JP2009051470A - 水中航走体遠隔操作システム及び同システムの光ケーブルのドラム巻装面調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電波の伝わらない水中にあっては水中の航走体と水面上の中継部との間を光ケーブルを利用し、水面上の中継部と離れた指令部との間は電波を利用して、電波の伝わらない水中の航走体とこれから離れた箇所の指令部との間で多量の情報の交信を可能にすることにある。
【解決手段】水中の表層付近及び浅海域を探索する水中航走体１に光ケーブル３の一端を接続し、水面に浮かべた中継部４に設置されアンテナ３３を備えた受信機３４及び送信機３５に光ケーブル３の他端を接続し、離れた箇所の指令部２から制御信号を電波で水面上の中継部４に送り、水面上の中継部４の受信機３４のアンテナ３３で受信した制御信号を光ケーブル３を通じて水中の航走体１に送ってこれを制御すると共に、水中航走体１で集めた水中の表層付近及び浅海域の各種の情報を光ケーブル３を通じて水面上の中継部４の送信機３５に送り、送信機３５のアンテナ３３から電波として離れた箇所の指令部２に送る。
【選択図】 図１

Description

この発明は、水中の表層付近及び浅海域を探索する無人の水中航走体を遠隔操作するための技術に係り、特に、電波の伝わらない水中にあっては水中の航走体と水面上の中継部との間を光ケーブルを利用し、水面上の中継部と離れた指令部との間は電波を利用して、電波の伝わらない水中の航走体とこれから離れた箇所の指令部との間で多量の情報の交信を可能にする水中航走体遠隔操作システム及び同システムの光ケーブルのドラム巻装面調整装置に関するものである。

無人の水中航走体で水中を探索させる方法としては、水中航走体と母船とをケーブルで繋いで遠隔操作する方法と、超音波を使用して無線で遠隔操作する方法とがある。ケーブルで繋ぐ方法の場合には、ケーブルを利用して多量の情報の交信が可能となり、リアルタイムで水中の観測された情報を得ることができる。また、超音波を使用する場合には水中航走体の水中での自由な探索が可能となる。

しかしながら、水中航走体と母船とをケーブルで繋ぐ方法の場合には、ケーブルが邪魔となって水中航走体の自由な航走の妨げとなり、叉母船も水中航走体の航走に追従させて動かす必要がある。超音波を使用する場合にはケーブルがないためにこのような欠点はないが、超音波では多量の情報の交信ができず、リアルタイムでの観測が困難である。しかも、水中航走体が超音波の交信範囲を逸脱すると、高価な水中航走体が水中で行方不明となることもあった。

この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、電波の伝わらない水中にあっては水中の航走体と水面上の中継部との間を光ケーブルを利用し、水面上の中継部と離れた指令部との間は電波を利用して、電波の伝わらない水中の航走体とこれから離れた箇所の指令部との間で多量の情報の交信を可能にする水中航走体遠隔操作システム及び、光ケーブルを上下軸回りに巻き取る際に光ケーブルのダマや縺れが生じるのを防ぐ同システムの光ケーブルのドラム巻装面調整装置を提供することにある。

以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、水中の表層付近及び浅海域を探索する水中航走体に光ケーブルの一端を接続し、水面に浮かべた中継部に設置されアンテナを備えた受信機及び送信機に上記光ケーブルの他端を接続し、離れた箇所の指令部から制御信号を電波で水面上の中継部に送り、水面上の中継部の受信機のアンテナで受信した制御信号を光ケーブルを通じて水中の航走体に送ってこれを制御すると共に、水中航走体で集めた水中の表層付近及び浅海域の各種の情報を光ケーブルを通じて水面上の中継部の送信機に送り、送信機のアンテナから電波として離れた箇所の指令部に送る手段よりなるものである。

また、請求項２の発明は、水中の表層付近及び浅海域を探索する水中航走体に光ケーブルの一端側を接続し、水面に浮かべた中継部に設置され上下軸回りに正逆回転する光ケーブル巻装ドラムに光ケーブルの他端側を巻き付け、上記光ケーブル巻装ドラムの上部に設置され該ドラムの回転に伴ってその上部側で回転するアンテナを備えた受信機及び送信機に上記光ケーブルの他端を接続し、離れた箇所の指令部から制御信号を電波で水面上の中継部に送り、水面上の中継部の受信機のアンテナで受信した制御信号を光ケーブルを通じて水中の航走体に送ってこれを制御すると共に、水中航走体で集めた水中の表層付近及び浅海域の各種の情報を光ケーブルを通じて水面上の中継部の送信機に送り、送信機のアンテナから電波として離れた箇所の指令部に送る水中航走体遠隔操作システムであって、巻装された上記光ケーブル巻装ドラムから水面に向けて延出される光ケーブルの一部を支持する支持器を中継部に設置し、水中航走体と光ケーブル巻装ドラムとの間の光ケーブルの張力状態を検知するセンサーを支持器に取り付け、該センサーからの情報に基づいて光ケーブル巻装ドラムを正逆回転させるドラム駆動モーターを設け、光ケーブル巻装ドラムを正逆回転させて巻き取り及び巻き戻しを通じて水中航走体と光ケーブル巻装ドラムとの間の光ケーブルの張力状態を一定に維持すると共に、上記支持器と上記光ケーブル巻装ドラムとの間に、光ケーブルの張力状態を一定に維持すべく上下軸回りに正逆回転する光ケーブル巻装ドラムに上下軸回りに巻装された光ケーブルの巻装表面に沿って当該巻装表面から延出する光ケーブルを上下移動させるドラム巻装面調整装置を設け、該ドラム巻装面調整装置を通じて光ケーブル巻装ドラムの上下向きの光ケーブルの巻装表面に略均一な巻層になるように光ケーブルを巻装し、巻き取りの際に生じる光ケーブルのダマや縺れを防ぐ手段よりなるものである。

