JP2019099114A - 船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】自船の位置を定点に保持する定点保持動作を容易に行うことができるとともに、定点保持動作中のエネルギー消費量を抑制することができる船舶を提供する。【解決手段】複数の船体１０と、複数の船体１０に支持される被支持体３０と、推進装置７０と、を備えた船舶１００であって、自船の前部が向く方向を船舶船首方向ＨＤとし、各船体１０の船首尾線Ｌを船首側に延ばした方向を各船体１０のそれぞれの船体船首方向ＤＦとして、複数の船体１０は、船舶船首方向ＨＤを含む全方位へ移動する場合における各船体１０が受ける抵抗の総和が増大するように、少なくともいずれか１体の船体１０の船体船首方向ＤＦが、少なくとも他の１体の船体１０の船体船首方向ＤＦに対して非平行とされる、非平行配置ＮＰＡをとっており、自船の位置を定点に保持させるように、自船の位置を船舶船首方向ＨＤを含む全方位に移動させる、定点保持動作を行う。【選択図】図４

Description

本発明は、複数の船体を備え、自船の位置を定点に保持させる定点保持動作を行う船舶に関する。

従来、水中環境調査や水上作業等を実施する際に船舶の位置を定点に保持（定点保持）させて、定位置で作業を行う船舶が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。船舶を定点保持させる方法として、アンカーを用いる方法や、操舵装置および推進装置を用いて動的に定点保持させる方法がある。

アンカーを用いて定点保持させる方法では、作業位置を変更する度にアンカーの投下と回収を繰り返し行う必要があり、定点保持に手数が掛かる。また、操舵装置および推進装置を用いて動的に定点保持させる方法では、風などの外乱によって船舶が流れやすく、操船に手数が掛かるとともに、高度な操船技術が必要である。

特許文献１および特許文献２に開示された船舶は、水上でクレーン作業等を行うための船舶であり、１体（単胴）の船体に複数の推進装置が設けられている。複数の推進装置の推力の方向を変化させることで、船舶を動的に定点保持させるように構成されている。

特開平９−２６７７９８号公報 特開２０１３−１４４５３８号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２に開示された船舶の船体は、船首尾線方向の長さと比較して船幅が狭く、細長い船型を有している。船首尾線方向に細長い船型では、船首尾線方向へ移動する場合の抵抗が、船幅方向に移動する場合の抵抗と比較して小さい。このため、船首尾線方向に細長い船体を有する船舶は、風等の外乱を受けた場合に船首尾線方向に流されやすいという特性を有している。また、船首尾線方向の抵抗が小さいため、推進装置を停止しても船体が惰性で移動してしまい、船体を停止させにくいという特性も有している。

外乱によって移動しやすく、かつ停止させにくい船舶であっても、推進装置を頻繁に作動させることで、動的な定点保持動作を行うことは可能である。しかしながら、推進装置を頻繁に作動させることにより、エネルギー消費量が増大する。例えば、複数の調査位置に順次移動して、各調査位置で定点保持動作を実行しながら水中環境調査を行うような場合、定点保持動作で消耗するエネルギー量が大きいと、船舶の航続距離や稼働時間に影響するため、広範囲での水中環境調査等が実施しにくくなる。このため、水中環境調査等の作業を行う船舶では、定点保持動作中のエネルギー消費量を抑制することが好ましい。

本発明は、自船の位置を定点に保持する定点保持動作を容易に行うことができるとともに、定点保持動作中のエネルギー消費量を抑制することができる船舶を提供することを目的とする。

本発明の船舶は、
複数の船体と、
前記複数の船体に支持される被支持体と、
推進装置と、
を備えた船舶であって、
自船の前部が向く方向を船舶船首方向とし、
前記各船体の船首尾線を船首側に延ばした方向を前記各船体のそれぞれの船体船首方向として、
前記複数の船体は、前記船舶船首方向を含む全方位へ移動する場合において、前記各船体が受ける抵抗の総和が増大するように、少なくともいずれか１体の前記船体の船体船首方向が、少なくとも他の１体の前記船体の船体船首方向に対して非平行とされる、非平行配置をとっており、
自船の位置を定点に保持させるように、自船の位置を前記船舶船首方向を含む全方位に移動させる、定点保持動作を行う、船舶である。

本発明の船舶によれば、非平行配置では、複数の船体は、船舶船首方向を含む全方位へ移動する場合において、各船体が受ける抵抗の総和が増大するように、少なくともいずれか１体の船体の船体船首方向が、少なくとも他の１体の船体の船体船首方向に対して非平行とされている。非平行配置の状態では、船舶は、船舶船首方向を含むどの方位に移動する場合であっても、いずれかの船体の船首尾線と交差する方向に移動することとなり、複数の船体を略平行に配置して線首尾線に沿った方向に移動させる場合よりも、抵抗が大きくなる。この増大した抵抗は、ブレーキ効果を生み出すこととなり、船舶は風などの外乱を受けた場合でも移動しにくくなる。また、推進装置を停止した場合の惰性による移動を抑制することもできる。このため、自船の位置を定点に保持するための定点保持動作を容易に行うことができる。また、推進装置を頻繁に作動させずに定点保持動作を行うことが可能であるため、定点保持動作中のエネルギー消費量を抑制することができる。

図１は、船舶の各船体が平行配置とされた状態を示す平面図である。 図２は、図１のＡ―Ａ線における側面断面図である。 図３は、第１船体の船体船首方向の変更動作を説明する平面図である。 図４は、船舶の各船体が非平行配置とされた状態を示す平面図である。 図５は、船体の移動方向に対する船体船首方向の角度と、船体が流体から受ける抵抗の大きさのおおよその関係を示すグラフである。 図６は、船舶制御システムの構成を示す概略図である。 図７は、非平行配置の船舶のヘディングに対する移動方向と、各推進装置に出力させる推力の配分との関係を示すマップの一例である。 図８は、航行モードで目標位置に向けて移動する船舶の平面図である。 図９は、定点保持モードで自船の位置を目標位置に保持する定点保持動作を行う船舶の平面図である。 図１０は、運転モード判定のフローを示す図である。 図１１は、実施形態２にかかる船舶の運転モードが定点保持モード＋ヘディング変更モードオンの状態における非平行配置の一例を示す平面図である。 図１２は、船舶制御システムの構成を示す概略図である。 図１３は、航行モードで目標位置に向けて移動する船舶の平面図である。 図１４は、定点保持モード＋ヘディング変更モードオフで自船の位置を目標位置に保持する定点保持動作を行う船舶の平面図である。 図１５は、定点保持モード＋ヘディング変更モードオンで自船の位置を目標位置に保持する定点保持動作を行う船舶の平面図である。 図１６は、運転モード判定のフローを示す図である。 図１７は、３体の船体を有する船舶を示す平面図である。 図１８は、非平行配置の他の例を示す平面図である。 図１９は、非平行配置において、各船体の船体船首方向が相互に非平行となる状態を示す平面図である。 図２０は、平行配置において、各船体の船体船首方向と船舶の船舶船首方向（ヘディング）が平行でない状態を示す平面図である。

本発明の一実施形態にかかる船舶は、
複数の船体と、
前記複数の船体に支持される被支持体と、
推進装置と、
を備えた船舶であって、
自船の前部が向く方向を船舶船首方向とし、
前記各船体の船首尾線を船首側に延ばした方向を前記各船体のそれぞれの船体船首方向として、
前記複数の船体は、前記船舶船首方向を含む全方位へ移動する場合において、前記各船体が受ける抵抗の総和が増大するように、少なくともいずれか１体の前記船体の船体船首方向が、少なくとも他の１体の前記船体の船体船首方向に対して非平行とされる、非平行配置をとっており、
自船の位置を定点に保持させるように、自船の位置を前記船舶船首方向を含む全方位に移動させる、定点保持動作を行う（第１の構成）。

上記構成によれば、非平行配置では、複数の船体は、船舶船首方向を含む全方位へ移動する場合において、各船体が受ける抵抗の総和が増大するように、少なくともいずれか１体の船体の船体船首方向が、少なくとも他の１体の船体の船体船首方向に対して非平行とされている。非平行配置の状態では、船舶は、船舶船首方向を含むどの方位に移動する場合であっても、いずれかの船体の船首尾線と交差する方向に移動することとなり、複数の船体を略平行に配置して線首尾線に沿った方向に移動させる場合よりも、抵抗が大きくなる。この増大した抵抗は、ブレーキ効果を生み出すこととなり、船舶は風などの外乱を受けた場合でも移動しにくくなる。また、推進装置を停止した場合の惰性による移動を抑制することができる。このため、自船の位置を定点に保持するための定点保持動作を容易に行うことができる。また、推進装置を頻繁に作動させずに定点保持動作を行うことが可能であるため、定点保持動作中のエネルギー消費量を抑制することができる。

本発明の一実施形態にかかる船舶は、
複数の船体と、
前記複数の船体に支持される被支持体と、
前記複数の船体のうち少なくともいずれか１体と前記被支持体を接続する、船体方向変更部と、
推進装置と、
を備えた船舶であって、
自船の前部が向く方向を船舶船首方向とし、
前記各船体の船首尾線を船首側に延ばした方向を前記各船体のそれぞれの船体船首方向として、
前記船体方向変更部は、前記船体の船体船首方向を、少なくとも他のいずれか１体の前記船体の船体船首方向に対して変更可能に構成されており、
前記複数の船体は、前記船舶船首方向を含む全方位へ移動する場合において、前記各船体が受ける抵抗の総和が増大するように、前記船体方向変更部によって変更された前記船体の船体船首方向が、少なくとも他の１体の前記船体の船体船首方向に対して非平行とされる、非平行配置をとることが可能であり、
前記非平行配置の状態において、自船の位置を定点に保持させるように、自船の位置を前記船舶船首方向を含む全方位に移動させる、定点保持動作を行う（第２の構成）。

上記構成によれば、非平行配置では、複数の船体は、船舶船首方向を含む全方位へ移動する場合において、各船体が受ける抵抗の総和が増大するように、船体方向変更部によって変更された船体の船体船首方向が、少なくとも他の１体の船体の船体船首方向に対して非平行とされている。非平行配置の状態では、船舶は、船舶船首方向を含むどの方位に移動する場合であっても、いずれかの船体の船首尾線と交差する方向に移動することとなり、複数の船体を略平行に配置して線首尾線に沿った方向に移動させる場合の抵抗の総和よりも、抵抗が大きくなる。この増大した抵抗は、ブレーキ効果を生み出すこととなり、船舶は風などの外乱を受けた場合でも移動しにくくなる。また、推進装置を停止した場合の惰性による移動を抑制することができる。このため、自船の位置を定点に保持するための定点保持動作を容易に行うことができる。また、推進装置を頻繁に作動させずに定点保持動作を行うことが可能であるため、定点保持動作中のエネルギー消費量を抑制することができる。

上記第２の構成において、
前記船体方向変更部は、前記各船体の船体船首方向が他の前記船体の船体船首方向に対して相互に平行となるように配置された状態である平行配置と、前記非平行配置と、を切り替え可能としてもよい（第３の構成）。

上記構成によれば、平行配置では、各船体の船体船首方向が他の船体の船体船首方向に対して相互に平行となるように配置される。このため、平行配置では、非平行配置の場合よりも各船体が受ける抵抗の総和を減少することができ、エネルギー消費量を抑制することができる。

上記第３の構成において、
前記定点保持動作を行う運転モードを定点保持モードとし、前記定点保持動作させずに前記船舶の位置を移動させる運転モードを航行モードとして、
前記定点保持モードでは、前記複数の船体の配置を前記非平行配置とし、
前記航行モードでは、前記複数の船体の配置を前記平行配置とし、
前記航行モードと前記定点保持モードを切り換える場合、前記船体方向変更部は、前記平行配置と前記非平行配置の切り替えを実行してもよい（第４の構成）。

