WO2018100749A1 - 小型船舶及びその制御方法 - Google Patents

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WO2018100749A1
WO2018100749A1 PCT/JP2016/085985 JP2016085985W WO2018100749A1 WO 2018100749 A1 WO2018100749 A1 WO 2018100749A1 JP 2016085985 W JP2016085985 W JP 2016085985W WO 2018100749 A1 WO2018100749 A1 WO 2018100749A1
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WO
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target
trailer
target position
hull
offset amount
Prior art date
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PCT/JP2016/085985
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English (en)
French (fr)
Inventor
阿久澤　修
啓高 青木
祐介 芦田
Original Assignee
ヤマハ発動機株式会社
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/0206—Control of position or course in two dimensions specially adapted to water vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B49/00—Arrangements of nautical instruments or navigational aids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/02—Initiating means for steering, for slowing down, otherwise than by use of propulsive elements, or for dynamic anchoring
    • B63H25/04—Initiating means for steering, for slowing down, otherwise than by use of propulsive elements, or for dynamic anchoring automatic, e.g. reacting to compass

Definitions

  • the present invention relates to a small vessel and a control method thereof.
  • Patent Document 1 discloses a berthing support device for a ship that enters a specific port.
  • This berthing support device is equipped with a recording device that records the trajectory from the time of entering the port to the berthing position, and instructs the vessel operator to follow the trajectory when berthing.
  • a recording device that records the trajectory from the time of entering the port to the berthing position, and instructs the vessel operator to follow the trajectory when berthing.
  • the approach range is determined from the trajectory, and if the ship's position is out of the approach range, an instruction is output from the docking support device so that the operator returns to the final approach start point. Is done.
  • the above-mentioned berthing support device can be used only at a specific port where the locus is recorded in the recording device. Even if the ship can be moved without departing from the approach range, it is not easy to maneuver in the vicinity of the shore, and advanced maneuvering techniques are required for the ship operator to make the ship berth smoothly. .
  • the small vessel includes a hull, a propulsion device, a position sensor, and a controller.
  • the propulsion device is disposed on the hull and generates a propulsive force that moves the hull.
  • the position sensor detects the current position and the current direction of the hull, and outputs position information indicating the current position and the current direction.
  • the controller receives position information.
  • the controller determines a first target position of the hull and a target direction at the first target position.
  • the controller calculates an azimuth difference between the current azimuth and the target azimuth.
  • the controller determines the offset amount of the first target position according to the azimuth difference or disturbance.
  • the controller determines an offset amount and a position away from the first target position toward the current position as the second target position.
  • a command signal for controlling the propulsion device is generated so that the hull reaches the second target position.
  • position information indicating the current position and current direction of the hull is received.
  • a first target position of the hull and a target orientation at the first target position are determined.
  • An azimuth difference between the current azimuth and the target azimuth is calculated.
  • the offset amount of the first target position is determined according to the azimuth difference or disturbance.
  • a position away from the first target position by the offset amount toward the current position is determined as the second target position.
  • a command signal for controlling the propulsion device mounted on the hull is generated so that the hull reaches the second target position.
  • the offset amount and the position away from the first target position toward the current position are determined as the second target position, and the propulsion device is automatically controlled so that the hull reaches the second target position.
  • the offset amount is determined according to the azimuth difference between the current azimuth and the target azimuth or disturbance. Therefore, even if the direction of the hull is different from the target direction, the direction of the hull can be easily brought close to the target direction before reaching the first target position. Alternatively, even if the behavior of the hull is affected by disturbances such as tidal currents and winds, the hull can easily reach the first target position.
  • FIG. 1 is a plan view of a small vessel 1 according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the small vessel 1.
  • the small boat 1 is a jet propulsion boat and is a type of boat called a jet boat or a sports boat.
  • the small vessel 1 includes a hull 2, engines 3L and 3R, and propulsion devices 4L and 4R.
  • the hull 2 includes a deck 11 and a hull 12.
  • the hull 12 is disposed below the deck 11.
  • a driver seat 13 and a passenger seat 17 are disposed on the deck 11.
  • the small vessel 1 has two engines 3L and 3R and two propulsion devices 4L and 4R. Specifically, the small vessel 1 has a first engine 3L and a second engine 3R. The small vessel 1 has a first propulsion device 4L and a second propulsion device 4R.
  • the number of engines is not limited to two, and may be one or three or more.
  • the number of propulsion devices is not limited to two, but may be one or three or more.
  • the first engine 3L and the second engine 3R are accommodated in the hull 2.
  • the output shaft of the first engine 3L is connected to the first propulsion device 4L.
  • the output shaft of the second engine 3R is connected to the second propulsion device 4R.
  • the first propulsion device 4L is driven by the first engine 3L to generate a propulsive force that moves the hull 2.
  • the second propulsion device 4R is driven by the second engine 3R to generate a propulsive force that moves the hull 2.
  • the first propulsion device 4L and the second propulsion device 4R are arranged side by side.
  • the first propulsion device 4L is a jet propulsion device that sucks and injects water around the hull 2.
  • FIG. 3 is a side view showing the configuration of the first propulsion device 4L. In FIG. 3, a part of the first propulsion device 4L is shown in cross section.
  • the first propulsion device 4L includes a first impeller shaft 21L, a first impeller 22L, a first impeller housing 23L, a first nozzle 24L, a first deflector 25L, and a first reverse bucket. 26L.
  • the first impeller shaft 21L is disposed so as to extend in the front-rear direction.
  • the front portion of the first impeller shaft 21L is connected to the output shaft of the engine 3L via a coupling 28L.
  • the rear portion of the first impeller shaft 21L is disposed in the first impeller housing 23L.
  • the first impeller housing 23L is disposed behind the water suction portion 27L.
  • the first nozzle 24L is disposed behind the first impeller housing 23L.
  • the first impeller 22L is attached to the rear part of the first impeller shaft 21L.
  • the first impeller 22L is disposed in the first impeller housing 23L.
  • the first impeller 22L rotates with the first impeller shaft 21L and sucks water from the water suction part 27L.
  • the first impeller 22L jets the sucked water backward from the first nozzle 24L.
  • the first deflector 25L is disposed behind the first nozzle 24L.
  • the first reverse bucket 26L is disposed behind the first deflector 25L.
  • the 1st deflector 25L is comprised so that the injection direction of the water from the 1st nozzle 24L may be changed into the left-right direction. That is, the traveling direction of the small vessel 1 is changed to the left and right by changing the direction of the first deflector 25L to the left and right.
  • the first reverse bucket 26L is provided to be switchable between a forward position and a reverse position.
  • water from the first nozzle 24L and the first deflector 25L is jetted backward.
  • the first reverse bucket 26L switches the direction of water injection from the first nozzle 24L and the first deflector 25L forward in the reverse drive position. Thereby, the small vessel 1 moves backward.
  • the second propulsion device 4R includes a second impeller shaft, a second impeller, a second impeller housing, a second nozzle, a second deflector, and a second reverse bucket.
  • the second impeller shaft, the second impeller, the second impeller housing, the second nozzle, the second deflector, and the second reverse bucket are respectively the first impeller shaft 21L, the first impeller 22L, and the first
  • the configuration is the same as that of the impeller housing 23L, the first nozzle 24L, the first deflector 25L, and the first reverse bucket 26L, and detailed description thereof is omitted.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing a ship maneuvering mechanism and a control system of the small boat 1.
  • the small vessel 1 includes a controller 41.
  • the controller 41 includes an arithmetic device such as a CPU and a storage device such as a RAM and a ROM, and is programmed to control the small vessel 1.
  • the small vessel 1 includes a first ECU (Engine control unit) 31L, a first steering actuator 32L, a first steering CU (control33unit) 33L, a first shift actuator 34L, and a first shift CU (control unit) 35L. have. These configurations are devices for controlling the first propulsion device 4L.
  • Each of the first ECU 31L, the first steering CU33L, and the first shift CU35L includes an arithmetic device such as a CPU and a storage device such as a RAM and a ROM, and is programmed to control connected devices.
  • the first ECU 31L is communicably connected to the first engine 3L.
  • the first ECU 31L outputs a command signal to the first engine 3L.
  • the first steering actuator 32L is connected to the first deflector 25L of the first propulsion device 4L.
  • the first steering actuator 32L changes the steering angle of the first deflector 25L.
  • the first steering actuator 32L is, for example, an electric motor.
  • the first steering CU33L is communicably connected to the first steering actuator 32L.
  • the first steering CU33L outputs a command signal to the first steering actuator 32L.
  • the first shift actuator is connected to the first reverse bucket 26L of the first propulsion device 4L.
  • the first shift actuator switches the position of the first reverse bucket 26L between the forward position and the reverse position.
  • the first shift actuator 34L is, for example, an electric motor.
  • the first shift CU 35L is communicably connected to the first shift actuator 34L.
  • the first shift CU 35L outputs a command signal to the first shift actuator 34L.
  • the small vessel 1 has a second ECU 31R, a second steering actuator 32R, a second steering CU33R, a second shift actuator 34R, and a second shift CU35R.
  • These configurations are devices for controlling the second propulsion device 4R, and the first ECU 31L, the first steering actuator 32L, the first steering CU33L, the first shift actuator 34L, and the first shift CU35L described above. It is the same composition.
  • the small vessel 1 includes a steering device 14, a joystick 42, a remote control unit 15, a display 43, an input device 44, a position sensor 45, and a sensing device 46.
  • the steering device 14, the display 43, the input device 44, the position sensor 45, and the sensing device 46 include a controller 41, first and second ECUs 31L and 31R, first and second steering units CU33L and 33R, and first and second steering units CU33L and 33R.
  • the second shift CUs 35L and 35R are communicably connected to each other. For example, these devices are connected to each other by CAN (Controller Area Network) or CAN-FD.
  • the devices are connected to each other, information can be transmitted between the devices at the same time. Thereby, cooperative control of steering, shifting, and throttle can be easily performed. In addition, these devices are connected in a double system. Thereby, stable communication can be ensured.
  • the remote control unit 15 is connected to the controller 41 in an analog manner. However, the remote control unit 15 may also be connected via a network such as CAN as with other devices.
  • the steering device 14 is disposed in the driver's seat 13.
  • the steering device 14 includes, for example, a steering wheel.
  • the steering device 14 is operated to steer the hull 2.
  • the steering device 14 outputs an operation signal.
  • the first steering CU33L and the second steering CU33R control the first and second steering actuators 32L, 32R according to the operation of the steering operation device 14. Thereby, the advancing direction of the small boat 1 is changed to right and left.
  • the remote control unit 15 is disposed in the driver's seat 13.
  • the remote control unit 15 is operated for adjusting the outputs of the engines 3L and 3R and switching between forward and backward travel.
  • the remote control unit 15 includes a first throttle operation member 15L and a second throttle operation member 15R.
  • the first throttle operation member 15L and the second throttle operation member 15R are, for example, lever-shaped members.
  • the remote control unit 15 outputs a signal indicating the operation amount and operation direction of the first and second throttle operation members 15L and 15R.
  • the first ECU 31L controls the rotational speed of the first engine 3L according to the operation amount of the first throttle operation member 15L.
  • the second ECU 31R controls the rotation speed of the second engine 3R according to the operation amount of the second throttle operation member 15R.
  • the first shift CU 35L controls the first shift actuator 34L according to the operation direction of the first throttle operation member 15L.
  • the second shift CU35R controls the second shift actuator 34R according to the operation direction of the second throttle operation member 15R. Thereby, the forward / backward movement of the small vessel 1 is switched.
  • the joystick 42 is disposed in the driver's seat 13.
  • the joystick 42 is operated to move the hull 2 forward, backward, left and right.
  • the joystick 42 is operated to change the direction of the hull 2.
  • An operation signal is input to the controller 41 from the joystick 42.
