(57)【要約】無人航空機（「ＵＡＶ」）などの航空機が記載され、この航空機は、航空機の外周フレームに沿って取り付けられ、航空機を取り巻くシーンを生成するように配置された、ステレオカメラなどの複数のセンサを含む。センサは、外周フレームのウイングレットの内部または表面に取り付けることができる。複数のセンサのそれぞれは視野を有し、複数の光学センサは、それらの視野が外周フレームを取り巻く連続空間全体にわたって互いに重なり合うように配置及び／または配向されている。この視野はまた、外周フレームの一部または外周フレームに隣接する空間を含み得る。【選択図】図１
2019532860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の外周フレームを水平に取り巻く連続空間を表すシーンを生成する方法であって、
第１の光センサから第１の信号を受け取ることを含み、前記第１の光センサが、前記外周フレームに結合された第１のウイングレットの内側部分から突出し、前記方法はさらに、
第２の光センサから第２の信号を受け取ることを含み、前記第２の光センサが、前記外周フレームに結合された第２のウイングレットの外側部分から突出し、前記方法はさらに、
第３の光センサから第３の信号を受け取ることを含み、前記第３の光センサが、前記外周フレームに結合された第３のウイングレットから突出し、前記方法はさらに、
第４の光センサから第４の信号を受け取ることを含み、前記第４の光センサが、前記外周フレームに結合された第４のウイングレットから突出し、前記方法はさらに、
前記第１の信号、前記第２の信号、前記第３の信号、及び前記第４の信号を処理して、前記航空機の前記外周フレームを取り巻く前記連続空間を表す前記シーンを生成することを含む前記方法。
【請求項２】
前記第１の光センサが第１のステレオカメラを含み、
前記第２の光センサが第２のステレオカメラを含み、
前記第３の光センサが第３のステレオカメラを含み、
前記第４の光センサが第４のステレオカメラを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の信号の第１の部分と前記第２の信号の第２の部分とが第１の同一空間を表し、
前記第２の信号の第３の部分と前記第３の信号の第４の部分とが第２の同一空間を表し、
前記第３の信号の第５の部分と前記第４の信号の第６の部分とが第３の同一空間を表し、
前記第４の信号の第７の部分と前記第１の信号の第８の部分とが第４の同一空間を表す、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第３の光センサが、前記第３のウイングレットの内側部分から突出し、
前記第４の光センサが、前記第４のウイングレットの外側部分から突出した、請求項１、２、または３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前方部及び後方部を有する外周フレームと、
第１の視野を有する第１のセンサであって、前記第１のセンサが前記前方部に結合される前記第１のセンサと、
第２の視野を有する第２のセンサであって、前記第２のセンサが前記前方部に結合される前記第２のセンサと、
第３の視野を有する第３のセンサであって、前記第３のセンサが前記後方部に結合される前記第３のセンサと、
第４の視野を有する第４のセンサであって、前記第４のセンサが前記後方部に結合される前記第４のセンサとを含み、
前記第４の視野の縁が前記第１のセンサを収容する第１の構造に実質的に隣接するように、前記第４のセンサが配向し、
前記第１の視野の縁が前記第２のセンサを収容する第２の構造に実質的に隣接するように、前記第１のセンサが配向し、
前記第２の視野の縁が前記第３のセンサを収容する第３の構造に実質的に隣接するように、前記第２のセンサが配向し、
前記第３の視野の縁が前記第４のセンサを収容する第４の構造に実質的に隣接するように、前記第３のセンサが配向した航空機。
【請求項６】
前記第１の視野と前記第３の視野とが重ならない、請求項５に記載の航空機。
【請求項７】
前記第１の視野の第１の部分と前記第２の視野の第１の部分とが、前記外周フレームの外側で重なり、
前記第２の視野の第２の部分と前記第３の視野の第１の部分とが、前記外周フレームの外側で重なり、
前記第３の視野の第２の部分と前記第４の視野の第１の部分とが、前記外周フレームの外側で重なり、
前記第４の視野の第２の部分と前記第１の視野の第２の部分とが、前記外周フレームの外側で重なる、請求項５または６のいずれかに記載の航空機。
【請求項８】
前記第１の構造が第１のウイングレットを含み、
前記第２の構造が第２のウイングレットを含み、
前記第３の構造が第３のウイングレットを含み、
前記第４の構造が第４のウイングレットを含む、請求項５、６、または７のいずれかに記載の航空機。
【請求項９】
前記第１のセンサが、前記第１のウイングレットの内側部分から突出し、
前記第２のセンサが、前記第２のウイングレットの外側部分から突出し、
前記第３のセンサが、前記第３のウイングレットの内側部分から突出し、
前記第４のセンサが、前記第４のウイングレットの外側部分から突出した、請求項８に記載の航空機。
【請求項１０】
前記第１のセンサが第１のステレオカメラを含み、
前記第２のセンサが第２のステレオカメラを含み、
前記第３のセンサが第３のステレオカメラを含み、
前記第４のセンサが第４のステレオカメラを含む、請求項５、６、７、８、または９のいずれかに記載の航空機。
【請求項１１】
前記第１のステレオカメラ、前記第２のステレオカメラ、前記第３のステレオカメラ、または前記第４のステレオカメラのうちの少なくとも１つが、互いに垂直方向にずらされた第１の撮像要素及び第２の撮像要素を含む、請求項１０に記載の航空機。
【請求項１２】
前記第１のステレオカメラ、前記第２のステレオカメラ、前記第３のステレオカメラ、または前記第４のステレオカメラのうちの少なくとも１つが、互いに水平方向にずらされた第１の撮像素子及び第２の撮像素子を含む、請求項１０に記載の航空機。
【請求項１３】
前記外周フレームが、第１の外面を有する第１の側部と、第２の外面を有する第２の側部とを有し、
前記第１の視野の縁の少なくとも一部が、前記外周フレームの前記第１の側部の前記第１の外面と重なり、
前記第２の視野の縁の少なくとも一部が、前記外周フレームの前記第１の側部の前記第２の外面と重なり、
前記第１の側部と前記第２の側部とが互いに向かい合う、請求項５、６、７、８、９、１０、１１、または１２のいずれかに記載の航空機。
【請求項１４】
前記第１のセンサが第１の信号を供給するように構成され、
前記第２のセンサが第２の信号を供給するように構成され、
前記第３のセンサが第３の信号を供給するように構成され、
前記第４のセンサが第４の信号を供給するように構成され、
前記第１の信号、前記第２の信号、前記第３の信号、及び前記第４の信号の組合せが、少なくとも前記外周フレームを水平に取り巻く連続空間を表す、請求項５、６、７、８、９、１０、１１、１２、または１３のいずれかに記載の航空機。
【請求項１５】
前記第１のセンサが、９０度より大きい第１の画角を有し、
前記第２のセンサが、９０度より大きい第２の画角を有し、
前記第３のセンサが、９０度より大きい第３の画角を有し、
前記第４のセンサが、９０度より大きい第４の画角を有した、請求項５、６、７、８、９、１０、１１、１２、または１３のいずれかに記載の航空機。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本出願は、２０１６年９月１４日に出願された「Ａｅｒｉａｌ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ」と題する米国特許出願第１５／２６５，７９３号の利益を主張し、この米国出願に記載された全ての記載内容を参照により本出願に援用するものである。
【０００２】
無人航空機（ＵＡＶ）では、航空機周囲の空間の映像を計測し、また捕捉するために、光センサが使われている。例えば、ＵＡＶの周囲の物体を検出するためにカメラが使用されている。光センサによるＵＡＶの周囲の空間計測は、従来から、検出範囲、ＵＡＶ及び光センサ用の支持具の幾何学的形状、ならびにＵＡＶに搭載の光センサの数によって制限されている。
【０００３】
例えば、ＵＡＶのフレームの下部のジンバルなど、ＵＡＶ上の慣行的な取付け位置に光センサを取り付けると、ＵＡＶの周囲に測定できないスペースすなわち「死角」がもたらされる。例として、センサが、ＵＡＶの中ほどの真上または真下に延びる構造体から取り付けられている場合、死角はＵＡＶの近く、センサの上方または下方、及び／またはＵＡＶの上方または下方に存在し得る。死角内の物体は検出することができないので、死角は望ましくない。
【０００４】
死角は、その死角に向けられる追加の光センサを取り付けることによって減らすことができる。しかし、光センサとそれに対応する配線及び取付け金具とを付け加えると、ＵＡＶの重量が増える。さらに、光センサを取り付けると空気抵抗が増大し、他の点では、飛行、離陸、及び／または着陸の性能に悪影響を及ぼす可能性がある。また、追加の光センサとその取付け金具とを付け加えると、別の死角が生じる場合がある。さらに、ＵＡＶにセンサを追加することは、コンピューティングリソース、及び関連して、センサによって提供されるデータを処理するのに必要とされる電力を増加させる可能性がある。
【０００５】
発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。図面中、参照番号の左端の数字（複数可）は、その参照番号が最初に現れる図を識別する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施態様による航空機の構成を示す図である。
【図２Ａ】実施態様に従って、航空機の前方ウイングレット及び後方ウイングレットにそれぞれ取り付けられた光センサを示す図である。
【図２Ｂ】実施態様に従って、航空機の前方ウイングレット及び後方ウイングレットにそれぞれ取り付けられた光センサを示す図である。
【図３】実施態様による、複数の光センサと、航空機を水平に取り巻く連続空間とを示す図である。
【図４】実施態様による、航空機の下方の空間にわたる視野を持つ光センサを搭載した航空機の側面図を示す。
【図５】実施態様に従って、航空機を水平に取り巻く連続空間のシーン表現を生成するプロセス例を示すフローチャートである。
【図６】様々な実施態様と一緒に使用できる航空機制御システムの例示的実施態様のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本明細書では、実施態様が例として記載されるが、当業者であれば、本実施態様が、記載される例または図に限定されるものではないことが認識されるであろう。図面及びその詳細な説明は、実施態様が、開示された特定の形態に制限されることを意図するものではなく、むしろ添付の特許請求の範囲によって定義される趣旨及び範囲に含まれる全ての変形、均等物及び代替物を包含する意図であることが理解されるべきである。使用されている表題は、組織化を目的としたものにすぎず、明細書における記述の範囲または特許請求の範囲を限定するために使用されることを意味していない。本出願全体を通して使用される「〜し得る（ｍａｙ）」という語は、強制的な意味（すなわち、「〜しなければならない」を意味する）ではなく、許容的な意味（すなわち、「〜する可能性がある」を意味する）で使用される。同様に、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」という語は、「〜を含むが、その〜に限定されない」ことを意味する。本明細書で使用される「結合される」という用語は、２つ以上の構成要素が互いに接続されることをいい、その接続が恒久的（溶接など）か一時的（ボルト留めなど）か、直接的か間接的（すなわち中間物を介して）か、または機械的か、化学的か、光学的か、それとも電気的かにかかわらない。本明細書でいう「水平」飛行とは、地表（すなわち海面）にほぼ平行な方向に移動する飛行を意味し、その「鉛直」飛行とは、地球の中心からほぼ半径方向に外側へ移動する飛行を意味する。軌道には、「水平」飛行ベクトル及び「鉛直」飛行ベクトルの両方の成分が含まれ得ることが当業者によって理解されるべきである。本明細書において角度に関して使用される「約」は、±１０度の範囲内を意味する。
【０００８】
