JP2021041866A - 水中航走体、制御方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】浮上時に障害物との衝突を抑制することができる水中航走体を提供する。【解決手段】水中航走体１は、本体部１０と、前記本体部１０の外部に放出可能であり、障害物の有無を検出するための第１センサ２１を有するブイ２０と、前記本体部１０を浮上させる場合に、前記ブイ２０を前記本体部１０の外部に放出するブイ制御部１１２と、前記第１センサ２１の検出信号に基づいて前記本体部１０の浮上予定位置に障害物を検出した場合、前記本体部１０の浮上行動は不可であると判断する浮上判断部１１３と、を備える。【選択図】図２

Description

本開示は、水中航走体、制御方法、及びプログラムに関する。

水中における調査などを行う装置として、水中を自律航走する水中航走体が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許第５８１３０９０号公報

水中航走体は、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いた測位、ヘルスモニタリング通信、取得データの送信などを行うために水面付近へ浮上する場合がある。このとき、水中航走体が浮上する位置に障害物（船舶、漂流物など）が存在すると、水中航走体がこの障害物に衝突してしまう可能性がある。

本開示は、このような課題に鑑みてなされたものであって、浮上時に障害物との衝突を抑制することができる水中航走体、制御方法、及びプログラムを提供する。

本開示の一態様によれば、水中航走体は、本体部と、前記本体部の外部に放出可能であり、障害物の有無を検出するための第１センサを有するブイと、前記本体部を浮上させる場合に、前記ブイを前記本体部の外部に放出するブイ制御部と、前記第１センサの検出信号に基づいて前記本体部の浮上予定位置に障害物を検出した場合、前記本体部の浮上行動は不可であると判断する浮上判断部と、を備える。

本開示の一態様によれば、本体部と、前記本体部の外部に放出可能であり、障害物の有無を検出するための第１センサを有するブイと、を備える水中航走体の制御方法は、前記本体部を浮上させる場合に、前記ブイを前記本体部の外部に放出するステップと、前記第１センサの検出信号に基づいて前記本体部の浮上予定位置に障害物を検出した場合、前記本体部の浮上行動は不可であると判断するステップと、を有する。

本開示の一態様によれば、プログラムは、本体部と、前記本体部の外部に放出可能であり、障害物の有無を検出するための第１センサを有するブイと、を備える水中航走体のコンピュータに、前記本体部を浮上させる場合に、前記ブイを前記本体部の外部に放出するステップと、前記第１センサの検出信号に基づいて前記本体部の浮上予定位置に障害物を検出した場合、前記本体部の浮上行動は不可であると判断するステップと、を実行させる。

本開示に係る水中航走体、制御方法、及びプログラムによれば、浮上時に障害物との衝突を抑制することができる。

本開示の一実施形態に係る水中航走体の全体構成を示す図である。 本開示の一実施形態に係る水中航走体の機能構成を示す図である。 本開示の一実施形態に係る水中航走体の処理の一例を示す図である。 本開示の一実施形態に係る水中航走体のハードウェア構成の一例を示す図である。

以下、本開示の一実施形態に係る水中航走体１について、図１〜図４を参照しながら説明する。

（水中航走体の全体構成）
図１は、本開示の一実施形態に係る水中航走体の全体構成を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る水中航走体１は、本体部１０と、ブイ２０とを備えている。

本体部１０は、不図示の慣性航法装置、対地速度計、方位系、深度計などを用いて自己位置を計測しつつ、水中を自律航走する。また、本体部１０は、不図示の無線通信アンテナを有しており、水面に浮上した際に無線通信アンテナを通じてヘルスモニタリング通信、取得データの送信などを行う。更に、本体部１０は、不図示のＧＮＳＳアンテナを有しており、水面に浮上した際にＧＮＳＳアンテナを通じて本体部１０の絶対位置（緯度、経度）を特定して、自己位置の補正を行う。

ブイ２０は、本体部１０とケーブル３０により接続される。ブイ２０は袋状に形成されており、ブイ２０に浮力を与えるためのガスを内部に封入可能なように、袋状に形成されている。無線通信又はＧＮＳＳ測位を行う場合、本体部１０の内部から放出されて水面に浮上する。ブイ２０は、水面において無線通信アンテナ２２０を通じて無線通信を行うとともに、ＧＮＳＳアンテナ２３０を通じて衛星から信号を受信して測位を行う。また、ブイ２０は、本体部１０がケーブル３０を巻き取ることにより、本体部１０の内部に回収されて収容される。このとき、ブイ２０は内部に封入されたガスを放出して浮力を低減し、ブイ２０の回収に要する張力を低減させる。

