JP2019094046A - 物体付近の船舶のポジションを制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】物体付近の船舶のポジションを制御するための方法およびシステムを提供する。【解決手段】位置センサが船舶の位置を決定し、速度センサが船舶の速度を決定する。制御モジュールが位置センサおよび速度センサと信号通信している。船舶用推進システムが制御モジュールと信号通信している。制御モジュールは、船舶の位置に基づいて、船舶が物体から所定の範囲内にあるかどうかを判断する。船舶が物体から所定の範囲内にあると判断したことに応答して、制御モジュールは、船舶の現在の運動に対抗するための制動線形推力および制動モーメントのうち少なくとも一方を生成するよう推進システムを制御する。【選択図】図７

Description

本開示は、水域内の船舶の運動およびポジションを制御するためのシステムおよび方法に関する。

米国特許第６，２７３，７７１号では、船舶に取り付け可能で、シリアル通信バスおよびコントローラを用いて信号通信で接続可能な船舶用推進システムを組み込んだ船舶のための制御システムについて開示している。複数の入力装置および出力装置も通信バスを用いて信号通信で接続され、ＣＡＮ Ｋｉｎｇｄｏｍネットワークなどのバスアクセスマネージャがコントローラを用いて信号通信で接続されて、当該バスを用いて信号通信している当該複数の装置に対する追加的装置の組み込みが調節される。これにより、コントローラは、通信バス上の当該複数の装置のそれぞれと信号通信で接続される。入力装置および出力装置はそれぞれ、他の装置による受信に備えてシリアル通信バスへメッセージを伝達することができる。

米国特許第７，２６７，０６８号では、操縦桿などの手動操作可能な制御装置から受信されるコマンドに応答して第１の船舶用推進装置および第２の船舶用推進装置をそれぞれの操舵軸を中心として別々に回転させることにより操縦される船舶について開示している。船舶用推進装置は、船舶の中心線上の点で交差する推力ベクトルと位置合わせされ、回転運動がコマンドされない場合は、船舶の重心で交差する推力ベクトルと位置合わせされる。船舶用推進装置を駆動するために内燃エンジンが設けられる。これら２つの船舶用推進装置の操舵軸は概して、互いに垂直かつ平行である。２つの操舵軸は、船舶の胴体の底面を貫通して延びる。

米国特許第７，３０５，９２８号では、船舶の操縦士により選択される所望のポジションおよび船首方位に従って船舶が自らのグローバルポジションおよび船首方位を維持するよう、船舶を操縦する船舶ポジショニングシステムについて開示している。操縦桿と併用されると、船舶の操縦士は、当該システムを位置保持有効化モードにすることができ、次いで、当該システムは、操縦桿が動作モードから非動作モードへと最初に変化した際に取得される所望のポジションを維持する。このように、操縦士は船舶を選択的に手動で操縦することができ、操縦桿が離されると、船舶は、操縦士が操縦桿での操縦を止めた時点で自らがいたポジションを維持することになる。

２０１６年４月２６日に出願された未公開米国特許出願第１５／１３８，８６０号では、水域内の船舶を選択されたポジションおよび向きに維持するためのシステムについて開示している。当該システムには、船舶のグローバルポジションおよび船首方位を決定するグローバルポジショニングシステムと、船舶付近の物体に対する船舶の相対的なポジションおよび方位を決定する近接センサとが含まれる。位置保持モードで操作可能なコントローラが、ＧＰＳおよび近接センサと信号通信している。コントローラは、ＧＰＳからのグローバルポジションおよび船首方位のデータを用いるか、近接センサからの相対的なポジションおよび方位のデータを用いるかを選択して、選択されたポジションおよび向きから船舶が移動したかどうかを判断する。コントローラは、選択されたポジションおよび向きに船舶を戻すために必要とされる推力コマンドを算出し、当該推力コマンドを船舶用推進システムに出力する。当該船舶用推進システムは、当該推力コマンドを用いて船舶をポジショニングし直す。

２０１６年８月２５日に出願された未公開米国特許出願第１５／２４６，６８１号では、物体付近の船舶の運動を制御するための方法について開示している。当該方法には、船舶の所望の運動を表す信号を操縦桿から受け付けるステップが含まれる。センサが物体と船舶との間の最短距離および船舶に対する物体の方向を感知する。コントローラが当該船舶の所望の運動と当該最短距離および当該方向とを比較する。この比較に基づいて、コントローラは、所望の運動を達成するための推力を発生させるよう船舶用推進システムにコマンドするか、代替的に、船舶が物体から少なくとも所定の範囲を確実に維持するような修正運動を達成するための推力を発生させるよう船舶用推進システムにコマンドするかを選択する。次いで、船舶用推進システムは、所望の運動または修正運動を達成するための推力をコマンド通りに発生させる。

２０１６年１２月１３日に出願された未公開米国特許出願第１５／３７７，６１２号では、船舶を自動牽引するためのシステムについて開示している。当該システムには、ボートトレーラーに連結されたコード化タグのセットが含まれ、当該タグのそれぞれがトレーラー上の自らの位置に関するデータを記憶する。船舶内にタグリーダが位置し、当該タグリーダは、当該セットの第１のコード化タグまでの第１の距離と、当該セットの第２のコード化タグまでの第２の距離とを推定する。ポジション決定モジュールが、推定された第１の距離および第２の距離を用いて所与の座標系における船舶およびトレーラーのポジションおよび船首方位を決定する。フィードバック制御モジュールが、船舶のポジションとトレーラーのポジションとの間の差、および、船舶の船首方位とトレーラーの船首方位との間の差を算出し、ポジションおよび船首方位の差を最小限に抑えるために必要とされる船舶運動を決定する。船舶用推進システムが、必要とされる船舶運動を生成するよう推進装置を自動で作動させて、船舶をトレーラー上まで前進させる。

２０１７年１月２６日に出願された未公開米国特許出願第１５／４１６，３５９号では、船舶の運動を制御するための方法について開示している。当該方法は、一連の通過地点を含む進路に沿って船舶を自動操縦するよう推進装置を制御するステップと、次の通過地点が、船舶がそこにまたはその付近に電子的に停泊すべき立ち寄り通過地点であるかどうかを判断するステップとを含む。次の通過地点が立ち寄り通過地点であれば、制御モジュールが船舶と立ち寄り通過地点との間の距離を算出する。算出された距離が閾値距離より短いか、またはそれに等しいことに応答して、推進装置の推力は減少する。船舶がその後第１の閾値速度まで減速するのを感知したことに応答して、船舶の速度は更に低下する。船舶がその後第２のより低い閾値速度まで減速するか、または立ち寄り通過地点を通過するのを感知したことに応答して、推進装置は、立ち寄り通過地点またはその付近にある停泊地点に船舶を維持するよう制御される。

ここで、上記の特許および出願は、それら全体が参照により本明細書に組み込まれる。

この概要は、発明を実施するための形態において後ほど更に説明される概念の抜粋を紹介するために提供される。この概要は、特許請求される主題の主な特徴または不可欠な特徴を特定することを意図するものでもなければ、特許請求される主題の範囲を限定するのに役立つものとして使用されることを意図するものでもない。

本開示の一例によれば、物体付近の船舶のポジションを制御するためのシステムが開示されている。当該システムは、船舶の位置を決定する位置センサと、船舶の速度を決定する速度センサとを含む。制御モジュールが位置センサおよび速度センサと信号通信している。船舶用推進システムが制御モジュールと信号通信している。制御モジュールは、船舶の位置に基づいて、船舶が物体から所定の範囲内にあるかどうかを判断する。船舶が物体から所定の範囲内にあると判断したことに応答して、制御モジュールは、船舶の現在の運動に対抗するための制動線形推力および制動モーメントのうち少なくとも一方を生成するよう推進システムを制御する。

本開示の別の例は、物体付近の船舶のポジションを制御するための方法の例であり、当該船舶は、船舶用推進システムを原動力としている。当該方法は、船舶の位置を決定するステップと、船舶の速度を決定するステップと、船舶の進行方向を決定するステップと、船舶の回転方向を決定するステップとを含む。制御モジュールが、船舶の位置に基づいて、船舶が物体から所定の範囲内にあるかどうかを判断する。制御モジュールはまた、（ａ）船舶の進行方向に基づく制動線形推力の方向、および（ｂ）船舶の回転方向に基づく制動モーメントの方向のうち少なくとも一方を決定する。船舶が物体から所定の範囲内にあると判断したことに応答して、制御モジュールは、船舶の現在の運動に対抗するための制動線形推力および制動モーメントのうち少なくとも一方を生成するよう推進システムを自動制御する。

