(57)【要約】      （修正有）【課題】船舶の運動および位置を制御するシステムおよび方法を提供する。【解決手段】船舶は、船舶推進システムにより動力供給され、互いに対して垂直で、かつ潜在的な船舶運動の少なくとも６自由度を定義する第１軸、第２軸、および第３軸に対して移動可能である。目標位置近傍の船舶の位置を制御する方法は、船舶の現在位置を測定する段階と、船舶の現在位置に基づいて、船舶が目標位置の予め定められた範囲内にあるかどうかを判断する段階とを含む。方法は、現在位置から目標位置まで船舶を動かすために必要な船舶運動を決定する段階を含む。目標位置の予め定められた範囲内にある船舶に応答して、方法は、制御の所与の反復中、必要とされる船舶運動の成分を一度に１自由度ずつ生成するために推進システムを自動的に制御する段階を含む。【選択図】図９
2019094045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標位置近傍の船舶の位置を制御する方法であって、前記方法は、
前記船舶の現在位置を測定する段階と、
前記船舶の現在位置に基づいて、前記船舶が前記目標位置の予め定められた範囲内にあるかどうかを制御モジュールで判断する段階と、
前記現在位置から前記目標位置まで前記船舶を動かすために必要とされる船舶運動を前記制御モジュールで決定する段階と、
前記船舶が前記目標位置の前記予め定められた範囲内にあることに応答して、制御の所与の反復中、前記必要とされる船舶運動の成分を一度に１自由度ずつ生成するために前記制御モジュールで船舶推進システムを自動的に制御する段階と
を備え、前記船舶は、前記船舶推進システムにより動力供給され、互いに対して垂直で、かつ潜在的な船舶運動の６自由度を定義する第１軸、第２軸、および第３軸に対して移動可能である方法。
【請求項２】
前記第１軸に対する前記現在位置と前記目標位置との間の第１誤差を決定する段階と、
前記第１誤差に基づいて、前記第１軸に沿った前記必要とされる船舶運動の第１成分を生成するための第１作動時間を決定する段階と、
前記第１作動時間の間、前記必要とされる船舶運動の前記第１成分を生成するために前記船舶推進システムを制御する段階と
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記船舶の速度を決定する段階と、
前記船舶の速度および前記第１誤差に基づいて、前記第１作動時間を決定する段階と
をさらに備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２軸に対する前記現在位置と前記目標位置との間の第２誤差を決定する段階と、
前記第２誤差に基づいて、前記第２軸に沿った前記必要とされる船舶運動の第２成分を生成するための第２作動時間を決定する段階と、
前記第１作動時間の満了に応答して、前記第２作動時間の間、前記必要とされる船舶運動の前記第２成分を生成するために前記船舶推進システムを制御する段階と
をさらに備える、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記船舶の現在の船首方位を決定する段階をさらに備え、
前記制御モジュールによって決定される前記必要とされる船舶運動は、また、前記現在の船首方位から目標船首方位まで前記船舶を回転させる、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第３軸に対する前記現在の船首方位と前記目標船首方位との間の第３誤差を決定する段階と、
前記第３誤差に基づいて、前記第３軸を中心とする前記必要とされる船舶運動の第３成分を生成するための第３作動時間を決定する段階と、
前記第２作動時間の満了に応答して、前記第３作動時間の間、前記必要とされる船舶運動の前記第３成分を生成するために前記船舶推進システムを制御する段階と
をさらに備える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記船舶の角速度を決定する段階と、
前記船舶の角速度および前記船舶の前記第３誤差に基づいて、前記第３作動時間を決定する段階と
をさらに備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第３作動時間の間、前記必要とされる船舶運動の前記第３成分を生成した後、待機時間が経過することを許容する段階と、
前記待機時間の満了に応答して、
前記船舶の更新された現在位置を測定する段階、
前記船舶の更新された現在の船首方位を決定する段階、
前記更新された現在位置から前記目標位置まで前記船舶を動かし、かつ前記更新された現在の船首方位から前記目標船首方位まで前記船舶を回転させるために必要な更新された船舶運動を前記制御モジュールで決定する段階、および
制御の所与の反復中、前記更新された必要とされる船舶運動の成分を一度に１自由度ずつ生成するために前記制御モジュールで前記船舶推進システムを自動的に制御する段階と
をさらに備える、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記必要とされる船舶運動の前記成分を一度に１自由度ずつ生成する間、前記船舶推進システムをアイドリング速度で動力供給するエンジンを稼働する段階をさらに備える、請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記船舶を包囲する周囲状況を測定する段階と、
前記周囲状況が前記必要とされる船舶運動に逆らう傾向にある方向に作用していることを前記制御モジュールで決定することに応答して、前記アイドリング速度を超えて前記エンジンを稼働する段階と
をさらに備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
目的物近傍の船舶の位置を制御するシステムであって、前記システムは、
前記船舶の現在位置を測定する位置センサと、
前記船舶の現在の船首方位を決定する船首方位センサと、
前記位置センサおよび前記船首方位センサと信号通信する制御モジュールと、
前記制御モジュールと信号通信する船舶推進システムと、
を備え、
前記制御モジュールは、前記船舶を前記現在位置から目標位置まで動かし、かつ前記船舶を前記現在の船首方位から目標船首方位まで回転させるために必要な船舶運動を決定し、
前記制御モジュールは、制御の所与の反復中、前記必要とされる船舶運動の成分を一度に２自由度以下ずつ生成するために前記船舶推進システムを制御し、
前記船舶は、互いに対して垂直で、かつ潜在的な船舶運動の６自由度を定義する第１軸、第２軸、および第３軸に対して移動可能である、システム。
【請求項１２】
前記制御モジュールは、前記船舶の現在位置に基づいて、前記船舶が前記目標位置の予め定められた範囲内にあるかどうかを判断し、
前記船舶が前記目標位置の前記予め定められた範囲内にあることを判断した後でのみ、前記制御モジュールは、制御の所与の反復中、前記必要とされる船舶運動の前記成分を一度に２自由度以下ずつ生成するために前記船舶推進システムを制御する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記制御モジュールは、制御の所与の反復中、前記必要とされる船舶運動の全ての成分を一度に２自由度以下ずつ生成した後、待機時間が経過することを許容し、その後、
前記制御モジュールは、前記位置センサから前記船舶の更新された現在位置を受信し、前記船首方位センサから更新された現在の船首方位を受信し、
前記制御モジュールは、前記更新された現在位置から前記目標位置まで前記船舶を動かし、かつ前記更新された現在の船首方位から前記目標船首方位まで前記船舶を回転させるために必要な更新された船舶運動を決定し、
前記制御モジュールは、制御の所与の反復中、前記更新された必要とされる船舶運動の成分を一度に２自由度以下ずつ生成するために前記船舶推進システムを制御する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御モジュールは、
前記第１軸、第２軸、および第３軸のうち少なくとも１つに対する前記現在位置と目標位置との間の誤差を決定し、
前記誤差に基づいて、前記第１軸、第２軸、および第３軸のうち少なくとも１つに沿った前記必要とされる船舶運動の所与の成分を生成するための作動時間を決定し、
前記作動時間の間、前記必要とされる船舶運動の前記所与の成分を生成するために前記船舶推進システムを制御する、請求項１１から１３の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１軸および第２軸は水平軸であり、かつ前記第３軸は鉛直軸であり、前記制御モジュールは、前記第３軸を中心とする前記必要とされる船舶運動の回転成分とは異なる制御の反復中、前記第１軸および第２軸に沿った前記必要とされる船舶運動の横方向成分を生成するために前記船舶推進システムを制御する、請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記船舶の速度を決定する速度センサと、
前記船舶の角速度を決定するヨーレートセンサと
をさらに備え、
前記制御モジュールは、前記誤差および前記船舶の前記速度および前記船舶の前記角速度のうちの１つに基づいて、前記作動時間を決定する、請求項１４または１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記船舶推進システムを動力供給するエンジンをさらに備え、
前記船舶推進システムが、制御の所与の反復中、前記必要とされる船舶運動の前記成分を一度に２自由度以下ずつ生成する間、前記制御モジュールは、アイドリング速度で前記エンジンを稼働する、請求項１１から１６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記船舶を包囲する周囲状況を測定する１または複数の周囲状況センサををさらに備え、
前記制御モジュールは、前記周囲状況が前記必要とされる船舶運動に逆らう傾向にある方向に作用していることを決定することに応答して、前記アイドリング速度を超えて前記エンジンを稼働する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記制御モジュールは、制御の所与の反復中、前記必要とされる船舶運動の前記成分を一度に１自由度ずつ生成するために前記船舶推進システムを制御する、請求項１１から１８の何れか一項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記位置センサは、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、近接センサ、および視覚ベースセンサのうち少なくとも１つを備える、請求項１１から１９の何れか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、水域における船舶の運動および位置を制御するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許第６，２７３，７７１号は、船舶に取り付けられ、シリアル通信バスおよびコントローラと信号通信するよう接続され得る船舶推進システムを組み込んだ船舶用の制御システムを開示する。複数の入力デバイスおよび出力デバイスが、また、通信バスと信号通信するよう接続され、ＣＡＮ  Ｋｉｎｇｄｏｍネットワークのようなバスアクセスマネージャが、コントローラと信号通信するよう接続されて、バスと信号通信する複数のデバイスに対する追加のデバイスの組み込みを調節しており、それによって、コントローラは、通信バス上の複数のデバイスの各々と信号通信するよう接続される。入力および出力デバイスは、他のデバイスによる受信用のメッセージをシリアル通信バスにそれぞれ送信することができる。