以上の記載より明らかなように、請求項１の発明に係る水中航走体遠隔操作システムによれば、従来と異なり多量の情報のやり取りを行う場合であっても、水中航走体と指令部になる母船とを信号ケーブルで繋ぐ必要がなく、しかも信号ケーブルが邪魔となって水中航走体の自由な航走の妨げとなることもなく、また母船も水中航走体の航走に追従させて動かす必要もなく、電波の伝わらない水中にあっては水中の航走体と水面上の中継部との間では光ケーブルを利用することにより、水中で伝わる超音波に比べて多量の情報のやり取りを可能にする一方で、水面上の中継部と離れた指令部との間は多量の情報のやり取りが可能な電波を利用することで、電波の伝わらない水中の航走体とこれから離れた箇所の母船上の指令部或いは陸地の指令部との間で多量の情報のやり取りを可能にすることができるという極めて新規的有益なる効果を奏するものである。

また、請求項２の発明に係る水中航走体遠隔操作システムの光ケーブルのドラム巻装面調整装置によれば、前記の請求項１の効果を有すると共に次のような効果を奏することができる。
水中航走体と水面に浮かぶ中継部とを繋ぐ光ケーブルは、水中航走体が中継部から離れる方向に移動して光ケーブルが水中で強く引っ張られる状態になるときにはこれをセンサーで検知して中継部の光ケーブル巻装ドラムから自動的に送り出されるので、強く引っ張られる状態になることによって光ケーブルが切断したり破損するのを回避することができる。
逆に水中航走体が中継部に近づく方向に移動して光ケーブルが水中で弛緩状態になるときには、これをセンサーで検知して中継部の光ケーブル巻装ドラムに自動的に巻き取るので、弛緩状態になることによって撓んだ光ケーブルが水中航走体に巻き付いたり航行の邪魔になったり、或いは撓んだ光ケーブルが水中航走体のスクリューなどで切断や破損するのを回避することができる。
水中航走体に一端が接続された光ケーブルの他端側が巻装される光ケーブル巻装ドラムは上下軸回りに正逆回転するように中継部に取り付けられ、また、これに巻装された光ケーブルの他端が接続されているアンテナを有する受信機及び送信機は、上下軸回りに回転する光ケーブル巻装ドラムの上部側に取り付けられているので、光ケーブル巻装ドラムが光ケーブルを巻き取ったり送り出すために正逆回転するとこれと一体となって回転する。つまり、電波を受信したり送信したりするアンテナは常に上向きの状態で正逆回転するので、アンテナの高さや方向は一定しており、電波を確実に受信したり叉送信したりすることができる。このとき、光ケーブルの他端が接続された受信機及び送信機は光ケーブル巻装ドラムと一体となって正逆回転するので、光ケーブルの他端が捻れたり切断したりすることはない。
光ケーブル巻装ドラムが上下軸回りに正逆回転することによって、光ケーブルがその自重によって光ケーブル巻装ドラムの下部側に集中して巻き取られることが考えられ、その結果、光ケーブルのダマつまりかたまりや縺れが生じることが予想される。光ケーブルのダマや縺れが生じると、光ケーブルの光ケーブル巻装ドラムからのスムーズな送り出しや光ケーブル巻装ドラムへのスムーズな巻き取りが困難となり、水中航走体と中継部とを繋ぐ光ケーブルが水中で引っ張り状態や弛緩状態になったときにこれを調整できない事態が生じる。これに対して、この発明では、上下軸回りに正逆回転する光ケーブル巻装ドラムに上下軸回りに巻装された光ケーブルの巻装表面に沿って当該巻装表面から延出する光ケーブルを上下移動させるドラム巻装面調整装置を設けたことにより、このドラム巻装面調整装置が上下方向に移動して光ケーブル巻装ドラムの上下向きの光ケーブルの巻装表面に略均一な巻層になるように光ケーブルを巻装させることができるので、巻き取りの際に生じる光ケーブルのダマや縺れを防ぐことができる。これにより、光ケーブルのダマや縺れに起因する上記のトラブルの発生を未然に防ぐことができる。

以下、図面に記載の発明を実施するための最良の形態に基づいて、この発明をより具体的に説明する。
ここで、図１は水中航走体遠隔操作システムの概略図、図２は中継部の側断面図、図３は支持器及びセンサーの部分図、図４（Ａ）は支持器のガイドローラーの正面図、図４（Ｂ）は支持器のガイドローラーの側面図、図４（Ｃ）はセンサーの押圧センサー横桁の側面図、図４（Ｄ）はセンサーの押圧センサー横桁の平面図、図５はドラム巻装面調整装置の正面図、図６（Ａ）はドラム巻装面調整装置の上下首振りアームの正面図、図６（Ｂ）はドラム巻装面調整装置の上下首振りアームの平面図、図７（Ａ）はドラム巻装面調整装置の上下首振りアーム往復作動レバーの正面図、図７（Ｂ）はドラム巻装面調整装置の上下首振りアーム往復作動レバーの側面図、図８（Ａ）はドラム巻装面調整装置のアーム支柱の側面図、図８（Ｂ）はドラム巻装面調整装置のアーム支柱の背面図、図９（Ａ）はドラム巻装面調整装置の偏心板の正面図、図９（Ｂ）はドラム巻装面調整装置の偏心板の側面図である。

図において、水中航走体遠隔操作システムは、電波の届かない水中の表層付近及び浅海域を探索する無人の水中航走体１を、この水中航走体１から離れた箇所の母船上の指令部２或いは陸地の指令部２から遠隔コントロールすると共に、水中航走体１で得られた水中の表層付近及び浅海域のリアルタイムの多量な情報を遠隔箇所の指令部２に送ることができるシステムである。

