特許 6784380 位置計測システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6784380

(24)【登録日】2020年10月27日

(45)【発行日】2020年11月11日

(54)【発明の名称】位置計測システム

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20201102BHJP

   B63C 11/00 20060101ALI20201102BHJP

   G01C 15/06 20060101ALI20201102BHJP

【ＦＩ】

   G01C15/00 103A

   G01C15/00 104C

   B63C11/00 D

   G01C15/06 T

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-15653(P2014-15653)

(22)【出願日】2014年1月30日

(65)【公開番号】特開2015-141163(P2015-141163A)

(43)【公開日】2015年8月3日

【審査請求日】2017年1月30日

【審判番号】不服2019-10484(P2019-10484/J1)

【審判請求日】2019年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】504150461

【氏名又は名称】国立大学法人鳥取大学

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100176658

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 謙一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100165526

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 寛

(72)【発明者】

【氏名】西田 信一郎

【合議体】

【審判長】 中塚 直樹

【審判官】 濱野 隆

【審判官】 中澤 真吾

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−１６１５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−９８０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−１１８１７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平４−５９４９０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５１−１０６９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−３３７８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−６６０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−４４３７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−３０４５４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平４−５９４９０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００５−１９３８５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９０２７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

G01C 1/00-1/14

G01C 5/00-15/14

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水中を移動可能なロボットと水面との間に位置しており前記ロボットの位置を計測する位置計測装置と、
前記ロボットと前記位置計測装置とを接続する接続ラインと、
前記水中に係留された複数の標識体と、
を備え、
前記位置計測装置は、
複数の前記標識体の情報を取得する情報取得部と、
前記情報取得部を制御して前記情報を取得せしめると共に、前記情報取得部で取得された前記情報に基づいて得られる前記位置計測装置と複数の前記標識体のそれぞれとの方位及び距離に基づいて複数の前記標識体に対する前記位置計測装置の相対位置を算出することによって、前記ロボットの位置を算出する制御部と、
を有し、
前記情報取得部は、前記位置計測装置の外側を撮影する撮影部を有し、
前記制御部は、前記撮影部で撮影された前記位置計測装置の外側の画像内における前記標識体の画像を前記情報として前記相対位置を算出する、
位置計測システム。

【請求項2】

水中を移動可能なロボットと水面との間に位置しており前記ロボットの位置を計測する位置計測装置と、
前記ロボットと前記位置計測装置とを接続する接続ラインと、
前記水中に係留された複数の標識体と、
を備え、
前記位置計測装置は、
複数の前記標識体の情報を取得する情報取得部と、
前記情報取得部を制御して前記情報を取得せしめると共に、前記情報取得部で取得された前記情報に基づいて得られる前記位置計測装置と複数の前記標識体のそれぞれとの方位及び距離に基づいて複数の前記標識体に対する前記位置計測装置の相対位置を算出することによって、前記ロボットの位置を算出する制御部と、
を有し、
前記情報取得部は、
複数の前記標識体を計測するための光を、前記位置計測装置の外側に出力する光源部と、
複数の前記標識体によって反射してきた前記光を検出する受光部と、
を有し、
前記制御部は、前記受光部で検出された前記光に対応する信号を前記情報として前記相対位置を算出する、
位置計測システム。

【請求項3】

前記位置計測装置は、前記接続ラインの鉛直方向に対する傾きを計測する傾き計測部を有し、
前記情報取得部は、前記相対位置と前記傾きとから前記ロボットの位置を算出する、
請求項１又は２記載の位置計測システム。

【請求項4】

前記位置計測装置は、前記水中において前記位置計測装置の位置を調整する位置調整部を有し、
前記制御部は、前記傾き計測部で計測された前記傾きが、０を含む所定範囲内になるように、前記位置調整部を制御して、前記位置計測装置を移動せしめる、
請求項３記載の位置計測システム。

【請求項5】

複数の前記標識体はそれぞれ異なる識別情報を有する、
請求項１〜４の何れか一項記載の位置計測システム。

【請求項6】

前記位置計測装置と水底との距離は５０ｍ〜１００ｍである、
請求項１〜５の何れか一項に記載の位置計測システム。

【請求項7】

前記位置計測装置の水底からの距離と、複数の前記標識体の水底からの距離は実質的に同じである、
請求項１〜６の何れか一項に記載の位置計測システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、位置計測システムに関し、特に、水中を移動するロボットの位置計測システムに関する。

