JP6271420B2 - 遠隔操作水中作業機のためのデュアルモード光ファイバケーブルシステム - Google Patents

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本出願は、２０１１年６月２３日に出願された米国仮特許出願第６１／５００，２４６号明細書「Ｄｕａｌ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｔｅｔｈｅｒ Ｆｏｒ Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ Ｒｅｍｏｔｅｌｙ Ｏｐｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ」の優先権を主張するものであり、これはその内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

図１を参照する。遠隔操作水中作業機（ｒｅｍｏｔｅｌｙ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｖｅｈｉｃｌｅ（ＲＯＶ））１０１は無人海中ワークタスク（ｕｎｍａｎｎｅｄ ｕｎｄｅｒｓｅａ ｗｏｒｋ ｔａｓｋ）のために産業および科学で広く使用される。一部のＲＯＶ１０１は、ボート１０９上に通常は位置する通信手段（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）および電力源（ｐｏｗｅｒ）のための、水面までの電気機械ケーブル接続（テザー）１０５を必要とする。これらのケーブル１０５は、ＲＯＶ１０１に動力を提供するのに必要である電気伝導体を収容することから、太くて重い。ＲＯＶ１０１がボート１０９から離れる方向に移動すると、テザー１０５がテザー保管デバイス１１１から解放される。

移動を制御するために、ＲＯＶ１０１上の推進デバイス１１３によって生成される推進力１１５がケーブル１０５の張力より大きくなければならない。ケーブル１０５にかかる張力は、ケーブル１０５が水中を移動するときにケーブルにかかる抗力によって発生する。全張力はケーブル１０５の浸水表面積に比例する可能性がある。したがって、ケーブル１０５の張力が大きくなると、ＲＯＶ１０１を船１０９からより遠くへ移動させるためにはより大きい推進力が必要となる。張力が一定の力を超えるとケーブル１０５が損傷する可能性があることから、上記のことが問題となる可能性がある。ケーブル１０５に過度に張力がかかることを防止するためのシステムが必要とされる。

本発明は、ＲＯＶと支援船との間のケーブルテザーに過度に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が支援船から離れる方向に移動すると、水を介して引っ張られるケーブルにかかる抵抗力によりケーブルに張力が発生し得る。これらの抵抗力は速度に比例し、また、水中でのケーブルの円周と長さとの積である表面積に比例する。ＲＯＶの位置を制御するためには、ＲＯＶによって生成される推進力がケーブルの張力より大きくなければならない。ＲＯＶによってケーブルが引っ張られることから、ＲＯＶとのケーブル接続点で最も張力が大きくなる可能性があり、また、ケーブル張力はケーブルの位置が支援船に近づくほど減少する可能性がある。

抗力を最小するために、バッテリ駆動のＲＯＶと支援船との間でデータを伝送するのに使用され得る光ファイバのみを有するケーブルを使用することにより円周が最小化され得る。光ファイバは、高強度のＫｅｖｌａｒスリーブで覆われるプラスチックシース内に収容され得る。また、ケーブルは、ウレタンなどの高強度の弾性材料で作られ得る耐摩耗性外部コーティングを有することができる。円周を縮小することにより、それに比例させてケーブルの抵抗力を減少させることができる。例えば、約２．９ｍｍの直径を有する光ファイバケーブルは約６．６ｍｍの円周を有することができ、その露出される表面積は、水中でのケーブルの長さと６．６ｍｍとの積となる。一方で、ＲＯＶに電力を提供するための電気伝導体を有するケーブルは２倍の直径を有する可能性がある。５．８ｍｍの直径を有するケーブルは２６．４ｍｍの円周を有する。より細い光ファイバケーブルの露出される表面積は大幅に細くなることから、抗力および張力も大幅に減少する。抗力が円周に反比例すると仮定すると、直径を５０％縮小することによりケーブルの浸水表面積を７５％減少させることができ、さらにそれによりケーブルにかかる流体力学的抗力を大幅に減少させることができる。

ケーブルが過度な張力を受けると、光ファイバが損傷する可能性があり、それによりケーブルが故障する可能性がある。ケーブルに過度に張力がかかることを防止するために、ＲＯＶは、ケーブル保管ユニットと、ケーブル張力センサと、ケーブル解放機構とを有するシステムを有することができる。ケーブルの張力が所定の最大使用張力（ｍａｘｉｍｕｍ ｗｏｒｋｉｎｇ ｔｅｎｓｉｏｎ）を超える場合、ケーブル張力センサが過度の張力を検出することができ、ケーブル解放機構によりケーブルの一部をＲＯＶから解放することができる。ケーブル張力が最大使用張力未満まで低下するとケーブルを解放することが停止され得る。張力が断続的に増大するのは、水流が原因である場合や、物体に接触することが原因である場合や、別の力が原因である場合などがある。ＲＯＶ上のケーブル解放機構と組み合わされる、より細いケーブルにより、ＲＯＶがより深くまで移動することができるようになりさらには支援船からより遠くまで移動することができるようになり、それにより必要なタスクを実施するためのＲＯＶの能力を大幅に向上させることができる。

