(57)【要約】      （修正有）【課題】無人水中ビークルのための新規な回収システムおよび回収方法を提供する。【解決手段】回収システム２００は、水中でUUVに中立浮力を持たせる分離可能な負荷を含む。回収システム２００は、水中でUUVに正の浮力を持たせるために負荷２０６を分離する複数の解放機構２０２、２０３、２０４をさらに含む。複数の解放機構は、第1の解放機構、第2の解放機構、および第3の解放機構を含む。第1の解放機構２０２は、コマンド信号に応答して負荷を分離する。第2の解放機構２０３は、UUVが閾値時間を超えて水中に沈んでいることに応答して負荷を分離する。第3の解放機構２０４は、UUVが水中で最大深度を超えていることに応答して負荷を分離する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人水中ビークル（UUV）用の回収システムであって、
水中で前記UUVに中立浮力を持たせる分離可能な負荷と、
前記水中で前記UUVに正の浮力を持たせるために前記負荷を分離するように構成された複数の解放機構であって、
コマンド信号に応答して前記負荷を分離するように構成された第1の解放機構と、
前記UUVが閾値時間を超えて前記水中に沈んでいることに応答して前記負荷を分離するように構成された第2の解放機構と、
前記UUVが前記水中で最大深度を超えていることに応答して前記負荷を分離するように構成された第3の解放機構と
を含む前記複数の解放機構と
を含む回収システム。
【請求項２】
前記負荷に機械的に結合された円盤
をさらに含み、前記複数の解放機構は、前記円盤の周りのほぼ等距離の点において前記円盤に分離可能に結合するように構成されている、請求項1に記載の回収システム。
【請求項３】
前記円盤は、前記複数の解放機構のうちの少なくとも1つが前記円盤から分離したことに応答して傾き、前記円盤に結合されたままの解放機構から切り離されるように構成されている、請求項2に記載の回収システム。
【請求項４】
前記第1の解放機構は、前記UUVからのコマンド信号に応答して前記負荷を分離するように構成されている、請求項1に記載の回収システム。
【請求項５】
前記複数の解放機構を囲むハウジングと、
前記負荷に機械的に結合された重量分配板と
をさらに含み、前記第1の解放機構は、
前記ハウジングに結合された第1の固定アームと、
前記重量分配板を前記第1の固定アームに対して所定の位置で支持する第1の可動アームと、
前記第1の固定アームを前記第1の可動アームに結合する第1のピンと、
前記第1の可動アームを前記第1の固定アームに分離可能に結合するアクチュエータコイルであって、前記コマンド信号に応答して、前記重量分配板の支持を取り除くために、前記第1の可動アームを前記第1のピンのところで回転させるように構成された前記アクチュエータコイルと
を含む、請求項1に記載の回収システム。
【請求項６】
前記第2の解放機構は、
前記ハウジングに結合された第2の固定アームと、
前記重量分配板を前記第2の固定アームに対して所定の位置で支持する第2の可動アームと、
前記第2の固定アームを前記第2の可動アームに結合する第2のピンと、
前記第2の可動アームを前記第2の固定アームに分離可能に結合する腐食性リンクであって、前記UUVが前記閾値時間を超えて前記水中に沈んでいることに応答して、前記重量分配板の支持を取り除くために、前記第2の可動アームを前記第2のピンのところで回転させるように構成された前記腐食性リンクと
を含む、請求項5に記載の回収システム。
【請求項７】
前記第3の解放機構は、
前記ハウジングに結合された第3の固定アームと、
前記重量分配板を前記第3の固定アームに対して所定の位置で支持する第3の可動アームと、
前記第3の固定アームを前記第3の可動アームに結合する第3のピンと、
前記第3の可動アームを前記第3の固定アームに分離可能に結合するバーストプラグであって、前記UUVが前記水中で前記最大深度を超えていることに応答して、前記重量分配板の支持を取り除くために、前記第3の可動アームを前記第3のピンのところで回転させるように構成された前記バーストプラグと
を含む、請求項6に記載の回収システム。
【請求項８】
無人水中ビークル（UUV）用の回収システムであって、
解放時に水中で前記UUVに正の浮力を持たせるように構成された分離可能な負荷と、
コマンド信号に応答して前記UUVから前記負荷を解放するように構成された第1の解放機構と、
前記UUVが閾値時間を超えて前記水中に沈んでいることに応答して前記UUVから前記負荷を解放するように構成された第2の解放機構と、
