JP2017225272A - 水中充電システム及び水中充電方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水中におけるＡＵＶへの給電を簡易な構成でより確実に実施することができる技術を提供すること。
【解決手段】実施形態の水中充電システムは、二次電池を動力源として動作する潜水機と、水中の前記潜水機に対して電力を供給する給電装置とを備える水中充電システムであって、前記潜水機は、前記給電装置から電力を受電する受電部と、前記受電部によって受電された電力を前記二次電池に蓄電する充電制御部と、を備え、前記給電装置は、水中を移動するための推進器と、磁力によって前記潜水機を自装置に連結する連結部と、前記潜水機に電力を送電する送電部と、自装置に対する前記連結部の相対位置を３次元方向に移動させることが可能な位置調整部と、を備え、前記位置調整部は、前記連結部が前記潜水機を自装置に連結した後、前記潜水機に対する自装置の相対位置が、前記送電部が前記受電部に対して給電可能な位置となるように前記連結部を移動させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、自律型無人潜水機を水中で充電する技術に関する。

巡航型ＡＵＶ（Autonomous Underwater Vehicle：自律型無人潜水機。以下、「ＡＵＶ」と記載する。）は、電池容量の制約を受ける。そのため、現在はその連続稼働時間はせいぜい一日程度である。連続稼働時間の制限を超えてＡＵＶを連続稼働させるには、水中でのＡＵＶの充電が必要になる。従来、ＡＵＶを水中に存在する充電ステーションに連結させて充電する方法がいくつか提案されている。例えば、特許文献１には、ＡＵＶに対して前進又は後退可能な給電部をＡＵＶに連結して給電する非接触給電装置（充電ステーション）が記載されている。このほか、ＡＵＶとの連結を容易にするために、所定の方向から進入するＡＵＶを捕獲するキャプチャを用いた給電方法なども提案されている。

特開２００４−１６６４５９号公報

しかしながら、従来技術を用いてＡＵＶに給電しようとした場合、水中を巡航中のＡＵＶに給電装置を連結させるため、ＡＵＶの速度をある程度落とす必要がある。一方で、ＡＵＶの位置や姿勢は舵によって制御されるため、低速では位置や姿勢の制御が効かなくなる。そのため、低速のＡＵＶを給電装置に連結させるためには、ＡＵＶに推進器を追加しなければならず、機体の大型化や制御の複雑化、コスト増などの問題を生じる可能性があった。

上記事情に鑑み、本発明は、水中のＡＵＶに対する給電をより簡易な構成で実現することができる技術を提供することを目的としている。

本発明の一態様は、二次電池を動力源として動作する潜水機と、水中の前記潜水機に対して電力を供給する給電装置とを備える水中充電システムであって、前記潜水機は、前記給電装置から電力を受電する受電部と、前記受電部によって受電された電力を前記二次電池に蓄電する充電制御部と、を備え、前記給電装置は、水中を移動するための推進器と、磁力によって前記潜水機を自装置に連結する連結部と、前記潜水機に電力を送電する送電部と、自装置に対する前記連結部の相対位置を３次元方向に移動させることが可能な位置調整部と、を備え、前記位置調整部は、前記連結部が前記潜水機を自装置に連結した後、前記潜水機に対する自装置の相対位置が、前記送電部が前記受電部に対して給電可能な位置となるように前記連結部を移動させる、水中充電システムである。

本発明の一態様は、上記の水中充電システムであって、前記給電装置を遠隔から制御する遠隔制御装置をさらに備え、前記給電装置は、自装置周辺を撮像可能な撮像部と、前記送電部と前記受電部との位置合わせに用いられるマーカー光を照射するマーカー照射部と、をさらに備え、前記遠隔制御装置は、前記潜水機及び前記給電装置の位置情報に基づいて、前記潜水機が前記撮像部により撮像される画像に基づいて認識可能な位置に前記給電装置を誘導する誘導制御部を備え、前記位置調整部は、前記マーカー照射部によって照射されるマーカー光の照射位置が、前記給電可能な位置に応じて定まる前記潜水機表面の所定の位置となるように前記連結部を移動させる。

