(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自律的な無人航空機（ＵＡＶ）用の可搬地上局であって、
コンテナと、
ＵＡＶを受けるように構成された、前記コンテナ内のワイヤレス再充電局と、
前記ワイヤレス再充電局と通信する、前記コンテナ上のソーラパネルと、
前記地上局が遠隔または自律的に運搬され得るように、前記地上局が遠隔または自律的に制御できるようにするコンテナ内またはその上の回路機構と
を備える、可搬地上局。
【請求項２】
前記ソーラパネルによって生成されたエネルギーが前記ワイヤレス再充電局に電力供給するように、前記ソーラパネルが前記ワイヤレス再充電局に直接接続される、請求項１に記載の可搬地上局。
【請求項３】
前記コンテナ内に電子機器ユニットをさらに備え、前記電子機器ユニットが再充電回路機構を含み、前記ソーラパネルによって生成されたエネルギーが前記ワイヤレス再充電局に電力供給するように、前記ソーラパネルが前記電子機器ユニットに接続され、前記電子機器ユニットが前記ワイヤレス再充電局に接続される、請求項１に記載の可搬地上局。
【請求項４】
前記ワイヤレス再充電局が、前記ＵＡＶを支持するように構成された支持構造体を備える、請求項１に記載の可搬地上局。
【請求項５】
前記支持構造体が、前記ＵＡＶを再充電位置に案内するように構成された案内アームを含む、請求項４に記載の可搬地上局。
【請求項６】
前記ワイヤレス再充電局が、前記ＵＡＶの電源に関連付けられた第２の誘導コイルと結合するように構成された第１の誘導コイルを備える、請求項１に記載の可搬地上局。
【請求項７】
前記コンテナ上にもしくはその中に位置付けられた通信モジュールまたは気象局のうちの少なくとも１つをさらに備える、請求項１に記載の可搬地上局。
【請求項８】
前記コンテナが、前記ソーラパネルが取り付けられる内側面を含む開放可能な上部パネルを含む、請求項１に記載の可搬地上局。
【請求項９】
前記コンテナの地上での移動を容易にするために、前記コンテナに車輪またはローラをさらに備える、請求項１に記載の可搬地上局。
【請求項１０】
前記コンテナの水中での移動を容易にするために、前記コンテナに舶用推進システムをさらに備える、請求項１に記載の可搬地上局。
【請求項１１】
前記コンテナが、２０フィートの標準輸送コンテナおよび４０フィートの標準輸送コンテナのうちの１つを備える、請求項１に記載の可搬地上局。
【請求項１２】
自律的な無人航空機（ＵＡＶ）用の可搬地上局であって、
コンテナと、
ＵＡＶを受けるように構成された、前記コンテナ内の再充電局と、
前記再充電局に電力供給するために前記再充電局と通信する、エネルギーを生成するための手段と、
コンテナを自律的に制御し、自律的に運搬する手段と
を備える、可搬地上局。
【請求項１３】
前記エネルギーを生成するための手段が、ソーラパネルを備える、請求項１２に記載の可搬地上局。
【請求項１４】
前記再充電局が、前記ＵＡＶの電源に関連付けられた第２の誘導コイルと結合するように構成された第１の誘導コイルを備える、請求項１２に記載の可搬地上局。
【請求項１５】
前記再充電局が、前記ＵＡＶの接点に係合するように構成された充電器を備える、請求項１２に記載の可搬地上局。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
[0001]垂直離着陸（「ＶＴＯＬ：vertical take-off and landing」）航空機、クワッドコプタおよびヘリコプタ、ならびに離着陸のために滑走路を必要とする固定翼航空機などの無人航空システム（「ＵＡＳ：unmanned aerial system」）または無人航空機（「ＵＡＶ：unmanned aerial vehicle」）は、軍事用途、警備用途、および消防用途、ならびに非軍事的調査作業のために配備されることが多い。ＵＡＶは、従来から、特にそのバッテリが迅速に取り替えられ得る領域での短い持続時間のミッションには効果的であるが、より長い持続時間のミッション、特に人間から離れた領域に配備される場合には効果的に活用されていない。
