JP2017508166A - センサ融合 - Google Patents

Abstract

システム、方法、およびデバイスが、可動オブジェクトの位置的情報を収集し、可動オブジェクトを制御するために提供される。本開示の一側面では、可動オブジェクトの位置的情報を収集する方法は、可動オブジェクトに連結されている第１の感知システムからデータを受信することと、可動オブジェクトに連結されている第２の感知システムからデータを受信することと、第２の感知システムのセンサによって受信される信号の強度に基づいて、第２の感知システムからのデータの重み値を決定することと、（ｉ）第１の感知システムからのデータ、および（ｉｉ）重み値を考慮に入れた、第２の感知システムからのデータに基づいて、可動オブジェクトの位置的情報を計算することとを含む。

Description

地上車両、飛行機、表面車両、水中車両、および宇宙船等の無人機が、監視、捜索救助活動、探索、および他の分野を含む、広範囲の用途のために開発されてきた。そのような無人機は、しばしば、遠隔コントローラによって制御およびナビゲートすることができる。場合によっては、無人機は、人間の管理官からの誘導を伴わずに、環境を感知し、環境を通してナビゲートすることが可能な自立車両であり得る。

無人機の制御およびナビゲーションを可能にする位置的情報を生成するために、種々の種類のセンサを使用することができる。しかしながら、無人機のための現在の感知システムは、理想的とは言えないものであり得る。例えば、大抵の感知システムは、ある環境条件（例えば、屋内または屋外、高高度または低高度）下で、またはある種類の移動（例えば、高速または低速、回転または平行移動）に関してのみ正確である。

無人機等の可動オブジェクトの位置的情報を収集するための改良型システム、方法、およびデバイスの必要性が存在する。本発明は、位置的情報を収集し、可動オブジェクトを制御するためのシステム、方法、およびデバイスを提供する。多くの実施形態では、本明細書で開示されるシステム、方法、およびデバイスは、複数の感知システムから可動オブジェクトの位置データを受信し、センサ融合を通して可動オブジェクトの位置的情報を決定する。本発明は、無人機等の可動オブジェクトのためのナビゲーションシステムの融通性および精度を増進させる。

本開示の一側面では、可動オブジェクトの位置的情報を収集する方法が説明される。本方法は、メモリにおいて、可動オブジェクトに連結されている第１の感知システムからデータを受信することであって、第１の感知システムは、可動オブジェクトの位置的情報を決定するために有用な信号を受信するセンサを含む、ことと、メモリにおいて、可動オブジェクトに連結されている第２の感知システムからデータを受信することであって、第２の感知システムは、可動オブジェクトの位置的情報を決定するために有用な信号を受信するセンサを含む、ことと、プロセッサを用いて、第２の感知システムのセンサによって受信される信号の強度に基づいて、第２の感知システムからのデータの重み値を決定することと、プロセッサを用いて、（ｉ）第１の感知システムからのデータ、および（ｉｉ）重み値を考慮に入れた、第２の感知システムからのデータに基づいて、可動オブジェクトの位置的情報を計算することとを含む。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、無人機である。

いくつかの実施形態では、位置的情報を計算することは、可動オブジェクトの場所情報および配向情報を計算することを含む。場所情報を計算することは、可動オブジェクトの高度、緯度、および経度を計算することを含むことができる。配向情報を計算することは、ヨー軸に対する可動オブジェクトの角度、ロール軸に対する角度、およびピッチ軸に対する角度を計算することを含むことができる。

いくつかの実施形態では、第２の感知システムからデータを受信することは、第２の感知システムによって使用される全地球測位システム（ＧＰＳ）センサからデータを受信することを含む。第２の感知システムのＧＰＳセンサによって受信される信号の強度は、受信されるＧＰＳ信号の数または受信されるＧＰＳ信号の大きさに依存し得る。

いくつかの実施形態では、第１の感知システムからデータを受信することは、第１の感知システムによって使用される１つ以上の視覚センサからデータを受信することを含む。１つ以上の視覚センサからデータを受信することは、横方向に離間している複数の視覚センサからデータを受信することを含むことができる。本方法はさらに、可動オブジェクトに連結されている第３の感知システムからデータを受信することを含むことができ、該第３の感知システムは、慣性計測装置（ＩＭＵ）を使用する。

いくつかの実施形態では、第１の感知システムからデータを受信することは、第１の感知システムによって使用されるＩＭＵからデータを受信することを含む。

いくつかの実施形態では、位置的情報を決定するために有用な信号は、光信号、衛星からの信号、あるいは速度または加速度を示す信号を含む。

いくつかの実施形態では、重み値は、数値である。重み値は、０から１の間の値であり得る。

いくつかの実施形態では、本方法は、可動オブジェクトが事前設定された場所に戻るための命令を受信することを含む。本方法はさらに、プロセッサを用いて、可動オブジェクトの位置的情報に基づいて可動オブジェクトが事前設定された場所に戻るために進むべき経路を計算することを含むことができる。

本開示の別の側面では、可動オブジェクトの位置的情報を収集するためのプログラム命令を含む非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体が提供される。コンピュータ読み取り可能な媒体は、可動オブジェクトに連結されている第１の感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令であって、第１の感知システムは、可動オブジェクトの位置的情報を決定するために有用な信号を受信するセンサを含む、プログラム命令と、可動オブジェクトに連結されている第２の感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令であって、第２の感知システムは、可動オブジェクトの位置的情報を決定するために有用な信号を受信するセンサを含む、プログラム命令と、第２の感知システムのセンサによって受信される信号の強度に基づいて、第２の感知システムからのデータの重み値を決定するためのプログラム命令と、（ｉ）第１の感知システムからのデータ、および（ｉｉ）重み値を考慮に入れた、第２の感知システムからのデータに基づいて、可動オブジェクトの位置的情報を計算するためのプログラム命令とを含む。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、無人機である。

いくつかの実施形態では、位置的情報を計算するためのプログラム命令は、可動オブジェクトの場所情報および配向情報を計算するためのプログラム命令を含む。場所情報を計算するためのプログラム命令は、可動オブジェクトの高度、緯度、および経度を計算するためのプログラム命令を含むことができる。配向情報を計算するためのプログラム命令は、ヨー軸に対する可動オブジェクトの角度、ロール軸に対する角度、およびピッチ軸に対する角度を計算するためのプログラム命令を含むことができる。

いくつかの実施形態では、第２の感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令は、第２の感知システムによって使用されるＧＰＳセンサから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を含む。第２の感知システムのＧＰＳセンサによって受信される信号の強度は、受信されるＧＰＳ信号の数および受信されるＧＰＳ信号の大きさに依存し得る。

いくつかの実施形態では、第１の感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令は、第１の感知システムによって使用される１つ以上の視覚センサから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を含む。１つ以上の視覚センサから受信されるデータを分析するためのプログラム命令は、横方向に離間している複数の視覚センサから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を含むことができる。コンピュータ読み取り可能な媒体はさらに、可動オブジェクトに連結されている第３の感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を含むことができ、第３の感知システムは、ＩＭＵを使用する。

いくつかの実施形態では、第１の感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令は、第１の感知システムによって使用されるＩＭＵから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を含む。

いくつかの実施形態では、位置的情報を決定するために有用な信号は、光信号、衛星からの信号、あるいは速度または加速度を示す信号を含む。

いくつかの実施形態では、重み値は、数値である。重み値は、０から１の間の値であり得る。

いくつかの実施形態では、コンピュータ読み取り可能な媒体はさらに、可動オブジェクトが事前設定された場所に戻るための命令を受信するためのプログラム命令を含む。コンピュータ読み取り可能な媒体はさらに、プロセッサを用いて、可動オブジェクトの位置的情報に基づいて可動オブジェクトが事前設定された場所に戻るために進むべき経路を計算するためのプログラム命令を含むことができる。

本開示の別の側面では、可動オブジェクトの位置的情報を収集するためのシステムが提供される。本システムは、可動オブジェクトに連結されている第１の感知システムであって、第１の感知システムは、可動オブジェクトの位置的情報を決定するために有用な信号を受信するように構成されているセンサを含む、第１の感知システムと、可動オブジェクトに連結されている第２の感知システムであって、第２の感知システムは、可動オブジェクトの位置的情報を決定するために有用な信号を受信するように構成されているセンサを含む、第２の感知システムと、（ａ）第２の感知システムのセンサによって受信される信号の強度に基づいて、第２の感知システムからの信号の重み値を決定し、（ｂ）（ｉ）第１の感知システムからのデータ、および（ｉｉ）重み値を考慮に入れた、第２の感知システムからのデータに基づいて、可動オブジェクトの位置的情報を計算する、プロセッサとを含む。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、無人機である。

いくつかの実施形態では、位置的情報は、可動オブジェクトの場所情報および配向情報を含む。場所情報は、可動オブジェクトの高度、緯度、および経度を含むことができる。配向情報は、ヨー軸に対する可動オブジェクトの角度、ロール軸に対する角度、およびピッチ軸に対する角度を含むことができる。

いくつかの実施形態では、第２の感知システムは、ＧＰＳセンサを使用する。信号の強度は、受信されるＧＰＳ信号の数および受信されるＧＰＳ信号の大きさに依存し得る。

いくつかの実施形態では、第１の感知システムは、１つ以上の視覚センサを使用する。第１の感知システムは、横方向に離間している複数の視覚センサを使用することができる。可動オブジェクトに連結されている第３の感知システムからデータをさらに受信することができ、該第３の感知システムは、ＩＭＵを使用する。

いくつかの実施形態では、第１の感知システムは、ＩＭＵを使用する。

いくつかの実施形態では、位置的情報を決定するために有用な信号は、光信号を含む。

いくつかの実施形態では、位置的情報を決定するために有用な信号は、衛星からの信号を含む。

いくつかの実施形態では、位置的情報を決定するために有用な信号は、速度または加速度を示す信号を含む。

いくつかの実施形態では、重み値は、数値である。重み値は、０から１の間の値であり得る。

いくつかの実施形態では、本システムはさらに、可動オブジェクトが事前設定された場所に戻るための命令を受信するための受信機を含む。プロセッサは、可動オブジェクトの位置的情報に基づいて、可動オブジェクトが事前設定された場所に戻るために進むべき経路を決定するように構成されることができる。

本開示の別の側面では、可動オブジェクトの位置的情報を収集する方法が説明される。本方法は、（ａ）メモリにおいて、可動オブジェクトに連結されている第１の感知システムからデータを受信することであって、第１の感知システムは、可動オブジェクトの位置的情報を決定するために有用な信号を受信するセンサを含む、ことと、（ｂ）メモリにおいて、可動オブジェクトに連結されている第２の感知システムからデータを受信することであって、第２の感知システムは、可動オブジェクトの位置的情報を決定するために有用な信号を受信するセンサを含む、ことと、（ｃ）プロセッサを用いて、第２の感知システムのセンサによって受信される信号が所定の閾値を超える強度を有するかどうかを決定することと、（ｄ）プロセッサを用いて、（ｉ）ステップ（ｂ）の信号の強度が所定の閾値を超えないときに、第２の感知システムからのデータを伴わずに第１の感知システムからのデータに基づいて、（ｉｉ）ステップ（ｂ）の信号の強度が所定の閾値を超えるときに、第２の感知システムからのデータとともに第１の感知システムのデータに基づいて、可動オブジェクトの位置的情報を計算することとを含む。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、無人機である。

いくつかの実施形態では、位置的情報を計算することは、可動オブジェクトの場所情報および配向情報を計算することを含むことができる。場所情報を計算することは、可動オブジェクトの高度、緯度、および経度を計算することを含むことができる。配向情報を計算することは、ヨー軸に対する可動オブジェクトの角度、ロール軸に対する角度、およびピッチ軸に対する角度を計算することを含むことができる。

いくつかの実施形態では、第１の感知システムからデータを受信することは、第１の感知システムによって使用される非ＧＰＳ感知システムからデータを受信することを含む。非ＧＰＳ感知システムからデータを受信することは、非ＧＰＳ感知システムによって使用される１つ以上の視覚センサからデータを受信することを含むことができる。１つ以上の視覚センサからデータを受信することは、横方向に離間した複数の視覚センサからデータを受信することを含むことができる。本方法はさらに、可動オブジェクトに連結されている第３の感知システムからデータを受信することを含むことができ、該第３の感知システムは、ＩＭＵを使用する。非ＧＰＳ感知システムからデータを受信することは、非ＧＰＳ感知システムによって使用されるＩＭＵからデータを受信することを含むことができる。

いくつかの実施形態では、第２の感知システムからデータを受信することは、第２の感知システムによって使用されるＧＰＳセンサからデータを受信することを含む。第２の感知システムのＧＰＳセンサによって受信される信号の強度は、受信されるＧＰＳ信号の数および受信されるＧＰＳ信号の大きさに依存し得る。

いくつかの実施形態では、位置的情報を決定するために有用な信号は、光信号、衛星からの信号、あるいは速度または加速度を示す信号を含む。

いくつかの実施形態では、所定の閾値は、第２の感知システムが動作することを可能にする、信号の最小強度よりも大きい。

いくつかの実施形態では、所定の閾値は、ユーザによって入力される。

本開示の別の側面では、可動オブジェクトの位置的情報を収集するためのプログラム命令を含む非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体が提供される。コンピュータ読み取り可能な媒体は、（ａ）可動オブジェクトに連結されている第１の感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令であって、第１の感知システムは、可動オブジェクトの位置的情報を決定するために有用な信号を受信するセンサを含む、プログラム命令と、（ｂ）可動オブジェクトに連結されている第２の感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令であって、第２の感知システムは、可動オブジェクトの位置的情報を決定するために有用な信号を受信するセンサを含む、プログラム命令と、（ｃ）第２の感知システムのセンサによって受信される信号が、所定の閾値を超える強度を有するかどうかを決定するためのプログラム命令と、（ｉ）（ｂ）の信号の強度が所定の閾値を超えないときに、第２の感知システムからの分析されたデータを伴わずに第１の感知システムからの分析されたデータに基づいて、（ｉｉ）（ｂ）の信号の強度が所定の閾値を超えるときに、第２の感知システムからのデータとともに第１の感知システムの分析されたデータに基づいて、可動オブジェクトの位置的情報を計算するためのプログラム命令とを含む。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、無人機である。

いくつかの実施形態では、位置的情報を計算するためのプログラム命令は、可動オブジェクトの場所情報および配向情報を計算するためのプログラム命令を含む。場所情報を計算するためのプログラム命令は、可動オブジェクトの高度、緯度、および経度を計算するためのプログラム命令を含むことができる。配向情報を計算するためのプログラム命令は、ヨー軸に対する可動オブジェクトの角度、ロール軸に対する角度、およびピッチ軸に対する角度を計算するためのプログラム命令を含むことができる。

いくつかの実施形態では、第１の感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令は、第１の感知システムによって使用される非ＧＰＳ感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を含む。非ＧＰＳ感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令は、非ＧＰＳ感知システムによって使用される１つ以上の視覚センサから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を含むことができる。１つ以上の視覚センサから受信されるデータを分析するためのプログラム命令は、横方向に離間した複数の視覚センサから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を含むことができる。コンピュータ読み取り可能な媒体はさらに、可動オブジェクトに連結されている第３の感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を含むことができ、該第３の感知システムは、ＩＭＵを使用する。非ＧＰＳ感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令は、非ＧＰＳ感知システムによって使用されるＩＭＵから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を含むことができる。

いくつかの実施形態では、第２の感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令は、第２の感知システムによって使用されるＧＰＳセンサから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を含む。第２の感知システムのＧＰＳセンサによって受信される信号の強度は、受信されるＧＰＳ信号の数および受信されるＧＰＳ信号の大きさに依存し得る。

いくつかの実施形態では、位置的情報を決定するために有用な信号は、光信号、衛星からの信号、あるいは速度または加速度を示す信号を含む。

いくつかの実施形態では、所定の閾値は、第２の感知システムが動作することを可能にする、信号の最小強度よりも大きい。

いくつかの実施形態では、所定の閾値は、ユーザによって入力される。

本開示の別の側面では、可動オブジェクトの位置的情報を収集するためのシステムが提供される。本システムは、（ａ）可動オブジェクトに連結されている第１の感知システムであって、第１の感知システムは、可動オブジェクトの位置的情報を決定するために有用な信号を受信するように構成されているセンサを含む、第１の感知システムと、（ｂ）可動オブジェクトに連結されている第２の感知システムであって、第２の感知システムは、可動オブジェクトの位置的情報を決定するために有用な信号を受信するように構成されているセンサを含む、第２の感知システムと、（ｃ）（１）第２の感知システムのセンサによって受信される信号が、所定の閾値を超える強度を有するかどうかを決定し、（２）（ｉ）ステップ（ｂ）の信号の強度が所定の閾値を超えないときに、第２の感知システムからのデータを伴わずに第１の感知システムからのデータに基づいて、（ｉｉ）ステップ（ｂ）の信号の強度が所定の閾値を超えるときに、第２の感知システムからのデータとともに第１の感知システムのデータに基づいて、可動オブジェクトの位置的情報を計算する、プロセッサとを含む。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、無人機である。

いくつかの実施形態では、位置的情報は、可動オブジェクトの場所情報および配向情報を含む。場所情報は、可動オブジェクトの高度、緯度、および経度を含むことができる。配向情報は、ヨー軸に対する可動オブジェクトの角度、ロール軸に対する角度、およびピッチ軸に対する角度を含むことができる。

いくつかの実施形態では、第１の感知システムは、非ＧＰＳ感知システムである。非ＧＰＳ感知システムは、１つ以上の視覚センサを使用することができる。非ＧＰＳ感知システムは、横方向に離間した複数の視覚センサを使用することができる。可動オブジェクトに連結されている第３の感知システムからデータをさらに受信することができ、該第３の感知システムは、ＩＭＵを使用する。非ＧＰＳ感知システムは、ＩＭＵを使用することができる。

