JP6216315B2 - 水中遠隔操縦ビークル用小径テザーの自己放出および巻取りのための内部ウインチ - Google Patents

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本出願は、２０１１年７月２８日に出願された米国仮特許出願第６１／５１２，５３７号「Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｗｉｎｃｈ Ｆｏｒ Ｓｅｌｆ Ｐａｙｏｕｔ Ａｎｄ Ｒｅ−Ｗｉｎｄ Ｏｆ Ａ Ｓｍａｌｌ Ｄｉａｍｅｔｅｒ Ｔｅｔｈｅｒ Ｆｏｒ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｒｅｍｏｔｅｌｙ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ（水中遠隔操縦ビークル用小径テザーの自己放出および巻取りのための内部ウインチ）」の優先権を主張する。米国特許出願第６１／５１２，５３７号の全体の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

図１に示すように、遠隔操縦水中ビークル（ＲＯＶ）１０１は、無人海中作業用に工業および科学で広く使用されている。いくつかのＲＯＶ１０１は、通常、船１０９上に位置する通信、電力およびビークル回収のために海面への電気機械的ケーブル接続（テザー）１０５を必要とする。これらのケーブル１０５は、ＲＯＶ１０１に電力を供給するために必要な導電体を含むので、太くて重い。ＲＯＶ１０１が船１０９から離れるにつれて、テザー１０５はテザー格納装置１１１から解放される。

動きを制御するために、ＲＯＶ１０１上の推進装置１１３によって発生する推進力１１５は、ケーブル１０５の張力より大きくなければならない。水中でのケーブル１０５の動きによりケーブルが引きずられて、ケーブル１０５の張力が発生する。総張力は、ケーブル１０５の浸水面積に比例し得る。このように、ＲＯＶ１０１が船１０９からより遠くに進むにつれて、ケーブル１０５の張力はより大きくなり、より大きい推進力が必要になる。張力がある一定の力を上回る場合にケーブル１０５が破損するおそれがあるので、これは問題となり得る。必要なことは、ケーブル１０５に過大な張力がかかることを防止する代替システムである。

本発明は、ＲＯＶと支援船との間のケーブルテザーに過大な張力がかかることを防止するためのシステムを対象とする。ＲＯＶが支援船から離れながら、ＲＯＶは細い光ケーブルを放出する。一実施形態では、ケーブルはケーブルの張力によってＲＯＶから引き出されるか、あるいは、ケーブルはＲＯＶから物理的に放出され得る。このように、ＲＯＶが水中を進行する間は、光ケーブルは水中で実質的に静止していることができる。ＲＯＶは、ＲＯＶから光ケーブルを放出するために、張力センサ、スピードセンサ、光ケーブル格納機構および給電システムを有することができる。

様々な異なるタイプのケーブルを、ケーブル解放機構と共に用いることができる。一実施形態では、ケーブルは、バッテリ駆動のＲＯＶと支援船との間でデータを送信するために用いることができる光ファイバを含むだけである。光ファイバは、高強度ケブラースリーブで囲まれたプラスチックシースの中に格納することができる。ケーブルは、ウレタンなどの高強度弾性材料で作製し得る耐摩耗性外面コーティングを含むこともできる。この光ファイバケーブルは、直径約２．９０ｍｍとすることができる。他の実施形態では、光ファイバケーブルは、高強度ケブラースリーブのない光ファイバを含むだけであってもよい。生の光ファイバケーブルは、ケブラースリーブケーブルより非常に壊れやすくなるおそれがあるが、約０．２５４の直径を有することができる。このように、生の光ファイバケーブルの長さを収容するスプールは、ケブラージャケットを有する光ファイバケーブルを収容するスプールより非常に小さくなり、ある種のタイプの応用例により好適であり得る。

ＲＯＶがケーブルを解放せずに水中を移動する場合には、ケーブルは過剰な張力を受けるおそれがあり、光ファイバが損傷して、結果として通信障害が生じる可能性がある。ケーブルに過大な張力がかかることを防止するために、ＲＯＶは、ケーブル格納ユニット、ケーブル張力センサ、マイクロプロセッサおよびケーブル解放機構を含むシステムを含むことができる。ケーブル張力の測定結果は、電気信号に変換して、張力センサからマイクロプロセッサまで送信することができる。張力センサからの張力信号が、おそらくは０．０４５〜１．３６ｋｇ（０．１〜３．０ポンド）の所定の使用張力を超える場合には、マイクロプロセッサは、ケーブル解放機構に対して、光ケーブルが巻きつくスプールであり得るケーブル格納ユニットからケーブルが解放される速さを増加させることができる。ケーブル張力が、約０．０４５ｋｇ（０．１ポンド）であり得る最小限の張力より小さくなる場合には、ケーブル解放を減少させることができる。

別の実施形態では、ＲＯＶは、速度信号をマイクロプロセッサに送信することができる１つまたは複数のスピードセンサを含むこともできる。センサは、ＲＯＶが水中をどれくらい速く移動しているかを決定することができる。そして、この情報に基づいて、マイクロプロセッサは、解放機構に対してＲＯＶの速度と等しい速さで、またはそれより速くケーブルを解放させることができる。ＲＯＶ上のケーブル解放機構によって、ＲＯＶが支援船からより深くより遠くに移動することが可能になり、要求されるタスクを遂行するＲＯＶの能力を非常に強化することができる。

