(57)【要約】  航空機の物理的状態の高忠実度の知識をパイロットに提供し、予測モデルに基づいて、予期される状態からのすべての逸脱をそのパイロットに通知する、航空機乗務員自動化システムである。航空機乗務員の自動化は、視覚的技術を通して航空機の状態を認識し、航空機状態ベクトル及び他の航空機の情報を導出し、予期される航空機の状態からのすべての逸脱をパイロットへ通信する、非侵襲的な機上搭載型の航空機乗務員自動化システムとして提供されうる。【選択図】なし
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機で使用するための航空機乗務員自動化システムであって、
一または複数のインターフェースを介して複数のシステム又はサブシステムを動作可能に接続させるコアプラットフォームと、
パイロットと前記航空機乗務員自動化システムとの間にインターフェースを提供する、前記コアプラットフォームに動作可能に結合されたヒューマンマシンインターフェースと、
前記航空機に固有の情報を決定するために、前記コアプラットフォームに動作可能に結合された知識獲得システムと、
飛行状況データを生成するために前記航空機の一または複数のコックピット計器を監視する、前記コアプラットフォームに動作可能に結合された認識システムと
を備える、航空機乗務員自動化システム。
【請求項２】
前記認識システムは、前記航空機のコックピットの前記一または複数の計器を視覚的に監視するカメラを有する視覚システムを含む、請求項１の航空機乗務員自動化システム。
【請求項３】
前記飛行状況データは、前記航空機の対気速度、高度及び垂直速度を含む、請求項２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項４】
前記知識獲得システムは、前記コックピット計器のレイアウトを決定するように構成される、請求項１に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項５】
前記コアプラットフォームは、少なくとも一部において前記飛行状況データに基づいて前記航空機の操縦システムに一または複数の命令を通信するように構成される、請求項１に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項６】
前記コアプラットフォームに動作可能に結合された作動システムを更に備える、請求項１に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項７】
前記作動システムは、第１の作動システムと、前記第１の作動システムから分離した第２の作動システムとを備える、請求項６に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項８】
前記第１の作動システムは前記航空機の第１の操縦装置の作動を制御する、請求項７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項９】
前記第１の操縦装置は操縦かん制御装置又はヨーク制御装置を含む、請求項８に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項１０】
前記第２の作動システムは前記航空機の第２の操縦装置の作動を制御する、請求項７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項１１】
前記第２の操縦装置はスイッチ又はノブを含む、請求項１０に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項１２】
前記第１の作動システムは、前記航空機の第１の操縦装置のうちの少なくとも１つと係合するグリッパを有する連結アームを含む、請求項８に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項１３】
前記第１の作動システムは、フレームと、連結アームの近位端において前記フレームに結合された連結アームと、前記航空機の第１の操縦装置のうちの少なくとも１つと係合するように前記連結アームの遠位端に位置づけされたグリッパとを含む、請求項１２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項１４】
前記グリッパは複数のＤＯＦ（自由度）接続を介して前記連結アームに結合されている、請求項１３に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項１５】
前記連結アームは回転可能であり、前記連結アームの近位端において可動基部を介して前記フレームに滑動可能に結合されている、請求項１３に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項１６】
前記第２の作動システムは、Ｙ軸及びＸ軸を画定するＸＹプロッタと、前記航空機の第２の操縦装置のうちの少なくとも１つと係合するツールと、前記Ｙ軸及び前記Ｘ軸に沿って前記ツールを移動させる制御システムとを含む、請求項１０に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項１７】
前記ツールは、スイッチアクチュエータ及びノブアクチュエータを用いて構成された多目的ツールである、請求項１６に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項１８】
前記コアプラットフォームは、現在の航空機の状態を決定するために、前記飛行状況データを受信し、集約するように構成される、請求項１に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項１９】
前記ヒューマンマシンインターフェースにより、パイロットが前記航空機乗務員自動化システムを制御し、前記航空機乗務員自動化システムと通信することが可能になる、請求項１に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項２０】
前記コアプラットフォームは、前記ヒューマンマシンインターフェースのディスプレイ上に現在の航空機の状態を表示する、請求項１９に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項２１】
前記ヒューマンマシンインターフェースはタッチスクリーンディスプレイを含む、請求項１に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項２２】
前記ヒューマンマシンインターフェースは、前記タッチスクリーンディスプレイ上に複数のタスクをタスクリストの形態で表示するように構成されている、請求項２１に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項２３】
前記複数のタスクには各々、完了あるいは未完了のマークが付いている、請求項２２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項２４】
前記複数のタスクには各々、少なくとも一部において前記タッチスクリーンディスプレイを介したパイロットの入力に基づいて、完了あるいは未完了のマークが付いている、請求項２２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項２５】
前記ヒューマンマシンインターフェースはタブレットコンピュータである、請求項２１に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項２６】
前記タッチスクリーンディスプレイは暗視ゴーグルに対応している、請求項２１に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項２７】
前記ヒューマンマシンインターフェースは、前記パイロットからの言語コミュニケーションを認識するために音声認識技術を用いる、請求項１に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項２８】
前記ヒューマンマシンインターフェースは、前記パイロットからの前記言語コミュニケーションに対して言語応答を生成するように構成されている、請求項２７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項２９】
前記コアプラットフォームは、（１）システム又はサブシステムの除去又は動作停止、又は（２）システム又はサブシステムの設置又は作動を可能にするために、プラグ＆プレイソフトウェアで構成されている、請求項１に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項３０】
前記航空機の前記固有の情報は、前記航空機が特定の誤操作に影響を受けやすいか否かを含む、請求項１に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項３１】
前記知識獲得システムは、ビークルに依存しない航空機乗務員自動化システムを生み出すために、前記航空機の前記固有の情報を決定するように構成されている、請求項１に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項３２】
航空機において使用される航空機乗務員自動化システムであって、
一または複数のインターフェースを介して複数のシステム又はサブシステムを動作可能に接続させるコアプラットフォームと、
パイロットと前記航空機乗務員自動化システムとの間にインターフェースを提供するために、前記コアプラットフォームに動作可能に結合されたヒューマンマシンインターフェースと、
前記航空機に固有の情報を決定するために、前記コアプラットフォームに動作可能に結合された知識獲得システムと、
飛行状況データを収集する又は生成するために、前記コアプラットフォームに結合された航空機状態監視システムと、
前記コアプラットフォームからの命令への応答に基づいて、前記航空機の操縦装置のうちの１つを作動させるために、前記コアプラットフォームに動作可能に結合された作動システムと
を備える、航空機状態自動化システム。
【請求項３３】
前記航空機状態監視システムは認識システムである、請求項３２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項３４】
前記認識システムは、前記航空機の前記一または複数のコックピット計器を視覚的に監視するカメラを有する視覚システムを含む、請求項３３に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項３５】
前記飛行状況データは、前記航空機の対気速度、高度、及び垂直速度を含む、請求項３２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項３６】
前記知識獲得システムは、コックピット計器のレイアウトを決定するように構成されている、請求項３２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項３７】
前記コアプラットフォームは、少なくとも一部において前記飛行状況データに基づいて前記航空機の飛行制御システムに一または複数の命令を通信するように構成されている、請求項３２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項３８】
前記作動システムは、第１の作動システムと、前記第１の作動システムから分離した第２の作動システムとを含む、請求項３２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項３９】
前記第１の作動システムは、前記航空機の第１の操縦装置の作動を制御する、請求項３８に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項４０】
前記第１の操縦装置は、操縦かん制御又はヨーク制御を含む、請求項３９に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項４１】
前記第２の作動システムは、前記航空機の第２の操縦装置の作動を制御する、請求項３８に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項４２】
前記第２の操縦装置はスイッチ又はノブを含む、請求項４１に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項４３】
前記第１の作動システムは、前記航空機の第１の操縦装置のうちの少なくとも１つと係合するグリッパを有する連結アームを含む、請求項３９に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項４４】
前記第１の作動システムは、フレームと、連結アームの近位端において前記フレームに結合された連結アームと、前記航空機の第１の操縦装置のうちの少なくとも１つと係合するように前記連結アームの遠位端に位置づけされたグリッパとを含む、請求項４３に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項４５】
前記グリッパは複数のＤＯＦ（自由度）接続を介して前記連結アームに結合されている、請求項４４に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項４６】
前記連結アームは回転可能であり、前記連結アームの近位端において可動基部を介して前記フレームに滑動可能に結合されている、請求項４４に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項４７】
前記第２の作動システムは、Ｙ軸及びＸ軸を画定するＸＹプロッタと、前記航空機の第２の操縦装置のうちの少なくとも１つと係合するツールと、前記Ｙ軸及び前記Ｘ軸に沿って前記ツールを移動させる制御システムとを含む、請求項３８に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項４８】
前記ツールは、スイッチアクチュエータ及びノブアクチュエータを用いて構成された多目的ツールである、請求項４７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項４９】
前記コアプラットフォームは、現在の航空機の状態を決定するために、前記飛行状況データを受信し、集約するように構成される、請求項３２に記載の航空機乗務員自動化システム。  
【請求項５０】
前記ヒューマンマシンインターフェースにより、パイロットが前記航空機乗務員自動化システムを制御し、前記航空機乗務員自動化システムと通信することが可能になる、請求項３２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項５１】
前記コアプラットフォームが、前記ヒューマンマシンインターフェースのディスプレイ上に現在の航空機の状態を表示する、請求項５０に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項５２】
前記ヒューマンマシンインターフェースはタッチスクリーンディスプレイを含む、請求項３２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項５３】
前記ヒューマンマシンインターフェースは、前記タッチスクリーンディスプレイ上に複数のタスクをタスクリストの形態で表示するように構成されている、請求項５２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項５４】
前記複数のタスクには各々、完了あるいは未完了のマークが付いている、請求項５３に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項５５】
前記複数のタスクには各々、少なくとも一部において前記タッチスクリーンディスプレイを介したパイロットの入力に基づいて、完了あるいは未完了のマークが付いている、請求項５３に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項５６】
