JP7288791B2 - 物体の付近での船舶の移動を制御するための方法 - Google Patents

Description

本開示は、水域における船舶の移動を制御するためのシステムおよび方法に関する。

米国特許第６，２３４，８５３号明細書が、船舶の操船者からの操縦指令に応えるためにジョイスティックまたは押しボタン装置から指令信号を受信するエンジン制御ユニットの制御下で船舶の船舶推進ユニットを利用するドッキングシステムを開示している。ドッキングシステムは、通常の条件下で船舶を動作させるために標準的に使用される推進装置以外の追加の推進装置を必要としない。この発明のドッキングシステムまたは操縦システムは、操船者の指令信号に応えるために２つの船舶推進ユニットを使用し、操船者が時計回りまたは反時計回りの回転指令との組み合わせにおいて前進または後退指令を互いに組み合わせ、あるいは単独で選択することを可能にする。

米国特許第６，２７３，７７１号明細書が、船舶に取り付け可能であり、シリアル通信バスおよびコントローラと信号をやり取りするように接続可能である船舶推進システムを備える船舶のための制御システムを開示している。複数の入力装置および出力装置も、通信バスと信号をやり取りするように接続され、ＣＡＮ Ｋｉｎｇｄｏｍネットワークなどのバスアクセスマネージャが、コントローラと信号をやり取りするように接続され、バスと信号をやり取りする複数の装置への追加の装置の組み込みを統制することにより、コントローラが通信バス上の複数の装置の各々と信号をやり取りするように接続される。入力装置および出力装置の各々は、他の装置によって受信されるように、メッセージをシリアル通信バスに送信することができる。

米国特許第７，２６７，０６８号明細書が、ジョイスティックなどの手動操作の制御装置から受信される指令に応答して第１および第２の船舶推進装置をそれぞれの操舵軸を中心にして独立して回転させることによって操縦される船舶を開示している。船舶推進装置は、それらの推力ベクトルが船舶の中心線上の点で交差し、回転運動が指令されていないときには船舶の重心で交差するように向けられる。船舶推進装置を駆動するために、内燃機関が設けられている。２つの船舶推進装置の操舵軸は、おおむね垂直かつ互いに平行である。２つの操舵軸は、船舶の船体の底面を貫いて延びる。

米国特許第７，３０５，９２８号明細書が、船舶が船舶の操船者によって選択された所望の位置および方位に従って船舶の大域的な位置および方位を維持するような方法で船舶を操縦する船舶位置決めシステムを開示している。ジョイスティックと組み合わせて使用されるとき、操船者は、システムを位置維持可能モードにすることができ、その場合、システムは、作動モードから非作動モードへのジョイスティックの初期の変化において得られた所望の位置を維持する。このようにして、操船者は、船舶を手動で選択的に操縦することができ、ジョイスティックが離されると、船舶は、操船者がジョイスティックによる操縦を停止した瞬間における位置を維持する。

米国特許第９，９２７，５２０号明細書が、物体が船舶から所定の距離の範囲内にあるか否かを判定するための距離センサを用いた感知と、船舶に対する物体の方向の判断とを含む船舶の衝突を検出する方法を開示している。この方法は、推進制御入力装置における推進制御入力の受信と、推進制御入力の実行によって船舶のいずれかの部分が物体に向かって移動することになるか否かの判断をさらに含む。その後に、衝突警報が生成される。

米国特許出願公開第２０１７／０２５３３１４号明細書明細書が、水域における船舶を選択された位置および向きに維持するためのシステムであって、船舶の大域的な位置および方位を明らかにする全地球測位システムと、船舶の付近の物体に対する船舶の相対的な位置および姿勢を明らかにする近接センサとを含むシステムを開示している。位置維持モードで動作することができるコントローラが、ＧＰＳおよび近接センサと信号をやり取りする。コントローラは、ＧＰＳからの大域的な位置および方位データならびに近接センサからの相対位置および方位データを選択的に使用して、船舶が選択された位置および向きから移動したか否かを判断する。コントローラは、船舶を選択された位置および向きに戻すために必要な推力指令を計算し、推力指令を使用して船舶の位置を変化させる船舶推進システムに推力指令を出力する。

米国特許出願公開第２０１８／００５７１３２号明細書が、物体の付近での船舶の動きを制御するための方法であって、ジョイスティックから船舶の所望の動きを表す信号を受け付けることを含む方法を開示している。センサが、物体と船舶との間の最短距離、および船舶に対する物体の方向を感知する。コントローラは、船舶の所望の動きを最短距離および方向と比較する。この比較に基づいて、コントローラは、所望の動きを達成するための推力を発生させるように船舶推進システムに対して指令するか、あるいは船舶を物体から少なくとも所定の距離に保つことを保証する修正された動きを達成するための推力を発生させるように船舶推進システムに対して指令するかを選択する。次いで、船舶推進システムが、指令されたとおりに、所望の動きまたは修正された動きを達成するための推力を発生させる。

上述の文献の各々は、その全体がここでの言及によって本明細書に援用される。

米国特許第６，２３４，８５３号明細書 米国特許第６，２７３，７７１号明細書 米国特許第７，２６７，０６８号明細書 米国特許第７，３０５，９２８号明細書 米国特許第９，９２７，５２０号明細書 米国特許出願公開第２０１７／０２５３３１４号明細書 米国特許出願公開第２０１８／００５７１３２号

この概要は、詳細な説明においてさらに後述される概念の選択を紹介するために提示される。この概要は、特許請求の範囲に記載される主題の重要または不可欠な特徴を特定しようとするものではなく、特許請求の範囲に記載される主題の範囲の限定における補助として使用されることも意図していない。

本開示の一例によれば、制御モジュールからの指令に従って船舶推進システムが発生させる推力によって推進中の船舶の物体の付近での移動を制御するための方法が開示される。この方法は、船舶と物体との間の実際の角度を割り出すことができるような物体についての充分な情報を船舶上のセンサが有するかどうかを判定することを含む。この方法は、手動操作の入力装置から、船舶について要求される並進運動を表す信号を、制御モジュールで受信することをさらに含む。その後に、この方法は、物体についての充分な情報をセンサが有する場合に、要求される並進運動（ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ）を表す信号の受信時に船舶と物体との間の実際の角度を割り出し、この実際の角度を初期角度として記憶し、要求された並進運動を実行しかつ初期角度を維持する推力を発生させるように制御モジュールで船舶推進システムを制御すること、または物体についての充分な情報をセンサが有さない場合に、要求された並進運動を実行する推力を発生させるように制御モジュールで船舶推進システムを制御すること、の一方を行うことを含む。

本開示の別の例によれば、船舶推進システムが発生させる推力によって推進中の船舶の物体の付近での移動を制御するためのシステムが開示される。このシステムは、船舶推進システムと信号をやり取りする制御モジュールと、船舶について要求される並進運動を表す信号を制御モジュールにもたらす手動操作の入力装置と、少なくとも船舶と物体上の第１の点との間の第１の距離および船舶と物体上の第２の点との間の第２の距離を制御モジュールにもたらす少なくとも１つのセンサとを備える。制御モジュールは、第１の距離および第２の距離に基づいて船舶と物体との間の実際の角度を割り出す。要求される並進運動を表す信号に応答して、制御モジュールは、船舶と物体との間の実際の角度を初期角度として記憶し、要求された並進運動を実行しかつ初期角度を維持する推力を発生させるように船舶推進システムを制御する。

船舶の移動を制御するためのシステムおよび方法の例が、以下の図を参照して説明される。同じ番号が、図面の全体を通して、同様の特徴および同様の構成要素を指すために使用される。

船舶上の制御システムの概略図である。 本開示の船舶に関連して使用されるジョイスティックの側面図である。 ジョイスティックの上面図である。 船舶の前進時の推力ベクトルの配置を示している。 船舶をその重心を中心にして回転させるために使用される推力ベクトルの配置を示している。 船舶をその重心を中心にして回転させるために使用される推力ベクトルの配置を示している。 物体の付近の船舶の例を示している。 物体の付近で船舶を操縦するための本開示による方法を示している。 物体の付近で船舶を操縦するための本開示による別の方法を示している。

この説明においては、簡潔さ、明確さ、および理解の目的で、特定の用語が使用されている。そのような用語は、あくまでも説明の目的で使用されているにすぎず、広く解釈されるように意図されているため、先行技術の要件を超える不必要な限定を意味するものではない。本明細書に記載の種々のシステムおよび方法は、単独で使用されても、他のシステムおよび方法と組み合わせて使用されてもよい。添付の特許請求の範囲の技術的範囲において、さまざまな均等物、代替物、および変更物が可能である。添付の特許請求の範囲における各々の限定は、「・・・のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」または「・・・のためのステップ（ｓｔｅｐ ｆｏｒ）」という用語がそれぞれの限定において明示的に記載されている場合に限り、米国特許法第１１２条（ｆ）の規定による解釈を惹起するように意図される。

