JP2001247086A - 無人潜水機およびその位置保持制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】周囲の水に対する浮力を容易に中性にできるよ
うにする。 【解決手段】無人潜水機１０は、機体が耐圧容器１４と
フェアリング１６とからなり、フェアリング１６の内部
に水が浸入するようになっている。フェアリング１６の
内部には、浮力調整装置７２が水中に露出させて設けて
ある。浮力調整装置７２は、円筒状のチャンバとピスト
ンとを有するシリンダ構造となっていて、ピストンを軸
線方向に移動させることにより、チャンバ内の浮力調整
室の大きさ（容積）が変化し、潜水機１０の浮力が変化
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワイヤによって牽
引されることなく航行可能な無索の無人潜水機およびそ
の位置保持制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】日本ばかりでなく世界の各国において、
発電や貯水、灌漑などの利水を図るために多くのダムが
建設されている。これらのダムは、土砂の堆積量を求め
ることが貯水量の正確な把握や、ダムの堤体に作用する
応力の把握など、ダムを管理する上で重要である。従
来、ダム(ダム湖)における土砂の堆積量を求める場合、
ダムによって堰きとめられた湖面にロープを張って碁盤
目上に区画し、ロープの交点においてボートなどから計
測用のロープを垂らして水深を測定（深浅計測）して求
めている。このため、多くの労力と時間とを必要として
おり、簡易、迅速に深浅計測できる装置の開発が望まれ
ている。

【０００３】また、湖などにおいても、環境の影響や湖
の保全などを目的として、深浅計測や水質、水中生物、
湖底の状態などを調査が行われている。このような、湖
における調査も、上記したダムにおける深浅計測と同様
な方法によって行なっており、簡易、迅速に測定できる
装置の開発が望まれている。

【０００４】一方、海洋においては、海底資源の調査、
海底地形の調査や海底生物の調査などに潜水艇が用いら
れるようになってきた。このような海洋調査に使用する
潜水艇は、従来、人が乗り込んで操作する有人潜水艇が
使用されていた。しかし、有人潜水艇は、大型で高価で
あるばかりでなく、ダムや湖の深浅計測等に使用するこ
とが困難である。また、有人潜水艇は、人が乗り込むた
めに潜水できる深さに限度があるとともに、乗組員を事
故の危険にさらす。さらに、人が乗り込むために、長時
間にわたる潜行が困難となる。このため、近年は、海上
の母船とワイヤによって連結し、母船が牽引する有索の
無人潜水艇(無人潜水機)が開発されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、無人潜水機
により深浅計測などを行なう場合、潜水機の浮力を周囲
の水に対して中性にすることが重要である。潜水機の浮
力が中性でない場合、潜水機が下降または上昇するた
め、潜水機を一定の深度または高度(海底からの高さ)に
保持するために、上下方向に潜水機を移動させる垂直推
進装置を常時作動させる必要がある。特に、潜水機の下
降を抑制するために垂直推進装置を作動させると、海底
の泥などを舞い上げるために非常に好ましくない。この
ため、無人潜水機においては、バラストを搭載して下降
(潜降)させ、バラストを少量ずつ海底に投下して中性な
浮力を得るようにしており、浮力の調整に多くの時間を
要する。

【０００６】さらに、周囲の水の温度が変化すると、水
の密度が変化するために潜水機に与えるべき中性の浮力
も変化する。このような場合、バラストを投下して中性
の浮力を得ているため、浮力の変化に対応することがで
きず、潜水機を一定の深度または高度に保持するいわゆ
るホバリングために垂直推進装置を常時作動させる必要
があり、ホバリング制御が複雑となる。

【０００７】また、上記した従来の有索無人潜水機は、
牽引ワイヤや給電用ケーブル、通信用ケーブルなどによ
って海上の母船に接続されているため、母船が波によっ
て動揺すると、その揺れがワイヤやケーブルを介して潜
水機に伝達されて動揺する。このため、有索無人潜水機
は、母船の動揺による揺れが深浅計測などに影響し、誤
差が大きくなって充分な測定精度を得ることができな
い。そして、従来の無人潜水機は、例えば潜水機を一定
位置に停止させ、海底の所定の場所をテレビカメラの画
像に基づいて詳細に観察しようとした場合、母船の動揺
が伝達されるため、目標物をテレビカメラによって捕捉
することが難しく、充分な観察が困難となる。

【０００８】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、周囲の水に対する浮力を容易に
中性にできるようにすることを目的としている。また、
本発明は、一定の深度または高度(水底からの高さ)に容
易に保持できるようにすることを目的としている。

