動揺基準装置（MRU）

船舶のロール、ピッチ、ヒーブを計測する慣性センサー。ヒーブの算出方法、精度、設置位置、アクティブヒーブ補償での使い方を解説します。

執筆： Norwegian Dynamics エンジニアリング部門 · 2026年4月 · 2026年9月更新 · 読了目安10分

剛性の高い取付板にボルトで固定された密閉型動揺基準センサー。ケーブルが接続され、X、Y、Zの各軸が表示されています。

要点

動揺基準装置（MRU）は、船舶のロール、ピッチ、ヒーブを計測する慣性センサーです。多くの機種では、水平移動と回転速度も計測します。
ヒーブを直接計測するわけではありません。鉛直加速度を2回積分し、ドリフトをフィルタリングします。リアルタイムヒーブの一般的な精度は5 cmまたはヒーブ振幅の5 %のうち大きい方です。数分遅れて得られる遅延ヒーブは、中級機種では2 cmまたは2 %です。
ロールとピッチの一般的な精度は0.01～0.03° RMSで、出力周波数は最大200 Hzです。
MRUは設置地点の動揺を計測します。クレーンのアクティブヒーブ補償にはクレーン先端の動揺が必要なため、制御装置は測量済みのレバーアームを使って計測値を換算します。パッシブヒーブ補償装置にはMRUは不要です。

動揺基準装置は船体に固定する小型の慣性センサーで、多くは船舶の回転中心付近に設置します。船舶の動揺を毎秒何度も出力し、ダイナミックポジショニング、測量用ソナー、ヘリデッキ、動揺補償式のクレーンやギャングウェイで利用されます。海洋吊り作業では、アクティブヒーブ補償への入力となります。

MRUが計測するもの

内部には3個の加速度計と3個の角速度ジャイロがあり、各軸にそれぞれ1個ずつ配置されています。ジャイロは船舶の回転速度を計測します。加速度計は並進加速度と重力方向を計測し、角度のドリフトを抑えます。プロセッサーが両者を統合し、次の値を出力します。

角度： 重力方向を基準としたロールとピッチ。
ヒーブ： 計測点の平均位置を基準とする鉛直変位、および鉛直速度と加速度。
角速度と加速度 3軸すべての値で、制御装置が直接使用します。DPシステムはロールとピッチを使って位置基準値を補正します。

MRUは船舶の絶対位置を把握しません。ヒーブは絶対高さではなく平均位置からの変位です。多くの機種ではヨーは回転速度としてのみ出力され、真方位はジャイロコンパスまたはGNSSコンパスから得ます。GNSS測位機能を加えた機種は、慣性航法装置として販売されています。

船舶の6自由度の動揺

船舶には6種類の動揺があります。3軸に沿って並進し、同じ3軸の周りを回転します。

図1. 船舶の6自由度の動揺。各回転は、その回転軸が読者に向く図に描いています。ピッチは側面図、ロールは船尾からの図、ヨーは上面図に示します。

動揺	軸	波浪中での主な要因
サージ	X軸に沿う船首尾方向	船首または船尾からの波、低周波の漂流
スウェイ	Y軸に沿う横方向	横波、低周波の漂流
ヒーブ	Z軸に沿う上下方向	あらゆる波。ヒーブ補償装置が低減する動揺
ロール	X軸周り	横波。減衰が小さいため、ロール固有周期付近で増大することがある
ピッチ	Y軸周り	向かい波と追い波
ヨー	Z軸周り	斜め波。DPシステムまたは自動操舵装置が抑制する

船舶が波の各周期にどう応答するかは応答振幅演算子（RAO）で表されます。詳しくは船舶の動揺とRAO.

MRUによるヒーブの算出方法

MRUには高さを測るセンサーがありません。自身の軸に沿う加速度を計測し、ロールとピッチから鉛直成分 $a_z$ を求め、重力加速度を除いた後、2回積分します。

z(t) = \int_0^t \!\! \int_0^{\tau} a_z(s)\,\mathrm{d}s\,\mathrm{d}\tau

この2回の積分でバイアスは急速に増幅します。わずか0.001 m/s²のバイアスでも、1分で1.8 mの見かけ上のヒーブが生じます（ ( $\tfrac{1}{2} b t^2$ ). ）。そこでヒーブ処理部は結果にハイパスフィルターをかけます。波の周波数帯の動揺を残し、低周波のドリフトを除きます。ただしカットオフ周波数に近い長周期のうねりでは、リアルタイムヒーブの振幅が小さくなり、位相が実際の動揺より進みます。制御装置では、どちらも残留動揺として現れます。

