JP6448301B2 - 浮体取付装置、無人水上艇及び無人移動体制御システム - Google Patents
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Description
従来、浮体取付装置として、浮体に取り付けることにより、水上を推進できるようにする船外機取付台がある(例えば、特許文献1参照)。
浮体に固定される取付フレームであって、前記浮体の外郭に応じて大きさを調節することができる取付フレームと、
前記取付フレームに取り付けられ、前記浮体の上部の少なくとも一部を覆う装置本体と、
前記装置本体に軸中心に回転するように取り付けられた支持アームであって前記装置本体から下部に向かって延びた支持アームと、前記支持アームの先端に設置されたスクリューとを有するスクリューアームと、
前記スクリューアームの回転と前記スクリューの回転とを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記スクリューアームを軸中心に回転させることにより前記スクリューの向きを変化させる。
を備えるので、浮体に取り付けられることにより、浮体が無人で自律的に水上航行及び水中走行できる無人水上艇を実現することができる。
本実施の形態では、浮体510に取り付けることにより、浮体510が無人で水上航行、水底走行、及び陸地走行することができる無人水上艇500を構成する浮体取付装置100について説明する。また、浮体510に浮体取付装置100を取り付けることにより構成された無人水上艇500について説明する。
無人水上艇は、人が搭乗していなくても自律的あるいは人の遠隔操作により水上航行することができるシステムであり、USVと称される。
以下において説明する浮体取付装置100は、浮体無人化装置、船舶の無人化キット、USV化キットなどと称される。
図1は、本実施の形態に係る無人水上艇500における水上航行時の斜視図である。
図2は、本実施の形態に係る無人水上艇500における水上航行時の平面図である。
図3は、本実施の形態に係る無人水上艇500における水上航行時の正面図である。
図4は、本実施の形態に係る無人水上艇500における水上航行時の側面図である。
図5は、本実施の形態に係るスクリューアーム144を示す図であり、(a)はスクリューアーム144の側面図、(b)はスクリューアーム144の正面図である。
図1から図5を用いて、本実施の形態に係る無人水上艇500の構成について説明する。
なお、図1から図4では、無人水上艇500が水上航行を行っている場合の形状を示しているが、構成をわかりやすく図示するために水面950等の記載は省略している。
浮体510は、例えば、ゴムボート等の既存の小型船舶である。浮体510は、水に浮く物体であれば小型船舶でなくてもよく、マット、筏、木材や樹脂などからなる単なる平板などでも構わない。なお、本実施の形態では、浮体510としてゴムボート等の既存の小型船舶を想定して説明する。
無人水上艇500は、浮体取付装置100が取り外されると、単なる小型船舶となる。
浮体取付装置100は、取付フレーム160、装置本体150、制御部123、スクリューアーム144を備える。スクリューアーム144は、支持アーム142、スクリュー141を備える。
装置本体150は、取付フレーム160に取り付けられ、浮体510の上部の少なくとも一部を覆う。
スクリューアーム144は、装置本体150に軸中心に回転するように取り付けられた支持アーム142であって装置本体150から下部に向かって延びた支持アーム142と、支持アーム142の先端に設置されたスクリュー141とを有する。
制御部123は、スクリューアーム144の回転と、スクリュー141の回転とを制御する。制御部123は、スクリューアーム144を軸中心に回転させることによりスクリュー141の向きを変化させる。
また、制御部123は、スクリューアーム144を前進航行の状態から180度回転させることにより、浮体510を後退航行させる。
取付フレーム160は、浮体510に取り付けられることにより、装置本体150を取り付ける土台となる。
取付フレーム160は、2本の横フレーム161、2本の縦フレーム162、4つの浮体固定部163を備える。
浮体固定部163は、横フレーム161と縦フレームとが重なる部分の4か所の下方に配置される。浮体固定部163を浮体510に固定することにより、取付フレーム160が浮体510に固定される。
取付フレーム160は、浮体固定部163の位置を調節することができるため、浮体510の大きさに関わらず取付フレーム160を浮体510に取り付けることができる。
図1及び図3に示すように、固定部上部1631は、浮体510であるゴムボートの膨らんだチューブに沿った形状であり、ゴムボートの膨らんだチューブの上側に接する。固定部連結部1632は、横フレーム161に沿った両側の2つの固定部上部1631を、浮体510の下側で連結する。
よって、前方の2つの固定部上部1631が前方の固定部連結部1632により連結され、後方の2つの固定部上部1631が後方の固定部連結部1632により連結されることになる。
このように、浮体固定部163は、浮体510の前後の2か所で、浮体510の周りを囲むように固定するので、取付フレーム160を確実に浮体510に固定することができる。
また、本実施の形態では、浮体固定部163は、ゴムボートに固定する例として説明しているが、筏や単なる平板などに固定することができる構成でもよい。
例えば、浮体固定部163は、筏や平板の縁部を挟み込む板バネ、縁部を挟み込んでボルトで締める機構などでもよい。また、上面が開口した箱形の小型船舶に取り付ける場合には、例えば、固定部上部1631は箱形の小型船舶の側壁の上端部を挟むコ字形状をなすものでもよい。
装置本体150は、構成板部151、配置部152、駆動部143、電源部124を備える。
配置部152には、浮体510の状況情報を取得するセンサ部110と無線アンテナ121とが配置される。