ＲＯＶの線図である。 ケーブル張力制御機構を有するＲＯＶの線図である。 光ケーブルの図である。 光ケーブルスプールの図である。 光ケーブル張力制御機構構成要素のブロック図である。 ケーブル解放機構の一実施形態の図である。

本発明は、ＲＯＶと支援船との間に伸びる光ファイバケーブルを格納し解放するためのシステムを対象とする。ＲＯＶは、典型的には、海中ビークルを海面から供給される電力と接続するためのテザーケーブルを必要とする。テザーケーブル内には、典型的には光ファイバケーブルである通信リンクと共に電力導体を有し、また回収を可能にするための鋼線を有する。あるいは、ＲＯＶはバッテリ駆動であってもよく、典型的には再充電可能リチウムバッテリパックを使用する。このようなＲＯＶは、命令および制御のためだけでなく、ＨＤビデオ信号などのセンサデータをビークルから海面へ送信するために、高帯域双方向通信用の直径１〜３ｍｍであり得る非常に小さい直径の外装光ファイバケーブルを用いることができる。一実施形態では、光ファイバケーブルは、直径約２．９ｍｍまたは約５．０ｍｍ未満のいかなる直径であってもよい。

典型的には、ＲＯＶケーブルは、水上船舶上のスプールまたはウインチに格納される。ケーブルは、水中のＲＯＶによって必要な深さおよび距離まで引っ張られて、水上船舶から水中に解放することができる。このように水中でケーブルを引っ張ることによって、表面摩擦および形状抵抗が生じる。そして、ケーブルの長さが長くなると、ＲＯＶ推進システムの最大推進力能力を圧倒する十分な力が生じるおそれがある。したがって、テザーの表面展開は、テザーに対する抵抗力を生じさせ、ＲＯＶを使用できる実際的な深さおよび／または範囲を制限する。

本発明は、船内に格納されて、水上船舶ではなくＲＯＶから解放される小径外装光ファイバケーブルを用いるＲＯＶを含む。ＲＯＶケーブル解放システムは、駆動モータに接続され得る張力センサを含むことができ、ビークルが水中を移動するにつれて、ケーブルを格納スプールから放出することができる。このように、ケーブルは引っ張られずに、ＲＯＶが移動した水中において事実上静止していることができる。ケーブルは水中で最小限の張力のみによって引かれているので、光ファイバケーブルは、ほとんどＲＯＶに対する引っ張りを生じない。このようにして、ＲＯＶはケーブル抵抗力から自由になり、水中でより自由に移動することができる。ケーブルの引っ張りが効果的に除去されたので、ＲＯＶは、必要とされるより少ない推進力で、より深くより長い範囲を移動することができる。

一実施形態では、本発明のシステムは、バッテリ駆動のＲＯＶと共に、実質的に中立的な浮揚性のある外装光ファイバケーブルを用いることができる。ケーブルがＲＯＶから解放された後、中立的な浮力によって、解放されたケーブルは水中で実質的に静止される。また、中立的な浮力は、ケーブルの急速な浮上、または急速な沈下を防ぐ。このケーブルの上下運動は、ＲＯＶにおいて望ましくないケーブル張力を生じる。ケーブルの引っ張りが除去されたので、本発明のシステムを用いたＲＯＶは、７，０００メートルを超える深さ、および２０，０００メートルを超える範囲で動作するように設計することができる。これらの深さおよび範囲は、支援船から解放され、ＲＯＶにより水中で引っ張られる、表面展開されたケーブルを用いるＲＯＶによって可能であると証明された深さおよび範囲よりも、何倍も大きい。

図２を参照すると、ＲＯＶ２０１の簡略化した図が示されている。ケーブル２０５は、ＲＯＶ２０１のケーブル格納装置２２１に格納することができる。ＲＯＶ２０１が支援船２０９から離れるとき、張力センサ２２９はケーブル張力を検出し、ケーブル２０５を格納装置２２１のスプール５５３から解放することができる。ケーブル２０５は支援船２０９に格納されなくてもよく、または、おそらくはケーブル２０５の短い部分は支援船２０９に格納され、ＲＯＶ２０１を最初に水中に入れ、船２０９から移動する前には、水中に解放することができる。

通常操作中には、ＲＯＶ２０１のスプール５５３に格納されたケーブル２０５は、ＲＯＶ２０１が水中で移動するにつれて、解放することができる。ＲＯＶ２０１は、水中でＲＯＶ２０１を移動させるための水平および垂直推進力２１５を用いて、水中のいかなる方向へも移動することができる。ＲＯＶ２０１が支援船２０９から離れるにつれて、ケーブル１０５は解放され、したがって、ケーブル１０５は水中で引っ張られることがない。このように、推進システム２１３は、ＲＯＶ２０１における流体力学的抵抗力と、約１．３６ｋｇ（３ポンド）未満の力とすることができるケーブル２０５からのおそらくは小さい張力とに打ち勝つ十分な推進力２１５を生成することを必要とするだけである。ケーブル２０５が水中で引っ張られないので、ＲＯＶ２０１の推進システム２１３は、ケーブル２０５が水中で引っ張られる場合に普通なら存在するはずのいかなる有意な付加的な抵抗力も有しない。ケーブル２０５は、ＲＯＶ２０１と支援船２０９上のコントローラまたは通信装置５５８との間の光伝送経路を維持することができる。

