JP3939710B2 - 遠隔操縦無人ボート - Google Patents

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Description

本発明は、ボートを遠隔操縦によって自在に動作させることができる遠隔操縦無人ボートに関する。
様々な場面で、自在に遠隔操縦可能な無人ボートが利用されている。
たとえば、海、湖、池、川などの水底および水中の状態を調査するには、遠隔操縦可能な無人ボート(以下、ボートという)が用いられる。ボートは、ソナーを搭載しており、水底に向かって超音波を発信し、水底等反射された超音波を受信して、水底および水中の状態を調査できる。操縦者は、離れた場所からボートを操縦し、所望の場所の水底を調査できる(たとえば、特許文献1参照)。これにより、有人ボートでは行くことのできない、浅瀬や、狭い岸壁などでも、容易に調査できる。
特開2000-284042号公報
しかし、上記のようなボートを操縦する場合、常に操縦者がボートを制御できるとは限らない。たとえば、次のような場合には、ボートを制御することができなくなってしまう。
ボートが波に乗って、リモコン(遠隔操縦装置)の電波が届かないような遠くまで流されてしまった場合、波により船体が激しく揺れて、遠隔操縦装置からの電波を受信するアンテナが岩等に当たり破壊されてしまった場合、ボートに搭載されている電源の残量が少なくなって、駆動電力が供給されくなった場合である。
このような場合、人がボートを捜索しなくてはならない。捜索の結果、結局見つけられずに回収できないという事態が起こりうる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ボートを紛失することなく、必ず回収できる遠隔操縦無人ボートを提供することを目的とする。
本発明の遠隔操縦無人ボートは、遠隔操縦装置との間で送受信される信号によってボートの走行が制御される遠隔操縦無人ボートであって、人工衛星から発信されている電波を受信するGPSアンテナと、前記GPSアンテナが受信した電波により現在位置を算出する現在位置算出手段と、初期位置を記憶する初期位置記憶手段と、推進動力を発生する推進動力源と、進行方向を自在に変更する操舵装置と、前記遠隔操縦装置との間で信号を送受信する第1送受信アンテナと、前記推進動力源に電力の供給を行う電源と、前記電源の残量を検出する残量検出装置と、前記第1送受信アンテナにより一定時間以上前記遠隔操縦装置からの信号を受信しなかったと判断された場合、または、前記電源の残量が半分以下になったと判断された場合のうち、少なくともいずれか一方の判断が行なわれた場合に、前記初期位置に自動回帰させるため、前記現在位置および前記初期位置に基づいて、前記推進動力源と前記操舵装置との動作を制御する第1制御装置と、を有することを特徴とする。
本発明の遠隔操縦無人ボートによれば、一定時間以上遠隔操縦装置との間の通信が途絶えた場合、または、電源の残量が半分以下になった場合に、自動的にボートを初期位置に回帰させることができる。したがって、ボートを紛失してしまうことがない。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の遠隔操縦無人ボートを示す図である。
図1に示すように、本発明の遠隔操縦無人ボート、すなわちボート10と、遠隔操縦装置20とは互いに特定の周波数の電波により無線通信できる。
ボート10は、遠隔操縦装置20から送られる電波によって、水上を自在に進行、旋廻および後退することができるまた、ボート10は、後述する所定の条件が満たされると、自動的に初期設定された初期位置まで回帰することができる
遠隔操縦装置20は、ケーブルを介してコンピュータ30に接続できる。また、遠隔操縦装置20は、コンピュータ30に特定の情報を送信できる。
コンピュータ30は、受信した特定の情報を蓄積および解析して、新たなデータを作成できる。
以下、各構成について詳細に説明する。
(ボート)
図2はボート10の側方から見た部分断面図、図3はボート10の平面図である。
ボート10は、推進動力源11と、電源12と、操舵装置13と、第1送受信アンテナ14と、第1制御装置(制御回路)15と、GPSアンテナ16と、記憶装置17と、観測機18と、取手19とを有する。
推進動力源11は、スクリュー111と、該スクリュー111に回転動力を伝達するモータ113と、スクリューカバー115とを有する。