次の図を参照すると、船舶のポジションを制御するためのシステムおよび方法の例が説明されている。これらの図を通して、同様の特徴および同様の成分を指すために同じ番号が使用されている。

船舶上の制御システムの概略図である。

船舶がいかにして現在位置から目標位置へ移動できるかについて説明するために使用される概略図である。

船舶の特定の運動を達成するために使用される推力ベクトルの配置を示している。 船舶の特定の運動を達成するために使用される推力ベクトルの配置を示している。

物体に接近する船舶の一例を示している。

物体に接近する船舶の別の例を示している。

本開示に係る方法を示している。

本説明では、簡潔性、明確性および理解のために特定の用語が使用されている。そこからは、先行技術の要件を超える不必要な限定が示唆されるべきではない。なぜなら、係る用語は説明だけを目的として使用されており、広く解釈されることを意図するものだからである。

図１〜図６は、船舶と、当該船舶の方向付けおよび操縦を行うための制御システムとを概略的に描写している。図示および説明されている船舶、推進システムおよび制御システムの特定の構成は例示的であることを理解されたい。本開示で説明される概念は、それらのための実質的に異なる構成を用いて適用することが可能である。例えば、描写されている船舶は２つの船舶用推進装置を有する。しかしながら、本開示の概念は、任意の数の船舶用推進装置を有する船舶に適用可能であることを理解されたい。加えて、本開示では推進装置を船外機として説明しているが、プロペラ、インペラまたはジェットなどを用いた、船内配置、船尾駆動配置、ポッド配置などといった他の配置が、同じ原理および方法に従って制御され得る。本明細書で説明される制御システムは、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）装置および慣性測定ユニット（ＩＭＵ）などの特定の操作上の構造を含む。本開示の概念は、グローバルポジションのデータを取得するための様々なタイプのシステムを用いて実装されるのが可能であること、並びに、本明細書で説明および描写される、係る装置の特定のタイプおよび特定の数には限定されないことを理解されたい。更に、本開示では特定のタイプのユーザ入力装置について説明する。本開示で開示される概念は、当業者には周知の通り、予めプログラミングされた形式でユーザ入力なしに、または様々なタイプのユーザ入力装置と併せて適用可能であることも認識されたい。更には、当業者による認識通り、均等物、代替形態および修正形態が考えられる。

図１には、例示的な船舶１０の概略図が示されている。船舶１０は、２つの船舶用推進装置１４ａ、１４ｂを備えた船舶用推進システム１２を含む。船舶用推進システム１２は、制御モジュール１６と信号通信している。制御モジュール１６（ここでは、コマンド制御モジュールまたは「ＣＣＭ」として図示）は、推進装置１４ａ、１４ｂの推力Ｔ１、Ｔ２の大きさを、当該装置の内燃エンジン１８ａ、１８ｂ、ひいては当該装置のプロペラ２２ａ、２２ｂの速度を制御することなどにより制御する。制御モジュール１６は、変速機２０ａ、２０ｂを用いて、前進、ニュートラル、後進の間で推進装置１４ａ、１４ｂの変速ポジションも制御する。制御モジュール１６は、推進装置１４ａ、１４ｂの舵角も制御する。当該舵角は、船首から船尾へと走る船舶１０の仮想上の中心線（図３および図４の４２を参照）に対する当該装置の推力Ｔ１、Ｔ２の角度に影響を及ぼす。推進装置１４ａ、１４ｂの舵角および変速ポジションは、制御モジュール１６により直接制御されてもよいし、それぞれの推進装置１４ａ、１４ｂのために設けられる別個の推進制御モジュール（「ＰＣＭ」）２４ａ、２４ｂを用いて制御されてもよい。

船舶１０上のコマンド卓２６が、本明細書で示されるタッチスクリーン２８などの電子表示スクリーンを含む。他の実施形態において、表示スクリーンは、追加的または代替的にキーパッドと関連付けられてよいこと、および、タッチ入力の受け取りが可能でないかもしれないことに留意されたい。タッチスクリーン２８は、船舶１０の操縦士に対して、船舶１０を操作するための１つまたは複数のモード、例えば、これに限定されるわけではないが、自動着岸モードなどを選択する能力を提供してよく、当該自動着岸モードについては、本明細書で後ほど更に説明されることになる。周知の通り、コマンド卓２６には操縦桿３０も設けられ、操縦桿３０は、制御モジュール１６を介して推進装置１４ａ、１４ｂに対して操舵コマンド、変速コマンドおよび推力コマンドを提供することができる。本明細書には示されていないが、他の例では、これも周知の通り、推進装置１４ａ、１４ｂに対して操舵コマンドを入力するための操舵輪が設けられ、変速機２０ａ、２０ｂに対して変速コマンドを入力するため、および、エンジン１８ａ、１８ｂに対してエンジン速度コマンドを入力するための一対のスロットル／変速レバーが設けられる。コマンド卓２６には、警笛、汽笛、拡声器、または音を生成することが可能な他の装置などの音声出力装置３２も設けられ、音声出力装置３２は、制御モジュール１６と信号通信している。

船舶１０は多数のセンサを含み、当該多数のセンサには、船舶１０の位置を決定する位置センサと、船舶１０の速度を決定する速度センサと、船舶１０の進行方向を感知する方向センサと、船舶１０の回転方向を感知する回転センサとが含まれる。一例において、位置センサは船舶１０に設けられる。実際のところ、船舶１０は、グローバルポジショニングシステム（ＧＰＳ）受信機３６、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）３８、並びに、幾つかの近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０などの複数の位置センサ３４を備えることができる。一例において、ＧＰＳ受信機３６は、位置センサ、速度センサおよび方向センサのそれぞれとして機能する。ＧＰＳ受信機３６は、制御モジュール１６に対して船舶１０の現在の実際の地理的位置を緯度および経度で提供する。ＧＰＳ受信機３６は、ＧＰＳポジションから決定される、船舶１０が所与の期間にわたって進む距離を決定することにより、船舶１０の対地速度（「ＳＯＧ」）を決定するので、速度センサとしても機能することができる。制御モジュール１６は、ＳＯＧの平均またはフィルタ処理された値を船舶の速度として用いてよい。他の例では、ピトー管式または外輪式の速度センサが含まれてよい。ＧＰＳ受信機３６は、変化する地理的位置に基づいて船舶１０の対地進路（ＣＯＧ）を決定するので、方向センサとしても機能することができる。ＩＭＵ３８は、船舶１０の現在の実際の船首方位を検出するので、代替的または追加的に方向センサとして機能し得る。他の例において、方向センサは単純なコンパスである。ＩＭＵ３８は、船首方位の経時的変化（別名、ヨーレートまたは角速度として知られている）を検出することが可能なので、回転センサとしても機能し得る。ＩＭＵ３８は、例えば、ウィスコンシン州フォンデュラクのＭｅｒｃｕｒｙ Ｍａｒｉｎｅから入手可能な部品８Ｍ００４８１６２であり得る。ＩＭＵ３８の特定の実施形態において、ＩＭＵ３８は、差動補正受信機、加速度計、角速度センサ、並びに、これらの装置から取得される情報を操作して、経度および緯度で見た船舶１０の現在のポジションと、船舶１０の北に対する現在の船首方位と、６自由度における船舶１０の速度および加速度とに関する情報を提供するマイクロプロセッサを備える。幾つかの例において、位置センサ、速度センサ、方向センサおよび回転センサは、姿勢・船首方位基準システム（ＡＨＲＳ）などの単一装置の一部である。図示の通り、制御モジュール１６は、位置センサ３４および速度センサ（例えば、ＧＰＳ受信機３６）と信号通信している。

