JP2019031180A

JP2019031180A - 海中輸送機

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Publication number: JP2019031180A
Application number: JP2017152983A
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Inventors: 石井昭良; Akiyoshi Ishii
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Priority date: 2017-08-08
Filing date: 2017-08-08
Publication date: 2019-02-28
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Abstract

【課題】海中で動力を用いず、機体の重量と機体の浮力との差に基づき、自由降下または自由上昇する海中輸送機を、機体への衝撃力を低減し、計画した水深で停止させることを、省エネ、省設備及び省材料で実現する。【解決手段】停止操作開始から停止までの機体の速度変化を、移動速度の変化と流体抗力の変化との関係データを用いて推定し、降下中はバラストの、上昇中は浮力材の、それぞれ一部を機体本体よりラインで接続して分離し、分離する量とタイミングで制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、海底と海面との間で下降と上昇を行い、ものを運ぶ海中輸送機に関する。

従来、海中を自由降下する装置に関して、公知となっているものには次のようなものがある。（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、球体が降下して海底に着地後の浮上用として、降下する球体に錘と錘の切離し装置を備えていることが示されているが、着地時の球体への衝撃や海底面に及ぼす影響を緩和する手段に関しては示されていない。また、機体を計画した水深に停止させる手段も示されていない。

特許文献１では、複数の球体を互いに連結し、各球体に電子機器及び制御装置を収容し、球体間で通信を可能とすることも示されているが、複数の球体を停止処理に利用することに関しては示されていない。また、球体間を接続するラインの長さを変更することに関しても示されていない。制御装置を停止の制御で使用することに関して、ならびに、下降速度と流体抵抗の関係データを制御装置で使用することに関しては、どちらも示されていない。

海中で推進器を持たす、機体の姿勢を変更させて降下と浮上させる例としては、次のようなものがある。（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２の装置では、機体姿勢の変更にバラスト水の注排水を用いた上で、主翼と尾翼に働く流体力を利用して速度制御を行っている。海中でのバラスト水の注排水では耐圧ポンプと耐圧タンクが必要となる。また、本装置は翼を備えた構造であり、強度を保つための支持材料が多く必要となる。

海底で鉱物資源を採取し、これを海上の支援船に輸送するシステムとして、公知となっているものには次のようなものがある。（例えば、特許文献３参照）。

特許文献３のシステムでは、海上の支援船、海底での採鉱装置及び両者間の海中輸送装置で構成される。本海中輸送装置は支援船から曳航されており、曳航用ラインと曳航用ライン操作装置が必要になる。

水中の潜水装置で浮力を調節するシステムとして、公知となっているものには次のようなものがある。（例えば、特許文献４参照）。

特許文献４のシステムでは、油圧ポンプと圧力増幅器とを備えた油圧システムを用いて海水の注排水を行なっている。

従来の技術では、装置重量を低減し、使用動力を低減し、経済性も見合う海中輸送用の装置は実現されていない。このため、海底の鉱物資源を海上に引き上げる装置としては楊鉱管が主たる検討対象となり、海中を移動する輸送機は検討対象となりにくい。

海上と海底との間で物を輸送する装置は、海中での高水圧に耐え、ペイロードを確保し、安全性と経済性も満足させることが要求され、その実現には従来にない技術が必要となる。

海中での高水圧に耐え、高い安全性を持って、海上と海底との間を行き来する装置としては、深海調査用潜水艇の「しんかい6500」がある。（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）。

ただし、「しんかい6500」は、高い安全性と高い航行性能を保持するために多くの装備品を備えており、必然的にペイロードは小さく、輸送用として量産して利用するには建造コストが大きく経済的に成立しない。
特開２０１２−２４５９４４号公報特開２００７−２７６６０９号公報特表２０１６−５０７６８０号公報特表２００７−５０３３４５号公報海洋科学技術センター試験研究報告第23号「しんかい6500」耐圧殼の設計・製作海洋科学技術センター試験研究報告第23号「しんかい6500 」用海水ポンプの開発

本発明が解決しようとする課題は、海底と海面との間を自由降下と自由浮上により行き来し、海底や海面の近くなど、計画した水深で停止させることを、省エネ、省設備かつ省材料で可能にする海中輸送機を実現することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の発明では、
自由降下を行う海中輸送機において、降下中に計画した水深で停止させるために、
機体内部に、
バラストを保持するバラスト保持部、
該バラスト保持部の重量を調整するバラスト重量調整機構部、及び、
該バラスト重量調整機構部に重量調整の指示をするバラスト重量調整指示部
を有し、
該重量調整指示部は、
バラストを低減する量とタイミングの指示データを、
機体の下降速度と到達水深の時系列推定結果を基に作成し、
該指示データを該バラスト重量調整機構部に送り
該バラスト重量調整機構部は、
該バラスト重量調整指示部の指示に従い、
該バラスト保持部のバラスト低減を行ない、
停止制御処理を実行することを特徴とする海中輸送機機
とした。

降下中の機体を計画した水深で停止させるためには、上方向へ推力を発生する推進機器を用いるのが一般的であるが、機体に推進機器を設置することは省設備と省エネの要求には不十分なものである。下降力を無くすようにバラスト重量を低減すれば機体を停止させることは可能となるが、計画した水深で停止させることは難しい。

請求項１では、計画水深で機体を停止させるために、バラスト低減量と共に低減のタイミングを厳密に取ることとした。そのために、重量調整指示部を備え、下降速度と到達水深の時系列変化を推定し、推定結果を基にバラスト重量調整指示データを作成することとした。この指示データに基づき物理的なバラスト調整処理を行うことで、機体の停止水深の高精度化を図っている。