駆動部143は、制御部123の制御により、スクリューアーム144の回転を制御する。
電源部124は、制御部123と、駆動部143と、センサ部110と、無線アンテナ121とに電力を供給する。
駆動部143は、モータ制御により、スクリューアーム144を軸中心に回転させる。また、駆動部143は、モータ制御により、スクリュー141を回転させ、スクリュー141の回転により、浮体510を航行させる。
天板部153には、無線アンテナ121、センサ部110が設置される。
センサ部110は、浮体510の周囲の状況や環境などに関する情報である状況情報を取得する。センサ部110は、例えば、ライダー111、GPS112などを備える。センサ部110には、ライダー111、GPS112などの他に、カメラ113、ソナー、海中レーザー、ジャイロセンサ等のオプションセンサ114が設置されていてもよい。
ライダー111、すなわちLIDARは、浮体510の周辺の3D画像を生成する。GPS112は、GPS衛星からの信号を取得する。カメラ113は、浮体510の周辺を撮影する。ソナーは、水中の物体や水深を検知する。ジャイロセンサは、無人水上艇500の姿勢を検知する。
浮体取付装置100は、スクリューアーム144を少なくとも2つ備える。
少なくとも2つのスクリューアーム144は、浮体510における船首511から船尾512に向かう前後方向の両側部に少なくとも1つずつ配置される。
制御部123は、少なくとも2つのスクリューアーム144の各々の先端に設置されたスクリュー141を同一の向きにするように少なくとも2つのスクリューアーム144の各々の回転を制御する。
制御部123は、スクリュー141の回転をモータ146により制御する。
制御部123は、スクリュー141の回転をモータ146により制御する。
図5の(a)(b)に示すように、スクリューアーム144は、支持アーム142と、支持アーム142の上端に設置されたモータ146と、支持アーム142の下端に設置されたスクリュー141とを備える。
制御部123は、タイヤ部145に水底あるいは陸地を車輪走行させる。
また、スクリューアーム144は、上下方向に可動するように装置本体150に取り付けられる。
制御部123は、スクリューアーム144の上下方向の可動を制御することにより、水底あるいは陸地から浮体510までの高さを調節する。
また、駆動部143は、支持アーム142を上下方向に自在に可動させることができる。スクリュー141及びタイヤ部145は、支持アーム142の上下方向の可動に従って、浮体510からの距離を調節することができる。
無人水上艇500の動作については後述する。
図6は、本実施の形態に係る無人移動体制御システム800の機能構成を示す機能ブロック図である。
図6を用いて、無人移動体制御システム800について説明する。
浮体取付装置100の制御部123は、管理装置200から送信される装置制御命令211に従って、浮体取付装置100を制御する。
無線装置201は、無線アンテナ203及び長距離無線アンテナ204を用いて。浮体取付装置100との間で無線通信を行う。
無線アンテナ203は、電波を送受信する。長距離無線アンテナ204は、無線アンテナ203の通信範囲より長距離の範囲の電波を送受信する。
無線部122は、無線アンテナ121を用いて、無線通信を行う。
その他の機能ブロックについては、既に図1から図5を用いて説明したため、ここでは説明を省略する。
外部記憶装置902は、例えばROM(Read・Only・Memory)やフラッシュメモリ、ハードディスク装置である。
主記憶装置903は、RAM(Random・Access・Memory)である。
本実施の形態では、無線装置201は管理制御装置202の通信装置904の一例であり、無線部122は装置制御装置120の通信装置904の一例である。
プログラムは、例えば、「制御部123」として説明している機能を実現するプログラムである。
プログラムプロダクトは、例えば、「制御部123」の機能を実現するプログラムが記録された記憶媒体、記憶装置などから構成される。プログラムプロダクトは、見た目の形式に関わらず、コンピュータ読み取り可能なプログラムをロードしているものである。
また、アプリケーションプログラムも外部記憶装置902に記憶されており、主記憶装置903にロードされた状態で、演算装置901により実行される。
また、「共通情報」、「〜テーブル」等の情報も外部記憶装置902に記憶されている。
また、管理制御装置202,装置制御装置120が受信したデータが主記憶装置903に記憶される。
また、暗号鍵・復号鍵や乱数値やパラメータが、主記憶装置903に記憶されても構わない。
図8は、本実施の形態に係る無人水上艇500の動作について説明する図であり、(a)はスクリューアーム144の向きを水上航行から水底走行モードに変更する図、(b)はスクリューアーム144を上方に可動する図、(c)はスクリューアーム144により浮体510をジャッキアップする図である。
図8を用いて、無人水上艇500がスクリュー141の回転により推進する水上航行モードから、水底951をタイヤ部145の回転により走行する水底走行モードに変更する動作について説明する。
(2)制御部123は、水底走行をするか否かを判定する。
制御部123は、例えば、管理装置200から利用者により水底走行の指示を受け付けた場合に水底走行すると判定する。
あるいは、制御部123は、ソナー等により定期的に浮体510が水上航行している環境の水深を検知し、水深が予め設定された閾値よりも浅くなったと判定した場合に、水底走行すると判定する。これは、水深が浅くなると、スクリュー141の回転による水上航行が困難になるからである。制御部123には、予め水深の閾値を設定しておく。
