(57)【要約】      （修正有）【課題】ドッキング装置などに依存することなく潜水機側のコネクタと連結対象側のコネクタとの位置合わせを行ってコネクタをメイティングできるメイティング装置を提供する。【解決手段】水中で着脱可能なコネクタ５と、コネクタ５を保持してコネクタ５を少なくともコネクタ５の接続面が向いた方向に往復移動させるマニピュレータ７と、コネクタ５の接続面が向いた方向を撮像する撮像機９と、少なくとも３本のレーザ光を撮像機９を囲む位置からコネクタ５の接続面が向いた方向に平行に照射するレーザ照射機１１と、少なくとも撮像機９が撮像する範囲を照明する照明機１３と、撮像機９で撮像した画像を解析する画像解析手段１５と、レーザ照射機１１、撮像機９、及び照明機１３の駆動を制御する駆動制御手段１５と、マニピュレータ７の動作を制御するマニピュレータ制御手段１７とを備えた構成とする。【選択図】        図１
2004284454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中で着脱可能なコネクタと、該コネクタを保持して移動させるマニピュレータと、前記コネクタの接続面が向いた方向を撮像する撮像機と、前記撮像機を囲む位置から前記コネクタの接続面が向いた方向に平行に少なくとも３本のレーザ光を照射するレーザ照射機と、前記撮像機で撮像した画像を解析する画像解析手段と、前記レーザ照射機及び前記撮像機の駆動を制御する駆動制御手段と、前記マニピュレータの動作を制御するマニピュレータ制御手段とを備えた潜水機用のコネクタのメイティング装置。
【請求項２】
前記画像解析手段は、前記撮像機で撮像したレーザ照射機から照射された少なくとも３本のレーザ光の反射点の位置に基づいて、前記コネクタに対応する連結対象側コネクタが設けられて連結対象側コネクタの接続面に平行に設けられた平面までの距離と、該平面が向いている方向とを演算し、前記撮像機で撮像した前記連結対象側コネクタの画像から該連結対象側コネクタの位置を判定して、前記演算した前記平面が向いている方向と、前記判定した前記連結対象側コネクタの位置に応じて連結対象側コネクタに対する前記コネクタの位置を調整してなることを特徴とする請求項１に記載のメイティング装置。
【請求項３】
潜水機側に設けられる水中で着脱可能な潜水機側コネクタと、該潜水機側コネクタを保持して移動させるマニピュレータと、前記潜水機側コネクタの接続面が向いた方向を撮像する撮像機と、前記撮像機を囲む位置から前記潜水機側コネクタの接続面が向いた方向に平行に少なくとも３本のレーザ光を照射するレーザ照射機と、前記撮像機で撮像した画像を解析する画像解析手段と、前記レーザ照射機及び前記撮像機の駆動を制御する駆動制御手段と、マニピュレータの動作を制御するマニピュレータ制御手段と、
前記潜水機が前記潜水機側コネクタによって連結される連結対象に設けられ、前記潜水機側コネクタに対応する連結対象側コネクタと、該連結対象側コネクタが設けられると共に該連結対象側コネクタの接続面に平行な平面を有する前記連結対象に設けられるコネクタ設置部材とを備え、
前記画像解析手段は、前記撮像機で撮像したレーザ照射機から照射された少なくとも３本のレーザ光の反射点の位置に基づいて前記連結対象側コネクタが設けられている前記コネクタ設置部材の平面までの距離と、該平面が向いている方向とを演算し、前記撮像機で撮像した前記連結対象側コネクタの画像に基づいて該連結対象側コネクタの位置を判定して、前記演算した前記平面が向いている方向と、前記判定した前記連結対象側コネクタの位置に応じて連結対象側コネクタに対する前記潜水機側コネクタの位置を調整してなる潜水機用のコネクタのメイティング装置。
【請求項４】
潜水機に、水中で着脱可能な潜水機側コネクタと、該潜水機側コネクタを保持して移動させるマニピュレータと、前記潜水機側コネクタの接続面が向いた方向を撮像する撮像機と、前記撮像機を囲む位置から前記潜水機側コネクタの接続面が向いた方向に平行に少なくとも３本のレーザ光を照射するレーザ照射機とを設け、
前記潜水機が前記潜水機側コネクタによって連結される連結対象に、前記潜水機側コネクタに対応する連結対象側コネクタと、該連結対象側コネクタが設けられた平面とを設け、
前記レーザ照射機から前記連結対象側コネクタが設けられた平面に少なくとも３本のレーザ光を照射して該少なくとも３本のレーザ光の前記連結対象側コネクタが設けられた平面での反射点を前記撮像機で撮像した画像と、前記連結対象側コネクタを含む画像を前記撮像機で撮像した画像とに基づいて前記潜水機の姿勢を制御する共に、前記マニピュレータの動作を制御して前記潜水機の潜水機側コネクタを前記連結対象側コネクタに接続する潜水機用のコネクタのメイティング方法。
