JP2003025265A - Underwater robot operation support simulator - Google Patents

Underwater robot operation support simulator

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JP2003025265A
JP2003025265A JP2001210354A JP2001210354A JP2003025265A JP 2003025265 A JP2003025265 A JP 2003025265A JP 2001210354 A JP2001210354 A JP 2001210354A JP 2001210354 A JP2001210354 A JP 2001210354A JP 2003025265 A JP2003025265 A JP 2003025265A
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JP
Japan
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underwater robot
robot
model
value
thrust
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2001210354A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazutaka Isobe
和孝 磯部
Hidetoshi Wada
英敏 和田
Etsushi Nishimae
悦史 西前
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an underwater robot operation support simulator supporting operation of an underwater robot performing transfer between wall surfaces in a rectangular waterway. SOLUTION: This underwater robot operation support simulator is constituted by providing an underwater robot simulation model formed by having a robot model 24 calculating a position and an attitude of an underwater robot, a sensor model 25 calculating a measured value of an inclinometer and an ultrasonic sensor, a control logic model 26 performing simulation calculation of PID control to obtain a thrust command value converted into a rotational speed command value, and a thruster characteristic model 27 obtaining thruster thrust. The simulator can be switched between an automatic mode and a manual mode, not to operate the control logic model at manual mode time but operate only the other model, so as to perform simulation of manual operation control of a robot operator by a robot manual operation control means (keyboard 28).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は水中ロボット操作支
援シミュレータに関し、具体的には、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の操作支援シミュレータに
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an underwater robot operation assisting simulator, and more specifically, an underwater robot operation assisting simulator for transferring waterway wall surfaces in a rectangular waterway such as an underdrain to transfer between waterway wall surfaces. Regarding

【0002】[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。
2. Description of the Related Art Since shells and the like adhere to the wall surface of the underdrain (rectangular water channel) provided as a seawater intake and drainage channel at a power plant, at present, an underwater robot that removes the shellfish that adheres to the channel surface is being used. Development is in progress. FIG. 3 shows a state in which an underwater robot transfers between wall surfaces of a channel in an underdrain (rectangular channel).

【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。
As shown in FIG. 3, the underdrain 1 has a rectangular cross section, and in this underdrain 1, the underwater robot 2 receives the underdrain 1.
4 wall surfaces (lower surface, right surface, left surface, upper surface) 1a, 1b,
Transfer to 1c, 1d, each wall surface 1a, 1b,
Perform cleaning work such as removing shells adhering to 1c and 1d.

【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。
The underwater robot 1 has a thruster and can perform underwater operations such as levitation, rotation, and landing by the thrust of the thruster (details will be described later). Since the underdrain 1 is a rectangular waterway, for example, when transferring from a wall surface (lower surface) 1a of the underdrain 1 to another wall surface (right surface) 1b as shown in FIG. 3, the underwater robot 2 has (1), (2), It operates like (3).

【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。
That is, the underwater robot 2 first levitates from the state of landing on the wall surface (lower surface) 1a as shown in (1) to the central portion of the underdrain 1 by the thrust of the thruster (levitation operation). Then, the thrust of the thruster rotates 90 degrees counterclockwise (roll) in the central part of this underdrain to lower the lower surface 2a of the underwater robot 2 to the wall surface (right surface) 1
The state is directed to b (rotation operation). Thereafter, while maintaining this posture, the thruster thrusts toward (in translation) the wall surface (right surface) 1b as shown in (3) and lands on the wall surface (right surface) 1b. Thus, the transfer between the walls of the waterway is completed.

【0006】[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)。そこで、現在、矩形水路における壁面間
の乗り移りをPID制御により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の開発が行われ
ている。
However, conventionally, the robot operator manually performs (remote operation) the transfer operation (floating, rotating, landing) between the waterway wall surfaces of the underwater robot 1 as described above. , The skill of the robot operator (operation know-how) was required, and it was necessary to spend a lot of time to train the robot operator (it took time to learn). Therefore, at present, an underwater robot is being developed in which the transfer between the wall surfaces in the rectangular water channel is automated by PID control to simplify the robot operation.

【0007】かかる状況において、水中ロボット2の制
御動作の把握を容易に把握することや、自動化されて
も、ロボット操作員による手動操作を行う場合もあるこ
となどを考慮して、水中ロボット2の操作を支援するシ
ミュレータの開発が望まれていた。
In such a situation, considering that the control operation of the underwater robot 2 can be easily grasped and that even if the underwater robot 2 is automated, it may be manually operated by a robot operator. It was desired to develop a simulator that supports the operation.

【0008】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行う水中ロボットの操
作を支援する水中ロボット操作支援シミュレータを提供
することを課題とする。
Therefore, in view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide an underwater robot operation support simulator for assisting the operation of an underwater robot that transfers between wall surfaces in a rectangular water channel.

【0009】[0009]

【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操作支援シミュレータは、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の
操作支援シミュレータであって、推力発生手段特性モデ
ルで計算された推力に基づいて、水中ロボットの位置と
姿勢を計算するロボットモデルと、このロボットモデル
で計算された水中ロボットの位置と姿勢に基づいて、回
転角計測手段の計測値と距離計測手段の計測値とを計算
するセンサモデルと、このセンサモデルで計算された回
転角計測手段の計測値と距離計測手段の計測値に基づい
て、制御手段におけるPID制御のシミュレーション計
算を行うことにより推力指令値を求め、この推力指令値
を回転数指令値に変換する制御ロジックモデルと、この
制御ロジックモデルで求めた回転数指令値に基づいて、
推力発生手段の推力を求める推力発生手段特性モデル
と、を有してなる水中ロボットシミュレーションモデル
を備えたことを特徴とする。
[Means for Solving the Problems] First to solve the above problems
The underwater robot operation support simulator of the invention includes thrust generating means, rotation angle measuring means, distance measuring means, and control means, and performs a floating operation, a rotation operation, and a landing operation in a rectangular waterway in order to transfer between waterway wall surfaces. An underwater robot operation support simulator, which calculates the position and orientation of an underwater robot based on the thrust calculated by the thrust generation means characteristic model, and the position and orientation of the underwater robot calculated by this robot model. Based on the sensor model for calculating the measurement value of the rotation angle measurement means and the measurement value of the distance measurement means, based on the measurement value of the rotation angle measurement means and the measurement value of the distance measurement means calculated by this sensor model , A thrust command value is obtained by performing a simulation calculation of PID control in the control means, and this thrust command value is used as a rotation speed command value. A control logic model for conversion, based on the rotational speed command value calculated by the control logic model,
An underwater robot simulation model comprising: a thrust generating means characteristic model for obtaining the thrust of the thrust generating means.

【0010】また、第2発明の水中ロボット操作支援シ
ミュレータは、第1発明の水中ロボット操作支援シミュ
レータにおいて、前記水中ロボットシミュレーションモ
デルを構成する全てのモデルを作動させる自動モード
と、前記水中ロボットシミュレーションモデルにおいて
制御ロジックモデルは作動させずにその他のモデルだけ
を作動させる手動モードとの切り換えを可能とし、且
つ、ロボット手動運転操作手段を備えて、手動モード時
には、ロボット操作員がロボット手動運転操作手段によ
って手動運転操作をし、この手動運転操作信号に応じた
回転数指令値をスラスター特性モデルへ入力することに
より水中ロボットの手動運転操作をシミュレーションす
るように構成したことを特徴とする。
The underwater robot operation support simulator of the second invention is the underwater robot operation support simulator of the first invention, in which an automatic mode for operating all the models constituting the underwater robot simulation model and the underwater robot simulation model. The control logic model can be switched to the manual mode in which only the other models are operated, and the robot manual operation operation means is provided, and the robot operator operates the robot manual operation operation means in the manual mode. It is characterized in that it is configured to simulate a manual driving operation of an underwater robot by performing a manual driving operation and inputting a rotation speed command value corresponding to the manual driving operation signal to a thruster characteristic model.

【0011】[0011]

【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。なお、はじめにシミュレーシ
ョンの対象となる実機(実際の水中ロボット)の説明を
し、続いて、水中ロボット操作支援シミュレータの説明
をする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, an actual machine (actual underwater robot) to be simulated will be described, and then an underwater robot operation support simulator will be described.

【0012】[実機(実際の水中ロボット)]図1は水
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。
[Actual Machine (Actual Underwater Robot)] FIG. 1 is an overall system configuration diagram of the underwater robot, FIG. 2A is a perspective view of the underwater robot from below, and FIG. It is the perspective view seen.

【0013】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
水等)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。
As shown in FIG. 1, water (seawater or the like) flows in the direction of arrow A inside an underdrain (rectangular waterway) 1 such as a seawater intake and drainage channel in a power plant. As described above, the underdrain 1 has a rectangular cross section (see FIG. 3), and in this underdrain 1, the underwater robot 2 has four wall surfaces (lower surface, right surface, left surface, upper surface) 1a, 1b of the underdrain 1, Transfer to 1c, 1d and perform cleaning work such as removal of shellfish adhering to the wall surfaces 1a, 1b, 1c, 1d. FIG. 1 shows a state in which the underwater robot 2 is cleaning the wall surface (left surface) 1c.

【0014】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。
As shown in FIGS. 1 and 2, the underwater robot 2 has a rectangular parallelepiped shape, and wheels 3a, 3b, 3c, 3d are provided on both left and right sides of the lower surface 2a. By rotating 3b, 3c, 3d by a drive motor (not shown), it is possible to travel on the waterway wall surface 1a, 1b, 1c or 1d. A brush 12 is provided on the side surfaces 2d and 2c and the lower surface 2a of the underwater robot 2, and cleaning work such as shellfish removal is performed by rotating the brush 12 with a drive motor (not shown).

【0015】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。
Further, four thrusters 4a, 4b, 4c and 4d are provided at four corners of the underwater robot 2 as thrust generating means for performing underwater operations such as floating, rotation and landing. These thrusters 4a, 4
b, 4c, 4d generate thrust by rotating the impeller forward or backward by a drive motor (not shown). Thrust is generated in the robot lower surface direction (arrow B direction in FIG. 2) at the time of forward rotation, and thrust is generated in the robot upper surface direction (arrow C in FIG. 2) at the time of thrust reverse rotation.