図１が、船舶１０を示している。船舶１０は、本明細書において後述されるように、いくつかのモードの中でもとりわけ、例えば、通常動作モード、中間地点追跡モード、自動方位モード、位置維持モード、およびジョイスティックモードで動作することができる。本明細書においてさらに詳しく後述されるように、船舶１０は、船舶１０の推進のための第１および第２の推力ベクトルベクトルベクトルＴ１、Ｔ２を生成する第１および第２の推進装置１２ａ、１２ｂを有する。図示のように、第１および第２の推進装置１２ａ、１２ｂは船外機であるが、あるいは船内機、船尾駆動装置、ジェット駆動装置、またはポッド駆動装置であってもよい。各々の推進装置は、エンジン１４ａ、１４ｂを変速機１６ａ、１６ｂに動作可能に接続して備えており、変速機１６ａ、１６ｂは、プロペラ１８ａ、１８ｂに動作可能に接続されている。

さらに、船舶１０は、船舶推進システム２０を構成する種々の制御要素を含む。船舶推進システム２０は、例えば米国特許第６，２７３，７７１号明細書に記載のとおりのＣＡＮバスを介して、例えば指令制御モジュール（ＣＣＭ）などの制御モジュール２４およびそれぞれの推進装置１２ａ、１２ｂに関する推進制御モジュール（ＰＣＭ）２６ａ、２６ｂと信号をやり取りする操作コンソール２２を備える。制御モジュール２４およびＰＣＭ２６ａ、２６ｂの各々は、メモリおよびプログラム可能なプロセッサを備えることができる。従来どおり、プロセッサを、コンピュータ可読コードを記憶する揮発性または不揮発性メモリを含むコンピュータ可読媒体に通信可能に接続することができる。プロセッサは、コンピュータ可読コードにアクセスすることができ、コンピュータ可読媒体は、コードの実行時に、本明細書において後述されるように機能を実行する。船舶推進システム２０の他の例においては、ＣＣＭおよびＰＣＭの両方を有するのではなく、システムについてただ１つの制御モジュールが用意される。他の例においては、各々の推進装置に１つのＣＣＭが設けられ、さらには／あるいはエンジンの速度および機能を推進装置の操舵およびトリムとは別に制御するために追加の制御モジュールが設けられる。例えば、ＰＣＭ２６ａ、２６ｂが、推進装置１２ａ、１２ｂのエンジン１４ａ、１４ｂおよび変速機１６ａ、１６ｂを制御することができる一方で、追加の推力ベクトルモジュール（ＴＶＭ）が、それらの向きを制御することができる。船舶推進システム２０の他の例においては、船舶の制御要素が、シリアル有線ＣＡＮバスによるよりもむしろ、無線通信を介して接続される。図１に示されている破線は、種々の制御要素が互いに通信できることを示そうとしているにすぎず、制御要素を接続する実際の配線を表すものではなく、要素間の唯一の通信経路を表すものでもないことに、注意すべきである。

操作コンソール２２は、キーパッド２８、ジョイスティック３０、操舵輪３２、および１つ以上のスロットル／変速レバー３４などのいくつかのユーザ入力装置を備える。これらの装置の各々が、制御モジュール２４に指令を入力する。次いで、制御モジュール２４は、ＰＣＭ２６ａ、２６ｂとの通信によって第１および第２の推進装置１２ａ、１２ｂと通信する。さらに、制御モジュール２４は、慣性計測装置（ＩＭＵ）３６から情報を受信する。ＩＭＵ３６は、全地球測位システム（ＧＰＳ）３８の一部を含み、全地球測位システム（ＧＰＳ）３８は、図示の例においては、船舶１０上の予め選択された固定の位置に配置されたＧＰＳ受信機４０をさらに含み、船舶１０の大域的な位置に関する情報をもたらす。ＧＰＳ受信機４０およびＩＭＵ３６からの信号が、制御モジュール２４にもたらされる。一例において、ＩＭＵ３６は、半導体磁気計を使用して地球の磁場の方向を検出し、磁北に対する船舶の方位を示す半導体レートジャイロ電子コンパスであってよい。

操舵輪３２およびスロットル／変速レバー３４は、例えば操舵輪３２の回転によってトランスデューサが作動し、船舶１０の所望の方向に関する信号が制御モジュール２４にもたらされるように、従来どおりの様相で機能する。次いで、制御モジュール２４は、ＰＣＭ２６ａ、２６ｂ（さらには／あるいは、設けられているのであればＴＶＭおよびさらなるモジュール）に信号を送信し、ＰＣＭ２６ａ、２６ｂは、推進装置１２ａ、１２ｂの所望の向きを達成するように操舵アクチュエータを作動させる。推進装置１２ａ、１２ｂは、それぞれの操舵軸を中心にして独立に操舵可能である。スロットル／変速レバー３４は、変速機１６ａ、１６ｂの所望のギア（前進、後退、または中立）および推進装置１２ａ、１２ｂのエンジン１４ａ、１４ｂの所望の回転速度に関する信号を制御モジュール２４に送信する。次いで、制御モジュール２４は、ＰＣＭ２６ａ、２６ｂに信号を送信し、ＰＣＭ２６ａ、２６ｂは、変速機１６ａ、１６ｂおよびエンジン１４ａ、１４ｂのそれぞれの変速用およびスロットル用の電気機械アクチュエータを作動させる。ジョイスティック３０などの手動操作の入力装置も、制御モジュール２４に信号をもたらすために使用することができる。後述されるように、船舶１０の操船者が、船舶１０の並進運動または回転を達成するなど、船舶１０を手動で操縦できるように、ジョイスティック３０を使用することができる。代案の例において、種々の構成要素２８、３０、３２、３４は、ＰＣＭ２６ａ、２６ｂと直接通信してもよく、あるいは１つ以上の中央制御モジュールと通信してもよいことを、理解すべきである。

次に、図２および図３を参照して、ジョイスティック３０の動作を説明する。図２は、操船者によって選択される船舶１０の所望の動きを表す信号をもたらすために使用することができる手動操作の入力装置を提供するジョイスティック３０の簡単な概略図である。図２の例は、ベース部４２と、手で操作することができるハンドル４４とを示している。典型的な用途において、ハンドル４４は、おおむね矢印４６によって表される方向に動かすことができ、軸４８を中心とする回転も可能である。ジョイスティックのハンドル４４を、ベース部４２内の接続点を中心にして実質的にあらゆる方向に傾けることによって動かすことができることを、理解すべきである。矢印４６が、図２においては図面の平面内に示されているが、図面の平面と平行ではない他の方向にも、同様の種類の動きが可能である。

図３は、ジョイスティック３０の上面図である。ハンドル４４は、図２の矢印４６によって示されるように、矢印５０、５１、５２、および５３によって表される方向を含む種々の方向に動かすことができる。しかしながら、ハンドル４４が、自身の軸４８に対して任意の方向に動かすことが可能であり、矢印５０、５１、５２、および５３によって表される２本の動作線に限定されないことを、理解すべきである。実際に、ハンドル４４の動きは、ベース部４２内の接続点を中心にして傾けられるときに、実質的に無限の数の経路をとることができる。さらに、ハンドル４４は、矢印５４によって表されるように、軸４８を中心にして回転可能である。船舶の操船者がハンドル４４の動きによって表現するとおりの船舶１０の所望の移動を表す信号をもたらすために使用することができる多数のさまざまな種類のジョイスティック装置が存在することに、注意すべきである。例えば、キーパッド、トラックボール、および／または４つ以上の方向における入力を可能にする他の同様の入力装置を、使用することができる。

さらに図３を参照すると、操船者が、矢印５２によって表されるとおりの左舷または矢印５３によって表されるとおりの右舷への純粋に直線的な移動、矢印５０によって表されるとおりの前方または矢印５１によって表されるとおりの後方への純粋な直線運動、あるいはこれらの方向のうちの２つの任意の組み合わせを要求できることを、見て取ることができる。換言すると、ハンドル４４を破線５６に沿って動かすことによって、右前方に向かう直線運動または左後方に向かう直線運動を指令することができる。同様に、線５８に沿った直線運動も指令することができる。船舶の操船者が、横方向または前方／後方の直線運動の組み合わせを矢印５４によって表されるとおりの回転と組み合わせて要求することも可能であることを、理解すべきである。これらの可能性のいずれも、制御モジュール２４と通信し、最終的にはＰＣＭ２６ａ、２６ｂと通信するジョイスティック３０を使用することによって、達成することができる。ハンドル４４の位置によって表される動きの大きさまたは強度も、ジョイスティック３０からの出力としてもたらすことができる。換言すると、ハンドル４４が一方側または他方側にわずかに動かされた場合、その方向に指令される推力は、あるいはハンドル４４がベース部４２に対する垂直位置からより大きく遠ざかるように動かされた場合よりも小さい。さらに、矢印５４によって表されるとおりの軸４８を中心とするハンドル４４の回転は、所望の動きの強度を表す信号をもたらす。軸４８を中心とするハンドル４４のわずかな回転は、船舶１０上の予め選択された点を中心とするわずかな回転推力の指令を表すと考えられる。他方で、ハンドル４４の軸４８を中心とするより強い回転は、より大きな回転推力の指令を表すと考えられる。