あるいは、制御部123は、予め定められた地図領域に達すると、水底走行が必要であると判定する。これは、予め無人水上艇500の移動ルートと、移動場所における移動方法とを定めておき、制御部123に設定しておくことで可能となる。制御部123は、GPS112が取得したGPS信号に基づいて現在位置を算出し、予め定められた地図領域に達したか否かを判定することで、水底走行するか否かを判定する。
制御部123が水底走行するか否かを判定する方法として、上記以外の方法でもよい。
(4)まず、図8の(a)に示すように、制御部123は、駆動部143によるモータ制御により、スクリューアーム144を軸中心に90度回転させる。図8(a)の点線部分が水上航行時のスクリューアーム144の位置である。図8(a)に示すように、浮体510の一方の側部の2つのスクリューアーム144は、点線の状態からP3方向に90度回転させる。また、浮体510の他方の側部の2つのスクリューアーム144は、点線の状態からP4方向に90度回転させる。これにより、スクリュー141、すなわちタイヤ部145の回転軸は、浮体510の前後方向と直交する。
(5)次に、図8の(b)に示すように、制御部123は、駆動部143によるモータ制御により、スクリューアーム144を上方に可動させる。これにより、水深が浅い場合でも浮体510が浮く状態となる。
(6)次に、図8の(c)に示すように、制御部123は、駆動部143によるモータ制御により、スクリューアーム144を下方に可動させる。これにより、浮体510がジャッキアップされ、浮体510が水面950より上方に位置し、無人水上艇500は起立状態となる。
(7)そして、制御部123は、タイヤ部145を回転させ、無人水上艇500を前進あるいは後退させる。無人水上艇500は、水底951をタイヤ部145で走行する水底走行モードとなる。浮体510が水面950から離れた起立状態であるため、タイヤ部145による水底走行を水の抵抗なくスムーズに行うことができる。
以上で、無人水上艇500が水上航行モードから水底走行モードに変更する動作についての説明を終わる。
図9の(a)は、図1から図4と同様の状態の無人水上艇500を示す図であり、スクリュー141による流体の流れがP10方向であるため、無人水上艇500に前進する推進力が生じている。
なお、無人水上艇500は、水上航行においてスクリューアーム144の回転を全方位、すなわち360度、回転させることができるため、前後方向や側部方向だけでなく全方位360度のどの方向へも移動させることができる。これは、水底走行モード、陸地を車両走行する陸地走行モードであっても同様に全方位360度のどの方向へも移動できる。つまり、無人水上艇500は、横方向や斜め方向にも移動することができる。
以上のように、本実施の形態に係る浮体取付装置100によれば、既存の小型船舶などに取り付けることにより、制御部を備えた無人水上艇を構成することができる。また、本実施の形態に係る無人水上艇は、無人水上航行、無人水底走行、無人陸地走行などを制御部の制御により行うことができるので、危険領域等における観測、救助等に即座に対応することができる。
本実施の形態では、実施の形態1と異なる点について説明する。
図10は、本実施の形態に係る無人水上艇500を示す図であり、(a)は4足歩行時の一例の側面図、(b)は(a)の斜視図である。
図11は、本実施の形態に係る無人水上艇500を示す図であり、(a)は4足歩行時の第1の例の側面図、(b)は(a)の斜視図である。
図12は、本実施の形態に係る無人水上艇500を示す図であり、(a)は4足歩行時の第2の例の側面図、(b)は(a)の斜視図である。
図10から図12において、実施の形態1で説明した構成部と同様の構成部については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
浮体取付装置100は、スクリューアーム144を少なくとも4つ備える。少なくとも4つのスクリューアーム144は、浮体510における船首511から船尾512に向かう前後方向の両側部に少なくとも2つずつ配置される。
制御部123は、少なくとも4つのスクリューアーム144が水底951あるいは陸地952を4足歩行するように、スクリューアーム144を制御する。
制御部123は、駆動部143により、スクリューアーム144を前後方向、すなわちP6−P7方向に回転することができる。スクリューアーム144を前後方向に回転させることにより、タイヤ部145を前後方向に移動させることができる。
また、制御部123は、駆動部143により、スクリューアーム144をロックするロック機構を有する。スクリューアーム144をロックすることにより、タイヤ部145を固定することができる。
また、制御部123は、実施の形態1で説明したように、スクリューアーム144を上下方向に可動することができる。スクリューアーム144を上下方向に移動させることにより、タイヤ部145を上下方向に移動させることができる。
タイヤ部145は上下方向への移動も可能であるため、道中に障害物がある場合、坂道の場合等であっても、無人水上艇500を歩行させることができる。
(a1)図10の(a)(b)は、クロスして対向する2つのスクリューアーム144a,144cが同一の状態となっている。例えば、制御部123は、図10の(a)(b)の状態から、前方に出したタイヤ部145a,145cをロックし、ロックしたタイヤ部145の支持アーム142a,142cをP6方向に回転させることにより、浮体510が前方に移動する。この状態が図11の(a)(b)である。
(a2)制御部123は、図11の(a)(b)の状態から、クロスして対向する2つのスクリューアーム144b,144dを上方に上げてからP7方向に回転させ、タイヤ部145b,145dを前方に出し、下方に下してタイヤ部145b,145dを地面に着地させる。
(a3)制御部123は、(a2)の状態から、前方に出したタイヤ部145b,145dをロックし、ロックしたタイヤ部145の支持アーム142b,142dをP6方向に回転させることにより、浮体510が前方に移動する。