前記UUVが前記水中で最大深度を超えていることに応答して前記UUVから前記負荷を解放するように構成された第3の解放機構と
を含む回収システム。
【請求項９】
前記第2の解放機構は、受動ガルバニック水中時間解放機構を含む、請求項1および8のいずれか一項に記載の回収システム。
【請求項１０】
前記第3の解放機構は、受動圧力作動式解放機構を含む、請求項1および8のいずれか一項に記載の回収システム。
【請求項１１】
前記負荷は前記UUVの一部分を含む、請求項1および8のいずれか一項に記載の回収システム。
【請求項１２】
前記負荷はドロップウエイトを含む、請求項1および8のいずれか一項に記載の回収システム。
【請求項１３】
無人水中ビークル（UUV）用の回収システムを動作させるための方法であって、
水中で前記UUVに中立浮力を持たせる分離可能な負荷を取り付けるステップと、
前記水中で前記UUVに正の浮力を持たせるためのコマンド信号に応答して前記負荷を分離するステップと、
前記水中で前記UUVに正の浮力を持たせるために、前記UUVが閾値時間を超えて前記水中に沈んでいることに応答して前記負荷を分離するステップと、
前記水中でUUVに正の浮力を持たせるために、前記UUVが前記水中で最大深度を超えていることに応答して前記負荷を分離するステップと
を含む方法。
【請求項１４】
前記負荷は前記UUVの一部分を含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１５】
前記負荷はドロップウエイトを含む、請求項13に記載の方法。
【請求項１６】
前記コマンド信号は、前記UUVによって生成される信号を含む、請求項13に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無人水中ビークル（UUV）の回収の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
UUVは、いくつかの理由で、水中作業中に回収できずに失われ、水面に戻れなくなることがある。UUVは、例えば、意図せずに設計深度より下を航行することもあり、残骸に引っ掛かったり、ぬかるみにはまったりすることもあり、動力を失い、水面に戻れなくなることもある。設計上、UUVはたいてい中立の浮力を有し、そのためUUVは、水面へ戻るのに推進システムを利用することを必要とし得る。しかし、動力が失われ、またはUUVがソフトウェア障害および／またはコンピュータ障害に陥っている場合には、推進力が利用できない可能性もある。その結果、UUVは水中を漂流し、回収がほとんど不可能となり得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本明細書で記述される実施形態は、負荷を分離し、UUVを水面へ浮上させることができる複数の独立した解放機構を利用するUUV回収システムおよびUUV回収方法を提供する。独立した解放機構は、各々、異なる解放基準を利用してUUVから負荷を解放することができ、それによって、様々な条件が満たされたときにUUVに正の浮力を持たせる。
【０００４】
一実施形態は、UUV用の回収システムである。回収システムは、水中でUUVに中立浮力を持たせる分離可能な負荷を含む。回収システムは、水中でUUVに正の浮力を持たせるために負荷を分離するように構成された複数の解放機構をさらに含む。複数の解放機構は、第1の解放機構、第2の解放機構、および第3の解放機構を含む。第1の解放機構は、コマンド信号に応答して負荷を分離するように構成されている。第2の解放機構は、UUVが閾値時間を超えて水中に沈んでいることに応答して負荷を分離するように構成されている。第3の解放機構は、UUVが水中で最大深度を超えていることに応答して負荷を分離するように構成されている。
【０００５】
別の実施形態は、UUV用の回収システムである。回収システムは、分離可能な負荷、第1の解放機構、第2の解放機構、および第3の解放機構を含む。負荷は、解放時に水中でUUVに正の浮力を持たせるように構成されている。第1の解放機構は、コマンド信号に応答して負荷を分離するように構成されている。第2の解放機構は、UUVが閾値時間を超えて水中に沈んでいることに応答して負荷を分離するように構成されている。第3の解放機構は、UUVが水中で最大深度を超えていることに応答して負荷を分離するように構成されている。
【０００６】
