(57)【要約】【課題】全方位滑走可能な水中航走体等に搭載可能で、部品点数が少なく、比較的軽量で、しかも、制御も比較的単純な重心移動装置とそれを備えた水中航走体及び重心移動方法を提供する。【解決手段】重錘２１の重心位置を一方向に往復移動可能に保持したスライド部２０と、該スライド部２０を旋回可能に支持して重心移動装置を構成する。更に、スライド部２０を前記一方向を含む面と直交する軸３２の周りに旋回可能に支持したり、重錘２１の重心位置を移動させる第１のアクチュエータ２３をスライド部２０に搭載したりする。【選択図】図１
2008120298.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
重錘の重心位置を一方向に往復移動可能に保持したスライド部と、該スライド部を旋回可能に支持した重心移動装置。
【請求項２】
前記スライド部を前記一方向を含む面と直交する軸の周りに旋回可能に支持した請求項１記載の重心移動装置。
【請求項３】
前記重錘の重心位置を移動させる第１のアクチュエータを前記スライド部に搭載した請求項１又は２記載の重心移動装置。
【請求項４】
前記スライド部の旋回時に逆方向に旋回して、前記スライド部の旋回時に生じる回転モーメントを打ち消すバランス部材を設けた請求項１、２又は３記載の重心移動装置。
【請求項５】
前記重錘の重心位置を所定の位置に移動させた状態での前記スライド部の重心位置を、前記スライド部の旋回中心とする請求項１、２、３又は４記載の重心移動装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４又は５記載の重心移動装置を備えた水中航走体。
【請求項７】
請求項１、２、３、４又は５記載の重心移動装置において、前記スライド部を旋回する前に、前記重錘の重心位置を予め設定された位置に移動させ、該移動後に前記スライド部を旋回し、該旋回後に前記重錘の重心位置を目標の位置に移動させる重心移動方法。
【請求項８】
請求項７の重心移動方法を用いた水中航走体における重心移動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋調査を行う水中航走体等の重心移動に用いる重心移動装置とそれを備えた水中航走体、及び、重心移動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、全地球規模における環境変化の予測に関する研究や環境保全に関する研究が行われるようになってきている。これらの研究には地球環境に大きな影響を及ぼす海洋に関する時間的・空間的な観測データが必要となるため、観測機器を係留して観測が行われてきた。
【０００３】
しかしながら、係留方式では水深方向の離散的なデータしか得ることができないという問題や、係留された観測機器を回収するまで計測データを確認できず、係留終了までは観測の成否を確かめることができないという問題や、観測機器を係留するに際して、その設計から投入までに多大な労力、時間、費用が必要になるという問題等があった。
【０００４】
このような問題を解決し、観測対象水域において鉛直空間・時間連続データを取得するために、バーチャルモアリング（係留されることなく観測水域に留まる）用の水中ビークルと呼ばれる水中航走体が開発されつつある。この水中航走体は、長期間連続観測を行うためにエネルギー消費量を極力抑え、また、機械的信頼性を確保するために、潜降したり浮上したりする時はグライディング（滑走：gliding)により移動して、観測水域に留まるように構成される。
【０００５】
この水中航走体は、その機体内部に各種の観測機器を搭載し、バーチャルモアリングを実施する水域の水面と設定水深又は水底とを往復しながら、観測データを収集する。この水中航走体の潜降時及び浮上時に計測された各種の観測データは、水中航走体が浮上した時に、人工衛星を介して電波により基地局に逐次送信される。また、水面浮上時にはＧＰＳにより自機の位置を確認して、潮流等の影響により観測対象の設定水域から外れている場合には、潜降時に機体の運動を制御して設定水域の設定水深に帰還する。
【０００６】
この水中航走体は、定期的に潜降と浮上を繰り返しながら、観測水域の計測を続けるが、計測と計測の間では、水底に機体を着底させて待機し、潮流等により機体が流されることを防ぐ。
【０００７】
この水中航走体の一つとして、例えば、図５〜図７に示すような円盤形状の機体を持ち、機体においては、前後方向等の方向性を持たない全方位滑走可能な水中航走体が開発されている。この水中航走体は、中性浮力により水中に留まるように構成されると共に、搭載した浮力調整装置により浮力を減少又は増加して沈降又は浮上を選択し、この沈降時と浮上時において、搭載した重心移動装置により機体の重心を任意の方向に移動することにより、その方向にグライディングするように構成される。
