(57)【要約】  無人空中車両および操作方法。無人空中車両（ＵＡＶ）を飛行させる方法が、少なくとも１つの電気モータ（１２０）を使用して、ＵＡＶ（１１０）の前方飛行の方向と同一直線上の水平推力を提供するステップと、固定された非回転の翼（１２５）を使用して、前方飛行中にＵＡＶ（１１０）のための主垂直揚力を提供するステップと、降下（Ｅ）のための垂直飛行（Ａ）へのＵＡＶ（１１０）の移行中に、垂直推力を提供するように少なくとも１つの電気モータ（１２０’）を配置変更するステップと、電気モータの配置変更後に、垂直アプローチを使用して表面（２７０）上にＵＡＶ（１１０）を着陸させるステップと、ＵＡＶ（１１０）を表面（２７０）に固定するために固着機構（１５０）を配備するステップとを含む。【選択図】図１Ａ
2013525185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人空中車両（ＵＡＶ）を飛行させる方法において、
少なくとも１つの電気モータを使用して、前記ＵＡＶの前方飛行の方向と同一直線上の水平推力を提供するステップと、
固定された非回転の翼を使用して、前記前方飛行中に前記ＵＡＶのための主垂直揚力を提供するステップと、
降下のための垂直飛行への前記ＵＡＶの移行中に垂直推力を提供するように前記少なくとも１つの電気モータを配置変更するステップと、
前記配置変更後に、垂直アプローチを使用して表面上に前記ＵＡＶを着陸させるステップと、
前記ＵＡＶを表面に固定するために固着機構を配備するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、さらに、
ＵＡＶの上昇のために、前記少なくとも１つの電気モータを使用して、前記ＵＡＶの垂直飛行の方向と同一直線上の垂直推力を提供するステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、さらに、
上昇から水平飛行への前記ＵＡＶの移行中に水平推力を提供するように前記少なくとも１つの電気モータを配置変更するステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法において、前記固着機構が接着剤固着機構であることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、さらに、
前記表面から前記ＵＡＶを展開させるために、前記ＵＡＶから接着剤固着機構を分離するステップと、
前記分離後に、ＵＡＶの上昇のために、少なくとも１つの電気モータを使用して、前記ＵＡＶの垂直飛行の方向と同一直線上の垂直推力を提供するステップと、
前記分離後に、上昇から水平飛行に前記ＵＡＶを移行させるために、前記少なくとも１つの電気モータを配置変更するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法において、さらに、
前記ＵＡＶが着陸されている間に、観察データを生成するステップと、
前記ＵＡＶが着陸されている間に、前記ＵＡＶの外部の受信機に前記観察データを定期的に送信するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、前記観察データを定期的に送信するステップが、前記ＵＡＶが前記表面上に着陸されている間に達成されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法において、さらに、
前記ＵＡＶが着陸した後に、前記ＵＡＶの全体の電力使用を減少させるために、電力分配器によって、観察センサと、前記送信機と、前記少なくとも１つの電気モータとのうちの１つへの電力を減少させるステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法において、前記観察センサが、光学カメラ、赤外線カメラ、マイクロフォン、振動センサ、熱センサ、および放射線センサからなる群から選択されるセンサであることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法において、さらに、
前記表面から前記ＵＡＶを展開させるのに必要な前記ＵＡＶ上のすべてのシステムに電力を回復するステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、さらに、
前記表面から前記ＵＡＶを展開させるために、前記ＵＡＶから前記固着機構を分離するステップと、
前記ＵＡＶの上昇のために、前記少なくとも１つの電気モータを使用して、前記ＵＡＶの垂直飛行の方向と同一直線上の垂直推力を提供するステップと、
前記ＵＡＶを水平飛行に移行させるために、前記少なくとも１つの電気モータを配置変更するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法において、さらに、
前記ＵＡＶの水平飛行中に、前記ＵＡＶの全体の電力使用を減少させるために、前記電力分配器によって、観察センサと前記送信機の一方への電力を減少させるステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
水平飛行中にＵＡＶのための主揚力を提供するための固定された非回転の翼と、
回転可能および選択可能に、水平方向および垂直方向に推力を向けるために、前記翼に結合された少なくとも１つの電気モータであって、垂直飛行中に前記ＵＡＶのための主揚力を提供する少なくとも１つの電気モータと、
前記ＵＡＶを表面に固定するための手段と
を備えることを特徴とする無人空中車両（ＵＡＶ）。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置において、さらに、
観察データを生成するための手段と、
前記観察データを送信するための手段と