別の実施形態は、無人水中ビークル（UUV）用の回収システムを動作させるための方法である。方法は、水中でUUVに中立浮力を持たせる分離可能な負荷を取り付けるステップを含む。方法は、水中でUUVに正の浮力を持たせるためのコマンド信号に応答して負荷を分離するステップをさらに含む。方法は、水中でUUVに正の浮力を持たせるために、UUVが閾値時間を超えて水中に沈んでいることに応答して負荷を分離するステップをさらに含む。方法は、水中でUUVに正の浮力を持たせるために、UUVが水中で最大深度を超えていることに応答して負荷を分離するステップをさらに含む。
【０００７】
上記概要は、本明細書のいくつかの態様の基本的な理解を提供するものである。この概要は、本明細書の包括的な概観ではない。意図されているのは、本明細書の重要な要素または不可欠な要素を特定することでも、本明細書の特定の実施形態の範囲、あるいは特許請求の範囲を明確化すること明確化することでもない。この概要の唯一の目的は、後述するより詳細な説明の前段として、本明細書のいくつかの概念を簡略化した形で提示することである。
【０００８】
次に、いくつかの実施形態を、単なる例として、添付の図面を参照しながら説明する。同じ参照番号は、全図面において同じ要素または同じ種類の要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例示的実施形態における回収システムを利用するビークルを示す図である。
【図２】例示的実施形態における図1のビークルのための回収システムのブロック図である。
【図３】例示的実施形態における図1のビークルのための別の回収システムの等角図である。
【図４】例示的実施形態における図3の回収システムのための複数の解放機構の等角図である。
【図５】例示的実施形態における図3の回収システムのためのケーブル・円盤組部品の等角図である。
【図６】例示的実施形態における負荷を分離するための解放シナリオを示す図である。
【図７】例示的実施形態における負荷を分離するための解放シナリオを示す図である。
【図８】例示的実施形態における負荷を分離するための解放シナリオを示す図である。
【図９】例示的実施形態における図2〜図3の回収システムを動作させる方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
各図および以下の説明は、特定の例示的実施形態を示すものである。よって、当業者は、本明細書には明示的に記述されても、図示されてもいないが、各実施形態の原理を具現化し、各実施形態の範囲内に含まれる様々な構成を考案することができるはずであることが理解されるであろう。さらに、本明細書で記述されるあらゆる例は、各実施形態の原理を理解する助けとするためのものであり、そうした具体的に挙げられる例および条件だけに限定されないものと解釈すべきである。このため、本発明の（1つ以上の）概念は、後述する特定の実施形態または例だけに限定されるものではなく、各請求項および各請求項の均等物によって限定されるものである。
【００１１】
図1に、例示的実施形態における回収システムを利用する潜水ビークル100を示す。この実施形態では、ビークル100は、無人水中ビークル（UUV）として描かれているが、他の実施形態では、ビークル100は、水中に沈むことができ、回収システムを利用して、様々な回収基準が満たされたときにビークル100が水面において回収され得ることを保証することができる任意の種類にビークルであってよい。例えば、ビークル100は、意図せずに所定の深度を超えて潜ることがあり、所定の深度を超えて潜ることによって回収システムがトリガされて、ビークル100を水面へ戻す。ビークル100は、水中で所定の時間量を超えることがあり、水中で所定の時間量を超えることによって回収システムがトリガされて、ビークル100を水面へ戻す。ビークル100、またはある他の実体は、回収システムをトリガしてビークル100を水面へ戻すコマンド信号を生成し得る。
【００１２】
図2は、例示的実施形態における図1のビークル100のための回収システム200のブロック図である。この実施形態では、回収システム200は、分離可能な負荷206に機械的に結合された複数の解放機構202〜204を含む。負荷206は、いくつかの実施形態では、ビークル100の一部分および／またはビークル100から分離され得るドロップウエイトを含み得る。この実施形態では、負荷206は、水中でビークル100に実質的に中立な浮力を持たせ、負荷206がビークル100から解放されると水中でビークル100に正の浮力を持たせる。負荷206が解放されると、ビークル100は、水面へ浮上することができ、回収され得る。