  • the controller 41 controls the first and second engines 3L and 3R, the first and second steering actuators 32L and 32R, and the first and second shift actuators 34R according to the operation of the joystick 42.
  • the small boat 1 moves back and forth and right and left. Or, the small vessel 1 turns to change the direction.
  • the display 43 and the input device 44 are arranged in the driver's seat 13.
  • the display 43 displays information related to the small vessel 1.
  • the display 43 receives a display signal from the controller 41.
  • the display 43 displays information according to the display signal from the controller 41.
  • the input device 44 receives input related to a small vessel.
  • the input device 44 outputs an input signal indicating the input information.
  • the input device 44 may be configured integrally with the display 43 by a touch panel. Alternatively, the input device 44 may be separate from the display 43.
  • the position sensor 45 detects the current position and the current direction of the hull 2 and outputs position information indicating the current position and the current direction.
  • the position sensor 45 is, for example, an inertial navigation device, and includes a GNSS (Global Navigation Satellite System) device 47 and an IMU (Inertial Measurement Unit) 48.
  • the GNSS device 47 detects the current position of the hull 2 and the boat speed.
  • the IMU 48 detects the angular velocity and acceleration of the hull 2. Further, the current azimuth of the hull 2 is detected by the GNSS device 47 and the IMU 48.
  • the current direction may be detected by a plurality of GNSS devices, a magnetic direction sensor, or an electronic compass.
  • the sensing device 46 detects the shape of an object around the hull 2 and the positional relationship between the object and the hull 2.
  • the positional relationship between the object and the hull 2 includes the distance between the object and the hull 2 and the direction in which the object is positioned with respect to the hull 2.
  • An object around the hull 2 is, for example, a pier, a quay, another ship, or an obstacle.
  • the sensing device 46 includes one type or a plurality of types of sensors among radar, laser, camera, and ultrasonic sensor.
  • the sensing device 46 may include a plurality of radars, a plurality of lasers, a plurality of cameras, or a plurality of ultrasonic sensors. Radars include, for example, millimeter wave radars, microwave radars, or other radars with different wavelengths.
  • the sensing device 46 detects and outputs environmental information in automatic berthing control described later.
  • the environmental information indicates the shape of the docking place and the positional relationship between the docking place and the hull 2.
  • the environmental information may indicate a docking place or other ships around the hull 2.
  • the environmental information may indicate a docking place or a structure around the hull 2 or an obstacle.
  • the environmental information is indicated by, for example, the coordinates of a point group indicating the position of the object detected by the sensing device 46.
  • the environment information may be the shape and position of an object grasped by image recognition.
  • the sensing device 46 may be connected to the CAN or CAN-FD via a PLD (programmable logic device) such as an FPGA (field-programmable gate array) 49.
  • a PLD programmable logic device
  • FPGA field-programmable gate array
  • the sensing device 46 may be connected to CAN or CAN-FD via a DSP (digital signal processor).
  • the small vessel 1 has a trailer receiver 51.
  • the receiver 51 is communicably connected to the controller 41. As shown in FIG. 18, the receiver 51 receives trailer position information emitted from a transmitter 101 mounted on the trailer 100.
  • the trailer position information indicates the current position of the trailer 100.
  • the trailer position information may be acquired by a sensing device that detects the current position of the trailer 100.
  • the small vessel 1 has an automatic berthing function.
  • the automatic berthing function is a function for automatically berthing the hull 2 at a berthing position such as a jetty without an operation by the operator.
  • automatic landing control executed in the automatic landing function will be described in detail.
  • FIGS. 5 to 8 are flowcharts showing the automatic berthing control process executed by the controller 41.
  • step S101 the controller 41 acquires position information from the position sensor 45.
  • the controller 41 acquires the current position and current direction of the hull 2 in real time based on the position information.
  • step S102 the controller 41 determines whether the sensing device 46 is capturing a sensing target. When the sensing device 46 is capturing the target, the process proceeds to step S103.
  • step S ⁇ b> 103 the controller 41 acquires environment information by the sensing device 46.
  • step S104 the controller 41 or the FPGA 49 recognizes a docking place, another ship, an obstacle, or a surrounding structure based on the environmental information.
  • the docking place is, for example, a pier.
  • the controller 41 or the FPGA 49 recognizes other ships and obstacles based on the shape of the object detected by the sensing device 46.
  • the controller 41 or the FPGA 49 recognizes the berthing place and the surrounding structure based on the height and length of the object detected by the sensing device 46.
  • step S105 the controller 41 displays an environment map indicating the surrounding environment on the display 43.
  • FIG. 9 is a diagram showing an operation screen 61 for the automatic berthing function. As shown in FIG. 9, the operation screen 61 is displayed on the display 43 by a GUI.
  • the operation screen 61 includes an environment map 62 and a plurality of operation keys. By pressing a plurality of operation keys, input of various operations of the automatic berthing function is received by the input device 44.
  • the environment map 62 shows the shape of the berthing location, obstacles, and surrounding structures recognized by the controller 41. Although not shown in FIG. 9, other ships recognized by the controller 41 are also shown in the environment map 62.
  • the controller 41 indicates the current position and current direction of the hull 2 acquired from the position information on the environment map 62 by the icon 71 of the hull 2.
  • the environment map 62 is updated in real time as the position information by the position sensor 45 and the detection of the environment information by the sensing device 46 are repeated.
  • the plurality of operation keys include a scale change key 63. By operating the scale change key 63, the display scale of the environmental map 62 is enlarged or reduced.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a process for setting a target position for berthing.
  • the controller 41 determines a berthing available space.
  • the controller 41 determines a berthing available space based on the environment information.
  • the controller 41 determines a position along the object recognized as a berthing place as a berthing available space SP1.
  • the controller 41 detects the arrangement of the pier from the environment information, and determines a predetermined range along the pier as the dockable space SP1.
  • the controller 41 detects the berthing location and the arrangement of other ships anchored at the berthing location from the environment information, and determines the berthing available space SP1 from the arrangement of the berthing location and the other vessels. As shown in FIG. 10, when the two other ships 201 and 202 are anchored at intervals, the controller 41 calculates a distance d1 between the two other ships 201 and 202. When the distance d1 between the two other ships 201 and 202 is larger than the threshold value indicating the space where the own ship can be anchored, the controller 41 can pierce the space between the two other ships 201 and 202. Determine as SP1.
  • the controller 41 displays a berthing position on the environment map 62.
  • the dockable position may be the above-described dockable space SP1.
  • the dockable position may be a specific position in the dockable space SP1.
  • the environment map 62 on which the dockable position is displayed may be an overhead view.
  • an image photographed by the camera may be displayed as the environment map 62. In that case, the dockable position may be displayed on the image photographed by the camera.
  • step S203 the controller 41 determines whether or not the target position for landing is input.
  • the input of the target position in the environment map 62 is received by the input device 44.
  • the input device 44 When the operator touches the dockable position on the environment map 62, the touched position is input as the target position.
  • the input device 44 outputs target position information indicating the target position to the controller 41.
  • step S204 the controller 41 determines whether or not the input target position is within the appropriate range SP2. When the input target position is within the appropriate range SP2, the process proceeds to step S205.
  • step S205 the controller 41 corrects the target position.
  • the controller 41 corrects the target position based on the berthing available space SP1. For example, as shown in FIG. 10, when the input target position IP1 is outside the dockable space SP1, the target position Tp is corrected so that the target position is within the dockable space SP1. When the input target position IP2 is in the berthing available space SP1, the controller 41 corrects the target position Tp so that the target position becomes the center position of the berthing available space SP1.
  • the operation screen 61 includes a target position setting key 64.
  • the target position setting key 64 When the target position setting key 64 is pressed, the operator can manually input an arbitrary position that is not limited to the space SP1. Accordingly, the touched position is received by the input device 44 as the target position.
  • the controller 41 may correct the target position to a position along the docking location when a position away from the docking location in a direction perpendicular to the direction along the docking location is input as the target position.
  • the target position Tp is corrected to a position closest to the input target position IP3 among the positions along the berthing place.
  • step S203 If the target position is not input in step S203, the process proceeds to step S206. For example, when a predetermined time has passed without touching the environment map 62, the process proceeds to step S206.
  • step S206 the controller 41 automatically sets the target position.
  • the controller 41 sets the nearest position in the current bow direction as a target position among the positions along the berthing place.
  • step S207 the controller 41 displays the target position and the target direction on the environment map 62 with the icon 71 '.
  • the controller 41 sets the ship at the position on the environment map 62 with the target position corrected in step S205 or the target position automatically set in step 206 as the target position.
  • An icon 71 ′ is displayed.
  • the icon 71 ′ is displayed with the target orientation determined by the controller 41 in the initial state.
  • the controller 41 determines the target azimuth of the hull 2 based on the shape of the docking place, the current azimuth, or the distance to the target position. For example, when the docking place is a pier, the controller 41 determines the direction along the edge of the docking place as the target direction. Or the controller 41 may determine the direction which makes a predetermined angle with the direction along the edge of a berthing place as a target azimuth
  • the operation screen 61 includes a first orientation change key 65 and a second orientation change key 66.
  • the target direction is changed by a predetermined angle (for example, 90 degrees).
  • the change unit angle is not limited to 90 degrees, and may be smaller than 90 degrees or larger than 90 degrees.
  • the second direction change key 66 is rotatably provided on the operation screen 61.
  • the target orientation is changed according to the rotation of the second orientation change key 66.
  • the direction of the ship icon 71 'on the environment screen is also changed.
  • the target position input in step S204 is not within the appropriate range SP2, the target position is not corrected, and the input target position is set as the target position.
  • the appropriate range SP2 is a range including the berthing available space SP1.
  • the target position is not corrected. Accordingly, when the input target position IP4 is separated from the berthing available space SP1 by a predetermined distance or more, the input target position is set as the target position without being corrected.
  • the size of the appropriate range SP2 is set to such a value that it can be determined that the position of the target position is not deviated but is intentionally touched at a position away from the dockable space SP1.
  • the operation screen 61 includes an automatic berthing mode start button 67 and an automatic berthing mode stop button 68.
  • the automatic landing control is started.
  • the controller 41 When the automatic docking control is started, the controller 41 generates a command signal for controlling the propulsion devices 4L and 4R so as to dock the hull 2 at the target position.
  • processing after the start of the automatic berthing control will be described.
  • step S301 the controller 41 determines whether automatic berthing control has been started.
  • the process proceeds to step S302.
  • the controller 41 determines whether the small vessel 1 has reached the second target position.
  • the second target position TP2 is the current position side of the small vessel 1 from the first target position TP1, with the target position and target orientation determined in the above-described steps S201 to S207 as the first target position TP1. Is a position separated by a predetermined offset amount.
  • the controller 41 first controls the propulsion devices 4L and 4R so that the small vessel 1 reaches the second target position TP2, and then propels the small vessel 1 to reach the first target position TP1.
  • the devices 4L and 4R are controlled.
  • the second target position TP2 will be described later.
  • step S302 when the small vessel 1 has not reached the second target position TP2, the process proceeds to step S303.
  • step S303 the controller 41 determines whether the position error and the azimuth error are equal to or less than the first threshold value.
  • the position error is a distance between the current position of the hull 2 and the second target position TP2.
  • the heading error is the difference between the current heading of the hull 2 and the target heading.
  • the controller 41 is configured such that the distance between the current position of the hull 2 and the second target position TP2 is equal to or smaller than the first position threshold, and the difference between the current bearing and the target bearing of the hull 2 is equal to or smaller than the first bearing threshold.
  • it determines with a position error and an azimuth
  • step S304 the controller 41 determines the second target position TP2.
  • the controller 41 calculates an azimuth difference between the current azimuth and the target azimuth, and determines an offset amount L of the first target position TP1 according to the azimuth difference.
