JPS62283099A - 潜水艇の位置決め方法 - Google Patents
潜水艇の位置決め方法Info
- Publication number
- JPS62283099A JPS62283099A JP12668086A JP12668086A JPS62283099A JP S62283099 A JPS62283099 A JP S62283099A JP 12668086 A JP12668086 A JP 12668086A JP 12668086 A JP12668086 A JP 12668086A JP S62283099 A JPS62283099 A JP S62283099A
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- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 abstract description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 4
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000009189 diving Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 206010027175 memory impairment Diseases 0.000 description 1
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- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
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- Navigation (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
3、発明の詳細な説明
(産業上の利用分野)
この発明は小型無人潜水M71(Remotely 0
perated Vehicle 、略称−1?OV)
、或いは潜水器(以下、潜水艇という)等において、潜
水中における位置決めを行う潜水艇の位置決め方法に関
する。
perated Vehicle 、略称−1?OV)
、或いは潜水器(以下、潜水艇という)等において、潜
水中における位置決めを行う潜水艇の位置決め方法に関
する。
(従来技術)
小型無人潜水艇は、簡便に水中探索や、水中作業を行う
ことが出来るという点で普及して来ているが、この種の
潜水艇は、比較的浅深度用でも殆ど暗黒の対象物のない
水中で行動するため、その位置決めが重要な役割りを果
たすもので、位置決め装置の存在が不可欠の役割りを果
たしている。
ことが出来るという点で普及して来ているが、この種の
潜水艇は、比較的浅深度用でも殆ど暗黒の対象物のない
水中で行動するため、その位置決めが重要な役割りを果
たすもので、位置決め装置の存在が不可欠の役割りを果
たしている。
従来より、この位置決め方法として一般的には、超音波
を用いて基準点からの距離を計測し、三角測量法による
位置決めがなされている。
を用いて基準点からの距離を計測し、三角測量法による
位置決めがなされている。
第5図は、海底に設定された基準点となる3個のトラン
スポンダーTに、潜水艇1?OVがら超音波を発射し、
この音波が帰ってくるまでの時間を計測して超音波の水
中伝播速度がら距離を計測する例を示したものである。
スポンダーTに、潜水艇1?OVがら超音波を発射し、
この音波が帰ってくるまでの時間を計測して超音波の水
中伝播速度がら距離を計測する例を示したものである。
(発明が解決しようとする問題点)
上記する超音波式測量法による場合、超音波の水中伝播
速度には限りがあるため、どうしても常時リアルタイム
の位置決めが出来ないことと、トランスポンダーの距離
が大きくなればなる程、計測時間が長くなり、その間の
潜水艇の移動が誤差になる。
速度には限りがあるため、どうしても常時リアルタイム
の位置決めが出来ないことと、トランスポンダーの距離
が大きくなればなる程、計測時間が長くなり、その間の
潜水艇の移動が誤差になる。
第6図は、第5図における超音波式測量法による誤差の
説明図である。
説明図である。
尚、ここでは単純のために、−次元で説明する。
図において、へ点で発射された超音波がトランスポンダ
ーに反射して帰って(るが、その間潜水艇がへ点からB
点に移動していたとすると、これをB点で受信すること