前記ヒューマンマシンインターフェースはタブレットコンピュータである、請求項５２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項５７】
前記タッチスクリーンディスプレイは暗視ゴーグルに対応している、請求項５２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項５８】
前記ヒューマンマシンインターフェースは、前記パイロットからの言語コミュニケーションを認識する音声認識技術を用いる、請求項５３に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項５９】
前記ヒューマンマシンインターフェースは、前記パイロットからの言語コミュニケーションに対して言語応答を生成するように構成されている、請求項５８に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項６０】
前記コアプラットフォームは、（１）システム又はサブシステムの除去又は動作停止、又は（２）システム又はサブシステムの設置又は作動を可能にするために、プラグ＆プレイソフトウェアで構成されている、請求項３２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項６１】
前記航空機の前記固有の情報は、前記航空機が特定の誤操作の影響を受けやすいか否かを含む、請求項３２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項６２】
前記知識獲得システムは、ビークルに依存しない航空機乗務員自動化システムを生み出すために、前記航空機の前記固有の情報を決定するように構成されている、請求項３２に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項６３】
航空機において使用される航空機乗務員自動化システムであって、
一または複数のインターフェースを介して複数のシステム又はサブシステムを動作可能に接続させるコアプラットフォームと、
パイロットと前記航空機乗務員自動化システムとの間のインターフェースを提供するために、前記コアプラットフォームに動作可能に結合されたヒューマンマシンインターフェースであって、タッチスクリーンディスプレイを介して複数のタスクをタスクリストの形態で表示するように構成されたヒューマンマシンインターフェースと、
前記航空機に固有の情報を決定するために、前記コアプラットフォームに動作可能に結合された知識獲得システムと、
飛行状況データを収集する及び生成するために前記コアプラットフォームに結合された航空機状態監視システムと、
を備える、航空機乗務員自動化システム。
【請求項６４】
前記コアプラットフォームは、少なくとも一部において前記飛行状況データに基づいて前記航空機の操縦システムに一または複数の命令を通信するように構成されている、請求項６３に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項６５】
前記コアプラットフォームに動作可能に結合された作動システムを更に備える、請求項６３に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項６６】
作動システムは、第１の作動システムと、前記第１の作動システムから分離した第２の作動システムとを含む、請求項６４に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項６７】
前記第１の作動システムは前記航空機の第１の操縦装置の作動を制御し、前記第２の作動システムは前記航空機の第２の操縦装置の作動を制御する、請求項６６に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項６８】
前記第１の作動システムは、フレームと、連結アームの近位端において前記フレームに結合された連結アームと、前記航空機の第１の操縦装置のうちの少なくとも１つと係合するように前記連結アームの遠位端に位置づけされたグリッパとを含む、請求項６７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項６９】
前記第２の作動システムは、Ｙ軸及びＸ軸を画定するＸＹプロッタと、前記航空機の第２の操縦装置のうちの少なくとも１つと係合するツールと、前記Ｙ軸及び前記Ｘ軸に沿って前記ツールを移動させる制御システムとを含む、請求項６７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項７０】
前記航空機状態監視システムは認識システムである、請求項６３に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項７１】
前記認識システムは、前記航空機の一または複数のコックピット計器を視覚的に監視するカメラを有する視覚システムを含む、請求項７０に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項７２】
前記複数のタスクの各タスクは、少なくとも一部において前記タッチスクリーンディスプレイを介したパイロットの入力に基づいて、完了、又は未完了のいずれかのマークが付いている、請求項６３に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項７３】
航空機において使用される航空機乗務員自動化システムであって、
前記航空機に固有の情報を決定する知識獲得システムと、
飛行状況データを生成するために前記航空機の一または複数のコックピット計器を監視する認識システムと、
少なくとも一部において前記飛行状況データに基づいて前記航空機の状態を決定するために、前記知識獲得システムと前記認識システムとに動作可能に接続されたコアプラットフォームと、
前記航空機の状態を表示するために、前記コアプラットフォームに動作可能に結合されたヒューマンマシンインターフェースと
を備える、航空機乗務員自動化システム。
【請求項７４】
前記コアプラットフォームからの命令への応答に基づいて、前記航空機の操縦装置のうちの１つを作動させるために、前記コアプラットフォームに動作可能に結合された作動システムを更に備える、請求項７３に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項７５】
前記コアプラットフォームからの命令は、少なくとも一部において前記航空機の状態に基づいて生成される、請求項７４に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項７６】
前記認識システムは、前記航空機の前記一または複数のコックピット計器を視覚的に監視するカメラを有する視覚システムを含む、請求項７５に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項７７】
航空機において使用される航空機乗務員自動化システムであって、
前記航空機に固有の情報を決定する知識獲得システムと、
飛行状況データを生成するために前記航空機の一または複数のコックピット計器を監視する航空機状態監視システムと、
少なくとも一部において前記飛行状況データに基づいて前記航空機の状態を決定するために、前記知識獲得システムと前記航空機状態監視システムとに動作可能に接続されたコアプラットフォームと、
前記航空機の状態を表示するために、前記コアプラットフォームに動作可能に結合されたヒューマンマシンインターフェースと
を備える、航空機乗務員自動化システム。
【請求項７８】
前記コアプラットフォームからの命令への応答に基づいて、前記航空機の操縦装置のうちの１つを作動させるために、前記コアプラットフォームに動作可能に結合された作動システムを更に備える、請求項７７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項７９】
前記コアプラットフォームからの前記命令は、少なくとも一部において前記航空機の状態に基づいて生成される、請求項７８に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項８０】
前記航空機状態監視システムは認識システムである、請求項７９に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項８１】
前記認識システムは、前記航空機の前記一または複数のコックピット計器のうちの１つを視覚的に監視するカメラを有する視覚システムを含む、請求項８０に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項８２】
前記航空機状態監視システムは、前記一または複数のコックピット計器に配線接続されている、請求項７７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項８３】
前記ヒューマンマシンインターフェースは、タスクリストの形態でタッチスクリーンディスプレイ上に複数のタスクを表示するように構成されている、請求項７７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項８４】
パイロットに継続的な航空機の状態の監視及び情報の拡張を提供するように構成されている、請求項７８に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項８５】
前記航空機を制御せずに、パイロットに継続的な航空機の状態の監視及び情報の拡張を提供するように構成されている、請求項７８に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項８６】
前記コアプラットフォームはミッションコントロールシステムを含む、請求項７７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項８７】
ビークルに依存しない、請求項７７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項８８】
前記コアプラットフォームは操縦システムを含む、請求項７７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項８９】
前記操縦システムは、オートパイロットマネージャ、ビークルマネージャ、状態推定モジュール、認識モジュール、又はナビゲーションモジュールのうちの一または複数を含む、請求項８８に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項９０】
前記オートパイロットマネージャは、航空機乗務員自動化作動モジュール又は航空機作動モジュールを制御するように構成されている、請求項８９に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項９１】
前記コアプラットフォームはオープンアーキテクチャを用いる、請求項７７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項９２】
前記コアプラットフォームは、前記コアプラットフォームに結合された一または複数のシステムから収集した情報を使用して、安全な運航を維持するのに必要な前記航空機のシステム、構成、及び手順についての理解を発展させるように構成されている、請求項７７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項９３】
一または複数の運航アプリケーション又はハードウェアインターフェースを相互接続させるミドルウェアとして動作するオペレーティングシステムを用いる、請求項７７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項９４】
前記運航アプリケーションは、正常運航アプリケーション、異常検出アプリケーション、事象運航アプリケーション、知能、監視、及び偵察（「ＩＳＲ」）アプリケーション、トレンド認識アプリケーション、又は空中給油アプリケーションのうちの少なくとも１つを含む、請求項９３に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項９５】
前記ハードウェアインターフェースは、第１の作動インターフェース、第２の作動インターフェース、航空機状態インターフェース、又はＨＭＩインターフェースのうちの少なくとも１つを含む、請求項９３に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項９６】
前記ヒューマンマシンインターフェースは、複数の選択可能なタブを有するツールバーを含む、請求項７７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項９７】
前記複数の選択可能なタブは、ルートタブ、手順タブ、較正タブ、及びアプリケーションタブの一または複数を含む、請求項９６に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項９８】
前記ヒューマンマシンインターフェースは、チェックリスト、性能状態警報、航空機の状態予測、及び故障予知のうちの少なくとも１つを表示するように構成されている、請求項７７に記載の航空機乗務員自動化システム。
【請求項９９】
前記航空機乗務員自動化システムは、前記作動システムを介して前記航空機を制御するように構成される、請求項７８に記載の航空機乗務員自動化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
政府による意向の声明
［０００１］本発明は政府の支持により、国防総省国防高等研究事業局（ＤＡＲＰＡ）によって授与された契約番号：ＨＲ００１１−１５−００２７で行われた。政府は、本発明において一定の権利を有する。
【０００２】
関連出願の相互参照
［０００２］本出願は、それぞれ「Ａｉｒｃｒｅｗ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」と題される２０１６年３月２２日出願の米国仮特許出願第６２／３１１６５９号明細書、及び２０１６年９月２日出願の米国仮特許出願第６２／３８３０３２号に基づく優先権を主張する。各出願は、本明細書に参照としてその全体が組み込まれる。
【０００３】
［０００３］本発明は、操縦装置システム、方法、及び装置の分野に関し、また更に具体的には、航空機の状態の監視及び／又は自動化された航空機乗務員を提供するためのシステム、方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
［０００４］コックピットの自動化に伴う最近の経験により、操縦室に付加的機能を追加する従来の方法は複雑性を増加させ、自動化に過度に依存する原因となり、特に危機的な状況において、必ずしも作業負荷を削減するわけではないことが明らかとなった。更なる課題は、高い信頼性及び検証可能性を提供するために、アビオニクスメーカーが厳しい要件に基づく設計、及び全て所望される改善の変更命令を開始したことである。このため、旧来の航空機の転換には一般に法外な費用がかかり、要件、検証、及びテストにおいて大規模な設備投資が必要となる。
【０００５】
［０００５］バージニア州マナッサスのオーロラフライトサイエンス社は、離陸中、巡航中、及び着陸中にＤｉａｍｏｎｄ  ＤＡ４２  ツインスターを操縦することができる右席パイロット支援を以前開発している。Ｃｅｎｔａｕｒと称される右席パイロット支援は、元の型式証明に影響を及ぼすことなく、ＤＡ４２に設置し、またＤＡ４２から取り去ることができるため、航空機の元の証明書が維持される。Ｃｅｎｔａｕｒは、第１の操縦装置及びそれ自体のアビオニクス一式の機械的作動を含み、監督者の任務についているパイロットによって使用されうる、あるいは完全に無人機として使用されうる。例えば、Ｃｅｎｔａｕｒはラップトップ上で飛行計画を導いている、飛行機の後部座席にいる操作者によって操縦されうる。Ｃｅｎｔａｕｒは多数の特徴を提供するが、これには幾つかの欠点がある。具体的には、（１）Ｃｅｎｔａｕｒのハードウェアは他の航空機に移植することができず、ソフトウェアのプラグアンドプレイも他の機能に拡張することができない、（２）Ｃｅｎｔａｕｒのシステムの一部は侵襲的であり、航空機（すなわち、ＤＡ４２）に非常に限られた方法で既存のアビオニクス配線の中に割り込ませる必要がある、（３）Ｃｅｎｔａｕｒでは、機上のパイロットが操作者として例えば飛行計画を導く等のタスクを実施することができない、（４）Ｃｅｎｔａｕｒは、それ自体が操縦している航空機についての知識を獲得しない。
