JP6848320B2

JP6848320B2 - 水中移動体

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Publication number: JP6848320B2
Application number: JP2016198244A
Authority: JP
Inventors: 努木村; 馬場　基文; 基文馬場; 佐藤　雅弘; 雅弘佐藤; 嘉彦根本; 山内　昭人; 昭人山内; 賢吾得地
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd; Fujifilm Business Innovation Corp
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 2016-10-06
Filing date: 2016-10-06
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2036-10-06
Also published as: JP2018061159A; US20180102854A1; CN108306692A; US9948405B1

Description

本発明は、水中移動体に関する。

例えば、特許文献１には、電波を用いる気中部分の無線通信と音波を用いる水中部分の無線通信を中継する中継器が記載されている。水中における音波の通信距離は電波に比して長いため、通常、水中における無線通信には音波が用いられている。

特開２０１５−１７７３９５号公報

現在、水中ドローンと呼ばれる小型の無人水中移動体の利用が増えており、今後は、漁業、水中設備の点検、レジャー等での利用が増えると考えられる。この利用分野の広がりに伴い、今後は、深水域だけでなく浅水域での水中ドローンの利用が増えると予想される。また、浅水域での利用では、深水域での利用に比べ、ユーザ操作に対する高い追従性が求められるものと予想される。ところが、水中における音波の通信速度は遅いため、将来の多様な使い方に対応できない。

本発明の目的は、水中での無線通信に単一の通信方式のみを用いる場合に比べ、ユーザの操作性を改善することにある。

請求項１に記載の発明は、通信方式が異なる複数の通信部を有し、当該複数の通信部のいずれかを用いて、他の装置と水中で無線通信する通信手段と、深度の情報または深度によって変化する情報を取得する取得手段と、取得された情報に基づいて、水中での無線通信に使用する通信部を切り替えるように前記通信手段を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記複数の通信部のいずれを用いても通信できない場合、予め定めた位置に移動して通信を試みる水中移動体である。
請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記予め定めた位置に移動した後も前記複数の通信部によって通信ができないとき、故障信号送信部に故障信号を送信させることを特徴とする請求項１に記載の水中移動体である。
請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、深度が浅いほど、前記複数の通信部のうち水中での速度が速い通信部を選択することを特徴とする請求項１に記載の水中移動体である。
請求項４に記載の発明は、前記制御手段は、深度が浅い領域では前記複数の通信部のうち電波を使用する通信部を選択し、深度が深い領域では前記複数の通信部のうち音波を使用する通信部を選択することを特徴とする請求項３に記載の水中移動体である。

請求項１記載の発明によれば、通信ができなくなった位置で移動しない場合に比べ、通信が再開される可能性を高めることができる。
請求項２記載の発明によれば、故障信号を送信しない場合に比べ、通信ができない原因を明らかにできる。
請求項３記載の発明によれば、水中での無線通信に単一の通信方式のみを用いる場合に比べ、深度が浅い領域での通信速度を上げることができる。
請求項４記載の発明によれば、水中での無線通信に単一の通信方式のみを用いる場合に比べ、深度が浅い領域での通信速度を上げることができる。

本実施の形態１に係る水中ドローンの構成例を示した図である。本実施の形態１に係る制御部の機能構成の一例を示したブロック図である。本実施の形態１に係る通信制御部による通信方式の切り替えの様子を概念的に説明する図である。本実施の形態１に係る制御部で実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。本実施の形態２に係る水中ドローンの構成例を示した図である。本実施の形態２に係る制御部の機能構成の一例を示したブロック図である。本実施の形態２に係る通信制御部による通信方式の切り替えの様子を概念的に説明する図である。本実施の形態２に係る制御部で実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。本実施の形態３に係る通信制御部による制御の概念を説明する図である。本実施の形態３に係る通信制御部で実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。本実施の形態４に係る通信制御部による制御の概念を説明する図である。本実施の形態４に係る通信制御部で実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。本実施の形態５における制御動作の概念図である。本実施の形態５の通信制御部で実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。本実施の形態６における制御動作の概念図である。本実施の形態６の通信制御部で実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

＜実施の形態１＞
＜水中ドローンの構成＞
図１は、本実施の形態１に係る水中ドローン１の構成例を示した図である。水中ドローン１は、水中移動体の一例であり、より具体的には無人水中移動体の一種である。水中ドローンには、自律航行型と遠隔操作型がある。本実施の形態では、遠隔操作型の水中ドローンを想定する。もっとも、後述する制御内容は、自律航行型の水中ドローンに適用してもよい。

本実施の形態に係る水中ドローン１では、制御手段の一例である制御部１０に対して各機能部が接続される。制御部１０を含む各機能部は、基本的に、防水構造を採用する筐体内に収容されている。制御部１０を含む各機能部には、電池２２から電力が供給される。電池２２は、動力源の一例であり、例えば一次電池、二次電池、燃料電池を使用する。なお、動力源として内燃機関を使用してもよい。

制御部１０は、水中ドローン１を構成する各部を制御する。制御部１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１３により構成される。ＲＯＭ１２は、ＣＰＵ１１により実行されるプログラムを記憶する。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２に記憶されているプログラムを読み出し、ＲＡＭ１３を作業エリアに使用して、プログラムを実行する。このプログラムの実行を通じ、ＣＰＵ１１は水中ドローン１を構成する各機能部を制御する。

