JP2023523396A - ソフトウェア定義ドローンのためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

自律型ビークルを動作させるためのビークルコントローラは、自律型ビークルに作用する特定の力を測定するように構成された慣性測定ユニット（ＩＭＵ）と、高速制御ループを実行して、自律型ビークルに作用する特定の力に関するＩＭＵからのデータに基づいて、自律型ビークルの位置または姿勢を制御するための複数の制御アクチュエータへのコマンドを周期的に更新するように構成された飛行コントローラとを含む。ビークルコントローラはまた、自律型ビークルのミッションを制御するようにプログラムされたプロセッサを含むミッションコンピュータを含む。ビークルコントローラはまた、セルラネットワークを介して無線通信するように構成されたセルラデータ無線機を含む。ビークルコントローラはまた、ＩＭＵ、飛行コントローラ、ミッションコンピュータ、およびセルラデータ無線機を収容するハウジングを含む。自律型ビークルを動作させる方法も提供される。

Description

関連出願の相互参照
このＰＣＴ国際特許出願は、２０２０年５月４日に出願された米国仮特許出願第６３／０１９，５５８号明細書の利益を主張し、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

分野
本開示は、一般に、ドローンとも呼ばれる無人ビークル、およびドローンを制御し、ドローンと通信するためのシステムに関する。より具体的には、本開示は、無人航空機システム（ＵＡＳ）に関する。

背景
空中ドローンなどの無人ビークルシステムは、ビークルの動作を管理するためにビークルに搭載された飛行管理ユニット（ＦＭＵ）を含む。加速度計、ジャイロスコープ、および／または磁力計の組み合わせを使用して、ビークルに作用する特定の力を測定するために、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）をＦＭＵに結合することができる。ＦＭＵは、ＩＭＵからの信号に基づいて、サーボモータと電気モータに結合された電気速度制御（ＥＳＣ）となどのアクチュエータを使用してビークルを制御するための高速制御ループを実行するように特に構成することができる。従来のＦＭＵは、電力消費を最小限に抑え、重量を最小限に抑えながら高速制御ループを実行するように設計されている。いくつかのＦＭＵは、遠隔制御命令を受信するための無線機などの入力を制御し、ペイロード制御信号などの追加の制御出力を制御するためのインターフェースを含んでもよい。ペイロード制御信号は、例えば、カメラジンバルを移動させるように構成されたサーボモータのための位置コマンドを含んでもよい。

従来のＩＭＵは、振動ノイズからの干渉を低減し、荒い着地または地面もしくは他の物体との衝突の場合の衝撃荷重を低減するために、防振マウントを用いてビークルに取り付けることができる。

いくつかの無人ビークルは、マシンビジョンなどの計算集約的なタスクを実行するための比較的高い性能を有する１つまたは複数の専用および／または汎用プロセッサを含んでもよいミッションコンピュータを含んでもよい。

概要
開示された実施形態の一態様は、自律型ビークルを動作させるためのビークルコントローラを含む。ビークルコントローラは、自律型ビークルに作用する特定の力を測定するように構成された慣性測定ユニット（ＩＭＵ）と、高速制御ループを実行して、自律型ビークルに作用する特定の力に関するＩＭＵからのデータに基づいて、自律型ビークルの位置または姿勢を制御するための複数の制御アクチュエータへのコマンドを周期的に更新するように構成された飛行コントローラとを含む。ビークルコントローラはまた、自律型ビークルのミッションを制御するようにプログラムされたプロセッサを含むミッションコンピュータを含む。ビークルコントローラはまた、セルラネットワークを介して無線通信するように構成されたセルラデータ無線機を含む。ビークルコントローラはまた、ＩＭＵ、飛行コントローラ、ミッションコンピュータ、およびセルラデータ無線機を収容するハウジングを含む。

開示された実施形態の一態様は、自律型ビークルを動作させるためのビークルコントローラを含む。ビークルコントローラは、自律型ビークルに作用する特定の力を測定するように構成された慣性測定ユニット（ＩＭＵ）と、高速制御ループを実行して、自律型ビークルに作用する特定の力に関するＩＭＵからのデータに基づいて、自律型ビークルの位置または姿勢を制御するための複数の制御アクチュエータへのコマンドを周期的に更新するように構成された飛行コントローラとを含む。ビークルコントローラはまた、自律型ビークルのミッションを制御するようにプログラムされたプロセッサを含むミッションコンピュータを含む。ビークルコントローラはまた、ＩＭＵ、飛行コントローラ、およびミッションコンピュータを収容するハウジングを含む。ミッションコンピュータは、ビークルステータス情報およびペイロードデータをサードパーティアプリケーションに提供するためのアプリケーションプログラミングインターフェースを含む。

