JP6273981B2

JP6273981B2 - 自律航走体の制御システム

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Publication number: JP6273981B2
Application number: JP2014077479A
Authority: JP
Inventors: 高橋　毅; 高橋　　毅
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2018-02-07
Anticipated expiration: 2034-04-04
Also published as: JP2015200925A

Description

本発明は、自律航走体である水中無人航走体を母船や陸上に設けた調定・遠隔制御装置により制御する自律航走体の制御システムに関するものである。

水中にて広範囲の探査や大深度の探査を行う場合の手法の一つとしては、自律航走する水中無人航走体（Unmanned Undersea Vehicle：以下、ＵＵＶと云う）を用いる探査手法が開発されてきている。

前記ＵＵＶは自律航走するが、その航走を指示するコマンドを出力し、且つ該ＵＵＶの位置、速度、進行方位、動力装置（アクチュエータ）の回転数、内部機器の状態等のステータスの確認を行うための調定・遠隔制御装置は、通常、前記ＵＵＶ用の母船の内部や、陸上に設置されている。

ところで、水中での通信は、一般に、音響通信が用いられているが、この音響通信は、遠距離通信が難しい。

そこで、水中に位置しているＵＵＶと母船との通信手法としては、前記ＵＵＶの航走領域の上方の水面付近に、自律航走する自走中継器を位置させて、該自走中継器と前記ＵＵＶとの間は音響通信を行い、該自走中継器と母船との間は電波通信を行うことで、前記ＵＵＶと母船との間での相互通信を、前記自走中継器により中継させるようにすることが従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

又、ＵＵＶを使用する場合に、水上無人航走体（Unmanned Surface Vehicle：以下ＵＳＶと云う）を、前記ＵＵＶの航走に追従して水面を自律航走させるようにすることは従来提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

なお、前記ＵＳＶは、基本的には、前記ＵＵＶに追従するよう無人で自律航走させるものであるが、母船に対して揚げ降ろしを行う際の水面での移動を速やかに行わせるといった運用上の理由や、自律航走を予定した領域における気象状況、海面状況に応じた航走や、他船舶や障害物の速やかな回避等の安全上の理由から、実用上は、ＵＳＶに搭乗員が搭乗し、必要に応じて手動操作により該ＵＳＶの航走を一時的に制御することも考えられる。

特開２００１−３０８７６６号公報特開平８−２４９０６０号公報

そこで、本発明は、ＵＵＶと、該ＵＵＶ用の調定・遠隔制御装置と、前記ＵＵＶと調定・遠隔制御装置の相互通信の中継を行う通信中継装置を装備したＵＳＶとを用いて前記ＵＵＶの調定と遠隔制御を実施し、更に、前記ＵＳＶに搭乗員が搭乗している場合には、該ＵＳＶと前記調定・遠隔制御装置との間の電波通信に障害が発生しても、前記ＵＵＶの調定・遠隔制御の健全性を維持することが可能な自律航走体の制御システムを提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、請求項１に対応して、自律航走する水中無人航走体と、前記水中無人航走体に対し航走を指示するコマンドを発する機能、及び、前記水中無人航走体のステータスの確認と表示を行う機能を備えた調定・遠隔制御装置と、自律航走する水上無人航走体を備え、更に、前記水上無人航走体には、前記水中無人航走体と調定・遠隔制御装置との間の相互通信を中継する通信中継装置と、該通信中継装置に接続されたコマンド経路切替器と、前記コマンド経路切替器の外部接続手段に取り外し可能に接続されて、前記水中無人航走体に対し航走を指示するコマンドを発する機能、及び、前記水中無人航走体のステータスの確認と表示を行う機能を備えた調定・遠隔制御予備装置と、前記コマンド経路切替器に接続されていて、前記水上無人航走体と前記調定・遠隔制御装置との間の無線通信が正常又は障害発生のいずれであるかを判断する無線通信障害検知装置とを装備し、且つ前記無線通信障害検知装置は、前記無線通信の障害発生が検知されると、前記コマンド経路切替器に対し、通信中継装置を経て前記水中無人航走体へ送るコマンドを、前記調定・遠隔制御装置からのコマンドに代えて、前記調定・遠隔制御予備装置からのコマンドに切り替える指令を与える機能を有するものとした構成を有する自律航走体の制御システムとする。

