(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中で使用されるとともに水に対する相対的な進行方向に延伸した形状を有する本体部を備えた水中機器の姿勢制御装置において、
少なくとも先端部が縮径した形状を有し前記本体部の全体を覆うケーシングと、
該ケーシングの内面に配置された駆動手段と、
該駆動手段に接続され前記本体部の延伸方向に沿って移動可能に前記ケーシングの内面に配置された移動体と、を有し、
前記駆動手段及び前記移動体は、前記本体部の外周方向に複数配置されており、
前記移動体を前記ケーシングの内面に沿って移動させることにより、前記移動体の重量又は浮力を利用して前記水中機器の重心又は浮心を調整するようにした、
ことを特徴とする水中機器の姿勢制御装置。
【請求項２】
前記ケーシングの内部は、前記移動体が質量体である場合には気体が充填され、前記移動体が浮力体である場合には液体が充填され、前記移動体が質量体及び浮力体の両方を含む場合には液体が充填されるように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の水中機器の姿勢制御装置。
【請求項３】
前記本体部の上部に配置された移動体は浮力体により構成され、前記本体部の下部に配置された移動体は質量体により構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の水中機器の姿勢制御装置。
【請求項４】
前記移動体は前記本体部を囲うように環状に形成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の水中機器の姿勢制御装置。
【請求項５】
前記駆動手段及び前記移動体は、前記本体部の外周に沿って移動可能に構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の水中機器の姿勢制御装置。
【請求項６】
前記本体部を回転させる回転手段を有する、ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の水中機器の姿勢制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中機器の姿勢制御装置に関し、特に、水中機器の重心又は浮心の位置を水中で調整することができる水中機器の姿勢制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋、河川、ダム、貯水層等の水中や水底における探査、調査、測量、撮影、作業等を行うために、無人潜水機、水中航走体、水中曳航体、水中ロボット等、種々の水中機器が使用されている。これらの水中機器は、自身の姿勢（傾斜）を計測するジャイロセンサを有し、その計測結果に応じてバラスト水を給排水したり、スラスタにより推力を発生させたりして、目的に応じて水中で姿勢制御できるように構成されたものが多い。
【０００３】
これらのバラスト水やスラスタを用いた姿勢制御装置では、応答性が低い、設計が煩雑である等の理由から、水中機器に外付け可能な姿勢制御装置が既に提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された姿勢制御装置は、水中機器に装着されるフレームと、該フレームに移動可能に配置された浮体と、を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５０５５５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された姿勢制御装置では、フレーム構造であることから重量が増大しやすい、フレームから浮体が突出していることから水中での抵抗が大きい、フレームや浮体が藻類等の水中植物に絡みやすい、水中機器から浮体までの距離が離れていることから重心や浮心の調整が難しい等の問題があった。