JP6821437B2 - 移動体制御装置、移動体制御方法、および移動体制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、移動体を移動させるための移動体制御装置、移動体制御方法、および移動体制御プログラムに関する。

従来、漁の効率の向上のために、漁師は、予め目的の魚が多く生息すると考えられる位置（例えば、魚礁または瀬）において漁を行う。漁師は、当該位置に目的の魚が存在するか否かを確認するために、船首方向を風の向きに対向させるように船舶を操る（所謂流し釣りと言う。）。

流し釣りを行うためには、船舶は、風向きに船首を向けるためにスパンカを取り付けたり（特許文献１を参照。）、所望通りの方向に（例えば船体の右左舷方向に）移動するためにサイドスラスタを取り付けたりする（特許文献２を参照。）必要がある。

特開２０１２−２３６５８４号公報 特開２００２−８７３８９号公報

しかしながら、舵が１つで推進力が１軸のみである１軸１舵船は、船首尾方向に対して直交する方向に移動することができない。

上述のようなスパンカやスラスタは、非常に大がかりな物であり、コストも高く、経済性を重視する１軸１舵船（漁船または小型船舶）には適さない。

そこで、この発明は、移動体の方向を所定の方向に向けたまま移動体を移動させる移動体制御装置、移動体制御方法、および移動体制御プログラムを提供することにある。

本発明の移動体制御装置は、特定の一方向に移動体を推進させる推進力発生部と、該推進力により移動する方向を調整する移動方向調整部とを前記移動体に備え、前記移動体を移動させる外乱の方向を推定する外乱方向推定手段と、前記移動体の向いている方向を検出する移動体方向検出手段と、前記移動体の位置を検出する位置検出手段と、前記移動体が留まるべき位置である定点位置を設定する位置設定手段と、前記移動体方向検出手段で検出した移動体の向いている方向が前記外乱方向推定手段で推定した外乱の方向に対向し、かつ前記位置設定手段で設定した定点位置に前記移動体が留まるように、前記推進力発生部および前記移動方向調整部を制御する制御手段と、前記定点位置を逐次変更する変更手段と、を備える。

制御手段は、移動体が外乱によって流されないように推進力発生部および移動体方向調整部を制御し、移動体が定点位置に留まるようにする。

変更手段が逐次定点位置を変更すると、制御手段は、都度、変更された定点位置に移動体を移動させる。よって、本発明の移動体制御装置は、移動体を外乱の方向に向かせたまま、逐次移動させることができる。

前記変更手段は、前記位置検出手段が検出した移動体の位置と、前記定点位置との距離が第１の所定の距離未満の場合、前記定点位置を変更してもよい。

移動体制御装置は、移動体が定点位置に第１の所定の距離まで近づけば、定点位置を変更するため、連続して移動体を移動させる。

また、移動体制御装置は、前記移動体の移動する速度を検出する速度検出手段を備え、前記変更手段は、前記速度検出手段が検出した速度が所定の速度未満の場合、前記定点位置を変更する態様としてもよい。

移動体制御装置が移動体を定点位置に留める制御を行うため、移動体の速度は、移動体が定点位置に近づけば近づくほど落ちる。よって、移動体制御装置は、移動体の速度が所定の速度未満となったとき、移動体が定点位置に近づいたと判断して、定点位置を変更する。すると、移動体は、定点位置の変更に伴って連続して移動する。

さらに、前記変更手段は、所定時間毎に前記定点位置を変更することも可能である。

また、前記変更手段は、前記移動体が移動すべき目標経路を受け付け、前記目標経路上に前記定点位置を変更してもよい。

移動体制御装置は、受け付けた目標経路に沿って定点位置を変更するため、移動体を目標経路に沿って移動させることができる。

また、前記外乱は、前記移動体を移動させる風及び潮流であり、前記制御手段は、前記移動体方向検出手段で検出した移動体の向いている方向が風の方向に対向するように前記推進力発生部および前記移動方向調整部を制御してもよい。

例えば、移動体制御装置は、移動体がスパンカを備えなくても、移動体を風の向きに対向させることができる。

前記制御手段は、前記移動体方向検出手段で検出した移動体の向いている方向が潮流の方向に対向するように前記推進力発生部および前記移動方向調整部を制御してもよい。

前記制御手段は、前記移動体の移動の目標となる目標物を受け付け、前記目標物の向きに応じて前記移動体方向検出手段で検出した移動体の向いている方向を制御する。

制御手段は、目標物（例えば岸壁や桟橋）の向きに応じて移動体の向いている方向を制御する。

前記制御手段は、前記移動体の向いている方向が前記目標物の存在する方向となるように制御することが可能である。

さらに、前記変更手段は、前記目標物の存在する方向と直交する方向に位置し、かつ前記目標物との距離が第２の所定の距離に位置する位置に前記定点位置を変更してもよい。

例えば、定点位置は、岸壁の向きに平行であって、かつ岸壁から例えば１０ｍ離れた位置に変更される。よって、移動体制御装置は、移動体を岸壁の向きに直交するようにむかせたまま、移動体を岸壁の向きに平行に移動させることができる。

また、前記制御手段は、前記移動体の向いている方向が前記目標物の存在する方向と直交するように制御することも可能である。

前記変更手段は、前記目標物の存在する方向に位置し、かつ前記目標物との距離が第３の所定の距離に位置する位置に前記定点位置を変更してもよい。

例えば、定点位置は、桟橋の存在する方向であって、かつ桟橋から例えば２ｍ離れた位置に変更される。よって、移動体制御装置は、移動体を桟橋の存在する方向に向けたまま、桟橋に近い定点位置に移動させることができる。

また、前記制御手段は、前記移動体方向検出手段が検出した前記移動体の向いている方向と前記外乱方向推定手段が推定した外乱の方向との偏角が所定の角度以上となった場合、前記移動体の向いている方向を前記外乱の方向に対向させる制御のみを行ってもよい。