即ち、この水中航走体遠隔操作システムでは、電波の届かない水中では光ケーブル３を利用して水中航走体１で得られたリアルタイムの多量な情報を水面上に浮かべた中継部４に送り、水面上に浮かぶ中継部４からは電波を利用することにより、離れた箇所の指令部２に送ることを可能にしたシステムである。これにより、水中航走体１を回収することなく、水中で観測された情報をリアルタイムで得ることができる。

水中の表層付近及び浅海域を探索する無人の水中航走体１は、その後部に推進用の例えばスクリュー及び安定的な航行をさせる尾翼が取り付けられている。水中航走体１の内部にはスクリューを駆動させる図示しないモーターやこれの動力源となる電池が内装されている。さらにＧＰＳ受信器、電子コンパス、深度センサ、ソナーなどのセンサ情報を処理するマイクロコンピュータなどのコントローラが内装されている。

また、水中航走体１の内部には、水中航走体を潜航及び浮上させる図示しない潜航浮上機構が設けられている。潜航浮上機構には例えば昇降用スラスタなどがふくまれる。スラスタモータを正逆回転することにより、水中航走体１の潜航及び浮上を可能にしている。

水中航走体１の例えば前部側には水中の状況を観測する図示しない観測用機器が内装されている。観測用機器には例えば動画像や静止画像を撮影する撮影機や水中の音を集音する機器などが含まれる。この観測用機器で観測された多量の情報は光信号に変換された後、光ケーブル３を通じて水面上に浮かぶ中継部４に伝送され、中継部４から電波として遠隔の指令部２に送信される。更に、水中航走体１が搭載しているＧＰＳ受信器による時刻、緯度や経度、電子コンパスによる針路、深度センサによる水面からの深さ、ソナーによる障害物との距離等の大量データは内装しているコントローラで処理され、光信号に変換された後、光ケーブル３を通じて水面上に浮かぶ中継部４に伝送され、中継部４から電波として遠隔の指令部２に送信される。

また、水中航走体１の推進や潜航浮上、観測用機器などの制御は指令部２からの遠隔操作で行われる。水中航走体１を制御する制御信号は、指令部２から電波で一旦水面上に浮かぶ中継部４に送られ、中継部４で光信号に変換されて光ケーブル３を通じて水面下の水中航走体１に伝送される機構になっている。

水中の表層付近及び浅海域を探索する無人の水中航走体１と水面上に浮かぶ中継部４とは光ケーブル３によって繋がっている。光ケーブル３は、水中航走体１で得られた多量の情報を光信号に変換して水面上の中継部４まで送る際の伝送路であり、また、水面上の中継部４に遠隔の指令部２から送られてきた制御情報を光信号に変換して水中航走体１に送る際の伝送路を兼ねる。光ケーブル３はその一端が水中航走体１に接続され、他端が水面上に浮かべた中継部４に設置されアンテナ４３を備えた受信機４４及び送信機４５に接続されている。

電波が伝わらない水中にあっては、電波の代用として超音波が使用されるが、超音波は電波に比べて送れる情報が非常に少なく、水中航走体１の観測用機器で撮影された水中の表層付近及び浅海域の動画像や静止画像の多量な情報をリアルタイムで送ることはできない。つまり超音波に代わって多量な情報を送れる光信号に変換して、光ケーブル３を利用することでこれが可能となる。光ケーブル３は多量な情報の伝送路の役割を果たす。

水面に浮かべた中継部４は、水面に浮く浮体４１、浮体４１に設置された光ケーブル巻装ドラム４２、光ケーブル巻装ドラム４２の上部に設置されアンテナ４３を備えた受信機４４及び送信機４５、光ケーブル３の巻き取り及び巻き戻し先端側を支持する支持器４６、光ケーブル３の張力状態を検知するセンサー４７、光ケーブル巻装ドラム４２を正逆回転させるドラム駆動モーター４８、ドラム巻装面調整装置５などを備えている。

水面に浮かべた中継部４は、水面下の水中航走体１とこれから離れた遠隔箇所の指令部２との間の中継基地として機能するもので、離れた箇所の母船や陸地の指令部２から電波状態で送られてきた水中航走体１の制御情報を光信号に変換して、光ケーブル３を通じて水中航走体１に伝達する。また水面に浮かべた中継部４は、水中航走体１から光信号に変換された状態で光ケーブル３を通じて送れてきた観測された水中の表層付近及び浅海域の例えば画像などの多量な情報を電波に変換して、離れた箇所の母船や陸地の指令部２に送信する。

浮体４１は、光ケーブル巻装ドラム４２、アンテナ４３を備えた受信機４４及び送信機４５、支持器４６、センサー４７、ドラム駆動モーター４８、ドラム巻装面調整装置５などが積み込まれた中継部４を構成する各種の機器を水面上に浮かべるもので、これらの機器類を水に触れさせることなく安全に水面上に浮かせる構造体であれば、形状や材質、構造などは特に限定されない。

光ケーブル巻装ドラム４２は、水中航走体１に一端が接続された光ケーブル３の他端側が巻き付けられて巻装されるドラムで、該ドラム４２の回転軸は上下向きに取り付けられた上下軸４２ａになっている。つまり、光ケーブル巻装ドラム４２は上下軸回りに正逆回転自在になっている。上下軸４２ａの上端及び下端には円形板からなる側端板４２ｂがそれぞれ上下に平行に取り付けられている。上下の側端板４２ｂは上下軸４２ａの外周に巻き付けられた光ケーブル３の他端側を上下から挟んでこれから逸脱するのを防ぐ機能を果たす。

光ケーブル巻装ドラム４２の上下軸４２ａの外周には円筒状の円筒体４２ｃが取り付けられている。この円筒体４２ｃの表面には、他端が上部の側端板４２ｂから上方に延びる光ケーブル３の他端側が上から下に向かって螺旋状に巻き付けられて第一層が形成され、第一層の最下端の光ケーブル３は逆に上向きに第一層の表面に螺旋状に巻き付けられて第二層が形成され、第二層の最上端の光ケーブル３は逆に下向きに第二層の表面に螺旋状に巻き付けられて第三層が形成され、第三層の最下端の光ケーブル３は逆に上向きに第三層の表面に螺旋状に巻き付けられて第四層が形成され・・・、以下同様な方法で光ケーブル３の他端側が巻き付けられる巻層が形成されている。