本開示は、航空機の外周フレームに沿って設置される光センサ、カメラなどの複数のセンサを有した、無人航空機（「ＵＡＶ」）などの航空機の構成を記述するものである。センサは、外周フレームのウイングレットまたは他の構造に付けられ得る。各センサにはステレオカメラが含まれ、このステレオカメラの視野の縁は、航空機の外周フレームの一部分に隣接し、この一部分と平行であり、及び／またはこの一部分を取り囲むような構成で、航空機の外周部を囲んで、方向が合わせられ、または配置され得る。同様に、この構成の各ステレオカメラの視野は、この構成の少なくとも１つの他のステレオカメラの視野に重なる。いくつかの実施態様では、ステレオカメラの視野の水平方向の配向が、移動方向に対してずれている。本明細書に開示される構成は、わずか４つのセンサを使用して、航空機を（例えば、水平または鉛直に）取り巻く連続空間を表すシーンの生成に供し得るものである。本明細書に開示される構成は、航空機の外周フレームの外面、または航空機の外周フレームの外面に近接した空間を、センサの視野の範囲内に含ませることに供し得るものであり、この構成では、航空機に近接した空間における物体の検出に対する対応がなされ、死角を低減させることができる。
【０００９】
図１は、実施態様による航空機１００の図を示す。いくつかの実施態様では、航空機１００はＵＡＶである。図示のように、航空機１００は、前方ウイング１２０、下部後方ウイング１２４、上部後方ウイング１２２、及び２つの水平サイドレール１３０−１、１３０−２を含む外周フレーム１０４を含む。水平サイドレール１３０は、前方ウイング１２０の両端部と上部後方ウイング１２２及び下部後方ウイング１２４の両端部とに結合される。いくつかの実施態様において、この結合は、前方左角接合部１３１−１、前方右角接合部１３１−２、後方右角接合部１３１−３、及び後方左角接合部１３１−４などの角接合部とすることができる。このような実施態様では、角接合部は外周フレーム１０４の一部である。
【００１０】
前方ウイング１２０、下部後方ウイング１２４、上部後方ウイング１２２、サイドレール１３０−１、１３０−２、及び角接合部１３１などの外周フレーム１０４の部材は、グラファイト、炭素繊維、アルミニウム、チタン等、またはそれらの任意の組合せなどの任意の１つまたは複数の好適な材料で形成され得る。図示の例では、航空機１００の外周フレーム１０４の部材はそれぞれ、炭素繊維で形成され、角接合部１３１を用いて角で接合されている。外周フレーム１０４の部材は、様々な技法を使用して結合することができる。例えば、外周フレーム１０４の部材が炭素繊維である場合、それらを組み合わせ、当業者にとって周知の技法である二次結合を使用して接合してもよい。他の実施態様では、外周フレーム１０４の部材は、例えば、ネジ、リベット、ラッチ、１／４回転ファスナなどの１つまたは複数の取付け機構で取り付けるか、または別な具合に恒久的な方法もしくは取外し可能な方法で互いに固定してもよい。
【００１１】
前方ウイング１２０、下部後方ウイング１２４、及び上部後方ウイング１２２は３翼構成に配置され、各ウイングは、ＵＡＶが１つまたは複数の方向に移動する際に、航空機１００に揚力をもたらす。例えば、ウイングはそれぞれ、水平飛行中にウイングを通り過ぎる気流によって揚力を引き起こすエアフォイル型を有し得る。
【００１２】
前方ウイング１２０の両端部は、前方右角接合部１３１−２や前方左角接合部１３１−１などの角接合部１３１に結合され得る。いくつかの実施態様では、前方ウイングは、１つまたは複数のフラップ１２７（または「補助翼」）を含み得る。このフラップ１２７は、単独で、または以下に論じるリフトモータ１０６、リフトプロペラ１０２、スラストモータ１１０、スラストプロペラ１１２、及び／または後方ウイング上の他のフラップと組み合わせて、航空機１００のピッチ、ヨー、及び／またはロールを調整する能力を持ち得る。１つまたは複数の実施態様では、フラップ１２７は、航空機１００の外部の物体をリフトプロペラ１０２にそれ以上接近させないための保護シュラウドとして使用され得る。例えば、航空機１００が鉛直方向に移動している際に、またはホバリングしている際に、リフトプロペラ１０２の一部分の周りに、フラップ１２７を伸展させて、保護バリアのサイズを増大させることができる。
【００１３】
図１に示すように、いくつかの実施態様では、前方ウイング１２０は２つ以上のフラップ１２７の対を含み得る。他の実施態様において、例えば、前方スラストモータ１１０−１が無い場合には、前方ウイング１２０は、おおむね前方ウイング１２０の長さに延在する単一のフラップ１２７のみを含み得る。前方ウイング１２０がフラップ１２７を含まない場合、リフトモータ１０６及びリフトプロペラ１０２、スラストモータ１１０、スラストプロペラ１１２及び／または後方ウイングのフラップにより、飛行中の航空機１００のピッチ、ヨー、及び／またはロールを制御することができる。
【００１４】
下部後方ウイング１２４の両端部は、後方右角接合部１３１−３や後方左角接合部１３１−４などの角接合部１３１に結合され得る。後方右角接合部１３１−３及び後方左角接合部１３１−４は、ウイングレットであってもよい。いくつかの実施態様では、下部後方ウイングは、１つまたは複数のフラップ１２３を含み得る。このフラップ１２３は、単独で、またはリフトモータ１０６、リフトプロペラ１０２、スラストモータ１１０、スラストプロペラ１１２、及び／または前方ウイングのフラップ１２７と組み合わせて、航空機１００のピッチ、ヨー、及び／またはロールを調整し得る。いくつかの実施態様では、フラップ１２３はまた、航空機１００の外部の物体をリフトプロペラ１０２にそれ以上接近させないための保護シュラウドとして使用され得る。例えば、航空機１００が鉛直方向に移動している際に、またはホバリングしている際に、前方ウイング１２０の前方フラップ１２７の伸展と同様に、フラップ１２３を伸展させてもよい。
【００１５】
いくつかの実施態様では、後方ウイング１２４は、図１に示すように２つ以上のフラップ１２３、またはそれぞれ２つ以上のフラップ対を含み得る。他の実施態様では、例えば下部後方ウイングに後方スラストモータ１１０−２が取り付けられていない場合には、後方ウイング１２４は、おおむね下部後方ウイング１２４の長さに延在する単一のフラップ１２３のみを含み得る。他の実施態様において、下部後方ウイングに２つのスラストモータが搭載される場合、下部後方ウイングは、下部後方ウイング１２４のどちらの側の端にも１つ、及び下部後方ウイング１２４に取り付けられた２つのスラストモータの間に１つ、３つのフラップ１２３を含むように構成され得る。
【００１６】
上部後方ウイング１２２の両端部は、後方右角接合部１３１−３や後方左角接合部１３１−４などの角接合部１３１に結合され得る。いくつかの実施態様では、下部後方ウイング１２４のように、上部後方ウイング１２２は、１つまたは複数のフラップ（図示せず）または補助翼を含み得る。このフラップまたは補助翼は、単独で、またはリフトモータ１０６、リフトプロペラ１０２、スラストモータ１１０、スラストプロペラ１１２、及び／または他のウイングの他のフラップ（図示せず）と組み合わせて、航空機１００のピッチ、ヨー、及び／またはロールを調整し得る。いくつかの実施態様では、フラップは、航空機１００の外部の物体をリフトプロペラ１０２にそれ以上接近させないようにし得る保護シュラウドを形成することができる。航空機１００が鉛直方向に移動している際に、またはホバリングしている際に、前方ウイング１２０の前方フラップ１２７または下部後方ウイングのフラップ１２３の伸展と同様に、フラップを伸展させてもよい。
【００１７】
前方ウイング１２０、下部後方ウイング１２４、及び上部後方ウイング１２２は、航空機１００が水平方向に移動している間に、航空機に安定性をもたらすように、均整のとれた配置及びサイズにされ得る。例えば、下部後方ウイング１２４及び上部後方ウイング１２２のそれぞれによって生成される鉛直揚力ベクトルが互いに接近するように、下部後方ウイング１２４及び上部後方ウイング１２２を上下に積み重ねる。この鉛直揚力ベクトルは水平飛行中に不安定になる可能性がある。対照的に、前方ウイング１２０は後方ウイングから長手方向に分離され、したがって前方ウイング１２０によって生成される鉛直揚力ベクトルが、下部後方ウイング１２４及び上部後方ウイング１２２の鉛直揚力ベクトルと作用し、効率性、安定化及び制御機構がもたらされる。
【００１８】
いくつかの実施態様では、航空機１００の安定性及び制御機構をさらに向上させるために、１つまたは複数のウイングレット１２１またはスタビライザアームを外周フレーム１０４に結合して、その一部として含めることもできる。図１に関して示した例では、前方左角接合部１３１−１及び前方右角接合部１３１−２の下側に、それぞれ取り付けられた２つの前方ウイングレット１２１−１及び１２１−２がある。ウイングレット１２１は、前方ウイング１２０及び水平サイドレール１３０とほぼ垂直に下方に延在する。同様に、２つの後方角接合部１３１−３、１３１−４もまた形成され、航空機１００が水平方向に移動しているときに、航空機１００にさらなる安定性及び制御機構を提供するウイングレットとして動作する。
【００１９】
ウイングレット１２１及び後方角接合部１３１−３、１３１−４は、航空機１００の長さ、幅、及び高さに比例した寸法を有し得、水平飛行中に航空機１００に安定性及び制御機構を提供するように、航空機１００のおおよその重心に基づいて位置決めされてもよい。一実施態様では、航空機１００は、航空機１００の前部から航空機１００の後部までの長さが約６４．７５インチであり、幅が約６０．００インチであってよい。そのような構成では、前方ウイング１２０は、約６０．００インチ×約７．８７インチの寸法を有する。下部後方ウイング１２４は、約６０．００インチ×約９．１４インチの寸法を有する。上部後方ウイング１２２は、約６０．００インチ×約５．４７インチの寸法を有する。下部後方ウイングと上部後方ウイングとの間の垂直方向分離は、約２１．６５インチである。ウイングレット１２１は、ＵＡＶの外周フレームとの角接合部で幅が約６．４０インチ、そのウイングレットの反対側の端部で幅が約５．９１インチ、長さが約２３．６２インチである。後方角接合部１３１−３、１３１−４は、下部後方ウイング１２４と結合する端部で幅が約９．１４インチ、その反対側の端部で幅が約８．０４インチ、長さが約２１．６５インチである。航空機１００の全重量は約５０．００ポンドである。
【００２０】
外周フレーム１０４の内側には、中央フレーム１０７が結合されている。中央フレーム１０７は、ハブ１０８と、ハブ１０８から延在して外周フレーム１０４の内側に結合するモータアーム１０５とを含む。この例では、単一のハブ１０８と４つのモータアーム１０５−１、１０５−２、１０５−３、及び１０５−４とが存在する。モータアーム１０５のそれぞれは、ハブ１０８の角付近から延在して、外周フレームのそれぞれの内角に結合し、またはそこで終端している。いくつかの実施態様では、各モータアーム１０５は、外周フレーム１０４の角接合部１３１に結合し得る。外周フレーム１０４と同様に、中央フレーム１０７は、グラファイト、炭素繊維、アルミニウム、チタン等、またはそれらの任意の組合せなどの任意の好適な材料で形成することができる。この例では、中央フレーム１０７は、炭素繊維で形成され、角接合部１３１において外周フレーム１０４の角に接合される。中央フレーム１０７の外周フレーム１０４への接合は、外周フレーム１０４の部材を接合する上に述べた技法のうちの任意の１つまたは複数を用いて行うことができる。
【００２１】
リフトモータ１０６は、リフトモータ１０６及び対応するリフトプロペラ１０２が外周フレーム１０４の内側にあるように、各モータアーム１０５のおおよそ中央に結合される。一実施態様では、リフトモータ１０６は、リフトプロペラ１０２に取り付けられたリフトモータのプロペラシャフトが下を向くように、各モータアーム１０５の下部または底部の側に下向きに取り付けられる。他の実施態様では、図１に示すように、リフトモータ１０６は、リフトプロペラ１０２に取り付けられたリフトモータのプロペラシャフトが上を向くように、モータアーム１０５の上部に上向きに取り付けられてもよい。この例では、リフトモータ１０６−１、１０６−２、１０６−３、１０６−４が４つあり、各モータがそれぞれモータアーム１０５−１、１０５−２、１０５−３、及び１０５−４の上側に取り付けられる。
【００２２】
