JPS62283099A

JPS62283099A - 潜水艇の位置決め方法

Info

Publication number: JPS62283099A
Application number: JP12668086A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Mishima; 三島　智範
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1986-05-30
Filing date: 1986-05-30
Publication date: 1987-12-08

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】３、発明の詳細な説明（産業上の利用分野）この発明は小型無人潜水Ｍ７１（Ｒｅｍｏｔｅｌｙ　０
ｐｅｒａｔｅｄ　Ｖｅｈｉｃｌｅ　、略称−１？ＯＶ）
、或いは潜水器（以下、潜水艇という）等において、潜
水中における位置決めを行う潜水艇の位置決め方法に関
する。

（従来技術）小型無人潜水艇は、簡便に水中探索や、水中作業を行う
ことが出来るという点で普及して来ているが、この種の
潜水艇は、比較的浅深度用でも殆ど暗黒の対象物のない
水中で行動するため、その位置決めが重要な役割りを果
たすもので、位置決め装置の存在が不可欠の役割りを果
たしている。

従来より、この位置決め方法として一般的には、超音波
を用いて基準点からの距離を計測し、三角測量法による
位置決めがなされている。

第５図は、海底に設定された基準点となる３個のトラン
スポンダーＴに、潜水艇１？ＯＶがら超音波を発射し、
この音波が帰ってくるまでの時間を計測して超音波の水
中伝播速度がら距離を計測する例を示したものである。

（発明が解決しようとする問題点）上記する超音波式測量法による場合、超音波の水中伝播
速度には限りがあるため、どうしても常時リアルタイム
の位置決めが出来ないことと、トランスポンダーの距離
が大きくなればなる程、計測時間が長くなり、その間の
潜水艇の移動が誤差になる。

第６図は、第５図における超音波式測量法による誤差の
説明図である。

尚、ここでは単純のために、−次元で説明する。

図において、へ点で発射された超音波がトランスポンダ
ーに反射して帰って（るが、その間潜水艇がへ点からＢ
点に移動していたとすると、これをＢ点で受信すること
になる。

ところが距離としては、Ａ−Ｂ点間の中点、つまりａ点
の距離になってしまい、ａ−Ｂ点間が誤差になる。

一方、潜水艇の作業内容が高度化してくると、このよう
な地球に対する絶対位置よりは、作業対象に対面して現
在の位置から、例えば、作業対象に成る量を接近したり
するといった、ある必要な変位量を与え、次には、その
新しい変位位置から更に新しいある変位量を与えるとい
った操作法がむしろ望まれていると考えられる。

このための対策として従来は、例えば、慣性誘導法によ
って、潜水艇に働く加速度を計測し、基準点から時間に
関する積分によって速度及び変位を求めて前記位置決め
方式を補うことが行われている。

しかし、慣性誘導法による位置決めには、潜水艇の慣性
力に比し、推進力が大きくない場合等には、必ずしも計
測精度が充分高く出来ないことと、特に、小型の潜水艇
の場合、この装置を搭載するためのスペース、及び重量
的な制約と共に、費用面からも大きな問題がある。

この発明は、上述するような問題を解決するためになさ
れたものである。

（問題点を解決するための手段）一般に、潜水艇の推進器の推力と、慣性力の比は必ずし
も大きくなく、従って、その運動における加速度は、そ
れ程大きくない。

このため、慣性誘導法等による計測精度の向上のために
は、より高度の技術が必要になる。

そこで、この発明では、運動の法則における推カー慣性
力×加速度より計測の容易な推力を計測して、予め求め
得る潜水艇の慣性力、慣性モーメントを介して加速度を
間接的に求め、更に予め求め得る潜水艇の流体抵抗を加
えて、基準点からの変位を求めたものが基本の発明であ
る。

