JP2019529227A - 水中車両の浮揚力制御のための再使用可能な浮揚力モジュール - Google Patents

Abstract

水環境ロボットシステム１０及び方法は、選択的に変更することができる浮揚力構成を有する。このシステムは、水中ロボット車両１１０と、水中ロボット車両と選択的に浮揚係合し、浮揚係合を解除されるように構成された浮揚力モジュール１１６とを含む。テザー１１８が浮揚力モジュールに接続され、モータ１２０がテザーに動作可能に接続され、テザー及び浮揚力モジュールを繰り出し、巻き取るように構成されている。テザーを繰り出し、巻き取ることで、浮揚力モジュールを繰り出し、引き込むことができる。浮揚力モジュールを繰り出し、引き込むことで、システムの配置に従って、浮揚力モジュールを水中ロボット車両と浮揚係合させ、または浮揚係合を解除させることができる。浮揚力モジュールを係合し、係合解除することによって、水中ロボットの浮揚力を選択的に変えることができる。

Description

水中ロボットと１つまたは複数の再使用可能な浮揚力モジュールとを含む水中タスクを実行するためのシステム、方法、及び装置。

水中車両の移動性は様々な要因によって左右される。水中における移動性には、車両の密度と重力が大きな影響を与える。水中の車両は、水柱（ｗａｔｅｒ ｃｏｌｕｍｎ）を滑らかに通り抜けて航行し、タスクを効率的に果たすために、重力及び／または浮揚力の影響に対抗する手段を持たなければならない。水中車両は、中立的な浮揚力状態を有することが、水柱を通り抜けて航行し輸送を行う上で最適な条件である。水中構造の視覚的検査または水中目標物のビデオ撮影などのいくつかの用途では、中立的な浮揚力を有する自由な航行が望ましい。一方、海底での匍匐運動または定着には、浮揚力が負の水中ロボットが望まれる。汚染クリーニング、ロボットアームの操作及びメンテナンスなどのいくつかの用途では、水中車両は、作業と反対方法の効果（すなわち、同じ強さの反作用力）に打ち勝つために、水面下の海底において安定し重いことが要求される。

浮揚力制御の概念は潜水艦の進化の最も早期から発展してきた。潜水艦は通常、水面下での体積をポンプとガスシリンダを使用して、すなわち油圧によって変化させることにより、その内部浮揚力を変える。しかしながら、油圧式浮揚力制御システムは、通常、大型で複雑であり、大型で深海用の水中車両用に最適化されている。

したがって、製造、操作、及び保守が容易で、費用対効果が高く、特定の用途及び条件に適用できるコンパクトなシステムによる浮揚力制御手段を水中車両に提供する必要がある。水面が浮揚力の限界であり、海底が重力の限界であることを利用することにより、本明細書に開示されるように本発明による個別的な浮揚力制御を達成することができる。

本発明の一態様では、水中ロボット車両を含む水環境ロボットシステムが提供され、水中ロボット車両は、水環境ロボットシステムの少なくとも１つの車両である。浮揚力モジュールは、水中ロボット車両と選択的に浮揚係合しかつ浮揚係合解除されるように構成される。テザーが浮揚力モジュールに接続されている。モータがテザーに動作可能に接続され、テザー及び浮揚力モジュールを繰り出し、巻き取るように構成されている。第１の条件においては、テザー及び浮揚力モジュールは巻き取り位置にあり、水中ロボット車両は第１の浮揚力を有する。第２の条件においては、テザー及び浮揚力モジュールは繰り出し位置にあり、水中ロボット車両は第２の浮揚力を有する。浮揚力モジュールは、第１の条件においては、水中ロボットと浮揚係合した、または浮揚係合を解除された状態の一方にあり、浮揚力モジュールは、第２の条件においては、水中ロボットと浮揚係合した、または浮揚係合を解除された状態の他方にある。

さらなる態様によれば、浮揚力モジュールは正の浮揚力を有し、第１の条件において浮揚力モジュールは巻き取り位置にあり、水中ロボットと浮揚係合することにより、水中ロボットの第１の浮揚力は、浮揚力モジュールが繰り出し位置にあり、水中ロボットと浮揚係合が解除されている第２の条件における第２の浮揚力よりも高い。

またさらなる態様によれば、浮揚力モジュールは負の浮揚力を有し、第１の条件において浮揚力モジュールは巻き取り位置にあり、水中ロボットと浮揚係合が解除されていることにより、水中ロボットの第１の浮揚力は、浮揚力モジュールが繰り出し位置にあり、水中ロボットと浮揚係合している第２の条件における第２の浮揚力よりも高い。

別の態様によれば、浮揚力モジュールは中立の浮揚力を有し、第１の条件において浮揚力モジュールは巻き取り位置にあり、水中ロボットと浮揚係合することにより、水中ロボットの第１の浮揚力は、浮揚力モジュールが繰り出し位置にあり、水中ロボットと浮揚係合が解除されている第２の条件における第２の浮揚力と等しい。

前述の態様のうちの１つまたは複数に従って構成された実施形態で組み合わせることができるさらに別の態様によれば、浮揚力モジュールは水上艇に組み込まれる。

前述の態様のうちの１つまたは複数に従って構成された実施形態で組み合わせることができるさらなる態様によれば、浮揚力モジュールは水上艇である。

前述の態様のうちの１つまたは複数に従って構成された実施形態で組み合わせることができるさらに別の態様によれば、水上艇が係合が解除された状態にあるときに、水上艇は水面上で機能を果たすように構成されている。

さらなる態様によれば、テザーが緩んだ状態にある場合、浮揚力モジュールは水中ロボットと浮揚係合を解除された状態にある。

別の態様によれば、水環境で使用するための選択的に浮揚係合可能な浮揚力を有するロボットシステムが提供される。浮揚力モジュールは、水中ロボット車両と選択的に係合及び係合を解除するように構成されている。テザーが浮揚力モジュールに接続されている。巻き上げ機は、テザーに動作可能に接続されており、テザー及び浮揚力モジュールを繰り出し、巻き取るように構成されている。状態制御装置が巻き上げ機に接続されており、ロボットシステムを少なくとも２つの次の浮揚力状態の間で遷移させるように動作する。（１）テザー及び浮揚力モジュールは巻き取り位置にあり、水中ロボット車両は第１の浮揚力を有する第１の条件、及び（２）テザー及び浮揚力モジュールは繰り出し位置にあり、水中ロボット車両は第２の浮揚力を有する第２の条件。浮揚力モジュールは、第１の条件においては、水中ロボットと係合した、または係合を解除された状態の一方にあり、浮揚力モジュールは、第２の条件においては、水中ロボットと係合した、または係合を解除された状態の他方にある。

