JP7441740B2 - Underwater vehicle, underwater navigation system, control method for underwater vehicle, and program - Google Patents

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特許法第30条第2項適用 Sensors and Materials,Vol.31,No.12(2019)4223-4230 MYU Tokyo Concept of Autonomous Underwater Vehicle Docking Using 3D Imaging Sonar 発行日 令和1年12月26日Application of Article 30, Paragraph 2 of the Patent Act Sensors and Materials, Vol. 31, No. 12 (2019) 4223-4230 MYU Tokyo Concept of Autonomous Underwater Vehicle Docking Using 3D Imaging Sonar Publication date December 26, 2021

本発明は、水中航行体、水中航行システム、水中航行体の制御方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to an underwater vehicle, an underwater navigation system, a method for controlling an underwater vehicle, and a program.

自律航行する水中航行体は、内部電源からの電力で水中を航行する。このような水中航行体は、従来、母船に揚収して充電されていたが、揚収や水中への再投入の作業負荷が高いため、水中で充電されることが望まれている。特許文献1には、水中に配置した充電ステーションに水中航行体をアプローチさせて非接触充電を行う充電システムが記載されている。 An autonomous underwater vehicle navigates underwater using electric power from an internal power source. Conventionally, such underwater vehicles have been recharged by being lifted up and retrieved from a mother ship, but since the workload of lifting up, loading and reintroducing them into the water is high, it is desired that they be charged underwater. Patent Document 1 describes a charging system that performs contactless charging by causing an underwater vehicle to approach a charging station placed underwater.

国際公開第2019/045103号公報International Publication No. 2019/045103

しかし、特許文献1の充電システムによると、光受信器、光送信器など、アプローチ専用のセンサを複数設ける必要があり、搭載するセンサの数が多くなってしまう。また、特許文献1の充電システムによると、水中航行体の先端部に、光受信器などの機器を取り付ける必要があり、このような機器によって流体抵抗が増加するおそれもある。また、充電以外の用途で、水中航行体が他の物体にアプローチする場合にも、同様の懸念がある。従って、自律航行する水中航行体を、他の物体に適切にアプローチさせる技術が求められている。 However, according to the charging system of Patent Document 1, it is necessary to provide a plurality of sensors dedicated to approach, such as an optical receiver and an optical transmitter, and the number of sensors to be mounted increases. Further, according to the charging system of Patent Document 1, it is necessary to attach equipment such as an optical receiver to the tip of the underwater vehicle, and such equipment may increase fluid resistance. Similar concerns arise when an underwater vehicle approaches another object for purposes other than charging. Therefore, there is a need for technology that allows autonomous underwater vehicles to approach other objects appropriately.

本開示は、上述した課題を解決するものであり、自律航行する水中航行体を、他の物体に適切にアプローチさせることが可能な水中航行体、水中航行システム、水中航行体の制御方法、及びプログラムを提供することを目的とする。 The present disclosure solves the above-mentioned problems, and provides an underwater vehicle, an underwater navigation system, a method for controlling an underwater vehicle, and an underwater navigation system that allows an autonomous underwater vehicle to appropriately approach another object. The purpose is to provide programs.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る水中航行体は、自律航行する水中航行体であって、対象物に向けて音波を出力し、前記対象物からの前記音波の反射波を受信する三次元アクティブソーナーと、前記三次元アクティブソーナーが受信した前記反射波に基づき、前記対象物の位置及び向きの情報を取得する位置情報取得部と、前記対象物の位置及び向きの情報に基づいて前記対象物にアプローチするアプローチ経路を生成する経路生成部と、前記アプローチ経路に従って前記水中航行体を航行させる移動制御部と、を含む。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the purpose, an underwater vehicle according to the present disclosure is an underwater vehicle that autonomously navigates, outputs sound waves toward a target object, and absorbs the sound waves from the target object. a three-dimensional active sonar that receives reflected waves; a position information acquisition unit that acquires information on the position and orientation of the object based on the reflected waves received by the three-dimensional active sonar; The underwater vehicle includes a route generation unit that generates an approach route to approach the object based on orientation information, and a movement control unit that causes the underwater vehicle to navigate according to the approach route.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る水中航行システムは、前記水中航行体と、動力によって移動可能な前記対象物である水中装置と、を備える。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objective, an underwater navigation system according to the present disclosure includes the underwater vehicle and an underwater device that is the object movable by power.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る水中航行体の制御方法は、対象物に向けて音波を出力し、前記対象物からの前記音波の反射波を受信する三次元アクティブソーナーを備える自律航行する水中航行体の制御方法であって、前記三次元アクティブソーナーが受信した前記反射波に基づき、前記対象物の位置及び向きの情報を取得するステップと、前記対象物の位置及び向きの情報に基づいて前記対象物にアプローチするアプローチ経路を生成するステップと、前記アプローチ経路に従って前記水中航行体を航行させるステップと、を含む。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objective, a method for controlling an underwater vehicle according to the present disclosure includes a tertiary control method that outputs a sound wave toward a target object and receives a reflected wave of the sound wave from the target object. A method for controlling an autonomously navigating underwater vehicle equipped with an active sonar, the method comprising: acquiring information on the position and orientation of the object based on the reflected waves received by the three-dimensional active sonar; The method includes the steps of: generating an approach route for approaching the object based on information on the position and orientation of the object; and navigating the underwater vehicle according to the approach route.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係るプログラムは、対象物に向けて音波を出力し、前記対象物からの前記音波の反射波を受信する三次元アクティブソーナーを備える自律航行する水中航行体の制御方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、前記三次元アクティブソーナーが受信した前記反射波に基づき、前記対象物の位置及び向きの情報を取得するステップと、前記対象物の位置及び向きの情報に基づいて前記対象物にアプローチするアプローチ経路を生成するステップと、前記アプローチ経路に従って前記水中航行体を航行させるステップと、を、コンピュータに実行させる。 In order to solve the above problems and achieve the objectives, a program according to the present disclosure includes a three-dimensional active sonar that outputs sound waves toward a target object and receives reflected waves of the sound waves from the target object. A program for causing a computer to execute a method for controlling an autonomously navigating underwater vehicle, the program comprising: acquiring information on the position and orientation of the object based on the reflected waves received by the three-dimensional active sonar; A computer is caused to execute the steps of generating an approach route to approach the object based on information on the position and orientation of the object, and causing the underwater vehicle to navigate according to the approach route.

本開示によれば、自律航行する水中航行体を、他の物体に適切にアプローチさせることができる。 According to the present disclosure, an autonomous underwater vehicle can be caused to appropriately approach another object.

図1は、第1実施形態に係る水中航行システムの模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an underwater navigation system according to a first embodiment. 図2は、第1実施形態に係る母船の制御装置の模式的なブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram of the mother ship control device according to the first embodiment. 図3は、第1実施形態に係る水中装置の制御装置の模式的なブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram of a control device for an underwater device according to the first embodiment. 図4は、第1実施形態に係る水中航行体の制御装置の模式的なブロック図である。FIG. 4 is a schematic block diagram of a control device for an underwater vehicle according to the first embodiment. 図5は、水中航行体が会合予定領域から待ち受け位置に向けて移動する例を説明する模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example in which an underwater vehicle moves from a scheduled meeting area to a standby position. 図6は、中間アプローチ経路に従った航行を説明する模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating navigation along the intermediate approach route. 図7Aは、アプローチ経路に従った航行を説明する模式図である。FIG. 7A is a schematic diagram illustrating navigation along an approach route. 図7Bは、アプローチ経路に従った航行を説明する模式図である。FIG. 7B is a schematic diagram illustrating navigation along the approach route. 図8は、水中航行体がドッキング位置に到達した場合を説明する模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a case where the underwater vehicle reaches the docking position. 図9は、ドッキングした場合を説明する模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a docked case. 図10は、水中航行体と水中装置との動作フローを説明するフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart illustrating the operation flow of the underwater vehicle and the underwater device. 図11は、第2実施形態に係る水中航行システムの模式図である。FIG. 11 is a schematic diagram of an underwater navigation system according to the second embodiment. 図12は、第2実施形態に係る水中装置の制御装置の模式的なブロック図である。FIG. 12 is a schematic block diagram of a control device for an underwater device according to a second embodiment. 図13は、第2実施形態に係る水中航行体と水中装置との動作フローを説明するフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart illustrating the operation flow of the underwater vehicle and the underwater device according to the second embodiment.

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the present invention is not limited to this embodiment, and if there are multiple embodiments, the present invention may be configured by combining each embodiment.

(第1実施形態)
(水中航行システム)
図1は、第1実施形態に係る水中航行システムの模式図である。図1に示すように、第1実施形態に係る水中航行システム1は、母船10と、水中装置12と、水中航行体14とを含む。水中航行体14は、水中Oを自力で航行する装置であり、例えばAUV(Autonomous Underwater Vehicle)などである。すなわち、水中航行体14は、運転者に運転されることなく、水中Oを自律航行する装置である。水中航行システム1は、母船10及び水中装置12によって、水中航行体14の航行を補助する。具体的には、水中航行システム1は、水中航行体14が水中装置12にアプローチすることを補助する。
(First embodiment)
(Underwater navigation system)
FIG. 1 is a schematic diagram of an underwater navigation system according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the underwater navigation system 1 according to the first embodiment includes a mother ship 10, an underwater device 12, and an underwater vehicle 14. The underwater vehicle 14 is a device that navigates underwater O by itself, and is, for example, an AUV (Autonomous Underwater Vehicle). That is, the underwater vehicle 14 is a device that autonomously navigates underwater O without being driven by a driver. The underwater navigation system 1 uses a mother ship 10 and an underwater device 12 to assist the navigation of an underwater vehicle 14 . Specifically, the underwater navigation system 1 assists the underwater vehicle 14 in approaching the underwater device 12 .

(母船)
母船10は、水上を航行する船舶である。母船10は、音響測位装置20と、制御装置22とを備える。音響測位装置20は、音波(音響信号)を出力する送信装置と、音波を受信する受信装置とを備える。音響測位装置20は、送信装置から水中Oに音波を出力して、その音波を受信した水中Oの対象物のトランスポンダーによって出力された音波を、受信装置で受信することで、対象物の位置を検出する装置である。音響測位装置20は、例えば母船10の船底に設けられることが好ましい。
(mother ship)
The mother ship 10 is a ship that sails on water. The mother ship 10 includes an acoustic positioning device 20 and a control device 22. The acoustic positioning device 20 includes a transmitting device that outputs sound waves (acoustic signals) and a receiving device that receives the sound waves. The acoustic positioning device 20 outputs a sound wave from a transmitting device to the underwater O, and receives the sound wave output by a transponder of the object in the underwater O, which receives the sound wave, with a receiving device, thereby determining the position of the object. It is a device for detecting. It is preferable that the acoustic positioning device 20 is provided at the bottom of the mother ship 10, for example.

図2は、第1実施形態に係る母船の制御装置の模式的なブロック図である。制御装置22は、コンピュータであり、図2に示すように、制御部24と記憶部26と通信部28とを含む。記憶部26は、制御部24の演算内容やプログラムなどの各種情報を記憶するメモリであり、例えば、RAM(Random Access Memory)と、ROM(Read Only Memory)のような主記憶装置と、HDD(Hard Disk Drive)などの外部記憶装置とのうち、少なくとも1つ含む。通信部28は、信号を送受信して、水中航行体14などの外部の装置と通信可能な通信モジュールである。通信部28は、例えば水中音響通信装置を含んでよい。 FIG. 2 is a schematic block diagram of the mother ship control device according to the first embodiment. The control device 22 is a computer, and includes a control section 24, a storage section 26, and a communication section 28, as shown in FIG. The storage unit 26 is a memory that stores various information such as calculation contents and programs of the control unit 24, and includes, for example, a main storage device such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), and an HDD ( At least one external storage device such as a hard disk drive. The communication unit 28 is a communication module that can communicate with external devices such as the underwater vehicle 14 by transmitting and receiving signals. The communication unit 28 may include, for example, an underwater acoustic communication device.

制御部24は、演算装置、すなわちCPU(Central Processing Unit)である。制御部24は、ROV制御部30と、位置検出部32と、広域経路生成部34とを含む。ROV制御部30は、水中装置12を制御し、位置検出部32は、音響測位装置20を制御して水中航行体14の位置を検出し、広域経路生成部34は、水中航行体14の広域経路RW(後述)を生成する。制御部24は、記憶部26からプログラム(ソフトウェア)を読み出して実行することでROV制御部30、位置検出部32、及び広域経路生成部34を実現して、それらの処理を実行する。なお、制御部24は、1つのCPUによって処理を実行してもよいし、複数のCPUを備えて、それらの複数のCPUで、処理を実行してもよい。また、ROV制御部30、位置検出部32、及び広域経路生成部34の少なくとも1つを、ハードウェア回路で実現してもよい。ROV制御部30、位置検出部32、及び広域経路生成部34の具体的な処理内容は後述する。 The control unit 24 is a calculation device, that is, a CPU (Central Processing Unit). The control unit 24 includes an ROV control unit 30, a position detection unit 32, and a wide area route generation unit 34. The ROV control unit 30 controls the underwater device 12 , the position detection unit 32 controls the acoustic positioning device 20 to detect the position of the underwater vehicle 14 , and the wide-area route generation unit 34 controls the underwater device 14 . A route RW (described later) is generated. The control unit 24 realizes the ROV control unit 30, the position detection unit 32, and the wide area route generation unit 34 by reading and executing programs (software) from the storage unit 26, and executes their processing. Note that the control unit 24 may execute the process using one CPU, or may include a plurality of CPUs and execute the process using the plurality of CPUs. Further, at least one of the ROV control section 30, the position detection section 32, and the wide area route generation section 34 may be realized by a hardware circuit. The specific processing contents of the ROV control section 30, position detection section 32, and wide area route generation section 34 will be described later.

