JP2019121167A - 海中給電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】長期間運用時の利便性を向上させるために、AUV(自律型無人潜水機)を充電することができる海中給電装置を提供する。【解決手段】海中を探索する自律型無人潜水機40と、他の装置によって自律型無人潜水機の周辺まで運ばれて自律型無人潜水機に給電する海中給電装置30とを備える充電システム100における海中給電装置であって、自律型無人潜水機に給電する第1の送電部と、自律型無人潜水機に対する指令を含む行動計画を自律型無人潜水機に送信し、指令による探索を行った結果を示す探索結果を自律型無人潜水機から受信する第1の送受信部と、を備え、第1の送受信部は、第1の送電部が自律型無人潜水機に給電可能な場合に、自律型無人潜水機との間で通信可能になる位置に備えられる海中給電装置。【選択図】図1
Description
本発明は、自律型無人潜水機を水中で充電する技術に関する。
従来、AUV(Autonomous Underwater Vehicle:自律型無人潜水機)の運用は、AUVの動力源(内部バッテリー)残量が規定値となるまでに限られる。したがって、AUVは動力源残量が規定値となった場合に海上に浮上する。その後、支援母船によりAUVが揚収され、船上にて充電しなければならない。更にこの際、AUVが探索を行った結果(情報)を回収しなくてはならない。そのため、支援母船の運用、AUVの揚収、充電及び情報回収に要する時間と費用の影響は大きく、今後、AUVを恒久的に実用化していくに際して大きな障壁となる。
そこで、船上充電及びこれに関する作業を必要としないAUVの運用方法が望まれている。そのような運用を実現し、海底域を長期間調査する新たなシステムとして、陸上から海底ケーブルにてAUVに動力源を供給するシステムの開発が進められている(例えば、特許文献1参照)。このシステムでは、AUVは、海底ケーブルに連結されるノードを充電用基地局として自装置の充電に利用する。そのため、AUVは、海上に浮上しなくても水中で充電が可能になる。これにより、AUVの長期間運用が可能になる。
しかしながら、上記のシステムは、海底ケーブルを敷設する費用が莫大であり、かつ、海底ケーブルの設置は離島を含む陸域沿岸部に限られてしまう。さらに、一度海底ケーブルを設置してしまうと、容易に充電用基地局を他の海底域に移動することができない。このように、従来のシステムでは、AUVを充電する場所が限られてしまうため、新たな海底域や未知の海底域においてはAUVを長期間運用させることができないという問題があった。
上記事情に鑑み、本発明は、AUVの長期間運用において利便性を向上させることができる技術の提供を目的としている。
本発明の一態様は、海中を探索する自律型無人潜水機と、他の装置によって前記自律型無人潜水機の周辺まで運ばれて前記自律型無人潜水機に給電する海中給電装置とを備える充電システムにおける前記海中給電装置であって、前記自律型無人潜水機に給電する第1の送電部と、前記自律型無人潜水機に対する指令を含む行動計画を前記自律型無人潜水機に送信し、前記指令による探索を行った結果を示す探索結果を前記自律型無人潜水機から受信する第1の送受信部と、を備え、前記第1の送受信部は、前記第1の送電部が前記自律型無人潜水機に給電可能な場合に、前記自律型無人潜水機との間で通信可能になる位置に備えられる海中給電装置である。
本発明の一態様は、上記の海中給電装置であって、前記充電システムには、海中において前記海中給電装置を前記自律型無人潜水機が位置する付近まで保持して移動する海中移動体がさらに備えられ、前記海中移動体に給電する第2の送電部と、前記海中移動体に対する指令を含む行動計画を前記海中移動体に送信し、前記指令による探索を行った結果を示す探索結果を前記海中移動体から受信する第2の送受信部と、をさらに備え、前記第2の送受信部は、前記第2の送電部が前記海中移動体に給電可能な場合に、前記海中移動体との間で通信可能になる位置に備えられる。
本発明の一態様は、上記の海中給電装置であって、前記第1の送電部及び前記第1の送受信部は、第1の容器内に格納され、前記第2の送電部及び前記第2の送受信部は、第2の容器内に格納される。
本発明の一態様は、上記の海中給電装置であって、前記第1の容器及び前記第2の容器は、油漬け均圧容器である。
本発明の一態様は、上記の海中給電装置であって、前記第1の容器及び前記第2の容器は、中心部分に所定の大きさの穴を有する油漬け均圧容器と、前記中心部分に配置される耐圧容器とで構成され、前記第1の送電部及び前記第2の送電部は前記油漬け均圧容器内に格納され、前記第1の送受信部及び前記第2の送受信部は前記耐圧容器内に格納される。
本発明により、AUVの長期間運用において利便性を向上させることができるが可能となる。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明における充電システム100のシステム構成を表す構成図である。充電システム100は、AFD10(Autonomous Flying Drone)、URU20(Underwater Recharging Unit)、ARV30(Autonomous Recharging Vehicle)、AUV40及び基地局50を備える。
図1は、本発明における充電システム100のシステム構成を表す構成図である。充電システム100は、AFD10(Autonomous Flying Drone)、URU20(Underwater Recharging Unit)、ARV30(Autonomous Recharging Vehicle)、AUV40及び基地局50を備える。
AFD10は、自律飛行型の飛行体である。AFD10は、例えばドローンである。AFD10は、予め保持する行動計画に従って、陸上あるいは船上に設置されている基地局50からURU20を海上41の任意地点まで運ぶ。行動計画とは、AFD10、ARV30及びAUV40それぞれに所定の動作を実行させる指令を含む情報である。海上41の任意地点とは、例えばARV30が位置する地点である。
AFD10は、例えば電気的な動作制御が可能なアーム部によりURU20を把持することによって、海上41の任意地点までURU20を運ぶ。なお、海上41の任意地点に関する位置情報も行動計画に含まれる。AFD10は、陸上あるいは船上に設置されている基地局50に備えられるパーソナルコンピュータ等の情報処理装置から行動計画を取得してもよいし、USB(Universal Serial Bus)やSDカード等の可搬性媒体から行動計画を取得してもよい。
URU20は、ARV30及びAUV40との間で情報の送受信と、ARV30及びAUV40に対して給電を行う海中給電装置である。具体的には、URU20は、ARV30及びAUV40に対して行動計画を送信し、探索結果及び状態情報をARV30及びAUV40から受信する。探索結果とは、ARV30及びAUV40が行動計画に記述されている指令に従って海中及び海底の探索を行うことによって得られた結果である。状態情報とは、通信時のARV30及びAUV40の状態(例えば、電池残量(残電圧)、行動イベント、装置故障の有無、その他の警告・アラーム等)と当該状態のそれまでの履歴を示す情報である。
ARV30は、海上41と海中とを行き来することが可能な海中移動体である。ARV30は、URU20からの給電により得られる電力を動力源として動作する。また、ARV30は、URU20から行動計画を取得する。ARV30は、URU20に対して状態情報及び探索結果を送信する。ARV30は、AFD10により運ばれたURU20と連結及び保持する機構を有し、URU20を保持した状態で海上41から海中に潜航する。URU20と連結及びURU20を保持する機構は、ARV30が海上を移動しても、海中に潜航しても、海底に着底しても、長時間位置を保持していても、URU20が容易には外れない機構である。URU20と連結及びURU20を保持する機構の具体例については後述する。また、ARV30は、海中を移動し海底に着底する機構を有し、URU20を保持した状態で海底の任意の地点に着底することができる。海底の任意の地点とは、行動計画に記述されている指令によって予め定められる地点である。
AUV40は、海中及び海底を探索する自律型無人潜水機である。AUV40は、URU20からの給電により得られる電力を動力源として動作する。また、AUV40は、URU20から行動計画を取得する。AUV40は、行動計画に従って海中及び海底を探索する。AUV40は、URU20に対して状態情報及び探索結果を送信する。
基地局50は、AFD10、URU20、ARV30及びAUV40との間で無線通信を行う。基地局50は、陸上あるいは船上に設置される。基地局50は、AFD10の飛行開始地点及びAFD10の帰還地点となる。
次に、発明の理解のため、図1を用いて本発明の充電システム100の概要について説明する。
(1)AFD10は、船上あるいは陸上に設置されている基地局50からURU20を把持した状態で飛行し、ARV30に接近する。
(2)AFD10がARV30上に着地し、ARV30にURU20を設置する。
(3)AFD10は、URU20の設置後、陸上あるいは船上に設置されている基地局50に帰還する。
(4)ARV30は、URU20からの給電を受けるとともに、URU20との間で通信を行うことによって相互に情報の送受信を行う。これにより、URU20は、ARV30の状態情報及び探索結果を取得する。また、ARV30は、URU20から行動計画を取得する。
(1)AFD10は、船上あるいは陸上に設置されている基地局50からURU20を把持した状態で飛行し、ARV30に接近する。
(2)AFD10がARV30上に着地し、ARV30にURU20を設置する。
(3)AFD10は、URU20の設置後、陸上あるいは船上に設置されている基地局50に帰還する。
(4)ARV30は、URU20からの給電を受けるとともに、URU20との間で通信を行うことによって相互に情報の送受信を行う。これにより、URU20は、ARV30の状態情報及び探索結果を取得する。また、ARV30は、URU20から行動計画を取得する。
(5)ARV30は、充電及び情報の送受信終了後、海中に潜航する。
(6)ARV30は、海底の任意の地点に着底後、着底した位置を保持してAUV40が接近してくるまで待機する。
(7)AUV40は、ARV30に接近する。AUV40は、ARV30が保持しているURU20と連結する。AUV40は、ARV30が保持しているURU20と情報の送受信及び受電可能な状態を維持する。AUV40がURU20との間で情報の送受信及び受電可能な状態になると、AUV40はURU20から電力の供給を受けるとともに、URU20との間で通信を行うことによって相互に情報の送受信を行う。これにより、URU20は、AUV40の状態情報及び探索結果を取得する。また、AUV40はURU20から、新たな行動計画を取得する。AUV40は、充電終了後、新たな行動計画に記述される観測周期により決定される観測行動の時刻まで待機する。
(6)ARV30は、海底の任意の地点に着底後、着底した位置を保持してAUV40が接近してくるまで待機する。
(7)AUV40は、ARV30に接近する。AUV40は、ARV30が保持しているURU20と連結する。AUV40は、ARV30が保持しているURU20と情報の送受信及び受電可能な状態を維持する。AUV40がURU20との間で情報の送受信及び受電可能な状態になると、AUV40はURU20から電力の供給を受けるとともに、URU20との間で通信を行うことによって相互に情報の送受信を行う。これにより、URU20は、AUV40の状態情報及び探索結果を取得する。また、AUV40はURU20から、新たな行動計画を取得する。AUV40は、充電終了後、新たな行動計画に記述される観測周期により決定される観測行動の時刻まで待機する。
(8)AUV40は観測行動の時刻になると、URU20から離脱し、充電時にURU20から取得した新たな行動計画に従い、任意の地点に航行し、新たな行動計画に記述されるエリアの探索を行う。
(9)AUV40は、新たな行動計画で定められた期間、海底を探索すると、再びARV30へ接近し、URU20と再び連結する。その後、URU20からAUV40への電力供給が可能な回数だけ(7)〜(9)が繰り返し実行される。
(9)AUV40は、新たな行動計画で定められた期間、海底を探索すると、再びARV30へ接近し、URU20と再び連結する。その後、URU20からAUV40への電力供給が可能な回数だけ(7)〜(9)が繰り返し実行される。
(10)AUV40は充電が終了し、新たな行動計画に記述される時刻になると、URU20から離脱し、海中あるいは海底に着底して待機する。
(11)ARV30はAUV40が離脱すると離底して海上に浮上する。
(12)ARV30は海上に浮上後、行動計画に記述されている海上の任意地点付近で待機する。
(13)AFD10は、行動計画に記述されている海上の任意地点付近まで飛行し、ARV30に接近し、ARV30上に着地する。
(11)ARV30はAUV40が離脱すると離底して海上に浮上する。
(12)ARV30は海上に浮上後、行動計画に記述されている海上の任意地点付近で待機する。
(13)AFD10は、行動計画に記述されている海上の任意地点付近まで飛行し、ARV30に接近し、ARV30上に着地する。
(14)AFD10は、ARV30上に設置されているURU20を回収し、陸上あるいは船上に設置されている基地局50に帰還する。
