JP2017071265A - 自律型無人潜水機の充電システム - Google Patents

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Abstract

【課題】水中に充電のための基地を設置することなく、水中で充電することを可能にする自律型無人潜水機の充電システムを提供する。
【解決手段】自律型無人潜水機３０の充電システム１は、洋上に浮かんだ洋上浮体２と、洋上浮体から紐状体３により水中に吊下げられた、水の流れを受けて洋上浮体よりも下流側に位置する、紐状体から離れた位置に非接触給電部を有する充電ステーション１０と、紐状体の回りに回転可能となるように充電ステーションに結合される、非接触給電部からの給電を受ける非接触受電部を有する自律型無人潜水機と、を備え、充電ステーションは、水の流れによって、非接触給電部が水の流れ方向において紐状体の下流側に位置する姿勢となるように構成されており、自律型無人潜水機は、充電ステーションに結合されたときに、非接触受電部が水の流れによって水の流れ方向において紐状体の下流側に位置する姿勢となるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自律型無人潜水機の充電システムに関する。
従来から、海底作業や海底調査等のために、母船からの電力供給を要せず、内蔵動力源によって水中を航走する自律型無人潜水機（ＡＵＶ：Autonomous Underwater Vehicle。以下、ＡＵＶともいう。）が知られている。特許文献１には、母船にＡＵＶを揚収することなく、水中でＡＵＶを充電するためのＡＵＶ用水中基地が開示されている。
特許文献１の水中基地は、海底に基台を設置し、この基台上に垂直方向の軸心廻りで回転自在な着座台を設け、この着座台に、ＡＵＶが水中基地の位置を測位するための信号発信器と、着座したＡＵＶと連結するコネクタとを設けている。また、この水中基地は、水流によって該着座台を水流の方向に向ける方向安定ひれを設けている。これにより、着座台が常に水流方向に向くため、水中基地に着座するＡＵＶを、常に機体制御上安定した上流向きの姿勢で着座台へ航行させて着座させるようにしている。
特開２００１−５５１９３号公報
しかしながら、特許文献１のような水中基地では、基台を海底に据え付けるのに大がかりな工事が必要となる。一方、充電用の水中基地を設置しない場合には、従来通り、ＡＵＶを充電のために母船に揚収しなければならず、多大な労力を要する。
そこで、本発明は、水中に充電のための基地を設置することなく、水中で充電することを可能にするＡＵＶの充電システムを提供することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明に係るＡＵＶの充電システムは、洋上に浮かんだ洋上浮体と、前記洋上浮体から紐状体により水中に吊下げられた、水の流れを受けて前記水の流れ方向において前記洋上浮体よりも下流側に位置する、前記紐状体から離れた位置に非接触給電部を有する充電ステーションと、前記紐状体の回りに回転可能となるように前記充電ステーションに結合される、前記非接触給電部からの給電を受ける非接触受電部を有するＡＵＶと、を備え、前記充電ステーションは、前記水の流れによって、前記非接触給電部が前記水の流れ方向において前記紐状体の下流側に位置する姿勢となるように構成されており、前記ＡＵＶは、前記充電ステーションに結合されたときに、前記非接触受電部が前記水の流れによって前記水の流れ方向において前記紐状体の下流側に位置する姿勢となるように構成されている。
上記の構成によれば、洋上に浮かんだ洋上浮体から吊り下げた充電ステーションにＡＵＶを結合させて充電を行う。このため、水中に充電のための基地を設置する必要がない。また、水の流れを利用して充電ステーションとＡＵＶとの向きを合致させることができる。このため、ＡＵＶの非接触受電部と洋上浮体に吊下げられた充電ステーションの非接触給電部とを容易に位置合わせすることができ、水中でのＡＵＶの充電を実現することができる。
上記のＡＵＶの充電システムにおいて、前記充電ステーションは、前記紐状体に固定された被捕捉部と、前記被捕捉部に連結されたステーション本体と、を有し、前記ＡＵＶは、潜水機本体と、前記潜水機本体の前端部に設けられた、前記被捕捉部に対して前記紐状体の回りに回転可能となるように前記被捕捉部を捕捉する捕捉機構と、を有してもよい。この構成によれば、捕捉機構が被捕捉部に対して紐状体の回りに回転可能となるように被捕捉部を捕捉するため、捕捉機構が被捕捉部を捕捉した状態で、被捕捉部を基準に非接触給電部と非接触受電部とを移動させて、それらを互いに給電可能な状態に位置合わせすることができる。