上下軸４２ａの回りに回転する光ケーブル巻装ドラム４２の上側の側端板４２ｂの上面には、アンテナ４３を備えた受信機４４及び送信機４５が取り付けられている。受信機４４は指令部２から電波の状態で送信されてきた水中航走体１を制御する信号をアンテナ４３で受信し、これを変換器によって光信号に変換して、接続されている光ケーブル３を通じて水中航走体１に送信する。送信機４５は水中航走体１から光信号の状態で光ケーブル３を通じて送信されてきた水中で観測した多量の情報を変換器によって電波に変換して、アンテナ４３を通じて指令部２に送信する。

この受信機４４及び送信機４５には、既に述べたように他端側が光ケーブル巻装ドラム４２に巻き付けられて巻装された光ケーブル３の他端が接続されているが、これらアンテナ４３、受信機４４及び送信機４５は、光ケーブル巻装ドラム４２が正逆回転するとこれと一体となって回転する。つまり、これらは光ケーブル巻装ドラム４２の回転に伴ってその上部側で正逆回転する。

このため、電波を受信したり送信したりするアンテナ４３は常に上向きの状態で正逆回転するので、アンテナ４３の高さは安定しており、電波を確実に受信でき叉送信することができる。また、光ケーブル３の他端が接続された受信機４４及び送信機４５も光ケーブル巻装ドラム４２と一体となって正逆回転するので、光ケーブル３の他端が捻れたり切断したりすることはない。

支持器４６は、巻装された上記光ケーブル巻装ドラム４２から水面に向けて延出される光ケーブル３の一部を支持する器具で、中継部４の浮体４１に端部に向けて設置されている。支持器４６は、光ケーブル巻装ドラム４２側寄りの第１支柱４６ａと水面寄り側の第２支柱４６ｂの２基の支柱から構成されている。図面では第１支柱４６ａは上向きに垂直に取り付けられ、第２支柱４６ｂは浮体４１に端部に向けて斜め上向きに傾斜して取り付けられている。

また、図面では第１支柱４６ａの下部と第２支柱４６ｂの下部は連結されている。開いている第１支柱４６ａの上部と第２支柱４６ｂの上部との間には上部連結桁４６ｃが水平に取り付けられている。上部連結桁４６ｃが取り付けられた第１支柱４６ａ及び第２支柱４６ｂの上部には光ケーブル３を上下から挟むようにしてガイドする上下一対のガイドローラー４６ｄがそれぞれ取り付けられている。第１支柱４６ａ及び第２支柱４６ｂの上部の一対のガイドローラー４６ｄによって、光ケーブル巻装ドラム４２から延出された光ケーブル３はガイドされて支持され、逸脱することが防がれている。

センサー４７は、水中航走体１と光ケーブル巻装ドラム４２との間の光ケーブル３の張力状態を検知する機器で支持器４６に取り付けられている。センサー４７は支持器４６の第１支柱４６ａと第２支柱４６ｂとの上部間に取り付けられた上部連結桁４６ｃの中間に取り付けられている。センサー４７は、上部連結桁４６ｃの前後のガイドローラー４６ｄの間に配設された光ケーブル３の張力状態を検知する構造になっている。

センサー４７は、例えば、上部連結桁４６ｃの一端側にその基端が上下回動自在に軸支された押圧センサー横桁４７ａと、押圧センサー横桁４７ａの先端に取り付けられ光ケーブル３を上下側からガイドするセンサーガイドローラー４７ｂと、光ケーブル３をガイドするセンサーガイドローラー４７ｂが取り付けられた押圧センサー横桁４７ａの先端側の所定の上部高さ位置で接触する緊張状態検知接触スイッチ４７ｃと、押圧センサー横桁４７ａの先端側の所定の下部高さ位置で接触する弛緩状態検知接触スイッチ４７ｄと、押圧センサー横桁４７ａの先端のセンサーガイドローラー４７ｂを弛緩状態側に付勢するバネ４７ｅとから構成されている。

支持器４６の第１支柱４６ａと第２支柱４６ｂとの上部間に配設された光ケーブル３が一定以上の張力状態になると、押圧センサー横桁４７ａの先端のセンサーガイドローラー４７ｂは上向きに押し上げられて緊張状態検知接触スイッチ４７ｃに接触することにより、光ケーブル３は一定以上の張力状態にあることが検知される。逆に、光ケーブル３が一定以下の弛んだ状態になると、押圧センサー横桁４７ａの先端のセンサーガイドローラー４７ｂはバネ４７ｅの付勢力により光ケーブル３の中間部分を下向きに押し下げて弛緩状態検知接触スイッチ４７ｄに接触することにより、光ケーブル３は一定以下の弛緩状態にあることが検知される。

ドラム駆動モーター４８は、上記センサー４７からの情報に基づいて光ケーブル巻装ドラム４２を正逆回転させるモーターで、光ケーブル巻装ドラム４２を正逆回転させて巻き取り及び巻き戻しを通じて水中航走体１と光ケーブル巻装ドラム４２との間の光ケーブル３の張力状態を一定に維持するものである。このドラム駆動モーター４８と上記の緊張状態検知接触スイッチ４７ｃ及び弛緩状態検知接触スイッチ４７ｄとはケーブルを通じて接続されている。