いくつかの実施形態では、第２のシステムは、ＧＰＳシステムである。信号の強度は、受信されるＧＰＳ信号の数および受信されるＧＰＳ信号の大きさに依存し得る。

いくつかの実施形態では、位置的情報を決定するために有用な信号は、光信号、衛星からの信号、あるいは速度または加速度を示す信号を含む。

いくつかの実施形態では、所定の閾値は、第２の感知システムが動作することを可能にする、信号の最小強度よりも大きい。

いくつかの実施形態では、所定の閾値は、ユーザによって入力される。

本開示の別の側面では、可動オブジェクトの位置的情報を収集する方法が説明される。本方法は、メモリにおいて、可動オブジェクトの位置的情報を含む、事前に記憶された経路を辿るように可動オブジェクトを誘導する命令を受信することであって、該位置的情報は、可動オブジェクトの場所情報および配向情報を含む、ことと、可動オブジェクトが事前に記憶された経路を辿っている間に、受信機において、可動オブジェクトの速度プロファイルを受信することと、可動オブジェクトの１つ以上の感知システムから、事前に記憶された経路に対する可動オブジェクトの位置を示す少なくとも１つの信号を受信することと、可動オブジェクトの１つ以上のアクチュエータを用いて、可動オブジェクトの位置を示す少なくとも１つの信号に応答して、速度プロファイルに従って事前に記憶された経路を可動オブジェクトに辿らせることとを含む。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路を辿るように可動オブジェクトを誘導する命令を受信することは、可動オブジェクトが以前に進んで記録した経路を辿るように可動オブジェクトを誘導する命令を受信することを含む。速度プロファイルを受信することは、可動オブジェクトが事前に記憶された経路を以前に進んだときの事前に記憶された経路に沿った可動オブジェクトの速度とは異なる、速度値を受信することを含むことができる。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路を辿るように可動オブジェクトを誘導する命令を受信することは、可動オブジェクトが以前に進んで記録した経路の逆を辿るように可動オブジェクトを誘導する命令を受信することを含む。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路を辿るように可動オブジェクトを誘導する命令を受信することは、１つ以上の経路パラメータを含む経路テンプレートを辿るように可動オブジェクトを誘導する命令を受信することを含む。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路を辿るように可動オブジェクトを誘導する命令を受信することは、ユーザによって入力される経路を辿るように可動オブジェクトを誘導する命令を受信することを含む。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路を辿るように可動オブジェクトを誘導する命令を受信することは、可動オブジェクトが繰り返し辿ることが可能であるループを辿るように可動オブジェクトを誘導する命令を受信することを含む。

いくつかの実施形態では、速度プロファイルを受信することは、事前に記憶された経路上で可変速度を受信することを含む。

いくつかの実施形態では、速度プロファイルを受信することは、ユーザによって入力される速度プロファイルを受信することを含む。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトに事前に記憶された経路を辿らせることは、可動オブジェクトが事前に記憶された経路を辿っている間に速度プロファイルを変更することを含む。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、異なる種類のセンサを使用する複数の感知システムを有する。感知システムは、視覚感知システム、ＩＭＵ、ＧＰＳシステムのうちの２つ以上を含むことができる。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、無人機である。

いくつかの実施形態では、１つ以上のアクチュエータは、可動オブジェクトのモータである。

本開示の別の側面では、可動オブジェクトを制御するためのプログラム命令を含む非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体が提供される。コンピュータ読み取り可能な媒体は、可動オブジェクトが辿るべき位置的情報を含む事前に記憶された経路を受信するためのプログラム命令であって、位置的情報は、可動オブジェクトの場所情報および配向情報を含む該位置的情報を含む、プログラム命令と、可動オブジェクトが事前に記憶された経路を辿っている間に可動オブジェクトが辿るための速度プロファイルを受信するためのプログラム命令と、可動オブジェクトの１つ以上の感知システムからの事前に記憶された経路に対する可動オブジェクトの位置を示す、少なくとも１つの信号を分析するためのプログラム命令と、可動オブジェクトの位置を示す、少なくとも１つの信号に応答して、速度プロファイルに従って事前に記憶された経路を可動オブジェクトに辿らせるように、命令を可動オブジェクトの１つ以上のアクチュエータに提供するためのプログラム命令とを含む。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路を受信するためのプログラム命令は、可動オブジェクトが以前に進んで記録した経路を受信するためのプログラム命令を含む。速度プロファイルを受信するためのプログラム命令は、可動オブジェクトが事前に記憶された経路を以前に進んだときの事前に記憶された経路に沿った可動オブジェクトの速度とは異なる、速度値を受信するためのプログラム命令を含むことができる。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路を受信するためのプログラム命令は、可動オブジェクトが以前に進んで記録した経路の逆を受信するためのプログラム命令を含む。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路を受信するためのプログラム命令は、１つ以上の経路パラメータを含む経路テンプレートを受信するためのプログラム命令を含む。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路を受信するためのプログラム命令は、ユーザによって入力される経路を受信するためのプログラム命令を含む。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路を受信するためのプログラム命令は、可動オブジェクトが繰り返し辿ることが可能であるループを受信するためのプログラム命令を含む。

いくつかの実施形態では、速度プロファイルを受信するためのプログラム命令は、事前に記憶された経路上で可変速度を受信するためのプログラム命令を含む。

いくつかの実施形態では、速度プロファイルを受信するためのプログラム命令は、ユーザによって入力される速度プロファイルを受信するためのプログラム命令を含む。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトに事前に記憶された経路を辿らせる命令を提供するためのプログラム命令は、可動オブジェクトが事前に記憶された経路を辿っている間に速度プロファイルを変更するためのプログラム命令を含む。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、異なる種類のセンサを使用する複数の感知システムを有する。感知システムは、視覚感知システム、ＩＭＵ、ＧＰＳシステムのうちの２つ以上を含むことができる。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、無人機である。

いくつかの実施形態では、１つ以上のアクチュエータは、可動オブジェクトのモータである。

本開示の別の側面では、可動オブジェクトを制御するためのシステムが提供される。本システムは、可動オブジェクトが辿るべき位置的情報を含む事前に記憶された経路を備えているメモリであって、位置的情報は、可動オブジェクトの場所情報および配向情報を含む、メモリと、可動オブジェクトが事前に記憶された経路を辿っている間に可動オブジェクトが辿るための速度プロファイルを受信するための受信機と、可動オブジェクトに連結される１つ以上の感知システムであって、１つ以上の感知システムは、事前に記憶された経路に対する可動オブジェクトの位置を示す、少なくとも１つの信号を提供する、該１つ以上の感知システムと、可動オブジェクトの１つ以上のアクチュエータであって、１つ以上のアクチュエータは、可動オブジェクトの位置を示す、少なくとも１つの信号に応答して、速度プロファイルに従って事前に記憶された経路を可動オブジェクトに辿らせるように構成される、該１つ以上のアクチュエータとを含む。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路は、可動オブジェクトが以前に進んで記録した経路である。速度プロファイルは、可動オブジェクトが事前に記憶された経路を以前に進んだときの事前に記憶された経路に沿った可動オブジェクトの速度とは異なる、速度値を含むことができる。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路は、可動オブジェクトが以前に進んで記録した経路の逆である。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路は、１つ以上の経路パラメータを含む経路テンプレートである。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路は、ユーザによって入力される経路である。

いくつかの実施形態では、事前に記憶された経路は、可動オブジェクトが繰り返し辿ることが可能であるループである。

いくつかの実施形態では、速度プロファイルは、事前に記憶された経路上の可変速度を含む。

いくつかの実施形態では、速度プロファイルは、ユーザによって入力される。

いくつかの実施形態では、速度プロファイルは、可動オブジェクトが事前に記憶された経路を辿っている間に変更される。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、異なる種類のセンサを使用する、複数の感知システムを有する。感知システムは、視覚感知システム、ＩＭＵ、ＧＰＳシステムのうちの２つ以上を含むことができる。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、無人機である。

いくつかの実施形態では、１つ以上のアクチュエータは、可動オブジェクトのモータである。

別の側面では、可動オブジェクトの速度を制御する方法が提供される。本方法は、受信機において、移動のための命令を受信することであって、移動は、可動オブジェクトの平行移動および角移動を含む、ことと、メモリの中で、可動オブジェクトが移動のための命令に応答して移動している間に、可動オブジェクトが従うための１つ以上の速度規則を提供することと、可動オブジェクトの１つ以上の感知システムから、可動オブジェクトの位置を示す、少なくとも１つの信号を受信することと、可動オブジェクトの１つ以上のアクチュエータを用いて、可動オブジェクトの位置を示す少なくとも１つの信号に基づいて、速度規則に従って移動のための命令に応答して可動オブジェクトを移動させることとを含む。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトの移動のための命令を受信することは、リモートコントロールから提供される命令を受信することを含む。リモートコントロールから提供される命令を受信することは、リモートコントロールの中へ可動オブジェクトの移動のためのユーザ入力情報を受信することを含むことができる。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトの移動のための命令を受信することは、可動オブジェクトのための事前に記憶された経路を備えている、メモリから提供される命令を受信することを含む。

いくつかの実施形態では、速度規則を提供することは、可動オブジェクトが移動することが許可される最大速度を提供することを含む。最大速度を提供することは、一定の固定速度を提供することを含むことができる。最大速度を提供することは、可動オブジェクトの位置を示す、少なくとも１つの信号に基づいて、最大速度を計算することを含むことができる。

いくつかの実施形態では、速度規則を提供することは、可動オブジェクトが移動することが許可される一定速度を提供することを含む。一定速度を提供することは、直線速度または角速度を提供することを含むことができる。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、異なる種類のセンサを使用する複数の感知システムを有する。感知システムは、視覚感知システム、ＩＭＵ、ＧＰＳシステムのうちの２つ以上を含むことができる。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、無人機である。

いくつかの実施形態では、１つ以上のアクチュエータは、可動オブジェクトのモータである。

別の側面では、可動オブジェクトの速度を制御するためのプログラム命令を含む非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体が提供される。コンピュータ読み取り可能な媒体は、可動オブジェクトの移動のための命令を受信するためのプログラム命令であって、移動は、可動オブジェクトの平行移動および角移動を含む、プログラム命令と、可動オブジェクトが移動のための命令に応答して移動している間に、可動オブジェクトが従うための１つ以上の速度規則を提供するためのプログラム命令と、可動オブジェクトの位置を示す、少なくとも１つの信号を分析するためのプログラム命令と、可動オブジェクトの位置を示す少なくとも１つの信号に基づいて、速度規則に従って移動のための命令に応答して可動オブジェクトを移動させるように、命令を可動オブジェクトの１つ以上のアクチュエータに提供するためのプログラム命令とを含む。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトの移動のための命令を受信するためのプログラム命令は、リモートコントロールから提供される命令を受信するためのプログラム命令を含む。リモートコントロールから提供される命令を受信するためのプログラム命令は、リモートコントロールの中への可動オブジェクトの移動のためのユーザ入力命令を受信するためのプログラム命令を含むことができる。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトの移動のための命令を受信するためのプログラム命令は、可動オブジェクトのための事前に記憶された経路を備えている、メモリから提供される命令を受信するためのプログラム命令を含む。

いくつかの実施形態では、速度規則を提供するためのプログラム命令は、可動オブジェクトが移動することが許可される最大速度を提供するためのプログラム命令を含む。最大速度を提供するためのプログラム命令は、一定の固定速度を提供するためのプログラム命令を含むことができる。最大速度を提供するためのプログラム命令は、可動オブジェクトの位置を示す、少なくとも１つの信号に基づいて、最大速度を計算するためのプログラム命令を含むことができる。

いくつかの実施形態では、速度規則を提供するためのプログラム命令は、可動オブジェクトが移動することが許可される一定速度を提供するためのプログラム命令を含む。一定速度を提供するためのプログラム命令は、直線速度または角速度を提供するためのプログラム命令を含むことができる。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、異なる種類のセンサを使用する複数の感知システムを有する。感知システムは、視覚感知システム、ＩＭＵ、ＧＰＳシステムのうちの２つ以上を含むことができる。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、無人機である。

いくつかの実施形態では、１つ以上のアクチュエータは、可動オブジェクトのモータである。

別の側面では、可動オブジェクトの速度を制御するためのシステムが提供される。本システムは、可動オブジェクトの移動のための命令を受信するための受信機であって、移動は、可動オブジェクトの平行移動および角移動を含む、受信機と、可動オブジェクトが移動のための命令に応答して移動している間に、可動オブジェクトが従うための１つ以上の速度規則を記憶するメモリと、可動オブジェクトに連結される１つ以上の感知システムであって、１つ以上の感知システムは、可動オブジェクトの並置を示す、少なくとも１つの信号を提供する、１つ以上の感知システムと、可動オブジェクトの１つ以上のアクチュエータであって、１つ以上のアクチュエータは、可動オブジェクトの位置を示す少なくとも１つの信号に基づいて、速度規則に従って移動のための命令に応答して可動オブジェクトを移動させるように構成される、１つ以上のアクチュエータとを含む。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトの移動のための命令は、リモートコントロールから提供される。可動オブジェクトの移動のための命令は、ユーザによってリモートコントロールに入力することができる。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトの移動のための命令は、可動オブジェクトのための事前に記憶された経路を備えている、メモリから提供される。

いくつかの実施形態では、速度規則は、可動オブジェクトが移動することが許可される最大速度を含む。最大速度は、一定の固定速度であり得る。最大速度は、可動オブジェクトの位置を示す、少なくとも１つの信号に基づいて計算することができる。

いくつかの実施形態では、速度規則は、可動オブジェクトが移動することが許可される一定速度を含む。一定速度は、直線速度であり得る。一定速度は、角速度であり得る。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、異なる種類のセンサを使用する複数の感知システムを有する。感知システムは、視覚感知システム、ＩＭＵ、ＧＰＳシステムのうちの２つ以上を含むことができる。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、無人機である。

いくつかの実施形態では、１つ以上のアクチュエータは、可動オブジェクトのモータである。

別の側面では、無人機の飛行軌道を表示する方法が提供される。本方法は、無人機の１つ以上の感知システムから、無人機の位置を示す、少なくとも１つの信号を受信することであって、無人機の位置は、無人機の場所および無人機の配向を含む、ことと、無人機の端末リモートデバイスのユーザインターフェース上で、少なくとも１つの信号に応答して、３次元座標系における無人機の場所および視覚指標を介した無人機の配向をリアルタイムで表示することとを含む。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの信号を受信することは、異なる種類のセンサを使用する複数の感知システムから少なくとも１つの信号を受信することを含む。少なくとも１つの信号を受信することは、立体視覚感知システム、ＩＭＵ、ＧＰＳシステムのうちの２つ以上から少なくとも１つの信号を受信することを含むことができる。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの信号を受信することは、無人機に堅く連結される１つ以上の感知システムから少なくとも１つの信号を受信することを含む。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、端末において、無人機の移動を制御するようにユーザから入力を受信することを含む。

いくつかの実施形態では、端末は、手持ち式オブジェクトである。

いくつかの実施形態では、本方法は、端末のタッチスクリーン上に無人機の位置を表示することを含む。

いくつかの実施形態では、視覚指標を表示することは、無人機のペイロードが面している方向を示す矢印を表示することを含む。

いくつかの実施形態では、無人機の配向を表示することは、無人機が移動するように位置付けられる方向を示す矢印を表示することを含む。

いくつかの実施形態では、無人機の対向する回転翼のシャフト間の距離は、５ｃｍから５ｍに及ぶ寸法を有する。

いくつかの実施形態では、無人機は、回転翼機である。

いくつかの実施形態では、本方法はさらに、３次元座標系の配向を調整するようにユーザから入力を受信することと、それに対応して無人機の配向を示す視覚指標を調整することとを含む。

別の側面では、無人機の飛行軌道を表示するためのプログラム命令を含む非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体が提供される。コンピュータ読み取り可能な媒体は、無人機の１つ以上の感知システムからの無人機の位置を示す、少なくとも１つの信号を分析するためのプログラム命令であって、無人機の位置は、無人機の場所および無人機の配向を含む、ログラム命令と、無人機への端末リモートデバイスのユーザインターフェース上で、少なくとも１つの信号に応答して、３次元座標系における無人機の場所および視覚指標を介した無人機の配向をリアルタイムで表示するためのプログラム命令とを含む。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの信号を分析するためのプログラム命令は、異なる種類のセンサを使用する複数の感知システムから少なくとも１つの信号を分析するためのプログラム命令を含む。少なくとも１つの信号を分析するためのプログラム命令は、立体視覚感知システム、ＩＭＵ、ＧＰＳシステムのうちの２つ以上から少なくとも１つの信号を分析するためのプログラム命令を含むことができる。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの信号を分析するためのプログラム命令は、無人機に堅く連結される１つ以上の感知システムからの少なくとも１つの信号を分析するためのプログラム命令を含む。

いくつかの実施形態では、コンピュータ読み取り可能な媒体はさらに、端末において、無人機の移動を制御するようにユーザから入力を受信するためのプログラム命令を含む。

いくつかの実施形態では、端末は、手持ち式オブジェクトである。

いくつかの実施形態では、コンピュータ読み取り可能な媒体は、端末のタッチスクリーン上に無人機の位置を表示するためのプログラム命令を含む。

いくつかの実施形態では、視覚指標を表示するためのプログラム命令は、無人機のペイロードが面している方向を示す矢印を表示するためのプログラム命令を含む。

いくつかの実施形態では、無人機の配向を表示するためのプログラム命令は、無人機が移動するように位置付けられる方向を示す矢印を表示するためのプログラム命令を含む。

いくつかの実施形態では、無人機の対向する回転翼のシャフト間の距離は、５ｃｍから５ｍに及ぶ寸法を有する。

いくつかの実施形態では、無人機は、回転翼機である。

いくつかの実施形態では、コンピュータ読み取り可能な媒体はさらに、３次元座標系の配向を調整するようにユーザから入力を受信するためのプログラム命令と、それに対応して無人機の配向を示す視覚指標を調整するためのプログラム命令とを含む。