【００１３】
解放機構202〜204は、ある条件が満たされたときに負荷206がビークル100から分離されることを保証するように、実質的に独立して動作する。これによりビークル100が回収され得ることが保証される。この実施形態における解放機構202は、コマンド信号に応答して負荷206を分離することができる任意の構成要素、システム、または装置を含む。コマンド信号は、ビークル100によって、かつ／または、支援船といった別の実体によって生成され得る。例えば、ビークル100は、ビークル100が動けなくなり、浮上することができない（例えば、泥にはまった、漁具に引っ掛かったなどの）場合に、負荷206を分離するためのコマンド信号を生成し得る。
【００１４】
この実施形態における解放機構203は、ビークル100が所定の時間を超えて水中に沈んでいることに応答して負荷206を分離することができる任意の構成要素、システム、または装置を含む。例えば、ビークル100が動力を失い、所定量の時間を超えて水中で漂流している場合には、解放機構203は、負荷206を分離し、ビークル100を水面へ浮上させるように働く。
【００１５】
この実施形態における解放機構204は、ビークル100が水中で最大深度を超えていることに応答して負荷206を分離することができる任意の構成要素、システム、または装置を含む。例えば、ビークル100が動力を失い、または負の浮力を持つようになった場合には、ビークル100は、水中で所定の深度より下に沈下し得る。この場合には、解放機構204は、負荷206を分離し、ビークル100を水面へ浮上させるように働く。
【００１６】
解放機構202〜204は、負荷206を分離し、ビークル100に正の浮力を持たせるように、実質的に相互に独立して働くため、ビークル100は、他の状況ではビークル100を紛失させるおそれのある様々な起こり得る障害に呼応して、水面で回収される可能性が高い。
【００１７】
図3は、例示的実施形態におけるビークル100のための別の回収システム300の等角図である。この実施形態では、回収システム300は、ハウジング306に囲まれた複数の解放機構（この図では見えていない）を含む。回収システム300のハウジング306は外殻304に固定されており、外殻304は、分離可能な負荷302を囲んでいる。この実施形態では、負荷302はドロップウエイトであるが、他の実施形態では、負荷302はビークル100の（1つ以上の）部分を含んでいてよい。例えば、負荷302は、ビークル100用の計器パッケージであってもよく、ビークル100用の外部照明であってもよい。よって、この実施形態における負荷302がドロップウエイトだけに限定されることは意図されていない。
【００１８】
この実施形態では、負荷302は、外殻304内でスライドし、ある条件が満たされたときに回収システム300から分離することができる。負荷302が（ビークル100の一部であり、またはビークル100に取り付けられた）回収システム300に連結されたままである間、ビークル100は、ほぼ中立な浮力を持つ。このためビークル100は、回収システム300を利用するときに（例えば、正と負のどちらかの）浮力による不利益を被らずに、水中で動作することができる。しかし、負荷302が回収システム300から（従ってビークル100からも）落とされたり、解放されたり、分離されたりすると、ビークル100は、正の浮力を持つことになる。正の浮力を持つと、ビークル100は水面へ浮上し、それによってビークル100の回収が可能になる。
【００１９】
図4は、例示的実施形態における図3の回収システム300のための解放機構402〜404の等角図である。この図では、解放機構402〜404が見えるようにするためにハウジング306（図3参照）が取り外されている。この実施形態では、解放機構402〜404の各々は、回収システム300から負荷302を分離するために独立して動作することができる。解放機構402〜404は、円盤405に分離可能に結合されており、円盤405は負荷302に取り付けられている。しかし、他の実施形態では、解放機構402〜404は、設計上の選択の問題として、いくつものやり方で負荷302に分離可能に結合され得る。さらに、円盤405はほぼ円形として描かれているが、円盤405は、他の形状も含み得る。例えば、円盤405は、長円形、長方形、三角形などであってもよい。円盤405は、いくつかの実施形態では、重量分配板と呼ばれ得る。
【００２０】
