JPS6067298A - 操舵機 - Google Patents

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】 本発明は船、舶の操舵機を手動操舵する場合に、手動で
命令舵角により偏針した後、この命令舵角ｆ　＄　ｉこ
戻したとき、予想される予想船首方位が何処に落付くか
を表示する予想船首方位表示器を具備する操舵機に関す
る。

一般に操舵機としては例えば第１図に示すよび非常操舵
と複雑巧妙な構造を備える操舵方法から簡単堅牢な構造
のものえと３段階に機能するように製作されている。第
１図は代表的な操舵機のブロック系統図を示すものであ
るｉ１図で操舵スタンド１は船橋に設置され、パヮーユ
気コンパスからなるが、船体４の真方位φに基づいて自
動操舵すなわちジャイロ操舵、あるいは手動操舵すなわ
ちハンド操舵あるいは非常操舵すなわちレバー操舵を行
い、パワーユニット２４こより操機２３を制御するもの
である。従っ従装置３は舵５と組み合わされて完全な追
従機構を形成している。切換スイッチ２０はジャイロ操
舵を示すＧ位置、ハンド操舵を示ＴＨ位置、ｌ／バー操
舵を示すＬ位置にそｎ゛ぞれ切替る。今切換スイッチ２
０がｍ１図に示すようにＧ位置ζこあり、自動操舵を行
っている場合に方位検出器６から発信された船首方位Ｊ
は操舵スタンドｌの表面パネルにある操舵レピータ７＃
こ伝えられる。操舵レピ・−夕７は歯車列を介して差動
歯車８に連結しており、韮だ針路設定カード９も差動歯
車８４こ連結している。こり差動歯車８は設定針路と船
首方位φの差Δｊを演算し、マグネットメータ１０のマ
グネットを作動させる。

このマグネットに相い対してマグネットメータ１０のコ
イルが取り付けてあり、両者の相対位置が基準位置ｌこ
一致しているときは信号を発せずずれたとき、ず眉５た
喰とその方向を示す信号を発振器２５の作用によって発
信する。すなわち船首方位ψが設定針路にあるときは信
号を発信せず、船首方位φがずれたとき、ずれた角度に
比例した信号を発生し、これを天候調整器２６を具える
増巾器１１に伝える。増巾器１１は制御リレー１２を働
かせ、ポンプユニット１３のソレノイドバルブ１４を制
御し、油圧シリンダー１５を作動させる。油圧シリンダ
ー１５には追従装置３がリンク機構により接続されてお
り、油圧シリンダー１５の動きは追従装置３内の追従ポ
テンショメータ１６で電気信号に変換されこの電気信号
はＣＲ演算回路１７を経て増巾器１１の入力側に復元信
号として戻る。追従ポテンショメータ１６とＣＲ，演算
回路１７にはそれぞれ舵角調整器２８と当前調整器２７
が備えられている。増巾器１１はこのＣＲ演算回路１７
から復元信号とマグネットメータ１０力１らの出力との
差で働く、従って舵５は増巾器１１の入力信号を常に零
に下るような復元信号を発生する舵角を示すことになる
。この舵角は舵角発信器１８により舵角受信器１９４こ
伝達される。

次に手動操舵の場合は、切換スイッチ２０ａにより増巾
器１１はマグネットメータ１０から切り離され、舵輪２
２４こ連結している発信ポテンショメータ２１に接続さ
れ、同時にＣＲ演算回路１７も切換スイッチ２０ｃによ
り切り離さｎ１復元信号が直接増巾器１１４こ入るよう
に切り替る。このために増巾器１１は舵輪２２憂こ連結
している発信ポテンショメータ２１の発生する電圧と、
追従ポテンショメータ１６の発生する復元電圧が等しく
なるまで作動し、油圧シリンダー１５を動かす。従って
油圧シリンダー１５は舵輪２２４こよる命令舵角８通り
瘉こ作動する。

たｋし舵輪２２による命令舵角δを何時零にもどすかは
操船者の高度な経験に頼らざるを得ない。

次に非常操舵に切替スイッチ２０を切り替えると、切換
スイッチ２０ｂによって増巾器１１と制ｎＩＪレー１２
が切り離され、レバー２４によって直接ポンプユニット
１３のソレノイドバルブ１４を制御することができる。