(a4)制御部123は、(a3)の状態から、クロスして対向する2つのスクリューアーム144a,144cを上方に上げてからP7方向に回転させ、タイヤ部145a,145cを前方に出し、下方に下してタイヤ部145a,145cを地面に着地させる。この状態で図10の(a)(b)に戻る。
制御部123は、(a1)(a2)(a3)(a4)を繰り返すことにより、4足歩行で前進する。
(b1)図10の(a)(b)は、クロスして対向する2つのスクリューアーム144a,144cが同一の状態となっている。例えば、制御部123は、図10の(a)(b)の状態から、後方に出したタイヤ部145b,145dをロックし、ロックしたタイヤ部145の支持アーム142b,142dをP7方向に回転させることにより、浮体510が後方に移動する。この状態が図12の(a)(b)である。
(b2)制御部123は、図12の(a)(b)の状態から、クロスして対向する2つのスクリューアーム144a,144cを上方に上げてからP6方向に回転させ、タイヤ部145a,145cを後方に出し、下方に下してタイヤ部145a,145cを地面に着地させる。
(b3)制御部123は、(b2)の状態から、後方に出したタイヤ部145a,145cをロックし、ロックしたタイヤ部145の支持アーム142a,142cをP7方向に回転させることにより、浮体510が後方に移動する。
(b4)制御部123は、(b3)の状態から、クロスして対向する2つのスクリューアーム144b,144dを上方に上げてからP6方向に回転させ、タイヤ部145b,145dを後方に出し、下方に下してタイヤ部145b,145dを地面に着地させる。この状態で図10の(a)(b)に戻る。
制御部123は、(b1)(b2)(b3)(b4)を交互に繰り返すことにより、4足歩行で後退する。
なお、上記の4足歩行の制御方法は一例であり、4足歩行ができればどのような制御方法でも構わない。
以上のように、本実施の形態に係る浮体取付装置100によれば、制御部123の制御により4足歩行をすることができるので、タイヤ部による走行が不可能な場所であっても、移動することができる無人水上艇500を実現する。また、障害物がある場合でも乗り越えたり回避することができる無人水上艇500を実現する。
本実施の形態では、主に、実施の形態1,2と異なる点について説明する。
本実施の形態では、実施の形態1,2で説明した無人水上艇500の構成に加え、無人地上車両300を搭載した無人水上艇501について説明する。
図13は、本実施の形態に係る無人水上艇501を示す図であり、(a)は無人水上艇501の斜視図であり、(b)は無人水上艇501の側面図である。
図14は、本実施の形態に係る無人移動体制御システム801の機能構成を示す機能ブロック図である。
図15は、本実施の形態に係る無人水上艇501が接岸する状態を示す図であり、(a)は斜視図であり、(b)は側面図である。
図13から図15を用いて、本実施の形態に係る無人水上艇501及び無人移動体制御システム801の構成について説明する。
本実施の形態では、実施の形態1,2で説明した無人水上艇500の構成に加え、無人地上車両300を搭載する無人水上艇501について説明する。また、図13の(a)(b)では、実施の形態1,2では図示しなかったカメラ113と、オプションセンサ114のうちのソナーとを図示している。
無人地上車両300は、車体301、車体301の左右に少なくとも1つずつ設けられたクローラ343、車体301の左右に少なくとも2つずつ設けられたクローラアーム341を備える。
クローラアーム341は、回転することによりそれぞれの先端部3413が回転軸3415を中心とする円軌道に沿って移動するアーム3411、アーム3411のそれぞれの先端部3413に取り付けられた車輪3412を有する。
また、無人地上車両300は、クローラ343とクローラアーム341との動作を制御する車両制御部320とを備える。
無人地上車両300は、車体301の前側の左右にクローラアーム341を2つ備える。
図15に示すように、前側の2つのクローラアーム341が無人水上艇501の船首511から前方に突き出た状態で、プレート390に固定される。
車両制御部320は、前側の2つのクローラアームのそれぞれの車輪3412を陸地952に着地させ、車輪3412を回転させることにより、無人水上艇501を前進させる。
車両制御部320は、車両用無人飛行体400の動作を制御する。
クローラアーム341は、サブクローラとも称される。
図13(a)(b)では、4つのクローラアーム341の4つの車輪3412はすべて上の領域3432に位置している。つまり、無人水上艇501が水上航行状態では、無人地上車両300のクローラアーム341の車輪3412はすべて上の領域3432に位置する。
図14において、管理装置200及び浮体取付装置100の構成は、実施の形態1で説明したため、ここでは説明を省略する。
管理装置200は、浮体取付装置100を制御する命令である装置制御命令211と、無人地上車両300を制御する命令である車両制御命令311とを送信する。
浮体取付装置100の制御部123は、管理装置200から送信される装置制御命令211に従って、浮体取付装置100を制御する。
無人地上車両300の車両制御部320は、管理装置200から送信される車両制御命令311に従って、無人地上車両300を制御する。
無人地上車両300は、無線装置310、車両制御部320、自装置用バッテリー330、モータ340,350、クローラアーム341、クローラ343、GPS360、ライダー370等を備える。また、無人地上車両300は、その他のセンサ機器を搭載してもよい。
車両制御部320は、管理装置200から送信された車両制御命令311に従って無人地上車両300の動作を制御すると共に、無人水上艇501の制御部123による制御命令を受け付ける。車両制御部320及び制御部123が上記のような構成となっているため、無人水上艇501は、自律的動作や遠隔操作による動作のみならず、半自律的動作を行うことができる。
