JP2019084914A

JP2019084914A - 潜水機システム

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Publication number: JP2019084914A
Application number: JP2017213781A
Authority: JP
Inventors: 裕樹伊豆; Hiroki Izu; 宇織小池; Uori Koike; 優佐々木; Masaru Sasaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2017-11-06
Publication date: 2019-06-06
Anticipated expiration: 2037-11-06
Also published as: JP6946947B2

Abstract

【課題】操作性を損なうことなくケーブルの捩れを解消することができる潜水機システムを提供する。【解決手段】３６０度カメラ１０６を備える無人潜水機１０１と、無人潜水機１０１を遠隔操作する制御装置１０３及び操作入力部１０５と、無人潜水機１０１と制御装置１０３とを接続するとともに少なくともデータ通信に用いられる有線ケーブル１０２と、３６０度カメラ１０６によって撮像された撮像データを表示する映像表示部１０４と、を備え、無人潜水機１０１の旋回量が所定の旋回量以上であり、制御装置１０３及び操作入力部１０５によって無人潜水機１０１が遠隔操作されていない場合に、無人潜水機１０１は、当該無人潜水機１０１の旋回量を打ち消す方向に回動する、潜水機システム１００。【選択図】図１

Description

本発明は、潜水機システムに関する。

特許文献１には、水上の支援船と、水中の遠隔操作ビークルと、支援船と遠隔操作ビークルとの間でデータを送信するための光ファイバを含むケーブルと、を備えるシステムが記載されている。また、特許文献１に記載の遠隔操作ビークルは、ケーブルを巻き取るためのスプールと、スプールからケーブルを引き出すための解放機構を備えている。そして、特許文献１に記載の解放機構は、ケーブルの張力に応じて、スプールからケーブルが引き出される速さを制御する。

特開２０１４−５２１５５３号公報

無人潜水機にカメラを搭載した水中ドローンが開発されている。当該カメラの映像を操作者が確認しながら水中ドローンを操作することにより、水中で当該水中ドローンを移動させることができる。当該水中ドローンは、地上又は船上の制御装置と通信するため、当該制御装置と通信ケーブルによって接続されている。このケーブルは、水中ドローンを操作しているうちに、捩れることがある。ケーブルが過度に捩れると、水中ドローンや制御装置が故障したりや操作性が低下したりする場合がある。

そこで、ケーブルの捩れを解消するように水中ドローンを自動で回動させると、操作者は、操作していないのに水中ドローンが勝手に動作しているように感じてしまい、操作性を損なってしまう。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、操作性を損なうことなくケーブルの捩れを解消することができる潜水機システムを提供することを目的とするものである。

本発明に係る潜水機システムは、周囲を撮像する撮像部を備える潜水機と、操作者によって操作されることにより、前記潜水機を遠隔操作する操作装置と、前記潜水機と前記操作装置とを接続するとともに、少なくとも前記潜水機と前記操作装置との間のデータ通信に用いられるケーブルと、前記撮像部によって撮像された撮像データを表示する表示部と、を備える。そして、前記潜水機の旋回量が所定の旋回量以上であり、前記操作装置によって前記潜水機が遠隔操作されていない場合に、前記潜水機は、当該潜水機の旋回量を打ち消す方向に回動する。

本発明に係る潜水機システムによれば、潜水機の旋回量が所定の旋回量以上である場合に、潜水機は、当該潜水機の旋回量を打ち消す方向に回動する。そのため、ケーブルの捩れを解消することができる。また、潜水機は、操作装置によって当該潜水機が遠隔操作されていない場合に、当該潜水機の旋回量を打ち消す方向に回動する。そのため、操作者が操作装置を介して潜水機を操作していない場合に、ケーブルの捩れを解消するように潜水機が自動的に回動するため、操作者が操作していないのに潜水機が勝手に動作しているように感じてしまうことを防ぐことができる。これにより、操作性を損なうことなくケーブルの捩れを解消することができる潜水機システムを提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る潜水機システムを模式的に示す図である。本発明の実施の形態１に係る潜水機システムにおけるケーブル捩れの解消方法の一例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１に係る潜水機システムにおけるケーブル捩れの解消方法を模式的に示す図である。本発明の実施の形態１に係る潜水機システムのカメラが撮像する範囲の例を模式的に示す図である。

