JP2004284454A

JP2004284454A - Device and method for mating connector for diving machine

Info

Publication number: JP2004284454A
Application number: JP2003077469A
Authority: JP
Inventors: Tamaki Ura; 環浦; Kenji Nagahashi; 賢司永橋; Takashi Obara; 敬史小原
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2003-03-20
Filing date: 2003-03-20
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: JP4054701B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mating device for mating connectors with each other by positioning a connector on a diving machine side to a connector on a connection object side without depending on a docking device or the like. <P>SOLUTION: The mating device comprises connectors 5 attachable/detachable underwater, a manipulator 7 which holds the connectors 5 to reciprocally move the connectors 5 to at least the direction in which connection surfaces of the connectors 5 are directed, an image pickup machine 9 to pick up the image of the direction in which the connection surfaces of the connectors 5 are directed, a laser beam irradiation machine 11 to irradiate at least three laser beams parallel to the direction in which the connection surfaces of the connectors 5 are directed from the position surrounding the image pickup machine 9, an illumination machine 13 to illuminate at least a range in which the image pickup machine 9 picks up the image, an image analysis means 15 to analyze the image picked up by the image pickup machine 9, a drive control means 15 to control the drive of the laser beam irradiation machine, the image pickup machine 9, and the illumination machine 13, and a manipulator control means 17 to control the operation of the manipulator 7. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中で潜水機に設けられたコネクタを連結対象が有するコネクタに接続するための潜水機用のコネクタのメイティング技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中において、母船などにケーブルで連結されていない無索式または自律型の潜水機、例えば遠隔操縦型無索無人潜水機（以下ＲＯＶと略称する）や自律型海中ロボット（以下ＡＵＶと略称する）などが有するコネクタを、これらの潜水機への電力供給や、これらの潜水機との情報交換などを行う連結対象、例えば水中観測基地などの人工構造物（以下「水中基地」と称する）や母船にケーブルで連結された有索式の潜水機などに設けられている電力供給用あるいは情報伝達用のコネクタに連結して電気的または光学的に接続すること、すなわちメイティングすることで電力供給を受けたり、情報交換を行ったりすることは、海中観測などの自動化、長期化において必要不可欠な行動である。
【０００３】
このようなＲＯＶやＡＵＶなどの潜水機などを、水中基地や有索潜水機などの連結対象にドッキングさせて互いのコネクタをメイティングするため、トランスポンダーを用いて潜水機を誘導すると共に、ドッキング装置によって潜水機をドッキングさせてコネクタをメイティングすることが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
さらに、超音波発振器を用いて潜水機を誘導すると共に、捕捉装置で潜水機を捕捉し、この捕捉した潜水機をドッキング装置によってドッキングさせてコネクタをメイティングすることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。また、誘導信号を用いて潜水機を誘導すると共に、連結対象側に水流に応じて向きが変わる着座台を設け、捕捉機構で水流の上流側から近づいてくる潜水機を捕捉してコネクタをメイティングすることが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−２６６７９４号公報（第２−３頁、第１−３図）
【特許文献２】
特開平７−２２３５８９号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献３】
特開２０００−２７５８３号公報（第４−６頁、第１図、第２図）
【特許文献４】
特開２００１−５５１９３号公報（第３−６頁、第１−４図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のように潜水機と水中基地などの連結対象にドッキング装置を用いてドッキングさせて固定した上で互いのコネクタをメイティングする場合、捕捉装置やドッキング装置によって、潜水機側コネクタと連結対象に設けられた連結対象側コネクタとが位置合わせされた状態となるように、潜水機の位置を正確に調整して固定する必要がある。このため、連結対象となる側に、さらに潜水機側にも、ドッキングした潜水機の固定位置を正確に調整するための複雑な装置類や設備などが必要となる。また、ドッキングした潜水機の固定位置を正確に調整するための複雑な装置類や設備などが必要となることにより、潜水機や水中基地などの連結対象のコストの増大、さらに、大型化などを招いてしまう場合もある。そこで、ドッキング装置などに依存することなく潜水機側のコネクタと連結対象側のコネクタとの位置合わせを行ってコネクタをメイティングできるメイティング技術が望まれている。
【０００７】
本発明の課題は、ドッキング装置などに依存することなく潜水機側のコネクタと連結対象側のコネクタとの位置合わせを行ってコネクタをメイティングすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の潜水機用のコネクタのメイティング装置は、水中で着脱可能なコネクタと、このコネクタを保持して移動させるマニピュレータと、コネクタの接続面が向いた方向を撮像する撮像機と、撮像機を囲む位置からコネクタの接続面が向いた方向に平行に少なくとも３本のレーザ光を照射するレーザ照射機と、撮像機で撮像した画像を解析する画像解析手段と、レーザ照射機及び撮像機の駆動を制御する駆動制御手段と、マニピュレータの動作を制御するマニピュレータ制御手段とを備えた構成とすることにより上記課題を解決する。
【０００９】
また、画像解析手段は、撮像機で撮像したレーザ照射機から照射された少なくとも３本のレーザ光の反射点の位置に基づいて、コネクタに対応する連結対象側コネクタが設けられて連結対象側コネクタの接続面に平行に設けられた平面までの距離と、この平面が向いている方向とを演算し、撮像機で撮像した連結対象側コネクタの画像からこの連結対象側コネクタの位置を判定して、演算した平面が向いている方向と、判定した連結対象側コネクタの位置に応じて連結対象側コネクタに対するコネクタの位置を調整する構成とする。
