JP6572633B2 - 水中無人機の搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、水中無人機の搬送装置に関し、特に、水中無人機の母船から水中への投入や水中から母船への揚収に使用される水中無人機の搬送装置に関する。

近年、海洋、河川、ダム、貯水層等の水中や水底における探査、調査、測量、撮影等を行うために、無人の潜水機や探査機を用いる機会が増加している。これらの無人機は、一般に水中無人機（ＵＵＶ：Unmanned Underwater Vehicle）と呼ばれており、自立型のＡＵＶ（Autonomous Underwater Vehicle）や遠隔操作型のＲＯＶ（Remotely Operated Vehicle）が知られている。

かかる水中無人機の回収方法には、例えば、ダイバーが水中無人機を揚収網で捕獲して母船に設置した斜板から船上に引き上げる方法（特許文献１参照）、母船から回収カゴを水中に発射して曳航させ、水中無人機を収容した後、回収カゴを母船に格納する方法（特許文献２参照）、母船からネット状の揚収装置を水中に投入して曳航させ、水中無人機を収容した後、揚収装置を母船にクレーンで引き上げる方法（特許文献３参照）等が既に提案されている。

特開平１１−２９１８９１号公報 特開２００９−２０８５１１号公報 特開２０１３−１８４５２５号公報

しかしながら、ダイバーが水中で作業を行う回収方法では、波浪の影響をうけやすく、危険を伴うという問題があった。また、回収カゴや揚収装置を用いた回収方法では、水中で回収カゴや揚収装置に水中無人機を収容するためには、位置や方位を精密に制御しなければならないという問題があった。また、網やネット状の揚収装置を用いた場合には、水中無人機の一部が網やネットに引っ掛かって破損してしまうという問題があった。

本発明は、上述した問題点に鑑みて創案されたものであり、水中無人機の損傷を抑制しつつ、水中無人機を容易に搬送することができる、水中無人機の搬送装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、水中無人機を母船と水中との間で往来させる水中無人機の搬送装置において、前記水中無人機を設置する設置面を備え所定の水深の範囲に留められる台座と、前記台座に配置され前記台座の浮力を調整する浮力調整装置と、前記台座の側面に接続された曳航索と、を備え、前記台座は、前記設置面が前記水中無人機の全長の数倍〜十倍程度の幅を有し、前記設置面の上方に前記水中無人機を移動させた後、前記台座又は前記水中無人機を相対的に浮沈させることによって前記水中無人機を前記設置面上に載置可能に構成されており、前記設置面に前記水中無人機を載置した状態で、前記台座を前記母船に接近若しくは離隔させる又は前記台座を水面と水中との間で浮沈させるようにした、ことを特徴とする水中無人機の搬送装置が提供される。

前記台座は、水中における姿勢を制御する姿勢制御装置を含んでいてもよい。また、前記台座は、浮上時に設置面上の水を排水する排水機構を含んでいてもよい。また、前記台座は、前記水中無人機を前記設置面上に拘束する拘束機構を含んでいてもよい。また、前記台座は、前記設置面上に配置され、前記水中無人機の突起物と前記設置面との干渉を回避することができるように前記水中無人機を支持する支持台を含んでいてもよい。また、前記台座は、水中で前記水中無人機と通信可能な通信機を含んでいてもよい。

本発明に係る水中無人機の搬送装置によれば、水中無人機を設置する設置面を備えた台座上に水中無人機を載置するようにしたことから、水中で水中無人機を台座上に移動させる際に、筒状の容器等に水中無人機を収容する場合と比較して、精密な制御を必要とすることがない。また、台座上に水中無人機を載置した状態で母船に回収又は揚収することができることから、ダイバーを潜水させる必要がなく、水中無人機と母船の構造物等との接触を抑制することができる。したがって、本発明によれば、水中無人機の損傷を抑制しつつ、水中無人機を容易に搬送することができる。

本発明の一実施形態に係る水中無人機の搬送装置を示す平面図である。 図１に示した搬送装置を用いた水中無人機の回収方法を示す説明図であり、（ａ）は台座移動工程、（ｂ）は台座沈降工程、（ｃ）は水中無人機移動工程、（ｄ）は台座浮上工程、を示している。 図１に示した搬送装置を用いた水中無人機の揚収工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、である。 図１に示した搬送装置を用いた水中無人機の投入方法を示す説明図であり、（ａ）は台座移動工程、（ｂ）は台座沈降工程、（ｃ）は水中無人機移動工程、（ｄ）は台座浮上工程、を示している。 台座の変形例を示す斜視図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、（ｃ）は第三変形例、（ｄ）は第四変形例、を示している。 台座の変形例を示す平面図であり、（ａ）は第五変形例、（ｂ）は第六変形例、（ｃ）は第七変形例、（ｄ）は第八変形例、を示している。