水中ドローン１は、通信方式の異なる複数の通信部を搭載している。本実施の形態の場合、水中ドローン１は、電波通信部１５と音波通信部１６の２種類の通信部を搭載する。電波通信部１５は電波を送受信する通信部であり、音波通信部１６は音波を送受信する通信部である。電波通信部１５と音波通信部１６は通信手段を構成する通信部の一例である。

本実施の形態における電波通信部１５は、超長波と呼ばれる波長が１０ｋｍ〜１００ｋｍの電波を通信に使用する。この場合、水中での通信距離は１０ｍである。なお、極超長波と呼ばれる１００ｋｍ〜１，０００ｋｍの電波を通信に使用する場合、水中での通信距離は１００ｍである。ただし、通信距離は、淡水中であるか海水中であるかによっても異なり、水面における波の有無、濁りの有無、水温などの影響も受ける。

本実施の形態における音波通信部１６は、音波を通信に使用する。音波の水中での通信距離は、一般に数１００〜数１，０００ｍであり、中には１０，０００ｍに及ぶものもある。本実施の形態の場合、浅水域では電波通信部１５が選択され、深水域では音波通信部１６が選択される。

照明部１７は、活動領域を照明するために設けられる。照明部１７には、例えばハロゲンランプ、白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、カラーＬＥＤを使用する。
撮像カメラ１８は、活動領域を撮像するために設けられる。撮像カメラ１８は、静止画を撮像するカメラでもよいし、動画を撮像するカメラでもよい。撮像された画像は、例えばＲＡＭ１３に記憶される。

深度センサ１９は、水圧を利用して深度を検出する。深度センサ１９は、検出された水圧を深度に換算し、制御部１０に出力する。深度の測定精度及び分解能は、深度センサ１９に依存する。

操舵部２０は、進行方向の変更に使用される。進行方向は、遠隔操作や制御部１０が実行するプログラムに従って制御される。進行方向は、水平面内だけでなく、上下方向（浮上方向及び沈下方向）も含む。
推進部２１は、例えばプロペラとプロペラを回転させるモータとで構成される。モータは、内部が錆びないように水密構造になっている。

＜制御部の機能構成＞
次に、制御部１０の機能構成について説明する。図２は、本実施の形態１に係る制御部１０の機能構成の一例を示したブロック図である。制御部１０は、深度取得部１０１と通信制御部１０２を有する。深度取得部１０１は取得手段の一例であり、通信制御部１０２は制御手段の一例である。

深度取得部１０１は、深度センサ１９から深度Ｄを取得し、例えばＲＡＭ１３に保存する。通信制御部１０２は、取得された深度Ｄと閾値Ｔｈ＿Ｄを比較し、水中での無線通信に使用する通信方式（具体的には通信部）を決定する。本実施の形態の場合、閾値Ｔｈ＿Ｄを１０ｍとする。閾値Ｔｈ＿Ｄの値は、使用する電波の波長や用途などにも依存する。

図３は、本実施の形態１に係る通信制御部１０２による通信方式の切り替えの様子を概念的に説明する図である。ここでの深度Ｄは、水面２００から水中ドローン１までの距離であり、深度センサ１９による測定値として与えられる。

通信制御部１０２は、深度Ｄの測定値と閾値Ｔｈ＿Ｄとを比較し、比較結果に応じて使用する通信方式を決定する。本実施の形態の場合、通信制御部１０２は、閾値Ｔｈ＿Ｄより浅い水深域を電波通信領域２０１として使用し、閾値Ｔｈ＿Ｄより深い水深域を音波通信領域２０２として使用する。電波は、水中での通信距離が音波に比して短い一方、通信速度が速いためである。

通信速度が相対的に速い電波を用いることで、ユーザ操作に対する水中ドローン１の追従が速くなる。このため、浅水域（電波通信領域２０１）では、水中での無線通信に音波のみを用いる場合に比べ、ユーザの操作性が向上される。また、通信速度が速いことで、撮像カメラ１８で撮像された画像データのリアルタイム送信にも有利である。

一方、水深が深く電波が届きにくい領域又は電波が届かない領域（音波通信領域２０２）では、音波を用いることで、水中ドローン１の遠隔操作が継続される。音波の通信速度は電波に比べ遅くなるが、通信距離が長いため、遠隔制御も継続される。なお、通信方式が音波に切り替わるタイミングで圧縮度が高い画像フォーマットに切り替えてもよい。

通信制御部１０２は、切替条件の成立を検知すると、切替信号を出力する。具体的には、通信制御部１０２は、通信に使用する通信部を電波通信部１５から音波通信部１６に切り替える信号、又は、通信に使用する通信部を音波通信部１６から電波通信部１５に切り替える信号を出力する。

＜水中ドローン１で実行される処理の手順＞
次に、本実施の形態に係る水中ドローン１で実行される処理の手順を説明する。図４は、本実施の形態１に係る制御部１０（通信制御部１０２）で実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。制御部１０は、図４に示すフローチャートの処理を繰り返し実行する。本実施の形態の場合、図４に示すフローチャートは、予め定めた時間が経過する度に実行される。