いくつかの実施態様では、複数のリフトモータを各モータアーム１０５に結合してもよい。例えば、図１は、各リフトモータが各モータアームの上部に取り付けられたクワッドコプタ構成を示すが、同様の構成をオクトコプタに利用してもよい。例えば、リフトモータ１０６を各モータアーム１０５の上側に取り付けることに加えて、別のリフトモータを各モータアーム１０５の下側に取り付けて下に向けることもできる。他の実施態様において、中央フレーム１０７は、追加のモータアームなどの異なる構成を有し得る。例えば、８つのモータアームが異なる方向に延在してもよく、リフトモータが各モータアームに取り付けられてもよい。
【００２３】
リフトモータは、航空機１００及び任意の係合したペイロードを持ち上げるのに十分な回転速度をリフトプロペラ１０２で生成することができ、それによってペイロードの航空輸送を可能にする任意の形態のモータとすることができる。
【００２４】
各リフトモータ１０６にはリフトプロペラ１０２が取り付けられている。リフトプロペラ１０２は、任意の種類のプロペラであってもよく（例えば、グラファイト、炭素繊維）、航空機１００及び航空機１００によって係合される任意のペイロードを持ち上げるのに十分な大きさとすることができ、したがって空中を航行して、例えば、ペイロードを配達場所に配達することができる。例えば、リフトプロペラ１０２はそれぞれ、２４インチの寸法すなわち直径を有する炭素繊維プロペラであってもよい。図１の図は全て同じサイズのリフトプロペラ１０２を示すが、いくつかの実施態様では、リフトプロペラ１０２のうちの１つまたは複数は、異なるサイズ及び／または寸法であってもよい。同様に、この例では４つのリフトプロペラ１０２−１、１０２−２、１０２−３、１０２−４を含むが、他の実施態様では、それよりも多くの、またはそれよりも少ないプロペラをリフトプロペラ１０２として利用することができる。同様に、いくつかの実施態様では、リフトプロペラ１０２を航空機１００上の別の場所に配置してもよい。さらに、本明細書に記載される実施態様において、他の推進方法を「モータ」として利用してもよい。例えば、ファン、ジェット、ターボジェット、ターボファン、ジェットエンジン、内燃機関などを（プロペラかそれとも他の装置と共に）使用して、ＵＡＶに揚力を与えてもよい。
【００２５】
リフトモータ１０６及びリフトプロペラ１０２に加えて、航空機１００はまた、１つまたは複数のスラストモータ１１０及び対応するスラストプロペラ１１２を含み得る。スラストモータ及びスラストプロペラは、リフトモータ１０６及びリフトプロペラ１０２と同じであっても異なっていてもよい。例えば、いくつかの実施態様では、スラストプロペラは、炭素繊維で形成され、長さが約１８インチであり得る。他の実施態様では、スラストモータは、他の種類の推進力を利用して航空機を推進させることができる。例えば、ファン、ジェット、ターボジェット、ターボファン、ジェットエンジン、内燃機関などをスラストモータとして（プロペラかそれとも他の装置と共に）使用することができる。
【００２６】
スラストモータ及びスラストプロペラは、航空機１００の外周フレーム１０４及び中央フレーム１０７に対して約９０度に向けられ、水平成分を含む飛行の効率を高めるのに利用してもよい。例えば、航空機１００が水平方向に移動している際に、スラストモータを係合させて、スラストプロペラを介して、航空機１００を水平に推進させるように、水平推進力を供給することができる。結果的に、リフトモータ１０６によって利用される速力及び電力を減らすことができる。あるいは、選ばれた実施態様において、スラストモータは、推進力と揚力との組合せを提供するために、外周フレーム１０４及び中央フレーム１０７に対して９０度よりも大きいか、または小さい角度に向けられてもよい。
【００２７】
図１に示す例では、航空機１００は、２つのスラストモータ１１０−１、１１０−２及び対応するスラストプロペラ１１２−１、１１２−２を含む。具体的に、図示の例では、前方ウイング１２０のおおよその中間点付近に結合されて配置された前方スラストモータ１１０−１がある。前方スラストモータ１１０−１は、対応するスラストプロペラ１１２−１が外周フレーム１０４の内側に配置されるように向けられる。第２のスラストモータは、下部後方ウイング１２４のおおよその中間点付近に結合されて配置される。後方スラストモータ１１０−２は、対応するスラストプロペラ１１２−２が外周フレーム１０４の内側に配置されるように向けられる。
【００２８】
図１に示す例は、２つのスラストモータ１１０及び対応するスラストプロペラ１１２を持つ航空機１００を示すが、他の実施態様では、それよりも少ないか、またはそれよりも多いスラストモータ及び対応するスラストプロペラがあってもよい。例えば、いくつかの実施態様では、航空機１００は、単一の後方スラストモータ１１０及び対応するスラストプロペラ１１２のみを含み得る。別の実施態様において、２つのスラストモータ及び対応するスラストプロペラが下部後方ウイング１２４に取り付けられてもよい。このような構成では、前方スラストモータ１１０−１は、含まれてもよいし、または航空機１００から省かれてもよい。同様に、図１に示す例は、スラストプロペラを外周フレーム１０４の内側に配置させるように向けたスラストモータを示すが、他の実施態様では、スラストモータ１１０の１つまたは複数を、対応するスラストプロペラ１１２が外周フレーム１０４の外側に向くように、向けてもよい。
【００２９】
外周フレーム１０４は、航空機１００の側部からリフトプロペラ１０２への進入を阻止することによって、航空機１００を異物から保護することができ、航空機１００の構造的完全性を高めることができる。航空機１００が水平に移動していて、異物（例えば、壁、建物）と衝突する場合、航空機１００と異物との間の衝撃は、プロペラではなく、外周フレーム１０４に影響するようになる。それに加えて、外周フレーム１０４は中央フレーム１０７と互いに連結されているので、衝撃に由来する力は、外周フレーム１０４及び中央フレーム１０７の両方にわたって散逸される。
【００３０】
外周フレーム１０４はまた、その表面または内部に航空機１００の１つまたは複数の部材を取り付けることができる構造を提供する。別法として、またはそれに加えて、航空機１００の１つまたは複数の部材を、外周フレーム１０４部分の空洞の内部に取り付けるか、または配置してもよい。例えば、１つまたは複数のアンテナを前方ウイング１２０の表面または内部に取り付けることができる。アンテナは無線通信を送信及び／または受信することができる。例えば、アンテナは、Ｗｉ−Ｆｉ、衛星、近距離無線通信（「ＮＦＣ」）、セルラ通信、または任意の他形式の無線通信に利用され得る。他の部材、例えば、光センサ（例えば、カメラ）、飛行時間センサ、加速度計、傾斜計、距離判定素子、ジンバル、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機／送信機、レーダ、照明素子、スピーカ、及び／または航空機１００もしくは航空機制御システム（後述される）等の任意の他の部材なども同じように、外周フレーム１０４に、またはその内部に、取り付けることができる。また、航空機１００の識別を助長するために、認識票または反射認識装置を外周フレーム１０４に取り付けてもよい。
【００３１】
いくつかの実施態様では、外周フレーム１０４は、中央フレーム１０７、リフトモータ１０６、及び／またはリフトプロペラ１０２を囲んで、外周フレーム１０４の上面及び／または下面にわたって延在する通気性材料（例えば、メッシュ、スクリーン）を含むこともできる。
【００３２】
中央フレーム１０７には、航空機制御システム１１４がまた、取り付けられている。本例では、航空機制御システム１１４は、ハブ１０８に取り付けられ、遮蔽物に囲まれている。遮蔽物によって制御システム１１４に耐候性を与えることができ、したがって航空機１００は、制御システム１１４を破壊することなく、雨及び／または雪の中で動作することができる。いくつかの実施態様では、遮蔽物は、ＵＡＶが水平成分を含む方向に移動しているときに空気抵抗を減らせる空気力学的形状を有し得る。遮蔽物は、グラファイトエポキシ、ケブラ、及び／またはガラス繊維を含むがこれらに限定されない任意の材料で形成することができる。いくつかの実施態様では、複数の材料を利用してもよい。例えば、ケブラは、信号が送信及び／または受信される必要がある領域に利用され得る。
【００３３】
同様に、航空機１００は、１つまたは複数の電力モジュール１５５を含む。いくつかの実施態様では、電力モジュール１５５を、サイドレール１３０−１、１３０−２の空洞の内部に配置してもよい。他の実施態様では、電力モジュール１５５を、ＵＡＶの他の場所に取り付けるか、または配置してもよい。ＵＡＶ用の電力モジュール１５５は、バッテリ電源、太陽電力、ガス電力、スーパーキャパシタ、燃料電池、代替発電源、またはそれらの組合せの形態であってもよい。例えば、電力モジュール１５５はそれぞれ、６０００ｍＡｈのリチウムイオンポリマ電池、またはポリマリチウムイオン（Ｌｉ−ｐｏｌｙ、Ｌｉ−Ｐｏｌ、ＬｉＰｏ、ＬＩＰ、ＰＬＩまたはＬｉｐ）電池であり得る。電力モジュール（複数可）は、航空機制御システム１１４、リフトモータ１０６、スラストモータ１１０、光センサ１５０、及びペイロード係合機構１５４に結合され、これらに電力を供給する。
【００３４】
いくつかの実施態様では、１つまたは複数の電力モジュール１５５は、ＵＡＶが着陸している間または飛行中に、その電力モジュールが自律的に取り除かれ、及び／または別の電力モジュールと交換され得るように、構成することができる。例えば、ある場所にＵＡＶが着陸するとき、その場所でＵＡＶが、電力モジュールを再充電する充電部材と係合してもよい。
【００３５】
上記のとおり、航空機１００はペイロード係合機構１５４を含むこともできる。ペイロード係合機構１５４は、アイテム及び／またはアイテムを保持するコンテナ（ペイロード）を係合及び解放するように構成され得る。本例では、ペイロード係合機構１５４は、航空機１００の外周フレーム１０４のハブ１０８の下に配置され、ハブ１０８に結合されている。ペイロード係合機構１５４は、ペイロードを確実に係合及び解放するのに十分な任意のサイズであってよい。他の実施態様では、ペイロード係合機構１５４は、これがアイテム（複数可）を収容するコンテナとして動作し得る。ペイロード係合機構１５４は、航空機制御システム１１４と（有線通信または無線通信を介して）通信し、航空機制御システム１１４によって制御される。ペイロード係合機構の例は、２０１４年９月３０日に出願された「ＵＮＭＡＮＮＥＤ  ＡＥＲＩＡＬ  ＶＥＨＩＣＬＥ  ＤＥＬＩＶＥＲＹ  ＳＹＳＴＥＭ」と題する同時係属中の特許出願第１４／５０２，７０７号に記載され、この出願に記載された全ての記載内容の主題は、参照により本明細書に援用される。
【００３６】
第１の光センサ１５０、第２の光センサ１５１、第３の光センサ１５２、及び第４の光センサ１５３は、外周フレーム１０４に結合される（または「固定される」、「付けられる」、「取り付けられる」等）。第１の光センサ１５０及び第２の光センサ１５１は、それぞれ前方左角接合部１３１−１及び前方右角接合部１３１−２に結合される。図２Ａに関してより詳細に説明するように、第１の光センサ１５０は、ウイングレット１２１−１に固定されてもよく、ウイングレット１２１−１の内側から離れて突出（または「延在」）してもよい。第２の光センサ１５１は、ウイングレット１２１−２に固定されてもよく、ウイングレット１２１−２の外側から離れて突出してもよい。第３の光センサ１５２は、後方右角接合部１３１−３に取り付けられてもよく、後方右角接合部１３１−３の外側から離れて突出してもよい。第４の光センサ１５３は、後方左角接合部１３１−４に取り付けられてもよく、後方左角接合部１３１−４の内側から離れて突出してもよい。他の実施態様では、センサは、ウイング（例えば、前方ウイング１２０、上部ウイング１２２）、フラップ（例えば、フラップ１２３、１２７）などの他の場所にあってもよい。例えば、複数のセンサを単一のウイングレットに取り付けるか、または固定するかしてもよい。
【００３７】
第１の光センサ１５０及び第２の光センサ１５１は、航空機１００の底部１４３に設置され、第３の光センサ１５２及び第４の光センサ１５３は、航空機１００の上部１４９に設置される。航空機１００の底部１４３は、水平中心線１６１の下にある外周フレーム１０７の部分である。航空機１００の上部１４９は、水平中心線１６１の上の外周フレーム１０７の部分である。
【００３８】
