実施態様を例として本明細書に記載するが、実施態様は記載の例または図に限らないことを当業者は認識されよう。図面及び図面に関する詳細な記載は、実施態様を開示の特定の形態に制限することを意図してはおらず、逆に、添付の請求項で規定される趣旨及び範囲に該当する全ての修正形態、同等の形態、及び、代替形態を含むことを意図していることを理解されたい。本明細書で使用する見出しは、構成上の目的のためだけであり、記載または請求項の範囲を制限するために使用する意図はない。本出願書で使用される場合、「may」という語は、強制的な意味(すなわち、mustを意味する)のではなく、許容的な意味(すなわち、可能性を有することを意味する)で使用されている。同様に、「include」「including」及び「includes」は、制限的でなく、含むことを意味する。さらに、本明細書では、「coupled」という語は、その接続が永続的(例えば、溶接)または一時的(例えば、ボルト締め)、直接または(例えば、媒介手段を通して)間接、機械的、化学的、光学的、または、電気的に一緒に接続された2つ以上の構成要素を指してよい。さらに、本明細書では、「水平」飛行は、地表(例えば、海面)と実質的に平行な方向に進む飛行を指し、「垂直」飛行は、地球の中心から実質的に径方向に進む飛行を指す。軌道は、「水平」及び「垂直」飛行ベクトルの両方の構成要素を含んでよいことを当業者は理解されよう。
本開示は、6自由度で動作するUAV(例えば、クワッドコプター、ヘックスコプター、ヘプタコプター、オクタコプター)等の航空機を記載する。詳細には、本明細書に記載するように、航空機は、3自由度の回転(ピッチ、ヨー、及び、ロール)のいずれかと、及び/または、3自由度の並進(サージ、ヒーブ、及び、スウェイ)のいずれかで効率的に回転してよい。例えば、航空機は、6つの操縦推進機構を含んでよく、6つの操縦推進機構は、6自由度のいずれか1つまたは複数で航空機を移動させるように独立して作動させることができる。同様に、ある実施態様においては、航空機は、揚力推進機構を含んでよく、揚力推進機構を使用して、航空機及び取り付けられた任意のペイロードを上昇させるのに十分な揚力を生成してよい。
揚力推進機構は、航空機の効率を向上させ、操縦推進機構がより広範囲の回転速度で動作して、航空機を操縦するのを可能にする。例えば、揚力推進機構は、操縦推進機構より大きいサイズであってよく、航空機と任意の予測ペイロードの質量に基づいて選択されてよい。一実施態様において、揚力推進機構は、航空機にかかる重力とほぼ等しく向きが反対の力を生成する時、揚力推進機構が最も効率的な範囲内で動作するように選択されてよい。
上昇モータは、操縦モータより大きくより効率の良いモータを用いて設計されてよく、上昇プロペラは、操縦プロペラより大きい直径を有してよい。上昇モータ及び上昇プロペラは、揚力と出力効率を航空機に与えるのが主な目的である。例えば、上昇モータ及び上昇プロペラは、航空機の機体の中心に向かって、及び/または、航空機のほぼ重心に配置されてよい。
比較すると、操縦モータは、より小さく、より敏捷性を有するモータを用いて構成されてよく、操縦プロペラは、航空機に高度な敏捷性と操縦性を与えるために設計されたより小さいプロペラであってよい。操縦モータは、航空機を操縦し、必要な時に、高い敏捷性を提供することが主な目的である。
輸送中、航空機は、コースの変更、障害物の回避、航行、上昇、下降等のために操縦を必要とすることが多い。例えば、航空機は、着陸時、離陸時、または、多くの物体のある地域(例えば、住宅街、通り等の過密地域)にいる時、その地域の空中を航行するように操縦しなければならない。クワッドコプターまたはオクタコプター等の現在の航空機は、4自由度(ピッチ、ヨー、ロール、及び、ヒーブ)に制限される。航空機がサージ及び/またはスウェイするように命じられる場合、航空機は、4自由度(ピッチ、ヨー、ロール、及び、ヒーブ)の1つまたは複数を利用して、命じられた操縦を行わなければならない。例えば、航空機が前方にサージするように命じられる場合、航空機は、推進機構からの推力が揚力と推力の両方を与えて航空機を前方に推進するように、前方にピッチしなければならない。
本明細書に記載の推進機構は、航空機を上昇させて、航空機を6自由度のいずれかで移動させることが可能なことに加えて、航空機を空中で任意の方向、任意の向きに航行させることができる。
本明細書では、「荷扱い施設」は、倉庫、配送センター、クロスドッキング施設、受注処理施設、梱包施設、出荷施設、レンタル施設、図書館、小売店、卸売り店、博物館、または、物資(在庫)扱いの1つまたは複数の機能を行うための他の施設もしくは施設の組み合わせを含んでよいが、これらに限らない。本明細書では、「配達場所」は、1つまたは複数の在庫物品(本明細書では、ペイロードとも呼ばれる)が配達され得る任意の場所を指す。例えば、配達場所は、個人の住宅、事業所、荷扱い施設内の場所(例えば、梱包ステーション、在庫保管場所)、または、ユーザまたは在庫が置かれる任意の場所等であってよい。在庫または物品は、航空機を用いて輸送できる任意の物理的な品物であってよい。例えば、本明細書で述べる航空機のペイロードによって運ばれる物品は、電子商取引ウェブサイトの顧客によって注文され、空中を航空機によって配達場所に配達されてよい。
図1は、実施態様による、航空機100の図を示す。航空機100は、航空機100の機体と間隔を置いた6つの操縦モータ101−1、101−2、101−3、101−4、101−5、及び、101−6と、対応する操縦プロペラ104−1、104−2、104−3、104−4、104−5、及び、104−6とを含む。プロペラ104は、任意の形態のプロペラ(例えば、グラファイト、炭素繊維)であってよく、任意のサイズであってよい。例えば、操縦プロペラは、10インチ〜12インチの直径の炭素繊維プロペラであってよい。
一部の操縦プロペラの形態及び/またはサイズは、他の操縦プロペラと異なってよい。同様に、操縦モータ101は、直流(「DC」)ブラシレスモータ等、任意の形態のモータであってよく、対応する操縦プロペラを回転させるのに十分なサイズであってよい。同様に、ある実施態様においては、一部の操縦モータ101のサイズ及び/または種類は、他の操縦モータ101と異なってよい。ある実施態様においては、操縦モータは、操縦プロペラによって生成される力が、第1の方向に回転する時、正の力であり、第2の方向に回転する時、負の力であるように、両方向に回転してよい。あるいは、または、それに加えて、操縦プロペラのブレードのピッチは、可変であってよい。ブレードのピッチを変えることによって、操縦プロペラによって生成される力は、正の方向または負の方向のいずれかに変更されてよい。
操縦モータ101と対応する操縦プロペラとの各対は、本明細書では、操縦推進機構102−1、102−2、102−3、102−4、102−5、及び、102−6等、まとめて操縦推進機構102と呼ぶ。同様に、図1に示す例は、操縦推進機構102を操縦モータ101及び操縦プロペラ104を含むとして記載しているが、他の実施態様においては、他の推進形態が、操縦推進機構102として利用されてよい。例えば、航空機100の操縦推進機構102の1つまたは複数は、ファン、ジェット、ターボジェット、ターボファン、ジェットエンジン等を利用して、航空機を操縦してよい。一般的に記載すると、本明細書では、操縦推進機構102は、単独で、及び/または、他の推進機構と組み合わせて航空機を操縦するのに十分な力を生成できる任意の形態の推進機構を含む。さらに、選択された実施態様において、推進機構(例えば、102−1、102−2、102−3、102−4、102−5、及び、102−6)は、個々の向きが動的に修正され得る(例えば、垂直の向きから水平の向きに変化され得る)ように構成されてよい。例えば、航空機が、水平方向に航行している場合、推進機構102−1、102−3、102−5の1つまたは複数が、向きを変えて、水平推力を与えて、航空機を水平に推進してよい。同様に、推進機構の1つまたは複数を他の方向に向けて、他の航行操縦に推力を与えてよい。
同様に、本明細書の例は、推進機構が両方向への力を生成できると記載しているが、ある実施態様においては、操縦機構は、一方向への力のみを生成してよい。しかしながら、操縦機構の向きは、正の方向、負の方向、及び/または、任意の他の方向に力を向けることができるように調整されてよい。
図に示すように、操縦推進機構102は、異なる角度に向けられてよい。図1に示すように、操縦推進機構102−1、102−3、及び、102−5は、操縦推進機構102−1、102−3、102−5のそれぞれによって生成される力が揚力推進機構によって生成される力とほぼ平行になるように、揚力推進機構とほぼ同じ方向に向けられる。操縦推進機構102−2、102−4、及び、102−6は、操縦推進機構102−2、102−4、102−6によって生成される力が揚力推進機構と操縦推進機構102−1、102−3、及び、102−5とによって生成される力とほぼ垂直になるように、揚力推進機構にほぼ垂直に向けられる。
記述を簡単にするために、揚力推進機構によって生成される力とほぼ平行な力を生成するように配置された操縦推進機構を、垂直配置操縦推進機構と呼ぶ。揚力推進機構によって生成される力とほぼ垂直な力を生成するように配置された操縦推進機構を、本明細書では、水平配置操縦推進機構と呼ぶ。
この例において、各操縦推進機構102は、ほぼ同じ平面、この例においては、X−Y平面に、互いに約60度の間隔で配置されており、それによって、操縦推進機構102は、航空機100の周囲に互いにほぼ等しい距離で配置されている。しかしながら、他の実施態様においては、操縦推進機構間の間隔は異なってよい。例えば、垂直配置操縦推進機構102−1、102−3、及び、102−5は、それぞれ、ほぼ等しく120度の間隔を置いてよく、水平配置操縦推進機構102−2、102−4、及び、102−6もそれぞれ、ほぼ等しく120度の間隔を置いてよい。しかしながら、垂直配置操縦推進機構と水平配置操縦推進機構との間隔は等しくなくてよい。例えば、垂直配置操縦推進機構102−1、102−3、及び、102−5は、約ゼロ度、約120度、及び、約240度に位置してよく、水平配置操縦推進機構は、約10度、約130度、及び、約250度に位置してよい。
他の実施態様においては、操縦推進機構は、他の配置を有してよい。同様に、他の実施態様においては、より少ないまたは追加の垂直配置操縦推進機構があってよい、及び/または、より少ないまたは追加の水平配置操縦推進機構があってよい。
操縦推進機構102に加えて、航空機100は、1つまたは複数の上昇モータ108と、対応する上昇プロペラ106も含んでよい。上昇モータと対応する上昇プロペラとは、航空機が空中で航行できるように、航空機及び任意の係合されたペイロードを上昇させる力を生成するサイズ及び構成である。例えば、上昇プロペラは、29インチ〜32インチ直径の炭素繊維プロペラであってよい。
ある実施態様においては、上昇モータ108と対応する上昇プロペラ106とは、航空機100にかかる重力とほぼ等しく向きが反対の力を生成できるようなサイズであってよい。例えば、航空機の質量が、ペイロード無しで20.00キログラム(kg)である場合、航空機に作用する重力は196.20ニュートン(N)である。航空機が0.00kgと8.00kgの間の質量を有するペイロードを運ぶように設計される場合、上昇モータ及び上昇プロペラは、196.00Nと275.00Nの間の力を生成する時、上昇モータが最も出力効率の良い範囲で動作するように、選択されてよい。
上昇プロペラ、上昇モータ、操縦プロペラ、及び、操縦モータを含む航空機に関する追加の情報は、2015年2月2日出願の同時係属の米国特許出願第14/611,983号「MANEUVERING AN UNMANNED AERIAL VEHICLE WITHOUT CONSIDERING THE EFFECTS OF GRAVITY」に記載されており、その内容全体を参照により本明細書に組み込む。
各上昇モータ108と対応する上昇プロペラ106とは、本明細書ではまとめて揚力推進機構と呼ぶ。同様に、図1に示す例は、上昇モータ108と上昇プロペラ106を含むとして揚力推進機構を記載しているが、他の実施態様においては、他の推進形態を揚力推進機構として利用してよい。例えば、航空機の揚力推進機構の1つまたは複数は、ファン、ジェット、ターボジェット、ターボファン、ジェットエンジン、及び/または同様のものを利用して、航空機を上昇させてよい。一般的に記載すると、揚力推進機構は、本明細書では、航空機及び任意の取り付けられたペイロードを、単独で、及び/または、他の推進機構と組み合わせて上昇させるのに十分な力を生成できる任意の形態の推進機構を含む。
上昇プロペラ106の角運動量に対抗するために、操縦プロペラ104の1つまたは複数は、上昇プロペラ106の角運動量の反対の方向に回転して、航空機100が上昇プロペラ106の回転と共に回転するのを防いでよい。
航空機100の機体または筐体は、同様に、グラファイト、炭素繊維、及び/または、アルミニウム等、任意の適切な材料であってよい。この例においては、航空機100の機体は、上昇プロペラ106を囲む周囲シュラウド110と、航空機の中心部分から径方向に伸びる6つのアーム105−1、105−2、105−3、105−4、105−5、及び、105−6とを含む。この例においては、各アームは、中心部分に結合されて、中心部分を形成し、上昇モータ108も中心部分に取り付けられる。アーム105−1、105−2、105−3、105−4、105−5、及び、105−6の反対側の端に結合されるのは、上述のように、操縦推進機構102である。また、上述のように、異なる操縦推進機構間の間隔は、航空機100の中心部分から伸びるアーム105の1つまたは複数の位置を変えることによって変更してよい。
図1に示す実施態様は、航空機100の中心部分から径方向に伸びて、航空機のフレームまたは機体を形成する6つのアーム105を含むが、他の実施態様においては、より少ないまたは追加のアームがあってよい。例えば、航空機は、支持アームを含んでよく、支持アームは、アーム105間に伸びて、航空機に追加の支持を提供、及び/または、ペイロード係合機構112を支持する。航空機のアーム105、シュラウド110、及び/または、ペイロード係合機構112は、グラファイト、炭素繊維、アルミニウム、チタン、ケブラー(Kevlar)等を含むが、これらに限らない任意の種類の材料から形成されてよい。
前述のように、航空機100の図示の構成において、操縦推進機構102−1、102−3、及び、102−5の3つは、垂直に配置されており、操縦推進機構102−2、102−4、及び、102−6の3つは、水平に配置されている。このような構成を用いて、航空機100を空中で任意の方向に任意の向きで航行させることができる。
例えば、航空機100は、図2〜図7に関して記載する機首方位及び方向で航行してよい。図中、操縦推進機構102−6は、機首方位の方向にあり、航空機100の向きは、揚力推進機構及び操縦推進機構102−1、102−3、及び、102−5が航空機に作用する重力と反対向きの鉛直力を生成するように向けられているとして示されている。しかしながら、他の実施態様においては、航空機は、空中で任意の他の機首方位で航行されてよい。同様に、航空機は、任意の向きを有してよい。例えば、航空機は、揚力推進機構が航空機に作用する重力に対してほぼ垂直に配置されるように、ほぼ垂直に配置されてよい。このような向きにおいては、揚力推進機構、及び/または、操縦推進機構102−1、102−3、及び、102−5は、力を生成する時、航空機100に作用する重力に対してほぼ垂直な力を生成する。同様に、操縦推進機構102−2、102−4、及び、102−6を使用して、航空機に作用する重力と反対向きの力を生成して、航空機の高度を維持してよい。他の向きでは、揚力推進機構及び/または操縦推進機構の1つまたは複数の組み合わせを使用して、ある高度に航空機を維持する揚力を生成し、且つ、空中で航空機100を操縦する他の力を生成してよい。
ある実施態様においては、ペイロード係合機構112は、アーム105の1つまたは複数に結合されてよく、ペイロードを選択的に係合及び/または開放するように構成されてよい。アーム105の1つまたは複数に結合、及び/または、アーム105の1つまたは複数内に含まれるのは、航空機制御システム111と、バッテリ等の1つまたは複数の電源モジュール118もある。この例においては、航空機制御システム111は、アーム105−5内に取り付けられ、電源モジュール118は、アーム105−3に取り付けられる。航空機制御システム111は、図16に関して以下に詳細に述べるように、航空機100の動作、ルーティング、航法、通信、上昇モータコントロール、操縦モータコントロール、及び/または、ペイロード係合機構112を制御する。
電源モジュール(複数可)118は、航空機100に取り外し可能に取り付けられてよい。航空機の電源モジュール(複数可)118は、バッテリ電力、太陽光発電、ガス発電、超コンデンサ、燃料電池、代替電力源、または、これらの組み合わせの形態であってよい。電源モジュール(複数可)118は、航空機制御システム111、推進機構、及び、ペイロード係合機構に結合され、これらに電力を供給する。