ところが、この方法の欠点は推進器以外の潮流による外
力の存在をカバーすることができない。そこで、潮流が
海底では時間的に急速に変化することがない。という前
提に立って、既に用意されている超音波式測位装置を用
いて求めた速度と、この発明の結果との差から、潮流を
割り出し、これによって基本の発明の結果を補正するよ
うにしたことにある。

また、複数の推進器によって略万能の運動性能を持たせ
ることは、潜水艇がどのような方向からの潮流に遭遇し
ても、潜水艇が対応できる方が望ましいためである。

この方法は比較的狭いレンジの位置を求めることを目的
とし、例えば、潜水艇の制御として在来の推進器の推力
を制御する方式でなく、潜水艇の変位を制御するような
方式に有用しようとするものである。

（作　用）この発明によれば、軽量、小スペース及び廉価なストレ
ーンゲージの出力から推進器の推力を計測し、超音波式
測位装置の助けを借りながら、これを基にして潜水艇の
変位をリアルタイムで求めることを実現する。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面を参照しながら説明する
。

第１図はこの発明が適用される潜水艇の概略側面図、第
２図は推進器部の断面図、第３図はストレンゲージの配
置図、第４図は動作説明図である。

図において、１は潜水艇の船体、２は推進器、３は推進
器２を支持する旋回軸、４はベアリング５．６を介して
旋回軸３を支持する台部、７は旋回軸３に結合した旋回
装置、８は旋回軸３端部に配装した給油環、９は台部４
に配装したストレーンゲージである。

上記する推進器２ば、スクリュ一式の推進器２ａと、こ
の推進器２ａの推力増強、及び保護の役割を果たすダク
）２ｂと、推進器２ａを支持、駆動するプロペラ軸２ｃ
と、このプロペラ軸２ｃに連結した例えば油圧モータ等
の駆動４１２ｄ等からなり、推進器２を支持する旋回軸
３はプロペラ軸２Ｃに直角をなし、推進器２はこの旋回
軸周りに３６０度を自由に旋回してその面内で任意の方
向に推力を発生させるもので、このような推進器２が船
体１の両舷対称位置に各１個を装備している。

上記する旋回装置７として実施例では、ウオームギヤー
、ウオームホイルが旋回軸３に一体的に係合し、図示し
ない油圧モータ等の駆動機に連結してウオームを回転さ
せる構成のものを使用している。

上記する給油環８は、図示しないポンプ、及び制御弁等
から送られて来た圧油を旋回部に取入れてこれを旋回軸
３を介して駆動機２ｄに供給する。

上記するストレーンゲージ９は、推進器２の推力に対応
した台部４の歪を検出してこれを電気信号に変換して演
算装置に入力するもので、推進器２の推力は３６０度任
意の方向に変わるので、実施例では、９０度位置に４葉
のゲージ９を配装し、各ゲージの出力の大小関係から、
その推力の大きさ及び方向を確定するようにしている。

尚、上記するように、推進器２を両舷対象位置に各１個
を装備すると、Ｘ軸、ｚ軸の併進、回転運動が出来るの
でこのような推進器２を図の位置から、Ｘ軸周り９０度
回転したｚ軸上にもう一対を追加すれば、６自由度の運
動性能を持った推進システムが出来る。

また推進器２としては、上記する旋回式のような２次元
推進器だけでなく、更に旋回軸に直角な回転軸を加えた
３次元推進器の適用も考えられる。

またストレーンゲージ９は、旋回軸３等の旋回部に配装
することも出来る。この場合、ストレーンゲージ９の主
旨は、より直接的に推進器２の推力を検出することであ
るが、このような構成を採用する場合は、その出力信号
をスリップリングを介して取り出すことになる。

次ぎにこの発明の動作を第４図を参照しながら説明する
。

推進器２に操作信号が入り、推力が発生すると、潜水艇
の予め計測された慣性力から加速度が求められ、これを
基準点からの時間について積分することによって速度ａ
が求められる。この演算では、やはり潜水艇の流体抵抗
を予め計測しておいて、これが加算される。