（１）本発明の自律航走体の制御システムによれば、水中無人航走体と、母船又は陸上に設けた調定・遠隔制御装置との間の相互通信を、水上無人航走体に搭載の通信中継装置を介して行うことができて、前記調定・遠隔制御装置による前記水中無人航走体の調定と遠隔制御を実施することができる。
（２）更に、前記調定・遠隔制御装置と前記水上無人航走体との間の電波通信に障害が生じた場合は、前記水上無人航走体の通信中継装置に接続する調定・遠隔制御予備装置を、前記調定・遠隔制御装置に代えて用いることにより、前記水中無人航走体の調定・遠隔制御の健全性を維持することができる。

本発明の自律航走体の制御システムの実施の一形態を示す概要図である。ＵＵＶとＵＳＶと調定・遠隔制御装置の連携を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１及び図２は本発明の自律航走体の制御システムの実施の一形態を示すものである。

本発明の自律航走体の制御システムは、図１に示すように、自律航走するＵＵＶ（水中無人航走体）１と、該ＵＵＶ１に追従するよう自律航走して該ＵＵＶ１の上方の水面に位置するＵＳＶ２と、前記ＵＵＶ１用の母船の内部、又は、陸上に設置した調定・遠隔制御装置３を備えた構成とする。前記調定・遠隔制御装置３は、前記ＵＵＶ１に対し航走を指示するコマンドＣ１を出力する機能と、前記ＵＵＶ１の位置、速度、進行方位、動力装置（アクチュエータ）の回転数、内部機器（搭載機器）の状態等のステータスＳを確認し表示する機能を有するものである。

図２は、前記ＵＵＶ１とＵＳＶ２と調定・遠隔制御装置３の連携を示すブロック図である。

前記ＵＵＶ１は、自律航走を制御するためのＵＵＶ管制器４を有し、該ＵＵＶ管制器４には音響通信機５が接続されている。これにより、前記ＵＵＶ１では、前記音響通信機５を用いて、後述するＵＳＶ２の音響通信機１０との間で、音響通信による相互通信を実施できる。したがって、前記ＵＵＶ１では、このＵＳＶ２との音響通信による相互通信により、前記ＵＵＶ管制器４より出力される前記ステータスＳに関する情報は、前記ＵＳＶ２へ送信し、一方、前記ＵＳＶ２より受信する航走指示用のコマンドＣ１（又は後述するコマンドＣ２）は、前記ＵＵＶ管制器４へ入力されるようにしてある。

前記調定・遠隔制御装置３には、無線通信機としての衛星通信機６と無線ＬＡＮ通信機７が接続されている。

前記ＵＳＶ２は、自律航走を制御するためのＵＳＶ管制器８を有し、該ＵＳＶ管制器８には通信中継装置９が接続されている。

前記通信中継装置９には、前記ＵＵＶ１との音響通信用の音響通信機１０が接続されている。これにより、前記ＵＳＶ２では、前記音響通信機１０と前記ＵＵＶ１の音響通信機５との間での音響通信により受信する前記ＵＵＶ１のステータスＳに関する情報は、前記通信中継装置９に入力される。又、前記ＵＳＶ管制器８は、前記通信中継装置９より前記ＵＵＶ１のステータスＳに関する情報を取り込み、それを基に、該ＵＳＶ２自身の航走を、前記ＵＵＶ１に追従して該ＵＵＶ１の上方の水面に常に位置するように自律制御するようにしてある。

更に、前記通信中継装置９には、コマンド経路切替器１１が接続され、該コマンド経路切替器１１には、無線通信機としての衛星通信機１２及び無線ＬＡＮ通信機１３が接続されている。これにより、前記ＵＳＶ２では、前記調定・遠隔制御装置３との間で、無線ＬＡＮ通信用の電波が届く範囲内では双方の無線ＬＡＮ通信機１３と７を用いた無線ＬＡＮ通信により、又、その範囲外では双方の衛星通信機１２と６を用いた衛星通信により、前記コマンドＣ１及びＵＵＶ１のステータスＳについての相互通信を行うようにしてある。

前記コマンド経路切替器１１は、外部接続手段１４を備えた構成として、該外部接続手段１４に、調定・遠隔制御予備装置１５を取り外し可能に接続できるものとしてある。

前記調定・遠隔制御予備装置１５は、前記調定・遠隔制御装置３と同様に、前記ＵＵＶ１に対し航走を指示するコマンドＣ２を出力する機能と、前記ＵＵＶ１のステータスＳの確認と表示を行う機能を備えた可搬型の端末であり、ノート型やタブレット型のコンピュータを用いることが好適であるが、それ以外の専用端末であってもよい。又、該調定・遠隔制御予備装置１５は、前記ＵＳＶ２に搭乗する図示しない搭乗員が搬入して、前記コマンド経路切替器１１の外部接続手段１４に接続できるものであればよい。