ＲＯＶを示す図である。 ケーブル張力制御機構を備えるＲＯＶを示す図である。 光ケーブルを示す図である。 光ケーブルスプールを示す図である。 光ケーブル張力制御機構の一実施形態を示す図である。 光ケーブル張力制御機構の詳細を示す図である。 光ケーブル張力制御機構の詳細を示す図である。 光ケーブル張力制御機構の一実施形態を示す図である。 複合ケーブルを備えるＲＯＶの一実施形態を示す図である。

本発明は、ＲＯＶと支援船との間をＲＯＶ側から延在するケーブルを保管するための、さらには、ケーブル張力が所定の力を超える場合にケーブルが故障することを防止することを目的としてケーブルを解放するためのシステムを対象とする。このシステムは、光ファイバを有するがＲＯＶに動力供給するための電気伝導体を有さない細いケーブルに対して特に有用となり得る。図２を参照すると、ＲＯＶ２０１の単純化された図が示されている。ケーブル２０５は、支援船（ｓｕｐｐｏｒｔ ｖｅｓｓｅｌ）２０９上にあるケーブル保管デバイス２１１の上さらにはＲＯＶ２０１上にあるケーブル解放デバイス２１１の中のいずれかで保管されてよい。ＲＯＶ２０１が支援船２０９から離れる方向に移動すると、ケーブル２０５が保管デバイス２１１から解放される。別法として、ケーブル２０５は支援船２０９のデッキ上に保管されてもよく、支援船２０９から離れる方向にＲＯＶ２０１が移動するときに機械的にまたは手動で解放されてもよい。

通常の作業時、ＲＯＶ２０１に載荷されるケーブル２０５はリザーブ状態であってよく、使用されなくてよい。ＲＯＶ２０１は、通常、水中でケーブル２０５を引っ張るためにさらにはケーブル保管デバイス２１１内の水面のメイン供給リール５５２からケーブル２０５を引きずり出すために、水平方向・垂直方向推進力２１５を使用することによって作動することができる。このような水面のメイン供給リール５５２は、ＲＯＶ２０１と支援船２０９上の制御装置または通信デバイス５５８との間の光学経路を維持しながら回転することを可能にするための回転光学ジョイント（ｒｏｔａｒｙ ｏｐｔｉｃａｌ ｊｏｉｎｔ）を使用することができる。別法として、水面側のケーブル２０５はリール５５２を用いずに保管されてもよい。例えば、ケーブル２０５はデッキ上で捻じれることを防止するために８の字の形で外されるかまたは類似の形で配置され得、必要時に乗員により手動で船外へと配備され得る。ケーブル２０５を保管および配備することは、リール５５２の作動を制御するかまたはリール５５２またはデッキからケーブル２０５を引っ張りかつケーブル２０５が支援船２０９の側部を越えることを補助する乗員によって実施され得る。

ＲＯＶ２０１が支援船２０９から離れる方向に移動すると、ケーブル１０５が水を介して引っ張られるため、推進システム２１３が、ＲＯＶ２０１およびケーブル２０５にかかる流体力学的抵抗力に打ち勝つのに十分な推進力２１５を生成しなければならない。ケーブル２０５の抵抗力は露出される表面積に比例する可能性があり、この表面積はケーブル２０５の円周とケーブル２０５の長さとの積に等しい。また、この抵抗力はケーブル２０５に張力を発生させる。ケーブル２０５の張力の大きさは、流体力学的抗力を原因としてケーブル２０５の露出される長さに応じて変化する。ＲＯＶ２０１がケーブル１０５を引っ張ることから、ケーブル２０５の任意のセクションにおける張力は、後端のケーブル２０５から支援船２０９まで戻る方向の全抗力を含む可能性がある。したがって、最も大きい張力はＲＯＶ２０１に隣接するケーブル２０５の部分のところで発生する可能性があり、最も小さい張力は支援船２０９に最も接近するケーブルのところで発生する可能性がある。ＲＯＶ２０１と支援船２０９との間のケーブル２０５の部分の張力はＲＯＶ２０１から支援船２０９に向かう方向において線形的に減少する可能性がある。

ケーブル２０５は張力を受けると伸長する可能性があり、また、最終的に内部の導電体または光ファイバが損傷する可能性もある。このようにしてケーブル２０５が故障すると、電力損失が生じるかまたはデータ伝送において不具合が生じる可能性がある。これらのタイプの不具合が生じることを回避するために、ＲＯＶ２０１はケーブル張力制御機構２２１を有することができ、このケーブル張力制御機構２２１は、張力センサと、ＲＯＶ２０１上で保管されるケーブル２０５の一部分とを有する。制御機構２２１は、張力が安全な使用張力などの所定の値を超えたことを検出する場合、保管されるケーブル２０５の一部を解放することができる。この追加されるケーブル２０５はＲＯＶ２０５のところのケーブル張力を瞬時に減少させることができる。張力が最大使用張力未満の安全なレベルにまで低下すると、制御機構２２１は、過剰な張力を再び検出するまで、保管されるケーブル２０５を解放することを停止することができる。

