度変更部１０３は、所定角度Δθを変更する。所定値変更回数設定部１０４は、所定距離変更部１０１が変更する所定距離Ｘ_min、所定時間変更部１０２が変更する所定時間ｔ、所定角度変更部１０３が変更する所定角度Δθのそれぞれについて、変更回数の上限を設定する。
繰り返し手段１００は、回避判断手段９０による回避判断において障害物３からの回避ができなかったと判断された場合に、所定距離Ｘ_min若しくは所定時間ｔ又は所定角度Δθを変更し、次の目標ウェイポイントＷＰ_nへの方向に移動を試み、以後、回避が行なわれたと判断されるまで、所定距離Ｘ_min若しくは所定時間ｔ又は所定角度Δθをさらに変更し、次の目標ウェイポイントＷＰ_nの方向への移動の試みを繰り返す。

ランダム値発生手段１１０は、所定距離変更部１０１が変更する所定距離Ｘ_min、所定時間変更部１０２が変更する所定時間ｔ、所定角度変更部１０３が変更する所定角度Δθのそれぞれについて、ランダム値を発生する。

後退手段１２０は、衝突点から水中航走体２が平行移動する前、又は水中航走体２が衝突点で回頭する前に、衝突点から水中航走体２を今まで航走して来た元の方向に、一旦後退させる。なお、今まで航走して来た元の方向とは、全く同じ方向でなくとも、同じ方向と見做せる片側４５度以内の方向であればよい。
推力変更手段１３０は、水中航走体２の推力を増加又は減少させる。

衝突後対応装置３０は、コンピュータ（図示略）によって実行されるプログラムによって制御される。図３を用いて衝突後対応の流れを説明する。

衝突判断手段４０は、水中航走体２の加速度αを検出する加速度検出手段４１からの信号、及び水中航走体２の加加速度jを検出する加加速度検出手段４２からの信号を受け付け、加速度α又は加加速度jが閾値（特に負の閾値）を越えた場合は、水中航走体２が何らかの障害物３に衝突したと判断する（衝突検知ステップＳ１）。
水中航走体２は、障害物３との衝突が検知されたことを音響通信によって調査母船１に知らせ、一定時間、調査母船１からの指令を待つ。調査母船１からの指令があった場合は、その指令に従って航行する。
一定時間内に調査母船１からの指令が無い場合、又は自律的に衝突現場からの離脱を試行せよとの指令を調査母船１から受信した場合は、水中航走体２は、以下のステップを実行することで衝突現場からの離脱を試みる。離脱に成功した場合は、通常航走に復帰して計画測線に沿った水底調査等を行う。

衝突検知ステップＳ１の後、後退手段１２０は、衝突点から水中航走体２を一旦後退させる（平行移動前の後退ステップＳ２）。
平行移動の前に水中航走体２を今まで航走して来た元の方向に一旦後退させることによって障害物３から水中航走体２を後方へ離し、以降の回避行動による離脱可能性を高めることができる。

後退ステップ２の後、所定値決定手段５０は、所定距離決定部５１によって所定距離Ｘ_minを決定するか、又は所定時間決定部５２によって所定時間ｔを決定する（平行移動の所定値決定ステップＳ３）。

所定値決定ステップＳ３の後、平行移動手段６０は、衝突点から水中航走体２を上方向又は水平方向に所定距離Ｘ_min又は所定時間ｔ、水中航走体２の向きを変えることなく平行移動させる（平行移動ステップＳ４）。
衝突点から水中航走体２を上方向又は水平方向に移動させることで、障害物３からの回避を図ることができる。
なお、水中航走体２を平行移動させる方向（上方向又は水平方向）は、任意に設定することができる。

平行移動ステップＳ４の後、移動制御手段８０は、次の目標ウェイポイントＷＰ_nへの方向に移動を試みる（平行移動後の移動制御ステップＳ５）。

移動制御ステップＳ５の後、回避判断手段９０は、ＩＮＳにより移動開始前位置Ｘからの変位ΔＸを確認し、水中航走体２が次の目標ウェイポイントＷＰ_nの方向への移動試行を開始してから一定時間Δｔ経過後に、一定距離ΔＸ_min以上進んだか否かにより障害物３からの回避を判断する（平行移動後の回避判断ステップＳ６）。