(水中装置)
図1に示すように、対象物としての水中装置12は、水中Oで動力により移動可能な装置である。本実施形態に係る水中装置12は、母船10によって動作制御される装置である。すなわち、水中装置12は、自律航行可能な水中航行体14とは異なり、遠隔制御されることで動作する装置であり、例えばROV(Remotely Operated Vehicle)である。水中装置12は、配線Wによって母船10と接続されて、配線Wで信号の送受信を行うことで、母船10から制御される。水中装置12は、蓄電池などの電源を備えて、電源からの電力により動作してもよいし、電源を備えず、配線Wを介して母船10から電力供給されてもよい。また、水中装置12は、母船10から動作制御されることに限られず、水中航行体14と同様に自律航行など自律動作するものであってもよい。
(Underwater device)
As shown in FIG. 1, an underwater device 12 as a target object is a device that can be moved underwater by power. The underwater device 12 according to this embodiment is a device whose operation is controlled by the mother ship 10. That is, unlike the underwater vehicle 14 that can autonomously navigate, the underwater device 12 is a device that operates under remote control, such as an ROV (Remotely Operated Vehicle). The underwater device 12 is connected to the mother ship 10 through a wiring W, and is controlled by the mother ship 10 by transmitting and receiving signals through the wiring W. The underwater device 12 may be provided with a power source such as a storage battery and operated by power from the power source, or may not be provided with a power source and may be supplied with power from the mother ship 10 via the wiring W. Further, the underwater device 12 is not limited to being operationally controlled by the mother ship 10, and may operate autonomously, such as autonomous navigation, like the underwater vehicle 14.

水中装置12は、ケーシング40と、反射体42と、トランスポンダー44と、保持機構46と、給電部48と、駆動装置52と、制御装置54とを備える。ケーシング40は、水中装置12の各部を保持する部材である。本実施形態では、ケーシング40は、枠状の部材であるが、枠状に限られずその形状は任意である。反射体42は、ケーシング40に取り付けられる。本実施形態では、反射体42は、ケーシング40の前面に設けられているが、設けられる位置は任意であってよい。反射体42は、音波を反射可能な音響反射体である。反射体42は、音波を反射可能であれば、材質は任意であってよい。反射体42は、本実施形態では板状の部材であり、一方の表面から他方の表面までを貫通する開口42Aが複数形成されている。このように開口42Aが形成されることで、水中装置12の流体抵抗を低減できる。 The underwater device 12 includes a casing 40, a reflector 42, a transponder 44, a holding mechanism 46, a power supply section 48, a drive device 52, and a control device 54. The casing 40 is a member that holds each part of the underwater device 12. In this embodiment, the casing 40 is a frame-shaped member, but the shape is not limited to the frame shape and can have any shape. A reflector 42 is attached to the casing 40. In this embodiment, the reflector 42 is provided on the front surface of the casing 40, but the reflector 42 may be provided at any position. The reflector 42 is an acoustic reflector that can reflect sound waves. The reflector 42 may be made of any material as long as it can reflect sound waves. The reflector 42 is a plate-shaped member in this embodiment, and has a plurality of openings 42A penetrating from one surface to the other surface. By forming the opening 42A in this manner, fluid resistance of the underwater device 12 can be reduced.

トランスポンダー44は、母船10の音響測位装置20からの音波を受信したら、音響測位装置20に向けて音波を出力する装置である。保持機構46は、水中航行体14を捕獲して保持する機構である。給電部48は、水中航行体14に電力を供給する機構である。保持機構46や給電部48については後述する。駆動装置52は、水中装置12を水中航行させる機構である。駆動装置52は、配線Wから電力供給を受けつつ、制御装置54に制御されることで作動して、水中装置12を航行させる。 The transponder 44 is a device that outputs a sound wave toward the acoustic positioning device 20 upon receiving the sound wave from the acoustic positioning device 20 of the mother ship 10 . The holding mechanism 46 is a mechanism that captures and holds the underwater vehicle 14. The power supply unit 48 is a mechanism that supplies power to the underwater vehicle 14. The holding mechanism 46 and the power supply section 48 will be described later. The drive device 52 is a mechanism that allows the underwater device 12 to navigate underwater. The drive device 52 operates under the control of the control device 54 while receiving power supply from the wiring W, and causes the underwater device 12 to navigate.

図3は、第1実施形態に係る水中装置の制御装置の模式的なブロック図である。制御装置54は、コンピュータであり、図3に示すように、制御部60と記憶部62とを含む。記憶部62は、制御部60の演算内容やプログラムなどの各種情報を記憶するメモリであり、例えば、RAMと、ROMのような主記憶装置と、HDDなどの外部記憶装置とのうち、少なくとも1つ含む。 FIG. 3 is a schematic block diagram of a control device for an underwater device according to the first embodiment. The control device 54 is a computer, and includes a control section 60 and a storage section 62, as shown in FIG. The storage unit 62 is a memory that stores various information such as calculation contents and programs of the control unit 60, and includes at least one of a RAM, a main storage device such as a ROM, and an external storage device such as an HDD. Including one.

制御部60は、演算装置、すなわちCPUである。制御部60は、移動制御部70と、保持制御部74と、給電制御部76とを含む。移動制御部70は、駆動装置52に駆動指令を出力して駆動装置52を制御して、水中装置12を航行させる。保持制御部74は、保持機構46を制御する。給電制御部76は、給電部48による給電を制御する。移動制御部70、保持制御部74、及び給電制御部76は、母船10のROV制御部30からの指令(信号)を受けて、すなわちROV制御部30に制御されることで、処理を実行してよい。制御部60は、記憶部62からプログラム(ソフトウェア)を読み出して実行することで移動制御部70、保持制御部74、及び給電制御部76を実現して、それらの処理を実行する。なお、制御部60は、1つのCPUによって処理を実行してもよいし、複数のCPUを備えて、それらの複数のCPUで、処理を実行してもよい。また、移動制御部70、保持制御部74、及び給電制御部76の少なくとも1つを、ハードウェア回路で実現してもよい。移動制御部70、保持制御部74、及び給電制御部76の具体的な処理内容は後述する。 The control unit 60 is a calculation device, that is, a CPU. The control unit 60 includes a movement control unit 70, a holding control unit 74, and a power supply control unit 76. The movement control unit 70 outputs a drive command to the drive device 52, controls the drive device 52, and causes the underwater device 12 to navigate. The holding control section 74 controls the holding mechanism 46. The power supply control unit 76 controls power supply by the power supply unit 48 . The movement control unit 70, the holding control unit 74, and the power supply control unit 76 execute processing by receiving commands (signals) from the ROV control unit 30 of the mother ship 10, that is, by being controlled by the ROV control unit 30. It's fine. The control unit 60 implements a movement control unit 70, a holding control unit 74, and a power supply control unit 76 by reading and executing a program (software) from the storage unit 62, and executes their processing. Note that the control unit 60 may execute the process using one CPU, or may include a plurality of CPUs and execute the process using the plurality of CPUs. Further, at least one of the movement control section 70, the holding control section 74, and the power supply control section 76 may be realized by a hardware circuit. The specific processing contents of the movement control section 70, the holding control section 74, and the power supply control section 76 will be described later.

このように、本実施形態に係る水中装置12は、給電部48を備えることで水中航行体14を水中で充電する充電ステーションであるが、充電ステーションであることに限られない。 As described above, the underwater device 12 according to the present embodiment is a charging station that charges the underwater vehicle 14 underwater by including the power supply section 48, but is not limited to being a charging station.

(水中航行体)
図1に示すように、水中航行体14は、ケーシング80と、三次元アクティブソーナー82と、トランスポンダー84と、被保持機構86と、受電部88と、電源90と、駆動装置92と、制御装置94とを備える。ケーシング80は、水中航行体14の各機構を保持したり収納したりする部材である。三次元アクティブソーナー82は、対象物に向けて音波を出力し、対象物からの音波の反射波を受信することで、対象物の三次元形状を検出可能なセンサである。例えば、三次元アクティブソーナー82は、音波を発信する送信音響素子と、マトリクス状に(縦横の平面アレイ状に)並ぶ複数のセンサ(受信音響素子)を備える。送信音響素子は、ほぼ無指向性の音波を幅広く出力し、その音波の反射波を、それぞれのセンサが受信する。そして、例えば後述の位置情報取得部116が、それそれのセンサが受信した反射波から、異なる指向角で狭い指向性を有する複数の受信ビーム(受信信号)を形成して、それらの受信ビームの距離情報と受信ビームの指向角とから、対象物の三次元形状の検出が可能となる。ただし、三次元アクティブソーナー82の構成はこれに限られず任意であり、例えば、複数の送信音響素子と複数の受信音響素子とを備えたクロスファン方式であってもよい。三次元アクティブソーナー82は、例えばケーシング80の先頭部に設けられているが、設けられる位置はそれに限られず任意である。
(Underwater vehicle)
As shown in FIG. 1, the underwater vehicle 14 includes a casing 80, a three-dimensional active sonar 82, a transponder 84, a held mechanism 86, a power receiving section 88, a power source 90, a drive device 92, and a control device. 94. The casing 80 is a member that holds and houses each mechanism of the underwater vehicle 14. The three-dimensional active sonar 82 is a sensor that can detect the three-dimensional shape of an object by outputting sound waves toward the object and receiving reflected waves of the sound waves from the object. For example, the three-dimensional active sonar 82 includes a transmitting acoustic element that emits sound waves and a plurality of sensors (receiving acoustic elements) arranged in a matrix (in a horizontal and vertical plane array). The transmitting acoustic element outputs substantially omnidirectional sound waves over a wide range, and each sensor receives reflected waves of the sound waves. Then, for example, the position information acquisition unit 116 (to be described later) forms a plurality of receiving beams (receiving signals) having narrow directivities at different directivity angles from the reflected waves received by the respective sensors. The three-dimensional shape of the object can be detected from the distance information and the directivity angle of the received beam. However, the configuration of the three-dimensional active sonar 82 is not limited to this, and may be arbitrary, for example, a cross-fan type including a plurality of transmitting acoustic elements and a plurality of receiving acoustic elements. The three-dimensional active sonar 82 is provided, for example, at the top of the casing 80, but the location is not limited thereto and may be provided at any location.

トランスポンダー84は、母船10の音響測位装置20からの音波を受信したら、音響測位装置20に向けて音波を出力する装置である。被保持機構86は、水中装置12の保持機構46に保持される機構、すなわち保持機構46とのインターフェイス部分である。受電部88は、水中装置12の給電部48から電力の供給を受ける機構である。電源90は、例えば蓄電池であり、水中航行体14の各部に電力を供給する。駆動装置92は、水中航行体14を水中航行させる機構である。例えば、駆動装置92は、スラスタなどである。駆動装置92は、電源90から電力供給を受けつつ、制御装置94に制御されることで作動して、水中航行体14を航行させる。 The transponder 84 is a device that outputs a sound wave toward the acoustic positioning device 20 upon receiving the sound wave from the acoustic positioning device 20 of the mother ship 10 . The held mechanism 86 is a mechanism held by the holding mechanism 46 of the underwater device 12, that is, an interface portion with the holding mechanism 46. The power receiving unit 88 is a mechanism that receives power from the power feeding unit 48 of the underwater device 12 . The power source 90 is, for example, a storage battery, and supplies power to each part of the underwater vehicle 14. The drive device 92 is a mechanism that causes the underwater vehicle 14 to navigate underwater. For example, the drive device 92 is a thruster or the like. The drive device 92 operates under the control of the control device 94 while receiving power supply from the power source 90, and causes the underwater vehicle 14 to travel.

図4は、第1実施形態に係る水中航行体の制御装置の模式的なブロック図である。制御装置94は、コンピュータであり、図4に示すように、制御部100と記憶部102と通信部104とを含む。記憶部102は、制御部100の演算内容やプログラムなどの各種情報を記憶するメモリであり、例えば、RAMと、ROMのような主記憶装置と、HDDなどの外部記憶装置とのうち、少なくとも1つ含む。通信部104は、信号を送受信して、母船10などの外部の装置と通信可能な通信モジュールである。通信部104は、例えば水中音響通信装置を含んでよい。 FIG. 4 is a schematic block diagram of a control device for an underwater vehicle according to the first embodiment. The control device 94 is a computer, and includes a control section 100, a storage section 102, and a communication section 104, as shown in FIG. The storage unit 102 is a memory that stores various information such as calculation contents and programs of the control unit 100. For example, the storage unit 102 stores at least one of a RAM, a main storage device such as a ROM, and an external storage device such as an HDD. Including one. The communication unit 104 is a communication module that can communicate with external devices such as the mother ship 10 by transmitting and receiving signals. The communication unit 104 may include, for example, an underwater acoustic communication device.