【０００３】
米国特許第７，２６７，０６８号は、操縦桿等の手動で操作可能な制御デバイスから受信されるコマンドに応答して、第１および第２の船舶推進デバイスをそれぞれの操舵軸を中心に独立して回転させることによって操縦される船舶を開示する。船舶推進デバイスは、船舶の中心線上の一点で交差するその推力ベクトルと整列し、回転運動がコマンドされない場合、船舶の重心で交差するその推力ベクトルと整列する。内燃エンジンが、船舶推進デバイスを駆動するために設けられている。２つの船舶推進デバイスの操舵軸は、通常、互いに対して鉛直かつ平行である。２つの操舵軸は、船舶の船体の底面を通って伸びる。
【０００４】
米国特許第７，３０５，９２８号は、船舶の操縦士によって選択された所望の位置および船首方位に従い、船舶がその地球上の位置および船首方位を維持するように船舶を操縦する、船舶位置決めシステムについて開示する。操縦桿と併せて使用される場合、船舶の操縦士は、システムを位置保持有効モードに置くことができ、その結果、システムは、アクティブモードから非アクティブモードへの操縦桿の初期変更の際に取得される所望の位置を維持する。この方法で、操縦士は、船舶を手動で選択的に操縦でき、操縦桿が放されたとき、船舶は、操縦士が操縦桿で操縦することを停止した時点にあった位置を維持する。
【０００５】
２０１６年４月２６日に出願された、米国未公開特許出願第１５／１３８，８６０号は、船舶の地球上の位置および船首方位を決定する全地球測位システム、ならびに船舶の近傍の目的物に対する船舶の相対位置および方位を決定する近接センサを含む、水域において船舶を選択された位置および方向に維持するシステムを開示する。位置保持モードで操作可能なコントローラは、ＧＰＳおよび近接センサと信号通信する。コントローラは、ＧＰＳからの地球上の位置および船首方位データを使用するか、近接センサからの相対位置および方位データを使用するかから選んで、船舶が選択された位置および方向から移動したかどうかを判断する。コントローラは、船舶を選択された位置および方向に戻すために必要な推力コマンドを計算し、船舶を再配置するために推力コマンドを使用する船舶推進システムに対して推力コマンドを出力する。
【０００６】
２０１６年８月２５日に出願された、米国未公開特許出願第１５／２４６，６８１号は、船舶の所望の運動を表す信号を操縦桿から受け取ることを含む、目的物近傍の船舶の運動を制御するための方法を開示する。センサが、目的物と船舶との間の最短距離、および船舶に対する目的物の方向を感知する。コントローラは、船舶の所望の運動を、最短距離および方向と比較する。上記比較に基づいて、コントローラは、船舶推進システムに対し、所望の運動を達成するための推力を生成するようにコマンドするか、または代替的に、船舶推進システムに対し、船舶が目的物からの少なくとも予め定められた範囲を維持することを保証する修正された運動を達成するための推力を生成するようにコマンドするかを選択する。船舶推進システムは、次に、コマンドされるように、所望の運動または修正された運動を達成するための推力を生成する。
【０００７】
２０１６年１２月１３に出願された、米国未公開特許出願第１５／３７７，６１２号は、トレーラ上のその位置に関するデータをそれぞれ格納する、ボートトレーラに連結される１セットのコード化されたタグを含む、船舶を自動的にトレーリングするシステムを開示する。タグリーダは、船舶の船上に位置し、セットにおける第１のコード化されたタグに対する第１距離、およびセットにおける第２のコード化されたタグに対する第２距離を推定する。位置決定モジュールは、第１および第２の推定距離を使用して、所与の座標システムにおける船舶およびトレーラの位置および船首方位を決定する。フィードバック制御モジュールは、船舶の位置とトレーラの位置との間の差、および船舶の船首方位とトレーラの船首方位との間の差を計算し、位置および船首方位の差を最小限にするために必要な船舶運動を決定する。船舶推進システムは、船舶をトレーラ上に推進させるために必要な船舶運動を生成するための推進デバイスを自動的に作動させる。
【０００８】
２０１７年１月２６日に出願された、米国未公開特許出願第１５／４１６，３５９号は、一連のウェイポイントを含む航路に沿って船舶を自動的に操縦するための推進デバイスを制御することを含む船舶の運動を制御し、次のウェイポイントが立ち寄り通過地点か、または船舶が電子的に停泊する近傍かどうかを、判断するための方法を開示する。次のウェイポイントが立ち寄り通過地点である場合、制御モジュールは、船舶と立ち寄り通過地点との間の距離を計算する。計算された距離が閾値距離より少ない、または閾値距離と等しいことに応答して、推進デバイスの推力が減少する。船舶がそれ以降、第１閾値速度まで減速することを感知したことに応答して、船舶の速度はさらに低減される。船舶がその後、第２のより低い閾値速度まで減速する、または立ち寄り通過地点を通過することを感知したことに応答して、推進デバイスは、立ち寄り通過地点に、または立ち寄り通過地点の近傍の停泊地点に船舶を維持するために制御される。
【０００９】
上記の特許および適用は、ここで、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。
【発明の概要】
【００１０】
この発明の概要は、発明を実施するための形態において以下でさらに説明されている概念の抜粋を紹介するために提供されている。この発明の概要は、特許請求される主題の重要なまたは不可欠な特徴を特定することを意図するものではなく、また特許請求される主題の範囲を限定する助けとして使用されることを意図するものでもない。
【００１１】
本開示の一例によると、目標位置近傍の船舶の位置を制御する方法が開示される。船舶は、船舶推進システムにより動力供給され、互いに対して垂直で、かつ潜在的な船舶運動の６自由度を定義する第１軸、第２軸、および第３軸に対して移動可能である。方法は、船舶の現在位置を測定する段階と、船舶の現在位置に基づいて、船舶が目標位置の予め定められた範囲内にあるかどうかを制御モジュールで決定する段階とを含む。方法は、現在位置から目標位置まで船舶を動かすために必要な船舶運動を制御モジュールで決定する段階を含む。目標位置の予め定められた範囲内にある船舶に応答して、方法は、制御の所与の反復中、必要とされる船舶運動の成分を一度に１自由度ずつ生成するために推進システムを制御モジュールで自動的に制御する段階を含む。
【００１２】
本開示の別の例によると、システムは、目的物近傍の船舶の位置を制御し、船舶は、互いに対して垂直で、かつ潜在的な船舶運動の６自由度を定義する第１軸、第２軸、および第３軸に対して移動可能である。システムは、船舶の現在位置を測定する位置センサと、船舶の現在の船首方位を決定する船首方位センサとを含む。制御モジュールは、位置センサおよび船首方位センサと信号通信する。船舶推進システムは、制御モジュールと信号通信する。制御モジュールは、現在位置から目標位置まで船舶を動かし、現在の船首方位から目標船首方位まで船舶を回転させるために必要な船舶運動を決定する。制御モジュールは、制御の所与の反復中、必要とされる船舶運動の成分を一度に２自由度以下ずつ生成するために推進システムを制御する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
船舶の位置を制御するシステムおよび方法の例が、以下の図を参照して説明される。同様の特徴および同様のコンポーネントを参照する際、添付図面にわたって同一の番号が使用される。
【００１４】
【図１】船舶上の制御システムの概略図である。
【００１５】
【図２】現在位置から目標位置まで、船舶がどのように移動され得るかを説明するために使用される概略図である。
【００１６】
【図３】船舶の特定の運動を実現するために使用される推力ベクトルの配置を示す。
【図４】船舶の特定の運動を実現するために使用される推力ベクトルの配置を示す。
【００１７】
【図５】本開示に係る制御アルゴリズムの一例を示す。
【００１８】
【図６】本開示に係る制御アルゴリズムの別の例を示す。
【００１９】
【図７】図５の制御アルゴリズムに従って移動する船舶を示す。
【００２０】
【図８】図６の制御アルゴリズムに従って移動する船舶を示す。
【００２１】
【図９】本開示に係る別の方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本開示において、簡潔性、明確性および理解のために特定の用語が使用されている。そのような用語は、説明目的のみに使用され、かつ、広く解釈されることを意図したものであるから、不必要な限定が、従来技術の要件を超えて示唆されるべきではない。
【００２３】
図１から図４は、船舶および船舶を方向付け、操縦する制御システムを概略的に図示する。示され説明される船舶、推進システム、および制御システムの特定の構成は例示的なものであることが理解されるべきである。それらのための実質的に異なる構成を用いて本開示に説明される概念を適用することが可能である。例えば、図示される船舶は、２つの船舶推進デバイスを有する。しかしながら、本開示の概念は、任意の数の船舶推進デバイスを有する船舶に適用可能であることが理解されるべきである。加えて、本開示は推進デバイスを船外モータとして説明するが、プロペラ、インペラ、ノズルまたは同様のものを用いた船内配置、船尾駆動配置、ポッド配置等のような他の配置が同じ原理および方法に従って制御され得る。本明細書において説明される制御システムは、全地球測位システム（ＧＰＳ）デバイスおよび慣性測定ユニット（ＩＭＵ）のような特定の動作構造を含む。本開示の概念は、地球上の位置データを取得するための異なるタイプのシステムで実装されることが可能であり、本明細書に説明され、図示される具体的なタイプおよび数のそのようなデバイスに限定されないことが理解されるべきである。さらに、本開示は、特定のタイプのユーザ入力デバイスを説明する。本開示で開示される概念は、また、当業者に知られているような、ユーザ入力を用いることなく予めプログラムされたフォーマットまたは異なるタイプのユーザ入力デバイスと併せて適用可能であることが認識されるべきである。当業者によって認識されるように、さらなる均等形態、代替形態、および修正形態が可能である。
【００２４】
図１において、例示的な船舶１０の概略図が提供されている。船舶１０は、２つの船舶推進デバイス１４ａ、１４ｂを含む船舶推進システム１２を含む。船舶推進システム１２は、制御モジュール１６と信号通信する。（ここで、コマンド制御モジュールまたは「ＣＣＭ」として示される）制御モジュール１６は、推進デバイス１４ａ、１４ｂの推力Ｔ１、Ｔ２の大きさを、それらの内燃エンジン１８ａ、１８ｂ、ひいては、それらのプロペラ２２ａ、２２ｂの速度を制御すること等により制御する。制御モジュール１６は、また、推進デバイス１４ａ、１４ｂのシフト位置を前方、ニュートラル、後方間でトランスミッション２０ａ、２０ｂによって制御する。制御モジュール１６は、また、推進デバイス１４ａ、１４ｂの操舵角を制御し、それが、船首から船尾まで伸びる船舶１０の仮想中心線（図３および図４の４２を参照）に対するそれら推力Ｔ１、Ｔ２の角度に影響を及ぼす。推進デバイス１４ａ、１４ｂの操舵角およびシフト位置は、制御モジュール１６により直接的に制御され得る、または各推進デバイス１４ａ、１４ｂのために設けられる別個の推進制御モジュール（「ＰＣＭ」）２４ａ、２４ｂにより制御され得る。
【００２５】