(15)ARV30及びAUV40は、行動計画に従い任意の地点を保持、あるいは、任意の別地点に向け協調して海上を移動する。移動の際、ARV30はAUV40を測位しつつ移動する(追跡)。
(16)任意の地点に到着後、ARV30及びAUV40はAFD10が新たな電力及び情報を備えるURU20を運送してくるまで、当該地点付近を保持しつつ待機する。
(15)ARV30及びAUV40は、行動計画に従い任意の地点を保持、あるいは、任意の別地点に向け協調して海上を移動する。移動の際、ARV30はAUV40を測位しつつ移動する(追跡)。
(16)任意の地点に到着後、ARV30及びAUV40はAFD10が新たな電力及び情報を備えるURU20を運送してくるまで、当該地点付近を保持しつつ待機する。
上記(1)〜(16)の処理が繰り返し実行されることによって、AUV40は長期間海中探索が可能になる。
以下、具体的の構成について説明する。
以下、具体的の構成について説明する。
図2は、AFD10の機能構成を表す概略ブロック図である。
AFD10は、アーム部101、記憶部102、位置情報取得部103、無線通信部104、撮像部105、推進器106、把持検出部107及び制御部108を備える。
AFD10は、アーム部101、記憶部102、位置情報取得部103、無線通信部104、撮像部105、推進器106、把持検出部107及び制御部108を備える。
アーム部101は、電気的な動作制御が可能な機構(例えば、マニピュレータ)である。アーム部101は、制御部108の制御に従って、URU20を把持する。また、アーム部101は、制御部108の制御に従って、URU20を把持した状態を解除する。ここで、把持した状態を解除とは、アーム部101がURU20を離すことを意味する。
記憶部102は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。記憶部102は、行動計画を記憶する。AFD10に対する行動計画には、例えばURU20を設置するための海上の任意の地点(例えば、緯度、経度)に向かう時刻、任意の地点で行う行動(例えば、URU20の設置時に行う行動、回収時に行う行動)、任意の地点で行動を行った後の行動(例えば、基地局50に帰還)、URU20を回収する時刻及びURU20の回収に向かう海上の任意の地点(例えば、緯度、経度)等が記述されている。記憶部102が記憶する行動計画は、新たな行動計画が記憶される度に上書きされて更新される。基本的に新たな行動計画は、船上あるいは陸上に設置されている基地局50にて記憶させられる。
位置情報取得部103は、GPS(Global Positioning System)等の位置情報を測定するシステムによりAFD10の位置情報を取得する。
無線通信部104は、ARV30との間で無線通信を行う。例えば、無線通信部104は、ARV30との間で無線通信することによってARV30の位置情報を取得する。また、例えば、無線通信部104は、URU20の回収時において、ARV30との間で無線通信することによって、URU20を把持したことを示す通知(以下「把持通知」という。)をARV30に対して送信し、URU20の保持を解除したことを示す通知(以下「解除通知」という。)をARV30から受信する。
無線通信部104は、ARV30との間で無線通信を行う。例えば、無線通信部104は、ARV30との間で無線通信することによってARV30の位置情報を取得する。また、例えば、無線通信部104は、URU20の回収時において、ARV30との間で無線通信することによって、URU20を把持したことを示す通知(以下「把持通知」という。)をARV30に対して送信し、URU20の保持を解除したことを示す通知(以下「解除通知」という。)をARV30から受信する。
無線通信部104は、船上あるいは陸上に設置されている基地局50と無線通信することにより、AFD10及びARV30の位置情報を基地局50に送信する。また、無線通信部104は、船上あるいは陸上に設置されている基地局50から必要に応じて新たな行動計画を受信する。無線通信部104は、通信衛星を介して無線通信を行ってもよいし、無線LAN(Local Area Network)(長/近距離無線モデム)を用いて無線通信を行ってもよいし、携帯電話等の移動体通信網を介して無線通信を行ってもよい。
撮像部105は、カメラ等の撮像装置を用いて構成される。撮像部105は、設置位置からAFD10の周辺を撮像し映像信号を制御部108に出力する。
推進器106は、AFD10に対して上空での推進力を与える装置である。推進器106は、例えば、プロペラ及びモータ等の動力を用いて構成されてもよい。
把持検出部107は、アーム部101に備えられ、URU20を把持したことを検出する。
推進器106は、AFD10に対して上空での推進力を与える装置である。推進器106は、例えば、プロペラ及びモータ等の動力を用いて構成されてもよい。
把持検出部107は、アーム部101に備えられ、URU20を把持したことを検出する。
制御部108は、AFD10の各機能部を制御する。制御部108は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサである。制御部108は、アーム部101を制御して、URU20を把持させる。また、制御部108は、アーム部101を制御して、URU20を把持した状態を解除させる。制御部108は、行動計画に従って、行動計画に記述されている時刻に、推進器106におけるモータの回転量を制御してAFD10を任意の地点まで飛行させる。制御部108は、無線通信部104により得られたARV30の位置情報と、自装置の位置情報とに基づいて、推進器106におけるモータの回転量を制御して、AFD10をARV30の位置まで飛行させる。
なお、制御部108は、撮像部105により得られる映像信号からARV30を把握し、ARV30の位置まで飛行させ、URU20をARV30に連結させるように制御してもよい。制御部108は、URU20の回収時に、把持検出部107によってURU20を把持したことが検出された場合、行動計画に従って無線通信部104を制御してARV30に把持通知を送信させる。制御部108は、ARV30から解除通知が受信された場合、行動計画に従って推進器106を制御してAFD10を陸上あるいは船上に設置されている基地局50に帰還させる。
図3は、URU20の機能構成を表す概略ブロック図である。
URU20は、駆動用バッテリ201、送電用バッテリ202、充電用IF203、BMU204(Battery Management Unit)、BMU205、BMU206、記憶部207、スイッチ208、送電電圧制御回路209、周波数設定部211、送電部212、状態監視部213、電源制御部214、光学通信部215、光学通信制御部216、スイッチ217、送電電圧制御回路218、周波数設定部220、送電部221、状態監視部222、電源制御部223、光学通信部224、光学通信制御部225、管理システム226、外部通信部227及び海中通信部228を備える。
URU20は、駆動用バッテリ201、送電用バッテリ202、充電用IF203、BMU204(Battery Management Unit)、BMU205、BMU206、記憶部207、スイッチ208、送電電圧制御回路209、周波数設定部211、送電部212、状態監視部213、電源制御部214、光学通信部215、光学通信制御部216、スイッチ217、送電電圧制御回路218、周波数設定部220、送電部221、状態監視部222、電源制御部223、光学通信部224、光学通信制御部225、管理システム226、外部通信部227及び海中通信部228を備える。
状態監視部213、電源制御部214、光学通信制御部216、状態監視部222、電源制御部223、光学通信制御部225及び管理システム226は、CPUがプログラムを実行することによって実現される。
駆動用バッテリ201は、URU20の動力源となる電源であり、充電によってエネルギー(電力)を蓄えることができる蓄電池である。駆動用バッテリ201は、例えば二次電池である。駆動用バッテリ201は、充電用IF203を介して供給される電力により充電される。
送電用バッテリ202は、ARV30及びAUV40の動力源となる電源であり、充電によってエネルギー(電力)を蓄えることができる蓄電池である。送電用バッテリ202は、例えば二次電池である。送電用バッテリ202は、AUV40に対して複数回(例えば、3回)充電可能なエネルギーを蓄えている。
送電用バッテリ202において、ARV30に対する送電用のバッテリと、AUV40に対する送電用のバッテリとはそれぞれ完全に独立している。すなわち、送電用バッテリ202内に、ARV30に対する送電用の個別のバッテリと、AUV40に対する送電用の個別のバッテリとがそれぞれ内蔵されている。このように、送電用バッテリ202については、ARV30に対する送電用のバッテリと、AUV40に対する送電用のバッテリとで物理的に分離されている。そのため、ARV30に対する送電用のバッテリのエネルギーが、AUV40に対する給電時に使用できないようになっている。また、AUV40に対する送電用のバッテリのエネルギーが、ARV30に対する給電時に使用できないようになっている。
これにより、各バッテリ間で送電収支が損なわれることがなく、バッテリ異常時における冗長性にも繋がる(例えば、ARV30に対する送電用のバッテリが故障しても、AUV40に対する送電用のバッテリ(AUV40への送電)に影響をきたさない。)。なお、送電用バッテリ202内の構成は上記に限らず、ARV30及びAUV40へのそれぞれの送電用のバッテリを同一容器内部でそれぞれ区分けして配置してもよいし、別容器にそれぞれを格納して構成してもよい。
AUV40に対する送電用のバッテリは、ARV30に対する送電用のバッテリよりも多くのエネルギーを蓄えている。例えば、AUV40に対する送電用のバッテリは、ARV30に対する送電用のバッテリよりもAUV40を複数回(例えば、3回)動作させることが可能な量だけエネルギーを蓄えている。送電用バッテリ202は、充電用IF203を介して供給される電力により充電される。なお、AUV40に対する送電用のバッテリはスイッチ208に接続され、ARV30に対する送電用のバッテリはスイッチ217に接続されている。
充電用IF203は、駆動用バッテリ201及び送電用バッテリ202に対して充電を行うためのインタフェースである。充電用IF203は、コネクタであってもよいし、商用電源から電力を受領可能なようにコンセントであってもよい。
BMU204は、送電用バッテリ202内のAUV40に対する送電用のバッテリの監視及び管理を行う。例えば、BMU204は、充電及び放電時の充電電圧/電流の検出及び過充電、過放電、セル電圧異常等の検出を行う。BMU204は、検出結果を管理システム226に出力する。
BMU204は、送電用バッテリ202内のAUV40に対する送電用のバッテリの監視及び管理を行う。例えば、BMU204は、充電及び放電時の充電電圧/電流の検出及び過充電、過放電、セル電圧異常等の検出を行う。BMU204は、検出結果を管理システム226に出力する。
BMU205は、送電用バッテリ202内のARV30に対する送電用のバッテリの監視及び管理を行う。例えば、BMU205は、充電及び放電時の充電電圧/電流の検出及び過充電、過放電、セル電圧異常等の検出を行う。BMU205は、検出結果を管理システム226に出力する。
BMU206は、駆動用バッテリ201の監視及び管理を行う。例えば、BMU206は、充電及び放電時の充電電圧/電流の検出及び過充電、過放電、セル電圧異常等の検出を行う。BMU206は、検出結果を管理システム226に出力する。
BMU206は、駆動用バッテリ201の監視及び管理を行う。例えば、BMU206は、充電及び放電時の充電電圧/電流の検出及び過充電、過放電、セル電圧異常等の検出を行う。BMU206は、検出結果を管理システム226に出力する。
記憶部207は、SSD(Solid State Drive)やフラッシュメモリ等の半導体記憶装置を用いて構成される。記憶部207は、行動計画、探索結果及び状態情報を記憶する。記憶部207が記憶する行動計画は、ARV30及びAUV40に提供される行動計画である。記憶部207が記憶する行動計画は、新たな行動計画が記憶される度に上書きされて更新される。また、記憶部207は、行動計画、探索結果及び状態情報を装置毎に記憶する。すなわち、記憶部207は、ARV30の探索結果及び状態情報と、AUV40の探索結果及び状態情報と、をそれぞれの装置を識別する識別情報に対応付けて記憶する。
スイッチ208は、管理システム226の指示によりオン状態とオフ状態とを切り替える。オン状態とは、送電用バッテリ202と送電電圧制御回路209とが導通状態であることを表す。オフ状態とは、送電用バッテリ202と送電電圧制御回路209とが非導通状態であることを表す。スイッチ208がオン状態の場合、送電用バッテリ202内のAUV40に対する送電用のバッテリと、送電電圧制御回路209とが導通状態になる。また、スイッチ208がオフ状態の場合、送電用バッテリ202内のAUV40に対する送電用のバッテリと、送電電圧制御回路209とが非導通状態になる。
送電電圧制御回路209は、送電用バッテリ202内のAUV40に対する送電用のバッテリから流れ込んだ直流エネルギー(直流電力)を、現時点の電圧とは異なる電圧に変化させる。例えば、送電電圧制御回路209は、降圧処理として、入力された直流エネルギー(直流電力)を、PWM(Pulse Width Modulation)制御により定周波数のもとパルス幅を変動(デューティーサイクルを変動)することによって出力電圧を調整する。
