WO2017061427A1 - 自律型無人潜水機の水中ドッキングシステム - Google Patents

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WO2017061427A1
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auv
underwater
autonomous unmanned
frame
frame body
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PCT/JP2016/079492
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裕志 阪上
峰彦 向田
紀幸 岡矢
崇志 岡田
史貴 立浪
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川崎重工業株式会社
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    • H02J2310/42—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for ships or vessels

Definitions

  • the present invention relates to an underwater docking system for an autonomous unmanned submersible.
  • Patent Document 1 discloses an underwater docking system for docking an AUV to an underwater station that can charge AUV underwater and exchange data with AUV.
  • a capture arm having a hook at the tip is provided on the AUV, and the hook of the capture arm of the traveling AUV is hooked on a capture member provided in the underwater station, so that the AUV is docked on the underwater station.
  • the capture member is formed in a V-shape that narrows from the AUV entry side toward the tip, and even if the entry angle of the AUV is slightly deviated, the caught capture arm is guided to the center of the V-shape. I have to.
  • an object of the present invention is to provide an AUV underwater docking system that can dock an AUV at an underwater station from any direction of 360 degrees.
  • an AUV underwater docking system includes a base fixed to the seabed and an underwater station having a circular frame parallel to a horizontal plane supported by the base, And AUV docked to the underwater station while traveling so as to pass over the frame, and the AUV includes at least one submersible body and at least one catching arm provided at a lower portion of the submersible body.
  • An end of which is connected to the main body of the diving unit so as to be pivotable in the front-rear direction, and a catching arm provided with an engaging hook for engaging with the frame body at the other end;
  • the submersible body is mounted on the frame body while the engagement hook is engaged with a rear side portion of the frame body in the traveling direction of the AUV, and the capture arm is rotated rearward.
  • the engagement hook of the capture arm engages with the frame body, and the locking mechanism engages with the frame body. Docks to an underwater station. Since the frame has a circular shape symmetric with respect to the central axis, the engagement hook of the capture arm is engaged with the rear side portion of the frame in the AUV traveling direction no matter what direction the AUV enters 360 degrees. The locking mechanism is locked to the front side portion of the frame body in the AUV traveling direction. For this reason, AUV can be docked to the underwater station from any direction of 360 degrees.
  • the locking mechanism may be configured to be able to release the state locked to the frame body by an electric signal. According to this configuration, after the AUV is docked to the underwater station, the AUV can be detached from the underwater station by releasing the state where the locking mechanism is locked to the frame body by the electric signal.
  • the underwater station has a light emitting unit that emits light provided on a central axis of the frame, and the AUV emits light emitted from the light emitting unit. You may have the photon detection apparatus to detect.
  • the AUV can detect the light emitted from the light projecting unit by the light detection device. Based on the detection result, the AUV sails so as to pass on the central axis of the frame, so that the underwater docking of the AUV to the underwater station can be performed reliably.
  • the light detection device has a function of imaging light emitted from the light projecting unit, and the AUV is imaged by the propulsion device and the light detection device. And a control device that controls the propulsion device based on the data.
  • the AUV can travel so as to pass on the central axis of the frame based on the data obtained by imaging the light emitted from the light projecting unit.
  • the underwater station is provided with a transponder that transmits an acoustic signal
  • the AUV is an acoustic that measures a position relative to the transponder based on the acoustic signal from the transponder.
  • a positioning device is provided, and when the distance from the underwater station to the AUV is larger than a predetermined distance, the control device controls the propulsion device based on the position data acquired by the acoustic positioning device; When the distance from the underwater station to the AUV is not more than a predetermined distance, the propulsion device may be controlled based on imaging data acquired by the light detection device.
  • the position of the AUV with respect to the underwater station can be measured based on the acoustic signal sent from the transponder by the acoustic positioning device, and the AUV can be guided to the underwater station from a position that is separated from the middle and long distance.
  • the control device switches from the control based on the position data by the acoustic positioning to the control based on the data obtained by imaging the light from the light projecting unit. And can be close with high precision.
  • a non-contact power feeding unit is provided at the center of the frame, and a non-contact power receiving unit that receives power from the non-contact power feeding unit is provided at a lower portion of the submersible body. It may be provided. According to this configuration, after the AUV is docked to the underwater station, power can be supplied from the non-contact power supply unit of the underwater station to the non-contact power reception unit of the AUV.
  • the at least one capture arm may be two capture arms that are spaced apart from each other in the left-right direction.
  • the width of the engagement hook in the left-right direction is increased or the engagement hook is engaged with the frame.
  • the resistance to water increases when the width of the engagement hook is increased, and the structure of the catch arm and the engagement hook becomes complicated if the engagement hook is provided with the lock mechanism.
  • acquisition arm can be reliably engaged with a frame with a simple structure, without increasing the resistance of water.
  • an AUV underwater docking system that can dock the AUV at an underwater station from any direction of 360 degrees.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an AUV underwater docking system according to an embodiment of the present invention. It is the schematic perspective view which looked at AUV of the underwater docking system of FIG. 1 from diagonally downward. It is a figure which shows the state which AUV docked to the underwater station by the underwater docking system of FIG. It is a figure which shows the flow of the docking of AUV to the underwater station by the underwater docking system of FIG.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an underwater docking system (hereinafter referred to as a “docking system”) 1 of an AUV 30 according to an embodiment
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of the AUV 30 as viewed obliquely from below
  • 3 is a diagram illustrating a state in which the AUV 30 is docked to the underwater station 10 by the docking system 1.
  • the docking system 1 includes an underwater station 10 installed underwater and an AUV 30 that docks to the underwater station 10.
  • the underwater station 10 is connected to the land facility via a cable (not shown), and is configured to be able to supply power from the land facility and transmit / receive data to / from the land facility.
  • the underwater station 10 includes a base 11 fixed to the seabed and a circular frame 12 parallel to a horizontal plane provided above the base 11.
  • parallel to the horizontal plane means that the frame 12 is in a horizontal plane, for example, when the underwater station 10 is installed on the sea bottom slightly inclined with respect to the horizontal plane in addition to the case of being completely parallel to the horizontal plane. Is substantially parallel.
  • the outer peripheral part 12a which is the outer peripheral side part of the frame 12 is formed so as to engage with an engaging hook 43 of the capture arms 40a and 40b of the AUV 30 described later.
  • the circular frame body 12 is formed in an annular shape in plan view and has a circular cross-sectional shape.
  • the frame body 12 may not be annular, and may be, for example, a disk shape formed so that the outer peripheral portion thereof engages with the engagement hook 43.
  • the cross-sectional shape of the annular frame 12 may not be circular, and may be, for example, a polygon.
  • the frame body 12 is supported by a plurality of support portions 13 provided on the base 11.
  • the support portion 13 has a substantially inverted L shape, and has a longitudinal portion 13a extending upward from the sea bottom side of the frame body 12 and an inner periphery that is an inner peripheral side portion of the frame body 12 from the upper end of the longitudinal portion 13a.
  • a short portion 13b extending to the portion 12b.
  • a non-contact power feeding unit 21 for feeding power to the AUV 30 is provided.
  • the non-contact power feeding unit 21 and the non-contact power receiving unit 35 to be described later include, for example, a flat housing and a coil formed in a circular shape therein.