この場合に追従装置３からの復元信号とは無関係ζこな
るのでノンホローアップ（Ｎ０Ｎ−ＦＯＬＬＯＷ−ＵＩ
Ｊ　）操舵とも称さｎレバー２４をＰまたはＳ側に倒し
ている間、舵５は作動し続け、中央にしたときに舵５は
停止トし、その時舵角発信器１８の指示する舵角を保持
し、こイ１は舵角受信器１９により確認される。

さてこのような操舵機において、第１図よりも明らかな
ようすこ手動や非常操舵の場合に手動で命令舵角ζこよ
り測針した後、この命令舵角を零に戻したとき予想され
る予想船首方位が伺処に落ちつくかを示す予想船首方位
表示器は存在せず、自船の回頭の惰性を見つめつつ、高
度の経験にもとすいて適当な時刻に命令舵角を零に戻し
て来た。これはヨーレイトホイール操舵においても命令
ヨーレイトに対して同様である。

操船者にとっては特殊操船とも言える手動操舵あるいは
異常縁　船の非常操舵の時７１ここそ進歩的技術を駆馳
した安全な保給手段が必要である。

しかしながらこのような船首方位の予想については舵の
効き方が外界の状況、例えば風向、風速、波浪等の気象
条件に左右されること、ならびに自船の口頭軸の周りの
慣性モーメント、積荷の多少、随伴する海水の状態によ
る水の抵抗等によって船体定数である操従性指数が変り
、予想船首方位をこれら指数の変化に追従して確定出来
る簡単な構造で安価な表示器がなくもっばら、操船者の
経験に基づいて操舵処置がとらｎて来た。こイ１．は手
動操舵に熟練した操船者が少くなって米た今日ζことっ
ては大きな問題である。史に船舶は大型化して、舵を取
ってもすぐζこはその通り回頭せず、また−且回頭し始
めると戻し舵を零に戻しても、なかなか回頭が止まらな
いという傾向は強く、若い操船者の心労の種であった。

本発明はこのような従来の問題点に着目してなさｎたち
ので手動操舵にて舵輪に命令舵角を与えて測針した場合
に、船首方位の動向を決定する各要素を設定し、これに
基づいて、上記命令舵角り持続時間毎に予想される予想
船首方位を演算し、かつ表示する予想船首方位表示器を
具備し、希望下る予想船首方位にて命令舵角を零に戻Ｔ
ことができる操舵機を提供することにより上記の問題点
を解決下ることを目的とする。

本発明によれば手動操舵にあたり、経験の少い操船者で
も勘にもとづいて命令舵角を零に戻す必要はなく、所姶
の命令舵角の持続時間毎に表示される予想船首方位を確
認しつつ、希望する予想船首方位のところでσｍ信をも
って命令舵角を零に戻すことができるので特殊穫船ある
いは異常操船時の心の動揺し腸な時において有効な情報
となり、その適切な操舵に及ぼす効果は操舵機は第１図
に示す操舵機の操舵スタントド又はその近辺に予想船首
方位表示器を新しく設置するもので、その他の構造は同
一であるので説明を省略する。第２図は本発明の操舵機
を手動操舵する場合に利用する予想船首方位表示器の一
実施例を示す説明図である。先づ本爽施例において利用
下る計算式について説明する。船は回頭角加速度；ζこ
対して回頭軸の周りに慣性モーメンＩ−Ｉ／２もつ。又
船体と舵に作用する水の力は回頭角速度Ｊに比例して運
動を抑制するダンピングモーメントＮ９船に与える。舵
をとると舵角δに比例する旋回モーメント、ｖｌを船に
与える。今外乱がすく、船首方位をφとしｄφ　０．ｄ
φ 孕−−１φ−−とすると船舶運動の微分ｄｔ　ｄｔ 方程式として次式を得る。

