(57)【要約】【課題】  ＡＵＶの音響ソナーによる撮像画像の精度を向上させることを目的とする。【解決手段】  ＡＵＶ１００の前方および後方であって且つ上下左右方向にそれぞれ舵１〜４を設け、この舵１〜４を制御するにあたり、ＡＵＶ１００の方位制御および針路制御を同時に行うようにした。また、前後に舵１〜４を設けることにより、潮流の影響を船体前後で等しく受けることになるから、方位が傾き難い。このようにすれば、ＡＵＶ１００の方位を保持しつつ針路を変えるか或いは維持するようにできるので、ＡＵＶ１００の音響ソナー７のビーム方向を常に所望の方向に向けることができ、撮像画像の制度を向上できる。【選択図】  図１
2005239027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中航走体の進行方向前方および後方であり且つ潜水状態で水中航走体に対して上下方向又は左右方向にそれぞれ対となる舵を設けたことを特徴とする水中航走体。
【請求項２】
前記複数の舵をそれぞれ独立して制御する制御手段を有し、
当該制御手段は、
水中航走体の方位を制御する方位制御手段と、
水中航走体の針路を制御する針路制御手段と、
を含み、これら方位制御および針路制御は同時に行い得ることを特徴とする請求項１に記載の水中航走体。
【請求項３】
前記複数の舵をそれぞれ独立して制御する制御手段を有し、
当該制御手段は、
水中航走体のピッチを制御するピッチ制御手段と、
水中航走体の深度を制御する深度制御手段と、
を含み、これらピッチ制御および深度制御は同時に行い得ることを特徴とする請求項１または２に記載の水中航走体。
【請求項４】
前記複数の舵をそれぞれ独立して制御する制御手段を有し、
当該制御手段は、
水中航走体のピッチを制御するピッチ制御手段と、
水中航走体の高度を制御する高度制御手段と、
を含み、これらピッチ制御および高度制御は同時に行い得ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の水中航走体。
【請求項５】
目標方位に基づく、前制御系および後制御系に分配する方位指令を生成する方位指令生成手段と、
目標針路に基づく、前制御系および後制御系に分配する針路指令を生成する針路指令生成手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の水中航走体。
【請求項６】
目標ピッチに基づく、前制御系および後制御系に分配するピッチ指令を生成するピッチ指令生成手段と、
目標深度に基づく、前制御系および後制御系に分配する深度指令を生成する深度指令生成手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の水中航走体。
【請求項７】
目標ピッチに基づく、前制御系および後制御系に分配するピッチ指令を生成するピッチ指令生成手段と、
目標高度に基づく、前制御系および後制御系に分配する高度指令を生成する高度指令生成手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の水中航走体。
【請求項８】
目標方位に基づく、前制御系または後制御系に送出する方位指令を生成する方位指令生成手段と、
目標針路に基づく、後制御系または前制御系に送出する針路指令を生成する針路指令生成手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の水中航走体。
【請求項９】
目標ピッチに基づく、前制御系または後制御系に送出するピッチ指令を生成するピッチ指令生成手段と、
目標深度に基づく、後制御系および前制御系に送出する深度指令を生成する深度指令生成手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の水中航走体。
【請求項１０】
目標ピッチに基づく、前制御系または後制御系に送出するピッチ指令を生成するピッチ指令生成手段と、
目標高度に基づく、後制御系および前制御系に送出する高度指令を生成する高度指令生成手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の水中航走体。