本発明の一態様は、上記の水中充電システムであって、前記送電部及び前記受電部は、非接触方式で電力の受け渡しを行う。

本発明の一態様は、上記の水中充電システムであって、前記送電部は、コンデンサバンクに蓄えられた電力を前記受電部に送電する。

本発明の一態様は、給電装置から電力を受電する受電部と前記受電部によって受電された電力を二次電池に蓄電する充電制御部とを備え、前記二次電池を動力源として動作する潜水機と、前記潜水機を自装置に連結する連結部と前記潜水機に電力を送電する送電部とを備え、水中の前記潜水機に対して電力を供給する給電装置とを備える水中充電システムにおける前記二次電池の充電方法であって、前記連結部が、磁力によって前記潜水機を自装置に連結する連結ステップと、自装置に対する前記連結部の相対位置が、前記送電部が前記受電部に対して給電可能な位置となるように前記連結部を移動させる位置調整ステップと、前記送電部が前記受電部に対して電力を供給する電力供給ステップと、を有する水中充電方法である。

本発明により、水中におけるＡＵＶへの給電を簡易な構成でより確実に実施することが可能となる。

実施形態の水中充電システム１００のシステム構成の概略を示す図である。 実施形態のＡＵＶ１の機能構成の具体例を示すブロック図である。 実施形態のＲＯＶ２の機能構成の具体例を示すブロック図である。 実施形態のＡＳＶ３の機能構成の具体例を示すブロック図である。 実施形態の遠隔制御装置４の機能構成の具体例を示すブロック図である。 送電アンテナ及び受電アンテナの具体例を示す図である。 送電アンテナ及び受電アンテナの他の具体例を示す図である。 実施形態の水中充電システム１００の動作例を示すシーケンス図である。 ＡＵＶ１とＲＯＶ２との連結のイメージを示した概略図である。 送電部２１１及び受電部１０８の位置合わせのイメージを示した概略図である。

図１は、実施形態の水中充電システム１００のシステム構成の概略を示す図である。水中充電システム１００は、ＡＵＶ１、ＲＯＶ２（給電装置の一例）、ＡＳＶ３、遠隔制御装置４及び基地局５を備える。ＡＵＶ１は、給電の対象となる自律型無人潜水機である。ＲＯＶ２（Remotely operated vehicle）は、ＡＵＶ１に連結し、ＡＳＶ３から送電される電力をＡＵＶ１に供給する遠隔操作無人探査機である。ＡＳＶ３（Autonomous Surface Vehicle）は、ＲＯＶ２と遠隔制御装置４との間の通信を中継する洋上中継器である。遠隔制御装置４は、ＡＳＶ３を介してＲＯＶ２を操作する遠隔制御装置である。遠隔制御装置４は、基地局５を介した無線通信によってＡＳＶ３と通信可能である。例えば、基地局５は、通信衛星を介して通信を行うものであってもよいし、携帯電話等の移動体通信網を介して通信を行うものであってもよい。

なお、ＲＯＶ２は、光・電気複合ケーブル６でＡＳＶ３と接続される。ＲＯＶ２には、光・電気複合ケーブル６を介してＡＳＶ３から電力が供給される。ＲＯＶ２は、光・電気複合ケーブル６を介してＡＳＶ３と通信可能である。また、ＡＳＶ３は、無線通信によって遠隔制御装置４と通信可能である。また、ＡＵＶ１は、音響通信によってＡＳＶ３と通信可能である。

図２は、実施形態のＡＵＶ１の機能構成の具体例を示すブロック図である。ＡＵＶ１は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、ＡＵＶプログラムを実行する。ＡＵＶ１は、ＡＵＶプログラムの実行によってＡＵＶ制御部１０１、音響通信部１０２、ＲＯＶホーマー１０３、ＳＳＢＬ用トランスポンダ１０４、被連結部１０５、二次電池１０６、充電制御部１０７、受電部１０８及び通信部１０９を備える装置として機能する。なお、ＡＵＶ１の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。ＡＵＶプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。ＡＵＶプログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

ＡＵＶ制御部１０１は、自装置をＡＵＶとして機能させるための種々の制御処理を実行する機能部である。ＡＵＶ制御部１０１は、自装置が備える各種機能部を制御することによって自装置をＡＵＶとして機能させる。

音響通信部１０２は、電磁波の減衰が大きい水中において、音波を用いた無線通信（以下、「音響通信」という。）を実現する機能部である。音響通信部１０２は、音響通信によってＡＳＶ３と通信する。

ＲＯＶホーマー１０３は、船上局（例えばＡＳＶ３に備えられる）に自身の相対位置を知らせるトランスポンダである。具体的には、ＲＯＶホーマー１０３は、船上局に対する自身の方向及び距離を計測して船上局に通知する。