なお、水中航走体１は、例えば小容量のデータの送受信を行う場合は、ブイ２０を浮上させて無線通信アンテナ２２０を通じて無線通信を行う。一方、水中航走体１は、大容量のデータの送受信を行う場合は、本体部１０を浮上させて、本体部１０の無線通信アンテナを通じて無線通信を行う。このように、水中航走体１は、送受信するデータの内容、容量などに応じて、本体部１０又はブイ２０を浮上させて無線通信を行う。

（水中航走体の機能構成）
図２は、本開示の一実施形態に係る水中航走体の機能構成を示す図である。
図２に示すように、水中航走体１の本体部１０は、ＣＰＵ１１と、センサ１２（第２センサ）と、スラスタ１３と、舵１４と、接続部１５とを備えている。

センサ１２は、水中における障害物の有無を検出する。例えば、センサ１２は、光学カメラ、ソナーなどを有している。

スラスタ１３は、本体部１０の前後、左右、及び上下への推進力を発生させる推進装置である。舵１４は、本体部１０の航走方向、深度などを変更する。本体部１０は、スラスタ１３及び舵１４を動作させることにより、水中の所定位置へ航走、又は停止（ホバリング）を行うことができる。なお、本実施形態において、スラスタ１３及び舵１４は、本体部１０を水面に浮上させる浮上機構としても機能する。

接続部１５は、ケーブル３０を介して本体部１０及びブイ２０を接続する。接続部１５は、ウィンチ（不図示）によりケーブル３０を繰り出してブイ２０を本体部１０の外部に放出するとともに、ケーブル３０を巻き取ってブイ２０を本体部１０の内部に回収する。

ＣＰＵ１１は、所定のプログラムに基づいて動作することで、検出部１１０、行動決定部１１１、ブイ制御部１１２、浮上判断部１１３としての機能を発揮する。

検出部１１０は、センサ１２の検出信号に基づいて本体部１０の進行方向において障害物の有無を検出する。

行動決定部１１１は、所定の条件を満たした場合、本体部１０の浮上行動が必要であると決定する。行動決定部１１１は、例えば、本体部１０は、定期的に本体部１０の測位、又は通信（自己状態を伝達するヘルスモニタ通信、取得データの送信など）を実行するために、所定のタイミングで浮上行動を行うとする。この場合、行動決定部１１１は、所定のタイミングとなった場合、浮上行動が必要であると判断する。また、行動決定部１１１は、検出部１１０が本体部１０の進行方向に障害物を検出した場合、浮上行動が必要であると判断する。更に、行動決定部１１１は、自己状態の伝達が必要な場合、浮上行動が必要であると判断する。自己状態の伝達が必要な場合とは、例えば、バッテリ残量が低下した場合などである。

ブイ制御部１１２は、本体部１０を浮上させる場合、即ち、行動決定部１１１により浮上行動が必要であると判断された場合に、ブイ２０を本体部１０の外部に放出して水面に浮上させる。

浮上判断部１１３は、ブイ２０のセンサ２１の検出信号に基づいて本体部１０の浮上予定位置に障害物を検出した場合、本体部１０の浮上行動は不可であると判断する。また、浮上判断部１１３は、本体部１０の浮上行動は不可であると判断した場合、本体部１０を現在位置で待機させる。

また、図２に示すように、ブイ２０は、センサ２１（第１センサ）と、無線通信部２２と、ＧＮＳＳ受信機２３と、接続部２４とを備えている。

センサ２１は、水面（水上）における障害物の有無を検出する。例えば、センサ２１は、光学カメラ、レーダーなどを有している。

無線通信部２２は、無線通信アンテナ２２０を通じて船舶、航空機、通信衛星などの通信対象との間でデータの送受信を行う。例えば、無線通信部２２は、ブイ２０が水面に浮上した際、本体部１０が収集した調査データを通信対象に送信する。また、無線通信部２２は、本体部１０への指示及びデータなどを通信対象から受信する。