回避判断ステップＳ６において、回避判断手段９０は、水中航走体２が一定距離ΔＸ_min以上進んだと判定した場合は、障害物３からの回避を肯定する。
障害物３からの回避が肯定された場合は、水中航走体２は衝突後対応を終了して通常航走に復帰する。

回避判断ステップＳ６において、回避判断手段９０は、水中航走体２が一定距離ΔＸ_min以上進んでいないと判定した場合は、障害物３からの回避を否定する。
障害物３からの回避が否定された場合は、繰り返し手段１００は、所定距離Ｘ_min又は所定時間ｔを変更した回数が、所定値変更回数設定部１０４に設定されている上限に達しているか否かを判断する（所定距離等の変更回数判断ステップＳ７）。

変更回数判断ステップＳ７において、変更回数が上限に達していないと判断された場合は、ランダム値発生手段１１０は、所定距離Ｘ_min又は所定時間ｔのランダム値を発生する（所定距離等のランダム値発生ステップＳ８）。

ランダム値発生ステップＳ８の後、繰り返し手段１００の所定距離変更部１０１又は所定時間変更部１０２は、所定距離Ｘ_min又は所定時間ｔをランダム値発生手段１１０が発生したランダム値を用いて変更し、平行移動ステップＳ４に戻す。すると水中航走体２は、変更後の所定距離Ｘ_min又は所定時間ｔに従って上方向又は水平方向に平行移動し（平行移動ステップＳ４）、次の目標ウェイポイントＷＰ_nへの方向に移動を試み（移動制御ステップＳ５）、回避判断を行う（回避判断ステップＳ６）。以後は、回避判断ステップＳ６において回避が肯定されるか、又は変更回数判断ステップＳ７において変更回数が上限に達したと判断されるまで、所定距離Ｘ_min又は所定時間ｔをさらに変更し平行移動ステップＳ４に戻すことを繰り返す（繰り返しステップＳ９）。
このように水中航走体２は、ある回避行動によっては障害物３を回避できなかった場合に、次の目標ウェイポイントＷＰ_nの方向への移動の試みを回避行動を異ならせながら繰り返すため、離脱可能性を高めることができる。
また、繰り返し手段１００が変更する所定距離Ｘ_min又は所定時間ｔは、一定割合で変更することもできるが、本実施形態のようにランダム値発生手段１１０が発生させたランダム値を用いて変更することが好ましい。水中航走体２が衝突物３からの離脱を試みるための行動パターンが１つしか設定されていない場合、その行動パターンで離脱に成功しないと同じ行動が繰り返され、水中航走体２は衝突物３によって航行が妨げられたままとなってしまう。離脱を試みる行動パターンが多く設定されている場合は離脱可能性を高めることができるが、多くの行動パターンを予め設定しておくのには多大な手間がかかる。そこで本実施形態においては所定距離Ｘ_min又は所定時間ｔを変更する際にランダム値を用いることで、水中航走体２の回避行動にランダム性を取り入れている。これにより水中航走体２は所定距離Ｘ_min又は所定時間ｔを変更するごとに異なった回避行動を行って偶然の離脱を試みることができるため、離脱可能性を効果的に高めることができる。

変更回数判断ステップＳ７において、変更回数が上限に達したと判断された場合は、水中航走体２の回頭を行うフェーズに移行する。平行移動を所定回数行っても離脱できない場合は、他の行動を試すことによって離脱可能性を高めることができる。
後退手段１２０は、水中航走体２を一旦後退させる（回頭前の後退ステップＳ１０）。
水中航走体２の回頭を行う前に水中航走体２を、今まで航走して来た元の方向に一旦後退させることによって障害物３から水中航走体２を後方へ離し、以降の回避行動による離脱可能性を高めることができる。

後退ステップＳ１０の後、所定値決定手段５０は、所定角度決定部５３によって所定角度Δθを決定する（回頭の所定値決定ステップＳ１１）。

所定値決定ステップＳ１１の後、回頭手段７０は、水中航走体２を所定角度Δθ、回頭させる（回頭ステップＳ１２）。
水中航走体２を回頭させることで、障害物３からの回避を図ることができる。

回頭ステップＳ１２の後、移動制御手段８０は、次の目標ウェイポイントＷＰ_nへの方向に移動を試みる（回頭後の移動制御ステップＳ１３）。

移動制御ステップＳ１３の後、回避判断手段９０は、ＩＮＳにより移動開始前位置Ｘからの変位ΔＸを確認し、水中航走体２が次の目標ウェイポイントＷＰ_nの方向への移動試行を開始してから一定時間Δｔ経過後に、一定距離ΔＸ_min以上進んだか否かにより障害物３からの回避を判断する（回頭後の回避判断ステップＳ１４）。