さらに別の態様により、水環境ロボットシステムを操作するための方法が提供される。方法は、水環境ロボットシステムを水環境に展開するステップを含む。水環境ロボットシステムは水中ロボット車両を含み、水中ロボット車両は少なくとも水環境ロボットシステムの１つの車両である。このシステムは、水中ロボット車両と選択的に浮揚係合しかつ浮揚係合解除されるように構成された浮揚力モジュールを含む。テザーが浮揚力モジュールに接続されている。モータがテザーに動作可能に接続され、テザー及び浮揚力モジュールを繰り出し、巻き取るように構成されている。方法は、水環境ロボットシステムの浮揚力構成を選択的に変更するステップを含む。浮揚力を選択的に変更することは、以下のステップを含む。テザー及び浮揚力モジュールを繰り出すこと。浮揚力モジュールとの浮揚係合を解除して前記水中ロボット車両にある浮揚力を与えること。テザー及び浮揚力モジュールを巻き取ること。浮揚力モジュールと浮揚係合して水中ロボット車両に異なる浮揚力を与えること。

さらなる態様によれば、浮揚力モジュールは正の浮揚力を有し、第１の条件において浮揚力モジュールは巻き取り位置にあり、水中ロボットと浮揚係合することにより、水中ロボットの浮揚力は、浮揚力モジュールが繰り出し位置にあり、水中ロボットと浮揚係合が解除されている第２の条件における浮揚力よりも高い。

またさらなる態様によれば、浮揚力モジュールは負の浮揚力を有し、第１の条件において浮揚力モジュールは巻き取り位置にあり、前記水中ロボットと浮揚係合が解除されていることにより、前記水中ロボットの浮揚力は、浮揚力モジュールが前記繰り出し位置にあり、水中ロボットと浮揚係合している第２の条件における浮揚力よりも高い。

さらに別の態様によれば、浮揚力モジュールは中立的な浮揚力を有し、第１の条件において前記浮揚力モジュールは巻き取り位置にあり、前記水中ロボットと浮揚係合していることにより、前記水中ロボットの浮揚力は、浮揚力モジュールが前記繰り出し位置にあり、水中ロボットと浮揚係合が解除されている第２の条件における浮揚力と等しい。

前述の態様のうちの１つまたは複数に従って構成された実施形態において組み合わせることができるさらに別の態様によれば、浮揚力モジュールは水上艇に組み込まれる。

前述の態様のうちの１つまたは複数に従って構成された実施形態において組み合わせることができるさらなる態様によれば、浮揚力モジュールは水上艇である。

前述の態様のうちの１つまたは複数に従って構成された実施形態において組み合わせることができるさらに別の態様によれば、水上艇は、水上艇が係合解除状態にあるときに水面上で機能を果たすように構成される。

さらなる態様によれば、テザーが緩んだ状態にあることにより、浮揚力モジュールが水中ロボットと浮揚解放された状態になる。

図１Ａは、本発明の一実施形態によるシステムの詳細を示す図である。 図１Ｂは、本発明の一実施形態によるシステムの詳細を示す図である。 図１Ｃは、本発明の一実施形態によるシステムの詳細を示す図である。 図２Ａは、本発明の別の実施形態によるシステムの詳細を示す図である。 図２Ｂは、本発明の別の実施形態によるシステムの詳細を示す図である。 図２Ｃは、本発明の別の実施形態によるシステムの詳細を示す図である。 図３Ａは、本発明の別の実施形態によるシステムの詳細を示す図である。 図３Ｂは、本発明の別の実施形態によるシステムの詳細を示す図である。 図４Ａは、本発明の別の実施形態によるシステムの詳細を示す図である。 図４Ｂは、本発明の別の実施形態によるシステムの詳細を示す図である。 図５Ａは、本発明の別の実施形態によるシステムの詳細を示す図である。 図５Ｂは、本発明の別の実施形態によるシステムの詳細を示す図である。 図５Ｃは、本発明の別の実施形態によるシステムの詳細を示す図である。

図１Ａ〜１Ｃを参照し、水中ロボット１１０を含む水環境ロボットシステム１０の実施形態を示す。水中ロボット１１０は、下部本体部分１１２を含むことができる。水中ロボット１１０の主船体は、ロボットの特定の動作のために必要に応じて決定されるように、様々な電子機器、モータ、スラスタ、センサ、及び電源を収容することができる。下部本体部分１１２は、図１に示すように、水面下の海底を横切るために使用することができるトラック１１４を含むことができる。

浮揚力モジュール１１６は、テザー１１８及び電動プーリまたは巻き上げ機システム１２０を介して水中ロボット１１０に接続されている。浮揚力モジュール１１６は、１つまたは複数のテザー１１８を介して水中ロボット１１０に接続することができる。図１に示すように、浮揚力モジュール１１６は、一方が前方に位置し、他方が後方に位置する２つのテザー１１８を介して接続されている。２つのテザーを使用することで安定性が増し、水中ロボット１１０と浮揚力モジュール１１６との位置が不整列となる可能性（例えば、ロボットが浮揚力モジュール１１６に対して表裏反転する）が減少する。さらに、複数のテザーの使用は、水中ロボット１１０の船体にわたって浮揚力モジュール１１６の浮揚力を分散させる。示されているテザー１１８は、単一の巻き上げ機システム１２０に接続されている。あるいは、個々の巻き上げ機システムを各テザーに使用することができる。

巻き上げ機システム１２０は、テザー１１８を繰り出し、巻き取るように構成されたモータ及びプーリまたはドラムを含む。巻き上げ機システム１２０は、テザー１１８を巻き取ったり巻き戻したりするためのモータ及びドラムまたはプーリを含む。例えば、巻き上げ機システム１２０のモータが第１の方向に回転すると、テザー１１８は巻き戻され、水中ロボットから繰り出される。モータがドラムを反対方向に回転させると、テザー１１８はドラムに巻き付き、水中ロボット内に巻き取られる。動作モードによって、巻き上げ機システム１２０は、入力制御コマンドを受け取るとテザー１１８の繰り出し及び巻き取りを行うことができる。状態制御装置は、他の構成要素の内でも、状態制御装置が実行するコードにより構成するか、またはその他の方法で実装するプロセッサ、及び不揮発性メモリを備え、命令または電気的もしくは機械的なユーザ入力装置を受け取り、提供し、巻き上げ機に接続されて巻き上げ機の動作を制御することができ、巻き上げ機は、次に、ロボットシステムを、以下でより詳細に説明されるように、少なくとも２つの浮揚力状態の間で遷移させるように動作する。

テザー１１８が巻き上げ機１２０の操作によって繰り出し及び／または巻き取られると、テザー１１８に接続されている浮揚力モジュール１１６も同様に繰り出し及び／または巻き取られる。以下により詳細に説明するように、このシステムは浮揚力モジュール１１６を水中ロボット１１０と係合させたり係合解除させたりするために使用することができる。