上記のＡＵＶの充電システムにおいて、前記ステーション本体は、前記非接触給電部を支持する支持部と、前記支持部から前記非接触給電部を越えて立ち上がり、その先端で前記被捕捉部と連結される立ち上がり部と、を有し、前記潜水機本体の下部には、前記非接触受電部が設けられてもよい。この構成によれば、ステーション本体の形状を、潜水機本体の外形に沿ったシンプルな形状に設計できる。
上記のＡＵＶの充電システムにおいて、前記支持部は、棒状であり、前記立ち上がり部は、前記支持部の一端から立ち上がり、前記支持部には、垂直翼および水平翼が設けられていてもよい。この構成によれば、支持部を水の抵抗が小さい形状としながら、垂直翼により、水の流れを受けた充電ステーションの水平方向の姿勢を規定することができ、また、水平翼により、水の流れを受けた充電ステーションの垂直方向の姿勢を規定することができる。
上記のＡＵＶの充電システムにおいて、前記被捕捉部は、円盤状であって、その上面の中心で前記紐状体が接続されており、前記捕捉機構は、前方および下方に開口した、前記紐状体が前方から挿入され、前記被捕捉部が下方から挿入される嵌合部を有していてもよい。この構成によれば、前方側開口から嵌合部に挿入された紐状体に沿って、ＡＵＶを充電ステーションへと下降させることにより、ＡＵＶを充電ステーションに結合することができる。また、ＡＵＶを上昇させることによりＡＵＶを充電ステーションから分離することができる。このため、ＡＵＶと充電ステーションとの結合および分離がより容易に実施できる。
上記のＡＵＶの充電システムにおいて、前記立ち上がり部は、前記紐状体に対して垂直な方向に延びる軸を中心に前記被捕捉部に揺動可能に連結されており、前記捕捉機構は、前記自律型無人潜水機の左右方向に延びる軸を中心に前記嵌合部を揺動可能に保持する、前記潜水機本体の前端部に固定された保持部を有していてもよい。この構成によれば、ステーション本体が被捕捉部に対して揺動可能であるため、紐状体から牽引されて被捕捉部の向きが変更しても、水の流れ方向に対するステーション本体の姿勢を安定的に維持することができ、また、嵌合部が潜水機本体に固定された保持部に対して揺動可能であるため、紐状体から牽引されて被捕捉部の向きが変更しても、水の流れ方向に対する潜水機本体の姿勢を安定的に維持することができる。
上記のＡＵＶの充電システムにおいて、前記充電ステーションには、前記紐状体に光を照らすための投光部が設けられており、前記ＡＵＶは、撮像装置と、推進装置と、前記撮像装置により撮像されたデータに基づいて前記推進装置を制御する制御装置と、を有していてもよい。この構成によれば、ＡＵＶを充電ステーションに精度よく近づけることができる。
上記のＡＵＶの充電システムにおいて、前記充電ステーションには、音響信号を発信するトランスポンダが設けられており、前記ＡＵＶには、前記トランスポンダからの音響信号に基づいて、前記トランスポンダまでの距離を計測する音響測位装置が設けられていてもよい。この構成によれば、音響測位装置がトランスポンダから送られてきた音響信号に基づいて充電ステーションに対するＡＵＶの位置を測位できるため、中長距離離れた位置からＡＵＶを充電ステーションへと誘導することができる。
上記のＡＵＶの充電システムにおいて、前記ＡＵＶおよび前記充電ステーションのそれぞれには、互いに光無線通信する光無線通信装置が設けられていてもよい。この構成によれば、ＡＵＶが取得したデータをＡＵＶから光無線通信装置を介して充電ステーションに送信することができ、また、ＡＵＶの制御プログラムを充電ステーションから光無線通信装置を介してＡＵＶに送信することができる。
上記のＡＵＶの充電システムにおいて、前記洋上浮体が洋上を航走する船であってもよい。この構成によれば、ＡＵＶが充電ステーションに結合した状態で船が充電ステーションを曳航することにより、ＡＵＶおよび充電ステーションを水の流れを受けるようにすることができる。
本発明によれば、水中に充電のための基地を設置することなく、水中で充電することを可能にするＡＵＶの充電システムを提供することができる。