  • the controller 41 determines an offset amount L and a position away from the first target position TP1 to the current position side as the second target position TP2. That is, the controller 41 determines an offset amount L and a position away from the first target position TP1 as the second target position TP2 in a direction perpendicular to the edge of the berthing place.
  • the controller 41 determines the offset amount by the following equation (1).
  • a is a predetermined coefficient, and is determined based on the distance between the center of gravity of the hull 2 and the bow.
  • Heading_err is an azimuth difference between the current azimuth and the first target azimuth. However, when Heading_err ⁇ 90 degrees, Heading_err is set to 90 degrees.
  • b is a margin according to the hull 2 with respect to the target direction and the direction along the edge of the docking place.
  • W is the width of the other ship.
  • the controller 41 calculates the heading difference according to the heading difference between the current heading and the target heading, and the hull 2.
  • the controller 41 determines the offset amount L of the first target position TP1 according to the heading difference and the margin according to the hull 2.
  • the controller 41 increases the offset amount L according to the increase of the heading difference Heading_err.
  • the controller 41 determines the offset amount based on the distance between the center of gravity of the hull 2 and the bow.
  • the controller 41 determines the offset amount so as to be larger than the width W of the other ship anchored at the docking place.
  • the offset amount is calculated and updated in real time.
  • the controller 41 determines the second target position TP2 while avoiding the obstacle.
  • the environment map 62 is provided with a grid. The controller 41 determines the second target position TP2 except for the grid that is within a predetermined range from the obstacle X1.
  • the controller 41 determines a target navigation route Ph1 to the second target position TP2.
  • the controller 41 sets the shortest route to the second target position TP2 among the routes passing through the set grid as the target navigation route Ph1.
  • the controller 41 determines the target navigation route Ph1 by excluding the grid within the predetermined range from the object recognized as the obstacle.
  • the determined target navigation route Ph1 is displayed on the environment map 62.
  • the controller 41 calculates and updates the target navigation route Ph1 in real time.
  • the grid arrangement is set such that a predetermined number of grids are arranged between the current position of the hull 2 and the target position. Therefore, when the distance between the hull 2 and the target position is changed, the arrangement of the grid is changed.
  • step S305 the controller 41 changes the target position from the first target position TP1 to the second target position TP2.
  • step S303 when the position error and the azimuth error are equal to or smaller than the first threshold value, the process proceeds to step S306. That is, even if the small vessel 1 has not completely reached the second target position TP2, if the current position is close to the second target position TP2 and the current direction is close to the target direction, the process proceeds to step S306. .
  • step S306 the controller 41 determines a target speed and a target angular speed from the target position and the target direction.
  • the controller 41 determines the target speed and the target angular speed with the second target position TP2 as the target position. .
  • the controller 41 determines the target speed and the angular speed with the first target position TP1 as the target position. To do.
  • the controller 41 calculates a relative error Pb_err from the target position and the current position, the target azimuth and the current azimuth, and determines the target speed / angular speed Vc based on the relative error Pb_err.
  • the controller 41 decreases the target speed / angular speed Vc according to the decrease in the relative error Pb_err. That is, the controller 41 decreases the target speed when the current position of the hull 2 approaches the target position.
  • the controller 41 decreases the target angular velocity when the current direction of the hull 2 approaches the target direction. Then, when the distance between the current position of the hull 2 and the target position falls within a predetermined range including zero, the controller 41 sets the target speed to zero. Further, when the difference between the current azimuth of the hull 2 and the target azimuth falls within a predetermined range including zero, the controller 41 sets the target angular velocity to zero.
  • the relative error Pb_err includes a first position error Pb_err_x, a second position error Pb_err_y, and an azimuth error Pb_err_ ⁇ .
  • the first position error Pb_err_x is a distance between the target position and the current position in the front-rear direction of the hull 2.
  • the second position error Pb_err_y is the distance between the target position and the current position of the hull 2 in the left-right direction.
  • the bearing error Pb_err_ ⁇ is a difference between the target bearing and the current bearing.
  • the target speed / angular speed Vc includes a first target speed Vc_x, a second target speed Vc_y, and a target angular speed ⁇ c.
  • the first target speed Vc_x is a target speed in the front-rear direction of the hull 2.
  • the second target speed Vc_y is a target speed in the left-right direction of the hull 2.
  • the target angular velocity ⁇ c is the target angular velocity of the hull 2.
  • the controller 41 stores first target speed information Ivcx, second target speed information Ivcy, and target angular speed information I ⁇ c.
  • the first target speed information Ivcx defines the relationship between the first position error Pb_err_x and the first target speed Vc_x.
  • the second target speed information Ivcy defines the relationship between the second position error Pb_err_y and the second target speed Vc_y.
  • the target angular velocity information I ⁇ c defines the relationship between the azimuth error Pb_err_ ⁇ and the target angular velocity ⁇ c.
  • the controller 41 determines the first target speed Vc_x from the first position error Pb_err_x based on the first target speed information Ivcx.
  • the controller 41 determines the second target speed Vc_y from the second position error Pb_err_y based on the second target speed information Ivcy.
  • the controller 41 determines the target angular velocity ⁇ c based on the target angular velocity information I ⁇ c.
  • the target speed / angular speed Vc may be determined by the following equation (2).
  • any one of the first position error Pb_err_x, the second position error Pb_err_y, the bearing error Pb_err_ ⁇ , the actual longitudinal velocity Vx of the hull 2, the actual lateral velocity Vy, and the actual angular velocity ⁇ is used. Also good. [Equation 2]
  • step S401 the controller 41 determines whether the distance from the current position to the target position is equal to or less than a predetermined threshold value Dt1. If the distance to the target position is not less than or equal to the predetermined threshold value Dt1, the process proceeds to step S402.
  • step S402 the hull 2 is controlled by approach control. In approach control, the controller 41 determines the target propulsive force and the target rudder angle of the propulsion devices 4L and 4R based on the first target speed Vc_x and the target angular speed ⁇ c.
  • step S401 If it is determined in step S401 that the distance from the current position to the target position is equal to or less than the predetermined threshold value Dt1, the process proceeds to step S403.
  • step S403 the hull 2 is controlled by the adjustment control.
  • the target propulsive force and the target rudder angle of the propulsion devices 4L and 4R are determined based on the first target speed Vc_x, the second target speed Vc_y, and the target angular speed ⁇ c.
  • the target position and the target direction can be quickly reached by the approach control. Further, when the distance to the target position is equal to or less than the predetermined threshold value Dt1, the hull 2 can be accurately reached at the target position by the adjustment control.
  • step S402 and step S403 the controller 41 calculates the force due to the disturbance and determines the target propulsive force and the target steering angle of the propulsion devices 4L and 4R in consideration of the force due to the disturbance.
  • the force caused by disturbance is, for example, a tidal current or a force caused by wind.
  • the calculated results include fluctuations in resistance to the hull due to weight fluctuations and the like.
  • the controller 41 determines the target propulsive force and the target rudder angle based on the force due to the disturbance, the target speed, and the target angular speed.
  • FIG. 17 is a control block diagram for determining the target propulsive force and the target rudder angle.
  • the controller 41 includes a disturbance observer 411 and a target propulsive force / steering angle calculation unit 412.
  • the disturbance observer 411 includes the actual speed / angular speed V of the hull 2, the actual engine speed n1 of the first engine 3L, the actual engine speed n2 of the second engine 3R, and the actual speed of the first propulsion device 4L.
  • the force w due to disturbance is calculated.
  • the actual velocity / angular velocity V of the hull 2 includes the actual longitudinal velocity Vx of the hull 2, the actual lateral velocity Vy, and the actual angular velocity ⁇ .
  • the target propulsive force / steering angle calculation unit 412 calculates the target propulsive force based on the target speed / angular velocity Vc, the actual speed / angular velocity V of the hull 2, and the force w due to disturbance.
  • the controller 41 estimates the force w due to disturbance by the following equation (3). [Equation 3] Is the equation of motion of the hull 2. Is the time derivative of V. Is an estimation by the equation of motion of the hull 2.
  • the controller 41 calculates a target propulsive force based on, for example, Lyapunov's stability theory using the equation of motion shown in the following equation (4). [Equation 4]
  • the target propulsive force / steering angle calculation unit 412 determines a target rotational speed nc1 of the first engine 3L and a target rotational speed nc2 of the second engine 3R from the target propulsive force.
  • the controller 41 generates a command signal corresponding to the target rotational speed nc1 of the first engine 3L and outputs it to the first ECU 31L.
  • the controller 41 generates a command signal corresponding to the target rotational speed nc2 of the second engine 3R and outputs it to the second ECU 31R.
  • the target propulsive force / steering angle calculation unit 412 also uses the target rudder angle ⁇ c1 of the first propulsion device 4L based on the target speed / angular velocity Vc, the actual speed / angular velocity V of the hull 2, and the force w due to disturbance. And the target rudder angle ⁇ c2 of the second propulsion device 4R are determined.
  • the controller 41 generates a command signal corresponding to the target steering angle ⁇ c1 of the first propulsion device 4L and outputs the command signal to the first steering CU33L.
  • the controller 41 generates a command signal corresponding to the target steering angle ⁇ c2 of the second propulsion device 4R and outputs the command signal to the second steering CU33R.
  • step S404 the controller 41 determines whether the position error and the azimuth error are equal to or smaller than the second threshold value. Specifically, the controller 41 determines that the distance between the current position and the target position of the hull 2 is equal to or smaller than the second position threshold value, and the difference between the current direction and the target direction of the hull 2 is equal to or smaller than the second direction threshold value. At a certain time, it is determined that the position error and the azimuth error are not more than the second threshold value. Note that a value smaller than the above-described offset amount is set as the second position threshold.
  • the controller 41 ends the automatic landing control. Note that the controller 41 also ends the automatic landing control when the automatic landing mode stop key 68 shown in FIG. 9 is pressed.
  • the target speed of the hull 2 for reaching the target position is determined according to the distance between the current position of the hull 2 and the target position. Then, the target propulsive force is determined based on the target speed of the hull 2, and the propulsion devices 4L and 4R are controlled so as to generate the target propulsive force. Thus, the propulsion devices 4L and 4R are automatically controlled so that the hull 2 moves toward the target position. Therefore, the small vessel 1 can be easily docked at an unspecified port.
  • the force due to the disturbance is calculated, and the target propulsive force is determined using the force due to the disturbance. Therefore, even if the force due to the disturbance acts against the direction toward the target position, the steady deviation in the control of the propulsive force can be suppressed. Or even if the force by a disturbance acts in the direction which goes to a target position, the overshoot in control of a propulsive force can be suppressed. Thereby, the hull 2 can be reached to the target position with high accuracy.
  • the small vessel 1 is not limited to a jet propulsion boat, but may be other types of small vessels.
  • it may be a small vessel including an outboard motor having a propeller driven by engines 3L and 3R. That is, the propulsion devices 4L and 4R are not limited to jet propulsion devices, and may be other propulsion devices such as outboard motors.
  • Automatic landing control may be executed in a predetermined low speed range. For example, it may be executed when the boat speed is equal to or lower than a predetermined set speed.
  • the method of correcting the target position for landing may be changed.
  • the correction of the target position may be omitted.
  • the method for determining the second target position may be changed. That is, the method for determining the offset amount may be changed.
  • the estimation method of disturbance may be changed.
  • the estimation of disturbance may be omitted.
  • the controller 41 sets the position input to the input device 44 by the operator as the target position.
  • the controller 41 may set another position as the target position.
  • the controller 41 may determine the current position of the trailer 100 as the target position.
  • the automatic landing control when the target position is the current position of the trailer 100 is referred to as “trailer mode”.
  • the setting screen may be called by the menu key 69 shown in FIG. 9, and the trailer mode may be selected by the setting screen. Alternatively, it may be automatically selected by the controller 41.
