JP2021062851A - 水中航走体 - Google Patents

Abstract

【課題】、機器の大きさの制限、及び機器の数の制限を緩和させることの可能な水中航走体を提供する。【解決手段】前方監視用センサ及２３び制御部２４が収容された機体２１、前記機体の外周面２１ｄから前記機体の径方向外側に延びる支持部材２６、前記径方向外側に位置する前記支持部材の端に設けられ、前記制御部に制御されるスラスタ２８を有する先頭部１１と、筒状とされたコンテナ本体３５、４１、４５及び前記コンテナ本体内に収容された機器３７、４３、４７を有するとともに、前記先頭部の後方に直列で連結された複数のコンテナと、を備え、前記先頭部と前記コンテナとの間、及び前記複数のコンテナ間は、着脱可能に構成されている。【選択図】図１

Description

本開示は、水中航走体に関する。

近年、海や湖沼における比較的深い領域や広範な領域の水中調査等の作業を行うための装置として、ＵＵＶ（Ｕｎｍａｎｎｅｄ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはＡＵＶ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｖｅｈｉｃｌｅ）と呼ばれる自律航走型の無人の水中航走体（自律型水中ロボット）が利用されるようになってきている。

特許文献１には、機体の尾部にメインスラスタ、垂直舵、及び水平舵を設けた水中航走体が開示されている。

特開２０１４−２１０５５１号公報

ところで、水中航走体は、目的や行動場所に応じて、機体内に装備する装置及びセンサを変更する必要がある。
特許文献１のように、機体の尾部にメインスラスタ、垂直舵、及び水平舵を配置させると、機体の胴部のみで目的や場所に応じた装置及びセンサ（以下、「機器」という）に交換することになるため、搭載する機器の大きさを一定の寸法範囲内におさめる必要があった。
また、１つの機体の胴部のみに機器を収容させるため、収容可能な機器の数に制限があった。

本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、機器の大きさの制限、及び機器の数の制限を緩和させることの可能な水中航走体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示に係る水中航走体は、前方監視用センサ及び制御部が収容された機体、前記機体の外周面から前記機体の径方向外側に延びる支持部材、前記径方向外側に位置する前記支持部材の端に設けられ、前記制御部に制御されるスラスタを有する先頭部と、筒状とされたコンテナ本体、及び前記コンテナ本体内に収容された機器を有するとともに、前記先頭部の後方に直列で連結された複数のコンテナと、を備え、前記先頭部と前記コンテナとの間、及び前記複数のコンテナ間は、着脱可能に構成されている。

本開示の水中航走体によれば、機器の大きさの制限、及び機器の数の制限を緩和させることができる。

本開示の実施形態に係る水中航走体の上面図である。 図１に示す複数のコンテナが切り離された先頭部の上面図である。 図１に示す先頭部のＢ_１−Ｂ_２線方向の断面図である。 図１に示すコンテナのＣ_１−Ｃ_２線方向の断面図である。 図１に示すコンテナのＤ_１−Ｄ_２線方向の断面図である。 図１に示すコンテナのＥ_１−Ｅ_２線方向の断面図である。

＜実施形態＞
（水中航走体の全体構成）
図１〜図６を参照して、本実施形態の水中航走体１０について説明する。図１〜図６において、同一構成部分には同一符号を付す。図１において、Ａは先頭部１１の進行方向（以下、「進行方向Ａ」という）を示している。
水中航走体１０は、先頭部１１と、複数のコンテナ１２〜１４と、を備える。

（先頭部の構成）
先頭部１１は、機体２１と、前方監視用センサ２３と、位置センサ（図示せず）と、姿勢センサ（図示せず）と、制御部２４と、支持部材２６と、スラスタ２８と、舵２９と、第１の連結部３１と、を有する。
機体２１は、一方向（図１の場合、進行方向Ａ）に延びた耐圧性容器あるいは、内部構成品に耐圧性を具備させ外面をフェアリングとした構造体で構成されている。機体２１は、外面２１ａと、収容空間２１Ａと、を有する。外面２１ａは、前面２１ｂと、背面２１ｃと、外周面２１ｄと、を有する。

前面２１ｂは、外面２１ａのうち、進行方向Ａを向く面である。前面２１ｂは、進行方向Ａに向かう方向に突出した丸みを帯びた面である。
背面２１ｃは、前面２１ｂの反対側に配置された平面である。背面２１ｃは、コンテナ１２と向かい合っている。背面２１ｃは、機体２１の後端に対応する面である。