本発明の一実施形態に係るＡＵＶの充電システムの概略構成図である。 図１の充電システムの充電ステーションの斜視図である。 図１の充電システムのＡＵＶを斜め上から見た概略斜視図である。 図１の充電システムのＡＵＶを斜め下から見た概略斜視図である。 図１に示したＡＵＶの捕捉機構の拡大図である。 図１の充電システムによる充電工程を説明する図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、一実施形態に係る充電システム１の概略構成図である。充電システム１は、ＡＵＶ３０を水中で充電するためのものである。充電システム１は、洋上に浮かんだ洋上浮体２と、洋上浮体２から紐状体３により水中に吊下げられた充電ステーション１０と、充電ステーション１０に結合して充電されるＡＵＶ３０とを有する。本実施形態において、洋上浮体２は、洋上を航走する船である。但し、洋上浮体２は、例えば自走式のブイなど洋上を航走する船以外の航走体であってもよい。紐状体３は、例えば、洋上浮体２から充電ステーション１０に電気を送るための送電用の、および／または、洋上浮体２と通信するための通信用のケーブルである。
図２は、充電システム１の充電ステーション１０の斜視図である。本実施形態において、充電ステーション１０は、水の流れを受けて水の流れ方向Ｆにおける下流側へと移動し、洋上浮体２よりも下流側に位置するように構成されている。また、充電ステーション１０は、水の流れに応じて所定の姿勢（即ち、流れ方向Ｆに対する向き）をとるように構成されている。ここで、「水の流れ」とは、充電ステーション１０に対する充電ステーション１０の周りの水の移動を意味し、例えば、海水の流れである潮流だけでなく、充電ステーション１０自体が水中を移動することによる充電ステーション１０に対する周りの水の相対的な移動も含む。以下の説明では、水の流れを受ける充電ステーション１０に関して、水の流れ方向Ｆの上流側を前方、水の流れ方向Ｆの下流側を後方、水の流れ方向Ｆに対する左側方向を左方、水の流れ方向Ｆに対する右側方向を右方、鉛直上向きを上方、鉛直下向きを下方と定義する。
充電ステーション１０は、紐状体３に固定された被捕捉部１１と、被捕捉部１１に連結されたステーション本体１２とを有する。また、ステーション本体１２には、ＡＵＶ３０に給電するための非接触給電部２１が設けられている。
ステーション本体１２は、非接触給電部２１を支持する棒状の支持部１６と、支持部１６の一端から立ち上がる立ち上がり部１７とを有する。立ち上がり部１７と支持部１６とは一体的に形成されている。支持部１６は、充電ステーション１０が水の流れをうけるとき、水の流れ方向Ｆに沿って上流側から下流側へと延びるように形成されている。支持部１６の上部であって、立ち上がり部１７から離れた位置に非接触給電部２１が固定されており、立ち上がり部１７は、支持部１６から非接触給電部２１を越えて立ち上がるように延びている。立ち上がり部１７は、その先端で被捕捉部１１と連結されている。
被捕捉部１１は、円盤状であって、その上面の中心で洋上浮体２から延びる紐状体３と接続されている。被捕捉部１１は、紐状体３に対して、即ち被捕捉部１１の中心軸方向に対して垂直な方向に延びる軸を中心に立ち上がり部１７を揺動可能に連結している。より詳しくは、被捕捉部１１が、立ち上がり部１７の上部を左右方向に延びる枢軸１８で支持しており、枢軸１８を中心にステーション本体１２が被捕捉部１１に対して揺動可能となっている。
非接触給電部２１および後述する非接触受電部３５は、例えば、平板状のハウジングと、その内部に円形に形成されたコイルを有する。非接触給電部２１は、非接触受電部３５と対向することになる一方主面が上方を向くように支持部１６に固定されている。
ステーション本体１２には、充電ステーション１０が水の流れに応じて充電ステーション１０が所定の姿勢をとるための垂直翼１３および水平翼１４が設けられている。垂直翼１３および水平翼１４は、支持部１６の後部、即ち、充電ステーション１０が水の流れをうけるとき、支持部１６における水の流れ方向Ｆの下流側部分に設けられている。
垂直翼１３は、水の流れを受けた充電ステーション１０の水平方向の姿勢を規定する機能を有している。より詳しくは、垂直翼１３が水の流れを受けることにより、充電ステーション１０は、ステーション本体１２が紐状体３（即ち、紐状体３が固定された被捕捉部１１を通る鉛直線）の回りに回転する。その結果、充電ステーション１０は、ステーション本体１２の支持部１６が、立ち上がり部１７から流れ方向Ｆの下流側へと延びる姿勢となる。言い換えれば、充電ステーション１０は、被捕捉部１１から離れた位置にある非接触給電部２１が水の流れ方向Ｆにおける紐状体３の下流側に位置する姿勢となる。
また、水平翼１４は、水の流れを受けた充電ステーション１０の垂直方向の姿勢を規定する機能を有している。より詳しくは、充電ステーション１０が水の流れを受けると、充電ステーション１０は、水の流れ方向Ｆにおける洋上浮体２の下流側へと移動する。その結果、紐状体３から牽引される被捕捉部１１は、その中心軸方向が鉛直線から傾くように、ステーション本体１２に対して枢軸１８を中心に回動する。一方、水平翼１４の効果により、被捕捉部１１の向きが変化しても、ステーション本体１２の支持部１６は、水の流れ方向Ｆに概ね平行な姿勢となる。