回避判断ステップＳ１４において、回避判断手段９０は、水中航走体２が一定距離ΔＸ_min以上進んだと判定した場合は、障害物３からの回避を肯定する。
障害物３からの回避が肯定された場合は、水中航走体２は衝突後対応を終了して通常航走に復帰する。

回避判断ステップＳ１４において、回避判断手段９０は、水中航走体２が一定距離ΔＸ_min以上進んでいないと判定した場合は、障害物３からの回避を否定する。
障害物３からの回避が否定された場合は、推力変更手段１３０は、水中航走体２の推力を増す（推力増加ステップＳ１５）。
水中航走体２の推力を増すことにより、少々強引に障害物３からの回避を試みて、離脱可能性を高めることができる。例えば、障害物３が水中航走体２に絡みついたロープの場合は、推力を増すことでロープを引きちぎって離脱できる可能性がある。無論、水中航走体２の水平方向を含む空間への平行移動、所定角度の回頭、衝突点からの一旦の後退等により、離脱できる可能性も大きい。

推力増加ステップＳ１５の後、回避判断手段９０は、ＩＮＳにより移動開始前位置Ｘからの変位ΔＸを確認し、水中航走体２が次の目標ウェイポイントＷＰ_nの方向への移動試行を開始してから一定時間Δｔ経過後に、一定距離ΔＸ_min以上進んだか否かにより障害物３からの回避を判断する（推力増加後の回避判断ステップＳ１６）。

回避判断ステップＳ１６において、回避判断手段９０は、水中航走体２が一定距離ΔＸ_min以上進んだと判定した場合は、障害物３からの回避を肯定する。
障害物３からの回避が肯定された場合は、水中航走体２は衝突後対応を終了して通常航走に復帰する。

回避判断ステップＳ１６において、回避判断手段９０は、水中航走体２が一定距離ΔＸ_min以上進んでいないと判定した場合は、障害物３からの回避を否定する。
障害物３からの回避が否定された場合は、推力変更手段１３０は、水中航走体２の推力を推力増加ステップＳ１５における増加前のレベルに戻す（推力抑制ステップＳ１７）。

推力抑制ステップＳ１７の後、繰り返し手段１００は、所定角度Δθを変更した回数が、所定値変更回数設定部１０４に設定されている上限に達しているか否かを判断する（所定角度の変更回数判断ステップＳ１８）。

変更回数判断ステップＳ１８において、変更回数が上限に達していないと判断された場合は、ランダム値発生手段１１０は、所定角度Δθのランダム値を発生する（所定角度のランダム値発生ステップＳ１９）。

ランダム値発生ステップＳ１９の後、繰り返し手段１００の所定角度変更部１０３は、所定角度Δθをランダム値発生手段１１０が発生したランダム値を用いて変更し、回頭ステップＳ１２に戻す。すると水中航走体２は、変更後の所定角度Δθに従って回頭し、移動制御ステップＳ１３、回避判断ステップＳ１４、推力増加ステップＳ１５、回避判断ステップＳ１６、推力抑制ステップＳ１７、変更回数判断ステップＳ１８を実行する。以後は、回避判断ステップＳ１４、Ｓ１６において回避が肯定されるか、又は変更回数判断ステップＳ１８において変更回数が上限に達したと判断されるまで、所定角度Δθをさらに変更し回頭ステップＳ１２に戻すことを繰り返す（回頭の繰り返しステップＳ２０）。
このように次の目標ウェイポイントＷＰ_nの方向への移動の試みを繰り返すことで、水中航走体２は衝突した衝突物３からの離脱可能性を高めることができる。
また、繰り返し手段１００が変更する所定角度Δθは、一定割合で変更することもできるが、本実施形態のようにランダム値発生手段１１０が発生させたランダム値を用いて変更することが好ましい。所定角度Δθを変更する際にランダム値を用いることで、水中航走体２は所定角度Δθを変更するごとに異なった回避行動を行って偶然の離脱を試みることができるため、離脱可能性を効果的に高めることができる。