上記構成によれば、船体方向変更部は、航行モードと定点保持モードを切り換える場合、平行配置と非平行配置の切り替えを実行する。定点保持動作を行う場合には、平行配置から非平行配置に切り換えることで、船体の抵抗の総和を大きくしてブレーキ効果を高め、定点保持動作を容易に行うことができる。また、航行モードでは、非平行配置よりも抵抗の総和が小さい平行配置に切り換えることで、ブレーキ効果を抑制して、エネルギー消費量を抑制することができる。

上記第２から第４の構成において、
前記平行配置と、前記非平行配置を切り換える場合に、前記船体方向変更部および前記推進装置を制御する制御部をさらに備えてもよい（第５の構成）。

上記構成によれば、制御部は、平行配置と非平行配置を切り換える場合に船体方向変更部および推進装置を制御するため、平行配置と非平行配置を切り換えて定点保持動作を自動で行うことができる。

上記第２から第５の構成において、
前記船体方向変更部は、回頭モーメントを生じさせるために前記複数の船体のうち少なくとも１体の船体の船体船首方向を変更させるようにしてもよい（第６の構成）。

上記構成によれば、船体方向変更部が複数の船体のうち少なくとも１体の船体の船体船首方向を変更させることで、船舶に回頭モーメントを生じさせることが可能となる。これにより、船舶の姿勢制御を行いながら、定点保持動作を行うことが可能となる。

上記第１から第６の構成において、
自船の向きを制御可能な状態とする運転モードをヘディング変更モードとして、
前記ヘディング変更モードを実行中に、前記定点保持動作を行うことを可能としてもよい（第７の構成）。

上記構成によれば、ヘディング変更モードを実行中に、定点保持動作を行うことが可能であるため、船舶の姿勢制御を行いながら、定点保持動作を行うことが可能となる。

上記第１から第７の構成において、
前記各船体に囲まれた領域内に仮想の点を設定するとするとともに、前記仮想の点から放射状に延びる仮想の直線を設定し、
前記複数の船体は、前記非平行配置において、前記各船体の船体船首方向が、前記仮想の直線に重なるように配置されてもよい（第８の構成）。

上記構成によれば、複数の船体は、非平行配置において、各船体の船首尾線が放射状に延びる仮想の直線に重なるように配置されているため、推進装置による推力を放射状に異なった方向に向けやすくなり、推力の増減による操舵が行いやすくなる。このため、定点保持動作の実行が容易になる。

上記第８の構成において、
前記船舶が水平方向へ移動する場合における流体抵抗の中心点を抵抗中心点とし、
前記仮想の点は前記抵抗中心点に設定されてもよい（第９の構成）。

上記構成によれば、複数の船体は、非平行配置において、各船体の船首尾線が抵抗中心点から放射状に延びる仮想の直線に重なるように配置されているため、推力の増減による船舶の回頭モーメントを抑制することができ、推力の増減による操舵が行いやすくなる。このため、定点保持動作の実行が容易になる。

上記第８の構成において、
前記船舶が水平方向へ移動する場合における流体抵抗の中心点を抵抗中心点とし、
前記仮想の点は前記抵抗中心点以外に設定されてもよい（第１０の構成）。

上記構成によれば、複数の船体は、非平行配置において、各船体の船首尾線が抵抗中心点以外の点から放射状に延びる仮想の直線に重なるように配置されているため、推力の増減によって船舶の回頭モーメントを生じさせることができ、船舶の姿勢制御を行いながら、定点保持動作を行うことが可能となる。

上記第１から第１０の構成において、
前記複数の船体は、前記非平行配置において、前記各船体の船体船首方向が相互に非平行となるように配置されてもよい（第１１の構成）。

上記構成によれば、複数の船体は、非平行配置において、各船体の船首方向が相互に非平行となるように配置されているため、推進装置による推力の方向を異なる方向に向けやすくなり、推力の増減による操舵が行いやすくなる。このため、定点保持動作の実行が容易になる。

上記第１から第１１の構成において、
前記複数の船体は、３体または４体の前記船体で構成されており、前記非平行配置において、
前記３体の場合は、前記複数の船体は、平面視で略Ｙ字状に配置され、
前記４体の場合は、前記複数の船体は、平面視で略Ｘ字状に配置されてもよい（第１２の構成）。

上記構成によれば、３体または４体の複数の船体が、略Ｙ字状または略Ｘ字状に配置されるため、各船体による抵抗のバランスがとりやすくなり、推力の増減による操舵が行いやすくなる。このため、定点保持動作の実行が容易になる。

上記第１から第１２の構成において、
前記非平行配置において、
いずれかの前記船体の船体船首方向と、他のいずれかの前記船体の船体船首方向とがなす角度は１０度以上としてもよい（第１３の構成）。

上記構成によれば、非平行配置において、いずれかの船体の船体船首方向と、他のいずれかの船体の船体船首方向とがなす角度は、１０度以上である。このため、船舶は、船舶船首方向を含むどの方位に移動する場合であっても、定点保持動作を行うために十分なブレーキ効果を生み出すことができる。

上記第１から第１３の構成において、
前記定点保持動作において、自船の位置を前記船舶船首方向を含む全方位に移動させる場合、
少なくともいずれか１体の前記船体の船体船首方向と、自船の移動方向とがなす角度は、５度以上となるようにしてもよい（第１４の構成）。

上記構成によれば、非平行配置において自船の位置を移動させる場合、少なくともいずれか１体の船体の船体船首方向と、自船の移動方向とがなす角度は、５度以上となる。このため、船舶は、船舶船首方向を含むどの方位に移動する場合であっても、定点保持動作を行うために十分なブレーキ効果を生み出すことができる。

上記第１から第１４の構成において、
前記複数の船体は、それぞれ平面視で前記各船体の船首尾線に沿って推力を発生させる推進装置が設けられており、
前記各推進装置の推力を制御することにより、自船の位置を前記船舶船首方向を含む全方位に移動可能としてもよい（第１５の構成）。

上記構成によれば、各船体の推力は、各船体の船首尾線に沿っているため、各船体の船首方向が非平行となるように配置されていることにより、推進装置による推力の方向が異なる方向に向くことになり、推力の増減による操舵が行いやすくなる。

［実施形態１］
以下、図面を参照し、本発明の実施形態１に係る船舶１００を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

本実施形態にかかる船舶１００は、自動運転を行いながら、海洋や湖沼における水中環境調査等の作業を実行する船舶である。船舶１００は、例えば、自動運転を行いながら複数の目標位置（例えば水中環境調査を行う目標位置ＴＰ１、ＴＰ２〜ＴＰＮ）に順次移動して、各目標位置ＴＰ１〜ＴＰＮで自船の位置を保持（定点保持）しながら、水質調査や水中撮影等の水中環境調査を実行する。

本実施形態では、自船の位置を定点（例えば、目標位置ＴＰ１〜ＴＰＮ）に保持する定点保持動作を行う運転モードを定点保持モードとする。また、例えば、目標位置ＴＰ１から次の目標位置ＴＰ２への移動のように、定点保持動作を行わずに自船の位置を移動させる運転モードを航行モードとする。船舶１００は、複数の船体を有しており、運転モードに合わせて複数の船体の配置を変更することが可能である。定点保持モードでは、船舶１００は、大きなブレーキ効果が得られるように、船体が受ける抵抗の総和を増大させる配置をとるようにする。航行モードでは、船舶１００は、ブレーキ効果は不要であるため、船体が受ける抵抗の総和を減少させる配置をとるようにする。船舶１００は、定点保持モードと航行モードを切り換える場合に、複数の船体のそれぞれの向きを変更し、各運転モードに適合した船体の配置に変更することができる。

［全体構成］
まず、船舶１００の全体構成について説明する。図１は、船舶１００の各船体１０が平行配置ＰＡとされた状態を示す平面図である。図１に示すように、船舶１００は、４体の船体１０（第１船体１０１、第２船体１０２、第３船体１０３、第４船体１０４）、被支持体３０、船体方向変更部５０、推進装置７０、および制御部１８０を備えている。本実施形態では、第１船体１０１、第２船体１０２、第３船体１０３、および第４船体１０４は、同一の船型を有している。以下の説明において、第１船体１０１、第２船体１０２、第３船体１０３、および第４船体１０４を区別せずに説明する場合には、単に船体１０という場合がある。

本実施形態では、各船体１０の向きは固定されておらず、運転モードに適合した配置となるように各船体１０の向きを変更できるように構成されている（図１、図３、図４参照）。各船体１０の配置は、図１に示す平行配置ＰＡのほか、図４に示す非平行配置ＮＰＡをとることも可能である。平行配置ＰＡは、主に航行モードにおける配置であり、非平行配置ＮＰＡは、主に定点保持モードにおける配置である。平行配置ＰＡおよび非平行配置ＮＰＡは、図１や図４に示した配置に限定されず、様々な配置を取ることが可能である。また、各船体１０の配置が変化するため、船舶１００の前後左右と、各船体１０の前後左右の関係は一定ではない。そこで船舶１００と各船体１０のそれぞれの向きを区別するため、以下のように定義する。

船舶１００の前部は、各船体１０の向きに関わらず、第１船体１０１および第２船体１０２が配置されている側とし、船舶１００の後部は、第３船体１０３および第４船体１０４が配置されている側とする。船舶１００の左部は、第１船体１０１および第４船体１０４が配置されている側とし、船舶１００の右部は、第２船体１０２および第３船体１０３が配置されている側とする。船舶１００の前部が向く方向を船舶船首方向ＨＤ（または、ヘディングＨＤ）とし、矢印ＨＤで示す。被支持体３０には、船舶船首方向ＨＤ（ヘディングＨＤ）を示す三角形の表示３０ＢＡを付している。さらに以下の図において、矢印Ｆは船舶１００の前方を示し、矢印Ｂは船舶１００の後方を示す。矢印Ｒは船舶１００の右方、矢印Ｌは船舶１００の左方を示す。矢印Ｕは船舶１００の上方、矢印Ｄは船舶１００の下方を示す。

図１の平行配置ＰＡの状態では、各船体１０は相互に平行に配置されており、各船体１０の船首１０Ｆは同じ方向を向いている。各船体１０には船首尾方向を示す仮想の船首尾線Ｌが示されている。各船体１０の船首尾線Ｌを船首１０Ｆ側に延ばした方向を船体船首方向ＤＦとし、船体船首方向ＤＦと反対の方向を船体船尾方向ＤＢとする。各船体１０の船首１０Ｆには、船首１０Ｆの向きを示す略三角形の表示１０ＦＡを付している。

各船体１０の船型は排水量型であり、船首尾線Ｌに対して左右対称である。船幅は、船首尾線Ｌの中央部Ｗにおいて最も広くなっている。船首尾線Ｌの長さは、船幅に対して長く、各船体１０は平面視で長細い船型を有している。水面位置における船首尾線Ｌ方向の長さをＬＷとし、水面位置における船幅方向の長さをＢＷとして、ＢＷ／ＬＷは、１．０以下であればよく、０．５以下であれば好ましい。本実施形態では、ＢＷ／ＬＷは約０．２５である。船首１０Ｆ側と船尾１０Ｂ側の船型は、中央部Ｗに対して略対称であり、船幅は、中央部Ｗから船首１０Ｆおよび船尾１０Ｂに向かうにしたがって漸次細くなっている。このため、各船体１０が船体船首方向ＤＦまたは船体船尾方向ＤＢに移動する場合に流体から受ける抵抗は、比較的小さい。一方、船首尾線Ｌに交差する方向（斜め方向や横方向）に移動する場合に流体から受ける抵抗は、船体船首方向ＤＦおよび船体船尾方向ＤＢに移動する場合に受ける抵抗よりも大きい。