制御部100は、演算装置、すなわちCPUである。制御部100は、移動制御部110と、広域経路取得部114と、位置情報取得部116と、経路生成部118とを含む。移動制御部110は、駆動装置52に駆動指令を出力して駆動装置52を制御して、水中航行体14を航行させる。広域経路取得部114は、後述する広域経路RWを取得する。位置情報取得部116は、三次元アクティブソーナー82を制御して、三次元アクティブソーナー82が受信した反射波に基づき、水中装置12の位置及び向きの情報を検出する。経路生成部118は、水中装置12の位置及び向きの情報に基づき、水中装置12にアプローチするアプローチ経路R2(後述)を生成する。制御部100は、記憶部102からプログラム(ソフトウェア)を読み出して実行することで、移動制御部110、広域経路取得部114、位置情報取得部116、及び経路生成部118を実現して、それらの処理を実行する。なお、制御部100は、1つのCPUによって処理を実行してもよいし、複数のCPUを備えて、それらの複数のCPUで、処理を実行してもよい。また、移動制御部110、広域経路取得部114、位置情報取得部116、及び経路生成部118の少なくとも1つを、ハードウェア回路で実現してもよい移動制御部110、広域経路取得部114、位置情報取得部116、及び経路生成部118の具体的な処理内容は、後述する。 The control unit 100 is a calculation device, that is, a CPU. The control unit 100 includes a movement control unit 110, a wide area route acquisition unit 114, a position information acquisition unit 116, and a route generation unit 118. The movement control unit 110 outputs a drive command to the drive device 52, controls the drive device 52, and causes the underwater vehicle 14 to navigate. The wide area route acquisition unit 114 acquires a wide area route RW, which will be described later. The position information acquisition unit 116 controls the three-dimensional active sonar 82 and detects information on the position and orientation of the underwater device 12 based on the reflected waves received by the three-dimensional active sonar 82. The route generation unit 118 generates an approach route R2 (described later) for approaching the underwater device 12 based on information on the position and orientation of the underwater device 12. The control unit 100 realizes a movement control unit 110, a wide area route acquisition unit 114, a position information acquisition unit 116, and a route generation unit 118 by reading out and executing a program (software) from the storage unit 102. Execute processing. Note that the control unit 100 may execute the process using one CPU, or may include a plurality of CPUs and execute the process using the plurality of CPUs. Furthermore, at least one of the movement control unit 110, the wide area route acquisition unit 114, the position information acquisition unit 116, and the route generation unit 118 may be realized by a hardware circuit. The specific processing contents of the position information acquisition unit 116 and the route generation unit 118 will be described later.

水中航行体14は、水中装置12までアプローチしてゆき、水中装置12から給電を受ける。以下、水中航行体14が水中装置12から給電を受けるまでの動作を説明する。 The underwater vehicle 14 approaches the underwater device 12 and receives power from the underwater device 12. The operation until the underwater vehicle 14 receives power supply from the underwater device 12 will be described below.

(会合予定領域までの航行)
図5は、水中航行体が会合予定領域から待ち受け位置に向けて移動する例を説明する模式図である。図5に示すように、水中航行体14が水中装置12から給電を受ける際には、水中航行体14は、会合予定領域A0まで航行する。会合予定領域Aは、水中Oにおいて水中航行体14と水中装置12とが会合する領域(空間)を指す。水中航行体14は、会合予定領域A0の情報、すなわち会合予定領域A0の位置(座標)の情報を取得して、移動制御部110によって移動制御されつつ、会合予定領域A0まで自律航行する。例えば、水中航行体14は、水上に浮上して通信部104を介してGPS(Grobal Positioning System)と通信して、自身の座標を確認しつつ、会合予定領域A0まで航行してよい。
(Navigation to the scheduled meeting area)
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an example in which an underwater vehicle moves from a scheduled meeting area to a standby position. As shown in FIG. 5, when the underwater vehicle 14 receives power from the underwater device 12, the underwater vehicle 14 navigates to the scheduled meeting area A0. The scheduled meeting area A refers to an area (space) where the underwater vehicle 14 and the underwater device 12 meet in the water O. The underwater vehicle 14 acquires information on the scheduled meeting area A0, that is, information on the position (coordinates) of the scheduled meeting area A0, and autonomously navigates to the scheduled meeting area A0 while being movement controlled by the movement control unit 110. For example, the underwater vehicle 14 may float on the water, communicate with a GPS (Global Positioning System) via the communication unit 104, and navigate to the scheduled meeting area A0 while confirming its own coordinates.

なお、会合予定領域A0の位置(座標)は、一点の座標として設定されずに、ある程度の大きさ(範囲)をもって設定されることが好ましい。会合予定領域Aは、例えば音響測位装置20とトランスポンダー84との音波が届く程度の大きさに設定されていることが好ましい。すなわち、会合予定領域Aは、水中航行体14が会合予定領域A内にいる場合に、母船10が音響測位装置20によって水中航行体14の位置検出が可能なように、設定されていることが好ましい。会合予定領域A0の位置は、予め設定されてもよく、この場合、水中航行体14は、記憶部102に予め記憶された会合予定領域A0の位置を読み出して、会合予定領域A0まで航行する。また、会合予定領域A0の位置は、母船10側で設定されてもよい。この場合、母船10は、通信部28を介して水中航行体14に会合予定領域A0の位置の情報を送信する。水中航行体14は、通信部104を介して母船10からの会合予定領域A0の位置の情報を取得する。また、会合予定領域A0の位置は、水中航行体14によって設定されてもよい。例えば、水中航行体14は、電源90に残存する電力量に応じて会合予定領域A0を設定してよい。水中航行体14は、通信部104を介して、母船10に会合予定領域A0の位置の情報を送信する。母船10は、通信部28を介して、水中航行体14からの会合予定領域A0の位置の情報を取得する。 Note that it is preferable that the position (coordinates) of the scheduled meeting area A0 not be set as the coordinates of a single point, but set as a certain size (range). The scheduled meeting area A is preferably set to a size that allows the sound waves from the acoustic positioning device 20 and the transponder 84 to reach, for example. That is, the scheduled meeting area A is set such that when the underwater vehicle 14 is within the scheduled meeting area A, the mother ship 10 can detect the position of the underwater vehicle 14 using the acoustic positioning device 20. preferable. The position of the scheduled meeting area A0 may be set in advance, and in this case, the underwater vehicle 14 reads the position of the scheduled meeting area A0 stored in advance in the storage unit 102 and navigates to the scheduled meeting area A0. Further, the location of the scheduled meeting area A0 may be set on the mother ship 10 side. In this case, the mother ship 10 transmits information on the position of the scheduled meeting area A0 to the underwater vehicle 14 via the communication unit 28. The underwater vehicle 14 acquires information on the position of the scheduled meeting area A0 from the mother ship 10 via the communication unit 104. Further, the position of the scheduled meeting area A0 may be set by the underwater vehicle 14. For example, the underwater vehicle 14 may set the scheduled meeting area A0 according to the amount of power remaining in the power source 90. The underwater vehicle 14 transmits information on the position of the scheduled meeting area A0 to the mother ship 10 via the communication unit 104. The mother ship 10 acquires information on the position of the scheduled meeting area A0 from the underwater vehicle 14 via the communication unit 28.

母船10からは、水中装置12が水中Oに投入される。母船10は、ROV制御部30によって、水中装置12の移動制御部70に対して、会合予定領域A0の領域内の待ち受け位置A1まで移動させる旨の指令を出力する。水中装置12は、移動制御部70によって、待ち受け位置A1まで移動する。母船10は、音響測位装置20から水中装置12に向けて音波SW0を出力し、水中装置12は、トランスポンダー44が音波SW0を受信したら、トランスポンダー44から母船10に向けて音波SW0aを出力する。すなわち、トランスポンダー44は、母船10の音響測位装置20からの音波を受信したら、音響測位装置20に向けて音波を出力させる機能を有する。母船10は、位置検出部32によって、音響測位装置20が受信した水中装置12からの音波SW0aに基づいて水中装置12の位置(座標)を検出する。母船10は、逐次この処理を実行して水中装置12の位置を把握しつつ、水中装置12を待ち受け位置A1まで移動させる。なお、待ち受け位置A1は、会合予定領域A0の範囲内における所定の位置(座標)であり、水中装置12が待機する位置(座標)として設定される。待ち受け位置A1は、ある程度の範囲をもって設定されずに、1点の座標として設定されることが好ましい。待ち受け位置A1は、予め設定されていてもよいし、会合予定領域A0の位置に基づいて、母船10によって設定されてもよい。水中装置12は、待ち受け位置A1に到達したら、待ち受け位置A1で待機する。 From the mother ship 10, the underwater device 12 is thrown into the water O. The mother ship 10 uses the ROV control unit 30 to output a command to the movement control unit 70 of the underwater device 12 to move it to the waiting position A1 within the scheduled meeting area A0. The underwater device 12 is moved to the standby position A1 by the movement control unit 70. The mother ship 10 outputs a sound wave SW0 from the acoustic positioning device 20 toward the underwater device 12, and when the transponder 44 of the underwater device 12 receives the sound wave SW0, the underwater device 12 outputs a sound wave SW0a from the transponder 44 toward the mother ship 10. That is, the transponder 44 has a function of outputting the sound wave toward the acoustic positioning device 20 when the transponder 44 receives the sound wave from the acoustic positioning device 20 of the mother ship 10 . The mother ship 10 uses the position detection unit 32 to detect the position (coordinates) of the underwater device 12 based on the sound wave SW0a from the underwater device 12 received by the acoustic positioning device 20. The mother ship 10 sequentially executes this process to grasp the position of the underwater device 12 and moves the underwater device 12 to the waiting position A1. Note that the standby position A1 is a predetermined position (coordinates) within the range of the scheduled meeting area A0, and is set as the position (coordinates) where the underwater device 12 waits. It is preferable that the standby position A1 is not set within a certain range but is set as the coordinates of one point. The waiting position A1 may be set in advance, or may be set by the mother ship 10 based on the position of the scheduled meeting area A0. When the underwater device 12 reaches the standby position A1, it waits at the standby position A1.

(待ち受け位置までの航行)
図5に示すように、母船10は、水中航行体14が会合予定領域A0に到着したら、音響測位装置20から水中航行体14に向けて音波SW0を出力する。母船10は、水中航行体14から、会合予定領域A0に到着した旨の情報を受信したことをトリガとして、音響測位装置20から水中航行体14に向けて音波SW0を出力してもよいし、母船10が会合予定領域A0内の水中航行体14が到着する箇所に向けて音波SW0を出力し続けてもよい。水中航行体14は、トランスポンダー84が音波SW0を受信したら、トランスポンダー84から母船10に向けて音波SW0aを出力する。すなわち、トランスポンダー84は、母船10の音響測位装置20からの音波を受信したら、音響測位装置20に向けて音波を出力させる機能を有する。母船10は、位置検出部32によって、音響測位装置20が受信した水中航行体14からの音波SW0aに基づいて、水中航行体14の位置(座標)を検出する。母船10は、広域経路生成部34によって、水中航行体14の位置の情報と、待ち受け位置A1の情報とに基づいて、水中航行体14の待ち受け位置A1までの経路である広域経路RWを生成する。母船10は、通信部28を介して広域経路RWの情報を水中航行体14に出力する。水中航行体14は、広域経路取得部114によって、通信部104を介して広域経路RWの情報を取得する。水中航行体14は、移動制御部110によって、広域経路RWに従って、待ち受け位置A1に向けて自律航行する。母船10は、水中航行体14の位置の検出と、水中航行体14の位置に基づいた広域経路RWの生成とを逐次繰り替えして、広域経路RWを更新する。水中航行体14は、広域経路RWが更新される毎に広域経路RWの情報を取得して、広域経路RWを更新しつつ(すなわち更新された広域経路RWに従って)、待ち受け位置A1に向けて航行を続ける。すなわち、母船10は、水中航行体14の位置情報に基づいて、水中航行体14を誘導するといえる。
(Navigation to standby position)
As shown in FIG. 5, when the underwater vehicle 14 arrives at the scheduled meeting area A0, the mother ship 10 outputs a sound wave SW0 from the acoustic positioning device 20 toward the underwater vehicle 14. The mother ship 10 may output a sound wave SW0 from the acoustic positioning device 20 toward the underwater vehicle 14, triggered by receiving information from the underwater vehicle 14 that the underwater vehicle 14 has arrived at the scheduled meeting area A0. The mother ship 10 may continue to output the sound wave SW0 toward the location where the underwater vehicle 14 will arrive within the scheduled meeting area A0. When the transponder 84 receives the sound wave SW0, the underwater vehicle 14 outputs the sound wave SW0a from the transponder 84 toward the mother ship 10. That is, the transponder 84 has a function of outputting a sound wave toward the acoustic positioning device 20 when the transponder 84 receives the sound wave from the acoustic positioning device 20 of the mother ship 10 . The mother ship 10 uses the position detection unit 32 to detect the position (coordinates) of the underwater vehicle 14 based on the sound wave SW0a from the underwater vehicle 14 received by the acoustic positioning device 20. The mother ship 10 uses the wide area route generation unit 34 to generate a wide area route RW that is a route to the waiting position A1 of the underwater vehicle 14 based on the information on the position of the underwater vehicle 14 and the information on the waiting position A1. . The mother ship 10 outputs information on the wide area route RW to the underwater vehicle 14 via the communication unit 28 . The underwater vehicle 14 uses the wide area route acquisition unit 114 to acquire information on the wide area route RW via the communication unit 104 . The underwater vehicle 14 autonomously navigates toward the standby position A1 according to the wide area route RW by the movement control unit 110. The mother ship 10 updates the wide area route RW by sequentially repeating detection of the position of the underwater vehicle 14 and generation of the wide area route RW based on the position of the underwater vehicle 14. The underwater vehicle 14 acquires information on the wide area route RW every time the wide area route RW is updated, and navigates toward the standby position A1 while updating the wide area route RW (that is, following the updated wide area route RW). Continue. That is, it can be said that the mother ship 10 guides the underwater vehicle 14 based on the position information of the underwater vehicle 14.