一方、超音波式測位装置によって、（ここでは、単純の
ために一次元で説明する）例えば、自ら発射した超音波
がトランスポンダＴを経て、帰って来た時、その周波数
の変化から速度を求めるか、その時間を計測してやると
、第６図に示す如く誤差が出るが、次のサンプリング時
の位置はｂ点と観測されるので、ａ−ｂ間の距離はＡ−
Ｂ間の距離に等しく、従って、これを用いた速度も正し
くなる。

これは潜水艇の２点のサンプリング時点間の平均の速度
すを与える。

これら速度ａと速度すが等しければ、問題がなく、この
速度を更に時間について積分すれば、潜水艇の変位が求
められる。

即ち、推進器２を操作することによって、潜水艇が変位
する量、即ち、潜水艇の新しい位置が確定する。

しかし、超音波式測位装置のサンプリング時間内の速度
ａの平均と、速度すの平均が等しくなければ、両者の差
が潮流の影響を示すことになる。

この潮流は超音波式測位装置の助けを借りなければ計測
出来ないが、この装置のサンプリングタイム間では、潮
流は変化しないものとし、これを加算しながら潜水艇の
変位を求め、その位置決めを行うわけである。

尚、潜水艇に、正または負の浮力があるときには、これ
もこのシステムによって潮流と同じように補正すること
が出来る。

（効　果）この発明では上述したように、推進器が推力を発生する
と、それに応じて歪が発生する場所にセンサーとするス
トレーンゲージを配装するだけであるため、重量、スペ
ース、コスト面で、例えば、慣性誘導法等と比較して格
段に優れ、特に小型の潜水艇への搭載が著しく容易にす
るものである。

また慣性誘導法の場合に比べ、計測量がケタ違いに大き
いので、その限りにおいては、技術的に非常に容易であ
り、従来、このようなシステムが搭載不能な小型潜水艇
に対して補助位置決め装置を装備することを可能とした
ものである。

従って、オペレータによって操作され、且つ多自由度の
運動性能を有する潜水艇にあっては、従来は、推進機の
推力を調節するだけの操作が行われているので、オペレ
ータの忘却等によって衝突等の不測の事故も考えられた
ものであるが、この発明を適用することによって小型潜
水艇にもリアルタイムの位置検知が可能になり、前述の
如く操作に位置制御を導入することが可能になった。こ
の場合、潜水艇は常に有限な動作をするため、暴走の心
配が少なくなり、逆により高度の運動をこなすことが出
来るようになる等の特有の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が適用される潜水艇の概略側面図、第
２図は推進器部の断面図、第３図はストレンゲージの配
置図１．第４図は動作説明図、第５図は超音波式測量法
の説明図、第６図は超音波式測量法による誤差説明図で
ある。１・・・潜水艇の船体、２・・・推進器、３・・・旋回
軸、４・・・台部、５．６・・・ベアリング、７・・・
旋回装置、８・・・給油環、９・・・ストレーンゲージ
。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数の推進器を備え、略万能の運動性能を付与さ
れた潜水艇において、超音波を用いて基準点からの距離
を計測し、三角測量法により位置決めする超音波式測位
装置を備えると共に、推進器が推力を発生するとこれに
応じて生じる歪を検出する数葉のストレーンゲージを推
進器支持台部に配装し、該ストレーンゲージからの出力
によって、推進器の発生する推力の大きさ、方向及び向
きを確定し、予め求められた潜水艇の慣性力、慣性モー
メント、及び流体抵抗等を用いて基準点からの変位を演
算してその位置を確定するようにしたことを特徴とする
潜水艇の位置決め方法。
（２）前記、超音波測量法によって求めされた潜水艇の
速度と、前記推進器推力から求めた潜水艇の速度との差
を潮流影響とみなし、この潮流分で基準点からの変位を
演算する結果を補正する特許請求の範囲第１項記載の潜
水艇の位置決め方法。