ＳＳＢＬ（Super Short Base-line）用トランスポンダ１０４は、船上局（例えばＡＳＶ３に備えられる）に対して自身の位置を計測させるための音響信号を発信するトランスポンダである。ＳＳＢＬ用トランスポンダ１０４は、ＳＳＢＬ方式での測位に用いられるトランスポンダである。ＳＳＢＬ方式は、１個のトランスポンダから発信される音響信号を多重受信機で受信して位置関係を求める測位方式である。なお、ＳＳＢＬ用トランスポンダ１０４に代えて、ＳＢＬ方式やＬＢＬ方式等の他の測位方式用のトランスポンダが用いられてもよい。

被連結部１０５は、ＲＯＶ２に連結されるための構造部材である。被連結部１０５は、磁石に引きつけられる性質を有する金属板を含んで構成される。例えば、被連結部１０５は、上記金属板として鉄板を備える。この金属板が磁力によってＲＯＶ２の構造部材に接着することにより、ＡＵＶ１がＲＯＶ２に連結される。

二次電池１０６は、自装置の動力源となる電源であり、充電によって電気を蓄えることができる蓄電池である。二次電池１０６は、充電制御部１０７によって充電される。

充電制御部１０７は、二次電池１０６の充電を制御する機能部である。充電制御部１０７は、受電部１０８によって受電された電力を二次電池１０６に蓄電させる。受電部１０８は、受電用のコイル（図示せず）を備えて構成され、送電側のコイルとの間で生じる電磁誘導作用によって非接触で電力を受電することができる。この電磁誘導作用は、電力供給の手段としてのみならず、ＮＦＣ（Near Field Communication）等の近距離無線通信技術にも応用されている。通信部１０９は、受電用のコイルを通信用のアンテナとして共用することでＲＯＶ２との近距離無線通信を実現する機能部である。充電制御部１０７は、二次電池１０６の充電を制御する機能に加え、通信部１０９を介した無線通信を制御する機能を有する。

図３は、実施形態のＲＯＶ２の機能構成の具体例を示すブロック図である。ＲＯＶ２は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、ＲＯＶプログラムを実行する。ＲＯＶ２は、ＲＯＶプログラムの実行によってＲＯＶ制御部２０１、光通信部２０２、ＲＯＶホーマー２０３、ＳＳＢＬ用トランスポンダ２０４、撮像部２０５、推進器２０６、速度センサ２０７、電源部２０８、給電制御部２０９、コンデンサバンク２１０、送電部２１１、通信部２１２、連結部２１３、位置調整部２１４、マーカー照射部２１５、位置固定部２１６及び連結制御部２１７を備える装置として機能する。なお、ＲＯＶ２の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。ＲＯＶプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。ＲＯＶプログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

ＲＯＶ制御部２０１は、自装置をＲＯＶとして機能させるための種々の制御処理を実行する機能部である。ＲＯＶ制御部２０１は、自装置が備える各種機能部を制御することによって自装置をＲＯＶとして機能させる。

光通信部２０２は、光信号による情報の送受信を可能にする通信インタフェースである。光通信部２０２は、光・電気複合ケーブル６の内部を通る光通信ケーブルを介してＡＳＶ３と通信する。

ＲＯＶホーマー２０３は、ＡＵＶ１が備えるＲＯＶホーマー１０３と同様である。
ＳＳＢＬ用トランスポンダ２０４は、ＡＵＶ１が備えるＳＳＢＬ用トランスポンダ１０４と同様である。

撮像部２０５は、カメラ等の撮像装置を用いて構成される。撮像部２０５は、設置位置から自装置の周辺を撮像し映像信号を出力する。映像信号はＲＯＶ制御部２０１に出力される。例えば、映像信号は光通信部２０２を介してＡＳＶ３に送信され、ＡＳＶ３を介して遠隔制御装置４に送信される。基地局では、遠隔制御装置４に受信される映像信号に基づいて、ＲＯＶ３付近の水中の映像が表示される。

