(57)【要約】  本発明の実施の形態は、無人飛行機（ＵＡＶ）、特に小型ＵＡＶを発射及び／または捕捉するプラットフォームに関する。発射／捕捉プラットフォームは、フレームと、フレームに取り付けられたＵＡＶを支持可能な床と、飛行中のＵＡＶを捕捉し且つ追跡する手段と、プラットフォームを外部支持構造に連結し、アプローチしてくるＵＡＶの位置及び姿勢に応じて制御可能且つ適応的にプラットフォームを動かすコネクタ及びコネクタコントローラと、ＵＡＶをプラットフォームから発射し且つ飛行中のＵＡＶをプラットフォームに捕捉する手段と、ＵＡＶをＵＡＶの捕捉から発射までの間に亘って固定する手段とを備える。小型の、飛行中のＵＡＶを捕捉する方法に関する本発明の別の実施の形態では、ＵＡＶの捕捉プラットフォームを設け、ＵＡＶの捕捉手段をプラットフォームに一体化された構成要素として設け、アプローチしてくる飛行中のＵＡＶに対する捕捉手段の係止部分の相対位置をリアルタイムで決定するための手段を設け、アプローチしてくる飛行中のＵＡＶの位置及び姿勢の少なくとも一方に対して捕捉手段の係止部分を自動的に機動させる手段を設け、ＵＡＶを捕捉し、捕捉されたＵＡＶを捕捉プラットフォームに固定する。
2008540217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人飛行機（ＵＡＶ）用の発射／捕捉プラットフォーム（platform）であって、
それぞれベース部材から横方向に延び且つそれぞれ自由端を有する一対のアーム部材を有するフレームと、
前記フレームに取り付けられた、前記ＵＡＶを支持可能な床と、
前記ＵＡＶを捕捉し且つ追跡する手段と、
前記プラットフォームを外部支持構造に協調的に係合させるコネクタ及びコネクタコントローラであって、前記コネクタ及び関係するコントローラは前記プラットフォームを制御可能且つ適応的に（リアルタイムに）動かすコネクタ及びコネクタコントローラと、
前記ＵＡＶをそれぞれ前記プラットフォームから発射し且つ前記プラットフォームに捕捉する手段と、
前記ＵＡＶを捕捉状態から発射状態までの間に亘って固定する手段とを備える発射／捕捉プラットフォームとを備える発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項２】
前記外部支持構造は、ロボットアームを安定させるベースを一端に有するロボットアームであって、さらにその他端が前記コネクタに連結されるロボットアームと、関係するロボットアームコントローラとを備える請求項１に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項３】
前記ロボットアームは、動きが制御可能な独立軸を最大６軸ほど有する請求項２に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項４】
前記コネクタ及びコントローラは、前記プラットフォームを相対的に水平な方位と相対的に垂直な方位との間で連続的に可変傾斜させる請求項１に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項５】
前記ＵＡＶを捕捉且つ追跡する手段は、衛星利用測位システムを有する請求項１に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項６】
前記ＵＡＶを捕捉且つ追跡する手段は、前記プラットフォーム及び捕捉手段の間の前記ＵＡＶに関連する相対位置を決定するためのセンサを有する請求項１に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項７】
飛行中のＵＡＶを捕捉するための前記手段はアレスティングワイヤ部を有し、さらに前記センサは前記アレスティングワイヤ部と捕捉手段の間の前記ＵＡＶに関連する相対位置を決定するように適合されている請求項６に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項８】
前記センサは前記プラットフォームに位置する請求項６に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項９】
前記センサはプラットフォームに対し遠隔に位置する請求項６に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項１０】
前記ＵＡＶを捕捉し且つ追跡する前記手段は、ＵＡＶの方位指標を検出するための少なくとも２つのセンサを有する請求項１に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項１１】
前記少なくとも２つのセンサは、少なくとも２つのテレビカメラとされる請求項１０に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項１２】