ＧＮＳＳ受信機２３は、ＧＮＳＳアンテナ２３０を通じて衛星から信号を受信して、ブイ２０の位置情報（緯度、経度）を取得する。

接続部２４は、ケーブル３０を介して本体部１０及びブイ２０を接続する。

（水中航走体の処理フロー）
図３は、本開示の一実施形態に係る水中航走体の処理の一例を示す図である。
以下、図３を参照しながら水中航走体１の処理の流れについて説明する。

まず、本体部１０の行動決定部１１１は、本体部の水面への浮上行動が必要であるか否かを判断する（ステップＳ０１）。例えば、行動決定部１１１は、定期測位又は定期通信のタイミングが到来すると、浮上行動が必要であると判断する（ステップＳ０１：ＹＥＳ）。また、行動決定部１１１は、検出部１１０が本体部１０の進行方向に障害物を検出した場合、浮上行動が必要であると判断する（ステップＳ０１：ＹＥＳ）。一方、行動決定部１１１は、これらの条件を満たしていない場合、浮上行動は必要でないと判断し（ステップＳ０１：ＮＯ）、処理の先頭に戻る。

行動決定部１１１により浮上行動が必要であると判断された場合（ステップＳ０１：ＹＥＳ）、ブイ制御部１１２はブイ２０を本体部１０の外部に放出して水面に浮上させる（ステップＳ０２）。

次に、浮上判断部１１３は、ブイ２０のセンサ２１の検出信号に基づいて、本体部１０の浮上予定位置に障害物（漂流物、船舶など）があるか否かを判断する（ステップＳ０３）。例えば、浮上判断部１１３は、ブイ２０のセンサ２１が有する光学カメラにより撮影された画像に所定の画像処理を施して、浮上予定位置に障害物があるか判断する。また、浮上判断部１１３は、ブイ２０のセンサ２１が有するレーダーが放射した電磁波の反射波を測定することにより、浮上予定位置の水面付近に障害物があるか判断する。

浮上判断部１１３は、浮上予定位置に障害物が存在すると検出した場合（ステップＳ０３：ＹＥＳ）、本体部１０の浮上行動は不可であると判断し、本体部１０を現在位置で待機させる（ステップＳ０４）。このとき、浮上判断部１１３は、障害物が浮上予定位置から移動して存在が検出されなくなるまで、ステップＳ０３〜Ｓ０４の処理を繰り返す。

一方、浮上判断部１１３は、浮上予定位置に障害物が存在しないと検出した場合（ステップＳ０３：ＮＯ）、本体部１０の浮上行動は可能であると判断し、本体部１０を浮上予定位置に浮上させる（ステップＳ０５）。なお、本体部１０の接続部１５は、本体部１０の浮上行動中にケーブル３０を巻き取ってブイ２０を回収するようにしてもよい。

（水中航走体のハードウェア構成）
図４は、本開示の一実施形態に係る水中航走体のハードウェア構成の一例を示す図である。
以下、図４を参照しながら、本実施形態に係る水中航走体１の本体部１０及びブイ２０のハードウェア構成について説明する。

コンピュータ９００は、プロセッサ９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、インタフェース９０４を備える。

上述の本体部１０及びブイ２０は、それぞれコンピュータ９００に実装される。そして、上述した各機能部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置９０３に記憶されている。プロセッサ９０１は、プログラムを補助記憶装置９０３から読み出して主記憶装置９０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ９０１は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域を主記憶装置９０２に確保する。プロセッサ９０１の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、マイクロプロセッサなどが挙げられる。

プログラムは、コンピュータ９００に発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、補助記憶装置９０３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータ９００は、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ９０１によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。このような集積回路も、プロセッサの一例に含まれる。

補助記憶装置９０３の例としては、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。補助記憶装置９０３は、コンピュータ９００のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェース９０４または通信回線を介してコンピュータ９００に接続される外部記憶装置９１０であってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００が当該プログラムを主記憶装置９０２に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、補助記憶装置９０３は、一時的でない有形の記憶媒体である。

また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置９０３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

（作用、効果）
以上に説明した構成によれば、水中航走体１は、本体部１０の浮上を行う際にブイ２０を浮上させ、本体部１０の浮上予定位置に障害物（船舶、漂流物など）が検出された場合は本体部１０の浮上行動は不可であると判断する。このようにすることで、本体部１０は、浮上行動を行う前に浮上予定位置に存在する障害物を検出して、当該障害物への衝突を抑制することができる。