本実施形態では、定点保持モードでは、流体から受ける抵抗が大きくなるように各船体１０を配置（非平行配置ＮＰＡ）することにより、船舶１００が風などの外乱によって定点から移動しにくくなるようにして（ブレーキ効果）、定点保持動作を容易にしている。非平行配置ＮＰＡでは、複数の船体１０は、船舶船首方向ＨＤを含む全方位へ移動する場合において、各船体１０が受ける抵抗の総和が増大するように、少なくともいずれか１体の船体１０の船体船首方向ＤＦが、少なくとも他の１体の船体１０の船体船首方向ＤＦに対して非平行とされている（図４参照）。一方、航行モードでは、ブレーキ効果は不要であるため、流体から受ける抵抗が小さくなるように各船体１０を配置（平行配置ＰＡ）して、船舶１００が定点保持動作を行わない場合のエネルギー消費量を抑制している。平行配置ＰＡでは、図１に示すように、各船体１０の船体船首方向ＤＦが他の船体１０の船体船首方向ＤＦに対して相互に平行となるように配置された状態となっている。

船体方向変更部５０は、各船体１０と被支持体３０を接続する部分である。船体方向変更部５０は、各船体船首方向ＤＦを、それぞれ他の船体船首方向ＤＦに対して変更可能に構成されている。船体方向変更部５０は、各船体１０に設けられている。各船体１０の船首尾線Ｌ上であって、中央部Ｗよりもやや船首１０Ｆ側には、船体方向変更部５０の支持軸５１が上下方向に立設されている（図２参照）。各船体１０は、支持軸５１を介して被支持体３０に接続されている。

各船体１０は、支持軸５１の軸心が平面視で仮想の正方形ＳＱの各頂点に位置するように配置されている。つまり、各支持軸５１は、前後方向および左右方向に等間隔に配置されている。ここで、仮想の正方形ＳＱの対角線上に仮想線ＳＱ１、仮想線ＳＱ２、仮想線ＳＱ３、および仮想線ＳＱ４を設定する。仮想線ＳＱ１、仮想線ＳＱ２、仮想線ＳＱ３、および仮想線ＳＱ４が交わる仮想点ＳＱＣは、仮想の正方形ＳＱの図心に位置している。言い換えると、仮想線ＳＱ１、仮想線ＳＱ２、仮想線ＳＱ３、および仮想線ＳＱ４は、仮想点ＳＱＣから放射状に延びる等間隔かつ同じ長さの直線である。つまり、各船体１０の支持軸５１は、仮想点ＳＱＣから放射状に延びる仮想線ＳＱ１、仮想線ＳＱ２、仮想線ＳＱ３、および仮想線ＳＱ４の端部に配置されている。

本実施形態では、各船体１０はそれぞれ船体方向変更部５０により、支持軸５１を中心として水平方向に全方位（３６０度）、船体船首方向ＤＦを変更可能に構成されている（図３参照）。各支持軸５１の前後方向および左右方向の間隔は、各船体１０の船体船首方向ＤＦを変化させた場合に、各船体１０が相互に干渉しないように設定されている。

被支持体３０は、各船体１０によって支持されている。被支持体３０は、被支持体本体３１および４本のアーム３３を有している。

被支持体本体３１は、被支持体３０の基体をなす部分である。被支持体本体３１は、平面視で仮想の正方形ＳＱに重なるように配置されている。被支持体本体３１は、各船体１０が船体船首方向ＤＦを変化させた場合に各船体１０と干渉しないように、各船体１０の上方に配置されている（図２参照）。被支持体本体３１の中央部には、上下方向に貫通する作業口３２が形成されている。作業口３２は、例えば、水中環境調査等で用いる機器を昇降させる場合に用いられる。被支持体本体３１の内部には、収容空間が構成されている。収容空間には、制御部１８０、および電源装置（図示せず）等が収容されている。また、被支持体本体３１の上面には、現在位置情報取得部１９０が設けられている。現在位置情報取得部１９０は、ＧＰＳセンサ１９１、方位センサ１９２、風向・風速センサ１９３を有している（図６参照）。

アーム３３は、各船体１０に対応して設けられている。アーム３３は、各船体１０に設けられている支持軸５１を保持して、各船体１０と被支持体本体３１を接続する。アーム３３は、それぞれ被支持体本体３１から各船体１０の支持軸５１まで、前述した仮想線ＳＱ１、仮想線ＳＱ２、仮想線ＳＱ３、および仮想線ＳＱ４に沿って延びている。アーム３３は、各船体１０と干渉しないように、各船体１０の上方に配置されている（図２参照）。

船体方向変更部５０は、各船体１０と被支持体３０を接続している。船体方向変更部５０は、船体船首方向ＤＦを、他の船体船首方向ＤＦに対して変更可能に構成されている。各船体１０に設けられた船体方向変更部５０は、各船体船首方向ＤＦをそれぞれ水平方向に全方位（３６０度）に変更可能である（図３参照）。船体方向変更部５０の動作は、制御部１８０によって制御されている。船体方向変更部５０の具体的な構成については後述する。

推進装置７０は、各船体１０に配置されており、各船体１０の推進力を発生させる。推進装置７０は、プロペラ軸７１、プロペラ７２、およびモータ７３を有している。

プロペラ軸７１は、各船体１０の船尾１０Ｂにおいて、平面視で船首尾線Ｌに沿うように配置されている。プロペラ７２は、プロペラ軸７１の後端部に取付けられている。

モータ７３は、プロペラ軸７１に接続されており、プロペラ７２を回転させて推力を発生させる。モータ７３は、回転数および回転方向を変化させることが可能である。モータ７３の回転数を変化させることで、プロペラ７２の回転数を変化させ、各船体１０の推力の大きさを変化させる。また、モータ７３の回転方向を正逆に変化させることで、プロペラ７２の回転方向を変化させ、各船体１０の推力を前進方向または後進方向に切り換える。各船体１０のモータ７３を駆動させる電力は、被支持体３０に搭載された電源装置（図示せず）から供給される。推進装置７０の動作は、制御部１８０によって制御される。本実施形態の船舶１００は、操舵装置を備えておらず、各船体１０の配置と、各船体１０の推進装置７０による推力の配分の組み合わせにより、船舶１００の移動方向を制御する。

制御部１８０は、船舶１００の自動運転を制御する船舶制御システム２００を構成する（図６参照）。制御部１８０は、船舶１００の自動運転を制御するため、各船体１０に設けられた船体方向変更部５０、および推進装置７０の動作を制御する。制御部１８０の具体的な構成については後述する。

図２は、図１のＡ―Ａ線における側面断面図である。図２では、第１船体１０１および第４船体１０４の内部と、被支持体３０が見えている。各船体１０の内部には、主に船体方向変更部５０、および推進装置７０が設けられている。

船体方向変更部５０は、支持軸５１、軸受け部５３、モータ５５を有している。支持軸５１は、船体１０の中央部Ｗよりもやや船首１０Ｆ側において上下方向に延びるように立設されている。支持軸５１の下部は、船体１０の内部に配置されている。支持軸５１の下部には、軸受け部５３が支持軸５１に対して回転可能に設けられている。軸受け部５３は、船体１０の内部に固定されている。支持軸５１の上部は、被支持体３０のアーム３３の先端部に固定されている。このため、船体１０は、支持軸５１およびアーム３３に対して回転可能に構成されている。

モータ５５は、軸受け部５３とともに船体１０の内部に固定されている。モータ５５は、回転軸５５１を有しており、第１ギヤ５７１が取り付けられている。支持軸５１の下部には、第２ギヤ５７２が取り付けられている。第１ギヤ５７１と第２ギヤ５７２は噛み合わされており、モータ５５の回転軸５５１の回転力が支持軸５１に伝達されるように構成されている。モータ５５の回転軸５５１を回転させると、その回転力により、軸受け部５３、モータ５５および船体１０が支持軸５１を中心として回転する。

モータ５５は、回転軸５５１の回転角度を制御可能なモータを用いている。モータ５５として、例えばサーボモータやステッピングモータなどを用いることができる。モータ５５の回転軸５５１の回転角度を制御して、支持軸５１回りの回転角度を制御することにより、船体船首方向ＤＦの向きを制御することができる。各船体１０のモータ５５を駆動させる電力は、被支持体３０に搭載された電源装置（図示せず）から供給される。

図３は、第１船体１０１の船体船首方向ＤＦの変更動作を説明する平面図である。各船体船首方向ＤＦの変更動作について、第１船体１０１を例に挙げて説明する。

図３では、第１船体１０１が姿勢１０１ＰＡから姿勢１０１ＮＰＡに変化する状態を示している。姿勢１０１ＰＡは、図１に示した平行配置ＰＡにおける第１船体１０１の姿勢である。姿勢１０１ＰＡは、第１船体１０１の船体船首方向ＤＦが船舶船首方向ＨＤと平行になっている。これに対して、姿勢１０１ＮＰＡは、第１船体１０１の船体船首方向ＤＦが仮想点ＳＱＣを向いており、第１船体１０１の船首尾線Ｌが仮想線ＳＱ１に重なる状態である。姿勢１０１ＰＸは、姿勢１０１ＰＡから姿勢１０１ＮＰＡに変更される途中の状態を示している。

姿勢１０１ＰＡから姿勢１０１ＮＰＡへの変更では、第１船体１０１の船体船首方向ＤＦは、支持軸５１を中心に右回りに角度θ１＝１３５度変更されている。この船体船首方向ＤＦの変更は、第１船体１０１に設けられた船体方向変更部５０を制御部１８０で制御することによって実行される（図１参照）。第１船体１０１と同様に、第２船体１０２、第３船体１０３、および第４船体１０４についても各船体１０に設けられた船体方向変更部５０を制御部１８０で制御することによって船体船首方向ＤＦの変更が実行される（図４参照）。

なお、船体方向変更部５０の動作は、図３に示した動作に限定されない。例えば、図３では、船体船首方向ＤＦは、支持軸５１を中心に右回りに変更されたが、左回りに変更されてもよい。また、船体船首方向ＤＦの変更角度θ１は、任意の角度に設定することが可能である。

図４は、船舶１００の各船体１０が非平行配置ＮＰＡとされた状態を示す平面図である。図４に示すように、各船体１０は、船体船首方向ＤＦを他の船体船首方向ＤＦに対して非平行となるように変更させることが可能である。図４では、各船体１０は、船首尾線Ｌが平面視で略Ｘ字状となるように配置されている。

非平行配置ＮＰＡでは、複数の船体１０は、船舶船首方向ＨＤを含む全方位へ移動する場合において、各船体１０が受ける抵抗の総和を増大させてブレーキ効果が得られるように、少なくともいずれか１体の船体１０の船体船首方向ＤＦが、少なくとも他の１体の船体１０の船体船首方向ＤＦに対して非平行とされている。非平行配置ＮＰＡでは、いずれかの船体１０の船体船首方向ＤＦと、他のいずれかの船体１０の船体船首方向ＤＦとがなす角度は、１０度以上であることが好ましい。１０度以上とすることにより、定点保持動作において、自船の位置を船舶船首方向ＨＤを含む全方位に移動させる場合、少なくともいずれか１体の船体１０の船体船首方向ＤＦと、自船の移動方向とがなす角度は、５度以上となり、船体１０は、流体から大きな抵抗を受け、ブレーキ効果を得ることができる。

図４に示す配置は、非平行配置ＮＰＡの一例であり、非平行配置ＮＰＡは、図４に示す配置に限定されない。図４では、第１船体１０１と第３船体１０３、および、第２船体１０２と第４船体１０４は非平行になっていないが、例えば、各船体１０の船体船首方向ＤＦが相互に非平行となるように配置される場合も非平行配置ＮＰＡに含まれる（図１９参照）。

また、各船体１０の船体船首方向ＤＦが相互に平行となるように配置された配置が平行配置ＰＡである。図１の配置は、平行配置ＰＡの一例であり、平行配置ＰＡについても図１に示す配置に限定されない。例えば、図１の平行配置ＰＡでは、各船体船首方向ＤＦと船舶船首方向ＨＤ（ヘディングＨＤ）が平行であるが、各船体船首方向ＤＦが相互に平行になっていればよく、必ずしも各船体船首方向ＤＦと船舶船首方向ＨＤ（ヘディングＨＤ）が平行でなくてもよい（図２０参照）。