開示された実施形態の一態様は、自律型ビークルを動作させるための方法を含む。本方法は、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）によって自律型ビークルに作用する特定の力を測定するステップと、自律型ビークルに作用する特定の力に関するＩＭＵからのデータに基づいて、自律型ビークルの位置または姿勢を制御するために、飛行コントローラによって複数の制御アクチュエータの各々にコマンドを送信するステップと、ミッションコンピュータによって、飛行コントローラに自律型ビークルの位置または向きを変更するよう命令するステップと、セルラデータ無線機を用いてミッションコンピュータによってサーバと通信するステップと、を含む。ＩＭＵ、飛行コントローラ、ミッションコンピュータ、およびセルラデータ無線機はすべて、自律型ビークルに搭載されたハウジング内に配置される。

本開示のこれらおよび他の態様は、以下の実施形態の詳細な説明、添付の特許請求の範囲、および添付の図面に開示されている。

図面の簡単な説明
本発明の設計のさらなる詳細、特徴および利点は、関連する図面を参照した実施形態の例の以下の説明から得られる。

本開示の一態様による、自律型ビークルのためのコントローラの分解図である。 本開示の原理による、図１のコントローラを有する自律型ビークルのブロック図である。 本開示の原理による、自律型ビークルのためのコントローラのブロック図である。 本開示の原理による、自律型ビークルを制御するためのシステムのブロック図である。 本開示の原理による、自律型ビークルを制御するためのシステムにおけるソフトウェアコンポーネントのブロック図である。 本開示の原理による、自律型ビークルを動作させる方法を全体的に示すフロー図である。

詳細な説明
ソフトウェア定義ドローンのためのシステムおよび方法が本明細書に記載されている。システムは、無人ビークルに搭載されて動作するように構成されたビークルコントローラ２０を含む。いくつかの実施形態では、無人ビークルは、マルチコプター、ヘリコプター、固定翼航空機、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）ビークルなどの無人航空ビークルである。しかしながら、無人ビークルは、任意のタイプの航空、陸上、および／または海上ビークルであってもよい。ビークルコントローラ２０は、統合飛行コントローラ、ミッションコンピュータ、およびネットワークデバイスを単一のパッケージに組み合わせる。無人航空機は、クワッドコプターまたはオクトコプターなどのマルチコプターであってもよい。

以下の用語は、本開示において特に定義されない限り、以下の定義を有すると理解されるべきである。

・ＡＭＣ（Ａｕｔｅｒｉｏｎミッションコントロール）－ドローンの完全な飛行制御およびミッションプランニングを提供する地上制御ソフトウェアパッケージ。

・ＡＰＩ（アプリケーションプログラミングインターフェース）－他のコンポーネントまたはシステムがそれをどのように使用することができるかを定義する、ソフトウェアコンポーネントまたはシステムへのコンピューティングインターフェース。

・自律型ビークル－搭載センサおよびＧＰＳと連携して組み込みシステムを使用して自律的に動作することができる無人ビークル。

・ＣＡＮ（コントローラエリアネットワーク）－マイクロコントローラおよびデバイスが通信することを可能にするビークルバス規格。

・クラウドスイート－１つまたは複数のドローンからのデータを記憶、処理、および提示するように構成された分散ウェブベースのハードウェアおよびソフトウェアプラットフォーム。

・ドローン－搭載センサおよびＧＰＳと連携して組み込みシステムを使用して自律的に動作することができる無人ビークル。

・企業ＰＸ４－ドローンの動作を制御し、データを収集および処理するために、ドローンに搭載されたプロセッサ上で実行するように構成されたソフトウェアパッケージ。

・ＥＳＣ（電子速度制御）－電気モータの速度を制御および調整する電子回路。
・ＦＭＵ（飛行管理ユニット）－航空ドローンの動作を管理するように構成されたコントローラ。

・ＦＰＶ（一人称ビュー）－ビークル内の実際のまたは仮想の運転者またはパイロットの視点。

・ＧＰＳ（全地球測位システム）－米国の全地球測位システム、ロシアの全地球航法衛星システム（ＧＬＯＮＡＳＳ）、中国の北斗航法衛星システム、欧州連合のガリレオ測位システム、インドのＮａｖＩＣシステム、日本の準天頂衛星システム（ＱＺＳＳ）を含むがこれらに限定されない、地上ベースおよび／または衛星ベースの無線測位システム。