【０００９】さらに、本発明は、水中の目標物との距離
を一定に保持できるようにすることを目的としている。
そして、本発明は、水中の目標物に機体を向けて保持で
きるようにすることなどを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る無人潜水機は、水中に放射した信号
により制御可能な無人潜水機であって、水中に露出させ
て機体に設けたチャンバと、このチャンバと水密に、か
つ摺動可能に嵌合し、前記チャンバ内に浮力調整室を形
成する蓋体と、この蓋体を移動させて前記浮力調整室の
大きさを変化させる作動部とを有する浮力調整装置を、
備えたことを特徴としている。

【００１１】そして、本発明に第１に係る無人潜水機の
位置保持制御方法は、潜水機を所定の深さまたは高さ位
置に保持する無人潜水機の位置保持制御方法であって、
前記潜水機の水面からの深さまたは水底からの高さを求
め、この求めた深さまたは高さを基準値と比較して両者
の偏差を演算し、この偏差に応じて請求項１に記載の浮
力調整装置の前記蓋体を移動させる、ことを特徴として
いる。

【００１２】また、本発明の第２に係る無人潜水機の位
置保持制御方法は、水中にある目標物と潜水機との距離
を一定に保持する無人潜水機の位置保持制御方法であっ
て、前記潜水機に搭載したカメラによって前記目標物を
撮影し、前記カメラの出力する画像信号に基づいて、カ
メラの撮影領域における前記目標物の大きさを求め、こ
の大きさと与えられた基準の大きさとを比較して両者の
偏差を演算し、求めた偏差に応じて前記潜水機を前進ま
たは後退させる、ことを特徴としている。

【００１３】さらに、本発明の第３に係る潜水機の位置
保持制御方法は、水中にある目標物に潜水機を向けて保
持する無人潜水機の位置保持制御方法であって、前記潜
水機に搭載したカメラによって前記目標物を撮影し、前
記カメラの出力する画像信号に基づいて、カメラの撮影
領域における前記目標物の位置を求め、この位置と基準
位置とを比較して両者の偏差を演算し、求めた偏差に応
じて前記潜水機の向きを調整する、ことを特徴としてい
る。

【００１４】

【作用】上記のごとく構成した無人潜水機は、潜行開始
時に浮力を調整する場合、所定の深度まで下降（潜降）
したときに、従来と同様に常用のバラストを投下して軽
くする。その後、浮力調整装置の蓋体を移動させて浮力
の調整を行なう。すなわち、チャンバは水中に露出して
いるため、蓋体を移動させて蓋体とチャンバとによって
形成した浮力調整室を大きくすると、実質的に潜水機の
体積（容積）が増大したと同様の効果が得られ、潜水機
の浮力を大きくすることができる。また、浮力調整室を
小さくすれば潜水機の浮力が小さくなる。従って、従来
のバラストを投下して浮力を調整する場合に比較して、
容易、迅速に潜水機の浮力を周囲の水に対して中性に調
整することができる。しかも、水温の変化などで水の密
度が変わった場合などにおいても、潜水機の浮力を容易
に対応させることができ、潜水機を一定の深度（または
高度）に保持するホバリング制御などを容易に行なうこ
とができる。

【００１５】そして、本発明の第２に係る無人潜水機の
位置保持制御は、目標物をカメラで撮影し、カメラの出
力する画像信号に基づいて、その撮影した画像の大きさ
（カメラの撮影領域に占める大きさ）を一定に保持する
ように制御するため、超音波による距離センサなどを必
要とせず、潜水機を小型、軽量化することができる。ま
た、目標物が移動するようなものであっても、容易に追
従してカメラで撮影することができる。

【００１６】さらに、本発明の第３に係る無人潜水機の
位置保持制御は、カメラで撮影した目標物の画像信号に
基づいて、撮影した画像のカメラの撮影領域における位
置（画面上の位置）が一定となるように潜水機の向きを
制御するため、目標物が移動する場合であっても、容易
に追従してカメラによって撮影することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明に係る無人潜水機およびそ
の位置保持制御方法の好ましい実施の形態を、添付図面
に従って詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態
に係る無索無人潜水機の斜視図である。図１において、
潜水機１０は、機体１２が中空の金属からなる円筒タン
ク状の耐圧容器１４と、この耐圧容器１４の下部に設け
たフェアリング１６とからなっている。耐圧容器１４
は、前端部に透明なプラスチック(例えばアクリル)から
なる透明ドーム１８を有し、後端側の上部に尾翼の役割
をなすブリッジ２０が設けてある。また、耐圧容器１４
の中央部には、後述する垂直推進装置を駆動した際に水
が通流するスラスト孔２２が上下方向に貫通している。
そして、耐圧容器１４の上部には、長手方向のスラスト
孔２２の両側に、図示しない母船により潜水機１０を吊
下し、吊上げするための吊り金具２４が固定してある。