この実施形態における解放機構402は、アクティブリリースであり、コマンド信号の受け取りに応答して回収システム300から負荷302を分離することができる。例えば、ビークル100は、回収システム300から負荷302を分離するためのコマンド信号を生成し得る。解放機構402は、負荷302を解放するのに使用される1対の冗長なアクチュエータコイル414を含むが、他の実施形態では、ただ1つだけのコイル414が使用されてもよい。ビークル100、または船やオペレータといったある他の実体は、ビークル100が水面へ戻ることができない場合に負荷302を解放するためのコマンド信号を生成し得る。例えば、ビークル100のための推進システムに障害が発生した場合には、ビークル100は、コイル414を作動させるコマンド信号を生成し得る。コイル414は、固定アーム406（ハウジング306に接合されていてよい）に機械的に結合されており、コイル414が作動するまで可動アーム408を所定の位置に保持する。可動アーム408は、ピン407によって固定アーム406に回転可能に結合されている。作動時に、可動アーム408は、固定アーム406に結合されたピン407に沿って所定位置から外れて回転し、その回転により可動アーム408が円盤405から切り離され、負荷302を外殻304から解放する。これによりビークル100に正の浮力が与えられ、ビークル100が回収のために水面へ浮上することが可能になる。
【００２１】
この実施形態における解放機構403はパッシブリリースであり、回収システム300（従ってビークル100）がどれ程の期間にわたって水中および／または水面下にあるかに応答して、回収システム300から負荷302を分離することができる。解放機構403は壊れやすいリンク410を含んでいてよく、リンク410は、海水中において公知の速度で腐食する。リンク410が壊れると、可動アーム408はピン407に沿って固定アーム406（ハウジング306に接合されていてよい）に対して回転し、この回転により、可動アーム408が円盤405から切り離され、負荷302の外殻304からの解放が可能になる。例えば、ビークル100が動力を失い、または水中で絡まったり、動けなくなったりした場合に、リンク410は、やがては腐食してリンク410が壊れ、負荷302を回収システム300から分離する。これによりビークル100に正の浮力が与えられ、ビークル100は水面へ浮上することができ、回収され得る。
【００２２】
この実施形態における解放機構404は別のパッシブリリースであり、回収システム300（従ってビークル100）が最大深度を超えていることに応答して、回収システム300から負荷302を分離することができる。解放機構404は、バーストプラグ412、または圧力設定に応答して作動する何らかの他の装置を含み得る。例えば、ビークル100が水中で所定の深度より下に沈下した場合、バーストプラグ412は破裂し、負荷302を回収システム300から解放させる。これによりビークル100に正の浮力が与えられ、ビークル100が水面へ浮上し、回収されることが可能になる。解放機構404がどのように動作し得るかの詳細を、図5を参照して論じる。
【００２３】
図5は、例示的実施形態における図3の回収システムのためのケーブル502・円盤405組部品の等角図である。この図では、円盤405と可動アーム408との関係がより明確に示されている。可動アーム408は、可動アーム408のいずれかが所定位置から外れて回転するまで円盤405が所定の位置に保持され、または捕捉されることを可能にするかぎ型部分を含む。この図における負荷302は、リンクおよび／またはケーブル502を利用して円盤405に結合されている。これにより、円盤405が落とされ、または可動アーム408間で所定位置から外れて傾くまで、負荷302がケーブル502でぶら下がり、回収システム300の一部であり続けることが可能になる。図5には、可動アーム408の各々が円盤405の周りにほぼ等距離で位置することが例示されているが、他の構成も存在し得る。解放機構404に戻って、バーストプラグ412は、バーストプラグ412が破裂するまで、可動アーム408を固定アーム406（ハウジング306に接合され得る）に結合している。バーストプラグ412の破裂に応答して、可動アーム408はピン407に沿って固定アーム406に対して所定位置から外れて回転し、この回転により可動アーム408が円盤405から切り離され、負荷302の外殻304からの解放が可能になる。
【００２４】