車両用無人飛行体400の無線アンテナ401は、無人地上車両300の無線装置310と接続される。車両用無人飛行体400は、無線アンテナ401と無人地上車両300とを介して、無人地上車両300の車両制御部320からの動作命令を受信する。車両用無人飛行体400は、無人地上車両300の車両制御部320の制御により動作するものでもよいし、管理装置200からの車両制御命令に含まれる車両用無人飛行体400への動作命令により動作するものでもよい。また、車両用無人飛行体400自体が制御装置を有していてもよい。この場合、車両用無人飛行体400は、自装置の制御装置により自律的に動作したり、遠隔操作により動作したり、これらを組み合わせて半自律的な動作もすることができる。
なお、本実施の形態では、車両用無人飛行体400は、無人地上車両300のセンサ機器として機能するものとする。
次に、図13及び図15を用いて、本実施の形態に係る無人水上艇501が、沿岸部から岸に接岸するまでの動作について説明する。
(c2)制御部123は、クローラアーム341で接岸するか否かを判定する。
制御部123は、例えば、管理装置200から利用者によりクローラアーム341で接岸する指示を受け付けた場合にクローラアーム341で接岸すると判定する。
あるいは、制御部123は、ソナー等により定期的に浮体510が水上航行している環境の水深を検知し、水深が予め設定された閾値よりも浅くなったと判定した場合に、クローラアーム341で接岸すると判定する。
あるいは、制御部123は、予め定められた地図領域に達すると、クローラアーム341で接岸すると判定する。これは、予め無人水上艇500の移動ルートと、移動場所における移動方法とを定めておき、制御部123に設定しておくことで可能となる。制御部123は、GPS112が取得したGPS信号に基づいて現在位置を算出し、予め定められた地図領域に達したか否かを判定することで、クローラアーム341で接岸するか否かを判定する。
制御部123がクローラアーム341で接岸するか否かを判定する方法として、上記以外の方法でもよい。
(c3)制御部123は、クローラアーム341で接岸すると判定すると、無人地上車両300の車両制御部320に対して、クローラアーム341で接岸するための動作命令を送信する。また、制御部123は、図15の(a)(b)に示すように、スクリューアーム144が浮体510の下端部から下方に突出しないように、スクリューアーム144を斜めに回転させ、スクリューアーム144が浮体510の下端部より上方に位置する形態で固定する。
(c4)車両制御部320は、制御部123から送信されたクローラアーム341で接岸するための動作命令に従って、無人地上車両300を動作させる。
(c5)まず、車両制御部320は、図13の状態から無人地上車両300を前方に前進させ、図15に示すようにプレート390の前側のスロープ部391で停止させる。ここで、無人地上車両300は、プレート390に固定される。
(c6)そして、車両制御部320は、図15に示すように、前側のクローラアーム341の車輪3412を下の領域3433まで回転させ、陸地952に着地させる。
(c7)車両制御部320は、陸地952に着地させた2つの車輪3412を回転させることにより、無人水上艇501を牽引して前進させる。車両制御部320は、陸地952に着地させた2つの車輪3412を、前進の場合と逆に回転させることにより無人水上艇501を押して後退させることもできる。
図17は、本実施の形態に係る無人水上艇501を示す図であり、(a)(b)は接岸及び離岸時の動作の他例を説明するための図である。
図18は、本実施の形態に係る無人水上艇501を示す図であり、(a)(b)は接岸及び離岸時の動作の別例を説明するための図である。
図19は、本実施の形態に係る無人水上艇501のバリエーションを示す図であり、(a)は斜視図、(b)は側面図である。
例えば、沿岸部の凹凸が激しく、図15に示すようにクローラアーム341で浮体510の底を沿岸に引きずりながら前進することが好ましくない場合がある。このような場合には、実施の形態2で説明した4つのスクリューアーム144による4足歩行のみで上陸することもできる。また、4つのスクリューアーム144による4足歩行のみで離岸することもできる。
なお、図16に示すように、無人水上艇501が接岸して完全に沿岸部に上陸した後、無人地上車両300あるいは車両用無人飛行体400が浮体取付装置100から離れ、周辺の観測などを行うことができる。
なお、図17に示すように、無人水上艇501が接岸して完全に沿岸部に上陸した後、無人地上車両300あるいは車両用無人飛行体400が浮体取付装置100から離れ、周辺の観測などを行うことができる。
図18に示すように、無人水上艇501が水辺で停止した後、無人地上車両300あるいは車両用無人飛行体400が浮体取付装置100から離れ、周辺の観測などを行うことができる。
本実施の形態では、浮体取付装置100は、浮体510の左右に2つずつのスクリューアーム144を備えている。しかし、図19に示すように、装置本体150の後部に2つのスクリューアーム144を備えていてもよい。この場合、無人水上艇500は、走行モードや歩行モードをとることができないが、水上航行をすることができる。また、接岸時に、歩行モードや走行モードを用いることはできないが、クローラアーム341により無人水上艇を牽引させることにより接岸することができる。
本実施の形態に係る無人水上艇501によれば、クローラアームを有する無人地上車両を搭載しているので、クローラアームにより接岸及び離岸の補助をさせることができる。よって、スクリューアームとクローラアームとを用いることにより、凹凸の激しい沿岸部、傾斜の激しい沿岸部などのような厳しい環境においても接岸及び離岸することができ、対応力の高い無人水上艇を実現することができる。
本実施の形態では、主に、実施の形態3と異なる点について説明する。