ケーブル２０５の張力を最小にするために、システムは、水中のＲＯＶ２０１の速度以上の速さでケーブル２０５を解放することができる。一実施形態では、ＲＯＶ２０１は、制御機構２２１に接続されたスピードセンサ２２７を含むこともできる。ＲＯＶ２０１が移動すると、スピードセンサ２２７は運動を検出することができる、そして、制御機構２２１は、水中のＲＯＶ２０１の速度に等しいか、あるいはそれよりわずかに速い速度でケーブル２０５を解放し始めることができる。ＲＯＶ２０１は、ケーブル２０５を水中に残しながら、いかなる経路においても移動することができる。システムがケーブル２０５の張力を公称レベルに通常保持するので、ケーブル張力は、常に最大使用張力より十分に低くなるはずである。ケーブル２０５がＲＯＶ２０１の速度に近い速度で解放されない場合には、ケーブル２０５はＲＯＶ２０１によって引っ張られ、ケーブル２０５に張力を生じさせるおそれがある。またＲＯＶの経路は、解放したケーブル２０５が絡み合うおそれがあるループまたは重複ルートを防止するように制御すべきである。

ＲＯＶ２０１が支援船２０９からかなりの距離を移動した後には、水中にはかなりの量の露出したケーブル２０５があり得る。支援船の移動、または異なる深さの水流の変化に起因して、あるいは「潮線」を横切ることに起因して、水中に解放されたケーブル２０５には張力のいくつかの分離した領域が生じる可能性がある。ケーブル２０５の張力の強さは、ケーブル２０５の露出した長さに沿って変化し得る。しかし、これらの不均一な水流の動きは最小限であり得るので、支援船２０９および水の動きによって生じるケーブル２０５の予想される張力は公称値になるはずであり、約２３〜３４ｋｇ（５０〜７５ポンド）であり得るケーブル２０５の安全な最大動作張力より十分に低くなるはずである。このケーブル張力は、ケーブル２０９のある特定の領域に分離されることがある。しかし、またケーブル２０５の張力はＲＯＶに伝達されて、ＲＯＶ２０１の張力センサ２２９により検出され得る。ケーブル張力が検出されると、システムは追加のケーブル２０５をＲＯＶ２０１から解放して、張力を減少させる。

図３を参照すると、典型的な光ファイバケーブル２０５の実施形態が示されている。ケーブル２０５は、ケブラーなどの高強度複合繊維で作製され得る高強度被覆部材３０５によって囲まれるプラスチックシース３０３に収容された中心単一モード光ファイバ３０１を有することができる。高強度被覆部材３０５は、ウレタンまたは他の類似の材料で作製することができる耐摩耗性外面コーティングまたは層３０７によって囲まれてもよい。このようなケーブル２０５は外径（ＯＤ）の標準になっており、それは約２．９ｍｍである。図３に示すケブラーで強化された小径ケーブル２０５は、１８１ｋｇ（４００ポンド）以上に荷重されるまで機械的に破損し得ないが、光ファイバコア３０１は３２ｋｇ（７０ポンド）を上回る張力がケーブル２０５に加わると、損傷を受けるおそれがある。このように、小径ケーブル２０５は、約２３ｋｇ（５０ポンド）以下の最大安全使用張力を有することができる。他の実施形態では、ケーブル２０５のＯＤは約１．０ｍｍから５．０ｍｍの間であってもよく、これらのケーブルの強度は、２３ｋｇ（５０ポンド）より小さいか、またはそれより大きい最大使用強度を有することができる。これらのケーブル２０５は、過酷な環境で動作するために高強度、耐久性および耐摩耗性が必要となる海中の遠隔ビークルで用いることができる。

他の実施形態では、本発明のケーブル展開システムで使用する光ケーブルは、図３に記載される保護構造を備えることができない。本実施形態では、同じ長さおよび深さの潜水は、約０．２５４ｍｍの外径を有することができる未加工の光ケーブルを使用して、成し遂げることができる。光ファイバは、ビークルの中に格納することができ、記載した本発明の解放システムによって解放することができる。このより細い未加工のケーブルは、占有スペースを実質的に外装光ケーブルより少なくすることができるが、最大使用引張強度はそれよりも非常に弱くなる。しかし、ケーブルが受ける張力は最小量なので、未加工の細径ケーブルは、ケブラー被覆によってもたらされる特別な強度なしに、記載した事項において、動作することができる。未加工の光ケーブルは、米国特許出願第１２／７９５，９７１号、「Ｏｃｅａｎ Ｄｅｐｌｏｙａｂｌｅ Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃａｂｌｅ（海洋展開可能で生物分解可能な光ファイバケーブル）」にさらに記載されており、これは参照によって本明細書に組み込まれる。

