JP6982506B2

JP6982506B2 - 水上移動体制御装置

Info

Publication number: JP6982506B2
Application number: JP2018008669A
Authority: JP
Inventors: 剣一水野; 修谷口; 英明岡田; 直行武居; 駿之介成岡
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd; Tokyo Metropolitan Public University Corp
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd; Tokyo Metropolitan Public University Corp
Priority date: 2018-01-23
Filing date: 2018-01-23
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2038-01-23
Also published as: JP2019127088A

Description

本発明は、主に桟橋や橋脚等の保守点検作業や補修作業等に使用される水上移動体を制御する水上移動体制御装置に関する。

従来、桟橋等の港湾構造物では、小型船や作業用筏等の水上移動体に作業員が搭乗し、点検作業や補修作業を行っている。

この水上移動体による作業は、波浪や潮流によって水上移動体が安定しないことから、例えば、桟橋を支持する杭にロープ等を巻き付けて水上移動体を固定した状態とし、その状態で作業が行われている。

しかしながら、水上移動体を杭等に固定する作業は、一人で行うことが困難なうえ、移動を伴う作業の場合、移動毎に杭等への固定作業と離脱作業とを繰り返す必要があり煩雑であった。

そこで、近年では、ＧＮＳＳを用いて水上移動体の位置を測定し、その位置情報に基づいてスラスタを制御し、水上移動体を所定の位置に維持するようにしたものも開発されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１４−２４４２１号公報

しかしながら、上述の如き従来の技術では、桟橋の上部工下に侵入して作業を行うことが多く、構造物に電波が遮断されて位置の測定が困難な場合が多いという問題があった。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、桟橋や橋梁下などにおいても好適に位置を特定でき、所定の位置を維持することができる水上移動体制御装置の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決するための請求項1に記載の発明の特徴は、複数の推進手段を備えた水上移動体が所定の位置を維持するための水上移動体制御装置において、前記水上移動体に設置され、標的をそれぞれ異なる位置から撮像する複数のカメラと、該各カメラによって撮影された前記標的の画像に基づいて前記標的の軌跡を記録するトラッカと、該トラッカに記録された前記標的の軌跡に基づいて三角測定の原理により前記水上移動体の所定の位置からの移動量及び回転量を算出する算出手段と、該算出された所定の位置からの移動量及び回転量に基づいて前記各推進手段を作動させる制御手段とを備え、前記水上移動体が前記所定の位置を維持するようにしたことにある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記標的は、水上に位置する構造体に固定された反射マーカーであることにある。

本発明に係る水上移動体制御装置は、請求項１に記載の構成を具備することによって、桟橋下などのように電波が遮断される状況においても所定の位置（静止位置）を正確に特定し、かつ、その位置からの移動量及び回転量を正確に把握することができ、その情報に基づき推進手段を制御することによって、所定の位置に水上移動体を維持することができる。

また、本発明において、請求項２に記載の構成を具備することによって、標的を抽出し易くでき、より正確な制御が可能となる。

（ａ）本発明に係る水上移動体制御装置を備えた水上移動体の一例を示す平面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同底面図である。同上の制御装置の概略を示すブロック図である。同上の水上移動体の使用態様を示す側面図である。（ａ）は所定の位置における水上移動体の状態を示す概略平面図、（ｂ）は同所定の位置より移動した状態を示す概略平面図である。水上移動体制御装置の移動量を算出する原理を説明するための概略平面図であって、絶対座標系における水上移動体、カメラ及び標的の姿勢ベクトルを示す図である。同上のカメラを基準とした標的の姿勢ベクトルを示す図である。同上の移動に伴う姿勢ベクトルの変化を示す図である。

次に、本発明に係る水上移動体制御装置の実施態様を図１〜図７に示した実施例に基づいて説明する。図中符号１は水上移動体、符号２は水面、符号３は桟橋等の構造物である。

水上移動体１は、平面視円形状の船体４と、船底に取り付けられた複数の推進手段５，５…とを備え、制御装置によって各推進手段５，５…を制御することにより所定の位置を維持できるようになっている。尚、図中符号６は、推進手段５，５…及び制御装置用の電源である。

