(57)【要約】無人航空車両が、少なくとも１つのプロペラを駆動し、回転させるように構成される、少なくとも１つのロータモータを含む。無人航空車両は、プロセッサと、データ記憶コンポーネントと、無線通信コンポーネントとを含むデータセンタを含む。無人航空車両は、電力を少なくとも１つのロータモータおよびデータセンタに提供するように構成される、ハイブリッド発電機システムを含み、ハイブリッド発電機システムは、電力を少なくとも１つのロータモータに提供するように構成される、再充電可能バッテリと、機械的動力を生成するように構成される、機関と、機関に結合され、機関によって生成される機械的動力から電力を生成するように構成される、発電機モータとを含む。データセンタは、利用可能な電力生成およびミッションタスク優先順位に応答して、電力分配およびミッションタスクの実行を制御するように構成される、知的データ管理モジュールを含み得る。
2019516598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人航空車両であって、
少なくとも１つのプロペラを駆動し、回転させるように構成される、少なくとも１つのロータモータと、
データセンタであって、
プロセッサと、
データ記憶コンポーネントと、
無線通信コンポーネントと、
を備える、データセンタと、
電力を前記少なくとも１つのロータモータおよび前記データセンタに提供するように構成される、ハイブリッド発電機システムであって、
電力を前記少なくとも１つのロータモータに提供するように構成される、再充電可能バッテリと、
機械的動力を生成するように構成される、機関と、
前記機関に結合され、前記機関によって生成される機械的動力から電力を生成するように構成される、発電機モータと、
を備える、ハイブリッド発電機システムと、
を備える、無人航空車両。
【請求項２】
前記無線通信コンポーネントは、無線通信コンポーネントおよびプロセッサを備える別個の航空車両と通信し、前記無人航空車両および前記別個の航空車両を含むメッシュネットワーク内のノードとして動作するように構成される、請求項１に記載の無人航空車両。
【請求項３】
前記無人航空車両および前記別個の航空車両は、データを共有し、クラウドコンピューティングクラスタを形成するように構成される、請求項２に記載の無人航空車両。
【請求項４】
前記無線通信コンポーネントは、無線通信コンポーネントおよびプロセッサを備える地上ベースのデバイスと通信し、前記無人航空車両および前記地上ベースの無線通信デバイスを含むメッシュネットワーク内のノードとして動作するように構成される、請求項１に記載の無人航空車両。
【請求項５】
前記無人航空車両および前記地上ベースのデバイスは、データを共有し、クラウドコンピューティングクラスタを形成するように構成される、請求項４に記載の無人航空車両。
【請求項６】
データを収集するように構成されるセンサを備え、前記データ記憶コンポーネントは、前記センサによって収集されたデータを記憶するように構成される、請求項１に記載の無人航空車両。
【請求項７】
前記センサは、気象センサ、温度センサ、圧力センサ、およびカメラのうちの１つまたはそれを上回るものを含む、請求項６に記載の無人航空車両。
【請求項８】
前記プロセッサは、前記収集されたデータを処理するように構成される、請求項６に記載の無人航空車両。
【請求項９】
前記データセンタは、前記ハイブリッド電力生成システムから利用可能な電力に基づいて、前記データセンタの電力消費を制御するように構成される、知的データ管理モジュールを備える、請求項１に記載の無人航空車両。
【請求項１０】
前記データセンタは、データタスクを実行するように構成され、前記知的データ管理モジュールは、前記ハイブリッド電力生成システムから利用可能な電力に基づいて、前記データタスクのために分配される前記データセンタの電力消費を制御するように構成される、請求項９に記載の無人航空車両。
【請求項１１】
前記データ記憶コンポーネントは、１つまたはそれを上回るミッション目的を示すデータを記憶するように構成され、前記知的データ管理モジュールは、前記ハイブリッド電力生成システムから利用可能な電力および前記１つまたはそれを上回るミッション目的を示す記憶されたデータに基づいて、前記データタスクのために分配される前記データセンタの電力消費を制御するように構成される、請求項１０に記載の無人航空車両。
【請求項１２】
前記１つまたはそれを上回るミッション目的を示すデータは、データ処理タスク、データ収集タスク、および飛行プロファイルのうちの少なくとも１つを備え、前記知的データ管理モジュールは、前記１つまたはそれを上回るミッション目的を示すデータおよび前記ハイブリッド電力生成システムから利用可能な電力に基づいて、前記データセンタの電力消費を制御するように構成される、請求項１１に記載の無人航空車両。
【請求項１３】
前記知的データ管理モジュールは、
飛行モードと、
車両燃料レベルと、
バッテリステータスと、
のうちの１つまたはそれを上回るものに基づいて、前記処理タスクのために分配される前記データセンタの電力消費を制御するように構成される、請求項１０に記載の無人航空車両。
【請求項１４】
前記知的データ管理モジュールは、前記ハイブリッド電力生成システムから利用可能な電力が増加するまで、前記データタスクの実施を遅延させることによって、前記データセンタの電力消費を制御するように構成される、請求項１０に記載の無人航空車両。
【請求項１５】
方法であって、
電力を無人航空車両のロータモータおよび前記無人航空車両のデータセンタモジュールに提供するようにハイブリッド電力生成システムを動作させるステップと、
前記データセンタモジュールに提供された電力を使用して、データタスクを実施するように前記データセンタモジュールを動作させるステップであって、前記データタスクは、データ処理およびデータ収集のうちの１つまたはそれを上回るものを含む、ステップと、
前記ハイブリッド電力生成システムから利用可能な電力のインジケーションを受信するステップと、
前記利用可能な電力のインジケーションに基づいて、前記データセンタモジュールへの電力分配を制御するステップと、
を含む、方法。
【請求項１６】
前記データタスクの優先度を受信するステップを含み、前記データセンタモジュールへの電力分配を制御するステップはさらに、前記データタスクの優先度に基づく、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記データタスクの優先度を判定するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記データタスクは、第１の優先度を有する第１のデータタスクであり、前記方法は、
前記データセンタモジュールに提供された電力を使用して、第２のデータタスクを実施するように前記データセンタモジュールを動作させるステップであって、前記第１および第２のデータタスクは、個別の第１および第２の電力量を消費する、ステップと、
前記利用可能な電力のインジケーションならびに前記第２のデータタスクの優先度および前記第１のデータタスクの優先度に基づいて、前記第１および第２のデータタスクのための前記データセンタモジュールへの電力分配を制御するステップと、
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記無人車両における燃料量を表す燃料ステータスを受信するステップであって、前記燃料は、前記ハイブリッド電力生成システムに動力供給するために使用される、ステップと、
前記ロータモータに提供された電力量のインジケーションを受信するステップと、
前記燃料ステータス、前記ロータモータに提供された電力量のインジケーション、および前記電力分配に基づいて、前記無人航空車両の残りの飛行時間を推定するステップと、
を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記無人航空車両に関する飛行計画および前記飛行計画中に前記データセンタモジュールによって実施されるべき１つまたはそれを上回るデータタスクのリストのうちの１つまたはそれを上回るものを含む、ミッション目的を受信するステップと、
前記燃料ステータス、前記発電機システムステータス、前記電力分配、および前記ミッション目的に基づいて、前記無人車両の残りの飛行時間を推定するステップと、
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記推定された残りの飛行時間に基づいて、前記飛行計画および前記１つまたはそれを上回るデータタスクのリストのうちの１つまたはそれを上回るものを更新するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記推定された残りの飛行時間に基づいて、前記電力分配を制御するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
無人航空車両を動作させるためのシステムであって、
前記無人航空車両に対して揚力および推進力を提供するように構成される、推進システムと、
前記推進システムを制御するように構成される、飛行管理システムと、
１つまたはそれを上回るデータタスクを実行するように構成されたデータセンタモジュールであって、各データタスクは、データ処理およびデータ収集のうちの１つまたはそれを上回るものを含む、データセンタモジュールと、
前記無人航空車両を飛行させるための命令を前記飛行管理システムに提供し、前記データセンタモジュールの動作を制御するように構成される、ミッション管理システムと、
電力を前記推進システムおよび前記データセンタモジュールに提供するように構成される、ハイブリッド電力生成システムと、
前記飛行管理システムおよび前記ミッション管理システムに応答し、各データタスクの優先順位および前記ハイブリッド電力生成システムからの電力の可用性に基づいて、前記データセンタモジュールへの電力の分配を制御するように構成される、知的データ管理システムと、
を備える、システム。
【請求項２４】
前記ハイブリッド発電機システムは、
電力を前記推進システムに提供するように構成される、再充電可能バッテリと、
機械的動力を生成するように構成される、機関と、
前記機関に結合され、前記機関によって生成される機械的動力から電力を生成するように構成される、発電機モータと、
を備える、請求項２３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
（優先権主張）
本願は、２０１６年５月１３日に出願された米国特許出願第６２／３３５，９３８号および２０１６年５月２０日に出願された米国特許出願第６２／３３９，３４７号に対する優先権を主張するものであり、これらの両方の内容は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
マルチロータ無人航空車両（ＵＡＶ）が、ロータモータと、各ロータモータに結合される１つまたはそれを上回るプロペラと、電子速度コントローラと、飛行制御システム（オートパイロット）と、遠隔制御（ＲＣ）無線制御装置と、フレームと、リチウムポリマー（ＬｉＰｏ）または類似するタイプの再充電可能バッテリ等の再充電可能バッテリとを含み得る。マルチロータＵＡＶは、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）を実施することができ、単一ロータ航空車両と同様の操縦性を伴う空中制御が可能である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
一般的側面では、無人航空車両が、少なくとも１つのプロペラを駆動し、回転させるように構成される、少なくとも１つのロータモータを含む。無人航空車両は、プロセッサと、データ記憶コンポーネントと、無線通信コンポーネントとを含むデータセンタを含む。無人航空車両は、電力を少なくとも１つのロータモータおよびデータセンタに提供するように構成される、ハイブリッド発電機システムを含み、ハイブリッド発電機システムは、電力を少なくとも１つのロータモータに提供するように構成される、再充電可能バッテリと、機械的動力を生成するように構成される、機関と、機関に結合され、機関によって生成される機械的動力から電力を生成するように構成される、発電機モータとを含む。
【０００４】
一般的側面では、無人航空車両が、少なくとも１つのプロペラを駆動し、回転させるように構成される、少なくとも１つのロータモータを含む。無人航空車両は、プロセッサと、データ記憶コンポーネントと、無線通信コンポーネントとを含むデータセンタを含む。無人航空車両は、電力を少なくとも１つのロータモータおよびデータセンタに提供するように構成される、ハイブリッド発電機システムを含み、ハイブリッド発電機システムは、電力を少なくとも１つのロータモータに提供するように構成される、再充電可能バッテリと、機械的動力を生成するように構成される、機関と、機関に結合され、機関によって生成される機械的動力から電力を生成するように構成される、発電機モータとを含む。
【０００５】
本開示の一実施例は、少なくとも１つのプロペラを駆動し、回転させるように構成される、少なくとも１つのロータモータと、データセンタと、電力を少なくとも１つのロータモータおよびデータセンタに提供するように構成される、ハイブリッド発電機システムとを含む、無人航空車両である。データセンタは、プロセッサと、データ記憶コンポーネントと、無線通信コンポーネントとを含む。ハイブリッド発電機システムは、電力を少なくとも１つのロータモータに提供するように構成される、再充電可能バッテリと、機械的動力を生成するように構成される、機関と、機関に結合され、機関によって生成される機械的動力から電力を生成するように構成される、発電機モータとを含む。
【０００６】
いくつかの実装では、無線通信コンポーネントは、無線通信コンポーネントおよびプロセッサを有する別個の航空車両と通信し、無人航空車両および別個の航空車両を含むメッシュネットワーク内のノードとして動作するように構成される。
【０００７】
いくつかの実装では、無人航空車両および別個の航空車両は、データを共有し、クラウドコンピューティングクラスタを形成するように構成される。
【０００８】
いくつかの実装では、無線通信コンポーネントは、無線通信コンポーネントおよびプロセッサを有する地上ベースのデバイスと通信し、無人航空車両および地上ベースの無線通信デバイスを含むメッシュネットワーク内のノードとして動作するように構成される。いくつかの事例では、無人航空車両および地上ベースのデバイスは、データを共有し、クラウドコンピューティングクラスタを形成するように構成される。
【０００９】
いくつかの実装では、車両は、データを収集するように構成されるセンサを含み、データ記憶コンポーネントは、センサによって収集されたデータを記憶するように構成される。いくつかの事例では、センサは、以下の気象センサ、温度センサ、圧力センサ、およびカメラのうちの１つまたはそれを上回るものを含む。いくつかの事例では、プロセッサは、収集されたデータを処理するように構成される。
【００１０】