【0016】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,5b,5c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6
a,6b,6c,6d,6e,6fとが設けられてい
る。傾斜計5a,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。勿論、他の方式の傾斜計
を用いてもよい。そして、図1に示すように暗渠1の水
流方向(矢印A方向)をX軸、暗渠1の幅方向をY軸、
暗渠1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を計測し、傾斜計
5bではY軸回りの回転角度∠Yを計測し、傾斜計5c
ではZ軸回りの回転角度∠Zを計測する。
The underwater robot 2 has inclinometers 5a, 5b and 5c as rotation angle measuring means, and an ultrasonic sensor 6 as means for measuring the distance between the underwater robot 2 and the wall surface of the water channel.
a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f are provided. The inclinometers 5a, 5b, 5b are general ones in which a liquid is enclosed, and the rotation angle is measured from a change in electric resistance due to the liquid surface of the liquid tilting as the underwater robot 2 tilts. Is. Of course, another type of inclinometer may be used. Then, as shown in FIG. 1, the water flow direction of the underdrain 1 (direction of arrow A) is the X axis, the width direction of the underdrain 1 is the Y axis,
Assuming that the vertical direction of the underdrain 1 is the Z axis, the inclinometer 5a measures the rotation angle ∠X around the X axis and the inclinometer 5b measures the rotation angle ∠Y around the Y axis as shown in FIG. 5c in total
Then, measure the rotation angle ∠Z around the Z axis.

【0017】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。
The ultrasonic sensors 6a and 6b are the underwater robot 2
Is provided in front of and behind the lower surface 2a, and the distance to the waterway wall surface 1a, 1b, 1c or 1d facing the lower surface 2a is measured. The ultrasonic sensors 6c and 6d are provided in front of and behind the right surface 2c of the underwater robot 2, and measure the distance to the water channel wall surface 1a, 1b, 1c or 1d facing the right surface 2c. The ultrasonic sensors 6e, 6f are provided in front of and behind the left surface 2d of the underwater robot 2, and measure the distance to the water channel wall surface 1a, 1b, 1c or 1d facing the left surface 2d.

【0018】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。
Further, as shown in FIG. 1, a composite cable 7 is attached to the rear part of the underwater robot 2. Via this cable 7, the measurement signals of the inclinometers 5a, 5b and 5b, the measurement signals of the ultrasonic sensors 6a, 6b, 6c, 6d, 6e and 6f, and also an underwater camera (not shown) attached to the underwater robot 2. The image pickup signal and the like are transmitted to the control device 8 provided on the ground. Then, the control device 8 performs PID control such as levitation, rotation, and landing of the underwater robot 2 based on these measurement signals (details will be described later), and the CRT based on these measurement signals and imaging signals.
Each measured value and waterway wall surface 1a, 1b, 1c, 1 in 9
The image of d, etc. are displayed. Also, via the cable 7,
From the ground power supply 10, the thruster 4 of the underwater robot 2
Electric power is supplied to each device such as a, 4b, 4c, 4d. The power frequency supplied to the thrusters 4a, 4b, 4c, 4d, that is, the rotation speed of the thrusters 4a, 4b, 4c, 4d is adjusted by the inverter 11 based on the PID control signal (thrust command) from the control device 8. .

【0019】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。
Further, the cable 7 also plays a role of supporting the underwater robot 2 so that the underwater robot 2 is not washed by water. The cable 7 is wound around a drum (not shown) on the proximal end side, so that when the underwater robot 2 travels in the water flow direction or in the opposite direction, the drum is rotated to be rewound or wound up. Has become.

【0020】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。
Here, PID control by the control device 8 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is an explanatory view showing a state when the underwater robot 2 transfers between the wall surfaces of the channel in the underdrain (rectangular channel) 1 as described above. Figure 4
Is a block diagram of floating PID control, FIG. 5 is a block diagram of roll PID control, FIG. 6 is a block diagram of landing PID control,
FIG. 7 is a block diagram of pitch PID control. FIG. 8 is an explanatory diagram of a planned flying distance value and a planned flying velocity value in the levitation PID control, and FIG. 9 is an explanatory diagram of a planned roll angle value and a planned roll angular velocity value in the roll PID control.
FIG. 10 is an explanatory diagram of the landing distance plan value and the landing speed plan value given in the landing PID control. Further, FIG. 11 is an explanatory diagram showing the switching timing of the floating PID control, the roll PID control, and the landing PID control.

【0021】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、通常、
これらの動作は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われる。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。
As described above, since the underdrain 1 is a rectangular channel, for example, the wall surface (lower surface) 1a of the underdrain 1 as shown in FIG.
When moving to another wall surface (right surface) 1b from, the underwater robot 2 sequentially performs a levitating operation, a rotating operation, and a landing operation as shown in (1), (2), and (3) of FIG. And usually
These operations are not automatically performed by the robot operator, but are automatically performed by PID control. The levitating operation, rotating operation, and landing operation will be described in detail below. In addition,
The same applies to transfers between the walls of other waterways.

【0022】(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2.5mの位置)まで浮上させる。
(1) Levitation operation The underwater robot 2 performs the levitation PID control based on the measurement value of the distance from the waterway wall surface (lower surface) 1a measured by the ultrasonic sensors 6a and 6b on the lower surface 2a of the underwater robot 2. At the center of the underdrain (water channel) 1 (for example
Ascend to 2.5m from a).

【0023】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)。
The flying PID control will be described with reference to FIG. It should be noted that the processing units of the levitation PID control shown in FIG. Further, s in FIG. 4 is a Laplace operator. As shown in FIG. 4, the measurement signals are fed back from the ultrasonic sensors 6a and 6b of the underwater robot 2 and the average value of them is used as the flying distance measurement value (S1). Then, the deviation between the measured flying distance and the planned flying distance (S2) is obtained (S3), and the deviation is integrated with the value obtained by multiplying the deviation by the proportional gain K (S4) (S3).
5) Then, this integrated value is multiplied by an integral gain KI (S6) to add (S7). Further, the flying distance measurement value (S1) is time differentiated (S8), the deviation between this differential value and the planned flying speed value (S9) is obtained (S10), and this deviation is multiplied by the differential gain KD (S11). The value is also added to the value obtained by multiplying the proportional gain K and the value obtained by multiplying the integral gain KI (S7).

【0024】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4c),F2(スラスター4a),F3
(スラスター4b),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
Thus, the thrust command value F is obtained. Then, from the thrust command value F, the thrust command value F1 for the thrusters 4a, 4b, 4c, 4d is calculated by the following equation.
(Thruster 4c), F2 (Thruster 4a), F3
(Thruster 4b), F4 (Thruster 4d)
These thrust command values F1, F2, F3 and F4 are output to the inverter 11. F1 = F2 = F3 = F4 = -F / 4

【0025】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。
In the inverter 11, thrust force command values F1 and F
2, F3, F4 based on the thrusters 4a, 4b,
By adjusting the power frequency supplied to 4c, 4d, each thruster 4a, 4b, 4c, 4d is set to a predetermined rotational speed (rotational speed at which thrust corresponding to thrust command values F1, F2, F3, F4 is obtained). To do. At this time, F1, F2, F
The signs of 3, F4 are negative, and the thrusters 4a, 4b, 4
By reversing c and 4d, thrust is generated in the direction in which the underwater robot 2 levitates from the waterway wall surface (lower surface) 1a.

【0026】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。
Further, in the levitation PID control, the levitation distance plan value and the levitation speed plan value as shown in FIG. 8 are given.
As the flying distance planned value, a pattern that changes in an S shape with time, that is, a pattern in which the increase near the rising edge and near the final target value (2.5 m in the illustrated example) is gradual is given. As the ascent rate planning value, a pattern that changes into a trapezoidal shape over time in correspondence with the ascent distance planning value, that is,
A pattern is given in which it increases to a final target value over a certain period of time, maintains the final target value for a certain period of time, and then decreases over a certain period of time. By providing such a flying distance plan and a flying speed plan value, it is possible to set the gains K and KD to sufficiently large values and enhance the responsiveness of the control operation. If the planned value is fixed and the gains K and KD are increased, the overshoot becomes large and the response (stability) of the control operation is deteriorated.

【0027】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)を0度一定に制御す
る。つまり、ロール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。
During this floating operation, the roll PID
The roll angle ψ (= ∠X) is controlled to be constant at 0 degrees by the control. That is, the thrust command values F1, F2, F3, F4 obtained by the roll PID control are also added to the thrust command values F1, F2, F3, F4 obtained by the levitation PID control and output to the inverter 11. At this time, it is desirable that the yaw angle φ (= ∠Z) is also controlled to be constant at 0 degrees, but the thrusters 4a, 4b, 4 provided for the underwater robot 2 are controlled.
Since the yaw angle cannot be changed with the arrangements of c and 4d, the yaw angle φ is not controlled here. Of course, when the thrusters are arranged so that the yaw angle φ can be changed, the yaw PID control for controlling the yaw angle φ to be constant at 0 degrees may be performed.

【0028】(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。
(2) Rotation operation After the levitation operation is completed, the rotation operation is subsequently performed. That is,
At the center of the underdrain 1, while performing roll PID control based on the measured value of the roll angle ψ (= ∠X) of the underwater robot 2 measured by the inclinometer 5a,
Rotate it by 0 degrees and turn the lower surface 2a of the underwater robot 2 toward the water channel wall surface (right surface) 1b side.

【0029】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)。
The roll PID control will be described with reference to FIG. It should be noted that the processing units of the roll PID control shown in FIG. 5 are denoted by reference numerals such as S21 and S22. Further, s in FIG. 5 is a Laplace operator. As shown in FIG. 5, a measurement signal is fed back from the inclinometer 5a of the underwater robot 2 and is used as a roll angle measurement value (S21).
Then, the roll angle measured value and the roll angle planned value (S2
2) is obtained (S23), the deviation is multiplied by a proportional gain K (S24), and the deviation is integrated (S2).
5) The value obtained by multiplying the integral value by the integral gain KI (S26) is added (S27). Further, the roll angle measurement value (S21) is time differentiated (S28), and the deviation between this differential value and the roll angular velocity planned value (S29) is obtained (S3).
0), the value obtained by multiplying this deviation by the differential gain KD (S31) is also added to the value obtained by multiplying the proportional gain K and the integral gain KI (S27).

【0030】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,F4,F2,F3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=F4=−Fψ/(4×Lc) F2=F3=Fψ/(4×Lc)
Thus, the thrust command value (torque) Fψ is obtained. Then, from the thrust command value Fψ, the thrust command values F1, F4, F2, F3 for the thrusters 4a, 4b, 4c, 4d are obtained by the following formula, and these thrust command values F1, F2, F3, F4 are obtained. Output to the inverter 11. Note that Lc is the distance from the center of gravity G of the underwater robot 2 to the thrusters 4a, 4b, 4c, 4d as shown in FIG. F1 = F4 = −Fψ / (4 × Lc) F2 = F3 = Fψ / (4 × Lc)

【0031】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,F4とF2,F3の
符号が異なることにより、スラスター4a,4dとスラ
スター4b,4c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。
In the inverter 11, thrust command values F1, F
2, F3, F4 based on the thrusters 4a, 4b,
By adjusting the power frequency supplied to 4c, 4d, each thruster 4a, 4b, 4c, 4d is set to a predetermined rotational speed (rotational speed at which thrust corresponding to thrust command values F1, F2, F3, F4 is obtained). To do. Since the signs of F1, F4 are different from those of F2, F3, the thrusters 4a, 4d and the thrusters 4b, 4c have opposite rotation directions (thrust directions), so that the underwater robot 2 rolls.