前記コマンド経路切替器１１の外部接続手段１４は、前記調定・遠隔制御予備装置１５との相互通信を実現できれば、接続方式は、無線ＬＡＮや有線ＬＡＮ、あるいは、その他、既存のコンピュータネットワークの形成手段のいずれを採用してもよい。

前記コマンド経路切替器１１には、更に、無線通信障害検知装置１６が接続されている。

前記無線通信障害検知装置１６は、前記衛星通信機１２よりコマンド経路切替器１１へ入力される信号、及び、前記無線ＬＡＮ通信機１３よりコマンド経路切替器１１へ入力される信号を常時監視して、前記衛星通信機１２と６及び前記無線ＬＡＮ通信機１３と７を介した前記調定・遠隔制御装置３との無線通信が正常に行われているか、又は、通信途絶や信号異常等の障害が発生しているかを判断する機能を備える。更に、前記無線通信障害検知装置１６は、前記調定・遠隔制御装置３との無線通信が正常であると判断した場合には、前記コマンド経路切替器１１に対して、前記衛星通信機１２又は無線ＬＡＮ通信機１３より入力されるコマンドＣ１を前記通信中継装置９へ出力するよう指令する機能を備える。一方、前記無線通信障害検知装置１６は、前記無線通信に障害が発生していると判断した場合には、前記コマンド経路切替器１１に対して、前記コマンドＣ１に代えて、前記外部接続手段１４に接続された調定・遠隔制御予備装置１５より入力されるコマンドＣ２を前記通信中継装置９へ出力するよう指令する機能を備える。

これにより、前記ＵＳＶ２では、前記調定・遠隔制御装置３との無線通信が正常である場合は、前記衛星通信機１２又は無線ＬＡＮ通信機１３にて前記調定・遠隔制御装置３より受信するコマンドＣ１が、コマンド経路切替器１１と通信中継装置９を経て音響通信機１０へ送られて、ＵＵＶ１に向けて送信される。一方、前記調定・遠隔制御装置３との無線通信に障害が発生しているときには、前記調定・遠隔制御予備装置１５より出力されるコマンドＣ２が、コマンド経路切替器１１と通信中継装置９を経て音響通信機１０へ送られて、ＵＵＶ１に向けて送信される。

なお、前記コマンド経路切替器１１は、外部接続手段１４に前記調定・遠隔制御予備装置１５が接続されていない状態のときには、前記障害検知装置１６より前記のようにコマンドＣ１に代えてコマンドＣ２を出力するよう指令が付与されると、単にコマンドＣ１の出力を停止するようにしてあるものとする。

前記コマンド経路切替器１１は、前記通信中継装置９より入力する前記ＵＵＶ１のステータスＳの情報については、前記衛星通信機１２、無線ＬＡＮ通信機１３、及び、調定・遠隔制御予備装置１５のいずれにも送出するものとしてある。

前記ＵＵＶ１は、前記ＵＵＶ管制器４に接続された無線通信機として、衛星通信機１７と無線ＬＡＮ通信機１８を装備した構成としてもよい。この構成によれば、前記ＵＵＶ１が水面に浮上した状態で停止あるいは航走しているときは、該ＵＵＶ１と前記調定・遠隔制御装置３との間で、無線ＬＡＮ通信用の電波が届く範囲内では双方の無線ＬＡＮ通信機１８と７を用いた無線ＬＡＮ通信により、又、その範囲外では双方の衛星通信機１７と６を用いた衛星通信により、前記コマンドＣ１及びＵＵＶ１のステータスＳに関する情報の相互通信を、前記ＵＳＶ２を介さずに直接行うことができるようになる。

以上の構成としてある本発明の自律航走体の制御システムを用いてＵＵＶ１の制御を行う場合は、予め、前記調定・遠隔制御装置３にてＵＵＶ１の航走内容を設定し、そのコマンドＣ１を出力させる。又、前記調定・遠隔制御装置３では、航走中のＵＵＶ１に対しても、必要に応じて適宜追加のコマンドＣ１を出力させる。