外周面２１ｄは、前面２１ｂと背面２１ｃとの間に位置する部分（機体２１の外径Ｒ１が一定の大きさとされた筒状部分）の外面である。
収容空間２１Ａは、機体２１の内側に区画された空間である。

前方監視用センサ２３は、前方を監視するためのセンサであり、収容空間２１Ａに収容されている。前方監視用センサ２３は、前面２１ｂ側に配置されている。
位置センサ及び姿勢センサは、収容空間２１Ａに収容されている。

制御部２４は、収容空間２１Ａに収容されている。制御部２４は、前方監視用センサ２３の後方に配置されている。
制御部２４は、前方監視用センサ２３、スラスタ２８、及び舵２９と電気的に接続されている。制御部２４は、位置センサ、姿勢センサ、及び前方監視用センサ２３等からの情報に基づいて、スラスタ２８及び舵２９を制御する。

支持部材２６は、機体２１の幅方向両側にそれぞれ設けられている。支持部材２６は、外周面２１ｄから機体２１の径方向外側に延びている。支持部材２６は、機体２１の径方向外側に位置する端２６Ａを有する。

スラスタ２８は、支持部材２６の端２６Ａに設けられている。スラスタ２８は、推進力を発生させる。この推進力により、水中航走体１０は、進行方向Ａへと進む。
スラスタ２８としては、例えば、リムドライブ式スラスタを用いることが可能である。

（リムドライブ式スラスタを用いる効果）
このように、スラスタ２８としてリムドライブ式スラスタを用いることで、機体２１から離れた位置にスラスタ２８を配置させることができる。

舵２９は、機体２１の外周面２１ｄのうち、支持部材２６よりも背面２１ｃ側に位置する面に設けられている。

第１の連結部３１は、機体２１の背面２１ｃ（後端）に複数設けられている。第１の連結部３１は、コンテナ１２〜１４を構成する第２の連結部３９に対して着脱可能な構成とされている。

（複数のコンテナの構成）
複数のコンテナ１２〜１４は、先頭部１１の後方に直列で連結されている。
コンテナ１２は、コンテナ本体３５と、機器３７と、第２の連結部３９と、を有する。
コンテナ本体３５は、筒状とされた耐圧性容器あるいは、内部構成品に耐圧性を具備させ外面をフェアリングとした構造体で構成されている。
コンテナ本体３５は、進行方向Ａを向く前面３５ａと、前面３５ａの反対側に配置された背面３５ｂと、収容空間３５Ａと、を有する。収容空間３５Ａは、コンテナ本体３５の内部に形成されている。収容空間３５Ａは、機器３７を収容している。

上記構成とされたコンテナ本体３５の外径Ｒ２は、例えば、機体２１の外径Ｒ１と等しくなるように構成することが好ましい。
また、機器３７を収容するコンテナ本体３５の長さＬ１は、コンテナ本体３５が機器３７を収容可能な大きさとなるように設定されている。

第２の連結部３９は、前面３５ａ及び背面３５ｂにそれぞれ複数設けられている。第２の連結部３９は、第１の連結部３１及び第２の連結部３９に対して着脱可能な構成とされている。
上記構成とされたコンテナ１２は、第２の連結部３９が第１の連結部３１に連結されることで、先頭部１１の後方に配置されている。

上述した第１及び第２の連結部３１，３９を有することで、先頭部１１と先頭部１１に連結されるコンテナ１２との間、及び互いに隣り合うコンテナ１２〜１４の間の着脱を実施することができる。

コンテナ１３は、コンテナ本体４１と、機器４３と、第２の連結部３９と、を有する。
コンテナ本体４１は、筒状とされた耐圧性容器あるいは、内部構成品に耐圧性を具備させ外面をフェアリングとした構造体で構成されている。
コンテナ本体４１は、進行方向Ａを向く前面４１ａと、前面４１ａの反対側に配置された背面４１ｂと、収容空間４１Ａと、を有する。収容空間４１Ａは、コンテナ本体４１の内部に形成されている。収容空間４１Ａは、機器４３を収容している。