【0032】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。
In this roll PID control, a roll angle plan value and a roll angular velocity plan value as shown in FIG. 9 are given. That is, as the roll angle planned value, a pattern that changes in an S shape with time, that is, a pattern in which the increase near the rising edge and near the final target value (90 degrees) is gentle is given. As the roll angular velocity planned value, a pattern that changes into a trapezoidal shape over time in accordance with the roll angular planned value,
That is, the pattern is such that it increases to the final target value (90 degrees) over a fixed time, maintains the final target value for a fixed time, and then decreases over a fixed time. By providing the planned roll angle value and the planned roll angular velocity value, it is possible to set the gains K and KD to sufficiently large values and enhance the responsiveness of the control operation. If the planned value is fixed and the gains K and KD are increased, the overshoot becomes large and the response (stability) of the control operation is deteriorated.

【0033】なお、この回転動作時にはヨー角φ(=∠
Z)を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,4
b,4c,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。
During this rotation operation, the yaw angle φ (= ∠
It is desirable to control Z) to be constant at 0 degrees, but as described above, the thrusters 4a, 4 provided in the underwater robot 2 are provided.
Since the yaw angle cannot be changed with the arrangements of b, 4c, and 4d, the yaw angle φ is not controlled here. Of course, when the thruster is arranged so that the yaw angle can be changed, the yaw PID control for controlling the yaw angle φ to be constant at 0 degrees may be performed.

【0034】(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。
(3) Landing operation After the rotation operation is completed, the landing operation is subsequently performed. That is,
While performing the landing PID control based on the measured value of the distance to the waterway wall surface (right surface) 1b measured by the ultrasonic sensors 6a and 6b on the lower surface 2a of the underwater robot 2, the underwater robot 2 is moved to the center of the underdrain (waterway) 1. From the section to the waterway wall surface 1b (translation) to land.

【0035】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)。
The landing PID control will be described with reference to FIG. It should be noted that reference numerals S41, S42, etc. are given to the respective processing units of the landing PID control shown in FIG. In addition, s in FIG.
Is the Laplace operator. As shown in FIG. 6, the measurement signals are fed back from the ultrasonic sensors 6a and 6b of the underwater robot 2 and the average value of them is used as the landing distance measurement value (S41). Then, the deviation between the measured landing distance value and the planned landing distance value (S42) is obtained (S43), and the deviation is multiplied by a proportional gain K (S44) and the deviation is integrated (S45), and this integration is performed. Integral gain KI (S4
The value multiplied by 6) is added (S47). Further, the landing distance measurement value (S41) is time differentiated (S48), the deviation between this differential value and the landing speed planned value (S49) is determined (S50), and this deviation is multiplied by the differential gain KD (S51). The value is also added to the value obtained by multiplying the proportional gain K and the value obtained by multiplying the integral gain KI (S47).

【0036】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,
F4,F2,F3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
Thus, the thrust command value F is obtained. Then, from the thrust command value F, the thrust command values F1, F1 for the thrusters 4a, 4b, 4c, 4d are expressed by the following equation.
F4, F2, F3 are calculated, and these thrust command values F1, F
2, F3 and F4 are output to the inverter 11. F1 = F2 = F3 = F4 = F / 4

【0037】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。
In the inverter 11, thrust command values F1, F
2, F3, F4 based on the thrusters 4a, 4b,
By adjusting the power frequency supplied to 4c, 4d, each thruster 4a, 4b, 4c, 4d is set to a predetermined rotational speed (rotational speed at which thrust corresponding to thrust command values F1, F2, F3, F4 is obtained). To do. At this time, F1, F2, F
The signs of 3, F4 are positive, and the thrusters 4a, 4b, 4
The underwater robot 2 rotates the c and 4d in the forward direction so that the underwater robot 2 can
Generate thrust in the direction of approaching (landing).

【0038】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。
In this landing PID control, a landing distance plan value and a landing speed plan value as shown in FIG. 10 are given. In other words, as the landing distance plan value, S
A pattern that changes in a letter shape, that is, a pattern in which the decrease near the fall and the decrease near the final target value (0 m) is gentle is given.
The landing speed plan value corresponds to the landing distance plan value and changes into a trapezoidal shape over time, that is, it increases to the final target value over a certain period of time, and after maintaining the final target value for a certain period of time, Gives a pattern that decreases over time. By providing the landing distance plan value and the landing speed plan value as described above, it is possible to set the gains K and KD to sufficiently large values and enhance the responsiveness of the control operation. If the planned value is fixed and the gains K and KD are increased, the overshoot becomes large and the response (stability) of the control operation is deteriorated.

【0039】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。水中ロボット2が著しく傾いた場合にロボット先端
が車輪より先に接触して損傷するのを防ぐため、水平制
御が必要である。
During this landing operation, the roll PID
By control, the roll angle ψ (= ∠X) is constant at the target angle (9
(0 degree), and the pitch angle θ is obtained from the difference in the distance to the waterway wall surface (right surface) 1b measured by the ultrasonic sensors 6a and 6b of the underwater robot 2, and the pitch angle θ is kept constant at 0 degrees. Pitch angle PID control is performed so as to maintain it. When the underwater robot 2 is significantly tilted, horizontal control is necessary in order to prevent the tip of the robot from contacting and damaging the wheels ahead of the wheels.

【0040】図7に基づき、ピッチ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)。
The pitch PID control will be described with reference to FIG. It should be noted that the processing units of the pitch angle PID control shown in FIG. Also, FIG.
The s inside is a Laplace operator. As shown in FIG. 7, the measurement signals are fed back from the ultrasonic sensors 6a and 6b of the underwater robot 2, and the pitch angle θ is calculated from the difference between these measurement values.
And use this as the pitch angle measurement value (S6
1). Then, the deviation between the measured pitch angle value and the planned pitch angle value (S62) is obtained (S63). At this time, the planned pitch angle value is constant at 0 degrees. Subsequently, this deviation is multiplied by a proportional gain K (S64) and the deviation is integrated (S
65), and the value obtained by multiplying the integral value by the integral gain KI (S66) is added (S67). Further, the pitch angle measurement value (S61) is time differentiated (S68), and the deviation between this differential value and the pitch angular velocity planned value (S69) is obtained (S7).
0). At this time, the pitch angular velocity planned value is set to 0. Then, the value obtained by multiplying this deviation by the differential gain KD (S71) is also added to the value obtained by multiplying the proportional gain K and the value obtained by multiplying the integral gain KI (S67).

【0041】かくして、推力指令値(トルク)Fφが求
められ、この推力指令値Fφ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,F4,F2,F3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=F2=Fφ/(4×La) F3=F4=−Fφ/(4×La)
In this way, the thrust force command value (torque) Fφ is obtained, and from this thrust force command value Fφ, the thrust force command value F for the thrusters 4a, 4b, 4c, 4d is expressed by the following equation.
1, F4, F2, F3 are calculated, and these thrust command values F
In addition to the thrust command values F1, F2, F3, F4 obtained by the landing PID control and the thrust command values F1, F2, F3, F4 obtained by the roll PID control, inverters 1 and 2 are also provided. Output to. Incidentally, La is from the center of gravity G of the underwater robot 2 to the thruster 4a, as shown in FIG.
It is the distance to 4b, 4c and 4d. F1 = F2 = Fφ / (4 × La) F3 = F4 = −Fφ / (4 × La)

【0042】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。
In the inverter 11, the thrust command values F1, F
2, F3, F4 based on the thrusters 4a, 4b,
By adjusting the power frequency supplied to 4c, 4d, each thruster 4a, 4b, 4c, 4d is set to a predetermined rotational speed (rotational speed at which thrust corresponding to thrust command values F1, F2, F3, F4 is obtained). To do. Since the signs of F1 and F2 are different from those of F3 and F4, the thrusters 4a and 4c and thrusters 4b and 4d have opposite rotation directions (thrust directions), so that the underwater robot 2 performs pitch rotation.

【0043】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、予め設定した時間で切り
換えるようにしてもよい(図23参照)。
The switching of the levitation operation (levitation PID control), rotation operation (roll PID control), and landing operation (landing PID control) converges within a predetermined range with respect to the target value in each PID control. The switching may be performed at that time, or may be switched at a preset time (see FIG. 23).

【0044】以上のような水中ロボット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。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PI
D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。
According to the underwater robot 2 as described above, the levitation operation, the rotation operation and the landing operation at the time of transferring between the wall surfaces of the canal in the underdrain (water canal) 1 are automatically performed by the PID control, so that the robot can be easily operated. Therefore, the learning period of the robot operator is shortened, and the reliability of the operation is improved. Moreover, as the roll angle plan value, the flying distance plan value, and the landing distance plan value, a pattern that changes in an S shape with time is given, and as the roll angular velocity plan value, the flying velocity plan value, and the landing velocity plan value, with time. Roll PID control, floating PI by giving a pattern that changes into a trapezoid
Since the D control and the landing PID control are performed, the gain K and the gain KD can be set to sufficiently large values to enhance the responsiveness of the control operation.

【0045】そして、このような水中ロボット2の操作
を支援するための水中ロボット操作支援シミュレータに
ついて、以下に説明する。
An underwater robot operation support simulator for supporting the operation of the underwater robot 2 will be described below.

【0046】[水中ロボット操作支援シミュレータ]図
11は本実施の形態に係る水中ロボット操作支援シミュ
レータの全体構成図である。図11において、21は水
中ロボット操作支援シミュレータ(以下、単に「シミュ
レータ」ともいう)である。なお、図示例ではシミュレ
ータ21としてパーソナルコンピュータを用いている
が、これに限定するものではなく、例えば実際の操作機
器の形状を模擬したようなものでもよい。
[Underwater Robot Operation Support Simulator] FIG. 11 is an overall configuration diagram of the underwater robot operation support simulator according to the present embodiment. In FIG. 11, reference numeral 21 is an underwater robot operation support simulator (hereinafter, also simply referred to as “simulator”). Although a personal computer is used as the simulator 21 in the illustrated example, the simulator is not limited to this and may be, for example, one that simulates the shape of an actual operating device.

【0047】図11に示すように、シミュレータ21は
CPUや記憶装置(ICメモリ、ハードディスク等)な
どを備えた本体部22と、手動操作やデータの入力など
を行うためのキーボード28と、シミュレーションの状
態(計算された指令値や計測値等)などを表示するCR
T23とを有している。本体部22の記憶装置には水中
ロボット2のシミュレーションモデルを表すプログラム
(ソフトウエア)などが記憶されている。そして、この
水中ロボットシミュレーションモデルは、ロボットモデ
ル24、センサモデル25、制御ロジックモデル26及
びスラスター特性モデル27から構成されている。
As shown in FIG. 11, the simulator 21 includes a main body 22 having a CPU, a storage device (IC memory, hard disk, etc.), a keyboard 28 for manual operation and data input, and a simulation unit. CR that displays status (calculated command value, measured value, etc.)
And T23. A program (software) representing a simulation model of the underwater robot 2 and the like are stored in the storage device of the main body 22. The underwater robot simulation model is composed of a robot model 24, a sensor model 25, a control logic model 26, and a thruster characteristic model 27.