【００１８】ブリッジ２０の上部には、母船との間で位
置データや計測データなどを、超音波でやり取りするた
めのデータ伝送用トランスデューサ２６、２６が設けて
ある。さらに、ブリッジ２０には、後述するカメラ（テ
レビカメラ）によって撮影した画像データを、超音波の
画像信号にして母船に送るための画像伝送用トランスデ
ューサ２８と、潜水機１０が水上に浮上したときに自己
の位置を求めるためのＧＰＳ（Global Positioning S
ystem）アンテナ３０とが設けてあるとともに、ＤＧＰ
Ｓ（Differential Global Positioning System）ア
ンテナ３２、浮上したときに母船などと交信するための
ＳＳ無線（spread spectrum communication syste
m）アンテナ３４が取り付けてある。また、ブリッジ２
０の後端部には、浮上した潜水機１０を容易に視認でき
るように点滅装置３６が設置してある。

【００１９】透明ドーム１８の内部には、図２に示した
ように、耐圧容器１４に取り付けたテレビカメラ(カメ
ラ)３８が収納してあり、テレビカメラ３８によって水
中の状態を撮影することができるようになっている。そ
して、透明ドーム１８の周囲には、耐圧容器１４の上部
先端部と、フェアリング１６の先端部とに取り付けた３
つのバンパ４０が透明ドーム１８より突出するように設
けてあって、透明ドーム１８がダムの堤体や水中の障害
物などに衝突するのを防止している。

【００２０】フェアリング１６は、図示しないフレーム
を介して耐圧容器１４に取り付けてあって、耐圧容器１
４との間に間隙が形成され、内部に水が浸入するように
なっている。そして、フェアリング１６には、前後方向
中央部両側にブラケット４２を介して水平推進装置４４
（４４ａ、４４ｂ）が設けてあり、水平推進装置４４を
駆動することにより、潜水機１０を前進、後退および旋
回することができるようになっている。また、フェアリ
ング１６の前端部には、前方に明かりを照射するための
照明灯４６、水中の微生物などを観察することができる
水中顕微鏡４８、植物プランクトンなどの量を検出する
クロロフィル計５０、水のｐＨ値や濁度などを検出する
環境センサ５２が配設してある。さらに、フェアリング
１６の前端部の内部には、前方の障害物などを検知する
前方ソナー５４、水圧から深度を求める深度計５６、母
船から吊り下された際の着水を検知する着水センサ５８
が配置してある。また、フェアリング１６の左舷前側と
後端とには、浮上の際に流木などの障害物を検知する流
木センサ６０が取り付けてある(図２、図３参照)。

【００２１】耐圧容器１４に設けたスラスト孔２２は、
壁面が円筒状の壁材によって形成してあって、耐圧容器
１４とフェアリング１６とを貫通している。そして、ス
ラスト孔２２の内部には、図４に示したように、垂直推
進装置６２が配設してあり、この垂直推進装置６２を駆
動することにより、潜水機１０を下降または上昇させる
ことができる。また、フェアリング１６のスラスト孔２
２の左右方向両側には、常用バラスト投下装置６４が設
けてあり(図３参照)、常用バラスト投下装置６４によっ
てバラストを投下することにより、潜水機１０を軽くし
て所定の浮力が得られるようになっている。

【００２２】さらに、フェアリング１６の常用バラスト
投下装置６４より前方側の底部には、ドップラーソナー
６６が取り付けてあって、潜水機１０の航行速度を求め
ることができるようになっている。このドップラーソナ
ー６６の前方側には、高度ソナー６８が配置してあっ
て、水底との距離(高度)を検出することができるように
なっている。また、高度ソナー６８の前方側には、堆積
土砂センサ７０が設けてあって、湖底などに堆積した土
砂の厚さを検出できるようにしてある。そして、高度ソ
ナー６８の上方には、浮力調整装置７２が配設してあっ
て、潜水機１０の浮力を微調整できるようになってい
る。

【００２３】浮力調整装置７２は、図５に示したよう
に、シリンダ構造をなしていて、フェアリング１６内の
水中に露出させて設けた円筒状のチャンバ７４と、蓋体
となるピストン７６とを有している。ピストン７６は、
チャンバ７４に水密、かつ摺動可能に嵌合させてあっ
て、チャンバ７４の内部に浮力調整室７８を形成する。
また、ピストン７６には、ピストンロッドとなるラック
８０が取り付けてある。このラック８０には、作動部で
あるモータ８２の駆動軸８４に固定したウォーム８６が
噛み合っている。従って、浮力調整装置７２は、モータ
８２を正逆回転することにより、ウォーム８６が回転し
てラック８０が矢印８８のように移動し、浮力調整室７
８の大きさ(容積)が変化し、潜水機１０の浮力を微調整
できるようになっている。なお、ピストン７６の移動
は、リンクを用いたスライダ機構などであってもよい。
また、ピニオン・ラック機構であってもよい。