光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３としては、単レンズカメラ、ステレオカメラ、マルチレンズカメラ、デジタルスチルカメラ、赤、緑、青（ＲＧＢ）カメラ、ビデオカメラ、サーモグラフィカメラ、赤外線センサ、及び光検知測距（ＬＩＤＡＲ）などの各種のセンサが含まれ得る。本明細書で使用する「光センサ」には、光を、光センサの視野に含まれる物体を表すかまたは示す電気信号に変換する能力を持つセンサが含まれる。いくつかの実施態様では、１つまたは複数の光センサは、他種のセンサ、例えば、使用し得るソナー（ＳＯＮＡＲ）センサを含むか、またはその他種のセンサと置き換えてもよい。全体として、本明細書で使用する「センサ」には、光センサの視野に位置する物体の表現を検出もしくは生成することができる任意のセンサ、またはその表現を検出もしくは生成するために使用することができる任意のセンサが含まれる。
【００３９】
いくつかの実施態様では、光センサは、併用して３次元空間の画像を捕捉または取得することができる、２つ以上の撮像素子を備えたステレオカメラを含む。本明細書で使用される「撮像素子」とは、画像データ、または画像を生成するのに使用され得るデータを記録または捕捉するために使用する装置をいう。例えば、撮像素子には、デジタルカメラなどの光学機器が含まれ得る。別の例では、撮像素子には、光をセンサ及び／または検出器に送るために使用されるレンズが含まれる。いくつかの実施態様では、ステレオカメラは、各レンズごとに別個の画像センサ、検出器、またはフィルムフレームを有する。いくつかの例では、単一のセンサをステレオカメラの複数のレンズと組み合わせて使用することができる。
【００４０】
第１の光センサ１５０、第２の光センサ１５１、第３の光センサ１５２、及び第４の光センサ１５３はそれぞれ、画角を有し得る。本明細書で使用される「画角」とは、その角度にかけて光センサの検出器が電磁放射に敏感である角度をいう。１つまたは複数の実施態様において、画角は調節可能であってよい。例えば、画角は、航空機制御装置１１４によって調節可能であってよい。画角は、水平に、垂直に、または斜めに測定され得る。いくつかの実施態様では、光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３は、少なくとも１１０度である水平画角と、６０度を超える垂直画角とを有し得る。いくつかの実施態様では、光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３は、それぞれが少なくとも１００度の水平画角を有し得る。他の実施態様では、光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３は、９０度から１００度の間の水平画角を有し得る。いくつかの実施態様では、光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３は、ほぼ同じ画角を有する。他の実施態様では、航空機上の少なくとも１つの光センサの画角は、航空機上の他の光センサの画角とは異なる。光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３の画角は、例えば、航空機１００の形状またはそれぞれの個別の光センサの外周フレーム上の位置に基づいて選択してもよい。
【００４１】
第１の光センサ１５０、第２の光センサ１５１、第３の光センサ１５２、及び第４の光センサ１５３はそれぞれ、視野を有し得る。本明細書で使用される「視野」とは、光センサを使用して一度に測定（または「検知」）され得る、観測可能な世界の空間をいう。光センサの視野は、航空機に対しての光センサの位置及び向きに依存し得る。光センサの視野はまた、光センサの画角に依存し得る。ステレオカメラの場合、各撮像素子が視野を有し得、ステレオカメラは複合視野を有し得る。文脈から別段の指示がない限り、ステレオカメラの「視野」とは、ステレオカメラの撮像素子の１つまたは複数の視野の共通部分または重複部分によって画定される共通視野をいう。
【００４２】
ステレオカメラなどのカメラセンサの場合、画角及び視野は、ステレオカメラの撮像素子の１つまたは複数の特性に依存し得る。例えば、撮像素子のレンズの焦点距離は、ステレオカメラの画角を決定し得る。いくつかの実施態様では、ステレオカメラの視野とステレオカメラの画角とは互いに比例し得る。例えば、より大きい画角を有する光センサは、比較的小さい画角を有する光センサと比較して、より大きい視野を有し得る。
【００４３】
光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３は、各光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３のそれぞれの視野が、外周フレームに沿って、他の光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３の１つの視野と重なるように配列してもよい。いくつかの実施態様では、光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３は、各光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３の視野が、光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３の他の２つの光センサの視野と重なるように配列される。例えば、第１の光センサ１５０の視野と第２の光センサ１５１の視野とは重なりを有してもよく、第１の光センサ１５０と第４の光センサ１５３との視野が別の重なりを有してもよい。さらに、第２の光センサ１５１の視野と第３の光センサ１５２の視野とは、別の異なる重なりを有してもよい。第３の光センサ１５２の視野と第４の光センサ１５３の視野とは、さらに別の異なる重なりを有してもよい。
【００４４】
図５に関して以下で論じるように、光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３は、制御システムと通信して、制御システムによって制御され得、光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３からの信号が画像を含み得るか、または画像を得るために使用され得る。いくつかの実施態様では、これらの画像を処理して、シーンに含まれる物体について、視差や変位などの深度情報を生成することができる。光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３は、例えば、ワイヤがそれぞれ前方左角接合部１３１−１、前方右角接合部１３１−２、後方右角接合部１３１−３、及び後方左角接合部１３１−４に行き渡ることによって、制御システム１１４に結合され得る。ワイヤによって引き起こされる空気抵抗を低減するために、及び／またはワイヤを保護するために、ワイヤのうちの一部または全部を、角接合部１３１の内部など、外周フレームの中の空洞または空間の内部に配置することができる。いくつかの実施態様では、光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３と制御システム１１４とが無線で通信することができるように、光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３と制御システム１１４とは無線送受信機モジュールを含む。
【００４５】
図２Ａ、図２Ｂ、図３、及び図５に関して以下でより詳細に論じるように、光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３によって提供される信号を使用して、外周フレーム１０４を水平に取り巻く連続空間を表すシーンを生成することができる。いくつかの実施態様では、シーンは、わずか４台のカメラを使用して、航空機を取り巻く垂直面、水平面、または他の角度平面において、航空機１００を取り巻く空間の３６０度の眺めを提供することができる。例えば、光センサ１５０、１５１、１５２、及び１５３のみからの信号により、航空機１００を水平に取り巻く連続空間を表すシーンを生成するために、制御システム１１４によって使用され得る複合視野を画定することができる。
【００４６】
図２Ａは、図１に関して上に述べた航空機１００などの、航空機の前方部２００の部分図を示す。前方部２００は、外周フレーム２０１の一部を含む。図１に関して上に述べたように、ウイングレット２２１−１及びウイングレット２２１−２は、航空機の外周フレーム２０１の一部に結合されて、その一部として含まれ得る。本例では、第１の光センサ２３１がウイングレット２２１−１の外向き部分２２５に付けられ、第２の光センサ２３２がウイングレット２２１−２の内向き部分２２６に付けられる。「内向き」及び「外向き」とは、航空機に対してであり得る。
【００４７】
いくつかの実施態様では、第１の光センサ２３１及び第２の光センサ２３２は、それぞれウイングレット２２１−１及び２２１−２の内側に埋め込まれ（または「嵌め込まれ」）てもよい。例えば、光センサ２３１及び２３２の一部を、ウイングレット２２１の空洞または内部空間の中に配置してもよく、及び／またはウイングレット２２１の内部に結合させてもよい。他の実施態様では、センサの一部（例えば、光センサ２３１及び２３２）を、例えばウイング、フラップ、または角接合部等といった、外周フレームの別の構造またはハウジングに埋め込むことができる。
【００４８】
外周フレームに含まれるかまたはそれに付けられた構造の中に光センサ２３１及び２３２の一部を埋め込むことは、様々な便益を提供することができる。例えば、光センサ２３１及び２３２をウイングレット２２１−１及び２２１−２に埋め込むと、そのような埋込みが航空機の全体的なフットプリントを減らすことができるので、障害物による「デッドスポット」を減らすことができる。加えて、光センサ２３１及び２３２の例えばレンズなどの撮像素子を、ウイングレット２２１の外面近くに配置することによって、センサが航空機に近い空間を測定することができる。同様に、光センサ２３１、２３２の一部を外周フレームに埋め込むことによって薄型に形成すると、航空機の動作中に光センサ２３１、２３２から生じる空気抵抗が低減し、それによって航空機の全体的な電力消費要件を低減することができる。さらに、光センサ２３１、２３２を外周フレーム２０１の構造内に埋め込むことにより、異なる形状の光センサパッケージとの適合性を持たせることができる。
【００４９】
いくつかの実施態様では、光センサ２３１及び２３２は、外周フレーム２０１（例えば、ウイングレット２２１）の外面に取り付けられる。光センサ２３１及び２３２を外周フレームの外面に取り付けることは、航空機の動作または死角への影響が最小限である比較的小さいフットプリントを有した光センサに利用され得る。また、外周フレームの外面上に光センサ２３１及び２３２を搭載または配置することは、既存の外周フレーム設計に対する変更が少なくて済む。
【００５０】
引き続き図２Ａを参照すると、第１の光センサ２３１は、ウイングレット２２１−１の外向き部分（または「外向き面」）２２５から突出し得る第１の撮像素子２４０−１及び第２の撮像素子２４０−２を有したステレオカメラを含む。第２の光センサ２３２は、ウイングレット２２１−２の内向き部分２２６から突出し得る第１の撮像素子２４１−１及び第２の撮像素子２４１−２を有したステレオカメラを含む。例えば、ステレオカメラを利用する実施態様では、撮像素子２４０−１、２４０−２、２４１−１、及び２４１−２のレンズなどの光センサ２３１及び２３２の一部は、ウイングレット２２１の外面から最大で３／８インチまで離れて突出している。
【００５１】
いくつかの実施態様では、撮像素子２４１−１及び２４１−２（例えば、レンズ）は、ウイングレット２２１及び／または外周フレーム２０１の他の部分によって引き起こされる「死角」を最小限に抑えるために、ウイングレット２２１−１の外縁に近接して配置され得る。例えば、いくつかの実施態様では、光センサ２３１及び／または２３２の一部（例えばレンズ）は、ウイングレット２２１の前縁または後縁から５／８インチ以内に配置され得る。いくつかの実施態様では、光センサ２３１の一部は、ウイングレット２２１−１の後縁の５／８インチ以内にあり、センサ２３２の一部は、ウイングレット２２１−２の後縁の５／８インチ以内にある。
【００５２】
第１の光センサ２３１の第１の撮像素子２４０−１及び第２の撮像素子２４０−２は、ウイングレット２２１−１に沿って互いに対して垂直にずらされ、または上下に離間している。他の実施態様では、第１の撮像素子２４０−１及び第２の撮像素子２４０−２は、互いに対して水平方向にずらされ、または左右に離間し得る。同様に、第２の光センサ２３２の第１の撮像素子２４１−１及び第２の撮像素子２４１−２は、互いに対して水平方向にずらされてもよい。