前記少なくとも２つのセンサは、ＩＲイルミネーションに対して高感度とされる請求項１０に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項１３】
前記ＵＡＶを前記プラットフォームから発射する前記手段は、カタパルトシステムを有する請求項１に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項１４】
飛行中のＵＡＶを捕捉する前記手段は、牽引制御を行う少なくとも２つの牽引ホイールを有する請求項１に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項１５】
前記牽引制御には、それぞれの前記牽引ホイールの差動制御を含む請求項１に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項１６】
風速及び風向の少なくとも一方を検知するための少なくとも１つのセンサをさらに備える請求項１に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項１７】
前記床はメッシュ構造を備える請求項１に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項１８】
前記床は（Ｖｅｌｃｒｏタイプの）摩擦面を備える請求項１に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項１９】
前記床は電磁石を備える請求項１に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項２０】
無人飛行機（ＵＡＶ）用の発射／捕捉プラットフォームであって、
それぞれベース部材から延び且つそれぞれ自由端を有する一対のアーム部材を有するフレームと、
前記フレームに取り付けられた、前記ＵＡＶを支持可能な床と、
前記プラットフォームに協調的に係合するＵＡＶの捕捉追跡センサと、
前記プラットフォームに協調的に係合する、ＵＡＶ発射及び捕捉を支援するように適合され、アレスティングワイヤと、モータと、ひずみセンサと、複数の牽引コントローラとを有するアレスティングワイヤシステムであって、前記アレスティングワイヤの可変部分は前記アーム部材の前記自由端間で延伸するアレスティングワイヤシステムと、
前記プラットフォームを外部支持構造へ協調的に係合し、前記捕捉追跡センサによって供給されるフィードバック信号により制御される運動範囲を有する、制御可能なコネクタと、
前記ＵＡＶを捕捉状態から発射状態のまでの間で固定するように適合した固定機構とを備える発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項２１】
前記制御可能なコネクタは、相対的に水平な方位と相対的に垂直な方位の間で傾斜する連続的な可変範囲を有する請求項２０に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項２２】
前記外部支持構造は、制御可能なロボットアームである請求項２０に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項２３】
前記捕捉追跡センサは、衛星利用測位システムを有する請求項２０に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項２４】
前記捕捉追跡センサは、テレビカメラを有する請求項２０に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項２５】
前記捕捉追跡センサは、赤外線視に適合した少なくとも２つのテレビカメラを備える請求項２４に記載の発射／捕捉プラットフォーム。
【請求項２６】
小型の、飛行中のＵＡＶを捕捉する方法であって、
ＵＡＶの捕捉プラットフォームを設け、
ＵＡＶの捕捉手段を前記プラットフォームに一体化された構成要素として設け、
アプローチしてくる飛行中のＵＡＶに対する前記捕捉手段の係止部分の相対位置をリアルタイムで決定するための手段を設け、
前記アプローチしてくる飛行中のＵＡＶの位置及び姿勢の少なくとも一方に対して前記捕捉手段の前記係止部分を自動的に機動させる手段を設け、
前記ＵＡＶを捕捉し、
前記捕捉されたＵＡＶを前記捕捉プラットフォームに固定する方法。
【請求項２７】
ＵＡＶの捕捉プラットフォームを設ける際、前記ＵＡＶを発射し且つ捕捉する共用プラットフォームを設ける請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