ある実施態様においては、電源モジュールの1つまたは複数は、自律的に取り外すことができるように、及び/または、他の電源モジュールと交換できるように構成されてよい。例えば、航空機が、配達場所、中継場所、及び/または、荷扱い施設に着陸した時、航空機は、その場所で、電源モジュールを再充電する充電部材と係合してよい。
上記のように、航空機100は、ペイロード係合機構112も含んでよい。ペイロード係合機構は、物品、及び/または、物品を入れる容器を係合及び解放するように構成されてよい。この例においては、ペイロード係合機構は、航空機100の機体の下に配置される。ペイロード係合機構112は、物品、及び/または、物品を含む容器をしっかりと係合及び解放するのに十分な任意のサイズであってよい。他の実施態様においては、ペイロード係合機構は、物品(複数可)を含む容器として働いてよい。ペイロード係合機構は、(有線または無線通信を介して)航空機制御システム111と通信し、航空機制御システム111によって制御される。
図2〜図7は、図1に示す航空機の操縦推進機構の図である。説明を助けるように、航空機の他の構成要素は、図2〜図7では省略しており、操縦推進機構の1つまたは複数によって生成され得る異なる力は、ベクトルによって表す。図に示す力は、生成される時、航空機を、サージ(図2)、スウェイ(図3)、ヒーブ(図4)、ピッチ(図5)、ヨーイング(図6)、及び、ロール(図7)させる。操縦推進機構の1つまたは複数によって生成される力に加えて、航空機は、上述し、図1に示した揚力推進機構によって生成される力によって上昇させられてよい。例えば、揚力推進機構を使用して、重力によって航空機に作用する力とほぼ等しく向きが反対の力を生成することによって、航空機が所与の高度にとどまるようにしてよい。そして、上記のように、操縦推進機構を使用して、航空機を6自由度の1つまたは複数で移動させてよい。
図2は、実施態様による、航空機をX方向にサージさせる推力ベクトル203を有する図1に示す航空機の操縦推進機構202の図である。図2に示す操縦推進機構202は、図1に示す操縦推進機構に対応する。上記のように、各操縦推進機構202は、ほぼ同じ平面、この例においては、X−Y平面にある。同様に、航空機は、任意の方向に航行してよいが、図2は、航空機200の機首方位を示す。
航空機200の構成において、航空機200をX方向にサージさせるために、水平配置操縦推進機構202−2及び202−4は、ほぼ等しい大きさの力を生成する。力203−2及び203−4は、それぞれ、X成分及びY成分を有する。力203−2及び203−4のY成分は、互いに打ち消し合い、力203−2及び203−4のX成分は、合わさって、航空機200を、航空機200の機首方位に一致するX方向にサージさせる。
航空機の他の動きが命じられない場合、他の操縦推進機構202−1、202−3、202−5、及び、202−6は、何も力を生成しなくてよい。X方向のサージに加えて、他の動きが命じられる場合、他の操縦推進機構202の1つまたは複数は、同様に、力を生成してよく、及び/または、力203−2または203−4の1つを大きくまたは小さくすることによって、Z軸を中心に航空機をヨーイングさせてよい。
図3は、実施態様による、航空機をY方向にスウェイさせる推力ベクトルを有する図1に示す航空機の操縦推進機構の図である。図3に示す操縦推進機構302は、図1に示す操縦推進機構に対応する。上記のように、各操縦推進機構302は、ほぼ同じ平面、この例においては、X−Y平面にある。同様に、航空機は任意の方向に航行してよいが、図3は、航空機300の機首方位を示す。
航空機300の構成においては、航空機300をY方向にスウェイさせるために、水平配置操縦推進機構302−6は、Y方向の力303−6を生成する。同様に、操縦推進機構302−2及び302−4は、力303−2及び303−4を生成し、その力が合計されると、操縦推進機構302−6によって生成された力303−6の大きさとほぼ等しい大きさを有するY方向の合力を有する。力303−2及び303−4は、それぞれ、X成分とY成分を有する。力303−2及び303−4のX成分は、互いに打ち消し合い、力303−2及び303−4のY成分は合成されて、力303−6のY成分と等しくなり、航空機300をY方向にスウェイさせる。
航空機の他の動きが命じられない場合、他の操縦推進機構302−1、302−3、及び、302−5は、何の力も生成しなくてよい。Y方向へのスウェイに加えて他の動きが命じられる場合、他の操縦推進機構302の1つまたは複数が、同様に、力を生成してよい、及び/または、力303−2、303−4、及び/または、303−6の1つをより大きくまたは小さくして、Z軸を中心に航空機をヨーイングさせてよい。
図4は、実施態様による、航空機をZ方向にヒーブさせる推力ベクトルを有する図1に示す航空機の操縦推進機構の図である。図4に示す操縦推進機構402は、図1に示す操縦推進機構に対応する。上記のように、各操縦推進機構402は、ほぼ同じ平面、この例においては、X−Y平面にある。同様に、航空機は任意の方向に航行してよいが、図4は、航空機400の機首方位を示す。
航空機400の構成において、航空機400をZ方向にヒーブさせるために、垂直配置操縦推進機構402-1、402−3、及び、402−5は、ほぼ等しいZ方向の力403−1、403−3、及び、403−5を生成する。各操縦推進機構は、上記のように、垂直に配置されているので、生成される力は、Z成分のみを有する。
航空機をZ方向にヒーブさせることを使用して、例えば、揚力推進機構によって維持される航空機の高度を増減させてよい。例えば、揚力推進機構が、航空機400に作用する重力とほぼ等しく向きが反対の力を生成し、垂直配置操縦推進機構が、図4に示すように、正の鉛直力を生成する場合、揚力推進機構と力403−1、403−3、及び、403−5との結果として航空機に作用する合力は、航空機に作用する重力より大きいので、航空機の高度は上昇する。同様に、揚力推進機構が、航空機400に作用する重力とほぼ等しく向きが反対の力を生成し、垂直配置操縦推進機構402-1、402−3、及び、402−5が、負の鉛直力を生成する場合、負の鉛直力と航空機に作用する重力との結果として航空機に作用する合力は、揚力推進機構によって生成される力より大きいので、航空機の高度は低下する。
航空機の他の動きが命じられない場合、他の操縦推進機構402−2、402−4、及び、402−6は、何の力も生成しなくてよい。Z方向のヒーブに加えて、他の動きが命じられる場合、他の操縦推進機構402の1つまたは複数は、同様に、力を生成してよい、及び/または、力403−1、403−3、または、403−5の1つをより大きくまたは小さくすることによって、航空機をピッチ及び/またはロールさせてよい。
図5は、実施態様による、Y軸を中心に航空機をピッチさせる推力ベクトル503を有する図1に示す航空機の操縦推進機構502の図である。図5に示す操縦推進機構502は、図1に示す操縦推進機構に対応する。上記のように、各操縦推進機構502は、ほぼ同じ平面、この例においては、X−Y平面にある。同様に、航空機は、任意の方向に航行してよいが、図5は、航空機500の機首方位を示す。
航空機500の構成において、図に示された機首方位の方向に配置された航空機の部分が、正のZ方向に動くように航空機500をピッチさせるために、垂直配置操縦推進機構502−1、502−3、及び、502−5は、Z方向に力を生成する。詳細には、操縦推進機構502−1及び502−5は、ほぼ等しい大きさの鉛直力503−1及び503−5を生成し、操縦推進機構502−3は、力503−1または503−5のほぼ2倍の大きさの力を生成する。力503−1及び503−5は、正のZ方向であり、力503−3は、負のZ方向である。力503−1、503−3、及び、503−5を合計すると、Y軸を中心に航空機をピッチさせる回転力またはモーメントを生じて、機首方位の方向に配置された航空機の部分が正のZ方向に動く。
航空機の他の動きが命じられない場合、他の操縦推進機構502−2、502−4、及び、502−6は、何の力も生成しなくてよい。ピッチに加えて他の動きが命じられる場合、他の操縦推進機構502の1つまたは複数が、同様に、力を生成してよい、及び/または、力503−1または503−5の1つをより大きくまたは小さくすることによって、航空機をロールさせてよい。
図6は、実施態様による、Z軸を中心に航空機をヨーイングさせる推力ベクトルを有する図1に示す航空機の操縦推進機構の図である。図6に示す操縦推進機構603は、図1に示す操縦推進機構に対応する。上記のように、各操縦推進機構602は、ほぼ同じ平面、この例においては、X−Y平面にある。同様に、航空機は、任意の方向に航行してよいが、図6は、航空機600の機首方位を示す。
航空機600の構成において、航空機600をヨーイングさせるために、水平配置操縦推進機構602−2、602−4、及び、602−6は、ほぼ等しい大きさの力を生成する。力603−6は、操縦推進機構602−6の配置のためにY成分のみを含む。力603−2及び603−4は、それぞれ、X成分とY成分を含む。しかしながら、操縦推進機構602−2、602−4の配置のために、2つの力603−2、603−4のX成分は互いに打ち消し合う。結果として生じるY方向の力は、Z軸を中心に航空機600をヨーイングさせる。
航空機の他の動きが命じられない場合、他の操縦推進機構602−1、602−3、及び、602−5は、何の力も生成しなくてよい。ヨーに加えて他の動きが命じられる場合、他の操縦推進機構602の1つまたは複数は、同様に、力を生成してよい、及び/または、力603−2、603−4、または、603−6の1つをより大きくまたは小さくすることによって、航空機をスウェイ及び/またはサージさせてよい。
図7は、実施態様による、X軸を中心に航空機をロールさせる推力ベクトルを有する図1に示す航空機の操縦推進機構の図である。図7に示す操縦推進機構703は、図1に示す操縦推進機構に対応する。上記のように、各操縦推進機構702は、ほぼ同じ平面、この例においては、X−Y平面にある。同様に、航空機は任意の方向に航行してよいが、図7は、航空機700の機首方位を示す。
航空機700の構成において、X軸を中心に航空機700をロールさせるために、垂直配置操縦推進機構702−1及び702−5は、大きさがほぼ等しく、向きが反対の力703−1及び703−5を生成する。2つの力は等しく、Z方向で向きが反対なので、合力は、X軸を中心に航空機をロールさせる。
航空機の他の動きが命じられない場合、他の操縦推進機構702−2、702−3、702−4、及び、702−6は、何の力も生成しなくてよい。X方向へのサージに加えて他の動きが命じられる場合、操縦推進機構702の1つまたは複数は、同様に、ロールに加えて、航空機による他の操縦を引き起こす力を生成する。
図8は、実施態様による、航空機800の図を示す。航空機800は、航空機800の機体と間隔を置いた6つの操縦モータ801−1、801−2、801−3、801−4、801−5、及び、801−6と、対応する操縦プロペラ804−1、804−2、804−3、804−4、804−5、及び、804−6とを含む。プロペラ804は、任意のサイズの任意の形態(例えば、グラファイト、炭素繊維)のプロペラであってよい。例えば、操縦プロペラは、10インチ〜12インチの直径の炭素繊維プロペラであってよい。
一部の操縦プロペラの形態及び/またはサイズは、他の操縦プロペラと異なってよい。同様に、操縦モータ801は、直流(「DC」)ブラシレスモータ等、任意の形態のモータであってよく、対応する操縦プロペラを回転させるのに十分なサイズであってよい。同様に、ある実施態様においては、一部の操縦モータ801のサイズ及び/または種類は、他の操縦モータ801と異なってよい。ある実施態様においては、操縦モータは、操縦プロペラによって生成される力が、第1の方向に回転する時、正の力、または、第2の方向に回転する時、負の力となるように、両方向に回転されてよい。
操縦モータ801と対応する操縦プロペラの各対は、本明細書では、まとめて、操縦推進機構802−1、802−2、802−3、802−4、802−5、及び、802−6等、操縦推進機構802と呼ぶ。同様に、図8に示す例は、操縦推進機構802を操縦モータ801と操縦プロペラ804を含むとして記載するが、他の実施態様においては、他の推進形態が、操縦推進機構802として利用されてよい。例えば、航空機800の操縦推進機構802の1つまたは複数は、ファン、ジェット、ターボジェット、ターボファン、ジェットエンジン等を利用して、航空機を操縦してよい。一般的に記載すると、本明細書では、操縦推進機構802は、単独で、及び/または、他の推進機構と組み合わせて、航空機を操縦するのに十分な力を生成できる任意の形態の推進機構を含む。
同様に、本明細書の例は、推進機構は両方向の力を生成できると記載するが、ある実施態様においては、操縦機構は、一方向の力のみを生成してよい。しかしながら、操縦機構の向きは、力を正の方向、負の方向、及び/または、任意の他の方向に向けることができるように、調整されてよい。
図1〜図7に関して記載した航空機と比較して、航空機800は、異なる平面にあって、航空機800の中心部分から異なる方向に伸びる操縦推進機構802を含む。例えば、操縦推進機構802−1、802−3、802−4、及び、802−6は、X−Y平面にあるが、操縦推進機構802−2及び802−5は、Z軸に沿って、X−Y平面の外にある。航空機800は、任意の方向に飛行するように向けることができるが、図8〜図14に関して記述するために、上側及び機首方位を有する航空機800を指す。詳細には、航空機800は、図8〜図14において機首方位の矢印によって示すように、X方向に機首方位を有するとして述べる。同様に、航空機は、Z軸に対応する最上部または上側を有するとして述べる。詳細には、航空機は、操縦推進機構802−2が、航空機800の最上部または上側にあるとみなされ、操縦推進機構802−1が航空機800の前側にあるとみなされるように、図8〜図14に関して記載される。
図に示すように、一部の操縦推進機構802が異なる平面にあることに加えて、操縦推進機構802は、異なる角度に向けられてよい。図8に示すように、操縦推進機構802−3及び802−6は、操縦推進機構802−3及び802−6のそれぞれによって生成される力が、上昇プロペラ806を含む揚力推進機構によって生成される力とほぼ平行になるように、揚力推進機構とほぼ同じ方向に向けられる。操縦推進機構802-1及び802−4は、操縦推進機構802−1及び802−4によって生成される力が、揚力推進機構と操縦推進機構802−3及び802−6とによって生成される力に対してほぼ垂直になるように、揚力推進機構に対して約90度に向けられるが、同じ平面にある。同様に、操縦推進機構802−2及び802−5は、揚力推進機構に対してほぼ垂直、操縦推進機構802−1、802−3、802−4、及び、802−6に対してほぼ垂直、且つ、X−Y平面の外にある。
記述を簡単にするために、揚力推進機構によって生成される力とほぼ平行な力を生成するように配置された操縦推進機構を、垂直配置操縦推進機構と呼ぶ。揚力推進機構によって生成される力にほぼ垂直な力を生成するように配置された操縦推進機構を、本明細書では、水平配置操縦推進機構と呼ぶ。
この例において、各操縦推進機構802は、互いに対して直角に位置し、立方体の中心部分から伸び、各操縦推進機構は、6面の立方体の外面上にあり、揚力推進機構は立方体の中心部分にある。
他の実施態様においては、操縦推進機構は、他の配置を有してよい。同様に、他の実施態様においては、より少ないまたは追加の垂直配置操縦推進機構、及び/または、より少ないまたは追加の水平配置操縦推進機構を含んでよい。
操縦推進機構802に加えて、航空機800は、1つまたは複数の上昇モータ、及び、対応する上昇プロペラ806も含んでよい。上昇モータ及び対応する上昇プロペラは、航空機が空中で航行できるように、航空機及び任意の係合されたペイロードを上昇させる力を生成するサイズ及び構成である。例えば、上昇プロペラは、12インチ〜22インチ直径の炭素繊維プロペラであってよい。
ある実施態様においては、上昇モータ及び対応する上昇プロペラは、航空機800にかかる重力とほぼ等しく向きが反対の力を生成できるようなサイズであってよい。例えば、航空機の質量が、ペイロード無しで、90.00キログラム(kg)の場合、航空機に作用する重力は、896.20ニュートン(N)である。航空機が0.00kgと8.00kgの間の質量を有するペイロードを運ぶように設計される場合、896.00Nと975.00Nの間の力を生成する時、上昇モータが最大の出力効率範囲で動作するように、上昇モータと上昇プロペラが選択されてよい。
