JPH0367918B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、主として水中の３次元空間で運動
する潜水艇、または水中ロボツトなどの潜水船の
操縦装置に関する。

（従来技術） 従来より、潜水艇をはじめとする潜水船は、通
常、前後進の能力をもつた推進器と、水平および
垂直舵を組み合わせて水中を航行するように作ら
れていて、その操縦システムは航空機のそれと類
似のものである。

近年、特に、水中ロボツトと呼ばれるような潜
水船にあつては、水中航行のみならず、水中にお
ける正確な位置や、姿勢の自由な制御が要求され
るようになつてきている。

第５図は潜水船が水中の３次元空間で運動する
場合の操縦方法の説明図である。

図示するように、船体の長手方向に水平にとる
座標軸ｘ、船体の幅方向に水平にとる座標軸ｙ、
船体中心で鉛直方向にとる座標軸ｚの互いに直角
な座標軸ｘ、ｙ、およびｚを与えると、船体の運
動ないし変位は、各ｘ、ｙ、ｚ軸方向に対する併
進運動と、各ｘ、ｙ、ｚ軸まわりの回転運動の６
要素で表現される。

第６図ａ，ｂ，ｃはこの６要素の運動ないし変
位を自由に実現できる潜水船の推進装置の一例を
示す。

これは、水平面内において、船体１の各肩部の
船尾側、および船首側の両舷対称位置に出力を等
しくした推進器中心を通る互いに直角な２つの旋
回軸を有する３次元推進器２ａ，２ｂ，２ｃ，２
ｄの合計４個を備えたものである。

然して、図ａは３次元推進器２によつて、船体
長手方向、つまりｘ軸方向へ、図ｂは船体幅方
向、つまりｙ軸方向へ、また図ｃは垂直方向、つ
まりｚ軸方向への併進運動を図示している。

回転運動について考察すると、ｚ軸まわりの回
転運動、つまり水平方向への船体１の旋回につい
ては、例えば図ｂにおける船首側推進器２ａ，２
ｂに対して船尾側の推進器２ｃ，２ｄを互いに反
対方向に働かせるようにすればよい。

ｙ軸まわりの回転運動、つまり船体長手方向へ
の船体１の傾きについては、例えば図ｃにおける
船首側推進器２ａ，２ｂに対して船尾側の推進器
２ｃ，２ｄを互いに反対方向に働かせることで実
現できる。

またｘ軸まわりの回転運動、つまり船体幅方向
への船体１の傾きについては、例えば図ｃにおけ
る左舷側の推進器２ａ，２ｃに対して右舷側の推
進器２ｂ，２ｄを互いに反対方向に働かせること
で実現できる。

（考案が解決しようとする問題点） とにかく、上記するような４個の３次元推進装
置によつて、上記の６要素の船体運動、あるいは
変位を実現することは可能であるが、このような
複雑な船体運動、あるいは変位をどのような方法
によつて入力し、これを実現するかには多くの問
題がある。

この考案は上記の問題に適切に応えるためにな
されたもので、２本の第１、および第２の２次元
方向傾倒レバーにそれぞれ回転機能を加え、潜水
船の究極６要素の出力指令をこの２本の２次元方
向傾倒レバーの操作を一人の運転者によつて制御
できるようにし、たとえ、最大６要素におよぶ出
力指令を運転者が失念したとしても、重大な過失
にはつながらないように、従来の航走、旋回指令
ではなく、基本を位置および姿勢制御に置いて問
題の減少を図るようにした便利な操作装置を提供
することを目的とする。

（問題点を解決するための技術的手段） 上記の目的を達成するためのこの発明の要旨と
するところは、回転機能を有する第１、および第
２の２次元方向傾倒レバーを備え、第１の２次元
方向傾倒レバーのｘ軸、およびｙ軸方向傾倒角に
よつて船体の長手方向、および幅方向への併進に
関する出力をそれぞれ規定するとともに、該レバ
ー回転角によつて垂直方向への併進に関する出力
を規定し、また第２の２次元方向傾倒レバーのｘ
軸、およびｙ軸方向傾倒角によつて船体の幅方
向、および長手方向への傾きに関する出力を規定
し、該レバー回転角によつて船体中心垂直軸まわ
りの回転に関する出力を規定したことを特徴とす
る潜水船の操縦装置にある。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