図４に示す非平行配置ＮＰＡでは、各船体船首方向ＤＦは、仮想点ＳＱＣを向いており、各船体１０の船首尾線Ｌは、それぞれ仮想線ＳＱ１、ＳＱ２、ＳＱ３およびＳＱ４に重なっている。図１に示した平行配置ＰＡから図４に示した非平行配置ＮＰＡへの変更は、各船体１０の船体船首方向ＤＦを仮想点ＳＱＣに向けるように変更することで実行される。具体的には、第１船体１０１は、船体船首方向ＤＦを右回りに１３５度変更されている（図３参照）。同様に、第２船体１０２の船体船首方向ＤＦは、支持軸５１を中心に左回りに角度１３５度、第３船体１０３の船体船首方向ＤＦは、支持軸５１を中心に左回りに角度４５度、第４船体１０１の船体船首方向ＤＦは、支持軸５１を中心に右回りに角度４５度、それぞれ変更されている。船体方向変更部５０は、各船体船首方向ＤＦを変更することにより、各船体１０の配置を非平行配置ＮＰＡと平行配置ＰＡに切り替えることが可能である。

図４に示した非平行配置ＮＰＡでは、各船体１０の船体船首方向ＤＦは、仮想点ＳＱＣを向いており、反対に各船体１０の船体船尾方向ＤＢは、仮想点ＳＱＣから放射状に外方に向いている。この状態で各船体１０の推進装置７０の出力の配分を制御することにより（図７参照）、船舶１００の移動方向を前方Ｆ、後方Ｂ、左方Ｌ、右方Ｒ、および斜め方向を含む水平方向に全方位（３６０度）に自在に制御すること可能である。また、非平行配置ＮＰＡの状態の船舶１００が全方位に自在に移動することにより、各船体１０は、船体船首方向ＤＦまたは船体船尾方向ＤＢだけでなく、船首尾線Ｌに交差する方向（例えば、斜め方向、横方向）にも移動することとなる。船首尾線Ｌに交差する方向（例えば、斜め方向、横方向）に移動する場合に流体から受ける抵抗は、船体船首方向ＤＦおよび船体船尾方向ＤＢに移動する場合に受ける抵抗よりも大きい。各船体１０が前後方向、横方向、および斜め方向に移動する場合に流体から受ける抵抗について、次に図５を用いて説明する。

図５は、船体１０の移動方向ＭＤに対する船体船首方向ＤＦの角度と、船体１０が流体から受ける抵抗の大きさのおおよその関係を示すグラフである。縦軸は船体１０が流体から受ける抵抗の大きさを示している。横軸は、船体１０の移動方向ＭＤに対する船体船首方向ＤＦの角度を示している。

図５に示すように、船体１０の移動方向ＭＤに対する船体船首方向ＤＦの角度を変化させると、船体１０が流体から受ける抵抗の大きさも変化する。船体１０が船体船首方向ＤＦまたは船体船尾方向ＤＢに移動する場合、すなわち、船体１０が船首尾線Ｌに沿った方向に移動する場合は、流体から受ける抵抗は、比較的小さい。一方、船体１０が船体船首方向ＤＦに対して斜め方向または横方向に移動する場合、すなわち、船体１０が船首尾線Ｌに交差する方向に移動する場合は、流体から受ける抵抗は、船体船首方向ＤＦまたは船体船尾方向ＤＢに移動する場合に受ける抵抗よりも大きい。

具体的には、船体１０が船体船首方向ＤＦに移動する場合（０度、３６０度）、および船体１０が船体船尾方向ＤＢに移動する場合（１８０度）に流体から受ける抵抗は、比較的小さい。これに対して、船体１０が船体船首方向ＤＦに対して斜め方向に移動する場合は、角度が増加するにしたがって、船体が流体から受ける抵抗は増大する。そして、例えば、４５度、１３５度、２２５度、３１５度の状態で流体から受ける抵抗は、船体１０が船体船首方向ＤＦ（０度）または船体船尾方向ＤＢ（１８０度）に移動する場合よりも比較的大きくなっている。また、船体１０が船体船首方向ＤＦに対して横方向に移動する場合（９０度、２７０度）に流体から受ける抵抗は、船体１０が斜め方向（４５度、１３５度、２２５度、３１５度）に移動する場合よりもさらに大きくなっている。本発明では、船体１０が船体船首方向ＤＦおよび船体船尾方向ＤＢに対して斜め方向（例えば、５度以上）あるいは横方向に移動する場合に流体から受ける抵抗が、船体船首方向ＤＦおよび船体船尾方向ＤＢに移動する場合の抵抗よりも大きくなることを利用して、定点移動動作における風等の外乱による船舶１００の移動を抑制させている（ブレーキ効果）。

また、各船体１０の船型は、中央部Ｗに対して船首１０Ｆ側と船尾１０Ｂ側が略対称である。このため、船体１０が船体船首方向ＤＦに移動する場合（０度）と船尾方向ＶＢに移動する場合（３６０度）とで、流体から受ける抵抗は略等しい。また、船体１０が船体船首方向ＤＦに対して斜め方向に移動する場合（例えば、４５度、１３５度、２２５度、３１５度）に流体から受ける抵抗はそれぞれ略等しく、船体１０が船体船首方向ＤＦに対して横方向に移動する場合（９０度、２７０度）に流体から受ける抵抗もそれぞれ略等しい。つまり、船体１０の移動方向ＭＤと、船首尾線Ｌとが成す角度（内角）が等しい場合には、流体から受ける抵抗はそれぞれ略等しくなっている。

本実施形態では、船舶１００が非平行配置ＮＰＡの状態では、各船体船首方向ＤＦは、仮想点ＳＱＣを向いている。言い換えると、各船体船首方向ＤＦは、仮想点ＳＱＣ（＝抵抗中心点ＤＣ）から放射状に延びる仮想線ＳＱ１、仮想線ＳＱ２、仮想線ＳＱ３、および仮想線ＳＱ４に重なるように配置されている。つまり、各船体１０は、仮想の正方形ＳＱの対角線が交わる点である仮想点ＳＱＣに対して対称に配置されている（図４参照）。

このため、本実施形態では、船舶１００が非平行配置ＮＰＡの状態において水平方向に移動する場合、移動する方向が変化することで船舶１００が流体から受ける抵抗の大きさは変化するが、流体から受ける抵抗の中心点は、ほとんど変化しない。平面視における抵抗の中心点の位置を抵抗中心点ＤＣとすると、本実施形態では、抵抗中心点ＤＣは、仮想の正方形ＳＱの対角線が交わる点である仮想点ＳＱＣに一致する（図４参照）。

図６は、船舶制御システム２００の構成を示す概略図である。船舶制御システム２００は、船舶１００の自動運転を制御するシステムである。図６では、船舶制御システム２００のうち、主に船舶１００の移動を制御するための構成を示している。船舶制御システム２００は、制御部１８０、現在位置情報取得部１９０、各船体１０に設けられている船体方向変更部５０および推進装置７０を備えている。

現在位置情報取得部１９０は、ＧＰＳセンサ１９１、方位センサ１９２、風向・風速センサ１９３を有している。ＧＰＳセンサ１９１は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星からのＧＰＳ信号を受信する。ＧＰＳセンサ１９１で受信されたＧＰＳ信号は、制御部１８０に入力される。制御部１８０は、ＧＰＳセンサ１９１からのＧＰＳ信号に基づいて、船舶１００の現在位置の座標、現在位置から目標位置までの距離および方位を算出する。

方位センサ１９２は、船舶１００のヘディングＨＤ（船舶船首方向ＨＤ）の方位を検出する。方位センサ１９２からの検出信号は、制御部１８０に入力される。制御部１８０は、方位センサ１９２からの検出信号に基づいて、船舶１００のヘディングＨＤの方位を算出する。

風向・風速センサ１９３は、船舶１００が受けている風（見かけの風）の風向および風速を検出する。風向・風速センサ１９３からの検出信号は、制御部１８０に入力される。制御部１８０は、風向・風速センサ１９３からの検出信号に基づいて、船舶１００が受けている風の風向および風速を算出する。

制御部１８０には、各船体１０に設けられている船体方向変更部５０および推進装置７０が接続されている。制御部１８０は、各船体１０の船体方向変更部５０および推進装置７０を制御することにより、船舶１００の自動運転を制御する。

制御部１８０は、メモリ１８１、現在位置情報算出部１８２、運転モード判定部１８３、船体方向制御部１８５、および推進装置制御部１８７を備えている。

メモリ１８１は、船舶１００の自動運転に関するデータを記憶している。メモリ１８１には、経路データＤＥ１、第１運転モード判定基準データＤＥ２、船体方向制御データＤＥ３、航行モード推力配分データＤＥ４、および定点保持モード推力配分データＤＥ５が保存されている。

経路データＤＥ１には、例えば、水中環境調査等を行う複数の調査位置（目標位置）ＴＰ１〜ＴＰＮに関する位置データ、および複数の目標位置ＴＰ１〜ＴＰＮまで所定の順序で航行するための経路に関するデータ等が記録されている。

第１運転モード判定基準データＤＥ２には、運転モードを航行モードと定点保持モードのいずれにするか判定するための判定基準が記録されている。本実施形態では、第１運転モード判定基準データＤＥ２には、現在位置から目標位置までの距離に基づいて、運転モードを航行モードと定点保持モードのいずれにするか判定するための判定基準が記録されている。具体的には、現在位置から目標位置までの距離が所定の基準距離Ｒを上回っている場合には、運転モードを航行モードとし、現在位置から目標位置までの距離が所定の基準距離Ｒを下回っている場合には、運転モードを定点保持モードとする判定基準が記録されている。また、船舶１００が目標位置に到達した場合、すなわち、現在位置から目標位置までの距離が０になった場合には、定点保持モードのままその位置を保持し続けるようにする判定基準も記録されている。

船体方向制御データＤＥ３には、各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作に関するデータが記録されている。具体的には、運転モード（航行モード、定点保持モード）に適合した各船体１０の配置をとるための設定と、各船体１０を設定された配置にするための船体方向変更部５０の動作に関するデータが記録されている。

本実施形態では、航行モードでは各船体１０が平行配置ＰＡ（図１参照）をとるように設定されている。そして、各船体１０が平行配置ＰＡをとるために、各船体船首方向ＤＦと、船舶１００のヘディングＨＤとがなす角度が、各船体１０とも０度となるように船体方向変更部５０の動作データが設定されている。

また、本実施形態では、定点保持モードでは各船体１０が非平行配置ＮＰＡ（図４参照）の状態となるように設定されている。そして、各船体１０が非平行配置ＮＰＡの状態となるために、各船体１０の船体船首方向ＤＦと、船舶１００のヘディングＨＤとがなす角度が、船体１０ごとに所定の角度となるように船体方向変更部５０の動作データが設定されている。本実施形態では、図４に示した非平行配置ＮＰＡの状態となるように、第１船体１０１は、船体船首方向ＤＦを船舶１００のヘディングＨＤに対して右回りに１３５度変更した角度になるように船体方向変更部５０の動作データが設定されており、同様に、第２船体１０２の船体船首方向ＤＦは、左回りに角度１３５度、第３船体１０３は、左回りに角度４５度、第４船体１０１は、右回りに角度４５度、それぞれ船舶１００のヘディングＨＤに対して変更した角度になるように船体方向変更部５０の動作データが設定されている。

航行モード推力配分データＤＥ４には、航行モードにおける、推進装置７０の推力の配分に関するデータが記録されている。本実施形態では、航行モードでは船舶１００は平行配置ＰＡをとるため、平行配置ＰＡにおける船舶１００のヘディングＨＤの方位と、現在位置から目標位置までの方位との関係に応じて、各推進装置７０に出力させる推力の配分に関するデータが記録されている。

