JP7053170B2 - 水中ロボット制御システム及び水中ロボット制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、水中ロボット制御システム及び水中ロボット制御方法に関する。

従来、遠隔操縦可能な水中ロボット（例えば、水中ドローンなど）が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５－２４６５７８号公報

水中の機械類（例えば、ポンプの部品など）の点検、水中探査などの様々な用途において、遠隔操縦可能な水中ロボット（例えば、水中ドローンなど）を使用することが考えられる。しかしながら、水中ロボット（例えば、水中ドローンなど）を使用する際、泥水のような不透明あるいは透明度の低い水、及び／または不透明な薬品類及び／または有色の生物類（藻、プランクトン等）の存在下で、水中（液中）の水中移動装置が陸上または水上にいる操縦者から目視できず、遠隔操縦が困難な場合があるという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、水中の水中ロボットが操縦者から目視できない場合であっても、遠隔操縦を容易にすることを可能とする水中ロボット制御システム及び水中ロボット制御方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る水中ロボット制御システムは、遠隔操縦式の水中ロボット制御システムであって、音波を発信可能であり且つ推進機構を有する水中ロボットと、前記水中ロボットが発信した音波を受信可能であり、前記音波を受信した受信時刻を送信可能であり且つ水面に浮かぶ三つ以上の通信ブイと、前記通信ブイそれぞれの位置を検出する位置検出手段と、前記通信ブイが送信した受信時刻を受信する通信部と、前記音波の発信時刻と各通信ブイが前記音波を受信した受信時刻との差、及び前記通信ブイそれぞれの位置を用いて、前記水中ロボットの位置を決定する位置決定部と、を備える。

この構成によれば、水中の水中ロボットが操縦者から目視できない場合であっても、操縦者は水中ロボットの位置を把握することができるので、遠隔操縦を容易にすることができる。

本発明の第２の態様に係る水中ロボット制御システムは、第１の態様に係る水中ロボット制御システムであって、前記位置決定部は、前記音波の発信時刻と前記通信ブイそれぞれが前記音波を受信した受信時刻との差を用いて、各通信ブイと水中ロボットとの間の距離を決定し、決定した距離と前記通信ブイそれぞれの位置に基づいて、前記水中ロボットの位置を決定する。

この構成によれば、水中の水中ロボットが操縦者から目視できない場合であっても、水中ロボットの位置を決定することができる。

本発明の第３の態様に係る水中ロボット制御システムは、第１または２の態様に係る水中ロボット制御システムであって、位置決定部は、前記水中ロボットを所定の距離だけ移動させて停止させ、停止後において、前記音波の発信時刻と各通信ブイが前記音波を受信した受信時刻との差、及び前記通信ブイそれぞれの位置を用いて、停止後の前記水中ロボットの位置を決定し、移動前と移動後の前記水中ロボットの位置を用いて、当該水中ロボットの方向を決定する。

この構成によれば、水中の水中ロボットが操縦者から目視できない場合であっても、水中ロボットの方向を決定することができる。

本発明の第４の態様に係る水中ロボット制御システムは、第３の態様に係る水中ロボット制御システムであって、前記水中ロボットは、水中で撮像可能であり、前記位置決定部は、前記水中ロボットの方向を用いて、前記水中ロボットを点検対象物に向けて方向転換させる。

この構成によれば、水中の水中ロボットが操縦者から目視できない場合であっても、水中ロボットを点検対象物に向けて移動させることができ、移動後に点検対象物を撮像した画像により点検対象物を点検することができる。

本発明の第５の態様に係る水中ロボット制御システムは、第１から４のいずれかの態様に係る水中ロボット制御システムであって、前記位置検出手段は、前記通信ブイそれぞれに設けられ且つ当該通信ブイの位置を測定する測位部である。

この構成によれば、通信ブイの位置を測定することができる。

本発明の第６の態様に係る水中ロボット制御システムは、遠隔操縦式の水中ロボット制御システムであって、水中に配置された点検対象物を撮像可能であり且つ推進機構を有する水中ロボットと、超音波を発信可能であり当該超音波の反射波を捕捉可能なソナーを有し且つ水面に浮かぶ通信ブイと、前記通信ブイの位置を検出する位置検出手段と、前記ソナーによる観測結果と前記通信ブイの位置とを用いて、前記水中ロボットの位置を決定する位置決定部と、を備える。

この構成によれば、水中の水中ロボットが操縦者から目視できない場合であっても、操縦者は水中ロボットの位置を把握することができるので、遠隔操縦を容易にすることができる。

本発明の第７の態様に係る水中ロボット制御システムは、第６の態様に係る水中ロボット制御システムであって、前記水中ロボットの位置と、前記水中ロボットから点検対象物までの軌道上の位置との差を最小にするよう前記水中ロボットを制御する制御部を更に備える。

この構成によれば、制御部は、この制御を継続することによって、目的地まで水中ロボットを誘導することができる。

本発明の第８の態様に係る水中ロボット制御システムは、第６または７の態様に係る水中ロボット制御システムであって、前記位置検出手段は、前記通信ブイそれぞれに設けられ且つ当該通信ブイの位置を測定する測位部である。