【背景技術】

【0002】

水中内で作業するロボット（以下、水中ロボットと称す）として、水中を探査するロボット及び水底を掘削して資源（例えば、レアメタル鉱及びメタンハイドレートなど）を採掘するロボット等が知られている。特許文献１には、このような水中ロボットの一例として、海底を掘削してメタンハイドレードを採掘するロボットが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−１６１５３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

水中ロボットの作業のため或いは作業領域の確認のために、水中ロボットの位置を把握する必要がある。地上では、位置情報の把握の一つのツールとして、ＧＰＳの利用が知られている。しかしながら、水中ロボットは、水面下に位置するため、ＧＰＳ衛生電波を受信することができない。また、水中ロボットが、例えば、水深１０００ｍ以上の深さを移動する場合、母船との通信等によってロボットの位置を把握することも難しい。

【0005】

そこで、本発明は、水中を移動可能なロボットの位置をより正確に算出可能な位置計測システム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】

【0006】

本発明の一側面に係る位置計測システムは、水中を移動可能なロボットと水面との間に位置しておりロボットの位置を計測する位置計測装置と、ロボットと位置計測装置とを接続する接続ラインと、水中に係留された少なくとも一つの標識体と、を備え、位置計測装置は、少なくとも一つの標識体の情報を取得する情報取得部と、情報取得部を制御して情報を取得せしめると共に、情報取得部で取得された上記情報に基づいて少なくとも一つの標識体と位置計測装置との相対位置を算出することによって、ロボットの位置を算出する制御部と、を有する。

【0007】

上記構成では、位置計測装置の情報取得部が、水中に係留された少なくとも一つの標識体の情報を取得する。その情報に基づいて、制御部が、少なくとも一つの標識体と位置計測装置との相対位置を算出することによって、ロボットの位置を特定する。位置計測装置は、ロボットに接続ラインを介して接続されており、ロボットと水面との間に位置するので、ロボットが水中を移動しても水面下においてロボットと一定の位置関係を維持できる。この場合、水中に位置しておりロボットとの位置関係を維持可能な位置計測装置でロボットの位置を計測するので、水中においてもロボットの位置をより正確に計測可能である。

【0008】

一実施形態において、位置計測装置は、接続ラインの鉛直方向に対する傾きを計測する傾き計測部と、を有し、情報処理部は、相対位置と傾きとからロボットの位置を算出してもよい。

【0009】

位置計測装置がロボットの真上に位置していなくても、上記構成では、より確実に、ロボットの位置を特定できる。

【0010】

一実施形態において、位置計測装置は、水中において位置計測装置の位置を調整する位置調整部と、接続ラインの鉛直方向に対する傾きを計測する傾き計測部と、を有し、制御部は、傾き計測部で計測された傾きが、０を含む所定範囲内になるように、位置調整部を制御して、位置計測装置を移動せしめてもよい。

【0011】

この場合、位置計測装置が、ロボットのほぼ真上に位置し得るので、ロボットの位置をより容易に特定しやすい。

【0012】

一実施形態において、情報取得部は、位置計測装置の外側を撮影する撮影部を有し、制御部は、撮影部で撮影された情報取得部の外側の画像内における標識体の画像を情報として上記相対位置を算出してもよい。

【0013】

標識体を撮影することによって、ロボットの位置を特定できるので、ロボットの位置を容易に特定可能である。

【0014】

一実施形態において、上記情報取得部は、少なくとも一つの標識体を計測するための光を、位置計測装置の外側に出力する光源部と、少なくとも一つの標識体によって反射してきた光を検出する受光部と、を有し、制御部は、受光部で検出された光に対応する信号を情報として前記相対位置を算出してもよい。

【0015】

この場合、光を送出し、標識体で反射してきた光を受けることによって、標識体の情報を取得している。そのため、水中という暗い場所でも標識体の情報をより確実に取得出来る。

【0016】

一実施形態において、複数の標識体を有し、複数の標識体はそれぞれ異なる識別情報を有してもよい。

【0017】

この構成では、複数の標識体と位置計測装置との相対関係に基づいてロボットの位置を計測できるので、ロボットの位置をより正確に計測可能である。その際、複数の標識体が異なる識別情報を有することで、位置計測装置は、各標識体を検出可能である。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、水中を移動可能なロボットの位置をより正確に計測可能な位置計測システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、一実施形態に係る位置計測システムの模式図である。