実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態１に係る潜水機システム１００を模式的に示す図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る潜水機システム１００におけるケーブル捩れの解消方法の一例を示すフローチャートである。図３は、本発明の実施の形態１に係る潜水機システム１００におけるケーブル捩れの解消方法を模式的に示す図である。

実施の形態１に係る潜水機システム１００は、図１に示すように、無人潜水機（水中ドローン）１０１、有線ケーブル１０２、制御装置１０３、表示部としての映像表示部１０４、操作入力部１０５等を備える。

本実施形態において、無人潜水機１０１は水中を移動可能であり、制御装置１０３、映像表示部１０４、操作入力部１０５は地上又は船上に配置される。また、無人潜水機１０１と制御装置１０３とは、有線ケーブル１０２によって接続されている。また、映像表示部１０４及び操作入力部１０５と制御装置１０３とは、例えば、近距離無線通信によって、通信可能に接続されている。なお、映像表示部１０４は、制御装置１０３と有線接続されていてもよいし、制御装置１０３とネットワーク経由で接続されていてもよい。また、映像表示部１０４は、例えば、操作者ＯＰの頭部に装着されるヘッドマウンティングディスプレイ等である。

そして、操作者ＯＰが操作入力部１０５を操作することによって、制御装置１０３に制御信号が送信される。また、制御装置１０３から当該制御信号が有線ケーブル１０２を介して無人潜水機１０１に送信される。そして、無人潜水機１０１は、当該制御信号に従って、水中で動作する。
また、無人潜水機１０１の３６０度カメラ１０６（後述）によって撮像された撮像データは、有線ケーブル１０２を介して制御装置１０３に送信される。また、当該撮像データは、制御装置１０３から映像表示部１０４に送信される。そして、映像表示部１０４は、当該撮像データに基づく映像を表示し、操作者ＯＰは、当該映像を視認する。
すなわち、本実施形態において、制御装置１０３及び操作入力部１０５は、無人潜水機１０１を遠隔操作する操作装置として機能する。

無人潜水機１０１は、操作者ＯＰが操作入力部１０５を操作することによって、当該無人潜水機１０１に送信される制御信号に従って、水中を移動可能な水中ロボットである。具体的には、操作入力部１０５から制御信号は制御装置１０３に送信される。そして、制御装置１０３から当該制御信号が有線ケーブル１０２を介して無人潜水機１０１に送信される。

また、無人潜水機１０１は、撮像部としての３６０度カメラ１０６、姿勢角センサ１０７、制御部１０８等を備える。

３６０度カメラ１０６は、無人潜水機１０１の周囲を撮像する。３６０度カメラ１０６によって撮像された撮像データは、有線ケーブル１０２を介して制御装置１０３に送信される。また、当該撮像データは、制御装置１０３から映像表示部１０４に送信される。そして、映像表示部１０４は、当該撮像データに基づく映像を表示し、操作者ＯＰは、当該映像を視認する。

姿勢角センサ１０７は、無人潜水機１０１の姿勢角を検出する。具体的には、姿勢角センサ１０７は、ジャイロセンサ等であり、無人潜水機１０１の回転角度を検出する。本実施形態では、無人潜水機１０１の水平方向における回転角度（以下、水平回転角度と称する。）を検出するが、姿勢角センサ１０７は、無人潜水機１０１の鉛直方向における回転角度（以下、鉛直回転角度と称する。）も併せて検出してもよい。また、姿勢角センサ１０７は、検出した回転角度（姿勢角）を制御部１０８に入力する。

制御部１０８は、図示しないＣＰＵ及び図示しない記憶部等を備える。そして、ＣＰＵが記憶部に格納されたプログラムを実行することにより、制御部１０８における全ての処理が実現する。
また、制御部１０８のそれぞれの記憶部に格納されるプログラムは、ＣＰＵに実行されることにより、制御部１０８のそれぞれにおける処理を実現するためのコードを含む。なお、記憶部は、例えば、このプログラムや、制御部１０８における処理に利用される各種情報を格納することができる任意の記憶装置を含んで構成される。記憶装置は、例えば、メモリ等である。