充電ステーション１０には、音響信号を発信するトランスポンダ２３が設けられている。トランスポンダ２３は、後述の音響測位装置３６とともに、充電ステーション１０に対するＡＵＶ３０の位置を測位するための音響測位システムを構成する。
また、充電ステーション１０には、ＡＵＶ３０と通信するための光無線通信装置１９が設けられている。この光無線通信装置１９は、被捕捉部１１に設けられており、光を被捕捉部１１の上方に向かって投光する投光部２０を有する。本実施形態では、光無線通信装置１９の投光部２０は、ＡＵＶ３０を充電ステーション１０に結合させる際に紐状体３に光を照らす役割も果たす。
図３は、ＡＵＶ３０を斜め上から見た概略斜視図であり、図４は、ＡＵＶ３０を斜め下から見た概略斜視図である。以下の説明では、ＡＵＶ３０に関して、ＡＵＶ３０が進行するときの進行方向を前方、進行方向の反対方向を後方、進行方向左側を左方、進行方向右側を右方、進行方向上側を上方、進行方向下側を下方と定義する。
ＡＵＶ３０は、動力源としての蓄電池を内蔵した潜水機本体３１と、水中を航走するための推進力を発生させるプロペラ等のいくつかの推進装置３２（１つだけ示す）を備える。ＡＵＶ３０は、潜水機本体３１の内部に、推進装置３２を制御する制御装置３３を備えており、制御装置３３のプログラムに従って自律航走する。潜水機本体３１は、その前方側が水の抵抗の少ない流線型をなしている。また、潜水機本体３１の上部および下部は、互いに平行な平面状に形成されている。潜水機本体３１の下部には、充電ステーション１０の非接触給電部２１から給電を受ける上述の非接触受電部３５が設けられている。非接触受電部３５は、非接触給電部２１と対向することになる一方主面が下方を向くように潜水機本体３１の下部に固定されている。
本実施形態において、ＡＵＶ３０は、充電ステーション１０からの給電を受けるために、まず水中で充電ステーション１０と結合する。ＡＵＶ３０は、充電ステーション１０の被捕捉部１１を捕捉するための捕捉機構４０を有しており、捕捉機構４０が被捕捉部１１を捕捉することによって、ＡＵＶ３０は充電ステーション１０と結合する。捕捉機構４０は、ＡＵＶ３０の進行方向前方側である潜水機本体３１の前端部に設けられている。
図５に、ＡＵＶ３０の捕捉機構４０の拡大図を示す。本実施形態において、捕捉機構４０は、被捕捉部１１を覆うように形成されている。捕捉機構４０は、被捕捉部１１が嵌合する嵌合部４１と、潜水機本体３１の前端部に固定され、嵌合部４１を保持する保持部４６を有する。
嵌合部４１は、前方に開口した前方側開口部４１ａと下方に開口した下方側開口部４１ｂを有する。ＡＵＶ３０が充電ステーション１０に結合するとき、嵌合部４１には、その前方から紐状体３が前方側開口部４１ａを介して挿入され、その下方から被捕捉部１１が下方側開口部４１ｂを介して挿入される。前方側開口部４１ａは、紐状体３が挿通するように上下方向に延びるように形成されており、前方側開口部４１ａの下方側と下方側開口部４１ｂの前方側とはつながっている。
嵌合部４１は、被捕捉部１１が嵌合するサイズに形成された嵌合空間Ｓ１と、嵌合空間Ｓ１の下側に位置しており、嵌合空間Ｓ１へと被捕捉部１１を案内するために下方にいくにつれて広がった案内空間Ｓ２を形成している。嵌合部４１は、ＡＵＶ３０が充電ステーション１０に結合されたときに、紐状体３の回りに回転可能となるように構成されている。本実施形態では、嵌合空間Ｓ１が被捕捉部１１と同様に円盤状に形成されており、捕捉機構４０は、それに固定された潜水機本体３１とともに、被捕捉部１１を捕捉したまま被捕捉部１１に対して紐状体３の回りに回転するように構成されている。
嵌合部４１は、被捕捉部１１の上面部分を覆う上壁部４２と、上壁部４２の円弧状の左側端部から下方に延びる左側壁部４３、上壁部４２の円弧状の右側端部から下方に延びる右側壁部４４を有している。前方側開口部４１ａは、左側壁部４３および右側壁部４４の前端部により構成され、下方側開口部４１ｂは、左側壁部４３および右側壁部４４の下端部により構成される。上壁部４２の前端部４２ａは、後方にいくにつれて徐々に狭まる平面視Ｖ字形状をなしており、このＶ字形状の前端部４２ａに紐状体３が押圧されたときに、紐状体３を嵌合部４１の中央側へと案内するように構成されている。
保持部４６は、ＡＵＶ３０の左右方向に延びる軸Ｃを中心に嵌合部４１を揺動可能に保持する。より詳しくは、保持部４６は、嵌合部４１の左右方向両側に位置し、潜水機本体３１に固定された一対の固定部４７ａ，４７ｂと、固定部４７ａ，４７ｂのそれぞれに支持された一対の枢軸４８ａ，４８ｂを有する。軸Ｃは、嵌合部４１の嵌合空間Ｓ１を通過するようにＡＵＶ３０の左右方向に延びており、一対の枢軸４８ａ，４８ｂは、いずれも、軸Ｃ上に位置している。嵌合部４１は、一対の枢軸４８ａ，４８ｂに揺動可能に支持されている。