推進器２０６は、自装置に対して水中での推進力を与える装置である。速度センサ２０７は、自装置の移動速度を測定するセンサである。

電源部２０８は、自装置の動力源となる電源であり、ＡＳＶ３から供給される電力を自装置の各機能部に供給する。

給電制御部２０９は、ＡＵＶ１に対する給電を制御する機能部である。給電制御部２０９は、コンデンサバンク２１０に蓄えられた電力を、送電部２１１を介してＡＵＶ１に供給する。このように、ＡＵＶ１に供給する電力を予めコンデンサバンク２１０に蓄えておくことにより、ＲＯＶ２はＡＵＶ１に対して大電流で電力を供給することが可能となり、充電時間を短縮することができる。送電部２１１は、送電用のコイル（図示せず）を備えて構成され、受電側のコイルとの間で生じる電磁誘導作用によって非接触で電力を送電することができる。通信部２１２は、送電用のコイルを通信用のアンテナとして共用することでＡＵＶ１との近距離無線通信を実現する機能部である。給電制御部２０９は、ＡＵＶ１に対する給電を制御する機能に加え、通信部２１２を介した無線通信を制御する機能を有する。

連結部２１３は、磁力によってＡＵＶ１を自装置に連結する装置である。例えば、連結部２１３は、電気的な動作制御が可能なアーム部に電磁石を取り付けて構成される。

位置調整部２１４は、連結部２１３を自装置に固定するとともに、連結部２１３の固定位置を３次元方向に移動させることが可能な装置である。例えば、位置調整部２１４は、電気的な動作制御が可能な３軸ステージを用いて構成される。

マーカー照射部２１５は、レーザー光を照射するレーザー装置を用いて構成される。マーカー照射部２１５によって照射されるレーザー光は、ＡＵＶ１が連結部２１３によって自装置に連結された後、ＡＵＶ１に対する自装置の相対位置を微調整する際の目印（以下、「マーカー」という。）となる。この微調整によって、ＲＯＶ２の送電部２１１がＡＵＶ１の受電部１０８に対して送電可能な位置（以下、「適正位置」という。）をとるように調整される。具体的には、マーカー照射部２１５は、ＡＵＶ１の表面の所定の位置にマーカーが合ったときに送電部２１１が適正位置を取る方向にマーカーを照射するように設置される。

位置固定部２１６は、自装置とＡＵＶ１との位置関係を固定する機能部である。例えば、位置固定部２１６は、ＡＵＶ１に設けられた構造部材に篏合する構造部材を有し、篏合動作を電気的に制御可能な篏合装置を用いて構成される。また、位置固定部２１６は、自装置のＡＵＶ１との固定の具合を検出するセンサを含み、検出結果を連結制御部２１７に通知する。

連結制御部２１７は、自装置とＡＵＶ１との連結を制御する機能部である。連結制御部２１７は、上述の各種機能部を制御することによって自装置をＡＵＶ１に連結する。

図４は、実施形態のＡＳＶ３の機能構成の具体例を示すブロック図である。ＡＳＶ３は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、ＡＳＶプログラムを実行する。ＡＳＶ３は、ＡＳＶプログラムの実行によってＡＳＶ制御部３０１、光通信部３０２、無線通信部３０３、音響通信部３０４、推進器３０５、速度センサ３０６、ＳＳＢＬ測位部３０７、着水揚収部３０８、エンジン部３０９及びバッテリ部３１０を備える装置として機能する。なお、ＡＳＶ３の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。ＡＳＶプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。ＡＳＶプログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

ＡＳＶ制御部３０１は、自装置をＡＳＶとして機能させるための種々の制御処理を実行する機能部である。ＡＳＶ制御部３０１は、自装置が備える各種機能部を制御することによって自装置をＡＳＶとして機能させる。

光通信部３０２は、光信号による情報の送受信を可能にする通信インタフェースである。光通信部３０２は、光・電気複合ケーブル６の内部を通る光通信ケーブルを介してＲＯＶ２と通信する。

無線通信部３０３は、自装置と遠隔制御装置４との間の無線通信を実現する機能部である。例えば、無線通信部３０３は、通信衛星を介して通信を行うものであってもよいし、携帯電話等の移動体通信網を介して通信を行うものであってもよい。

音響通信部３０４は、ＡＵＶ１が備える音響通信部１０２と同様である。音響通信部３０４は、音響通信によってＡＵＶ１と通信する。

推進器３０５は、自装置に対して洋上での推進力を与える装置である。速度センサ３０６は、自装置の移動速度を測定するセンサである。

ＳＳＢＬ測位部３０７は、ＳＳＢＬ方式でＡＵＶ１及びＲＯＶ２の位置を測定する。具体的には、ＳＳＢＬ測位部３０７は、ＡＵＶ１のＳＳＢＬ用トランスポンダ１０４から送信される音響信号に基づいてＡＵＶ１の位置を測定し、ＲＯＶ２のＳＳＢＬ用トランスポンダ２０４から送信される音響信号に基づいてＲＯＶ２の位置を測定する。

