JP2023021916A - ジャイロスコープ最適化位置保持を備えた船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】推進システムおよびジャイロスコープ安定化システムを同時に動作させて、船舶が位置保持モードで動作している場合にジャイロスコープ安定化システムの効率的な動作を保証するためのシステムを提供する。【解決手段】本システムは船舶推進装置２７、２８と、ジャイロスコープスタビライザーシステムと、船舶推進装置およびジャイロスコープスタビライザーシステムに動作可能に結合された制御装置１１６とを備え、制御装置は船舶推進装置の動作を制御して、船舶を選択されたグローバル位置および／または船首方位に維持しながら、ジャイロスコープスタビライザーシステムの制御トルク出力を最小限に抑えるように構成されている。【選択図】図１１

Description

本開示は船舶のための操縦システムに関し、より具体的には、推進システムおよびジャイロスコープ安定化システムを同時に動作させて、船舶が位置保持モードで動作している場合にジャイロスコープ安定化システムの効率的な動作を保証するためのシステムおよび方法に関する。

米国特許第７，３０５，９２８号は、船舶がそのオペレータによって選択された所望の位置および船首方位に従ってそのグローバル位置および船首方位を維持するように船舶を操縦する船舶位置決めシステムを開示している。ジョイスティックと共に使用する場合、船舶のオペレータはこのシステムを位置保持有効化モードに置くことができ、次いで本システムは、アクティブモードから非アクティブモードへのジョイスティックの最初の変更時に得られた所望の位置を維持する。このようにしてオペレータは手動で船舶を選択的に操縦することができ、ジョイスティックを放した場合に、船舶はオペレータがジョイスティックによりそれを操縦することを止めた瞬間にそれがあった位置を維持する。

米国特許第８，４１７，３９９号は、位置保持モードにおいてピッチおよびロールの少なくとも１つを最小限に抑える、船舶を方向付けるためのシステムおよび方法を開示している。メモリおよびプログラム可能な回路を有する制御装置は、複数の船舶推進装置の動作を制御して、船舶の向きを選択されたグローバル位置および船首方位に維持するようにプログラムされている。制御装置はグローバル位置における船舶の実際のピッチおよび実際のロールの少なくとも１つを受信し、かつ複数の船舶推進ユニットの動作を制御して船舶の船首方位を変更し、船舶を選択されたグローバル位置に維持しながら実際のピッチおよび実際のロールの少なくとも１つを最小限に抑える。

米国特許第８，４７８，４６４号は、位置保持モードにおいて利用可能な推力を高めるために船舶を方向付けるためのシステムおよび方法を開示している。メモリおよびプログラム可能な回路を有する制御装置は、複数の船舶推進装置の動作を制御して船舶の向きを選択されたグローバル位置に維持するようにプログラムされている。制御装置は、船舶を選択されたグローバル位置に維持するために必要な複数の船舶推進装置に関連づけられた合成推力ベクトルの方向を計算するようにプログラムされている。制御装置は、複数の船舶推進装置の動作を制御して船舶の実際の船首方位を変更し、実際の船首方位を推力ベクトルに位置合わせするようにプログラムされている。

米国特許第１０，４３７，２４８号は、制御モジュールにおいて太陽の位置に対する船舶の位置を記述している相対的船首方位命令を決定することを含む、水域における船舶の位置を制御する方法を開示している。船舶のための目標グローバル位置を受信し、かつ現在の日付および現在の時間に基づいて目標グローバル位置に対する太陽の位置を決定する。太陽の位置および相対的船首方位命令に基づいて船舶のために太陽により調整された船首方位を計算する。船舶の現在の船首方位を決定し、船舶上の推進装置を制御して船舶を目標グローバル位置に位置決めし、かつ船舶の現在の船首方位を太陽により調整された船首方位に位置合わせする。

米国特許第１０，６７１，０７３号は、船舶の姿勢に関する測定値を受信すること、およびその測定値に基づいて水の粗さ状態を推定することを含む、船舶をグローバル位置および／または船首方位に維持するための方法を開示している。船舶の実際のグローバル位置と目標グローバル位置との差および／または船舶の実際の船首方位と目標船首方位との差を決定する。この方法は、位置の差に基づく所望の線速度および／または船首方位の差に基づく所望の回転速度を計算することを含む。船舶の実際の線速度および／または実際の回転速度をその粗さ状態に基づいて選別する。この方法は、所望の線速度と選別された実際の線速度との差および／または所望の回転速度と選別された実際の回転速度との差を決定することを含む。この方法は、線速度の差および／または回転速度の差を最小限に抑えることができる船舶移動を計算すること、および計算された移動を実行することも含む。

米国特許第１０，９２６，８５５号は、３自由度内で所望の船舶移動を示すために動かすことができる手動で操作可能な入力装置の位置を示す信号を受信すること、および手動で操作可能な入力装置の位置を船舶の所望の慣性速度と関連づけることを含む、複数の推進装置を有する船舶推進システムが備えられた船舶の低速推進を制御するための方法を開示している。次いで所望の慣性速度に基づいて、複数の推進装置のそれぞれのために操舵位置コマンドおよびエンジンコマンドを決定し、かつそれに応じて推進システムを制御する。船舶の実際の速度を測定し、かつ所望の慣性速度と実際の速度との差を決定し、その差をその後の操舵位置コマンドおよびエンジンコマンドの決定においてフィードバックとして使用する。

米国特許出願公開第２０２０／０１４００５２号は、３自由度内で所望の船舶移動を示すために動かすことができる手動で操作可能な入力装置の位置を示す信号を受信すること、および手動で操作可能な入力装置の位置を船舶の所望の慣性速度と関連づけることを含む、複数の推進装置を有する船舶推進システムを備えた船舶の低速推進を制御するための方法を開示している。次いで所望の慣性速度に基づいて、複数の推進装置のそれぞれのために操舵位置コマンドおよびエンジンコマンドを決定し、かつそれに応じて推進システムを制御する。船舶の実際の速度を測定し、かつ所望の慣性速度と実際の速度との差を決定し、その差をその後の操舵位置コマンドおよびエンジンコマンド決定においてフィードバックとして使用する。

上記特許および特許出願公開はそれら全体が参照により本明細書に組み込まれる。

本概要は、本明細書の発明を実施するための形態において以下でさらに説明されている選択された概念を紹介するために提供されている。本概要は、特許請求されている主題の重要または必須の特徴を特定するためのものでもなければ、特許請求されている主題の範囲を限定するのを助けるものとして使用されるものでもない。

本開示の一実施形態によれば、船舶を方向付けるためのシステムが提供される。本システムは船舶推進装置と、ジャイロスコープスタビライザーシステムと、船舶推進装置およびジャイロスコープスタビライザーシステムに動作可能に結合された制御装置とを備える。制御装置は船舶推進装置の動作を制御して、船舶を選択されたグローバル位置に維持しながらジャイロスコープスタビライザーシステムの制御トルク出力を最小限に抑えるように構成されている。