【請求項５】
前記レーザ照射機から前記連結対象側コネクタが設けられた平面に少なくとも３本のレーザ光を照射し、該少なくとも３本のレーザ光の前記連結対象側コネクタが設けられた平面での反射点を前記撮像機で撮像し、該撮像した画像から前記少なくとも３本のレーザ光の前記連結対象側コネクタが設けられた平面での反射点の位置を求め、該求めた反射点の位置に基づいて前記連結対象側コネクタが設けられている平面までの距離と、該連結対象側コネクタが設けられた平面が向いている方向とを演算し、該演算した前記連結対象側コネクタが設けられている平面までの距離の情報と、前記連結対象側コネクタが設けられた平面が向いている方向の情報とに応じて、前記連結対象側コネクタが設けられている平面に前記潜水機側コネクタの接続面が面する状態に前記潜水機の姿勢を制御して維持し、
前記連結対象側コネクタを含む画像を前記撮像機で撮像し、該撮像した画像に基づいて前記連結対象側コネクタの位置を決定し、該決定した連結対象側コネクタの位置に応じて該連結対象側コネクタと前記潜水機側コネクタとを互いの接続面が一直線上に位置する状態に前記潜水機の位置を調整して維持し、該潜水機側コネクタの接続面と前記連結対象側コネクタの接続面とが一直線上に位置した状態で、前記マニピュレータを駆動して前記潜水機の潜水機側コネクタを直進させて前記連結対象側コネクタに接続することを特徴とする請求項４に記載の潜水機用のコネクタのメイティング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中で潜水機に設けられたコネクタを連結対象が有するコネクタに接続するための潜水機用のコネクタのメイティング技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中において、母船などにケーブルで連結されていない無索式または自律型の潜水機、例えば遠隔操縦型無索無人潜水機（以下ＲＯＶと略称する）や自律型海中ロボット（以下ＡＵＶと略称する）などが有するコネクタを、これらの潜水機への電力供給や、これらの潜水機との情報交換などを行う連結対象、例えば水中観測基地などの人工構造物（以下「水中基地」と称する）や母船にケーブルで連結された有索式の潜水機などに設けられている電力供給用あるいは情報伝達用のコネクタに連結して電気的または光学的に接続すること、すなわちメイティングすることで電力供給を受けたり、情報交換を行ったりすることは、海中観測などの自動化、長期化において必要不可欠な行動である。
【０００３】
このようなＲＯＶやＡＵＶなどの潜水機などを、水中基地や有索潜水機などの連結対象にドッキングさせて互いのコネクタをメイティングするため、トランスポンダーを用いて潜水機を誘導すると共に、ドッキング装置によって潜水機をドッキングさせてコネクタをメイティングすることが提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
さらに、超音波発振器を用いて潜水機を誘導すると共に、捕捉装置で潜水機を捕捉し、この捕捉した潜水機をドッキング装置によってドッキングさせてコネクタをメイティングすることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。また、誘導信号を用いて潜水機を誘導すると共に、連結対象側に水流に応じて向きが変わる着座台を設け、捕捉機構で水流の上流側から近づいてくる潜水機を捕捉してコネクタをメイティングすることが提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平３−２６６７９４号公報（第２−３頁、第１−３図）
【特許文献２】
特開平７−２２３５８９号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献３】
特開２０００−２７５８３号公報（第４−６頁、第１図、第２図）
【特許文献４】
特開２００１−５５１９３号公報（第３−６頁、第１−４図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のように潜水機と水中基地などの連結対象にドッキング装置を用いてドッキングさせて固定した上で互いのコネクタをメイティングする場合、捕捉装置やドッキング装置によって、潜水機側コネクタと連結対象に設けられた連結対象側コネクタとが位置合わせされた状態となるように、潜水機の位置を正確に調整して固定する必要がある。このため、連結対象となる側に、さらに潜水機側にも、ドッキングした潜水機の固定位置を正確に調整するための複雑な装置類や設備などが必要となる。また、ドッキングした潜水機の固定位置を正確に調整するための複雑な装置類や設備などが必要となることにより、潜水機や水中基地などの連結対象のコストの増大、さらに、大型化などを招いてしまう場合もある。そこで、ドッキング装置などに依存することなく潜水機側のコネクタと連結対象側のコネクタとの位置合わせを行ってコネクタをメイティングできるメイティング技術が望まれている。