図１Ａ〜図１Ｃは、水中ロボット１１０と係合したり係合解除したりする様々な状態の浮揚力モジュール１１６を示しており、これによる浮揚力モジュール１１６の係合／係合解除状態の結果として水中ロボット１１０の浮揚力が変化する。図１Ａ〜図１Ｃに示す特定の実施形態では、浮揚力モジュール１１６は正の浮揚力を有する。正の浮揚力は、その中でロボットが動作している水よりも浮揚力モジュール１１６が低い密度を有することを意味する。浮揚力モジュールの正の浮揚力が原因となり、上向きの力、すなわち水柱の頂部に向かう力が水中ロボットに働く。

図１Ａでは、テザー１１８は巻き取り位置にある。言い換えれば、テザー１１８は巻き上げ機システム１２０のドラムの周りに巻かれ、浮揚力モジュール１１６は水中ロボット１１０と係合している。浮揚力１１６モジュールは、浮揚力がテザー１１８を介して水中ロボットに伝達されるように水中ロボット１１０と係合している。したがって、テザー１１８は張力を受けており、その浮揚力を水中ロボットに伝達している。他の実施形態では、浮揚力モジュール１１６が完全に巻き込まれた位置にあり、ロボット１１０に係合しているときに、解除可能な保持クランプ（図示せず）を使用することができる。保持クランプは、二者択一的に、テザー１１８が完全に巻き込まれた位置において持続的な最大張力下におかれないように、浮揚力モジュール１１６と正方向に係合することができる。

図１Ｂは、浮揚力モジュールが水中ロボット１１０から繰り出され離れるように、巻き上げ機システム１２０がテザー１１８を繰り出すことで浮揚力モジュール１１６を展開する過程を示している。浮揚力モジュール１１６の正の浮揚力により、浮揚力モジュール１１６は水柱を通って水面に向かって上昇する。しかし、図１Ｂに示す構成において、テザー１１８は依然として張力を受けており、浮揚力は依然としてテザー１１８を介して水中ロボット１１０に伝達される。したがって、この構成において、テザー１１８は張力を受けて水中ロボット１１０に力を及ぼしているので、浮揚力モジュール１１６は水中ロボット１１０と依然として係合している。

図１Ｃにおいて、巻き上げ機システム１２０は、浮揚力モジュール１１６が水柱を通って水面まで上昇するのに十分な長さのテザー１１８の巻き戻しと繰り出しを行い、水中ロボットは水柱を通って降下し水中の海底と接触している。この状態では、テザー１１８は、浮揚力がもはやテザー１１８を介して伝達されない程度まで繰り出しされている。図１Ｃに示すように、浮揚力モジュール１１６は水面上に制限なく浮かんでおり、水中ロボットは海底面上に静止している。テザー１１８は、水柱を超える長さ、すなわちその位置における水深を超える長さまで繰り出されており、そのためテザー１１８は浮揚力モジュール１１６及び水中ロボット１１０に対して緩んでいる。この構成では、浮揚力モジュールはもはやロボット１１０に浮揚力を及ぼさないので、浮揚力モジュール１１６はロボット１１０から係合解除されている。

図１Ｃに示す緩んだ状態では、テザー１１８はもはや浮揚力をロボット１１０に伝達していない。テザー１１８がもはや浮揚力を水中ロボット１１０に伝達しない結果として、水中ロボット１１０の正味の浮揚力が増大した。このように、水中ロボット１１０は、水中ロボット１１０を海中表面に対して保持する、より大きな重力を受ける。水中ロボット１１０が受ける正味の下向きの力の増大は、水中ロボット１１０と海底表面との間の牽引力を増大させる。この牽引力の増加により、ロボットは海底表面に沿ってより安定して進むことが可能となり、これは、より大きな牽引力が維持されることこそがその理由である。さらに、水中ロボットがより大きな安定性を有することから、水中ロボット１１０は、この増大した牽引力によりタスクをより効率的に実行可能となる。例えば、水中ロボット１１０がパイプ表面から付着物を除去するように操作された場合、付着物除去ツールによってパイプに対して及ぼされる力は、水中ロボット１１０に対して相等しく反対方向の力をもたらすであろう。このように、水中ロボット１１０がパイプに力を加えると、水中ロボット１１０はパイプから押しやられがちである。浮揚力モジュール１１６の係合解除の結果としての浮揚力の減少に起因する水中ロボット１１０の牽引力の増加によってこの力に対抗することで、清掃作業中にロボットが所望の位置にとどまることができる。

移動ロボットシステム１０は、ある作業の間は、水中ロボット１１０の浮揚力特性を必要に応じて調整し、他の作業の間は再び調整されるように再構成することができる。図１Ａでは、浮揚力モジュール１１６の正の浮揚力が水中ロボット１１０の負の浮揚力を打ち消している。この状態では、浮揚力モジュール１１６と水中ロボット１１０との間の係合により、中立的な浮揚力構成がもたらされている。中立的な浮揚力構成では、システム１０は水柱を横断する際に上下に動く傾向を持たないため、水中ロボットの水中航行動作に特に有用である。

例えば、ロボットシステム１０が最初に水中に展開されるとき、図１Ａに示されるように、浮揚力モジュール１１６を水中ロボット１１０と係合させることが望ましいかも知れない。浮揚力モジュール１１６と水中ロボット１００との係合によって中立的な浮揚力が達成されることにより、水柱を通る航行の効率が向上し、スラスタ１２２を使用してロボットを水柱を通って動かすことができる。スラスタ１２２は、ロボットを所望の位置に動かすために使用することができる。所望の位置に達すると、図１Ｃに示すように、巻き上げ機１２０を作動させて、浮揚力モジュール１１６が水面上に浮き、水中ロボット１１０が、十分な緩みのテザー１１８をもって、海底面に対して静止するように、テザー１１８を十分な程度まで繰り出すことができる。浮揚力モジュール１１６が水中ロボット１１０から係合解除されると（すなわち、浮揚力モジュールによって水中ロボットに力が及ばされないと）、水中ロボット１１０は、海底面における移動（すなわち、トラック１１４を使用した移動）及び作業（点検、清掃、保守作業など）に適した負の浮揚力状態を有する。海底面上で行われる匍匐運動または他の操作が完了した後、巻き上げ機１２０はテザーを巻き上げて巻き取り、それによって浮揚力モジュール１１６と水中ロボット１１０とを再係合させる（すなわち、浮揚力モジュールの力を水中ロボットに及ぼす）ことができる。このようにして、海底作業が完了した後、水中ロボットは再び中立的な浮揚力を持ち、効率的に水柱を通って移動することができる。作業が完了すると、水中ロボット１１０は水中からの回収のために水面まで航行することができる。