いくつかの実装では、データセンタは、ハイブリッド電力生成システムから利用可能な電力に基づいて、データセンタの電力消費を制御するように構成される、知的データ管理モジュールを含む。いくつかの実装では、データセンタは、データタスクを実行するように構成され、知的データ管理モジュールは、ハイブリッド電力生成システムから利用可能な電力に基づいて、データタスクのために分配されるデータセンタの電力消費を制御するように構成される。いくつかの事例では、データ記憶コンポーネントは、１つまたはそれを上回るミッション目的を示すデータを記憶するように構成され、知的データ管理モジュールは、ハイブリッド電力生成システムから利用可能な電力および１つまたはそれを上回るミッション目的を示す記憶されたデータに基づいて、データタスクのために分配されるデータセンタの電力消費を制御するように構成される。いくつかの事例では、１つまたはそれを上回るミッション目的を示すデータは、データ処理タスク、データ収集タスク、および飛行プロファイルのうちの少なくとも１つを含み、知的データ管理モジュールは、１つまたはそれを上回るミッション目的を示すデータおよびハイブリッド電力生成システムから利用可能な電力に基づいて、データセンタの電力消費を制御するように構成される。
【００１１】
いくつかの実装では、知的データ管理モジュールは、以下の飛行モード、車両燃料レベル、およびバッテリステータスのうちの１つまたはそれを上回るものに基づいて、処理タスクのために分配されるデータセンタの電力消費を制御するように構成される。いくつかの実装では、知的データ管理モジュールは、ハイブリッド電力生成システムから利用可能な電力が増加するまで、データタスクの実施を遅延させることによって、データセンタの電力消費を制御するように構成される。
【００１２】
本開示の別の実施例は、電力を無人航空車両のロータモータおよび無人航空車両のデータセンタモジュールに提供するようにハイブリッド電力生成システムを動作させるステップと、データセンタモジュールに提供された電力を使用して、データタスクを実施するようにデータセンタモジュールを動作させるステップであって、データタスクは、データ処理およびデータ収集のうちの１つまたはそれを上回るものを含む、ステップと、ハイブリッド電力生成システムから利用可能な電力のインジケーションを受信するステップと、利用可能な電力のインジケーションに基づいて、データセンタモジュールへの電力分配を制御するステップとを含む、方法である。
【００１３】
いくつかの実装では、本方法は、データタスクの優先度を受信するステップを含み、データセンタモジュールへの電力分配を制御するステップはさらに、データタスクの優先度に基づく。いくつかの実装では、本方法は、データタスクの優先度を判定するステップを含む。いくつかの事例では、データタスクは、第１の優先度を有する第１のデータタスクであり、本方法は、データセンタモジュールに提供された電力を使用して、第２のデータタスクを実施するようにデータセンタモジュールを動作させるステップであって、第１および第２のデータタスクは、個別の第１および第２の電力量を消費する、ステップと、利用可能な電力のインジケーションおよび第２のデータタスクの優先度および第１のデータタスクの優先度に基づいて、第１および第２のデータタスクのためのデータセンタモジュールへの電力分配を制御するステップとを含む。
【００１４】
いくつかの実装では、本方法は、無人車両における燃料量を表す燃料ステータスを受信するステップであって、燃料は、ハイブリッド電力生成システムに動力供給するために使用される、ステップと、ロータモータに提供された電力量のインジケーションを受信するステップと、燃料ステータス、ロータモータに提供された電力量のインジケーション、および電力分配に基づいて、無人航空車両の残りの飛行時間を推定するステップとを含む。
【００１５】
いくつかの実装では、本方法は、無人航空車両に関する飛行計画および飛行計画中にデータセンタモジュールによって実施されるべき１つまたはそれを上回るデータタスクのリストのうちの１つまたはそれを上回るものを含む、ミッション目的を受信するステップと、燃料ステータス、発電機システムステータス、電力分配、およびミッション目的に基づいて、無人車両の残りの飛行時間を推定するステップとを含む。いくつかの事例では、本方法は、推定された残りの飛行時間に基づいて、飛行計画および１つまたはそれを上回るデータタスクのリストのうちの１つまたはそれを上回るものを更新するステップを含む。いくつかの事例では、本方法は、推定された残りの飛行時間に基づいて、電力分配を制御するステップを含む。
【００１６】
本開示のまた別の実施例は、無人航空車両を動作させるためのシステムである。本システムは、無人航空車両に対して揚力および推進力を提供するように構成される、推進システムと、推進システムを制御するように構成される、飛行管理システムと、１つまたはそれを上回るデータタスクを実行するように構成され、各データタスクは、データ処理およびデータ収集のうちの１つまたはそれを上回るものを含む、データセンタモジュールと、無人航空車両を飛行させるための命令を飛行管理システムに提供し、データセンタモジュールの動作を制御するように構成される、ミッション管理システムと、電力を推進システムおよびデータセンタモジュールに提供するように構成される、ハイブリッド電力生成システムと、飛行管理システムおよびミッション管理システムに応答し、各データタスクの優先順位およびハイブリッド電力生成システムからの電力の可用性に基づいて、データセンタモジュールへの電力の分配を制御するように構成される、知的データ管理システムとを含む。
【００１７】
いくつかの実装では、ハイブリッド発電機システムは、電力を推進システムに提供するように構成される、再充電可能バッテリと、機械的動力を生成するように構成される、機関と、機関に結合され、機関によって生成される機械的動力から電力を生成するように構成される、発電機モータとを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】図１Ａは、データセンタを伴うＵＡＶの図である。
【００１９】
【図１Ｂ】図１Ｂは、データセンタの図である。
【００２０】
【図２】図２および３は、ＵＡＶの図である。
【図３】図２および３は、ＵＡＶの図である。
【００２１】
【図４】図４は、両方ともデータセンタを伴うロボットおよびＵＡＶの図である。
【００２２】
【図５】図５は、例示的ハイブリッド発電機システムの図を描写する。
【００２３】
【図６】図６は、ハイブリッド発電機システムの側面斜視図を描写する。
【００２４】
【図７】図７Ａは、ハイブリッド発電機の側面図を描写する。図７Ｂは、ハイブリッド発電機の分解側面図を描写する。
【００２５】
【図８】図８は、ハイブリッド発電機システムの斜視図である。
【００２６】
【図９】図９は、ハイブリッド発電機システムと統合されるＵＡＶの斜視図である。
【００２７】
【図１０】図１０は、異なるＵＡＶ電源のエネルギー密度を比較するグラフを描写する。
【００２８】
【図１１】図１１は、ＵＡＶに関する市場潜在性対ＵＡＶに結合されたときの１つまたはそれを上回る実施形態のハイブリッド発電機システムが達成することが可能である例示的２時間＋の飛行時間に関する飛行時間と、ＵＡＶのためのハイブリッド発電機システムに関する総合的市場潜在性対耐久性の実施例とのグラフを描写する。
【００２９】
【図１２】図１２は、ハイブリッド発電機システムを伴うＵＡＶの例示的飛行パターンを示す。
【００３０】
【図１３】図１３は、取外可能サブシステムを伴うハイブリッド発電機システムの図を描写する。
【００３１】
【図１４】図１４Ａは、ＵＡＶの一部として統合される取外可能サブシステムを伴うハイブリッド発電機システムの図を描写する。図１４Ｂは、地上ロボットの一部として統合される取外可能サブシステムを伴うハイブリッド発電機システムの図を描写する。
【００３２】
【図１５】図１５は、動作時の取外可能飛行パックを伴う地上ロボットを示す。
【００３３】
【図１６】図１６は、ハイブリッド発電機システムの制御システムを示す。
【００３４】
【図１７】図１７−１９は、ＵＡＶの図である。
【図１８】図１７−１９は、ＵＡＶの図である。
【図１９】図１７−１９は、ＵＡＶの図である。
【００３５】
【図２０】図２０および２１は、ハイブリッド発電機システムの一部の図である。
【図２１】図２０および２１は、ハイブリッド発電機システムの一部の図である。
【００３６】
【図２２】図２２Ａおよび２２Ｂは、ハイブリッド発電機システムの一部の図である。
【００３７】
【図２３】図２３は、機関の一部の図である。
【００３８】
【図２４】図２４は、閉ループ電力管理システムの図示である。
【００３９】
【図２５】図２５は、予測システムの図示である。
【００４０】
【図２６】図２６は、知的データ管理モジュールの動作の図示である。
【００４１】
【図２７】図２７は、フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
ここで、ハイブリッド発電機によって給電され、データセンタ動作を実施し得る、無人航空車両（ＵＡＶ）を説明する。データセンタは、プロセッサ、データ記憶コンポーネント、通信コンポーネント、および／または他のコンピューティングシステムコンポーネント等のコンピューティングシステムコンポーネントを格納する設備である。いくつかの実施例では、ＵＡＶ上に格納されるデータセンタ等のデータセンタは、例えば、１つまたはそれを上回るウェブサイトまたはインターネットベースのサービスをホストするためのサーバとして作用するために、インターネットアプリケーションのためのデータ記憶および／またはデータ処理能力を提供することができる。いくつかの実施例では、ＵＡＶ上に格納されるデータセンタ等のデータセンタは、クラウドコンピューティングアプリケーションのためのデータ記憶および／またはデータ処理能力を提供することができる。
【００４３】
ハイブリッド電力生成システムによって給電されるＵＡＶは、多くの場合、データ処理および／またはデータ収集タスク等の付加的タスクを実行するために十分な電力をオンボードで有する。そのようなＵＡＶは、したがって、種々のデータ処理および／またはデータ収集能力を伴う、種々のタイプのミッションを実行することができる。ＵＡＶが離陸する、着陸する、またはホバリングする、または厳しい環境条件において動作するとき等のいくつかの飛行モードでは、電力は、安全かつ安定したＵＡＶ動作を確実にすることに役立てるために、主として、飛行クリティカルコンポーネントに分配されることができる。ＵＡＶが前進飛行中であるとき等のいくつかの飛行モードでは、付加的電力が、データ処理および／またはデータ収集タスクに分配されることができる。飛行クリティカルコンポーネントとデータ処理および／またはデータ収集タスクとの間の電力の分配はまた、時として、データ処理および／またはデータ収集タスクの優先順位に基づき得る。例えば、データ処理またはデータ収集タスクが、特定の場所に特有である（例えば、特定の地理的領域のマッピング調査）場合、そのタスクは、厳しい環境条件に直面していても、またはＵＡＶがホバリングしているときでも、優先的な電力分配を継続して受け得る。データ処理またはデータ収集タスクが、あまり場所特有ではない（例えば、以前に収集されたデータの処理）場合、電力は、ある飛行条件下でのみタスクに対して分配され得る。
【００４４】
図１Ａおよび１Ｂを参照すると、単一のＵＡＶ１００が、モバイルデータセンタとして作用することができる。ＵＡＶ１００は、ＵＡＶ１００のロータ１０２およびＵＡＶ上に格納されるデータセンタ１０４のコンポーネントの両方に提供する電源として作用する、ハイブリッド発電機システム（以下に説明される）を含む。データセンタ１０４は、データベース、ファイル、または他のタイプのデータ記憶装置内でのデータの記憶のための１つもしくそれを上回るデータ記憶コンポーネント１０６を含むことができる。データセンタ１０４は、データ記憶コンポーネント１０６内に記憶されるデータ、別のコンピューティングデバイスから受信されるデータ、またはＵＡＶ上のセンサ（以下に説明される）によって検出されるデータ等のデータを処理するための１つまたはそれを上回るプロセッサ１０８（例えば、マイクロプロセッサ、コントローラ等）を含むことができる。１つまたはそれを上回るコンピューティングアーキテクチャ（例えば、単一プロセッサベースのコンピューティングデバイス、マルチ処理コンピューティングデバイス等）が、処理能力を提供するために（例えば、ＵＡＶ１００にオンボードで）採用されることができる。データセンタ１０４は、それを通してデータが、別のデータセンタ、サーバ、パーソナルコンピュータ、モバイルコンピューティングデバイス（例えば、スマートフォン、タブレット、ウェアラブルコンピューティングデバイス等）、または別のタイプのコンピューティングデバイス等の別のコンピューティングデバイス１１２に、および／またはそれから伝送され得る、無線インターネットまたはセルラー通信のためのコンポーネント等の無線通信コンポーネント１１０を含むことができる。
【００４５】
いくつかの実施例では、１つまたはそれを上回るデータ操作または処理タスクが、データセンタ１０４によって並行して実行されることができる。例えば、データは、ローカル記憶装置に収集されることができる。データは、例えば、データに対して分析を実施することによって、ローカル記憶装置の必要性を低減させるために、記憶に先立って前処理されることができる。ローカル記憶装置の必要性を低減させることは、ＵＡＶ１００が、ローカル記憶装置スペースを満たすことなく、より長い飛行時間において動作することを可能にすることができる。データは、伝送されるデータ量を削減するために、データを外部コンピューティングデバイスに伝送することに先立って前処理されることができる。いくつかの実施例では、ローカルに記憶される、または外部コンピューティングデバイスに伝送される処理されたデータは、ＵＡＶの動作を制御するためにＵＡＶ１００によって、または外部コンピューティングデバイスによって使用され得るＵＡＶ１００の動作に関連するデータ（時として、ミッションクリティカルデータと称される）であり得る。
【００４６】
データセンタ１０４のコンポーネントは、ハイブリッド発電機システムからの電力によって給電される。ハイブリッド発電機システムは、２つの電力システムを含む。ハイブリッド発電機システムの第１の電力システムは、ガソリンまたは油等の燃料を使用し、機械的エネルギーを生成し、これは、順に、電力を生成するために使用される。ハイブリッド発電機システムの第２の電力システムは、電力を提供し、第１の電力システムから受電される電力によって再充電され得る、再充電可能バッテリを含む。いくつかの実施例では、データセンタ１０４のコンポーネントは、第２の電力システムからの電力によって給電され、第１の電力システムは、第２の電力システムにおいて故障が起こる場合のバックアップ電源として作用することができる。
【００４７】
ＵＡＶ１００は、ハイブリッド発電機システムを冷却するように構成される、受動的または能動的冷却コンポーネントを含むことができる。いくつかの実施例では、これらの受動的または能動的冷却コンポーネントのうちの１つまたはそれを上回るものは、データセンタ１０４のコンポーネントを冷却するように位置付けられることができる。例えば、データセンタ１０４は、受動的冷却能力をハイブリッド発電機システムおよびデータセンタ１０４の両方に提供する、熱シンクと接触して位置付けられることができる。空気循環システム（例えば、ファン）等の能動的冷却デバイスが、データセンタ１０４の周囲の空気を循環させるように位置付けられ、したがって、能動的冷却を提供することができる。いくつかの実施例では、データセンタ１０４は、ＵＡＶ１００の運動からもたらされる、データセンタ１０４を過ぎる空気の運動によって冷却されることができる。
【００４８】
いくつかの実施例では、データセンタ１０４の通信コンポーネント１１０は、例えば、５０フィート、１００フィート、５００フィート、１，０００フィート、またはＵＡＶ１００の別の距離以内のコンピューティングデバイス１１２との短距離または中距離通信のために構成される。コンピューティングデバイス１１２は、記憶および／または処理のためにデータをＵＡＶ１００上のデータセンタ１０４に提供する、他のデータセンタであり得る。コンピューティングデバイス１１２は、ＵＡＶ上のデータセンタ１０４の近傍におけるパーソナルコンピュータまたはモバイルコンピューティングデバイスであり得、データセンタ１０４は、それらのコンピューティングデバイス１１２に対して記憶および／または処理能力を提供することができる。