以下、本発明の実施形態について図１〜図６（ｄ）を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態に係る水中無人機の搬送装置を示す平面図である。図２は、図１に示した搬送装置を用いた水中無人機の回収方法を示す説明図であり、（ａ）は台座移動工程、（ｂ）は台座沈降工程、（ｃ）は水中無人機移動工程、（ｄ）は台座浮上工程、を示している。図３は、図１に示した搬送装置を用いた水中無人機の揚収工程を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、である。

本発明の一実施形態に係る水中無人機Ｖの搬送装置１は、水中無人機Ｖを母船Ｓと水中との間で往来させる水中無人機Ｖの搬送装置であって、水中無人機Ｖよりも重力加速度の方向への投影面積が大きな面積を有する設置面２１を備えた台座２と、台座２に配置され台座２の浮力を調整する浮力調整装置３と、台座２に接続された曳航索４と、を備え、設置面２１に水中無人機Ｖを載置した状態で、台座２を母船Ｓに接近若しくは離隔させる又は台座２を水面と水中との間で浮沈させるようにしたものである。

水中無人機Ｖは、例えば、無索のＵＵＶであり、自律型のＡＵＶであってもよいし、遠隔操作型のＲＯＶであってもよい。かかる水中無人機Ｖは、母船Ｓから水中に投入され、探査、調査、測量、撮影等の仕事を行い、最終的に母船Ｓに回収又は揚収される。本実施形態に係る搬送装置１は、この水中無人機Ｖの投入及び回収（揚収）に使用することができる。

台座２は、例えば、図１及び図２（ａ）に示したように、一定の厚さを有する円盤形状を有している。台座２の外形は、例えば、上側に配置される天板、下側に配置される底板及び天板と底板とを接続する筒形状の側板により構成される。なお、台座２の形状は、図示した形状に限定されるものではなく、多角柱形状であってもよいし、水の抵抗を考慮した断面流線形状を有していてもよい。

台座２の内部には、台座２の水深を計測する深度センサ２２、水中で水中無人機Ｖと通信可能な通信機２３、台座２の浮力を調整する浮力調整装置３等が配置されている。これらの機器を作動させる電力は、台座２内に搭載された電池（図示せず）から供給してもよいし、母船Ｓからケーブルを介して供給するようにしてもよい。

深度センサ２２は、水中に沈降した台座２の水深を計測し、水中無人機Ｖの投入又は回収に適した水深に台座２を移動させるために使用される。通信機２３は、例えば、水中無人機Ｖと通信可能かつ測位計測可能な音響測位・通信機である。音響測位・通信機は、音響測位及び音響通信を兼用可能な一体型であってもよいし、音響測位と音響通信の機能を別体に分離したものであってもよい。

なお、「音響測位」とは、水中無人機Ｖに向かってパルス信号を発信し、それを受信した水中無人機Ｖがパルス信号を台座２に向かって発信し、その信号を通信機２３で受信することによって水中無人機Ｖの相対的な位置や方位を計測することを意味する。また、「音響通信」とは、水中無人機Ｖの挙動（発進、停止、移動方向等）を制御するための信号を水中無人機Ｖに向かって送信することを意味する。

台座２の上面は、例えば、図２（ｄ）に示したように、水中無人機Ｖを載置可能な設置面２１を形成している。したがって、設置面２１の面積は、水中無人機Ｖより大きいことが好ましく、大きければ大きいほど、水中無人機Ｖを設置面２１上に移動させるための制御の精度を低くすることができる。例えば、設置面２１は、水中無人機Ｖの全長の数倍〜十倍程度の幅を有していてもよい。

また、台座２は、後述するように、水面と水中との間で浮沈することから、浮上時に設置面２１上の水を排水する排水機構２４を有していてもよい。排水機構２４は、例えば、台座２を上下に貫通する複数の管路によって構成される。管路の本数、配置、径の大きさ等は任意に設定することができる。

かかる排水機構２４を配置することにより、台座２の浮上時に設置面２１上の水を台座２の下方に排水することができ、浮上時における水の抵抗を低減することができるとともに、設置面２１上を流れる水流によって設置面２１上に載置された水中無人機Ｖの移動や転落を抑制することができる。また、本実施形態のように上下に貫通した排水機構２４を有する場合には、台座２を沈降させる場合にも水を台座２の下方から上方に抜くことができ、沈降時における水の抵抗を低減することができる。