水中航行体14は、広域経路RWに従った航行中に、位置情報取得部116によって、三次元アクティブソーナー82から音波SWを逐次出力させる。すなわち、水中航行体14は、三次元アクティブソーナー82から音波SWを出力しながら、広域経路RWに従って航行する。三次元アクティブソーナー82は、送信音響素子により、水中航行体14の進行方向側に向けて音波SWを出力する。三次元アクティブソーナー82の送信音響素子からの音波は、無指向性で広い範囲に出力される。例えば、三次元アクティブソーナー82は、水中航行体14の進行方向側に向かうに従って、それぞれの音波が放射方向外側に広がるように、音波SWを出力することが好ましい。なお、三次元アクティブソーナー82は、音波SWの反射波から、対象物の位置や形状を検出するため、トランスポンダーから出力された音波から対象物の位置検出を行う音響測位装置20よりも、検出可能な距離が短い。従って、水中航行体14は、三次元アクティブソーナー82によって水中装置12の位置が検出されるまで、すなわち水中装置12から音波SWの反射波を受信するまでは、広域経路RWに従って、すなわち母船10による誘導に従って、待ち受け位置A1に向けて航行する。 The underwater vehicle 14 causes the three-dimensional active sonar 82 to sequentially output sound waves SW by the position information acquisition unit 116 while navigating along the wide-area route RW. That is, the underwater vehicle 14 navigates along the wide-area route RW while outputting the sound wave SW from the three-dimensional active sonar 82. The three-dimensional active sonar 82 outputs a sound wave SW toward the traveling direction of the underwater vehicle 14 using a transmitting acoustic element. The sound waves from the transmitting acoustic element of the three-dimensional active sonar 82 are omnidirectional and output over a wide range. For example, it is preferable that the three-dimensional active sonar 82 outputs the sound waves SW so that each sound wave spreads outward in the radial direction toward the traveling direction of the underwater vehicle 14. Note that the three-dimensional active sonar 82 detects the position and shape of the target object from the reflected wave of the sound wave SW, so it is more detectable than the acoustic positioning device 20, which detects the position of the target object from the sound wave output from the transponder. The distance is short. Therefore, until the position of the underwater device 12 is detected by the three-dimensional active sonar 82, that is, until the underwater device 12 receives the reflected wave of the sound wave SW from the underwater device 12, the underwater vehicle 14 follows the wide area route RW, that is, until the underwater device 14 receives the reflected wave of the sound wave SW from the underwater device 12. Following the guidance, the ship navigates towards the standby position A1.

水中装置12は、水中航行体14が広域経路RWに従って航行している際に、待ち受け位置A1に留まったまま、自身の向きを調整する。具体的には、母船10は、例えば図示しない潮流計によって潮流の方向を検出し、水中装置12の移動制御部70に対して、潮流の方向に基づいて、水中装置12の向きを調整する旨の指令を出力し、移動制御部70は、潮流の方向に基づいて水中装置12の向きを調整する。移動制御部70は、水中装置12が潮流の方向に対向するように、向きを調整する。具体的には、例えば、移動制御部70は、水中装置12が潮流に沿った方向に向き、水中装置12の前面が潮流の上流側に対向するように、水中装置12の向きを調整する。これにより、水中装置12の側面が潮流の方向に対向して、横から潮流を受けることが抑制できる。ただし、水中装置12の向きを調整する制御は必須ではない。 The underwater device 12 adjusts its orientation while remaining at the standby position A1 while the underwater vehicle 14 is navigating along the wide area route RW. Specifically, the mother ship 10 detects the direction of the tidal current using a tidal current meter (not shown), and instructs the movement control unit 70 of the underwater device 12 to adjust the direction of the underwater device 12 based on the direction of the tidal current. The movement control unit 70 adjusts the direction of the underwater device 12 based on the direction of the current. The movement control unit 70 adjusts the orientation of the underwater device 12 so that it faces the direction of the tidal current. Specifically, for example, the movement control unit 70 adjusts the orientation of the underwater device 12 so that the underwater device 12 faces in a direction along the tidal current, and the front surface of the underwater device 12 faces the upstream side of the tidal current. This makes it possible to prevent the side surfaces of the underwater device 12 from facing the direction of the tidal current and receiving the tidal current from the side. However, control for adjusting the orientation of the underwater device 12 is not essential.

(中間アプローチ経路に従った航行)
図6は、中間アプローチ経路に従った航行を説明する模式図である。図6に示すように、水中航行体14は、三次元アクティブソーナー82に音波SWを出力させつつ広域経路RWに従った航行を続ける。水中航行体14が水中装置12にある程度接近したら、水中装置12は、例えば反射体42により、三次元アクティブソーナー82からの音波SWを反射波SWaとして反射して、三次元アクティブソーナー82は、その反射波SWaを受信する。水中航行体14が水中装置12に十分接近しない状態では、三次元アクティブソーナー82は、複数のセンサのうちの一部のみが反射波SWaを受信するため、水中装置12の三次元形状を十分な精度で検出できない。従って、水中航行体14の位置情報取得部116は、三次元形状を検出できる程度の数の反射波SWaを取得していない状態においては、反射波SWaに基づいて、水中装置12の位置(座標)を検出して、水中装置12の位置の情報(座標の情報)を取得する。位置情報取得部116は、三次元アクティブソーナー82の少なくとも1つのセンサが、水中装置12からの反射波SWaを受信したら、その反射波SWaに基づいて水中装置12の位置を検出できる。例えば、位置情報取得部116は、音波SWを出力してから反射波SWaを受信するまでの時間と音波の速度とから、水中装置12までの距離を算出し、反射波SWaの進行方向から、水中航行体14に対して水中装置12が位置している方向を検出する。位置情報取得部116は、水中装置12までの距離と、水中装置12が位置している方向とから、水中装置12の位置(座標)を算出する。
(Navigation following intermediate approach route)
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating navigation along the intermediate approach route. As shown in FIG. 6, the underwater vehicle 14 continues to navigate along the wide-area route RW while causing the three-dimensional active sonar 82 to output sound waves SW. When the underwater vehicle 14 approaches the underwater device 12 to a certain extent, the underwater device 12 reflects the sound wave SW from the three-dimensional active sonar 82 as a reflected wave SWa by the reflector 42, and the three-dimensional active sonar 82 Receive the reflected wave SWa. When the underwater vehicle 14 does not approach the underwater device 12 sufficiently, the three-dimensional active sonar 82 receives the reflected waves SWa from only some of the plurality of sensors. Cannot be detected with accuracy. Therefore, in a state where the position information acquisition unit 116 of the underwater vehicle 14 has not acquired a sufficient number of reflected waves SWa to detect a three-dimensional shape, the position information acquisition unit 116 of the underwater vehicle 14 determines the position (coordinates) of the underwater device 12 based on the reflected waves SWa. ) to obtain position information (coordinate information) of the underwater device 12. When at least one sensor of the three-dimensional active sonar 82 receives the reflected wave SWa from the underwater device 12, the position information acquisition unit 116 can detect the position of the underwater device 12 based on the reflected wave SWa. For example, the position information acquisition unit 116 calculates the distance to the underwater device 12 from the time from outputting the sound wave SW to receiving the reflected wave SWa and the speed of the sound wave, and calculates the distance to the underwater device 12 from the traveling direction of the reflected wave SWa. The direction in which the underwater device 12 is positioned with respect to the underwater vehicle 14 is detected. The position information acquisition unit 116 calculates the position (coordinates) of the underwater device 12 from the distance to the underwater device 12 and the direction in which the underwater device 12 is located.

水中航行体14は、経路生成部118により、水中装置12の位置の情報に基づき、水中装置12に向かう中間アプローチ経路R1を生成する。中間アプローチ経路R1は、水中航行体14の現在位置から、水中装置12の位置までの経路である。すなわち、経路生成部118は、水中航行体14の現在位置と、位置情報取得部116が取得した水中装置12の位置とに基づき、水中航行体14の現在位置から水中装置12の位置までの中間アプローチ経路R1を生成する。 The underwater vehicle 14 uses the route generation unit 118 to generate an intermediate approach route R1 toward the underwater device 12 based on the information on the position of the underwater device 12. The intermediate approach route R1 is a route from the current position of the underwater vehicle 14 to the position of the underwater device 12. That is, the route generation unit 118 creates a path intermediate from the current position of the underwater vehicle 14 to the position of the underwater device 12 based on the current position of the underwater vehicle 14 and the position of the underwater device 12 acquired by the position information acquisition unit 116. An approach route R1 is generated.

水中航行体14は、中間アプローチ経路R1を生成したら、航行する経路を、広域経路RWから中間アプローチ経路R1に切り替えて、中間アプローチ経路R1に従って航行を続ける。図6の例に示すように、水中装置12は、待ち受け位置A1に留まるように制御されているが、水流の影響などで、実際には待ち受け位置A1から離れている場合もある。このような場合に、三次元アクティブソーナー82によって検出した水中装置12の実際の位置から生成された中間アプローチ経路R1に切り替えることで、水中装置12に適切にアプローチできる。なお、水中航行体14は、中間アプローチ経路R1に切り替えた後も、位置情報取得部116による水中装置12の位置検出を逐次実行して、中間アプローチ経路R1を逐次更新する。水中航行体14は、更新された中間アプローチ経路R1に従って、水中装置12に向けて航行を続ける。 After generating the intermediate approach route R1, the underwater vehicle 14 switches the route to be navigated from the wide area route RW to the intermediate approach route R1, and continues navigating along the intermediate approach route R1. As shown in the example of FIG. 6, the underwater device 12 is controlled to remain at the standby position A1, but may actually be separated from the standby position A1 due to the influence of water flow. In such a case, by switching to the intermediate approach route R1 generated from the actual position of the underwater device 12 detected by the three-dimensional active sonar 82, the underwater device 12 can be appropriately approached. Note that even after switching to the intermediate approach route R1, the underwater vehicle 14 sequentially performs position detection of the underwater device 12 by the position information acquisition unit 116, and updates the intermediate approach route R1 one after another. The underwater vehicle 14 continues to navigate toward the underwater device 12 according to the updated intermediate approach route R1.

(アプローチ経路に従った航行)
図7A及び図7Bは、アプローチ経路に従った航行を説明する模式図である。図7Aに示すように、水中航行体14は、三次元アクティブソーナー82に音波SWを出力させつつ中間アプローチ経路R1に従った航行を続ける。水中航行体14が水中装置12に接近するにしたがって、三次元アクティブソーナー82は、水中装置12からの反射波SWaを受信するセンサが増加する。水中装置12の三次元形状を検出できる程度の数のセンサが水中装置12からの反射波SWaを受信したら、すなわち水中装置12の三次元形状を検出できる程度に水中装置12に接近したら、水中航行体14の位置情報取得部116は、それぞれのセンサからの反射波SWaから、水中装置12の位置と、水中装置12の三次元形状とを検出する。位置情報取得部116は、それぞれのセンサが受信した反射波SWaの位相から、水中装置12の三次元形状を検出する。位置情報取得部116は、水中装置12の三次元形状から、水中装置12の向き、すなわち水中装置12の基準軸に対する傾き角を算出する。このように、位置情報取得部116は、中間アプローチ経路R1に従った航行中に、三次元アクティブソーナー82が受信した水中装置12からの反射波SWaに基づいて、水中装置12の位置及び向きの情報を取得する。
(Navigation following the approach route)
7A and 7B are schematic diagrams illustrating navigation along the approach route. As shown in FIG. 7A, the underwater vehicle 14 continues to navigate along the intermediate approach route R1 while causing the three-dimensional active sonar 82 to output sound waves SW. As the underwater vehicle 14 approaches the underwater device 12, the number of sensors in the three-dimensional active sonar 82 that receives reflected waves SWa from the underwater device 12 increases. When a sufficient number of sensors that can detect the three-dimensional shape of the underwater device 12 receive the reflected wave SWa from the underwater device 12, that is, when they approach the underwater device 12 enough to detect the three-dimensional shape of the underwater device 12, underwater navigation begins. The position information acquisition unit 116 of the body 14 detects the position of the underwater device 12 and the three-dimensional shape of the underwater device 12 from the reflected waves SWa from the respective sensors. The position information acquisition unit 116 detects the three-dimensional shape of the underwater device 12 from the phase of the reflected wave SWa received by each sensor. The position information acquisition unit 116 calculates the orientation of the underwater device 12, that is, the inclination angle of the underwater device 12 with respect to the reference axis, from the three-dimensional shape of the underwater device 12. In this manner, the position information acquisition unit 116 determines the position and orientation of the underwater device 12 based on the reflected wave SWa from the underwater device 12 received by the three-dimensional active sonar 82 during navigation along the intermediate approach route R1. Get information.

