(57)【要約】  本明細書は、立体視撮像を行う無人航空機（ＵＡＶ）、並びに関連するシステム及び方法を開示する。典型的なシステムは、航空機ロール軸、ピッチ軸、及びヨー軸に対して配向された支持構造体を含む。システムは、支持構造体によって保持された複数のプロペラ及び同様に支持構造体によって保持された第１及び第２のステレオ撮像装置をさらに含む。第１の立体撮像装置は、第１の視野を有し、第２の立体撮像装置は、第２の視野を有し、複数のプロペラのうちの少なくとも１つは、第１及び第２の立体撮像装置の前方かつ第１及び第２の立体撮像装置の間に配置される。少なくとも１つのプロペラは、第１及び第２の視野と重ならない回転ディスクを有する。典型的な構成において、視野は、ＵＡＶの他の（例えば、何らかの他の）構造体とも重ならない。【選択図】      図１
2021521045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機ロール軸に沿って伸長し、相隔てた第１及び第２のプロペラを保持する第１のプロペラ支持部材と、
航空機ピッチ軸に沿って伸長し、十字構成でもって前記第１及び第２のプロペラの間で前記伸長した第１のプロペラ支持部材に取り付けられ、相隔てた第３及び第４のプロペラを保持する第２のプロペラ支持部材と、
前記伸長したプロペラ支持部材のうちの少なくとも１つによって保持されるジンバル支持体と、
第１の端部と第２の端部との間で伸長したカメラ支持体と、
を備え、
前記カメラ支持体は、前記第１のプロペラの後方かつ前記第２、第３、及び第４のプロペラの前方に配置され、前記カメラ支持体は、前記ジンバル支持体に結合されて前記ジンバル支持体に対してピッチ方向及びロール方向に枢動可能であり、前記カメラ支持体は、
第１の視野を有し、前記第１の端部の方に配置された第１のカメラと、
第２の視野を有し、前記第２の端部の方に配置された第２のカメラと、
を保持し、
前記第１のプロペラは、前記第１及び第２のカメラの前方かつ前記第１及び第２のカメラの間に配置され、前記第１及び第２の視野と重ならない回転ディスクを有する、無人航空機。
【請求項２】
前記カメラ支持体は、前記ジンバル支持体から取り外し可能であり、前記第１の支持部材、前記第２の支持部材、及び前記ジンバル支持体は、枢動可能に結合され、
前記第１の支持部材、前記第２の支持部材、及び前記ジンバル支持体が同一平面に配置される収容構成と、
前記第２の支持部材が前記第１の支持部材及び前記ジンバル支持体を横切って配置される展開構成と、
の間で移動可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のカメラは、前記カメラ支持体の前記第１の端部の方に配置された複数のカメラのうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
航空機ロール軸、ピッチ軸、及びヨー軸に対して配向された支持構造体と、
前記支持構造体によって保持された複数のプロペラと、
前記支持構造体によって保持された第１及び第２の光学装置と、
を備え、
前記第１の光学装置は、第１の視野を有し、前記第２の光学装置は、第２の視野を有し、
前記複数のプロペラのうちの少なくとも１つは、前記第１及び第２の光学装置の前方かつ前記第１及び第２の光学装置の間に配置され、前記第１及び第２の視野と重ならない回転ディスクを有する、無人航空機システム。
【請求項５】
前記第１及び第２の光学装置は、前記支持構造体に対して枢動可能である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１及び第２の光学装置は、前記支持構造体に対して固定される、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記支持構造体は、第１の複数のプロペラを保持する第１のプロペラ支持部材と、第２の複数の支持部材を保持する第２のプロペラ支持部材とを含み、前記第１及び第２のプロペラ支持部材は重なる、請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１及び第２のプロペラ支持部材は、十字を形成する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
唯一の単一のプロペラは、前記第１及び第２の光学装置の前方かつ前記第１及び第２の光学装置の間に配置される、請求項４に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１及び第２の光学装置は、前記ヨー軸に平行な何らかの軸の周りで枢動可能ではない、請求項４に記載のシステム。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのプロペラは、前記支持構造体に対して回転軸周りで回転可能であり、前記回転軸は、前記第１及び第２の光学装置の前方に配置される、請求項４に記載のシステム。
【請求項１２】
前記回転軸は、前記第１の光学装置の第１の開口及び前記第２の光学装置の第２の開口の前方に配置される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記支持構造体によって保持され、前記複数のプロペラを制御するために前記複数のプロペラに作動可能に接続された制御モジュールをさらに備える、請求項４に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１及び第２の光学装置は、前記支持構造体に対してピッチ方向及びロール方向に枢動可能である、請求項４に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第１及び第２の光学装置は、撮像装置支持体によって保持され、前記撮像装置は、前記支持構造体に対してピッチ方向及びロール方向に枢動可能である、請求項４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