を備えることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載の装置において、観察データを生成するための前記手段が、前記観察データを定期的に生成することができることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１３に記載の装置において、観察データを生成するための前記手段がカメラを備えることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１３に記載の装置において、前記ＵＡＶを前記表面に固定するための前記手段が、前記ＵＡＶを表面に固定するための接着剤固着機構であることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１３に記載の装置において、前記固着機構が、前記ＵＡＶから分離可能であることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１３に記載の装置において、前記固着機構が、液体接着剤リザーバと、液体接着剤注入可能ブラシとを備えることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１３に記載の装置において、前記少なくとも１つの電気モータが、回転可能および選択可能に、前方飛行の方向と同一直線上で水平方向に推力を向けるように前記翼に結合されることを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１３に記載の装置において、前記少なくとも１つの電気モータが、回転可能および選択可能に、前記翼の翼弦線と同一直線上で水平方向に推力を向けるように前記翼に結合されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１０年４月２２日出願の米国仮特許出願第６１／３２７，０８９号の優先権および利益を主張するものであり、本願において参照により本明細書に援用する。
【０００２】
本発明の技術分野は、空中車両に関し、より詳細には、垂直離着陸機能を有する電動式の空中車両に関する。
【背景技術】
【０００３】
森林火災の監視、火山噴煙への進入および分析、パイプラインおよび他のユーティリティ資産の監視、失踪者および遭難者の発見、または地上にいる観察者がすぐには立ち入れない他の遠隔観察場所の監視など、対象の場所の遠隔観察を可能にするために、無人空中車両（ＵＡＶ）を使用することができる。
【０００４】
本発明の実施形態を、例として、限定はせずに添付図面の図面に示す。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】図１Ａは、動作拠点から観察領域に移動するためのＵＡＶシステムの飛行経路の一実施形態を示し、ＵＡＶシステムの好ましい構成要素を例示するブロック図を含む。
【図１Ｂ】図１Ｂは、観察領域からの垂直上昇に関する、および水平飛行への移行を伴うＵＡＶシステムの飛行経路の一実施形態を示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、バッテリからの推進モータ、観察センサ、および送信機への電力分配を制御するための電力分配器を有するＵＡＶシステムの一実施形態を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、一実施形態での、ＵＡＶシステムを着陸表面に固定するように動作可能な接着剤固着機構を有する図１Ａ〜図１ＣのＵＡＶシステムを示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、一実施形態での、ＵＡＶシステムを着陸表面に固定するように動作可能な接着剤固着機構を有する図１Ａ〜図１ＣのＵＡＶシステムを示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図２Ａおよび図２ＢのＵＡＶシステムおよび接着剤固着機構を示し、着陸表面からのＵＡＶシステムの取外しに関する一実施形態を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図２Ａおよび図２ＢのＵＡＶシステムおよび接着剤固着機構を示し、着陸表面からのＵＡＶシステムの取外しに関する別の実施形態をさらに示す。
【図３】図３は、接着剤固着機構のアセンブリの一実施形態を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、接着剤固着機構のアセンブリの別の実施形態を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、接着剤固着機構のアセンブリの別の実施形態を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、接着剤固着機構のアセンブリの別の実施形態を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、接着剤固着機構のアセンブリの別の実施形態を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、接着剤固着機構のアセンブリの別の実施形態を示す。
【図６】図６は、接着剤固着機構のアセンブリの別の実施形態を示す。
【図７】図７は、接着剤固着機構のアセンブリの別の実施形態を示す。
【図８】図８は、接着剤固着機構のアセンブリの別の実施形態を示す。
【図９Ａ】図９Ａは、ＵＡＶシステムを観察領域に展開し、観察データを生成および送信するための方法の一実施形態を例示する流れ図を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、ＵＡＶシステムを観察領域に展開し、観察データを生成および送信するための方法の一実施形態を例示する流れ図を示す。