別の実施形態では、制御機構２２１はまた、張力を最大使用張力未満で維持することを目的として、保管されるケーブル２０５を解放するときの速度を制御することができる。この場合、制御機構２２１は、張力が最大使用負荷に達するときにケーブル２０５を解放することを低速で開始することができ、また、ケーブル２０５の張力が増大するにつれて解放速度を増加させることができる。通常では張力はＲＯＶからの出口点のところで最も大きくなる可能性があることから、ケーブル２０５が故障することを制御機構２２１により防止することができる。逆に、ＲＯＶ内に張力センサを有さないシステムでは、ケーブル内での最も大きい張力を検出することができず、また、ケーブルが過剰な張力を受けることにより故障することを防止することを目的として張力を減少させることもできない。

考察したように、ケーブル２０５の張力は、水を介して引っ張られる表面積の大きさに比例する可能性がある。したがって、ＲＯＶに動力を供給するのに使用される電気伝導体を有するケーブルは、光ファイバのみを含有するケーブル２０５と比較して大幅に太くなる可能性があり、すなわちより大きい円周およびより大きい表面積を有する可能性がある。ＲＯＶ２０１はオンボードタイプの電力源（ｐｏｗｅｒ）を装備するように最初に設計され、これは通常はリチウム充電式バッテリまたは別の適切な充電式バッテリの何らかの形態である。支援船２０９からＲＯＶ２０１までケーブル２０５を介して送電する必要がないことから、ケーブル２０５はＲＯＶ２０１と支援船２０９上の制御装置５５８との間でデータを伝送することのみに使用されればよい。データのみが伝送されることから、ケーブル２０５は光学的にデータを伝送するための光ファイバのみを有すればよく、電力を伝送するための電気ケーブルを有さなくてよい。このようなＲＯＶ２０１を新規に作ることにより、非常に小径の光ファイバケーブル（ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃ ｃａｂｌｅ）を介して、高帯域幅のコマンド、ならびに、制御通信情報（ｃｏｎｔｒｏｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）、センサデータおよびＨＤビデオ信号を水面まで送信することが可能となる。

図３を参照すると、一実施形態において、典型的な光ファイバケーブル２０５が、高強度のジャケット部材３０５によって覆われるプラスチックシース３０３内に収容される中央にあるシングルモード光ファイバ３０１を有し、ここでの高強度のジャケット部材３０５はＫｅｖｌａｒなどの高強度の複合繊維で作られてよい。高強度のジャケット部材３０５は、ウレタンまたは別の類似の材料で作られてよい耐摩耗性外部コーティングまたは層３０７によって覆われてよい。このようなケーブル２０５は約２．９ｍｍの外径（ｏｕｔｓｉｄｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ（ＯＤ））を有するのが標準的である。これらのケーブル２０５は、過酷な環境に耐えるために、高強度であること、強靭であることおよび耐摩耗性であることが必要とされる海中用遠隔作業機（ｓｕｂｓｅａ ｒｅｍｏｔｅ ｖｅｈｉｃｌｅ）と共に使用され得る。

図２を参照すると、本発明は、ＲＯＶ内部のドラム上に部分的に巻かれ得る小径の光ファイバケーブル２０５を使用することができ、ここでは、メインのケーブル２０５供給源が、水面の支援船上に載荷されるより大きいメイン供給ドラム上に巻かれる。例えば、２，７４３メートル（９，０００フィート）の長さを有するケーブル３００の場合、３０５メートル（１，０００フィート）分がＲＯＶ内の小さいドラム５５３上に巻かれてよく、２４３８メートル（８，０００フィート）分が水面の支援船に結合されるメイン供給ドラム５５２上に巻かれてよい。したがって、電気伝導体を含有する長尺の太いケーブルにかかる流体力学的抵抗力によって制限される従来のＲＯＶの深さ限界および範囲限界を超える深さおよび範囲まで、小径の外装ファイバケーブル２０５をＲＯＶ２０１により移動させることができる。

ＲＯＶ２０１が支援船２０９から最初に解放されるとき、水を介して抗力を受けるケーブル２０５の長さが比較的短くなり、抵抗力が最大使用張力を遥かに下回ることができる。メインケーブルドラム２３１上で保管されるケーブル２０５のみを使用する場合、ＲＯＶ２０１により到達することができる深さは、ＲＯＶの推進力２１５と、水中でケーブル２０５を引くためのその能力とによって制限される。ケーブル２０５を水面下で移動させる場合、ケーブル２０５の外側表面上にかかる流体抗力の抵抗を受けるが、これは、メイン供給リール２３１からのより多くのケーブル２０５が水中に入れるにつれて増大する。ケーブルの抗力は表面摩擦抗力と形状抗力との組み合わせを含む可能性があり、これは、ケーブル２０５が如何にして引っ張られるかによって変化する。表面摩擦抗力は、水中を移動するケーブル２０５の「表面（ｓｋｉｎ）」に対する水の摩擦から生じる。表面摩擦は水とケーブル２０５の表面との間の相互作用によって発生し、これは、水に接触しているケーブル２０５の表面の領域である浸水面に直接に関係する。形状抗力はケーブル２０５の形状によって生じる。ケーブル２０５の概略サイズおよび概略形状が形状抗力における重要なファクタである。より大きい外見上の断面（ａｐｐａｒｅｎｔ ｃｒｏｓｓ−ｓｅｃｔｉｏｎ）を有するケーブル２０５では、より細い断面を有するケーブル２０５より抗力が大きくなる。流線型の断面でも形状抗力を最小にすることができる。表面抗力および形状抗力の両方は以下の抗力の方程式に従う：