【００１０】
さらに、本発明の潜水機用のコネクタのメイティング装置は、潜水機側に設けられる水中で着脱可能な潜水機側コネクタと、この潜水機側コネクタを保持して移動させるマニピュレータと、潜水機側コネクタの接続面が向いた方向を撮像する撮像機と、撮像機を囲む位置から潜水機側コネクタの接続面が向いた方向に平行に少なくとも３本のレーザ光を照射するレーザ照射機と、撮像機で撮像した画像を解析する画像解析手段と、レーザ照射機及び撮像機の駆動を制御する駆動制御手段と、マニピュレータの動作を制御するマニピュレータ制御手段と、潜水機が、潜水機側コネクタによって連結される連結対象に設けられ、潜水機側コネクタに対応する連結対象側コネクタと、この連結対象側コネクタが設けられると共にこの連結対象側コネクタの接続面に平行な平面を有する連結対象に設けられるコネクタ設置部材とを備え、画像解析手段は、撮像機で撮像したレーザ照射機から照射された少なくとも３本のレーザ光の反射点の位置に基づいて連結対象側コネクタが設けられているコネクタ設置部材の平面までの距離と、この平面が向いている方向とを演算し、撮像機で撮像した連結対象側コネクタの画像に基づいてこの連結対象側コネクタの位置を判定して、演算した平面が向いている方向と、判定した連結対象側コネクタの位置に応じて連結対象側コネクタに対する潜水機側コネクタの位置を調整する構成とすることにより上記課題を解決する。
【００１１】
また、本発明の潜水機用のコネクタのメイティング方法は、潜水機に、水中で着脱可能な潜水機側コネクタと、この潜水機側コネクタを保持して移動させるマニピュレータと、潜水機側コネクタの接続面が向いた方向を撮像する撮像機と、撮像機を囲む位置から潜水機側コネクタの接続面が向いた方向に平行に少なくとも３本のレーザ光を照射するレーザ照射機と、潜水機が潜水機側コネクタによって連結される連結対象に、潜水機側コネクタに対応する連結対象側コネクタと、この連結対象側コネクタが設けられた平面とを設ける。
【００１２】
そして、レーザ照射機から連結対象側コネクタが設けられた平面に少なくとも３本のレーザ光を照射して、この少なくとも３本のレーザ光の連結対象側コネクタが設けられた平面での反射点を撮像機で撮像した画像と、連結対象側コネクタを含む画像を撮像機で撮像した画像とに基づいて潜水機の姿勢を制御する共に、マニピュレータの動作を制御して潜水機の潜水機側コネクタを連結対象側コネクタに接続することにより上記課題を解決する。
【００１３】
このようにすれば、レーザー光の連結対象側での反射点の位置と、連結対象の連結対象側コネクタの位置とに基づいて潜水機側のコネクタと連結対象側のコネクタとの位置を合わせ、これらのコネクタをメイティングできる。すなわち、ドッキング装置などに依存することなく潜水機側のコネクタと連結対象側のコネクタとの位置合わせを行ってコネクタをメイティングできる。
【００１４】
また、少なくとも前記撮像機が撮像する範囲を照明する照明機を備えた構成とすれば、水中で確実に連結対象側のコネクタを撮像機で撮像することができる。
【００１５】
さらに、レーザ照射機から連結対象側コネクタが設けられた平面に少なくとも３本のレーザ光を照射し、この少なくとも３本のレーザ光の連結対象側コネクタが設けられた平面での反射点を撮像機で撮像し、この撮像した画像から少なくとも３本のレーザ光の連結対象側コネクタが設けられた平面での反射点の位置を求め、この求めた反射点の位置に基づいて連結対象側コネクタが設けられている平面までの距離と、この連結対象側コネクタが設けられた平面が向いている方向とを演算し、この演算した連結対象側コネクタが設けられている平面までの距離の情報と、連結対象側コネクタが設けられた平面が向いている方向の情報とに応じて、連結対象側コネクタが設けられている平面に潜水機側コネクタの接続面が面する状態に前記潜水機の姿勢を制御して維持する。そして、連結対象側コネクタを含む画像を前記撮像機で撮像し、この撮像した画像に基づいて連結対象側コネクタの位置を決定し、この決定した連結対象側コネクタの位置に応じてこの連結対象側コネクタと潜水機側コネクタとを互いの接続面が一直線上に位置する状態に潜水機の位置を制御して維持し、この潜水機側コネクタの接続面と連結対象側コネクタの接続面とが一直線上に位置した状態で、マニピュレータを駆動して潜水機の潜水機側コネクタを直進させて連結対象側コネクタに接続する方法とする。
【００１６】
このようにすれば、マニピュレータの動作は、潜水機側のコネクタの接続面が向いた方向に往復移動するだけで済むため、潜水機側のコネクタの接続面が向いた方向への往復移動以外の方向への複雑な動作が可能なマニピュレータを用いる必要がなくなり、メイティング装置の構成を簡素化できるので好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる潜水機用のコネクタのメイティング技術の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなるメイティング装置の該略構成と動作を示す斜視図である。図２は、リセプタクルパネルの面で反射するレーザ光の状態を模式的に示す図である。なお、図１では、無索式または自律型の潜水機の本体や、水中基地の本体は図示しておらず、無索式または自律型の潜水機の本体や、水中基地の本体に取り付けられたメイティング装置の部分だけを図示している。
【００１８】
本実施形態のメイティング装置は、図１に示すように、例えば遠隔操縦型無索無人潜水機（以下ＲＯＶと略称する）や自律型海中ロボット（以下ＡＵＶと略称する）など無索式または自律型の潜水機（以下ビークルと称する）に設けられたビークル側メイティング装置１と、ビークルの連結対象となる例えば母船にケーブルで連結された有索式の潜水機や水中観測基地などの水中に設置された人工構造物など（以下「水中基地」と称する）に設けられた水中基地側メイティング装置３とを組み合わせて用いるものである。ただし、本発明は、無索式または自律型の潜水機のコネクタと水中基地のコネクタとのメイティングに限らず、無索式または自律型の潜水機同士、有索式の線水機と水中基地など様々な潜水機のコネクタと連結対象のコネクタとのメイティングに適用できる。
【００１９】
ビークル側メイティング装置１は、水中で着脱が可能なコネクタとなる水中着脱プラグ５、水中着脱プラグ５を保持するマニピュレータ７、マニピュレータ７に取り付けられた撮像機となるＴＶカメラ９、ＴＶカメラ９に取り付けられた３基のレーザ照射機１１、そして照明器１３などを備えている。さらに、ビークル側メイティング装置１は、撮像機で撮影した画像を処理する画像解析手段と、ＴＶカメラ９、レーザ照射機１１、及び照明器１３の駆動を制御する駆動制御手段とを兼ねた画像解析及び駆動制御手段１５、マニピュレータ７の動作を制御するマニピュレータ制御手段１７、そして、水中着脱プラグ５の着脱によるコネクタの接続状態を管理するコネクタ管理手段１９などを備えている。
【００２０】
水中着脱プラグ５には、図示していないビークル内のバッテリーやコンピュータなどの情報機器などと、図示していない電気ケーブルや光ファイバケーブルなどを介して連結されている。したがって、水中着脱プラグ５から電力供給や情報の授受などを行うことができる。本実施形態のビークル側メイティング装置１が備えるマニピュレータ７は、棒状に形成されており、その延在方向に伸長、収縮する往復運動を行うものである。マニピュレータ７の先端部には、水中着脱プラグ５を保持する図示していない保持機構を有しており、水中着脱プラグ５は、この保持機構によってマニピュレータ７の先端部に、マニピュレータ７が伸縮する方向に接続面を向けた状態で保持されている。ＴＶカメラ９は、レンズ９ａをマニピュレータ７の先端部方向、つまり水中着脱プラグ５方向に向けた状態でマニピュレータ７に取り付けられている。
【００２１】
レーザ照射機１１は、マニピュレータ７と共にＴＶカメラ９を囲むように３基設けられている。つまり、１基のレーザ照射機１１は、ＴＶカメラ９を挟んでマニピュレータ７と対向する位置に、そして２基のレーザ照射機１１は、ＴＶカメラ９を挟んで互いに対向する位置に設置されている。また、３基のレーザ照射機１１は、マニピュレータ７と対向する１基のレーザ照射機１１とマニピュレータ７とを結ぶ線と、互いに対向する２基のレーザ照射機１１を結ぶ線とが直角に交わる状態で設置されている。３基のレーザ照射機１１のレーザ光の照射方向は、ＴＶカメラ９の光軸と平行になっており、３基のレーザ照射機１１から照射される各々のレーザー光も互いに平行になる。ライト１３は、図には示していないが、マニピュレータ７やＴＶカメラ９などに適宜取り付けられており、ＴＶカメラ９の撮影方向を照明するものである。
【００２２】
