(57)【要約】本書は、無人航空乗り物ハイウェイをナビゲートするように構成された無人航空乗り物（ＵＡＶ）を説明する。ＵＡＶは、環境データを集めるように構成されたセンサと、ＵＡＶをナビゲートするように構成されたコンピューティングシステムとを含むナビゲーションシステムを含む。コンピューティングシステムは、環境データを１つ以上のスペクトルにおける規定されたデータシグネチャと比較し、無人航空乗り物ハイウェイにおける無人航空乗り物の位置を決定する。ＵＡＶは、機械的エネルギーを生成するように構成された機関と、機関に結合され、機関によって生成された機械的エネルギーから電気エネルギーを生成するように構成された発電機モータとを含む、ハイブリッド発電機システムを含む。ナビゲーションシステムは、発電機モータによって生成された電気エネルギーによって給電される。
2020513122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無人航空乗り物であって、前記無人航空乗り物は、
ナビゲーションシステムであって、前記ナビゲーションシステムは、
１つ以上のスペクトルにおける環境データを集めるように構成されたセンサと、
コンピューティングシステムであって、前記コンピューティングシステムは、
前記環境データを前記１つ以上のスペクトルにおける規定されたデータシグネチャと比較することであって、前記規定されたデータシグネチャは、無人航空乗り物ハイウェイに関連付けられている、ことと、
前記環境データを前記規定されたデータシグネチャと比較することに基づいて、前記無人航空乗り物ハイウェイにおける前記無人航空乗り物の位置を決定することと
を行うように構成されている、コンピューティングシステムと
を備えている、ナビゲーションシステムと、
ハイブリッド発電機システムと
を備え、
前記ハイブリッド発電機システムは、
機械的エネルギーを生成するように構成された機関と、
前記機関に結合され、前記機関によって生成された前記機械的エネルギーから電気エネルギーを生成するように構成された発電機モータと、
回転するように前記無人航空乗り物の少なくとも１つのプロペラを駆動するように構成された少なくとも１つのロータモータと
を備え、
前記少なくとも１つのロータモータは、発電機モータによって生成された前記電気エネルギーによって給電され、
前記ナビゲーションシステムは、前記発電機モータによって生成された前記電気エネルギーによって給電される、無人航空乗り物。
【請求項２】
前記ナビゲーションシステムの前記センサは、熱センサを備え、前記１つ以上のスペクトルは、前記無人航空乗り物ハイウェイの熱放出を備えている、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項３】
前記ナビゲーションシステムは、カメラ、測距センサ、赤外線センサ、および加速度計のうちの１つ以上のものを備えている、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項４】
前記ナビゲーションシステムの前記コンピューティングシステムは、
前記ナビゲーションシステムの記憶装置内にナビゲーション環境の少なくとも一部を表すデジタル標高モデルを記憶することと、
前記環境データが前記デジタル標高モデルの少なくとも一部に対応することを決定することと、
前記デジタル標高モデルにおける基準点に対する前記無人航空乗り物の標高および前記無人航空乗り物の場所のうちの１つ以上のものを決定することと、
ｉ）前記基準点に対する前記無人航空乗り物の前記標高および前記無人航空乗り物の前記場所のうちの１つ以上のものと、ｉｉ）前記無人航空乗り物ハイウェイにおける前記基準点の位置とに基づいて、前記無人航空乗り物ハイウェイにおける前記無人航空乗り物の前記位置をマッピングすることと
を行うようにさらに構成されている、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項５】
前記無人航空乗り物ハイウェイは、所定の経路のマップを備えている、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項６】
前記所定の経路のマップは、送電線および送電塔の網に対応し、前記規定されたデータシグネチャは、送電塔および送電線のうちの１つを示すデータを備えている、請求項５に記載の無人航空乗り物。
【請求項７】
前記所定の経路のマップは、道路網に対応し、前記規定されたデータシグネチャは、前記道路網のある道路の少なくとも一部を示すデータを備えている、請求項５に記載の無人航空乗り物。
【請求項８】
前記所定の経路のマップは、パイプライン網に対応し、前記規定されたデータシグネチャは、前記パイプライン網のあるパイプラインの少なくとも一部を示すデータを備えている、請求項５に記載の無人航空乗り物。
【請求項９】
１つ以上のスペクトルは、複数のスペクトルを備え、それぞれのデータシグネチャは、各スペクトルに関連付けられており、前記ナビゲーションシステムの前記コンピューティングシステムは、
マップを生成することであって、前記マップは、第１のデータシグネチャの前記マップにおける第１の位置を前記スペクトルの第１のスペクトルに関連付けられていると指定し、第２のデータシグネチャの第２の位置を前記スペクトルの第２のスペクトルに関連付けられていると指定する、ことと、
前記第１の位置および前記第２の位置を指定する前記生成されたマップに基づいて、前記無人航空乗り物ハイウェイにおける前記無人航空乗り物の位置を決定することと
を行うように構成されている、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項１０】
前記規定されたデータシグネチャは、ニューラルネットワークのシナプスの中にプログラムされており、前記環境データを前記規定されたデータシグネチャと比較することは、前記環境データを前記ニューラルネットワークの中に入力することを含む、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項１１】
前記規定されたデータシグネチャは、位置特定およびマッピングナビゲーションアルゴリズムのためのランドマークを示す、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項１２】
前記ナビゲーションシステムの前記コンピューティングシステムは、因子グラフを生成するように構成され、前記ランドマークは、前記因子グラフにおけるノードによって表される、請求項１１に記載の無人航空乗り物。
【請求項１３】
前記ナビゲーションシステムの前記コンピューティングシステムは、特徴データベースからの複数のデータシグネチャを使用して訓練されるニューラルネットワークを実装し、
前記ナビゲーションシステムの前記コンピューティングシステムは、前記集められた環境データを用いて前記特徴データベースを更新するように構成されている、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項１４】
前記ナビゲーションシステムの前記コンピューティングシステムは、
前記環境データを集めることと並行してシミュレーションを実行し、その後に集められる環境データの値を予測することと、
前記その後に集められる環境データの前記予測された値をその後に集められた環境データの測定された値と比較することと、
前記予測された値と前記測定された値との間の差異に基づいて、前記シミュレーションを更新することと
を行うように構成されている、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項１５】
前記１つ以上のスペクトルは、磁場を備え、前記規定されたデータシグネチャは、前記磁場の大きさの変化を備えている、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項１６】
前記ナビゲーションシステムの前記コンピューティングシステムは、
前記無人航空乗り物ハイウェイの渋滞部分を示すデータを受信することと、
少なくとも部分的に前記渋滞部分を回避するために、前記受信されたデータに基づいて、前記無人航空乗り物ハイウェイにおける前記無人航空乗り物の経路を計画することと
を行うように構成されている、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項１７】
前記規定されたデータシグネチャは、前記無人航空乗り物ハイウェイのビーコンを示す、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項１８】
バッテリをさらに備え、前記バッテリは、前記発電機モータによって生成された前記電気エネルギーによって充電されるように構成され、前記バッテリは、前記ナビゲーションシステムに給電するために、前記ナビゲーションシステムに電力を提供する、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項１９】
前記ナビゲーションシステムは、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を備え、前記規定されたデータシグネチャは、ＧＰＳ座標を含む、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項２０】
前記規定されたデータシグネチャは、セルラーネットワークのための塔識別子を含む、請求項１に記載の無人航空乗り物。
【請求項２１】
無人航空乗り物ハイウェイに沿って無人航空乗り物をナビゲートする方法であって、前記方法は、
ナビゲーションシステムの１つまたは複数のセンサによって、１つ以上のスペクトルにおける環境データを集めることと、
前記ナビゲーションシステムのコンピューティングシステムによって、前記環境データを前記１つ以上のスペクトルにおける規定されたデータシグネチャと比較することであって、前記規定されたデータシグネチャは、無人航空乗り物ハイウェイに関連付けられている、ことと、
前記ナビゲーションシステムのコンピューティングシステムによって、前記環境データを前記規定されたデータシグネチャと比較することに基づいて、前記無人航空乗り物ハイウェイにおける前記無人航空乗り物の位置を決定することと、
ハイブリッド発電機システムによって前記ナビゲーションシステムに電力を提供することと
を含み、
前記ハイブリッド発電機システムは、
前記ハイブリッド発電機システムの機関によって機械的エネルギーを生成することと、
前記機関に結合された発電機モータによって、前記機関によって生成された前記機械的エネルギーから電気エネルギーを生成することと
を行うように構成され、
前記電気エネルギーは、前記ナビゲーションシステムに給電するように構成されている、方法。
【請求項２２】
前記ナビゲーションシステムの記憶装置内にナビゲーション環境の少なくとも一部を表すデジタル標高モデルの少なくとも一部を記憶することと、
前記環境データが前記デジタル標高モデルの一部に対応することを決定することと、
前記デジタル標高モデルにおける基準点に対する前記無人航空乗り物の標高および前記無人航空乗り物の場所のうちの１つ以上のものを決定することであって、前記デジタル標高モデルの基準点は、前記無人航空乗り物ハイウェイにおける規定された位置である、ことと、
ｉ）前記基準点に対する前記無人航空乗り物の前記標高および前記無人航空乗り物の前記場所のうちの１つ以上のものと、ｉｉ）前記無人航空乗り物ハイウェイにおける前記基準点の前記規定された位置とに基づいて、前記無人航空乗り物ハイウェイにおける前記無人航空乗り物の前記位置をマッピングすることと
をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記１つ以上のスペクトルは、複数のスペクトルを備え、前記方法は、
前記コンピューティングシステムによって、マップを生成することであって、前記マップは、第１のデータシグネチャの前記マップにおける第１の位置を前記スペクトルの第１のスペクトルに関連付けられていると指定し、第２のデータシグネチャの第２の位置を前記スペクトルの第２のスペクトルに関連付けられていると指定する、ことと、
前記第１の位置および前記第２の位置を指定する前記生成されたマップに基づいて、前記無人航空乗り物ハイウェイにおける前記無人航空乗り物の前記位置を決定することと
をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記規定されたデータシグネチャは、ニューラルネットワークのシナプスの中にプログラムされており、前記環境データを前記規定されたデータシグネチャと比較することは、前記環境データを前記ニューラルネットワークの中に入力することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記ナビゲーションシステムの前記コンピューティングシステムは、特徴データベースからの複数のデータシグネチャを使用して訓練されるニューラルネットワークを実装し、
前記ナビゲーションシステムは、前記集められた環境データを用いて前記特徴データベースを更新するように構成されている、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記コンピューティングシステムによって、前記環境データを集めることと並行してシミュレーションを実行し、その後に集められる環境データの値を予測することと、
前記コンピューティングシステムによって、前記その後に集められる環境データの前記予測された値をその後に集められた環境データの測定された値と比較することと、
前記コンピューティングシステムによって、前記予測された値と前記測定された値との間の差異に基づいて、前記シミュレーションを更新することと
をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記無人航空乗り物ハイウェイの渋滞部分を示すデータを受信することと、
少なくとも部分的に前記渋滞部分を回避するために、前記受信されたデータに基づいて、前記無人航空乗り物ハイウェイにおける前記無人航空乗り物の経路を計画することと
をさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
コンピューティングシステムによって実行可能である命令を記憶している非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体であって、前記コンピューティングシステムは、
ナビゲーションシステムの１つまたは複数のセンサから、１つ以上のスペクトルにおける環境データを受信することと、
前記環境データを前記１つ以上のスペクトルにおける規定されたデータシグネチャと比較することであって、前記規定されたデータシグネチャは、無人航空乗り物ハイウェイに関連付けられている、ことと、
前記環境データを前記規定されたデータシグネチャと比較することに基づいて、前記無人航空乗り物ハイウェイにおける前記無人航空乗り物の位置を決定することと
を含む動作を実施するように構成されている、非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項２９】
１つ以上のスペクトルは、複数のスペクトルを備え、前記動作は、
前記コンピューティングシステムによって、マップを生成することであって、前記マップは、第１のデータシグネチャの前記マップにおける第１の位置を前記スペクトルの第１のスペクトルに関連付けられていると指定し、第２のデータシグネチャの第２の位置を前記スペクトルの第２のスペクトルに関連付けられていると指定する、ことと、
前記第１の位置および前記第２の位置を指定する前記生成されたマップに基づいて、前記無人航空乗り物ハイウェイにおける前記無人航空乗り物の位置を決定することと
をさらに含む、請求項２８に記載の非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体。
【請求項３０】
前記動作は、
前記無人航空乗り物ハイウェイの渋滞部分を示すデータを受信することと、
少なくとも部分的に前記渋滞部分を回避するために、前記受信されたデータに基づいて、前記無人航空乗り物ハイウェイにおける前記無人航空乗り物の経路を計画することと
をさらに含む、請求項２８に記載の非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権の主張）
本願は、米国特許出願第６２／５２９，０８１号（２０１７年７月６日出願）に対する米国特許法§１１９（ｅ）に基づく優先権を主張し、上記出願の全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、ドローンのためのナビゲーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
今日の輸送システムの多くは、乗り物がそれらのルートを安全にナビゲートすることを可能にする専用インフラストラクチャをそれらに備えている。例えば、ハイウェイは、出口番号および標識を有し、鉄道は、信号ステーションを有し、有人航空機は、航空交通管理システムを有する等。ＧＰＳは、今日の輸送システムの大部分にわたって支配的ナビゲーションシステムとして殆どの他のものに取って代わっているが、周知の脆弱性が存在する。多くの輸送システムは、したがって、ＧＰＳのバックアップを維持している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書に説明されるＵＡＶは、既存の輸送、通信、およびエネルギーインフラストラクチャシステムの要素を効率的に利用することができる。ＵＡＶは、新しいドローン特有のナビゲーションインフラストラクチャを確立することなく、米国内および海外等の長い距離にわたって安全かつ確実に計画およびナビゲートするように構成される。