ここでは、
Ｆ_Ｄ：定義上では流れ速度方向の力成分である抗力
ρ：流体の質量密度
ν：流体に対するケーブルの速度
Ａ：ケーブルの表面積
Ｃ_Ｄ：表面摩擦および形状抗力の両方を考慮した場合の、ケーブルの幾何形状に関係する無次元定数である抵抗係数
ケーブルの抗力を減少させることにより、ＲＯＶを移動させるのに必要となる推進力を減少させることができる。したがって、第１の最大推進力を有する第１のＲＯＶは、第１の最大推進力に比例する第１の最大深さおよび／または第１の最大範囲を有することになる。２倍の最大推進力を有することができる第２のＲＯＶは、２倍の大きさの抗力に打ち勝つことができ、したがって、第１のＲＯＶの２倍の最大深さおよび／または最大範囲を有することができる。しかし、ケーブルの直径を半分に縮小することによっても、表面積と、ケーブルが水から受ける抗力とを少なくとも５０％以上減少させることができる。したがって、５０％の大きさの直径を有するケーブルを使用することにより、ＲＯＶの推進力出力を増大させることなく、ＲＯＶの最大深さまたは最大範囲を２倍以上大幅に増大させることができる。このようにケーブルの抗力を低減して機能性能を改善することは、水面の支援船から電力を供給されるような、太いケーブルを有するＲＯＶと比較して、細い光ファイバケーブルのみを必要とするような、内部バッテリを有するＲＯＶにとっての大きな性能的利点となり得る。

しかし、ケーブルの抗力を減少させるために、より細いケーブルを使用する場合、より高い引張り強度を有する太いケーブルと比較してより脆弱になる可能性がある小径のファイバケーブルを使用することで潜在的な強度問題が生じる可能性がある。作業機の所望される最大推進力が約４５．６ｋｇ（１００ｌｂｓ）である場合、環境によってはＲＯＶがケーブルに過剰な張力を加えるかまたはケーブルを過度に歪ませる可能性があり、それによりケーブル内の光ファイバが損傷する可能性がある。図３に示されるＫｅｖｌａｒで強化される小径のケーブル２０５は負荷が１８１ｋｇ（４００ｌｂｓ）以上になるまで機械的に破損しないであろうが、３１．８ｋｇ（７０ｌｂｓ）を超える張力がケーブル２０５に加えられると光ファイバ心線３０１が損傷する可能性がある。したがって、小さいケーブル２０５は約２２．７ｋｇ（５０ｌｂｓ）以下の最大安全使用張力を有することができる。

図２を参照すると、ケーブル２０５を保護するために、さらには、小径の光ファイバケーブル２０５を装備するバッテリ駆動のＲＯＶの深さおよび範囲を拡大するために、本発明のシステムがＲＯＶ２０１上にケーブル保管デバイス５５３を有し、このケーブル保管デバイス５５３は、ケーブル２０５の一部分を巻き付けるためのＲＯＶ２０１上にあるドラムまたはスプールであってよい。ＲＯＶのケーブル保管デバイス５５３は、通常の環境下で外に出されないように、また、ケーブル２０５の張力が２２．７ｋｇ（５０ｌｂｓ）である可能性がある許容されるその最大作動張力に到達するかまたは接近するまでケーブル２０５をＲＯＶ２０１内でロックしておくように、制御される。別法として、ケーブル解放速度を変化させることもできる。例えば、１８．１ｋｇ（４０ｌｂｓ）ではケーブル２０５は低速で解放され得、また、張力が増大する場合には張力が２２．７ｋｇ（５０ｌｂｓ）に達することがないようにより高い速度で解放される。

水面側の繰り出されるケーブル２０５が最大作動可能張力のリミットに達するところの深さまたは範囲は多くファクタによって大きく変化し、これらのファクタには以下のものが含まれる：作業機の速度、水流の速度、作業機の深さなど。ケーブル張力はＲＯＶ２０１に取り付けられるところで最大となる可能性がある。ケーブル解放機構が作業機のところでケーブル張力を測定することができ、そのデータを支援船まで転送することができる。ケーブル張力が通常は２２．７ｋｇ（５０ｌｂｓ）である許容される所定の最大使用張力に接近するかまたは達すると、テザーが作業機から解放され、張力を解放するために作業機のスプールが巻き解かれ、それにより作業機が必要に応じてより深くおよび／またはより遠くまで継続して移動することが可能となる。ＲＯＶ２０１上のケーブル解放機構によりケーブルを解放することは、自動制御機構であるか、または、支援船からの手動で操作される制御信号に応答する形であってよい。