【請求項１１】
水中航走体の前方および後方であって且つ上下左右方向にそれぞれ設けた舵を制御するにあたり、
水中航走体の方位を制御する方位制御ステップと、
前記方位制御ステップと共に水中航走体の針路を制御する針路制御ステップと、
を含むことを特徴とする水中航走体の制御方法。
【請求項１２】
水中航走体の前方および後方であって且つ上下左右方向にそれぞれ設けた舵を制御するにあたり、
水中航走体のピッチを制御するピッチ制御ステップと、
前記ピッチ制御ステップと共に水中航走体の深度を制御する深度制御ステップと、
を含むことを特徴とする水中航走体の制御方法。
【請求項１３】
水中航走体の前方および後方であって且つ上下左右方向にそれぞれ設けた舵を制御するにあたり、
水中航走体のピッチを制御するピッチ制御ステップと、
前記ピッチ制御ステップと共に水中航走体の高度を制御する高度制御ステップと、
を含むことを特徴とする水中航走体の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、音響ソナーによる撮像画像の精度を高めることができる自律型の水中航走体およびその制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、比較的深い海域や湖沼における水中調査作業において、無人の自律型水中航走体（ＡＵＶ：Autonomous Underwater Vehicle）が利用され始めている。図９は、従来の水中航走体の前記全体構成を示す構成図である。このＡＵＶ９００は、先端が半球状の円柱形状であり、制御器モジュール９０１と、センサモジュール９０２と、電池モジュール９０３とから構成されている。また、ＡＵＶ９００の進行方向後方には上下・左右でそれぞれ対となる４つの舵９０４と、スクリュー９０５とが設けられ、その側面には合成開口ソナー９０６が複数設けられている。この合成開口ソナー９０６は、例えば海底の地形測定や、土中の金属物（ロケットの破片、機雷等）の発見に用いられる。
【０００３】
図１０は、上記ＡＵＶが海中において潮流を受けた場合の航走状態を示す説明図である。図中、ＡＵＶ９００がＸ方向に針路をとる場合において、Ｙ方向の潮流を受けたとき、ＡＵＶ９００の上下の舵９０４が強く潮流の影響を受けるため、船体が図中に示すように傾いた状態になる。係る状態でＡＵＶ９００は、自ら上下舵９０４を調整し、目標点に向かって針路を修正する。しかしながら、針路を修正してＡＵＶ９００を航走させても、ＡＵＶ９００自体の方位は傾いた状態にある。即ち、ＡＵＶ９００の方位が傾いた状態で目標点に向かって航走しているため、音響ソナー９０６により撮像する海底画像が斜めになり、画像収集範囲が狭くなるという問題点がある。
【特許文献１】特開平１０−８６８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで、この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＡＵＶの音響ソナーによる撮像画像の精度を向上できる水中航走体およびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述の目的を達成するために、この発明に係る水中航走体は、水中航走体の進行方向前方および後方であり且つ潜水状態で水中航走体に対して上下方向又は左右方向にそれぞれ対となる舵を設けたことを特徴とする。
【０００６】
換言すれば、水中航走体後方の舵に加えて、少なくとも水中航走体前方で且つ上下方向に舵が設けられているから、潮流が前後の舵にバランスよく当たり、その結果、方位を維持しつつ水中航走体が流される。また、左右方向に舵を設けることで、潮流の上下方向成分が前後の舵にバランスよく当るから、水中航走体の姿勢が傾きにくい。このため、水中航走体の音響ソナーのビーム方向が所望の方向からずれるのを防止でき、撮像精度を向上できる。
【０００７】
