JP2018190179A - リモートコントロールシステム - Google Patents

Abstract

【課題】コントロール不能となる危険性を極力小さくした航走体リモートコントロールシステムを提供する。【解決手段】本発明は、コントローラで遠隔制御される水中カメラが撮影した航走体の画像をコントローラに備えたディスプレイに表示することによって航走体を監視する監視手段と、コントローラで遠隔制御される光無線送信機から光無線によって航走体を操縦する操縦手段と、を備えたリモートコントロールシステムであって、水中カメラと光無線送信機の向きは、コントローラから指令がないときは、監視手段が有する自動追尾機能によって自動的に航走体の方向に向くように調整され、コントローラから指令があるときは、コントローラからの指令に従って調整される。また、水中カメラ及び光無線送信機とコントローラとの間は光ファイバケーブル等のケーブルで接続され、このケーブルの中間にはブイを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、リモートコントロールシステムに関するものであり、特に小型の水中航走体を操縦するリモートコントロールシステムに関するものである。

水中を航走する航走体を光通信等によって操縦する制御装置が開発されている。

上記したような水中の航走体を遠隔制御する技術として、特開２００２−１９６８１８号広報（特許文献１）に、赤外線による通信で航送体を操縦する制御装置が開示されている。

特開２００２−１９６８１８号広報

特許文献1に開示された赤外線通信等の光無線による航走体の制御装置は、水槽等の領域で使用するものであり、例えば屋外の海、河川、湖等の自然環境においては自然光等が妨害となって光無線が途切れ、コントロール不能となる場合が生じる。したがって、自然環境にある水域では、制御する対象である航走体のような移動体に向けて大きな光強度の光信号を送信する必要がある。本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、航走体に光を集中し正確に送光し、光信号を航走体に届きやすくして航走体がコントロール不能になることを極力小さくしたリモートコントロールシステムを提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明は、コントローラで遠隔制御されるカメラが撮影した移動体の画像信号をコントローラに伝送し、このコントローラに備えたディスプレイに移動体の画像を表示することによって移動体を監視する監視手段と、コントローラで遠隔制御される光無線送信機から光無線で送信される操縦信号によって移動体を操縦する操縦手段と、を備えたリモートコントロールシステムであって、カメラに備えた撮影レンズと光無線送信機に備えた送光部の向きは可変であり、両者は連動して同じ方向に向く仕組みになっており、監視手段は移動体を追尾して撮影レンズを移動体の方向に向くように調整する自動追尾機能を有し、コントローラから制御信号による指令がないときは、自動追尾機能によって撮影レンズを移動体の方向に向くように調整し、コントローラから制御信号による指令があるときは、自動追尾機能より優先して、コントローラからの制御信号による指令に従って撮影レンズの向きを調整するリモートコントロールシステムを提供する。

上述したリモートコントロールシステムによれば、自動追尾機能で移動体をカメラで追尾しながら同時に光無線送信機の送光部を移動体のある方向に向けることができるため、送光部からの光を移動体に届きやすくすることができる。また、移動体を自動追尾機能で追尾しきれなくなったときでも、操縦者がコントローラのディスプレイに表示された移動体の画像を見ながら制御信号による指令によって撮影レンズの向きを調整して移動体を追跡することができるため、移動体を見失いコントロール不能となる危険性を極力小さくすることができる。

上述したリモートコントロールシステムにおいて、本発明の目的を達成するための、より具体的な構成としては、移動体は水中を航走する航走体であり、カメラは水中カメラである。また、水中カメラ及び光無線送信機と、コントローラとの間は、画像信号、操縦信号及び制御信号を伝送する通信用のケーブルで接続されており、このケーブルの中間にはブイ（フロート）が備えられている構成とする。

このように構成することにより、水中カメラ及び光無線送信機を所定位置に安定して停留させ、水中を航走する航走体を監視及び遠隔操縦することができる。

また、本発明に係るリモートコントロールシステムにおいては、水中カメラ及び光無線送信機と、コントローラとの間を接続しているケーブルは光ファイバを含み、この光ファイバの先端は送光部となっており、コントローラから光ファイバによって伝送された光信号を送光部から直接光無線として航走体に向けて送信し、航走体を操縦する構成とすることが好ましい。

このように構成することにより、コントローラに備えた光源が発生する光を直接光無線として使用できるので、光無線送信機に光源を設ける必要がなく、光無線送信機の本体を小型化することが可能となるため、水中で稼働しやすくできる。