・ＩＭＵ（慣性計測装置）－加速度計、ジャイロスコープ、および場合によっては磁力計の組み合わせを使用して、身体の特定の力、角速度、および場合によっては身体の向きを測定および報告する電子デバイス。

・ＬＴＥ（ロングタームエボリューション）－ＧＳＭ（登録商標）／ＥＤＧＥ、４Ｇ、および５Ｇ無線データ通信規格を含むがこれらに限定されない、モバイルデバイス用の任意のモバイル（すなわち、セル方式）無線データ通信規格。

・ＭＡＶＬｉｎｋ－ドローンと通信し、搭載ドローン構成要素間で通信するための超軽量メッセージングプロトコル。

・ＭＡＶＳＤＫ－Ｃ＋＋、ｉＯＳ、Ｐｙｔｈｏｎ、およびＡｎｄｒｏｉｄ用のＡＰＩを備えたＭＡＶＬｉｎｋソフトウェア開発キット（ＳＤＫ）ライブラリ。

・ＭＩＰＩ ＣＳＩ（カメラシリアルインターフェース）－主にカメラとホストデバイスとの間のポイントツーポイント画像およびビデオ送信を目的とした広く採用されている単純な高速プロトコル。

・オープンＰＰＢ（Ｐｉｘｈａｗｋペイロードバス）－コントローラをカメラおよびカメラジンバルなどの１つまたは複数のペイロードデバイスと接続するためのハードウェアおよびソフトウェア相互接続規格。

・ＰＷＭ（パルス幅変調）－サーボまたはＥＳＣ（電子速度制御）などのデバイスを制御するためのインターフェース規格。

・ＰＸ４－自律型航空機を動作させるためのオープンソースのオートパイロットシステム。

・ＲＯＳ２（ロボットオペレーティングシステムバージョン２）－ロボットアプリケーションを構築するためのソフトウェアライブラリおよびツールのセット。

・ＲＴＣ－リアルタイムクロック。
・ＳＢＵＳ－単一のインターフェース上で複数のデバイス制御チャネルを送信するためにフタバによって開発されたシリアル通信プロトコル。

・ＳＤＫ（ソフトウェア開発キット）－１つのパッケージ内のソフトウェア開発ツールの集合。

・ＳＰＩ（シリアル・ペリフェラル・インターフェース）－主に組み込みシステムで短距離通信に使用される同期シリアル通信インターフェース仕様。

・ＵＡＲＴ（汎用非同期受信機－送信機）－データフォーマットおよび伝送速度が構成可能な非同期シリアル通信用のコンピュータハードウェアデバイス。

・ＵＩ－ユーザインターフェース。
・ＵＸ－ユーザ体験。

・ＵＴＭ－無人航空機システムのトラフィック管理。
・無人－コンピュータによって操縦されるように構成されている。

・ＶＩＯ（Ｖｉｓｕａｌ－Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｏｄｏｍｅｔｒｙ）－１つまたは複数のカメラとそれに取り付けられた１つまたは複数の慣性測定ユニット（ＩＭＵ）の入力のみを使用して、エージェント（例えば、航空ロボット）の状態（姿勢および速度）を推定するプロセス。

図１は、本開示の一態様による、自律型ビークルのためのビークルコントローラ２０の分解図を示す。ビークルコントローラ２０は、クラムシェル構成で互いに嵌合するカバー２２およびベースプレート２４を有するハウジング２２、２４を含む。ハウジング２２、２４は、ほぼ長方形の形状を有し、金属、プラスチック、または任意の他の適切な材料で作ることができる。例えば、ハウジング２２、２４は、アルミニウムまたはマグネシウムで作られてもよい。ハウジング２２、２４は、熱を放散しながら摩耗を低減するために、塗料または陽極酸化コーティングでコーティングされてもよい。ビークルコントローラ２０の残りの構成要素は、ハウジング２２、２４のカバー２２とベースプレート２４との間の内部空間内に保持される。カバー２２は、内部構成要素から熱を除去するための一体型ヒートシンク２６を画定する。一体型ヒートシンク２６は、平行に延在し、一定の間隔で互いに離間した複数の平面フィンとして形成されてもよい。しかしながら、一体型ヒートシンク２６は、ピン、ポスト、１つまたは複数のヒートチューブまたはラジエータなどの他の形態をとってもよい。ビークルコントローラ２０は、一体型ヒートシンク２６上の空気流を増加させるための１つまたは複数のファンを含んでもよい。ベースプレート２４は、ビークルコントローラ２０を自律型ビークルに固定するための複数の取り付けタブ２８を含む。例えば、取り付けタブ２８は、ねじまたはボルトなどの締結具で自律型ビークルの１つまたは複数の構造要素に固定されてもよい。ベースプレート２４は、電気コネクタおよび／またはビークルコントローラ２０の他の特徴部にアクセスするための複数の孔３０を画定する。