【００２４】フェアリング１６の後端部の内部には、ウ
エイト９０が設けてある（図３参照）。このウエイト９
０の上部には、非常用バラスト投下装置９２が配設して
ある。そして、ウエイト９０の直下のフェアリング１６
には、孔(図示せず)が設けてあって、潜水機１０の緊急
浮上の際などに、非常用バラスト投下装置９２によって
非常用バラストをフェアリング１６の外部に投下できる
ようになっている。さらに、フェアリング１６の内部に
は、ウエイト９０の前方側に図示しない耐圧容器に収納
した駆動電源となる電池９４が収納してある。

【００２５】なお、ブリッジ２０の内部には、母船との
交信をするためのトランスポンダ送受波器９６と制御装
置９８と、地磁気によって潜水機１０の方位を求める方
位センサ９９とが収納してある。そして、制御装置９８
には、位置保持制御を行なうための浮力調整制御部、距
離保持制御部、方位保持制御部などが設けてある。

【００２６】浮力調整制御部は、実施形態の場合、図６
のようになっている。すなわち、浮力調整制御部１００
は、深度偏差演算部１０２と、目標深度を記憶している
目標深度記憶部１０４と、浮力調整量演算部１０６と、
上下推力演算部１０８とを有している。深度偏差演算部
１０２は、深度計５６が出力する潜水機１０の実際の深
度と、目標深度記憶部１０４が記憶している目標深度と
の偏差を求め、浮力調整量演算部１０６と上下推力演算
部１０８とに出力する。そして、詳細を後述するよう
に、浮力調整量演算部１０６は深度偏差に応じて求めた
浮力の調整量を浮力調整装置７２に出力し、上下推力演
算部１０８は深度偏差に応じた駆動信号を垂直推進装置
６２に出力する。

【００２７】図７は、位置保持制御の１つである目標物
との距離を一定に保持する距離保持制御部１１０と、位
置保持制御の１つである目標物に潜水機１０を向けて維
持する方位保持制御部１２０とのブロック図を示したも
のである。

【００２８】距離保持制御部１１０は、テレビカメラ３
８からの画像信号が入力する大きさ演算部１１２と、こ
の大きさ演算部１１２の出力側に設けた大きさ偏差演算
部１１４と、大きさ偏差演算部１１４の出力信号が入力
する前進・後退推力演算部１１６とを有している。大き
さ演算部１１２は、テレビカメラ３８の出力信号から図
示しない生物や岩、亀裂などの目標物の、テレビカメラ
３８の撮影領域に対する大きさを求める。また、大きさ
偏差演算部１１４は、大きさ演算部１１２が求めた大き
さを、与えられた基準の大きさと比較してそれらの偏差
を求めて前進・後退推力演算部１１６に出力する。そし
て、前進・後退推力演算部１１６は、偏差に応じた推力
を求めて水平推進装置４４を駆動する。

【００２９】一方、方位保持制御部１２０は、テレビカ
メラ３８の撮影した目標物が表示装置の所定の位置(例
えば、中央部)に表示されるように制御するもので、テ
レビカメラ３８の画像信号が入力する位置演算部１２２
を有している。位置演算部１２２は、画像信号から目標
物の表示装置に表示されたときの画面上の位置、すなわ
ちテレビカメラ３８の撮影領域における位置を演算す
る。

【００３０】また、方位保持制御部１２０は、位置演算
部１２２の出力信号が入力する水平位置偏差演算部１２
４、水平位置偏差演算部１２４の出力側に設けられて、
潜水機１０の向きを修正するための方位の修正量を求め
る方位修正量演算部１２６、この方位修正量演算部１２
６の出力が入力し、潜水機１０の向きを修正するのに必
要な推力を求める回頭推力演算部１２８が設けてある。
そして、回頭推力演算部１２８は、水平推進装置４４に
駆動信号を出力する。

【００３１】さらに、方位保持制御部１２０には、上下
位置偏差演算部１３０と上下推力演算部１３２とが設け
てある。上下位置偏差演算部１３０は、位置演算部１２
２の出力信号から、目標物の基準位置に対する上下方向
の位置ずれを演算して上下推力演算部１３２に出力す
る。上下推力演算部１３２は、画像の上下の位置ずれを
修正するための推力を求め、垂直推進装置６２に出力す
る。