具体的には、制御部１０８は、無人潜水機１０１の動作を制御する。より具体的には、制御部１０８は、３６０度カメラ１０６、姿勢角センサ１０７等、無人潜水機１０１の各部の動作を制御する。

例えば、制御部１０８は、姿勢角センサ１０７から入力された水平回転角度（姿勢角）に基づいて、無人潜水機１０１の水平方向における回転数（以下、水平回転数と称する。）を旋回量としてカウントする。

また、制御部１０８は、無人潜水機１０１の水平回転数（旋回量）があらかじめ設定された設定値（所定の旋回量）以上か否かを判断する。
そして、制御部１０８は、無人潜水機１０１の水平回転数（旋回量）が設定値（所定の旋回量）以上である場合に、無人潜水機１０１を、当該無人潜水機１０１の当該旋回量を打ち消す方向に、例えば、当該所定の旋回量だけ回動させる。

さらに、制御部１０８は、無人潜水機１０１を当該無人潜水機１０１の旋回量を打ち消す方向に当該所定の旋回量だけ回動させている間、３６０度カメラ１０６の視線方向を固定する。この視線方向は、例えば、無人潜水機１０１が当該無人潜水機１０１の旋回量を打ち消す方向に当該所定の旋回量だけ回動する前に、操作者ＯＰが直近に操作入力部１０５を操作することにより指定した視線方向である。これにより、無人潜水機１０１が当該無人潜水機１０１の旋回量を打ち消す方向に当該所定の旋回量だけ回動する間、映像表示部１０４は、操作者ＯＰによって指定された範囲の撮像データを表示する。

また、制御部１０８は、制御装置１０３から有線ケーブル１０２を介して送信される制御信号に基づいて、無人潜水機１０１が操作者ＯＰによって操作されているか、又は、無人潜水機１０１が操作者ＯＰによって操作されておらず休止しているかを判断する。換言すれば、制御部１０８は、無人潜水機１０１の操作モードが操作中モードか否かを判断する。具体的には、操作者ＯＰによる操作が一定時間実施されていない場合、制御部１０８は、無人潜水機１０１の操作モードは休止中モードであると判断する。
なお、当該一定時間は、無人潜水機１０１の水平回転数（旋回量）の上記設定値（所定の旋回量）の値によって調整されてもよい。具体的には、上記設定値（所定の旋回量）が大きい値であるほど、当該一定時間は短く設定されてもよい。より具体的には、例えば、上記設定値（所定の旋回量）が１０回の場合は、当該一定時間は６０秒、上記設定値（所定の旋回量）が１００回の場合は、当該一定時間は３秒等と設定されてもよい。これにより、無人潜水機１０１の水平回転数（旋回量）が多い場合には、速やかに、無人潜水機１０１の操作モードを自動捩れ解消モードに移行させることができる。

なお、制御部１０８における上述の処理は、ＣＰＵが記憶部に格納されたプログラムを実行することによって、実現する。
また、制御部１０８における制御は、制御装置１０３又は映像表示部１０４において行われてもよい。

次に、図２を参照しながら、本実施の形態に係る潜水機システム１００におけるケーブル捩れの解消方法について説明する。
まず、操作者ＯＰが操作入力部１０５を操作することにより、制御装置１０３から無人潜水機１０１への制御信号の送信を開始する。これにより、無人潜水機１０１の操作が開始される。これに伴い、制御部１０８は、姿勢角センサ１０７から入力された水平回転角度（姿勢角）に基づいて、無人潜水機１０１の水平回転数を旋回量としてカウントする（ステップＳ１）。

次に、制御部１０８は、無人潜水機１０１の水平回転数（旋回量）Ｒｎがあらかじめ設定された設定値（所定の旋回量）Ｒｆ以上か否かを判断する（ステップＳ２）。
ステップＳ２において、無人潜水機１０１の水平回転数（旋回量）Ｒｎがあらかじめ設定された設定値（所定の旋回量）Ｒｆ未満である場合（Ｒｎ＜Ｒｆ）、ケーブル捩れの解消方法の処理は、ステップＳ１の処理に戻る。
ステップＳ２において、無人潜水機１０１の水平回転数（旋回量）Ｒｎがあらかじめ設定された設定値（所定の旋回量）Ｒｆ以上である場合（Ｒｎ≧Ｒｆ）、制御部１０８は、制御装置１０３から有線ケーブル１０２を介して入力される制御信号に基づいて、無人潜水機１０１の操作モードが操作中モードか否かを判断する（ステップＳ３）。