１及び第２の撮像装置は、第１及び第２のカメラを含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第１及び第２のカメラは、前記可視スペクトルで作動する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第１及び第２のカメラは、前記赤外スペクトルで作動する、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プロペラは、クワッドコプター構成で配置される、請求項４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記プロペラは、同一平面内に配置され、対応するモーターに結合され、前記モーターのうちの２つは、前記残りの２つのモーターに対して逆向きである、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記プロペラは、ヘキサコプター構成で配置される、請求項４に記載のシステム。
【請求項２２】
前記プロペラは、オクトコプター構成で配置される、請求項４に記載のシステム。
【請求項２３】
前記立体撮像装置は、立体画像を生成するためにプロセッサに接続される、請求項４に記載のシステム。
【請求項２４】
前記プロセッサは、前記支持構造体によって保持される、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記プロセッサは、前記支持構造体の外にある、請求項２３に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第１及び第２の光学装置は、前記第１及び第２の視野を前記ピッチ軸及び前記ロール軸を含む平面に対して下方へ向かわせるように回転可能である、請求項４に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第１及び／又は第２の光学装置は、距離計、プロジェクタ、及び／又は能動的照射体を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第１の光学装置は、前記支持構造体の右側の方の複数のカメラのうちの１つであり、前記第２の光学装置は、前記支持構造体の左側の方の複数のカメラのうちの１つである、請求項４に記載のシステム。
【請求項２９】
航空機ロール軸、ピッチ軸、及びヨー軸に対して配向された支持構造体と、
前記支持構造体によって保持された複数のプロペラと、
前記支持構造体によって保持された第１及び第２の光学装置であって、前記第１の光学装置は、第１の視野及び第１の可動域を有し、前記第２の光学装置は、第２の視野及び第２の可動域を有し、前記複数のプロペラのうちの少なくとも１つは、回転ディスクを有し、前記第１及び第２の光学装置の前方かつ前記第１及び第２の光学装置の間に配置される、第１及び第２の光学装置と、
命令がプログラムされた制御装置と、
を備え、
前記プログラムは、実行されると、
要求された光学装置の配向に対応する入力を受け取り、
前記入力に応答して、
前記第１の光学装置を、前記第１の視野が前記回転ディスクと重なることなく、前記第１の可動域内の何らかの可能性のある位置に向かわせ、
前記第２の光学装置を、前記第２の視野が前記回転ディスクと重なることなく、前記第２の可動域内の何らかの可能性のある位置に向かわせる、
ようになっている、無人航空機システム。
【請求項３０】
前記支持構造体は、第１の複数のプロペラを保持する第１の複数の支持部材と、第２の複数の支持部材を保持する第２の複数の支持部材とを含み、前記第１及び第２のプロペラ支持部材は重なる、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
前記第１及び第２の前記第１及び第２の光学装置は、前記ヨー軸に平行な何らかの軸の周りで枢動可能ではない、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
前記第１及び第２の光学装置は、撮像装置支持体によって保持され、前記撮像装置は、前記支持構造体に対してピッチ方向及びロール方向に枢動可能である、請求項２９に記載のシステム。
【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、２０１８年４月９日出願の係属中の米国仮出願第６２／６５５，１０９号の優先権を主張し、その開示内容は引用により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本技術は、一般に立体視撮像を行う無人航空機及び関連するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
無人航空機（ＵＡＶ）は、さもなければ有人航空機又は衛星によって実行されるであろう多種多様な作業を実行するために益々普及が進んでいる装置である。このような作業としては、監視作業、撮像作業、及びペイロード配達作業を挙げることができる。しかしながら、既存のＵＡＶにはいくつかの欠点がある。例えば、ＵＡＶにとって地形又は構造物を２、３センチメートル未満の解像度で撮像することに関連する作業を実行することは難しい場合がある。典型的なＵＡＶは、撮像用カメラを有するが、特に環境を３Ｄで再現する際に、小さなエリアを解像するのに苦労する場合がある。既存のＵＡＶに関連した別の欠点は、多くの実例において、ＵＡＶに搭載した撮像装置の視野が、プロペラ（揚力及び推力をもたらす）が作動する容積（ｖｏｌｕｍｅ）と重なることである。従って、画像は、プロペラブレード又はＵＡＶの機体を含む可能性があり、これは画像処理を妨げる場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、ＵＡＶが作業を安全で正確にかつ妨害しない方法で周囲環境内の要素に近接して実行することを可能にする手法及び関連システムに対するニーズが依然としてある。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本技術の一部の実施形態に従って配置された撮像装置及びプロペラを有する無人航空機（ＵＡＶ）の部分概略等角図である。