また、この発明に係る水中航走体は、上記発明において、更に、前記複数の舵をそれぞれ独立して制御する制御手段を有し、当該制御手段は、水中航走体の方位を制御する方位制御手段と、水中航走体の針路を制御する針路制御手段とを含み、これら方位制御および針路制御は同時に行い得ることを特徴とする。
【０００８】
方位制御を行うと同時に針路制御を行うようにすれば、水中航走体の方位を維持しつつ針路を変えることができる。即ち、針路方向にＡＵＶが向いて航走するので、音響ソナーのビーム方向が所望方向からずれるのを防止できる。
【０００９】
また、この発明に係る水中航走体は、上記発明において、更に、前記複数の舵をそれぞれ独立して制御する制御手段を有し、当該制御手段は、水中航走体のピッチを制御するピッチ制御手段と、水中航走体の深度を制御する深度制御手段とを含み、これらピッチ制御および深度制御は同時に行い得ることを特徴とする。
【００１０】
ピッチ制御を行うと同時に深度制御を行うようにすれば、水中航走体の姿勢を保ちつつ深度を変えることができる。即ち、トリム中立および浮力中立でない場合でも姿勢を保ち且つ目標深度を維持できるので、音響ソナーのビーム方向が所望方向からずれるのを防止できる。
【００１１】
また、この発明に係る水中航走体は、上記発明において、更に、前記複数の舵をそれぞれ独立して制御する制御手段を有し、当該制御手段は、水中航走体のピッチを制御するピッチ制御手段と、水中航走体の高度を制御する高度制御手段とを含み、これらピッチ制御および高度制御は同時に行い得ることを特徴とする。
【００１２】
ピッチ制御を行うと同時に高度制御を行うようにすれば、水中航走体の姿勢を保ちつつ高度を変えることができる。即ち、トリム中立および浮力中立でない場合でも姿勢を保ち且つ目標高度を維持できるので、音響ソナーのビーム方向が所望方向からずれるのを防止できる。
【００１３】
また、この発明に係る水中航走体は、上記発明において、更に、目標方位に基づく、前制御系および後制御系に分配する方位指令を生成する方位指令生成手段と、目標針路に基づく、前制御系および後制御系に分配する針路指令を生成する針路指令生成手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、この発明に係る水中航走体は、上記発明において、更に、目標ピッチに基づく、前制御系および後制御系に分配するピッチ指令を生成するピッチ指令生成手段と、目標深度に基づく、前制御系および後制御系に分配する深度指令を生成する深度指令生成手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、この発明に係る水中航走体は、上記発明において、更に、目標ピッチに基づく、前制御系および後制御系に分配するピッチ指令を生成するピッチ指令生成手段と、目標高度に基づく、前制御系および後制御系に分配する高度指令を生成する高度指令生成手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明に係る水中航走体は、上記発明において、更に、目標方位に基づく、前制御系または後制御系に送出する方位指令を生成する方位指令生成手段と、目標針路に基づく、後制御系または前制御系に送出する針路指令を生成する針路指令生成手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、この発明に係る水中航走体は、上記発明において、更に、目標ピッチに基づく、前制御系または後制御系に送出するピッチ指令を生成するピッチ指令生成手段と、目標深度に基づく、後制御系および前制御系に送出する深度指令を生成する深度指令生成手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
また、この発明に係る水中航走体は、上記発明において、更に目標ピッチに基づく、前制御系または後制御系に送出するピッチ指令を生成するピッチ指令生成手段と、目標高度に基づく、後制御系および前制御系に送出する高度指令を生成する高度指令生成手段とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