【0048】(1) ロボットモデル24では、スラス
ター特性モデル27で計算された推力(F1,F2,F
3,F4)に基づいて、水中ロボット2の位置(X,
Y,Z)と姿勢(ψ,θ,φ)を計算する。これらは初
期値を与えておく。水中ロボット2に固定のロボット座
標系にて運動方程式を解き、速度及び加速度を計算した
後、暗渠(水路)1に固定の絶対座標系に変換する。絶
対座標系に変換するのはセンサ計測値の計算の便宜など
を図るためである。また、運動方程式には流水に対する
水中ロボット2の相対速度から求める流水抗力を反映す
る。また、ケーブル7は常に暗渠(水路)1に平行であ
るという前提で、ケーブル7の張力の影響を考慮する。 (2) センサモデル25では、ロボットモデル24で
計算された水中ロボット2の位置(X,Y,Z)と姿勢
(ψ,θ,φ)を基にして、傾斜計5a,5b,5cの
計測値と、水中ロボット2の下面2aの超音波センサ6
a,6bの計測値を計算する。 (3) 制御ロジックモデル26では、センサモデル2
6で計算された計測値を基にして、制御装置8における
PID制御(ロールPID制御、ピッチ角PID制御、
浮上PID制御、着地PID制御)のシミュレーション
計算を行ってスラスター4a,4b,4c,4dに対す
る推力指令値(トルク指令、並進力指令)を求め、更
に、この推力指令値を回転数指令値(R1,R2,R
3,R4)に変換する。 (4) スラスター特性モデル27では、制御ロジック
モデル26で計算された回転数指令値(R1,R2,R
3,R4)に基づいて、スラスター4a,4b,4c,
4dにおける回転数と推力との関係(スラスター特性)
から、スラスター4a,4b,4c,4dの推力(F
1,F2,F3,F4)を求める。
(1) In the robot model 24, the thrust forces (F1, F2, F) calculated by the thruster characteristic model 27 are calculated.
3, F4), the position of the underwater robot 2 (X,
Y, Z) and posture (ψ, θ, φ) are calculated. These give initial values. After solving the equation of motion in the robot coordinate system fixed to the underwater robot 2 and calculating the velocity and acceleration, it is converted into the absolute coordinate system fixed to the underdrain (water channel) 1. The conversion to the absolute coordinate system is for convenience of calculation of sensor measurement values. In addition, in the equation of motion, the running water drag force obtained from the relative speed of the underwater robot 2 to the running water is reflected. In addition, the effect of the tension of the cable 7 is considered on the assumption that the cable 7 is always parallel to the underdrain (water channel) 1. (2) In the sensor model 25, the inclinometers 5a, 5b, 5c are measured based on the position (X, Y, Z) and the posture (ψ, θ, φ) of the underwater robot 2 calculated by the robot model 24. Value and the ultrasonic sensor 6 on the lower surface 2a of the underwater robot 2
Calculate the measured values of a and 6b. (3) In the control logic model 26, the sensor model 2
PID control (roll PID control, pitch angle PID control,
Floating PID control, landing PID control) simulation calculation is performed to obtain thrust force command values (torque command, translational force command) for the thrusters 4a, 4b, 4c, 4d, and this thrust force command value is used as the rotation speed command value (R1). , R2, R
3, R4). (4) In the thruster characteristic model 27, the rotation speed command values (R1, R2, R
3, R4), the thrusters 4a, 4b, 4c,
Relationship between rotation speed and thrust at 4d (thruster characteristics)
Thrust force of thrusters 4a, 4b, 4c, 4d (F
1, F2, F3, F4).

【0049】そして、PID制御をシミュレーションし
て制御性の確認などを行うときには、キーボードを操作
することにより、本体部22での処理を自動モードにし
て制御ロジックモデル26を作動させる、即ち、水中ロ
ボットシミュレーションモデルを構成する全てのモデル
24,25,26,27を作動させる。一方、ロボット
操作員が訓練のために手動操作で水中ロボット2の浮上
動作、回転動作及び着地動作を行おうとする際には、ま
ず、キーボード28を操作して、本体部22での処理を
自動モードから手動モードへ切り換えることにより、水
中ロボットシミュレーションモデルのうちの制御ロジッ
クモデル26は作動させず、その他のモデル24,2
5,27だけを作動させるようにする。
When the PID control is simulated to check the controllability, the keyboard is operated to set the processing in the main body 22 to the automatic mode to operate the control logic model 26, that is, the underwater robot. All the models 24, 25, 26, 27 that constitute the simulation model are operated. On the other hand, when the robot operator intends to perform a floating operation, a rotating operation, and a landing operation of the underwater robot 2 by manual operation for training, first, the keyboard 28 is operated to automatically perform the processing in the main body 22. By switching from the mode to the manual mode, the control logic model 26 of the underwater robot simulation model does not operate, and the other models 24, 2
Only activate 5, 27.

【0050】その後、ロボット操作員が、シミュレータ
21上で水中ロボット2の浮上動作、回転動作及び着地
動作を行うべく、CRT23に表示される傾斜計や超音
波センサの計測値をみながら、ロボット手動運転操作手
段としてのキーボード28によって水中ロボット2のス
ラスター4a,4b,4c,4dに関する手動運転操作
をし、この手動運転操作信号を本体部22へ入力する。
本体部22では、このロボット操作員の操作に応じた回
転数指令値(R1,R2,R3,R4)を、制御ロジッ
クモデル25で求める回転数指令値(R1,R2,R
3,R4)に代えて、スラスター特性モデル27へ入力
する。かくして、手動運転操作をシミュレーションする
ことができる。なお、CRT23には、センサモデル2
5で計算した計測値の他、他のモデル24,26,27
で計算される水中ロボット2の位置や姿勢、推力指令や
回転数指令など、各種の数値を表示するようにしてもよ
い。
Thereafter, the robot operator manually observes the measured values of the inclinometer and the ultrasonic sensor displayed on the CRT 23 so that the underwater robot 2 can perform the levitating operation, the rotating operation and the landing operation on the simulator 21. The keyboard 28 as a driving operation means performs a manual driving operation on the thrusters 4a, 4b, 4c, 4d of the underwater robot 2, and inputs this manual driving operation signal to the main body portion 22.
In the main body 22, the rotation speed command values (R1, R2, R3, R4) corresponding to the operation of the robot operator are calculated by the control logic model 25 (R1, R2, R4).
3, R4) and inputs to the thruster characteristic model 27. Thus, a manual driving operation can be simulated. The CRT 23 has a sensor model 2
In addition to the measured values calculated in 5, other models 24, 26, 27
Various numerical values such as the position and orientation of the underwater robot 2, thrust command and rotation speed command calculated in step may be displayed.

【0051】以下では、シミュレーションモデル24,
25,26,27について更に説明する。
In the following, the simulation model 24,
25, 26, and 27 will be further described.

【0052】(ロボットモデル)図12はロボットモデ
ルの定義を表す説明図、図13は絶対座標系とロボット
座標系の説明図、図14は絶対座標系とロボット座標系
の関係(座標変換)を示す説明図、図15及び図16は
ロボットモデルの全体構成図、図17はロボットモデル
におけるW並進運動計算の説明図、図18はロボットモ
デルにおけるP回転運動計算の説明図、図19はロボッ
トモデルにおける流水抗力計算の説明図、図20はロボ
ットモデルにおけるケーブル張力計算の説明図である。
(Robot model) FIG. 12 is an explanatory diagram showing the definition of the robot model, FIG. 13 is an explanatory diagram of the absolute coordinate system and the robot coordinate system, and FIG. 14 shows the relationship (coordinate conversion) between the absolute coordinate system and the robot coordinate system. 15 and 16 are overall configuration diagrams of the robot model, FIG. 17 is an explanatory diagram of W translational motion calculation in the robot model, FIG. 18 is an explanatory diagram of P rotational motion calculation in the robot model, and FIG. 19 is a robot model. FIG. 20 is an explanatory diagram of the running water drag force calculation in FIG. 20, and FIG. 20 is an explanatory diagram of the cable tension calculation in the robot model.

【0053】ロボットモデル24では、前述のようにス
ラスター特性モデル27の計算結果によって与えられた
スラスター推力(F1,F2,F3,F4)から水中ロ
ボット2の位置(X,Y,Z)と姿勢(ψ,θ,φ)を
計算するが、このとき以下に示す仮定を用いる。
In the robot model 24, the position (X, Y, Z) and attitude (X, Y, Z) of the underwater robot 2 are calculated from the thrusts (F1, F2, F3, F4) given by the calculation results of the thruster characteristic model 27 as described above. ψ, θ, φ) is calculated using the following assumptions.

【0054】(1) スラスター推力(F1,F2,F
3,F4)の方向は、図12(a)に示すように下向き
(水中ロボット2を水路壁面に押し付ける方向)を正方
向とする。 (2) 図12(a)及び図12(b)に示すように水
中ロボット2の形状は直方体に近似し、水中ロボット2
の重心Gは前記直方体の中心とする。水中ロボット2の
位置として、この重心Gの位置を(X,Y,Z)で表
す。また、前記直方体(水中ロボット2)の辺の長さは
Lx,Ly,Lz[m]とする。 (3) 水中ロボット2の浮心と重心は一致しているも
のとする。 (4) スラスター推力(F1,F2,F3,F4)は
スラスター4a,4b,4c,4dの中心部で得られる
ものとする。図12(b)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
距離はLa,Lcとする。 (5) 水中ロボット2の回転での慣性モーメントは、
水中ロボット2の重量が、近似した直方体全体に均一に
分布するものとして求める。 (6) 暗渠1の流水による抗力と、ケーブル7の張力
を考慮する。また、これらの流水抗力やケーブル張力を
変化させて外乱を与える。
(1) Thruster thrust (F1, F2, F
As for the direction of (3, F4), the downward direction (the direction of pressing the underwater robot 2 against the wall surface of the waterway) is the positive direction as shown in FIG. (2) As shown in FIGS. 12 (a) and 12 (b), the shape of the underwater robot 2 approximates a rectangular parallelepiped, and the underwater robot 2
The center of gravity G of is the center of the rectangular parallelepiped. As the position of the underwater robot 2, the position of this center of gravity G is represented by (X, Y, Z). The lengths of the sides of the rectangular parallelepiped (underwater robot 2) are Lx, Ly, and Lz [m]. (3) It is assumed that the center of gravity and the center of gravity of the underwater robot 2 match. (4) Thruster thrusts (F1, F2, F3, F4) are obtained at the central portions of the thrusters 4a, 4b, 4c, 4d. As shown in FIG. 12B, the underwater robot 2
Distances from the center of gravity G of the thrusters 4a, 4b, 4c, and 4d to La and Lc. (5) The moment of inertia of rotation of the underwater robot 2 is
It is determined that the weight of the underwater robot 2 is evenly distributed over the approximated rectangular parallelepiped. (6) Consider the drag force of running water of the underdrain 1 and the tension of the cable 7. In addition, the running water drag force and the cable tension are changed to give a disturbance.