になる。
ーに反射して帰って(るが、その間潜水艇がへ点からB
点に移動していたとすると、これをB点で受信すること
になる。
ところが距離としては、A−B点間の中点、つまりa点
の距離になってしまい、a−B点間が誤差になる。
の距離になってしまい、a−B点間が誤差になる。
一方、潜水艇の作業内容が高度化してくると、このよう
な地球に対する絶対位置よりは、作業対象に対面して現
在の位置から、例えば、作業対象に成る量を接近したり
するといった、ある必要な変位量を与え、次には、その
新しい変位位置から更に新しいある変位量を与えるとい
った操作法がむしろ望まれていると考えられる。
な地球に対する絶対位置よりは、作業対象に対面して現
在の位置から、例えば、作業対象に成る量を接近したり
するといった、ある必要な変位量を与え、次には、その
新しい変位位置から更に新しいある変位量を与えるとい
った操作法がむしろ望まれていると考えられる。
このための対策として従来は、例えば、慣性誘導法によ
って、潜水艇に働く加速度を計測し、基準点から時間に
関する積分によって速度及び変位を求めて前記位置決め
方式を補うことが行われている。
って、潜水艇に働く加速度を計測し、基準点から時間に
関する積分によって速度及び変位を求めて前記位置決め
方式を補うことが行われている。
しかし、慣性誘導法による位置決めには、潜水艇の慣性
力に比し、推進力が大きくない場合等には、必ずしも計
測精度が充分高く出来ないことと、特に、小型の潜水艇
の場合、この装置を搭載するためのスペース、及び重量
的な制約と共に、費用面からも大きな問題がある。
力に比し、推進力が大きくない場合等には、必ずしも計
測精度が充分高く出来ないことと、特に、小型の潜水艇
の場合、この装置を搭載するためのスペース、及び重量
的な制約と共に、費用面からも大きな問題がある。
この発明は、上述するような問題を解決するためになさ
れたものである。
れたものである。
(問題点を解決するための手段)
一般に、潜水艇の推進器の推力と、慣性力の比は必ずし
も大きくなく、従って、その運動における加速度は、そ
れ程大きくない。
も大きくなく、従って、その運動における加速度は、そ
れ程大きくない。
このため、慣性誘導法等による計測精度の向上のために
は、より高度の技術が必要になる。
は、より高度の技術が必要になる。
そこで、この発明では、運動の法則における推カー慣性
力×加速度より計測の容易な推力を計測して、予め求め
得る潜水艇の慣性力、慣性モーメントを介して加速度を
間接的に求め、更に予め求め得る潜水艇の流体抵抗を加
えて、基準点からの変位を求めたものが基本の発明であ
る。
力×加速度より計測の容易な推力を計測して、予め求め
得る潜水艇の慣性力、慣性モーメントを介して加速度を
間接的に求め、更に予め求め得る潜水艇の流体抵抗を加
えて、基準点からの変位を求めたものが基本の発明であ
る。
ところが、この方法の欠点は推進器以外の潮流による外
力の存在をカバーすることができない。そこで、潮流が
海底では時間的に急速に変化することがない。という前
提に立って、既に用意されている超音波式測位装置を用
いて求めた速度と、この発明の結果との差から、潮流を
割り出し、これによって基本の発明の結果を補正するよ
うにしたことにある。
力の存在をカバーすることができない。そこで、潮流が
海底では時間的に急速に変化することがない。という前
提に立って、既に用意されている超音波式測位装置を用
いて求めた速度と、この発明の結果との差から、潮流を
割り出し、これによって基本の発明の結果を補正するよ
うにしたことにある。
また、複数の推進器によって略万能の運動性能を持たせ
ることは、潜水艇がどのような方向からの潮流に遭遇し
ても、潜水艇が対応できる方が望ましいためである。
ることは、潜水艇がどのような方向からの潮流に遭遇し
ても、潜水艇が対応できる方が望ましいためである。
この方法は比較的狭いレンジの位置を求めることを目的
とし、例えば、潜水艇の制御として在来の推進器の推力
を制御する方式でなく、潜水艇の変位を制御するような
方式に有用しようとするものである。
とし、例えば、潜水艇の制御として在来の推進器の推力
を制御する方式でなく、潜水艇の変位を制御するような
方式に有用しようとするものである。
(作 用)
この発明によれば、軽量、小スペース及び廉価なストレ
ーンゲージの出力から推進器の推力を計測し、超音波式
測位装置の助けを借りながら、これを基にして潜水艇の
変位をリアルタイムで求めることを実現する。
ーンゲージの出力から推進器の推力を計測し、超音波式
測位装置の助けを借りながら、これを基にして潜水艇の