【０００７】
本発明の課題は、ドッキング装置などに依存することなく潜水機側のコネクタと連結対象側のコネクタとの位置合わせを行ってコネクタをメイティングすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の潜水機用のコネクタのメイティング装置は、水中で着脱可能なコネクタと、このコネクタを保持して移動させるマニピュレータと、コネクタの接続面が向いた方向を撮像する撮像機と、撮像機を囲む位置からコネクタの接続面が向いた方向に平行に少なくとも３本のレーザ光を照射するレーザ照射機と、撮像機で撮像した画像を解析する画像解析手段と、レーザ照射機及び撮像機の駆動を制御する駆動制御手段と、マニピュレータの動作を制御するマニピュレータ制御手段とを備えた構成とすることにより上記課題を解決する。
【０００９】
また、画像解析手段は、撮像機で撮像したレーザ照射機から照射された少なくとも３本のレーザ光の反射点の位置に基づいて、コネクタに対応する連結対象側コネクタが設けられて連結対象側コネクタの接続面に平行に設けられた平面までの距離と、この平面が向いている方向とを演算し、撮像機で撮像した連結対象側コネクタの画像からこの連結対象側コネクタの位置を判定して、演算した平面が向いている方向と、判定した連結対象側コネクタの位置に応じて連結対象側コネクタに対するコネクタの位置を調整する構成とする。
【００１０】
さらに、本発明の潜水機用のコネクタのメイティング装置は、潜水機側に設けられる水中で着脱可能な潜水機側コネクタと、この潜水機側コネクタを保持して移動させるマニピュレータと、潜水機側コネクタの接続面が向いた方向を撮像する撮像機と、撮像機を囲む位置から潜水機側コネクタの接続面が向いた方向に平行に少なくとも３本のレーザ光を照射するレーザ照射機と、撮像機で撮像した画像を解析する画像解析手段と、レーザ照射機及び撮像機の駆動を制御する駆動制御手段と、マニピュレータの動作を制御するマニピュレータ制御手段と、潜水機が、潜水機側コネクタによって連結される連結対象に設けられ、潜水機側コネクタに対応する連結対象側コネクタと、この連結対象側コネクタが設けられると共にこの連結対象側コネクタの接続面に平行な平面を有する連結対象に設けられるコネクタ設置部材とを備え、画像解析手段は、撮像機で撮像したレーザ照射機から照射された少なくとも３本のレーザ光の反射点の位置に基づいて連結対象側コネクタが設けられているコネクタ設置部材の平面までの距離と、この平面が向いている方向とを演算し、撮像機で撮像した連結対象側コネクタの画像に基づいてこの連結対象側コネクタの位置を判定して、演算した平面が向いている方向と、判定した連結対象側コネクタの位置に応じて連結対象側コネクタに対する潜水機側コネクタの位置を調整する構成とすることにより上記課題を解決する。
【００１１】
また、本発明の潜水機用のコネクタのメイティング方法は、潜水機に、水中で着脱可能な潜水機側コネクタと、この潜水機側コネクタを保持して移動させるマニピュレータと、潜水機側コネクタの接続面が向いた方向を撮像する撮像機と、撮像機を囲む位置から潜水機側コネクタの接続面が向いた方向に平行に少なくとも３本のレーザ光を照射するレーザ照射機と、潜水機が潜水機側コネクタによって連結される連結対象に、潜水機側コネクタに対応する連結対象側コネクタと、この連結対象側コネクタが設けられた平面とを設ける。
【００１２】
そして、レーザ照射機から連結対象側コネクタが設けられた平面に少なくとも３本のレーザ光を照射して、この少なくとも３本のレーザ光の連結対象側コネクタが設けられた平面での反射点を撮像機で撮像した画像と、連結対象側コネクタを含む画像を撮像機で撮像した画像とに基づいて潜水機の姿勢を制御する共に、マニピュレータの動作を制御して潜水機の潜水機側コネクタを連結対象側コネクタに接続することにより上記課題を解決する。
【００１３】
このようにすれば、レーザー光の連結対象側での反射点の位置と、連結対象の連結対象側コネクタの位置とに基づいて潜水機側のコネクタと連結対象側のコネクタとの位置を合わせ、これらのコネクタをメイティングできる。すなわち、ドッキング装置などに依存することなく潜水機側のコネクタと連結対象側のコネクタとの位置合わせを行ってコネクタをメイティングできる。