【００４９】
いくつかの実施例では、ＵＡＶ１００は、データセンタ１０４内での記憶および／または処理のためにデータを収集する、１つまたはそれを上回るセンサ１１４を含むことができる。センサ１１４は、温度または圧力センサまたは他のタイプの気象センサ等の気象センサを含むことができ、したがって、データセンタ１０４を伴うＵＡＶ１００は、気象データの収集および分析の両方が可能な気象ステーション（例えば、気象バルーンに類似する）として作用することができる。センサは、例えば、交通分析、監視、農業、または他の用途のためのスチルまたはビデオカメラを含むことができる。いくつかの実施例では、スチルまたはビデオカメラによって捕捉された画像は、後の分析のためにデータセンタ１０４内に記憶されることができる。いくつかの実施例では、画像は、データセンタ内のプロセッサ１０８によって分析されることができる。分析の結果は、データセンタ内に記憶されることができる、および／または外部コンピューティングデバイスに伝送されることができる。
【００５０】
具体的実施例では、ＵＡＶ１００上でホストされるデータセンタ１０４は、いかなる無線インターネットまたはセルラーネットワークアクセスも伴わないエリア等の遠隔エリアにおいて展開される、軍事グループのメンバーによって使用されるコンピューティングデバイス１１２のためのデータセンタとしての役割を果たすことができる。具体的実施例では、ＵＡＶ上でホストされるデータセンタ１０４は、いかなる無線インターネットまたはセルラーネットワークアクセスも伴わない海洋の遠隔部分において、海軍船舶、漁船、遠洋定期船、または別のタイプの船舶等の船舶上の乗客または乗員メンバーによって使用されるコンピューティングデバイス１１２のためのデータセンタとしての役割を果たすことができる。ＵＡＶ上でホストされるデータセンタ１０４と軍事グループのメンバーまたは船舶の乗員によって使用されるコンピューティングデバイス１１２との間の無線通信接続を確立することによって、軍事グループのメンバーまたは船舶の乗員は、そうでなければ限定されたアクセスを有するであろう、データ記憶および／または算出または処理能力にアクセスすることができる。
【００５１】
具体的実施例では、ＵＡＶ１００上でホストされるデータセンタ１０４は、ある場所におけるデータセンタの予期せぬ必要性に応答してその場所に移動され得る、緊急データセンタとして作用することができる。例えば、自然災害の場合では、ＵＡＶ１００は、自然災害に関する復旧努力の近傍において位置付けられ、データ記憶および／または算出または処理能力を救助者または復旧作業者に提供することができる。
【００５２】
継続して図１Ｂを参照すると、データセンタ１０４は、他の動作の中でもとりわけ、ＵＡＶ１００およびデータセンタ１０４のオンボードシステムにスマートな電力分配を提供するように構成される、知的データ管理モジュール（ＩＤＭＭ）１２０を含む。ＩＤＭＭ１２０は、ＵＡＶ１００のオンボードデバイス（例えば、通信、飛行システム、センサシステム、オンボードデータ処理タスク）への電力の送達を制御し、タスクを完了する際に関与するシステムへの電力の分配を制御することによって、ＵＡＶ１００が種々のミッションタスクまたは目的を完了することを可能にするように構成される。一実施例では、データセンタ１０４のプロセスは、オンボードハイブリッド電力管理システムおよび記憶されたデータセンタミッション目的の補助により、ＩＤＭＭ１２０によって知的に調整、抑制、および優先される。これは、任意の飛行クリティカル電力管理目的が、全ての他のデータセンタミッション目的よりも優先されるという基準の下で行われ得る。動作時、ＩＤＭＭ１２０は、モジュールがタスクを実行するように試行するときは常に、電力をデータセンタ１０４モジュール（例えば、プロセッサ１０８）に無分別に提供することとは対照的に、電力の要求および生成を監視し、データセンタ１０４のプロセスによる電力の消費を知的に制御し、ミッション目的の完了を最大限にする。いくつかの事例では、ＩＤＭＭ１２０はまた、あるデータ処理タスクの実行を制御し、これは、より高い優先順位を伴う他のタスクから電力を引き込むことなく、電力がタスクを完了させるために利用可能になるまで、特定のタスクを遅延させることを含み得る。このように、ＩＤＭＭは、電力における任意の利用可能なヘッドルームに対するＵＡＶ１００のリソースの注意深い制御を提供する。
【００５３】
ＩＤＭＭ１２０は、その電力分配制御を実行するために、多くの異なる制御スキームを利用し得る。概して、ＩＤＭＭは、制約されたリソース最適化問題をオンラインで解決し、ＵＡＶ１００にリアルタイムでオンボードである、モバイル／ポータブルクラウドデータセンタとして作用する。例えば、ＩＤＤＭは、エネルギー利用の削減および管理、ネットワーキング負荷、リアルタイムの電力ドロー、および、時としてさらに、内部構成要素の温度等の問題に対処することができる。ＩＤＭＭ１２０はまた、ＵＡＶ１００にオンボードで起動し、リアルタイムで電力要求および生成変化に応答する、知的マイクロ電力グリッドと見なされることができる。分枝限定、タスクスライシングアルゴリズム（ＴＳＡ）、遺伝的アルゴリズム、混合整数計画、粒子フィルタ、シミュレートアニーリング、およびさらには、ディープラーニング人工神経網等、ＩＤＭＭ１２０が実装し得る多くのアルゴリズムアプローチが存在する。ＩＤＭＭ１２０によって実装されるエネルギーを意識したリアルタイムスケジューリングに対する１つのアプローチは、動的電圧および周波数スケーリング（ＤＶＦＳ）と呼ばれる技法を伴う。ＤＶＦＳは、プロセッサ１０８の電圧およびクロック周波数を同時に変化させ、ＣＰＵエネルギー消費を削減する。プロセッサ１０８の電圧および周波数を減少させることは、プロセッサ１０８の性能を低下させるであろう。実行性能が厳しい制約ではない場合、プロセッサ１０８の電圧および周波数の両方を減少させることは、プロセッサ１０８の動的電力消費の削減を可能にする。いくつかの実装では、ＩＤＭＭ１２０は、図２４−２６に関して以下に議論されるように、より高いレベルのミッション管理の視点から最適化される。
【００５４】
図２を参照すると、いくつかの実施例では、データセンタ１０４は、例えば、送達サービス、感知、または他の活動を実施するＵＡＶ等の他のＵＡＶ２０２の車群のアクションを調整するために、ロジスティクス調整の役割を果たすことができる。データセンタ１０４内のプロセッサ１０８は、例えば、ＵＡＶ２０２毎に最適なルートを判定することができる。いくつかの実施例では、データセンタ１０４内のプロセッサ１０８は、少なくとも部分的に、各他のＵＡＶ２０２の位置および／または活動についてのリアルタイム情報に基づいて、特定のＵＡＶ２０２のためのルートを判定することができる。例えば、監視のために展開されるＵＡＶ２０２に関して、１つまたはそれを上回るＵＡＶ２０２が、さらなる調査を正当とする特徴、事象等を示す画像を捕捉する場合、データセンタ内のプロセッサ１０８は、その特徴の付加的画像を捕捉することが可能であるように、ＵＡＶ２０２のうちの１つまたはそれを上回る他のものを再経路指定することができる。
【００５５】
図３を参照すると、いくつかの実施例では、それぞれ、データセンタ１０４を有する複数のＵＡＶ１００が、強化された算出および／または通信能力のための１つまたはそれを上回るネットワークアーキテクチャを形成することができる。複数のＵＡＶ１００は、独立して、または連携して動作することができ、例えば、複数のＵＡＶ１００は、高性能クラウドコンピューティングクラスタとして作用することができる。具体的実施例では、複数のＵＡＶ１００は、メッシュネットワークを形成することができる。概して、無線メッシュネットワークは、デバイスがネットワークを通してパケットを伝送する際に相互に補助する、マルチホップシステムである。メッシュネットワークは、最小限の準備で実装されることができ、患者監視または処置に関与するセンサまたはモバイルデバイス等の多くのデバイスに拡張され得る、信頼性のあるフレキシブルシステムを提供することができる。無線メッシュネットワークでは、複数のノードが、メッセージをその宛先に中継するように協働する。メッシュ形態は、ネットワークの信頼性を強化する。例えば、メッシュネットワークは、ネットワークを通した複数の冗長通信経路を提供する。ネットワーク内の１つのリンクが故障する場合、ネットワークは、代替経路を通してメッセージを自動的にルーティングする。メッシュネットワークでは、ノード間の距離は、短縮され、リンクの品質を増加させることができる。メッシュネットワークは、自己構成および自己修復ネットワークであり得る。例えば、メッシュネットワークは、システム管理者からの制御を伴わずに、メッセージをその宛先にルーティングする方法を判定することができる。新しいノードを追加することまたは既存のノードを再配置することは、手動構成を伴わずに実施されることができる。むしろ、ネットワークは、新しいまたは再配置されたノードを発見し、ノードを既存のネットワークに自動的に組み込むことができる。
【００５６】
いくつかの実施例では、ＵＡＶ１００上のデータセンタ１０４は、無線インターネット機能性またはセルラー通信サービス等の通信能力を、ＵＡＶ１００の近傍におけるデバイスに提供することができる。例えば、データセンタ１０４は、ＷｉＦｉホットスポットとして動作することができる、またはデータ交換、信号制御、または他の機能性が可能なセルラー通信ネットワーク内のセルとして作用することができる。
【００５７】
図４を参照すると、いくつかの実施例では、データセンタ４０２は、ロボット４０４または、概して、種々の動作を実施することが可能な他のタイプのデバイス上に組み込まれることができる。図４の実施例では、ＵＡＶ１００およびロボット４０４の両方は、相互に通信するデータセンタまたはメッシュネットワークの一部を形成するデータセンタ等のデータセンタを含む。いくつかの実施例では、ロボットデータセンタ４０２は、ＵＡＶデータセンタ１０４から完全に独立し得る。
【００５８】
いくつかの実施例では、ＵＡＶ１００は、有線モードまたは無線モードのいずれかにおいて動作することができる。ＵＡＶが有線接続によって外部コンピューティングデバイスに接続されているとき、例えば、ＵＡＶが地上または空中にあり、テザーに接続されているとき、ＵＡＶ１００は、有線モードにおいて動作することができる。ＵＡＶが無線接続によって外部コンピューティングデバイスに接続されているとき、例えば、ＵＡＶが飛行中であるとき、ＵＡＶ１００は、無線モードにおいて動作することができる。いくつかの実施例では、有線モード動作は、無線モード動作よりも高いデータ伝送レートをサポートすることができる。いくつかの実施例では、有線モードにおいて動作する能力は、ＵＡＶが、高レベルのセキュリティまたは動作ロバスト性で動作することを可能にすることができる。
【００５９】
ＵＡＶ１００およびデータセンタ１０４は、小型ポータブルハイブリッド発電機電源にエネルギー変換効率を提供する、ハイブリッド発電機システムによって給電されることができる。ＵＡＶ用途では、ハイブリッド発電機システムは、車両、ハイブリッド発電機駆動装置、および使用される燃料の重量を克服し、ＵＡＶ用途において拡張された耐久性および有効荷重能力を提供するために使用されることができる。
【００６０】
ハイブリッド発電機システムは、２つの別個の電力システムを含むことができる。ハイブリッド発電機システムの一部として含まれる第１の電力システムは、発電機モータに結合される小型かつ効率的なガソリン動力機関であり得る。第１の電力システムは、ハイブリッド発電機システムの一次電源としての役割を果たすことができる。ハイブリッド発電機システムの一部として含まれる第２の電力システムは、高エネルギー密度再充電可能バッテリであり得る。ともに、第１の電力システムおよび第２の電力システムは、組み合わされ、高エネルギー連続電源を形成し、ＵＡＶおよびＵＡＶ上に格納されるデータセンタのための高ピーク電力可用性を伴う。いくつかの実施例では、第１の電力システムおよび第２の電力システムのうちの一方は、他方の電力システムが故障を被る場合、ハイブリッド発電機システムのバックアップ電源としての役割を果たすことができる。
【００６１】
図５は、例示的ハイブリッド発電機システム５００の図を描写する。ハイブリッド発電機システム５００は、燃料源５０２、例えば、ガソリン、ガソリンおよび油混合物の混合物、または類似するタイプの燃料または混合物を貯蔵するための容器を含む。燃料源５０２は、燃料を第１の電力システムの機関５０４に提供する。機関５０４は、燃料源５０２によって提供される燃料を使用し、機械的エネルギーを生成することができる。一実施例では、機関５０４は、約１２インチ×１１インチ×６インチの寸法および約３．５ポンドの重量を有し、ＵＡＶ内への統合を可能にすることができる。一実施例では、機関５０４は、Ｚｅｎｏａｈ（１−９  Ｍｉｎａｍｉｄａｉ  Ｋａｗａｇｏｅ，  Ｓａｉｔａｍａ  ３５０−  ２０２５，  Ｊａｐａｎ）から利用可能なＨＷＣ／Ｚｅｎｏａｈ  Ｇ２９  ＲＣＥ  ３Ｄ  Ｅｘｔｒｅｍｅであり得る。ハイブリッド発電機システム５００はまた、機関５０４に結合される発電機モータ５０６を含む。発電機モータ５０６は、機関５０４によって生成される機械的動力を使用して、ＡＣ出力電力を生成するように機能する。いくつかの実施例では、機関５０４のシャフトは、機関５０４から離れるように熱を放散するファンを含む。いくつかの実施例では、発電機モータ５０６は、ポリウレタン結合具を通して機関５０４に結合される。
【００６２】
いくつかの実施例では、ハイブリッド発電機システム５００は、１．８ｋＷの電力を提供することができる。ハイブリッド発電機システム５００は、約３馬力を提供し、約１．５ｋｇの重量である機関５０４、例えば、Ｚｅｎｏａｈ（Ｒ）  Ｇ２９ＲＣ  Ｅｘｔｒｅｍｅ機関を含むことができる。ハイブリッド発電機システム５００は、Ｓｃｏｒｐｉｏｎ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ（Ｒ）から利用可能なブラシレスモータ（３８０Ｋｖ、８ｍｍシャフト、部品番号５０３５−３８０）である、発電機モータ５０６を含むことができる。
【００６３】
いくつかの実施例では、ハイブリッド発電機システム５００は、１０ｋＷの電力を提供することができる。ハイブリッド発電機システム５００は、約１５〜１６．５馬力を提供し、約７ポンドの重量である機関５０４、例えば、Ｄｅｓｅｒｔ  Ａｉｒｃｒａｆｔ（Ｒ）  Ｄ−１５０を含むことができる。ハイブリッド発電機システム５００は、Ｊｏｂｙ  Ｍｏｔｏｒｓ（Ｒ）  ＪＭ１モータである発電機モータ５０６を含むことができる。
【００６４】