【０００８】
即ち、潜降時には浮力調整装置により浮力を減少させ、重量よりも浮力を小さくすると共に、重心移動装置により機体の重心位置を機体の浮心位置からグライディング方向に移動することにより、機体を傾斜させるモーメントを発生し、機体の姿勢を頭下げの状態にしてその方向にグライディングさせる。また、浮上時には浮力調整装置により浮力を増加させ、重量よりも浮力を大きくすると共に、重心移動装置により重心位置を浮心位置からグライディング方向に移動することにより、機体を傾斜させるモーメントを発生し、機体の姿勢を頭上げの状態にしてその方向にグライディングさせる。この潜降時と浮上時のグライディングによる移動で、水中航走体は対象水域内に留まることができる。また、用途によっては目標位置に移動できる。
【０００９】
この全方位滑走可能な水中航走体の移動を可能にするためには、重心移動装置が必要となる。この重心移動装置として、図８及び図９に示すような、重錘（ウェイト）５１Ｘをレール５２Ｘ上をＸ方向に移動させるスライド部（台車）５０Ｘを、Ｙ方向のレール６０Ｘに載せて移動させるＸＹ方向重心移動装置１０Ｘを用いることができる。しかしながら、このＸＹ方向重心移動装置１０Ｘは、スライド用のレール５２Ｘ，６０Ｘの数が多くなるため、部品点数が多くなり易く、また、重量も大きくなり易いという問題がある。
【００１０】
なお、水中航走体におけるトリム姿勢の調整に重心位置を変化させる姿勢制御方法として、水中航走体の可変翼の開き具合を変更することより、重心位置を変化させるグライド型水中航走体の姿勢制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この重心移動方法は、図４〜図６に示すような可変翼を持たない円盤型の全方位滑走可能な水中航走体には適用できないという問題がある。
【特許文献１】特開２００６−２３２０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、全方位滑走可能な水中航走体等に搭載可能で、部品点数が少なく、比較的軽量で、しかも、制御も比較的単純な重心移動装置とそれを備えた水中航走体及び重心移動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するための本発明の重心移動装置は、重錘の重心位置を一方向に往復移動可能に保持したスライド部と、該スライド部を旋回可能に支持して構成される。この構成にすることにより、スライド部を旋回することにより、重錘（ウェイト）の重心位置をの移動方向（一方向）を任意の方向に向けることができ、重錘の重心位置を移動させることにより、重心位置を移動の目標とする任意の方向に移動させることができるようになる。
【００１３】
上記の重心移動装置において、前記スライド部を前記一方向を含む面と直交する軸の周りに旋回可能に支持することにより、重錘の往復移動時及び旋回時における重心の上下方向の変化を防ぐことができる。
【００１４】
上記の重心移動装置において、前記重錘の重心位置を移動させる第１のアクチュエータを前記スライド部に搭載すると、スライド部の重錘の重心移動の機構が単純化され、より部品点数の低減と重量の軽減を図ることができるようになる。
【００１５】
上記の重心移動装置において、前記スライド部の旋回時に逆方向に旋回して、前記スライド部の旋回時に生じる回転モーメントを打ち消すバランス部材を設けると、旋回時に重心移動装置全体として回転モーメントを発生しなくなるので、この重心移動装置を搭載した水中航走体への重心移動装置の回転モーメントの影響を無くすことができるようになる。
【００１６】
上記の重心移動装置において、前記重錘の重心位置を所定の位置に移動させた状態での前記スライド部の重心位置を、前記スライド部の旋回中心とすると、スライド部の旋回時に重心の移動がなくなり、旋回中に、この重心移動装置を搭載した水中航走体が目標外の方向に移動するのを防止できる。そのため、水中航走体の位置制御が容易となる。
【００１７】
そして、上記の重心移動装置を備えた水中航走体は、部品点数が少なく、比較的軽量で、しかも、制御も比較的単純な水中航走体となる。
【００１８】