例えば、船舶１００をヘディングＨＤへ向けて直進させる場合については、各船体１０の推進装置７０の推力が前進方向に均等に出力されるように推進装置７０の動作データが設定されている。また、船舶１００をヘディングＨＤに対して右方向に旋回させる場合については、船舶１００の左部に配置されている第１船体１０１および第４船体１０４の推力を、船舶１００の右部に配置されている第２船体１０２および第３船体１０３の推力よりも大きくするように推進装置７０の動作データが設定されている。反対に、船舶１００をヘディングＨＤに対して左方向に旋回させる場合については、船舶１００の右部に配置されている第２船体１０２および第３船体１０３の推力を、船舶１００の左部に配置されている第１船体１０１および第４船体１０４の推力よりも大きくするように推進装置７０の動作データが設定されている。

定点保持モード推力配分データＤＥ５には、定点保持モードにおける、推進装置７０の推力の配分に関するデータが記録されている。本実施形態では、定点保持モードでは船舶１００は非平行配置ＮＰＡの状態となるため、非平行配置ＮＰＡにおける船舶１００のヘディングＨＤの方位と、現在位置から目標位置までの方位との関係に応じて、各推進装置７０に出力させる推力の配分に関するデータが記録されている。定点保持モード推力配分データＤＥ５については、図７を用いて説明する。

図７は、非平行配置ＮＰＡの船舶１００のヘディングＨＤに対する移動方向ＭＤと、各推進装置７０に出力させる推力の配分との関係を示すマップの一例である。図７の縦軸は、各船体１０の推進装置７０のそれぞれの出力の割合（０〜１００）を示し、横軸は、船舶１００のヘディングＨＤと移動方向ＭＤのなす角度である。船舶１００のヘディングＨＤは、矢印ＨＤおよび三角形の表示３０ＢＡによって示されており、船舶１００の上方の矢印ＭＤは船舶１００の移動方向を示している。各船体１０の横の１から４の数字は、第１船体１０１から第４船体１０４のうち、推進装置７０によって推力を発生させる船体１０を示している。

図７に示すように、船舶１００をヘディングＨＤに向けて移動させる場合、船舶１００のヘディングＨＤと船舶１００の移動方向ＭＤがなす角度は０度である。この場合は、第３船体１０３と第４船体１０４の推進装置７０による推力の配分は均等（１００：１００）とされている。

船舶１００をヘディングＨＤに対して右斜め４５度に移動させる場合、船舶１００のヘディングＨＤと船舶１００の移動方向ＭＤがなす角度は４５度である。この場合は、第４船体１０４の推進装置７０の推力を（１００）としており、第３船体１０３の推進装置７０の推力を（０）としている。

船舶１００をヘディングＨＤに対して０度から右斜め４５度の間の方位に移動させる場合、第４船体１０４の推進装置７０による推力は一定（１００）とされ、第３船体１０３の推進装置７０による推力は変化させている（１００〜０）。これは、第３船体１０３と第４船体１０４の推進装置７０による推力の配分を変化させることによって船舶１００の移動方向を０度から右斜め４５度の間で変化させることができるためである。同様に、各船体１０の推進装置７０の出力の配分を変化させることで、船舶１００を水平方向の全方位に自在に移動させることが可能である。

なお、航行モード推力配分データＤＥ４、および定点保持モード推力配分データＤＥ５は、例示したものに限定されない。例えば、各船体１０の推進装置７０の推力については、前進方向のみとしたが、後進方向の推力を組み合わせてもよい。その場合、船舶１００を移動させる推力の総和が大きくなり、船舶１００の移動速度が増大する。

また、船舶１００が受ける風の風力によっては船舶１００の移動速度が変化する場合があるため、各推進装置７０の推力の配分に加えて、推力の増減についてのデータを設定してもよい。例えば、風力が基準風力を下回った場合と基準風力を上回った場合とで、各推進装置７０の推力の配分を変えずに、各推進装置７０の推力の絶対値を増減させてもよい。

図６に戻って、現在位置情報算出部１８２は、現在位置情報取得部１９０からの検出信号に基づいて、現在位置における位置情報および風に関する情報を算出する。具体的には、ＧＰＳセンサ１９１からのＧＰＳ信号に基づいて、船舶１００の現在位置の座標（現在位置ＧＰＳ座標）を算出し、方位センサ１９２からの検出信号に基づいて、船舶１００のヘディングＨＤの方位を算出し、風向・風速センサ１９３からの検出信号に基づいて、船舶１００が受けている風の風向および風速を算出する。また、現在位置情報算出部１８２は、メモリ１８１に記憶されている経路データＤＥ１に記録された目標位置および経路に関するデータを参照して、目標位置までの距離、および船舶１００のヘディングＨＤに対する目標位置の方位を算出する。

運転モード判定部１８３は、メモリ１８１に記憶されている第１運転モード判定基準データＤＥ２を参照して、目標位置までの移動に適合した運転モード（航行モード、または定点保持モード）を判定する。本実施形態では、第１運転モード判定基準データＤＥ２、および、現在位置情報算出部１８２で算出された目標位置までの距離を参照して、現在位置から目標位置までの距離が所定の基準距離Ｒを上回っている場合には、運転モードを航行モードと判定し、現在位置から目標位置までの距離が所定の基準距離Ｒを下回っている場合には、運転モードを定点保持モードと判定する。また、現在位置から目標位置までの距離が０の場合には、船舶１００が目標位置に到達したとして、運転モードを定点保持モードとしたままその位置を保持し続けるようにすると判定する。

船体方向制御部１８５は、メモリ１８１に記憶されている船体方向制御データＤＥ３を参照し、運転モード判定部１８３で判定された運転モード（航行モード、定点保持モード）に対応させて、各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作を制御する。本実施形態では、航行モードでは各船体１０が平行配置ＰＡをとるように各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作を制御する。また、定点保持モードでは各船体１０が非平行配置ＮＰＡをとるように各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作を制御する。

推進装置制御部１８７は、メモリ１８１に記憶されている航行モード推力配分データＤＥ４および定点保持モード推力配分データＤＥ５を参照し、運転モード判定部１８３で判定された運転モード（航行モード、または定点保持モード）に対応させて、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。本実施形態では、運転モード判定部１８３で運転モードが航行モードと判定された場合、推進装置制御部１８７は、航行モード推力配分データＤＥ４を参照して、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。また、運転モード判定部１８３で運転モードが定点保持モードと判定された場合、推進装置制御部１８７は、定点保持モード推力配分データＤＥ５を参照して、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。また、運転モード判定部１８３で運転モードを定点保持モードとしたままその位置を保持し続けるようにすると判定された場合、推進装置制御部１８７は、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を停止するように制御する。

［動作］
次に、船舶１００の動作について説明する。図８は、航行モードで目標位置ＴＰ１に向けて移動する船舶１００の平面図である。図９は、定点保持モードで自船の位置を目標位置ＴＰ１に保持する定点保持動作を行う船舶１００の平面図である。図１０は、運転モード判定のフローを示す図である。

以下の説明では、船舶１００が自動運転によって目標位置ＴＰ１まで移動し、目標位置ＴＰ１付近に到達後には、自船の位置を目標位置ＴＰ１付近に保持して定点保持動作を行いながら、目標位置ＴＰ１付近において水質調査や水中撮影等を行う場合について説明する。なお、以下では、主に船舶１００の移動について説明し、水質調査や水中撮影等の内容の説明については省略する。

図８および図９に示すように、目標位置ＴＰ１の周囲には、基準距離Ｒを半径とする仮想のエリアＲＡが示されている。基準距離Ｒは、第１運転モード判定基準データＤＥ２に記録された、運転モードを航行モードと定点保持モードのいずれにするか判定するための判定基準である。

図８に示す状態では、船舶１００はエリアＲＡの外側において目標位置ＴＰ１に向けて移動している。現在位置情報算出部１８２は、現在位置情報取得部１９０からの検出信号に基づいて、現在位置における位置情報（現在位置ＧＰＳ座標）等を算出する。また、現在位置情報算出部１８２は、メモリ１８１に記憶されている経路データＤＥ１に記録された目標位置ＴＰ１および経路に関するデータを参照して、目標位置ＴＰ１までの距離、および船舶１００のヘディングＨＤに対する目標位置ＴＰ１の方位を算出する。

運転モード判定部１８３は、第１運転モード判定基準データＤＥ２、および、現在位置情報算出部１８２で算出された目標位置ＴＰ１までの距離を参照して、現在位置から目標位置ＴＰ１までの距離が所定の基準距離Ｒを上回っていると判定し、運転モードを航行モードと判定する。

運転モードが航行モードと判定されると、船体方向制御部１８５は、各船体１０が航行モードに対応した平行配置ＰＡをとるように、各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作を制御する。

また、運転モードが航行モードと判定されると、推進装置制御部１８７は、航行モード推力配分データＤＥ４を参照して、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。図８の状態では、目標位置ＴＰ１は、船舶１００をヘディングＨＤに対して角度θ２の方位に位置している。この場合、推進装置制御部１８７は、航行モード推力配分データＤＥ４を参照して、船舶１００がヘディングＨＤに対して角度θ２の方位に移動するように、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。

図９に示す状態では、船舶１００はエリアＲＡに到達した状態で目標位置ＴＰ１に向けて移動している。現在位置情報算出部１８２は、現在位置情報取得部１９０からの検出信号に基づいて、現在位置における位置情報（現在位置ＧＰＳ座標）等を算出する。また、現在位置情報算出部１８２は、メモリ１８１に記憶されている経路データＤＥ１に記録された目標位置ＴＰ１および経路に関するデータを参照して、目標位置ＴＰ１までの距離、および船舶１００のヘディングＨＤに対する目標位置ＴＰ１の方位を算出する。

図９では、運転モード判定部１８３は、第１運転モード判定基準データＤＥ２、および、現在位置情報算出部１８２で算出された目標位置ＴＰ１までの距離を参照して、現在位置から目標位置ＴＰ１までの距離が所定の基準距離Ｒを下回っていると判定し、運転モードを定点保持モードと判定する。

運転モードが定点保持モードと判定されると、船体方向制御部１８５は、各船体１０が定点保持モードに対応した非平行配置ＮＰＡをとるように、各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作を制御する。各船体１０が非平行配置ＮＰＡをとることにより、ブレーキ効果が得られることになり、定点保持動作が容易になる。

また、運転モードが定点保持モードと判定されると、推進装置制御部１８７は、定点保持モード推力配分データＤＥ５を参照して、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。図９の状態では、目標位置ＴＰ１は、船舶１００をヘディングＨＤに対して角度θ３の方位に位置している。この場合、推進装置制御部１８７は、定点保持モード推力配分データＤＥ５を参照して、船舶１００がヘディングＨＤに対して角度θ３の方位に移動するように、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。

図９の状態から船舶１００がさらに目標位置ＴＰ１に向けて移動し、目標位置ＴＰ１に到達した場合、現在位置情報算出部１８２は、目標位置ＴＰ１までの距離が０であると算出する。

運転モード判定部１８３は、現在位置情報算出部１８２で算出された現在位置から目標位置ＴＰ１までの距離が０の場合には、船舶１００が目標位置ＴＰ１に到達したとして、運転モードを定点保持モードとしたままその位置を保持し続けるようにすると判定する。

運転モードが定点保持モードとしたままその位置を保持し続けるようにすると判定されると、船体方向制御部１８５は、各船体１０が定点保持モードに対応した非平行配置ＮＰＡを続けるように、各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作を制御する。非平行配置ＮＰＡが継続されることにより、ブレーキ効果が得られ、船舶１００を目標位置ＴＰ１に保持しやすくなる。

また、運転モードが定点保持モードとしたままその位置を保持し続けるようにすると判定されると、推進装置制御部１８７は、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を停止するように制御する。