【図２】本技術の一部の実施形態による、折り畳み構成で置かれた典型的なＵＡＶの構成要素の部分概略等角図である。
【図３】本技術の一部の実施形態による、図１に示されたものとほぼ同じ構成のＵＡＶの別の部分概略図である。
【図４】本技術の一部の実施形態に従って複数のプロペラの後ろに配置された撮像装置を有するＵＡＶの部分概略図である。
【図５】本技術の一部の実施形態に従って複数のプロペラの後ろに配置された撮像装置を有するＵＡＶの部分概略図である。
【図６】本技術の一部の実施形態に従って複数のプロペラの後ろに配置された撮像装置を有するＵＡＶの部分概略等角図である。
【図７】本技術の一部の実施形態に従って配置された撮像装置支持部材を有するＵＡＶの部分概略図である。
【図８】本技術の一部の実施形態によるヘキサコプター構成を有するＵＡＶの部分概略図である。
【図９】本技術の一部の実施形態による別のヘキサコプター構成を有するＵＡＶの部分概略図である。
【図１０】本技術の一部の実施形態によるオクトコプター構成を有するＵＡＶの部分概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本技術は、一般に、立体視撮像能力を有する無人航空機（ＵＡＶ）及び関連するシステム及び方法に関する。例えば、一部の実施形態において、ＵＡＶは、複数のプロペラブレードを有するマルチコプター構成、及びプロペラのうちの少なくとも１つの後ろに配置された立体視撮像システムを含む。撮像システムをプロペラのうちの少なくとも１つの後ろ又は後方に配置すると、撮像システムによって引き起こされるピッチングモーメントを低減又は排除することができる。立体視撮像システムは、およそ数ミリメートルの解像度の正確な立体視画像を提供するために互いから十分に離れて相隔てた複数の（すなわち、２又は３以上）撮像装置を含むことができる。同時に、撮像装置は、撮像装置の視野がプロペラの動作経路と重ならないように、前方に位置するプロペラから十分に離れて相隔てたことができるので、結果として得られた画像内にプロペラを取り込むことが回避される。
【０００７】
開示された技術の一部の実施形態の特定の詳細は、特定の典型的な構成を参照して以下に説明する。開示された技術は、他の構成を有するＵＡＶ及び関連するシステムに従って実施することができる。周知でありかつ多くの場合ＵＡＶに関連するが本開示の技術の一部の重要な態様を不必要に不明瞭にする可能性がある構造又はプロセスを説明する特定の詳細は、明暸化のために以下では説明しない。さらに、以下の開示では開示された技術の異なる態様の一部の実施形態を説明するが、技術の一部の実施形態は、本セクションで説明されるものと異なる構成及び／又は構成要素を有することができる。そのため、本技術は、追加の要素を有する、及び／又は図１〜図１０を参照して以下に説明する要素のうちの一部の要素を有していない一部の実施形態を含むことができる。
【０００８】
開示された技術のいくつかの実施形態は、プログラム可能なコンピュータ又は制御装置によって実行されるルーチンを含む、コンピュータ実行可能命令の形を取ることができる。当業者であれば、本技術が、以下に示され説明されるもの以外のコンピュータ又は制御システム上で実施できることを理解できるはずである。本技術は、以下に説明するコンピュータ実行可能命令のうちの１又は２以上を実行するために特別にプログラム、構成、又は構築された専用コンピュータ、制御装置、又はデータプロセッサで具現化することができる。従って、本明細書で一般的に使用される場合、用語「コンピュータ」及び「制御装置」は、適切なデータプロセッサ（空中の及び／又は地上の）を含み、さらにパームトップコンピュータ、ウェアラブルコンピュータ、携帯電話又は移動体電話、マルチプロセッサシステム、プロセッサベースのプログラム可能家庭用電化製品、ネットワークコンピュータ、ラップトップコンピュータ、ミニコンピューターなどを含む、インターネット機器及びハンドヘルド装置を含むことができる。これらのコンピュータによって処理された情報は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む何らかの適切な表示媒体に表示することができる。本技術分野で知られているように、これらのコンピュータ及び制御装置は、通常、様々なプロセッサ、メモリ（例えば、非一時的コンピュータ可読媒体）、入出力装置、及び／又は他の適切な特徴部を有する。
【０００９】
本技術は、分散環境において実施することもでき、ここでは、タスク又はモジュールは、通信ネットワークを介してリンクされる遠隔処理装置によって実行される。分散コンピューティング環境において、プログラムモジュール又はサブルーチンは、ローカル及び／又はリモート記憶保存装置内に位置することができる。以下に説明する技術の態様は、磁気又は光学読取り可能、又は取外し可能なコンピュータディスクを含む、コンピュータ可読媒体上に記憶又は分散すること、並びにネットワーク上で電子的に分散することができる。また、技術の態様に特有のデータ構造及びデータ伝送は、本技術の範囲に含まれる。
【００１０】
図１は、本技術の実施形態に従って構成された典型的なＵＡＶ１００の部分概略等角図である。ＵＡＶ１００は、推進システム１４０及び撮像システム１２０を保持する支持構造体１１０を含むことができる。撮像システム１２０は、複数の光学装置、例えば、撮像装置を含むことができ、推進システム１４０は、複数のプロペラを含むことができ、その全ては制御装置１８２によって制御することができる。制御装置１８２は、機内制御モジュール１８０及び／又は機外制御モジュール１８１を含むことができる。機内制御モジュール１８０は、自律的に及び／又は機外制御モジュール１８１から提供された入力で動作することができる。典型的な構成において、ＵＡＶ１００は、１又は２以上の照明棒１０１、又は、ＵＡＶの向きを定める及び／又はその環境を照明するのを助ける他の装置を含む。