即ち、ドラム駆動モーター４８は、センサー４７の緊張状態検知接触スイッチ４７ｃが入ると、光ケーブル巻装ドラム４２を巻き戻す方向に回転して、光ケーブル巻装ドラム４２に巻装されている光ケーブル３を巻き戻して水中の水中航走体１側に向けて送り出して高い張力状態を緩和して一定の張力状態に戻す。逆に、センサー４７の弛緩状態検知接触スイッチ４７ｄが入ると、ドラム駆動モーター４８は光ケーブル巻装ドラム４２を巻き取る方向に回転して、光ケーブル巻装ドラム４２に光ケーブル３を巻き取って水中の水中航走体１側から引き上げて弛緩状態から一定の張力状態に戻す。

ドラム駆動モーター４８はそのモーター軸４８ａが上向きになるように取り付けられている。ドラム駆動モーター４８は浮体４１の中央に据え付けられたモーターボックス４８ｂ内に収納されている。上向きのモーター軸４８ａはその上方に配置された上記光ケーブル巻装ドラム４２の上下軸４２ａの下部に連動連結されている。光ケーブル巻装ドラム４２の上下軸４２ａはドラム駆動モーター４８のモーター軸４８ａが正逆回転するとこれに連動して正逆回転して、光ケーブル３をこの光ケーブル巻装ドラム４２に巻き取ったりこれから巻き戻したりする。

ドラム巻装面調整装置５は、光ケーブル３の張力状態を一定に維持すべく上下軸回りに正逆回転する光ケーブル巻装ドラム４２に上下軸回りに巻装された光ケーブル３の巻装表面に沿って当該巻装表面から延出する光ケーブル３を上下移動させることにより、光ケーブル巻装ドラム４２の上下向きの光ケーブル３の巻装表面に略均一な巻層になるように光ケーブル３を巻装させて、巻き取り及び巻き戻し際に生じる光ケーブル３のダマや縺れを防ぐ機能を果たすものである。

ドラム巻装面調整装置５は、光ケーブル３の一部を直接上下動させる上下首振りアーム５１、上下首振りアーム５１を上下動させる上下首振りアーム往復作動レバー５２、上下首振りアーム５１と上下首振りアーム往復作動レバー５２が軸支されたアーム支柱５３、上下首振りアーム駆動機構５４などから構成されている。このドラム巻装面調整装置５は支持器４６と光ケーブル巻装ドラム４２との間に設けられている。

上下首振りアーム５１は、光ケーブル巻装ドラム４２の正逆回転に連動して、光ケーブル巻装ドラム４２から延出された光ケーブル３の一部をその先端で挟んだ状態でガイドしながら上下方向に回動して、光ケーブル巻装ドラム４２の上下軸回りに巻装される光ケーブル３の巻装表面に略均一な巻層になるように光ケーブル３を巻装させるものである。

上下首振りアーム５１の先端には延出された光ケーブル３の一部を上下側から挟む一対のガイドローラー５１ａが取り付けられている。このため、上下首振りアーム５１の先端は一対のガイドローラー５１ａが取り付けられ易いように先端に向かって少し幅広になるように形成されている。

上下首振りアーム５１の基端側はアーム支柱５３の上部に上下回りに回動自在に軸支されている。上下首振りアーム５１の基端側中央にはアーム支柱５３の上部に軸支されるための軸孔５１ｂが形成されている。この軸孔５１ｂには上下首振りアーム５１をアーム支柱５３に回動自在に軸支するボルトが装着される。

軸孔５１ｂが形成された基端側の一側面にはこれに直角に連結片５１ｃが突出して形成されている。突出する連結片５１ｃの先端側中央には、上下首振りアーム往復作動レバー５２の上端側と係合用ボルトを通じて回動自在に係合されるための軸孔５１ｄが形成されている。この軸孔５１ｄに係合用ボルトが装着される。

上下首振りアーム往復作動レバー５２は、上下首振りアーム５１の基端側の連結片５１ｃを左右方向に回動させることにより、上下首振りアーム５１の先端側をその基端側の上記軸孔５１ｂを中心として上下方向に回動させる機能を果たす。つまり上記上下首振りアーム５１はその基端側の一側面から直角に突出する連結片５１ｃを通じて上下首振りアーム往復作動バー５２の上端側と連動連結される。

上下首振りアーム往復作動レバー５２の上端側の中央には、長溝５２ａが上端に向けてＵ字状に形成されている。長溝５２ａは上下首振りアーム５１の連結片５１ｃの軸孔５１ｄに装着された係合用ボルトの先端側と係合するための溝である。上記軸孔５１ｄに装着される係合用ボルトの先端側がこの長溝５２ａに係合することにより、この係合を通じて、上記上下首振りアーム５１はその基端側中央の軸孔５１ｂを中心として上下回りに回動する。

上下首振りアーム往復作動レバー５２の長さ方向の中間部位には、アーム支柱５３の高さ方向の中間部位にボルトによって回動自在に軸支されるための中間軸孔５２ｂが形成されている。また、上下首振りアーム往復作動レバー５２の下端側の中央には、後記の偏心板５４ｄに形成された円形ガイド溝５４ｆ内に係合するガイドローラー５２ｃが取り付けられている。

上下首振りアーム往復作動レバー５２は、下端側のガイドローラー５２ｃが偏心板５４ｄとの係合によって中間軸孔５２ｂを中心に左右方向に回動して、その上端側の長溝５２ａを下端側と逆方向に回動させて、上下首振りアーム５１を連結片５１ｃを介して上下方向に回動させる構造になっている。

上下首振りアーム５１及び上下首振りアーム往復作動レバー５２が回動自在に軸支されるアーム支柱５３は、光ケーブル巻装ドラム４２の真向かい側で、光ケーブル巻装ドラム４２と支持器４６との間に設置されている。アーム支柱５３に軸支される上下首振りアーム５１及び上下首振りアーム往復作動レバー５２は、光ケーブル巻装ドラム４２と相対向する面側に取り付けられている。また図面ではアーム支柱５３はモーターボックス４８ｂの上面から水平に張り出した板の上面に上方に向けて固設されている。