【発明の概要】
【０００２】
[0002]ＵＡＶ用の可搬地上局は、ＵＡＶが運搬および収容され得るコンテナを含む。コンテナは、ＵＡＶがミッションから戻った後にＵＡＶのバッテリまたは他の電源を再充電するワイヤレスまたは接点ベースの再充電局を含む。再充電局は、再充電局に電力供給するためのエネルギーを生成する１つまたは複数のソーラパネルに直接的にまたは間接的に接続され得る。地上局は、任意の輸送機関（例えば、飛行機、列車、ボート、トラックなど）から事実上どこにでも配備され得、人間が介入することなく長期間にわたり作動することができる。他の特徴および利点は以下で明らかになろう。上述した特徴は、別々にもしくはまとめて、またはそれらの１つもしくは複数を様々に組み合わせて、使用され得る。
【０００３】
[0003]図面において、同じ参照符号は、図全体を通して同じ要素を示す。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】[0004]一実施形態による、ＵＡＶ用の可搬地上局の上方斜視図。
【図２】[0005]図１に示される可搬地上局の、側壁が省略された状態の側方斜視図。
【図３】[0006]図１および図２に示される可搬地上局の、側壁が省略されＵＡＶが飛行した状態の側方斜視図。
【図４】[0007]一実施形態による、車輪を含む可搬地上局の側方斜視図。
【図５】[0008]一実施形態による、水中推進システムを含む可搬地上局の側方斜視図。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
[0009]本発明の様々な実施形態が次に記述される。以下の記述は、完全な理解のための具体的な詳細、およびこれらの実施形態を実現可能にする記述を提供する。しかし、当業者であれば、本発明はこれらの詳細の多くがなくても実施可能であることを理解するであろう。さらに、様々な実施形態の関連する記述を不必要にあいまいにするのを回避するために、一部のよく知られた構造または機能は詳細に示されない、または記述されないことがある。
【０００６】
[0010]以下に提示される記述で使用される用語は、たとえそれが本発明のある具体的な実施形態の詳細な記述と併せて使用されていても、最も広い妥当な態様で解釈されることが意図される。ある用語は以下で強調されることもあるが、何らかの制限された態様で解釈されることが意図される任意の用語があれば、この詳細な記述のセクションで明示的および具体的にそのように定義されることになる。
【０００７】
[0011]文脈上可能な場合には、単数形または複数形の用語は、それぞれ複数形または単数形の用語も含む。さらに、単語「または」が、２つ以上の項目のリストにおいて他の項目を除く単一の項目だけを意味するように明白に限定されない限り、そのようなリストにおける「または」の使用は、（ａ）リスト内の任意の単一の項目、（ｂ）リスト内のすべての項目、または（ｃ）リスト内の項目の任意の組合せ、を含むものと解釈される。さらに、別段の指定がない限り、「取り付けられる」または「接続される」などの用語は、一体化された接続、ならびに物理的に離れた構成要素間の接続も含むことが意図される。
【０００８】
[0012]本明細書で使用される用語「回路」および「回路機構」は、物理的な電子機器構成要素（すなわち、ハードウエア）、およびハードウエアを構成し得る、ハードウエアによって実行され得る、または他の態様でハードウエアに関連付けられ得る任意のソフトウエアもしくはファームウエア（すなわち「コード」）を指す。例えば、特定のプロセッサおよびメモリは、１つまたは複数の行の第１のコードを実行するとき第１の「回路」を備え、１つまたは複数の行の第２のコードを実行するとき第２の「回路」を備えてもよい。