また、水中航走体１の本体部１０は、浮上行動が不可であると判断された場合、現在位置で待機する。このようにすることで、本体部１０は、浮上予定位置に障害物が存在する間は浮上行動を行わずに待機することにより、障害物への衝突を抑制することができる。更に、本体部１０は、障害物が移動して存在しなくなったことを確認してから、安全に浮上行動を行うことができる。このとき、本体部１０は、現在位置で待機する。これにより、進行方向に存在する障害物への衝突を抑制しつつ、浮上予定位置の障害物が通り過ぎることを安全に待つことができる。

また、水中航走体１の本体部１０は、所定の条件を満たした場合、即ち、定期測位又は定期通信のタイミングとなった場合、自己状態の伝達が必要な場合、若しくは進行方向に障害物を検出した場合、浮上行動が必要であると判断し、ブイ２０を浮上させる。このようにすることで、本体部１０は、様々な条件下の浮上行動において、浮上予定位置にブイ２０を浮上させて障害物の有無を確認することができる。

また、水中航走体の本体部１０は、センサ１２を用いて進行方向の障害物を検出した場合は、ブイ２０を浮上させて浮上予定位置の安全を確認した上で、浮上行動を実施することができる。これにより、本体部１０は、進行方向及び浮上予定位置の両方の障害物を安全に回避することができる。

以上のとおり、本発明に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上述の実施形態において、本体部１０の行動決定部１１１は、センサ１２（第２センサ）により障害物を検出すると浮上行動が必要であると判断する態様について説明したが、これに限られることはない。他の実施形態では、本体部１０は、探索対象を検出する第３センサを更に備え、行動決定部１１１は、第３センサにより探索対象を検出すると浮上行動が必要であると判断してもよい。なお、探索対象を検出するセンサは、例えば光学カメラ、ソナーなどである。探索対象とは、例えば他の水中航走体、設置物などである。これにより、水中航走体１は、探索対象に検出に関する通信を行うために本体部１０を浮上させる際、障害物の有無を確認した上で、安全に浮上させることができる。

＜付記＞
上述の実施形態に記載の水中航走体、制御方法、及びプログラムは、例えば以下のように把握される。

本開示の第１の態様によれば、水中航走体は、本体部と、前記本体部の外部に放出可能であり、障害物の有無を検出するための第１センサを有するブイと、前記本体部を浮上させる場合に、前記ブイを前記本体部の外部に放出するブイ制御部と、前記第１センサの検出信号に基づいて前記本体部の浮上予定位置に障害物を検出した場合、前記本体部の浮上行動は不可であると判断する浮上判断部と、を備える。
このようにすることで、水中航走体の本体部は、浮上行動を行う前に浮上予定位置に存在する障害物を検出して、当該障害物への衝突を抑制することができる。

本開示の第２の態様によれば、第１の態様に係る水中航走体において、前記浮上判断部は、前記本体部の浮上行動は不可であると判断した場合、前記本体部を現在位置で待機させる。
このようにすることで、水中航走体の本体部は、浮上予定位置に障害物が存在する間は浮上行動を行わずに待機することにより、障害物への衝突を抑制することができる。更に、本体部１０は、障害物が移動して存在しなくなったことを確認してから、安全に浮上行動を行うことができる。このとき、本体部は、現在位置で待機してもよい。これにより、進行方向に存在する障害物への衝突を抑制しつつ、浮上予定位置の障害物が通り過ぎることを安全に待つことができる。

本開示の第３の態様によれば、第１又は第２の態様に係る水中走行体は、所定の条件を満たした場合、前記本体部の浮上行動が必要であると決定する行動決定部を更に備え、前記ブイ制御部は、前記行動決定部により前記本体部の浮上行動が必要であると判断された場合、前記ブイを前記本体部の外部に放出する。
このようにすることで、水中航走体の本体部は、様々な条件下の浮上行動において、浮上予定位置にブイを浮上させて障害物の有無を確認することができる。

本開示の第４の態様によれば、第３の態様に係る水中航走体は、水中おける障害物の有無を検出するための第２センサを更に備え、前記行動決定部は、前記第２センサの検出信号に基づいて前記本体部の進行方向に障害物を検出した場合、前記浮上行動が必要であると判断する。
このようにすることで、水中航走体の本体部は、進行方向に障害物を検出した場合は、ブイを浮上させて浮上予定位置の安全を確認した上で、浮上行動を実施することができる。これにより、本体部は、進行方向及び浮上予定位置の両方の障害物を安全に回避することができる。