まず、通信制御部１０２は、深度Ｄを測定する（ステップ１０１）。本実施の形態の場合、深度Ｄとして、深度センサ１９の測定値をそのまま使用する。

次に、通信制御部１０２は、深度Ｄが閾値Ｔｈ＿Ｄを跨いで閾値Ｔｈ＿Ｄより深くなったか否かを判定する（ステップ１０２）。ここでの判定は、Ｄ≦Ｔｈ＿Ｄの関係からＤ＞Ｔｈ＿Ｄの関係に切り替わったか否かで行われる。例えば測定された深度Ｄが、１０ｍより浅い状態から１０ｍより深い状態に切り替わったか否かが判定される。

ステップ１０２で肯定結果が得られた場合、通信制御部１０２は、通信方式を電波通信方式（電波通信部１５）から音波通信方式（音波通信部１６）に切り替える（ステップ１０３）。音波通信方式に切り替わることで通信速度は基本的に低下するが、電波通信方式では通信が切れる深度Ｄに達した後も、遠隔操作や画像データの送信が継続される。なお、音波通信方式による通信を選択する場合、画像圧縮率を高めたり、通信チャネル数を増やしたりして通信速度の低下を抑制してもよい。ここでの切り替えの後、通信制御部１０２は、ステップ１０１に戻る。

ステップ１０２で否定結果が得られた場合、通信制御部１０２は、深度Ｄが閾値Ｔｈ＿Ｄを跨いで閾値Ｔｈ＿Ｄより浅くなったか否かを判定する（ステップ１０４）。ここでの判定は、Ｄ≧Ｔｈ＿Ｄの関係からＤ＜Ｔｈ＿Ｄの関係に切り替わったか否かで行われる。例えば測定された深度Ｄが、１０ｍより深い状態から１０ｍより浅い状態に切り替わったか否かが判定される。

ステップ１０４で肯定結果が得られた場合、通信制御部１０２は、通信方式を音波通信方式（音波通信部１６）から電波通信方式（電波通信部１５）に切り替える（ステップ１０５）。電波通信方式に切り替わることで通信速度は音波通信方式に比して速くなる。ここでの切り替え後、通信制御部１０２は、ステップ１０１に戻る。なお、ステップ１０４で否定結果が得られた場合、通信制御部１０２は、通信方式の切り替えを行わず、すなわち通信方式を維持したままステップ１０１に戻る。

以上説明したように、本実施の形態に係る水中ドローン１の制御部１０は、電波通信部１５と音波通信部１６を搭載し、これら２種類の通信部を用いた通信を、自機の深度Ｄが予め定めた閾値Ｔｈ＿Ｄを跨いで変化したか否かによって切り替える。具体的には、閾値Ｔｈ＿Ｄより浅い領域では電波を通信に使用し、閾値Ｔｈ＿Ｄより深い領域では音波を通信に使用する。このため、水中での無線通信に音波のみを用いる場合に比べ、ユーザの操作性が改善される。

例えば漁業、海洋設備点検、レジャー等では、水中ドローン１を浅水域で遠隔操作する利用形態が想定される。前述したように電波は通信速度が速いため、深度によらず音波のみを用いて水中ドローン１を遠隔操作する場合に比してユーザの操作性が改善される。その一方で、構造物や地形などの水中内の障害物を回避する目的又は水流などの影響で、電波が届かない深水域に水中ドローン１が移動することも考えられる。

しかし、水中ドローン１の場合には、深水域に移動すると、通信距離の長い音波通信方式に切り替わるため、遠隔制御が継続される。このため、電波のみを用いて無線通信する場合に比して、ユーザの操作性が損なわれることがない。なお、通信方式の切り替えは、深度方向に通信距離が長くなった場合に限らず、水平方向について通信距離が長くなった場合に行ってもよい。この結果、水中ドローン１の活動範囲が広がり、ユーザの操作性が改善される。

本実施の形態例では、通信制御部１０２の判定処理を予め定めた実行間隔で繰り返し実行しているが、深度Ｄが閾値Ｔｈ＿Ｄに近づいた場合には判定処理の実行間隔を狭めてもよい。この場合、深度Ｄが閾値Ｔｈ＿Ｄより離れている場合の実行間隔が広くなり、電池の消耗が減る。また、通信方式を切り替える必要性が高い閾値Ｔｈ＿Ｄの前後における判定処理の実行頻度が高くなるため、深度Ｄが閾値Ｔｈ＿Ｄを跨ぐタイミングと通信方式の切り替えタイミングが近づく。

本実施の形態例では、予め定めた時間間隔で通信方式の切り替えを判定しているが、深度方向の移動速度、すなわち浮上速度又は沈下速度に応じて実行間隔を可変してもよい。例えば移動速度が低い場合には深度の変化も少ないため実行間隔を広げ、移動速度が速い場合には深度の変化が大きいため実行間隔を狭めてもよい。

本実施の形態例では、測定された深度Ｄが閾値Ｔｈ＿Ｄを跨いだことを検出して通信方式を切り替えているが、単純に深度Ｄと閾値Ｔｈ＿Ｄを比較し、その大小関係に応じて電波方式か音波方式かを切り替える信号を出力してもよい。
本実施の形態例では、ユーザが遠隔操作のために操作する不図示の通信装置と通信する場合を想定しているが、水中ドローン１は、船やブイなどに搭載された通信装置と通信してもよいし、外部との通信なしに自律航行してもよい。

本実施の形態では、通信方式の切り替え判定に使用する閾値Ｔｈ＿Ｄが、深度Ｄが深くなる場合と深度Ｄが浅くなる場合で同じ値を用いているが、後述する実施の形態２の場合のように、深度Ｄが深くなる場合の閾値と深度Ｄが浅くなる場合の閾値で異なる値を用いてもよい。