【０００５】
統合ナビゲーションアプローチが、ＧＰＳの有無を問わず正確かつロバストなナビゲーションを実現するために、リアルタイムセンサ読み取り値と関係づけられ得る既存の国家インフラストラクチャの既知の要素およびシグネチャと、ドローンによって搬送されるオンボードコンピューティングとを活用する。
【０００６】
本明細書に説明されるＵＡＶは、いくつかの利点を含む。熱、赤外線、無線、磁気、および可視光撮像を使用する等のマルチスペクトル撮像が、ＵＡＶハイウェイの通路に沿ったＵＡＶの位置特定および経路計画を促進する。ＧＰＳ停止が起こる場合等、１つ以上のセンサが動作不能になる場合、ＵＡＶは、依然として、安全かつ確実に、自律的にＵＡＶハイウェイをナビゲートすることができる。ＵＡＶハイウェイのマルチスペクトル分析は、ＵＡＶがＵＡＶハイウェイのローカルマップを構築し、そのローカルマップを前から存在するマップおよび既知のシグネチャと関係づけることを可能にし、固有のＧＰＳ不正確度を上回るようにナビゲーション正確度を改良する。
【０００７】
ＵＡＶは、電力線等の既存のインフラストラクチャを使用してナビゲートするように構成され、このインフラストラクチャが安全かつ効果的なドローンハイウェイとして使用されることを可能にする。例えば、電力線は、米国本土を横断してマッピングされ、これらのマップは、ＵＡＶによる自律的ナビゲーションのために使用される事前ロードされたグローバルマップとしての役割を果たすことができる。電力線は、比較的に孤立し、電力線の上方の空域は、開けている。加えて、電力線は、熱、赤外線、および可視光等の多くのスペクトルにおける際立ったデータシグネチャを有し、種々の技法を採用することによって検出されることができる。これらの利点は、鉄道線路、パイプライン、自動車ハイウェイ等の他の形態のインフラストラクチャに適用される。
【０００８】
ナビゲーションシステムのコンピューティングシステムによって要求されるコンピューティング電力は、ＵＡＶにオンボードの発電機によって提供される。発電機（ハイブリッド電力システムの一部であり得る）は、本明細書に説明される算出集約的ナビゲーション技法（機械学習、メッシュ通信、同時位置特定およびマッピング等を使用するものを含む）をサポートするために十分な電力を提供する。さらに、ＵＡＶにオンボードの電力システムは、上で説明される多くのスペクトルにおけるデータシグネチャを集めるセンサに給電する。ＵＡＶにオンボードの電力システムは、したがって、本明細書に説明されるドローンハイウェイシステムを使用するためのナビゲーション技法を可能にする。
【０００９】
無人航空乗り物（ＵＡＶ）は、１つ以上のスペクトルにおける環境データを集めるように構成されたセンサを含むナビゲーションシステムを含む。ナビゲーションシステムは、環境データを１つ以上のスペクトルにおける規定されたデータシグネチャと比較し、規定されたデータシグネチャは、無人航空乗り物ハイウェイに関連付けられ、環境データを規定されたデータシグネチャと比較することに基づいて、無人航空乗り物ハイウェイにおける無人航空乗り物の位置を決定するように構成されているコンピューティングシステムを含む。ＵＡＶは、ハイブリッド発電機システムを含む。ハイブリッド発電機システムは、機械的エネルギーを生成するように構成された機関と、機関に結合され、機関によって生成された機械的エネルギーから電気エネルギーを生成するように構成された発電機モータとを含む。ＵＡＶは、回転するように無人航空乗り物の少なくとも１つのプロペラを駆動するように構成された少なくとも１つのロータモータを含み、少なくとも１つのロータモータは、発電機モータによって生成された電気エネルギーによって給電され、ナビゲーションシステムは、発電機モータによって生成された電気エネルギーによって給電される。
【００１０】
いくつかの実装では、無人航空乗り物（ＵＡＶ）は、１つ以上のスペクトルにおける環境データを集めるように構成されたセンサを含むナビゲーションシステムを含む。ナビゲーションシステムは、環境データを１つ以上のスペクトルにおける規定されたデータシグネチャと比較し、規定されたデータシグネチャは、無人航空乗り物ハイウェイに関連付けられ、環境データを規定されたデータシグネチャと比較することに基づいて、無人航空乗り物ハイウェイにおける無人航空乗り物の位置を決定するように構成されているコンピューティングシステムを含む。ＵＡＶは、発電機システムを含む。発電機システムは、機関に結合され、電気エネルギーを生成するように構成された発電機モータを含む。ＵＡＶは、回転するように無人航空乗り物の少なくとも１つのプロペラを駆動するように構成された少なくとも１つのロータモータを含み、少なくとも１つのロータモータは、発電機モータによって生成された電気エネルギーによって給電され、ナビゲーションシステムは、発電機モータによって生成された電気エネルギーによって給電される。
【００１１】
いくつかの実装では、ナビゲーションシステムのセンサは、熱センサを備え、１つ以上のスペクトルは、無人航空乗り物ハイウェイの熱放出を備えている。いくつかの実装では、ナビゲーションシステムは、カメラ、測距センサ、赤外線センサ、および加速度計のうちの１つ以上のものを備えている。
【００１２】
いくつかの実装では、ナビゲーションシステムのコンピューティングシステムは、ナビゲーションシステムの記憶装置内にナビゲーション環境の少なくとも一部を表すデジタル標高モデルを記憶し、環境データがデジタル標高モデルの少なくとも一部に対応することを決定し、デジタル標高モデルにおける基準点に対する無人航空乗り物の標高および無人航空乗り物の場所のうちの１つ以上のものを決定し、ｉ）基準点に対する無人航空乗り物の標高および無人航空乗り物の場所のうちの１つ以上のものと、ｉｉ）無人航空乗り物ハイウェイにおける基準点の位置とに基づいて、無人航空乗り物ハイウェイにおける無人航空乗り物の位置をマッピングするようにさらに構成されている。
【００１３】
いくつかの実装では、無人航空乗り物ハイウェイは、所定の経路のマップを備えている。所定の経路のマップは、送電線および送電塔の網に対応し、規定されたデータシグネチャは、送電塔および送電線のうちの１つを示すデータを備えている。いくつかの実装では、所定の経路のマップは、道路網に対応し、規定されたデータシグネチャは、道路網のある道路の少なくとも一部を示すデータを備えている。いくつかの実装では、所定の経路のマップは、パイプライン網に対応し、規定されたデータシグネチャは、パイプライン網のあるパイプラインの少なくとも一部を示すデータを備えている。
【００１４】
いくつかの実装では、それぞれのデータシグネチャが各スペクトルに関連付けられる、複数のスペクトルが、集められる。ナビゲーションシステムのコンピューティングシステムは、ｉ）スペクトルの第１のスペクトルに関連付けられるものとして第１のデータシグネチャのマップにおける第１の位置を指定し、ｉｉ）スペクトルの第２のスペクトルに関連付けられるものとして第２のデータシグネチャの第２の位置を指定するマップを生成するように構成される。ナビゲーションシステムのコンピューティングシステムは、第１の位置および第２の位置を指定する生成されたマップに基づいて、無人航空乗り物ハイウェイにおける無人航空乗り物の位置を決定する。
【００１５】
いくつかの実装では、規定されたデータシグネチャは、ニューラルネットワークのシナプスの中にプログラムされており、環境データを規定されたデータシグネチャと比較することは、環境データをニューラルネットワークの中に入力することを含む。
【００１６】
いくつかの実装では、規定されたデータシグネチャは、位置特定およびマッピングナビゲーションアルゴリズムのためのランドマークを示す。いくつかの実装では、ナビゲーションシステムのコンピューティングシステムは、因子グラフを生成するように構成され、ランドマークは、因子グラフにおけるノードによって表される。
【００１７】
いくつかの実装では、ナビゲーションシステムのコンピューティングシステムは、特徴データベースからの複数のデータシグネチャを使用して訓練されるニューラルネットワークを実装する。ナビゲーションシステムのコンピューティングシステムは、集められた環境データを用いて特徴データベースを更新するように構成される。
【００１８】
いくつかの実装では、ナビゲーションシステムのコンピューティングシステムは、環境データを集めることと並行してシミュレーションを実行し、その後に集められる環境データの値を予測し、その後に集められる環境データの予測された値を、その後に集められた環境データの測定された値と比較するように構成される。コンピューティングシステムは、予測された値と測定された値との間の差異に基づいて、シミュレーションを更新する。
【００１９】
いくつかの実装では、１つ以上のスペクトルは、磁場を備え、規定されたデータシグネチャは、磁場の大きさの変化を備えている。
【００２０】
いくつかの実装では、ナビゲーションシステムのコンピューティングシステムは、無人航空乗り物ハイウェイの渋滞部分を示すデータを受信し、少なくとも部分的に渋滞部分を回避するために、受信されたデータに基づいて、無人航空乗り物ハイウェイにおける無人航空乗り物の経路を計画するように構成される。
【００２１】
いくつかの実装では、規定されたデータシグネチャは、無人航空乗り物ハイウェイのビーコンを示す。
【００２２】
いくつかの実装では、ＵＡＶは、発電機モータによって生成された電気エネルギーによって充電されるように構成されたバッテリを含む。バッテリは、ナビゲーションシステムに給電するために、ナビゲーションシステムに電力を提供する。
【００２３】
いくつかの実装では、ナビゲーションシステムは、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機を備え、規定されたデータシグネチャは、ＧＰＳ座標を含む。
【００２４】
いくつかの実装では、規定されたデータシグネチャは、セルラーネットワークのための塔識別子を含む。
【００２５】
無人航空乗り物は、ナビゲーションシステムの１つまたは複数のセンサによって、１つ以上のスペクトルにおける環境データを集めることと、ナビゲーションシステムのコンピューティングシステムによって、環境データを１つ以上のスペクトルにおける規定されたデータシグネチャと比較することであって、規定されたデータシグネチャは、無人航空乗り物ハイウェイに関連付けられている、ことと、ナビゲーションシステムのコンピューティングシステムによって、環境データを規定されたデータシグネチャと比較することに基づいて、無人航空乗り物ハイウェイにおける無人航空乗り物の位置を決定することと、ハイブリッド発電機システムの機関によって機械的エネルギーを生成し、機関に結合された発電機モータによって、機関によって生成された機械的エネルギーから電気エネルギーを生成するように構成され、電気エネルギーは、ナビゲーションシステムに給電するように構成されている、ハイブリッド発電機システムによってナビゲーションシステムに電力を提供することとを含む、動作を実施する。
【００２６】
いくつかの実装では、無人航空乗り物の動作は、ナビゲーションシステムの記憶装置内にナビゲーション環境の少なくとも一部を表すデジタル標高モデルの少なくとも一部を記憶することを含む。ＵＡＶのコンピューティングシステムは、環境データがデジタル標高モデルの一部に対応することを決定し、デジタル標高モデルにおける基準点に対する無人航空乗り物の標高および無人航空乗り物の場所のうちの１つ以上のものを決定し、デジタル標高モデルの基準点は、無人航空乗り物ハイウェイにおける規定された位置である。ＵＡＶのコンピューティングシステムは、ｉ）基準点に対する無人航空乗り物の標高および無人航空乗り物の場所のうちの１つ以上のものと、ｉｉ）無人航空乗り物ハイウェイにおける基準点の規定された位置とに基づいて、無人航空乗り物ハイウェイにおける無人航空乗り物の位置をマッピングする。
【００２７】
いくつかの実装では、ＵＡＶの動作は、コンピューティングシステムによって、スペクトルの第１のスペクトルに関連付けられるものとして第１のデータシグネチャのマップにおける第１の位置を指定し、スペクトルの第２のスペクトルに関連付けられるものとして第２のデータシグネチャの第２の位置を指定する、マップを生成することをさらに含む。ＵＡＶのコンピューティングシステムは、第１の位置および第２の位置を指定する生成されたマップに基づいて、無人航空乗り物ハイウェイにおける無人航空乗り物の位置を決定する。
【００２８】
いくつかの実装では、規定されたデータシグネチャは、ニューラルネットワークのシナプスの中にプログラムされており、環境データを規定されたデータシグネチャと比較することは、環境データをニューラルネットワークの中に入力することを含む。
【００２９】
いくつかの実装では、ナビゲーションシステムのコンピューティングシステムは、特徴データベースからの複数のデータシグネチャを使用して訓練されるニューラルネットワークを実装し、ナビゲーションシステムは、集められた環境データを用いて特徴データベースを更新するように構成される。
【００３０】
いくつかの実装では、ＵＡＶの動作は、コンピューティングシステムによって、環境データを集めることと並行してシミュレーションを実行し、その後に集められる環境データの値を予測することと、コンピューティングシステムによって、その後に集められる環境データの予測された値を、その後に集められた環境データの測定された値と比較することと、コンピューティングシステムによって、予測された値と測定された値との間の差異に基づいて、シミュレーションを更新することとを含む。
【００３１】
いくつかの実装では、ＵＡＶの動作は、無人航空乗り物ハイウェイの渋滞部分を示すデータを受信することと、少なくとも部分的に渋滞部分を回避するために、受信されたデータに基づいて、無人航空乗り物ハイウェイにおける無人航空乗り物の経路を計画することとを含む。
【００３２】
いくつかの実装では、無人航空乗り物の１つ以上の非一過性コンピュータ読み取り可能な媒体は、ナビゲーションシステムの１つまたは複数のセンサから、１つ以上のスペクトルにおける環境データを受信することと、環境データを１つ以上のスペクトルにおける規定されたデータシグネチャと比較することであって、規定されたデータシグネチャは、無人航空乗り物ハイウェイに関連付けられている、ことと、環境データを規定されたデータシグネチャと比較することに基づいて、無人航空乗り物ハイウェイにおける無人航空乗り物の位置を決定することとを行うために構成されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、ナビゲーションシステムを伴う例示的無人航空乗り物を示す。
【図２】図２は、無人航空乗り物ハイウェイの例示的環境を示す。
【図３】図３は、ハイウェイの経路をナビゲートする無人航空乗り物の例示的環境を示す。
【図４】図４は、事前ロードされたマップの例を示す。
【図５】図５は、例示的マイクロハイブリッド発電機システムの図を示す。
【図６】図６は、マイクロハイブリッド発電機システムの側面斜視図を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、マイクロハイブリッド発電機の側面図を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、マイクロハイブリッド発電機の分解側面図を示す。
【図８】図８は、マイクロハイブリッド発電機システムの斜視図を示す。
【図９】図９は、マイクロハイブリッド発電機システムと統合されるＵＡＶの斜視図を示す。
【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示す。
【図１１】図１１は、例示的マイクロハイブリッド発電機システムを伴う例示的ＵＡＶに関する市場潜在性対耐久性のグラフを示す。
【図１２】図１２は、マイクロ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。
【図１３】図１３は、取り外し可能サブシステムを伴うマイクロハイブリッド発電機システムの図を示す。
【図１４】図１４Ａは、ＵＡＶの一部として統合される取り外し可能サブシステムを伴うマイクロハイブリッド発電機システムの図を示す。図１４Ｂは、地上ロボットの一部として統合される取り外し可能サブシステムを伴うマイクロハイブリッド発電機システムの図を示す。
【図１５】図１５は、動作時の取り外し可能飛行パックを伴う地上ロボットを示す。
【図１６】図１６は、マイクロハイブリッド発電機システムの制御システムを示す。
【図１７】図１７−１９は、ＵＡＶの図を示す。
【図１８】図１７−１９は、ＵＡＶの図を示す。
【図１９】図１７−１９は、ＵＡＶの図を示す。
【図２０】図２０および２１は、マイクロハイブリッド発電機システムの一部の図を示す。
【図２１】図２０および２１は、マイクロハイブリッド発電機システムの一部の図を示す。
【図２２】図２２Ａおよび２２Ｂは、マイクロハイブリッド発電機システムの一部の図を示す。
【図２３】図２３は、機関の一部の図を示す。
【図２４】図２４は、無人航空乗り物ハイウェイをナビゲートするための例示的プロセスのフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本明細書に説明されるものは、無人航空乗り物（ＵＡＶ）のためのナビゲーションシステムである。ナビゲーションシステムは、ＵＡＶが、数マイル、数十マイル、または数百マイルの長い距離にわたって等、第１の場所から第２の場所まで自律的にナビゲートすることを可能にする。ナビゲーションシステムは、所望の目的地までナビゲートするために、ＵＡＶがとるルートを決定するための経路計画計算を実施する。経路計画計算は、ＵＡＶを自律的にナビゲートするために、事前ロードされたマップからのデータおよび飛行中にＵＡＶ上に搭載されたセンサから取得されたデータを使用する。