スクリュー111は、一端にプロペラが取り付けられている。スクリュー111の回転軸には、歯車117が取り付けられている。一方、モータ113の回転軸には、歯車118が取り付けられている。歯車117および歯車118はかみ合っており、モータ113の回転動力がスクリュー111に伝達される。スクリュー111が回転すると、後方に水が押し流され、ボート10に前方への推進動力が発生される。
モータ113は、電源12に接続されており、遠隔操縦装置20からの操作信号に基づいて、適宜電力が供給される。通常、電源12の電流は、一定の方向でモータ113に供給されている。しかし、この電流を反対向きに流すことによって、モータ113を反対回転させて、スクリュー111も反対に回転させることができる。これにより、ボート10を後退させることもできる。
スクリュー111には、そのプロペラの周囲にスクリューカバー115が設けられている。スクリューカバー115があるので、スクリュー111に藻やゴミなどの浮遊物が絡み付かない。
電源12は、上記モータ113以外にも、ボート10の各部に電力を供給する。電力の供給は、第1制御装置15により制御される。電源12の残量は、第1制御装置15に監視されている。
推進動力源11の後方には、操舵装置13が設けられている。
操舵装置13は、舵131と、モータ133とを有する。舵131は、モータ133の回転軸に接続されており、モータ133の回転角に伴って回転する。これにより、舵131は、左右にスイングする。スイングされた舵131は、推進動力源11のスクリュー111からの水流の向きを変え、ボート10の進行方向を変えることができる。舵131は、スクリュー111に対して垂直な姿勢から左右60度程度スイングできる。
モータ133は、電源12に接続されており、ボート10の進行方向を変える際に電力が供給される。電力の供給は、遠隔操縦装置20からの操作信号に基づいて、第1制御装置15により制御される。
第1送受信アンテナ14は、ボート10の上部に立設されている。第1送受信アンテナ14は、波が多少高くても、遠隔操縦装置20からの電波を受信でき、かつ、ボート10のバランスが悪くならない程度の長さである。第1送受信アンテナ14は、第1制御装置15に接続されており、第1制御装置15に受信した電波信号を送信する。また、第1送受信アンテナ14は、第1制御装置15から出力された信号を遠隔操縦装置20に送信する。
第1制御装置15は、ボート10全体を総合的に制御する。第1制御装置15は、上記各構成の他に、GPSアンテナ16、記憶装置17および観測機18に接続されている。
GPSアンテナ16は、複数の人工衛星から発信されている電波を受信するアンテナである。GPSアンテナ16が受信した複数の人口衛星からの電波は、第1制御装置15に送信される。第1制御装置15は、受信した電波に基づいて演算を行い、ボート10の現在位置を特定する。現在位置の特定方法については、通常のGPSによる位置特定と同様なので、説明を省略する。
記憶装置17は、第1制御装置15に接続されている。記憶装置17は、ボート10の初期位置として設定された位置を記憶する。ここで、初期位置は、たとえば、ボート10の運転開始時に、GPSアンテナ16および第1制御装置15により特定される位置である。初期位置としては、いかなる場所も設定できる。初期位置は、後述するボート10の自動回帰の際に、ボート10が帰ってくる位置である。
記憶装置17は、初期位置のほかにも、GPSアンテナ16および第1制御装置15によりこれまでに現在位置として算出された位置、すなわち、これまでボート10が通ってきた経路を随時記憶できる。
観測機18は、水中および水底の様子を観測する装置である。観測機18は、超音波振動子を備え、一の周波数の超音波、または異なる周波数の超音波を水中に発信し、水底等から反射してきた反射波を受信する。そして、発した超音波が戻ってくるまでの時間に基づいて、魚群など水中にある物体および水底の地形を測定できる。
このような装置としては、たとえば、ソナーが挙げられる。しかし、観測機18は、ソナーのように超音波を利用するものに限定されない。観測機18には、水中の様子を観察できるいかなる装置を用いてもよい。
観測機18によって観測された水中および水底の様子に関する観測情報は、GPSアンテナ16から得られた現在位置の座標と関連付けられて、特定電波により随時、第1送受信アンテナ14を介して、遠隔操縦装置20に送信される。