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑みて創案されたものであり、姿勢制御装置を含む水中機器の軽量化、抵抗の低減、水中植物の絡まり防止及び姿勢制御の精度向上を図ることができる水中機器の姿勢制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、水中で使用されるとともに水に対する相対的な進行方向に延伸した形状を有する本体部を備えた水中機器の姿勢制御装置において、少なくとも先端部が縮径した形状を有し前記本体部の全体を覆うケーシングと、該ケーシングの内面に配置された駆動手段と、該駆動手段に接続され前記本体部の延伸方向に沿って移動可能に前記ケーシングの内面に配置された移動体と、を有し、前記駆動手段及び前記移動体は、前記本体部の外周方向に沿って複数配置されており、前記移動体を前記ケーシングの内面に沿って移動させることにより、前記移動体の重量又は浮力を利用して前記水中機器の重心又は浮心を調整するようにした、ことを特徴とする水中機器の姿勢制御装置が提供される。
【０００８】
前記ケーシングの内部は、前記移動体が質量体である場合には気体が充填され、前記移動体が浮力体である場合には液体が充填され、前記移動体が質量体及び浮力体の両方を含む場合には液体が充填されるように構成されていてもよい。
【０００９】
前記本体部の上部に配置された移動体は浮力体により構成され、前記本体部の下部に配置された移動体は質量体により構成されていてもよい。前記移動体は前記本体部を囲うように環状に形成されていてもよい。また、前記駆動手段及び前記移動体は、前記本体部の外周に沿って移動可能に構成されていてもよい。また、前記本体部を回転させる回転手段を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る水中機器の姿勢制御装置によれば、フレームのような重量物を使用せずに、構成要素（駆動手段及び移動体）を本体部の外面に沿って接近した位置に配置したことから、姿勢制御装置を含む水中機器の軽量化を図ることができる。また、本体部に接近した位置に姿勢制御装置を配置したことにより、水中における抵抗を低減することができるとともに、水中植物の絡まりを抑制することができる。また、本体部と移動体との距離が接近していることから、本体部の重心又は浮心と移動体の重心又は浮心を容易に略同一軸上に配置することができるため、水中機器の重心や浮心を調整しやすくすることができ、姿勢制御の精度を向上させることができる。
【００１１】
また、本体部及び姿勢制御装置を覆うケーシングを使用した場合には、水中における出っ張り部分を低減することができ、さらに抵抗の低減及び水中植物の絡まり防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第一実施形態に係る水中機器の姿勢制御装置を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、を示している。
【図２】図１に示した姿勢制御装置の変形例を示す図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、（ｃ）は第三変形例、（ｄ）は第四変形例、（ｅ）は第五変形例、（ｆ）は第六変形例、を示している。
【図３】本発明の他の実施形態を示す図であり、（ａ）は第二実施形態、（ｂ）は第三実施形態、（ｃ）は第四実施形態、を示している。
【図４】本発明の他の実施形態を示す図であり、（ａ）は第五実施形態、（ｂ）は第六実施形態、（ｃ）は第七実施形態、を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図１〜図４を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る水中機器の姿勢制御装置を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は図１（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、を示している。図２は、図１に示した姿勢制御装置の変形例を示す図であり、（ａ）は第一変形例、（ｂ）は第二変形例、（ｃ）は第三変形例、（ｄ）は第四変形例、（ｅ）は第五変形例、（ｆ）は第六変形例、を示している。
【００１４】
本発明の第一実施形態に係る水中機器の姿勢制御装置は、図１（ａ）及び（ｂ）に示したように、水中で使用されるとともに水に対する相対的な進行方向に延伸した形状を有する本体部１１を備えた水中機器１の姿勢制御装置であって、本体部１１の外面に配置された駆動手段２と、駆動手段２に接続され本体部１１の延伸方向に沿って移動される移動体３と、を有し、移動体３を本体部１１の外面に沿って移動させることにより、移動体３の重量を利用して水中機器１の重心を調整するようにしたものである。
