以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
図1は、ドッキングステーションの第1実施形態を示すもので、図1(a)は概略正面図、図1(b)は概略側面図、図1(c)は概略平面図である。図2は、本実施形態のドッキングステーションにおける拘束ユニットを拡大して示すもので、図2(a)は正面図、図2(b)は、図2(a)のA−A方向矢視図である。図3は拘束ユニットにおける移動装置を拡大して示す斜視図である。図4(a)(b)は拘束ユニットにおける駆動装置の例をそれぞれ示す概要図である。
図5は、本実施形態のドッキングステーションを使用して行うドッキング方法の手順を説明するための図であり、図5(a)は、ドッキングステーションに水中航走体が進入する状態を示す概要図、図5(b)は、ドッキングステーションの内部空間に、停止した水中航走体が配置された状態を示す概要図である。図6は、ドッキング方法における図5(b)に続く手順として、拘束ユニットで水中航走体を拘束するときの手順を示す図で、図6(a)は拘束ユニットの初期状態を示す概要図、図6(b)から図6(e)は、移動装置の移動に伴う拘束索の変位を示す概要図、図6(f)は、拘束ユニットにて移動体を拘束した状態を示す概要図である。
本実施形態のドッキングステーションは、図1(a)(b)(c)に符号1で示すもので、本実施形態では、ドッキング対象となる移動体は、水中に浮遊した状態で移動を行う移動体である水中航走体100とする例を示す。
ここで、水中航走体100について概説する。水中航走体100は、図1(b)に二点鎖線で示すように、円筒状の胴体102と、胴体102の前側の機首103と、胴体102の後側の尾部104とからなる機体101を備え、機体101の尾部側に推進装置105と、方向舵および昇降舵などの操舵装置106とを備えた構成とされている。また、水中航走体100は、操舵装置を中立にした状態での基本的な航走姿勢が、水平方向に向いた姿勢となる巡航型の航走体とされている。
本実施形態のドッキングステーション1は、内側に水中航走体100を収容可能な空間を備えた環状の拘束ユニット2を備えている。本実施形態では、拘束ユニット2は、円環形状とされている。
更に、本実施形態のドッキングステーション1は、たとえば、4台の拘束ユニット2が、環形状の軸心方向を揃えた姿勢で、一軸方向に設定された間隔を隔てて1列に配列された構成を備えている。以下、この拘束ユニット2が配列された一軸方向は、x軸方向という。本実施形態のドッキングステーション1は、x軸方向が、前記水中航走体100の基本的な航走姿勢に対応する水平方向に配置されている。
各拘束ユニット2の周方向の一個所における外周側には、x軸方向に延びる連結部材3が配置され、この連結部材3に各拘束ユニット2がそれぞれに取り付けられている。これにより、各拘束ユニット2は、連結部材3を介して間隔が保持された状態で相互に連結されている。
なお、連結部材3は、各拘束ユニット2における下端側の下方に取り付けられていることが好ましい。このようにすれば、本実施形態のドッキングステーション1は、陸上や船上や海底などに配置するときに、連結部材3を接地させることができ、この状態で、各拘束ユニット2を連結部材3で支持することができる。
次に、拘束ユニット2の構成について説明する。
本実施形態では、拘束ユニット2は、図2(a)(b)に示すように、円環状のフレーム4と、フレーム4に取り付けられた周方向に延びる複数列、たとえば、2列のガイドレール5a,5bと、各ガイドレール5a,5bに移動可能に取り付けられた移動装置6a,6bと、各移動装置6a,6bの各ガイドレール5a,5bに沿う移動を行う駆動手段7a,7bと、2本の拘束索8a,8bとを備える。更に、第1の拘束索8aは、一端側が第1の移動装置6aに接続されると共に、他端側がフレーム4にブラケット9aを介して接続されている。第2の拘束索8bは、一端側が第2の移動装置6bに接続されると共に、他端側がフレーム4にブラケット9bを介して接続された構成とされている。
フレーム4は、水中航走体100の位置制御性能を考慮して、フレーム4の内側に水中航走体100が進入可能となるように、フレーム4の開口寸法が設定されている。すなわち、水中航走体100の位置制御性能が、たとえば、ある1点の座標を指定して水中航走体100の位置制御を行うときに、水中航走体100に生じる指定座標からの位置ずれが最大でαメートル生じるものである場合は、フレーム4の開口寸法は、(2×α)メートルに、所定のマージンを足した寸法に設定される。
前記マージンは、たとえば、潮流が存在している領域で水中航走体100が当て舵を行いながら進行するときに進行方向と直交する方向に機首103と尾部104とがずれると想定される量、および、各移動装置6a,6bがフレーム4の内側に突出する量などを基に設定すればよい。
これにより、水中航走体100は、フレーム4の中央の座標を目標位置として航走させれば、潮流が存在している環境下であっても、水中航走体100をフレーム4の内側に進入させることができる。
なお、フレーム4は、全体で円環状となる形状を保持することができ、各ガイドレール5a,5bを取り付けて支持することができ、各拘束索8a,8bの他端側をブラケット9a,9bを介して保持することができれば、フレーム4自体の構造は、中実構造、中空構造、トラス構造のような骨組構造など、任意の構造を採用してよい。