画像解析及び駆動制御手段１５は、配線２１を介して、ＴＶカメラ９、３基のレーザ照射機１１、そしてライト１３と電気的に接続されている。マニピュレータ制御手段１７は、配線２３を介して、マニピュレータ７と電気的に接続されている。コネクタ管理手段１９は、配線２５を介して、水中着脱プラグ５と電気的に接続されている。さらに、画像解析及び駆動制御手段１５、マニピュレータ制御手段１７、及びコネクタ管理手段１９は、各々配線２７を介して、ビークルの行動、動作、姿勢などを管理及び制御するビークル管理手段２９に電気的に接続されている。画像解析及び駆動制御手段１５は、ビークル管理手段２９からの指令にしたがって、ＴＶカメラ９、３基のレーザ照射機１１、そしてライト１３を必要に応じて駆動すると共に、画像の解析により得た情報をビークル管理手段２９に送る。マニピュレータ制御手段１７は、ビークル管理手段２９からの指令にしたがって、マニピュレータの動作を制御する。
【００２３】
水中基地側メイティング装置３は、ビークル側メイティング装置１が有する水中着脱型プラグ５に対応し、水中着脱型プラグ５と連結可能で水中で着脱可能なコネクタである水中着脱型リセプタクル３１、リセプタクル３１が設けられた平面３３ａを形成するコネクタ設置部材となる平板状のリセプタクルパネル３３などを備えている。水中着脱型リセプタクル３１には、図示していない水中基地内の電力供給源やコンピュータなどの情報機器、ドライバなどと、図示していない電気ケーブルや光ファイバケーブルなどを介して連結されている。したがって、水中着脱型リセプタクル３１にビークル側の水中着脱型プラグ５が接続されることで、ビークルへの電力供給や、ビークルとの間の情報の授受などが行える。また、水中着脱型リセプタクル３１は、配線３５を介して、電力供給、情報などに対応する信号授受について水中基地側の管理を行う水中基地接続管理装置３７と電気的に接続されている。
【００２４】
このような水中着脱型リセプタクル３１は、リセプタクルパネル３３の水中基地の外側に向けて設置された平面３３ａの中央部に、接続面と平面３３ａとが同じ方向に向いた状態、つまり水中着脱型リセプタクル３１の水中着脱型プラグ５との接続方向が平面３３ａに対して垂直な状態で設置されている。なお、リセプタクルパネル３３は、水中基地に固定されており、水中着脱型リセプタクル３１への水中着脱型プラグ５の着脱などにおいて作用する力などにより移動しない状態になっている。また、リセプタクルパネル３３は、水中基地にドッキング装置などが設けられている場合、そのドッキング装置などに付属した構成とすることもできる。
【００２５】
なお、潜水機側メイティング装置１に設けられたマニピュレータ７の保持機構は、メイティングの後は水中着脱プラグ５を保持せずに水中着脱プラグ５を離す場合と、メイティングの後も水中着脱プラグ５を保持したままにしておく場合とがある。メイティングの後に水中着脱プラグ５を離す場合は、水中基地側メイティング装置３の水中着脱リセプタクル３１に連結された水中着脱プラグ５を水中着脱リセプタクル３１から離脱するとき、水中着脱プラグ５に連結された図示していないケーブルをマニピュレータ７内または潜水機内に引き込みながら水中着脱プラグ５にマニピュレータ７の先端部に設けられた図示していない保持機構を近づけて行き、図示していない保持機構で水中着脱プラグ５を保持した後、水中着脱プラグ５を水中着脱リセプタクル３１から引き抜く。したがって、メイティングの後に水中着脱プラグ５を離す場合には、保持機構は水中着脱プラグ５を保持した状態と保持を解除した状態にできる構造となっており、また、水中着脱プラグ５に連結された図示していないケーブルをマニピュレータ７内または潜水機内に引き寄せる機構などが設けられている。
【００２６】
また、レーザ照射機１１は、リセプタクルパネル３３の平面３３ａの垂直ベクトルを決めるために３本以上のレーザ光を照射してリセプタクルパネル３３の平面３３ａに異なる３点での反射点を形成する必要があるため、３基設けられている。しかし、レーザ照射装置は、リセプタクルパネル３３の平面３３ａの異なる位置に３点以上のレーザ光を照射できればよいため、平行する３本以上のレーザ光を照射する１基のレーザ照射装置を設けた構成にすることもできる。また、ライト１３の光量は、リセプタクルパネル３３や水中着脱リセプタクル３１を識別できる程度のもので十分である。
【００２７】
このような構成のメイティング装置によるメイティング動作と本発明の特徴部について説明する。本実施形態のメイティング装置では、まず、潜水機側メイティング装置１のマニピュレータ７と、水中基地側メイティング装置３の水中着脱リセプタクル３１までの相対位置関係を、潜水機側メイティング装置１のレーザ照射機１１から照射したレーザ光の、水中基地側メイティング装置３のリセプタクルパネル３３の平面３３ａでの３本の反射点をＴＶカメラ９で撮像し、その撮像した画像を解析して、図２に示すように、それらの反射点の位置を求める。
【００２８】
ＴＶカメラ９とレーザ照射機１１から照射されるレーザ光線との相対位置は固定されているので、ＴＶカメラ９で撮像した画像上では、それぞれのレーザ光線は、常に同じ直線上を進み、水中基地側メイティング装置３のリセプタクルパネル３３の平面３３ａでの反射点において、進行中のレーザ光線よりも高い輝度で反射する。画像解析及び駆動制御手段１５が、この反射点の位置をＴＶカメラ９で撮像した画像上で計測し、以下の方法により、リセプタクルパネル３３の平面３３ａまでの距離ｒ０と、リセプタクルパネル３３の平面３３ａの方向を表すベクトル（ａ，ｂ，ｃ）が求められる。
【００２９】
レーザ光ｉの反射点の座標を（ｘｉ，ｙｉ）とする。ＴＶカメラ９の光軸とレーザ光は平行なので、ＴＶカメラ９で撮像した画像上では，無限の距離において画像上のＴＶカメラ９の中心軸に一致する。これを利用して、ＴＶカメラ９の基準点を通る光軸に垂直な面から反射点までの距離ｒｉは、画像上のＴＶカメラ９の光軸の座標（ｘｆ，ｙｆ）とレーザ光ｉの反射点の座標（ｘｉ，ｙｉ）との画像上の距離ｓｉの関数となり、
ｓｉ＝ｓｑｒｔ（（ｘｆ−ｘｉ）＊＊２＋（ｙｆ−ｙｉ）＊＊２）
ｒｉ＝ｋｉ／ｓｉ
で理論的には表される。ｋｉは、レーザ照射機１１の位置とＴＶカメラ９のレンズ系に依存する定数である。ただし、ＴＶカメラ９のレンズ系や水圧からレンズ径を保護するために設けられた耐圧窓による歪みを無視しているので、実際はキャリブレーションを行い、
ｒｉ＝ｆｉ（ｓｉ）
という関係を求めて、画像上のＴＶカメラ９の光軸の座標（ｘｆ，ｙｆ）とレーザ光ｉの反射点の座標（ｘｉ，ｙｉ）との画像上の距離ｓｉより、ＴＶカメラ９の基準点を通る光軸に垂直な面から反射点までの距離ｒｉを求める。
【００３０】
ＴＶカメラ９の光軸上の適当な点を原点とし、ＴＶカメラ９の左右方向の右向きにＸ軸、上下方向の下向きにＹ軸を取る。各レーザ光線は、座標（Ｘｉ，Ｙｉ）を通ものとする。このとき，反射点の座標は、
（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）＝（Ｘｉ，Ｙｉ，ｒｉ−Ａ）
と与えられる。ただし、Ａは，ＴＶカメラ９の基準点と原点との距離である。したがって、リセプタクルパネル３３の平面３３ａを表す以下の方程式にｉ＝１〜３を代入して連立方程式を解けば、未知係数ａ，ｂ，ｃが求まる。
ａＸ＋ｂＹ＋ｃＺ＝１
これより、ＴＶカメラ９の光軸でのリセプタクルパネル３３の平面３３ａまでの距離ｒ０は、
ｒ０＝１／ｃ
リセプタクルパネル３３の平面３３ａの垂直ベクトルは、
（ａ，ｂ，ｃ）
となる。
【００３１】
画像解析及び駆動制御手段１５は、このように計測されたリセプタクルパネル３３の平面３３ａまでの距離ｒ０の情報と、リセプタクルパネル３３の平面３３ａの方向を表すベクトル（ａ，ｂ，ｃ）の情報とをビークル管理手段２９に送る。リセプタクルパネル３３の平面３３ａまでの距離ｒ０の情報と、リセプタクルパネル３３の平面３３ａの方向を表すベクトル（ａ，ｂ，ｃ）の情報とを受けたビークル管理手段２９は、これらの情報に基づいて、マニピュレータ７の延在方向をリセプタクルパネル３３の平面３３ａに対して垂直になるようにビークルの姿勢を制御して維持し、かつ、リセプタクルパネル３３の平面３３ａとの相対位置をフィードバックにより一定値に保つ。
【００３２】
次に、画像解析及び駆動制御手段１５は、ライト１３により照明されたリセプタクルパネル３３の平面３３ａをＴＶカメラ９で撮像した画像から、水中着脱リセプタクル３１の位置を画像解析により求める。水中着脱リセプタクル３１は、幾何学的な形をしているので、画像解析によりその位置を決定することは容易である。このとき、水中着脱リセプタクル３１は、ＴＶカメラ９の位置と視野角と関係において予め画像領域に入るような位置にあることが必要である。画像解析及び駆動制御手段１５は、水中着脱リセプタクル３１の位置を決定した後、この水中着脱リセプタクル３１の位置情報をビークル管理手段２９に送る。