本発明の重心移動方法は、上記の重心移動装置において、前記スライド部を旋回する前に、前記重錘の重心位置を予め設定された位置に移動させ、該移動後に前記スライド部を旋回し、該旋回後に前記重錘の重心位置を目標の位置に移動させることを特徴とする。この重心移動方法、及び、この重心移動方法を用いた水中航走体における重心移動方法によると、スライド部の旋回時に重心の移動を無くしたり、反動トルクを最小にもできる。あるいは、最小限にすることができ、旋回中に、この重心移動装置を搭載した水中航走体が目標外の方向に移動するのを防止あるいは抑制できる。そのため、水中航走体の位置制御が容易となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の重心移動装置によれば、部品点数が少なく、比較的軽量で、しかも、制御も比較的単純となる。そのため、全方位滑走可能な水中航走体への搭載に適した重心移動装置となる。また、この重心移動装置を備えた水中航走体も部品点数が少なく、比較的軽量で、しかも、制御も比較的単純となる。
【００２０】
また、本発明の重心移動方法によれば、スライド部の重心位置が移動しない状態のままで旋回でき、重心の移動方向を目標の方向に向けることができるので、スライド部の旋回中に、この重心移動装置を搭載した水中航走体が移動するのを防止できる。また、反動トルクも少ない。そのため、水中航走体の制御が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る重心移動装置、水中航走体、及び、重心移動方法の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
図１〜図３に示すように、この重心移動装置１０は、重錘２１をスライド軸２２で直線方向（一方向）に往復移動可能に保持したスライド部２０と、スライド部２０を旋回可能に支持する旋回機構３０とで構成される。
【００２３】
スライド部２０には、重錘（ウェイト）２１と、棒状の雄ねじ部を有するスライド軸２２とこのスライド軸２２を回転駆動する第１のアクチュエータ２３が設けられ、更に、スライド軸２２の回転に伴って重錘２１が回転しないように、ガイド２４が設けられている。
【００２４】
この重錘２１は円筒体で形成され、この中心部には雌ねじ部が設けられ、スライド軸２２の雄ねじ部に螺合されている。第１アクチュエータ２３は、モータ２３ａとこのモータ２３ａの回転数を低下させるための遊星歯車等の減速器２３ｂとからなる。この減速器２３ｂはモータ２３ａの回転数とトルクの特性によっては省略することができる。この重錘２１を移動させる第１のアクチュエータ２３をスライド部２０に搭載することにより、スライド機構が単純化されるので、より部品点数の低減と重量の軽減を図ることができる。
【００２５】
このスライド軸２２をモータ２３ａの駆動により、減速器２３ｂでその回転速度を低下されて回転させることにより、重錘２１をスライド軸２２に沿って直線方向に移動する。モータ２３ａの回転方向を変えると、重錘２１の移動方向が逆方向となる。
【００２６】
なお、この重錘２１のスライド機構は、単純な直線方向の往復移動であるので、シリンダとピストンを使用したスライド機構でも良く、各種の周知の技術を使用することができる。また、第１のアクチュエータ２３も電動モータに限ることなく、他の空気圧や油圧で作動するモータや他のアクチュエータであってもよい。また、図１〜図３では重錘２１とスライド軸２２の組を１組としているが、複数組であってもよい。
【００２７】
旋回機構３０は、スライド部２０を目標とする任意の方向に旋回するための機構であり、スライド部２０を支持する旋回支持軸３２と、この旋回支持軸３２を回転駆動する第２のアクチュエータ３１を有して構成される。
【００２８】
このスライド部２０を重錘２１の移動方向を含む面と直交する軸周りに旋回させるように構成する。この構成は、重錘２１とスライド軸２２の組が１組の場合は、スライド軸２２と旋回支持軸３２を直交させることにより、容易に形成できる。また、重錘２１とスライド軸２２の組が複数組の場合は、各スライド軸２２を旋回支持軸３２に直交させることにより、容易に形成できる。この構成により、重錘の往復移動時及び旋回時における重心の上下方向の変化を防ぐことができる。
【００２９】
また、重錘２１の重心位置をスライド軸２２の所定の位置（初期位置）に移動させた状態でのスライド部２０の重心位置を、旋回支持軸３２で支持することが好ましい。この構成により、スライド部２０の重心位置をスライド部２０の旋回中心とすることができるので、スライド部２０の旋回時に旋回中心軸に対しての重心の移動がなくなり、旋回中に、この重心移動装置１０を搭載した水中航走体１が移動するのを防止できる。また、反動トルクも少ない。そのため、水中航走体１の位置制御が容易となる。
【００３０】
なお、重錘２１の重心位置をスライド軸２２の所定の位置（初期位置）に移動させた状態でのスライド部２０の重心位置を、旋回支持軸３２で支持できない場合であっても、スライド部２０の重心位置とスライド部２０の旋回中心軸との距離が最小となるように、所定の位置と旋回支持軸３２の位置を設定することが好ましい。これにより、スライド部２０の旋回時に旋回中心軸に対しての重心の移動を小さくすることができ、旋回中に、この重心移動装置１０を搭載した水中ビークル１が移動するのを抑制できる。そのため、水中ビークル１の位置制御が容易となる。