各ガイドレール5a,5bは、各拘束索8a,8bが接続された各移動装置6a,6bを、フレーム4の周方向に沿ってガイドする機能を有するものである。なお、後述するように各拘束索8a,8bが張るときには、各移動装置6a,6bには内周側に向いた力が作用する。一方、各拘束索8a,8bが弛んだ状態になるときには、各拘束索8a,8bが有する弾性力に基づいて、各移動装置6a,6bには外周側に向いた力が作用することがある。そのため、各ガイドレール5a,5bは、各移動装置6a,6bに内周側と外周側のいずれの方向の力が作用する状態であっても、各移動装置6a,6bの周方向の移動を円滑に案内可能とすることが望まれる。
そこで、本実施形態では、各ガイドレール5a,5bは、図3に示すように、フレーム4の内周面に沿って周方向に延びる角筒構造を有し、且つ該各筒構造の内周側壁10に、周方向に延びるスリット11を設けた構造としてある。これにより、ガイドレール5a,5bは、内周側壁10の内面、および、外周側壁12の内面を、対応する移動装置6a,6bの案内面とすることができる。
各移動装置6a,6bは、図3に示すように、スリット11の内側に配置された本体13と、内周側壁10と外周側壁12との間に配置された状態で本体13の両側部に回転自在に取り付けられたローラ14とを備えた構成とされている。図3では、各移動装置6a,6bは、本体13の各側部に2個ずつのローラ14が取り付けられた構成を例示した。しかし、本体13の各側部に取り付けられるローラ14の数は、適宜変更してもよいことは勿論である。
更に、各ガイドレール5a,5bの周方向における各移動装置6a,6bが配置された個所以外の個所には、サイドローラ16付きのチェーン15が周方向に延びるように配置されている。チェーン15のサイドローラ16は、各移動装置6a,6bのローラ14と同様に、ガイドレール5a,5bの内周側壁10と外周側壁12との間に配置されている。このチェーン15の両端側は、対応する移動装置6a,6bに接続されている。したがって、各移動装置6a,6bとチェーン15は、図4(a)(b)に示すように、一連に繋がる輪を形成している。なお、図4(a)(b)では、便宜上、移動装置6a,6bにおけるローラ14、チェーン15のサイドローラ16、ガイドレール5a,5b、および、フレーム4の記載は省略してある。
更に、図4(a)(b)に示すように、チェーン15の長手方向の一個所には、駆動スプロケット17がチェーン15に噛み合う状態で配置され、この駆動スプロケット17が、サーボモータのようなモータ18の出力軸18aに取り付けられた構成とされている。 この際、駆動スプロケット17は、図4(a)に示すように、チェーン15の外周側に、チェーン15と噛み合う状態で配置されていればよい。あるいは、図4(b)に示すように、チェーン15は、周方向の一部を一対の従動式の案内スプロケット19に掛けて外周側へ引き出し、この引き出された部分のチェーン15を、駆動スプロケット17に掛け回した構成とされていてもよい。
図4(a)(b)のいずれの構成においても、移動装置6a,6bの駆動手段7a,7bは、チェーン15と、駆動スプロケット17と、モータ18とを備えた構成とされる。
したがって、図4(a)に示した構成の駆動手段7a,7bでは、モータ18により駆動スプロケット17を時計回り方向に回転駆動すると、移動装置6a,6bを、チェーン15と一緒に反時計回り方向に移動させることができる。また、モータ18により駆動スプロケット17を反時計回り方向に回転駆動する場合は、移動装置6a,6bを、チェーン15と一緒に時計回り方向に移動させることができる。
また、図4(b)に示した構成の駆動手段7a,7bでは、モータ18により駆動スプロケット17を時計回り方向に回転駆動すると、移動装置6a,6bを、チェーン15と一緒に時計回り方向に移動させることができる。また、モータ18により駆動スプロケット17を反時計回り方向に回転駆動する場合は、移動装置6a,6bを、チェーン15と一緒に反時計回り方向に移動させることができる。
後述するように、拘束ユニット2(図2(a)(b)参照)が初期状態から水中航走体100を拘束した状態になるときには、移動装置6a,6bはガイドレール5a,5b(図2(a)(b)参照)に沿って周方向に移動する。よって、図4(a)の構成における駆動スプロケット17とモータ18、および、図4(b)の構成における駆動スプロケット17と各案内スプロケット19とモータ18は、移動装置6a,6bの移動範囲と干渉しない周方向位置にて、ガイドレール5a,5bの外周側壁12とフレーム4(図2(a)(b)参照)に設けられた図示しない開口部に配置するようにすればよい。
なお、駆動手段7a,7bを図4(a)の構成とする場合は、移動装置6a,6bは、図3に示すように、本体13を、チェーン15の1つのリンクと同様の長さを有するものとし、移動装置6a,6bとチェーン15との接続部分の構成を、チェーン15におけるリンク同士の連結部分と同様の構成とすることが好ましい。この構成によれば、移動装置6a,6bは、チェーン15の外周側に駆動スプロケット17が配置されている個所を越えて周方向に移動することができる。よって、この場合は、駆動手段7a,7bにおける駆動スプロケット17およびモータ18の配置について、移動装置6a,6bの移動範囲に基づく制限をなくすことができて、配置の自由度を高めることができる。
各移動装置6a,6bの本体13には、図3に示すように、対応する拘束索8a,8bの一端部が、ブラケット20を介してフレーム4の周方向に沿う方向に揺動可能に取り付けられている。
更に、本体13には、拘束索8a,8bが弛むときに、拘束索8a,8bがフレーム4の周方向に沿って配置されるように拘束索8a,8bを付勢する付勢手段21が設けられている。本実施形態では、付勢手段21は、たとえば、本体13に板ばね部材22の一端側を取り付け、且つ板ばね部材22の他端側を、拘束索8a,8bの一端側におけるブラケット20の近傍となる個所に、フレーム4の周方向に沿う方向の片側から押し当てた構成とされている。これにより、拘束索8a,8bは、一端側におけるブラケット20の近傍となる個所が、板ばね部材22によりフレーム4の周方向に沿う方向に向くように常時押される。