したがって、図１Ａ〜１Ｃに関連して図示及び説明がなされた水中ロボットは、第１の条件においては、第１の浮揚力を有することができ、第２の条件においては第２の浮揚力を有することができ、第３の条件においては第３の浮揚力を有することができる。図１に示す配置に関して、第１の条件では水中ロボットは中立的な浮揚力特性を有し、第２の条件では水中ロボットは負の浮揚力特性を有し、第３の条件では水中ロボットは中立的な浮揚力特性を有する。当業者には理解されるように、様々な条件が、上で概説したものとは異なる浮揚力特性に関連する他の配置を構成することができる。

このように、水中ロボットの浮揚力は、巻き上げ機やテザーなどの機械装置を使用して変えることができる。巻き上げ機及びテザーシステムの使用は、油圧式バラストの移動を必要とする他のシステムと比較して、車両の浮揚力を制御するための費用効果的かつ効率的な手段を提供する。さらに、浮揚力モジュールはテザーによって水中車両に接続されたままであるので、浮揚力モジュールは、水中ロボットから係合解除された後に回収して再使用することができる。このことは、バラスト材料を単に放出、無視し、再使用ができない典型的なバラスト・ドロップシステムに対比して、大きな利点を提供する。さらに、浮揚力モジュールを係合させ、係合解除し、そして再係合させることができることにより、操作期間中を通し、ロボットの浮揚力を複数回調整することができる。これにより、ロボットの１回の送り出しのみによって、より柔軟で複雑な操作を実現できる。例えば、ロボットは第１の位置まで航行し、海底に着底して作業を行い、浮揚力モジュールと再係合して別の位置まで航行し、その後再び着底して第２の作業を行うことができる。ロボットが水中からの回収のために最終的に浮上するまで、これを何度も繰り返すことができる。

バラストモジュールの操作による浮揚力の調整は、制御された、効率的なシステム動作を提供するプロセスの調整に用いることができるいくつかのセンサの使用を通じて制御できる。水中ロボット車両は、車両の水面からの水深（例えば、現在位置と水面との間の距離）を測定するための、従来の設計によるものを含む水深センサを含むことができる。テザーセンサを、テザーの状態を監視するために含めることができる。例えば、テザーセンサは、テザーの張力／力を測定することができる（例えば、従来のひずみゲージを含むことができる）。テザーセンサは、テザーが緊張状態にあるか緩んだ状態にあるかを測定することができる。テザーセンサは、巻き上げ機の下流側（すなわち、巻き上げ機のテザー展開側）に配置することができる。巻き上げ機の回転数を測定するために巻き上げ機エンコーダを設けることもでき、この測定データを使用して、巻き解かれた（展開された）テザーの長さを決定することができる。例えば、これら３つのセンサ（「浮揚力制御センサ」）を一緒に使用して、ロボット処理ユニットに浮揚力モジュールの状態に関するフィードバック（「浮揚力モジュールフィードバック」）を提供することができる。例えば、深度、エンコーダ、及び力センサデータ信号を比較することによって、ソフトウェアを実行するプロセッサは、浮揚力制御プロセスがどの状態にあるかを判断することができる。例えば、深さ範囲がテザーエンコーダの長さを上回り、テザーが緊張状態にある場合、より多くのテザーの緩みが必要とされ、それに応じて巻き上げ機を制御することができる。テザーエンコーダの長さが深さの見積もりよりはるかに長く、テザー張力センサがしばらくの間テザーの張力を検出しなかった場合、それはテザーがしばらくの間緩んでおり、その一部を回収することにより、もつれを防ぐことができることを意味する。水中ロボットの浮揚力状態に対する抗力（ｄｒａｇ）及び表面波の影響を最小限に抑えるために、閉ループ自動制御を浮揚力制御システムに適用することができる。

上記のように、図１に示されている配置は、浮揚力が正の浮揚力モジュール１１６を組み込んでいる。さらに、負の浮揚力の、及び／または中立的な浮揚力の浮揚力モジュールもまた、以下でより詳細に論じるように、他の配置において使用することができる。浮揚力モジュールの浮揚力は、浮揚力モジュールの材料の密度を調整すること、及び／または浮揚力モジュールの体積を調整することによって調整することができる。例えば、浮揚力モジュールは、空気で満たされたブラダー、または発泡オイルまたは水より低い密度を有する他の材料で満たされたブラダーであり得る。より低密度の材料を組み込んだ浮揚力モジュールは、浮揚力が正のモジュールとなる。同様に、鉛の重り、砂岩、または水よりも密度の高い他の材料などのより密度の高い材料を組み込んだ浮揚力モジュールは、負の浮揚力のある浮揚力モジュールをもたらす。

図２〜図５は、水中ロボットの浮揚力を変えるために浮揚力モジュールを係合させたり、係合解除したり、再係合させたりすることができるという点で、図１に示した実施形態と同様の実施形態を示している。しかしながら、様々な実施形態において、浮揚力モジュールの繰り出し／巻き取りと浮揚力モジュールの浮揚力特性との組み合わせは、以下でより詳細に説明されるように様々である。

今、図２を参照すると、水中ロボット２００は、上部２１０と下部２１２とを含む。上部２１０は、テザー２１８を繰り出し、巻き取るための巻き上げ機システム２２０を含む。下部２１２は、海底を横切るのに使用することができるトラック２１４を含む。下部２１２はまた浮揚力モジュール２１６を組み込んでいる。浮揚力モジュール２１６は、下部２１２に組み込まれている付加重り／バラストの形態とすることができる。浮揚力モジュール２１６はまた、下部２１２の自然重量が浮揚力モジュール２１６の重り／バラストとしても作用するように、下部２１２と一体であってよい。浮揚力モジュール２１６は負の浮揚力を有する。