周波数設定部211は、例えばインバータである。周波数設定部211は、電源制御部214の制御に応じて、送電における共振周波数を新たな共振周波数に変更する。
送電部212は、送電用のコイルを備えて構成される。送電部212は、受電側(AUV40)のコイルとの間で生じる電磁誘導を用いた結合共振作用によって、AUV40に対して非接触による給電(充電)を行う。
送電部212は、送電用のコイルを備えて構成される。送電部212は、受電側(AUV40)のコイルとの間で生じる電磁誘導を用いた結合共振作用によって、AUV40に対して非接触による給電(充電)を行う。
状態監視部213は、送電部212における送電電力状態(例えば、電流、電圧及びその位相差)を監視する。
電源制御部214は、状態監視部213から得られた監視結果に基づいて、周波数設定部211に対して設定させる共振周波数を決定する。
電源制御部214は、状態監視部213から得られた監視結果に基づいて、周波数設定部211に対して設定させる共振周波数を決定する。
光学通信部215は、AUV40との間で通信を行う。光学通信部215は、送光素子及び受光素子を用いて構成される。なお、光学通信部215は、例えばフォトダイオード又はPMT(photomultiplier tube)のいずれを用いて構成されてもよい。光学通信部215は、行動計画をAUV40に送信し、探索結果及び状態情報をAUV40から受信する。
光学通信制御部216は、光学通信部215による通信の開始及び停止を制御する。光学通信制御部216は、光学通信部215によって受信された探索結果及び状態情報を、管理システム226を介して記憶部207に出力する。光学通信制御部216は、管理システム226を介して記憶部207から行動計画を取得し、光学通信部215を制御して、取得した行動計画をAUV40へ送信させる。
スイッチ217は、管理システム226の指示によりオン状態とオフ状態とを切り替える。スイッチ217がオン状態の場合、送電用バッテリ202内のARV30に対する送電用のバッテリと、送電電圧制御回路218とが導通状態になる。また、スイッチ208がオフ状態の場合、送電用バッテリ202内のARV30に対する送電用のバッテリと、送電電圧制御回路218とが非導通状態になる。
送電電圧制御回路218は、送電用バッテリ202内のARV30に対する送電用のバッテリから流れ込んだ直流エネルギー(直流電力)を、現時点の電圧とは異なる電圧に変化させる。例えば、送電電圧制御回路218は、降圧処理として、入力された直流エネルギー(直流電力)を、PWM制御により定周波数のもとパルス幅を変動(デューティーサイクルを変動)することによって出力電圧を調整する。なお、送電電圧制御回路209は、スイッチ217を介して、送電用バッテリ202内のARV30に対する送電用のバッテリに接続されている。
周波数設定部220は、例えばインバータである。周波数設定部220は、電源制御部223の制御に応じて、送電における共振周波数を新たな共振周波数に変更する。
送電部221は、送電用のコイルを備えて構成される。送電部221は、受電側(ARV30)のコイルとの間で生じる電磁誘導を用いた結合共振作用によって、ARV30に対して非接触による給電(充電)を行う。
送電部221は、送電用のコイルを備えて構成される。送電部221は、受電側(ARV30)のコイルとの間で生じる電磁誘導を用いた結合共振作用によって、ARV30に対して非接触による給電(充電)を行う。
状態監視部222は、送電部221における送電電力状態(電流、電圧及びその位相差)を監視する。
電源制御部223は、状態監視部222から得られた監視結果に基づいて、周波数設定部220に対して設定させる共振周波数を決定する。
電源制御部223は、状態監視部222から得られた監視結果に基づいて、周波数設定部220に対して設定させる共振周波数を決定する。
光学通信部224は、ARV30との間で通信を行う。光学通信部224は、送光素子及び受光素子を用いて構成される。なお、光学通信部224は、例えばフォトダイオード又はPMTのいずれを用いて構成されてもよい。光学通信部224は、行動計画をARV30に送信し、探索結果及び状態情報をARV30から受信する。
光学通信制御部225は、光学通信部224による通信の開始及び停止を制御する。光学通信制御部225は、光学通信部224によって受信された探索結果及び状態情報を、管理システム226を介して記憶部207に出力する。光学通信制御部225は、管理システム226を介して記憶部207から行動計画を取得し、光学通信部224を制御して、取得した行動計画をARV30へ送信させる。
管理システム226は、URU20における動作(例えば送電、情報送受、バッテリ管理及び外部通信)を制御する。
管理システム226は、URU20における動作(例えば送電、情報送受、バッテリ管理及び外部通信)を制御する。
外部通信部227は、陸上あるいは船上に設置されている基地局50及び海上浮上時のARV30との間で通信を行うためのインタフェースである。外部通信部227は、基地局50及び海上浮上時のARV30との間で無線通信を行う。外部通信部227は、通信衛星を介して無線通信を行ってもよいし、無線LAN(長/近距離無線モデム)を用いて無線通信を行ってもよいし、携帯電話等の移動体通信網を介して無線通信を行ってもよい。
海中通信部228は、音響通信又は電磁波通信によりAUV40との間で通信を行う。海中通信部228は、AUV40がURU20との連結時に、連結状態の成否(連結通知)及び充電時における両者間の各情報伝達を担う。
海中通信部228は、音響通信又は電磁波通信によりAUV40との間で通信を行う。海中通信部228は、AUV40がURU20との連結時に、連結状態の成否(連結通知)及び充電時における両者間の各情報伝達を担う。
なお、以下の説明では、送電電圧制御回路209及び周波数設定部211を第1の電源プロセス部として説明し、送電電圧制御回路218及び周波数設定部220を第2の電源プロセス部として説明する。
送電部212及び光学通信部215は、容器229(第1の容器)内に格納される。また、送電部221及び光学通信部224は、容器230(第2の容器)内に格納される。
次に、図4及び図5を用いて、本発明における各容器の構成について説明する。図4及び図5においては、容器229を例に説明するが、容器230も容器229と同様の構成を有する。図4及び図5に示すように、容器は円形の容器である。
図4は、容器229の第1の構成例を示す図である。図4(A)は上面図であり、図4(B)は容器229を横から見た図である。容器229の内部には、送電部212及び光学通信部215が格納される。送電部212は、多重多層巻きのコイルで構成されている。
図4は、容器229の第1の構成例を示す図である。図4(A)は上面図であり、図4(B)は容器229を横から見た図である。容器229の内部には、送電部212及び光学通信部215が格納される。送電部212は、多重多層巻きのコイルで構成されている。
光学通信部215は、複数の送光素子231(図4では、4つの送光素子231)及び受光素子232で構成される。図4では、送電部212が光学通信部215の外側に設けられる構成を示しているが、送電部212は光学通信部215の内側に設けられてもよい。このように構成される場合、送電部212を囲むように、送光素子231と受光素子232とが複数設けられてもよい。例えば、送光素子231と受光素子232とが交互に複数設けられてもよい。
図4に示す容器229は、容器内が油で満たされている油漬けの均圧容器である。すなわち、送電部212及び光学通信部215は油漬けされている。これにより、容器229は、水圧保障効果を持つ。なお、容器229内を満たす油は、透明度の高い絶縁油である。例えば、容器229内を満たす油は、シリコンオイルである。なお、容器229内を満たす油は、シリコンオイルに限らず送光素子231と受光素子232の通信に影響が少なく、透明度の高い絶縁油であればどのような油でも良い。
図5は、容器229の第2の構成例を示す図である。図5に示す容器229は、中心部分に所定の大きさの穴を有する均圧容器233と、中心部分に配置される耐圧容器234と、耐圧容器234の上部に設けられるビューポート235とで構成される。均圧容器233は、容器内が油で満たされている油漬けの均圧容器である。均圧容器233の内部には、送電部212が格納される。耐圧容器234には、光学通信部215が設けられる。図5に示すように、光学通信部215を構成する送光素子231と受光素子232は、耐圧容器234上に設けられ、耐圧容器234の上部にはビューポート235が設けられる。ビューポート235は、耐圧性を有するガラスやアクリルで構成される耐圧容器である。このように、光学通信部215は、耐圧容器内に格納される。
図6は、ARV30の機能構成を表す概略ブロック図である。
ARV30は、ガイド部301、受電部302、充電制御部303、二次電池304、給電制御部305、光学通信部306、記憶部307、位置情報取得部308、音響測位情報取得部309、無線通信部310、航法演算部311、音響通信部312、通信制御部313、推進システム314、バラストタンク315、動作制御部316、連結検出部317及び姿勢保障部318を備える。
ARV30は、ガイド部301、受電部302、充電制御部303、二次電池304、給電制御部305、光学通信部306、記憶部307、位置情報取得部308、音響測位情報取得部309、無線通信部310、航法演算部311、音響通信部312、通信制御部313、推進システム314、バラストタンク315、動作制御部316、連結検出部317及び姿勢保障部318を備える。
位置情報取得部308、音響測位情報取得部309、航法演算部311、通信制御部313及び動作制御部316は、CPUがプログラムを実行することによって実現される。
ガイド部301は、URU20とARV30との通信及びURU20からARV30に対する給電を可能にするための機構である。例えば、ガイド部301は、すり鉢状に構成されており、上方の開口部が下方の開口部よりも広くなっている。ガイド部301の下方の開口部は、受電部302及び光学通信部306が備えられる向きに設けられる。これにより、ガイド部301内にURU20が設置された場合には、URU20の送電部221及び光学通信部224と、ARV30の受電部302及び光学通信部306とが対向する状態になる。そのため、URU20とARV30との光学通信及びURU20からARV30に対して高効率な給電が可能になる。
また、ガイド部301は、URU20と連結及びURU20を保持する機構(例えば、凸形状の突起機構)を有する。例えば、ガイド部301は、ARV30にURU20が連結された場合にURU20を保持する機構が突出し、URU20筐体に備えられる凹形状の機構と勘合(凹凸嵌合)することによってURU20と連結及びURU20を保持する。なお、URU20と連結及びURU20を保持する機構は、上記の機構に限定される必要はなく、URU20と連結及びURU20を保持することができればその他の機構であってもよい。
受電部302は、受電用のコイルを用いて構成される。受電部302は、URU20の送電部221(送電側のコイル)との間で生じる電磁誘導を用いた結合共振作用によって非接触で受電する。
充電制御部303は、整流回路3031と降圧回路3032を用いて構成され、二次電池304への充電を制御する機能部である。整流回路3031は、受電部302から流れ込んだ交流エネルギー(交流電力)を直流エネルギーに変更する。降圧回路3032は、直流エネルギーを、現時点の電圧とは異なる電圧に変化させる。例えば降圧回路3032は、降圧処理として、入力された直流エネルギーを、PWM制御により定周波数のもとパルス幅を変動(デューティーサイクルを変動)することによって出力電圧を調整する。充電制御部303は、上記の処理を行うことによって、受電部302によって受電された電力を二次電池304に蓄電させる。
充電制御部303は、整流回路3031と降圧回路3032を用いて構成され、二次電池304への充電を制御する機能部である。整流回路3031は、受電部302から流れ込んだ交流エネルギー(交流電力)を直流エネルギーに変更する。降圧回路3032は、直流エネルギーを、現時点の電圧とは異なる電圧に変化させる。例えば降圧回路3032は、降圧処理として、入力された直流エネルギーを、PWM制御により定周波数のもとパルス幅を変動(デューティーサイクルを変動)することによって出力電圧を調整する。充電制御部303は、上記の処理を行うことによって、受電部302によって受電された電力を二次電池304に蓄電させる。
二次電池304は、ARV30の動力源となる電源であり、充電によってエネルギーを蓄えることができる蓄電池である。二次電池304は、充電制御部303によって充電される。
給電制御部305は、二次電池304に蓄電されている電力を、ARV30における各機能部の給電仕様に基づき変圧したのち各機能部に給電する。給電制御部305は、例えば複数のDC(Direct Current)/DCコンバータで構成される。
給電制御部305は、二次電池304に蓄電されている電力を、ARV30における各機能部の給電仕様に基づき変圧したのち各機能部に給電する。給電制御部305は、例えば複数のDC(Direct Current)/DCコンバータで構成される。