また、本発明に係るリモートコントロールシステムにおいては、水中カメラは航走体までの距離を検知する測距手段を備え、ブイは、このブイから水面下に自在な長さにケーブルを延ばすことができるケーブル長調整手段を備える構成とすることが好ましい。そして、ケーブル長調整手段は測距手段が検知した航走体までの距離の情報と自動追尾機能の情報とに基づき、水中カメラが航走体を撮影できる状態で、水中カメラから航走体までの距離が小さくなるように、ブイから水面下に延されたケーブルの長さを調整する。

このように構成することにより、水中カメラ及び光無線送信機から航走体までの距離をできるだけ小さくした状態で監視及び操縦ができるため、航走体を見失う危険性を極力小さくすることが可能となる。

または、本発明に係るリモートコントロールシステムにおいては、水中カメラは、上述した測距手段の代わりに水中カメラの角度を検知する角度検知手段を備え、ブイは、このブイから水面下に自在な長さにケーブルを延ばすことができるケーブル長調整手段を備える構成とすることも可能である。そして、ケーブル長調整手段は、水中カメラが検知した水中カメラの角度の情報と自動追尾機能の情報とに基づき、水中カメラが航走体を撮影できる状態で、水中カメラの角度が水平に近くなるように、ブイから水面下に延されたケーブルの長さを調整する。

このように構成することにより、水中カメラが水平な状態で航走体を撮影できる。すなわち、水中カメラ及び光無線送信機から航走体までの距離をできるだけ小さくした状態で、監視及び操縦ができるため、航走体を見失う危険性を極力小さくすることが可能となる。

さらに、本発明に係る上記リモートコントロールシステムにおいては、水中カメラ及び光無線送信機と、コントローラとの間を接続するケーブルは漏洩同軸ケーブルまたは漏洩光ファイバを含み、測距手段または角度検知手段が検知した情報、及び自動追尾機能の情報は、漏洩同軸ケーブルまたは漏洩光ファイバによって伝送され、これらの漏洩同軸ケーブルまたは漏洩光ファイバの側面から漏れる電磁波または光によってブイに備えたケーブル長調整手段に送信される構成とすることが好ましい。

このように構成することにより、測距手段または角度検知手段が検知した情報の信号、及び自動追尾機能の情報の信号はケーブルから漏れてケーブル長調整手段に送信されるため、ケーブルをケーブル長調整手段に直接接続する必要がない。

本発明によるリモートコントロールシステムによれば、航走体を自動的に追尾しながら、できるだけ航走体に近い位置から光無線送信機の送光部を航走体に向けて操縦信号を送信することができるため、送信が途切れることなく正確に航走体を操縦することができる。また、もし航走体を自動的に追尾できなくなった状態になったとしても、水中カメラの画像を操縦者が見ながらコントローラによって航走体を探すことができるため、航走体を見失ってコントロール不能となる危険性を極力小さくすることができる。

本発明による一実施形態の全体の構成を示す図である。 本発明における水中カメラ及び光無線送信機等を示す斜視図である。 本発明におけるリモートコントロールシステムのブイを水面に浮かんでいる状態で上側から見た平面図である。 本発明におけるリモートコントロールシステムのブイの側面についての一部断面図とケーブル長調整動作を示す図である。 本発明における水中カメラ及び光無線送信機と航走体との位置関係を示す図である。

以下に、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明によるリモートコントロールシステムの全体の構成を示す図である。航走体1は推進用モーター及びこの推進用モーターによって回転するスクリュー、舵、潜行浮上装置等の移動手段と、光無線を受信する光無線受信機と操縦制御部及びバッテリー等を備えている。航走体1は、光無線受信機が受信した操縦信号に従って操縦制御部により推進用モーター、舵、潜行浮上装置等が制御されるため、水中を三次元的に移動するように操縦される。また、航走体1は、その存在位置を示す表示灯としてＬＥＤ等を光源とした船灯１ａを備えている。