【図2】図２は、海面（水面）上からみたロボットの作業領域の一例を示す模式図である。

【図3】図３は、位置計測装置の概略構成を示すブロック図である。

【図4】図４は、位置計測装置の他の実施形態を示す図面である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いると共に、重複する説明を省略する。

【0021】

図１は、一実施形態に係る位置計測システムの模式図である。位置計測システム１０は、海中を移動しながら作業するロボット１２の海中での位置を計測するシステムである。海中の意味には、海底も含む。ロボット１２は、海中において、所定の作業を行う機能を備えたロボット１２であれば特に限定されない。所定の作業の例は、海中探査、海底掘削及び資源（例えば、メタンハイドレート及びレアメタル鉱等）採掘などを含む。これらの所定の作業を行うロボット１２の例は、海中探査ロボット、海底掘削ロボット、及び資源採掘ロボットを含む。図１では、一例として、水深Ｄが１０００ｍ以上の深さの海底を移動しながら作業するロボット１２を模式的に示している。このようなロボット１２は、海底を移動可能なようにキャタピラといった移動装置と、所定の作業を行うための機構及びロボットの各要素の制御を行う制御装置を備えている。

【0022】

位置計測システム１０は、ロボット１２にケーブル（接続ライン）１４によって接続された位置計測装置１６を備える。位置計測装置１６は、浮力生成部としての浮体ボール１８によってロボット１２と海面との間に配置されている。浮体ボール１８と位置計測装置１６とは例えばワイヤ２０によって接続されていてもよい。位置計測装置１６は、海底から離れている。位置計測装置１６と海底との間の距離ｄの例は５０ｍ〜１００ｍである。これは、ケーブル１４の長さを調整することによって実現され得る。一実施形態において、位置計測装置１６は、海面上の母船２２とケーブル２４によって接続されていてもよい。一実施形態において、ケーブル１４，２４は連続した一つのケーブルでもよい。以下の説明において、ケーブルは、例えば、通信線及び電力線の少なくとも一方を必要な本数含み、それらが保護部材で被覆されたものを意味し、ワイヤは、鉄索又は鋼索などのように、一定の強度を確保した金属線を意味する。

【0023】

位置計測装置１６の周囲には、４つの標識体２６が配置されている。図１では、図示の便宜上、２つの標識体２６を示している。４つの標識体２６の位置は、海中の所定位置に配置されていれば特に限定されない。一実施形態において、４つの標識体２６は、予定しているロボット１２の作業領域２８の周縁上に配置されている。図２は、ロボットの作業領域の一例を示す模式図である。図２において、破線で囲まれる領域がロボット１２の作業領域である。図２は、海面上からみた作業領域２８を模式的に示している。図２の例では、作業領域２８は四角形状であり、４つの標識体２６は、作業領域２８の４つの角部２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄにそれぞれ配置されている。

【0024】

再度、図１を利用して、標識体２６について説明する。標識体２６は、海底にアンカリングされることによって、海中に係留されている。具体的には、標識体２６は、沈められたアンカー３０にワイヤ３２で接続されると共に、浮力生成部としての浮体ボール３４にワイヤ３６で接続されている。一実施形態において、ワイヤ３２，３６の剛性及び浮体ボール３４の浮力は、標識体２６がアンカー３０のほぼ真上に維持されるように選択され得る。一実施形態において、標識体２６の海底からの距離は、位置計測装置１６の海底からの距離ｄとほぼ同じであり得る。

【0025】

標識体２６の例は、再帰反射原理を利用したマイクロビーズ塗料を塗布した反射板、コーナーキューブリフレクタ又はコーナーキューブプリズムを用いた符号反射板を含む。

【0026】

４つの標識体２６は、それらを識別可能なように異なる識別情報を有する。このような識別情報は、例えば、マイクロビーズ塗料を塗布した反射板では、マイクロビーズ塗料の塗布による図柄（例えば、所定の数字、アルファベット又は所定の図形記号など）を標識体２６毎に変えることで実現され得る。図１では、識別情報の一例として、□及び○といった図柄を標識体２６に付しており、ハッチングを便宜的に付して図示している。或いは、上記識別情報は、符号反射板においては、符号化の方法を標識体２６毎に変えることによって、実現され得る。