さらに、ジョイスティック３０は、自身が作動状態であるか、あるいは非作動状態であるかについての情報を制御モジュール２４にもたらすことができる。操作者がジョイスティック３０を操作しているとき、ジョイスティック３０は作動状態である。しかしながら、操船者がジョイスティック３０を放し、ハンドル４４の中心／直立および中立位置への復帰を可能にすると、ジョイスティック３０は非作動状態に戻る。一例においては、中心状態から離れるハンドル４４の動き、またはハンドル４４の軸４８を中心とする回転、あるいはその両方により、制御モジュール２４は、スロットル／変速レバー３４または操舵輪３２の位置にかかわらず、ジョイスティック３０が作動状態にあると判断し、次いでジョイスティック３０からの指令に対応する。別の例では、ジョイスティック３０の動きによってジョイスティック３０が作動状態にあると制御モジュール２４が判断してジョイスティック３０からの指令に対応する前に、スロットル／変速レバー３４および操舵輪３２の一方または両方が、拘束位置になければならない。一例において、スロットル／変速レバー３４の拘束位置は、前方拘束位置または中立拘束位置である。操舵輪３２の拘束位置は、ゼロ度位置であってよい。別の例においては、ジョイスティックモードを有効にするためには、変速機１６ａ、１６ｂの両方が中立でなければならない。

このように、ジョイスティックモードにおいて、ユーザは、ジョイスティック３０を操作して、図２および図３に関連して本明細書において上述した回転運動および／または並進運動を指令することができる。ジョイスティックモードが、例えば前後および左右ボタンを有するキーパッドなど、前方／後方および側方への並進運動の要求をもたらすために他の種類の入力装置が用いられる実施形態も包含するように意図されていることを、理解すべきである。別のモードにおいては、当業者にとって一般的であるとおり、スロットル／変速レバー３４および操舵輪３２を使用して制御モジュール２４を介してＰＣＭ２６ａ、２６ｂに指令を送り、そのような指令に応答して推進装置１２ａ、１２ｂを動作させることができる。さらに、制御モジュール２４を、船舶１０の進路を乱す風、波、流れ、または他の外的要因が存在しても船舶１０が所望の方位を維持するように、別の自動方位モードにおいて第１および第２の推進装置１２ａ、１２ｂを制御するために、ＰＣＭ２６ａ、２６ｂと信号をやり取りするように接続することもできる。あるいは、操船者は、所望の中間地点に到達するように計算される方位で船舶１０を或る中間地点（地理座標）から別の中間地点に推進させる中間地点追跡モードで船舶１０を動作させることができる。船舶１０の所望の大域的な位置および所望の方位を維持する位置維持モードも、所望の移動操作部２９を介して作動させることができる。

船舶１０の所望の方位を維持するために、制御モジュール２４は、所望の方位ならびに船舶の実際の方位および／または進路に関する比較情報を有していなければならない。制御モジュール２４は、例えばＩＭＵ３６によって検出される船舶１０の実際の方位および／または進路を、操船者によって入力され、あるいは所望の中間地点に基づいて計算された所望の方位と比較する。例えば、所望の方位と実際の方位および／または進路との間の差が特定のしきい値を超える場合に、制御モジュール２４は、方位を補正し、その後に所望の値に維持するように、推進装置１２ａ、１２ｂを位置させ、さらには／あるいは推進装置１２ａ、１２ｂのいずれかによってもたらされる推力を変更することができる。例えば、制御モジュール２４は、ＣＡＮバスを介してＰＣＭ２６ａ、２６ｂに信号を送信することで、所望の方位を達成するために必要な船舶１０の動きに基づいて、船舶１０に対する第１および第２の推進装置１２ａ、１２ｂの回転の角度を設定し、エンジン速度を設定し、さらには／あるいはシフト位置を設定することができる。

図４に、船舶１０が、船舶１０上の較正済みの予め選択された点であってよい船舶１０の重心６０と共に概略的に示されている。他の例において、点６０は、代わりに、瞬間的な回転中心であってよい。回転中心は、船舶１０が水域を移動するときの船舶１０の速度、船舶１０の船体に加わる水の力、船舶１０内に含まれる荷重の重量分布、および船舶１０のどの程度までが水位線の下方に位置するかを含むいくつかの要因の関数である。回転中心の位置を、さまざまな条件の組について経験的に決定することができる。以下の説明の目的のために、点６０は重心と呼ばれるが、回転中心を使用して同様の計算を実行することが可能である。

第１および第２の操舵軸１３ａ、１３ｂが、第１および第２の推進装置１２ａ、１２ｂについて示されている。第１および第２の推進装置１２ａ、１２ｂは、それぞれ第１および第２の操舵軸１３ａ、１３ｂを中心にして回転可能である。第１および第２の推進装置１２ａ、１２ｂの回転の範囲は、船舶１０の中心線６２に関して対称であってよい。本開示の位置決め方法は、第１および第２の推進装置１２ａ、１２ｂをそれぞれの操舵軸１３ａ、１３ｂを中心にして回転させ、第１および第２の推進装置１２ａ、１２ｂの動作を前進ギアまたは後退ギアに調整し、それらの推力Ｔ１、Ｔ２の大きさを船舶１０の迅速かつ正確な操縦を可能にする効率的な方法で（例えば、エンジンの速度ならびに／あるいはプロペラのピッチまたは変速機の滑りを調整することによって）調整する。１つの推進装置１２ａの回転、ギア、および推力の大きさを、他の推進装置１２ｂの回転、ギア、および推力の大きさとは無関係に変えることができる。

図４は、右および左のどちらの方向にも移動せず、かつ重心６０を中心とする回転も伴わずに、矢印６１によって示される前方方向に船舶１０を移動させることが望まれる場合に使用される推力の向きを示している。これは、第１および第２の推進装置１２ａ、１２ｂを、それらの推力ベクトルＴ１およびＴ２が互いに平行になる整列位置に回転させることによって行われる。図４に見られるように、第１および第２の推力ベクトルＴ１およびＴ２は、大きさが等しく、同じ前方方向を向いている。これは、重心６０を中心とする回転を生じさせることがなく、左方向または右方向のいずれの方向の移動も生じさせることがない。矢印６１によって表される方向の移動が、矢印６１と平行な方向に分解される第１および第２の推力ベクトルＴ１、Ｔ２のすべてのベクトル成分（本明細書においてさらに後述される）からもたらされる。結果として生じる矢印６１に平行な推力成分は、累積的であり、協働して船舶１０に矢印６１の方向の正味の前方への推力をもたらす。

図５および図６に示されるように、船舶１０の回転が直線運動と組み合わせて望まれる場合、第１および第２の推進装置１２ａ、１２ｂは、それらの推力ベクトルが中心線６２上の点で交差するように、それぞれの第１および第２の操舵軸１３ａ、１３ｂを中心にして中心線６２に対する操舵角度θに回転させられる。分かり易くするために、図５においては推力ベクトルＴ１（その大きさおよび方向について、図６を参照）が示されていないが、推力ベクトルＴ１に関する作用線６８が、推力ベクトルＴ２の作用線６６と点６４において交差するように図示されている。点６４は重心６０と一致しないため、第１の推進装置１２ａが発生させる推力ベクトルＴ１に関して、有効モーメントアームＭ１が存在する。重心６０の周りのモーメントは、推力ベクトルＴ１の大きさに有効モーメントアームＭ１を乗じたものに等しい。モーメントアームＭ１は、破線６８に対して垂直であり、第１の推力ベクトルＴ１は、破線６８に沿って整列している。したがって、モーメントアームＭ１は、斜辺Ｈも含む直角三角形の一辺である。図５における別の直角三角形が、辺Ｌ、辺Ｗ／２、および斜辺Ｈを含むことも、理解すべきである。推進装置１２ａ、１２ｂがそれぞれの操舵軸１３ａ、１３ｂを中心にして同じ角度θだけ回転させられる限りにおいて、モーメントアームＭ１と同じ大きさのモーメントアームＭ２（分かり易くするために図示されていない）が、線６６に沿って向けられた第２の推力ベクトルＴ２について存在すると考えられる。