請求項２に記載の発明では、
自由降下を行う海中輸送機において、降下中に計画した水深で停止させるために、
機体内部に、
機体本体と分離可能なバラストを保持するバラスト分離保持部、
該バラスト分離保持部を該機体本体から分離するバラスト分離機構部、
該バラスト分離機構部に分離処理の指示を行うバラスト分離指示部、
分離処理後の該バラスト分離保持部と該機体本体とをラインで接続するライン接続部、
該ライン接続部のライン長さを調整するライン長さ調整機構部、ならびに、
該ライン長さ調整機構部に長さ調整の指示を行うライン長さ調整指示部
を有し、
該バラスト分離指示部は、
該バラスト分離保持部の重量と分離処理実行タイミングの分離指示データを該バラスト分離機構部に送り、
該バラスト分離機構部は、
該分離指示データを用い、該バラスト分離保持部の該機体本体からの分離を行い、
該ライン長さ調整指示部は、
該ライン接続部のライン長さと調整処理タイミングの調整指示データを該ライン長さ調整機構部に送り、
該ライン長さ調整機構部は、
該調整指示データを用い、該ライン接続部のライン長さ調整を行い、
停止制御処理の実行と共に、停止後の停止位置水深の微調整を可能にすることを特徴とする海中輸送機、
とした。

請求項２では、計画水深で機体を停止させるために、機体本体と接続ラインを介して繋がったバラスト分離保持部を、機体本体から分離する手段を取る。この時、機体の下降速度と停止計画水深に到達するまでの所要時間を考慮して、バラスト分離保持部の重量、分離タイミング及び接続ラインの長さを設定する。分離処理後、下降する機体本体は、上向きの停止力を得て減速し、停止した後、上昇へと転じる。バラスト分離保持部は、加速し、その加速中、あるいは、加速終了後、海底あるいは着地構造物に着地する。接続ラインは、機体本体に張力を与えない状態と与える状態とを作り出し、機体本体への衝撃が小さい状態で機体本体を停止させる。分離処理の設定には、バラスト分離保持部の着地と機体本体の停止までの、時間経過に伴う速度変化の推定を行い、その結果を利用する。速度変化の推定には、機体本体とバラスト分離保持部、それぞれの下降速度と流体抵抗の関係データを利用する。

請求項３に記載の発明では、
自由浮上を行う海中輸送機において、上昇中に計画した水深で停止させるために、
機体内部に、
浮力材を保持する浮力材保持部、
該浮力材保持部の容量を調整する浮力材容量調整機構部、及び、
該浮力材容量調整機構部に容量調整の指示をする浮力材容量調整指示部
を有し、
該浮力材容量調整指示部は、
浮力材を低減する量とタイミングの指示データを、
機体の上昇速度と到達水深の時系列推定結果を基に作成し、
該指示データを該浮力材容量調整機構部に送り
該浮力材容量調整機構部は、
該浮力材容量調整指示部の指示に従い、
該浮力材保持部の浮力材低減を行ない、
停止制御処理を実行することを特徴とする海中輸送機、
とした。

請求項３では、計画水深で機体を停止させるために、浮力材低減量と共に低減のタイミングを厳密に取ることとした。そのために、停止操作開始から停止までの機体の時間経過に伴う速度変化を推定し、推定結果を基に浮力材低減のタイミングを取ることとした。機体速度の変化の推定には、推定精度を高めるために、移動速度の変化と流体抗力の変化との関係データを用いることとした。

請求項４に記載の発明では、
自由浮上を行う海中輸送機において、上昇中に計画した水深で停止させるために、
機体内部に、
機体本体と分離可能な浮力材を保持する浮力材分離保持部、
該浮力材分離保持部を該機体本体から分離する浮力材分離機構部、
該浮力材分離機構部に分離処理の指示を行う浮力材分離指示部、
分離処理後の該浮力材分離保持部と該機体本体とをラインで接続するライン接続部、
該ライン接続部のライン長さを調整するライン長さ調整機構部、ならびに、
該ライン長さ調整機構部に長さ調整の指示を行うライン長さ調整指示部
を有し、
該浮力材分離指示部は、
該浮力材分離保持部の浮力と分離処理実行タイミングの分離指示データを該浮力材分離機構部に送り、
該浮力材分離機構部は、
該分離指示データを用い、該浮力材分離保持部の該機体本体からの分離を行い、
該ライン長さ調整指示部は、
該ライン接続部のライン長さと調整処理タイミングの調整指示データを該ライン長さ調整機構部に送り、
該ライン長さ調整機構部は、
該調整指示データを用い、該ライン接続部のライン長さ調整を行い、
停止制御処理の実行と共に、停止後の停止位置水深の微調整を可能にすることを特徴とする海中輸送機、
とした。

請求項４では、計画水深で機体を停止させるために、機体本体と接続ラインを介して繋がった浮力材分離保持部を、機体本体から分離する手段を取る。この時、機体の上昇速度と停止計画水深に到達するまでの所要時間を考慮して、浮力材分離保持部の浮力、分離タイミング及び接続ラインの長さを設定する。分離処理後、上昇する機体本体は、下向きの停止力を得て減速し、停止した後、下降へと転じる。浮力材分離保持部は、加速し、その加速中、あるいは、加速終了後、海面へ到達する。接続ラインは、機体本体に張力を与えない状態と与える状態とを作り出し、機体本体への衝撃が小さい状態で機体本体を停止させる。分離処理の設定には、浮力材分離保持部の海面への到達と機体本体の停止までの、時間経過に伴う速度変化の推定を行い、その結果を利用する。速度変化の推定には、機体本体と浮力材分離保持部、それぞれの上昇速度と流体抵抗の関係データを利用する。

請求項５に記載の発明では、
請求項２に記載した海中輸送機で、計画した水深で海中観測を行うために、観測装置を備えたもの、
とした。

請求項５では、観測装置を備えることで、ものの輸送に加え、計画水深で停止して海中観測する手段を与えている。

請求項６に記載の発明では、
請求項２に記載した海中輸送機で、計画した水深で採鉱作業を行うために、採鉱装置を備えたもの、
とした。

請求項６は、採鉱装置を備えることで、ものの輸送に加え、計画水深で停止して採鉱作業する手段を与えている。

請求項１の手段を取ることにより、推進用機器を必要とせず、動力はバラスト重量を変更することだけに限定でき、省設備と省エネが実現できる。降下中には、浮力を増大させずに、バラスト重量の変更を低減だけに限定することで、バラスト重量変更装置には耐圧構造を不要にでき、省材料が実現できる。機体速度の変化と流体抗力の変化の関係データを用いることで、停止性能の精度が向上できる。

