JP6844205B2 - Mobile control method and mobile control system - Google Patents
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Description
本発明は、複数の移動体を、編隊を組んだ状態で移動させるために用いる移動体制御方法および移動体制御システムに関するものである。 The present invention relates to a mobile control method and a mobile control system used to move a plurality of mobiles in a formation.
AUV(Autonomous Underwater Vehicle)あるいはUUV(Unmanned Underwater Vehicle)と呼ばれる自律航走型の無人の水中航走体は、海底資源探査、機雷の探査とその除去、海洋遭難者の探索(探査)などに利用することが考えられている。 Autonomous underwater vehicles (AUVs) or UUVs (Unmanned Underwater Vehicles) are used for underwater resource exploration, mines exploration and removal, and marine victims exploration (exploration). It is considered to do.
前記のような探査を行う場合、探査の効率を高めるためには、広範囲の探査を短時間で実施することが望まれる。 When conducting the above-mentioned exploration, it is desirable to carry out a wide range of exploration in a short time in order to improve the efficiency of the exploration.
そこで、効率の良い探査を実施する手法としては、複数の水中航走体を、編隊を組んで航走させることが考えられている。 Therefore, as a method for carrying out efficient exploration, it is considered to make a plurality of underwater vehicles navigate in formation.
複数の移動体を編隊を組んで移動させる手法の一つとしては、複数の移動体のうちで主機と追従機とを定め、追従機を主機の移動に追従させて移動させる手法がある(たとえば、特許文献1参照)。 As one of the methods for moving a plurality of moving bodies in a formation, there is a method in which a main engine and a follower are defined among a plurality of moving bodies and the follower is moved by following the movement of the main engine (for example). , Patent Document 1).
ところが、特許文献1に示された手法では、編隊を組む移動体のうち、追従機に設定されたものは、主機と通信を行う必要がある。そのため、追従機は、主機と通信可能な領域に位置している必要がある。
However, in the method shown in
よって、特許文献1に示された手法では、主機と追従機で構成する編隊のサイズに、主機と通信可能な距離に依存する制限が生じる。
Therefore, in the method shown in
なお、水中では、通信は主に超音波を用いて行われるが、一般に、水中で通信可能な距離は、無線通信に比して短い。したがって、特許文献1に示された手法は、水中航走体のような水中を移動する移動体の編隊に適用すると、構成可能な編隊のサイズに対する制限が大きくなるというのが実状である。
In water, communication is mainly performed using ultrasonic waves, but in general, the distance that can be communicated underwater is shorter than that of wireless communication. Therefore, when the method shown in
更に、特許文献1に示された手法では、追従機が主機との通信を必要とするため、編隊を構成している追従機の数が多くなると、主機の通信負荷が大となってしまう。
Further, in the method shown in
よって、特許文献1に示された手法では、追従機の数に、主機の通信負荷に依存した制限が生じるというのが実状である。
Therefore, in the method shown in
特に、水中での通信は、無線通信に比して送受信可能な情報量が制限される。したがって、特許文献1に示された手法は、水中航走体のような水中を移動する移動体の編隊に適用すると、編隊を構成する移動体の数の制限が大きくなってしまう。
In particular, underwater communication limits the amount of information that can be transmitted and received compared to wireless communication. Therefore, when the method shown in
そこで、本発明は、複数の移動体について主機や追従機を定めることなく、複数の移動体を、編隊を組んだ状態で移動させることができる移動体制御方法および移動体制御システムを提供しようとするものである。 Therefore, the present invention has been made to provide a mobile body control method and a mobile body control system capable of moving a plurality of mobile bodies in a formation state without determining a main engine or a follower for the plurality of mobile bodies. To do.
本発明は、前記課題を解決するために、編隊を組んで移動する複数の移動体について、各移動体をグラフ理論における頂点とし、該各移動体に備えた測位手段による他の移動体の測位可能な状態をグラフ理論における弧として、前記移動体に、必ず測位すべき他の移動体である必須測位対象の移動体を、全域木または強連結なグラフ構造が形成される状態に設定する処理と、前記各移動体に備えた記憶部に、自機の移動計画と、前記測位手段で測位される前記必須測位対象を含む他の移動体の移動計画とを記憶させる処理とを行い、前記各移動体の編隊を組んでの移動時には、該各移動体の前記測位手段により前記必須測位対象を含む他の移動体の測位を行う処理と、前記各移動体にて、前記測位手段の測位結果から、測位時点について、自機と前記必須測位対象を含む他の移動体との相対位置の実測値を求める処理と、前記記憶部に記憶されている前記各移動計画を基に、前記測位時点よりも後に設定される編隊修正時点で、自機と前記必須測位対象を含む他の移動体とが取るべき相対位置の目標値を求める処理と、前記相対位置の実測値について、前記相対位置の目標値からの偏差を求める処理と、前記偏差が前記編隊修正時点でゼロとなるように、自機のアクチュエータへ制御入力を与える処理とを行う移動体制御方法とする。 In order to solve the above-mentioned problems, in order to solve the above-mentioned problems, for a plurality of moving bodies moving in a formation, each moving body is set as an apex in graph theory, and positioning of other moving bodies by a positioning means provided for each moving body is used. A process of setting a possible state as an arc in graph theory and setting a moving body of an essential positioning target, which is another moving body that must be positioned, to a state in which a whole area tree or a strongly connected graph structure is formed. A process of storing the movement plan of the own machine and the movement plan of another moving body including the essential positioning target positioned by the positioning means is performed in the storage unit provided for each moving body. When moving in a formation of each mobile body, a process of positioning other mobile bodies including the essential positioning target by the positioning means of each mobile body and positioning of the positioning means by each mobile body are performed. From the result, at the positioning time point, the positioning is based on the process of obtaining the measured value of the relative position between the own machine and the other moving body including the essential positioning target, and the movement plan stored in the storage unit. Regarding the process of obtaining the target value of the relative position to be taken by the own machine and other moving objects including the essential positioning target at the time of formation correction set after the time point, and the measured value of the relative position, the relative position This is a mobile body control method that performs a process of obtaining a deviation from the target value of the above and a process of giving a control input to the actuator of the own machine so that the deviation becomes zero at the time of the formation correction.
前記複数の移動体が組む編隊を、一連の編隊とする方法としてある。 There is a method of forming a formation formed by the plurality of mobile bodies into a series of formations.
