JPWO2019045103A1 - 自律型無人潜水機用の充電システムおよび自律型無人潜水機の揚収方法 - Google Patents

Abstract

一態様に係る充電システムは、水中に位置する基台と、上下方向に延びるポールと、給電部とを有する充電ステーションと、潜水機本体と、受電部と、進行方向側から当接したポールを保持位置へと案内する一対のガイド部および保持位置に案内されたポールを相対的に回転可能に保持する保持部を有する保持装置と、水平方向に推力を発生させる推力発生装置と、推力発生装置を制御する制御装置とを有するＡＵＶと、を備え、基台と潜水機本体の一方および他方に光放出器および受光器がそれぞれ設けられており、制御装置は、ポールに対して受光器が光放出器から放出した光を受ける回転位置にくるように、推力発生装置を制御する。

Description

本発明は、自律型無人潜水機用の充電システムおよび自律型無人潜水機の揚収方法に関する。

自律型無人潜水機（ＡＵＶ：Autonomous Underwater Vehicle。以下、ＡＵＶともいう。）は、海底作業や海底調査等のために、母船からの電力供給を要せず、内蔵動力源によって水中を航走する。従来から、母船に揚収することなく水中でのＡＵＶの充電を可能にする充電システムの開発が進められている。このような充電システムでは、水中に用意した充電ステーションにＡＵＶがアプローチして互いに結合して充電を行う。ＡＵＶが潮流等の影響下でも安定した姿勢で充電ステーションにアプローチできるように、充電システムとしては、ＡＵＶが３６０度どの方向からでも充電ステーションにアプローチして結合できるものであることが望ましい。

近年、特許文献１に示すような、ＡＵＶが３６０度どの方向からでも充電ステーションにアプローチして結合できる充電システムが提案されている。この充電システムは、洋上の船から紐状体により水中に吊下げられた充電ステーションと、当該紐状体の回りに回転可能となるように充電ステーションに水中で結合するＡＵＶとを備える。充電ステーションは、非接触給電部を有しており、洋上の船が充電ステーションを曳航すると、充電ステーションは、非接触給電部が水の流れ方向において紐状体の下流側に位置する姿勢となる。一方、ＡＵＶは、非接触受電部を有しており、充電ステーションに結合された状態で曳航されると、水の流れを受けることにより紐状体の回りに回転して、非接触受電部が水の流れ方向において紐状体の下流側に位置する姿勢となる。こうして、充電ステーションの向きとＡＵＶの向きとを合致させて、ＡＵＶの非接触受電部と充電ステーションの非接触給電部とを給電可能な位置に合わせる。

特開２０１７−７１２６５号公報

しかしながら、上述の充電システムでは、ＡＵＶの非接触受電部と充電ステーションの非接触給電部とを給電可能な位置に合わせるために、充電ステーションとＡＵＶとが互いに結合した状態で水の流れを受ける必要がある。すなわち、潮流などの水の流れがないところで充電ステーションとＡＵＶの位置合わせを行うためには、充電ステーションとＡＵＶとが互いに結合した状態で洋上の船により曳航しなければならない。このため、充電ステーションとＡＵＶの給電のための位置合わせをより容易に行う充電システムが望まれる。

そこで、本発明は、３６０度どの方向からでも充電ステーションへのＡＵＶのアプローチを可能にするとともに、ＡＵＶを充電するための充電ステーションとＡＵＶの位置合わせを容易に行うことができる、ＡＵＶ用の充電システムおよびＡＵＶの揚収方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係るＡＵＶ用の充電システムは、水中に位置する基台と、前記基台に設けられ、上下方向に延びるポールと、前記基台における前記ポールより水平方向に離間した位置に設けられた給電部と、を有する、充電ステーションと、潜水機本体と、前記潜水機本体に設けられた、前記給電部から給電される受電部と、前記潜水機本体から進行方向側にいくにつれて互いに間隔が広がるとともに、前記進行方向側から当接した前記ポールを保持位置へと案内する一対のガイド部、および前記保持位置に案内された前記ポールを相対的に回転可能に保持する保持部を有する保持装置と、前記ポールを前記保持装置が保持した前記潜水機本体を、前記ポールを中心に回転させる少なくとも水平方向に推力を発生させる推力発生装置と、前記推力発生装置を制御する制御装置と、を有する、ＡＵＶと、を備え、前記基台における前記ポールより水平方向に離間した位置に、光放出器および受光器の一方が設けられており、前記潜水機本体における前記保持位置より水平方向に離間した位置に、前記光放出器および前記受光器の他方が設けられており、前記制御装置は、前記ポールを前記保持装置が保持した前記潜水機本体が、前記ポールに対して前記受光器が前記光放出器から放出した光を受ける回転位置にくるように、前記推力発生装置を制御する。

上記の構成によれば、ＡＵＶが充電ステーションに対して多少ずれて進入しても、保持装置におけるガイド部が、潜水機本体の進行方向側から当接したポールを保持位置へと案内して、保持装置における保持部が、ポールを相対的に回転可能に保持するする。このため、ＡＵＶは３６０度どの方向からでも充電ステーションにアプローチすることができる。また、制御装置が、受光器が光放出器から放出した光を受けるか否かのシンプルな判定方法を用いて推力発生装置を制御し、受電部と給電部との間の位置合わせを行うことができる。このため、ＡＵＶを充電するための充電ステーションとＡＵＶの位置合わせを容易に行うことができる。

上記のＡＵＶ用の充電システムにおいて、前記光放出器は、光信号として光を放出する潜水機側光送信器であり、前記受光器は、前記潜水機側光送信器からの光信号を受信するステーション側光受信器であり、前記充電ステーションは、光信号として光を放出するステーション側光送信器を有し、前記ＡＵＶは、前記ステーション側光送信器からの光信号を受信する潜水機側光受信器を有し、前記制御装置は、前記ステーション側光送信器から前記潜水機側光受信器へと送られる光信号であって、前記潜水機側光送信器と前記ステーション側光受信器との間の通信状態を示す光信号に基づき、前記推力発生装置を制御してもよい。この構成によれば、充電ステーションとＡＵＶとの間で相互に光通信を行うための光送信器および光受信器を利用して、受電部と給電部との間の位置合わせを行うことができる。

上記のＡＵＶ用の充電システムにおいて、前記推力発生装置は、前記潜水機本体を進行方向および上下方向に移動させる推力を発生させ、前記ステーション側光送信器は、前記ポールを中心に放射状に光信号として光を放出するように設けられており、前記ＡＵＶは、前記ステーション側光送信器から放出された光の到来方向を検出する方向検出装置を有し、前記制御装置は、前記方向検出装置により検出した到来方向に基づいて、前記ＡＵＶが進行して前記ガイド部が前記ポールに当接するように、前記推力発生装置を制御してもよい。この構成によれば、ステーション側光送信器が、ポールを中心に放射状に光信号として光を放出するように設けられているため、ステーション側光送信器から放射される光に向かうようＡＵＶを進行させることで、ＡＵＶを精度良くポールにアプローチさせることができる。

上記のＡＵＶの充電システムは、水上に浮かんだ水上浮体を備え、前記充電ステーションは、前記水上浮体から延びる索で水中に吊り下げられており、前記ポールは、前記基台から下方に延びてもよい。この構成によれば、ポールは基台から下方に延びており、索は基台側からポールとは反対方向に水上へ延びている。このため、索と基台とを、ポールにアプローチするＡＵＶの邪魔にならないように容易に連結できる。

上記のＡＵＶの充電システムにおいて、前記ＡＵＶおよび前記充電ステーションの一方は、係止装置を有し、前記ＡＵＶおよび前記充電ステーションの他方は、前記係止装置により係止される被係止部を有し、前記ＡＵＶは、前記係止装置が前記被係止部を係止することにより、前記受電部が前記給電部から給電可能な位置に配置された状態で、前記充電ステーションに対しドッキングしてもよい。この構成によれば、係止装置が、潜水機本体に設けられた被係止部を係止することにより、潜水機本体を充電ステーションに対して固定することができる。

上記のＡＵＶ用の充電システムにおいて、前記推力発生装置は、前記ポールを前記保持装置が保持した前記潜水機本体を、前記ポールに沿って移動させる推力を発生させ、前記回転位置に位置する前記潜水機本体が、前記給電部と前記受電部とが互いに近づくように前記ポールに沿って移動することにより、前記被係止部は、前記係止装置により係止される係止位置に到達してもよい。この構成によれば、係止装置が、潜水機本体に設けられた被係止ピンを係止することにより、潜水機本体の位置を、受光器が光放出器から放出した光を受ける回転位置に固定することができる。このため、潮流などの影響で水の流れを受けても、推力発生装置を駆動させることなく、潜水機本体を目的の回転位置に留めることができる。