変位をリアルタイムで求めることを実現する。
(実施例)
以下、この発明の実施例を図面を参照しながら説明する
。
。
第1図はこの発明が適用される潜水艇の概略側面図、第
2図は推進器部の断面図、第3図はストレンゲージの配
置図、第4図は動作説明図である。
2図は推進器部の断面図、第3図はストレンゲージの配
置図、第4図は動作説明図である。
図において、1は潜水艇の船体、2は推進器、3は推進
器2を支持する旋回軸、4はベアリング5.6を介して
旋回軸3を支持する台部、7は旋回軸3に結合した旋回
装置、8は旋回軸3端部に配装した給油環、9は台部4
に配装したストレーンゲージである。
器2を支持する旋回軸、4はベアリング5.6を介して
旋回軸3を支持する台部、7は旋回軸3に結合した旋回
装置、8は旋回軸3端部に配装した給油環、9は台部4
に配装したストレーンゲージである。
上記する推進器2ば、スクリュ一式の推進器2aと、こ
の推進器2aの推力増強、及び保護の役割を果たすダク
)2bと、推進器2aを支持、駆動するプロペラ軸2c
と、このプロペラ軸2cに連結した例えば油圧モータ等
の駆動412d等からなり、推進器2を支持する旋回軸
3はプロペラ軸2Cに直角をなし、推進器2はこの旋回
軸周りに360度を自由に旋回してその面内で任意の方
向に推力を発生させるもので、このような推進器2が船
体1の両舷対称位置に各1個を装備している。
の推進器2aの推力増強、及び保護の役割を果たすダク
)2bと、推進器2aを支持、駆動するプロペラ軸2c
と、このプロペラ軸2cに連結した例えば油圧モータ等
の駆動412d等からなり、推進器2を支持する旋回軸
3はプロペラ軸2Cに直角をなし、推進器2はこの旋回
軸周りに360度を自由に旋回してその面内で任意の方
向に推力を発生させるもので、このような推進器2が船
体1の両舷対称位置に各1個を装備している。
上記する旋回装置7として実施例では、ウオームギヤー
、ウオームホイルが旋回軸3に一体的に係合し、図示し
ない油圧モータ等の駆動機に連結してウオームを回転さ
せる構成のものを使用している。
、ウオームホイルが旋回軸3に一体的に係合し、図示し
ない油圧モータ等の駆動機に連結してウオームを回転さ
せる構成のものを使用している。
上記する給油環8は、図示しないポンプ、及び制御弁等
から送られて来た圧油を旋回部に取入れてこれを旋回軸
3を介して駆動機2dに供給する。
から送られて来た圧油を旋回部に取入れてこれを旋回軸
3を介して駆動機2dに供給する。
上記するストレーンゲージ9は、推進器2の推力に対応
した台部4の歪を検出してこれを電気信号に変換して演
算装置に入力するもので、推進器2の推力は360度任
意の方向に変わるので、実施例では、90度位置に4葉
のゲージ9を配装し、各ゲージの出力の大小関係から、
その推力の大きさ及び方向を確定するようにしている。
した台部4の歪を検出してこれを電気信号に変換して演
算装置に入力するもので、推進器2の推力は360度任
意の方向に変わるので、実施例では、90度位置に4葉
のゲージ9を配装し、各ゲージの出力の大小関係から、
その推力の大きさ及び方向を確定するようにしている。
尚、上記するように、推進器2を両舷対象位置に各1個
を装備すると、X軸、z軸の併進、回転運動が出来るの
でこのような推進器2を図の位置から、X軸周り90度
回転したz軸上にもう一対を追加すれば、6自由度の運
動性能を持った推進システムが出来る。
を装備すると、X軸、z軸の併進、回転運動が出来るの
でこのような推進器2を図の位置から、X軸周り90度
回転したz軸上にもう一対を追加すれば、6自由度の運
動性能を持った推進システムが出来る。
また推進器2としては、上記する旋回式のような2次元
推進器だけでなく、更に旋回軸に直角な回転軸を加えた
3次元推進器の適用も考えられる。
推進器だけでなく、更に旋回軸に直角な回転軸を加えた
3次元推進器の適用も考えられる。
またストレーンゲージ9は、旋回軸3等の旋回部に配装
することも出来る。この場合、ストレーンゲージ9の主
旨は、より直接的に推進器2の推力を検出することであ
るが、このような構成を採用する場合は、その出力信号
をスリップリングを介して取り出すことになる。
することも出来る。この場合、ストレーンゲージ9の主
旨は、より直接的に推進器2の推力を検出することであ
るが、このような構成を採用する場合は、その出力信号
をスリップリングを介して取り出すことになる。
次ぎにこの発明の動作を第4図を参照しながら説明する
。
。
推進器2に操作信号が入り、推力が発生すると、潜水艇
の予め計測された慣性力から加速度が求められ、これを