【００１１】
ＵＡＶ１００は、ロール軸ＲＡ、ピッチ軸ＰＡ、及びヨー軸ＹＡを含む、複数の軸に対して動くことができる。ロール軸ＲＡは、一般的に、ＵＡＶ１００の前進方向ＦＤと一致する。推進システム１４０は、複数のプロペラ、例えば、第１のプロペラ１４１、第２のプロペラ１４２、第３のプロペラ１４３、及び第４のプロペラ１４４として図１に例示する４つのプロペラを含むことができる。プロペラは、対応するプロペラ支持部材１１５によって保持することができる。従って、第１及び第２のプロペラ１４１、１４２は、第１のプロペラ支持部材１１１によって保持することができ、第３及び第４のプロペラ１４３、１４４は、第２のプロペラ支持部材１１２によって保持することができる。プロペラ支持部材１１１、１１２は、例えば、「Ｘ」構成（非直交）又は図１に示すような「十字」構成（直交）で互いに横断して向きを定めることができる。プロペラの回転速度（及び、随意的にブレードピッチ角）を選択的に調節することによって、ＵＡＶは、ピッチ軸、ロール軸、及びヨー軸のいずれかに沿って移動すること及び／又はそれらのいずれかに対して回転することができる。第１及び第２のプロペラ１４１、１４２は、上方へ向くことができ、第３及び第４のプロペラ１４３、１４４は、下方へ向くことができ、もしくはプロペラは、他の適切な配向とすることができる。図１に示すプロペラの配向の利点は、第１の支持部材１１１と第２の支持部材１１２との間の垂直方向のオフセットにも関わらず、全てのプロペラを略同一平面にすることができる点である（航空機制御を単純化する）。
【００１２】
撮像システム１２０は、支持構造体１１０によって保持されこれに対して移動可能な光学装置支持体１２５を含むことができる。一部の実施形態において、光学装置支持体１２５は撮像装置を保持する。光学装置支持体１２５は、本明細書では撮像装置支持体と呼ぶことができるが、撮像装置以外の光学装置を支持することができる。典型的な実施形態において、光学又は撮像装置支持体１２５は、ジンバル継手を介してジンバル支持体１２６に結合され、ジンバル継手は、ピッチ方向ＰＤ（例えば、ピッチ軸ＰＡと同一直線上の又はピッチ軸ＰＡに平行な軸周りの）及びロール方向ＲＤ（例えば、ロール軸ＲＡと同一直線上の又はロール軸ＲＡに平行な軸線周りの）での可動域を可能にする。ピッチ方向ＰＤでの光学又は撮像装置支持体１２５の動きは、（ａ）撮像装置支持体１２５と（ｂ）ジンバル構造体１２６（又は、撮像装置支持体１２５が結合されるＵＡＶ１００の別の要素）との間のジンバル継手の可動域によって制限することができる。ロール方向ＲＤでの可動域は、第１のプロペラ支持部材１１１の位置によって制限することができる。光学又は撮像装置支持体１２５は、ヨー回転能力をもつことができず、代わりに、ヨー回転能力は、ＵＡＶ１００をヨーイングさせることでもたらされる。
【００１３】
光学又は撮像装置支持体１２５は、１又は２以上の光学装置、例えば、第１の撮像装置１２１及び第２の撮像装置１２２である撮像装置を保持する。撮像装置１２１、１２２の各々は、撮像装置が周囲環境にアクセスする開口１２３を有することができる。従って、各撮像装置１２１、１２２は、対応する視野１３１、１３２を有する。２つの視野１３１、１３２は、撮像装置１２１、１２２の前方の所定の距離で重なって立体視撮像を提供する。より詳細には、２つの撮像装置１２１、１２２の間の側方オフセットに起因して、所与の時点で各撮像装置１２１、１２２によって撮影された画像は僅かに異なる。この差分を利用して、合成画像に奥行きを与えることができる。撮像装置１２１、１２２は、可視スペクトル及び／又は別のスペクトル（例えば、赤外線スペクトル及び／又は紫外線スペクトル）において静止画像及び／又はビデオ画像を取り込むことができる。
【００１４】
図１に示すように、第１のプロペラ１４１は、回転する際に第１のプロペラディスク１６１に外接して占有する。同様に図１に示すように、対応する撮像装置１２１、１２２の２つの視野１３１、１３２は、第１のプロペラディスク１６１とは重ならず、第１のプロペラディスク１６１の前方の領域（図１では見えない）でのみ互いに重なる。その結果、第１及び第２の撮像装置１２１、１２２は、画像が第１のプロペラ１４１を含むことなく効果的な立体視画像をもたらすことができる。また、ＵＡＶ１００は、２つの視野１３１、１３２がＵＡＶ１００の何らかの他の要素と、例えば、支持構造体１１０、推進システム１４０の他の要素、制御モジュール１８０、ジンバルモジュール１２６、及び他の光学装置又は非光学装置と重ならないように構成することもできる。第１及び第２の撮像装置１２１、１２２の間の一定の（そうでない場合は既知の）間隔は、ヨー軸ＹＡ及び／又はロール軸ＲＡの周りのＵＡＶ１００の慣性モーメントを有意に増大させることなく正確な立体視画像生成を可能にする。従って、ＵＡＶ１００は、依然として高速かつ効果的に制御及び操作することができる。さらに、撮像装置支持体１２５並びに第１及び第２の撮像装置１２１、１２２は、航空機重心に比較的近接して配置することができ、航空機重心は、第１及び第２のプロペラ支持部材１１１、１１２が交差する点又はその近くとすることができる。これによって、撮像装置支持体１２５及び撮像装置１２１、１２２の重量をバランス調整するバラストを不要とすることができる。従って、この手法は、機体全体の重さを低減し、上述したように、ＵＡＶ１００の制御及び安定性に対する撮像装置１２１、１２２及び撮像装置支持体１２５の影響を低減する。
【００１５】