  • the non-contact power feeding unit 21 is disposed on substantially the same plane as the frame 12 so as to face the non-contact power receiving unit 35 of the AUV 30 when the AUV 30 is docked to the underwater station 10 (see FIG. 3). Yes.
  • the non-contact power feeding unit 21 is supported by a support member extending from the frame body 12, but may be supported by a support member extending from the base 11 or the support unit 13.
  • an optical wireless communication device 22 for communicating with the AUV 30 is provided on the central axis of the circular frame 12.
  • the optical wireless communication device 22 includes a light projecting unit 23 that emits light to perform optical wireless communication with an optical wireless communication device 38 (see FIG. 2) on the AUV 30 side described later.
  • the light projecting unit 23 of the optical wireless communication device 22 also plays a role of emitting light as a marker indicating the traveling path of the AUV 30.
  • the optical wireless communication device 22 and the light projecting unit 23 are provided on the upper surface of the non-contact power feeding unit 21 and are disposed at the center position of the circular frame 12.
  • the base 11 of the underwater station 10 is provided with a transponder 24 that transmits an acoustic signal, as shown in FIG.
  • the transponder 24 constitutes an acoustic positioning system for positioning the position of the AUV 30 relative to the underwater station 10 together with an acoustic positioning device 36 described later.
  • the AUV 30 docks to the underwater station 10 while traveling so as to pass above the frame body 12.
  • the traveling direction when the AUV 30 travels is forward, the opposite direction of the traveling direction is backward, the left traveling direction is left, the right traveling direction is right, the upper traveling direction is upward, The lower side in the direction of travel is defined as the downward direction.
  • the AUV 30 includes a submersible body 31 incorporating a storage battery as a power source, and several propulsion devices 32 (only one is shown) such as a propeller that generates a propulsive force for sailing underwater. As shown in FIG. 2, the AUV 30 includes a control device 33 that controls the propulsion device 32 inside the submersible body 31, and autonomously travels according to the program of the control device 33.
  • the front side of the submersible body 31 is a streamlined type with less water resistance. Moreover, the upper part and the lower part of the submersible body 31 are formed in a planar shape parallel to each other. A vertical wing 34 that defines the horizontal orientation of the AUV 30 is provided on the upper rear side of the submersible body 31. As shown in FIG. 2, the above-described non-contact power receiving unit 35 that receives power from the non-contact power feeding unit 21 of the underwater station 10 is provided in the lower part of the submersible body 31. The non-contact power receiving unit 35 is disposed so as to face the non-contact power feeding unit 21 when the AUV 30 is docked to the underwater station 10 as shown in FIG.
  • two catching arms 40a and 40b for catching the frame body 12 are provided at the lower part of the submersible body 31.
  • the two catching arms 40 a and 40 b are provided at positions symmetrical to the left and right of the submersible body 31 so as to be separated from each other in the left and right direction of the submersible body 31.
  • the capture arms 40a and 40b have a rod-like portion 41 that extends downward linearly.
  • Each of the catch arms 40a and 40b is provided so as to be suspended from the submersible body 31 via the connecting portion 42. As shown in FIG.
  • each of the catching arms 40 a and 40 b is connected so as to be rotatable in the front-rear direction via a corresponding connecting part 42 fixed to the lower part of the submersible body 31.
  • an engagement hook 43 that engages with the frame body 12 is provided at the other end of each capture arm 40a, 40b.
  • the engagement hook 43 is open to the front side, extends downward from the lower end of the rod-like portion 41, and is curved to the front side as it goes to the tip.
  • the engagement hook 43 engages with the rear side portion 12 c of the frame body 12 in the traveling direction D.
  • a locking mechanism 47 that locks to the frame body 12 is provided in the lower part of the submersible body 31.
  • the engagement hook 43 engages with the rear side portion 12c of the frame body 12 in the traveling direction D, and the capture arm 40a. , 40b is configured to be engaged with the front portion 12d of the frame 12 in the cruising direction D when the submersible body 31 approaches the frame 12 while rotating backward.
  • the locking mechanism 47 has a locking claw 48 that locks to the frame body 12.
  • the locking claw 48 moves between a locking position where the locking claw 48 is locked to the frame body 12 and a release position where the state locked to the frame body 12 is released.
  • the locking mechanism 47 is configured to automatically lock the frame body 12 when the engagement hook 43 engages with the frame body 12 and the submersible body 31 approaches the frame body 12.
  • the configuration of the locking mechanism 47 may be any configuration.
  • the locking mechanism 47 has the locking claw 48 biased to the locking position side, and moves to the release position side when the locking claw 48 is pressed against the frame body 12 from below.
  • the body 12 may be configured to return to the locking position when the body 12 moves above the locking claw 48.
  • the locking mechanism 47 is configured to be able to release the state locked to the frame body 12 by an electrical signal when the AUV 30 is detached from the underwater station 10.
  • the locking mechanism 47 includes an actuator (not shown) that drives the locking claw 48, and an electric signal is sent from the control device 33 to the actuator, and the actuator causes the locking claw 48 to move. Move from the locking position to the release position.
  • An acoustic positioning device 36 is provided on the upper part of the submersible body 31.
  • the acoustic positioning device 36 constitutes an acoustic positioning system for measuring the position of the AUV 30 relative to the underwater station 10 together with the transponder 24 of the underwater station 10.
  • the distance to the transponder 24 is calculated from the time until the acoustic signal from the transponder 24 is received, and the position of the acoustic wave reaching each element in the receiving array of the acoustic positioning device 36 is calculated.
  • This is a SSBL (Super Short Base Base Base) positioning system that calculates the direction based on the phase difference.
  • SSBL Super Short Base Base Base
  • this positioning system is used when the distance from the underwater station 10 to the AUV 30 is larger than a predetermined distance (for example, 10 m).
  • the control device 33 controls the propulsion device 32 based on the position data obtained by the acoustic positioning device 36 and guides the AUV 30 to the underwater station 10.
  • a light detection device 37 that detects light emitted from the light projecting unit 23 of the underwater station 10 is provided.
  • the light detection device 37 is an imaging device having a function of imaging light emitted from the light projecting unit 23.
  • the light detection device 37 is used for positioning the AUV 30 when the AUV 30 is located within a predetermined distance (for example, 10 m) from the underwater station 10. More specifically, the light detection device 37 of the AUV 30 images the light emitted from the light projecting unit 23 and sends the image data to the control device 33.
  • the control device 33 acquires position data of the AUV 30 with respect to the underwater station 10 based on the imaging data.
  • the propulsion device 32 is controlled based on the position data.
  • the AUV 30 travels toward the underwater station 10 so that the rod-like portions 41 of the capture arms 40 a and 40 b abut against the frame body 12.
  • an optical wireless communication device 38 is provided at the bottom of the submersible body 31.
  • the optical wireless communication device 38 of the AUV 30 and the optical wireless communication device 22 of the underwater station 10 are arranged so that they can communicate with each other wirelessly when the AUV 30 is docked in the underwater station 10 as shown in FIG. ing.
  • the optical wireless communication device 38 of the AUV 30 is disposed on the lower surface of the non-contact power receiving unit 35 so as to be positioned on the central axis of the frame 12 when the AUV 30 is docked to the underwater station 10. Yes.
  • the optical wireless communication devices 22 and 38 allow the AUV 30 to send inspection data acquired by, for example, inspection performed by the AUV 30 to the underwater station 10.