着水揚収部３０８は、ＲＯＶ２の着水及び揚収を行う。エンジン部３０９は、自装置の動力源となる電力を発電するエンジンを備えて構成される。バッテリ部３１０は、ＡＵＶ１に対して供給する電力を蓄える蓄電池である。バッテリ部３１０は、エンジン部３０９によって発電された電力の一部を、ＡＵＶ１に供給する電力として蓄える。

図５は、実施形態の遠隔制御装置４の機能構成の具体例を示すブロック図である。遠隔制御装置４は、バスで接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリや補助記憶装置などを備え、遠隔制御装置プログラムを実行する。遠隔制御装置４は、遠隔制御装置プログラムの実行によって通信部４１、操作入力部４２、ＡＵＶ遠隔操作部４３、ＲＯＶ遠隔操作部４４及びＡＳＶ遠隔操作部４５を備える装置として機能する。なお、遠隔制御装置４の各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。遠隔制御装置プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。遠隔制御装置プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

通信部４１は、自装置と基地局５とを通信可能にする通信インタフェースを用いて構成される。通信部４１は、基地局５を介した無線通信によってＡＳＶ３と通信する。

操作入力部４２は、ＡＵＶ１、ＲＯＶ２又はＡＳＶ３に対する操作の入力を受け付ける。例えば、操作入力部４２は、マウスやキーボード、タッチパネル等の入力装置を用いて構成されてもよいし、移動体専用の操作装置を用いて構成されてもよい。操作入力部４２は、入力された操作の対象に応じて、入力情報をＡＵＶ遠隔操作部４３、ＲＯＶ遠隔操作部４４及びＡＳＶ遠隔操作部４５のいずれかに出力する。

ＡＵＶ遠隔操作部４３は、ＡＵＶ１の遠隔制御に関する処理を行う機能部である。ＲＯＶ遠隔操作部４４は、ＲＯＶ２の遠隔制御に関する処理を行う機能部である。ＡＳＶ遠隔操作部４５は、ＡＳＶ３の遠隔制御に関する処理を行う機能部である。ＡＵＶ遠隔操作部４３、ＲＯＶ遠隔操作部４４及びＡＳＶ遠隔操作部４５は、操作入力部４２から出力される入力情報に基づいて、それぞれの操作対象に対して入力情報に応じた動作を指示するための制御情報を生成する。ＡＵＶ遠隔操作部４３、ＲＯＶ遠隔操作部４４及びＡＳＶ遠隔操作部４５は、生成された制御情報を、通信部４１を介してＡＳＶ３に送信する。ＲＯＶ２宛ての制御情報はＡＳＶ３を介してＲＯＶ２に中継される。ＡＵＶ１宛ての制御情報はＡＳＶ３及びＲＯＶ２を介してＡＵＶ１に中継されてもよいし、音響通信によってＡＳＶ３から直接ＡＵＶ１宛てに送信されてもよい。

さらにＲＯＶ遠隔操作部４４は、移動操作部４４１、連結操作部４４２及び充電操作部４４３を備える。移動操作部４４１は、ＲＯＶ２の移動に関する制御を行う。連結操作部４４２は、ＡＵＶ１とＲＯＶ２との連結に関する制御を行う。充電操作部４４３は、ＲＯＶ２によるＡＵＶ１に対する給電に関する制御を行う。

図６は、送電アンテナ及び受電アンテナの具体例を示す図である。図６の例では、左側のコイル５１が送電アンテナを示し、右側のコイル５２が受電アンテナを示す。コイル５１及びコイル５２は、磁性体コアや空芯を軸として周囲に銅線を巻回したものである。送電アンテナであるコイル５１はＲＯＶ２の送電部２１１に備えられ、受電アンテナであるコイル５２はＡＵＶ１の受電部１０８に備えられる。コイルのサイズは、給電する電力量にもよるが一般には１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度の直径と、５０ｍｍ程度の厚みを有する。以下、コイルの軸に直交するコイル半径方向の平面をコイル面という。

このようなコイルを用いた非接触方式の充電において、８０％程度以上の充電効率を維持しつつ最大の送電電力での給電を実現するためには、コイル５１及び５２の各コイル面を平行に維持しつつ、アンテナ間の距離ｄと、コイル中心から径方向へのずれｒとが所定の範囲内に維持されることが必要となる。例えば、上記サイズのアンテナの場合、ｄ≦２０［ｍｍ］、ｒ≦２０［ｍｍ］を満たすような位置関係が維持されるようにコイル５１及びコイル５２の位置を制御する必要がある。