【００１５】
水中機器１は、例えば、海洋、河川、ダム、貯水槽等の水中や水底において、探査、調査、測量、撮影、作業等を行うために使用される、無人潜水機、水中航走体、水中曳航体、水中ロボット等である。自走式の水中機器１の場合は、スラスタやプロペラ等の推力発生手段を有し、曳航式の水中機器１の場合は、ワイヤロープ等により先行する船舶に接続される。また、水中機器１は、自身の姿勢（傾斜）を計測するジャイロセンサ（図示せず）を有し、本体部１１内に収容されている。
【００１６】
本体部１１は、例えば、図１（ａ）に示したように、細長い形状を有し、推進時や曳航時における進行方向又は停留時における水流方向（すなわち、水に対する相対的な進行方向）に延伸した形状を有している。本体部１１の内部には、水中機器１の用途に応じた制御機器、駆動モータ、センサ等の機器（図示せず）が収容されている。また、本体部１１の先端部及び後端部は、水に対する抵抗を低減するために縮径した形状に形成してもよい。また、本体部１１は、用途に応じて、水平翼や尾翼を有していてもよい。なお、本体部１１は、図１（ｂ）に示したように、略円筒形状であることが一般的であるが、かかる形状に限定されるものではなく、矩形断面形状を有していてもよい。
【００１７】
駆動手段２は、例えば、ボールネジ機構により構成される。図示した駆動手段２は、ボールネジ２１、駆動モータ２２及び軸受２３を有している。ボールネジ２１は、駆動モータ２２と軸受２３との間で回転可能に掛け渡されている。このとき、ボールネジ２１の軸心は、本体部１１の延伸方向と平行に配置される。移動体３は、ボールネジ２１に係合するナットを有し、ボールネジ２１の回転によって前後方向に移動される。駆動モータ２２は、本体部１１内に配置された制御装置２４により駆動時間や駆動方向が制御される。
【００１８】
なお、駆動手段２は、上述したボールネジ機構に限定されるものではなく、直動アクチュエータ、油圧シリンダ、エアシリンダ等、本体部１１の前後方向に往復動可能な機構を有するものであればよい。
【００１９】
移動体３は、例えば、本体部１１の重心を変動させるのに必要な重量を備えた質量体である。図１（ｂ）に示したように、駆動手段２及び移動体３は、本体部の外周方向に複数配置されていてもよい。ここでは、９０°の間隔で四つの駆動手段２及び移動体３を配置した場合を図示している。四つの移動体３は、それぞれ個別に本体部１１の延伸方向（前後方向）に位置制御可能に構成されており、ジャイロセンサ等により水中機器１の姿勢を検知しつつ、所定の姿勢を維持するように個別に制御される。なお、駆動手段２及び移動体３の個数は、図示した個数に限定されるものではない。
【００２０】
例えば、図２（ａ）に示した第一変形例は、駆動手段２及び移動体３を一つ配置したものであり、移動体３は、水中機器１の重心を変動させるための質量体により構成されている。また、図２（ｂ）に示した第二変形例は、駆動手段２及び移動体３を一つ配置したものであり、移動体３は、水中機器１の浮心を変動させるための浮力体により構成されている。なお、図１（ａ）及び（ｂ）に示した移動体３についても、第二変形例と同様に、浮力体により構成してもよい。
【００２１】
また、図２（ｃ）に示した第三変形例は、駆動手段２及び移動体３を上下に二つ配置したものであり、移動体３は質量体により構成されている。駆動手段２及び移動体３の配置は、上下方向に限定されるものではなく、左右方向であってもよい。
【００２２】
また、図２（ｄ）に示した第四変形例は、駆動手段２及び移動体３を上下に二つ配置したものであり、本体部１１の上部に配置された移動体３は浮力体により構成され、本体部１１の下部に配置された移動体３は質量体により構成されている。このように、質量体と浮力体とを混在させることにより、水中機器１の重心を調整したい場合には質量体を操作し、水中機器１の浮心を調整したい場合には浮力体を操作することができる。
【００２３】
なお、図示しないが、図２（ｄ）に示した本体部１１に対して、２時、４時、８時、１０時の位置に移動体３を配置して、本体部１１の上部（２時と１０時の位置）に配置された移動体３を浮力体により構成し、本体部１１の下部（４時と８時の位置）に配置された移動体３を質量体により構成してもよい。
【００２４】