また、この発明に係る水中航走体の制御方法は、上記発明において、水中航走体の前方および後方であって且つ上下左右方向にそれぞれ設けた舵を制御するにあたり、水中航走体の方位を制御する方位制御ステップと、前記方位制御ステップと共に水中航走体の針路を制御する針路制御ステップと、を含むことを特徴とする。
【００２０】
また、この発明に係る水中航走体の制御方法は、水中航走体の前方および後方であって且つ上下左右方向にそれぞれ設けた舵を制御するにあたり、水中航走体のピッチを制御するピッチ制御ステップと、前記ピッチ制御ステップと共に水中航走体の深度を制御する深度制御ステップとを含むことを特徴とする。
【００２１】
また、この発明に係る水中航走体の制御方法は、水中航走体の前方および後方であって且つ上下左右方向にそれぞれ設けた舵を制御するにあたり、水中航走体のピッチを制御するピッチ制御ステップと、前記ピッチ制御ステップと共に水中航走体の高度を制御する高度制御ステップとを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
この発明の水中航走体およびその制御方法によれば、音響ソナーにより撮像した画像の精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
［第１実施形態］
図１は、この発明の第１実施形態にかかるＡＵＶを示す構成図である。
このＡＵＶ１００は、船体６の後方および前方で且つ潜水状態で上下・左右方向にそれぞれ対となる４つの舵１〜４と、スクリュー５とが設けられている。当該舵１〜４は、円柱形船体６の周方向に４５度間隔で配置される。また、水中航走体の側面には合成開口ソナー受波部７が複数設けられ、送波部が1つ設けられている。音響ソナーのビーム方向は、当該ＡＵＶ１００の横側面に設定されている。このＡＵＶ１００は、前記舵１〜４により潮流外乱を受けた場合でも方位を保持したまま針路を保持できる。また、当該ＡＵＶ１００は、例えば長さ３．５ｍ、直径６０ｃｍ、重量３００ｋｇである。
【００２５】
図２は、図１に示したＡＵＶが海中において潮流を受けた場合の航走状態を示す説明図である。図中、ＡＵＶ１００がＸ方向に針路をとる場合において、Ｙ方向の潮流を受けたとき、ＡＵＶ１００が潮流の下流側（Ｙ方向）に流されるが、その際に船体前後の上下および左右、特に上下の舵２，４に略均一に潮流を受けることになる。このため、ＡＵＶ１００が所定方位をある程度保持したまま針路を維持可能になる。一方、前後の左右方向の舵１，３には、潮流の上下方向成分が作用するところ、当該前後の舵１，３にバランスよく前記上下方向成分が当るから、ＡＵＶ１００が所定の姿勢を維持できる（この場合は深度が変わる）。
【００２６】
この結果、音響ソナー７のビーム方向が針路方向に一定になり、撮像する海底画像の精度が向上する。また、当該ＡＵＶ１００が前後に舵１〜４を有するため、潮流外乱によってもＡＵＶ１００の方位または姿勢をある程度保持できているから、方位または姿勢修正のための舵１〜４の制御動作が微小で済む。その結果、ＡＵＶ１００の消費動力を低減できる。また、ＡＵＶ１００の前に舵１，２を設けることで、小さな舵であってもＡＵＶ１００に大きな回転力を与えることができる。なお、上下方向の舵２，４のみ船体６の前方および後方に設け、左右方向の舵３は船体６の後方のみに設けてもよい。係る構成でも、潮流外乱に起因した方位のずれをある程度防止できる。
【００２７】
また、ＡＵＶ１００には、図３に示すように、船体６の後方に舵６０１を設け且つ前後にスラスタ６０２を設けたもの（同図（ａ））、又は船体６の後方に舵６０３を設け且つ中央にスラスタ６０４を設けたもの（同図（ｂ））があり、当該構成のＡＵＶ６００，６１０では、潮流外乱を受けたとき、当該スラスタ６０２，６０４を作動させてＡＵＶ６００，６１０の方位を保持するようにしているが、本発明のＡＵＶ１００のように、船体６の前後に舵１〜４を設けることで、スラスタを省略することができる。このため、ＡＵＶ１００の消費動力を抑えることができる。しかしながら、必要に応じて、本発明のＡＵＶ１００の適当な部分にスラスタを設けてもよい。