各上昇モータ及び対応する上昇プロペラ806は、本明細書では、まとめて揚力推進機構と呼ばれる。同様に、図8に示す例は、上昇モータ及び上昇プロペラ806を含むとして揚力推進機構を記載するが、他の実施態様においては、他の推進形態が、揚力推進機構として利用されてよい。例えば、航空機の揚力推進機構の1つまたは複数は、ファン、ジェット、ターボジェット、ターボファン、ジェットエンジン等を利用して、航空機を上昇させてよい。一般的に記載すると、揚力推進機構は、本明細書では、単独で、及び/または、他の推進機構と組み合わせて、航空機及び任意の取り付けられたペイロードを上昇させるのに十分な力を生成できる任意の形態の推進機構を含む。
上昇プロペラ806の角運動量に対抗するために、操縦プロペラ804−6及び/または804−3の1つまたは複数は、上昇プロペラ806の角運動量の反対の向きに回転して、航空機800が上昇プロペラ806の回転と共に回転するのを防止してよい。あるいは、または、それに加えて、操縦推進機構802−1及び802−4の1つまたは複数は、揚力推進機構によって生成される回転力に対抗し、打ち消す力を生成してよい。
航空機800の機体または筐体は、同様に、グラファイト、炭素繊維、及び/または、アルミニウム等、任意の適切な材料であってよい。この例において、航空機800の機体は、上昇プロペラ806を囲む周囲シュラウド810と、航空機800の中心部分から互いに対して約90度で伸びる6つのアーム805−1、805−2、805−3、805−4、805−5、及び、805−6とを含む。この例においては、各アームは、中心部分に結合されて中心部分を形成し、上昇モータも中心部分に取り付けられる。アーム805−1、805−2、805−3、805−4、805−5、及び、805−6の反対側の端に結合されるのは、上記のように、操縦推進機構802である。
図8に示す実施態様は、航空機800の中心部分から伸びて航空機のフレームまたは機体を形成する6つのアーム805を含むが、他の実施態様においては、より少ないまたは追加のアームがあってよい。例えば、航空機は、支持アームを含んでよく、支持アームは、アーム805間に伸びて航空機に追加の支持を提供、及び/または、ペイロード係合機構を支持する。航空機のアーム805、シュラウド810、及び/または、ペイロード係合機構は、グラファイト、炭素繊維、アルミニウム、チタン、ケブラー等を含むが、これらに限らない任意の種類の材料から形成されてよい。
上記のように、図に示す航空機800の構成においては、操縦推進機構802−3及び802−6の2つが、垂直に配置されており、操縦推進機構802−1、802−2、802−3、及び、802−5の4つが水平に配置されている。このような構成を用いて、航空機800を空中で任意の方向に任意の向きで航行させることができる。
例えば、航空機800は、図9〜図14に関して記載した機首方位及び方向で航行してよく、ここで、操縦推進機構802−1は、機首方位の方向にあるとして示されており、航空機800は、操縦推進機構802−2が航空機800の最上部にあるとみなされるように向いている。しかしながら、他の実施態様においては、航空機は、空中で任意の他の機首方位で航行されてよい。同様に、航空機は、任意の向きを有してよい。例えば、航空機は、揚力推進機構が航空機に作用する重力にほぼ垂直に配置されるように向けられた任意の方向に回転できる。このような向きでは、揚力推進機構及び/または操縦推進機構802−4及び802−6は、力を生成する時、航空機800に作用する重力にほぼ垂直な力を生成する。同様に、操縦推進機構802−1、802−2、802−3、及び、802−5を使用して航空機に作用する重力と向きが反対の力を生成して航空機の高度を維持してよい。他の向きでは、揚力推進機構及び/または操縦推進機構の1つまたは複数の組み合わせを使用して、航空機をある高度に維持する揚力を生成し、且つ、航空機800を空中で操縦する他の力を生成してよい。
アーム805の1つまたは複数に結合、及び/または、アーム805の1つまたは複数内に含まれるのは、航空機制御システム811と、バッテリ等の1つまたは複数の電源モジュール818とである。この例において、航空機制御システム811は、アーム805−2内に取り付けられ、電源モジュールは、アーム805−5内に取り付けられる。航空機制御システム811は、図16に関して以下にさらに詳細に述べるように、航空機800の動作、ルーティング、航法、通信、上昇モータコントロール、操縦モータコントロール、及び/または、ペイロード係合機構を制御する。
電源モジュール(複数可)818は、航空機800に取り外し可能に取り付けられてよい。航空機の電源モジュール(複数可)818は、バッテリ電力、太陽光発電、ガス発電、超コンデンサ、燃料電池、代替電力源、または、これらの組み合わせの形態であってよい。電源モジュール(複数可)818は、航空機制御システム811、推進機構、及び、ペイロード係合機構に結合され、それらに電力を提供する。
ある実施態様においては、電源モジュールの1つまたは複数は自律的に取り外しできるように、及び/または、他の電源モジュールと置き換えることができるように、構成されてよい。例えば、航空機が、配達場所、中継場所、及び/または、荷扱い施設に着陸すると、航空機は、その場所で、電源モジュールを再充電する充電部材と係合してよい。
図9〜図14は、図8に示す航空機の操縦推進機構の図である。説明を助けるために、航空機の他の構成要素は、図9〜図14から省略されており、操縦推進機構の1つまたは複数によって生成され得る異なる力は、ベクトルによって表される。図に示す力は、生成される時、航空機を、サージ(図9)、ヒーブ(図10)、スウェイ(図11)、ヨーイング(図12)、ピッチ(図13)、及び、ロール(図14)させる。図に示す力は、ベクトルで表され、航空機に作用している力の方向を示す。
操縦推進機構の1つまたは複数によって生成される力に加えて、航空機は、上述し、図8に示す揚力推進機構によって生成される力によって上昇させられてよい。例えば、航空機がある高度にとどまるように、揚力推進機構を使用して、重力によって航空機に作用する力とほぼ等しく向きが反対の力を生成してよい。そして、操縦推進機構を使用して、上記のように、航空機を6自由度の1つまたは複数で移動させてよい。
図9は、実施態様による、航空機をX方向にサージさせる推力ベクトル903を有する図8に示す航空機の操縦推進機構902の図である。図9に示す操縦推進機構902は、図8に示す操縦推進機構に対応する。この構成において、操縦推進機構902−2及び902−5は、X方向に正の力または負の力を生成するのに使用できるように、両方とも、水平に配置され、同じ方向に向けられている。
航空機900の構成において、航空機900をX方向にサージさせるために、水平配置操縦推進機構902−2及び902−5は、大きさと方向がほぼ等しい力を生成する。操縦推進機構は両方ともX方向に配置されているので、生成される力903−2及び903−5は、X成分のみを有する。力903−2及び903−5は、航空機900の機首方位に一致するX方向に航空機900をサージさせる。
航空機の他の動きが命じられない場合、他の操縦推進機構902−1、902−3、902−4、及び、902−6は、何の力も生成しなくてよい。X方向のサージに加えて他の動きが命じられる場合、他の操縦推進機構902の1つまたは複数は、同様に、力を生成してよい、及び/または、力903−2または903−5の1つをより大きくまたは小さくすることによって、Y軸を中心に航空機をピッチさせてよい。
図10は、実施態様による、航空機をZ方向にヒーブさせる推力ベクトルを有する図8に示す航空機の操縦推進機構の図である。図10に示す操縦推進機構1002は、図8に示す操縦推進機構に対応する。この構成において、操縦推進機構1002−3及び1002−6は、Z方向に正の力または負の力を生成するのに使用できるように、両方とも、垂直方向に配列され、同じ方向を向けられている。
航空機1000の構成において、航空機1000をZ方向にヒーブさせるために、垂直配置操縦推進機構1002−3及び1002−6は、大きさ及び方向がほぼ等しい力を生成する。操縦推進機構は両方ともZ方向に配置されているので、生成される力1003−3及び1003−6は、Z成分のみを有する。これらの力1003−3及び1003−6は、航空機1000をZ方向にヒーブさせる。
航空機1000をZ方向にヒーブさせることを使用して、例えば、図8に関して上述した揚力推進機構によって維持される航空機の高度を増減してよい。例えば、揚力推進機構が、航空機1000に作用する重力とほぼ等しく向きが反対の力を生成し、垂直配置操縦推進機構1002−3及び1002−6が、図10に示すように、正の鉛直力を生成する場合、揚力推進機構と力1003−3及び1003−6との結果として航空機に作用する合力は、航空機に作用する重力より大きいので、航空機の高度は上昇する。同様に、揚力推進機構が、航空機1000に作用する重力とほぼ等しく向きが反対の力を生成し、垂直配置操縦推進機構1002−3及び1002−6が負の鉛直力を生成している場合、操縦推進機構からの負の鉛直力と重力との結果として航空機に作用する合力は、揚力推進機構によって生成される力より大きいので、航空機の高度は低下する。
航空機の他の動きが命じられない場合、他の操縦推進機構1002−1、1002−2、1002−4、及び、1002−5は、何の力も生成しなくてよい。Z方向のヒーブに加えて、他の動きが命じられる場合、他の操縦推進機構1002の1つまたは複数は、同様に、力を生成してよい、及び/または、力1003−3または1003−6の1つを大きくまたは小さくすることによって、X軸を中心に航空機をロールさせてよい。
図11は、実施態様による、航空機をY方向にスウェイさせる推力ベクトルを有する図8に示す航空機の操縦推進機構の図である。図11に示す操縦推進機構1103は、図8に示す操縦推進機構に対応する。操縦推進機構は両方ともY方向に配置されるので、生成される力1103−1及び1103−4は、Y成分のみを有する。これらの力1103−1及び1103−4は、航空機1100をY方向にスウェイさせる。
航空機1100の構成において、航空機1200をY方向にスウェイさせるために、水平配置操縦推進機構1102−1及び1102−4は、大きさ及び方向がほぼ等しいY方向の力1103−1及び1103−4を生成する。これらの力1103−1及び1103−4は、航空機1100をY方向にスウェイさせる。
航空機の他の動きが命じられない場合、他の操縦推進機構1102−2、1102−3、1102−5、及び、1102−6は、何の力も生成しなくてよい。Y方向のスウェイに加えて、他の動きが命じられる場合、他の操縦推進機構1102の1つまたは複数は、同様に、力を生成してよい、及び/または、力1103−1または1103−4の1つを大きくまたは小さくすることによって、Z軸を中心に航空機をヨーイングさせてよい。
図12は、実施態様による、Z軸を中心に航空機をヨーイングさせる推力ベクトル1203を有する図8に示す航空機の操縦推進機構1202の図である。図12に示す操縦推進機構1202は、図8に示す操縦推進機構に対応する。操縦推進機構は両方ともY方向に配置されているので、生成される力1203−1及び1203−4は、Y成分のみを有する。これらの力1203−1及び1203−4は、Z軸を中心に航空機1200をヨーイングさせる。
航空機1200の構成において、Z軸を中心に航空機1200をヨーイングさせるために、水平配置操縦推進機構1202−1及び1202−4は、大きさがほぼ等しく、向きが反対のY方向の力を生成する。相反する向きの力1203−1及び1203−4によって、Z軸を中心に航空機1200はヨーイングする。
航空機の他の動きが命じられない場合、他の操縦推進機構1202−2、1202−3、1202−5、及び、1202−6は、何の力も生成しなくてよい。ヨーイングに加えて、他の動きが命じられる場合、他の操縦推進機構1202の1つまたは複数は、同様に、力を生成してよい。
図13は、実施態様による、Y軸を中心に航空機をピッチさせる推力ベクトルを有する図8に示す航空機の操縦推進機構の図である。図13に示す操縦推進機構1303は、図8に示す操縦推進機構に対応する。操縦推進機構1302−2及び1302−5は両方ともX方向に配置されているので、生成される力1303−2及び1303−5は、X成分のみを有する。これらの力1303−2及び1303−5は、Y軸を中心に航空機1300をピッチさせる。
航空機1300の構成において、Y軸を中心に航空機1300をピッチさせるために、水平配置操縦推進機構1302−2及び1302−5は、大きさがほぼ等しく、向きがが反対の力を生成する。相反する向きの力1303−2及び1303−5によって、Y軸を中心に航空機1300は下方にピッチする。
航空機の他の動きが命じられない場合、他の操縦推進機構1302−1、1302−3、1302−4、及び、1302−6は、何の力も生成しなくてよい。ヨーに加えて、他の動きが命じられる場合、他の操縦推進機構1302の1つまたは複数は、同様に、力を生成してよい。
図14は、実施態様による、X軸を中心に航空機をロールさせる推力ベクトルを有する図8に示す航空機の操縦推進機構の図である。図14に示す操縦推進機構1403は、図8に示す操縦推進機構に対応する。操縦推進機構1402−3及び1402−6は両方ともZ方向に配置されているので、生成される力1403−3及び1403−6は、Z成分のみを有する。これらの力1403−3及び1403−6は、X軸を中心に航空機1400をロールさせる。
航空機1400の構成において、X軸を中心に航空機1400をロールさせるために、垂直配置操縦推進機構1402−3及び1402−6は、大きさがほぼ等しく向きが反対の力1403−3及び1403−6を生成する。2つの力は、大きさが等しく、Z方向に向きが反対なので、合力は、X軸を中心に航空機をロールさせる。
航空機の他の動きが命じられない場合、他の操縦推進機構1402−1、1402−2、1402−4、及び、1402−5は、何の力も生成しなくてよい。X軸を中心にしたロールに加えて、他の動きが命じられる場合、他の操縦推進機構1402の1つまたは複数は、同様に、ロールに加えて、航空機に他の操縦をさせる力を生成してよい。
図15は、実施態様による、操縦プロセス1500の例を示すフロー図である。図15のプロセスの例と、本明細書で述べる他の各プロセスとは、ハードウェア、ソフトウェア、または、それらの組み合わせで実施されてよい。ソフトウェアの文脈においては、記載の動作は、1つまたは複数のプロセッサによって実行されると、列挙された動作を行う1つまたは複数のコンピュータ可読媒体に記憶されたコンピュータ実行可能命令を表す。一般的に、コンピュータ実行可能命令は、特定の機能を実行、または、特定の抽象データ型を実施するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む。
コンピュータ可読媒体は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含んでよく、非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、ハードドライブ、フロッピーディスケット、光学ディスク、CD−ROM、DVD、リードオンリメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、EPROM、EEPROM、フラッシュメモリ、磁気もしくは光学カード、ソリッドステートメモリデバイス、または、電子命令の記憶に適した他の種類の記憶媒体を含んでよい。さらに、ある実施態様においては、コンピュータ可読媒体は、(圧縮された、または、圧縮されていない形態の)一時的なコンピュータ可読信号を含んでよい。コンピュータ可読信号の例は、搬送波を用いて変調されていてもいなくても、インターネットまたは他のネットワークを通してダウンロードされた信号を含む、コンピュータプログラムをホストまたは実行するコンピュータシステムにアクセスするように構成できる信号を含むが、これに限らない。最後に、動作が記載される順番は、制限と解釈されることを意図しておらず、任意の数の記載の動作は、任意の順番で、及び/または、並列に組み合わせて、ルーチンを実施できる。
操縦プロセス1500の例は、1502におけるように、操縦を含む航空コマンドを受信することによって開始する。操縦は、航空機の現在の飛行の態様を変更または変える任意のコマンドであってよい。例えば、操縦は、上昇もしくは下降(ヒーブ)、速度を上下(サージ)、左右への動き(スウェイ)、ピッチ、ヨー、ロール、及び/または、これらの任意の組み合わせであってよい。
命じられた操縦に基づいて、プロセスの例は、1503におけるように、操縦の実行に使用する操縦推進機構を決定する。上記のように、航空機は、揚力推進機構を含んでよく、揚力推進機構を使用して、航空機をある高度に維持する揚力を生成してよい。同様に、航空機は、図1〜図14及び図17〜図23に関して本明細書で述べたように複数の操縦推進機構を含んでよく、複数の操縦推進機構を選択的に使用して、航空機に6自由度のいずれかで1つまたは複数の操縦を実行させる推力を生成してよい。