上記構成とされたコンテナ本体４１の外径Ｒ３は、例えば、機体２１の外径Ｒ１と等しくなるように構成することが好ましい。
また、機器４３を収容するコンテナ本体４１の長さＬ２は、コンテナ本体４１が機器４３を収容可能な大きさとなるように設定されている。
第２の連結部３９は、前面４１ａ及び背面４１ｂにそれぞれ複数設けられている。

上記構成とされたコンテナ１３は、前面４１ａ側に形成された第２の連結部３９がコンテナ１２の背面３５ｂ側に形成された第２の連結部３９と連結されることで、先頭部１１及びコンテナ１２の後方に配置されている。

コンテナ１４は、コンテナ本体４５と、機器４７と、第２の連結部３９と、を有する。
コンテナ本体４５は、筒状とされた耐圧性容器あるいは、内部構成品に耐圧性を具備させ外面をフェアリングとした構造体で構成されている。コンテナ本体４５は、進行方向Ａを向く前面４５ａと、前面４５ａの反対側に配置された背面４５ｂと、収容空間４５Ａと、を有する。収容空間４５Ａは、コンテナ本体４５の内部に形成されている。収容空間４５Ａは、機器４７を収容している。

上記構成とされたコンテナ本体４５の外径Ｒ４は、例えば、機体２１の外径Ｒ１と等しくなるように構成することが好ましい。
また、機器４７を収容するコンテナ本体４５の長さＬ３は、コンテナ本体４５が機器４７を収容可能な大きさとなるように設定されている。
第２の連結部３９は、前面４５ａ及び背面４５ｂにそれぞれ複数設けられている。

上記構成とされたコンテナ１４は、前面４５ａ側に形成された第２の連結部３９がコンテナ１３の背面４１ｂ側に形成された第２の連結部３９と連結されることで、先頭部１１及びコンテナ１２，１３の後方に配置されている。

上述した第２の連結部３９は、進行方向Ａにおいて、互いに隣り合う位置に配置されたコンテナ１２〜１４を構成する第２の連結部３９に対して着脱可能な構成とされている。

コンテナ１２〜１４は、先頭部１１の後方において直列で連結されることで、先頭部１１と電気的に接続される。先に説明した制御部２４は、第１の連結部３１と第２の連結部３９との間、及び第２の連結部３９と第２の連結部３９との間の連結解除の制御を行う。

また、機器３７，４３，４７は、同一機種の機器でもよいし、異なる機種の機器であってもよい。機器３７，４３，４７が同一機種の機器である場合、コンテナ本体３５，４１，４５は、同様な構成（つまり、長さＬ１〜Ｌ３を同じ長さ）とすることができる。

本実施形態の水中航走体１０は、先頭部１１に複数のコンテナ１２〜１４を連結させた状態で、水中調査等を行ってもよいし、コンテナ１２〜１４を目的の場所で切り離してコンテナ１２〜１４を水中に敷設するために利用してもよい。

（本実施形態の水中航走体の作用効果）
本実施形態の水中航走体１０によれば、機器３７，４３，４７及びコンテナ本体３５，４１，４５からなるコンテナ１２〜１４を先頭部１１により牽引する構成とされているため、予め機器３７，４３，４７の大きさに対応した長さとされたコンテナ本体３５，４１，４５を準備することが可能となる。
これにより、コンテナ本体３５，４１，４５内に収容される機器３７，４３，４７の大きさの制限を緩和させることができる。

また、上記構成とすることで、１つの機体内に機器を収容させる場合と比較して、水中航走体１０が多くの数の機器３７，４３，４７を備えることができる。
即ち、上記構成とされた水中航走体１０によれば、機器３７，４３，４７の大きさの制限、及び機器３７，４３，４７の数の制限を緩和させることができる。

また、先頭部１１が前方監視用センサ２３、制御部２４、スラスタ２８、及び舵２９を有することで、先頭部１１単体で航走することができる。
また、径方向外側に位置する支持部材２６の端２６Ａにスラスタ２８を設け、機体２１から離れた位置にスラスタ２８を配置させることで、スラスタ２８が流体力の障害になることを抑制できる。

さらに、複数のコンテナ１２〜１４のうち、最後尾に配置されたコンテナ１４から先頭部１１に向かう方向に、コンテナ１２〜１４を切り離す順番で複数のコンテナ１２〜１４を連結させ、最後部側から順次コンテナ１２〜１４を切り離すことで、異なる水中の位置に順次コンテナ１２〜１４を敷設することができる。