各拘束索8a,8bの他端側は、ブラケット9a,9bに、フレーム4の周方向に沿う方向に揺動可能に取り付けられている。
よって、拘束索8a,8bは、弛んだ状態になると、フレーム4の周方向に沿う配置となる。なお、拘束索8a,8bが弛んだ状態から張る状態になるときには、板ばね部材22が弾性変形するので、拘束索8a,8bが張る状態になることに支障は生じない。
拘束ユニット2にて、各拘束索8a,8bの長さ、各拘束索8a,8bの一端側が連結された移動装置6a,6bの移動範囲、および、各拘束索8a,8bの他端側のフレーム4への取付位置は、フレーム4の開口寸法と、ドッキング対象となる水中航走体100の外周の寸法と、フレーム4の内側で各拘束索8a,8bによって拘束された状態の水中航走体100の配置を望む位置に応じて、幾何学的に決定すればよい。
各拘束索8a,8bは、フレーム4の周方向に沿うように配置可能で、且つドッキング対象である水中航走体100の周囲に沿わせて配置可能な柔軟性と、付勢手段21で付勢することにより、フレーム4の周方向に沿うように配置された姿勢が保持可能な剛性と、水中航走体100を拘束するときに作用する張力に耐えうる強度とを備えていればよい。この条件を備えていれば、各拘束索8a,8bは、金属製や樹脂製のワイヤ、扁平した断面形状を有するベルト状の部材、このベルト状の部材をメッシュ状としたもの、複数のリンク部材が順次揺動可能に連結された構造のものなどが用いられる。
更に、拘束ユニット2では、図2(b)に示すように、第1の拘束索8aが、第2の移動装置6bの案内を行うガイドレール5bを跨いで配置され、第2の拘束索8bが、第1の移動装置6aの案内を行うガイドレール5aを跨いで配置された構成とすることが好ましい。この構成によれば、各ガイドレール5a,5bに沿って各移動装置6a,6bを移動させて各拘束索8a,8bを張ると、拘束索8a,8b同士が交差した配置となる。このため、後述するように各拘束索8a,8bを張って水中航走体100を拘束するときに、水中航走体100に前後軸方向を回転させる方向の回転モーメントが作用することを防ぐことができる。
なお、図示しないが、拘束ユニット2は、x軸方向に関して、第1の拘束索8aの一端側と他端側との間に、第2の拘束索8bの一端側または他端側が配置され、且つ、第2の拘束索8bの一端側と他端側との間に、第1の拘束索8aの一端側または他端側が配置された構成としてあれば、ガイドレール5a、ブラケット9a、ガイドレール5b、ブラケット9bのx軸方向の順序を図示した以外の順序としてもよい。この構成の場合も、各拘束索8a,8bを張って水中航走体100を拘束するときに、水中航走体100に前後軸方向を回転させる方向の回転モーメントが作用することを防ぐことができるという効果を得ることができる。
また、図示しないが、本実施形態のドッキングステーション1は、水中航走体100が各拘束ユニット2の内側に配置されていることを検知あるいは確認する手段を備える構成としてある。この確認手段は、たとえば、水中航走体100との通信により、水中航走体100の自己位置検出手段で検出している位置座標が、ドッキングステーション1の各拘束ユニット2の内側となることを確認する機能を備えるものとすればよい。確認手段は、各拘束ユニット2の内側の領域における磁場(磁気)の変化の有無を検出して、該領域における水中航走体100の存在の有無を検出する機能を備えるものとしてもよい。なお、本実施形態のドッキングステーション1は、水面上からの目視が可能な場合には、水中航走体100が各拘束ユニット2の内側に配置されていることを目視により確認するようにしてもよい。この場合は、前記のような確認手段は不要である。
以上の構成としてある本実施形態のドッキングステーション1を用いて、水中航走体100のドッキングを行う場合は以下のようにする。
本実施形態のドッキングステーション1は、水中航走体100のドッキングを望む個所、たとえば、海底に配置される。
また、各拘束ユニット2では、図1(a)、図2(a)に示したように、移動装置6a,6bの周方向位置の調整を行い、各拘束索8a,8bをフレーム4の周方向に沿わせて配置する。この状態が、本実施形態のドッキングステーション1の初期状態となる。
この初期状態とされた本実施形態のドッキングステーション1には、図5(a)に示すように、水中航走体100を各拘束ユニット2の内側に進入させ、図5(b)に示すように、水中航走体100を各拘束ユニット2の内側で停止させる。このとき、図5(b)に示すように、水中航走体100は、停止状態で各拘束ユニット2の内側に配置されていれば、各拘束ユニット2の軸心から外れた位置に配置された状態でもよい。また、水中航走体100の前後軸方向は、x軸方向から角度がずれていてもよい。
この状態で、図6(a)に示すように水中航走体100の胴体102が内側に配置されている拘束ユニット2は、図6(b)に示すように、各駆動手段7a,7bの運転により、各移動装置6a,6bの移動を開始する。この際、各移動装置6a,6bを移動させる方向は、フレーム4の周方向に沿って配置されていた各拘束索8a,8bを、フレーム4から離反させる方向である。したがって、図6(b)では、第1の移動装置6aの移動方向は、反時計回り方向であり、第2の移動装置6bの移動方向は、時計回り方向である。
次いで、図6(c)(d)(e)に示すように、各移動装置6a,6bの移動を継続して行うと、各拘束索8a,8bの位置が変化する。この際、各拘束索8a,8bが水中航走体100の胴体102に接触すると、水中航走体100は、拘束ユニット2の内側で、胴体102における拘束索8a,8bが接触した部分が、拘束索8a,8bの位置変化に従って位置変化する。