＜実施の形態２＞
＜水中ドローンの構成＞
図５は、本実施の形態２に係る水中ドローン１Ａの構成例を示した図である。本実施の形態に係る水中ドローン１Ａは、通信方式の切り替えに深度Ｄの情報を使用せず、通信速度Ｖを使用する点で前述の実施の形態１に係る水中ドローン１と相違する。

本実施の形態は、水中の通信速度Ｖが深度Ｄの影響を受けて変化することに着目する。なお、通信速度Ｖは、深度Ｄのみならず、波高や透明性（濁り）の影響を受け、波高が大きい場合や透明度が低い場合には低下する。このため、本実施の形態では、深度Ｄについての閾値Ｔｈ＿Ｄが固定的に与えられる場合とは異なり、通信状態の変化に基づく通信方式の選択が実現される。

本実施の形態における通信方式の切り替えに関する限り、深度センサ１９は必須でない。このため、図５に示す水中ドローン１Ａには深度センサ１９が搭載されていない。もっとも、通信方式の切り替え以外の目的での深度センサ１９の搭載を妨げない。

＜制御部の機能構成＞
次に、制御部１０Ａの機能構成について説明する。図６は、本実施の形態２に係る制御部１０Ａの機能構成の一例を示したブロック図である。制御部１０Ａは、通信速度取得部１０３と通信制御部１０４を有する。通信速度取得部１０３は取得手段の一例であり、通信制御部１０４は制御手段の一例である。

通信速度取得部１０３は、使用中の通信部（すなわち電波通信部１５及び音波通信部１６のうちのいずれか）が、他の通信装置（例えば船やブイなどに搭載）とやり取りするデータ量に基づいて通信速度Ｖを取得する。通信速度Ｖは、通信された単位時間当たりのデータ量として計算される。

通信制御部１０４は、取得された通信速度Ｖと閾値Ｔｈ＿Ｖを比較し、水中での無線通信に使用する通信方式（具体的には通信部）を決定する。閾値Ｔｈ＿Ｖの値は、使用する電波の波長や用途などにも依存する。

図７は、本実施の形態２に係る通信制御部１０４による通信方式の切り替えの様子を概念的に説明する図である。図７には、通信相手となる他の通信装置が船３００に搭載されている例を表している。前述したように、通信速度Ｖは、通信速度取得部１０３によって算出される。通信制御部１０４は、通信速度Ｖと閾値Ｔｈ＿Ｖを比較し、比較結果に応じて使用する通信方式を決定する。本実施の形態の場合、通信制御部１０４は、閾値Ｔｈ＿Ｖより速い領域を電波通信領域２０３として使用し、閾値Ｔｈ＿Ｖより遅い領域を音波通信領域２０４として使用する。電波は、水中での通信距離が音波に比して短い一方、通信速度が速いためである。

電波通信領域２０３では、通信速度が相対的に速い電波を用いるため、ユーザ操作に対する水中ドローン１Ａの追従が速くなる。このため、深度が浅い領域（電波通信領域２０３）では、水中での無線通信に音波のみを用いる場合に比べ、ユーザの操作性が改善される。また、通信速度が速いことで、撮像カメラ１８で撮像された画像データのリアルタイム送信にも有利である。

一方、音波通信領域２０４では、音波を用いるため、通信速度が遅くなっても水中ドローン１Ａの遠隔操作が継続される。音波の通信速度は電波に比べ遅くなるが、通信距離が長いため、遠隔制御も継続される。なお、通信方式が音波に切り替わるタイミングで圧縮度が高い画像フォーマットに切り替えてもよい。

通信制御部１０４は、切替条件の成立を検知すると、切替信号を出力する。具体的には、通信に使用する通信部を電波通信部１５から音波通信部１６に切り替える信号、又は、通信に使用する通信部を音波通信部１６から電波通信部１５に切り替える信号が出力される。図７では、深度方向について通信領域を設定しているが、本実施の形態による通信方式の切り替えは、水平方向について通信距離が長くなり、通信速度Ｖが変化する場合の通信方式の切り替えに使用してもよい。

＜水中ドローン１Ａで実行される処理の手順＞
次に、本実施の形態に係る水中ドローン１Ａで実行される処理の手順を説明する。図８は、本実施の形態２に係る制御部１０Ａ（通信制御部１０４）で実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。制御部１０Ａは、図８に示すフローチャートの処理を繰り返し実行する。本実施の形態の場合、図８に示すフローチャートは、予め定めた時間が経過する度に実行される。

まず、通信制御部１０４は、通信速度取得部１０３から通信速度Ｖを取得する（ステップ２０１）。次に、通信制御部１０４は、通信速度Ｖが閾値Ｔｈ＿Ｖ１を跨いで閾値Ｔｈ＿Ｖ１より遅くなったか否かを判定する（ステップ２０２）。ここでの判定は、Ｖ≧Ｔｈ＿Ｖ１の関係からＶ＜Ｔｈ＿Ｖ１の関係に切り替わったか否かで行われる。閾値Ｔｈ＿Ｖ１は、電波から音波に切り替える際に使用される閾値であり、電波の通信速度を基準に定められる。