Ｉ、φ＋Ｎφ＝、ｖｌδ 山ａ導−ひＬδ Ｎ ここで　Ｉｅ／Ｎ＝Ｔ、Ｍ／Ｎ＝Ｋ　とおくＴφ＋φ＝
にδ・・・・−・川（１） 式（１）ｆこおいてＴは追従性指数、Ｋは旋回性指数と
称され、いづれも船体定数を示す。

ｉりＴ　＝　Ｔ　’　（Ｌ／Ｖｓ　）　、に＝に’／（
Ｌ／Ｖｓ　）テ示さｎｌここ【こＩｌｌ　／とに′とは
定数、Ｌは船長、ｖｓは船速である。式（１）において
初期条件ｔ＝Ｑでδ＝δｏ　１ならびに１　＝　１１　
でδ＝０の条件で屏をめると （ｉ）　０＜ｔ＜Ｌ＋では 式（４）＃こおいて式（２）と（３）とｌ　＝ｏｏを代
入するとφ（ｏｏ　）　＝に・δｏ’ｔｔ＝φ１　（ｔ
　）−−（５）拳−→寺→・・　・ 式（５）の船首方位・／・１φ１（ｔ）はｔ＝０のとき
手動操舵にて命令舵角ａ。をとり、この命令舵角δ。

そその持続時間ｔ１　後に零に戻した時に、予想される
無限大時間後の予想船首方位を示している。式（５）Ｉ
こ旋回性指数の値を代入すると式（６）あるいは式（７
）を得る。

φ１（ｔ）ミに’ｘ（ＶＳ／Ｌ）ｘδ。ｘｔｌ・・・・
・・（６）またはｔｌ−φ１　（ｔ　）ｘＮ’ｘＶｓｘ
δｏ−・”　（７）第２図に示Ｔ実施例において、設定
手段としてはポテンショメータ３５あるいはキーボード
３４が利用され、測針時の船速ｖｓ同じく命令舵角２、
δｏ１ならびに測針後の経過時間である命令舵角の持続
時間ｔ１、ならびに自船の運動に関する船体定数（Ｋ’
／Ｌ）が几ＡＭ３３に書き込まれる。演算手段としては
マイクロコンピュータ皿ｃコヨリＣＰＵ３１がＲＯ，）
１３２のプログラムにより演算５−：夾施し、表示手段
としては同様蚤こ几０Ｎ１３２のプログラムにより表示
器３９に表示がイ七１れる。

第２図の３０は周知のマイクロコンピュータで、基本的
にはｃｐＵ３ｔ、ｉｉ６八１へ　２　、　Ｉ（、Ａ−Ｑ
Ｉ３３より構成されている。ＲＯＭ３２１こ（まＣＰＵ
３１を制御するプログラムが杏込才ｎており、ｃｐｔｒ
３１はこりプログラムに従ってインプットボート３７よ
り必要とされる外部データを信号線４０を介して与える
選択信号により取込み、あるｌ、）は又１（、Ａ、）１
３３との間でデータの授受を行ったりしながら演算処理
し、必要に応じて処理したデータをアウトプットボート
３８へ出力する。

このアウトプットボート３８はラッチ回路より構成され
ており、信号線４１を介してアウトプットボート３８へ
与えら眉、るＣＰＵ３１からの出力ポート指定信号を受
けて、そのボートｉこデータを一時記憶すると共に表示
器３９゛にディジタル表示を行う。例えば式ｔ６＋を利
用する場合にはキーボード３４からインプットボート３
７を介してＲ，Ａ　Ａｌ　３３１こ船首方位の動向を決
定する上記各要素を設定し、プログラムをスタートさせ
ると、ＣＰＵ３　］は既にＲＡＭ３３に書き込まれた船
体定数（Ｉ（７Ｌ）、測針時の船速Ｖ５、命令舵角δ。

および命令舵角δ。の持続時間ｔ１を読み出して（Ｋ’
／　Ｌ　）　ｘ　Ｖｓ　ｘδ。Ｘｔ、７Ｓｒる演算を行
い、表示’４５３９　ｆこアウトプットボート３８を介
して予想船首方位φ１（ｔ）をディジタル表示する。