【００１４】
また、少なくとも前記撮像機が撮像する範囲を照明する照明機を備えた構成とすれば、水中で確実に連結対象側のコネクタを撮像機で撮像することができる。
【００１５】
さらに、レーザ照射機から連結対象側コネクタが設けられた平面に少なくとも３本のレーザ光を照射し、この少なくとも３本のレーザ光の連結対象側コネクタが設けられた平面での反射点を撮像機で撮像し、この撮像した画像から少なくとも３本のレーザ光の連結対象側コネクタが設けられた平面での反射点の位置を求め、この求めた反射点の位置に基づいて連結対象側コネクタが設けられている平面までの距離と、この連結対象側コネクタが設けられた平面が向いている方向とを演算し、この演算した連結対象側コネクタが設けられている平面までの距離の情報と、連結対象側コネクタが設けられた平面が向いている方向の情報とに応じて、連結対象側コネクタが設けられている平面に潜水機側コネクタの接続面が面する状態に前記潜水機の姿勢を制御して維持する。そして、連結対象側コネクタを含む画像を前記撮像機で撮像し、この撮像した画像に基づいて連結対象側コネクタの位置を決定し、この決定した連結対象側コネクタの位置に応じてこの連結対象側コネクタと潜水機側コネクタとを互いの接続面が一直線上に位置する状態に潜水機の位置を制御して維持し、この潜水機側コネクタの接続面と連結対象側コネクタの接続面とが一直線上に位置した状態で、マニピュレータを駆動して潜水機の潜水機側コネクタを直進させて連結対象側コネクタに接続する方法とする。
【００１６】
このようにすれば、マニピュレータの動作は、潜水機側のコネクタの接続面が向いた方向に往復移動するだけで済むため、潜水機側のコネクタの接続面が向いた方向への往復移動以外の方向への複雑な動作が可能なマニピュレータを用いる必要がなくなり、メイティング装置の構成を簡素化できるので好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用してなる潜水機用のコネクタのメイティング技術の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなるメイティング装置の該略構成と動作を示す斜視図である。図２は、リセプタクルパネルの面で反射するレーザ光の状態を模式的に示す図である。なお、図１では、無索式または自律型の潜水機の本体や、水中基地の本体は図示しておらず、無索式または自律型の潜水機の本体や、水中基地の本体に取り付けられたメイティング装置の部分だけを図示している。
【００１８】
本実施形態のメイティング装置は、図１に示すように、例えば遠隔操縦型無索無人潜水機（以下ＲＯＶと略称する）や自律型海中ロボット（以下ＡＵＶと略称する）など無索式または自律型の潜水機（以下ビークルと称する）に設けられたビークル側メイティング装置１と、ビークルの連結対象となる例えば母船にケーブルで連結された有索式の潜水機や水中観測基地などの水中に設置された人工構造物など（以下「水中基地」と称する）に設けられた水中基地側メイティング装置３とを組み合わせて用いるものである。ただし、本発明は、無索式または自律型の潜水機のコネクタと水中基地のコネクタとのメイティングに限らず、無索式または自律型の潜水機同士、有索式の線水機と水中基地など様々な潜水機のコネクタと連結対象のコネクタとのメイティングに適用できる。
【００１９】
ビークル側メイティング装置１は、水中で着脱が可能なコネクタとなる水中着脱プラグ５、水中着脱プラグ５を保持するマニピュレータ７、マニピュレータ７に取り付けられた撮像機となるＴＶカメラ９、ＴＶカメラ９に取り付けられた３基のレーザ照射機１１、そして照明器１３などを備えている。さらに、ビークル側メイティング装置１は、撮像機で撮影した画像を処理する画像解析手段と、ＴＶカメラ９、レーザ照射機１１、及び照明器１３の駆動を制御する駆動制御手段とを兼ねた画像解析及び駆動制御手段１５、マニピュレータ７の動作を制御するマニピュレータ制御手段１７、そして、水中着脱プラグ５の着脱によるコネクタの接続状態を管理するコネクタ管理手段１９などを備えている。
【００２０】
水中着脱プラグ５には、図示していないビークル内のバッテリーやコンピュータなどの情報機器などと、図示していない電気ケーブルや光ファイバケーブルなどを介して連結されている。したがって、水中着脱プラグ５から電力供給や情報の授受などを行うことができる。本実施形態のビークル側メイティング装置１が備えるマニピュレータ７は、棒状に形成されており、その延在方向に伸長、収縮する往復運動を行うものである。マニピュレータ７の先端部には、水中着脱プラグ５を保持する図示していない保持機構を有しており、水中着脱プラグ５は、この保持機構によってマニピュレータ７の先端部に、マニピュレータ７が伸縮する方向に接続面を向けた状態で保持されている。ＴＶカメラ９は、レンズ９ａをマニピュレータ７の先端部方向、つまり水中着脱プラグ５方向に向けた状態でマニピュレータ７に取り付けられている。