【００３１】
そして、第２のアクチュエータ３１も、この第１のアクチュエータ２３と同様に、モータ３１ａとこのモータ３１ａの回転数を低下させるための遊星歯車等の減速器３１ｂとからなる。この減速器３１ｂはモータ３１ａの回転数とトルクの特性によっては省略することができる。
【００３２】
更に、スライド部２０の旋回時に逆方向に旋回して、スライド部２０の旋回時に生じる回転モーメントを打ち消すバランス部材（図示しない）を設けることが好ましい。このバランス部材は、円盤等で形成することができ、その重心位置を旋回中心とすると共に、この旋回中心に対する慣性モーメントをシリンダ部２０の旋回中心に対する慣性モーメントと同じになる形成する。このバランス部材は、シリンダ部２０と逆方向に同じ旋回各速度で旋回するように構成する。この構成は、例えば、バランス部材の旋回軸をスライド部の旋回支持軸３２と対向させて設け、この旋回軸と旋回支持軸３２と第２のアクチュエータ３１の回転軸と傘歯車機構で接続し、旋回軸と旋回支持軸３２を回転軸で同時に回転させる周知の機構などにより実施できる。この構成により、旋回時に重心移動装置１０全体としては回転モーメントが発生しなくなり、この重心移動装置１０を搭載した水中ビークルへ１に対する重心移動装置１０の回転モーメントの影響を無くすことができる。
【００３３】
そして、図４に示すように、この重心移動装置１０を備えて水中航走体１を構成する。この重心移動装置１０は、特に水中航走体１が全方位滑走可能な水中航走体の場合にその効果を最大に発揮できる。
【００３４】
次に、この重心移動装置１０及びこの重心移動装置１０を搭載した水中航走体における重心移動方法について説明する。先ず、シリンダ部２０を旋回する前に、図１に示すように、重錘２１の重心位置をスライド軸２２上の設定された位置（初期位置）に移動させる。この設定された位置は、スライダ部２０の重心位置が旋回中心になる位置であるか、旋回中心に最も近くなる位置である。この移動を行った後に、図２に示すように、モータ３１ａを駆動して旋回支持軸３２を回転して、これに支持されたスライダ部２０を旋回する。この旋回の後に、図３に示すように、モータ２３ａを駆動してスライド軸２２を回転させて、重錘２１をスライド軸２２上の目標の位置に移動させ、重錘２１の重心位置を目標の位置に移動させる。
【００３５】
この重心移動方法によれば、スライダ２０をその重心位置が移動しない状態のままで旋回でき、重錘２１の移動方向であるスライド軸２２を目標の方向に向けることができるので、スライダ部２０の旋回中に、この重心移動装置１０を搭載した水中航走体１が目標の方向とは別の方向に移動するのを防止又は抑制できる。そのため、水中ビークル１の位置制御が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態の重心移動装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１の重心移動装置における旋回部の旋回を示す斜視図である。
【図３】図１の重心移動装置における重錘の移動を示す斜視図である。
【図４】重心移動装置を水中航走体に備えた状態を模式的に示す図である。
【図５】全方位滑走可能な水中航走体の側面図である。
【図６】全方位滑走可能な水中航走体の斜視図である。
【図７】全方位滑走可能な水中航走体の別の角度から見た斜視図である。
【図８】ＸＹ方向重心移動装置の斜視図である。
【図９】ＸＹ方向重心移動装置の別の角度から見た斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    水中航走体（水中ビークル）
１０    重心移動装置
２０    スライド部
２１    重錘（ウェイト）
２２    スライド軸
２３    第１のアクチュエータ
２３ａ  モータ
２３ｂ  減速器
２４    ガイド
３０    旋回機構
３１    第２のアクチュエータ
３１ａ  モータ
３１ｂ  減速器    
３２    旋回支持軸
【図１】
2008120298.tif 000003
【図２】
2008120298.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008120298.tif 000006
【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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