図４を参照すると、この小径光ファイバケーブル２０５は、ＲＯＶ２０１内部のドラムに巻取ることができる。例えば、長さ６０９６ｍ（２０，０００フィート）直径２．９ｍｍのケーブル２０５は、ＲＯＶ内のスプール５５３、ドラムまたは他の構造に巻取ることができる。例示的実施形態では、スプール５５３は、約１０ｃｍの外径（Ｄ１）および約２００ｃｍの幅（Ｗ）を有することができる。ケーブル２０５は、スプール５５３上にある繰り返す螺旋状パターンのスプール５５３に巻きつけることができ、約４２層ができる。スプール５５３に格納されるケーブル２０５の長さを見積もるための方程式は、問題によって計算することができる。

ケーブルの長さ＝（平均外周長）×（層数）×（巻数／層）
Ｄ２＝Ｄ１＋２×層数×ケーブルのＯＤ
平均外周長＝π×（Ｄ１＋Ｄ２）／２
１層当たりの巻数＝Ｗ／（ケーブルのＯＤ）
第１の例示的実施形態では、
ケーブルのＯＤ＝０．２９ｃｍ
スプール上のケーブルの層数＝４２
スプールの外径（Ｄ１）＝１０ｃｍ
スプールの幅（Ｗ）＝２００ｃｍ
スプールおよびケーブルの外径（Ｄ２）＝１０ｃｍ＋２×４２×０．２９ｃｍ＝３４．３６ｃｍ
スプール上のケーブルの平均外周長＝πｘ（１０ｃｍ＋３４．３６ｃｍ）／２＝６９．６８ｃｍ
１層当たりの巻数＝２００ｃｍ／０．２９ｃｍ＝６９０
スプールに格納されるケーブルの長さ＝（７０ｃｍ）×４２×６９０＝２，０２８，６００ｃｍ＝２０，２８６メートル
第２の例示的実施形態では、
ケーブルのＯＤ＝０．０２５４ｃｍ
スプール上のケーブルの層数＝３０
スプールの外径（Ｄ１）＝１０ｃｍ
スプールの幅（Ｗ）＝５０ｃｍ
スプールおよびケーブルの外径（Ｄ２）＝１０ｃｍ＋２×３０×０．０２５４ｃｍ＝１１．５２ｃｍ
スプール上のケーブルの平均外周長＝π×（１０ｃｍ＋１１．５２ｃｍ）／２＝３３．８０ｃｍ
１層当たりの巻数＝５０ｃｍ／０．０２５４ｃｍ＝１，９６８
スプールに格納されるケーブルの長さ＝（３３．０２ｃｍ）×３０×１，９６８＝１，９４９，５０１ｃｍ＝１９，４９５メートル
図５を参照すると、ケーブル解放システム構成要素のブロック線図が示されている。ケーブル張力を除去するために、ＲＯＶ２０１は、ケーブルがＲＯＶから出て行くときケーブル張力を検出するケーブル張力センサ２２９によって、ケーブル張力を検出することができる。張力センサ２２９は、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６に、張力信号を送信することができる。コントローラ／マイクロプロセッサ２２６が、公称作用張力などの所定の値を超える張力を検出する場合には、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、第１の速さまたはスピードで格納されたケーブルを解放するように、ケーブル解放機構２２１に信号を送信することができる。上述したように、ケーブル解放機構は、ケーブルが格納されるスプールを含むことができる。ケーブルを解放するために、ケーブル解放機構は、スプールを回転させ、ケーブルをＲＯＶから解放させるモータを含むことができる。コントローラ／マイクロプロセッサ２２６がケーブル解放機構２２１にケーブルを解放させる速さは、ケーブル張力センサ２２９によって検出されるケーブル張力に比例することができる。一実施形態では、ケーブルがケーブル解放機構から解放されるにつれて、ケーブル張力は減少すべきである。しかし、張力センサ２２９がケーブル張力を検出し続ける場合には、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、ケーブルが解放される速さを上げるように、ケーブル解放機構２２１に信号を送信することができる。張力が通常作業レベルに落ちた後で、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、ケーブルが解放される速さを減らすように、ケーブル解放機構２２１に信号を送信することができる。ケーブル張力を監視して、張力に比例する速さでケーブルを解放することによって、ケーブル張力を公称レベルに保つことができる。そして、ＲＯＶはケーブル張力によるいかなる有意な引っ張りなしに移動することができる。

一実施形態では、ケーブル解放機構２２１は、ケーブル張力を任意の所定の張力に維持するように構成することができる。例えば、ケーブル解放機構２２１が０．４５ｋｇ（１ポンド）の力の所定の張力または０．３６〜０．５４ｋｇ（０．８〜１．２ポンド）の通常作業張力に設定された場合には、ケーブル張力センサ２２９は、ケーブル張力を監視して、ケーブル張力データをコントローラ／マイクロプロセッサ２２６に送信することができる。コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、定常的な第１の速さ、例えば１秒当たり１０ｃｍでケーブルを解放するように、ケーブル解放機構２２１を制御することができる。張力が０．５４ｋｇ（１．２ポンド）の力まで増加する場合には、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、ケーブル張力が０．４５ｋｇ（１ポンド）の力に減少するまで、１秒当たり１０ｃｍを上回るようにケーブル出力の速さを増加させることができる。例えば、ケーブル出力は、ケーブル張力が０．４５ｋｇ（１．０ポンド）まで低下する１秒当たり１６ｃｍの速さまで、増やすことができる。コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、ケーブル張力が所定の範囲内に保たれる場合には、このより高いケーブル出力を維持することができる。反対に、ケーブル張力が０．３６ｋｇ（０．８ポンド）より下に減少する場合には、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、ケーブル張力が通常動作範囲に増加するまで、ケーブルの出力速さを減少させることができる。常に出力速さを監視し、調整することによって、ケーブルを通常作業張力に維持することができる。