その後、図6(f)に示すように、各移動装置6a,6bは、水中航走体100の胴体102の外周に接した状態の各拘束索8a,8bに所定の張力が作用するまで移動させる。
これにより、拘束ユニット2では、水中航走体100の胴体102を、各拘束索8a,8bにより絞め付けて、拘束することができる。
したがって、拘束ユニット2が図6(a)に示したような初期状態のときに、水中航走体100の胴体102が拘束ユニット2の内側のどこに配置されていたとしても、拘束ユニット2では、水中航走体100の胴体102を、図6(f)に示す位置に配置した状態で拘束することができる。
よって、本実施形態のドッキングステーション1は、たとえ、図5(b)に示したように、水中航走体100の前後軸方向が、x軸方向から傾いていた場合であっても、水中航走体100の前後軸方向をx軸方向に沿わせると共に、各拘束ユニット2で決められた位置に水中航走体100を配置して拘束することができる。
なお、図5(b)にて図上左端の拘束ユニット2のように、内側に水中航走体100の胴体102が配置されていない拘束ユニット2については、移動装置6a,6bの駆動手段7a,7bの運転は開始しなくてよい。
このように、本実施形態のドッキングステーションおよびドッキング方法によれば、各拘束ユニット2にて、それぞれの拘束索8a,8bにより水中航走体100の対応する個所を拘束することができる。よって、本実施形態のドッキングステーション1は、水中航走体100をドッキングすることができる。更に、この水中航走体100のドッキングを行うときに、水中航走体100には、ドッキングに用いるための特別な装備は何ら必要としない。
更に、本実施形態のドッキングステーション1は、各拘束索8a,8bの一端側が接続された各移動装置6a,6bを、それぞれ独立して移動させることができる。
このため、本実施形態のドッキングステーション1は、各拘束ユニット2にて図6(f)に示した状態から、たとえば、移動装置6aを、拘束索8aの張力が弛む方向へ移動させるとともに、移動装置6bを、拘束索8bの張力が増す方向へ移動させることにより、水中航走体100を、拘束状態を保持したまま、移動装置6bおよびブラケット9bに近付く方向に移動させることができる。
また、本実施形態のドッキングステーション1は、各拘束ユニット2にて図6(f)に示した状態から、前記とは逆に、移動装置6aを、拘束索8aの張力が増す方向へ移動させるとともに、移動装置6bを、拘束索8bの張力が弛む方向へ移動させることにより、水中航走体100を、拘束状態を保持したまま、移動装置6aおよびブラケット9aに近付く方向に移動させることができる。
これにより、本実施形態のドッキングステーション1は、各拘束ユニット2で水中航走体100を拘束した後、水中航走体100の位置を調整することができる。
よって、本実施形態のドッキングステーション1では、たとえば、拘束した水中航走体100を、図示しない非接触充電装置や、図示しない充電用のコネクタの位置まで移動させて、充電することが可能になる。
また、水中航走体100が、充電式ではなく、たとえば、燃料電池などの燃料を消費する動力を備えている場合は、拘束した水中航走体100を、本実施形態のドッキングステーション1に備えた図示しない燃料供給装置の位置まで移動させて、燃料補給を行うことが可能になる。
更に、本実施形態のドッキングステーション1では、拘束した水中航走体100を、情報伝達用のコネクタの位置まで移動させて、水中航走体100に搭載された調査機器のような機器で収集した情報や、水中航走体100に対する航走指令の情報について、相互に伝達することが可能になる。
また、本実施形態のドッキングステーション1は、独立した複数の拘束ユニット2を隙間を隔てて配置した構成を備えているため、潮流や波などより受ける流体抵抗の低減化を図ることができる。
なお、水中航走体100を特定の位置に導くための手段としては、たとえば、円錐台形状の筒をガイドとして用いて、航走する水中航走体100をガイドに沿わせて案内することが考えられるが、この場合、ガイドは水中航走体100が接触するときに衝撃を受ける。
この点、本実施形態のドッキングステーション1は、各拘束ユニット2の内側に水中航走体100が自律航走により進入して、各拘束ユニット2の内側で停止するようにしてあるため、各拘束ユニット2が水中航走体100の接触による衝撃を受けることはない。よって、本実施形態のドッキングステーション1は、水中航走体100の接触による衝撃に耐えるための耐衝撃構造を備える必要はない。
更に、本実施形態のドッキングステーション1は、図6(a)から図6(f)に示した水中航走体100の拘束時の手順を逆に行うことで、水中航走体100に対する拘束索8a,8bによる拘束を解除することができる。よって、この状態では、水中航走体100は、本実施形態のドッキングステーション1とのドッキングを終了して、拘束ユニット2の内側から外部へ発進することができる。
[第2実施形態]
図7は、ドッキングステーションの第2実施形態を示すもので、図7(a)は初期状態を、図7(b)(c)は、拘束ユニットで移動装置を移動させる状態を、図7(d)は、拘束ユニットで水中航走体を拘束した状態を、それぞれ示す概略正面図である。
なお、図7(a)(b)(c)(d)において、第1実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態のドッキングステーション1は、第1実施形態と同様の構成において、拘束ユニット2を、円環状とした構成に代えて、縦長の楕円環状の拘束ユニット2aを備える構成としたものである。
したがって、拘束ユニット2aは、縦長の楕円環状のフレーム41を備えている。