別の側面では、無人機の飛行軌道を表示するためのシステムが提供される。本システムは、無人機の位置を示す、少なくとも１つの信号を提供する、無人機に連結される１つ以上の感知システムであって、無人機の位置は、無人機の場所および無人機の配向を含む、１つ以上の感知システムと、少なくとも１つの信号に応答して、３次元座標系における無人機の場所および視覚指標を介した無人機の配向を示す、ユーザインターフェースを含むＵＡＶへの端末リモートデバイスとを含む。

いくつかの実施形態では、無人機は、異なる種類のセンサを使用する複数の感知システムを有する。感知システムは、立体視覚感知システム、ＩＭＵ、ＧＰＳシステムのうちの２つ以上を含むことができる。

いくつかの実施形態では、１つ以上の感知システムは、無人機に堅く連結される。

いくつかの実施形態では、無人機の移動を制御するユーザからの入力はさらに、端末において受信することができる。

いくつかの実施形態では、端末は、手持ち式オブジェクトである。

いくつかの実施形態では、無人機の位置は、端末のタッチスクリーン上で表示される。

いくつかの実施形態では、無人機の配向の視覚指標は、無人機のペイロードが面している方向を示す矢印である。

いくつかの実施形態では、無人機の配向の視覚指標は、無人機が移動するように位置付けられる方向を示す矢印である。

いくつかの実施形態では、無人機の対向する回転翼のシャフト間の距離は、５ｃｍから５ｍに及ぶ寸法を有する。

いくつかの実施形態では、無人機は、回転翼機である。

いくつかの実施形態では、ユーザからの入力はさらに、３次元座標系の配向を調整し、それに対応して無人機の配向を示す視覚指標を調整するように受信することができる。

本開示の追加の側面および利点は、単純に、本開示を実行するために考慮される最良の様態の例証として、本開示の例示的実施形態のみが示され、説明される、以下の発明を実施するための形態から、当業者に容易に明白となるであろう。認識されるように、本開示は、他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、全て本開示から逸脱することなく、種々の明白な側面の修正が可能である。したがって、図面および説明は、制限的ではなく本質的に例証的と見なされるものである。

（参照による組み込み）
本明細書で記述される全ての出版物、特許、および特許出願は、各個別出版物、特許、または特許出願が、参照することにより組み込まれるように特異的かつ個別に示された場合と同一の程度に、参照することにより本明細書に組み込まれる。

本発明の新規の特徴が、添付の請求項で詳細に記載される。本発明の原理が利用される、例証的実施形態を記載する以下の発明を実施するための形態、ならびに添付図面を参照することにより、本発明の特徴および利点のより良い理解が得られるであろう。

図１は、本発明の実施形態による、無人機を図示する。 図２は、本発明の実施形態による、キャリアおよびペイロードを含む可動オブジェクトを図示する。 図３は、本発明の実施形態による、複数の感知システムを伴う可動オブジェクトを図示する。 図４は、本発明の実施形態による、可動オブジェクトの位置的情報を収集するためのシステムのブロック図としての概略図である。 図５は、本発明の実施形態による、可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報を決定するためのセンサ融合システムのブロック図としての概略図である。 図６は、本発明の実施形態による、可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報の状態推定のためのセンサ融合アルゴリズムを図示するフローチャートである。 図７は、本発明の実施形態による、立体視覚のためのシステムを図示する。 図８は、本発明の実施形態による、所定の飛行経路に沿った可動オブジェクトのナビゲーションのためのシステムのブロック図としての概略図である。 図９は、本発明の実施形態による、可動オブジェクトの速度制御のためのシステムのブロック図としての概略図である。 図１０は、本発明の実施形態による、可動オブジェクトの制御およびナビゲーションのためのユーザインターフェースを図示する。

本発明は、可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報を収集するためのシステム、方法、およびデバイスを提供する。本明細書で説明されるシステム、方法、およびデバイスは、（例えば、位置、速度、および／または加速度に関して）可動オブジェクトを制御するために使用することができる。加えて、本明細書で説明されるシステム、方法、およびデバイスは、可動オブジェクトに関する情報（例えば、可動オブジェクトの飛行軌道）を表示するために使用することができる。本発明の異なる側面を、個々に、集合的に、または互に組み合わせて認識できることを理解されたい。本明細書で説明される本発明の種々の側面は、以下に記載される特定の用途のうちのいずれかに、または任意の他の種類の可動オブジェクトに適用され得る。

本明細書で説明されるシステム、方法、およびデバイスは、任意の好適な可動オブジェクトに適用することができる。可動オブジェクトは、空中（例えば、固定翼航空機、回転翼航空機、または固定翼も回転翼も持たない航空機）、水中（例えば、船または潜水艦）、地上（例えば、動力車または列車）、宇宙空間（例えば、宇宙飛行機、衛星、または宇宙探査機）、またはこれらの環境の任意の組み合わせ等の任意の好適な環境内で移動するように構成することができる。可動オブジェクトは、本明細書の他の場所で説明される車両等の車両であり得る。いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、人間または動物等の生体であり得る。好適な動物は、鳥類、イヌ、ネコ、ウマ、ウシ、ヒツジ、ブタ、イルカ、齧歯類、または昆虫を含むことができる。

可動オブジェクトは、６自由度（例えば、平行移動の３自由度および回転の３自由度）に対して環境内で自由に移動することが可能であり得る。代替として、可動オブジェクトの移動は、所定の経路、進路、または配向によって等、１つ以上の自由度に対して制約することができる。移動は、エンジンまたはモータ等の任意の好適な作動機構によって作動されることができる。可動オブジェクトの作動機構は、電気エネルギー、磁気エネルギー、太陽エネルギー、風力エネルギー、重力エネルギー、化学エネルギー、核エネルギー、またはそれらの任意の好適な組み合わせ等の任意の好適なエネルギー源によって動力供給されることができる。

場合によっては、可動オブジェクトは、車両であり得る。好適な車両は、水上車両、航空機、宇宙船、または地上車両を含み得る。例えば、航空機は、固定翼航空機（たとえば、飛行機、グライダー）、回転翼航空機（例えば、ヘリコプター、回転翼機）、固定翼および回転翼の両方を有する航空機、またはいずれも持たない航空機（例えば、小型飛行船、熱気球）であり得る。航空機等の車両は、空中で、水上または水中で、宇宙空間で、あるいは地上で自走式である等、自走式であり得る。自走式車両は、１つ以上のエンジン、モータ、車輪、車軸、磁石、回転翼、プロペラ、羽根、ノズル、またはそれらの任意の好適な組み合わせを含む、推進システム等の推進システムを利用することができる。場合によっては、推進システムは、可動オブジェクトが表面から離陸すること、表面上に着陸すること、その現在の位置および／または配向を維持すること（例えば、ホバリングすること）、配向を変化させること、および／または位置を変化させることを可能にするために、使用することができる。

例えば、推進システムは、１つ以上の回転翼を含むことができる。回転翼は、中央シャフトに添着された１つ以上の羽根（例えば、１つ、２つ、３つ、４つ以上の羽根）を含むことができる。羽根は、中央シャフトの周囲で対称または非対称に配置することができる。羽根は、好適なモータまたはエンジンによって駆動されることができる、中央シャフトの回転によって旋回されることができる。羽根は、時計回りおよび／または反時計回りに回転するように構成することができる。回転翼は、水平回転翼（水平回転面を有する回転翼を指し得る）、垂直に配向された回転翼（垂直回転面を有する回転翼を指し得る）、または水平および垂直位置の間の中間角度で傾けられた回転翼であり得る。いくつかの実施形態では、水平に配向された回転翼は、回転して揚力を可動オブジェクトに提供し得る。垂直に配向された回転翼は、回転して推力を可動オブジェクトに提供し得る。水平および垂直位置の間の中間角度で配向された回転翼は、回転して、揚力および推力の両方を可動オブジェクトに提供し得る。１つ以上の回転翼は、別の回転翼の回転によって生じさせられるトルクに対抗するトルクを提供するために使用され得る。

可動オブジェクトは、ユーザによって遠隔で制御するか、または可動オブジェクト内あるいは上の乗員によって局所的に制御することができる。いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、無人機（ＵＡＶ）等の無人の可動オブジェクトである。ＵＡＶ等の無人の可動オブジェクトには、可動オブジェクトの機内に乗員を有しないであろう。可動オブジェクトは、人間または自律制御システム（例えば、コンピュータ制御システム）、あるいはそれらの任意の好適な組み合わせによって制御することができる。可動オブジェクトは、人工知能で構成されたロボット等の自律または半自律ロボットであり得る。

可動オブジェクトは、任意の好適なサイズおよび／または寸法を有することができる。いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、車両内または上に人間の乗員を有するためのサイズおよび／または寸法であり得る。代替として、可動オブジェクトは、車両内または上に人間の乗員を有することが可能であるものよりも小さいサイズおよび／または寸法であり得る。可動オブジェクトは、人間によって持ち上げられるか、または運搬されるために好適なサイズおよび／または寸法であり得る。代替として、可動オブジェクトは、人間によって持ち上げられるか、または運搬されるために好適なサイズおよび／または寸法より大きくてもよい。場合によっては、可動オブジェクトは、約２ｃｍ以下、約５ｃｍ以下、約１０ｃｍ以下、約５０ｃｍ以下、約１ｍ以下、約２ｍ以下、約５ｍ以下、または約１０ｍ以下の最大寸法（例えば、長さ、幅、高さ、直径、対角線）を有し得る。 最大寸法は、約２ｃｍ以上、約５ｃｍ以上、約１０ｃｍ以上、約５０ｃｍ以上、約１ｍ以上、約２ｍ以上、約５ｍ以上、または約１０ｍ以上であり得る。例えば、可動オブジェクトの対向する回転翼のシャフト間の距離は、約２ｃｍ以下、約５ｃｍ以下、約１０ｃｍ以下、約５０ｃｍ以下、約１ｍ以下、約２ｍ以下、約５ｍ以下、または約１０ｍ以下であり得る。代替として、対向する回転翼のシャフト間の距離は、約２ｃｍ以上、約５ｃｍ以上、約１０ｃｍ以上、約５０ｃｍ以上、約１ｍ以上、約２ｍ以上、約５ｍ以上、または約１０ｍ以上であり得る。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、１００ｃｍ×１００ｃｍ×１００ｃｍ未満、５０ｃｍ×５０ｃｍ×３０ｃｍ未満、または５ｃｍ×５ｃｍ×３ｃｍ未満の体積を有し得る。可動オブジェクトの全体積は、約１ｃｍ^３以下、約２ｃｍ^３以下、約５ｃｍ^３以下、約１０ｃｍ^３以下、約２０ｃｍ^３以下、約３０ｃｍ^３以下、約４０ｃｍ^３以下、約５０ｃｍ^３以下、約６０ｃｍ^３以下、約７０ｃｍ^３以下、約８０ｃｍ^３以下、約９０ｃｍ^３以下、約１００ｃｍ^３以下、約１５０ｃｍ^３以下、約２００ｃｍ^３以下、約３００ｃｍ^３以下、約５００ｃｍ^３以下、約７５０ｃｍ^３以下、約１０００ｃｍ^３以下、約５０００ｃｍ^３以下、約１０，０００ｃｍ^３以下、約１００，０００ｃｍ^３以下、約１ｍ^３以下、または約１０ｍ^３以下であり得る。逆に、可動オブジェクトの全体積は、約１ｃｍ^３以上、約２ｃｍ^３以上、約５ｃｍ^３以上、約１０ｃｍ^３以上、約２０ｃｍ^３以上、約３０ｃｍ^３以上、約４０ｃｍ^３以上、約５０ｃｍ^３以上、約６０ｃｍ^３以上、約７０ｃｍ^３以上、約８０ｃｍ^３以上、約９０ｃｍ^３以上、約１００ｃｍ^３以上、約１５０ｃｍ^３以上、約２００ｃｍ^３以上、約３００ｃｍ^３以上、約５００ｃｍ^３以上、約７５０ｃｍ^３以上、約１０００ｃｍ^３以上、約５０００ｃｍ^３以上、約１０，０００ｃｍ^３以上、約１００，０００ｃｍ^３以上、約１ｍ^３以上、または約１０ｍ^３以上であり得る。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、約３２，０００ｃｍ^２以下、約２０，０００ｃｍ^２以下、約１０，０００ｃｍ^２以下、約１，０００ｃｍ^２以下、約５００ｃｍ^２以下、約１００ｃｍ^２以下、約５０ｃｍ^２以下、約１０ｃｍ^２以下、または約５ｃｍ^２以下の設置面積（可動オブジェクトによって包含される側方断面積を指し得る）を有し得る。逆に、設置面積は、約３２，０００ｃｍ^２以上、約２０，０００ｃｍ^２以上、約１０，０００ｃｍ^２以上、約１，０００ｃｍ^２以上、約５００ｃｍ^２以上、約１００ｃｍ^２以上、約５０ｃｍ^２以上、約１０ｃｍ^２以上、または約５ｃｍ^２以上であり得る。

場合によっては、可動オブジェクトは、１０００ｋｇに満たない重さであり得る。可動オブジェクトの重量は、約１０００ｋｇ以下、約７５０ｋｇ以下、約５００ｋｇ以下、約２００ｋｇ以下、約１５０ｋｇ以下、約１００ｋｇ以下、約８０ｋｇ以下、約７０ｋｇ以下、約６０ｋｇ以下、約５０ｋｇ以下、約４５ｋｇ以下、約４０ｋｇ以下、約３５ｋｇ以下、約３０ｋｇ以下、約２５ｋｇ以下、約２０ｋｇ以下、約１５ｋｇ以下、約１２ｋｇ以下、約１０ｋｇ以下、約９ｋｇ以下、約８ｋｇ以下、約７ｋｇ以下、約６ｋｇ以下、約５ｋｇ以下、約４ｋｇ以下、約３ｋｇ以下、約２ｋｇ以下、約１ｋｇ以下、約０．５ｋｇ以下、約０．１ｋｇ以下、約０．０５ｋｇ以下、または約０．０１ｋｇ以下であり得る。逆に、重量は、約１０００ｋｇ以上、約７５０ｋｇ以上、約５００ｋｇ以上、約２００ｋｇ以上、約１５０ｋｇ以上、約１００ｋｇ以上、約８０ｋｇ以上、約７０ｋｇ以上、約６０ｋｇ以上、約５０ｋｇ以上、約４５ｋｇ以上、約４０ｋｇ以上、約３５ｋｇ以上、約３０ｋｇ以上、約２５ｋｇ以上、約２０ｋｇ以上、約１５ｋｇ以上、約１２ｋｇ以上、約１０ｋｇ以上、約９ｋｇ以上、約８ｋｇ以上、約７ｋｇ以上、約６ｋｇ以上、約５ｋｇ以上、約４ｋｇ以上、約３ｋｇ以上、約２ｋｇ以上、約１ｋｇ以上、約０．５ｋｇ以上、約０．１ｋｇ以上、約０．０５ｋｇ以上、または約０．０１ｋｇ以上であり得る。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、可動オブジェクトによって運搬される積み荷に対して小さくあり得る。積み荷は、以下でさらに詳細に説明されるように、ペイロードおよび／またはキャリアを含み得る。いくつかの実施例では、積み荷の重量に対する可動オブジェクトの重量の比は、約１：１より大きく、それ未満、またはそれに等しくあり得る。場合によっては、積み荷の重量に対する可動オブジェクトの重量の比は、約１：１より大きく、それ未満、またはそれに等しくあり得る。随意に、積み荷の重量に対するキャリアの重量の比は、約１：１より大きく、それ未満、またはそれに等しくあり得る。所望される場合、積み荷の重量に対する可動オブジェクトの重量の比は、１：２以下、１：３以下、１：４以下、１：５以下、１：１０以下、またはさらにそれより小さくあり得る。逆に、積み荷の重量に対する可動オブジェクトの重量の比はまた、２：１以上、３：１以上、４：１以上、５：１以上、１０：１以上、またはさらにそれより大きくあり得る。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、低いエネルギー消費量を有し得る。例えば、可動オブジェクトは、約５Ｗ／ｈ未満、約４Ｗ／ｈ未満、約３Ｗ／ｈ未満、約２Ｗ／ｈ未満、約１Ｗ／ｈ未満、またはそれ未満を使用し得る。場合によっては、可動オブジェクトのキャリアは、低いエネルギー消費量を有し得る。例えば、キャリアは、約５Ｗ／ｈ未満、約４Ｗ／ｈ未満、約３Ｗ／ｈ未満、約２Ｗ／ｈ未満、約１Ｗ／ｈ未満、またはそれ未満を使用し得る。随意に、可動オブジェクトのペイロードは、約５Ｗ／ｈ未満、約４Ｗ／ｈ未満、約３Ｗ／ｈ未満、約２Ｗ／ｈ未満、約１Ｗ／ｈ未満、またはそれ未満等の低いエネルギー消費量を有し得る。