一実施形態では、ＲＯＶは、ＲＯＶスピードセンサ２２７を有するＲＯＶの速度を検出することもできる。また、ＲＯＶスピードセンサ２２７からの速度信号は、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６に送信されることもできて、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、ＲＯＶの速度と同じか、またはそれよりわずかに大きい速度でケーブルを解放するように、ケーブル解放機構を制御することができる。ＲＯＶが水中で加速するにつれて、スピードセンサ２２７は増加した速度を検出して、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６に、この情報を送信し、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、ケーブル解放機構からのケーブル解放の速さを増加することができる。反対に、ＲＯＶが減速する場合には、より遅い速度がコントローラ／マイクロプロセッサ２２６に送信され、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６はケーブル解放機構２２１からのケーブル解放の速さを減少させることができる。一実施形態では、スピードセンサ２２７は、単一方向のＲＯＶの速度を検出することができるだけである。このように、ＲＯＶは、異なる方向に配置される複数のスピードセンサ２２７を必要とすることができる。例えば、第１のスピードセンサ２２７は、垂直方向の速度を検出することができるのみであり、第２のスピードセンサは、水平速度を検出することができるのみである。コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、複数のスピード信号に基づいて、累積的なＲＯＶの速さを算出することを必要とする可能性がある。累積的な速度は、公式Ｖ_{ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ} ^２＝Ｖ_{ｖｅｒｔｉｃａｌ} ^２＋Ｖ_{ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ} ^２によって表現することができる。それから、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、ケーブル解放機構２２１からの出力速さを、ＲＯＶの速さと同じか、またはそれよりわずかに速くなるように、制御することができる。

一実施形態では、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、スピードセンサ２２７からのスピード検出と張力センサ２２９からのケーブル張力との組合せを用いて、ケーブル解放機構２２１からのケーブル出力の速さを制御することができる。本実施形態では、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、スピードセンサ２２７からのＲＯＶの速さとほぼ一致する速さでケーブルを放出し始めることができる。張力センサ２２９から、付加的な張力が通常動作範囲を上回って検出される場合には、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、ケーブル解放機構にケーブルを解放する速さを増加させる。張力が通常動作範囲に低下する場合には、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、ＲＯＶの速さで、またはそれをわずかに上回る速さで、ケーブルの解放を再開することができる。張力が通常動作範囲より低下する場合には、コントローラ／マイクロプロセッサ２２６は、ＲＯＶの速さでケーブルを解放することを維持するか、またはケーブルを解放する速さを減少させるか、いずれも可能である。

ケーブル２０５は、格納されたケーブル２０５がなくなるまで、ＲＯＶからの解放を継続することができる。しかし、これは、ＲＯＶ上のケーブル２０５がなくなることにより、ＲＯＶがケーブルに張力を引き起こさずにさらに遠くに移動するのを妨げられるおそれがあるので、問題である。一実施形態では、ケーブル解放機構５５１は、スプール５５３に残っているケーブル２０５の量を示すための信号を送信することができる。ケーブル解放機構５５１は、ケーブル２０５が解放されるときに、スプール５５３の回転数をカウントすることによって、解放されたケーブル２０５の長さを決定することが可能でもよい。このように、必要ならば、ＲＯＶ２０１の操作者は、支援船から信号を送信して、ＲＯＶ２０１の任務を短縮し、またはＲＯＶ２０１を水面に回収することができる。これらのステップにより、ＲＯＶ２０１のケーブル２０５がなくなること、または損傷することを防止できる。

図６を参照すると、ケーブル解放機構２２１の一実施形態が示されている。本実施形態では、長い連続した長さの光ケーブル５１０を、スプール５０１に巻き付けることができる。スプール５０１は、スプール５０１が回転できる駆動軸５０２に連結することができる。光ケーブル５１０の一方の端は、回転光学ジョイント５０３に連結されて、スプール５０１および光ケーブル５１０が回転することが可能になり、ケーブル５１０を通して光学通信経路を維持することができる。光ケーブル５１５は、ＲＯＶ上のコントローラに接続された回転光学ジョイント５０３の反対側に連結することができる。

ケーブル５１０がＲＯＶを離れるにつれてケーブル５１０の張力を検出するケーブル張力センサ５０７を通して、ケーブル５１０を解放するように、スプール５０１は回転することができる。ケーブルは、ガイド５０８を通して供給することもできる。ガイド５０８は、曲線状のガイド面を有する滑らかなベルマウスであってもよい。そのガイド面は、ケーブル５１０がケーブル開放機構２２１を出る際に鋭角に折れ曲がり損傷することを防止する半径を有する。ガイド５０８の表面が滑らかなので、ガイド５０８に対するケーブル５１０の滑りは、いかなる著しい摩擦も生じない。