更に、拘束ユニット2aは、フレーム41にx軸方向(図1参照)に並べて設けられた4列のガイドレール51a,51b,51c,51dと、各ガイドレール51a,51b,51c,51dに移動可能に取り付けられた移動装置61a,61b,61c,61dと、各移動装置61a,61b,61c,61dの各ガイドレール51a,51b,51c,51dに沿う移動を行う駆動手段71a,71b,71c,71dと、2本の拘束索81a,81bとを備える。更に、各移動装置61a,61b,61c,61dのうち、x軸方向の一端側から数えて1番目の移動装置61aと3番目の移動装置61cに、第1の拘束索81aの両端側がそれぞれ接続され、2番目の移動装置61bと4番目の移動装置61dに、第2の拘束索81bの両端側がそれぞれ接続された構成とされている。
各ガイドレール51a,51b,51c,51dの構成は、楕円環状とされている形状の点以外は、第1実施形態のガイドレール5a,5bと同様の構成とされている。
各移動装置61a,61b,61c,61d、各駆動手段71a,71b,71c,71d、各拘束索81a,81bは、第1実施形態における移動装置6a,6b、駆動手段7a,7b、拘束索8a,8bと同様の構成とされている。
各移動装置61a,61b,61c,61dにおける各拘束索81a,81bの接続部分の構成は、第1実施形態の各移動装置6a,6bにおける各拘束索8a,8bの接続部分の構成と同様とされている。
本実施形態のドッキングステーション1を使用して水中航走体100のドッキングを行う場合は、図7(a)に初期状態を示すように各移動装置61a,61b,61c,61dを配置して、各拘束索81a,81bを、フレーム4の周方向に沿う配置としておく。
この初期状態とされた本実施形態のドッキングステーション1では、水中航走体100を各拘束ユニット2aの内側に進入させて、水中航走体100を各拘束ユニット2aの内側で停止させる。
次に、図7(b)(c)に示すように、移動装置61aと移動装置61cとを下方に移動させて拘束索81aを下方に移動させると共に、移動装置61bと移動装置61dとを上方に移動させて拘束索81bを上方に移動させる。
この際、各拘束索81a,81bが水中航走体100の胴体102に接触すると、水中航走体100は、拘束ユニット2の内側で、胴体102における拘束索81a,81bが接触した部分が、拘束索8a,8bの位置変化に従って位置変化する。
その後、図7(d)に示すように、各移動装置61a,61cと各移動装置61b,61dは、水中航走体100の胴体102の外周に接した状態の各拘束索81a,81bに所定の張力が作用するまで移動させる。
これにより、拘束ユニット2aでは、水中航走体100の胴体102を、各拘束索81a,81bにより絞め付けて、拘束することができる。
したがって、本実施形態のドッキングステーション1によっても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
ところで、水中航走体100は、進行方向を上下方向に変化させるときには、深度の変化に応じて浮力の調整を行う必要がある。そのため、水中航走体100は、一般に、上下方向の操舵による制御性は、左右方向の操舵による制御性に比して低い。
よって、本実施形態のドッキングステーション1は、縦長の楕円環状の拘束ユニット2aを用いることで、水中航走体100の上下方向の制御性と、左右方向の制御性とに差を有する水中航走体100の位置制御性能に適したものとすることができる。
また、水中航走体100は、前後左右方向の位置は水面上から視認可能な場合があるが、傾きを含めて上下方向の位置は水面上からの視認で把握することは困難である。そのため、縦長の楕円環状の拘束ユニット2aを用いる構成は、本実施形態のドッキングステーション1に前述の水中航走体100の確認手段を備えない場合に、水中航走体100の制御と拘束索81a,81bの制御の自由度が増す効果を得ることができる。
更に、本実施形態のドッキングステーション1は、第1の拘束索81aの両端側の位置を各移動装置61a,61cと一緒に移動させることができると共に、第2の拘束索81bの両端側の位置を各移動装置61b,61dと一緒に移動させることができる。
したがって、本実施形態のドッキングステーション1は、各拘束ユニット2aで水中航走体100を拘束した後、拘束状態を保持したままで水中航走体100の位置調整が可能な範囲について、拡大化を図ることができる。
[第3実施形態]
図8は、ドッキングステーションの第3実施形態を示す概略正面図である。
なお、図8において、第1実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態のドッキングステーション1は、第1実施形態と同様の構成において、2本の拘束索8a,8bを有する拘束ユニット2を備えた構成に代えて、3本の拘束索82a,82b,82cを有する拘束ユニット2bを備えた構成としたものである。
このため、本実施形態では、拘束ユニット2bは、フレーム4にx軸方向(図1参照)に並べて設けられた3列のガイドレール52a,52b,52cと、各ガイドレール52a,52b,52cに移動可能に取り付けられた移動装置62a,62b,62cと、各移動装置62a,62b,62cの各ガイドレール52a,52b,52cに沿う移動を行う駆動手段72a,72b,72cと、3本の拘束索82a,82b,82cとを備える。更に、第1の拘束索82aは、一端側が第1の移動装置62aに接続されると共に、他端側がフレーム4にブラケット92aを介して接続されている。第2の拘束索82bは、一端側が第2の移動装置62bに接続されると共に、他端側がフレーム4にブラケット92bを介して接続された構成とされている。第3の拘束索82cは、一端側が第3の移動装置62cに接続されると共に、他端側がフレーム4にブラケット92cを介して接続された構成とされている。