【０００６】
［０００６］したがって、多額の出費又は証明書の更新をせずに、新たな性能の迅速な導入、安全性の向上、機能性の成長、及びパイロットの作業負荷の削減を可能にするオープンアーキテクチャシステムが必要である。また、デジタル飛行エンジニアとして効果的に機能しうる、継続的な航空機の状態の監視、及び情報の拡張をパイロットに提供する必要もある。例えば本書に開示される航空機乗務員自動化システムは、これらの必要に対処し、証明書の負担を最小限に抑えながら新たな機能を素早く導入することを可能にする一方で、（例えば、仮設置を介して）全機体間で移植可能である。後に記載するように、航空機乗務員自動化システムは、様々なエンドユーザに大きな利益を提供しうる。例示の用途には、疲労と退屈が原因で乗務員の注意力が低減しうる航空機の運航が含まれ、この場合、航空機乗務員自動化システムは、パイロットに警告することによって、またある場合には、航空機の制御を担うことによって運航におけるリスクを低減させる。他の例示の用途は、人間のエラーの可能性により、現在は航空機のフル活用（例えば、低高度運航）、同時運航、無人飛行、有人の編隊長機が率いる無人編隊、及び包括的データのロギングによる報告機能の改善が制限されるところに存在する。
【発明の概要】
【０００７】
［０００７］本発明は、操縦システム、方法、及び装置を対象し、また更に具体的には、航空機の状態の監視及び／又は自動化された航空機乗務員を提供するためのシステム、方法、及び装置を対象とする。
【０００８】
［０００８］第１の態様によれば、航空機において使用される航空機乗務員自動化システムは、一または複数のインターフェースを介して複数のシステム又はサブシステムを動作可能に接続させるコアプラットフォームと、パイロットと航空機乗務員自動化システムとの間のインターフェースを提供するためにコアプラットフォームに動作可能に結合されたヒューマンマシンインターフェースと、航空機に固有の情報を決定するためにコアプラットフォームに動作可能に結合された知識獲得システムと、航空機の一または複数のコックピット計器を監視して飛行状況データを生成するためにコアプラットフォームに動作可能に結合された認識システムとを含む。
【０００９】
［０００９］第２の態様によれば、航空機において使用される航空機乗務員自動化システムは、一または複数のインターフェースを介して複数のシステム又はサブシステムを動作可能に接続させるコアプラットフォームと、パイロットと航空機乗務員自動化システムとの間のインターフェースを提供するためにコアプラットフォームに動作可能に結合されたヒューマンマシンインターフェースと、航空機に固有の情報を決定するためにコアプラットフォームに動作可能に結合された知識獲得システムと、飛行状況データを収集する又は生成するためにコアプラットフォームに結合された航空機状態監視システムと、コアプラットフォームからの命令への応答に基づいて航空機の操縦装置のうちの１つを作動させるためにコアプラットフォームに動作可能に結合された作動システムとを含む。
【００１０】
［００１０］第３の態様によれば、航空機において使用される航空機乗務員自動化システムは、一または複数のインターフェースを介して複数のシステム又はサブシステムを動作可能に接続させるコアプラットフォームと、パイロットと航空機乗務員自動化システムとの間のインターフェースを提供するためにコアプラットフォームに動作可能に結合されたヒューマンマシンインターフェースであって、複数のタスクをタスクリストの形態でタッチスクリーンディスプレイを介して表示するように構成されたヒューマンマシンインターフェースと、航空機に固有の情報を決定するためにコアプラットフォームに動作可能に結合された知識獲得システムと、飛行状況データを収集する又は生成するためにコアプラットフォームに結合された航空機状態監視システムとを含む。
【００１１】
［００１１］第４の態様によれば、航空機において使用される航空機乗務員自動化システムは、航空機に固有の情報を決定する知識獲得システムと、飛行状況データを生成するために航空機の一または複数のコックピット計器を監視する認識システムと、少なくとも一部において前記飛行状況データに基づいて航空機の状態を決定する知識獲得システムと認識システムとに動作可能に接続されたコアプラットフォームと、航空機の状態を表示するためにコアプラットフォームに動作可能に結合されたヒューマンマシンインターフェースとを含む。
【００１２】
［００１２］第５の態様によれば、航空機において使用される航空機乗務員自動化システムは、航空機に固有の情報を決定する知識獲得システムと、飛行状況データを生成するために航空機の一または複数のコックピット計器を監視する航空機状態監視システムと、少なくとも一部において前記飛行状況データに基づいて航空機の状態を決定するために知識獲得システムと航空機状態監視システムとに動作可能に接続されたコアプラットフォームと、航空機の状態を表示するためにコアプラットフォームに動作可能に結合されたヒューマンマシンインターフェースとを含む。
【００１３】
［００１３］特定の態様では、航空機乗務員自動化システムはビークルに依存しない。
【００１４】
［００１４］特定の態様では、航空機乗務員自動化システムは認識システムである。
【００１５】
［００１５］特定の態様では、航空機状態監視システムは、一または複数のコックピット計器に有線接続されている。
【００１６】
［００１６］特定の態様では、航空機乗務員自動化システムは、一または複数の運航アプリケーション又はハードウェアインターフェースを相互接続させるためのミドルウェアとして動作するオペレーティングシステムを用いる。
【００１７】
［００１７］特定の態様では、航空機乗務員自動化システムは、航空機を制御しながら、あるいは航空機を制御せずに、パイロットに継続的な航空機の状態の監視及び情報の拡張を提供するように構成される。
【００１８】
［００１８］特定の態様では、オートパイロットマネージャは、航空機乗務員自動化作動モジュール又は航空機作動モジュールを制御するように構成される。
【００１９】
［００１９］特定の態様では、コアプラットフォームから、少なくとも一部において航空機の状態に基づいて命令が生成される。
【００２０】
［００２０］特定の態様では、コアプラットフォームは、ヒューマンマシンインターフェースのディスプレイを介して現在の航空機の状態を表示する。
【００２１】
［００２１］特定の態様では、コアプラットフォームは、オープンアーキテクチャを用いる。
【００２２】
［００２２］特定の態様では、コアプラットフォームは、操縦装置システム及び／又はミッションコントロールシステムを含む。
【００２３】
［００２３］特定の態様では、コアプラットフォームは、少なくとも一部において飛行状況データに基づいて、航空機の操縦システムに一または複数の命令を通信するように構成される。
【００２４】
［００２４］特定の態様では、コアプラットフォームは、コアプラットフォームに結合された一または複数のシステムから収集された情報を使用して、安全な運航を維持するのに必要な航空機のシステム、構成、及び手順の理解を発展させるように構成される。
【００２５】
［００２５］特定の態様では、コアプラットフォームは、現在の航空機の状態を決定するために、飛行状況データを受信し、集約するように構成される。
【００２６】
［００２６］特定の態様では、コアプラットフォームは、（１）システム又はサブシステムの除去又は動作停止、又は（２）システム又はサブシステムの設置又は作動を可能にするために、プラグアンドプレイソフトウェアで構成される。
【００２７】
［００２７］特定の態様では、操縦システムは、オートパイロットマネージャ、ビークルマネージャ、状態推定モジュール、認識モジュール、又はナビゲーションモジュールのうちの一または複数を含む。
【００２８】
［００２８］特定の態様では、飛行状況データは、航空機の対気速度、高度、及び垂直速度を含む。
【００２９】
［００２９］特定の態様では、ハードウェアインターフェースは、第１の作動インターフェース、第２の作動インターフェース、航空機状態インターフェース、又はＨＭＩインターフェースのうちの少なくとも１つを含む。
【００３０】
［００３０］特定の態様では、ヒューマンマシンインターフェースはタブレットコンピュータである。
【００３１】
［００３１］特定の態様では、ヒューマンマシンインターフェースにより、パイロットが航空機乗務員自動化システムを制御し、航空機乗務員自動化システムと通信することが可能になる。
【００３２】
［００３２］特定の態様では、ヒューマンマシンインターフェースは複数の選択可能なタブを有するツールバーを含む。
【００３３】
［００３３］特定の態様では、ヒューマンマシンインターフェースはタッチスクリーンディスプレイを含む。
【００３４】
［００３４］特定の態様では、タッチスクリーンディスプレイは暗視ゴーグルに対応している。
【００３５】
［００３５］特定の態様では、ヒューマンマシンインターフェースは、複数のタスクをタスクリストの形態でタッチスクリーンディスプレイに表示するように構成される。特定の態様では、複数のタスクの各タスクは、例えば、少なくとも一部においてタッチスクリーンディスプレイを介したパイロットの入力に基づいて、完了したか、あるいは完了していないかのいずれかのマークがつけられる。
【００３６】
［００３６］特定の態様では、ヒューマンマシンインターフェースは、チェックリスト、性能状態警報、航空機の状態の予測、及び故障予知のうちの少なくとも１つを表示するように構成される。
【００３７】
［００３７］ある態様では、ヒューマンマシンインターフェースは、パイロットからの言語コミュニケーションを認識するために音声認識技術を用いる。
【００３８】
［００３８］ある態様では、ヒューマンマシンインターフェースは、パイロットからの言語コミュニケーションに応じて言語応答を生成するように構成されている。
【００３９】
［００３９］ある態様では、航空機の固有の情報は、航空機が特有の誤操作に影響を受けやすいか否かを含む。
【００４０】
［００４０］ある態様では、知識獲得システムは、ビークルに依存しない航空機乗務員自動化システムを生み出すために、航空機に固有の情報を決定するように構成される。
【００４１】
［００４１］ある態様では、知識獲得システムは、コックピット計器のレイアウトを決定するように構成される。
【００４２】
［００４２］ある態様では、運航アプリケーションは、正常運航アプリケーション、異常検出アプリケーション、事象運航アプリケーション、知能、監視、及び偵察（「ＩＳＲ」）アプリケーション、トレンド認識アプリケーション、又は空中給油アプリケーションのうちの少なくとも１つを含む。
【００４３】
［００４３］ある態様では、認識システムは、航空機の一または複数のコックピット計器を視覚的に監視するカメラを有する視覚システムを含む。
【００４４】
［００４４］ある態様では、複数の選択可能なタブは、ルートタブ、手順タブ、較正タブ、及びアプリケーションタブのうちの一または複数を含む。
【００４５】
［００４５］ある態様では、航空機乗務員自動化システムは更に、コアプラットフォームに動作可能に結合された作動システムを備える。
【００４６】
［００４６］ある態様では、作動システムは、第１の作動システムと、第１の作動システムから分離した第２の作動システムとを含む。
【００４７】
［００４７］ある態様では、航空機乗務員自動化システムは、作動システムを介して航空機を制御するように構成される。
【００４８】
［００４８］ある態様では、第１の作動システムは、航空機の第１の操縦装置の作動を制御する、及び／又は第２の作動システムは、航空機の第２の操縦装置の作動を制御する。
【００４９】
［００４９］ある態様では、航空機の第１の操縦装置は、一または複数の操縦かん制御又はヨーク制御を含む。
【００５０】
［００５０］ある態様では、航空機の第２の操縦装置は、一または複数のスイッチ及び／又はノブを含む。
【００５１】
［００５１］ある態様では、第１の作動システムは、フレームと、連結アームの近位端においてフレームに結合された連結アームと、航空機の第１の操縦装置のうちの少なくとも１つと係合するように連結アームの遠位端に位置づけされたグリッパとを含む。
【００５２】
［００５２］ある態様では、第１の作動システムは、航空機の第１の操縦装置のうちの少なくとも１つと係合するグリッパを有する連結アームを含む。
【００５３】
［００５３］ある態様では、グリッパは複数のＤＯＦ（自由度）接続を介して連結アームに結合される。
【００５４】
［００５４］ある態様では、連結アームは回転可能であり、連結アームの近位端において可動基部を介してフレームに滑動可能に結合される。
【００５５】
［００５５］ある態様では、第２の作動システムは、Ｙ軸及びＸ軸を画定するＸＹプロッタと、航空機の第２の操縦装置のうちの少なくとも１つと係合するツールと、Ｙ軸及びＸ軸に沿ってツールを移動させる制御システムとを含む。
【００５６】
［００５６］ある態様では、ツールは、スイッチ又はノブをそれぞれ係合させる、スイッチアクチュエータ及びノブアクチュエータを用いて構成される多目的ツールである。
【００５７】
［００５７］本発明のこれらの利点及び他の利点は、以下の明細及び添付の図面を参照することにより簡単に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１ａ】航空機乗務員自動化システムの一例を示すブロック図である。
【図１ｂ】図１ａのサブシステム間の情報データの流れの一例を示す図である。
【図１ｃ】コアプラットフォームの一例を示すブロック図である。
【図２】コアプラットフォームのアーキテクチャの一例を示す図である。
【図３ａ】ルートアプリケーションを示す第１のヒューマンマシンインターフェースの一例を示す図である。
【図３ｂ】手順チェックリスト及び航空機の性能状態の警告画面を示す第２のヒューマンマシンインターフェースの一例を示す図である。
【図４】認識システムの一例を示すブロック図である。
【図５ａ】第１の作動システムの一例を示す図である。
【図５ｂ】第１の作動システムの一例を示す図である。
【図５ｃ】第２の作動システムの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
［００６７］本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照しながら以下に説明しうる。以下の説明において、本発明が不必要な詳細でわかりにくくなる可能性があるため、周知の機能又は構造物は詳細には記載しない。本開示において、以下の用語及び定義が適用される。
【００６０】
［００６８］本書で用いる用語「回路（ｃｉｒｃｕｉｔｓ）」及び「電気回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）」は、ハードウェアを構成しうる、ハードウェアによって実行されうる、及び／又はハードウェアと何らかの形で関連づけられうる物理的電子構成要素（すなわちハードウェア）及びいずれかのソフトウェア及び／又はファームウェア（「コード」）を指すものである。本書で使用する例えば特定のプロセッサ及びメモリは、一または複数の第１のコードラインのセットを実行するときは第１の「回路」を含んでいてよく、一または複数の第２のコードラインのセットを実行するときは第２の「回路」を含んでいてよい。
【００６１】