船舶１０上のコマンド卓２６は、本明細書において示されるタッチ画面２８のような電子ディスプレイ画面を含む。他の実施形態において、ディスプレイ画面は、キーパッドと追加的にまたは代替的に関連付けられてよく、タッチ入力を受信することが可能でない場合があることに留意されたい。タッチ画面２８は、本明細書において以下でさらに説明される、限定されるものではないが自動着岸モードのような船舶１０を動作させるための１または複数のモードを選択する能力を船舶１０の操縦士に提供してよい。既知であるように、操縦桿３０が、また、コマンド卓２６に設けられ、制御モジュール１６を介して操舵コマンド、シフトコマンド、および推力コマンドを推進デバイス１４ａ、１４ｂに提供できる。本明細書において示されないが、他の例において、また既知であるように、操舵コマンドを推進デバイス１４ａ、１４ｂに入力するために舵輪が設けられ、シフトコマンドをトランスミッション２０ａ、２０ｂに入力し、かつエンジン速度コマンドをエンジン１８ａ、１８ｂに入力するために１対のスロットル／シフトレバーが設けられる。警笛、汽笛、拡声器、または音を生成することが可能な他のデバイスのような音声出力デバイス３２が、またコマンド卓２６に設けられ、制御モジュール１６と信号通信する。
【００２６】
船舶１０は、船舶１０の位置を決定する位置センサ、船舶１０の速度を決定する速度センサ、船舶１０の進行方向を感知する方向センサ、および船舶１０の回転方向を感知する回転センサを含む多数のセンサを含む。実際のところ、船舶１０には、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機３６、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）３８、およびいくつかの近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄのような複数の位置センサ３４が設けられ得る。一例において、ＧＰＳ受信機３６が、位置センサ、速度センサ、および方向センサの各々として機能する。ＧＰＳ受信機３６は、船舶１０の現在の実際の地理的位置を経度および緯度で制御モジュール１６に提供する。ＧＰＳ受信機３６は、また、所与の時間にわたって、ＧＰＳ位置から決定されるように、船舶１０がどれだけ遠くに進むかを決定することによって、船舶１０の対地速度（「ＳＯＧ」）を決定するので、速度センサとしても機能できる。制御モジュール１６は、ＳＯＧの平均値またはフィルタリング値を船舶の速度として使用してよい。他の例において、ピトー管または外輪タイプの速度センサが含まれてよい。ＧＰＳ受信機３６は、地理的位置を変更することに基づいて船舶１０の対地針路（ＣＯＧ）を決定するので、方向センサとしても役割を果たせる。ＩＭＵ３８は、船舶１０の現在の実際の船首方位を検出するので、代替的にまたは追加的に方向センサとして機能してよい。他の例において、方向センサは、簡単なコンパスである。ＩＭＵ３８は、そうでなければヨーレートまたは角速度として既知である経時的な船首方位の変化を検出することが可能であるので、回転センサとしても役割を果たしてよい。ＩＭＵ３８は、例えば、ウィスコンシン州、フォンデュラクのマーキュリーマリーン社から入手可能なパート８Ｍ００４８１６２であってよい。ＩＭＵ３８についての特定の実施形態において、ＩＭＵ３８は、差分補正受信機、加速度計、角速度センサ、および、これらのデバイスから取得される情報を操作して、経度および緯度の観点からの船舶１０の現在位置、北に対する船舶１０の現在の船首方位、ならびに、６自由度での船舶１０の速度および加速度に関する情報を提供するマイクロプロセッサを備える。いくつかの例において、位置センサ、速度センサ、方向センサ、および回転センサは、姿勢方位基準システム（ＡＨＲＳ）のような単一のデバイスの一部である。示されるように、制御モジュール１６は、位置センサ３４および速度センサ（例えばＧＰＳ受信機３６）と信号通信する。
【００２７】
船舶１０の船首側、船尾側および左舷側および右舷側の各々に１つの近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄが示されるが、各位置にこれよりも少ないまたは多いセンサが設けられてよい。センサ４０ａ−４０ｄは、位置センサとして使用され、例えば、ドック、防波堤、スリップ、ブイ、海岸線、大きな岩もしくは木等の船舶１０近傍の目的物Ｏに対する相対位置および相対距離の両方を個々に決定することが可能なレーダ、ソナー、ＬｉＤＡＲデバイス、カメラ、レーザ、ドップラー方向探知機、または他のデバイスであってよい。いくつかの例において、近接センサは、ＲＦＩＤ受信機であってよく、ＲＦＩＤタグが、重要な位置において目的物Ｏの上に置かれてよい。他の実施形態において、ＲＦＩＤ受信機は、代わりに、受信機の集積回路上の太陽電池成分およびＩＲ−ＬＥＤを使用して、位置、姿勢、動き、および向きの情報を決定する無線周波数識別・ジオメトリ（ＲＦＩＧ）ユニットであってよい。視覚ベースセンサは、カメラであってよい。制御モジュール１６は、カメラからの写真または動画を解釈することを可能にするコンピュータビジョンアルゴリズムでプログラムされ得る。アルゴリズムは、目的物Ｏの位置および基本的外形を検出できる。代替的に、ＡｒＵｃｏマーカが、目的物Ｏの上の重要な位置に設けられ得、アルゴリズムは、ＡｒＵｃｏマーカの位置を検出し得る。例えば、カメラセンサは、ＡｒＵｃｏマーカの規模および向きを決定し得、その後、２Ｄ画像からその３Ｄ位置を決定し得る。
【００２８】
近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄは、本明細書において示されるもの以外の船舶１０上の位置において提供されてよい。また、示されるものよりも少ないまたは多い近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄが提供され得る。近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄは、全て同一のタイプのものであってよく、または様々なタイプのものであってよい。理想的には、センサ４０ａ−４０ｄが目的物Ｏの一部分と目的物Ｏの別の部分とを見分けることができるように、目的物Ｏは、近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄに３次元写真を提供できるように十分な物理的差異を有する。多くの近接センサが使用される場合、それらが提供するデータは、目的物Ｏ付近の仮想マップまたは仮想写真を作成するために使用され得ることを留意されたい。
【００２９】
近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄからの相対位置および方位データが、ＧＰＳ受信機３６のものより遥かに高い測定分解能および精度を提供すべく使用され得る。例えば、ＧＰＳ受信機３６からのＳＯＧは、低速においてノイズがあり、ＧＰＳ位置として見ると、船舶１０が低速で移動している場合、経時的に大きく変化しない。近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄは、故に、船舶１０と目的物Ｏとの間の距離Ｄを定期的に測定し、測定された距離Ｄの経時的な変化を計算すること等によって低速における船速を決定するために使用され得る。一例において、船舶１０が（図２を参照して以下で説明されている）目標地理的位置ＴＬの（図７および図８を参照して以下で説明されている）予め定められた範囲Ｒ内にあるとＧＰＳ受信機３６またはＩＭＵ３８が報告する場合、制御モジュール１６は、位置および速度決定の目的でセンサ４０ａ−４０ｄからデータを使用することを選ぶ。システム較正に依存して、船舶１０の重心から、船体の外縁から、ＧＰＳ受信機３６もしくはＩＭＵ３８から、または目的物Ｏに最も近い近接センサから、予め定められた範囲Ｒが測定されてよい。別の例において、船舶１０が目的物Ｏから予め定義された切り替え閾値距離内にあるとＧＰＳ受信機３６、ＩＭＵ３８、または近接センサ４０ａ−４０ｄが報告する場合、制御モジュール１６は、位置および速度決定の目的でセンサ４０ａ−４０ｄからデータを使用することを選ぶ。
【００３０】
制御モジュール１６は、プログラム可能で、かつ処理システムおよびストレージシステムを含む。制御モジュール１６は、船舶１０上の任意の箇所に位置し得、および／または船舶１０から離れて位置し得、周辺機器インタフェースおよび有線および／または無線リンクを介して船舶１０の様々なコンポーネントと通信できる。図１はいくつかの制御モジュール（ＣＣＭ１６、ＰＣＭ２４ａ、２４ｂ）を示すが、船舶１０は、１つの制御モジュールのみを含んでよい。本明細書において以下で開示される方法の一部は、単一の制御モジュールにより、またはいくつかの別個の制御モジュールにより実行され得る。１より多くの制御モジュールが設けられる場合、各々が船舶１０上の特定のデバイスまたはサブシステムの動作を制御できる。例えば、ＰＣＭ２４ａ、２４ｂは、推力Ｔ１、Ｔ２を生成し、推進デバイス１４ａ、１４ｂを異なる操舵角に回転させ、エンジン１８ａ、１８ｂの速度を変更し、トランスミッション２０ａ、２０ｂを介してシフト位置を変更すべく、ＣＣＭ制御モジュール１６からのコマンドを解釈および実行できる。代替的な実施形態において、コマンド制御モジュール１６は、推進デバイス１４ａ、１４ｂのこれらの機能を直接的に制御する。
【００３１】
いくつかの例において、制御モジュール１６は、処理システム、ストレージシステム、ソフトウェア、および周辺機器デバイスと通信するための入力／出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースを含むコンピューティングシステムを含んでよい。システムは、プログラムされたセットの命令を実行するハードウェアおよび／またはソフトウェアに実装されてよい。例えば、処理システムは、自動着岸方式でプログラムされたソフトウェア等のソフトウェアをストレージシステムからロードして実行し、これにより、本明細書において以下にさらに詳細に説明されるように動作するよう処理システムに指示する。コンピューティングシステムは、通信可能に接続され得る１または複数のプロセッサを含んでよい。処理システムは、制御ユニットおよび処理ユニットを含むマイクロプロセッサ、ならびにストレージシステムからソフトウェアを読み出し、実行する半導体ハードウェアロジックのような他の回路を備えてよい。
【００３２】
本明細書において用いられているように、「制御モジュール」という用語は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、電子回路、組み合わせロジック回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、コードを実行する（共有、専用、またはグループ）プロセッサ、説明された機能を提供する他の好適なコンポーネント、またはシステムオンチップ（ＳｏＣ）等における上記のうちのいくつかもしくは全ての組み合わせを指してよく、これらの一部であってよく、またはこれらを含んでよい。制御モジュールは、処理システムにより実行されるコードを格納する（共有、専用、またはグループ）メモリを含んでよい。「コード」という用語は、ソフトウェア、ファームウェア、および／またはマイクロコードを含み得、プログラム、ルーチン、関数、クラス、および／または目的物を指してよい。「共有」という用語は、複数のモジュールからのいくつかまたは全てのコードが単一の（共有）プロセッサを用いて実行されてよいことを意味する。さらに、複数の制御モジュールからのいくつかまたは全てのコードは、単一の（共有）メモリによって格納されてよい。「グループ」という用語は、単一の制御モジュールからのいくつかまたは全てのコードが、プロセッサのグループを用いて実行されてよいことを意味する。さらに単一の制御モジュールからのいくつかまたは全てのコードが、メモリのグループを用いて格納されてよい。