本開示の別の実施形態によれば、船舶を方向付けるための方法が提供される。本方法は、ジャイロスコープスタビライザーシステムの第１の制御トルク出力を決定すること、複数の船舶推進装置を作動させることにより船舶の船首方位を第１の方向に所定の船首方位量で変更すること、およびジャイロスコープスタビライザーシステムの第２の制御トルク出力を決定することを含む。本方法は、第１の制御トルク出力が少なくとも所定の変化量で第２の制御トルク出力よりも大きい場合に前記工程を繰り返すことをさらに含む。

本開示について以下の図を参照しながら説明する。同様の特徴および同様の構成要素を参照するために、図面全体を通して同じ番号が使用されている。

船舶推進装置およびジャイロスコープ安定化装置を有する船舶の概略上面図である。 図１の船舶の概略側面図である。 図１の船舶の横方向移動中の推力ベクトルの配置を示す。 図１の船舶の前方移動中の推力ベクトルの配置を示す。 図１の船舶の重心に対するモーメントアームの計算に関連づけられた幾何学的形状を示す。 図１の船舶を回転させるために使用される推力ベクトルの配置を示す。 図１の船舶と共に使用されるジョイスティックの概略図である。 図１の船舶と共に使用されるジョイスティックの別の概略図である。 そこを通って延在する第１および第２の船舶推進装置を示す船舶の船体の底面図である。 ここに記載されている実施形態と共に使用されるエンジン、舵取機構および船舶推進装置の配置を示す側面図である。 ここに記載されている実施形態のジャイロスコープ最適化機能を行うための装置が備えられた船舶の概略図である。 特定のグローバル位置にあり、かつ特定のグローバル船首方位を有する船舶を示す。 初期位置からその後の位置までの船舶移動を示す。 ジャイロスコープ最適化位置保持プロセスを示すフローチャートである。 ジャイロスコープ最適化位置保持プロセスにおいて使用される船首方位探索方法を示すフローチャートである。

本明細書では、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。そのような用語は便宜のためにのみ使用されており、広く解釈されることが意図されているため、先行技術の要件を超えてそこから不必要な限界が推定されるものではない。

図１～図１５は、船舶ならびに船舶を方向付けし、かつ操縦するための制御システムの様々な実施形態を示す。当然のことながら、船舶および制御システムの特定の構成は例示である。実質的に異なる構成の船舶および／または制御システムと共に本開示に記載されている概念を提供することが可能である。例えば図面に示されている船舶は、制限された範囲または回転を有する第１および第２の船舶推進装置２７、２８を有する。但し当然のことながら、本開示に開示されている概念は船外機、船内機、船内外機またはポッドドライブなどの任意の数の船舶推進装置および任意の構成の推進装置を有する船舶に適用可能である。さらに本開示は、特定の種類のユーザ入力装置（例えば、ジョイスティック５０）について説明している。但し当業者に知られているように、本開示に開示されている概念は異なる種類のユーザ入力装置と共に機能することができることも認識されたい。当業者によって認識されるように、さらなる均等物、代替物および修正形態も可能である。

図１および図２は、重心１２を有する船舶１０の概略上面図および側面図をそれぞれ示す。第１および第２の操舵軸２１および２２は、船舶１０の船体の下に位置している第１および第２の船舶推進装置２７および２８の位置を表すために示されている。第１および第２の船舶推進装置２７および２８は、第１および第２の操舵軸２１および２２の周りでそれぞれ回転可能である。中心線２４の左舷側にある第１の船舶推進装置２７は、船舶１０を上から見た場合に時計回りの方向に４５°および反時計回りの方向に１５°回転可能であるように構成されていてもよい。中心線２４の右舷側に位置している第２の船舶推進装置２８は、時計回りの方向に１５°および反時計回りの方向に４５°回転するように逆に構成されていてもよい。

図１および図２は、船舶１０に作用する波、後流または風の力により船舶１０の向きに対する望ましくない妨害を抑制するために使用することができるジャイロスコープスタビライザー１６をさらに示す。ジャイロスコープスタビライザー１６は、回転しているフライホイールの蓄積された角運動量の制御された歳差により安定化トルクを発生させることにより、これらの望ましくない動きを抑制する。例えば、ジャイロスコープスタビライザー１６を利用して船舶１０のロール運動（すなわち、中心線２４の周りでの回転）を制御する場合、ジャイロスコープスタビライザー１６内のフライホイールを垂直スピン軸２０の周りで回転させてもよい。フライホイールの角運動量の保存によりフライホイールを、スピン軸２０に直交した船舶の幅を横切って方向付けられているジンバル軸すなわち歳差軸１８の周りで歳差運動させる。ジンバル軸１８の周りでの歳差速度を制御することにより、スピン軸２０の周りでのフライホイールの慣性回転モーメント、フライホイール角速度およびジンバル軸１８の周りでの歳差速度に直接比例する中心線２４の周りでの制御トルクを発生させる。制御トルクの方向はロールトルクの方向とは反対であり、これによりロールトルクによって引き起こされるあらゆる生じるロール運動を減衰させ、船舶１０の乗船者により快適な経験を与える。

同一のロール対抗トルクを引き起こすために、ジャイロスコープスタビライザー１６の他の向きが可能である。例えばジャイロスコープスタビライザー１６は代わりに、フライホイールが軸１８の周りで回転し、かつ軸２０の周りで歳差運動をするように方向付けられてもよい。また例示的な実施形態では、ジャイロスコープスタビライザー１６の構造により、船舶１０の望ましくないロール、ピッチおよびヨー運動を減衰させるためにジャイロスコープスタビライザー１６をリアルタイムで方向付けるために、スピン軸およびジンバル軸のあらゆる所望の向きへの適応を可能にしてもよい。制御モーメントジャイロスコープ（ＣＭＧ）としても知られている船舶のためのそのようなジャイロスコープスタビライザーが当該技術分野で知られており、様々な供給業者によって製造されている（例えば、Ｓｅａｋｅｅｐｅｒ、ＶＥＥＭ Ｇｙｒｏ）。

ジャイロスコープスタビライザーまたはＣＭＧは船舶の望ましくない移動を減衰させる際のそれらの使用について当該技術分野で知られているが、位置保持操縦とジャイロスコープスタビライザーが発生する制御トルクの最適化とを一体化させる利用法は以前に実現されたことはない。現在のところ、ジャイロスコープスタビライザーが位置保持中に使用可能であれば、制御システムは一般にジャイロスコープスタビライザーが発生するトルクの大きさの制御に関わらず、船舶の選択された船首方位を維持する。船舶の船首方位の修正により、船舶の幾何学的形状ならびに波の方向および頻度などの因子に依存する船舶に生じるピッチもしくはロール運動を大きく減少させることができるので、この構成は非効率的である。船舶に生じるピッチまたはロールを減少させることにより、ジャイロスコープスタビライザーが発生する制御トルクの大きさをそれに応じて減少させることができ、それによりジャイロスコープスタビライザーによるエネルギー消費が少なくなる。本発明者は、船舶の制御システムが船首方位探索プロセスを行うのを可能にすることにより、ジャイロスコープスタビライザーが発生する制御トルクを最適化し、それによりエネルギーのより効率的な使用ならびに船舶の乗船者にとってより快適な経験をもたらすことができることが分かった。

