本发明涉及水下运动体。
背景技术：
例如，日本特开2015-177395号公报描述了一种使用无线电波对空中无线通信进行中继并且使用声波对水下无线通信进行中继的中继设备。在水下声波的通信距离比无线电波的通信距离长，因此通常将声波用于水下无线通信。
技术实现要素：
如今，越来越多地使用称为水下无人机的小型无人水下运动体，并且预计水下无人机的使用在渔业中增加，以检查水下设备和进行休闲。随着应用范围的增加，预计未来水下无人机的应用不仅在深水区增加，而且在浅水区也会增加。此外，对于浅水区域中的应用，与深水区域中的应用相比，预计将来需要用户操作的以下高性能。然而，由于声波的水下传输速度低，所以将来无法应对各种应用。
本发明的目的是与将单个通信系统用于水下无线通信的情况相比，提高用户的可操作性。
根据本发明的第一方面，提供了一种水下运动体，该水下运动体包括：通信单元，所述通信单元具有采用不同通信系统的多个通信器并且使用所述多个通信器中的一个通信器与另外的设备进行水下无线通信；获取单元，所述获取单元获取关于深度的信息或随深度变化的信息；以及控制单元，所述控制单元控制所述通信单元以在所述多个通信器之间基于所获取的信息来切换用于水下无线通信的所述一个通信器。
本发明的第二方面提供了根据第一方面的水下运动体，其中，当与所述多个通信器中的任一个通信器都无法通信时，所述控制单元使所述水下运动体运动到预定位置并尝试建立通信。
本发明的第三方面提供了一种根据第二方面的水下运动体，其中，当即使在运动到所述预定位置之后也无法与所述多个通信器通信时，所述控制单元使故障信号发送器发送故障信号。
本发明的第四方面提供了根据第一方面的水下运动体，其中，所述控制单元在所述深度较小的情况下从所述多个通信器中选择具有较快通信速度的通信器。
本发明的第五方面提供了一种根据第四方面的水下运动体，其中，在深度小的区域中，所述控制单元从所述多个通信器中选择使用无线电波的通信器，并且在深度大的区域中，所述控制单元从所述多个通信器中选择使用声波的通信器。
本发明的第六方面提供了一种水下运动体，该水下运动体包括：通信单元，所述通信单元具有采用不同通信系统的多个通信器，并且使用所述多个通信器中的一个通信器与另外的设备进行水下无线通信；以及控制单元，当深度改变时，所述控制单元控制所述通信单元将所述一个通信器切换到所述多个通信器中的另一个通信器。
本发明的第七方面提供了一种水下运动体，该水下运动体包括：通信单元，所述通信单元与另外的设备进行水下无线通信；以及状态检测单元，所述状态检测单元检测由所述通信单元执行的所述水下无线通信的状态。根据所述状态检测单元的检测的结果来改变深度。
根据本发明的第一方面，与单个通信系统用于水下无线通信的情况相比，可以提上高用户的可操作性。
根据本发明的第二方面，与水下运动体不从通信故障的位置运动的情况相比，可以提高恢复通信的可能性。
根据本发明的第三方面，与不发送故障信号的情况相比，可以识别有故障的通信的原因。
根据本发明的第四方面，与单个通信系统用于水下无线通信的情况相比，可以在深度小的区域中提高通信速度。
根据本发明的第五方面，与单个通信系统用于水下无线通信的情况相比，可以在深度小的区域中提高通信速度。
根据本发明的第六方面，与单个通信系统用于水下无线通信的情况相比，可以提高用户的可操作性。
根据本发明的第七方面，与无论通信状态如何都保持深度的情况相比，可以提高恢复通信的可能性。
附图说明
将基于以下附图详细描述本发明的示例性实施方式，在附图中：
图1是示出根据第一示例性实施方式的水下无人机的构造示例的图；
图2是示出根据第一示例性实施方式的控制器的功能构造的示例的框图；
图3是概念上说明由根据第一示例性实施方式的通信控制器执行的在通信系统之间的切换的图；
图4是示出由根据第一示例性实施方式的控制器执行的处理步骤的示例的流程图；
图5是表示根据第二示例性实施方式的水下无人机的构造示例的图；
图6是示出根据第二示例性实施方式的控制器的功能构造的示例的框图；
图7是概念上说明由根据第二示例性实施方式的通信控制器执行的在通信系统之间的切换的图；
图8是示出由根据第二示例性实施方式的控制器执行的处理步骤的示例的流程图；
图9是用于说明由根据第三示例性实施方式的通信控制器执行的控制的概念的图；
图10是示出由根据第三示例性实施方式的通信控制器执行的处理步骤的示例的流程图；
图11是用于说明由根据第四示例性实施方式的通信控制器执行的控制的概念的图；
图12是示出由根据第四示例性实施方式的通信控制器执行的处理步骤的示例的流程图；