水中航行体14は、経路生成部118により、水中装置12の位置の情報及び向きの情報に基づき、水中装置12にアプローチするアプローチ経路R2を生成する。アプローチ経路R2は、水中航行体14の現在位置から、水中装置12に対して所定の位置(座標)及び向き(姿勢)となるドッキング位置A2までの経路である。ドッキング位置A2は、水中装置12とのドッキングが可能となる位置(座標)及び向きである。経路生成部118は、位置情報取得部116が取得した水中装置12の位置及び向きに基づき、水中装置12に対して所定の位置及び向きとなるドッキング位置A2を算出する。そして、経路生成部118は、水中航行体14の現在位置と、ドッキング位置A2とに基づき、水中航行体14の現在位置からドッキング位置A2までのアプローチ経路R2を生成する。経路生成部118は、既知の任意の方法を用いて、アプローチ経路R2を算出してよいが、例えば、モデル予測制御(MPC:Model Predictive Control)によって、アプローチ経路R2を算出する。中間アプロ一経路R1の生成の段階では、行き先である水中航行体14の位置のみがわかっているため、水中航行体14の姿勢を考慮しない、出発座標から目的地座標までを結ぶ単純な経路しか生成しないが、アプローチ経路R2の生成の段階では、行き先である水中航行体14の位置に加えて姿勢も検出される。従って、アプローチ経路R2の生成の段階では、水中航行体14の位置と姿勢に応じて多数の経路の選択肢が存在することとなるため、モデル予測制御を用いることで、多数の経路のうちから適切な経路を選定することが可能となる。 The underwater vehicle 14 uses the route generation unit 118 to generate an approach route R2 for approaching the underwater device 12 based on the position information and direction information of the underwater device 12. The approach route R2 is a route from the current position of the underwater vehicle 14 to the docking position A2 at a predetermined position (coordinates) and orientation (attitude) with respect to the underwater device 12. The docking position A2 is a position (coordinates) and orientation at which docking with the underwater device 12 is possible. The route generation unit 118 calculates a docking position A2 that is a predetermined position and orientation with respect to the underwater device 12 based on the position and orientation of the underwater device 12 acquired by the position information acquisition unit 116. Then, the route generation unit 118 generates an approach route R2 from the current position of the underwater vehicle 14 to the docking position A2 based on the current position of the underwater vehicle 14 and the docking position A2. The route generation unit 118 may calculate the approach route R2 using any known method, but for example, calculates the approach route R2 using Model Predictive Control (MPC). At the stage of generating the intermediate approach route R1, only the position of the destination underwater vehicle 14 is known, so only a simple route connecting the departure coordinates to the destination coordinates without considering the attitude of the underwater vehicle 14 is possible. Although not generated, at the stage of generating the approach route R2, the attitude as well as the position of the destination underwater vehicle 14 are detected. Therefore, at the stage of generating the approach route R2, there are many route options depending on the position and attitude of the underwater vehicle 14, so by using model predictive control, it is possible to select the appropriate route from among the many routes. This makes it possible to select a suitable route.

図7Bは、図7Aの状況を鉛直方向上方から見た図である。水中航行体14は、三次元アクティブソーナー82によって、水中装置12の水平面に沿った向き(姿勢)のずれも検出できる。そのため、図7Bに示すように、水中装置12が水平面に沿って向きがずれた場合にも、その向きのずれを考慮して、水中装置12に適切にアプローチできるアプローチ経路R2を構築できる。特に、水平面に沿った向きのずれは、ジャイロセンサなどでの検出が難しいため、三次元アクティブソーナー82によって水平面に沿った向きのずれを検出してアプローチ経路R2を構築することは、水中装置12に適切にアプローチする上で特に有効である。さらに言えば、水中航行体14が水中装置12にアプローチする場合、水中測位装置の測位誤差や、水中航行体14の航法誤差、潮流などによって、水中装置12の向きが水中航行体14に対してさらにずれる場合もある。中間アプローチ経路R1は、水中航行体12の向きを考慮しておらず、この向きのずれが是正されることがないため、中間アプローチ経路R1を用いるだけでは、水中装置12に対して適切にアプローチできない可能性がある。それに対して、三次元アクティブソーナー82で水中装置12の向きを検出してアプローチ経路Rを生成することで、この向きのずれを是正して、水中装置12に対して適切にアプローチすることが可能となる。 FIG. 7B is a diagram of the situation in FIG. 7A viewed from above in the vertical direction. The underwater vehicle 14 can also detect a deviation in the orientation (posture) of the underwater device 12 along the horizontal plane using the three-dimensional active sonar 82 . Therefore, as shown in FIG. 7B, even if the underwater device 12 is misoriented along the horizontal plane, it is possible to construct an approach route R2 that can appropriately approach the underwater device 12, taking into account the misalignment of the orientation. In particular, since it is difficult to detect deviations in direction along the horizontal plane using a gyro sensor or the like, it is difficult to detect deviations in direction along the horizontal plane by the three-dimensional active sonar 82 and construct the approach route R2. It is particularly effective in approaching the situation appropriately. Furthermore, when the underwater vehicle 14 approaches the underwater device 12, the orientation of the underwater device 12 relative to the underwater vehicle 14 may be affected by the positioning error of the underwater positioning device, the navigation error of the underwater vehicle 14, the tidal current, etc. There may be further deviations. The intermediate approach route R1 does not take into account the orientation of the underwater vehicle 12, and the deviation in this orientation is not corrected. Therefore, if only the intermediate approach route R1 is used, it is not possible to approach the underwater device 12 appropriately. It may not be possible. On the other hand, by detecting the orientation of the underwater device 12 with the three-dimensional active sonar 82 and generating the approach route R, it is possible to correct this orientation deviation and approach the underwater device 12 appropriately. becomes.

水中航行体14は、アプローチ経路R2を生成したら、航行する経路を、中間アプローチ経路R1からアプローチ経路R2に切り替えて、アプローチ経路R2に従って航行を続ける。なお、水中航行体14は、アプローチ経路R2に切り替えた後も、位置情報取得部116による水中装置12の位置及び向きの検出を逐次実行して、アプローチ経路R2を逐次更新する。水中航行体14は、更新されたアプローチ経路R2に従って、ドッキング位置A2に向けて航行を続ける。なお、水中航行体14は、中間アプローチ経路R1とアプローチ経路R2とのうち、中間アプローチ経路R1は生成せずにアプローチ経路R2のみを生成して、広域経路RWからアプローチ経路R2に切り替えて航行してもよい。 After generating the approach route R2, the underwater vehicle 14 switches its route from the intermediate approach route R1 to the approach route R2, and continues navigating along the approach route R2. Note that even after switching to the approach route R2, the underwater vehicle 14 sequentially detects the position and orientation of the underwater device 12 by the position information acquisition unit 116, and updates the approach route R2 sequentially. The underwater vehicle 14 continues sailing toward the docking position A2 according to the updated approach route R2. Note that the underwater vehicle 14 does not generate the intermediate approach route R1 but only the approach route R2 between the intermediate approach route R1 and the approach route R2, and navigates by switching from the wide area route RW to the approach route R2. You can.

(ドッキング)
図8は、水中航行体がドッキング位置に到達した場合を説明する模式図であり、図9は、ドッキングした場合を説明する模式図である。図8に示すように、水中航行体14は、アプローチ経路R2に従って航行して、ドッキング位置A2に到達する。水中航行体14は、ドッキング位置A2で、すなわちドッキング可能な位置(座標)及び向き(姿勢)で待機して、通信部104を介して、母船10にドッキング位置A2に到達した旨の通知を出力する。母船10は、通信部28を介してドッキング位置A2に到達した旨の通知を取得して、その通知を取得したら、ROV制御部30によって、水中装置12に、水中航行体14をドッキングする旨の指令を出力する。水中装置12は、その指令を取得したら、保持制御部74によって、保持機構46を駆動させて、保持機構46によって水中装置12を保持する。図9に示すように、例えば、水中装置12は、保持機構46によって被保持機構86を保持して固定する。水中装置12は、例えば水中カメラなどを備えて、水中カメラで水中航行体14の位置を補足しつつ、保持機構46によって被保持機構86を保持して固定してよい。保持機構46によって被保持機構86を保持する方式は任意である水中航行体14と水中装置12とのドッキングは、以上のように水中装置12が動作して水中航行体14を保持することによって実行されることに限られず、例えば水中航行体14が動作することによって実行されてもよい。例えば、水中航行体14が、水中装置12に形成されているドッキングするための開口内まで進入することで、水中航行体14と水中装置12とをドッキングしてもよい。
(docking)
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a case where the underwater vehicle reaches a docking position, and FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a case where the underwater vehicle is docked. As shown in FIG. 8, the underwater vehicle 14 travels along the approach route R2 and arrives at the docking position A2. The underwater vehicle 14 waits at the docking position A2, that is, at a dockable position (coordinates) and orientation (attitude), and outputs a notification to the mother ship 10 via the communication unit 104 that it has arrived at the docking position A2. do. The mother ship 10 obtains a notification that it has arrived at the docking position A2 via the communication unit 28, and upon receiving the notification, the ROV control unit 30 sends a command to the underwater device 12 to dock the underwater vehicle 14. Output the command. When the underwater device 12 obtains the command, the holding control unit 74 drives the holding mechanism 46, and the holding mechanism 46 holds the underwater device 12. As shown in FIG. 9, for example, the underwater device 12 holds and fixes the held mechanism 86 by the holding mechanism 46. The underwater device 12 may be equipped with, for example, an underwater camera, and while the underwater camera captures the position of the underwater vehicle 14, the held mechanism 86 may be held and fixed by the holding mechanism 46. Any method can be used to hold the held mechanism 86 by the holding mechanism 46.Docking between the underwater vehicle 14 and the underwater device 12 is performed by the underwater device 12 operating as described above to hold the underwater vehicle 14. For example, the underwater vehicle 14 may be operated. For example, the underwater vehicle 14 and the underwater device 12 may be docked by entering into an opening formed in the underwater device 12 for docking.

水中装置12は、保持機構46により水中航行体14を保持して、水中装置12の給電部48と水中航行体14の受電部88とを対向させる。受電部88と給電部48とは、非接触で充電可能な非接触充電機構である。水中装置12の給電制御部76は、受電部88と給電部48とが非接触で対向した状態で、配線Wを介して母船10から供給される電力を、給電部48及び受電部88を介して、水中航行体14の電源90に供給して、電源90を充電する。本実施形態の例では、受電部88と給電部68とは非接触充電方式であるが、充電方式は非接触充電方式に限られない。 The underwater device 12 holds the underwater vehicle 14 by the holding mechanism 46, and makes the power feeding section 48 of the underwater device 12 and the power receiving section 88 of the underwater vehicle 14 face each other. The power reception unit 88 and the power supply unit 48 are a contactless charging mechanism that can be charged in a contactless manner. The power supply control unit 76 of the underwater device 12 transmits the power supplied from the mother ship 10 via the wiring W through the power supply unit 48 and the power reception unit 88, with the power reception unit 88 and the power supply unit 48 facing each other in a non-contact manner. Then, the power is supplied to the power source 90 of the underwater vehicle 14, and the power source 90 is charged. In the example of this embodiment, the power receiving unit 88 and the power feeding unit 68 use a non-contact charging method, but the charging method is not limited to the non-contact charging method.

電源90の充電が完了したら、水中装置12は、水中航行体14の保持を解除して、水中航行体14は、航行を再開する。 When charging of the power source 90 is completed, the underwater device 12 releases the hold on the underwater vehicle 14, and the underwater vehicle 14 resumes navigation.

(動作フロー)
以上説明した水中航行体14と水中装置12との動作フローを、フローチャートに基づき説明する。図10は、水中航行体と水中装置との動作フローを説明するフローチャートである。図10に示すように、水中航行体14は、会合予定領域A0まで移動し(ステップS10)、水中装置12は、待ち受け位置A1まで移動して待機する(ステップS12)。なお、ステップS10とステップS12との順番はこれに限られず、例えば水中装置12は、水中航行体14が会合予定領域A0に到達する前に、待ち受け位置A1まで移動して待機していてもよい。
(Operation flow)
The operation flow of the underwater vehicle 14 and the underwater device 12 explained above will be explained based on a flowchart. FIG. 10 is a flowchart illustrating the operation flow of the underwater vehicle and the underwater device. As shown in FIG. 10, the underwater vehicle 14 moves to the scheduled meeting area A0 (step S10), and the underwater device 12 moves to the waiting position A1 and waits (step S12). Note that the order of steps S10 and S12 is not limited to this, and for example, the underwater device 12 may move to the waiting position A1 and wait before the underwater vehicle 14 reaches the scheduled meeting area A0. .