【００５３】
例えば、ステレオカメラのパッケージの形状因子または形状、及び／または撮像素子が付けられるハウジング、構造、及び／またはフレームの形状などの航空機の形状に起因して、垂直方向または水平方向にずらされた撮像素子を選択することができる。他の実施態様では、撮像素子の対は、互いに対して他の方向にずらされていてもよい。例えば、第１の撮像素子２４０−１は、第１の光センサ２３１の第２の撮像素子２４０−２の位置に対して、水平方向のズレと垂直方向のズレとの間の任意の角度でずらされてもよい。
【００５４】
さらに、ステレオカメラの所望の視野は、水平にずらしたステレオカメラか、それとも垂直にずらしたステレオカメラかのどちらを使用するかに影響を及ぼし得る。例えば、「死角」またはステレオカメラの撮像素子の視野が重ならない（すなわち、共通ではない）領域の位置は、撮像素子が垂直にずらされるか、それとも水平にずらされるかに依存し得る。
【００５５】
基線距離とも呼ばれる、ステレオカメラの撮像素子間の間隔または距離は、ステレオカメラの使用目的に応じて調節することができる。例えば、ステレオカメラ間の基線距離を増加させると、カメラから遠ざかるにつれて改善される奥行き検知能力がもたらされ得る。それとは対照的に、ステレオペアの２つの撮像素子間の基線距離を減少させると、潜在的に航空機の近くの奥行き検知能力が向上する。
【００５６】
航空機は、光センサの形状、位置、向き、及び／または重量のために非対称になることがある。例えば、図２Ａに関して上に述べたように、第１の光センサ２３１は、ウイングレット２２１−１の外向き部分２２５から突出し得、第２の光センサ２３２は、ウイングレット２２１−２の内向き部分２２６から突出し得る。このような非対称性は、舵でバランスをとること、航空機の１つまたは複数のモータの回転速度を変更すること等によって、航空中に補償することができる。
【００５７】
図２Ｂは、図１に関して上に述べた航空機１００などの、航空機の後方部２０２の部分図を示す。後方部２０２には、外周フレーム２０１に取り付けられた第３の光センサ２３３及び第４の光センサ２３４が含まれる。第３の光センサ２３３は、第３のウイングレット２２１−３の外側２２７から突出し、第４の光センサ２３４は、外周フレーム２０１の第４のウイングレット２２１−４の内側２２８から突出している。第３の光センサ２３３は、垂直方向にずらされた第１の撮像素子２４２−１及び第２の撮像素子２４２−２を含むステレオカメラである。第４の光センサ２３４は、垂直方向にずらされた第１の撮像素子２４３−１及び第２の撮像素子２４３−２を含むステレオカメラである。図２Ａに関する上記の説明は、図２Ｂの第３の光センサ２３３及び第４の光センサ２３４に適用可能であり得るが、簡潔さのために、これらの説明が繰り返されないことが理解されよう。
【００５８】
第４の光センサ２３４の第１の撮像素子２４３−１は第１の視野２５２を有し、第２の撮像素子２４３−２は第２の視野２５４を有する。第１の撮像素子２４３−１は、水平画角２５８−１及び垂直画角２５９−１を有する。第２の撮像素子２４３−２は、水平画角２５８−２及び垂直画角２５９−２を有する。第４の光センサ２３４は、第１の視野２５２と第２の視野２５４との重なり部分または共通部分によって画定される視野２５５を有する。第４の光センサ２３４は、水平画角２６０及び垂直画角２８１を有する。図２Ａの光センサ２３１及び２３２ならびに第３の光センサ２３３の画角及び視野は、第４の光センサ２３４に関連して上に述べた画角及び視野と同様であり得ることが理解されよう。
【００５９】
水平画角２５８−１及び２５８−２がほぼ等しい実施態様では、第４の光センサ２３４の水平画角２６０は、水平画角２５８−１及び２５８−２にほぼ等しい。同様に、垂直画角２５９−１及び２５９−２がほぼ等しい場合、第４の光センサ２３４の垂直視野２８１は、垂直画角２５９−１及び２５９−２にほぼ等しい。いくつかの実施態様では、光センサ２３３及び２３４は、少なくとも９０度の画角を有し得る。いくつかの実施態様では、画角は、近似的に（例えば、±１０％）、使用されるセンサの数を３６０度で割ったものである。いくつかの実施態様では、光センサ２３３及び２３４はそれぞれ、少なくとも１００度または少なくとも９０度の、ある方向（例えば、水平）の画角と、少なくとも６０度の別の方向（例えば、垂直）の画角とを有する。
【００６０】
特定の画角を有した光センサを、航空機に搭載された光センサの視野の間が所望に重なるように選択することができる。画像を組み合わせたり、つなぎ合わせたりするのに必要な範囲を超えて、視野が過度に重なると、焦点や歪みが生じる可能性があるため、望ましくない場合がある。そのような重なりは、光センサによって出力される信号を処理するために必要とされるコンピューティングリソースを増加させる可能性がある。
【００６１】
図３は、一実施態様による航空機３００の俯瞰図を示す。航空機３００は、前部３９２、第１の側部３９４、後部３９６、及び第２の側部３９８で構成される外周フレーム３９９を含む。本例では、外周フレーム３９９は長方形であるが、他のサイズ及び形状もあり得る。航空機３００はまた、前部３９２、第１の側部３９４、後部３９６及び第２の側部３９８の内側に配置され得る中間領域３２０を有する。例えば、中間領域３２０は、航空機３００の質量中心または体積中心から延びる半径（例えば、５インチ）によって画定される領域に対応し得る。
【００６２】
航空機３００は、第１の光センサ３０２、第２の光センサ３０４、第３の光センサ３０６、及び第４の光センサ３０８を含む。本例では、光センサ３０２、３０４、３０６、及び３０８は例えばステレオカメラである。第１の光センサ３０２及び第２の光センサ３０４が前部３９２に固定または結合され得、第３の光センサ３０６及び第４の光センサ３０８が後部３９６に固定または結合され得る。１つまたは複数の実施態様において、前部３９２、第１の側部３９４、第２の側部３９８、または後部３９６は、ウイングレットウイング、フラップ、接合部など、光センサ３０２、３０４、３０６、または３０８を収容または支持する１つまたは複数の構造を含み得る。
【００６３】
第１の光センサ３０２、第２の光センサ３０４、第３の光センサ３０６、及び第４の光センサ３０８は、それぞれ第１の視野３１２、第２の視野３１４、第３の視野３１６、及び第４の視野３１８を有し得る。第１の光センサ３０２、第２の光センサ３０４、第３の光センサ３０６、及び第４の光センサ３０８は、それぞれ第１の水平画角３８２、第２の水平画角３８４、第３の水平画角３８６、及び第４の水平画角３８８を有する。
【００６４】
視野３１２、３１４、３１６、及び３１８を含む複合視野３０１には、航空機３００の外周フレーム３９９を水平に取り巻く連続空間が含まれ得る。死角３５２、３５４、３５６、及び３５８は、光センサ３０２、３０４、３０６、及び３０８と視野３１２、３１４、３１６、及び３１８との間の領域であって、光センサ３０２、３０４、３０６、及び３０８の単一のステレオカメラを使用して奥行きを感知することができない領域を指す。例えば、死角３５２、３５４、３５６、及び３５８は、ステレオカメラの撮像素子の視野が共通ではなく、すなわち、それらが重ならない空間に対応し得る。
【００６５】
ステレオカメラを使用してある場所の奥行きを感知するには、撮像素子が重複視野または共通視野を持つことが必要とされ得る。いくつかの実施態様では、３０２や３０４などの隣接する光センサから出力される信号の組合せを使用して、死角３５２、３５４、３５６、及び３５８において奥行きを感知することができる場合がある。図２Ａに関して上に述べたように、死角３５２、３５４、３５６、及び３５８のサイズは、異種のセンサもしくは調整可能なセンサを使用するか、またはステレオカメラの撮像素子間の基線距離を短くすることによって、調整または修正することができる。
【００６６】
図示されるように、視野３１２、３１４、３１６、及び３１８が航空機３００の外周フレーム３９９の周りに水平に延在するように、光センサ３０２、３０４、３０６、及び３０８は矢印３７２、３７４、３７６、及び３７８で示される方向に向きを調整される。同様に、各光センサ３０２、３０４、３０６、及び３０８は、重複領域（または「重複部分」）３３４によって示されるように、第１の視野３１２や第２の視野３１４などの各隣接視野の少なくとも一部が少なくとも部分的に重なるように調整される（または「向けられる」）。１つまたは複数の実施態様では、重複領域３３６によって示されるように、第２の光センサ３０４の第２の視野３１４は、第３の光センサ３０６の第３の視野３１６と重なる。重複領域３３８によって示されるように、第３の光センサ３０６の第３の視野３１６は、第４の光センサ３０８の第４の視野３１８と重なる。重複領域３３２によって示されるように、第４の視野３１８はまた、第１の視野３１２と重なる。点３４２、３４４、３４６、及び３４８は、重複領域３３２、３３４、３３６、及び３３８の起点を示す。図３に示すように、点３４２、３４４、３４６、及び３４８は、航空機の周囲（例えば、外周フレーム３９９）から水平方向に離れており、航空機の周囲の外側にあってもよいし、そうでなくてもよい。いくつかの実施態様では、点３４２、３４４、３４６、及び３４８は、外周フレーム３９９から少なくとも１／２インチだけ水平方向に離れている。
【００６７】
１つまたは複数の例において、光センサ３０２、３０４、３０６、または３０８のそれぞれは、航空機３００から離れる方向を向く配向矢印３７２、３７４、３７６、及び３７８によって示されるように調整される。そのような例では、視野の境界（または「端部」）が航空機３００の対応する端部とほぼ平行になるように、配向矢印３７２、３７４、３７６、及び３７８が、それぞれの水平画角に沿って、おおよそ中間点に向き得る。例えば、光センサの水平画角が１１０度である場合、光センサの配向は、配向矢印によって示されるように、１１０度のおおよそ半分に、または航空機の端部もしくは視野に対して５５度に位置付けられる。航空機の端部は、例えば、外周フレームの前部、側部、または後部によって画定され得る。
【００６８】
さらに図３を参照すると、本例では、第１の光センサ３０２は、配向矢印３７２によって示すように、基準方向３１１から約４５度に合わせられるような方向に向けられる。第２の光センサ３０４は、配向矢印３７４によって示すように、基準方向３１１から約１３５度に合わせられるような方向に向けられる。第３の光センサ３０６は、配向矢印３７６によって示すように、基準方向３１１に対して約２２５度に合わせられるような方向に向けられる。第４の光センサ３０８は、配向矢印３７８によって示すように、基準方向３１１から約３１５度に合わせられるような方向に向けられる。
【００６９】
基準方向３１１は、垂直面内で延びる任意の方向を含み得る。いくつかの実施態様では、基準方向３１１は、飛行して目的地に向かって移動するときの、航空機３００によって移動される移動の方向または順方向に対応する。いくつかの実施態様では、基準方向３１１は、図１に示される後方スラストモータ１１０−２などのスラストモータによって、少なくとも部分的にもたらされる移動の方向に対応し得る。配向矢印３７２、３７４、３７６、及び３７８によって示されるように、基準方向３１１が移動方向に対応するいくつかの実施態様では、第１の光センサ３０２、第２の光センサ３０４、第３の光センサ３０６、及び第４の光センサ３０８は、進行方向に対してずらされている。例えば、光センサ３０２、３０４、３０６、及び３０８のいずれも基準方向３１１と平行に整列していない。
【００７０】
例えば、正方形の外周フレームを利用する実施態様では、第１の光センサ３０２は、第４の光センサ３０８及び第２の光センサ３０４に隣接することができる。第２の光センサ３０４は、第３の光センサ３０６及び第１の光センサ３０２に隣接することができる。第３の光センサ３０６は、第２の光センサ３０４及び第４の光センサ３０８に隣接することができる。第４の光センサ３０８は、第１の光センサ３０２及び第３の光センサ３０６に隣接することができる。
【００７１】
第１の光センサ３０２と第３の光センサ３０６とは互いに隣接することはできない。第１の光センサ３０２は、光センサ３０２、３０４、３０６、及び３０８のうちで第３の光センサ３０６から最も遠い光センサであり得、逆の場合も同じである。第２の光センサ３０４と第４の光センサ３０８とは互いに隣接することはできない。第２の光センサ３０４は、光センサ３０２、３０４、３０６、及び３０８のうちで第４の光センサ３０８から最も遠い光センサであり得、逆の場合も同じである。第１の光センサ３０２及び第３の光センサ３０６は、互いに航空機３００の中間領域３２０を挟んで配置され得、第２の光センサ３０４及び第４の光センサ３０８は、互いに中間領域３２０を挟んで配置され得る。