この構成によれば、通信ブイの位置を測定することができる。

本発明の第９の態様に係る水中ロボット制御システムは、遠隔操縦式の水中ロボット制御システムであって、水中に配置された点検対象物を撮像可能であり且つ推進機構を有する水中ロボットと、水に浮く通信ブイと、を備え、前記通信ブイは、水に浮く浮遊部材と、音波を発信し前記水中ロボットから反射された音波を受信可能な音波発信器と、当該音波発信器が受信した音波を用いて画像データを生成するプロセッサと、生成された画像データを含む画像信号を送信する通信部と、を有する。

この構成によれば、水中の水中ロボットが操縦者から目視できない場合であっても、操縦者は画像データから水中ロボットと点検対象物との位置関係を把握することができるので、遠隔操縦を容易にすることができる。

本発明の第１０の態様に係る水中ロボット制御システムは、第９の態様に係る水中ロボット制御システムであって、前記音波発信器は、複数の方向に音波を発信可能な合成開口ソナーである。

この構成によれば、一度に複数の方向のソナー画像を取得することができ、水中ロボットがどの方位にいても、水中ロボットのソナー画像を取得できる可能性を向上させることができる。

本発明の第１１の態様に係る水中ロボット制御システムは、第９の態様に係る水中ロボット制御システムであって、前記音波発信器は、一方向に音波を発信可能な合成開口ソナーであり、前記通信ブイは、前記合成開口ソナーを回転させる駆動部を備える。

この構成によれば、合成開口ソナーを回転して走査することができるので、複数の方向のソナー画像を取得することができるので、水中ロボットが水中のどの方向にいても、水中ロボットのソナー画像を取得することができる。

本発明の第１２の態様に係る水中ロボット制御システムは、第９の態様に係る水中ロボット制御システムであって、前記音波発信器は、トランスデューサであり、前記通信ブイは、前記トランスデューサを上下に移動させる駆動部を備える。

この構成によれば、トランスデューサを上下して走査することができるので、深さ方向にソナー画像を取得することができるので、水中ロボットが水中のどの深さにいても、水中ロボットのソナー画像を取得することができる。

本発明の第１３の態様に係る水中ロボット制御システムは、第９の態様に係る水中ロボット制御システムであって、前記音波発信器は、トランスデューサを略同一平面状に複数個並べたトランスデューサアレイである。

この構成によれば、トランスデューサアレイを走査することができるので、深さ方向に所定の範囲のソナー画像を一度に取得することができるので、水中ロボットが含まれるソナー画像を容易に取得することができる。

本発明の第１４の態様に係る水中ロボット制御システムは、遠隔操縦式の水中ロボット制御システムであって、超音波により水中映像撮影して画像データを生成する音響カメラと、前記画像データを送信する通信部とを有し且つ推進機構を有する水中ロボットと、表示装置と、前記画像データを受信し当該画像データを前記表示装置に表示させるコントローラと、を備え、前記コントローラは、操縦者による操作に従って前記水中ロボットを移動させるよう前記水中ロボットを制御する。

この構成によれば、操縦者が表示装置に表示される画像データを見ながら、水中ロボットを点検対象物に接近させることができる。

本発明の第１５の態様に係る水中ロボット制御方法は、遠隔操縦式の水中ロボット制御方法であって、水中ロボットが超音波により水中映像撮影して画像データを生成する工程と、前記水中ロボットが前記画像データを送信する工程と、コントローラが前記画像データを受信する工程と、前記コントローラが当該画像データを表示装置に表示させる工程と、前記コントローラは、操縦者による操作に従って前記水中ロボットを移動させるよう前記水中ロボットを制御する工程と、を有する。

この構成によれば、操縦者が表示装置に表示される画像データを見ながら、水中ロボットを点検対象物に接近させることができる。

本発明の第１６の態様に係る水中ロボット制御方法は、遠隔操縦式の水中ロボット制御方法であって、コントローラが、操縦者による操作に従って、水中ロボットを水面上を移動させる工程と、水中ロボットが前記点検対象物の近傍に移動した場合、前記コントローラが、操縦者による操作に従って、水中ロボットを水中に潜行させる工程と、前記水中ロボットが水中において前記点検対象物の点検部位を撮像する工程と、前記水中ロボットが前記撮像して生成された画像データを前記コントローラに送信する工程と、前記コントローラは、前記画像データを表示装置に表示させる工程と、を有する。

この構成によれば、操縦者が水中の水中ロボットを目視で確認できない場合であっても、水中にある点検部位まで移動させることができ当該点検部位を撮像して表示することができるので、点検部位を点検することができる。

本発明の一態様によれば、水中の水中ロボットが操縦者から目視できない場合であっても、操縦者は水中ロボットの位置を把握することができるので、遠隔操縦を容易にすることができる。

第１の実施形態に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る水中ロボット制御方法について説明するための図である。 第２の実施形態に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。 第２の実施形態に係る水中ロボット制御方法の流れの一例を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。 第３の実施形態に係る水中ロボット制御方法の流れの一例を示すフローチャートである。 第４の実施形態に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。 第４の実施形態に係る通信ブイの概略の機能構成を示すブロック図である。 ソナー画像の一例を示す概略図である。 第４の実施形態の変形例１に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。 第４の実施形態の変形例２に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。 第４の実施形態の変形例３に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。 第５の実施形態に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。 第５の実施形態に係る水中ロボット制御方法を説明するための模式図である。