一部の実施形態において、ＵＡＶ１００は、未使用時にはコンパクトな収容構成で置かれるように特別に配置することができる。例えば、図２を参照すると、ＵＡＶ１００は、第１のプロペラ支持部材１１１及び第２のプロペラ支持部材１１２が略同一平面（例えば、収容平面２１６）にあるように折り畳むことができる。また、プロペラは、全体的に収容平面２１６の中に収まるように折り畳むこともできる。例えば、図２に示すように、第１、第２、第３、及び第４のプロペラ１４１、１４２、１４３、１４４の全ては、全体的に収容平面２１６内に収まるように折り畳まれている。ＵＡＶ１００を展開するために、第１及び第２のプロペラ支持部材１１１、１１２は、互いに対して回転されて、図１に示す展開構成になり、撮像装置支持体１２５が取り付けられて制御モジュール１８０に電気的に接続され、プロペラは、飛行に向けて広げられる。
【００１６】
図３は、ＵＡＶ１００のより図式化された図であり、第１のプロペラ１４１及び対応する第１のプロペラディスク１６１、並びに、第２、第３、第４のプロペラ１４２、１４３、１４４のそれぞれに関するプロペラディスク１６２、１６３、１６４を示す。図３は、第１及び第２の視野１３１、１３２を概略的に示し、これらは、第１のプロペラディスク１６１の前方で互いに近づき、第１のプロペラディスク１６１とは重ならない。重ならないことは、撮像支持装置１２５のピッチ方向ＰＤ範囲及び撮像支持装置１２５のロール方向ＲＤ範囲全体に適用される。典型的なピッチ方向範囲は３００度であり、典型的なロール方向範囲は９０度である。明瞭化のために、ジンバル支持体１２６、制御モジュール１８０、及び図１に示すＵＡＶの他の詳細は、図３には示されていない。
【００１７】
図４〜図１０は、本技術の一部の実施形態による構成を概略的に示し、これらの構成は、対応するプロペラの回転ディスクと撮像装置の視野との重なりを生成しない方法で、１又は２以上のプロペラの後ろ（後方）に配置された立体視撮像装置も含む。図４〜図１０は、各構成の間で異なる特徴をより明瞭に示すように、図３の方法で図形的に配置されている。各図面の少なくとも一部において、ＵＡＶの方向は、ＵＡＶが撮像装置の視野が前方の回転ディスクと重なっているかのように見える可能性があるが、これは、単にＵＡＶを見る角度による。図４〜図１０の図形的な図は、説明を容易にするために示されている。これらの図に示す実施形態のいずれも図１及び図２に示すもの同様の全体的な構成を有するが、異なるプロペラ及び／又はカメラ構成を備えることができる。
【００１８】
まず図４では、典型的なＵＡＶ４００は、「Ｘ」構成で配置された対応する第１及び第２のプロペラ支持体１１１、１１２を有する支持構造体１１０を含む。従って、ロール軸ＲＡは、飛行の前方方向ＦＤと一致するが、第１のプロペラ支持体１１１又は第２のプロペラ支持体１１２とは一致しない。対応する撮像装置支持体４２５は、ロール方向ＲＤ（ロール軸ＲＡと同一直線上か又はロール軸ＲＡに平行な軸周り）に回転しかつピッチ方向ＰＤ（ピッチ軸ＰＡと同一直線上か又はピッチ軸ＰＡに平行な線周り）に回転するように、ロール軸ＲＡに対して横方向に配置される。この配置によって、第１の回転ディスク１６１及び第３の回転ディスク１６３の両方は、第１及び第２の撮像装置１２１、１２２及び撮像装置支持体４２５の前方に配置される。従って、第１及び第２の撮像装置１２１、１２２は、対応する視野１３１、１３２と回転ディスク１６１、１６３との重なりを回避するように、撮像装置支持体４２５に沿ってロール軸ＲＡから図１及び図３に示す構成よりもさらに離れて配置することができる。この配置の利点は、第１及び第２の撮像装置１２１、１２２の間のより大きな距離によって、結果として得られる立体視画像の忠実性が高くなる点にある。この配置に関する潜在的な欠点は、撮像装置支持体４２５がより長くなり、これによって重量が増え、撮像装置支持体と第１及び第２の撮像装置１２１、１２２によって生じる慣性モーメントが増大する点である。大きな慣性モーメントによって、応答時間が遅くなる及び／又はＵＡＶ４００の操作特性が損なわれる可能性がある。しかしながら、特定の使用シナリオに応じて、高い立体視忠実性は、応答時間が遅くなるのを十分に埋め合わせることができる。
【００１９】
図５は、第１及び第２の撮像装置１２１、１２２の前方に配置されるがロール軸ＲＡと一致した軸線に沿って配置されている複数のプロペラ及び対応する回転ディスクを含むＵＡＶ５００の概略図である。特に、ＵＡＶ５００は、２つの第１のプロペラ及び対応する回転ディスク１６１ａ、１６１ｂ、及び、推力及び重量バランスのために、２つの第２のプロペラ及び回転ディスク１６２ａ、１６２ｂを含むことができる。第１及び第２の撮像装置１２２、１２２は、それぞれの第１及び第２の視野１３１、１３２が、２つの第１の回転ディスク１６１ａ、１６１ｂのどちらとも重ならないように配置されている。
【００２０】
図６は、本技術の典型的な実施形態による二重クワッドコプター構成を有する典型的なＵＡＶ６００を示す。従って、ＵＡＶ６００は、２つの同軸の第１の回転ディスク１６１ａ、１６１ｂ、２つの同軸の第２の回転ディスク１６２ａ、１６２ｂ、２つの同軸の第３の回転ディスク１６３ａ、１６３ｂ、及び２つの同軸の第４の回転ディスク１６４ａ、１６４ｂに外接するプロペラを含む。対応する撮像装置支持体６２５は、図１及び図３を参照して上述したのとほぼ同じ構成を有することができ、撮像装置１２２、１２２の間の間隔、及び／又は、ピッチ方向ＰＤ及び／又はロール方向ＲＤでの可動域が、組み合わされた２つの第１の回転ディスク１６１ａ、１６１ｂによって形作られた大きな容積を考慮して調節されている。
【００２１】