次に図３～図６を参照すると、船舶１０の所望の移動を達成するために船舶推進装置２７および２８によって引き起こされる推力およびモーメントの概略が提供されている。簡潔性のために、これらの近接移動に対する船舶１０上のジャイロスコープスタビライザー１６の効果は本明細書において扱われていないが、図１４および図１５を参照しながら以下にさらに詳細に説明されている。

図３は、船舶１０を矢印３０によって表されている方向に移動させることが望まれる場合に使用される本開示の１つの要素を示す。言い換えるとそれは、船舶のオペレータが前方もしくは後方方向へのどちらへの移動も伴わず、かつその重心１２の周りでの回転も伴わずに右側に横方向移動させることを望む場合の状況を表している。これは、それらの推力ベクトルＴ１およびＴ２のどちらもが重心１２と位置合わせされるように、第１および第２の船舶推進装置を回転させることにより行われる。これは、そうしなければ船舶１０を回転させることができる力を加えるような重心１２の周りでの有効なモーメントアームを推力ベクトルＴ１およびＴ２に与えない。第１および第２の推力ベクトルＴ１およびＴ２は反対方向であり、互いに大きさが等しい。これは、船舶１０に対して合成される前方もしくは後方への力を生じさせない。第１および第２の推力ベクトルは、重心１２で交差する線３１および３２に沿ってそれぞれ方向付けられている。図３に示すように、これらの２つの線３１および３２は角度θに位置決めされている。従って、第１および第２の船舶推進装置は中心線２４に対して対称的に回転する。以下でより詳細に説明するように、第１および第２の推力ベクトルＴ１およびＴ２は、角度θのサインの関数として計算される中心線２４に平行な成分に分解することができる。角度θの絶対量は互いに等しいため、中心線２４に平行な方向のこれらの推力成分は、推力ベクトルＴ１およびＴ２が互いに等しければ互いに有効に打ち消し合う。矢印３０によって表されている方向への移動は、角度θのコサインの関数として矢印３０に平行（すなわち中心線２４に垂直）な方向に分解される第１および第２の推力ベクトルＴ１およびＴ２の成分により生じる。矢印３０に平行なこれらの２つの合成推力成分は加算的である。上で説明したように、推力ベクトルＴ１およびＴ２はどちらも重心１２を通り抜け、従ってその点の周りにモーメントアームを有さないため、重心１２の周りでのモーメントはゼロに等しい。

推力Ｔ１およびＴ２の多くの他の位置により、矢印３０によって表されている所望の横方向移動を生じさせることができることが分かっているが、船舶１０の重心１２と一致した推力ベクトルの方向が最も有効であり、実行が容易である。またそれは船舶１０の複雑な操縦の間に推進装置の全体的な動作を最小限に抑える。その有効性は、船舶１０の望ましくない回転を回避するために第１および第２の推力の大きさを完全に釣り合わせる必要がないという事実により得られる。第１および第２の推力の大きさをほぼ釣り合わせることは望ましくない前方もしくは後方移動を回避するために必要であるが、推力が図３に示すように重心１２で交差する線３１および３２に沿って方向付けられている限り、重心１２の周りでの回転は生じない。

図３は、第１および第２の推力ベクトルＴ１およびＴ２ならびにそれらの２つの推力ベクトルの合力を示す。例えば第１の推力ベクトルは、第１の推力ベクトルＴ１にθのサインおよびθのコサインをそれぞれ掛けることにより、図３に示されている前方への力Ｆ１Ｙおよび横方向への力Ｆ１Ｘに分解することができる。同様に第２の推力ベクトルＴ２は、第２の推力ベクトルＴ２にθのサインおよびθのコサインをそれぞれ掛けることにより、後方への力Ｆ２Ｙおよび横方向への力Ｆ２Ｘに分解されている状態で示されている。前方への力Ｆ１Ｙおよび後方への力Ｆ２Ｙは互いに等しいので、それらは互いに打ち消し合い、合成された前方もしくは後方への力は船舶１０に加えられない。横方向への力Ｆ１ＸおよびＦ２Ｘは他方で加算的であり、矢印３０によって表されている横方向移動を生じさせる。線３１および３２は船舶１０の重心１２で交差するので、生じるモーメントは船舶に加えられない。従って、船舶１０の唯一の移動は矢印３０によって表されている横方向移動となる。

図４は、船舶１０のオペレータが横方向移動および重心１２の周りでの回転を伴わずに前方方向に移動することを望む場合の結果を示す。第１および第２の推力Ｔ１およびＴ２はそれらのそれぞれの線３１および３２に沿って向けられ、それらは重心１２で交差する。推力Ｔ１およびＴ２はどちらもそれらの線に沿ってほぼ前方方向に加えられる。従って、これらの推力は図４に示されている力に分解する。横方向への力Ｆ１ＸおよびＦ２Ｘは互いに反対方向に等しい。従ってそれらは互いに打ち消し合い、横方向への力は船舶１０に加えられない。力Ｆ１ＹおよびＦ２Ｙは他方でどちらも前方方向に向けられ、矢印３６によって表されている移動が生じる。図４に表されている第１および第２の船舶推進システムの構成により、船舶１０の横向きの移動またはその重心１２の周りでの回転は生じない。前方移動３６のみが生じる。

直線の移動と組み合わせられた船舶１０の回転またはヨー運動が望まれる場合、それらの推力ベクトルは船舶１０の重心１２以外の中心線２４上の点で交差するように、第１および第２の船舶推進装置を回転させる。これは図５に示されている。推力ベクトルＴ１およびＴ２は図５に示されていないが、それらの関連する線３１および３２は、重心１２に完全に一致しない点３８で交差してる状態で示されている。従って、有効なモーメントアームＭ１がその第１の操舵軸２１の周りで回転する第１の船舶推進装置に関して存在する。モーメントアームＭ１は破線３１に垂直であり、それに沿って第１の推力ベクトルが位置合わせされる。従ってそれは斜辺Ｈも含む直角三角形の一辺となる。図５の別の直角三角形は辺Ｌ、Ｗ／２および斜辺Ｈを含むことも理解されたい。図５に示されていないが明確性のために、モーメントアームＭ１に等しい大きさのモーメントアームＭ２が線３２に沿って方向付けられた第２の推力ベクトルに関して存在する。推力ベクトルの交差する性質により、それらはそれぞれ前方／後方方向および左／右方向の両方の成分に分解する。これらの成分が互いに絶対量において等しい場合には、互いに打ち消し合うか加算的となり得る。絶対量において等しくない場合、それらは部分的に互いに打ち消し合うか加算的となり得る。但し、第１および第２の推力ベクトルが中心線２４上の点３８で交差する場合には、いくつかの直線方向に合力が存在する。