船舶１０の船首、船尾、左舷および右舷のそれぞれに１つの近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０が示されているが、それより少ないセンサ、またはそれより多いセンサがそれぞれの位置に設けられ得る。近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０は、船舶１０に設けられる代わりに（または、そこに設けられることに加えて）、物体Ｏに設けられ得ることにも留意されたい。これらのセンサ４０は、制御モジュール１６と無線で通信することができる。センサ４０は、位置センサとして使用され、船渠、防波堤、停泊所、浮標、海岸線、大岩または大木などといった物体Ｏの船舶１０に対する相対的な位置および距離の両方、並びに、船舶１０の当該物体Ｏに対する相対的な位置および距離の両方を個別に決定することが可能な、例えば、レーダ、ソナー、ライダ装置、カメラ、レーザ、ドップラー方向探知機などの装置であり得る。幾つかの例において、近接センサは、ＲＦＩＤ受信機であってよく、物体Ｏまたは船舶１０に、必要に応じて、重要なポジションにＲＦＩＤタグが配置されてよい。他の実施形態において、ＲＦＩＤ受信機は、代わりに無線周波数識別・ジオメトリ（ＲＦＩＧ）ユニットであってもよく、当該ユニットは、受信機の集積回路上の光起電性コンポーネントおよびＩＲ−ＬＥＤを用いて、位置、姿勢、動きおよび向きの情報を決定する。視覚ベースセンサは、カメラであり得る。制御モジュール１６は、当該カメラからの写真または映像を制御モジュール１６が判読できるようにするコンピュータ視覚アルゴリズムを用いて、プログラミングされ得る。当該アルゴリズムは、必要に応じて、物体Ｏまたは船舶１０の位置および基本的輪郭を検出することができる。代替的に、物体Ｏまたは船舶１０上の重要な位置にＡｒＵｃｏマーカが設けられてもよく、当該アルゴリズムは、ＡｒＵｃｏマーカの位置を検出することができる。例えば、カメラセンサは、ＡｒＵｃｏマーカのスケールおよび向きを決定して、その後、２次元画像から当該マーカの３次元位置を決定することができる。

近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０は、本明細書で示される位置以外の、船舶１０および／または物体Ｏの位置に設けられてよい。示されているより少ない、またはより多くの近接センサおよび／もしくは視覚ベースセンサ４０が設けられてもよい。近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０は、全てが同じタイプのものであってもよいし、異なるタイプのものであってもよい。物体Ｏまたは船舶１０が十分な物理的変異（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｒｉａｎｃｅ）を有すること、および、この変異を示す位置にセンサ４０が配置されることにより、３次元画像が近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０に提供され得るようにすること、および、制御モジュール１６が物体Ｏまたは船舶１０の一部と物体Ｏまたは船舶１０の別の部分とを識別できるようにすることが理想的である。多くの近接センサが使用される場合は、これらの提供するデータが近隣物体Ｏまたは船舶１０の仮想マップまたは仮想写真を作成するために使用され得ることに留意されたい。

近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０からの相対的なポジションおよび方位のデータは、ＧＰＳ受信機３６よりもはるかに高い測定分解能および精度をもたらすべく使用され得る。例えば、船舶１０がゆっくり移動しているとＧＰＳの位置が経時的にあまり変化しないので、ＧＰＳ受信機３６に基づくＳＯＧは低速においてノイズを含む。従って、近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０は、船舶１０と物体Ｏとの間の距離Ｄを定期的に測定すること、および、測定距離Ｄの経時的変化を算出することなどにより低速での船速を決定するために使用され得る。一例において、制御モジュール１６は、近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０が船舶１０から所与の範囲内で物体Ｏを感知した場合、または、物体Ｏから所与の範囲内で船舶１０を感知した場合に、近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０からのデータを用いることを選択する。近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０が船舶１０にある場合、当該所与の範囲は、システム較正に応じて、船舶１０の重心、胴体の外縁部、または、物体Ｏに最も近い近接センサおよび／もしくは視覚ベースセンサ４０から測定されてよい。

制御モジュール１６は、プログラミング可能であり、処理システムおよび記憶システムを含む。制御モジュール１６は、船舶１０上の任意の箇所および／または船舶１０から離れた所に位置してよく、周辺インタフェース並びに有線および／または無線リンクを介して船舶１０の様々なコンポーネントと通信することができる。図１は幾つかの制御モジュール（ＣＣＭ１６、ＰＣＭ２４ａ、ＰＣＭ２４ｂ）を示しているが、船舶１０は制御モジュールを１つだけ含んでよい。本明細書で後ほど開示される方法の一部は、単一の制御モジュールまたは幾つかの別個の制御モジュールで実施され得る。１つより多くの制御モジュールが設けられる場合は、それぞれが船舶１０上の特定の装置またはサブシステムの動作を制御することができる。例えば、ＰＣＭ２４ａ、２４ｂは、推力Ｔ１、Ｔ２を生成すること、推進装置１４ａ、１４ｂを様々な舵角に回転させること、エンジン１８ａ、１８ｂの速度を変更すること、および、変速機２０ａ、２０ｂを介して変速ポジションを変更することを行うべく、ＣＣＭ制御モジュール１６からのコマンドを判読および実施することができる。代替的な実施形態において、コマンド制御モジュール１６は、推進装置１４ａ、１４ｂのこれらの機能を直接制御する。

幾つかの例において、制御モジュール１６は、処理システムと、記憶システムと、ソフトウェアと、周辺装置と通信するための入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースとを備えたコンピューティングシステムを含んでよい。当該システムは、プログラミングされた命令セットを実施するハードウェアおよび／またはソフトウェアで実装されてよい。例えば、処理システムは、自動着岸方法を用いてプログラミングされたソフトウェアなどのソフトウェアを記憶システムからロードして実行する。当該ソフトウェアは、本明細書で後ほど更に詳しく説明されるように動作するよう処理システムに指示する。コンピューティングシステムは、１つまたは複数のプロセッサを含んでよく、当該プロセッサは、通信可能に接続されてよい。処理システムは、制御ユニットおよび処理ユニットを含むマイクロプロセッサと、記憶システムからソフトウェアを検索して実行する、半導体ハードウェア論理などの他の回路とを備えることができる。

本明細書で使用されるように、「制御モジュール」という用語は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電子回路、組み合わせ論理回路、フィールドプログラマブルゲートアレー（ＦＰＧＡ）、コードを実行するプロセッサ（共有、専用または群）、説明された機能を提供する他の適切なコンポーネント、または、システムオンチップ（ＳｏＣ）などにおける上記のうちの幾つかもしくは全ての組み合わせを指してもよいし、これらの一部であってもよいし、これらを含んでもよい。制御モジュールは、処理システムにより実行されるコードを記憶するメモリ（共有、専用または群）を含んでよい。「コード」という用語は、ソフトウェア、ファームウェアおよび／またはマイクロコードを含んでよく、プログラム、ルーチン、関数、クラスおよび／またはオブジェクトを指してよい。「共有」という用語は、複数のモジュールからの幾つかまたは全てのコードが単一（共有）のプロセッサを用いて実行されてよいことを意味する。加えて、複数の制御モジュールからの幾つかまたは全てのコードが単一（共有）のメモリにより記憶されてよい。「群」という用語は、単一の制御モジュールからの幾つかまたは全てのコードがプロセッサ群を用いて実行されてよいことを意味する。加えて、単一の制御モジュールからの幾つかまたは全てのコードがメモリ群を用いて記憶されてよい。

記憶システムは、処理システムにより読み取り可能で、かつ、ソフトウェアを記憶することが可能な任意の記憶媒体を備えることができる。記憶システムは、コンピュータ可読命令、データ構造体、ソフトウェアモジュールまたは他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法または技術で実装される揮発性および不揮発性媒体、並びに、取り外し可能および取り外し不可能媒体を含むことができる。記憶システムは、処理システムと通信することが可能なメモリコントローラなどの追加的要素を含むことができる。記憶媒体の非限定的な例としては、ランダムアクセスメモリ、リードオンリメモリ、磁気ディスク、光ディスク、フラッシュメモリ、仮想および非仮想メモリ、様々なタイプの磁気記憶装置、または、所望の情報を記憶するために使用され得る、命令実行システムによりアクセスされてよい任意の他の媒体が挙げられる。記憶媒体は、一時的記憶媒体、または非一時的有形コンピュータ可読媒体などの非一時的記憶媒体であり得る。

制御モジュール１６は、Ｉ／Ｏインタフェースおよび通信リンクを介して、船舶１０上のコンポーネントのうち１つまたは複数と通信する。一例において、通信リンクは、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスであるが、他のタイプのリンクも使用され得る。Ｉ／Ｏインタフェースによって、制御モジュール１６は、タッチスクリーン２８、操縦桿３０、ＧＰＳ受信機３６、ＩＭＵ３８、並びに、近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０などの入力装置、並びに、タッチスクリーン２８、音声出力装置３２および推進装置１４ａ、１４ｂなどの出力装置の両方と相互作用できるようになる。キーボード、リモートコントロール、音声コマンド受信機、キーパッド、ボタンなどといった他のタイプの装置が、制御モジュール１６と信号通信するよう設けられ得る。これらは何れもコマンド卓２６の一部であってよい。