【００３３】
ビークル管理手段２９は、画像解析及び駆動制御手段１５から受けた水中着脱リセプタクル３１の位置情報、そして、先に画像解析及び駆動制御手段１５から受けたリセプタクルパネル３３の平面３３ａに対して垂直になるようにビークルの姿勢を制御して維持し、かつ、リセプタクルパネル３３の平面３３ａとの相対位置をフィードバックにより一定値に保った状態でのリセプタクルパネル３３の平面３３ａまでの距離ｒ０の情報、及びリセプタクルパネル３３の平面３３ａの方向を表すベクトル（ａ，ｂ，ｃ）の情報に基づいて、水中基地に設けられた水中着脱リセプタクル３１とビークルに設けられた水中着脱プラグ５との相対位置を、水中着脱リセプタクル３１と水中着脱プラグ５とが同一直線上に位置した状態にビークルを移動させる。
【００３４】
これにより、水中基地に設けられた水中着脱リセプタクル３１とビークルに設けられた水中着脱プラグ５とが互いの接続面が対向した状態で一直線上に位置した状態となる。この後、ビークル側メイティング装置１のマニピュレータ７を伸長させれば、水中着脱プラグ５が水中着脱リセプタクル３１に近づいて行き、水中着脱プラグ５と水中着脱リセプタクル３１とがメイティングする。
【００３５】
このように本実施形態の潜水機用のコネクタのメイティング技術では、レーザ照射機１１から照射された３本のレーザ光の水中基地側に設けられたリセプタクルパネル３３の平面３３ａでの反射点をＴＶカメラ９で撮像した画像の画像解析により得た反射点の位置情報と、ライト１３で照明された水中基地側に設けられたリセプタクルパネル３３の平面３３ａに取り付けられた水中着脱リセプタクル３１を撮像した画像の画像解析により得た水中着脱リセプタクル３１の位置情報とに基づいて、ビークル側の水中着脱プラグ５と水中基地側の水中着脱リセプタクル３１の相対的な位置合わせを行い、ビークル側の水中着脱プラグ５と水中基地側とのメイティングを行うことができる。すなわち、ドッキング装置などに依存することなく潜水機側のコネクタと連結対象側のコネクタとの位置合わせを行ってコネクタをメイティングできる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、レーザ照射機１１から照射された３本のレーザ光の水中基地側に設けられたリセプタクルパネル３３の平面３３ａでの反射点をＴＶカメラ９で撮像した画像の画像解析により得た反射点の位置情報に基づいて、ビークルの姿勢を制御して、ビークル側の水中着脱プラグ５が水中基地側に設けられたリセプタクルパネル３３の平面３３ａに面する状態としている。そして、ライト１３で照明された水中基地側に設けられたリセプタクルパネル３３の平面３３ａに取り付けられた水中着脱リセプタクル３１を撮像した画像の画像解析により得た水中着脱リセプタクル３１の位置情報に基づいて、ビークルを移動させてビークル側の水中着脱プラグ５と水中基地側の水中着脱リセプタクル３１とが、互いの接続面が面した状態で一直線上に並ぶ状態としている。したがって、マニピュレータ７は、水中着脱プラグ５を前進後退させる往復運動のみが行えればよく、装置の構成を簡素化できる。
【００３７】
加えて、ビークル側の姿勢や位置の制御、またはマニピュレータの動作によってビークル側の水中着脱プラグ５と水中基地側の水中着脱リセプタクル３１との位置合わせ、つまりアライメントを合わせることができるため、ビークル側のコネクタと水中基地側のコネクタとの位置合わせを行うための機械的なガイド装置や、音響的な位置決め手法などを用いた場合に比べて精度の高いフィードバックを可能にできる。さらに、装置類の簡素化や、コネクタの形状さえ対応できればメイティングが可能となり、汎用性を増大することができる。
【００３８】
ところで、水中において、ビークルを決まった位置に固定することは難しい。つまり、ビークルは、海流や、有索式の場合は付加されているケーブルから受ける力などにより移動し、また、マニピュレータからの反力、マニピュレータの運動による流体力や慣性力の影響を受けて移動してしまうからである。しかし、本実施形態のメイティング技術では、ビークルの位置に誤差、例えば数センチメートルの誤差が生じたり、ビークルが多少動いたとしても、ビークルの姿勢と位置を維持でき、また、マニピュレータの動作で水中着脱プラグ５を水中着脱リセプタクル３１にメイティングできる範囲であれば、水中着脱リセプタクル３１に対するビークルの位置のずれは許容できる。したがって、海流の影響や、マニピュレータの運動による流体力や慣性力の影響を受け難い。
【００３９】
さらに、リセプタクルパネル３３の平面３３ａに光源、例えばマーカーや、ＬＥＤ光源を設置し、その位置情報を用いることが考えられる。しかし、海中では、生物汚損や材料の劣化によって、光源の識別が困難になってしまう。これに対して、本実施形態では、マニピュレータ７側からレーザ光を照射して、その反射点の位置情報を求めるため、リセプタクルパネル３３の平面３３ａさえあればよく、生物汚損や材料の劣化による影響を受け難い。つまり、ＴＶカメラ９で撮像した画像に基づいたビークル姿勢や位置の制御が生物汚損や材料の劣化などによってできなくなるのを防ぐことができる。加えて、レーザ光の反射点を利用することで、光学的な性質をレーザ光の強度や色、ビーム幅を調整することによりビークル側で変更できる。
【００４０】
また、本実施形態では、マニピュレータ７は、前後方向の往復運動の一自由度のみを行うい、他の方向への動作自由度は、必要に応じてビークル自体の運動でカバーされている。しかし、構成は複雑になるが、前後方向の往復運動に限らず、様々な方向や動きの自由度を有するマニピュレータを設け、レーザ光の反射点の位置情報と、水中基地側のコネクタの位置情報とに基づいて、ビークル自体の運動に加えて、マニピュレータを動かしてビークル側のコネクタと水中基地側のコネクタとの位置合わせをすることもできる。
【００４１】
また、本実施形態では、ビークルを水中基地にドッキングさせるための捕捉装置やドッキング装置などは記載していないが、水中基地に捕捉装置やドッキング装置などを設けることもできる。このとき、捕捉装置やドッキング装置などは、コネクタのメイティングを考慮する必要が無く、ビークルが流されないように水中基地に係留できる程度のもので十分であるため、捕捉装置やドッキング装置などは簡単な構造のもので済む。
【００４２】
また、本実施形態では、コネクタのメイティングを補助するための機械的、力学的なガイド装置については記載していないが、簡易な機械的、力学的なガイド装置を付加させることもできる。この場合、コネクタのメイティングはより確実なものとなる。
【００４３】
また、本発明は、本実施形態の構成のメイティング装置に限らず、撮像機、レーザ照射装置、マニピュレータなどを備え、画像解析によるレーザ光の反射点の位置情報と連結対象側のコネクタの位置情報に基づいて互いのコネクタの位置合わせを行う様々な構成にすることができる。例えば、画像解析及び駆動制御手段１５、マニピュレータ制御手段１７、コネクタ管理手段１９などは、適宜一体にした構成や、別体にした構成などにすることができる。また、レーザ光の照射本数は、４本以上にすることもできる。さらに、連結対象側に設けられるコネクタ設置部材は、リセプタクルパネル３３のような形状に限らず、コネクタが設置された平面を有していれば様々な形状の部材にできる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、ドッキング装置などに依存することなく潜水機側のコネクタと連結対象側のコネクタとの位置合わせを行ってコネクタをメイティングできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなるメイティング装置の一実施形態の該略構成と動作を示す斜視図である。
【図２】リセプタクルパネルの面で反射するレーザ光の状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ビークル側メイティング装置
３水中基地側メイティング装置
５水中着脱プラグ
７マニピュレータ
９ＴＶカメラ
１１レーザ照射機
１３ライト
１５画像解析及び駆動制御手段
１７マニピュレータ制御手段
３１水中着脱リセプタクル
３３リセプタクルパネル
３３ａ平面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a connector submersible connector mating technique for connecting a connector provided in a submersible underwater to a connector included in a connection target.