引き続き図５を参照すると、当業者は図５の角度θ、角度Φ、角度Π、Ｗに等しい第１の操舵軸２１と第２の操舵軸２２との間の距離ならびに重心１２と第１および第２の操舵軸間に延在する線との間の垂直な距離の関数としてモーメントアームＭ１の長さを決定することができることが分かっている。この垂直な距離は図５ではＬで示されている。第１の操舵軸２１と重心１２との間に延在する線の長さは図５に示されている三角形の斜辺であり、容易に決定することができる。角度Φの大きさは、第１の操舵軸２１と中心線２４との間の距離に対する長さＬの比の逆正接に等しく、これは図５ではＷ／２で示されている。線Ｈの長さは既知であり、かつ角度Ｈの大きさが公知であるため、モーメントアームＭ１の長さは数学的に決定することができる。

上で説明したように、図６に矢印４０によって表されているモーメントを船舶１０に与えて、それをその重心１２の周りで回転させることができる。このモーメントはいずれか一方の回転方向に与えることができる。またモーメント４０による生じる回転力は、船舶に対する直線力と組み合わせるか単独で与えることができる。モーメント４０と直線力とを組み合わせるために、第１および第２の推力ベクトルＴ１およびＴ２を図６に示されている点３８で交差するように位置決めする。第１および第２の推力ベクトルＴ１およびＴ２を、船舶の中心線２４上のこの点３８で交差するようにそれらのそれぞれの破線３１および３２と位置合わせする。他方、直線力なしにモーメント４０が船舶１０上への唯一の力であることが望まれる場合、図６にＴ１’およびＴ２’によって表されている第１および第２の推力ベクトルを互いに平行関係で位置合わせする。これは有効に角度θを９０°に等しくさせる。次いで、第１および第２の推力ベクトルＴ１’およびＴ２’を等しい大きさで反対方向に与えた場合、船舶１０はモーメント４０のみを受け、直線力を受けない。これにより船舶１０を、前方／後方または左／右方向のいずれにも移動させずにその重心１２の周りで回転させる。

図６では、第１および第２の推力ベクトルＴ１およびＴ２はほぼ反対の方向に向けられており、重心１２に完全に一致しない点３８で交差するように位置合わせされている。作図線は図６に示されていないが、有効なモーメントアームＭ１およびＭ２が第１および第２の推力ベクトルならびに重心１２に関して存在する。従ってモーメントが矢印４０によって表されているように船舶１０に加えられる。推力ベクトルＴ１およびＴ２が互いに等しく、かつ線３１および３２に沿ってそれぞれ加えられ、かつこれらが中心線２４の周りで反対方向に対称的である場合、中心線２４に平行な正味の成分力は互いに等しく、従って前方／後方方向に船舶１０に対して加えられる正味の直線力は存在しない。但し第１および第２の推力ベクトルＴ１およびＴ２も、加算的である中心線２４に垂直な力に分解する。従って図６では、船舶１０はモーメント４０に応答して時計回りの方向に回転するにつれて右に向かって移動する。

前方／後方または左／右方向への横方向移動を伴わずに船舶１０の回転を得るために、図６にＴ１’およびＴ２’として表されている第１および第２の推力ベクトルは、中心線２４に平行な破線３１’および３２’に沿って向けられている。第１および第２の推力ベクトルＴ１’およびＴ２’は等しく、かつ対向する大きさを有する。従って、船舶１０に対して前方／後方方向に加えられる正味の力は存在しない。推力ベクトルＴ１’およびＴ２’に関する角度θは９０°に等しいため、中心線２４に垂直な方向に船舶１０に加えられる合力は生じない。従って、その重心１２の周りでの船舶１０の回転は直線移動を伴わずに達成される。

図７は、船舶に関するオペレータによって選択された所望の動きを表す信号を提供するために使用することができる手動で操作可能な制御装置を提供するジョイスティック５０の簡略化された概略図である。多くの異なる種類のジョイスティックが当業者に知られている。図７の概略図はベース部５２と、手で操作することができるハンドル５４とを示す。典型的な用途では、ハンドルは一般に矢印５６によって表されている方向に動かすことができ、軸５８の周りでも回転可能である。当然のことながらジョイスティックハンドル５４は、ベース部５２内のその接続点の周りでそれを実質的に任意の方向に傾けることにより動かすことができる。破線５６が図７の図の平面に示されているが、同様の種類の移動が図の平面に平行でない他の方向に可能である。

図８はジョイスティック５０の上面図である。ハンドル５４は矢印６０および６２によって表されているものを含む様々な方向に、図７に矢印５６によって示されているように動かすことができる。但し当然のことながら、ハンドル５４は軸５８に対してあらゆる方向に動かすことができ、矢印６０および６２によって表されている２つの移動線に限定されない。実際にハンドル５４の動きは、それがベース５２内のその接続点の周りで傾けられる際に実質的に無限数の可能な経路を有する。ハンドル５４は矢印６６によって表されているように軸５８の周りでも回転可能である。当業者は、ハンドル５４の動きを介して船舶のオペレータによって表される船舶の所望の移動を表す信号を提供するために使用することができる、多くの異なる種類のジョイスティック装置に精通している。

引き続き図８を参照すると、オペレータが矢印６２によって表されている左舷または右舷のいずれかに向かう純粋な直線移動または矢印６０によって表されている前方もしくは後方方向への純粋な直線移動あるいはそれらの２つのあらゆる組み合わせを求める可能性があることが分かる。言い換えると、破線７０に沿ってハンドル５４を動かすことによって、右側および前方に向かうか左側および後方に向かう直線移動を命令することができる。同様に、線７２に沿った直線移動を命令することができる。また当然のことながら、船舶のオペレータが矢印６６によって表されている回転と組み合わせられた横方向または前方／後方への直線移動の組み合わせを要求することができる。ジョイスティック５０の使用により、これらの可能性のいずれかを成し遂げることができる。ハンドル５４の位置によって表されている移動の大きさ、すなわち強さもジョイスティックからの出力として提供してもよい。言い換えると、ハンドル５４を一方側または他方側に向かって僅かに動かした場合、その方向に命令された推力は、代わりにハンドル５４をベース５２に関してその垂直位置から離れるようなより大きい大きさで動かした場合よりも小さい。さらに、矢印６６によって表されている軸５８の周りでのハンドル５４の回転は、所望の移動の強さを表している信号を提供する。ハンドル軸５８の周りでの僅かな回転は、船舶１０の重心１２の周りでの僅かな回転推力のためのコマンドを表す。他方、その軸の周りでのハンドル５４のより激しい回転は、より高い大きさの回転推力のためのコマンドを表す。

図１～図８を参照すると、ジョイスティックハンドル５４の動作は、船舶の実質的に任意の種類の所望の移動を表すために船舶１０のオペレータによって使用することができることが分かる。ジョイスティック５０からの信号の受信に応答して、好ましい実施形態に係るアルゴリズムはオペレータによって重心１２の周りでの回転４０が要求されているか否かを決定する。回転が要求されていない場合、それらの推力ベクトルが図３および図４に示すように重心１２と位置合わせされ、かつその点で交差するように第１および第２の船舶推進装置を回転させる。これにより、第１および第２の推力ベクトルＴ１およびＴ２の大きさまたは方向に関わらず、船舶１０に加えられるモーメントは生じない。次いで第１および第２の推力ベクトルの大きさおよび方向を、図３および図４と関連させて上で説明したように数学的に決定する。