图13是第五示例性实施方式中的控制操作的概念图；
图14是示出由根据第五示例性实施方式的通信控制器执行的处理步骤的示例的流程图；
图15是第六示例性实施方式中的控制操作的概念图；并且
图16是示出由根据第六示例性实施方式的通信控制器执行的处理步骤的示例的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。
<第一示例性实施方式>
<水下无人机的构造>
图1是示出根据第一示例性实施方式的水下无人机1的构造示例的图。水下无人机1是水下运动体的示例，更具体地说，是一种无人水下运动体。水下无人机分为自主导航型和远程控制型。在该示例性实施方式中，假设水下无人机是远程控制型的。然而，稍后描述的控制的细节可以应用于自主导航水下无人机。
在根据本示例性实施方式的水下无人机1中，功能单元连接到作为控制单元的示例的控制器10。包括控制器10的功能单元基本上容纳在采用防水结构的壳体中。电力从电池22供给到包括控制器10的功能单元。电池22是电源的示例，并且使用例如一次电池、二次电池和/或燃料电池。应注意，可以使用内燃机作为动力源。
控制器10控制构造水下无人机1的单元。控制器10由中央处理器(cpu)11、只读存储器(rom)12和随机存取存储器(ram)13构造。rom12存储要由cpu11执行的程序。cpu11读取存储在rom12中的程序，并使用ram13作为工作区来执行程序。cpu11通过执行程序来控制构造水下无人机1的功能单元。
水下无人机1配备有采用不同通信系统的多个通信器。在该示例性实施方式的情况下，水下无人机1配备有两种通信器：无线电波通信器15和声波通信器16。无线电波通信器15是发送和接收无线电波的通信器，并且声波通信器16是发送和接收声波的通信器。无线电波通信器15和声波通信器16是构造通信单元的通信器的示例。
该示例性实施方式中的无线电波通信器15使用称为用于通信的超低频无线电波的波长为10km至100km的无线电波。在这种情况下，水下传输距离为10米。应注意的是，当使用称为极低频无线电波的波长为100km至1000km的无线电波进行通信时，水下传输距离为100米。然而，传输距离根据通信是在淡水还是海水中进行而变化，并且受水面上的波浪的存在、浊度和水温的影响。
该示例性实施方式中的声波通信器16使用声波进行通信。一般来说，声波的水下传播距离为几百米至几千米，并且可以达到10000米。在该示例性实施方式的情况下，针对浅水区域选择无线电波通信器15，并且针对深水区域选择声波通信器16。
提供照明器17以照亮工作范围。作为照明器17，例如使用卤素灯，白色发光二极管(led)或彩色led。提供成像摄像头18以捕获工作范围的图像。成像摄像头18可以是拍摄静止图像的相机或拍摄动态图像的相机。捕获的图像例如被存储在ram13中。
深度传感器19利用水压检测深度。深度传感器19将检测到的水压转换为深度，并将深度输出到控制器10。深度的测量精度和分辨率依赖于深度传感器19。
转向器20用于改变运动方向。运动方向通过远程控制来控制或由控制器10执行的程序控制。运动方向不仅包括水平面中的方向，而且还包括垂直方向(表面方向和下降方向)。推进器21例如由螺旋桨和使螺旋桨旋转的马达构成。马达具有防水结构以防止内部生锈。
<控制器的功能构造>
接下来，将描述控制器10的功能构造。图2是示出根据第一示例性实施方式的控制器10的功能构造的示例的框图。控制器10具有深度获取器101和通信控制器102。深度获取器101是获取单元的示例，并且通信控制器102是控制单元的示例。
深度获取器101从深度传感器19获取深度d，并且将深度d例如存储在ram13中。通信控制器102将获取的深度d与阈值th_d进行比较，并且确定用于水下无线通信的通信系统(具体地，通信器)。在该示例性实施方式的情况下，将阈值th_d设置为10m。阈值th_d的值依赖于要使用的无线电波的波长和应用。
图3是概念上说明由根据第一示例性实施方式的通信控制器102执行的在通信系统之间的切换的图。这里的深度d是从水面200到水下无人机1的距离，并且作为由深度传感器19测量的值给出。
通信控制器102将深度d的测量值与阈值th_d进行比较，并根据比较结果确定要使用的通信系统。在该示例性实施方式的情况下，通信控制器102使用比阈值th_d浅的水深区域作为无线电波通信区域201，并且使用比阈值th_d深的水深区域作为声波通信区域202。这是因为与声波相比，无线电波具有较短的水下传输距离和较高的传输速度。