ＵＡＶの捕捉手段を前記プラットフォームに一体化された構成要素として設ける際、ＵＡＶ発射手段を前記プラットフォームに一体化された構成要素として設ける請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ＵＡＶを発射する請求項２８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、無人飛行機（ＵＡＶ）の制御に関し、特に、小型ＵＡＶ用のロボットによって支援される発射／捕捉プラットフォームに関する。
【背景技術】
【０００２】
遠隔の及び／または敵性環境であるいは危険な状態の下での監視または他のペイロード特務飛行でＵＡＶを使用することには多くの利点がある。それら利点の最も明白なものは、これら環境へ人間を出向かせないことである。他の利点は、人間の介入なしに広いデータ収集区域にわたる多量のデータまたは物理的に危険なデータを収集することが可能なデータ収集機器及びセンサをＵＡＶに装備可能であることに由来する。
【０００３】
最も一般的な小型ＵＡＶに関する２つの任務のシナリオは、例えばトラックまたはトレーラなど可動式の陸上ホストプラットフォーム（host platform）、及び深海域及び浅海域用船舶を含む艦船ホストプラットフォームを必要とする。艦船任務ホストプラットフォームはとりわけ飛行中のＵＡＶの捕捉に関してより過酷な環境の中にある。船舶ホストプラットフォームは、前方への動きだけでなく、船舶の横揺れ、縦揺れ、船首揺れ、三角波水域での船舶の他の予測不可能な動きにより極めて不安定になり得る。さらに、およそ１０から３００ポンド、公称約１００ポンドの小型固定翼ＵＡＶは、船舶の上部構造からの空気伴流の乱気流及び卓越風に極めて脆弱であることがあり、ＵＡＶは込み入った甲板上の極限られた場所の中で捕捉され固定されなければならない場合がある。
【０００４】
当分野で知られている従来のネットタイプ捕捉システム及び縦型ワイヤシステムには、幾つもの欠点がある。どちらの捕捉システムによる解決法も、ＵＡＶを損傷させる可能性が高いことが知られている。これらのタイプのシステムでは、ＵＡＶを単に掛止させることとは他の回収プロセスを終えるのに人の支援を必要とする。捕捉されるＵＡＶの重量及び翼幅は、いずれもこれらのタイプの捕捉システムに著しく影響を与え得る。例えば、ネットシステムは、アプローチするＵＡＶの直接的前部のスペースだけでなく、むしろ所望の捕捉開口部全体をカバーする捕捉エリアを必要とする。この要件は、船上構造及び甲板作業を著しく阻害する可能性がある。母船は、ＵＡＶが目指す不安定な標的に影響を与える方位及び速度について制御されなければならない。姿勢及びＵＡＶコースエラーのために、まずネットと非垂直に接触して翼端が引っ掛かり、その結果、慣性力が翼長に比例して増大し、次いで翼が損傷する。損傷のリスクは、次いでＵＡＶがネット内に捕捉され卓越風もしくはプラットフォームの速度により生じる風に晒される間のバフェッティングによってさらに酷くなる可能性がある。ＵＡＶの格納への移送中やデータダウンロード中に、ＵＡＶがネットへ絡み、喪失もしくは破壊されるのを回避すべく、ＵＡＶをネットから手で取り出す際は慎重に行わなければならない。従来のネット捕捉システムで、ＵＡＶ固定機構を有するものは知られていない。
【０００５】
縦型ワイヤ捕捉システムも同様に船上構造及び甲板作業を著しく阻害する。同システムはまた、船舶用捕捉構造の方位及び速度を規制する。縦型ワイヤシステムによって捕捉されるＵＡＶは、まず翼沿いの数点でワイヤに係合し、ワイヤはかすめるように翼端の前縁に進み、そこで翼の端部のフックに掛止される。それによって、ＵＡＶ全体が飛行状態から捕捉ワイヤ中心のピンホイーリング（ｐｉｎｗｈｅｅｌｉｎｇ）に急速に移行する。最終的に、ＵＡＶの運動量はゼロに減少され、人の手によって固定され甲板に降ろされる間、空中に懸架状態で卓越風及び相対風によるバフェッティングが発生する。
【０００６】
さらにまた、これらのタイプのシステムは、ＵＡＶの発射には使用できず、したがって別個の発射システムが必要となる。可動のシステムならば、これらの問題の一部には対応可能であるが、小型ＵＡＶであっても発射加速及び回収減速中にはかなりの慣性力を発生させるため、慣性に対して安定なプラットフォームが必要とされ、適合されるべき可動性と背反する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、小型ＵＡＶを移動中の、不安定なプラットフォームから発射し且つ捕捉することができる装置に対する需要が認められる。そのような装置の利点は、軽量且つ堅牢であり、制御不能なＵＡＶ運動及び発射と捕捉中に生成される慣性力変位に対する高度の機動性と適応性を備え、サイズがコンパクトで且つ全自動作動を可能とすることに由来する。