取手19は、ボート10の上方に取り付けられている。取手19は、ボート10の持ち運びの際に握られる部分である。
遠隔操縦装置)
図4は遠隔操縦装置の外観を示す斜視図、図5は遠隔操縦装置の構成を示すブロック図、図6はモニターの表示例を示す図である。
遠隔操縦装置20は、ボート10を遠隔操縦するための装置である。
遠隔操縦装置20は、図4および図5に示すように、第2送受信アンテナ21と、第2制御装置22と、モニター23と、操作ボタン24と、警報装置25と、記憶装置26と、ケーブル27とを有する。遠隔操縦装置20に別途外付けアンテナを取り付けることにより、遠隔操縦装置を基地局とすることができ、送受信範囲をさらに広げることができる。本発明では、遠隔操縦装置の概念には、基地局も含まれる。
第2送受信アンテナ21は、作業者による遠隔操縦装置20の操作により、各種の信号をボート10に送信する。たとえば、第2送受信アンテナ21は、ボート10を進行させるために推進動力源11を駆動するための信号、ボート10の方向を転換させるために操舵装置13を制御するための信号、水中の様子を観測させるために観測機18を起動するための信号等を送信する。
第2制御装置22は、遠隔操縦装置20内に組み込まれており、遠隔操縦装置20全体を総合的に制御する。
モニター23は、遠隔操縦装置20の正面に設けられている。モニター23は、たとえば、図6に斜線で示すように、水底の地形Gや、魚群Fなどを表示する。モニター23の表示により、操作者は、水底の起伏や、魚群の位置を確認できる。モニター23には、適当なスケール、たとえば、15m間隔で水深が表示される。
また、モニター23には、地図およびボート10の位置を表示することもできる。この場合、操作者は、モニター23を見て、ボート10を操縦できる。さらに、モニター23には、ボート10の電源残量が少なくなると、操作者に注意を促す警告を表示したりできる。
操作ボタン24は、遠隔操縦装置20に、操作者が押下できるボタンとして配置されている。操作ボタン24は、操作ボタン24A〜24Cの全部で3種類がある。操作ボタン24A〜24Cは、それぞれ、押下されることによって、所定の信号を第2制御装置22に出力する。
操作ボタン24Aは、押下されると、観測機18を起動するための信号を出力する。操作ボタン24Bは、押下されると、推進動力源11を駆動するための信号を出力する。操作ボタン24Cは、押下されると、操舵装置13を制御するための信号を出力する。
たとえば、作業者は、ボート10を前進させる際には、操作ボタン24Bを押下し、ボート10を旋回させる際には、操作ボタン24Cを押下する。ボート10を後退させるときには、たとえば、操作ボタン24Bを2回続けて押す。
なお、ボート10の操作は、操作ボタン24によるものに限られない。ボート10は、ジョイスティックにより操作されることもできる。
警報装置25は、第2送受信アンテナ21を介して、ボート10から電源の残量減少の信号などを受信すると、その旨をモニター23に表示させ、また、自ら音声により警報を発する。
記憶装置26は、ボート10から送信されてきたボート10の位置の座標と、その位置の水底の地形の情報を記憶する。記憶装置26に記憶されている情報は、ケーブル27を介してコンピュータ30に伝送できる。
(コンピュータ)
図7は作成された水底の地図を示す図である。
コンピュータ30は、遠隔操縦装置20からケーブル27を介して、ある位置の座標と、その位置の水底の地形の情報を受信および蓄積する。コンピュータ30は、蓄積した情報に基づいて、蓄積されていない座標間の地形を補間しつつ、図7に示すような、水底の地形を表す地図を作成する。
地図は、図7に示すように、深さが等高線で示される。また、溝などの大きな窪みは、図中参照番号Rで示す領域のように示される。
なお、上記実施形態では、遠隔操縦装置20とコンピュータ30とを別体して説明している。しかし、コンピュータ30の機能の一部または全部を遠隔操縦装置に持たせることもできる。すなわち、遠隔操縦装置20にコンピュータ30を接続せずに、遠隔操縦装置だけで上記コンピュータ30のように水底の地図を作成し表示できる。
(作用)
次に、本発明の遠隔操縦無人ボートの作用について説明する。
図8は、ボート10の動作の流れを示すフローチャートである。なお、ボート10の各部の制御は、第1制御装置15が行っている。