第１図はこの発明の適用説明図で、図におい
て、Ａは母船、Ｂは潜水船、Ｃは母船Ａと潜水船
Ｂを連結する命綱、Ｄは母船Ａと潜水船Ｂに設備
した超音波位置センシングシステムを示す。母船
Ａは作業現場まで潜水船Ｂを運び、この潜水船Ｂ
の制御、および動力供給などを司るもので、母船
Ａと潜水船Ｂは命綱Ｃを通じて動力、制御信号、
潜水船Ｂが有する情報の送受が行なわれる。超音
波位置センシングシステムＤは、母船Ａを座標の
原点として超音波によつて三角測量方式などで潜
水船Ｂの位置を計測する。尚、潜水船Ｂは無人、
有人を問わず、該潜水船Ｂが自航するものにあつ
ては命綱Ｃを持たないものもあり、この命綱Ｃが
ない場合は、母船Ａと潜水船Ｂとの情報の送受は
超音波位置センシングシステムＤを通じて超音波
で行われる。

第２図は操縦装置の概略斜視図で、図におい
て、３は操作盤、４はこの操作盤３に配装した第
１の２次元方向傾倒レバー、５は同じく操作盤３
に配装した第２の２次元方向傾倒レバーで、これ
ら第１、および第２の２次元方向傾倒レバー４，
５は同一構成のものである。

第３図は２次元方向傾倒レバーの詳細斜視図
で、図において、６は揺動枠７の外面に突設さ
れ、該揺動枠７を静止部に支えた外軸、８は前記
外軸６に直交して揺動枠内において中央筒体９を
設け、揺動枠７に支えた内軸、１０は上記中央筒
体９に挿通支持した回転軸で、これら外軸６、内
軸８、および回転軸１０はそれぞれが直交してお
り、またそれぞれの軸にはポテンシヨンメータな
どの角度検出器６ａ，８ａ，１０ａが連結してあ
つて軸回転角を電気、または光などの信号に変換
して出力する。

上記構成において、第１、および第２の２次元
方向傾倒レバー４，５を構成する外軸６は、例え
ば上記のｙ軸に、また内軸８は上記ｘ軸にそれぞ
れ一致させて配置する。

尚、図中１１は回転軸１０の上端に取付けた把
手、１２は操作盤３に設けたレンジ調整ツマミ、
また６ｂ，８ｂ，１０ｂは各角度検出器６，８，
１０に接続のリード線で、角度検出器８，１０の
リード線８ｂ，１０ｂは揺動枠７の揺動による角
度検出器８，１０の移動を考慮して弛みが与えら
れる。

（作用） 次に第１、および第２の２次元方向傾倒レバー
の操作系統の作動について説明する。

第４図は操作系統説明図であり、第１の２次元
方向傾倒レバー４は船体１の長手方向、幅方向、
および垂直軸方向への併進に関するものとし、ま
た第２の２次元方向傾倒レバー５は船体１の長手
方向、幅方向への傾きと、垂直軸まわりの回転、
つまり姿勢制御に関するものとする。

〔イ〕 まづ、第２の２次元方向傾倒レバー５の操
作系統から説明すると、このレバー５は、船体
１の長手方向、幅方向への傾きと垂直軸まわり
の回転、つまり船体の各軸まわりの回転（旋
回）に関するものであるから、これは通常の航
行（併進）の場合と異なり、その動作では例え
ば旋回を積分的に限りなく継続する必要はな
い。必要なものは、例えば船体の前傾30゜、即
ち、ｙ軸まわりの30゜の回転変位というような
形である。このためには、例えばレバー５をｘ
軸方向に30゜に相当する傾倒をさせると、この
傾倒によつて角度検出器６ａからの出力でｙ軸
まわりにセツトされたジヤイロとの較正によつ
て船体の回転が制御されることになる。

通常の水上船の水平方向への旋回に相当する
ｚ軸まわりの回転運動については、母船のジヤ
イロと潜水船のジヤイロの間の較正によつて制
御される。尚、この運動の場合、180゜の旋回
や、それ以上の旋回が必要になることがあるか
もしれない。この時は第２の２次元方向傾倒レ
バー５をある角度以上回転させてやると、フイ
ードバツク回路がカツトされて以後は積分型に
限りなく旋回を継続するような回路構成にすれ
ばよい。

〔ロ〕 次ぎに第１の２次元方向傾倒レバー４の系
統について説明すると、このレバー４は各軸方
向への船体の併進に関するものであるから、そ
の可動範囲は、母船を中心として命綱を有する
ものと、ないものとでは差があるにしても限度
があり、水中ロボツトないし、それに近い潜水
船では、その位置決めが重要な役割りを演じる
ことになる。例えば、水中の固定点に接近し
て、これと情報を交換（含、位置情報）ないし
機械的作業を行うたぐいである。

このためには、第１の２次元方向傾倒レバー
４の傾倒、回転位置が潜水船の位置に対応する
ように、潜水船の位置センサーの信号と較正し
ながら、推進器を制御してやればよい。