［００６９］本書で用いる「及び／又は」は、「及び／又は」によって結合されたリスト内の一または複数のいずれかのアイテムを意味する。一例として、「ｘ及び／又はｙ」は、３つの要素のセット「（ｘ）、（ｙ）、（ｘ、ｙ）」のいずれかの要素を意味する。すなわち、「ｘ及び／又はｙ」は、「ｘ及びｙの一方あるいは両方」を意味する。別の例として、「ｘ、ｙ、及び／又はｚ」は、７つの要素のセット｛（ｘ）、（ｙ）、（ｚ）、（ｘ、ｙ）、（ｘ、ｚ）、（ｙ、ｚ）、（ｘ、ｙ、ｚ）｝のいずれかの要素を意味する。すなわち、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、「ｘ、ｙ及びｚの一又は複数」を意味する。本書で用いる用語「例示」とは、非限定的な例、実例、又は説明の役割を果たすことを意味する。本書で用いる用語「例：」及び「例えば」は、非限定的な例、実例、又は説明のうちの一または複数のリストの開始点である。
【００６２】
［００７０］本書で使用する用語「約」及び「おおよそ」は、値（又は値の範囲）を変更する、あるいは説明するために使用する際に、その値又は値の範囲に合理的に近接していることを意味する。したがって、本書に記載の実施形態は、記載された値及び値の範囲にのみ限定されず、合理的に実行可能な逸脱も含むべきである。本書で用いる回路又はデバイスは、回路又はデバイスが機能を実施するのに必要なハードウェア及びコード（いずれかが必要な場合）を含む場合はいつでも、機能の実施が（例えばユーザによって構成可能な設定、工場の調整等によって）無効であるか否か、有効になっていないかどうかにかかわらず、機能を実施するように「動作可能」である。
【００６３】
［００７１］本書で使用する用語「航空ビークル」及び「航空機」とは、非限定的に、従来の滑走路離着陸の航空機及び垂直離着陸（「ＶＴＯＬ」）の航空機の両方を含む、飛行が可能なマシンを指すものである。ＶＴＯＬ航空機は、固定翼航空機（例：ハリヤージェット）、回転翼機（例：ヘリコプター）、及び／又はティルトローター／ティルトウイング航空機を含みうる。
【００６４】
［００７２］本書で使用する用語「通信する」及び「通信している」とは、発信源から送信先へデータを（１）伝送している、あるいは伝達している、及び／又は送信先に送られるデータを通信媒体、システム、チャネル、ネットワーク、デバイス、配線、ケーブル、ファイバー、回路、及び／又はリンクへ送っていることを指す。本書で使用する用語「データベース」とは、データあるいはデータの組織体が表される方法にかかわらず、関連データの組織体を意味する。例えば、関連データの組織体は、一または複数のテーブル、マップ、グリッド、パケット、データグラム、フレーム、ファイル、電子メール、メッセージ、ドキュメント、レポート、リスト、又は他のいずれかの形態で表されるデータの一または複数の形態であってよい。
【００６５】
［００７３］本書に開示されるのは、とりわけ、パイロットのアシスタント（又は副操縦士）あるいはフライトエンジニアとして機能するように構成されたシステムである。上記の航空機乗務員自動化システムは、事象を検出し、それらに応答しながら、必要な飛行及び飛行計画の活動、チェックリスト、及び手順を正確な飛行段階で自動的に実行して、航空機を離陸から着陸まで運航させるように構成されうる。それと同時に、パイロット（例：人間のパイロット又は操作者）には、航空機乗務員自動化システムに動作可能に結合された、使いやすいヒューマンマシンインターフェースを通して継続的に情報が通知されうる。つまり、航空機乗務員自動化システムは、パイロットにリアルタイムの情報及び／又はフィードバックを提供しうる。例えば、航空機乗務員自動化システムは、達成しつつある手順に対する航空機の状態を示しうる。航空機乗務員自動化システムは、必要に応じて、ロボットのアクチュエータを通して航空機の制御を取り戻すように構成されうる。
【００６６】
［００７４］これにより、パイロットが、例えば高レベルの意思決定及び飛行計画のプラン作成等、人間に最も適切なタスクを実施することが可能になる。しかしながら、例えば制御装置の操作、チェックリストの実行、及び航空機のエンジン及び性能データの監視を含む自動化に最も適したタスクは、航空機乗務員自動化システムによって処理されうる。更に、航空機乗務員自動化システムは、パイロットが現在利用可能でない外部情報、あるいは特定の航空機の共通システムの故障、あるいは特定の空港で航空管制が通常どのように通行の経路設定をするか等の経験によってのみ得られる外部情報にアクセスする能力を有しうる。航空機乗務員自動化システムは、アシスタント又は主要パイロットとして動作するように構成することができ、これにより、そのように構成された場合に、人間の操作者の必要性が完全に除去される。あるいは、航空機乗務員自動化システムは、実際に航空機を制御することなく、パイロットに継続的な航空機状態の監視及び情報の拡張を提供するように機能しうる。例えば、航空機乗務員自動化システムは、チェックリスト、計器、エンジン状態、空域、飛行範囲等を監視する、パイロットの「第２の眼」として機能しうる。
【００６７】
［００７５］侵襲的で、設置の専門知識をかなり要する既存のロボットによるオートパイロット及びパイロット支援システムとは違い、本発明の態様に係る航空機に固有の航空機乗務員自動化システムは、迅速な非侵襲的な設置を可能にするシステムアーキテクチャ及び知識獲得システムを採用し、これにより、広範な使用が促進され、航空機乗務員自動化システムを様々な航空機における使用に迅速に適合させることが可能になる。更に、航空機乗務員自動化システムのデータ収集及び認識システムは、既存のロボットのオートパイロットの場合のように、ＧＰＳ、加速、配向、及び方位に限定されない。実際、航空機乗務員自動化システムは、独立型センサ、計器画像データのキャプチャ（例：温度、高度、レーダ、フラップ角度等）の両方を用いることによって、また測定する、検出する、あるいはそうでなければパイロットの入力を受信することによって、航空機の性能をより良くキャプチャするために、既存のデータ収集及び認識システムの能力を上回る。更に、航空機乗務員自動化システムのコアプラットフォーム及び第１の及び第２の操縦装置作動システムの設計により、様々な航空機間での移植性が有効になる。したがって、既存のロボットのオートパイロット又はパイロット支援システムとは異なり、航空機乗務員自動化システムを仮設置して、航空機に侵襲的な変更を行うことなく、航空機から航空機へ簡単に移すことが可能である。航空機乗務員自動化システムは更にそれ自体のモジュール設計を通して、航空機が進化すると廃れてしまうような一点解決策を計画する可能性を低減させる。
【００６８】
［００７６］航空機乗務員自動化システムのサブシステムの組合せは、航空機の物理的状態の高忠実度の知識をパイロットに提供し、例えば予測モデルに基づいて、予期される状態からのすべての逸脱をそのパイロットに通知する。この状態認知を、例えば発展中の緊急状態に対する警報、燃料状態の計算、氷結状態の通知などのパイロットにとって有用な情報に直接置き換えることができる。例えば、航空機乗務員自動化システムはまた、デジタルフライトエンジニアとしての役割も果たし、これにより、チェックリスト、計器、エンジン状態、空域、飛行範囲などを監視することによってパイロットに助言することができる。
【００６９】
［００７７］既存の航空機に非侵襲的に設置できるこの機上搭載型の航空機乗務員自動化システムは、視覚的に及び他のセンサを介して航空機の状態を認識し、航空機状態ベクトル及び他の航空機の情報を導出し、予期される航空機の状態からのすべての逸脱をパイロット又は管制塔へ通信する。航空機乗務員自動化システムは、（例えば認識システムを介して）非侵襲的に設置することが可能であり、あるいは、侵襲的であってもよい。例えば、航空機乗務員自動化システムは、例えば航空機状態監視システムを介して、コックピット計器パネルと（例えば計器パネルの裏面を介して）電子的に結合されうる。代替的に、航空機乗務員自動化システムは、一体型であり、航空機の製造中に恒久的に設置されうる。作動システムと合わせて、航空機乗務員自動化システムは更に、航空機を制御し、航空機を自律的に航行させうる。
【００７０】
［００７８］システムレベルアーキテクチャ飛行活動の実行に関する職務と作業負荷を共有するために、航空機乗務員自動化システム１００は、航空機の型式、モデル、又は種類にかかわらず、パイロットが飛行中に定期的に実施するであろう行動を実行することが可能であるべきである。一態様に係る航空機乗務員自動化システム１００の例示のシステムアーキテクチャを、図１ａ〜１ｃに示す。図１ａに示すように、コアプラットフォーム１０２は、一または複数のインターフェースを介して他のサブシステムを接続させる中心サブシステムとして動作しうる。サブシステムは、有線及び／又は無線通信プロトコル及びハードウェアを使用して、ソフトウェア及び／又はハードウェアインターフェース１５６を通して互いに通信しうる。図１ｂに、様々なサブシステム間の情報（例：データ）の流れの一例を示す。
【００７１】
［００７９］航空機乗務員自動化システム１００は、例えば以下に挙げるサブシステム等の複数のサブシステムに動作可能に結合されたコアプラットフォーム１０２を備えうる。航空機乗務員自動化システム１００の複数のサブシステムは各々モジュールであってよく、これにより、航空機乗務員自動化システム１００全体を別の航空機に実質的にすばやく移植することが可能である。例えば、様々なサブシステムは、一または複数のソフトウェア及び／又はハードウェアインターフェース１５６を使用して、コアプラットフォーム１０２を介して互いに取り外し可能に、及び通信可能に結合されうる。特定の態様では、しかしながら、航空機乗務員自動化システム１００は代替的に、航空機のシステムと一体であることにより、飛行機内のすべてのセンサ及び測定器を直接用いることができる。例えば、航空機乗務員自動化システム１００、又はその構成要素は、それ自体の設計及び製造中に航空機の中に統合されうる。
【００７２】
［００８０］複数のサブシステムは、例えば、各々がコアプラットフォーム１０２に動作可能に結合されうる、認識システム１０６、作動システム１０８、ヒューマンマシンインターフェース（「ＨＭＩ」）システム１０４、及び操縦システム１１６を含みうる。特定の態様では、別の航空機状態監視システムの使用を介して認識システム１０６の必要が軽減されうる、あるいは必要をなくすことができる。例えば、航空機乗務員自動化システム１００は、計器パネルと（例：通信可能に、あるいは電子的に）結合されうる、あるいは他の方法で航空機又は航空機のシステムと統合されうる。しかしながら、上記統合には、航空機又は航空機の配線をある程度変える必要がありうることが予期されうる。航空機乗務員自動化システム１００及び／又はコアプラットフォーム１０２はまた、知識獲得システム１１４及び通信システム１２２も備えうる、あるいはこれらにも動作可能に結合されうる。モジュール構成により更に、操作者が不必要なシステム又はモジュールを除去する／無効にすること、あるいは追加のシステム又はモジュールを追加する／設置することが可能になる。例えば、航空機乗務員自動化システム１００は、ＨＭＩシステム１０４を介してのみ（すなわち航空機を制御する能力を持たずに）パイロットへ情報を提供するように構成され、重量、コスト、及び／又は電力消費を削減するために作動システム１０８を除去するあるいは無効にすることができる。したがって、構成に応じて、航空機乗務員自動化システム１００は、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、より少ない、あるいは追加のモジュール、構成要素、又はシステムを用いるように構成されうる。
【００７３】
［００８１］運航中、操縦システム１１６は、別のサブシステム（例：認識システム１０６）からの情報データに基づいて航空機の状態を導出し、航空機の安定性を維持するような方法で動的に運航するように別のサブシステム（例：作動システム１０８）に指示する。例えば、操縦システム１１６はコアプラットフォーム１０２からビークルモード命令と構成データを受信しながら、操縦システム１１６によって生成されたステータス及び命令情報をコアプラットフォーム１０２に送ることができる。例えば、コアプラットフォームは、少なくとも一部において飛行状況データに基づいて、航空機状態監視システム１１２、認識システム１０６、又はこれらの組合せから取得されうる一または複数の命令を航空機の操縦システム１１６へ通信するように構成されうる。
【００７４】
［００８２］操縦システム１１６は、固定翼航空機及び回転翼航空機で使用される操縦デバイス又はシステム等の既存の操縦デバイス又はシステムを含みうる、あるいはこれらと通信しうる。通信システム１２２は、例えばネットワークを介して、航空機乗務員自動化システム１００が他のデバイス（遠隔の又は距離が離れたデバイスを含む）と通信するのを可能にする。通信システム１２２は、通信命令及び構成データをコアプラットフォーム１０２から受信し、通信システム１２２からのステータス及び応答情報をコアプラットフォーム１０２へ送信することができる。
【００７５】
［００８３］コアプラットフォーム１０２図２に、コアプラットフォーム１０２の一例のアーキテクチャ概略図を示す。ビークルに依存しない航空機乗務員自動化システム１００を可能にするために、コアプラットフォーム１０２は、初期の遷移及びセットアップ段階を通して特定の航空機及び構成に固有なものに作られうるミドルウェアを提供しうる、あるいはそうでなければそのように機能しうる。つまり、ミッションコントロールシステム１１０は、運航アプリケーション２０２のセットにサービスを提供するオペレーティングシステム２０６を提供し、これらのアプリケーションを有効にするのに必要なデータを収集しログを取りながら、ハードウェアインターフェース２０４又はＨＭＩシステム１０４のセットの一または複数へ信号を出力しうる。
【００７６】
［００８４］コアプラットフォーム１０２は、それ自体が取得した情報を基にシステム全体の状態を決定するために、認識システム１０６及びＨＭＩシステム１０４からの入力を同期させる第１の自律エージェント及び意思決定者として機能する。コアプラットフォーム１０２は、様々なセンサ一式からの入力を処理し、結果として得られた情報を集約して、現在の航空機の状態の理解につなげうる。結果として得られた情報は航空機乗務員自動化システム１００の状態の推定に関連するため、これは、航空機乗務員自動化システム１００のパイロットの意図、システムの性能状態の理解、及び適切な航空機の手順の理解を包含する航空機に固有のファイルと比較されうる。結果的に得られた状態についての知識と関連する勧告は、ＨＭＩシステム１０４を介して人間のパイロットへ、あるいは、特定の態様では、自律運航を可能にするために操縦システム１１６及び／又は作動システム１０８へ送られうる。航空機乗務員自動化システム１００はさらに、後の分析のために、パイロットの訓練を促進するのに使用されうる、詳しい訓練及び運航の結果報告を提供しうる所与の飛行のログを生成しうる。ログを、例えば、運航品質保証分析、保全解析等に関連させて使用することができる。
【００７７】
［００８５］図示したように、コアプラットフォーム１０２は、各々がハードウェア（例：固定コネクタあるいは取り外し可能なコネクタ）とソフトウェアとの組み合わせであってよい一または複数のソフトウェア及び／又はハードウェアインターフェース１５６を介して互いに、及び他のサブシステムと通信するように構成されたミッションコントロールシステム１１０及び操縦装置１１８を備えうる。コアプラットフォーム１０２は、航空機及び手順状態を追跡する様々なソフトウェアプロセスだけでなく、トレンド分析（予測警報）及びマシン学習ルーティンのためのいずれかのモジュールをホストすることができる。特定の態様では、航空機乗務員自動化システム１００及び／又はコアプラットフォーム１０２は、リソース競合の解決に物理的なデバイス構成又はユーザの干渉を必要とせずに、航空機乗務員自動化システム１００内部のサブシステムのハードウェア構成要素を見つけやすくするコンピュータバス及び仕様書を（例えばインターフェースとして）用いることができる。上記構成は、「プラグアンドプレイ」と称されうる。したがって、ユーザはシステム又はサブシステム（例：モジュールとして）を、実質的な変更を行う又は統合する労力を必要とせずに、コアプラットフォーム１０２を介して簡単に航空機乗務員自動化システム１００に追加する又は除去することができる。