更に、拘束ユニット2bでは、x軸方向に関して、第1の拘束索82aの一端側と他端側との間に、第2の拘束索82bの一端側または他端側と、第3の拘束索82cの一端側または他端側とが配置され、且つ、第2の拘束索8bの一端側と他端側との間に、第1の拘束索8aの一端側または他端側と、第3の拘束索82cの一端側または他端側とが配置され、且つ、第3の拘束索82cの一端側と他端側との間に、第1の拘束索8aの一端側または他端側と、第2の拘束索82bの一端側または他端側とが配置された構成とすることが好ましい。
この構成は、たとえば、x軸方向に、ガイドレール52a、ガイドレール52b、ガイドレール52c、ブラケット92a、ブラケット92b、ブラケット92cを順に配列する構成で実現される。
これらの構成によれば、拘束ユニット2bにて、各拘束索82a,82b,82cを張って水中航走体100を拘束するときに、水中航走体100に前後軸方向を回転させる方向の回転モーメントが作用することを防ぐことができる。
各ガイドレール52a,52b,52c、各移動装置62a,62b,62c、各駆動手段72a,72b,72c、各拘束索82a,82b,82c、各ブラケット92a,92b,92cは、第1実施形態におけるガイドレール5a,5b、移動装置6a,6b、駆動手段7a,7b、拘束索8a,8b、ブラケット9a,9bと同様の構成とされている。
各移動装置62a,62b,62cにおける各拘束索82a,82b,82cの接続部分の構成は、第1実施形態の各移動装置6a,6bにおける各拘束索8a,8bの接続部分の構成と同様とされている。
以上の構成としてある本実施形態のドッキングステーション1は、第1実施形態と同様に使用して同様の効果を得ることができる。
更に、本実施形態のドッキングステーション1は、水中航走体100を拘束した後、各拘束ユニット2bにて、3本の各拘束索82a,82b,82cのうち、1本の張力を弛めながら、他の2本を張るか、あるいは、2本の張力を弛めながら、残る1本を張ることにより、拘束状態を保持したままで水中航走体100の位置調整を行うことができる。
なお、図示しないが、本実施形態においては、各拘束索82a,82b,82cの両端側を、第2実施形態の拘束索81a,81bと同様に、それぞれ移動装置に接続した構成としてもよい。この場合は、フレーム4にx軸方向(図1参照)に6列のガイドレールを並べて設け、各ガイドレールに個別の移動装置を取り付けた構成とすればよい。
[第4実施形態]
図9は、ドッキングステーションの第4実施形態を示すもので、図9(a)(b)は、それぞれ拘束ユニットの別の形状例を示すものである。
なお、図9(a)(b)において、第1実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。
図9(a)に示すドッキングステーション1は、第1実施形態と同様の構成において、拘束ユニット2を円環状とした構成に代えて、四角環状の拘束ユニット2cとしたものである。
この拘束ユニット2cは、縦長の四角環状のフレーム43を備え、フレーム43の形状に沿って四角環状となるガイドレール53を備えた構成とされている。なお、ガイドレール53は、角部を丸めた形状として、図示しない移動装置が角部を越えて移動できるようにしてある。
図9(b)に示すドッキングステーション1は、第1実施形態と同様の構成において、拘束ユニット2を円環状とした構成に代えて、三角環状の拘束ユニット2dとしたものである。
この拘束ユニット2dは、三角環状のフレーム44を備え、フレーム44の形状に沿って三角環状となるガイドレール54を備えた構成とされている。なお、ガイドレール54は、角部を丸めた形状として、図示しない移動装置が角部を越えて移動できるようにしてある。
図9(a)(b)の各実施形態は、拘束索の数は、第1実施形態や第2実施形態と同様に2本としてもよく、第3実施形態と同様に3本としてもよい。
また、拘束索は、第1実施形態や第3実施形態と同様に、一方の端部側のみが移動する構成と、第2実施形態と同様に両端側が移動する構成のいずれを採用してもよい。
したがって、図9(a)(b)の各実施形態におけるガイドレール53,54の数は、拘束索の数と、各拘束索の一端側のみを移動装置に接続する構成とするか、あるいは、各拘束索の両端側を個別の移動装置に接続する構成とするかに応じて設定すればよい。また、各拘束索の一端側のみを移動装置に接続する構成を採る場合は、各拘束索の他端側は、ブラケットを介してフレーム43,44に接続する構成とすればよい。
以上の点に鑑みて、図9(a)(b)では、ガイドレール53,54に取り付けられた移動装置、拘束索、ブラケットの記載は省略してある(後述する図10、図11、図12、図13も同様である)。
図9(a)(b)の各実施形態によっても、第1実施形態や第2実施形態と同様に使用して、第1実施形態と同様の効果、あるいは、第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、図示しないが、拘束ユニットの更に別の形状例としては、5角環以上の多角環形状としてもよく、更には、台形状など、点対称ではない形状を採用してもよいことは勿論である。
[第5実施形態]
図10はドッキングステーションの第5実施形態を示す切断側面図である。
なお、図10において、第1実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態のドッキングステーション1は、第1実施形態と同様の構成において、x軸方向に、独立したフレーム4を有する複数の拘束ユニット2を備えた構成に代えて、x軸方向に延びる円筒状のフレーム45を備え、このフレーム45を、複数の拘束ユニット2に共用のフレームとする構成としたものである。