使用具有相对高的传输速度的无线电波提高了水下无人机1对用户操作的响应能力。因此，在浅水区域(无线电波通信区域201)中，与仅将声波用于水下无线通信的情况相比，提高了用户的可操作性。此外，由于高的传输速度，无线电波的使用对于实现由成像摄像头18捕获的图像数据的实时传输也是有利的。
相反，在由于水深较大无线电波难以到达的区域或无线电波不能到达的区域(声波通信区域202)中，通过使用声波，继续远程控制水下无人机1。虽然声波的传输速度低于无线电波的传输速度，但是由于声波的传输距离较长，远程控制也继续进行。应注意，当通信系统切换到声波系统时，当前图像格式可以切换到具有较高压缩率的图像格式。
当检测到满足切换条件时，通信控制器102输出切换信号。具体地说，通信控制器102输出将用于通信的通信器从无线电波通信器15切换到声波通信器16的信号，或者将用于通信的通信器从声波通信器16切换到无线电波通信器15。
<由水下无人机1执行的处理步骤>
接下来，对根据本示例性实施方式的水下无人机1执行的处理步骤进行说明。图4是示出由根据第一示例性实施方式的控制器10(通信控制器102)执行的处理步骤的示例的流程图。控制器10重复地执行图4所示的流程图的处理。在该示例性实施方式的情况下，每当经过预定时间时执行图4所示的流程图。
首先，通信控制器102测量深度d(步骤101)。在该示例性实施方式的情况下，作为深度d，直接使用由深度传感器19测量的值。
接下来，通信控制器102确定深度d是否变得大于阈值th_d(步骤102)。这里的确定是基于d≤th_d的关系是否已经变为d>th_d的关系而进行的。例如，确定测量深度d是否从小于10m的状态改变为大于10m的状态。
当在步骤102中获得肯定结果时，通信控制器102将通信系统从无线电波通信系统(无线电波通信器15)切换到声波通信系统(声波通信器16)(步骤103)。虽然由于切换到声波通信系统，传输速度基本上下降，但是即使达到不能通过无线电波通信系统进行通信的深度d之后，也继续进行图像数据的远程控制和传输。应注意，当选择通过声波通信系统通信时，可以通过增大图像压缩率或增加通信信道的数量来减少传输速度的下降。在这里的切换之后，通信控制器102的流程返回到步骤101。
当在步骤102中获得否定结果时，通信控制器102确定深度d是否变得小于阈值th_d(步骤104)。这里的确定基于d≥th_d的关系是否已经变为d<th_d的关系来进行。例如，确定测量深度d是否从大于10m的状态切换到小于10m的状态。
当在步骤104中获得肯定结果时，通信控制器102将通信系统从声波通信系统(声波通信器16)切换到无线电波通信系统(无线电波通信器15)(步骤105)。切换到无线电波通信系统使传输速度高于声波通信系统中的传输速度。在进行这里的切换之后，通信控制器102的流程返回到步骤101。应注意，当在步骤104中获得否定结果时，通信控制器102不切换通信系统，也就是，保持通信系统，并且流程返回到步骤101。
如上所述，根据本示例性实施方式的水下无人机1的控制器10配备有无线电波通信器15和声波通信器16，并且基于无人机1的深度d是否跨过预定阈值th_d改变来进行使用这两种通信器的通信之间的切换。具体地，在深度小于阈值th_d的区域中，使用无线电波进行通信，并且在深度大于阈值th_d的区域中，使用声波进行通信。因此，与仅将声波用于水下无线通信的情况相比，提高了用户的可操作性。
例如，为了钓鱼、检查船用设施或休闲，假设对在浅水区域中的水下无人机1应用远程控制。如上所述，由于无线电波的传输速度较高，因此与仅使用声波远程控制水下无人机1而不考虑深度的情况相比，提高了用户的可操作性。同时，为了避免诸如结构或地形的水下障碍物，或者由于水流的影响，水下无人机1会运动到无线电波无法到达的深水区域。
然而，当水下无人机1运动到深水区域时，通信系统切换到具有长传输距离的声波通信系统，由此继续进行远程控制。为此，与进使用无线电波执行无线通信的情况相比，用户的可操作性没有降低。应注意，不仅在传输距离在深度方向上增加时，可以执行通信系统间的切换，而且在传输距离在水平方向上增加时，也可以执行通信系统间的切换。因此，增加了水下无人机1的工作范围，并且提高了使用者的可操作性。
虽然在该示例性实施方式中当深度d接近阈值th_d时，由通信控制器102以预定执行间隔重复地执行确定处理，但是可以减小用于确定处理的执行间隔。在这种情况下，当深度d远离阈值th_d时，执行间隔增大，由此减小了电池的消耗。另外，由于在通信系统之间切换的必要性高的阈值th_d附近确定处理的执行频率增加，因此深度d的跨过阈值th_d的改变时机接近于通信系统之间的切换的时机。