請求項２の手段を取ることにより、推進用機器を必要とせず、動力はバラスト重量の変更、接続ライン長さの調整及びバラスト分離保持部の分離だけに限定でき、省設備と省エネが実現できる。バラスト分離保持部の分離には、機体内の圧力変化の考慮が不要であり、分離処理に関係する部分での耐圧構造が不要であり、省材料が実現できる。接続ライン長さを調整することで、バラスト分離保持部の着地時の衝撃力の緩和、ならびに、機体本体の停止位置の水深の調整が実現できる。

請求項３の手段を取ることにより、推進用機器を必要とせず、動力は浮力材容量を変更することだけに限定でき、省設備と省エネが実現できる。上昇中には、重量を増大させずに、浮力材容量の変更を低減だけに限定することで、浮力材容量変更装置には耐圧構造を不要にでき、省材料が実現できる。機体速度の変化と流体抗力の変化の関係データを用いることで、停止性能の精度が向上できる。

請求項４の手段を取ることにより、推進用機器を必要とせず、動力は浮力材容量の変更、接続ライン長さの調整及び浮力材分離保持部の分離だけに限定でき、省設備と省エネが実現できる。浮力材分離保持部の分離には、機体内の圧力変化の考慮が不要であり、分離処理に関係する部分での耐圧構造が不要であり、省材料が実現できる。接続ライン長さを調整することで、浮力材分離保持部の海面への到達時の衝撃力の緩和、ならびに、機体本体の停止位置の水深の調整が実現できる。

請求項５の手段を取ることにより、海中観測機、海底探査機などとして、計画した水深に停止した状態での観測、探査などが可能になる。

請求項６の手段を取ることにより、海中作業機、海底採鉱機などとして、計画した水深に停止した状態での作業、採鉱などが可能になる。

請求項１の実施の形態については、機体の下降開始から下降停止までのバラスト重量調整の処理フローの一実施例を図１に示す。図１では、バラスト重量調整指示部の処理ステップをＳ１１からＳ１６に、バラスト重量調整機構部の処理ステップをＳ２１からＳ２３に、バラスト保持部での重量変更に伴う機体の動きをＳ０１からＳ０６に、それぞれ示した。

図１中のＳ１２の「計画水深で停止するためのバラスト重量の変更量と変更タイミングの決定処理」
には、決定を行うための機体の動きの推定が含まれ、この推定結果を基に停止処理において処理精度を高めている。

図２にはＳ１２での推定処理の一実施例として、（１）で機体の速度の時系列データを、（２）で水深の変化の時系列データを、それぞれ示した。（１）と（２）の横軸は同じ時間軸である。図中のｔｃは図1のＳ０４「チェックポイントの通過」と、ｔ０はＳ０５「機体減速スタート」と、ｔ１はＳ０６「機体下降停止」と、それぞれ対応している。（２）の縦軸は機体の到達水深を示し、到達水深をＤ、停止計画水深をＤｂとし、（Ｄｂ−Ｄ）の表現としている。

（１）では、ｔ０でＶ０の下降速度がｔ１で０となり、機体減速スタートから機体停止までの下降時間を、（ｔ１−ｔ０）と推定している。（２）では、この速度変化に対応して、ｔ０でＤ０の機体位置の水深がｔ１でＤ１となり、（ｔ１−ｔ０）の時間での水深変化を（Ｄ０−Ｄ１）と推定している。

図２の（１）と（２）の推定のベ−スとなるのが、下降速度と流体抵抗の関係データであり、図２の実施例での機体形状と下降姿勢に対応した一例を図３に示した。図３では、下降速度がＶ０の時の流体抵抗はＲ０であり、下降速度がＶｔの時の流体抵抗はＲｔである。機体の重量と浮力との差が０となるようにバラスト重量を調整後は、Ｖｔに対応したＲｔが機体の停止力として働く。図３の関係データを用いれば、図２で示すように、Ｖ０からＶｔまでの速度変化が、ｔ０からｔｔまでの変化として推定可能になる。こうして下降速度が０になるｔ１まで推定した結果が図２の（１）であり、図２の（２）は（１）の下降速度を時間積分することにより求められる。

図１、図２及び図３で示した実施例では、１回の重量調整で行う停止処理の例を示したが、バラスト重量の変更を複数回に分け、順次下降速度を順次低減し、推定と実際とのずれを修正しながら、停止処理を行うことも前提としている。この場合、Ｓ１２で複数回の重量変更と変更タイミングを決定し、Ｓ１３、Ｓ２１，Ｓ２２及びＳ０５の処理を繰り返す。推定と実際とのずれを修正は、Ｓ１３の処理の中で行う。

請求項２の実施の形態については、機体本体からのバラスト分離保持部の分離開始から停止水深調整までの時間経過に伴う機体の動き制御の一実施例を図４に示す。図４では、機体本体、バラスト分離保持部及びライン接続部と着地面の相対位置関係を６つの時間経過ステップで示した。（１）のｔ＝ｔ０は分離処理実行時点を、（２）のｔ＝ｔ１は分離処理実行の少し後の時点を、（３）のｔ＝ｔ２はバラスト分離保持部の着地点到達の少し前の時点を、（４）のｔ＝ｔ３はバラスト分離保持部の着地点到達の時点を、（５）のｔ＝ｔ４は機体本体停止の時点を、（６）のｔ＝ｔ５は機体本体の停止位置水深調整後の時点を、それぞれ示した。

（１）では、バラスト分離保持部が機体の内部に納まった状態でである。（２）では、バラスト分離保持部が機体本体から少し離れ、ライン接続部に張力は作用していない。（３）では、バラスト分離保持部と機体本体との距離は増加するが、ライン接続部に張力は作用していない。（４）では、バラスト分離保持部が着地し、機体本体は上昇している状態である。（５）では、バラスト分離保持部が着地面で停止し、ライン接続部に張力が作用し、機体本体も停止している状態である。（６）では、ライン接続部の長さを変更し、機体本体の停止位置水深を変更した状態である。

図５には、図４に対応した時間変化での速度変化と到達水深を推定した一実施例を、（１）と（２）にそれぞれ示した。図中、Ａはバラスト分離保持部の分離前の機体の速度を、Ｂはバラスト分離保持部の分離後の機体本体の速度を、Ｃは分離後のバラスト分離保持部の速度を、それぞれ示している。ｔ０からｔ４までの各時刻は、図４に示した状態の時刻と一致している。