上下首振りアーム駆動機構５４は、モーター軸４８ａの回転力を利用して上下首振りアーム往復作動レバー５２の下端側を左右に回動させて、これによって上下首振りアーム５１を上下に回動させるものである。上下首振りアーム駆動機構５４は、モーター軸４８ａの外周に装着されたウォームギヤのウォーム５４ａ、このウォーム５４ａと噛み合うウォームホイール５４ｂ、ウォームホイール５４ｂが一端側に装着された回転軸５４ｃ、回転軸５４ｃの他端側に装着された偏心板５４ｄなどから構成されている。

上下首振りアーム駆動機構５４の回転軸５４ｃは、光ケーブル巻装ドラム４２の下方側からアーム支柱５３の下部側に向けて配置されている。回転軸５４ｃは上向きのモーター軸４８ａに対して直角な水平方向に配置されている。この回転軸５４ｃはモーターボックス４８ｂの上面に設置された軸受け５４ｅに正逆回転自在に軸支されている。

偏心板５４ｄは例えば円形板から構成されていて、その片側の表面には円周方向に円形の円形ガイド溝５４ｆが形成されている。この円形ガイド溝５４ｆ内に前記の上下首振りアーム往復作動レバー５２のガイドローラー５２ｃに係合する。偏心板５４ｄの円形ガイド溝５４ｆが形成された表面はアーム支柱５３に向いている。

回転軸５４ｃはその他端が円形ガイド溝５４ｆの円形中心から少し外れる偏心位置に直角に連結されている。また回転軸５４ｃの他端は円形ガイド溝５４ｆが形成された面の反対側の面に連結されている。これにより、回転軸５４ｃが回転すると、偏心板５４ｄは偏心した状態で回転することになる。

上下首振りアーム駆動機構５４の回転軸５４ｃはモーター軸４８ａの回転によりこれと一体となって回転するウォーム５４ａからの回転力をウォームホイール５４ｂで受けて回転して、他端側の偏心板５４ｄを偏心させながら回転させる。そして、偏心板５４ｄが偏心しながら回転することで、円形ガイド溝５４ｆ及びガイドローラー５２ｃを介して係合する上下首振りアーム往復作動レバー５２は左右に回動することになる。

次に、上記発明を実施するための最良の形態の構成に基づく作用について以下説明する。
探索した海水域に母船で曳航したり或いは運ばれた無人の水中航走体１及びこれと光ケーブル３で繋がれる中継部４は、この水中航走体１から離れた箇所の母船上の指令部２或いは陸地の指令部２から遠隔コントロールされる。この遠隔コントロールにより水中航走体１は水中を動き回って探索することになる。

電波の届かない水中の表層付近及び浅海域を探索する無人の水中航走体１を制御する信号が指令部２から電波で水面上に浮かぶ中継部４に送信される。水面上に浮かぶ中継部４のアンテナ４３で受信された電波の制御信号は受信機４４で光信号に変換されて、光ケーブル３を通じて電波の届かない水面下の水中航走体１に送信される。水中航走体１では光ケーブル３を通じて受信した光信号を電気信号に変換した後、水中航走体１の水中での航行の操縦や水中での各種の観測が指令部２からの遠隔操作で行われることになる。

また、水中航走体１で観測された情報例えば映像情報などの多量の情報は、光信号に変換されて光ケーブル３を通じて電波では送信できない水面上に浮かぶ中継部４に送信される。中継部４の送信機４５では水中航走体１から光信号として送信された多量の情報を変換してアンテナ４３を通じて電波として離れた箇所の指令部２に送信する。

このように、電波では送信できない水中では光ケーブルを利用することにより、水中で観測した多量の情報、例えば映像情報をリアルタイムで離れた箇所の指令部２に送信することが可能となる。指令部２ではリアルタイムの情報を基にして水中航走体１の遠隔操作や観測を続けることができ、これまでのように、水中航走体１を回収してから情報を取り出すという時間と手間が作業を省略することができ、水中での観測の飛躍的な性能アップを図ることができる。

水中航走体１が探索のために水中を自由に動き回るときにおいて、水面上に浮かぶ中継部４から水中航走体１が離れる方向に移動する場合には、水中航走体１と中継部４とを繋ぐ光ケーブル３は引っ張られることになる。光ケーブル３が引っ張られるようになると、中継部４に取り付けられた支持器４６の第１支柱４６ａと第２支柱４６ｂの上部間にある光ケーブル３には引っ張り力が作用して少し撓んだ状態から直線上の真っ直ぐな状態になる。

真っ直ぐな状態になった光ケーブル３はバネ４７ｅの付勢力によりその上側を押圧しているセンサー４７を構成する押圧センサー横桁４７ａのセンサーガイドローラー４７ｂを上向きに押し上げる。これによりセンサーガイドローラー４７ｂは上向きに移動する。上向きに移動したセンサーガイドローラー４７ｂは緊張状態検知接触スイッチ４７ｃに接触して、センサー４７は光ケーブル３が緊張状態つまり引っ張り状態にあることを検知する。センサー４７からの情報により、ドラム駆動モーター４８は駆動して、光ケーブル３を送り出す方向に光ケーブル巻装ドラム４２を回転させる。

これにより、光ケーブル巻装ドラム４２に巻装されている光ケーブル３は光ケーブル巻装ドラム４２から順次送り出されることになる。光ケーブル巻装ドラム４２から送り出される光ケーブル３は上下に移動するドラム巻装面調整装置５の上下首振りアーム５１のガイドローラー５１ａの間を通り、それから支持器４６の第１支柱４６ａの上部のガイドローラー４６ｄの間を通り、第２支柱４６ｂの上部のガイドローラー４６ｄを通って水中に送り出される。このようにして、水中航走体１と中継部４とを繋ぐ光ケーブル３が緊張状態で切断したり破損するのが回避される。