操縦の実行に使用する操縦推進機構を決定することに加えて、各操縦推進機構によって生成される推力の大きさと方向は、1504におけるように、決定される。上記のように、ある実施態様においては、操縦推進機構は、配置される両方向に力を生成するように構成されてよい。あるいは、または、それに加えて、操縦推進機構は、操縦推進機構によって生成される力が異なる方向に向けられるように、2つ以上の位置の間で回転可能なように構成されてよい。
命じられた操縦の生成に使用すると決定された操縦推進機構と、これらの操縦推進機構によって生成される力の決定された大きさ及び方向とに基づいて、1506におけるように、力を生成させると決定された操縦推進機構に命令が送信される。
図16は、実施態様による、航空機制御システム1600の例を示すブロック図である。様々な例において、ブロック図は、本明細書で述べる様々なシステム及び方法を実施するために使用され得る、及び/または、本明細書で述べる航空機の動作を制御するために使用され得る航空機制御システム1600の1つまたは複数の態様を示してよい。図示の実施態様において、航空機制御システム1600は、1つまたは複数のプロセッサ1602を含み、プロセッサ1602は、入力/出力(I/O)インタフェース1610を介して、メモリ、例えば、非一時的コンピュータ可読記憶媒体1620に結合される。航空機制御システム1600は、電子速度制御装置(ESC)等の推進機構コントローラ1604、電源モジュール1606、及び/または、航法システム1607も含む。航空機制御システム1600は、ペイロード係合コントローラ1612、ネットワークインタフェース1616、及び、1つまたは複数の入力/出力装置1617をさらに含む。
様々な実施態様において、航空機制御システム1600は、1つのプロセッサ1602を含むユニプロセッサシステム、または、数個のプロセッサ1602(例えば、2つ、4つ、8つ、または、他の適切な数)を含むマルチプロセッサシステムであってよい。プロセッサ(複数可)1602は、命令を実行できる任意の適切なプロセッサであってよい。例えば、様々な実施態様において、プロセッサ(複数可)1602は、x86、PowerPC、SPARC、もしくは、MIPS ISA、または、任意の他の適切なISA等、様々な命令セットアーキテクチャ(ISA)のいずれかを実施する汎用または組み込みプロセッサであってよい。マルチプロセッサシステムにおいて、各プロセッサ(複数可)1602は、通常、同じISAを実施してよいが、必ずしも同じISAを実施しなくてもよい。
非一時的コンピュータ可読記憶媒体1620は、プロセッサ(複数可)1602によってアクセス可能な実行可能命令、データ、飛行経路、飛行制御パラメータ、重心情報、及び/または、データ項目を記憶するように構成されてよい。様々な実施態様において、非一時的コンピュータ可読記憶媒体1620は、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)、同期ダイナミックRAM(SDRAM)、不揮発性/フラッシュタイプメモリ、または、任意の他の種類のメモリ等、任意の適切なメモリ技術を使用して実施されてよい。図示の実施態様において、本明細書に記載の機能等、所望の機能を実施するプログラム命令及びデータは、非一時的コンピュータ可読記憶媒体1620内に、それぞれ、プログラム命令1622、データストレージ1624、及び、フライトコントロール1626として記憶されて示される。他の実施態様においては、プログラム命令、データ、及び/または、フライトコントロールは、受信されてよく、送信されてよく、または、非一時的媒体等の異なる種類のコンピュータアクセス可能媒体に、または、非一時的コンピュータ可読記憶媒体1620もしくは航空機制御システム1600とは別個の類似の媒体に、記憶されてよい。一般的に言うと、非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、航空機制御システム1600にI/Oインタフェース1610を介して結合された、磁気もしくは光学媒体、例えば、ディスクもしくはCD/DVD−ROM等、記憶媒体またはメモリ媒体を含んでよい。非一時的コンピュータ可読媒体を介して記憶されたプログラム命令及びデータは、電気、電磁気、または、デジタルの信号等、伝送媒体または信号によって送信されてよく、伝送媒体または信号は、ネットワークインタフェース1616を介して実施され得るような、ネットワーク及び/または無線リンク等、通信媒体を介して伝達されてよい。
一実施態様において、I/Oインタフェース1610は、プロセッサ(複数可)1602と、非一時的コンピュータ可読記憶媒体1620、任意の周辺装置、ネットワークインタフェース、または、入力/出力装置1617等、他の周辺インタフェースとの間で、I/Oトラフィックを調整するように構成されてよい。ある実施態様においては、I/Oインタフェース1610は、任意の必要なプロトコル、タイミング、または、他のデータ変換を行って、1つの構成要素(例えば、非一時的コンピュータ可読記憶媒体1620)からのデータ信号を他の構成要素(例えば、プロセッサ(複数可)1602)が使用するのに適切なフォーマットに変換してよい。ある実施態様においては、I/Oインタフェース1610は、例えば、ペリフェラル・コンポーネント・インターコネクト(PCI)バス規格またはユニバーサルシリアルバス(USB)規格の変形等、様々な種類の周辺バスを通して取り付けられた装置へのサポートを含んでよい。ある実施態様においては、I/Oインタフェース1610の機能は、例えば、ノースブリッジ及びサウスブリッジ等、2つ以上の個別の構成要素に分割されてよい。また、ある実施態様においては、非一時的コンピュータ可読記憶媒体1620へのインタフェース等、I/Oインタフェース1610の機能の一部または全ては、プロセッサ(複数可)1602に直接、組み込まれてよい。
推進機構コントローラ1604は、航法システム1607と通信し、各揚力推進機構及び/または操縦推進機構の回転速度を調整して、航空機を安定させる、及び/または、1つまたは複数の操縦を行い、航空機を飛行経路に沿うように導く。
航法システム1607は、全地球測位システム(GPS)、屋内測位システム(IPS)、または、航空機100をある場所まで、及び/または、ある場所から航行させるのに使用できる他の類似のシステム及び/またはセンサを含んでよい。ペイロード係合コントローラ1612は、物品を係合及び/または開放するのに使用されるアクチュエータ(複数可)またはモータ(複数可)(例えば、サーボモータ)と通信する。
ネットワークインタフェース1616は、航空機制御システム1600と、他のコンピュータシステム(例えば、リモートコンピューティングリソース)等、ネットワークに取り付けられた他の装置、及び/または、他の航空機の航空機制御システムとデータをやり取りするのを可能にするように構成されてよい。例えば、ネットワークインタフェース1616は、航空機と、1つまたは複数のリモートコンピューティングリソースで実施される航空機制御システムとの無線通信を可能にしてよい。無線通信のために、航空機のアンテナ、または、他の通信構成要素を利用してよい。他の例として、ネットワークインタフェース1616は、多数の航空機間で無線通信を可能にしてよい。様々な実施態様において、ネットワークインタフェース1616は、Wi−Fiネットワーク等、無線一般データネットワークを介して通信をサポートしてよい。例えば、ネットワークインタフェース1616は、セルラー通信ネットワーク、衛星ネットワーク等の、テレコミュニケーションネットワークを介して通信をサポートしてよい。
入力/出力装置1617は、ある実施態様においては、1つまたは複数のディスプレイ、撮像装置、熱センサ、赤外線センサ、飛行時間センサ、加速度計、圧力センサ、天候センサ等を含んでよい。複数の入力/出力装置1617が存在してよく、航空機制御システム1600によって制御されてよい。これらのセンサの1つまたは複数を利用して、着陸を支援し、飛行中に障害物を回避してよい。
図16に示すように、メモリは、プログラム命令1622を含んでよく、プログラム命令1622は、本明細書に記載のルーチン及び/またはサブルーチンを実施するように構成されてよい。データストレージ1624は、飛行経路の決定、着陸、物品を解放する場所の識別、操縦の実行に利用する操縦推進機構の決定ために提供され得るデータ項目を保持する様々なデータストアを含んでよい。様々な実施態様において、1つまたは複数のデータストアに含まれるとして本明細書に示されるパラメータ値及び他のデータは、記載されていない他の情報と組み合わされてよい、または、より多い、少ない、もしくは、異なるデータ構造に、異なるように分けられてよい。ある実施態様においては、データストアは、物理的に1つのメモリに置かれてよい、または、2つ以上のメモリに分散されてもよい。
航空機制御システム1600は、単に例示的なものであり、本開示の範囲を制限する意図はないことを当業者は理解されよう。特に、コンピューティングシステム及び装置は、記載の機能を行うことができるハードウェアまたはソフトウェアの任意の組み合わせを含んでよい。航空機制御システム1600は、図示されていない他の装置にも接続されてよい、あるいは、スタンドアロンシステムとして働いてよい。さらに、図示の構成要素によって提供される機能は、ある実施態様においては、より少ない構成要素で組み合わされてよい、または、追加の構成要素に分散されてよい。同様に、ある実施態様においては、図示の一部の構成要素の機能は、提供されなくてもよい、及び/または、他の追加の機能が利用可能であってよい。
様々な項目が、使用中、メモリまたはストレージに記憶されるとして示されているが、これらの項目またはその一部は、メモリ管理とデータ整合性のために、メモリと他の記憶装置との間で転送されてよいことも当業者は理解されよう。あるいは、他の実施態様においては、ソフトウェア構成要素の一部または全ては、他の装置のメモリで実行して、図示の航空機制御システム1600と通信してよい。システム構成要素またはデータ構造の一部または全ては、コンピュータアクセス可能な非一時的媒体、または、適切なドライブによって読まれる携帯品に(例えば、命令または構造化データとして)記憶されてもよく、その様々な例を本明細書に記載する。ある実施態様においては、航空機制御システム1600とは別のコンピュータアクセス可能な媒体に記憶された命令は、無線リンク等の通信媒体を介して伝達される電気、電磁気、または、デジタルの信号等、伝送媒体または信号を介して、航空機制御システム1600に送信されてよい。様々な実施態様は、上記記載に従って実施される命令及び/またはデータを受信、送信、または、コンピュータアクセス可能な媒体に記憶することをさらに含んでよい。従って、本明細書に記載に技術は、他の航空機制御システム構成を用いて実践されてよい。
図17は、実施態様による、他の航空機1700の図を示す。航空機1700は、航空機1700の機体と間隔を置いた6つの操縦モータ1701−1、1701−2、1701−3、1701−4、1701−5、及び、1701−6と、対応する操縦プロペラ1704−1、1704−2、1704−3、1704−4、1704−5、及び、1704−6とを含む。プロペラ1704は、任意の形態のプロペラ(例えば、グラファイト、炭素繊維)で、任意のサイズであってよい。例えば、操縦プロペラは、10インチ〜12インチの直径の炭素繊維プロペラであってよい。
一部の操縦プロペラの形態及び/またはサイズは、他の操縦プロペラと異なってよい。同様に、操縦モータ1701は、DCブラシレスモータ等の任意の形態のモータであってよく、対応する操縦プロペラを回転させるのに十分なサイズであってよい。同様に、ある実施態様においては、一部の操縦モータ1701のサイズ及び/または種類は、他の操縦モータ1701と異なってよい。ある実施態様においては、操縦モータは、操縦プロペラによって生成される力が、第1の方向に回転する時、正の力になり、または、第2の方向に回転する時、負の力になり得るように、両方向に回転してよい。あるいは、または、これに加えて、操縦プロペラのブレードのピッチは、可変であってよい。ブレードのピッチを変えることによって、操縦プロペラによって生成される力は、正の方向または負の方向のいずれにも変更し得る。
操縦モータ1701及び対応する操縦プロペラ1704の各対は、本明細書では、まとめて、操縦推進機構1702−1、1702−2、1702−3、1702−4、1702−5、及び、1702−6等、操縦推進機構1702と呼ばれる。同様に、図17に示す例は、操縦推進機構1702を操縦モータ1701及び操縦プロペラ1704を含むとして、記載するが、他の実施態様においては、他の推進形態が、操縦推進機構1702として利用されてよい。例えば、航空機1700の操縦推進機構1702の1つまたは複数は、ファン、ジェット、ターボジェット、ターボファン、ジェットエンジン等を利用して、航空機を操縦してよい。一般的に記載すると、操縦推進機構1702は、本明細書では、単独で、及び/または、他の推進機構と組み合わせて、航空機を操縦するのに十分な力を生成できる任意の形態の推進機構を含む。さらに、選択された実施態様において、推進機構(例えば、1702−1、1702−2、1702−3、1702−4、1702−5、及び、1702−6)は、個々の向きが、動的に修正(例えば、垂直の向きから水平の向きに変更)されてよいように、または、垂直と水平の間の任意の位置であるように構成されてよい。例えば、航空機が、水平方向に航行している場合、推進機構1702の1つまたは複数は、航空機を水平方向に推進する水平推力を提供するように向きを変えてよい。同様に、推進機構の1つまたは複数は、他の航行操縦に推力を提供するように他の方向に向けられてよい。
同様に、本明細書の例は、推進機構は両方向に力を生成できると記載しているが、ある実施態様においては、操縦機構は、一方向だけに力を生成してよい。しかしながら、操縦機構の向きは、正の方向、負の方向、及び/または、任意の他の方向に力を向けることができるように、調整されてよい。
図に示すように、操縦推進機構1702は、異なる角度に向けられてよい。図17に示すように、操縦推進機構は全て、垂直配置に対してある角度をなして向けられる。例えば、そして、記述のために、上記のように、垂直に配置された(すなわち、ほぼ鉛直方向の揚力を生成するように向けられた)推進機構にゼロ度を割り当てて、図17に示す操縦推進機構は、各モータアーム1705を中心に回転する時、いずれかの方向に垂直から約30度に向けられる。さらに、操縦推進機構の向きの方向は、操縦推進機構の対が、互いに向き合うようであってよい。例えば、図17に示すように、操縦推進機構1702−1は、第1のモータアーム1705−1を中心に第1の方向に約30度向けられ、操縦推進機構1702−6は、第6のモータアーム1705−6を中心に第2の方向に約30度向けられ、第2の方向は第1の方向と反対なので、2つの操縦推進機構1702−1、1702−6は、部分的に向き合って、第1の操縦推進機構対1706−1を形成する。同様に、操縦推進機構1702−3は、第3のモータアーム1705−3を中心に第1の方向に約30度向けられ、操縦推進機構1702−2は、第2のモータアーム1705−2を中心に第2の方向に約30度向けられ、それによって、2つの推進機構1702−3、1702−2は、部分的に向き合って、第2の推進機構対1706−2を形成する。最後に、操縦推進機構1702−5は、第5のモータアーム1705−5を中心に第1の方向に約30度向けられ、操縦推進機構1702−4は、第4のモータアーム1705−4を中心に第2の方向に約30度向けられ、それによって、2つの推進機構1702−4、1702−5は、部分的に向き合って、第3の推進機構対1706−3を形成する。
上述し、図17に示した例は、各モータアーム1705を中心に操縦推進機構を約30度回転させることを述べたが、他の実施態様においては、操縦推進機構の向きは、30度より大きくてもよく、小さくてもよい。ある実施態様においては、航空機1700の操縦性の重要性が高い場合、操縦推進機構の向きは、30度より大きくてよい。例えば、各操縦推進機構は、各モータアーム1705を中心に垂直の向きから第1または第2のいずれかの方向に約45度に向けられてよい。一方、揚力の重要性が高い場合、推進機構1702の向きは、30度より小さくてよい。例えば、各操縦推進機構は、各モータアーム1705を中心に垂直の向きから約10度に向けられてよい。
ある実施態様においては、ある推進機構の向きは、他の推進機構1702と異なってよい。例えば、推進機構1702-1、1702−3、及び、1702−5は、それぞれ、第1の方向に約15度向けられてよく、推進機構1702−2、1702−4、及び、1702−6は、第2の方向に約25度向けられてよい。さらに他の例においては、ある操縦推進機構対は、他の操縦推進機構対と異なる向きを有してよい。例えば、操縦推進機構1702−1及び1702−6は、それぞれ、互いの方に第1の方向と第2の方向に約30度向けられてよく、操縦推進機構1702−3及び1702−2は、それぞれ、互いの方に第1の方向及び第2の方向に約45度向けられてよく、操縦推進機構1702−5及び1702−4は、それぞれ、互いの方に第1の方向と第2の方向に約45度に向けられてよい。