光学通信部306は、URU20との間で光学通信を行う。光学通信部306は、例えば送光素子及び受光素子を用いて構成される。なお、光学通信部306は、フォトダイオード又はPMTのいずれを用いて構成されてもよい。光学通信部306は、行動計画をURU20から受信し、探索結果及び状態情報をURU20に送信する。
記憶部307は、SSDやフラッシュメモリ等の半導体記憶装置を用いて構成される。記憶部307は、行動計画、探索結果及び状態情報を記憶する。ARV30に対する行動計画には、例えば海上で保持する任意の地点(例えば、緯度、経度)、URU20による給電がなされた後の行動(例えば、URU20を保持した状態で海中に潜航する)、海底の着底地点(例えば、緯度、経度)、海上に浮上する時刻等が記述されている。記憶部307が記憶する行動計画は、新たな行動計画が記憶される度に上書きされて更新される。
位置情報取得部308は、GPSなどの位置情報を測定するシステムによりARV30の位置情報を取得する。例えば、位置情報取得部308は、ARV30が海上航行時又は海上浮上時に、動作制御部316の指示によりARV30の位置情報を取得する。
音響測位情報取得部309は、USBL(Ultra Short Base Line)測位装置などの相対位置を測定するシステムにより、自装置とAUV40との相対位置情報を取得する。例えば、音響測位情報取得部309は、ARV30が海底着底時に、AUV40との相対位置を取得する。
無線通信部310は、船上あるいは陸上に設置されている基地局50との間で通信を行う。例えば、無線通信部310は、船上あるいは陸上に設置されている基地局50との間で無線通信することによってARV30の位置情報を基地局50に送信する。無線通信部310は、通信衛星を介して無線通信を行ってもよいし、無線LAN(長/近距離無線モデム)を用いて無線通信を行ってもよいし、携帯電話等の移動体通信網を介して無線通信を行ってもよい。ARV30の位置情報を基地局50に送信(通知)することにより、長期運用におけるARV30の亡失を防ぐ。
無線通信部310は、AFD10の無線通信部104あるいはURU20の外部通信部227との間で無線通信を行う。例えば、無線通信部310は、AFD10との間で無線通信することによってARV30の位置情報をAFD10に送信する。また、例えば、無線通信部310は、AFD10との間で無線通信することによって、AFD10から把持通知を受信し、AFD10に対して解除通知を送信する。また、例えば、無線通信部310は、URU20との間で無線通信することによってURU20との連結状態に関する情報(連結通知)や、URU20からの充電状態に関する情報をURU20に送信する。無線通信部310は、通信衛星を介して無線通信を行ってもよいし、無線LAN(長/近距離無線モデム)を用いて無線通信を行ってもよいし、携帯電話等の移動体通信網を介して無線通信を行ってもよい。
航法演算部311は、INS(Inertial Navigation System)、DVL(Doppler Velocity Log)、深度計、高度計などの航法装置から構成され、その出力を、個別にあるいは複合的に適用することによって運動状態及び自装置(ARV30)の位置を演算する。航法演算部311は、音響測位情報取得部309よりAUV40との相対位置情報が取得できる場合は、各航法装置からの出力に相対位置情報を加えた複合航法演算を施すことで、更に高精度な自装置の位置を取得する。
音響通信部312は、電磁波の減衰が大きい水中において、音波を用いた無線通信(以下「音響通信」という。)を実現する機能部である。音響通信部312は、音響通信によってAUV40と通信する。
通信制御部313は、光学通信部306、無線通信部310及び音響通信部312による通信の開始及び停止を制御する。通信制御部313は、光学通信部306によって受信された行動計画を記憶部307に記憶させる。通信制御部313は、光学通信部306を制御して、探索結果及び状態情報をURU20に送信させる。
通信制御部313は、光学通信部306、無線通信部310及び音響通信部312による通信の開始及び停止を制御する。通信制御部313は、光学通信部306によって受信された行動計画を記憶部307に記憶させる。通信制御部313は、光学通信部306を制御して、探索結果及び状態情報をURU20に送信させる。
推進システム314は、海上及び海中を推進するための機構である。推進システム314は、例えばスラスター及び推進器で構成される。
バラストタンク315は、ARV30を安定させるためのタンクである。バラストタンク315は、動作制御部316の制御に応じて、海水の注入、貯水及び排水が可能である。
バラストタンク315は、ARV30を安定させるためのタンクである。バラストタンク315は、動作制御部316の制御に応じて、海水の注入、貯水及び排水が可能である。
動作制御部316は、海上においてURU20による充電が完了すると、バラストタンク315に海水を注入させ負浮量を調整することによってARV30を海中に潜航させる。動作制御部316は、音響測位情報取得部309及び航法演算部311から取得される各情報を用いて、推進システム314のスラスターを制御し、AUV40との相対位置を把握しつつ、行動計画に記述されている任意の海底位置周辺に着底し、バラストタンク315に海水を更に注入することにより、十分な負浮量をえることで着底した位置・状態を保持する。
動作制御部316は、海底において行動計画に記述されている指令を全て実行すると、バラストタンク315に貯水されている海水を排水させ正浮量を調整することによってARV30を海上に浮上させる。動作制御部316は、海上に浮上すると、位置情報取得部308、音響測位情報取得部309及び航法演算部311からの各情報を用いて、AUV40との相対位置を把握しつつAUV40と連動して自装置を移動させ、行動計画に記述されている任意の海上地点周辺の位置を保持する。
連結検出部317は、URU20との連結を検出する。連結検出部317は、URU20がガイド部301に挿入され、所定の姿勢で状態よく連結した状態を検知する。この連結状態により、URU20の送電部221及び光学通信部224と、ARV30の受電部302及び光学通信部306とが対向させられる。
姿勢保障部318は、自装置の姿勢を水平となるように保障する。姿勢保障部318は、例えばパラレルリンク等の多足機構やジンバル機構を有し、海底傾斜によりARV30自身の姿勢が海底傾斜と同様に傾斜したとしても、ガイド部301を含むARV30の機体が極地水平となるように当該機構を制御する。
受電部302及び光学通信部306は、容器319内に格納される。容器319は、URU20が備える容器230と同様の形状(例えば、円形)である。ただし、容器319は、容器230の送電部221を受電部302に代えて配置される点が容器230と異なる。また容器319は、容器230の光学通信部224を光学通信部306に代える点が容器230と異なる。
図7は、AUV40の機能構成を表す概略ブロック図である。
AUV40は、ガイド部401、受電部402、充電制御部403、二次電池404、給電制御部405、光学通信部406、記憶部407、位置情報取得部408、音響測位情報取得部409、光学測位情報取得部410、無線通信部411、航法演算部412、音響通信部413、通信制御部414、海中通信部415、推進器416、撮像部417、動作制御部418及び連結検出部419を備える。
AUV40は、ガイド部401、受電部402、充電制御部403、二次電池404、給電制御部405、光学通信部406、記憶部407、位置情報取得部408、音響測位情報取得部409、光学測位情報取得部410、無線通信部411、航法演算部412、音響通信部413、通信制御部414、海中通信部415、推進器416、撮像部417、動作制御部418及び連結検出部419を備える。
位置情報取得部408、音響測位情報取得部409、光学測位情報取得部410、航法演算部412、通信制御部414及び動作制御部418は、CPUがプログラムを実行することによって実現される。
ガイド部401は、URU20とAUV40との通信及びURU20からAUV40に対する給電を可能にするための機構である。例えば、ガイド部401は、すり鉢状に構成されており、上方の開口部が下方の開口部よりも広くなっている。ガイド部401の下方の開口部は、受電部402及び光学通信部406が備えられる向きに設けられる。これにより、ガイド部401内にURU20が設置された場合には、URU20の送電部212及び光学通信部215と、AUV40の受電部402及び光学通信部406とが対向する。そのため、URU20とAUV40との光学通信及びURU20からAUV40に対する給電が可能になる。
また、ガイド部401は、URU20と連結及びURU20を保持する機構(例えば、凸形状の突起機構)を有する。例えば、ガイド部401は、AUV40にURU20が連結された場合にURU20を保持する機構が突出し、URU20筐体に備えられる凹形状の機構と勘合(凹凸嵌合)することによってURU20と連結及びURU20を保持する。なお、URU20と連結及びURU20を保持する機構は、上記の機構に限定される必要はなく、URU20と連結及びURU20を保持することができればその他の機構であってもよい。
受電部402は、受電用のコイルを用いて構成される。受電部402は、URU20の送電部212(送電側のコイル)との間で生じる電磁誘導を用いた結合共振作用によって非接触で受電する。
充電制御部403は、整流回路4031と降圧回路4032を用いて構成され、二次電池404への充電を制御する機能部である。整流回路4031は、受電部402から流れ込んだ交流エネルギー(交流電力)を直流エネルギーに変更する。降圧回路4032は、直流エネルギーを、現時点の電圧とは異なる電圧に変化させる。例えば降圧回路4032は、降圧処理として、入力された直流エネルギーを、PWM制御により定周波数のもとパルス幅を変動(デューティーサイクルを変動)することによって出力電圧を調整する。充電制御部403は、上記の処理を行うことによって、受電部402によって受電された電力を二次電池404に蓄電させる。
充電制御部403は、整流回路4031と降圧回路4032を用いて構成され、二次電池404への充電を制御する機能部である。整流回路4031は、受電部402から流れ込んだ交流エネルギー(交流電力)を直流エネルギーに変更する。降圧回路4032は、直流エネルギーを、現時点の電圧とは異なる電圧に変化させる。例えば降圧回路4032は、降圧処理として、入力された直流エネルギーを、PWM制御により定周波数のもとパルス幅を変動(デューティーサイクルを変動)することによって出力電圧を調整する。充電制御部403は、上記の処理を行うことによって、受電部402によって受電された電力を二次電池404に蓄電させる。
二次電池404は、AUV40の動力源となる電源であり、充電によってエネルギーを蓄えることができる蓄電池である。二次電池404は、充電制御部403によって充電される。
給電制御部405は、二次電池404に蓄電されている電力を、AUV40における各機能部の給電仕様に基づき変圧したのち各機能部に給電する。給電制御部405は、例えば複数のDC/DCコンバータで構成される。
給電制御部405は、二次電池404に蓄電されている電力を、AUV40における各機能部の給電仕様に基づき変圧したのち各機能部に給電する。給電制御部405は、例えば複数のDC/DCコンバータで構成される。
光学通信部406は、URU20との間で光学通信を行う。光学通信部406は、例えば送光素子及び受光素子を用いて構成される。なお、光学通信部406は、フォトダイオード又はPMTのいずれを用いて構成されてもよい。光学通信部406は、行動計画をURU20から受信し、探索結果及び状態情報をURU20に送信する。
記憶部407は、SSDやフラッシュメモリ等の半導体記憶装置を用いて構成される。記憶部407は、行動計画、探索結果及び状態情報を記憶する。AUV40に対する行動計画には、例えば海中探索を行う場所を示す情報(例えば、緯度、経度)、海中探索として行う行動(例えば、海底撮影、海底地図作成)、充電に向かうタイミング(例えば、二次電池404に蓄えられているエネルギーが所定の値以下となったタイミング又は行動計画に記述されているAUV40が探索を終了したタイミング)、充電のためにARV30が位置する場所(例えば、緯度、経度)等が記述されている。記憶部407が記憶する行動計画は、新たな行動計画が記憶される度に上書きされて更新される。
位置情報取得部408は、GPSなどの位置情報を測定するシステムによりAUV40の位置情報を取得する。例えば、位置情報取得部408は、AUV40が海上浮上時(緊急時あるいは機体回収時)に、動作制御部418の制御によりAUV40の位置情報を取得する。
音響測位情報取得部409は、USBL測位装置などの相対位置を測定するシステムにより、自装置とARV30との相対位置情報を取得する。例えば、音響測位情報取得部409は、AUV40がARV30から遠方を航行時に、着底保持しているARV30との相対位置を取得する。
音響測位情報取得部409は、USBL測位装置などの相対位置を測定するシステムにより、自装置とARV30との相対位置情報を取得する。例えば、音響測位情報取得部409は、AUV40がARV30から遠方を航行時に、着底保持しているARV30との相対位置を取得する。
光学測位情報取得部410は、レーザー光を用いたLIDAR(Light Detection and Ranging)システムや海中光学カメラなどの海中光学技術を適用した測位装置により、ARV30との相対位置情報を取得する。例えば、光学測位情報取得部410は、AUV40がARV30から中又は近距離を航行時に、着底保持しているARV30との相対位置を取得する。