例えば、一般的な１軸１舵船は、外乱の変化等により移動体の向く方向が外乱の方向から大きくずれると、定点位置に向かうために、大きく舵を切り無駄な経路を移動しなければならない。そこで、制御手段は、定点位置に留まる（向かう）制御を停止し、移動体の向いている方向を外乱の方向に対向させる制御のみを行う。その結果、移動体制御装置は、移動体が無駄な経路を移動することを防ぐ。

本発明は、装置に限らず、移動体を制御する移動体制御方法または移動体制御装置に実行される移動体制御プログラムであっても構わない。

この発明によれば、右左舷方向への移動が可能な追加装備を行わなくても、移動体を所定の方向に向けたまま、逐次変更される定点位置に沿って移動させることができる。

本実施形態に係る船舶の主要構成を示すブロック図である。 外乱方位の推定を説明するための図である。 動力量の制御を説明するための図である。 定点位置に移動する例を示す図である。 定点位置を変更する例を示す図である。 定点位置を逐次変更する例を示す図である。 定点位置の逐次変更の別例を示す図である。 定点位置の逐次変更の別例を示す図である。 本実施形態に係る船舶の動作を示すフローチャートである。 方位制御の例を示す図である。 風向きに船首方位を対向させて潮流に流される例を示す図である。 岸壁に平行に移動する例を示す図である。 着桟する例を示す図である。

本発明の実施形態に係る船体制御装置を備える船舶、および船体制御方法について、図を参照して説明する。図１は本発明の実施形態に係る船舶１０の主要構成を示すブロック図である。

船舶１０は、船体制御装置２０、動力源３０、プロペラ３１、および舵４０を備える。船体制御装置２０は、アンテナ２１、測位部２２、センサ２３、船体制御部２４、操作部２５、動力制御部２６、および舵制御部２７を備える。

船体制御部２４は、外乱方位推定部２４０および定点設定部２４１を備える。

測位部２２が、本発明の「位置検出手段」に相当する。船体制御部２４が、本発明の「位置設定手段」、「制御手段」、「変更手段」に相当する。動力源３０およびプロペラ３１の組が「推進力発生部」に相当する。また、舵４０が「移動方向調整部」に相当する。

船舶１０は、舵が１つ（舵４０）であり、前進又は後進のみ可能な１軸１舵船である。

アンテナ２１は、ＧＰＳ（；Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）測位信号を受信し、測位部２２へ出力する。測位部２２は、ＧＰＳ測位信号を用いて測位演算を実行し、船舶１０の位置を算出する。この測位演算は、予め設定した測位タイミング毎に実行される。測位部２２は、算出した船舶１０の位置を、船体制御部２４へ出力する。

センサ２３は、例えば、（本発明の移動体方向検出手段に相当する）船首方位を検出するヘディングセンサ、船速を検出する速度センサ、風向センサ、風速センサ、潮流計等のうち、必要なものから構成される。センサ２３は、検出した船首方位、速度、風向、風速、および潮流を、必要に応じて船体制御部２４へ出力する。なお、センサ２３は、必要に応じて取り付ければよく、本発明の必須の構成ではない。例えば、船体制御部２４は、センサ２３にヘディングセンサ又は速度センサが備えられない場合、現在位置の変化から船首の方位又は船舶１０の速度を推定することができる。

操作部２５は、所謂ユーザインターフェース機器であり、ユーザによる操作入力を受け付け、船体制御部２４へ出力する。

定点設定部２４１は、操作部２５を介してユーザから入力された定点を設定する。

外乱方位推定部２４０は、船舶１０を移動させる外乱の方位を推定する。外乱は、主に潮流および風からなる。

船体制御部２４は、船舶１０を定点位置に留めるように制御する制御情報を設定する。制御情報は、例えば、動力量の情報と推進方向の情報とからなる。動力量の情報は、動力制御部２６に出力される。推進方向の情報は、舵制御部２７に出力される。

動力制御部２６は、動力量の情報に基づいて、動力源３０を駆動制御する。

動力源３０は、ディーゼルエンジンまたはモータからなる。動力源３０は、動力制御部２６の制御に基づいて発生させた動力をプロペラ３１に与える。なお、動力源３０は、ディーゼルエンジンおよびモータの両方を備えるハイブリッド機構であっても構わない。

舵制御部２７は、船舶１０の船首尾方位に対する舵４０の舵角を調整する。舵制御部２７は、船体制御部２４から出力された推進方向の情報に基づいて、舵４０の舵角を調整する。

船舶１０は、プロペラ３１による推進力と、舵４０の舵角を制御することにより、定点の位置に向かって移動する。

次に、本実施形態の定点の位置へ移動する船体制御について図２乃至図４を用いて説明する。船舶１０は、船舶１０を移動させる外乱の方位である外乱方位を推定し、推定した外乱方位に基づいて、動力量および推進方向を制御し、定点の位置に向かうものである。

まず、外乱方位の推定について説明する。図２は、外乱方位を推定する例を示す図である。

定点設定部２４１は、操作部２５を介してユーザから指定された定点の位置を、定点位置Ｐｐとして決定し、設定する。

そして、外乱方位推定部２４０は、外乱方位を推定する。初期値としての外乱方位は、どの方位であってもよく、例えば真南方位であってもよい。船体制御部２４は、推定した外乱方位に船首方位が対向するように推進方向を制御する。

次に、外乱方位推定部２４０は、図２に示すように、定点位置Ｐｐを通りかつ推定した外乱方位に平行な外乱対向ラインと、現在位置Ｐｓとの距離ＸＴＥ（；Ｃｒｏｓｓ Ｔｒａｃｋ Ｅｒｒｏｒ）を求める。