浮力調整装置３は、例えば、台座２の底部から注排水可能に構成されたバラストタンクである。例えば、台座２を水中に沈降させる場合にはバラストタンク内に水を注入し、台座２を水中で浮上させる場合にはバラストタンクから水を排出すればよい。かかる浮力調整装置３と深度センサ２２とを用いることにより、水中における台座２の位置（水深）をある程度の範囲内に留めておくことができる。なお、浮力調整装置３は体積可変機構を備えた浮き袋等であってもよい。

曳航索４は、例えば、母船Ｓから台座２を曳航するワイヤである。曳航索４は、台座２の側面に接続される。曳航時における台座２の姿勢を安定させるために、曳航索４の先端は二股に分岐しており、台座２と二点で接続されている。曳航索４の後端は、例えば、母船Ｓに搭載された巻取機５に接続されている。なお、曳航索４は、台座２内の機器とデータ通信可能又は送電可能なケーブルであってもよい。

ここで、図２（ａ）〜（ｄ）、図３（ａ）及び（ｂ）を参照しつつ、作業後の水中無人機Ｖを母船Ｓに回収・揚収する方法について説明する。

図２（ａ）に示した台座移動工程は、水中無人機Ｖを回収したい場所に台座２を移動させる工程である。具体的には、母船Ｓから台座２を水面に投入し、巻取機５から曳航索４を繰り出して母船Ｓから離隔させながら台座２を曳航し、台座２を所定の場所に移動させる。このとき、母船Ｓを潮流に対向するように航走させることにより、母船Ｓの下流側で台座２を安定した状態で曳航することができるとともに、母船Ｓを停止した場合であっても台座２の位置を安定させることができる。

図２（ｂ）に示した台座沈降工程は、台座２を所定の水深まで沈降させる工程である。具体的には、浮力調整装置３により台座２の浮力を小さくすることによって、台座２を水中に沈降させる。このとき、深度センサ２２を用いて台座２の水深を計測しながら沈降させることにより、台座２を所定の水深の範囲に留めておくことができる。なお、水中で台座２の水深を安定させるために、台座２の水深を常時計測しながら、浮力調整装置３を用いて台座２の浮力を適宜制御するようにしてもよい。

図２（ｃ）に示した水中無人機移動工程は、台座２の設置面２１上に水中無人機Ｖを移動させる工程である。具体的には、台座２の通信機２３を用いて、水中無人機Ｖの相対的な位置又は測位を計測し、水中無人機Ｖに進行方向、距離、深度等の航走データを送信する。通信機２３は、水中無人機Ｖの位置を監視しながら、航走データを随時送信するようにしてもよい。なお、台座２が通信機２３を有していない場合や障害物等によって通信機２３の感度が低い場合には、母船Ｓを介して水中無人機Ｖと通信するようにしてもよい。

図２（ｄ）に示した台座浮上工程は、水中無人機Ｖを載置した状態で台座２を水面に浮上させる工程である。具体的には、浮力調整装置３により台座２の浮力を大きくすることによって、台座２を水中から水面まで浮上させる。なお、図２（ｃ）に示した水中無人機移動工程において、台座２の上方に水中無人機Ｖを留めておき、台座２を浮上させることによって設置面２１上に水中無人機Ｖを載置させるようにしてもよい。

図３（ａ）及び（ｂ）に示した揚収工程は、水中無人機Ｖを載置した台座２を母船Ｓ上に揚収する工程である。具体的には、図２（ｄ）に示したように、台座２の設置面２１上に水中無人機Ｖを載置した上程で台座２を水面に浮上させた後、巻取機５により曳航索４を巻き取ることによって台座２を母船Ｓに接近させる。そして、例えば、母船Ｓの船尾に配置されたブリッジ６を水面に降ろすことにより、台座２の揚収口を形成する。

その後、巻取機５を母船Ｓ上で前方に移動させたり、巻取機５により曳航索４を巻き取ったりして、台座２をブリッジ６上で滑らせながら母船Ｓ上に移動させる。台座２を母船Ｓ上に揚収した後、ブリッジ６は引き上げて揚収口を閉鎖する。なお、上述した揚収工程において、ブリッジ６に代えて、母船Ｓに配置されたデッキクレーン（図示せず）を使用するようにしてもよい。

本実施形態に係る水中無人機Ｖの搬送装置１によれば、水中無人機Ｖよりも重力加速度の方向への投影面積が大きな面積を有する設置面２１を備えた台座２上に水中無人機Ｖを載置するようにしたことから、水中で水中無人機Ｖを台座上に移動させる際に、筒状の容器等に水中無人機Ｖを収容する場合と比較して、精密な制御を必要とすることがない。