変更回数判断ステップＳ１８において、変更回数が上限に達したと判断された場合は、水中航走体２の平行移動を行うフェーズに再び移行し、後退ステップＳ２を実行する。回頭を所定回数行っても離脱できない場合は、他の行動を試すことによって離脱可能性を高めることができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。
図４は、本発明の他の実施形態による水中航走体の衝突後対応装置の構成図である。図５及び図６は、本発明の他の実施形態による水中航走体の衝突後対応方法のフロー図である。なお、上記した実施形態と同一機能部材については同一符号を付して説明を省略する。

衝突後対応装置３３０は、衝突判断手段３４０と、目標値決定手段３５０と、平行移動手段３６０と、回避判断手段３７０と、繰り返し手段３８０と、回頭手段３９０と、ランダム値発生手段４００と、推力変更手段４１０を備える。

衝突判断手段３４０は、加速度検出手段３４１によって検出される水中航走体２の加速度αと、加加速度検出手段４２によって検出される水中航走体２の加加速度ｊを監視し、加速度α又は加加速度jが閾値（特に負の閾値）を越えた場合に、水中航走体２が何らかの障害物３に衝突したと判断する。
加速度検出手段３４１及び加加速度検出手段３４２は、水中航走体２の航行に使用する航行用センサ２３を共用している。このため、加速度検出手段３４１及び加加速度検出手段３４２を別途設ける必要が無い。

目標値決定手段３５０は、障害物３に衝突した水中航走体２をその障害物３から回避させるにあたって、移動目標となる目標値を決定する。目標値決定手段３５０は、目標方向決定部３５１と、目標高度決定部３５２を有する。
目標方向決定部３５１は、水中航走体２の目標方向を決定する。目標高度決定部３５２は、水中航走体２の目標高度を決定する。

平行移動手段３６０は、水中航走体２を水平方向に移動させる水平移動部３６１と、水中航走体２を鉛直方向に移動させる鉛直移動部３６２を有する。水平移動部３６１と鉛直移動部３６２を同時に用いることで、水中航走体２を斜め方向に移動させることも可能である。
平行移動手段３６０は、目標値決定手段３５０で決定された目標値に従い、水中航走体２を目標方向又は目標高度へと移動させる。

回避判断手段３７０は、ＩＮＳにより移動開始前位置Ｘからの変位ΔＸを確認し、一定時間Δｔ経過後に水中航走体２が一定距離ΔＸ_min以上進んだか否かにより障害物３からの回避を判断する。

繰り返し手段３８０は、目標方向変更部３８１、目標高度変更部３８２、目標値変更回数設定部３８３を有する。
目標方向変更部３８１は、目標方向θをΔθだけ変更する。目標高度変更部３８２は、目標高度ｈをΔｈだけ変更する。ここで、目標方向θは、衝突点から見た次の目標ウェイポイントＷＰ_nの方向であり、目標高度ｈは衝突点における高度である。
目標値変更回数設定部３８３は、目標方向変更部３８１及び目標高度変更部３８２による変更回数の上限を設定する。
繰り返し手段３８０は、回避判断手段３７０による回避判断において障害物３からの回避ができなかったと判断された場合に、目標方向をθ＋Δθに変更し、又は目標高度をｈ＋Δｈに変更し、以後、回避が行なわれたと判断されるか変更回数が上限に達するまで、目標方向θ＋Δθ又は目標高度ｈ＋Δｈの変更を繰り返す。

回頭手段３９０は、目標方向変更部３８１で変更された目標方向θ＋Δθに従い、水中航走体２をθ＋Δθ方向に回頭させる。

ランダム値発生手段４００は、目標方向変更部３８１が目標方向を変更する際のΔθ、目標高度変更部３８２が目標高度を変更する際のΔｈのそれぞれについて、ランダム値を発生する。

推力変更手段４１０は、水中航走体２の推力を増加又は減少させる。

衝突後対応装置３３０は、コンピュータ（図示略）によって実行されるプログラムによって制御される。図５及び図６を用いて衝突後対応の流れを説明する。

衝突判断手段３４０は、加速度α又は加加速度jが閾値（特に負の閾値）を越えた場合は、水中航走体２が何らかの障害物３に衝突したと判断する（衝突検知ステップＳ１０１）。
水中航走体２は、障害物３との衝突が検知されたことを音響通信によって調査母船１に知らせ、一定時間、調査母船１からの指令を待つ。調査母船１からの指令があった場合は、その指令に従って航行する。
一定時間内に調査母船１からの指令が無い場合、又は自律的に衝突現場からの離脱を試行せよとの指令を調査母船１から受信した場合は、水中航走体２は、以下のステップを実行することで衝突現場からの離脱を試みる。離脱に成功した場合は、通常航走に復帰して計画測線に沿った水底調査等を行う。