上記のＡＵＶ用の充電システムにおいて、前記被係止部は、前記潜水機本体から上方または下方に延びる被係止ピンであり、前記充電ステーションは、前記係止装置を有し、前記係止装置は、前記給電部と前記受電部とが互いに近づくように前記潜水機本体が前記ポールに沿って移動することにより前記被係止ピンが当接し、当接した前記被係止ピンを前記係止位置へと案内するガイド面、および前記係止位置に案内された前記被係止ピンを係止する係止部を有してもよい。この構成によれば、係止位置に対して被係止ピンが多少ずれた状態でＡＵＶがポールに沿って移動しても、ガイド面がずれを吸収して被係止ピンを係止位置に案内するため、ＡＵＶの被係止ピンを係止位置に精度良く導くことができる。

上記のＡＵＶ用の充電システムにおいて、前記充電ステーションは、前記潜水機本体が前記ポールに沿って移動する途中で前記潜水機本体または前記ガイド部に当接し、前記ポールに対する前記潜水機本体の回転範囲を機械的に規制する回転規制部を有してもよい。この構成によれば、潜水機本体がポールに沿って移動する途中で潮流などの水の流れを受けても、回転規制部によりポールに対する潜水機本体の回転範囲が機械的に規制されるため、目的の回転位置に潜水機本体を留めるための推力発生装置の負荷を低減することができる。

上記の充電ステーションに対しＡＵＶがドッキングする構成において、ＡＵＶ用の充電システムは、水上に浮かんだ水上浮体を備え、前記充電ステーションは、前記水上浮体から延びる索で水中に吊り下げられており、前記ポールは、前記基台から下方に延び、前記水上浮体は、前記索を引いて、ドッキングされた前記ＡＵＶと一体的に前記充電ステーションを空中に吊り上げる揚荷設備を有してもよい。この構成によれば、ＡＵＶを充電ステーションにドッキングした状態で水中から水上浮体に揚収したり、水上浮体から水中に投入したりすることができる。また、ポールが基台から下方に延びていることから、ＡＵＶは充電ステーションの下方に配置された状態で充電ステーションにドッキングする。このため、基台と索との連結箇所の設計自由度が上がる。このため、例えば、充電ステーションが、ＡＵＶにドッキングされた状態で空中に吊り上げられたときに、充電ステーションの各部位に不要な応力がかからないような基台と索との連結を容易に行うことができる。

上記のＡＵＶ用の充電システムにおいて、前記充電ステーションは、水中での姿勢および水中での向きの少なくとも一方を維持するための推力発生装置を有してもよい。この構成によれば、推力発生装置によって充電ステーションの水中での姿勢および水中での向きの少なくとも一方を制御することができる。

また、本発明に係るＡＵＶの揚収方法は、ＡＵＶの揚収方法水上に浮かんだ水上浮体から、ＡＵＶとドッキング可能なステーションを水中に吊り下げる工程と、前記ＡＵＶが水中で前記ステーションにアプローチして、前記ステーションにドッキングする工程と、前記ＡＵＶがドッキングした状態の前記ステーションを引き揚げて、前記水上浮体に揚収する工程と、を含む。

また、上記のＡＵＶの揚収方法において、前記ＡＵＶが水中で前記ステーションにドッキングする工程において、前記ＡＵＶは、前記ステーションの下方から前記ステーションに対してドッキングし、前記ＡＵＶがドッキングした状態の前記ステーションを引き揚げる工程において、前記ＡＵＶがドッキングした状態の前記ステーションを、ドッキングしたときの水中での姿勢を維持しつつ空中に吊り上げてもよい。

本発明によれば、３６０度どの方向からでも充電ステーションへのＡＵＶのアプローチを可能にするとともに、ＡＵＶを充電するための充電ステーションとＡＵＶの位置合わせを容易に行うことができる、ＡＵＶ用の充電システムを提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るＡＵＶ用の充電システムの概略構成図である。 図１に示す充電ステーションにＡＵＶがドッキングした状態を示す図である。 図１に示すＡＵＶの側面図である。 図１に示すＡＵＶの平面図である。 図１に示す充電ステーションの側面図である。 図１に示す充電ステーションの平面図である。 図１に示す充電ステーションの正面図である。 図１に示すＡＵＶの保持装置を拡大した拡大平面図である。 図１に示す充電ステーションの係止装置によるＡＵＶの被係止ピンの固定を説明するための図である。 ＡＵＶが充電ステーションにアプローチする様子を示す平面図である。 図１に示すＡＵＶが、ポールを保持した状態でポールを中心に回転する様子を示す側面図である。 本発明の第２実施形態に係るＡＵＶの充電システムの概略構成図である。 図１１に示す充電ステーションにＡＵＶがドッキングした状態を示す図である。 図１１に示すＡＵＶがポールを保持した状態でポールを中心に回転する様子を示す側面図である。 図１１に示すＡＵＶがポールに沿って上昇するときの回転規制部の作用を説明するための模式図である。 図１２に示すＡＵＶがドッキングした充電ステーションを空中に吊り上げた状態を示す側面図である。 変形例１に係る充電ステーションの側面図である。 変形例２に係る充電ステーションの側面図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、第１実施形態に係る充電システム１の概略構成図である。充電システム１は、ＡＵＶ１０を水中で充電するためのものである。充電システム１は、ＡＵＶ１０および充電ステーション４０を備える。ＡＵＶ１０は、受電部１１を有し、充電ステーション４０は、給電部４１を有する。この充電システム１では、水中を航走するＡＵＶ１０が充電ステーション４０にアプローチし、充電ステーション４０に対してドッキングする。

図２に、充電ステーション４０にＡＵＶ１０がドッキングした状態を示す。ＡＵＶ１０が充電ステーション４０にドッキングすることにより、ＡＵＶ１０の受電部１１は、充電ステーション４０の給電部４１（図１参照）から電力を供給される位置に配置される。以下、ＡＵＶ１０および充電ステーション４０の構成をそれぞれ説明する。

（ＡＵＶの構成）
まずＡＵＶ１０の構成について説明する。図３は、ＡＵＶ１０の側面図であり、図４は、ＡＵＶ１０の平面図である。なお、本明細書において、説明の便宜上、ＡＵＶ１０に関して、ＡＵＶ１０が充電ステーション４０にアプローチする際のＡＵＶ１０の進行方向を前方、進行方向の反対方向を後方、進行方向に対して左方、右方、上方、および下方を、それぞれ左方、右方、上方、および下方と定義する。

ＡＵＶ１０は、動力源としての蓄電池を内蔵した潜水機本体１２を有する。潜水機本体１２は、その前方側が水の抵抗の少ない流線型をなしている。また、図３に示すように、潜水機本体１２下部に、上述の受電部１１が設けられている。受電部１１は、充電ステーション４０の給電部４１から非接触で電力供給される非接触式の受電装置である。ＡＵＶ１０が充電ステーション４０にドッキングすることにより、受電部１１は、給電部４１からの電力が非接触で供給されるよう当該給電部４１に対向する位置に配置される。

また、潜水機本体１２には、当該潜水機本体１２を水中で移動させる推力を発生させる推力発生装置が設けられている。推力発生装置は、潜水機本体１２を前方へ移動させるための２つの主推進器１３と、潜水機本体１２を上下方向に移動させるための４つの垂直スラスタ１４と、潜水機本体１２を左右方向に移動させるための２つの水平スラスタ１５を含む。

また、潜水機本体１２の内部には、これら主推進器１３、垂直スラスタ１４、水平スラスタ１５をそれぞれ制御する制御装置１６が設けられている。制御装置１６は、各種プログラムを記憶する記憶部と、当該記憶部に記憶されたプログラムを実行する演算部とを有する。ＡＵＶ１０は、制御装置１６において記憶部に記憶された所定のプログラムを演算部が実行することにより、水中を自律航走したり、充電ステーション４０に対してドッキングしたりする。

潜水機本体１２の上部には、音響測位装置２１が設けられている。音響測位装置２１は、後述する充電ステーション４０のトランスポンダ４４とともに、ＡＵＶ１０から充電ステーション４０までの距離やＡＵＶ１０に対する充電ステーション４０の方向を特定するための音響測位システムを構成している。この音響測位システムは、例えば、音響測位装置２１がトランスポンダ４４との間の音波の往復時間からトランスポンダ４４までの距離を計算し、音響測位装置２１の有する受波アレイ内の各素子への到達音波の位相差をもとにトランスポンダ４４の方位を計算するＵＳＢＬ（Ultra Short Base Line）方式、あるいはＳＳＢＬ（Super Short Base Line）方式の測位システムである。ただし、音響測位システムは、上述の方式でなくてもよく、例えばＳＢＬ（Short Base Line）方式などでもよい。

また、潜水機本体１２の後方側下部には、下方へ光信号を送信する潜水機側光送信器２２（本発明の「光放出器」に対応）が設けられている。また、潜水機本体１２の前方側下部には、ＡＵＶ１０の前方および下方からの光信号を受信する潜水機側光受信器２３が設けられている。

本実施形態では、潜水機側光受信器２３は、充電ステーション４０（より詳細には、後述のステーション側光送信器４５）から放出された光の到来方向を検出する方向検出装置としても機能する。具体的には、潜水機側光受信器２３は、受光部として、互いに独立する複数の受光素子を有する受光アレイ（図示せず）を備える。潜水機側光受信器２３は、この受光アレイの各受光素子の受光強度を比較することによって、充電ステーション４０から放出される光の到来方向を検出する。後述するように、制御装置１６は、潜水機側光受信器２３にて取得した到来方向を、ＡＵＶ１０を充電ステーション４０にアプローチするために利用する。