【００３３】
ストレージシステムは、処理システムにより読み取り可能であり、かつソフトウェアを格納することが可能な任意の記憶媒体を備え得る。ストレージシステムは、コンピュータ可読命令、データ構造体、ソフトウェアモジュール、または他のデータ等の情報を格納するための任意の方法または技術に実装される揮発性媒体および不揮発性媒体、取り外し可能媒体および取り外し不可能媒体を含み得る。ストレージシステムは、処理システムと通信することが可能なメモリコントローラのような追加の要素を含み得る。記憶媒体の非限定的な例としては、ランダムアクセスメモリ、リードオンリメモリ、磁気ディスク、光ディスク、フラッシュメモリ、仮想メモリおよび非仮想メモリ、様々なタイプの磁気ストレージデバイス、または所望の情報を格納すべく用いられ得、命令実行システムによりアクセスされ得る任意の他の媒体が挙げられる。記憶媒体は、一時的ストレージ媒体、または非一時的有形コンピュータ可読媒体等の非一時的ストレージ媒体であり得る。
【００３４】
制御モジュール１６は、Ｉ／Ｏインタフェースおよび通信リンクを介して、船舶１０上の１または複数のコンポーネントと通信する。一例において、通信リンクは、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスであるが、他のタイプのリンクも使用され得る。Ｉ／Ｏインタフェースは、タッチ画面２８、操縦桿３０、ＧＰＳ受信機３６、ＩＭＵ３８、および近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄのような入力デバイス、ならびにタッチ画面２８、音声出力デバイス３２、および推進デバイス１４ａ、１４ｂのような出力デバイスの両方と、制御モジュール１６がインタラクトすることを可能にする。キーボード、遠隔制御、音声コマンド受信機、キーパッド、ボタン等のような他のタイプのデバイスが、制御モジュール１６と信号通信するよう設けられ得、そのうちの任意のものがコマンド卓２６の一部であってよい。
【００３５】
図２を参照すると、自動着岸モードにおいて制御モジュール１６は、ＧＰＳ受信機３６により決定される船舶の現在位置ＰＬと、目的物Ｏに近接する予め定められた目標位置ＴＬとの間の差を低減するために推進システム１２を制御する。船舶の推進デバイス１４ａ、１４ｂを制御して、船舶の位置誤差および船首方位誤差をゼロに至らせるアルゴリズムによって、船舶１０は、（経度および緯度で定義される）予め定められた地球上の目標位置、および予め定められた目標船首方位へ移動され得る。ユーザ対話型マップから目標位置を選択し、目標船首方位を数値として、またはフィンガースワイプによって入力することによる等、目標位置ＴＬおよび目標船首方位ＴＨは、タッチ画面２８を介して操縦士により入力できる。目標船首方位および目標位置は、目的物Ｏ近傍の所望の位置および所望の船首方位に船舶１０を位置決めし、次に、ボタンを押して、その時点の実際の測定位置および測定船首方位を格納することにより、代わりに選択されてもよい。何れの例においても、特に、船舶１０が同一の目的物Ｏの近傍に頻繁に着岸される事例において、目標船首方位ＴＨおよび目標位置ＴＬは、ボタンの押下により、または自動着岸モードの選択により、その後の呼び戻しのために保存され得る。
【００３６】
目標位置ＴＬは、本開示を実行する目的のために、地理的位置の観点からのみで定義されなくてもよいことに留意されたい。例えば、制御モジュール１６は、船舶１０が目的物Ｏの所与の距離Ｄ内にあるかどうか判断するためにプログラムされ得、所与の距離Ｄは、目標位置ＴＬを少なくとも部分的に定義する。具体的に、ＧＰＳ受信機３６により決定される船舶の位置と、予め定められた経度および緯度で定義される目標位置ＴＬとの間の差を低減するために制御モジュール１６が推進システム１２を制御する間、制御モジュール１６は、また、船舶１０が近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄにより決定される船舶の位置に基づいて、目的物Ｏの所与の距離Ｄ内であるかどうかを判断する。上記で本明細書において言及されているように、近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄは、近距離において、ＧＰＳ受信機３６よりも高い精度を有してよい。故に、近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄは、船舶１０が目的物Ｏから所与の距離Ｄにある目標位置ＴＬに到達したとき、より正確に報告し得る。換言すると、船舶１０は初期にＧＰＳ受信機３６からの情報を用いて目標位置ＴＬに向かって制御され得るが、制御モジュール１６は、船舶１０が目的物Ｏの所与の距離Ｄ内にいつあるかを判断するために、センサ４０ａ−４０ｄからの情報を用いるように切り替えてよい。本明細書において上述されるように、例えば、切り替えは、船舶１０が目標位置ＴＬの予め定められた範囲Ｒ内にあるとＧＰＳ受信機３６またはＩＭＵ３８が報告する場合、または船舶１０が目的物Ｏからの切り替え閾値距離内にあるとＧＰＳ受信機３６、ＩＭＵ３８、または近接センサ４０ａ−４０ｄが報告する場合、なされてよい。
【００３７】
図１を図２と比較すると、ソフトウェアコードがどのように書かれているかに依存して、所与の距離Ｄは、船舶１０の側面上のセンサ４０ａ−４０ｄのうちの１つから直接的に得られる測定値として定義され得ること、またはセンサ４０ａ−４０ｄのうちの１つからの測定値に船舶１０の幅の半分を加えた値として定義され得ることを示す。船舶１０が目標位置ＴＬにあると判断するためにＧＰＳ受信機３６が使用される場合、所与の距離Ｄは、ＧＰＳ受信機３６の位置と目的物Ｏの最も近い縁部との間の距離として予め定義され得る、または制御モジュール１６が、船舶１０の側面が目的物Ｏの最も近い縁部の所与の距離Ｄ内にあるかどうかを判断すべく、船舶１０の幾何形状（幅等）を考慮するためにプログラムされ得ることに留意されたい。船舶１０が目的物Ｏの所与の距離Ｄ内にあるかどうかを判断するために近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄが使用される場合、センサ４０ａ−４０ｄの数および位置、ならびに目的物Ｏの寸法に依存して、制御モジュール１６は、センサ４０ａ−４０ｄからの目的物Ｏの測定された距離および目的物Ｏがセンサ４０ａ−４０ｄに対して配される角度に基づいて、船舶１０と目的物Ｏとの間の横方向の距離を計算することが必要であってよい。
【００３８】
図２の例において、ＧＰＳ受信機３６により決定された船舶１０上の予め選択された点の現在位置ＰＬは、予め定められた目標位置ＴＬとは等しくなく、故に制御モジュール１６は、船舶１０が目標位置ＴＬに到達するために進まなくてはならない対地針路（ＣＯＧ）を計算する。ＣＯＧは、現在位置ＰＬから目標位置ＴＬへ直接的に向いているベクトルである。しかしながら、このベクトルＣＯＧは、また、船舶の初期の向きに対して直接的に左方である必要とされる船舶運動の成分ＣＬの組み合わせにより、および船舶の初期の向きに対して直接的に後方である必要とされる船舶運動の成分ＣＲにより定義され得ることが理解されるべきである。加えて、予め定められた目標船首方位ＴＨは、北から角度Ａ１にあり、一方、コンパスまたはＩＭＵ３８から読まれた現在の船首方位ＰＨは、北から角度Ａ２にある。制御モジュール１６は、従って、船舶１０を目標船首方位ＴＨに方向付けるために、Ａ２−Ａ１度の反時計回りのヨー運動（矢印ＣＣＷ）が必要とされることを決定する。（現在位置ＰＬおよび現在の船首方位ＰＨは、船舶１０の初期の開始位置および向きでなくてもよいが、代わりに、目的物Ｏの近傍の目標位置ＴＬに接近する間、船舶１０が位置する自動着岸手順中、船舶１０の中間位置／向きであってよいことに留意されたい。）
【００３９】
依然として図２を参照すると、船舶１０は、船首／船尾方向において定義される水平なｘ軸、左／右方向において定義される水平なｙ軸、および（ページ内へと）鉛直なｚ軸のそれぞれ互いに対して垂直である３つの軸に対して移動され得る。制御モジュール１６は、制御モジュール１６のフィードバック制御器により実行される、３次元（左／右、船首／船尾、およびヨー）の比例、積分、および微分（ＰＩＤ）制御アルゴリズムに従って、目標位置ＴＬおよび目標船首方位ＴＨに到達するためにどの程度の推進動作が必要かを判断する。誤差要素をゼロ（ｎｕｌｌ）にすべく、フィードバック制御器は、船舶１０に関連して、前／後方向および左／右方向においてｚ軸を中心とする所望されるヨーモーメントと一緒に所望される力を計算する。計算された力およびモーメント要素は、次に独立して操舵可能な推進デバイス１４ａ、１４ｂを位置決めすること、各デバイスのプロペラ２２ａ、２２ｂによって提供される電力を制御すること、ならびにトランスミッション２０ａ、２０ｂを介する両方のデバイスの推力ベクトル方向を制御することにより、要求される力およびモーメントを伝える船舶推進システム１２に送信される。本明細書において以下でさらに説明されているように、船舶１０が目標位置ＴＬの予め定められた範囲内にあるかどうかに基づいて、制御モジュール１６は、そのような制御動作をどのように順序付けるおよび／または組み合わせるかを決定する。簡潔には、制御モジュール１６は、現在位置ＰＬから目標位置ＴＬまで船舶１０を動かし、現在の船首方位ＰＨから目標船首方位ＴＨまで船舶１０を回転させるために必要な船舶運動を決定してよい。船舶１０が目標位置ＴＬから予め定められた範囲の外側にある場合、制御モジュール１６は、船舶１０を同時に動かすおよび回転させることにより、これらの誤差を低減するために推進システム１２を制御してよい。他方で、船舶１０が目標位置ＴＬの予め定められた範囲内にある場合、制御の所与の反復中、必要とされる船舶運動の成分を一度に２自由度以下ずつ生成するために制御モジュール１６が推進システム１２を制御してよい。いくつかの例において、推進システム１２は、制御の所与の反復中、必要とされる船舶運動の成分を一度に１自由度だけ生成する。
【００４０】
図３および図４において示されるように、船舶１０の回転が直線運動と組み合わせて所望されるとき（上述の通り、そのような操縦は、船舶が目標位置ＴＬの予め定められた範囲の外側にある場合のみ可能であってよい）、推進デバイス１４ａ、１４ｂは、それらの推力ベクトルが中心線４２上の一点で交差するよう、それらのそれぞれの操舵軸１５ａ、１５ｂを中心に船舶１０の中心線４２に対して操舵角θまで回転される。推力ベクトルＴ１は図３において明確にする目的のため示されないが（その大きさおよび向きについては図４を参照）、その関連する作用線４４が、点４８において推力ベクトルＴ２の作用線４６と交差して示される。点４８は、船舶１０の重心ＣＧと一致しないので、推進デバイス１４ａにより生成される推力Ｔ１に対して有効モーメントアームＭ１が存在する。重心ＣＧを中心とするモーメントは、推力ベクトルＴ１を寸法Ｍ１で乗算した大きさと等しい。モーメントアームＭ１は、第１の推力ベクトルＴ１が整列する破線４４に沿って垂直である。よって、それは、斜辺Ｈも備える直角三角形の一辺である。また、図３における別の直角三角形が、辺Ｌ、Ｗ／２および斜辺Ｈを備えることが理解されるべきである。推進デバイス１４ａ、１４ｂがそれらのそれぞれの操舵軸１５ａ、１５ｂを中心に同一の角度θで回転させられる限り、モーメントアームＭ１と等しい大きさのモーメントアームＭ２（明確にする目的のため不図示）が、破線４６に沿って向けられた第２の推力ベクトルＴ２に対し存在することになる。
【００４１】