距離ＸＴＥは、推定した外乱方位と船首方位とが一致し、かつ船舶１０が定点位置Ｐｐに向かうと、０になる。

そして、外乱方位推定部２４０は、所定時間毎に距離ＸＴＥを求め、以下の数式１に示すように、推定した外乱方位と、距離ＸＴＥに基づく補正値と、を差分することにより、新たな外乱方位を算出する。

すなわち、外乱方位推定部２４０は、距離ＸＴＥの比例成分（数式１の比例補正ゲインの項）および距離ＸＴＥの積分成分（数式１のΣの項）に基づいて、距離ＸＴＥが０になるように、推定外乱方位を更新する。

外乱方位推定部２４０は、距離ＸＴＥの積分成分（数式１のΣの項）に距離ＸＴＥの微分項（数式１の第２積分補正ゲインの項）を含めることにより、収束（距離ＸＴＥが０となる）を早め、かつ収束まで滑らかに推定外乱方位を実際の外乱方位に近づけることができる。

ただし、数式１によって外乱方位を推定することは必須ではなく、他の方法で外乱方位を求めてもよい。

次に、外乱方位が推定された後の動力量および推進方向の制御について、図３および図４を用いて説明する。

図３は、船舶１０が外乱を受ける状況において動力量を制御し、定点位置Ｐｐに留まる例を示す図である。図３において、外乱ベクトルＤｄｒは、外乱の方位および大きさからなる速度ベクトルである。ＺｏｎｅＵは、定点位置Ｐｐを通り、かつ外乱方位に直交する外乱直交ラインから外乱の上流側のエリアである。ＺｏｎｅＤは、外乱直交ラインから外乱の下流側のエリアである。船舶１０'は、ＺｏｎｅＵに位置するときの船舶１０を示すものである。船舶１０''は、ＺｏｎｅＤに位置するときの船舶１０を示すものである。

外乱方位推定部２４０が外乱ベクトルＤｄｒの方位を推定すると、船体制御部２４は、外乱ベクトルＤｄｒの方位、船首方位、および定点位置に基づいて、前進または後進させる動力量の制御を行う。

本実施形態の説明において、船体中央を基準として船首方位と、外乱ベクトルＤｄｒの方位とのなす角が、−９０度以上＋９０度未満の範囲の角度となるとき、船首方位が外乱ベクトルＤｄｒの方位に対向すると称す。船首方位と、外乱ベクトルＤｄｒの方位とのなす角が、−９０度以上＋９０度未満の範囲外の角度となるとき、船首方位が外乱ベクトルＤｄｒの方位に非対向と称す。ただし、図３において、外乱ベクトルＤｄｒの方位を基準として、船首方位が時計回りである場合、船首方位と外乱ベクトルＤｄｒの方位とのなす角をプラス（＋）の角度とし、外乱ベクトルＤｄｒの方位を基準として、船首方位が反時計回りである場合、船首方位と外乱ベクトルＤｄｒの方位とのなす角をマイナス（−）の角度とする。

船体制御部２４は、図３に示すように、船舶１０'の船首方位が外乱ベクトルＤｄｒの方位に対向し、かつＺｏｎｅＵに存在する場合、後進するように動力量の制御情報を出力する。船体制御部２４は、図３に示すように、船舶１０''の船首方位が外乱ベクトルＤｄｒの方位に対向し、かつＺｏｎｅＤに存在する場合、前進するように動力量の制御情報を出力する。

また、船体制御部２４は、船舶１０'の船首方位が外乱ベクトルＤｄｒの方位に非対向し、かつＺｏｎｅＵに存在する場合、前進するように動力量の制御情報を出力する。船体制御部２４は、船舶１０''の船首方位が外乱ベクトルＤｄｒの方位に非対向となり、かつＺｏｎｅＤに存在する場合、後進するように動力量の制御情報を出力する。

すると、船舶１０は、外乱直交ラインを境に、ＺｏｎｅＵとＺｏｎｅＤを往来する。

次に、定点位置に向かうための制御について図４を用いて説明する。図４は、外乱ベクトルＤｄｒの方位を推定した後に定点の位置に向かうための動力量および推進方向を制御する例を示す図である。

図４において、速度ベクトルＭｏｖ１は、方位Ψｐと速度Ｖｐとからなり、現在位置Ｐｓから定点位置Ｐｐに向かうための速度ベクトルである。速度ベクトルＭｏｖ２は、方位Ψｄと速度Ｖｄからなり、定点位置Ｐｐを基準として、該定点位置Ｐｐに留まるための速度ベクトルである。

船体制御部２４は、定点位置Ｐｐまでの距離に基づいて、目標とすべき目標方位および目標とすべき目標速度を変更する。

まず、船体制御部２４は、測位部２２で求めた現在位置Ｐｓを位置Ｐｓｔａｒｔとし、位置Ｐｓｔａｒｔを基準とし、定点位置Ｐｐに向かう方位を方位Ψｐとして設定する。船体制御部２４は、船舶１０の設定可能な最大の速度を速度Ｖｐとして設定する。

そして、船体制御部２４は、推定した外乱ベクトルＤｄｒの方位と対向する方位を方位Ψｄとして設定し、速度０を速度Ｖｄとして設定する。

次に、船体制御部２４は、以下の式に示すように、方位Ψｐと、方位Ψｄとを重み付け加算して、目標方位Ψｘを求める。船体制御部２４は、以下の式に示すように、速度Ｖｐと、速度Ｖｄとを重み付け加算して、目標速度Ｖｘを求める。

Ψｘ ＝ αΨｐ ＋ （１−α）Ψｄ
Ｖｘ ＝ αＶｐ ＋ （１−α）Ｖｄ
ただし、係数αは、０より大きく１以下の値であり、以下の式に示すように、現在位置Ｐｓから定点位置Ｐｐまでの距離ＤＩＳに基づいて求められる。