図３および図４に戻って、潜水機本体３１には、垂直翼３４が設けられている。垂直翼３４は、充電ステーション１０側の垂直翼１３と同様の機能を有している。ＡＵＶ３０は、充電ステーション１０に結合されてから推進装置３２を停止させると、垂直翼３４が水の流れを受けて、潜水機本体３１が被捕捉部１１に対して紐状体３（即ち、被捕捉部１１を通る鉛直線）の回りに回転する。その結果、ＡＵＶ３０は、その後端部が水の流れ方向Ｆにおける下流側へと移動し、非接触受電部３５が水の流れ方向Ｆにおいて紐状体３の下流側に位置する姿勢となる。なお、本実施形態において、互いに結合した状態にあるＡＵＶ３０と充電ステーション１０は、水中において同じ位置にあるため、ＡＵＶ３０と充電ステーション１０のそれぞれが受ける水の流れ方向Ｆは一致している。
非接触受電部３５および非接触給電部２１は、充電ステーション１０およびＡＵＶ３０が結合した状態で水の流れを受けたとき、水の流れ方向Ｆにおける紐状体３の下流側の位置で互いに対向するようにＡＵＶ３０および充電ステーション１０のそれぞれに配置されている。即ち、非接触受電部３５および非接触給電部２１は、ＡＵＶ３０の非接触受電部３５から捕捉機構４０までの水の流れ方向Ｆに沿った距離と、充電ステーション１０の非接触給電部２１から被捕捉部１１までの水の流れ方向Ｆに沿った距離とが概ね一致するように配置されている。このため、ＡＵＶ３０と充電ステーション１０とが結合した後に、これらが水の流れを受けて水の流れ方向Ｆに沿った姿勢をとることにより、ＡＵＶ３０は、充電ステーション１０からの給電が可能な状態となる。
ＡＵＶ３０および充電ステーション１０は、互いに結合するために、充電ステーション１０に対するＡＵＶ３０の位置を計測する測位システムを有している。
上述したように、ＡＵＶ３０には音響測位装置３６が設けられており、充電ステーション１０のトランスポンダ２３とともに、充電ステーション１０に対するＡＵＶ３０の位置を測位するための音響測位システムを構成している。この音響測位システムは、例えば、トランスポンダ２３からの音響信号を受信するまでの時間から、トランスポンダ２３までの距離を計算し、音響測位装置３６の有する受波アレイ内の各素子への到達音波の位相差をもとに方位を計算するＳＳＢＬ（Super Short Base Line）方式の測位システムである。本実施形態では、この測位システムは、充電ステーション１０からＡＵＶ３０までの距離が所定の距離（例えば１０ｍ）より大きい場合に使用される。制御装置３３は、音響測位装置３６で得られた位置データに基づき推進装置３２を制御し、ＡＵＶ３０を充電ステーション１０へと誘導する。
また、本実施形態では、ＡＵＶ３０は撮像装置（図示せず）を有している。この撮像装置は、ＡＵＶ３０が充電ステーション１０から所定の距離（例えば１０ｍ）以下の範囲に位置する場合のＡＵＶ３０の測位に使用される。より詳しくは、ＡＵＶ３０の撮像装置は、投光部２０により光を照らされた紐状体３を撮像し、撮像データを制御装置３３に送る。制御装置３３は、撮像データに基づいて充電ステーション１０に対するＡＵＶ３０の位置データを取得し、その位置データに基づき推進装置３２を制御する。これにより、ＡＵＶ３０を精度よく充電ステーション１０へと近づけることができる。
また、ＡＵＶ３０には、光無線通信装置３９が設けられている。ＡＵＶ３０の光無線通信装置３９と上述の充電ステーション１０の光無線通信装置１９とは、少なくともＡＵＶ３０と充電ステーション１０とが結合している間、互いに光無線通信することができるように配置されている。本実施形態では、ＡＵＶ３０の光無線通信装置３９は、充電ステーション１０の投光部２０からの光信号を受光できるように、潜水機本体３１の前端部であって、捕捉機構４０の上方に配置されている。光無線通信装置１９，３９により、ＡＵＶ３０は、例えばＡＵＶ３０が実施した検査で取得した検査データを充電ステーション１０に送ることができ、また、充電ステーション１０は、例えばＡＵＶ３０のオペレーションプログラムをＡＵＶ３０に送ることができる。
次に、充電システム１によりＡＵＶ３０が充電されるまでの充電工程を図６を参照して説明する。
まず、洋上浮体２から吊り下げられた充電ステーション１０が、ＡＵＶ３０から中長距離の位置にある場合、言い換えれば、ＡＵＶ３０から充電ステーション１０までの距離が所定の距離（例えば１０ｍ）より大きい場合、ＡＵＶ３０は充電ステーション１０に向かって移動する。より具体的には、ＡＵＶ３０は、充電ステーション１０のトランスポンダ２３から送られてくる音響信号に基づいて充電ステーション１０に対するＡＵＶ３０の相対位置を計測する。得られたＡＵＶ３０の位置データに基づいて、ＡＵＶ３０の制御装置３３が推進装置３２を制御して、ＡＵＶ３０は充電ステーション１０へと誘導される。