図７は、送電アンテナ及び受電アンテナの他の具体例を示す図である。送電アンテナ及び受電アンテナは、図６に示した円盤状のものに限定されず、非接触での送電及び受電が可能なアンテナであれば他のどのような形状のアンテナが用いられても良い。例えば、図７（Ａ）に示されるような楕円状のアンテナが用いられてもよいし、図７（Ｂ）に示されるような筒状のアンテナが用いられても良い。

図８は、実施形態の水中充電システム１００の動作例を示すシーケンス図である。図８に示す処理の流れは、ＡＳＶ３が洋上においてＲＯＶ２を着水した状況で開始される。この状況において遠隔制御装置４では、まず、移動操作部４４１（誘導制御部の一例）が、ＲＯＶ２をＡＵＶ１の近辺に誘導する（ステップＳ１０１）。ここでいう近辺とは、例えばＡＵＶ１の機体表面に存在する位置合わせ用の目印がＲＯＶ２の撮像する画像によって十分に識別可能な位置を意味する。移動操作部４４１は、操縦操作の入力に応じた移動を行うようにＲＯＶ２を制御してもよいし、ＡＵＶ１及びＲＯＶ２の位置情報に基づいてＲＯＶ２をＡＵＶ１に近づけるような制御を行ってもよい。移動操作部４４１は、ＲＯＶ２をＡＵＶ１の近辺に移動させる制御情報を生成しＲＯＶ２に送信する（ステップＳ１０２）。ＲＯＶ２は、遠隔制御装置４から送信された制御情報に基づいて自装置を移動させることにより、ＡＵＶ１の近辺に移動する（ステップＳ１０３）。

ＲＯＶ２がＡＵＶ１の近辺に誘導されると、続いて連結操作部４４２が、ＲＯＶ２をＡＵＶ１に連結させる（ステップＳ１０４）。具体的には、連結操作部４４２は、ＲＯＶ２に対してＡＵＶ１と連結する動作を行わせるための制御情報を生成しＲＯＶ２に送信する（ステップＳ１０５）。ＲＯＶ２では、この制御情報に基づいて連結制御部２１７が以下のように動作することにより、ＡＵＶ１がＲＯＶ２に連結される。

図９は、ＡＵＶ１とＲＯＶ２との連結のイメージを示した概略図である。図９は、ＲＯＶ２がＡＵＶ１の近辺に誘導された状態を示している。この状態において、まず、連結制御部２１７は、連結部２１３に備えられた電磁石Ｍを励磁する（ステップＳ１０６）。連結制御部２１７は、推進器２０６−１及び２０６−２を制御することにより、励磁された電磁石がＡＵＶ１の表面の被連結部１０５に接着するようにＲＯＶ２を移動させる（ステップＳ１０７）。このとき、連結部２１３に備えられたアーム部Ａが旋回や伸縮等の動作によって電磁石の位置を変化させることが可能である場合、連結制御部２１７はアーム部Ａの動作を制御することによって電磁石Ｍを被連結部１０５に連結させてもよい。

続いて、連結制御部２１７は、電磁石が鉄板に接着した状態で位置調整部２１４を動作させることにより、ＲＯＶ２の送電部２１１とＡＵＶ１の受電部１０８とが適正位置となるように位置合わせを行う（ステップＳ１０８）。

図１０は、送電部２１１及び受電部１０８の位置合わせのイメージを示した概略図である。図１０において、符号２００によって示される破線はＡＵＶ１の筐体表面を表しており、符号３００によって示される実線はＲＯＶ２の位置調整部２１４の一部を表している。図１０は、ＡＵＶ１の筐体表面に設置された被連結部１０５に、ＲＯＶ２の連結部２１３が連結した状態を示している。具体的には、電磁石Ｍが被連結部１０５に磁力によって接着した状態である。電磁石Ｍが取り付けられたアーム部Ａは、紙面垂直方向に延びており、固定位置Ｐにおいて位置調整部２１４に固定されている。位置調整部２１４は、この固定位置Ｐを３次元方向に移動させることが可能である。