水上移動体１は、水上に安定した状態で浮かべられる平面視円形状に形成され、特に図示しないが、移動用の船外機を備え、自由に移動できるようになっている。

推進手段５，５…は、例えば、回転により推進力を発生させる推進用プロペラを備えたスラスタであって、船体４に対し時計回りの推進力を発生する一対のスラスタと、反時計回りの推進力を発生させる一対のスラスタとが互いに９０度位置を違えて配置されている。

各推進手段５は、制御装置によって回転、停止、出力が各々独立して制御されるようになっている。

制御装置は、水上移動体１に設置された複数のカメラ７ａ〜７ｃを有するカメラユニット７と、各カメラ７ａ〜７ｃによって撮影された標的８，８…の画像に基づいて標的８，８…の軌跡を記録するトラッカ９と、トラッカ９に記録された標的８，８…の軌跡に基づいて水上移動体１の所定の位置からの移動量及び回転量を算出する算出手段１０と、算出された所定の位置からの移動量及び回転量に基づいて各推進手段５，５…を作動させる制御手段１１とを備え、水上移動体１が所定の位置を維持するようにしている。

各カメラ７ａ〜７ｃは、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を備え、図１に示すように、等間隔に並べて配置され、レンズを船体４の一方に向けて船縁に固定され、標的８，８…をそれぞれ異なる位置から撮像するようになっている。

標的８，８…は、特に限定されないが、反射体を備える反射マーカーを使用してもよく、ＬＥＤ等の光源を備えたものを使用してもよい。尚、反射マーカーを使用する場合には、各カメラ７ａ〜７ｃに光軸に向けて照射するＬＥＤ等の光源を備えることが望ましい。

各標的８，８…は、桟橋等の構造物の所定に位置に設置され、船体４を所定の位置に移動させた際に、各カメラ７ａ〜７ｃと対となる配置に設置することが好ましい。

トラッカ９は、各カメラ７ａ〜７ｃが撮像した標的８，８…の画像を取り込み、その画像から抽出した各画像における標的８，８…の二次元位置座標を取得し、その二次元位置座標を随時記録するようになっている。

算出手段１０は、トラッカ９に記録された標的８，８…の軌跡、即ち、各カメラ７ａ〜７ｃにより撮像された標的８，８…の二次元位置座標を使用し、三角測定の原理に基づいて標的８，８…と船体４との相対位置関係の推移を算出し、水上移動体１の所定の位置からの移動量及び回転量を算出するようになっている。

制御手段１１は、算出手段１０によって算出された水上移動体１の所定の位置からの移動量及び回転量に基づいて、元の位置に維持されるように各推進手段５，５…を動作させる。

トラッカ９、算出手段１０及び制御手段１１は、ＣＰＵ等の演算素子と、メモリ等の記憶手段とを備えるコンピュータ機器１２によって構成され、プログラムを実行することによって、トラッキング、移動量・回転量の算出、推進手段５，５…の制御をおこなうようになっている。

この水上移動体１の制御は、図３に示すように、船外機によって桟橋等の構造物下に移動した後、桟橋を支持する鋼管杭３ａ等に標的８，８…を設置する。

次に、作業を行う所定の位置に移動するとともに、図４（ａ）に示すように、カメラ７ａ〜７ｃを標的８，８…側に向け、その位置において各カメラ７ａ〜７ｃによる撮像を開始し、トラッカ９によって各カメラ７ａ〜７ｃが撮像した標的８，８…の画像を随時取り込み、その画像から抽出した各画像における標的８，８…の二次元位置座標を取得し、その二次元位置座標を随時記録する。