本発明によるリモートコントロールシステムは、航走体1を監視する監視手段と航走体1を操縦する操縦手段を備えている。監視手段は水中カメラ２、ケーブル３、コントローラ４及び水中カメラ方向調整手段５から構成されている。水中カメラ２は、水中を航走する航走体1を撮影し、ケーブル３を介してコントローラ４に航走体１の画像信号を伝送し、コントローラ４に備えたディスプレイ４ａには、伝送された航走体１の画像を表示することができる。また、コントローラ４は水中カメラ２の撮影レンズ２ａの向きを制御する操作桿４ｂを具備し、この操作桿４ｂを操縦者が操作することにより、コントローラ４からケーブル３を介して制御信号による指令が水中カメラ方向調整手段５に伝送される。そして、この水中カメラ方向調整手段５が制御信号による指令に従って、水中カメラ２を回転させたり、上下に傾けることで撮影レンズ２aの向きを変えることができる（図２参照）。このような構成にすることにより、操縦者が航走体1を追跡してディスプレイ４ａにその画像を表示することができる。

また、監視手段は航走体１の船灯１ａを追尾する自動追尾機能を有し、自動追尾機能によって追尾した航走体１の位置に撮影レンズ２aの向きを自動的に向けることができる。自動追尾機能の具体的な方法としては、水中カメラ２が撮影した画像内で移動する船灯１ａの点滅光を追跡するアルゴリズムをソフトウェアで処理するか、或いはハードウェア実装によって処理する方法があげられる。そして、船灯１ａの点滅光を追跡するように水中カメラ方向調整手段５によって水中カメラ２の撮影レンズ２ａの向きを航走体1の位置に調整することができる。尚、上述した、追跡するアルゴリズムを処理する手段は、水中カメラ２および/またはコントローラ４に備えており、アルゴリズムの処理結果はケーブル３等を介して水中カメラ方向調整手段５に伝送され、アルゴリズムの処理結果に基づき水中カメラ方向調整手段５が制御され、撮影レンズ２ａの向きが調整される。

本発明によるリモートコントロールシステムが備えている操縦手段は、ケーブル３、コントローラ４及び光無線送信機６から構成されている。光無線送信機６は、コントローラ４からケーブル３を介して伝送される操縦信号を送光部６ａから光無線によって航走体１に備えた光無線受信機の受光部に向けて送信し、この光無線受信機が受信した操縦信号に従って航走体１は操縦される。ここで使用される光無線としては、例えば赤外線通信、可視光通信があげられる。可視光通信を用いる際の光源としては、水中での減衰量が小さい青色のＬＥＤが好ましい。尚、操縦信号はコントローラ４に具備された操縦桿４ｃを操縦者が操作することによって発信される。

上述した、前記水中カメラ２の撮影レンズ２aと光無線送信機６の送光部６ａとの向きは可変であり、両者は連動して同じ方向に向く仕組みになっている（図２参照）。したがって、水中カメラ方向調整手段５によって制御される水中カメラ２の撮影レンズ２ａの向きと連動して、光無線送信機６の送光部６ａも撮影レンズ２ａと同じ方向に向く。

さらに、監視手段は、コントローラ４からの制御信号による指令がないときは、自動追尾機能によって撮影レンズ２ａを航走体1の方向に自動的に向くように調整し、コントローラ４からの制御信号による指令があるときは、自動追尾機能に対して優先して、コントローラ４からの制御信号の指令に従って撮影レンズ２ａの向きを調整する機能を有している。ここで、コントローラ４からの制御信号の指令は、操縦者がコントローラ４の操作桿４ｂを操作することで発信される。したがって、自動追尾機能で航走体１を追尾しきれなくなったときでも操縦者がコントローラ４を介して撮影レンズ２ａの向きを調整することができるため、航走体１を探して追跡することが可能となる。

また、水中カメラ２及び光無線送信機６と、コントローラ４との間で画像信号、操縦信号及び制御信号を伝送する通信用のケーブル３の中間にはブイ７を備えることで、水中カメラ２及び光無線送信機６を安定した状態で稼働させることができるため航走体１を追尾しやすくすることが可能となる。

ケーブル３には同軸ケーブルまたは光ファイバケーブルが用いられるが、光ファイバケーブルを用いる場合、光ファイバの先端に端部レンズ等を設けた送光部６ａとすることにより、コントローラ４の備えた光源から光ファイバを介して伝送された光信号を直接光無線として送信することができる。したがって、光無線送信機６を小型化して水中で稼働しやすくすることができる。

上述したような構成とすることにより、自動追尾機能で航走体１を水中カメラ２で追尾しながら同時に光無線送信機６の送光部６aを航走体１のある方向に向けることができるため、送光部６aから送信される光信号を航走体1に届きやすくすることができる。また、航走体1を自動追尾機能で追尾しきれなくなったときでも、操縦者がコントローラ４のディスプレイ４ａに表示された航走体1の画像を見ながら追跡することができるため、航走体1を見失いコントロール不能となる危険性を極力小さくすることができる。