図2. 周期20 sのうねりにおけるヒーブ（例）。上段：すぐに得られるリアルタイムヒーブは、実際の動揺より振幅がやや小さく、位相が進みます。下段：遅延ヒーブは実際の動揺と一致しますが、得られるのは数分後です。

このため、多くのMRUは2種類のヒーブを出力します。

出力	算出方法	用途
リアルタイムヒーブ	過去のデータだけでフィルタリングするため、すぐに得られる	制御：アクティブヒーブ補償、動揺補償式ギャングウェイ。ヘリデッキの動揺監視
遅延ヒーブ	各時点の前後のデータでフィルタリングするため、精度は高いが数分遅れて得られる	事後処理する測量データ、およびリアルタイム出力の確認

制御装置に使えるのはリアルタイムヒーブだけです。位置と同じくらい速度も重要です。アクティブヒーブ補償装置はヒーブ速度に逆らうようにウインチまたはシリンダーを駆動し、計測値から先を予測してアクチュエーターの遅れを補います。

一般的な精度

複数メーカーのデータシートには、現行の中級機種と高級機種について、ほぼ同様の値が示されています。

出力	一般的な仕様値	確認事項
ロールとピッチ	0.01～0.03° RMS	静的条件か動的条件か。値が数倍異なることがある
リアルタイムヒーブ	5 cmまたは振幅の5 %のうち大きい方	対象となる波の周期と、長周期のうねりでの挙動
遅延ヒーブ	2 cmまたは2 %のうち大きい方	遅延時間。制御には使用できない
出力周波数	最大200 Hz	遅延時間はデータシートに記載されないことも多い。計測から出力までの遅延を確認する

2020～2025年の公開データシートに基づきます。高級機種では角度精度が約0.008°、遅延ヒーブの精度が1 cmまたは1 %に達します。ここに示すのは一般的な値であり、選定機種のデータシートと試験条件を確認してください。

吊り作業では、センサー自体の誤差（5 %、2 mのヒーブで約10 cm）が最大の誤差要因となることはまれです。通常、より大きな誤差はセンサーの外にあり、レバーアームの設定ミス、取付方向のずれ、信号の参照点の誤りなどから生じます。

設置位置とレバーアーム

MRUが出力するのは、固定された地点の動揺です。30 m離れたクレーン先端は、回転による動揺が加わるため、はるかに大きく動きます。船首上げのピッチ角が1度の場合、前方30 mの点は次の量だけ上昇します。

\Delta z = L \sin\theta = 30\ \text{m} \times \sin 1^\circ \approx 0.52\ \text{m}

図3. 船体中央付近の回転中心に近いO点にMRUがあり、クレーン先端のP点は30 m前方です。船首上げのピッチ角が

\theta

, のとき、P点は

L\sin\theta

, だけ上昇します。30 mでは角度1度あたり約0.52 mで、O点はほとんど動きません。

そこで制御装置は、船舶の角速度 $\boldsymbol{\omega}$ と両点間のレバーアーム $\mathbf{r}_{OP}$ を使い、センサー位置Oの動揺をクレーン先端Pに換算します。

\mathbf{v}_P = \mathbf{v}_O + \boldsymbol{\omega} \times \mathbf{r}_{OP}

この式は船体に固定された点に適用されます。クレーンが旋回または起伏している間は、先端が船体に対しても動くため、制御装置はクレーン自身の角度センサーから得た速度を加えます。ヒーブ補償装置が使うのは鉛直成分 $v_{P,z}$ です。多くのMRUは、同じオフセットを使って設定された遠隔点の動揺も出力できます。いずれの場合も、精度は設置方法で決まります。

設置位置： 回転中心付近の剛性の高い構造物に設置し、エンジンなどの振動源から離します。
軸合わせ： 船舶の座標軸に合わせ、取付角度のずれを記録します。センサーの向きがずれると、誤った軸周りのロールとピッチを出力し、動揺を誤った地点に換算します。
オフセットの測量： MRUから動揺情報が必要な各地点までのオフセットを測量し、符号と単位を制御装置の座標系と照合します。
故障への備え： 吊り作業中ではなく事前に、2台目のMRUと、信号の喪失または異常値への対応を決めておきます。

ヒーブ補償におけるMRU

クレーンのアクティブヒーブ補償では、MRUが入力となります。制御装置はリアルタイムの動揺をクレーン先端の値に換算し、アクチュエーターの遅れを見越して予測し、その動揺に逆らうようにウインチまたはシリンダーを駆動します。ペイロードの揺れをどこまで抑えられるかは、MRUの精度と遅延、予測、アクチュエーターの速度と力を含むシステム全体で決まります。センサーだけではフックを静止させられません。