以下、各実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書に添付する図面においては、図示の理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、水中ロボット制御システムＳ１は、水中を移動可能な水中ロボット１と、水中ロボット１を離れた場所（例えば、水上、陸上など）から操縦するためのコントローラ２と、水中ロボット１が撮像した映像を表示する表示装置３とを備える。ここで映像には、動画も静止画も含まれる。水中ロボット１は例えば水中ドローンである。以降の各実施形態では、水中ロボット１は一例として水中ドローンであるものとして以下説明する。

水中ロボット１は、カメラ１１と、推進機構１０と、プロセッサ１４と、通信部１５とを備える。ここで本実施形態に係る推進機構１０は一例として、プロペラ１２と、プロペラに連結された駆動部１３を備える。プロセッサ１４は、バスを介してカメラ１１、駆動部１３、通信部１５に接続されている。

カメラ１１は、水中において被写体を撮像し、画像データを生成する。カメラ１１は、被写体を撮像し画像データを生成するイメージセンサと、被写体からの光をイメージセンサに集光するレンズユニットとを有する。
駆動部１３は、プロペラ１２を回転させる。駆動部１３は例えばモータである。プロセッサ１４は、駆動部１３を制御してプロペラ１２の回転量及び／または回転方向を調節する。これにより、水中ロボット１は前進、後退が可能である。

通信部１５は、通信ケーブルＣＢを介してコントローラ２に接続されている。これにより、通信部１５は、コントローラ２と通信可能である。プロセッサ１４は、カメラによって得られた画像データを通信部１５からコントローラ２へ送信させる。なお、本実施携帯では一例として通信部１５及びコントローラ２の通信部２１は有線で通信するとして説明するが、これに限らず、無線（電波、光通信、超音波通信）であってもよい。

コントローラ２は、通信部２１と、操作部２２と、プロセッサ２３とを備える。プロセッサ２３は、バスを介して通信部２１と操作部２２に接続されている。
通信部２１は、水中ロボット１の通信部１５から送信された画像データを受信する。プロセッサ２３は、この画像データを表示装置３に表示する制御する。

操作部２２は、水中ロボット１を操縦するための操作を操縦者から受け付ける。操作部２２は例えば操縦桿である。
プロセッサ２３は、操作部２２が受け付けた操作に応じて、水中ロボット１を移動させるための制御信号を生成し、通信部２１から水中ロボット１へ制御信号を送信させる。これにより、水中ロボット１の通信部１５はこの制御信号を受信し、水中ロボット１のプロセッサ１４は、この制御信号に基づいて、水中ロボット１を移動するよう駆動部１３を制御する。

図２は、第１の実施形態に係る水中ロボット制御方法について説明するための図である。図２は、泥水のような不透明あるいは透明度の低い水、及び／または不透明な薬品類及び／または有色の生物類（藻、プランクトン等）の存在などの影響で、水中の水中ロボットが目視で確認できない場合に用いられる水中ロボット制御方法である。本実施形態では一例として吸込水槽が泥水で満たされており、点検部位に近接すれば光学撮影で点検部位を可視化できることを前提とする。このように、本実施形態における不透明とは、点検部位に近接すれば光学撮影で点検部位を可視化できる範囲の透明度を有することを意味する。

図２（Ａ）に示すように、ポンプの揚水管ＰＴへ向かって、水中ロボット１を水面上を移動させる。この際、水上を水中ロボット１が移動するので、操縦者は目視で水中ロボット１の位置を確認しながら、水中ロボット１を操縦することができる。図２（Ｂ）に示すように、操縦者は、水中ロボット１がポンプの揚水管ＰＴに近づいたと目視で確認した場合、図２（Ｃ）に示すように、操縦者による操作に従って、プロセッサ２３は、水中ロボット１をポンプの揚水管ＰＴに沿って、水中に潜行させるよう制御する。この潜行中は、水中ロボット１のカメラ１１によって撮像された揚水管Ｐの画像データが表示装置３に表示されるので、操縦者は、この画像データを見ながら、潜行させることにより、点検対象となる揚水管Ｐの点検部位まで水中ロボット１を移動させることができる。

そして、点検部位に到達した場合、水中ロボット１が水中においてポンプの点検部位を撮像する。そして、水中ロボット１が撮像して生成された画像データをコントローラ２に送信する。コントローラ２は、画像データを表示装置３に表示させる。

以上、第１の実施形態に係る遠隔操縦式の水中ロボット制御方法は、コントローラ２が、操縦者による操作に従って、水中ロボット１を水面上を移動させる工程を有する。更に、水中ロボット制御方法は、水中ロボット１がポンプの揚水管ＰＴの近傍に移動した場合、コントローラ２が、操縦者による操作に従って、水中ロボット１を水中に潜行させる工程を有する。水中ロボット１が水中において点検対象物（ここでは一例としてポンプの揚水管）の点検部位を撮像する工程と、水中ロボット１が撮像して生成された画像データをコントローラ２に送信する工程と、コントローラ２は、画像データを表示装置３に表示させる工程と、を有する。

この構成により、操縦者が水中の水中ロボット１を目視で確認できない場合であっても、水中にある点検部位まで移動させることができ当該点検部位を撮像することができるので、点検部位を点検することができる。

（第２の実施形態）
続いて、第２の実施形態について説明する。図３は、第２の実施形態に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。図３に示すように、第２の実施形態に係る水中ロボット制御システムＳ２は、水中で移動可能な水中ロボット１ｂと、水面に浮かぶ三つの通信ブイ４－１、４－２、４－３と、コントローラ２ｂと、表示装置３とを備える。