潜水機本体１２の前端部には、保持装置３１が設けられている。保持装置３１は、ＡＵＶ１０が充電ステーション４０にドッキングする際に、後述する充電ステーション４０のポール４３に当接し、保持する。また、図３に示すように、潜水機本体１２の下部には、下方へ延びる被係止ピン３５（本発明の「被係止部」に対応）が設けられている。被係止ピン３５は、後述する充電ステーション４０の係止装置５１により係止される。保持装置３１によるポール４３の保持や、係止装置５１による被係止ピン３５の係止について、詳細は後述する。

（充電ステーションの構成）
次に、充電ステーション４０の構成について説明する。図５は、充電ステーション４０の側面図であり、図６は、充電ステーション４０の平面図であり、図７は、充電ステーション４０の正面図である。なお、本明細書において、説明の便宜上、図２に示したＡＵＶ１０が充電ステーション４０にドッキングした状態におけるＡＵＶ１０の前方、後方、左方、右方、上方、および下方を、それぞれ充電ステーション４０の前方、後方、左方、右方、上方、および下方と定義する。

充電ステーション４０は、水中に位置する基台４２を有する。本実施形態では、充電ステーション４０は、水底設置型であり、基台４２は、水底に固定される。基台４２は、金属製の複数の骨部材や板部材などが連結されて構成される。

基台４２の上部には、上方に延びるポール４３が設けられている。ポール４３は、ＡＵＶ１０が充電ステーション４０に対してドッキングを行う際に、充電ステーション４０にアプローチしたＡＵＶ１０が最初に当接する箇所である。言い換えれば、ＡＵＶ１０が充電ステーション４０にドッキングを行う際に、ＡＵＶ１０は、保持装置３１がポール４３に当接するように充電ステーション４０に向かって進行する。

図８に、ＡＵＶ１０の保持装置３１が充電ステーション４０のポール４３を保持する様子を示す。保持装置３１は、ポール４３を相対的に回転可能に保持する。保持装置３１には、ポール４３を保持するための保持位置Ｐ１が予め定められている。なお、図８では、保持位置Ｐ１に導かれる途中のポール４３の断面、および保持位置Ｐ１に導かれたポール４３の断面をそれぞれ破線で示す。

保持装置３１は、ＡＵＶ１０の進行方向側から当接したポール４３を保持位置Ｐ１へと案内する一対のガイド部３２ａ，３２ｂと、保持位置Ｐ１に案内されたポール４３を相対的に回転可能に保持する一対の保持爪３３ａ，３３ｂ（本発明の「保持部」に対応）を有する。

一対のガイド部３２ａ，３２ｂは、潜水機本体１２から進行方向側（すなわち後ろ側から前側）にいくにつれて間隔が徐々に広がっている。このため、一対のガイド部３２ａ，３２ｂの一方にポール４３が当接した状態でＡＵＶ１０が進行方向前方へと進むと、ポール４３は、当接したガイド部３２ａまたは３２ｂを押圧して潜水機本体１２の向きを変えながら、当接したガイド部３２ａまたは３２ｂに沿って保持位置Ｐ１へと移動する。

一対の保持爪３３ａ，３３ｂは、それぞれ一対のガイド部３２ａ，３２ｂに設けられている。一対の保持爪３３ａ，３３ｂは、保持位置Ｐ１に位置するポール４３をＡＵＶ１０の前側から押さえて、ポール４３が保持位置Ｐ１から逸脱するのを防止する。

一対の保持爪３３ａ，３３ｂは、それぞれ一対のガイド部３２ａ，３２ｂから潜水機本体１２の左右方向中央側に出没可能に構成される。具体的には、保持爪３３ａ，３３ｂは、それぞれ、ガイド部３２ａ，３２ｂから出た出位置と、ガイド部３２ａ，３２ｂ内に退避した没位置との間で移動する。保持爪３３ａ，３３ｂは、それらが出位置にあるとき、ポール４３を保持位置Ｐ１に保持する。また、保持爪３３ａ，３３ｂは、それらが没位置にあるとき、ポール４３を保持位置Ｐ１に保持した状態を解除する。

本実施形態では、保持爪３３ａ，３３ｂが出位置側に付勢されており、保持爪３３ａ，３３ｂが保持位置Ｐ１に向かう途中のポール４３に押圧されることにより没位置側へと移動し、ポール４３が保持位置Ｐ１に到達したときに出位置へと戻るように構成されている。また、保持装置３１は、制御装置１６から送られる制御信号により、保持爪３３ａ，３３ｂを出位置から没位置に移動させる図略のアクチュエータを備える。制御装置１６は、ＡＵＶ１０が充電ステーション４０から離脱する際に、当該アクチュエータを駆動して、保持爪３３ａ，３３ｂを出位置から没位置に移動させる。

保持装置３１がポール４３を相対的に回転可能に保持するため、ポール４３を保持装置３１が保持した状態で水平スラスタ１５を駆動させると、潜水機本体１２は、ポール４３を中心に回転する。

図５〜図７に戻って、ポール４３の上端部には、トランスポンダ４４が設けられている。トランスポンダ４４は、上述の音響測位装置２１から送られる音波を受信するとともに、音響測位装置２１に音波を送り返す。トランスポンダ４４は、上述の音響測位装置２１とともに、充電ステーション４０に対するＡＵＶ１０の位置を測位するための音響測位システムを構成する。

また、上述の給電部４１は、基台４２におけるポール４３より水平方向に離間した位置に設けられている。具体的には、給電部４１は、基台４２の上部であって、ポール４３より後方に離間した位置に設けられている。ＡＵＶ１０の前後方向における保持位置Ｐ１から受電部１１までの距離と、充電ステーション４０の前後方向におけるポール４３から給電部４１までの距離とは概ね一致する。このため、ＡＵＶ１０が充電ステーション４０にドッキングした状態では、受電部１１および給電部４１は、上下方向に対向する。

また、基台４２には、ステーション側光送信器４５が設けられている。ステーション側光送信器４５は、基台４２の上部におけるポール４３の下端部の周りに配置されている。本実施形態では、ステーション側光送信器４５は、図５に矢印で示すように、ポール４３の下端部を中心に、当該下端部より上側の領域に光を放射状に放射する。このため、ＡＵＶ１０が充電ステーション４０に対して３６０度どの方向からアプローチしても、ステーション側光送信器４５からの光を潜水機側光受信器２３は受光することができる。

また、ＡＵＶ１０が充電ステーション４０にドッキングした状態では、潜水機側光受信器２３およびステーション側光送信器４５は、互いに対向するように配置される。このため、充電ステーション４０にＡＵＶ１０がドッキングした後も、ステーション側光送信器４５は、上述の潜水機側光受信器２３へと光信号を送ることが可能である。

なお、本実施形態では、ステーション側光送信器４５から放出する光は、上述したように、方向検出装置として機能する潜水機側光受信器２３により、ＡＵＶ１０を充電ステーション４０にアプローチするためにも利用される。

また、基台４２におけるポール４３より水平方向に離間した位置に、ステーション側光受信器４６（本発明の「受光器」に対応）が設けられている。具体的には、基台４２におけるステーション側光送信器４５が設けられた位置より下方の位置に設けられている。また、ＡＵＶ１０の前後方向における保持位置Ｐ１から潜水機側光送信器２２までの距離と、充電ステーション４０の前後方向におけるポール４３からステーション側光受信器４６までの距離とは概ね一致する。ＡＵＶ１０が充電ステーション４０にドッキングした状態では、ステーション側光受信器４６および潜水機側光送信器２２は、上下方向に対向し、ステーション側光受信器４６は、潜水機側光送信器２２から光信号を受信することが可能である。

本実施形態では、充電システム１におけるドッキングの際に充電ステーション４０に対するＡＵＶ１０の向きを合わせるために、ステーション側光受信器４６と潜水機側光送信器２２との通信状態を利用する。すなわち、ステーション側光受信器４６は、ポール４３を保持装置３１が保持したＡＵＶ１０がポール４３に対して所定の回転位置にきたときに、潜水機側光送信器２２から送られる光信号を受信可能になる。具体的には、図６に示すように、充電ステーション４０を平面視してポール４３を中心とした角度範囲α内に潜水機側光送信器２２が入ると、ステーション側光受信器４６は、潜水機側光送信器２２から放出される光を受光可能になる。

本実施形態では、上述の角度範囲αが、ステーション側光受信器４６における受光可能な光の方向を制限することにより調節されている。具体的には、ステーション側光受信器４６が有する受光部の周りには、筒状の遮光部４７が立設されている。遮光部４７は、所定の角度範囲外から到来する光がステーション側光受信器４６の受光部に入らないよう遮断する。なお、角度範囲αは、潜水機側光送信器２２から放出される光の角度範囲を制限することにより調節されてもよい。