  • the controller 41 receives trailer position information from the transmitter 101 mounted on the trailer 100 as shown in FIG. 18, and uses the current position of the trailer 100 acquired from the trailer position information as the first target position. It may be set. The controller 41 determines the direction along the direction of the trailer 100 as the target direction. In this case, the small vessel 1 can be automatically reached to the loading position on the trailer 100 by the automatic docking control. Thereby, the loading operation
  • the offset amount may be determined by the following equation (5).
  • Lx ax ⁇
  • + bx Ly ay ⁇ Heading_err / 30 + by Lx is an offset amount in the front-rear direction of the hull 2. That is, Lx is a first offset amount in a direction along the direction of the trailer 100. Ly is an offset amount in the left-right direction of the hull 2. That is, Ly is a second offset amount in a direction perpendicular to the direction along the direction of the trailer 100.
  • Ax, ay are predetermined coefficients, which are determined based on the distance between the center of gravity of the hull 2 and the bow.
  • Heading_err is a difference between a difference ⁇ between the direction from the current position toward the second target position TP2 and the target azimuth and a difference ⁇ between the current azimuth and the target azimuth.
  • Heading_err when Heading_err ⁇ 30 degrees, Heading_err is set to 30 degrees.
  • Heading_err ⁇ 3 degrees Heading_err is set to 0 degrees.
  • Heading_err may be a parameter determined according to the magnitude of the disturbance.
  • the controller 41 may increase Heading_err according to an increase in disturbance.
  • bx and by are margins corresponding to the hull 2, respectively.
  • the controller 41 moves away from the current position of the trailer 100 by a first offset amount Lx in a direction along the direction of the trailer 100 and by a second offset amount Ly in a direction perpendicular to the direction along the direction of the trailer 100. Is determined as the second target position TP2. Note that the offset amount Ly in the left-right direction of the hull 2 may be omitted. The offset amount Ly in the left-right direction of the hull 2 may be applied to a small ship having a weak thrust in the left-right direction, such as a small ship having only one propulsion device.
  • the variable of the equation of motion of the hull 2 may be changed or added.
  • the state variables of the equation of motion of the hull 2 are the actual longitudinal velocity Vx, the actual lateral velocity Vy, and the actual angular velocity ⁇ of the hull 2, but may be changed or added. May be.
  • the state variable may be a variable indicating the position and posture of the hull 2 such as the position in the front-rear direction, the position in the left-right direction, the direction, the pitch angle, or the roll angle of the hull 2.
  • the variables of the equation of motion are the actual engine speeds n1 and n2 and the actual steering angles ⁇ 1 and ⁇ 2, but may be increased or decreased according to the number of propulsion devices.
  • a small vessel can be easily docked at an unspecified port.
  • work of the small ship to a trailer can be performed easily.

Abstract

位置センサは、船体の現在位置と現在方位とを検出し、現在位置と現在方位とを示す位置情報を出力する。コントローラは、位置情報を受信する。コントローラは、船体の第１目標位置と、第１目標位置における目標方位とを決定する。コントローラは、現在方位と目標方位との方位差を算出する。コントローラは、方位差又は外乱に応じて第１目標位置のオフセット量を決定する。コントローラは、第１目標位置から現在位置側にオフセット量、離れた位置を第２目標位置として決定する。第２目標位置に船体を到達させるように推進装置を制御する指令信号を生成する。

Description

小型船舶及びその制御方法
　本発明は、小型船舶及びその制御方法に関する。
　船舶のスムーズな着岸には高度な技術が必要であり、熟練者以外の者にとっては容易なことではない。そこで、従来、船舶の着岸を支援するための装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、特定の港へ入港する船舶のための着岸支援装置が開示されている。
　この着岸支援装置は、港への入港時から着岸位置までの軌跡を記録している記録装置を備えており、着岸時に、当該軌跡に沿うように操船者に操船指示を行う。詳細には、着岸時に、当該軌跡からアプローチ範囲が定められ、船舶の位置が当該アプローチ範囲から外れている場合には、操船者に最終アプローチ開始地点に戻るように、指示が着岸支援装置から出力される。
特開２０１１－１２８９４３号公報
　しかし、上記の着岸支援装置は、記録装置に軌跡が記録されている特定の港でしか使用できない。また、アプローチ範囲から外れずに船舶を移動させることができたとしても、岸の近傍では、操船は容易ではなく、船舶をスムーズに着岸させるために高度な操船技術が操船者には必要となる。
　或いは、トレーラに船舶を積み込むときにも、積み込み位置まで船舶を正確に移動させる必要がある。このような操船も容易ではなく、高度な操船技術が操船者に必要となる。
　本発明の課題は、不特定の港においても容易に着岸させることができる小型船舶及びその制御方法を提供することにある。本発明の他の課題は、トレーラへの積み込み作業を容易に行うことができる小型船舶及びその制御方法を提供することにある。
　第１の態様に係る小型船舶は、船体と、推進装置と、位置センサと、コントローラとを備える。推進装置は、船体に配置され、船体を移動させる推進力を生成する。位置センサは、船体の現在位置と現在方位とを検出し、現在位置と現在方位とを示す位置情報を出力する。コントローラは、位置情報を受信する。コントローラは、船体の第１目標位置と、第１目標位置における目標方位とを決定する。コントローラは、現在方位と目標方位との方位差を算出する。コントローラは、方位差、又は外乱に応じて第１目標位置のオフセット量を決定する。コントローラは、第１目標位置から現在位置側にオフセット量、離れた位置を第２目標位置として決定する。第２目標位置に船体を到達させるように推進装置を制御する指令信号を生成する。
　第２の態様に係る小型船舶の制御方法では、船体の現在位置と現在方位とを示す位置情報が受信される。船体の第１目標位置と、第１目標位置における目標方位とが決定される。現在方位と目標方位との方位差が算出される。方位差、又は外乱に応じて第１目標位置のオフセット量が決定される。第１目標位置から現在位置側にオフセット量、離れた位置が、第２目標位置として決定される。第２目標位置に船体を到達させるように、船体に搭載された推進装置を制御する指令信号が生成される。
　本発明では、第１目標位置から現在位置側にオフセット量、離れた位置が、第２目標位置として決定され、第２目標位置に船体を到達させるように推進装置が自動的に制御される。これにより、不特定の港においても小型船舶を容易に着岸させることができる。或いは、トレーラへの積み込み作業を容易に行うことができる。
　また、オフセット量は、現在方位と目標方位との方位差、又は外乱に応じて決定される。そのため、船体の方位が目標方位と異なっていても、第１目標位置に到達する前に、船体の方位を目標方位に容易に近づけることができる。或いは、船体の挙動が、潮流や風などの外乱による影響を受けても、船体を第１目標位置に容易に到達させることができる。
実施形態に係る船舶の平面図である。 船舶の側面図である。 船舶の第１推進装置の構成を示す側面断面図である。 船舶の操船機構及び制御系を示す模式図である。 自動着岸制御の処理を示すフローチャートである。 自動着岸制御の処理を示すフローチャートである。 自動着岸制御の処理を示すフローチャートである。 自動着岸制御の処理を示すフローチャートである。 操作画面を示す図である。 着岸の目標位置の入力及び補正方法を示す図である。 着岸の目標位置の入力及び補正方法を示す図である。 着岸の目標位置の自動設定方法を示す図である。 環境地図の一例を示す図である。 オフセット量の決定方法を示す図である。 目標航行経路の決定方法を示す図である。 目標速度・角速度を決定するための制御ブロックを示す図である。 目標推進力・舵角を決定するための制御ブロックを示す図である。 トレーラモードでのオフセット量の決定方法を示す図である。