図４は、第２の実施形態に係る水中ロボット制御システムＳ２の概略構成を示すブロック図である。図４の第２の実施形態に係る水中ロボット制御システムＳ２は、図１の第１の実施形態に係る水中ロボット制御システムＳ１に比べて、水中ロボット１が水中ロボット１ｂに変更され、コントローラ２がコントローラ２ｂに変更されたものになっている。

本実施形態に係る水中ロボット１ｂは、音波を発信可能である。本実施形態に係る水中ロボット１ｂは、第１の実施形態に係る水中ロボット１に比べて、計時部１６と、音波送信部１７が追加された構成になっている。計時部１６と音波送信部１７とはバスを介してプロセッサ１４に接続されている。水中ロボット１ｂは、水中で撮像可能である。
計時部１６は、計時する。計時部１６における時刻は、通信ブイ４－１、４－２、４－３における時刻と予め同期が取られている。

音波送信部１７は、音波（Ｐｉｎｇ波）を発信する。例えば予め決められた時刻に、音波送信部１７は音波を発信する。

通信ブイ４－１、４－２、４－３は互いに同じ構成であるので、代表して通信ブイ４－１の構成について説明する。
通信ブイ４－１は、測位部４１、計時部４２、音波受信部４３、プロセッサ４４、通信部４５、及びアンテナ４６を備える。プロセッサ４４は、バスを介して他の要素と接続されている。
測位部４１は、通信ブイ４－１、４－２、４－３それぞれの位置を検出する位置検出手段の一例である。測位部４１は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）受信機であり、通信ブイ４－１に設けられ且つ当該通信ブイ４－１の位置を測定する。

計時部４２は、計時する。上述したように、計時部４２における時刻は、水中ロボット１ｂの計時部１６における時刻と予め動機が取られている。

音波受信部４３は、水中ロボット１ｂの音波送信部１７から送信された音波を受信する。音波受信部４３が音波を受信したときに、プロセッサ４４は、音波受信部４３が音波を受信した時刻（以下、受信時刻という）を計時部４２から取得する。
通信部４５は、無線により、アンテナ４６を介してコントローラ２ｂと通信可能である。プロセッサ４４は、取得した受信時刻と当該通信ブイ４－１の位置を通信部４５からコントローラ２ｂへ送信させる。

第２の実施形態に係るコントローラ２ｂは、第１の実施形態に係るコントローラ２と比べて、プロセッサ２３がプロセッサ２３ｂに変更され、アンテナ２４及び通信部２５が追加された構成になっている。

通信部２５は、アンテナ２４を介して、通信ブイ４－１～４－３が送信した受信時刻と通信ブイ４－１～４－３の位置を無線により受信する。
プロセッサ２３ｂは、プログラムを読み出して実行することにより位置決定部２３１として機能する。位置決定部２３１は、音波の発信時刻と各通信ブイ４－１～４－３が音波を受信した受信時刻との差、及び前記通信ブイ４－１～４－３それぞれの位置を用いて、水中ロボット１の位置を決定する。具体的には、位置決定部２３１は、音波の発信時刻と通信ブイ４－１～４－３それぞれが音波を受信した受信時刻との差を用いて、各通信ブイ４－１～４－３と水中ロボット１との間の距離を決定し、決定した距離と通信ブイ４－１～４－３それぞれの位置に基づいて、水中ロボット１の位置を決定する。

また、位置決定部２３１は、水中ロボット１を所定の距離だけ移動させて停止させ、停止後において、音波の発信時刻と各通信ブイ４－１～４－３が音波を受信した受信時刻との差、及び通信ブイ４－１～４－３それぞれの位置を用いて、停止後の水中ロボット１の位置を決定する。位置決定部２３１は、移動前と移動後の水中ロボット１の位置を用いて、当該水中ロボット１の方向を決定する。位置決定部は、当該水中ロボット１の方向を用いて、水中ロボット１を点検対象物（ここでは一例としてポンプの揚水管）に向けて方向転換させる。ここで、点検対象物は、点検、探査または目標の対象となる物である。

図５は、第２の実施形態に係る水中ロボット制御方法の流れの一例を示すフローチャートである。
（ステップＳ１０１）まず、水中ロボットが予め決められた時刻に音波を発信する。

（ステップＳ１０２）次に、通信ブイ４－１～４－３それぞれは、音波を受信する。

（ステップＳ１０３）次に、位置決定部２３１は、音波の発信時刻と通信ブイ４－１～４－３それぞれの受信時刻との差を用いて、各通信ブイ４－１～４－３と水中ロボット１との間の距離を決定する。

（ステップＳ１０４）次に、位置決定部２３１は、ステップＳ１０３で決定された距離と通信ブイ４－１～４－３それぞれの位置に基づいて、水中ロボット１の３次元空間上の位置を決定する。ここでステップＳ１０３で決定された三つの距離それぞれを半径とする三つの球の交点は二つになるが、交点のうち一つは空中になるので、もう一つの水中に存在する交点が水中ロボット１の３次元空間上の位置となる。

（ステップＳ１０５）次に、位置決定部２３１は、所定の距離だけ前進させた後の水中ロボット１の位置が決定されたか否か判定する。所定の距離だけ前進させた後の水中ロボット１の位置が決定された場合、ステップＳ１０７に処理が進む。