他方、ジョイスティック５０からの信号が重心１２の周りでの回転が要求されていることを示す場合、第１および第２の船舶推進装置を重心１２で交差しない線３１および３２に沿って向ける。代わりに、それらは中心線２４に沿った別の点３８で交差する。図６に示すように、この交点３８は重心１２より前にあってもよい。図６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４０を生じさせる。あるいは、それらが重心１２の後ろにある中心線２４に沿った点で交差するように第１および第２の船舶推進装置を回転させる場合、反対の効果が実現される。交点３８が重心１２より前にある場合、第１および第２の推力Ｔ１およびＴ２の方向を反転させて船舶１０の回転を反時計回りの方向に生じさせることができることも認識されたい。

プロペラは、所与の回転速度のために後退ギヤで作動させた場合に、前進ギヤで作動させた場合と同じ有効性を有していない。従って図３を参照すると、２つのプロペラシステムを同一の回転速度で作動させた場合に、第１の推力Ｔ１は第２の推力Ｔ２に完全に等しくならない。それらを後退ギヤで作動させた場合のプロペラの相対効率を決定するために、比較的単純な較正手順に従うことができる。引き続き図３を参照すると、第１および第２の推力Ｔ１およびＴ２は図示されている方向に与えられており、重心１２と位置合わせされている。これにより図示されている横方向移動３０が生じる。但し、これは２つの推力ベクトルＴ１およびＴ２が互いに等しいと仮定している。典型的な較正手順では、第２の推力Ｔ２を与える逆に作動しているプロペラは、第１の推力ベクトルＴ１を与える前方に作動しているプロペラの約８０％の効率であると最初に仮定する。それに応じて、第２の船舶推進装置が第１の船舶推進装置の１２５％の速度で作動する回転速度を選択した。前方もしくは後方移動が船舶１０に生じた場合、その最初の仮定は正しくないものとみなす。逆に作動しているプロペラの仮定された効率を僅かに修正することにより、図３に示されている状況下で船舶１０の前方もしくは後方移動が生じないように、本システムを最終的に較正することができる。実際の例では、この手順を使用してプロペラの動作効率は、後退ギヤにある場合に前進ギヤで作動させた場合のそれらの効率の約７７％であると決定した。従って、第１および第２の推力ベクトルＴ１およびＴ２を釣り合わせるために、第２の船舶推進装置の逆に作動しているプロペラを第１の船舶推進装置のプロペラの回転速度よりも約２９．８７％大きい回転速度（すなわちＲＰＭ）で作動させる。逆に作動しているプロペラの効率を補償するためのこの技術により、ほぼ等しい大きさの第１および第２の推力ベクトルＴ１およびＴ２が得られる。

図９は、第１および第２の船舶推進装置２７および２８およびプロペラ３７および３８をそれぞれ示す、船舶１０の船体の底部の等角図である。第１および第２の船舶推進装置２７および２８は、上で説明されているほぼ垂直の操舵軸２１および２２の周りで回転可能である。船舶１０の船体の一部による干渉を回避するために、２つの船舶推進装置には上で説明されている制限された回転操舵能力が設けられている。第１の船舶推進装置または第２の船舶推進装置のどちらにも、本開示の特に好ましい実施形態ではそのそれぞれの操舵軸２１または２２の周りで３６０°回転させる能力は設けられていない。

図１０は、その操舵軸２１または２２の周りで船舶推進装置を回転させることができる機構に関連づけられた船舶推進装置２７または２８などの船舶推進装置の配置を示す側面図である。図１０では見ることができないが、船舶推進装置のドライブシャフトは垂直かつ操舵軸に平行に延在しており、プロペラ軸８０の周りで回転可能なほぼ水平のプロペラシャフトとトルク伝達関係で接続されている。図１０に示されている実施形態は、プロペラシャフトに取り付けられた２つのプロペラ８１および８２を備える。プロペラ８１および８２を駆動させるための原動力は、船舶１０のビルジ内に位置している内燃機関８６によって提供される。それは、そのクランク軸が水平軸の周りでの回転のために位置合わせされた状態で構成されている。特に好ましい実施形態では、エンジン８６はディーゼルエンジンである。２つの船舶推進装置２７および２８のそれぞれは別個のエンジン８６によって駆動される。また船舶推進装置２７および２８はそれぞれ独立して、それらのそれぞれの操舵軸２１または２２の周りで操舵可能である。操舵軸２１および２２は垂直かつ互いにほぼ平行である。それらは意図的に船体の底面に垂直であるように構成されていない。代わりにそれらはほぼ垂直であり、船体の底面が平底を含んでいないＶ型の船体または任意の他の形状である場合に、９０°に等しくない角度で船体の底面に交差する。

引き続き図１０を参照すると、船舶推進装置２７または２８の浸水部分は回転可能なシャフトと、ギヤと、シャフトを支持し、かつプロペラの回転のためにドライブシャフトをプロペラシャフトに接続する軸受とを含む。動力源は船体表面の下に位置していない。プロペラを回転させるために必要な動力は内燃機関のみによって提供される。他の推進手段は電子モーターおよび／または同様のものなどとして用いることができる。

図１１は、船舶を選択された位置に維持するための方法に関する好ましい実施形態の工程を行うように構成されている船舶１０の概略図である。船舶１０には全地球測位システム（ＧＰＳ）が設けられており、それは好ましい実施形態ではそれぞれが船舶１０上の予め固定された位置に位置している第１のＧＰＳ装置１０１および第２のＧＰＳ装置１０２を含む。ＧＰＳ装置からの信号は慣性計測装置（ＩＭＵ）１０６に提供される。ＩＭＵ１０６の特定の実施形態では、それは微分補正受信機と、加速度計と、角速度センサと、図１１の矢印１１０によって表されている船舶１０の経度および緯度、現在の船首方位ならびに６自由度での船舶１０の速度および加速度に関して、船舶１０の現在の位置に関する情報を提供するためにこれらの装置から得られた情報を処理するマイクロプロセッサとを備える。

図１１は、ＩＭＵ１０６から入力を受信するマイクロプロセッサまたは制御装置１１６も示す。マイクロプロセッサ１１６は、船舶１０のオペレータが手動で選択可能な動作モードを提供するのを可能にする装置１１８からの情報も受信する。一例として、装置１１８は船舶のオペレータが船舶１０に関連づけられた各種動作モードを手動で選択するのを可能にする入力画面であってもよい。船舶のオペレータによってなされるそれらの選択の１つは、船舶の位置を選択された位置に維持するするためにオペレータが船舶１０を位置保持モードで動作させることを望んでいることをマイクロプロセッサ１１６に知らせる有効化信号を提供することができる。言い換えると、オペレータは装置１１８を使用して、船舶１０が選択されたグローバル位置（例えば、選択された経度および緯度）ならびに選択された船首方位に維持される（例えば、矢印１１０が選択されたコンパス点に対して固定された位置に維持される）ように、本システムを起動させることができる。