【0027】

一実施形態において、標識体２６は、所定の識別情報を示すように配置された複数のＬＥＤ等の発光源と、それに電力を供給する蓄電池といった電力装置を有してもよい。この形態でも、例えば、ＬＥＤ等の発光源の配置を変えることなどによって、４つの標識体２６は、それらを識別可能なように異なる識別情報を有する。

【0028】

図３を利用して位置計測装置１６について詳細に説明する。図３は、位置計測装置の概略構成を示すブロック図である。位置計測装置１６は、ロボット１２に対する位置計測装置１６の位置を調整する位置調整部３８と、位置調整部３８に固定された装置本体部４０とを有する。

【0029】

位置調整部３８は、位置計測装置１６を移動させるための推進装置である。位置調整部３８は、推進機構部４２と、それを駆動する駆動部４４とを有する。推進機構部４２は、２つ以上のスクリュー装置を含む。駆動部４４の例は、スクリュー装置が有する回転翼を駆動する電動モータである。

【0030】

装置本体部４０は、情報取得装置（情報取得部）４６と、照明装置４８と、傾き計測装置（傾き計測部）５０と、制御装置（制御部）５２と、電力装置５４と、通信装置５６とを有する。

【0031】

情報取得装置４６は、標識体２６の情報を取得する装置である。情報取得装置４６は、位置計測装置１６の外側を撮影する撮影部５８を有する。

【0032】

一実施形態において、撮影部５８は、撮像素子及びレンズなどを含むカメラと、カメラに位置計測装置１６の周囲３６０度を映し込む反射部とを有してもよい。反射部は、位置計測装置１６の周囲を一度にカメラに映し込む一つのミラー（例えば、円錐状のミラー）でもよいし、或いは、光を反射するミラーと、そのミラーを回転させる回転機構とを有してもよい。一実施形態において、撮影部５８は、位置計測装置１６の周囲を撮影可能なように異なる方向を向いた複数のカメラを有してもよい。

【0033】

照明装置４８は、撮影部５８による撮影のために、位置計測装置１６の外側を照らすための装置である。一実施形態において、照明装置４８は、位置計測装置１６の周囲を照明可能なように配置された複数の光源（例えば、ＬＥＤランプ）を有してもよい。一実施形態において、照明装置４８は、一つの光源と、その光源からの光を位置計測装置１６の周囲に放射可能な反射部を有してもよい。反射部は、情報取得装置４６の場合と同様に、光源からの光を位置計測装置１６の周囲に一度に放射可能なミラーでもよいし、或いは、光源からの光を反射するミラーと、そのミラーを回転させる回転機構とを有していてもよい。

【0034】

傾き計測装置５０は、ケーブル１４の鉛直方向からの傾きを計測するセンサである。電力装置５４は、位置計測装置１６の構成要素、例えば、情報取得装置４６、照明装置４８、傾き計測装置５０、制御装置５２及び通信装置５６並びに位置調整部３８等に適宜電力を供給する。電力装置５４の例は蓄電池である。

【0035】

制御装置５２は、位置計測装置１６の構成要素、例えば、情報取得装置４６、照明装置４８、傾き計測装置５０、電力装置５４及び通信装置５６等を制御する。制御装置５２は、更に、情報取得装置４６で得られた画像及び傾き計測装置５０で得られたケーブル１４の傾斜角とから、ロボット１２の位置を算出する。

【0036】

ロボット１２の位置の算出の際、制御装置５２は、情報取得装置４６から得られた画像情報を処理するので、制御装置５２は画像処理部としても機能している。制御装置５２は、上記画像処理と共に、傾き計測装置５０からの計測結果をロボット１２の位置計測のために処理するため、制御装置５２は、情報処理部としても機能している。一実施形態において、制御装置５２は、傾き計測装置５０で得られたケーブル１４の傾斜角が、０を含む所定範囲になるように、位置調整部３８を制御してもよい。上記傾斜角の所定範囲は、海中におけるケーブル１４の傾斜角の許容範囲に対応し、予め決定しておけばよい。所定範囲の例は、±２０度、好ましくは±１０度である。

【0037】

通信装置５６は、位置計測装置１６で得られたロボット１２の位置を母船２２に送る。母船２２と通信装置５６との通信は、ケーブル２４を利用して行ってもよいし、無線通信を利用して行ってもよい。