（ステップＳ１０６）ステップＳ１０５で、所定の距離だけ前進させた後の水中ロボット１の位置が決定されていない場合、位置決定部２３１は、深度を維持したまま、水中ロボットを所定に距離（例えば、１ｍ）だけ移動（例えば、前進または後退）させて停止させる。そして、ステップＳ１０２に戻って、移動後においてステップＳ１０２～Ｓ１０４の処理が実行され、移動後における水中ロボットの位置が決定される。

（ステップＳ１０７）ステップＳ１０５で所定の距離だけ前進させた後の水中ロボット１の位置が決定された場合、位置決定部２３１は、移動（例えば前進または後退）の前後の水中ロボット１の位置を用いて、水中ロボット１の方向を決定する。

（ステップＳ１０８）次に、位置決定部２３１は、ステップＳ１０７で決定された水中ロボット１の方向を用いて、水中ロボット１を点検対象物に向けて方向転換させる。

（ステップＳ１０９）次に、プロセッサ２３ｂは、水中ロボット１を設定距離だけ進ませる。

（ステップＳ１１０）次に、プロセッサ２３ｂは、水中ロボット１が点検対象物から所定の距離範囲内にあるか否か判定する。水中ロボット１が点検対象物（ここでは一例としてポンプの揚水管）から所定の距離範囲内にない場合、ステップＳ１０１に戻って処理が繰り返される。水中ロボット１が点検対象物から所定の距離範囲内にある場合、本フローチャートの処理が終了する。

以上、第２の実施形態に係る遠隔操縦式の水中ロボット制御システムＳ２は、音波を発信可能であり且つ推進機構を有する水中ロボット１を備える。更に水中ロボット制御システムＳ２は、水中ロボット１が発信した音波を受信可能であり、音波を受信した受信時刻を送信可能であり且つ水面に浮かぶ三つの通信ブイ４－１～４－３を備える。更に水中ロボット制御システムＳ２は、通信ブイ４－１～４－３それぞれの位置を検出する位置検出手段としての測位部４１を備える。更に水中ロボット制御システムＳ２は、通信ブイ４－１～４－３が送信した受信時刻を受信する通信部２５を備える。更に水中ロボット制御システムＳ２は、音波の発信時刻と各通信ブイ４－１～４－３が音波を受信した受信時刻との差、及び通信ブイそれぞれの位置を用いて、水中ロボット１の位置を決定する位置決定部２３１を備える。

この構成により、水中の水中ロボット１が操縦者から目視できない場合であっても、操縦者は水中ロボット１の位置を把握することができるので、遠隔操縦を容易にすることができる。

なお、第２の実施形態において、通信ブイは三つであると説明したが、この数に限ったものではなく、通信ブイは四つ以上あってもよい。
また、第２の実施形態では、位置検出手段の一例としての測位部４１が自通信ブイの位置を測定したが、これに限ったものではなく、位置検出手段は、通信ブイ４－１～４－３を撮像し、撮像して得られた画像データを画像処理して、通信ブイ４－１～４－３位置を特定してもよい。
また通信部２５、及び通信部４５は無線としたが、有線であってもよい。

（第３の実施形態）
続いて、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、第２の実施形態とは異なり、各通信ブイが備えるソナ－で、水中ロボット１の位置を測定する。これにより、ほぼリアルタイムで、水中ロボット１の位置を測定することができる。

図６は、第３の実施形態に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。図６に示すように、第３の実施形態に係る水中ロボット制御システムＳ３は、水中ロボット１と、水面に浮かぶ三つの通信ブイ４ｃ－１、４ｃ－２、４ｃ－３と、コントローラ２ｃと、表示装置３とを備える。

水中ロボット１は、水中に配置された被写体を撮像可能であり且つ推進機構を有する。本実施形態に係る水中ロボット１は、第１の実施形態に係る水中ロボット１の構成と同一であるので、その詳細な説明を省略する。通信ブイ４ｃ－１、４ｃ－２、４ｃ－３は互いに同一の構成であるので、代表して通信ブイ４ｃ－１の構成について説明する。

通信ブイ４ｃ－１は、図４の第２の実施形態に係る通信ブイ４－１と比べて、音波受信部４３が削除され、ソナー４７が追加された構成になっている。ソナー４７は、超音波を発信可能であり当該超音波の反射波を捕捉可能である。なお、位置検出手段の一例として、自通信ブイの位置を検出する測位部４１が有する。

本実施形態に係るコントローラ２ｃは、第２の実施形態に係るコントローラ２ｂと比べて、プロセッサ２３ｂがプロセッサ２３ｃに変更されたものになっている。プロセッサ２３ｃは、プログラムを読み出して実行することにより、位置決定部２３１ｂと制御部２３２として機能する。

位置決定部２３１ｂは、通信ブイ４ｃ－１が有するソナー４７による観測結果と通信ブイ４ｃ－１の位置とを用いて、水中ロボット１の位置を決定する。具体的には例えば、位置決定部２３１ｂは、超音波を発信してから水中ロボット１に反射して超音波が戻ってくるまでにかかる時間を用いて、当該超音波が戻ってくる方向を水中ロボット１の方向に決定し、当該距離、当該方向、及び前記通信ブイの位置を用いて、水中ロボット１の位置を決定してもよい。