衝突検知ステップＳ１０１の後、水平移動部３６１は、目標方向決定部３５１で設定された目標方向θに従い、次の目標ウェイポイントＷＰ_nの方向であるθ方向に高度ｈは変更せずに水中航走体２を前進させる（目標方向の前進ステップＳ１０２）。
障害物３に衝突後、何らかの理由により次の目標ウェイポイントＷＰ_nの方向に航走可能になっている場合もあり得るので、まずはθ方向に水中航走体２を前進させることにより、既に障害物３を回避した状態にあるか否かを確認することができる。

前進ステップＳ１０２の後、回避判断手段３７０は、ＩＮＳにより移動開始前位置Ｘからの変位ΔＸを確認し、水中航走体２が前進を開始してから一定時間Δｔ経過後に、θ方向に一定距離Δx_min以上進んだか否かにより障害物３からの回避を判断する（目標方向の回避判断ステップＳ１０３）。

回避判断ステップＳ１０３において、回避判断手段３７０は、水中航走体２が衝突点から一定距離ΔＸ_min以上進んだと判定した場合は、障害物３からの回避を肯定する。
障害物３からの回避が肯定された場合は、水中航走体２は衝突後対応を終了して通常航走に復帰する。

回避判断ステップＳ１０３において、回避判断手段３７０は、水中航走体２が衝突点から一定距離ΔＸ_min以上進んでいないと判定した場合は、障害物３からの回避を否定する。
障害物３からの回避が否定された場合は、ランダム値発生手段４００は、目標方向を変更するためのΔθのランダム値を発生する（目標方向のランダム値発生ステップＳ１０４）。

ランダム値発生ステップＳ１０４の後、繰り返し手段３８０の目標方向変更部３８１は、目標方向をランダム値発生手段４００が発生したランダム値を用いてθ＋Δθに変更する（目標方向の変更ステップＳ１０５）。

変更ステップＳ１０５の後、繰り返し手段３８０は、目標方向を変更した回数が、目標値変更回数設定部３８３に設定されている上限に達しているか否かを判断する（目標方向の変更回数判断ステップＳ１０６）。

変更回数判断ステップＳ１０６において、変更回数が上限に達していないと判断された場合は、水平移動部３６１は、目標方向変更部３８１によって変更された目標方向θ＋Δθに従い、θ＋Δθ方向に水中航走体２を平行移動する（移動ステップＳ１０７）。移動ステップＳ１０７の後は、回避判断ステップＳ１０３に戻る。

変更回数判断ステップＳ１０６において、変更回数が上限に達したと判断された場合は、水中航走体２の回頭を行うフェーズに移行する。
回頭手段３９０は、目標方向変更部３８１によって変更された目標方向θ＋Δθに従い、θ＋Δθ方向に水中航走体２を回頭し、前進する（回頭ステップＳ１０８）。

回頭ステップＳ１０８の後、回避判断手段３７０は、ＩＮＳにより移動開始前位置Ｘからの変位ΔＸを確認し、水中航走体２が回頭後に前進を開始してから一定時間Δｔ経過後に、θ＋Δθ方向に一定距離Δx_min以上進んだか否かにより障害物３からの回避を判断する（回頭の回避判断ステップＳ１０９）。

回避判断ステップＳ１０９において、回避判断手段３７０により障害物３からの回避が肯定された場合は、水中航走体２は衝突後対応を終了して通常航走に復帰する。

回避判断ステップＳ１０９において、回避判断手段３７０により障害物３からの回避が否定された場合は、推力変更手段４１０は、水中航走体２の推力を増して前進する（推力増加ステップＳ１１０）。

推力増加ステップＳ１１０の後、回避判断手段３７０は、ＩＮＳにより移動開始前位置Ｘからの変位ΔＸを確認し、水中航走体２が推力増加後に前進を開始してから一定時間Δｔ経過後に、θ＋Δθ方向に一定距離Δx_min以上進んだか否かにより障害物３からの回避を判断する（推力増加後の回避判断ステップＳ１１１）。