【００３５】
ＵＡＶのナビゲーションシステムは、航空乗り物の自律的ナビゲーションの動作のために指定された経路の内側でＵＡＶをナビゲートする。そのような経路は、「ＵＡＶハイウェイ」として把握されることができ、ＵＡＶが２つの場所の間でナビゲートするための動作の許容可能区域と見なされる。ＵＡＶハイウェイは、ＵＡＶが動作可能な開けた空域を提供する。ＵＡＶハイウェイは、他の航空交通またはインフラストラクチャに干渉せず、ＵＡＶのための交通管理を含むＵＡＶの予測可能で安全な自律的ナビゲーションを促進する。ＵＡＶは、ＵＡＶが禁止空域に進入しないように、ＵＡＶハイウェイを使用してナビゲートするように構成される。ＵＡＶは、交通渋滞がないルート、目的地までの最短ルート等の効率的なルートをとることによって所望の場所までナビゲートするように構成される。
【００３６】
ナビゲーションシステムは、ＵＡＶハイウェイ内であると指定される経路に沿ってＵＡＶを自律的にナビゲートすることができる。いくつかの実装では、ナビゲーションシステムは、前から存在するトポロジインフラストラクチャに沿ってルートを計画する。例えば、ＵＡＶのナビゲーションシステムは、送電網の発電所の間にある高電圧送電線および近傍の塔に沿って等、送電網インフラストラクチャに沿ったルートを計画するように構成されることができる。例えば、ＵＡＶのナビゲーションシステムは、電柱によって支持されるデータ線および電力線等の遠隔通信インフラストラクチャに沿ったルートを計画するように構成されることができる。ナビゲーションシステムは、公知のトポロジレイアウトを利用して既存の地上インフラストラクチャを活用する。ナビゲーションシステムは、ナビゲーションのためにトポロジレイアウトの要素を一意に識別する。識別される要素は、限定ではないが、下でより詳細に説明されるように、いくつかの電力線およびそれらの間隔／構成、塔の高さ、塔の形状等のインフラストラクチャの物理的要素、ならびに可視、ＩＲ、熱、磁気、熱、および他のそのようなマルチスペクトルシグネチャ等のマルチスペクトルシグネチャを含むことができる。
【００３７】
図１は、ＵＡＶハイウェイ（例えば、送電網インフラストラクチャによって指定された経路）をナビゲートするように構成される例示的ＵＡＶ１００を示す。ＵＡＶ１００は、複数のロータ１３０が結合されるフレーム１２０を含む。各ロータ１３０は、プロペラ１４０に結合される。いくつかの実装では、ロータ１３０およびプロペラ１４０は、図５−９に関して下でより詳細に説明されるように、マイクロハイブリッド発電機システムの一部である。
【００３８】
ＵＡＶ１００は、指定されたＵＡＶハイウェイに沿ってＵＡＶを自律的にナビゲートするように構成されるナビゲーションシステム１１０を含む。ナビゲーションシステム１１０は、局所環境についてのデータを収集するためのセンサパッケージを含む。収集されたデータは、経路選択およびナビゲーションのために使用される。１つ以上のタイプの感知技法が、ナビゲーションシステムによって採用され得、例えば、受動的および／または能動的技法が、使用され得る。例えば、受動的な光学、熱等のセンサ技術が、使用され得る。同様に、入射信号を伝送し、反射された信号を収集するレーダ、ＬｉＤＡＲ等のシステムが、ナビゲーションシステムによって採用され得る。ナビゲーションシステム１１０は、ＵＡＶ１００のセンサパッケージから受信された環境データおよびＵＡＶの記憶装置内に記憶されたデータの両方を処理するように構成される１つ以上の論理エンジンを含む。
【００３９】
ＵＡＶ１００のナビゲーションシステムは、ＵＡＶ１００の環境についてのデータを集めるように構成される。集められたデータは、ナビゲーションシステム１１０が、環境内のＵＡＶの場所を決定し、ナビゲーションシステム１１０が、環境を通したＵＡＶのための経路を計画するために使用されることができる。例えば、ナビゲーションシステム１１０は、下でさらに詳細に説明されるように、位置特定のためのナビゲーションランドマークを認識するように構成されることができる。ナビゲーションシステム１１０は、下でさらに詳細に説明されるように、ナビゲーション中に環境の特定のインフラストラクチャまたは特徴と相互作用するため等、ナビゲートされている環境のために特殊化されることができる。いくつかの実装では、ナビゲーションシステム１１０は、センサパッケージ内に多くの個別的なセンサを含む。例えば、ナビゲーションシステム１１０のセンサパッケージは、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、赤外線（ＩＲ）センサ、磁場センサ、熱センサ、レーダ、および電気光学センサ、聴覚センサ、加速度計、コンパス、測距センサ、カメラ、または環境データを集めるための他のそのようなセンサを含むことができる。
【００４０】
ナビゲーションシステム１１０は、ＵＡＶ１００の外側に位置付けられているように描写されるが、いくつかの実装では、ナビゲーションシステムは、ＵＡＶ１００の筐体の内側に位置付けられ得る。いくつかの実装では、例えば、センサの設計および／または機能に応じて、ナビゲーションシステム１１０内に含まれるセンサのうちの１つ以上のものは、ＵＡＶ１００の筐体の内側に位置付けられ得、センサのうちの１つ以上のものは、ＵＡＶ１００の筐体の外側に位置付けられ得る。
【００４１】
ナビゲーションシステム１１０は、環境の特徴を使用して、環境を通してＵＡＶ１００を自律的にナビゲートするように構成される。ナビゲーションシステム１１０のセンサは、ＵＡＶハイウェイを画定する前から存在するインフラストラクチャによって指定されるルートに沿ってＵＡＶ１００をナビゲートするように構成されることができる。
【００４２】
図２に目を向けると、電力伝送および分配インフラストラクチャおよび／または遠隔通信伝送インフラストラクチャを含む代表的環境２００が、示される。送電線２２０を支持する電柱２１０が、ＵＡＶハイウェイの許容可能空域を画定する。電柱２１０および送電線２２０は、一緒に、ＵＡＶ１００のナビゲーションシステム１１０によって検出可能であり、自律的ナビゲーション中に使用される特徴を含む網を形成する。環境２００は送電線インフラストラクチャを示すが、ＵＡＶが網に対してそれ自体を位置特定し得る他のインフラストラクチャ網も、ＵＡＶハイウェイを確立することができる。例えば、ＵＡＶハイウェイは、道路網、パイプライン網、運河または水路網、鉄道線路等を使用して確立され得る。いくつかの実装では、携帯電話用鉄塔網が、伝送される塔識別データ、信号強度等を使用する等して使用されることができる。
【００４３】
ＵＡＶ１００のナビゲーションシステム１１０は、ＵＡＶが所望の目的地により近づくようにする伝送インフラストラクチャに沿ったルートを決定することができる。いくつかの実装では、ルートは、伝送インフラストラクチャの事前ロードされたマップからのデータに従って計画されることができる。例えば、ナビゲーションシステム１１０は、ＵＡＶ１００を伝送インフラストラクチャの網内のある位置に対して位置特定し、伝送インフラストラクチャを通した所望の目的地までの経路を計画することができる。いくつかの実装では、ナビゲーションシステム１１０は、経路計画のための事前ロードされたマップを有しておらず、代わりに、ＵＡＶ１００が伝送インフラストラクチャに沿ってナビゲートしながらルートを予測することによって、（例えば、既知のＧＰＳ座標によって指定された）目的地に向かってナビゲートする。ナビゲーション技法（例えば、アルゴリズム）が、図３−４に関連して下でさらに詳細に説明される。
【００４４】
ＵＡＶ１００のナビゲーションシステム１１０は、伝送インフラストラクチャの一部を感知し、伝送インフラストラクチャに沿ってＵＡＶをナビゲートする。以下の例は、ＵＡＶ１００を感知し、所望の目的地までナビゲートするために、ナビゲーション中に個別に、または任意の組み合わせのいずれかで使用されることができる。
【００４５】
いくつかの実装では、ナビゲーションシステム１１０は、カメラを含み、環境２００の視覚的特徴を使用してＵＡＶ１００を位置特定する。電柱２１０は、ナビゲーションシステム１１０によって認識されることができ、ナビゲーションシステムは、近傍の電柱の場所を観察することによって、ＵＡＶが送電線からあまり遠くに離れないことを確実にすることができる。いくつかの実装では、ナビゲーションシステム１１０は、高圧送電線において使用される塔を視覚的に認識するように構成され、塔は、環境の他の特徴に対して異なる視覚シグネチャを有し得る。例えば、塔は、特定の塔を識別する番号（例えば、数値識別子を提示する取り付けられた標識）を含み得る。ナビゲーションシステム１１０は、番号を認識し、記憶されたマップ内でＵＡＶ１００の場所を決定することができる。
【００４６】
ナビゲーションシステム１１０は、柱２１０の間に及ぶ線（例えば、電力線）を認識することができる。例えば、画像処理アルゴリズムが、１つ以上の線２２０によって生成される視覚シグネチャを検出するために使用されることができる。ナビゲーションシステム１１０は、１つ以上の線がインフラストラクチャの一部であり、辿られるべきであると決定する。例えば、ナビゲーションシステム１１０は、画像捕捉デバイス（例えば、カメラ）によって捕捉された画像から線２２０を抽出するために、処理技法（例えば、ハフ変換、ガウスフィルタリング、キャニーエッジ検出、他のエッジ検出アルゴリズム等）を採用し得る。いくつかの実装では、処理リソースを節約し、ＵＡＶ１００の反応時間を短縮するために、ナビゲーションシステム１１０は、電力線をナビゲーションシステムによって生成されたローカルマップ上の特定の場所にマッピングするのではなく、特徴が電力線であるかどうかを推定するための閾値を使用する。いくつかの実装では、ナビゲーションシステム１１０は、後の位置特定決定および経路ヒステリシスのために使用されるローカルマップに特徴をプロットする。いくつかの実装では、ナビゲーションシステム１１０は、検出された線２２０のサイズまたは数に基づいて、ＵＡＶ１００を位置特定することができる。
【００４７】
いくつかの実装では、ナビゲーションシステム１１０は、環境２００の特徴に対するＵＡＶ１００の標高および場所を決定するために、デジタル標高モデル（ＤＥＭ）を使用する。ナビゲーションシステム１１０は、環境２００に対するＵＡＶ１００の高度、速度、および場所を決定するために、カメラによって収集された画像および測距センサ（例えば、レーダ、ＬｉＤＡＲ等のセンサ）によって収集された測距データの両方を使用することができる。例えば、カメラは、ステレオカメラであり得、測距情報は、画像の対から導出されることができる。いくつかの実装では、航続距離は、飛行する間の画像追跡された特徴と組み合わせて慣性センサデータを使用することによって推定され得る。環境２００の特徴が、ＤＥＭ画像合わせ算出のための基準点として使用される。
【００４８】
いくつかの実装では、ナビゲーションシステム１１０は、ＤＥＭデータを、送電塔および塔間の電力線の既知の高さ表すデータと組み合わせる。ナビゲーションシステム１１０は、道路、ガードレール、または電力線インフラストラクチャに関連付けられない他の構造等のセンサによって検出される余計な線を明確にする。このように、ナビゲーションシステム１１０は、外れ値データ、誤検知等のナビゲーションシステム１１０のセンサによって収集されたデータをフィルタ処理することができる。例えば、ＤＥＭによって規定された（例えば、予測された）標高に合致しない、ナビゲーションシステムによって検出される線は、ＵＡＶハイウェイの一部としての考慮事項から除去される。ナビゲーションシステム１１０は、地上のＵＡＶの高度の推定値を提供するために、送電線特徴を表すデータと共にＤＥＭを使用する。高度推定値は、位置特定冗長性のためにＬｉＤＡＲ測定値および他の収集されたデータと比較されることができる。
【００４９】
いくつかの実装では、ナビゲーションシステム１１０は、線２２０に沿って電力伝送によって生成された磁場を測定するように構成される磁気センサを含む。例えば、磁気センサは、線２２０に近接した磁場の方向を検出する。電力伝送によって生成された磁場は、線２２０を通して流動する電流の量に比例するので、ナビゲーションシステム１１０は、検出された磁気信号強度に基づいて、磁気センサから線２２０までの距離を決定することができる。ナビゲーションシステム１１０は、局所的磁場の大きさおよび方向の両方を検出する。ナビゲーションシステム１１０は、磁場の測定された方向を使用して、線２２０に対するＵＡＶ１００の向きを決定することができる。ナビゲーションシステム１１０は、磁場測定値を記憶し、経時的な検出された磁場の変化を検出することができる。磁気センサは、４００ｋＶ電力線によって生成されるもの等の１００μＴ未満である大きさの磁場を検出することができる。いくつかの実装では、磁気センサは、大きさにおいて１μＴと同程度に小さい磁場を検出する。
【００５０】
ナビゲーションシステム１１０は、送電線に対するＵＡＶ１００の場所およびＵＡＶ１００の進行の方向を決定するために、測定された磁場を使用する。例えば、ナビゲーションシステム１１０は、磁場がある閾値を下回って下降する場合、ＵＡＶ１００が送電網から離れているかどうかを決定するように構成される。ナビゲーションシステム１１０は、送電線２２０により近接してナビゲートするようにＵＡＶ１００のコントローラに命令することができる。ナビゲーションシステム１１０は、ＵＡＶ１００が高電圧電力線または変電所に接近する場合等、磁場が変化する場合、ＵＡＶ１００の進行方向または場所を検出する。例えば、ナビゲーションシステム１１０が検出された磁場の急激なスパイクを検出する場合、ナビゲーションシステム１１０は、ＵＡＶ１００が、より高い電圧の電力伝送へのステップアップを含む伝送インフラストラクチャ上の位置またはその近傍にあると決定することができる。ナビゲーションシステム１１０は、したがって、伝送インフラストラクチャの記憶されたマップを参照して等、ＵＡＶ１００が位置する可能な場所のリストを絞り込むことができる。そのような位置特定は、下でさらに詳細に説明される、経路計画を補助することができる。
【００５１】
いくつかの実装では、ナビゲーションシステム１１０は、送電線２２０、変圧器（図示せず）、または環境の他のそのような特徴から等の赤外線放射を測定するために、赤外線センサ（ＩＲセンサ）を含む。ナビゲーションシステム１１０は、送電線２２０からの距離を決定するために、受信されたＩＲ信号の強度を分析する。ナビゲーションシステム１１０は、受信されたＩＲ信号の変化を検出し、ＵＡＶ１００を位置特定することができる。例えば、受信されたＩＲ信号が短い期間（例えば、１分未満）にわたって上昇するとき、ナビゲーションシステム１１０は、より高い電力の場所（変電所等）が近傍にあると決定することができる。ＩＲ信号は、ＵＡＶを位置特定するために他のデータ（視覚データ、ＬｉＤＡＲ測定値等）と組み合わせて使用され得るデータシグネチャをナビゲーションシステム１１０に提供する。ＩＲ信号のデータシグネチャは、他のデータシグネチャと類似しており、特徴抽出のために他のデータと比較されることができる。例えば、ＩＲ信号は、画像データ、測距データ等から線２２０の測定値を抽出することを補助するために使用されることができる。
【００５２】
ナビゲーションシステム１１０は、線２２０の熱放出および環境２００の他の特徴の熱放出を検出するために、熱センサを使用することができる。線２２０は、環境の他の特徴に対して等、比較的に独特の熱シグネチャを有するので、線２２０は、熱放出データを使用して、ナビゲーションシステム１１０によって区別または確認されることができる。いくつかの実装では、熱センサは、ＵＡＶ１００の近傍の特徴の熱放出を描写する画像を提供することができる。特徴の熱放出の形状、サイズ等は、特徴の内容を決定するために処理されることができる。例えば、長く細い熱放出は、電力線を示す。熱データは、夜間に使用されるか、または他のソースから収集されたデータと冗長であり得る。
【００５３】
いくつかの実装では、電柱２１０上のビーコン２５０が、ナビゲーションを補助するために使用されることができる。ビーコンは、ＵＡＶ１００のナビゲーションシステム１１０に認識可能である信号を伝送する可視ビーコン、赤外線ビーコン、電磁ビーコン、データ送受信機等であり得る。ビーコン２５０は、ＵＡＶハイウェイ上のルートを識別するために使用されることができる。いくつかの実装では、ビーコン２５０は、均一または殆ど均一である。いくつかの実装では、１つ以上のビーコン２５０が、ナビゲーションシステム１１０によるナビゲーション、位置特定、および経路計画のために使用される特定の場所における環境内に位置することができる。例えば、電柱２１０は、２つの異なるルートの間の合流点において特定のビーコンを有し得る。ビーコンは、特定の色であること、所定のチャネル上でデータ信号を伝送すること、特定の頻度で点滅すること、またはそのような他の際立った挙動によって等、ＵＡＶ１００が合流点にあることをナビゲーションシステム１１０に示し得る。いくつかの実装では、ビーコン２５０は、ルートが渋滞していること、遮断されていること等を示すため等、交通制御のために使用される。ビーコン２５０の場所は、ナビゲーションシステム１１０の事前ロードされたマップ上に示されることができる。ビーコン２５０は環境２００内の電柱２１０上に示されるが、ビーコンは、ＵＡＶハイウェイのために使用されているインフラストラクチャの他の部分上に設置されることもできる。いくつかの実装では、ビーコン２５０は、街灯、列車信号等のインフラストラクチャの一部である。
【００５４】
いくつかの実装では、ナビゲーションシステム１１０は、位置特定およびナビゲーションのためにＧＰＳデバイスを使用する。ナビゲーションシステム１１０は、マップ上のＵＡＶ１００の位置を決定するために、集められたＧＰＳデータを事前ロードされたマップに関係づけることができる。ナビゲーションシステム１１０は、所望の目的地に到達するための進行のために要求される進行方向を決定するためにＧＰＳデータを使用し、決定された要求される進行方向に基づいて、環境２００の伝送インフラストラクチャに沿ったルートを計画することができる。