例えば、ＡＵＶ１の機体表面に適正位置の目印Ｔが設けられる。この目印Ｔは、マーカー照射部２１５−１及び２１５−２によって照射される十字マーカーＣと合った場合に、送電部２１１及び受電部１０８が適正位置にあることを示すものである。目印Ｔの位置と、マーカー照射部２１５−１及び２１５−２の照射方向とは、上記の条件を満たすような位置及び方向に予め設定されている。位置調整部２１４は、十字マーカーＣが目印Ｔに合うように、固定位置Ｐを移動させることによって送電部２１１及び受電部１０８が適正位置となるように位置合わせを行う。例えば、図１０において十字マーカーＣは位置合わせ前の状態の十字マーカーを表している。この場合、位置調整部２１４は、十字マーカーＣが目印Ｔ内に位置するように、固定位置Ｐをｘ軸方向にＸ、ｙ軸方向にＹ、ｚ軸方向にＺだけ移動させる。その結果、送電部２１１及び受電部１０８が適正位置に配置される。

送電部２１１及び受電部１０８が適正位置に配置されると、位置固定部２１６は自装置とＡＵＶ１とが適正位置に維持されるように固定する（ステップＳ１０９）。送電部２１１及び受電部１０８の位置関係が固定されると、給電制御部２０９はＡＵＶ１に対する給電を開始する（ステップＳ１１０）。ＡＵＶ１側では、ＲＯＶ２からの給電開始に応じて、充電制御部１０７が受電された電力を二次電池１０６に蓄電する（ステップＳ２１１）。

このように構成された実施形態の水中充電システム１００は、ＡＵＶ１との位置合わせを２段階で行うＲＯＶ２を備える。具体的には、ＲＯＶ２は、ＡＵＶ１を自装置に連結する連結部２１３と、ＡＵＶ１を自装置に連結した後、自装置の送電部２１１とＡＵＶ１の受電部１０８との位置合わせを行う位置調整部２１４とを備える。このような構成を備えることにより、実施形態の水中充電システム１００は、水中でのＡＵＶ１に対する給電をより簡易な構成で実現することができる。

また、従来のように給電部をＡＵＶに連結する方法や、キャプチャを用いてＡＵＶを捕獲する方法では、水中を浮遊するＡＵＶを捕らえることは現実的に困難であった。これに対して、実施形態の水中充電システム１００では、まず連結部２１３がＡＵＶ１を大まかな位置で捕獲し、位置調整部２１４が適正位置の微調整を行う。そのため、実施形態の水中充電システム１００は、水中でのＡＵＶ１に対する給電をより確実に実施することができる。

また、従来では、海中での充電を行う方法として次の方法が一般的であった。
（１）海中に充電ステーションを設置し海底ケーブルなどで陸から給電する方法。
（２）ドッキングデバイスを有する母船や潜水艦（人間が乗船）で充電対象に接近する方法。

しかしながら、これらの方法はいずれも高コストであり、頻繁に行うにはハードルが高いものであった。そのため、従来は、ＡＵＶ１の連続潜水時間を長くすることが困難であった。これに対して、実施形態の水中充電システム１００では、遠隔制御装置４を用いた遠隔操作によってＡＵＶ１の充電が遠隔から制御可能である。そのため、有人船の派遣が不要となり、ＡＵＶ１の連続潜水時間を低コストで長時間化することも可能となる。

＜変形例＞
上記の実施形態では、ＲＯＶ２の誘導、ＡＵＶ１との連結、ＡＵＶ１に対する給電が遠隔制御装置４による遠隔制御又は遠隔操作によって実現される態様について説明したが、遠隔制御装置４に代えてＡＳＶ３又はＲＯＶ２が、これらの制御を行うように構成されてもよい。例えば、この場合、遠隔制御装置４が備える移動操作部４４１、連結操作部４４２、充電操作部４４３の各機能部をＡＳＶ３又はＲＯＶ２が備えてもよい。ＡＳＶ３又はＲＯＶ２は、遠隔制御装置４と同様に、操作入力部４２を介して入力される操作情報に基づいて各制御を行うように構成されてもよいし、各制御を自律的に行うように構成されてもよい。

上述した実施形態におけるＡＵＶ１、ＲＯＶ２、ＡＳＶ３及び遠隔制御装置４の一部又は全部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明は、水中に存在する充電対象の機器に対して非接触での充電を行う充電システムに適用可能である。