回避判断ステップＳ１１１において、回避判断手段３７０により障害物３からの回避が肯定された場合は、水中航走体２は衝突後対応を終了して通常航走に復帰する。

回避判断ステップＳ１１１において、回避判断手段３７０により障害物３からの回避が否定された場合は、推力変更手段４１０は、水中航走体２の推力を推力増加ステップＳ１１０における増加前のレベルに戻す（推力抑制ステップＳ１１２）。

推力抑制ステップＳ１１２の後、繰り返し手段３８０は、回頭フェーズにおいて目標方向θ＋Δθを変更した回数が、目標値変更回数設定部３８３に設定されている上限に達しているか否かを判断する（回頭の変更回数判断ステップＳ１１３）。

変更回数判断ステップＳ１１３において、変更回数が上限に達していないと判断された場合は、ランダム値発生手段４００は、目標方向を変更するためのΔθのランダム値を発生する（回頭のランダム値発生ステップＳ１１４）。

ランダム値発生ステップＳ１１４の後、繰り返し手段３８０の目標方向変更部３８１は、目標方向をランダム値発生手段４００が発生したランダム値を用いてθ＋Δθに変更し（回頭の目標方向変更ステップＳ１１５）、回頭ステップＳ１０８に戻す。

変更回数判断ステップＳ１１３において、変更回数が上限に達したと判断された場合は、水中航走体２の目標高度を変更するフェーズに移行する。
ランダム値発生手段４００は、目標高度を変更するためのΔｈのランダム値を発生する（目標高度のランダム値発生ステップＳ１１６）。

ランダム値発生ステップＳ１１６の後、繰り返し手段３８０の目標高度変更部３８２は、目標高度をランダム値発生手段４００が発生したランダム値を用いてｈ＋Δｈに変更する（目標高度変更ステップＳ１１７）。

目標高度変更ステップＳ１１７の後、鉛直移動手段３６２は、目標高度変更部３８２によって変更された目標高度ｈ＋Δｈに従い、ｈ＋Δｈに鉛直移動する（鉛直移動ステップＳ１１８）。

鉛直移動ステップＳ１１８の後、回避判断手段３７０は、ＩＮＳ又は下方ソナー２５により移動開始前高度ｈからの変位Δｈを確認し、水中航走体２が移動を開始してから一定時間Δｔ経過後に、一定高度差Δｈ_min以上進んだか否かにより障害物３からの回避を判断する（鉛直移動後の回避判断ステップＳ１１９）。

回避判断ステップＳ１１９において、回避判断手段３７０により障害物３からの回避が肯定された場合は、水中航走体２は衝突後対応を終了して通常航走に復帰する。

回避判断ステップＳ１１９において、回避判断手段３７０により障害物３からの回避が否定された場合は、繰り返し手段３８０は、目標高度を変更した回数が、目標値変更回数設定部３８３に設定されている上限に達しているか否かを判断する（目標高度の変更回数判断ステップＳ１２０）。

変更回数判断ステップＳ１２０において、変更回数が上限に達したと判断された場合は、衝突後対応を終了する。

変更回数判断ステップＳ１２０において、変更回数が上限に達していないと判断された場合は、繰り返し手段３８０は、ランダム値発生ステップＳ１１６に戻ったのち目標高度変更ステップＳ１１７において目標高度ｈ＋Δｈをさらに変更し、以後、回避判断ステップＳ１１９において回避が肯定されるか、又は変更回数判断ステップＳ１２０において変更回数が上限に達したと判断されるまで、ランダム値発生ステップＳ１１６に戻ったのち目標高度変更ステップＳ１１７において目標高度ｈ＋Δｈを変更することを繰り返す。

このように回避の試みを繰り返すことで、衝突物３からの離脱可能性を高めることができる。
また、繰り返し手段３８０が変更する際のΔθ及びΔｈは、一定割合で変更することもできるが、本実施形態のようにランダム値発生手段４００が発生させたランダム値を用いて変更することが好ましい。Δθ及びΔｈにランダム値を用いることで、水中航走体２は目標方向又は目標高度を変更するごとに異なった回避行動を行って偶然の離脱を試みることができるため、離脱可能性を効果的に高めることができる。