図１は、本発明の実施形態による、無人機（ＵＡＶ）１００であり得る、可動オブジェクトの実施例を図示する。ＵＡＶ１００は、４つの回転翼１０２、１０４、１０６、および１０８を有する推進システムを含むことができる。任意の数の回転翼が提供され得る（例えば、１、２、３、４、５、６以上）。無人機の回転翼または他の推進システムは、無人機がホバリングすること／位置を維持すること、配向を変化させること、および／または場所を変化させることを可能にし得る。対向する回転翼のシャフト間の距離は、任意の好適な長さ１１０であり得る。例えば、長さ１１０は、２ｍ以下、または５ｍ以下であり得る。いくつかの実施形態では、長さ１１０は、４０ｃｍから１ｍ、１０ｃｍから２ｍ、または５ｃｍから５ｍの範囲内であり得る。前述のように、ＵＡＶ等の航空機に関する任意の説明が、任意の他の種類の可動オブジェクトに適用され得、その逆も同様である。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、積み荷を運搬するように構成されることができる。積み荷は、乗客、貨物、機器、器具等のうちの１つ以上を含むことができる。積み荷は、筐体内に提供されることができる。筐体は、可動オブジェクトの筐体とは別個であり得るか、または可動オブジェクト用の筐体の一部であり得る。代替として、積み荷が筐体を提供されることができる一方で、可動オブジェクトは筐体を持たない。代替として、積み荷の複数部分または積み荷全体が筐体を提供されないことができる。積み荷は、可動オブジェクトに対して堅く固定することができる。随意に、積み荷は、可動オブジェクトに対して移動可能（例えば、可動オブジェクトに対して平行移動可能または回転可能）であり得る。

いくつかの実施形態では、積み荷は、ペイロードを含む。ペイロードは、いなかなる動作または機能も果たさないように構成されることができる。代替として、ペイロードは、機能的ペイロードとしても知られている、動作または機能を果たすように構成されるペイロードであり得る。例えば、ペイロードは、１つ以上の標的を調査するための１つ以上のセンサを含むことができる。画像捕捉デバイス（例えば、カメラ）、音声捕捉デバイス（例えば、パラボラマイクロホン）、赤外線撮像デバイス、または紫外線撮像デバイス等の任意の好適なセンサをペイロードに組み込むことができる。センサは、静的感知データ（例えば、写真）または動的感知データ（例えば、ビデオ）を提供することができる。いくつかの実施形態では、センサは、ペイロードの標的の感知データを提供する。代替として、または組み合わせて、ペイロードは、信号を１つ以上の標的に提供するための１つ以上のエミッタを含むことができる。照明源または音源等の任意の好適なエミッタを使用することができる。いくつかの実施形態では、ペイロードは、可動オブジェクトから遠隔にあるモジュールと通信するため等に１つ以上の送受信機を含む。随意に、ペイロードは、環境または標的と相互作用するように構成されることができる。例えば、ペイロードは、ロボットアーム等のオブジェクトを操作することが可能なツール、器具、または機構を含むことができる。

随意に、積み荷は、キャリアを含み得る。キャリアは、ペイロードのために提供されることができ、ペイロードは、直接的（例えば、可動オブジェクトに直接接触する）または間接的（例えば、可動オブジェクトに接触しない）のいずれかで、キャリアを介して可動オブジェクトに連結されることができる。逆に、ペイロードは、キャリアを必要とすることなく可動オブジェクト上に載置されることができる。ペイロードは、キャリアと一体的に形成することができる。代替として、ペイロードは、キャリアに解放可能に連結されることができる。いくつかの実施形態では、ペイロードは、１つ以上のペイロード要素を含むことができ、ペイロード要素のうちの１つ以上は、上記で説明されるように、可動オブジェクトおよび／またはキャリアに対して移動可能であり得る。

キャリアは、可動オブジェクトと一体的に形成することができる。代替として、キャリアは、可動オブジェクトに解放可能に連結されることができる。キャリアは、直接的または間接的に可動オブジェクトに連結されることができる。キャリアは、支持をペイロードに提供する（例えば、ペイロードの重量の少なくとも一部を支える）ことができる。キャリアは、ペイロードの移動を安定させること、および／または方向付けることが可能である好適な載置構造（例えば、ジンバルプラットフォーム）を含むことができる。いくつかの実施形態では、キャリアは、可動オブジェクトに対してペイロードの状態（例えば、位置および／または配向）を制御するように適合されることができる。例えば、キャリアは、可動オブジェクトの移動にかかわらず、ペイロードが好適な基準系に対してその位置および／または配向を維持するように、可動オブジェクトに対して（例えば、１、２、または３つの平行移動度、および／または１、２、または３つの回転度に対して）移動するように構成されることができる。基準系は、固定された基準系（例えば、周囲環境）であり得る。代替として、基準系は、移動基準系（例えば、移動可能オブジェクト、ペイロード標的）であり得る。

いくつかの実施形態では、キャリアは、キャリアおよび／または可動オブジェクトに対するペイロードの移動を可能にするように構成することができる。移動は、（例えば、１、２、または３つの軸に沿った）最大で３自由度に対する平行移動、または（例えば、１、２、または３つの軸の周囲の）最大で３自由度に対する回転、あるいはそれらの任意の好適な組み合わせであり得る。

場合によっては、キャリアは、キャリアフレームアセンブリおよびキャリア作動アセンブリを含むことができる。キャリアフレームアセンブリは、構造支持をペイロードに提供することができる。キャリアフレームアセンブリは、個々のキャリアフレーム構成要素を含むことができ、そのうちのいくつかは、互に対して移動可能であり得る。キャリア作動アセンブリは、個々のキャリアフレーム構成要素の移動を作動させる、１つ以上のアクチュエータ（例えば、モータ）を含むことができる。アクチュエータは、同時に複数のフレーム構成要素の移動を可能にすることができるか、または一度に単一のキャリアフレーム構成要素の移動を可能にするように構成され得る。キャリアフレーム構成要素の移動は、ペイロードの対応する移動を生じることができる。例えば、キャリア作動アセンブリは、１つ以上の回転軸（例えば、ロール軸、ピッチ軸、またはヨー軸）の周囲で１つ以上のキャリアフレーム構成要素の回転を作動させることができる。１つ以上のキャリアフレーム構成要素の回転は、ペイロードを可動オブジェクトに対して１つ以上の回転軸の周囲で回転させることができる。代替として、または組み合わせて、キャリア作動アセンブリは、１つ以上の平行移動軸に沿って１つ以上のキャリアフレーム構成要素の平行移動を作動させ、それにより、可動オブジェクトに対して１つ以上の対応する軸に沿ったペイロードの平行移動を生じることができる。

いくつかの実施形態では、固定された基準系（例えば、周辺環境）および／または互に対する可動オブジェクト、キャリア、およびペイロードの移動は、端末によって制御することができる。端末は、可動オブジェクト、キャリア、および／またはペイロードから遠い場所にある遠隔制御デバイスであり得る。端末は、支持プラットフォームの上に配置されるか、またはそれに添着されることができる。代替として、端末は、手持ち式または装着型デバイスであり得る。例えば、端末は、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、コンピュータ、眼鏡、手袋、ヘルメット、マイクロホン、またはそれらの好適な組み合わせを含むことができる。端末は、キーボード、マウス、ジョイスティック、タッチスクリーン、またはディスプレイ等のユーザインターフェースを含むことができる。（例えば、端末の移動、場所、または傾斜を介して）端末と相互作用するために、手動で入力されたコマンド、音声制御、ジェスチャ制御、または位置制御等の任意の好適なユーザ入力を使用することができる。

端末はまた、可動オブジェクト、キャリア、および／またはペイロードの任意の好適な状態を制御するために使用することもできる。例えば、端末は、固定参照に対する可動オブジェクト、キャリア、および／またはペイロードの位置および／または配向を互からおよび／または互いに対して制御するために使用することができる。いくつかの実施形態では、端末は、キャリアの作動アセンブリ、ペイロードのセンサ、またはペイロードのエミッタ等の可動オブジェクト、キャリア、および／またはペイロードの個々の要素を制御するために使用することができる。端末は、可動オブジェクト、キャリア、またはペイロードのうちの１つ以上と通信するように適合される、無線通信デバイスを含むことができる。

端末は、可動オブジェクト、キャリア、および／またはペイロードの情報を視認するための好適な表示ユニットを含むことができる。例えば、端末は、位置、平行移動速度、平行移動加速度、配向、角速度、角加速度、またはそれらの任意の好適な組み合わせに関する可動オブジェクト、キャリア、および／またはペイロードの情報を表示するように構成することができる。いくつかの実施形態では、端末は、機能的ペイロードによって提供されるデータ（例えば、カメラまたは他の画像捕捉デバイスによって記録される画像）等のペイロードによって提供される情報を表示することができる。

図２は、実施形態による、キャリア２０２およびペイロード２０４を含む可動オブジェクト２００を図示する。可動オブジェクト２００は、航空機として描写されているが、この描写は、限定的であることを目的とせず、本明細書で以前に説明されたように、任意の好適な種類の可動オブジェクトを使用することができる。当業者であれば、航空機システムとの関連で本明細書において説明される実施形態のうちのいずれかを、任意の好適な可動オブジェクト（例えば、ＵＡＶ）に適用できることを理解するであろう。

場合によっては、ペイロード２０４は、キャリア２０２を必要とすることなく可動オブジェクト２００上に提供され得る。可動オブジェクト２００は、推進機構２０６と、感知システム２０８と、送受信機２１０とを含み得る。推進機構２０６は、本明細書で以前に説明されたように、回転翼、プロペラ、羽根、エンジン、モータ、車輪、車軸、磁石、またはノズルのうちの１つ以上を含むことができる。可動オブジェクトは、１つ以上、２つ以上、３つ以上、または４つ以上の推進機構を有し得る。推進機構は、全て同一の種類であり得る。代替として、１つ以上の推進機構は、異なる種類の推進機構であり得る。いくつかの実施形態では、推進機構２０６は、可動オブジェクト２００のいかなる水平移動も必要とすることなく（例えば、滑走路を進むことなく）可動オブジェクト２００が表面から垂直に離陸すること、または表面上に垂直に着陸することを可能にすることができる。随意に、推進機構２０６は、可動オブジェクト２００が特定位置および／または配向において空中でホバリングすることを可能にするように動作可能であり得る。

例えば、可動オブジェクト２００は、揚力および／または推力を可動オブジェクトに提供することができる、複数の水平に配向された回転翼を有することができる。複数の水平に配向された回転翼は、垂直離陸、垂直着陸、およびホバリング能力を可動オブジェクト２００に提供するように作動させることができる。いくつかの実施形態では、水平に配向された回転翼のうちの１つ以上が、時計回り方向に回転し得る一方で、水平回転翼のうちの１つ以上は、反時計回り方向に回転し得る。例えば、時計回りの回転翼の数は、反時計回りの回転翼の数に等しくあり得る。水平に配向された回転翼の各々の回転速度は、各回転翼によって生じさせられる揚力および／または推力を制御し、それにより、（例えば、最大で３つの平行移動度および最大で３つの回転度に対して）可動オブジェクト２００の空間的配置、速度、および／または加速度を調整するために、独立して変化させることができる。

感知システム２０８は、（例えば、最大で３平行移動度および最大で３回転度に対して）可動オブジェクト２００の空間的配置、速度、および／または加速度を感知し得る、１つ以上のセンサを含むことができる。１つ以上のセンサは、全地球測位システム（ＧＰＳ）センサ、運動センサ、慣性センサ、近接センサ、または画像センサを含むことができる。感知システム２０８によって提供される感知データは、（例えば、以下で説明されるように、好適な処理ユニットおよび／または制御モジュールを使用して）可動オブジェクト２００の空間的配置、速度、および／または配向を制御するために使用することができる。代替として、感知システム２０８は、気象条件、潜在的な障害物への近接性、地理的特徴の場所、人工構造の場所等の可動オブジェクトを包囲する環境に関するデータを提供するために使用することができる。

送受信機２１０は、無線信号２１６を介した、送受信機２１４を有する端末２１２との通信を可能にする。いくつかの実施形態では、通信は、端末２１２が、制御コマンドを可動オブジェクト２００、キャリア２０２、およびペイロード２０４のうちの１つ以上に提供し、可動オブジェクト２００、キャリア２０２、およびペイロード２０４のうちの１つ以上から情報（例えば、可動オブジェクト、キャリア、またはペイロードの位置的情報および／または運動情報、ペイロードカメラによって捕捉される画像データ等のペイロードによって感知されるデータ）を受信する、双方向通信を含むことができる。場合によっては、端末からの制御コマンドは、可動オブジェクト、キャリア、および／またはペイロードの相対位置的移動、作動、または制御のための命令を含み得る。例えば、制御コマンドは、（例えば、推進機構２０６の制御を介した）可動オブジェクトの場所および／または配向の修正、あるいは（例えば、キャリア２０２の制御を介した）可動オブジェクトに対するペイロードの移動をもたらし得る。端末からの制御コマンドは、カメラまたは他の画像捕捉デバイスの動作の制御等のペイロードの制御をもたらし得る（例えば、静止画像または動画を撮影すること、ズームインまたはアウトすること、スイッチをオンまたはオフにすること、撮像モードを切り替えること、画像解像度を変更すること、焦点を変更すること、被写界深度を変更すること、露光時間を変更すること、視野角または視野を変更すること）。場合によっては、可動オブジェクト、キャリア、および／またはペイロードからの通信は、（例えば、感知システム２０８の、またはペイロード２０４の）１つ以上のセンサからの情報を含み得る。通信は、１つ以上の異なる種類のセンサ（例えば、ＧＰＳセンサ、運動センサ、慣性センサ、近接センサ、または画像センサ）からの感知された情報を含み得る。そのような情報は、可動オブジェクト、キャリア、および／またはペイロードの位置（例えば、場所、配向）、移動、または加速度に関し得る。ペイロードからのそのような情報は、ペイロードによって捕捉されるデータ、またはペイロードの感知された状態を含み得る。端末２１２によって伝送されて提供される制御コマンドは、可動オブジェクト２００、キャリア２０２、またはペイロード２０４のうちの１つ以上の状態を制御するように構成することができる。代替として、または組み合わせて、キャリア２０２およびペイロード２０４はまた、端末が、可動オブジェクト２００、キャリア２０２、およびペイロード２０４の各々と独立して通信し、それを制御することができるように、端末２１２と通信するように構成される送受信機を含むこともできる。

（感知システム）
いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、可動オブジェクトの状態（例えば、１から６自由度に対する位置、速度、および／または加速度、可動オブジェクトの推進状態、可動オブジェクトのペイロードがオンまたはオフにされるかどうか、ペイロードの動作モード、ペイロードがズームインまたはアウトされるかどうか）または任意の他のオブジェクト（例えば、キャリア、ペイロード）に関する情報を提供するように構成される、感知システムを含むことができる。情報は、ユーザに表示されるように端末に伝送することができる。加えて、情報は、可動オブジェクトの制御を可能にするために、端末の処理ユニットに伝送することができる。例えば、情報は、固定された基準系または移動基準系に対するオブジェクトの３次元（３Ｄ）空間的配置を示す、可動オブジェクトの位置的情報を含むことができる。位置的情報は、場所情報（例えば、高度、緯度、および経度）および配向情報（例えば、ロール角、ピッチ角、およびヨー角）を含むことができる。代替として、または組み合わせて、情報は、６自由度のうちの１つ以上に対する可動オブジェクトの速度および／または加速度に関する運動情報を含むことができる。

本明細書で説明される実施形態の組み合わせ等の感知システムの任意の好適な組み合わせを使用することができる。いくつかの実施形態では、感知システムは各々、可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報を提供するために分析されることができる感知信号を受信するように適合されるセンサを含む。感知信号は、可動オブジェクトの位置、配向、速度、または加速度のうちの１つ以上を示すことができる。

図３は、本発明の実施形態による、複数の感知システムを伴う可動オブジェクト３００を図示する。可動オブジェクト３００の感知システムは、ＧＰＳセンサ３０２、慣性計測装置（ＩＭＵ）３０４、および／または第１および第２の視覚センサ３０６、３０８を含むことができる。感知システムによって生成される感知データは、可動オブジェクト３００を制御および／またはナビゲートするために使用することができる、位置的情報を提供するために使用することができる。

ＧＰＳセンサ３０２は、１つ以上のＧＰＳデータ信号３１２を得るように１つ以上のＧＰＳ衛星３１０と通信することができる。ＧＰＳセンサ３０２は、ＧＰＳセンサ３０２の位置が可動オブジェクト３００の位置に対応するように、可動オブジェクト３００に堅く連結されることができる。代替として、ＧＰＳセンサ３０２は、最大で６自由度に関して可動オブジェクト３００に対して移動することを許可され得る。ＧＰＳセンサ３０２は、可動オブジェクト３００上に直接載置されるか、または可動オブジェクト３００上に載置された支持構造に連結されることができる。場合によっては、支持構造は、キャリアまたはペイロード等の積み荷を含み得る。ＧＰＳセンサ３０２は、可動オブジェクトの外部に、または可動オブジェクトの筐体内に提供され得る。ＧＰＳセンサ３０２は、可動オブジェクトに永久的または取り外し可能に取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、ＧＰＳセンサ３０２は、可動オブジェクト３００のペイロードの要素であり得る。

ＧＰＳセンサ３０２によって受信されるＧＰＳ信号は、全地球基準系に対する可動オブジェクト３００の位置（例えば、緯度、経度、および高度）を決定し、それにより、可動オブジェクトの平行移動速度および／または加速度を決定するように処理することができる。ＧＰＳセンサ３０２は、ディファレンシャルＧＰＳ（ＤＧＰＳ）またはリアルタイム動的（ＲＴＫ）ＧＰＳ等の任意の好適なＧＰＳ技術を利用することができる。ＧＰＳセンサ３０２は、メータレベルの精度（例えば、１０ｍ、５ｍ、２ｍ、または１ｍ以内の精度）またはセンチメートルレベルの精度（５００ｃｍ、２００ｃｍ、１００ｃｍ、５０ｃｍ、２０ｃｍ、１０ｃｍ、または５ｃｍ以内の精度）等の任意の好適なレベルの精度まで可動オブジェクト３００の位置を決定するように構成することができる。