図７は、撮像装置支持体７２５がヨー軸ＹＡに沿って第２のプロペラ支持体１１２の真上に配置された典型的なＵＡＶ７００の概略図である。従って、３つのプロペラ及び対応する回転ディスクが、少なくとも部分的に第１の撮像装置１２１及び第２の撮像装置１２２の前方に配置されている。３つの回転ディスクは、第１の回転ディスク１６１、第３の回転ディスク１６３、及び第４の回転ディスク１６４を含む。この配置の利点は、撮像装置支持体７２５が、図１及び３に示す配置よりもＵＡＶ重心に接近して位置することができる点である。この配置の潜在的な欠点は、ロール方向ＲＤでの撮像装置支持体７２５の動きが、第２のプロペラ支持体１１２によって制限される可能性がある点である。また、ピッチ方向ＰＤでの光学又は撮像装置支持体７２５の動きは、第１及び第２の視野１３１、１３２と、第３及び第４の回転ディスク１６３、１６４並びに第２のプロペラ支持体１１２との間の重なりを回避するように制限することもできる。この潜在的な欠点は、第１の視野１３１が、第３の回転ディスク１６３と第１の回転ディスク１６１との間でどちらとも重なることなく広がるように第１の撮像装置１２１を配置し、第２の視野１３２が、第１の回転ディスク１６１及び第４の回転ディスク１６４との間で同様にどちらとも重なることなく位置するように第２の撮像装置１２２を配置することによって軽減することができるが、第２のプロペラ支持体１１２との重なりは依然として存在する可能性がある。
【００２２】
図８は、ヘキサコプター構成を有する別の典型的なＵＡＶ８００を概略的に示す。従って、ＵＡＶ８００は、図１及び図３を参照して上述したのとほぼ同じ特徴に加えて、第５の回転ディスク８６５及び第６の回転ディスク８６６と外接するプロペラを保持する第３のプロペラ支持体８１３を含むことができる。この実施形態の態様において、第１のプロペラ支持体１１１は、ロール軸ＲＡに沿って配向され、第２及び第３のプロペラ支持体１１２、８１３は、隣接するプロペラ支持体セグメントとの間で６０度の角度で一様で対称な六角形の形状を形成するために、第１のプロペラ支持体１１１に対して鋭角に配置されている。他の構成において、これらの角度は異なることができる。一般的に、対応する撮像装置支持体８２５は、ロール軸ＲＡに対して横方向に配置することができ、対応する第１及び第２の視野１３１、１３２が第１の回転ディスク１６１、第３の回転ディスク１６３、又は第６の回転ディスク８６６と重ならないように、第１及び第２の撮像装置１２２、１２２を保持することができる。
【００２３】
図９は、本技術の実施形態による六角形構成を有するＵＡＶ９００を示し、六角形構成において第３のプロペラ支持体９１３は、ヨー軸ＹＡに沿って整列し、対応するプロペラは、ヨー軸ＹＡを横切り（例えば、垂直である）、第５及び第６の回転ディスク９６５、９６６を生成する。対応する撮像支持装置９２５は、図１及び図３を参照して上述した方法とほぼ同じ図９に示す方法で第１及び第２の撮像装置１２２、１２２を保持することができ、第１の回転ディスク１６１の相対的サイズに応じて調節が行われる。特に、第１の回転ディスク１６１は、図３に示す第１の回転ディスク１６１よりも小さくすることができ（例えば、第５及び第６の回転ディスク９６５、９６６をもたらすプロペラの追加によって）、これは、第１及び第２の視野１３１、１３２を拡大すること、及び／又は、第１の撮像装置１２１と第２の撮像装置１２２と間の間隔を減少させることができる。
【００２４】
図１０は、本技術の一部の実施形態によるオクトコプター構成を有するＵＡＶ１０００の概略図である。従って、支持構造体１１０は、十字構成を有する第１及び第２のプロペラ支持体１１１、１１２、並びに同様に十字構成で配置され、第１及び第２のプロペラ支持体１１１、１１２によってもたらされた十字構成からオフセット（例えば、４５度）された第３及び第４のプロペラ支持体１０１３、１０１４を含むことができる。結果として得られた回転ディスクは、第１から第４の回転ディスク１６１−１６４、並びに第５から第８の回転ディスク１０６５−１０６８を含む。対応する撮像装置支持体１０２５は、図１０に示すようにロール軸ＲＡに対して横方向に配置することができ、対応する撮像装置視野１３１、１３２は、第１の回転ディスク１６１、第５の回転式ディスク１０６５、又は第８の回転式ディスク１０６８と重ならないように配置されている。
【００２５】
上述したように、本明細書で説明する一部の実施形態の１つの特徴は、少なくとも一対の立体視撮像装置が少なくとも１つのプロペラの後ろに配置できることである。この配置の利点は、プロペラが撮像装置によって取り込まれた画像に影響を与えることなく、撮像装置をＵＡＶ重心のより近くに配置できることである。特に、１又は２以上の後方プロペラの前方の撮像装置の位置は、これらのプロペラが取り込まれた画像に影響を与える可能性を低減又は排除する。同時に、各立体視撮像装置の間の間隔は、撮像装置の視野が重なる（従って、立体視撮像を促進する）が、依然として１又は複数の前方プロペラの前方でのみ重なるのを可能にすることができる。これらの実施形態のいずれにおいても、立体視撮像装置によってもたらされる忠実性及び奥行き分解能は、ＵＡＶがその環境内の対象物に対してそれ自体を正確に位置決めするのを可能にすることができる。これは、欠陥、損傷、及び／又は、小規模である可能性があるがそれでも検査された装置の性能に著しい悪影響を与える可能性がある他の問題を正確に特定する（一部の用途において補正する）のに十分な精度で、風力タービン、高圧電気タワー、携帯電話タワー、及び／又は他の設備を検査するのに特に有用であろう。
【００２６】
上述の典型的な構成のいくつかの別の特徴では、立体視撮像装置は、広い可動域を有することができ、特に、前方を見る、上方を見る、下方を見る立体視画像の全てをプロペラに干渉することなく提供することができる。これは、一般的な既存の構成とは異なっており、既存の構成では、このような広範囲の撮像角度をもたらすことができない、及び／又は、ＵＡＶのプロペラによって妨げられた画像をもたらす、及び／又は、立体視画像を生成することができない。
【００２７】
上述のように、前述の構成のうちのいくつかは、高解像度の画像を生成することができる。加えて、このような画像は、ＵＡＶが衝突するリスクがあるほど撮像装置に接近するのを必要とせずに生成することができる。特定の実施形態において、対を成す立体視撮像装置の固定された位置及びその間の距離によって、３〜５メートル離れた距離から、２００ミクロンの特徴部を解像することができる。典型的な構成において、プロペラの径は１７インチであり、第１及び第２の撮像装置は３２．５インチだけ相隔てており、撮像装置支持体は、第２のプロペラ支持部材の前方１２インチに配置される。前述の寸法は、様々な航空機サイズ、形状、構成、及び／又は目的に合わせて調節することができる。