　以下、実施形態に係る小型船舶について図面を参照して説明する。図１は、実施形態に係る小型船舶１の平面図である。なお、図１では、小型船舶１の内部の構成の一部が示されている。図２は、小型船舶１の側面図である。本実施形態において、小型船舶１は、ジェット推進艇であり、ジェットボートまたはスポーツボートと呼ばれるタイプの船である。
　小型船舶１は、船体２と、エンジン３Ｌ，３Ｒと、推進装置４Ｌ，４Ｒとを含む。船体２は、デッキ１１とハル１２とを含む。ハル１２は、デッキ１１の下方に配置されている。デッキ１１には、運転席１３と助手席１７とが配置されている。
　小型船舶１は、２つのエンジン３Ｌ，３Ｒと２つの推進装置４Ｌ，４Ｒとを有している。詳細には、小型船舶１は、第１エンジン３Ｌと第２エンジン３Ｒとを有している。小型船舶１は、第１推進装置４Ｌと第２推進装置４Ｒとを有している。ただし、エンジンの数は２つに限らず、１つであってもよく、或いは、３つ以上であってもよい。推進装置の数は２つに限らず、１つであってもよく、或いは、３つ以上であってもよい。
　第１エンジン３Ｌと第２エンジン３Ｒとは、船体２に収容される。第１エンジン３Ｌの出力軸は、第１推進装置４Ｌに接続されている。第２エンジン３Ｒの出力軸は、第２推進装置４Ｒに接続されている。第１推進装置４Ｌは、第１エンジン３Ｌによって駆動され、船体２を移動させる推進力を発生させる。第２推進装置４Ｒは、第２エンジン３Ｒによって駆動され、船体２を移動させる推進力を発生させる。第１推進装置４Ｌと第２推進装置４Ｒは左右に並んで配置されている。
　第１推進装置４Ｌは、船体２のまわりの水を吸い込んで噴射するジェット推進装置である。図３は、第１推進装置４Ｌの構成を示す側面図である。なお、図３においては第１推進装置４Ｌの一部が断面で示されている。
　図３に示すように、第１推進装置４Ｌは、第１インペラシャフト２１Ｌと、第１インペラ２２Ｌと、第１インペラハウジング２３Ｌと、第１ノズル２４Ｌと、第１デフレクタ２５Ｌと、第１リバースバケット２６Ｌとを含む。第１インペラシャフト２１Ｌは、前後方向に延びるように配置されている。第１インペラシャフト２１Ｌの前部は、カップリング２８Ｌを介してエンジン３Ｌの出力軸に接続されている。第１インペラシャフト２１Ｌの後部は、第１インペラハウジング２３Ｌ内に配置されている。第１インペラハウジング２３Ｌは、水吸引部２７Ｌの後方に配置されている。第１ノズル２４Ｌは、第１インペラハウジング２３Ｌの後方に配置されている。
　第１インペラ２２Ｌは、第１インペラシャフト２１Ｌの後部に取り付けられている。第１インペラ２２Ｌは、第１インペラハウジング２３Ｌ内に配置されている。第１インペラ２２Ｌは、第１インペラシャフト２１Ｌとともに回転して、水吸引部２７Ｌから水を吸引する。第１インペラ２２Ｌは、吸引した水を第１ノズル２４Ｌから後方に噴射させる。
　第１デフレクタ２５Ｌは、第１ノズル２４Ｌの後方に配置されている。第１リバースバケット２６Ｌは、第１デフレクタ２５Ｌの後方に配置されている。第１デフレクタ２５Ｌは、第１ノズル２４Ｌからの水の噴射方向を左右方向に転換するように構成されている。すなわち、第１デフレクタ２５Ｌの向きが左右方向に変更されることにより、小型船舶１の進行方向が左右に変更される。
　第１リバースバケット２６Ｌは、前進位置と後進位置とに切換可能に設けられている。第１リバースバケット２６Ｌが前進位置では、第１ノズル２４Ｌおよび第１デフレクタ２５Ｌからの水は後方へ向けて噴射される。これにより、小型船舶１が前進する。第１リバースバケット２６Ｌは、後進位置において、第１ノズル２４Ｌおよび第１デフレクタ２５Ｌからの水の噴射方向を前方に転換する。これにより、小型船舶１が後進する。
　図示を省略するが、第２推進装置４Ｒは、第２インペラシャフトと、第２インペラと、第２インペラハウジングと、第２ノズルと、第２デフレクタと、第２リバースバケットとを含む。第２インペラシャフトと、第２インペラと、第２インペラハウジングと、第２ノズルと、第２デフレクタと、第２リバースバケットとは、それぞれ第１インペラシャフト２１Ｌと、第１インペラ２２Ｌと、第１インペラハウジング２３Ｌと、第１ノズル２４Ｌと、第１デフレクタ２５Ｌと、第１リバースバケット２６Ｌと同様の構成であり、詳細な説明を省略する。
　次に、小型船舶１の操船機構、及び制御系に付いて説明する。図４は、小型船舶１の操船機構及び制御系を示す模式図である。図４に示すように、小型船舶１は、コントローラ４１を備える。コントローラ４１は、ＣＰＵなどの演算装置と、ＲＡＭ，ＲＯＭなどの記憶装置とを備えており、小型船舶１を制御するようにプログラムされている。
　小型船舶１は、第１ＥＣＵ（Engine control unit）３１Ｌと、第１ステアリングアクチュエータ３２Ｌと、第１ステアリングＣＵ（control unit）３３Ｌと、第１シフトアクチュエータ３４Ｌと、第１シフトＣＵ（control unit）３５Ｌとを有している。これらの構成は、第１推進装置４Ｌを制御するための装置である。第１ＥＣＵ３１Ｌ、第１ステアリングＣＵ３３Ｌ、第１シフトＣＵ３５Ｌは、それぞれＣＰＵなどの演算装置と、ＲＡＭ，ＲＯＭなどの記憶装置とを備えており、接続されている装置を制御するようにプログラムされている。
　第１ＥＣＵ３１Ｌは、第１エンジン３Ｌと通信可能に接続されている。第１ＥＣＵ３１Ｌは、第１エンジン３Ｌに指令信号を出力する。
　第１ステアリングアクチュエータ３２Ｌは、第１推進装置４Ｌの第１デフレクタ２５Ｌに接続されている。第１ステアリングアクチュエータ３２Ｌは、第１デフレクタ２５Ｌの舵角を変更する。第１ステアリングアクチュエータ３２Ｌは、例えば電動モータである。第１ステアリングＣＵ３３Ｌは、第１ステアリングアクチュエータ３２Ｌと通信可能に接続されている。第１ステアリングＣＵ３３Ｌは、第１ステアリングアクチュエータ３２Ｌに指令信号を出力する。
　第1シフトアクチュエータは、第１推進装置４Ｌの第１リバースバケット２６Ｌに接続されている。第1シフトアクチュエータは、第１リバースバケット２６Ｌの位置を前進位置と後進位置とに切り換える。第１シフトアクチュエータ３４Ｌは、例えば電動モータである。第１シフトＣＵ３５Ｌは、第１シフトアクチュエータ３４Ｌと通信可能に接続されている。第１シフトＣＵ３５Ｌは、第１シフトアクチュエータ３４Ｌに指令信号を出力する。
　小型船舶１は、第２ＥＣＵ３１Ｒと、第２ステアリングアクチュエータ３２Ｒと、第２ステアリングＣＵ３３Ｒと、第２シフトアクチュエータ３４Ｒと、第２シフトＣＵ３５Ｒとを有している。これらの構成は、第２推進装置４Ｒを制御するための装置であり、上述した第１ＥＣＵ３１Ｌと、第１ステアリングアクチュエータ３２Ｌと、第１ステアリングＣＵ３３Ｌと、第１シフトアクチュエータ３４Ｌと、第１シフトＣＵ３５Ｌと同様の構成である。
　小型船舶１は、ステアリング装置１４と、ジョイスティック４２と、リモコンユニット１５と、ディスプレイ４３と、入力装置４４と、位置センサ４５と、センシングデバイス４６と、を有している。ステアリング装置１４と、ディスプレイ４３と、入力装置４４と、位置センサ４５と、センシングデバイス４６とは、コントローラ４１、第１，第２ＥＣＵ３１Ｌ，３１Ｒ、第１，第２ステアリングＣＵ３３Ｌ，３３Ｒ、及び第１，第２シフトＣＵ３５Ｌ，３５Ｒと互いに通信可能に接続されている。例えば、これらの装置は、ＣＡＮ（Controller Area Network）、或いはＣＡＮ－ＦＤによって互いに接続されている。
　上記のように各装置が互いに接続されていることにより、各装置間での情報の伝達を同時に行うことができる。それにより、ステアリング、シフト、及びスロットルの協調制御を容易に行うことができる。また、これらの装置の接続は二重系統で構成されている。これにより、安定的な通信を確保することができる。
　なお、リモコンユニット１５は、コントローラ４１とアナログ接続されている。しかし、リモコンユニット１５も他の装置と同様にＣＡＮ等のネットワークによって接続されてもよい。
　ステアリング装置１４は、運転席１３に配置される。ステアリング装置１４は、例えばステアリングホイールを含む。ステアリング装置１４は、船体２を操舵するために操作される。ステアリング装置１４は、操作信号を出力する。第１ステアリングＣＵ３３Ｌ及び第２ステアリングＣＵ３３Ｒは、ステアリング操作装置１４の操作に応じて第１，第２ステアリングアクチュエータ３２Ｌ，３２Ｒを制御する。これにより、小型船舶１の進行方向が左右に変更される。
　リモコンユニット１５は、運転席１３に配置されている。リモコンユニット１５は、エンジン３Ｌ，３Ｒの出力の調整、及び前後進の切換のために操作される。リモコンユニット１５は、第１スロットル操作部材１５Ｌと第２スロットル操作部材１５Ｒとを有する。第１スロットル操作部材１５Ｌと第２スロットル操作部材１５Ｒとは、例えばレバー状の部材である。
　リモコンユニット１５は、第１，第２スロットル操作部材１５Ｌ，１５Ｒの操作量及び操作方向を示す信号を出力する。第１ＥＣＵ３１Ｌは、第１スロットル操作部材１５Ｌの操作量に応じて、第１エンジン３Ｌの回転速度を制御する。第２ＥＣＵ３１Ｒは、第２スロットル操作部材１５Ｒの操作量に応じて、第２エンジン３Ｒの回転速度を制御する。
　第１シフトＣＵ３５Ｌは、第１スロットル操作部材１５Ｌの操作方向に応じて、第１シフトアクチュエータ３４Ｌを制御する。第２シフトＣＵ３５Ｒは、第２スロットル操作部材１５Ｒの操作方向に応じて、第２シフトアクチュエータ３４Ｒを制御する。これにより、小型船舶１の前後進が切り換えられる。
　ジョイスティック４２は、運転席１３に配置される。ジョイスティック４２は、船体２を前後左右に移動させるために操作される。また、ジョイスティック４２は、船体２の方位を変更するために操作される。ジョイスティック４２から操作信号はコントローラ４１に入力される。コントローラ４１は、ジョイスティック４２の操作に応じて、第１，第２エンジン３Ｌ，３Ｒ、第１，第２ステアリングアクチュエータ３２Ｌ，３２Ｒ、第１，第２シフトアクチュエータ３４Ｒを制御する。これにより、小型船舶１が前後左右に移動する。或いは、小型船舶１が旋回して方位が変更される。
　ディスプレイ４３及び入力装置４４は、運転席１３に配置されている。ディスプレイ４３は、小型船舶１に関する情報を表示する。ディスプレイ４３は、コントローラ４１から表示信号を受信する。ディスプレイ４３は、コントローラ４１からの表示信号に応じて、情報を表示する。
　入力装置４４は、小型船舶に関する入力を受け付ける。入力装置４４は、入力された情報を示す入力信号を出力する。入力装置４４は、タッチパネルによってディスプレイ４３と一体的に構成されてもよい。或いは、入力装置４４は、ディスプレイ４３と別体であってもよい。
　位置センサ４５は、船体２の現在位置と現在方位を検出し、現在位置と現在方位とを示す位置情報を出力する。位置センサ４５は、例えば慣性航法装置であり、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）装置４７とＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）４８とを含む。ＧＮＳＳ装置４７は、船体２の現在位置と船速とを検出する。ＩＭＵ４８は、船体２の角速度と加速度とを検出する。また、ＧＮＳＳ装置４７とＩＭＵ４８とによって、船体２の現在方位が検出される。なお、現在方位は、複数のＧＮＳＳ装置、磁気方位センサ、或いは電子コンパスによって検出されてもよい。
　センシングデバイス４６は、船体２の周囲の物体の形状、及び、当該物体と船体２との位置関係を検出する。物体と船体２との位置関係は、物体と船体２との間の距離、及び、船体２に対して物体が位置する方向を含む。船体２の周囲の物体は、例えば桟橋、岸壁、他船、或いは障害物などである。