図２を参照すると、自動着岸モードにおいて、制御モジュール１６は、ＧＰＳ受信機３６により決定される船舶の位置と、物体Ｏに近接した所定目標位置との間の差を小さくするよう推進システム１２を制御する。船舶１０は、船舶のポジション誤差および船首方位誤差をゼロにするよう船舶の推進装置１４ａ、１４ｂを制御するアルゴリズムを用いて、（緯度および経度により定義される）所定目標グローバルポジションおよび所定目標船首方位へ移動することができる。目標位置ＴＬおよび目標船首方位ＴＨは、目標位置をユーザインタラクティブマップから選択すること、および、目標船首方位を数値としてまたはフィンガースワイプを用いて入力することなどによって、操縦士によりタッチスクリーン２８を介して入力され得る。目標船首方位ＴＨおよび目標位置ＴＬは、特に、船舶１０が同じ物体Ｏの付近に着岸することが多い場合に、ボタンを押すことまたは自動着岸モードを選択することにより、後ほど呼び戻せるよう保存され得る。図２の例では、ＧＰＳ受信機３６により決定される、船舶１０上の予め選択された点の現在位置ＰＬが、所定目標位置ＴＬと等しくならず、ひいては、船舶１０が目標位置ＴＬへ達するために進まなければならない対地進路（ＣＯＧ）を制御モジュール１６が算出することになる。加えて、所定目標船首方位ＴＨが北からＡ１の角度を成している一方で、コンパスまたはＩＭＵ３８から読み取られる現在船首方位ＰＨは、北からＡ２の角度を成している。従って、制御モジュール１６は、船舶１０を目標船首方位ＴＨへ方向付けるにはＡ２−Ａ１度の反時計回りのヨー運動（矢印ＣＣＷ）が必要であると判断することになる。

制御モジュール１６は、制御モジュール１６のフィードバックコントローラにより実行される３次元（左／右、船首／船尾、およびヨー）の比例、積分、微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムに従って、どれくらいの推進動作を取るべきか決定する。フィードバックコントローラは、誤差要素をゼロにすべく、船舶１０に対する所望のヨーモーメントと併せて、船舶１０に関する前／後方向および左／右方向における所望の力を算出する。算出された力要素およびモーメント要素は次いで、船舶用推進システム１２に伝達され、当該システムは、別々に操舵可能な推進装置１４ａ、１４ｂの位置決めをすること、それぞれの装置のプロペラ２２ａ、２２ｂに供給される動力を制御すること、および、変速機２０ａ、２０ｂを介して両方の装置の推力ベクトル方向を制御することにより要求された力およびモーメントを供給する。船舶１０のポジションおよび船首方位の係る自動変更は、先ほど本明細書へ参照により組み込まれた米国特許第７，３０５，９２８号で説明されている原理に従って達成され得る。

図３および図４に示されているように、船舶１０の回転が直線運動と組み合わせて所望される場合、推進装置１４ａ、１４ｂは、それぞれの推力ベクトルが中心線４２上の点で交差するよう、それぞれの操舵軸１５ａ、１５ｂを中心として船舶１０の中心線４２に対する舵角がθになるまで回転する。明確にすることを目的として図３には推力ベクトルＴ１（その大きさおよび方向については図４参照）が示されていないが、それと関連する動作４４の線は、推力ベクトルＴ２の動作４６の線と点４８で交差するように示されている。点４８が船舶１０の重心ＣＧと一致しないので、推進装置１４ａにより生成される推力Ｔ１に対する効果的なモーメントアームＭ１が存在する。重心ＣＧを中心とするモーメントは、寸法Ｍ１を乗じた推力ベクトルＴ１の大きさに相当する。モーメントアームＭ１は、破線４４と垂直であり、第１の推力ベクトルＴ１は、この破線に沿って位置合わせされている。よって、それは斜辺Ｈも有する直角三角形の一辺である。図３の別の直角三角形が、辺Ｌ、辺Ｗ／２および斜辺Ｈを有することも理解されたい。推進装置１４ａ、１４ｂがそれぞれの操舵軸１５ａ、１５ｂを中心として同じ角度θだけ回転する限りは、破線４６に沿って方向付けられた第２の推力ベクトルＴ２に対して、モーメントアームＭ１と大きさの等しいモーメントアームＭ２（明確にすることを目的として不図示）が存在する。

図３を引き続き参照すると、当業者は、モーメントアームＭ１の長さが、舵角θ、角度Φ、角度π、第１の操舵軸１５ａと第２の操舵軸１５ｂとの間の距離であって、図３のＷに等しい距離、および、重心ＣＧと、第１の操舵軸１５ａと第２の操舵軸１５ｂとの間に延びる線との間の垂直距離Ｌの関数として決定され得ることを認識することになる。第１の操舵軸１５ａと重心ＣＧとの間に延びる線の長さは、直角三角形の斜辺Ｈであり、所与のＬおよびＷにピタゴラスの定理を用いることで容易に決定され得る。ＬおよびＷは既知のものであり、制御モジュールのメモリに保存されている。θの大きさは、本明細書で式１〜式４に関して後ほど説明されるように算出される。角度Ωの大きさは９０−θである。角度Φの大きさは、第１の操舵軸１５ａと船舶の中心線４２との間の距離、すなわちＷ／２として特定される距離に対する長さＬの比の逆正接に相当する。モーメントアームＭ１の長さは、線Ｈの長さおよび角度π（Ω−Φ）の大きさを用いて、制御モジュール１６により数学的に決定され得る。

推力ベクトルＴ１、Ｔ２はそれぞれ、前／後方向および左／右方向の両方のベクトル成分に分解される。ベクトル成分は、絶対的な大きさが互いに等しければ、互いに打ち消し合ってもよいし、加算的であってもよい。絶対的な大きさが等しくなければ、当該ベクトル成分は、互いを部分的に相殺してもよいし、加算的であってもよいが、ある直線方向に合成力が存在することになる。説明を目的として、図３は第２の推力ベクトルＴ２のベクトル成分を示している。図示の通り、破線４６に沿って第２の推力ベクトルＴ２が方向付けられ、破線４６は中心線４２に対して舵角θを成している。第２の推力ベクトルＴ２は、舵角θの関数として算出される、中心線４２と平行な成分および垂直な成分へと分解され得る。例えば、第２の推力ベクトルＴ２は、第２の推力ベクトルＴ２にコサインθおよびサインθをそれぞれ乗じることにより、逆向きの力Ｆ２Ｙおよび横向きの力Ｆ２Ｘに分解され得る。第１の推力Ｔ１のベクトル成分も同様にして、前／後向きおよび横向きの成分に分解され得る。これらの関係を用いて、推進システム１２により生成される正味推力のベクトル成分ＦＸ、ＦＹは、Ｔ１およびＴ２のそれぞれの前／後のベクトル成分および左／右のベクトル成分を合計することにより算出され得る。
ＦＸ＝Ｔ１（ｓｉｎ（θ））＋Ｔ２（ｓｉｎ（θ）） （１）
ＦＹ＝Ｔ１（ｃｏｓ（θ））−Ｔ２（ｃｏｓ（θ）） （２）

図３および図４の例において、Ｔ１がＸ方向およびＹ方向の両方に正のベクトル成分を有する一方で、Ｔ２はＸ方向に正のベクトル成分を、Ｙ方向に負のベクトル成分を有しており、当該負のベクトル成分は、従って、Ｔ１のＹ方向のベクトル成分から差し引かれることに留意されたい。船舶１０に作用する正味推力は、ＦＸとＦＹとのベクトル合計により決定され得る。