ガイド５０８は、均等巻きシステム５０４の一部である逆転する送りねじ５０５に連結することができる。逆転する送りねじ５０５は、駆動軸５０２に接続されるスプールプーリ５１３に連結するベルト駆動送りねじプーリ５０６に連結することができる。駆動モータ５０９は、駆動ベルトでスプールプーリ５１３に接続することができるピニオンギアを回転させることができる。コントローラ５１１が駆動モータ５０９を回転させると、ピニオンギア５１４が回転し、スプールプーリ５１３が回転し、スプール５０１が回転して、ケーブル５１０が解放される。また、スプールプーリ５１３は、送りねじプーリ５０６を回転させ、ガイド５０８をスプール５０１の幅の前後に動かして、スプール５０１から除去されつつあるケーブル５１０の位置と一致させる。一実施形態では、均等巻きシステム５０４は、ウィンチドラムスピードの約１／４で回転するベルト駆動５０６を有する逆転する送りねじ５０５を用いることができる。異なる直径のケーブルに合わせて巻き角が変えることができるように、送りねじプーリ５０６は、交換可能なベルト駆動スプロケットを備えることができる。好ましい実施形態では、ケーブルの巻線ピッチはオープンな「汎用」巻取りであって、この場合にはケーブルピッチは逆転する送りねじのピッチの１／４である。

ケーブル５１０は、様々な異なる動作モードで、ケーブル解放機構２２１から解放することができる。一実施形態では、放出方法は、ＲＯＶが水中で移動する際に、ＲＯＶの張力センサ５０７からのテザー張力を監視することである。張力センサ５０７は、コントローラ５１１およびマイクロプロセッサ５１２に張力信号を送ることができる。張力があまりに高い場合には、コントローラ５１１およびマイクロプロセッサ５１２は、駆動モータ５０９を制御して、ケーブル５１０をほどき、または放出し、所定の通常動作張力の範囲の中にある一定の小さい張力を維持することができる。例えば、テザー５１０の張力が約０．４５ｋｇ（１ポンド）の力でＲＯＶを穏やかに引く場合には、コントローラ５１１、マイクロプロセッサ５１２および駆動モータ５０９は共に機能して、要求される０．４５ｋｇ（１ポンド）±０．２３ｋｇ（０．５ポンド）の力の張力を自動的に維持するように、テザー５１０を解放する。また論じるように、コントローラ５１１およびマイクロプロセッサ５１２はスピードセンサと通信し、駆動モータ５０９を制御して、水中のＲＯＶの速さ以上の速さでケーブル５１０を解放することができる。

ケーブルを解放することに加えて、ケーブル解放機構２２１は、ＲＯＶから解放されたケーブル５１０を巻き取るために用いることができる。ＲＯＶが支援船によって回収される際に、ケーブル５１０はＲＯＶからなおも延長することができる。ケーブル解放機構２２１は、スプール５０１にケーブル５１０を巻き取るために、逆転することができる。ケーブル５１０をスプール５０１に巻き戻すときに、同じケーブル張力制御システムを用いることができる。モータ５０９は、コントローラ５１１により逆方向に駆動することができる。コントローラ５１１は、ケーブル５１０の張力を自動制御するために、張力センサ５０７からの張力フィードバックに基づいて、マイクロプロセッサ５１２によって制御される。駆動モータ５０９は、スプール５０１を回転させて、スプール５０１にケーブル５１０を巻き取ることができる。張力が所定の回収力より大きくなる場合には、モータ５０９はスプール５０１の回転を遅くすることができる。ケーブル回収モードでは、ケーブル５１０は水中で引っ張られているので、ケーブル５１０にはたらく抵抗力は水中のケーブル５１０の長さに比例することができる。ケーブル張力が通常の回収作業張力の範囲を超える場合には、モータ５０９は減速して、回収スピードを落とし、張力を減少させることができる。反対に、張力が通常の回収張力の範囲より低い場合には、モータ５０９は、スプール５０１の回転速さを増加させるように制御することができる。

均等巻きシステム５０４は、ケーブル５１０がスプール５０１に均一に巻き取られるように、ガイド５０８をスプール５０１の前後に動かすことができる。スプール５０１上のケーブル５１０の巻取り角度は、ケーブル５１０の最上層が下にあるケーブル５１０の巻かれたものの中に埋まるのを防止するのに、十分なものとすべきである。他の実施形態では、巻取りシステムはモータ駆動システムとして示されているが、駆動軸５０２を手動で回すことによってケーブル５１０を回収できるように、駆動軸５０２に機械てこを設けることが可能である。