  • the underwater station 10 can send an operation program of AUV30 to the AUV30, for example.
  • the AUV 30 uses the acoustic positioning system. Move towards station 10. More specifically, the AUV 30 measures the relative position of the AUV 30 with respect to the underwater station 10 based on an acoustic signal sent from the transponder 24 of the underwater station 10. Based on the obtained position data of the AUV 30, the control device 33 of the AUV 30 controls the propulsion device 32, and the AUV 30 is guided to the underwater station 10.
  • a predetermined distance for example, 10 m
  • the AUV 30 is as shown in FIG.
  • the propulsion device 32 is controlled based on the data acquired from the light detection device 37 so as to pass over the frame 12. More specifically, the light detection device 37 of the AUV 30 images light emitted from the light projecting unit 23 located on the central axis of the frame body 12 and sends the image data to the control device 33. Subsequently, the control device 33 of the AUV 30 acquires the position data of the AUV 30 with respect to the frame body 12 based on the imaging data, and controls the propulsion device 32 based on the position data.
  • a predetermined distance for example, 10 m
  • the rod-shaped portions 41 of the capture arms 40a and 40b abut against the rear side portion 12c of the frame body 12 in the traveling direction D.
  • the rod-like portions 41 of the catching arms 40a and 40b guide the frame body 12 to the engaging hooks 43 while the catching arms 40a and 40b rotate backward about the connecting portion 42, and thereafter As shown in FIG. 4B, the engagement hook 43 engages with the rear side portion 12 c of the frame body 12.
  • the submersible body 31 is rotated around a position where the engagement hook 43 is engaged with the rear side portion 12c of the frame body 12, and the frame body 12 is rotated. Get closer to.
  • the locking mechanism 47 comes into contact with and locks the front side portion 12 d of the frame body 12 in the traveling direction D.
  • the non-contact power receiving unit 35 faces the non-contact power feeding unit 21 and power can be supplied from the non-contact power feeding unit 21 to the non-contact power receiving unit 35.
  • the charging work of AUV30 can be implemented.
  • the optical wireless communication device 38 on the AUV 30 side and the optical wireless communication device 22 on the underwater station 10 side can communicate with each other. Data can be sent and received.
  • the AUV 30 sends an electrical signal to the locking mechanism 47 to release the locked state to the frame body 12, and then drives the propulsion device 32 to drive the underwater device. It is possible to leave the station 10.
  • the engagement hooks 43 of the capture arms 40a and 40b are engaged with the frame body 12,
  • the AUV 30 is docked to the underwater station 10 by the locking mechanism 47 being locked to the frame body 12. Since the frame 12 has a circular shape symmetric with respect to the central axis, the engagement hook 43 of the catching arms 40a and 40b is moved in the traveling direction D regardless of the direction in which the AUV 30 enters 360 degrees.
  • the locking mechanism 47 is locked to the front side portion 12d of the frame body 12 in the traveling direction D. For this reason, the AUV 30 can be docked to the underwater station 10 from any direction of 360 degrees.
  • the locking mechanism 47 since the locking mechanism 47 can be released from the state locked to the frame 12 by an electric signal, the locking mechanism 47 is electrically connected after the AUV 30 is docked to the underwater station 10.
  • the AUV 30 can be detached from the underwater station 10 by releasing the state of being locked to the frame body 12 by a signal.
  • the AUV 30 detects light emitted from the light projecting unit 23 provided on the central axis of the frame 12 by the light detection device 37, and based on the detection result, the AUV 30 The AUV 30 can travel so as to pass on the central axis. Thereby, the underwater docking of the AUV 30 to the underwater station 10 can be performed reliably.
  • the control device 33 controls the propulsion device 32 so that the AUV 30 can travel so as to pass on the central axis of the frame body 12.
  • the position of the AUV 30 relative to the underwater station 10 is measured based on the acoustic signal sent from the transponder 24 by the acoustic positioning device 36, and the AUV 30 is moved to the underwater station 10 from a position that is separated from the middle and long distance.
  • the control device 33 switches from the control based on the position data by the acoustic positioning to the control based on the data obtained by imaging the light from the light projecting unit 23. Can be brought close to the underwater station 10 with high accuracy.
  • a non-contact power feeding unit 21 is provided at the center of the frame body 12, and a non-contact power receiving unit 35 that receives power from the non-contact power feeding unit 21 is provided at the lower part of the submersible body 31. Therefore, after the AUV 30 is docked to the underwater station 10, power can be supplied from the non-contact power supply unit 21 of the underwater station 10 to the non-contact power reception unit 35 of the AUV 30.
  • the AUV 30 has two capture arms 40a and 40b that are spaced apart from each other in the left-right direction.
  • the width of the engagement hook 43 in the left-right direction is increased, or the engagement hook 43 is the frame body.
  • the engagement hook 43 is widened, the resistance to water increases, and if the engagement hook 43 is provided with a lock mechanism, the catching arm and the engagement can be obtained.
  • the configuration of the hook 43 is complicated.
  • the capture arms 40a and 40b can be configured with a simple configuration without increasing the resistance of water.
  • the engagement hook 43 can be reliably engaged with the frame body 12.
  • the locking mechanism 47 automatically locks the frame body 12 when the engagement hook 43 engages with the frame body 12 and the submersible body 31 approaches the frame body 12.
  • the AUV 30 may include a detector that detects that the diving machine main body 31 has approached the frame body 12 to a position where the frame body 12 can be locked, and the locking mechanism 47 detects from the detector. Depending on the result, the frame 12 may be controlled to be locked.
  • the optical wireless communication apparatus 22 and its light projection part 23 were arrange
  • the optical wireless communication device 22 and the light projecting unit 23 may be slightly above or slightly above the center position of the circular frame 12 as long as optical wireless communication with the optical wireless communication device 38 of the AUV 30 after docking is possible. It may be located below.
  • the light projecting unit 23 of the optical wireless communication device 22 on the underwater station 10 side does not only perform optical communication with the optical wireless communication device 38 on the AUV 30 side, but also emits light as a marker indicating the traveling path of the AUV 30.
  • the light projecting unit that emits light as a marker indicating the traveling path of the AUV 30 may be provided separately from the light projecting unit 23 of the optical wireless communication device 22.
  • the light projecting unit that emits light as a marker indicating the course of travel of the AUV 30 is arranged so that the positional relationship between the frame 12 and the light projecting unit is the same regardless of the direction of the underwater station 10 from 360 degrees. It is preferable to arrange on 12 central axes.
  • the positioning system of AUV30 is not limited to the above embodiment.
  • the acoustic positioning system may not be the SSBL method, but may use the LBL method, the SBL method, or the like. Further, even when the underwater station 10 is located at a short distance from the AUV 30, the AUV 30 may be brought closer to the underwater station 10 by a method different from the method using the imaging device.