図４を参照すると、船舶１０には、その重心ＣＧを中心として自らを回転させるためのモーメント（矢印５０で表現）も掛かり得る。モーメント５０は、何れか一方の回転方向、すなわち時計回り（ＣＷ）または反時計回り（ＣＣＷ）に掛かり得る。モーメント５０から生じる回転力は、船舶１０に掛かる直線力と組み合わせて、または単独で加わり得る。モーメント５０と直線力とを組み合わせるべく、第１の推力ベクトルＴ１および第２の推力ベクトルＴ２は、図４に示されている点４８で交差する動作４４、４６のそれぞれの線とは概して反対の方向に位置合わせされる。図４には構造線が示されていないが、第１の推力ベクトルＴ１、第２の推力ベクトルＴ２、重心ＣＧに対する効果的なモーメントアームＭ１、Ｍ２が存在する。従って、矢印５０で表されているように、船舶１０に対するモーメントが加わる。推力ベクトルＴ１、Ｔ２の大きさが互いに等しければ、これらは線４４および４６にそれぞれ沿って加わり、中心線４２を中心として反対方向に対称的であり、中心線４２と平行な正味分力は、互いに等しくなり、従って、船舶１０に対する正味直線力が前／後方向に加わることはない。しかしながら、第１の推力ベクトルＴ１および第２の推力ベクトルＴ２は、中心線４２に対して垂直な力にも分解される。この例において、これらのベクトルは加算的である。結果的に、図４の船舶１０は、モーメント５０に応答して時計回りの方向へ回転するので、右へ移動することになる。

一方でモーメント５０が前／後方向または左／右方向の側方運動を伴わない、船舶１０に掛かる唯一の力であることが所望される場合は、図４のＴ１'およびＴ２'で表されている代替的な第１の推力ベクトルおよび第２の推力ベクトルが破線４４'および４６'に沿って互いに平行に位置合わせされ、破線４４'および４６'は、中心線４２に対して平行である。第１の推力ベクトルＴ１'および第２の推力ベクトルＴ２'は、大きさが等しく、反対方向である。結果的に、船舶１０に対する正味の力が前／後方向に加わることはない。推力ベクトルＴ１'およびＴ２'の両方の角度θが０度に等しいので、船舶１０に対する合成力が中心線４２と垂直の方向に加わることはない。結果的に、船舶１０によるその重心ＣＧを中心とする回転が、前／後方向または左／右方向の直線運動を伴うことなく達成される。

図３および図４を参照すると、目標位置ＴＬおよび目標船首方位ＴＨを達成するには、船舶１０の、並進および回転を含む、実質的にあらゆるタイプの運動が遂行され得ることが分かる。回転を伴わない前方並進が必要とされる場合、推進装置１４ａ、１４ｂは、それぞれの推力ベクトルが前方へ平行な向きで整列するよう方向付けられ、Ｔ１の大きさおよび方向がＴ２のそれと等しい限り、船舶１０は前進方向に進むことになる。一方で重心ＣＧを中心とする回転が要求される場合、第１の推力ベクトルＴ１および第２の推力ベクトルＴ２は、重心ＣＧでは交差しないが、代わりに中心線４２沿いの別の点４８で交差する線４４および４６に沿って方向付けられる。図３および図４に示されているように、この交点４８は、重心ＣＧの前方にあり得る。図４に示されている推力Ｔ１およびＴ２は、船舶１０の時計回りの回転（モーメント５０で図示）をもたらす。代替的に、推進装置１４ａ、１４ｂが、それぞれの推力が重心ＣＧの後方にある中心線４２沿いの点で交差するよう回転したとしたら、反対の効果が実現され得るが、他は全て等しい。交点４８が重心ＣＧの前方にあると、第１の推力ベクトルＴ１および第２の推力ベクトルＴ２の方向が逆転して、船舶１０による反時計回り方向の回転をもたらすことができることも認識されたい。

推進装置１４ａ、１４ｂの舵角が同じである必要はないことに留意されたい。例えば、推進装置１４ａが、中心線４２に対して角度θ１まで操舵されてよい一方で、第２の推進装置１４ｂは、角度θ２まで操舵されてよい。制御モジュール１６が、図２に関して本明細書で先ほど説明されたように、現在位置と目標位置との比較、および、現在船首方位と目標船首方位との比較に基づいて、位置の差および船首方位の差を算出した後、制御モジュール１６は、所与の所望の直線運動および／または回転運動と、予め選択された点を中心とする総目標線形推力および総目標モーメントとを関連付ける自らのメモリに記憶されるマップに基づいて、推進システム１２の所望の正味推力および正味モーメントを決定することになる。従って、Ｔ１、Ｔ２、θ１およびθ２はその後、次の式に従って、以上に説明された幾何学的関係を用いて、制御モジュール１６により算出され得ることが分かる。
ＦＸ＝Ｔ１（ｓｉｎ（θ１））＋Ｔ２（ｓｉｎ（θ２）） （１）
ＦＹ＝Ｔ１（ｃｏｓ（θ１））−Ｔ２（ｃｏｓ（θ２）） （２）
ＭＣＷ＝（Ｗ／２）（Ｔ１（ｃｏｓ（θ１）））＋（Ｗ／２）（Ｔ２（ｃｏｓ（θ２））） （３）
ＭＣＣＷ＝Ｌ（Ｔ１（ｓｉｎ（θ１）））＋Ｌ（Ｔ２（ｓｉｎ（θ２））） （４）
ＭＴ＝ＭＣＷ−ＭＣＣＷ （５）
ここで、ＦＸおよびＦＹは、既知の目標線形推力のベクトル成分であり、ＭＴは、予め選択された点を中心とする既知の総目標モーメント（時計回りのモーメントＭＣＷおよび反時計回りのモーメントＭＣＣＷを含む）であり、ＬおよびＷ／２も上記のように既知のものである。次いで、制御モジュール１６は、４つの式を用いて４つの未知数（Ｔ１、Ｔ２、θ１およびθ２）を求めることにより、船舶１０の所望の運動を達成することになる、それぞれの推進装置１４ａ、１４ｂの舵角、変速ポジションおよび推力の大きさを決定する。式１〜５は図３および図４に示されている推力配置に固有のものであり、時計回りまたは反時計回りの回転、および、前／後または右／左の並進には、異なる方向の推力を得て、異なるベクトル成分が寄与することに留意されたい。

研究および開発を通して、本発明者は、船舶１０が、これに限定されるわけではないが、船渠などの物体Ｏに近接した自らの所定目標位置（図２のＴＬ）に達したときに、その推進力を止めるのに有用であることを発見した。船舶１０の推進力を止めることで、操縦士は停泊所に船舶１０を入れること、および、目標位置ＴＬにより正確に停止することができるようになる。本開示によれば、本明細書で説明されるアルゴリズムが、所定目標位置ＴＬに船舶１０があると判断すると、制御モジュール１６は、船舶１０の推進力を止めるべく、最後に一回速度の読み取りを行い、船舶１０が物体Ｏに接近するのとは反対の方向に変速事象を自動で適用する。制御モジュール１６は、ＧＰＳ受信機３６、並びに、近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０のうち少なくとも一方を含む、上記の位置センサ３４の任意の組み合わせからの情報に基づいて、船舶１０が目標位置ＴＬにあると判断する。船舶１０が物体Ｏに近接した目標位置ＴＬにあると、ひとたび制御モジュール１６が判断すると、制御モジュール１６は、船舶１０が物体Ｏに接近するのとは反対の方向へ所定の時間にわたって推進システム１２を変速させる。この時間は較正可能であり、最後に読み取られた速度、および／または、最後に読み取られた船舶１０と物体Ｏとの間の測定距離の入力を得て、参照テーブルなどの入出力マップから決定され得る。例えば、入出力マップは、より高い速度に対してより長い時間を、より低い速度に対してより短い時間を返してよい。制御モジュール１６は、制御された時限変速事象が完結すると、音声出力装置３２に音を放出させてよい。

図５および図６は、本明細書で示される船渠５２などの物体Ｏに接近している船舶１０の２つの異なる例を示している。図５の例において、船舶１０は、Ｐに実線で示されている現在のポジション／向きからＴに破線で示されている目標のポジション／向きへ移動する。現在位置ＰＬは、船舶１０の最初の開始ポジションである必要はないが、代わりに、自動着岸手順における船舶１０の中間ポジションであってよく、当該中間ポジションには、船渠５２へ接近中の船舶１０が位置していることに留意されたい。この例において、船舶１０は、現在位置ＰＬから目標位置ＴＬへ移動すべく、船舶上の所定の位置（ここでは、重心ＣＧ）が現在位置ＰＬから目標位置ＴＬへ移動するよう、ベクトル５４に沿って移動しなければならない。