また、編隊を組んで移動する移動体に、自機の位置を検出する位置検出手段と、他の移動体の測位を行う測位手段と、アクチュエータと、制御装置と、記憶部と、を備え、前記制御装置には、前記編隊を組む各移動体をグラフ理論における頂点とし、該各移動体の前記測位手段による他の移動体の測位可能な状態をグラフ理論における弧として、全域木または強連結なグラフ構造が形成される状態になるよう必ず測位すべき他の移動体である必須測位対象の移動体が設定され、前記記憶部は、自機の移動計画と、前記測位手段で測位される前記必須測位対象を含む他の移動体の移動計画とを記憶する機能を備え、更に、前記制御装置は、前記測位手段の測位結果から、自機と前記必須測位対象を含む他の移動体との相対位置の実測値を求める処理と、前記記憶部に記憶されている前記各移動計画を基に、前記測位時点よりも後に設定される編隊修正時点で、自機と前記必須測位対象を含む他の移動体とが取るべき相対位置の目標値を求める処理と、前記相対位置の実測値について、前記相対位置の目標値からの偏差を求める処理と、前記偏差が前記編隊修正時点でゼロとなるように、前記アクチュエータへ制御入力を与える処理とを行う機能を備えた構成を有する移動体制御システムとする。 In addition, a moving body that moves in a formation is provided with a position detecting means for detecting the position of its own machine, a positioning means for positioning other moving bodies, an actuator, a control device, and a storage unit. In the control device, each mobile body forming the formation is set as the apex in the graph theory, and the positionable state of the other moving body by the positioning means of the moving body is set as an arc in the graph theory, and is a spanning tree or strongly connected. An essential positioning target mobile body, which is another moving body that must be positioned so as to form a graph structure, is set, and the storage unit is positioned by the movement plan of the own machine and the positioning means. The control device has a function of storing a movement plan of another mobile body including the essential positioning target, and further, the control device obtains the own device and another mobile body including the essential positioning target based on the positioning result of the positioning means. Based on the process of obtaining the measured value of the relative position of the above and each movement plan stored in the storage unit, the own machine and the essential positioning target are included at the formation correction time point set after the positioning time point. The process of finding the target value of the relative position to be taken by another moving body, the process of finding the deviation of the measured value of the relative position from the target value of the relative position, and the deviation being zero at the time of the formation correction. Therefore, the mobile control system has a configuration having a function of giving a control input to the actuator.
本発明の移動体制御方法および移動体制御システムによれば、複数の移動体について主機や追従機を定めることなく、複数の移動体を、編隊を組んだ状態で移動させることができる。 According to the moving body control method and the moving body control system of the present invention, it is possible to move a plurality of moving bodies in a formation state without determining a main engine or a follower for the plurality of moving bodies.
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1乃至図4は、移動体制御方法および移動体制御システムの第1実施形態として、制御対象となる複数の移動体を、水中航走体とした例を示すものである。
[First Embodiment]
1 to 4 show an example in which a plurality of moving bodies to be controlled are underwater navigating bodies as a first embodiment of a moving body control method and a moving body control system.
図1は、本実施形態で制御対象とする水中航走体を示す概要図である。図2は、複数の移動体が組む編隊の形状の例を示すもので、図2(a)は横一列のI字型の編隊、図2(b)はV字型の編隊、図2(c)はO字型の編隊をそれぞれ示す概略平面図である。図3はグラフ理論の概要を説明するための図である。図4は、水中航走体同士の相対位置の目標値と、相対位置の現在地に偏差が生じている状態を示す図である。 FIG. 1 is a schematic view showing an underwater vehicle to be controlled in the present embodiment. FIG. 2 shows an example of the shape of a formation formed by a plurality of moving bodies. FIG. 2A shows an I-shaped formation in a horizontal row, FIG. 2B shows a V-shaped formation, and FIG. c) is a schematic plan view showing each O-shaped formation. FIG. 3 is a diagram for explaining an outline of graph theory. FIG. 4 is a diagram showing a state in which a deviation occurs between the target value of the relative position between the underwater vehicles and the current position of the relative position.
本実施形態の移動体制御システムは、複数の図1に示す如き水中航走体Xにより構成される。 The mobile control system of the present embodiment is composed of a plurality of underwater vehicles X as shown in FIG.
水中航走体Xは、位置検出手段1と、測位手段2と、アクチュエータ3と、制御装置4とを備えた構成とされている。
The underwater vehicle X is configured to include a position detecting means 1, a positioning means 2, an
位置検出手段1は、水中航走体Xの自機の位置を検出する機能を備えるものである。位置検出手段1としては、たとえば、水面に浮上した状態のときに自機の位置を、たとえば、地球座標における位置として検出を行う全地球航法衛星システム(GNSS)の受信装置や、無線測位装置、および、水中に潜った状態のときに自己の位置を検出する慣性航法装置や、ドップラー流速計などから構成されていればよい。 The position detecting means 1 has a function of detecting the position of its own machine of the underwater vehicle X. The position detecting means 1 includes, for example, a receiving device of a global navigation satellite system (GNSS) that detects the position of its own aircraft when it is floating on the water surface, for example, as a position in geographic coordinates, a radio positioning device, and the like. In addition, it may be composed of an inertial navigation system that detects its own position when submerged in water, a Doppler velocimeter, and the like.
測位手段2は、他の水中航走体Xの自機に対する相対位置を検出する機能を備えるものである。測位手段2としては、たとえば、音響測位装置や、短いレンジであれば電波を用いる測位装置、カメラなどの撮影画像に基づく光学的な測位装置などから構成されていればよい。 The positioning means 2 has a function of detecting the relative position of another underwater vehicle X with respect to its own aircraft. The positioning means 2 may be composed of, for example, an acoustic positioning device, a positioning device that uses radio waves in the case of a short range, an optical positioning device based on a captured image of a camera, or the like.
なお、測位手段2は、自機と他の水中航走体Xが図示しない音響通信機を備え、且つ音響通信可能な環境に配置されている場合に、他の水中航走体Xが位置検出手段1で自機の位置として検出した位置の情報を音響通信により取得し、その情報と、位置検出手段1で検出される自機の位置との差を基に、他の水中航走体Xの自機に対する相対位置を検出する機能を更に備えていてもよい。
When the positioning means 2 includes an acoustic communication device (not shown) between the own unit and the other underwater vehicle X and is arranged in an environment capable of acoustic communication, the other underwater vehicle X detects the position. Information on the position detected as the position of the own machine by the
アクチュエータ3は、水中航走体Xが自機の進行する方向と速度とを制御する機能を備えるものである。アクチュエータ3は、たとえば、各種のスラスタや舵などから構成されている。
The
制御装置4は、位置検出手段1と測位手段2から制御装置4へ入力される信号に基づき、後述する制御則に従う処理を行って、アクチュエータ3に指令(制御入力)を与える機能を備えている。
The
更に、制御装置4は、移動計画としてのウェイポイントファイルを記憶する記憶部5を備えている。ここで、ウェイポイントファイルとは、水中航走体Xが移動体として移動するコースの設定用のファイルである。ウェイポイントファイルは、辿るべき順序に従って番号付けされた複数のウェイポイントの座標情報であり、水中航走体Xは、自機用のウェイポイントファイルで設定された各ウェイポイントを番号の順に通過することで、設定されたコースに従って移動することができる。また、ウェイポイントファイルには、各ウェイポイントについて、水中航走体Xが各ウェイポイントを通過するときの通過目標時刻も設定されている。これにより、水中航走体Xは、各ウェイポイントを設定された通過目標時刻に通過することで、設定されたコースを設定された時間で移動することができる。
Further, the
次に、制御装置4の機能の説明を行い、併せて、移動体制御方法について説明する。
Next, the function of the
本実施形態では、図2(a)に示すように、複数の水中航走体X、たとえば、7機の水中航走体Xが、横一列のI字型の編隊を組んで移動する場合の例について説明する。 In the present embodiment, as shown in FIG. 2A, when a plurality of underwater vehicles X, for example, seven underwater vehicles X move in a horizontal row of I-shaped formations. An example will be described.