図５をさらに参照すると、モーメントアームＭ１の長さを、操舵角度θ、角度Φ、角度π、図５においてＷに等しい第１および第２の操舵軸１３ａおよび１３ｂの間の距離、ならびに重心６０と第１および第２の操舵軸１３ａ、１３ｂを結ぶ線との間の垂直距離Ｌの関数として決定できることを、当業者であれば理解できるであろう。第１の操舵軸１３ａと重心６０とを結ぶ線の長さは、直角三角形の斜辺Ｈであり、既知であって制御モジュールのメモリに保存されているＬおよびＷに鑑みて、ピタゴラスの定理を用いて容易に決定することができる。θの大きさは、式１～４に関して本明細書において後述されるように計算される。角度Ωの大きさは、９０－θである。角度Φの大きさは、Ｗ／２として特定される第１の操舵軸１３ａと船舶の中心線６２との間の距離に対する長さＬの比の逆正接に等しい。モーメントアームＭ１の長さは、線Ｈの長さおよび角度π（Ω－Φである）の大きさを使用して、制御モジュール２４が数学的に決定することができる。

推力ベクトルＴ１、Ｔ２の各々は、前後方向および左右方向の両方のベクトル成分に分解される。ベクトル成分は、絶対的な大きさが互いに等しい場合、互いに打ち消しあうか、あるいは足し合わせられるかのいずれかであり得る。絶対的な大きさが等しくない場合、それらは互いに部分的に相殺されるか、あるいは足し合わせられ得るが、合力が何らかの直線方向に存在すると考えられる。説明の目的のために、図５は、第２の推力ベクトルＴ２のベクトル成分を示している。図示のように、第２の推力ベクトルＴ２は、中心線６２に対して操舵角度θにある線６６に沿って向けられている。第２の推力ベクトルＴ２を、操舵角度θの関数として計算される中心線６２に平行な成分および中心線６２に垂直な成分に分解することができる。例えば、第２の推力ベクトルＴ２を、第２の推力ベクトルＴ２にθの余弦およびθの正弦をそれぞれ乗算することにより、後方への力Ｆ２Ｙおよび横方向の力Ｆ２Ｘに分解することができる。第１の推力Ｔ１のベクトル成分も、同様の方法で前方／後方の成分および横方向の成分に分解することができる。これらの関係を使用して、船舶推進システム２０が発生させる正味の推力のベクトル成分ＦＸ、ＦＹを、Ｔ１およびＴ２のそれぞれの前方／後方および左方／右方のベクトル成分を加算することによって計算することができる。
ＦＸ＝Ｔ１（ｓｉｎ（θ））＋Ｔ２（ｓｉｎ（θ））（１）
ＦＹ＝Ｔ１（ｃｏｓ（θ））－Ｔ２（ｃｏｓ（θ））（２）
図５および図６の例において、Ｔ１がＸ方向およびＹ方向の両方に正のベクトル成分を有する一方で、Ｔ２がＸ方向の正のベクトル成分およびＹ方向の負のベクトル成分を有し、したがって、Ｔ２のＹ方向の負のベクトル成分がＴ１のＹ方向のベクトル成分から引き算されることに、注意すべきである。船舶１０に作用する正味の推力は、ＦＸとＦＹとのベクトル加算によって決定することができる。

図６に目を向けると、船舶１０をその重心６０を中心にして回転させることができるモーメント（矢印７０によって表される）を、船舶１０に加えることも可能である。モーメント７０を、時計回り（ＣＷ）または反時計回り（ＣＣＷ）のいずれかの回転方向に加えることができる。モーメント７０から生じる回転力を、船舶１０への直線力と組み合わせて加えることができ、あるいは単独で加えることができる。モーメント７０を直線力と組み合わせるために、第１および第２の推力ベクトルＴ１、Ｔ２は、それぞれの作用線６８、６６を図６に示される点６４で交差させつつ、おおむね反対の方向に整列させられる。説明の線は図６には示されていないが、有効モーメントアームＭ１、Ｍ２が、第１および第２の推力ベクトルＴ１、Ｔ２ならびに重心６０に関して存在する。したがって、モーメントが、矢印７０によって示されるように船舶１０に作用する。推力ベクトルＴ１、Ｔ２が、互いに等しい大きさであり、それぞれ線６８および６６に沿って作用し、中心線６２に関して対称かつ互いに反対向きである場合、中心線６２に平行な正味の成分力は互いに等しく、したがって船舶１０に前方／後方の方向に作用する正味の直線力は存在しない。しかしながら、第１および第２の推力ベクトルＴ１、Ｔ２は、この例においては加算的である中心線６２に垂直な力にも分解される。結果として、図６における船舶１０は、モーメント７０に応答して時計回りの方向に回転するときに右方に移動する。

他方で、前方／後方または左方／右方への横移動がなく、モーメント７０が船舶１０に加わる唯一の力であることが望まれる場合、図６にＴ１’およびＴ２’で表される別の第１および第２の推力ベクトルが、中心線６２に平行な破線６８’および６６’に沿って互いに平行に整列させられる。第１および第２の推力ベクトルＴ１’、Ｔ２’は、大きさが等しく、方向が反対である。その結果、船舶１０に前後方向に作用する正味の力は存在しない。両方の推力ベクトルＴ１’およびＴ２’において角度θは０度に等しいため、船舶１０に中心線６２に垂直な方向に作用する合力は存在しない。結果として、重心６０を中心とする船舶１０の回転が、前方／後方または左方／右方のいずれの方向の直線運動も伴わずに達成される。

図２～図６を参照すると、船舶１０の操船者が、ジョイスティックのハンドル４４の動きを、船舶１０の実質的にあらゆる種類の所望の動きを表すために使用できることを、見て取ることができる。ジョイスティック３０からの信号の受信に応答して、アルゴリズムが、重心６０を中心とする回転（モーメント７０によって示される）が操船者によって要求されているかどうかを判断する。回転を伴わない前方への並進運動が要求されている場合、第１および第２の推進装置１２ａ、１２ｂは、図４に示されるように、それらの推力ベクトルが前方への平行な向きに整列するように向けられ、Ｔ１の大きさおよび方向がＴ２の大きさおよび方向に等しい限りにおいて、船舶１０は前方方向に移動することになる。他方で、ジョイスティック３０からの信号が、重心６０を中心とする回転が要求されていることを示している場合、第１および第２の推力ベクトルＴ１、Ｔ２は、重心６０では交差せず、代わりに中心線６２に沿った別の点６４で交差する線６８および６６に沿って向けられる。図５および図６に示されるように、この交差の点６４は、重心６０よりも前方に位置することができる。図６に示される推力ベクトルＴ１およびＴ２は、船舶１０の（モーメント７０によって示される）時計回りの回転をもたらす。あるいは、第１および第２の推進装置１２ａ、１２ｂを、重心６０よりも後方の中心線６２に沿った点において交差するように回転させた場合、反対の効果を実現でき、それ以外はすべて同じである。また、交差の点６４が重心６０の前方である場合に、第１および第２の推力ベクトルＴ１、Ｔ２の方向を逆にして、反時計回りの方向の船舶１０の回転を生じさせることができることを、理解すべきである。

推進装置１２ａ、１２ｂの操舵角度が同じである必要はないことに、注意すべきである。例えば、第１の推進装置１２ａを中心線６２に対する角度θ₁に操舵することができる一方で、第２の推進装置１２ｂを角度θ₂に操舵することができる。ジョイスティック３０への入力が行われると、制御モジュール２４は、所与のジョイスティック入力を目標直線推力および予め選択された点を中心とする目標モーメントに相関付けるメモリに保存されたマップに基づいて、船舶推進システム２０について所望される正味推力および正味モーメントを決定する。したがって、Ｔ１、Ｔ２、θ₁、およびθ₂を、その後に、制御モジュール２４によって、上述の幾何学的関係を使用して、以下の式
ＦＸ＝Ｔ１（ｓｉｎ（θ₁））＋Ｔ２（ｓｉｎ（θ₂））・・・（１）
ＦＹ＝Ｔ１（ｃｏｓ（θ₁））－Ｔ２（ｃｏｓ（θ₂））・・・（２）
ＭＣＷ＝（Ｗ／２）（Ｔ１（ｃｏｓ（θ₁）））＋（Ｗ／２）（Ｔ２（ｃｏｓ（θ₂）））・・・（３）
ＭＣＣＷ＝Ｌ（Ｔ１（ｓｉｎ（θ₁）））＋Ｌ（Ｔ２（ｓｉｎ（θ₂）））・・・（４）
ＭＴ＝ＭＣＷ－ＭＣＣＷ・・・（５）
に従って計算できることを理解でき、
ここで、ＦＸおよびＦＹは、既知の目標直線推力のベクトル成分であり、ＭＴは、予め選択された点を中心とする既知の合計目標モーメント（時計回りのモーメントＭＣＷおよび反時計回りのモーメントＭＣＣＷを含む）であり、ＬおよびＷ／２も上述のように既知である。次いで、制御モジュール２４は、４つの式を用いて４つの未知数（Ｔ１、Ｔ２、θ₁、およびθ₂）を解くことによって、船舶１０の所望の移動を達成する各々の推進装置１２ａ、１２ｂの操舵角度、シフト位置、および推力の大きさを決定する。式１～５が、図５および図６に示した推力の配置に特有であり、推力の方向が異なる場合、異なるベクトル成分が、時計回りまたは反時計回りの回転ならびに前方／後方または右方／左方への並進運動に寄与すると考えられる。