【0055】図13に示すように、絶対座標系(X−Y
−Z)は暗渠(矩形水路)1に固定であり、水路方向
(図1に示す矢印Aの水流方向)にX軸、重力方向(上
方向)にZ軸、水路幅方向にY軸をとる。一方、ロボッ
ト座標系(U−V−W)は水中ロボット2に固定であ
り、ロボット前方向にU軸、ロボット上方向にW軸、ロ
ボット幅方向にV軸をとる。また、水中ロボット2の回
転運動を表す場合、U軸回りをP回転、V軸回りをQ回
転、W軸回りをR回転とする。
As shown in FIG. 13, the absolute coordinate system (XY
-Z) is fixed to the underdrain (rectangular water channel) 1, and has an X axis in the water channel direction (the water flow direction of arrow A shown in FIG. 1), a Z axis in the gravity direction (upward), and a Y axis in the water channel width direction. . On the other hand, the robot coordinate system (UVW) is fixed to the underwater robot 2, and has a U axis in the robot front direction, a W axis in the robot upward direction, and a V axis in the robot width direction. Further, when representing the rotational motion of the underwater robot 2, the U-axis rotation is P rotation, the V-axis rotation is Q rotation, and the W-axis rotation is R rotation.

【0056】絶対座標系では、図14に示すように水中
ロボット2の姿勢を、ロール角ψ、ピッチ角θ、ヨー角
φで表す。図13に一点鎖線で示すように水中ロボット
2が水路に平行になっているときには、ψ=θ=φ=0
度とする。図14に示す座標変換について説明すると、
次のとおりである。
In the absolute coordinate system, the attitude of the underwater robot 2 is represented by a roll angle ψ, a pitch angle θ, and a yaw angle φ, as shown in FIG. When the underwater robot 2 is parallel to the water channel as indicated by the one-dot chain line in FIG. 13, ψ = θ = φ = 0
Degree. The coordinate conversion shown in FIG. 14 will be described.
It is as follows.

【0057】(1) X−Y−Z軸をZ軸回りにφ回転
して、X1 −Y1 −Z軸とする。 (2) 次に、Y1 軸回りにθ回転して、U−Y1 −Z
1 軸とする。 (3) そして、U軸回りにψ回転して、U−V−W軸
とする。
(1) The XYZ axis is rotated by φ around the Z axis to form the X 1 -Y 1 -Z axis. (2) Next, rotate by θ around the Y 1 axis to make U-Y 1 -Z
Use 1 axis. (3) Then, ψ rotation is performed around the U axis to form the UVW axis.

【0058】更に、図15及び図16に基づいてロボッ
トモデル24の内容を説明する。なお、図15の
(A),(B),(C),(D)は図16の(A),
(B),(C),(D)にそれぞれつながる。また、図
15及び図16の各部にはS100,S101等の符号
を付した。
Further, the contents of the robot model 24 will be described with reference to FIGS. 15 and 16. Note that (A), (B), (C), and (D) of FIG.
(B), (C) and (D) respectively. Further, the reference numerals S100, S101, etc. are given to the respective units in FIGS. 15 and 16.

【0059】図15に示すように、ロボットモデル24
では、スラスター特性モデル27で計算したスラスター
推力(F1,F2,F3,F4)に基づいて(S10
0)、P回転運動及びQ回転運動の計算を行う(S10
1,S102)。また、R回転運動の計算も行う(S1
05)。
As shown in FIG. 15, the robot model 24
Then, based on the thruster thrusts (F1, F2, F3, F4) calculated by the thruster characteristic model 27 (S10
0), P rotation motion and Q rotation motion are calculated (S10).
1, S102). Also, the R rotation motion is calculated (S1
05).

【0060】P回転運動計算においては(S101)、
スラスター推力F1,F4が負となりラスター推力F
2,F3が正となって(S103)、これらに重心Gか
らスラスター4a,4b,4c,4dまでの距離Lcを
かけてP回転トルクTpとする(S171)。また、Q
回転運動計算においては(S102)、スラスター推力
F1,F2が正となりスラスター推力F3,F4が負と
なって(S104)、これらに重心Gからスラスター4
a,4b,4c,4dまでの距離LaをかけてQ回転ト
ルクTqとする(S172)。一方、R回転運動計算に
おいては、スラスター4a,4b,4c,4dの配置か
ら、R回転運動を生じさせるスラスター推力は得られな
いため、スラスター推力を0としている(S106)。
なお、ここではP,Q回転運動及びR回転運動に対する
流水抗力は0として無視しているが(S107)、これ
を考慮するようにしてもよい。
In the calculation of P rotational motion (S101),
Thruster thrusts F1 and F4 become negative and raster thrust F
2, F3 becomes positive (S103), and these are multiplied by the distance Lc from the center of gravity G to the thrusters 4a, 4b, 4c, 4d to obtain the P rotation torque Tp (S171). Also, Q
In the rotational movement calculation (S102), thruster thrusts F1 and F2 are positive and thruster thrusts F3 and F4 are negative (S104).
The Q rotation torque Tq is obtained by multiplying the distances La to a, 4b, 4c and 4d (S172). On the other hand, in the R rotational motion calculation, the thruster thrust that causes the R rotational motion cannot be obtained from the arrangement of the thrusters 4a, 4b, 4c, 4d, so the thruster thrust is set to 0 (S106).
Although the flowing water drag force with respect to the P, Q rotary motion and R rotary motion is set to 0 and ignored here (S107), this may be taken into consideration.

【0061】そして、P回転運動計算においては(S1
01)、Q回転運動計算及びR回転運動計算で求めた角
速度q,rも考慮して、P回転の角速度pを求める。Q
回転運動計算においては(S102)、P回転運動計算
及びR回転運動計算で求めた角速度p,rと、ケーブル
張力による回転トルクSqも考慮して、Q回転の角速度
qを求める。また、R回転運動計算においては(S10
5)、P回転運動計算及びQ回転運動計算で求めた角速
度q,rと、ケーブル張力による回転トルクSrも考慮
して、R回転の角速度rを求める。
Then, in the P rotational motion calculation, (S1
01), the angular velocities p of the P rotation are calculated in consideration of the angular velocities q and r obtained by the Q rotary motion calculation and the R rotary motion calculation. Q
In the rotational motion calculation (S102), the angular velocity q of the Q rotation is determined in consideration of the angular velocities p and r obtained by the P rotational motion calculation and the R rotational motion calculation and the rotational torque Sq due to the cable tension. In addition, in the R rotational motion calculation (S10
5) The angular velocity r of the R rotation is determined in consideration of the angular velocities q and r obtained by the P rotational motion calculation and the Q rotational motion calculation and the rotational torque Sr due to the cable tension.

【0062】図17に基づき、P回転運動計算について
説明すると、スラスター推力による回転トルクTpと流
水による抗力(トルク)とを加算し(S101−1,S
101−2,S101−3:但し、ここでは流水抗力を
0としている)、更に、角速度qと角速度rとを掛け算
した値に(lyy−lzz)を掛け算した値も加算して
(S101−4〜S101−7,S101−3)、この
加算値をlxxで除算することにより、慣性モーメント
を求め(S101−8)、これを積分して(S101−
9)、角速度pを求める(S101−10)。なお、l
xxは水中ロボットのX軸を中心とした回転の慣性モー
メントであり、lyy,lzzはそれぞれY軸、Z軸回
転の慣性モーメントである。具体的な説明は省略する
が、Q回転運動やR回転運動の計算も同様である。
The P rotational motion calculation will be described with reference to FIG. 17. The rotational torque Tp due to the thrust of thruster and the drag force (torque) due to running water are added (S101-1, S).
101-2, S101-3: However, the running water drag force is assumed to be 0 here), and a value obtained by multiplying the angular velocity q and the angular velocity r by (lyy-lzz) is also added (S101-4). ~ S101-7, S101-3), the moment of inertia is obtained by dividing this added value by lxx (S101-8), and this is integrated (S101-).
9), the angular velocity p is calculated (S101-10). Note that l
xx is the moment of inertia of rotation about the X axis of the underwater robot, and lyy and lzz are the moments of inertia of rotation of the Y axis and Z axis, respectively. Although a detailed description is omitted, the same applies to the calculation of the Q rotary motion and the R rotary motion.

【0063】また、図15に示すように、ロボットモデ
ル24ではスラスター推力(F1,F2,F3,F4)
に基づいて(S100)、W並進運動の計算を行う(S
108)。更に、V並進運動の計算も行う(S10
9)。なお、現状、U並進運動(S110)については
特に計算をしていないが、水流抗力FUなどに基づいて
U並進運動(U方向の並進力)を考慮してもよい。W並
進運動計算においては(S108)、W軸方向のスラス
ター推力F1,F2,F3,F4を負とし(S11
1)、これらを加えてW並進力TWとしている。なお、
V並進運動計算においては、スラスター4a,4b,4
c,4dの配置から、V並進運動を生じさせるスラスタ
ー推力は得られないため、スラスター推力(並進力)を
0としている(S113)。
Further, as shown in FIG. 15, in the robot model 24, thruster thrust (F1, F2, F3, F4)
(S100), the W translational motion is calculated (S100).
108). Further, the V translation motion is also calculated (S10
9). Note that the U translational motion (S110) is not currently calculated, but the U translational motion (translational force in the U direction) may be considered based on the water flow drag force FU. In the W translational motion calculation (S108), thruster thrusts F1, F2, F3, F4 in the W-axis direction are set to be negative (S11).
1), these are added to obtain the W translational force TW. In addition,
In the V translation calculation, the thrusters 4a, 4b, 4
The thruster thrust (translational force) is set to 0 (S113) because the thruster thrust that causes the V translational motion cannot be obtained from the arrangement of c and 4d.