ＩＭＵ３０４は、１つ以上の加速度計、１つ以上のジャイロスコープ、１つ以上の磁力計、またはそれらの好適な組み合わせを含むことができる。例えば、ＩＭＵ３０４は、最大で３つの平行移動軸に沿って可動オブジェクトの直線加速度を測定する最大で３つの直交加速度計、および最大で３つの回転軸の周囲で角加速度を測定する最大で３つの直交ジャイロスコープを含むことができる。ＩＭＵ３０４は、可動オブジェクト３００の運動がＩＭＵ３０４の運動に対応するように、可動オブジェクト３００に堅く連結されることができる。代替として、ＩＭＵ３０４は、最大で６自由度に関して可動オブジェクト３００に対して移動することを許可され得る。ＩＭＵ３０４は、可動オブジェクト３００上に直接載置されるか、または可動オブジェクト３００上に載置された支持構造に連結されることができる。ＩＭＵ３０４は、可動オブジェクトの外部に、または可動オブジェクトの筐体内に提供され得る。ＩＭＵは、可動オブジェクトに永久的または取り外し可能に取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、ＩＭＵ３０４は、可動オブジェクト３００のペイロードの要素であり得る。ＩＭＵ３０４は、（例えば、１つ、２つ、または３つの平行移動軸、および／または１つ、２つ、または３つの回転軸に対する）可動オブジェクト３００の位置、配向、速度、および／または加速度等の可動オブジェクト３００の運動を示す信号を提供することができる。例えば、ＩＭＵ３０４は、可動オブジェクトの加速度を表す信号を感知することができ、信号は、速度情報を提供するように一度、場所および／または配向情報を提供するように２度、積分されることができる。

可動オブジェクト３００の視覚センサ３０６、３０８は、標的３１８の画像データを生成するように処理することができる、周辺環境（例えば、地面３２０）内の標的３１８から光信号３１４、３１６を受信するための任意の好適なデバイスであり得る。視覚センサ３０６、３０８は、視覚センサ３０６、３０８によって得られる位置的情報が、可動オブジェクト３００の位置的情報に対応するように、可動オブジェクト３００に堅く連結されることができる。代替として、視覚センサ３０６、３０８は、最大で６自由度に関して可動オブジェクト３００に対して移動することを許可され得る。視覚センサ３０６、３０８は、可動オブジェクト３００上に直接載置されるか、または可動オブジェクト３００上に載置された支持構造に連結されることができる。いくつかの実施形態では、視覚センサ３０６、３０８は、可動オブジェクト３００のペイロードの要素であり得る。単一の視覚センサ、一対の視覚センサ、３つの視覚センサ、４つの視覚センサ、または任意の他の数の視覚センサ等の任意の好適な数の視覚センサを使用することができる。例えば、視覚センサ３０６、３０８は、一対のカメラ（例えば、双眼カメラ）であり得る。代替として、単一のカメラ（例えば、単眼カメラ）を使用することができる。いくつかの実施形態では、各視覚センサが、異なるカメラ視点からの画像を提供し、それにより、立体視覚撮像を可能にするように、視覚センサは、可動オブジェクト３００上で横方向に離間している。例えば、視覚センサは、最大で１ｍ、５００ｃｍ、２５０ｃｍ、１００ｃｍ、５０ｃｍ、２５ｃｍ、１０ｃｍ、５ｃｍ、２ｃｍ、または１ｃｍだけ横方向に分離されることができる。視覚センサは、可動オブジェクトの同一の側に、または可動オブジェクトの反対側に配置されることができる。１つ以上の視覚センサは、可動オブジェクトの前、後、上、底、または側面、またはそれらの好適な組み合わせの上に配置されることができる。

視覚センサ３０６、３０８は、時系列の画像データを生成するように特定頻度で画像を同時に捕捉するために使用することができる。視覚センサ３０６、３０８から得られる時系列の画像データは、機械視覚アルゴリズム等の任意の好適な方法を使用して、可動オブジェクト３００の位置、配向、および／または速度を決定するように処理することができる。例えば、各画像内の１つ以上の特徴点（例えば、オブジェクトの縁、オブジェクトの角、または２つの異なる色のオブジェクトの間の境界線）を識別するために、機械視覚アルゴリズムを使用することができる。加速セグメントテスト（ＦＡＳＴ）アルゴリズムまたは二値ロバスト独立基本特徴（ＢＲＩＥＦ）アルゴリズムからの特徴等の特徴点のデジタル表現を識別して提供するために、任意の好適な方法または方法の組み合わせを使用することができる。次いで、画像データは、両方の視覚センサによって得られる画像内に出現する一組の共通特徴点を識別するように相互に照合されることができる。可動オブジェクト３００の運動は、可動オブジェクト３００および互に対する視覚センサ３０６、３０８の共通特徴点および空間的配置に基づいて決定することができる。

図３で描写されていないが、可動オブジェクト３００はまた、可動オブジェクト３００の位置的情報を提供するように構成される、近接感知システムを含むこともできる。可動オブジェクト３００と１つ以上の周辺オブジェクトとの間の距離を測定することが可能な任意の近接センサを使用することができる。例えば、近接感知システムは、超音波センサおよび／またはライダセンサを含むことができる。いくつかの実施形態では、近接センサは、可動オブジェクト３００を包囲する複数のオブジェクトの距離および位置的情報を得るように、回転させる（例えば、３６０°回転させる）ことができる。周囲オブジェクトの距離および位置的情報は、可動オブジェクト３００の空間的配置および／または運動を決定するために分析されることができる。

図４は、本発明の実施形態による、複数の感知システムを使用する可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報を収集するためのシステム４００のブロック図としての概略図である。システム４００は、本明細書で開示されるシステム、方法、またはデバイスの任意の好適な実施形態と組み合わせて使用することができる。システム４００は、本明細書で説明されるような複数の感知システムまたはモジュールを含むことができる。感知システムは、異なる方法で可動オブジェクトに関する情報を収集する、異なる種類の感知システムであり得る。異なる種類の感知システムは、異なる種類の信号または異なる発信源からの信号を感知し得る。例えば、感知システムは、ＩＭＵ４０２、ＧＰＳセンサモジュール４０４、複数のカメラ４０６、および近接感知モジュール４０８（例えば、ライダモジュール）を含むことができる。

ＩＭＵ４０２およびＧＰＳセンサモジュール４０４は、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）接続４１２を通して等、複数のプロセッサ（例えば、ＡＲＭプロセッサ）を有する処理ユニット４１０に動作可能に連結することができる。近接感知モジュール４０８は、プロセッサユニット４１０に動作可能に連結することができる。カメラ４０６は、処理ユニット４１０に動作可能に連結することができる。いくつかの実施形態では、カメラ４０６は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）４１４に動作可能に連結することができる。ＦＰＧＡ４１４は、（例えば、汎用メモリコントローラ（ＧＰＭＣ）接続４１６を介して）処理ユニット４１０に動作可能に連結することができる。画像伝送モジュール４１８（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ画像伝送モジュール）は、ＦＰＧＡ４１４を通して等、カメラ４０６に動作可能に連結することができる。画像伝送モジュール４１８は、カメラ４０６によって捕捉される画像を、本明細書で説明されるような端末等の任意の好適な外部デバイスまたはシステムに伝送するために使用することができる。

処理ユニット４１０は、プログラム可能なプロセッサ（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ））であり得る。処理ユニット４１０は、非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体４２０に動作可能に連結することができる。非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体は、１つ以上のメモリユニット（例えば、ＳＤカード４２２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）４２４等の取り外し可能な媒体または外部記憶装置）を含むことができる。いくつかの実施形態では、カメラ４０６からのデータは、（例えば、直接メモリアクセス（ＤＭＡ）コントローラ４２６を通して）非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体４２０のメモリユニットに直接伝達され、その内側に記憶することができる。非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体４２０のメモリユニットは、本明細書で説明される方法の任意の好適な実施形態を行うように処理ユニット４１０によって実行可能である、コードおよび／またはプログラム命令を含むことができる。例えば、処理ユニット４１０は、本明細書で説明されるように、可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報を決定するように、１つ以上の感知システム（例えば、ＩＭＵ４０２、ＧＰＳセンサモジュール４０４、カメラ４０６、近接感知モジュール４０８）によって生成されるデータを処理ユニット４１０の１つ以上のプロセッサに分析させる、命令を実行するように構成することができる。メモリユニットは、処理ユニット４１０によって処理される、１つ以上の感知システムからの感知データを記憶することができる。いくつかの実施形態では、非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体４２０のメモリユニットは、感知データを処理することによって決定される、可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報を記憶することができる。代替として、または組み合わせて、非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体４２０のメモリユニットは、可動オブジェクトを制御するための所定のデータまたは事前記憶データ（例えば、所定の飛行経路、速度プロファイル、または加速規則）を記憶することができる。

いくつかの実施形態では、処理ユニット４１０は、可動オブジェクトの状態を制御するように構成される、制御モジュール４２８に動作可能に連結することができる。例えば、制御モジュール４２８は、可動オブジェクトのアクチュエータまたはモータ４３０を制御して、６自由度に対する可動オブジェクトの空間的配置を調整するように動作可能である、作動機構制御モジュールとして、図４で描写されている。代替として、または組み合わせで、制御モジュール４２８は、６自由度に対して可動オブジェクトの速度または加速度を調整することができる。いくつかの実施形態では、制御モジュール４２８は、本明細書で説明されるように、１つ以上の感知システムからのデータを処理することによって得られる、可動オブジェクトの所定の制御データあるいは位置的情報および／または運動情報に基づいて、可動オブジェクトを制御することができる。処理ユニットは、キャリア、ペイロード、または感知システムの状態のうちの１つ以上を制御するように構成されるモジュール等の１つ以上の他のモジュール４３２に動作可能に連結することができる。

処理ユニット４０８は、１つ以上の外部デバイス（例えば、端末、表示デバイス、または他の遠隔コントローラ）からデータを伝送および／または受信するように構成される通信モジュール４３４に動作可能に連結することができる。有線通信または無線通信等の任意の好適な通信の手段を使用することができる。例えば、通信モジュール４３４は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、赤外線、無線、ＷｉＦｉ、ピアツーピア（Ｐ２Ｐ）ネットワーク、電気通信ネットワーク、クラウド通信等のうちの１つ以上を利用することができる。随意に、電波塔、衛星、または移動局等の中継局を使用することができる。無線通信は、近接性依存型または近接性独立型であり得る。いくつかの実施形態では、見通し線が、通信のために必要とされる場合もあり、必要とされない場合もある。通信モジュール４３４は、感知システムからの感知データ、感知データを処理することによって決定される位置的情報および／または運動情報、所定の制御データ、端末または遠隔コントローラからのユーザのコマンド等のうちの１つ以上を伝送および／または受信することができる。

システム４００の構成要素は、任意の好適な構成で配列することができる。例えば、システム４００の構成要素のうちの１つ以上は、可動オブジェクト、キャリア、ペイロード、端末、感知システム、または上記のうちの１つ以上と通信している追加の外部デバイス上に位置することができる。加えて、図４は、単一の処理ユニット４１０および単一の非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体４２２を描写するが、当業者であれば、これは限定的であることを目的とせず、システム４００は、複数の処理ユニットおよび／または非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体を含むことができると理解するであろう。いくつかの実施形態では、複数の処理ユニットおよび／または非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体のうちの１つ以上は、可動オブジェクト、キャリア、ペイロード、端末、感知システム、上記のうちの１つ以上と通信している追加の外部デバイス、またはそれらの好適な組み合わせ等の異なる場所に位置することができ、システム４００によって行われる処理および／またはメモリ機能の任意の好適な側面は、前述の場所のうちの１つ以上で起こり得る。

（センサ融合を使用した運動および／または位置推定）
場合によっては、従来の個々の感知システムの性能は、理想的とは言えないものであり得る。例えば、ＧＰＳ感知システムは、複数のＧＰＳ衛星への見通し線を必要とし、したがって、不良な気象条件、屋内環境、または建造物の付近で使用されるときに制限され得る。加えて、ＤＧＰＳおよびＲＴＫ ＧＰＳは、従来のＧＰＳと比較して向上した精度を実証するが、これらの技術は、場合によっては、それらの適用性を限定する種々の制限に関連付けられ得る。ＩＭＵ感知システムは、例えば、複雑な移動（例えば、同時高速平行移動および回転）を感知するためには精度が低くあり得る。加えて、ＩＭＵ感知システムは、経時的に積分誤差を累積し得る。視覚感知システムは、例えば、有意量の計算を必要とし得る。さらに、視覚感知システムの精度は、低解像度、（例えば、急速な移動による）画像のぼやけ、および画像のゆがみが、そのようなシステムの性能を低減させ得るように、画質による影響を受け得る。長距離センサがいくつかの用途で使用するためには大きすぎ得る場合、近接感知システムは、例えば、センサの精度および使用範囲によって制限され得る。加えて、ライダセンサは、強い日光条件下で、低減した性能を示し得る。

単一の感知システムの任意の潜在的な欠点によって引き起こされる、測定の不正確性を低減させるために、異なる種類の感知システム等の複数の感知システムから受信されるデータに基づいて、可動オブジェクトの空間的配置および／または運動を決定することができる。本明細書で説明されるセンサ融合は、任意の単一の感知システムからの測定の不正確性を補いながら、各センサ種類の利点を利用する。結果として、可動オブジェクトの運動および／または位置の向上した推定値を、多種多様の環境で達成することができる。任意の好適な数および種類の感知システムを、本明細書で説明されるセンサ融合方法に使用することができる。例えば、ＧＰＳ感知システム、ＩＭＵ感知システム、および機械視覚感知システムの３体センサ融合を行うことができる。代替として、２体センサ融合を行うことができる（例えば、ＧＰＳおよびＩＭＵ、ＧＰＳおよび視覚、ＧＰＳおよび近接、ＩＭＵおよび視覚、ＩＭＵおよび近接、または視覚および近接）。代替として、複数の感知システムから受信されるデータを、任意の好適な順番で複数のセンサ融合ステップにわたって連続的に融合することができる（例えば、ＧＰＳがＩＭＵと融合され、次いで、視覚がＧＰＳおよびＩＭＵと融合される）。本明細書で説明されるセンサ融合のための方法は、本明細書で説明されるシステムおよびデバイスの実施形態等の任意の好適な可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報を決定するように適用することができる。

図５は、本発明の実施形態による、可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報を決定するためのセンサ融合システム５００のブロック図としての概略図である。システム５００は、本明細書で説明されるシステム、方法、およびデバイスの任意の好適な実施形態と組み合わせることができる。システム５００は、第１および第２の感知システム５０２および５０４を含み、それぞれのセンサ５０６および５０８は、それぞれの感知信号５１０および５１２を受信するように構成される。信号５１８を受信するためのセンサ５１６を含む、第３の感知システム５１４等の任意の好適な数の随意的な感知システムも提供することができる。感知システムからの感知データは、センサ融合モジュール５２０に伝送することができる。センサ融合モジュール５２０は、可動オブジェクト、ペイロード、キャリア、端末感知システム、または追加の外部デバイスのうちの１つ以上の上に配置された部分を含むことができる。いくつかの実施形態では、センサ融合モジュール５２０は、感知システムに対して局所、または感知システムから遠隔にあり得る。センサ融合モジュール５２０は、感知システムから受信される感知データに基づいて、可動オブジェクトの３Ｄ空間的配置および／または運動を決定するように構成されている、１つ以上のプロセッサを含むことができる。センサ融合モジュール５２０は、空間的配置および／または運動を決定するために、任意の好適なセンサ融合方法を使用することができる。例えば、センサ融合方法は、カルマンフィルタ、拡張カルマンフィルタ（ＥＫＦ）、アンセンテッド（ｕｎｓｃｅｎｔｅｄ）カルマンフィルタ（ＵＫＦ）、粒子フィルタ（ＰＦ）、またはそれらの好適な組み合わせに基づくアルゴリズムを含むことができる。

いくつかの実施形態では、センサ融合アルゴリズムは、センサ融合分析から、感知システムのうちの１つ以上からの感知データを除外することができる。感知システムからの感知データを除外するかどうかを決定するために、任意の好適なパラメータを使用することができる。いくつかの実施形態では、パラメータは、センサ信号強度、センサ種類、可動オブジェクトの状態、または周辺環境を含むことができる。センサ信号強度は、センサ信号の大きさ、感知システムによって受信される感知信号の数のうちの１つ以上に依存し得る。例えば、センサは、ＧＰＳセンサであり得、ＧＰＳ信号強度は、（例えば、異なるＧＰＳ衛星から）受信されるＧＰＳ感知信号の数、または（例えば、信号の出力によって決定されるような）ＧＰＳ信号の大きさのうちの１つ以上に依存し得る。いくつかの実施形態では、センサ融合モジュール５２０は、センサ信号強度が閾値を超えるかどうかを決定するように、センサ信号強度を閾値と比較することができる。センサ信号強度が閾値を超える場合、対応する感知データをセンサ融合分析で使用することができる。センサ信号強度が閾値を超えない場合、対応する感知データをセンサ融合分析から除外することができる。閾値は、（例えば、ユーザによって入力される）所定の値であり得る。代替として、閾値は、（例えば、可動オブジェクトの状態等の１つ以上の動的に変化するパラメータに基づいて）動的に決定することができる。いくつかの実施形態では、閾値は、対応する感知システムが動作することを可能にする、センサの最小信号強度よりも大きく設定することができる。