また、台座２上に水中無人機Ｖを載置した状態で母船Ｓに回収又は揚収することができることから、ダイバーを潜水させる必要がなく、水中無人機Ｖと母船Ｓの構造物等との接触を抑制することができる。したがって、本実施形態に係る搬送装置１によれば、水中無人機Ｖの損傷を抑制しつつ、水中無人機Ｖを容易に搬送することができる。

次に、図４（ａ）〜（ｄ）を参照しつつ、水中無人機Ｖを水中に投入する方法について説明する。ここで、図４は、図１に示した搬送装置を用いた水中無人機の投入方法を示す説明図であり、（ａ）は台座移動工程、（ｂ）は台座沈降工程、（ｃ）は水中無人機移動工程、（ｄ）は台座浮上工程、を示している。

図４（ａ）に示した台座移動工程は、水中無人機Ｖを投入したい場所に水中無人機Ｖを載置した台座２を移動させる工程である。具体的には、水中無人機Ｖを載置した状態で母船Ｓから台座２を水面に投入し、巻取機５から曳航索４を繰り出して母船Ｓから離隔させながら台座２を曳航し、台座２を所定の場所に移動させる。このとき、母船Ｓを潮流に対向するように航走させることにより、母船Ｓの下流側で台座２を安定した状態で曳航することができるとともに、母船Ｓを停止した場合であっても台座２の位置を安定させることができる。

図４（ｂ）に示した台座沈降工程は、水中無人機Ｖを載置した台座２を所定の水深まで沈降させる工程である。具体的には、浮力調整装置３により台座２の浮力を小さくすることによって、台座２を水中に沈降させる。このとき、深度センサ２２を用いて台座２の水深を計測しながら沈降させることにより、台座２を所定の水深の範囲に留めることができる。なお、水中で台座２の水深を安定させるために、台座２の水深を常時計測しながら、浮力調整装置３を用いて台座２の浮力を適宜制御するようにしてもよい。

図４（ｃ）に示した水中無人機移動工程は、台座２の設置面２１上から水中無人機Ｖを移動させる工程である。具体的には、水中無人機Ｖのスラスタや推進器を作動させて、設置面２１から水中無人機Ｖを離脱させる。その後、水中無人機Ｖは、台座２又は母船Ｓから送信された航走データに基づいて所定の場所に移動する。

図４（ｄ）に示した台座浮上工程は、空になった台座２を水面まで浮上させる工程である。具体的には、浮力調整装置３により台座２の浮力を大きくすることによって、台座２を水中で浮上させ、最終的に水面まで浮上させる。

このように、本実施形態にかかる水中無人機Ｖの搬送装置１によれば、水中無人機Ｖの回収又は揚収だけでなく、水中無人機Ｖの水中への投入にも使用することができる。なお、母船Ｓから台座２を水面に投入する場合、作業を終えた台座２を母船Ｓ上に揚収する場合には、例えば、図３（ａ）及び（ｂ）に示したようなブリッジ６やデッキクレーン（図示せず）を使用して作業すればよい。

次に、上述した台座２の変形例について、図５（ａ）〜図６（ｄ）を参照しつつ説明する。ここで、図５は、台座の変形例を示す斜視図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、（ｃ）は第三変形例、（ｄ）は第四変形例、を示している。図６は、台座の変形例を示す平面図であり、（ａ）は第五変形例、（ｂ）は第六変形例、（ｃ）は第七変形例、（ｄ）は第八変形例、を示している。

図５（ａ）に示した台座２の第一変形例は、台座２の全体を金網で形成したものである。かかる構成によれば、金網の網目を排水機構２４として利用することができる。なお、台座２内に収容される機器（深度センサ２２、通信機２３、浮力調整装置３等）については、個別又は一括して水密性を有する容器に収納するようにしてもよい。

図５（ｂ）に示した台座２の第二変形例は、台座２の骨格を形成するフレーム２ａと、フレーム２ａ間に展張される金網２ｂと、により台座２を形成したものである。かかる構成によれば、第一変形例に係る台座２よりも強度を向上させることができる。

図５（ｃ）に示した台座２の第三変形例は、排水機構２４を設置面２１に形成された溝により構成したものである。ここでは、一方向に平行な溝を複数形成した場合を図示しているが、かかる形状に限定されるものではなく、例えば、放射状に溝を形成するようにしてもよい。また、台座２の中心側から外周側に向って溝を深く形成して傾斜面を形成し、排水しやすくさせるようにしてもよい。