【０００９】
[0013]本明細書で使用される用語「ミッション」は、そのコンテナから１回出発する間に、またはそのコンテナから複数回出発する間に、無人航空機（「ＵＡＶ」）によって実行される１つまたは複数の任務を指す。例えば、ミッションは、ＵＡＶがそのコンテナから派遣されて１つまたは複数の任務を完了し、その後再充電のためにコンテナに戻り得、その後再派遣されて１つまたは複数のさらなる任務を完了し得ることを含んでもよい。この上記の一連の事象は、代替的に、複数のミッション（例えば、１回の出発につき１つのミッション）を包含すると理解されてもよい。
【００１０】
[0014]次に図面を詳細に参照すると、図１〜図３に示される通り、ＵＡＶ１８用の可搬地上局１０は、２０フィートまたは４０フィートの標準輸送用コンテナなどの、地上局１０の構成要素を収容するコンテナ１２を含む。コンテナ１２は、地上局１０の構成要素およびＵＡＶ１８を、気象、動物、不要な人間の介入などから保護する。
【００１１】
[0015]ＵＡＶ支持構造体１４は、コンテナ１２に取り付けられるか、他の態様でコンテナ１２内に位置付けられる。ＵＡＶ１８が、参照により本明細書に組み込まれる２０１４年８月１４日に出願された米国特許出願第１４／４６０，０１３号に記載される垂直離着陸航空機（「ＶＴＯＬ」）のうちの１つなどのＶＴＯＬである場合には、支持構造体１４は、ＵＡＶ１８を再充電位置に案内するための概してＶ字形もしくはＹ字形の案内アーム１６または同様の特徴部を含み得る。一方、ＵＶＡがクワッドコプタまたはヘリコプタである場合には、支持構造体は着陸パッドまたは台を含み得る。これらの実施形態では、ＵＡＶを構造体内に位置付けるために、拡張全地球測位システム（「ＧＰＳ」）信号または磁気が使用され得る。追加的に、または代替的に、クワッドコプタまたはヘリコプタをその適切な着陸位置に導くために煙突状または同様の構造体が使用されてもよい。
【００１２】
[0016]ＵＡＶが、地上パッドまたは他の構造体に係合するように構成された着陸ギアまたは取付け機構を有する場合には、そのような構造体も含まれてよい。例えば、ＵＡＶがロボットアームまたは同様の機構を含む場合には、支持構造体は、ロボットアームが係合し得るボール、アンカー、フック、または他の特徴部を含んでもよい。
【００１３】
[0017]第１の誘導コイルまたは他の適切な充電要素を含むワイヤレス充電パッド２０は、ワイヤレス再充電局を形成するために、支持構造体１４に取り付けられ得るか、他の態様で支持構造体１４上にもしくはその近くに位置付けられてもよく、またはコンテナ１２に取り付けられてもよい。この実施形態では、ＵＡＶ１８は、ＵＡＶの１つまたは複数のバッテリもしくは他の電源に関連付けられた対応する第２の誘導コイルまたは充電要素を含む。第１の誘導コイルは、ＵＡＶのバッテリまたは他の電源を再充電するために、第２の誘導コイルと結合可能である。
【００１４】
[0018]代替的な実施形態では、再充電局は、ＵＡＶのバッテリまたは他の電源を再充電するためのワイヤまたは他の物理的なコネクタを含んでもよい。例えば、第１の開接点パッドがＵＡＶの翼の上面に含まれてもよく、第２の開接点パッドがＵＡＶの翼の下面に含まれてもよい。接点パッドのうちの一方がバッテリの正極を表し、他方が負極を表す。接点パッドは、支持構造体１４のＹ字形案内アーム１６に位置付けられた充電要素とインターフェースで接続してもよく、または別の適切な態様で接触してもよい。
【００１５】