図３を継続して参照して、モーメントアームＭ１の長さは、操舵角θ、角度Φ、角度π、第１操舵軸１５ａと第２操舵軸１５ｂとの間の距離（当該距離は図３において、Ｗに等しい）、および重心ＣＧと第１操舵軸１５ａと第２操舵軸１５ｂとの間を伸びる線の間の垂直距離Ｌの関数として決定できることは、当業者の認識するところである。第１操舵軸１５ａと重心ＣＧとの間を伸びる線の長さは、直角三角形の斜辺Ｈであり、ＬおよびＷを与えることでピタゴラスの定理を使用して、簡単に決定されることができる。ＬとＷは既知であり、制御モジュールのメモリに保存される。θの大きさは、式１−４を参照して、本明細書において以下に説明されるように計算される。角度Ωの大きさは、９０−θである。角度Φの大きさは、第１操舵軸１５ａと船舶の中心線４２との間の距離に対する長さＬの割合の逆正接と等しく、それは、Ｗ／２として識別される。モーメントアームＭ１の長さは、線Ｈの長さおよび角度πの大きさ（つまり、Ω−Φ）を用いて、制御モジュール１６によって数学的に決定され得る。
【００４２】
推力ベクトルＴ１、Ｔ２はそれぞれ、前／後方向および左／右方向の両方のベクトル成分に分解される。これらのベクトル成分が絶対的な大きさにおいて互いに等しい場合、当該ベクトル成分は、互いに打ち消し合うか、または加法的であってよい。絶対的な大きさにおいて等しくない場合、当該ベクトル成分は、互いを一部減算するか、または加法的であってよいが、特定の直線方向に合力が存在することになる。説明目的で、図３は、第２の推力ベクトルＴ２のベクトル成分を示す。図示の通り、第２の推力ベクトルＴ２は、中心線４２に対して操舵角θである破線４６に沿って方向付けられる。第２の推力ベクトルＴ２は、中心線４２に対して平行および垂直である成分に分解され得、それは操舵角θの関数として計算される。例えば、第２の推力ベクトルＴ２は、第２の推力ベクトルＴ２に、コサインθおよびサインθをそれぞれ乗算することによって、後向きの力Ｆ２Ｙおよび横向きの力Ｆ２Ｘに分解されてよい。また、第１の推力Ｔ１のベクトル成分も同様に、前／後向きの成分および横向きの成分に分解されてよい。これらの関係を使用し、推進システム１２により生成される正味推力のベクトル成分ＦＸ、ＦＹは、Ｔ１およびＴ２のそれぞれの前方／後方ベクトル成分および左／右ベクトル成分を加算することによって、計算されてよい。
ＦＸ＝Ｔ１（ｓｉｎ（θ））＋Ｔ２（ｓｉｎ（θ））                    （１）
ＦＹ＝Ｔ１（ｃｏｓ（θ））−Ｔ２（ｃｏｓ（θ））                    （２）
【００４３】
図３および図４の例においては、Ｔ１はＸ方向およびＹ方向の両方に正のベクトル成分を有する一方、Ｔ２はＸ方向に正のベクトル成分およびＹ方向に負のベクトル成分を有し、故にＹ方向の負のベクトル成分は、Ｔ１のＹ方向のベクトル成分から減算されることに留意されたい。船舶１０に作用する正味推力は、ＦＸおよびＦＹのベクトルの加算によって決定されてよい。
【００４４】
図４を参照すると、また、（矢印５０により表される）モーメントが船舶１０にかかり、重心ＣＧを中心に回転させてよい。モーメント５０は、時計回り（ＣＷ）または反時計回り（ＣＣＷ）の何れかの回転方向にかかってよい。モーメント５０がもたらす回転力は、（船舶が目標位置ＴＬの予め定められた範囲の外側にある場合等）船舶１０上の直線力の組み合わせで、または（船舶が目標位置ＴＬの予め定められた範囲内にある場合等）単独の何れかで加えられてよい。モーメント５０を直線力と組み合わせるべく、第１および第２の推力ベクトルＴ１、Ｔ２は、図４において示される、点４８で交差するそれぞれの作用線４４、４６とは、通常、反対の方向に整列する。図４において構造線は示されないが、有効モーメントアームＭ１、Ｍ２が、第１および第２の推力ベクトルＴ１、Ｔ２および重心ＣＧに対して存在する。故に、モーメントは、矢印５０により表されるように船舶１０に与えられる。推力ベクトルＴ１、Ｔ２が大きさにおいて互いに等しく、それぞれ線４４および線４６に沿って与えられ、中心線４２を中心に対称でありかつ反対向きである場合、中心線４２に平行な正味成分力は互いに等しく、従って、正味の直線力は、船舶１０に対し前／後方向には与えられない。しかしながら、第１および第２の推力ベクトルＴ１、Ｔ２は、中心線４２に対して垂直な力にも分解され、この例においては、それらは加法的である。結果的に、図４の船舶１０がモーメント５０に応答して、時計回りの方向に回転するので、船舶１０は、右に移動することになる。    
【００４５】
他方で、モーメント５０が船舶１０に対する唯一の力であり、前／後方向または左／右方向における横運動がないことが所望される場合、図４中、Ｔ１'およびＴ２'で表される代替的な第１および第２の推力ベクトルが、中心線４２に対し平行な破線４４'および４６'に沿って互いに平行に整列する。第１および第２の推力ベクトルＴ１'、Ｔ２'は、等しい大きさであり、反対の方向である。結果的に、前／後方向には、船舶１０に正味の力が与えられない。推力ベクトルＴ１'とＴ２'の両方の角度θは０度に等しいので、中心線４２に対して垂直の方向において合力が船舶１０に与えられない。結果的に、その重心ＣＧを中心とする船舶１０の回転は、前／後方向または左／右方向の何れかにおける直線運動を伴わずに達成される。
【００４６】
図３および図４を参照して、動かすおよび回転を含む、事実上任意のタイプの船舶１０の運動が、目標位置ＴＬおよび目標船首方位ＴＨを達成するためになされ得ることが分かる。回転なしの前方の動きが必要である場合、推進デバイス１４ａ、１４ｂは、それらの推力ベクトルが前方に平行な向きに整列するように方向付けられ、Ｔ１の大きさおよび向きがＴ２のそれと等しい限り、船舶１０は前方向に進むことになる。他方で、重心ＣＧを中心とする回転が要求される場合、第１および第２の推力ベクトルＴ１、Ｔ２は、重心ＣＧで交差しないが、代わりに中心線４２に沿った別の点４８で交差する線４４および４６に沿って方向付けられる。図３および図４に示されるように、この交点４８は、重心ＣＧから前方であり得る。図４に示される推力Ｔ１および推力Ｔ２は、（モーメント５０で示される）船舶１０の時計回りの回転をもたらす。代替的に、推進デバイス１４ａ、１４ｂが、それらの推力が重心ＣＧの後ろにある中心線４２に沿った点で交差するよう回転される場合、逆の効果が実現され得、その他は全て等しくなる。また、交点４８が重心ＣＧより前方にある状態で、第１および第２の推力ベクトルＴ１、Ｔ２の向きを逆にすると、船舶１０の反時計回りの方向の回転を生じさせ得ることも認識されるべきである。
【００４７】
推進デバイス１４ａ、１４ｂの操舵角は、同一である必要はないことに留意すべきである。図２を参照して本明細書において上記で説明されているように、例えば、推進デバイス１４ａは、中心線４２に対して角度θ１に操舵され得、一方で、第２の推進デバイス１４ｂは、角度θ２に操舵され得る。現在位置と目標位置との比較、および現在方位と目標船首方位との比較に基づいて、制御モジュール１６が位置の差および船首方位の差を計算した後、制御モジュール１６は、所与の所望される直線運動および／または回転運動を予め選択された点を中心とする合計目標直線推力および合計目標モーメントと相互に関連付ける、推進システム１２のメモリ内に格納されたマップに基づいて、推進システム１２が所望する正味推力および正味モーメントを決定する。従って、それ以降、Ｔ１、Ｔ２、θ１およびθ２は、制御モジュール１６によって、以下の式に従い、上記で説明される幾何学的関係を使用して計算できることが分かる。
ＦＸ＝Ｔ１（ｓｉｎ（θ１））＋Ｔ２（ｓｉｎ（θ２））                    （１）
ＦＹ＝Ｔ１（ｃｏｓ（θ１））−Ｔ２（ｃｏｓ（θ２））                    （２）
ＭＣＷ＝（Ｗ／２）（Ｔ１（ｃｏｓ（θ１）））＋（Ｗ／２）（Ｔ２（ｃｏｓ（θ２）））    （３）
ＭＣＣＷ＝Ｌ（Ｔ１（ｓｉｎ（θ１）））＋Ｌ（Ｔ２（ｓｉｎ（θ２）））          （４）
ＭＴ＝ＭＣＷ−ＭＣＣＷ                    （５）
式中、ＦＸおよびＦＹは既知の目標直線推力のベクトル成分であり、ＭＴは予め選択された点を中心とする既知の合計目標モーメント（時計回りモーメントＭＣＷおよび反時計回りモーメントＭＣＣＷを含む）であり、ＬおよびＷ／２も上記で説明されたように既知である。制御モジュール１６は、次に、４つの式を用いて、４つの不明値（Ｔ１、Ｔ２、θ１、およびθ２）を求める。これにより、船舶１０の所望の運動を達成する各推進デバイス１４ａ、１４ｂの操舵角、シフト位置、および推力の大きさを決定する。式１−５は、図３および図４において示される推力配置に特定のものであり、異なるベクトル成分が、異なる方向に推力が与えられた、時計回りまたは反時計回りの回転、および前／後、または右／左の動きに対して寄与するであろうことに留意されたい。
【００４８】
図７および図８を参照すると、簡潔に上述されているように、研究開発を通じて、限定されるものではないがドック等の目的物Ｏ近接の目標位置ＴＬの予め定められた範囲Ｒ内に船舶１０が一旦来れば、船舶１０の運動を２自由度以下ずつ、いくつかの事例においては、１自由度ずつ制御することが役立つことを本発明者が発見した。予め定められた範囲Ｒは、本明細書において、説明目的で大きく誇張されて示されることに留意されたい。また、図２を参照して説明されるように、ここで、予め定められた範囲Ｒは、目標位置ＴＬからの測定値により定義されるものとして示されており、同様に、目標位置ＴＬは、目的物Ｏからの所与の距離Ｄにより定義されてよいことに、留意されたい。故に、予め定められた範囲Ｒは、また、目的物Ｏからの測定値として定義され、格納され得る。ここで、制御権限を切り替える目的のための合計範囲は、Ｒ＋Ｄである。制御モジュール１６は、ＧＰＳ受信機３６ならびに近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄのうち少なくとも１つを含む上記で言及された位置センサ３４の任意の組み合わせからの情報に基づいて、船舶１０が目標位置ＴＬの予め定められた範囲Ｒ内にあると判断する。一旦、制御モジュール１６が、船舶１０が目的物Ｏ近接の目標位置ＴＬの予め定められた範囲Ｒ内にあると判断すると、制御モジュール１６は、船舶１０がほぼ厳密に目標位置ＴＬに着くまで、一度に２つの軸以下ずつに沿った制御、または一度に２軸以下ずつを中心とした制御で、推進システム１２に船舶１０を移動させる。制御モジュール１６は、この自動着岸手順の結びにあたり、音声出力デバイス３２に音を発するようにさせてよい。
【００４９】
予め定められた範囲Ｒは、本操縦アルゴリズムによる使用のために、較正され、制御モジュール１６のメモリ内に格納されてよい。他の例において、予め定められた範囲Ｒは、船舶１０の速度、および／または推進システム１２が動作しているモードに依存してよく、この場合、予め定められた範囲Ｒは、ルックアップテーブルまたは同様の入出力マップから決定されてよい。他の例において、操縦士は、タッチ画面２８またはコマンド卓２６に位置する他の対話型ディスプレイを介して、数値の選択もしくは入力により、または操縦士がドック付近もしくは仮想マップから他のランドマーク付近のＧＰＳ位置を選択すること等によって、所望の予め定められた範囲Ｒを入力することができる。この場合も、予め定められた範囲Ｒは、目的物Ｏからのまたは目標位置ＴＬからの測定値として入力され得る。前者の場合、制御モジュール１６は、船舶１０の現在位置ＰＬとの将来的な比較の目的で、予め定められた範囲Ｒの入力値から所与の距離Ｄを差し引いてよい。
【００５０】