【００７８】
［００８６］コアプラットフォーム１０２の出力を使用して、ＨＭＩシステム１０４へメッセージを提供することができる。メッセージは例えば、チェックリストの進行具合、開始される事象、発信される警報等を示すことができる。コアプラットフォーム１０２はまた、例えば性能再調査能力を提供するため、また飛行中のリセットに対するロバスト性を提供するための飛行データレコーダも含みうる。ハードウェア及び様々なコンピュータの耐性を高め、例えば認識コンピュータ等の他のデバイスと筐体を共有することも可能である。以下に説明するように、コアプラットフォーム１０２は、全地球測位システム（「ＧＰＳ」）／慣性ナビゲーションシステム（「ＩＮＳ］）システム１５４及び電力管理システム（例：２８ＶＤＣ電力）に動作可能に結合されうる。コアプラットフォーム１０２はまた、例えば性能再調査能力を提供するため、また飛行中のリセットに対するロバスト性を提供するための飛行データレコーダも含みうる。
【００７９】
［００８７］ミッションコントロールシステム１１０は一般に、各々、一または複数のデータバス１２４を介して互いに通信可能に連結されたミッションマネージャ１３２、標準インターフェース１３０（例：ＳＴＡＮＡＧインターフェース）、状態認知マネージャ１５８、及び他の運航構成要素１２０（例：ハードウェア及びソフトウェアコントローラ及び／又はインターフェース）を備える。コアプラットフォーム１０２のオープンアーキテクチャにより、データバス１２４を介してシステムから受信した追加のデータの組込みが可能になる。特定の態様では、ミッションコントロールシステム１１０は、飛行状況データを収集するために、ビークルシステムのインターフェースを介して航空機の一または複数のコックピット計器と結合されていてよい。他の態様では、ミッションコントロールシステム１１０は、航空機、及び／又は認識システム１０６との直接接続を介して飛行状況データを収集しうる又は生成しうる航空機状態監視システム１１２を介して、航空機状態インターフェースを通し、飛行状況データを収集しうる。
【００８０】
［００８８］図示したように、ミッションコントロールシステム１１０は、第２の作動システム１０８ｂ（例：自動操縦が必要であるときに）、認識システム１０６、及びヒューマンマシンインターフェース１２６（例：パイロットからの入力を伝達し、パイロットに情報を表示するソフトウェア及び／又はハードウェア）を含むＨＭＩシステム１０４、及び地上局１２８に動作可能に結合されうる。ミッションコントロールシステム１１０は、ミッションマネージャ１３２を介して操縦装置１１８と通信しうる。
【００８１】
［００８９］操縦装置１１８は、例えばオートパイロットマネージャ１３４とビークルマネージャ１３６とを含みうる。ビークルマネージャ１３６は一般に、ナビゲーションと、航空機の位置及び状態を決定する責任を負っていてよい。ビークルマネージャ１３６は、認識モジュール１３８を介して認識システム１０６から及びナビゲーションモジュール１４０を介してＧＰＳ／ＩＮＳシステム１５４から受信した情報を使用して、航空機の推定される状態を決定する状態推定モジュール１４２に結合されていてよい。
【００８２】
［００９０］オートパイロットマネージャ１３４は一般に、例えばビークルマネージャ１３６及びミッション制御システム１１０から受信した情報に基づいて、航空機の飛行を制御する責任を負っている。オートパイロットマネージャ１３４は、とりわけ、新規の又は既存の（そして操縦装置１５０を含む）操縦システム１５２だけでなく、航空機乗務員自動化モジュール１４４及び航空機作動モジュール１４６を制御する。航空機乗務員自動化作動モジュール１４４は、第１の作動システム１０８ａを制御することができ、航空機作動モジュール１４６は、航空機の制御装置１４８（例：様々な操縦面及びアクチュエータ）を制御することができる。
【００８３】
［００９１］特定の態様では、操縦装置１１８の構成要素は、操縦システム１１６の特定の構成要素と重複しうる。例えば、特定の態様（例えば冗長性は必要なく、非侵襲的統合が可能である）では、コアプラットフォーム１０２は既存の航空機のソフトウェア及び／又はハードウェアを確実に活用することができ、これにより、追加のハードウェア、例えば特定の操縦装置１１８の構成要素、及び／又はＧＰＳ／ＩＮＳシステム１５４の必要がなくなる。
【００８４】
［００９２］オープンアーキテクチャコアプラットフォーム１０２は、オープンアーキテクチャで他のサブシステムを（例：個々のアプリケーションとして）接続させ、制御する航空機乗務員自動化システム１００の中心サブシステム、又はインターフェースとして機能する。他のサブシステムは、例えば、操縦システム１１６（いずれかの飛行計画機能を含む）、ＨＭＩシステム１０４、作動システム１０８（必要に応じて自律運航を提供する第１及び第２の作動システム）、認識システム１０６、知識獲得システム１１４、及び他のサブシステム２３６を含む。したがって、他の航空機乗務員自動化システム１００のハードウェアの制御は、特定のハードウェアに固有の別々のアプリケーションを介して提供されていてよく、これにより、新たなシステム又は他の外部の飛行計画支援技術の迅速な統合が可能になる。
【００８５】
［００９３］コアプラットフォーム１０２のアーキテクチャにより、新たな航空機に移る際の、あるいは新たな飛行計画の特徴／能力を組み込むための迅速な移植性及び拡張性が有効になる。したがって、アプリケーションを使用することにより、航空機乗務員自動化システム１００がその航空機に固有の、あるいは他の必要な情報を取得する、あるいは新たな能力を付与することが可能になりうる。例えば、航空機に固有の機能だけでなく、飛行計画、航空機又は乗務員の要件によって交換されうる、航空機乗務員自動化システム１００の能力のライブラリの拡大を表す、コアプラットフォーム１０２又は他のサブシステム内で動作する個々のアプリケーションによって遷移及びセットアップを処理することが可能である。特定の態様では、遷移プロセスは、航空機乗務員自動化システム１００（例えば手順エディタ等）外部のソフトウェアアプリケーションによってサポートされうる。
【００８６】
［００９４］航空機データ構造２０８オペレーティングシステム２０６は、運航アプリケーション２０２、ハードウェアインターフェース２０４、及び例えば知識獲得システム１１４等の他のサブシステムとを相互接続させるミドルウェアとして動作する。オペレーティングシステム２０６は、知識データベース２１０、手順データベース２１２、及び状態データベース２１４を含みうる航空機データ構造２０８を用いうる。
【００８７】
［００９５］航空機データ構造２０８は、コアプラットフォーム１０２が、航空機のシステム、構成、及び安全な運航を維持するのに必要な手順、及びその航空機の免許を持つパイロットが持つことが期待される他のすべての知識及び技能の完全な理解を発展させることを可能にすることによって、ビークルに依存しない航空機乗務員自動化システムを促進する。航空機データ構造２０８は、現在運航されている航空機についての必要な情報（例：操縦装置も出る、運航手順、航空機システム等）、内部状態センサから受信したデータ、及び他のサブシステム、又はセンサを含有する知識獲得システム１１４（後述する）によってデータが追加されうる。
【００８８】
［００９６］航空機データ構造２０８は、航空機を運航させるのに必要な全ての情報を含むように、知識獲得段階（例：最初の設定中）に特定の航空機に対してデータ追加と調節が行われる。例えば、新たな航空機に移行するときに、知識獲得システム１１４は、航空機の（例：コックピット計器等のコントローラ／出力の）レイアウト、性能パラメータ、及び他の特性を決定するために、既定の活動を実施しうる。既定の活動には、例えば、（１）どのシステムが搭載されており、これらがどのように構成されているか、作動制限等について航空機乗務員自動化システム１００に通知する、航空機のシステムモデルの生成、（２）正常な状況及び異常な状況において航空機をどのように運航するかを航空機乗務員自動化システム１００に通知する、チェックリストの体系化を更に含む手順体系化、（３）航空機をどのように操縦するか、そしてどの航空機の構成に対してどのような性能が予期されるかを航空機乗務員自動化システム１００に通知する空力モデル、及び（４）軍事行動についての情報
が含まれうる。
【００８９】
［００９７］コアプラットフォーム１０２はこの情報を、冗長性及びシステムロバスト性も改善する、内部状態センサのセットからのデータと組み合わせることにより、航空機乗務員自動化システム１００が、航空機の状態及びシステムのステータスの高精度な見積りを生成し、予期される動作具合からの逸脱を識別することができる。運航中、データ構造はとりわけ、航空機乗務員自動化システム１００、認識システム１０６、ＨＭＩシステム１０４、及び航空機乗務員自動化システム１００の内部状態感知によって集められたリアルタイムのデータで動的に更新される。所定の航空機の航空機データ構造２０８にデータが追加されると、航空機データ構造２０８はその後航空機ライブラリに保持され、航空機乗務員自動化システム１００が利用可能な同じ型式及びモデルの他の全ての航空機において使用されうる。航空機データ構造２０８は更に、航空機乗務員自動化システム１００によって追加のデータが生成され、及び／又は収集されるときに改善されうる。
【００９０】
［００９８］運航アプリケーション２０２コアプラットフォーム１０２は、航空機乗務員自動化システム１００に、複数の運航アプリケーション２０２を提供しうる。上記運航アプリケーション２０２の例には、非限定的に、正常運航アプリケーション２１６、異常検出アプリケーション２１８、事象運航アプリケーション２２０、知能、監視、及び偵察（「ＩＳＲ」）アプリケーション２２２（例：ＩＳＲ軌道）、トレンド認識アプリケーション２３８、又は空中給油アプリケーション３１６等の他の飛行計画固有の活動アプリケーション２２４が挙げられる。
【００９１】
［００９９］正常運航アプリケーション２１６により、事象がないことが想定された、離陸から着陸までの既定の飛行計画を航空機乗務員自動化システム１００が飛行させることが可能になる。正常運航アプリケーション２１６は、特定の飛行段階の必要に応じて、正常な飛行活動の継続的な実行に固有のものである。既定の飛行計画は、気象、航空管制の命令、航空交通量等の予期しない妨害に起因して、飛行中に変更されうる。
【００９２】
［０１００］異常検出アプリケーション２１８は、異常な状況の存在を検出し、事象が起きたか否かを識別するために、マシン学習技術を用いて、航空機の状態、クラスタを監視し、センサ入力を分類する。異常検出アプリケーション２１８は、感知された状態を特定の航空機のための運航文書（例えば、超過禁止の既定の対気速度、エンジン温度等）に規定された閾値のセットと比較するように構成されている。異常検出アプリケーション２１８はまた、感知された状態を航空機乗務員自動化システム１００が利用可能な追加の情報とも比較し、既定の、あるいは動的に決定された閾値（例えば、警報閾値）が満たされたことに応じて、警告又は他のメッセージを生成する。
【００９３】
［０１０１］事象条件の場合、事象運航アプリケーション２２０は、航空機の安全な運航を維持するために、あるいは飛行を安全に転換させるために、事象アプリケーション２２０によって指定される必要な既定のチェックリスト、手順、及び行動を実行する。特に、予期される性能からのずれが観察された場合、パイロットは異常状態について警告され、これにより潜在的なミスが軽減されうるあるいは回避されうる。航空機が特有の誤操作（例：パイロット誘起振動）の影響を受けやすい場合、航空機乗務員自動化システム１００は上記のような事象を識別し、軽減することができる。異常が検出された場合、事象運航アプリケーション２２０はＨＭＩシステム１０４を介してパイロットに通知し、またやり取りし、最終的に、異常に応じて必要な一または複数の手順を実行する。最後に、ＩＳＲアプリケーション２２２及び他の飛行計画固有の行動アプリケーション２２４により、軍事行動を実行するための指示、アルゴリズム、又は情報を提供しうる。
【００９４】
［０１０２］トレンド認識アプリケーション２３８は、例えば知識獲得システム１１４に基づいてマシン学習を使用して開発されたトレンド分析を提供する。特定の態様では、トレンド認識アプリケーション２３８は、データを供給する、又はそうでなければ異常検出アプリケーション２１８をトリガしうる。例えば、トレンド認識アプリケーション２３８が好ましくないトレンドを検出した場合、トレンドは異常としてフラグ付けされ、異常検出アプリケーション２１８に報告されうる。
【００９５】
［０１０３］ハードウェアインターフェース２０４例えば、第１の作動インターフェース２２６、第２の作動インターフェース２２８、航空機状態インターフェース２３０、ＨＭＩインターフェース２３２、及び他のインターフェース２３４を介して、第１の作動システム１０８ａ、第２の作動システム１０８ｂ、認識システム１０６、航空機状態監視システム１１２、ＨＭＩシステム１０４、及び他のサブシステム２３６の間で運航アプリケーション２０２に関する様々な情報が通信される。
【００９６】
［０１０４］ヒューマン／マシンインターフェース（ＨＭＩ）システム１０４ＨＭＩシステム１０４は、パイロット（例：搭乗中あるいは遠隔地にいる人間のパイロット）のための制御及び通信インターフェースを提供する。ＨＭＩシステム１０４は、パイロットが航空機乗務員自動化システム１００に指示すること可能にする飛行計画マネージャとして作動するように構成されうる。ＨＭＩシステム１０４は、グラスコックピット、無人機（「ＵＡＶ」）の地上局、及びエレクトロニックフライトバッグ（ＥＦＢ）の要素を組み合わせて、パイロットと航空機乗務員自動化システム１００との間の効果的で効率的、またレイテンシ耐性の通信を可能にすることができる。一般的に言えば、ＥＦＢは、従来は紙の参照文献を使用することによって成し遂げられた様々な機能を航空機乗務員が実施することを可能にする、電子情報管理デバイスである。ＨＭＩシステム１０４は、タッチスクリーングラフィカルユーザインターフェース（「ＧＵＩ」）及び／又は音声認識システムに基づいていてよいヒューマンマシンインターフェース１２６を含みうる。ヒューマンマシンインターフェース１２６は、例えば、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、スマートフォン、又はこれらの組合せを用いうる。パイロットの好みに応じて、ヒューマンマシンインターフェース１２６をパイロットの近く（例えばチェックリストがしばしば置かれるヨークの上、あるいは膝用シートベルトの上）に固定することができる。ヒューマンマシンインターフェース１２６は、コックピットに取り外し可能に結合させることができる、あるいは、ある態様では、コックピット内の一体型ディスプレイ（例えば、既存のディスプレイ）を用いることができる。
【００９７】
［０１０５］図３ａに、単一スクリーンタッチインターフェースと音声認識システムを有する例示のヒューマンマシンインターフェース１２６を示す。ＨＭＩシステム１０４は、パイロットと航空機乗務員自動化システム１００との間の通信の主要チャネルとして機能することにより、パイロットと航空機乗務員自動化システム１００との間のタスクの割り当てを変更し、航空機乗務員自動化システム１００に対してどの運航アプリケーション２０２を現在有効にするかを選択するために、パイロットが、航空機乗務員自動化システム１００へタスク命令を送信し、航空機乗務員自動化システム１００からフィードバック又は指示を受信することが可能になる。
【００９８】
［０１０６］図１ｂに示すように、例えば、ＨＭＩシステム１０４は、コアプラットフォーム１０２を介してサブシステムからステータス情報を受信しながら、ＨＭＩシステム１０４、あるいはパイロットによる入力によって生成されたモード命令をコアプラットフォーム１０２へ送りうる。パイロットは、（例えば地上にいる、又は別の航空機にいる等）遠く離れていてよい、あるいは（例：航空機に）搭乗していてよい。このため、特定の態様では、ＨＭＩシステム１０４は、通信システム１２２を介してネットワーク上で遠隔促進されうる。