[0019]電子機器ボックス２２などの電子機器ユニットまたはハウジングは、コンテナ１２に取り付けられ得るか、他の態様でコンテナ１２内にもしくはその上に位置付けられてもよい。電子機器ボックス２２は、バッテリ再充電回路機構、バッテリ蓄積部、ＵＡＶ健全性監視回路機構、自律回路機構、気象監視回路機構、またはＵＡＶのミッションに適した任意の他の特徴部を含むことができる。さらにＵＡＶ１８は、任意選択で、電子機器ボックス２２内の通信回路機構を介してデータまたは他のフィードバックを提供することができる。他の実施形態では、ＵＡＶ１８自体が、ワイヤレスまたは他の伝送技術を介して直接的なフィードバックを提供してもよい。いくつかの実施形態では、気象局または他の気象監視装置が、コンテナ１２に含まれてもよい。気象局は、スタンドアローン型の装置であってもよく、または電子機器ボックス２２と一体化されていてもよい。
【００１６】
[0020]１つまたは複数のソーラパネル２４は、コンテナ１２に取り付けられていてもよく、またはコンテナ１２と一体化されていてもよい。例えば、ソーラパネル２４は、上部パネルが開いたときにソーラパネル２４が概して空に面して日光に露出されるように、コンテナ１２の１つまたは複数の上部パネルの下側に装着され得るか、他の態様で取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、ソーラパネル２４は電子機器ボックス２２に接続され得るか、他の態様でそれと通信することができ、次いで電子機器ボックス２２は、電力線２６、またはソーラパネル２４によって生成されるエネルギーを充電パッド２０に送達するのに適した他の要素を介して、充電パッド２０または他の再充電器に接続され得るか、他の態様でそれらと通信することができる。他の実施形態では、電力線は、ソーラパネル２４から充電パッド２０または他の再充電器まで直接通っていてもよい。
【００１７】
[0021]アンテナ２８、または通信信号を送受信するための同様の通信モジュールもしくは装置が、コンテナ１２に取り付けられ得るか、他の態様でコンテナ１２内にもしくはその上に位置付けられてもよい。いくつかの実施形態では、アンテナ２８は電子機器ボックス２２に装着され、電子機器ボックス２２内の回路機構に電気的に接続されてもよい。他の実施形態では、アンテナは、１つまたは複数のケーブル、ワイヤ、もしくは他の適切なコネクタを介して電子機器ボックス２２内の電子機器回路機構に接続されてもよい。図にはパラボラアンテナが示されているが、任意の他の適切なアンテナが使用されてもよい。
【００１８】
[0022]地上局１０は、地上局１０の送達、追跡、および回収を補助するためにＧＰＳまたは同様のナビゲーションシステムを含むことができる。このシステムは、電子機器ボックス２２に含まれてもよく、またはコンテナ１２内もしくはその上の他の場所に位置付けられてもよい。そのようなシステムは、地上局１０が人間から離れた地点に送達されるときに特に有用である。
【００１９】
[0023]図４に示されるように、いくつかの実施形態では、コンテナ１２は、地上での、および地点間のその運搬を容易にするために、車輪３０またはローラを含んでもよい。これらの実施形態では、地上局の現場において人間の介入を必要とせずに地上局１０が運搬され得るように、地上局１０は、地上局を遠隔でまたは自律的に制御できるようにする回路機構を電子機器ボックス２２内または別の場所に含むことができる。
【００２０】
[0024]図５に示されるように、いくつかの実施形態では、地上局１０は、コンテナ１２を水中で進ませるための、プロペラ、インペラ、またはアジマススラスタなどの舶用推進システム（「ＭＰＳ：marine propulsion system」）３２を含んでもよい。地上局１０が、車輪３０またはＭＰＳ３２、またはそれらの両方を含む場合、地上局１０は、ソーラパネル２４により生成されるエネルギーを最大化するために、陸上または水上で太陽の位置を追跡するようにＧＰＳまたは別のナビゲーションシステムによって案内されてもよい。
【００２１】