なお、図２に示した実施形態における衝突後装置３０と、図４に示した他の実施形態における衝突後装置３３０における各手段又は各部を任意に組み合わせた衝突後装置を用い、図３に示した実施形態における衝突後対応方法と、図５及び図６に示した他の実施形態における衝突後対応方法とを任意に組み合わせて、衝突した障害物３からの離脱を水中航走体２に試みさせることもできる。

本発明の水中航走体の衝突後対応方法、衝突後対応装置、及び衝突後対応プログラムは、水底調査等を行う水中航走体に適用することで、障害物との衝突後、水中航走体が外部センサで周囲の詳細状況が把握できない場合であっても、自律的に衝突現場からの離脱を試みさせることができる。

２水中航走体
３障害物
２３航行用センサ
３０衝突後対応装置
４１加速度検出手段
４２加加速度検出手段
６０平行移動手段
７０回頭手段
８０移動制御手段
９０回避判断手段
１００繰り返し手段
１１０ランダム値発生手段
１２０後退手段
ＷＰ_n 目標ウェイポイント
Ｓ１衝突検知ステップ
Ｓ４平行移動ステップ
Ｓ５移動制御ステップ
Ｓ６、Ｓ１４、Ｓ１６回避判断ステップ
Ｓ８、Ｓ１９ランダム値発生ステップ
Ｓ９、Ｓ２０繰り返しステップ
Ｓ１２回頭ステップ