【0064】そして、W並進運動計算においては(S1
08)、流水抗力FWと、ケーブル張力SWと、V並進
運動計算及びU並進運動計算で求めた並進速度v,u
と、P回転運動計算及びQ回転運動計算で求めた角速度
p,qも考慮して、W並進方向の速度wを求める。ま
た、V並進運動計算においては(S109)、流水抗力
FVと、ケーブル張力SVと、W並進運動計算及びU並
進運動計算で求めた並進速度w,uと、P回転運動計算
及びR回転運動計算で求めた角速度p,rも考慮して、
V並進方向の速度vを求める。但し、並進速度uは0と
している(S121)。なお、U並進を横移動とする
と、車輪の左右の回転制御により左、右切可能であり、
また、ステアリング機能の付加も可能であるため、u=
0に固定する必要はない。
In the W translational motion calculation, (S1
08), running water drag force FW, cable tension SW, and translational velocities v and u obtained by V translational motion calculation and U translational motion calculation.
Also, the velocity w in the W translation direction is obtained in consideration of the angular velocities p and q obtained by the P rotational motion calculation and the Q rotational motion calculation. Further, in the V translation calculation (S109), the running water drag force FV, the cable tension SV, the translation velocities w and u obtained by the W translation calculation and the U translation calculation, and the P rotational motion calculation and the R rotational motion calculation. Considering the angular velocities p and r obtained in
The velocity v in the V translation direction is obtained. However, the translational speed u is set to 0 (S121). When U translation is lateral movement, left / right turning is possible by controlling the left / right rotation of the wheels.
Moreover, since a steering function can be added, u =
It does not need to be fixed at 0.

【0065】図18に基づき、W並進運動計算について
説明すると、スラスター推力TWと、流水の抗力FW
と、ケーブル張力SWとを加算し(S108−1〜S1
08−5)、更に、並進速度uと角速度qとを掛けた値
に水中ロボット2の質量mを掛けた値と、並進速度vと
角速度pとを掛けた値に質量mを掛けた値とを加算して
(S108−6〜S108−14,S108−5)、こ
の加算値を質量mで割って加速度を求め(S108−1
5)、これを積分して並進速度wを求める(S108−
16,S108−17)。具体的な説明は省略するが、
V並進運動の計算も同様である。P回転運動及びW並進
運動について上記のとおり説明したが、このモデルはオ
イラーの公式をブロック化したものである。
Referring to FIG. 18, the W translational motion calculation will be described. Thruster thrust TW and running water drag FW
And the cable tension SW are added (S108-1 to S1
08-5), a value obtained by multiplying a value obtained by multiplying the translational velocity u by the angular velocity q by the mass m of the underwater robot 2, and a value obtained by multiplying a value obtained by multiplying the translational velocity v by the angular velocity p by the mass m. Is added (S108-6 to S108-14, S108-5), and the acceleration is calculated by dividing the added value by the mass m (S108-1).
5) and integrate this to obtain the translational velocity w (S108-
16, S108-17). Although a detailed explanation is omitted,
Calculation of V translation is similar. The P-rotational motion and the W translational motion have been described above, but this model is a block of Euler's formula.

【0066】ケーブル張力計算においては(S11
4)、ケーブル張力を算出し、水中ロボット2の姿勢を
考慮して(図16のS130の出力)、このケーブル張
力のV,W成分SV,SWを求める。また、ケーブル張
力計算では(S114)、ケーブル張力から、水中ロボ
ット2の重心位置までの長さを考慮してケーブル張力に
よるQ回転とR回転の回転トルクSq,Srを求める
(S115)。
In calculating the cable tension (S11
4) The cable tension is calculated, and the V and W components SV and SW of the cable tension are obtained in consideration of the posture of the underwater robot 2 (output of S130 in FIG. 16). Further, in the cable tension calculation (S114), the rotational torques Sq and Sr for Q rotation and R rotation due to the cable tension are obtained in consideration of the length from the cable tension to the position of the center of gravity of the underwater robot 2 (S115).

【0067】図19に基づき、ケーブル張力計算につい
て説明すると、水中ロボット2のX軸方向の位置(X位
置)が基準位置X0 以下、即ち、ケーブル7の弛みがな
くなるまではケーブル張力を0とし、水中ロボット2の
X位置が基準位置X0 を越えた場合には、その越えた距
離に応じてケーブル7がばねように伸びることにより、
図示のようにケーブル張力が増加するとして、ケーブル
張力を計算している。水中ロボットのX位置は水中ロボ
ットが流水から受ける抗力により流されるので変化す
る。しかし、ケーブル張力によって水中ロボットは流さ
れないようになる。即ち、ケーブル張力と流水からの抗
力がバランスするところ(ケーブル張力=流水からの抗
力)までX位置が変わる。ケーブル張力のV,W成分
は、水中ロボット2の姿勢に応じたV軸方向及びW軸方
向の分力である。
The cable tension calculation will be described with reference to FIG. 19. The cable tension is set to 0 until the position (X position) of the underwater robot 2 in the X-axis direction is equal to or less than the reference position X 0 , that is, until the cable 7 is no longer loose. When the X position of the underwater robot 2 exceeds the reference position X 0 , the cable 7 extends like a spring in accordance with the exceeded distance,
The cable tension is calculated assuming that the cable tension increases as shown in the figure. The X position of the underwater robot changes because it is swept by the drag force received by the underwater robot from the running water. However, the cable tension prevents the underwater robot from being washed away. That is, the X position changes to the point where the cable tension and the drag force from the running water are balanced (cable tension = drag force from the running water). The V and W components of the cable tension are component forces in the V-axis direction and the W-axis direction according to the posture of the underwater robot 2.

【0068】また、図15に示すように、流水による抗
力の計算においては(S117)、まず、暗渠(水路)
1を流れる水(海水等)の流水速度を設定する(S12
0)。この流水速度をキーボード28から入力して任意
に設定を変更することができるようにし、或いは、計画
的に流水速度を変化させることなどにより、流水抵抗を
外乱として与えることができる。そして、設定した流水
速度に対し、水中ロボット2の姿勢を考慮して(図16
のS130の出力)、流水速度のU,V,W成分を求め
(S118)、この流水速度に対するW並進運動計算及
びV並進運動計算で求めた並進速度w,vの相対速度を
求め(S119)、この相対速度を用いて流水による抗
力の計算を行う(S117)。
As shown in FIG. 15, in the calculation of the drag force due to running water (S117), first, the underdrain (water channel)
The flow velocity of the water (seawater etc.) flowing through 1 is set (S12).
0). The flowing water resistance can be given as a disturbance by inputting this flowing water speed from the keyboard 28 so that the setting can be arbitrarily changed, or by changing the flowing water speed intentionally. Then, the posture of the underwater robot 2 is considered with respect to the set running speed (see FIG. 16).
Output of S130), the U, V, W components of the water flow velocity are obtained (S118), and the relative velocity of the translational velocities w and v obtained by the W translational motion calculation and the V translational motion calculation with respect to this water flow velocity is obtained (S119). Then, the drag due to running water is calculated using this relative velocity (S117).

【0069】図20に基づき、流水抗力計算について説
明すると、流水抗力Fは下式によって計算する。下式に
おいて、ρは水(海水)の密度、Aは水中ロボット2の
水流方向への投影面積、Vは速度(相対速度)、CD
水中ロボット2の形状による係数で実験値などを用い
る。 F=1/2(ρAV2 D
The running water drag force calculation will be described with reference to FIG. 20. The running water drag force F is calculated by the following equation. In the following equation, ρ is the density of water (seawater), A is the projected area of the underwater robot 2 in the direction of the water flow, V is the velocity (relative velocity), and C D is a coefficient depending on the shape of the underwater robot 2 and is an experimental value. . F = 1/2 (ρAV 2 C D)

【0070】また、図16に示すように、P回転運動計
算、Q回転運動計算及びR回転運動計算で求めた角速度
p,q,rを、ロボット座標系から絶対座標系へ変換し
(S122)、この絶対座標系の角速度を積分して(S
123,S124,S125)、絶対座標系の角度(ロ
ール角、ピッチ角、ヨー角)を求める(S126,S1
27,S128)。更に、この角度を座標変換し(S1
29)、速度をロボット座標系から絶対座標系に変換し
て(S131〜S136)、これを積分することにより
X位置、Y位置、Z位置を求める(S137〜S14
2)。つまり、W方向やV方向の並進速度w,vで水中
ロボット2が並進する際、水中ロボット2のX位置,Y
位置及びZ位置がどのよう変化するかは水中ロボット2
の姿勢によって異なるため、ここでは水中ロボット2の
姿勢(ロール角、ピッチ角、ヨー角)と並進速度w,v
とからX位置、Y位置及びZ位置を求める。また、角度
を座標変換して(S130)、前述したように流水速度
やケーブル張力のU,V,W成分の算出に用いる(S1
14,S118)。
Further, as shown in FIG. 16, the angular velocities p, q and r obtained by the P rotary motion calculation, the Q rotary motion calculation and the R rotary motion calculation are converted from the robot coordinate system to the absolute coordinate system (S122). , The angular velocity of this absolute coordinate system is integrated (S
123, S124, S125), and the angles (roll angle, pitch angle, yaw angle) of the absolute coordinate system are calculated (S126, S1).
27, S128). Further, this angle is subjected to coordinate conversion (S1
29), the velocity is converted from the robot coordinate system to the absolute coordinate system (S131 to S136), and this is integrated to obtain the X position, Y position, and Z position (S137 to S14).
2). That is, when the underwater robot 2 translates at translational speeds w and v in the W direction and the V direction, the X position and Y of the underwater robot 2 are translated.
Underwater robot 2 how the position and Z position change
The posture of the underwater robot 2 (roll angle, pitch angle, yaw angle) and the translational speeds w and v are different.
X position, Y position and Z position are obtained from and. Further, the angles are coordinate-converted (S130) and used for calculating the U, V, and W components of the water flow velocity and the cable tension as described above (S1).
14, S118).

【0071】(センサモデル)図21はセンサモデルの
説明図である。同図に示すように、センサモデル24で
は、ロボットモデル24で計算された水中ロボット2の
X位置,Y位置,Z位置と、水中ロボット2の姿勢を表
すロール角ψ,ピッチ角θ,ヨー角φとに基づいて、傾
斜計5a,5b,5bの計測値∠X,∠Y,∠Zと、水
中ロボット2の下面2aの超音波センサ6a,6bの計
測値UD1,UD2を計算する。なお、ここでは測定誤
差は考慮していない。また、図示例では、側面2c,2
dの超音波センサ6c,6d,6e,6fの計測値はP
ID制御に使用しないため計算していないが、これらの
計測値も計算して例えばCRT23に表示するようにし
てもよい。
(Sensor Model) FIG. 21 is an explanatory diagram of a sensor model. As shown in the figure, in the sensor model 24, the X position, Y position, and Z position of the underwater robot 2 calculated by the robot model 24, the roll angle ψ, the pitch angle θ, and the yaw angle representing the attitude of the underwater robot 2 are shown. Based on φ, the measured values ∠X, ∠Y, ∠Z of the inclinometers 5a, 5b, 5b and the measured values UD1, UD2 of the ultrasonic sensors 6a, 6b on the lower surface 2a of the underwater robot 2 are calculated. The measurement error is not taken into consideration here. Further, in the illustrated example, the side surfaces 2c, 2
The measurement value of the ultrasonic sensors 6c, 6d, 6e, 6f of d is P
Although not calculated because it is not used for ID control, these measured values may also be calculated and displayed on the CRT 23, for example.