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Abstract

水中ドッキングシステムは、基台に支持された水平面と平行な円形状の枠体を有する水中ステーションと、枠体の上方を通過するように航走しながら水中ステーションにドッキングする自律型無人潜水機とを備え、自律型無人潜水機は、潜水機本体と、潜水機本体の下部に設けられた捕捉アームであって、その一端が潜水機本体に前後方向に回動可能に連結されており、その他端に枠体と係合する係合フックが設けられた捕捉アームと、航走方向における枠体の後方側部分に係合フックが係合して、捕捉アームが後方に回動しながら潜水機本体が枠体に近づいたときに、航走方向における枠体の前方側部分に係止する係止機構と、を有する。

Description

自律型無人潜水機の水中ドッキングシステム
　本発明は、自律型無人潜水機の水中ドッキングシステムに関する。
　従来から、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自律型無人潜水機（ＡＵＶ：Autonomous Underwater Vehicle。以下、ＡＵＶともいう。）が知られている。特許文献１には、水中でＡＵＶの充電やＡＵＶとのデータ交換を行うことができる水中ステーションにＡＵＶをドッキングさせるための水中ドッキングシステムが開示されている。
　特許文献１の水中ドッキングシステムでは、先端にフックを有する捕捉アームをＡＵＶに設けて、航走するＡＵＶの捕捉アームのフックを、水中ステーションに設けた捕捉部材に引っ掛けることによりＡＵＶを水中ステーションにドッキングさせる。捕捉部材は、ＡＵＶの進入側から先端に向けて狭まるＶ字形状に形成されており、ＡＵＶの進入角度が多少ずれていたとしても、引っ掛かった捕捉アームをＶ字形状の中央部まで案内するようにしている。
特開２０００－２７２５８３号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された水中ドッキングシステムでは、水中ステーションに対するＡＵＶの進入方向が一方向に限定されている。このため、潮流等の影響によっては安定した姿勢で水中ステーションに進入することができず、水中ステーションへのＡＵＶの確実なドッキングを達成することができない。
　そこで、本発明は、ＡＵＶが３６０度どの方向からでも水中ステーションにドッキングすることができるＡＵＶの水中ドッキングシステム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の水中ドッキングシステムは、海底に固定された基台および前記基台に支持された水平面と平行な円形状の枠体を有する水中ステーションと、前記枠体の上方を通過するように航走しながら前記水中ステーションにドッキングするＡＵＶと、を備え、前記ＡＵＶは、潜水機本体と、前記潜水機本体の下部に設けられた少なくとも１つの捕捉アームであって、その一端が前記潜水機本体に前後方向に回動可能に連結されており、その他端に前記枠体と係合する係合フックが設けられた捕捉アームと、前記潜水機本体の下部に設けられており、前記ＡＵＶの航走方向における前記枠体の後方側部分に前記係合フックが係合して、前記捕捉アームが後方に回動しながら前記潜水機本体が前記枠体に近づいたときに、前記航走方向における前記枠体の前方側部分に係止する係止機構と、を有する。
　上記の構成によれば、ＡＵＶが枠体の上方を通過するように航走すると、捕捉アームの係合フックが枠体に係合し、係止機構が枠体に係止することにより、ＡＵＶは水中ステーションにドッキングする。枠体が中心軸に対称な円形状であるため、ＡＵＶが３６０度どの方向から水中ステーションに進入しても、捕捉アームの係合フックがＡＵＶの航走方向における枠体の後方側部分に係合し、係止機構がＡＵＶの航走方向における枠体の前方側部分に係止する。このため、ＡＵＶは、３６０度どの方向からでも水中ステーションにドッキングすることができる。
　上記のＡＵＶの水中ドッキングシステムにおいて、前記係止機構は、電気信号により前記枠体に係止した状態を解除できるように構成されていてもよい。この構成によれば、ＡＵＶが水中ステーションにドッキングした後に、係止機構が電気信号により枠体に係止した状態を解除することによって、ＡＵＶを水中ステーションから離脱させることができる。
　上記のＡＵＶの水中ドッキングシステムにおいて、前記水中ステーションは、前記枠体の中心軸上に設けられた、光を放つ投光部を有し、前記ＡＵＶは、前記投光部から放たれる光を検出する光検出装置を有してもよい。この構成によれば、ＡＵＶは、投光部から放たれた光を光検出装置により検出することができる。この検出結果に基づいて、枠体の中心軸上を通過するようにＡＵＶが航走することにより、水中ステーションへのＡＵＶの水中ドッキングを確実に行うことができる。
　上記のＡＵＶの水中ドッキングシステムにおいて、前記光検出装置は、前記投光部から放たれる光を撮像する機能を有しており、前記ＡＵＶは、推進装置と、前記光検出装置により撮像されたデータに基づいて前記推進装置を制御する制御装置と、を有してもよい。この構成によれば、投光部から放たれた光を撮像したデータに基づいて、枠体の中心軸上を通過するようにＡＵＶを航走させることができる。
　上記のＡＵＶの水中ドッキングシステムにおいて、前記水中ステーションには、音響信号を発信するトランスポンダが設けられており、前記ＡＵＶには、前記トランスポンダからの音響信号に基づいて、前記トランスポンダに対する位置を計測する音響測位装置が設けられており、前記制御装置は、前記水中ステーションから前記ＡＵＶまでの距離が所定の距離より大きい場合には、前記音響測位装置により取得した位置データに基づき前記推進装置を制御し、前記水中ステーションから前記ＡＵＶまでの距離が所定の距離以下である場合には、前記光検出装置により取得した撮像データに基づき前記推進装置を制御してもよい。この構成によれば、音響測位装置によりトランスポンダから送られてきた音響信号に基づいて水中ステーションに対するＡＵＶの位置を測位して、中長距離離れた位置からＡＵＶを水中ステーションへと誘導することができる。また、ＡＵＶが水中ステーションに近づいたところで、制御装置が、音響測位による位置データに基づいた制御から、投光部からの光を撮像したデータに基づいた制御に切り換わるため、ＡＵＶを水中ステーションへと精度よく近づけることができる。
　上記のＡＵＶの水中ドッキングシステムにおいて、前記枠体の中央には、非接触給電部が設けられており、前記潜水機本体の下部には、前記非接触給電部から給電を受ける非接触受電部が設けられていてもよい。この構成によれば、ＡＵＶが水中ステーションにドッキングした後に、水中ステーションの非接触給電部からＡＵＶの非接触受電部へと給電することができる。
　上記のＡＵＶの水中ドッキングシステムにおいて、前記少なくとも１つの捕捉アームは、左右方向に互いに離間して設けられた２本の捕捉アームであってもよい。捕捉アームが１本である場合、捕捉アームの係合フックを枠体に確実に係合させるためには、係合フックの左右方向の幅を広げたり、係合フックが枠体に係合した状態をロックする機構が必要になったりするが、係合フックの幅を広げると水に対する抵抗が増し、また、係合フックにロック機構を備えると捕捉アームおよび係合フックの構成が複雑になる。これに対し、上記構成によれば、水の抵抗を増大させることなく、簡易な構成で、捕捉アームの係合フックを枠体に確実に係合させることができる。
　本発明によれば、ＡＵＶが３６０度どの方向からでも水中ステーションにドッキングすることができるＡＵＶの水中ドッキングシステムを提供することができる。
本発明の一実施形態に係るＡＵＶの水中ドッキングシステムの概略構成図である。 図１の水中ドッキングシステムのＡＵＶを斜め下から見た概略斜視図である。 図１の水中ドッキングシステムによりＡＵＶが水中ステーションにドッキングした状態を示す図である。 図１の水中ドッキングシステムによる水中ステーションへのＡＵＶのドッキングの流れを示す図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、一実施形態に係るＡＵＶ３０の水中ドッキングシステム（以下、「ドッキングシステム」と称する）１の概略構成図であり、図２は、ＡＵＶ３０を斜め下から見た概略斜視図であり、図３は、ドッキングシステム１によりＡＵＶ３０が水中ステーション１０にドッキングした状態を示す図である。