ボート10は、操作者が水底を調査したい場所まで走行しその場所の水面上に配置される。そして、ボート10の記憶装置17には、GPSを利用して取得された現在位置が初期位置として記憶される(ステップS1)。ボート10は、たとえば、作業者が遠隔操縦装置20のボタン24を押下して、所定の信号をボート10に送信することをトリガーとして、初期位置を記憶する。
ボート10は、操作者による遠隔操縦装置20の操作に従って、観測機18が起動され、水上を移動しながら水中および水底の観察に用いられる(ステップS2)。このとき、ボート10は、自動的にGPSにより取得された現在位置を記憶装置17に記憶し、これまで移動してきた経路の情報を作成する(ステップS3)。同時に、ボート10は、現在位置および現在位置の水中および水底の状態を、遠隔操縦装置20に送信する(ステップS4)。
遠隔操縦装置20にボート10の現在位置および水底の状態の情報が受信されると、受け取った旨を示す受領信号が遠隔操縦装置20から返信される。ボート10は、遠隔操縦装置20から受領信号を所定時間内に受信したかどうかを判断する(ステップS5)。
所定の時間とは、通信に異常が生じていると判断するのに十分な時間、たとえば、1分である。ボート10と遠隔操縦装置20との間で、ボート10の現在位置等と受領信号の送受信1秒間に4回程度行われている。この頻度を考慮すると、1分間も通信がなければ異常が生じていると判断できる。ボート10は、電波が届かない範囲までボート10が移動してしまった場合、第1送受信アンテナ14が折れてしまった場合、風が強くなったり、雨が降ったり、霧がでて電波の状態が悪くなった場合などに、受領信号を受け取れなくなる。
所定時間内に受領信号を受信できない場合(ステップS5:YES)、ボート10は、遠隔操縦装置20と通信ができなくなったと判断し、自動回帰を開始する(ステップS6)。自動回帰とは、ボート10が自動操縦で、初期位置に戻ることである。初期位置に戻る際には、ボート10は、記憶装置17を参照し、ここまで通って来た経路を戻る。これまでの経路を戻ることによって、自動回帰の途中にボート10が障害物に衝突することがない。
一方、所定時間内に受領信号を受信した場合(ステップS5:NO)、ボート10は、電源12の残量が所定値以下かどうかを判断する(ステップS7)。所定値とは、たとえば、電源の最大容量の半分である。
電源残量が所定値以下の場合(ステップS7:YES)、ボート10は、上述のステップS6と同様の処理により初期位置に自動回帰する。
以上のように、本発明のボート10では、遠隔操縦装置20と通信できなくなった場合に、GPSを利用して初期位置に自動回帰するようにしている。したがって、ボート10を遠隔操縦装置20により操縦できなくなっても、ボート10の回収ができる。したがって、ボート10の紛失を防止できる。
また、本発明の、ボート10では、ボート10の電源12の残量が所定値以下になった場合にも、初期位置に自動回帰する。したがって、ボート10は、途中で電源12の残量がなくなることがなく、必ず操作者の下に帰ってくる。
さらに、本発明のボート10では、常に、現在位置とその位置の水底の様子を遠隔操縦装置20に連続的に送信している。したがって、遠隔操縦装置20側において、位置と、水底の様子とを蓄積し、これに基づいて、水底の地図を作成できる。
なお、上記実施形態では、所定時間内に受領信号を受信できない場合には、ボート10を自動回帰することとしている。しかし、ボート10を初期位置までは自動回帰させずに、遠隔操縦装置20と通信が可能になった時点で自動回帰を終了し、再度、操作者が遠隔操縦装置20によりボート10を操縦できるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、自動回帰の際に、障害物に衝突しないように、通ってきた経路を戻っている。しかし、通ってきた経路を戻らなくてもよい。この場合、ボート10に障害物を検知するセンサを設け、自動的に障害物を回避できるようにすることが好ましい。電源12の残量が少ない場合にボート10を自動回帰させる場合、通ってきた経路を戻るのでは、少なくとも電源12の残量が半分以上あることを条件に戻す必要がある。障害物センサを設けることにより、電源12の残量が半分以下になって、自動回帰させても操作者の下までボート10が戻って来ることができる