【００７２】
同様に、いくつかの実施態様では、配向矢印３７２及び３７６によって示されるように、第１の光センサ３０２は第３の光センサ３０６に対して反対方向に整列させてもよい。例えば、第１の光センサ３０２の配向と第３の光センサ３０６の配向とは、互いに対して約１８０度だけ（または「反対に」）ずらされてもよい。同様に、配向矢印３７４及び３７８によって示されるように、第２の光センサ３０４の配向が、第４の光センサ３０８の配向と反対であってもよい。配向矢印３７４及び３７６によって示されるように、第２の光センサ３０４の配向と第３の光センサ３０６の配向とは、互いに対して約９０度ずれていてもよい。同様に、配向矢印３７２、３７４、３７６、及び３７８によって示されるように、第１の光センサ３０２と第２の光センサ３０４との配向は、互いに対して約９０度ずらされ得る。第２の光センサ３０４と第３の光センサ３０６との配向は、互いに対して約９０度ずらされ得る。第３の光センサ３０６と第４の光センサ３０８とは、互いに対して約９０度ずらされ得る。第４の光センサ３０８の配向と第１の光センサ３０２の配向とは、互いに対して約９０度ずらされ得る。
【００７３】
図３に示すように光センサの各々を指向させて配置することによって、光センサ３０２、３０４、３０６、及び３０８によって提供される信号を使用して、従来技術の方法よりも少ない光センサを使用しながら、少なくなった死角またはサイズが小さくなった死角を有する航空機の外周フレームを水平に取り巻く連続空間を表すシーンを生成することができる。例えば、複合視野３０１には、航空機の周りの３６０度の眺めが含まれ得る。
【００７４】
様々な視野を有する光センサを使用することができる。視野間の隔たりを防ぐには、隣接する視野間にある程度の重なりがあるべきだが、過度に重なる視野は避けるべきである。より広い視野を有した光センサを使用すると、歪みの増大と高処理要件とが引き起こされる可能性がある。いくつかの実施態様では、第１の光センサ３０２及び第３の光センサ３０６は、それらのそれぞれの視野が重ならないように、サイズ変更、配置、及び／または配向がなされる。同様に、第２の光センサ３０４及び第４の光センサ３０８は、それらの視野が重ならないように、サイズ変更、配置、及び／または配向がなされてもよい。例えば、第２の光センサ３０４及び第４の光センサ３０８は、１２０度未満の画角を有するように選択されてもよい。
【００７５】
図３に示すように、第１の光センサ３０２は、第１の視野３１２が航空機３００の前部３９２に実質的に隣接する空間を含むように配向及び配置され得る。例えば、前部３９２は、図１に関して上に述べたように、フラップ１２７、前方ウイング１２０、または角接合部１３０のうちの１つなど、フラップ、ウイング、または角接合部を含み得る。同様に、第２の光センサ３０４は、第２の視野３１４が航空機３００の第１の側部３９４に実質的に隣接する空間を含むように配向及び配置され得る。例えば、第１の側部３９４は、図１に関して上に述べたように、サイドレール１３０または角接合部１３１などのサイドレールまたは角接合部を含み得る。第３の光センサ３０６は、第３の視野３１６が航空機３００の後部３９６に実質的に隣接する空間を含むように配向及び配置され得る。例えば、後部３９６は、図１に関して上に述べたように、上部後方ウイング１２２、下部後方ウイング１２４、フラップ１２３、または角接合部１３０のうちの１つなど、フラップ、ウイング、または角接合部を含み得る。第４の光センサ３０８は、第４の視野３１８が航空機３００の第２の側部３９８に実質的に隣接する空間を含むように配向及び配置され得る。例えば、第２の側部３９８は、図１を参照して上に述べたように、サイドレール１３０または角接合部１３１などのサイドレールまたは角接合部を含み得る。
【００７６】
本明細書で使用される、視野が構造に「実質的に隣接する」とは、視野が、その構造の少なくとも一部分から２インチ以下の空間を含み、または視野の縁が、構造の少なくとも一部分から２インチ未満の空間を含むことを意味する。例えば、第１の視野３１２が前部３９２のウイングから１．５インチの空間を含む場合、第１の視野３１２は前部３９２に実質的に隣接する空間を含む。
【００７７】
いくつかの実施態様では、光センサ３０２、３０４、３０６、及び３０８の１つまたは複数は、それらのそれぞれの視野３１２、３１４、３１６、及び３１８が、それぞれ航空機３００の前部３９２、第１の側部３９４、第２の側部３９８、または後部３９６の一部を含むか、またはそれらの一部と重なるように、配置及び配向される。例えば、図３に示すように、第３の光センサ３０６は、第３の視野３１６が、航空機３００の後部３９６の一部と重なるか、またはその一部を含むように、配置及び配向される。
【００７８】
様々な航空機の構成が存在し得る。例えば、航空機の外周フレームを垂直に取り巻く連続空間を表すシーンを生成することができる。例えば、２つのセンサを第１のウイングレットに付けることができ、２つのセンサを第２のウイングレットに付けることができる。ウイングレットは外周フレーム上で互いに反対の側（前部／後部または向かい合う側部）に配置することができ、各ウイングレット上のセンサは互いに垂直方向にずらすことができる。各センサの視野は、他の２つのセンサの視野と重なる。重なり合う視野の一部または全部は、航空機の周囲から垂直に延びる起点を有し、複数のセンサの視野の複合視野は、航空機の周囲を垂直に取り巻く空間を含む。
【００７９】
同様に、様々な航空機の構成を利用することができる。例えば、「オクトコプタ」、八角形、または円形の外周フレームを利用することができる。種々の個数の光センサを利用することができる。いくつかの実施態様では、５つの光センサを外周フレームに沿って結合してもよい。別の例では、航空機が、外周フレームに沿って８つの位置のそれぞれにセンサを有してもよい。いくつかの実施態様では、８つのセンサが外周フレームに沿って配置され、各センサの画角が４５度から５５度の間である。
【００８０】
さらに別の例では、航空機は、六角形の外周フレームの位置（例えば、各角）に配置された６つの光センサを利用してもよい。いくつかの実施態様では、複数の光センサはそれぞれ、各光センサの配向が別の光センサの配向と反対の方向（例えば、約１８０度のズレ）となるように、垂直に整列させてもよい。
【００８１】
図４は、下向きの方向に向けられた光センサ４０３と、航空機４０２の下の空間を含む「垂直」視野４０４とを有する航空機４０２を示す。光センサ４０３はステレオカメラであってよい。いくつかの実施態様では、光センサ４０３の一部は、航空機の構造の空洞に埋め込まれてもよく、一部は構造の表面から突出してもよい。光学センサ４０３は、例えば、図１及び図３に関してそれぞれ上に述べた航空機１００または航空機３００に含まれてもよい。図１または図３に示す光学センサと組み合わせて光学センサ４０３を設けると、わずか５つのカメラを使用して（これは既存の設計よりも少ないカメラである）、水平方向及び垂直下向き方向の複合視野を提供することができる。
【００８２】
いくつかの実施態様では、航空機４０２は、上向き方向に向けられる更なる光センサと、航空機４０２の上方の空間を含む垂直視野とを含む。図１または図３に示す光学センサと組み合わせたそのような構成は、わずか６つの光センサを使用して、航空機を水平及び垂直に取り巻く空間に対応した複合視野を提供することができる。
【００８３】
いくつかの実施態様では、複数の光センサは、それらが航空機を垂直に取り巻く連続空間を表すシーンを提供するように配置されることを除き、図１及び図３に関連して説明したのと同様の方法で、航空機４０２に結合され得る。例えば、複数の視野のうちの少なくとも１つの視野の境界（または「視野の縁」）は、航空機の上部、底部、及び側部に実質的に隣接している。４つのセンサは、隣接するセンサの視野の一部が重なり、その結果、組み合わされた視野または全体の視野が航空機を垂直に取り巻く連続空間を含むように、配向され得る。航空機を垂直に取り巻く連続空間を表すシーンは、４つのセンサから生成され得る。
【００８４】
図５は、一実施態様に従って、外周フレームを水平に取り巻く連続空間を表すシーンを生成するプロセスの例を示すフローチャートである。図５のプロセスならびに本明細書で論じられる他のプロセス及びサブプロセスのそれぞれは、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せで実装され得る。ソフトウェアという観点から、説明される動作は、１つまたは複数のプロセッサによって実行されるときに、記述された動作を実行する、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体に格納されたコンピュータ実行可能命令を表す。一般に、コンピュータ実行可能命令には、特定の機能を実行するか、または特定の抽象データ型を実装する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などが含まれる。
【００８５】
コンピュータ可読媒体には、非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含めることができ、これには、ハードドライブ、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、磁気カードもしくは光カード、ソリッドステートメモリデバイス、または、電子命令を記憶するのに好適な他の種類の記憶媒体が含まれ得る。さらに、一部の実施態様では、コンピュータ可読媒体には、一過性のコンピュータ可読信号（圧縮形式または非圧縮形式）を含めることができる。コンピュータ可読信号の例には、搬送波を使用して変調されているかどうかにかかわらず、コンピュータプログラムを動作または実行させるコンピュータシステムがアクセスするように構成され得る信号（インターネットまたは他のネットワークを介してダウンロードされる信号を含む）が含まれるが、これに限定されない。最後に、動作が記載される順序は、限定として解釈されることを意図するものではなく、記載される任意数の動作を、任意の順序に及び／または並列に組み合わせて、プロセスを実装することができる。
【００８６】
プロセス５００の例では、５０２にあるように、航空機の周りの複数の光センサから信号を受け取る。例えば、航空機は、図１に示す航空機１００または図３に示す航空機３００としてもよい。いくつかの実施態様では、信号を４つの光センサから受け取ることができる。４つの光センサのうちの１つまたは複数はステレオカメラであってもよく、４つの光学センサからの信号は画像であってもよいし、または画像を生成するために使用される信号であってもよい。
【００８７】
いくつかの実施態様では、各光センサの少なくとも一部分は、航空機の外周フレーム、外周フレームから延在する種々のウイングレット、及び／または外周フレームに結合されている他の構造に取り付けることができる。さらに、有線通信及び／または無線通信により、各光センサを航空機制御システムに結合することができる。有線通信は、ウイングレット及び／または航空機の他の構造に設置することができる。信号を、有線通信及び／または無線通信を介して光センサから受け取ることができるように、信号を、有線通信及び／または無線通信を介して光センサから航空機制御システムへと送ることができる。
【００８８】
図１、図２Ａ、図２Ｂ、及び図３に関して説明したように、隣接する光センサの視野は少なくとも部分的に重なり合い、したがって信号は、隣接する光センサの視野が重なる共通空間に関する情報を含み得る。例えば、図１を再び参照すると、第１の光センサ１５０からの第１の信号の第１の部分と、第２の光センサ１５１からの第２の信号の第２の部分とは、航空機１００に関して第１の同一空間を表す。同様に、第２の信号の第３の部分と、第３の光センサ１５２からの第３の信号の第４の部分とは、航空機に関して第２の同一空間を表す。第３の信号の第５の部分と、第４の光センサ１５３からの第４の信号の第６の部分とは、第３の同一空間を表す。第４の信号の第７の部分と、第１の信号の第８の部分とは、第４の同一空間を表す。
【００８９】