この場合、命綱の到達限界に関するようなキロ
メートルにおよぶようなスケールと、水中の固定
点に対応するようなメートルないし、それ以下
（位置センサーの精度に関するが）のスケールが
必要になつてくる。このためには、第１の２次元
方向傾倒レバー４の全行程を必要に応じて例えば
第２図に示すレンジ調整ツマミ１２を操作して切
り換えて使用することにすればよい。尚、前述の
レンジ変更において最大スケールの場合、座標の
原点は母船にすればよいが、スケールが小さくな
つてくると、原点は切り換え時の潜水船の位置付
近に自由に移動して行くことが必要である。

またこの第１の２次元方向傾倒レバー操作の場
合も、該レバーをある角度以上傾倒ないし回転さ
せてやると、位置センサーのフイードバツク回路
をカツトするような構成にしておけば、以後は通
常の航行（併進）状態となり、その方向への運動
を続けるようにすることが出来る。

尚、上記説明において、第１の２次元方向傾倒
レバー操作の場合、ｘ軸方向、ｙ軸方向の船体の
動きと、該レバーの操作関係は直観的に理解しや
すいものであるが、ｚ軸に関しレバーを回転させ
ることによつてｚ軸方向への船体の動きに対して
は多少異和感がある。そこで、レバーのｚ軸廻り
の回転操作は右ねじと同様に考えて、レバーを右
に回転させると船体の降下となり、左に回転させ
ると上昇というように約束しておくと、船体の動
きとレバーの操作関係が理解しやすくなる。

（他の実施例） 上記の説明では究極、６要素の制御が可能な潜
水船について説明したが、すべての潜水船がこの
ような能力を備えたものではない。

第７図は他の実施例の潜水船である。

図示する潜水船は、船体１の両舷中央部にそれ
ぞれ３次元推進器２ｅ，２ｆを装備している。

この種潜水船についてみると、推進器数は２個
に減少しているが、これで前記６要素のうちで実
施できない運動は、ｙ軸まわりの回転運動だけで
ある。

このように、２個の推進器２ｅ，２ｆを装備す
る構成の潜水船の場合は、船体の重量、浮力など
の配置によつて、ｙ軸まわりの自己平衡性が保た
れるように設計されなければならない。

またこの種の潜水船の操縦に当たつては、第２
の２次元方向傾倒レバー５において、第３図に図
示の外軸６を固定して回転不能にしておけば、レ
バーはｘ軸方向に傾倒することなくなり、運転者
にこの運動が不可能なことを理解させることがで
きて柔軟な設計の対応を可能とするものである。

（効果） 以上説明したようにこの発明は、回転機能を有
する第１、および第２の２次元方向傾倒レバーを
備え、第１の２次元方向傾倒レバーの傾倒と回転
によつて船体の各方向への併進に関する出力を規
定し、また第２の２次元方向傾倒レバーの傾倒と
回転によつて船体の傾きと、垂直軸まわりの回転
に関する出力を規定するようにし、この第１、お
よび第２の２次元方向傾倒レバーを操作盤に近接
して装備し、運転者は両手でこれを操作可能とす
るものであるから、水中において３次元方向の動
きを必要とする潜水船の複雑な運転が簡素化で
き、構造も簡潔で信頼性も高く、水中ロボツトを
はじめとしてあらゆる潜水船に適用して優れた性
能を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の適用説明図、第２図は操作
盤の斜視図、第３図はレバーの構成図、第４図は
この発明を適用に好適な制御ダイヤグラム、第５
図は潜水船の座標軸および運動様式説明図、第６
図ａ，ｂ，ｃは６要素の運動が可能な潜水船の推
進器配置図、第７図は他の実施例を示す潜水船の
推進器配置図である。 １……船体、２……３次元推進器、３……操作
盤、４，５……２次元方向傾倒レバー、６……外
軸、７……揺動枠、８……内軸、９……筒体、１
０……回転軸、１１……把手、１２……レンジ調
整ツマミ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転機能を有する第１、および第２の２次元
   方向傾倒レバーを備え、第１の２次元方向傾倒レ
   バーのｘ軸、およびｙ軸方向傾倒角によつて船体
   の長手方向、および幅方向への併進に関する出力
   をそれぞれ規定するとともに、該レバー回転角に
   よつて垂直方向への併進に関する出力を規定し、
   また第２の２次元方向傾倒レバーのｘ軸、および
   ｙ軸方向傾倒角によつて船体の幅方向、および長
   手方向への傾きに関する出力を規定し、該レバー
   回転角によつて船体中心垂直軸まわりの回転に関
   する出力を規定したことを特徴とする潜水船の操
   縦装置。