水中航行体14は、会合予定領域A0に到達したら、母船10から広域経路RWの情報を取得して、広域経路RWに従って、待ち受け位置A1に向けて航行する(ステップS14)。一方、水中装置12は、潮流の方向に基づいて、向きを調整する(ステップS16)。水中航行体14は、広域経路RWを航行しながら、三次元アクティブソーナー82に音波SWを出力させる。水中装置12の位置がまだ検出できない場合、すなわち水中装置12の位置情報を取得できない場合(ステップS18;No)、水中航行体14は、ステップS14に戻って広域経路RWに従った航行を続ける。一方、水中航行体14は、三次元アクティブソーナー82が水中装置12から反射波SWaを受信したら、反射波SWaに基づいて水中装置12の位置を検出する。水中装置12の位置を検出したら、すなわち水中装置12の位置情報を取得したら(ステップS18;Yes)、水中航行体14は、水中装置12の位置に基づいて、中間アプローチ経路R1を生成して、中間アプローチ経路R1に従った航行に切り替える(ステップS20)。 When the underwater vehicle 14 reaches the scheduled meeting area A0, it acquires information on the wide-area route RW from the mother ship 10, and navigates toward the waiting position A1 according to the wide-area route RW (step S14). On the other hand, the underwater device 12 adjusts its orientation based on the direction of the current (step S16). The underwater vehicle 14 causes the three-dimensional active sonar 82 to output sound waves SW while navigating the wide-area route RW. If the position of the underwater device 12 cannot be detected yet, that is, if the position information of the underwater device 12 cannot be acquired (step S18; No), the underwater vehicle 14 returns to step S14 and continues navigating along the wide area route RW. On the other hand, when the three-dimensional active sonar 82 receives the reflected wave SWa from the underwater device 12, the underwater vehicle 14 detects the position of the underwater device 12 based on the reflected wave SWa. After detecting the position of the underwater device 12, that is, after acquiring the position information of the underwater device 12 (step S18; Yes), the underwater vehicle 14 generates an intermediate approach route R1 based on the position of the underwater device 12, The navigation is switched to the intermediate approach route R1 (step S20).

水中航行体14は、中間アプローチ経路R1を航行しながら、三次元アクティブソーナー82に音波SWを出力させる。水中航行体14は、三次元アクティブソーナー82が受信した水中装置12からの反射波SWaに基づき、水中装置12の位置及び向きの検出を試みる。水中装置12の向きがまだ検出できない場合、すなわち水中装置12の位置情報及び向き情報を取得できない場合(ステップS22;No)、水中航行体14は、ステップS20に戻って中間アプローチ経路R1に従った航行を続ける。一方、水中航行体14は、水中装置12の位置及び向きの検出が可能な距離まで近づいたら、すなわち水中装置12の位置情報と向き情報とを取得したら(ステップS22;Yes)、水中装置12の位置及び向きに基づいて、アプローチ経路R2を生成して、アプローチ経路R2に従った航行に切り替える(ステップS24)。 The underwater vehicle 14 causes the three-dimensional active sonar 82 to output a sound wave SW while navigating the intermediate approach route R1. The underwater vehicle 14 attempts to detect the position and orientation of the underwater device 12 based on the reflected wave SWa from the underwater device 12 received by the three-dimensional active sonar 82 . If the orientation of the underwater device 12 cannot be detected yet, that is, if the position information and orientation information of the underwater device 12 cannot be acquired (step S22; No), the underwater vehicle 14 returns to step S20 and follows the intermediate approach route R1. Continue sailing. On the other hand, when the underwater vehicle 14 approaches to a distance where the position and orientation of the underwater device 12 can be detected, that is, when it acquires the position information and orientation information of the underwater device 12 (step S22; Yes), the underwater vehicle 14 An approach route R2 is generated based on the position and orientation, and navigation is switched to follow the approach route R2 (step S24).

水中航行体14は、アプローチ経路R2に従って航行を続け、ドッキング位置A2に到着したら(ステップS26;Yes)、水中装置12が、水中航行体14を保持して(ステップS28)、電源90を充電する。なお、ドッキング位置A2に到着していない場合(ステップS26;No)、水中航行体14は、ステップS24に戻ってアプローチ経路R2に従った航行を続ける。 The underwater vehicle 14 continues to navigate along the approach route R2, and when it arrives at the docking position A2 (step S26; Yes), the underwater device 12 holds the underwater vehicle 14 (step S28) and charges the power source 90. . Note that if the underwater vehicle 14 has not arrived at the docking position A2 (step S26; No), the underwater vehicle 14 returns to step S24 and continues sailing along the approach route R2.

以上説明したように、本実施形態に係る水中航行体14は、自律航行する。水中航行体14は、三次元アクティブソーナー82と、位置情報取得部116と、経路生成部118と、移動制御部110とを含む。三次元アクティブソーナー82は、対象物(第1実施液体では水中装置12)に向けて音波SWを出力し、対象物からの音波SWの反射波SWaを受信する。位置情報取得部116は、三次元アクティブソーナー82が受信した反射波SWaに基づき、対象物の位置及び向きの情報を取得する。経路生成部118は、対象物の位置及び向きの情報に基づいて、対象物にアプローチするアプローチ経路R2を生成する。移動制御部110は、アプローチ経路R2に従って水中航行体14を航行させる。本実施形態に係る水中航行体14は、三次元アクティブソーナー82を用いて、対象物の位置だけでなく向きも検出して、位置及び向きから生成したアプローチ経路R2を用いて対象物にアプローチしていく。そのため、水中航行体14は、対象物に対して適切にアプローチすることが可能となり、適切にドッキングできる。また、水中航行体14は、自律航行して対象物にアプローチする際には、センサとして三次元アクティブソーナー82のみを用いるため、アプローチする際に必要なセンサが多くなることを抑制したり、流体抵抗の増加を抑制したりすることが可能となり、対象物に適切にアプローチできる。 As explained above, the underwater vehicle 14 according to this embodiment autonomously navigates. The underwater vehicle 14 includes a three-dimensional active sonar 82, a position information acquisition section 116, a route generation section 118, and a movement control section 110. The three-dimensional active sonar 82 outputs a sound wave SW toward a target object (the underwater device 12 in the first embodiment liquid) and receives a reflected wave SWa of the sound wave SW from the target object. The position information acquisition unit 116 acquires information on the position and orientation of the object based on the reflected wave SWa received by the three-dimensional active sonar 82. The route generating unit 118 generates an approach route R2 for approaching the target object based on information on the position and orientation of the target object. The movement control unit 110 causes the underwater vehicle 14 to navigate according to the approach route R2. The underwater vehicle 14 according to the present embodiment uses a three-dimensional active sonar 82 to detect not only the position but also the direction of the object, and approaches the object using the approach route R2 generated from the position and direction. To go. Therefore, the underwater vehicle 14 can appropriately approach the object and dock appropriately. In addition, since the underwater vehicle 14 uses only the three-dimensional active sonar 82 as a sensor when autonomously navigating and approaching a target, it is possible to suppress the number of sensors required when approaching, and It becomes possible to suppress the increase in resistance, and the object can be approached appropriately.

また、経路生成部118は、位置情報取得部116が反射波SWaに基づいて対象物(第1実施液体では水中装置12)の位置を取得したら、対象物の位置に基づいて、対象物にアプローチする中間アプローチ経路R1を生成する。移動制御部110は、中間アプローチ経路R1に従って水中航行体14を航行させる。経路生成部118は、中間アプローチ経路R1に従った航行中に、位置情報取得部116が反射波SWaに基づいて対象物の位置及び向きを取得したら、対象物の位置及び向きに基づいて、対象物にアプローチするアプローチ経路R2を生成する。移動制御部110は、中間アプローチ経路R1からアプローチ経路R2に切り替えて水中航行体14を航行させる。本実施形態に係る水中航行体14は、対象物の位置を検出できたら、対象物の位置に基づいた中間アプローチ経路R1で航行し、対象物の位置及び向きを検出できたら、対象物の位置及び向きに基づいたアプローチ経路R2に切り替える。そのため、本実施形態に係る水中航行体14は、対象物までの距離に応じて適切な経路で航行して、対象物へのアプローチが可能となる。 Further, when the position information acquisition unit 116 acquires the position of the target object (in the case of the first liquid, the underwater device 12) based on the reflected wave SWa, the route generation unit 118 approaches the target object based on the position of the target object. An intermediate approach route R1 is generated. The movement control unit 110 causes the underwater vehicle 14 to navigate according to the intermediate approach route R1. When the position information acquisition unit 116 acquires the position and orientation of the target object based on the reflected wave SWa during navigation along the intermediate approach route R1, the route generation unit 118 generates a target object based on the position and orientation of the target object. An approach route R2 for approaching an object is generated. The movement control unit 110 switches from the intermediate approach route R1 to the approach route R2 and causes the underwater vehicle 14 to navigate. When the underwater vehicle 14 according to the present embodiment can detect the position of the object, it navigates on the intermediate approach route R1 based on the position of the object, and when the position and orientation of the object can be detected, the underwater vehicle 14 moves to the position of the object. and the approach route R2 based on the orientation. Therefore, the underwater vehicle 14 according to the present embodiment can approach the object by navigating an appropriate route depending on the distance to the object.

また、水中航行体14は、対象物(第1実施形態では水中装置12)が存在する待ち受け位置A1に向かう経路である広域経路RWを、外部の装置(第1実施形態では母船10)から取得する広域経路取得部114をさらに含む。移動制御部110は、広域経路RWに従って水中航行体14を航行させる。経路生成部118は、広域経路RWの航行中に、位置情報取得部116が反射波SWaに基づいて対象物の位置の情報を取得したら、中間アプローチ経路R1を生成する。移動制御部110は、広域経路RWから中間アプローチ経路R1に切り替えて水中航行体14を航行させる。本実施形態に係る水中航行体14は、対象物の位置を検出するまでは広域経路RWを航行し、対象物の位置に基づいた中間アプローチ経路R1で航行し、対象物の位置及び向きを検出できたら、対象物の位置及び向きに基づいたアプローチ経路R2に切り替える。そのため、本実施形態に係る水中航行体14は、対象物までの距離に応じて適切な経路で航行して、対象物へのアプローチが可能となる。なお、本実施形態では、水中航行体14は、母船10から広域経路RWを取得していたが、母船10から広域経路RWを取得することに限られず、水中航行体14以外の任意の装置から広域経路RWを取得してよい。 In addition, the underwater vehicle 14 acquires a wide area route RW, which is a route toward the standby position A1 where the target object (the underwater device 12 in the first embodiment) is present, from an external device (the mother ship 10 in the first embodiment). The network further includes a wide area route acquisition unit 114 that performs the following operations. The movement control unit 110 causes the underwater vehicle 14 to navigate according to the wide area route RW. The route generation unit 118 generates the intermediate approach route R1 when the position information acquisition unit 116 acquires information on the position of the object based on the reflected wave SWa while traveling on the wide area route RW. The movement control unit 110 switches from the wide area route RW to the intermediate approach route R1 and causes the underwater vehicle 14 to navigate. The underwater vehicle 14 according to the present embodiment navigates on the wide area route RW until detecting the position of the target object, navigates on the intermediate approach route R1 based on the position of the target object, and detects the position and orientation of the target object. If possible, switch to the approach route R2 based on the position and orientation of the object. Therefore, the underwater vehicle 14 according to the present embodiment can approach the object by navigating an appropriate route depending on the distance to the object. In addition, in this embodiment, the underwater vehicle 14 acquires the wide area route RW from the mother ship 10, but is not limited to acquiring the wide area route RW from the mother ship 10, and can acquire the wide area route RW from any device other than the underwater vehicle 14. A wide area route RW may be obtained.

また、水中航行システム1は、水中航行体14と、動力によって移動可能な対象物である水中装置12とを備える。本実施形態に係る水中航行システム1によると、水中航行体14を対象物に対して適切にアプローチさせることができる。 Further, the underwater navigation system 1 includes an underwater vehicle 14 and an underwater device 12 that is a movable object by power. According to the underwater navigation system 1 according to this embodiment, the underwater navigation object 14 can be appropriately approached to a target object.

また、水中装置12は、水中航行体14とドッキングするための待ち受け位置A1に移動し、待ち受け位置A1において、潮流の方向に基づいて、向きを変化させる。本実施形態に係る水中航行システム1によると、水中装置12が、潮流の方向に応じて向きを調整するため、外乱である潮流の影響を小さくして、水中航行体14を対象物に対して適切にアプローチさせることができる。 Further, the underwater device 12 moves to a standby position A1 for docking with the underwater vehicle 14, and changes its direction based on the direction of the current at the standby position A1. According to the underwater navigation system 1 according to the present embodiment, the underwater device 12 adjusts the direction according to the direction of the tidal current, so that the influence of the tidal current, which is a disturbance, is reduced, and the underwater vehicle 14 is directed toward the target object. can be approached appropriately.

また、水中装置12は、水中航行体14を保持可能な保持機構46を備え、水中航行体14がアプローチ経路R2に従って水中装置12とドッキング可能なドッキング位置A2に到達したら、保持機構46を駆動して水中航行体14を保持する。本実施形態によると、水中装置12が保持機構46を駆動して水中航行体14を保持するため、適切なドッキングが可能となる。 The underwater device 12 also includes a holding mechanism 46 that can hold the underwater vehicle 14, and drives the holding mechanism 46 when the underwater vehicle 14 reaches a docking position A2 where it can be docked with the underwater device 12 along the approach route R2. to hold the underwater vehicle 14. According to this embodiment, since the underwater device 12 drives the holding mechanism 46 to hold the underwater vehicle 14, appropriate docking is possible.