【0038】

上記構成の位置計測システム１０では、制御装置５２の制御によって、情報取得装置４６の撮影部５８が、位置計測装置１６の周囲３６０度を撮影する。制御装置５２は、照明装置４８に撮影方向を照明させると共に、傾き計測装置５０にケーブル１４の傾きを計測させる。情報取得装置４６は、撮影した画像情報を制御装置５２に入力する。傾き計測装置５０は、ケーブル１４の傾きを制御装置５２に入力する。制御装置５２は、入力された情報に基づいて、ロボット１２の位置を算出する。

【0039】

制御装置５２によるロボット１２の位置の算出方法の一例について説明する。制御装置５２は、入力された画像（以下、入力画像とも称す）を解析して、入力画像中の４つの標識体２６を識別する。画像中における特定の画像の識別（或いは抽出）は、公知の画像処理技術を適用すればよい。標識体２６の識別には、各標識体２６固有の識別情報を利用すればよい。制御装置５２は、入力画像内で識別した４つの標識体２６の画像を標識体２６の情報として使用して、位置計測装置１６と４つの標識体２６との相対位置を算出する。相対位置は、例えば、入力画像中における各標識体２６の画像の位置及び大きさなどから位置計測装置１６と各標識体２６との間の距離及び方位角を得ることによって算出され得る。制御装置５２は、上記相対位置と、傾き計測装置５０の計測結果とから、ロボット１２の位置を算出する。これにより、ロボット１２の海中での位置が特定される。

【0040】

一実施形態において、海流などによってロボット１２の真上から位置計測装置１６の横ずれが生じた場合、すなわち、傾き計測装置５０の計測装置が許容範囲を超えた場合、制御装置５２は、位置調整部３８によって、位置計測装置１６をロボット１２の真上に維持してもよい。

【0041】

具体的には、制御装置５２は、駆動部４４を制御して、推進機構部４２が有する少なくとも一つのスクリュー装置を駆動する。この駆動により、主に水平方向及び水平回転の推進力を位置調整部３８に発生させ、位置計測装置１６の位置を、位置計測装置１６をロボット１２の真上に維持する。位置調整部３８によって位置計測装置１６がロボット１２の真上に位置している場合には、制御装置５２によるロボット１２の位置計測の際、傾き計測装置５０の計測結果は所定範囲内（好ましくは実質的に０）となるので、制御装置５２は、４つの標識体２６と位置計測装置１６との相対位置によってロボット１２の位置を算出し得る。

【0042】

位置計測システム１０によれば、位置計測装置１６とロボット１２とはケーブル１４で接続されているので、位置計測装置１６はロボット１２が移動しても、ロボット１２に追従する。そのため、位置計測装置１６は、ロボット１２と位置関係を維持できる。位置計測装置１６は、上記のようにロボット１２に追従しながら、水中において、ロボット１２の位置を計測する。そのため、位置計測システム１０によれば、ＧＰＳ衛生電波を受信できない水中であってもロボット１２の位置をより正確に計測できる。

【0043】

位置計測装置１６で計測したロボット１２の位置を母船２２に送ることで、ロボット１２が実際に作業した作業領域を把握できる。母船２２がロボット１２の位置を把握できるので、ロボット１２の位置が作業領域２８からずれた場合等は、ロボット１２の位置を修正できる。これは、例えば、ケーブル１４，２４を介して、母船２２からロボット１２の位置を修正するための指示信号をロボット１２に送ってもよいし、或いは、ロボット１２自体を改めて所定の作業領域２８内に配置し直しても良い。その結果、ロボット１２が作業領域２８を適切に作業可能である。

【0044】

水深Ｄが１０００ｍ以上の海底でロボット１２が作業する場合、例えば、母船２２とロボット１２とをワイヤ或いはケーブルで繋いで、ロボット１２の位置を把握することも考えられる。しかしながら、この場合、海流などよるワイヤ又はケーブルの状態把握が困難なため、ロボット１２の位置の計測が困難であると共に、誤差も大きくなる。

【0045】

これに対して、位置計測システム１０では、ロボット１２から所定距離ｄ（例えば、５０ｍ〜１００ｍ）程度の上方でロボット１２の位置を計測するため、ロボット１２の位置をより正確に計測できる。