【００３２】このように構成した潜水機１０は、海洋に
おける深浅計測を行なう場合などにおいては、吊り金具
２４を介して図示しない母船によって吊り下され、吊り
上げられる。また、ダム湖の深浅計測を行なう場合など
は、車両によって吊下し、吊上げが行われる。そして、
潜水機１０は、潜水中においては、超音波によって母船
などと交信したり、計測データや画像信号を水上に送信
する。

【００３３】ところで、潜水機１０は、周囲の水に対し
て中性の浮力となっていない場合、下降または上昇する
ため、一定の深度または水底から一定の高度に保持する
ためには、常に垂直推進装置６２を作動させて潜水機１
０を上下方向に移動させなければならない。このため、
潜水機１０の浮力を調整することは、極めて重要であ
る。また、水の比重は、水温によって変化するため、浮
力は常に調整できるようにしておくことが望まれる。そ
こで、この実施形態の潜水機１０においては、浮力調整
制御を、次のようにして行なう。

【００３４】まず、常用バラスト投下装置６４にバラス
トを搭載して潜水機１０を潜降させる。潜水機１０の深
さ位置(深度)は、深度計５６によって計測される。すな
わち、深度計５６は、作用する水圧を深度に換算して出
力する。この深度は、水上の母船や潜水機１０に搭載し
た制御装置９８に与えられる。

【００３５】潜水機１０が目標深度に到達すると、制御
装置９８は、母船からの指令により、または予め与えら
れたプログラムによって常用バラスト投下装置６４を作
動して常用バラストを投下する。その後、制御装置９８
に設けた浮力調整制御部１００は、常用バラストを投下
してから所定時間(例えば、１〜１０秒)が経過すると、
深度偏差演算部１０２が図８のステップ１４０に示した
ように、深度計５６の出力する深度を読み込む。そし
て、深度偏差演算部１０２は、母船によって与えられ、
目標深度記憶部１０４に格納してある目標深度と深度計
５６の検出した深度との偏差を求め(ステップ１４２)、
浮力調整演算部１０６と上下推力演算部１０８とに出力
する。

【００３６】浮力調整演算部１０６と上下推力演算部１
０８とは、ステップ１４４に示したように、深度偏差演
算部１０２の出力する偏差から、潜水機１０が目標深度
より下降しているか否かを判断する。潜水機１０が目標
深度より下降していない場合、すなわち検出深度が目標
深度より大きくない場合、ステップ１４６に進んで潜水
機１０が目標深度より上昇しているかを判断する。

【００３７】ステップ１４４において、深度計５６の検
出深度が目標深度より大きな場合、浮力調整制御部１０
０は、浮力調整量演算部１０６が浮力調整量を演算し、
ステップ１４８に示したように浮力調整装置７２を介し
て浮力が増大するように調整する。すなわち、浮力調整
量演算部１０６は、ステップ１４４において検出深度が
目標深度より大きい場合、潜水機１０の浮力が中性浮力
より小さいと判断し、深度偏差演算部１０２の出力した
偏差の大きさに応じた駆動信号を浮力調整装置７２のモ
ータ駆動制御部(図示せず)に与え、モータ８２を駆動さ
せてピストン７６をラック８０と一体に図５の左方向に
移動させる。これにより、チャンバ７４内の浮力調整室
７８の容積が大きくなり、潜水機１０の浮力が増大す
る。

【００３８】また、上下推力演算部１０８は、深度偏差
演算部１０２の出力した偏差に応じて、潜水機１０を目
標深度に戻すための垂直推進装置６２の推力(回転数、
駆動時間など)を求め、垂直推進装置制御部を介して垂
直推進装置６２を駆動し、潜水機１０を目標深度に上昇
させる(ステップ１５０)。その後、浮力調整制御部１０
０は、垂直推進装置６２の駆動を停止し(ステップ１５
２)、ステップ１５４に示したように所定時間(例えば、
１〜１０秒間)待機したのち、ステップ１４０に戻って
ステップ１４０からステップ１４４の処理を行なう。そ
して、ステップ１４４において検出深度が目標深度より
大きい場合、ステップ１４８〜ステップ１５４の処理が
再び行なわれる。

【００３９】ステップ１４４において深度計５６の検出
した潜水機１０の深度が目標深度より深くない場合、ス
テップ１４４からステップ１４６に進んで潜水機１０が
目標深度より上昇しているか否かが判断される。目標深
度より上昇している場合、浮力調整量演算部１０６は、
前記と逆に、深度偏差演算部１０２の求めた偏差の大き
さに応じた浮力調整装置７２の作動信号を出力し、ピス
トン７６を図５の右方向に移動させる(ステップ１５
６)。これにより、浮力調整室７８が小さくなり、潜水
機１０の浮力が減少する。また、上下推力演算部１０８
は、潜水機１０を目標深度まで下降させるための推力を
求め、垂直推進装置６２を駆動する(ステップ１５８)。
その後、浮力調整制御部１００は、ステップ１５２に進
み、垂直推進装置１５２の駆動を停止して所定時間待機
し(ステップ１５４)、ステップ１４０に戻る。