【００２１】
レーザ照射機１１は、マニピュレータ７と共にＴＶカメラ９を囲むように３基設けられている。つまり、１基のレーザ照射機１１は、ＴＶカメラ９を挟んでマニピュレータ７と対向する位置に、そして２基のレーザ照射機１１は、ＴＶカメラ９を挟んで互いに対向する位置に設置されている。また、３基のレーザ照射機１１は、マニピュレータ７と対向する１基のレーザ照射機１１とマニピュレータ７とを結ぶ線と、互いに対向する２基のレーザ照射機１１を結ぶ線とが直角に交わる状態で設置されている。３基のレーザ照射機１１のレーザ光の照射方向は、ＴＶカメラ９の光軸と平行になっており、３基のレーザ照射機１１から照射される各々のレーザー光も互いに平行になる。ライト１３は、図には示していないが、マニピュレータ７やＴＶカメラ９などに適宜取り付けられており、ＴＶカメラ９の撮影方向を照明するものである。
【００２２】
画像解析及び駆動制御手段１５は、配線２１を介して、ＴＶカメラ９、３基のレーザ照射機１１、そしてライト１３と電気的に接続されている。マニピュレータ制御手段１７は、配線２３を介して、マニピュレータ７と電気的に接続されている。コネクタ管理手段１９は、配線２５を介して、水中着脱プラグ５と電気的に接続されている。さらに、画像解析及び駆動制御手段１５、マニピュレータ制御手段１７、及びコネクタ管理手段１９は、各々配線２７を介して、ビークルの行動、動作、姿勢などを管理及び制御するビークル管理手段２９に電気的に接続されている。画像解析及び駆動制御手段１５は、ビークル管理手段２９からの指令にしたがって、ＴＶカメラ９、３基のレーザ照射機１１、そしてライト１３を必要に応じて駆動すると共に、画像の解析により得た情報をビークル管理手段２９に送る。マニピュレータ制御手段１７は、ビークル管理手段２９からの指令にしたがって、マニピュレータの動作を制御する。
【００２３】
水中基地側メイティング装置３は、ビークル側メイティング装置１が有する水中着脱型プラグ５に対応し、水中着脱型プラグ５と連結可能で水中で着脱可能なコネクタである水中着脱型リセプタクル３１、リセプタクル３１が設けられた平面３３ａを形成するコネクタ設置部材となる平板状のリセプタクルパネル３３などを備えている。水中着脱型リセプタクル３１には、図示していない水中基地内の電力供給源やコンピュータなどの情報機器、ドライバなどと、図示していない電気ケーブルや光ファイバケーブルなどを介して連結されている。したがって、水中着脱型リセプタクル３１にビークル側の水中着脱型プラグ５が接続されることで、ビークルへの電力供給や、ビークルとの間の情報の授受などが行える。また、水中着脱型リセプタクル３１は、配線３５を介して、電力供給、情報などに対応する信号授受について水中基地側の管理を行う水中基地接続管理装置３７と電気的に接続されている。
【００２４】
このような水中着脱型リセプタクル３１は、リセプタクルパネル３３の水中基地の外側に向けて設置された平面３３ａの中央部に、接続面と平面３３ａとが同じ方向に向いた状態、つまり水中着脱型リセプタクル３１の水中着脱型プラグ５との接続方向が平面３３ａに対して垂直な状態で設置されている。なお、リセプタクルパネル３３は、水中基地に固定されており、水中着脱型リセプタクル３１への水中着脱型プラグ５の着脱などにおいて作用する力などにより移動しない状態になっている。また、リセプタクルパネル３３は、水中基地にドッキング装置などが設けられている場合、そのドッキング装置などに付属した構成とすることもできる。
【００２５】
なお、潜水機側メイティング装置１に設けられたマニピュレータ７の保持機構は、メイティングの後は水中着脱プラグ５を保持せずに水中着脱プラグ５を離す場合と、メイティングの後も水中着脱プラグ５を保持したままにしておく場合とがある。メイティングの後に水中着脱プラグ５を離す場合は、水中基地側メイティング装置３の水中着脱リセプタクル３１に連結された水中着脱プラグ５を水中着脱リセプタクル３１から離脱するとき、水中着脱プラグ５に連結された図示していないケーブルをマニピュレータ７内または潜水機内に引き込みながら水中着脱プラグ５にマニピュレータ７の先端部に設けられた図示していない保持機構を近づけて行き、図示していない保持機構で水中着脱プラグ５を保持した後、水中着脱プラグ５を水中着脱リセプタクル３１から引き抜く。したがって、メイティングの後に水中着脱プラグ５を離す場合には、保持機構は水中着脱プラグ５を保持した状態と保持を解除した状態にできる構造となっており、また、水中着脱プラグ５に連結された図示していないケーブルをマニピュレータ７内または潜水機内に引き寄せる機構などが設けられている。