ブロック５０４において、航空機の周りからの信号を処理することによって、航空機の外周フレームを水平に取り巻く連続空間を表すシーンを生成する。シーンを生成するために、現在知られているか、または後に開発される様々な画像処理技術を使用することができる。いくつかの実施態様では、シーンを生成するために画像のスティッチングを使用することができる。シーンは、航空機制御システムのメモリに格納されてもよく、及び／またはリモートコンピューティングリソースなどの遠隔地に伝送されてもよい。
【００９０】
複数の光センサから信号を受け取ることに加えて、またはその代替として、ＳＯＮＡＲ、及び／または他の同様のコンポーネントを使用して、航空機のある距離の範囲内にある物体の存在を検出することができる。いくつかの実施態様では、ステレオカメラからの画像を使用するのではなく、上述の方法で航空機の周囲に配置された単レンズカメラからの画像を取得及び処理して、航空機の周囲の水平シーンを生成し、及び／または潜在的物体の存在を判断する。ピクセル値を画像間で比較して、物体を表し得る視野の変化を検出することができる。いくつかの実施態様では、潜在的な物体が検出された場合、他の光センサ等からの画像を使用する追加の処理を利用して、物体の存在を判断することができる。
【００９１】
５０６にあるように、生成されたシーンに基づいて、物体が検出されたかどうかの判断を行う。物体は、エッジ検出、形状検出、グレースケール検出などの現在知られている物体検出技法、または後に開発される技法を使用して検出することができる。物体が検出されていないと判断される場合、プロセス５００の例はブロック５０２に戻って続行する。
【００９２】
ブロック５０８において、検出された物体を評価することができる。物体を評価することには、検出された物体に関連しているサイズ、形状、種類、カテゴリ、速度、加速度、位置、または距離のうちの少なくとも１つを決定することが必要とされ得る。物体は、例えば、物体と航空機との間のおおよその距離を決定することによって評価することができる。例えば、生成されたシーンを既知の基線と比較して、物体と航空機との間のおおよその距離を決定することができる。物体と航空機との間のおおよその距離を、経時的に監視してもよい。いくつかの例では、物体を追跡してもよい。検出された物体のそのような追跡は、追加の信号を受け取り、それらの信号を処理し、物体が移動するときに物体を検出／追跡して、ブロック５０２〜５０６を繰り返すことができる。いくつかの例では、検出された物体がマップに追加され、物体の位置がマップ内で更新されてもよい。他の実施態様では、物体検出時に、物体の１つまたは複数の特性（例えば、サイズ、形、色）が決定されてもよく、物体を検出した撮像素子及び／または光センサからの追加の信号を処理して、物体についての決定された特性を検出してもよい。後続の信号においてこれらの特性が検出されるとき、限られた処理要求で物体追跡を維持することができる。
【００９３】
追跡に基づいて、ブロック５１０にあるように、処置を実行するかどうかの決定がなされる。物体と航空機との間のおおよその距離が特定の量を下回った場合、または物体と航空機との間の距離が閾値レベルを超えて減少している場合に、処置を実行すると決定され得る。処置を実行しないと決定された場合、プロセス５００の例はブロック５０２に戻り、継続する。
【００９４】
ブロック５１２において、処置を決定して実行することができる。いくつかの実施態様では、処置は物体を追跡することに基づいて決定される。例えば、物体が航空機とほぼ同じレベルで急速に航空機に接近していると判断される場合、航空機が物体から安全な距離を維持するように、航空機に高度を上げさせる（処置）コマンドが生成され得る。いくつかの実施態様では、計画された進路または着陸領域を遮る物体が検出されることによって処置が決定され、飛行経路を調整するための処置が実行される。例えば、計画着陸地帯に物体（例えば、自動車）があると決定された場合、別の着陸地帯が決定され、それに応じて航空機の航法が更新されてもよい。当然のことながら、航空機によって行われる任意の種類の航法、操縦、上昇、下降等、または航空機の飛行計画の更新は、プロセス５００の例の一部として行われる処置と見なすことができる。
【００９５】
本明細書で論じられる例は、ＵＡＶなどの航空機を用いた実施態様の使用を説明しているが、説明された実施態様は、他の輸送手段と共に、及び／または他のシナリオでも同様に使用され得ることが理解されよう。例えば、複数の光センサは、地上車両及び／または水上車両などの別種の車両上、ならびに上述のように、光センサの組合せを選択するために利用される光センサ選択コントローラに配置することができる。
【００９６】
図６は、航空機制御システム６００の例を示すブロック図である。様々な例において、ブロック図は、論じられているシステム及び方法を実装することができ、及び／または本明細書で説明されている航空機の動作を制御することができる航空機制御システム６００の１つまたは複数の態様を例示し得る。図示の実施態様では、航空機制御システム６００は、入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース６１０を介してメモリ、例えば非一時的コンピュータ可読記憶媒体６２０に結合された１つまたは複数のプロセッサ６０２を含む。航空機制御システム６００はまた、電子速度制御装置６０４（ＥＳＣ）、電源モジュール６０６、ナビゲーションシステム６０７、及び／またはペイロード係合制御装置６１２を含み得る。いくつかの実施態様では、ナビゲーションシステム６０７は慣性計測装置（ＩＭＵ）を含み得る。航空機制御システム６００はまた、ネットワークインタフェース６１６、及び１つまたは複数の入出力装置６１８を含み得る。
【００９７】
航空機制御システム６００はまた、複数の光センサと通信する光センサコントローラ６１４を含み得る。光センサコントローラ６１４は、有線または無線の結合を介して光センサに通信可能に結合されている。いくつかの実施態様では、光センサコントローラ６１４は、光センサから信号（例えば、画像）を受け取り得る。光センサコントローラ６１４は、光センサを制御することもできる。例えば、光センサコントローラ６１４は、動作速度（例えば、フレーム数／秒）、シャッタ速度、及び／または光センサの焦点を制御するように構成されてもよい。いくつかの実施態様では、光センサコントローラ６１４は、光センサに結合されているかまたは光センサに組み込まれている画像安定化機構を制御することができる。いくつかの実施態様では、光センサコントローラ６１４は、光センサによってもたらされる信号または画像を処理（例えば、フィルタリング）することができてもよい。
【００９８】
ＬＩＤＡＲを利用する実施態様では、例えば、光センサコントローラ６１４は、標的空間を照らすために使用される光の特性を制御するように構成され得る。例えば、光センサコントローラ６１４は、放射光の強度または周波数、及び／または受光した光を走査する速度を制御するように構成されてもよい。例えば、光センサコントローラ６１４は、航空機が、物体が存在する可能性が高い地面の近くを移動しているときに、放射光の強度をより大きくすることができる。
【００９９】
様々な実施形態において、航空機制御システム６００は、１つのプロセッサ６０２を含む単一プロセッサシステム、または２つ以上のプロセッサ６０２（例えば、２、４、８、または他の好適な個数）を含むマルチプロセッサシステムを含み得る。プロセッサ（複数可）６０２は、命令を実行することができる任意の好適なプロセッサであり得る。例えば、様々な実施態様において、プロセッサ（複数可）６０２は、ｘ８６、ＰｏｗｅｒＰＣ、ＳＰＡＲＣ、もしくはＭＩＰＳ  ＩＳＡ、または任意の他の好適なＩＳＡなど、任意の多くの命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）を実装する汎用または組込みプロセッサであり得る。マルチプロセッサシステムでは、各プロセッサ（複数可）６０２は、必ずしもそうとは限らないが一般的に同じＩＳＡを実装することができる。
【０１００】
非一時的コンピュータ可読記憶媒体６２０は、実行可能命令、データ、飛行経路、飛行制御パラメータ、及び／またはプロセッサ（複数可）６０２によってアクセス可能なデータ項目を記憶するように構成され得る。データ項目は、例えば、１つ以上の光センサから得られた画像、距離情報、組み合わされた画像情報（例えば、奥行き情報）などを含み得る。
【０１０１】
様々な実施態様では、非一時的コンピュータ可読記憶媒体６２０は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、同期ダイナミックＲＡＭ（ＳＤＲＡＭ）、不揮発性／フラッシュ型メモリ、または任意の他の種類のメモリなどの任意の適切なメモリ技術を使用して構築され得る。図示の実施形態では、本明細書で説明したものなどの所望の機能を実施するプログラム命令及びデータは、それぞれプログラム命令６２２、データ記憶装置６２４及び飛行制御装置６２６として非一時的コンピュータ可読記憶媒体６２０内に記憶される。他の実施態様では、プログラム命令、データ、及び／または飛行制御は、非一時的媒体などの異なる種類のコンピュータアクセス可能媒体に、または非一時的コンピュータ可読記憶媒体６２０もしくは航空機制御システム６００とは別個の類似の媒体上に、受信、送信、または格納されてもよい。概して、非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、Ｉ／Ｏインタフェース６１０を介して航空機制御システム６００に結合される磁気媒体または光媒体（例えばディスクまたはＣＤ／ＤＶＤ−ＲＯＭ）などのストレージ媒体またはメモリ媒体を含むことができる。非一時的コンピュータ可読媒体を介して格納されるプログラム命令及びデータは、伝送媒体、または電気信号、電磁信号、もしくはデジタル信号などの信号によって伝送され得る。これらは、ネットワークインタフェース６１６を介して実装され得るような、ネットワーク及び／または無線リンクなどの通信媒体を介して伝達され得る。
【０１０２】
一実施態様では、Ｉ／Ｏインタフェース６１０は、プロセッサ（複数可）６０２、非一時的コンピュータ可読記憶媒体６２０、及び任意の周辺機器、ネットワークインタフェース６１６、または入出力装置６１８などの他の周辺インタフェースの間のＩ／Ｏトラフィックを調整するように構成してもよい。一部の実施態様では、Ｉ／Ｏインタフェース６１０は、一方のコンポーネント（例えば、非一時的コンピュータ可読記憶媒体６２０）からのデータ信号を、他方のコンポーネント（例えば、プロセッサ（複数可）６０２）による使用に適したフォーマットに変換するために、任意の必要なプロトコル、タイミングまたは他のデータ変換を実行することができる。一部の実施態様では、Ｉ／Ｏインタフェース６１０は、例えば、周辺構成要素相互接続（ＰＣＩ）バス規格またはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）規格の変形など、様々な方式の周辺バスを介して接続されるデバイスのサポートを含むことができる。一部の実施態様では、Ｉ／Ｏインタフェース６１０の機能は、例えば、ノースブリッジ及びサウスブリッジなどの２つ以上の別個のコンポーネントに分割することができる。また、一部の実施態様では、非一時的コンピュータ可読記憶媒体６２０へのインタフェースなど、Ｉ／Ｏインタフェース６１０の機能の一部または全部をプロセッサ（複数可）６０２に直接組み込むことができる。
【０１０３】
ＥＳＣ６０４は、ナビゲーションシステム６０７と通信し、ＵＡＶを安定させ、決定された飛行経路に沿ってＵＡＶを案内するように、各リフトモータ及び／またはスラストモータの回転速度を調節する。ナビゲーションシステム６０７は、ＧＰＳ、屋内測位システム（ＩＰＳ）、ＩＭＵ、または他の同様のシステム、及び／またはある場所へ及び／またはその場所から航空機１００をナビゲートすることができるセンサを含み得る。ペイロード係合制御装置６１２は、アイテムを係合させる及び／またはアイテムを係合解除するために使用されるアクチュエータ（複数可）またはモータ（複数可）（例えば、サーボモータ）と通信する。
【０１０４】