【００４０】なお、深度計５６の検出した深度が目標深
度の許容誤差内にあって、ステップ１４４において潜水
機１０が下降していると判断されず、ステップ１４６に
おいて上昇していないと判断された場合には、潜水機１
０は周囲の水に対して中性の浮力を有しているものとし
て浮力調整制御が終了される。これにより、潜水機１０
は、一定の深度または一定の高度に浮遊状態で保持され
る。そして、水温の変化などにより水の密度が変化し、
検出深度と目標深度との偏差が予め定めた範囲を超えて
大きくなると、再び上記の浮力調整制御が行われる。ま
た、潜水機１０を予め定めた深度または高度に保持す
る、位置保持制御の１つであるいわゆるホバリング制御
も同様にして行なうことができる。

【００４１】このように、実施の形態においては、浮力
調整装置７２を用いて潜水機１０の浮力を調整するよう
にしているため、従来、バラストの投下のみによって浮
力を調整していた場合に比較して、浮力の調整を容易に
行なうことができ、調整時間を大幅に短縮することがで
きる。しかも、実施形態の潜水機１０は、浮力調整装置
７２の浮力調整室７８の大きさ(容積)を変えることによ
り、浮力の増大、減少を自由に行なうことができ、水温
の変化などによる周囲の水に対する浮力の調整を容易、
確実に行なうことができる。

【００４２】上記実施形態においては、潜水機１０を一
定の深度位置に保持する場合について説明したが、高度
ソナー６８によって水底からの高さを検出して潜水機１
０を一定の高度位置に保持する場合も、同様にして行な
うことができる。

【００４３】潜水機１０の位置保持制御の１つで距離保
持制御は、図７に示した距離保持制御部１１０によって
次のごとく行なわれる。潜水機１０の先端部に搭載した
テレビカメラ３８は、例えばＣＣＤカメラであって、水
中の状態を撮影してディジタルの画像信号を出力する。
この画像信号は、ブリッジ２０に設けたトランスポンダ
送受波器９６を介して画像伝送用トランスデューサ２８
に送られ、超音波の画像信号として水上の母船などに送
信され、母船などに設けた表示装置に表示される。そし
て、母船などの観察者が、テレビカメラ３８の捉えた目
標物(例えば、生物や亀裂、穴など)の画像を所望の大き
さにしてじっくり観察したい場合、目標物の画像が所望
の大きさになったときに、その大きさの画像を保持する
指令を潜水機１０の制御装置９８に与える。

【００４４】制御装置９８は、そのときの画像の大きさ
を、テレビカメラ３８の出力する画像信号から求め、図
示しない記憶部に基準値として格納する。すなわち、制
御装置９８は、テレビカメラ３８を構成している各ＣＣ
Ｄ素子の出力から、撮影された目標物の画像の画素数を
求め、この画素数をテレビカメラ３８の撮影領域に占め
る画像の大きさとして記憶部に記憶し、距離保持制御を
開始する。距離保持制御が開始されると、距離保持制御
部１１０の大きさ演算部１１２は、所定時間ごとにテレ
ビカメラ３８が出力する１フレーム分の画像信号を読み
込み、この画像信号から撮影された目標物の大きさ、す
なわちテレビカメラ３８の撮影領域に占める大きさを求
め、大きさ偏差演算部１１４に出力する。

【００４５】大きさ偏差演算部１１４は、図示しない記
憶部に記憶してある基準値(基準の大きさ)と大きさ演算
部１１２が出力した目標物の画像の大きさとを比較し、
両者の偏差を求めて前進・後退推力演算部１１６に送出
する。前進・後退水力演算部１１６は、大きさ演算部１
１２の出力した目標物の画像が基準値より小さい場合、
偏差の大きさに応じた潜水機１０を前進させる推力を演
算し、駆動信号を図示しない水平推進装置制御部に出力
する。水平推進装置制御部は、左右の水平推進装置４４
ａ、４４ｂを駆動して潜水機１０を目標物に向けて前進
させる。また、テレビカメラ３８の撮影した目標物が基
準値よりも大きい場合、前進・後退推力演算部１１６
は、大きさ偏差演算部１１４の出力する偏差に応じた潜
水機１０を後退させる推力を求めて水平推進装置制御部
に出力する。これにより、左右の水平推進装置４４ａ、
４４ｂが前記と逆方向に回転駆動され、潜水機１０が目
標物から後退する。