なお、位置決定部２３１ｂは、通信ブイ４ｃ－２が有するソナー４７による観測結果と通信ブイ４ｃ－２の位置とを用いて、水中ロボット１の位置を決定してもよい。また、位置決定部２３１ｂは、通信ブイ４ｃ－３が有するソナー４７による観測結果と通信ブイ４ｃ－３の位置とを用いて、水中ロボット１の位置を決定してもよい。

制御部２３２は、水中ロボット１の位置と、水中ロボット１から点検対象物（ここでは一例としてポンプ）までの軌道上の位置との差を最小にするよう水中ロボット１を、フィードバック制御及び／またはフィードフォワード制御する。軌道上の位置は、例えば、軌道上において、現在の水中ロボット１の位置から設定された距離離れた位置であってもよい。これにより、制御部２３２は、この制御を継続することによって、目的地まで水中ロボット１を誘導する。

図７は、第３の実施形態に係る水中ロボット制御方法の流れの一例を示すフローチャートである。

（ステップＳ２０１）まず、通信ブイ４ｃ－１が有するソナー４７で水中ロボット１を観測する。

（ステップＳ２０２）次に、位置決定部２３１ｂは、通信ブイ４ｃ－１が有するソナー４７による観測結果と通信ブイ４ｃ－１の位置とを用いて、水中ロボット１の位置を決定する。

（ステップＳ２０３）次に、制御部２３２は、水中ロボット１の位置と、水中ロボット１から点検対象のポンプまでの軌道上の位置との差を最小にするよう水中ロボット１を制御する。

（ステップＳ２０４）次に、制御部２３２は、水中ロボット１が点検対象のポンプから所定の距離範囲内にあるか否か判定する。水中ロボット１が点検対象のポンプから所定の距離範囲内にない場合、ステップＳ２０１に戻って処理が継続される。水中ロボット１が点検対象のポンプから所定の距離範囲内にある場合、制御部２３２における制御を終了する。

以上、第３の実施形態に係る遠隔操縦式の水中ロボット制御システムＳ３は、水中に配置された点検対象物を撮像可能であり且つ推進機構を有する水中ロボット１と、超音波を発信可能であり当該超音波の反射波を捕捉可能なソナーを有し且つ水面に浮かぶ通信ブイ４ｃ－１～４ｃ－３と、通信ブイ４ｃ－１～４ｃ－３の位置を検出する位置検出手段としての測位部４１と、ソナー４７による観測結果と通信ブイ４ｃ－１～４ｃ－３の位置とを用いて、水中ロボット１の位置を決定する位置決定部と、を備える。

この構成により、水中の水中ロボット１が操縦者から目視できない場合であっても、操縦者は水中ロボット１の位置を把握することができるので、遠隔操縦を容易にすることができる。

なお、第３の実施形態において、通信ブイは三つであると説明したが、この数に限ったものではなく、通信ブイは一つまたは二つであってもよいし、四つ以上あってもよい。

（第４の実施形態）
続いて第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、通信ブイが複数の方向に向けて音波を発信可能な合成開口ソナーを有する。合成開口ソナーは、水中ロボット１と点検対象となるポンプの揚水管ＰＴとが含まれるソナー画像を取得する。このソナー画像が表示装置３に更新表示される。これにより、この画像を見ながら、操縦者は、水中ロボット１を点検対象となるポンプの揚水管ＰＴに誘導接近させることができる。

図８は、第４の実施形態に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。図８に示すように、水中ロボット制御システムＳ４は、水中ロボット１と、水中ロボット１を離れた場所（例えば、水上、陸上など）から操縦するためのコントローラ２と、表示装置３と、通信ブイ５と、を備える。表示装置３は、水中ロボット１が撮像した映像またはソナー画像を表示する。本実施形態に係る水中ロボット１、コントローラ２及び表示装置３は、第１の実施形態に係る構成と同一であるので、その詳細な説明を省略する。

通信ブイ５は、水に浮くことが可能な浮遊部材５１と、複数の方向に向けて音波を発信可能な合成開口ソナー５２とを有する。本実施形態では一例として、合成開口ソナー５２は、全方位のソナー画像を取得可能である。この構成により、複数の方向のソナー画像を取得することができるので、水中ロボット１が水中のどの方向にいても、水中ロボット１のソナー画像を取得することができる可能性を向上させることができる。ここで、この合成開口ソナー５２は、水中に配置可能なように浮遊部材５１に連結されており且つ音波を発信し水中ロボット１から反射された音波を受信可能な音波発信器の一例である。

図９は、第４の実施形態に係る通信ブイの概略の機能構成を示すブロック図である。図９に示すように、更に通信ブイ５は、プロセッサ５３、通信部５４、アンテナ５５を備える。プロセッサ５３は、プログラムを読み出して実行することにより、合成開口ソナー５２が受信した音波を用いて、ソナー画像の画像データを生成する。通信部５４は、生成された画像データを含む画像信号をアンテナ５５を介してコントローラ２へ送信する。これにより、コントローラ２は、この画像信号を受信し、当該ソナー画像を表示装置３に表示させる。この一連の処理が、例えば一定の間隔で繰り返されることによって、表示装置３に表示されるソナー画像が随時更新される。

図１０は、ソナー画像の一例を示す概略図である。図１０に示すように、ソナー画像ＩＭＧには、水中ロボット１を表すオブジェクトＯＢ１と、ポンプの揚水管ＰＴを表すオブジェクトＯＢ２が含まれる。これにより、随時更新されるソナー画像ＩＭＧを見ながら、水中ロボット１を、ポンプの揚水管ＰＴの誘導接近させることができる。