ビークルコントローラ２０はまた、飛行コントローラ３２を含み、これは飛行管理ユニット（ＦＭＵ）とも呼ばれる。飛行コントローラ３２は、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に搭載された１つまたは複数のプロセッサを含んでもよい。しかしながら、飛行コントローラ３２は、単一の集積回路などの他の形態をとってもよい。飛行コントローラ３２は、飛行制御ループを動作させて、自律型ビークルの動作を制御するための１つまたは複数のビークル制御アクチュエータにコマンドを定期的に発行または修正するように構成することができる。ビークル制御アクチュエータは、例えば、１つまたは複数のサーボモータおよび／または電子速度制御（ＥＳＣ）を含んでもよい。いくつかの実施形態では、飛行制御ループは、少なくとも約１００Ｈｚの速度で動作することができる。いくつかの実施形態では、飛行制御ループは、少なくとも約１ｋＨｚの速度で動作することができる。

ビークルコントローラ２０はまた、ビークルコントローラ２０に作用する特定の力、角速度、および／または３次元空間におけるビークルコントローラ２０の向きを測定および報告するように構成された慣性測定ユニット（ＩＭＵ）３６を含む。ＩＭＵ３６は、ビークルコントローラ２０の力、角速度、および／または向きを決定するために、１つまたは複数の加速度計、ジャイロスコープ、および／または磁力計を含んでもよい。ＩＭＵ３６は、飛行コントローラ３２と直接通信することができる。いくつかの実施形態では、飛行コントローラ３２は、飛行制御ループの反復ごとにＩＭＵ３６から更新されたステータス情報をポーリングまたは読み取ることができる。

いくつかの実施形態では、ＩＭＵ３６は、ＩＭＵ３６上の構成要素間に均一な熱分布を提供し、したがってＩＭＵ３６の精度を向上させるように構成された熱伝導性材料のヒートスプレッダベースを含んでもよい。

ＩＭＵ３６は、ＩＭＵブラケット３８によって飛行コントローラ３２に取り付けられている。ＩＭＵブラケット３８は、ＩＭＵ３６と飛行コントローラ３２との間に配置された、ゴムまたは発泡体などの弾性材料の複数のダンパ４０を含む。ダンパ４０は、モータまたは他の発生源からの周期的な振動などの振動ノイズからの干渉を低減することができる振動絶縁および／または減衰を提供することができる。ダンパ４０はまた、激しい着地および／または衝突の場合にＩＭＵに伝達される衝撃荷重を低減することができる。

いくつかの実施形態では、ＩＭＵブラケット３８は、ＩＭＵ３６とハウジング２２、２４との間の堅固な接続を提供することができる。そのような堅固な接続は、ＩＭＵ３６と飛行コントローラ３２またはビークルコントローラ３２の任意の他の構成要素との間のいかなる振動絶縁も含まなくてもよい。

ビークルコントローラ２０はまた、ミッションコンピュータ４２を含む。ミッションコンピュータ４２は、ＰＣＢに取り付けられた１つまたは複数のプロセッサを含んでもよい。しかしながら、ミッションコンピュータ４２は、２つ以上の構成要素などの他の形態をとってもよいし、単一の集積回路としてもよい。

ビークルコントローラ２０はまた、ベースボード５２を含む。ベースボード５２は、孔３０を介してハウジング２２、２４の外部のデバイスに接続するための複数の外部ポート５４を有するＰＣＢを含んでもよい。ベースボード５２はまた、飛行コントローラ３２およびミッションコンピュータ４２などのハウジング２２、２４内のデバイスへの電気接続を受け入れるための複数の内部ポート６０を含む。ベースボード５２は、飛行コントローラ３２とミッションコンピュータ４２のデバイスとの間、および／または内部デバイスおよび外部ポート５４のうちの１つ以上からの電力分配および／または通信を提供することができる。