【００２８】
また、このＡＵＶ１００の方位制御および針路制御を同時に行うことで、更に上記撮像画像の精度を向上できる。図４は、図１に示したＡＵＶの方位および針路制御装置を示すブロック図である。このＡＵＶ１００では、前後の舵１〜４をそれぞれ独立して制御すると共に、方位制御および針路制御を同時または別々に行う。このＡＵＶ１００は、方位指令生成部１０１および針路指令生成部１０２を有する。方位指令生成部１０１は、目標の方位を得るために前後の舵１〜４をそれぞれどの程度回転させればよいかを演算し、生成した各目標方位指令を前後の制御系（それぞれ前制御系１０３、後制御系１０４と称する）に分配し入力する。即ち、前制御系１０３により前の舵１，２を所定の角度回転させ、後制御系１０４により後の舵３，４を所定の角度回転させ、その結果、ＡＵＶ１００を目標とする方位に向けるように制御する。
【００２９】
針路指令生成部１０２においても同様に、目標の針路を得るために前後の舵１〜４をそれぞれどの程度回転させればよいかを演算し、生成した各目標針路指令を前／後制御系１０３，１０４に分配し入力する。即ち、前制御系１０２により前の舵２を所定の角度回転させ、後制御系１０３により後の舵４を所定の角度回転させ、その結果、ＡＵＶ１００を目標とする針路に向けるように制御する。
【００３０】
なお、前記方位指令生成部１０１には、操作者が過渡な方位の指令をした場合に当該指令を制限する方位リミッター１０１ａが設けられている。また、目標方位に至るまでの時間が短すぎたり或いは長すぎたりしないように、そのような角速度指令を制限する方位角速度リミッター１０１ｂが設けられている。また、同様に前記針路指令生成部１０２には、操作者が過渡な針路の指令をした場合に当該指令を制限する針路リミッター１０２ａが設けられている。また、目標針路に至るまでの時間が短すぎたり或いは長すぎたりしないように、そのような角速度指令を制限する針路角速度リミッター１０２ｂが設けられている。
【００３１】
前制御系１０３および後制御系１０４は、それぞれ位置制御部１０５と、角速度制御部１０６と、電流制御部１０７と、ロータリーエンコーダ１０８とを有し、前後舵のアクチュエータであるモータ１０９をフィードバック制御する。前／後制御系１０３，１０４におけるそれぞれの角速度ループには、微分処理部１１０が設けられている。位置制御部１０５は、方位指令生成部１０１の方位指令と針路指令生成部１０２の針路指令とを加え合わせた位置指令値と、ロータエンコーダ１０８のフィードバック信号と、の比較に基づきモータ１０９の回転位置を制御する。このときの演算方式には、例えばＰＩＤ方式を用いる。角速度制御部１０６は、位置制御部１０５からの角速度指令値と、ロータエンコーダ１０８の帰還信号を微分処理部１１０で微分した角速度信号と、の比較に基づきモータ１０９の角速度を制御する。電流制御部１０７では、角速度指令部１０６からの電流指令値と、モータ電流の帰還信号に基づいて電流制御を行う。
【００３２】
方位および針路制御を同時に行うことにより、方位を進行方向に向けた状態で針路を制御できる。即ち、方位と針路とを同時制御すれば、方位制御中に針路がずれたり、針路制御中に方位がずれたりしないから、ＡＵＶ１００の方位を常に針路方向に向けることができ、その結果、音響ソナー７による撮像範囲を適正とし、その精度を向上できる。
【００３３】
次に、このＡＵＶ１００の深度制御とピッチ（姿勢）制御について説明する。ＡＵＶ１００は、船内の機器配置やそれ自体の構造に起因して前後の重量配分が均一でない場合が多い。このため、ＡＵＶ１００は船体６の前後で浮力が異なり、海中にてピッチ方向（深度／高度方向）に傾いた姿勢をとることになる。係る場合、音響ソナー７のビーム方向がずれるため、必要な画像収集が得られないか或いは画像収集範囲が狭くなってしまう。それ故、ＡＵＶ１００の適切な姿勢制御が必要である。
【００３４】