【図１０】図１０は、観察領域からＵＡＶを展開させるための一実施形態を例示する流れ図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、電気モータを使用して上昇し、モータを配置変更して水平飛行および垂直降下に移行し、観察データを生成して外部受信機に送信するためのＵＡＶシステム方法の一実施形態を例示する流れ図を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、電気モータを使用して上昇し、モータを配置変更して水平飛行および垂直降下に移行し、観察データを生成して外部受信機に送信するためのＵＡＶシステム方法の一実施形態を例示する流れ図を示す。
【図１２】図１２は、推進モータの回転を選択的に制御するために使用することができる処理デバイスのトップレベル機能ブロック図である。
【図１３】図１３は、推進モータの回転を選択的に制御するための制御システムの一実施形態のトップレベル機能ブロック図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは、ＵＡＶの各側に１つずつある２つの選択的に回転可能な推進モータと、テールブームにある１つの固定モータとを有するＵＡＶの一実施形態の斜視図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは、ＵＡＶの各側に１つずつある２つの選択的に回転可能な推進モータと、テールブームにある１つの固定モータとを有するＵＡＶの一実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
無人空中車両（ＵＡＶ）システムの例示的実施形態を開示する。このシステムは、空中監視、または監視人員がすぐには立ち入れない表面からの監視のために、動作拠点から遠隔観察現場へＵＡＶが移行できるようにする。次いで、ＵＡＶは、回収のために動作拠点に移行して戻ることができる。そのようなＵＡＶシステムに関する操作方法の一実施形態において、この方法は、少なくとも１つの電気モータを使用して、ＵＡＶの前方飛行の方向と同一直線上の水平推力を提供するステップと、固定された非回転の翼を使用して、前方飛行（すなわち水平飛行）中にＵＡＶのための主垂直揚力を提供するステップと、降下のためにＵＡＶを垂直飛行に移行させるために、垂直推力を提供するように少なくとも１つの電気モータを配置変更するステップと、少なくとも１つの電気モータを配置変更した後に、垂直アプローチを使用して表面上にＵＡＶを着陸させるステップと、次いで、ＵＡＶを着陸表面に固定するために固着機構を配備するステップとを含む。
【０００７】
無人空中車両を飛行させるための方法の例示的実施形態は、少なくとも１つの電気モータを使用して、ＵＡＶの前方飛行の方向と同一直線上の水平推力を提供するステップと、固定された非回転の翼を使用して、前方飛行中にＵＡＶのための主垂直揚力を提供するステップと、降下のための垂直飛行へのＵＡＶの移行中に垂直推力を提供するように少なくとも１つの電気モータを配置変更するステップと、配置変更した後に、垂直アプローチを使用して表面上にＵＡＶを着陸させるステップと、ＵＡＶを表面に固定するために固着機構を配備するステップと、ＵＡＶの上昇のために、少なくとも１つの電気モータを使用して、ＵＡＶの垂直飛行の方向と同一直線上の垂直推力を提供するステップと、上昇から水平飛行へのＵＡＶの移行中に水平推力を提供するように少なくとも１つの電気モータを配置変更するステップとを含む。固着機構は接着剤固着機構でよく、したがって、この方法は、ＵＡＶを表面から展開させるために、接着剤固着機構をＵＡＶから分離するステップと、分離後に、ＵＡＶの上昇のために、少なくとも１つの電気モータを使用して、ＵＡＶの垂直飛行の方向と同一直線上の垂直推力を提供するステップと、分離後に、上昇から水平飛行にＵＡＶを移行させるために、少なくとも１つの電気モータを配置変更するステップとを含むことがある。また、この方法は、ＵＡＶが着陸されている間に、観察データを生成するステップと、ＵＡＶが着陸されている間に、ＵＡＶの外部の受信機に観察データを定期的に送信するステップとを含むこともある。また、この方法は、ＵＡＶが着陸した後に、ＵＡＶの全体の電力使用を減少させるために、電力分配器によって、観察センサと、送信機と、少なくとも１つの電気モータとのうちの１つへの電力を減少させるステップを含むこともある。観察センサは、光学カメラ、赤外線カメラ、マイクロフォン、振動センサ、熱センサ、および／または放射線センサでよい。また、この方法は、ＵＡＶを表面から展開させるのに必要なＵＡＶ上のすべてのシステムへの電力を回復するステップと、ＵＡＶを表面から展開させるために、固着機構をＵＡＶから分離するステップと、ＵＡＶの上昇のために、少なくとも１つの電気モータを使用して、ＵＡＶの垂直飛行の方向と同一直線上の垂直推力を提供するステップと、ＵＡＶを水平飛行に移行させるために、少なくとも１つの電気モータを配置変更するステップと、ＵＡＶの水平飛行中に、ＵＡＶの全体の電力使用を減少させるために、前記電力分配器によって、観察センサおよび前記送信機の１つへの電力を減少させるステップとを含むこともある。
【０００８】
無人空中車両装置の例示的実施形態は、水平飛行中にＵＡＶのための主揚力を提供するための固定された非回転の翼と、例えばプロペラによって回転可能に、かつ選択可能に水平方向および垂直方向に推力を向けるように翼に結合された少なくとも１つの電気モータであって、例えばプロペラによって、垂直飛行中にＵＡＶのための主揚力を提供する少なくとも１つの電気モータと、例えば着脱可能な接着剤配備要素によってＵＡＶを表面に固定するための手段と、例えば１つまたは複数の受動センサによって観察データを生成するための手段と、例えばＲＦ送信機によって観察データを送信するための手段とを備えることがある。例えば、観察データを生成するための手段は、観察データを定期的に生成することが可能であることがあり、また、観察データを生成するための手段は、カメラを備えることがある。ＵＡＶを表面に固定するための手段は、ＵＡＶを表面に固定するための接着剤固着機構でよく、固着機構は、ＵＡＶから分離可能でよい。一実施形態では、固着機構は、液体接着剤リザーバと、液体接着剤注入可能ブラシとを備える。また、回転可能および選択可能に、前方飛行の方向と同一直線上の水平方向に推力を向けるために、少なくとも１つの電気モータを翼に結合させることができる。また、回転可能および選択可能に、翼の翼弦線と同一直線上の水平方向に推力を向けるために、少なくとも１つの電気モータを翼に結合させることができる。