ビークルコントローラ２０はまた、セルラネットワークを介して無線データ通信を提供するためのＬＴＥモジュール６２を含む。ＬＴＥモジュール６２は、一対のアンテナポート６４を含む。代替的または追加的に、ＬＴＥモジュール６２は、１つまたは複数の搭載アンテナを含んでもよい。ＬＴＥモジュール６２は、ベースボード５２と平行に延びることができるＰＣＢに取り付けられた１つまたは複数の構成要素を含むことができ、ベースボード５２は、ＬＴＥモジュール６２とミッションコンピュータ４２との間に挟まれている。ＬＴＥモジュール６２は、電力を受け取るため、および／またはＬＴＥモジュール６２とミッションコンピュータ４２との間の通信を提供するために、内部ポート６０のうちの１つまたは複数を介してベースボード５２に接続することができる。

図２は、ビークルコントローラ２０として構成されたビークルコントローラ２０を含む自律型ビークル１０のブロック図を示す。図２は、飛行コントローラ３２およびミッションコンピュータ４２のいくつかの機能ユニットを含む、ビークルコントローラ２０の詳細を示す。ミッションコンピュータ４２は、第１のプロセッサ７０による実行のための第１の命令７４を保持する第１のメモリ７２に結合された第１のプロセッサ７０を含む。第１のメモリ７２はまた、ミッションコンピュータ４２を動作させるためのパラメータおよび／または設定などの第１のデータ７５を保持する。第１のデータ７５は、１つまたは複数のカメラおよび／または他のセンサからのデータなどのミッションデータを含んでもよい。第１のメモリ７２は、第１のプロセッサ７０とパッケージに統合されてもよい。代替的または追加的に、第１のメモリ７２は、第１のプロセッサ７０とは別個の、第１のプロセッサ７０と機能的に通信する、１つまたは複数のパッケージを含んでもよい。第１のメモリ７２はフラッシュストレージを含んでもよいが、他のタイプの不揮発性メモリが使用されてもよい。第１のメモリ７２は、ＳＤカードなどの１つまたは複数の取り外し可能記憶装置を含んでもよい。代替的または追加的に、第１のメモリ７２は、ｅＭＭＣストレージデバイスおよび／またはソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）などの１つまたは複数の取り外し不能記憶装置を含んでもよい。第１のメモリ７２は、少なくとも約１６ＧＢの記憶容量を含んでもよい。しかし、第１のメモリ７２は、より大きな記憶容量を有してもよい。

第１のプロセッサ７０は、マシンビジョンなどの計算集約的なタスクを実行するための比較的高い性能を有する１つまたは複数の専用および／または汎用プロセッサを含んでもよいミッションコンピュータを含んでもよい。第１のプロセッサ７０は、複数の処理コアを含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１のプロセッサは、４つ以上の処理コアを含んでもよい。第１のプロセッサ７０の各処理コアは、１．８ＧＨｚ以上のクロック速度で動作してもよい。第１のプロセッサ７０は、４ＧＢの一時記憶メモリ（ＲＡＭ）を含んでもよい。しかしながら、第１のプロセッサ７０は、任意の量の一時記憶メモリを含んでもよい。

ミッションコンピュータ４２はまた、Ｗｉ－Ｆｉ無線機７６およびＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）無線機７８を含む１つまたは複数の無線通信無線機７６、７８を含む。Ｗｉ－Ｆｉ無線機７６は、例えば、米国電気電子技術者協会（ＩＥＥＥ）８０２．１１ｘ規格に含まれる無線ＬＡＮ（ＷＬＡＮ）および／またはメッシュ規格のうちのいずれかのような１つまたは複数のＷｉ－Ｆｉ規格をサポートしてもよい。無線通信無線機７６、７８は、ミッションコンピュータ４２との短距離および／または中距離無線デジタル通信を提供することができる。無線通信無線機７６、７８は、第１のプロセッサ７０と同じパッケージ上に位置してもよい。無線通信無線機７６、７８は、Ｚｉｇｂｅｅ（登録商標）、近距離無線通信（ＮＦＣ）などの他の無線通信規格をサポートすることができる。