また、水中装置12は、音波SWを反射する反射体42を備える。本実施形態によると、水中装置12が反射体42を備えるため、音波SWを適切に反射して、水中航行体14を対象物に対して適切にアプローチさせることができる。 Further, the underwater device 12 includes a reflector 42 that reflects the sound wave SW. According to this embodiment, since the underwater device 12 includes the reflector 42, it is possible to appropriately reflect the sound wave SW and cause the underwater vehicle 14 to appropriately approach the target object.

また、水中装置12は、給電部48を備え、水中航行体14は、給電部48から給電を受ける受電部88を備える。本実施形態によると、充電ステーションとしての水中装置12を用いて、水中航行体14を水中Oで適切に充電させることが可能となる。 Further, the underwater device 12 includes a power feeding section 48 , and the underwater vehicle 14 includes a power receiving section 88 that receives power from the power feeding section 48 . According to this embodiment, it becomes possible to appropriately charge the underwater vehicle 14 in the water using the underwater device 12 as a charging station.

本実施形態に係る水中航行体14の制御方法は、水中航行体14三次元アクティブソーナー82が受信した反射波SWaに基づき、対象物の位置及び向きの情報を取得するステップと、対象物の位置及び向きの情報に基づいて対象物にアプローチするアプローチ経路R2を生成するステップと、アプローチ経路R2に従って水中航行体14を航行させるステップと、を含む。本制御方法によると、水中航行体14を対象物に対して適切にアプローチさせることができる。 The method for controlling the underwater vehicle 14 according to the present embodiment includes the steps of acquiring information on the position and orientation of the object based on the reflected wave SWa received by the three-dimensional active sonar 82 of the underwater vehicle 14; and the step of generating an approach route R2 for approaching the target object based on the information on the orientation, and the step of navigating the underwater vehicle 14 according to the approach route R2. According to this control method, the underwater vehicle 14 can be made to approach the target object appropriately.

本実施形態に係るプログラムは、水中航行体14三次元アクティブソーナー82が受信した反射波SWaに基づき、対象物の位置及び向きの情報を取得するステップと、対象物の位置及び向きの情報に基づいて対象物にアプローチするアプローチ経路R2を生成するステップと、アプローチ経路R2に従って水中航行体14を航行させるステップとを、コンピュータに実行させる。本プログラムによると、水中航行体14を対象物に対して適切にアプローチさせることができる。 The program according to the present embodiment includes a step of acquiring information on the position and orientation of the target object based on the reflected wave SWa received by the three-dimensional active sonar 82 of the underwater vehicle 14; The computer executes the steps of generating an approach route R2 for approaching a target object, and making the underwater vehicle 14 navigate according to the approach route R2. According to this program, the underwater vehicle 14 can be made to approach the target object appropriately.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態においては、対象物としての水中装置12aが、ROVではなく水中を航行する潜水艦(母艦)である点で、第1実施形態とは異なる。第2実施形態において第1実施形態と構成が異なる箇所は、説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment will be described. The second embodiment differs from the first embodiment in that the underwater device 12a as a target object is not an ROV but a submarine (mother ship) that navigates underwater. Descriptions of parts in the second embodiment that are different in configuration from the first embodiment will be omitted.

図11は、第2実施形態に係る水中航行システムの模式図である。図11に示すように、第2実施形態に係る水中航行システム1aは、水中装置12aと、水中航行体14とを備えある。対象物としての水中装置12aは、第1実施形態の水中装置12と異なり、遠隔操作を受ける装置ではなく、自身に備えられた駆動装置52aや制御装置54aにより動作する。水中装置12aは、第1実施形態の母船10の機能も兼ね備えているといえる。水中装置12aは、音響測位装置20と、ケーシング40aと、反射体42aと、保持機構46aと、電源50aと、駆動装置52aと、制御装置54aとを備える。ケーシング40aは、水中装置12aの各機構を収納、保持する部材である。反射体42aは、第1実施形態の反射体42と同様の構成となっている。ただし、反射体42aは、ケーシング40a内に収納可能となっている。すなわち、水中装置12aは、反射体42aを外部に露出した状態と、反射体42aをケーシング40a内に収納した状態とを、切り替えることができる。なお、第1実施形態の反射体42も、外部への露出と内部への収納が切り替え可能になっていてもよい。反射体42aは、水中航行体14を回収する保持機構46aの近傍に設けられるが、保持機構46aから所定距離離れた位置にあってもよい。保持機構46aは、水中航行体14を保持して、水中航行体14を回収する機構である。電源50aは、水中装置12aの各部に電力を供給する電源である。駆動装置52aは、水中装置12aを水中航行させる機構であり、例えばスラスタなどである。 FIG. 11 is a schematic diagram of an underwater navigation system according to the second embodiment. As shown in FIG. 11, the underwater navigation system 1a according to the second embodiment includes an underwater device 12a and an underwater vehicle 14. Unlike the underwater device 12 of the first embodiment, the underwater device 12a as a target object is not a device that receives remote control, but is operated by a drive device 52a and a control device 54a provided therein. It can be said that the underwater device 12a also has the functions of the mother ship 10 of the first embodiment. The underwater device 12a includes an acoustic positioning device 20, a casing 40a, a reflector 42a, a holding mechanism 46a, a power source 50a, a drive device 52a, and a control device 54a. The casing 40a is a member that houses and holds each mechanism of the underwater device 12a. The reflector 42a has the same configuration as the reflector 42 of the first embodiment. However, the reflector 42a can be housed within the casing 40a. That is, the underwater device 12a can switch between a state in which the reflector 42a is exposed to the outside and a state in which the reflector 42a is housed within the casing 40a. Note that the reflector 42 of the first embodiment may also be able to be switched between being exposed to the outside and being stored inside. The reflector 42a is provided near the holding mechanism 46a that recovers the underwater vehicle 14, but may be located a predetermined distance away from the holding mechanism 46a. The holding mechanism 46a is a mechanism that holds the underwater vehicle 14 and recovers the underwater vehicle 14. The power source 50a is a power source that supplies power to each part of the underwater device 12a. The drive device 52a is a mechanism that allows the underwater device 12a to navigate underwater, and is, for example, a thruster.

図12は、第2実施形態に係る水中装置の制御装置の模式的なブロック図である。制御装置54aは、コンピュータであり、図12に示すように、制御部60aと記憶部62と通信部64aとを含む。通信部64aは、信号を送受信して、水中航行体14などの外部の装置と通信可能な通信モジュールである。通信部64aは、例えば水中音響通信装置を含んでよい。 FIG. 12 is a schematic block diagram of a control device for an underwater device according to a second embodiment. The control device 54a is a computer, and as shown in FIG. 12, includes a control section 60a, a storage section 62, and a communication section 64a. The communication unit 64a is a communication module that can communicate with external devices such as the underwater vehicle 14 by transmitting and receiving signals. The communication unit 64a may include, for example, an underwater acoustic communication device.

制御部60aは、演算装置、すなわちCPUである。制御部60aは、移動制御部120aと、位置検出部122aと、広域経路生成部124aと、保持制御部126aと、給電制御部128aとを含む。移動制御部120aは、駆動装置52aを制御して水中装置12aを航行させる。位置検出部122aは、第1実施形態の母船10の位置検出部32と同様に、音響測位装置20を制御して水中航行体14の位置を検出する。広域経路生成部124aは、第1実施形態の母船10の広域経路生成部34と同様に、水中航行体14の位置に基づいて広域経路RWを生成する。保持制御部126a及び給電制御部128aは、第1実施形態の保持制御部74及び給電制御部76と同様に、水中航行体14の保持と充電とを実行させる。 The control unit 60a is a calculation device, that is, a CPU. The control unit 60a includes a movement control unit 120a, a position detection unit 122a, a wide area route generation unit 124a, a holding control unit 126a, and a power supply control unit 128a. The movement control unit 120a controls the drive device 52a to navigate the underwater device 12a. The position detection unit 122a controls the acoustic positioning device 20 to detect the position of the underwater vehicle 14, similarly to the position detection unit 32 of the mother ship 10 of the first embodiment. The wide area route generation unit 124a generates the wide area route RW based on the position of the underwater vehicle 14, similar to the wide area route generation unit 34 of the mother ship 10 of the first embodiment. The holding control unit 126a and the power feeding control unit 128a hold and charge the underwater vehicle 14, similarly to the holding control unit 74 and the power feeding control unit 76 of the first embodiment.

図13は、第2実施形態に係る水中航行体と水中装置との動作フローを説明するフローチャートである。図13に示すように、水中航行体14と水中装置12aとをドッキングさせる場合、第1実施形態と同様に、水中航行体14は、会合予定領域A0まで移動し(ステップS10)、水中装置12aは、待ち受け位置A1まで移動して待機する(ステップS12)。水中装置12aの位置検出部122aは、会合予定領域A0に到着した水中航行体14に向けて、音響測位装置20から音波SW0を出力させる。水中航行体14のトランスポンダー84は、音波SW0を受信したら、音波SW0aを水中装置12aに向けて出力する。水中装置12aの位置検出部122aは、受信した音波SW0aに基づき、水中航行体14の位置を検出する(ステップS12a)。水中装置12aの広域経路生成部124aは、検出した水中航行体14の位置に基づき、待ち受け位置A1までの広域経路RWを生成して(ステップS12b)、通信部64aを介して水中航行体14に出力する。以降のステップS14からステップS26の処理は、第1実施形態と同様のため、説明を省略する。ステップS26で水中航行体14がドッキング位置A2に到着したら、水中装置12aは、保持機構46aで水中航行体14を保持して、水中航行体14を回収する(ステップS28a)。 FIG. 13 is a flowchart illustrating the operation flow of the underwater vehicle and the underwater device according to the second embodiment. As shown in FIG. 13, when docking the underwater vehicle 14 and the underwater device 12a, similarly to the first embodiment, the underwater vehicle 14 moves to the scheduled meeting area A0 (step S10), and the underwater device 12a moves to the standby position A1 and waits (step S12). The position detection unit 122a of the underwater device 12a causes the acoustic positioning device 20 to output a sound wave SW0 toward the underwater vehicle 14 that has arrived at the scheduled meeting area A0. When the transponder 84 of the underwater vehicle 14 receives the sound wave SW0, it outputs the sound wave SW0a toward the underwater device 12a. The position detection unit 122a of the underwater device 12a detects the position of the underwater vehicle 14 based on the received sound wave SW0a (step S12a). The wide-area route generation unit 124a of the underwater device 12a generates a wide-area route RW to the standby position A1 based on the detected position of the underwater vehicle 14 (step S12b), and transmits the wide-area route RW to the underwater vehicle 14 via the communication unit 64a. Output. The subsequent processes from step S14 to step S26 are the same as those in the first embodiment, so the description thereof will be omitted. When the underwater vehicle 14 arrives at the docking position A2 in step S26, the underwater device 12a holds the underwater vehicle 14 with the holding mechanism 46a and retrieves the underwater vehicle 14 (step S28a).

第2実施形態の水中航行システム1aは、水中航行体14を水中装置12aに回収する場合にも、水中航行体14を水中装置12aに適切にアプローチさせることが可能となる。第2実施形態の水中航行システム1aによると、水中装置12a側にも、水中航行体14のアプローチ用のセンサが多くなることを抑制できる。 The underwater navigation system 1a of the second embodiment allows the underwater vehicle 14 to appropriately approach the underwater device 12a even when recovering the underwater vehicle 14 to the underwater device 12a. According to the underwater navigation system 1a of the second embodiment, it is possible to suppress an increase in the number of approach sensors for the underwater vehicle 14 on the underwater device 12a side as well.

なお、以上の実施形態では、水中装置12、12aが、動力で動作する装置であったが、対象物は、動力で動作する装置に限られず、水中Oの構造物など、動力で動作しない物体であってもよい。このような場合でも、水中航行体14は、三次元アクティブソーナー82が受信した反射波SWaから対象物の位置及び向きを検出して適切に対象物にアプローチすることができる。 In the above embodiments, the underwater devices 12 and 12a are devices that operate with power, but the target object is not limited to devices that operate with power, but objects that do not operate with power, such as underwater structures. It may be. Even in such a case, the underwater vehicle 14 can detect the position and orientation of the object from the reflected wave SWa received by the three-dimensional active sonar 82 and can appropriately approach the object.

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。 Although the embodiment of the present invention has been described above, the embodiment is not limited by the content of this embodiment. Furthermore, the above-mentioned components include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those that are in a so-called equivalent range. Furthermore, the aforementioned components can be combined as appropriate. Furthermore, various omissions, substitutions, or modifications of the constituent elements can be made without departing from the gist of the embodiments described above.