横移動、回転運動、または両者の組み合わせを達成するための推力ベクトルＴ１、Ｔ２のＸ成分およびＹ成分への分解に関する上述の原理は、本方法の操縦アルゴリズムの基礎である。この操縦アルゴリズムは、ジョイスティックモードにおいてジョイスティック３０からの指令への応答に使用されるだけでなく、船舶１０が位置維持モードで動作しているときに推進装置１２ａ、１２ｂの回転位置、シフト位置、および推力の大きさを制御するためにも使用される。換言すると、制御モジュール２４は、位置維持モードにおいて、船舶の方位および位置を維持するためのこれらの各変数の自動補正を、あたかも操船者がそのような補正を行うために実際にジョイスティックを操作したのと同じ方法で行う。同様の方法を、本明細書で上述した自動方位モードまたは中間地点追跡モードにおいても使用することができる。

図１に一瞬だけ戻ると、船舶１０は、１つ以上のセンサ７２、７４、７６、および７８をさらに備えることができる。センサが船舶１０の船首、船尾、ならびに左舷および右舷側の各々に１つずつ示されているが、より少数またはより多数のセンサを各々の場所に設けてもよい。センサ７２～７８は、距離および方向センサである。例えば、センサは、レーダ、ソナー、カメラ、レーザ、ドップラ方向探知機、あるいはドック、護岸、スリップ、大型の岩、または樹木などの船舶１０の付近の物体Ｏの方向および距離の両方を個別に割り出すことができる他の装置であってよい。あるいは、方向を感知するために、距離を感知するために設けられるセンサとは別のセンサを設けてもよく、あるいは２種類以上の距離／方向センサを船舶１０上の１つの場所に設けてもよい。センサ７２～７８は、船舶１０に対する物体の方向および物体Ｏと船舶１０との間の最短距離の両方に関する情報をもたらす。センサ７２～７８は、本明細書において上述したように、この距離および方向の情報を、ＣＡＮバスまたは無線接続などによって制御モジュール２４にもたらす。

センサ７２、７４、７６、７８に関して、船舶１０と物体Ｏとの間の距離に応じて異なる種類のセンサを使用してもよいことに、注意すべきである。例えば、レーダセンサを、遠い距離において使用することができる。ひとたび船舶１０が物体の特定の距離の範囲内に入ると、Ｌｉｄａｒ、超音波、Ｌｅｄｄａｒ、またはソナーセンサを、代わりに使用することができる。カメラセンサを上述のセンサのいずれかと組み合わせて使用して、追加の情報を制御モジュール２４にもたらすことができる。センサを、船舶１０にとって遭遇の可能性が高い物体を検出するための正しい高さに位置するように、船舶１０上の最適な位置に配置すべきであることに、注意すべきである。また、制御モジュール２４が、これまでに保存された物体Ｏと船舶１０との間の実際の測定距離に基づいて、船舶１０に対する物体の最短距離および方向を感知するための複数のセンサ（レーダ、Ｌｉｄａｒ、Ｌｅｄｄａｒ、音波、およびカメラを含む）のうちの１つを選択してもよいことに、注意すべきである。このようにして、制御モジュール２４は、どの種類のセンサが次の測定にとって最良であるかを知る。

さまざまな状況において、船舶１０は、スリップ、ドック、または防波堤などの物体に接近する可能性がある。多くの場合、ジョイスティックモードで提供される船舶１０の並進および回転運動の精密な制御ゆえに、操船者は、そのような物体に接近するときに、物体Ｏに接触することなく物体に対する所望の位置に船舶１０を位置させるために、ジョイスティックモードを使用する。加えて、ひとたび操船者が物体Ｏに対する所望の位置を達成すると、操船者は、船舶１０を位置維持モードにすることによって、物体Ｏの付近において船舶１０の位置および方位を維持することができる。このような動作の際に、船舶１０を損傷させ、さらには／あるいは船上の乗客を混乱させかねない物体Ｏとの衝突を回避するために、船舶１０が操船者の要求のとおりに正確に応答することが望ましい。

しかしながら、研究開発の最中に、本発明の発明者らは、操船者が回転を伴わない純粋な左方／右方または前方／後方への並進運動を要求しているときに、船舶１０にヨーが生じる（すなわち、船舶１０が回転する）傾向があることに気が付いた。このような意図せぬヨーは、これらに限られるわけではないが、要求されたギアとなる瞬間が推進装置１２ａ、１２ｂ間で異なること、潮汐、海流、風、などの測定または補償が容易でない未知の外乱の要因が存在すること、および／または操船者がジョイスティック３０のハンドル４４を意図せず回転させてしまうことなど、種々の理由によって生じる。さらに、ジョイスティックモードは、船舶１０が物体Ｏなどの視覚的な基準点に近づくにつれて、意図せぬヨーの影響がより顕著になる傾向があるため、直感的ではなくなる。現時点において、操船者は、例えば意図せぬヨーを相殺するようにジョイスティック３０を回転させることにより、自身での意図せぬヨーの補正を試みなければならない。これに代え、本発明の発明者らは、船舶１０を回転させようとする操船者の明確な意図がない限り、ジョイスティック３０が最初に作動させられたときに存在した向きを維持するように、ヨーの補正を自動的に適用して物体Ｏに対する船舶の向きを制御するアルゴリズムを開発した。

したがって、図１は、船舶推進システム２０が発生させる推力によって推進中の船舶１０の物体Ｏの付近での移動を制御するためのシステムを示している。このシステムは、本明細書において上述したように、船舶推進システム２０と信号をやり取りする制御モジュール２４を含む。さらに、このシステムは、船舶１０について要求される並進運動を表す信号を制御モジュール２４にもたらすジョイスティック３０などの手動操作の入力装置を含む。そのような要求された並進運動は、左方／右方または前方／後方の方向であってよい。さらに、このシステムは、船舶１０と物体Ｏとの間の実際の角度の割り出しを可能にする物体Ｏについての情報を制御モジュール２４にもたらす少なくとも１つの距離測定センサ７２、７４、７６、７８を含む。

図７に目を向けると、一例において、少なくとも１つの距離測定センサ（ここでは、センサ７４ａおよび７４ｂ）は、少なくとも船舶１０と物体Ｏ上の第１の点Ｐ１との間の第１の距離Ｄ１および船舶１０と物体Ｏ上の第２の点Ｐ２との間の第２の距離Ｄ２を制御モジュール２４にもたらす（他の例では、使用されるセンサの種類に応じて、物体の表面上のさらに多くの基準点を割り出すことができる）。その後に、制御モジュール２４は、船舶１０の中心線ＣＬと点Ｐ１およびＰ２のそれぞれとの間の総距離を、中心線ＣＬと各々のセンサ７４ａ、７４ｂとの間の距離である既知の値Ｘに基づいて決定することができる（ここで、Ｘは各々のセンサ７４ａおよび７４ｂについて同じ値であるが、船舶の設計および／またはセンサの位置に応じて、各々のセンサについての値が違ってもよい）。もう１つの既知の値は、船舶１０の中心線ＣＬに沿ったセンサ７４ａとセンサ７４ｂとの間の距離であるＹの値である。その後に、今や既知の値であるＤ１＋ＸおよびＤ２＋Ｘ、ならびに既知の値Ｙを使用して、制御モジュール２４は、既知の三角法の原理を使用して船舶１０と物体Ｏとの間の実際の角度Ａを決定することができる。

図１に示したセンサ７４などの単一のセンサを使用して、センサ７４から発せられるビームまたは他の信号が物体Ｏ上の２つ以上の点Ｐ１、Ｐ２を割り出すためにゾーンに分割される場合など、距離Ｄ１およびＤ２の両方を決定することができることに注意すべきである。物体Ｏの最も近い縁を近似するために、点Ｐ１、Ｐ２、などの間に最良適合線を引くことができる。次いで、やはり幾何学的原理を使用して、船舶１０の中心線ＣＬと物体Ｏの縁に沿った点Ｐ１、Ｐ２などを通る最良適合線との間の角度Ａを決定することができる。船舶１０と物体Ｏとの間の角度Ａを決定するための上述の方法は、あくまでも例示にすぎず、他の方法が使用可能であることにも注意すべきである。例えば、センサ７４および／またはセンサ７４ａ、７４ｂが、物体Ｏ上の点までの距離だけでなく、角度Ａの決定に使用することができるセンサに対する物体の角度も測定することが可能であってよい。