【０００９】
図１Ａ〜図１Ｃは、ＵＡＶシステムの例示的実施形態を示し、このシステムは、好ましくは、ある領域を観察するために動作拠点から観察場所にＵＡＶを移行させるように推力を向け、固着機構を使用してＵＡＶを表面に固定して、より良く観察できるようにし、次いでＵＡＶを移行させて動作拠点に戻すように推力を向けることができる。より特定的には、図１Ａは、ＵＡＶシステムの好ましい構成要素を例示するブロック図を組み込んだＵＡＶシステムの飛行経路図１００である。ＵＡＶ１１０は、固定された、好ましくは非回転の翼１２５を有し、この翼１２５は、ＵＡＶ１１０の前方飛行中にＵＡＶ１１０のための揚力を生み出すように方向付けられるが、ＵＡＶ１１０の垂直飛行中には実質的な揚力を生み出さない。例えば、非回転翼１２５は、前方飛行中には、その揚力面にわたって主に層流を受けるが、ＵＡＶ１１０の垂直飛行中には層流を受けない。推進モータ、好ましくは電動推進モータ１２０が、ＵＡＶ１１０の両側に位置され（図には、ＵＡＶ１１０の片側にある１つのモータのみを示す）、推進モータ１２０は、翼１２５に対して選択的に配置変更可能であり、例えばプロペラによって推進モータ１２０が発生する推力の方向を、前方飛行のための方向から、推進モータ１２０’に関して示されるような垂直飛行のための方向に変える。本明細書で使用するとき、用語「モータ」は、任意の形態のエネルギーをＵＡＶのための推力に変換するために使用される構成要素を含むものと意図される。好ましい実施形態では、推進モータは、電気モータであり、それぞれモータシャフトとプロペラを含む。あるいは、電気モータは、モータ、モータシャフト、およびダクテッドファンを含むアセンブリでもよく、またはモータ、モータシャフト、および傾斜可能なプロペラを含むアセンブリでもよく、または、翼に対してモータが固定されていても固定されていなくてもよいが、ＵＡＶ１１０のための水平推力と垂直推力を選択的に提供するためにモータの少なくとも一部を翼に対して配置変更することができる他の装置でもよい。代替実施形態では、２つの推進モータ１２０を、ただ１つの推進モータによって、または複数の推進モータによって置き換えることができる。推進モータの他の実施形態は、ダクテッドファン（すなわち電動式または液体燃料式）、ロケット（すなわち固体燃料式または液体燃料式）、ガスタービン、およびロータモータを含むことがある。
【００１０】
ＵＡＶ１１０は、観察データを生成するための観察センサ１３０を有し、観察センサ１３０は、観察データを送信するための送信機１９０と通信する。好ましくは、バッテリ１７０またはバッテリのアレイが、推進モータ、観察センサ、および送信機に電力供給する。電力分配器１８０は、バッテリ１７０から推進モータ１２０、観察センサ１３０、および送信機１９０への電力分配を制御する。観察センサ１３０は、好ましくは光学カメラであるが、限定せずに赤外線カメラ、マイクロフォン、振動センサ、熱センサ、放射線センサなどを含めた様々なデバイスの任意のものでよい。観察センサの実施形態は、「Ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｓｕｐｐｏｒｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」という名称の２００９年１１月２５日出願の米国仮特許出願第６１／２６４，６０１号、および「Ａｒｔｉｃｕｌａｔｅｄ  Ｓｅｎｓｏｒ  Ｓｕｐｐｏｒｔ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」という名称の２０１０年１１月２４日出願の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ１０／５８０３７号に図示されて記載されており、各出願の全体を参照により本明細書に援用する。そのような観察センサは、上記の出願に図示されて記載されているように、遠隔オペレータおよび／またはＵＡＶの自律式着陸をサポートするように接合することができる。
【００１１】
動作中、ＵＡＶ１１０は、動作拠点から離陸し、垂直飛行（すなわち上昇）と前方飛行（すなわち水平飛行）の間での移行が可能である。図１Ａの経路Ａは、所望の巡航高度までのＵＡＶ１１０の好ましい垂直飛行経路を例示する。経路Ｂは、好ましくは、参照番号１２０’によって示される位置から参照番号１２０によって示される位置への推進モータ１２０の配置変更に応答する、前方飛行へのＵＡＶ１１０の移行を例示する。経路Ｃによって示される前方飛行中、ＵＡＶ１１０は、その揚力の実質的にすべてを、固定された、または非回転の翼１２５から発生させ（リフティングボディ機体の場合には機体ボディからの揚力を含むと考えられる）、推進モータ１２０は、前方飛行の方向と少なくとも概して同一直線上の推力を提供するように配置変更される。そのような経路が「低速飛行」を表す場合、推進モータ１２０は、固定翼１２５の翼弦線（図示せず）と同一直線上の位置に留まることがあり、または回転して、前方飛行の方向と少なくとも概して同一直線上の推力を提供するように配置変更されることがある。ＵＡＶ１１０が観察領域に近づくと、それは、経路Ｄによって示されるように前方飛行から垂直飛行（すなわち降下）に戻る移行として示され、この移行は、位置１２０’への推進モータの配置変更に応答して、またはそのような配置変更によってサポートされて行われる。垂直飛行（すなわち降下）中、ＵＡＶ１１０は、その揚力の実質的にすべてを、翼１２５からではなく、揚力発生するように配置変更された推進モータ１２０’から発生させる。次いで、経路Ｅによって示されるように、ＵＡＶ１１０は、オペレータ、自律式着陸システム、またはそれら両方の何らかの組合せの使用によって所望の観察場所に着陸して、領域１４０内の標的となり得る物をセンサ１３０が感知できるようにする。