以上、第４の実施形態に係る遠隔操縦式の水中ロボット制御システムＳ４は、水中に配置された点検対象物を撮像可能であり且つ推進機構を有する水中ロボット１と、水に浮く通信ブイ５と、を備える。通信ブイ５は、水に浮く浮遊部材５１と、水中に配置可能なように当該浮遊部材５１に接続されており且つ音波を発信し水中ロボット１から反射された音波を受信可能な音波発信器の一例である合成開口ソナー５２と、当該合成開口ソナー５２が受信した音波を用いて画像データを生成するプロセッサ５３と、生成された画像データを含む画像信号を送信する通信部５４と、を有する。

この構成により、水中の水中ロボット１が操縦者から目視できない場合であっても、操縦者は画像データから水中ロボット１と点検対象物との位置関係を把握することができるので、遠隔操縦を容易にすることができる。

なお、コントローラ２は、生成されたソナー画像に基づいて、水中における構造体の３次元図を作成してもよい。また、事前に水中における構造体の３次元ＣＡＤ図がある場合には、コントローラ２は、その３次元ＣＡＤ図を用いて、ソナー画像に基づく構造体の３次元図を修正してもよい。

（第４の実施形態の変形例１）
続いて第４の実施形態の変形例１について説明する。変形例１では、一方向に音波を発信可能な合成開口ソナーを回転して走査する。図１１は、第４の実施形態の変形例１に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。図１１に示すように、第４の実施形態の変形例１に係る水中ロボット制御システムＳ４ｂは、図８の水中ロボット制御システムＳ４に比べて、通信ブイ５が通信ブイ５ｂに変更されたものになっている。通信ブイ５ｂは、図８の通信ブイ５と比べて、合成開口ソナー５２が、一方向に音波を発信可能な合成開口ソナー５６に変更され、合成開口ソナー５６を回転させる駆動部５７が追加された構成になっている。この合成開口ソナー５６は、水中に配置可能なように浮遊部材５１に駆動部５７を介して接続されている。

この構成により、合成開口ソナー５６を回転して走査することができるので、複数の方向のソナー画像を取得することができるので、水中ロボットが水中のどの方向にいても、水中ロボットのソナー画像を取得することができる。ここで合成開口ソナー５６は、音波を発信し水中ロボット１から反射された音波を受信可能な音波発信器の一例である。

（第４の実施形態の変形例２）
続いて第４の実施形態の変形例２について説明する。変形例２では、トランスデューサを上下して走査する。図１２は、第４の実施形態の変形例２に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。図１２に示すように、第４の実施形態の変形例２に係る水中ロボット制御システムＳ４ｃは、図８の水中ロボット制御システムＳ４に比べて、通信ブイ５が通信ブイ５ｃに変更されたものになっている。通信ブイ５ｃは、図８の通信ブイ５と比べて、合成開口ソナー５２が、トランスデューサ５８に変更され、トランスデューサ５８を上下に移動させる駆動部５７ｃが追加された構成になっている。このトランスデューサ５８は、水中に配置可能なように浮遊部材５１に駆動部５７ｃを介して接続されている。

この構成により、トランスデューサ５８を上下して走査することができるので、深さ方向にソナー画像を取得することができるので、水中ロボット１が水中のどの深さにいても、水中ロボット１のソナー画像を取得することができる。ここでトランスデューサ５８は、音波を発信し水中ロボット１から反射された音波を受信可能な音波発信器の一例である。

（第４の実施形態の変形例３）
続いて第４の実施形態の変形例３について説明する。変形例３では、トランスデューサを略同一平面状に複数個並べたトランスデューサアレイで走査する。図１３は、第４の実施形態の変形例３に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。図１３に示すように、第４の実施形態の変形例３に係る水中ロボット制御システムＳ４ｄは、図８の水中ロボット制御システムＳ４に比べて、通信ブイ５が通信ブイ５ｄに変更されたものになっている。通信ブイ５ｄは、図８の通信ブイ５と比べて、合成開口ソナー５２が、トランスデューサアレイ５９に変更された構成になっている。このトランスデューサアレイ５９は、トランスデューサを略同一平面状に複数個並べたものであり、水中に配置可能なように浮遊部材５１に接続されている。

この構成により、トランスデューサアレイ５９を走査することができるので、深さ方向に所定の範囲のソナー画像を一度に取得することができるので、水中ロボット１が含まれるソナー画像を容易に取得することができる。ここでトランスデューサアレイ５９は、音波を発信し水中ロボット１から反射された音波を受信可能な音波発信器の一例である。

（第５の実施形態）
続いて第５の実施形態について説明する。第５の実施形態に係る水中ロボット制御システムでは、水中ロボット自体が、超音波により水中映像撮影して画像データを生成する音響カメラを有しており、操縦者がこの画像データを見ながら、水中ロボットを点検対象物に接近させる。

図１４は、第５の実施形態に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。図１４に示すように、第５の実施形態に係る水中ロボット制御システムＳ５は、第１の実施形態に係る水中ロボット制御システムＳ１に比べて、水中ロボット１が水中ロボット１ｅに変更されたものになっている。
水中ロボット１ｅは、図１の水中ロボット１に比べて、音響カメラ１８が追加された構成になっており、音響カメラ１８は、超音波により水中映像撮影して画像データを生成する。プロセッサ１４は、この画像データを含む画像信号を通信部１５からケーブルＣＢを介してコントローラ２へ送信させる。これにより、コントローラ２の通信部２１は、画像信号を受信し、コントローラ２のプロセッサ２３は、この画像データを表示装置３に表示させる。この一連の処理が、例えば所定の間隔で行われることにより、画像データが更新表示される。