本発明のシステムについて、特定の実施形態を参照して記載したが、しかし、これらの実施形態に対して、本発明のシステムの範囲から逸脱せずに、追加、削除および変更が可能であることが理解されよう。記載されたシステムは様々な構成要素を含むが、これらの構成要素および記載された構成が様々な他の構成において修正され、再構成され得ることは十分に理解される。
〔態様１〕
水上船舶上のコントローラと遠隔操縦水中ビークルとの間でデータを送信するための光ファイバを含むケーブルと、
前記ケーブルの実質的に全てを格納するための、前記遠隔操縦水中ビークルに載置されたスプールと、
前記スプールから周囲の水中への前記ケーブルの放出を制御する解放機構と、を含み、
前記スプールから解放される前記ケーブルの張力が所定の値より大きいとき、前記光ファイバが前記スプールから解放される、ケーブル解放装置。
〔態様２〕
前記所定の値は、約０．２３ｋｇ（０．５ポンド）より大きい張力であり、約０．９１ｋｇ（２．０ポンド）より小さい張力である、態様１に記載の装置。
〔態様３〕
前記ケーブルが前記ＲＯＶから出て行くとき前記ケーブルの前記張力を検出するための張力センサをさらに含む、態様１に記載の装置。
〔態様４〕
前記スプールから前記ケーブルを解放して、前記ケーブルを約０．９１ｋｇ（２．０ポンド）未満の張力に維持するように前記スプールを第１の方向に回転させるための、前記張力センサに接続された駆動モータをさらに含む、態様３に記載の装置。
〔態様５〕
解放された前記ケーブルを前記スプールに巻取るように、前記駆動モータが前記スプールを前記第１の方向の反対の第２の方向に回転させる、態様４に記載の装置。
〔態様６〕
前記遠隔操縦水中ビークルの光学スリップリングをさらに含み、
前記データは、前記光学スリップリングを通して送信される、態様１に記載の装置。
〔態様７〕
前記ケーブルは、前記水上船舶に格納されない、態様１に記載の装置。
〔態様８〕
前記ケーブルが前記スプールから放出される速さは、ほぼ水中での前記ＲＯＶの速さである、態様１に記載の装置。
〔態様９〕
前記遠隔操縦水中ビークルから前記ケーブルを解放することを助けるために、前記スプールから前記ケーブルを導くためのフィーダをさらに含む、態様１に記載の装置。
〔態様１０〕
前記フィーダは、前記スプールの一部にわたって前記フィーダを移動させるための送りねじを含む、態様９に記載の装置。
〔態様１１〕
水上船舶上のコントローラと遠隔操縦水中ビークルとの間でデータを送信するための光ファイバを含むケーブルと、
前記ケーブルの実質的に全てを格納するための、前記遠隔操縦水中ビークルに載置されたスプールと、を含み、
前記スプールから解放される前記ケーブルの張力が所定の値より大きいとき、前記光ファイバは、前記遠隔操縦ビークルの前記スプールから周囲の水中に解放される、ケーブル解放装置。
〔態様１２〕
前記所定の値は、約０．２３ｋｇ（０．５ポンド）より大きい張力であり、約０．９１ｋｇ（２．０ポンド）より小さい張力である、態様１１に記載の装置。
〔態様１３〕
前記ケーブルが前記遠隔操縦ビークルから出て行くとき前記ケーブルの前記張力を検出するための張力センサと、
前記張力センサからの張力信号に基づいて、前記スプールから前記ケーブルを放出する速さを制御するための、前記張力センサに接続されるコントローラと、
をさらに含む、態様１１に記載の装置。
〔態様１４〕
前記スプールから前記ケーブルを解放するように前記スプールを第１の方向に回転させるための、前記張力センサおよび前記コントローラに接続された駆動モータをさらに含み、
前記コントローラは、前記ケーブルを約０．９１ｋｇ（２．０ポンド）未満の張力に維持するように、前記駆動モータに前記スプールを回転させる、態様１３に記載の装置。
〔態様１５〕
解放された前記ケーブルを前記スプールに巻取るように、前記駆動モータが前記スプールを前記第１の方向と反対の第２の方向に回転させる、態様１４に記載の装置。
〔態様１６〕
前記遠隔操縦水中ビークルの光学スリップリングをさらに含み、
前記データは、前記光学スリップリングを通して送信される、態様１１に記載の装置。
〔態様１７〕
前記ケーブルは、前記水上船舶に格納されない、態様１１に記載の装置。
〔態様１８〕
前記ケーブルが前記スプールから放出される速さは、ほぼ水中での前記ＲＯＶの速さである、態様１１に記載の装置。
〔態様１９〕
前記遠隔操縦水中ビークルから前記ケーブルを解放することを助けるために、前記スプールから前記ケーブルを導くためのフィーダをさらに含む、態様１１に記載の装置。
〔態様２０〕
前記スプールに格納される前記ケーブルの長さは１０００メートルより長く、かつ前記ケーブルの直径は３ｍｍ未満である態様１９に記載の装置。

Claims (18)