本開示によれば、要求される並進運動を表すジョイスティック３０などの入力装置からの信号に応答して、制御モジュール２４は、船舶１０と物体Ｏとの間の実際の角度Ａを自身のメモリに初期角度として記憶する。次いで、制御モジュール２４は、要求された並進運動を実行し、かつ船舶１０と物体Ｏとの間の初期角度を維持する推進装置１２ａ、１２ｂによる推力を発生させるように、船舶推進システム２０を制御する。換言すると、初期角度は、この角度を変化させようとする傾向を有するであろう船舶１０の意図せぬヨー運動にもかかわらず、制御モジュール２４が船舶１０と物体Ｏとの間に維持しようとする目標角度である。

一例において、制御モジュール２４は、本明細書において上述したように、第１の距離Ｄ１および第２の距離Ｄ２に基づいて船舶１０と物体Ｏとの間の実際の角度Ａを繰り返し決定する。制御モジュール２４は、実際の角度Ａと、要求される並進運動を表すジョイスティック３０からの信号に応答して記憶された初期角度との間の差が、入力装置の操作者によって意図されたものであるかどうかを判定する。実際の角度Ａと初期角度との間の差が（本明細書においてさらに後述されるように）操作者によって意図されたものではない場合、制御モジュール２４は、実際の角度Ａと初期角度との間の差を最小にするための補正ヨーモーメントを上述の推力で生成するように船舶推進システム２０を制御する。このようにして、不慮のヨーまたは意図せぬヨーを引き起こす上述の問題にもかかわらず、制御モジュール２４は、船舶１０を物体Ｏに対して初期角度に維持することができる。

制御モジュール２４は、任意の所与の数の方法で上述の補正ヨーモーメントの大きさを決定することができる。一例において、補正ヨーモーメントの大きさは、実際の角度Ａと初期（目標）角度との間の差に比例する。例えば、制御モジュール２４は、実際の角度Ａと初期角度との間の差を参照表に入力することができ、参照表は、推進装置１２ａ、１２ｂによって生成すべき補正ヨーモーメントの大きさを返すことができる。別の例において、制御モジュール２４は、実際の角度Ａと初期角度との間の差に所定の係数を乗算することによって、補正ヨーモーメントの大きさを決定することができる。一般に、これらの場合のどちらにおいても、実際の角度Ａと初期角度との間の差が大きくなるにつれて、より大きな誤差を相殺するために、補正ヨーモーメントの大きさが増す。さらに別の例において、補正ヨーモーメントの大きさは、一定であり、角度誤差とは無関係の較正された値である。

制御モジュール２４が、入力装置の操作者による介入を必要とせずに、自動的に補正ヨーモーメントを生成するように船舶推進システム２０を制御することに注意すべきである。実際、操作者が船舶１０の向きのわずかな補正を感じ取ることができず、むしろそのようなヨー補正が、それらの大きさがあまり大きくならず、したがって操作者または船舶１０の搭乗者にとってほとんど感じることができないように、充分に高い頻度で行われることが意図される。

図８が、制御モジュール２４からの指令に従って船舶推進システム２０が発生させる推力によって推進中の船舶１０の物体Ｏの付近での移動を制御するための方法の一例を示している。この方法は、１００に示されるように、船舶１０と物体Ｏとの間の実際の角度Ａを割り出すことができるような物体Ｏについての充分な情報を船舶１０上のセンサ７２、７４、７４ａ、７４ｂ、７６、７８が有するかどうかを判定することを含む。これは、センサが、物体Ｏ上の第１および第２の点Ｐ１およびＰ２（図７）の両方が該当のセンサの種類に応じてさまざまであり得る範囲内にあるか否かを判断するために、船舶１０の周囲の領域を継続的に走査することを必要とすることができる。１０２に示されるように、この方法は、ジョイスティック３０などの手動操作の入力装置から、船舶１０について要求される並進運動を表す信号を、制御モジュール２４で受信することをさらに含む。

その後に、この方法は、以下のように記載される方法のうちの１つで応答することを含む。センサが物体Ｏに関する充分な情報を有する場合、この方法は、１０４に示すように、要求される並進運動を表す信号の受信時に船舶１０と物体Ｏとの間の実際の角度Ａを決定することを含む。これは、要求される並進運動の信号の受信の瞬間、あるいは信号の受信の数秒前または数秒後に決定された実際の角度Ａであってよい。具体的には、この方法は、物体Ｏ上の少なくとも第１の点Ｐ１および第２の点Ｐ２をセンサで明らかにすることと、船舶１０と第１の点Ｐ１との間の第１の距離Ｄ１および船舶１０と第２の点Ｐ２との間の第２の距離Ｄ２をセンサで測定することと、第１の距離Ｄ１および第２の距離Ｄ２とに基づいて船舶１０と物体Ｏとの間の実際の角度Ａを計算することとを含むことができる。次いで、１０６に示されるように、実際の角度Ａは、自動的に維持されるべき初期（目標）角度として記憶される。次に、１０８に示されるように、制御モジュール２４は、要求された並進運動を実行し、かつ初期角度を維持する推力を発生させるように、船舶推進システム２０を制御する。例えば、操船者が右方への並進運動を要求した場合、制御モジュール２４は、船舶１０を右方に推進させ、かつ必要であれば船舶１０の意図せぬヨー運動の自動的な補正を同時に果たす結果としての推力を生み出すように、推進装置１２ａ、１２ｂを制御する。他方で、センサが物体Ｏについて充分な情報を有していない場合、この方法は、１１０に示されるように、要求された並進運動を実行する推力を生み出すように制御モジュール２４で船舶推進システム２０を制御することを含む。換言すると、制御モジュール２４は、この後者の場合、船舶１０と物体Ｏとの間の初期角度を測定して維持するための充分な情報を有していない。代わりに、制御モジュール２４は、自動的なヨー補正制御を伴わずに、操船者がジョイスティック３０を介して要求した前方、後方、左方、または右方への並進運動を単に実行する。

四角囲み１００および１０２の順序は重要ではなく、四角囲み１００および１０２の工程を逆にしても、あるいは同時に実行してもよいことに、注意すべきである。しかしながら、四角囲み１０４～１０８に示される本開示の補正ヨーアルゴリズムを有効にするためには、１００および１０２における条件が両方とも満たされなければならない。換言すると、制御モジュール２４が船舶１０と物体Ｏとの間の実際の角度Ａを計算するために、物体Ｏに関するセンサからの充分な情報が存在しなければならない。しかしながら、この情報が、船舶について要求される並進運動を表す信号の受信よりも前に取得されるか、あるいは後に取得されるかは、問題ではない。例えば、操船者は、船舶１０を物体Ｏに向かって並進運動させるためにジョイスティック３０を使用することができ、ひとたびセンサが物体Ｏと船舶１０との間の実際の角度Ａを割り出すことができる物体Ｏに関する充分な情報を取得する（例えば、範囲に位置する）と、補正ヨーアルゴリズムが開始可能である。これは、この方法が、センサが船舶１０と物体Ｏとの間の実際の角度Ａを決定することができるような物体Ｏに関する充分な情報を有するまで、センサで船舶１０の周囲の領域を継続的に走査することを含むがゆえに可能である。他方で、船舶１０と物体Ｏとの間の実際の角度Ａを決定するための物体Ｏに関するセンサからの充分な情報が、既に存在するかもしれない。しかしながら、ジョイスティック３０が要求される並進運動を入力すべく作動させられるまでは、補正ヨーアルゴリズムは開始されない。

当然ながら、操船者がジョイスティックモードにおいてジョイスティック３０を使用して船舶１０の回転を意図的に要求する場合もあり得る。図９の方法は、制御モジュール２４がそのような事例をどのように処理するかを示している。２００に示されるように、センサが、本明細書において上述したように、基準として使用するための物体Ｏ上の表面（例えば、点Ｐ１、Ｐ２）を継続的に走査する。２０２において、制御モジュール２４は、表面が見つかったか否かを判定し、すなわち物体Ｏ上の２つ以上の点の間の最良適合線を推定するためのセンサからの充分な情報が存在するか否かを判定する。否である場合、この方法は２００に戻り、センサは、基準として使用するための表面の走査を続ける。２０２において表面が見つかった場合、この方法は、四角囲み２０４に進み、制御モジュール２４が、図７に関して本明細書において上述したように物体Ｏの表面に対する船舶１０の角度Ａを計算し、次いでこの角度Ａを、物体Ｏに対して維持されるべき初期角度として設定する。