【００４６】これにより、潜水機１０は、テレビカメラ
３８の撮影した目標物の画像が一定の大きさとなるよう
に、目標物との距離が一定に保持される。そして、母船
上などの観察者は、一定の大きさに映し出された画像を
介して目標物についての必要な観察を容易、充分に行な
うことができる。また、実施形態においては、テレビカ
メラ３８の出力する画像信号に基づいて、潜水機１０を
目標物から一定の距離に保つ位置保持制御を行なってい
るため、超音波による距離センサなどを必要とせず、潜
水機１０の小型化を図ることができる。しかも、テレビ
カメラ３８の撮影した画像に追従して距離を一定に保持
するようにしているため、目標物が移動するような場合
であっても、高精度で追従することができ、テレビカメ
ラ３８によって確実に撮影することができる。

【００４７】潜水機１０を目標物に向ける位置保持制御
の１つである方位保持制御は、次のごとくして行なわれ
る。まず、テレビカメラ３８が撮影した画像をモニタし
ている母船上などの観察者は、画面に生物などの目標物
が映し出されると、その画像が画面の所定位置(例えば
中央部)に映し出されるように潜水機１０に操作信号を
与えて調整したのち、その目標物を撮影しつづける指令
を潜水機１０の制御装置９８に与える。制御装置９８
は、そのときのテレビカメラ３８が出力する画像信号か
ら、目標物のテレビカメラ３８の撮影領域における位置
を求め、基準位置として記憶部に格納し、方位保持制御
部１２０による制御を開始する。

【００４８】方位保持制御部１２０の位置演算部１２２
は、所定の周期でテレビカメラ３８の出力する１フレー
ムの画像信号を取り込み、テレビカメラ３８に撮影され
た目標物の、テレビカメラ３８の撮影領域おける位置を
求め、水平位置偏差演算部１２４と上下位置偏差演算部
１３０とに出力する。そして、水平位置偏差演算部１２
４は、位置演算部１２２が求めた画像の位置と、記憶部
に格納してある基準位置とを比較して両者の偏差を求
め、方位修正量演算部１２６に送出する。

【００４９】方位修正量演算部１２６は、テレビカメラ
３８が撮影した画像を撮影領域の中央部に位置させるの
に必要な潜水機１０の旋回量(回頭量)を方位修正量とし
て求め、回頭推力演算部１２８に出力する。そして、回
頭推力演算部１２８は、方位を修正するのに必要な推力
を求め、水平推力装置制御部に与え、潜水機１０の左側
水平推進装置４４ａまたは右側水平推進装置４４ｂを駆
動させる。すなわち、潜水機１０は、例えば右側の水平
推進装置４４ｂが駆動されると、潜水機１０の後部上部
にブリッジ２０が設けてあるため、ブリッジ２０に水の
抵抗が作用して先端側が左方向に回頭する。従って、テ
レビカメラ３８が出力する画像信号に基づいて、潜水機
１０の先端を常に目標物に向ける方位保持制御を行なう
ことができる。また、テレビカメラ３８の出力する画像
信号に基づいて潜水機１０を回頭させるようにしている
ため、目標物が移動するような場合であっても、容易、
確実に追従してテレビカメラ３８によって撮影すること
ができる。

【００５０】なお、潜水機１０を回頭させる場合、例え
ば左側水平推進装置４４ａ(または右側水平推進装置４
４ｂ)を前進方向に駆動し、右側水平推進装置４４ｂ(ま
たは左側水平推進装置４４ａ)を後退方向に駆動するこ
とにより、潜水機１０の回頭制御を迅速に行なうことが
できる。また、画像が上下方向にずれた場合には、上下
位置偏差演算部１３０が位置演算部１２２の出力した画
像位置と基準位置との上下方向の偏差を求め、上下推力
演算部１３２に入力する。上下推力演算部１３２は、偏
差に応じた上下方向の推力を求めて垂直推進装置６２を
駆動して潜水機１０を下降または上昇させる。そして、
実施形態の場合、潮流や海流などの流れが存在するとき
は、前進・後退推力演算部１１６や、回頭推力演算部１
２８に流れによる補正情報を与えて推力を補正するよう
にしている。また、前記実施形態においては、ホバリン
グ制御や距離保持制御、方位保持制御を単独で行なう場
合について説明したが、これらは必要に応じて任意に組
み合わせて同時に行なうことができる。

【００５１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係る無
人潜水機によれば、チャンバが水中に露出しているた
め、蓋体を移動させて蓋体とチャンバとによって形成し
た浮力調整室の大きさを変化させることにより、実質的
に潜水機の体積（容積）が変化したと同様の効果が得ら
れ、潜水機の浮力を容易、迅速に調整することができ
る。しかも、水温の変化などで水の密度が変わった場合
などにおいても、潜水機の浮力を容易に対応させること
ができ、潜水機を一定の深度（または高度）に保持する
ホバリング制御などを容易に行なうことができる。