先ず、準備として、各水中航走体Xには、個別の識別コードが設定される。ここでは、説明の便宜上、各水中航走体Xに、識別コードとして1〜7の自然数による連続した番号を付してある。図2(a)では、編隊の一方の端(図では左端)に位置する水中航走体Xから順に、符号Xにそれぞれの識別コードの数字1〜7が付してある。
First, as a preparation, an individual identification code is set for each underwater vehicle X. Here, for convenience of explanation, each underwater vehicle X is numbered consecutively by a natural number from 1 to 7 as an identification code. In FIG. 2A, the
各水中航走体X1〜X7の制御装置4(図1参照)には、自機の測位手段2(図1参照)で確実に測位する必要のある他の水中航走体X1〜X7が設定される。以下、測位手段2で確実に測位する必要のある他の水中航走体X1〜X7は、必須測位対象の水中航走体X1〜X7という。この際、i番目の水中航走体Xiは、(i−1)番目の水中航走体X(i−1)を必須測位対象とする(i=2,3、…、7)。これは、後述するグラフ理論にて、全域木のグラフ構造を形成する条件を少なくとも確保するためである。この各水中航走体X1〜X7による必須測位対象との関係は、図2(a)に矢印で示す。矢印の先端側が必須測位対象である。 The control device 4 (see FIG. 1) of each of the underwater vehicles X1 to X7 is set with other underwater vehicles X1 to X7 that need to be reliably positioned by the positioning means 2 (see FIG. 1) of the own machine. Will be done. Hereinafter, the other underwater vehicles X1 to X7 that need to be reliably positioned by the positioning means 2 are referred to as underwater vehicles X1 to X7 that are essential positioning targets. At this time, the i-th underwater vehicle Xi targets the (i-1) -th underwater vehicle X (i-1) as an essential positioning target (i = 2, 3, ..., 7). This is to ensure at least the conditions for forming the graph structure of the spanning tree in the graph theory described later. The relationship between the underwater vehicles X1 to X7 and the essential positioning targets is shown by arrows in FIG. 2 (a). The tip side of the arrow is the essential positioning target.
なお、図2(a)に示すI字型のような一連(一筆書きが可能な形状)の編隊の場合は、編隊の一方の端に位置する水中航走体X1の制御装置4には、必須測位対象を2番目の水中航走体X2に設定してもよいし、設定しなくてもよい。
In the case of a series of formations (a shape capable of writing with a single stroke) such as the I-shape shown in FIG. 2A, the
また、各水中航走体X1〜X7の制御装置4は、記憶部5に、自機用のウェイポイントファイルと、前記必須測位対象の水中航走体X1〜X7のコース設定用のウェイポイントファイルとを記憶しておく。
Further, the
更に、各水中航走体X1〜X7の測位手段2による測位が可能となる範囲内に、必須測位対象とは別の水中航走体X1〜X7が位置すると想定される場合は、記憶部5には、必須測位対象以外の測位可能な水中航走体X1〜X7のコース設定用のウェイポイントファイルも記憶しておく。 Further, when it is assumed that the underwater vehicles X1 to X7 other than the essential positioning targets are located within the range where the positioning means 2 of each underwater vehicle X1 to X7 can be positioned, the storage unit 5 Also stores waypoint files for course setting of underwater vehicles X1 to X7 that can be positioned other than the essential positioning targets.
なお、本実施形態では、各水中航走体X1〜X7は、図2(a)に示した如き横一列の編隊を組んだ状態で移動させる。したがって、各水中航走体X1〜X7のウェイポイントファイルでは、各水中航走体X1〜X7の移動コースが、設定された間隔を隔てたほぼ平行な配置で設定されている。また、各水中航走体X1〜X7の移動コースにおけるウェイポイントは、各水中航走体X1〜X7が並んで進行するように、通過目標時刻が設定されている。 In the present embodiment, the underwater vehicles X1 to X7 are moved in a state of forming a horizontal row of formations as shown in FIG. 2 (a). Therefore, in the waypoint files of the underwater vehicles X1 to X7, the movement courses of the underwater vehicles X1 to X7 are set in a substantially parallel arrangement with a set interval. Further, the waypoints on the moving course of the underwater vehicles X1 to X7 are set to pass target times so that the underwater vehicles X1 to X7 travel side by side.
これらのウェイポイントファイルの記憶部5への記憶は、陸上や母船上など、各水中航走体X1〜X7を航走させる前に調整しておく。 The storage of these waypoint files in the storage unit 5 is adjusted before each underwater vehicle X1 to X7 is navigated, such as on land or on a mother ship.
次いで、グラフ理論について説明する。 Next, the graph theory will be described.
グラフは、たとえば、図3のように、複数の頂点v1,v2,v3と、弧a1,a2,a3とから構成されている。 The graph is composed of a plurality of vertices v1, v2, v3 and arcs a1, a2, a3, for example, as shown in FIG.
本実施形態では、各頂点v1,v2,v3は、個々の水中航走体X1〜X7に対応する。なお、説明の便宜上、図3では、頂点の数は3としてある。 In this embodiment, the vertices v1, v2, v3 correspond to individual underwater vehicles X1 to X7. For convenience of explanation, the number of vertices is set to 3 in FIG.
また、本実施形態では、双方向の矢印で示される弧a1は、頂点v1の水中航走体X1〜X7と、頂点v2の水中航走体X1〜X7との間で、互いに測位が可能であることを示している。 Further, in the present embodiment, the arc a1 indicated by the bidirectional arrows can be positioned between the underwater vehicles X1 to X7 at the apex v1 and the underwater vehicles X1 to X7 at the apex v2. It shows that there is.
これに対し、一方向の矢印で示される弧a2は、矢印の基端側の頂点v2の水中航走体X1〜X7から、矢印の先端側の頂点v3の水中航走体X1〜X7が測位可能であることを示している。一方向の矢印で示される弧a3も同様に、矢印の基端側の頂点v3の水中航走体X1〜X7から、矢印の先端側の頂点v1の水中航走体X1〜X7が測位可能であることを示している。 On the other hand, in the arc a2 indicated by the one-way arrow, the underwater vehicles X1 to X7 at the apex v2 on the base end side of the arrow are positioned from the underwater vehicles X1 to X7 at the apex v3 on the tip side of the arrow. It shows that it is possible. Similarly, in the arc a3 indicated by the one-way arrow, the underwater vehicle X1 to X7 at the apex v3 on the base end side of the arrow can be positioned from the underwater vehicle X1 to X7 at the apex v1 on the tip side of the arrow. It shows that there is.
したがって、本実施形態では、グラフにおける隣接は、頂点viから頂点vjの測位が可能であることを示している。 Therefore, in the present embodiment, the adjacency in the graph indicates that the positioning from the apex vi to the apex vj is possible.
また、グラフにおける連結性は、頂点viから頂点vjへの道が存在することを示している。 Also, the connectivity in the graph indicates that there is a way from vertex vi to vertex vj.
グラフ構造は行列で表現可能であり、隣接行列Aは、隣接なら1、それ以外は0で示す。よって、図3のグラフ構造の場合の隣接行列Aは、以下のようになる。 The graph structure can be represented by a matrix, and the adjacency matrix A is indicated by 1 if it is adjacent and 0 otherwise. Therefore, the adjacency matrix A in the case of the graph structure of FIG. 3 is as follows.
次数行列Dは、隣接数を表し、図3のグラフ構造の場合は以下のようになる。 The degree matrix D represents an adjacent number, and in the case of the graph structure of FIG. 3, it is as follows.
したがって、グラフラプラシアンLは、以下のようになる。 Therefore, the graph Laplacian L is as follows.
グラフ理論では、グラフラプラシアンLを見れば、そのグラフ構造を有するシステムが合意を得られるかどうかが分かる。ここで、合意とは、すべての頂点の値がある定数αに一致することである。所謂リーダー・フォロア型ではない分散システムの場合、合意条件は、グラフ構造が全域木、あるいは、強連結であることが知られている。 In graph theory, looking at the Graph Laplacian L shows whether a system with that graph structure can be agreed upon. Here, the consensus is that the values of all vertices match a certain constant α. In the case of a distributed system that is not a so-called leader-follower type, it is known that the agreement condition is that the graph structure is a spanning tree or a strong connection.