【００５５】
ナビゲーションシステム１１０は、冗長性のために、および位置特定の正確度を増加させるために、上で説明されるような複数のソース（例えば、ＧＰＳ、熱、電磁、赤外線、視覚等）からデータを集める。例えば、ＧＰＳデータが受信されないか、またはナビゲーションのために要求される分解能を有していない場合、他のデータが、位置特定およびナビゲーションのために使用されることができる。いくつかの実装では、投票システムが、ランドマークがＵＡＶ１００のナビゲーションシステム１１０によって識別されているかどうかを決定するために使用されることができる。例えば、ナビゲーションシステム１１０は、特徴の内容を決定するために、環境２００内の特徴の熱シグネチャ、視覚シグネチャ、および電磁シグネチャを使用することができる。例えば、ナビゲーションシステム１１０がある閾値を上回る磁場を検出し、熱撮像が近傍の線を示す場合、ナビゲーションシステム１１０は、カメラが線の存在を視覚的に確認することができないか、またはＧＰＳデバイスが機能していない場合であっても、ＵＡＶ１００が電力線２２０の近傍にあると結論付け得る。
【００５６】
ＵＡＶのナビゲーションシステム１１０は、ナビゲーションのために、１つ以上の他のソース（例えば、マップデータベース）によって提供されるマップメタデータを使用することができる。例えば、ＵＡＶは、マップ内に存在する道路、建物等の名称を表すメタデータを含むマップをダウンロードすることができる。いくつかの実装では、メタデータは、ドローンナビゲーションのために好ましいマップ内のルートを規定する。例えば、ある領域を通した１つ以上の特定の経路が、「低リスク」経路として識別され得、「低リスク」経路は、ＵＡＶ１００が故障する場合、これらの経路が人々または建造物へのより低いリスクを含むことを意味する。例えば、ある領域を通した１つ以上の特定の経路が、視覚、プライバシー、騒音等の理由からドローン交通のために好ましいと指定されることができる。特定の領域が非飛行区域と指定される場合、ＵＡＶは、その領域を回避するためにこれを示すメタデータを使用することができる。いくつかの実装では、メタデータは、マップの領域にわたってナビゲートするための費用関数を示す。ＵＡＶは、ナビゲーション中、可能な限り最低費用の経路を使用してナビゲートするためにメタデータを使用する。例えば、ドローン交通は、公園敷地の上で禁止されている場合があり、マップに関連付けられるメタデータは、公園の上の飛行経路を回避することにおいてＵＡＶ１００を補助するために、公園敷地の境界を示すことができる。例えば、メタデータは、校庭が回避されるべきであることを示し得る。他のそのような例も、可能である。
【００５７】
図３は、無人航空乗り物ハイウェイの一部を含む環境３００を示す。ＵＡＶハイウェイの一部をナビゲートするＵＡＶ１００が、示される。環境３００は、無人航空乗り物ハイウェイ内に合流点３１０、３２０、および３３０を含む。図３の実装では、無人航空乗り物ハイウェイは、送電線インフラストラクチャによって指定されるが、鉄道線路、道路、パイプライン等の他のインフラストラクチャの使用も、可能である。
【００５８】
ＵＡＶ１００（例えば、ＵＡＶのコンピューティングシステム）は、いくつかの段階において、経路を計画し、標的目的地までナビゲートする。ＵＡＶ１００は、ナビゲーションシステム（例えば、図１−２に関連して上で説明されるナビゲーションシステム１１０）を使用して等、環境３００についてのデータを集める。環境データがＵＡＶ１００によって取得された後、ＵＡＶは、環境３００内のＵＡＶの現在の位置を決定するために、位置特定計算を実施する。ＵＡＶ１００は、ＵＡＶハイウェイの制約を考慮して、ＵＡＶの決定された現在の位置から標的目的地までの経路をプロットする。経路がＵＡＶ１００によってプロットされると、ＵＡＶは、ＵＡＶの現在の制御反復のために、計画された経路に沿ってＵＡＶを移動させ、他のＵＡＶ等の障害物も回避する標的進行方向を決定する。ＵＡＶ１００のコンピューティングシステムからのモータ制御信号が、標的進行方向の方向にＵＡＶを移動させるようにＵＡＶのロータを制御する。
【００５９】
ＵＡＶ１００は、環境３００について集められたデータを使用して、位置特定計算を実施する。ＵＡＶ１００は、図２に関連して上で説明されるようなデータを集める。ＵＡＶによって集められたデータは、ＵＡＶが、ＵＡＶハイウェイ内でＵＡＶが位置付けられている場所を決定することを可能にする。ＵＡＶは、集められたデータを既知のデータシグネチャ（例えば、「機会の信号」）と比較し、ＵＡＶハイウェイ上の任意の場所からいくつかの場所までの可能な場所のリストを絞り込むことができる。ナビゲーションシステム１１０の異なるセンサから集められたデータシグネチャは、ＵＡＶ１００の場所のプロファイルを構築し、その場所を事前ロードされたマップの対応する既知の場所に、または検出されたデータシグネチャに対応する既知の特徴を伴うＧＰＳ場所にマッピングするために使用されることができる。
【００６０】
冗長感知システムを使用して場所についてのデータを集めることは、位置特定を促進し、ＵＡＶハイウェイにおけるＵＡＶ１００のナビゲーションを改良することができる。ＵＡＶ１００は、その周辺のローカルマップを構築し、ローカルマップを事前ロードされたグローバルマップと比較することができる。例えば、ＵＡＶによって集められるマルチスペクトルデータは、互いに関連する複数のスペクトルに対するデータシグネチャの位置を指定する体系化マップを構築するために使用されることができる。ディープラーニングニューラルネットワークフレームワークが、ローカルマップを生成するために使用されることができる。例えば、データシグネチャは、例えば、層の特定の加重構成によって、ニューラルネットワーク層のシナプスの中にプログラムされることができる。データが検出されると、データは、ニューラルネットワーク層を通して送信されることができ、データシグネチャは、迅速に認識され、ＵＡＶ１００のローカルマップに追加されることができる。ローカルマップを生成することは、例えば、固有のＧＰＳ不正確度を上回ってナビゲーション正確度を増加させる。ローカルマップは、例えば、ＧＰＳサービスが中断される場合、ナビゲーションのために使用されることができる。
【００６１】
例えば、ＵＡＶ１００は、ＵＡＶハイウェイのナビゲーション中に合流点３１０を横断する。合流点３１０において、ＵＡＶ１００は、合流点を合流点３１０であると識別するために、合流点３１０についてのデータを集める。ＵＡＶ１００は、合流点３１０におけるＵＡＶ進行方向を記録することができる。ＵＡＶ１００は、合流点３１０の近傍の電力線３４５等の検出された電力線の数（この場合では２つ）を決定することができる。ＵＡＶ１００は、塔３４０のタイプを決定すること、または塔に関連付けられる塔番号を検出すること等ができる。ＵＡＶ１００が十分なデータを集めた場合、ＵＡＶは、（例えば、上で説明されるように、ディープラーニングを使用して）それが合流点３１０の近傍にあると決定することができる。
【００６２】
いくつかの実装では、ＵＡＶ１００は、位置特定するために十分なデータを集めておらず、その位置を決定するためにナビゲートし続ける必要がある。例えば、合流点３１０を横断した後、ＵＡＶ１００は、位置特定することが可能ではない。ＵＡＶ１００は、反応的自律的ナビゲーションを使用して、ＵＡＶハイウェイの許容可能な経路に沿って（例えば、進行方向データを使用して）標的目的地に向かってナビゲートするように試みることによって等、経路を計画することなくＵＡＶハイウェイに沿ってナビゲートし続ける。ＵＡＶ１００が合流点３３０に到達すると、ＵＡＶ１００は、追加のデータを集める。例えば、図３に示されるように、合流点３３０は、３つの電力線を有する別の経路を含む。ＵＡＶ１００が合流点３３０を検出すると、ＵＡＶ１００は、それが合流点３３０にあると決定することが可能である。例えば、ＵＡＶ１００は、ＵＡＶによってとられる経路を事前ロードされたマップの一部に合致させるために、経路履歴および合流点３１０において集められたデータを使用することができる。
【００６３】
ＵＡＶ１００は、いくつかの方法を使用して位置特定する。例えば、モンテカルロ位置特定技法が、上で説明されるニューラルネットワークディープラーニングアプローチと組み合わせて使用されることができる。例えば、ＵＡＶ１００は、ある確率以内のその位置についてのデータを集め得る。ＵＡＶは、環境データを事前ロードされたマップと比較し、ＵＡＶが閾値確率を上回り得る全ての位置をプロットする。このプロセスは、ＵＡＶが高い確率を有する場所に収束するまで、双方向方式で繰り返される。
【００６４】
ＵＡＶ１００は、位置特定計算を補助するために、１つ以上の粒子フィルタを使用することができる。ナビゲーションシステム１１０によるマルチスペクトル測定値は、合流点３１０、３２０、３３０等の環境３００内のいくつかのサンプリングされた場所における既知のシグネチャ（例えば、特徴）と比較される。サンプリングされた場所の各場所は、ＵＡＶ１００の現在の場所の検出されたシグネチャがサンプリングされた場所の既知のシグネチャと緊密に合致する程度に基づいて、加重される。再サンプリング反復が、場所がある閾値確率で推定されるまで実行される。いくつかの実装では、推定された場所を更新し、飛行中のＵＡＶ１００の次の場所を予測し、新しいデータシグネチャが測定されるときの粒子フィルタの正確度をさらに増加させるために、既知の速度、進行方向、または他のデータが、ナビゲーションシステム１１０によって使用されることができる。
【００６５】
ＵＡＶ１００は、ＵＡＶの現在の場所および計画される場所を決定するために、同時位置特定およびマッピング（ＳＬＡＭ）アルゴリズムを使用することができる。ＳＬＡＭアルゴリズムのランドマークは、環境３００内のドローンハイウェイの合流点３１０−３３０、線３４５、塔３４０等の特徴に対応する。ＳＬＡＭアルゴリズムは、実施されたマルチスペクトル撮像から異なる特徴を解釈することができる。いくつかの実装では、ナビゲーションシステム１１０は、因子グラフ内にＳＬＡＭパラメータを表すことができる。３次元マッピング算出に対して起こる算出複雑性を低減させ、データ処理に対するスケーラビリティを増加させるために、ナビゲーションシステム１１０は、因子グラフを簡略化することができる。例えば、一般線形制約（ＧＬＣ）が、グラフからノードを除去し、グラフ最適化の算出コストを制御するために、ＳＬＡＭグラフに課されることができる。
【００６６】
いくつかの実装では、ＵＡＶ１００は、以下のＳＬＡＭアプローチのうちの１つ以上のものを使用する。ランドマークベースのＳＬＡＭアプローチが、使用されることができ、ナビゲーションシステム１１０は、ランドマーク特徴のデータベース（例えば、ライブラリ）を事前ロードされる。ＵＡＶ１００は、ナビゲートするとき、環境３００内のデータベースからのランドマークを認識するように構成される。いくつかの実装では、広大なエリアの特徴マップが、ＵＡＶ１００にオンボードで記憶される。例えば、１つ以上のソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）カードが、オンボードミッションコンピュータに統合されることができる。したがって、ＵＡＶ１００は、（完全なＳＬＡＭアプローチの場合のように）マップを構築し、成長させるのではなく、ループクロージャを実施する。
【００６７】
外部データベースからの特徴合わせ（ループクロージャ）は、データベースが限定された視点、異なる照明条件、季節、センサパラメータ等から収集されたデータを使用して構築されるとき等、困難であり得る。いくつかの実装では、これらの課題を克服するために、上で説明されるディープラーニング（例えば、ディープニューラルネットワークまたはＤＮＮ）アプローチが、使用される。ＤＮＮは、ＵＡＶがナビゲーションを開始する前、種々のセンサパラメータ、環境条件、および乗り物飛行プロファイルを用いてオフラインでシミュレートされた仮想飛行とともに、特徴データベースを使用することによって訓練されることができる。ＵＡＶ１００のＤＮＮは、全ての前述の不確実性を伴っても実世界で依然として区別可能であろう意味的に有意義な高次の特徴を学習することができる。例えば、高所から野球場を見ることは、緑草地を認識しようとすることと比較して、大いに区別可能であり、緑草地は、非常に一般的であり、全ての他の草地と容易に間違えられる。
【００６８】
いくつかの実装では、ナビゲーションシステムは、ライブ飛行と並行してＵＡＶ１００のオンボードでシミュレーション（およびＤＮＮ訓練）を実行し、それによって、シミュレーションと現実との間の不一致を調節するようにＤＮＮを調整する。ＵＡＶ１００は、世界がどのように見え方、挙動するかを予測し、ＵＡＶが、その場所について空間的かつ時間的の両方で動的に最初に推論することを可能にする。ＵＡＶ１００は、続けて、飛行経路を調節し、追加の情報を集め、環境３００について行われた任意の仮定を確認し、そのＤＮＮを更新することができる。例えば、ＵＡＶ１００が、それが部分的に遮断されたランドマークに近いことを決定する場合、ＵＡＶは、ランドマークについての追加のデータを集める最良の方法を決定するためのシミュレーションを実施し、次いで、ランドマークに関する追加のデータを集め、ランドマークの識別を確認するためにその位置を調節することができる。
【００６９】
いくつかの実装では、ランドマークを使用するのではなく、ナビゲーションシステム１１０は、ナビゲーション中にゼロからマップを構築する。マップは、ＵＡＶ１００の１つ以上のセンサによって集められた環境データを使用して構築される。いくつかの実装では、ＵＡＶは、これが構築したマップを他のＵＡＶがダウンロードするためのクラウドコンピューティングシステム（または他のそのような共同記憶装置）にアップロードする。このように、複数のＵＡＶが、ＵＡＶハイウェイのマップを構築および更新するために協働する。例えば、ＵＡＶハイウェイの一部が変化するか、または使用不可能になる場合（例えば、電力線が落下し、ＵＡＶ１００によってもはや検出可能ではない場合）、ＵＡＶは、そのローカルマップを更新し、この情報を共同記憶装置に送信し、グローバルＵＡＶハイウェイマップを更新することができる。更新情報は、他のＵＡＶによって、問題のあるエリアを回避するように経路を計画するために、または別様に経路計画するために使用されることができる。別の例では、道路が、破壊、移動、浸水されること等があり得、ＵＡＶハイウェイの一部を指定する道路網の一部としてＵＡＶによって認識不可能であることもある。ＵＡＶ１００は、異常が発見されたときのタイムスタンプを用いてＵＡＶハイウェイにおけるこの場所をマーキングすることができる（例えば、ジオタグを含む）。ＵＡＶのジオタグおよびタイムスタンプは、異常が起こった場所および時間を示すために、クラウドコンピューティングシステムに送信されることができる。
【００７０】
ＵＡＶ１００は、位置特定をさらに改良するために、上で説明される位置特定技法をディープラーニング技法と組み合わせることが可能である。例えば、ＵＡＶナビゲーションシステム１１０は、位置特定タスクのために大規模な畳み込みニューラルネットワーク（ＣＮＮ）アーキテクチャを訓練することができ、豊富な特徴組を生成するためにマルチスケール特徴コード化方法を採用する。ナビゲーションシステム１１０は、ディープラーニングアプローチを使用することによって、環境条件（照明、季節等）および異なる視点にかかわらず、場所の正しい分類を可能にする。
【００７１】
ＵＡＶ１００がその位置を決定すると、ＵＡＶは、経路を計画する。例えば、ＵＡＶは、標的目的地がルート３６０の方向にあると決定し得る。ルートが２つの電力線を有すること等、ルート３６０の特徴を認識することによって、ＵＡＶ１００は、位置３６５までナビゲートするためにルート３６０を選定することができる。別の例では、ＵＡＶ１００は、ルート３５０に沿った経路を計画することができる。塔３４０が合流点３３０の近傍にあり、ルート３５０が３つの電力線を含むことを認識することによって、ＵＡＶ１００は、位置３５５までナビゲートする。ＵＡＶ１００は、合流点３１０および合流点３３０から合流点３２０を区別するために、およびルート３８０に沿って位置３８５まで、またはルート３７０に沿って位置３７５までナビゲートするために、類似するアプローチを使用する。
【００７２】
ＵＡＶ１００は、ＵＡＶが保有する環境３００についてのデータの量に基づいて、経路を計画する。いくつかの実装では、ＵＡＶは、グローバルマップが把握されていない、またはＵＡＶがグローバルマップ内でその位置を決定していない場合、Ａ＊、Ｄ＊、ダイクストラアルゴリズム、またはヒューリスティック経路計画を実施する。ＵＡＶ１００は、すでに集められた環境データを使用して、予期される最低費用を伴う経路を選定する。いくつかの実装では、合流点の間のルートは、大きな交通渋滞を有するか、または別様に使用不可能であることが把握され得、ＵＡＶ１００は、これを回避するルートを計画することができる。いくつかの実装では、高速探索ランダムツリー（ＲＲＴ）方法が、上で説明される経路計画技法と組み合わせて等、経路計画のために使用されることができる。
【００７３】
ＵＡＶ１００は、経路計画に影響を及ぼす、すぐ近くの周辺を考慮することによって自律的にナビゲートする。いくつかの実装では、ＵＡＶ１００が障害物を検出するか、またはＵＡＶがＵＡＶハイウェイの指定された航路から離れていることを検出する場合、ＵＡＶは、標的目的地までのナビゲーションよりも当面の問題への反応を優先するであろう。例えば、ＵＡＶ１００は、送電線が視界から消失したこと、または磁場が最小閾値を下回って下降したことを検出することができる。ＵＡＶ１００は、より大きい磁場読み取り値を追求することによって、または送電線が見出されるまで適当な位置に方向転換することによって等、送電線により近接するように操縦することができる。