ネットワークインタフェース６１６は、航空機制御システム６００と、他のコンピュータシステム（例えば、リモートコンピューティングリソース）などのネットワークに接続された他のデバイスとの間で、及び／または他のＵＡＶの航空機制御システムとの間でデータが交換されることを可能にするように構成され得る。例えば、ネットワークインタフェース６１６は、制御システム６００を含むＵＡＶと、１つまたは複数のリモートコンピューティングリソース上で実施される航空機制御システムとの間の無線通信を可能にし得る。無線通信の場合、ＵＡＶのアンテナまたは他の通信コンポーネントを利用することができる。別の例として、ネットワークインタフェース６１６は、多数のＵＡＶ間の無線通信を可能にし得る。様々な実施態様では、ネットワークインタフェース６１６は、Ｗｉ−Ｆｉネットワークなどの無線一般データネットワークを介した通信をサポートすることができる。例えば、ネットワークインタフェース６１６は、セルラ通信ネットワーク、衛星ネットワークなどの電気通信ネットワークを介した通信をサポートすることができる。
【０１０５】
入出力装置６１８は、いくつかの実施態様では、１つまたは複数のディスプレイ、撮像装置、熱センサ、赤外線センサ、飛行時間センサ、加速度計、圧力センサ、気象センサ、光センサ（例えば、カメラ）、ジンバル、着陸装置などを含み得る。複数の入出力装置６１８が存在し、航空機制御システム６００によって制御されてもよい。これらのセンサのうちの１つまたは複数は、着陸を支援し、飛行中の障害物を回避するために利用され得る。
【０１０６】
図６に示すように、メモリはプログラム命令６２２を含むことができ、このプログラム命令６２２は、本明細書に記載の例示的なルーチン及び／またはサブルーチンを実装するように構成することができる。データ記憶装置６２４は、飛行経路、着陸、アイテムを解放する場所の特定、スラストモータの係合／解放、ステレオイメージング用の光センサの組合せの選択等を決定するために提供され得るデータ項目を維持するための様々なデータ記憶装置を含み得る。様々な実施態様では、１つまたは複数のデータストアに含まれるものとして本明細書に示されているパラメータ値及び他のデータは、説明されていない他の情報と組み合わせることができ、またはより多くの、より少ない、または異なるデータ構造に別々に区分することができる。いくつかの実施態様では、データストアは、１つのメモリ内に物理的に配置され得るか、または２つ以上のメモリ間に分散され得る。
【０１０７】
当業者であれば、航空機制御システム６００は単なる例示のためのものであり、本開示を限定することを意図していないことを理解されるはずである。具体的には、コンピューティングシステム及び装置は、指示された機能を実行することができるハードウェアまたはソフトウェアの任意の組合せを含み得る。航空機制御システム６００はまた、図示されていない他の装置に接続されてもよく、または代わりにスタンドアロンシステムとして動作してもよい。さらに、図示されたコンポーネントによって提供される機能は、一部の実施態様において、より少数のコンポーネントに統合してもよく、または付加的なコンポーネントに分散させてもよい。同様に、一部の実施態様では、図示されたコンポーネントのいくつかの機能が提供されない場合があり、及び／または他の追加の機能を利用可能な場合がある。
【０１０８】
様々なアイテムが使用中にメモリまたは記憶装置に格納されるものとして図示されているが、これらのアイテムまたはアイテムの一部は、メモリ管理及びデータの完全性の目的で、メモリと他の記憶装置との間で転送され得ることがまた、当業者には理解されよう。他の実施態様では、ソフトウェアコンポーネントのうちのいくつかまたは全てが別の装置上のメモリ内で実行され得、図示されている航空機制御システム６００と通信し得る。システムコンポーネントまたはデータ構造のいくつかまたは全ては、適切なドライブによって読み取られることになる非一時的なコンピュータアクセス可能媒体または可搬物品に（例えば、命令または構造化データとして）格納されてもよい。いくつかの実施態様では、航空機制御システム６００とは別のコンピュータアクセス可能媒体に記憶された命令は、無線リンクなどの通信媒体を介して伝達される伝送媒体または電気信号、電磁気信号もしくはデジタル信号などの信号を介して航空機制御システム６００に伝送され得る。様々な実施態様は、コンピュータアクセス可能媒体上で前述の説明に従って実装された命令及び／またはデータを受信、送信、または記憶することをさらに含み得る。したがって、本明細書に記載の技術は、他の航空機制御システム構成を用いて実施することができる。
【０１０９】
本明細書に開示される実施態様は、前方部及び後方部を有する外周フレームと、第１の視野を有する第１の光センサと、第２の視野を有する第２の光センサと、第３の視野を有する第３の光センサと、第４の視野を有する第４の光センサとを含む無人航空機（ＵＡＶ）を含み得る。第１の光センサは、第１の位置で外周フレームの前方部に結合され得、第１の向きを有し得る。第２の光センサは、第２の位置で外周フレームの前方部に結合され得、第２の視野の少なくとも第１の部分が第１の視野の少なくとも第１の部分と重なるような、第２の向きを有し得る。第３の光センサは、第３の位置で外周フレームの後方部に結合され得、第３の視野の少なくとも第１の部分が第２の視野の少なくとも第２の部分と重なるような、第３の向きを有し得る。第４の光センサは、第４の位置で外周フレームの後方部に結合され得る。第４の光センサは、第４の視野の少なくとも第１の部分が第３の視野の少なくとも第２の部分と重なり、かつ第４の視野の少なくとも第２の部分が第１の視野の少なくとも第２の部分と重なるような、第４の向きを有し得る。航空機は、１つまたは複数のプロセッサと、１つまたは複数のプロセッサによって実行されたときに１つまたは複数のプロセッサに、少なくとも第１の光センサ、第２の光センサ、第３の光センサ、及び第４の光センサのそれぞれからの信号を処理させて、外周フレームを水平に取り巻く連続空間を表すシーンを生成するプログラム命令を含むメモリとを含み得る。
【０１１０】
任意選択で、第１の光センサは第１のステレオカメラを含み得、第２の光センサは第２のステレオカメラを含み得、第３の光センサは第３のステレオカメラを含み得、第４の光センサは第４のステレオカメラを含み得る。任意選択で、第１のセンサは、９０度より大きい第１の画角を有し得、第２のセンサは、９０度より大きい第２の画角を有し得、第３のセンサは、９０度より大きい第３の画角を有し得、第４のセンサは、９０度より大きい第４の画角を有し得る。任意選択で、第１のステレオカメラ及び第２のステレオカメラは、第１の光学センサの第１の画角の第１の配向と、第３の光学センサの第２の画角の第２の配向とが、互いに実質的に反対に向けられるように配置されてもよい。
【０１１１】
本明細書に開示される実施態様は、前方部及び後方部を有する外周フレームと、第１の視野を有する第１のセンサと、第２の視野を有する第２のセンサと、第３の視野を有する第３のセンサと、第４の視野を有する第４のセンサとを含み得る。第１のセンサは前方部に結合され得、第２のセンサは前方部に結合され得、第３のセンサは後方部に結合され得、第４のセンサは後方部に結合され得る。第４のセンサは、第４の視野の縁が第１のセンサを収容する第１の構造に実質的に隣接するように、配向し得る。第１のセンサは、第１の視野の縁が第２のセンサを収容する第２の構造に実質的に隣接するように、配向し得る。第２の光センサは、第２の視野の縁が第３のセンサを収容する第３の構造に実質的に隣接するように、配向し得る。第３のセンサは、第３の視野の縁が第４のセンサを収容する第４の構造に実質的に隣接するように、配向し得る。
【０１１２】
任意選択で、第１の視野と第３の視野とは重ならない。任意選択で、第１の視野の第１の部分と第２の視野の第１の部分は、外周フレームの外側で重なってもよく、第２の視野の第２の部分と第３の視野の第１の部分は、外周フレームの外側で重なってもよく、第３の視野の第２の部分と第４の視野の第１の部分は、外周フレームの外側で重なってもよく、第４の視野の第２の部分と第１の視野の第２の部分は、外周フレームの外側で重なってもよい。任意選択で、第１の構造は第１のウイングレットを含み得、第２の構造は第２のウイングレットを含み得、第３の構造は第３のウイングレットを含み得、第４の構造は第４のウイングレットを含む得る。任意選択で、第１のセンサは、第１のウイングレットの内側部分から突出してもよく、第２のセンサは、第２のウイングレットの外側部分から突出してもよく、第３のセンサは、第３のウイングレットの内側部分から突出してもよく、第４のセンサは、第４のウイングレットの外側部分から突出してもよい。任意選択で、航空機は、航空機を移動方向に選択的に移動させるように構成され得る推進装置を含み得、第１のセンサは、第１の画角の配向が水平移動方向からずらされた方向に延在するように配置され得る。任意選択で、第１のセンサは第１のステレオカメラを含み得、第２のセンサは第２のステレオカメラを含み得、第３のセンサは第３のステレオカメラを含み得、第４のセンサは第４のステレオカメラを含み得る。任意選択で、第１のステレオカメラ、第２のステレオカメラ、第３のステレオカメラ、または第４のステレオカメラのうちの少なくとも１つは、互いに垂直方向にずらされた第１の撮像素子及び第２の撮像素子を含み得る。任意選択で、第１のステレオカメラ、第２のステレオカメラ、第３のステレオカメラ、または第４のステレオカメラのうちの少なくとも１つは、互いに水平方向にずらされた第１の撮像素子及び第２の撮像素子を含み得る。任意選択で、外周フレームは、第１の外面を有する第１の側部と、第２の外面を有する第２の側部とを有し得る。任意選択で、第１の視野の縁の少なくとも一部は、外周フレームの第１の側部の第１の外面と重なってもよく、第２の視野の縁の少なくとも一部は、外周フレームの第１の側部の第２の外面と重なってもよく、第１の側部と第２の側部とは互いに向かい合ってもよい。任意選択で、第１のセンサの第１の位置及び第２のセンサの第２の位置は、外周フレームの下位部にあり得、第３のセンサの第３の位置及び第４のセンサの第４の位置は、外周フレームの上部にあり得る。任意選択で、第１のセンサは、第１の信号を供給するように構成され得、第２のセンサは、第２の信号を供給するように構成され得、第３のセンサは、第３の信号を供給するように構成され得、第４のセンサは、第４の信号を供給するように構成され得、第１の信号、第２の信号、第３の信号、及び第４の信号の組合せは、少なくとも外周フレームを水平に取り巻く連続空間を表し得る。任意選択で、航空機は、外周フレームに結合された第５のセンサをさらに含み得、第５のセンサは、第５のセンサが外周フレームの下の垂直方向の空間の少なくとも１つを表すか、または外周フレームの上の垂直方向の空間を表す第５の視野を有するように配向され得る。
【０１１３】
本明細書に開示される実施態様は、航空機の外周フレームを水平に取り巻く連続空間を表すシーンを生成する方法を含み得る。任意選択で、本方法は、１つまたは複数のコンピューティング装置によって実行することができる。本方法は、第１の光センサから第１の信号を受け取ること、第２の光センサから第２の信号を受け取ること、第３の光センサから第３の信号を受け取ること、第４の光センサから第４の信号を受け取ること、ならびに第１の信号、第２の信号、第３の信号、及び第４の信号を処理して、航空機の外周フレームを取り巻く連続空間を表すシーンを生成することのうちの１つまたは複数を含み得る。任意選択で、第１の光センサは、外周フレームに結合された第１のウイングレットの内側部分から突出してもよく、第２の光センサは、外周フレームに結合された第２のウイングレットの外側部分から突出してもよく、第３の光センサは、外周フレームに結合された第３のウイングレットから突出してもよく、第４の光センサは、外周フレームに結合された第４のウイングレットから突出してもよい。
【０１１４】
任意選択で、第１の光センサは第１のステレオカメラを含み得、第２の光センサは第２のステレオカメラを含み得、第３の光センサは第３のステレオカメラを含み得、第４の光センサは第４のステレオカメラを含み得る。任意選択で、第１の信号の第１の部分と第２の信号の第２の部分とは第１の同一空間を表し得、第２の信号の第３の部分と第３の信号の第４の部分とは第２の同一空間を表し得、第３の信号の第５の部分と第４の信号の第６の部分とは第３の同一空間を表し得、第４の信号の第７の部分と第１の信号の第８の部分とは第４の同一空間を表し得る。
【０１１５】
本願主題を構造的特徴及び／または方法論的行為に特有の言語で記載しているが、添付の特許請求の範囲において定義される本願主題は、記載した特定の特徴または行為に限定されないことを理解されたい。むしろ、特定の特徴及び動作は、特許請求の範囲を実施する例示的な形態として開示される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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