α ＝ １ − ｅｘｐ^{−（ＤＩＳ／ＤＩＳｉ）}
ただし、距離ＤＩＳｉは、位置Ｐｓｔａｒｔから定点位置Ｐｐまでの距離である。すなわち、船体制御部２４は、距離ＤＩＳが長ければ長いほど係数αを大きくし、距離ＤＩＳが短ければ短いほど係数αを小さくする。

すなわち、船体制御部２４は、船舶１０が定点位置Ｐｐに近ければ、定点位置Ｐｐに留まるように、目標方位Ψｘおよび目標速度Ｖｘを算出する。また、船体制御部２４は、船舶１０が定点位置Ｐｐに遠ければ、定点位置Ｐｐに向かうように、目標方位Ψｘおよび目標速度Ｖｘを算出する。

次に、船体制御部２４は、目標方位Ψｘおよび目標速度Ｖｘで船舶１０が航行するように、動力量の制御情報と推進方向の制御情報を生成する。具体的には、船体制御部２４は、目標方位Ψｘと船首方位Ψｓとの偏角Ψｄｉｆｆに所定の係数ｋ１を乗算した値を舵４０のとるべき舵角とした推進方向の制御情報を生成する。なお、船首方位Ψｓは、センサ２３に備えられるヘディングセンサで取得される。

船体制御部２４は、目標速度Vｘから船舶１０の速度を減算した速度差Ｖｄｉｆｆを動力量の制御情報として、動力制御部２６に出力する。動力制御部２６は、速度差Ｖｄｉｆｆに所定の係数ｋ２を乗算した値を動力源３０に与えるべき動力量として動力源３０を制御する。ただし、動力制御部２６は、速度差Ｖｄｉｆｆがマイナスの値（目標速度Ｖｘが船舶１０の速度より小さい）となる場合、動力量を０とする。なお、船舶１０の速度は、センサ２３に備えられる速度センサによって求められる。

上述の通り、船体制御部２４は、船舶１０が外乱直交ラインに向かうように、動力量の制御情報を出力する。このとき、船舶１０が外乱直交ラインから遠ければ遠いほど、目標速度Ｖｘは高くなるため、船舶１０は、外乱直交ラインを大きく通過（オーバーシュート）してしまう可能性がある。

そこで、動力制御部２６は、動力量（例えば噴射燃料量）の上限値を設定する。動力制御部２６は、速度差Ｖｄｉｆｆに基づいて求めた動力量Ｆが上限値Ｆｍａｘを超える場合、動力量Ｆを上限値Ｆｍａｘに抑える。そして、動力制御部２６は、動力量Ｆの上限値Ｆｍａｘの調節を行い、外乱直交ライン付近に船舶１０を留める。

動力量Ｆの上限値Ｆｍａｘの調節について、図３を用いて説明する。距離Ｌｄ'は、ＺｏｎｅＵに存在する船舶１０'が外乱直交ラインから最も離れたときの船舶１０'の位置から外乱直交ラインまでの距離である。距離Ｌｄ''は、ＺｏｎｅＤに存在する船舶１０''が外乱直交ラインから最も離れたときの船舶１０''の位置から外乱直交ラインまでの距離である。

動力制御部２６は、距離Ｌｄ'又は距離Ｌｄ''に基づいて動力量Ｆの上限値Ｆｍａｘを調節する。例えば、動力制御部２６は、距離Ｌｄ'が、所定の距離Ｌｄｔｈより長い場合、動力量Ｆの上限値Ｆｍａｘを調整量ΔＦだけ小さくする。次に、動力制御部２６は、距離Ｌｄ''が所定の距離Ｌｄｔｈより長い場合、上限値Ｆｍａｘをさらに調整量ΔＦだけ小さくする。

また、動力制御部２６は、距離Ｌｄ'所定の距離Ｌｄｔｈより短い場合、動力量の上限値Ｆｍａｘを調整量ΔＦだけ大きくする。次に、動力制御部２６は、距離Ｌｄ''が所定の距離Ｌｄｔｈより短い場合、上限値Ｆｍａｘをさらに調整量ΔＦだけ大きくする。

以上のように、船舶１０は、速度を抑えることにより、大きなオーバーシュートを防ぎ、オーバーシュートが小さくなると、速度を上げる。船舶１０は、速度の上昇と低下を繰り返し、オーバーシュートする距離を制御する。

以上のように、船舶１０は、外乱方位を推定し、推定した外乱方位に基づいて、定点位置において船首方位が外乱方位に対向するように、定点位置に向かう自動航行を行う。

次に、本実施形態に係る定点の位置の変更に伴う船舶１０の自動航行ついて、図５を用いて説明する。

船舶１０は、図５（Ａ）に示すように、定点位置Ｐｐが設定されると、外乱を受けつつも、白抜き太矢印８０１に示すように定点位置Ｐｐに向かう。

船体制御部２４は、自動航行中、定期的に船舶１０の現在位置Ｐｓから定点位置Ｐｐまでの距離を算出する。定点位置Ｐｐは、図５（Ｂ）に示すように、当該距離が所定の距離Ｒ（例えば１０ｍ）以下になると、図５（Ｃ）に示すように、定点位置Ｐｐ'に変更される。定点位置Ｐｐ'は、手動設定されてもよいし、定点設定部２４１が自動で設定してもよい。

なお、船体制御部２４は、定点位置Ｐｐ'における船首の方位を方位Ψｄとして設定するが、定点位置の更新の際、目標方位Ψｘを変更してもよい。

そして、船体制御部２４は、図５（Ｄ）に示すように、新たな定点位置Ｐｐ'に向かう。

また、船舶１０は、新たに定点位置を設定するトリガとして、現在位置Ｐｓから定点位置Ｐｐまでの距離を用いず、船舶１０の速度を用いることもできる。上述の通り、船舶１０は、定点位置Ｐｐに留まるような制御を行う。よって、船舶１０の速度は、定点位置Ｐｐに近づくほど、低くなる。そこで、船体制御部２４は、船舶１０の速度が所定の閾値より低くなることをトリガとして、新たな定点位置Ｐｐ'を設定する。この場合、船体制御部２４は、定期的にセンサ２３に備えられる速度センサによって速度を求める。そして、船体制御部２４は、所定の時間、継続して所定の閾値以下の速度となった場合、定点位置Ｐｐに近づいたため速度が下がったと判断し、新たな定点位置Ｐｐ'を設定する。