ハイブリッド発電機システム５００は、ブリッジ整流器５０８と、再充電可能バッテリ５１０とを含む。ブリッジ整流器５０８は、発電機モータ５０６と再充電可能バッテリ５１０との間に結合され、発電機モータ５０６のＡＣ出力をＤＣ電力に変換し、再充電可能バッテリ５１０を充電する、またはＤＣ電力をライン５２０によって負荷５１８に提供する、または電力をライン５２４によってＤＣ／ＡＣインバータ５２２に提供し、ＡＣ電力を負荷５２６に提供する。再充電可能バッテリ５１０は、ＤＣ電力をライン５３０によって負荷５２８に提供する、またはライン５３４によってＤＣ／ＡＣインバータ５３２に提供し、ＡＣ電力を負荷５３６に提供し得る。一実施例では、ハイブリッド発電機システム５００のブリッジ整流器５０８および／または再充電可能バッテリ５１０の出力は、ライン５３８によって、ＵＡＶの一部として１つまたはそれを上回るロータモータ５１６内に統合される１つまたはそれを上回る電子速度制御デバイス（ＥＳＣ）５１４に提供される。ＥＳＣ５１４は、発電機モータ５０６によって提供される１つまたはそれを上回るロータモータにブリッジ整流器５０８および／または再充電可能バッテリ５１０によって提供されるＤＣ電力を制御することができる。一実施例では、ＥＳＣ５１４は、ＳｉｍｏｎＫを伴うＴ−Ｍｏｔｏｒ（Ｒ）  ＥＳＣ  ４５Ａ（２−６Ｓ）であり得る。一実施例では、ブリッジ整流器５０８は、Ｍｉｃｒｏｓｅｍｉ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｇｒｏｕｐ（Ｒ）から利用可能なモデル番号ＭＳＤ１００−０８のダイオードブリッジ８００Ｖ  １００Ａ  ＳＭ３であり得る。いくつかの実施例では、能動整流が、ハイブリッド発電機システムの効率を改良するために適用されることができる。
【００６５】
いくつかの実施例では、ＥＳＣ５１４は、オペレータから受信される入力に応答して、１つまたはそれを上回るロータモータ５１６に提供される電力量を制御することができる。例えば、オペレータが、ＵＡＶを右に移動させる入力を提供する場合、ＥＳＣ５１４は、ＵＡＶの右側のロータモータ５１６により少ない電力を提供し、ロータモータに、ＵＡＶの左側のプロペラよりもＵＡＶの右側のプロペラを遅く急回転させることができる。電力が可変レベルにおいて１つまたはそれを上回るロータモータ５１６に提供されるため、負荷、例えば、１つまたはそれを上回るロータモータ５１６に提供される電力量は、オペレータから受信される入力に応答して変化することができる。
【００６６】
いくつかの実施例では、再充電可能バッテリ５１０は、Ｐｕｌｓｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｌｉｐｏ（Ｒ）（Ｃｈｉｎａ）から利用可能であり、３０００ｍＡｈ、２２．２Ｖ  ６５Ｃを提供する、ＬｉＰｏバッテリ（Ｍｏｄｅｌ  ＰＬＵ６５−３０００６）であり得る。他の設計では、再充電可能バッテリ５１０は、リチウム硫黄（ＬｉＳｕ）再充電可能バッテリまたは類似するタイプの再充電可能バッテリであり得る。
【００６７】
ハイブリッド発電機システム５００は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１２を含む。ＥＣＵ５１２および本文書に説明される他の適用可能なシステムは、コンピュータシステム、複数のコンピュータシステム、またはコンピュータシステムまたは複数のコンピュータシステムの一部として実装されることができる。概して、コンピュータシステムは、プロセッサ、メモリ、不揮発性記憶装置、およびインターフェースを含む。典型的なコンピュータシステムは、通常、少なくともプロセッサ、メモリ、およびメモリをプロセッサに結合するデバイス（例えば、バス）を含む。プロセッサは、例えば、マイクロプロセッサ等の汎用中央処理ユニット（ＣＰＵ）またはマイクロコントローラ等の専用プロセッサであり得る。
【００６８】
メモリは、実施例として、限定ではないが、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）およびスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）等のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むことができる。メモリは、ローカルである、遠隔である、または分散されることができる。バスはまた、プロセッサを不揮発性記憶装置に結合することができる。不揮発性記憶装置は、多くの場合、磁気フロッピまたはハードディスク、磁気光学ディスク、光学ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、またはＥＥＰＲＯＭ等の読取専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気または光学カード、または大量のデータのための別の形態の記憶装置である。本データの一部は、多くの場合、ダイレクトメモリアクセスプロセスによって、コンピュータシステム上のソフトウェアの実行中にメモリに書き込まれる。不揮発性記憶装置は、ローカルである、遠隔である、または分散されることができる。不揮発性記憶装置は、システムがメモリ内で利用可能な全ての適用可能なデータを用いて作成され得るため、随意である。
【００６９】
ソフトウェアは、典型的には、不揮発性記憶装置内に記憶される。実際には、大きいプログラムに関して、プログラム全体をメモリ内に記憶することは、全く可能ではない場合がある。それにもかかわらず、ソフトウェアが起動するために、必要に応じて、これが、処理のために適切なコンピュータ可読場所に移動され、例証を目的として、その場所は、本文書においてメモリと称されることを理解されたい。ソフトウェアが実行のためにメモリに移動されているときであっても、プロセッサは、典型的には、ソフトウェアと関連付けられる値を記憶するためのハードウェアレジスタと、理想的には、実行を高速化する役割を果たすローカルキャッシュとを利用するであろう。本明細書で使用されるように、ソフトウェアプログラムが、「コンピュータ可読記憶媒体内に実装される」と称されるとき、ソフトウェアプログラムは、適用可能な公知の、または便宜的な場所に（不揮発性記憶装置からハードウェアレジスタに）記憶されると仮定される。プログラムと関連付けられる少なくとも１つの値が、プロセッサによって可読であるレジスタ内に記憶されるとき、プロセッサは、「プログラムを実行するように構成される」と見なされる。
【００７０】
動作の一実施例では、コンピュータシステムが、ディスクオペレーティングシステム等のファイル管理システムを含むソフトウェアプログラムである、オペレーティングシステムソフトウェアによって制御されることができる。関連付けられるファイル管理システムソフトウェアを伴うオペレーティングシステムソフトウェアの一実施例は、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｒｅｄｍｏｎｄ，  Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ）からのＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）として公知の一連のオペレーティングシステムおよびその関連付けられるファイル管理システムである。その関連付けられるファイル管理システムソフトウェアを伴うオペレーティングシステムソフトウェアの別の実施例は、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）オペレーティングシステムおよびその関連付けられるファイル管理システムである。ファイル管理システムは、典型的には、不揮発性記憶装置内に記憶され、プロセッサに、オペレーティングシステムによって要求される種々の行為を実行させ、データを入出力し、不揮発性記憶装置上にファイルを記憶することを含め、データをメモリ内に記憶する。
【００７１】
バスはまた、プロセッサをインターフェースに結合することができる。インターフェースは、１つまたはそれを上回る入力および／または出力（Ｉ／Ｏ）デバイスを含むことができる。Ｉ／Ｏデバイスは、実施例として、限定ではないが、キーボード、マウスまたは他のポインティングデバイス、ディスクドライブ、プリンタ、走査装置、およびディスプレイデバイスを含む他のＩ／Ｏデバイスを含むことができる。ディスプレイデバイスは、実施例として、限定ではないが、ブラウン管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、またはいくつかの他の適用可能な公知の、または便宜的なディスプレイデバイスを含むことができる。インターフェースは、モデムまたはネットワークインターフェースのうちの１つまたはそれを上回るものを含むことができる。モデムまたはネットワークインターフェースは、コンピュータシステムの一部であると見なされ得ることを理解されたい。インターフェースは、アナログモデム、ｉｓｄｎモデム、ケーブルモデム、トークンリングインターフェース、イーサネット（登録商標）インターフェース、衛星伝送インターフェース（例えば、「ダイレクトＰＣ」）、またはコンピュータシステムを他のコンピュータシステムに結合するための他のインターフェースを含むことができる。インターフェースは、コンピュータシステムおよび他のデバイスが、ネットワーク内でともに結合されることを可能にする。
【００７２】
コンピュータシステムが、モジュールとして、モジュールの一部として、または複数のモジュールを通して実装されることができる。本文書で使用されるように、モジュールは、１つまたはそれを上回るプロセッサまたはその一部を含む。１つまたはそれを上回るプロセッサの一部は、レジスタのサブセット、マルチスレッドプロセッサの１つまたはそれを上回るスレッドの専用であるプロセッサの一部、その間にプロセッサがモジュールの機能性の一部を実行することに完全に、または部分的に専用であるタイムスライス、または同等物等の任意の所与の１つまたはそれを上回るプロセッサを備えるハードウェアの全てよりも少ないハードウェアの一部を含むことができる。したがって、第１のモジュールおよび第２のモジュールが、１つまたはそれを上回る専用プロセッサを有することができる、または第１のモジュールおよび第２のモジュールが、相互に、または他のモジュールと１つまたはそれを上回るプロセッサを共有することができる。実装特有または他の考慮事項に応じて、モジュールは、集中される、またはその機能性は、分散されることができる。モジュールは、ハードウェア、ファームウェア、またはプロセッサによる実行のためにコンピュータ可読媒体内で具現化されるソフトウェアを含むことができる。プロセッサは、本文書の図を参照して説明されるもの等の実装されるデータ構造および方法を使用して、データを新しいデータに変換する。
【００７３】
ＥＣＵ５１２は、ブリッジ整流器５０８および再充電可能バッテリ５１０に結合される。ＥＣＵ５１２は、機関５０４の１分あたり回転数（ＲＰＭ）に正比例する、発電機モータ５０６の出力のＡＣ電圧を測定するように構成されることができ、これをブリッジ整流器５０８のＤＣ電力出力と比較する。ＥＣＵ５１２は、機関５０４のスロットルを制御し、負荷、例えば、１つまたはそれを上回る電気モータ５１６の負荷または負荷５１８、５２６、５２８、および５３６のうちの１つまたはそれを上回るものが変化するにつれて、ブリッジ整流器５０８のＤＣ電力出力を増加または減少させることができる。一実施例では、ＥＣＵ５１２は、Ｃｈｉｎａから利用可能なＡｒｄｕｉｎｏ（Ｒ）  ＭＥＧＡ  ２５６０  Ｂｏａｒｄ  Ｒ３であり得る。種々の実施形態では、１つまたはそれを上回る電気モータ５１６の負荷は、ＥＳＣ５１４が電気モータ５１６に提供される電力量を変化させるにつれて変化することができる。例えば、ユーザが、電気モータ５１６に提供される電力を増加させるように入力し、続けて、ＥＳＣ５１４に、より多くの電力を電気モータ５１６に提供させる場合、ＥＣＵ５１２は、機関５０４のスロットルを増加させ、より多くの電力の生産物を電気モータ５１６に提供させることができる。
【００７４】
ＥＣＵ５１２は、感知されたアナログ電圧を読み取り、これらをＡＤＣカウントに変換し、カウントを所望の電圧に対応するものと比較し、結果が不感帯外である場合、プログラムされた利得に従って機関５０４のスロットルを増加または減少させることによって、負荷の電圧出力を維持するように機能することができる。
【００７５】
一実施例では、ハイブリッド発電機システム５００は、約１，８００ワットの連続電力、１０，０００ワットの瞬間電力（例えば、１６，０００ｍＡｈパルスバッテリで６Ｓ）を提供することができ、１，５００Ｗｈ／ｋｇのガソリン変換率を有する。一実施例では、ハイブリッド発電機システム５００は、約１２インチ×１２インチ×１２インチの寸法および約８ポンドの重量を有する。
【００７６】
図６は、ハイブリッド発電機システム５００の側面斜視図を描写する。図７Ａは、ハイブリッド発電機５００の側面図を描写する。図７Ｂは、ハイブリッド発電機５００の分解側面図を描写する。ハイブリッド発電機システム５００は、発電機モータ５０６に結合される機関５０４を含む。一実施形態では、機関５０４は、機関５０４のシャフトへの発電機モータ５０６のシャフトの結合を提供し、また、シンクフィン６０４を用いて冷却を提供する、結合／冷却デバイス６０２を含む。例えば、図７Ａおよび７Ｂは、発電機モータ５０６のシャフト７０６および機関５０４のシャフト７０８を結合する止めねじ７０４を伴う結合具／ファン７０２を含む、結合／冷却デバイス６０２の一実施形態をさらに詳細に示す。結合／冷却デバイス６０２はまた、ゴム結合リング２２０２（図２２Ａ）を含み得る。
【００７７】
種々の実施形態では、ハイブリッド発電機システム５００は、ハイブリッド発電機システム５００から離れるような熱の伝達を促進するための構成要素を含む、および／または熱を生産する構成要素にわたって空気流を増加させるために、ＵＡＶ内に統合される。例えば、ハイブリッド発電機システム５００は、ハイブリッド発電機システムから離れるように熱を伝達させるために、具体的構成要素、例えば、整流器上に冷却フィンを含むことができる。種々の実装では、ハイブリッド発電機システム５００は、熱がＵＡＶの外部に向かって伝達されるようにするために、構成要素を含み、ＵＡＶ内に統合される。
【００７８】
種々の実施形態では、ハイブリッド発電機システム５００および／またはハイブリッド発電機システム５００を統合するＵＡＶは、ハイブリッド発電機システム５００の少なくとも１つの構成要素を横断する１分あたり４０６立方フィートの空気流を可能にするように構成される。ハイブリッド発電機システム５００の機関５０４は、動作温度１５０℃において起動されることができ、ハイブリッド発電機システム１０の周囲温度にある場合、機関５０６によって生成される熱を除去するために、１分あたり４０６立方フィートの空気流が、少なくとも機関５０６を横断して達成される。さらに、種々の実施形態では、機関５０６は、１６．５馬力において動作され、４９．２ｋＷの廃熱を生成し、例えば、機関の各ヘッドは、２４．６ｋＷの廃熱を生産する。種々の実施形態では、ハイブリッド発電機システム５００の機関５０６の機関ヘッドは、機関ヘッドにわたって空気流を集中させるために、電気ダクテッドファンに結合される。例えば、１分あたり４０６立方フィートの空気流が、電気ダクテッドファンを使用して、機関５０６の機関ヘッドにわたって達成されることができる。
【００７９】
種々の実施形態では、ハイブリッド発電機システム５００は、二重振動減衰システムを使用して、ＵＡＶの一部として統合される。ハイブリッド発電機システムの機関５０６は、二重振動減衰システムとしての役割を果たすための結合具を利用することができる。一実施例では、機関５０６は、１０，０００ＲＰＭで１．６８Ｎｍの平均トルクを生産する。種々の実施形態では、ウレタン結合具が、ハイブリッド発電機システム５００の少なくとも一部をＵＡＶに結合するために使用される。さらに、一実施例では、ウレタン結合具は、９０Ａ〜７５Ｄのデュロメータ値を有することができる。ハイブリッド発電機システム５００の少なくとも一部をＵＡＶに固着させるために使用される例示的ウレタン結合具は、Ｌ４２ウレタン、Ｌ１００ウレタン、Ｌ１６７ウレタン、およびＬ３１５ウレタンを含む。ハイブリッド発電機システム５００の少なくとも一部をＵＡＶに固着させるために使用されるウレタン結合具は、２０ＭＰａ〜６２．０ＭＰａの引張強度、２７０〜８００％の破壊時の伸び率、２．８ＭＰａ〜３２ＭＰａの弾性率、１１０％〜４３５％の摩耗指数、および１２．２ｋＮ／ｍ〜１９２．２ｋＮ／ｍの引裂き強度を有することができる。