【００２６】
また、レーザ照射機１１は、リセプタクルパネル３３の平面３３ａの垂直ベクトルを決めるために３本以上のレーザ光を照射してリセプタクルパネル３３の平面３３ａに異なる３点での反射点を形成する必要があるため、３基設けられている。しかし、レーザ照射装置は、リセプタクルパネル３３の平面３３ａの異なる位置に３点以上のレーザ光を照射できればよいため、平行する３本以上のレーザ光を照射する１基のレーザ照射装置を設けた構成にすることもできる。また、ライト１３の光量は、リセプタクルパネル３３や水中着脱リセプタクル３１を識別できる程度のもので十分である。
【００２７】
このような構成のメイティング装置によるメイティング動作と本発明の特徴部について説明する。本実施形態のメイティング装置では、まず、潜水機側メイティング装置１のマニピュレータ７と、水中基地側メイティング装置３の水中着脱リセプタクル３１までの相対位置関係を、潜水機側メイティング装置１のレーザ照射機１１から照射したレーザ光の、水中基地側メイティング装置３のリセプタクルパネル３３の平面３３ａでの３本の反射点をＴＶカメラ９で撮像し、その撮像した画像を解析して、図２に示すように、それらの反射点の位置を求める。
【００２８】
ＴＶカメラ９とレーザ照射機１１から照射されるレーザ光線との相対位置は固定されているので、ＴＶカメラ９で撮像した画像上では、それぞれのレーザ光線は、常に同じ直線上を進み、水中基地側メイティング装置３のリセプタクルパネル３３の平面３３ａでの反射点において、進行中のレーザ光線よりも高い輝度で反射する。画像解析及び駆動制御手段１５が、この反射点の位置をＴＶカメラ９で撮像した画像上で計測し、以下の方法により、リセプタクルパネル３３の平面３３ａまでの距離ｒ０と、リセプタクルパネル３３の平面３３ａの方向を表すベクトル（ａ，ｂ，ｃ）が求められる。
【００２９】
レーザ光ｉの反射点の座標を（ｘｉ，ｙｉ）とする。ＴＶカメラ９の光軸とレーザ光は平行なので、ＴＶカメラ９で撮像した画像上では，無限の距離において画像上のＴＶカメラ９の中心軸に一致する。これを利用して、ＴＶカメラ９の基準点を通る光軸に垂直な面から反射点までの距離ｒｉは、画像上のＴＶカメラ９の光軸の座標（ｘｆ，ｙｆ）とレーザ光ｉの反射点の座標（ｘｉ，ｙｉ）との画像上の距離ｓｉの関数となり、
ｓｉ＝ｓｑｒｔ（（ｘｆ−ｘｉ）＊＊２＋（ｙｆ−ｙｉ）＊＊２）
ｒｉ＝ｋｉ／ｓｉ
で理論的には表される。ｋｉは、レーザ照射機１１の位置とＴＶカメラ９のレンズ系に依存する定数である。ただし、ＴＶカメラ９のレンズ系や水圧からレンズ径を保護するために設けられた耐圧窓による歪みを無視しているので、実際はキャリブレーションを行い、
ｒｉ＝ｆｉ（ｓｉ）
という関係を求めて、画像上のＴＶカメラ９の光軸の座標（ｘｆ，ｙｆ）とレーザ光ｉの反射点の座標（ｘｉ，ｙｉ）との画像上の距離ｓｉより、ＴＶカメラ９の基準点を通る光軸に垂直な面から反射点までの距離ｒｉを求める。
【００３０】
ＴＶカメラ９の光軸上の適当な点を原点とし、ＴＶカメラ９の左右方向の右向きにＸ軸、上下方向の下向きにＹ軸を取る。各レーザ光線は、座標（Ｘｉ，Ｙｉ）を通ものとする。このとき，反射点の座標は、
（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）＝（Ｘｉ，Ｙｉ，ｒｉ−Ａ）
と与えられる。ただし、Ａは，ＴＶカメラ９の基準点と原点との距離である。したがって、リセプタクルパネル３３の平面３３ａを表す以下の方程式にｉ＝１〜３を代入して連立方程式を解けば、未知係数ａ，ｂ，ｃが求まる。
ａＸ＋ｂＹ＋ｃＺ＝１
これより、ＴＶカメラ９の光軸でのリセプタクルパネル３３の平面３３ａまでの距離ｒ０は、
ｒ０＝１／ｃ
リセプタクルパネル３３の平面３３ａの垂直ベクトルは、
（ａ，ｂ，ｃ）
となる。
【００３１】
画像解析及び駆動制御手段１５は、このように計測されたリセプタクルパネル３３の平面３３ａまでの距離ｒ０の情報と、リセプタクルパネル３３の平面３３ａの方向を表すベクトル（ａ，ｂ，ｃ）の情報とをビークル管理手段２９に送る。リセプタクルパネル３３の平面３３ａまでの距離ｒ０の情報と、リセプタクルパネル３３の平面３３ａの方向を表すベクトル（ａ，ｂ，ｃ）の情報とを受けたビークル管理手段２９は、これらの情報に基づいて、マニピュレータ７の延在方向をリセプタクルパネル３３の平面３３ａに対して垂直になるようにビークルの姿勢を制御して維持し、かつ、リセプタクルパネル３３の平面３３ａとの相対位置をフィードバックにより一定値に保つ。