以下に述べるように、操縦推進機構を対にして、図に示すように、互いの方に部分的に向けることによって、操縦推進機構対によって生成される横方向または水平方向の力が、同量の力を生成する時、打ち消し合って、操縦推進機構対からの力の和は、ほぼ鉛直方向(Z方向)のみになる。同様に、以下で考察するように、対のうちの1つの推進機構が2つ目の推進機構より大きい力を生成する場合、横方向または水平方向の力は、X方向及び/またはY方向になる。推進機構対の1つまたは複数から生成される水平力は、航空機のピッチを変えずに航空機が水平方向に並進及び/またはヨーイングするのを可能にする。複数の操縦推進機構対1706によって横方向の力を生成することによって、航空機1700を6自由度(サージ、スウェイ、ヒーブ、ピッチ、ヨー、及び、ロール)のいずれかで独立的に動作させる。結果として、航空機1700の安定性及び操縦性が向上する。
この例において、各操縦推進機構1702は、ほぼ同じ平面に、この例においては、X−Y平面に位置し、操縦推進機構1702が互いに対してほぼ等しい距離で、航空機1700の周囲に位置するように、互いに約60度の間隔を置いている。例えば、第1の操縦推進機構1702−1は、X軸から約30度のX−Y平面に位置してよく、第2の操縦推進機構1702−2は、X軸から約90度のX−Y平面に位置してよく、第3の推進機構1702−3は、X軸から約150度のX−Y平面に位置してよく、第4の操縦推進機構1702−4は、X軸から約210度のX−Y平面に位置してよく、第5の操縦推進機構1702−5は、X軸から約270度のX−Y平面に位置してよく、第6の操縦推進機構1702−6は、X軸から約330度のX−Y平面に位置してよい。
他の実施態様においては、操縦推進機構間の間隔は、異なってよい。例えば、操縦推進機構1702−1、1702−3、及び、1702−5は、第1の方向に向けられており、それぞれ、等しく、約120度の間隔を置いてよく、操縦推進機構1702−2、1702−4、及び、1702−6は、第2の方向に向けられており、これらも、それぞれ、等しく、約120度の間隔を置いてよい。しかしながら、第1の方向に向けられた操縦推進機構と第2の方向に向けられた操縦推進機構との間の間隔は、等しくなくてもよい。例えば、第1の方向に向けられた操縦推進機構1702−1、1702−3、及び、1702−5は、航空機の周囲にX軸に対して約ゼロ度、約120度、及び、約240度で、X−Y平面に位置してよく、第2の方向に向けられた操縦推進機構1702−2、1702−4、及び、1702−6は、航空機1700の周囲にX軸に対して約10度、約130度、及び、約250度で、X−Y平面に位置してよい。
他の実施態様においては、操縦推進機構は、他の配置を有してよい。同様に、他の実施態様においては、より少ないまたは追加の操縦推進機構があってよい。同様に、ある実施態様においては、操縦推進機構の全てがX−Y平面に配置されなくてもよい。
プロペラ1704の角運動量に対抗するために、ある実施態様においては、操縦プロペラ1704は、1つおきに、反対方向に回転してよい。例えば、一実施態様においては、操縦プロペラ1704−1、1704−3、及び、1704−5は、時計回りに回転してよく、操縦プロペラ1704−2、1704−4、及び、1704−6は、反時計回りに回転してよい。他の実施態様においては、操縦プロペラ1704−1、1704−3、及び、1704−5は、反時計回りに回転してよく、操縦プロペラ1704−2、1704−4、及び、1704−6は、時計回りに回転してよい。
ある実施態様においては、図1に関して前述したように、航空機1700は、1つまたは複数の揚力推進機構も含んでよい。揚力機構は、航空機が空中で航行できるように、航空機及び任意の係合されたペイロードを上昇させる力を生成するサイズ及び構成である。他の実施態様においては、操縦推進機構1702は、別個の揚力推進機構を必要とせずに、航空機に揚力と操縦性を提供するように構成されてよい。このような構成においては、操縦推進機構1702は、6つの操縦推進機構1702−1、1702−2、1702−3、1702−4、1702−5、及び、1702−6が、航空機及び任意の取り付けられたペイロードを空中で航行させ、前述の6自由度のいずれかで操縦するのに十分な力を生成できる。同様に、操縦推進機構は、操縦推進機構のいずれか1つが、動作中に故障した場合でも、航空機が、残りの操縦推進機構1702を用いて4自由度(ヒーブ、ピッチ、ヨー、及び、ロール)のいずれかで安全に動作できるように、さらに冗長性を求めて構成されてよい。
航空機1700の機体または筐体は、同様に、グラファイト、炭素繊維、及び/または、アルミニウム等、任意の適切な材料であってよい。この例において、航空機1700の機体は、周囲シュラウド1710と、航空機の中心部分から径方向に伸びる6つのアーム1705−1、1705−2、1705−3、1705−4、1705−5、及び、1705−6とを含む。この例において、各アームは、中心部分に結合され、中心部分を形成する。アーム1705−1、1705−2、1705−3、1705−4、1705−5、及び、1705−6の反対側に結合されるのは、前述のように、操縦推進機構1702である。また、上記のように、異なる操縦推進機構間の間隔は、航空機1700の中心部分から伸びるアーム1705の1つまたは複数の位置を変えることによって変更してよい。
図17に示す実施態様は、航空機1700の中心部分から径方向に伸びて、航空機のフレームまたは機体を形成する6つのアーム1705を含むが、他の実施態様においては、より少ないまたは追加のアームがあってよい。例えば、航空機は、アーム1705間に伸びる支持アームを含んでよく、支持アームは、航空機に追加の支持を提供、及び/または、ペイロード係合機構1712を支持する。航空機のアーム1705、シュラウド1710、及び/または、ペイロード係合機構1712は、グラファイト、炭素繊維、アルミニウム、チタン、ケブラー等を含むが、これらに限らない任意の種類の材料で形成されてよい。
前述のように、航空機1700の図示の構成においては、操縦推進機構1702−1、1702−3、及び、1702−5の3つは、各モータアームを中心に垂直の向きに対して第1の方向に向けられ、操縦推進機構1702−2、1702−4、及び、1702−6の3つは、各モータアームを中心に第1の方向と反対の第2の方向に向けられる。このような構成を用いて、航空機1700を空中で任意の方向に任意の向きで航行させることができる。同様に、航空機1700は、6自由度のいずれかで、他の自由度のいずれかで動作する必要なく、航行できる。例えば、航空機1700は、X軸を中心にロールする必要もなく、Y方向にスウェイできる。
ある実施態様においては、ペイロード係合機構1712は、アーム1705の1つまたは複数に結合されてよく、ペイロードを選択的に係合及び/または開放するように構成されてよい。アーム1705の1つまたは複数に結合、及び/または、アーム1705の1つまたは複数内に含まれるのは、航空機制御システム1711と、バッテリ等の1つまたは複数の電源モジュール1718もある。この例において、航空機制御システム1711は、アーム1705−5内に取り付けられ、電源モジュール1718は、アーム1705−3に取り付けられる。航空機制御システム1711は、図16に関してより詳細に述べたように、航空機1700の動作、ルーティング、航法、通信、操縦推進機構、及び/または、ペイロード係合機構1712を制御する。
電源モジュール(複数可)1718は、航空機1700に取り外し可能に取り付けられてよい。航空機の電源モジュール(複数可)1718は、バッテリ電力、太陽光発電、ガス発電、超コンデンサ、燃料電池、代替電力源、または、これらの組み合わせの形態であってよい。電源モジュール(複数可)1718は、航空機制御システム1711、推進機構、及び、ペイロード係合機構1712に結合され、それらに電力を供給する。
ある実施態様においては、電源モジュールの1つまたは複数は、自律的に取り外しできるように、及び/または、他の電源モジュールで置き換えることができるように、構成されてよい。例えば、航空機が、配達場所、中継場所、及び/または、荷扱い施設に着陸すると、航空機は、その場所で、電源モジュールを再充電する充電部材に係合してよい。
上記のように、航空機1700は、ペイロード係合機構1712も含んでよい。ペイロード係合機構は、物品、及び/または、物品を入れた容器を係合及び解放するように構成されてよい。この例において、ペイロード係合機構は、航空機1700の機体の下に置かれる。ペイロード係合機構1712は、物品、及び/または、物品を入れた容器をしっかりと係合及び解放するのに十分な任意のサイズであってよい。他の実施態様においては、ペイロード係合機構は、物品(複数可)を含む容器として働いてよい。ペイロード係合機構は、(有線または無線通信を介して)航空機制御システム1711と通信し、航空機制御システム1711によって制御される。
図18〜図23は、頭上から見た、または、トップダウンの視点の図17に示す航空機の操縦推進機構の図である。説明を助けるために、航空機の他の構成要素は、図18〜図23から省略しており、操縦推進機構の1つまたは複数によって生成され得るX方向またはY方向の異なる力は、ベクトルによって表される。記述のために、Z方向に生成される力、または、操縦推進機構による力のZ成分は、図18〜図23から省略されている。別段の記載のない限り、操縦推進機構によって生成される力のZ成分の和は、航空機に作用する重力に等しく、向きが反対なので、航空機の高度は、実質的に変わらないままである。
理解されるように、航空機の高度または鉛直位置は、操縦推進機構によって生成される力を、その力のZ成分の和が、航空機に作用する重力より(高度を上げるためには)大きく、(高度を下げるためには)小さくするようにさらに変更することによって、上昇または下降させてよい。
図に示す力は、生成される時、航空機をX方向にサージ(図18)、Y方向にスウェイ(図19)、ホバリング(図20)、ピッチ(図21)、ヨーイング(図22)、及び、ロール(図23)させる。
以下の例は、力の成分を合計して、正味の力及び/またはモーメントの大きさ及び方向を決定することを述べるが、記述は説明のためのみであることは理解されよう。図示の航空機の正味の力及びモーメントは、図16に関して述べた制御システム等の制御システムによって、航空機の構成に基づいて決定されてよい。例えば、影響行列を利用して、各推進機構によって生成される特定の力または推力を所与として、航空機の正味の力(または、正味の力の成分)とモーメントを決定してよい。同様に、逆の影響行列を利用して、所望の力、または、正味の力の成分及びモーメントを所与として、各推進機構に必要な力または推力を決定してよい。
図17に示す航空機を参照する。推進機構が各モータアームを中心に交互方向に約30度に向けられており、推進機構が、航空機の中心から1半径に位置すると仮定し、6つの推進機構のそれぞれの推力を所与として、以下の影響行列を使用して、正味の力のX成分、Y成分、及び、Z成分と、X軸、Y軸、及び、Z軸を中心としたモーメントとを決定してよい。
同様に、以下の逆の影響行列を使用して、所望の正味の力の成分とモーメントを所与として、6つの推進機構のそれぞれの推力を決定してよい。
図18は、実施態様による、航空機をX方向にサージさせる推力ベクトル1803を有する図17に示す航空機の操縦推進機構1802の図である。図18に示す操縦推進機構1802は、図17に示す操縦推進機構に対応する。上記のように、各操縦推進機構1802は、ほぼ同じ平面に、この例においては、X−Y平面にあり、上記のように、対1806になるように向けられる。同様に、航空機は、任意の方向に航行してよいが、図18は、航空機1800の機首方位を示す。
航空機1800の構成において、航空機1800をX方向にサージさせるために、操縦推進機構1802−1、1802−3、1802−4、及び、1802−6は、この例においては第1の大きさと呼ぶ、ほぼ等しい大きさの力1803−1、1803−3、1803−4、及び、1803−6を生成する。同様に、操縦推進機構1802−2及び1802−5は、それぞれ、ここでは第2の大きさと呼ぶ、等しい大きさの力1803−2及び1803−5を生成する。第2の大きさの力1803−2及び1803−5は、第1の大きさの力1803−1、1803−3、1803−4、及び、1803−6より小さい。力1803−1、1803−2、1803−3、1803−4、1803−5、及び、1803−6は、それぞれ、X成分、Y成分、及び、Z成分を有する。上記のように、図示の例の力1803−1、1803−2、1803−3、1803−4、1803−5、及び、1803−6のZ成分の和は、航空機に作用する重力と等しく、向きは反対である。従って、説明と図を簡単にするために、力のZ成分は、記述及び図18から省略した。
第1の方向の第1の操縦推進機構1802−1の向きによって、また、第1の操縦推進機構1802−1が、第1の大きさを有する第1の力1803−1を生成しているので、第1の力1803−1は、正のX成分1803−lxと負のY成分1803−lyを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第6の操縦推進機構1802−6の向きによって、また、第6の操縦推進機構1802−6が、第1の大きさを有する第6の力1803−6を生成するので、第6の力1803−6は、正のX成分1803−6xと正のY成分1803−6yを含む方向を有する。さらに、力1803−1と1803−6の両方は、ほぼ等しい大きさであり、操縦推進機構の向きは両方とも約30度であるが反対方向なので、各X成分の大きさはほぼ等しく、X成分の方向は同じで、各Y成分の大きさはほぼ等しく、Y成分の方向は反対である。力1803−1と1803−6を合計すると、第1の操縦推進機構対1806−1の合力1807−1は、第3の大きさと、X成分1803−lxとX成分1803−6xの和である正のX成分を有し、正のY成分1803−6yと負のY成分1803−lyの和は互いに打ち消し合うのでY成分を有さない。
操縦推進機構1802−2と1802−3からなる第2の対1806−2については、第1の方向の第3の操縦推進機構1802−3の向きによって、また、第3の操縦推進機構1802−3が、第1の大きさを有する第3の力1803−3を生成しているので、第3の力1803−3は、正のX成分1803−3xと正のY成分1803−3yを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第2の操縦推進機構1802−2の向きによって、また、第2の操縦推進機構1802−2が、第2の大きさを有する第2の力1803−2を生成しているので、第2の力1803−2は、負のX成分1803−2xと正のY成分1803−2yを含む方向を有する。力1803−3と1803−2を合計すると、第2の操縦推進機構対1806−2の合力1807−2は、第4の大きさと、大きい正のX成分1803−3xと小さい負のX成分1803−2xとの差である正のX成分1807−2xと、正のY成分1803−3yと正のY成分1803−2yの和である正のY成分1807−2yとを有する。
操縦推進機構1802−5及び1802−4からなる第3の対1806−3に関して、第1の方向の第5の操縦推進機構1802−5の向きによって、また、第5の操縦推進機構1802−5が、第2の大きさを有する第5の力1803−5を生成しているので、第5の力1803−5は、負のX成分1803−5xと負のY成分1803−5yを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第4の操縦推進機構1802−4の向きによって、また、第4の操縦推進機構1802−4が、第1の大きさを有する第4の力1803−4を生成しているので、第4の力1803−4は、正のX成分1803−4xと、負のY成分1803−4yを含む方向を有する。力1803−5と1803−4を合計すると、第3の操縦推進機構対1806−3の合力1807−3は、第4の大きさと、大きい方の正のX成分1803−4xと小さい方の負のX成分1803−5xとの差である正のX成分1807−3xと、負のY成分1803−5yと負のY成分1803−4yとの和である負のY成分1807−3yとを有する。
第3の操縦推進機構対1806−3に対する第2の対1806−2の位置によって、また、両方の対が同様の力を生成しているので、合力1807−2及び1807−3は、ほぼ同じ大きさである第4の大きさと、同じ方向を有するほぼ同じ大きさのX成分と、反対方向のほぼ等しい大きさのY成分とを有する。