図５の（１）で、Ｃのｔ１、ｔ２及びｔ３の時点の下降速度をＶ＿Ｃ１，Ｖ＿Ｃ２及びＶ＿Ｃ３でそれぞれ示す。ｔ０での分離処理後、ＣはＶ０からＶ＿Ｃ１，Ｖ＿Ｃ２、Ｖ＿Ｃ３と下降速度を増大する。ｔ３でＣは着地し、速度はＶ＿Ｃ３から０に不連続に変化する。Ｂのｔ１、ｔ２及びｔ４の時点の下降速度をＶ＿Ｂ１，Ｖ＿Ｂ２及びＶ＿Ｂ４でそれぞれ示す。Ｂは分離処理後、Ｖ＿Ｂ１，Ｖ＿Ｂ２、Ｖ＿Ｂ４と下降速度を低減する。Ｖ＿Ｂ２は負であり、上向き方向の速度となっている。ｔ３でＢは停止し、速度はＶ＿Ｃ３から０に不連続に変化する。

図５の（２）では、到達水深を着地面を０として、着地面からの距離Ｄで表表現した。Ｃのｔ１の時点の到達水深をＤ＿Ｃ１で示す。ｔ３ではＣは着地し、Ｄ＝０となる。Ｂのｔ１、ｔ３及びｔ４の時点の到達水深をＤ＿Ｂ１，Ｄ＿Ｂ３及びＤ＿Ｂ４でそれぞれ示す。ＢとＣの下端点間の距離は、ｔ１で（Ｄ＿Ｂ１ − Ｄ＿Ｃ１）、ｔ３でＤ＿Ｂ３、ｔ４で接続ラインが伸びきりＤ＿Ｂ４となる。

図５の（１）の推定結果から、バラスト分離指示部はバラスト分離保持部の重量と分離タイミングを決定し、これらの分離指示データをバラスト分離機構部に送る。バラスト分離機構部は、受け取った分離指示データを用い、バラスト分離保持部の機体本体からの分離を行う。図５の（２）の推定結果から、ライン長さ調整指示部はライン接続部の長さを決定し、ライン長さ指示データをライン長さ調整機構部に送る。ライン長さ調整機構部は受け取った指示データを用い、ライン接続部の長さの変更を行う。

図６は図５の（１）の推定に用いる下降速度と流体抵抗の関係データの一例である。図中で用いたＡ，Ｂ、Ｃ、Ｖ０、Ｖ＿Ｂ１、Ｖ＿Ｂ３及びＶ＿Ｃ１の示す内容は、図５の（１）と同じとした。機体が分離される前後での対応する流体抵抗を縦軸とした。図５の（１）の推定では、本図から、分離前、速度Ｖ０で下降中の機体の流体抵抗はＲ＿Ａ０、分離直後の流体抵抗は、ＢがＲ＿Ｂ０、ＣがＲ＿Ｃ０となることを読み取り、Ｂ及びＣに働く力の変化を捉え、その後の下降速度の変化を求めることが可能となる。ＢにはＶ＿Ｂ１でＲ＿Ｂ１の、ＣにはＶ＿Ｃ１でＲ＿Ｃ１の、それぞれ流体抵抗が変化する関係を用い、速度変化による流体抵抗変化を順次考慮し、分離後の時間経過による速度変化画」推定される。本図から、ＢがＶ＿Ｂ３と上向き速度を持てば、Ｒ＿Ｂ３は負の値を取り、Ｂは下向きの抵抗を受けることも捉えられ、Ｃの着地前後のＢの詳細な速度変化と位置変化の推定も可能となる。Ｂの動きの把握はＢとＣの相対位置関係の把握につながり、ライン接続部の長さ決定も可能とする。

図４では、ライン接続部に張力が働くのは、Ｃの着地後になる場合のの実施例を示したが、Ｃの着地前にライン接続部に張力が働くようにライン接続部の長さを調整し、Ｃの着地時にＣに作用する衝撃力を低減することも可能である。請求項２の特許は、Ｃの着地時のＢとＣとの相対位置関係と、両者に作用する衝撃力を考慮して、計画水深での機体の停止を可能にしている。

請求項３の実施の形態については、機体の上昇開始から上昇停止までの浮力材容量調整の処理フローの一実施例を図７に示す。図７では、浮力材容量調整指示部の処理ステップをＳ１１からＳ１６に、浮力材容量調整機構部の処理ステップをＳ２１からＳ２３に、浮力材保持部での浮力変更に伴う機体の動きをＳ０１からＳ０６に、それぞれ示した。

図７中のＳ１２の「計画で水深で停止するための浮力材容量の変更量と変更タイミングの決定処理」
には、決定を行うための機体の動きの推定が含まれ、この推定結果を基に精度の高い停止処理を行っている。

図８にはＳ１２での推定処理の一実施例として、（１）で機体の速度の時系列データを、（２）で水深の変化の時系列データを、それぞれ示した。（１）と（２）の横軸は同じ時間軸である。図中のｔｃは図1のＳ０４「チェックポイントの通過」と、ｔ０はＳ０５「機体減速スタート」と、ｔ１はＳ０６「機体下降停止」と、それぞれ対応している。

（１）では、ｔ０でＵ０の上昇速度がｔ１で０となり、機体減速スタートから機体停止までの上昇時間を、（ｔ１−ｔ０）と推定している。（２）では、この速度変化に対応して、ｔ０でＤ０の機体位置の水深がｔ１でＤ１となり、（ｔ１−ｔ０）の時間での水深変化を（Ｄ０−Ｄ１）と推定している。

図８の（１）と（２）の推定のベ−スとなるのが、上昇速度と流体抵抗の関係データであり、図８の実施例での機体形状と上昇姿勢に対応した一例を図９に示した。図９では、上昇速度がＵ０の時の流体抵抗はＲ０であり、上昇速度がＵｔの時の流体抵抗はＲｔである。機体の重量と浮力との差が０となるように浮力材容量を調整後は、Ｕｔに対応したＲｔが機体の停止力として働く。図９の関係データを用いれば、図８で示すように、Ｕ０からＵｔまでの速度変化が、ｔ０からｔｔまでの変化として推定可能になる。こうして上昇速度が０になるｔ１まで推定した結果が図２の（１）であり、図８の（２）は（１）の上昇速度を時間積分することにより求められる。