これにより、前記コマンドＣ１は、前記調定・遠隔制御装置３とＵＳＶ２との間の無線通信、及び、該ＵＳＶ２とＵＵＶ１との間の音響通信によりＵＵＶ１に送られてＵＵＶ管制器４に入力される。あるいは、前記ＵＵＶ１が前記衛星通信機１７及び無線ＬＡＮ通信機１８を装備した構成としてあり、且つ水面に浮上している場合は、前記コマンドＣ１が、前記調定・遠隔制御装置３とＵＵＶ１との間の無線通信により直接ＵＵＶ１に送られてＵＵＶ管制器４に入力される。

したがって、前記ＵＵＶ１は、前記コマンドＣ１に従った航走を行うようになる。

航走中のＵＵＶ１では、該ＵＵＶ１のステータスＳに関する情報が予め設定された或る時間間隔で前記ＵＵＶ管制器４より出力されると、該ステータスＳの情報は、該ＵＵＶ１と前記ＵＳＶ２との間の音響通信、及び、該ＵＳＶ２と前記調定・遠隔制御装置３との間の無線通信により調定・遠隔制御装置３へ送られるため、該調定・遠隔制御装置３にて、前記ＵＵＶ１のステータスＳを確認することができる。

又、そのＵＵＶ１のステータスＳに応じて、前記調定・遠隔制御装置３でＵＵＶ１に対する追加のコマンドＣ１を設定して出力させれば、前記と同様の処理により、該追加のコマンドＣ１に従うようにＵＵＶ１の航走を制御することができ、その制御の結果更新されるＵＵＶ１のステータスＳは、調定・遠隔制御装置３で更に確認することができる。

更に、前記ＵＳＶ２に搭乗員（図示せず）が搭乗していて、該ＵＳＶ２に装備されたコマンド経路切替器１１に前記調定・遠隔制御予備装置１５が接続されている場合は、万一、前記調定・遠隔制御装置３とＵＳＶ２との間の無線通信に障害が生じても、該調定・遠隔制御予備装置１５により、前記ＵＳＶ２の搭乗員が前記ＵＵＶ１のステータスＳを確認することができる。この状態で、ＵＳＶ２の搭乗員が、必要に応じて、前記調定・遠隔制御予備装置１５でＵＵＶ１の航走に関するコマンドＣ２を設定して出力させれば、前記調定・遠隔制御装置３からのコマンドＣ１に代えて、前記コマンドＣ２に従うように前記ＵＵＶ１の航走を制御することができ、その制御の結果更新されるＵＵＶ１のステータスＳは、調定・遠隔制御予備装置１５で更に確認することができる。

このように、本発明の自律航走体の制御システムによれば、前記調定・遠隔制御装置３とＵＵＶ１との間で、通信中継装置９を装備したＵＳＶ２を中継した相互通信を行うことができて、前記ＵＵＶ１の航走を、前記調定・遠隔制御装置３で設定するコマンドＣ１により制御することができると共に、該調定・遠隔制御装置３にて、航走中の前記ＵＵＶ１のステータスＳを確認することができる。

又、前記ＵＵＶ１のステータスＳは、同時に前記ＵＳＶ２に装備した調定・遠隔制御予備装置１５でも確認することができて、たとえば、ＵＵＶ１に異常が発生し、浮上してきた場合等に、ＵＳＶ２の搭乗員が周囲の状況を判断し、ＵＳＶ２の一時的な手動操作を行うことで、該ＵＳＶ２を適切な方向に回避させることが可能になる。

更に、万一、前記調定・遠隔制御装置３と、ＵＳＶ２との間の無線通信に障害が発生した場合は、前記調定・遠隔制御装置３に代えて、前記ＵＳＶ２のコマンド経路切替器１１に接続した調定・遠隔制御予備装置１５により、コマンドＣ２による前記ＵＵＶ１の航走の制御と、航走中のＵＵＶ１のステータスＳの確認を行うことができるため、前記ＵＵＶ１の調定・遠隔制御の健全性を維持することができる。

前記調定・遠隔制御予備装置１５は、前記ＵＳＶ２に搭乗員が搭乗する場合に、該ＵＳＶ２に容易に装備することができ、又、不要な場合は簡単に取り外すことができる。

更に、前記コマンド経路切替器１１の外部接続手段１４には、ＷＥＢサーバ機能を持たせて、その機能を用いて前記調定・遠隔制御予備装置１５を接続させるようにしてもよい。又、前記調定・遠隔制御予備装置１５は、防水機能付きであることが望ましい。