虽然在该示例性实施方式中以预定时间间隔进行关于通信系统之间的切换的确定，但是可以根据深度方向上的运动速度(即，无人机1的表面速度或下降速度)来改变执行间隔。例如，当运动速度低时，由于深度的变化小，因此可以增大执行间隔，并且当运动速度高时，由于深度的变化大，因此可以减小执行间隔。
虽然在该示例性实施方式中在检测到测量的深度d跨过阈值th_d的改变之后切换通信系统，但是也可以将深度d与阈值th_d进行简单地比较，并且根据大小关系，可以输出用于切换到无线电波系统或声波系统的信号。尽管在本示例性实施方式中假设水下无人机1与由用户操作以进行远程控制的通信设备(未示出)进行通信的情况，但是水下无人机1可以与安装在船上或浮标上的通信设备进行通信，或者可以在不与外部进行通信的情况下自主导航。
虽然在后面描述的第二实施方式的情况下，使用相同的值作为用于确定在深度d增加和深度d减小的两种情况下是否在通信系统之间进行切换的阈值th_d，但是针对深度d增加和深度d减小的情况，可以使用不同的值。
<第二示例性实施方式>
<水下无人机构造>
图5是示出根据第二示例性实施方式的水下无人机1a的构造示例的图。根据第二示例性实施方式的水下无人机1a不使用关于深度d的信息以在通信系统之间进行切换，并且与根据第一示例性实施方式的上述水下无人机1的不同之处在于使用传输速度v。
在该示例性实施方式中，注意力集中在水下传输速度v在深度d的作用下变化。应注意，传输速度v不仅受到深度d影响，而且也受浪高或透明度(浊度)影响，当浪高高或透明度低时，传输速度v降低。因此，与给出针对深度d的固定阈值th_d的情况相比，在本示例性实施方式中，实现了基于通信状态的改变来选择通信系统。
就本示例性实施方式中的通信系统之间的切换而言，不需要深度传感器19。因此，在图5所示的水下无人机1a上，不安装深度传感器19。然而，出于通信系统之间的切换以外的目的，也可以安装深度传感器19。
<控制器的功能构造>
接下来，将描述控制器10a的功能构造。图6是示出根据第二示例性实施方式的控制器10a的功能构造的示例的框图。控制器10a具有传输速度获取器103和通信控制器104。传输速度获取器103是获取单元的示例，并且通信控制器104是控制单元的示例。
传输速度获取器103基于使用中的通信器(即，无线电波通信器15和声波通信器16中的任一个)与另外的通信设备(例如安装在船上或浮标上)之间交换的数据量获取传输速度v。传输速度v按照每单位时间传输的数据量来计算。
通信控制器104将所获取的传输速度v与阈值th_v进行比较，并且确定用于水下无线通信的通信系统(具体地，通信器)。阈值th_v的值依赖于要使用的无线电波的波长和应用。
图7是概念上说明由根据第二示例性实施方式的通信控制器104执行的在通信系统之间的切换的图。图7示出了用作安装在船300上的通信方的另外的通信设备的示例。如上所述，由传输速度获取器103计算传输速度v。通信控制器104将传输速度v与阈值th_v进行比较，并且根据比较结果确定要使用的通信系统。在该示例性实施方式的情况下，通信控制器104将具有高于阈值th_v的传输速度的区域用作无线电波通信区域203，并且将具有低于阈值th_v的传输速度的区域用作声波通信区域204。这是因为与声波相比，无线电波具有较短的水下传输距离和较高的传输速度。
在无线电波通信区域203中，使用具有相对高传输速度的无线电波提高了水下无人机1a对用户操作的响应能力。因此，在深度小的区域(无线电波通信区域203)中，与仅将声波用于水下无线通信的情况相比，提高了用户的可操作性。此外，由于高传输速度，无线电波的使用对于实现由成像摄像头18捕获的图像数据的实时传输也是有利的。
相反，在声波通信区域204中使用声波，因此尽管传输速度较低，但继续远程控制水下无人机1a。虽然声波的传输速度低于无线电波的传输速度，但是由于声波的较长的传输距离，远程控制也继续进行。应注意，当通信系统切换到声波系统时，当前图像格式可以切换到具有较高压缩率的图像格式。
当检测到满足切换条件时，通信控制器104输出切换信号。具体地，通信控制器104输出将用于通信的通信器从无线电波通信器15切换到声波通信器16的信号，或将用于通信的通信器从声波通信器16切换到无线电波通信器15的信号。在图7中。虽然通信区域被设置在深度方向上，但是当传输距离在水平方向上增加并且传输速度v改变时，可以使用根据本示例性实施方式的通信系统之间的切换。
<水下无人机1a执行的处理步骤>