【００８０】
機関５０４（図６および７）はまた、機械的雑音および／または機関振動を低減させる、はずみ車６０６を含む。好ましくは、機関５０４は、ホール効果センサ７１０（図７Ａ）と、示されるようなはずみ車６０６に結合されるホール効果磁石とを含む。一実施例では、ホール効果センサ７１０は、ＲＣｅｘｌ  Ｍｉｎ  Ｔａｃｈｏｍｅｔｅｒ（Ｒ）（Ｚｈｅｊｉａｎｇ  Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，  Ｃｈｉｎａ）から利用可能であり得る。
【００８１】
機関５０４が動作するとき、はずみ車６０６は、急回転し、はずみ車６０６の１分あたり回転数に正比例する電圧を生成する。本電圧は、ホール効果センサ７１０によって測定され、ＥＣＵ５１２に入力される。ＥＣＵ５１２は、測定された電圧を発電機モータ５０６によって出力された電圧と比較する。ＥＣＵ５１２は、次いで、発電機モータ５０６および機関５０４の一方または両方のスロットルを制御し、必要に応じて電圧を増加または減少させ、電力を負荷５１８、５２６、５２８、および／または５３６のうちの１つまたはそれを上回るものまたは１つまたはそれを上回るロータモータ５１６に供給するであろう。
【００８２】
機関５０４はまた、スタータモータ６０８と、サーボ６１０と、マフラ６１２と、振動マウント６１４とを含み得る。
【００８３】
図８は、ハイブリッド発電機システム５００の斜視図である。ハイブリッド発電機システム５００は、モータ５０４と、ブリッジ整流器５０８に結合される発電機モータ５０６とを含む。
【００８４】
図９は、ハイブリッド発電機システム５００と統合されるＵＡＶ９００の斜視図である。ＵＡＶ９００は、それぞれ、プロペラ９０２に結合される６つのロータモータ５１６を含むが、しかしながら、ハイブリッド発電機システム５００と統合されるＵＡＶは、より多くの、またはより少ないロータモータおよびプロペラを含み得ることを理解されたい。ＵＡＶ９００は、Ｐｉｘｈａｗｋ（Ｒ）によって製造されるＰｘ４飛行コントローラを含むことができる。
【００８５】
一実施形態では、図４−９に示されるような機関５０４は、電気スタータ６１６を使用して始動され得る。図５に示されるような（また、図９に示される）燃料源５０２が、図７に示されるような発電機モータ５０６に直接結合されるそのロータシャフトを急回転させるために燃料を機関５０４に送達し、力を発電機モータ５０６に印加する。発電機モータ５０６の急回転は、電気を生成し、モータ発電機５０６によって生成される電力は、機関５０４のシャフトによって印加される動力に比例する。好ましくは、発電機モータ５０６の標的回転速度は、発電機モータ５０６のＫＶ（ｒｐｍ／Ｖ）に基づいて判定される。例えば、２５ボルトＤＣの標的電圧が所望される場合、発電機モータ５０６の定格は、約４００ＫＶであろう。機関５０４の回転速度は、以下の方程式によって判定され得る。
ＲＰＭ＝ＫＶ（ＲＰＭ／ボルト）×標的電圧（ＶＤＣ）    （１）
ＲＰＭ＝４００ＫＶ×２５ＶＤＣ    （２）
ＲＰＭ＝１０，０００    （３）
【００８６】
本実施例では、２５ＶＤＣ出力を生成するための発電機モータ５０６に関して、機関５０４のシャフトに結合される発電機モータ５０６のシャフトは、約１０，０００ＲＰＭにおいて急回転する必要がある。
【００８７】
負荷、例えば、１つまたはそれを上回るモータ５１６または負荷５１８、５２６、５２８、および／または５３６のうちの１つまたはそれを上回るものが、発電機モータ５０６の出力に印加されるにつれて、ハイブリッド発電機システム５００の電圧出力は、降下し、これは、機関５０４および発電機モータ５０６の速度が低減されるようにするであろう。本場合では、ＥＣＵ５１２が、機関５０４のスロットルを調整し、負荷とともに変動する一貫した出力電圧を維持するように役立てるために使用されることができる。ＥＣＵ５１２は、ガソリン機関のための標準ガバナのように作用することができるが、ＲＰＭを調整する代わりに、これは、閉ループフィードバックコントローラに基づいて、ブリッジ整流器および発電機モータ５０６の一方または両方の標的電圧出力を調整することができる。
【００８８】
発電機モータ５０６からの電力出力は、ブリッジ整流器５０８によって整流される必要がある、交流（ＡＣ）の形態であり得る。ブリッジ整流器５０８は、上記に議論されるように、ＡＣ電力を直流（ＤＣ）電力に変換することができる。種々の実施形態では、ハイブリッド発電機システム５００の出力電力は、「直列ハイブリッド」構成において配置されることができ、発電機モータ５０６によって出力される発電機電力が、再充電可能バッテリ５１０を充電する、または電力を別の外部負荷に提供するために利用可能であり得る。
【００８９】
動作時、ハイブリッド発電機システム５００が機能しているとき、少なくとも２つの利用可能な電源が存在し得る。一次電源は、発電機モータ５０６から、ブリッジ整流器を通して直接であり得、二次電源は、再充電可能バッテリ５１０からであり得る。したがって、連続電力可用性および高ピーク電力可用性の組み合わせが、提供され、これは、ＵＡＶ用途またはポータブル発電機用途に対して特に非常に好適であり得る。一方の一次（発電機モータ５０６）電源が利用可能ではない場合では、システム５００は、依然として、再充電可能バッテリ５１０からの電力を使用して、短い時間周期にわたって継続して動作し、ＵＡＶが緊急着陸等の安全方略を持続することを可能にすることができる。
【００９０】
ハイブリッド発電機システム５００がＵＡＶのために使用されるとき、以下の条件が、ＵＡＶを効果的かつ効率的に動作させるために満たされることができる。１）合計連続電力（ワット）は、ＵＡＶ飛行を持続するために要求される電力を上回り得、２）ＵＡＶ飛行を持続するために要求される電力は、車両の合計重量、ハイブリッド機関の合計重量、燃料の合計重量、および有効荷重の合計重量の関数であり、
合計重量（グラム）＝車両乾燥重量＋機関５０４重量＋燃料重量＋有効荷重    （４）
であり、３）車両構成および空気力学に基づいて、特定の車両が、１１の効率定格（グラム／ワット）を有し、
飛行するために要求される合計電力＝ηｘ重量（グラム）である。    （５）
【００９１】
飛行を持続するために要求される電力が、利用可能な連続電力を上回る場合では、利用可能な電力または合計電力は、好ましくは、再充電可能バッテリ５１０のサイズおよび構成に基づく。再充電可能バッテリ５１０の構成は、再充電可能バッテリ５１０のセル構成、再充電可能バッテリ５１０のセル定格、および／または再充電可能バッテリ５１０の合計ｍＡｈに基づき得る。一実施例では、６Ｓ、１６０００ｍＡｈ、２５Ｃのバッテリパックに関して、合計エネルギーは、以下の方程式によって判定される。
合計エネルギー＝電圧×ｍＡｈ＝２５ＶＤＣ（６Ｓ）×１６０００ｍＡｈ＝４００ワット時    （６）
ピーク電力可用性＝電圧×ｍＡｈ×Ｃ定格＝２５ＶＤＣ×１６０００ｍＡｈ×２５Ｃ  １０，４００ワット    （７）
合計ピーク時間＝４００ワット時／１０，４００ワット＝１３８．４秒    （８）
さらに、一実施例では、再充電可能バッテリ５１０は、機関５０４からの一次電力故障の場合では、１３８．４秒にわたって１０，４００ワットの電力を提供することが可能であろう。加えて、再充電可能バッテリ５１０は、飛行のために最大１０，４００の利用可能な電力を提供することが可能であり得る、または有効荷重は、積極的な操縦のために必要とされる短い時間周期にわたって瞬間ピーク電力を必要とする。
【００９２】
結果として、ＵＡＶに結合されているときのハイブリッド発電機システム５００は、従来のマルチロータＵＡＶよりも多い有効荷重とともに、長い時間周期にわたってＵＡＶを飛行させ、操縦するための電力を効率的かつ効果的に提供する。一実施例では、ハイブリッド発電機システム５００は、最大約２時間５分の装填（３ポンドの負荷）飛行時間および約２時間３５分の非装填飛行時間を提供することができる。さらに、燃料源が不足する、または機関５０４および／または発電機モータ５０６が誤動作する場合では、ハイブリッド発電機システム５００は、再充電可能バッテリ５１０を使用し、ＵＡＶが安全な着陸を実施することを可能にするために十分な電力を提供することができる。種々の実施形態では、再充電可能バッテリ５１０は、物体、または脅威、および同等物を回避するための積極的な操縦のために、瞬間ピーク電力をＵＡＶに提供することができる。
【００９３】
種々の実施形態では、ハイブリッド発電機システム５００は、商業用途および住宅用途の両方において使用され得る、信頼性のある、効率的、軽量、ポータブルな発電機システムを提供し、電力グリッドから離れた遠隔場所において電力を提供し、マイクログリッド発電機または超マイクログリッド発電機を提供することができる。
【００９４】
種々の実施形態では、ハイブリッド発電機システム５００は、効率的な高エネルギー密度電源が要求され、燃料源が炭化水素燃料を使用可能な電力に変換するために容易に利用可能である、適用可能な用途、例えば、ロボット工学、ポータブル発電機、マイクログリッドおよび超マイクログリッド、および同等物のために使用されることができる。ハイブリッド発電機システム５００は、種々の形態の再充電可能バッテリ（リチウムイオン、リチウムポリマー、リチウム硫黄）およびさらには、典型的には、従来のＵＡＶにおいて使用される燃料セル技術よりも有意にエネルギー効率的であることが示されている。
【００９５】
図１０は、異なるＵＡＶ電源のエネルギー密度を比較するグラフを描写する。種々の実施形態では、ハイブリッド発電機システム５００は、低コストで容易に利用可能である従来のガソリンを使用し、例えば、図６の１００２に示されるように、ＵＡＶ用途のために約１，５００Ｗｈ／ｋｇの電力を提供することができる。完全にバッテリに依拠する従来のＵＡＶは、エネルギー高密度燃料セル技術を使用するとき、１００４に示される約１，０００Ｗｈ／ｋｇ、リチウム硫黄バッテリを使用するとき、１００６に示される約４００Ｗｈ／ｋｇ、およびＬｉＰｏバッテリを使用するとき、１００８に示されるわずか約２００Ｗｈ／ｋｇの最大エネルギー密度を提供することができる。
【００９６】
図１１は、ＵＡＶの市場潜在性対ＵＡＶに結合されたときの１つまたはそれを上回るもののハイブリッド発電機システム５００が達成することが可能である例示的２時間＋の飛行時間に関する飛行時間と、ＵＡＶのためのハイブリッド発電機システム５００に関する総合的市場潜在性対耐久性の実施例とのグラフ１１０４を描写する。
【００９７】
種々の実施形態では、ハイブリッド発電機システム５００は、ＵＡＶまたは類似するタイプの航空ロボット車両の一部として統合され、ＵＡＶの飛行を持続するための一次電源を使用して、ポータブル飛行発電機として機能し、次いで、ＵＡＶがその目的地に到達し、飛行中ではないとき、電力の一次電源として作用することができる。例えば、ハイブリッドシステム１０を組み込むＵＡＶ、例えば、ＵＡＶ９００（図９）が、飛行中ではないとき、ハイブリッドシステムによって生成される利用可能な電力は、外部負荷５１８、５２６、５２８、および／または５３６のうちの１つまたはそれを上回るものに伝達されることができ、したがって、ハイブリッド発電機システム５００は、ポータブル発電機として動作する。ハイブリッドシステム発電機５００は、連続ピーク電力生成能力を提供し、遠隔かつ多くの場合到達することが困難な場所において電力を提供することができる。「非飛行ポータブル発電機モード」では、ハイブリッドシステム５００は、利用可能な電力生成能力を、負荷５１８、５２６、５２８、および／または５３６のうちの外部の１つまたはそれを上回るものに向かって迂回させることができる。電力要件に応じて、ＤＣ／ＡＣインバータ５２２、５３２のうちの１つまたはそれを上回るものが、ＤＣ電圧を標準ＡＣ電力（１２０ＶＡＣまたは２４０ＶＡＣ）に変換するために使用され得る。
【００９８】
動作時、ＵＡＶ９００（図９）等のＵＡＶに結合されるハイブリッド発電機システム５００は、空中飛行を使用して場所から場所に横断し、着陸し、燃料を電力に変換するように発電機のスイッチをオンにすることが可能であろう。
【００９９】
図１２は、ハイブリッド発電機システム５００を伴うＵＡＶの例示的飛行パターンを示す。図１２に示される例示的飛行パターンでは、それに結合されるハイブリッドシステム５００を伴うＵＡＶ９００は、飛行できる状態の燃料を搭載される場所Ａにおいて始動する。ＵＡＶ９００は、次いで、場所Ａから場所Ｂに進行し、場所Ｂに着陸する。ＵＡＶ９００は、次いで、ハイブリッドシステム５００を使用し、場所Ｂにおけるローカル使用のための電力を生成し、それによって、ポータブル飛行発電機として作用する。電力がもはや必要とされないとき、ＵＡＶ９００は、場所Ａに戻り、次のタスクに関する命令を待機する。
【０１００】
種々の実施形態では、ＵＡＶ９００は、ハイブリッド発電機システム５００によって提供される電力を使用し、初期場所から遠隔場所に進行し、飛行し、着陸し、次いで、遠隔場所において電力を生成する。タスクの完了に応じて、ＵＡＶ９００は、その新しいタスクに関するコマンドを受け取る状態となる。この全ては、手動で、または自律的／自動化プロセスを通して実施されることができる。種々の実施形態では、ハイブリッド発電機システム５００を伴うＵＡＶ９００は、燃料の搬送およびローカル発電機が必要とされる適用可能な用途において使用されることができる。したがって、ハイブリッド発電機システム５００を伴うＵＡＶ９００は、遠隔場所に燃料および発電機の両方を搬送する必要性を排除する。ハイブリッド発電機システム５００を伴うＵＡＶ９００は、飛行中であるときおよび飛行中ではないときの両方において車両に給電することが可能であり、同量の利用可能な電力を外部負荷に提供することができる。これは、電力が現場における軍隊に対して必要とされる状況、発電機および燃料の輸送が厳しい人道または災害救助状況、またはもはや利用可能ではない電力に関する要求が存在する状況において有用であり得る。
【０１０１】
図１３は、取外可能サブシステムを伴うハイブリッド発電機システム５００に関する別のシステムの図を描写する。図１４Ａは、ＵＡＶの一部として統合される取外可能サブシステムを伴うハイブリッド発電機システム５００の図を描写する。図１４Ｂは、地上ロボットの一部として統合される取外可能サブシステムを伴うハイブリッド発電機システム５００の図を描写する。種々の実施形態では、テザーライン１３０２が、ハイブリッド制御システム５００のブリッジ整流器５０８および再充電可能バッテリ５１０のＤＣ出力に結合される。テザーライン１３０２は、ＤＣ電力出力をテザーコントローラ１３０４に提供することができる。テザーコントローラ１３０４は、テザーケーブル１３０６と地上または航空ロボット１３０８との間に結合される。動作時、以下にさらに詳細に議論されるように、ハイブリッド発電機システム５００は、本文書の図のうちの１つまたはそれを上回るものとともに上記に議論されるような類似する出力能力を用いて、テザー上の電力を地上または航空ロボット１３０８に提供する。
【０１０２】
図１３に示されるシステムは、本システムの一部として統合される付加的取外可能コンポーネント１３１０、例えば、データ記憶機器１３１２、通信機器１３１４、外部負荷センサ１３１６、付加的ハードウェア１３１８、およびデータテザー１３２２を介してテザーコントローラ１３０４に結合され得る種々の多方面の機器１３２０を含むことができる。
【０１０３】