また、基台４２には、ポール４３に対する潜水機本体１２の回転範囲を機械的に規制する回転規制部４８が設けられている。回転規制部４８は、基台４２におけるポール４３に対して給電部４１が配置された位置とは反対側、すなわち基台４２におけるポール４３に対して前側の位置で、上方に延びる。回転規制部４８の上端部４８ａは、上下方向におけるポール４３の上端部と下端部の間に位置する。このため、回転規制部４８は、潜水機本体１２がポール４３に沿って下降する途中から、一対のガイド部３２ａ，３２ｂの間に入ることにより（図２参照）、ポール４３に対する潜水機本体１２の回転範囲を機械的に規制する。

また、図７に示すように、回転規制部４８は、その上端部４８ａから下方にいくにつれ、充電ステーション４０の左右方向に間隔が徐々に広がる一対の広がり部４８ｂ，４８ｃを有する。すなわち、潜水機本体１２がポール４３に沿って下降する途中から、回転規制部４８が一対のガイド部３２ａ，３２ｂの間に入った後、回転規制部４８は、一対のガイド部３２ａ，３２ｂが離間する方向に広がる。このため、潜水機本体１２がポール４３に沿って下降するにつれて、徐々にポール４３に対する潜水機本体１２の回転範囲が狭まる。

また、基台４２には、上述のＡＵＶ１０の被係止ピン３５を係止して、充電ステーション４０に対するＡＵＶ１０の向きを固定する係止装置５１が設けられている。係止装置５１は、基台４２におけるポール４３より水平方向に離間した位置に配置される。具体的には、図５および図６に示すように、係止装置５１は、基台４２の上部であって、ポール４３より後方に離間した位置に設けられている。また、ＡＵＶ１０の前後方向における保持位置Ｐ１から被係止ピン３５までの距離と、充電ステーション４０の前後方向におけるポール４３から係止装置５１（より詳細には、後述の嵌合穴５２）までの距離とは概ね一致する。係止装置５１による被係止ピン３５の係止は、ポール４３を保持装置３１が保持したＡＵＶ１０がポール４３に対して所定の回転位置にきた状態で下降することにより行われる。

図９は、係止装置５１による被係止ピン３５の係止を説明するための図である。係止装置５１は、嵌合穴５２、ガイド面５３、および一対の係止爪５４ａ，５４ｂ（本発明の「係止部」に対応）を有する。

嵌合穴５２は、被係止ピン３５が嵌合する穴であり、被係止ピン３５を係止するための係止位置Ｐ２である。嵌合穴５２は、上方に開口しており、ＡＵＶ１０が下降することにより上方から被係止ピン３５が嵌まり込む。

ガイド面５３は、ＡＵＶ１０が下降することにより上方から当接した被係止ピン３５を嵌合穴５２へと案内する。ガイド面５３は、上方にいくにつれて徐々に開口が広がる傾斜面である。被係止ピン３５の下端部がガイド面５３に当接した状態でＡＵＶ１０が下降すると、ガイド面５３は、当接した被係止ピン３５を押圧して潜水機本体１２の向きを変えながら、当該ガイド面５３に沿って係止位置Ｐ２に被係止ピン３５を案内する。このため、平面視して嵌合穴５２と被係止ピン３５とが多少ずれた状態でＡＵＶ１０が下降しても、被係止ピン３５はガイド面５３に当接することにより嵌合穴５２に確実に案内される。

一対の係止爪５４ａ，５４ｂは、嵌合穴５２に案内された被係止ピン３５を係止する。図９に示すように、被係止ピン３５には、一対の係止爪５４ａ，５４ｂが嵌り込む溝部３６が設けられている。この溝部３６に一対の係止爪５４ａ，５４ｂが嵌り込むことにより、被係止ピン３５は嵌合穴５２に嵌り込んだ状態でロックされる。

具体的には、一対の係止爪５４ａ，５４ｂは、嵌合穴５２の壁部に設けられており、当該壁部から出没可能に構成される。一対の係止爪５４ａ，５４ｂは、それぞれ、嵌合穴５２の壁部から出た出位置と、嵌合穴５２の壁部内に退避した没位置との間で移動する。一対の係止爪５４ａ，５４ｂは、それらが出位置に移動して被係止ピン３５の溝部３６に嵌り込むとき、被係止ピン３５を係止し、それらが没位置にあるとき、被係止ピン３５を係止した状態を解除する。

本実施形態では、係止爪５４ａ，５４ｂが出位置側に付勢されており、係止爪５４ａ，５４ｂが、嵌合穴５２に入り込む被係止ピン３５の下端部に押圧されることにより、没位置側へと移動し、被係止ピン３５の溝部３６と係止爪５４ａ，５４ｂの高さが一致したときに出位置へと戻るように構成されている。また、係止装置５１は、制御装置１６から送られる制御信号により、係止爪５４ａ，５４ｂを出位置から没位置に移動させる図略のアクチュエータを備える。制御装置１６は、ＡＵＶ１０が充電ステーション４０から離脱する際に、当該アクチュエータを駆動して、係止爪５４ａ，５４ｂを出位置から没位置に移動させる。

また、図６に示すように、基台４２の上部であって係止装置５１の左右方向両側には、それぞれ支持部５５が配置されている。支持部５５は、ＡＵＶ１０の下部に当接する面を有している。支持部５５は、係止装置５１に被係止ピン３５を係止されたＡＵＶ１０を、下方から支持する。

また、基台４２には、主制御部６１および給電制御部６２が設けられている。主制御部６１は、ステーション側光送信器４５とステーション側光受信器４６とを用いた、ＡＵＶ１０の潜水機側光送信器２２および潜水機側光受信器２３との通信を制御する。給電制御部６２は、給電部４１による受電部１１への給電と当該給電の停止を制御する。

（充電ステーションに対するＡＵＶのドッキング）
次に、充電システム１におけるＡＵＶ１０が充電ステーション４０にドッキングされるまでの流れを、図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して説明する。図１０Ａは、ＡＵＶ１０が充電ステーション４０にアプローチする様子を示す平面図である。図１０Ｂは、ポール４３を保持装置３１が保持した状態でＡＵＶ１０がポール４３を中心に回転する様子を示す側面図である。なお、図１０Ａでは、ステーション側光送信器４５から放出される光が届く範囲を二点鎖線で模式的に示し、図１０Ｂでは、潜水機側光送信器２２から放出される光の範囲を二点鎖線で模式的に示す。

まず、ＡＵＶ１０が充電ステーション４０から十分に離れた位置にある場合、ＡＵＶ１０は、音響測位システムにより充電ステーション４０にアプローチする。具体的には、ＡＵＶ１０は、充電ステーション４０のトランスポンダ４４から送られてくる音波に基づいて充電ステーション４０に対するＡＵＶ１０の相対位置を計測する。ＡＵＶ１０の制御装置１６は、得られたＡＵＶ１０の位置データに基づいて、主推進器１３、垂直スラスタ１４、水平スラスタ１５を制御することにより、ＡＵＶ１０は充電ステーション４０に向かって移動する。

図１０Ａに示すように、ＡＵＶ１０が充電ステーション４０に十分に近づいて、潜水機側光受信器２３がステーション側光送信器４５から放出された光を受光可能な範囲に入ると、制御装置１６は、音響測位によるアプローチから方向検出装置としての潜水機側光受信器２３を用いたアプローチに切り換える。

具体的には、潜水機側光受信器２３が、その受光アレイの各受光素子の受光強度を比較することによって、ステーション側光送信器４５から放出される光の到来方向を検出する。制御装置１６は、ＡＵＶ１０の保持装置３１が充電ステーション４０のポール４３に当接するように、得られた光の到来方向に基づいて、主推進器１３、垂直スラスタ１４、水平スラスタ１５を制御して、ＡＵＶ１０を充電ステーション４０に向かって移動させる。

こうして、保持装置３１の一対のガイド部３２ａ，３２ｂの一方にポール４３が当接すると、上述したように、ポール４３は、当接したガイド部３２ａまたは３２ｂに沿って保持位置Ｐ１へと案内される（図８参照）。その後、一対の保持爪３３ａ，３３ｂが、保持位置Ｐ１に案内されたポール４３を相対的に回転可能に保持する。

続いて、図１０Ｂに示すように、制御装置１６は、ポール４３を保持装置３１が保持したＡＵＶ１０が、ポール４３に対してステーション側光受信器４６が潜水機側光送信器２２から放出した光を受ける回転位置（角度範囲α（図６参照））にくるように、水平スラスタ１５を制御する。

具体的には、ＡＵＶ１０側では、水平スラスタ１５を駆動して潜水機側光送信器２２をポール４３に対して回転させる。一方、充電ステーション４０側では、主制御部６１は、潜水機側光送信器２２からの光信号のステーション側光受信器４６の受信状態を監視する。主制御部６１は、当該受信状態を示す信号を光信号としてステーション側光送信器４５から潜水機側光受信器２３へと送る。こうして、制御装置１６は、潜水機側光送信器２２がステーション側光受信器４６と受信可能となる位置にくるよう水平スラスタ１５を制御する。