【００１２】
観察場所にある間、ＵＡＶ１１０は、特定の実施形態では、固着機構を配備することができ、この固着機構は、接着剤固着機構１５０でよく、それ自体を着陸表面に固定する（ここで、「着陸表面」は、隣接する構造を意味することもある）。接着剤固着機構１５０は、ＵＡＶ１１０を所定位置に保つ働きをし、風などの作用により、および／またはＵＡＶ１１０を取り付けることができる構造の動きによりＵＡＶ１１０が移動または変位されるのを防止する働きをする。固着機構１１０の他の実施形態は、さらに、「Ａｉｒｃｒａｆｔ  Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の２００９年１１月２４日出願の米国仮特許出願第６１／２６４，２２０号、および「Ａｉｒｃｒａｆｔ  Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ」という名称の２０１０年１１月２４日出願の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ１０／５７９８４号に記載されており、各出願を参照により本開示に援用する。
【００１３】
図１Ｂは、観察場所でのＵＡＶのミッション完了後の、動作拠点へのＵＡＶの帰還を示すＵＡＶシステムの飛行経路図１６０である。ＵＡＶ１１０が接着剤固着機構１５０を使用している場合、観察場所から出発する前に、ＵＡＶ１１０は接着剤固着機構１５０から離れる。次いで、ＵＡＶ１１０は、好ましくは経路Ｆに沿って垂直方向に離陸し、推進モータが、ＵＡＶの上昇のために、ＵＡＶ１１０の垂直飛行の方向と同一直線上の垂直推力を提供する。経路Ｇによって移行段階の飛行経路が示され、飛行経路Ｈによって水平巡航経路が示されている。垂直飛行経路Ｆから水平巡航経路Ｈへの移行は、固着機構からの分離後、位置１２０への推進モータの配置変更に応答して、またはそのような配置変更によってサポートされて実行することができる。経路Ｉは、着陸に向けた垂直飛行経路Ｊ（すなわち降下）に戻る移行段階の飛行経路を示し、この移行は、水平推力から垂直推力への推進モータの配置変更に応答して、またはそのような配置変更によってサポートされて行うことができる。
【００１４】
図１Ｃは、飛行中、および／または観察場所に着陸されている間にＵＡＶの全体の電力要件を減少させるための構成要素を有するＵＡＶシステムの一実施形態を示す機能ブロック図およびトップレベル概略図である。電力分配器１８０が、（着陸されている場合には）観察センサ１３０および送信機１９０、および／または推進モータ１２０’に提供される電力を減少させる、またはオフに切り替えるように構成される。電力使用を減少する、システムをオフに切り替える、および／またはシステムもしくはデバイスがオンである（例えば飛行のために電力供給されている）時間を制限することにより、ＵＡＶ１１０は、有限のバッテリ充電能力で、より長期間にわたって観察場所に留まることができるようになる。すなわち、ＵＡＶ１１０は、着陸中、定期的および／または断続的に電力分配器を使用して、観察センサ１３０および／または送信機１９０への電力をオンに切り替える、または増加させることができ、ある期間にわたって、観察データを生成する、および／または送信機を介して動作拠点および／または任意の他の外部受信機に観察データを送信する。これにより、ある期間にわたってＵＡＶ１１０のオペレータが領域を観察できるようになる。この期間は、車両が飛行のための電力供給も受けている場合、および／または水平飛行中に翼の揚力をエクスポートできない場合には短くなることがある。
【００１５】
図２Ａは、図１Ａに最初に示した例示的なＵＡＶ固着機構のブロック図であり、このＵＡＶ固着機構は、一実施形態では、フィラメントアレイに送達される接着剤材料を使用し、フィラメントアレイは、ＵＡＶから配備され、ＵＡＶの着陸表面上に位置決めされて、接着剤でＵＡＶを着陸表面に固定する。ＵＡＶ２１０は、第１の取付具２２０によって液体接着剤リザーバ２４０に取り付けられるものとして示されている。液体接着剤リザーバ２４０とブラシアセンブリ２５０の間にチャネルまたは管路２３０を提供することができ、ブラシアセンブリ２５０は、例えば、フィラメントアレイ、ブリストルアレイ、または束のアレイ、布地の帯片、コットンボール、または布の塊である。液体接着剤リザーバ２４０は、第２の取付具２６０によってフィラメントアレイ２５０に取り付けられることがある。フィラメントアレイ２５０が着陸表面２７０に接触する前または接触した後、図２Ｂに示されるように、液体接着剤は、液体接着剤リザーバ２４０から管路２３０を通ってフィラメントアレイ２５０に流れることができる。液体接着剤を含むフィラメントアレイ２５０のフィラメント要素は、着陸表面２７０に結合領域を提供する。フィラメントアレイ２５０の要素が着陸表面２７０に結合されると、ＵＡＶを着陸表面２７０に接着式に固着することができる。フィラメントアレイ２５０の結合要素によって提供される固着機構からＵＡＶ自体を離すために、ＵＡＶは、図２Ｃに示されるように第１の取付具２２０の切離しによって、または図２Ｄに示されるように第２の取付具２６０の切離しによって、またはそれらの組合せによって取り外すことができる。
【００１６】