最後に、3つの合力1807−1、1807−2、及び、1807−3を合計すると、正味の力1809は、第5の大きさと、第1の合力1807−1、第2の合力1807−2、及び、第3の合力1807−3のX成分1807−lx、1807−2x、及び、1807−3xの和である大きさを有する正のX成分とを有し、第1の合力1807−1は、Y成分を有さず、第2の合力1807−2と第3の合力1807−3の反対向きのY成分1807−2yと第3の合力1807−3yの大きさが互いに打ち消し合うので、Y成分を有さない。正味の力1809は、第5の大きさと、正のX成分を有し、Y成分を有さないので、正味の力1809は、航空機1800を正のX方向にサージさせる。
図19は、実施態様による、航空機をY方向にスウェイさせる推力ベクトル1903を有する図17に示す航空機の操縦推進機構1902の図である。図19に示す操縦推進機構1902は、図17に示す操縦推進機構に対応する。上記のように、各操縦推進機構1902は、ほぼ同じ平面に、この例においては、X−Y平面にあり、上記のように、対1906になるように向けられている。同様に、航空機は、任意の方向に航行してよいが、図19は、航空機1900の機首方位を示す。
航空機1900の構成において、航空機1900をY方向にスウェイさせるために、第1の操縦推進機構1902−1は、第1の大きさの第1の力1903−1を生成し、第2の操縦推進機構1902−2は、第2の大きさの第2の力1903−2を生成し、第3の操縦推進機構1902−3は、第3の大きさの第3の力1903−3を生成し、第4の操縦推進機構1902−4は、第4の大きさの第4の力1903−4を生成し、第5の操縦推進機構1902−5は、第5の大きさの第5の力1903−5を生成し、第6の操縦推進機構1902−6は、第6の大きさの第6の力1903−6を生成する。
力1903−1、1903−2、1903−3、1903−4、1903−5、及び、1903−6は、それぞれ、X成分、Y成分、及び、Z成分を有する。上記のように、図示の例の力1903−1、1903−2、1903−3、1903−4、1903−5、及び、1903−6のZ成分の和は、航空機に作用する重力に等しく、向きは反対である。従って、説明と図を簡単にするために、力のZ成分は、記述と図19から省略した。
第1の方向の第1の操縦推進機構1902−1の向きによって、また、第1の操縦推進機構1902−1が、第1の大きさを有する第1の力1903−1を生成しているので、第1の力1903−1は、正のX成分1903−lxと負のY成分1903−lyを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第6の操縦推進機構1902−6の向きによって、また、第6の操縦推進機構1902−6が、第6の大きさを有する第6の力1903−6を生成しているので、第6の力1903−6は、正のX成分1903−6xと正のY成分1903−6yを含む方向を有する。力1903−1と1903−6を合計すると、第1の操縦推進機構対1906−1の合力1907−1は、第7の大きさと、X成分1903−lxとX成分1903−6xの和である正のX成分1907−lxと、大きい方の正のY成分1903−6yと小さい方の負のY成分1903−lyとの差である正のY成分1907−lyとを有する。
操縦推進機構1902-2と1902−3からなる第2の対1906−2に関して、第1の方向の第3の操縦推進機構1902−3の向きによって、また、第3の操縦推進機構1902−3が、第3の大きさを有する第3の力1903−3を生成しているので、第3の力1903−3は、正のX成分1903−3xと正のY成分1903−3yを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第2の操縦推進機構1902−2の向きによって、また、第2の操縦推進機構1902−2が、第2の大きさを有する第2の力1903−2を生成しているために、第2の力1903−2は、負のX成分1903−2xと正のY成分1903−2yを含む方向を有する。力1903−3と1903−2を合計すると、第2の操縦推進機構対1906−2の合力1907−2は、第8の大きさと、大きい方の負のX成分1903−2xと小さい方の正のX成分1903−3xとの差である負のX成分1907−2xと、正のY成分1903−3yと正のY成分1903−2yとの和である正のY成分1907−2yとを有する。
操縦推進機構1902-5と1902−4からなる第3の対1906−3に関して、第1の方向の第5の操縦推進機構1902−5の向きによって、また、第5の操縦推進機構1902−5が、第5の大きさを有する第5の力1903−5を生成しているので、第5の力1903−5は、負のX成分1903−5xと負のY成分1903−5yを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第4の操縦推進機構1902−4の向きによって、また、第4の操縦推進機構1902−4が、第4の大きさを有する第4の力1903−4を生成しているので、第4の力1903−4は、正のX成分1903−4xと負のY成分1903−4yを含む方向を有する。力1903−5と1903−4を合計すると、第3の操縦推進機構対1906−3の合力1907−3は、第9の大きさと、大きい方の負のX成分1903−5xと小さい方の正のX成分1903−4xとの差である負のX成分1907−3xと、負のY成分1903−5yと負のY成分1903−4yの和である負のY成分1907−3yとを有する。
操縦構成要素の3つの対1906−1、1906−2、及び、1906−3の位置によって、合力1907−1、1907−2、及び、1907−3の和は、第10の大きさと、正のY成分を有し、X成分を有さない正味の力1909となる。例えば、合力のX成分1907−lx、1907−2x、及び、1907−3xを合計すると、2つの負のX成分1907−2xと1907−3xが合成されて、正のX成分1907−lxを打ち消し、正味の力1909のX成分は無くなる。同様に、2つの正のY成分1907−lyと1907−2yの和は、負のY成分1907−3yより大きいので、合力のY成分の全ての和は、正味の力1909に正のY成分を与えて、航空機1900は、正のY方向にスウェイする。
図20は、実施態様による、航空機をZ方向にホバリング、上昇、または、下降させる推力ベクトル2003を有する図17に示す航空機の操縦推進機構2002の図である。図20に示す操縦推進機構2002は、図17に示す操縦推進機構に対応する。上記のように、各操縦推進機構2002は、ほぼ同じ平面に、この例においては、X−Y平面にあり、上記のように、対2006になるように向けられている。同様に、航空機は、任意の方向に航行してよいが、図20は、航空機2000の機首方位を示す。
航空機2000の構成において、航空機2000をZ方向にホバリング、上昇、または、下降させるために、第1の操縦推進機構2002−1、第2の操縦推進機構2002−2、第3の操縦推進機構2002−3、第4の操縦推進機構2002−4、第5の操縦推進機構2002−5、及び、第6の操縦推進機構2002−6は全て、この例において第1の大きさと呼ぶ、ほぼ等しい大きさの力2003を生成する。
力2003−1、2003−2、2003−3、2003−4、2003−5、及び、2003−6のそれぞれは、X成分、Y成分、及び、Z成分を有する。上記のように、航空機がホバリングを維持する実施態様においては、図示の例の力2003−1、2003−2、2003−3、2003−4、2003−5、及び、2003−6のZ成分の合計は、航空機に作用する重力に等しく、向きは反対である。航空機が上昇しようとする場合、各操縦推進機構によって生成される力は、Z方向の力の和が重力より大きくなるように、等しい量だけ増加する。一方、航空機が下降しようとする場合、各操縦推進機構によって生成される力は、Z方向の力の和が重力より小さくなるように、等しい量だけ減らされる。説明と図示が簡単なように、力のZ成分は、記述及び図20から省略した。図20に関する記述は、正味の力2009がZ成分のみを有するように、和のX成分とY成分が、どのように打ち消し合うかを示す。
第1の方向の第1の操縦推進機構2002−1の向きによって、また、第1の操縦推進機構2002−1が、第1の大きさを有する第1の力2003−1を生成しているので、第1の力2003−1は、正のX成分2003−lxと負のY成分2003−lyを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第6の操縦推進機構2002−6の向きによって、また、第6の操縦推進機構2002−6が、第1の大きさを有する第6の力2003−6を生成しているので、第6の力2003−6は、正のX成分2003−6xと正のY成分2003−6yを含む方向を有する。さらに、第6の力2003−6と第1の力2003−1は、同じ第1の大きさを有し、反対方向なので、各X成分、各Y成分の大きさは、同じである。同様に、各X成分の方向は同じで、各Y成分の方向は反対である。力2003−1と2003−6を合計すると、第1の操縦推進機構対2006−1の合力2007−1は、第2の大きさと、X成分2003−lxとX成分2003−6xの和である正のX成分とを有し、反対向きのY成分2003−lyと2003−6yが互いに打ち消し合うので、Y成分を有さない。
操縦推進機構2002−2と2002−3からなる第2の対2006−2については、第1の方向の第3の操縦推進機構2002−3の向きによって、また、第3の操縦推進機構2002−3が、第1の大きさを有する第3の力2003−3を生成しているので、第3の力2003−3は、正のX成分2003−3xと正のY成分2003−3yを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第2の操縦推進機構2002−2の向きによって、また、第2の操縦推進機構2002−2が、第1の大きさを有する第2の力2003−2を生成しているので、第2の力2003−2は、負のX成分2003−2xと正のY成分2003−2yを含む方向を有する。力2003−3と2003−2を合計すると、第2の操縦推進機構対2006−2の合力2007−2は、第3の大きさと、大きい方の負のX成分2003−2xと小さい方の正のX成分2003−3xとの差である負のX成分2007−2xと、正のY成分2003−3yと正のY成分2003−2yの和である正のY成分2007−2yとを有する。
操縦推進機構2002-5と2002−4からなる第3の対2006−3に関しては、第1の方向の第5の操縦推進機構2002−5の向きによって、また、第5の操縦推進機構2002−5が、第1の大きさを有する第5の力2003−5を生成しているので、第5の力2003−5は、負のX成分2003−5xと負のY成分2003−5yを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第4の操縦推進機構2002−4の向きによって、また、第4の操縦推進機構2002−4が、第1の大きさを有する第4の力2003−4を生成しているので、第4の力2003−4は、正のX成分2003−4xと負のY成分2003−4yを含む方向を有する。力2003−5と2003−4を合計すると、第3の操縦推進機構対2006−3の合力2007−3は、第3の大きさと、大きい方の負のX成分2003−5xと小さい方の正のX成分2003−4xとの差である負のX成分2007−3xと、負のY成分2003−5yと負のY成分2003−4yの和である負のY成分2007−3yとを有する。
操縦構成要素の3つの対2006−1、2006−2、及び、2006−3の位置によって、合力2007−1、2007−2、及び、2007−3の和は、X成分もY成分も有さない正味の力2009となる。詳細には、正のY成分2007−2yは、負のY成分2007−3yと、同じ大きさで反対の方向を有するので、打ち消し合う。同様に、負のX成分2007−2xと2007−3xは、それぞれ、正のX成分2007−lxの約半分で、合成されると、3つのX成分は打ち消し合う。操縦推進機構2002から生成される力2003の正の成分の和が、重力と等しく、向きが反対の場合、航空機2000は、ホバリングする。一方、力2003の正のZ成分の和が、重力より大きい場合、航空機2000は、負のZ方向(すなわち、ほぼ正の鉛直方向)にヒーブする。一方、力2003のZ成分の和が、重力より小さい場合、航空機2000は、負のZ方向(すなわち、ほぼ負の鉛直方向)にヒーブする。
図21は、実施態様による、Y軸を中心に航空機をピッチさせる推力ベクトル2103を有する図17に示す航空機の操縦推進機構2102の図である。図21に示す操縦推進機構2102は、図17に示す操縦推進機構に対応する。上記のように、各操縦推進機構2102は、ほぼ同じ平面に、この例においては、X−Y平面にあり、上記のように、対2106になるように向けられる。同様に、航空機は、任意の方向に航行してよいが、図21は、航空機2100の機首方位を示す。
航空機2100の構成において、Y軸を中心に航空機2100をピッチさせるために、第1の操縦推進機構2102−1と第6の操縦推進機構2102−6は、ほぼ同じ第1の大きさを有する第1の力2103−1と第6の力2103−6を生成する。第3の操縦推進機構2102−3と第4の操縦推進機構2104−2は、第1の大きさより大きい、ほぼ同じ第2の大きさを有する第3の力2103−3と第4の力2103−4を生成する。第2の操縦推進機構2102−2と第5の操縦推進機構2102−5は、第1の大きさより大きく、第2の大きさより小さい、ほぼ同じ第3の大きさを有する第2の力2103−2と第5の力2103−5を生成する。
力2103−1、2103−2、2103−3、2103−4、2103−5、及び、2103−6は、それぞれ、X成分、Y成分、及び、Z成分を有する。この例において、航空機2100をX方向にサージ、Y方向にスウェイ、Z方向にヒーブさせることなしに、Y軸を中心に前方にピッチさせるために、操縦推進機構によって生成される全ての力のX成分の和は打ち消し合い、操縦推進機構によって生成される全ての力のY成分の和は、打ち消し合い、且つ、操縦推進機構によって生成される全ての力のZ成分と重力の和は、打ち消し合う。しかしながら、以下に詳細に述べるように、力は、航空機2100の原点2111または重心からある距離をおいた所で生成され、第2の推進機構対2106−2からの合力2107−2のZ成分の大きさと、第3の推進機構2106−3からの合力2107−3のZ成分の大きさとは、第1の操縦推進機構対2106−1からの合力2107−1のZ成分の大きさより大きく、力のZ成分の大きさの差と、原点2111からのオフセットによって、Y軸を中心にしたモーメントを生じて、Y軸を中心に航空機を前方にピッチさせる。第1の推進機構対2106−1のZ成分と比較して、第2の推進機構対2106−2と第3の推進機構対2106−3のZ成分の合成の差が大きくなればなるほど、Y軸を中心としたモーメントは大きくなり、航空機は、Y軸を中心により大きくピッチする。説明と図を簡単にするために、個々の力のZ成分は、記述と図21から省略した。
第1の方向の第1の操縦推進機構2102−1の向きによって、また、第1の操縦推進機構2102−1が、第1の大きさを有する第1の力2103−1を生成しているので、第1の力2103−1は、正のX成分2103−lxと負のY成分2103−lyを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第6の操縦推進機構2102−6の向きによって、また、第6の操縦推進機構2102−6が、第1の大きさを有する第6の力2103−6を生成しているので、第6の力2103−6は、正のX成分2103−6xと正のY成分2103−6yを含む方向を有する。さらに、第6の力2103−6と第1の力2103−1は、同じ第1の大きさを有し、反対の方向に向けられるので、各X成分と各Y成分の大きさは、同じである。同様に、各X成分の方向は同じであり、各Y成分の方向は反対である。力2103−1と2103−6を合計すると、第1の操縦推進機構対2106−1の合力2107−1は、第4の大きさと、X成分2103−lxとX成分2103−6xの和である正のX成分2107−lxとを有し、反対向きのY成分2103−lyと2103−6yが互いに打ち消し合うので、Y成分を有さない。さらに、第1の対2106−1の合力2107−1は、力2103−1と2103−6の正のZ成分の和である正のZ成分に第5の大きさを有するZ成分2107−lzを有する。