図6〜図8に、例示的実施形態における負荷302を分離するための解放シナリオを示す。図6〜図8には、解放機構403の作動が例示されており、この作動は、ビークル100が水中および／または水面下にある時間量に基づくものであるが、その他の解放機構404〜405のいずれかが、円盤405を所定位置から外れて回転させ、回収システム300から負荷302を解放するために同様に動作してもよい。
【００２５】
図6において、リンク410は、可動アーム408を解放するものとして例示されており、その解放により、可動アーム408が、ピン407に沿って図6の左へ向かって枢動する。可動アーム408が回転すると、円盤405の捕捉が失われる。円盤405は、図7に示すように、傾き始める。円盤405が傾き、捕捉が失われる（図8）と、円盤405は不安定になり、解放機構402〜404の各々について、可動アーム408間で所定位置から外れてスライドし得る。円盤405はケーブル502によって負荷302に機械的に結合されているため、負荷302は回収システム300から離れて落下することができ、その場合、負荷302の落下によって、ビークル100に正の浮力が与えられる。ビークル100は、次いで、回収のために水面へ浮上することができる。
【００２６】
回収システム300の1つの利点は、回収システム300が複数の独立した解放機構402〜404を含み、解放機構402〜404の各々が、負荷302を解放し、ビークル100を水面へ浮上させることができることである。図9は、例示的実施形態における図2〜図8の回収システムを動作させる方法900の流れ図である。方法900の各ステップは、回収システム200に関して説明される。しかし、方法900は、図示されていない他の装置またはシステムによっても実行され得ることを当業者は理解するであろう。方法900の各ステップは、必ずしも全てを含むとは限らず、図示されていない他のステップも含み得る。さらに、各ステップは、代替の順序でも実行され得る。
【００２７】
ステップ902で、分離可能な負荷（例えば負荷206）がUUV（例えばビークル100）に取り付けられる。負荷は、UUVの一部および／もしくはドロップウエイト、またはUUVとドロップウエイトの何らかの組み合わせであってよい。ステップ904で、コマンド信号が受け取られた場合には、ステップ910で負荷がUUVから分離され、UUVは水面へ浮上する。コマンド信号が受け取られなかった場合には、ステップ906が実行される。ステップ906で、UUVが制限時間を超えて水中に沈んでいる場合には、ステップ910で負荷が分離され、UUVは水面へ浮上する。UUVが制限時間を超えて沈んでいなかった場合には、ステップ908が実行される。ステップ908で、UUVが水中で所定の深度より下に沈んでいる場合には、ステップ910で負荷が分離され、UUVは水面へ浮上する。ステップ904〜ステップ908の各々は、ほぼ同時に実行されてよい。負荷を分離するための前述の条件のいずれも発生しない場合には、負荷はUUVから分離されなくてよい。
【００２８】
本明細書では特定の実施形態を説明したが、本発明の範囲はそれら特定の実施形態だけに限定されるものではない。そうではなく、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義されるものである。
【符号の説明】
【００２９】
100  潜水ビークル
200  回収システム
202  解放機構
203  解放機構
204  解放機構
206  分離可能な負荷
300  回収システム
302  分離可能な負荷
304  外殻
306  ハウジング
402  解放機構
403  解放機構
404  解放機構
405  円盤
406  固定アーム
407  ピン
408  可動アーム
410  リンク
412  バーストプラグ
414  アクチュエータコイル
502  ケーブル
902  ステップ
904  ステップ
906  ステップ
908  ステップ
910  ステップ
【図１】
2016055861.tif 000003
【図２】
2016055861.tif 000004
【図３】
2016055861.tif 000005
【図４】
2016055861.tif 000006
【図５】
2016055861.tif 000007
【図６】
2016055861.tif 000008
【図７】
2016055861.tif 000009
【図８】
2016055861.tif 000010
【図９】
2016055861.tif 000011
【外国語明細書】
2016055861000001.pdf