目標位置ＴＰ１に到達した船舶１００は、定点保持モードとしたままその位置を保持し続けるようにするが、風などの外乱がある場合には、船舶１００はブレーキ効果によって移動しにくいものの、徐々に位置が変動する場合がある。現在位置から目標位置ＴＰ１までの距離が０ではなくなった場合、船舶１００は目標位置ＴＰ１に再度到達するように各船体１０の推進装置７０の動作が制御される。

［運転モード判定フロー］
図１０は、運転モードを判定するフローを示す図である。図１０では、船舶制御システム２００の制御のうち、運転モードを判定するためのフローを示している。

図１０に示すような運転モード判定フローがスタートすると（スタート）、まず、ステップＳＡ１で、現在位置情報算出部１８２は、現在位置情報取得部１９０からの検出信号に基づいて、現在位置における位置情報（現在位置ＧＰＳ座標）等を算出する。また、ステップＳＡ２で、現在位置情報算出部１８２は、メモリ１８１に記憶されている経路データＤＥ１に記録された目標位置ＴＰ１および経路に関するデータを参照して、目標位置ＴＰ１までの距離を算出する。

ステップＳＡ３では、運転モード判定部１８３は、第１運転モード判定基準データＤＥ２、および、現在位置情報算出部１８２で算出された目標位置ＴＰ１までの距離を参照して、現在位置から目標位置ＴＰ１までの距離が所定の基準距離Ｒを上回っているかどうかを判定する。ステップＳＡ３で、現在位置から目標位置ＴＰ１までの距離が所定の基準距離Ｒを上回っていると判定された場合は（ステップＳＡ３でＹｅｓ）、ステップＳＡ６に進み、運転モードを航行モードと判定し、フローを終了する（エンド）。ステップＳＡ３で、現在位置から目標位置ＴＰ１までの距離が所定の基準距離Ｒを上回っていないと判定された場合は（ステップＳＡ３でＮｏ）、ステップＳＡ４に進む。

ステップＳＡ４では、現在位置から目標位置ＴＰ１までの距離が０であるかどうかを判定する。ステップＳＡ４で、現在位置から目標位置ＴＰ１までの距離が０ではないと判定された場合は（ステップＳＡ４でＮｏ）、ステップＳＡ５に進み、運転モードを定点保持モードと判定し、フローを終了する（エンド）。ステップＳＡ３で、現在位置から目標位置ＴＰ１までの距離が０であると判定された場合は（ステップＳＡ４でＹｅｓ）、ステップＳＡ７に進み、運転モードを定点保持モードとしたままその位置を保持し続けるようにすると判定し、フローを終了する（エンド）。

［実施形態２］
実施形態２の船舶１００Ａは、船舶１００Ａの船舶船首方向ＨＤ（ヘディングＨＤ）を制御可能な運転モードであるヘディング変更モードを有する点が実施形態１と異なっている。本実施形態では、ヘディング変更モードは実行状態（オン）と停止状態（オフ）を切り換えることが可能であり、運転モードが定点保持モードである場合において、ヘディング変更モードのオン／オフを切り換えることができる。なお、本実施形態では、運転モードが航行モードである場合には、ヘディング変更モードをオンにすることはできない。以下の説明において、実施形態１と同様の構成には同一の符号を付して説明を省略し、実施形態１と異なる構成についてのみ説明する。

実施形態１で説明した船舶１００では、非平行配置ＮＰＡの状態において、各船体船首方向ＤＦは、抵抗中心点ＤＣに向けられている（図４参照）。抵抗中心点ＤＣは流体から受ける抵抗の中心点である。各船体１０の推進装置７０の推力が抵抗中心点ＤＣに向けられている状態では、推力の増減だけでは抵抗中心点ＤＣ回りの回頭モーメントを生じさせにくい。このため、実施形態１の船舶１００は、推進装置７０の制御だけでヘディングＨＤを制御することは難しい。

図１１は、実施形態２にかかる船舶１００Ａの運転モードが定点保持モード＋ヘディング変更モードオンの状態における非平行配置ＮＰＡの一例を示す平面図である。図１１に示した各船体１０の配置は、第１船体１０１、第２船体１０２、および第３船体１０３については、実施形態１の非平行配置ＮＰＡ（図４参照）と同様であるが、第４船体１０４の配置が異なっている。図１１のように、複数の船体１０のうち、少なくとも１体の第４船体１０４の配置を変更することにより、全ての船体船首方向ＤＦが一点に向けられた状態が解除される。複数の船体１０のうち、少なくとも１体の船体船首方向ＤＦを抵抗中心ＤＣ以外の方向へ向けることで、推力の増減によって回頭モーメントを発生させることが可能になる。これにより、船舶１００ＡのヘディングＨＤを制御することが可能となる。

なお、ヘディング変更モードがオン状態である非平行配置ＮＰＡの他の例として、複数の船体船首方向ＤＦが一点に向けられており、かつ、その一点を抵抗中心点ＤＣ以外の点であるとしてもよい。この場合、推力の増減によって回頭モーメントを発生させることが可能になり、船舶１００ＡのヘディングＨＤの向き（方位）を制御することが可能となる。

以下では、航行モードと定点保持モードを切り替え可能であり、定点保持モードにおいてヘディング変更モードのオン／オフ切り替えが可能である船舶制御システム２００Ａの構成および船舶１００Ａの動作について説明する。

図１２は、船舶制御システム２００Ａの構成を示す概略図である。船舶制御システム２００Ａは、船舶１００Ａの自動運転を制御するシステムである。図１２では、船舶制御システム２００Ａのうち、主に船舶１００Ａの移動を制御するための構成を示している。船舶制御システム２００Ａは、制御部１８０Ａ、現在位置情報取得部１９０、各船体１０に設けられている船体方向変更部５０および推進装置７０を備えている。

制御部１８０Ａには、各船体１０に設けられている船体方向変更部５０および推進装置７０が接続されている。制御部１８０Ａは、各船体１０の船体方向変更部５０および推進装置７０を制御することにより、船舶１００Ａの自動運転を制御する。

制御部１８０Ａは、メモリ１８１Ａ、現在位置情報算出部２８２、運転モード判定部２８３、船体方向制御部２８５、および推進装置制御部２８７を備えている。

メモリ１８１Ａは、船舶１００Ａの自動運転に関するデータを記憶している。メモリ１８１Ａには、経路データＤＥ１、第１運転モード判定基準データＤＥ２、第２運転モード判定基準データＤＥ１２、船体方向制御データＤＥ１３、航行モード推力配分データＤＥ４、第１定点保持モード推力配分データＤＥ１５、および第２定点保持モード推力配分データＤＥ１６が保存されている。

第２運転モード判定基準データＤＥ１２には、ヘディング変更モードをオン／オフのいずれにするか判定するための判定基準が記録されている。本実施形態では、船舶１００ＡのヘディングＨＤと目的位置の方位との関係に基づいてヘディング変更モードをオン／オフのいずれにするか判定するための判定基準が記録されている。具体的には、船舶１００ＡのヘディングＨＤの方位と、現在位置から目的位置までの方位との差異が所定の基準角度α未満である場合にはヘディング変更モードをオフとし、船舶１００ＡのヘディングＨＤの方位と、現在位置から目的位置までの方位との差異が基準角度α以上である場合にはヘディング変更モードをオンとする判定基準が記録されている。

船体方向制御データＤＥ１３には、各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作に関するデータが記録されている。具体的には、運転モード（航行モード、定点保持モード＋ヘディング変更モードオン、定点保持モード＋ヘディング変更モードオフ）に適合した各船体１０の配置をとるための設定と、各船体１０を設定された配置にするための船体方向変更部５０の動作に関するデータが記録されている。

本実施形態では、航行モードでは各船体１０が平行配置ＰＡ（図１参照）をとるように設定されている。そして、各船体１０が平行配置ＰＡをとるために、各船体船首方向ＤＦと、船舶１００ＡのヘディングＨＤとがなす角度が、各船体１０とも０度となるように船体方向変更部５０の動作データが設定されている。

また、本実施形態では、定点保持モードについてはヘディング変更モードのオン／オフにより異なるデータが記録されている。運転モードが「定点保持モード＋ヘディング変更モードオフ」では各船体１０が非平行配置ＮＰＡ（図４参照）をとるように設定されている。そして、各船体１０が図４に示した非平行配置ＮＰＡをとるために、各船体船首方向ＤＦと、船舶１００ＡのヘディングＨＤとがなす角度が、船体１０ごとに所定の角度となるように船体方向変更部５０の動作データが設定されている。また、運転モードが「定点保持モード＋ヘディング変更モードオン」では各船体１０が異なる非平行配置ＮＰＡ（図１１参照）をとるように設定されている。そして、各船体１０が図１１に示した非平行配置ＮＰＡをとるために、各船体船首方向ＤＦと、船舶１００ＡのヘディングＨＤとがなす角度が、船体１０ごとに所定の角度となるように船体方向変更部５０の動作データが設定されている。

第１定点保持モード推力配分データＤＥ１５には運転モード「定点保持モード＋ヘディング変更モードオフ」における推進装置７０の推力の配分に関するデータが記録されている。第１定点保持モード推力配分データＤＥ１５に記録されているデータは、実施形態１の定点保持モード推力配分データＤＥ５と同様であるため、説明を省略する。

第２定点保持モード推力配分データＤＥ１６には、運転モード「定点保持モード＋ヘディング変更モードオン」における、推進装置７０の推力の配分に関するデータが記録されている。本実施形態では、運転モード「定点保持モード＋ヘディング変更モードオン」では船舶１００Ａは図１１に示す非平行配置ＮＰＡをとるため、非平行配置ＮＰＡにおける船舶１００ＡのヘディングＨＤの方位と、現在位置から目標位置までの方位との関係に応じて、各推進装置７０に出力させる推力の配分に関するデータが記録されている。具体的には、第１船体１０１から第４船体１０４の推進装置７０のうち、第１船体１０１から第３船体１０３の推進装置７０は、主に定点保持動作を行うように推力が配分されており、第４船体１０４の推進装置７０は、主に船舶１００Ａの回頭モーメントを発生させて、船舶１００ＡのヘディングＨＤが目標位置の方位を向くように推力が配分されている。

現在位置情報算出部２８２は、現在位置情報取得部１９０からの検出信号に基づいて、現在位置における位置情報および風に関する情報を算出する。具体的には、ＧＰＳセンサ１９１からのＧＰＳ信号に基づいて、船舶１００Ａの現在位置の座標（現在位置ＧＰＳ座標）を算出し、方位センサ１９２からの検出信号に基づいて、船舶１００ＡのヘディングＨＤの方位を算出し、風向・風速センサ１９３からの検出信号に基づいて、船舶１００Ａが受けている風の風向および風速を算出する。また、現在位置情報算出部２８２は、メモリ１８１Ａに記憶されている経路データＤＥ１に記録された目標位置および経路に関するデータを参照して、目標位置までの距離、船舶１００ＡのヘディングＨＤに対する目標位置の方位、および、船舶１００ＡのヘディングＨＤの方位と、現在位置から目的位置までの方位との差異を算出する。

運転モード判定部２８３は、メモリ１８１Ａに記憶されている第１運転モード判定基準データＤＥ２、および第２運転モード判定基準データＤＥ１２を参照して、目標位置までの移動に適合した運転モード（航行モード、定点保持モード＋ヘディング変更モードオン、定点保持モード＋ヘディング変更モードオフ）を判定する。本実施形態では、第１運転モード判定基準データＤＥ２および、現在位置情報算出部２８２で算出された目標位置までの距離を参照して、現在位置から目標位置までの距離が所定の基準距離Ｒを上回っている場合には、運転モードを航行モードと判定し、現在位置から目標位置までの距離が所定の基準距離Ｒを下回っている場合には、運転モードを定点保持モードと判定する。また、第２運転モード判定基準データＤＥ１２および、現在位置情報算出部２８２で算出された船舶１００ＡのヘディングＨＤの方位と現在位置から目的位置までの方位との差異を参照して、その差異が所定の基準角度α未満である場合にはヘディング変更モードをオフと判定し（定点保持モード＋ヘディング変更モードオフ）、その差異が基準角度α以上である場合にはヘディング変更モードをオンと判定する（定点保持モード＋ヘディング変更モードオン）。また、現在位置から目標位置までの距離が０の場合には、船舶１００Ａが目標位置に到達したとして、運転モードを定点保持モードとしたままその位置を保持し続けるようにすると判定する。