【００３２】
次に、画像解析及び駆動制御手段１５は、ライト１３により照明されたリセプタクルパネル３３の平面３３ａをＴＶカメラ９で撮像した画像から、水中着脱リセプタクル３１の位置を画像解析により求める。水中着脱リセプタクル３１は、幾何学的な形をしているので、画像解析によりその位置を決定することは容易である。このとき、水中着脱リセプタクル３１は、ＴＶカメラ９の位置と視野角と関係において予め画像領域に入るような位置にあることが必要である。画像解析及び駆動制御手段１５は、水中着脱リセプタクル３１の位置を決定した後、この水中着脱リセプタクル３１の位置情報をビークル管理手段２９に送る。
【００３３】
ビークル管理手段２９は、画像解析及び駆動制御手段１５から受けた水中着脱リセプタクル３１の位置情報、そして、先に画像解析及び駆動制御手段１５から受けたリセプタクルパネル３３の平面３３ａに対して垂直になるようにビークルの姿勢を制御して維持し、かつ、リセプタクルパネル３３の平面３３ａとの相対位置をフィードバックにより一定値に保った状態でのリセプタクルパネル３３の平面３３ａまでの距離ｒ０の情報、及びリセプタクルパネル３３の平面３３ａの方向を表すベクトル（ａ，ｂ，ｃ）の情報に基づいて、水中基地に設けられた水中着脱リセプタクル３１とビークルに設けられた水中着脱プラグ５との相対位置を、水中着脱リセプタクル３１と水中着脱プラグ５とが同一直線上に位置した状態にビークルを移動させる。
【００３４】
これにより、水中基地に設けられた水中着脱リセプタクル３１とビークルに設けられた水中着脱プラグ５とが互いの接続面が対向した状態で一直線上に位置した状態となる。この後、ビークル側メイティング装置１のマニピュレータ７を伸長させれば、水中着脱プラグ５が水中着脱リセプタクル３１に近づいて行き、水中着脱プラグ５と水中着脱リセプタクル３１とがメイティングする。
【００３５】
このように本実施形態の潜水機用のコネクタのメイティング技術では、レーザ照射機１１から照射された３本のレーザ光の水中基地側に設けられたリセプタクルパネル３３の平面３３ａでの反射点をＴＶカメラ９で撮像した画像の画像解析により得た反射点の位置情報と、ライト１３で照明された水中基地側に設けられたリセプタクルパネル３３の平面３３ａに取り付けられた水中着脱リセプタクル３１を撮像した画像の画像解析により得た水中着脱リセプタクル３１の位置情報とに基づいて、ビークル側の水中着脱プラグ５と水中基地側の水中着脱リセプタクル３１の相対的な位置合わせを行い、ビークル側の水中着脱プラグ５と水中基地側とのメイティングを行うことができる。すなわち、ドッキング装置などに依存することなく潜水機側のコネクタと連結対象側のコネクタとの位置合わせを行ってコネクタをメイティングできる。
【００３６】
さらに、本実施形態では、レーザ照射機１１から照射された３本のレーザ光の水中基地側に設けられたリセプタクルパネル３３の平面３３ａでの反射点をＴＶカメラ９で撮像した画像の画像解析により得た反射点の位置情報に基づいて、ビークルの姿勢を制御して、ビークル側の水中着脱プラグ５が水中基地側に設けられたリセプタクルパネル３３の平面３３ａに面する状態としている。そして、ライト１３で照明された水中基地側に設けられたリセプタクルパネル３３の平面３３ａに取り付けられた水中着脱リセプタクル３１を撮像した画像の画像解析により得た水中着脱リセプタクル３１の位置情報に基づいて、ビークルを移動させてビークル側の水中着脱プラグ５と水中基地側の水中着脱リセプタクル３１とが、互いの接続面が面した状態で一直線上に並ぶ状態としている。したがって、マニピュレータ７は、水中着脱プラグ５を前進後退させる往復運動のみが行えればよく、装置の構成を簡素化できる。
【００３７】
加えて、ビークル側の姿勢や位置の制御、またはマニピュレータの動作によってビークル側の水中着脱プラグ５と水中基地側の水中着脱リセプタクル３１との位置合わせ、つまりアライメントを合わせることができるため、ビークル側のコネクタと水中基地側のコネクタとの位置合わせを行うための機械的なガイド装置や、音響的な位置決め手法などを用いた場合に比べて精度の高いフィードバックを可能にできる。さらに、装置類の簡素化や、コネクタの形状さえ対応できればメイティングが可能となり、汎用性を増大することができる。
【００３８】