次に、２０６において、制御モジュール２４は、ジョイスティック３０が作動しているか否かを判定する。例えば、制御モジュール２４は、船舶１０について要求されるヨーモーメントを表す信号を入力装置（例えば、ジョイスティック３０）から受け取ることができる。制御モジュール２４は、ジョイスティック３０からの非ゼロの入力に応答してジョイスティック３０が作動していると判定することができる。２０６において否である場合、この方法は、２０６で待機してもよく、あるいは２００に戻ってもよい。２０６においてジョイスティック３０が作動している場合、この方法は、操船者がヨーモーメントを要求しているか否かを制御モジュール２４が判定する２０８に続く。この判定を行うために、制御モジュール２４は、ジョイスティック３０からの要求されたヨーモーメントを、所定のヨーモーメントしきい値と比較することができる。要求されたヨーモーメントがしきい値未満であると判断される場合、制御モジュール２４は、要求された並進運動を実行し、かつ船舶１０と物体Ｏとの間の初期角度を維持する推力を生み出すように、船舶推進システム２０を制御することができる。ヨーモーメントしきい値は、軸４８を中心とするハンドル４４の０°～５°の回転など、比較的小さく、したがって船舶１０を回転させようとする操船者からの真の要求よりもむしろジョイスティック３０のハンドル４４の単なる不意の回転を表すにすぎない較正されて記憶された値であってよい。要求されたヨーモーメントがこのしきい値よりも小さいとき、制御モジュール２４は、操船者にジョイスティック３０または船舶１０を回転させる意図はなかったと仮定するようにプログラムされ、したがって制御モジュール２４は、要求されたヨーモーメントに反応しない。むしろ、制御モジュール２４は、必要であれば、船舶１０の意図せぬヨーを打ち消すために、補正ヨーモーメントを生じさせる上述の補正ヨーアルゴリズムを実行する。これは、四角囲み２１０に示されている。

他方で、２０８において操船者がヨーを要求していると制御モジュール２４が判定した場合、この方法は２１２に続き、制御モジュール２４は、船舶１０と物体Ｏとの間の目標角度を調整する。具体的には、この方法は、要求されたヨーモーメントが上述のしきい値以上であるとの判断に応答して、要求された並進運動（すなわち、左方／右方または前方／後方）を実行し、かつ（ジョイスティック３０を介して入力された）要求されたヨーモーメントを発生させる推力を生み出すように、船舶推進システム２０を制御することを含む。この場合、制御モジュール２４は、軸４８を中心とするハンドル４４の比較的大きな回転は、物体Ｏに対する船舶１０の向きを意図的に変化させようとしていると、仮定するようにプログラムされている。船舶推進システム２０が要求されたヨーモーメントを発生する推力を生み出した後で、船舶１０は、物体Ｏに対する新たな角度に回転していると考えられる。一般に、この新たな角度が達成されると、操船者は、ジョイスティック３０を回転させることを止め、ジョイスティック３０が中立の回転位置に戻ることを可能にする。したがって、要求されるヨーモーメントがヨーモーメントしきい値を再び下回る（例えば、ジョイスティックが中立に戻る）と、この方法は、センサからの情報を使用して船舶１０と物体Ｏとの間の後続の角度を決定することを含む。要求されるヨーモーメントがしきい値を再び下回った後に、操船者は船舶１０の意図的な回転を終了させ、その後のいかなる回転も意図していないと仮定される。この方法は、その後に、要求された並進運動を実行し、かつ物体Ｏに対する船舶１０の後続の角度を維持する推力を発生させるように、船舶推進システム２０を制御することを含む。換言すると、本明細書において上述した補正ヨーアルゴリズムが、後続の角度を物体Ｏに対する船舶１０の新たな目標角度として使用して実行される。

上述の例においては、補正ヨーアルゴリズムの説明を簡単にするために、いくつかの仮定がなされていることに注意すべきである。例えば、船舶１０と物体Ｏとの間の距離Ｄ１、Ｄ２を割り出すものとして図７に示されているセンサ７４ａ、７４ｂは、どちらも船舶１０の右舷側にあるものとして図示されている。当然ながら、船舶１０の左舷側が物体Ｏに接近しているならば、船舶１０の左舷側のセンサが代わりに使用されると考えられる。さらに、物体Ｏ上で検出された点の間の最も正確な最良適合線を得るために、本明細書において概略的に示されたセンサよりも船舶１０の船首または船尾により近いセンサを使用することが、望ましいかもしれない。船舶１０の中心線ＣＬを基準線または「航行中心」として使用することも、段取りにおいて行われる任意の選択にすぎず、船舶１０と物体Ｏの最も近い表面に沿った最良適合線との間の角度Ａを計算するために船舶１０上の他の基準点を使用してもよいことを、理解すべきである。

さらに、以上の例は、ジョイスティック３０への左方／右方への並進運動の入力に関して説明されている。同様のアルゴリズムを、図３に関して本明細書で上述したような任意の前方／後方への並進運動の入力ならびに／あるいは斜めの並進運動の入力にも使用することができる。そのような場合、角度Ａを、代わりに、船舶１０の船首または船尾と船舶１０の前方または後方の物体との間で決定してもよい。例えば、船舶１０がドックまたは護岸に向かって後退している場合、船舶１０の船尾に位置するセンサを使用して、物体Ｏに対する船尾の横材の角度を計算することができる。

さらに、物体Ｏに対する船舶１０の後続の目標角度の設定が、船舶１０と物体Ｏとの間の実際の角度の測定によって生じると説明した。別の例においては、制御モジュール２４が、操船者が要求した船舶１０の向きの変化量に基づいて、船舶１０と物体Ｏとの間の後続の目標角度を計算することができる。例えば、いくつかのシステムにおいては、１回のタップ、クリック、またはジョイスティック３０の拘束位置への回転が、船舶１０の方位の１度、２度、またはｘ度の変化の要求を表す。したがって、制御モジュール２４は、記憶済みの初期目標角度に対して方位角度のこの変化を必要に応じて足し算または引き算することによって、後続の角度を計算することができる。

最後に、制御モジュール２４による船舶推進システム２０の制御が、推進装置１２ａ、１２ｂの個々の推力に関する限り、図４～図６および式（１）～（５）に関して本明細書において上述した方法と同じ方法で実行されることに、注意すべきである。換言すると、制御モジュール２４は、前後方向および／または左右方向の要求された横移動の両方を単純に考慮すると同時に、船舶１０の意図せぬヨーを打ち消すために必要な補正ヨーモーメントを合計する。補正ヨーモーメントは、物体Ｏに対する船舶１０の実際の角度と初期（目標）角度との間に差が存在し、したがって補正ヨーモーメントが必要であると判断することを制御モジュール２４にとって可能にするセンサからのフィードバックに基づいて決定される。例えば、制御モジュール２４が、船舶１０と物体Ｏとの間の実際の角度Ａが初期角度よりも大きいと判断した場合、制御モジュール２４は、本明細書において上述した方法のうちの１つに従って、船舶１０と物体Ｏとの間の実際の角度Ａを減らそうとする方向に船舶１０を回転させる補正ヨーモーメントを決定する。制御モジュール２４は、上述の式（１）～（５）を使用し、補正ヨーモーメントを式（５）の「ＭＴ」として、各々の推進装置１２ａ、１２ｂから必要とされる推力を決定する。船舶１０が回転した後に、制御モジュール２４は、実際の角度Ａを再計算し、それが初期目標角度のしきい値の範囲内にあるか否かを判定する。初期目標角度のしきい値の範囲内にある場合、その時点において、さらなるヨーは必要でない。初期目標角度のしきい値の範囲内にない場合、制御モジュール２４は、実際の角度と初期角度との間の差を最小にするためのさらなる試みにおいて、別のヨーモーメントを生み出す推力を生成することができる。これが、船舶１０と物体Ｏとの間の初期目標角度が達成されるまで続けられる。そのような補正は瞬間的かつ自動的であり、したがっておそらくは比較的小さいため、操船者は、これを、船舶１０が物体Ｏに対する初期の向きを維持していると感じる。

以上の説明においては、簡潔さ、明確さ、および理解の目的で、特定の用語が使用されている。そのような用語は、あくまでも説明の目的で使用されているにすぎず、広く解釈されるように意図されているため、先行技術の要件を超える不必要な限定を意味するものではない。本明細書において上述した種々のシステムおよび方法は、単独で使用されても、他のシステムおよび方法と組み合わせて使用されてもよい。添付の特許請求の範囲の技術的範囲において、さまざまな均等物、代替物、および変更物が可能である。方法の請求項の各々は、制御システムの特定の機能を達成するための具体的な一連の工程を含むが、本開示の範囲は、本明細書において説明した各工程の文字どおりの順序または文字どおりの内容に束縛されるものではなく、非実質的な相違または変更は、依然として本開示の技術的範囲に包含される。

１０ 船舶
１２ａ 推進装置
１２ｂ 推進装置
１３ａ 操舵軸
１３ｂ 操舵軸
１４ａ エンジン
１４ｂ エンジン
１６ａ 変速機
１６ｂ 変速機
１８ａ プロペラ
１８ｂ プロペラ
２０ 船舶推進システム
２２ 操作コンソール
２４ 制御モジュール
２６ａ 推進制御モジュール（ＰＣＭ）
２６ｂ 推進制御モジュール（ＰＣＭ）
２８ キーパッド
２９ 移動操作部
３０ ジョイスティック
３２ 操舵輪
３４ スロットル／変速レバー
３６ 慣性計測装置（ＩＭＵ）
３８ 全地球測位システム
４０ ＧＰＳ受信機
４２ ベース部
４４ ハンドル
４６ 矢印
４８ 軸
５０ 矢印
５１ 矢印
５２ 矢印
５３ 矢印
５４ 矢印
６０ 重心
６１ 矢印
６２ 中心線
６４ 点
６６ 作用線
６６’ 作用線
６８ 作用線
６８’ 作用線
７０ モーメント
７２ センサ
７４ センサ
７４ａ センサ
７４ｂ センサ
７６ センサ
７８ センサ