船体方向制御部２８５は、メモリ１８１Ａに記憶されている船体方向制御データＤＥ１３を参照し、運転モード判定部２８３で判定された運転モード（航行モード、定点保持モード＋ヘディング変更モードオン、定点保持モード＋ヘディング変更モードオフ）に対応させて、各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作を制御する。本実施形態では、航行モードでは各船体１０が平行配置ＰＡ（図１参照）をとるように各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作を制御する。また、運転モード「定点保持モード＋ヘディング変更モードオフ」では各船体１０が図４に示した非平行配置ＮＰＡをとるように各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作を制御する。また、運転モード「定点保持モード＋ヘディング変更モードオン」では各船体１０が図１１に示した非平行配置ＮＰＡをとるように各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作を制御する。

推進装置制御部２８７は、メモリ１８１Ａに記憶されている航行モード推力配分データＤＥ４、第１定点保持モード推力配分データＤＥ１５、および第２定点保持モード推力配分データＤＥ１６を参照し、運転モード判定部２８３で判定された運転モード（航行モード、定点保持モード＋ヘディング変更モードオン、定点保持モード＋ヘディング変更モードオフ）に対応させて、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。本実施形態では、運転モード判定部２８３で運転モードが航行モードと判定された場合、推進装置制御部２８７は、航行モード推力配分データＤＥ４を参照して、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。

また、運転モード判定部２８３で運転モード「定点保持モード＋ヘディング変更モードオフ」と判定された場合、推進装置制御部２８７は、第１定点保持モード推力配分データＤＥ１５を参照して、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。

また、運転モード判定部２８３で運転モード「定点保持モード＋ヘディング変更モードオン」と判定された場合、推進装置制御部２８７は、第２定点保持モード推力配分データＤＥ１６を参照して、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。

また、運転モード判定部２８３で運転モードを定点保持モードとしたままその位置を保持し続けるようにすると判定された場合、推進装置制御部２８７は、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を停止するように制御する。

［動作］
次に、船舶１００Ａの動作について説明する。図１３は、航行モードで目標位置ＴＰ１１に向けて移動する船舶１００Ａの平面図である。図１４は、定点保持モード＋ヘディング変更モードオフで自船の位置を目標位置ＴＰ１１に保持する定点保持動作を行う船舶１００Ａの平面図である。図１５は、定点保持モード＋ヘディング変更モードオンで自船の位置を目標位置ＴＰ１１に保持する定点保持動作を行う船舶１００Ａの平面図である。図１６は、運転モード判定のフローを示す図である。

以下の説明では、船舶１００Ａが自動運転によって目標位置ＴＰ１１まで移動し、目標位置ＴＰ１１付近に到達後には、自船の位置を目標位置ＴＰ１１付近に保持して定点保持動作を行いながら、目標位置ＴＰ１１付近において水質調査や水中撮影等を行う場合について説明する。なお、以下では、主に船舶１００Ａの移動について説明し、水質調査や水中撮影等の内容の説明については省略する。

図１３、図１４、および図１５に示すように、目標位置ＴＰ１１の周囲には、基準距離Ｒを半径とする仮想のエリアＲＡが示されている。基準距離Ｒは、第１運転モード判定基準データＤＥ２に記録された、運転モードを航行モードと定点保持モードのいずれにするか判定するための判定基準である。

図１３に示す状態では、船舶１００ＡはエリアＲＡの外側において目標位置ＴＰ１１に向けて移動している。現在位置情報算出部２８２は、現在位置情報取得部１９０からの検出信号に基づいて、現在位置における位置情報（現在位置ＧＰＳ座標）等を算出する。また、現在位置情報算出部２８２は、メモリ１８１Ａに記憶されている経路データＤＥ１に記録された目標位置ＴＰ１１および経路に関するデータを参照して、目標位置ＴＰ１１までの距離、船舶１００ＡのヘディングＨＤに対する目標位置ＴＰ１１の方位、および、船舶１００ＡのヘディングＨＤの方位と現在位置から目的位置までの方位との差異を算出する。

運転モード判定部２８３は、第１運転モード判定基準データＤＥ２および、現在位置情報算出部２８２で算出された目標位置ＴＰ１１までの距離を参照して、現在位置から目標位置ＴＰ１１までの距離が所定の基準距離Ｒを上回っていると判定し、運転モードを航行モードと判定する。

運転モードが航行モードと判定されると、船体方向制御部２８５は、各船体１０が航行モードに対応した平行配置ＰＡをとるように、各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作を制御する。

また、運転モードが航行モードと判定されると、推進装置制御部２８７は、航行モード推力配分データＤＥ４を参照して、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。図１３の状態では、目標位置ＴＰ１１は、船舶１００ＡのヘディングＨＤに対して角度θ１２の方位に位置している。この場合、推進装置制御部２８７は、航行モード推力配分データＤＥ４を参照して、船舶１００ＡがヘディングＨＤに対して角度θ２の方位に移動するように、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。

図１４に示す状態では、船舶１００ＡはエリアＲＡに到達した状態で目標位置ＴＰ１１に向けて移動している。現在位置情報算出部２８２は、現在位置情報取得部１９０からの検出信号に基づいて、現在位置における位置情報（現在位置ＧＰＳ座標）等を算出する。また、現在位置情報算出部２８２は、メモリ１８１Ａに記憶されている経路データＤＥ１に記録された目標位置ＴＰ１１および経路に関するデータを参照して、目標位置ＴＰ１１までの距離、および船舶１００ＡのヘディングＨＤに対する目標位置ＴＰ１１の方位を算出する。また、現在位置情報算出部２８２は、メモリ１８１Ａに記憶されている経路データＤＥ１に記録された目標位置ＴＰ１１および経路に関するデータを参照して、目標位置ＴＰ１１までの距離、船舶１００ＡのヘディングＨＤに対する目標位置ＴＰ１１の方位、および、船舶１００ＡのヘディングＨＤの方位と現在位置から目的位置までの方位との差異を算出する。

図１４では、運転モード判定部２８３は、第１運転モード判定基準データＤＥ２および、現在位置情報算出部２８２で算出された目標位置ＴＰ１１までの距離を参照して、現在位置から目標位置ＴＰ１１までの距離が所定の基準距離Ｒを下回っていると判定し、運転モードを定点保持モードと判定する。

また、運転モード判定部２８３は、第２運転モード判定基準データＤＥ１２および、現在位置情報算出部２８２で算出された船舶１００ＡのヘディングＨＤの方位と現在位置から目的位置ＴＰ１１までの方位との差異（角度θ１３）を参照して、その差異（角度θ１３）が所定の基準角度α未満である場合にはヘディング変更モードをオフと判定し（定点保持モード＋ヘディング変更モードオフ）、その差異（角度θ１３）が基準角度α以上である場合にはヘディング変更モードをオンと判定する（定点保持モード＋ヘディング変更モードオン）。

運転モードが「定点保持モード＋ヘディング変更モードオフ」と判定されると、船体方向制御部２８５は、各船体１０が定点保持モードに対応した非平行配置ＮＰＡ（図４参照）をとるように、各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作を制御する。各船体１０が非平行配置ＮＰＡをとることにより、ブレーキ効果が得られることになり、定点保持動作が容易になる。

運転モードが「定点保持モード＋ヘディング変更モードオフ」と判定されると、推進装置制御部２８７は、第１定点保持モード推力配分データＤＥ１５を参照して、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。図１４の状態では、目標位置ＴＰ１１は、船舶１００ＡをヘディングＨＤに対して角度θ１３の方位に位置している。この場合、推進装置制御部２８７は、第１定点保持モード推力配分データＤＥ１５を参照して、船舶１００ＡがヘディングＨＤに対して角度θ１３の方位に移動するように、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。

一方、運転モードが「定点保持モード＋ヘディング変更モードオン」と判定されると、船体方向制御部２８５は、各船体１０が「定点保持モード＋ヘディング変更モードオン」に対応した非平行配置ＮＰＡ（図１１および図１５参照）をとるように、各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作を制御する。この場合も、各船体１０が非平行配置ＮＰＡをとることにより、ブレーキ効果が得られることになり、定点保持動作が容易になる。

運転モードが「定点保持モード＋ヘディング変更モードオン」と判定されると、推進装置制御部２８７は、第２定点保持モード推力配分データＤＥ１６を参照して、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。図１５の状態では、船舶１００ＡのヘディングＨＤの方位は、目標位置ＴＰ１１の方位に一致している。この場合、推進装置制御部２８７は、第２定点保持モード推力配分データＤＥ１６を参照して、船舶１００ＡのヘディングＨＤが目標位置ＴＰ１１に向いた状態で、目標位置ＴＰ１１の方位に移動するように、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を制御する。

図１５の状態から船舶１００Ａがさらに目標位置ＴＰ１１に向けて移動し、目標位置ＴＰ１１に到達した場合、現在位置情報算出部２８２は、目標位置ＴＰ１１までの距離が０であると算出する。

運転モード判定部２８３は、現在位置情報算出部２８２で算出された現在位置から目標位置ＴＰ１１までの距離が０の場合には、船舶１００Ａが目標位置ＴＰ１１に到達したとして、運転モードを定点保持モードとしたままその位置を保持し続けるようにすると判定する。

運転モードが定点保持モードとしたままその位置を保持し続けるようにすると判定されると、船体方向制御部２８５は、各船体１０が定点保持モードに対応した非平行配置ＮＰＡを続けるように、各船体１０に設けられた船体方向変更部５０の動作を制御する。非平行配置ＮＰＡが継続されることにより、ブレーキ効果が得られ、船舶１００を目標位置ＴＰ１に保持しやすくなる。

また、運転モードが定点保持モードとしたままその位置を保持し続けるようにすると判定されると、推進装置制御部２８７は、各船体１０に設けられた推進装置７０の動作を停止するように制御する。

目標位置ＴＰ１１に到達した船舶１００Ａは、定点保持モードとしたままその位置を保持し続けるようにするが、風などの外乱がある場合には、船舶１００Ａはブレーキ効果によって移動しにくいものの、徐々に位置が変動する場合がある。現在位置から目標位置ＴＰ１１までの距離が０ではなくなった場合、船舶１００Ａは目標位置ＴＰ１１に再度到達するように各船体１０の推進装置７０の動作が制御される。

［運転モード判定フロー］
図１６は、運転モードを判定するフローを示す図である。図１６では、船舶制御システム２００Ａの制御のうち、運転モードを判定するためのフローを示している。

図１６に示すような運転モード判定フローがスタートすると（スタート）、まず、ステップＳＢ１で、現在位置情報算出部２８２は、現在位置情報取得部１９０からの検出信号に基づいて、現在位置における位置情報（現在位置ＧＰＳ座標）等を算出する。また、ステップＳＢ２で、現在位置情報算出部２８２は、メモリ１８１に記憶されている経路データＤＥ１に記録された目標位置ＴＰ１１および経路に関するデータを参照して、目標位置ＴＰ１１までの距離を算出し、ステップＳＢ３で、船舶１００ＡのヘディングＨＤに対する目標位置ＴＰ１１の方位を算出し、ステップＳＢ４で、船舶１００ＡのヘディングＨＤの方位と現在位置から目的位置までの方位との差異を算出し、ステップＳＢ５に進む。