図６（ａ）に示すように、充電ステーション１０が、ＡＵＶ３０から近距離の位置にある場合、言い換えれば、ＡＵＶ３０から充電ステーション１０までの距離が所定の距離（例えば１０ｍ）以下である場合、ＡＵＶ３０は、捕捉機構４０に紐状体３が当接するまで移動する（図６（ｂ）参照）。より具体的には、充電ステーション１０は、投光部２０により紐状体３に向かって光を照射する。ＡＵＶ３０は、光を照射された紐状体３を撮像装置により撮像するとともに、撮像されたデータに基づいて、嵌合部４１に紐状体３が前方から挿入されるように推進装置３２を駆動する。その結果、ＡＵＶ３０は、捕捉機構４０の中央付近に紐状体３が配置された状態になる。
続いて、ＡＵＶ３０は、捕捉機構４０が被捕捉部１１を捕捉するまで充電ステーション１０に向かって紐状体３に沿って下降する（図６（ｃ）参照）。捕捉機構４０が被捕捉部１１を捕捉することにより、ＡＵＶ３０が充電ステーション１０に結合すると、ＡＵＶ３０は、推進装置３２を停止させ、その後、洋上浮体２は、充電ステーション１０およびそれに結合されたＡＵＶ３０を曳航する。なお、捕捉機構４０が被捕捉部１１を捕捉したか否かは、いずれの方法で検出してもよいが、例えば、被捕捉部１１に近接センサを設け、該近接センサにより検出してもよいし、その検出結果は紐状体３を介して洋上浮体２に送られてもよい。
充電ステーション１０が曳航されると、図６（ｄ）に示すように、充電ステーション１０は、水の流れを受けることにより紐状体３の回りに回転して、非接触給電部２１が水の流れ方向Ｆにおいて紐状体３の下流側に位置する姿勢となる。一方、ＡＵＶ３０は、充電ステーション１０に結合された状態で曳航されると、水の流れを受けることにより紐状体３の回りに回転して、非接触受電部３５が水の流れ方向Ｆにおいて紐状体３の下流側に位置する姿勢となる。こうして、充電ステーション１０の向きとＡＵＶ３０の向きとを合致させて、ＡＵＶ３０の非接触受電部３５と充電ステーション１０の非接触給電部２１とが給電可能な位置に合わせられる。その後、充電ステーション１０は、非接触給電部２１から非接触受電部３５への給電を開始する。
ＡＵＶ３０が水の流れを受けている間は、捕捉機構４０の嵌合部４１は、被捕捉部１１から紐状体３の延びる方向に力を受け続けるため、推進装置３２が停止した状態であっても、ＡＵＶ３０が充電ステーション１０に結合した状態は維持される。充電終了後には、推進装置３２を駆動してＡＵＶ３０を上昇させることにより、ＡＵＶ３０は充電ステーション１０から分離する。
以上説明したように、本実施形態のＡＵＶ３０の充電システム１では、洋上に浮かんだ洋上浮体２から吊り下げた充電ステーション１０にＡＵＶ３０を結合させてＡＵＶ３０の充電を行う。このため、水中に充電のための基地を設置する必要がない。また、洋上浮体２の場所を変更することにより、ＡＵＶ３０の充電作業を実施する箇所を容易に変更することができる。
また、水の流れを利用して充電ステーション１０とＡＵＶ３０との向きを合致させることができる。このため、ＡＵＶ３０の非接触受電部３５と洋上浮体２に吊下げられた充電ステーション１０の非接触給電部２１とを容易に位置合わせすることができ、水中でのＡＵＶ３０の充電を実現することができる。
さらに、洋上浮体２である船がそれらを曳航することによって、ＡＵＶ３０および充電ステーション１０が受ける水の流れを能動的に生じさせることができる。このため、水の流れが弱いところでも、充電ステーション１０とＡＵＶ３０との向きを合致させることができる。
また、本実施形態では、捕捉機構４０が被捕捉部１１に対して紐状体３の回りに回転可能となるように被捕捉部１１を捕捉するため、捕捉機構４０が被捕捉部１１を捕捉した状態で、被捕捉部１１を基準に非接触給電部２１と非接触受電部３５とを移動させて、それらを互いに給電可能な状態に位置合わせすることができる。
また、本実施形態では、ステーション本体１２が、非接触給電部２１を支持する支持部１６と非接触給電部２１を越えて立ち上がり、その先端で被捕捉部１１と連結される立ち上がり部１７とを有し、潜水機本体３１の下部に非接触受電部３５を設ける構成である。このため、ステーション本体１２の形状を、潜水機本体３１の外形に沿ったシンプルな形状に設計できる。また、ＡＵＶ３０が充電ステーション１０に結合した状態において、非接触給電部２１および非接触受電部３５は、いずれも水の抵抗に影響を与えにくい箇所に配置させることができる。これにより、非接触給電部２１および非接触受電部３５を拡大させて対向面積を増大させることができ、給電電力を増大させることができる。