ミッションコンピュータ４２は、無線データネットワークを介して遠隔デバイスと通信するためにＬＴＥモジュール６２と機能的に通信する。ミッションコンピュータ４２はまた、ダイレクトカメラインターフェース８２を介して視野８１を有するカメラ８０からデータを受信するように構成される。カメラ８０は、単一および／または立体視を含んでもよい。カメラ８０は、可視光スペクトルおよび／または赤外線（ＩＲ）または紫外線（ＵＶ）などの非可視スペクトルの画像を取り込むように構成されてもよい。ダイレクトカメラインターフェース８２は、高解像度マルチメディアインターフェース（ＨＤＭＩ（登録商標））インターフェースまたはモバイル産業プロセッサインターフェース（ＭＩＰＩ）カメラインターフェースなどの高速デジタルインターフェースを含んでもよい。ダイレクトカメラインターフェース８２は、カメラ８０からミッションコンピュータ４２にビデオ、静止画像、および／またはオーディオデータを送信するように構成されてもよい。ダイレクトカメラインターフェース８２はまた、ミッションコンピュータ４２からカメラ８０に制御信号などのデータを送信してもよい。

ビークルコントローラ２０はまた、飛行コントローラ３２およびミッションコンピュータ４２の各々に接続され、それらの間でデジタルデータを送信するためのイーサネット（登録商標）（ＥＴＨ）スイッチ８４を含む。カメラジンバルおよび／または１つまたは複数のセンサなどのペイロードデバイス８６も、イーサネットスイッチ８４に接続することができる。したがって、ミッションコンピュータ４２は、ペイロードデバイス８６との間でデータおよび／または制御信号を送受信することができる。

飛行コントローラ３２は、第２のプロセッサ９０によって実行するための第２の命令９４を保持する第２のメモリ９２に結合された第２のプロセッサ９０を含む。第２のメモリ９２はまた、飛行コントローラ３２を動作させるためのパラメータおよび／または設定などの第２のデータ９５を保持する。第２のメモリ９２は、第２のプロセッサ９０とパッケージに統合されてもよい。代替的または追加的に、第２のメモリ９２は、第２のプロセッサ９０とは別個の、第２のプロセッサ９０と機能的に通信する、１つまたは複数のパッケージを含んでもよい。第２のメモリ９２はフラッシュストレージを含んでもよいが、他のタイプの不揮発性メモリが使用されてもよい。第２のメモリ９２は、少なくとも約１６ＧＢの記憶容量を含んでもよい。しかし、第２のメモリ９２は、より大きな記憶容量を有してもよい。

第２のプロセッサ９０は、低電力動作用に構成された１つまたは複数の専用プロセッサおよび／または汎用プロセッサを含んでもよい。第２のプロセッサ９０は、１つまたは複数の処理コアを含んでもよい。例えば、第２のプロセッサ９０は、浮動小数点ユニット（ＦＰＵ）を有する３２ビットＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ Ｍ４コアを含んでもよい。第２のプロセッサ９０は、冗長性のために第２の３２ビットコアを含んでもよい。第２のプロセッサ９０の各処理コアは、２００ＭＨｚ～４８０ＭＨｚ以上のクロック速度で動作してもよい。第２のプロセッサ９０は、１ＭＢ～２ＭＢの一時記憶メモリ（ＲＡＭ）を含んでもよい。しかしながら、第２のプロセッサ９０は、任意の量の一時記憶メモリを含んでもよい。

飛行コントローラ３２は、ＩＭＵ３６と通信する。例えば、ＩＭＵ３６は、飛行コントローラ３２への直接デジタル接続を有してもよい。直接デジタル接続は、任意のシリアルまたはパラレルデータ接続を含んでもよい。飛行コントローラ３２はまた、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機８８と通信する。ＧＰＳ受信機８８は、シリアルまたはパラレルデータ接続などの飛行コントローラ３２への直接デジタル接続を有することができる。代替的または追加的に、飛行コントローラ３２は、イーサネットスイッチ８４またはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ハブなどのデータネットワークを介して、ＧＰＳ受信機８８から位置データを受信することができる。飛行コントローラ３２はまた、１つまたは複数の制御アクチュエータ９６、９８と機能的に通信する。制御アクチュエータ９６、９８は、制御面の位置を制御するために制御面９７に結合されたサーボモータ９６を含んでもよい。追加的または代替的に、制御アクチュエータ９６、９８は、電気モータ９９に電気的に接続され、それに接続された電気モータ９９の速度を制御するように構成された電気速度制御（ＥＳＣ）９８を含んでもよい。一例として、１つのサーボモータ９６および１つのＥＳＣ９８が図２に示されている。しかしながら、自律型ビークルは、自律型ビークルの構成に応じて、いくつかの異なるサーボモータ９６および／またはＥＳＣ９８を含んでもよい。例えば、４つのリフティングロータブレードを有するクワッドコプターとして構成された自律型ビークルは、４つのＥＳＣ９８を含み、サーボモータ９６を含まなくてもよい。固定翼航空機として構成された自律型ビークルは、プロペラに接続された電気モータ９９を制御するための１つまたは複数のＥＳＣ９８と、方向舵、エレベータ、補助翼などの対応する制御面９７の動きを制御するように構成されたいくつかのサーボモータ９６とを含んでもよい。垂直離着陸（ＶＴＯＬ）航空機として構成された自律型ビークルは、ロータブレードに接続された電気モータ９９を制御するために使用されるＥＳＣ９８と、対応する制御面９７を動かすように構成された１つまたは複数のサーボモータ９６との組み合わせを含んでもよい。