また、小型ＵＡＶを一貫して、安全に発射し且つ回収可能とするような装置に対しての需要がさらに認められる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施の形態は、無人飛行機（ＵＡＶ）、特に小型ＵＡＶを発射及び／または捕捉するプラットフォームに関する。以下使用される用語「小型ＵＡＶ」は、重量が約１０ポンド乃至３００ポンド、公称約１００ポンド以下の固定翼無人飛行機を指す。この発射／捕捉プラットフォームは、フレームと、フレームに取り付けられたＵＡＶを支持可能な床と、飛行中のＵＡＶを捕捉し且つ追跡する手段と、プラットフォームを外部支持構造に連結するコネクタ及びコネクタコントローラであって、アプローチしてくるＵＡＶの位置及び姿勢に応じてプラットフォームを制御可能且つ適応的に動かすコネクタ及びコネクタコントローラと、ＵＡＶをプラットフォームから発射し且つ飛行中のＵＡＶをプラットフォームに捕捉する手段と、ＵＡＶをＵＡＶの捕捉から発射までの間に亘って固定する手段とを備える。格別の態様においては、プラットフォームが制御可能に連結される外部支持構造は、ホストプラットフォームに固着するためのベースを一端に有し、制御可能なコネクタを介して他端が該プラットフォームに取り付けられた、制御可能なロボットアームである。ある態様によれば、プラットフォームのフレームは、ベース部材と、該ベース部材のそれぞれの端部区域から横方向に延伸して概ね角張ったＵ字状構造を形成する２つのアーム部材を有する。ある態様によれば、ＵＡＶをプラットフォームから発射し且つ飛行中のＵＡＶをプラットフォームに捕捉する手段は、有人機／空母の作戦行動に関して幅広く使用され、且つ発射／捕捉プラットフォームに作動的に取り付けられるように適合された公知のアレスティングワイヤシステムによって構成される。そのようなシステムでは、ＵＡＶは、発射及び捕捉用のアレスティングワイヤ（arresting wire）の一部を掛止又は捉える付属物もしくは他に適切な手段を備え、もしくは配置する。アレスティングワイヤシステムをプラットフォームに取り付けることにより、ホストプラットフォームに永続的に固定されるのに対して、ＵＡＶが掛着され得るアレスティングワイヤの一部がフレームのアーム部材の両自由端間で可変延伸する。斯様にして、アレスティングワイヤのこの部分の位置（orientation）は、ロボットアーム及び発射／捕捉プラットフォームの可動範囲を併せた半球状のボリューム内でほとんど所望通りに連続的且つ迅速に加速され、移動され且つ位置付けされる。ある態様によれば、ＵＡＶを捕捉し且つ追跡する手段は、捕捉されるためにプラットフォームにアプローチしてくるＵＡＶの掛止特性に関してフレームアーム端部間で延伸するアレスティングワイヤ部分の位置に関する情報を提供する。アレスティングワイヤシステムはまた、アレスティングワイヤの伸長及び緩和の制御により、且つ、所望の場合には、ロボットアームの制御された動きを併用することにより、ＵＡＶをプラットフォームから発射するためにも使用することができる。様々な態様において、ＵＡＶを捕捉時から発射前まで固定する固定機構は、能動的または受動的機構でよい。
【０００９】
本発明の別の実施の形態は、小型の、飛行中のＵＡＶを捕捉する方法に関する。この方法は、ＵＡＶの捕捉プラットフォームを設けるステップと、ＵＡＶの捕捉手段をプラットフォームに一体化された構成要素として設けるステップと、捕捉手段の係止部分の、アプローチしてくる飛行中のＵＡＶに対する相対位置をリアルタイムで決定するための手段を設けるステップと、捕捉手段の係止部分を、アプローチしてくる飛行中のＵＡＶの位置及び姿勢の少なくとも一方に対して自動的に機動させる手段を設けるステップと、ＵＡＶを捕捉するステップと、捕捉されたＵＡＶを捕捉プラットフォームに固定するステップとを有する。実施の形態のある態様では、ＵＡＶの捕捉プラットフォームを設ける際、さらにＵＡＶを発射し且つ捕捉する共通プラットフォームを設ける。
【００１０】
関連する態様においては、ＵＡＶの捕捉手段をプラットフォームに一体化された構成要素として設ける際、さらにＵＡＶ発射手段をプラットフォームに一体化された構成要素として設ける。関連する態様は、ＵＡＶを発射するステップを有する。
【００１１】
本発明の目的及び利点だけでなく当技術分野の現状での不利点、欠点及び課題も、以下の詳細な説明及び図面を参照して以下に説明する本発明の実施の形態、及び添付される特許請求の範囲で定義される本発明の実施の形態によって対処され解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