次に、図６は、定点の位置を逐次変更した場合の航路を示す図である。

定点位置Ｐｐ（ｎ）は、順番ｎで設定された定点位置である。航路９０１は、船舶１０の軌跡航路である。

船舶１０は、図６に示すように、出発点Ｓに位置するとき、定点位置Ｐｐ（１）を設定する。そして、船舶１０は、定点位置Ｐｐ（１）に近づくと、定点位置Ｐｐ（２）を設定する。定点位置Ｐｐ（３）および定点位置Ｐｐ（４）も、定点位置Ｐｐ（１）および定点位置Ｐｐ（２）と同様に、直前の定点位置Ｐｐに近づくと設定される。

以上のように、船舶１０は、設定した定点位置Ｐｐに近づくたびに、新たな定点位置Ｐｐ'を設定し、新たな定点位置に向かう。よって、船舶１０は、船首方位Ψｓを方位Ψｄ（外乱方位に対向）に維持したまま、定点位置Ｐｐの変更に従って自動航行することができる。

以上の例は、定点位置Ｐｐまでの距離Ｒまたは速度をトリガとして新たな定点位置Ｐｐ'を設定していたが、所定時間毎に定点位置Ｐｐを変更してもよいし、船舶１０は、以下のような定点位置Ｐｐの設定もできる。

定点設定部２４１は、図７（Ａ）に示すように、ユーザが自動航行で最終的に到達したい地点として最終到達地点Ｐｄを設定する。次に、定点設定部２４１は、図７（Ａ）に示すように、最終到達地点Ｐｄを設定した時の船舶１０の現在位置Ｐｓから最終到達地点Ｐｄまでの目標直線７００を設定する。そして、定点設定部２４１は、図７（Ｂ）に示すように、設定した目標直線７００上であって、現在位置Ｐｓから所定の距離Ｌにある点を定点位置Ｐｐとする。

定点設定部２４１は、図７（Ｃ）に示すように、定点位置Ｐｐから所定の距離Ｒ（ただし、距離Ｒ＜距離Ｌ）まで近づくと、目標直線７００上に現在位置Ｐｓから距離Ｌに存在する点に新たな定点位置Ｐｐ'を設定する。

以上のように、船舶１０は、定点位置Ｐｐを自動設定することにより、最終到達地点Ｐｄまで略１直線状に移動することができる。

なお、新たな定点位置Ｐｐ'は、現在位置Ｐｓを基準とせず、定点位置Ｐｐを基準として距離Ｌ離れた点に設定されてもよい。

また、定点設定部２４１は、最終到達地点Ｐｄではなく、ユーザに航路を入力させてもよい。図８は、ユーザが航路を入力した場合の定点の設定を示す図である。

まず、ユーザは、操作部２５を介して（例えばタッチパネルを通じて）、図８（Ａ）に示すように、船体制御部２４に航路６００を入力する。そして、定点設定部２４１は、図８（Ａ）に示すように、ユーザが入力した航路６００上で、現在位置Ｐｓから所定の距離Ｌ離れた地点に定点位置Ｐｐを設定する。

そして、船舶１０は、図８（Ｂ）に示すように、ユーザが入力した航路６００上に定点位置Ｐｐを逐次設定することにより、航路６００の通り自動航行する。

また、定点設定部２４１は、自動航行した航路を複数記憶し、記憶した複数の航路を操作部２５（例えばタッチパネル付きディスプレイ）に表示し、自動航行すべき航路をユーザに選択させてもよい。

次に、図９は、船舶１０の自動航行中の移動制御のフローチャートである。制御の前提として、定点位置Ｐｐは、すでにユーザにより、または船体制御部２４により、設定されているものとする。目標方位Ψｘおよび目標速度Ｖｘも、定点位置Ｐｐの設定により、現在位置Ｐｓに応じて求められているものとする。

まず、船体制御部２４は、自動航行中、センサ２３に備えられたヘディングセンサで船体中央から船首に向けられた方位である船首方位Ψsを取得する（Ｓ１０１）。

そして、船体制御部２４は、船首方位Ψｓと目標方位Ψｘとの偏角Ψｄｉｆｆを算出する。そして、船体制御部２４は、当該偏角Ψｄｉｆｆが所定の角度Ψｔｈより小さいか否かを判断する（Ｓ１０２）。船体制御部２４は、当該偏角Ψｄｉｆｆが角度Ψｔｈより小さい場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３に進む。

船体制御部２４は、船体制御部２４は、当該偏角Ψｄｉｆｆが角度Ψｔｈより小さい場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、船舶１０の現在位置Ｐｓを取得する（Ｓ１０３）。

船体制御部２４は、現在位置Ｐｓから定点位置Ｐｐまでの距離を算出する。そして、船体制御部２４は、当該距離が所定の距離Ｓより小さいか否かを判断する（Ｓ１０４）。船体制御部２４は、当該距離が距離Ｓより小さい場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０５に進む。

定点設定部２４１は、当該距離が距離Ｓより小さい場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、新たな定点位置Ｐｐ'を設定し（Ｓ１０５）、当該定点位置Ｐｐ'に移動するように、制御情報を生成する（Ｓ１０６）。

船体制御部２４は、現在位置Ｐｓから定点位置Ｐｐまでの距離が所定の距離Ｓ以上の場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、定点位置Ｐｐへ向かう制御を行う（Ｓ１０６）。すなわち、この場合、定点設定部２４１は、定点位置Ｐｐを変更しない。