図３は、液体接着剤リザーバを収容するためのシリンダ３１０を備えるアセンブリを示し、このアセンブリはさらに、シリンダの近位端に取付具接合部３２０を備え、シリンダの遠位端にフィラメント、ブリストル、または布地の帯片のアレイ３３０を備える。シリンダ３１０の内部で液体接着剤リザーバとフィラメントアレイ３３０の間に、液体接着剤の流れをフィラメントアレイに伝達するためのチャネルまたは管路を提供することができ、フィラメントアレイは、固着用の表面と接触することがある。また、図３は、配備前に定量供給ケース３４０内にアセンブリをしまっておくことができることを示す。
【００１７】
図４Ａは、ストッパ４１３を貫通するシャフト４１２を備えるプランジャ４１１を有するシリンダ４１０を断面で示す。図４Ｂは、プランジャ４１１が開口４１４に向かって移動するときに、シリンダ４１０から液体接着剤４２０を押し出すことができることを示す。図４Ｃは、シリンダ４１０の遠位部分４１５のブラシ４３０が、平坦でない表面４４０と接触できるような様式でそのファイバまたはフィラメントを散らすことができることを示す。図５Ａは、ピン５１２によって所定位置に保たれた尖ったばね式シャフト５１１を有するシリンダ５１０を断面で示す。図５Ｂは、ピンを取り外した状態で、尖った穂先５１１が液体接着剤リザーバのシール５１３に穿孔することができ、それにより、液体膠がブリストルまたはフィラメントの束４３０に流れることができるようになることを示す。
【００１８】
図６は、別の実施形態で、カラー５８０と接触するばねワイヤ５８１の側面図を示し、ここで、カラー５８０は、ブラシフィラメント管路５５１の周囲に設けられている。図６で見られるように、ばね６８３の別の部分が、取付けスリーブまたは取付けケース６９０に配置される。ばねワイヤ５８１は、押し縮められて、ピン６８２によって所定位置に保たれる。図７は、ばねワイヤ５８１が、復元された位置、すなわち押し縮められていない位置にあり、ブラシフィラメント管路５５１が偏向され、それによりブラシフィラメント束５５０の向きが変えられる様子を側面図で示す。図８は、可撓性の直線状管路８２１の遠位端部に圧力をかけるブラシフィラメント管路５５１の偏向を断面図で示す。この圧力は、穿孔されたシール８１１を通して液体接着剤リザーバ８１０内に穿孔アパーチャ８２２を押し進めるように作用する。それに従って、アセンブリ８００は、リザーバ８１０から液体を受け取り、例示的な表面８０１に塗布するように位置決めされたブラシフィラメント束５５０を有する配備状態で示されている。
【００１９】
図９Ａおよび図９Ｂは、観察データを生成するための観察センサと、観察データを送信するための送信機とを有する無人空中車両（ＵＡＶ）を展開させるための方法の例示的実施形態を示す流れ図を示し、ここで、ＵＡＶは、前方飛行と垂直飛行が可能である。この実施形態では、ＵＡＶは、前方飛行中に、その揚力の実質的にすべてをその非回転の翼から発生させて（ブロック６００）、観察領域に向かい（ブロック６０２）、次いで、実質的に前方への飛行から実質的に垂直な飛行に移行する（ブロック６０４）。垂直飛行（この場合は降下）中、ＵＡＶは、その揚力の実質的にすべてを、本明細書で開示する実質的に垂直な推力を発生する手段、好ましくは複数の電気モータによって維持する（ブロック６０７）。ＵＡＶは、実質的に垂直に観察場所に着陸し（ブロック６０６）、ＵＡＶが観察場所に着陸されている間に、観察センサによって観察データを生成する（ブロック６０８）。代替実施形態では、システム電力を節約するために、観察センサは、観察データを連続的には生成せずに、観察データを定期的に生成することが可能である（ブロック６１０）。ＵＡＶは、ＵＡＶが着陸されている間、例えば観察場所に接着されている間に、送信機を介して観察データを送信することができる（ブロック６１２）。例示的実施形態は、連続的に送信するのではなく、ＵＡＶの外部の受信機に観察データを定期的に送信する（ブロック６１４）ことが可能な送信機を有することができ、不連続の送信によってシステム電力を節約することができる。いくつかの例示的実施形態では、ＵＡＶは、観察データを生成して送信するのに必要なものを除き、ＵＡＶ上のすべてのシステムをオフに切り替えることが可能であることがある（ブロック６１６）。あるいは、ＵＡＶは、例えばタイマおよび／または光センサによって、自律式の電源投入機能を保ちながら、観察データを送信するのに必要なシステムさえも選択的にオフに切り替えることが可能であることがある（ブロック６１８）。
【００２０】
図１０は、観察領域からＵＡＶを展開させる例示的な方法の実施形態を示す流れ図である。観察場所からＵＡＶを展開させるのに必要なＵＡＶ上のすべてのシステムに電力が回復され（ブロック７００）、ＵＡＶは、観察場所から実質的に垂直に展開される（ブロック７０２）。降下の場合と同様に、ＵＡＶは、その揚力の実質的にすべてを、実質的に垂直な推力を発生する手段、好ましくは複数の電気モータによって維持する（ブロック７０４）。ＵＡＶは、観察領域から、実質的に垂直な飛行から実質的に水平な飛行に移行する（ブロック７０６）。
【００２１】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、発生する推力の方向を変えるように配置変更可能な推進モータを使用して、非回転の翼を有する無人空中車両（ＵＡＶ）を動作拠点から実質的に垂直な飛行で離陸させる例示的実施形態を示す流れ図を示し、ここで、ＵＡＶは、前方飛行と垂直飛行の間での移行が可能である。前方飛行中には、ＵＡＶは、その揚力の実質的にすべてを非回転の翼から発生させ、推進モータは、前方飛行の方向と少なくとも概して同一直線上の推力を提供するように配置変更され、垂直飛行中には、ＵＡＶは、その揚力の実質的にすべてを、揚力発生するように配置変更された推進モータによって発生させる。その後、ＵＡＶは、実質的に前方への飛行で観察領域に巡航し、次いで、実質的に前方への飛行から実質的に垂直な飛行に移行して、実質的に垂直な飛行経路で観察領域内の観察場所に着陸する。