一実施形態では、ＲＯＶ２０１はケーブル２０５の３０５メートル（１，０００フィート）のオンボードでの保管分を運ぶことができ、これは、小径の光ファイバを損傷させることなく、それ以外の場合で到達することができる限界と比較して３０５メートル（１，０００フィート）分だけより深くおよび／またはより遠くまでＲＯＶ２０１を継続して移動させることができる。図４を参照すると、３０５メートル（１，０００フィート）の２．９ｍｍケーブル２０５が、２５ｃｍの幅（Ｗ）の１０ｃｍ芯直径（Ｄ１）を有するドラム、スプールまたは構造物５５３上で保管され得、ここでは１０層でケーブル２０５が１６ｃｍの直径になり、したがって、ケーブル２０５の外径は概して、２５ｃｍ＋１０×．２９ｃｍ＝２７．９ｃｍ（Ｄ２）となり得る。ケーブル２０５およびスプール５５３は大きなスペースを占有しないことからＲＯＶ上で保管され得る。

図５を参照すると、ＲＯＶ上で使用され得るケーブル解放機構５５１の一実施形態が示されている。ケーブル解放機構５５１は、ケーブル２０５の一部分を保管するスプール５５３を有する。スプール５５３は、その中心軸がＲＯＶの中心線に対して垂直となるように、ＲＯＶに対して横方向において位置合わせされ得る。ロッキングブロック５５５が、ロッキングアーム５５７に係合されるケーブル２０５に結合され得る。ロッキングブロック５５５は、ケーブル解放機構５５１により所定の張力を超える張力を検出するまでケーブル２０５がスプール５５３から外れることを防止することができる。ロッキングアーム５５７の所定の張力はケーブル２０５の安全使用張力以下であってよい。所定の張力が検出されると、ロッキングブロック５５５がロッキングアーム５５７から解放され得、スプール５５３が回転してケーブル２０５を解放することができる。スプール５５３は光学スリップリング５５９に結合され得、この光学スリップリング５５９は、ＲＯＶへ信号を伝送しながら光ファイバ２０５を回転させることを可能にする。別の実施形態では、ロッキングアーム５５７は支援船からの制御信号によって制御されてもよい。

スプール５５３はさらにトルク制御装置５６１に結合され得、このトルク制御装置５６１は、スプール５５３の回転およびＲＯＶからのケーブル２０５の解放速度を制御するために回転抵抗を適用することができる。トルク制御装置５６１は、張力が所定の張力未満である場合にスプール５５３の回転を停止させるかまたは非常に低速することができるように、定常の摩擦抵抗を適用するように構成され得る。しかし、張力が所定の値を大幅に上回ると、張力を最大使用負荷未満にするために回転速度をそれに比例させて増加させることができる。

ケーブル張力が最大使用負荷に接近するかまたは最大使用負荷を超える状態が続くと、保管されるケーブル２０５がなくなるまでケーブル２０５をＲＯＶから継続して解放する可能性がある。しかし、これには、所定のケーブル解放張力（ｃａｂｌｅ ｒｅｌｅａｓｅ ｔｅｎｓｉｏｎ）を超えてケーブル２０５がなくなる場合には、ＲＯＶ上のケーブル２０５がなくなることによりケーブル張力を解放することが防止されてしまうことを理由として、問題がある可能性がある。一実施形態では、ケーブル解放機構５５１は、所定の張力を超えていることを指示するためのさらにはスプール５５３上のケーブル２０５の残りの量を示すための信号を伝送することができる。ケーブル解放機構５５１は、ケーブル２０５が解放されるときのスプール５５３の回転数をカウントすることにより、解放されるケーブル２０５の長さを決定することが可能となり得る。上記の表面抗力および形状抗力の方程式のところで示したように、ケーブルの抗力は水中でのケーブル２０５の速度の二乗に比例する。したがって、必要に応じて、ＲＯＶ２０１のオペレータが、ケーブル２０５の張力を減少させることを目的としてＲＯＶ２０１の速度を減少させるために支援船から信号を伝送することができる。このようにして速度を減少させることにより、ＲＯＶ２０１がケーブル２０５を使い切ることを防止することができる。

図６および７を参照すると、ケーブル２０５に結合されるブロック５５５、および、ロッキングアーム５５７のより詳細な図が示されている。ロッキングアーム５５７は枢動点５６３を中心として回転することができ、ケーブル２０５が解放されることを防止することを目的としてブロック５５５を定位置で保持するためにロッキングアーム５５７にトルクを加えることができる。ケーブル張力（ｃａｂｌｅ ｔｅｎｓｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）がブロック５５５に対するアーム５５７の力を超えると、アーム５５７が回転することによりブロック５５５が解放され、それにより上述したようにＲＯＶからケーブル２０５を解放することが可能となる。別の実施形態では、アーム５５７が支援船上の制御装置によって手動で制御され得る。オペレータがケーブルの張力が最大使用負荷を超えたことを検出すると、制御装置がロッキングアーム５５７を解放するための信号をＲＯＶに伝送することができる。この手動による制御は、自動ケーブル解放システムと組み合わせて使用され得る。