　ドッキングシステム１は、水中に設置された水中ステーション１０と、それにドッキングするＡＵＶ３０を備える。水中ステーション１０は、図示しないケーブルを介して陸上設備とつながっており、陸上設備からの電力供給や陸上設備とのデータの送受信ができるように構成されている。図１に示すように、水中ステーション１０は、海底に固定された基台１１と、基台１１の上方に設けられた水平面と平行な円形状の枠体１２を有する。ここで、「水平面と平行」とは、水平面に完全に平行である場合の他に、例えば水平面に対して若干傾いた海底面に水中ステーション１０が設置されている場合など、枠体１２が水平面に対し実質的には平行であることをいう。
　枠体１２の外周側部分である外周部１２ａは、後述するＡＵＶ３０の捕捉アーム４０ａ，４０ｂの係合フック４３に係合するように形成されている。本実施形態において、円形状の枠体１２は、平面視して環状に形成されており、横断面形状が円形である。但し、枠体１２は、環状でなくてもよく、例えば、その外周部分が係合フック４３と係合するように形成された円板形状であってもよい。また、環状の枠体１２の横断面形状は、円形でなくてもよく、例えば多角形であってもよい。
　枠体１２は、基台１１に設けられた複数の支持部１３によって支持されている。支持部１３は、略逆Ｌ字形状であって、枠体１２の海底面側から上方に向かって延びる長手部分１３ａと、長手部分１３ａの上端から枠体１２の内周側部分である内周部１２ｂへと延びる短手部分１３ｂとを有する。
　枠体１２の中央には、ＡＵＶ３０に給電するための非接触給電部２１が設けられている。非接触給電部２１および後述する非接触受電部３５は、例えば、平板状のハウジングと、その内部に円形に形成されたコイルを有する。非接触給電部２１は、ＡＵＶ３０が水中ステーション１０にドッキングしているときに（図３参照）、ＡＵＶ３０の非接触受電部３５と対向するように、枠体１２とほぼ同一平面上に配置されている。本実施形態では、非接触給電部２１は、枠体１２から延びる支持部材により支持されているが、基台１１または支持部１３から延びる支持部材により支持されていてもよい。
　また、図１に示すように、円形状の枠体１２の中心軸上には、ＡＵＶ３０と通信するための光無線通信装置２２が設けられている。光無線通信装置２２は、後述するＡＵＶ３０側の光無線通信装置３８（図２参照）と光無線通信を行うために光を放つ投光部２３を有している。詳細は後述するが、本実施形態では、光無線通信装置２２の投光部２３は、ＡＵＶ３０の航走進路を示すマーカーとしての光を放つ役割も果たす。本実施形態では、光無線通信装置２２およびその投光部２３は、非接触給電部２１の上面に設けられており、円形状の枠体１２の中心位置に配置されている。
　水中ステーション１０の基台１１には、図１に示すように、音響信号を発信するトランスポンダ２４が設けられている。トランスポンダ２４は、後述の音響測位装置３６とともに、水中ステーション１０に対するＡＵＶ３０の位置を測位するための音響測位システムを構成する。
　次に、ＡＵＶ３０の構成について、図１及び図２を参照して説明する。ＡＵＶ３０は、枠体１２の上方を通過するように航走しながら水中ステーション１０にドッキングする。以下の説明では、ＡＵＶ３０が航走するときの航走方向を前方、航走方向の反対方向を後方、航走方向左側を左方、航走方向右側を右方、航走方向上側を上方、航走方向下側を下方と定義する。
　ＡＵＶ３０は、動力源としての蓄電池を内蔵した潜水機本体３１と、水中を航走するための推進力を発生させるプロペラ等のいくつかの推進装置３２（１つだけ示す）を備える。ＡＵＶ３０は、図２に示すように、潜水機本体３１の内部に、推進装置３２を制御する制御装置３３を備えており、制御装置３３のプログラムに従って自律航走する。
　潜水機本体３１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、潜水機本体３１の上部および下部は、互いに平行な平面状に形成されている。潜水機本体３１の上部後方側には、ＡＵＶ３０の水平方向の姿勢を規定する垂直翼３４が設けられている。図２に示すように、潜水機本体３１の下部には、水中ステーション１０の非接触給電部２１から給電を受ける上述の非接触受電部３５が設けられている。非接触受電部３５は、図３に示すようにＡＵＶ３０が水中ステーション１０にドッキングしたときに非接触給電部２１と対向するように配置されている。
　また、潜水機本体３１の下部には、枠体１２を捕捉する２本の捕捉アーム４０ａ，４０ｂが設けられている。２本の捕捉アーム４０ａ，４０ｂは、潜水機本体３１の左右対称な位置に、潜水機本体３１の左右方向に互いに離間して設けられている。捕捉アーム４０ａ，４０ｂは、直線状に下方に延びる棒状部４１を有している。各捕捉アーム４０ａ，４０ｂは、潜水機本体３１から連結部４２を介して吊下げられるように設けられている。図２に示すように、捕捉アーム４０ａ，４０ｂの一端は、それぞれ、潜水機本体３１の下部に固定された対応する連結部４２を介して、前後方向に回動可能に連結されている。また、各捕捉アーム４０ａ，４０ｂの他端には、枠体１２と係合する係合フック４３が設けられている。係合フック４３は、前方側に開口しており、棒状部４１の下端から下方へ延び、先端にいくにつれ前方側へと湾曲するように形成されている。係合フック４３は、航走方向Ｄにおける枠体１２の後方側部分１２ｃに係合する。
　また、潜水機本体３１の下部には、枠体１２に係止する係止機構４７が設けられている。係止機構４７は、ＡＵＶ３０が枠体１２の上方を通過するように航走するとき、航走方向Ｄにおける枠体１２の後方側部分１２ｃに係合フック４３が係合して、捕捉アーム４０ａ，４０ｂが後方に回動しながら潜水機本体３１が枠体１２に近づいたときに、航走方向Ｄにおける枠体１２の前方側部分１２ｄに係止するように構成されている。
　係止機構４７は、枠体１２に係止する係止爪４８を有している。係止爪４８は、枠体１２に係止する係止位置と枠体１２に係止した状態を解除した解除位置との間で移動する。係止機構４７は、係合フック４３が枠体１２に係合して潜水機本体３１が枠体１２に近づいたときに、自動的に枠体１２を係止するように構成されている。係止機構４７の構成は、どのような構成であってもよい。例えば、係止機構４７は、係止爪４８が係止位置側に付勢されており、係止爪４８がその下方から枠体１２に押圧されたときに解除位置側へと移動し、枠体１２が係止爪４８の上方へと移動したときに係止位置へと戻るように構成されていてもよい。
　係止機構４７は、ＡＵＶ３０を水中ステーション１０から離脱するときに電気信号により枠体１２に係止した状態を解除できるように構成されている。本実施形態では、係止機構４７は、係止爪４８を駆動するアクチュエータ（図示せず）を備えており、該アクチュエータに制御装置３３から電気信号が送られて、アクチュエータが係止爪４８を係止位置から解除位置に移動させる。
　潜水機本体３１の上部には、音響測位装置３６が設けられている。上述したように、音響測位装置３６は、水中ステーション１０のトランスポンダ２４とともに、水中ステーション１０に対するＡＵＶ３０の位置を計測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、トランスポンダ２４からの音響信号を受信するまでの時間から、トランスポンダ２４までの距離を計算し、音響測位装置３６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方位を計算するＳＳＢＬ（Super Short Base Line）方式の測位システムである。本実施形態では、この測位システムは、水中ステーション１０からＡＵＶ３０までの距離が所定の距離（例えば１０ｍ）より大きい場合に使用される。制御装置３３は、音響測位装置３６で得られた位置データに基づき推進装置３２を制御し、ＡＵＶ３０を水中ステーション１０へと誘導する。