いくつかの実施形態では、対応する感知データに基づいて空間的配置および／または運動を決定する場合、センサ融合アルゴリズムが１つ以上の重み値を考慮に入れるように、１つ以上の重み値を１つ以上の感知システムについて決定することができる。重み値は、センサ信号の強度または大きさ、感知システムによって受信される感知信号の数、センサの種類、または可動オブジェクトの状態の１つ以上等の任意の好適なパラメータに基づいて、センサ融合モジュール５２０によって決定することができる。例えば、ＧＰＳ感知システムについては、重み値は、ＧＰＳ信号強度（例えば、上記で説明されるようなＧＰＳ信号の数および／または大きさに応じた信号強度）に基づいて決定することができ、信号強度が高いときにはより高い重み値、信号強度が低いときにはより低い重み値を伴う。いくつかの実施形態では、重み値が、以下で詳細に説明されるように、視覚感知データを分析するために使用される機械視覚アルゴリズムの精度を示すパラメータに基づくように、重み値を視覚感知システムについて決定することができる。例えば、視覚感知システムについては、（例えば、高高度で、または水上で）機械視覚ベースのナビゲーションがあまり信頼できない環境に可動オブジェクトがあるときに、重み値は、より低くあり得る。

いくつかの実施形態では、重み値は、数値（例えば、０から１に及ぶ）であり得る。重み値は、連続範囲の値または離散した一組の値を包含することができる。例えば、重み値は、線形、非線形、多項式、指数、または対数相関を通して等、１つ以上の好適なパラメータに数学的に関連付けられることができる。随意に、１つ以上の重み値は、事前に決定するか、またはユーザ入力に基づいて事前設定値から選択することができる。単一の感知システムまたは複数の感知システム等の任意の好適な数の感知システムを重み付けすることができる。１つ以上の感知システムは、同一の重み値を共有することができ、または各感知システムは、異なるそれぞれの重み値を有することができる。随意に、いくつかの感知システムは、重み付けされないこともある。いくつかの実施形態では、センサ融合モジュール５２０は、重み値が、重み付けされる感知システムからの感知データについて考慮に入れられるように、重み付けされる感知システムと重み付けされない感知システムとの好適な組み合わせからの感知データに基づいて、可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報を計算することができる。一実施例では、第１の感知システムおよび第２の感知システムが提供され得る。第１の感知システムからのデータは、重み値が考慮に入れられて、第２の感知システムからのデータと組み合わせられ得る。別の実施例では、第１の感知システムからのデータは、重み付けされ、第２の感知システムからの重み付けされた値と組み合わせられ得る。データが重み付けされる場合も、重み付けされない場合もある、１つ以上の追加の感知システム（例えば、第３の感知システム、第４の感知システム）を提供することができる。場合によっては、検出可能な条件（例えば、信号強度）に基づいてセンサデータが損なわれ得る場合、感知システムに対する重み付けが考慮され得る。

図６は、本発明の実施形態による、可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報の状態推定のためのセンサ融合アルゴリズム６００を図示するフローチャートである。アルゴリズム６００を適用するために、本明細書で説明される実施形態等の任意の好適なシステムまたはデバイスを使用することができる。いくつかの実施形態では、アルゴリズムは、一対の双眼カメラ６０２、６０４、ＩＭＵ６０６、およびＧＰＳ６０８からの感知データを融合するために使用することができる。

アルゴリズム６００では、一対の画像をカメラ６０２、６０４によって同時に記録することができる（以降では「画像フレーム」）。アルゴリズム６００は、画像フレームが撮影されたときの、開始位置に対するカメラ６０２、６０４の速度および位置を得るために、画像フレームが得られる度に繰り返されることができる。毎回、アルゴリズム６００は、（Ｒ，Ｔ）として表される以前の測定時点以降の相対位置的変化を決定することができ、Ｒは、以前の時点に対する可動オブジェクトの配向の変化を表す回転行列であり、Ｔは、以前の時点に対する３Ｄ空間内の可動オブジェクトの位置の変化を表す運動ベクトルである。

カメラ６０２、６０４によって得られる未加工画像データは、例えば、画像データ内の光学的ゆがみおよび／または雑音を補正するアルゴリズムを実装することによって、画像データを補正するように画像分析によって処理されることができる。画像分析は、本明細書で以前に説明されたように、補正された画像データから好適な特徴点を抽出し、特徴点のデジタル表現を生成することができる。

いくつかの実施形態では、位置的変化の初期推定を使用して、画像分析によって生成される特徴点のフレーム間マッチングを行うことができ、それにより、検索の複雑性を低減させ、マッチング効率および精度を向上させる。例えば、初期推定は、ＩＭＵ６０６およびＧＰＳセンサ６０８の２体センサ融合に基づいて生成することができる。ＩＭＵ６０６は、位置的変化の測定値

を提供するように以前のフレームからの位置的情報と比較することができる、６自由度に対する速度データを提供することができる。ＧＰＳセンサ６０８は、（例えば、３つの平行移動度に対する）可動オブジェクトの位置的変化

の測定データを提供することができる。いくつかの実施形態では、ＧＰＳ測定データは、本明細書で説明されるように、重み値δを割り当てることができる。重み値δは、ＧＰＳ信号の強度に基づいて０から１に及ぶことができる。例えば、ＧＰＳ信号が弱い環境では、δは０に近くあり得る。ＧＰＳ信号が強い環境では、δは１に近くあり得る。ＧＰＳ信号が弱くあり得る環境の実施例は、屋内環境、構造または自然発生特徴による障害物、荒れた気象条件、頭上の衛星が無いこと、またはＧＰＳ受信機の機能不全を含むことができる。ＧＰＳ信号が強くあり得る環境の実施例は、屋外環境、高高度、障害物が無いこと、または晴天条件を含むことができる。１つのシナリオでは、可動オブジェクトは、いくつかの高い建造物によって包囲され、低高度で飛行している場合がある。これは、衛星信号を遮断することまたは弱めることをもたらし得、それは対応して、ＧＰＳシステムからのデータにより低い重みを与えさせ得る。これは、損なわれているという兆候が認められない他の感知システムに対して、ＧＰＳシステムからのデータが軽視されるという結果をもたらし得る。したがって、可動オブジェクトの位置的変化の初期推定

を生成するために、本明細書で説明されるような任意の好適なセンサ融合方法（例えば、カルマンフィルタ）を使用して、ＩＭＵデータ

およびＧＰＳセンサデータ

が融合されることができる。

初期推定

は、以前のフレーム内の同一の特徴点

に対応する、現在のフレーム内の特徴点

（ｉは、ｉ番目の特徴点を表し、ｔは、現在の時間を表す）を検索するために使用されることができる。例えば、

を得るために、

に従って、特徴点

の推定３Ｄ座標

が回転されることができる。推定３Ｄ座標

は、回転後の特徴点の位置

を得るために投影されることができ、Ｋは、カメラの内部パラメータ行列であり、Π_０は、投影行列である。次いで、現在のフレームを検索し、

領域内の特徴点について照合することができ、

から最小限の平面距離を有する点

は、対応する点であると見なされる。したがって、特徴点

および

の間のフレーム間関係を決定することができる。次いで、カメラ６０２および６０４の間の空間的関係に基づいて、特徴点の３Ｄ位置を推定することができるように、カメラ６０２およびカメラ６０４によって得られる画像間の特徴点のステレオマッチングを行うことができる。

図７は、本発明の実施形態による、立体視覚のためのシステム７００を図示する。システム７００は、それぞれ、位置７０２および７０４を中心とする左カメラおよび右カメラ（図示せず）を含むことができる。焦点距離ｆ、光センササイズｌ、およびカメラ間の距離ｂ等のパラメータが、各カメラについて知られている。いくつかの実施形態では、前述のパラメータは、各カメラについて同一である。３Ｄ座標

は、左および右カメラによって捕捉される画像内の一対の照合された特徴点

および

に対応する。ピクセル距離

および

は、空間的距離

および

になるように、単一のピクセルのサイズによって乗算されることができる。したがって、以下の式を使用して、

Ｄと表される、３Ｄ座標

とカメラとの間の距離を決定することができる。カメラの内部パラメータ行列ＫおよびＤの計算された値に基づいて、このようにして推定３Ｄ座標

を点

について導出することができる。

フレーム間マッチングおよび特徴点のステレオマッチングに続いて、特徴点・３Ｄ座標ペア

が各特徴点について得られることができる。したがって、任意の好適なアルゴリズムを使用して、画像内の特徴点の運動を分析することによって、カメラの速度を決定することができる。例えば、時間ｔで得られる一組のｎ個の座標ペアｃ１、ｃ２、．．．、ｃ_ｎが与えられると、行列

は、３つの行ベクトル

として表されることができ、カメラの内部パラメータ行列は、以下のように表されることができる。

結果として、時間の各特徴点間の推定位置的移動または変化

は、以下を解くことによって得られることができる。

推定位置的移動が、主にカメラ６０２、６０４からの画像データのフレームマッチングに基づいて得られるので、この推定値の精度および精密度は、ｎのサイズによる影響を受け得る。いくつかの実施形態では、本明細書で説明されるように、重み値ρを

に割り当てることができる。重み値ρは、ｎのサイズに基づくことができる。例えば、重み値は、０から１に及び、ｎに比例することができる。

３体センサ融合を、視覚感知システムからの推定位置的移動

、ＩＭＵデータ

、およびＧＰＳセンサデータ

に基づいて行うことができる。３組の感知データを融合して、本明細書で説明されるような単一の位置的測定値（Ｒ，Ｔ）を決定するために、任意の好適な方法を使用することができる。いくつかの実施形態では、ＥＫＦを使用することができる。したがって、時間ｔでは、以下であるように、位置的測定値を（Ｒ_ｔ，Ｔ_ｔ）として表すことができ、

であり、測定関数を以下のように表すことができ、

ω_ｔおよびｖ_ｔは、それぞれの分散Ｑ_ｔおよびＲ_ｔを有するシステムにおける潜在的誤差を表す。

（Ｒ_ｔ，Ｔ_ｔ）を得るために、最後の時点からの推定値

および

を更新することによって、変数

の推定値、推定値の精度を推定するための共分散行列

、および

を決定することができる。例えば、ＥＫＦを使用して更新を行うことができ、更新方程式を以下のように表すことができる。

Ｆ_ｔ−１は、点

における関数ｆの線形行列であり、Ｇ_ｔは、点

における関数ｇの線形行列である。重み値ρおよびδは、それぞれ、ＧＰＳデータおよび機械視覚アルゴリズムへのセンサ融合アルゴリズムの「信頼」の程度を示す。最後に、可動オブジェクトの位置的情報の正確な測定値を得るために、

を解くことによって、現在の推定位置を得ることができる。

可動オブジェクトが比較的長い距離にわたって移動するにつれて、以前に識別された特徴点のうちのいくつかは、現在の画像フレームの外側に移動し、したがって、照合不可能になる場合があり、それがｎの値を減少させ、画像データの信頼性を低減させ得る。したがって、いくつかの実施形態では、アルゴリズム６００は、この状況に対処するように周期的に「リセット」されることができる。例えば、アルゴリズムは、新しいキーフレーム内の特徴点が、特徴マッチングアルゴリズムの候補として使用される新しい特徴点になるように、新しい「キーフレーム」を周期的に特定することができる。リセットが起こるときを決定するために、任意の好適な方法を使用することができる。例えば、座標ペアの数ｎがリセット閾値よりも低いときに、アルゴリズム６００がリセットされるように、リセット閾値を特定することができる。リセット閾値は、運動推定の許容誤差、画質、特徴抽出アルゴリズム、またはそれらの好適な組み合わせ等の任意の好適なパラメータに基づいて、決定されることができる。いくつかの実施形態では、リセット閾値は、（例えば、視覚感知システムの較正後に）ユーザによって設定されることができる。

いくつかの実施形態では、感知システムの精度を向上させるよう、アルゴリズム６００によって決定される位置的情報および／または運動情報を１つ以上の感知システムにフィードバックすることができる。いくつかの実施形態では、６自由度に対する速度または加速度推定を、位置的情報の導出に基づいて決定し、１つ以上の感知システムに提供することができる。例えば、位置的情報および／または運動情報は、経時的に積分誤差の任意の累積を補正するために、ＩＭＵ６０６の参照値を較正するために周期的に使用されることができる。

アルゴリズム６００は、任意の好適な計算速度で実装することができる。例えば、カメラ６０２、６０４は、２０Ｈｚで画像データを受信するように構成することができ、ＩＭＵ６０６は、２００Ｈｚで慣性感知データを受信するように構成することができ、ＧＰＳセンサ６０８は、２００ＨｚでＧＰＳデータを受信するように構成することができる。いくつかの実施形態では、１秒あたり２０の融合推定値を得るように、画像分析、フレーム間マッチング、ステレオマッチング、キーフレームリセット、ならびに運動および位置推定を２０Ｈｚで計算することができる。いくつかの実施形態では、ＩＭＵおよびＧＰＳセンサデータの２体融合、ならびにＩＭＵ、ＧＰＳ、および視覚センサデータ間の３体融合を２００Ｈｚで計算することができる。データ収集または融合の任意の他の頻度または速度が生じ得る。いくつかの実施形態では、カメラは、約１０Ｈｚ以上、約１５Ｈｚ以上、約２０Ｈｚ以上、約２５Ｈｚ以上、約３０Ｈｚ以上、約３５Ｈｚ以上、約４０Ｈｚ以上、約５０Ｈｚ以上、約６０Ｈｚ以上、約７０Ｈｚ以上、約８０Ｈｚ以上、約９０Ｈｚ以上、約１００Ｈｚ以上、約１２０Ｈｚ以上、約１５０Ｈｚ以上、約２００Ｈｚ以上、または約３００Ｈｚ以上の速度で画像を捕捉することが可能であり得る。画像は、ビデオサンプリングレートで捕捉され得る。

本明細書で説明されるシステムおよびデバイスの実施形態等のアルゴリズム６００の任意の部分を実行するために、任意の好適なハードウェアプラットフォームを使用することができる。例えば、本明細書で説明されるように、画像補正およびフレーム間マッチングを行うために、ＦＰＧＡ４１４を使用することができる。データ４１４は、アルゴリズム６００の残りのステップを実行するために処理ユニット４１０に伝送することができる。処理ユニット４１０によって決定される位置的情報および／または運動情報は、非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体４２０に記憶することができる。いくつかの実施形態では、本明細書で説明されるように、異なるデバイス上に随意に位置することができる、システム４００の１つ以上の構成要素等の１つ以上のハードウェアプラットフォームによって、アルゴリズム６００の１つ以上のステップを実行することができる。いくつかの実施形態では、データは、システム４００よりも大きな計算能力を有する１つ以上の遠隔システムに伝送することができる。例えば、システム４００は、可動オブジェクト上に位置することができ、未加工画像データは、画像伝送モジュール４１８を介して可動オブジェクト（例えば、端末）から遠隔にある１つ以上のシステムに伝送することができる。アルゴリズム６００は、本明細書で説明されるように実行することができ、結果は、通信モジュール４３４を介して可動オブジェクトに返信することができる。このアプローチは、可動オブジェクトの機内のハードウェアに対する計算要求を有利に低減させる。

（用途）
本明細書で説明されるシステム、方法、およびデバイスの実施形態は、可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報の収集を伴う任意の好適な用途で使用することができる。いくつかの実施形態では、開示されたシステム、方法、およびデバイスは、ＵＡＶ等の航空機を制御および／またはナビゲートするように適用することができる。しかしながら、当業者であれば、本明細書で説明される実施形態を飛行していない可動オブジェクトに適用できることを理解するであろうように、以下の実施例において飛行、飛行経路、飛行軌道等を指す用語の使用は、本発明を飛行する可動オブジェクトに限定することを目的としていない。

例えば、６自由度（例えば、３つの位置度および３つの配向度）に対する可動オブジェクトの位置を制御するために、（本明細書で説明されるようなセンサ融合を使用して）１つ以上の感知システムによって提供される可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報を使用することができる。いくつかの実施形態では、可動オブジェクトは、（例えば、高度、緯度、経度、ロール角、ピッチ角、またはヨー角に対して）可動オブジェクトの場所および／または配向を自由制御するために、ユーザによって直接提供され、（例えば、端末を使用して）可動オブジェクトに伝送される制御命令に応答することができる。随意に、可動オブジェクトは、可動オブジェクトの移動を制御するために、制御命令に応答することができる。例えば、可動オブジェクトの平行移動速度および／または平行移動加速度は、高度、緯度、および経度等の３平行移動度まで制御され得る。可動オブジェクトの角速度および／または角加速度は、ヨー軸、ロール軸、およびピッチ軸の周囲の回転等の３角運動度まで制御され得る。

代替として、または組み合わせて、位置制御方式が、ユーザによって特定される場所までの可動オブジェクトの経路を計算することができる。可動オブジェクトの経路は、地上、水中、空中、または宇宙空間で生じ得る。可動オブジェクトの経路は、表面に制限され得るか、または３自由度の実質的に自由な運動を包含し得る。いくつかの実施形態では、経路は、飛行経路であってもよく、位置制御方式は、飛行軌道生成を提供することができる。飛行経路の本明細書での任意の説明は、可動オブジェクトによって横断され得る任意の他の種類の経路に適用され得、その逆も同様である。例えば、ユーザは、「戻るコマンド」が受信されたときに可動オブジェクトが自動的に戻る「ホーム位置」を規定する、一組の空間的座標を特定することができる。戻るコマンドは、本明細書で説明されるように決定される、可動オブジェクトの位置的情報に基づいて、可動オブジェクトにホーム位置までの飛行経路を計算させ、次いで、計算された飛行経路を使用して、ホーム位置までナビゲートさせることができる。随意に、ユーザは、インターフェース（例えば、端末、ディスプレイ、または他の遠隔コントローラ）を介して、ホーム位置であるべき目印または他の環境特徴を特定することができ、目印の座標は、インターフェースによって決定され、可動オブジェクトに伝送されることができる。いくつかの実施形態では、「ホーム位置」は、ユーザによる特定の空間的座標の入力を必要とすることなく、飛行中に得られる位置的情報に基づいて、可動オブジェクトによって記録されることができる。例えば、可動オブジェクトがその飛行を開始した場所を、ホーム位置として自動的に記録することができる。代替として、可動オブジェクトの飛行経路に沿った任意の好適な場所をホーム位置として指定することができる。例えば、可動オブジェクトが飛行している間に、ユーザは、可動オブジェクトが後に戻ることができるホーム場所として、可動オブジェクトの場所を指定することができる。随意に、本明細書で説明されるように、ユーザによって、または自動的にのいずれかで、複数の事前設定場所を特定することができ、可動オブジェクトは、任意の好適な順序で場所の各々までナビゲートするように命令されることができる。