以上の準備が整っている状態で、各水中航走体X1〜X7は、図2(a)に示した編隊を組んで航走を開始する。 With the above preparations in place, the underwater navigation bodies X1 to X7 form a formation shown in FIG. 2A and start sailing.
この際、それぞれの水中航走体X1〜X7では、記憶部5に、自機用のウェイポイントファイルが記憶されている。したがって、各水中航走体X1〜X7の制御装置4は、記憶部5に記憶されている自機用のウェイポイントファイルから、現時点で移動目標とするウェイポイントの座標を読み出す。
At this time, in each of the underwater vehicles X1 to X7, the waypoint file for the own machine is stored in the storage unit 5. Therefore, the
また、制御装置4は、位置検出手段1からの信号を基に、自機の現在位置の情報を得る。
Further, the
したがって、制御装置4は、単にウェイポイント制御を行う場合は、自機の現在位置から、現在の移動目標としているウェイポイントへ向かうための制御入力を、アクチュエータ3に与えるようにすればよい。この場合の制御入力は、以下の(1)式となる。
(制御入力)=(自機のウェイポイントファイルから求めた入力) …(1)
Therefore, when the
(Control input) = (Input obtained from the waypoint file of the own machine) ... (1)
なお、前記(1)式の右辺は、水中航走体のような移動体をウェイポイント制御する場合に、従来一般的に利用されている計算手法を採用してよい。これは、たとえば、自機の現在位置について、現在の移動目標からの偏差を求め、求められた偏差をゼロにするように、アクチュエータ3の制御入力を算出する計算手法とすればよい。この種の計算手法は、たとえば、特開2007−160972号公報、特開2013−139185号公報などに示されている。
For the right side of the above equation (1), a calculation method generally used in the past may be adopted when controlling a moving body such as an underwater vehicle by waypoints. This may be, for example, a calculation method in which the deviation from the current movement target of the current position of the own machine is obtained and the control input of the
ところで、各水中航走体X1〜X7を実際に運用する場合には、たとえば、各水中航走体X1〜X7のうちのいずれかが、障害物回避などのためにウェイポイントファイルで設定されている移動コースから外れたところを航走すると、編隊の形状を維持できなくなることがある。 By the way, when actually operating each underwater vehicle X1 to X7, for example, one of the underwater vehicles X1 to X7 is set in a waypoint file for obstacle avoidance or the like. If you sail off the moving course you are in, you may not be able to maintain the shape of your formation.
また、位置検出手段1として慣性航法装置を使用している場合は、長時間航走を続けると、慣性航法装置で検出している自機の位置に誤差が生じる。よって、この場合も、編隊の形状を維持できなくなる可能性がある。 Further, when the inertial navigation system is used as the position detecting means 1, if the navigation is continued for a long time, an error occurs in the position of the own aircraft detected by the inertial navigation system. Therefore, even in this case, the shape of the formation may not be maintained.
そこで、本実施形態では、各水中航走体X1〜X7の各制御装置4は、測位手段2で測位した必須測位対象を含む他の水中航走体X1〜X7の相対位置の検出結果を基に、測位時点について、自機と必須測位対象を含む他の水中航走体X1〜X7との相対位置の実測値を求める。
Therefore, in the present embodiment, each
また、各制御装置4は、記憶部5に記憶されているウェイポイントファイルを基に、前記測位時点よりも後に設定される編隊修正時点で、自機と必須測位対象を含む他の水中航走体X1〜X7とが取るべき相対位置の目標値を求める。
Further, each
更に、各制御装置4は、求めた相対位置の実測値について、相対位置の目標値からの偏差を求め、その偏差が前記編隊修正時点でゼロになるように、自機のアクチュエータ3へ制御入力を与える処理を行うようにしてある。
Further, each
なお、前記補正修正時点は、各水中航走体X1〜X7の現在の移動目標としているウェイポイントの通過目標時刻が同時刻の場合は、そのウェイポイントの通過目標時刻を、編隊修正時点に設定してよい。この場合、各制御装置4では、自機と必須測位対象を含む他の水中航走体X1〜X7とが取るべき相対位置の目標値は、記憶部5に記憶されている自機と必須測位対象を含む他の水中航走体X1〜X7のウェイポイントの座標の差分として求めるようにすればよい。
At the time of the correction correction, if the passage target times of the waypoints currently set as the movement targets of the underwater vehicles X1 to X7 are the same time, the passage target time of the waypoints is set at the formation correction time. You can do it. In this case, in each
また、各水中航走体X1〜X7の現在の移動目標としているウェイポイントの通過目標時刻が一致していない場合は、いずれかの水中航走体X1〜X7のウェイポイントの通過目標時刻を、編隊修正時点に設定してよい。更に、たとえば、各水中航走体X1〜X7の現在位置が、現在の移動目標としているウェイポイントに接近している場合などには、編隊修正時点は、ウェイポイントの通過目標時刻とは関連なく、一定のT秒後というように設定してもよい。 If the passage target times of the waypoints currently set as the current movement targets of the underwater vehicles X1 to X7 do not match, the passage target times of the waypoints of any of the underwater vehicles X1 to X7 are set. It may be set at the time of formation correction. Further, for example, when the current positions of the underwater vehicles X1 to X7 are close to the waypoints that are the current movement targets, the formation correction time is irrelevant to the passage target time of the waypoints. , It may be set after a certain T seconds.
これらの場合、各制御装置4では、記憶部5に記憶されている自機と必須測位対象を含む他の水中航走体X1〜X7のウェイポイントファイルを基に、前記編隊修正時点における自機と必須測位対象を含む他の水中航走体X1〜X7の移動予定位置の座標を求める。次いで、各制御装置4では、求めた各移動予定位置の差分から、自機と必須測位対象を含む他の水中航走体X1〜X7とが取るべき相対位置の目標値を求めるようにすればよい。
In these cases, each
具体的には、各水中航走体X1〜X7の制御装置4は、たとえば、測位手段2で測位した他の水中航走体X1〜X7の自機に対する相対位置の検出結果の情報を基に、前記(1)式で求まる制御入力に、補正項を加える処理を行う。この補正項を加えた制御入力は、以下の(2)式となる。
(制御入力)=(自機のウェイポイントファイルから求めた入力)
+(音響測位とグラフ理論から求めた補正入力) …(2)
Specifically, the
(Control input) = (Input obtained from the waypoint file of the own machine)
+ (Correction input obtained from acoustic positioning and graph theory) ... (2)
前記(2)式の右辺第1項は、前記(1)式の右辺と同じである。右辺第2項は、補正項であり、本実施形態では、補正項は以下の(3)式のようなPI制御とされている。
ui=Ji*1/Dii*Σj=1〜n[Aij*{Ki*(dij−pij)
+Ii*∫(dij−pij)dt}] …(3)
補正項=変換行列*(比例制御+積分制御)
The first term on the right side of the equation (2) is the same as the right side of the equation (1). The second term on the right side is a correction term, and in the present embodiment, the correction term is PI control as shown in the following equation (3).
u i = J i * 1 / D ii * Σ j = 1 to n [A ij * {K i * (d ij − p ij ))
+ I i * ∫ ( dig − p ij ) dt}]… (3)
Correction term = transformation matrix * (proportional control + integral control)
uiは、補正項として、測位手段2による測位結果とグラフ理論から求めた入力であり、アクチュエータ3への制御入力の指令となる値である。
u i, as a correction term, an input obtained from a positioning result and graph theory by the positioning means 2, which is a command to become the value of the control input to the
Jiは、水中航走体X1〜X7の位置検出手段1で検出される地球座標系(慣性航法装置を使用している場合は慣性座標系)と、アクチュエータ座標系との変換行列である。 J i is the earth coordinate system detected by the position detecting means 1 underwater vehicle X1~X7 and (inertial coordinate system when using an inertial navigation system), a transformation matrix between the actuators coordinate system.