【００７４】
いくつかの実装では、上記のナビゲーションアルゴリズムは、その局所環境内のＵＡＶ１００の位置の微細な調節のために使用される。ＵＡＶハイウェイを通してナビゲートすることに加えて、ＵＡＶ１００は、その局所環境内で自律的にナビゲートするように構成される。例えば、ＵＡＶ１００は、ＵＡＶハイウェイを通してナビゲートしながら、建物、木、他のＵＡＶ、電力線等の障害物を回避するように構成される。ＵＡＶ１００は、ＵＡＶハイウェイにおいて異なる高度でナビゲートすることができる。例えば、ＵＡＶ１００は、電力線の上方を飛行するように要求されないが、電力線に隣り合って、またはその下方を飛行することができる。ナビゲーションシステム１１０は、ＵＡＶが電力線の下方を飛行しているとき、送電塔の構造を通して等、ＵＡＶハイウェイを通してＵＡＶをナビゲートするように構成される。ＵＡＶ１００は、森の木々の間、建物または街灯の間等を飛行することができる。ＵＡＶ１００は、したがって、ＵＡＶハイウェイを通してであるが、また、その局所環境を通して自律的に経路計画するように構成される。
【００７５】
下で説明されるように、ナビゲーションシステム１１０の算出能力は、重量または電力制限等のハードウェア制限を殆ど有していない。例えば、ナビゲーションシステム１１０のコンピューティングシステムは、飛行時間を有意に損なう（例えば、１０％を上回って飛行時間を短縮する）ことなく、本明細書に説明されるナビゲーションアルゴリズムを動作させるために十分な電力へのアクセスを有する。いくつかの実装では、コンピューティングハードウェアは、マイクロハイブリッド発電機システム（例えば、マイクロハイブリッド発電機システム５００）とインターフェースをとられ、最大１，８００Ｗの電力にアクセスすることができる。
【００７６】
いくつかの実装では、ＵＡＶ１００は、経路計画および能力共有のうちの一方または両方のために１つ以上の他のＵＡＶと協調する。ＵＡＶ１００は、ＵＡＶの間の通信ネットワーク（例えば、メッシュネットワーク）内で１つ以上の他のＵＡＶと通信することができる。例えば、ネットワーク内の各ＵＡＶは、ネットワーク内の１つ以上の他のＵＡＶからデータを伝送および受信するように構成される。
【００７７】
互いに通信しているＵＡＶは、処理能力を共有することができる。ＵＡＶ１００は、処理の一部を近傍のＵＡＶにオフロードすることができる。例えば、ＵＡＶ１００の電力が低くなっている（例えば、燃料が所定の閾値を下回る、バッテリが所定の充電を下回る等）場合、ＵＡＶ１００は、処理のためにデータを別のＵＡＶに送信することができる。例えば、近傍のＵＡＶは、ＵＡＶ１００よりも多くの電力を有し得、近傍のＵＡＶのために追加の処理を実施することが適格であるとそれ自体を指定し得る。ＵＡＶ１００は、１つ以上のスペクトルから集められたデータを他のＵＡＶ（または複数のＵＡＶ）に送信する。他のＵＡＶは、データを処理し、ＵＡＶ１００に位置特定データ、更新されたマップデータ等を返信する。
【００７８】
いくつかの実装では、ＵＡＶ１００は、集められた環境データおよび／または位置特定データを１つ以上の他のＵＡＶと共有することができる。ＵＡＶは、直接（例えば、別のＵＡＶへの伝送を介して）、または間接的（例えば、クラウドコンピューティングシステム内にデータを記憶することによって）のいずれかで、データを１つ以上の他のＵＡＶに送信することができる。いくつかの実装では、ＵＡＶ１００は、環境データを集め、データをクラウドコンピューティングシステムに伝送し、ナビゲーションのために他のＵＡＶによって使用され得る環境データのデータベースを豊富にする。例えば、環境データは、ナビゲーションのために他のＵＡＶによってダウンロードされるデータシグネチャのライブラリを更新するために使用されることができる。
【００７９】
図４は、マップ４００の例を示す。マップ４００は、ＵＡＶの位置特定のために有用である、１つ以上の特徴を含むことができる。いくつかの実装では、マップは、事前ロードされたマップである。例えば、ＵＡＶ１００が電力線ルートの上をナビゲートしており、パイプラインルートへの遷移を検出するとき、ＵＡＶは、これが１つ以上の場所（例えば、場所４１０または４２０）にあると決定し得る。ＵＡＶ１００は、種々の場所における送電線の電力レベル等のＵＡＶハイウェイについての既知のデータをＵＡＶによって集められたデータと比較し得る。いくつかの配列では、１つ以上のシミュレーションが、実際の測定された値との比較のために測定値レベルを推定するために、ＵＡＶ１００によって実行され得る。シミュレーションは、ＵＡＶオンボードで実行されることができるので、遠隔または分散処理を使用することによって生じる待ち時間は、排除され、ＵＡＶの反応時間は、短縮される。
【００８０】
いくつかの実装では、マップ４００は、ナビゲートされているインフラストラクチャについての情報を記憶するために使用される。例えば、ＵＡＶ１００は、送電網ルートを飛行通路として使用している間、電力線検査を実施することができる。インフラストラクチャについての情報は、保守等のための要件を報告するため等、インフラストラクチャ管理組織に伝送されることができる。
【００８１】
マップ４００は、複数のＵＡＶによって共有されるクラウドコンピューティングリソースまたは他の記憶システムからロードされることができる。上で説明されるように、マップ４００は、それらがＵＡＶハイウェイをナビゲートするときに異なるＵＡＶによって更新されることができる。ＵＡＶがＵＡＶハイウェイの変化を検出する（例えば、浸水した道路がもはや検出可能ではない）場合、ＵＡＶは、ジオタグおよび／またはタイムスタンプによって変化を示すことができる。変化は、他のＵＡＶによってダウンロードされ、経路計画、位置特定等のために使用されることができる。例えば、ジオタグおよびタイムスタンプは、マップ４００に関連付けられるメタデータ内に含まれることができ、メタデータは、理想的であるＵＡＶハイウェイを通した経路を決定するためにＵＡＶによって使用される。例えば、マップ４００内にマーキングされた異常を有する経路は、ＵＡＶをナビゲートすることによってより高い費用を割り当てられ、したがって、回避され得る。
【００８２】
いくつかの実装では、ＵＡＶ１００は、小型ポータブルマイクロ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マイクロ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、マイクロハイブリッド発電機システムは、乗り物、マイクロ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。
【００８３】
マイクロ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。マイクロ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た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、マイクロ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。マイクロ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。一緒に、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のための高ピーク電力利用可能性を伴う。いくつかの例では、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した場合、マイクロ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。
【００８４】
図５は、例示的マイクロハイブリッド発電機システム５００の図を示す。マイクロハイブリッド発電機システム５００は、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もしくは混合物を貯蔵するための燃料源５０２（例えば、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。いくつかの例では、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。いくつかの例では、機関５０４は、Ｚｅｎｏａｈ（１−９  Ｍｉｎａｍｉｄａｉ  Ｋａｗａｇｏｅ，Ｓａｉｔａｍａ  ３５０−  ２０２５，Ｊａｐａｎ）から入手可能なＨＷＣ／Ｚｅｎｏａｈ  Ｇ２９  ＲＣＥ  ３Ｄ  Ｅｘｔｒｅｍｅであり得る。マイクロ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も含む。発電機モータ５０６は、機関５０４によって生成された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。
【００８５】
いくつかの例では、マイクロ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。マイクロ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を含むことができる。いくつかの例では、機関５０４は、Ｚｅｎｏａｈ（登録商標）  Ｇ２９ＲＣ  Ｅｘｔｒｅｍｅ機関であり得る。マイクロハイブリッド発電機システム５００は、Ｓｃｏｒｐｉｏｎ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ（登録商標）から入手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。
【００８６】
いくつかの例では、マイクロ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。マイクロ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を含むことができる。いくつかの例では、機関５０４は、Ｄｅｓｅｒｔ  Ａｉｒｃｒａｆｔ（登録商標）  Ｄ−１５０である。マイクロハイブリッド発電機システム５００は、Ｊｏｂｙ  Ｍｏｔｏｒｓ（登録商標）  ＪＭ１モータ等の発電機モータ５０６を含むことができる。
【００８７】
マイクロ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を充電するか、ＤＣ電力をライン５２０によって負荷５１８に提供するか、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に提供するか、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。いくつかの例では、マイクロ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つ以上のロータモータ５１６内に統合される１つ以上の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つ以上の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。いくつかの例では、ＥＳＣ５１４は、ＳｉｍｏｎＫを伴うＴ−Ｍｏｔｏｒ（登録商標）  ＥＳＣ  ４５Ａ（２−６Ｓ）であり得る。いくつかの例では、ブリッジ整流器５０８は、Ｍｉｃｒｏｓｅｍｉ  Ｐｏｗｅｒ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｇｒｏｕｐ（登録商標）から入手可能なモデル番号ＭＳＤ１００−０８のダイオードブリッジ８００Ｖ  １００Ａ  ＳＭ３であり得る。いくつかの例では、能動整流が、マイクロ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。
【００８８】
いくつかの例では、ＥＳＣ５１４は、オペレータから受信される入力に応答して、１つ以上のロータモータ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より遅く急回転させることができる。電力が種々のレベルにおいて１つ以上のロータモータ５１６に提供されるので、負荷（例えば、１つ以上のロータモータ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。
【００８９】
いくつかの例では、再充電可能バッテリ５１０は、Ｐｕｌｓｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｌｉｐｏ（登録商標）（Ｃｈｉｎａ）から入手可能であり、３，０００ｍＡｈ、２２．２Ｖ  ６５Ｃを提供するＬｉＰｏバッテリ（Ｍｏｄｅｌ  ＰＬＵ６５−３０００６）であり得る。いくつかの例では、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。
【００９０】
マイクロ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および本明細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もしく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。コンピュータシステムは、プロセッサと、メモリと、不揮発性記憶装置と、インターフェースとを含み得る。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）を含むであろう。いくつかの例では、プロセッサは、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。
【００９１】
いくつかの例では、メモリは、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、ローカルであるか、遠隔であるか、または分散されることができる。バスは、プロセッサを不揮発性記憶装置に結合することもできる。不揮発性記憶装置は、多くの場合、磁気フロッピもしくはハードディスク、磁気光学ディスク、光学ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、もしくはＥＥＰＲＯＭ等の読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気もしくは光学カード、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。このデータの一部は、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得る。不揮発性記憶装置は、ローカルであるか、遠隔であるか、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ので、随意であり得る。
【００９２】
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。いくつかの例では（例えば、大きいプログラムに対して）、プログラム全体をメモリ内に記憶することは、実践的ではないこともある。それにもかかわらず、ソフトウェアが、処理のために適切なコンピュータ読み取り可能な場所に移動され得、例証の目的のために、その場所は、本明細書では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、ソフトウェアに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、いくつかの例では、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、「コンピュータ読み取り可能な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、または便利な場所に（例えば、不揮発性記憶装置からハードウェアレジスタに）記憶され得る。プログラムに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読み取り可能な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。
【００９３】
動作のいくつかの例では、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等の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れら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。
【００９４】
バスは、プロセッサをインターフェースに結合することもできる。インターフェースは、１つ以上の入力および／または出力（Ｉ／Ｏ）デバイスを含むことができる。いくつかの例では、Ｉ／Ｏデバイスは、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。いくつかの例では、ディスプレイデバイスは、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、もしくは便利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つ以上の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が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のうちの１つ以上のもの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。