制御モジュール１６は、船舶の位置に基づいて、船舶１０が物体Ｏ（ここでは船渠５２）から所定の範囲Ｒ内にあるかどうかを判断するようプログラミングされる。一例において、制御モジュール１６は、船渠５２付近の特定の目標位置ＴＬのＧＰＳ座標を用いて予めプログラミングされてよく、当該目標位置ＴＬは、船渠５２から所定の範囲Ｒにある。制御モジュール１６は、船舶１０の現在の実際のＧＰＳ位置が目標位置ＴＬと等しい場合に、船舶１０が物体Ｏから所定の範囲Ｒ内にあると判断してよい。別の例において、制御モジュール１６は、ＧＰＳ受信機３６により決定される船舶の位置と物体Ｏに近接した所定目標位置ＴＬとの間の差を小さくするよう推進システム１２を制御する一方で、近接センサおよび視覚ベースセンサ４０のうち少なくとも一方により決定される船舶の位置に基づいて、船舶１０が物体Ｏから所定の範囲Ｒ内にあるかどうかを判断する。本明細書で先ほど述べられたように、近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０は、近距離においてはＧＰＳ受信機３６よりも高い精度を有し得る。故に、近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０は、船舶１０が船渠５２から所定の範囲Ｒ内にあればより正確に報告することができる。言い換えれば、船舶１０は、最初はＧＰＳ受信機３６からの情報を用いて目標位置ＴＬまで制御されてよいが、制御モジュール１６は、近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０からの情報を用いて、船舶１０が物体Ｏから所定の範囲Ｒ内にある時を判断してよい。

所定の範囲Ｒは、本操縦アルゴリズムによる使用に備えて、較正されて制御モジュール１６のメモリに記憶されてよい。他の例において、所定の範囲Ｒは、船舶１０の速度、および／または、推進システム１２が動作しているモードに依存してよく、この場合、所定の範囲Ｒは、参照テーブルまたは同様の入出力マップから決定されてよい。他の例において、操縦士は、コマンド卓２６に位置するタッチスクリーン２８または他の対話型ディスプレイを介して、数値を選択もしくは入力すること、または、操縦士が仮想マップから船渠近隣のＧＰＳ位置を選択することなどにより所望の所定の範囲Ｒを入力することができる。船舶１０が目標位置ＴＬにある、従って船舶１０が物体Ｏから所定の範囲Ｒ内にあると判断するためにＧＰＳ受信機３６が使用される場合は、所定の範囲ＲがＧＰＳ受信機３６の位置と物体Ｏの最も近い縁部との間にあると既定されてもよいし、船舶１０の一側面が物体Ｏの最も近い縁部から所定の範囲Ｒ内にあるかどうかを判断すべく、制御モジュール１６が船舶１０のジオメトリ（幅など）を考慮するようプログラミングされてもよいことに留意されたい。船舶１０が物体Ｏから所定の範囲Ｒ内にあると判断するために、近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０の数および位置、並びに、物体Ｏのサイズに応じてセンサ４０が使用される場合は、物体Ｏのセンサ４０からの測定距離と、物体Ｏがセンサ４０に対して位置する角度とに基づいて、制御モジュール１６が、船舶１０と物体Ｏとの間の側方距離を算出する必要があるかもしれない。船舶１０を配置するための物体Ｏに近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０が設けられる場合は、同じ原理が使用され得る。

船舶１０が物体Ｏから所定の範囲Ｒ内にあると判断したことに応答して、制御モジュール１６は、船舶１０の現在の運動に対抗するための制動線形推力および制動モーメントのうち少なくとも一方を生成するよう推進システム１２を制御する。より具体的には、制御モジュール１６は、制動線形推力の方向を船舶の進行方向とは反対のものとして決定する。例えば、図５に関しては、船舶１０が現在位置ＰＬから目標位置ＴＬへ移動するためにベクトル５４に沿って進んだので、制御モジュール１６は、制動線形推力をベクトル５４とは反対の方向にあるものとして決定する。ここで、総制動線形推力は、矢印５６で示されている。制御モジュール１６は、推進システム１２の推進装置１４ａ、１４ｂにより本明細書で先ほど説明されたアルゴリズムを用いて生成される必要がある個別の推力を決定することができ、係る個別の推力Ｔ１、Ｔ２から生じる総制動線形推力５６は、船首／船尾運動も回転も伴わず、左への完全な直線方向にある。

この例において、ＣＯＧを感知するＧＰＳ受信機３６などの方向センサは、ベクトル５４に沿った船舶１０の進行方向を制御モジュール１６に報告し、制御モジュール１６は、制動線形推力５６の方向を報告される進行方向とは正反対に設定する。別の例では、制動線形推力５６の方向を決定するために方向センサ、および船舶１０の感知される進行方向が使用される代わりに、制御モジュール１６は、結果として生じる総推力ベクトルとは正反対のものを生成すべく、（それぞれの変速機２０ａ、２０ｂと関連付けられたギア状態センサにより）報告されるそれぞれの推進装置１４ａ、１４ｂのギア状態と、（それぞれの装置と関連付けられた舵角センサにより）報告されるそれぞれの推進装置１４ａ、１４ｂの舵角とを用いる。例えば、ベクトル５４に沿って運動を生成すべく、推進装置１４ａが角度θ１を成して前進ギアに入っており、推進装置１４ｂが角度θ２を成して後進ギアに入っているとしたら、制御モジュール１６は、それぞれの舵角をθ１およびθ２に維持しながら、推進装置１４ａを後進ギアに、推進装置１４ｂを前進ギアに入れてよい。そうすることで、本明細書で先ほど説明された原理によれば、ベクトル５４で示されているのとは正反対の方向に合成制動線形推力５６が生成される。

図６は、船舶１０が、実線で示されているように現在位置ＰＬおよび現在船首方位ＰＨにあり、その後、破線で示されているように目標位置ＴＬおよび目標船首方位ＴＨへ移動する例を示している。係る運動を遂行すべく、制御モジュール１６は、本明細書で先ほど説明されたアルゴリズムを利用して、ベクトル５８で示されているように船舶１０を並進させること、および、モーメント６０で示されているように船舶１０を回転させることを行う。この例において、制御モジュール１６は、ベクトル５８の方向における現在の運動に対抗するための制動線形推力だけでなく、船舶１０を目標船首方位ＴＨまで回転させるべく誘起されるモーメント６０に対抗するための制動モーメントも算出するようプログラミングされる。図５に関して説明された例と同様に、制御モジュール１６は、船舶１０を現在位置ＰＬから目標位置ＴＬへ移動させるために必要とされるベクトル５８に沿った運動に対抗する制動線形推力６２を生成することになる。この制動線形推力６２は、制御モジュール１６が、方向センサを用いて船舶１０の進行方向を感知すること、および、制動線形推力の方向を船舶の進行方向とは反対に設定することにより算出されてもよいし、制御モジュール１６が変速機２０ａ、２０ｂの感知されるギア状態を逆転させることにより生成されてもよい。これらの方法は両方とも、図５に関して本明細書で先ほど説明された。同様に、図６の例において、制御モジュール１６は、船舶１０が現在船首方位ＰＨから目標船首方位ＴＨへ移動した際の船舶１０の回転方向を決定すべく、コンパスまたはＩＭＵ３８などの回転センサからの読み取りを用いてよい。次いで、制御モジュール１６は、制動モーメント６４の方向を船舶の感知される回転方向（モーメント６０を参照）とは反対に設定してよい。例えば、船舶１０が反時計回り方向に向きを変えて目標船首方位ＴＨに達したとすると、制動モーメントは時計回り方向であり、その逆もまた同様である。制御モジュール１６は、制動モーメント６４を生成するために必要とされる推進装置１４ａ、１４ｂの推力、ギア状態および舵角を算出し直すこと、または、これも図５に関して本明細書で先ほど説明されたように、推進装置１４ａ、１４ｂのギア状態を感知して、反対向きの制動モーメント６４を生成すべくそれらのギア状態を暫時逆転させることができる。