1 水中航行システム
10 母船
12 水中装置(対象物)
14 水中航行体
82 三次元アクティブソーナー
110 移動制御部
114 広域経路取得部
116 位置情報取得部
118 経路生成部
R1 中間アプローチ経路
R2 アプローチ経路
RW 広域経路
1 Underwater navigation system 10 Mother ship 12 Underwater device (object)
14 Underwater vehicle 82 Three-dimensional active sonar 110 Movement control unit 114 Wide area route acquisition unit 116 Position information acquisition unit 118 Route generation unit R1 Intermediate approach route R2 Approach route RW Wide area route

Claims (10)

自律航行する水中航行体であって、
対象物に向けて音波を出力し、前記対象物からの前記音波の反射波を受信する三次元アクティブソーナーと、
前記三次元アクティブソーナーが受信した前記反射波に基づき、前記対象物の位置及び向きの情報を取得する位置情報取得部と、
前記対象物の位置及び向きの情報に基づいて前記対象物にアプローチするアプローチ経路を生成する経路生成部と、
前記アプローチ経路に従って前記水中航行体を航行させる移動制御部と、
を含み、
前記経路生成部は、前記三次元アクティブソーナーの所定数以下のセンサが前記反射波を受信して、前記位置情報取得部が前記反射波に基づいて前記対象物の位置を取得したら、前記対象物の向きの情報を用いずに前記対象物の位置に基づいて、前記対象物にアプローチする中間アプローチ経路を生成し、前記移動制御部は、前記中間アプローチ経路に従って前記水中航行体を航行させ、
前記経路生成部は、前記中間アプローチ経路に従った航行中に、前記三次元アクティブソーナーの前記所定数より多いセンサが前記反射波を受信して、前記位置情報取得部が前記反射波に基づいて前記対象物の位置及び向きを取得したら、前記対象物の位置及び向きに基づいて、前記アプローチ経路を生成し、前記移動制御部は、前記中間アプローチ経路から前記アプローチ経路に切り替えて前記水中航行体を航行させる、
水中航行体。
An underwater vehicle that navigates autonomously,
a three-dimensional active sonar that outputs sound waves toward a target object and receives reflected waves of the sound waves from the target object;
a position information acquisition unit that acquires information on the position and orientation of the object based on the reflected wave received by the three-dimensional active sonar;
a route generation unit that generates an approach route for approaching the target object based on information on the position and orientation of the target object;
a movement control unit that navigates the underwater vehicle according to the approach route;
including;
When a predetermined number or less of sensors of the three-dimensional active sonar receive the reflected waves and the position information acquisition unit acquires the position of the object based on the reflected waves, the path generation unit detects the object. generating an intermediate approach route for approaching the target object based on the position of the target object without using information on the orientation of the target object, and the movement control unit causing the underwater vehicle to navigate according to the intermediate approach route;
The route generation unit is configured to receive the reflected waves by more than the predetermined number of sensors of the three-dimensional active sonar during navigation along the intermediate approach route, and the position information acquisition unit based on the reflected waves. After acquiring the position and orientation of the target object, the movement control unit generates the approach route based on the position and orientation of the target object, and switches from the intermediate approach route to the approach route to move the underwater vehicle. to sail,
Underwater vehicle.
前記対象物が存在する待ち受け位置に向かう経路である広域経路を、外部の装置から取得する広域経路取得部をさらに含み、
前記移動制御部は、前記広域経路に従って前記水中航行体を航行させ、
前記経路生成部は、前記広域経路の航行中に、前記位置情報取得部が前記反射波に基づいて前記対象物の位置の情報を取得したら、前記中間アプローチ経路を生成し、前記移動制御部は、前記広域経路から前記中間アプローチ経路に切り替えて前記水中航行体を航行させる、請求項に記載の水中航行体。
further comprising a wide-area route acquisition unit that acquires a wide-area route that is a route toward a standby position where the target object is present from an external device;
The movement control unit causes the underwater vehicle to navigate according to the wide area route,
The route generation unit generates the intermediate approach route when the position information acquisition unit acquires information on the position of the object based on the reflected wave while navigating the wide area route, and the movement control unit generates the intermediate approach route. The underwater vehicle according to claim 1 , wherein the underwater vehicle navigates by switching from the wide area route to the intermediate approach route.
請求項1又は請求項2に記載の水中航行体と、動力によって移動可能な前記対象物である水中装置と、を備える、水中航行システム。 An underwater navigation system comprising: the underwater vehicle according to claim 1 or 2 ; and an underwater device that is the object movable by power. 前記水中装置は、前記水中航行体とドッキングするための待ち受け位置に移動し、前記待ち受け位置において、潮流の方向に基づいて、向きを変化させる、請求項3に記載の水中航行システム。 The underwater navigation system according to claim 3, wherein the underwater device moves to a standby position for docking with the underwater vehicle, and changes direction at the standby position based on the direction of a tidal current. 前記水中装置は、前記水中航行体を保持可能な保持機構を備え、前記水中航行体が前記アプローチ経路に従って前記水中装置とドッキング可能なドッキング位置に到達したら、前記保持機構を駆動して前記水中航行体を保持する、請求項又は請求項に記載の水中航行システム。 The underwater device includes a holding mechanism capable of holding the underwater vehicle, and when the underwater vehicle reaches a docking position where it can be docked with the underwater device according to the approach route, the holding mechanism is driven to stop the underwater vehicle. The underwater navigation system according to claim 3 or claim 4 , wherein the underwater navigation system holds a body. 前記水中装置は、前記音波を反射する反射体を備える、請求項から請求項のいずれか1項に記載の水中航行システム。 The underwater navigation system according to any one of claims 3 to 5 , wherein the underwater device includes a reflector that reflects the sound wave. 前記水中装置は、給電部を備え、前記水中航行体は、前記給電部から給電を受ける受電部を備える、請求項から請求項のいずれか1項に記載の水中航行システム。 The underwater navigation system according to any one of claims 3 to 6 , wherein the underwater device includes a power supply unit, and the underwater vehicle includes a power reception unit that receives power from the power supply unit. 水中航行体と、動力によって移動可能な対象物である水中装置と、を備え、Comprising an underwater vehicle and an underwater device that is an object movable by power,
前記水中航行体は、 The underwater vehicle is
対象物に向けて音波を出力し、前記対象物からの前記音波の反射波を受信する三次元アクティブソーナーと、 a three-dimensional active sonar that outputs sound waves toward a target object and receives reflected waves of the sound waves from the target object;
前記三次元アクティブソーナーが受信した前記反射波に基づき、前記対象物の位置及び向きの情報を取得する位置情報取得部と、 a position information acquisition unit that acquires information on the position and orientation of the object based on the reflected wave received by the three-dimensional active sonar;
前記対象物の位置及び向きの情報に基づいて前記対象物にアプローチするアプローチ経路を生成する経路生成部と、 a route generation unit that generates an approach route for approaching the target object based on information on the position and orientation of the target object;
前記アプローチ経路に従って前記水中航行体を航行させる移動制御部と、 a movement control unit that navigates the underwater vehicle according to the approach route;
を含み、 including;
前記水中装置は、前記水中航行体とドッキングするための待ち受け位置に移動し、前記待ち受け位置において、潮流の方向に基づいて、向きを変化させる、 The underwater device moves to a standby position for docking with the underwater vehicle, and changes direction at the standby position based on the direction of a tidal current.
水中航行システム。 Underwater navigation system.
対象物に向けて音波を出力し、前記対象物からの前記音波の反射波を受信する三次元アクティブソーナーを備える自律航行する水中航行体の制御方法であって、
前記三次元アクティブソーナーが受信した前記反射波に基づき、前記対象物の位置及び向きの情報を取得するステップと、
前記対象物の位置及び向きの情報に基づいて前記対象物にアプローチするアプローチ経路を生成するステップと、
前記アプローチ経路に従って前記水中航行体を航行させるステップと、
を含む、水中航行体の制御方法であって、
前記三次元アクティブソーナーの所定数以下のセンサが前記反射波を受信して、前記反射波に基づいて前記対象物の位置が取得されたら、前記対象物の向きの情報を用いずに前記対象物の位置に基づいて、前記対象物にアプローチする中間アプローチ経路を生成し、前記中間アプローチ経路に従って前記水中航行体を航行させ、
前記中間アプローチ経路に従った航行中に、前記三次元アクティブソーナーの前記所定数より多いセンサが前記反射波を受信して、前記反射波に基づいて前記対象物の位置及び向きが取得されたら、前記対象物の位置及び向きに基づいて、前記アプローチ経路を生成し、前記中間アプローチ経路から前記アプローチ経路に切り替えて前記水中航行体を航行させる、
水中航行体の制御方法。
A method for controlling an autonomous underwater vehicle comprising a three-dimensional active sonar that outputs sound waves toward a target object and receives reflected waves of the sound waves from the target object, the method comprising:
acquiring information on the position and orientation of the object based on the reflected wave received by the three-dimensional active sonar;
generating an approach route for approaching the object based on information on the position and orientation of the object;
navigating the underwater vehicle according to the approach route;
A method for controlling an underwater vehicle, the method comprising:
When a predetermined number or less of sensors of the three-dimensional active sonar receive the reflected waves and the position of the object is acquired based on the reflected waves, the position of the object is determined without using information about the orientation of the object. generating an intermediate approach route to approach the object based on the position of the target object, and navigating the underwater vehicle according to the intermediate approach route;
During navigation along the intermediate approach route, if more than the predetermined number of sensors of the three-dimensional active sonar receive the reflected waves, and the position and orientation of the object are obtained based on the reflected waves, generating the approach route based on the position and orientation of the object, switching from the intermediate approach route to the approach route and navigating the underwater vehicle;
Control method for underwater vehicle.
対象物に向けて音波を出力し、前記対象物からの前記音波の反射波を受信する三次元アクティブソーナーを備える自律航行する水中航行体の制御方法をコンピュータに実行させるプログラムであって、
前記三次元アクティブソーナーが受信した前記反射波に基づき、前記対象物の位置及び向きの情報を取得するステップと、
前記対象物の位置及び向きの情報に基づいて前記対象物にアプローチするアプローチ経路を生成するステップと、
前記アプローチ経路に従って前記水中航行体を航行させるステップと、
を、コンピュータに実行させる、プログラムであって、
前記三次元アクティブソーナーの所定数以下のセンサが前記反射波を受信して、前記反射波に基づいて前記対象物の位置が取得されたら、前記対象物の向きの情報を用いずに前記対象物の位置に基づいて、前記対象物にアプローチする中間アプローチ経路を生成し、前記中間アプローチ経路に従って前記水中航行体を航行させ、
前記中間アプローチ経路に従った航行中に、前記三次元アクティブソーナーの前記所定数より多いセンサが前記反射波を受信して、前記反射波に基づいて前記対象物の位置及び向きが取得されたら、前記対象物の位置及び向きに基づいて、前記アプローチ経路を生成し、前記中間アプローチ経路から前記アプローチ経路に切り替えて前記水中航行体を航行させる、
プログラム。


A program that causes a computer to execute a method for controlling an autonomous underwater vehicle equipped with a three-dimensional active sonar that outputs sound waves toward a target object and receives reflected waves of the sound waves from the target object, the program comprising:
acquiring information on the position and orientation of the object based on the reflected wave received by the three-dimensional active sonar;
generating an approach route for approaching the object based on information on the position and orientation of the object;
navigating the underwater vehicle according to the approach route;
A program that causes a computer to execute,
When a predetermined number or less of sensors of the three-dimensional active sonar receive the reflected waves and the position of the object is acquired based on the reflected waves, the position of the object is determined without using information about the orientation of the object. generating an intermediate approach route to approach the object based on the position of the target object, and navigating the underwater vehicle according to the intermediate approach route;
During navigation along the intermediate approach route, if more than the predetermined number of sensors of the three-dimensional active sonar receive the reflected waves, and the position and orientation of the object are obtained based on the reflected waves, generating the approach route based on the position and orientation of the object, switching from the intermediate approach route to the approach route and navigating the underwater vehicle;
program.


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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102522498B1 (en) * 2022-04-14 2023-04-17 재단법인한국조선해양기자재연구원 Underwater vehicle docking guide system and method thereof
WO2023240537A1 (en) * 2022-06-16 2023-12-21 广东高驰运动科技股份有限公司 Underwater motion trajectory generation method, system, terminal, and storage medium

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5231609A (en) 1992-09-28 1993-07-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Multiplatform sonar system and method for underwater surveillance
US9019795B2 (en) 2012-09-05 2015-04-28 Codaoctopus Group Method of object tracking using sonar imaging
JP2017105306A (en) 2015-12-09 2017-06-15 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 Route setting method of underwater sailing body, optimum control method of underwater sailing body using the same, underwater sailing body, and route setting method of moving body
JP2018177074A (en) 2017-04-18 2018-11-15 国立大学法人 東京大学 Autonomous type underwater robot and control method for the same
WO2019045103A1 (en) 2017-09-04 2019-03-07 川崎重工業株式会社 Charging system for autonomous underwater vehicle (auv) and method for lifting and recovering auv

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5231609A (en) 1992-09-28 1993-07-27 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Multiplatform sonar system and method for underwater surveillance
US9019795B2 (en) 2012-09-05 2015-04-28 Codaoctopus Group Method of object tracking using sonar imaging
JP2017105306A (en) 2015-12-09 2017-06-15 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 Route setting method of underwater sailing body, optimum control method of underwater sailing body using the same, underwater sailing body, and route setting method of moving body
JP2018177074A (en) 2017-04-18 2018-11-15 国立大学法人 東京大学 Autonomous type underwater robot and control method for the same
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