また、複数のコンテナ１２〜１４を構成するコンテナ本体３５，４１，４５の外径Ｒ２〜Ｒ４を機体２１の外径Ｒ１と等しくすることで、複数のコンテナ本体３５，４１，４５が機体２１の外側を流れる水の抵抗を受けて、水中航走体１０の航走に悪影響を及ぼすことを抑制できる。

なお、図１では、紙面の都合上、３つのコンテナ１２〜１４のみを先頭部１１に直列で連結させた場合を例に挙げて図示したが、先頭部１１に連結するコンテナの数は、３つに限定されない。例えば、先頭部１１のみで単独で航走させる場合には、コンテナ１２〜１４を連結させなくてもよい。また、先頭部１１にコンテナを連結させる場合には、コンテナの数は、１つ以上であればよく、３つに限定されない。

また、第１の連結部３１と第２の連結部３９との連結、及び第２の連結部３９同士の連結は、剛にしてもよいし、外力を受けた際に屈曲するような構成としてもよい。
上記連結を剛にする場合には、先頭部１１とコンテナ１２との間、及びコンテナ１２〜１４間における連結ヵ所の数を３ヵ所以上とすることが好ましい。
外力を受けた際に屈曲するような構成を採用する場合には、先頭部１１とコンテナ１２との間、及びコンテナ１２〜１４間における連結ヵ所の数を１か所または２ヵ所とすることが好ましい。

以上、本開示の好ましい実施形態について詳述したが、本開示はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
なお、本実施形態では、一例として、舵２９を備える場合を例に挙げて説明したが、複数のスラスタを装備し、その推力差によって水中航走体の方位や姿勢制御を行う方式を採用する場合には、必ずしも舵を設ける必要はない。つまり、この場合、舵を設けるか否かは、適宜選択することが可能である。
また、本実施形態では、一例として、機体２１及びコンテナ本体３５，４１，４５の断面形状が円形の場合を例に挙げて説明したが、機体２１及びコンテナ本体３５，４１，４５としてフェアリング構造を採用する場合には、機体２１及びコンテナ本体３５，４１，４５の断面形状として、例えば、楕円、矩形、多角形を選択することが可能であり、円形に限定されない。

＜付記＞
各実施形態に記載の水中航走体１０は、例えば、以下のように把握される。

（１）第１の態様に係る水中航走体１０は、前方監視用センサ２３及び制御部２４が収容された機体２１、前記機体２１の外周面２１ｄから前記機体２１の径方向外側に延びる支持部材２６、前記径方向外側に位置する前記支持部材２６の端２６Ａに設けられ、前記制御部２４に制御されるスラスタ２８を有する先頭部１１と、筒状とされたコンテナ本体３５，４１，４５、及び前記コンテナ本体３５，４１，４５内に収容された機器３７，４３，４７を有するとともに、前記先頭部１１の後方に直列で連結された複数のコンテナ１２〜１４と、を備え、前記先頭部１１と前記コンテナ１２〜１４との間、及び前記複数のコンテナ１２〜１４間は、着脱可能に構成されている。

このような構成とすることで、機器３７，４３，４７及びコンテナ本体３５，４１，４５からなるコンテナ１２〜１４を先頭部１１により牽引する構成とされているため、予め機器３７，４３，４７の大きさに対応した長さとされたコンテナ本体３５，４１，４５を準備することが可能となる。
これにより、コンテナ本体３５，４１，４５内に収容される機器３７，４３，４７の大きさの制限を緩和させることができる。

また、上記構成とすることで、１つの機体内に機器を収容させる場合と比較して、水中航走体１０が多くの数の機器３７，４３，４７を備えることができる。
即ち、上記構成とされた水中航走体１０によれば、機器３７，４３，４７の大きさの制限、及び機器３７，４３，４７の数の制限を緩和させることができる。

また、先頭部１１が前方監視用センサ２３、制御部２４、スラスタ２８、及び舵２９を有することで、先頭部１１単体で航走することができる。
また、径方向外側に位置する支持部材２６の端２６Ａにスラスタ２８を設け、機体２１から離れた位置にスラスタ２８を配置させることで、スラスタ２８が流体力の障害になることを抑制できる。