本開示によれば、制御モジュール１６は、制動線形推力および制動モーメントのうち少なくとも一方をある時間にわたって生成するよう推進システム１２を制御してよい。制御モジュール１６は、船舶の速度に基づいて当該時間を決定してよく、次いで、当該速度は、当該時間を決定するための入出力マップまたは式に入力され得る。例えば、上記の速度センサは、船舶１０の線速度および角速度のうち少なくとも一方を感知してよい。制御モジュール１６が制動線形推力を生成する時間は、ＧＰＳ受信機３６からＳＯＧを読み取ることなどにより決定される線速度に依存する。制御モジュール１６が制動モーメントを生成する時間は、ＩＭＵ３８により報告されるヨーレートなどの角速度に依存する。参照テーブルなどの入出力マップは、制御モジュール１６のメモリに保存される所定の時間値を含んでよい。船速とこの所定の値とは関係があってよく、それにより、時間が船舶の速度、すなわちその速度が線速度であるのか角速度であるのかに直接関係している。この直接的関係は、直線関係、指数関係または任意の他のタイプの直接的関係であり得る。別の例において、時間は概して、船舶の速度が上がるにつれて増加し得るが、時間と船舶の速度との間の関係は、数学的関係では容易に説明されないこともあり、むしろ、入力値と出力値とのペアがそれぞれ、様々な速度での船舶１０の試験に基づいて較正されてよい。更なる別の例において、逆制御動作が取られる時間は、船速だけでなく、船舶１０と物体Ｏとの間の測定距離Ｄ（図１）にも依存する。測定距離Ｄは、船舶１０が物体Ｏから所定の範囲Ｒ内にあると制御モジュール１６が判断したことに応答して測定されてよい。ＧＰＳ受信機３６が近距離ではあまり正確でないこと、または、船舶１０がいつ物体Ｏの所定の範囲Ｒ内に入ったかを近接センサおよび／もしくは視覚ベースセンサ４０が即座に認識できないことにより、測定距離Ｄは所定の範囲Ｒよりも短くてよいことに留意されたい。これは、物体Ｏに対する船舶１０上のセンサ４０の配置（または、船舶１０上のセンサ４０に対する物体Ｏの配置）、および／または、制御モジュール１６がセンサ４０からの情報を判読して、物体Ｏから所定の範囲Ｒまでの報告される距離を比較する間の処理の遅延に起因し得る。

本アルゴリズムによれば、制御モジュール１６は、所与の大きさの制動線形推力および／または制動モーメントを生成するようプログラミングされてよい。この大きさは、船舶１０が目標位置ＴＬに達して物体Ｏの所定の範囲Ｒ内に入る直前に測定される船舶の速度に基づいたものであり得る。代替的に、制動線形推力および／またはモーメントの大きさは、船舶１０を目標位置ＴＬまで前進させて目標船首方位ＴＨまで回転させるためにそれぞれ使用される線形推力および／またはモーメントの大きさと同じであり得る。更なる別の例において、この大きさは、エンジン１８ａ、１８ｂのスロットル弁をアイドルポジションよりもわずかに大きいポジションまで開くことにより生成されるいかなるものであってもよい。更なる別の例において、この大きさは、スロットル弁をアイドルポジションには維持するが、変速機２０ａ、２０ｂを、それらが以前に変速されたのとは反対のギアに入れることにより生成されるいかなるものであってもよい。

上記の通り、音声出力装置３２は、制御モジュール１６と信号通信しているものであり、制御モジュール１６からのコマンドに応答して音を放出してよい。例えば、制御モジュール１６は、上記ように決定された時間の終了に応答して、音声出力装置３２に音を放出させてよい。船舶の推進力を止めるために制動線形推力および制動モーメントの両方が生成される必要がある場合、および、制動線形推力が生成される時間と制動モーメントが生成される時間とが異なる場合、制御モジュール１６は、２つの時間のうち長い方が終了するまで、音声出力装置３２に対して音を生成せよとの信号を送信しなくてもよい。当該音は、バズ音、音声アラート、ベル音、ビープ音または任意の他の音声出力であってよく、船舶１０の操縦士に対して自動着岸シーケンスが終了したことを知らせる。故に、音声出力装置３２は、逆制御動作が制動線形推力であろうと制動モーメントであろうと、全ての逆制御動作が完了するまで起動されるべきではない。操縦士は次いで、船舶１０から船渠５２に降り立つのが安全であることをこの音により知らされる。他の例において、音声出力装置３２からの音の放出には、コマンド卓２６における光の照射、および／または、タッチスクリーン２８上に現れて自動着岸手順が完了したことを示すアラートが伴う。更なる他の例では、音が提供されず、視覚的表示だけが自動着岸手順が終了したことを知らせる。

図７に関しては、本開示に係る方法が説明されている。ボックス７０２に示されているように、物体Ｏ付近の船舶１０のポジションを制御するための当該方法は、船舶１０の位置を決定するステップを含む。例えば、当該方法は、ＧＰＳ受信機３６並びに近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０のうち少なくとも一方を用いて船舶の位置を決定するステップを含んでよい。ボックス７０４に示されているように、当該方法は、速度センサを用いるなどして船舶１０の速度を決定するステップを含む。当該速度センサには、これに限定されるわけではないが、ＳＯＧを算出するＧＰＳ受信機３６が含まれる。代替的に、当該方法は、近接センサ４０により測定される、船舶１０と物体Ｏとの間の距離を用いて船舶の速度を決定するステップを含んでよい。制御モジュール１６は、船舶の速度を測定距離Ｄの経時的変化として算出することができる。ボックス７０６に示されているように、当該方法は、ＣＯＧを感知するＧＰＳ受信機３６、または、船首方位を感知するＩＭＵ３８を用いるなどして船舶１０の進行方向を決定するステップを含む。ボックス７０８に示されているように、当該方法は、コンパスまたはＩＭＵ３８からヨーレートを取得することなどにより船舶１０の回転方向を決定するステップを含む。ボックス７１０に示されているように、当該方法は、船舶の位置に基づいて、船舶１０が物体Ｏから所定の範囲Ｒ内にあるかどうかを制御モジュール１６により判断するステップを含む。船舶の位置は、本明細書で先ほど説明されたように、ＧＰＳ受信機３６、並びに／または、近接センサおよび／もしくは視覚ベースセンサ４０により決定され得る。

ボックス７１２に示されているように、当該方法は、（ａ）船舶の進行方向に基づく制動線形推力の方向、および（ｂ）船舶の回転方向に基づく制動モーメントの方向のうち少なくとも一方を制御モジュール１６により決定するステップも含む。これは、図５および図６に関して本明細書で先ほど説明された方法を用いて遂行され得る。ボックス７１４に示されているように、船舶１０が物体Ｏから所定の範囲Ｒ内にあることに応答して、当該方法は、船舶１０の現在の運動に対抗するための制動線形推力および制動モーメントのうち少なくとも一方を生成するよう、制御モジュール１６により推進システム１２を自動制御するステップを含む。目標位置ＴＬおよび目標船首方位ＴＨに達すべく船舶１０が直線的並進および回転の両方を行った場合は、制御モジュール１６が制動線形推力および制動モーメントの両方を生成してよい。代替的に、制御モジュール１６は、船舶１０が目標位置ＴＬおよび目標船首方位ＴＨへ接近する際に船舶１０に掛かる力のうちどちらがより大きかったかに応じて、制動線形推力だけまたは制動モーメントだけを生成することを選択してもよい。当該方法は、制御モジュール１６により、制動線形推力の方向を船舶の進行方向とは反対に設定するステップと、制御モジュール１６により、制動モーメントの方向を船舶の回転方向とは反対に設定するステップとを含んでよい。

当該方法は、制動線形推力および制動モーメントのうち少なくとも一方をある時間にわたって生成するよう、制御モジュール１６により推進システム１２を制御するステップと、船舶の速度に基づいて、制御モジュール１６により当該時間を決定するステップとを含んでもよい。当該方法は、船舶１０の線速度および船舶１０の角速度のうち少なくとも一方を決定するステップを含んでよく、制御モジュール１６が制動線形推力を生成する時間が線速度に依存してよい一方で、制御モジュール１６が制動モーメントを生成する時間は、角速度に依存してよい。どちらの場合も、当該時間は、船舶の速度に直接関係していてよい。幾つかの例において、当該方法は、船舶１０が物体Ｏから所定の範囲Ｒ内にあると制御モジュール１６が判断したことに応答して船舶１０と物体Ｏとの間の距離を測定するステップと、測定距離にも基づいて当該時間を決定するステップとを含んでよい。当該方法は、次いで、当該時間の終了に応答して音声出力装置３２を介して音を放出するステップを含んでよい。