無線通信部411は、船上あるいは陸上に設置されている基地局50との間で通信を行う。例えば、無線通信部411は、AUV40の位置情報を船上あるいは陸上に設置されている基地局50に送信する。例えば、無線通信部411は、船上あるいは陸上に設置されている基地局50との間で無線通信することによって自装置の位置情報を基地局50に送信する。無線通信部411は、通信衛星を介して無線通信を行ってもよいし、無線LAN(長/近距離無線モデム)を用いて無線通信を行ってもよいし、携帯電話等の移動体通信網を介して無線通信を行ってもよい。AUV40の位置情報を基地局50に送信(通知)することにより、長期運用におけるAUVの亡失を防ぐ。
航法演算部412は、INS、DVL、深度計、高度計などの航法装置から構成され、その出力を、個別にあるいは複合的に適用することによって運動状態及び自装置(AUV40)の位置を演算する。航法演算部412は、音響測位情報取得部409よりARV30との相対位置情報が取得できる場合は、各航法装置からの出力に相対位置情報を加えた複合航法演算を施すことで、更に高精度な自装置の位置を取得する。
音響通信部413は、電磁波の減衰が大きい水中において音響通信を実現する機能部である。音響通信部413は、音響通信によってARV30と通信する。
音響通信部413は、電磁波の減衰が大きい水中において音響通信を実現する機能部である。音響通信部413は、音響通信によってARV30と通信する。
通信制御部414は、光学通信部406、無線通信部411、音響通信部413及び海中通信部415による通信の開始及び停止を制御する。通信制御部414は、光学通信部406によって受信された行動計画を記憶部407に記憶させる。通信制御部414は、光学通信部406を制御して、探索結果及び状態情報をURU20に送信させる。
海中通信部415は、音響通信又は電磁波通信によりURU20との間で通信を行う。海中通信部415は、AUV40がURU20との連結時に、充電時における両者間の各情報伝達を担う。例えば、海中通信部415は、URU20との間で無線通信することによってURU20との連結状態の成否(連結通知)に関する情報や、URU20からの充電状態に関する情報をURU20に送信する。
推進器416は、自装置に対して水中での推進力を与える装置である。推進器416は、例えば電気モータを動力源としたプロペラを基にしたスラスターである。
撮像部417は、海中光学カメラ等の撮像装置を用いて構成される。撮像部417は、設置位置からAUV40の周辺を撮像し映像信号を動作制御部418に出力する。
撮像部417は、海中光学カメラ等の撮像装置を用いて構成される。撮像部417は、設置位置からAUV40の周辺を撮像し映像信号を動作制御部418に出力する。
動作制御部418は、海底においてURU20による充電が完了すると、URU20から離脱して行動計画に記述されている指令を実行する。動作制御部418は、音響測位情報取得部409及び航法演算部412から取得される各情報を用いて、推進器416を制御し、探索を開始する。動作制御部418は、探索を終了すると、航法演算部412、音響測位情報取得部409及び光学測位情報取得部410から取得される各情報を用いて、推進器416を制御し、ARV30に接近し、URU20と連結させる。動作制御部418は、行動計画に記述されている指令を全て実行すると、音響測位情報取得部409及び航法演算部412から取得される各情報を用いて、ARV30との相対位置を把握しつつARV30と連動して移動し、行動計画に記述されている任意の海中地点周辺を保持する。
連結検出部419は、URU20との連結を検出する。連結検出部419は、URU20がガイド部401に挿入され、所定の姿勢で状態よく連結した状態を検知する。この連結状態により、URU20の送電部212及び光学通信部215と、AUV40の受電部402及び光学通信部406とが対向させられる。
受電部402及び光学通信部406は、容器420内に格納される。容器420は、URU20が備える容器229と同様の形状(例えば、円形)である。ただし、容器420は、容器229の送電部212を受電部402に代えて配置する点が容器229と異なる。また、容器420は、容器229の光学通信部215を光学通信部406に代える点が容器229と異なる。
図8は、URU20と、ARV30及びAUV40との間で行われる処理の説明するための図である。図8(A)はURU20とARV30との間で行われる処理の説明するための図であり、図8(B)及び(C)はURU20とAUV40との間で行われる処理の説明するための図である。
図8(A)に示すように、URU20は、AFD10により運ばれる。その後、AFD10が、ARV30のガイド部301にURU20を挿入する。これにより、URU20の送電部221及び光学通信部224と、ARV30の受電部302及び光学通信部306とが対向する。その結果、URU20による充電及びURU20とARV30との間での情報の送受信が行われる。
ARV30は、充電がなされると、URU20を保持した状態で海中を移動し、任意の海底地点に着底する。AUV40は、充電が必要になった場合に、着底保持しているARV30との間で通信及び測位を行うことによってARV30を探索する。そして、AUV40は、ARV30を見つけるとARV30に接近する。その後、AUV40は、図8(B)に示すように、ガイド部401が、ARV30が保持しているURU20の上方に位置するように移動する。
そして、図8(C)に示すように、AUV40は、AUV40のガイド部401にURU20を挿入する。これにより、URU20の送電部212及び光学通信部215と、AUV40の受電部402及び光学通信部406とが対向する。その結果、URU20による充電及びURU20とAUV40との間での情報の送受信が行われる。
図9は、URU20とAUV40との間で行われる処理を模式的に示した図である。図9に示すように、URU20の送電部212及び光学通信部215と、AUV40の受電部402及び光学通信部406とは互いが対面しており、非接触により給電及び情報の送受信を行う。そのため互いに接触する必要が無い。ただし、容器229及び容器420同士は接触しても問題ない。
図10は、URU20の処理の流れを示すフローチャートである。なお、図10では、URU20とARV30との間で行われる給電及び情報の送受信の処理の流れについて説明する。
URU20は、ARV30と連結したか否かを判定する(ステップS101)。具体的には、ARV30の連結検出部317がURU20との連結を検出すると、通信制御部313を介して無線通信部310からその旨(連結通知)がURU20に送信される。URU20の外部通信部227は、ARV30から送信された連結通知を受信する。URU20の管理システム226は、当該連結通知を受けてARV30との連結状態(連結/未連結)を判定する。管理システム226は、ARV30から送信された連結通知を受けた場合、ARV30と連結したと判定する。一方、管理システム226は、ARV30から送信された連結通知を受けていない場合、ARV30と連結していないと判定する。
URU20は、ARV30と連結したか否かを判定する(ステップS101)。具体的には、ARV30の連結検出部317がURU20との連結を検出すると、通信制御部313を介して無線通信部310からその旨(連結通知)がURU20に送信される。URU20の外部通信部227は、ARV30から送信された連結通知を受信する。URU20の管理システム226は、当該連結通知を受けてARV30との連結状態(連結/未連結)を判定する。管理システム226は、ARV30から送信された連結通知を受けた場合、ARV30と連結したと判定する。一方、管理システム226は、ARV30から送信された連結通知を受けていない場合、ARV30と連結していないと判定する。
管理システム226がARV30と連結していないと判定した場合(ステップS101−NO)、URU20はARV30と連結状態となるまで(連結通知を受信するまで)待機する。
一方、管理システム226がARV30と連結したと判定した場合(ステップS101−YES)、URU20は、ARV30と光学通信可能な状態になったか否か判定する(ステップS102)。具体的には、光学通信制御部225は、光学通信部224を介して、他の装置(例えばARV30)からの信号を受信できた場合にARV30と光学通信可能な状態になったと判定する。一方、光学通信制御部225は、光学通信部224を介して、他の装置からの信号を受信できていない場合にARV30と光学通信可能な状態になっていないと判定する。
一方、管理システム226がARV30と連結したと判定した場合(ステップS101−YES)、URU20は、ARV30と光学通信可能な状態になったか否か判定する(ステップS102)。具体的には、光学通信制御部225は、光学通信部224を介して、他の装置(例えばARV30)からの信号を受信できた場合にARV30と光学通信可能な状態になったと判定する。一方、光学通信制御部225は、光学通信部224を介して、他の装置からの信号を受信できていない場合にARV30と光学通信可能な状態になっていないと判定する。
ARV30と光学通信可能な状態になっていない場合(ステップS102−NO)、URU20はARV30と連結状態かつ光学通信可能な状態になるまで待機する。
一方、ARV30と光学通信可能な状態になった場合(ステップS102−YES)、URU20はARV30に対して給電を行う(ステップS103)。具体的には、まず管理システム226は、スイッチ217を導通状態にする。次に、第2の電源プロセス部は、送電用バッテリ202から流れ込むエネルギーに対して、各所定の処理(電圧制御/周波数設定)を行うことによって送電部221に出力する。この際、状態監視部222が、送電部221に出力されるエネルギーの送電電力状態(電流、電圧及びその位相差)を監視することによって第2の電源プロセス部における共振周波数が変更される。
一方、ARV30と光学通信可能な状態になった場合(ステップS102−YES)、URU20はARV30に対して給電を行う(ステップS103)。具体的には、まず管理システム226は、スイッチ217を導通状態にする。次に、第2の電源プロセス部は、送電用バッテリ202から流れ込むエネルギーに対して、各所定の処理(電圧制御/周波数設定)を行うことによって送電部221に出力する。この際、状態監視部222が、送電部221に出力されるエネルギーの送電電力状態(電流、電圧及びその位相差)を監視することによって第2の電源プロセス部における共振周波数が変更される。
電力伝送では、充電先(例えば、ARV30、AUV40)の充電状態(非満充填の状態→満充填の状態)に応じて、送電における効率的な共振周波数がシフトする。そこで、状態監視部222が、安全性を保障しつつ送電効率を上げるために給電の状態(送電電力状態)を監視し、電源制御部223が監視結果に基づいて安全かつ効率的な共振周波数を決定することによって、充電状態に影響されることなく、所望の送電効率を担保することができる。常時、所望する送電効率を担保することにより、結果的に給電に要する時間が少なくて済むため、給電効率を上げることができる。
そして、送電部221は、受電側(ARV30)のコイルとの間で生じる電磁誘導を用いた結合共振作用によって、ARV30に対して非接触による給電を行う。給電が完了すると、管理システム226は、スイッチ217を非導通状態にする。給電完了の判断は、受電側(ARV30)の無線通信部310と送電側(URU20)の外部通信部227との間の無線通信回線により、充電状態(二次電池304の現電圧)を管理システム226へ通知することにより行われる。
また、光学通信制御部225は、管理システム226を介して、記憶部207から行動計画を取得する。光学通信制御部225は、光学通信部224を制御して行動計画をARV30に送信させる。光学通信部224は、光学通信制御部225の制御に従って、行動計画をARV30に送信する(ステップS104)。その後、光学通信部224は、ARV30から送信された状態情報及び探索結果を受信する(ステップS105)。光学通信制御部225は、受信された状態情報及び探索結果を、管理システム226を介して記憶部207に記憶させる。
URU20による給電及び光学通信が完了すると、管理システム226は光学通信制御部216を制御してURU20とARV30との通信を切断させる(ステップS106)。URU20とARV30との通信は、URU20から切断してもよいし、ARV30から切断してもよい。例えば、URU20とARV30との通信をURU20から切断する場合、管理システム226は光学通信制御部216を制御して、ARV30に対して接続を解除する旨の指示を送信させる。また、例えば、URU20とARV30との通信をARV30から切断する場合、管理システム226は光学通信制御部216を介して、ARV30から接続を解除する旨の指示が受信された場合に、光学通信制御部216にURU20とARV30との通信を切断させる。
図11は、URU20の処理の流れを示すフローチャートである。なお、図11では、URU20とAUV40との間で行われる給電及び情報の送受信の処理の流れについて説明する。