前記本発明の自律航走体の制御システムの構成においては、調定・遠隔制御装置３は、ＵＵＶ１の航走に関するコマンドＣ１を発するものとし、ＵＳＶ２は前記ＵＵＶ１に追従して航走するものとして説明したが、前記調定・遠隔制御装置３により、ＵＳＶ２の母船からの発進や回収時にＵＵＶ１に追従する以外の航走を行わせるための制御用のコマンドを出力させると共に、前記ＵＵＶ１のステータスＳと同様に該ＵＳＶ２に関するステータスを確認、表示できるものとしてもよい。前記ＵＳＶ２用のコマンドは、前記調定・遠隔制御装置３より無線通信により前記ＵＳＶ２へ送り、通信中継装置９よりＵＳＶ管制器８に入力させるようにすればよい。

なお、本発明は前記実施の形態にのみ限定されるものではなく、図１に示したＵＵＶ１とＵＳＶ２の形状やサイズは、図示するための便宜上のものであり、実際のＵＵＶ１とＵＳＶの形状やサイズを反映するものではない。又、調定・遠隔制御装置３及び調定・遠隔制御予備装置１５の形状やサイズも図示するための便宜上のものであり、それぞれの実際の形状やサイズを反映するものではない。それぞれの機器のサイズの比も図示するための便宜上のものである。

調定・遠隔制御装置３は、複数のＵＵＶ１についての調定と遠隔制御を行う機能を有するものとしてもよい。

前記実施の形態では、一機のＵＵＶ１に対し、一機のＵＳＶ２が追従して航走する場合について示したが、複数機のＵＵＶ１の航走範囲が一機のＵＳＶ２から音響通信が可能な範囲内に収まる場合は、調定・遠隔制御装置３と該複数のＵＵＶ１との間の相互通信を、一機のＵＳＶ２に装備した通信中継装置９により中継させるようにしてもよい。

ＵＵＶ１、ＵＳＶ２、調定・遠隔制御装置３用の無線通信機として、衛星通信機６，１２，１７と、無線ＬＡＮ通信機７，１３，１８を示したが、無線ＬＡＮ通信機７，１３，１８は省略した構成としてもよい。又、調定・遠隔制御装置３からＵＵＶ１及びＵＳＶ２の航走領域までに想定される距離間での通信が可能であれば、衛星通信機６，１２，１７以外の形式の無線通信機を採用してもよい。

前記ＵＳＶ２に装備されたコマンド経路切替器１１は、ＵＳＶ２の搭乗員による手動操作で、通信中継装置９と音響通信機１０を経てＵＵＶ１に向けて送信するコマンドを、前記調定・遠隔制御装置３からのコマンドＣ１に代えて、前記調定・遠隔制御予備装置１５により出力するコマンドＣ２に強制的に切り替えるコマンド切替用スイッチを備えるようにしてもよい。この構成によれば、万一、ＵＵＶ１に異常が発生した場合等に、ＵＳＶ２の搭乗員による航走領域の現場状況に応じたＵＵＶ１の制御を優先的に行わせることが可能になる。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ＵＵＶ（水中無人航走体）、２ＵＳＶ（水上無人航走体）、３調定・遠隔制御装置、９通信中継装置、１１コマンド経路切替器、１４外部接続手段、１５調定・遠隔制御予備装置、１６無線通信障害検知装置、Ｃ１コマンド、Ｃ２コマンド、Ｓステータス

Claims

自律航走する水中無人航走体と、
前記水中無人航走体に対し航走を指示するコマンドを発する機能、及び、前記水中無人航走体のステータスの確認と表示を行う機能を備えた調定・遠隔制御装置と、
自律航走する水上無人航走体を備え、
更に、前記水上無人航走体には、
前記水中無人航走体と調定・遠隔制御装置との間の相互通信を中継する通信中継装置と、
該通信中継装置に接続されたコマンド経路切替器と、
前記コマンド経路切替器の外部接続手段に取り外し可能に接続されて、前記水中無人航走体に対し航走を指示するコマンドを発する機能、及び、前記水中無人航走体のステータスの確認と表示を行う機能を備えた調定・遠隔制御予備装置と、
前記コマンド経路切替器に接続されていて、前記水上無人航走体と前記調定・遠隔制御装置との間の無線通信が正常又は障害発生のいずれであるかを判断する無線通信障害検知装置とを装備し、
且つ前記無線通信障害検知装置は、前記無線通信の障害発生が検知されると、前記コマンド経路切替器に対し、通信中継装置を経て前記水中無人航走体へ送るコマンドを、前記調定・遠隔制御装置からのコマンドに代えて、前記調定・遠隔制御予備装置からのコマンドに切り替える指令を与える機能を有するものとした構成
を有することを特徴とする自律航走体の制御システム。