図１３に示されるシステムの動作の一実施例では、本システムは、飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２（図１４）等の飛行ロボットまたはＵＡＶまたは地上ロボット１４０４の一部として構成され得る。ポータブルテザー付きロボットシステム１４０８は、場所Ａにおいてミッションを開始する。サブシステムおよび地上、テザーコントローラ、地上／航空ロボット１３０８の全てまたは適用可能な組み合わせが、ハイブリッド発電機システム５００によって給電されることができる。ポータブルテザー付きロボットシステム１４０８は、所望の遠隔場所Ｂに、例えば、ハイブリッド発電機システム５００によって給電される地上ロボット１４０４を使用して地上を進行するか、またはハイブリッド発電機システム５００によって給電される飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２を使用して空中を進行するかのいずれかである。場所Ｂにおいて、飛行ロボット１４０２または地上ロボット１４０４として構成されるポータブルテザー付きロボットシステム１４０８は、１４０６に示されるハイブリッド発電機システム５００および／または取外可能システム１３１０を自律的に結合解除することができ、これは、地上ロボット１４０４または飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２が動作している間、取り外されたままである。１４１２に示されるように、飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２が、場所Ｂにおいて必要とされるとき、飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２は、テザーケーブル１３０６に結合されるハイブリッド発電機システムによって提供される電力を使用して動作されることができる。飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２が、もはやハイブリッド発電機システム５００および／またはそれに取り付けられる付加的コンポーネント１３１０を有していないとき、これは、有意により軽く、より長い時間周期にわたって飛行することができる。一実施例では、飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２は、ハイブリッド発電機システム５００によって提供される電力を使用して、離陸し、長い時間周期にわたってホバリング位置に遠隔に留まることができる。
【０１０４】
同様に、１４１０に示されるように、地上ロボット１４０４が、場所Ｂにおいて必要とされるとき、これは、テザーライン１３０６に結合されるハイブリッド発電機システム５００によって給電され得、また、ハイブリッド発電機システム５００および／またはそれに取り付けられる付加的コンポーネント１３１０を伴わないで有意により軽いであろう。地上ロボット１４０４もまた、ハイブリッド発電機システム５００によって提供される電力を使用して、長い時間周期にわたって使用されることができる。
【０１０５】
図１５は、動作時の取外可能飛行パックを伴う地上ロボット１５０２を示す。取外可能飛行パック１５０４は、ハイブリッド発電機システム５００を含む。取外可能飛行パックは、１つまたはそれを上回る実施形態の地上ロボット１５０２に結合される。ハイブリッド発電機システム５００は、地上ロボット１５０２内に埋設される。地上ロボット１５０２は、飛行パック１５０４から取外可能である。そのような設計では、能力の大部分は、地上ロボット１５０２内の深くに埋設され、これは、飛行パック１５０４から１００％独立して動作することができる。地上ロボット１５０２が飛行パック１５０４に取り付けられると、飛行パック１５０４は、地上ロボット１５０２内に埋設されるハイブリッド発電機システム５００から給電され、飛行パック１５０４は、飛行を提供する。地上ロボット１５０２のプラットフォームは、脚車輪またはねじ山付き基部運動であり得る。
【０１０６】
一実施形態では、地上ロボット１５０２は、取外可能飛行パック１５０４と、図１５に示されるようにそれに結合されるハイブリッド発電機システム５００とを含み得る。本実施例では、地上ロボット１５０２は、車輪１５０６によって示されるような車輪ベースのロボットである。本実施例では、ハイブリッド発電機システム１０は、本文書の１つまたはそれを上回る図に関して上記に議論されるように、燃料源５０２と、機関５０４と、発電機モータ５０６と、ブリッジ整流器５０８と、再充電可能バッテリ２０と、ＥＣＵ５１２と、随意のインバータ５２２および５３２とを含む。ハイブリッド発電機システム５００はまた、好ましくは、データ記憶機器１３１２と、通信機器１３１４と、外部負荷センサ１３１６と、付加的ハードウェア１３１８と、示されるようにデータライン１３２２に結合される多方面の通信１３２０とを含む。飛行パック１５０４は、好ましくは、固定翼、単一ロータまたはマルチロータ、航空デバイス、または類似するタイプの航空デバイス等の航空ロボットプラットフォームである。
【０１０７】
一実施形態では、地上ロボット１５０２および航空飛行パック１５０４は、単一ユニットとして構成される。電力が、ハイブリッド発電機システム５００から送達され、電力を飛行パック１５０４に提供するために使用され、したがって、地上ロボット１５０２および飛行パック１５０４は、場所Ａから場所Ｂに飛行することができる。場所Ｂにおいて、地上ロボット１５０６は、１５０８に示されるように飛行パック１５０４から取り外され、飛行パック１５０４から独立して操縦および動作することが可能である。ハイブリッド発電機システム５００は、地上ロボット１５０２内に埋設され、したがって、地上ロボット１５０６は、飛行パック１５０４から独立して給電されることが可能である。地上ミッションの完了に応じて、地上ロボット１５０２は、それ自体を飛行パック１５０４に再取り付けし、場所Ａに戻ることが可能である。上記の動作の全ては、手動である、半自律的である、または完全に自律的であり得る。
【０１０８】
一実施形態では、飛行パック１５０４は、遠隔場所に横断し、地上ロボット１５０２を送達することができる。所望の場所において、飛行パック１５０４のいかなる必要性も存在せず、したがって、これは、地上ロボット１５０２がその有効荷重として飛行パック１５０４を搬送する必要なくそのミッションを完了し得るように、後ろに残されることができる。これは、困難かつ厳しい地形、遠隔場所を横断するために、および地上ロボット１５０２をその場所に輸送することが厳しい状況において有用であり得る。例示的用途は、遠隔地雷目的地、遠隔監視および偵察、および飛行パック１５０４が意図された目的地に近接して着陸し得ない荷物送達サービスを含み得る。これらの実施例では、飛行パックのための指定された安全降下区域が、使用されることができ、ローカル送達が、目的地まで地上ロボット１５０２によって完了される。
【０１０９】
種々の実施形態では、次いで、ミッションが、完了し、地上ロボット１４０４または飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２は、ハイブリッド発電機システム５００に戻るように自律的に結合されることができる。付加的取外可能コンポーネント１３１０が、ハイブリッド発電機システム５００に戻るように自律的に結合されることができる。飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２または地上ロボット１４０４として構成される、ハイブリッド発電機システム５００を伴うポータブルテザー付きロボットシステム１４０８は、次いで、ハイブリッド発電機システム５００によって提供される電力を使用して、場所Ａに戻る。
【０１１０】
結果として、ハイブリッド発電機システム５００を伴うポータブルテザー付きロボットシステム１４０８は、地上ロボット１４０４または飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２を遠隔場所に効率的に輸送し、地上ロボット１４０４または飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２を自動的に結合解除し、地上ロボット１４０２または飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０４の動作時間を最大限にするために有益であり得る、テザー電力を使用して、飛行ロボット１４０２または地上ロボット１４０４を効果的に動作させることが可能である。システム１４０８は、テザー付き地上または航空ロボットの重量を削減し、それによって、その電力要件を有意に低減させる際に効果的であり得る、モジュール式取外可能繋留を提供する。これは、車両コンポーネントが取り付けられ、車両が運動を持続する必要がある元々の能力と比較すると、航空ロボットまたはＵＡＶまたは地上ロボットが、有意により長い時間周期にわたって動作することを可能にする。システム１４０８は、遠隔場所において発電機、ロボット、およびテザーを組み立てる必要性を排除し、したがって、時間、リソース、および費用を節約する。システム１４０８の有用な用途は、特に、遠隔感知、攻撃または守備的軍事用途および／または通信ネットワーキング、または複数車両協働環境、および同等物を含み得る。
【０１１１】
図１６は、ハイブリッド発電機システムの制御システムを示す。ハイブリッド発電機システムは、点火モジュール１６０４に結合される発電装置１６０２を含む。点火モジュール１６０４は、物理的スパークを発電装置１６０４に提供することによって、発電装置１６０２を始動するように機能する。点火モジュール１６０４は、点火バッテリエリミネータ回路（ＩＢＥＣ）１６０６に結合される。ＩＢＥＣ１６０６は、点火モジュール１６０４に給電するように機能する。
【０１１２】
発電装置１６０２は、電力を提供するように構成される。発電装置１６０２は、機関と、発電機とを含む。発電装置は、ＥＣＵ１６０８によって制御される。ＥＣＵ１６０８は、スロットルサーボを通して発電装置に結合される。ＥＣＵ１６０８は、機関のスロットルを制御するようにスロットルサーボを動作させ、発電装置１６０２に、生産される電力量を増加させるか、または減少させるかのいずれかであり得る。ＥＣＵ１６０８は、分圧器１６１０に結合される。分圧器１６１０を通して、ＥＣＵは、ＥＣＵ１６０８が生成している電力量を判定し、機関のスロットルを増加させるか、減少させるか、または一定に保つかを判定することができる。
【０１１３】
発電装置は、分電盤１６１２に結合される。分電盤１６１２は、発電装置１６０２によって生成される電力をバッテリパック１６１４および負荷／車両１６１６の一方または両方に分配することができる。分電盤１６１２は、バッテリエリミネータ回路（ＢＥＣ）１６１８に結合される。ＢＥＣ１６１８は、電力をＥＣＵ１６０８および受信機１６２０に提供する。受信機１６２０は、ＩＢＥＣ１６０６を制御し、ＩＢＥＣ１６０６に点火モジュール１６０４に給電させるように機能する。受信機１６２０はまた、発電装置１６０２の機関のスロットルを制御する際に使用されるＥＣＵ１６０８に情報を送信する。受信機１６２０からＥＣＵへの情報は、機関のスロットルのスロットル位置およびハイブリッド生成システムが動作しているモードに関連する。
【０１１４】
図１７は、ハイブリッド発電機システムを通して給電されるドローンの上部部分１７００の上面斜視図を示す。図１３に示されるドローンの上部部分１７００は、６つのロータ１７０２−１．．．１７０２−６（以降では、「ロータ１７０２」）を含む。ロータ１７０２は、対応するモータ１７０４−１．．．１７０４−６（以降では、「モータ１７０４」）によって急回転するようにされる。モータ１７０４は、ハイブリッド発電機システムを通して給電されることができる。ドローンの上部部分１７００は、上面１７０６を含む。上面１７０６の縁は、空気抗力を低減させ、ドローンの空気力学的性能を改良するように湾曲されることができる。上面は、それを通して空気が流動し、ハイブリッド発電機システムの少なくとも一部から離れるように熱を放散する際に補助し得る、開口部１７０８を含む。種々の実施形態では、空気フィルタの少なくとも一部が、開口部１７０８を通して暴露される。
【０１１５】
図１８は、ハイブリッド発電機システム５００を通して給電されるドローンの底部部分１８００の上面斜視図を示す。ハイブリッド発電機システム５００は、電力をモータ１７０４に提供するために、機関５０４と、発電機モータ５０６とを含む。ロータモータ１７０４および対応するロータ１７０２は、アーム１８０２−１．．．１８０２−６（以降では、「アーム１８０２」）を通して、ドローンの底部部分１８００の主要本体から離れるように位置付けられる。ドローンの底部部分１８００の底部部分の外面および／またはアーム１８０２は、空気抗力を低減させ、ドローンの空気力学的性能を改良するために湾曲される縁を有することができる。
【０１１６】
図１９は、ハイブリッド発電機システム５００を通して給電されるドローンの底部部分１８００の上面図を示す。ロータモータ１７０４および対応するロータ１７０２は、アーム１８０２を通して、ドローンの底部部分１８００の主要本体から離れるように位置付けられる。ドローンの底部部分１８００の底部部分の外面および／またはアーム１８０２は、空気抗力を低減させ、ドローンの空気力学的性能を改良するために湾曲される縁を有することができる。
【０１１７】
図２０は、ハイブリッド発電機システム５００の側面斜視図を示す。図１６に示されるハイブリッド発電機システム５００は、１．８ｋＷの電力を提供することが可能である。ハイブリッド発電機システム５００は、発電機モータ５０６に結合される機関５０４を含む。機関５０４は、約３馬力を提供することができる。発電機モータ５０６は、機関５０４によって生成される機械的動力を使用して、ＡＣ出力電力を生成するように機能する。
【０１１８】
図２１は、ハイブリッド発電機システム５００の側面斜視図を示す。図１７に示されるハイブリッド発電機システム５００は、１０ｋＷの電力を提供することが可能である。ハイブリッド発電機システム５００は、発電機モータに結合される機関５０４を含む。機関５０４は、約１５〜１６．５馬力を提供することができる。発電機モータは、機関５０４によって生成される機械的動力を使用して、ＡＣ出力電力を生成するように機能する。
【０１１９】
ＵＡＶおよびハイブリッド発電機システムのさらなる説明が、米国出願第１４／９４２，６００号（その内容が、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に見出されることができる。
【０１２０】
いくつかの実施例では、機関５０４は、機関が高電力密度で動作することを可能にする特徴を含むことができる。機関５０４は、高い重量比出力を有する２ストローク機関であり得る。機関５０４は、少数の可動部分を伴う単純設計を具現化することができ、したがって、機関は、小型かつ軽く、したがって、機関の高い重量比出力に寄与する。具体的実施例では、機関は、１ｋＷ／ｋｇ（キログラムあたりキロワット）のエネルギー密度を有し、機関によって生成される電力の１キロワット毎に約１０ｋｇの揚力を生成する。いくつかの実施例では、機関５０４は、ブラシレスモータであり得、これは、機関の高電力密度の達成に寄与することができる。ブラシレスモータは、効率的かつ信頼性があり、概して、スパークしにくく、したがって、機関からの電磁干渉（ＥＭＩ）のリスクを低減させる。
【０１２１】