図７、図８及び図９で示した実施例では、１回の浮力材容量調整で行う停止処理の例を示したが、浮力材容量の変更を複数回に分け、順次上昇速度を順次低減し、推定と実際とのずれを修正しながら、停止処理を行うことも前提としている。この場合、Ｓ１２で複数回の浮力材容量変更と変更タイミングを決定し、Ｓ１３、Ｓ２１，Ｓ２２及びＳ０５の処理を繰り返す。推定と実際とのずれを修正は、Ｓ１３の処理の中で行う。

請求項４の実施の形態については、機体本体からの浮力材分離保持部の分離開始から停止水深調整までの時間経過に伴う機体の動き制御の一実施例を図１０に示す。図１０では、機体本体、浮力材分離保持部及びライン接続部と着地面の相対位置関係を６つの時間経過ステップで示した。（１）のｔ＝ｔ０は分離処理実行時点を、（２）のｔ＝ｔ１は分離処理実行の少し後の時点を、（３）のｔ＝ｔ２はバラスト分離保持部の着地点到達の少し前の時点を、（４）のｔ＝ｔ３は浮力材分離保持部の着地点到達の時点を、（５）のｔ＝ｔ４は機体本体停止の時点を、（６）のｔ＝ｔ５は機体本体の停止位置水深調整後の時点を、それぞれ示した。

（１）では、浮力材分離保持部が機体の内部に納まった状態である。（２）では、浮力材分離保持部が機体本体から少し離れ、ライン接続部に張力は作用していない。（３）では、浮力材分離保持部と機体本体との距離は増加するが、ライン接続部に張力は作用していない。（４）では、浮力材分離保持部が着地し、機体本体は下降している状態である。（５）では、浮力材分離保持部が着地面で停止し、ライン接続部に張力が作用し、機体本体も停止している状態である。（６）では、ライン接続部の長さを変更し、機体本体の停止位置水深を変更した状態である。

図１１には、図１０に対応した時間変化での速度変化と到達水深を推定した一実施例を、（１）と（２）にそれぞれ示した。図中、Ａは浮力材分離保持部の分離前の機体の速度を、Ｂは浮力材分離保持部の分離後の機体本体の速度を、Ｃは分離後の浮力材分離保持部の速度を、それぞれ示している。ｔ０からｔ４までの各時刻は、図４に示した状態の時刻と一致している。

図１１の（１）で、Ｃのｔ１、ｔ２及びｔ３の時点の上昇速度をＵ＿Ｃ１，Ｕ＿Ｃ２及びＵ＿Ｃ３でそれぞれ示す。ｔ０での分離処理後、ＣはＵ０からＵ＿Ｃ１，Ｕ＿Ｃ２、Ｕ＿Ｃ３と上昇速度を増大する。ｔ３でＣは着地し、速度はＵ＿Ｃ３から０に不連続に変化する。Ｂのｔ１、ｔ２及びｔ４の時点の上昇速度をＵ＿Ｂ１，Ｕ＿Ｂ２及びＵ＿Ｂ４でそれぞれ示す。Ｂは分離処理後、Ｕ＿Ｂ１，Ｕ＿Ｂ２、Ｕ＿Ｂ４と上昇速度を低減する。Ｕ＿Ｂ２は負であり、下向き方向の速度となっている。ｔ３でＢは停止し、速度はＵ＿Ｃ３から０に不連続に変化する。

図１１の（２）では、到達水深を着地面を０として、着地面からの距離Ｄで表表現した。Ｃのｔ１の時点の到達水深をＤ＿Ｃ１で示す。ｔ３ではＣは海面に到達し、Ｄ＝０となる。Ｂのｔ１、ｔ３及びｔ４の時点の到達水深をＤ＿Ｂ１，Ｄ＿Ｂ３及びＤ＿Ｂ４でそれぞれ示す。ＢとＣの上端点間の距離は、ｔ１で（Ｄ＿Ｂ１ − Ｄ＿Ｃ１）、ｔ３でＤ＿Ｂ３、ｔ４で接続ラインが伸びきりＤ＿Ｂ４となる。

図１１の（１）の推定結果から、浮力材分離指示部は浮力材分離保持部の重量と分離タイミングを決定し、これらの分離指示データをバラスト分離機構部に送る。浮力材分離機構部は、受け取った分離指示データを用い、浮力材分離保持部の機体本体からの分離を行う。図１１の（２）の推定結果から、ライン長さ調整指示部はライン接続部の長さを決定し、ライン長さ指示データをライン長さ調整機構部に送る。ライン長さ調整機構部は受け取った指示データを用い、ライン接続部の長さの変更を行う。

図１２は図１１の（１）の推定に用いる上昇速度と流体抵抗の関係データの一例である。図中で用いたＡ，Ｂ、Ｃ、Ｕ０、Ｕ＿Ｂ１、Ｕ＿Ｂ３及びＵ＿Ｃ１の示す内容は、図５の（１）と同じとした。機体が分離される前後での対応する流体抵抗を縦軸とした。図１１の（１）の推定では、本図から、分離前、速度Ｖ０で下降中の機体の流体抵抗はＲ＿Ａ０、分離直後の流体抵抗は、ＢがＲ＿Ｂ０、ＣがＲ＿Ｃ０となることを読み取り、Ｂ及びＣに働く力の変化を捉え、その後の上昇速度の変化を求めることが可能となる。ＢにはＵ＿Ｂ１でＲ＿Ｂ１の、ＣにはＵ＿Ｃ１でＲ＿Ｃ１の、それぞれ流体抵抗が変化する関係を用い、速度変化による流体抵抗変化を順次考慮し、分離後の時間経過による速度変化画」推定される。本図から、ＢがＵ＿Ｂ３と下向き速度を持てば、Ｒ＿Ｂ３は負の値を取り、Ｂは上向きの抵抗を受けることも捉えられ、Ｃの海面到達前後のＢの詳細な速度変化と位置変化の推定も可能となる。Ｂの動きの把握はＢとＣの相対位置関係の把握につながり、ライン接続部の長さ決定も可能とする。

図１０では、ライン接続部に張力が働くのは、Ｃの着地後になる場合のの実施例を示したが、Ｃの着地前にライン接続部に張力が働くようにライン接続部の長さを調整し、Ｃの着地時にＣに作用する衝撃力を低減することも可能である。請求項４の特許は、Ｃの海面到達地時のＢとＣとの相対位置関係と、両者に作用する衝撃力を考慮して、計画水深での機体の停止を可能にしている。

