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Low-altitude cruising AUV system for rapid and high-resolution bottom survey

Research Project

Project/Area Number 23K21009
Project/Area Number (Other) 21H01555 (2021-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 24020:Marine engineering-related
Research InstitutionNational Institute of Maritime, Port and Aviation Technology

Principal Investigator

金 岡秀  国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 上席研究員 (30396907)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 佐藤 匠  国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, 海上技術安全研究所, 研究員 (40805131)
今里 元信  国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所, その他部局等, 研究員 (80443240)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Keywords最適誘導・航法 / 航行型AUV / 高精度・高品位 / 機体プロトタイプ / 耐衝撃性機体構造 / 超低高度 / AUV / 最適誘導 / 制御 / 航法 / 実証機システム / プロトタイプ / 耐衝撃性 / 低高度 / 海底精査
Outline of Research at the Start

本課題では、従来困難とされてきた高速・広域の海底調査と、高精度・高品位の情報収集との両立を目指し、至近距離まで海底に接近できる超低高度航行型AUVシステムの機体プロトタイプ及び、その運用手法としての最適誘導・航法を研究・開発する。劣駆動の挙動特性に起因する海底衝突の危険性から、航行型AUVは通常数十メートル以上の高度で航行する。本課題で研究・開発する超低高度航行型AUVシステムは、こうした航行型AUVの運用における大きな制約を克服する手段で、高分解能海底精査に対応できる超低高度航行を実現し、高速・広域の調査を、高精度・高品位の海底情報収集と両立させる、新概念の海底調査プラットフォームである。

Outline of Annual Research Achievements

本課題に関連し、当該年度は次のような研究開発を実施した。
1) 最適誘導制御技術の開発
深度制御をベースとするウェイポイント(航路点)方式の最適誘導制御法を開発し、シミュレーションモデルを構築した。現状、AUVによる海底調査において、最も重要なのがマルチビーム測深器(Multi-Beam Echo Sounder: MBES)による海底地形の計測である。MBES計測は機体の動揺、特にピッチ動揺に深刻な脆弱性を持ち、ピッチ動揺の抑制に有利な深度制御を選び、高品位の海底地形計測に理想とされている一定高度航行の軌道に最も近い航行軌道が得られるよう、ウェイポイントの目標深度を最適化するアルゴリズムを開発した。こうした最適誘導制御技術は、本課題における核心要素技術の一つである。
2) 実証機システムの設計
超低高度航行型AUV機体プロトタイプの概念を具現化した実証機システムの設計を行った。想定する実機の約1/10スケールで設計した実証機プロトタイプは、主に水槽試験に使われるテストベット(testbed)で、センサー、駆動系、通信系等、実証機としての役割が果たせる必要最小限の機器のみを搭載する構成とした。最適誘導制御技術と共に、超低高度航行型AUVシステムの実現に欠かせない技術課題が耐衝撃性機体構造である。本年度の研究では、弾性変形により機体に伝わる衝突衝撃を緩和しながら、衝突に伴う滑り摩擦を転がり摩擦に変換することで、更なる衝突衝撃の低減が図れるローラー付きワイヤーフレームバンパーを考案し、設計した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本課題の実施において当該年度の進捗状況は、当初の計画に対し約85%の達成度と自己評価している。項目別の達成度は、1) 最適誘導制御技術の開発: 100% 2) 実証機システムの設計: 70%で、項目2)が当初の計画より多少遅れている。遅れが発生した主な原因は、世界的な半導体不足の影響を受け、設計したAUVプロトタイプの製作が困難であることが判明し、現状で開発可能な仕様に変更して再設計を行う等で、開発工程が5ヶ月遅延したことにある。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度は、次の2項目を主要実施内容とし、研究開発を行う。
1) 最適誘導航行シミュレーションモデルの開発
前年度に開発した最適誘導制御シミュレーションモデルを、個別機体のダイナミックモデルと機体の下位制御系モデルからなる閉ループ制御モデルに組み入れ、最適誘導航行シミュレーションモデルを開発する。機体のダイナミックモデルについては、研究代表者の所属機関である(国研)海上技術安全研究所の航行型AUV主力機であるNMRI C-AUV#3(4)を選定し、システム同定の手法により、速度、角速度に対する状態空間モデルを求める。また、下位制御系(コントローラ)モデルについては、実機に実装されているPID補償器の状態空間モデルを求める。
2) 実証機システムの製作
前年度に実施した設計結果に基づき、実証機システムを製作する。想定する実機の約1/10スケールのテストベット(testbed)として設計されており、実証機システムには必要最小限のセンサー、駆動系、通信系および制御系を搭載する。また、駆動系および運動制御系としてのウォータージェット推力偏向ノズルが備わり、実証機システムは自航型のプロトタイプとして製作される。実証機システムの製作においては、国内のラジコン専門メーカーと協力し、市販のモデルを活用する方法で開発経費の抑制と効率化を図る。また、実証機システムにおいては、耐衝撃性機体構造を実装しなければならない。こうした構造体としては、前年度に設計したローラー付きワイヤーフレームバンパーを試作し、機体の本体に組み込む。知的財産管理の観点から、耐衝撃性機体構造は研究代表者の所属機関である(国研)海上技術安全研究所内部で制作する。