[0002]
[Prior art]
Underwater, a cableless or autonomous underwater vehicle that is not connected to a mother ship or the like with a cable, such as a remote-controlled unmanned underwater vehicle (hereinafter abbreviated as ROV) or an autonomous underwater robot (hereinafter abbreviated as AUV) Are connected to the submersibles to supply power to these submersibles and exchange information with these submersibles, such as artificial structures such as underwater observation bases (hereinafter referred to as “underwater bases”) and mother ships. Power supply or electrical connection by connecting to a power supply or information transmission connector provided on a cabled submersible etc. Receiving and exchanging information are indispensable actions for automation and prolongation of underwater observation.
[0003]
In order to dock such submersibles such as ROVs and AUVs to connected objects such as underwater bases and cabled submersibles and mate each other's connectors, the transponder is used to guide the submersibles and a docking device. Docking a submersible and mating a connector (for example, see Patent Documents 1 and 2).
[0004]
Further, it has been proposed to guide the submersible using an ultrasonic oscillator, capture the submersible with a capturing device, and dock the captured submersible with a docking device to mating a connector (for example, Patent Document 3). In addition to using the guidance signal to guide the submersible, a seat that changes direction according to the water flow is provided on the connection target side, and the submersible approaching from the upstream side of the water flow is captured by the capturing mechanism to connect the connector. (For example, see Patent Document 4).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-3-266794 (page 2-3, FIG. 1-3)
[Patent Document 2]
JP-A-7-223589 (page 2-3, FIG. 1)
[Patent Document 3]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-27583 (Pages 4 to 6, FIGS. 1 and 2)
[Patent Document 4]
JP 2001-55193 A (Pages 3-6, FIGS. 1-4)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when mating each other's connectors after docking and fixing to the connection target such as a submersible and an underwater base using a docking device as in the past, it is connected to the submersible connector by a catching device or docking device. It is necessary to accurately adjust and fix the position of the submersible so that the connection target side connector provided on the target is aligned. For this reason, complicated devices and facilities for accurately adjusting the fixed position of the docked submersible are required on the side to be connected and also on the submersible. In addition, the need for complicated equipment and facilities to accurately adjust the fixed position of the docked submersible increases the cost of connecting objects such as submersibles and underwater bases, and further increases the size. You may be invited. Therefore, there is a demand for a mating technique capable of mating the connector by aligning the connector on the submersible side with the connector on the connection target side without depending on a docking device or the like.
[0007]
An object of the present invention is to mate a connector by performing alignment between a connector on a submersible device side and a connector on a connection target side without depending on a docking device or the like.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A connector mating device for a submersible according to the present invention includes a connector detachable in water, a manipulator for holding and moving the connector, an imaging device for imaging a direction in which a connection surface of the connector faces, and an imaging device. A laser irradiator that irradiates at least three laser beams in parallel to a direction in which the connection surface of the connector faces from a position surrounding the laser, an image analyzer that analyzes an image captured by the imager, and a laser irradiator and an imager. The above object is attained by providing a configuration including drive control means for controlling driving and manipulator control means for controlling the operation of the manipulator.
[0009]
Further, the image analysis means includes a connection target side connector corresponding to the connector based on the positions of the reflection points of at least three laser beams emitted from the laser irradiation device captured by the imaging device. The distance to a plane provided in parallel with the connection surface and the direction in which the plane is oriented are calculated, and the position of the connection target connector is determined from the image of the connection target connector captured by the imaging device. The position of the connector with respect to the connection target connector is adjusted in accordance with the direction in which the calculated plane faces and the determined position of the connection target connector.
[0010]
Further, a mating device for a connector for a diving machine of the present invention includes a submersible-side connector provided on the diving machine side, which is detachable in water, a manipulator for holding and moving the diving-side connector, and a diving machine side. An imaging device for imaging the direction in which the connection surface of the connector faces, a laser irradiator for irradiating at least three laser beams in parallel to the direction in which the connection surface of the submersible connector faces from a position surrounding the imaging device, and an imaging device. Image analysis means for analyzing an image captured by the machine, drive control means for controlling the drive of the laser irradiator and the image machine, manipulator control means for controlling the operation of the manipulator, and the submersible unit are connected by a submersible connector. A connector to be connected provided corresponding to the submersible connector, and a connector provided with the connector to be connected and A connector installation member provided on a connection object having a plane parallel to the connection surface of the laser, wherein the image analysis means is configured to detect the positions of reflection points of at least three laser beams emitted from the laser irradiator imaged by the imager. Is calculated based on the distance to the plane of the connector installation member on which the connector to be connected is provided, and the direction in which this plane is oriented, and this connection is performed based on the image of the connector to be connected captured by the imaging device. By determining the position of the target-side connector, and adjusting the position of the submersible-side connector with respect to the connection-target-side connector according to the direction in which the calculated plane faces and the determined position of the connection-target-side connector, Solution to the Problems
[0011]
Further, the method of mating a connector for a submersible according to the present invention includes a submersible, a submersible-side connector detachable underwater, a manipulator for holding and moving the submersible-side connector, and a submersible-side connector. An imaging device that captures an image in the direction in which the connection surface faces, a laser irradiator that irradiates at least three laser beams parallel to the direction in which the connection surface of the submersible connector faces from a position surrounding the imaging device, and a diving device. A connection target connected by the submersible connector is provided with a connection target connector corresponding to the submersible connector and a plane on which the connection target connector is provided.
[0012]
Then, the laser irradiator irradiates at least three laser beams on the plane on which the connection target side connector is provided, and captures the reflection points of the at least three laser beams on the plane on which the connection target side connector is provided. Controls the attitude of the diving machine based on the image captured by the device and the image captured by the image capturing device including the connection target connector, and controls the operation of the manipulator to connect the diving device connector of the diving device. The above problem is solved by connecting to the target side connector.
[0013]
With this configuration, the position of the reflection point on the connection target side of the laser beam and the position of the submersible connector and the connection target connector are aligned based on the position of the connection target connector of the connection target, These connectors can be mated. That is, the connector can be mated by positioning the connector on the submersible side and the connector on the connection target side without depending on the docking device or the like.
[0014]
In addition, if a configuration is provided that includes at least an illuminating device that illuminates the area to be imaged by the imaging device, the connector on the connection target side can be reliably imaged by the imaging device underwater.
[0015]
Further, the laser irradiator irradiates at least three laser beams on the plane on which the connection target connector is provided, and reflects the reflection points of the at least three laser beams on the plane on which the connection target connector is provided. The position of the reflection point on the plane on which the connection target connector of at least three laser beams is provided is determined from the captured image, and the connection target connector is provided based on the obtained position of the reflection point. The distance to the plane on which the connection target connector is provided and the direction in which the plane on which the connection target connector is provided are calculated, and information on the calculated distance to the plane on which the connection target connector is provided, and the connection According to the information on the direction in which the plane on which the target-side connector is provided faces, the submersible machine is placed in a state where the connection surface of the submersible-side connector faces the plane on which the connection target-side connector is provided. To maintain and control the attitude. Then, an image including the connector to be connected is captured by the imaging device, the position of the connector to be connected is determined based on the captured image, and the position of the connector to be connected is determined in accordance with the determined position of the connector to be connected. The position of the submersible is controlled and maintained so that the connection surface of the connector and the connector of the submersible are located in a straight line, and the connection surface of the submersible connector and the connection surface of the connection target connector are straightened. A method in which the manipulator is driven in a state of being located on the line to make the submersible-side connector of the submersible go straight and connect to the connection target-side connector.