図５は、図１に示したＡＵＶの位置および針路制御装置を示すブロック図である。このＡＵＶ１００では、前後の左右舵１，３をそれぞれ独立して制御すると共に、深度制御およびピッチ制御を同時または個別に行う。このＡＵＶ１００は、ピッチ指令生成部１１１および深度指令生成部１１２を有する。ピッチ指令生成部１１１は、目標の方位を得るために前後の左右舵１，３をそれぞれどの程度回転させればよいかを演算し、生成した各目標ピッチ指令を前／後制御系１０３，１０４に入力する。即ち、前制御系１０３により前の舵１を所定の角度回転させ、後制御系１０４により後の舵３を所定の角度回転させ、その結果、ＡＵＶ１００を目標とする姿勢に保持するように制御する。
【００３５】
深度指令生成部１１２においても同様に、目標の深度を得るために前後の左右舵１，３をそれぞれどの程度回転させればよいかを演算し、生成した各目標深度指令を前／後制御系１０３，１０４に入力する。即ち、前制御系１０３により前の舵１を所定の角度回転させ、後制御系１０４により後の舵３を所定の角度回転させ、その結果、ＡＵＶ１００を目標とする深度に移行および保つように制御する。
【００３６】
なお、前記ピッチ指令生成部１１１には、操作者が過渡なピッチの指令をした場合に当該指令を制限するピッチリミッター１１１ａが設けられている。また、目標ピッチに至るまでの時間が短すぎたり或いは長すぎたりしないように、そのような角速度指令を制限するピッチ角速度リミッター１１１ｂが設けられている。また、同様に前記深度指令生成部１１２には、操作者が過渡な深度の指令をした場合に当該指令を制限する深度リミッター１１２ａが設けられている。また、目標深度に至るまでの時間が短すぎたり或いは長すぎたりしないように、そのような角速度指令を制限する深度角速度リミッター１１２ｂが設けられている。
【００３７】
前制御系１０３および後制御系１０４は、それぞれ位置制御部１０５と、角速度制御部１０６と、電流制御部１０７と、ロータリーエンコーダ１０８とを有し、前後舵１，３のアクチュエータであるモータ１０９をフィードバック制御する。前／後制御系１０３，１０４におけるそれぞれの角速度ループには、微分処理部１１０が設けられている。位置制御部１０５は、ピッチ指令生成部１１１のピッチ指令と深度指令生成部１１２の深度指令とを加え合わせた位置指令値と、ロータエンコーダ１０８のフィードバック信号と、の比較に基づきモータ１０９の回転位置を制御する。このときの演算方式には、例えばＰＩＤ方式を用いる。角速度制御部１０６は、位置制御部１０５からの角速度指令値と、ロータエンコーダ１０８の帰還信号を微分処理部１１０で微分した角速度信号と、の比較に基づきモータ１０９の角速度を制御する。電流制御部１０７では、角速度指令部１０６からの電流指令値と、モータ電流の帰還信号に基づいて電流制御を行う。
【００３８】
ピッチ制御および深度制御を同時に行うことにより、ＡＵＶ１００の姿勢を適正に保つことができる。即ち、ＡＵＶ１００の重量配分により傾いた姿勢で浮く状態でも、前記ピッチ制御を行うことでＡＵＶ１００の姿勢を水平に保ち、更にこの姿勢を維持した状態で深度を制御できる。このため、ＡＵＶ１００は水平姿勢を保ったまま深度の調整が可能であり、音響ソナー７のビーム方向が進行方向を向き、撮像画像の精度を向上できる。これに対して、深度またはピッチのみを制御する方式の場合、深度調整中は姿勢が考慮されないので、ＡＵＶ１００の重量配分に起因して傾いた姿勢で沈降浮上することになり、その結果、音響ソナー７のビーム方向が傾いて撮像画像の精度が低下することになる。
【００３９】
以上のＡＵＶ１００は、海底の地形を測定して、海図を作りながら航行する。音響ソナー７により測定し、その情報から生成した海図データは、予めコンピュータに記憶された海図データまたは当該測定以前に測定したデータと比較され、ＡＵＶ１００の現在位置を割り出す。また、同時に前記音響ソナー７の周波数を変えることで、海底または比較的浅い海底中に存在する機雷やロケットの破片等の金属物を発見することもできる。
【００４０】