URU20は、AUV40と連結したか否かを判定する(ステップS201)。具体的には、AUV40の連結検出部419がURU20との連結を検出すると、通信制御部414を介して海中通信部415からその旨(連結通知)がURU20に送信される。URU20の海中通信部228は、AUV40から送信された連結通知を受信する。URU20の管理システム226は、当該連結通知を受けてAUV40との連結状態(連結/未連結)を判定する。管理システム226は、AUV40から送信された連結通知を受けた場合、AUV40と連結したと判定する。一方、管理システム226は、AUV40から送信された連結通知を受けていない場合、AUV40と連結していないと判定する。
URU20は、AUV40と連結したか否かを判定する(ステップS201)。具体的には、AUV40の連結検出部419がURU20との連結を検出すると、通信制御部414を介して海中通信部415からその旨(連結通知)がURU20に送信される。URU20の海中通信部228は、AUV40から送信された連結通知を受信する。URU20の管理システム226は、当該連結通知を受けてAUV40との連結状態(連結/未連結)を判定する。管理システム226は、AUV40から送信された連結通知を受けた場合、AUV40と連結したと判定する。一方、管理システム226は、AUV40から送信された連結通知を受けていない場合、AUV40と連結していないと判定する。
管理システム226がAUV40と連結していないと判定した場合(ステップS201−NO)、URU20はAUV40と連結状態となるまで(連結通知を受信するまで)待機する。
一方、管理システム226がAUV40と連結したと判定した場合(ステップS201−YES)、URU20は、AUV40と光学通信可能な状態になったか否か判定する(ステップS202)。具体的には、光学通信制御部216は、光学通信部215を介して、他の装置(例えばAUV40)からの信号を受信できた場合にAUV40と光学通信可能な状態になったと判定する。一方、光学通信制御部216は、光学通信部215を介して、他の装置からの信号を受信できていない場合にAUV40と光学通信可能な状態になっていないと判定する。
一方、管理システム226がAUV40と連結したと判定した場合(ステップS201−YES)、URU20は、AUV40と光学通信可能な状態になったか否か判定する(ステップS202)。具体的には、光学通信制御部216は、光学通信部215を介して、他の装置(例えばAUV40)からの信号を受信できた場合にAUV40と光学通信可能な状態になったと判定する。一方、光学通信制御部216は、光学通信部215を介して、他の装置からの信号を受信できていない場合にAUV40と光学通信可能な状態になっていないと判定する。
AUV40と光学通信可能な状態になっていない場合(ステップS202−NO)、URU20はAUV40と連結状態かつ光学通信可能な状態になるまで待機する。
一方、AUV40と光学通信可能な状態になった場合(ステップS202−YES)、URU20はAUV40に対して給電を行う(ステップS203)。具体的には、まず管理システム226は、スイッチ208を導通状態にする。次に、第1の電源プロセス部は、送電用バッテリ202から流れ込むエネルギーに対して、各所定の処理(電圧制御/周波数設定)を行うことによって送電部212に出力する。この際、状態監視部213が、送電部212に出力されるエネルギーの送電電力状態(電流、電圧及びその位相差)を監視することによって第1の電源プロセス部における共振周波数が変更される。
一方、AUV40と光学通信可能な状態になった場合(ステップS202−YES)、URU20はAUV40に対して給電を行う(ステップS203)。具体的には、まず管理システム226は、スイッチ208を導通状態にする。次に、第1の電源プロセス部は、送電用バッテリ202から流れ込むエネルギーに対して、各所定の処理(電圧制御/周波数設定)を行うことによって送電部212に出力する。この際、状態監視部213が、送電部212に出力されるエネルギーの送電電力状態(電流、電圧及びその位相差)を監視することによって第1の電源プロセス部における共振周波数が変更される。
電力伝送では、充電先(例えば、ARV30、AUV40)の充電状態(非満充填の状態→満充填の状態)に応じて、送電における効率的な共振周波数がシフトする。そこで、状態監視部213が、安全性を保障しつつ送電効率を上げるために給電の状態(送電電力状態)を監視し、電源制御部214が監視結果に基づいて安全かつ効率的な共振周波数を決定することによって、充電状態に影響されることなく、所望の送電効率を担保することができる。常時、所望する送電効率を担保することにより、結果的に給電に要する時間が少なくて済むため、給電効率を上げることができる。
そして、送電部212は、受電側(AUV40)のコイルとの間で生じる電磁誘導を用いた結合共振作用によって、AUV40に対して非接触による給電を行う。給電が完了すると、管理システム226は、スイッチ208を非導通状態にする(ステップS206)。給電完了の判断は、受電側(AUV40)の海中通信部415と送電側(URU20)の海中通信部228との間の無線通信回線により、充電状態(二次電池404の現電圧)を管理システム226へ通知することにより行われる。
また、光学通信制御部216は、管理システム226を介して、記憶部207から行動計画を取得する。光学通信制御部216は、光学通信部215を制御して行動計画をAUV40に送信させる。光学通信部215は、光学通信制御部216の制御に従って、行動計画をAUV40に送信する(ステップS204)。その後、光学通信部215は、AUV40から送信された状態情報及び探索結果を受信する(ステップS205)。光学通信制御部216は、受信された状態情報及び探索結果を、管理システム226を介して記憶部207に記憶させる。
URU20による給電及び光学通信が完了すると、管理システム226は光学通信制御部225を制御してURU20とAUV40との通信を切断させる(ステップS206)。URU20とAUV40との通信は、URU20から切断してもよいし、AUV40から切断してもよい。その後、AUV40は、行動計画に従いURU20との連結を解除する。これにより、URU20とAUV40との連結が解除される(ステップS207)。
AUV40においては、URU20から離脱したのち、行動計画に記述される探査エリアに航行し探査を実施する。探査終了後、AUV40は行動計画に従い、再度ARV30に接近し、URU20と連結する。URU20は、AUV40と連結したか否かを判定する(ステップS208)。AUV40と連結したか否かの判定は、ステップS201と同様である。
管理システム226がAUV40と連結していないと判定した場合(ステップS208−NO)、URU20はAUV40と連結状態となるまで(連結通知を受信するまで)待機する。
一方、管理システム226がAUV40と連結したと判定した場合(ステップS208−YES)、URU20は、AUV40と光学通信可能な状態になったか否か判定する(ステップS209)。AUV40と光学通信可能な状態になっていない場合(ステップS209−NO)、URU20はAUV40と連結状態かつ光学通信可能な状態になるまで待機する。
一方、AUV40と光学通信可能な状態になった場合(ステップS209−YES)、URU20はAUV40に対して給電を行う(ステップS210)。AUV40への給電のプロセスは、ステップS203と同様である。
一方、管理システム226がAUV40と連結したと判定した場合(ステップS208−YES)、URU20は、AUV40と光学通信可能な状態になったか否か判定する(ステップS209)。AUV40と光学通信可能な状態になっていない場合(ステップS209−NO)、URU20はAUV40と連結状態かつ光学通信可能な状態になるまで待機する。
一方、AUV40と光学通信可能な状態になった場合(ステップS209−YES)、URU20はAUV40に対して給電を行う(ステップS210)。AUV40への給電のプロセスは、ステップS203と同様である。
また、光学通信部215は、AUV40から送信された状態情報及び探索結果を受信する(ステップS211)。光学通信制御部216は、受信された状態情報及び探索結果を、管理システム226を介して記憶部207に記憶させる。具体的には、光学通信制御部216は、状態情報及び探索結果を時系列順に記憶部207に記憶させる。なおこのとき、URU20によるAUV40に対する給電は2回目である。URU20は、1回目の給電時に既に行動計画を送信しているため、2回目以降の給電時には行動計画をAUV40に送信しなくてもよい。その後、URU20は、浮上するまでの間、ステップS206以降の処理を繰り返し実行する。これにより、URU20は、AUV40に対して複数回の給電と、AUV40から複数回の状態情報及び探索結果を取得する。
管理システム226は、行動計画に基づいて、AUV40が探索を継続するか否かを判定する(ステップS212)。例えば、行動計画にAUV40に対して給電する回数が記述されているとすると、管理システム226は行動計画に記述されている回数分の給電を行っていない場合にAUV40が探索を継続すると判定する。一方、管理システム226は行動計画に記述されている回数分の給電を行った場合にAUV40が探索を継続しないと判定する。
なお、ステップS212の判定は、上記の判定に限られない。例えば、行動計画にAUV40に対する送電用のバッテリの残量がないと判定するための閾値が記述されている場合には、以下のように判定してもよい。管理システム226はAUV40に対する送電用のバッテリの残量が、行動計画に記述されている閾値よりも多い場合にAUV40が探索を継続すると判定する。一方、管理システム226はAUV40に対する送電用のバッテリの残量が、行動計画に記述されている閾値以下である場合にAUV40が探索を継続しないと判定する。
AUV40が探索を継続しないと判定した場合(ステップS212−NO)、URU20は図11の処理を終了する。
一方、AUV40が探索を継続すると判定した場合(ステップS212−YES)、URU20はステップS206以降の処理を実行する。
一方、AUV40が探索を継続すると判定した場合(ステップS212−YES)、URU20はステップS206以降の処理を実行する。
図12〜図14は、充電システム100の処理の流れを示すシーケンス図である。なお、図12〜図14の処理開始時には、AFD10及びURU20が船上あるいは地上の基地局50に待機している状態であり、ARV30が海上の任意の地点で待機しており、これに連動してAUV40も海中で待機している場合を例に説明する。
AFD10は、URU20を把持して、行動計画に基づく海上の任意の地点まで飛行する(ステップS301)。具体的には、まずAFD10の制御部108は、アーム部101を制御してURU20を把持する。次に、制御部108は、推進器106を制御して、URU20を把持した状態で飛行する。そして、制御部108は、記憶部102に記憶されている行動計画を参照し、行動計画に記述されている海上の任意の地点までURU20を把持した状態で飛行する。
ARV30は、海上の任意の地点で待機している間、位置情報取得部308より自装置の位置情報を取得し、取得した自装置の位置情報で自装置の位置情報を更新する(ステップS302)。
AUV40は、海中で待機しつつ自装置の位置を推定する(ステップS303)。
AUV40は、海中で待機しつつ自装置の位置を推定する(ステップS303)。
AFD10は、海上の任意の地点まで飛行すると、海上で待機しているARV30との間で無線通信を行う(ステップS304)。この際、AFD10は、自装置の位置情報をARV30に送信し、ARV30の位置情報をARV30から受信する。AFD10は、受信したARV30の位置情報と、自装置の位置情報とに基づいて、ARV30の位置を探索する(ステップS305)。
その後、AFD10は、ARV30の位置を把握すると、ARV30のガイド部301にURU20を設置する(ステップS306)。具体的には、制御部108は、ARV30の位置を把握した後、撮像部105により撮像された画像からARV30のガイド部301の位置を特定する。そして、制御部108は、ガイド部301内にURU20を設置するように推進器106を制御する。AFD10は、ガイド部301内にURU20を設置後、行動計画に基づいて陸上あるいは船上に設置されている基地局50に帰還する(ステップS307)。
URU20がガイド部301内に設置されると、ARV30の連結検出部317はURU20との連結を検出する(ステップS308)。具体的には、URU20がガイド部301に挿入されると、ガイド部301の底部に設置されている不図示のタッチセンサ(例えば、押し込み式のボタン)がURU20により押されてアクティブとなり、連結検出部317はこれを検知することによってURU20との連結を検出する。また、ARV30にURU20が連結された場合にURU20を保持する機構が突出し、URU20筐体に備えられる凹形状の機構と勘合(凹凸嵌合)することによってURU20と連結及びURU20を保持する。なお、上記構成は一例であり、連結検出部317は他の方法でURU20との連結を検出してもよい。
通信制御部313は、連結検出部317によってURU20との連結が検出されると、連結した旨を示す連結通知を生成し、生成した連結通知をURU20に通知する。URU20は、ARV30から送信された連結通知を受信することによってARV30との連結を検出する(ステップS309)。