1. 水上船舶（２０９）上のコントローラ（５５８）と遠隔操縦水中ビークル（ＲＯＶ）（２０１）との間でデータを送信するための光ファイバを含むケーブル（２０５）であって、当該ケーブル（２０５）の急速な浮上または急速な沈下を防ぐ中立的な浮力を有するケーブル（２０５）と、
   前記ケーブル（２０５）の実質的に全てを格納するための、前記遠隔操縦水中ビークル（２０１）に載置されたスプール（５５３）であって、当該遠隔操縦水中ビークル（２０１）が垂直推進力（２１５）を生成する推進システム（２１３）を含む、スプール（５５３）と、
   前記スプール（５５３）から周囲の水中への前記ケーブル（２０５）の放出を制御する解放機構（２２１）と、
   前記ケーブル（２０５）の張力を検出するための張力センサ（２２９）と、
   前記遠隔操縦水中ビークル（２０１）の速度を検出するためのスピードセンサ（２２７）と、
   前記解放機構（２２１）を制御するために前記張力センサ（２２９）及び前記スピードセンサ（２２７）と通信している第２のコントローラ（２２６）と、を含み、
   前記第２のコントローラ（２２６）は、前記ケーブル（２０５）の張力が所定の値の範囲内に維持されるように前記遠隔操縦水中ビークル（２０１）の速度と当該ケーブル（２０５）の張力の組み合わせに基づいた速度で前記解放機構（２２１）が前記スプール（５５３）から当該ケーブル（２０５）の放出を制御するように制御する、ケーブル解放装置。
2. 前記所定の値は、約０．２３ｋｇ（０．５ポンド）より大きい張力であり、約０．９１ｋｇ（２．０ポンド）より小さい張力である、請求項１に記載の装置。
3. 前記スプールから前記ケーブルを解放して、前記ケーブルを約０．９１ｋｇ（２．０ポンド）未満の張力に維持するように前記スプールを第１の方向に回転させるための、前記張力センサに接続された駆動モータをさらに含む、請求項１に記載の装置。
4. 解放された前記ケーブルを前記スプールに巻取るように、前記駆動モータが前記スプールを前記第１の方向の反対の第２の方向に回転させる、請求項３に記載の装置。
5. 前記遠隔操縦水中ビークルの光学スリップリングをさらに含み、
   前記データは、前記光学スリップリングを通して送信される、請求項１に記載の装置。
6. 前記ケーブルは、前記水上船舶に格納されない、請求項１に記載の装置。
7. 前記ケーブルが前記スプールから放出される速さは、水中での前記ＲＯＶの速さである、請求項１に記載の装置。
8. 前記遠隔操縦水中ビークルから前記ケーブルを解放することを助けるために、前記スプールから前記ケーブルを導くためのフィーダをさらに含む、請求項１に記載の装置。
9. 前記フィーダは、前記スプールの一部にわたって前記フィーダを移動させるための送りねじを含む、請求項８に記載の装置。
10. 水上船舶（２０９）上のコントローラ（５５８）と遠隔操縦水中ビークル（ＲＯＶ）（２０１）との間でデータを送信するための光ファイバを含むケーブル（２０５）であって、当該ケーブル（２０５）の急速な浮上または急速な沈下を防ぐ中立的な浮力を有するケーブル（２０５）と、
    前記ケーブル（２０５）の実質的に全てを格納するための、前記遠隔操縦水中ビークル（２０１）に載置されたスプール（５５３）であって、当該遠隔操縦水中ビークル（２０１）が垂直推進力（２１５）を生成する推進システム（２１３）を含む、スプール（５５３）と、
    前記スプール（５５３）から周囲の水中への前記ケーブル（２０５）の放出を制御する解放機構（２２１）と、
    前記ケーブル（２０５）の張力を検出するための張力センサ（２２９）と、
    前記遠隔操縦水中ビークル（２０１）の速度を検出するためのスピードセンサ（２２７）と、
    前記解放機構（２２１）を制御するために前記張力センサ（２２９）及び前記スピードセンサ（２２７）と通信している第２のコントローラ（２２６）と、を含み、
    前記第２のコントローラ（２２６）は、前記ケーブル（２０５）の張力が所定の値の範囲内に維持されるように前記遠隔操縦水中ビークル（２０１）の速度と当該ケーブル（２０５）の張力の組み合わせに基づいた速度で前記解放機構（２２１）が当該遠隔操縦ビークル（２０１）の前記スプール（５５３）から周囲の水中への当該ケーブル（２０５）の放出を制御するように制御する、ケーブル解放装置。
11. 前記所定の値は、約０．２３ｋｇ（０．５ポンド）より大きい張力であり、約０．９１ｋｇ（２．０ポンド）より小さい張力である、請求項１０に記載の装置。
12. 前記スプールから前記ケーブルを解放するように前記スプールを第１の方向に回転させるための、前記張力センサおよび前記第２のコントローラ（２２６）に接続された駆動モータをさらに含み、
    前記第２のコントローラ（２２６）は、前記ケーブルを約０．９１ｋｇ（２．０ポンド）未満の張力に維持するように、前記駆動モータに前記スプールを回転させる、請求項１０に記載の装置。
13. 解放された前記ケーブルを前記スプールに巻取るように、前記駆動モータが前記スプールを前記第１の方向と反対の第２の方向に回転させる、請求項１２に記載の装置。
14. 前記遠隔操縦水中ビークルの光学スリップリングをさらに含み、
    前記データは、前記光学スリップリングを通して送信される、請求項１０に記載の装置。
15. 前記ケーブルは、前記水上船舶に格納されない、請求項１０に記載の装置。
16. 前記ケーブルが前記スプールから放出される速さは、水中での前記ＲＯＶの速さである、請求項１０に記載の装置。
17. 前記遠隔操縦水中ビークルから前記ケーブルを解放することを助けるために、前記スプールから前記ケーブルを導くためのフィーダをさらに含む、請求項１０に記載の装置。
18. 前記スプールに格納される前記ケーブルの長さは１０００メートルより長く、かつ前記ケーブルの直径は３ｍｍ未満である請求項１７に記載の装置。

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