Claims

水の中を航走する水中航走体の障害物への衝突後の対応方法であって、前記水中航走体に搭載した加速度検出手段及び／又は加加速度検出手段で前記障害物への前記水中航走体の衝突を検知し、衝突点を含む移動開始前位置から上方向又は水平方向を含む空間に前記水中航走体を所定距離又は所定時間、向きを変えることなく平行移動させ、次に目標ウェイポイントへの方向に移動を試み、前記水中航走体の航行に使用する航行用センサを利用して、前記移動開始前位置からの変位を確認し、一定時間経過後に一定距離以上を進んだか否かにより前記障害物からの回避を判断することを特徴とする水中航走体の衝突後対応方法。
前記障害物からの回避ができなかったと判断された場合に、前記所定距離又は前記所定時間を変更して平行移動させ、前記目標ウェイポイントへの方向に移動を試み、以後、回避が行なわれたと判断されるまで、前記所定距離又は前記所定時間をさらに変更して平行移動させ、前記目標ウェイポイントへの方向への移動の試みを繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の水中航走体の衝突後対応方法。
変更する前記所定距離又は前記所定時間としてランダム値を用いることを特徴とする請求項２に記載の水中航走体の衝突後対応方法。
前記衝突点から一旦後退した後、前記所定距離又は前記所定時間、前記移動開始前位置として後退した後の位置から向きを変えることなく平行移動させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の水中航走体の衝突後対応方法。
水の中を航走する水中航走体の障害物への衝突後の対応方法であって、前記水中航走体に搭載した加速度検出手段及び／又は加加速度検出手段で前記障害物への前記水中航走体の衝突を検知し、衝突点を含む移動開始前位置で前記水中航走体を所定角度、回頭させ、次に回頭させた前記所定角度の方向に移動を試み、前記水中航走体の航行に使用する航行用センサを利用して、前記移動開始前位置からの変位を確認し、一定時間経過後に一定距離以上を進んだか否かにより前記障害物からの回避を判断することを特徴とする水中航走体の衝突後対応方法。
前記障害物からの回避ができなかったと判断された場合に、前記所定角度を変更して回頭させ、変更した前記所定角度の方向に移動を試み、以後、回避が行なわれたと判断されるまで、前記所定角度をさらに変更して回頭させ、さらに変更した前記所定角度の方向への移動の試みを繰り返すことを特徴とする請求項５に記載の水中航走体の衝突後対応方法。
変更する前記所定角度としてランダム値を用いることを特徴とする請求項６に記載の水中航走体の衝突後対応方法。
前記衝突点から一旦後退した後、前記移動開始前位置として後退した後の位置で前記所定角度、回頭させることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の水中航走体の衝突後対応方法。
請求項１から請求項４に記載のいずれか１項に記載の水中航走体の衝突後対応方法を行なっても前記障害物からの回避ができない場合に、請求項５から請求項８のいずれか１項に記載の水中航走体の衝突後対応方法を行なう及び／又は前記水中航走体の推力を増すことを特徴とする水中航走体の衝突後対応方法。
水の中を航走する水中航走体の障害物への衝突後の対応装置であって、前記障害物への前記水中航走体の衝突を検知する前記水中航走体に搭載した加速度検出手段及び／又は加加速度検出手段と、衝突点を含む移動開始前位置から上方向又は水平方向を含む空間に前記水中航走体を所定距離又は所定時間、向きを変えることなく平行移動させる平行移動手段と、目標ウェイポイントへの方向に移動を試みる移動制御手段と、前記移動開始前位置からの変位を確認する前記水中航走体の航行に使用する航行用センサと、一定時間経過後に一定距離以上を進んだか否かにより前記障害物からの回避を判断する回避判断手段とを備えたことを特徴とする水中航走体の衝突後対応装置。
前記衝突点を含む前記移動開始前位置で前記水中航走体を所定角度、回頭させる回頭手段を備え、回頭させた前記所定角度の方向に前記移動制御手段で移動を試み、一定時間経過後に一定距離以上を進んだか否かにより前記障害物からの回避を前記回避判断手段で判断することを特徴とする請求項１０に記載の水中航走体の衝突後対応装置。
前記障害物からの回避ができなかったと判断された場合に、前記所定距離若しくは前記所定時間又は前記所定角度を変更し、前記目標ウェイポイントへの方向、又は変更した前記所定角度の方向に移動を試み、以後、回避が行なわれたと判断されるまで、前記所定距離若しくは前記所定時間又は前記所定角度をさらに変更し、前記目標ウェイポイントへの方向、又はさらに変更した前記所定角度の方向への移動の試みを繰り返す繰り返し手段を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の水中航走体の衝突後対応装置。
変更する前記所定距離若しくは前記所定時間又は前記所定角度のランダム値を発生するランダム値発生手段を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の水中航走体の衝突後対応装置。
前記衝突点から一旦後退させる後退手段を備えたことを特徴とする請求項１０から請求項１３のいずれか１項に記載の水中航走体の衝突後対応装置。
前記加速度検出手段及び／又は前記加加速度検出手段は、前記水中航走体の航行に使用する前記航行用センサを共用することを特徴とする請求項１０から請求項１４のいずれか１項に記載の水中航走体の衝突後対応装置。
前記航行用センサは、慣性航法装置又はドップラーソナーであることを特徴とする請求項１０から請求項１５のいずれか１項に記載の水中航走体の衝突後対応装置。
水の中を航走する水中航走体の障害物への衝突後の対応プログラムであって、
コンピュータに、
前記障害物への前記水中航走体の衝突を検知する前記水中航走体に搭載した加速度検出手段及び／又は加加速度検出手段の信号を受け付ける衝突検知ステップと、
衝突点を含む移動開始前位置から上方向又は水平方向を含む空間に前記水中航走体を所定距離又は所定時間、向きを変えることなく平行移動させる平行移動ステップと、
目標ウェイポイントへの方向に移動を試みる移動制御ステップと、
前記水中航走体の航行に使用する航行用センサの測定値を取得して、前記移動開始前位置からの変位を確認し、一定時間経過後に一定距離以上を進んだか否かにより前記障害物からの回避を判断する回避判断ステップと
を実行させることを特徴とする水中航走体の衝突後対応プログラム。
前記衝突点を含む前記移動開始前位置で前記水中航走体を所定角度、回頭させる回頭ステップをさらに備え、前記移動制御ステップで回頭させた前記所定角度の方向に移動を試み、一定時間経過後に一定距離以上を進んだか否かにより前記障害物からの回避を前記回避判断ステップで判断することを特徴とする請求項１７に記載の水中航走体の衝突後対応プログラム。
前記回避判断ステップで前記障害物からの回避が否定された場合に、前記所定距離若しくは前記所定時間又は前記所定角度を変更し、前記目標ウェイポイントへの方向、又は変更した前記所定角度の方向に移動を試み、以後、回避が行なわれたと判断されるまで、前記所定距離若しくは前記所定時間又は前記所定角度をさらに変更し、前記目標ウェイポイントへの方向、又はさらに変更した前記所定角度の方向への移動の試みを繰り返す繰り返しステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１８に記載の水中航走体の衝突後対応プログラム。
変更する前記所定距離若しくは前記所定時間又は前記所定角度のランダム値を発生するランダム値発生ステップをさらに備えたことを特徴とする請求項１９に記載の水中航走体の衝突後対応プログラム。