飛行コントローラ３２は、高速制御ループを実行して、ＩＭＵ３６および／またはＧＰＳ受信機８８によって提供され得る現在の位置、姿勢、ならびに／もしくは位置および／または姿勢の変化率に関するデータに基づいて自律型ビークルの位置および／または姿勢を制御するために、制御アクチュエータ９６、９８に対するコマンドを周期的に更新することができる。飛行コントローラ３２は、自律型ビークルをミッションコンピュータ４２によって提供され得る位置および／または経路に向けるように位置および／または姿勢を制御することができる。いくつかの実施形態では、ミッションコンピュータ４２は、自動操縦装置として機能し、一連のウェイポイント間で自律型ビークルを移動させるように飛行コントローラ３２に指示することができる。いくつかの実施形態では、ミッションコンピュータ４２は、例えば障害物回避に基づいて進路を変更するように、および／またはミッションコンピュータ４２が着陸するための安全な場所であると判定することができる着陸場所に着陸するように、飛行コントローラ３２に指示することができる。

図３は、本開示の一態様による、自律型ビークルのためのビークルコントローラ２０のブロック図を示す。ビークルコントローラ２０は、図１～図２に示すビークルコントローラ２０と同様または同一であってもよい。ビークルコントローラ２０は、飛行コントローラ３２と、ミッションコンピュータ４２と、飛行コントローラ３２とミッションコンピュータ４２との間の通信を提供するように構成されたイーサネットスイッチ８４とを含む。ビークルコントローラ２０は、１つまたは複数のカメラ８０に接続するためにミッションコンピュータ４２に結合されたＨＤＭＩおよび／またはＭＩＰＩポートの形態のダイレクトカメラインターフェース８２を含む。第２のコントローラ。ＵＳＢ－Ｃポート１１０は、ミッションコンピュータに接続されている。

電力管理ユニット１１４は、第１の電源１１６および第２の電源１１８から電力を受け取るように構成されている。電源１１６、１１８は、１つまたは複数のバッテリを含んでもよい。電源１１６、１１８は、冗長動作するように構成することができ、ビークルコントローラ２０が電源１１６、１１８のうちの１つからの電力の遮断に応答して動作することを可能にする。電源１１６、１１８のいずれかまたは両方は、１つもしくは複数の太陽電池などの別の供給源から、または自律型ビークルの内燃機関に結合された発電機もしくはオルタネータから電力を受け取るように構成されてもよい。電力管理ユニット１１４は、電源１１６、１１８からの電力を、飛行コントローラ３２、ミッションコンピュータ、およびイーサネットスイッチ８４などの第２のコントローラ内の他の構成要素に分配するように構成されてもよい。電力管理ユニット１１４は、電源１１６、１１８のいずれかからの電力の損失または遮断の場合であっても、第２のコントローラの構成要素を全能力で機能させ続けるように構成されてもよい。代替的または追加的に、電力管理ユニット１１４は、電源１１６、１１８のうちのいずれかからの電力の損失または遮断の場合に、ビークルコントローラ２０内の構成要素を低減電力モードで動作させるように構成されてもよい。構成要素を低電力モードで動作させるかどうかの決定は、１つまたは複数の要因に依存し得る。そのような要因は、例えば、第２のコントローラの動作モード（例えば、人間による制御または完全自律）、電源１１６、１１８の機能しているものに関連するバッテリに残っている充電量、または既知の安全な着陸ゾーンなどの所定の位置に到達するのに十分な範囲を自律型ビークルに提供するためのエネルギーを節約する要求を含んでもよい。

ビークルコントローラ２０は、飛行コントローラ３２とミッションコンピュータ４２との間に直接シリアルデータ通信リンク１２０を含む。この直接シリアルデータ通信リンク１２０は、イーサネット接続が利用できなくなった場合に冗長性を提供することができる。代替的または追加的に、直接シリアルデータ通信リンク１２０は、飛行コントローラからミッションコンピュータへのＧＰＳ座標の定期的な更新などのメッセージ、および／またはミッションコンピュータ４２から飛行コントローラ３２への飛行制御コマンドおよび／またはウェイポイント座標の通信に使用されてもよい。