また、図示しないが、図２（ｄ）に示した本体部１１に対して、２時及び８時の位置に移動体３を配置して、本体部１１の上部（２時の位置）に配置された移動体３を浮力体により構成し、本体部１１の下部（８時の位置）に配置された移動体３を質量体により構成してもよいし、４時及び１０時の位置に移動体３を配置して、本体部１１の上部（１０時の位置）に配置された移動体３を浮力体により構成し、本体部１１の下部（４時の位置）に配置された移動体３を質量体により構成してもよい。
【００２５】
また、図２（ｅ）に示した第五変形例及び図２（ｆ）に示した第六変形例は、駆動手段２を本体部１１の外周方向に複数配置し、本体部１１を囲うように移動体３を環状に形成したものである。第五変形例の移動体３は質量体により構成され、第六変形例の移動体３は浮力体により構成されている。これらの変形例では、環状の移動体３を本体部１１に対して前後方向に移動させることにより、水中機器１の重心又は浮心を調整することができる。また、これらの変形例では、本体部１１の外周の空間を有効利用することができ、移動体３の径方向の大型化を抑制しつつ容量を増大させることができ、重心や浮心の調整量を大きくすることができる。
【００２６】
駆動手段２は、一つの駆動手段２が駆動モータ２２を有し、残りの駆動手段２は駆動モータ２２を有しないガイド部材として構成するようにしてもよい。勿論、複数の駆動手段２がそれぞれ駆動モータ２２を備え、これらの駆動モータ２２を同期させるようにしてもよい。
【００２７】
上述した第一実施形態及びその変形例に係る水中機器１の姿勢制御装置によれば、フレームのような重量物を使用せずに、構成要素（駆動手段２及び移動体３）を本体部１１の外面に沿った接近した位置（すなわち、外面近傍）に配置したことから、姿勢制御装置を含む水中機器１の軽量化を図ることができる。なお、外面に沿った接近した位置（外面近傍）とは、本体部１１と移動体３との隙間が、例えば、数ｍｍ〜数十ｍｍ程度の場合を意味しているが、かかる数値に限定されるものではない。
【００２８】
また、本体部１１に接近した位置に姿勢制御装置を配置したことにより、水中における抵抗を低減することができるとともに、水中植物の絡まりを抑制することができる。また、本体部１１と移動体３との距離が接近していることから、本体部１１の重心や浮心と移動体３の重心や浮心を容易に略同一軸上に配置することができるため、水中機器１の重心や浮心を調整しやすくすることができ、姿勢制御の精度を向上させることができる。
【００２９】
次に、本発明の他の実施形態に係る水中機器１の姿勢制御装置について、図３（ａ）〜（ｃ）及び図４（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明する。ここで、図３は、本発明の他の実施形態を示す図であり、（ａ）は第二実施形態、（ｂ）は第三実施形態、（ｃ）は第四実施形態、を示している。図４は、本発明の他の実施形態を示す図であり、（ａ）は第五実施形態、（ｂ）は第六実施形態、（ｃ）は第七実施形態、を示している。なお、上述した第一実施形態と同じ構成部品については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００３０】
図３（ａ）に示した第二実施形態に係る水中機器１の姿勢制御装置は、図１（ａ）に示した水中機器１の全体を覆う略円筒形状のケーシング４を有するものである。ケーシング４は、本体部１１と同様に、前後方向に細長い形状を有し、先端部及び後端部は水に対する抵抗を低減するために縮径した形状に形成されていることが好ましい。ケーシング４は、ポッドと称する場合もある。かかるケーシング４を使用することにより、水中における出っ張り部分を低減することができるため、さらに抵抗の低減及び水中植物の絡まり防止を図ることができる。
【００３１】
ケーシング４の内部は、移動体３が質量体である場合には気体（例えば、空気）が充填され、移動体３が浮力体である場合には液体（例えば、海水）が充填される。ケーシング４の内部に液体を充填する場合には、例えば、ケーシング４の一部に開口部を形成しておき、周囲に存在している水をケーシング４の内部に流入させるようにしてもよい。なお、ケーシング４の内側に質量体の移動体３と浮力体の移動体３の両方がある場合には、ケーシング４の内部は液体で充填される。
【００３２】