【0046】

ロボット１２が、海底を掘削して、メタンハイドレート及びレアメタル鉱といった資源を採掘するロボットである場合、ロボット１２が備える採掘装置による海底の泥・砂の巻き上げによりロボット１２の周囲が懸濁しやすい。或いは、ロボット１２が海底火山近傍を探査する場合などにおいては、ロボット１２の周囲が懸濁しやすい。このような場合でも、位置計測システム１０では、位置計測装置１６がロボット１２と離して配置されるので、上記懸濁状態の影響を回避してロボット１２の位置を計測できる。その結果、ロボット１２の位置をより正確に同定できる。

【0047】

情報取得装置４６は、撮影部５８によって、標識体２６の画像を得ることで、標識体２６の情報を取得している。そのため、標識体２６を容易に識別しやすい。標識体２６の識別情報については例示したが、撮影部５８を使用する場合、例えば、標識体２６の外形形状を標識体２６毎に変えていてもよい。この場合、各標識体２６の外形形状自体が識別情報であり得る。

【0048】

（第２の実施形態）
図４は、位置計測装置の他の実施形態を示す図面である。図４は、図３の場合と同様に、第２の実施形態に係る位置計測装置の概略構成を示すブロック図である。図４に示した位置計測装置６０は、位置計測装置１６の代わりに、位置計測システム１０において使用され得る。

【0049】

位置計測装置６０は、位置調整部３８と、装置本体部６２とを有する。位置調整部３８は、位置計測装置６０の場合と同様に、推進機構部４２と、駆動部４４とを有する。

【0050】

装置本体部６２は、情報取得装置（情報取得部）６４と、傾き計測装置（傾き計測部）５０と、制御装置（制御部）６６と、電力装置５４と、通信装置５６とを有する。

【0051】

情報取得装置６４は、レーザ光を位置計測装置６０の外側に出力するレーザ光源を含む光源部６８と、光源部６８から出力され標識体２６で反射してきたレーザ光を検出する光検出器を含む受光部７０とを有する。受光部７０は検出した光に対応する信号を制御装置６６に入力する。

【0052】

光源部６８が有するレーザ光源の例は半導体レーザである。受光部７０が有する光検出器の例はフォトダイオードである。ただし、例えば、ＣＣＤイメージセンサといったイメージセンサを光検出器として使用してもよい。受光部７０は、上記レーザ光を検出するために、レーザ光が有する所定波長に対して感度を選択的に有するように構成されていてもよい。

【0053】

一実施形態において、光源部６８から出力され４つの標識体２６でそれぞれ反射された反射光を受光部７０が受光できるように、光源部６８は複数のレーザ光源を有し、受光部７０は、各レーザ光源に対応した光検出器を有してもよい。このような形態では、複数のレーザ光源は、水平面内において異なる方向にレーザ光を出力できるように、配置されていればよい。

【0054】

一実施形態において、情報取得装置６４は、位置計測装置６０の外側にレーザ光を送出すると共に、４つの標識体２６からの反射光を受光部７０が受光できるように、反射部を更に有してもよい。このような形態では、光源部６８はレーザ光源であり、受光部７０は光検出器であり得る。一実施形態において、反射部は、ミラーと、鉛直方向を中心軸としてミラーを回転可能な回転機構とを含み得る。この場合、光源部６８から出力されたレーザ光を反射部のミラーで反射することで、上記レーザ光を位置計測装置６０の外側に出力する。その際、回転機構を利用してミラーを鉛直方向周りに回転させることで、位置計測装置６０の周囲３６０度にレーザ光を出力する。受光部７０は、標識体２６によって反射され位置計測装置６０に戻ってきた光であって、ミラーによって反射して受光部７０に入力されたレーザ光を検出する。

【0055】

制御装置６６は、受光部７０から入力される信号を解析して、各標識体２６からの信号を得る。標識体２６で反射したレーザ光は、標識体２６の識別情報を含むので、制御装置６６は、入力された信号と、各標識体２６固有の識別情報を比較することによって、各標識体２６からの信号を得る。このように得られた各標識体２６からの反射レーザ光に対応する信号を、各標識体２６を示す情報として使用して、制御装置６６は、ロボット１２の位置を算出する。

【0056】

一実施形態において、制御装置６６は、制御装置５２の場合と同様にして、傾き計測装置５０で得られたケーブル２４の傾斜角が０を含む所定範囲になるように、推進装置を制御してもよい。