代替として、または組み合わせて、可動オブジェクトのための位置制御方式は、事前に記憶された飛行経路としても知られている、所定の飛行経路に沿った可動オブジェクトの自律ナビゲーションを伴うことができる。例えば、メモリに記憶された所定の飛行経路の始点までナビゲートするように可動オブジェクトに命令するために、好適なユーザ入力を使用することができる。所定の飛行経路は、飛行経路の各点における６自由度（例えば、３位置度および３配向度）に対する可動オブジェクトの空間的配置に関する情報を含むことができる。可動オブジェクトは、ユーザによって別様に指示されるまで、６つ全ての自由度に沿った所定の飛行経路に沿ってナビゲートするように命令されることができる。例えば、可動オブジェクトは、経路の場所ならびに経路に沿った事前設定配向を辿ることができる。

所定の飛行経路は、可動オブジェクトが繰り返し飛行経路を辿ることができるように、閉ループであり得る（例えば、オートルーピング）。閉ループ経路は、可動オブジェクトの以前に飛行した経路を記録することによって作成することができる。代替として、閉ループ経路は、１つ以上のパラメータおよび／または１つ以上の事前に選択された点に従って、生成または計算され得る。代替として、飛行経路は、異なる始点および終点を有することができる。

所定の飛行経路は、ユーザ入力によって規定される１つ以上の部分を含むことができる。例えば、ユーザは、６自由度に対する可動オブジェクトの飛行経路を規定する座標を提供することができる。ユーザが規定した飛行経路は、ユーザが飛行経路全体の座標を特定する必要がないように、ユーザによって入力される１つ以上の好適な経路パラメータを有する、経路テンプレートを含むことができる。いくつかの実施形態では、経路テンプレートは、幾何学的形状であり得、経路パラメータは、幾何学的形状を規定する１つ以上の寸法であり得る。寸法は、辺の長さ、軸の長さ、曲線の半径、曲線の半径、弧度、経路の曲率等のうちの１つ以上を含むことができる。例えば、経路テンプレートは、円の直径である経路パラメータを伴う円、長および短軸の長さである経路パラメータを伴う楕円、または多角形の１つ以上の辺の長さである経路パラメータを伴う多角形（例えば、正方形、長方形、三角形）等の閉鎖形状であり得る。代替として、経路テンプレートは、ジグザグの間隔である経路パラメータを伴うジクザグ形状等の開放形状（例えば、直線、湾曲、または曲線形状）であり得る。経路テンプレートのパラメータはまた、可動オブジェクト配向（例えば、固定配向、変動配向）に対するパラメータを含むこともできる。

代替として、または組み合わせて、所定の飛行経路は、（例えば、本明細書で説明されるように決定される位置的情報および／または運動情報に基づいて、６自由度に対する空間的座標を使用して）以前の飛行中に可動オブジェクトによって移動および記録された１つ以上の部分を含むことができる。例えば、ユーザは、可動オブジェクトの飛行中に飛行経路を記録するための開始時間および停止時間を特定することができる。随意に、オンコマンドがユーザによって提供されたときに記録が開始し、オフコマンドがユーザによって提供されたときに終了するように、オン／オフコマンドを使用することができる。いくつかの実施形態では、記録は、自動的に決定されるか、またはユーザによって入力されるかのいずれかである、特定時間間隔または距離間隔で、可動オブジェクトの空間的座標を記憶するように構成することができる。所定の飛行経路は、記録された飛行経路と同一の方向性を有することができるか、または記録された飛行経路の逆であり得る。６自由度に対する可動オブジェクトの空間的配置は、所定の飛行経路の１つ以上の点において、記録された飛行経路と同一であり得る。代替として、空間的配置は、記録された飛行経路の逆等の１つ以上の点において異なり得る。場合によっては、所定の経路は、正確に、場所および配向を含む６自由度に沿って、記録された経路であり得る。場合によっては、所定の経路は、正確に、場所および配向を含む６自由度に沿って、記録された経路の逆であり得る。

図８は、本発明の実施形態による、所定の飛行経路に沿った可動オブジェクトのナビゲーションのためのシステム８００のブロック図としての概略図である。システム８００は、本明細書で説明されるシステム、方法、およびデバイスの任意の好適な実施形態と組み合わせて使用することができる。システム８００は、経路計算モジュール８０２および飛行制御モジュール８０４を含む。経路計算モジュール８０２は、視覚感知システム８０６（例えば、一対の双眼カメラ）、ＩＭＵ感知システム８０８、およびＧＰＳ感知システム８１０を含む。これらの感知システムから受信される感知データは、本明細書で説明されるように、好適なセンサ融合アルゴリズムを使用して、運動および／または位置推定モジュール８１２によって融合される。可動オブジェクトが（例えば、ユーザの制御下で）飛行経路に沿って移動するにつれて、運動および／または位置推定モジュール８１２によって生成される位置的情報および／または運動情報は、経路記憶モジュール８１４の１つ以上のメモリユニットに記憶することができる。例えば、可動オブジェクトは、始点（０，０）を設定し、次いで、飛行経路に沿った一連の主要点について、運動および／または位置推定モジュール８１２を使用して位置的情報（Ｒ，Ｔ）を決定することができる。主要点は、例えば、時間間隔、距離間隔、またはそれらの好適な組み合わせに基づいて決定することができる。主要点｛（０，０），（Ｒ_１，Ｔ_１），（Ｒ_２，Ｔ_２），．．．，（Ｒ_ｎ，Ｔ_ｎ，）｝の曲線によって規定される飛行経路は、経路記憶モジュール８１４に記憶される。

経路記憶モジュール８１４に記憶された所定の飛行経路に沿って自律的にナビゲートするように可動オブジェクトに命令するために、好適なユーザ入力を使用することができる。いくつかの実施形態では、所定の飛行経路に沿った可動オブジェクトの速度および／または加速度パラメータを定義するために、ユーザ入力８１６を提供することができる。好適な速度および／または加速度パラメータが、以下でさらに詳細に説明される。ユーザ入力に基づいて所定の飛行経路のパラメータを再度決めるために、経路パラメータ化モジュール８１８を使用することができる。例えば、飛行経路曲線内の主要点の数は、飛行経路に沿って可動オブジェクトによって維持されるユーザ特定速度に基づいて変化することができ、飛行経路曲線の幾何学形状に基づいて、主要点の新しい数が解かれることができる。

再度パラメータ決定された飛行経路は、飛行制御モジュール８０４に伝送されることができる。飛行制御モジュール８０４は、６自由度に対する飛行経路の位置、速度、および／または加速度情報を決定するように構成されている、飛行制御情報生成モジュール８２０を含む。例えば、飛行制御情報生成モジュール８２０は、連続主要点間の差を決定し、次の主要点に到達するために必要とされる直線加速度および角加速度

を決定するように差の偏導関数を求めることができる。随意に、主要点の数は、本明細書で説明されるように、可動オブジェクトの速度に基づいて変えられることができる。いくつかの実施形態では、増加した速度が、増加した数の主要点をもたらし得る。代替として、増加した速度が、より少ない数の主要点をもたらし得る。可動オブジェクトが経路を辿ることを可能にするように、十分な数の主要点が選択され得る。加速度情報は、次の主要点までナビゲートすることによって、可動オブジェクトが飛行経路を辿るように（例えば、１つ以上のモータ等の好適な作動機構を介して）操縦するために、飛行制御モジュール８２２に入力されることができる。

いくつかの実施形態では、ナビゲーションプロセス中に、運動および／または位置推定モジュール８１２は、本明細書で説明されるように、可動オブジェクトの現在の空間的配置および／または運動を計算することができる。この情報は、所定の飛行経路に対する可動オブジェクトの現在の空間的配置を決定し、所定の飛行経路のナビゲーション中に生じる任意の誤差を補正するために、飛行制御モジュール８０４のフィードバック補正モジュール８２４に入力されることができる。例えば、時間ｔ＋ｌでの（Ｒ_ｔ＋１，Ｔ_ｔ＋１）の代わりに（Ｒ′_ｔ＋１，Ｔ′_ｔ＋１）への誤ったナビゲーションを仮定すると、フィードバック補正モジュール８２４は、時間ｔ＋２で（Ｒ_ｔ＋２，Ｔ_ｔ＋２）における次の主要点までナビゲートするときに、（Ｒ′_ｔ＋１，Ｔ′_ｔ＋１）と（Ｒ_ｔ＋１，Ｔ_ｔ＋１）との間の差を補うように構成されることができる。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトの位置は、端末または任意の他の遠隔制御システムを使用して、ユーザによって自由に制御され得る。所定の経路を辿るよりもむしろ、ユーザは、リアルタイムで可動オブジェクトを制御するようにコマンドを提供し得る。例えば、ユーザは、位置を維持し、場所を変更し、および／または配向を変更するように可動オブジェクトに指示し得る。場合によっては、デフォルトが提供され得る。デフォルトは、可動オブジェクトが位置を維持するためのものであり得る。例えば、いかなる入力もユーザから提供されない場合、可動オブジェクトはホバリングし得る。他の実施形態では、デフォルトは、以前の命令を続けることであり得る。例えば、ユーザが前方に移動するように可動オブジェクトに指示した場合、可動オブジェクトは、別様に指示されない限り、同一の速度で前方に移動し続け得る。いくつかの実施形態では、ユーザからのコマンドは、端末のユーザインターフェース、端末の位置／移動、または本明細書の他の場所で論議されるような任意の他の入力を介して提供され得る。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトの位置および移動の制御は、本明細書の他の場所で説明される制御の種類のうちのいずれかの組み合わせであり得る。例えば、可動オブジェクト経路は、事前に記憶された経路、計算された経路、および／またはユーザによる自由制御の組み合わせであり得る。一実施例では、可動オブジェクトは、事前に記録された経路の場所を辿り得る。しかしながら、可動オブジェクトが可動オブジェクトの事前に記録された配向を辿る必要がないように、ユーザは、可動オブジェクトの配向を調整するようにリアルタイムで可動オブジェクトを制御し得る。

いくつかの実施形態では、本明細書で説明されるセンサ融合ベースの運動および／または位置推定方法は、本明細書で説明されるように、６自由度に対して可動オブジェクトの速度を制御するために使用することができる。そのような速度制御は、独立して、または本明細書で説明される位置制御方式の任意の好適な実施形態と組み合わせて使用することができる。例えば、本明細書で開示される１つ以上の速度制御は、以前に説明されたように、自由制御、飛行軌道生成、または所定の飛行経路に適用することができる。

例えば、ユーザは、可動オブジェクトの速度プロファイルおよび／または規則を定義することができる。速度プロファイルおよび／または規則は、飛行中に可動オブジェクトによって維持されるべき最大許容速度、最小許容速度、速度範囲、一定速度、または可変速度、あるいはそれらの好適な組み合わせを含むことができる。速度プロファイルおよび／または規則は、可動オブジェクトの平行移動速度または角速度に適用することができる。場合によっては、平行移動速度に適用される速度プロファイルおよび／または規則は、角速度を決定し得、またはその逆も同様である。例えば、可動オブジェクトが最大速度を超えることを許されないように、最大速度を可動オブジェクトに特定することができる。場合によっては、最大平行移動速度（例えば、直線速度）および／または最大角速度（例えば、回転速度）が特定され得る。可動オブジェクトは、最大平行移動速度も最大角速度も超えないように、ある速度で移動し得る。場合によっては、（所定の場所および配向を含む）所定の経路を辿ることは、平行移動と角速度と調和させ得る。場合によっては、速度の種類のうちの１つ（例えば、平行移動速度）を超えないために、可動オブジェクトは、他方の種類の速度（例えば、角速度）の最大速度を満たさないこともある。場合によっては、最大平行移動速度および最大角速度は、いずれも可動オブジェクトによって超えることができないように特定することができる。速度プロファイルおよび／または規則は、可動オブジェクトの自由制御中、維持されることができ、速度プロファイルおよび／または規則の違反をもたらすであろうユーザコマンドは、修正されるか、または無効にされる。

可動オブジェクトは、１つ以上の速度プロファイルまたは規則に従って経路を横断し得る。可動オブジェクトの経路は、事前に決定され得、ユーザによってリアルタイムで自由に制御され得、および／またはプロセッサを用いてリアルタイムで計算され得る。速度プロファイルは、可動オブジェクトが経路を横断する速度（直線および／または回転速度）を示し得る。速度規則に関する、所定の飛行経路を横断する可動オブジェクトの本明細書での任意の説明はまた、自由に人間が制御した経路、またはコンピュータが計算した経路を含む、他の種類の経路に適用することもできる。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトによって横断される所定の飛行経路は、可動オブジェクトが飛行経路を横断している間に辿られる（例えば、ユーザ入力８１６を介して提供される）速度プロファイルおよび／または規則に関連付けられることができる。所定の飛行経路は、１つ以上のセグメントに分割されることができ、各セグメントは、セグメントを横断している間に可動オブジェクトによって辿られるべきそれ自体の速度プロファイルおよび／または規則を有する。例えば、可動オブジェクトは、一定速度で第１の経路セグメントを、次いで、異なる一定速度で第２の経路セグメントを横断するように命令されることができる。例えば、速度プロファイルは、可動オブジェクトが最初の１００メートルに沿って３ｍ／ｓの平行移動速度で進み、次いで、残りの経路に沿って３ｍ／ｓの速度に戻る前に、次の２００メートルに沿って５ｍ／ｓの平行移動速度で進むことを特定し得る。可動オブジェクトは、経路に沿って、この速度プロファイル（経路に沿った可動オブジェクトの平行移動および角位置の両方を規定することができる）を辿り得、それが平行移動速度および対応する角速度の両方の決定をもたらし得る。場合によっては、可動オブジェクトは、可変速度で第１の経路セグメントを、次いで、一定速度で第２の経路セグメントを進むように命令されることができる。随意に、所定の飛行経路の全体は、同一の速度プロファイルおよび／または規則に関連付けられることができる。いくつかの実施形態では、可動オブジェクトが所定の飛行経路を辿っている間に、（例えば、ユーザ入力に基づいて）速度プロファイルおよび／またが規則を変更されることができる。いくつかの実施形態では、所定の飛行経路は、本明細書で説明されるような記録された飛行経路であり得、速度プロファイルは、記録された飛行経路の以前の横断中（例えば、記録プロセス中）の可動オブジェクトの速度プロファイルと同一であり得る。代替として、速度プロファイルの１つ以上の速度値は、記録された飛行経路の以前の横断中の可動オブジェクトの速度とは異なり得る。

速度プロファイルおよび／または規則は、任意の好適な手段によって決定することができる。例えば、速度プロファイルおよび／または規則は、ユーザ入力を介して（例えば、端末等のリモートコントロールを介して）提供し、メモリに記憶することができる。ユーザによって決定される、そのような速度プロファイルおよび／または規則は、可動オブジェクトの飛行前に、または可動オブジェクトが飛行している間にリアルタイムで確立することができる。随意に、速度プロファイルおよび／または規則は、飛行前に可動オブジェクトのメモリに事前に記憶することができる。速度プロファイルおよび／または規則は、機外で事前に記憶され、飛行前または中に可動オブジェクトに送信することができる。代替として、または組み合わせて、速度プロファイルおよび／または規則は、飛行中の可動オブジェクトの状態（例えば、可動オブジェクトの高度、緯度、経度、ロール角、ピッチ角、またはヨー角）に基づいて、好適なプロセッサおよび／またはアルゴリズムによってリアルタイムで動的に決定することができる。いくつかの実施形態では、速度プロファイルおよび／または規則は、１つ以上の感知システムによって提供される（例えば、本明細書で説明されるように、ＧＰＳ、ＩＭＵ、視覚、または近接を含む、１つ以上の感知システムのセンサ融合を使用して決定される）可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報に基づくことができる。例えば、最大速度は、可動オブジェクトの測定された高度に基づいて、可動オブジェクトに対して特定されることができ、より高高度ではより高い最大速度、およびより低高度ではより低い最大速度を伴う。これは、例えば、地面付近の構造との衝突の可能性を低減させる際に有利であり得る。

図９は、本発明の実施形態による、ＵＡＶ等の可動オブジェクトの速度制御のためのシステム９００のブロック図としての概略図である。システム９００は、本明細書で説明されるシステム、方法、およびデバイスの任意の好適な実施形態と組み合わせて使用することができる。システム９００は、位置および／または運動推定モジュール９０２と、飛行制御モジュール９０４とを含む。可動オブジェクトの飛行中に、位置および／または運動推定モジュール９０２は、本明細書で説明されるセンサ融合方法の好適な実施形態を使用して、可動オブジェクトの現在の速度を決定する。現在の速度値は、特定速度プロファイルおよび／または規則に対して比較することができる。飛行制御モジュール９０４は、速度プロファイルおよび／または規則に従うように可動オブジェクトの速度を調整するために、好適な作動機構（例えば、１つ以上のモータ）を制御する。図９の実施形態では、速度プロファイルおよび／または規則は、可動オブジェクトの事前設定速度制限として描写され、モジュール９０２によって生成される速度情報は、可動オブジェクトが事前設定速度制限を超えることを防止するようにフィードバックされる。