URU20がガイド部301内に設置されると、URU20の送電部221及び光学通信部224と、ARV30の受電部302及び光学通信部306とが対向する。URU20がガイド部301内に設置され、ARV30及びURU20双方が連結を検出すると、URU20は、ARV30に対して給電を開始するとともに、ARV30との間で情報の送受信を行う(ステップS310)。また、ARV30は、URU20からの受電を開始するとともに、URU20との間で情報の送受信を行う(ステップS311)。
URU20は、送電部221によりARV30に対して給電する(ステップS312)。また、URU20は、光学通信部224により、ARV30に対して行動計画を送信し、状態情報及び探索結果をARV30から受信する(ステップS313)。URU20の光学通信制御部225は、光学通信部224が受信したARV30の状態情報及び探索結果を、管理システム226を介して記憶部207に記憶する(ステップS314)。
ARV30の受電部302は、URU20の送電部221との間で生じる電磁誘導を用いた結合共振作用によって非接触で受電する。充電制御部303は、受電部302によって受電された電力を二次電池304に蓄電することによって二次電池304を充電する。また、光学通信部306は、URU20から送信された行動計画を受信する。通信制御部313は、光学通信部306によって受信された行動計画を記憶部307に記憶させる(ステップS315)。なお、通信制御部313は、記憶部307に既に行動計画が記憶されている場合には、既に記憶されている行動計画を新たに受信された行動計画で上書きすることによって行動計画を更新する。
その後、動作制御部316は、バラストタンク315内に海水を取り入れることによって負浮力を得て海中に潜航する(ステップS316)。この際、ARV30は、URU20を保持した状態で、行動計画に基づき潜航する。動作制御部316は、音響測位情報取得部309及び航法演算部311からの各情報を用いて自装置の位置を推定し(ステップS317)、推進システム314のスラスターを制御することで、AUV40との相対位置を把握しつつ、行動計画に記述されている任意の海底位置周辺に着底し、着底した位置を保持する(ステップS318)。
海中において自装置の位置を推定する方法としては、INSに対し、DVL及び深度計などの他の航法装置からの出力を複合的に適用することで、自装置の各運動パラメータ誤差、各センサ誤差を推定し、自装置の位置を適宜補正する推定複合航法(Dead Reckoning)が挙げられる。航法演算部311は、推定複合航法により海中における自装置の位置を把握し、動作制御部316に自装置の位置を通知する。
また、AUV40の航法演算部412は、ARV30が海上待機している間、及び海中に潜航し海底に着底している間において、海中で待機しつつ自装置の位置を推定する(ステップS303、S319及びS343)。具体的には、航法演算部412は、INS、DVL及び深度計などの航法装置を用いた推定複合航法により自装置(AUV40)の位置を把握する。なお、航法演算部412は、ARV30が海上待機あるいは着底・位置保持をしており、かつARV30を基点とするSSBL(Super Short Base Line)レンジ内においては、上記各航法装置にSSBLを加えた推定複合航法(Dead Reckoning Navigation aiding DVL & SSBL)により自装置の位置を把握する。航法演算部412は、ARV30を基点とするSSBLレンジ外においては、INS、DVL及び深度計などの他の航法装置を用いた推定複合航法(Dead Reckoning Navigation aiding DVL)により自装置の位置を把握する。
その後、動作制御部418は、推進器416を制御して、行動計画に記述されているARV30が着底・保持する場所に向けて自装置を移動させる。これにより、AUV40は、ARV30に接近する(ステップS320)。AUV40は、ARV30の近傍まで移動すると、それまでの推定複合航法に加え、光学技術を用いた推定複合航法を行う。具体的には、動作制御部418は、AUV40とARV30との距離が中距離(例えば30m以内)においては、光学測位情報取得部410から得られたAUV40が備える不図示のLIDARシステムによる周辺環境把握(マッピング)を全周囲にわたり行う。これにより、動作制御部418は、ARV30を発見するとともにARV30の位置を把握し、LIDARシステムによる測位よりARV30とのcmオーダーでの相対距離(位置)を推定する(ステップS321)。
また、航法演算部412は、AUV40とARV30との距離が近距離(例えば5m以内)においては、ARV30が備える不図示の配置情報が既知であるColor Lightマーカーのアレイを撮影指標に、光学測位情報取得部410から得られたAUV40が備える不図示イメージングセンサ又は海中光学カメラ等の撮像部417が撮影した画像を用いて、mmオーダーでのARV30との相対距離(位置)・姿勢を推定する(ステップS321)。
AUV40は、ARV30の正確な位置を光学測位情報取得部410から取得すると、ARV30が保持するURU20をガイド部401で覆うようにしてURU20と連結する(ステップS322)。具体的には、動作制御部418は、ARV30の位置を把握した後、撮像部417により撮像された画像からURU20の位置を特定する。そして、動作制御部418は、ガイド部401内にURU20の上方部分(例えば、容器229)が位置するように推進器416を制御する。動作制御部418は、URU20の上方部分が、ガイド部401内に入るように制御することによってURU20と連結する(ステップS322)。
URU20が、ガイド部401内に設置されると、AUV40の連結検出部419はURU20との連結を検出する(ステップS323)。具体的には、URU20の上方部分が、ガイド部401内に入ると、ガイド部401の底部(下方の開口部の底)に設置されている不図示のタッチセンサ(例えば、押し込み式のボタン)がURU20により押されてアクティブとなり、連結検出部419はこれを検知することによってURU20との連結を検出する。また、AUV40にURU20が連結された場合にURU20を保持する機構が突出し、URU20筐体に備えられる凹形状の機構と勘合(凹凸嵌合)することによってURU20と連結及びURU20を保持する。なお、上記構成は一例であり、連結検出部419は他の方法でURU20との連結を検出してもよい。
通信制御部414は、連結検出部419によってURU20との連結が検出されると、連結した旨を示す連結通知を生成し、生成した連結通知をURU20に通知する。URU20は、AUV40から送信された連結通知を受信することによってAUV40との連結を検出する(ステップS324)。
URU20の上方部分がガイド部401内に位置するように設置されると、URU20の送電部212及び光学通信部215と、AUV40の受電部402及び光学通信部406とが対向する。URU20がガイド部401内に設置され、AUV40及びURU20双方が連結を検知すると、URU20は、AUV40に対して給電を開始するとともに、AUV40との間で情報の送受信を行う(ステップS325)。また、AUV40は、URU20からの受電を開始するとともに、URU20との間で情報の送受信を行う(ステップS326)。
URU20は、送電部212によりAUV40に対して給電する(ステップS327)。また、URU20は、光学通信部215により、AUV40に対して行動計画を送信し、状態情報及び探索結果をAUV40から受信する(ステップS328)。URU20の光学通信制御部216は、光学通信部215が受信した状態情報及び探索結果を、管理システム226を介して記憶部207に記憶する(ステップS329)。
AUV40の受電部402は、URU20の送電部212との間で生じる電磁誘導を用いた結合共振作用によって非接触で受電する。充電制御部403は、受電部402によって受電された電力を二次電池404に蓄電することによって二次電池404を充電する。また、光学通信部406は、URU20から送信された行動計画を受信する。通信制御部414は、光学通信部406によって受信された行動計画を記憶部407に記憶させる(ステップS330)。なお、通信制御部414は、記憶部407に既に行動計画が記憶されている場合には、既に記憶されている行動計画を新たに受信された行動計画で上書きすることによって行動計画を更新する。
AUV40は、充電及び情報の送受信が完了すると、行動計画に従って、URU20から離脱して海中探索を開始する(ステップS331)。具体的には、AUV40は、充電及び情報の送受信が完了した後、ガイド部401のURU20を保持する機構の保持状態を解除することによってURU20とAUV40との連結を解除し、URU20から離脱して海中探索を開始する。なお、AUV40は、再度、充電が必要になった場合には、行動計画に従って、行動計画に記述されているARV30が位置する場所に向けて自装置を移動させる。その後、ステップS319からステップS331までの処理が行動計画に記載される回数実行される。
ARV30は、行動計画に記述されている海上に浮上する時刻になると、離底することによって海上に浮上する(ステップS332)。具体的には、動作制御部316は、バラストタンク315内に貯水された海水を排水させることによって正浮力を得て、URU20を保持した状態で、行動計画に基づき離底する。動作制御部316は、離底後、音響測位情報取得部309及び航法演算部311からの各情報を用いて自装置の位置を推定し(ステップS333)、推進システム314を制御することで、AUV40との相対位置を把握しつつ、行動計画に記述されている任意の海上位置周辺に浮上しその位置を保持、あるいは別位置に向けて移動する(ステップS334)。
AUV40は、ARV30が離底後、浮上行動をしている間、行動計画に記述されている任意の海中/海底位置にて待機しつつ自装置の位置を推定する(ステップS335)。具体的には、航法演算部412は、ARV30が海上待機している間、及び海中に潜航し海底に着底している間において、海中で待機しつつ自装置の位置を推定する。その後、AUV40は、浮上後のARV30の行動と連動しつつ、行動計画に記述されている任意の海中/海底位置を保持あるいは別位置に向けて移動する(ステップS336)。
AFD10は、URU20を回収する時刻になると、行動計画に記述されている海上の任意の地点までURU20を回収するために、陸上あるいは船上に設置されている基地局50から飛行し、ARV30を探索する(ステップS337)。AFD10は、URU20の回収に向かう海上の任意の地点に到着し、ARV30の位置を把握すると、ARV30に接近する。その後、制御部108は、アーム部101を制御して、ARV30のガイド部301と連結しているURU20を把持する(ステップS338)。なお、より精度よくURU20を把持するには、制御部108は、撮像部105によって撮像された画像に基づいてURU20との相対位置・姿勢を特定し、AFD10機体及びアーム部101を連動制御してURU20を把持する。
アーム部101によってURU20が把持されると、AFD10の把持検出部107はURU20を把持したことを検出する(ステップS339)。制御部108は、把持検出部107によってURU20を把持したことが検出された場合、把持通知を生成する。そして、制御部108は、無線通信部104を制御して、生成した把持通知をARV30に送信させる。
ARV30の無線通信部310は、AFD10から送信された把持通知を受信する。ARV30は、把持通知が受信されると、ガイド部301のURU20を保持する機構の保持状態を解除することによってURU20とARV30との連結及び保持状態を解除する(ステップS340)。ARV30は、ARV30との連結及び保持状態の解除後、解除通知を生成する。通信制御部313は、無線通信部310を制御して、解除通知をAFD10に送信させる。
AFD10の無線通信部104は、ARV30から送信された解除通知を受信する。AFD10は、ARV30から解除通知が受信された場合、ARV30からURU20を回収して、行動計画に従って推進器106を制御してAFD10を陸上あるいは船上に設置されている基地局50に帰還する(ステップS341)。
ARV30は、海上の任意の地点で待機している間、位置情報取得部308より自装置の位置情報を取得し、取得した自装置の位置情報で自装置の位置情報を更新する(ステップS342)。
AUV40の航法演算部412は、ARV30が海上待機している間において、海中で待機しつつ自装置の位置を推定する(ステップS343)。
AUV40の航法演算部412は、ARV30が海上待機している間において、海中で待機しつつ自装置の位置を推定する(ステップS343)。
以上のように構成された充電システム100によれば、URU20は、AUV40の周辺まで運ぶことが可能なユニットであり、AUV40に給電する送電部212(第1の送電部)と、行動計画をAUV40に送信し、探索結果及び状態情報をAUV40から受信する光学通信部215(第1の送受信部)とを備える。そして、光学通信部215は、送電部212がAUV40に給電可能な場合に、AUV40との間で通信可能になる位置に備えられている。このように、URU20は、従来の充電用基地局のように有線により接続されておらず、運搬が可能なため、AUV40を充電する場所として船上あるいは陸域沿岸部以外(例えば、新たな海底域や未知の海底域)においても、揚収作業をすることなくAUV40に給電することができる。そのため、AUV40は、充電及び情報伝送のために過剰に浮上及び浮上後に揚収する必要が無く、長期間運用が可能になる。また、URU20は、給電が可能な場合には、AUV40との間で通信も可能な構成を有しているため、給電時に行動計画をAUV40に対して送信すると同時に、状態情報及び探索結果を受信ことができる。これにより、AUV40は、動力源の充電とともに、十分な記憶領域が確保され、新たな指令が記述された行動計画を取得して新たな海中探索が可能になる。そのため、AUV40の長期間運用において利便性を向上させることが可能になる。