　また、潜水機本体３１の前端部には、水中ステーション１０の投光部２３から放たれる光を検出する光検出装置３７を有している。本実施形態において、光検出装置３７は、投光部２３から放たれる光を撮像する機能を有する撮像装置である。光検出装置３７は、ＡＵＶ３０が水中ステーション１０から所定の距離（例えば１０ｍ）以下の範囲に位置する場合のＡＵＶ３０の測位に使用される。より詳しくは、ＡＵＶ３０の光検出装置３７は、投光部２３より放たれる光を撮像し、撮像データを制御装置３３に送る。制御装置３３は、撮像データに基づいて水中ステーション１０に対するＡＵＶ３０の位置データを取得する。推進装置３２は、その位置データに基づき制御される。こうして、ＡＵＶ３０は、捕捉アーム４０ａ，４０ｂの棒状部４１が枠体１２に当接するように水中ステーション１０に向かって航走する。
　また、潜水機本体３１の下部には、光無線通信装置３８が設けられている。ＡＵＶ３０の光無線通信装置３８と上述の水中ステーション１０の光無線通信装置２２とは、図３に示すようにＡＵＶ３０が水中ステーション１０にドッキングしたときに、互いに無線通信することができるように配置されている。本実施形態では、ＡＵＶ３０の光無線通信装置３８は、非接触受電部３５の下面であって、ＡＵＶ３０が水中ステーション１０にドッキングしたときに枠体１２の中心軸上に位置するように配置されている。光無線通信装置２２，３８により、ＡＵＶ３０は、例えばＡＵＶ３０が実施した検査で取得した検査データを水中ステーション１０に送ることができる。また、水中ステーション１０は、例えばＡＵＶ３０のオペレーションプログラムをＡＵＶ３０に送ることができる。
　次に、本実施形態に係るドッキングシステム１による水中ステーション１０へのＡＵＶ３０のドッキングの流れを図４を参照して説明する。
　まず、水中ステーション１０がＡＵＶ３０から中長距離の位置にある場合、言い換えれば、ＡＵＶ３０から水中ステーション１０までの距離が所定の距離（例えば１０ｍ）より大きい場合、ＡＵＶ３０は音響測位システムを使用して水中ステーション１０に向かって移動する。より具体的には、ＡＵＶ３０は、水中ステーション１０のトランスポンダ２４から送られてくる音響信号に基づいて水中ステーション１０に対するＡＵＶ３０の相対位置を計測する。得られたＡＵＶ３０の位置データに基づいて、ＡＵＶ３０の制御装置３３が推進装置３２を制御して、ＡＵＶ３０は水中ステーション１０へと誘導される。
　水中ステーション１０がＡＵＶ３０から近距離の位置にある場合、言い換えれば、ＡＵＶ３０から水中ステーション１０までの距離が所定の距離（例えば１０ｍ）以下である場合、ＡＵＶ３０は、図４（ａ）に示すように、枠体１２の上方を通過するように光検出装置３７から取得したデータに基づいて推進装置３２を制御する。より具体的には、ＡＵＶ３０の光検出装置３７が、枠体１２の中心軸上に位置する投光部２３より放たれる光を撮像し、撮像データを制御装置３３に送る。続いて、ＡＵＶ３０の制御装置３３が、その撮像データに基づいて枠体１２に対するＡＵＶ３０の位置データを取得し、その位置データに基づき推進装置３２を制御する。
　ＡＵＶ３０が枠体１２の上方を通過するように航走することにより、捕捉アーム４０ａ，４０ｂの棒状部４１が、航走方向Ｄにおける枠体１２の後方側部分１２ｃに当接する。ＡＵＶ３０が更に進むと、捕捉アーム４０ａ，４０ｂが連結部４２を中心に後方に回動しながら、捕捉アーム４０ａ，４０ｂの棒状部４１が枠体１２を係合フック４３へと案内し、その後、図４（ｂ）に示すように、係合フック４３は、枠体１２の後方側部分１２ｃに係合する。
　その後、捕捉アーム４０ａ，４０ｂが後方にさらに回動しながら、係合フック４３が枠体１２の後方側部分１２ｃに係合した箇所を中心に潜水機本体３１が回動して、枠体１２に近づく。その結果、図４（ｃ）に示すように、係止機構４７が航走方向Ｄにおける枠体１２の前方側部分１２ｄに接触して、係止する。こうして、水中ステーション１０へのＡＵＶ３０のドッキングが完了する。
　なお、ＡＵＶ３０が水中ステーション１０にドッキングした状態では、非接触受電部３５が非接触給電部２１に対向して、非接触給電部２１から非接触受電部３５への給電が可能になる。これにより、ＡＵＶ３０の充電作業を実施できる。また、ＡＵＶ３０が水中ステーション１０にドッキングした状態では、ＡＵＶ３０側の光無線通信装置３８と水中ステーション１０側の光無線通信装置２２とが互いに光無線通信可能な状態になり、ＡＵＶ３０は水中ステーション１０とデータの送受信を行うことができる。充電作業やデータ送受信等の所定の作業を実施した後、ＡＵＶ３０は、係止機構４７に電気信号を送り、枠体１２に係止した状態を解除させた後、推進装置３２を駆動して水中ステーション１０から離脱できる。
　以上説明したように、本実施形態のドッキングシステム１では、ＡＵＶ３０が枠体１２の上方を通過するように航走すると、捕捉アーム４０ａ，４０ｂの係合フック４３が枠体１２に係合し、係止機構４７が枠体１２に係止することにより、ＡＵＶ３０は水中ステーション１０にドッキングする。枠体１２が中心軸に対称な円形状であるため、ＡＵＶ３０が３６０度どの方向から水中ステーション１０に進入しても、捕捉アーム４０ａ，４０ｂの係合フック４３が航走方向Ｄにおける枠体１２の後方側部分１２ｃに係合し、係止機構４７が航走方向Ｄにおける枠体１２の前方側部分１２ｄに係止する。このため、ＡＵＶ３０は、３６０度どの方向からでも水中ステーション１０にドッキングすることができる。
　また、本実施形態では、係止機構４７が電気信号により枠体１２に係止した状態を解除できるように構成されているので、ＡＵＶ３０が水中ステーション１０にドッキングした後に、係止機構４７が電気信号により枠体１２に係止した状態を解除することによって、ＡＵＶ３０を水中ステーション１０から離脱させることができる。
　また、本実施形態では、ＡＵＶ３０は、枠体１２の中心軸上に設けられた投光部２３から放たれた光を光検出装置３７により検出し、その検出結果に基づいて、枠体１２の中心軸上を通過するようにＡＵＶ３０が航走することができる。これにより、水中ステーション１０へのＡＵＶ３０の水中ドッキングを確実に行うことができる。
　また、本実施形態では、光検出装置３７が、投光部２３から放たれる光を撮像する機能を有しているため、投光部２３から放たれた光を撮像したデータに基づいて、制御装置３３が推進装置３２を制御して、枠体１２の中心軸上を通過するようにＡＵＶ３０を航走させることができる。
　また、本実施形態では、音響測位装置３６によりトランスポンダ２４から送られてきた音響信号に基づいて水中ステーション１０に対するＡＵＶ３０の位置を測位して、中長距離離れた位置からＡＵＶ３０を水中ステーション１０へと誘導し、ＡＵＶ３０が水中ステーション１０に近づいたところで、制御装置３３が、音響測位による位置データに基づいた制御から、投光部２３からの光を撮像したデータに基づいた制御に切り換わるため、ＡＵＶ３０を水中ステーション１０へと精度よく近づけることができる。
　また、本実施形態では、枠体１２の中央には、非接触給電部２１が設けられており、潜水機本体３１の下部には、非接触給電部２１から給電を受ける非接触受電部３５が設けられているため、ＡＵＶ３０が水中ステーション１０にドッキングした後に、水中ステーション１０の非接触給電部２１からＡＵＶ３０の非接触受電部３５へと給電することができる。
　また、本実施形態では、ＡＵＶ３０が左右方向に互いに離間した２本の捕捉アーム４０ａ，４０ｂを有している。捕捉アームが１本である場合、捕捉アームの係合フック４３を枠体１２に確実に係合させるためには、係合フック４３の左右方向の幅を広げたり、係合フック４３が枠体１２に係合した状態をロックする機構が必要になったりするが、係合フック４３の幅を広げると水に対する抵抗が増し、また、係合フック４３にロック機構を備えると捕捉アームおよび係合フック４３の構成が複雑になる。しかし、本実施形態のようにＡＵＶ３０が左右方向に互いに離間した２本の捕捉アーム４０ａ，４０ｂを有していれば、水の抵抗を増大させることなく、簡易な構成で、捕捉アーム４０ａ，４０ｂの係合フック４３を枠体１２に確実に係合させることができる。