請求項５の実施の形態としては、機体本体内に、カメラ、レーダー、センサーなどの搭載に加え、データ処理装置、データ格納装置、通信装置などを搭載することもある。

請求項６の実施の形態としては、機体本体に、マニピュレータ、クレーン、ショベルなどに加え、制御装置、位置測定装置、画像処理装置、各種の建設機械、工具などを搭載することもある。

請求項１の実施形態として、機体の下降開始から下降停止までのバラスト重量調整の処理フローの一実施例を示す。バラスト重量調整に用いる機体の速度と水深の変化の時系列データの一例を示す。バラスト重量調整に用いる機体の速度と流体抵抗の関係データの一例を示す。請求項２の実施形態として、下降中の機体からバラスト分離保持部を分離し、停止するまでの機体本体、バラスト分離保持部及びライン接続部の動きの時間経過の一例を示す。バラスト分離処理とライン長さ調整に用いる機体の速度とっ到達水深の変化の時系列データの一例を示す。バラスト分離処理とライン長さ調整に用いる機体の速度と流体抵抗の関係データの一例を示す。請求項３の実施形態として、機体の上昇開始から上昇停止までの浮力材容量調整の処理フローの一実施例を示す。浮力材容量調整に用いる機体の速度と水深の変化の時系列データの一例を示す。浮力材容量調整に用いる機体の速度と流体抵抗の関係データの一例を示す。請求項４の実施形態として、上昇中の機体から浮力材分離保持部を分離し、停止するまでの機体本体、浮力材分離保持部及びライン接続部の動きの時間経過の一実施例を示す。浮力材分離処理とライン長さ調整に用いる機体の速度と到達水深の変化の時系列データの一例を示す。浮力材分離処理とライン長さ調整に用いる機体の速度と流体抵抗の関係データの一例を示す。

１：海中輸送機の機体本体
２：ライン接続部
３：バラスト分離保持部
４：海底面または着地面
５：海中輸送機の機体本体
６：ライン接続部
７：浮力材分離保持部
８：海面

請求項１に記載の発明では、
自由降下を行う海中輸送機において、降下中に機体に働く衝撃力を低減した状態で計画した水深で停止させるために、
機体内部に、
機体本体と分離可能なバラストを保持するバラスト分離保持部、
該バラスト分離保持部を該機体本体から分離するバラスト分離機構部、
該バラスト分離機構部に分離処理の指示を行うバラスト分離指示部、
分離処理後の該バラスト分離保持部と該機体本体とをラインで接続するライン接続部、
該ライン接続部のライン長さを調整するライン長さ調整機構部、ならびに、
該ライン長さ調整機構部に長さ調整の指示を行うライン長さ調整指示部
を有し、
該バラスト分離指示部は、
該機体本体と該バラスト分離保持部との分離後の２つの浮体の各々の推定底速度及び２つの浮体間の推定相対距離を考慮して求められた該バラスト分離保持部の重量と分離処理実行タイミングの分離指示データを該バラスト分離機構部に送り、
該バラスト分離機構部は、
該分離指示データを用い、該バラスト分離保持部の該機体本体からの分離を行い、
該ライン長さ調整指示部は、
該機体が該ライン接続部から衝撃力を伴う張力を受けないような該ライン接続部のライン長さと調整処理タイミングの調整指示データを該ライン長さ調整機構部に送り、
該ライン長さ調整機構部は、
調整指示データを用い、該ライン接続部のライン長さ調整を行い、
該ライン長さ調整機構部及び該ライン接続部は両者又はどちらか一方で、
停止処理時に該機体が停止状態になるまで該ライン接続部から張力を受けない機構を持ち、
機体へ働く衝撃力を低減する停止制御処理の実行と共に、停止後の停止位置水深の微調整を可能にすることを特徴とする海中輸送機、
とした。

請求項１では、計画水深で機体を停止させるために、機体本体と接続ラインを介して繋がったバラスト分離保持部を、機体本体から分離する手段を取る。この時、機体の下降速度と停止計画水深に到達するまでの所要時間を考慮して、バラスト分離保持部の重量、分離タイミング及び接続ラインの長さを設定する。分離処理後、下降する機体本体は、上向きの停止力を得て減速し、停止した後、上昇へと転じる。バラスト分離保持部は、加速し、その加速中、あるいは、加速終了後、海底あるいは着地構造物に着地する。接続ラインは、機体本体に張力を与えない状態と与える状態とを作り出し、機体本体への衝撃が小さい状態で機体本体を停止させる。分離処理の設定には、バラスト分離保持部の着地と機体本体の停止までの、時間経過に伴う速度変化の推定を行い、その結果を利用する。速度変化の推定には、機体本体とバラスト分離保持部、それぞれの下降速度と流体抵抗の関係データを利用する。

請求項２に記載の発明では、
自由浮上を行う海中輸送機において、上昇中に機体に働く衝撃力を低減した状態で計画した水深で停止させるために、
機体内部に、
機体本体と分離可能な浮力材を保持する浮力材分離保持部、
該浮力材分離保持部を該機体本体から分離する浮力材分離機構部、
該浮力材分離機構部に分離処理の指示を行う浮力材分離指示部、
分離処理後の該浮力材分離保持部と該機体本体とをラインで接続するライン接続部、
該ライン接続部のライン長さを調整するライン長さ調整機構部、ならびに、
該ライン長さ調整機構部に長さ調整の指示を行うライン長さ調整指示部
を有し、
該浮力材分離指示部は、
該機体本体と該浮力材分離保持部との分離後の２つの浮体の各々の推定速度及び２つの浮体間の推定相対距離を考慮して求められた該浮力材分離保持部の浮力と分離処理実行タイミングの分離指示データを該浮力材分離機構部に送り、
該浮力材分離機構部は、
該分離指示データを用い、該浮力材分離保持部の該機体本体からの分離を行い、
該ライン長さ調整指示部は、
該機体が該ライン接続部から衝撃力を伴う張力を受けないような該ライン接続部のライン長さと調整処理タイミングの調整指示データを該ライン長さ調整機構部に送り、
該ライン長さ調整機構部は、
該調整指示データを用い、該ライン接続部のライン長さ調整を行い、
該ライン長さ調整機構部及び該ライン接続部は両者又はどちらか一方で、
停止処理時に該機体が停止状態になるまで該ライン接続部から張力を受けない機構を持ち、
機体へ働く衝撃力を低減する停止制御処理の実行と共に、停止後の停止位置水深の微調整を可能にすることを特徴とする海中輸送機、
とした。