Report

(1 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Patent(Industrial Property Rights) (5 results) (of which Overseas: 2 results)

  • [Journal Article] Depth-based pseudo-terrain-following navigation for cruising AUVs2023

    • Author(s)
      Kangsoo Kim, Takumi Sato, Atsuo Oono
    • Journal Title

      Control Engineering Practice

      Volume: 131 Pages: 105379-105379

    • DOI

      10.1016/j.conengprac.2022.105379

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Optimal Maneuver-based Navigation for Cruising AUVs2022

    • Author(s)
      Kangsoo Kim
    • Journal Title

      海上技術安全研究所報告

      Volume: 21 Pages: 75-87

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 複数AUV隊列制御による海底調査の新戦略2022

    • Author(s)
      金岡秀、藤原敏文、篠野雅彦、今里元信、岡本章裕、佐藤匠、稲葉祥梧
    • Journal Title

      海上技術安全研究所報告

      Volume: 21 Pages: 17-30

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Simultaneous Multi-AUV Operation as Real Practice - High-efficiency and High-definition Bottom Survey in Izu Islands2021

    • Author(s)
      金岡秀、佐藤匠、稲葉祥梧、大野敦生、松田健也、高島創太郎
    • Journal Title

      Marine Engineering

      Volume: 56 Issue: 1 Pages: 132-138

    • DOI

      10.5988/jime.56.132

    • NAID

      130007975697

    • ISSN
      1346-1427, 1884-3778
    • Year and Date
      2021-01-01
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 複数の水中航走体の揚収方法,及び複数の水中航走体の揚収システム2022

    • Inventor(s)
      金岡秀、大和裕幸
    • Industrial Property Rights Holder
      金岡秀、大和裕幸
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2022
    • Acquisition Date
      2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] Route setting method for underwater vehicle, underwater vehicle optimum control method using same, and underwater vehicle2021

    • Inventor(s)
      Kangsoo Kim
    • Industrial Property Rights Holder
      Kangsoo Kim
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2021
    • Acquisition Date
      2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] Operating method of multiple underwater vehicles and operating system of multiple underwater vehicles2021

    • Inventor(s)
      Kangsoo Kim, Hiroyuki Yamato
    • Industrial Property Rights Holder
      Kangsoo Kim, Hiroyuki Yamato
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2021
    • Acquisition Date
      2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 複数の水中航走体の運用方法,及び複数の水中航走体の運用システム2021

    • Inventor(s)
      金岡秀、大和裕幸
    • Industrial Property Rights Holder
      金岡秀、大和裕幸
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2021
    • Acquisition Date
      2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 水中航走体の管制方法,及び水中航走体の管制システム2021

    • Inventor(s)
      金岡秀、大和裕幸
    • Industrial Property Rights Holder
      金岡秀、大和裕幸
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2021
    • Acquisition Date
      2021
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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