故に、図１、図２、図７および図８を参照すると、本開示は、目的物Ｏ近傍の船舶１０の位置を制御するシステムに関する。船舶１０は、互いに対して垂直で、かつ潜在的な船舶運動の６自由度を定義する第１軸、第２軸、および第３軸（例えば、ｘ、ｙ、およびｚ軸）に対して移動可能である。システムは、船舶１０の現在位置を測定する位置センサ３４を含む。位置センサ３４は、ＧＰＳ受信機３６ならびに近接センサおよび／または視覚ベースセンサ４０ａ−４０ｄのうち少なくとも１つを備える。システムは、また、船舶１０の現在の船首方位を決定する、ＩＭＵ３８またはコンパス等の船首方位センサを含む。制御モジュール１６は、位置センサ３４および船首方位センサと信号通信する。船舶推進システム１２は、制御モジュール１６と信号通信する。制御モジュール１６は、現在位置ＰＬから目標位置ＴＬまで船舶１０を動かし、現在の船首方位ＰＨから目標船首方位ＴＨまで船舶１０を回転させるために必要な船舶運動を決定する。制御モジュール１６は、次に、制御の所与の反復中、必要とされる船舶運動の成分を一度に２自由度以下ずつ生成するために推進システム１２を制御する。一例において、制御モジュール１６は、制御の所与の反復中、必要とされる船舶運動の成分を一度に１自由度ずつ生成するために推進システム１２を制御する。
【００５１】
システムは、また、ＧＰＳ受信機３６または本明細書において上述されている他の速度センサ等の船舶１０の速度を決定する速度センサを含んでよい。船舶１０の角速度を決定する、ＩＭＵ３８等のヨーレートセンサが、また設けられる。船舶を包囲する周囲状況を測定する１または複数の周囲状況センサが、また船舶１０上に含まれてよい。図１に示されるように、周囲状況センサは、潮流速度センサ４１および／または風速センサ４３を含んでよい。
【００５２】
本明細書において上述されているように、システムは、また、推進デバイス１４ａ、１４ｂの各々のために設けられるエンジン１８ａ、１８ｂのような推進システムを動力供給するエンジンを含んでよい。本開示によれば、制御の所与の反復中、推進システム１２が必要とされる船舶運動の成分を一度に２自由度以下ずつ生成する間、いくつかの例においては、一度に１自由度だけ生成する間、制御モジュール１６が、エンジン１８ａ、１８ｂをアイドリング速度で稼働してよい。これが、制御モジュール１６が目的物Ｏ近傍の船舶１０を操縦しているとき、推進システム１２が船舶１０の非常に小さな運動だけに影響を及ぼすことを可能にする。一例において、船舶１０が目標位置ＴＬから予め定められた範囲Ｒの外側にある場合、制御モジュール１６は、アイドリングを超えてエンジン１８ａ、１８ｂを稼働する。一旦、船舶１０が目標位置ＴＬから予め定められた範囲Ｒに到達すると、エンジン１８ａ、１８ｂの両方のエンジン速度がアイドリングまで低減されてよい。
【００５３】
一例において、船舶の現在位置ＰＬに基づいて、船舶１０が目標位置ＴＬの予め定められた範囲Ｒ内にあるかどうかを制御モジュール１６が判断する。制御の所与の反復中、船舶１０が目標位置ＴＬの予め定められた範囲Ｒ内にあると決定した後でのみ、制御モジュール１６は、必要とされる船舶運動の成分を一度に２自由度以下ずつ、いくつかの事例においては一度に１自由度だけ生成するために推進システム１２を制御する。図３および図４を参照して本明細書において上記で説明されているように、この方法で、船舶１０は、妨げられない自動着岸制御アルゴリズムに従って、船舶１０が目標位置ＴＬの予め定められた範囲Ｒ内に来るまで自由に移動可能である。
【００５４】
図５および図７は、推進システム１２が、制御の所与の反復中、必要とされる船舶運動の成分を一度に１自由度ずつ生成する事例を説明するために用いられる。図７を参照すると、船舶１０は、破線で示される位置Ｐ１で開始し、その現在位置は、ＰＬで示される。図５において１００および１０２で示されるように、現在位置ＰＬおよび目標位置ＴＬは、制御モジュール１６によってそれぞれ認められる。制御モジュール１６は、次に、第１軸に対する現在位置１００と目標位置１０２との間の第１誤差を決定する。図５の例において、制御モジュール１６は、ｙ軸に対するｙ誤差１０４を決定する。第１誤差は、そうでなければｘ軸またはｚ軸に対して計算され得、ｙ軸は、ここで単に例示的な目的使用されることに留意されたい。１０４において計算されるｙ誤差は、入出力マップ１０６に提供される。入出力マップ１０６は、ｙ誤差１０４の値を与えられてｙ軸の作動時間１１０を出力する。別の例において、制御モジュール１６は、また、１０８において示されるように船舶１０の速度を決定する。船速１０８は、また、入出力マップ１０６に提供され、ｙ軸の作動時間１１０が、同様にこの変数に基づいて決定される。換言すると、制御モジュール１６は、第１誤差（ｙ誤差１０４）に基づいて、第１軸（ｙ軸）に沿った、必要とされる船舶運動の第１成分を生成するための第１作動時間（ｙ軸の作動時間１１０）を決定する。一例において、制御モジュールは、船速１０８および第１誤差（ｙ誤差１０４）に基づいて第１作動時間を決定する。
【００５５】
その一方で、１０４においてｙ誤差として決定される現在位置１００と目標位置１０２との間の差は、運動１１２のｙ軸方向を決定するために使用される。本明細書において上記で図２を参照して定義されるときｙ軸方向は、船舶１０の向きに対して前方または後方の何れかである。制御モジュールは、その後、ｙ軸方向１１２およびｙ軸の作動時間１１０を使用して、１１４において示されるように、第１作動時間の間、ｙ軸に沿った必要とされる船舶運動の第１成分を生成するための推進システム１２を制御する。推進デバイス１４ａ、１４ｂの角度およびそれらの推力Ｔ１、Ｔ２を決定するために、制御モジュール１６は、上述された式（１）および式（３）から式（５）をゼロに設定してよく、成分ＦＹについてだけ求めてもよい。図７を参照して、必要とされる船舶運動の第１成分（ｙ成分１１４）を生成することが、位置Ｐ１から位置Ｐ２まで船舶１０を移動させる。故に、制御の第１反復が終了する。
【００５６】
制御の次の反復中、制御モジュール１６は、第２軸に対する現在位置１００と目標位置１０２との間の第２誤差を決定する。１１６において示されるように、ここで、第２軸は、ｘ軸であり、第２誤差は、ｘ誤差として出力される。第２誤差に基づいて、制御モジュール１６は、第２軸に沿った必要とされる船舶運動の第２成分を生成するための第２作動時間を決定する。ｙ軸の作動時間の決定と同様に、ｘ軸の作動時間は、ｘ誤差１１６および船速１０８を入力／出力テーブル１１８へと入力することにより決定されてよい。代替的に、ｘ軸の作動時間は、ｘ誤差１１６に単独で基づいて決定され得る。ｘ軸の作動時間は、その後、１２０において出力される。ｘ軸方向１２２は、船舶１０が目標位置ＴＬに到達すべく、左または右に移動する必要があるかどうかに対して、ｘ誤差１１６に基づいて決定される。制御モジュール１６は、次に、必要とされる船舶運動のｘ成分１２４を計算するためにｘ軸方向１２２およびｘ軸の作動時間１２０を使用する。推進デバイス１４ａ、１４ｂの角度およびそれらの推力Ｔ１、Ｔ２を決定するために、制御モジュール１６は、上述された式（２）から式（５）をゼロに設定してよく、成分ＦＸについてだけ求めてもよい。図７を参照すると、破線で示されるように、そのようなｘ成分の運動は、船舶１０がＰ２で示される位置から中間位置Ｐ３まで移動し、別の中間位置Ｐ４まで移動することにより示される。船舶１０は、位置Ｐ３では停止しないが、この位置Ｐ３は、位置Ｐ２から位置Ｐ４まで、船舶１０が、船舶のフレームワークに対して直接的に右に進むことを示すためだけに使用されていることに留意されたい。故に、制御の第２反復が終了する。
【００５７】
図５および図７を引き続き参照して、制御モジュール１６は、また、１２６において示されるように船舶１０の現在の船首方位ＰＨ、および１２８において示されるように目標船首方位ＴＨを決定してよい。制御モジュール１６は、これらの入力を使用して、第３軸に対する現在の船首方位１２６と目標船首方位１２８との間の第３誤差を決定する。ここで、第３誤差は、ｚ誤差１３０であり、ｚ軸に対して決定される。第３誤差に基づいて、制御モジュール１６は、第３軸を中心とする必要とされる船舶運動の第３成分を生成するための第３作動時間を決定する。第３作動時間は、第３誤差のみ（ｚ誤差１３０）基づいてよく、または速度成分に基づいてもよい。例えば、制御モジュール１６は、１３２で示されるように船舶の角速度を決定してよい。角速度１３２およびｚ誤差１３０は、入出力マップ１３４に提供されてよく、制御モジュール１６は、船舶の角速度１３２および第３誤差（ｚ誤差１３０）に基づいて第３作動時間を決定してよい。入出力マップ１３４は、第３作動時間（ｚ軸の作動時間１３６）を返す（Ｒｅｔｕｒｎ）。ｚ誤差１３０は、時計回りまたは反時計回りの方向の何れかにおけるヨー運動となるｚ軸方向１３８を計算するために使用される。制御モジュール１６は、ｚ軸の作動時間１３６およびｚ軸方向１３８を使用して、必要とされる船舶運動を計算する。これは、１４０において示されるｚ成分である。推進デバイス１４ａ、１４ｂの角度およびそれらの推力Ｔ１、Ｔ２を決定するために、制御モジュール１６は、必要に応じて、上述された式（１）および式（２）、ならびに式（３）または式（４）の何れかをゼロに設定してよく、成分ＭＣＷおよびＭＴ、またはＭＣＣＷおよびＭＴについてだけ求めてもよい。そのような運動は、位置Ｐ４から実線で示される位置Ｐ５まで船舶が回転することにより図７において示され、回転は、反時計回りの方向であった。故に、制御の第３反復が終了する。
【００５８】
制御モジュール１６は、現在位置１００を目標位置１０２と、および現在の船首方位ＰＨを目標船首方位ＴＨと同時比較することに基づいて、第１軸、第２軸、および第３誤差を同時に計算してよいが、図５および図７の例によれば、制御モジュール１６は、一度に１自由度ずつに対してのみ、船舶１０の運動をもたらす。一例において、第１作動時間（ｙ軸の作動時間１１０）の満了に応答して、制御モジュール１６は、第２作動時間（ｘ軸の作動時間１２０）の間、船舶運動の第２成分（ｘ成分１２４）を生成するための推進システム１２を制御する。これは、１１４から１２４まで通じる破線矢印により示される。第２作動時間の満了に応答して、制御モジュール１６は、第３作動時間の間、必要とされる船舶運動の第３成分を生成するための推進システム１２を制御する。これは、１２４から１４０まで通じる破線矢印により示される。代替的に、制御モジュール１６は、制御の１回の反復中、第１軸に沿って船舶１０を移動し得、次に、第２誤差を決定する前に、船舶１０の現在位置１００を再測定し、その後第３誤差を決定する前に現在の船首方位１２６を再測定する。そのような選択肢は、１１４および１２４から１４２においての「待機」、その後１４４において「返す」まで通じる破線により示される。
【００５９】
必要とされる船舶運動のｙ、ｘ、およびｚ成分は、示される順序で生成されなくてもよいことに留意されたい。例えば、船舶１０は、まずｘ軸に沿って、次に、ｙ軸（図２、ベクトルＣＬおよびＣＲを参照）に沿って動かされ得、その後ｚ軸を中心に回転され得る。別の例において、船舶１０は、まず回転され得、その後、ｘ軸次にｙ軸に沿って、またはｙ軸次にｘ軸に沿って動かされる。いくつかの例において、船首方位誤差が非常に大きく、船舶１０を目的物Ｏのそれほど近傍で回転させることが船舶１０を目的物に衝突させ得る場合、制御モジュール１６は、まず船首方位誤差を補正することを選んでよい。他の例において、比較的開放水域において、船舶１０が目的物Ｏに対して直接的に隣である場合、船舶１０をｙ方向に動かすことが所望されないと仮定して、制御モジュール１６は、まずｙ軸誤差を排除することを選んでよい。
【００６０】