図５（ｄ）に示した台座２の第四変形例は、水中無人機Ｖを設置面２１上に拘束する拘束機構２５を配置したものである。拘束機構２５は、例えば、台座２の外周に沿って立設された壁面によって構成される。かかる壁面（拘束機構２５）を形成することにより、台座２の浮沈や移動時に水中無人機Ｖが設置面２１上で動いたとしても、壁面によって水中無人機Ｖの移動を制限することができ、台座２からの転落を防止することができる。壁面の高さは、例えば、水中無人機Ｖの重心位置よりも高く形成される。

図６（ａ）に示した台座２の第五変形例は、台座２に水中における姿勢を制御する姿勢制御装置２６を配置したものである。設置面２１に水中無人機Ｖを載置した状態で台座２を浮沈させた場合、台座２が水の抵抗や潮流によって傾斜することが考えられる。そこで、本変形例では、姿勢制御装置２６を略水平に保持するための姿勢制御装置２６を備えている。姿勢制御装置２６は、例えば、複数の浮力調整装置３によって構成することができる。

図示したように、複数の浮力調整装置３を略均等な間隔で配置することにより、複数の浮力調整装置３を個別に浮力を調整することによって、設置面２１が略水平となるように台座２の姿勢を制御することができる。ここでは、四つの浮力調整装置３を配置する場合を図示したが、浮力調整装置３の個数は任意に設定することができる。

図６（ｂ）に示した台座２の第六変形例は、姿勢制御装置２６を垂直スラスタにより構成したものである。このように、姿勢制御装置２６は、浮力調整装置３と別の装置として構成するようにしてもよい。ここでは、四つの垂直スラスタを配置する場合を図示したが、垂直スラスタの個数は任意に設定することができる。

図６（ｃ）に示した台座２の第七変形例は、拘束機構２５を電磁石により構成したものである。設置面２１の内面に電磁石を配置することにより、水中無人機Ｖを設置面２１上に吸着させることができ、台座２が傾斜した場合であっても水中無人機Ｖを設置面２１上に拘束しておくことができる。図示したように、かかる拘束機構２５は、姿勢制御装置２６と併用するようにしてもよい。

図６（ｄ）に示した台座２の第八変形例は、設置面２１上に水中無人機Ｖを支持する支持台２７を配置したものである。例えば、水中無人機Ｖがセンサ、安定翼、舵等の突起物ｐを有しているような場合に、設置面２１に水中無人機Ｖを着陸させると突起物ｐが損傷する可能性がある。

そこで、本実施形態では、突起物ｐと設置面２１との干渉を回避するための支持台２７を設置面２１に配置している。ここでは、支持台２７を二本の板材により構成しているが、かかる形状に限定されるものではなく、水中無人機Ｖの構造に応じて任意に変更することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されず、例えば、上述した実施形態及び第一変形例〜第八変形例を適宜組み合わせて使用してもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ 搬送装置
２ 台座
２ａ フレーム
２ｂ 金網
３ 浮力調整装置
４ 曳航索
５ 巻取機
６ ブリッジ
２１ 設置面
２２ 深度センサ
２３ 通信機
２４ 排水機構
２５ 拘束機構
２６ 姿勢制御装置
２７ 支持台

Claims (6)

1. 水中無人機を母船と水中との間で往来させる水中無人機の搬送装置において、
   前記水中無人機を設置する設置面を備え所定の水深の範囲に留められる台座と、
   前記台座に配置され前記台座の浮力を調整する浮力調整装置と、
   前記台座の側面に接続された曳航索と、を備え、
   前記台座は、前記設置面が前記水中無人機の全長の数倍〜十倍程度の幅を有し、前記設置面の上方に前記水中無人機を移動させた後、前記台座又は前記水中無人機を相対的に浮沈させることによって前記水中無人機を前記設置面上に載置可能に構成されており、
   前記設置面に前記水中無人機を載置した状態で、前記台座を前記母船に接近若しくは離隔させる又は前記台座を水面と水中との間で浮沈させるようにした、
   ことを特徴とする水中無人機の搬送装置。
2. 前記台座は、水中における姿勢を制御する姿勢制御装置を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の水中無人機の搬送装置。
3. 前記台座は、浮上時に設置面上の水を排水する排水機構を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の水中無人機の搬送装置。
4. 前記台座は、前記水中無人機を前記設置面上に拘束する拘束機構を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の水中無人機の搬送装置。
5. 前記台座は、前記設置面上に配置され、前記水中無人機の突起物と前記設置面との干渉を回避することができるように前記水中無人機を支持する支持台を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の水中無人機の搬送装置。
6. 前記台座は、水中で前記水中無人機と通信可能な通信機を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の水中無人機の搬送装置。