本開示の第５の態様によれば、第３の態様に係る水中航走体は、水中おける探索対象を検出するための第３センサを更に備え、前記行動決定部は、前記第２センサの検出信号に基づいて前記探索対象を検出した場合、前記浮上行動が必要であると判断する。
このようにすることで、水中航走体の本体部は、探索対象を検出した場合は、ブイを浮上させて浮上予定位置の安全を確認した上で、浮上行動を安全に実施することができる。

本開示の第６の態様によれば、本体部と、前記本体部の外部に放出可能であり、障害物の有無を検出するための第１センサを有するブイと、を備える水中航走体の制御方法は、前記本体部を浮上させる場合に、前記ブイを前記本体部の外部に放出するステップと、前記第１センサの検出信号に基づいて前記本体部の浮上予定位置に障害物を検出した場合、前記本体部の浮上行動は不可であると判断するステップと、を有する。

本開示の第７の態様によれば、プログラムは、本体部と、前記本体部の外部に放出可能であり、障害物の有無を検出するための第１センサを有するブイと、を備える水中航走体のコンピュータに、前記本体部を浮上させる場合に、前記ブイを前記本体部の外部に放出するステップと、前記第１センサの検出信号に基づいて前記本体部の浮上予定位置に障害物を検出した場合、前記本体部の浮上行動は不可であると判断するステップと、を実行させる。

１ 水中航走体
１０ 本体部
１１ ＣＰＵ
１１０ 検出部
１１１ 行動決定部
１１２ ブイ制御部
１１３ 浮上判断部
１２ センサ（第２センサ）
１３ スラスタ
１４ 舵
１５ 接続部
２０ ブイ
２１ センサ（第１センサ）
２２ 無線通信部
２２０ 無線通信アンテナ
２３ ＧＮＳＳ受信機
２３０ ＧＮＳＳアンテナ
２４ 接続部
３０ ケーブル
９００ コンピュータ

Claims (7)

1. 本体部と、
   前記本体部の外部に放出可能であり、障害物の有無を検出するための第１センサを有するブイと、
   前記本体部を浮上させる場合に、前記ブイを前記本体部の外部に放出するブイ制御部と、
   前記第１センサの検出信号に基づいて前記本体部の浮上予定位置に障害物を検出した場合、前記本体部の浮上行動は不可であると判断する浮上判断部と、
   を備える水中航走体。
2. 前記浮上判断部は、前記本体部の浮上行動は不可であると判断した場合、前記本体部を現在位置で待機させる、
   請求項１に記載の水中航走体。
3. 所定の条件を満たした場合、前記本体部の浮上行動が必要であると決定する行動決定部を更に備え、
   前記ブイ制御部は、前記行動決定部により前記本体部の浮上行動が必要であると判断された場合、前記ブイを前記本体部の外部に放出する、
   請求項１又は２に記載の水中航走体。
4. 水中おける障害物の有無を検出するための第２センサを更に備え、
   前記行動決定部は、前記第２センサの検出信号に基づいて前記本体部の進行方向に障害物を検出した場合、前記浮上行動が必要であると判断する、
   請求項３に記載の水中航走体。
5. 水中における探索対象を検出するための第３センサを更に備え、
   前記行動決定部は、前記第３センサの検出信号に基づいて前記探索対象を検出した場合、前記浮上行動が必要であると判断する、
   請求項３に記載の水中航走体。
6. 本体部と、前記本体部の外部に放出可能であり、障害物の有無を検出するための第１センサを有するブイと、を備える水中航走体の制御方法であって、
   前記本体部を浮上させる場合に、前記ブイを前記本体部の外部に放出するステップと、
   前記第１センサの検出信号に基づいて前記本体部の浮上予定位置に障害物を検出した場合、前記本体部の浮上行動は不可であると判断するステップと、
   を有する制御方法。
7. 本体部と、前記本体部の外部に放出可能であり、障害物の有無を検出するための第１センサを有するブイと、を備える水中航走体のコンピュータに、
   前記本体部を浮上させる場合に、前記ブイを前記本体部の外部に放出するステップと、
   前記第１センサの検出信号に基づいて前記本体部の浮上予定位置に障害物を検出した場合、前記本体部の浮上行動は不可であると判断するステップと、
   を実行させるプログラム。

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