Claims (20)

1. 制御モジュールからの指令に従って船舶推進システムが発生させる推力によって推進している船舶における、物体の付近での移動を制御するための方法であって、
   前記物体上の第１の点と第２の点とを結ぶ線と、前記船舶の船首方向とのなす実際の角度を割り出すことができるような、前記船舶上の第１の距離センサと前記物体上の第１の点との間の第１の距離が所定の第１の距離内に入り、前記船舶上の第２の距離センサと前記物体上の第２の点との間の第２の距離が所定の第２の距離内に入ったかどうかを判断することと、
   手動操作の入力装置から、前記船舶について要求される並進運動を表す信号を、前記制御モジュールにおいて受信することと、
   その後に、
   前記第１の距離及び前記第２の距離が、それぞれ前記所定の第１の距離及び前記所定の第２の距離内に入った場合において、
   前記要求される並進運動を表す信号の受信時に、前記船舶と前記物体との間の前記実際の角度を割り出し、前記実際の角度を初期角度として記憶し、前記要求された並進運動を実行しかつ前記初期角度を維持する推力を発生させるように前記制御モジュールで前記船舶推進システムを制御すること、
   または
   前記第１の距離及び前記第２の距離が、それぞれ前記所定の第１の距離及び前記所定の第２の距離内に入っていない場合において、
   前記要求された並進運動を実行する推力を発生させるように前記制御モジュールで前記船舶推進システムを制御すること、
   の一方を行うことと、
   を含む方法。
2. 前記入力装置から、前記船舶について要求されるヨーモーメントを表す信号を、前記制御モジュールで受け付けることと、
   前記要求されたヨーモーメントを、所定のヨーモーメントしきい値と比較することと、
   前記要求されたヨーモーメントが前記所定のヨーモーメントしきい値よりも小さいとの判断に応答して、前記要求された並進運動を実行しかつ前記初期角度を維持する前記推力を発生させるように前記船舶推進システムを制御することと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記要求されたヨーモーメントが前記所定のヨーモーメントしきい値以上であるとの判断に応答して、前記要求された並進運動を実行しかつ前記要求されたヨーモーメントを発生させる推力を発生させるように前記船舶推進システムを制御すること
   をさらに含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記船舶推進システムが、前記要求されたヨーモーメントを発生させる前記推力を発生させた後に、
   前記要求されたヨーモーメントが前記所定のヨーモーメントしきい値を下回り、かつ
   前記第１の距離及び前記第２の距離が、それぞれ前記所定の第１の距離及び前記所定の第２の距離内に入った場合において、
   前記船舶と前記物体との間の後続の前記実際の角度を割り出すことと、
   その後に、前記要求された並進運動を実行しかつ後続の前記実際の角度を維持する推力を発生させるように前記船舶推進システムを制御することと
   をさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 前記第１の距離及び前記第２の距離が、それぞれ前記所定の第１の距離及び前記所定の第２の距離内に入った場合において、
   前記船舶と前記物体との間の前記実際の角度を繰り返し割り出すことと、
   前記実際の角度と前記初期角度との間の差が前記手動操作の入力装置を介して操作者により要求されたものであったか否かを判定することと、
   前記実際の角度と前記初期角度との間の差が、前記手動操作の入力装置を介して前記操作者により要求されたものではない場合に、前記実際の角度と前記初期角度との間の差を最小にするために前記推力によって補正ヨーモーメントを発生させることと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記補正ヨーモーメントの大きさは、前記実際の角度と前記初期角度との間の前記差に比例する、請求項５に記載の方法。
7. 前記制御モジュールは、前記操作者による介入を必要とすることなく自動的に前記補正ヨーモーメントを発生させるように前記船舶推進システムを制御する、請求項５又は請求項６に記載の方法。
8. 前記物体上の第１の点と第２の点とを結ぶ線と、前記船舶の前記船首方向とのなす実際の角度を割り出すことができるような、前記第１の距離及び前記第２の距離が、それぞれ前記所定の第１の距離及び前記所定の第２の距離内に入るまで、前記距離センサによる距離検出を船舶の周囲の領域を継続的に行うことをさらに含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記距離センサで、前記船舶と前記物体上の前記第１の点との間の第１の距離および前記船舶と前記物体上の前記第２の点との間の第２の距離を測定することと、
   前記第１の距離および前記第２の距離に基づいて前記船舶と前記物体との間の前記実際の角度を計算することと
   をさらに含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記要求される並進運動は、前記船舶の左方または右方への横移動である、請求項１～９のいずれか１項に記載の方法。
11. 船舶推進システムが発生させる推力によって推進している船舶の物体の付近での移動を制御するためのシステムであって、
    前記船舶推進システムと信号をやり取りする制御モジュールと、
    前記船舶について要求される並進運動を表す信号を前記制御モジュールにもたらす手動操作の入力装置と、
    少なくとも前記船舶と前記物体上の第１の点との間の第１の距離および前記船舶と前記物体上の第２の点との間の第２の距離を前記制御モジュールにもたらす少なくとも１つのセンサと
    を備えており、
    前記制御モジュールは、前記第１の距離および前記第２の距離に基づいて、前記物体上の第１の点と第２の点とを結ぶ線と、前記船舶の船首方向とのなす実際の角度を割り出し、
    前記要求される並進運動を表す前記信号に応答して、前記制御モジュールは、前記船舶と前記物体との間の前記実際の角度を初期角度として記憶し、前記要求された並進運動を実行しかつ前記初期角度を維持する前記推力を発生させるように前記船舶推進システムを制御する、システム。
12. 前記制御モジュールは、前記入力装置を介して要求されるヨーモーメントを決定し、
    前記制御モジュールは、前記要求されたヨーモーメントを所定のヨーモーメントしきい値と比較し、
    前記要求されたヨーモーメントが前記所定のヨーモーメントしきい値よりも小さいとの判断に応答して、前記制御モジュールは、前記要求された並進運動を実行しかつ前記初期角度を維持する前記推力を発生させるように前記船舶推進システムを制御する、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記要求されたヨーモーメントが前記所定のヨーモーメントしきい値以上であるとの判断に応答して、前記制御モジュールは、前記要求された並進運動を実行しかつ前記要求されたヨーモーメントを発生させる推力を発生させるように前記船舶推進システムを制御する、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記船舶推進システムが前記要求されたヨーモーメントを発生させる前記推力を発生させた後に、前記要求されるヨーモーメントが前記所定のヨーモーメントしきい値を再び下回ると、前記制御モジュールは、前記第１の距離および前記第２の距離に基づいて、前記物体上の第１の点と第２の点とを結ぶ線と、前記船舶の船首方向とがなす、前記船舶と前記物体との間の後続の角度を割り出し、
    前記制御モジュールは、その後に、前記要求された並進運動を実行しかつ前記後続の角度を維持する推力を発生させるように前記船舶推進システムを制御する、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記制御モジュールは、前記第１の距離および前記第２の距離に基づいて、前記物体上の第１の点と第２の点とを結ぶ線と、前記船舶の船首方向とがなす、前記船舶と前記物体との間の前記実際の角度を繰り返し割り出し、
    前記制御モジュールは、前記実際の角度と前記初期角度との間の差が前記入力装置を介して操作者により要求されたものであったか否かを判定し、
    前記実際の角度と前記初期角度との間の差が、前記入力装置を介して操作者により要求されたものではない場合に、前記制御モジュールは、前記実際の角度と前記初期角度との間の差を最小にするために前記推力によって補正ヨーモーメントを発生させるように前記船舶推進システムを制御する、請求項１１～１４のいずれか１項に記載のシステム。
16. 前記補正ヨーモーメントの大きさは、前記実際の角度と前記初期角度との間の前記差に比例する、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記制御モジュールは、操作者による介入を必要とすることなく自動的に前記補正ヨーモーメントを発生させるように前記船舶推進システムを制御する、請求項１５又は請求項１６に記載のシステム。
18. 前記センサは、前記船舶と前記物体上の前記第１の点との間の前記第１の距離、および前記船舶と前記物体上の前記第２の点との間の前記第２の距離が所定の距離内に入ったかどうかを判定するために前記船舶の周囲の領域を継続的に距離検出を行う、請求項１１～１７のいずれか１項に記載のシステム。
19. 前記要求される並進運動は、前記船舶の左方または右方への横移動である、請求項１１～１８のいずれか１項に記載のシステム。
20. 前記入力装置は、ジョイスティックである、請求項１１～１９のいずれか１項に記載のシステム。

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