【0072】(制御ロジックモデル)図22は制御ロジ
ックモデルの説明図、図23はPID制御の切り換えタ
イミングを示す説明図、図24は制御ロジックモデルに
おける推力指令から回転数指令への変換の説明図であ
る。
(Control Logic Model) FIG. 22 is an explanatory view of the control logic model, FIG. 23 is an explanatory view showing switching timing of PID control, and FIG. 24 is an explanatory view of conversion from thrust command to rotation speed command in the control logic model. Is.

【0073】図22に示すように、制御ロジックモデル
26ではセンサモデル26で計算された傾斜計5aの計
測値∠Xと、ロボット下面2aの超音波センサ6a,6
bの計測値UD1,UD2(両者の平均値を計測距離と
し、また、両者の差から角度を求める)とに基づいて、
ロールPID制御、ピッチ角PID制御、浮上PID制
御及び着地PID制御の計算を行う(S154,S15
5,S156,S157)。即ち、図4、図5、図6及
び図7に示す浮上PID制御、ロールPID制御、着地
PID制御及びピッチ角PID制御のシミュレーション
計算をする。このとき、目標値として、実機と同様、図
8に示す浮上距離計画値及び浮上速度計画値、図9に示
すロール角計画値及びロール角速度計画値、図10に示
す着地距離計画値及び着地速度計画値を与える。
As shown in FIG. 22, in the control logic model 26, the measured value ∠X of the inclinometer 5a calculated by the sensor model 26 and the ultrasonic sensors 6a, 6 on the lower surface 2a of the robot.
Based on the measured values UD1 and UD2 of b (the average value of both is used as the measured distance, and the angle is obtained from the difference between the two),
Roll PID control, pitch angle PID control, levitation PID control, and landing PID control are calculated (S154, S15).
5, S156, S157). That is, the simulation calculation of the floating PID control, roll PID control, landing PID control, and pitch angle PID control shown in FIGS. 4, 5, 6 and 7 is performed. At this time, as the target values, as in the case of the actual machine, the flying distance plan value and the flying speed plan value shown in FIG. 8, the roll angle plan value and the roll angular velocity plan value shown in FIG. 9, and the landing distance plan value and landing speed shown in FIG. Give the planned value.

【0074】なお、PID制御の切り換えタイミング
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23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23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。
The switching timing of the PID control may be switched when the measured value converges within a predetermined range with respect to the target value in each PID control, and as shown in FIG. You may make it switch at the set time. In FIG. 23, after the levitation operation (levitation PID control) is performed for 2 seconds, the levitation operation is changed to the rotation operation, the rotation operation (roll PID control) is performed for 1 second, and then the rotation operation is changed to the landing operation. A landing operation (landing PID control) is performed for a second.

【0075】また、図22に示すように、推力指令値を
計算したら、この推力指令値から回転数指令値に変換す
る(S158,S159)。図24に基づいて説明する
と、まず、推力指令値(Q回転トルク指令値)に1/
(4×La)を掛けた値と、推力指令値(P回転トルク
指令値)に1/(4×Lc)を掛けた値と、推力指令値
(W方向の並進指令)に1/4を掛けた値とを加算し
て、各スラスターの推力指令値を求める(S158−1
〜S158−13)。そして、所定回転数(図示例では
1800rpm)での推力値をもとに推力指令値を回転
数指令値に変換し(S158−14)、この各スラスタ
ーの回転数指令値をリミッタを介して出力する(S15
8−15,S159)。即ち、ここではインバータ11
をシミュレーションしている。
Further, as shown in FIG. 22, when the thrust force command value is calculated, this thrust force command value is converted into a rotation speed command value (S158, S159). Referring to FIG. 24, first, the thrust command value (Q rotation torque command value) is 1 /
The product of (4 × La), the thrust command value (P rotation torque command value) multiplied by 1 / (4 × Lc), and the thrust command value (translation command in the W direction) multiplied by 1/4. The thrust command value of each thruster is obtained by adding the multiplied value (S158-1).
~ S158-13). Then, the thrust command value is converted into a rotation speed command value based on the thrust value at a predetermined rotation speed (1800 rpm in the illustrated example) (S158-14), and the rotation speed command value of each thruster is output via the limiter. Yes (S15
8-15, S159). That is, here, the inverter 11
Is simulating.

【0076】(スラスター特性モデル)図24はスラス
ター特性モデルの説明図である。同図に示すように、ス
ラスター特性モデル27では、スラスター形状から計算
により求めた回転数と推力の関係(スラスター特性)に
基づいて、回転数指令値に対応するスラスター推力を求
める。なお、正転と逆転とでスラスター特性が異なるた
め、両方のスラスター特性を用いている。
(Thruster characteristic model) FIG. 24 is an explanatory diagram of the thruster characteristic model. As shown in the figure, in the thruster characteristic model 27, the thrust thrust corresponding to the rotation speed command value is obtained based on the relationship between the rotation speed and the thrust (thruster characteristics) calculated from the thruster shape. Since the thrust characteristics differ between forward rotation and reverse rotation, both thrust characteristics are used.

【0077】図25〜図29には、この水中ロボット操
作支援シミュレータ21によって図3に示すような浮上
動作、回転動作及び着地動作のPID制御をシミュレー
ションした結果を示す。
25 to 29 show the results of simulating the PID control of the levitating motion, the rotating motion and the landing motion as shown in FIG. 3 by the underwater robot operation support simulator 21.

【0078】図26はロボット重心位置の変化であり、
横軸が時間(秒)、縦軸が位置(m)である。この図2
6から、浮上動作、着地動作ともに約2秒で目標位置に
到達していることがわかる。図27はロボット姿勢の変
化であり、横軸は時間(秒)、縦軸は角度(度)であ
る。この図27から、回転動作により、ロール角が0度
から90度に変化することがわかる。なお、このときの
シミュレーションでは、1秒間の回転動作では完全に9
0度に収束できていないため、着地動作に入ってからも
90度への収束動作がみられる。図28はスラスター回
転数の変化であり、横軸は時間(秒)、縦軸は回転数
(rpm)である。この図28から、浮上動作時と着地
動作時には全スラスター4a,4b,4c,4dが同じ
回転数となり、回転動作時には左右のスラスター4a,
4bと4c,4dとで回転数が正負反対になることが分
かる。なお、各動作において回転数の正負が反転してい
るのは、速度が速くなり過ぎるのを抑えるためブレーキ
がかかていることを表している。図29は超音波センサ
計測値の変化であり、横軸が時間(秒)、縦軸が計測距
離(m)である。この図29から、浮上動作及び着地動
作における計測距離が浮上距離計画値及び着地距離計画
値に応じた変化を示しているのがわかる。なお、途中の
急峻な変化は暗渠(矩形水路)1の角部に対する計測距
離の変化である。
FIG. 26 shows changes in the position of the center of gravity of the robot.
The horizontal axis represents time (seconds) and the vertical axis represents position (m). This Figure 2
From FIG. 6, it is understood that the target position is reached in about 2 seconds for both the levitating motion and the landing motion. FIG. 27 shows changes in robot posture, where the horizontal axis represents time (seconds) and the vertical axis represents angle (degrees). From FIG. 27, it can be seen that the roll angle changes from 0 degree to 90 degrees by the rotating operation. In the simulation at this time, it took 9 seconds to complete the rotation operation for 1 second.
Since it has not converged to 0 degree, it can be seen to converge to 90 degree even after entering the landing operation. FIG. 28 shows changes in the number of rotations of the thruster, the horizontal axis represents time (seconds), and the vertical axis represents rotation speed (rpm). From FIG. 28, all the thrusters 4a, 4b, 4c, 4d have the same rotational speed during the floating operation and the landing operation, and the left and right thrusters 4a, 4a during the rotational operation.
It can be seen that the rotational speeds of 4b, 4c, and 4d are opposite to each other. The fact that the positive and negative signs of the rotational speed are reversed in each operation means that the brake is applied in order to prevent the speed from becoming too fast. FIG. 29 shows changes in the ultrasonic sensor measurement values, where the horizontal axis represents time (seconds) and the vertical axis represents measurement distance (m). From FIG. 29, it can be seen that the measured distances in the levitation operation and the landing operation show changes according to the levitation distance plan value and the landing distance plan value. The steep change on the way is a change in the measured distance with respect to the corner of the underdrain (rectangular water channel) 1.

【0079】以上のように、本実施の形態の水中ロボッ
ト操作支援シミュレータ21によれば、ロボットモデル
24、センサモデル25、制御ロジックモデル26及び
スラスター特性モデル27を有してなる水中ロボットシ
ミュレーションモデルを備えることにより、水中ロボッ
ト2の制御動作の把握などを容易に行うことができた
め、ロボット操作員の操作支援に資することができ、実
機(実際の水中ロボット)の付加価値を高めることにも
なる。
As described above, according to the underwater robot operation support simulator 21 of the present embodiment, an underwater robot simulation model including the robot model 24, the sensor model 25, the control logic model 26 and the thruster characteristic model 27 is obtained. By being provided, the control operation of the underwater robot 2 can be easily grasped, which can contribute to the operation support of the robot operator and also increase the added value of the actual machine (actual underwater robot). .

【0080】また、自動モードから手動モードに切り換
えて、ロボット操作員の手動操作による浮上動作、回転
動作及び着地動作をシミュレーションすることができる
ようにしたことにより、容易に手動運転操作の訓練を行
うことができて、ロボット操作員の技術向上を図ること
ができため、習熟期間の短縮することができ、また、手
動操作による浮上動作、回転動作及び着地動作の信頼性
が向上する。
Further, by switching from the automatic mode to the manual mode so that the levitation operation, the rotation operation and the landing operation by the manual operation of the robot operator can be simulated, the training of the manual operation operation can be easily carried out. Therefore, the skill of the robot operator can be improved, so that the learning period can be shortened, and the reliability of the levitating operation, the rotating operation, and the landing operation by the manual operation are improved.

【0081】[0081]

【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操作支援シ
ミュレータは、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の操作支援シミュレータであっ
て、推力発生手段特性モデルで計算された推力に基づい
て、水中ロボットの位置と姿勢を計算するロボットモデ
ルと、このロボットモデルで計算された水中ロボットの
位置と姿勢に基づいて、回転角計測手段の計測値と距離
計測手段の計測値とを計算するセンサモデルと、このセ
ンサモデルで計算された回転角計測手段の計測値と距離
計測手段の計測値に基づいて、制御手段におけるPID
制御のシミュレーション計算を行うことにより推力指令
値を求め、この推力指令値を回転数指令値に変換する制
御ロジックモデルと、この制御ロジックモデルで求めた
回転数指令値に基づいて、推力発生手段の推力を求める
推力発生手段特性モデルと、を有してなる水中ロボット
シミュレーションモデルを備えたことを特徴とする。
As described above in detail with the embodiments of the invention, the underwater robot operation assisting simulator of the first invention comprises thrust generating means, rotation angle measuring means, distance measuring means and control means. , An operation support simulator for an underwater robot that performs levitation motion, rotation motion, and landing motion in sequence in a rectangular waterway to transfer between waterway wall surfaces, based on the thrust calculated by a thrust generation means characteristic model. A robot model that calculates the position and orientation, and a sensor model that calculates the measurement value of the rotation angle measurement means and the measurement value of the distance measurement means based on the position and orientation of the underwater robot calculated by this robot model, The PID in the control means is based on the measured value of the rotation angle measuring means and the measured value of the distance measuring means calculated by the sensor model.
The thrust command value is obtained by performing a control simulation calculation, and based on the control logic model that converts this thrust command value to the rotation speed command value and the rotation speed command value obtained by this control logic model, An underwater robot simulation model including a thrust generation means characteristic model for obtaining thrust is provided.