ここで、水中航走体X1〜X7では、各種スラスタや舵などのようにアクチュエータ3が複数の場合は、それぞれのアクチュエータ3の配置と向きが、並進運動と回転運動に関与し、この並進運動と回転運動の結果である自機の進行する方向と速度に関与している。したがって、水中航走体X1〜X7では、複数のアクチュエータ3の個々の制御量を行列により決めて合成すると、複数のアクチュエータ3の制御の結果として、地球座標系における水中航走体X1〜X7の移動方向と速度とが定まる。
Here, in the underwater vehicles X1 to X7, when there are a plurality of
よって、アクチュエータ3の配置と向きから定義されるアクチュエータ3の制御量を合成した行列を、アクチュエータ座標系という。これは、アクチュエータ数×6次の行列となる。
Therefore, a matrix that synthesizes the control amount of the
Diiは、グラフの次数行列Dのi行i列成分であり、グラフの隣接数を意味する。i番目の水中航走体X1〜X7が測位できている他の水中航走体X1〜X7の数が代入される。 Di i is an i-row i-column component of the degree matrix D of the graph, and means the number of adjacent numbers in the graph. The number of other underwater vehicles X1 to X7 for which the i-th underwater vehicle X1 to X7 can be positioned is substituted.
Aijは、グラフの隣接行列Aのi行j列成分であり、i番目の水中航走体X1〜X7がj番目の水中航走体X1〜X7を測位できていれば1、そうでなければ0が代入される。 A ij is a component of the i-th row and j-column of the adjacency matrix A of the graph, and if the i-th underwater vehicle X1 to X7 can position the j-th underwater vehicle X1 to X7, it must be 1. If 0 is substituted.
dijは、i番目の水中航走体X1〜X7とj番目の水中航走体X1〜X7との相対位置の目標値である。 dij is a target value of the relative position between the i-th underwater vehicle X1 to X7 and the j-th underwater vehicle X1 to X7.
pijは、i番目の水中航走体X1〜X7とj番目の水中航走体X1〜X7の相対位置の現在値である。 p ij is the current value of the relative positions of i-th underwater vehicle X1 to X7 and j th underwater vehicle X1 to X7.
Kiは、比例ゲインである。この比例ゲインは、限界感度法など一般的に用いられている手法で決定すればよい。 Ki is a proportional gain. This proportional gain may be determined by a commonly used method such as the limit sensitivity method.
Iiは、積分ゲインであり、一般的な方法で決定してよい。なお、測位が一定時間以上途切れた場合は、積分した値をゼロリセットするものとする。 I i is the integral gain and may be determined by a general method. If the positioning is interrupted for a certain period of time or longer, the integrated value shall be reset to zero.
以上の構成としてある水中航走体X1〜X7を備えた本実施形態の移動体制御システムでは、各水中航走体X1〜X7を図2(a)に示した横一列のI字型の編隊を組んで移動させる。 In the mobile control system of the present embodiment including the underwater navigation bodies X1 to X7 having the above configuration, each underwater navigation body X1 to X7 is arranged in a horizontal row I-shaped formation shown in FIG. 2 (a). Assemble and move.
この際、各水中航走体X1〜X7のうちのいずれかが、障害物回避などのためにウェイポイントファイルで設定されている移動コースから外れたところを航走すると、その移動コースから外れた水中航走体X1〜X7では、自機と必須測位対象を含む他の水中航走体X1〜X7との相対位置の実測値が、相対位置の目標値から偏差を生じる。 At this time, if any one of the underwater vehicles X1 to X7 sails off the movement course set in the waypoint file for obstacle avoidance, etc., the vehicle deviates from the movement course. In the underwater vehicles X1 to X7, the measured values of the relative positions of the own aircraft and other underwater vehicles X1 to X7 including the essential positioning target deviate from the target values of the relative positions.
また、移動コースから外れた水中航走体X1〜X7を必須測位対象としている他の水中航走体X1〜X7においても、自機と必須測位対象を含む他の水中航走体X1〜X7との相対位置の実測値が、相対位置の目標値から偏差を生じる。 Further, in the other underwater navigation bodies X1 to X7 whose essential positioning targets are the underwater navigation bodies X1 to X7 off the moving course, the other underwater navigation bodies X1 to X7 including the own aircraft and the essential positioning target are also included. The measured value of the relative position of is deviated from the target value of the relative position.
このように、前記相対位置の実測値が、相対位置の目標値から偏差を生じた水中航走体X1〜X7では、制御装置4より、その変化が解消するための制御入力がアクチュエータ3へ指令として与えられるようになる。
In this way, in the underwater vehicles X1 to X7 in which the measured value of the relative position deviates from the target value of the relative position, the
これにより、図4に概要を示すように、水中航走体Xiと水中航走体Xjの編隊修正時点での相対位置の目標値が図4に一点鎖線P0で示す如き状態であるのに対し、相対位置の現在値が図4に実線P1で示す状態である場合は、この相対位置の現在値P1が、編隊修正時点で相対位置の目標値P0に一致するように修正される。 As a result, as shown in the outline in FIG. 4, the target value of the relative position of the underwater vehicle Xi and the underwater vehicle Xj at the time of formation modification is as shown by the alternate long and short dash line P0 in FIG. When the current value of the relative position is in the state shown by the solid line P1 in FIG. 4, the current value P1 of this relative position is corrected so as to match the target value P0 of the relative position at the time of formation correction.
このため、各水中航走体X1〜X7は、相対位置関係を保持した状態で移動することができて、全体では前記所定形状の編隊を保持することができる。あるいは、前記所定形状の編隊が一時的に崩れたとしても、各水中航走体X1〜X7は、所定形状の編隊を再び組んで移動することができる。 Therefore, each of the underwater vehicles X1 to X7 can move while maintaining the relative positional relationship, and can hold the formation of the predetermined shape as a whole. Alternatively, even if the formation of the predetermined shape temporarily collapses, each of the underwater vehicles X1 to X7 can move by reassembling the formation of the predetermined shape.
したがって、本実施形態の移動体制御方法および移動体制御システムによれば、複数の水中航走体X1〜X7を、所定形状の編隊を組んだ状態で移動させることができる。この際、各水中航走体X1〜X7は、主機や追従機を定める必要はない。 Therefore, according to the mobile body control method and the mobile body control system of the present embodiment, it is possible to move a plurality of underwater vehicles X1 to X7 in a state of forming a formation having a predetermined shape. At this time, it is not necessary to determine the main engine and the follower of each of the underwater vehicles X1 to X7.
更に、本実施形態の移動体制御方法および移動体制御システムは、水中航走体X1〜X7では、測位手段2による他の水中航走体X1〜X7の測位を行うのみでよく、通信は必要としない。なお、一般に、測位に用いる信号は、通信に用いる信号に比して情報量が少なくてよいため、測位が可能な距離は、通信が可能な距離に比して大となる。 Further, in the mobile body control method and the mobile body control system of the present embodiment, the underwater vehicle X1 to X7 need only perform positioning of the other underwater vehicle X1 to X7 by the positioning means 2, and communication is required. Do not. In general, the signal used for positioning may have a smaller amount of information than the signal used for communication, so that the distance at which positioning is possible is larger than the distance at which communication is possible.