基準点からの時間について積分することによって速度a
が求められる。この演算では、やはり潜水艇の流体抵抗
を予め計測しておいて、これが加算される。
の予め計測された慣性力から加速度が求められ、これを
基準点からの時間について積分することによって速度a
が求められる。この演算では、やはり潜水艇の流体抵抗
を予め計測しておいて、これが加算される。
一方、超音波式測位装置によって、(ここでは、単純の
ために一次元で説明する)例えば、自ら発射した超音波
がトランスポンダTを経て、帰って来た時、その周波数
の変化から速度を求めるか、その時間を計測してやると
、第6図に示す如く誤差が出るが、次のサンプリング時
の位置はb点と観測されるので、a−b間の距離はA−
B間の距離に等しく、従って、これを用いた速度も正し
くなる。
ために一次元で説明する)例えば、自ら発射した超音波
がトランスポンダTを経て、帰って来た時、その周波数
の変化から速度を求めるか、その時間を計測してやると
、第6図に示す如く誤差が出るが、次のサンプリング時
の位置はb点と観測されるので、a−b間の距離はA−
B間の距離に等しく、従って、これを用いた速度も正し
くなる。
これは潜水艇の2点のサンプリング時点間の平均の速度
すを与える。
すを与える。
これら速度aと速度すが等しければ、問題がなく、この
速度を更に時間について積分すれば、潜水艇の変位が求
められる。
速度を更に時間について積分すれば、潜水艇の変位が求
められる。
即ち、推進器2を操作することによって、潜水艇が変位
する量、即ち、潜水艇の新しい位置が確定する。
する量、即ち、潜水艇の新しい位置が確定する。
しかし、超音波式測位装置のサンプリング時間内の速度
aの平均と、速度すの平均が等しくなければ、両者の差
が潮流の影響を示すことになる。
aの平均と、速度すの平均が等しくなければ、両者の差
が潮流の影響を示すことになる。
この潮流は超音波式測位装置の助けを借りなければ計測
出来ないが、この装置のサンプリングタイム間では、潮
流は変化しないものとし、これを加算しながら潜水艇の
変位を求め、その位置決めを行うわけである。
出来ないが、この装置のサンプリングタイム間では、潮
流は変化しないものとし、これを加算しながら潜水艇の
変位を求め、その位置決めを行うわけである。
尚、潜水艇に、正または負の浮力があるときには、これ
もこのシステムによって潮流と同じように補正すること
が出来る。
もこのシステムによって潮流と同じように補正すること
が出来る。
(効 果)
この発明では上述したように、推進器が推力を発生する
と、それに応じて歪が発生する場所にセンサーとするス
トレーンゲージを配装するだけであるため、重量、スペ
ース、コスト面で、例えば、慣性誘導法等と比較して格
段に優れ、特に小型の潜水艇への搭載が著しく容易にす
るものである。
と、それに応じて歪が発生する場所にセンサーとするス
トレーンゲージを配装するだけであるため、重量、スペ
ース、コスト面で、例えば、慣性誘導法等と比較して格
段に優れ、特に小型の潜水艇への搭載が著しく容易にす
るものである。
また慣性誘導法の場合に比べ、計測量がケタ違いに大き
いので、その限りにおいては、技術的に非常に容易であ
り、従来、このようなシステムが搭載不能な小型潜水艇
に対して補助位置決め装置を装備することを可能とした
ものである。
いので、その限りにおいては、技術的に非常に容易であ
り、従来、このようなシステムが搭載不能な小型潜水艇
に対して補助位置決め装置を装備することを可能とした
ものである。
従って、オペレータによって操作され、且つ多自由度の
運動性能を有する潜水艇にあっては、従来は、推進機の
推力を調節するだけの操作が行われているので、オペレ
ータの忘却等によって衝突等の不測の事故も考えられた
ものであるが、この発明を適用することによって小型潜
水艇にもリアルタイムの位置検知が可能になり、前述の
如く操作に位置制御を導入することが可能になった。こ
の場合、潜水艇は常に有限な動作をするため、暴走の心
配が少なくなり、逆により高度の運動をこなすことが出
来るようになる等の特有の効果を奏する。
運動性能を有する潜水艇にあっては、従来は、推進機の
推力を調節するだけの操作が行われているので、オペレ
ータの忘却等によって衝突等の不測の事故も考えられた
ものであるが、この発明を適用することによって小型潜
水艇にもリアルタイムの位置検知が可能になり、前述の
如く操作に位置制御を導入することが可能になった。こ
の場合、潜水艇は常に有限な動作をするため、暴走の心
配が少なくなり、逆により高度の運動をこなすことが出