図８を参照すると、ケーブル解放機構５７１の代替的実施形態が示されている。この実施形態では、スプール５５３が、その中心軸がＲＯＶ２０１の中心線と平行となるように、位置合わせされ得る。また、スプール５５３は、スプール５５３を回転させることを必要としないような形で設置され得る。ケーブル２０５は、回転せずに螺旋状にスプール５５３の一方の端部から外され得る。別の実施形態では、スプール５５３が横向きになるように構成され得るか、または、ケーブル２０５がＲＯＶ上の任意適切な別のケーブル２０５保管デバイス上に配置され得る。この実施形態では、ケーブル２０５はキャプスタンプーリ５７３の周りに複数回巻かれる。張力が加えられると、ケーブル２０５がプーリ５７３の周りにより強固に巻かれるようになり、それにより、キャプスタン５７５がロックされる場合にはケーブル２０５もロックされるようになる。プーリ５７３はテクスチャード加工されたゴムの外側表面などの高摩擦表面を有することができ、したがって、ケーブル２０５に張力が加えられる場合でもケーブル２０５がプーリ５７３の表面上で摺動することはない。

ひずみ監視デバイス５７７がケーブル解放機構５７１に結合され得、このひずみ監視デバイス５７７からの測定信号が、所定の張力を超えたか否かを決定するのに使用され得る。ひずみゲージ機器５７７が、保持しているブロックまたはキャプスタンプーリ５７３上のひずみを測定することができる。ひずみゲージは保持しているブロックまたはキャプスタンプーリのいかなる変形も測定することができる。その変形に基づき、これらの構成要素の引張力およびケーブル２０５の張力が計算され得る。ひずみゲージ５７７の出力がケーブル解放機構５７１上の制御システムまでおよび／またはケーブルを介して支援船まで伝送され得る。張力が最大使用張力以下であってよい所定の値を超えると、ケーブル解放機構５７１が、プーリ５７５を回転させて保管されるケーブル２０５を解放することを可能にする。ケーブル２０５の解放速度は、プーリ５７５の回転に対して回転摩擦を適用するトルク制御デバイス５７１によって制御され得る。ここでは、ケーブル２０５を自動で解放するのにひずみゲージ５７７の出力が使用され得る。別法として、支援船上のオペレータがケーブル張力情報を確認することができ、また、ケーブル解放機構５７１にケーブル解放信号を送信することができる。この手動による制御もやはり、自動ケーブル解放機構５７１と組み合わせて使用され得る。

本発明の別の実施形態では、複合ケーブル５０５が、図３を参照して上で説明した第１のケーブル２０５を有する第１のセクションを含むことができ、これは、約０．２５４ｍｍの外径を有する光ファイバ原糸（ｒａｗ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ）であってよい第２のケーブル５０１に結合される。図９を参照すると、第１のケーブル２０５は、光ファイバ原糸であってよい第２のケーブル５０１に対して接続点５０７のところで融合され得るかまたは光学的に結合され得る。ＲＯＶ２０１と支援船２０９との間で伝送されるデータは、第１のケーブル２０５と、接続点５０７と、第２のケーブル５０５とをすべて介して伝送され得る。別の実施形態では、複合ケーブル５０５の第１のケーブル２０５の部分上のみに保護層を形成することが可能であり、その場合、光ファイバは単一の継続する構成要素であってよい。

外装ファイバケーブル２０５は最初はＲＯＶ２０１に取り付けられていてよく、ＲＯＶ２０１を支援船２０９から離れる方向に移動させるときに支援船２０９にところにおいて水中に配置されてよい。ＲＯＶ２０１は、解放する必要がくるときまで、ＲＯＶ２０１内で保持される長尺の、より細い光ファイバケーブル原糸５０１を継続して保管することができる。一実施形態では、第１のケーブル２０５は完全に解放されてよく、また、ＲＯＶ２０１により第２のケーブル５０１を解放する前に支援船の下方に延びることができ、継続的に駆動することができる。第１のケーブル２０５が完全に解放された後、ＲＯＶは第２のケーブル５０１を解放することにより支援船２０９から離れる方向に継続して移動することができる。この複合ケーブル５０５はＲＯＶを非常に遠くまでさらには非常に深くまで移動させることを可能にする。この実施形態では、ＲＯＶは、第１の光ケーブル２０５の長さと比較してより長尺の第２のケーブル５０１を保管することができる。駆動させることが完了すると、ＲＯＶおよび第１のケーブル２０５が回収され得、第２のケーブル５０１は水中で破損してよい。

０．２５４ｍｍ（０．０１インチ）の直径を有する光ファイバケーブル原糸を作業機上で大量に保管しさらにはファイバ管理システムを介してそれらを解放することにより、非常に遠くまでさらには非常に深くまで駆動させることが可能となる。ここでは、作業機配備の第１の段階が回収可能な小径外装ケーブル２０５を用いて実現され得、その配備の限界に達すると、残りの作業機ミッションにおいて廃棄可能な光ファイバが使用される。これは米国特許出願第１２／７９５，９７１号明細書「Ｏｃｅａｎ Ｄｅｐｌｏｙａｂｌｅ Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｃａｂｌｅ」でさらに説明されており、これは参照により本明細書に組み込まれる。