小型無人飛行機（ＵＡＶ）５０００用の発射／捕捉プラットフォーム１０００の一実施の形態を図１及び２を参照して示す。プラットフォーム１０００は、フレーム１００を備え、同フレームはそのベース部材１０３から横方向に延びる一対のアーム部材１０１、１０２を有する。各アーム部材１０１、１０２は、自由端１０５、１０４をそれぞれ有する。アーム部材は、様々な長さとすることができ、典型的態様においては、ベース部材から約１２フィート程度延伸する。それより短めあるいは長めのアーム長さも、本明細書で以下に説明する開示に基づき当業者によって明瞭に理解される様々な因子に基づいて用いてもよく、また選択可能である。プラットフォーム１０００が迅速に機動し且つ最大で重量３００ポンドの小型ＵＡＶの捕捉及び発射によって発生する慣性力に対して十分な強度を有するように構成されるのが好ましい。したがって、該フレーム用として適切な材料は、ファイバーグラス、カーボンファイバー、ファイバーコンポジット、アルミニウム、及び他に当業者が知りうる金属もしくは非金属配合物を含む。図３及び４に示すように、アーム部材は発射及び捕捉作業中に湾曲状態に屈曲可能とされ、且つまた捕捉前の機動中にプラットフォームの保全性を維持するのに十分な剛性を有するとされる。本プラットフォームは、該フレームに取り付けられた床１１１をさらに備える。同床は、発射及び着地パッドとして供されるものであり、したがってＵＡＶの重量を支持するための構造的保全性を有さねばならない。様々な材料及びデザイン（design）が床１１１用として適切とされる、例えば、床は、より詳細に後述するようにＵＡＶの捕捉時及び発射前の固定を容易にする剛性プラスチックまたは金属メッシュ構造を備えてもよい。あるいは、床は電磁石によって生成される、ＵＡＶの着地面の金属部分を吸着する磁気面を有してもよい。あるいはまた、ＵＡＶの着地面の一部に位置する接触材とともに床面にＶｅｌｃｒｏ（登録商標）タイプの材料を設けてもよい。
【００１３】
プラットフォーム１０００はさらに、ＵＡＶをプラットフォームから発射し且つ飛行中のＵＡＶをプラットフォームに捕捉するための機構１６０を備える。典型的態様において、ＵＡＶ発射及び捕捉手段はアレスティングワイヤシステムを備え、同アレスティングワイヤシステムは、図２に示すように、ワイヤを制御可能に繰出す一対の牽引ホイールもしくはアクティブリール１６３と、アクティブリールが使用されない場合にアレスティングワイヤの繰出し及び巻戻しを制御するダイレクトドライブモータ１６４と、アレスティングワイヤ１６１とを有する。アレスティングワイヤシステムは、空母において有人機に対して一般的に使用されるものとして当分野で公知である。同じタイプの（より小規模な）システムが本発明の実施の形態に係るプラットフォーム１０００の一部分となるように適合される。ワイヤガイドまたはランナ１０６、１０７がフレームのアーム部材の自由端１０５、１０４に設けられ、それによってアレスティングワイヤのＵＡＶ係止可能部分１６２は繰出し状態によりアーム部材の自由端間で可変延伸可能とされる。より詳細に後述するＵＡＶの捕捉プロセス中、アレスティングワイヤは牽引ホイールまたはアクティブリール１６３（ワイヤの各端に１つ）から、もしくはモータ１６４と直接関連するリールから、制御された状態で繰出される。ホイールまたはリール１６３は、公知の方法により差動制御可能とされる。そのような差動制御によって、捕捉時のＵＡＶを減速するとともに捕捉されたＵＡＶを操向して係止されたＵＡＶの経路を比較的に小さな着地パッド床１１１へのＵＡＶの最終経路へ変更する。
【００１４】
プラットフォーム１０００はさらに、ならびに接近するＵＡＶを迎え入れるのに必要な総合誘導のためのジオスタビリゼーション（ｇｅｏ−ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）を得るためだけでなく飛行中のＵＡＶを捕捉且つ追跡する１つ以上のセンサ１３０を備える。同センサは、専用の飛行経路プロセッサ、関係するデータ、ロボットアーム及びプラットフォームへの無線通信リンク（図示せず）と共に、空間におけるプラットフォームの位置及び方位の閉ループ、慣性駆動制御を行う。飛行経路プロセッサとＵＡＶの間のＲＦ無線通信リンクは、飛翔体及びプラットフォーム相対運動を調整してのＵＡＶの捕捉を直接的に成功に導く。センサ１３０は、公知の衛星利用測位システム（ＧＰＳ）の一部であってもよく、該センサ１３０は遠隔測定を用いてアプローチしてくるＵＡＶとプラットフォーム１０００との間の位置情報を秒単位にミリメートルの単位精度で知らせる。特に、アレスティングワイヤの係止部分１６１とＵＡＶ５０００に取り付けられたフックまたは他の係止手段５００５との間の相対距離を知ることが好ましい。図１及び２に図解の態様では、センサ１３０はプラットフォームに搭載されるが、例えば、アレスティングワイヤの係止部分の位置座標がシステムによって検知されている限り、適切なセンサを船舶もしくは車両等のホストプラットフォームに遠隔して搭載してもよいことは当業者にとって承知のことである。