上述の通り、制御モジュール１６は、必要とされる船舶運動の成分を一度に１自由度ずつ生成する間、推進システム１２をアイドリング速度で動力供給するエンジン１８ａ、１８ｂを稼働し、それにより、位置Ｐ１からＰ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５までのそれぞれの運動が、実際のところ、比較的小さい運動であるが、ここでは例示の目的で誇張して示される。しかしながら、船舶１０を包囲している潮流または風のような周囲状況が非常に強い場合、エンジン１８ａ、１８ｂをアイドリング速度で動作することは、船舶１０を移動するために十分な推力を全く生成しないであろう。例えば、強い潮流Ｃが図７の目的物Ｏから離れるように流れていたが、エンジンがアイドリングだけで動作されていた場合、追加の推力を提供することなく船舶１０を潮流Ｃに対抗して目的物Ｏに向って移動することはほぼ不可能であろう。このため、制御モジュール１６は、船舶１０を包囲する周囲状況を測定してよく、周囲状況が必要とされる船舶運動に逆らう傾向にある方向に作用することを決定することに応答して、アイドリング速度を超えてエンジン１８ａ、１８ｂを稼働してよい。エンジン速度は、例えば、風速、潮流速度、または別の周囲状況を入力として受け取る入出力マップから決定される乗算値により乗算され得る。他の例は、エンジン速度を予め定めらた非アイドリング速度まで増加させること、または入出力マップから決定された加算器を用いることを含む。
【００６１】
図５に戻ると、制御の例示的な３つの反復が完了した後、制御モジュール１６は、第３作動時間の間、必要とされる船舶運動（ｚ成分１４０）の第３成分を生成した後、待機時間が経過することを許容してよい。これは、図５の１４２において示される。待機時間は、較正されてよく、または作動時間の長さとともに変化してよい。待機時間の満了に応答して、方法は、１４４において示されるように開始まで返してよく、それ以降、１００で示されるように、船舶の更新された現在位置を測定する段階と、１２６で示されるように、船舶の更新された現在の船首方位を決定する段階と、更新された現在位置から目標位置まで船舶１０を動かし、更新された現在の船首方位から目標船首方位まで船舶１０を回転させるために必要な更新された船舶運動を決定する段階とを含んでよい。制御モジュール１６は、それ以降、制御の所与の反復中、更新された必要とされる船舶運動の成分を一度に１自由度ずつ生成するために推進システム１２を自動的に制御してよい。そのような２回目の誤差の補正は、制御の最初の３つの反復中、船舶１０が所望の位置まで移動されていない、または所望の船首方位まで回転されていないことに起因してなされる必要がある任意の調整を説明する。しかしながら、１４２において示されるように、係る２回目の制御に取りかかる前に待機時間を設けることが、システムを安定させることを可能にし、さらなる測定がなされる前に推進力に起因する任意の船舶運動が消えることを可能にする。現在位置１００および／または現在の船首方位１２６が制御の反復の間に再測定される場合の例において、そのような再測定は、第１および第２作動時間それぞれが満了した直ぐ後に、または加えて、待機時間が満了するように待機した後になされ得ることに留意されたい。
【００６２】
図６および図８は、ここで、制御の所与の反復中、必要とされる船舶運動の成分を一度に２自由度以下ずつ生成するために制御モジュール１６が、推進システム１２を制御する方法を説明するために用いられる。図５および図７を参照して上記で説明されている方法と同様に、制御モジュール１６は、船舶の現在位置ＰＬに基づいて、船舶１０が目標位置ＴＬの予め定められた範囲Ｒ内にあるかどうか判断してよく、船舶１０が目標位置の予め定められた範囲Ｒ内にあると判断した後でのみ、制御の所与の反復中、必要とされる船舶運動の成分を一度に２自由度以下ずつ生成するために推進システム１２を制御してよい。
【００６３】
図６を参照して、制御モジュール１６は、２００で示されるように現在位置ＰＬと、２０２で示されるように目標位置ＴＬとの間の誤差を決定する。制御モジュール１６は、また、２０６で示されるように船速を決定する。図５の方法とは対照的に、図６の方法においては、制御モジュール１６が、第１軸、第２軸、および第３軸のうち少なくとも１つ（ここでは第２軸）に対して、現在位置２００と目標位置２０２との間の誤差を決定する。ここで、制御モジュール１６は、２０４で示されるように、ｘ軸およびｙ軸の両方に対する誤差を決定する。制御モジュール１６は、次に、誤差（ｘ／ｙ誤差２０４）に基づいて、第１軸、第２軸、および第３軸のうち少なくとも１つ（ここではｘ軸およびｙ軸）に沿った必要とされる船舶運動の所与の成分を生成するための作動時間を決定する。作動時間は、誤差のみに基づくことができ、または、制御モジュール１６が、誤差および２０６において入力される船舶の速度に基づいて作動時間を決定してもよい。例えば、入出力マップ２０８を用いて、制御モジュール１６は、２１０で示されるようにｘ／ｙ軸の作動時間を決定してよい。制御モジュール１６は、２１２で示されるように船舶１０の運動のｘ／ｙ軸方向を決定するために２０４で決定されたｘ／ｙ誤差を使用してよい。例えば、この運動は、別個に線ＣＬに、次に線ＣＲに沿ってではなく、図２において示されるように、線ＣＯＧに沿ってであってよい。制御モジュール１６は、次に、作動時間の間、必要とされる船舶運動の所与の成分を生成するために推進システム１２を制御する。ここで、所与の成分は、２１４で示されるようにｘ／ｙ成分である。推進デバイス１４ａ、１４ｂの角度およびそれらの推力Ｔ１、Ｔ２を決定するために、制御モジュール１６は、上述された式（３）から式（５）をゼロに設定してよく、成分ＦＸおよびＦＹについてだけ求めてもよい。故に、制御の第１反復が終了する。
【００６４】
図６において示されるように、制御モジュール１６は、２１６で示されるように現在の船首方位ＰＨ、および２１８で示されるように目標船首方位ＴＨを決定し、これらの値を使用して、第３誤差（ｚ誤差２２０）を計算する。制御モジュール１６は、次に、ｚ誤差２２０に基づいて第３軸を中心として回転するための作動時間、および２２２で決定される船舶の角速度を決定する。例えば、制御モジュール１６は、入出力マップ２２４を使用して、ｚ軸の作動時間２２６を決定する。第３誤差、ここではｚ誤差は、また、２２８で示されるｚ軸方向の回転を決定するために使用される。制御モジュール１６は、次に、２３０で示されるように必要とされる船舶運動の第３成分、ここではｚ成分を生成する。図５を参照して説明されるように、制御モジュール１６は、次に、２３２で示されるように待機し、その後、２３４で示されるように返す。
【００６５】
現在の例において、第１および第２軸は水平軸で、第３軸は、鉛直軸であり、制御モジュール１６は、推進システム１２を制御した第３軸を中心とする必要とされる船舶運動の回転成分とは異なる制御の反復中、第１および第２軸に沿って必要とされる船舶運動の横方向成分を生成する。しかしながら、制御の順序が、第３軸を中心とする回転が、第１および第２軸に対する動きの前に生じるよう、代わりに入れ替えられてもよい。加えて、図５を参照して留意されるように、図６の方法は、２１４から２３０まで直接的に通じる破線矢印によって示されるように、ｘ／ｙ軸の作動時間２１０が満了することを待機した後、ｚ成分２３０を生成する段階を含み得、または、制御反復の間の待機の有無にかかわらず返し、制御の次の反復を実行する前に、現在位置２００および現在の船首方位２１６を再測定する段階を含み得る。
【００６６】
図８を参照すると、船舶１０の対応する運動が示される。船舶は、現在位置ＰＬにおいて始まる。制御モジュール１６が船舶１０の現在位置ＰＬが目標位置ＴＬの予め定められた範囲Ｒ内であると判断した場合、制御アルゴリズムが開始する。制御の第１反復中、制御モジュール１６は、図６を参照して説明されるように、必要とされる船舶運動のｘ−ｙ成分２１４を計算して実行する。故に、船舶１０は、位置Ｐ１１から中間位置Ｐ１２、その後位置Ｐ１３まで移動する。この場合も、図７の説明と同様に、Ｐ１２は、船舶１０が停止する位置ではないが、位置Ｐ１１から位置Ｐ１３まで動く間、船舶１０がｘおよびｙ軸の両方に対して同時に移動することを示すために使用される。制御の第２反復中、制御モジュール１６は、図６を参照して説明されるように、必要とされる船舶運動のｚ成分２３０を実行する。船舶１０は、位置Ｐ１３から実線で示される位置Ｐ１４まで反時計回りの方向において回転する。船舶１０は、ここで、目標船首方位ＴＨにある。
【００６７】
図５を参照して説明された方法と同様に、図６の方法によれば、制御モジュール１６は、制御の所与の反復中、必要とされる船舶運動の全ての成分を一度に２自由度以下ずつ生成した後、待機時間２３２が通過することを許容してよい。その後、制御モジュール１６は、（ＧＰＳ受信機３６またはセンサ４０ａ−４０ｄ等の）位置センサから船舶１０の更新された現在位置を受信してよく、（ＩＭＵ３８等の）船首方位センサから更新された現在の船首方位を受信してよい。制御モジュール１６は、次に、更新された現在位置から目標位置まで船舶１０を動かし、更新された現在の船首方位から目標船首方位まで船舶１０を回転させるために必要な更新された船舶運動を決定してよい。制御モジュール１６は、制御の所与の反復中、更新された必要とされる船舶運動の成分を一度に２自由度以下ずつ生成するために推進システム１２を制御する。
【００６８】
故に、図７および図８は、図５および図６において説明される制御アルゴリズムがほぼ同等の最終結果をもたらすことを示し、制御モジュール１６により決定される船舶運動は、現在位置ＰＬから目標位置ＴＬまで船舶１０を動かすこと、さらに、現在の船首方位ＰＨから目標船首方位ＴＨまで船舶を回転させることの両方を行う。しかしながら、図７の方法において、船舶１０は、制御の所与の反復ごとに１自由度ずつに対して移動することだけを許容され、一方、図８の方法において、船舶１０は、制御の所与の反復中、一度に２自由度ずつに対して移動できる。
【００６９】
本開示に係る方法が、ここで図９を参照して説明される。３００において示されるように、方法は、船舶１０の現在位置を測定する段階を含む。３０２において示されるように、方法は、船舶の現在位置に基づいて、船舶１０が目標位置の予め定められた範囲内にあるかどうかを制御モジュール１６で判断する段階を含む。３０４において示されるように、方法は、現在位置から目標位置まで船舶１０を動かすために必要な船舶運動を制御モジュール１６で決定する段階を含む。３０６において示されるように、船舶１０が目標位置の予め定められた範囲Ｒ内にあることに応答して（３０２での判断がはい）、方法は、制御の所与の反復中、必要とされる船舶運動の成分を一度に１自由度ずつ生成するために推進システム１２を制御モジュール１６で自動的に制御する段階を含む。他方では、ボックス３０２での判断がいいえである場合、方法は、３００において示されるように、船舶の現在位置を測定する段階に返す。
【００７０】
現在のシステムおよび方法は、船舶１０が目標位置ＴＬに対して過度に近くなった場合、船舶が設定ポイントに過度に迅速に接近したことに起因して、または遅い速度でのＧＰＳ受信機３６の不正確性に起因して、近傍の位置であるが、目標位置上ではない位置の間で振動する可能性を低減させることにより、自動着岸アルゴリズムにおいて役に立つ。船舶がドックに衝突することを生じさせるので、自動着岸中、そのように振動させることは所望されない。タイムシフトイベント（ｔｉｍｅｄ  ｓｈｉｆｔ  ｅｖｅｎｔ）およびモニタリング／再測定プロセスを使用することにより、現在のアルゴリズムは、着岸の運動を減速し、そのような振動を防ぐ。船舶１０を一度に１または２自由度ずつだけに対して移動することは、推進システム１２がその要求される運動を的確に実行することを可能にすることを保証する。そうでなければ、船舶１０がコマンドされていない方向に移動することをもたらし得る、プロペラ掃引間の相互作用は、要求される運動を妨げる可能性が少ない。少なくとも移動および回転運動は、異なる制御反復へと分割されるので、故に、コマンドされた運動を実行するために使用される推力の完全な効果を可能にする。