別法として、多くのミッションが、水面に配備される回収可能な小径外装光ファイバ２０５のみを使用して完遂され得ることから、第２のファイバケーブル５０１は緊急時のみにＲＯＶ２０１から解放されてもよく、これは、外装ケーブル２０５が動かなくなり、それによりＲＯＶ２０１が止まったままになる恐れがあるときなどである。本発明で説明したマルチモードのファイバ配備システムにより、作業機によって保管されるケーブルをより深くおよびより遠くまで繰り出すことができるという利点を維持しながら、単純な水面側のケーブルを使用することが可能となる。

特定の実施形態を参照しながら本発明のシステムを説明してきたが、本発明のシステムの範囲から逸脱することなくこれらの実施形態に対して追加、削除および変更を実施することができることを理解されたい。説明したシステムは種々の構成要素を含むが、これらの構成要素および説明される構成が修正され得、また、種々の別の構成として再構成され得ることを十分に理解されたい。
以上説明したように、本発明は以下の形態を有する。
［形態１］
水面の船上の制御装置と遠隔操作水中作業機との間でデータを伝送するための光ファイバを有するケーブルと、
前記ケーブルの一部を保管するための、前記遠隔操作水中作業機上に設置されるスプールと、
前記スプールから前記ケーブルを外すことを制御する解放機構と、
前記ケーブルの張力を検出するための張力センサとを備え、
前記張力センサが前記ケーブルの張力が所定の値を超えたことを検出する場合に、前記光ファイバが前記解放機構により前記スプールから解放される、ケーブル張力制御装置。
［形態２］
前記所定の値が２２．７ｋｇ（５０ポンド）の張力を超える、形態１に記載の装置。
［形態３］
前記解放機構が、前記ケーブルの一部分に結合されるブロックと、前記ケーブルの張力が前記所定の値を超えるまで前記ブロックが移動することを防止する機械的ロックとを有する、形態１に記載の装置。
［形態４］
光学スリップリングをさらに備え、
前記データが前記光学スリップリングを介して伝送される、形態１に記載の装置。
［形態５］
前記解放機構が、前記ケーブルの張力が前記所定の値を超える場合に前記ケーブルが前記スプールから外れるときの速度を制御するための速度制御装置を有する、形態１に記載の装置。
［形態６］
前記ケーブルが前記スプールから外れるときの速度が、前記所定の値を超える前記ケーブルの張力に比例する、形態５に記載の装置。
［形態７］
前記取り外し速度制御装置が、前記スプールの回転摩擦を制御するトルク制御装置を有する、形態５に記載の装置。
［形態８］
解放機構がプーリを有し、前記ケーブルが前記プーリの周りに２回以上巻かれる、形態１に記載の装置。
［形態９］
前記ケーブルの張力が前記所定の値未満である場合、前記プーリがロックされる、形態８に記載の装置。
［形態１０］
前記プーリが、前記プーリの回転摩擦を制御するためのトルク制御装置に結合される、形態８に記載の装置。
［形態１１］
水面の船上の制御装置と遠隔操作水中作業機との間で信号を伝送するための光ファイバを有するケーブルと、
前記ケーブルの一部を保管するための、前記遠隔操作水中作業機上に設置される保管デバイスと、
前記保管デバイスから前記ケーブルを外すことを制御する解放機構と、
前記ケーブルの張力を検出するための張力センサとを備え、
前記張力センサが前記ケーブルの張力が所定の値を超えたことを検出する場合に、前記光ファイバが前記解放機構により前記保管デバイスから解放される、ケーブル張力制御装置。
［形態１２］
前記所定の値が２２．７ｋｇ（５０ポンド）の張力を超える、形態１１に記載の装置。
［形態１３］
前記解放機構が、前記ケーブルの一部分に結合されるブロックと、前記ケーブルの張力が前記所定の値を超えるまで前記ブロックが移動することを防止する機械的ロックとを有する、形態１１に記載の装置。
［形態１４］
光学スリップリングをさらに備え、
前記データが前記光学スリップリングを介して伝送される、形態１１に記載の装置。
［形態１５］
前記解放機構が、前記ケーブルの張力が前記所定の値を超える場合に前記ケーブルが前記保管デバイスから外れるときの速度を制御するための速度制御装置を有する、形態１１に記載の装置。
［形態１６］
前記ケーブルが前記保管デバイスから外れるときの速度が、前記所定の値を超える前記ケーブルの張力に比例する、形態１５に記載の装置。
［形態１７］
前記取り外し速度制御装置が、前記保管デバイスの取り外し速度を制御するトルク制御装置を有する、形態１５に記載の装置。
［形態１８］
解放機構がプーリを有し、前記ケーブルが前記プーリの周りに２回以上巻かれる、形態１１に記載の装置。
［形態１９］
前記プーリが、前記プーリの回転摩擦を制御するためのトルク制御装置に結合される、形態１８に記載の装置。
［形態２０］
前記プーリが、前記プーリの回転摩擦を制御するためのトルク制御装置に結合される、形態１８に記載の装置。

Claims (20)