（第２の実施形態）
本発明によるリモートコントロールシステムにおいて水中カメラ２及び光無線送信機６をできるだけ航走体１に近づける技術について、図３及び図４を参照して説明する。図３はケーブル３の中間に備えたブイ７を上側からみた平面図である。ブイ７は、ケーブル３を中通しする中空部７ａが設けられており、この中空部７ａを通して水面下に延されるケーブル３の長さを調整するケーブル長調整手段を備えている。ケーブル長調整手段はケーブル３を送り出す送出ローラー７ｂと、この送出ローラー７ｂを回転させる駆動用モーター７ｃとを備えている。また、ケーブル長調整手段は駆動制御信号受信機７ｄを備えており、さらに、この駆動制御信号受信機７ｄが受信した情報に基づいて駆動用モーター７ｃの回転を調整する駆動用モーター制御部（バッテリーを含む）７ｅを備えている。このような構成にすることによって、ブイ７の中空部７ａを通るケーブル３を、二つの送出ローラー７ｂで挟み、これらの送出ローラー７ｂを回転させることによってケーブル３を水面下に延したり、引き上げることができる。したがって、水面下のケーブル３の長さを調整することができる（図４参照）。

水中カメラ２は航走体１までの距離を検知し、検知した航走体１までの距離の情報を電気信号または光信号としてケーブル長調整手段に備えた駆動制御信号受信機７ｄに送信する測距手段を備えている。ケーブル長調整手段は測距手段が検知した航走体１までの距離の情報と自動追尾機能の情報とに基づき、水航走体１までの距離が小さくなるように、ブイ７から水面下に延されたケーブル３の長さを調整することができる。

上述した測距手段の具体的方法としては、船灯１ａの光強度を測定することにより水中カメラ２から航走体１までの距離を検知する方法の他、位相差検出方式またはコントラスト検出方式によって航走体１までの距離を検知する方法があげられる。また、水中カメラ２から航走体１の船灯１ａまでの距離を小さくする具体的な方法としては、ケーブル長調整手段によって、ブイ７から水面下にあるケーブル長さを徐々に延したり引き上げたりしながら、水中カメラ２から航走体１の船灯１ａまでの距離の変動を検知し、検知した距離が小さくなるようにケーブル３の長さを調整する方法があげられる。

このような構成にすることにより、水中カメラ２が航走体１を撮影できる状態で、水中カメラ２及び光無線送信機６を航走体１に近づけることができるため、追跡が途中で途切れて光無線が届きにくくなることを防ぐことができる。

尚、ブイ７は、例えば錘７ｆによって、水中カメラ２及び光無線送信機６等の重量より重く調整することが好ましい。このようにブイ７の重量を調整することにより、水中カメラ２及び光無線送信機６を接続したケーブル３をブイ７の水面下に安定して延したり引き上げたりすることができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態においては、第２の実施形態における測距手段の代わりに、水中カメラ２は水中カメラ２の角度を検知して、検知した角度の情報を電気信号または光信号としてケーブル長調整手段に備えた駆動制御信号受信機7ｄに送信する角度検知手段を備えている。そして、ケーブル長調整手段は、水中カメラ２が検知した水中カメラ２の角度の情報と自動追尾機能の情報とに基づき、水中カメラ２が航走体１を撮影できる状態で、水中カメラ２の角度が水平に近くなるように、ブイ７から水面下に延されたケーブル３の長さを調整する。

このような構成にすることにより、航走体１に近い所に水中カメラ２及び光無線送信機６を位置させることができる（図５参照）。

尚、第２の実施形態、第３の実施形態において、ケーブル３は例えば、漏洩同軸ケーブルまたは漏洩光ファイバを含む構成とすることが好ましい。このように構成することで、測距手段または角度検知手段が検知した情報、及び自動追尾機能の情報は、電気信号または光信号として漏洩同軸ケーブルまたは漏洩光ファイバによって伝送され、これらの漏洩同軸ケーブルまたは漏洩光ファイバの側面から漏れる電磁波または光7ｇによって、ブイ７に備えたケーブル長調整手段の駆動制御信号受信機７ｄに送信することができる。