本実施の形態では、実施の形態3において説明したプレート390と無人地上車両300との固定方式について説明する。
本実施の形態では、実施の形態1から3において説明した構成部と同様の構成部には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図20は、本実施の形態に係るプレート390と無人地上車両300との固定方式を示す一部断面図であり、(a)は結合部分C状態の拡大断面図、(b)は結合部分D状態の拡大断面図である。
無人地上車両300は、プレート390と対向する下部3700に、プレート390に固定するための固定用ロッド371を備える。
プレート390は、固定用ロッド371と係り合うことにより無人地上車両300を固定する車両固定部392を備える。
まず、プレート390と無人地上車両300との結合方式について説明する。
(d1)図20の(a)に示すように、無人地上車両300の進行方向は、無人水上艇501の後方に向かう方向であるものとする。すなわち、無人地上車両300がプレート390に乗り込もうとする状態である。
(d2)車体301が進行すると、固定用ロッド371がロッドキャッチャ3921のU字部に嵌る。さらに、車体301が進行すると、ロッドキャッチャ3921とロッド押さえ3922は、回転軸3925を中心として上方に回転する。ロッドキャッチャ3921が上方に回転するにつれてロッド押さえ3922も上方に回転し、ロッド押さえ3922の背部分が押さえストッパ3923に当たる。
(d3)図20の(b)に示すように、ロッドキャッチャ3921が進行方向に対して上方に約90度回転すると、U字状の開口部がロッド押さえ3922により塞がれ、固定用ロッド371が抜けるのを防ぐ。
(d4)キャッチャ用ストッパ3924は、ロッドキャッチャ3921の下方の角部を嵌め込んで、ロッドキャッチャ3921が元の方向に回転してしまうのを防ぐ。
(e1)図20の(b)に示すように、解除時の無人地上車両300の進行方向は、無人水上艇501の前方に向かう方向であるものとする。すなわち、無人地上車両300がプレート390から降りる状態である。
(e2)図20の(b)において、キャッチャ用ストッパ3924を下方に回転させ、キャッチャ用ストッパ3924に嵌め込まれたロッドキャッチャ3921の下方の角部を外す。これにより、ロッドキャッチャ3941が下方に回転し、車体301が固定用ロッド371がロッドキャッチャ3941から離れる方向に動くので、無人地上車両300とプレート390との結合が解除される。このとき、ロッドキャッチャ3921とロッド押さえ3922とは、バネ等で図20の(a)の状態に戻るような力が与えられている。また、キャッチャ用ストッパ3924も、バネ等で上方にはね上がる力が与えられている。
以上のように、本実施の形態に係る無人水上艇によれば、無人地上車両とプレートとを確実に固定することができるので、無人地上車両の前側のクローラアームで無人水上艇を確実に牽引することができる。
本実施の形態では、主に、実施の形態3,4と異なる点について説明する。
本実施の形態では、実施の形態3において説明した無人水上艇501に加えて、さらに車両用無人飛行体400とは別体の無人飛行体600を有する無人水上艇502について説明する。
図21は、本実施の形態に係る無人水上艇502を示す図であり、(a)は前方から見た斜視図、(b)が後方から見た斜視図、(c)は側面図である。
図22は、本実施の形態に係る無人移動体制御システム802の機能構成を示す機能ブロック図である。
図21及び図22を用いて、無人水上艇502及び無人移動体制御システム802の構成について説明する。
本実施の形態では、実施の形態3,4において説明した構成部と同様の構成部には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
制御部123は、無人飛行体600の動作を制御する。
図22において、管理装置200、浮体取付装置100、無人地上車両300、車両用無人飛行体400の構成は、実施の形態3で説明したため、ここでは説明を省略する。
浮体取付装置100の制御部123は、管理装置200から送信される装置制御命令211に従って、浮体取付装置100を制御すると共に、管理装置200から送信される飛行体制御命令611に従って、無人飛行体600を制御する。
また、無人地上車両300の車両制御部320は、管理装置200から送信される車両制御命令311に従って、無人地上車両300を制御する。
図22に示すように、本実施の形態では、実施の形態1から4で説明した管理装置200、浮体取付装置100、無人地上車両300、車両用無人飛行体400に加えて、無人飛行体600を備える。
無人飛行体600は、長距離無線アンテナ601、カメラ602等を備える。その他のセンサ機器を搭載してもよい。ここでは、無人飛行体600は、浮体取付装置100の制御部123により制御される構成としたが、管理装置200から直接に制御してもよいし、無人地上車両300の車両制御部320から制御可能としてもよい。
以上のように、本実施の形態に係る無人水上艇及び無人移動体制御システムによれば、無人水上艇に無人飛行体を備え、無人水上艇のセンサとして用いることができる。また、無人飛行体は、無人水上艇のセンサとしてだけでなく、自律的に動作したり、遠隔操作により動作したり、これらを組み合わせて半自律的に動作することができるので、より高機能な無人水上艇を実現することができる。
(a)離島、水際障害などの沿岸部、洪水等の水害場所などを無人機である無人水上艇が自力で着岸、離岸し、観測することができる。
(b)水陸両用UGVでは、駆動方式が複雑なため大型化し、効率的な輸送、観測ができなかったが、本実施の形態3から5で説明した無人水上艇によれば、UGV、UAVを水上から地上へ輸送することができるので、USV、UGV、UAVの長所を利用した効率的な無人観測システムを構築することができる。