パッシブヒーブ補償装置にはMRUは不要です。ガススプリングが荷重そのものに応答するため、動揺を一切計測せずに、クレーン先端のヒーブが荷重に伝わるのを抑えます。 ANTARESは当社のアダプティブパッシブヒーブ補償装置で、荷重支持はパッシブのまま、内蔵センサーを使った自動減衰制御を加えています。 VEGAは開発中のインライン型アクティブヒーブ補償装置で、MRUを使ったシリンダーのアクティブ制御と自動減衰制御を組み合わせます。アクティブとパッシブの比較では、それぞれが適する条件を説明します。

IMU、VRU、MRUの違い

メーカーによって名称の使い方は重なりますが、装置が行う処理の範囲を表しています。

名称	出力内容	主な用途
IMU慣性計測装置	3軸の生の加速度と角速度	ほかの装置に内蔵されるセンサー。出力には処理が必要
VRU鉛直基準装置	ロールとピッチ。機種によってはヒーブも	アンテナやセンサーの姿勢、および簡易的な動揺監視
AHRS姿勢・方位基準装置	ロール、ピッチ、方位。ヒーブは出力しない	ヒーブが不要な場合の姿勢と方位
MRU動揺基準装置	ロール、ピッチ、処理済みのヒーブ。通常はサージとスウェイ、3軸の角速度も	DP、測量、動揺補償式クレーンとギャングウェイ
INS慣性航法装置	MRUの出力に加え、GNSSによる位置と真方位	航法と測量の測位

アクティブ補償では、名称よりも出力が重要です。制御装置が必要とする地点でのリアルタイムヒーブとその速度、および明示された遅延時間を確認してください。

よくある質問

動揺基準装置（MRU）とは何ですか？

船舶に固定し、ロール、ピッチ、ヒーブを計測する慣性センサーです。多くの機種は水平移動と回転速度も計測します。3個の加速度計と3個の角速度ジャイロの信号をプロセッサーで統合し、最大200 Hzで出力します。ダイナミックポジショニング、測量、アクティブヒーブ補償で利用されます。

MRUはどうやってヒーブを計測しますか？

MRUは自身の軸に沿う加速度を計測し、ロールとピッチから鉛直成分を求めます。重力加速度を除いて2回積分し、ハイパスフィルターでドリフトを除去します。リアルタイムヒーブはすぐに得られ、制御に使われます。遅延ヒーブは各時点より後のデータも使うため精度は高いものの、得られるのは数分後で、測量データの処理に適しています。

MRUの精度はどの程度ですか？

一般的なデータシートの値は、ロールとピッチが0.01～0.03° RMS、リアルタイムヒーブが5 cmまたはヒーブ振幅の5 %のうち大きい方、中級機種の遅延ヒーブが2 cmまたは2 %です。高級機種では約0.008°、および1 cmまたは1 %に達します。静的条件か動的条件か、対象となる波の周期、遅延時間を確認してください。

IMU、VRU、MRUの違いは何ですか？

IMUは生の加速度と角速度を出力します。VRUはそれらを処理してロールとピッチを出力し、機種によってはヒーブも出力します。AHRSは方位を加えますが、ヒーブは出力しません。MRUは処理済みのヒーブ、通常はサージとスウェイ、さらに3軸の角速度を出力します。INSはGNSSによる位置と真方位を加えます。

MRUはどこに設置すべきですか？

船舶の回転中心付近で、振動源から離れた剛性の高い構造物に、船舶の座標軸に合わせて設置します。動揺情報が必要な各地点までのオフセットを測量してください。制御装置はそのレバーアームを使って動揺をクレーン先端に換算します。ピッチ角1°では、30 m離れた点が約0.52 m動きます。

パッシブヒーブ補償にMRUは必要ですか？

いいえ。パッシブヒーブ補償装置のガススプリングは荷重そのものに応答するため、動揺計測は不要です。アクティブヒーブ補償では、制御装置が計測した動揺に逆らうようにウインチまたはシリンダーを駆動するため、MRUが必要です。

根拠と出典

2020～2025年に複数メーカーが公開した動揺基準装置のデータシート。ロール、ピッチ、ヒーブの精度、遅延ヒーブ、出力周波数、遠隔点の動揺出力に関する仕様を参照しました。
レバーアームを介した換算には剛体の運動学を使用： $\mathbf{v}_P = \mathbf{v}_O + \boldsymbol{\omega} \times \mathbf{r}_{OP}$ .
Norwegian Dynamicsのナレッジハブ記事：アクティブヒーブ補償および船舶の動揺.