【００９５】
コンピュータシステムは、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。本明細書で使用されるように、モジュールは、１つ以上のプロセッサもしくはその一部を含むことができる。１つ以上の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つ以上の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、もしくは部分的に専用であるタイムスライス等の任意の所与の１つ以上のプロセッサを備えてい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つ以上の専用プロセッサを有することができるか、または第１のモジュールおよび第２のモジュールが、互いに、もしくは他のモジュールと１つ以上の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、いくつかの例では、モジュールは、集中されるか、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読み取り可能な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、本明細書に含まれる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ことができる。
【００９６】
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、そ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つ以上の電気モータ５１６の負荷もしくは負荷５１８、５２６、５２８、および５３６のうちの１つ以上のもの）が変化するにつれて、ブリッジ整流器５０８のＤＣ電力出力が増加または減少するようにすることができる。いくつかの例では、ＥＣＵ５１２は、Ｃｈｉｎａから入手可能であり、Ａｒｄｕｉｎｏ（Ｔｕｒｉｎ，Ｉｔａｌｙ）によって生成されるＡｒｄｕｉｎｏ（登録商標）  ＭＥＧＡ  ２５６０  Ｂｏａｒｄ  Ｒ３であり得る。種々の実施形態では、１つ以上の電気モータ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成物が電気モータ５１６に提供されるようにすることができる。
【００９７】
ＥＣＵ５１２は、感知されたアナログ電圧を読み取り、感知されたアナログ電圧をＡＤＣカウントに変換し、カウントを所望の電圧に対応するそれと比較し、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。
【００９８】
いくつかの例では、マイクロ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。いくつかの例では、マイクロ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。
【００９９】
図６は、マイクロハイブリッド発電機システム５００の側面斜視図を示す。図７Ａは、マイクロハイブリッド発電機５００の側面図を示す。図７Ｂは、マイクロハイブリッド発電機５００の分解側面図を示す。マイクロ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、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、ゴム結合リング（図２２Ａの２２０２）を含み得る。
【０１００】
いくつかの例では、マイクロハイブリッド発電機システム５００は、マイクロ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み、および／または、熱を生成する構成要素を覆う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、マイクロ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、特定の構成要素（例えば、整流器）上に冷却フィンを含むことができる。いくつかの例では、マイクロ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の構成要素を含み、ＵＡＶ内に統合される。いくつかの実装では、ＵＡＶの熱放散システムは、動作中に熱を除去するために、ナビゲーションシステム１１０のもの等のコンピューティングハードウェアとインターフェースをとられることができる。ナビゲーションシステム１１０は、最大１，８００Ｗの電力を引き込むことができるので、熱放散システムは、コンピューティングハードウェアへの損傷のリスクを低減させる。
【０１０１】
いくつかの例では、マイクロハイブリッド発電機システム５００および／またはマイクロハイブリッド発電機システム５００を統合するＵＡＶは、マイクロ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。マイクロ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、マイクロハイブリッド発電機システム５００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、いくつかの例では、機関５０６は、１６．５馬力において動作され、４９．２ｋＷの廃熱を生成する（例えば、機関の各ヘッドは、２４．６ｋＷの廃熱を生成する）。いくつかの例では、マイクロ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、機関ヘッドを覆う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の機関ヘッドを覆って達成されることができる。
【０１０２】
いくつかの例では、マイクロ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。マイクロ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。いくつかの例では、機関５０６は、１０，０００ＲＰＭで１．６８Ｎｍの平均トルクを生成する。いくつかの例では、ウレタン結合具が、マイクロ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、いくつかの例では、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。マイクロハイブリッド発電機システム５００の少なくとも一部をＵＡＶに固定す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。マイクロハイブリッド発電機システム５００の少なくとも一部をＵＡＶに固定す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。
【０１０３】
機関５０４は、機械的騒音および／または機関振動を低減させ得るはずみ車６０６も含む。いくつかの例では、機関５０４は、ホール効果センサ（図７Ａの７１０）と、示されるようにはずみ車６０６に結合されるホール効果磁石とを含む。いくつかの例では、ホール効果センサ７１０は、ＲＣｅｘｌ  Ｍｉｎ  Ｔａｃｈｏｍｅｔｅｒ（登録商標）（Ｚｈｅｊｉａｎｇ  Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）から入手可能であり得る。
【０１０４】
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。この電圧は、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つ以上のものもしくは１つ以上のロータモータ５１６に供給するであろう。
【０１０５】
機関５０４は、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とも含み得る。
【０１０６】
図８は、マイクロハイブリッド発電機システム５００の斜視図を示す。マイクロハイブリッド発電機システム５００は、機関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。発電機モータ５０６は、少なくとも１つのプロペラの回転軸に平行に配列され、ＵＡＶが飛行中であるときに地面に対して垂直に向けられるシャフトを含む。
【０１０７】
図９は、マイクロハイブリッド発電機システム５００と統合されるＵＡＶ９００の斜視図を示す。ＵＡＶ９００は、各々がプロペラ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、マイクロ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（登録商標）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。
【０１０８】
いくつかの例では、機関５０４は、電気スタータ（図６および９の６１６）を使用して始動され得る。燃料源５０２が、燃料を機関５０４に送達し、機関５０４は、（例えば、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、力を発電機モータ５０６に加えることができる。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加えられる動力に比例する。いくつかの例では、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）に基づいて決定される。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であり得る。機関５０４の回転速度は、以下の式によって決定され得る。
ＲＰＭ＝ＫＶ（ＲＰＭ／ボルト）×標的電圧（ＶＤＣ）      （２）
ＲＰＭ＝４００ＫＶ×２５ＶＤＣ            （３）
ＲＰＭ＝１０，０００              （４）
【０１０９】
この例では、発電機モータ５０６が２５ＶＤＣ出力を生成するために、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。
【０１１０】
負荷（例えば、１つ以上のモータ５１６もしくは負荷５１８、５２６、５２８、および／または５３６のうちの１つ以上のもの）が、発電機モータ５０６の出力に加えられるにつれて、マイクロハイブリッド発電機システム５００の電圧出力は、降下し、それによって、機関５０４および発電機モータ５０６の速度が低減させられることを引き起こすであろう。いくつかの例では、ＥＣＵ５１２は、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機関５０４のスロットルを調整することを助け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それと類似する様式で作動することができるが、ＲＰＭを調整する代わりに、ＥＣＵ５１２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。
【０１１１】
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り得る交流（ＡＣ）の形態であり得る。ブリッジ整流器５０８は、上で議論されるように、ＡＣ電力を直流（ＤＣ）電力に変換することができる。いくつかの例では、マイクロ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」構成において設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は、再充電可能バッテリ５１０を充電するために、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。
【０１１２】
動作時、マイクロ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、連続した電力利用可能性および高ピーク電力利用可能性の組み合わせが、提供され、それは、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。一方の一次電源（例えば、発電機モータ５０６）が利用可能ではない場合、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、短い期間にわたって動作し続け、それによって、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。
【０１１３】
マイクロ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ることができる；２）ＵＡＶ飛行を持続するために要求される電力は、乗り物の合計重量、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）＝乗り物乾燥重量＋機関５０４重量＋燃料重量＋有効荷重  （５）
である；３）乗り物構成および空気力学に基づいて、特定の乗り物が、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）  （６）
である。
【０１１４】
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例では、利用可能な電力または合計エネルギーは、再充電可能バッテリ５１０のサイズおよび構成に基づき得る。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に基づくことができる。いくつかの例では、６Ｓ、１６，０００ｍＡｈ、２５Ｃのバッテリパックに対して、合計エネルギーは、以下の式によって決定される：
合計エネルギー＝電圧×ｍＡｈ＝２５ＶＤＣ（６Ｓ）×１６，０００ｍＡｈ＝
４００ワット時                      （７）
ピーク電力利用可能性＝電圧×ｍＡｈ×Ｃ定格＝２５ＶＤＣ×１６，０００ｍＡｈ×
２５Ｃ  １０，４００ワット                              （８）
合計ピーク時間＝４００ワット時／１０，４００ワット＝１３８．４秒  （９）
【０１１５】
さらに、いくつかの例では、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、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り得る。加えて、再充電可能バッテリ５１０は、飛行のために最大１０，４００ワットの利用可能な電力を提供することが可能であり得るか、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期間にわたって瞬間ピーク電力を必要とする。
【０１１６】
結果は、ＵＡＶに結合されているとき、従来のマルチロータＵＡＶよりも高い有効荷重で長い期間にわたって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マイクロハイブリッド発電機システム５００である。いくつかの例では、マイクロハイブリッド発電機システム５００は、最大約２時間５分の負荷（例えば、３ポンドの負荷）飛行時間および約２時間３５分の無負荷飛行時間を提供することができる。さらに、燃料源が不足する場合、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、マイクロ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。いくつかの例では、再充電可能バッテリ５１０は、物体、または脅威等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。
【０１１７】
いくつかの例では、マイクロ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、送電網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。
【０１１８】
いくつかの例では、マイクロ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所望される適用可能な用途、および、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等）のために使用されることができる。マイクロ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。
【０１１９】
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示す。いくつかの例では、マイクロ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、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に示されるような約１，０００Ｗｈ／ｋｇ、リチウム硫黄バッテリを使用するとき、１００６に示されるような約４００Ｗｈ／ｋｇ、およびＬｉＰｏバッテリを使用するとき、１００８に示されるような約２００Ｗｈ／ｋｇの最大エネルギー密度を提供することができる。
【０１２０】