【００２８】
以上から、本明細書では開示された技術の特定の実施形態が例示目的で説明されているが、本技術から逸脱することなく様々な変更を行い得ることを理解できるはずである。例えば、光学装置は、撮像装置、及び／又は、他の画像収集（又は他の作業）を容易にすることができかつ明瞭な視野から恩恵を受ける他の光学装置を含むことができる。典型的な装置は、距離器、プロジェクタ、及び／又は能動的照射体を含む。一部の実施形態において、プロペラは、電動式とすること、又は他のエンジン又はモーター形式で駆動することができる。ＵＡＶは、本明細書で明確に示して説明したもの以外のプロペラ数（例えば、１２、１６、３２、及び／又は他のプロペラ数）を含むことができ、これに関してプロペラディスクは、ＵＡＶが保持する光学装置の関連する視野と重ならない、
【００２９】
撮像支持部材は、撮像装置だけではなく何らかの適切な形式の光学装置を支持することができ、図１に示すようにジンバル支持体１２６に連結すること、又は支持構造体１１０の何らかの要素を含むＵＡＶの何らかの要素に連結することができる。上述の構成のうちのいくつかの構成において、撮像装置支持体はＵＡＶに対して枢動可能である。一部の構成、例えば限定された視野の高精度構成において、撮像装置支持体は固定することができる。一部の実施形態において、撮像装置支持体は、ヨー軸と同一直線上の又はヨー軸に平行な何らかの軸の周りでＵＡＶに対して枢動可能ではない。他の実施形態において、撮像装置支持体は、ヨー方向に回転することができる。他の実施形態において、撮像装置支持体は、異なる軸又は軸の組み合わせの周りを回転することができる。撮像装置は、複数の適切な画像形式のいずれかを生成することができ、撮像装置が作動する環境内の複数の適切な特性のいずれか及び／又は撮像装置が撮像する対象物を測定することができる。例示される構成のうちのいくつかの構成において、撮像装置支持体は、単一ペアの撮像装置を保持する。他の典型的な構成において、各撮像装置は、複数の撮像装置セットと置き換えることができる。他の典型的な構成において、ＵＡＶは、複数の撮像装置支持体を保持することができる。
【００３０】
特定の実施形態との関連で説明される本技術の特定の態様は、他の実施形態において組み合わせること又は除外することができる。例えば、何れの構成も上述の要素に加えて他の装置（例えば、グリッパ又は操作ツール）を含むことができる。何れの構成も図１に示す照明棒を含むこと又は除外することができる。さらに、開示された技術の特定の実施形態に関連した利点は、それらの実施形態との関連で説明されるが、他の実施形態は同様にこのような利点を呈することができ、全ての実施形態は、本技術の範囲に入るようにこのような利点を必ずしも呈する必要はない。従って、本開示及び関連技術は、本明細書で明示的に示されていない又は説明されていない他の実施形態を包含することができる。
【００３１】
本明細書で使用される場合、「Ａ及び／又はＢ」のような語句「及び／又は」は、Ａのみ、Ｂのみ、並びにＡ及びＢを意味する。引用により本明細書に組み込まれた何らかの内容の範囲で本開示は制限される。
【００３２】
本技術の典型的な実施例を以下でさらに説明する。
【００３３】
実施例
１．航空機ロール軸に沿って伸長し、相隔てた第１及び第２のプロペラを保持する第１のプロペラ支持部材と、
航空機ピッチ軸に沿って伸長し、十字構成でもって上記第１及び第２のプロペラの間で上記伸長した第１のプロペラ支持部材に取り付けられ、相隔てた第３及び第４のプロペラを保持する第２のプロペラ支持部材と、
上記伸長したプロペラ支持部材のうちの少なくとも１つによって保持されるジンバル支持体と、
第１の端部と第２の端部との間で伸長したカメラ支持体と、
を備え、
上記カメラ支持体は、上記第１のプロペラの後方かつ上記第２、第３、及び第４のプロペラの前方に配置され、上記カメラ支持体は、上記ジンバル支持体に結合されて上記ジンバル支持体に対してピッチ方向及びロール方向に枢動可能であり、上記カメラ支持体は、
第１の視野を有し、上記第１の端部の方に配置された第１のカメラと、
第２の視野を有し、上記第２の端部の方に配置された第２のカメラと、
を保持し、
上記第１のプロペラは、上記第１及び第２のカメラの前方かつ上記第１及び第２のカメラの間に配置され、上記第１及び第２の視野と重ならない回転ディスクを有する、無人航空機。
２．上記カメラ支持体は、上記ジンバル支持体から取り外し可能であり、上記第１の支持部材、上記第２の支持部材、及び上記ジンバル支持体は、枢動可能に結合され、
上記第１の支持部材、上記第２の支持部材、及び上記ジンバル支持体が同一平面に配置される収容構成と、
上記第２の支持部材が上記第１の支持部材及び上記ジンバル支持体を横切って配置される展開構成と、
の間で移動可能である、条項１に記載のシステム。
３．上記第１のカメラは、上記カメラ支持体の上記第１の端部の方に配置された複数のカメラのうちの１つである、条項１に記載のシステム。
４．航空機ロール軸、ピッチ軸、及びヨー軸に対して配向された支持構造体と、
上記支持構造体によって保持された複数のプロペラと、
上記支持構造体によって保持された第１及び第２の光学装置と、
を備え、
上記第１の光学装置は、第１の視野を有し、上記第２の光学装置は、第２の視野を有し、
上記複数のプロペラのうちの少なくとも１つは、上記第１及び第２の光学装置の前方かつ上記第１及び第２の光学装置の間に配置され、上記第１及び第２の視野と重ならない回転ディスクを有する、無人航空機システム。
５．上記第１及び第２の光学装置は、上記支持構造体に対して枢動可能である、条項４に記載のシステム。
６．上記第１及び第２の光学装置は、上記支持構造体に対して固定される、条項４に記載のシステム。
７．上記支持構造体は、第１の複数のプロペラを保持する第１のプロペラ支持部材と、第２の複数のプロペラを保持する第２のプロペラ支持部材とを含み、上記第１及び第２のプロペラ支持部材は重なる、条項４に記載のシステム。