接下来，对根据本示例性实施方式的水下无人机1a执行的处理步骤进行说明。图8是示出根据第二示例性实施方式的由控制器10a(通信控制器104)执行的处理步骤的示例的流程图。控制器10a重复执行图8所示的流程图的处理。在该示例性实施方式的情况下，每当经过预定时间时执行图8所示的流程图。
首先，通信控制器104从传输速度获取器103获取传输速度v(步骤201)。然后，通信控制器104确定传输速度v是否变得比阈值th_v1慢(步骤202)。这里的确定基于v≥th_v1的关系是否变为v<th_v1的关系来进行。阈值th_v1是当进行从无线电波切换到声波时使用的阈值，并且基于无线电波的传输速度来定义。
当在步骤202中获得肯定结果时，通信控制器104将通信系统从无线电波通信系统(无线电波通信器15)切换到声波通信系统(声波通信器16)(步骤203)。虽然由于切换到声波通信系统，传输速度基本上降低，但即使在断开无线电波通信系统中的通信的改变后的通信状态下(例如，即使在深度超过无线电波的传输距离之后)，也继续进行图像数据的远程控制和传输。应注意，在通过声波通信系统的通信中，可以通过增强图像压缩率或增加通信信道的数量来减小传输速度的降低。在这里的切换之后，通信控制器104的流程返回到步骤201。
当在步骤202中获得否定结果时，通信控制器104确定传输速度v是否变得高于阈值th_v2(步骤204)。这里的判定基于v≤th_v2的关系是否变为v>th_v2的关系来进行。阈值th_v2是在进行从声波切换到无线电波时使用的阈值，并且基于声波的传输速度来定义。应注意，尽管在这里的描述中使用了两种类型的阈值th_v1和th_v2，但是对于进行从无线电波切换到声波以及进行从声波切换到无线电波的两种情况，可以使用共用阈值。
当在步骤204中获得肯定结果时，通信控制器104将通信系统从声波通信系统(声波通信器16)切换到无线电波通信系统(无线电波通信器15)(步骤205)。在声波的情况下，在浅水区域中的传输速度v高于深水区域。通信控制器104检测该改变。将通信系统切换到无线电波通信系统使传输速度高于声波通信系统中的传输速度。
在这里的切换之后，通信控制器104的流程返回到步骤201。应注意，当在步骤204中获得否定结果时，通信控制器104不切换通信系统，也就是，保持通信系统，并且流程返回到步骤201。
如上所述，根据本示例性实施方式的水下无人机1a的控制器10a配备有无线电波通信器15和声波通信器16，并且基于在确定时测量的传输速度v是否跨过预定阈值th_v(th_v1或th_v2)改变来进行使用这两种类型的通信器的通信之间的切换。
具体而言，当水下无人机1a通过无线电波进行通信时，在传输速度v高于阈值th_v1的水域中，保持经由无线电波进行通信，并且在传输速度v低于阈值th_v1的水域中，使用声波进行通信。在另一方面，当水下无人机1a经由声波进行通信时，在传输速度v低于阈值th_v2的水域中，保持经由声波进行通信，并且在传输速度v高于阈值th_v2的水域中，则使用无线电波进行通信。
换句话说，当水下无人机1a的工作水域变为浅区域时，进行切换到经由具有较高传动速度的无线电波的通信，并且当水下无人机1a的工作水域变为深区域且传输速度降低时，进行切换到经由具有较长传输距离的声波的通信。因此，与仅将声波用于水下无线通信的情况相比，提高了用户的可操作性。
例如，为了钓鱼、检查船用设施或休闲，假设对在浅水区域中的水下无人机1应用远程控制。如上所述，由于无线电波的传输速度较高，因此与仅使用声波远程控制水下无人机1而不考虑深度的情况相比，提高了用户的可操作性。同时，为了避免诸如结构或地形的水下障碍物，或者由于水流的影响，水下无人机1会运动到无线电波无法到达的深水区域。
然而，当水下无人机1运动到深水区域并且传输速度v减小时，通信系统切换到具有长传输距离的声波通信系统，并且因此继续进行远程控制。为此，与仅使用无线电波进行无线通信的情况相比，提高了用户的可操作性。应注意，通信系统之间的切换不限于传输距离在深度方向上增加时。例如，当传输距离在水平方向上增加时，通信系统之间的切换也使得水下无人机1的工作水域增大，由此提高了用户的可操作性。
尽管在上述示例性实施方式中以预定的执行间隔重复地执行通信控制器102的确定处理，但是当传输速度v接近阈值th_v1或th_v2时，可以减小用于确定处理的执行间隔。在这种情况下，当传输速度v远离阈值th_v1或th_v2时，执行间隔增大，并且电池的消耗减小。此外，由于在通信系统之间切换的必要性高的阈值th_v1或th_v2附近，确定处理的执行频率增大，所以改变th_v1或th_v2的传输速度v的时机接近于在通信系统之间进行切换的时机。