いくつかの実施例では、機関５０４は、ＵＡＶおよびデータセンタの感受性コンポーネントが機関によって生成される振動から絶縁されることを可能にする、振動絶縁システムを介してＵＡＶ上に搭載される。ＵＡＶの感受性コンポーネントは、例えば、Ｐｉｘｈａｗｋ、コンパス、全地球測位システム（ＧＰＳ）、または他のコンポーネント等の慣性測定ユニットを含むことができる。データセンタの感受性コンポーネントは、例えば、プロセッサ、データ記憶デバイス、無線通信コンポーネント、または他のコンポーネントを含むことができる。
【０１２２】
いくつかの実施例では、振動絶縁システムは、機関をＵＡＶのフレームに取り付ける、振動減衰マウントを含むことができる。振動減衰マウントは、機関５０４が、ＵＡＶのフレームから独立して発振することを可能にし、したがって、振動が機関からＵＡＶの他のコンポーネントに伝送されないように防止する。振動減衰マウントは、引裂きまたは断裂を伴わずに、機関の運動によって生成される機械的エネルギーを吸収し、したがって、機械的エネルギーがＵＡＶの残りに伝達されないように防止し得る、ゴム等のロバストなエネルギー吸収材料から形成されることができる。いくつかの実施例では、振動減衰マウントは、スペーサを用いてともに堅く継合される２つの層のゴムダンパから形成されることができる。スペーサの長さは、マウントに関する所望の堅性を達成するように調節されることができる。ゴムの硬度は、振動エネルギーを吸収するために、所望の減衰特性を達成するように調節されることができる。
【０１２３】
図２２Ａを参照すると、いくつかの実施例では、機関５０４および発電機モータ５０６は、精密かつロバストな接続を通して、例えば、ウレタン結合具７０４を通して直接結合される。特に、発電機モータ５０６は、発電機本体２２０２内に格納される発電機ロータ７０６および発電機ステータ７０８を含む。発電機ロータ７０６は、発電機軸受２２０４によって発電機本体２２０２に取り付けられる。発電機ロータ７０６は、結合具７０４を介して機関シャフト６０６に結合される。機関５０４と発電機モータ５０６との間の精密結合は、精密に機械加工された部分を使用し、発電機モータ５０６の回転構成要素の重量および支持を平衡させることによって達成されることができ、これは、順に、内部応力を低減させる。発電機のロータの機関シャフトとの整合もまた、精密結合を達成するために役立つことができる。ロータと機関シャフトとの間の不整合は、効率を低減させ、早期の故障を潜在的にもたらし得る不平衡を引き起こし得る。いくつかの実施例では、ロータの機関シャフトとの整合は、精密なインジケータおよび固定具を使用して達成されることができる。精密結合は、可能な範囲において、機関５０４および発電機モータ５０６を冷却することによって、外部応力を低減させることによって、および機関５０４および発電機モータ５０６を定常条件下で起動することによって維持されることができる。例えば、振動絶縁マウントは、機関５０４に対する外部応力が低減される、または実質的に排除されることを可能にし、精密直接結合を達成する際に補助する。
【０１２４】
直接結合は、第１の電力システムの信頼性に寄与することができ、これは、順に、ハイブリッド発電機システムが、高電力において長い時間周期にわたって連続的に動作することを可能にする。加えて、直接結合は、第１の電力システムの耐久性に寄与し、したがって、数百万の機関サイクル等の多くの機関サイクルにわたってでも機械的クリープおよび疲労を低減させるように役立つことができる。いくつかの実施例では、機関は、振動絶縁システムによってＵＡＶのフレームから機械的に絶縁され、したがって、最小限の外部力を被り、したがって、機関と発電機モータとの間の直接結合は、内部応力のみを考慮することによって実装されることができる。
【０１２５】
機関５０４と発電機モータ５０６との間の直接結合は、第１の電力システムが、小型形状因子を有するコンパクトな軽量電力システムであることを可能にすることができる。コンパクトかつ軽量電力システムは、ＵＡＶの中に容易に統合されることができる。
【０１２６】
図２２Ｂを参照すると、いくつかの実施例では、フレームレスまたは軸受レス発電機６０８が、発電機モータ５０６と機関５０４との間のウレタン結合具の代わりに使用されることができる。例えば、発電機上の軸受（図２２Ａの２２０４）は、除去されることができ、発電機ロータ７０６は、機関シャフト６０６に直接噛合されることができる。発電機ステータ７０８は、機関５１６のフレーム６１０に固定されることができる。本構成は、結合具で発電機を過剰に拘束することを防止する一方、小型形状因子および低減された重量および複雑性を提供する。
【０１２７】
いくつかの実施例では、発電機モータ５０６は、大きい回転慣性モーメントを提供するはずみ車を含む。大きい回転慣性は、低減されたトルクスパイクおよび平滑な電力出力をもたらし、したがって、機関５０４と発電機モータ５０６との間の結合具に対する摩損を低減させ、第１の電力システムの信頼性に寄与することができる。いくつかの実施例では、発電機は、機関５０４に直接噛合されると、はずみ車として作用する。いくつかの実施例では、はずみ車は、例えば、発電機が十分な回転慣性を提供しない場合、固有の構成要素である。
【０１２８】
いくつかの実施例では、設計基準が、機関５０４と発電機モータ５０６との間の良好な対合を提供するように設定される。モータの電力帯域は、典型的には、狭い範囲に限定される。本電力帯域は、その中で殆どの飛行条件下で動作するＲＰＭ（１分あたり回転数）範囲を識別するために使用されることができる。識別されたＲＰＭ範囲に基づいて、推進システム（例えば、ロータ）に対して適切な電圧を提供することが可能であるモータ定数（ｋＶ）を有する発電機が、選択されることができる。適切な発電機の選択は、負荷が増加するにつれて、発電機からの電圧が降下しないであろうことを確実にするために役立つ。例えば、機関が６，５００ＲＰＭにおいて最大電力を有し、５０Ｖシステムが推進のために所望される場合、１３０のｋＶを有する発電機が、選択されることができる。
【０１２９】
いくつかの実施例では、排気パイプが、機関５０４の効率に好影響を及ぼすように設計されることができる。排気パイプは、機関からの排気のための膨張チャンバとしての役割を果たし、したがって、機関の容積効率を改良する。排気パイプの形状は、本システムの共振に基づいて、空気を燃焼チャンバの中に戻すように誘導するように調整されることができる。いくつかの実施例では、気化器もまた、温度または他のパラメータ等、機関の動作パラメータに基づいて調整されることができる。例えば、気化器は、機関内の良好な燃焼反応を達成するために、機関の中に所望の燃料量を許容し、したがって、標的燃料対空気比が到達されることを可能にするように調整されることができる。加えて、スロットル本体は、機関出力をさらに改良するために、燃料噴射および／またはタイミングを制御するように設計されることができる。
【０１３０】
いくつかの実施例では、機関のスロットルは、所望の機関性能を達成するために調整されることができる。例えば、本システムの電圧が負荷下で降下すると、スロットルは、増加され、本システムの電圧が高くなりすぎると、スロットルは、減少される。バス電圧は、調整され、フィードバック制御ループが、使用され、スロットル位置を制御することができる。いくつかの実施例では、バッテリへの電流は、バッテリの充電および推進電圧を制御する目的で監視されることができる。いくつかの実施例では、フィードフォワード制御が、提供されることができ、したがって、機関は、（例えば、ミッション計画に基づいて、および／またはモータによって引き込まれる負荷に基づいて）負荷の次回の変化を予期し、予期された変化をプリエンプティブに補償することができる。フィードフォワード制御は、機関がより少ない遅れで負荷の変化に応答することを可能にする。いくつかの実施例では、機関は、例えば、負荷を見込んで（例えば、ミッション計画における負荷予報）バッテリ寿命を最大限にする、または別の目標を最大限にするために、事前規定されたスケジュールに従ってバッテリを充電するように制御されることができる。スロットル調整は、バッテリを完全に充電された状態に保つことに役立ち、本システムが所望の電圧において起動し得ることを確実にすることに役立ち、バックアップ電力が利用可能であることを確実にすることに役立つことができる。
【０１３１】
いくつかの実施例では、ウルトラキャパシタが、ハイブリッド発電機システムが変化する電力要求に迅速に応答すること可能にするために、ハイブリッド発電機システムの中に組み込まれることができる。例えば、ウルトラキャパシタは、急速な応答および平滑な信頼性のある電力が可能な軽量システムを提供するために、１つまたはそれを上回る再充電可能バッテリと併用されることができる。
【０１３２】
いくつかの実施例では、熱管理方略が、ハイブリッド発電機システムの構成要素を能動的または受動的に冷却するために採用されることができる。例えば、熱放散は、通常、表面積に比例するため、高電力密度構成要素は、過熱する傾向にある。加えて、内部燃焼は、本質的に非効率的なプロセスであり、これは、熱を生成する。
【０１３３】
能動的冷却方略は、遠心ファン等のファンを含むことができる。遠心ファンは、機関シャフトに結合されることができ、したがって、ファンは、機関と同一のＲＰＭで急回転し、したがって、有意な空気流を生産する。遠心ファンは、空気流が機関のある構成要素、例えば、シリンダヘッド等の機関の最も熱い部分にわたって指向されるように位置付けられることができる。ＵＡＶの飛行運動によって生成される空気流もまた、ハイブリッド発電機システムを冷却するために使用されることができる。例えば、ＵＡＶのロータによって押動される空気（プロップウォッシュと称される）が、ハイブリッド発電機システムの構成要素を冷却するために使用されることができる。受動的冷却方略は、ハイブリッド発電機システムの構成要素を冷却するために、単独で、または能動的冷却方略と組み合わせて使用されることができる。いくつかの実施例では、ハイブリッド発電機システムの１つまたはそれを上回る構成要素は、散逸性熱シンクと接触して位置付けられ、したがって、構成要素の動作温度を低下させることができる。例えば、ＵＡＶのフレームは、アルミニウム等の熱伝導性材料から形成されることができ、これは、熱シンクとして作用することができる。図２２を参照すると、いくつかの実施例では、フィン２３０２が、機関上（例えば、機関のシリンダヘッドのうちの１つまたはそれを上回るものの上）に形成され、機関の対流表面積を増加させ、したがって、増加された熱伝達を可能にすることができる。いくつかの実施例では、ハイブリッド発電機システムは、構成要素をさらに冷却するために、ある構成要素が周囲空気またはＵＡＶの飛行運動によって生成される空気流に選択的に暴露されるように構成されることができる。
【０１３４】
いくつかの実施例では、ハイブリッド発電機システム１０、ＵＡＶ、および／またはデータセンタコンポーネントの材料は、軽量であり得る。例えば、高強度重量比を伴う材料が、重量を削減するために使用されることができる。例示的材料は、アルミニウムまたは高強度アルミニウム合金（例えば、７０７５合金）、炭素繊維ベースの材料、または他の材料を含むことができる。構成要素設計もまた、重量削減に寄与することができる。例えば、構成要素は、構成要素のために使用される材料の堅性を増加させ、その量を削減するように設計されることができる。いくつかの実施例では、構成要素は、構成要素の機能に関連しない材料が除去され、したがって、構成要素の重量をさらに削減するように設計されることができる。
【０１３５】
いくつかの実施例では、ハイブリッド発電機システムによって給電されるＵＡＶは、例えば、最大約１００ｋｇの重量の１人またはそれを上回る人間または動物を搬送するための輸送システムとして作用することができる。例えば、ＵＡＶは、短距離の２地点間輸送または、例えば、日本、ハワイ、フィリピン、または密接に離間された島を有する他の地域における島の間の島間輸送のための輸送システムとして作用することができる。
【０１３６】
いくつかの実施例では、ハイブリッド発電機システムによって給電されるＵＡＶは、例えば、封入された空間の中に嵌合するように折畳可能であり得る。例えば、ＵＡＶは、４０ｃｍ×５ｃｍ×５ｃｍの管の中に嵌合するために十分な形状に折畳され、管から展開され、アメリカ大気研究センター（ＮＣＡＲ）の投下ゾンデ等の拡張可能な気象偵察デバイスとして作用することができる。
【０１３７】
いくつかの実施例では、それぞれ、ハイブリッド発電機システムによって給電される複数のＵＡＶが、船舶（例えば、貨物船）等の基地から車群として展開され、測定値または情報収集活動を実行することができる。例えば、ＵＡＶの車群は、魚群の場所についての情報を収集し、漁船の進路を誘導することができる。ＵＡＶの車群は、北極または南極地域における氷レベル低下についての情報を収集することができる。他の情報または測定値も、ＵＡＶの車群によって収集されることができる。
【０１３８】
いくつかの実施例では、ハイブリッド発電機システムによって給電されるＵＡＶは、貨物を港における配送センタに送達するために使用されることができる。例えば、貨物船が、港の近傍であるが、その外側の場所に停泊し得、ＵＡＶは、貨物を船舶から港に移送することができる。船舶は、したがって、港に到着および入港する時間のかかる作業を回避することができる。加えて、貨物陸揚げデバイスとしてのＵＡＶの使用は、水深の浅い港が、そうでなければ水深の深い港にのみ到着するように制約され得る、大型貨物船から送達を受けることを可能にすることができる。
【０１３９】
いくつかの実施例では、ハイブリッド発電機によって給電されるＵＡＶは、風および／または気象センサ等のポータブル気象システムとして使用されることができる。ＵＡＶは、１つまたはそれを上回る大気層を通して探査機として移動されることができる。マルチロータＵＡＶの動力学は、マルチロータＵＡＶを他のタイプの気象探査機よりも、例えば、空気または風条件に対して感受性にすることができる。いくつかの実施例では、ＵＡＶのアビオニクスシステムからのビルトインロギング情報が、ＵＡＶからの慣性データを判定し、風を補償するために使用される飛行コントローラ信号と比較し、モータおよび／またはプロペラに安定性を提供するために使用されることができる。
【０１４０】
いくつかの実施例では、ポータブル発射システムが、例えば、気象探査機としての使用のために、ハイブリッド発電機システムによって給電されるＵＡＶを発射するために提供されることができる。ＵＡＶは、再装填可能な使い捨てデバイスであり得る。発射システムは、ＵＡＶを装填されることができ、これは、例えば、ローカルまたは遠隔制御によって、大気中に発射されることができる。ＵＡＶは、これが大気を通して降下する際に大気データを収集することができる。収集されたデータは、ＵＡＶのメモリ内に記憶されることができる、または、例えば、無線、衛星、遠隔通信ネットワーク（例えば、ＬＴＥネットワーク）、または他の通信プロトコルを介して、リアルタイムで伝送されることができる。
【０１４１】
いくつかの実施例では、飛行台が、ＵＡＶの試験のためのプラットフォームを提供する。飛行台は、安全な試験を可能にしながら、本物の空中試験環境を提供する。飛行台は、その中で試験されているＵＡＶの側方移動を制約しながら、自由垂直移動を可能にする、垂直レールを含む。
【０１４２】
いくつかの実施例では、分析アプローチが、ＵＡＶに関する性能および／またはミッション計画の分析のために使用されることができる。
【０１４３】