ステップ２０２で肯定結果が得られた場合、通信制御部１０４は、通信方式を電波通信方式（電波通信部１５）から音波通信方式（音波通信部１６）に切り替える（ステップ２０３）。音波通信方式に切り替わることで通信速度は基本的に低下するが、電波通信方式では通信が切れる通信状態に変化した後も（例えば深度が電波の通信距離を超えた後も）、遠隔操作や画像データの送信が継続される。なお、音波通信方式による通信では、画像圧縮率を高めたり、通信チャネル数を増やしたりして通信速度の低下を抑制してもよい。ここでの切り替えの後、通信制御部１０４は、ステップ２０１に戻る。

ステップ２０２で否定結果が得られた場合、通信制御部１０４は、通信速度Ｖが閾値Ｔｈ＿Ｖ２を跨いで閾値Ｔｈ＿Ｖ２より速くなったか否かを判定する（ステップ２０４）。ここでの判定は、Ｖ≦Ｔｈ＿Ｖ２の関係からＶ＞Ｔｈ＿Ｖ２の関係に切り替わったか否かで行われる。閾値Ｔｈ＿Ｖ２は、音波から電波に切り替える際に使用される閾値であり、音波の通信速度を基準に定められる。なお、ここでの説明では、２種類の閾値Ｔｈ＿Ｖ１とＴｈ＿Ｖ２を用いているが、電波から音波に切り替える場合と音波から電波に切り替える場合で共通の閾値を使用してもよい。

ステップ２０４で肯定結果が得られた場合、通信制御部１０４は、通信方式を音波通信方式（音波通信部１６）から電波通信方式（電波通信部１５）に切り替える（ステップ２０５）。音波の場合も、浅水域では深水域よりも通信速度Ｖが速くなる。通信制御部１０４は、この変化を検出する。通信方式が電波通信方式に切り替わることで、通信速度Ｖは音波通信方式に比して速くなる。

ここでの切り替えの後、通信制御部１０４は、ステップ２０１に戻る。なお、ステップ２０４で否定結果が得られた場合、通信制御部１０４は、通信方式の切り替えを行わず、すなわち通信方式を維持したまま、ステップ２０１に戻る。

以上説明したように、本実施の形態に係る水中ドローン１Ａの制御部１０Ａは、電波通信部１５と音波通信部１６を搭載し、これら２種類の通信部を用いた通信を、判定時点に測定された通信速度Ｖが予め定めた閾値Ｔｈ＿Ｖ（Ｔｈ＿Ｖ１又はＴｈ＿Ｖ２）を跨いで変化したか否かによって切り替える。

具体的には、水中ドローン１Ａが電波で通信している間、通信速度Ｖが閾値Ｔｈ＿Ｖ１より速い水域では電波による通信を維持し、通信速度Ｖが閾値Ｔｈ＿Ｖ１より遅い水域では音波を通信に使用する。一方、水中ドローン１Ａが音波で通信している間、通信速度Ｖが閾値Ｔｈ＿Ｖ２より遅い水域では音波による通信を維持し、通信速度Ｖが閾値Ｔｈ＿Ｖ２より速い水域では電波を通信に使用する。

換言すると、水中ドローン１Ａの活動水域が浅くなると、通信速度がより速い電波による通信に切り替えられ、水中ドローン１Ａの活動水域が深くなって通信速度が低下すると、通信距離の長い音波による通信に切り替えられる。このため、水中での無線通信に音波のみを用いる場合に比べ、水中ドローン１Ａに対するユーザの操作性が改善される。

しかし、水中ドローン１Ａの場合には、深水域に移動して通信速度Ｖが低下すると、通信距離の長い音波通信方式に通信方式が切り替わり、遠隔制御が継続される。このため、電波のみを用いて無線通信する場合に比して、ユーザの操作性が改善されることになる。なお、通信方式の切り替えは、深度方向に通信距離が長くなった場合に限らない。例えば水平方向について通信距離が長くなった場合にも通信方式を切り替えることにより、水中ドローン１の活動範囲が広がり、ユーザの操作性が改善される。

前述の実施の形態では、通信制御部１０１Ａの判定処理を予め定めた実行間隔で繰り返し実行しているが、通信速度Ｖが閾値Ｔｈ＿Ｖ１又はＴｈ＿Ｖ２に近づいた場合には判定処理の実行間隔を狭めてもよい。この場合、通信速度Ｖが閾値Ｔｈ＿Ｖ１又はＴｈ＿Ｖ２より離れている場合の実行間隔を広げることができ、電池の消耗が減る。また、通信方式を切り替える必要性が高い閾値Ｔｈ＿Ｖ１又はＴｈ＿Ｖ２の前後における判定処理の実行頻度が高くなるため、通信速度Ｖが閾値Ｔｈ＿Ｖ１又はＴｈ＿Ｖ２を跨ぐタイミングと通信方式の切り替えタイミングが近づく。

前述の実施の形態では、予め定めた時間間隔で通信方式の切り替えを判定しているが、深度方向の移動速度、すなわち浮上速度又は沈下速度に応じて実行間隔を可変してもよい。例えば移動速度が低い場合には深度の変化も少ないため実行間隔を広げ、移動速度が速い場合には深度の変化が大きいため実行間隔を狭めてもよい。