図２Ａでは、水中ロボット２００の上部２１０は、浮揚力モジュール２１６を含む下部２１２と係合している。この実施形態では、浮揚力モジュール２１６は負の浮揚力を持つ状態を有する。したがって、水中ロボット２００は海底との間で正の係合を行うよう構成され、トラック２１４を使用して海底に沿って移動することができ、及び／または様々な動作を行うことができる。図２Ｂでは、巻き上げ機システム２２０は、テザー２１８の一部を繰り出し、その結果、水中ロボットの下部本体２１２は水中ロボットの上部本体２１０から離れるように繰り出されている。上部本体２１０は中立的な浮揚力を有し、一方、負の浮揚力を有する浮揚力モジュール２１６を含む下部本体２１２は、負の浮揚力を有する。したがって、巻き上げ機２２０がテザー２１８を繰り出すにつれて、テザー１１８は緩み、図２Ｃに示すように、上部本体２１０と下部本体２１２との間において力を及ぼさない。この状態においては、浮揚力モジュール２１６は水中ロボットの上部２１０と係合解除される。上部２１０は、水中ロボットの主部とすることができ、スラスタ２２２、検査及び保守ツールを含み、及び／またはロボットの主制御電子機器を収容することができる。浮揚力モジュール２１６が水中ロボットの主部から係合解除されるとき、トラック２１４は海底に残る。浮揚力モジュール２１６のバラストとの正の係合がない場合、上部２１０は中立的な浮揚力を有し、水柱を通って効率的に航行し様々な動作を実行することができる。巻き上げ機システム２２０は、追加的な長さのテザー２１８を繰り出すことによって、上部本体２１０を下部本体２１２からある距離動かすことができる。上部本体２１０と下部本体２１２との間に繰り出されているテザーは、上部本体と下部本体との間（例えば、水中で航行するロボット部分とトラック２１４との間）で電力及び／または他の、データを転送するのに適した信号を伝送する通信テザーであり得る。例えば、通信テザーは絶縁導電体を含むことができる。通信テザーは光ワイヤを含むことができる。通信テザーは任意選択的に、テザーを取り囲む被覆の伸び、折れ、剪断または他の切り傷を防ぐために、その長さにわたって延びる補強材を含むことができる。一実施形態では、通信テザーは、絶縁された導電体、光ワイヤ、補強材、またはこれらの要素の組み合わせを含む構造化ケーブルを含むことができる。図２Ｃに示す構成である間、上部本体は中立的な浮揚力を持ち水中を航行でき、下部２１２のトラック２１４は、水柱を通って航行する上部本体２１０の動きに、海底に沿い上部本体２１０の進行方向に対応する方向に匍匐運動することによって追従し、上部本体と下部本体との間の最大分離距離内にとどまることができる。このように、下部本体が上部本体に追従して移動し、上部本体と下部本体の間の距離がテザーの長さを超えないようにすることができるため、上部本体の移動範囲はテザーの長さによって制限されない。したがって、可動性のプラットフォームを提供することによってロボットの動作領域を拡大することができる。適切な対応動作を決定するため、上部本体の動きに関するデータ信号を、（例えばテザーを介して）下部本体に送信することができ、かつ／または上部本体は、駆動命令信号を下部本体に直接送信し、下部本体が相互補完的な方法で動くように制御することができる。

図２Ａでは、水中ロボットは匍匐運動構成を有し、その負の浮揚力特性のために海底表面上での匍匐運動に適している。図２Ｃでは、上部本体２１０は下部本体２１２から係合解除され、上部本体はその中立的な浮揚力特性により水柱を自由に航行できる一方、下部本体はその負の浮揚力特性により引続き海底に静止する。航行動作が行われた後、ロボットが海底を横切って次の位置に移動できるように、巻き上げ機はテザーを巻き取って上部と下部（浮揚力モジュールを含む）を再係合することができる。図２Ａ〜２Ｃに示されるロボットシステムは、浮揚力制御センサ及び浮揚力モジュールフィードバック処理を、上述と同様に、含むことができる。浮揚力制御センサは、高度計センサ、テザー力センサ、及び巻き上げ機エンコーダを含むことができる。上部本体は、上部本体と海底との間の距離を測定するために高度計センサを含むことができる。３つのセンサからのデータを使用して、浮揚力モジュールの状態に関するフィードバックを含む信号をロボット処理ユニットに提供することができる。例えば、高度、エンコーダ、及び力の各センサの測定値を比較することによって、プロセッサは浮揚力制御プロセスの現在の状態（例えば、浮揚力が負、遷移中、または浮揚力が中立）を判定することができる。１つの動作例として、高度測定結果に基づく高度が、メモリに記憶されているエンコーダによる現在のテザー長よりも大きく、テザーが緊張状態にあることがテザーセンサにより分かっている場合、さらなるテザーの緩みが必要であり、それに応じて追加的な長さのテザーを巻き戻すように巻き上げ機を制御することができる。メモリに記憶されている現在のテザーエンコーダの長さが高度測定値よりはるかに大きく、テザー張力センサが長期間にわたってテザーの張力を検出しない場合、この状態はテザーがかなりの間緩んでいることを示す可能性があり、（例えば、巻き取りを行うよう巻き上げ機を制御することによって）テザーの一部を回収することによって、テザーがもつれる可能性を減らすことができる。さらに、ロボットの浮揚力状態に対する抗力及び表面波の影響を最小限に抑えるために、閉ループ自動制御を浮揚力制御システムに適用することができる。

ここで図３を参照すると、水中ロボットシステム３００は、水中ロボット３１０と水上船３２４とを含む。水上船３２４と水中ロボット３１０とは、車両テザー３２６を介して接続することができる。車両テザー３２６は、水上船３２４と水中ロボット３１０との間でデータ及び他の情報を伝達するために、電力及び／または電気信号（例えば電子機器ボックス３３６から）を送信することができる通信テザーとすることができる。水上船３２４は、水中ロボット３１０のための支持艇であり得る。水上船３２４は水柱の頂部で水面上にとどまることができ、水中ロボット３１０は水柱を通って航行することができ、及び／または水面下の海底に着底して、様々なタスクを実行することができる。水中ロボット３１０は、水柱を通って前進するためのスラスタ３２２と、水面下の海底を横切るためのトラック３１４を含む下部３１２とを含むことができる。

水上船３２４は、浮揚力モジュール３１６に接続されているテザー３１８を巻き上げかつ巻き戻すために使用することができる巻き上げ機システム３２０を含む。図３Ａを参照すると、テザー３１８及び浮揚力モジュール３１６は巻き取られた状態にあり、浮揚力モジュール３１６は水中ロボット３１０と係合解除されている。図から分かるように、テザー３１８が巻き取られているとき、浮揚力モジュール３１６は水上船３２４に隣接している。浮揚力モジュール３１６が水中ロボット３１０から係合解除されているこの状態では、水中ロボット３１０は中立的な浮揚力を有する。したがって、水中ロボット３１０は、スラスタ３２２を使用して水柱を通って効率的に航行することができる。