尽管在上述示例性实施方式中以预定时间间隔进行关于通信系统之间的切换的确定，但是可以根据深度方向上的运动速度来改变执行间隔，也就是，无人机1的上浮速度或下降速度。例如，当运动速度低时，由于深度的变化小，因此执行间隔可以增加，并且当运动速度高时，由于深度的变化大，因此执行间隔可以减小。
虽然在上述示例性实施方式中在检测到测量的传输速度v的跨越阈值th_v1或th_v2的变化之后切换通信系统，但是可以将传输速度v与阈值th_v1或th_v2进行简单地比较，并且根据大小关系，可以进行到无线电波系统或声波系统的切换。
<第三示例性实施方式>
当上述第一示例性实施方式中的水下无人机1在无人机1的深度d跨越阈值th_d改变时，在通信系统之间进行切换。然而，在该示例性实施方式中，向通信控制器102添加了对传输速度设置优先级的新功能。因此，本示例性实施方式中的水下无人机1原样使用第一示例性实施方式中的水下无人机1。
图9是用于说明由根据第三示例性实施方式的通信控制器102执行的控制的概念的图。如图9所示，在该示例性实施方式的情况下，即使当水下无人机1到达比阈值th_d深的区域时，也将无线电波通信系统保持为通信系统(从时间t1到时间t2)。
然而，当深度d继续下降且保持无线电波通信系统时，通信变得不可能，因此该示例性实施方式中的通信控制器102(从时间t2到时间t3)控制转向器20强制地使水下无人机1上浮。因此，水下无人机1继续在比阈值th_d浅的区域工作，因此，保持了经由具有相对高传输速度的无线电波的通信。在该示例性实施方式中，深度传感器19用作状态检测单元的示例。
接下来，对根据该实施方式的水下无人机1执行的处理步骤进行说明。图10是示出由根据第三示例性实施方式的通信控制器102执行的处理步骤的示例的流程图。在该示例性实施方式的情况下，在测量深度d(步骤101)之后，通信控制器102确定当前模式是否是高速通信模式(步骤111)。高速通信模式是对经由具有高于声波的传输速度的传输速度的无线电波的通信设置优先级的通信模式，并且用户预先指定高速通信模式。
当在步骤111中获得否定结果时要执行的操作与第一示例性实施方式中描述的相同。当在步骤111中获得肯定结果时，通信控制器102确定深度d是否变得大于阈值th_d(步骤112)。换句话说，如在第一示例性实施方式中，确定是否发生了触发通信系统切换到声波通信系统的现象。只要在步骤112中获得否定的结果，就继续经由无线电波的通信，并且通信控制器102重复确定处理。
当在步骤112中获得肯定结果时，通信控制器102在上浮方向上控制转向器20(步骤113)。因此，水下无人机1被控制并且在深度d减小的方向上被强制运动。由于在检测到深度d大于阈值th_d时执行控制，因此不中断经由无线电波的通信。
接下来，通信控制器102确定深度d是否变得小于阈值th_d(步骤114)。在确定中，确定深度是否返回到无线电波通信区域201中的深度。只要在步骤114中获得否定结果，则水下无人机1必须继续上浮，并且通信控制器102重复确定处理。
当在步骤114中获得肯定结果时，通信控制器102控制转向器20停止上浮(步骤115)。这是因为水下无人机1已经返回到传输速度高的无线电波通信区域201。应注意，由于考虑到传输速度而自主执行控制，因此后续控制再次由用户进行远程控制。
在该示例性实施方式中，如上所述，假设水下无人机1配备有作为通信器的无线电波通信器15和声波通信器16。然而，本发明可应用于具有仅一个通信器的水下无人机。这是因为在通信系统之间不进行切换的情况下，继续进行无线电波通信区域201中的通信。
<第四示例性实施方式>
当传输速度v跨过阈值th_v1或th_v2变化时，上述第二示例性实施方式中的水下无人机1a在通信系统之间进行切换。然而，在该示例性实施方式中，向通信控制器104添加了对传输速度设置优先级的新功能。因此，本示例性实施方式中的水下无人机1a原样使用第二示例性实施方式中的水下无人机1a。在本示例性实施方式中，传输速度获取器103用作状态检测单元的示例。
图11是用于说明由根据第四示例性实施方式的通信控制器104执行的控制的概念的图。从图11中可以看出，在该示例性实施方式的情况下，即使当水下无人机1a到达水下无人机1a的传输速度v低于阈值th_v1的水深时，(从时间t1到时间t2)也保持无线电波通信系统为通信系统。