請求項２では、計画水深で機体を停止させるために、機体本体と接続ラインを介して繋がった浮力材分離保持部を、機体本体から分離する手段を取る。この時、機体の上昇速度と停止計画水深に到達するまでの所要時間を考慮して、浮力材分離保持部の浮力、分離タイミング及び接続ラインの長さを設定する。分離処理後、上昇する機体本体は、下向きの停止力を得て減速し、停止した後、下降へと転じる。浮力材分離保持部は、加速し、その加速中、あるいは、加速終了後、海面へ到達する。接続ラインは、機体本体に張力を与えない状態と与える状態とを作り出し、機体本体への衝撃が小さい状態で機体本体を停止させる。分離処理の設定には、浮力材分離保持部の海面への到達と機体本体の停止までの、時間経過に伴う速度変化の推定を行い、その結果を利用する。速度変化の推定には、機体本体と浮力材分離保持部、それぞれの上昇速度と流体抵抗の関係データを利用する。

請求項３に記載の発明では、
請求項１に記載した海中輸送機で、計画した水深で海中観測を行うために、観測装置を備えたもの、
とした。

請求項３では、観測装置を備えることで、ものの輸送に加え、計画水深で停止して海中観測する手段を与えている。

請求項４に記載の発明では、
請求項１に記載した海中輸送機で、計画した水深で採鉱作業を行うために、採鉱装置を備えたもの、
とした。

請求項４は、採鉱装置を備えることで、ものの輸送に加え、計画水深で停止して採鉱作業する手段を与えている。

請求項１の手段を取ることにより、推進用機器を必要とせず、動力はバラスト重量の変更、接続ライン長さの調整及びバラスト分離保持部の分離だけに限定でき、省設備と省エネが実現できる。バラスト分離保持部の分離には、機体内の圧力変化の考慮が不要であり、分離処理に関係する部分での耐圧構造が不要であり、省材料が実現できる。接続ライン長さを調整することで、バラスト分離保持部の着地時の衝撃力の緩和、ならびに、機体本体の停止位置の水深の調整が実現できる。

請求項２の手段を取ることにより、推進用機器を必要とせず、動力は浮力材容量の変更、接続ライン長さの調整及び浮力材分離保持部の分離だけに限定でき、省設備と省エネが実現できる。浮力材分離保持部の分離には、機体内の圧力変化の考慮が不要であり、分離処理に関係する部分での耐圧構造が不要であり、省材料が実現できる。接続ライン長さを調整することで、浮力材分離保持部の海面への到達時の衝撃力の緩和、ならびに、機体本体の停止位置の水深の調整が実現できる

請求項３の手段を取ることにより、海中観測機、海底探査機などとして、計画した水深に停止した状態での観測、探査などが可能になる。

請求項４の手段を取ることにより、海中作業機、海底採鉱機などとして、計画した水深に停止した状態での作業、採鉱などが可能になる。

請求項１のベースとなる実施の形態については、機体の下降開始から下降停止までのバラスト重量調整の処理フローの一実施例を図１に示す。図１では、バラスト重量調整指示部の処理ステップをＳ１１からＳ１６に、バラスト重量調整機構部の処理ステップをＳ２１からＳ２３に、バラスト保持部での重量変更に伴う機体の動きをＳ０１からＳ０６に、それぞれ示した。

請求項１の実施の形態については、機体本体からのバラスト分離保持部の分離開始から停止水深調整までの時間経過に伴う機体の動き制御の一実施例を図４に示す。図４では、機体本体、バラスト分離保持部及びライン接続部と着地面の相対位置関係を６つの時間経過ステップで示した。（１）のｔ＝ｔ０は分離処理実行時点を、（２）のｔ＝ｔ１は分離処理実行の少し後の時点を、（３）のｔ＝ｔ２はバラスト分離保持部の着地点到達の少し前の時点を、（４）のｔ＝ｔ３はバラスト分離保持部の着地点到達の時点を、（５）のｔ＝ｔ４は機体本体停止の時点を、（６）のｔ＝ｔ５は機体本体の停止位置水深調整後の時点を、それぞれ示した。

図４では、ライン接続部に張力が働くのは、Ｃの着地後になる場合のの実施例を示したが、Ｃの着地前にライン接続部に張力が働くようにライン接続部の長さを調整し、Ｃの着地時にＣに作用する衝撃力を低減することも可能である。請求項１の特許は、Ｃの着地時のＢとＣとの相対位置関係と、両者に作用する衝撃力を考慮して、計画水深での機体の停止を可能にしている。

請求項２のベースとなる実施の形態については、機体の上昇開始から上昇停止までの浮力材容量調整の処理フローの一実施例を図７に示す。図７では、浮力材容量調整指示部の処理ステップをＳ１１からＳ１６に、浮力材容量調整機構部の処理ステップをＳ２１からＳ２３に、浮力材保持部での浮力変更に伴う機体の動きをＳ０１からＳ０６に、それぞれ示した。

請求項２の実施の形態については、機体本体からの浮力材分離保持部の分離開始から停止水深調整までの時間経過に伴う機体の動き制御の一実施例を図１０に示す。図１０では、機体本体、浮力材分離保持部及びライン接続部と着地面の相対位置関係を６つの時間経過ステップで示した。（１）のｔ＝ｔ０は分離処理実行時点を、（２）のｔ＝ｔ１は分離処理実行の少し後の時点を、（３）のｔ＝ｔ２はバラスト分離保持部の着地点到達の少し前の時点を、（４）のｔ＝ｔ３は浮力材分離保持部の着地点到達の時点を、（５）のｔ＝ｔ４は機体本体停止の時点を、（６）のｔ＝ｔ５は機体本体の停止位置水深調整後の時点を、それぞれ示した。