なお、前記深度制御に代えて高度制御を行うこともできる。深度は平均海面からの深さを意味し、高度は海底からの高さを意味する。図６は、図１に示したＡＵＶの位置および針路制御装置を示すブロック図である。このＡＵＶ１００では、前後の左右舵１，３をそれぞれ独立して制御すると共に、高度制御およびピッチ制御を同時または個別に行う。このＡＵＶ１００は、ピッチ指令生成部１１１および高度指令生成部１１３を有する。前記ピッチ指令生成部１１１は、上記図５に示したものと同じであるから説明を省略する。
【００４１】
高度指令生成部１１３は、目標の高度を得るために前後の左右舵１，３をそれぞれどの程度回転させればよいかを演算し、生成した各目標高度指令を前／後制御系１０３，１０４に入力する。即ち、前制御系１０３により前の舵１を所定の角度回転させ、後制御系１０４により後の舵３を所定の角度回転させ、その結果、ＡＵＶ１００を目標とする高度に移行および保つように制御する。また、前記高度指令生成部１１３には、操作者が過渡な高度の指令をした場合に当該指令を制限する高度リミッター１１３ａが設けられている。また、目標高度に至るまでの時間が短すぎたり或いは長すぎたりしないように、そのような角速度指令を制限する高度角速度リミッター１１３ｂが設けられている。
【００４２】
前制御系１０３および後制御系１０４は、それぞれ位置制御部１０５と、角速度制御部１０６と、電流制御部１０７と、ロータリーエンコーダ１０８とを有し、前後舵１，３のアクチュエータであるモータ１０９をフィードバック制御する。前／後制御系１０３，１０４におけるそれぞれの角速度ループには、微分処理部１１０が設けられている。位置制御部１０５は、ピッチ指令生成部１１１のピッチ指令と高度指令生成部１１３の高度指令とを加え合わせた位置指令値と、ロータエンコーダ１０８のフィードバック信号と、の比較に基づきモータの回転位置を制御する。角速度制御部１０６は、位置制御部１０５からの角速度指令値と、ロータエンコーダ１０８の帰還信号を微分処理部１１０で微分した角速度信号と、の比較に基づきモータの角速度を制御する。電流制御部１０７では、角速度指令部１０６からの電流指令値と、モータ電流の帰還信号に基づいて電流制御を行う。
【００４３】
ピッチ制御および高度制御を同時に行うことにより、ＡＵＶ１００の姿勢を適正に保つことができる。即ち、ＡＵＶ１００の船体重量配分により傾いた姿勢で浮く状態でも、前記ピッチ制御を行うことでＡＵＶ１００の姿勢を水平状態に保ち、更にこの姿勢を維持した状態で高度を制御できる。このため、ＡＵＶ１００は水平姿勢を保ったまま高度の調整が可能であり、音響ソナー７のビーム方向が進行方向を向き、撮像画像の精度を向上できる。これに対して、高度またはピッチのみを制御する方式の場合、高度調整中は姿勢が考慮されないので、水中航走体の重量配分に起因して傾いた姿勢で沈降浮上することになり、その結果、音響ソナーのビーム方向が傾いて撮像画像の精度が低下することになる。
【００４４】
以上のＡＵＶ１００によれば、ＡＵＶ１００の姿勢を針路方向に向け且つ海底に対し水平に保つため、音響ソナー７による撮像画像の精度を向上できる。なお、上記実施例では、方位および針路と、ピッチおよび深度（または高度）との両方の制御を行うようにしているが、いずれか一方のみの制御であってもよい。
【００４５】
［第２実施形態］
上記第１実施形態では、前後の舵１〜４に方位および針路、深度およびピッチ、並びに高度およびピッチの制御指令を加え、両方の制御内容を各舵１〜４に負担させていたが、一方の制御内容を一方の舵１〜４に、他方の制御内容を他方の舵１〜４に負担させるようにしてもよい。図７は、この発明の第２実施形態に係るＡＵＶの制御装置を示す構成図である。このＡＵＶ２００の制御装置２５０は、方位指令が前制御系１０３にのみ送られ、針路指令が後制御系１０４にのみ送られる点が図４に示した制御装置と異なる。即ち、前の舵２により方位を制御し、後の舵４により針路を制御する。
【００４６】
また、前の舵２により針路を制御し、後の舵４により方位を制御するようにしてもよい。なお、前記方位指令生成部２０１には、方位リミッター２０１ａおよび方位角速度リミッター２０１ｂが設けられている。また、同様に前記針路指令生成部２０２には、針路リミッター２０２ａおよび針路角速度リミッター２０２ｂが設けられている。