したがって、フレーム45には、x軸方向に間隔を隔てた複数個所、たとえば、4個所 に、第1実施形態における1つの拘束ユニット2を構成していた2列のガイドレール5a,5bと、移動装置6a(図2(b)参照)および移動装置6bと、駆動手段7a(図2(b)参照)および駆動手段7bと、拘束索8a(図2(b)参照)および拘束索8bと、ブラケット9a(図2(b)参照)およびブラケット9bとが設けられた構成とされている。
本実施形態のドッキングステーション1は、第1実施形態と同様に使用して、同様の効果を得ることができる。
なお、図示しないが、x軸方向に延びるフレーム45は、縦長の楕円形状の筒としたり、四角、三角、その他の多角形の筒としたり、台形などの点対称ではない形状の筒としてもよいことは勿論である。
また、拘束索の数は2本以上としてもよいこと、各拘束索は、両端側を移動装置に接続した構成としてもよいことは勿論である。
[第6実施形態]
図11は、ドッキングステーションの第6実施形態を示すもので、図11(a)は概略正面図、図11(b)は概略側面図である。
なお、図11(a)(b)において、第1実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態のドッキングステーション1は、第1実施形態と同様の構成において、連結部材3のx軸方向の所定の個所に各拘束ユニット2が取り付けられた構成に代えて、連結部材3と各拘束ユニット2との間に、各拘束ユニット2をx軸方向に移動可能とする移動手段23を備えた構成としたものである。
移動手段23は、たとえば、連結部材3にx軸方向に延びるガイド24を設け、このガイド24に、各拘束ユニット2を、ガイドブロック25を介してガイドの長手方向に移動可能に取り付ける。更に、各拘束ユニット2には、図示しないx軸方向の直動機構が個別に取り付けられた構成を備えている。
以上の構成としてある本実施形態のドッキングステーション1は、図示しない直動機構の運転により各拘束ユニット2をx軸方向に個別に移動させることができる。
したがって、本実施形態のドッキングステーション1では、水中航走体100の胴体102(図1(b)参照)の外周に位置するように各拘束ユニット2の移動を行ってから、各拘束ユニット2による水中航走体100の拘束を行うことができる。
よって、各拘束ユニット2の拘束索8a,8bが水中航走体100の操舵装置106や推進装置105(図1(b)参照)に接触する虞を回避した状態で、より多くの拘束ユニット2を用いて水中航走体100の拘束を行うことが可能になる。
[第7実施形態]
図12はドッキングステーションの第7実施形態を示す概略平面図である。
なお、図12において、第1実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態のドッキングステーション1は、第1実施形態と同様の構成において、各拘束ユニット2が、軸心方向をx軸方向に向けた姿勢で連結部材3に固定された構成に代えて、各拘束ユニット2を、回転手段26を介して連結部材3に取り付けた構成としたものである。
回転手段26は、たとえば、各拘束ユニット2が個別に取り付けられた回転台27と、回転台27に回転方向の動作を行わせる駆動装置(図示せず)とを備えた構成とされている。なお、駆動手段は、各回転台27を同期して回転する機能を備えるものとすればよい。
以上の構成としてある本実施形態のドッキングステーション1は、図示しない駆動装置により、各回転台27と一緒に各拘束ユニット2を回転させることができる。
したがって、本実施形態のドッキングステーション1では、各拘束ユニット2を、図12に二点鎖線で示すような角度姿勢に回転させることで、本実施形態のドッキングステーション1の配置に要する平面積を、各拘束ユニット2が軸心方向をx軸方向に向けた状態に比して低減させることができる。
よって、陸上や船上で本実施形態のドッキングステーション1を搬送したり保管したりするときに要する空間の低減化を図ることができる。
[第8実施形態]
図13はドッキングステーションの第8実施形態として、第1実施形態の応用例を示すものである。
なお、図13において、第1実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態のドッキングステーション1は、第1実施形態と同様の構成に加えて、曳航索28の接続金具29を備えた構成としたものである。
図13に示す構成では、たとえば、各拘束ユニット2の上端側同士を、x軸方向に延びる梁部材30で連結し、この梁部材30における長手方向(x軸方向)の2個所に、接続金具29を設けた構成としてある。
更に、本実施形態のドッキングステーション1は、両側部に、曳航時に水面Wと平行な方向に配置される安定板としての翼31が設けられている。
図13における符号32は、各接続金具29に接続された曳航索28を曳航する曳航船である。なお、図13における曳航船32のサイズは図示するための便宜上のものである。
以上の構成としてある本実施形態のドッキングステーション1を使用する場合は、曳航船32を航走させて、曳航索28を介して本実施形態のドッキングステーション1を、設定された曳航速度で曳航する。
この状態で、水中航走体100は、前記曳航速度よりも速い速度で航走することにより、各拘束ユニット2の内側に進入することができ、その後、前記曳航速度と同じ速度で航走することで、各拘束ユニット2の内側に位置することができる。