【００２２】
より詳細には、ＵＡＶの上昇のために、少なくとも１つ（好ましくは２つ）の電気モータを使用して垂直推力が提供される（ブロック１１００）。ＵＡＶを垂直飛行から水平飛行に移行させるために、水平推力を提供するように電気モータが配置変更される（ブロック１１０２）。代替実施形態では、電気モータ（またはモータの少なくとも１つ）は、ＵＡＶを水平飛行に移行させず、水平飛行への移行を単に補助するように配置変更される（ブロック１１０４）。次いで、電気モータを使用して、前方飛行の方向と同一直線上で水平推力が提供される（ブロック１１０６）。あるいは、ＵＡＶが低速飛行状態にあり（ブロック１１０８）、したがって、固定された非回転の翼の迎え角が大きい場合、水平推力を提供するために翼の翼弦線と同一直線上に水平推力が提供されることがある（ブロック１１１０）。前方飛行中、固定された非回転の翼を使用して主垂直揚力が提供される（ブロック１１１２）。あるいは、ＵＡＶが、リフティングボディ機体を設けられる場合、主垂直揚力は、電気モータによってではなく、リフティングボディ自体によって、または翼とリフティングボディの何らかの組合せによって提供することができる（ブロック１１１４）。所定の水平飛行経路が達成された後、降下中に垂直推力を提供するように電気モータが配置変更され（ブロック１１１６）、モータを配置変更した後、ＵＡＶは、垂直アプローチを使用して着陸される（ブロック１１１８）。
【００２３】
ＵＡＶを着陸表面に固定するために固着機構を配備することができ（ブロック１１２０）、好ましくは、ＵＡＶが着陸した後に、ＵＡＶの全体の電力使用を減少させるために、電力分配器が、ＵＡＶに搭載されたバッテリによって観察センサ、送信機、および電気モータの少なくとも１つに提供される電力を減少させる（ブロック１１２４）。例示的実施形態では、観察センサに対して電力が定期的にオンに切り替えられるように電力分配器が指示される（または指示する）場合（ブロック１１２６）、観察センサは、観察データを定期的に生成し、観察データを送信機に通信して（ブロック１１２８）、ＵＡＶの外部の受信機に定期的に送信する（ブロック１１３０）。あるいは、観察データを連続的に生成することができ（ブロック１１２６）、外部受信機への送信のために送信機またはメモリ記憶デバイスに通信することができる（ブロック８２８）。代替実施形態では、観察データは連続的に生成され（ブロック８３２）、外部受信機への送信のために送信機に提供される（ブロック１１３０）。
【００２４】
図１２は、処理デバイスまたは処理装置１２１０が、推進モータの回転を選択的に制御するために１つまたは複数の中央処理装置（ＣＰＵ）およびアドレス可能なメモリを含むことができる実施形態のトップレベル機能ブロック図である。処理装置１２１０は、そのような回転に影響を及ぼすために、実行可能な命令の機能モジュールおよび／またはファームウェアモジュールを含むことができる。また、処理装置１２１０は、飛行制御および／またはセンサ処理／フィルタリングを行うための命令を実行するように構成することもできる。処理装置１２１０は、図１Ｃに示される電力分配器１８０内に含まれることがあり、または電力分配器１８０と通信する別個のモジュールの一部として含まれることもある。エアビークル用の飛行制御処理モジュール１２１２が、センサ処理モジュール１２１３を介して、感知された車両ダイナミクス、感知および／または推定された車両位置および／または速度、ならびにヘディングおよび／または高度コマンドを受信することができる。飛行制御処理モジュール１２１２は、プロペラモータなどの推進モータ１２５０、および操縦翼面アクチュエータなどのアクチュエータにコマンドを出力することができる。また、センサ処理モジュール１２１３は、飛行制御センサ１２３０によって参照される加速度計および／またはジャイロスコープなどの車両ダイナミクスセンサからの出力を受信することもできる。センサ処理モジュール１２１３は、飛行制御センサ１２３０からの入力をフィルタする、または他の方法で調整することができ、その後、フィルタおよび／または処理された情報を飛行制御処理モジュール１２１２に提供する。処理装置１２１０の実施形態は、ナビゲーション処理を含むことがあり、この処理は、センサ処理モジュール１２１３もしくは飛行制御処理モジュール１２１２によって実行することができ、または処理装置１２１０の２つの処理モジュール間で分配することができる。
【００２５】
処理装置１２１０の機能に応じて、いくつかの機能および性能を含む他のモジュールを追加または除去することができる。さらに、本明細書で述べる例示的な処理装置１２１０でのモジュール１２１２、１２１３は、本明細書で述べる機能およびプロセスを達成するために、さらに分割することができ、また他の機能と組み合わせることもできる。また、様々なモジュールを、ハードウェアとして、またはハードウェアとソフトウェアの組合せ、すなわちファームウェアとして実装することもできる。エアビークル実施形態に関して、外部構成要素は、揚力面拡張構成、テールブーム、モータ、バッテリモジュール、観察センサ、電力分配器、およびペイロードモジュールを含むことがある。
【００２６】