【００４７】
前制御系１０３および後制御系１０４は、それぞれ位置制御部１０５と、角速度制御部１０６と、電流制御部１０７と、ロータリーエンコーダ１０８とを有し、前後舵２，４のアクチュエータであるモータをフィードバック制御する。前／後制御系におけるそれぞれの角速度ループには、微分処理部１１０が設けられている。位置制御部１０５は、方位指令生成部２１０の方位指令に基づく位置指令値と、ロータエンコーダ１０８のフィードバック信号と、の比較に基づきモータ１０９の回転位置を制御する。このときの演算方式には、例えばＰＩＤ方式を用いる。角速度制御部１０６は、位置制御部１０５からの角速度指令値に基づきモータの角速度を制御する。電流制御部１０７では、角速度指令部１０６からの電流指令値と、モータ電流の帰還信号に基づいて電流制御を行う。
【００４８】
前後の舵２，４がそれぞれ方位制御および針路制御の一方を受け持ち、方位および針路制御を同時に行うことにより、方位を進行方向に向けた状態で針路を制御できる。即ち、方位と針路とを同時制御すれば、方位制御中に針路がずれたり、針路制御中に方位がずれたりしないから、ＡＵＶ２００の方位を常に針路方向に向けることができ、その結果、音響ソナー７による撮像範囲を適正とし、その精度を向上できる。
【００４９】
同様に、図８に示すように、ピッチ（姿勢）制御および深度制御（高度制御）を行う場合も、ピッチ指令が前制御系１０３にのみ送られ、深度（高度）指令が後制御系１０４にのみ送られるようにすればよい。即ち、前の舵１によりピッチを制御し、後の舵３により深度を制御する。また、前の舵１により深度（高度）を制御し、後の舵３によりピッチを制御するようにしてもよい。なお、前記ピッチ指令生成部２０３には、ピッチリミッター２０３ａおよびピッチ角速度リミッター２０３ｂが設けられている。また、同様に前記深度（高度）指令生成部２０４には、高度リミッター２０４ａおよび高度速度リミッターが２０４ｂ設けられている。また、前制御系１０３および後制御系１０４の位置制御部１０５、角速度制御部１０６、電流制御部１０７、ロータリーエンコーダ１０８、微分処理部１１０の構成は、図７のものと同様である。
【００５０】
前後の舵１，３がそれぞれピッチ制御および深度（高度）制御の一方を受け持ち、ピッチおよび深度（高度）制御を同時に行うことにより、姿勢を進行方向に向けた状態で深度（高度）を制御できる。即ち、ピッチと深度（高度）とを同時制御すれば、ピッチ制御中に深度（高度）がずれたり、深度（高度）制御中に姿勢がずれたりしないから、ＡＵＶ１００の方位を常に針路方向に向けることができ、その結果、音響ソナー７による撮像範囲を適正とし、その精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】この発明の第１実施形態にかかるＡＵＶを示す構成図である。
【図２】図１に示したＡＵＶが海中において潮流を受けた場合の航走状態を示す説明図である。
【図３】ＡＵＶの比較例を示す説明図である。
【図４】図１に示したＡＵＶの方位および針路制御装置を示すブロック図である。
【図５】図１に示したＡＵＶの位置および針路制御装置を示すブロック図である。
【図６】図１に示したＡＵＶの位置および針路制御装置を示すブロック図である。
【図７】この発明の第２実施形態に係るＡＵＶの制御装置を示す構成図である。
【図８】この発明の第２実施形態に係る別のＡＵＶの制御装置を示す構成図である。
【図９】従来の水中航走体の前記全体構成を示す構成図である。
【図１０】ＡＵＶが海中において潮流を受けた場合の航走状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１００  ＡＵＶ
１〜４  舵
６  船体
７  音響ソナー
１０１  方位指令生成部
１０２  針路指令生成部
１０３  前制御系
１０４  後制御系
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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