１００…水中充電システム、 １…ＡＵＶ（Autonomous Underwater Vehicle：自律型無人潜水機）、 １０１…ＡＵＶ制御部、 １０２…音響通信部、 １０３…ＲＯＶホーマー、 １０４…ＳＳＢＬ用（Super Short Base-line）トランスポンダ、 １０５…被連結部、 １０６…二次電池、 １０７…充電制御部、 １０８…受電部、 １０９…通信部、 ２…ＲＯＶ（Remotely operated vehicle：遠隔操作無人探査機）、 ２０１…ＲＯＶ制御部、 ２０２…光通信部、 ２０３…ＲＯＶホーマー、 ２０４…ＳＳＢＬ用トランスポンダ、 ２０５…撮像部、 ２０６…推進器、 ２０７…速度センサ、 ２０８…電源部、 ２０９…給電制御部、 ２１０…コンデンサバンク、 ２１１…送電部、 ２１２…通信部、 ２１３…連結部、 ２１４…位置調整部、 ２１５…マーカー照射部、 ２１６…位置固定部、 ２１７…連結制御部、 ３…ＡＳＶ（Autonomous Surface Vehicle：洋上中継器）、 ３０１…ＡＳＶ制御部、 ３０２…光通信部、 ３０３…無線通信部、 ３０４…音響通信部、 ３０５…推進器、 ３０６…速度センサ、 ３０７…ＳＳＢＬ測位部、 ３０８…着水揚収部、 ３０９…エンジン部、 ３１０…バッテリ部、 ４…遠隔制御装置、 ４１…通信部、 ４２…操作入力部、 ４３…ＡＵＶ遠隔操作部、 ４４…ＲＯＶ遠隔操作部、 ４４１…移動操作部、 ４４２…連結操作部、 ４４３…充電操作部、 ４５…ＡＳＶ遠隔操作部、 ５…基地局、 ６…光・電気複合ケーブル、 ５１…送電コイル、 ５２…受電コイル、 ２００…ＡＵＶの表面の一部、 ３００…位置調整部の一部

Claims (5)

1. 二次電池を動力源として動作する潜水機と、水中の前記潜水機に対して電力を供給する給電装置とを備える水中充電システムであって、
   前記潜水機は、
   前記給電装置から電力を受電する受電部と、
   前記受電部によって受電された電力を前記二次電池に蓄電する充電制御部と、
   を備え、
   前記給電装置は、
   水中を移動するための推進器と、
   磁力によって前記潜水機を自装置に連結する連結部と、
   前記潜水機に電力を送電する送電部と、
   自装置に対する前記連結部の相対位置を３次元方向に移動させることが可能な位置調整部と、
   を備え、
   前記位置調整部は、前記連結部が前記潜水機を自装置に連結した後、前記潜水機に対する自装置の相対位置が、前記送電部が前記受電部に対して給電可能な位置となるように前記連結部を移動させる、
   水中充電システム。
2. 前記給電装置を遠隔から制御する遠隔制御装置をさらに備え、
   前記給電装置は、
   自装置周辺を撮像可能な撮像部と、
   前記送電部と前記受電部との位置合わせに用いられるマーカー光を照射するマーカー照射部と、
   をさらに備え、
   前記遠隔制御装置は、前記潜水機及び前記給電装置の位置情報に基づいて、前記潜水機が前記撮像部により撮像される画像に基づいて認識可能な位置に前記給電装置を誘導する誘導制御部を備え、
   前記位置調整部は、前記マーカー照射部によって照射されるマーカー光の照射位置が、前記給電可能な位置に応じて定まる前記潜水機表面の所定の位置となるように前記連結部を移動させる、
   請求項１に記載の水中充電システム。
3. 前記送電部及び前記受電部は、非接触方式で電力の受け渡しを行う、
   請求項１又は２に記載の水中充電システム。
4. 前記送電部は、コンデンサバンクに蓄えられた電力を前記受電部に送電する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の水中充電システム。
5. 給電装置から電力を受電する受電部と前記受電部によって受電された電力を二次電池に蓄電する充電制御部とを備え、前記二次電池を動力源として動作する潜水機と、前記潜水機を自装置に連結する連結部と前記潜水機に電力を送電する送電部とを備え、水中の前記潜水機に対して電力を供給する給電装置とを備える水中充電システムにおける前記二次電池の充電方法であって、
   前記連結部が、磁力によって前記潜水機を自装置に連結する連結ステップと、
   自装置に対する前記連結部の相対位置が、前記送電部が前記受電部に対して給電可能な位置となるように前記連結部を移動させる位置調整ステップと、
   前記送電部が前記受電部に対して電力を供給する電力供給ステップと、
   を有する水中充電方法。

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