水上移動体１は、波浪等の影響によって図４（ｂ）に示すように、移動及び回転すると、各カメラ７ａ〜７ｃによる標的８，８…の撮影位置も移動するので、算出手段１０は、トラッカ９に記録された標的８，８…の軌跡、即ち、各カメラ７ａ〜７ｃにより撮像された標的８，８…の二次元位置座標が変化するので、以下に詳述する原理に基づいて標的８，８…と船体４との相対位置関係の推移を算出し、水上移動体１の所定の位置からの移動量及び回転量を随時算出する。

水上移動体１が図５に示す位置（所定の位置）に移動した場合、絶対座標系における水上移動体１の姿勢ベクトルは、次式で表される。

一方、水上移動体１を基準としたカメラユニット７の姿勢ベクトルは、次式で表される。尚、この姿勢ベクトルは、水上移動体１に対しカメラユニット７が所定の箇所に固定されているので一定である。

さらに、カメラユニット７を基準とした標的８の姿勢ベクトルは、図６に示すように、次式で表される。

よって、絶対座標系における標的８の姿勢は、次式のベクトル方程式で表すことができる。

ここで、R(θ)は角度θだけ回転させる回転行列である。

尚、絶対座標系における標的８の姿勢ベクトルは、標的８が構造物３に固定されているので常に一定である。

以上を踏まえ、水上移動体１が所定の位置から移動した場合、そのカメラユニット７を基準とした標的８の姿勢ベクトルの変化は、

であり、このとき、絶対座標系における水上移動体１の姿勢ベクトルの変化は、

である。

よって、所定の位置の絶対座標系における標的８の姿勢ベクトルは、

となる。

また、移動後の絶対座標系における標的８の姿勢ベクトルは、

となる。

よって、水上移動体１が所定の位置から移動した場合、そのカメラユニット７を基準とした標的８の姿勢ベクトルの変化は、

となり、絶対座標系における標的８の姿勢は常に一定であるので、

となる。

ここで、不動の標的８に対し水上移動体１が回転すると、カメラ７a〜７ｃからは標的８が回転しているものと認識されるので、絶対座標系における水上移動体１の回転量とカメラユニット７に基づく標的８の回転量とは以下の関係となる。

また、所定の位置から見た移動後の水上移動体１の移動量は、絶対座標系における水上移動体１の移動量と以下の関係を有する。

従って、水上移動体１の移動量は、以下のようになり、カメラ７ａ〜７ｃからの情報のみに基づいて水上移動体１の所定の位置からの移動量を算出することができる。

そして、制御手段１１は、算出手段１０によって算出された水上移動体１の所定の位置からの移動量及び回転量が所定の範囲を超えると、その移動量及び回転量に基づいて、元の位置に維持されるように各推進手段５，５…を動作させる。

移動する毎に上記の過程を随時繰り返すことによって、水上移動体１は、常に所定の位置に復帰し、その位置が維持される。

尚、上述の実施例では、船体４として円形ボートを使用した例について説明したが、船体４の態様は、これに限定されず、一般的なボートや筏等であってもよい。

１水上移動体
２水面
３構造物（桟橋）
４船体
５推進手段（スラスタ）
６電源
７ａ〜７ｃカメラ
７カメラユニット
８標的
９トラッカ
１０算出手段
１１制御手段
１２コンピュータ機器

Claims

複数の推進手段を備えた水上移動体が所定の位置を維持するための水上移動体制御装置において、
前記水上移動体に設置され、標的をそれぞれ異なる位置から撮像する複数のカメラと、該各カメラによって撮影された前記標的の画像に基づいて前記標的の軌跡を記録するトラッカと、該トラッカに記録された前記標的の軌跡に基づいて三角測定の原理により前記水上移動体の所定の位置からの移動量及び回転量を算出する算出手段と、該算出された所定の位置からの移動量及び回転量に基づいて前記各推進手段を作動させる制御手段とを備え、
前記水上移動体が前記所定の位置を維持するようにしたことを特徴とする水上移動体制御装置。
前記標的は、水上に位置する構造体に固定された反射マーカーである請求項１に記載の水上移動体制御装置。