引き続き図１１を参照すると、ジョイスティック５０などの手動で操作可能な制御装置を使用して、信号をマイクロプロセッサ１１６に提供することもできる。上で説明したようにジョイスティック５０を使用して、船舶１０のオペレータが船舶を手動で操縦するのを可能にすることができる。それは、それがアクティブ状態または非アクティブ状態であるかに関する情報をマイクロプロセッサ１１６に提供することもできる。オペレータがジョイスティック５０を操作している間、ジョイスティックはアクティブ状態にある。しかしオペレータがジョイスティック５０を放し、ハンドル５４がその中心にある中立位置に戻るのを可能にした場合に、ジョイスティック５０は非アクティブ状態に戻る。

上で説明したように、第１および第２の船舶推進装置２７および２８はそれらのそれぞれの軸２１および２２の周りで操舵可能である。マイクロプロセッサ１１６によって提供される信号は、オペレータコマンドに応答して船舶１０の移動を調整するために第１および第２の船舶推進装置がそれらのそれぞれの操舵軸の周りで独立して回転するのを可能にする。

これも上で説明したように、ジャイロスコープスタビライザー１６の歳差軸１８およびスピン軸２０の向きを修正して所望の向きを有する制御トルクを発生させることができる。マイクロプロセッサ１１６によってジャイロスコープスタビライザー１６に提供される信号は、歳差軸１８およびスピン軸２０の向きならびにフライホイールのスピン速度を指示して所望の制御トルクを達成する。

図１２は、経度および緯度として測定された例示的なグローバル位置にある船舶１０と、船舶１０の船首方位矢印１１０と真北ベクトルとの間の角度Ａ１によって表されている例示的な船首方位とを示す。ここに記載されている実施形態と共に他の位置定義技術を使用することができるが、好ましい実施形態は船舶の現在の位置を決定し、かつ船舶をその位置に戻すために必要な位置補正を計算するために、船舶１０のグローバル位置および船首方位の両方を使用する。

上で説明したように、ＧＰＳ装置１０１および１０２をＩＭＵ１０６によって使用してその位置に関する情報を決定する。好ましい実施形態を説明するために、船舶の重心１２の位置および重心を通って延在する船首方位ベクトル１１０に関する位置について説明する。但し当然のことながら、これらの目的のために船舶１０上の他の位置を使用することができる。図１１と関連させて上で説明したＩＭＵ１０６は、船舶１０上のこの位置を選択することができる手段を提供する。

船舶の所望のグローバル位置および所望の船首方位を維持する位置保持機能は、いくつかの方法で起動させることができる。単純な実施形態では、船舶１０のオペレータがスイッチを作動させる場合は常に、マイクロプロセッサ１１６に現在の位置を維持するように命令するスイッチを作動させることができる。特に好ましい実施形態では、船舶のオペレータが位置保持すなわち位置維持機能を有効化する場合に位置保持モードを起動し、ジョイスティック５０は非アクティブになる。位置保持モードが有効化されているが、ジョイスティックが船舶１０のオペレータによって操作されている場合、好ましい実施形態は船舶のオペレータによってその位置を手動で操縦することが明らかに望まれているため、一時的に位置保持モードの使用を止める。但し、ジョイスティック５０がオペレータによって放されるとすぐに、有効化された位置保持モードと組み合わせられたこのジョイスティックの使用の停止により、好ましい実施形態にその位置維持機能を再開させる。

図１３は２つの例示的な位置にある船舶１０を示す概略図である。最初または所望の位置１２０は、図１２と関連させて上で説明したものとほぼ同一である。その最初の位置はグローバル位置および船首方位によって定められている。そのグローバル位置は、船舶１０がその最初または所望の位置１２０にあった場合の重心１２の経度および緯度によって示されている。角度Ａ１によって表されている船首方位は、それがその最初の位置１２０にあった場合の船舶の船首方位に関連づけられている。

船舶１０がその後の位置１２１に移動したと仮定すると、その重心１２のグローバル位置は船舶１０のその後の位置１２１によって表されている位置に移動する。また船舶１０はその船首方位ベクトル１１０がこの時点で真北ベクトルに関してより大きい角度Ａ２によって定められているように、僅かに時計回りの方向に回転されているものとして示されている。

引き続き図１３を参照すると、本システムによる応答をより明確に描写することができるように、最初の位置１２０とその後の位置１２１との位置の差が著しく強調されていることを理解されたい。好ましい実施形態は、最初の位置１２０などの所望の位置と、船舶１０の漂流により生じたその後の位置１２１などの現在の位置との差を決定する。船舶１０のこの漂流は、風、潮または海流により生じる可能性がある。

船舶の現在のグローバル位置および船首方位を、以前に記憶された所望のグローバル位置および船首方位と比較する。北、東および船首方位フレームワークにおける誤差すなわち差を、所望のグローバル位置および船首方位と実際のグローバル位置および船首方位との差として計算する。次いで、この誤差すなわち差をボディフレームワークと呼ぶ場合もある船舶の前方、右および船首方位フレームワークにおける誤差すなわち差に変換する。次いで、誤差もしくは差要素を同時にゼロにすることを試みる以下にさらに詳細に説明する制御戦略によって、これらの船舶のフレームワーク誤差要素を使用する。ＰＩＤ制御装置を使用することにより、誤差要素をゼロにするために船舶に対する所望のヨーモーメントと共に船舶を参照しながら、前方および右方向における所望の力を計算する。次いで、計算した力およびモーメント要素を上に記載されている船舶操縦システムに伝え、これは、操舵可能である船舶推進ドライブを独立して位置決めすること、各ドライブのプロペラに提供される動力を制御すること、および両方の船舶推進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与える。

所望の位置１２０と現在の位置１２１との差は、船舶１０が例示的な目標直線推力１３０および目標モーメント１３２を受けた場合に減少させることができる。目標直線推力１３０および目標モーメント１３２は好ましい実施形態では、図３～図６と関連させて上で説明した第１および第２の船舶推進装置の操縦によって達成される。目標直線推力１３０は、船舶１０を経度および緯度の大きさとして測定されるその最初または所望の位置に向かって移動させる。目標モーメント１３２は、その船首方位ベクトル１１０が現在の位置１２１から最初の位置１２０に移動するように、船舶１０をその重心１２の周りで回転させる。これは船首方位角度を、より大きい大きさの角度Ａ２をより小さい大きさのＡ１に減少させる。目標直線推力１３０および目標モーメント１３２はどちらも、位置１２１にある現在のグローバル位置および船首方位と所望の位置１２０にある所望のグローバル位置および船首方位との誤差を減少させるように計算される。