(c)既存のゴムボートや船舶を大きさに関わらず無人化することができ、さらに、自律的、半自律的に着岸、接岸、離岸することができる。
Claims (22)
- 浮体に固定される取付フレームであって、前記浮体の外郭に応じて大きさを調節することができる取付フレームと、
前記取付フレームに取り付けられ、前記浮体の上部の少なくとも一部を覆う装置本体と、
前記装置本体に軸中心に回転するように取り付けられた支持アームであって前記装置本体から下部に向かって延びた支持アームと、前記支持アームの先端に設置されたスクリューとを有するスクリューアームと、
前記スクリューアームの回転と前記スクリューの回転とを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記スクリューアームを軸中心に回転させることにより前記スクリューの向きを変化させ、
前記スクリューアームは、
上下方向に可動するように前記装置本体に取り付けられ、
前記制御部は、
前記スクリューアームの上下方向の可動を制御することにより、水底あるいは陸地から前記浮体までの高さを調節する浮体取付装置。 - 前記制御部は、
前記浮体が船首方向に水上を前進する前進航行をするように前記スクリューアームの回転を制御すると共に、前記浮体が船尾方向に水上を後退する後退航行をするように前記スクリューアームの回転を制御する請求項1に記載の浮体取付装置。 - 前記制御部は、
前記スクリューアームを前進航行の状態から180度回転させることにより、前記浮体を後退航行させる請求項2に記載の浮体取付装置。 - 前記浮体取付装置は、
前記スクリューアームを少なくとも2つ備え、
前記少なくとも2つのスクリューアームは、
前記浮体における船首から船尾に向かう前後方向の両側部に少なくとも1つずつ配置され、
前記制御部は、
前記少なくとも2つのスクリューアームの各々の先端に設置された前記スクリューを同一の向きにするように前記少なくとも2つのスクリューアームの各々の回転を制御する請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の浮体取付装置。 - 前記スクリューは、
前記スクリューと共に回転する円筒形のタイヤ部を周囲に有し、
前記制御部は、
前記タイヤ部に水底あるいは陸地を車輪走行させる請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の浮体取付装置。 - 前記浮体取付装置は、
前記スクリューアームを少なくとも4つ備え、
前記少なくとも4つのスクリューアームは、
前記浮体における船首から船尾に向かう前後方向の両側部に少なくとも2つずつ配置され、
前記制御部は、
前記少なくとも4つのスクリューアームが水底あるいは陸地を4足歩行するように、前記スクリューアームを制御する請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の浮体取付装置。 - 前記装置本体は、
前記浮体の状況情報を取得するセンサ部と無線アンテナとが配置される配置部と、
前記制御部の制御により、前記スクリューアームの回転を制御する駆動部と、
前記制御部と、前記駆動部と、前記センサ部と、前記無線アンテナとに電力を供給する電源部とを備える請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の浮体取付装置。 - 前記制御部は、
前記スクリューの回転をモータにより制御する請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の浮体取付装置。 - 請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の浮体取付装置と、
前記浮体取付装置が取り付けられた浮体と
を備えた無人水上艇。 - 前記装置本体に取り付けられるプレートと、
前記プレートに載置される無人地上車両と
を備え、
前記無人地上車両は、
車体と、
前記車体の左右に少なくとも1つずつ設けられたクローラと、
前記車体の左右に少なくとも2つずつ設けられたクローラアームであって、回転することによりそれぞれの先端部が回転軸を中心とする円軌道に沿って移動するアームと、前記アームのそれぞれの先端部に取り付けられた車輪とを有するクローラアームと、
前記クローラと前記クローラアームとの動作を制御する車両制御部と
を備える請求項9に記載の無人水上艇。 - 前記車輪は、前記先端部の移動に伴って、前記クローラの下端よりも上の領域と下の領域との間で変位する請求項10に記載の無人水上艇。
- 前記無人地上車両は、
前記車体の前側の左右に前記クローラアームを2つ備え、前記2つのクローラアームが前記浮体の船首から前方に突き出た状態で、前記プレートに固定される請求項10または請求項11に記載の無人水上艇。 - 前記車両制御部は、
前記2つのクローラアームのそれぞれの前記車輪を陸地に着地させ、前記車輪を回転させることにより、前記無人水上艇を前進させる請求項12に記載の無人水上艇。 - 前記無人地上車両は、
前記プレートと対向する下部に、前記プレートに固定するための固定用ロッドを備え、
前記プレートは、
前記固定用ロッドと係り合うことにより前記無人地上車両を固定する車両固定部を備える請求項12または請求項13に記載の無人水上艇。 - 前記浮体取付装置は、
前記装置本体に配置された無人飛行体を備え、
前記制御部は、
前記無人飛行体の動作を制御する請求項10から請求項14のいずれか1項に記載の無人水上艇。 - 請求項9に記載の無人水上艇と、
前記浮体取付装置を制御する命令である装置制御命令を送信する管理装置と
を備え、
前記浮体取付装置の前記制御部は、前記管理装置から送信される前記装置制御命令に従って、前記浮体取付装置を制御する無人移動体制御システム。 - 請求項10から請求項15のいずれか1項に記載の無人水上艇と、