　センシングデバイス４６は、レーダー、レーザー、カメラ、超音波センサのうちの１種類、或いは複数種類のセンサを含む。センシングデバイス４６は、複数のレーダー、複数のレーザー、複数のカメラ、或いは複数の超音波センサを含んでもよい。レーダーは、例えば、ミリ波レーダー、マイクロ波レーダー、或いは波長の異なる他のレーダーを含む。センシングデバイス４６は、後述する自動着岸制御において、環境情報を検出して出力する。
　環境情報は、着岸場所の形状、及び、着岸場所と船体２との位置関係を示す。環境情報は、着岸場所又は船体２の周囲の他船を示してもよい。環境情報は、着岸場所又は船体２の周囲の構造物、或いは障害物を示してもよい。環境情報は、例えば、センシングデバイス４６が検出した物体の位置を示す点群の座標で示される。或いは、環境情報は、画像認識によって把握された物体の形状及び位置であってもよい。
　図４に示すように、センシングデバイス４６は、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）４９などのＰＬＤ（programmable logic device）を介してＣＡＮ或いはＣＡＮ－ＦＤに接続されてもよい。或いは、センシングデバイス４６は、ＤＳＰ（digital signal processor）を介してＣＡＮ或いはＣＡＮ－ＦＤに接続されてもよい。
　小型船舶１は、トレーラ用受信機５１を有する。受信機５１は、コントローラ４１と通信可能に接続されている。受信機５１は、図１８に示すように、トレーラ１００に搭載された発信機１０１から発せられるトレーラ位置情報を受信する。トレーラ位置情報は、トレーラ１００の現在位置を示す。或いは、トレーラ１００の現在位置を検出するセンシングデバイスによって、トレーラ位置情報が取得されてもよい。
　小型船舶１は、自動着岸機能を有している。自動着岸機能は、操船者による操作無しで自動的に船体２を桟橋などの着岸位置に着岸させる機能である。以下、自動着岸機能において実行される自動着岸制御について詳細に説明する。図５～図８は、コントローラ４１によって実行される自動着岸制御の処理を示すフローチャートである。
　図５に示すように、ステップＳ１０１では、コントローラ４１は、位置センサ４５から位置情報を取得する。コントローラ４１は、位置情報により、船体２の現在位置及び現在方位をリアルタイムに取得する。ステップＳ１０２では、コントローラ４１は、センシングデバイス４６がセンシングの対象を捉えているかを判定する。センシングデバイス４６が対象を捉えているときには、処理はステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、コントローラ４１は、センシングデバイス４６により環境情報を取得する。
　ステップＳ１０４では、コントローラ４１又はＦＰＧＡ４９は、環境情報に基づいて、着岸場所、他船、障害物、或いは周辺構造物を認識する。着岸場所は、例えば、桟橋である。コントローラ４１又はＦＰＧＡ４９は、センシングデバイス４６によって検出した物体の形状によって他船及び障害物を認識する。例えば、コントローラ４１又はＦＰＧＡ４９は、センシングデバイス４６によって検出した物体の高さ及び長さによって、着岸場所と周辺構造物とを認識する。
　ステップＳ１０５では、コントローラ４１は、周辺環境を示す環境地図をディスプレイ４３上に表示する。図９は、自動着岸機能の操作画面６１を示す図である。図９に示すように、操作画面６１は、ディスプレイ４３上にＧＵＩによって表示される。操作画面６１は、環境地図６２と複数の操作キーとを含む。複数の操作キーが押されることで、自動着岸機能の各種の操作の入力が、入力装置４４によって受け付けられる。
　環境地図６２には、コントローラ４１によって認識された着岸場所、障害物、及び周辺構造物の形状が示されている。また、図９では図示されていないが、コントローラ４１によって認識された他船も環境地図６２に示される。コントローラ４１は、位置情報により取得した船体２の現在位置及び現在方位を、船体２のアイコン７１によって環境地図６２上に示す。
　環境地図６２は、位置センサ４５による位置情報及びセンシングデバイス４６による環境情報の検出が繰り返されることで、リアルタイムに更新される。複数の操作キーは、尺度変更キー６３を含む。尺度変更キー６３が操作されることで、環境地図６２の表示尺度が拡大或いは縮小される。
　図６は、着岸の目標位置を設定するための処理を示すフローチャートである。図６に示すように、ステップＳ２０１では、コントローラ４１は、着岸可能スペースを決定する。コントローラ４１は、環境情報に基づいて着岸可能スペースを決定する。図１０に示すように、コントローラ４１は、着岸場所と認識した物体に沿う位置を着岸可能スペースＳＰ１として決定する。例えば、コントローラ４１は、環境情報から桟橋の配置を検出し、桟橋に沿った所定範囲を着岸可能スペースＳＰ１として決定する。
　また、コントローラ４１は、環境情報から、着岸場所と、着岸場所に停泊中の他船の配置を検出し、着岸場所と他船との配置から着岸可能スペースＳＰ１を決定する。図１０に示すように、２つの他船２０１，２０２が間隔をおいて停泊しているときには、コントローラ４１は、２つの他船２０１，２０２の間の距離ｄ１を算出する。そして、コントローラ４１は、２つの他船２０１，２０２の間の距離ｄ１が、自船が停泊可能なスペースを示す閾値よりも大きいときには、２つの他船２０１，２０２の間のスペースを着岸可能スペースＳＰ１として決定する。
　ステップＳ２０２では、コントローラ４１は、環境地図６２上に着岸可能位置を表示する。着岸可能位置は、上述した着岸可能スペースＳＰ１であってもよい。或いは、着岸可能位置は、着岸可能スペースＳＰ１内の特定の位置であってもよい。着岸可能位置が表示される環境地図６２は、図９に示すように俯瞰図であってもよい。或いは、カメラによって撮影された画像が、環境地図６２として表示されてもよい。その場合、カメラによって撮影された画像上に、着岸可能位置が表示されてもよい。
　ステップＳ２０３では、コントローラ４１は、着岸の目標位置の入力の有無を判定する。ここでは、環境地図６２における目標位置の入力が入力装置４４によって受け付けられる。操作者が、環境地図６２上の着岸可能位置をタッチすることにより、タッチされた位置が目標位置として入力される。入力装置４４は、目標位置を示す目標位置情報をコントローラ４１に出力する。
　ステップＳ２０４では、コントローラ４１は、入力された目標位置が適正範囲ＳＰ２内であるか判定する。入力された目標位置が適正範囲ＳＰ２内であるときには、処理はステップＳ２０５に進む。
　ステップＳ２０５では、コントローラ４１は、目標位置を補正する。コントローラ４１は、着岸可能スペースＳＰ１に基づいて目標位置を補正する。例えば、図１０に示すように、入力された目標位置ＩＰ１が着岸可能スペースＳＰ１外であるときには、目標位置が着岸可能スペースＳＰ１内となるように、目標位置Ｔｐを補正する。コントローラ４１は、入力された目標位置ＩＰ２が着岸可能スペースＳＰ１内であるときには、目標位置が着岸可能スペースＳＰ１の中心位置となるように、目標位置Ｔｐを補正する。
　図９に示すように、操作画面６１は、目標位置設定キー６４を含む。目標位置設定キー６４が押されると、操作者は、スペースＳＰ１に限られない任意の位置をマニュアルで入力することができる。従って、タッチされた位置が目標位置として入力装置４４に受け付けられる。この場合、着岸場所に沿う方向に対して垂直な方向に着岸場所から離れた位置が、目標位置として入力されたときには、コントローラ４１は、着岸場所に沿う位置に目標位置を補正してもよい。このとき、図１１に示すように、着岸場所に沿う位置の中で、入力された目標位置ＩＰ３から最も近い位置に目標位置Ｔｐが補正されることが好ましい。
　ステップＳ２０３において目標位置の入力が無かったときには、処理はステップＳ２０６に進む。例えば、環境地図６２へのタッチが無いまま所定時間が経過したときには、処理はステップＳ２０６に進む。
　ステップＳ２０６では、コントローラ４１は、目標位置を自動設定する。ここでは、図１２に示すように、コントローラ４１は、着岸場所に沿う位置のうち、現在の船首方向の最近傍位置を目標位置として設定する。
　ステップＳ２０７では、コントローラ４１は、目標位置と目標方位とをアイコン７１’で環境地図６２上に表示する。ここでは、図９に示すように、コントローラ４１は、ステップＳ２０５で補正された目標位置、又は、ステップ２０６で自動設定された目標位置を目標位置として、環境地図６２上の当該位置に自船を示すアイコン７１’を表示する。アイコン７１’は、初期状態では、コントローラ４１が決定した目標方位で表示される。コントローラ４１は、着岸場所の形状、現在方位、或いは目標位置までの距離などに基づいて船体２の目標方位を決定する。例えば、着岸場所が桟橋であるときには、コントローラ４１は、着岸場所の縁に沿った方向を目標方位として決定する。或いは、コントローラ４１は、着岸場所の縁に沿った方向と所定角度をなす方向を目標方位として決定してもよい。また、コントローラ４１は、現在方位、或いは目標位置までの距離に応じて、目標方位を変更してもよい。
　図９に示すように、操作画面６１は、第１方位変更キー６５と第２方位変更キー６６とを含む。第１方位変更キー６５が一度押されるごとに、目標方位が所定角度ずつ（例えば９０度ずつ）変更される。ただし、変更の単位角度は９０度に限らず、９０度より小さい、或いは９０度より大きくてもよい。第２方位変更キー６６は操作画面６１上で回転可能に設けられている。第２方位変更キー６６の回転に応じて目標方位が変更される。目標方位の変更に応じて、環境画面上の自船のアイコン７１’の方位も変更される。
　なお、ステップＳ２０４において入力された目標位置が適正範囲ＳＰ２内ではないときには、目標位置の補正は行われず、入力された目標位置が目標位置として設定される。例えば、図１０に示すように、適正範囲ＳＰ２は、着岸可能スペースＳＰ１を含む範囲である。入力された目標位置ＩＰ４が、適正範囲ＳＰ２外であるときには、目標位置の補正は行われない。従って、入力された目標位置ＩＰ４が、着岸可能スペースＳＰ１から所定距離以上離れているときには、入力された目標位置が補正されずに目標位置として設定される。適正範囲ＳＰ２の大きさは、目標位置の入力がずれたのではなく、意図的に着岸可能スペースＳＰ１から離れた位置にタッチされたと判断できる程度の値が設定される。
　図９に示すように、操作画面６１は、自動着岸モード開始ボタン６７と自動着岸モード停止ボタン６８とを含む。上述のように、目標位置が設定された後、操作者が自動着岸モード開始ボタン６７を押すと、自動着岸制御が開始される。自動着岸制御が開始されると、コントローラ４１は、目標位置に船体２を着岸させるよう推進装置４Ｌ，４Ｒを制御する指令信号を生成する。以下、自動着岸制御の開始後の処理について説明する。
　図７に示すように、ステップＳ３０１では、コントローラ４１は、自動着岸制御が開始されたかを判定する。自動着岸モード開始ボタン６７が押されたときには、処理はステップＳ３０２に進む。ステップＳ３０２では、コントローラ４１は、小型船舶１が第２目標位置に到達しているかを判定する。
　図１３に示すように、第２目標位置ＴＰ２は、上述したステップＳ２０１～Ｓ２０７で決定された目標位置及び目標方位を第１目標位置ＴＰ１として、第１目標位置ＴＰ１から小型船舶１の現在位置側に所定のオフセット量、離れた位置である。自動着岸制御では、コントローラ４１は、まず小型船舶１を第２目標位置ＴＰ２に到達させるように推進装置４Ｌ，４Ｒを制御し、その後、小型船舶１を第１目標位置ＴＰ１に到達させるように推進装置４Ｌ，４Ｒを制御する。第２目標位置ＴＰ２については後述する。
　ステップＳ３０２において、小型船舶１が第２目標位置ＴＰ２に到達していないときには、処理はステップＳ３０３に進む。ステップＳ３０３では、コントローラ４１は、位置誤差と方位誤差とが第１閾値以下であるかを判定する。位置誤差は、船体２の現在位置と第２目標位置ＴＰ２との間の距離である。方位誤差は、船体２の現在方位と目標方位との差である。コントローラ４１は、船体２の現在位置と第２目標位置ＴＰ２との間の距離が、第１位置閾値以下であり、且つ、船体２の現在方位と目標方位との差が、第１方位閾値以下であるときに、位置誤差と方位誤差とが第１閾値以下であると判定する。位置誤差と方位誤差とが第１閾値以下ではないときには、処理はステップＳ３０４に進む。