いくつかの実施例では、検出システムが、例えば、ある空域へのＵＡＶの侵入を検出するために展開されることができる。検出システムは、数学的および／または確率的アプローチを、非認可のＵＡＶがある場所に存在しているかどうかの判定に適用することができる。いくつかの実施例では、無線周波数（ＲＦ）検出が、例えば、典型的には、ＵＡＶによって使用されるＲＦ信号を三角測量するために使用され得るＲＦセンサの分散ネットワークを通して使用されることができる。いくつかの実施例では、それぞれ、オーディオセンサまたは視覚センサの分散ネットワークを通したオーディオ検出または視覚検出が、使用されることができる。いくつかの実施例では、動作のスペクトルを通したスペクトル検出が、使用されることができる。いくつかの実施例では、ＵＡＶは、ＲＦ妨害、ＧＰＳ妨害、広帯域妨害、スペクトル妨害、物理的ネット、または他の対抗策等、検出を阻止するための対抗策を適用することができる。検出システムは、非認可のＵＡＶ命令が検出され得る可能性を高めるために、検出および対抗の方法をトリガする、または優先するために、可能な対抗策を考慮することができる。
【０１４４】
図２４は、データセンタ１０４の知的データ管理モジュール１２０によって実装される、閉ループ電力管理システムの図示である。知的データ管理モジュール１２０は、閉ループ電力消費最適化アルゴリズム２４１０を採用し、制約されたリソース最適化の一側面を実装する。最適化アルゴリズム２４１０は、入力として、飛行システム２４０２の条件（例えば、電力生成）、データ記憶装置１０６内に記憶されるミッション目的２４０６、およびデータセンタ処理タスク２４０８の条件のうちの１つまたはそれを上回るものを取得することによって、スマートな方法で電力分配を可能にする。入力２４０８、２４０２、２４０６に基づいて、最適化アルゴリズム２４１０は、現在のデータ処理タスクのための電力分配２４２０を判定する。いくつかの事例では、最適化アルゴリズム２４１０はまた、ミッション目的２４０６によって規定され得る将来のデータセンタ処理タスクを考慮し、ミッション目的２４０６を完了するために必要な飛行システム２４０２の予期される条件に基づいて、現在の処理タスクおよびあるタスクの実行順序の変更であり得る将来の処理タスクのための電力分配２４２０を判定する。例えば、離陸およびホバリングの両方は、エネルギー集約的飛行システム条件である。それらの飛行条件中、最適化アルゴリズム２４１０は、飛行システムの電力使用量が削減されない限り、または削減されるまで（例えば、前進飛行）、あまり重要ではない、または不必要なデータセンタ処理を低減させる、および／または停止し得る。いくつかの事例では、最適化アルゴリズム２４１０は、ミッション目的２４０６に基づいて、ある飛行条件が起こる予定であるとき、これを判定し、それらの飛行条件中の具体的タスク（例えば、標的場所にわたってホバリングしながらの画像収集）の優先順位を判定し、ミッション目的に基づいて、あるミッションクリティカルタスクを優先する（例えば、画像処理および伝送を、ＵＡＶ１００が次の標的場所に移動するときの次回の前進飛行条件まで延期する）ことが可能である。
【０１４５】
いくつかの実施例では、知的データ管理モジュールは、ＵＡＶにオンボードのプロセッサによって実行される。いくつかの実施例では、知的データ管理モジュールは、地上ベースのコンピューティング施設におけるプロセッサまたは別のＵＡＶにオンボードのプロセッサ等、ＵＡＶから遠隔のプロセッサによって実行される。いくつかの実施例では、知的データ管理モジュールは、ＵＡＶにオンボードの複数のプロセッサによって、ＵＡＶから遠隔の複数のプロセッサによって、および／またはＵＡＶにオンボードの１つまたはそれを上回るプロセッサおよびＵＡＶから遠隔の１つまたはそれを上回るプロセッサによって、分散様式で実行される。
【０１４６】
例えば、ＵＡＶ１００のミッション目的は、ＬＩＤＡＲセンサを使用してマッピング調査を実施することを含み、ＬＩＤＡＲデータ収集は、データセンタ１０４に対して電力集約的である。最適化アルゴリズム２４１０によって判定される優先順位付けは、マッピングがミッションの不可欠な部分であるため、ＵＡＶがマッピング領域においてホバリングしているときに収集されるデータをもたらすが、データ処理は、ＵＡＶ１００がホバリングよりも電力集約的ではない前進飛行中であるときに実施され得る。いくつかの事例では、最適化アルゴリズム２４１０は、種々の並列処理タスクによって使用される処理電力のパーセンテージおよびミッション目的２４０６に基づく各タスクの優先順位を考慮することができる。パーセンテージおよび優先順位に基づいて、最適化アルゴリズムは、現時点で利用可能な電力のその優先順位に基づいて、処理電力を並列処理タスクのそれぞれに分配する、電力使用２４２０を開発することができる。
【０１４７】
いくつかの事例では、最適化アルゴリズム２４１０は、ミッション目的によって判定されるような予期される飛行システム条件に基づいて計算され得る、将来の電力要件に基づいて、現在の電力分配２４２０を調節するために、機械学習を採用する。例えば、ＵＡＶ１００のミッション目的２４０６が、複数の標的において画像データを収集し、画像データを処理し、画像データを伝送している場合、基本最適化アルゴリズム２４１０は、画像収集が標的地におけるクリティカルタスクであるため、ＵＡＶ１００が標的地にわたってホバリングしている間のデータ収集を優先し、より多くの電力が利用可能になるまで、データ処理および伝送を低減または一時休止し得る。画像処理は、より多くの電力がデータセンタ１０４に利用可能になるまで、例えば、ＵＡＶ１００がもはやホバリングしなくなるまで、最適化アルゴリズム２４１０によって延期され得る二次タスクである。飛行条件変化が変化する（例えば、気象が変化し、ＵＡＶ１００がミッション目的の飛行プロファイルを完了するためにより多くのエネルギーを引き込む）場合、より高度な最適化アルゴリズム２４１０が、利用可能な電力の変化に応答し、例えば、データ収集サンプリングレートを低下させる。データサンプリングレートの低下は、データ収集デバイスによる電力使用量を削減することができ、また、より少ないデータの収集をもたらし、したがって、利用可能な電力量の削減を前提としても、データが次の標的までの前進飛行区分中に処理されることが可能である可能性をより高くすることができる。本実施例では、全ての３つのタスク（すなわち、データ収集、処理、および伝送）の完了は、標的場所毎の単一タスクと見なされる。最適化アルゴリズム２４１０は、複数の飛行区分を横断する単一ミッションタスクを評価し、現在の利用可能な電力および／またはそのタスクの将来の飛行区分中の予期される利用可能な電力に基づいて、個々のコンポーネントの処理を調節するように構成される。他の事例では、ミッション目的２４０６は、特定の飛行区分または動作よりもデータ処理を優先し、例えば、最適化アルゴリズム２４１０は、その特定のミッション目的２４０６において飛行速度よりも高い優先順位を付けられる処理タスクを完了するために、ＵＡＶ１００の飛行速度を低下させ得る。
【０１４８】
いくつかの事例では、図２５に図示されるように、将来の電力消費を計算するための最適化アルゴリズム２４１０に関して、ＩＤＭＭは、ミッション目的２４０６、電力分配２４２０、飛行システム２４０２、および／または残りの燃料２５３０に基づいて、ＵＡＶ１００の残りの飛行時間２５５０（例えば、将来の電力消費）を判定するための予測アルゴリズム２５４０を含む。予測アルゴリズム２５４０は、ＵＡＶの現在の条件（例えば、飛行システム２４０２の燃料消費およびデータセンタ１０４の電力消費の両方）、残りの燃料２５３０、およびミッション目的２４０６に基づく将来の電力消費および結果として生じる燃料消費の両方の推定値に基づいて、将来の燃料消費を推定するために使用される。
【０１４９】
ミッション目的２４０６は、いくつかの事例では、ミッション目的２４０６の飛行区分に関する予期される燃料消費およびエネルギー生成率を含む。予測アルゴリズム２５４０は、飛行システムの予期される燃料消費（およびエネルギー生成）を現在の燃料消費および飛行システム２４０２と比較し、比較に基づいて、ミッション目的２４０６の予期される燃料消費を更新する（２４３０）。いかなる予期される燃料消費もミッション目的２４０６において存在しない場合、予測アルゴリズム２５４０は、将来の飛行区分の燃焼消費を予測するために燃料消費を投入する、または過去の燃料消費に基づいて将来の燃料消費を予測する。例えば、ミッション目的がホバリングし、データを収集することである場合、予測アルゴリズム２５４０は、飛行システム２４０２の現在の燃料消費およびデータセンタ１０４への現在の電力分配２４２０を記録し、残りの燃料２５３０に基づいて、残りの飛行時間２５５０を計算する。別の実施例では、ミッション目的２４０６は、各地点においてホバリングを伴う、２つの地点間の前進飛行を含み、予測アルゴリズム２５４０は、第１の前進飛行および第１のホバリングの後に飛行システム２４０２を使用し、将来の前進飛行およびホバリングの燃料消費を予測する。予測アルゴリズム２５４０は、次いで、ミッション目的を更新し（２４３０）、飛行区分の燃料消費を記憶し、更新された燃料消費、電力分配２４２０、および残りの燃料２５３０に基づいて、残りの飛行時間２５５０を計算することができる。また別の実施例では、将来の飛行区分は、それらが将来のコマンドに応答する、または収集されたデータに基づいて判定されるため、未知であり得、予測アルゴリズム２５４０は、将来の燃料消費を推定するために、最近の過去の飛行区分にわたって当分野で公知の技法（例えば、加重平均）を使用し、電力分配および残りの燃料２５３０とともに、残りの飛行時間２５５０を計算する。他の事例では、予測アルゴリズム２５４０は、過去の電力分配およびミッション目的２４０６に基づいて、将来の電力分配２４２０を推定し、推定された将来の電力分配２４２０に基づいて、残りの飛行時間２５５０を予測する。
【０１５０】
図２６は、ＵＡＶ１００のデータセンタ１０４内の知的データ管理モジュール１２０の動作の図示である。データセンタ１０４は、飛行管理システム（ＦＭＳ）２６０１と、ミッション管理システム（ＭＭＳ）２６１０と、上記に詳述されるように、データセンタ１０４のプロセスおよびデバイスへの電力分配を制御するように構成される、知的データ管理モジュール（ＩＤＭＭ）１２０とを含む。ＦＭＳ２６０１は、飛行計画基準２６０２を含み、これは、例えば、高度、速度、および進行方向を示す各ウェイポイント間のプロファイルを含む、ＵＡＶ１００が飛行するであろう時間タグ付きウェイポイントを有する飛行およびミッション計画を含み得る。ＦＭＳ２６０１はまた、現在の車両条件２６０３を含み、これは、現在の飛行モード、データセンタ１０４のための現在の利用可能な電力レベル、および／または現在の燃料レベルおよびバッテリ充電ステータス、または車両条件の他のインジケータを含み得る。ＦＭＳはまた、いくつかの事例では、ＵＡＶ１００のウェイポイントに沿って、または、概して、そのエリアにおいて予期されるべき、風速、湿度、降水量等の任意の予期される環境条件を含む、予期される飛行条件２６０４を含む。ＭＭＳ２６１０は、ミッション目的基準２６１１を含み、これは、いつおよびどの有効荷重センサがデータを取得するために起動されるであろうか、いつおよびどのようにデータが処理されるであろうか、および、いつおよびどのようにデータが記憶されるであろうか等の起こるべきミッション活動であり得る。ＭＭＳ２６１０はまた、ミッション目的優先順位２６１２を含み、これは、どのデータがどの順序で処理または収集されるべきかを含み得る。また、ＭＭＳ２６１０は、いつおよびどこで、および、どのデータが、例えば、無線通信モジュールを介して、別のＵＡＶまたは動作コマンドセンタに送信されるべきかを示す、通信基準２６１３を含む。
【０１５１】
動作時、ＩＤＭＭ１２０は、上記に詳述されるように、ＦＭＳ２６０１およびＭＭＳ２６１０から情報を受信し、閉ループ電力最適化制御アルゴリズム２４１０を実行し、少なくとも現在の車両条件２６０３およびミッション目的優先順位２６１２に基づいて、データセンタ１０４の電力リソースを分配するための電力分配２４２０スキームを生成する。加えて、ＩＤＭＭは、予測アルゴリズム２５４０を含み、これは、上記に詳述されるように、電力分配２４２０およびＦＭＳ２６０１およびＭＭＳ２６１０から受信されたデータに基づいて、ＵＡＶ１００が、飛行計画基準２６０２に沿って進行しながら、ミッション目的基準２６１１を実行する際、その残りの飛行時間を推定する。残りの飛行時間の予測に基づいて、ＩＤＭＭは、飛行計画基準２６０２が残りの燃料に基づいて満たされることが可能であるかどうかを判定し、該当しない場合、残りの飛行時間に基づいて飛行計画を更新する（２６０９）ことができる。ＭＭＳ２６１０またはＩＤＭＭ１２０は、飛行計画基準が満たされることが不可能であるという予測に基づいて、飛行計画基準２６０２を維持するために、ミッション基準２６１１を下方に更新する、またはミッション基準を維持するために、飛行計画基準２６０２を修正し得る。
【０１５２】
図２７を参照すると、ある実施例では、ハイブリッド電力生成システムが、電力を無人航空車両のロータモータおよび無人航空車両のデータセンタモジュールに提供するように動作される（２７０）。ハイブリッド電力生成システムは、電力をロータモータおよび／またはデータセンタモジュールに提供するように構成される、再充電可能バッテリを含むことができる。ハイブリッド電力生成システムは、機械的動力を生成するように構成される、機関を含むことができる。ハイブリッド電力生成システムはまた、機関に結合され、機関によって生成される機械的動力から電力を生成するように構成される、発電機モータを含むことができる。
【０１５３】
データセンタモジュールは、ハイブリッド電力生成システムからデータセンタモジュールに提供される電力を使用して、データタスクを実施するように動作される（２７２）。データタスクは、データ処理およびデータ収集のうちの１つまたはそれを上回るものを含む。
【０１５４】
ハイブリッド電力生成システムから利用可能な電力のインジケーションが、受信される（２７４）。利用可能な電力は、無人航空車両の飛行モード（例えば、離陸、着陸、ホバリング、前進飛行等）、環境条件（例えば、風速、降水量等）、または他の要因等の要因に依存し得る。データセンタモジュールへの電力分配が、利用可能な電力のインジケーションに基づいて制御される（２７６）。いくつかの実施例では、データセンタモジュールへの電力分配は、データタスクが高優先順位である、または場所特有であるかどうか等、データタスクの優先度にさらに基づいて制御される。例えば、利用可能な電力量が、ある閾値を下回る場合、データセンタモジュールによって実施されるデータタスクが、高優先順位タスクまたは場所特有タスクでない限り、少量の電力が、データセンタモジュールに分配される、またはいかなる電力も、それに分配されない。いくつかの実施例では、電力分配はさらに、例えば、残りの燃料量に基づいて判定される、推定される残りの飛行時間に基づいて制御される。
【０１５５】
他の実施形態も、以下の請求項の範囲内である。
【図１Ａ】
2019516598.tif 000003
【図１Ｂ】
2019516598.tif 000004
【図２】
2019516598.tif 000005
【図３】
2019516598.tif 000006
【図４】
2019516598.tif 000007
【図５】
2019516598.tif 000008
【図６】
2019516598.tif 000009
【図７Ａ】
2019516598.tif 000010
【図７Ｂ】
2019516598.tif 000011
【図８】
2019516598.tif 000012
【図９】
2019516598.tif 000013
【図１０】
2019516598.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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