図１１は、ＵＡＶに結合されたときのマイクロ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＋の飛行時間に対する、ＵＡＶの市場潜在性対飛行時間と、ＵＡＶのためのマイクロハイブリッド発電機システム５００に対する、総合的市場潜在性対耐久性の例とのグラフ１１０４を示す。
【０１２１】
いくつかの例では、マイクロハイブリッド発電機電力システム５００は、ＵＡＶまたは類似するタイプの航空ロボット乗り物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の機能を果たすことができる。例えば、マイクロハイブリッド発電機電力システム５００を組み込むＵＡＶ（例えば、図９のＵＡＶ９００）が、飛行中ではないとき、マイクロ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、マイクロハイブリッド発電機システム５００がポータブル発電機として動作するように、外部負荷５１８、５２６、５２８、および／または５３６のうちの１つ以上のものに伝達されることができる。マイクロ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、マイクロ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つ以上のものに向けて転用することができる。電力要件に応じて、ＤＣ／ＡＣインバータ５２２、５３２のうちの１つ以上のものが、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。
【０１２２】
いくつかの例では、ＵＡＶ（例えば、図９のＵＡＶ９００）に結合されるマイクロ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。
【０１２３】
図１２は、マイクロハイブリッド発電機システム５００を伴うＵＡＶ（例えば、図１のＵＡＶ１００）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、それに結合されるマイクロハイブリッドシステム５００を伴うＵＡＶ９００は、飛行できるため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、マイクロ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の機能を果たす。例えば、ＵＡＶ９００は、図１のＵＡＶ１２０のための充電ステーションとしての機能を果たすことができる。電力がもはや必要とされないとき、ＵＡＶ９００は、場所Ａに戻り、次のタスクに対する命令を待つ。
【０１２４】
いくつかの例では、ＵＡＶ９００は、マイクロ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。タスクの完了時、ＵＡＶ９００は、その新しいタスクのためのコマンドを受け取ることができる。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。いくつかの例では、マイクロ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、マイクロ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。マイクロ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乗り物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、いくつか例を挙げると、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もしくは災害救助状況、またはもはや利用可能ではない電力に対する要求が存在する状況において有用であり得る。
【０１２５】
図１３は、取り外し可能サブシステムを伴うマイクロハイブリッド発電機システム５００に対する別のシステムの図を示す。図１４Ａは、ＵＡＶの一部として統合される取り外し可能サブシステムを伴うマイクロハイブリッド発電機システム５００の図を示す。図１４Ｂは、地上ロボットの一部として統合される取り外し可能サブシステムを伴うマイクロハイブリッド発電機システム５００の図を示す。いくつかの例では、テザーライン１３０２が、マイクロ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、下でさらに詳細に議論されるように、マイクロハイブリッド発電機システム５００は、図１のＵＡＶ１００等、本明細書に含まれる図のうちの１つ以上のものとともに上で議論されるような類似する出力能力を用いて、つながれた電力を地上または航空ロボット１３０８に提供する。
【０１２６】
図１３に示されるシステムは、システムの一部として統合される追加の取り外し可能構成要素１３１０を含むことができる。例えば、システムは、データ記憶機器１３１２、通信機器１３１４、外部負荷センサ１３１６、追加のハードウェア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。
【０１２７】
図１３に示されるシステムの動作のいくつかの例では、システムは、飛行ロボットもしくはＵＡＶ（図１４の１４０２もしくは図１のＵＡＶ１００）等の飛行ロボットもしくはＵＡＶまたは地上ロボット１４０４の一部として構成され得る。ポータブルテザリング式ロボットシステム１４０８が、場所Ａにおいてミッションを開始し得る。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、マイクロ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。ポータブルテザリング式ロボットシステム１４０８は、所望の遠隔場所Ｂまで、（例えば、マイクロ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（例えば、マイクロ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もしくはＵＡＶ１４０２を使用して）空中を進行するかのいずれかであり得る。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リング式ロボットシステム１４０８は、１４０６に示されるマイクロハイブリッド発電機システム５００および／または取り外し可能サブシステム１３１０を自律的に結合解除することができ、それは、地上ロボット１４０４、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に結合されるマイクロ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、もはやマイクロ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追加の構成要素１３１０を有していないとき、それは、有意により軽く、より長い期間にわたって飛行することができる。いくつかの例では、飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２は、マイクロ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、長い期間にわたってホバリング位置に遠隔で留まることができる。
【０１２８】
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、それは、テザーライン１３０６に結合されるマイクロハイブリッド発電機システム５００によって給電され得、それは、マイクロ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追加の構成要素１３１０を伴わないことで有意により軽くあり得る。地上ロボット１４０４も、マイクロ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、長い期間にわたって使用されることができる。
【０１２９】
図１５は、動作時の取り外し可能飛行パック１５０４を伴う地上ロボット１５０２を示す。取り外し可能飛行パック１５０４は、マイクロハイブリッド発電機システム５００を含む。取り外し可能飛行パック１５０４は、１つ以上の実施形態の地上ロボット１５０２に結合される。マイクロハイブリッド発電機システム５００は、地上ロボット１５０２内に組み込まれる。地上ロボット１５０２は、飛行パック１５０４から取り外し可能である。そのような設計では、能力の大部分は、地上ロボット１５０２内の深くに組み込まれ得、地上ロボット１５０２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内に組み込まれるマイクロハイブリッド発電機システム５００から給電され得、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。
【０１３０】
いくつかの例では、地上ロボット１５０２は、取り外し可能飛行パック１５０４と、図１５に示されるようにそれに結合されるマイクロハイブリッド発電機システム５００とを含み得る。図示される例では、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。この例では、マイクロハイブリッド発電機システム５００は、本明細書に含まれる１つ以上の図に関して上で議論されるように、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。マイクロハイブリッド発電機システム５００は、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、追加のハードウェア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とも含む。飛行パック１５０４は、好ましくは、固定翼、単一ロータもしくはマルチロータ、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。
【０１３１】
いくつかの例では、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。地上ロボット１５０２および飛行パック１５０４が、場所Ａから場所Ｂに飛行し得るように、電力が、マイクロ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。マイクロハイブリッド発電機システム５００は、地上ロボット１５０６が飛行パック１５０４から独立して給電されることが可能であるように、地上ロボット１５０２内に組み込まれる。地上ミッションの完了時、地上ロボット１５０２は、それ自体を飛行パック１５０４に再び取り付け、場所Ａに戻ることが可能である。上記の動作は全て、手動であるか、半自律的であるか、または完全に自律的であり得る。
【０１３２】
いくつかの例では、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の必要性がないこともある。したがって、それは、後方に残され、それによって、地上ロボット１５０２は、その有効荷重として飛行パック１５０４を搬送する必要性なくそのミッションを完了することができる。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、ならびに、飛行パック１５０４が意図された目的地の近くに着陸することができない荷物送達サービスを含み得る。これらの例では、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。
【０１３３】
いくつかの例では、ミッションが完了されると、地上ロボット１４０４、飛行ロボット、またはＵＡＶ１４０２は、マイクロハイブリッド発電機システム５００自律的に戻り、結合されることができる。いくつかの実装では、そのような結合は、ミッションが完了されと、自律的に実施される。追加の取り外し可能構成要素１３１０が、マイクロハイブリッド発電機システム５００自律的に戻り、結合されることができる。飛行ロボット、ＵＡＶ１４０２、または地上ロボット１４０４として構成されるマイクロハイブリッド発電機システム５００を伴うポータブルテザリング式ロボットシステム１４０８は、次いで、マイクロ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。
【０１３４】
結果は、マイクロハイブリッド発電機システム５００を伴うポータブルテザリング式ロボットシステム１４０８であり、それは、地上ロボット１４０２、飛行ロボット、またはＵＡＶ１４０４の動作時間を最大化することが有益であり得る場合、地上ロボット１４０４、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、飛行ロボット、またはＵＡＶ１４０２を自動的に結合解除し、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、モジュール式取り外し可能テザリングを提供し、それは、テザリング式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ことにおいて効果的であり得る。これは、乗り物構成要素が取り付けられ、乗り物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、ＵＡＶ、または地上ロボットが、有意により長い期間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、複数乗り物協働環境等を含み得る。いくつかの実装では、ナビゲーションシステム（例えば、図１のナビゲーションシステム１１０）の１つ以上のセンサは、システム１４０８に取り付けられることができる。センサは、乗り物の位置特定、経路計画、または他の動作を促進するため等、無人航空乗り物ハイウェイの一部とインターフェースをとるように構成されることができる。
【０１３５】
図１６は、マイクロハイブリッド発電機システムの制御システムを示す。マイクロ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を始動させるように機能する。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。
【０１３６】
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、発電装置１６０２に生成される電力量を増加させること、または減少させることを行わせるように機関のスロットルを制御するために、スロットルサーボを動作させることができる。ＥＣＵ１６０８は、分圧器１６１０に結合される。分圧器１６１０を通して、ＥＣＵは、機関のスロットルを増加させること、減少させること、または一定に保つことを決定するために、ＥＣＵ１６０８が生成している電力量を決定することができる。
【０１３７】
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／乗り物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、発電装置１６０２の機関のスロットルを制御することにおいて使用される情報もＥＣＵ１６０８に送信する。受信機１６２０は、機関のスロットルのスロットル位置およびマイクロ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情報をＥＣＵに送信する。
【０１３８】
分電盤１６１２は、ナビゲーションシステム（例えば、図１に関連して説明されるナビゲーションシステム１１０）に給電するように構成される。分電盤は、ナビゲーションシステムの１つ以上のセンサに給電するために、電圧を下げる１つ以上の電圧調整器を含む。ナビゲーションシステムは、したがって、ＵＡＶのマイクロハイブリッド発電機から必要とされる量の電力を引き込むことができる。
【０１３９】
図１７は、マイクロ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から１７０２−６（以降、「ロータ１７０２」）を含む。ロータ１７０２は、対応するモータ１７０４−１から１７０４−６（以降、「モータ１７０４」）によって急回転させられる。モータ１７０４は、マイクロ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、開口部１７０８を含み、空気は、開口部１７０８を通して流動し、マイクロ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ことを補助し得る。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を通してさらされる。
【０１４０】
図１８は、マイクロ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。マイクロハイブリッド発電機システム５００は、電力をモータ１７０４に提供するための機関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から１８０２−６（以降、「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て位置付けられる。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。
【０１４１】
図１９は、マイクロ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て位置付けられる。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。
【０１４２】