前述の実施の形態では、測定された通信速度Ｖが閾値Ｔｈ＿Ｖ１又はＴｈ＿Ｖ２を跨いだことを検出して通信方式を切り替えているが、単純に通信速度Ｖと閾値Ｔｈ＿Ｖ１又はＴｈ＿Ｖ２を比較し、その大小関係に応じて電波方式か音波方式かを切り替えてもよい。

＜実施の形態３＞
前述の実施の形態１における水中ドローン１は、自機の深度Ｄが閾値Ｔｈ＿Ｄを跨いだ場合に通信方式を切り替えていたが、この実施の形態では、通信制御部１０２に通信速度を優先する機能を追加する。従って、本実施の形態における水中ドローン１には、実施の形態１における水中ドローン１をそのまま使用する。

図９は、本実施の形態３に係る通信制御部１０２による制御の概念を説明する図である。図９から分かるように、本実施の形態の場合、水中ドローン１が閾値Ｔｈ＿Ｄより深い領域に達しても通信方式として電波通信方式が維持される（時点Ｔ１から時点Ｔ２）。

ただし、電波通信方式のまま深度Ｄが下がり続けると通信不能になるため、本実施の形態における通信制御部１０２は、水中ドローン１を強制的に浮上させるように操舵部２０を制御する（時点Ｔ２から時点Ｔ３）。これにより、水中ドローン１は、閾値Ｔｈ＿Ｄより浅い領域で活動を続けることになり、結果的に通信速度が相対的に速い電波による通信が維持される。この実施の形態では、深度センサ１９が、状態検知手段の一例として機能する。

次に、本実施の形態に係る水中ドローン１で実行される処理の手順を説明する。図１０は、本実施の形態３に係る通信制御部１０２で実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。本実施の形態の場合、通信制御部１０２は、深度Ｄの測定（ステップ１０１）の後、高速通信モードか否かを判定する（ステップ１１１）。高速通信モードとは、音波に比して通信速度が速い電波による通信を優先させる通信モードであり、ユーザが予め指示する。

ステップ１１１で否定結果が得られた場合の動作は実施の形態１において説明済みである。ステップ１１１で肯定結果が得られた場合、通信制御部１０２は、深度Ｄが閾値Ｔｈ＿Ｄを跨いで閾値Ｔｈ＿Ｄより深くなったか否かを判定する（ステップ１１２）。すなわち、実施の形態１であれば、通信方式を音波に切り替える事象が生じたか否かを判定する。ステップ１１２で否定結果が得られている間は電波による通信が継続されるため、通信制御部１０２は、当該判定処理を繰り返す。

ステップ１１２で肯定結果が得られた場合、通信制御部１０２は、操舵部２０を浮上方向に制御する（ステップ１１３）。これにより、水中ドローン１は、深度Ｄが浅くなる方向に、強制的に移動制御される。この制御は閾値Ｔｈ＿Ｄより深度Ｄが深くなったことが検知されると実行されるため、電波による通信が途切れることはない。

次に、通信制御部１０２は、深度Ｄが閾値Ｔｈ＿Ｄを跨いで閾値Ｔｈ＿Ｄより浅くなったか否かを判定する（ステップ１１４）。この判定では、電波通信領域２０１に深度が戻ったか否かが判定される。ステップ１１４で否定結果が得られている間は浮上を継続する必要があるので、通信制御部１０２は、当該判定処理を繰り返す。

ステップ１１４で肯定結果が得られた場合、通信制御部１０２は、浮上を停止するように操舵部２０を制御する（ステップ１１５）。通信速度の速い電波通信領域２０１に戻ったためである。なお、この制御は通信速度の観点から自律的に実行される制御であるので、以後の制御はユーザによる遠隔制御に戻る。

本実施の形態では、前述したように、通信部として電波通信部１５と音波通信部１６を搭載する水中ドローン１を想定しているが、通信部を１つしか搭載しない水中ドローンに適用してもよい。通信方式を切り替えなくても、電波通信領域２０１における通信が継続されるためである。

＜実施の形態４＞
前述の実施の形態２における水中ドローン１Ａは、通信速度Ｖが閾値Ｔｈ＿Ｖ１又はＴｈ＿Ｖ２を跨いだ場合に通信方式を切り替えていたが、この実施の形態では、通信制御部１０４に通信速度を優先する機能を追加する。従って、本実施の形態における水中ドローン１Ａには、実施の形態２における水中ドローン１Ａをそのまま使用する。この実施の形態では、通信速度取得部１０３が、状態検知手段の一例として機能する。

図１１は、本実施の形態４に係る通信制御部１０４による制御の概念を説明する図である。図１１から分かるように、本実施の形態の場合、水中ドローン１Ａの通信速度Ｖが閾値Ｔｈ＿Ｖ１より遅くなる水深に達しても、通信方式として電波通信方式を維持する（時点Ｔ１から時点Ｔ２）。

ただし、電波通信方式のまま深度Ｄが下がり続けると通信不能になるため、本実施の形態における通信制御部１０４は、水中ドローン１Ａを強制的に浮上させるように操舵部２０を制御する（時点Ｔ２から時点Ｔ３）。これにより、水中ドローン１Ａは、閾値Ｔｈ＿Ｖ１より浅い領域で活動を続けることになり、結果的に通信速度が相対的に速い電波による通信が維持される。

次に、本実施の形態に係る水中ドローン１Ａで実行される処理の手順を説明する。図１２は、本実施の形態４に係る通信制御部１０４で実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。本実施の形態の場合、通信制御部１０４は、通信速度Ｖの測定（ステップ２０１）の後、高速通信モードか否かを判定する（ステップ２１１）。