[0016]
With this configuration, the manipulator only needs to reciprocate in the direction in which the connection surface of the connector on the submersible side faces. This is preferable because it is not necessary to use a manipulator capable of performing complicated operations in the directions, and the configuration of the mating device can be simplified.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a connector submersible connector mating technique according to the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing the schematic configuration and operation of a mating apparatus to which the present invention is applied. FIG. 2 is a diagram schematically showing a state of laser light reflected on the surface of the receptacle panel. FIG. 1 does not show the main body of the cableless or autonomous submersible or the body of the underwater base, and is attached to the main body of the cableless or autonomous submersible or the body of the underwater base. Only the part of the mating device is illustrated.
[0018]
As shown in FIG. 1, the mating device of the present embodiment is a cableless or autonomous type such as a remote-controlled unmanned underwater vehicle (hereinafter abbreviated as ROV) or an autonomous underwater robot (hereinafter abbreviated as AUV). Type submersible (hereinafter referred to as vehicle) provided with a vehicle-side mating apparatus 1 and a submersible such as a cabled submersible or an underwater observation base connected to a mother ship to be connected with the vehicle by a cable, for example. An underwater base side mating device 3 provided in an installed artificial structure or the like (hereinafter referred to as “underwater base”) is used in combination. However, the present invention is not limited to mating between a cableless or autonomous submersible connector and a connector at an underwater base. It can be applied to mating between connectors of various submersibles such as bases and connectors to be connected.
[0019]
The vehicle-side mating device 1 includes an underwater detachable plug 5 serving as a connector detachable in water, a manipulator 7 holding the underwater detachable plug 5, a TV camera 9 serving as an imaging device attached to the manipulator 7, and a TV camera 9. It is equipped with three attached laser irradiators 11, an illuminator 13, and the like. Further, the vehicle-side mating device 1 has an image analysis unit that processes an image captured by an image pickup device and an image control unit that controls driving of the TV camera 9, the laser irradiator 11, and the illuminator 13. An analysis and drive control unit 15, a manipulator control unit 17 for controlling the operation of the manipulator 7, and a connector management unit 19 for managing a connection state of the connector by attaching and detaching the underwater detachable plug 5 are provided.
[0020]
The underwater plug 5 is connected to an information device such as a battery or a computer (not shown) in a vehicle via an electric cable or an optical fiber cable (not shown). Therefore, it is possible to supply electric power and exchange information from the underwater detachable plug 5. The manipulator 7 provided in the vehicle-side mating device 1 of the present embodiment is formed in a rod shape, and performs a reciprocating motion that expands and contracts in the extending direction. The distal end of the manipulator 7 has a holding mechanism (not shown) for holding the underwater detachable plug 5. The underwater detachable plug 5 moves in the direction in which the manipulator 7 expands and contracts to the distal end of the manipulator 7 by this retaining mechanism. Is held in a state where the connection surface is oriented. The TV camera 9 is attached to the manipulator 7 with the lens 9a directed toward the distal end of the manipulator 7, that is, toward the underwater detachable plug 5.
[0021]
Three laser irradiators 11 are provided so as to surround the TV camera 9 together with the manipulator 7. That is, one laser irradiator 11 is installed at a position facing the manipulator 7 with the TV camera 9 interposed therebetween, and two laser irradiators 11 are installed at positions opposing each other with the TV camera 9 interposed therebetween. . In the three laser irradiators 11, the line connecting the one laser irradiator 11 and the manipulator 7 facing the manipulator 7 and the line connecting the two laser irradiators 11 facing each other intersect at right angles. It is installed in a state. The irradiation directions of the laser beams from the three laser irradiators 11 are parallel to the optical axis of the TV camera 9, and the laser beams emitted from the three laser irradiators 11 are also parallel to each other. Although not shown, the light 13 is appropriately attached to the manipulator 7, the TV camera 9, or the like, and illuminates the shooting direction of the TV camera 9.
[0022]
The image analysis and drive control unit 15 is electrically connected to the TV camera 9, the three laser irradiators 11, and the light 13 via the wiring 21. The manipulator control means 17 is electrically connected to the manipulator 7 via the wiring 23. The connector management means 19 is electrically connected to the underwater plug 5 via a wiring 25. Further, the image analysis and drive control unit 15, the manipulator control unit 17, and the connector management unit 19 are electrically connected to a vehicle management unit 29 that manages and controls the behavior, operation, posture, and the like of the vehicle via the wiring 27. It is connected. The image analysis and drive control unit 15 drives the TV camera 9, the three laser irradiators 11 and the light 13 as necessary according to a command from the vehicle management unit 29, and outputs information obtained by analyzing the image. To the vehicle management means 29. The manipulator control means 17 controls the operation of the manipulator according to a command from the vehicle management means 29.
[0023]
The underwater base side mating device 3 corresponds to the underwater detachable plug 5 of the vehicle side mating device 1, and is an underwater detachable receptacle 31, which is a connector connectable to the underwater detachable plug 5 and detachable underwater, a receptacle. A flat-plate-shaped receptacle panel 33 serving as a connector installation member that forms a flat surface 33a provided with 31 is provided. The underwater detachable receptacle 31 is connected to an unillustrated power supply source in the underwater base, an information device such as a computer, a driver, and the like via an electric cable and an optical fiber cable (not shown). Accordingly, by connecting the underwater detachable plug 5 on the vehicle side to the underwater detachable receptacle 31, power can be supplied to the vehicle and information can be exchanged with the vehicle. The underwater detachable receptacle 31 is electrically connected via a wiring 35 to an underwater base connection management device 37 that manages the supply and reception of signals corresponding to power, information, and the like on the underwater base side.
[0024]
Such an underwater detachable receptacle 31 has a state in which the connection surface and the plane 33a face in the same direction at the center of the flat surface 33a installed toward the outside of the underwater base of the receptacle panel 33, that is, the underwater detachable receptacle. The connection direction of the plug 31 with the underwater detachable plug 5 is set perpendicular to the plane 33a. In addition, the receptacle panel 33 is fixed to the underwater base, and is not moved by a force acting when the underwater detachable plug 5 is attached to or detached from the underwater detachable receptacle 31. Further, when a docking device or the like is provided at the underwater base, the receptacle panel 33 may have a configuration attached to the docking device or the like.
[0025]
The holding mechanism of the manipulator 7 provided in the submersible-side mating device 1 has two functions: a case where the underwater detachable plug 5 is released without holding the underwater detachable plug 5 after mating, and a case where the underwater detachable plug 5 is detached after mating. There is a case where the plug 5 is kept held. When the underwater detachable plug 5 is released after the mating, the underwater detachable plug 5 connected to the underwater detachable receptacle 31 of the underwater base mating device 3 is connected to the underwater detachable plug 5 when the underwater detachable plug 5 is detached from the underwater detachable receptacle 31. While pulling the cable (not shown) into the manipulator 7 or the submersible, the holding mechanism (not shown) provided at the distal end of the manipulator 7 is brought closer to the underwater detachable plug 5, and is attached and detached by the holding mechanism (not shown). After holding the plug 5, the underwater detachable plug 5 is pulled out of the underwater detachable receptacle 31. Therefore, when the underwater detachable plug 5 is released after the mating, the holding mechanism has a structure capable of holding the underwater detachable plug 5 and a state where the holding is released, and is connected to the underwater detachable plug 5. A mechanism for drawing a cable (not shown) into the manipulator 7 or the submersible is provided.
[0026]
Further, the laser irradiator 11 needs to irradiate three or more laser beams to determine the vertical vector of the plane 33a of the receptacle panel 33 to form three different reflection points on the plane 33a of the receptacle panel 33. Therefore, three units are provided. However, since the laser irradiating device only needs to be able to irradiate three or more points of laser light to different positions on the plane 33a of the receptacle panel 33, a configuration in which one laser irradiating device that irradiates three or more parallel laser lights is provided. You can also Further, the light amount of the light 13 is sufficient to enable the receptacle panel 33 and the underwater detachable receptacle 31 to be identified.
[0027]
A description will be given of a mating operation performed by the mating apparatus having such a configuration and a characteristic portion of the present invention. In the mating device of the present embodiment, first, the relative positional relationship between the manipulator 7 of the submersible-side mating device 1 and the underwater detachable receptacle 31 of the underwater base-side mating device 3 is described. The three reflection points of the laser beam emitted from the laser irradiator 11 on the plane 33a of the receptacle panel 33 of the underwater base side mating device 3 are imaged by the TV camera 9, and the images are analyzed. As shown in FIG. 2, the positions of those reflection points are obtained.