ところで、水中において、ビークルを決まった位置に固定することは難しい。つまり、ビークルは、海流や、有索式の場合は付加されているケーブルから受ける力などにより移動し、また、マニピュレータからの反力、マニピュレータの運動による流体力や慣性力の影響を受けて移動してしまうからである。しかし、本実施形態のメイティング技術では、ビークルの位置に誤差、例えば数センチメートルの誤差が生じたり、ビークルが多少動いたとしても、ビークルの姿勢と位置を維持でき、また、マニピュレータの動作で水中着脱プラグ５を水中着脱リセプタクル３１にメイティングできる範囲であれば、水中着脱リセプタクル３１に対するビークルの位置のずれは許容できる。したがって、海流の影響や、マニピュレータの運動による流体力や慣性力の影響を受け難い。
【００３９】
さらに、リセプタクルパネル３３の平面３３ａに光源、例えばマーカーや、ＬＥＤ光源を設置し、その位置情報を用いることが考えられる。しかし、海中では、生物汚損や材料の劣化によって、光源の識別が困難になってしまう。これに対して、本実施形態では、マニピュレータ７側からレーザ光を照射して、その反射点の位置情報を求めるため、リセプタクルパネル３３の平面３３ａさえあればよく、生物汚損や材料の劣化による影響を受け難い。つまり、ＴＶカメラ９で撮像した画像に基づいたビークル姿勢や位置の制御が生物汚損や材料の劣化などによってできなくなるのを防ぐことができる。加えて、レーザ光の反射点を利用することで、光学的な性質をレーザ光の強度や色、ビーム幅を調整することによりビークル側で変更できる。
【００４０】
また、本実施形態では、マニピュレータ７は、前後方向の往復運動の一自由度のみを行うい、他の方向への動作自由度は、必要に応じてビークル自体の運動でカバーされている。しかし、構成は複雑になるが、前後方向の往復運動に限らず、様々な方向や動きの自由度を有するマニピュレータを設け、レーザ光の反射点の位置情報と、水中基地側のコネクタの位置情報とに基づいて、ビークル自体の運動に加えて、マニピュレータを動かしてビークル側のコネクタと水中基地側のコネクタとの位置合わせをすることもできる。
【００４１】
また、本実施形態では、ビークルを水中基地にドッキングさせるための捕捉装置やドッキング装置などは記載していないが、水中基地に捕捉装置やドッキング装置などを設けることもできる。このとき、捕捉装置やドッキング装置などは、コネクタのメイティングを考慮する必要が無く、ビークルが流されないように水中基地に係留できる程度のもので十分であるため、捕捉装置やドッキング装置などは簡単な構造のもので済む。
【００４２】
また、本実施形態では、コネクタのメイティングを補助するための機械的、力学的なガイド装置については記載していないが、簡易な機械的、力学的なガイド装置を付加させることもできる。この場合、コネクタのメイティングはより確実なものとなる。
【００４３】
また、本発明は、本実施形態の構成のメイティング装置に限らず、撮像機、レーザ照射装置、マニピュレータなどを備え、画像解析によるレーザ光の反射点の位置情報と連結対象側のコネクタの位置情報に基づいて互いのコネクタの位置合わせを行う様々な構成にすることができる。例えば、画像解析及び駆動制御手段１５、マニピュレータ制御手段１７、コネクタ管理手段１９などは、適宜一体にした構成や、別体にした構成などにすることができる。また、レーザ光の照射本数は、４本以上にすることもできる。さらに、連結対象側に設けられるコネクタ設置部材は、リセプタクルパネル３３のような形状に限らず、コネクタが設置された平面を有していれば様々な形状の部材にできる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、ドッキング装置などに依存することなく潜水機側のコネクタと連結対象側のコネクタとの位置合わせを行ってコネクタをメイティングできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用してなるメイティング装置の一実施形態の該略構成と動作を示す斜視図である。
【図２】リセプタクルパネルの面で反射するレーザ光の状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１  ビークル側メイティング装置
３  水中基地側メイティング装置
５  水中着脱プラグ
７  マニピュレータ
９  ＴＶカメラ
１１  レーザ照射機
１３  ライト
１５  画像解析及び駆動制御手段
１７  マニピュレータ制御手段
３１  水中着脱リセプタクル
３３  リセプタクルパネル
３３ａ  平面
【図１】
2004284454.tif 000003
【図２】
2004284454.tif 000004