加えて、当業者であれば、本明細書で説明される速度制御の実施形態はまた、６自由度に対する可動オブジェクトの加速度を制御するように適用できることも理解するであろう。例えば、以前に説明されたような速度プロファイルおよび／または規則と同様に、加速度プロファイルおよび／または規則が、可動オブジェクトに対して特定されることができる。一実施例では、最大平行移動加速度および／または最大角加速度が提供され得る。位置制御、速度制御、および加速度制御の任意の好適な組み合わせを、（例えば、自由制御、飛行軌道生成、または所定の飛行経路のための）本明細書で説明される用途のうちのいずれかに適用することができる。

いくつかの実施形態では、位置制御が、速度および加速度制御等の移動制御とは別個に確立され得る。移動制御が、（ユーザによって、またはプロセッサを用いて生成される）所定の経路、または（ユーザによって、またはプロセッサを用いて生成される）リアルタイムで生成された経路等の位置制御に適用され得る。異なる機構を使用して、または同一の機構を使用して、位置制御および移動制御が別個に作成され得る。位置制御および異なる速度／加速度プロファイルが、ユーザによって所望されるように混合されて整合されることができる。位置制御および移動制御は、移動制御とは別個に記憶および／またはアクセスされることができる。

いくつかの実施形態では、可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報をユーザインターフェース上で表示することができる。ユーザインターフェースは、本明細書で以前に説明されたように、ディスプレイ（例えば、タッチスクリーンディスプレイ）または端末等の遠隔制御センターからの可動オブジェクトのナビゲーションおよび制御のために適合される任意のインターフェースであり得る。場合によっては、別個の表示デバイスが、制御端末から提供され得る。代替として、制御および表示機能性の両方が、単一のデバイス内で提供され得る。ユーザインターフェースは、キーボード、マウス、ジョイスティック、タッチスクリーン、音声認識システム、ジェスチャ認識システム、またはそれらの好適な組み合わせからの入力等のユーザ入力を受信することができる。可動オブジェクトの位置的情報（例えば、緯度、経度、高度、ロール角、ピッチ角、ヨー角、原点、目的地、以前に進んだ飛行経路、未来の飛行軌道、所定の飛行経路、ホーム位置、または事前設定場所）、または６自由度に対する運動情報（例えば、速度または加速度）等の任意の好適な情報を、ユーザインターフェース上で表示することができる。位置的情報および／または運動情報は、英数字値、記号または形状、記号または形状のサイズ、色または色のグラデーション、および動物のうちの１つ以上として表示することができる。随意に、ユーザインターフェースは、サイズ、重量、ペイロードの種類、６自由度に対するペイロードの場所および／または配向、状態（例えば、機能的要素がオンまたはオフであるかどうか）、またはペイロードによって伝送されるデータ（例えば、カメラ画像またはビデオフィード等のペイロードセンサによって収集されるデータ）等の可動オブジェクトのペイロードに関する情報を表示することができる。いくつかの実施形態では、ユーザインターフェースは、環境の地図（例えば、地形図）等の可動オブジェクトを包囲する環境に関する情報を表示することができる。標高、緯度、経度、配向、気象条件、地理的特徴、人工構造（例えば、建造物、道路、政治的境界）等に関する情報等の追加の情報を地図に重ね合わせることができる。地図は、基礎的位相特徴を示す場合もあり、または示さない場合もある。地図は、上から見られてもよく、または異なる角度から１つ以上の特徴を示すように角度を成し得る。ユーザインターフェースはまた、どのようにして情報が表示されるかを制御するために使用することもできる。随意に、表示された情報は、ズームインし、ズームアウトし、回転させ、平行移動させ、複数の視野角に分け、単一の視野角に組み込み等を行うことができる。

いくつかの実施形態では、ユーザインターフェースは、本明細書で説明されるように、位置、速度、および／または加速度に関して可動オブジェクト、キャリア、またはペイロードのうちの１つ以上を制御するように構成される、１つ以上のユーザ制御を含むことができる。随意に、ユーザインターフェースは、各々が、同時に、および／または独立して制御されることができるように、可動オブジェクト、キャリア、およびペイロードの各々のための別個の制御を含むことができる。加えて、ユーザ制御は、感知システム、作動機構、通信デバイス、処理ユニット、または任意の他の機能デバイス等の可動オブジェクト、キャリア、またはペイロードの要素のうちの１つ以上の状態を制御するために使用することができる。例えば、ユーザ制御は、以前に説明されたように、自由制御、飛行軌道生成、所定の飛行経路、速度プロファイルおよび／または規則、あるいは加速度プロファイルおよび／または規則のうちの１つ以上に関するコマンドを可動オブジェクトに提供するために使用することができる。いくつかの実施形態では、ユーザ制御は、本明細書で説明されるように、可動オブジェクトおよび／またはキャリアを制御することによって、ペイロードの状態を制御することができる。随意に、ユーザインターフェースは、オン、オフ、場所、配向、ズーム、または焦点等のペイロードカメラのための制御を含むことができる。

図１０は、本発明の実施形態による、可動オブジェクトの制御およびナビゲーションのためのユーザインターフェース１０００を図示する。ユーザインターフェース１０００は、本明細書で説明されるシステム、方法、およびデバイスの任意の好適な実施形態と組み合わせて使用することができる。ユーザインターフェース１０００は、３次元（３Ｄ）座標システム１００４に対する可動オブジェクトの視覚指標１００２を含む。３Ｄ座標システム１００４の位置および／または配向を調整することができ、視覚指標１００２が、それに従って調整される。例えば、ユーザは、異なる角度から可動オブジェクトを視認し得る。可動オブジェクトの相対場所に関する情報（例えば、座標系、環境／地図）もまた、それに対応して移動し得る。場合によっては、ユーザは、タッチスクリーンをスワイプすること、または触れることによって可動オブジェクトの表示を制御し得る。視覚指標は、６自由度に対してリアルタイムで可動オブジェクトの空間的配置を示す第１の指標１００６と、第２の指標１００８とを含む。第１の指標１００６は、例えば、可動オブジェクトが移動するように位置付けられる方向を示す矢印を使用することによって、可動オブジェクトの配向を示すことができる。第２の指標１００８は、可動オブジェクトの運動の方向を描写するために使用することができる。例えば、第２の指標１００８は、矢印の長さが運動の大きさに対応する、運動の３Ｄ方向を示す矢印であり得る。代替として、第２の指標１００８は、可動オブジェクトのペイロード（例えば、ペイロードカメラ）の対面方向を描写するために使用される矢印であり得る。場合によっては、単一の指標のみが提供される必要がある。単一の指標は、可動オブジェクトの配向を示し得る。可動オブジェクトの配向は、可動オブジェクトのための進行の軌道および／またはペイロードの方向を指し得る。いくつかの実施形態では、視覚指標１００２は、本明細書で説明されるように、可動オブジェクトの位置的情報および／または運動情報を表す、英数字値を含むことができる。

本発明の好ましい実施形態が本明細書で示され、説明されているが、そのような実施形態は、一例のみとして提供されることが当業者に明白となるであろう。多数の変形例、変更、および置換が、本発明から逸脱することなく、当業者に思い浮かぶであろう。本明細書で説明される本発明の実施形態の種々の代替案が、本発明を実践する際に採用され得ることを理解されたい。以下の請求項は、本発明の範囲を定義し、それにより、これらの請求項およびそれらの同等物の範囲内の方法および構造が対象となることが意図される。

Claims (57)

1. 可動オブジェクトの位置的情報を収集する方法であって、前記方法は、
   メモリにおいて、前記可動オブジェクトに連結されている第１の感知システムからデータを受信することであって、前記第１の感知システムは、前記可動オブジェクトの前記位置的情報を決定するために有用な信号を受信するセンサを備えている、ことと、
   前記メモリにおいて、前記可動オブジェクトに連結されている第２の感知システムからデータを受信することであって、前記第２の感知システムは、前記可動オブジェクトの前記位置的情報を決定するために有用な信号を受信するセンサを備えている、ことと、
   プロセッサを用いて、前記第２の感知システムの前記センサによって受信される前記信号の強度に基づいて、前記第２の感知システムからの前記データの重み値を決定することと、
   前記プロセッサを用いて、（ｉ）前記第１の感知システムからの前記データ、および（ｉｉ）前記重み値を考慮に入れた、前記第２の感知システムからの前記データに基づいて、前記可動オブジェクトの前記位置的情報を計算することと
   を含む、方法。
2. 前記可動オブジェクトは、無人機である、請求項１に記載の方法。
3. 前記可動オブジェクトの前記位置的情報を計算することは、前記可動オブジェクトの場所情報および配向情報を計算することを含む、請求項１に記載の方法。
4. 場所情報を計算することは、前記可動オブジェクトの高度、緯度、および経度を計算することを含む、請求項２に記載の方法。
5. 配向情報を計算することは、ヨー軸に対する前記可動オブジェクトの角度、ロール軸に対する角度、およびピッチ軸に対する角度を計算することを含む、請求項２に記載の方法。
6. 前記第２の感知システムからデータを受信することは、前記第２の感知システムによって使用される全地球測位システム（ＧＰＳ）センサからデータを受信することを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記第２のシステムの前記センサによって受信される前記信号の前記強度は、受信されるＧＰＳ信号の数に依存する、請求項６に記載の方法。
8. 前記第２のシステムの前記センサによって受信される前記信号の前記強度は、受信されるＧＰＳ信号の大きさに依存する、請求項６に記載の方法。
9. 前記第１の感知システムからデータを受信することは、前記第１の感知システムによって使用される１つ以上の視覚センサからデータを受信することを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記１つ以上の視覚センサからデータを受信することは、横方向に離間している複数の視覚センサからデータを受信することを含む、請求項９に記載の方法。
11. 前記可動オブジェクトに連結されている第３の感知システムからデータを受信することをさらに含み、前記第３の感知システムは、慣性計測装置（ＩＭＵ）を使用する、請求項９に記載の方法。
12. 前記第１の感知システムからデータを受信することは、前記第１の感知システムによって使用されるＩＭＵからデータを受信することを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記位置的情報を決定するために有用な前記信号は、光信号を含む、請求項１に記載の方法。
14. 前記位置的情報を決定するために有用な前記信号は、衛星からの信号を含む、請求項１に記載の方法。
15. 前記位置的情報を決定するために有用な前記信号は、速度または加速度を示す信号を含む、請求項１に記載の方法。
16. 前記重み値は、数値である、請求項１に記載の方法。
17. 前記数値は、０から１の間の値である、請求項１６に記載の方法。
18. 前記可動オブジェクトが事前設定された場所に戻るための命令を受信することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
19. 前記プロセッサを用いて、前記可動オブジェクトの前記位置的情報に基づいて、前記可動オブジェクトが前記事前設定された場所に戻るために進むべき経路を計算することをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 可動オブジェクトの位置的情報を収集するためのプログラム命令を含む非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体であって、前記コンピュータ読み取り可能な媒体は、
    前記可動オブジェクトに連結されている第１の感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令であって、前記第１の感知システムは、前記可動オブジェクトの前記位置的情報を決定するために有用な信号を受信するセンサを備えている、プログラム命令と、
    前記可動オブジェクトに連結されている第２の感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令であって、前記第２の感知システムは、前記可動オブジェクトの前記位置的情報を決定するために有用な信号を受信するセンサを備えている、プログラム命令と、
    前記第２の感知システムの前記センサによって受信される前記信号の強度に基づいて、前記第２の感知システムからの前記データの重み値を決定するためのプログラム命令と、
    （ｉ）前記第１の感知システムからの前記分析されたデータ、および（ｉｉ）前記重み値を考慮に入れた、前記第２の感知システムからの前記分析されたデータに基づいて、前記可動オブジェクトの前記位置的情報を計算するためのプログラム命令と
    を備えている、コンピュータ読み取り可能な媒体。
21. 前記可動オブジェクトは、無人機である、請求項２０に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
22. 前記可動オブジェクトの前記位置的情報を計算するための前記プログラム命令は、前記可動オブジェクトの場所情報および配向情報を計算するためのプログラム命令を備えている、請求項２０に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
23. 場所情報を計算するための前記プログラム命令は、前記可動オブジェクトの高度、緯度、および経度を計算するためのプログラム命令を備えている、請求項２２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
24. 配向情報を計算するための前記プログラム命令は、ヨー軸に対する前記可動オブジェクトの角度、ロール軸に対する角度、およびピッチ軸に対する角度を計算するためのプログラム命令を備えている、請求項２２に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
25. 前記第２の感知システムから受信されるデータを分析するための前記プログラム命令は、前記第２の感知システムによって使用されるＧＰＳセンサから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を備えている、請求項２０に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
26. 前記第２のシステムの前記センサによって受信される前記信号の前記強度は、受信されるＧＰＳ信号の数に依存する、請求項２５に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
27. 前記第２のシステムの前記センサによって受信される前記信号の前記強度は、受信されるＧＰＳ信号の大きさに依存する、請求項２５に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
28. 前記第１の感知システムから受信されるデータを分析するための前記プログラム命令は、前記第１の感知システムによって使用される１つ以上の視覚センサから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を備えている、請求項２０に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
29. 前記１つ以上の視覚センサから受信されるデータを分析するための前記プログラム命令は、横方向に離間している複数の視覚センサから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を備えている、請求項２８に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
30. 前記可動オブジェクトに連結されている第３の感知システムから受信されるデータを分析するためのプログラム命令をさらに備え、前記第３の感知システムは、ＩＭＵを使用する、請求項２８に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
31. 前記第１の感知システムから受信されるデータを分析するための前記プログラム命令は、前記第１の感知システムによって使用されるＩＭＵから受信されるデータを分析するためのプログラム命令を備えている、請求項２０に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
32. 前記位置的情報を決定するために有用な前記信号は、光信号を含む、請求項２０に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
33. 前記位置的情報を決定するために有用な前記信号は、衛星からの信号を含む、請求項２０に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
34. 前記位置的情報を決定するために有用な前記信号は、速度または加速度を示す信号を含む、請求項２０に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
35. 前記重み値は、数値である、請求項２０に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
36. 前記数値は、０から１の間の値である、請求項３５に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
37. 前記可動オブジェクトが事前設定された場所に戻るための命令を受信するためのプログラム命令をさらに備えている、請求項２０に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
38. 前記プロセッサを用いて、前記可動オブジェクトの前記位置的情報に基づいて、前記可動オブジェクトが前記事前設定された場所に戻るために進むべき経路を計算するためのプログラム命令をさらに備えている、請求項３７に記載のコンピュータ読み取り可能な媒体。
39. 可動オブジェクトの位置的情報を収集するためのシステムであって、前記システムは、
    前記可動オブジェクトに連結されている第１の感知システムであって、前記第１の感知システムは、前記可動オブジェクトの前記位置的情報を決定するために有用な信号を受信するように構成されているセンサを備えている、第１の感知システムと、
    前記可動オブジェクトに連結されている第２の感知システムであって、前記第２の感知システムは、前記可動オブジェクトの前記位置的情報を決定するために有用な信号を受信するように構成されているセンサを備えている、第２の感知システムと、
    （ａ）前記第２の感知システムの前記センサによって受信される前記信号の強度に基づいて、前記第２の感知システムからの前記信号の重み値を決定し、（ｂ）（ｉ）前記第１の感知システムからの前記データ、および（ｉｉ）前記重み値を考慮に入れた、前記第２の感知システムからの前記データに基づいて、前記可動オブジェクトの前記位置的情報を計算する、プロセッサと
    を備えている、システム。
40. 前記可動オブジェクトは、無人機である、請求項３９に記載のシステム。
41. 前記位置的情報は、前記可動オブジェクトの場所情報および配向情報を含む、請求項３９に記載のシステム。
42. 前記場所情報は、前記可動オブジェクトの高度、緯度、および経度を含む、請求項４１に記載のシステム。
43. 前記配向情報は、ヨー軸に対する前記可動オブジェクトの角度、ロール軸に対する角度、およびピッチ軸に対する角度を含む、請求項４１に記載のシステム。
44. 前記第２の感知システムは、ＧＰＳセンサを使用する、請求項３９に記載のシステム。
45. 前記第２のシステムの前記センサによって受信される前記信号の前記強度は、受信されるＧＰＳ信号の数に依存する、請求項４４に記載のシステム。
46. 前記第２のシステムの前記センサによって受信される前記信号の前記強度は、受信されるＧＰＳ信号の大きさに依存する、請求項４４に記載のシステム。
47. 前記第１の感知システムは、１つ以上の視覚センサを使用する、請求項３９に記載のシステム。
48. 前記第１の感知システムは、横方向に離間している複数の視覚センサを使用する、請求項４７に記載のシステム。
49. 前記可動オブジェクトに連結されている第３の感知システムをさらに備え、前記第３の感知システムは、慣性計測装置（ＩＭＵ）を使用する、請求項４７に記載のシステム。
50. 前記第１の感知システムは、ＩＭＵを使用する、請求項３９に記載のシステム。
51. 前記位置的情報を決定するために有用な前記信号は、光信号を含む、請求項３９に記載のシステム。
52. 前記位置的情報を決定するために有用な前記信号は、衛星からの信号を含む、請求項３９に記載のシステム。
53. 前記位置的情報を決定するために有用な前記信号は、速度または加速度を示す信号を含む、請求項３９に記載のシステム。
54. 前記重み値は、数値である、請求項３９に記載のシステム。
55. 前記数値は、０から１の間の値である、請求項５４に記載のシステム。
56. 前記可動オブジェクトが事前設定された場所に戻るための命令を受信するための受信機をさらに備えている、請求項３９に記載のシステム。
57. 前記プロセッサは、前記可動オブジェクトの前記位置的情報に基づいて、前記可動オブジェクトが前記事前設定された場所に戻るために進むべき経路を決定するように構成されている、請求項５６に記載のシステム。