[0028]
Since the relative position between the TV camera 9 and the laser beam emitted from the laser irradiator 11 is fixed, on the image captured by the TV camera 9, each laser beam always travels on the same straight line, and At the reflection point on the flat surface 33a of the receptacle panel 33 of the side mating device 3, the light is reflected with higher luminance than the laser beam in progress. The image analysis and drive control means 15 measures the position of the reflection point on the image captured by the TV camera 9 and calculates the distance r0 to the plane 33a of the receptacle panel 33 and the plane 33a of the receptacle panel 33 by the following method. The vector (a, b, c) representing the direction is obtained.
[0029]
Let the coordinates of the reflection point of the laser light i be (xi, yi). Since the optical axis of the TV camera 9 and the laser beam are parallel, on the image captured by the TV camera 9, it coincides with the central axis of the TV camera 9 at an infinite distance. Using this, the distance ri from the plane perpendicular to the optical axis passing through the reference point of the TV camera 9 to the reflection point is determined by the coordinates (xf, yf) of the optical axis of the TV camera 9 on the image and the laser light i. It is a function of the distance si on the image with the coordinates (xi, yi) of the reflection point,
si = sqrt ((xf-xi) ** 2+ (yf-yi) ** 2)
ri = ki / si
Is theoretically represented by ki is a constant that depends on the position of the laser irradiator 11 and the lens system of the TV camera 9. However, since the distortion caused by the pressure resistance window provided to protect the lens diameter from the lens system and the water pressure of the TV camera 9 is neglected, calibration is actually performed,
ri = fi (si)
Is obtained from the distance si on the image between the coordinates (xf, yf) of the optical axis of the TV camera 9 on the image and the coordinates (xi, yi) of the reflection point of the laser light i on the image. The distance ri from the plane perpendicular to the optical axis passing through the point to the reflection point is obtained.
[0030]
With an appropriate point on the optical axis of the TV camera 9 as the origin, the X axis is set rightward in the left and right direction of the TV camera 9 and the Y axis is set downward in the vertical direction. Each laser beam passes through coordinates (Xi, Yi). At this time, the coordinates of the reflection point are
(Xi, Yi, Zi) = (Xi, Yi, ri-A)
Is given. Here, A is the distance between the reference point of the TV camera 9 and the origin. Therefore, unknown coefficients a, b, and c are obtained by solving simultaneous equations by substituting i = 1 to 3 into the following equation representing the plane 33a of the receptacle panel 33.
aX + bY + cZ = 1
Accordingly, the distance r0 from the optical axis of the TV camera 9 to the plane 33a of the receptacle panel 33 is:
r0 = 1 / c
The vertical vector of the plane 33a of the receptacle panel 33 is
(A, b, c)
It becomes.
[0031]
The image analysis and drive control means 15 calculates information on the distance r0 to the plane 33a of the receptacle panel 33 thus measured, and information on vectors (a, b, c) indicating the direction of the plane 33a of the receptacle panel 33. To the vehicle management means 29. The vehicle management means 29 which has received the information of the distance r0 to the plane 33a of the receptacle panel 33 and the information of the vector (a, b, c) indicating the direction of the plane 33a of the receptacle panel 33, based on these information. The attitude of the vehicle is controlled and maintained so that the extending direction of the manipulator 7 is perpendicular to the plane 33a of the receptacle panel 33, and the relative position of the receptacle panel 33 to the plane 33a is set to a constant value by feedback. keep.
[0032]
Next, the image analysis and drive control means 15 obtains the position of the underwater detachable receptacle 31 from the image obtained by capturing the plane 33 a of the receptacle panel 33 illuminated by the light 13 with the TV camera 9 by image analysis. Since the underwater detachable receptacle 31 has a geometric shape, it is easy to determine its position by image analysis. At this time, it is necessary that the underwater detachable receptacle 31 is in a position that enters the image area in advance in relation to the position of the TV camera 9 and the viewing angle. After determining the position of the underwater detachable receptacle 31, the image analysis and drive control unit 15 sends the position information of the underwater detachable receptacle 31 to the vehicle management unit 29.
[0033]
The vehicle management means 29 becomes perpendicular to the position information of the underwater detachable receptacle 31 received from the image analysis and drive control means 15 and the plane 33a of the receptacle panel 33 previously received from the image analysis and drive control means 15. The information on the distance r0 to the plane 33a of the receptacle panel 33 in a state where the attitude of the vehicle is controlled and maintained as described above, and the relative position of the receptacle panel 33 to the plane 33a is maintained at a constant value by feedback, and the receptacle Based on the information of the vector (a, b, c) indicating the direction of the plane 33a of the panel 33, the relative position between the underwater detachable receptacle 31 provided at the underwater base and the underwater detachable plug 5 provided at the vehicle is determined underwater. The vehicle is moved so that the detachable receptacle 31 and the underwater detachable plug 5 are located on the same straight line. That.
[0034]
As a result, the underwater detachable receptacle 31 provided on the underwater base and the underwater detachable plug 5 provided on the vehicle are positioned on a straight line with their connection surfaces facing each other. Thereafter, when the manipulator 7 of the vehicle-side mating device 1 is extended, the underwater detachable plug 5 approaches the underwater detachable receptacle 31, and the underwater detachable plug 5 and the underwater detachable receptacle 31 are mated.
[0035]
As described above, in the mating technology of the connector for a submersible according to the present embodiment, the reflection points of the three laser beams emitted from the laser irradiator 11 on the plane 33a of the receptacle panel 33 provided on the underwater base side are determined. The position information of the reflection point obtained by the image analysis of the image taken by the TV camera 9 and the underwater detachable receptacle 31 attached to the plane 33a of the receptacle panel 33 provided on the underwater base illuminated by the light 13 were taken. Based on the position information of the underwater detachable receptacle 31 obtained by the image analysis of the image, the relative positioning of the underwater detachable plug 5 on the vehicle side and the underwater detachable receptacle 31 on the underwater base side is performed, and the underwater detachable plug on the vehicle side is performed. 5 and the underwater base can be mated. That is, the connector can be mated by positioning the connector on the submersible side and the connector on the connection target side without depending on the docking device or the like.
[0036]
Furthermore, in the present embodiment, the reflection points of the three laser beams emitted from the laser irradiator 11 on the flat surface 33a of the receptacle panel 33 provided on the underwater base side are analyzed by image analysis of an image captured by the TV camera 9. The attitude of the vehicle is controlled based on the obtained position information of the reflection point, so that the underwater detachable plug 5 on the vehicle side faces the flat surface 33a of the receptacle panel 33 provided on the underwater base side. Then, based on the position information of the underwater detachable receptacle 31 obtained by image analysis of an image obtained by imaging the underwater detachable receptacle 31 attached to the plane 33a of the receptacle panel 33 provided on the underwater base side illuminated by the light 13, By moving the vehicle, the underwater detachable plug 5 on the vehicle side and the underwater detachable receptacle 31 on the underwater base side are aligned in a straight line with their mutual connection surfaces facing each other. Therefore, the manipulator 7 only needs to perform the reciprocating motion for moving the submersible plug 5 forward and backward, and the configuration of the device can be simplified.
[0037]
In addition, since the position and the alignment of the underwater detachable plug 5 on the vehicle side and the underwater detachable receptacle 31 on the underwater base side can be aligned by controlling the posture and position of the vehicle side or the operation of the manipulator, the alignment on the vehicle side can be adjusted. It is possible to provide feedback with higher precision than when a mechanical guide device for aligning the connector with the connector on the underwater base side or an acoustic positioning method is used. Furthermore, as long as the devices can be simplified and the shape of the connector can be accommodated, mating becomes possible, and versatility can be increased.