図１５は、第５の実施形態に係る水中ロボット制御システムの概略構成を示すブロック図である。図１５には、泥水の中を、超音波ＵＳを発信する水中ロボット１ｅが示されている。図１５に示すように、操縦者が表示装置３に随時更新表示される画像データを見ながら、水中ロボット１を点検対象となるポンプの揚水管ＰＴに接近させることができる。

以上、第５の実施形態に係る遠隔操縦式の水中ロボット制御システムＳ５は、超音波により水中映像撮影して画像データを生成する音響カメラ１８と、この画像データを送信する通信部１５とを有し且つ推進機構１０を有する水中ロボット１ｅと、表示装置３と、当該画像データを受信し当該画像データを前記表示装置３に表示させるコントローラ２と、を備える。コントローラ２は、操縦者による操作に従って水中ロボット１ｅを移動させるよう水中ロボット１ｅを制御する。

この構成により、操縦者が表示装置３に随時更新表示される画像データを見ながら、水中ロボット１を点検対象物（ここでは一例としてポンプの揚水管ＰＴ）に接近させることができる。

また、第５の実施形態に係る遠隔操縦式の水中ロボット制御方法において、水中ロボット１ｅが超音波により水中映像撮影して画像データを生成し、水中ロボット１ｅが前記画像データを送信する。その後、コントローラ２が前記画像データを受信し、コントローラ２が当該画像データを表示装置に表示させ、コントローラ２は、操縦者による操作に従って前記水中ロボットを移動させるよう前記水中ロボットを制御する。

この構成により、操縦者が表示装置３に随時更新表示される画像データを見ながら、水中ロボット１を点検対象物（ここでは一例としてポンプの揚水管ＰＴ）に接近させることができる。

なお、本実施形態に係る水中ロボット１ｅは、更にソナーを備えていてもよい。

以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１、１ｂ 水中ロボット
１０ 推進機構
１１ カメラ
１２ プロペラ
１３ 駆動部
１４ プロセッサ
１５ 通信部
１６ 計時部
１７ 音波送信部
２ コントローラ
２１ 通信部
２２ 操作部
２３ プロセッサ
２３１、２３１ｂ 位置決定部
２３２ 制御部
２３ｂ、２３ｃ プロセッサ
２４ アンテナ
２５ 通信部
２ｂ、２ｃ コントローラ
３ 表示装置
４、４ｃ 通信ブイ
４１ 測位部
４２ 計時部
４３ 音波受信部
４４ プロセッサ
４５ 通信部
４６ アンテナ
４７ ソナー
５、５ｂ、５ｃ、５ｄ 通信ブイ
５１ 浮遊部材
５２、５６ 合成開口ソナー
５３ プロセッサ
５４ 通信部
５５ アンテナ
５７、５７ｃ 駆動部
５８ トランスデューサ
５９ トランスデューサアレイ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ４ｂ、Ｓ４ｃ、Ｓ４ｄ、Ｓ５ 水中ロボット制御システム

Claims (5)

1. 遠隔操縦式で点検対象物観測用の水中ロボットを制御する水中ロボット制御システムであって、
   音波を発信可能であり且つ推進機構を有する水中ロボットと、
   前記水中ロボットが発信した音波を受信可能であり、前記音波を受信した受信時刻を送信可能であり且つ水面に浮かぶ三つ以上の通信ブイと、
   前記通信ブイそれぞれの位置を検出する位置検出手段と、
   前記通信ブイが送信した受信時刻を受信する通信部と、
   前記音波の発信時刻と各通信ブイが前記音波を受信した受信時刻との差、及び前記通信ブイそれぞれの位置を用いて、前記水中ロボットの３次元空間上の位置を決定する位置決定部と、
   を備える水中ロボット制御システム。
2. 前記位置決定部は、前記音波の発信時刻と前記通信ブイそれぞれが前記音波を受信した受信時刻との差を用いて、各通信ブイと水中ロボットとの間の距離を決定し、決定した距離と前記通信ブイそれぞれの位置に基づいて、前記水中ロボットの位置を決定する
   請求項１に記載の水中ロボット制御システム。
3. 前記位置決定部は、
   前記水中ロボットを所定の距離だけ移動させて停止させ、
   停止後において、前記音波の発信時刻と各通信ブイが前記音波を受信した受信時刻との差、及び前記通信ブイそれぞれの位置を用いて、停止後の前記水中ロボットの位置を決定し、
   移動前と移動後の前記水中ロボットの位置を用いて、当該水中ロボットの方向を決定する
   請求項１または２に記載の水中ロボット制御システム。
4. 前記水中ロボットは、水中で撮像可能であり、
   前記位置決定部は、前記水中ロボットの方向を用いて、前記水中ロボットを点検対象物に向けて方向転換させる
   請求項３に記載の水中ロボット制御システム。
5. 前記位置検出手段は、前記通信ブイそれぞれに設けられ且つ当該通信ブイの位置を測定する測位部である
   請求項１から４のいずれか一項に記載の水中ロボット制御システム。

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