本明細書で先ほど説明されたように、当該方法は、船舶１０を自動着岸モードで操作するステップも含んでよい。当該モードにおいて、制御モジュール１６は、ＧＰＳ受信機３６により決定される船舶の現在位置ＰＬと、物体Ｏ付近の所定目標位置ＴＬとの間の差を小さくするよう推進システム１２を制御する。当該方法は、近接センサおよび視覚ベースセンサ４０のうち少なくとも一方により決定される船舶の位置に基づいて船舶１０が物体Ｏから所定の範囲Ｒ内にあるかどうかを判断するステップも含んでよい。

制御モジュール１６は、アルゴリズムが実施され得る前に、船舶１０に対して所定の閾値速度未満で進むよう要求し得ることに留意されたい。船舶１０は、制動線形推力または制動モーメントが生成された後でさえわずかに浮動し得ることにも留意されたい。しかしながら、それでもなお、船舶１０は、制動推力および／またはモーメントの生成後、制動推力および／またはモーメントが生成されなかった場合よりも目標位置ＴＬおよび目標船首方位ＴＨの近くに停止することになる。制動線形推力および制動モーメントは、推進装置１４ａ、１４ｂを単独で配置することにより生成され得る。当該装置を単独で配置すると、推進システム１２は、制動線形推力および制動モーメントの両方を同時に生成する。代替的に、制御モジュール１６は、船首／船尾、左／右およびヨー制動力の生成が連続して実施されるようスケジューリングしてよい。どちらの場合も、制御モジュール１６は、船舶の線速度および角速度に基づいて、制御動作を実施するための様々な長さの時間を決定してよい。

本明細書で説明される様々なシステムおよび方法は、単独で、または他のシステムおよび方法と組み合わせて使用されてよい。様々な均等形態、代替形態および修正形態が添付の特許請求の範囲内で考えられる。添付の特許請求の範囲におけるそれぞれの限定は、それぞれの限定において「〜するための手段」または「〜するためのステップ」という用語が明記されている場合に限り、米国特許法第１１２条（ｆ）の下での解釈を適用することを意図している。

Claims (20)

1. 物体付近の船舶のポジションを制御するためのシステムであって、
   前記船舶の位置を決定する位置センサと、
   前記船舶の速度を決定する速度センサと、
   前記位置センサおよび前記速度センサと信号通信している制御モジュールと、
   前記制御モジュールと信号通信している船舶用推進システムとを備え、
   前記制御モジュールは、前記船舶の位置に基づいて、前記船舶が前記物体から所定の範囲内にあるかどうかを判断し、
   前記船舶が前記物体から前記所定の範囲内にあると判断したことに応答して、前記制御モジュールは、前記船舶の現在の運動に対抗するための制動線形推力および制動モーメントのうち少なくとも一方を生成するよう前記船舶用推進システムを制御する、システム。
2. 前記制御モジュールは、前記制動線形推力および前記制動モーメントのうち前記少なくとも一方をある時間にわたって生成するよう前記船舶用推進システムを制御し、
   前記制御モジュールは、前記船舶の速度に基づいて前記時間を決定する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記制御モジュールと信号通信している音声出力装置を更に備え、
   前記制御モジュールは、前記時間の終了に応答して、前記音声出力装置に音を放出させる、請求項２に記載のシステム。
4. 前記時間は、前記船舶の速度に直接関係している、請求項２または３に記載のシステム。
5. 前記速度センサは、前記船舶の線速度および角速度のうち少なくとも一方を感知し、
   前記制御モジュールが前記制動線形推力を生成する前記時間は、前記線速度に依存し、
   前記制御モジュールが前記制動モーメントを生成する前記時間は、前記角速度に依存する、請求項２から４の何れか一項に記載のシステム。
6. 前記位置センサは、グローバルポジショニングシステム受信機（ＧＰＳ受信機）、近接センサおよび視覚ベースセンサのうち少なくとも１つを含む、請求項１から５の何れか一項に記載のシステム。
7. 前記制御モジュールは、自動着岸モードで操作可能であり、前記自動着岸モードにおいて、前記制御モジュールは、前記ＧＰＳ受信機により決定される前記船舶の位置と、前記物体に近接した所定目標位置との間の差を小さくするよう前記船舶用推進システムを制御し、
   前記制御モジュールは、前記近接センサおよび前記視覚ベースセンサのうち少なくとも一方により決定される前記船舶の位置に基づいて、前記船舶が前記物体から前記所定の範囲内にあるかどうかを判断する、請求項６に記載のシステム。
8. 前記船舶の進行方向を感知する方向センサを更に備え、
   前記制御モジュールは、前記制動線形推力の方向を前記船舶の進行方向とは反対に設定する、請求項１から７の何れか一項に記載のシステム。
9. 前記船舶の回転方向を感知する回転センサを更に備え、
   前記制御モジュールは、前記制動モーメントの方向を前記船舶の回転方向とは反対に設定する、請求項８に記載のシステム。
10. グローバルポジショニングシステム受信機（ＧＰＳ受信機）を更に備え、前記ＧＰＳ受信機は、前記位置センサ、前記速度センサおよび前記方向センサのそれぞれとして機能する、請求項８または９に記載のシステム。
11. 物体付近の船舶のポジションを制御するための方法であって、前記船舶は、船舶用推進システムを原動力とし、
    前記船舶の位置を決定するステップと、
    前記船舶の速度を決定するステップと、
    前記船舶の進行方向を決定するステップと、
    前記船舶の回転方向を決定するステップと、
    制御モジュールにより、前記船舶の位置に基づいて、前記船舶が前記物体から所定の範囲内にあるかどうかを判断するステップと、
    前記制御モジュールにより、（ａ）前記船舶の進行方向に基づく制動線形推力の方向、および（ｂ）前記船舶の回転方向に基づく制動モーメントの方向のうち少なくとも一方を決定するステップと、
    前記船舶が前記物体から前記所定の範囲内にあることに応答して、前記船舶の現在の運動に対抗するための前記制動線形推力および前記制動モーメントのうち少なくとも一方を生成するよう、前記制御モジュールにより前記船舶用推進システムを自動制御するステップと
    を備える方法。
12. 前記制動線形推力および前記制動モーメントのうち前記少なくとも一方をある時間にわたって生成するよう、前記制御モジュールにより前記船舶用推進システムを制御するステップと、
    前記制御モジュールにより、前記船舶の速度に基づいて前記時間を決定するステップと
    を更に備える、請求項１１に記載の方法。
13. 前記時間の終了に応答して、音声出力装置を介して音を放出するステップを更に備える、請求項１２に記載の方法。
14. 前記時間は、前記船舶の速度に直接関係している、請求項１２または１３に記載の方法。
15. 前記船舶が前記物体から前記所定の範囲内にあると前記制御モジュールが判断したことに応答して、前記船舶と前記物体との間の距離を測定するステップと、
    測定される前記距離にも基づいて、前記時間を決定するステップと
    を更に備える、請求項１２から１４の何れか一項に記載の方法。
16. 前記船舶の線速度および前記船舶の角速度のうち少なくとも一方を決定するステップを更に備え、
    前記制御モジュールが前記制動線形推力を生成する前記時間は、前記線速度に依存し、
    前記制御モジュールが前記制動モーメントを生成する前記時間は、前記角速度に依存する、請求項１２から１５の何れか一項に記載の方法。
17. グローバルポジショニングシステム受信機（ＧＰＳ受信機）、近接センサおよび視覚ベースセンサのうち少なくとも１つを用いて前記船舶の位置を決定するステップを更に備える、請求項１１から１６の何れか一項に記載の方法。
18. 前記船舶を自動着岸モードで操作するステップであって、前記自動着岸モードにおいて、前記制御モジュールは、前記ＧＰＳ受信機により決定される前記船舶の位置と、前記物体付近の所定目標位置との間の差を小さくするよう前記船舶用推進システムを制御する、ステップと、
    前記近接センサおよび前記視覚ベースセンサのうち少なくとも一方により決定される前記船舶の位置に基づいて、前記船舶が前記物体から前記所定の範囲内にあるかどうかを判断するステップと
    を更に備える、請求項１７に記載の方法。
19. 前記ＧＰＳ受信機および前記近接センサのうち少なくとも一方を用いて前記船舶の速度を決定するステップを更に備える、請求項１７または１８に記載の方法。
20. 前記制御モジュールにより、前記制動線形推力の前記方向を前記船舶の進行方向とは反対に設定するステップと、
    前記制御モジュールにより、前記制動モーメントの前記方向を前記船舶の回転方向とは反対に設定するステップと
    を更に備える、請求項１１から１９の何れか一項に記載の方法。

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