なお、上記実施形態では、ボート10により、水底の地形等の測定を行っている。しかし、ボート10は、搭載する観測機18の機能を変更することで、種々の測定に用いることができる。
たとえば、対地速度、対水速度、潮流速度の測定に使用できる。この場合、観測機18には、4つの超音波振動子を設ける。超音波振動子は、それぞれ真下よりも前後左右に少しずつ角度をつけて、超音波を発信する。水底に反射した反射波を受信して、送信した超音波の周波数と比較することよって、周波数の違いにより、対地速度を測定できる。ドップラー効果の原理に基づく。なお、4つの超音波振動子それぞれで、ドップラー効果を利用して対地速度を算出し、それらの平均値を求め、真の対地速度とする。これにより、波の上下により揺れるボート10の速度を除いて、正確な対地速度を測定できる。
対水速度を測定する場合には、水中に浮遊している微生物や、温度が異なる海流の界面で反射した反射波を受信し、潮流に対する速度を測定できる。
さらに、潮流速度を測定する場合には、上記手法で測定した対地速度から対水速度を減算すると、潮流速度が測定される。
以上のように、ボート10の各種速度を測定できる。
また、ボート10は、水底を構成する地質についても測定できる。この場合、ボート10の観測機18から、高い周波数の超音波と、低い周波数の超音波とを送信する。高い周波数の超音波は、水底の表面で反射される。一方、低い周波数の超音波は、高い周波数の超音波よりも地中深くまで透過してから反射される。低い周波数の超音波は、地質が柔らかいほど地中の深いところで反射される。これに基づいて、二種類の周波数の超音波を用いることにより、地質を調査できる。
また、ボート10では、周辺の様子を観察することもできる。この場合、観測機18により、水平方向に超音波を発信する。そして、反射波を受信することによって、周辺にある障害物などを検知できる。これを利用すれば、たとえば、ボート10の自動回帰の際に、ボート10が自動的に障害物を避けられる。
なお、同じ水平方向でも、複数の振動子により時間差を設けて超音波を発生させることによって、擬似的に超音波に角度をつけて、水平方向よりも多少上下の様子を検出できる。ボート10を洞窟に潜入させる場合、水平方向に超音波を発信して、洞窟の形状を観測することもできる。
また、水平方向の様子を検出できることを利用して、縦穴が垂直に形成されているかどうかを調査することもできる。この場合、ボート10に重りを付けて、真直ぐに縦穴に沈め、ボート10側方の縦穴の形状を順次検出する。縦穴の形状がずれると、縦穴が垂直に形成されていないことがわかる。
以上のようにボート10により観察および測定された各種情報は、遠隔操縦装置20に送信される。送信された情報は、遠隔操縦装置20またはコンピュータ30により解析され、表示される。
本発明の遠隔操縦無人ボートを示す図である。 ボートの側方から見た部分断面図である。 ボートの平面図である。 遠隔操縦装置の外観を示す斜視図である。 遠隔操縦装置の構成を示すブロック図である。 モニターの表示例を示す図である。 作成された水底の地図を示す図である。 ボートの動作の流れを示すフローチャートである。
符号の説明
10…ボート、
11…推進動力源、
12…電源、
13…操舵装置、
14…第1送受信アンテナ、
15…第1制御装置、
16…GPSアンテナ、
17…記憶装置、
18…観測機、
19…取手、
20…遠隔操縦装置、
21…第2送受信アンテナ、
22…第2制御装置、
23…モニター、
24A〜C…操作ボタン、
25…警報装置、
26…記憶装置、
27…ケーブル、
30…コンピュータ、
111…スクリュー、
113…モータ、
115…スクリューカバー、
117、118…歯車、
131…舵、
133…モータ。

Claims (13)

  1. 遠隔操縦装置との間で送受信される信号によってボートの走行が制御される遠隔操縦無人ボートであって、
    人工衛星から発信されている電波を受信するGPSアンテナと、
    前記GPSアンテナが受信した電波により現在位置を算出する現在位置算出手段と、
    初期位置を記憶する初期位置記憶手段と、
    推進動力を発生する推進動力源と、
    進行方向を自在に変更する操舵装置と、
    前記遠隔操縦装置との間で信号を送受信する第1送受信アンテナと、
    前記推進動力源に電力の供給を行う電源と、