引き続き図１３を参照すると、位置保持モードは必ずしも船舶１０をかなりの距離で移動させることを目的としたものではないことを認識されたい。代わりに、グローバル位置および船首方位における僅かな変化へのその連続的な応答は、船舶１０の知覚可能な移動を必要とすることなく船舶を適所に維持する傾向にある。言い換えると、船舶のグローバル位置および船首方位における僅かな逸脱に応答して第１および第２の船舶推進装置を選択的に起動し、故に図１３に示されているような大きく補正された移動は通常必要とされない。従って第１および第２の船舶推進装置によって提供される推力は、風、海流および潮によって生じる船舶に対する推力に連続的に対抗するため、最終的に船舶は定常のままにあり、外力によって影響を受けていないように見える。但し他の実施形態を使用して、船舶１０をマイクロプロセッサメモリに以前に記憶された所望のグローバル位置および船首方位によって定められた位置に移動させることができる。それらの条件下では、比較的より大きい目標直線推力１３０および目標モーメント１３２を使用して、その最初の位置がメモリから選択され、かつ位置保持モードが有効化されている場合に船舶１０を最初の位置に移動させることができる。この他の実施形態の一例として、図１３に符号１２０によって特定されている位置などの所望の位置をマイクロプロセッサに記憶させることができ、次いで船舶１０のオペレータが船舶を記憶された位置１２０のほぼ近くの位置まで移動させた後（おそらく数日後）に呼び出すことができる。言い換えると、船舶のオペレータがそれを図１３に符号１２１によって特定されている位置などの位置まで操縦した場合に、本システムを有効化し、かつ起動させることができる。それらの条件下では本システムは船舶を、いつか以前に選択および保存されたその記憶された所望の位置１２０に移動させる。この技術は場合により、オペレータが船舶を所望の位置にほぼ近い位置まで操縦した後に、船舶を望ましい釣り位置またはドッキング位置に戻るのに有利であり得る。

特に好ましい実施形態では、図１１と関連させて上で説明したマイクロプロセッサ１１６は、船舶がオペレータの望みに応答して位置決めされるように、オペレータがジョイスティック５０を手動で操縦するのを可能にする。このプロセスが続いている際に、船舶のオペレータはジョイスティック５０を放すことを選択してもよい。その瞬間に間に合うように、位置保持モードを有効化されていれば即座に起動し、オペレータがジョイスティック５０を放した際にそれが最初に非アクティブになった時に、船舶は船舶１０の直近の位置および船首方位に維持される。その後にオペレータはジョイスティックを再び操作して、船舶の位置および船首方位を僅かに補正することができる。それが行われている時は、位置保持モードは一時的に使用停止にされる。但し、船舶のオペレータが再びジョイスティック５０を放した場合、その使用停止が引き金となって、それがオペレータによって以前に有効化されたことがあれば位置保持方法が再開される。

次に図１４を参照すると、ジャイロスコープ最適化位置保持プロセス１４００が示されている。プロセス１４００は、図１～図１３を参照しながら上に図示および説明されている船舶１０を用いて行うことができる。例示的な実施形態では、プロセス１４００はマイクロプロセッサまたは制御装置１１６によって少なくとも部分的に行われる。プロセス１４００は工程１４０２で開始するように示されており、ここでは制御装置１１６は船舶１０を位置保持モードで作動させる。図１２および図１３を参照しながら上で説明したように、位置保持機能は一般に船舶１０の所望のグローバル位置（すなわち、重心１２の位置によって示されている）および所望の船首方位（すなわち、角度Ａ１によって示されている）を維持する。

工程１４０４では、制御装置１１６は、ジャイロスコープ最適化モードが船舶１０のオペレータによって有効化されているか否かを決定する。例示的な実施形態では、オペレータはユーザ入力装置（例えば、ジョイスティック５０）を用いてジャイロスコープ最適化モードを有効化することを選択してもよい。制御装置１１６が、オペレータがジャイロスコープ最適化モードを有効化していないと決定した場合、プロセス１４００は工程１４０２に戻り、制御装置１１６は公称条件下で位置保持を作動させ、すなわちジャイロスコープスタビライザーシステム１６によって必要とされるエネルギーに関わらず船舶１０のグローバル位置および船首方位を維持して、選択された船首方位における船舶１０に対する波および風の効果を減衰させる。

但し、制御装置１１６が工程１４０４においてオペレータがジャイロスコープ最適化モードを有効化したことを決定した場合、プロセス１４００は工程１４０６に進み、制御装置１１６はジャイロスコープスタビライザーシステム１６の出力を示す信号を受信する。いくつかの実施形態では、その出力を示す信号はジャイロスコープスタビライザーシステム１６が発生する制御トルクの直接的な大きさであってもよい。他の実施形態では、その出力を示す信号はＩＭＵ１０６によって提供されるピッチおよび／またはロール測定値を介して間接的に提供されてもよい。言い換えると、ジャイロスコープスタビライザーシステム１６によって提供される制御トルク出力は船舶１０に生じたピッチおよび／またはロールの大きさに対応しているので、ＩＭＵ１０６によって提供されるより大きいピッチおよび／またはロール測定値は、ジャイロスコープスタビライザーシステム１６によるより大きい大きさの出力を示す。

工程１４０６では、制御装置１１６は船舶推進装置２７、２８を作動させて船舶１０の船首方位を変更し、かつジャイロスコープスタビライザーシステム１６の出力を最適化する。この船首方位探索プロセスに関するさらなる詳細は図１５を参照しながら以下に含められている。いくつかの実施形態では、システム１６が発生するトルクを使用して船舶推進装置２７、２７が発生する推力による船舶１０のヨー運動に対抗するのではなくそれを支援するために、ジャイロスコープスタビライザーシステム１６の公称動作を無効にしてもよい。近接操縦のためにジャイロスコープスタビライザーシステムを推進装置と一体化させることに関するさらなる詳細は、２０２１年８月２日に出願され、参照により本明細書に組み込まれる同時係属中の米国特許出願第１７／３９１４１９号に記載されている。

上で説明したように、図１５は少なくとも部分的にジャイロスコープスタビライザーシステム１６の制御トルク出力を最適化するための、船舶１０のマイクロプロセッサまたは制御装置１１６によって行うことができる船首方位探索プロセス１５００を示す。プロセス１５００は、工程１５０２および１５０４で開始することが示されており、ここでは制御装置１１６は、位置保持がジャイロスコープ最適化モード（上の工程１４０４を参照）で有効化されていることを決定し、かつ現在の船首方位におけるジャイロスコープスタビライザーシステム１６の出力を決定する。上で説明したようにスタビライザーシステム１６の出力は、制御トルクの大きさの形態で直接的に、あるいはＩＭＵ１０６によって提供されるピッチおよび／またはロール測定値の形態で間接的に、制御装置１１６で受信されてもよい。

工程１５０６では、制御装置１１６は船舶推進装置２７、２８を作動させ、いくつかの実施形態ではジャイロスコープスタビライザーシステム１６を作動させて、船首方位を「Ｘ」°の所定の正の量または正の数で回転させる。工程１５０８では制御装置１１６は、ジャイロスコープスタビライザーシステム１６の出力が減少したか否かを決定する。出力が少なくとも所定の変化量で減少していれば、プロセス１５００は工程１５０６に戻り、制御装置１１６は所定の正の量で船首方位を回転させ続ける（すなわち、回転は同じ方向で続く）。所定の変化量は船舶によって異なってもよく、主としてジャイロスコープスタビライザーシステム１６の能力および主要な入力が提供された後のその「貯蔵」トルク量によって決定してもよい。全ての好適なジャイロスコープスタビライザーシステムはそれらの総出力を自己制限する。