【００９９】
［０１０７］ヒューマンマシンインターフェース１２６図３ａ及び３ｂに示すように、ヒューマンマシンインターフェース１２６は、タブレットベースのＧＵＩ及び口頭伝達を可能にする音声認識インターフェースを用いうる。ヒューマンマシンインターフェース１２６の目的は、人間のフライトエンジニア又は副操縦士とやり取りするのと似たような形でパイロットがコアプラットフォーム１０２の知識基盤とやり取りすることを可能にすることである。
【０１００】
［０１０８］ヒューマンマシンインターフェース１２６は、航空機乗務員自動化システム１００（それ自体の現在の設定及び責務）の現在の状態だけでなく、どの運航アプリケーション２０２が現在インストールされているか、どの運航アプリケーションが実行されているか、そして運航アプリケーションが有効である場合、運航アプリケーション２０２がどんな行動を取っているのかが表示されうる。ヒューマンマシンインターフェース１２６のＧＵＩディスプレイはまた、パイロットの眼鏡類とは無関係に可視であるように適合された暗視ゴーグルであってもよい。音声認識システムを使用して、チェックリストを一通り実行している時、及び操縦室で通信している時に、人間の運航乗員によって使用される同じ種類の言語通信を複製することができる。特定の態様では、音声認識は、システムが命令の認識に失敗する、あるいは不適切な運航モードに切り変わる可能性を最小限に抑えるために、パイロットのチームによって使用されるのと同様の成文化された通信基準に限定されうる。音声認識システムは、ボイストレーニングプロトコルを通して既定のパイロットの音声を学習／認識するように構成されうる。例えば、パイロットは、音声認識システムがパイロットの話し方を学ぶことができるように、所定のスクリプトを話すことができる。
【０１０１】
［０１０９］ヒューマンマシンインターフェース１２６は、航空機乗務員自動化ステータスアプリケーション３０２を介して航空機乗務員自動化システム１００全体、認識ステータスアプリケーション３０４を介して認識システム１０６、オートパイロットステータスアプリケーション３０６を介してオートパイロット（適用できる場合）、ＧＰＳステータスアプリケーション３０８を介してＧＰＳ／ＩＮＳシステム１５４、及び他のいずれかのアプリケーション又はシステムステータス情報３１０を含む様々な運航のステータスおよび／又は詳細を提供しうる。ヒューマンマシンインターフェース１２６の表示は、パイロットによってカスタマイズされうる。例えば、パイロットは、選択及びドラッグ操作を通して達成されうる、あるいは航空機乗務員自動化設定アプリケーション３１２を通して達成されうる表示アイコン及び／又は運航アプリケーション２０２の一定部分の追加、再編成、又は除去を行おうとするかもしれない。ヒューマンマシンインターフェース１２６はさらに、パイロットに航空機の運航ステータスについて通知し、パイロットに指示あるいはアドバイスを提供しうる。
【０１０２】
［０１１０］図示したように、ヒューマンマシンインターフェース１２６は、例えばルートタブ３２８、手段タブ３３０、較正タブ３３２、及びアプリケーションタブ３３４等の様々な選択可能なタブを有するツールバーを提供しうる。例えばパイロットがアプリケーションタブ３３４を選択すると、ヒューマンマシンインターフェース１２６は、例えば正常運航アプリケーション２１６、事象運航アプリケーション２２０、航空機乗務員自動化設定アプリケーション３１２、ゲージアプリケーション３１４、及び空中給油アプリケーション３１６を含む、航空機乗務員自動化システム１００（例：コアプラットフォーム１０２）にインストールされた様々な運航アプリケーション２０２を表示しうる。
【０１０３】
［０１１１］航空機乗務員自動化設定アプリケーション３１２を選択することで、パイロットが航空機乗務員自動化システム１００の設定を変更、再割り当て、又はその他の方法で編集することが可能になる、及び／又は運航アプリケーション２０２をインストールすることが可能になる。ゲージアプリケーション３１４を選択することによって、ヒューマンマシンインターフェース１２６に、例えば位置、方向、速度、高度、ピッチ、ヨーなどを含む航空機の様々な運航条件を表示させることができる。認識システム１０６又は別のセンサから集められうる航空機の様々な運航条件を、（例えばパイロットの好みの設定にしたがって）英数字で、あるいはグラフィカルダイアルで表示することができる。最後に、空中給油アプリケーション３１６のアイコンを選択することで、航空機乗務員自動化システム１００に空中給油操作を促進するあるいは調整するための規定のプロトコルを実施させることができる。例えば、空中給油アプリケーション３１６を選択すると、航空機乗務員自動化システムは、給油を促進するために別の航空機との調整を行って、必要なチェックリストを実施（例えば航空機の位置、対気速度、燃料ハッチの開放を確保するなど）することができる。航空機乗務員自動化システムによって軍事行動の実施を可能にする、追加の任務アプリケーションを含むことができる。
【０１０４】
［０１１２］パイロットがルートタブ３２８を選択すると、ヒューマンマシンインターフェース１２６は、航空機の様々なウェイポイント３２０に対する、飛行経路に沿った航空機の現在の位置を表すアイコン３２２を有するエリアマップ３２６を表示しうる。アイコン３２２を選択する（例：タッピング、クリック等）ことにより、航空機の様々な運航条件を提供するダイアログウィンドウ３２４が表示されうる。エリアマップ３２６は、マップ制御ウィンドウ３１８を使用して、保存、エクスポート、回転、又はパンさせることができる。エリアマップ３２６は、（通信システム１２２を介して）静止画像又はデータセット（又はデータベース）として保存されうる、あるいはエクスポートされうる。パイロットが較正タブ３３２を選択すると、ヒューマンマシンインターフェース１２６は航空機の較正を表示し、これによりパイロットは更に航空機の較正を見直すことが可能になりうる。
【０１０５】
［０１１３］ＨＭＩシステム１０４は、コアプラットフォーム１０２からチェックリストの検証及び性能状態の警報、航空機の状態予測（例：燃料消費及び予測される残存範囲）だけでなく、故障予知及び逸脱警報（例：左エンジンＥＧＴが正常より５度高く、上昇している）を含む直観的ディスプレイ及びインターフェースを提供しうる。したがって、図３ｂに示すように、パイロットが手順タブ３３０を選択すると、パイロットはチェックリストのアイテムを再調査して監視するだけでなく、すべての性能状態警報を再調査することができる。実際、ＨＭＩシステム１０４の機能は、例えばパイロットの操縦ハンドブック（ＰＯＨ）から以前インポートされた情報に基づいて、チェックリストの監視及び／又は実行をしやすくし、認識システム１０６がこれらの完了を認識したときにアイテムが完了したというマークをつけ、アイテムが完了していないときはパイロットに警報を発信することである。航空機乗務員自動化システム１００はまた、システムの性能状態も監視し、ＰＯＨ及び他の知識源に基づいて現在のシステムの状態を予期される状態と比較し、事象に対する適切な応答に導く。特定の態様では、パイロット又はコアプラットフォーム１０２のいずれかが、チェックリストの行動をそれが実施されるときに認識し、ＨＭＩシステム１０４が次に必要に応じて、自動的に正しいチェックリストへ進みうる。ＨＭＩシステム１０４は、放置されているチェックリストアイテム、異常な範囲の値を表示している計器、又は一連のウェイポイントとして（例えば）入力されうる、航空機が飛行計画を進んでいるときに予測される事象にパイロットの注目を向けるために、視覚的警報及び聴覚警報を与えうる。例えば、図示したように、タスクが完了したか、完了しつつあるか、あるいは完了する必要があるか否か（例：完了、「進行中」アイコン、及び「完了すべき」アイコンを含む「チェックマーク」アイコン）を示す測定器と並んでタスクリストが提供されうる。同様に、範囲外の一または複数の運航条件を示すために、１つのアイコン又は対応するアイコンと共に性能状態を脅かす危険リストが提供されうる。例えば、燃料が不足している場合に、燃料不足アイコンと並んで燃料不足測定器が提供されうる。
【０１０６】
［０１１４］タスクの割当てＨＭＩシステム１０４により、パイロットが、航空機乗務員自動化システム１００によって実行される行動（もしあれば）を限定することが可能になりうる。ＨＭＩシステム１０４は、パイロットと航空機乗務員自動化システム１００との間のタスクの割当て、それぞれの責任、及びこれら２つの間の情報の通信を規定することにより、パイロットの協力的なチーム仲間として機能しうる。このため、航空機乗務員自動化システム１００は、構成に応じて、純粋に（すなわち航空機を全く制御することなしに）助言を与える役割、完全に（すなわちパイロットの介入なく操縦装置を制御する）自律的な役割、又は操縦装置を制御する能力を持ちながら助言を与える役割において動作しうる。ＨＭＩシステム１０４は更に、パイロットが、航空機乗務員自動化システム１００が責任を負っている運航の態様をパイロットが特定する遷移段階を経ることが可能になるように設計されうる。例えば、ＨＭＩシステム１０４は、リスト上の所定のタスクの責任を負っているのが航空機乗務員自動化システム１００なのかパイロットなのかをパイロットが選択しうるタスクリストを表示しうる。タスクリストは、以下に記載される手順エディタからＨＭＩシステム１０４へ提供されうる。パイロットが航空機乗務員自動化システム１００により信頼するように航空機データ構造２０８にデータを追加して改良すれば、パイロットは航空機乗務員自動化システム１００に追加の行動を実施する許可を与えることができ、パイロットは第１のモードから監督モード（すなわち、完全な自律モード）に移る。この監督モードにおいて、パイロットと、これらのタスクを支援するだけでなく、操作者にトラブルシューティングのための他のレベルの識見を与えうるＨＭＩシステム１０４との相互関係は、目的に基づく高いレベルであってよい。上述したように、特定の態様では、すべてのタスクがパイロットによって実施され、航空機乗務員自動化システム１００は助言を与える役割を果たしてもよい。
【０１０７】
［０１１５］モード認知任意の自動化システムを用いたときのリスクは、パイロット側におけるモードの混乱（例：自動化システムがタスクに対処するだろうと信じてパイロットがタスクを放置すること）の可能性である。ＨＭＩシステム１０４はまず、正確な機能と、航空機乗務員自動化システム１００とパイロットとの間での上述したタスクの割当てを生成することによって上記モードの混乱を回避する。実際、ＨＭＩシステム１０４は、パイロットがヒューマンマシンインターフェース１２６を介して航空機乗務員自動化システム１００に直接命令を送信し、構成することを可能にし、モード認知を確保するために航空機乗務員自動化システム１００がどのような行動を取っているのかをパイロットが理解するのに必要な情報を表示する。すなわち、モード認知は一般に、システムのモードが、操作者によって予期される運航モードと一致する状態を指している。ヒューマンマシンインターフェース１２６は、パイロットが常に航空機乗務員自動化システム１００が運航しているモードを認知することができるようにするために必要な情報を表示しうる。加えて、ＨＭＩシステム１０４は、個々の任務アプリケーション（例：運航アプリケーション２０２）用のヒューマンインターフェースとしての役割を果たす。
【０１０８】
［０１１６］航空機状態監視システム１１２航空機状態監視システム１１２は、リアルタイムの航空機の状態を収集する、決定する、あるいは他の方法で認識する。上述したように、航空機状態監視システム１１２は、とりわけ、航空機との直接接続例：一体化又は他の方法による航空機との有線接続）を通して、あるいは認識システム１０６を介して、リアルタイムの航空機の状態を認識しうる。認識システム１０６が使用されたとき、航空機状態監視システム１１２は、専用コントローラ（例：プロセッサ）を含みうる、あるいは認識システム１０６のコントローラ４０２を共有しうる。認識システム１０６は、例えば、視覚システム、音響システム、及び識別アルゴリズムの組合せを用いて、コックピット計器によって表示された飛行状況情報を読み取りうる又は把握しうる。コックピット計器の例には、例えば、高度計、対気速度測定器、垂直速度測定器、一または複数のコンパスシステム（例：磁気コンパス）、一または複数のジャイロシステム（例：高度測定器、方位測定器、旋回計）、一または複数のフライトディレクタシステム、一または複数のナビゲーションシステム（例：超短波全方向式レンジ（ＶＯＲ）、無指向性無線標識（ＮＤＢ）等）が含まれる。認識システム１０６は、画素密度、グレアロバスト性、及び冗長性を最大化するために計器パネル上で訓練されたプロセッサと一または複数の光センサ（例：３つ以上の軽量機械視覚カメラ）を含みうる。一または複数の光センサは、例えばイーサネットを介して認識コンピュータに有線接続されうる。一または複数の光センサは、計器パネルとともに見通し線で設置されるべきであるが、パイロットの邪魔にならないようにすべきである。
【０１０９】
［０１１７］認識システム１０６によって認識された飛行状況データは符号化され、リアルタイムでコアプラットフォーム１０２へ提供されうる。コアプラットフォーム１０２のオープンアーキテクチャにより、認識システム１０６によって生成された飛行状況データを拡張するために、データバス１２４を介して受信された追加のデータの組込みが可能になる。図１ｂに示すように、例えば、航空機状態監視システム１１２及び／又は認識システム１０６は、コアプラットフォーム１０２から命令及び構成データを受信し、認識システム１０６によって集められた、又は航空機状態監視システム１１２によって他の方法で収集されたステータス及び飛行状況情報（例：飛行状況データ）をコアプラットフォーム１０２へ送信しうる。
【０１１０】
［０１１８］図４に、とりわけ、（例えば操縦装置システム１１６等の他のサブシステムに結合された）コアプラットフォーム１０２、ＧＰＳ／ＩＮＳシステム１５４、及び他のいずれかの入力システム４１２に動作可能に結合された例示の認識システム１０６を示す。認識システム１０６はとりわけ、コックピットのレイアウトから航空機の状態を導出するのに使用されうる飛行状況データを生成するために、基本的なアナログの航空機の計器から高度に統合されたグラスコックピットのアビオニクス一式に及びうる、コックピット計器を視覚的に及び／又は音響的に監視する。対気速度、及び高度等の物理的状態を導出することに加えて、認識システム１０６はまた、例えば燃料計及び無線などの航空機のシステム特有の計器も監視して、作動システム１０８のステータス及び位置決めについての第２のフィードバックも提供しうる。
【０１１１】
［０１１９］図示したように、認識システム１０６は、データベース４０４に動作可能に結合された認識コントローラ４０２と、例えばカメラ４１０（視覚システムにおいて使用される）、マイクロホン４０８（音響システムにおいて使用される）、及び／又は他のセンサ（例：温度センサ、位置決めセンサ、慣性センサ等）等の複数のセンサとを備えうる。認識コントローラ４０２は、例えば、受信した情報、及び複数のセンサ、データベース４０４、及び例えばＧＰＳ／ＩＮＳシステム１５４及び他の入力システム４１２等の外部の構成要素から受信した操作された情報に基づいて、飛行状況データをコアプラットフォーム１０２へ供給する（あるいは他の方法でコアプラットフォーム１０２に指示する）ように構成されたプロセッサであってよい。
【０１１２】
［０１２０］視覚システム認識システム１０６は、潜在的にモーションキャプチャーマーカを含む単眼あるいは立体視覚システムを用いて、コックピット計器上の表示を読み取ることによって航空機の状態を継続的に監視することができる。特定の態様では、２つの見晴らしの良い地点からの場面についての情報を比較することによって、２つのパネル内のオブジェクトの相対位置を観察することにより３Ｄ情報が抽出されうる。視覚システムを使用して、様々な照明条件及びコックピットのレイアウト及びサイズにおいて、計器（例：グラスゲージ、物理的スチームゲージ等）及びスイッチだけでなく、それらの位置を的確に監視することができる。立体視覚システム及び／又はマーカ（ｍａｒｋｅｒ）を使用することにより、すべてのロボットの構成要素とパイロットとの間の衝突を防ぐための感知も得られる。