また、URU20は、自装置を保持してAUV40の周辺まで移動するARV30に給電する送電部221(第2の送電部)と、行動計画をARV30に送信し、探索結果をARV30から受信する光学通信部224(第2の送受信部)とをさらに備える。そして、光学通信部224は、送電部221がARV30に給電可能な場合に、ARV30との間で通信可能になる位置に備えられている。これにより、URU20は、ARV30に給電するとともに、行動計画をARV30に送信し、同時にARV30の探索結果及び状態情報を受信することができる。給電されたARV30は、URU20を保持した状態で、行動計画に従ってその場を保持又はAUV40の周辺まで移動する。そのため、URU20は、AUV40の周辺まで他の装置によって移動することができる。このように、URU20は運搬が可能なため、AUV40を充電する場所として陸域沿岸部以外(例えば、新たな海底域や未知の海底域)においてもAUV40に給電することができる。そのため、AUV40は、充電のために過剰に浮上する必要が無く、長期間運用が可能になる。
また、送電部212及び光学通信部215は、容器229内に格納され、送電部221及び光学通信部224は、容器230内に格納される。このように、送電部212及び光学通信部215と、送電部221及び光学通信部224とはそれぞれ、送電部と光学通信部とが同一容器内の同心円状に格納されている。したがって、給電が可能な場合には、通信も可能な構成になる。そのため、URU20は、ARV30及びAUV40に対する給電と同時に、ARV30及びAUV40との間で情報の送受信が可能になる。
また、URU20が備える容器229及び容器230と、ARV30が備える容器319と、AUV40が備える容器420はそれぞれ、円形の容器である。これにより、URU20の容器230とARV30の容器319及びURU20の容器229とAUV40の容器420とが、ARV30及びAUV40の連結時の姿勢(方位角)に依存せずに対向しやすい。したがって、対向させるための向きの調整など必要が無い。そのため、容易に給電及び情報の送受信が可能になる。
容器229及び容器230は、油漬け均圧容器である。すなわち、送電部212及び光学通信部215は同一の容器に格納され、送電部221及び光学通信部224は同一の容器に格納される。したがって、給電が可能な場合には、通信も可能な構成になる。そのため、URU20は、ARV30及びAUV40に対する給電と同時に、ARV30及びAUV40との間で情報の送受信が可能になる。
油漬け均圧容器に使用される油によっては、送光素子231及び受光素子232の感度が低下してしまうことも考えられる。また、給電時の送受電間の状態によっては、互いの光学通信部に電気的影響(電気ノイズ)を及ぼすことも考えられる。そこで、URU20は、容器229及び容器230の別の形態として、中心部分に所定の大きさの穴を有する油漬け均圧容器と、中心部分に配置される耐圧容器とで構成される容器229及び容器230を備えることもできる。これにより、電力伝送系と、光学通信系とが完全に区切られる。そのため、均圧容器に使用される油に制限が無くすことができる。また、電力伝送系と、光学通信系とが完全に区切られるため、電気的な耐環境性が保障され、さらに保守性においても有意な効果を得ることができる。
また、充電システム100では、光学系の素子を通信に用いている。これには、以下のようなメリットがある。
1.既存通信手段である電磁波(電波)、磁場、音響を通信に用いた場合より、通信速度が相対的に高速である。具体的には、上記媒体(例えば、電磁波(電波)、磁場、音響)による海中通信速度は“数kpbs〜数Mbps”であるが、光学系による海中通信速度は“数十Mbps〜Gbps”である。
1.既存通信手段である電磁波(電波)、磁場、音響を通信に用いた場合より、通信速度が相対的に高速である。具体的には、上記媒体(例えば、電磁波(電波)、磁場、音響)による海中通信速度は“数kpbs〜数Mbps”であるが、光学系による海中通信速度は“数十Mbps〜Gbps”である。
また、昨今、AUV40等の海中探査機が装備する観測機器(ソナー、光学カメラ)の情報量は膨大であり、その結果、探索結果もまた膨大な量となっている。さらに、AUV40の長期運用を前提とする場合には、その情報総量は上記量の積分となる。従来の電磁波(電波)、磁場、音響が提供する海中通信速度では、仮に非接触充電時間が何かしらの手法で短縮(急速充電)されたとしても、情報伝送時間が膨長となるため実用的ではない。それに対し、光学系の素子を用いた通信では、上記のように高速通信が可能であるため、急速充電がなされた場合、情報伝送も高速伝送が可能になる。
2.非接触電力伝送技術との共存性(互いの環境影響性がない)
本発明では、非接触での電力伝送として、電磁誘導を基本とする共振方式を採用している。電磁波(電波)、磁場を利用した海中通信においては、非接触電力伝送そのものが、外乱要素でしかなく、その通信状態はこの外乱の影響を何かしら受けることになる。そのような外乱の影響を抑制するために、本発明では、通信に光学系を用いている。光学系は、電力伝送と“完全に絶縁(アイソレーション)が取れている”ため、互いの挙動が影響を与える/及ぼすことがない。つまり、『電力伝送と通信の環境場が完全分離』しているため、“安定した通信状態”を提供することが可能である。このように、本発明において光学系の素子を通信に用いていることは、非接触電力伝送が外界へ及ぼす影響に “非常に高いロバスト性”を有している。
本発明では、非接触での電力伝送として、電磁誘導を基本とする共振方式を採用している。電磁波(電波)、磁場を利用した海中通信においては、非接触電力伝送そのものが、外乱要素でしかなく、その通信状態はこの外乱の影響を何かしら受けることになる。そのような外乱の影響を抑制するために、本発明では、通信に光学系を用いている。光学系は、電力伝送と“完全に絶縁(アイソレーション)が取れている”ため、互いの挙動が影響を与える/及ぼすことがない。つまり、『電力伝送と通信の環境場が完全分離』しているため、“安定した通信状態”を提供することが可能である。このように、本発明において光学系の素子を通信に用いていることは、非接触電力伝送が外界へ及ぼす影響に “非常に高いロバスト性”を有している。
<変形例>
本実施形態では、AFD10が、アーム部101によりURU20を把持して海上の任意地点まで運ぶ構成を示したが、URU20を運ぶ構成はこれに限定される必要はない。例えば、AFD10は、磁力によってURU20を自装置に連結することによってURU20を海上の任意地点まで運ぶように構成されてもよいし、URU20を海上の任意地点まで運んで、URU20をARV30に配置することができればどのような構成であってもよい。磁力によってURU20を自装置に連結することによってURU20を海上の任意地点まで運ぶ場合、AFD10はアーム部101に代えて、磁力によってURU20を自装置に連結する連結部を備える。
本実施形態では、AFD10が、アーム部101によりURU20を把持して海上の任意地点まで運ぶ構成を示したが、URU20を運ぶ構成はこれに限定される必要はない。例えば、AFD10は、磁力によってURU20を自装置に連結することによってURU20を海上の任意地点まで運ぶように構成されてもよいし、URU20を海上の任意地点まで運んで、URU20をARV30に配置することができればどのような構成であってもよい。磁力によってURU20を自装置に連結することによってURU20を海上の任意地点まで運ぶ場合、AFD10はアーム部101に代えて、磁力によってURU20を自装置に連結する連結部を備える。
容器229、容器230、容器319及び容器420は、円形に限らず、容易に対向性が保障できれば、その他の形(例えば、多角形)であってもよい。
図10におけるステップS104の処理と、ステップS105の処理において、ステップS105の処理が行われた後にステップS104の処理が行われてもよい。図11におけるステップS204の処理と、ステップS205の処理において、ステップS205の処理が行われた後にステップS204の処理が行われてもよい。
図10におけるステップS104の処理と、ステップS105の処理において、ステップS105の処理が行われた後にステップS104の処理が行われてもよい。図11におけるステップS204の処理と、ステップS205の処理において、ステップS205の処理が行われた後にステップS204の処理が行われてもよい。
本実施形態では、URU20からARV30及びAUV40に対する給電の方法として、電磁誘導を用いた結合共振方式による給電方法を例に説明したが、その他の非接触給電方法が用いられてもよい。例えば、電磁誘導型、結合共振型、電界型などの近傍界を用いる各非接触電力伝送技術において、結合の有無あるいは共振の有無により分類されるいずれの方法が用いられてもよい。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
10…AFD, 20…URU, 30…ARV, 40…AUV, 50…基地局, 101…アーム部, 102…記憶部, 103…位置情報取得部, 104…無線通信部, 105…撮像部, 106…推進器, 107…把持検出部, 108…制御部, 201…駆動用バッテリ, 202…送電用バッテリ, 203…充電用IF, 204…BMU, 205…BMU, 206…BMU, 207…記憶部, 208…スイッチ, 209…送電電圧制御回路, 211…周波数設定部, 212…送電部, 213…状態監視部, 214…電源制御部, 215…光学通信部, 216…光学通信制御部, 217…スイッチ, 218…送電電圧制御回路, 220…周波数設定部, 221…送電部, 222…状態監視部, 223…電源制御部, 224…光学通信部, 225…光学通信制御部, 226…管理システム, 227…外部通信部, 228…海中通信部, 301…ガイド部, 302…受電部, 303…充電制御部, 3031…整流回路, 3032…降圧回路, 304…二次電池, 305…給電制御部, 306…光学通信部, 307…記憶部, 308…位置情報取得部, 309…音響測位情報取得部, 310…無線通信部, 311…航法演算部, 312…音響通信部, 313…通信制御部, 314…推進システム, 315…バラストタンク, 316…動作制御部, 317…連結検出部, 318…姿勢保障部, 401…ガイド部, 402…受電部, 403…充電制御部, 4031…整流回路, 4032…降圧回路, 404…二次電池, 405…給電制御部, 406…光学通信部, 407…記憶部, 408…位置情報取得部, 409…音響測位情報取得部, 410…光学測位情報取得部, 411…無線通信部, 412…航法演算部, 413…音響通信部, 414…通信制御部, 415…海中通信部, 416…推進器, 417…撮像部, 418…動作制御部, 419…連結検出部
Claims (5)
- 海中を探索する自律型無人潜水機と、他の装置によって前記自律型無人潜水機の周辺まで運ばれて前記自律型無人潜水機に給電する海中給電装置とを備える充電システムにおける前記海中給電装置であって、
前記自律型無人潜水機に給電する第1の送電部と、
前記自律型無人潜水機に対する指令を含む行動計画を前記自律型無人潜水機に送信し、前記指令による探索を行った結果を示す探索結果を前記自律型無人潜水機から受信する第1の送受信部と、
を備え、
前記第1の送受信部は、前記第1の送電部が前記自律型無人潜水機に給電可能な場合に、前記自律型無人潜水機との間で通信可能になる位置に備えられる海中給電装置。 - 前記充電システムには、海中において前記海中給電装置を前記自律型無人潜水機が位置する付近まで保持して移動する海中移動体がさらに備えられ、
前記海中移動体に給電する第2の送電部と、
前記海中移動体に対する指令を含む行動計画を前記海中移動体に送信し、前記指令による探索を行った結果を示す探索結果を前記海中移動体から受信する第2の送受信部と、
をさらに備え、
前記第2の送受信部は、前記第2の送電部が前記海中移動体に給電可能な場合に、前記海中移動体との間で通信可能になる位置に備えられる、請求項1に記載の海中給電装置。 - 前記第1の送電部及び前記第1の送受信部は、第1の容器内に格納され、
前記第2の送電部及び前記第2の送受信部は、第2の容器内に格納される、請求項2に記載の海中給電装置。 - 前記第1の容器及び前記第2の容器は、油漬け均圧容器である、請求項3に記載の海中給電装置。
- 前記第1の容器及び前記第2の容器は、中心部分に所定の大きさの穴を有する油漬け均圧容器と、前記中心部分に配置される耐圧容器とで構成され、
前記第1の送電部及び前記第2の送電部は前記油漬け均圧容器内に格納され、前記第1の送受信部及び前記第2の送受信部は前記耐圧容器内に格納される、請求項3に記載の海中給電装置。
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2018
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