図３Ｂでは、巻き上げ機システム３２０は、テザー３１８を巻き戻して繰り出すように命令されかつ操作されている。テザー３１８及び浮揚力モジュール３１６が繰り出されるにつれて、浮揚力モジュール３１６は水中ロボット３１０と係合する。浮揚力モジュール３１６は、負の浮揚力特性を有する。したがって、浮揚力モジュール３１６が水上艇３２４から下降して水中ロボット３１０と係合すると、水中ロボットの浮揚力は浮揚力モジュールの負の浮揚力に等しい量だけ減少し、水中ロボットは負の浮揚力を持つようになる。水中ロボット３１０は、浮揚力モジュール３１６を繰り出され係合した状態にあるときに受け入れるための凹部３２８を含むことができる。同様に、水上艇３２４は、浮揚力モジュール３１６が巻き取られ係合解除された状態にあるときに受けるための凹部３３０を含むことができる。浮揚力モジュール３１６及び／または水中ロボット３１０は、浮揚力モジュール３１６を水中ロボット３１０に確実に係合させるラッチ機構（例えば、磁石３３２）を含むことができる。磁石によって提供される確実な係合は、例えば水中ロボットが海底の隆起部または不均一な表面を乗り越えるときに、浮揚力モジュール３１６と水中ロボット３１０との間の意図しない係合解除を防止することができる。浮揚力モジュール３１６は、車両テザー３２６を受容するような大きさ及び形状の中央開口３３４を有するリング形状であり得る。浮揚力モジュール３１６は、個々に及び／または一括展開できる複数の個別ユニットを含むことにより、各浮揚力モジュールの独立した制御によって浮揚力を増分的に制御することができる。ラッチ機構は、単一及び／または複数の浮揚力モジュールの係合解除／係合を、浮揚力モジュールを水中ロボット３１０に係合させたり係合解除したりすることにより容易にする。中央開口部３３４は、浮揚力モジュールが車両テザー３２６に沿ってスライドするときの潜在的な擦れを減らす滑らかで円錐形の外形を有することができる。中央開口部３３４はまた、車両テザー３２６に沿った移動を容易にし、擦れまたは他の潜在的な損傷を減らすためのローラを含むことができる。同様に、上述したように、ロボットシステムは浮揚力制御センサ及び浮揚力モジュールフィードバック処理を含むことができ、深さ／高度センサ、巻き上げ機エンコーダ、及びテザー張力センサを使用して浮揚力調整動作を効率的かつ円滑に制御することができる。

図４を参照すると、水中ロボットシステムは、水上船４２４と、車両テザー４２６を介して接続された水中ロボット４１０とを含む。図４に示されるシステムは、図３に示されるシステムと同様であるが、浮揚力モジュール４１６が正の浮揚力を有し、巻き上げ機システム４２０が水中ロボット４１０によって支持され浮揚力モジュール４１６を繰り出し、巻き取るという主要な相違点がある。したがって、プレフィックス「３」の代わりにプレフィックス「４」を用いることを除き、同様部分は同様の番号付け規則を共有する。

図４Ａに示すように、テザー４１８は巻き上げ機４２０のドラムの周りに巻かれている。浮揚力モジュール４１６は巻き取り位置にあり、水中ロボット４１０と係合している。この構成では、浮揚力モジュール４１６は水中ロボット４１０に正の浮揚力を及ぼし、その結果、水中ロボットは中立的な浮揚力を有する。

図４Ｂでは、巻き上げ機はテザー４１８を繰り出して浮揚力モジュール４１６を水中ロボット４１０から遠ざけ、係合解除させるように操作されている。図示のように、浮揚力モジュール４１６は水上船４２４によって受容される。テザー４１８は緩んでおり、浮揚力モジュール４１６は水中ロボット４１０に力を及ぼしていない。水中ロボット４１０から正の浮揚力を有する浮揚力モジュール４１６が係合解除されることにより、水中ロボット４１０の正味浮揚力が減少する。したがって、水中ロボット４１０は、負の浮揚力を有し、海底を横切るのにより適している

図３及び図４に示される配置の両方において、水上船及び／または浮揚力モジュールの浮揚力により、車両テザーが水中ロボットに浮揚力を及ぼすことがないように、車両テザーは、十分に長い。したがって、浮揚力モジュールが繰り出し位置にあるとき、水上船の浮揚力が水中ロボットの浮揚力に意図しない影響を及ぼすことはない。したがって、繰り出し位置では、浮揚力モジュールに接続されているテザーは、もはや張力を受けておらず、浮揚力を伝達しない。上述したように、同様に、ロボットシステムは浮揚力制御センサ及び浮揚力モジュールフィードバック処理を含むことができ、深さ／高度センサ、巻き上げ機エンコーダ、及びテザー張力センサを使用して浮揚力調整動作を効率的かつ円滑に制御することができる。

図５を参照すると、水中ロボットシステム５００は、水中ロボット５１０と水上船５２４とを含む。図５に示すシステムは、図３及び図４に示すシステムと同様であり、主な違いは、水上船５２４が水中でも水面上でも移動することができるハイブリッド車両であり、浮揚力モジュール５１６が水上船５２４に組み込まれていることである。したがって、プレフィックス「３」または「４」の代わりにプレフィックス「５」を用いることを除き、同様部分は同様の番号付け規則を共有する。

図５Ａを参照すると、水上船５２４と水中ロボット５１０とが係合しており、２つの車両は中立的な正味浮揚力を有している。図５Ｂに示すように、巻き上げ機システム５２０は、テザー５１８を繰り出す動作を行っており、それにより水上船５２４と水中ロボットとが互いにある程度離れている。しかしながら、図５Ｂに示す構成では、水上船は依然として水柱内にあり、まだ水面に到達していない。したがって、テザー５１８は依然として張力を受けているので、水上船５２４に組み込まれている浮揚力モジュール５１６は水中ロボット５１０に浮揚力を及ぼす。浮揚力モジュール５１６は、水上船５２４に組み込まれる、正の浮揚力を有する追加的な材料の形態であり得る。また、浮揚力モジュール５１６は、水上船５２４の下部の自然浮揚力も浮揚力モジュール５１６の正の浮揚力をもたらすように、水上船５２４と一体化することもできる。

図５Ｃでは、巻き上げ機５２０は十分な長さのテザー５１８を繰り出しているので、水上船５２４は水柱の頂部で水面に達し、テザー５１８は緩んでいる。繰り出され緩んだ状態では、テザー５１８は浮揚力モジュール５１６から水中ロボット５１０に力を伝達しないので、浮揚力モジュール５１６と水中ロボット５１０との係合は解除される。この状態では、水中ロボット５１０は、負の浮揚力を有し、海底を横切って様々なタスクを実行するのに適している水面下の海底に着地する。

水上船５２４はまた、遠隔制御ステーションから空中通信を受信し、次いでそれらの信号を水中無線または通信テザー（図示せず）のいずれかを介して、水中ロボット５１０に中継することができる通信中継器５３６を含むことができる。水上船５２４はまた、水中ロボット５１０の水上船５２４に対する相対位置を追跡するための位置センサ５３８を含むことができる。水上船５２４はまた、水中ロボットが様々な動作を実行するときに、２つの車両の相対位置を計算するためのプロセッサを含むことができ、また、命令を受けて水中ロボット５１０と水上船５２４との間の相対的位置を維持するように水上船５２４を動かすことができる推進システム５４０をさらに含むことができる。また、同様に、ロボットシステムは浮揚力制御センサ及び浮揚力モジュールフィードバック処理を含むことができ、そのために、深さ／高度センサ、巻き上げ機エンコーダ、及びテザー張力センサを使用して、上述したような浮揚力調整動作を効率的かつ円滑に制御することができる。さらに、上で同様に論じたように、水上ロボットの動きに追従し、対応する動きを行うように、水上船を制御することができる。