ステーション側光受信器４６が、潜水機側光送信器２２からの光信号を受信可能となる位置にくると、制御装置１６は、垂直スラスタ１４を制御して、潜水機本体１２をポール４３に沿って下降させる。上述したように、潜水機本体１２がポール４３に沿って下降する途中から、回転規制部４８が一対のガイド部３２ａ，３２ｂの間に入ることにより、ポール４３に対する潜水機本体１２の回転範囲を機械的に規制する。このため、ポール４３に対する潜水機本体１２の回転位置決めの精度を更によくすることができる。

潜水機本体１２が下降して、被係止ピン３５が係止装置５１のガイド面５３に当接すると、上述したように、被係止ピン３５は、ガイド面５３に沿って嵌合穴５２へと案内される（図９参照）。その後、一対の係止爪５４ａ，５４ｂが、嵌合穴５２に案内された被係止ピン３５を係止する。こうして、充電ステーション４０に対するＡＵＶ１０のドッキングが完了する。充電ステーション４０にＡＵＶ１０がドッキングした状態では、給電部４１と受電部１１が上下方向に対向し、給電部４１から受電部１１への電力供給が可能となる。また、充電ステーション４０にＡＵＶ１０がドッキングした状態では、潜水機側光送信器２２とステーション側光受信器４６とが対向し、潜水機側光受信器２３とステーション側光送信器４５とが対向するため、ＡＵＶ１０と充電ステーション４０が互いに通信可能である。

以上説明したように、本実施形態に係るＡＵＶ１０の充電システム１では、ＡＵＶ１０が充電ステーション４０に対して多少ずれて進入しても、保持装置３１におけるガイド部３２ａまたは３２ｂが、潜水機本体１２の進行方向側から当接したポール４３を保持位置Ｐ１へと案内して、保持装置３１における保持爪３３ａ，３３ｂが、ポール４３を相対的に回転可能に保持する。このため、ＡＵＶ１０は、３６０度どの方向からでも充電ステーション４０にアプローチすることができる。

また、本実施形態では、制御装置１６が、ステーション側光受信器４６が潜水機側光送信器２２から放出した光を受けるか否かのシンプルな判定方法を用いて水平スラスタ１５を制御し、受電部１１と給電部４１との間の位置合わせを行うことができる。このため、ＡＵＶ１０を充電するための充電ステーション４０とＡＵＶ１１の位置合わせを容易に行うことができる。

また、本実施形態では、充電ステーション４０とＡＵＶ１０との間で相互に光通信を行うための光送信器および光受信器を利用して、受電部１１と給電部４１との間の位置合わせを行うことができる。

また、本実施形態では、潜水機側光受信器２３をステーション側光送信器４５から放射状に放出された光の到来方向を検出する方向検出装置として機能させ、制御装置１６は、方向検出装置により検出した到来方向に基づいて、ＡＵＶ１０が進行してガイド部３２ａまたは３２ｂがポール４３に当接するように、水平スラスタ１５を制御する。このため、ステーション側光送信器４５から放射される光に向かうようＡＵＶ１０を進行させることで、ＡＵＶ１０を精度良くポールにアプローチさせることができる。

また、本実施形態では、係止装置５１が、潜水機本体１２に設けられた被係止ピン３５を係止することにより、潜水機本体１２の位置を、ステーション側光受信器４６が潜水機側光送信器２２から放出した光を受ける回転位置に固定することができる。このため、潮流などの影響で水の流れを受けても、水平スラスタ１５を駆動させることなく、潜水機本体１２を目的の回転位置に留めることができる。

また、本実施形態では、係止装置５１は、上方にいくにつれて徐々に開口が広がるとともに、ＡＵＶ１０が下降することにより上方から当接した被係止ピン３５を係止位置Ｐ２へと案内するガイド面５３、および係止位置Ｐ２に案内された被係止ピン３５を係止する係止爪５４ａ，５４ｂを有する。このため、係止位置Ｐ２に対して被係止ピン３５が多少ずれた状態でＡＵＶ１０が下降しても、潜水機本体１２がポール４３に対する回転位置が多少ずれた状態で下降しても、ガイド面５３がずれを吸収して被係止ピン３５を係止位置Ｐ２に案内するため、ＡＵＶ１０の被係止ピン３５を係止位置Ｐ２に精度良く導くことができる。

また、本実施形態では、充電ステーション４０が回転規制部４８を有するため、潜水機本体１２が下降途中に潮流などの水の流れを受けても、回転規制部４８によりポール４３に対する潜水機本体１２の回転範囲が機械的に規制される。これにより、潜水機本体１２の下降中に目的の回転位置に潜水機本体１２を留めるための水平スラスタ１５の負荷を低減することができる。

また、本実施形態では、回転規制部４８が、上端部４８ａから下方にいくにつれ、一対のガイド部３２ａ，３２ｂが離間する方向に広がるため、潜水機本体１２がポール４３に沿って下降するにつれて、徐々にポール４３に対する潜水機本体１２の回転可能な範囲を狭めることができる。これにより、ＡＵＶ１０の被係止ピン３５を係止位置Ｐ２に精度良く導くことができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る充電システム１Ａについて、図１１〜図１５を参照して説明する。なお、本実施形態において、第１実施形態と同様の構成について、詳細な説明を省略する。また、充電システム１ＡにおけるＡＵＶ１１０および充電ステーション１４０の方向の定義も、第１実施形態と同様とする。

図１１は、第２実施形態に係る充電システム１Ａの概略構成図である。図１２は、充電システム１Ａにおいて充電ステーション１４０にＡＵＶ１１０がドッキングした状態を示す図である。図１３は、ＡＵＶ１１０がポール１４３を保持した状態でポール１４３を中心に回転する様子を示す側面図である。図１３に示すように、本実施形態の充電システム１Ａでは、充電ステーション１４０は、基台１４２が水底に固定されておらず、水上に浮かんだ水上浮体１７０から吊下げ支持されている。充電ステーション１４０の吊下げについて、詳細は後述する。

また、本実施形態では、第１実施形態と異なり、ポール１４３は、基台１４２から下方へ延びている。すなわち、図２および図３に示すように、本実施形態では、第１実施形態と異なり、ＡＵＶ１１０は充電ステーション１４０の下方に配置された状態で充電ステーション１４０にドッキングする。より詳しくは、ＡＵＶ１１０は、保持装置１３１によりポール１４３を保持した後に、ポール１４３に沿って上昇することにより充電ステーション１４０に対してドッキングする。

従って、本実施形態では、潜水機本体１１２の上部に、受電部１１１が設けられている。また、基台１４２の下部であって、ポール１４３より水平方向に（後方に）離間した位置に、給電部１４１が設けられている。ＡＵＶ１１０が充電ステーション１４０にドッキングした状態では、受電部１１１および給電部１４１は、上下方向に対向する。

また、潜水機本体１１２の後方側上部に、上方へ光信号を送信する潜水機側光送信器１２２（本発明の「光放出器」に対応）が設けられており、基台１４２の下部におけるポール１４３より水平方向に離間した位置に、受光部が下方を向いたステーション側光受信器１４６（本発明の「受光器」に対応）が設けられている。ＡＵＶ１１０が充電ステーション１４０にドッキングした状態では、ステーション側光受信器１４６および潜水機側光送信器１２２は、上下方向に対向し、ステーション側光受信器１４６は、潜水機側光送信器１２２から光信号を受信することが可能である。

また、潜水機本体１１２の上部には、上方へ延びる一対の被係止ピン１３５ａ，１３５ｂ（本発明の「被係止部」に対応）が設けられている。一対の被係止ピン１３５ａ，１３５ｂは、潜水機本体１１２の上部において、前後方向に間隔をあけて並んでいる。また、基台１４２には、一対の被係止ピン１３５ａ，１３５ｂをそれぞれ係止する一対の係止装置１５１ａ，１５１ｂが設けられている。各被係止ピン１３５ａ，１３５ｂは、第１実施形態の被係止ピン３５と同様の構成であり、また、各係止装置１５１ａ，１５１ｂは、第１実施形態の係止装置５１と同様の構成であるため、詳細な説明を省略する。

さらに、ＡＵＶ１１０は、主推進器１１３および水平スラスタ１１５などを含む推力発生装置、制御装置１１６、音響測位装置１２１、潜水機側光送信器１２２、潜水機側光受信器１２３、保持装置１３１を有している。潜水機側光受信器２３は、潜水機本体１１２の前方側下部に設けられている。また、充電ステーション１４０は、トランスポンダ１４４、ステーション側光送信器１４５、ステーション側光受信器１４６、主制御部１６１、給電制御部１６２を有している。ステーション側光送信器１４５は、ポール１４３の下端部に設けられている。これらの構成は、第１実施形態と同様であるため、これらの説明を省略する。

また、基台１４２には、第１実施形態の回転規制部４８とは異なる構成の回転規制部１４８が設けられている。回転規制部１４８は、ポール１４３に対する潜水機本体１１２の回転範囲を機械的に規制する。回転規制部１４８は、基台１４２におけるポール１４３に対して給電部１４１が配置された位置と同じ側、すなわち基台１４２におけるポール１４３に対して後側の位置に配置される。回転規制部１４８は、基台１４２から下方に突出する一対の突出部１４８ａ，１４８ｂを有する。