　ステップＳ３０４では、コントローラ４１は、第２目標位置ＴＰ２を決定する。図１４に示すように、コントローラ４１は、現在方位と目標方位との方位差を算出し、方位差に応じて第１目標位置ＴＰ１のオフセット量Ｌを決定する。コントローラ４１は、第１目標位置ＴＰ１から現在位置側にオフセット量Ｌ、離れた位置を第２目標位置ＴＰ２として決定する。すなわち、コントローラ４１は、着岸場所の縁に対して垂直な方向に、第１目標位置ＴＰ１からオフセット量Ｌ、離れた位置を第２目標位置ＴＰ２として決定する。詳細には、着岸場所が桟橋であるときには、コントローラ４１は、以下の数１式によって、オフセット量を決定する。
［数１］
　L＝a×｜Heading_err／90｜＋b＋W
Ｌは、オフセット量である。ａは所定の係数であり、船体２の重心と船首との間の距離に基づいて決定される。Ｈｅａｄｉｎｇ＿ｅｒｒは、図１４に示すように、現在方位と第１目標方位との方位差である。ただし、Ｈｅａｄｉｎｇ＿ｅｒｒ≧９０度のときには、Ｈｅａｄｉｎｇ＿ｅｒｒは９０度に設定される。ｂは、目標方位と着岸場所の縁に沿った方向に対しての船体２に応じた余裕度である。Ｗは他船の幅である。
　すなわち、コントローラ４１は、現在方位と目標方位との方位差、及び、船体２に応じた余裕度を算出する。コントローラ４１は、方位差と、船体２に応じた余裕度とに応じて、第１目標位置ＴＰ１のオフセット量Ｌを決定する。
　従って、コントローラ４１は、方位差Ｈｅａｄｉｎｇ＿ｅｒｒの増大に応じてオフセット量Ｌを増大させる。コントローラ４１は、船体２の重心と船首との間の距離に基づいてオフセット量を決定する。コントローラ４１は、着岸場所に停泊している他船の幅Ｗよりも大きくなるように、オフセット量を決定する。オフセット量はリアルタイムに計算されて更新される。
　なお、図１３に示すように、第１目標位置ＴＰ１と現在位置との間に障害物Ｘ１があるときには、コントローラ４１は、障害物を避けて第２目標位置ＴＰ２を決定する。詳細には、図１５に示すように、環境地図６２にはグリッドが設けられている。コントローラ４１は、障害物Ｘ１から所定範囲内にあるグリッドを除いて、第２目標位置ＴＰ２を決定する。
　また、コントローラ４１は、第２目標位置ＴＰ２までの目標航行経路Ｐｈ１を決定する。コントローラ４１は、設定されたグリッドを通る経路のうち、第２目標位置ＴＰ２までの最短経路を目標航行経路Ｐｈ１とする。このときも、障害物が存在するときには、コントローラ４１は、障害物と認識した物体から所定範囲内にあるグリッドを除いて、目標航行経路Ｐｈ１を決定する。決定された目標航行経路Ｐｈ１は、環境地図６２上に表示される。コントローラ４１は、リアルタイムに目標航行経路Ｐｈ１を演算して更新する。
　なお、船体２の現在位置と目標位置までの間に所定数のグリッドが配置されるように、グリッドの配置が設定される。従って、船体２と目標位置との間の距離が変更されると、グリッドの配置が変更される。
　図７に示すように、ステップＳ３０５では、コントローラ４１は、目標位置を第１目標位置ＴＰ１から第２目標位置ＴＰ２に変更する。
　ステップＳ３０３において、位置誤差と方位誤差とが第１閾値以下であるときには、処理はステップＳ３０６に進む。すなわち、小型船舶１が完全には第２目標位置ＴＰ２に到達していなくても、現在位置が第２目標位置ＴＰ２に近く、且つ、現在方位が目標方位に近いときには、処理はステップＳ３０６に進む。
　ステップＳ３０６では、コントローラ４１は、目標位置と目標方位とから目標速度と目標角速度とを決定する。
　小型船舶１が第２目標位置ＴＰ２から所定範囲内に到達していない（Ｓ３０３において“Ｎｏ”）ときには、コントローラ４１は、第２目標位置ＴＰ２を目標位置として、目標速度と目標角速度とを決定する。小型船舶１が第２目標位置ＴＰ２から所定範囲内に到達している（Ｓ３０２又はＳ３０３において“Ｙｅｓ”）ときには、コントローラ４１は、第１目標位置ＴＰ１を目標位置として、目標速度・角速度とを決定する。
　図１６に示すように、コントローラ４１は、目標位置と現在位置、目標方位と現在方位とから、相対誤差Ｐｂ＿ｅｒｒを算出し、相対誤差Ｐｂ＿ｅｒｒに基づいて目標速度・角速度Ｖｃを決定する。コントローラ４１は、相対誤差Ｐｂ＿ｅｒｒの減少に応じて、目標速度・角速度Ｖｃを減少させる。すなわち、コントローラ４１は、船体２の現在位置が目標位置に近づくと、目標速度を減少させる。コントローラ４１は、船体２の現在方位が目標方位に近づくと、目標角速度を減少させる。そして、船体２の現在位置と目標位置との間の距離が０を含む所定範囲となると、コントローラ４１は、目標速度を０とする。また、船体２の現在方位と目標方位との差が０を含む所定範囲となると、コントローラ４１は、目標角速度を０とする。
　相対誤差Ｐｂ＿ｅｒｒは、第１位置誤差Ｐｂ＿ｅｒｒ＿ｘと、第２位置誤差Ｐｂ＿ｅｒｒ＿ｙと、方位誤差Ｐｂ＿ｅｒｒ＿θとを含む。第１位置誤差Ｐｂ＿ｅｒｒ＿ｘは、船体２の前後方向における目標位置と現在位置との間の距離である。第２位置誤差Ｐｂ＿ｅｒｒ＿ｙは、船体２の左右方向における目標位置と現在位置との間の距離である。方位誤差Ｐｂ＿ｅｒｒ＿θは、目標方位と現在方位との差である。
　目標速度・角速度Ｖｃは、第１目標速度Ｖｃ＿ｘと、第２目標速度Ｖｃ＿ｙと、目標角速度ωｃとを含む。第１目標速度Ｖｃ＿ｘは、船体２の前後方向における目標速度である。第２目標速度Ｖｃ＿ｙは、船体２の左右方向における目標速度である。目標角速度ωｃは、船体２の目標角速度である。
　コントローラ４１は、第１目標速度情報Ｉｖｃｘと、第２目標速度情報Ｉｖｃｙと、目標角速度情報Ｉωｃとを記憶している。第１目標速度情報Ｉｖｃｘは、第１位置誤差Ｐｂ＿ｅｒｒ＿ｘと第１目標速度Ｖｃ＿ｘとの関係を規定する。第２目標速度情報Ｉｖｃｙは、第２位置誤差Ｐｂ＿ｅｒｒ＿ｙと第２目標速度Ｖｃ＿ｙとの関係を規定する。目標角速度情報Ｉωｃは、方位誤差Ｐｂ＿ｅｒｒ＿θと目標角速度ωｃとの関係を規定する。これらの情報Ｉｖｃｘ－Ｉωｃは、例えば、マップ、テーブル、数値計算、或いは式などによって表されてもよい。
　コントローラ４１は、第１目標速度情報Ｉｖｃｘに基づいて、第１位置誤差Ｐｂ＿ｅｒｒ＿ｘから第１目標速度Ｖｃ＿ｘを決定する。コントローラ４１は、第２目標速度情報Ｉｖｃｙに基づいて、第２位置誤差Ｐｂ＿ｅｒｒ＿ｙから第２目標速度Ｖｃ＿ｙを決定する。コントローラ４１は、目標角速度情報Ｉωｃに基づいて、目標角速度ωｃを決定する。
　或いは、以下の数２式によって、目標速度・角速度Ｖｃが決定されてもよい。入力としては、第１位置誤差Ｐｂ＿ｅｒｒ＿ｘ、第２位置誤差Ｐｂ＿ｅｒｒ＿ｙ、方位誤差Ｐｂ＿ｅｒｒ＿θ、船体２の実際の前後方向の速度Ｖｘ、実際の左右方向の速度Ｖｙ、実際の角速度ωのいずれかが用いられてもよい。
［数２］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　図８に示すように、ステップＳ４０１において、コントローラ４１は、現在位置から目標位置までの距離が所定の閾値Ｄｔ１以下であるかを判定する。目標位置までの距離が所定の閾値Ｄｔ１以下ではないときには、処理はステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０２では、アプローチ制御によって船体２が制御される。アプローチ制御では、コントローラ４１は、第１目標速度Ｖｃ＿ｘと目標角速度ωｃに基づいて、推進装置４Ｌ，４Ｒの目標推進力と目標舵角とを決定する。
　ステップＳ４０１において現在位置から目標位置までの距離が所定の閾値Ｄｔ１以下であるときには、処理はステップＳ４０３に進む。ステップＳ４０３では、アジャスト制御によって船体２が制御される。アジャスト制御では、第１目標速度Ｖｃ＿ｘと第２目標速度Ｖｃ＿ｙと目標角速度ωｃとに基づいて、推進装置４Ｌ，４Ｒの目標推進力と目標舵角とが決定される。
　このように、目標位置までの距離が所定の閾値Ｄｔ１より大きいときには、アプローチ制御によって迅速に目標位置及び目標方位に到達することができる。また、目標位置までの距離が所定の閾値Ｄｔ１以下であるときには、アジャスト制御によって、精度良く目標位置に船体２を到達させることができる。
　ステップＳ４０２及びステップＳ４０３では、コントローラ４１は、外乱による力を算出し、外乱による力を考慮して、推進装置４Ｌ，４Ｒの目標推進力と目標舵角とを決定する。外乱による力とは、例えば潮流、或いは風による力である。なお、算出した結果には、重量変動等による船体への抵抗の変動も含まれる。詳細には、コントローラ４１は、外乱による力と目標速度と目標角速度とに基づいて、目標推進力と目標舵角とを決定する。図１７は、目標推進力と目標舵角とを決定するための制御ブロック図である。
　図１７に示すように、コントローラ４１は、外乱オブザーバ４１１と、目標推進力・舵角演算部４１２と、を含む。外乱オブザーバ４１１は、船体２の実際の速度・角速度Ｖと、第１エンジン３Ｌの実際のエンジン回転速度ｎ１と、第２エンジン３Ｒの実際のエンジン回転速度ｎ２と、第１推進装置４Ｌの実際の舵角δ１と、第２推進装置４Ｒの実際の舵角δ２とに基づいて、外乱による力ｗを算出する。船体２の実際の速度・角速度Ｖは、船体２の実際の前後方向の速度Ｖｘと、実際の左右方向の速度Ｖｙと、実際の角速度ωとを含む。
　目標推進力・舵角演算部４１２は、目標速度・角速度Ｖｃと、実際の船体２の速度・角速度Ｖ、外乱による力ｗとに基づいて、目標推進力を算出する。コントローラ４１は、以下の数３式によって、外乱による力ｗを推定する。
［数３］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
は、船体２の運動方程式である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004
は、Vの時間微分である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005
は、船体２の運動方程式による推定である。
　コントローラ４１は、以下の数４式に示す運動方程式により、例えばリアプノフの安定性理論に基づいて、目標推進力を算出する。
［数４］
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006
　目標推進力・舵角演算部４１２は、目標推進力から、第１エンジン３Ｌの目標回転速度ｎｃ１と第２エンジン３Ｒの目標回転速度ｎｃ２とを決定する。コントローラ４１は、第１エンジン３Ｌの目標回転速度ｎｃ１に相当する指令信号を生成して第１ＥＣＵ３１Ｌに出力する。コントローラ４１は、第２エンジン３Ｒの目標回転速度ｎｃ２に相当する指令信号を生成して第２ＥＣＵ３１Ｒに出力する。
　また、目標推進力・舵角演算部４１２は、目標速度・角速度Ｖｃと、実際の船体２の速度・角速度Ｖと、外乱による力ｗとに基づいて、第１推進装置４Ｌの目標舵角δｃ１と第２推進装置４Ｒの目標舵角δｃ２とを決定する。コントローラ４１は、第１推進装置４Ｌの目標舵角δｃ１に相当する指令信号を生成して第１ステアリングＣＵ３３Ｌに出力する。コントローラ４１は、第２推進装置４Ｒの目標舵角δｃ２に相当する指令信号を生成して第２ステアリングＣＵ３３Ｒに出力する。
　図８に示すように、ステップＳ４０４では、コントローラ４１は、位置誤差及び方位誤差が第２閾値以下であるかを判定する。詳細には、コントローラ４１は、船体２の現在位置と目標位置との間の距離が、第２位置閾値以下であり、船体２の現在方位と目標方位との差が、第２方位閾値以下であるときに、位置誤差と方位誤差とが第２閾値以下であると判定する。なお、第２位置閾値としては、上述したオフセット量よりも小さな値が設定される。
　位置誤差と方位誤差とが第２閾値以下であるときには、コントローラ４１は、自動着岸制御を終了する。なお、図９に示す自動着岸モード停止キー６８が押されたときにも、コントローラ４１は、自動着岸制御を終了する。
　以上説明した本実施形態に係る小型船舶１では、船体２の現在位置と目標位置との間の距離に応じて、目標位置に到達するための船体２の目標速度が決定される。そして、船体２の目標速度に基づいて目標推進力が決定され、目標推進力を発生させるように推進装置４Ｌ，４Ｒが制御される。これにより、目標位置に向けて船体２が移動するように推進装置４Ｌ，４Ｒが自動的に制御される。そのため、不特定の港においても小型船舶１を容易に着岸させることができる。