図３（ｂ）に示した第三実施形態に係る水中機器１の姿勢制御装置は、ケーシング４を有する水中機器１において、ケーシング４側に駆動手段２及び移動体３を配置したものである。具体的には、駆動手段２を構成する駆動モータ２２及び軸受２３は、本体部１１を覆うケーシング４の内面に配置されており、ボールネジ２１は前後方向に延伸するように配置されている。制御装置２４は、例えば、ケーシング４の先端部に配置される。なお、ケーシング４内にジャイロセンサを配置するようにしてもよい。
【００３３】
このように、ケーシング４に駆動手段２及び移動体３を配置することにより、水中機器１にケーシング４を取り付けるだけで水中機器１の姿勢を制御することができる。したがって、姿勢制御装置を有しない又は不十分な既存の水中機器１に対しても、本体部１１を改造することなく、姿勢制御装置を配置することができ、利便性に優れる。
【００３４】
なお、ケーシング４に駆動手段２を配置する場合であっても、移動体３は本体部１１の外面に沿った接近した位置に配置することが好ましい。本体部１１と移動体３との距離を接近させることにより、本体部１１の重心や浮心と移動体３の重心や浮心を容易に略同一軸上に配置することができるため、水中機器１の重心や浮心を調整しやすくすることができ、姿勢制御の精度を向上させることができる。
【００３５】
図３（ｃ）に示した第四実施形態に係る水中機器１の姿勢制御装置は、水中機器１は後端にプロペラ等の推進手段５を有するものである。推進手段５を有する水中機器１にケーシング４を取り付ける場合には、推進手段５を除く本体部１１をケーシング４で覆うようにすることが好ましい。図示したように、駆動手段２は本体部１１の外面に配置してもよいし、第三実施形態のようにケーシング４の内面に配置してもよい。
【００３６】
図４（ａ）に示した第五実施形態及び図４（ｂ）に示した第六実施形態に係る水中機器１の姿勢制御装置は、駆動手段２及び移動体３を本体部１１の外周に沿って移動可能に構成したものである。図４（ａ）に示した第五実施形態では、本体部１１の外周に沿ってレール６を配置し、このレール６上に駆動手段２（駆動モータ２２及び軸受２３）を配置している。駆動手段２をレール６上で移動させる駆動モータは、例えば、軸受２３内に配置することができる。レール６上に配置された駆動手段２のボールネジ２１には、上述した移動体３が移動可能に配置されている。
【００３７】
したがって、移動体３は、本体部１１の前後方向及び周方向に移動可能に構成されており、移動体３の位置を調整することにより、水中機器１の重心又は浮心を調整することができるとともに、水中機器１のロール方向を制御することもできる。
【００３８】
図４（ｂ）に示した第六実施形態では、レール６をケーシング４の内面に配置し、このレール６上に駆動手段２（駆動モータ２２及び軸受２３）を配置している。かかる構成によっても、第五実施形態と同様に、水中機器１の重心又は浮心を調整することができるとともに、水中機器１のロール方向を制御することもできる。さらに、ケーシング４に駆動手段２及び移動体３を配置したことにより、水中機器１にケーシング４を取り付けるだけで水中機器１の姿勢を制御することができる。
【００３９】
図４（ｃ）に示した第七実施形態に係る水中機器１の姿勢制御装置は、本体部１１を回転させる回転手段７を有するものである。本実施形態では、移動体３を本体部１１の外周に沿って回転させる替わりに、本体部１１を回転させるようにしている。かかる構成によっても、第五実施形態と同様に、水中機器１の重心又は浮心を調整することができるとともに、水中機器１のロール方向を制御することもできる。具体的には、図示したように、ケーシング４の前端部及び後端部に駆動モータ等の回転手段７が配置され、ケーシング４内で本体部１１の両端を支持して回転させる。なお、前後に配置される回転手段７のうち、一方は軸受であってもよい。
【００４０】
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４１】
１  水中機器
２  駆動手段
３  移動体
４  ケーシング
５  推進手段
６  レール
７  回転手段
１１  本体部
２１  ボールネジ
２２  駆動モータ
２３  軸受
２４  制御装置
【図１】
0006455046.tif 000002
【図２】
0006455046.tif 000003
【図３】
0006455046.tif 000004
【図４】
0006455046.tif 000005