図１４は、ＡＵＶ１１０がポール１４３に沿って上昇するときの回転規制部１４８の作用を説明するための模式図である。図１４では、充電ステーション１４０を正面視したときの回転規制部１４８と、ポール１４３を保持装置１３１で保持した状態の潜水機本体１１２が模式的に示される。また、図１４では、ポール１４３が破線で示される。図１４に示すように、一対の突出部１４８ａ，１４８ｂは、左右方向に間隔をあけて並んでいる。このため、潜水機本体１１２は、ポール１４３に沿って上昇する途中から、一対の突出部１４８ａ，１４８ｂの間に入り込むことにより、ポール１４３に対する潜水機本体１１２の回転範囲が規制される。

また、図１４に示すように、一対の突出部１４８ａ，１４８ｂの下部は、基台１４２から下方にいくにつれ、充電ステーション１４０の左右方向に互いの間隔が徐々に広がる。一対の突出部１４８ａ，１４８ｂは、上方にいくにつれ、充電ステーション１４０の左右方向に互いの間隔が徐々に狭まる。本実施形態では、充電ステーション１４０を正面視したときの一対の突出部１４８ａ，１４８ｂの下面は、ＡＵＶ１１０を正面視したときの潜水機本体１１２の輪郭に沿った形状を呈している。このように、回転規制部１４８は、給電部１４１と受電部１１１とが互いに近づくにつれて、ポール１４３に対する潜水機本体１１２の回転範囲を徐々に狭めるように構成されているため、ＡＵＶ１１０の被係止ピン１３５ａ，１３５ｂを係止装置１５１ａ，１５１ｂの各係止位置に精度良く導くことができる。

また、本実施形態では、充電ステーション１４０の基台１４２には、水平翼１６３が設けられている。水平翼１６３は、水の流れを受けた充電ステーション１１０の垂直方向の姿勢を規定する役割を果たす。また、潜水機本体１１２には、複数の水平翼２４と１つの垂直翼２５が設けられている。水平翼２４は、水の流れを受けた潜水機本体１１２の垂直方向の姿勢を規定する役割を果たす。垂直翼２５は、水の流れを受けた潜水機本体１１２の水平方向の姿勢を規定する役割を果たす。

上述したように、本実施形態の充電システム１Ａでは、充電ステーション１４０は、水上に浮かんだ水上浮体１７０から吊下げ支持されている。充電ステーション１４０は、水上浮体１７０から延びる索１７２で水中に吊り下げられている。本実施形態において、水上浮体１７０は、水上を航走する船である。索１７２は、特に限定されないが、本実施形態では、水上浮体１７０から充電ステーション１４０に電気を送るための送電用の、および／または、水上浮体１７０と通信するための通信用のケーブルを含む。

図１１に示すように、索１７における充電ステーション１４０側近傍部分または端部と、基台１４２の上部の複数点（本例では、４点）とが、連結部材１７３によって連結されている。なお、本実施形態では、連結部材１７３は、充電ステーション１４０の上方で前後方向に延びる棒状体１７３ａ、棒状体１７３ａの前端から基台１４２の前側上部の２点に向かって延びる２つの紐状体１７３ｂ、および、棒状体１７３ａの後端から基台１４２の後側上部の２点に向かって延びる２つの紐状体１７３ｃを含む。ただし、ここで示す索１７２と基台１４２との連結は、一例であり、例えば、索１７２が基台１４２に直接連結されてもよい。また、図では、索１７２から主制御部１６１や給電制御部１６２などにつながる電線などは省略している。

また、水上浮体１７０は、索１７２を引いて（例えば、巻き上げて）、ドッキングされたＡＵＶ１１０と一体的に充電ステーション１４０を空中に吊り上げる揚荷設備１７１を有する。図１５は、ＡＵＶ１１０がドッキングした充電ステーション１４０を空中に吊り上げた状態を示す側面図である。揚荷設備１７１は、例えばクレーンである。本実施形態では、互いにドッキングしたＡＵＶ１１０および充電ステーション１４０を揚荷設備１７１で空中に吊り上げたときに、ドッキングしたＡＵＶ１１０および充電ステーション１４０の重心位置が、揚荷設備１７１から下方に延びる索１７２の延長線上に概ね位置するように、連結部材１７３による索１７２と基台１４２との連結箇所が調整されている。このため、図１５に示すように、互いにドッキングしたＡＵＶ１１０および充電ステーション１４０を揚荷設備１７１で空中に吊り上げたときにも、ＡＵＶ１１０および充電ステーション１４０は、水中に位置するときと概ね同じ姿勢（ポール１４３が概ね鉛直な方向に延びた状態の姿勢）を維持する。

（ＡＵＶの投入および揚収）
次に、本実施形態における充電システム１Ａを用いたＡＵＶ１１０の投入および揚収方法について説明する。

まず、水中にＡＵＶ１１０を投入する流れを説明する。ＡＵＶ１１０および充電ステーション１４０を乗せた水上浮体１７０を、ＡＵＶ１１０に作業させる水中の上方に停泊させる。その後、揚荷設備１７１を用いて、ＡＵＶ１１０がドッキングした状態の充電ステーション１４０を空中に吊り上げ、水中に投入する。充電ステーション１４０が水中を下降し、所定の位置まで沈むと、係止装置１５１ａ，１５１ｂによる被係止ピン１３５ａ，１３５ｂの係止を解除する。その後、ＡＵＶ１１０は、係止装置１５１ａ，１５１ｂと被係止ピン１３５ａ，１３５ｂとが互いに離れるように、例えば垂直スラスタを駆動してポール１４３に沿って移動する。その後、保持装置１３１によるポール１４３の保持を解除する。こうして、充電ステーション１４０とＡＵＶ１１０とのドッキングは解除され、ＡＵＶ１１０は、水中で所定の作業を開始する。

次に、水中のＡＵＶ１１０を水上浮体１７０に揚収する流れを説明する。

ＡＵＶ１１０が作業を行っている水底または水中の上方において、水上浮体１７０が水上に停泊している。水上浮体１７０から索１７２で充電ステーション１４０を水中に吊り下げている。

作業を終えたＡＵＶ１１０は、水中で充電ステーション１４０にアプローチして、充電ステーション１４０にドッキングする。ＡＵＶ１１０が水中で充電ステーション１４０にアプローチする方法は、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

また、ＡＵＶ１１０が水中で充電ステーション１４０にドッキングする方法は、第１実施形態では、ＡＵＶ１０が充電ステーション４０の上方から充電ステーション４０に対してドッキングするのに対し、本実施形態では、ＡＵＶ１１０が充電ステーション１４０の下方から充電ステーション１４０に対してドッキングする点で異なる（潜水機本体１１２がポール１４３に沿って移動する方向が逆である）が、それ以外は概ね同じである。

すなわち、ポール１４３を保持装置１３１が保持したＡＵＶ１１０が、ポール１４３に対してステーション側光受信器１４６が潜水機側光送信器１２２から放出した光を受ける回転位置にくるように、水平スラスタ１１５を制御する。その後、ステーション側光受信器１４６が潜水機側光送信器１２２から放出した光を受ける位置にくると、潜水機本体１１２をポール１４３に沿って上昇させ、その後、係止装置１５１ａ，１５１ｂにより、被係止ピン１３５ａ，１３５ｂを係止する。

ＡＵＶ１１０と充電ステーション１４０とのドッキングが完了すると、充電ステーション１４０は、ＡＵＶ１１０とのドッキングが完了したことを報知する報知信号を水上浮体１７０に送信する。この報知信号は、例えば索１７２が含む通信線を介して送られてもよいし、充電ステーション１４０が、水上浮体１７０との間で音響を用いた通信を行なうための音響通信装置を備える場合には音響通信により送られてもよい。なお、ドッキングが完了したことは、例えば一対の係止装置１５１ａ，１５１ｂの係止位置Ｐ１に、それぞれ、一対の被係止ピン１３５ａ，１３５ｂを検知するセンサを設けておくことで判定してよい。

水上浮体１７０が報知信号を受信した後、水上浮体１７０の乗員は、揚荷設備１７１を操作して、ＡＵＶ１１０がドッキングした状態の充電ステーション１４０を引き揚げて、空中に吊り上げる。充電ステーション１４０を引き揚げる工程において、ＡＵＶ１１０がドッキングした状態の充電ステーション１４０を、ドッキングしたときの水中での姿勢を維持しつつ空中に吊り上げる。

なお、この揚収方法は、ＡＵＶを容易に水上浮体に揚収できるという点で、充電ステーション以外のステーション、すなわち給電部を有さないステーションにも有効である。

本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、ポール１４３は基台１４２から下方に延びており、索１７２は基台１４２側からポール１４３とは反対方向に水上へ延びている。このため、索１７２と基台１４２とを、ポール１４３にアプローチするＡＵＶ１１０の邪魔にならないように容易に連結できる。