また、本実施形態では、支持部１６は、棒状であり、立ち上がり部１７は、支持部１６の一端から立ち上がり、支持部１６には、垂直翼１３および水平翼１４が設けられている。このため、支持部１６を水の抵抗が小さい形状としながら、垂直翼１３により、水の流れを受けた充電ステーション１０の水平方向の姿勢を規定することができ、また、水平翼１４により、水の流れを受けた充電ステーション１０の垂直方向の姿勢を規定することができる。
また、本実施形態では、紐状体３を嵌合部４１に前方側開口部４１ａを介して挿入させてからＡＵＶ３０を充電ステーション１０へと紐状体３に沿って下降させることにより、ＡＵＶ３０を充電ステーション１０に結合することができる。また、ＡＵＶ３０を上昇させることによりＡＵＶ３０を充電ステーション１０から分離することができる。このため、ＡＵＶ３０と充電ステーション１０との結合および分離がより容易に実施できる。
また、本実施形態では、被捕捉部１１がステーション本体１２に対して揺動可能であるため、紐状体３から牽引されて被捕捉部１１の向きが変更しても、水の流れ方向Ｆに対するステーション本体１２の姿勢を安定的に維持することができ、また、嵌合部４１が潜水機本体３１に固定された保持部４６に対して揺動可能であるため、紐状体３から牽引されて被捕捉部１１の向きが変更しても、水の流れ方向Ｆに対する潜水機本体３１の姿勢を安定的に維持することができる。
また、本実施形態では、充電ステーション１０がＡＵＶ３０から近距離の位置にある場合には、投光部２０により光に照らされた紐状体３を頼りに、充電ステーション１０に対するＡＵＶ３０の位置を取得するため、ＡＵＶ３０を充電ステーション１０に精度よく近づけることができる。また、投光部２０が、ＡＵＶ３０の測位のために紐状体３に向けて投光する役割だけでなく、ＡＵＶ３０と光無線通信をするためにＡＵＶ３０に投光する役割も果たすため、充電ステーション１０の部品点数を削減することができる。
また、本実施形態では、充電ステーション１０がＡＵＶ３０から中長距離の位置にある場合には、音響測位装置３６がトランスポンダ２３から送られてきた音響信号に基づいて充電ステーション１０に対するＡＵＶ３０の位置を測位できるため、中長距離離れた位置からＡＵＶ３０を充電ステーション１０へと誘導することができる。
上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。例えば、上記実施形態で示された充電ステーション１０およびＡＵＶ３０の形状や、それらに設けられた構成要素の形状、配置等も、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、上記実施形態の充電ステーション１０には、水の流れによって姿勢を変えるための垂直翼１３および水平翼１４が設けられており、ＡＵＶ３０には、水の流れによって姿勢を変えるための垂直翼３４が設けられていたが、水の流れによって姿勢を変える手段はこれらに限定されない。例えば、充電ステーション１０は、ステーション本体１２全体の形状を翼形状にしたり、重心位置を考慮して設計したりして、水の流れによって姿勢を変えるように構成されてもよい。
上記実施形態では、捕捉機構４０の保持部４６が、ＡＵＶ３０の左右方向に延びる軸Ｃを中心に嵌合部４１を揺動可能に保持していたが、捕捉機構４０は、例えば保持部４６の一対の固定部４７ａ，４７ｂが潜水機本体３１に上下方向に揺動可能に支持されるなどして、ＡＵＶ３０の前後方向に延びる軸を中心に嵌合部４１が揺動するように構成されていてもよい。
また、ＡＵＶ３０の測位システムも、上記実施形態に限定されない。例えば音響測位システムはＳＳＢＬ方式でなくてもよく、ＬＢＬ方式やＳＢＬ方式等を利用してよい。また、充電ステーション１０がＡＵＶ３０から近距離の位置にある場合にも、撮像装置を用いた方法とは別の方法でＡＵＶ３０を充電ステーション１０に近づけてもよい。
また、光無線通信装置１９の投光部２０は、紐状体３に向けて投光する投光部としての役割も果たしていたが、紐状体３に向けて投光する投光部は、光無線通信装置１９の投光部２０とは別に設けてもよい。
また、上記実施形態では、洋上浮体２である船が充電ステーション１０およびそれに結合されたＡＵＶ３０を曳航することによって、ＡＵＶ３０および充電ステーション１０が受ける水の流れを能動的に生じさせていたが、これに限定されない。例えば、潮流など一定の水の流れを確保できる箇所であれば、洋上浮体は移動しなくてもよく、この場合、例えば洋上浮体は海底に固定された錘と係留したブイであってもよい。