しかし制御装置１１６が工程１５０８において、ジャイロスコープの出力が少なくとも所定の変化量で減衰していないことを決定した場合、プロセス１５００は工程１５１０に進み、制御装置１１６は船首方位を「Ｘ」°の所定の負の量または負の数で（すなわち反対の方向に）回転させる。工程１５１２では制御装置１１６は、ジャイロスコープスタビライザーシステム１６の出力が所定の変化量で減少したか否かを決定する。その出力が少なくとも所定の変化量で減少した場合、プロセス１５００は工程１５１０に戻り、制御装置１１６は船首方位を所定の負の量で回転させ続ける。

制御装置１１６が工程１５１２においてジャイロスコープの出力のさらなる減少が達成可能でないことを決定したら、プロセス１５００はシステム１６のジャイロスコープの出力を最適化する工程１５１４で終了する。その出力を最適化したら、制御装置１１６は特定の期間にわたって最適化された船首方位を維持してもよい。探索プロセス１５００が繰り返される前に船首方位が維持される期間はユーザ構成可能であってもよく、あるいは船舶１０が置かれている条件に基づいて増加または減少させてもよい。例えば制御装置１１６は、プロセス１５００を船舶１０が波立ち騒ぐ条件下にある場合はより高頻度で、船舶１０が穏やかな条件下にある場合はより低頻度で行ってもよい。

いくつかの実施形態では、所定の量の船首方位回転および所定の変化量もユーザ構成可能あってもよく、かつユーザ入力装置（例えば、ジョイスティック５０）を用いてオペレータによって選択されてもよい。より小さい量ではジャイロスコープの出力のより正確な最適化を得られる場合があるが、制御装置１１６が船首方位探索プロセスを行う時間の長さが引き延ばされる場合がある。他の実施形態では、制御装置１１６は所定の量の船首方位回転を自動的に調整してもよい。例えば、制御装置１１６が特定の船首方位において特に高いかそうでなければ閾値を超えているジャイロスコープの出力を受信した場合、制御装置１１６は、近くの船首方位が好ましくない出力を生じさせる可能性もあるという仮定の下で所定の量の船首方位回転を自動的に増加させてもよい。

本開示では簡潔性、明確性および理解のために特定の用語を使用してきた。そのような用語は便宜のためにのみ使用されており、広く解釈されることが意図されているため、先行技術の要件を超えてそこから不必要な限界が暗示されるものではない。本明細書に記載されている異なるシステムおよび方法は、単独または他のシステムおよび装置との組み合わせで使用してもよい。添付の特許請求の範囲内で様々な均等物、代替物および修正形態が可能である。

Claims (20)

1. 複数の船舶推進装置と、
   ジャイロスコープスタビライザーシステムと、
   前記複数の船舶推進装置および前記ジャイロスコープスタビライザーシステムに動作可能に結合された制御装置であって、前記複数の船舶推進装置の動作を制御して船舶を選択されたグローバル位置に維持しながら前記ジャイロスコープスタビライザーシステムの制御トルクの出力を最小限に抑えるように構成されている制御装置と
   を備える、船舶を方向付けるためのシステム。
2. 前記制御トルクは、前記選択されたグローバル位置における前記船舶のピッチおよびロールの少なくとも１つを減衰させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
3. 前記制御装置は、前記複数の船舶推進装置に一貫した前記ジャイロスコープスタビライザーシステムを作動させて前記船舶の船首方位を変更するようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
4. 前記グローバル位置における前記船舶のピッチおよびロールの少なくとも１つを測定するように構成された慣性計測装置をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
5. 前記制御装置は、前記慣性計測装置に動作可能に接続されており、かつ前記慣性計測装置から前記ピッチおよびロールの少なくとも１つを受信するように構成されている、請求項４に記載のシステム。
6. 前記制御装置は前記複数の船舶推進装置の動作を制御して、前記慣性計測装置から受信した前記ピッチおよびロールの少なくとも１つを最小限に抑えることにより前記ジャイロスコープスタビライザーシステムの前記制御トルクの出力を最小限に抑えるように構成されている、請求項５に記載のシステム。
7. 前記制御装置は前記複数の船舶推進装置の動作を制御して、船首方位探索プロセスを行うことにより前記ジャイロスコープスタビライザーシステムの制御トルクの出力を最小限に抑えるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
8. 前記船首方位探索プロセスは、
   前記ジャイロスコープスタビライザーシステムの第１の制御トルクの出力を測定すること、
   前記船舶の船首方位を第１の方向に所定の船首方位量で変更すること、
   前記ジャイロスコープスタビライザーシステムの第２の制御トルクの出力を測定すること、および
   前記第１の制御トルクの出力が少なくとも所定の変化量で前記第２の制御トルクの出力よりも大きい場合に前記工程を繰り返すこと
   を含む、請求項７に記載のシステム。
9. 前記船首方位探索プロセスは、
   前記第１の制御トルクの出力が前記第２の制御トルクの出力よりも小さい場合に前記船舶の前記船首方位を前記第１の方向の逆である第２の方向に前記所定の船首方位量で変更することをさらに含む、請求項８に記載のシステム。
10. ユーザが前記所定の船首方位量および前記所定の変化量の少なくとも１つを選択するのを可能にするように構成されたユーザ入力装置をさらに備える、請求項８に記載のシステム。
11. 前記制御装置は前記第１の制御トルクの出力または前記第２の制御トルクの出力がトルク出力閾値を超えた場合に前記所定の船首方位量を増加させるように構成されている、請求項８に記載のシステム。
12. ジャイロスコープスタビライザーシステムの第１の制御トルクの出力を決定すること、
    複数の船舶推進装置を作動させることにより、前記船舶の船首方位を第１の方向に所定の船首方位量で変更すること、
    前記ジャイロスコープスタビライザーシステムの第２の制御トルクの出力を決定すること、および
    前記第１の制御トルクの出力が少なくとも所定の変化量で前記第２の制御トルクの出力よりも大きい場合に前記工程を繰り返すこと
    を含む、船舶を方向付けるための方法。
13. 前記第１の制御トルクが前記第２の制御トルクの出力よりも小さい場合に、前記船舶の前記船首方位を前記第１の方向とは逆の第２の方向に前記所定の船首方位量で変更することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記所定の船首方位量および前記所定の変化量の少なくとも１つはユーザによって構成可能である、請求項１２に記載の方法。
15. 前記第１の制御トルクの出力または前記第２の制御トルクの出力がトルク出力閾値を超えた場合に、前記所定の量を自動的に増加させる、請求項１２に記載の方法。
16. 前記船舶の前記船首方位を第１の方向に所定の量で変更することは、前記複数の船舶推進装置に一貫した前記ジャイロスコープスタビライザーシステムを作動させることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
17. 前記船舶を選択されたグローバル位置に維持しながら行う、請求項１２に記載の方法。
18. 前記第１の制御トルクおよび前記第２の制御トルクは、前記選択されたグローバル位置における前記船舶のピッチおよびロールの少なくとも１つを減衰させるように構成されている、請求項１７に記載の方法。
19. 慣性計測装置から前記ピッチおよびロールの少なくとも１つを受信することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記第１の制御トルクの出力は前記慣性計測装置から受信した前記ピッチおよびロールの少なくとも１つに基づいて決定される、請求項１９に記載の方法。
    
    

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