さらに、本実施形態では、水上浮体１７０は、索１７２を巻き上げて、ドッキングされたＡＵＶ１１０と一体的に充電ステーション１４０を空中に吊り上げる揚荷設備１７１を有しているため、ＡＵＶ１１０を充電ステーション１４０にドッキングした状態で水中から水上浮体に揚収したり、水上浮体から水中に投入したりすることができる。

また、ポール１４３が基台１４２から下方に延びていることから、ＡＵＶ１１０は充電ステーション１４０の下方に配置された状態で充電ステーション１４０にドッキングするため、基台１４２と索１７２との連結箇所の設計自由度が上がる。このため、例えば、充電ステーション１４０がＡＵＶ１１０にドッキングされた状態で空中に吊り上げられたときに充電ステーション１４０の各部位に不要な応力がかからないような基台１４２と索１７２との連結を容易に行うことができる。

（変形例１）
図１６は、変形例１に係る充電ステーション１４０Ａの側面図である。この変形例１に係る充電ステーション１４０Ａは、第２実施形態の充電ステーション１４０の構成に加え、水中での姿勢および水中での向きの少なくとも一方を維持するための推力発生装置を備えている。

この変形例１では、充電ステーション１４０Ａが備える推力発生装置は、充電ステーション１４０の左右方向に推力を発生させる２つの水平スラスタ１８１，１８２である。２つの水平スラスタ１８１，１８２は、基台１４２の上部に設けられている。２つの水平スラスタ１８１，１８２は、充電ステーション１４０Ａの左右方向に推力を発生させるように配置される。２つの水平スラスタ１８１，１８２は、充電ステーション１４０Ａの前後方向に間隔をあけて並んでいる。より詳しくは、２つの水平スラスタ１８１，１８２は、索１７２の延びる延長線を前後方向に挟むように並んでいる。２つの水平スラスタ１８１，１８２は、互いに充電ステーション１４０Ａの左右方向に推力を発生させるように配置される。２つの水平スラスタ１８１，１８２は、主制御部１６１により制御される。

例えば、水上浮体１７０から水中に投入されてから水中を下降する途中などに、充電ステーション１４０Ａが水中で旋回すると、索１７２にはよじれが生じる。２つの水平スラスタ１８１，１８２は、例えば索１７２に生じたよじれを解消するために駆動される。

具体的には、この変形例１では、基台１４２に、充電ステーション１４０Ａを通過する鉛直軸を中心に基台１４２が旋回した方向および旋回した角度変位量を計測する計測装置１８３が設けられている。計測装置１８３は、例えばジャイロセンサを含む。例えば、計測装置１８３は、水上浮体１７０から充電ステーション１４０Ａを水中に投入してから計測を開始する。主制御部１６１は、２つの水平スラスタ１８１，１８２に互いに逆向きの推力を発生させることによって、索１７２のよじれを解消する方向に基台１４２を旋回させる。具体的には、主制御部１６１は、計測装置１８３により計測された角度変位量が減少するように、２つの水平スラスタ１８１，１８２を駆動して、計測装置１８３により計測された方向とは逆向きに基台１４２を旋回させる。

また、例えば、ポール１４３を保持装置１３１が保持した状態でＡＵＶ１１０がポール１４３を中心に回転する際に、ポール１４３と保持装置１３１との摩擦により、充電ステーション１４０ＡがＡＵＶ１１０と一体的に回転する可能性がある。２つの水平スラスタ１８１，１８２は、充電ステーション１４０ＡがＡＵＶ１１０と一体的に回転するのを防ぐために駆動されてもよい。

具体的には、主制御部１６１は、保持装置１３１によりポール１４３を保持したＡＵＶ１１０が回転する間、充電ステーション１４０Ａの向きを一定に維持するように、２つの水平スラスタ１８１，１８２を駆動してもよい。例えば、充電ステーション１４０Ａは、充電ステーション１４０Ａの向く方位を検出する方位検出装置を備えてもよい。方位検出装置には、例えば上述の計測装置１８３が用いられてもよい。主制御部１６１は、保持装置１３１によりポール１４３を保持したＡＵＶ１１０が回転する間、方位検出装置により検出される方位が一定に維持されるように、２つの水平スラスタ１８１，１８２を駆動してもよい。

なお、この変形例１において、充電ステーション１４０Ａが備える推力発生装置の数や配置は、上述した構成に限定されない。例えば、２つの水平スラスタ１８１，１８２は、基台１４２の前部および後部にそれぞれ設けれてもよいし、基台１４２の左右方向両側に設けられてもよい。また、例えば、充電ステーション１４０Ａは、推力発生装置として、１つまたは３つ以上の水平スラスタを備えてもよい。また、充電ステーション１４０Ａは、推力発生装置として、充電ステーション１４０Ａの左右方向に推力を発生させる１つまたは複数の水平スラスタに加えてまたは代わりに、充電ステーション１４０Ａの前後方向あるいは上下方向に推力を発生させる１つまたは複数のスラスタを備えてもよい。例えば、２つの水平スラスタ１８１，１８２は、充電ステーション１４０Ａの左右方向に間隔をあけて、充電ステーション１４０Ａの前後方向に推力を発生させるように配置されてもよい。

また、上記の変形例１のように、充電ステーションに水中での姿勢を維持するための推力発生装置を設ける構成は、水上浮体から吊り下げた充電ステーションに、ＡＵＶを水中でドッキングさせるシステムであれば、いかなるドッキングシステムにとって有効である。例えば、本発明の充電システムは、受光器が光放出器から放出した光で受電部と給電部との間の位置合わせを行うものであるが、この構成以外のシステムに対しても有効である。

（変形例２）
図１７は、変形例２に係る充電ステーション２００の側面図である。この変形例２に係る充電ステーション２００は、第１実施形態と異なる構成の水底設置型の充電ステーションである。

具体的には、充電ステーション２００は、水底との間にスペースをあけて配置された上部構造体２０１と、上下方向に延びて当該上部構造体２０１を下方から支持する複数の柱部２０２とを有する。複数の柱部２０２は、水底に固定された下部構造体２０３により連結されている。上部構造体２０１、下部構造体２０３および複数の柱部２０２に囲まれた空間は、ＡＵＶ１１０が複数の柱部２０２の間を通過して入り込む空間となっており、この空間の中央には、ポール１４３が上部構造体２０１から下方に延びている。上部構造体２０１の下部であって、ポール１４３より水平方向に（後方に）離間した位置に、給電部１４１が設けられている。すなわち、上部構造体２０１が本発明の「基台」に対応しており、充電ステーション２００は、上部構造体２０１が水上浮体により吊下げ支持されていないこと以外は、第２実施形態の充電ステーション１４０と同様の構成を備えている。この変形例２では、上部構造体２０１から下方にポール１４３が延びているため、例えば充電ステーション２００が比較的浅い海底などに設置された場合でも、底引き網などによってポール１４３が引っ掛かることを回避できる。

（その他の実施形態）
上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、上記実施形態で示された充電ステーション４０，１４０，１４０Ａ，２００およびＡＵＶ１０，１１０の形状や、それらに設けられた構成要素の形状、配置等は、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

また、上記第１実施形態では、充電ステーション４０は水底設置型だったが、充電ステーション４０は、水底に設置されなくてもよい。例えば、充電ステーション４０は、水上浮体から垂らした索とポール４３の上端部とを連結することにより、水上浮体に吊下げ支持されてもよい。また、第２実施形態では、充電ステーション１４０は、水上を航走する水上浮体から吊下げ支持されていたが、充電ステーション１４０を吊下げ支持する水上浮体は、ブイなどの浮体物であってもよいし、水上または水中の構造物であってもよい。例えば、本発明の充電ステーションは、水中の構造物に対して固定されてもよい。

また、上記実施形態では、ＡＵＶ１０が、潜水機本体１２を移動させる推力発生装置として、主推進器１３、垂直スラスタ１４、および水平スラスタ１５を含む構成であったが、例えばＡＵＶ１０は、これらの一部または全部の代わりに、推力発生装置として、推力を発生させる方向を変更可能な首振り式のスラスタを有していてもよい。

また、上記実施形態では、給電部４１，１４１と受電部１１，１１１とが接触せずに給電を行う非接触給電方式を採用したが、これに限られず、給電部４１，１４１と受電部１１，１１１とが接触して給電を行う接触式給電方式を採用してもよい。また、保持装置３１，１３１がポール４３，１４３を保持した後に、ＡＵＶ１０，１１０がポール４３，１４３に対する所定の回転位置にきたときに、給電部４１，１４１と受電部１１，１１１とが十分に近い場合には、ＡＵＶ１０，１１０をポール４３，１４３に沿って移動させることなく給電部４１，１４１から受電部１１，１１１への電力供給を行なってもよい。

また、ステーション側光受信器４６，１４６が潜水機側光送信器２２，１２２から放出した光を受けるか否かにより、受電部１１，１１１と給電部４１，１４１との間の位置合わせを行ったが、潜水機側光送信器２２，１２２は、信号を送信しない単なる光放出器であってもよいし、ステーション側光受信器４６，１４６は、信号を受信しない単なる受光器であってもよい。この場合でも、ＡＵＶ側の光放出器から放出した光を充電ステーション側の受光器が受けるか否かにより、受電部１１，１１１と給電部４１，１４１との間の位置合わせを行うことができる。