上述したように、本発明の様々な実施形態は、同一の車両を時間がかかるコスト高の個別改造や修正なしに用いて、異なる浮揚力特性を要する様々なタスクを実行できるロボットシステムを提供することによって、水環境の動作において大きな利益をもたらす。ロボットを水中に展開後、水中ロボットの浮揚力を、巻き上げ機やテザーなどの機械的装置を使用してロボットの動作中に変更できる。巻き上げ機及びテザーシステムの使用は、油圧式のバラスト変更を必要とする他のシステムと比較して、車両の浮揚力を制御するための費用効果が高くかつ効率的な手段を提供する。さらに、浮揚力モジュールはテザーによって水中車両に接続されたままであるので、浮揚力モジュールは、水中ロボットから外された後に回収して再使用することができる。このことは、バラスト材料を単に放出、無視し、再使用ができない典型的なバラスト・ドロップシステムに対比して、大きな利点を提供する。さらに、浮揚力モジュールを係合させ、係合解除し、そして再係合させることができることにより、操作期間中を通し、ロボットの浮揚力を複数回調整することができる。これによりロボットの汎用性が高まる一方で、様々なタスクを実行するための別々のロボットの必要性、及び／または、操作の途中でロボットを回収して、その浮揚力特性を手動で変更する必要性が減少する。

図面中の同様の数字は、いくつかの図を通して同様の要素を表し、そして図面を参照して説明及び図示されたすべての構成要素及び／またはステップが、すべての実施形態または構成に必要とされるわけではないことを理解されたい。また、本明細書に開示されるシステム及び方法の実施形態、実施態様、及び／または配置は、ハードウェア、ファームウェア、及び／またはコンピュータが利用可能な媒体上に存在するソフトウェアアルゴリズム、アプリケーション、プログラム、モジュール、またはコードとして組み込まれ（ソフトウェアモジュール及びブラウザプラグインを含む）、コンピュータシステムのプロセッサ、またはプロセッサ及び／または他の要素を構成するコンピューティングデバイスが処理を行うことで本明細書で説明される機能及び／または動作を実行できることを理解されたい。少なくとも１つの実施形態によれば、実行時に本開示の方法を実行する１つまたは複数のコンピュータプログラム、モジュール、及び／またはアプリケーションは、単一のコンピュータまたはプロセッサ上に存在する必要はなく、本明細書で開示されるシステム及び方法の様々な態様を実施するための、いくつかの異なるコンピュータまたはプロセッサ間でのモジュール式に分散され得ることを理解されたい。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書で使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈から明らかにそうでないことが示さない限り、複数形も含むことを意図している。本明細書で使用されるとき、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含んで（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、述べられた特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／または構成要素の存在を特定するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／またはそれらのグループの存在または追加を排除しないことがさらに理解されるだろう。

クレーム要素を修正するためのクレームにおける「第１」、「第２」、「第３」などの序数用語の使用は、それ自体では、１つのクレーム要素の優先度、優先順位、または順序、あるいはある方法において、１つの動作と他の動作が実行される時間的な順序を暗示せず、ある名前を有する１つのクレーム要素を同じ名前を有する別の要素から区別するための単なるラベルとして使用されることを理解されたい。

また、本明細書で使用されている表現及び用語は説明を目的としており、限定と見なされるべきではない。本明細書における「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「含む（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、及びそれらの変形の使用は、その後に列挙される項目及びその均等物、ならびに追加項目を包含することを意味する。

上記の主題は例示としてのみ提供され、限定として解釈されるべきではない。本明細書に記載された主題に対して、例示され説明された例示的な実施形態及び応用例に従わずに、及び添付の特許請求の範囲に記載される本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更がなされ得る。

特に、上記の図及び例は、記載または図示された要素のいくつかまたはすべてを交換することによって他の実施態様が可能であるので、本出願の範囲を単一の実施態様に限定することを意味しない。さらに、本出願の特定の要素が既知の構成要素を使用して部分的または完全に実装され得る場合、本出願の理解に必要なそのような既知の構成要素の部分のみが説明され、そのような既知の構成要素の他の部分の詳細な説明は本出願を不明瞭にしないために省略されている。本明細書では、単数形の構成要素を示す実施態様は、本明細書で別段に明示的に述べられていない限り、必ずしも複数の同じ構成要素を含む他の実施態様に限定されるべきではない。さらに、出願人は、そのように明示的に述べられていない限り、明細書または特許請求の範囲におけるいかなる用語もまれなまたは特別な意味に帰されることを意図しない。さらに、本出願は、例示として本明細書で言及されている既知の構成要素に対する現在及び将来の既知の均等物を包含する。

特定の実施態様の前述の説明は、関連技術の当業者の範囲内の知識（引用された参考文献及び参照により取り入れられる文書の内容を含む）を適用することによって、過度の実験をすることなく、特定の実施態様などの様々な用途に、本出願の一般的な概念から逸脱することなく、容易に修正及び／または適応することができるように、アプリケーションの一般的な性質を完全に明らかにするであろう。したがって、そのような適合及び変更は、本明細書に提示された教示及び指針に基づいて、開示された実施態様の均等物の意味及び範囲内にあることが意図されている。本明細書の用語または専門用語は当業者の知識と組み合わせて本明細書の教示及び手引きに照らして当業者によって解釈されるように、本明細書の用語または専門用語は説明を目的とするものであり、限定を目的としない。説明されまたは示された寸法は一例に従って図面に示されており、本発明から逸脱することなく他の寸法を使用できることを理解されたい。

本出願の様々な実施態様を上記で説明してきたが、それらは限定ではなく例として提示されていることを理解されたい。本出願の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細における様々な変更が可能であることが当業者には明らかであろう。したがって、本出願は、上述の実施態様例のいずれによっても限定されるべきではない。

Claims (16)