ステップＳ３において、無人潜水機１０１の操作モードが操作中モードである場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、ケーブル捩れの解消方法の処理は、ステップＳ１の処理に戻る。
ステップＳ３において、無人潜水機１０１の操作モードが休止中モードである場合（ステップＳ３；Ｎｏ）、制御部１０８は、無人潜水機１０１の操作モードを自動捩れ解消モードに移行させる（ステップＳ４）。

次に、制御部１０８は、３６０度カメラ１０６の視線方向を固定するとともに、無人潜水機１０１を、当該無人潜水機１０１の水平回転数（旋回量）Ｒｎを打ち消す方向に当該所定の旋回量（設定値）Ｒｆだけ回動させる（ステップＳ５）。

次に、制御部１０８は、制御装置１０３から有線ケーブル１０２を介して送信される制御信号に基づいて、無人潜水機１０１の操作が終了したか否かを判断する（ステップＳ６）。
ステップＳ６において、無人潜水機１０１の操作が終了していない場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、ケーブル捩れの解消方法の処理は、ステップＳ１に戻る。
ステップＳ６において、無人潜水機１０１の操作が終了した場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、ケーブル捩れの解消方法の処理は終了する。

図３を参照しながら、上記ステップＳ５における処理について説明する。まず、図３の一番左側に示すように、操作者ＯＰが操作入力部１０５を用いて無人潜水機１０１を遠隔操作することにより、無人潜水機１０１は旋回し、無人潜水機１０１の水平回転数（旋回量）Ｒｎが所定の旋回量（設定値）Ｒｆ以上となる。このとき、有線ケーブル１０２は、無人潜水機１０１の旋回によって、捩れている。

次に、図３の左から２番目に示すように、制御部１０８によって、３６０度カメラ１０６の視線方向が固定され、無人潜水機１０１が、当該無人潜水機１０１の水平回転数（旋回量）Ｒｎを打ち消す方向に回動（逆回転）する。すなわち、無人潜水機１０１は、水平回転数が蓄積された回動方向とは逆方向に回動する。このとき、図３の右側から２番目に示すように、３６０度カメラ１０６の視線方向は固定されている。そのため、操作者ＯＰは、操作入力部１０５を操作することにより指定した範囲の映像を視認することができ、操作していないのに無人潜水機１０１が勝手に動作しているように感じてしまうことを防ぐことができる。

そして、図３の一番右側に示すように、無人潜水機１０１が、当該無人潜水機１０１の水平回転数（旋回量）Ｒｎを打ち消す方向に当該所定の旋回量（設定値）Ｒｆだけ回動することにより、有線ケーブル１０２の捩れが解消される。

以上に説明した、実施の形態１に係る潜水機システム１００によれば、無人潜水機１０１の旋回量が所定の旋回量以上である場合に、無人潜水機１０１は、当該無人潜水機１０１の旋回量を打ち消す方向に回動する。そのため、有線ケーブル１０２の捩れを解消することができる。また、無人潜水機１０１は、操作モードが休止中モードである場合に、当該無人潜水機１０１の旋回量を打ち消す方向に回動する。そのため、操作者ＯＰが無人潜水機１０１を操作していない場合に、有線ケーブル１０２の捩れを解消するように無人潜水機１０１が自動的に回動するため、操作者ＯＰが操作していないのに無人潜水機１０１が勝手に動作しているように感じてしまうことを防ぐことができる。これにより、操作性を損なうことなく有線ケーブル１０２の捩れを解消することができる潜水機システム１００を提供することができる。