ステップ２１１で否定結果が得られた場合の動作は実施の形態２で説明済みである。ステップ２１１で肯定結果が得られた場合、通信制御部１０４は、通信速度Ｖが閾値Ｔｈ＿Ｖ１を跨いで閾値Ｔｈ＿Ｖ１より遅くなったか否かを判定する（ステップ２１２）。すなわち、実施の形態２であれば、通信方式を音波に切り替える事象が生じたか否かを判定する。ステップ２１２で否定結果が得られている間は電波による通信が継続されるため、通信制御部１０４は、当該判定処理を繰り返す。

ステップ２１２で肯定結果が得られた場合、通信制御部１０４は、操舵部２０を浮上方向に制御する（ステップ２１３）。これにより、水中ドローン１Ａは、深度Ｄが浅くなる方向に、強制的に移動制御される。この制御は閾値Ｔｈ＿Ｖ１より通信速度Ｖが遅くなったことが検知されると実行されるため、電波による通信が途切れることはない。

次に、通信制御部１０４は、通信速度Ｖが閾値Ｔｈ＿Ｖ２を跨いで閾値Ｔｈ＿Ｖ２より速くなったか否かを判定する（ステップ２１４）。この判定では、電波通信領域２０３に戻ったか否かが判定される。ステップ２１４で否定結果が得られている間は浮上を継続する必要があるので、通信制御部１０４は、当該判定処理を繰り返す。

ステップ２１４で肯定結果が得られた場合、通信制御部１０４は、浮上を停止するように操舵部２０を制御する（ステップ２１５）。通信速度の速い電波通信領域２０３に戻ったためである。なお、この制御は通信速度の観点から自律的に実行される制御であるので、以後の制御はユーザによる遠隔制御に戻る。

本実施の形態では、前述したように、通信部として電波通信部１５と音波通信部１６を搭載する水中ドローン１Ａを想定しているが、通信部を１つしか搭載しない水中ドローンに適用してもよい。通信方式を切り替えなくても、電波通信領域２０３における通信が継続されるためである。

＜実施の形態５＞
本実施の形態では、前述した実施の形態１乃至４と組み合わせて用いる機能について説明する。図１３は、本実施の形態５における制御動作の概念図である。本実施の形態の場合、通信制御部１０２又は１０４は、電波通信部１５と音波通信部１６のいずれを用いても通信が不能である場合、予め定めた位置に移動し、電波通信部１５と音波通信部１６による通信を試みる制御を実行する。

図１３では、予め定めた位置の一例として水面を表している。予め定めた位置は、通信を再び確立するための位置であれば水面でも水中でもよい。ここでの移動は、水平方向への移動でもよいし、浮上方向又は沈下方向への移動でもよい。例えば通信先となる通信装置が水底に設置されている場合や自機より水深の深い位置に設置されている場合には、これらの通信装置との通信距離を縮める目的で沈下方向に移動してもよい。予め定める位置は、１つである必要はない。

続いて、通信制御部１０２又は１０４による制御内容の一例を説明する。図１４は、本実施の形態５の通信制御部で実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。以下では、通信制御部１０２を例に説明する。通信制御部１０２は、前述した通信方式の切り替え制御と並行して図１４に示す処理を実行する。

まず、電波通信部１５と音波通信部１６の両方による通信が不能であるか否かを判定する（ステップ３０１）。ステップ３０１で否定結果が得られている間、通信制御部１０２は、前述したいずれかの実施の形態で説明した動作を実行する。ステップ３０１で肯定結果が得られた場合、通信制御部１０２は、水中ドローン１が予め定めた位置に移動するように操舵部２０や推進部２１を制御する（ステップ３０２）。ここでの移動には、水中ドローン１に搭載されている各種のセンサや移動軌跡の情報、位置検知システムからの位置情報を使用する。

このステップ３０２の移動動作は、ステップ３０３で予め定めた位置への到達が確認されるまで（肯定結果が得られるまで）継続される。ステップ３０３で肯定結果が得られると、通信制御部１０２は移動を停止し、通信部（本実施の形態では、電波通信部１５及び音波通信部１６のいずれか）による通信を試行する（ステップ３０４）。すなわち、水中環境の急激な変化等に起因して通信が不能になっても、本実施の形態では、予め定めた位置に移動して通信部による通信を試みる。ステップ３０４の後、通信制御部１０２はステップ３０１に戻り、通信が再開されれば、水中ドローン１は遠隔制御に復帰する。

なお、本実施の形態では、通信部として電波通信部１５と音波通信部１６を搭載する水中ドローン１を想定しているが、通信が不能になった場合における予め定めた位置への移動と通信の試行機能については、通信部を１つしか搭載しない水中ドローンに適用してもよい。

＜実施の形態６＞
本実施の形態では、前述した実施の形態５において通信が回復しない場合に備えた機能について説明する。図１５は、本実施の形態６における制御動作の概念図である。通信不能の原因が通信部にある場合、前述したように予め定めた位置に水中ドローン１が移動したとしても通信を回復できない。

そこで、本実施の形態では、水中ドローン１に故障信号送信部（不図示）を搭載し、予め定めた位置に移動した後も通信できない場合には、故障信号を送信する。故障信号は、水中ドローン１から一方的に発信される信号である。例えばビーコンである。