来るようになる等の特有の効果を奏する。
第1図はこの発明が適用される潜水艇の概略側面図、第
2図は推進器部の断面図、第3図はストレンゲージの配
置図1.第4図は動作説明図、第5図は超音波式測量法
の説明図、第6図は超音波式測量法による誤差説明図で
ある。 1・・・潜水艇の船体、2・・・推進器、3・・・旋回
軸、4・・・台部、5.6・・・ベアリング、7・・・
旋回装置、8・・・給油環、9・・・ストレーンゲージ
。
2図は推進器部の断面図、第3図はストレンゲージの配
置図1.第4図は動作説明図、第5図は超音波式測量法
の説明図、第6図は超音波式測量法による誤差説明図で
ある。 1・・・潜水艇の船体、2・・・推進器、3・・・旋回
軸、4・・・台部、5.6・・・ベアリング、7・・・
旋回装置、8・・・給油環、9・・・ストレーンゲージ
。
Claims (2)
- (1)複数の推進器を備え、略万能の運動性能を付与さ
れた潜水艇において、超音波を用いて基準点からの距離
を計測し、三角測量法により位置決めする超音波式測位
装置を備えると共に、推進器が推力を発生するとこれに
応じて生じる歪を検出する数葉のストレーンゲージを推
進器支持台部に配装し、該ストレーンゲージからの出力
によって、推進器の発生する推力の大きさ、方向及び向
きを確定し、予め求められた潜水艇の慣性力、慣性モー
メント、及び流体抵抗等を用いて基準点からの変位を演
算してその位置を確定するようにしたことを特徴とする
潜水艇の位置決め方法。 - (2)前記、超音波測量法によって求めされた潜水艇の
速度と、前記推進器推力から求めた潜水艇の速度との差
を潮流影響とみなし、この潮流分で基準点からの変位を
演算する結果を補正する特許請求の範囲第1項記載の潜
水艇の位置決め方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12668086A JPS62283099A (ja) | 1986-05-30 | 1986-05-30 | 潜水艇の位置決め方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12668086A JPS62283099A (ja) | 1986-05-30 | 1986-05-30 | 潜水艇の位置決め方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62283099A true JPS62283099A (ja) | 1987-12-08 |
Family
ID=14941195
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12668086A Pending JPS62283099A (ja) | 1986-05-30 | 1986-05-30 | 潜水艇の位置決め方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62283099A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6572422B2 (en) * | 2000-10-10 | 2003-06-03 | Monterey Bay Aquarium Research Institute (Mbari) | Tail assembly for an underwater vehicle |
CN113176539A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-07-27 | 哈尔滨工程大学 | 一种水声信号噪声多级抑制与稳健定位***及定位方法 |
-
1986
- 1986-05-30 JP JP12668086A patent/JPS62283099A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6572422B2 (en) * | 2000-10-10 | 2003-06-03 | Monterey Bay Aquarium Research Institute (Mbari) | Tail assembly for an underwater vehicle |
CN113176539A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-07-27 | 哈尔滨工程大学 | 一种水声信号噪声多级抑制与稳健定位***及定位方法 |
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