また、ステーション側光受信器４６，１４６の位置に、光受信器の代わりに、光送信器または光放出器を設け、潜水機側光送信器２２，１２２の位置に、光送信器の代わりに、光受信器または受光器を設けてもよい。

また、充電ステーション４０，１４０からの光の到来方向を検出する方向検出装置は、潜水機側光受信器２３，１２３でなくてもよい。例えば、ＡＵＶは、撮像装置を有してもよく、制御装置１６，１１６が、この撮像装置が撮像した画像から光源位置（ステーション側光送信器４５，１４５）を特定することにより、充電ステーション４０，１４０からの光の到来方向を検出してもよい。

また、ポール４３，１４３に対するＡＵＶ１０，１１０の回転位置合わせを、ステーション側光受信器４６，１４６と潜水機側光送信器２２，１２２による位置合わせのみで十分に精度良く行うことができる場合、回転規制部４８，１４８および係止装置５１，１５１のガイド面５３の一方または双方は、基台４２，１４２になくてもよい。

また、上記実施形態では、充電ステーションが係止装置を有し、ＡＵＶが係止装置により係止される被係止部を有していたが、ＡＵＶが係止装置を有し、充電ステーションが係止装置により係止される被係止部を有してもよい。また、上記実施形態では、被係止部は、潜水機本体１２から延びる被係止ピンであり、係止装置は、被係止ピンが嵌合する穴を備えていたが、被係止部および係止装置の構成はこれに限定されない。例えば、被係止部は潜水機本体の左右の側部にそれぞれ形成された穴であり、充電ステーションには、これらの穴に係合可能なフックを備える係止装置を有してもよい。

１，１Ａ ：充電システム
１０，１１０ ：ＡＵＶ
１１，１１１ ：受電部
１２，１１２ ：潜水機本体
１４ ：垂直スラスタ
１５，１１５ ：水平スラスタ
１６，１１６ ：制御装置
２２，１２２ ：潜水機側光送信器（光放出器）
２３，１２３ ：潜水機側光受信器
３１，１３１ ：保持装置
３２ａ，３２ｂ ：ガイド部
３３ａ，３３ｂ ：保持爪
３５，１３５ａ，１３５ｂ ：被係止ピン（被係止部）
４０，１４０，１４０Ａ，２００ ：充電ステーション
４１，１４１ ：給電部
４２，１４２ ：基台
４３，１４３ ：ポール
４５，１４５ ：ステーション側光送信器
４６，１４６ ：ステーション側光受信器（受光器）
４８，１４８ ：回転規制部
５１，１５１ａ，１５１ｂ ：係止装置
５２ ：嵌合穴
５３ ：ガイド面
５４ａ，５４ｂ ：係止爪
６１，１６１ ：主制御部
６２，１６２ ：給電制御部
１７０ ：水上浮体
１７１ ：揚荷設備
１７２ ：索
１７３ ：連結部材
１８１，１８２ ：水平スラスタ
Ｐ１ ：保持位置
Ｐ２ ：係止位置

Claims (12)

1. 水中に位置する基台と、
   前記基台に設けられ、上下方向に延びるポールと、
   前記基台における前記ポールより水平方向に離間した位置に設けられた給電部と、を有する、充電ステーションと、
   潜水機本体と、
   前記潜水機本体に設けられた、前記給電部から給電される受電部と、
   前記潜水機本体から進行方向側にいくにつれて互いの間隔が広がるとともに、前記進行方向側から当接した前記ポールを保持位置へと案内する一対のガイド部、および前記保持位置に案内された前記ポールを相対的に回転可能に保持する保持部を有する保持装置と、
   前記ポールを前記保持装置が保持した前記潜水機本体を、前記ポールを中心に回転させる少なくとも水平方向に推力を発生させる推力発生装置と、
   前記推力発生装置を制御する制御装置と、を有する、自律型無人潜水機と、を備え、
   前記基台における前記ポールより水平方向に離間した位置に、光放出器および受光器の一方が設けられており、
   前記潜水機本体における前記保持位置より水平方向に離間した位置に、前記光放出器および前記受光器の他方が設けられており、
   前記制御装置は、前記ポールを前記保持装置が保持した前記潜水機本体が、前記ポールに対して前記受光器が前記光放出器から放出した光を受ける回転位置にくるように、前記推力発生装置を制御する、自律型無人潜水機用の充電システム。
2. 前記光放出器は、光信号として光を放出する潜水機側光送信器であり、
   前記受光器は、前記潜水機側光送信器からの光信号を受信するステーション側光受信器であり、
   前記充電ステーションは、光信号として光を放出するステーション側光送信器を有し、
   前記自律型無人潜水機は、前記ステーション側光送信器からの光信号を受信する潜水機側光受信器を有する、請求項１に記載の自律型無人潜水機用の充電システム。
3. 前記推力発生装置は、前記潜水機本体を進行方向および上下方向に移動させる推力を発生させ、
   前記ステーション側光送信器は、前記ポールを中心に放射状に光信号として光を放出するように設けられており、
   前記自律型無人潜水機は、前記ステーション側光送信器から放出された光の到来方向を検出する方向検出装置を有し、
   前記制御装置は、前記方向検出装置により検出した到来方向に基づいて、前記自律型無人潜水機が進行して前記ガイド部が前記ポールに当接するように、前記推力発生装置を制御する、請求項２に記載の自律型無人潜水機用の充電システム。
4. 水上に浮かんだ水上浮体を備え、
   前記充電ステーションは、前記水上浮体から延びる索で水中に吊り下げられており、
   前記ポールは、前記基台から下方に延びる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の自律型無人潜水機用の充電システム。
5. 前記自律型無人潜水機および前記充電ステーションの一方は、係止装置を有し、
   前記自律型無人潜水機および前記充電ステーションの他方は、前記係止装置により係止される被係止部を有し、
   前記自律型無人潜水機は、前記係止装置が前記被係止部を係止することにより、前記受電部が前記給電部から給電可能な位置に配置された状態で、前記充電ステーションに対しドッキングする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の自律型無人潜水機用の充電システム。
6. 前記推力発生装置は、前記ポールを前記保持装置が保持した前記潜水機本体を、前記ポールに沿って移動させる推力を発生させ、
   前記回転位置に位置する前記潜水機本体が、前記給電部と前記受電部とが互いに近づくように前記ポールに沿って移動することにより、前記被係止部は、前記係止装置により係止される係止位置に配置される、請求項５に記載の自律型無人潜水機用の充電システム。
7. 前記被係止部は、前記潜水機本体から上方または下方に延びる被係止ピンであり、
   前記充電ステーションは、前記係止装置を有し、
   前記係止装置は、前記給電部と前記受電部とが互いに近づくように前記潜水機本体が前記ポールに沿って移動することにより前記被係止ピンが当接し、当接した前記被係止ピンを前記係止位置へと案内するガイド面、および前記係止位置に案内された前記被係止ピンを係止する係止部を有する、請求項６に記載の自律型無人潜水機用の充電システム。
8. 前記充電ステーションは、前記潜水機本体が前記ポールに沿って移動する途中で前記潜水機本体または前記ガイド部に当接し、前記ポールに対する前記潜水機本体の回転範囲を機械的に規制する回転規制部を有する、請求項６または７に記載の自律型無人潜水機用の充電システム。
9. 水上に浮かんだ水上浮体を備え、
   前記充電ステーションは、前記水上浮体から延びる索で水中に吊り下げられており、
   前記ポールは、前記基台から下方に延び、
   前記水上浮体は、前記索を引いて、ドッキングされた前記自律型無人潜水機と一体的に前記充電ステーションを空中に吊り上げる揚荷設備を有する、請求項５〜８のいずれか１項に記載の自律型無人潜水機用の充電システム。
10. 前記充電ステーションは、水中での姿勢および水中での向きの少なくとも一方を維持するための推力発生装置を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の自律型無人潜水機用の充電システム。
11. 水上に浮かんだ水上浮体から、自律型無人潜水機とドッキング可能なステーションを水中に吊り下げる工程と、
    前記自律型無人潜水機が水中で前記ステーションにアプローチして、前記ステーションにドッキングする工程と、
    前記自律型無人潜水機がドッキングした状態の前記ステーションを引き揚げて、前記水上浮体に揚収する工程と、を含む、自律型無人潜水機の揚収方法。
12. 前記自律型無人潜水機が水中で前記ステーションにドッキングする工程において、前記自律型無人潜水機は、前記ステーションの下方から前記ステーションに対してドッキングし、
    前記自律型無人潜水機がドッキングした状態の前記ステーションを引き揚げる工程において、前記自律型無人潜水機がドッキングした状態の前記ステーションを、ドッキングしたときの水中での姿勢を維持しつつ空中に吊り上げる、請求項１１に記載の自律型無人潜水機の揚収方法。

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