したがって、本実施形態の移動体制御方法および移動体制御システムでは、水中航走体X1〜X7により構成する編隊のサイズの拡大化を図ることができる。 Therefore, in the mobile body control method and the mobile body control system of the present embodiment, it is possible to increase the size of the formation composed of the underwater navigation bodies X1 to X7.
また、個々の水中航走体X1〜X7では、自機に装備されている測位手段2の測位範囲に存在している他の水中航走体X1〜X7の測位を行うことができればよいため、編隊を構成する水中航走体X1〜X7の数の制限を解消することが可能である。 Further, since it is sufficient that the individual underwater vehicles X1 to X7 can perform positioning of other underwater vehicles X1 to X7 existing in the positioning range of the positioning means 2 equipped in the own machine. It is possible to eliminate the limitation on the number of underwater navigation bodies X1 to X7 that form a formation.
制御装置4にて求めるアクチュエータ3の制御入力の補正項は、(3)式のようなPI制御とすることが好ましい。これは、比例制御項および積分制御項が共に目標値と現在値のフィードバック制御のため、相対位置の目標値と現在値との差が大きくなると、補正項の影響が大きくなるためである。
It is preferable that the correction term of the control input of the
更に、補正項は、前記PI制御に代えて、以下に示すようなP制御や、PID制御や、フィードバック制御など、目標値に追従させるための制御則として既存の、あるいは、従来提案されている任意の制御則を適用してもよい。 Further, the correction term is existing or conventionally proposed as a control rule for following the target value, such as P control, PID control, and feedback control as shown below, instead of the PI control. Any control law may be applied.
P制御の場合は、補正項は以下の(4)式のようにすればよい。
ui=Ji*1/Dii*Σj=1〜n[Aij*{Ki*(dij−pij)}] …(4)
補正項=変換行列*比例制御
In the case of P control, the correction term may be as shown in Eq. (4) below.
u i = J i * 1 / D ii * Σ j = 1 to n [A ij * {K i * ( dig − p ij )}]… (4)
Correction term = transformation matrix * proportional control
PID制御の場合は、補正項は以下の(5)式のようにすればよい。
ui=Ji*1/Dii*Σj=1〜n[Aij*{Ki*(dij−pij)
+Ii*∫(dij−pij)dt+Di*(0−vij)}] …(5)
補正項=変換行列*(比例制御+積分制御+微分制御)
In the case of PID control, the correction term may be as shown in Eq. (5) below.
u i = J i * 1 / D ii * Σ j = 1 to n [A ij * {K i * (d ij − p ij ))
+ I i * ∫ ( dig − p ij ) dt + Di * (0-v ij )}]… (5)
Correction term = transformation matrix * (proportional control + integral control + differential control)
(5)式において、Diは、微分ゲインである。vijは、i番目の水中航走体X1〜X7とj番目の水中航走体X1〜X7との相対速度である。微分制御項の目標は、前記相対速度を0とすることである。 In equation (5), Di is a differential gain. v ij is the relative speed between the i-th underwater vehicle X1 to X7 and the j-th underwater vehicle X1 to X7. The goal of the differential control term is to set the relative velocity to zero.
フィードバック制御の場合は、補正項は以下の(6)式のようにすればよい。
ui=Ji*1/Dii*Σj=1〜n{Aij*Fij} …(6)
補正項=変換行列*フィードバック制御
In the case of feedback control, the correction term may be as shown in Eq. (6) below.
u i = J i * 1 / D ii * Σ j = 1 to n {A ij * F ij }… (6)
Correction term = transformation matrix * feedback control
(6)式において、Fijは、i番目の水中航走体X1〜X7とj番目の水中航走体X1〜X7がとるべき相対位置関係についてのフィードバック制御である。 (6) In the formula, F ij is the i-th underwater vehicle X1~X7 and j th underwater vehicle X1~X7 feedback control of the relative positional relationship to be taken.
なお、P制御の場合は、位置検出手段1は、前述したPI制御の場合と同様に、水中航走体Xの自機の位置を検出する機能を備えるものとすればよい。これに対し、PID制御の場合は、位置検出手段1は、水中航走体Xの自機の位置と速度とを検出する機能を備えるものとすればよい。また、フィードバック制御の場合は、位置検出手段1は、水中航走体Xの自機のフィードバック制御に必要な情報を検出する機能を備えるものとすればよい。 In the case of P control, the position detecting means 1 may be provided with a function of detecting the position of its own machine of the underwater vehicle X, as in the case of the PI control described above. On the other hand, in the case of PID control, the position detecting means 1 may be provided with a function of detecting the position and speed of the underwater vehicle X. Further, in the case of feedback control, the position detecting means 1 may be provided with a function of detecting information necessary for feedback control of the underwater vehicle X itself.
ところで、本実施形態では、各水中航走体X1〜X7に、必須測位対象の水中航走体X1〜X7を設定することにより、グラフ理論で合意条件が得られる全域木のグラフ構造を形成している。 By the way, in the present embodiment, by setting the underwater navigation bodies X1 to X7 to be essential positioning targets in each of the underwater navigation bodies X1 to X7, a graph structure of a spanning tree from which consensus conditions can be obtained in the graph theory is formed. ing.
そのため、各水中航走体X1〜X7にて、必須測位対象の水中航走体X1〜X7の測位を行うことが完全に不能になると、前記グラフ理論の合意条件(グラフの連結条件)が崩れてしまい、編隊を維持できなくなる。 Therefore, if it becomes completely impossible for each underwater vehicle X1 to X7 to perform positioning of the essential positioning target underwater vehicle X1 to X7, the agreement condition (graph connection condition) of the graph theory is broken. It will be impossible to maintain the formation.
このような自体を避ける手法の一つとしては、各水中航走体X1〜X7と必須測位対象の水中航走体X1〜X7との相対位置の目標値を、測位手段2による測位可能な範囲の限界に比して、十分に小さく設定するようにすればよい。 As one of the methods for avoiding such a situation, the target value of the relative position between each underwater vehicle X1 to X7 and the essential positioning target underwater vehicle X1 to X7 can be determined by the positioning means 2. It should be set sufficiently small compared to the limit of.