【０１１３】
［０１２１］視覚システムは、一連の高画質のステレオカメラ及び／又はＬＩＤＡＲレーザスキャナーを用いうる。このシステムは、すべての飛行計器からのデータを認識して、航空機の特定のシステムの状態（例：残りの燃料）を表示するスイッチノブ及びゲージの状態を導出することが可能でありうる。このシステムはまた、パイロットの行動から生じた小さい変化を検出するのに十分な解像度でパネルの状態を認識することも可能でありうる。認識システム１０６のコンピュータの機械視覚アルゴリズムは、リアルタイムのコックピットの状態の更新をコアプラットフォーム１０２へ提供するために、計器（グラスコックピット内のゲージ、ライト、偏流修正角パネル、第１のフライトディスプレイ又はマルチファンクションディスプレイの個々の要素）と、スロットルレバー、トリム設定、スイッチ、及びブレーカ等の機械的アイテムとを「読み取る」。
【０１１４】
［０１２２］認識システム１０６は、基本的なアナログの航空機の計器から、高度に統合された「グラスコックピット」アビオニクス一式までに及ぶコックピットのレイアウトから、航空機の状態を導出することが可能でありうる。視覚システムを通して、航空機からのデータ供給の必要が除去され、全航空機間での移植性が可能になる／高まる。しかしながら、可能な場合、航空機乗務員自動化システム１００を、航空機の（例：データポートを通した）データ供給部にも結合させることが可能である。更に、コアプラットフォーム１０２向けに説明したアプリケーション方法を使用して、様々なコックピットのレイアウトに対処し、様々な根本的な運航アプリケーション２０２を使用して理解することが可能である。例えば、航空機乗務員自動化システム１００は、ゲージアプリケーション３１４を用いて、グラフィカルダイヤル（例：アナログの「蒸気」圧力計又はそれらのデジタル表現）あるいはグラスコックピットであってもなくても、計器上に表示される値を導出することが可能である。この方法により、航空機乗務員自動化システム１００が、とりわけ気象レーダー、トラフィックディスプレイ、及びコックピット内で表示される地形図を監視する運航アプリケーションを実行することも可能になる。
【０１１５】
［０１２３］航空機乗務員自動化システム１００を移植可能にするために、認識システム１０６の設計によって、新たなコックピットのレイアウトをすばやく学習し、場所における微妙な差異を集成し、計器をスケーリング又は一体化するプロセスが対処される。例えば、初期の知識獲得段階において、計器及びスイッチの場所及びスケールが特定の航空機向けに符号化され、認証されて、グラフィカルダイヤルゲージ、ＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ等であろうとなかろうと、グラフィカルダイヤル（円形ダイヤル）又は番号（グラスコックピット）の位置を抽出するリアルタイムのタスクが減りうる。コックピット計器の区分的な平面構造により、認識システム１０６が画像を（例えばホモグラフィ法を使用して）解釈し、初期の知識獲得段階において生成された予めマッピングされたデータにそれを登録することが可能になる。したがって、ライブ画像が登録され、以前に注訳を付けたモデルと比較されることにより、データの翻訳が大幅に簡略化されうる。
【０１１６】
［０１２４］作動システム１０８必要な場合には、作動システム１０８は、航空機の飛行及び全体的な運航を導くために、コアプラットフォーム１０２を介して命令が送信された行動を実行する。航空機乗務員自動化システム１００の作動システム１０８は、パイロットによって実施される行動に反することなく、航空機の飛行及び全体的な運航を導くために、コアプラットフォーム１０２によって命令が送信された行動を実行する。図１ｂに示すように、例えば、作動システム１０８は、コアプラットフォーム１０２から作動命令と構成データを受信し、作動システム１０８によって生成されたステータス及び応答情報をコアプラットフォーム１０２へ送信しうる。
【０１１７】
［０１２５］有人航空機のコックピットは、人間に届く範囲に設計されているため、コックピットのすべての制御装置は、同程度のサイズのロボット／機械マニピュレータによって到達可能である。１つ１つの潜在的なコックピットの１つ１つのスイッチ、ノブ、レバー及びボタンを高重力及び振動環境において緊急操作に要求される迅速な実行で作動させることができるマニピュレータはしかしながら、高価で重く、航空機乗務員自動化システム１００に要求されるよりも侵襲的である。
【０１１８】
［０１２６］全航空機間の移植性をより効率的に達成するために、航空機乗務員自動化システム１００は、第１の操縦装置（操縦かん／ヨーク、操縦かん、サイドスティック、又は総合的なもの、ラダーペダル、ブレーキ及びスロットル）の作動を、第２の操縦装置（例：スイッチ、ノブ、ロッカー、ヒューズ）の作動から独立させうる。この方法により、航空機が進化するときに廃れてしまう一点解決策を計画する可能性が低減する。このため、航空機乗務員自動化システム１００は、第１の作動システム１０８ａと第２の作動システム１０８ｂとを用いて、コックピット内のアクチュエータを物理的に制御することができる。より具体的には、第１の作動システム１０８ａは第１の操縦装置を作動させうるが、第２の作動システム１０８ｂは第２の操縦装置を、パイロットによるこれらの制御装置の使用を妨げることなく、作動させることが可能である。第１の作動システム１０８ａと第２の作動システム１０８ｂは、操縦中に今日の操縦室に存在するすべての標準制御装置を総合的に作動させるように構成される。
【０１１９】
［０１２７］以下に説明するように、第１の作動システム１０８ａでは、第１の操縦装置（操縦かん／ヨーク、操縦かん、サイドスティック、又は総合的なもの、ラダーペダル、ブレーキ及びスロットル）を作動させることに重点が置かれるが、第２の作動システム１０８ｂは、例えば第２の操縦装置（例：スイッチ、ノブ、ロッカー、ヒューズ等）等の第１の作動システム１０８ａによって簡単にアクセスできない制御装置を作動させることに重点が置かれる。
【０１２０】
［０１２８］第１の作動システム１０８ａ第１の作動システム１０８ａでは、航空機を安全に運航させるのに必要な一連の制御装置に重点が置かれる。図５ａ及び５ｂに示すように、第１の作動システム１０８ａは、関節式アーム５０２（例：ロボットの付属器又は「アーム」）を有するフレーム５１６と、第１の操縦装置（ヨーク、操縦かん、サイドスティック、又は総合的なもの、ラダーペダル、ブレーキ及びスロットル）及び他のアクセスしやすい操縦装置を作動させる操縦かん／ヨークアクチュエータ５１０とを含む。アクチュエータは、一または複数の電気技術、空気圧技術、及び／又は油圧技術を通して駆動されうる、一または複数の線形（直線）、回転（円形）、又は振動アクチュエータであってよい。
【０１２１】
［０１２９］フレーム５１６は、標準の航空機の座席内に収まるようにサイズ設定され、成形されうる。そのため、フレーム５１６の設置面積は、人間が「座っている時の」平均的な占有面積とおおよそ同じサイズ、あるいはそれ未満であるべきである。作動システム１０８は、軽量金属、金属合金、及び／又は複合材料を使用して製造されうる。
【０１２２】
［０１３０］操縦かん／ヨークアクチュエータ５１０操縦かん／ヨークアクチュエータ５１０は、操縦かん／ヨークグリッパ５１２を使用して航空機の既存の操縦かん／ヨーク５１４に結合及び係合されうる。操縦かん／ヨークグリッパ５１２は、ユニバーサルであり、様々な形態の操縦かん／ヨーク及び／又は操縦輪と係合しうるようにサイズ設定され、成形されうる。操縦かん／ヨークアクチュエータ５１０は、操縦かん／ヨーク５１４を前方、後方、左方、右方、及びそれらの間の位置へ移動させるように構成されうる。操縦かん／ヨークグリッパ５１２は更に、操縦かん／ヨーク５１４に位置づけされたボタン及び／又はスイッチを作動させるための一または複数のアクチュエータを備えうる。
【０１２３】
［０１３１］連結アーム５０２アクチュエータによって制御される連結アーム５０２は、通常副操縦士の腕によって占められる空間を占めるようにサイズ設定され、成形され、また構成され、これにより全航空機間での移植性が確保されうる。複数の自由度（「ＤＯＦ」）の動きにおける移動を可能にするために、連結アーム５０２は、複数のヒンジで連結されたジョイント又は回転の軸となるジョイント５０６を使用して接合された複数のアームセグメント（直線、曲線、又は角度付きであるかどうかにかかわりなく）を備えうる。連結アーム５０２は、それ自体の遠位端にグリッパ５０４を備えうる。グリッパ５０４は、複数のＤＯＦ接続を介して連結アーム５０２に連結されうる。連結アーム５０２の基部は回転可能であり、可動基部５０８を介してフレーム５１６に滑動可能に連結されうる。例えば、連結アーム５０２は、フレーム５１６に固定されうる下方基部５０８ｂに滑動可能に連結された上方基部５０８ａに連結されうる。上方基部５０８ａは、例えば軌道及びボールベアリングの組合せを使用して、下方基部５０８ｂに対して滑動しうる。特定の態様では、上方基部５０８ａは、Ｘ軸及びＹ軸の両方に沿って下方基部５０８ｂに対して滑動しうる。
【０１２４】
［０１３２］連結アーム５０２は、連結アーム５０２が精確に位置決めされるように、それ自体の各自由度に対してエンコーダ（例：対の１８ビットエンコーダ）を備えていてよい。ヒンジで連結されたジョイント又は回転の軸となるジョイント５０６の各々に内部クラッチが設けられ、これにより、連結アーム５０２が、必要な場合に連結アーム５０２に損傷を与えることなく、パイロットが連結アーム５０２を圧倒することができる。上記の場合、航空機乗務員自動化システム１００は、エンコーダを使用して連結アーム５０２の位置又は場所を決定しうる。
【０１２５】
［０１３３］グリッパ５０４は、例えばスロットルレバー等に連結される、あるいは他の方法で係合するように構成されうる。グリッパ５０４はまた、動力及び圧力の検出も提供し、これにより航空機乗務員自動化システム１００が、操縦アクチュエータがどのように把持されているかを推定し、適切な動きを起こすように調節することが可能になる。動きが実行されると、同じフィードバックを使用して、所望のスイッチ構成が達成されたかが決定されうる。特定の態様では、連結アーム５０２には、ターゲットを見つけて押すことを可能にする電子デバイス（例：ホーミングデバイス）が取り付けられうる。
【０１２６】
［０１３４］第２の作動システム１０８ｂ全航空機の型式及びタイプにわたっておおよそ同じ近接度で位置づけされた第１の操縦装置とは異なり、第２の操縦装置（例：アビオニクス、スイッチ、ノブ、ロッカー、トグル、カバー付スイッチ、ヒューズ等）の場所は、航空機間で一貫していない、又は空間的に区切られていない。
【０１２７】
［０１３５］第２の作動システム１０８ｂは、第１の作動システム１０８ａによって簡単にアクセスできない制御装置を作動させることに焦点を置いている。例えば、幾つかのスイッチは機長の頭の真上の天井計器盤にある場合があり、それらをロボットアームで（特に乱流の飛行条件において）操作することは困難となる可能性がある。したがって、いくつかのアクチュエータは上述した第１の作動システム１０８ａに割り当てられていてよく、その他は、内蔵の第２の作動システム１０８ｂに割り当てられていてよい。
【０１２８】
［０１３６］第２の作動システム１０８ｂは、対象のパネルに直接装着され、それが操作している特定のパネルに対して較正された、調整可能なＸＹプロッタ又はガントリーシステムの形態で設けられうる。第２の作動システム１０８ｂは、ユニバーサルでサイズ変更可能であることが好ましい。ＸＹプロッタの一例を図５ｃに示す。ＸＹプロッタは、プロッタの軌道５２０の役割を果たす長方形フレームと、対象の制御装置を操作することができる複数のインターフェース（例：スイッチアクチュエータ５３２及びノブアクチュエータ５３０）を有する回転可能な多目的ツール５２８と、この多目的ツール５２６をフレーム内のＹ軸の軌道セット５２２及びＸ軸の軌道セット５２４に沿って移動させる制御システムとを備えうる。
【０１２９】
［０１３７］使用中、プロッタは多目的ツール５２８をある場所に移動させ、正確なマニピュレータインターフェースを選択し、対象の第２の操縦装置を操作する。例えば、多目的ツール５２８は、スイッチアクチュエータ５３２を使用してバイナリスイッチ及び／又はカバー付スイッチを動かすことができ、ノブアクチュエータ５３０を使用してノブをひねることができる。スイッチアクチュエータ５３２及び／又はノブアクチュエータ５３０は、例えば回転可能なスイッチアーム５３４等の連結又は回転部材を介して他目的ツール５２８に連結されうる。
【０１３０】
［０１３８］使用していないときは、多目的ツール５２６は、パネルの邪魔にならないように、ホーム位置へ戻りうる（例えば片隅に自動的に移動する）。多目的ツール５２６にはセンサ（例：近接センサ）が設けられ、これにより、多目的ツール５２６がパイロットの手を検出したときに避けることができる。新たな航空機のプロッタの初期設定中に、第２の操縦パネルの場所、タイプ、及び位置が符号化されうる。特定の第２の操縦パネルが符号化されると、航空機乗務員自動化システム１００が同じ航空機あるいは同じタイプの航空機に設置されたときに、この構成が航空機データ構造２０８に保存され、ロードされうる。特定の態様では、例えば足ペダル（例：ブレーキ及び／又はラダーペダル）等のコックピットのフットウェル内に位置づけされたコントローラを作動させるために追加のアクチュエータが設けられうる。
【０１３１】
［０１３９］知識獲得システム１１４知識獲得システム１１４は、航空機乗務員自動化システム１００が航空機に固有の情報を決定することを可能にするのに必要な知識ベースを集める及び／又は生成する。これには、航空機の性能特性、限界、チェックリスト、及び手順（緊急時手順を含む）、並びに航空機における体系化を規定する基準の知識が含まれる。データは、オフラインのマシン学習及びトレンド分析をサポートする（例えば、マニュアル、パイロットのブリーフィング、パイロットの運航ハンドブックからの）符号化されたデータと、飛行において（例えばセンサを介して）取得されたデータの組合せから導出されうる。符号化されるデータは、手順と、手順内と手順間の両方のタスクの流れのコンテンツを表す．ｘｍｌフォーマットでロードされうる。
【０１３２】
［０１４０］図１ｂに示すように、例えば、知識獲得システム１１４は、コアプラットフォーム１０２から運航命令を受信し、知識獲得システム１１４によって生成された構成データ並びにステータス及び応答情報をコアプラットフォーム１０２へ送信することができる。
【０１３３】
［０１４１］知識獲得システム１１４の動作は一般に、例えば、航空機システムのモデリング、手順体系化、及び空力モデリングを含む３つのプロセスに分割することができる。航空機システムのモデリングプロセスは、利用可能な搭載システム、及び搭載システムがどのように構成されているか、作動制限等についての情報を航空機乗務員自動化システム１００に提供する。手順体系化プロセスは、正常な状況及び異常な状況での航空機の運航についての情報を航空機乗務員自動化システム１００に提供する。手順体系化は、例えば、チェックリストの体系化を含みうる。最後に、空力モデリングプロセスは、航空機の操縦、所定のタイプの航空機及び構成に対して予期される性能についての情報を航空機乗務員自動化システム１００に提供する。
【０１３４】
［０１４２］知識獲得段階において、状況が異常あるいは不確実と見なされる条件も確立しなければならない。例えばエンジンのオーバースピード又は対気速度制限の超過等のこれらの条件は多くの場合、別々のものである。マシン学習を使用して、航空機乗務員自動化システム１００は、パイロットによって行われる一連の飛行中の操作を観察することによって、それ自体の空力及び制御モデルを微調整することができる。この情報には、飛行力学データ、運航制限、手順、航空機システム、及びレイアウトだけでなく、その他の関連データも含まれる。書かれた情報に加えて、航空機乗務員自動化システム１００は、過去の事象及びより経験豊富なパイロットの経験に基づいて情報を体系化することもできる。マシン学習により、知識獲得プロセスを効率的に、また迅速に実施することが可能になる。