さらに、複数のコンテナ１２〜１４のうち、最後尾に配置されたコンテナ１４から先頭部１１に向かう方向に、コンテナ１２〜１４を切り離す順番で複数のコンテナ１２〜１４を連結させ、最後部側から順次コンテナ１２〜１４を切り離すことで、異なる水中の位置に順次コンテナ１２〜１４を敷設することができる。

（２）第２の態様に係る水中航走体１０は、（１）の水中航走体１０であって、前記先頭部１１は、前記機体２１の後端（背面２１ｃ）に設けられた第１の連結部３１を有し、前記コンテナ１２〜１４は、前記コンテナ本体３５，４１，４５の前面３５ａ，４１ａ，４５ａ側及び背面３５ｂ，４１ｂ，４５ｂ側にそれぞれ設けられた第２の連結部３９を有し、前記第１の連結部３１は、前記第２の連結部３９に対して着脱可能な構成とされており、前記第２の連結部３９は、互いに隣り合う位置に配置された前記コンテナ１２〜１４を構成する前記第２の連結部３９に対して着脱可能な構成とされていてもよい。

上記構成とされた第１及び第２の連結部３１，３９を有することで、先頭部１１と先頭部１１に連結されたコンテナ１２との間、及び互いに隣り合うコンテナ１２〜１４の間の着脱を実施することができる。

（３）第３の態様に係る水中航走体１０は、（１）または（２）の水中航走体であって、前記複数のコンテナ１２〜１４を構成する前記コンテナ本体３５，４１，４５の外径Ｒ２〜Ｒ４は、前記機体２１の外径Ｒ１と等しくてもよい。

このように、複数のコンテナ１２〜１４を構成するコンテナ本体３５，４１，４５の外径Ｒ２〜Ｒ４を機体２１の外径Ｒ１と等しくすることで、複数のコンテナ本体３５，４１，４５が機体２１の外側を流れる水の抵抗を受けて、水中航走体１０の航走に悪影響を及ぼすことを抑制できる。

（４）第４の態様に係る水中航走体１０は、（１）から（３）のうち、いずれか一項記載の水中航走体１０であって、前記スラスタ２８は、リムドライブ式スラスタであってもよい。

このように、スラスタ２８としてリムドライブ式スラスタを用いることで、機体２１から離れた位置にスラスタ２８を配置させることができる。

１０…水中航走体
１１…先頭部
１２〜１４…コンテナ
２１…機体
２１ａ…外面
２１ｂ，３５ａ，４１ａ，４５ａ…前面
２１ｃ，３５ｂ，４１ｂ，４５ｂ…背面
２１ｄ…外周面
２１Ａ，３５Ａ，４１Ａ，４５Ａ…収容空間
２３…前方監視用センサ
２４…制御部
２６…支持部材
２６Ａ…端
２８…スラスタ
２９…舵
３１…第１の連結部
３５，４１，４５…コンテナ本体
３７，４３，４７…機器
３９…第２の連結部
Ａ…進行方向
Ｌ１〜Ｌ３…長さ
Ｒ１〜Ｒ４…外径

Claims (4)

1. 前方監視用センサ及び制御部が収容された機体、前記機体の外周面から前記機体の径方向外側に延びる支持部材、前記径方向外側に位置する前記支持部材の端に設けられ、前記制御部に制御されるスラスタを有する先頭部と、
   筒状とされたコンテナ本体、及び前記コンテナ本体内に収容された機器を有するとともに、前記先頭部の後方に直列で連結された複数のコンテナと、
   を備え、
   前記先頭部と前記コンテナとの間、及び前記複数のコンテナ間は、着脱可能に構成されている水中航走体。
2. 前記先頭部は、前記機体の後端に設けられた第１の連結部を有し、
   前記コンテナは、前記コンテナ本体の前面側及び背面側にそれぞれ設けられた第２の連結部を有し、
   前記第１の連結部は、前記第２の連結部に対して着脱可能な構成とされており、
   前記第２の連結部は、互いに隣り合う位置に配置された前記コンテナを構成する前記第２の連結部に対して着脱可能な構成とされている請求項１記載の水中航走体。
3. 前記複数のコンテナを構成する前記コンテナ本体の外径は、前記機体の外径と等しい請求項１または２記載の水中航走体。
4. 前記スラスタは、リムドライブ式スラスタである請求項１から３のうち、いずれか一項記載の水中航走体。

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