    前記電源の残量を検出する残量検出装置と、
    前記第1送受信アンテナにより一定時間以上前記遠隔操縦装置からの信号を受信しなかったと判断された場合、または、前記電源の残量が半分以下になったと判断された場合のうち、少なくともいずれか一方の判断が行なわれた場合に、前記初期位置に自動回帰させるため、前記現在位置および前記初期位置に基づいて、前記推進動力源と前記操舵装置との動作を制御する第1制御装置と、
    を有することを特徴とする遠隔操縦無人ボート。
  2. 前記第1制御装置は、
    算出された現在位置と前記電源の残量が半分以下になったことを前記第1送受信アンテナにより遠隔操縦装置に送信する一方、前記遠隔操縦装置から前記現在位置の受領に基づいて送信された受領信号を受信する機能を有し、前記受領信号が一定時間内に受信されなかった場合に、前記第1送受信アンテナにより一定時間以上前記遠隔操縦装置からの信号を受信しなかったと判断することを特徴とする請求項1に記載の遠隔操縦無人ボート。
  3. 前記遠隔制御操縦装置は、
    前記第1制御装置から送信された現在位置を受信したときに受領信号を出力する第2制御装置と、
    前記第1制御装置に前記第2制御装置から出力された受領信号を送信する第2送受信アンテナと、
    を有することを特徴とする請求項1に記載の遠隔操縦無人ボート。
  4. 前記遠隔制御操縦装置は、
    前記第1制御装置から送信される現在位置が一定時間以上受信されなかった場合に警報を発する警報装置をさらに有することを特徴とする請求項3に記載の遠隔操縦無人ボート。
  5. 前記遠隔制御操縦装置は、
    前記第1制御装置から前記電源の残量が半分以下になったことを前記第2送受信アンテナにより受信した場合に、警報を発する警報装置をさらに有することを特徴とする請求項2に記載の遠隔操縦無人ボート。
  6. 前記第1制御装置は、
    前記初期位置に自動回帰させる制御をしている最中に、前記第1送受信アンテナにより前記受領信号が受信されたときには、前記自動回帰させる制御を終了し、遠隔操縦装置との間で送受信される信号によって走行が制御できるようにすることを特徴とする請求項1に記載の遠隔操縦無人ボート。
  7. 前記遠隔制御操縦装置は、
    前記第1制御装置が前記自動回帰させる制御を終了したときには、その旨を知らせる手段を有することを特徴とする請求項1に記載の遠隔操縦無人ボート。
  8. 前記第1制御装置は、
    現在位置算出手段により各時点の現在位置を算出して前記初期位置から前記現在位置まで経路を算出する機能を有し、前記経路を遡って、前記初期位置に自動回帰させる制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の遠隔操縦無人ボート。
  9. 前記第1制御装置は、
    前記初期位置に最短距離で戻るように自動回帰させる制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の遠隔操縦無人ボート。
  10. 前記遠隔操縦無人ボートは、
    水中および水底の様子を観測する観測機をさらに有し、
    前記観測機は、観測された水中および水底の様子を前記第1送受信アンテナにより前記遠隔操縦装置に送信することを特徴とする請求項1に記載の遠隔操縦無人ボート。
  11. 前記観測機は、さらに、
    前記ボートの地面に対する速度、前記ボートの潮流に対する相対速度および潮流速度を測定する機能と、
    水底の地質を調査して水平方向の周囲の様子を観測する機能と、
    を有することを特徴とする請求項9に記載の遠隔操縦無人ボート。
  12. 前記遠隔制御操縦装置が有する第2制御装置は、
    さらに、前記第1送受信アンテナにより送信された水中および水底の様子を前記第2送受信アンテナにより受信し、
    受信した水中および水底の様子から水中の地図を作成する機能を有していることを特徴とする請求項3に記載の遠隔操縦無人ボート。
  13. 前記遠隔制御操縦装置は、
    前記第2送受信アンテナにより受信した水中および水底の様子および前記ボートの現在位置を表示するモニターをさらに有することを特徴とする請求項9に記載の遠隔操縦無人ボート。
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