したがって、本実施形態のドッキングステーション1では、この状態で第1実施形態と同様に使用することにより、拘束ユニット2の内側で水中航走体100を拘束してドッキングすることができる。
一般に、巡航型の水中航走体100は、速度がゼロかあるいはゼロに近い状態では、姿勢の制御が難しい。
この点、本実施形態のドッキングステーション1は、水中航走体100を前記曳航速度で航走させた状態で、すなわち、水中航走体100の姿勢の制御を、速度がゼロかゼロ付近の場合に比して良好に実施した状態で、水中航走体100のドッキングを行うことができる。
なお、本発明は前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、各図に示した各拘束ユニット2,2a〜2dにおけるフレーム4,41,43,44,45と、各ガイドレール5a,5b,51a〜51d,52a〜52c,53,54と、各移動装置6a,6b,61a〜16d,62a〜62cの個々の寸法や、相対的な寸法の比は、図示するための便宜上のものであり、実際の寸法や寸法比を反映したものではない。
駆動手段7a,7b,71a〜71d,72a〜72cは、図4(b)の構成におけるサイドローラ16付きのチェーン15、駆動スプロケット17、案内スプロケット19に代えて、図3に示したガイドレール5a,5bの内周側壁10と外周側壁12との間で案内されるベルト、モータ18の出力軸18aに取り付けられて前記ベルトが掛け回されたた駆動ローラ、前記ベルトを案内する従動式の案内ローラを用いる構成としてもよい。この構成では、モータにより駆動ローラを回転させることで、ベルトと一緒に移動装置6a,6b,61a〜61d,62a〜62cを周方向に移動させることができる。
更に、駆動手段7a,7b,71a〜71d,72a〜72cは、対応する移動装置6a,6b,61a〜61d,62a〜62cをガイドレール5a,5b,51a〜51d,52a〜52cに沿い周方向に移動させることができれば、図示した以外の構成を採用してもよいことは勿論である。たとえば、フレーム4,41,43,44,45に、ガイドレール5a,5b,51a〜51d,52a〜52cに沿って設けられた環状のラックを備え、移動装置6a,6b,61a〜61d,62a〜62cに、前記ラックに噛み合うピニオンと、該ピニオンを駆動するモータとを備えた構成などにより、移動装置6a,6b,61a〜61d,62a〜62cが自走する構成としてもよい。
このように、移動装置6a,6b,61a〜61d,62a〜62cが自走する構成を採用する場合は、ガイドレール5a,5b,51a〜51d,52a〜52c,53,54は、周方向の全周ではなく、移動装置の6a,6b,61a〜61d,62a〜62cの移動範囲に対応する範囲にのみ設けた構成としてもよい。
ガイドレール5a,5b,51a〜51d,52a〜52cは、移動装置6a,6b,61a〜61d,62a〜62cの周方向の移動を案内することができれば、ガイドレール5a,5b,51a〜51d,52a〜52cの断面形状や、移動装置6a,6b,61a〜61d,62a〜62cを支持する部分は、図示した以外の構成を採用してもよい。
駆動手段7a,7b,71a〜71d,72a〜72cには、複数の移動装置6a,6b,61a〜61d,62a〜62cを同一の方向へ同じ移動量で移動させる場合、あるいは、互いに逆の方向へ同じ移動量で移動させる場合に、駆動手段7a,7b,71a〜71d,72a〜72c同士の運転を同期させる機構を備えるようにしてもよい。
各実施形態のドッキングステーション1は、x軸方向に配列して備える拘束ユニット2の数を2、3、または、5以上としてもよいことは勿論である。更に、ドッキングステーション1は、第1実施形態、第2実施形態、第3実施形態、第4実施形態、第6実施形態、第7実施形態、第8実施形態の場合は、単数の拘束ユニット2を備える構成としてもよい。
付勢手段21は、拘束索8a,8b,81a〜81d,82a〜82cをフレーム4,41,43,44,45の周方向に沿う配置となる方向に付勢できて、拘束索8a,8b,81a〜81d,82a〜82cが弛むときに、拘束索8a,8b,81a〜81d,82a〜82cをフレーム4,41,43,44,45の周方向に沿う配置とすることができれば、板ばね部材22以外のいかなる構成、付勢機構を採用してもよい。
前記した水中航走体100の形状や構造は一例であり、複数の拘束索を掛けて拘束可能な部分を備えていれば、図示した以外の形状や構造を備えた水中航走体100をドッキング対象としてもよい。ドッキング対象とする水中航走体100は、巡航する形式でなくてもよい。
本発明のドッキングステーションおよびドッキング方法は、水中に浮遊した状態で移動する水中航走体100以外の移動体をドッキング対象とする場合や、空中や宇宙空間で浮遊しながら移動する移動体をドッキング対象とする場合に適用してもよい。
また、本発明のドッキングステーションは、ドッキング対象とする移動体の移動形態や移動方向などに応じて、x軸方向をいかなる方向に配置してもよい。
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
更に、本発明のドッキングステーションおよびドッキング方法の考えを発展させる例としては、前記した各実施形態における拘束ユニット2,2a〜2dを、フレーム4,41,43,44,45の周方向複数個所の内側に、径方向に沿って配置した直動式のアクチュエータの基端側を取り付け、且つ該各アクチュエータの先端側に、移動体に押し当てるための拘束具を取り付けた構成を備えてなる拘束ユニットとしてもよい。この構成によれば、拘束ユニットでは、内側に移動体が配置された状態で、各アクチュエータを運転して拘束具を外周側から内周側へ移動させることにより、移動体を拘束してドッキングさせることが可能になる。