図２０は、マイクロ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に示されるマイクロ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。マイクロ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。
【０１４３】
図２１は、マイクロ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に示されるマイクロ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。マイクロ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。
【０１４４】
ＵＡＶおよびマイクロハイブリッド発電機システムのさらなる説明が、２０１５年１１月１６日に出願された米国出願第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ここに組み込まれる）に見出されることができる。
【０１４５】
いくつかの例では、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、高い重量出力比を有する２ストローク機関であり得る。機関５０４は、機関が小型かつ軽く、したがって、機関の高い重量出力比に寄与するようにいくつかの可動部分を伴う単純設計を具現化することができる。いくつかの例では、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各１キロワットに対して約１０ｋｇの揚力を生成し得る。いくつかの例では、機関５０４は、ブラシレスモータであり得、それは、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。
【０１４６】
いくつかの例では、機関５０４は、ＵＡＶの敏感な構成要素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の敏感な構成要素は、例えば、Ｐｉｘｈａｗｋ、コンパス、全地球測位システム（ＧＰＳ）、または他の構成要素等の慣性測定ユニットを含むことができる。
【０１４７】
いくつかの例では、振動絶縁システムは、機関５０４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振動することを可能にし、したがって、振動が機関からＵＡＶの他の構成要素に伝送されることを防止する。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の残りに伝達されることを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。いくつかの例では、振動減衰マウントは、スペーサを用いて一緒に堅く接合された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剛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。
【０１４８】
図２２Ａを参照すると、いくつかの例では、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品を使用し、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、それは、ひいては、内部応力を低減させる。発電機ロータ７０６の機関シャフト６０６との整列も、精密結合を達成するために役立つことができる。ロータ７０６と機関シャフト６０６との間の不整列は、効率を低減させ、早期の故障に潜在的につながり得る不平衡を引き起こし得る。いくつかの例では、ロータ７０６の機関シャフト６０６との整列は、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、ならびに機関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への外部応力が低減させられること、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ことを補助する。
【０１４９】
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、それは、ひいては、マイクロハイブリッド発電機システムが、高電力において長い期間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、多くの機関サイクル（例えば、数百万の機関サイクル）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、最小の外力を経験し、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。
【０１５０】
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に容易に統合されることができる。
【０１５１】
図２２Ｂを参照すると、いくつかの例では、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に直接結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。この構成は、結合具で発電機を過剰に拘束することを防止する一方、小型形状因子ならびに低減させられた重量および複雑性を提供する。
【０１５２】
いくつかの例では、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、低減させられたトルク・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との間の結合具における摩損を低減させ、第１の電力システムの信頼性に寄与することができる。いくつかの例では、発電機は、機関５０４に直接結合されると、はずみ車としての機能を果たす。いくつかの例では、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）異なる構成要素である。
【０１５３】
いくつかの例では、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。この電力帯域は、その中で殆どの飛行条件下で動作すべき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。
【０１５４】
いくつかの例では、排気パイプが、機関５０４の効率に好影響を及ぼすために、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、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。いくつかの例では、気化器も、温度または他のパラメータ等の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、機関の中への所望の燃料量、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、スロットル本体が、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ために、設計されることができる。
【０１５５】
いくつかの例では、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、システムの電圧が負荷下で降下すると、スロットルは、増加させられ、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。スロットル位置を制御するために、バス電圧が、調整され、フィードバック制御ループが、使用されることができる。いくつかの例では、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。いくつかの例では、フィードフォワード制御が、機関が（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測し、予測された変化を先制的に補償し得るように提供されることができる。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ことができる。いくつかの例では、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化するために、または別の目標を最大化するために、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、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。
【０１５６】
いくつかの例では、ウルトラキャパシタが、マイクロ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、マイクロ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つ以上の再充電可能バッテリと併せて使用されることができる。
【０１５７】
いくつかの例では、熱管理方略が、マイクロ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、表面積に比例するので）、高電力密度構成要素は、過熱する傾向がある。加えて、内部燃焼は、本質的に非効率的なプロセスであり、それは、熱を生成する。
【０１５８】
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、ファンが機関と同一のＲＰＭで急回転し、したがって、有意な空気流を生成するように、機関シャフトに結合されることができる。遠心ファンは、空気流がシリンダヘッド等の機関のある構成要素（例えば、機関の最も熱い部分）の上に導か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、マイクロ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された空気（プロップウォッシュと称される）が、マイクロ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、マイクロ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。いくつかの例では、マイクロハイブリッド発電機システムの１つ以上の構成要素は、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減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、それは、熱シンクとしての機能を果たすことができる。図２２を参照すると、いくつかの例では、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つ以上のものの上）に形成され、機関の対流表面積を増加させ、したがって、増加した熱伝達を可能にすることができる。いくつかの例では、マイクロ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さらされるように構成されることができる。
【０１５９】
いくつかの例では、マイクロハイブリッド発電機システム５００および／またはＵＡＶ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、アルミニウムもしく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、重量削減に寄与することができる。例えば、構成要素は、剛性を増加させ、構成要素のために使用される材料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。
【０１６０】
ＵＡＶが、発電機モータに結合されるガソリン動力機関を含むマイクロハイブリッド発電機システムによって給電されるように主に説明されたが、他のタイプの電力システムも、使用され得る。いくつかの実装では、ＵＡＶは、少なくとも部分的にガソリンタービン等のタービンによって給電され得る。例えば、ガソリンタービンが、ガソリン動力機関の代わりに使用されることができる。ガソリンタービンは、マイクロハイブリッド発電機システムの一部として含まれる２つの別個の電力システムのうちの１つであり得る。すなわち、マイクロハイブリッド発電機システムは、ガソリンタービンの形態における第１の電力システムと、発電機モータの形態における第２の電力システムとを含むことができる。ガソリンタービンは、発電機モータに結合され得る。
【０１６１】
ガソリンタービンは、ガソリン動力機関（例えば、上で説明される機関５０４）によって提供されるものよりも高いＲＰＭレベルを提供し得る。そのようなより高いＲＰＭ能力は、第２の電力システム（例えば、上で説明される発電機モータ５０６）が（例えば、上で説明されるバッテリ５１０を充電するために）電気をより迅速かつ効率的に生成することを可能にし得る。
【０１６２】
時として、燃焼タービンと称されるガソリンタービンは、下流タービンに結合された上流回転圧縮機を含み得、燃焼チャンバが、それらの間にある。ガソリンタービンは、大気空気が圧縮機を通して流動することを可能にし、それによって、空気の圧力を増加させるように構成され得る。そして、エネルギーが、高温流を生成するために、ガソリン等の燃料を空気中に適用（例えば、噴霧）し、燃料に点火させることによって追加され得る。高温および高圧ガス流は、次いで、タービンに進入し得、ガス流は、排気圧まで膨張し、それによって、軸仕事出力を生成することができる。タービン軸仕事は、次いで、圧縮機およびシャフトに結合され得る発電機（例えば、発電機モータ５０４）等の他のデバイスを駆動するために使用される。軸仕事のために使用されないエネルギーは、高温および高速のうちの一方または両方を有する排気ガスとして排出されることができる。ガスタービン設計の１つ以上の性質および／または寸法は、最も望ましいエネルギー形態が最大化されるように選定されることができる。ＵＡＶとの使用の場合、ガスタービンは、典型的には、排気ガスから、またはガスタービンに接続されるダクト付きファンから推力を生成するように最適化されるであろう。
【０１６３】
図２４は、例えば、無人航空乗り物１００によって、無人航空乗り物ハイウェイをナビゲートするための例示的プロセス２４００を示す。ナビゲーションシステム（例えば、図１のナビゲーションシステム１１０）は、１つ以上のスペクトルにおける環境データを集める（２４１０）。上で説明されるように、１つ以上のスペクトルの各々は、熱スペクトル、磁気スペクトル、電波、赤外線波、可視光等のうちの１つを含むことができる。ナビゲーションシステムは、環境データを１つ以上のスペクトルにおける規定されたデータシグネチャと比較する（２４２０）。データシグネチャは、上で説明されるように、無人航空乗り物ハイウェイにおけるある位置に対して無人航空乗り物を位置特定するために使用され得る無人航空乗り物ハイウェイの認識可能な特徴を含む。いくつかの実装では、データシグネチャは、ナビゲーションより前に規定される（例えば、無人航空乗り物上の特徴ライブラリ内または遠隔コンピューティングシステム上に記憶される）。データシグネチャは、無人航空乗り物ハイウェイにおける無人航空乗り物の位置を示すデータの特定の構成を含むことができる。例えば、データシグネチャは、上で説明されるようなビーコンから伝送された識別子、ランドマークの画像、磁場読み取り値、熱放出のパターン等のうちの１つまたはそれらの組み合わせを含むことができる。ナビゲーションシステムは、環境データを規定されたデータシグネチャと比較することに基づいて、無人航空乗り物ハイウェイにおける無人航空乗り物の位置を決定する（２４２０）。例えば、無人航空乗り物は、それが電力線網の特定の塔の近傍にあると決定し得る。別の例では、無人航空乗り物は、それが道路網の特定の交差点の近傍にあると決定することができる。ナビゲーションシステムは、規定されたデータシグネチャを使用して訓練されるニューラルネットワークを含むことができる。無人航空乗り物が、無人航空乗り物の局所環境内に存在しているとしてデータシグネチャを認識すると、無人航空乗り物の位置が、航空乗り物ハイウェイにおける認識された規定されたデータシグネチャが存在する場所を決定することによって決定されることができる。
【０１６４】
いくつかの実施形態が、説明された。但し、種々の修正が、本明細書に説明される主題の精神および範囲から逸脱することなく行われ得ることを理解されたい。他のそのような実施形態も、以下の請求項の範囲内である。
【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５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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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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【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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【国際調査報告】
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