船体制御部２４は、現在の船首方位Ψｓと、目標方位Ψｘとの偏角Ψｄｉｆｆが、角度Ψｔｈ以上の場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、船首方位Ψｓの調整を行う方位制御を実行する（Ｓ１０７）。

図１０は、方位制御の概念を示す図である。図１０（Ａ）は、船首方位Ψｓが目標方位Ψｘと大きく異なっている例を示す図である。図１０（Ｂ）は、船首方位Ψｓを調整するための船舶１０の航路を示す図である。図１０において、船舶１０（ｎ）は、所定の位置（ｎ）における船舶１０を示す。

船舶１０は、現在位置Ｐｓで前後進移動（その場回頭）することにより、船首方位Ψｓを変更する。図１０において、船舶１０（１）の船首方位Ψｓは、目標方位Ψｘに対して反時計回りとなる方位となっている。すなわち、目標方位Ψｘと船首方位Ψｓとの偏角Ψｄｉｆｆは、マイナスの角度となっている。船体制御部２４は、マイナスの偏角Ψｄｉｆｆの絶対値が所定の角度Ψｔｈより大きい場合、舵４０を左に切る推進方向の情報と、船舶１０（１）を後進させる動力量の情報とを出力する。すると、船舶１０は、調整航路９０２のように、マイナスの偏角Ψｄｉｆｆが角度０度に近づくようにしながら後進する。その結果、偏角Ψｄｉｆｆは、船舶１０（１）の状態の偏角Ψｄｉｆｆに比べて角度０度に近づく。そして、船体制御部２４は、舵４０を右に切る推進方向の情報と、船舶１０（２）を前進させる動力量の情報とを出力する。すると、船舶１０（２）は、調整航路９０３のように、マイナスの偏角Ψｄｉｆｆをさらに角度０度に近づけるようにしながら前進する。その結果、偏角Ψｄｉｆｆは、ほぼ０となる。すなわち、船首方位Ψｓは、船舶１０（３）に示すように、目標方位Ψｘに一致する。

なお、船体制御部２４は、偏角Ψｄｉｆｆがプラスの角度であり、かつ偏角Ψｄｉｆｆの絶対値が所定の閾値以上の場合、舵４０を右に切る推進方向の情報と、船舶１０を後進させる動力量の情報とを出力する。次に、船体制御部２４は、舵４０を左に切る推進方向の情報と、船舶１０を前進させる動力量の情報とを出力する。

また、船体制御部２４は、図１０（Ｂ）に示す例では、後進する制御を先に行っているが、先に前進する制御を行っても構わない。

以上のように、船舶１０は、外乱の変化によって船首方位Ψｓと目標方位Ψｘとの偏角Ψｄｉｆｆが大きくなった場合、その場で回頭することにより、定点位置Ｐｐへの航路から大きく外れることを防ぐ。

船体制御部２４（定点設定部２４１）は、以上のステップＳ１０１〜Ｓ１０７を定期的に実行し、自動航行する。

次に、図１１は、応用例１に係る船舶１０の移動制御の概念を示す図である。

以上の例では、方位Ψｄは、外乱方位に対向するように設定されていたが、応用例１では、風向きに対向し、潮流に流される例を示すものである。

図１１（Ａ）は、風の向きと対向するように船首を向け、潮流に沿って船舶１０が移動する例を示す図である。図１１（Ａ）において、潮流ベクトルＴｉｄは、潮流の速度および方位を示す速度ベクトルである。風ベクトルＷｎｄは、風の方位および大きさを示す速度ベクトルである。

漁師は、目的の魚を探すために、所定の地点（例えば漁礁または瀬）を通過するように潮流に沿って船舶を移動させる流し釣りを行うことがある。漁師は、流し釣りにおいて、船首が風下に流れていかないように、船首を風上に立てるように操船を行う。

そこで、応用例１に係る船舶１０の船体制御部２４は、図４に示す速度ベクトルＭｏｖ２の方位Ψｄを風ベクトルＷｎｄの方位に対向するように設定する。風ベクトルＷｎｄの方位は、センサ２３の風向センサによって検出される。

そして、定点設定部２４１は、定点設定部２４１は、図１１（Ａ）に示すように、現在位置Ｐｓを通り、かつ、潮流ベクトルＴｉｄの方位に平行な目標直線７０１を設定する。そして、定点設定部２４１は、目標直線７０１上であって、現在位置Ｐｓから潮流の下流側に所定の距離離れた定点位置Ｐｐを設定する。なお、潮流ベクトルＴｉｄの方位は、センサ２３に備えられる潮流計によって求められる。

すると、船舶１０は、船首方位Ψｓを風ベクトルＷｎｄの方位に対向させながら、潮流ベクトルＴｉｄの方位に逐次変更される定点位置Ｐｐに沿って自動航行する。

以上のように、船舶１０は、船首を風上に立てるためのスパンカや平行移動するためのサイドスラスタといった機構を備えずとも、流し釣りを行うことができる。

なお、船舶１０は、方位Ψｄを潮流ベクトルＴｉｄの方位として設定し、目標直線７０１を風ベクトルＷｎｄの方位と平行になるように設定してもよい。

次に、図１３は、応用例２に係る船舶１０の移動制御の概念を示す図である。

以上の例では、方位Ψｄは、風向き若しくは潮流の方位又はこれらの組み合わせに対向するように設定されていたが、他の方位に設定されていてもよい。

図１２（Ａ）は、岸壁Ｑｕａに沿って、船舶１０が自動航行する例を示す図である。図１２（Ｂ）は、応用例２に係る船舶１０の定点位置Ｐｐおよび方位Ψｄの設定を示す図である。