　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、上記実施形態では、係止機構４７は、係合フック４３が枠体１２に係合して潜水機本体３１が枠体１２に近づいたときに、自動的に枠体１２を係止するように構成されていたが、これに限定されない。例えば、ＡＵＶ３０は、枠体１２を係止できる位置まで潜水機本体３１が枠体１２に近づいたことを検知する検知器を備えていてもよく、係止機構４７は、該検知器からの検知結果により、枠体１２を係止するよう制御されてもよい。
　また、上記実施形態では、光無線通信装置２２およびその投光部２３は、円形状の枠体１２の中心位置に配置されていたが、これに限定されず、その機能を発揮できる範囲に位置していればいずれの位置に配置されていてもよい。例えば、光無線通信装置２２およびその投光部２３は、ドッキング後のＡＵＶ３０の光無線通信装置３８と光無線通信可能な範囲であれば、円形状の枠体１２の中心位置よりやや上方あるいはやや下方に位置していてもよい。
　また、水中ステーション１０側の光無線通信装置２２の投光部２３は、ＡＵＶ３０側の光無線通信装置３８と光通信する役割だけでなく、ＡＵＶ３０の航走進路を示すマーカーとしての光を放つ役割も果たしていたが、ＡＵＶ３０の航走進路を示すマーカーとしての光を放つ投光部は、光無線通信装置２２の投光部２３とは別に設けてもよい。ＡＵＶ３０の航走進路を示すマーカーとしての光を放つ投光部は、水中ステーション１０を３６０度どの方向から見ても枠体１２と投光部との位置関係が同じであるように、枠体１２の中心軸上に配置されていることが好ましい。
　また、ＡＵＶ３０の測位システムも、上記実施形態に限定されない。例えば音響測位システムはＳＳＢＬ方式でなくてもよく、ＬＢＬ方式やＳＢＬ方式等を利用してよい。また、水中ステーション１０がＡＵＶ３０から近距離の位置にある場合にも、撮像装置を用いた方法とは別の方法でＡＵＶ３０を水中ステーション１０に近づけてもよい。
　１　　水中ドッキングシステム
　１０　水中ステーション
　１１　基台
　１２　枠体
　１２ｃ　枠体の後方側部分
　１２ｄ　枠体の前方側部分
　２１　非接触給電部
　２３　投光部
　２４　トランスポンダ
　３０　ＡＵＶ（自律型無人潜水機）
　３１　潜水機本体
　３２　推進装置
　３３　制御装置
　３５　非接触受電部
　３６　音響測位装置
　３７　光検出装置
　４０ａ，４０ｂ　捕捉アーム
　４３　係合フック
　４７　係止機構
　Ｄ　　航走方向
 

Claims (7)

  1. 　海底に固定された基台および前記基台に支持された水平面と平行な円形状の枠体を有する水中ステーションと、
    　前記枠体の上方を通過するように航走しながら前記水中ステーションにドッキングする自律型無人潜水機と、を備え、
    　前記自律型無人潜水機は、
    　　潜水機本体と、
    　　前記潜水機本体の下部に設けられた少なくとも１つの捕捉アームであって、その一端が前記潜水機本体に前後方向に回動可能に連結されており、その他端に前記枠体と係合する係合フックが設けられた捕捉アームと、
    　　前記潜水機本体の下部に設けられており、前記自律型無人潜水機の航走方向における前記枠体の後方側部分に前記係合フックが係合して、前記捕捉アームが後方に回動しながら前記潜水機本体が前記枠体に近づいたときに、前記航走方向における前記枠体の前方側部分に係止する係止機構と、を有する、自律型無人潜水機の水中ドッキングシステム。
  2. 　前記係止機構は、電気信号により前記枠体に係止した状態を解除できるように構成されている、請求項１に記載の自律型無人潜水機の水中ドッキングシステム。
  3. 　前記水中ステーションは、前記枠体の中心軸上に設けられた、光を放つ投光部を有し、前記自律型無人潜水機は、前記投光部から放たれる光を検出する光検出装置を有する、請求項１または２に記載の自律型無人潜水機の水中ドッキングシステム。
  4. 　前記光検出装置は、前記投光部から放たれる光を撮像する機能を有しており、
    　前記自律型無人潜水機は、推進装置と、前記光検出装置により撮像されたデータに基づいて前記推進装置を制御する制御装置と、を有する、請求項３に記載の自律型無人潜水機の水中ドッキングシステム。
  5. 　前記水中ステーションには、音響信号を発信するトランスポンダが設けられており、前記自律型無人潜水機には、前記トランスポンダからの音響信号に基づいて、前記トランスポンダに対する位置を計測する音響測位装置が設けられており、
    　前記制御装置は、前記水中ステーションから前記自律型無人潜水機までの距離が所定の距離より大きい場合には、前記音響測位装置により取得した位置データに基づき前記推進装置を制御し、前記水中ステーションから前記自律型無人潜水機までの距離が所定の距離以下である場合には、前記光検出装置により取得した撮像データに基づき前記推進装置を制御する、請求項４に記載の自律型無人潜水機の水中ドッキングシステム。
  6. 　前記枠体の中央には、非接触給電部が設けられており、前記潜水機本体の下部には、前記非接触給電部から給電を受ける非接触受電部が設けられている、請求項１～５のいずれか一項に記載の自律型無人潜水機の水中ドッキングシステム。
  7. 　前記少なくとも１つの捕捉アームは、左右方向に互いに離間して設けられた２本の捕捉アームである、請求項１～６のいずれか一項に記載の自律型無人潜水機の水中ドッキングシステム。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107500106A (zh) * 2017-09-12 2017-12-22 浙江海洋大学 一种智能化控制的海底吊物设备
WO2019045103A1 (ja) * 2017-09-04 2019-03-07 川崎重工業株式会社 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
EP3560814A4 (en) * 2017-12-26 2020-05-27 Tianjin Deepfar Ocean Technology Co., Ltd. REMOTE CONTROLLED UNDERWATER VEHICLE AND ITS CONTROL METHOD
CN113911304A (zh) * 2021-11-15 2022-01-11 中国船舶科学研究中心 一种水下无人航行器航姿转换机构及操作方法

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2557933B (en) * 2016-12-16 2020-01-08 Subsea 7 Ltd Subsea garages for unmanned underwater vehicles
KR101931291B1 (ko) * 2017-11-22 2018-12-20 한국해양대학교 산학협력단 자율 무인 잠수정 수중 도킹을 위한 광통신 기반 자세 제어 장치 및 방법
US10569423B1 (en) * 2018-11-28 2020-02-25 United States Of America As Represented By Secretary Of The Navy Spiral curve self-aligning docking device
CN109774886B (zh) * 2019-01-25 2020-05-19 华中科技大学 一种水下航行器柔性对接回收装置
CN110294091A (zh) * 2019-06-14 2019-10-01 哈尔滨工程大学 一种水下运载器间的搭载对接装置
CN110901826A (zh) * 2019-11-19 2020-03-24 博雅工道（北京）机器人科技有限公司 一种导流罩以及水下机器人
CN112918643A (zh) * 2019-12-06 2021-06-08 中国科学院沈阳自动化研究所 一种水下悬浮对接装置
GB2607235B (en) * 2019-12-27 2023-05-24 Kawasaki Heavy Ind Ltd Underwater docking system, underwater vehicle and underwater station
CN111085984B (zh) * 2019-12-31 2023-01-17 大连海事大学 一种智能水下捕捞机械手及其工作方法
CN111824374A (zh) * 2020-07-22 2020-10-27 交通运输部天津水运工程科学研究所 一种auv水下回收系统