ステップＳＢ５では、運転モード判定部２８３は、第１運転モード判定基準データＤＥ２、および、現在位置情報算出部２８２で算出された目標位置ＴＰ１１までの距離を参照して、現在位置から目標位置ＴＰ１１までの距離が所定の基準距離Ｒを上回っているかどうかを判定する。ステップＳＢ５で、現在位置から目標位置ＴＰ１１までの距離が所定の基準距離Ｒを上回っていると判定された場合は（ステップＳＢ５でＹｅｓ）、ステップＳＢ１０に進み、運転モードを航行モードと判定し、フローを終了する（エンド）。ステップＳＢ５で、現在位置から目標位置ＴＰ１１までの距離が所定の基準距離Ｒを上回っていないと判定された場合は（ステップＳＢ５でＮｏ）、ステップＳＢ６に進む。

ステップＳＢ６では、現在位置から目標位置ＴＰ１１までの距離が０であるかどうかを判定する。ステップＳＢ６で、現在位置から目標位置ＴＰ１１までの距離が０ではないと判定された場合は（ステップＳＢ６でＮｏ）、ステップＳＢ７に進み、運転モードを定点保持モードと判定し、ステップＳＢ８に進む。ステップＳＢ６で、現在位置から目標位置ＴＰ１１までの距離が０であると判定された場合は（ステップＳＢ６でＹｅｓ）、ステップＳＢ１１に進み、運転モードを定点保持モードとしたままその位置を保持し続けるようにすると判定し、フローを終了する（エンド）。

ステップＳＢ８では、運転モード判定部２８３は、第２運転モード判定基準データＤＥ１２および、現在位置情報算出部２８２で算出された船舶１００ＡのヘディングＨＤの方位と現在位置から目的位置ＴＰ１１までの方位との差異を参照して、その差異が所定の基準角度α以上であるかどうかを判定する。ステップＳＢ８で、船舶１００ＡのヘディングＨＤの方位と現在位置から目的位置ＴＰ１１までの方位との差異が所定の基準角度α以上であると判定された場合は（ステップＳＢ８でＹｅｓ）、ステップＳＢ９に進み、運転モードを「定点保持モード＋ヘディング変更モードオン」と判定し、フローを終了する（エンド）。ステップＳＢ８で、船舶１００ＡのヘディングＨＤの方位と現在位置から目的位置ＴＰ１１までの方位との差異が所定の基準角度α未満であると判定された場合は（ステップＳＢ８でＮｏ）、ステップＳＢ１２に進み、運転モードを「定点保持モード＋ヘディング変更モードオフ」と判定し、フローを終了する（エンド）。

［変形例］
本発明に係る船舶は、上記説明した本実施形態に限定されない。

本実施形態の船舶は、自動運転を行うとしたが、外部から無線通信等によって制御されてもよい。また、一部または全部の運転をオペレータによる操縦としてもよい。例えば、オペレータが定点保持動作の操作を行ってもよい。

本実施形態では、各船体１０に船体方向変更部５０を設けて船体船首方向ＤＦを変更できるようにしたが、複数の船体のうちの一部の船体１０に船体方向変更部５０を設けて船体船首方向ＤＦを変更できるようにしてもよい。例えば、４体の船体１０のうち、２体の船体船首方向ＤＦを変更可能とし、残りの２体の船体船首方向ＤＦを固定としてもよい。また、各船体１０に船体方向変更部５０を設けずに、各船体１０を非平行配置ＮＰＡの状態で固定してもよい。

本実施形態では、船舶は４体の船体を有する構成としたが、２体、３体、または５体以上の船体１０を有する構成としてもよい。図１７は３体の船体１０を有する船舶１００Ｂを示す平面図であり、図１７Ａは、平行配置ＰＡの状態、図１７Ｂは、非平行配置ＮＰＡの状態である。図１７Ｂに示すように、３体の船体１０の場合、非平行配置ＮＰＡの状態では、平面視で略Ｙ字状に配置されるようにしてもよい。

図１８は、非平行配置ＮＰＡの他の例を示す平面図である。本実施形態で説明した非平行配置ＮＰＡでは、推進装置７０を外側に向ける配置としたが（図４参照）、図１８に示すように、推進装置７０を内側に向ける配置としてもよい。

本実施形態で説明した非平行配置ＮＰＡ（図４）では、第１船体１０１と第３船体１０３、および、第２船体１０２と第４船体１０４は非平行になっていないが、例えば、各船体船首方向ＤＦが相互に非平行となるように配置されてもよい。図１９は、非平行配置ＮＰＡにおいて、各船体１０の船体船首方向ＤＦが相互に非平行となる状態を示す平面図である。

本実施形態で説明した平行配置ＰＡでは、各船体船首方向ＤＦと船舶船首方向ＨＤ（ヘディングＨＤ）が平行であるが、各船体船首方向ＤＦが相互に平行になっていればよく、図２０に示すように、必ずしも各船体船首方向ＤＦと船舶船首方向ＨＤ（ヘディングＨＤ）が平行でなくてもよい。図２０は、平行配置ＰＡにおいて、各船体１０の船体船首方向ＤＦと船舶１００の船舶船首方向ＨＤ（ヘディングＨＤ）が平行でない状態を示す平面図である。

本実施形態２では、運転モードが航行モードである場合には、ヘディング変更モードをオンにすることはできないとしたが、運転モードが航行モードである場合に、ヘディング変更モードをオンにできるようにしてもよい。航行モードでヘディング変更モードオンにした場合、図２０に示すように、各船体１０を平行に保ったまま、船舶１００のヘディングＨＤに対して各船体船首方向ＤＦを変化させながら移動してもよい。

本実施形態では、各船体１０に推進装置７０を設けたが、一部の船体１０に推進装置７０を設けるようにしてもよい。推進装置は、ポッド推進器であってもよい。また、異なる種類の推進装置を各船体１０に配置してもよい。

各船体１０の船型は、排水量型の船型としたが、これに限定されない。複数の船体１０の船型は、全て同じでなくてもよい。たとえば、直方体や円柱状の浮体を組み合わせてもよい。

本実施形態では、被支持体３０は、平面視で、各船体１０に囲まれた領域（各船体１０の外縁部を含める閉じた領域）の内側に配置している。安定性の面から、被支持体３０は各船体１０に囲まれた領域内に配置されることが好ましいが、配置される位置は限定されない。例えば、被支持体３０の一部が各船体１０に囲まれた領域の外部に配置されていてもよい。また、被支持体３０は、全体が水面上にある場合に限定されず、一部または全部が水中にあってもよい。

本実施形態では、水中環境調査を自動運転で行う小型の船舶について説明したが、大きさは限定されるものではない。例えば、作業員が搭乗して各種作業を行うことができる大きさや設備を備えた船舶であってもよい。また、水中環境調査を行う位置に運搬し、定点保持動作のみを行って、水中環境調査等を行うようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態を適宜変形して実施することが可能である。

１００ 船舶
１０ 船体
３０ 被支持体
５０ 船体方向変更部
７０ 推進装置
１８０ 制御部
２００ 船舶制御システム
ＨＤ 船舶船首方向
ＤＦ 船体船首方向
ＮＰＡ 非平行配置
ＰＡ 平行配置

Claims (15)

1. 複数の船体と、
   前記複数の船体に支持される被支持体と、
   推進装置と、
   を備えた船舶であって、
   自船の前部が向く方向を船舶船首方向とし、
   前記各船体の船首尾線を船首側に延ばした方向を前記各船体のそれぞれの船体船首方向として、
   前記複数の船体は、前記船舶船首方向を含む全方位へ移動する場合において、前記各船体が受ける抵抗の総和が増大するように、少なくともいずれか１体の前記船体の船体船首方向が、少なくとも他の１体の前記船体の船体船首方向に対して非平行とされる、非平行配置をとっており、
   自船の位置を定点に保持させるように、自船の位置を前記船舶船首方向を含む全方位に移動させる、定点保持動作を行う、
   船舶
2. 複数の船体と、
   前記複数の船体に支持される被支持体と、
   前記複数の船体のうち少なくともいずれか１体と前記被支持体を接続する、船体方向変更部と、
   推進装置と、
   を備えた船舶であって、
   自船の前部が向く方向を船舶船首方向とし、
   前記各船体の船首尾線を船首側に延ばした方向を前記各船体のそれぞれの船体船首方向として、
   前記船体方向変更部は、前記船体の船体船首方向を、少なくとも他のいずれか１体の前記船体の船体船首方向に対して変更可能に構成されており、
   前記複数の船体は、前記船舶船首方向を含む全方位へ移動する場合において、前記各船体が受ける抵抗の総和が増大するように、前記船体方向変更部によって変更された前記船体の船体船首方向が、少なくとも他の１体の前記船体の船体船首方向に対して非平行とされる、非平行配置をとることが可能であり、
   前記非平行配置の状態において、自船の位置を定点に保持させるように、自船の位置を前記船舶船首方向を含む全方位に移動させる、定点保持動作を行う、
   船舶
3. 前記船体方向変更部は、前記各船体の船体船首方向が他の前記船体の船体船首方向に対して相互に平行となるように配置された状態である平行配置と、前記非平行配置と、を切り替え可能である、
   請求項２に記載の船舶。
4. 前記定点保持動作を行う運転モードを定点保持モードとし、前記定点保持動作させずに前記船舶の位置を移動させる運転モードを航行モードとして、
   前記定点保持モードでは、前記複数の船体の配置を前記非平行配置とし、
   前記航行モードでは、前記複数の船体の配置を前記平行配置とし、
   前記航行モードと前記定点保持モードを切り換える場合、前記船体方向変更部は、前記平行配置と前記非平行配置の切り替えを実行する、
   請求項３に記載の船舶。
5. 前記平行配置と、前記非平行配置を切り換える場合に、前記船体方向変更部および前記推進装置を制御する制御部をさらに備える、
   請求項２から４のいずれか１項に記載の船舶。
6. 前記船体方向変更部は、回頭モーメントを生じさせるために前記複数の船体のうち少なくとも１体の前記船体の船体船首方向を変更させる、
   請求項２から５のいずれか１項に記載の船舶。
7. 自船の向きを制御可能な状態とする運転モードをヘディング変更モードとして、
   前記ヘディング変更モードを実行中に、前記定点保持動作を行うことが可能である、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の船舶。
8. 前記各船体に囲まれた領域内に仮想の点を設定するとするとともに、前記仮想の点から放射状に延びる仮想の直線を設定し、
   前記複数の船体は、前記非平行配置において、前記各船体の船体船首方向が、前記仮想の直線に重なるように配置される、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の船舶。
9. 前記船舶が水平方向へ移動する場合における流体抵抗の中心点を抵抗中心点とし、
   前記仮想の点は前記抵抗中心点に設定される、
   請求項８に記載の船舶。
10. 前記船舶が水平方向へ移動する場合における流体抵抗の中心点を抵抗中心点とし、
    前記仮想の点は前記抵抗中心点以外に設定される、
    請求項８に記載の船舶。
11. 前記複数の船体は、前記非平行配置において、前記各船体の船体船首方向が相互に非平行となるように配置される、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の船舶。
12. 前記複数の船体は、３体または４体の前記船体で構成されており、前記非平行配置において、
    前記３体の場合は、前記複数の船体は、平面視で略Ｙ字状に配置され、
    前記４体の場合は、前記複数の船体は、平面視で略Ｘ字状に配置される、
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の船舶。
13. 前記非平行配置において、
    いずれかの前記船体の船体船首方向と、他のいずれかの前記船体の船体船首方向とがなす角度は、１０度以上である、
    請求項１から１２のいずれか１項に記載の船舶。
14. 前記定点保持動作において、自船の位置を前記船舶船首方向を含む全方位に移動させる場合、
    少なくともいずれか１体の前記船体の船体船首方向と、自船の移動方向とがなす角度は、５度以上である、
    請求項１から１３のいずれか１項に記載の船舶。
15. 前記複数の船体は、それぞれ平面視で前記各船体の船首尾線に沿って推力を発生させる推進装置が設けられており、
    前記各推進装置の推力を制御することにより、自船の位置を前記船舶船首方向を含む全方位に移動可能である、
    請求項１から１４のいずれか１項に記載の船舶。

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