【0082】従って、この第1発明の水中ロボット操作
支援シミュレータによれば、水中ロボットの制御動作の
把握などを容易に行うことができため、ロボット操作員
の操作支援に資することができ、実機(実際の水中ロボ
ット)の付加価値を高めることにもなる。
Therefore, according to the underwater robot operation support simulator of the first aspect of the present invention, the control operation of the underwater robot can be easily grasped, so that it is possible to contribute to the operation support of the robot operator and the actual machine ( It will also increase the added value of the actual underwater robot).

【0083】また、第2発明の水中ロボット操作支援シ
ミュレータは、第1発明の水中ロボット操作支援シミュ
レータにおいて、前記水中ロボットシミュレーションモ
デルを構成する全てのモデルを作動させる自動モード
と、前記水中ロボットシミュレーションモデルにおいて
制御ロジックモデルは作動させずにその他のモデルだけ
を作動させる手動モードとの切り換えを可能とし、且
つ、ロボット手動運転操作手段を備えて、手動モード時
には、ロボット操作員がロボット手動運転操作手段によ
って手動運転操作をし、この手動運転操作信号に応じた
回転数指令値をスラスター特性モデルへ入力することに
より水中ロボットの手動運転操作をシミュレーションす
るように構成したことを特徴とする。
Further, the underwater robot operation support simulator of the second invention is the underwater robot operation support simulator of the first invention, in which an automatic mode for operating all models constituting the underwater robot simulation model and the underwater robot simulation model. The control logic model can be switched to the manual mode in which only the other models are operated, and the robot manual operation operation means is provided, and the robot operator operates the robot manual operation operation means in the manual mode. It is characterized in that it is configured to simulate a manual driving operation of an underwater robot by performing a manual driving operation and inputting a rotation speed command value corresponding to the manual driving operation signal to a thruster characteristic model.

【0084】従って、この第2発明の水中ロボット操作
支援シミュレータによれば、容易に手動運転操作の訓練
を行うことができて、ロボット操作員の技術向上を図る
ことができため、習熟期間の短縮することができ、ま
た、手動操作による浮上動作、回転動作及び着地動作の
信頼性が向上する。
Therefore, according to the underwater robot operation support simulator of the second aspect of the present invention, the training of the manual driving operation can be easily performed and the skill of the robot operator can be improved, so that the learning period can be shortened. In addition, the reliability of the levitating operation, the rotating operation, and the landing operation by the manual operation is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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。
FIG. 1 is an overall system configuration diagram of an underwater robot according to an embodiment of the present invention.

【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。
FIG. 2A is a perspective view of the underwater robot seen from below, and FIG. 2B is a perspective view of the underwater robot seen from above.

【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。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a state in which an underwater robot transfers between channel wall surfaces in an underdrain (rectangular channel).

【図4】浮上PID制御のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of floating PID control.

【図5】ロールPID制御のブロック図である。FIG. 5 is a block diagram of roll PID control.

【図6】着地PID制御のブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of landing PID control.

【図7】ピッチPID制御のブロック図である。FIG. 7 is a block diagram of pitch PID control.

【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。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a levitation distance plan value and a levitation speed plan value given in levitation PID control.

【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。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a roll angle planned value and a roll angular velocity planned value given in roll PID control.

【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。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a landing distance plan value and a landing speed plan value given in landing PID control.

【図11】本実施の形態に係る水中ロボット操作支援シ
ミュレータの全体構成図である。
FIG. 11 is an overall configuration diagram of an underwater robot operation support simulator according to the present embodiment.

【図12】ロボットモデルの定義を表す説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram showing the definition of a robot model.

【図13】絶対座標系とロボット座標系の説明図であ
る。
FIG. 13 is an explanatory diagram of an absolute coordinate system and a robot coordinate system.

【図14】絶対座標系とロボット座標系の関係(座標変
換)を示す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a relationship (coordinate conversion) between an absolute coordinate system and a robot coordinate system.

【図15】ロボットモデルの全体構成図である。FIG. 15 is an overall configuration diagram of a robot model.

【図16】ロボットモデルの全体構成図である。FIG. 16 is an overall configuration diagram of a robot model.

【図17】ロボットモデルにおけるW並進運動計算の説
明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram of W translational motion calculation in the robot model.

【図18】ロボットモデルにおけるP回転運動計算の説
明図である。
FIG. 18 is an explanatory diagram of P rotational motion calculation in the robot model.

【図19】ロボットモデルにおける流水抗力計算の説明
図である。
FIG. 19 is an explanatory diagram of flowing water drag calculation in the robot model.

【図20】ロボットモデルにおけるケーブル張力計算の
説明図である。
FIG. 20 is an explanatory diagram of cable tension calculation in the robot model.

【図21】センサモデルの説明図である。FIG. 21 is an explanatory diagram of a sensor model.

【図22】制御ロジックモデルの説明図である。FIG. 22 is an explanatory diagram of a control logic model.

【図23】PID制御の切り換えタイミングを示す説明
図である。
FIG. 23 is an explanatory diagram showing switching timing of PID control.

【図24】制御ロジックモデルにおける推力指令から回
転数指令への変換の説明図である。
FIG. 24 is an explanatory diagram of conversion of a thrust command into a rotation speed command in a control logic model.

【図25】シミュレーション結果を示す図である。FIG. 25 is a diagram showing simulation results.

【図26】シミュレーション結果を示す図である。FIG. 26 is a diagram showing a simulation result.

【図27】シミュレーション結果を示す図である。FIG. 27 is a diagram showing simulation results.

【図28】シミュレーション結果を示す図である。FIG. 28 is a diagram showing a simulation result.

【図29】シミュレーション結果を示す図である。FIG. 29 is a diagram showing simulation results.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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画面 10 電源 11 インバータ 12 ブラシ 21 水中ロボット操作支援シミュレータ 22 本体部 23 CRT 24 ロボットモデル 25 センサモデル 26 制御ロジックモデル 27 スラスター特性モデル 28 キーボード 1 Underdrain (rectangular waterway) 1a Wall surface (bottom surface) 1b Wall surface (right side) 1c Wall surface (left side) 1d wall surface (upper surface) 2 Underwater robot 2a lower surface 2b upper surface 2c Side (right) 2d Side (left side) 3a-3d wheels 4a-4d thruster 5a-5c inclinometer 6a to 6f ultrasonic sensor 7 cable 8 control device 9 CRT screen 10 power supplies 11 inverter 12 brushes 21 Underwater robot operation support simulator 22 Body 23 CRT 24 Robot model 25 sensor model 26 Control logic model 27 Thruster characteristic model 28 keyboard

───────────────────────────────────────────────────── 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 HS27 JS01 KS18 KS20 KS36 KV18 KX02 LV23 LW07 WA16 WA25 WA27 WC03 WC04    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Nishimae Etsushi             2-1-1 Niihama, Arai-cho, Takasago, Hyogo Prefecture             Takasago Laboratory, Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. F-term (reference) 3C007 AS15 AS28 CS08 HS27 JS01                       KS18 KS20 KS36 KV18 KX02                       LV23 LW07 WA16 WA25 WA27                       WC03 WC04

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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の操作支援シミュレータであっ
て、 推力発生手段特性モデルで計算された推力に基づいて、
水中ロボットの位置と姿勢を計算するロボットモデル
と、 このロボットモデルで計算された水中ロボットの位置と
姿勢に基づいて、回転角計測手段の計測値と距離計測手
段の計測値とを計算するセンサモデルと、 このセンサモデルで計算された回転角計測手段の計測値
と距離計測手段の計測値に基づいて、制御手段における
PID制御のシミュレーション計算を行うことにより推
力指令値を求め、この推力指令値を回転数指令値に変換
する制御ロジックモデルと、 この制御ロジックモデルで求めた回転数指令値に基づい
て、推力発生手段の推力を求める推力発生手段特性モデ
ルと、を有してなる水中ロボットシミュレーションモデ
ルを備えたことを特徴とする水中ロボット操作支援シミ
ュレータ。
1. An operation of an underwater robot, which comprises thrust generating means, rotation angle measuring means, distance measuring means and control means, and performs a levitating operation, a rotating operation and a landing operation in order in a rectangular waterway to transfer between waterway wall surfaces. It is a support simulator, and based on the thrust calculated by the thrust generation means characteristic model,
A robot model that calculates the position and orientation of the underwater robot, and a sensor model that calculates the measurement value of the rotation angle measurement means and the measurement value of the distance measurement means based on the position and orientation of the underwater robot calculated by this robot model. Based on the measured value of the rotation angle measuring means and the measured value of the distance measuring means calculated by this sensor model, a thrust force command value is obtained by performing a simulation calculation of PID control in the control means, and this thrust force command value is calculated. Underwater robot simulation model having a control logic model for converting to a rotation speed command value and a thrust generation means characteristic model for obtaining the thrust of the thrust generation means based on the rotation speed command value obtained by this control logic model An underwater robot operation support simulator characterized by having.
【請求項2】 請求項1に記載する水中ロボット操作支
援シミュレータにおいて、 前記水中ロボットシミュレーションモデルを構成する全
てのモデルを作動させる自動モードと、前記水中ロボッ
トシミュレーションモデルにおいて制御ロジックモデル
は作動させずにその他のモデルだけを作動させる手動モ
ードとの切り換えを可能とし、且つ、ロボット手動運転
操作手段を備えて、手動モード時には、ロボット操作員
がロボット手動運転操作手段によって手動運転操作を
し、この手動運転操作信号に応じた回転数指令値をスラ
スター特性モデルへ入力することにより水中ロボットの
手動運転操作をシミュレーションするように構成したこ
とを特徴とする水中ロボット操作支援シミュレータ。
2. The underwater robot operation support simulator according to claim 1, wherein an automatic mode in which all models forming the underwater robot simulation model are activated, and a control logic model in the underwater robot simulation model is not activated. It is possible to switch to a manual mode in which only other models are operated, and a robot manual operation operating means is provided. In the manual mode, a robot operator manually operates the robot manual operation operating means to perform this manual operation. An underwater robot operation support simulator characterized by being configured to simulate a manual operation operation of an underwater robot by inputting a rotation speed command value corresponding to an operation signal into a thruster characteristic model.
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