　また、外乱による力が算出され、外乱による力を用いて目標推進力が決定される。そのため、外乱による力が目標位置に向かう方向に抗して作用しても、推進力の制御における定常偏差を抑えることができる。或いは、外乱による力が目標位置に向かう方向に作用しても、推進力の制御におけるオーバーシュートを抑えることができる。これにより、船体２を目標位置に精度良く到達させることができる。
　以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　小型船舶１は、ジェット推進艇に限らず、他の種類の小型船舶であってもよい。例えば、エンジン３Ｌ，３Ｒによって駆動されるプロペラを有する船外機を備える小型船舶であってもよい。すなわち、推進装置４Ｌ，４Ｒは、ジェット推進装置に限らず、船外機などの他の推進装置であってもよい。
　自動着岸制御は、所定の低速域において実行されてもよい。例えば、船速が所定の設定速度以下であるときに実行されてもよい。
　着岸の目標位置の補正方法が変更されてもよい。或いは、目標位置の補正が省略されてもよい。第２目標位置の決定方法が変更されてもよい。すなわち、オフセット量の決定方法が変更されてもよい。外乱の推定方法が変更されてもよい。外乱の推定が省略されてもよい。
　上記の実施形態では、コントローラ４１は、操作者によって入力装置４４に入力された位置を目標位置として設定している。しかし、コントローラ４１は、他の位置を目標位置として設定してもよい。例えば、コントローラ４１は、トレーラ１００の現在位置を目標位置として決定してもよい。以下、目標位置がトレーラ１００の現在位置であるときの自動着岸制御を「トレーラモード」と呼ぶ。例えば図９に示すメニューキー６９によって設定画面が呼び出され、設定画面によってトレーラモードが選択されてもよい。或いは、コントローラ４１によって自動的に選択されてもよい。
　トレーラモードでは、コントローラ４１は、図１８に示すように、トレーラ１００に搭載された発信機１０１からトレーラ位置情報を受信し、トレーラ位置情報から取得されるトレーラ１００の現在位置を第１目標位置として設定してもよい。コントローラ４１は、トレーラ１００の向きに沿う方向を目標方位として決定する。この場合、自動着岸制御によって、トレーラ１００への積み込み位置まで小型船舶１を自動的に到達させることができる。それにより、トレーラ１００への積み込み作業を容易に行うことができる。
　トレーラモードでは、以下の数５式によってオフセット量が決定されるとよい。
［数５］
　Lx＝ax×｜Heading＿err／30｜＋bx
　Ly＝ay×Heading＿err／30＋by
Ｌｘは、船体２の前後方向でのオフセット量である。すなわち、Ｌｘは、トレーラ１００の向きに沿う方向への第１のオフセット量である。Ｌｙは、船体２の左右方向でのオフセット量である。すなわち、Ｌｙは、トレーラ１００の向きに沿う方向に垂直な方向への第２のオフセット量である。
　ａｘ，ａｙは所定の係数であり、船体２の重心と船首との間の距離に基づいてそれぞれ決定される。Ｈｅａｄｉｎｇ＿ｅｒｒは、図１８に示すように、現在位置から第２目標位置ＴＰ２に向かう方向と目標方位との間の差ψと、現在方位と目標方位との差θとの差である。ただし、Ｈｅａｄｉｎｇ＿ｅｒｒ≧３０度のときには、Ｈｅａｄｉｎｇ＿ｅｒｒは３０度に設定される。Ｈｅａｄｉｎｇ＿ｅｒｒ≦３度のときには、Ｈｅａｄｉｎｇ＿ｅｒｒは０度に設定される。Ｈｅａｄｉｎｇ＿ｅｒｒは、外乱の大きさに応じて決定されるパラメータであってもよい。コントローラ４１は、外乱の増大に応じてＨｅａｄｉｎｇ＿ｅｒｒを増大させてもよい。ｂｘ，ｂｙは、それぞれ船体２に応じた余裕度である。
　コントローラ４１は、トレーラ１００の現在位置から、トレーラ１００の向きに沿う方向に第１のオフセット量Ｌｘ、離れ、且つ、トレーラ１００の向きに沿う方向と垂直な方向に第２のオフセット量Ｌｙ、離れた位置を、第２目標位置ＴＰ２として決定する
　なお、船体２の左右方向でのオフセット量Ｌｙは省略されてもよい。船体２の左右方向でのオフセット量Ｌｙは、例えば搭載されている推進装置の数が１つのみである小型船舶など、左右方向への推力が弱い小型船舶に適用されるとよい。
　船体２の運動方程式の変数が変更、或いは、追加されてもよい。例えば、上記の実施形態では、船体２の運動方程式の状態変数は、船体２の実際の前後方向の速度Ｖｘと、実際の左右方向の速度Ｖｙと、実際の角速度ωであるが、変更或いは追加されてもよい。例えば、状態変数は、船体２の前後方向の位置、左右方向の位置、方位、ピッチ角、或いはロール角など、船体２の位置及び姿勢を示す変数であればよい。上記の実施形態では、運動方程式の変数は、実際のエンジン回転速度ｎ１，ｎ２と、実際の舵角δ１，δ２であるが、推進装置の数に応じて増減してもよい。
　本発明によれば、不特定の港においても小型船舶を容易に着岸させることができる。或いは、本発明によれば、トレーラへの小型船舶の積み込み作業を容易に行うことができる。
 

Claims (22)

  1. 　船体と、
    　前記船体に配置され、前記船体を移動させる推進力を生成する推進装置と、
    　前記船体の現在位置と現在方位とを検出し、前記現在位置と前記現在方位とを示す位置情報を出力する位置センサと、
    　コントローラと、
    を備え、
    　前記コントローラは、
    　　前記位置情報を受信し、
    　　前記船体の第１目標位置と、前記第１目標位置における目標方位とを決定し、
    　　前記現在方位と前記目標方位との方位差を算出し、
    　　前記方位差又は外乱に応じて前記第１目標位置のオフセット量を決定し、
    　　前記第１目標位置から前記現在位置側に前記オフセット量、離れた位置を第２目標位置として決定し、
    　　前記第２目標位置に前記船体を到達させるように前記推進装置を制御する指令信号を生成する、
    小型船舶。
  2. 　前記コントローラは、前記方位差又は外乱の増大に応じて前記オフセット量を増大させる、
    請求項１に記載の小型船舶。
  3. 　前記コントローラは、前記船体の重心と船首との間の距離に基づいて前記オフセット量を決定する、
    請求項１に記載の小型船舶。
  4. 　着岸場所の形状を示す環境地図を表示するディスプレイと、
    　前記環境地図における着岸位置の入力を受け付ける入力装置と、
    をさらに備え、
    　前記コントローラは、前記入力装置への入力に基づいて設定された前記着岸位置を前記第１目標位置として決定する、
    請求項１に記載の小型船舶。
  5. 　前記コントローラは、前記着岸場所の縁に対して垂直な方向に、前記着岸位置から前記オフセット量、離れた位置を前記第２目標位置として決定する、
    請求項４に記載の小型船舶。
  6. 　前記コントローラは、前記着岸場所の縁に沿った方向に基づいて、前記目標方位を決定する、
    請求項５に記載の小型船舶。
  7. 　前記コントローラは、前記着岸場所の付近に停泊している他船の幅よりも大きくなるように、前記オフセット量を決定する、
    請求項４に記載の小型船舶。
  8. 　トレーラから発進される前記トレーラの現在位置を示すトレーラ位置情報を受信する受信機、又は前記トレーラの現在位置を検出して前記トレーラ位置情報を取得するセンサをさらに備え、
    　前記コントローラは、前記トレーラの現在位置を前記第１目標位置として決定する、
    請求項１に記載の小型船舶。
  9. 　前記コントローラは、前記トレーラの向きに沿う方向を前記目標方位として決定する、
    請求項８に記載の小型船舶。
  10. 　前記コントローラは、前記トレーラの向きに沿う方向に、前記トレーラの現在位置から前記オフセット量、離れた位置を前記第２目標位置として決定する、
    請求項９に記載の小型船舶。
  11. 　前記コントローラは、
    　　前記方位差又は外乱に応じて、前記トレーラの向きに沿う方向への第１のオフセット量を決定し、
    　　前記方位差又は外乱に応じて、前記トレーラの向きに沿う方向に垂直な方向への第２のオフセット量を決定し、
    　　前記トレーラの現在位置から、前記トレーラの向きに沿う方向に前記第１のオフセット量、離れ、且つ、前記トレーラの向きに沿う方向と垂直な方向に前記第２のオフセット量、離れた位置を、前記第２目標位置として決定する、
    請求項９に記載の小型船舶。
  12. 　前記現在位置と前記第２目標位置との間の距離が所定の距離閾値以下となったときには、前記コントローラは、前記第１目標位置に前記船体を到達させるように前記推進装置を制御する指令信号を生成する、
    請求項１に記載の小型船舶。
  13. 　船体の現在位置と現在方位とを示す位置情報を受信し、
    　前記船体の第１目標位置と、前記第１目標位置における目標方位とを決定し、
    　前記現在方位と前記目標方位との方位差を算出し、
    　前記方位差又は外乱に応じて前記第１目標位置のオフセット量を決定し、
    　前記第１目標位置から前記現在位置側に前記オフセット量、離れた位置を第２目標位置として決定し、
    　前記第２目標位置に前記船体を到達させるように、前記船体に搭載された推進装置を制御する指令信号を生成すること、
    を備える小型船舶の制御方法。
  14. 　前記オフセット量は、前記方位差又は前記外乱の増大に応じて増大する、
    請求項１３に記載の小型船舶の制御方法。
  15. 　前記オフセット量は、前記船体の重心と船首との間の距離に基づいて決定される、
    請求項１３に記載の小型船舶の制御方法。
  16. 　着岸場所の形状を示す環境地図をディスプレイに表示し、
    　前記環境地図における着岸位置の入力を入力装置によって受け付けること、
    をさらに備え、
    　前記入力装置への入力に基づいて設定された前記着岸位置が、前記第１目標位置として決定される、
    請求項１３に記載の小型船舶の制御方法。
  17. 　前記着岸場所の縁に対して垂直な方向に、前記着岸位置から前記オフセット量、離れた位置が、前記第２目標位置として決定され、
    　前記着岸場所の縁に沿った方向に基づいて、前記目標方位が決定される、
    請求項１６に記載の小型船舶の制御方法。
  18. 　前記オフセット量は、前記着岸場所付近に停泊している他船の幅よりも大きくなるように、決定される、
    請求項１６に記載の小型船舶の制御方法。
  19. 　前記トレーラの現在位置を示すトレーラ位置情報を取得することをさらに備え、
    　前記トレーラの現在位置が前記第１目標位置として決定される、
    請求項１３に記載の小型船舶の制御方法。
  20. 　前記トレーラの向きに沿う方向が、前記目標方位として決定され、
    　前記トレーラの向きに沿う方向に、前記トレーラの現在位置から前記オフセット量、離れた位置が、前記第２目標位置として決定される、
    請求項１９に記載の小型船舶の制御方法。
  21. 　前記トレーラの向きに沿う方向が、前記目標方位として決定され、
    　前記方位差又は外乱に応じて、前記トレーラの向きに沿う方向への第１のオフセット量が決定され、
    　前記方位差又は外乱に応じて、前記トレーラの向きに沿う方向に垂直な方向への第２のオフセット量が決定され、
    　前記トレーラの現在位置から、前記トレーラの向きに沿う方向に前記第１のオフセット量、離れ、且つ、前記トレーラの向きに沿う方向と垂直な方向に前記第２のオフセット量、離れた位置が、前記第２目標位置として決定される、
    請求項１９に記載の小型船舶の制御方法。
  22. 　前記現在位置と前記第２目標位置との間の距離が所定の距離閾値以下となったときに、前記第１目標位置に前記船体を到達させるように前記推進装置を制御する指令信号を生成することをさらに備える、
    請求項１３に記載の小型船舶の制御方法。
     
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