[0038]
By the way, it is difficult to fix a vehicle in a fixed position underwater. In other words, the vehicle moves due to the sea current or the force received from the attached cable in the case of a cabled type, and also moves under the influence of the reaction force from the manipulator, the fluid force and the inertia force due to the movement of the manipulator. Because it will do. However, in the mating technique of the present embodiment, an error in the position of the vehicle, for example, an error of several centimeters occurs, and even if the vehicle slightly moves, the posture and position of the vehicle can be maintained, and the operation of the manipulator can be performed. As long as the underwater detachable plug 5 can be mated to the underwater detachable receptacle 31, the displacement of the position of the vehicle with respect to the underwater detachable receptacle 31 is allowable. Therefore, it is hardly affected by the influence of the ocean current or the fluid force or inertia force due to the movement of the manipulator.
[0039]
Further, it is conceivable to install a light source, for example, a marker or an LED light source on the flat surface 33a of the receptacle panel 33 and use the position information. However, in the sea, identification of a light source becomes difficult due to biological fouling and deterioration of materials. On the other hand, in the present embodiment, since the laser beam is emitted from the manipulator 7 side and the position information of the reflection point is obtained, only the flat surface 33a of the receptacle panel 33 needs to be provided. Hard to receive. That is, it is possible to prevent the vehicle attitude and position from being unable to be controlled based on the image captured by the TV camera 9 due to biological contamination, deterioration of the material, and the like. In addition, by using the reflection point of the laser light, the optical properties can be changed on the vehicle side by adjusting the intensity, color, and beam width of the laser light.
[0040]
In the present embodiment, the manipulator 7 performs only one degree of reciprocation in the front-rear direction, and the degree of freedom in the other directions is covered by the movement of the vehicle itself as necessary. However, although the configuration is complicated, manipulators with various directions and degrees of freedom of movement are provided, not limited to the reciprocating motion in the front-back direction, and the position information of the laser light reflection point and the position information of the connector on the underwater base side Based on the above, in addition to the movement of the vehicle itself, the manipulator can be moved to align the connector on the vehicle side with the connector on the underwater base side.
[0041]
Further, in the present embodiment, a capturing device and a docking device for docking the vehicle to the underwater base are not described, but a capturing device and a docking device can be provided at the underwater base. At this time, it is not necessary to consider the mating of the connector and the catching device and docking device need only be of a type that can be moored at the underwater base so that the vehicle will not be washed away. With a simple structure.
[0042]
In this embodiment, a mechanical and mechanical guide device for assisting mating of the connector is not described, but a simple mechanical and mechanical guide device may be added. In this case, mating of the connector is more reliable.
[0043]
In addition, the present invention is not limited to the mating apparatus having the configuration of the present embodiment, but includes an imaging device, a laser irradiation device, a manipulator, and the like. Various configurations can be used for aligning the connectors with each other based on the information. For example, the image analysis and drive control unit 15, the manipulator control unit 17, the connector management unit 19, and the like can be appropriately integrated or separately configured. Further, the number of laser beams irradiated may be four or more. Further, the connector installation member provided on the connection target side is not limited to the shape like the receptacle panel 33, and can be a member of various shapes as long as it has a flat surface on which the connector is installed.
[0044]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a connector can be mated by performing position alignment of the connector of a submersible and the connector of a connection object side, without depending on a docking device etc.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing the schematic configuration and operation of an embodiment of a mating apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a state of a laser beam reflected on a surface of a receptacle panel.
[Explanation of symbols]
1 Vehicle side mating device
3 Underwater base side mating device
5 Underwater removable plug
7 Manipulator
9 TV camera
11 Laser irradiation machine
13 lights
15 Image analysis and drive control means
17 Manipulator control means
31 Underwater detachable receptacle
33 Receptacle panel
33a plane

Claims

A connector detachable in water, a manipulator that holds and moves the connector, an imaging device that captures an image in a direction in which the connection surface of the connector faces, and a connection surface of the connector faces from a position surrounding the imaging device. A laser irradiator that irradiates at least three laser beams in parallel with a direction, an image analyzer that analyzes an image captured by the imager, and a drive controller that controls driving of the laser irradiator and the imager. And a manipulator control means for controlling the operation of the manipulator.

The image analysis means is provided with a connection target connector corresponding to the connector based on the positions of the reflection points of at least three laser beams emitted from the laser irradiation device imaged by the image pickup device. The distance to a plane provided in parallel with the connection surface of the connector and the direction in which the plane faces are calculated, and the position of the connection target connector is determined from the image of the connection target connector captured by the imaging device. Determining the position of the connector with respect to the connection target connector according to the direction in which the calculated plane is oriented and the determined position of the connection target connector; 2. The mating device according to 1.

A submersible-side connector detachable in water provided on the submersible side, a manipulator that holds and moves the submersible-side connector, and an imaging device that images a direction in which a connection surface of the submersible-side connector faces. A laser irradiator that irradiates at least three laser beams in parallel to a direction in which the connection surface of the submersible-side connector faces from a position surrounding the imager, and an image analyzer that analyzes an image captured by the imager. A drive control unit that controls the driving of the laser irradiator and the imaging device, a manipulator control unit that controls an operation of the manipulator,
The submersible is provided at a connection target connected by the submersible connector, a connection target connector corresponding to the submersible connector, and a connection surface of the connection target connector provided with the connection target connector. A connector installation member provided on the connection target having a plane parallel to
The image analysis unit is configured to reach a plane of the connector installation member on which the connection target side connector is provided based on positions of reflection points of at least three laser lights emitted from the laser irradiation device captured by the imaging device. The distance and the direction in which the plane faces are calculated, the position of the connection target connector is determined based on the image of the connection target connector captured by the imaging device, and the calculated plane is calculated. A submersible connector mating apparatus, wherein the position of the submersible connector with respect to the coupling target connector is adjusted according to the facing direction and the determined position of the coupling target connector.

A submersible, a submersible-side connector detachable underwater, a manipulator for holding and moving the submersible-side connector, an imaging device for imaging a direction in which a connection surface of the submersible-side connector faces, and the imaging A laser irradiator that irradiates at least three laser beams in parallel to the direction in which the connection surface of the submersible connector faces from the position surrounding the aircraft,
A connection target to which the submersible is connected by the submersible connector is provided with a connection target connector corresponding to the submersible connector, and a plane on which the connection target connector is provided,
The laser irradiator irradiates at least three laser beams on the plane on which the connection target side connector is provided, and reflects the reflection points of the at least three laser lights on the plane on which the connection target side connector is provided. While controlling the attitude of the submersible based on an image captured by an image capturing device and an image captured by the image capturing device including the image of the connection target connector, the operation of the manipulator is controlled by controlling the operation of the manipulator. A method of mating a connector for a submersible, wherein the submersible connector is connected to the connection target connector.

The laser irradiator irradiates at least three laser beams on the plane on which the connection target side connector is provided, and reflects the reflection points of the at least three laser lights on the plane on which the connection target side connector is provided. The position of a reflection point of the at least three laser lights on a plane provided with the connection target side connector is determined from the captured image, and the connection is performed based on the determined position of the reflection point. The distance to the plane on which the target connector is provided, and the direction in which the plane on which the connection target connector is provided is calculated, and the calculated distance to the plane on which the connection target connector is provided is calculated. In accordance with distance information and information on the direction in which the plane on which the connection target connector is provided faces, connection of the submersible connector to the plane on which the connection target connector is provided. And maintains control the attitude of the submarine vehicle in the state where the faces,
An image including the connection target connector is captured by the image pickup device, and the position of the connection target connector is determined based on the captured image, and the connection target side is determined in accordance with the determined position of the connection target connector. The position of the submersible is adjusted and maintained so that the connector and the submersible connector are positioned so that their respective connecting surfaces are aligned with each other, and the connecting surface of the submersible connector and the connecting surface of the target connector are connected. 5. The submersible device according to claim 4, wherein the manipulator is driven to move the submersible-side connector of the submersible straight, and is connected to the connection target-side connector, in a state where is positioned on a straight line. 6. Connector mating method.