光ケーブル３が光ケーブル巻装ドラム４２から十分に送り出された後、逆に水中航走体１が水面に浮かぶに中継部４に近づく方向に移動してくると、光ケーブル巻装ドラム４２と水中航走体１との間の光ケーブル３は弛むことになる。弛んだ光ケーブル３は場合によっては水中航走体１に巻き付いたりして水中航走体１の水中での航行の邪魔になるので、これを防ぐことが必要となる。

光ケーブル３が弛むと、中継部４に取り付けられた支持器４６の第１支柱４６ａと第２支柱４６ｂの上部間にある光ケーブル３は撓んだ状態になる。撓んだ状態になった光ケーブル３はバネ４７ｅの付勢力によりその上側を押圧しているセンサー４７を構成する押圧センサー横桁４７ａのセンサーガイドローラー４７ｂはその撓みによって下向きに移動する。下向きに移動したセンサーガイドローラー４７ｂは弛緩状態検知接触スイッチ４７ｄに接触して、センサー４７は光ケーブル３が弛緩状態にあることを検知する。

センサー４７からの情報により、ドラム駆動モーター４８は駆動して、光ケーブル３を巻き取る方向に光ケーブル巻装ドラム４２を回転させる。これにより、水面下の光ケーブル３は光ケーブル巻装ドラム４２に巻き取られるために中継部４の光ケーブル巻装ドラム４２に向かって全体的に移動することになる。

光ケーブル３は、水中から中継部４の支持器４６の第２支柱４６ｂの上部のガイドローラー４６ｄの間を通り、それから支持器４６の第１支柱４６ａの上部のガイドローラー４６ｄの間を通り、上下に移動するドラム巻装面調整装置５の上下首振りアーム５１のガイドローラー５１ａの間を通って、上下軸回りに回転する光ケーブル巻装ドラム４２の円筒体４２ｃの上下方向の表面に沿って上下に均一に巻き取られる。このようにして、水中航走体１と中継部４とを繋ぐ光ケーブル３が弛緩状態になって水中航走体１に巻き付いたり、航行の邪魔になるのが回避される。

特に光ケーブル３を光ケーブル巻装ドラム４２に巻き取る場合にあっては、光ケーブル巻装ドラム４２の円筒体４２ｃは上下軸回りに回転するように設置されている。つまり、円筒体４２ｃの巻き取り表面は上下方向になっているため、自由に巻き取らせると、光ケーブル３の自重により円筒体４２ｃの下部側に集中して巻き取られることになり、その結果、光ケーブル３のダマや縺れが生じることになる。

光ケーブル３のダマや縺れが生じると、光ケーブル３の光ケーブル巻装ドラム４２からのスムーズな送り出しや光ケーブル巻装ドラム４２へのスムーズな巻き取りが困難となる。そしてこれが原因で、水中航走体１と中継部４とを繋ぐ光ケーブル３が弛緩状態になって水中航走体１に巻き付いたり航行の邪魔になったり、逆に光ケーブル３が緊張状態で切断したり破損するおそれがある。

これを回避するために、支持器４６の第１支柱４６ａの上部のガイドローラー４６ｄと光ケーブル巻装ドラム４２との間には、光ケーブル巻装ドラム４２の円筒体４２ｃの表面に巻き取られる光ケーブル３を上下表面に沿って上下に往復移動させて均一な巻装を生じさせるためのドラム巻装面調整装置５が取り付けられている。このドラム巻装面調整装置５は光ケーブル巻装ドラム４２の巻き取り及び巻き戻しに連動して作動する機構になっている。

即ち、センサー４７からの情報により、ドラム駆動モーター４８が駆動すると、モーター軸４８ａに装着されたウォーム５４ａも一体となって回転する。このウォーム５４ａと直角に噛み合うウォームホイール５４ｂも回転する。ウォームホイール５４ｂが回転するとこのウォームホイール５４ｂが連結された回転軸５４ｃもウォームホイール５４ｂと一体となって回転する。

回転する回転軸５４ｃの他端には偏心板５４ｄが連結されていて、偏心板５４ｄは回転軸５４ｃの回転に連動して偏心状態で回転する。偏心状態で回転する偏心板５４ｄの円形ガイド溝５４ｆには上下首振りアーム往復作動レバー５２の下端側に連結されたガイドローラー５２ｃが係合されていて、偏心板５４ｄの回転に連動して上下首振りアーム往復作動レバー５２は中間軸孔５２ｂを中心に回動する。

回動する上下首振りアーム往復作動レバー５２の上端側の長溝５２ａには上下首振りアーム５１の連結片５１ｃの軸孔５１ｄに装着された係合用ボルトの先端側が係合しているので、上下首振りアーム５１は軸孔５１ｂを中心としてその上端側が上下方向に往復移動する。

上下方向に往復どうする上下首振りアーム５１の上端には一対のガイドローラー５１ａが取り付けられていて、この一対のガイドローラー５１ａの間に送り出され或いは巻き取られる光ケーブル３が挟まれているので、光ケーブル巻装ドラム４２の円筒体４２ｃの上下方向の巻装表面に巻き取られる光ケーブル３は上下方向に往復移動する。

このようにして、光ケーブル巻装ドラム４２の円筒体４２ｃの上下方向の巻装表面には上下表面にわたって均一に巻き取られて下部側に集中して巻き取られるのを防いで、光ケーブル３のダマや縺れが生じるのを防ぐことが可能となる。