然而，当深度d继续下降且保持无线电波通信系统时，通信变得不可能，因此本示例性实施方式中的通信控制器104控制转向器20以强制地使水下无人机1a(从时间t2到时间t3)上浮。因此，水下无人机1a在传输速度v低于阈值th_v1的区域中继续工作，因此保持了经由具有相对高传输速度的无线电波的通信。
接下来，将描述由根据该示例性实施方式的水下无人机1a执行的处理步骤。图12是示出由根据第四示例性实施方式的通信控制器104执行的处理步骤的示例的流程图。在该示例性实施方式的情况下，通信控制器104确定当前模式是否是高速通信模式(步骤211)。
在步骤211中获得否定结果时要执行的操作与在第二示例性实施方式中描述的相同。当在步骤211中获得肯定结果时，通信控制器104确定传输速度v是否变得比阈值th_v1慢(步骤212)。换句话说，如在第二示例性实施方式中那样，确定是否发生了触发通信系统切换到声波通信系统的现象。只要在步骤212中获得否定结果，则继续经由无线电波的通信，并且通信控制器104重复确定处理。
当在步骤212中获得肯定结果时，通信控制器104在上浮方向上控制转向器20(步骤213)。因此，水下无人机1a被控制并且在深度d减小的方向上被强制运动。由于当检测到传输速度v低于阈值th_v1时执行控制，因此不中断经由无线电波的通信。
接下来，通信控制器104确定传输速度v是否变得高于阈值th_v2(步骤214)。在确定时，确定水下无人机1a是否返回至无线电波通信区域203。只要在步骤214中获得否定结果，水下无人机1a就必须继续上浮，并且通信控制器104重复确定处理。
当在步骤214中获得肯定结果时，通信控制器104控制转向器20停止上浮(步骤215)。这是因为水下无人机1a已经返回到传输速度高的无线电波通信区域201。应注意，由于考虑到传输速度自主执行控制，因此后续控制再次由用户进行远程控制。
在该示例性实施方式中，如上所述，假设水下无人机1a配备有作为通信器的无线电波通信器15和声波通信器16。然而，本发明可应用于配备仅一个通信器的水下无人机。这是因为在通信系统之间不进行切换的情况下，可以继续无线电波通信区域201中的通信。
<第五示例性实施方式>
在本示例性实施方式中，将描述与上述第一示例性实施方式至第四示例性实施方式组合地使用的功能。图13是第五示例性实施方式中的控制操作的概念图。在该示例性实施方式的情况下，当利用无线电波通信器15和声波通信器16中的任一个都无法通信时，通信控制器102或104执行控制以使水下无人机1a运动到预定位置并尝试建立无线电波通信器15和声波通信器16的通信。
图13示出了水面作为预定位置的示例。预定位置可以在水面上或在水中，只要该位置用于重新建立通信。这里的运动可以是水平方向上的运动，也可以是上浮方向上或下降方向上的运动。例如，当作为通信目的地的通信设备安装在水底或比水下无人机深的位置时，水下无人机可以在下降方向上运动以减小到水下无人机的通信距离。预定位置不必须是一个位置。
接下来，将描述由通信控制器102或通信控制器104执行的控制的细节的示例。图14是示出由根据第五示例性实施方式的通信控制器执行的处理步骤的示例的流程图。在下文中，将以通信控制器102为例进行说明。通信控制器102与上述通信系统的切换控制并行地执行图14所示的处理。
首先，确定是否不能利用无线电波通信器15和声波通信器16进行通信(步骤301)。只要在步骤301中获得否定结果，通信控制器102就执行已经在上述示例性实施方式中的一个中说明的操作。当在步骤301中获得肯定结果时，通信控制器102控制转向器20和推进器21以使水下无人机1运动到预定位置(步骤302)。为了该运动，使用安装在水下无人机1上的各种传感器和关于运动路径的信息以及来自位置检测系统的位置信息。
继续进行步骤302的运动操作，直到在步骤303中检查到到达预定位置为止(直到获得肯定结果为止)。当在步骤303中获得肯定结果时，通信控制器102停止运动并且通信器(该示例性实施方式中的无线电波通信器15和声波通信器16中的任一个)尝试建立通信(步骤304)。换句话说，即使当由于水下环境等的突然变化而导致无法通信时，在该示例性实施方式中，通信控制器102使水下无人机1运动到预定位置，并且通信器尝试建立通信。在步骤304之后，通信控制器102的流程返回到步骤301，并且当通信恢复时，水下无人机1返回到远程控制。
应注意，在该示例性实施方式中，假设水下无人机1a配备有作为通信器的无线电波通信器15和声波通信器16。然而，在无法通信的情况下到预定位置的运动和尝试通信的功能可以应用于配备仅一个通信器的水下无人机。