漁師は、目的の魚を探すために、岸壁に船首を向けながら岸壁に沿って移動するように操船することがある。

そこで、応用例２に係る船舶１０の定点設定部２４１は、図１２（Ｂ）に示すように、船舶１０の船首から岸壁Ｑｕａまでの距離Ｄに基づいて、定点位置Ｐｐを設定する。

具体的には、定点設定部２４１は、図１２（Ｂ）に示すように、船首から船体中央までの長さを長さＬｓとし、岸壁Ｑｕａから距離Ｄおよび長さＬｓの合計距離Ｎ離れ、かつ現在の定点位置Ｐｐから岸壁に平行な方位に距離Ｍ離れた点を定点位置Ｐｐとして設定する。距離Ｄおよび長さＬｓは、例えば、ユーザから操作部２５に入力される。さらに、ユーザは、方位Ψｄを岸壁Ｑｕａに直交するように操作部２５に入力する。そして、船体制御部２４は、定点位置Ｐｐに向かう移動制御を行う。

以上のように、船舶１０は、定点位置Ｐｐ及び方位Ψｄを設定するだけで、岸壁Ｑｕａに沿って自動航行できる。

また、船体制御部２４は、自動航行中、予め記憶する海図と、ＧＰＳまたは超音波センサとを用いて、船首から岸壁Ｑｕａまでの距離Ｄを測位するように船舶１０を制御することもできる。この場合、船体制御部２４は、船首から岸壁Ｑｕａまでの距離Ｄが所定の距離以下となった場合、前進または後進して、岸壁Ｑｕａから離れる。

次に、図１３は、応用例３に係る船舶１０の移動制御の概念を示す図である。

図１３（Ａ）は、岸壁Ｑｕａの着桟点Ｄｏｃｋに船舶１０が着桟する例を示す図である。図１３（Ｂ）は、応用例３に係る船舶１０の定点位置Ｐｐおよび目標方位Ψｘの設定を示す図である。

応用例３に係る船舶１０は、船首方位Ψｓを岸壁Ｑｕａに平行にしながら、徐々に岸壁に近づくように、自動航行する。

まず、ユーザは、図１３（Ａ）に示す航路９０４の通り、船舶１０（３３）に示す位置まで手動操船すると、操作部２５に着桟したい着桟点Ｄｏｃｋを海図上で入力する。また、ユーザは、岸壁Ｑｕａと平行になるように方位Ψｄを操作部２５に入力する。

定点設定部２４１は、図１３（Ｂ）に示すように、測位部２２を用いて、現在位置Ｐｓを求める。そして、定点設定部２４１は、現在位置Ｐｓと着桟点Ｄｏｃｋとを結ぶ目標直線７０２を設定する。

次に、定点設定部２４１は、目標直線７０２上に、定点位置Ｐｐを設定する。

定点位置Ｐｐは、図１３（Ｂ）に示すように、目標直線７０１上で、着桟点Ｄｏｃｋから所定の距離Ｔ離れた点に設定される。

そして、船体制御部２４は、定点位置Ｐｐに向かうように、動力源３０および舵制御部２７に制御情報を出力する。

定点設定部２４１は、現在位置Ｐｓが定点位置Ｐｐに所定の距離Ｕまで近づくと、新たな定点位置Ｐｐ'を設定する。

新たな定点位置Ｐｐ'は、目標直線７０２上で、着桟点Ｄｏｃｋから所定の距離Ｔ'離れた点に設定される。距離Ｔ'は、例えば距離Ｔの０．７倍である。

なお、新たな定点位置Ｐｐ'を設定するトリガとなる距離Ｕ'も、距離Ｕの例えば０．７倍の値が設定されることが望ましい。

すると、船舶１０の速度は、岸壁Ｑｕａに近づくにつれて、低下する。

以上のように、船舶１０は、定点位置Ｐｐを急激に岸壁Ｑｕａに近づけない。すなわち、船舶１０は、岸壁Ｑｕａに緩やかに近づくことができる。

また、着桟点Ｄｏｃｋまでの自動航行中に、センサ２３の超音波センサで船体から岸壁Ｑｕａまでの距離を測位すれば、船舶１０は、さらに岸壁Ｑｕａに緩やかに近づくことができる。

なお、上述の説明では、移動体として船舶を例に示したが、特定方向への推進力のみを備える水上もしくは水中を移動する移動体（例えば、水陸両用車、水上バイク等）にも、上述の構成および処理を適用することができる。

また、上述の説明では、各機能部は、ハードウェアである例を示したが、測位部２２、船体制御部２４、動力制御部２６、および舵制御部２７は、ソフトウェアでも実現可能である。すなわち、これら機能部の処理をプログラム化して記憶媒体に記憶しておき、演算器（コンピュータ等）で当該船体制御のプログラムを読み出して実行することで上述の処理を実現することが可能である。

１０…船舶
２０…船体制御装置
２１…アンテナ
２２…測位部
２３…センサ
２４…船体制御部
２５…操作部
２６…動力制御部
２７…舵制御部
３０…動力源
３１…プロペラ
４０…舵
２４０…外乱方位推定部
２４１…定点設定部

Claims (12)