１ 充電システム
２ 洋上浮体
３ 紐状体
１０ 充電ステーション
１１ 被捕捉部
１２ ステーション本体
１３ 垂直翼
１４ 水平翼
１６ 支持部
１７ 立ち上がり部
１９ 光無線通信装置
２０ 投光部
２１ 非接触給電部
２３ トランスポンダ
３０ ＡＵＶ（自律型無人潜水機）
３１ 潜水機本体
３２ 推進装置
３３ 制御装置
３５ 非接触受電部
３６ 音響測位装置
３９ 光無線通信装置
４０ 捕捉機構
４１ 嵌合部
４６ 保持部
Ｆ 水の流れ方向

Claims (10)

  1. 洋上に浮かんだ洋上浮体と、
    前記洋上浮体から紐状体により水中に吊下げられた、水の流れを受けて前記水の流れ方向において前記洋上浮体よりも下流側に位置する、前記紐状体から離れた位置に非接触給電部を有する充電ステーションと、
    前記紐状体の回りに回転可能となるように前記充電ステーションに結合される、前記非接触給電部からの給電を受ける非接触受電部を有する自律型無人潜水機と、を備え、
    前記充電ステーションは、前記水の流れによって、前記非接触給電部が前記水の流れ方向において前記紐状体の下流側に位置する姿勢となるように構成されており、
    前記自律型無人潜水機は、前記充電ステーションに結合されたときに、前記非接触受電部が前記水の流れによって前記水の流れ方向において前記紐状体の下流側に位置する姿勢となるように構成されている、自律型無人潜水機の充電システム。
  2. 前記充電ステーションは、
    前記紐状体に固定された被捕捉部と、
    前記被捕捉部に連結されたステーション本体と、を有し、
    前記自律型無人潜水機は、
    潜水機本体と、
    前記潜水機本体の前端部に設けられた、前記被捕捉部に対して前記紐状体の回りに回転可能となるように前記被捕捉部を捕捉する捕捉機構と、を有する、請求項１に記載の自律型無人潜水機の充電システム。
  3. 前記ステーション本体は、
    前記非接触給電部を支持する支持部と、
    前記支持部から前記非接触給電部を越えて立ち上がり、その先端で前記被捕捉部と連結される立ち上がり部と、を有し、
    前記潜水機本体の下部には、前記非接触受電部が設けられている、請求項２に記載の自律型無人潜水機の充電システム。
  4. 前記支持部は、棒状であり、前記立ち上がり部は、前記支持部の一端から立ち上がり、前記支持部には、垂直翼および水平翼が設けられている、請求項３に記載の自律型無人潜水機の充電システム。
  5. 前記被捕捉部は、円盤状であって、その上面の中心で前記紐状体が接続されており、
    前記捕捉機構は、前方および下方に開口した、前記紐状体が前方から挿入され、前記被捕捉部が下方から挿入される嵌合部を有する、請求項３または４に記載の自律型無人潜水機の充電システム。
  6. 前記立ち上がり部は、前記紐状体に対して垂直な方向に延びる軸を中心に前記被捕捉部に揺動可能に連結されており、
    前記捕捉機構は、前記自律型無人潜水機の左右方向に延びる軸を中心に前記嵌合部を揺動可能に保持する、前記潜水機本体の前端部に固定された保持部を有する、請求項５に記載の自律型無人潜水機の充電システム。
  7. 前記充電ステーションには、前記紐状体に光を照らすための投光部が設けられており、前記自律型無人潜水機は、撮像装置と、推進装置と、前記撮像装置により撮像されたデータに基づいて前記推進装置を制御する制御装置と、を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の自律型無人潜水機の充電システム。
  8. 前記充電ステーションには、音響信号を発信するトランスポンダが設けられており、前記自律型無人潜水機には、前記トランスポンダからの音響信号に基づいて、前記トランスポンダまでの距離を計測する音響測位装置が設けられている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の自律型無人潜水機の充電システム。
  9. 前記自律型無人潜水機および前記充電ステーションのそれぞれには、互いに光無線通信する光無線通信装置が設けられている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の自律型無人潜水機の充電システム。
  10. 前記洋上浮体が洋上を航走する船である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の自律型無人潜水機の充電システム。

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