また、無人潜水機１０１が当該無人潜水機１０１の旋回量を打ち消す方向に回動している間、映像表示部１０４は、操作者ＯＰが操作入力部１０５を操作することにより指定した範囲の撮像データを表示する。そのため、無人潜水機１０１の操作モードが休止中モードであって、操作者ＯＰが映像表示部１０４を視認している際に、有線ケーブル１０２の捩れを解消するように無人潜水機１０１が自動的に回動しても、操作者ＯＰは、当該指定した範囲の映像を視認することができる。これにより、無人潜水機１０１の操作モードが休止中モードである際の映像表示部１０４の視認性を損なわずに済む。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、３６０度カメラ１０６は、図４に示すように、無人潜水機１０１を中心とした球状の範囲を撮像するものであってもよいし、無人潜水機１０１を中心とした半球状の範囲を撮像するものであってもよいし、無人潜水機１０１を中心とした円柱の側面の範囲を撮像するものであってもよい。
また、無人潜水機１０１は、撮像部として、３６０度カメラ１０６の代わりに、複数のカメラを備え、当該複数のカメラが上述の図４に示す範囲を分担して撮像してもよい。

また、有線ケーブル１０２は、無人潜水機１０１を制御するための制御信号、３６０度カメラ１０６が撮像した映像信号（撮像データ）等を転送するためのケーブルだけでなく、電源ケーブルを含んでいてもよい。

また、無人潜水機１０１の水平回転数（旋回量）は、外部カメラが取得した無人潜水機１０１の画像データの画像解析から算出されてもよい。この場合には、無人潜水機１０１は、姿勢角センサ１０７を備えていなくてもよい。

また、図２に示すステップＳ３及びステップＳ４の処理は省略されてもよい。具体的には、制御部１０８は、無人潜水機１０１の操作モードを判断せず、無人潜水機１０１の操作モードが操作中モードである場合にも、有線ケーブル１０２の捩れを解消するために無人潜水機１０１を回動させてもよい。この場合、有線ケーブル１０２の捩れを解消するために無人潜水機１０１を回動させている間、３６０度カメラ１０６の視線方向は、操作者ＯＰが操作入力部１０５を操作することにより指定した方向に随時合わせる。これにより、無人潜水機１０１の操作モードが操作中モードである場合にも有線ケーブル１０２の捩れを解消できるとともに、３６０度カメラ１０６の視線方向は、操作者ＯＰが操作入力部１０５を操作することにより指定した方向に随時合わせるため、無人潜水機１０１の操作性を損なわずに済む。

また、図２のステップＳ５において、無人潜水機１０１を、当該無人潜水機１０１の水平回転数（旋回量）Ｒｎを打ち消す方向に回動させる量（逆回転の旋回量）は、当該所定の旋回量（設定値）Ｒｆでなくてもよい。例えば、無人潜水機１０１の水平回転数（旋回量）Ｒｎを打ち消す方向に当該水平回転数（旋回量）Ｒｎ分、無人潜水機１０１を回動（逆回転）させてもよい。これにより、有線ケーブル１０２に蓄積される捩れをほぼ完全に解消することができる。

また、姿勢角センサ１０７は、無人潜水機１０１の鉛直方向における回転角度（鉛直回転角度）も併せて検出してもよい。これにより、無人潜水機１０１の鉛直方向の旋回によって生じる有線ケーブル１０２の捩れを解消することもできる。

１００潜水機システム
１０１無人潜水機（潜水機）
１０２有線ケーブル（ケーブル）
１０３制御装置（操作装置）
１０４映像表示部（表示部）
１０５操作入力部（操作装置）
１０６３６０度カメラ（撮像部）
１０７姿勢角センサ
１０８制御部

Claims

周囲を撮像する撮像部を備える潜水機と、
操作者によって操作されることにより、前記潜水機を遠隔操作する操作装置と、
前記潜水機と前記操作装置とを接続するとともに、少なくとも前記潜水機と前記操作装置との間のデータ通信に用いられるケーブルと、
前記撮像部によって撮像された撮像データを表示する表示部と、
を備え、
前記潜水機の旋回量が所定の旋回量以上であり、前記操作装置によって前記潜水機が遠隔操作されていない場合に、
前記潜水機は、当該潜水機の旋回量を打ち消す方向に回動する、潜水機システム。