飛行中のＵＡＶを捕捉且つ追跡し、且つ着陸系プロセッサへリアルタイムに修正を入力する他の検出手段としては、プラットフォーム１０００に搭載される単一もしくは複合ビデオセンサであってもよい。典型的態様においては、センサは、ＵＡＶの戦略的区域（翼、尾翼、機首等）のＩＲビーコンにより直接放出される、もしくはプラットフォームから放出されてＵＡＶからセンサに反射される赤外線（ＩＲ）に対し高感度なテレビカメラである。ＵＡＶのアクティブイルミネーションにより、シングルフレーム画像におけるＵＡＶのレンジを決定するためのＵＡＶにおける複数の測定点の角度測定がビデオセンサから可能となる。多重フレームにより、さらにプラットフォームに対するＵＡＶ速度、姿勢及び飛行経路が明らかになり、エラー訂正アルゴリズムが簡素となる。各ＵＡＶの測定点についてフレーム間で生じる相対変位量は、複合的なＵＡＶの運動及び飛行経路を得るために（公知のセンサパラメータと共に）マップされうる長さ及び角度を有する一組のベクトルを画定するのに役立つ。この技術は、例えば、カメラセンサ及びコンピュータを用いての動的運動状態にある物体（競技者等）のアニメ化に関係する研究／計測／アニメエミュレーション（ｓｔｕｄｙ／ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ／ｃａｒｔｏｏｎ  ｅｍｕｌａｔｉｏｎ）において現在用いられる技術に類似する。
【００１５】
単軸または多軸のコネクタ１５０及び関係コントローラ１５１により、図２に示すように、プラットフォーム１０００が外部支持構造２００に機動可能に連結される。コネクタ１５０は、プラットフォームを少なくとも傾斜させる。典型的態様においては、コネクタ／コントローラ１５０／１５１は、アーム１０１、１０２及び取り付けられたアレスティングワイヤ１６１を含むプラットフォーム１０００の面をほぼ水平なポジションとほぼ垂直なポジションの間で（即ち、＋９０度）変位させうる。
【００１６】
さらに図１及び２に示すように、プラットフォーム１０００はコネクタ１５０を介して典型的な多軸ロボットアーム２００の端部２１０に連結され、同ロボットアームは自身をホストプラットフォームに固定するためのコントローラ２２０及びベース２０５を有する。本発明の実施の形態に係る使用に適切なロボットアームの一例はＭｏｔｏｍａｎ社（米国オハイオ州、ウエストキャロルトン）製のＵＰ１６５ロボットであり、その写真を図５Ａに示す。ＵＰ１６５ロボットは、図５Ｂに示す仕様書にあるように６軸レンジで動く。ロボットアームは、ＵＡＶの捕捉が成功する可能性を極大化するようにプラットフォーム１０００を安定させ且つ位置させることができる。ロボットアームのスケール、可搬重量、耐衝撃性及び環境堅牢性によって、海上の船舶あるいは移動する車両の動きのような、比較的に広範囲のホストプラットフォームの動きが打ち消され、それによってアームの端部２０１が三次元空間で安定され、且つ、そのようなプラットフォームの動きを、アプローチしてくるＵＡＶを迎え入れて捕捉するのに必要とされるプラットフォーム位置決め運動から切り離して無関係となるように標準化する。コネクタ／コントローラ１５０／１５１により、プラットフォーム１０００は、小型ＵＡＶ回収作業を成功させるのに必要な迅速且つ高適応性の機械的運動及び加速が可能である。ＵＡＶの捕捉及び回収中、プラットフォームは、基礎をなす遅いロボットアームの動きを補完する迅速且つ動的な動きを生み出す。これには、様々な方位、高度、姿勢、及び３マイルから６０マイルに亘る範囲の公称速度でアプローチしてくる小型ＵＡＶの迎え入れに必要な到達域及び角加速度の増大も含まれる。小型ＵＡＶの迎え入れには、そのようなＵＡＶ及びＵＡＶの反復不能な飛行経路及び姿勢をロボットアーム及びプラットフォームの協働による捕捉領域内へ正確且つ反復可能に収める迅速且つリアルタイムな補正運動が必要である。ロボットアーム運動、プラットフォームの傾斜運動、及びアレスティングワイヤの可変張力の併用により、限界減速力及び機械的誘導が与えられ、それによってＵＡＶの安定した、損傷のない捕捉及び着地が可能となる。
【００１７】
以上と同じ構成要素により、ＵＡＶをプラットフォームから首尾よく発射するために必要とされる程度の制御された加速力が与えられる。一般的に、ＵＡＶの発射には、回収に要する捕捉距離と同等の僅かな距離でＵＡＶを安全に飛行気流速度にもっていくことが必要とされる。加速力は、ＵＡＶの初期気流速度条件及びＵＡＶの飛行気流速度に関する必要事項に対応して変更される必要がある。発射は、プラットフォームから捕捉に使用されたのと同じワイヤを使用することにより、所望の場合にはロボットアーム運動を併用して、達成することができる。ＵＡＶはワイヤに取り付けられ、発射のために位置付けされ方向付けされる。発射加速は、ワイヤサポートとＵＡＶの間のワイヤ張力に起因する力及び／またはロボットアームに起因する加速の併用によって可能となる。