あるいは、各水中航走体X1〜X7の制御装置4にて、以下の応用例に示すような処理を更に行うようにしてもよい。
Alternatively, the
[第1実施形態の応用例]
本応用例では、各水中航走体X1〜X7の制御装置4は、第1実施形態で説明した機能に加えて、必須測位対象の水中航走体X1〜X7についての測位が不安定になると、完全に測位できなくなる前に、測位を再確立させるように自機を制御する機能を備える。
[Application example of the first embodiment]
In this application example, in addition to the functions described in the first embodiment, the
ここで、測位が不安定とは、測位手段2による測位の処理が、ある間隔で繰り返し行われている状態にて、過去の設定された期間、あるいは、過去の設定された回数の測位処理において、必須測位対象の水中航走体X1〜X7についての測位が成功した回数の割合が、設定されたしきい値以下になることを意味している。たとえば、制御装置4は、測位手段2による過去10回の測位処理において、必須測位対象の水中航走体X1〜X7の測位が成功した回数の割合が50%以下になると、測位が不安定と判断するようにすればよい。
Here, the unstable positioning means that the positioning process by the positioning means 2 is repeated at a certain interval, and the positioning process is performed for a set period in the past or a set number of times in the past. This means that the ratio of the number of successful positionings for the underwater vehicles X1 to X7, which are the essential positioning targets, is equal to or less than the set threshold value. For example, in the
あるいは、測位手段2が、測位の状況や測位の精度についての情報を出力する機能を有するものである場合は、制御装置4は、その情報に基づいて、測位の状況や測位の精度が設定されたしきい値以下になると、測位が不安定と判断するようにしてもよい。
Alternatively, when the positioning means 2 has a function of outputting information about the positioning status and the positioning accuracy, the
各水中航走体X1〜X7の制御装置4は、必須測位対象の水中航走体X1〜X7についての測位が不安定になると、必須測位対象の水中航走体X1〜X7に近付く方向に移動する制御入力を、アクチュエータ3へ指令する。
When the positioning of the underwater vehicles X1 to X7, which are the essential positioning targets, becomes unstable, the
このとき、制御装置4は、必須測位対象の水中航走体X1〜X7の現在位置については、測位情報が十分に得られていない。そこで、制御装置4は、以下の2つの情報を基に、必須測位対象の水中航走体X1〜X7の位置を予測するようにすればよい。
At this time, the
1つ目は、測位が不安定になるまでの必須測位対象の水中航走体X1〜X7の測位結果である。2つ目は、記憶部5に記憶されている必須測位対象の水中航走体X1〜X7のウェイポイントファイルの情報である。なお、予測方法は、線形近似や2次近似などの一般的な手法を用いるようにすればよい。 The first is the positioning result of the underwater vehicles X1 to X7, which are essential positioning targets until the positioning becomes unstable. The second is the information of the waypoint files of the underwater vehicles X1 to X7, which are the essential positioning targets, stored in the storage unit 5. As the prediction method, a general method such as linear approximation or quadratic approximation may be used.
制御装置4は、このようにして予測した必須測位対象の水中航走体X1〜X7の位置に自機が近付く方向に移動する制御入力を、アクチュエータ3へ指令する。
The
これにより、各水中航走体X1〜X7は、必須測位対象の水中航走体X1〜X7に近付く方向へ移動する。 As a result, each of the underwater vehicles X1 to X7 moves in a direction approaching the underwater vehicles X1 to X7, which are essential positioning targets.
この移動に伴って、必須測位対象の水中航走体X1〜X7に対する測位の不安定な状況が解消されると、制御装置4は、前記した第1実施形態の制御を再開する。
With this movement, when the unstable situation of positioning of the underwater vehicles X1 to X7, which are the essential positioning targets, is resolved, the
これにより、本応用例の移動体制御方法および移動体制御システムによれば、各水中航走体X1〜X7の測位手段2では、必須測位対象の水中航走体X1〜X7の測位が可能な状態を保持することができるため、水中航走体X1〜X7による編隊を、より確実に、あるいは、より安定に保持することができる。 As a result, according to the moving body control method and the moving body control system of the present application example, the positioning means 2 of each underwater vehicle X1 to X7 can position the underwater vehicle X1 to X7, which is an essential positioning target. Since the state can be maintained, the formation by the underwater navigation bodies X1 to X7 can be more reliably or more stably maintained.
[第1実施形態の変形例]
なお、第1実施形態では、図2(a)に示したように、7機の水中航走体X1〜X7が、横一列のI字型の編隊を組んで移動する場合の例について説明したが、斜め方向に延びる一列の編隊や、縦一列の編隊を組んで移動する場合に適用してもよい。
[Modified example of the first embodiment]
In the first embodiment, as shown in FIG. 2A, an example in which seven underwater vehicles X1 to X7 move in a horizontal row of I-shaped formations has been described. However, it may be applied when moving in a single row extending diagonally or in a vertical single row formation.
また、一連(一筆書きが可能な形状)の編隊の例としては、図2(b)に示すようなV字型の編隊や、図2(b)の編隊の前後を入れ替えた形状(逆V字型)の編隊を組んで移動する場合に適用してもよい。この場合、V字の一方の直線部分と、他方の直線部分に配置される水中航走体X1〜X7の数は異なっていてもよい。 Examples of a series of formations (a shape that allows one-stroke writing) include a V-shaped formation as shown in FIG. 2 (b) and a shape in which the front and back of the formation in FIG. 2 (b) are interchanged (inverted V). It may be applied when moving in a formation of (character type). In this case, the number of the underwater vehicles X1 to X7 arranged in one straight line portion of the V shape and the other straight line portion may be different.
更に、図2(c)に示すような複数の水中航走体X、たとえば、8機の水中航走体X1〜X8がO字型の編隊を組んで航走する場合に適用してもよい。 Further, it may be applied when a plurality of underwater navigation bodies X as shown in FIG. 2C, for example, eight underwater navigation bodies X1 to X8 sail in an O-shaped formation. ..
このように、編隊が環状の構成となる場合は、1番目の水中航走体X1は、順番が最後の水中航走体X8を必須測位対象に設定する構成としてもよい。この場合、グラフ理論における合意条件は、グラフ構造が強連結であることになる。この場合も、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 In this way, when the formation has a circular configuration, the first underwater vehicle X1 may be configured to set the last underwater vehicle X8 as an essential positioning target. In this case, the consensus condition in graph theory is that the graph structure is strongly connected. In this case as well, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
なお、本発明は前記実施形態にのみ限定されるものではなく、前記実施形態と応用例、変形例においては、水中航走体X1〜X7,X8のいずれかが、無人水上艇の測位を行う機能を備えるようにしてもよい。この場合、無人水上艇は、全地球航法衛星システム(GNSS)の受信装置を備えていれば、地球座標系における位置情報を得られるため、この無人水上艇が、地球座標系に設定された正しい移動コースを移動すれば、水中航走体X1〜X7,X8の編隊の形状の保持に加えて、編隊の位置を、各水中航走体X1〜X7,X8のウェイポイントで地球座標系に設定されたコースに合わせて、補正することができる。 The present invention is not limited to the embodiment, and in the embodiment, the application example, and the modified example, any one of the underwater vehicles X1 to X7 and X8 positions the unmanned surface boat. It may be provided with a function. In this case, if the unmanned surface boat is equipped with a receiver of the Global Navigation Satellite System (GNSS), the position information in the earth coordinate system can be obtained. Therefore, this unmanned surface boat is correctly set in the earth coordinate system. If you move the movement course, in addition to maintaining the shape of the formation of the underwater navigation bodies X1 to X7, X8, the position of the formation is set in the earth coordinate system at the waypoints of each underwater navigation body X1 to X7, X8. It can be corrected according to the course.