図１３は、エアビークルに関する一実施形態のトップレベル機能ブロック図であり、ここでは、システムは、ＣＰＵ１３１０と、飛行制御構成要素１３２０とを含み、飛行制御構成要素１３２０は、全地球測位システム（ＧＰＳ）センサおよび処理１３２１と、大気圧センサ１３２２と、バッテリを含む電源１３２と、アップリンク受信機および処理装置を含むことがある遠隔測定装置１３２３とを含み、これらの構成要素は、個別に、または共同して、推進モータの回転を選択的に制御することができる。また、飛行制御構成要素１３２０は、慣性測定ユニットおよび／または加速度計および／またはジャイロスコープセンサ（図示せず）を含むこともある。システムは、さらに、カメラ１３２５など観察センサを含むこともある。システムは、さらに、翼に対して推進モータを選択的に回転させるための前方ポート／左側モータ駆動機構１３３１と、第２の翼に対して第２の推進モータを選択的に回転させるための前方スターボード／右側モータ駆動機構１３３２と、前方ポート／左側モータ駆動機構１３３１を制御するための前方ポート／左側モータ位置モジュール１３３４と、前方スターボード／右側モータ駆動機構１３３２を制御するための前方スターボード／右側モータ位置モジュール１３３５とを含むこともある。あるいは、システムは、ただ１つのモータ駆動機構と、それに対応するモータチルトを含むこともある。通信チャネルは、有線および／または無線、例えば無線周波数および／または赤外線でよい。有線通信チャネルは、ＩＥＥＥ１５５３を含むプロトコル、イーサネット、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、および光ファイバチャネルを有する金属ワイヤチャネルを含むことがある。
【００２７】
図１４Ａおよび図１５Ｂは、垂直上昇、水平巡航、および垂直降下を可能にするために２つの選択的に回転可能なモータを有するＵＡＶの一実施形態を例示する斜視図である。左側推進モータ１４０２が、左側モータブーム１４０６を介して左翼１４０４に結合されている。左側モータ１４０２は、左側モータ枢支点１４０８の周りで選択的に回転可能であり、前方飛行（図示せず）と、左側モータ枢支点１４０８の周りでの垂直位置への左側推進モータ１４０２の回転による垂直飛行との両方を可能にする。枢動は、左側モータ１４０２に結合された前方ポート／左側モータ駆動機構１３３１によって達成することができ、前方ポート／左側モータ駆動機構１３３１は、左側モータブーム１４０６または左側推進モータ１４０２自体に位置決めされている。一実施形態では、後尾固定推進モータ１４１０が電力供給され、垂直上昇および垂直着陸中には垂直推力を提供し、前方飛行のためにはオフに切り替えられる。後方固定推進モータの他の実施形態、および制御に関する適切な機能ブロック図は、「Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ａ  Ｄｅｖｉｃｅ」という名称の２００９年１１月２５日出願の米国仮特許出願第６１／２６４，５８７号、および「Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ａ  Ｄｅｖｉｃｅ」という名称の２０１０年１１月２４日出願の国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０５８０２０号に図示および記載されており、各出願の全体を参照により本明細書に援用する。
【００２８】
同様に、右側推進モータ１４１２は、右側モータブーム１４１６を介して右翼１４１４に結合されている。左側モータ１４１２は、右側モータ枢支点１４１８の周りで選択的に回転可能であり、前方飛行（図示せず）と、右側モータ枢支点１４１８の周りでの垂直位置への右側推進モータ駆動機構１４１２の回転による垂直飛行との両方を可能にする。枢動は、右側モータ１４１２に結合された前方スターボード／右側モータ駆動機構１３３２によって達成することができ、前方スターボード／右側モータ駆動機構１３３２は、右側モータブーム１４６６または右側推進モータ１４１２自体に位置決めされている。
【００２９】
本明細書で提供する図示および例は、説明のためのものであり、添付の特許請求の範囲の範囲を限定する意図はない。本開示は、本発明の原理の例示とみなすことができ、本発明および／または例示した実施形態の特許請求の範囲の精神および範囲を限定する意図はない。例えば、語句「実質的にすべて」の使用は、当業者に理解されるように使用され、すなわち、比較される量の約８０％〜１００％の値に近づくことがある。語句「実質的に前方」、「実質的に水平」、および「実質的に垂直」は、当業者に理解されるように使用され、すなわち、それぞれ局所水平に対して０〜２０％の値での「前方」、「水平」、および「垂直」を近似することがある。同様に、語句「同一直線上」は、当業者に理解されるように使用され、すなわち、測定される基準角度に対して約０〜３０度に近づくことがある。
【００３０】
上述した実施形態の具体的な特徴、システム、方法、および態様の様々な組合せおよび／または部分的組合せを構成することもでき、それらも本発明の範囲内にあることが企図されている。したがって、開示した発明の様々な形態を構成するために、開示した実施形態の様々な特徴および態様を互いに組み合わせる、または置き換えることができることを理解すべきである。さらに、例として本明細書に開示する本発明の範囲は、上述した特定の開示した実施形態によって限定されないものと意図されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2013525185.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
2013525185.tif 000011
【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
2013525185.tif 000014
【図８】
2013525185.tif 000015
【図９Ａ】
2013525185.tif 000016
【図９Ｂ】
2013525185.tif 000017
【図１０】
2013525185.tif 000018
【図１１Ａ】
2013525185.tif 000019
【図１１Ｂ】
2013525185.tif 000020
【図１２】
2013525185.tif 000021
【図１３】
2013525185.tif 000022
【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【国際調査報告】
2013525185.tif 000025