【００７１】
上記で説明されたように、制御モジュール１６と信号通信する音声出力デバイス３２は、制御モジュール１６からのコマンドに応答して音を発してよい。例えば、制御モジュール１６は、音声出力デバイス３２が、船舶１０が目標位置ＴＬに到達したことに応答して、音を発するようにさせる。ブザー音、音声警告、ベル音、ビープ音、または任意の他の音声出力であり得る音が、自動着岸シーケンスが終了したことを船舶１０の操縦士に合図する。音は、船舶１０からドック上に降りることが安全であることを操縦士に知らせる。他の例において、音声出力デバイス３２からの音の発信は、コマンド卓２６において光を照らすこと、および／またはタッチ画面２８上に現われる警告を伴って、自動着岸手順が完了したことを示す。さらに他の例において、音は、提供されず、視覚的な表示のみが自動着岸手順が終了したことを示す。
【００７２】
本明細書に説明されている異なるシステムおよび方法は、単独で、あるいは他のシステムおよび方法と組み合わせて使用されてよい。様々な均等形態、代替形態および修正形態が、添付の特許請求の範囲内でなされ得る。添付の特許請求の範囲における各限定は、「ｍｅａｎｓ  ｆｏｒ」または「ｓｔｅｐ  ｆｏｒ」という用語がそれぞれの限定において明示的に記載されている場合にのみ、米国特許法第１１２条（ｆ）項における解釈が発動される意図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年3月7日(2019.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標位置近傍の船舶の位置を制御する方法であって、前記方法は、
前記船舶の現在位置を測定する段階と、
前記船舶の現在の船首方位を決定する段階と、
前記船舶の現在位置に基づいて、前記船舶が前記目標位置の予め定められた範囲内にあるかどうかを制御モジュールで判断する段階と、
前記現在位置から前記目標位置まで前記船舶を動かすために必要とされる船舶運動を前記制御モジュールで決定し、また、前記現在の船首方位から目標船首方位まで前記船舶を回転させる段階と、
前記船舶が前記目標位置の予め定められた範囲外にあるときは、前記船舶を同時に動かしおよび回転させるよう船舶推進システムを制御する段階と、
前記船舶が前記目標位置の前記予め定められた範囲内にあることに応答して、制御の所与の反復中、前記必要とされる船舶運動の成分を一度に１自由度ずつ生成するために前記制御モジュールで前記船舶推進システムを自動的に制御する段階と
を備え、前記船舶は、前記船舶推進システムにより動力供給され、互いに対して垂直で、かつ潜在的な船舶運動の６自由度を定義する第１軸、第２軸、および第３軸に対して移動可能である方法。
【請求項２】
前記第１軸に対する前記現在位置と前記目標位置との間の第１誤差を決定する段階と、
前記第１誤差に基づいて、前記第１軸に沿った前記必要とされる船舶運動の第１成分を生成するための第１作動時間を決定する段階と、
前記第１作動時間の間、前記必要とされる船舶運動の前記第１成分を生成するために前記船舶推進システムを制御する段階と
をさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記船舶の速度を決定する段階と、
前記船舶の速度および前記第１誤差に基づいて、前記第１作動時間を決定する段階と
をさらに備える、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２軸に対する前記現在位置と前記目標位置との間の第２誤差を決定する段階と、
前記第２誤差に基づいて、前記第２軸に沿った前記必要とされる船舶運動の第２成分を生成するための第２作動時間を決定する段階と、
前記第１作動時間の満了に応答して、前記第２作動時間の間、前記必要とされる船舶運動の前記第２成分を生成するために前記船舶推進システムを制御する段階と
をさらに備える、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記第３軸に対する前記現在の船首方位と前記目標船首方位との間の第３誤差を決定する段階と、
前記第３誤差に基づいて、前記第３軸を中心とする前記必要とされる船舶運動の第３成分を生成するための第３作動時間を決定する段階と、
前記第２作動時間の満了に応答して、前記第３作動時間の間、前記必要とされる船舶運動の前記第３成分を生成するために前記船舶推進システムを制御する段階と
をさらに備える、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記船舶の角速度を決定する段階と、
前記船舶の角速度および前記船舶の前記第３誤差に基づいて、前記第３作動時間を決定する段階と
をさらに備える、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第３作動時間の間、前記必要とされる船舶運動の前記第３成分を生成した後、待機時間が経過することを許容する段階と、
前記待機時間の満了に応答して、
前記船舶の更新された現在位置を測定する段階、
前記船舶の更新された現在の船首方位を決定する段階、
前記更新された現在位置から前記目標位置まで前記船舶を動かし、かつ前記更新された現在の船首方位から前記目標船首方位まで前記船舶を回転させるために必要な更新された船舶運動を前記制御モジュールで決定する段階、および
制御の所与の反復中、前記更新された必要とされる船舶運動の成分を一度に１自由度ずつ生成するために前記制御モジュールで前記船舶推進システムを自動的に制御する段階と
をさらに備える、請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
前記必要とされる船舶運動の前記成分を一度に１自由度ずつ生成する間、前記船舶推進システムをアイドリング速度で動力供給するエンジンを稼働する段階をさらに備える、請求項１から６の何れか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記船舶を包囲する周囲状況を測定する段階と、
前記周囲状況が前記必要とされる船舶運動に逆らう傾向にある方向に作用していることを前記制御モジュールで決定することに応答して、前記アイドリング速度を超えて前記エンジンを稼働する段階と
をさらに備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
目的物近傍の船舶の位置を制御するシステムであって、前記システムは、
前記船舶の現在位置を測定する位置センサと、
前記船舶の現在の船首方位を決定する船首方位センサと、
前記位置センサおよび前記船首方位センサと信号通信する制御モジュールと、
前記制御モジュールと信号通信する船舶推進システムと、
を備え、
前記制御モジュールは、前記船舶の現在位置に基づいて、前記船舶が目標位置の予め定められた範囲内にあるかどうかを判断し、
前記制御モジュールは、前記船舶を前記現在位置から前記目標位置まで動かし、かつ前記船舶を前記現在の船首方位から目標船首方位まで回転させるために必要な船舶運動を決定し、
前記船舶が前記目標位置の予め定められた範囲外にあるときは、前記制御モジュールが前記船舶を同時に動かしおよび回転させるよう前記船舶推進システムを制御し、
前記制御モジュールは、前記船舶が前記目標位置の前記予め定められた範囲内にあることを判断した後でのみ、制御の所与の反復中、前記必要とされる船舶運動の成分を一度に２自由度以下ずつ生成するために前記船舶推進システムを制御し、
前記船舶は、互いに対して垂直で、かつ潜在的な船舶運動の６自由度を定義する第１軸、第２軸、および第３軸に対して移動可能である、システム。
【請求項１１】
前記制御モジュールは、制御の所与の反復中、前記必要とされる船舶運動の全ての成分を一度に２自由度以下ずつ生成した後、待機時間が経過することを許容し、その後、
前記制御モジュールは、前記位置センサから前記船舶の更新された現在位置を受信し、前記船首方位センサから更新された現在の船首方位を受信し、
前記制御モジュールは、前記更新された現在位置から前記目標位置まで前記船舶を動かし、かつ前記更新された現在の船首方位から前記目標船首方位まで前記船舶を回転させるために必要な更新された船舶運動を決定し、
前記制御モジュールは、制御の所与の反復中、前記更新された必要とされる船舶運動の成分を一度に２自由度以下ずつ生成するために前記船舶推進システムを制御する、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記制御モジュールは、
前記第１軸、第２軸、および第３軸のうち少なくとも１つに対する前記現在位置と目標位置との間の誤差を決定し、
前記誤差に基づいて、前記第１軸、第２軸、および第３軸のうち少なくとも１つに沿った前記必要とされる船舶運動の所与の成分を生成するための作動時間を決定し、
前記作動時間の間、前記必要とされる船舶運動の前記所与の成分を生成するために前記船舶推進システムを制御する、請求項１０または１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１軸および第２軸は水平軸であり、かつ前記第３軸は鉛直軸であり、前記制御モジュールは、前記第３軸を中心とする前記必要とされる船舶運動の回転成分とは異なる制御の反復中、前記第１軸および第２軸に沿った前記必要とされる船舶運動の横方向成分を生成するために前記船舶推進システムを制御する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記船舶の速度を決定する速度センサと、
前記船舶の角速度を決定するヨーレートセンサと
をさらに備え、
前記制御モジュールは、前記誤差および前記船舶の前記速度および前記船舶の前記角速度のうちの１つに基づいて、前記作動時間を決定する、請求項１２または１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記船舶推進システムを動力供給するエンジンをさらに備え、
前記船舶推進システムが、制御の所与の反復中、前記必要とされる船舶運動の前記成分を一度に２自由度以下ずつ生成する間、前記制御モジュールは、アイドリング速度で前記エンジンを稼働する、請求項１０から１４の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記船舶を包囲する周囲状況を測定する１または複数の周囲状況センサをさらに備え、
前記制御モジュールは、前記周囲状況が前記必要とされる船舶運動に逆らう傾向にある方向に作用していることを決定することに応答して、前記アイドリング速度を超えて前記エンジンを稼働する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記制御モジュールは、前記船舶が前記目標位置の前記予め定められた範囲内にあることを判断した後で、制御の所与の反復中、前記必要とされる船舶運動の前記成分を一度に１自由度ずつ生成するために前記船舶推進システムを制御する、請求項１０から１６の何れか一項に記載のシステム。
【請求項１８】
前記位置センサは、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、近接センサ、および視覚ベースセンサのうち少なくとも１つを備える、請求項１０から１７の何れか一項に記載のシステム。
【外国語明細書】
2019094045000001.pdf