また、海底に地球座標系における位置が既知のランドマークを設置し、水中航走体X1〜X7,X8のいずれかが、このランドマークの測位を行う機能を備える構成としてもよい。この場合は、水中航走体X1〜X7,X8の位置検出手段1として慣性航法装置を用いているときに、各水中航走体X1〜X7,X8のうち、前記ランドマークの近くを通過して測位可能なものでは、位置検出手段1としての慣性航法装置の位置誤差を修正することができる。このように位置誤差を修正した水中航走体X1〜X7,X8は、地球座標系に設定されたウェイポイントに正しくしたがって移動することができる。したがって、この位置誤差が修正された水中航走体X1〜X7,X8を他の水中航走体X1〜X7,X8が測位することで、水中航走体X1〜X7,X8の編隊の形状の保持に加えて、編隊の位置を、各水中航走体X1〜X7,X8のウェイポイントで地球座標系に設定されたコースに合わせて、補正することができる。 Further, a landmark whose position in the earth coordinate system is known may be installed on the seabed, and any of the underwater vehicles X1 to X7 and X8 may have a function of positioning the landmark. In this case, when the inertial navigation system is used as the position detecting means 1 of the underwater navigation bodies X1 to X7 and X8, the underwater navigation bodies X1 to X7 and X8 pass near the landmark. If the positioning is possible, the position error of the inertial navigation system as the position detecting means 1 can be corrected. The underwater vehicles X1 to X7 and X8 having the positional error corrected in this way can move correctly and therefore to the waypoints set in the earth coordinate system. Therefore, when the other underwater vehicles X1 to X7 and X8 position the underwater vehicles X1 to X7 and X8 in which this position error is corrected, the shape of the formation of the underwater vehicles X1 to X7 and X8 is formed. In addition to holding, the position of the formation can be corrected to match the course set in the Earth coordinate system at the waypoints of each underwater vehicle X1 to X7, X8.
本発明の移動体制御方法および移動体制御システムは、編隊を組んで移動させる移動体であれば、水中航走体以外の移動体を適用対象としてもよい。 The mobile body control method and the mobile body control system of the present invention may be applied to a moving body other than the underwater navigating body as long as it is a moving body to be moved in a formation.
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。 Of course, various other changes can be made without departing from the gist of the present invention.
1 位置検出手段、2 測位手段、3 アクチュエータ、4 制御装置、5 記憶部、X,X1,X2,X3,X4,X5,X6,X7,X8 水中航走体(移動体)、v1,v2,v3 頂点、a1,a2,a3 弧、P0 相対位置の目標値、P1 相対位置の現在値 1 Position detection means, 2 Positioning means, 3 Actuator, 4 Control device, 5 Storage unit, X, X1, X2, X3, X4, X5, X6, X7, X8 Underwater vehicle (moving body), v1, v2 v3 vertex, a1, a2, a3 arc, P0 relative position target value, P1 relative position current value
Claims (3)
各移動体をグラフ理論における頂点とし、該各移動体に備えた測位手段による他の移動体の測位可能な状態をグラフ理論における弧として、前記移動体に、必ず測位すべき他の移動体である必須測位対象の移動体を、全域木または強連結なグラフ構造が形成される状態に設定する処理と、
前記各移動体に備えた記憶部に、自機の移動計画と、前記測位手段で測位される前記必須測位対象を含む他の移動体の移動計画とを記憶させる処理とを行い、
前記各移動体の編隊を組んでの移動時には、
該各移動体の前記測位手段により前記必須測位対象を含む他の移動体の測位を行う処理と、
前記各移動体にて、前記測位手段の測位結果から、測位時点について、自機と前記必須測位対象を含む他の移動体との相対位置の実測値を求める処理と、
前記記憶部に記憶されている前記各移動計画を基に、前記測位時点よりも後に設定される編隊修正時点で、自機と前記必須測位対象を含む他の移動体とが取るべき相対位置の目標値を求める処理と、
前記相対位置の実測値と前記グラフ理論とから求めた補正値を前記目標値に加算することにより補正目標値を求める処理と、
前記相対位置の実測値について、前記補正目標値からの偏差を求める処理と、
前記偏差が前記編隊修正時点でゼロとなるように、自機のアクチュエータへ制御入力を与える処理とを行う
ことを特徴とする移動体制御方法。 For multiple mobiles that move in formation
Each moving body is set as the apex in the graph theory, and the positionable state of the other moving body by the positioning means provided for each moving body is used as an arc in the graph theory. The process of setting a certain essential positioning target mobile object to a state in which a spanning tree or a strongly connected graph structure is formed.
A process of storing the movement plan of the own machine and the movement plan of another moving body including the essential positioning target to be positioned by the positioning means is performed in the storage unit provided for each moving body.
When moving in formation of each of the above moving bodies,
A process of positioning another mobile body including the essential positioning target by the positioning means of each mobile body, and
In each of the moving bodies, a process of obtaining an actually measured value of a relative position between the own machine and another moving body including the essential positioning target at the positioning time point from the positioning result of the positioning means.
Based on each movement plan stored in the storage unit, the relative position to be taken by the own aircraft and other moving objects including the essential positioning target at the formation correction time set after the positioning time. The process of finding the target value and
A process of obtaining a correction target value by adding the actually measured value of the relative position and the correction value obtained from the graph theory to the target value.
With respect to the measured value of the relative position, the process of obtaining the deviation from the correction target value and
A mobile body control method characterized in that a process of giving a control input to an actuator of the own machine is performed so that the deviation becomes zero at the time of the formation correction.
請求項1記載の移動体制御方法。 The mobile body control method according to claim 1, wherein the formation formed by the plurality of moving bodies is formed into a series of formations.
自機の位置を検出する位置検出手段と、
他の移動体の測位を行う測位手段と、
アクチュエータと、
制御装置と、
記憶部と、を備え、
前記制御装置には、前記編隊を組む各移動体をグラフ理論における頂点とし、該各移動体の前記測位手段による他の移動体の測位可能な状態をグラフ理論における弧として、全域木または強連結なグラフ構造が形成される状態になるよう必ず測位すべき他の移動体である必須測位対象の移動体が設定され、
前記記憶部は、自機の移動計画と、前記測位手段で測位される前記必須測位対象を含む他の移動体の移動計画とを記憶する機能を備え、
更に、前記制御装置は、
前記測位手段の測位結果から、自機と前記必須測位対象を含む他の移動体との相対位置の実測値を求める処理と、
前記記憶部に記憶されている前記各移動計画を基に、前記測位時点よりも後に設定される編隊修正時点で、自機と前記必須測位対象を含む他の移動体とが取るべき相対位置の目標値を求める処理と、
前記相対位置の実測値と前記グラフ理論とから求めた補正値を前記目標値に加算することにより補正目標値を求める処理と、
前記相対位置の実測値について、前記補正目標値からの偏差を求める処理と、
前記偏差が前記編隊修正時点でゼロとなるように、前記アクチュエータへ制御入力を与える処理とを行う機能を備えること
を特徴とする移動体制御システム。 For mobiles that move in formation
Position detection means to detect the position of your own machine,
Positioning means for positioning other mobile objects and
Actuator and
Control device and
With a memory
In the control device, each mobile body forming the formation is set as the apex in the graph theory, and the positionable state of the other moving body by the positioning means of the moving body is set as an arc in the graph theory, and is a spanning tree or strongly connected. Indispensable positioning target mobiles, which are other mobiles that must be positioned, are set so that a graph structure is formed.
The storage unit has a function of storing a movement plan of the own machine and a movement plan of another moving body including the essential positioning target positioned by the positioning means.
Further, the control device is
From the positioning result of the positioning means, a process of obtaining an actually measured value of a relative position between the own machine and another moving body including the essential positioning target, and
Based on each movement plan stored in the storage unit, the relative position to be taken by the own aircraft and other moving objects including the essential positioning target at the formation correction time set after the positioning time. The process of finding the target value and
The process of obtaining the correction target value by adding the actually measured value of the relative position and the correction value obtained from the graph theory to the target value, and
With respect to the measured value of the relative position, the process of obtaining the deviation from the correction target value and
A mobile control system characterized by having a function of performing a process of giving a control input to the actuator so that the deviation becomes zero at the time of the formation correction.
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