【００５２】そして、本発明の第２に係る無人潜水機の
位置保持制御は、目標物をカメラで撮影し、カメラの出
力する画像信号に基づいて、その撮影した画像の大きさ
（カメラの撮影領域に占める大きさ）を一定に保持する
ように制御しているため、超音波による距離センサなど
を必要とせず、潜水機を小型、軽量化することができ、
目標物が移動するようなものであっても、容易に追従し
てカメラで撮影することができる。

【００５３】さらに、本発明の第３に係る無人潜水機の
位置保持制御は、カメラで撮影した目標物の画像信号に
基づいて、撮影した画像のカメラの撮影領域における位
置（画面上の位置）が一定となるように潜水機の向きを
制御するため、目標物が移動する場合であっても、容易
に追従してカメラによって撮影することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る無人潜水機の斜視図
である。

【図２】実施の形態に係る無人潜水機の正面図である。

【図３】実施の形態に係る無人潜水機の側面図である。

【図４】実施の形態に係る無人潜水機の平面図である。

【図５】実施の形態に係る浮力調整装置の詳細説明図で
ある。

【図６】実施の形態に係る浮力調整部のブロック図であ
る。

【図７】実施の形態に係る距離保持制御部と方位保持制
御部とのブロック図である。

【図８】浮力調整方法またはホバリング制御を説明する
フローチャートである。

【符号の説明】

１０………無人潜水機、１２………機体、１４………耐
圧容器、１６………フェアリング、２０………ブリッ
ジ、２６………データ伝送用トランスデューサ、２８…
……画像伝送用トランスデューサ、３８………カメラ
（テレビカメラ）、４４ａ、４４ｂ………水平推進装
置、４６………照明、５６………深度計、６０………流
木センサ、６２………垂直推進装置、６４………常用バ
ラスト投下装置、６６………ドップラーソナー、６８…
……高度ソナー、７２………浮力調整装置、７４………
チャンバ、７６………蓋体（ピストン）、７８………浮
力調整室、８０………ラック、８２………作動部（モー
タ）、９０………ウエイト、９２………非常用バラスト
投下装置、９４………電池、９６………トランスポンダ
送受波器、９８………制御装置、１００………浮力調整
制御部、１１０………距離保持制御部、１２０………方
位保持制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細谷 徳男 東京都中央区築地５丁目６番４号 三井造 船株式会社内 (72)発明者 熊谷 道夫 滋賀県大津市打出浜１−10 滋賀県琵琶湖 研究所内 (72)発明者 二階堂 義則 大阪府枚方市山田池北町10−１ 建設省近 畿地方建設局 淀川ダム統合管理事務所内 (72)発明者 浦 環 東京都杉並区西荻北３−28−６

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中に放射した信号により制御可能な無
   人潜水機であって、 水中に露出させて機体に設けたチャンバと、 このチャンバと水密に、かつ摺動可能に嵌合し、前記チ
   ャンバ内に浮力調整室を形成する蓋体と、 この蓋体を移動させて前記浮力調整室の大きさを変化さ
   せる作動部とを有する浮力調整装置を、 備えたことを特徴とする無人潜水機。
2. 【請求項２】 潜水機を所定の深さまたは高さ位置に保
   持する無人潜水機の位置保持制御方法であって、 前記潜水機の水面からの深さまたは水底からの高さを求
   め、 この求めた深さまたは高さを基準値と比較して両者の偏
   差を演算し、 この偏差に応じて請求項１に記載の浮力調整装置の前記
   蓋体を移動させる、 ことを特徴とする無人潜水機の位置保持制御方法。
3. 【請求項３】 水中にある目標物と潜水機との距離を一
   定に保持する無人潜水機の位置保持制御方法であって、 前記潜水機に搭載したカメラによって前記目標物を撮影
   し、 前記カメラの出力する画像信号に基づいて、カメラの撮
   影領域における前記目標物の大きさを求め、 この大きさと与えられた基準の大きさとを比較して両者
   の偏差を演算し、 求めた偏差に応じて前記潜水機を前進または後退させ
   る、 ことを特徴とする無人潜水機の位置保持制御方法。
4. 【請求項４】 水中にある目標物に潜水機を向けて保持
   する無人潜水機の位置保持制御方法であって、 前記潜水機に搭載したカメラによって前記目標物を撮影
   し、 前記カメラの出力する画像信号に基づいて、カメラの撮
   影領域における前記目標物の位置を求め、 この位置と基準位置とを比較して両者の偏差を演算し、 求めた偏差に応じて前記潜水機の向きを調整する、 ことを特徴とする無人潜水機の位置保持制御方法。