<第六示例性实施方式>
在该示例性实施方式中，将说明在上述第五示例性实施方式中在通信不被恢复的情况下提供的功能。图15是第六示例性实施方式中的控制操作的概念图。在由通信器引起的无法通信的情况下，即使当水下无人机1运动到预定位置，如上所述，通信也不能恢复。
因此，在该示例性实施方式中，在水下无人机1上安装了故障信号发送器(未示出)，并且即使在水下无人机1运动到预定位置之后也不能通信时，发送故障信号。故障信号是从水下无人机1发送的诸如信标的单向信号。
图16是示出由根据第六示例性实施方式的通信控制器执行的处理步骤的示例的流程图。在执行从步骤301到步骤304的处理(图14)之后，通信控制器102在尝试通信之后确定是否无法通信(步骤305)。当在步骤305中获得否定结果时，恢复通信，因此通信控制器102的流程返回到步骤301。在另一方面，当在步骤305中获得肯定结果时，通信控制器102命令故障信号发送器(未示出)发送故障信号(步骤306)。尽管在该示例性实施方式中在发送故障信号之后流程返回到步骤301，但可以继续发送故障信号。
在该示例性实施方式中，如上所述，假设水下无人机1配备有作为通信器的无线电波通信器15和声波通信器16。然而，本发明可应用于具有仅一个通信器的水下无人机。
<其它示例性实施方式>
在上述示例性实施方式中，已经说明了配备有无线电波通信器15和声波通信器16的水下无人机1或1a。然而，安装在水下无人机1或1a上的通信器不限于此。例如，可以使用利用光进行通信的光通信器。光通信器由光发射器和光接收器构造，并且例如使用可见光。作为发光体，例如，使用发射在水下吸收较少的蓝光的led。
考虑到光通信器，存在通信器的三种组合：无线电波通信器和光通信器的组合，声波通信器和光通信器的组合，以及无线电波通信器、声波通信器和光通信器的组合。为每个组合设置用于在通信系统之间切换的阈值。例如，可以从应用、通信距离、传输速度和环境的角度全面地确定用于通信器之间的组合或切换的阈值。与仅使用单个通信系统进行无线通信的情况相比，基于深度或随深度改变的信息的多种类型的通信系统之间的切换，能够提高用户的可操作性。
虽然照明器17和成像摄像头18安装在根据上述示例性实施方式的水下无人机1或1a上，但是可以不安装这些部件。根据上述示例性实施方式的水下无人机可以例如包括机械臂、固定工具或根据应用所需的装置。
尽管在上述示例性实施方式中使用通过深度传感器19测量的深度来在通信系统之间进行切换，但也可以将通过压力计测量的水压或由温度计测量的水温输出到控制器10。当使用指示周围环境或使用环境的值时，控制单元10将水压而不是深度与阈值进行比较以在通信系统之间切换，或将水温而不是深度与阈值进行比较以在通信系统之间切换。如使用深度的情况那样，将每个阈值设定为实现切换的值就足够了。
虽然在上述示例性实施方式中测量传输速度，但是可以使用信号的接收强度来检查通信情况，并且可以在通信系统之间进行切换。这是因为传输速度受到通信强度的影响。虽然在上述示例性实施方式中，成像摄像头18安装在水下无人机1上，但也可以与成像摄像头18一起安装水下麦克风，或安装水下麦克风但不安装成像摄像头18。当不使用成像摄像头时，不必须安装照明器17。
虽然在上述示例性实施方式中无线电波通信器15和声波通信器16中的每一种被设置为通信器，但是可以设置每种通信器的多个。可以为一个通信系统准备多个通信器，从而可以使用另选通信器作为故障通信器的替换，或者可以使用多个通信器来增加每单位时间的通信量。
虽然在作为无人水下运动体的水下无人机中的水下无线通信已经在上述示例性实施方式中作为示例进行描述，但是本发明可应用于载人水下运动体(例如，要由一到三名船员搭乘的运动体)中的水下无线通信。
虽然在上述示例性实施方式中已经说明了水下无人机通过转向器改变运动方向的情况，但是在用于水下作业的机器人的情况下，可以通过履带或其它驱动单元来改变运动方向。
尽管目前已经描述了本发明的示例性实施方式，但是本发明的技术范围不限于示例性实施方式中描述的范围。从权利要求的描述可以看出，通过对示例性实施方式进行各种修改或改进而获得的实施方式也包括在本发明的技术范围内。
出于例示和描述的目的提供了本发明示意性实施方式的上述说明。上述说明并不旨在对本发明进行穷举或将本发明限制为公开的精确形式。很明显，许多修改和变型对本领域技术人员是显而易见的。为了最好地解释本发明的原理及其实际应用，选择并描述了实施方式，由此使本领域技术人员理解本发明的各实施方式和适于想到的特定用途的各种修改形式。本发明的范围旨在由随附权利要求书及其等同物限定。