1. 特定の一方向に移動体を推進させる推進力発生部と、該推進力により移動する方向を調整する移動方向調整部とを前記移動体に備える移動体制御装置であって、
   前記移動体を移動させる外乱の方向を推定する外乱方向推定手段と、
   前記移動体の向いている方向を検出する移動体方向検出手段と、
   前記移動体の位置を検出する位置検出手段と、
   前記移動体の移動する速度を検出する速度検出手段と、
   前記移動体が向かうべき位置である定点位置を設定する位置設定手段と、
   前記移動体方向検出手段で検出した移動体の向いている方向が前記外乱方向推定手段で推定した外乱の方向に対向し、かつ前記位置設定手段で設定した定点位置に前記移動体が向かうように、前記推進力発生部および前記移動方向調整部を制御する制御手段と、
   前記定点位置を逐次変更する変更手段と、
   を備える移動体制御装置であって、
   前記位置設定手段は、前記移動体が最終的に到達したい目標となる目標物を受け付け、
   前記制御手段は、前記目標物の向きに応じて、前記移動体方向検出手段で検出した移動体の向いている方向を制御し、
   前記変更手段は、前記位置検出手段が検出した移動体の位置と、前記定点位置との距離が第１の所定の距離未満の場合、前記定点位置を変更し、
   前記変更手段は、前記速度検出手段が検出した速度が所定の速度未満の場合、前記定点位置を変更する
   移動体制御装置。
2. 請求項１に記載の移動体制御装置であって、
   前記変更手段は、所定時間毎に前記定点位置を変更する
   移動体制御装置。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の移動体制御装置であって、
   前記変更手段は、前記移動体が移動すべき目標経路を受け付け、前記目標経路上に前記定点位置を変更する
   移動体制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の移動体制御装置であって、
   前記外乱は、前記移動体を移動させる風及び潮流であり、
   前記制御手段は、前記移動体方向検出手段で検出した移動体の向いている方向が風の方向に対向するように前記推進力発生部および前記移動方向調整部を制御する
   移動体制御装置。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の移動体制御装置であって、
   前記外乱は、前記移動体を移動させる風及び潮流であり、
   前記制御手段は、前記移動体方向検出手段で検出した移動体の向いている方向が潮流の方向に対向するように前記推進力発生部および前記移動方向調整部を制御する
   移動体制御装置。
6. 請求項１乃至請求項５に記載の移動体制御装置であって、
   前記変更手段で、定点位置を前記目標物に向けて逐次変更し、
   前記制御手段は、前記移動体の向いている方向が前記目標物の存在する方向となるように制御する
   移動体制御装置。
7. 請求項６に記載の移動体制御装置であって、
   前記変更手段は、前記目標物の存在する方向と直交する方向に位置し、かつ前記目標物との距離が第２の所定の距離に位置する位置に前記定点位置を変更する
   移動体制御装置。
8. 請求項１乃至請求項５に記載の移動体制御装置であって、
   前記変更手段で変更された定点位置が前記目標物である場合、
   前記制御手段は、前記移動体の移動する方向が前記目標物の存在する方向と直交するように制御する
   移動体制御装置。
9. 請求項８に記載の移動体制御装置であって、
   前記変更手段は、前記目標物の存在する方向に位置し、かつ前記目標物との距離が第３の所定の距離に位置する位置に前記定点位置を変更する
   移動体制御装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の移動体制御装置であって、
    前記制御手段は、前記移動体方向検出手段が検出した移動体の向いている方向と前記外乱方向推定手段が推定した外乱の方向との偏角が所定の角度以上となった場合、前記移動体の向いている方向を前記外乱の方向に対向させる制御のみを行う
    移動体制御装置。
11. 特定の一方向に移動体を推進させる推進力発生部と、該推進力により移動する方向を調整する移動方向調整部とを備えた前記移動体を制御する移動体制御方法であって、
    前記移動体を移動させる外乱の方向を推定する外乱方向推定ステップと、
    前記移動体の向いている方向を検出する移動体方向検出ステップと、
    前記移動体の位置を検出する位置検出ステップと、
    前記移動体の移動する速度を検出する速度検出ステップと、
    前記移動体が向かうべき位置である定点位置を設定する位置設定ステップと、
    前記移動体方向検出ステップで検出した移動体の向いている方向が前記外乱方向推定ステップで推定した外乱の方向に対向し、かつ前記位置設定ステップで設定した定点位置に前記移動体が向かうように、前記推進力発生部および前記移動方向調整部を制御する制御ステップと、
    前記定点位置を逐次変更する変更ステップと、
    からなる移動体制御方法であって、
    前記位置設定ステップは、前記移動体が最終的に到達したい目標となる目標物を受け付けるステップを有し、
    前記制御ステップは、前記目標物の向きに応じて、前記移動体方向検出ステップで検出した移動体の向いている方向を制御するステップを有し、
    前記変更ステップは、前記位置検出ステップが検出した移動体の位置と、前記定点位置との距離が第１の所定の距離未満の場合、前記定点位置を変更するステップと、前記速度検出ステップが検出した速度が所定の速度未満の場合、前記定点位置を変更するステップと、を有する
    移動体制御方法。
12. 特定の一方向に移動体を推進させる推進力発生部と、該推進力により移動する方向を調整する移動方向調整部とを前記移動体を制御する移動体制御装置に実行される移動体制御プログラムであって、
    前記移動体を移動させる外乱の方向を推定する外乱方向推定ステップと、
    前記移動体の向いている方向を検出する移動体方向検出ステップと、
    前記移動体の位置を検出する位置検出ステップと、
    前記移動体の移動する速度を検出する速度検出ステップと、
    前記移動体が向かうべき位置である定点位置を設定する位置設定ステップと、
    前記移動体方向検出ステップで検出した移動体の向いている方向が前記外乱方向推定ステップで推定した外乱の方向に対向し、かつ前記位置設定ステップで設定した定点位置に前記移動体が向かうように、前記推進力発生部および前記移動方向調整部を制御する制御ステップと、
    前記定点位置を逐次変更する変更ステップと、
    を実行する移動体制御プログラムであって、
    前記位置設定ステップは、前記移動体が最終的に到達したい目標となる目標物を受け付けるステップを有し、
    前記制御ステップは、前記目標物の向きに応じて、前記移動体方向検出ステップで検出した移動体の向いている方向を制御するステップを有し、
    前記変更ステップは、前記位置検出ステップが検出した移動体の位置と、前記定点位置との距離が第１の所定の距離未満の場合、前記定点位置を変更するステップと、前記速度検出ステップが検出した速度が所定の速度未満の場合、前記定点位置を変更するステップと、を有する
    移動体制御プログラム。

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