【0057】

第２の実施形態で説明しているように、レーザ光を使用する場合には、標識体２６としては、第１の実施形態で説明した帰反射原理を利用したマイクロビーズ塗料を塗布した反射板、コーナーキューブリフレクタ又はコーナーキューブプリズムを用いた符号反射板が好適に使用され得る。

【0058】

位置調整部３８が有する推進機構部４２及び駆動部４４と、電力装置５４と、通信装置５６の構成は、第１の実施形態の場合と同様であるため、説明を省略する。

【0059】

位置計測装置１６の代わりに、位置計測装置６０を利用した位置計測システム１０では、制御装置６６の制御によって、情報取得装置６４の光源部６８が、位置計測装置６０の周囲にレーザ光を出射する。制御装置６６は、傾き計測装置５０にケーブル１４の傾きを計測させる。情報取得装置６４の受光部７０は、標識体２６からの反射レーザ光を検出して、その光に対応した信号を制御装置６６に入力する。傾き計測装置５０は、ケーブル１４の傾きを制御装置６６に入力する。制御装置６６は、入力された情報に基づいて、ロボット１２の位置を算出する。

【0060】

情報取得装置６４からの信号を利用した制御装置６６によるロボット１２の位置の計測方法の一例を説明する。制御装置６６は、前述したように情報取得装置６４から入力された信号を解析して、各標識体２６の信号を得る。制御装置６６は、計測された各標識体２６からの反射レーザ光に対応する信号を、各標識体２６を示す情報として使用して、位置計測装置６０と、４つの標識体２６との相対位置を算出する。相対位置は、例えば、位置計測装置６０から送出されるレーザ光と、反射レーザ光との位相差（換言すれば、時間差）によって、各標識体２６と位置計測装置６０との距離を算出すると共に、各標識体２６からの反射レーザ光の受光方向（或いは、レーザ光の出力方向）によって、位置計測装置６０に対する各標識体２６の方位を計測することによって、算出され得る。得られた上記相対位置と、傾き計測装置５０の計測結果とによって、制御装置６６は、ロボット１２の位置を算出する。このようにして、ロボット１２の位置が計測され、海中におけるロボット１２の位置が特定される。

【0061】

上記のように、位置計測装置６０から送出されるレーザ光と、反射レーザ光との位相差によって、各標識体２６と位置計測装置６０との距離が算出され得るので、光源部６８と受光部７０とを有する情報取得装置６４は測距センサとしても機能している。

【0062】

位置計測装置６０を利用した位置計測システム１０の構成は、位置計測装置１６の代わりに位置計測装置６０を利用している点以外は、位置計測装置１６を利用した位置計測システム１０と同じ構成を有する。そのため、位置計測装置６０を利用した位置計測システム１０は、位置計測装置１６を利用した位置計測システム１０と少なくとも同じ作用効果を有する。加えて、レーザ光を位置計測装置６０から送出してその反射レーザ光を受光することによって、標識体２６を検出しているので、暗い水中でも標識体２６を好適に検出し得る。

【0063】

以上、本発明の種々の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ず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0064】

例えば、標識体２６の数は４つに限らず、１，２，又は３つでもよいし、５個以上でもよい。標識体２６の位置も、予め指定しておけば作業領域の周縁上に限らない。標識体２６自体が例示したように、ＬＥＤ等の発光源を有し、標識体２６から光が出力されている場合には、第１の実施形態における位置計測装置１６は照明装置を有さなくてもよい。上記のように、標識体２６から光が出力されている場合には、位置計測装置６０は、光源部６８を有さなくてもよい。

【0065】

位置計測装置１６，６０は位置調整部３８を有さなくてもよい。この場合、制御装置５２，６６が傾き計測装置５０の計測結果を考慮して、ロボット１２の位置を算出すればよい。ただし、位置調整部３８によって、位置計測装置１６，６０がロボット１２の真上近傍にあれば、傾きの影響を低減してより正確にロボット１２の位置を把握できる。逆に、位置計測装置１６，６０は傾き計測装置５０を有さなくてもよい。この場合、位置計測装置１６，６０は、位置調整部３８によって位置計測装置１６，６０が常にロボット１２の直上に位置するように調整しておけばよい。このような、ロボット１２と、位置計測装置１６，６０との位置関係であれば、位置計測装置１６，６０と標識体２６との相対位置を算出することによって、ロボット１２の位置が算出され得る。