1. 水面の船(２０９)上の制御装置(５５８)と遠隔操作水中作業機(２０１)との間でデータを伝送するための、より細い光ファイバケーブル(５０１)に光学的に結合される外装ケーブル(２０５)と、
   前記外装ケーブル(２０５)を保管するための、前記水面の船（２０９）に直接に結合されるメイン供給リール(２１１)と、
   前記より細い光ファイバケーブル(５０１)を保管するための、前記遠隔操作水中作業機(２０１)上に設置されるスプール（５５３）と、
   前記スプール（５５３）から前記より細い光ファイバケーブル(５０１)を外すことを制御する解放機構（５５１，５７１）と、
   前記より細い光ファイバケーブル(５０１)の張力を検出するための張力センサとを備え、
   前記遠隔操作水中作業機(２０１)が前記水面の船（２０９）から離れる方向に移動すると、前記外装ケーブル(２０５)が前記メイン供給リール(２１１)から解放され、前記張力センサが前記より細い光ファイバケーブル(５０１)の張力が所定の値を超えたことを検出する場合に、前記より細い光ファイバケーブル(５０１)が前記解放機構（５５１，５７１）により前記スプール(５５３)から解放される
   ケーブル張力制御装置。
2. 前記所定の値が２２．７ｋｇ（５０ポンド）の張力を超える、請求項１に記載の装置。
3. 前記解放機構が、前記より細い光ファイバケーブルの一部分に結合されるブロックと、前記より細い光ファイバケーブルの張力が前記所定の値を超えるまで前記ブロックが移動することを防止する機械的ロックとを有する、請求項１に記載の装置。
4. 前記遠隔操作水中作業機に結合される光学スリップリング
   をさらに備え、
   前記データが前記光学スリップリングを介して伝送される、
   請求項１に記載の装置。
5. 前記解放機構が、前記ケーブルの張力が前記所定の値を超える場合に前記より細い光ファイバケーブルが前記スプールから外れるときの速度を制御するための速度制御装置を有する、請求項１に記載の装置。
6. 前記より細い光ファイバケーブルが前記スプールから外れるときの速度が、前記所定の値を超える前記より細い光ファイバケーブルの張力に比例する、請求項５に記載の装置。
7. 前記速度制御装置が、前記スプールの回転摩擦を制御するトルク制御装置を有する、請求項５に記載の装置。
8. 解放機構がプーリを有し、前記より細い光ファイバケーブルが前記プーリの周りに２回以上巻かれる、請求項１に記載の装置。
9. 前記ケーブルの張力が前記所定の値未満である場合、前記プーリがロックされる、請求項８に記載の装置。
10. 前記プーリが、前記プーリの回転摩擦を制御するためのトルク制御装置に結合される、請求項８に記載の装置。
11. 水面の船（２０９）上の制御装置（５５８）と遠隔操作水中作業機(２０１)との間で信号を伝送するための光ファイバを有するケーブル(２０５)と、
    前記ケーブル(２０５)の大部分を保管するための、前記水面の船（２０９）に直接に結合されるメイン供給リール(２１１)であって、前記遠隔操作水中作業機(２０１)が前記水面の船（２０９）から離れる方向に移動するとき、前記メイン供給リール(２１１)が前記ケーブル(２０５)を解放する、メイン供給リール(２１１)と、
    前記ケーブル(２０５)の一部分を保管するための、前記遠隔操作水中作業機(２０１)上に設置される保管デバイス(５５３)であって、前記メイン供給リール(２１１)と比較してより少ない前記ケーブル(２０５)を保管する、保管デバイス(５５３)と、
    前記保管デバイス(５５３)から前記ケーブル（２０５）を外すことを制御する解放機構（５５１，５７１）と、
    前記ケーブル(２０５)の張力を検出するための張力センサと
    を備え、
    前記張力センサが前記ケーブル(２０５)の張力が所定の値を超えたことを検出する場合に、前記光ファイバが前記解放機構（５５１，５７１）により前記保管デバイス(５５３)から解放されるケーブル張力制御装置。
12. 前記所定の値が２２．７ｋｇ（５０ポンド）の張力を超える、請求項１１に記載の装置。
13. 前記解放機構が、前記ケーブルの一部分に結合されるブロックと、前記ケーブルの張力が前記所定の値を超えるまで前記ブロックが移動することを防止する機械的ロックとを有する、請求項１１に記載の装置。
14. 前記遠隔操作水中作業機に結合される光学スリップリングをさらに備え、
    データが前記光学スリップリングを介して伝送される、
    請求項１１に記載の装置。
15. 前記解放機構が、前記ケーブルの張力が前記所定の値を超える場合に前記ケーブルが前記保管デバイスから外れるときの速度を制御するための速度制御装置を有する、請求項１１に記載の装置。
16. 前記ケーブルが前記保管デバイスから外れるときの速度が、前記所定の値を超える前記ケーブルの張力に比例する、請求項１５に記載の装置。
17. 前記速度制御装置が、前記保管デバイスの取り外し速度を制御するトルク制御装置を有する、請求項１５に記載の装置。
18. 解放機構がプーリを有し、前記ケーブルが前記プーリの周りに２回以上巻かれる、請求項１１に記載の装置。
19. 前記ケーブルの張力が前記所定の値未満である場合、前記プーリがロックされる、請求項１８に記載の装置。
20. 前記プーリが、前記プーリの回転摩擦を制御するためのトルク制御装置に結合される、請求項１８に記載の装置。

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