操縦推進機構2102−2と2102−3からなる第2の対2106−2について、第1の方向の第3の操縦推進機構2102−3の向きによって、また、第3の操縦推進機構2102−3が、第2の大きさを有する第3の力2103−3を生成しているので、第3の力2103−3は、正のX成分2103−3xと正のY成分2103−3yを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第2の操縦推進機構2102−2の向きによって、また、第2の操縦推進機構2102−2が、第3の大きさを有する第2の力2103−2を生成しているので、第2の力2103−2は、負のX成分2103−2xと正のY成分2103−2yを含む方向を有する。力2103−3と2103−2を合計すると、第2の操縦推進機構対2106−2の合力2107−2は、第6の大きさと、大きい方の負のX成分2103−2xと小さい方の正のX成分2103−3xとの差である負のX成分2107−2xと、正のY成分2103−3yと正のY成分2103−2yの和である正のY成分2107−2yとを有する。さらに、第2の対2106−2の合力2107−2は、第1の合力2107−1のZ成分2107−lzの第5の大きさより大きい正のZ成分の第7の大きさを有するZ成分を有する。
操縦推進機構2102−5と2102−4からなる第3の対2106−3に関して、第1の方向の第5の操縦推進機構2102−5の向きによって、また、第5の操縦推進機構2102−5が、第3の大きさを有する第5の力2103−5を生成しているので、第5の力2103−5は、負のX成分2103−5xと負のY成分2103−5yを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第4の操縦推進機構2102−4の向きによって、また、第4の操縦推進機構2102−4が、第2の大きさを有する第4の力2103−4を生成しているので、第4の力2103−4は、正のX成分2103−4xと負のY成分2103−4yを含む方向を有する。力2103−5と2103−4を合計すると、第3の操縦推進機構対2106−3の合力2107−3は、第6の大きさと、大きい方の負のX成分2103−5xと小さい方の正のX成分2103−4xとの差である負のX成分2107−3xと、負のY成分2103−5yと負のY成分2103−4yの和である負のY成分2107−3yとを有する。さらに、第3の対2106−3の合力2107−3は、第1の合力2107−1のZ成分2107−lzの第5の大きさより大きい正のZ成分の第7の大きさを有するZ成分2107−3を有する。
操縦構成要素の3つの対2106−1、2106−2、及び、2106−3の位置によって、合力2107−1、2107−2、及び、2107−3の和は、X成分もY成分も有さない正味の力となる。詳細には、正のY成分2107−2yは、負のY成分2107−3yと、同じ大きさで反対方向なので、打ち消し合う。同様に、負のX成分2107−2xと2107−3xは、それぞれ、正のX成分2107−lxの約半分で、合成されると、3つのX成分は打ち消し合う。同様に、合力2107−1、2107−2、及び、2107−3のZ成分の大きさの和は、航空機1900に作用する重力に等しく向きが反対である。しかしながら、第2の操縦推進機構対2106−2と、第3の操縦推進機構対2106−3からの合力2107−2と2107−3のZ成分2107−2zと2107−3zの第7の大きさは、それぞれ、第1の操縦推進機構対2106−1の合力2107−1のZ成分2107−lzの第5の大きさより大きく、これらの力は、原点2111から距離を置いているので、Y軸を中心としたモーメント2109−Pは、Y軸を中心に航空機1900を前方にピッチさせる。
図22は、実施態様による、Z軸を中心に航空機をヨーイングさせる推力ベクトル2203を有する図17に示す航空機の操縦推進機構2202の図である。図22に示す操縦推進機構2202は、図17に示す操縦推進機構に対応する。上記のように、各操縦推進機構2202は、ほぼ同じ平面に、この例においては、X−Y平面にあり、上記のように、対2206になるように向けられる。同様に、航空機は、任意の方向に航行してよいが、図22は、航空機2200の機首方位を示す。
航空機2200の構成において、Z軸を中心に航空機2200をヨーイングさせるために、第1の操縦推進機構2202−1、第3の操縦推進機構2202−3、及び、第5の操縦推進機構2202−5は、それぞれ、ほぼ同じ第1の大きさを有する第1の力2203−1、第3の力2203−3、及び、第5の力2203−5を生成する。同様に、第2の操縦推進機構2202−2、第4の操縦推進機構2204−4、及び、第6の操縦推進機構2202−6は、それぞれ、第1の大きさより大きい、ほぼ同じ第2の大きさを有する第2の力2203−2、第4の力2203−4、及び、第6の力2203−6を生成する。
力2203−1、2203−2、2203−3、2203−4、2203−5、及び、2203−6は、それぞれ、X成分、Y成分、及び、Z成分を有する。この例において、X方向にサージ、Y方向にスウェイ、Z方向にヒーブすることなしに、Z軸を中心に航空機2200をヨーイングさせるために、操縦推進機構によって生成される全ての力のX成分の和は打ち消し合い、操縦推進機構によって生成される全ての力のY成分の和は打ち消し合い、操縦推進機構によって生成される全ての力のZ成分と重力の和は、打ち消し合う。しかしながら、以下で詳細に述べるように、力は、航空機2200の原点2211または重心からある距離を置いた所で生成されるので、操縦推進機構の対2206−1、2206−2、及び、2206−3の合力2207−1、2207−2、及び、2207−3は、Z軸を中心に反時計回りのモーメントを起こして、Z軸を中心に航空機を反時計回りにヨーイングさせる。
第1の方向の第1の操縦推進機構2202−1の向きによって、また、第1の操縦推進機構2202−1が、第1の大きさを有する第1の力2203−1を生成しているので、第1の力2203−1は、正のX成分2203−lxと負のY成分2203−lyを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第6の操縦推進機構2202−6の向きによって、また、第6の操縦推進機構2202−6が、第2の大きさを有する第6の力2203−6を生成しているので、第6の力2203−6は、正のX成分2203−6xと正のY成分2203−6yを含む方向を有する。力2203−1と2203−6を合計すると、第1の操縦推進機構対2206−1の合力2207−1は、第3の大きさと、正のX成分2203−lxと正のX成分2203−6xの和である正のX成分2207−lxと、大きい方の正のY成分2203−6yと小さい方の負のY成分2203−lyとの差である正のY成分2207−lyとを有する。
操縦推進機構2202−2と2202−3からなる第2の対2206−2については、第1の方向の第3の操縦推進機構2202−3の向きによって、また、第3の操縦推進機構2202−3が、第1の大きさを有する第3の力2203−3を生成しているので、第3の力2203−3は、正のX成分2203−3xと正のY成分2203−3yを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第2の操縦推進機構2202−2の向きによって、また、第2の操縦推進機構2202−2が、第2の大きさを有する第2の力2203−2を生成しているので、第2の力2203−2は、負のX成分2203−2xと正のY成分2203−2yを含む方向を有する。力2203−3と2203−2を合計すると、第2の操縦推進機構対2206−2の合力2207−2は、第4の大きさと、大きい方の負のX成分2203−2xと小さい方の正のX成分2203−3xとの差である負のX成分2207−2xと、正のY成分2203−3yと正のY成分2203−2yの和である正のY成分2207−2yとを有する。
操縦推進機構2202−5と2202−4からなる第3の対2206−3に関して、第1の方向の第5の操縦推進機構2202−5の向きによって、また、第5の操縦推進機構2202−5が、第1の大きさを有する第5の力2203−5を生成しているので、第5の力2203−5は、負のX成分2203−5xと負のY成分2203−5yを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第4の操縦推進機構2202−4の向きによって、また、第4の操縦推進機構2202−4は、第2の大きさを有する第4の力2203−4を生成しているので、第4の力2203−4は、正のX成分2203−4xと負のY成分2203−4yを含む方向を有する。力2203−5と2203−4を合計すると、第3の操縦推進機構対2206−3の合力2207−3は、第4の大きさと、大きい方の正のX成分2203−4xと小さい方の負のX成分2203−5xとの差である正のX成分2207−3xと、負のY成分2203−5yと負のY成分2203−4yの和である負のY成分2207−3yとを有する。
操縦構成要素の3つの対2206−1、2206−2、及び、2206−3の位置によって、合力2207−1、2207−2、及び、2207−3の和は、X成分もY成分も有さない正味の力となる。同様に、正味の力のZ成分は、重力によって打ち消される。正のY成分2207−lyと正のY成分2207−2yは、負のY成分2207−3yを打ち消す。同様に、正のX成分2207−lxと正のX成分2207−3xは、負のX成分2207−2xを打ち消す。同様に、合力2207−1、2207−2、及び、2207−3のZ成分の大きさの和は、航空機2200に作用する重力と等しく、向きは反対である。しかしながら、合力2207−1、2207−2、及び、2207−3は、航空機2200の原点2211または重心からある距離だけ離れているので、これらの力は、Z軸を中心にしたモーメント2209−Yを生成することによって、Z軸を中心に航空機2200をヨーイングさせる。
図23は、実施態様による、X軸を中心に航空機をロールさせる推力ベクトル2303を有する図17に示す航空機の操縦推進機構2302の図である。図23に示す操縦推進機構2302は、図17に示す操縦推進機構に対応する。上記のように、各操縦推進機構2302は、ほぼ同じ平面に、この例においては、X−Y平面にあり、上記のように、対2306になるように向けられている。同様に、航空機は、任意の方向に航行してよいが、図23は、航空機2300の機首方位を示す。
航空機2300の構成において、X軸を中心に航空機2300をロールさせるために、第1の操縦推進機構2302−1、第2の操縦推進機構2302−2、及び、第3の操縦推進機構2302−3は、ほぼ同じ第1の大きさを有する第1の力2303−1、第2の力2303−2、及び、第3の力2303−3を生成する。第4の操縦推進機構2302−4、第5の操縦推進機構2302−5、及び、第6の操縦推進機構2302−6は、第1の大きさより小さい、ほぼ同じ第2の大きさを有する第4の力2303−4、第5の力2303−5、及び、第6の力2303−6を生成する。
力2303−1、2303−2、2303−3、2303−4、2303−5、及び、2303−6は、それぞれ、X成分、Y成分、及び、Z成分を有する。この例において、X方向にサージ、Y方向にスウェイ、Z方向にヒーブさせることなく、X軸を中心に航空機2300をロールさせるために、操縦推進機構によって生成される全ての力のX成分の和は打ち消し合い、操縦推進機構によって生成される全ての力のY成分の和は、打ち消し合い、操縦推進機構によって生成される全ての力のZ成分と重力の和は、打ち消し合う。しかしながら、以下に詳細に述べるように、力は、原点から距離を置いて生成され、力2303−1、2303−2、及び、2303−3のZ成分の大きさは、力2303−4、2303−5、及び、2303−6のZ成分の大きさより大きいので、力のZ成分の大きさの差と原点2311からのオフセットによって、X軸を中心としたモーメントを生じさせ、X軸を中心に航空機2300をロールさせる。第1の力2303−1、第2の力2303−2、及び、第3の力2303−3のZ成分の合成の大きさが、第4の力2303−4、第5の力2303−5、及び、第6の力2303−6のZ成分の大きさと比較して大きければ大きいほど、モーメントは大きくなり、航空機はX軸を中心により大きくロールする。説明と図を簡単にするために、個々の力のZ成分は、記述と図23から省略した。
第1の方向の第1の操縦推進機構2302−1の向きによって、また、第1の操縦推進機構2302−1が、第1の大きさを有する第1の力2303−1を生成しているので、第1の力2303−1は、正のX成分2303−lxと負のY成分2303−lyを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第6の操縦推進機構2302−6の向きによって、また、第6の操縦推進機構2302−6が、第2の大きさを有する第6の力2303−6を生成しているので、第6の力2303−6は、正のX成分2303−6xと正のY成分2303−6yを含む方向を有する。力2303−1と2303−6を合計すると、第1の操縦推進機構対2306−1の合力2307−1は、第3の大きさと、X成分2303−lxとX成分2303−6xの和である正のX成分2307−lxと、大きい方の負のY成分2303−lyと小さい方の正のY成分2303−6yとの差である負のY成分2307−lyとを有する。さらに、第1の対2306−1の合力2307−1は、正のZ方向の第4の大きさを有する正のZ成分2307−lzを有する。
操縦推進機構2302−2と2302−3からなる第2の対2306−2について、第1の方向の第3の操縦推進機構2302−3の向きによって、また、第3の操縦推進機構2302−3が、第1の大きさを有する第3の力2303−3を生成しているので、第3の力2303−3は、正のX成分2303−3xと正のY成分2303−3yを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第2の操縦推進機構2302−2の向きによって、また、第2の操縦推進機構2302−2が、第1の大きさを有する第2の力2303−2を生成しているので、第2の力2303−2は、負のX成分2303−2xと正のY成分2303−2yを含む方向を有する。力2303−3と2303−2を合計すると、第2の操縦推進機構対2306−2の合力2307−2は、第5の大きさと、大きい方の負のX成分2303−2xと小さい方の正のX成分2303−3xの差である負のX成分2307−2xと、正のY成分2303−3yと正のY成分2303−2yの和である正のY成分2307−2yとを有する。さらに、第2の対2306−2の合力2307−2は、第1の合力2307−1の第4の大きさ2307−lzより大きい正のZ方向の第6の大きさを有する正のZ成分2307−2zを有する。
操縦推進機構2302−5と2302−4からなる第3の対2306−3に関して、第1の方向の第5の操縦推進機構2302−5の向きによって、また、第5の操縦推進機構2302−5が、第2の大きさを有する第5の力2303−5を生成しているので、第5の力2303−5は、負のX成分2303−5xと負のY成分2303−5yを含む方向を有する。同様に、第2の方向の第4の操縦推進機構2302−4の向きによって、また、第4の操縦推進機構2302−4は、第2の大きさを有する第4の力2303−4を生成しているので、第4の力2303−4は、正のX成分2303−4xと負のY成分2303−4yを含む方向を有する。力2303−5と2303−4を合計すると、第3の操縦推進機構対2306−3の合力2307−3は、第7の大きさと、大きい方の負のX成分2303−5xと小さい方の正のX成分2303−4xとの差である負のX成分2307−3xと、負のY成分2303−5yと負のY成分2303−4yとの和である負のY成分2307−3yとを有する。さらに、第3の対2306−3の合力2307−3は、第6の大きさより小さい正のZ方向の第8の大きさを有するZ成分を有する。
操縦構成要素の3つの対2306−1、2306−2、及び、2306−3の位置によって、合力2307−1、2307−2、及び、2307−3の和は、X成分もY成分も有さない正味の力となる。詳細には、正のY成分2307−2yは、負のY成分2307−ly及び2307−3yと打ち消し合う。同様に、負のX成分2307−2xと2307−3xのそれぞれは、正のX成分2307−lxを打ち消す。同様に、合力2307−1、2307−2、及び、2307−3のZ成分の大きさの和は、航空機1900に作用する重力に等しく、向きは反対である。しかしながら、第1の力2303−1、第2の力2303−2、及び、第3の力2303−3のZ成分の和は、第4の力2303−4、第5の力2303−5、及び、第6の力2303−6のZ成分の和より大きく、これらの力は、原点からある距離だけ離れているので、X軸を中心としたモーメント2309−Rによって、X軸を中心に航空機2300をロールさせる。
本明細書に開示の実施態様は、航空機をある高度に維持するのに十分な揚力を生成するように構成された揚力推進機構の1つまたは複数と、第1の操縦推進機構と、第2の操縦推進機構と、第3の操縦推進機構と、第4の操縦推進機構と、第5の操縦推進機構と、第6の操縦推進機構とを含む航空機装置を含んでよい。第1の操縦推進機構、第3の操縦推進機構、及び、第5の操縦推進機構は、平面に並んで、第1の方向に向けられてよく、第2の操縦推進機構、第4の操縦推進機構、及び、第6の操縦推進機構は、平面に並んで、第1の方向にほぼ垂直な第2の方向に向けられてよい。