なお、この発明は上記発明を実施するための最良の形態に限定されるものではなく、この発明の精神を逸脱しない範囲で種々の改変をなし得ることは勿論である。

この発明を実施するための最良の形態を示す水中航走体遠隔操作システムの概略図である。 この発明を実施するための最良の形態を示す中継部の側断面図である。 この発明を実施するための最良の形態を示す支持器及びセンサーの部分図である。 （Ａ）はこの発明を実施するための最良の形態を示す支持器のガイドローラーの正面図である。 （Ｂ）はこの発明を実施するための最良の形態を示す支持器のガイドローラーの側面図である。 （Ｃ）はこの発明を実施するための最良の形態を示すセンサーの押圧センサー横桁の側面図である。 （Ｄ）はこの発明を実施するための最良の形態を示すセンサーの押圧センサー横桁の平面図である。 この発明を実施するための最良の形態を示すドラム巻装面調整装置の正面図である。 （Ａ）はこの発明を実施するための最良の形態を示すドラム巻装面調整装置の上下首振りアームの正面図である。 （Ｂ）はこの発明を実施するための最良の形態を示すドラム巻装面調整装置の上下首振りアームの平面図である。 （Ａ）はこの発明を実施するための最良の形態を示すドラム巻装面調整装置の上下首振りアーム往復作動レバーの正面図である。 （Ｂ）はこの発明を実施するための最良の形態を示すドラム巻装面調整装置の上下首振りアーム往復作動レバーの側面図である。 （Ａ）はこの発明を実施するための最良の形態を示すドラム巻装面調整装置のアーム支柱の側面図である。 （Ｂ）はこの発明を実施するための最良の形態を示すドラム巻装面調整装置のアーム支柱の背面図である。 （Ａ）はこの発明を実施するための最良の形態を示すドラム巻装面調整装置の偏心板の正面図である。 （Ｂ）はこの発明を実施するための最良の形態を示すドラム巻装面調整装置の偏心板の側面図である。

符号の説明

１ 水中航走体
２ 指令部
３ 光ケーブル
４ 中継部
４１ 浮体
４２ 光ケーブル巻装ドラム
４２ａ 上下軸
４２ｂ 側端板
４２ｃ 円筒体
４３ アンテナ
４４ 受信機
４５ 送信機
４６ 支持器
４６ａ 第１支柱
４６ｂ 第２支柱
４６ｃ 上部連結桁
４６ｄ ガイドローラー
４７ センサー
４７ａ 押圧センサー横桁
４７ｂ センサーガイドローラー
４７ｃ 緊張状態検知接触スイッチ
４７ｄ 弛緩状態検知接触スイッチ
４７ｅ バネ
４８ ドラム駆動モーター
４８ａ モーター軸
４８ｂ モーターボックス
５ ドラム巻装面調整装置
５１ 上下首振りアーム
５１ａ ガイドローラー
５１ｂ 軸孔
５１ｃ 連結片
５１ｄ 軸孔
５２ 上下首振りアーム往復作動レバー
５２ａ 長溝
５２ｂ 中間軸孔
５２ｃ ガイドローラー
５３ アーム支柱
５４ 上下首振りアーム駆動機構
５４ａ ウォーム
５４ｂ ウォームホイール
５４ｃ 回転軸
５４ｄ 偏心板
５４ｅ 軸受け
５４ｆ 円形ガイド溝

Claims (2)

1. 水中の表層付近及び浅海域を探索する水中航走体に光ケーブルの一端を接続し、水面に浮かべた中継部に設置されアンテナを備えた受信機及び送信機に上記光ケーブルの他端を接続し、離れた箇所の指令部から制御信号を電波で水面上の中継部に送り、水面上の中継部の受信機のアンテナで受信した制御信号を光ケーブルを通じて水中の航走体に送ってこれを制御すると共に、水中航走体で集めた水中の表層付近及び浅海域の各種の情報を光ケーブルを通じて水面上の中継部の送信機に送り、送信機のアンテナから電波として離れた箇所の指令部に送ることを特徴とする水中航走体遠隔操作システム。
2. 水中の表層付近及び浅海域を探索する水中航走体に光ケーブルの一端側を接続し、水面に浮かべた中継部に設置され上下軸回りに正逆回転する光ケーブル巻装ドラムに光ケーブルの他端側を巻き付け、上記光ケーブル巻装ドラムの上部に設置され該ドラムの回転に伴ってその上部側で回転するアンテナを備えた受信機及び送信機に上記光ケーブルの他端を接続し、離れた箇所の指令部から制御信号を電波で水面上の中継部に送り、水面上の中継部の受信機のアンテナで受信した制御信号を光ケーブルを通じて水中の航走体に送ってこれを制御すると共に、水中航走体で集めた水中の表層付近及び浅海域の各種の情報を光ケーブルを通じて水面上の中継部の送信機に送り、送信機のアンテナから電波として離れた箇所の指令部に送る水中航走体遠隔操作システムであって、巻装された上記光ケーブル巻装ドラムから水面に向けて延出される光ケーブルの一部を支持する支持器を中継部に設置し、水中航走体と光ケーブル巻装ドラムとの間の光ケーブルの張力状態を検知するセンサーを支持器に取り付け、該センサーからの情報に基づいて光ケーブル巻装ドラムを正逆回転させるドラム駆動モーターを設け、光ケーブル巻装ドラムを正逆回転させて巻き取り及び巻き戻しを通じて水中航走体と光ケーブル巻装ドラムとの間の光ケーブルの張力状態を一定に維持すると共に、上記支持器と上記光ケーブル巻装ドラムとの間に、光ケーブルの張力状態を一定に維持すべく上下軸回りに正逆回転する光ケーブル巻装ドラムに上下軸回りに巻装された光ケーブルの巻装表面に沿って当該巻装表面から延出する光ケーブルを上下移動させるドラム巻装面調整装置を設け、該ドラム巻装面調整装置を通じて光ケーブル巻装ドラムの上下向きの光ケーブルの巻装表面に略均一な巻層になるように光ケーブルを巻装し、巻き取りの際に生じる光ケーブルのダマや縺れを防ぐことを特徴とする水中航走体遠隔操作システムの光ケーブルのドラム巻装面調整装置。

Images