【０１３５】
［０１４３］パイロットが典型的なフライトプロファイルの動きを経るとき、航空機乗務員自動化システム１００の認識システム１０６及び作動システム１０８を使用して、飛行機のコックピット又は実際的なシミュレータの計器及び制御装置が監視される。パイロットの行動を観察することにより、航空機乗務員自動化システム１００はパイロットから直接学習し、所定の運航において滑らかで熟達した制御を模倣することが可能になる。このプロセスは、所定の状況において何がなされるべきかにおいて運航が高度に構築されている事実から利益を得、マシン学習により、どのように物事が実行されるべきかを体系化することが可能になる。
【０１３６】
［０１４４］航空機データ構造２０８へのデータ追加は、拡張マークアップ言語（「ＸＭＬ」）を使用して達成されうる。より具体的には、フィールドとデータツリーのセットを含むＸＭＬデータ構造を用いることができ、データ追加の際に、コアプラットフォーム１０２が航空機を構成し運航することが可能になる。特定の態様では、航空機乗務員自動化システム１００は、フライト文書及び／又はソフトウェアツールの自然言語解釈を用いることができ、これにより人がデータを効率的に、また正確に入力することが可能になる。
【０１３７】
［０１４５］特定の態様では、飛行機に依存しない特徴のセットが生成され、コード化される。例えば、着陸装置の格納、多気筒エンジン航空機のエンジンアウト手順、及び失速からの回復等の手順は、多種の航空機全体で類似しており、特定の機体に対して最小限の変更のみが必要となる。更に、基本的な機体の制限事項（例えば超過禁止速度）は、特定の番号で入力するだけでよく、公称期間中にフライトマニュアルから入力することができる。
【０１３８】
［０１４６］手順エディタ例えば文書（例えば、パイロット運航ハンドブック、保守マニュアル等）を使用するだけでなく、航空機の運航を直接監視することを通して、遷移期間中に、航空機に固有の情報が集められうる。この知識獲得プロセスの出力は、コアプラットフォーム１０２に関して上述した航空機データ構造２０８である。この航空機データ構造２０８に含まれるのは、運航手順、利用可能なシステム及びそれらの設計、コックピットのレイアウト、及び航空機の安全な運航に必要な他の全ての情報でありうる。特定の態様では、航空機乗務員自動化ソフトウェア開発キットにより、ソフトウェア／操縦エンジニアが１日に１つの航空機サブシステム（例えば、電気又は油圧）を特定する、コード化する、及び単体テストを行うことが可能になりうる。航空機乗務員自動化ソフトウェア開発キットは、飛行マニュアルの手順をＭａｔｌａｂのＳｔａｔｅ  Ｆｌｏｗ及びＳｉｍｕｌｉｎｋと互換性のある状態マシンに変換するためのツールを提供することができ、状態マシンは次に、コアプラットフォーム１０２に加えるために手順をＣで自動コード化しうる。航空機乗務員自動化ソフトウェア開発キットはまた、コアプラットフォーム１０２のテストを行うために、ユニットレベルのテストコード及びインターフェースも生成しうる。例えば、手段エディタはタスクリストを提供することができ、パイロットはタスクリストにおいて、リスト上の所定のタスクに対して責任を負っているのは航空機乗務員自動化システム１００なのかパイロットなのかを選択しうる。
【０１３９】
［０１４７］操縦装置の知識獲得操縦装置の知識獲得における第１のステップは、パイロットによる飛行中に使用され改良される無次元安定微係数の形態の数学モデルを生成するＡｔｈｅｎａ  Ｖｏｒｔｅｘ  Ｌａｔｔｉｃｅ（「ＡＶＬ」）法を使用することである。第１の操縦装置機構が較正されたら、システムＩＤトレーナーアプリケーションを使用して、特定の安定微係数を識別するように構成された操縦のシーケンスが実施されうる。データは自動的に処理され、コントローラにおいて使用されるアップデートされた安定微係数が生成される。コントローラは、自動チューナーを採用しうる。６−ＤＯＦシミュレーションにおいて、コントローラにより飛行前に適切に実施される検証ステップとして、アップデートされた同じ安定微係数が使用される。操縦装置の知識獲得を実施するさらなる利点は、これにより、多くの秩序立った手続き的知識の改善及び組込みが可能になることである。手順に個々のステップが提示されていても、上記ステップがどのように実行されるか（例えば、ステップ間でどのくらい待機すべきなのか、あるいはスロットルをどれほど急激に増加させるべきか）についての細部が抜けている場合がある。
【０１４０】
［０１４８］航空機の飛行性能特性の分解工学搭載のデータ獲得ユニットを通して測定されうる航空機の性能特性は一般に、航空機及びアビオニクスメーカーの独占所有物と見なされる。この情報は、フライトシミュレーション、航空機の性能状態監視、航空機の開発、及びその他多くに用いられうる。現在、第三者が搭載のデータ獲得を用いたくても、それ自体の独占所有的な性質によって制限されている。この制限は、独立型の航空機のセンサ一式の使用を通して一部においてのみ克服されている。これらの市販のセンサ一式は、コックピット計器及びパイロットの入力を通して利用可能なデータのほんの一部のみを測定する。しかしながら、航空機乗務員自動化システム１００は、航空機の飛行性能特性を決定するのに様々なセンサを用いるため、航空ビークルの性能特性を効率的に解析して模倣する。航空機乗務員自動化システム１００は、独立型センサの組合せを通して航空機の情報、コックピット計器の画像、及び及び入力制御装置を通してキャプチャされたデータを収集する。
【０１４１】
［０１４９］実施例本開示の態様は、航空機乗務員自動化システム１００がどのようにパイロットとやり取りしうるか、飛行計画を実行しうるか、運航タスクを実行しうるか、そしてシステムの係合及び離陸中に事象に応じうるか、飛行計画の係合、及び異常の検出＆対処を示す以下の例示の飛行計画を通して説明することができる。
【０１４２】
［０１５０］システムの係合及び離陸パイロットは航空機の左側の席に座り、シートベルトを締め、ヒューマンマシンインターフェース１２６を自身の横になじむように位置づけし、航空機乗務員自動化システム１００のアプリケーションを立ち上げる。アプリケーションが起動し、一連の電源オン診断と、メカニカルインターフェースの起動と較正を一通り行う。テストの成功を確認するメッセージがヒューマンマシンインターフェース１２６上に表示され、航空機乗務員自動化システム１００の係合を確認するクエリがパイロットに送られる。パイロットは、アプリケーションタブ３３４を介してその日の飛行計画を選択する。航空機乗務員自動化システム１００は、チェックリストの監視に使用されうる。パイロットはエンジン開始を選択し、航空機乗務員自動化システム１００は、エンジン開始行動のシーケンスを開始して、実際に開始する前に最終的な確認を尋ねうる。それと同時に、パイロットは許可を得るために管制塔を呼び出して、訓練エリアへの飛行計画を受け取りうる。
【０１４３】
［０１５１］エンジンの開始が完了したら、航空機乗務員自動化システム１００は、その達成をパイロットへ報告し、例えば（聴覚的に、あるいはヒューマンマシンインターフェース１２６を介して）「地上走行の準備完了」と報告する。パイロットは地上走行許可を要求し、許可を聞くと、航空機乗務員自動化システム１００が地上走行許可を翻訳して、確認のためにパイロットにそれを表示する。パイロットは次に、アプリケーションの「許可を介した地上走行」ボタンを押し、パイロットが他の航空機を監視している間に航空機乗務員自動化システム１００が割り当てられた滑走路へ地上走行させる。滑走路の出発点にいるときに、パイロットは離陸前のチェックを実施するように航空機乗務員自動化システム１００に言語で命令し、システムが全ての必要なチェックを行い、手動で重要なアイテム、例えば操縦装置をダブルチェックするようにパイロットを促す。例えば、航空機乗務員自動化システム１００は、作業人員のチェックリストの実行を監視し、「チェックリスト完了」を出力しうる、あるいは飛行計画又はエラーを識別しうる。
【０１４４】
［０１５２］更なる許可を得ると、パイロットは次に、航空機を列に並ばせて待機させ、その後最終的に離陸させるように航空機乗務員自動化システム１００に命令を送信する。航空機乗務員自動化システム１００は、第１の作動システム１０８ａを介してスロットルを前方に押し、認識システム１０６を介してエンジンとコックピットの測定器を視覚的にチェックし、ＨＭＩシステム１０４を介して速度を呼び出し、現在の重量、バランス、及び密度高度に適した速度で回転させる。パイロットは自身の手を操縦かん／ヨーク５１４に置いたままにし、航空機乗務員自動化システム１００がパイロットの筋肉の記憶を取込み、保持するようにする。航空機乗務員自動化システム１００は、現在の条件により航空機の性能を確認し、予期される上昇率からのすべての逸脱を報告する。上昇中のパイロットの作業負荷は航空機乗務員自動化システム１００によって低減され、混雑した空域内で他の航空機を探すために頭を上げている（すなわち、目が計器上ではなく前方に向いている）時間をより長くすることができる。航空機乗務員自動化システム１００はまた、既定のチェックリスト、航空機、又は場所についての熟達したパイロットのアドバイスも提供しうる。例えば、特定の空港において、航空機乗務員自動化システム１００は作業人員に、例えば「この滑走路からの急こう配の離脱角」等の空港の具体的な事前情報を教えうる。
【０１４５】
［０１５３］飛行計画の係合最大限上昇したら、航空機乗務員自動化システム１００は、航空機を水平にし、トリムとパワー設定を調節しながら、飛行計画内の第１のウェイポイントへ機首方位を向ける。巡航中、航空機乗務員自動化システム１００は、全てのコックピットのディスプレイを視覚的に監視し続け、エンジンと航空機の性能を予期される値と常に比較して、全ての逸脱をパイロットに警告する。
【０１４６】
［０１５４］航空機は訓練エリアに到着し、１日の飛行計画を始める。飛行計画中はしかしながら、航空機は、計器の気象条件（「ＩＭＣ」）が氷結温度未満である高々とそびえたつ積雲に進入する。パイロットは、ヒューマンマシンインターフェース１２６上のインターネットリレーチャット（「ＩＲＣ」）のチャットウィンドウを介して気象よりも高い位置に行くために２４０００フィートまで上昇することを要求し、地上から上昇許可を受け取る。特定の態様では、航空機乗務員自動化システム１００が、地上からの許可を要求する。
【０１４７】
［０１５５］異常の検出＆対処ある期間の後、航空機乗務員自動化システム１００は、上昇を仮定すると、表示された対気速度がそれ自体のピッチ及びパワー設定に対してモデル化された対気速度からゆっくり逸脱しており、予期された値よりも低いことを表示していることを検出しうる。これは、ピトーヒータが故障し、ピトー管が氷に覆われていることの表示である。パイロットの航空機飛行時間は１００時間未満であり、このモデルのピトーヒータが信頼できないことで知られていることを知らない。パイロットは、対気速度測定器が公称よりも下がり気味であることにまだ気が付いていない。
【０１４８】
［０１５６］航空機乗務員自動化システム１００は、しかしながら、対気速度データが他の飛行データ及び内部の飛行力学モデルに対して異常であることを認識し、パイロットに聴覚的に「対気速度測定器故障」の警報を発する。パイロットは対気速度の情報が現在信頼できないことを認識するが、パイロットには航空機が測定器が示すよりも速くあるいは遅く飛んでいるのか否かがわからない。
【０１４９】
［０１５７］データベース上の以前の異常を利用して、航空機乗務員自動化システム１００は、手順オプションのセットを提示し、そのエリアの最低安全高度（例：８０００フィート）を強調する。パイロットは、最も保守的なオプションを選び、この結果、翼が水平になり、ピッチ及びパワーが下がり低高度（例：１００００フィート）へ降下する。航空機乗務員自動化システム１００は、パワーを緩め、ピッチをわずかに下げて、降下を開始する。１５０００フィート降下している間に、ピトー管が再び稼働を開始する。１００００フィートで安定したら、航空機乗務員自動化システム１００は、パイロットが飛行計画に戻る前に状況を査定している間、航空機をまっすぐ及び水平に保持する。
【０１５０】
［０１５８］その日の飛行計画の完了において、航空機乗務員自動化システム１００は、自動着陸手順を実行しうる。例えば、航空機乗務員自動化システム１００は、航空機を既定のウェイポイントへ航行させることができ、航空機はウェイポイントにおいて最初の降下を開始しうる。降下中、航空機乗務員自動化システム１００は、飛行条件を監視し、滑走路を見つけうる。最終進入において、航空機乗務員自動化システム１００は、航空機の速度を弱め、最終的に航空機を着陸させうる。航空機乗務員自動化システム１００が着陸が実行可能でない（例：障害物又は許容できない飛行条件である）と決定した場合、航空機乗務員自動化システム１００は、進入復行ルーティン又は他のコンティンジェンシールーティンを開始しうる。例えば、航空機乗務員自動化システム１００は、同じ場所での着陸を再試行しうる又は航空機を代替的な着陸場所へ航行させうる。代替的な着陸場所での航空機の着陸のための例示のシステムは、「Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ  Ｃａｒｇｏ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｓｙｓｔｅｍ．」と題する共同所有の米国特許公報第２０１５／０３２３９３２号明細書によって開示されている。
【０１５１】
［０１５９］航空機乗務員自動化システム１００及び派生技術を、広範囲の航空機及びフライトシミュレータにわたって適用することが可能である。航空機の飛行テストから導出された飛行性能特性を使用して、パイロットを訓練するのに使われるフライトシミュレータの忠実度を改善することができる。フライトシミュレータに実際の航空機性能データへのアクセスを提供することは、フライトシミュレータの操作者にとって莫大な価値がある。航空機乗務員自動化システム１００の別の利点は、空力性能及び飛行操縦性に影響を与えうる例えばセンサ及びアンテナの追加（例：航空機の開発）等、航空機が特殊な飛行計画のために変更されたときに、飛行性能特性を統合する能力である。加えて、航空機乗務員自動化システム１００によってキャプチャされたデータは、保守の必要を感知する予測を利用して、航空機性能状態の監視に使用することができる。
【０１５２】
［０１６０］航空機乗務員自動化システム１００は、人間の操業コストを大幅に削減しながら、民間の航空運航の安全性及び有用性を促進する。例えば、航空機乗務員自動化システム１００は、この高度なパイロット支援技術の安全性及び効率性を上げるだけでなくコスト節約も推進するために、長距離の貨物航空会社に適用することが可能である。更に、最終的な状態マシンは例えば、従来は一人乗り航空機であるところに第２の目を提供する、飛行中のパイロットのための訓練ツール、あるいは安全システムとしての役割を果たしうる。ヒューマンマシンインターフェース１２６の一部により、全てのパイロットによる運航が、マルチクルー運航においてさえも能率的になる。
【０１５３】
［０１６１］上記の特許及び特許文献は、その全体が参照により本書に組み込まれている。部品、特徴等の具体的な配置を参照しながら様々な実施形態を説明してきたが、これらは全ての可能な配置又は特徴を網羅するわけではなく、実際は、他の多数の実施形態、修正例、及び変形例も当業者により確定可能である。したがって、本発明は、具体的に上述したもの以外にも実行可能であることを理解すべきである。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【国際調査報告】
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