【0066】

撮影部５８を有する情報取得装置４６と、光源部６８及び受光部７０を有する情報取得装置４６とを例示したが、情報取得装置はこれらの形態に限定されない。情報取得装置は、光学的計測（画像取得を含む）によって、標識体２６の情報を取得できるものであればよい。

【0067】

標識体２６を複数有する形態では、位置計測装置１６，６０は、制御装置５２，６６が位置調整部３８を制御して、鉛直方向を軸としてその周りに位置計測装置１６，６０を回転させながら、各標識体２６の情報を取得してもよい。このような形態では、例えば、情報取得装置４６の撮影部５８はカメラであり、情報取得装置６４の光源部６８及び受光部７０は、それぞれレーザ光源及び光検出器であり得る。

【0068】

これまでの説明では、海中で作業するロボットについて説明したが、ロボットは、海中に限らず、水中で作業するロボットであればよい。そのため、例えば、湖沼又は河川中において作業するロボットに対しても位置計測システムは適用され得る。

【0069】

位置計測装置１６，６０で計測したロボット１２の位置を母船２２に送信する代わりに又は母船２２への送信に加えて、ケーブル１４を介して又は無線通信でロボット１２に送信してもよい。このような形態では、例えば、ロボット１２が有する制御装置（又は制御システム）に、入力されるロボット１２の位置に応じてロボット１２の移動を制御する機能を持たせておけば、ロボット１２がより正確に、所定の作業領域２８内で作業が可能である。

【0070】

位置計測装置１６，６０で計測したロボット１２の位置を母船２２及びロボット１２の少なくとも一方に送信する形態を例示したが、例えば、位置計測装置１６，６０が、適宜計測したロボット１２の位置を記録する記憶装置を有していてもよい。この場合、ロボット１２の作業が終了した後に、その記録装置のデータを参照することで、ロボット１２の作業領域を把握できる。

【0071】

ロボット１２と、位置計測装置１６，６０とを、通信用の導線を含むケーブル１４で接続した形態を例示したが、ロボット１２と位置計測装置１６，６０とを接続する接続ラインは、ワイヤであってもよい。

【0072】

光源部６８はレーザ光源を有し、レーザ光を出力するとして説明したが、標識体２６を検出可能な光を送出できればよい。

【0073】

傾き計測装置５０は、ケーブル１４の傾きの変動をケーブル１４の振動として検出し、その検出結果を制御装置５２に入力してもよい。この場合は、制御装置５２は、ケーブル１４の振動が低減するように、位置調整部３８を制御してもよい。或いは、ケーブル１４の振動を計測する振動計測装置を位置計測装置１６，６０が別途有してもよい。

【0074】

位置計測装置１６は、電力装置５４を備えているが、位置調整部３８と、情報取得装置４６と、傾き計測装置５０と、制御装置５２と、通信装置５６それぞれが電池といった電力供給部を備えていてもよい。或いは、位置計測装置１６の構成要素への電力の供給は、例えば、ロボット１２からケーブル１４を介して行ってもよい。

【0075】

更に、位置計測装置１６，６０は、慣性センサ（例えば、ジャイロスコープ又は加速度センサ）及び地磁気センサを更に備えていてもよい。この場合、慣性センサ及び地磁気センサからのデータに基づいて、制御装置５２が位置調整部３８を制御して、位置計測装置１６，６０の姿勢制御を行うと共に、ロボット１２の位置を計測する際のデータの補間に使用され得る。その結果、より正確にロボット１２の位置を計測可能である。

【0076】

例示した種々の実施形態などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜組み合わせられ得る。

【産業上の利用可能性】

【0077】

本発明は、水中（水底を含む）で作業するロボット、例えば、水中探査ロボット、水底掘削ロボット、資源探査ロボット又は資源掘削ロボットの位置を計測するために利用され得る。特に、ロボットが水深１０００ｍ以上で作業するために有効である。

【符号の説明】

【0078】

１０…位置計測システム、１２…ロボット、１４…ケーブル（接続ライン）、１６…位置計測装置、２６…標識体、２８…作業領域、３８…位置調整部、４６…情報取得装置（情報取得部）、５０…傾き計測装置（傾き計測部）、５２…制御装置（制御部）、５８…撮影部、６０…位置計測装置、６２…装置本体部、６４…情報取得装置（情報取得部）、６６…制御装置（制御部）、６８…光源部、７０…受光部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】