前記浮体取付装置を制御する命令である装置制御命令と、前記無人地上車両を制御する命令である車両制御命令とを送信する管理装置と
を備え、
前記浮体取付装置の前記制御部は、前記管理装置から送信される前記装置制御命令に従って、前記浮体取付装置を制御し、
前記無人地上車両の前記車両制御部は、前記管理装置から送信される前記車両制御命令に従って、前記無人地上車両を制御する無人移動体制御システム。 - 請求項15に記載の無人水上艇と、
前記浮体取付装置を制御する命令である装置制御命令と、前記無人地上車両を制御する命令である車両制御命令と、前記無人飛行体を制御する命令である飛行体制御命令とを送信する管理装置と
を備え、
前記浮体取付装置の前記制御部は、前記管理装置から送信される前記装置制御命令に従って、前記浮体取付装置を制御すると共に、前記管理装置から送信される前記飛行体制御命令に従って、前記無人飛行体を制御し、
前記無人地上車両の前記車両制御部は、前記管理装置から送信される前記車両制御命令に従って、前記無人地上車両を制御する無人移動体制御システム。 - 浮体に固定される取付フレームであって、前記浮体の外郭に応じて大きさを調節することができる取付フレームと、
前記取付フレームに取り付けられ、前記浮体の上部の少なくとも一部を覆う装置本体と、
前記装置本体に軸中心に回転するように取り付けられた支持アームであって前記装置本体から下部に向かって延びた支持アームと、前記支持アームの先端に設置されたスクリューとを有するスクリューアームと、
前記スクリューアームの回転と前記スクリューの回転とを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記スクリューアームを軸中心に回転させることにより前記スクリューの向きを変化させ、
前記装置本体は、
前記浮体の状況情報を取得するライダー、GPS(グローバルポジショニングシステム)機器、およびソナーを有するセンサ部と無線アンテナとが配置される配置部と、
前記制御部の制御により、前記スクリューアームの回転を制御する駆動部と、
前記制御部と、前記駆動部と、前記センサ部と、前記無線アンテナとに電力を供給する電源部とを備え、
前記制御部は、
前記センサ部により取得された前記状況情報に基づいて、前記浮体の走行が可能か否かを判定し、判定結果に基づいて前記駆動部を制御する浮体取付装置。 - 浮体に固定される取付フレームであって、前記浮体の外郭に応じて大きさを調節することができる取付フレームと、
前記取付フレームに取り付けられ、前記浮体の上部の少なくとも一部を覆う装置本体と、
前記装置本体に軸中心に回転するように取り付けられた支持アームであって前記装置本体から下部に向かって延びた支持アームと、前記支持アームの先端に設置されたスクリューとを有するスクリューアームと、
前記スクリューアームの回転と前記スクリューの回転とを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記スクリューアームを軸中心に回転させることにより前記スクリューの向きを変化させる浮体取付装置と、
前記浮体取付装置が取り付けられた浮体と
を備えた無人水上艇であって、
前記装置本体に取り付けられるプレートと、
前記プレートに載置される無人地上車両と
を備え、
前記無人地上車両は、
車体と、
前記車体の左右に少なくとも1つずつ設けられたクローラと、
前記車体の左右に少なくとも2つずつ設けられたクローラアームであって、回転することによりそれぞれの先端部が回転軸を中心とする円軌道に沿って移動するアームと、前記アームのそれぞれの先端部に取り付けられた車輪とを有するクローラアームと、
前記クローラと前記クローラアームとの動作を制御する車両制御部と
を備え、
前記無人地上車両は、
前記車体の前側の左右に前記クローラアームを2つ備え、前記2つのクローラアームが前記浮体の船首から前方に突き出た状態で、前記プレートに固定される無人水上艇。 - 浮体に固定される取付フレームであって、前記浮体の外郭に応じて大きさを調節することができる取付フレームと、
前記取付フレームに取り付けられ、前記浮体の上部の少なくとも一部を覆う装置本体と、
前記装置本体に軸中心に回転するように取り付けられた支持アームであって前記装置本体から下部に向かって延びた支持アームと、前記支持アームの先端に設置されたスクリューとを有するスクリューアームと、
前記スクリューアームの回転と前記スクリューの回転とを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記スクリューアームを軸中心に回転させることにより前記スクリューの向きを変化させる浮体取付装置と、
前記浮体取付装置が取り付けられた浮体と
を備えた無人水上艇であって、
前記装置本体に取り付けられるプレートと、
前記プレートに載置される無人地上車両と
を備え、
前記無人地上車両は、
車体と、
前記車体の左右に少なくとも1つずつ設けられたクローラと、
前記車体の左右に少なくとも2つずつ設けられたクローラアームであって、回転することによりそれぞれの先端部が回転軸を中心とする円軌道に沿って移動するアームと、前記アームのそれぞれの先端部に取り付けられた車輪とを有するクローラアームと、
前記クローラと前記クローラアームとの動作を制御する車両制御部と
を備え、
前記無人地上車両は、
前記車体の前側の左右に前記クローラアームを2つ備え、
前記車両制御部は、
前記2つのクローラアームのそれぞれの前記車輪を陸地に着地させ、前記車輪を回転させることにより、前記無人水上艇を前進させる無人水上艇。 - 前記無人地上車両は、
前記プレートと対向する下部に、前記プレートに固定するための固定用ロッドを備え、
前記プレートは、
前記固定用ロッドと係り合うことにより前記無人地上車両を固定する車両固定部を備える請求項20または請求項21に記載の無人水上艇。
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