任意選択で、揚力推進機構は、平面にあってよく、第1の方向に向けられてよい。任意選択で、第2の操縦推進機構は、第1の大きさと第1の方向を有する第1の力を生成してよく、第4の操縦推進機構は、第1の大きさと第2の方向を有する第2の力を生成してよい。第1の力と第2の力は、航空機を第3の方向にサージさせる第3の大きさと第3の方向とを有する合力を生じてよい。任意選択で、第2の操縦推進機構は、第1の大きさと第1の方向を有する第1の力を生成してよく、第4の操縦推進機構は、第1の大きさと第2の方向を有する第2の力を生成してよく、第6の操縦推進機構は、第2の大きさと第3の方向を有する第3の力を生成してよい。第1の力、第2の力、及び、第3の力は、航空機を第3の方向にスウェイさせる第3の大きさと第3の方向とを有する合力を生じてよい。任意選択で、第1の操縦推進機構、第2の操縦推進機構、第3の操縦推進機構、第4の操縦推進機構、第5の操縦推進機構、及び、第6の操縦推進機構は、それぞれ、航空機の中心部分の周囲に径方向に配置されてよい。任意選択で、揚力推進機構は、航空機の中心部分にあってよい。
本明細書に開示の実施態様は、航空機を航行させる方法を含んでよい。方法は、サージコマンドもしくはスウェイコマンドの少なくとも1つを含む操縦コマンドを受信すること、受信した操縦コマンドを実行するために使用する航空機の少なくとも2つの操縦推進機構を決定すること、少なくとも2つの操縦推進機構のそれぞれに関して、操縦推進機構が生成する力の大きさと方向を決定すること、及び/または、決定した大きさと方向を有する力を操縦推進機構に生成させる命令を送信すること、の1つまたは複数を含んでよい。
任意選択で、航空機は、少なくとも6つの操縦推進機構を含んでよく、少なくとも6つの操縦推進機構の少なくとも1つは、垂直に配置されてよく、少なくとも6つの操縦推進機構の少なくとも1つは、水平に配置されてよい。任意選択で、方法は、航空機の揚力推進機構を使用して、航空機の高度を維持することをさらに含んでよい。任意選択で、第1の操縦推進機構によって生成される第1の力は第2の操縦推進機構によって生成される第2の力と合成されて、航空機をコマンドに従って動かしてよい。任意選択で、第1の力の少なくとも一部は、第2の力の少なくとも一部を打ち消してよい。
本明細書に開示の実施態様は、第1の操縦推進機構、第2の操縦推進機構、第3の操縦推進機構、第4の操縦推進機構、第5の操縦推進機構、及び、第6の操縦推進機構の1つまたは複数を含む航空機装置を含んでよい。第1の操縦推進機構、第2の操縦推進機構、第3の操縦推進機構、第4の操縦推進機構、第5の操縦推進機構、及び、第6の操縦推進機構の少なくとも1つは、水平に配置されてよく、第1の操縦推進機構、第2の操縦推進機構、第3の操縦推進機構、第4の操縦推進機構、第5の操縦推進機構、及び、第6の操縦推進機構のうちの少なくとも1つは垂直に配置されてよい。
任意選択で、第1の操縦推進機構、第2の操縦推進機構、第3の操縦推進機構、第4の操縦推進機構、第5の操縦推進機構、及び、第6の操縦推進機構は、それぞれ、平面内にあり、航空機の中心部分の周りに径方向に伸びる。任意選択で、航空機装置は、航空機の中心部分から伸びる第1のアームと、航空機の中心部分から伸びる第2のアームと、航空機の中心部分から伸びる第3のアームと、航空機の中心部分から伸びる第4のアームと、航空機の中心部分から伸びる第5のアームと、航空機の中心部分から伸びる第6のアームの1つまたは複数をさらに含んでよい。任意選択で、第1の操縦推進機構は、第1のアームの端に結合されてよく、第2の操縦推進機構は、第2のアームの端に結合されてよく、第3の操縦推進機構は、第3のアームの端に結合されてよく、第4の操縦推進機構は、第4のアームの端に結合されてよく、第5の操縦推進機構は、第5のアームの端に結合されてよく、第6の操縦推進機構は、第6のアームの端に結合されてよい。任意選択で、第1のアーム、第2のアーム、第3のアーム、第4のアーム、第5のアーム、及び、第6のアームのそれぞれが、航空機の中心部分から径方向に伸びてよい。任意選択で、第1のアーム、第2のアーム、第3のアーム、第4のアーム、第5のアーム、及び、第6のアームは、それぞれ、同じ平面にあってよい。任意選択で、第1のアーム及び第2のアームは、異なる平面にあってよい。任意選択で、第1のアーム、第2のアーム、第3のアーム、第4のアーム、第5のアーム、及び、第6のアームは、それぞれ、航空機の中心部分から異なる方向に伸びてよい。任意選択で、航空機装置は、航空機に作用する重力と大きさがほぼ等しく、方向が反対の力を生成するように構成された揚力推進機構をさらに含んでよい。
本明細書に開示の実施態様は、垂直の向きに対して第1の方向に向けられた第1の操縦推進機構と、垂直の向きに対して第2の方向に向けられた第2の操縦推進機構であって、第1の向きは第2の向きの反対である、第1の操縦推進機構と第2の操縦推進機構、第1の方向に向けられた第3の操縦推進機構、第2の方向に向けられた第4の操縦推進機構、第1の方向に向けられた第5の操縦推進機構、第2の方向に向けられた第6の操縦推進機構、及び/または、推進機構コントローラの1つまたは複数を含む航空機装置を含んでよい。推進機構コントローラは、航空機装置が6自由度のいずれかで空中で航行できるように各力を生成するように、第1の操縦推進機構、第2の操縦推進機構、第3の操縦推進機構、第4の操縦推進機構、第5の操縦推進機構、及び/または、第6の操縦推進機構のそれぞれにコマンドを少なくとも送信するように構成されてよく、第6の操縦推進機構の故障を検出するように構成されてよく、且つ、故障を検出したことに応答して、航空機装置が空中で4自由度のいずれかで航行できるように各力を生成するように、第1の操縦推進機構、第2の操縦推進機構、第4の操縦推進機構、及び、第5の操縦推進機構のそれぞれにコマンドを送信するように構成されてよい。
任意選択で、第1の操縦推進機構、第2の操縦推進機構、第3の操縦推進機構、第4の操縦推進機構、第5の操縦推進機構、及び、第6の操縦推進機構は、同じX−Y平面に実質的に並んでよい。任意選択で、第1の操縦推進機構によって生成される第1の力と第6の操縦推進機構によって生成される第6の力とは、第1の合力を形成し、第2の操縦推進機構によって生成される第2の力と、第3の操縦推進機構によって生成される第3の力とは、第2の合力を形成し、第4の操縦推進機構によって生成される第4の力と、第5の操縦推進機構によって生成される第5の力とは、第3の合力を形成する。任意選択で、第1の合力、第2の合力、及び、第3の合力の和は、航空機装置が、Y軸を中心に前方にピッチすることなく、X方向にサージするように、ある大きさを有し、Y成分を有さず、X成分を有する正味の力を生成する。任意選択で、第1の合力、第2の合力、及び、第3の合力の和は、航空機装置が、X軸を中心にロールすることなく、Y方向にスウェイするように、ある大きさを有し、X成分を有さず、Y成分を有する正味の力を生成する。任意選択で、第1の合力、第2の合力、及び、第3の合力の和は、X成分もY成分も有さず、Z軸を中心に航空機装置をヨーイングさせるZ軸を中心としたモーメントを有する正味の力を生成する。任意選択で、第1の合力、第2の合力、及び、第3の合力の和は、X成分もY成分も有さず、Y軸を中心に航空機装置をピッチさせるY軸を中心としたモーメントを有する正味の力を生成する。
本明細書に開示の実施態様は、航空機を航行させる方法を含んでよく、方法は、サージコマンドを含む操縦コマンドを受信することと、第1の推進機構によって生成される第1の力と、第6の推進機構によって生成される第6の力との第1の大きさを、第1の力と第6の力を合成すると、第2の大きさとX成分を有し、Y成分を有さない合力を生成するように、決定することと、第2の推進機構によって生成される第2の力と、第5の推進機構によって生成される第5の力の第2の大きさを決定することと、第1の力と第6の力を生成するように、第1の推進機構と第6の推進機構のそれぞれにコマンドを送信することであって、第1の力と第6の力のそれぞれが第1の大きさを有する、コマンドを送信することと、第2の力と第5の力を生成するように、第2の推進機構と第5の推進機構にコマンドを送信することであって、第2の力と第5の力のそれぞれは第2の大きさを有する、コマンドを送信することと、航空機がY軸を中心にピッチすることなく、X方向にサージするように、第1の推進機構、第3の推進機構、第5の推進機構、及び、第6の推進機構のそれぞれによって、各コマンドを実行することと、の1つまたは複数を含む。
任意選択で、方法は、第3の力と第4の力を生成するように、第3の推進機構と第4の推進機構のそれぞれにコマンドを送信することであって、第3の力と第4の力のそれぞれは第1の大きさを有する、コマンドを送信することをさらに含み、第1の力、第2の力、第3の力、第4の力、第5の力、及び、第6の力の和は、第3の大きさとX成分を有し、Y成分を有さない正味の力である。任意選択で、第2の推進機構は、第3の推進機構と並ぶことによって、第2の力と第3の力の和が、第3の大きさ、第2の正のX成分、及び、第2の正のY成分を有する第2の合力を生成し、第4の推進機構は、第5の推進機構と並ぶことによって、第4の力と第5の力の和が、第4の大きさ、第3の正のX成分、及び、第3の負のY成分を有する第3の合力を生成してよい。任意選択で、第2の正のY成分の少なくとも一部は、第3の負のY成分の少なくとも一部を打ち消す。任意選択で、正味の力は、重力と大きさが等しく、方向が反対のZ成分をさらに含んでよい。任意選択で、航空機は、少なくとも6つの推進機構を含んでよく、少なくとも6つの推進機構の少なくとも1つは、垂直配置に対して第1の方向に向けられてよく、少なくとも6つの推進機構の少なくとも1つは、垂直配置に対して第2の方向に向けられてよく、第1の方向は第2の方向の反対である。
本明細書に開示の実施態様は、第1の推進機構、第2の推進機構、第3の推進機構、第4の推進機構、第5の推進機構、及び、第6の推進機構の1つまたは複数を含む航空機装置を含んでよい。第1の推進機構と第6の推進機構は、第1の推進機構対を形成するように向けられてよく、第1の推進機構対において、第1の推進機構によって生成される第1の力の少なくとも一部は、第6の推進機構によって生成される第6の力の少なくとも一部を打ち消す。第2の推進機構と第3の推進機構は、第2の推進機構対を形成するように向けられてよく、第2の推進機構対において、第2の推進機構によって生成される第2の力の少なくとも一部は、第3の推進機構によって生成される第3の力の少なくとも一部を打ち消す。第4の推進機構と第5の推進機構は、第3の推進機構対を形成するように向けられてよく、第3の推進機構対において、第4の推進機構によって生成される第4の力の少なくとも一部は、第5の推進機構によって生成される第5の力の少なくとも一部を打ち消す。航空機装置は、航空機装置によって宛先に配達される電子商取引ウェブサイトを通して注文された物品を含むペイロードを係合するように構成されたペイロード係合構成要素も含んでよい。
任意選択で、第1の推進機構、第2の推進機構、第3の推進機構、第4の推進機構、第5の推進機構、及び、第6の推進機構のそれぞれは、ある平面内にあってよく、航空機装置の中心部分の周りに径方向に伸びてよい。任意選択で、航空機装置は、航空機装置の中心部分から伸びる第1のアームと、航空機装置の中心部分から伸びる第2のアームと、航空機装置の中心部分から伸びる第3のアームと、航空機装置の中心部分から伸びる第4のアームと、航空機装置の中心部分から伸びる第5のアームと、航空機装置の中心部分から伸びる第6のアームの1つまたは複数も含んでよい。任意選択で、第1の推進機構は、第1のアームの端に結合されてよく、垂直配置に対して、第1のアームを中心に第1の方向に向けられてよく、第2の推進機構は、第2のアームの端に結合されてよく、垂直配置に対して、第2のアームを中心に第2の方向に向けられてよく、第3の推進機構は、第3のアームの端に結合されてよく、垂直配置に対して、第3のアームを中心に第1の方向に向けられてよく、第4の推進機構は、第4のアームの端に結合されてよく、垂直配置に対して、第4のアームを中心に第2の方向に向けられてよく、第5の推進機構は、第5のアームの端に結合されてよく、垂直配置に対して、第5のアームを中心に第1の方向に向けられてよく、第6の推進機構は、第6のアームの端に結合されてよく、垂直配置に対して、第6のアームを中心に第2の方向に向けられてよい。任意選択で、航空機装置は、コントローラの1つまたは複数をさらに含んでよく、コントローラは、少なくとも、6自由度の任意の1つまたは複数で航空機装置を動作させるように、第1の推進機構、第2の推進機構、第3の推進機構、第4の推進機構、第5の推進機構、及び、第6の推進機構のそれぞれにコマンドを送信するように構成され、第1の推進機構、第2の推進機構、第3の推進機構、第4の推進機構、第5の推進機構、及び、第6の推進機構の1つが故障したことを判定するように構成され、且つ、航空機装置を4自由度にいずれかで動作を継続させるように、故障していない第1の推進機構、第2の推進機構、第3の推進機構、第4の推進機構、第5の推進機構、及び、第6の推進機構のそれぞれにコマンドを送信するように構成される。任意選択で、第1の推進機構、第2の推進機構、第3の推進機構、第4の推進機構、第5の推進機構、及び、第6の推進機構は、航空機が空中でサージ方向、ヒーブ方向、スウェイ方向、ピッチ方向、ヨー方向、または、ロール方向のいずれかに独立して航行できるように、配置されてよい。任意選択で、第1の力、第2の力、第3の力、第4の力、第5の力、及び、第6の力の和によって生成される正味の力は、X成分もY成分も有さず、航空機装置を、Y軸を中心にピッチさせ、X軸を中心にロールさせ、または、Z軸を中心にヨーイングさせるモーメントを有する。
本開示の上記態様は、例示的なものである。上記態様は、本開示の原理及び適用を説明するために選択したものであり、包括的なものではなく、本開示を制限する意図はない。開示した態様の多くの修正形態及び変形形態が、当業者には明らかであろう。コンピュータ、通信、及び、音声処理の分野の当業者は、本明細書に記載の構成要素及びプロセスのステップが、他の構成要素もしくはステップ、または、構成要素もしくはステップの組み合わせと交換可能であってよく、本開示の利点及び長所を依然として達成することを認識されよう。さらに、本開示が、本明細書に開示の特定の詳細及びステップの一部または全てがなくても、実践し得ることは当業者には明らかであろう。
上記例は、航空機に関して記載したが、上記実施態様は、陸上車両及び水上/水中乗り物を含むが、これらに限らない他の形態の乗り物にも使用してよい。
開示のシステムの態様は、コンピュータ方法として、または、メモリデバイスもしくは非一時的コンピュータ可読記憶媒体等の製品として実施されてよい。コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータによって可読であってよく、コンピュータまたは他の装置に、本開示に記載されたプロセスを行わせるための命令を含んでよい。コンピュータ可読記憶媒体は、揮発性コンピュータメモリ、不揮発性コンピュータメモリ、ハードドライブ、ソリッドステートメモリ、フラッシュドライブ、取り外し可能ディスク、及び/または、他の媒体によって実施されてよい。さらに、モジュール及びエンジンの1つまたは複数の構成要素は、ファームウェアまたはハードウェアで実施されてよい。
明示的に別段の記載がない限り、「a」「an」等の冠詞は、一般的に、1つまたは複数の記載の物品を含むと解釈されるべきである。従って、「a device configured to(のように構成された装置)」等の句は、1つまたは複数の記載の装置を含むことを意図している。このような1つまたは複数の記載の装置は、集合的に、規定した記載を行うように構成することもできる。例えば、「記載A、B、及び、Cを行うように構成されたプロセッサ」は、記載B及びCを行うように構成された第2のプロセッサと協働する記載Aを行うように構成された第1のプロセッサを含み得る。
本明細書で使用する程度を表す語は、「about(約)」「approximately(約、ほぼ)」「generally(一般的に)」「nearly(ほぼ)」、または、「substantially(実質的に)」は、本明細書では、所望の機能を行う、または、所望の結果を達成する、記載の値、量、または、特徴に近い値、量、または、特徴を表す。例えば、「about(約)」「approximately(約、ほぼ)」「generally(一般的に)」「nearly(ほぼ)」、または、「substantially(実質的に)」という語は、記載の量の10%未満、5%未満、1%未満、0.1%未満、及び、0.01%未満の量を指してよい。
発明をその例示的な実施態様に関して記述、図示したが、実施態様への前述の及び様々な他の追加及び省略は、本開示の趣旨及び範囲を逸脱することなしに行われてよい。