したがって、電磁波または光7ｇはケーブル３から漏れることで送信できるので、ケーブル３をケーブル長調整手段に直接接続する必要がない（図４参照）。

本発明は、小型の水中航走体を操縦するリモートコントロールシステムの技術分野に利用可能である。

１：航走体、1ａ：船灯、２：水中カメラ、２ａ：撮影レンズ、３：ケーブル、４：コントローラ、４ａ：ディスプレイ、４ｂ：操作桿、４ｃ：操縦桿、５：水中カメラ方向調整手段、６：光無線送信機、６ａ：送光部、７：ブイ、７ａ：中空部、７ｂ：送出ローラー、７ｃ：駆動用モーター、7ｄ：駆動制御信号受信機、７ｅ：駆動用モーター制御部、7ｆ：錘、７ｇ：電磁波または光、
Ａ：回転、Ｂ：上下の傾き、Ｃ：ブイの水面下にケーブルを延す方向、Ｄ：ケーブルを引き上げる方向、Ｅ：航走体を斜めに見る状態、Ｆ：航走体を水平に見る状態、Ｇ：水中カメラから航走体までの距離

Claims (6)

1. コントローラで遠隔制御されるカメラが撮影した移動体の画像信号を前記コントローラに伝送し、前記コントローラに備えたディスプレイに前記移動体の画像を表示することによって前記移動体を監視する監視手段と、前記コントローラで遠隔制御される光無線送信機から光無線で送信される操縦信号によって前記移動体を操縦する操縦手段と、を備えたリモートコントロールシステムであって、前記カメラに備えた撮影レンズと前記光無線送信機に備えた送光部の向きは可変であり、両者は連動して同じ方向に向く仕組みになっており、前記監視手段は前記移動体を追尾して前記撮影レンズを前記航走体の方向に向くように調整する自動追尾機能を有し、前記コントローラから制御信号による指令がないときは、前記自動追尾機能によって前記撮影レンズを前記移動体の方向に向くように調整し、前記コントローラから制御信号による指令があるときは、前記自動追尾機能より優先して、前記コントローラからの制御信号による指令に従って前記撮影レンズの向きを調整することを特徴とするリモートコントロールシステム。
2. 前記移動体は水中を航走する航走体であり、前記カメラは水中カメラであって、前記水中カメラ及び前記光無線送信機と、前記コントローラとの間は、画像信号、操縦信号及び制御信号を伝送する通信用のケーブルで接続されており、前記ケーブルの中間にはブイが備えられていることを特徴とする請求項1に記載のリモートコントロールシステム。
3. 前記ケーブルは光ファイバを含み、前記光ファイバの先端は前記送光部となっており、前記コントローラから前記光ファイバによって伝送された光信号を前記送光部から直接光無線として前記航走体に向けて送信し、前記航走体を操縦することを特徴とする請求項２に記載のリモートコントロールシステム。
4. 前記水中カメラは前記航走体までの距離を検知する測距手段を備え、前記ブイは、このブイから水面下に自在な長さに前記ケーブルを延ばすことができるケーブル長調整手段を備えており、前記ケーブル長調整手段は前記測距手段が検知した前記航走体までの距離の情報と前記自動追尾機能の情報とに基づき、前記水中カメラが前記航走体を撮影できる状態で、前記水中カメラから前記航走体までの距離が小さくなるように、前記ブイから水面下に延された前記ケーブルの長さを調整することを特徴とする請求項２及び請求項３に記載のリモートコントロールシステム。
5. 前記水中カメラは、この水中カメラの角度を検知する角度検知手段を備え、前記ブイは、このブイから水面下に自在な長さに前記ケーブルを延ばすことができるケーブル長調整手段を備えており、前記ケーブル長調整手段は、前記水中カメラが検知した前記水中カメラの角度の情報と前記自動追尾機能の情報とに基づき、前記水中カメラが前記航走体を撮影できる状態で、前記水中カメラの角度が水平に近くなるように、前記ブイから水面下に延された前記ケーブルの長さを調整することを特徴とする請求項２及び請求項３に記載のリモートコントロールシステム。
6. 前記ケーブルは漏洩同軸ケーブルまたは漏洩光ファイバを含み、前記測距手段または前記角度検知手段が検知した情報、及び前記自動追尾機能の情報は、前記漏洩同軸ケーブルまたは前記漏洩光ファイバによって伝送され、これらの漏洩同軸ケーブルまたは漏洩光ファイバの側面から漏れる電磁波または光によってブイに備えた前記ケーブル長調整手段に送信されることを特徴とする請求項４及び請求項５に記載のリモートコントロールシステム。