【００１８】
発射／捕捉プラットフォーム１０００はさらに、ＵＡＶの捕捉時から発射前までの間に該ＵＡＶを固定するための手段を有する。様々な固定機構が当技術分野で知られている。例えば、米国特許第５，０９２，５４０号は遠隔操縦ビークル（ＲＰＶ）を固定するための着地パッドグリッドを開示している。同グリッドは、ＲＰＶの着地面から延出するプローブと共に機能し、プローブはプローブから直角に突出する引込式翼を有する。ＲＰＶが着地パッドに係合すると、プローブはパッドメッシュを貫通し、その際に翼はメッシュパッドの下で延伸し、翼がプローブ内に引き込まれてＲＰＶがパッドから解放可能となるときまでＲＰＶを着地パッドに固定する。あるいは、電磁石を適切な床材料に係合させて床面とＵＡＶの着地面の間に十分な磁力を発生させ、それによってＵＡＶを捕捉時に床に固定し、ＵＡＶを発射前まで所定位置に保持することも可能とされる。アレスティングワイヤシステムがＵＡＶの発射機構として使用される場合には、発射ワイヤは適切に張力を掛けられ、ＵＡＶをまさに発射する瞬間に磁界が消滅する。床に対するＵＡＶ底面のＶｅｌｃｒｏ（登録商標）タイプアタッチメント等の受動的固定機構によっても確実な固定を得ることができる。この態様においては、ＵＡＶの発射のために他の構成が構成されうる。
【００１９】
図６から１２は、小型の、飛行中のＵＡＶ５０００を捕捉するための、本発明による方法の実施の形態を模式的且つ順次に解説する。例えば、図１及び２に示すような、捕捉プラットフォーム１０００が設けられる。プラットフォームは、全体ＵＡＶ捕捉手段１６０と、アプローチしてくる飛行中のＵＡＶ５０００／５００５に対する捕捉手段の係止部分１６１の相対位置をリアルタイムで決定するためのセンサ／フィードバック手段１３０と、アプローチしてくる飛行中のＵＡＶに対する捕捉手段の係止部分を自動的に機動させるためのロボット式手段１５０／１５１、２００／２２０とを備える。典型的な実施の形態においては、これらの手段は、それぞれ、引張制御されて繰り出されたワイヤを有するアレスティングワイヤ捕捉／発射システム１６０、飛行中のＵＡＶを捕捉且つ追跡し、さらにロボットアーム及びプラットフォームを移動させ且つ位置決めするための閉ループフィードバックを行う１つ以上のセンサ１０３及び関係するプロセッサ／データリンク／通信、ならびにプラットフォーム１０００を多軸ロボットアーム２００に取り付ける、ロボットアーム及びプラットフォーム（特に、アプローチしてくるＵＡＶに対するアレスティングワイヤの係止部分１６２）を機動させるためのフィードバックループに適合する、制御可能なコネクタ１５０が該当する。図１に示すように、ＵＡＶ５０００はそのアプローチを最大アプローチ距離から開始しつつあり、プラットフォーム１０００は比較的に水平に位置されている。ＵＡＶが、図６に示すように、捕捉プラットフォームに近づくにつれて、ロボットアーム２００はプラットフォームをその初期位置から持ち上げ、且つ、コネクタ／コントローラ１５０／１５１を介し、アレスティングワイヤの係止部分１６１とＵＡＶの係止手段５００５との相対位置に関する捕捉追跡センサ／フライトプロセッサによるフィードバックに応じてプラットフォームはほぼ垂直ポジションに傾斜される。プラットフォーム／ロボットアーム接続インタフェース１５０／１５１における角方向の動きは、フレームのアーム部材の長さ分拡張された空間におけるアレスティングワイヤの係止部分の極度に迅速な動きに変換される。フレーム及びワイヤに関係する質量が小さいため、加速力に対しても小さな動きに終始し、これにより小さいトルクによってプラットフォーム位置を迅速に修正できる。また、アレスティングワイヤ及び支持フレームの質量は小さいので、ロボットアーム自体の長さを超えて、ワイヤが適度に延伸すること（例えば、数フィート、典型的態様では１２フィート）が可能であり、これにより、安全性及び効用の理由から所望される場合には、ホストプラットフォームから空間的により分離されたＵＡＶの係止が奨励される。また、そのように係止距離が延伸されることにより、係止位置と着地パッド床における拘束位置の間の距離の増大に正比例してＵＡＶの減速度による慣性力が減少する。ワイヤ支持フレームアームが長ければ、捕捉シーケンスにおける撓性及び衝撃吸収性も増大する。図７に示すように、プラットフォームはＵＡＶを迎え入れる位置にある。図８に示すように、ＵＡＶが掛止されると、アレスティングワイヤシステムがＵＡＶに減速力を付与する。所望の場合には、プラットフォームの位置はロボットアームにより機動してもよく、それによって減速中のＵＡＶにより生成される差分慣性力がさらに減少される。図９から１２はプラットフォームの床におけるＵＡＶの最終接地シーケンスを示し、そのときＵＡＶは適切な固定手段によってプラットフォームに固定される。