CN112421804B (zh) * 2020-12-10 2021-12-17 哈尔滨工业大学 一种自主式无人潜航器水下无线充电及智能对位引导方法
CN112960086B (zh) * 2021-02-03 2022-03-22 吉林大学 一种坐落式auv水下对接平台
CN113247215A (zh) * 2021-06-09 2021-08-13 西北工业大学 一种船挂式auv回收对接平台
CN113443109B (zh) * 2021-07-15 2022-04-19 哈尔滨工程大学 一种海底声呐机器人的驱动装置
CN113772061B (zh) * 2021-10-11 2022-06-24 中国船舶科学研究中心 一种水下无人航行器回收装置及操作方法
US11975811B2 (en) * 2022-02-15 2024-05-07 Hawaii Ocean Power Solutions LLC Integrated wave energy converter and docking station with ramped cloverleaf supplemental heave plate
CN114394215B (zh) * 2022-03-04 2023-03-21 上海交通大学 主动捕获水下潜航器对接机构及其工作方法
CN114735172B (zh) * 2022-05-09 2023-03-14 中国船舶科学研究中心 一种auv水下进出对接平台用锁止释放机构
CN115848606A (zh) * 2023-03-01 2023-03-28 自然资源部第一海洋研究所 一种深海长期驻留式auv探测系统及方法
CN116639232B (zh) * 2023-07-27 2023-10-27 国家深海基地管理中心 一种auv水下充电与数据交互用的坐落式对接平台及其方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000272583A (ja) * 1999-03-25 2000-10-03 Kawasaki Heavy Ind Ltd 自律型無人潜水機の水中ドッキング装置とドッキング方法
JP2005193854A (ja) * 2004-01-09 2005-07-21 Kawasaki Shipbuilding Corp 水中航走体の誘導装置
JP2007210402A (ja) * 2006-02-08 2007-08-23 Kawasaki Heavy Ind Ltd 自律型無人潜水機およびその水中航行方法
WO2015108588A2 (en) * 2013-10-21 2015-07-23 Kespry, Inc. Systems and methods for unmanned aerial vehicle landing

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1848828A (en) * 1932-03-08 Mooring
FR2031717A5 (ja) * 1969-02-05 1970-11-20 Petroles Cie Francaise
JPS4734236B1 (ja) * 1969-04-22 1972-08-29
US3757722A (en) * 1972-04-21 1973-09-11 Us Navy Submersible submersible underway docking unit
JP3041306B1 (ja) * 1999-08-19 2000-05-15 川崎重工業株式会社 自律型無人潜水機用水中基地
US7025014B1 (en) * 2004-03-03 2006-04-11 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Sea vessel retrieval of unmanned underwater vehicles
JP5288467B2 (ja) * 2008-12-15 2013-09-11 株式会社Ｉｈｉエアロスペース 無人潜航体
US8622014B2 (en) * 2009-01-22 2014-01-07 Saab Ab Cable connection system for underwater vehicle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000272583A (ja) * 1999-03-25 2000-10-03 Kawasaki Heavy Ind Ltd 自律型無人潜水機の水中ドッキング装置とドッキング方法
JP2005193854A (ja) * 2004-01-09 2005-07-21 Kawasaki Shipbuilding Corp 水中航走体の誘導装置
JP2007210402A (ja) * 2006-02-08 2007-08-23 Kawasaki Heavy Ind Ltd 自律型無人潜水機およびその水中航行方法
WO2015108588A2 (en) * 2013-10-21 2015-07-23 Kespry, Inc. Systems and methods for unmanned aerial vehicle landing

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019045103A1 (ja) * 2017-09-04 2019-03-07 川崎重工業株式会社 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
GB2579951A (en) * 2017-09-04 2020-07-08 Kawasaki Heavy Ind Ltd Charging system for autonomous underwater vehicle (AUV) and method for lifting and recovering AUV
GB2579951B (en) * 2017-09-04 2022-04-20 Kawasaki Heavy Ind Ltd Charging system for autonomous underwater vehicle and method of lifting and recovering autonomous underwater vehicle
US11586198B2 (en) 2017-09-04 2023-02-21 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Charging system for autonomous underwater vehicle and method of lifting and recovering autonomous underwater vehicle
CN107500106A (zh) * 2017-09-12 2017-12-22 浙江海洋大学 一种智能化控制的海底吊物设备
EP3560814A4 (en) * 2017-12-26 2020-05-27 Tianjin Deepfar Ocean Technology Co., Ltd. REMOTE CONTROLLED UNDERWATER VEHICLE AND ITS CONTROL METHOD
US10988218B2 (en) 2017-12-26 2021-04-27 Tianjin Deepfar Ocean Technology Co., Ltd. Remotely operated underwater vehicle and control method therefor
CN113911304A (zh) * 2021-11-15 2022-01-11 中国船舶科学研究中心 一种水下无人航行器航姿转换机构及操作方法
CN113911304B (zh) * 2021-11-15 2022-09-13 中国船舶科学研究中心 一种水下无人航行器航姿转换机构及操作方法

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