[0025]使用に際し、地上局１０は、航空機、自動車、ボート、または他の適切な輸送機関を介して所望の地点に運搬され得る。例えば、地上局１０にはパラシュートが装備されてもよく、飛行機（有人または無人）で運ばれ、次いで飛行機から所望の地点に落とされてもよい。または、地上局１０は、ボート（有人または無人）で海、湖、または他の水域の所望の地点まで運搬されてもよい。この実施形態では、地上局１０は、ＵＡＶのミッション中にはボートのデッキに残ったままであってもよい。別の実施形態では、地上局１０は、トラック（有人または無人）によって所望の地点まで運搬されてもよく、任意選択で、所望の地点に到着したらトラックから移動されてもよい。別の実施形態では、地上局１０は、ドックまで（それ自体の車輪で、または他の態様で）運搬されてもよく、次いでＭＰＳ３２を使用して水に入り、水中の所望の地点までそれ自体を進ませてもよい。
【００２２】
[0026]地上局１０がその作動地点まで送達されると、コンテナ１２の内部を周囲環境に露出するために、１つまたは複数の上部パネルまたは蓋が開かれてもよく、こうしてＵＡＶ１８が進入および退出できるようになる。いくつかの実施形態では、上述された通り、コンテナ１２が開いたときにソーラパネル２４が概して空に面して日光に露出されるように、上部パネルの１つまたは複数のうちの下側に１つまたは複数のソーラパネル２４が含まれてもよい。ソーラパネル２４は、電子機器ボックス２２またはＵＡＶ充電パッド２０に電力供給するために使用され得る電気を生成するために、太陽からの光エネルギーを使用する。
【００２３】
[0027]ＵＡＶ１８は、ミッションを実行するために事前プログラムされていてもよく、または、ＵＡＶ１８は、ミッション中に手動により遠隔で操作されてもよい。ＵＡＶ１８が離陸しコンテナ１２を出ると、コンテナ１２の内部を気象、動物、人間などから保護するために、任意選択で、コンテナ１２の上部パネルもしくは蓋が自動的にまたは手動で閉じられてもよい。
【００２４】
[0028]ＵＡＶが戻ると、ＵＡＶ１８を受け入れるために上部パネルまたは蓋が再度開かれてもよく、ＵＡＶ１８は支持構造体１４上に案内される。支持構造体１４に載ると、ＵＡＶの誘導パッドまたは他の充電要素が、支持構造体１４上のまたはその近くの対応する充電要素と位置合わせされ、それによりＵＡＶの１つまたは複数のバッテリもしくは他の電源がワイヤレスで再充電され得る（または、他の実施形態では、上述されたように接点を介して再充電され得る）。コンテナ１４の上部パネルまたは蓋は、任意選択で、再充電過程中は自動的にまたは手動で閉じられてもよい。
【００２５】
[0029]本明細書に記述される可搬地上局１０は、いくつかの利点を提供する。例えば、地上局１０は、遠隔地点に降ろされてもよく、人間の介入なしに自律的なミッションを実行することができる。さらに、完全に充電されたＵＡＶ１８は、比較的長い持続時間（例えば、２時間以上）にわたってコンテナ１２から離れていることができ、人間の介入なしに数カ月または数年にわたって繰り返しミッションを実行することができる。ＵＡＶ１８は、特定のミッションによって必要とされるデータまたは他のフィードバックを、セルラーネットワーク、衛星ネットワーク、または別の適切なネットワークを介して提供することもできる。
【００２６】
[0030]上述した実施形態のいずれもが、単独でまたは互いに組み合わせて使用され得る。さらに、可搬地上局は、本明細書に記述されていないさらなる特徴を含むことができる。いくつかの実施形態が示され記述されたが、当然ながら、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更および置換が行われ得る。したがって、本発明は、以下の特許請求の範囲およびその等価物以外によって制限されるべきではない。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］  無人航空機（ＵＡＶ）用の可搬地上局であって、
コンテナと、
ＵＡＶを受けるように構成された、前記コンテナ内のワイヤレス再充電局と、
前記ワイヤレス再充電局と通信する、前記コンテナ上のソーラパネルと