図１６は、本実施の形態６の通信制御部で実行される処理の手順の一例を示したフローチャートである。ステップ３０１からステップ３０４までの処理（図１４）の実行後、通信制御部１０２は、通信の試行後に通信が不能であるか否かを判定する（ステップ３０５）。ステップ３０５で否定結果が得られた場合には通信が再開されているので、通信制御部１０２は、ステップ３０１に戻る。これに対し、ステップ３０５で肯定結果が得られた場合、通信制御部１０２は、不図示の故障信号送信部に対して故障信号の送信を指示する（ステップ３０６）。本実施の形態では、故障信号の送信後にステップ３０１に戻っているが、故障信号の送信を続けてもよい。

本実施の形態では、前述したように、通信部として電波通信部１５と音波通信部１６を搭載する水中ドローン１を想定しているが、通信部を１つしか搭載しない水中ドローンに適用してもよい。

＜他の形態＞
前述の実施の形態では、電波通信部１５と音波通信部１６を搭載する水中ドローン１又は１Ａについて説明した。しかしながら、水中ドローン１又は１Ａに搭載する通信部はこれらに限らない。例えば光を通信に使用する光通信部を使用してもよい。光通信部は、発光部と受光部で構成され、例えば可視光が使用される。発光部には、例えば水中での吸収が少ない青色光を発するＬＥＤを使用する。

光通信部を考慮すると、通信部の組み合わせは、電波通信部と光通信部の組み合わせ、音波通信部と光通信部の組み合わせ、電波通信部と音波通信部と光通信部の組み合わせの３つである。通信の切り替えに使用する閾値は、組み合わせ毎に設定する。通信部の組み合わせや切り替えに用いる閾値は、例えば用途、通信距離、通信速度、使用環境などの観点から総合的に決定すればよい。複数種類の通信方式を深度又は深度に応じて変化する情報に基づいて切り替えることにより、単一の通信方式のみを用いて無線通信する場合に比してユーザの操作性が改善される。

前述の実施の形態に係る水中ドローン１又は１Ａには、照明部１７と撮像カメラ１８を搭載しているが、これらを搭載しない構成としてもよい。
前述の実施の形態に係る水中ドローンには、例えばロボットアーム、固定具、用途に応じて必要となる装備を備えていてもよい。

前述の実施の形態では、通信方式の切り替えに深度センサ１９で測定された深度を使用しているが、圧力計によって計測された水圧や温度計によって計測された水温を制御部１０に出力してもよい。これらの周辺環境又は使用環境を表す値を用いる場合、制御部１０は、深度の代わりに水圧を閾値と比較して通信方式を切り替えたり、深度の代わりに温度を閾値と比較して通信方式を切り替えたりする。いずれの閾値も、深度を用いる場合のような切り替えが実現される値に設定すればよい。

前述の実施の形態では、通信速度を計測しているが、受信した信号の強度を用いて通信状況を確認し、通信方式を切り替えるようにしてもよい。通信速度は通信強度の影響を受けるためである。
前述の実施の形態では、撮像カメラ１８を水中ドローン１に搭載しているが、撮像カメラ１８とともに、又は、撮像カメラ１８に代えて水中マイクを搭載してもよい。撮像カメラを用いない場合、照明部１７を搭載しなくてもよい。

前述の実施の形態では、通信部として電波通信部１５と音波通信部１６を１つずつ配置しているが、それぞれ複数台配置してもよい。１つの通信方式に対して複数台の通信部を用意することで、故障した通信部の代わりに使用してもよく、また、複数台の通信部を使用して単位時間当たりの通信量を増やしてもよい。

前述の実施の形態では、無人の水中移動体である水中ドローンにおける水中での無線通信を例に説明したが、有人の水中移動体、例えば１〜３名の人間が乗り込む移動体における水中無線通信にも応用できる。

前述の実施の形態では、水中ドローンが操舵部によって方向を変える場合について説明したが、水中作業用のロボットの場合には、キャタピラーその他の移動手段により方向を変えてもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、種々の変更又は改良を加えたものも、本発明の技術的範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１、１Ａ…水中ドローン、１０、１０Ａ…制御部、１５…電波通信部、１６…音波通信部、１９…深度センサ、１０１…深度取得部、１０２、１０４…通信制御部、１０３…通信速度取得部

Claims

通信方式が異なる複数の通信部を有し、当該複数の通信部のいずれかを用いて、他の装置と水中で無線通信する通信手段と、
深度の情報または深度によって変化する情報を取得する取得手段と、
取得された情報に基づいて、水中での無線通信に使用する通信部を切り替えるように前記通信手段を制御する制御手段と
を有し、
前記制御手段は、前記複数の通信部のいずれを用いても通信できない場合、予め定めた位置に移動して通信を試みる
水中移動体。
前記制御手段は、前記予め定めた位置に移動した後も前記複数の通信部によって通信ができないとき、故障信号送信部に故障信号を送信させること
を特徴とする請求項１に記載の水中移動体。
前記制御手段は、深度が浅いほど、前記複数の通信部のうち水中での速度が速い通信部を選択すること
を特徴とする請求項１に記載の水中移動体。
前記制御手段は、深度が浅い領域では前記複数の通信部のうち電波を使用する通信部を選択し、深度が深い領域では前記複数の通信部のうち音波を使用する通信部を選択すること
を特徴とする請求項３に記載の水中移動体。