1. 水環境ロボットシステムであって、
   少なくとも水環境ロボットシステムの１つの車両である水中ロボット車両と、
   前記水中ロボット車両との間で選択的に浮揚係合及び浮揚係合の解除を行うよう構成された浮揚力モジュールと、
   前記浮揚力モジュールに接続されたテザーと、
   前記テザーと動作可能に接続され、前記テザー及び浮揚力モジュールの繰り出し及び巻き取りを行うように構成されたモータとを含み、
   第１の条件では、前記テザー及び浮揚力モジュールは巻き取り位置にあり前記水中ロボット車両は第１の浮揚力を有し、第２の条件では、前記テザー及び浮揚力モジュールは繰り出し位置にあり前記水中ロボット車両は第２の浮揚力を有し、
   前記浮揚力モジュールは、前記第１の条件においては、水中ロボットと浮揚係合した、または浮揚係合を解除された状態の一方にあり、前記浮揚力モジュールは、前記第２の条件においては、前記水中ロボットと浮揚係合した、または浮揚係合を解除された状態の他方にある、水環境ロボットシステム。
2. 前記浮揚力モジュールは正の浮揚力を有し、前記第１の条件において前記浮揚力モジュールは前記巻き取り位置にあり、前記水中ロボットと浮揚係合することにより、前記水中ロボットの前記第１の浮揚力は、前記浮揚力モジュールが前記繰り出し位置にあり、前記水中ロボットと浮揚係合が解除されている前記第２の条件における前記第２の浮揚力よりも高い、請求項１に記載の水環境ロボットシステム。
3. 前記浮揚力モジュールは負の浮揚力を有し、前記第１の条件において前記浮揚力モジュールは前記巻き取り位置にあり、前記水中ロボットと浮揚係合が解除されていることにより前記水中ロボットの前記第１の浮揚力は、前記浮揚力モジュールが前記繰り出し位置にあり、前記水中ロボットと浮揚係合している前記第２の条件における前記第２の浮揚力よりも高い、請求項１に記載の水環境ロボットシステム。
4. 前記浮揚力モジュールは中立の浮揚力を有し、前記第１の条件において前記浮揚力モジュールは前記巻き取り位置にあり、前記水中ロボットと浮揚係合することにより前記水中ロボットの前記第１の浮揚力は、前記浮揚力モジュールが前記繰り出し位置にあり、前記水中ロボットと浮揚係合が解除されている前記第２の条件における前記第２の浮揚力と等しい、請求項１に記載の水環境ロボットシステム。
5. 前記浮揚力モジュールが水上艇に組み込まれている、請求項１に記載の水環境ロボットシステム。
6. 前記浮揚力モジュールが水上艇である、請求項１に記載の水環境ロボットシステム。
7. 前記水上艇が前記浮揚係合が解除された状態にあるときに、前記水上艇は水面上で機能を果たすように構成されている、請求項６に記載の水環境ロボットシステム。
8. 前記テザーが緩んだ状態にあることにより、前記浮揚力モジュールは前記水中ロボットと浮揚係合を解除された状態になる、請求項１に記載の水環境ロボットシステム。
9. 水環境で使用するための選択的に浮揚係合可能な浮揚力を有するロボットシステムであって、
   水中ロボット車両と、
   前記水中ロボット車両との間で選択的に係合及び係合の解除されるよう構成された浮揚力モジュールと、
   前記浮揚力モジュールに接続されたテザーと、
   前記テザーと動作可能に接続され、前記テザー及び浮揚力モジュールの繰り出し及び巻き取りを行うように構成された巻き上げ機と、
   前記巻き上げ機に接続され、前記ロボットシステムを少なくとも次の２つ浮揚力状態の間で遷移させるように動作する状態制御装置、とを含み、
   ｉ．第１の状態では、前記テザー及び浮揚力モジュールは巻き取り位置にあり前記水中ロボット車両は第１の浮揚力を有し、
   ｉｉ．第２の状態では、前記テザー及び浮揚力モジュールは繰り出し位置にあり前記水中ロボット車両は第２の浮揚力を有し、
   前記浮揚力モジュールは、前記第１の状態においては、水中ロボットと係合した、または係合を解除された状態の一方にあり、前記浮揚力モジュールは、前記第２の状態においては、前記水中ロボットと係合した、または係合を解除された状態の他方にある、前記ロボットシステム。
10. 水環境ロボットシステムの操作方法であって、
    少なくとも水環境ロボットシステムの１つの車両である水中ロボット車両と、
    前記水中ロボット車両との間で選択的に浮揚係合及び浮揚係合の解除されているよう構成された浮揚力モジュールと、
    前記浮揚力モジュールに接続されたテザーと、
    前記テザーと動作可能に接続され、前記テザー及び浮揚力モジュールの繰り出し及び巻き取りを行うように構成されたモータと、を含む前記水環境ロボットシステムを水環境に展開するステップと、
    前記テザー及び浮揚力モジュールを繰り出すことと、前記浮揚力モジュールとの浮揚係合を解除して前記水中ロボット車両にある浮揚力を与えることと、
    前記テザー及び浮揚力モジュールを巻き取ることと、
    前記浮揚力モジュールと浮揚係合して前記水中ロボット車両に異なる浮揚力を与えることと、を含むステップからなる、水環境ロボットシステムの浮揚力構成を選択的に変更するステップを含む、前記水環境ロボットシステムの操作方法。
11. 前記水環境ロボットシステムが、正の浮揚力を有する浮揚力モジュールを用いて展開され、第１の条件において前記浮揚力モジュールは巻き取り位置にあり、水中ロボットと浮揚係合することにより前記水中ロボットの前記浮揚力は、前記浮揚力モジュールが繰り出し位置にあり、前記水中ロボットと浮揚係合が解除されている第２の条件におけるものよりも高い、請求項１０に記載の操作方法。
12. 前記水環境ロボットシステムが、負の浮揚力を有する浮揚力モジュールを用いて展開され、第１の条件において前記浮揚力モジュールは巻き取り位置にあり、水中ロボットと浮揚係合が解除されていることにより前記水中ロボットの前記浮揚力は、前記浮揚力モジュールが前記繰り出し位置にあり、前記水中ロボットと浮揚係合している第２の条件におけるものよりも高い、請求項１０に記載の操作方法。
13. 前記水環境ロボットシステムが、中立の浮揚力を有する浮揚力モジュールを用いて展開され、第１の条件において前記浮揚力モジュールは巻き取り位置にあり、水中ロボットと浮揚係合していることにより前記水中ロボットの前記浮揚力は、前記浮揚力モジュールが前記繰り出し位置にあり、前記水中ロボットと浮揚係合が解除されている第２の条件における前記浮揚力と等しい、請求項１０に記載の操作方法。
14. 前記水環境ロボットシステムを展開するステップの前に、前記浮揚力モジュールを水上艇に含めるステップをさらに含む、請求項１０に記載の操作方法。
15. 水上艇が前記浮揚係合が解除された状態にあるときに、前記水上艇は水面上で機能を果たすように構成されている、請求項１０に記載の操作方法。
16. 前記テザーが緩んだ状態にあることにより、前記浮揚力モジュールは水中ロボットと浮揚係合を解除された状態になる、請求項１０に記載の操作方法。