図１０では、ライン接続部に張力が働くのは、Ｃの着地後になる場合の実施例を示したが、Ｃの着地前にライン接続部に張力が働くようにライン接続部の長さを調整し、Ｃの着地時にＣに作用する衝撃力を低減することも可能である。請求項２の特許は、Ｃの海面到達地時のＢとＣとの相対位置関係と、両者に作用する衝撃力を考慮して、計画水深での機体の停止を可能にしている。

請求項３の実施の形態としては、機体本体内に、カメラ、レーダー、センサーなどの搭載に加え、データ処理装置、データ格納装置、通信装置などを搭載することもある

請求項４の実施の形態としては、機体本体に、マニピュレータ、クレーン、ショベルなどに加え、制御装置、位置測定装置、画像処理装置、各種の建設機械、工具などを搭載することもある。

請求項１のベースとなる実施形態として、機体の下降開始から下降停止までのバラスト重量調整の処理フローの一実施例を示す。バラスト重量調整に用いる機体の速度と水深の変化の時系列データの一例を示す。バラスト重量調整に用いる機体の速度と流体抵抗の関係データの一例を示す。請求項１の実施形態として、下降中の機体からバラスト分離保持部を分離し、停止するまでの機体本体、バラスト分離保持部及びライン接続部の動きの時間経過の一例を示す。バラスト分離処理とライン長さ調整に用いる機体の速度とっ到達水深の変化の時系列データの一例を示す。バラスト分離処理とライン長さ調整に用いる機体の速度と流体抵抗の関係データの一例を示す。請求項２のベースとなる実施形態として、機体の上昇開始から上昇停止までの浮力材容量調整の処理フローの一実施例を示す。浮力材容量調整に用いる機体の速度と水深の変化の時系列データの一例を示す。浮力材容量調整に用いる機体の速度と流体抵抗の関係データの一例を示す。請求項２の実施形態として、上昇中の機体から浮力材分離保持部を分離し、停止するまでの機体本体、浮力材分離保持部及びライン接続部の動きの時間経過の一実施例を示す。浮力材分離処理とライン長さ調整に用いる機体の速度と到達水深の変化の時系列データの一例を示す。浮力材分離処理とライン長さ調整に用いる機体の速度と流体抵抗の関係データの一例を示す。

Claims

自由降下を行う海中輸送機において、降下中に計画した水深で停止させるために、
機体内部に、
バラストを保持するバラスト保持部、
該バラスト保持部の重量を調整するバラスト重量調整機構部、及び、
該バラスト重量調整機構部に重量調整の指示をするバラスト重量調整指示部
を有し、
該重量調整指示部は、
バラストを低減する量とタイミングの指示データを、
機体の下降速度と到達水深の時系列推定結果を基に作成し、
該指示データを該バラスト重量調整機構部に送り
該バラスト重量調整機構部は、
該バラスト重量調整指示部の指示に従い、
該バラスト保持部のバラスト低減を行ない、
停止制御処理を実行することを特徴とする海中輸送機。
自由降下を行う海中輸送機において、降下中に計画した水深で停止させるために、
機体内部に、
機体本体と分離可能なバラストを保持するバラスト分離保持部、
該バラスト分離保持部を該機体本体から分離するバラスト分離機構部、
該バラスト分離機構部に分離処理の指示を行うバラスト分離指示部、
分離処理後の該バラスト分離保持部と該機体本体とをラインで接続するライン接続部、
該ライン接続部のライン長さを調整するライン長さ調整機構部、ならびに、
該ライン長さ調整機構部に長さ調整の指示を行うライン長さ調整指示部
を有し、
該バラスト分離指示部は、
該バラスト分離保持部の重量と分離処理実行タイミングの分離指示データを該バラスト分離機構部に送り、
該バラスト分離機構部は、
該分離指示データを用い、該バラスト分離保持部の該機体本体からの分離を行い、
該ライン長さ調整指示部は、
該ライン接続部のライン長さと調整処理タイミングの調整指示データを該ライン長さ調整機構部に送り、
該ライン長さ調整機構部は、
該調整指示データを用い、該ライン接続部のライン長さ調整を行い、
停止制御処理の実行と共に、停止後の停止位置水深の微調整を可能にすることを特徴とする海中輸送機。
自由浮上を行う海中輸送機において、上昇中に計画した水深で停止させるために、
機体内部に、
浮力材を保持する浮力材保持部、
該浮力材保持部の容量を調整する浮力材容量調整機構部、及び、
該浮力材容量調整機構部に容量調整の指示をする浮力材容量調整指示部
を有し、
該浮力材容量調整指示部は、
浮力材を低減する量とタイミングの指示データを、
機体の上昇速度と到達水深の時系列推定結果を基に作成し、
該指示データを該浮力材容量調整機構部に送り
該浮力材容量調整機構部は、
該浮力材容量調整指示部の指示に従い、
該浮力材保持部の浮力材低減を行ない、
停止制御処理を実行することを特徴とする海中輸送機。
自由浮上を行う海中輸送機において、上昇中に計画した水深で停止させるために、
機体内部に、
機体本体と分離可能な浮力材を保持する浮力材分離保持部、
該浮力材分離保持部を該機体本体から分離する浮力材分離機構部、
該浮力材分離機構部に分離処理の指示を行う浮力材分離指示部、
分離処理後の該浮力材分離保持部と該機体本体とをラインで接続するライン接続部、
該ライン接続部のライン長さを調整するライン長さ調整機構部、ならびに、
該ライン長さ調整機構部に長さ調整の指示を行うライン長さ調整指示部
を有し、
該浮力材分離指示部は、
該浮力材分離保持部の浮力と分離処理実行タイミングの分離指示データを該浮力材分離機構部に送り、
該浮力材分離機構部は、
該分離指示データを用い、該浮力材分離保持部の該機体本体からの分離を行い、
該ライン長さ調整指示部は、
該ライン接続部のライン長さと調整処理タイミングの調整指示データを該ライン長さ調整機構部に送り、
該ライン長さ調整機構部は、
該調整指示データを用い、該ライン接続部のライン長さ調整を行い、
停止制御処理の実行と共に、停止後の停止位置水深の微調整を可能にすることを特徴とする海中輸送機。
請求項２に記載した海中輸送機で、計画した水深で海中観測を行うために、観測装置を備えたもの。
請求項２に記載した海中輸送機で、計画した水深で採鉱作業を行うために、採鉱装置を備えたもの。