を備える、可搬地上局。
［２］  前記ソーラパネルによって生成されたエネルギーが前記ワイヤレス再充電局に電力供給するように、前記ソーラパネルが前記ワイヤレス再充電局に直接接続される、［１］に記載の可搬地上局。
［３］  前記コンテナ内に電子機器ユニットをさらに備え、前記電子機器ユニットが再充電回路機構を含み、前記ソーラパネルによって生成されたエネルギーが前記ワイヤレス再充電局に電力供給するように、前記ソーラパネルが前記電子機器ユニットに接続され、前記電子機器ユニットが前記ワイヤレス再充電局に接続される、［１］に記載の可搬地上局。
［４］  前記ワイヤレス再充電局が、前記ＵＡＶを支持するように構成された支持構造体を備える、［１］に記載の可搬地上局。
［５］  前記支持構造体が、前記ＵＡＶを再充電位置に案内するように構成された案内アームを含む、［４］に記載の可搬地上局。
［６］  前記ワイヤレス再充電局が、前記ＵＡＶの電源に関連付けられた第２の誘導コイルと結合するように構成された第１の誘導コイルを備える、［１］に記載の可搬地上局。
［７］  前記コンテナ上にもしくはその中に位置付けられた通信モジュールまたは気象局のうちの少なくとも１つをさらに備える、［１］に記載の可搬地上局。
［８］  前記コンテナが、前記ソーラパネルが取り付けられる内側面を含む開放可能な上部パネルを含む、［１］に記載の可搬地上局。
［９］  前記コンテナの地上での移動を容易にするために、前記コンテナに車輪またはローラをさらに備える、［１］に記載の可搬地上局。
［１０］  前記コンテナの水中での移動を容易にするために、前記コンテナに舶用推進システムをさらに備える、［１］に記載の可搬地上局。
［１１］  前記コンテナが、２０フィートの標準輸送コンテナおよび４０フィートの標準輸送コンテナのうちの１つを備える、［１］に記載の可搬地上局。
［１２］    無人航空機（ＵＡＶ）用の可搬地上局であって、
コンテナと、
ＵＡＶを受けるように構成された、前記コンテナ内の再充電局と、
前記再充電局に電力供給するために前記再充電局と通信する、エネルギーを生成するための手段と
を備える、可搬地上局。
［１３］  前記エネルギーを生成するための手段が、ソーラパネルを備える、［１２］に記載の可搬地上局。
［１４］  前記再充電局が、前記ＵＡＶの電源に関連付けられた第２の誘導コイルと結合するように構成された第１の誘導コイルを備える、［１２］に記載の可搬地上局。
［１５］  前記再充電局が、前記ＵＡＶの接点に係合するように構成された充電器を備える、［１２］に記載の可搬地上局。
［１６］  無人航空機（ＵＡＶ）のミッションを実行するための方法であって、
ＵＡＶを収容するコンテナを、作動地点まで送達することと、
前記コンテナの上部パネルを開けることと、
前記ＵＡＶをミッションに派遣することと、
前記ＵＡＶが前記コンテナに戻ると、前記コンテナの内側に位置付けられた再充電局で前記ＵＡＶを受けることと、
前記ＵＡＶの電源を再充電することと
を備える、方法。
［１７］  人間のローカルな介入なしに前記ミッションが実行されるように、前記コンテナを送達した後に、前記コンテナを前記作動地点に残しておくことをさらに備える、［１６］に記載の方法。
［１８］  再充電中に前記ＵＡＶを外部環境から保護するために、前記ＵＡＶが前記再充電局に受けられた後、前記上部パネルを閉じることをさらに備える、［１６］に記載の方法。
［１９］  前記ＵＡＶが再充電された後、前記ＵＡＶを次のミッションに派遣することをさらに備える、［１６］に記載の方法。
［２０］  太陽の位置を追跡するように地上局が自律的に動くことをさらに備える、［１６］に記載の方法。
【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５】
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