本発明の操舵機を手動操舵する場合に、操舵者は手動に
て舵輪に命令舵角ａ。を与えると同時に本発明になる予
想船首方位表示器に測針時の命令舵角δ。と船速■８　
ならびに自船の船体定数（Ｋ７Ｌ）と命令舵角の持続時
間ｔをキーボーニ ド３４を介してインプットボート３７に入力設定する。

プログラムをスタートするキーにより命令舵角の持続時
間ｔＰにその時の予想船首方位φ１（ｔ）が表示される
。従って操舵者はこの表示が希望予想船首方位をこ一致
した時に命令舵角δ。を零に戻すように操舵下る。この
ようをこすれば手動操舵にあたり、経験の少い操舵者が
勘に基づいて命令舵角を零に戻す必要はなく、特殊操船
あるいは異常操船時に予想船首方位を確認しつつ、落着
いて操舵下ることができる。また本発明になる予想船首
方位表示器への設定手段としてキーボード３４を利用し
たが命令舵角δ０の設定にはポテンショメータ３５を利
用し、Ａ／Ｉ）コンバーク３６う：ｉ：ｔ＋用しても良
く、船速■ｓ　はログからのディジタル信号をログイン
ターフェイスに入力して割込プログラムを利用しても良
く、手動操舵に切換えると同時にオンライン的に作用す
る構成も容易である。また式（７）を利用し、命令舵角
δ０の持続時間ｔ１の代りに、ポテンショメータ３５を
利用して予想船首方位φ１（ｔ）の希望値を設定して、
命令舵角の持続時間ｔ、を演算し、表示して測針時にス
タートしたタイマーを児ｐがらｔ１′ｌＩ′る時間の経
過を見て命令舵角δ。

ｆ−９１ｒ　Ｈｆ　−ａ−ｌ−Ａ　ｌｒ　、ｈＶＩ　Ａ
ｍ　”ａ−Ａｒｋ本でｋＡ−なおマイクロコンピュータ
を利用せずとも式（６）や式（７）の計算は一般の電算
機で容易に計算可能であり、更にテーブルを予め計算に
より作製することも容易である。し力）しながら前述の
ような線形の運動方程式でなく、より実情に合った非線
形の船舶の運動方程式は下記のように高次の微分方程式
となる。

Ｔ１　Ｔ２　φ＋（Ｉｌｌ、＋Ｉｌ＋２）φ＋φ＋αφ
＝にδ＋１ぐＴ３　ｉこの式でＴＩ、　Ｔ２．　ｌ１１
３．αおよびｌ（はいづイ１．も船体定数を示す。この
方程式の解は近似ｎｔ算を要することになり、コンピュ
ータの力を借る必訣がある。

このように本発明は手動操舵にて舵輪に命令舵角を与え
て測針した場合に、船首方位の動向を決定する各要素を
設定し、こｎをこ基づいて、上記命令舵角の時続時間毎
に予想される予想船首方位を演算し、かつ表示する予想
船首方位表示器を具備し、希望下る予想船首方位にて命
令舵角を零ζこ戻すことができる操舵機を提供するもの
である。

【図面の簡単な説明】

・窮１図は従来の操舵機のブロック系統図、第八 である。 １・・・操舵スタンド、２・・・パワーユニット、３・
・・追従柴ＩＭ：、４・・・船体、５・・・舵、３０・
・・マイクロコンピュータ、３５・・・ポテンショメー
タ、３６・・・Ａ／Ｄコンバータ、３９・・・表示器特
許出願人　株式会社　東６ｒ、計器 第１図 第２図 、？０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 手動にて操舵される船舶の操舵機において、測針時の船
   速と命令舵角、ならびに自船の運動に関する船体定数な
   らびに上記命令舵角の持続時間を示すそれぞれの数値を
   設定する設定手段と、該手段により設定された上記数値
   に基づき上記命令舵角の持続時間毎に予想される予想船
   首方位を演算する演算手段と、この演算された上記予想
   船首方位を表示する表示手段とを具備し、偏針して表示
   される上記予想船首方位が希望値に一致したとき上記命
   令舵角を零に戻すようにすることを特徴とする操舵機。