【００２０】
以上に説明した典型的実施の形態においては、アレスティングワイヤシステムはＵＡＶをプラットフォームから発射するのにも使用されることができる。それは図４に模式的に示され、ここでは、アレスティングワイヤは予め張力を掛けられており、ＵＡＶはロボットアームの動きによる加速力の有無にかかわらず発射可能とされる。
【００２１】
以上に説明の実施の形態によって、小型ＵＡＶの捕捉及び／または発射システム及び方法が開示された。軽量で、プラットフォームを制御可能な多軸ロボットアームに適合させる制御可能なコネクタによって正確且つ迅速に機動可能な発射及び捕捉共用プラットフォームが提供される。
【００２２】
本発明の実施の形態の上述説明は、解説及び説明のためになされた。本発明は開示された形態のみに包括的または限定的であるとされるものではない。多くの修正例及び変形例が上述教示に照らして可能である。本発明の保護範囲は、この詳細な説明ではなく、添付された特許請求の範囲によって限定される。
【００２３】
（関連出願データ）
本願は、２００５年５月５日に本願と併願された米国特許出願第１０／９０８，２７
８号、名称「自律環境制御システム及び無人飛行機の捕捉後から発射前までの管理方法（Autonomous environmental control system and method for post-capture and pre-launch management of an unmanned air vehicle）」の関連出願であり、その開示内容が全体として最大限の許容可能な範囲で参照されて本明細書に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る、組立状態のＵＡＶ発射／捕捉プラットフォームの主な構成要素の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る、外部支持構造への連結されたプラットフォームを付加的に示す、図１に示すプラットフォームの下側図である。
【図３】ＵＡＶの捕捉シーケンスの終了時における本発明の実施の形態に係るプラットフォームの正確な概略図である。
【図４】ＵＡＶの発射シーケンス中の、図３に示すプラットフォームの正確な概略図である。
【図５Ａ】本発明の典型的な実施の形態に係るロボットアームの写真コピーである。
【図５Ｂ】図５Ａに示すロボットアームの仕様リストである。
【図６】本発明の実施の形態に係る、ＵＡＶのアプローチ及び捕捉シーケンス中のロボットアーム及びプラットフォームの連続的位置変化を示す、図１及び２に示す発射プラットフォームの概略図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る、ＵＡＶのアプローチ及び捕捉シーケンス中のロボットアーム及びプラットフォームの連続的位置変化を示す、図１及び２に示す発射プラットフォームの概略図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る、ＵＡＶのアプローチ及び捕捉シーケンス中のロボットアーム及びプラットフォームの連続的位置変化を示す、図１及び２に示す発射プラットフォームの概略図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る、ＵＡＶのアプローチ及び捕捉シーケンス中のロボットアーム及びプラットフォームの連続的位置変化を示す、図１及び２に示す発射プラットフォームの概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る、ＵＡＶのアプローチ及び捕捉シーケンス中のロボットアーム及びプラットフォームの連続的位置変化を示す、図１及び２に示す発射プラットフォームの概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る、ＵＡＶのアプローチ及び捕捉シーケンス中のロボットアーム及びプラットフォームの連続的位置変化を示す、図１及び２に示す発射プラットフォームの概略図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る、ＵＡＶのアプローチ及び捕捉シーケンス中のロボットアーム及びプラットフォームの連続的位置変化を示す、図１及び２に示す発射プラットフォームの概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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