８．上記第１及び第２のプロペラ支持部材は、十字を形成する、条項７に記載のシステム。
９．唯一の単一のプロペラは、上記第１及び第２の光学装置の前方かつ上記第１及び第２の光学装置の間に配置される、条項４に記載のシステム。
１０．上記第１及び第２の光学装置は、上記ヨー軸に平行な何らかの軸の周りで枢動可能ではない、条項４に記載のシステム。
１１．上記少なくとも１つのプロペラは、上記支持構造体に対して回転軸周りで回転可能であり、上記回転軸は、上記第１及び第２の光学装置の前方に配置される、条項４に記載のシステム。
１２．上記回転軸は、上記第１の光学装置の第１の開口及び上記第２の光学装置の第２の開口の前方に配置される、条項１１に記載のシステム。
１３．上記支持構造体によって保持され、上記複数のプロペラを制御するために上記複数のプロペラに作動可能に接続された制御モジュールをさらに備える、条項４に記載のシステム。
１４．上記第１及び第２の光学装置は、上記支持構造体に対してピッチ方向及びロール方向に枢動可能である、条項４に記載のシステム。
１５．上記第１及び第２の光学装置は、撮像装置支持体によって保持され、上記撮像装置は、上記支持構造体に対してピッチ方向及びロール方向に枢動可能である、条項４に記載のシステム。
１６．上記第１及び第２の撮像装置は、第１及び第２のカメラを含む、条項４に記載のシステム。
１７．上記第１及び第２のカメラは、上記可視スペクトルで作動する、条項１６に記載のシステム。
１８．上記第１及び第２のカメラは、上記赤外スペクトルで作動する、条項１６に記載のシステム。
１９．上記プロペラは、クワッドコプター構成で配置される、条項４に記載のシステム。
２０．上記プロペラは、同一平面内に配置され、対応するモーターに結合され、上記モーターのうちの２つは、上記残りの２つのモーターに対して逆向きである、条項１９に記載のシステム。
２１．上記プロペラは、ヘキサコプター構成で配置される、条項４に記載のシステム。
２２．上記プロペラは、オクトコプター構成で配置される、条項４に記載のシステム。
２３．上記立体撮像装置は、立体画像を生成するためにプロセッサに接続される、条項４に記載のシステム。
２４．上記プロセッサは、上記支持構造体によって保持される、条項２３に記載のシステム。
２５．上記プロセッサは、上記支持構造体の外にある、条項２３に記載のシステム。
２６．上記第１及び第２の光学装置は、上記第１及び第２の視野を上記ピッチ軸及び上記ロール軸を含む平面に対して下方へ向かわせるように回転可能である、条項４に記載のシステム。
２７．上記第１及び／又は第２の光学装置は、距離計、プロジェクタ、及び／又は能動的照射体を含む、条項４に記載のシステム。
２８．上記第１の光学装置は、上記支持構造体の右側の方の複数のカメラのうちの１つであり、上記第２の光学装置は、上記支持構造体の左側の方の複数のカメラのうちの１つである、条項４に記載のシステム。
２９．航空機ロール軸、ピッチ軸、及びヨー軸に対して配向された支持構造体と、
上記支持構造体によって保持された複数のプロペラと、
上記支持構造体によって保持された第１及び第２の光学装置であって、上記第１の光学装置は、第１の視野及び第１の可動域を有し、上記第２の光学装置は、第２の視野及び第２の可動域を有し、上記複数のプロペラのうちの少なくとも１つは、回転ディスクを有し、上記第１及び第２の光学装置の前方かつ上記第１及び第２の光学装置の間に配置される、第１及び第２の光学装置と、
命令がプログラムされた制御装置と、
を備え、
上記プログラムは、実行されると、
要求された光学装置の配向に対応する入力を受け取り、
上記入力に応答して、
上記第１の光学装置を、上記第１の視野が上記回転ディスクと重なることなく、上記第１の可動域内の何らかの可能性のある位置に向かわせ、
上記第２の光学装置を、上記第２の視野が上記回転ディスクと重なることなく、上記第２の可動域内の何らかの可能性のある位置に向かわせる、
ようになっている、無人航空機システム。
３０．上記支持構造体は、第１の複数のプロペラを保持する第１の複数のプロペラ支持部材と、第２の複数の支持部材を保持する第２の複数の支持部材とを含み、上記第１及び第２のプロペラ支持部材は重なる、条項２９に記載のシステム。
３１．上記第１及び第２の上記第１及び第２の光学装置は、上記ヨー軸に平行な何らかの軸の周りで枢動可能ではない、条項２９に記載のシステム。
３２．上記第１及び第２の光学装置は、撮像装置支持体によって保持され、上記撮像装置は、上記支持構造体に対してピッチ方向及びロール方向に枢動可能である、条項２９に記載のシステム。
【符号の説明】
【００３４】
１００  ＵＡＶ
１０１  照明棒
１１０  支持構造体
１１１  プロペラ支持部材
１１２  プロペラ支持部材
１１５  プロペラ支持部材
１２０  撮像システム
１２１  撮像装置
１２２  撮像装置
１２３  開口
１２５  光学装置支持体
１２６  ジンバル支持体
１３１  視野
１３２  視野
１４０  推進システム
１４１  プロペラ
１４２  プロペラ
１４３  プロペラ
１４４  プロペラ
１６１  プロペラディスク
１８０  機内制御モジュール
１８１  機外制御モジュール
１８２  制御装置
【図１】
2021521045.tif 000003
【図２】
2021521045.tif 000004
【図３】
2021521045.tif 000005
【図４】
2021521045.tif 000006
【図５】
2021521045.tif 000007
【図６】
2021521045.tif 000008
【図７】
2021521045.tif 000009
【図８】
2021521045.tif 000010
【図９】
2021521045.tif 000011
【図１０】
2021521045.tif 000012
【国際調査報告】
2021521045.tif 000013
2021521045.tif 000014