ビークルコントローラ２０はまた、ミッションコンピュータ４２に接続され、ミッションコンピュータ４２と通信するための複数のＵＳＢインターフェースを提供するように構成されたＵＳＢハブ１２６を含む。ビークルコントローラ２０は、ＵＳＢハブ１２６に接続された複数のＵＳＢポート１２８を含む。図３は、外部デバイスへの中速接続のための６ピンＪＳＴ－ＧＨコネクタを有するＵＳＢ２．０として構成された２つのそのようなＵＳＢポート１２８を示す。ビークルコントローラ２０は、任意の数のＵＳＢポート１２８を含むことができ、それらは異なるフォームファクタを有することができ、例えば、ＵＳＢ２．０、ＵＳＢ３．０、ＵＳＢ３．１などを含むＵＳＢプロトコルの任意のバージョンを使用して動作することができることを理解されたい。

ビークルコントローラ２０はまた、ペイロードバスコネクタ１３０を含む。ペイロードバスコネクタ１３０は、Ｐｉｘｈａｗｋペイロードバス（ＰＰＢ）規格に基づいて構成されてもよい。ペイロードバスコネクタ１３０は、ＵＳＢ、イーサネット、および／またはシリアル（ＵＡＲＴ）データ通信インターフェースを飛行コントローラ３２および／またはミッションコンピュータ４２と組み合わせることができる。ビークルコントローラ２０はまた、イーサネットスイッチ８４に結合されたイーサネットポート１２４を含む。イーサネットポート１２４は、ＲＪ－４５コネクタを含んでもよい。しかしながら、イーサネットポートは、ＪＳＴコネクタなどの他のタイプのコネクタを含んでもよい。

図４は、本開示の一態様による、１つまたは複数の自律型ビークル１０を制御するためのシステム１５０のブロック図を示す。システム１５０は、各々が１つまたは複数の対応するビークルコントローラ２０を有する、１つまたは複数の自律型ビークル１０を含む。簡略化のために、１つのビークルコントローラ２０を有する単一の自律型ビークル１０が図４に示されている。システム１５０はまた、サーバ１７０および地上局１８０を含む。

ビークルコントローラのＬＴＥモジュール６２は、１つまたは複数のデジタル無線データ接続１６２を使用して通信ネットワーク１６０を介してサーバ１７０との間でデータを通信するように構成される。通信ネットワーク１６０は、インターネットおよび／または分離されたネットワークを含んでもよい。通信ネットワーク１６０は、ＬＴＥネットワークなどの商用無線（すなわち、セル方式）データネットワークを含んでもよい。ビークルコントローラ２０は、通信ネットワーク１６０を介してサーバ１７０に位置および／またはペイロードデータなどのデータを送信するように構成することができる。サーバ１７０は、ミッションプランニングおよび／またはファームウェア更新などのデータを、通信ネットワーク１６０を介してビークルコントローラ２０に送信するように構成することができる。

サーバ１７０は、第３のプロセッサ１７２によって実行するための第３の命令１７６を保持する第３のメモリ１７４に結合された第３のプロセッサ１７２を含む。第３のメモリ１７４はまた、複数の自律型ビークル１０の全車両に関する履歴データなどの第３のデータ１７８を保持する。第３のデータ１７８は、第３のメモリ１７４内のデータベースに記憶されてもよい。第３のデータ１７８は、互いに物理的に分離していてもよい１つまたは複数の物理的コンピュータデバイス間に分散されてもよい。サーバ１７０は、ウェブインターフェースを介して履歴データを提示するように構成することができる。代替的または追加的に、サーバ１７０は、履歴データを、１つまたは複数のコンピュータまたはモバイルデバイス（例えば、スマートフォン）上のプログラムまたはアプリケーションなどの他のインターフェースを介して提示するように構成されてもよい。

地上局１８０は、第４のプロセッサ１８２によって実行するための第４の命令１８６を保持する第４のメモリ１８４に結合された第４のプロセッサ１８２を含む。第４のメモリ１８４はまた、第４のデータ１８８を保持する。地上局１８０は、自律型ビークル１０の動作を監視および／または制御するためのユーザインターフェース１９０を提示することができる。例えば、ミッションコンピュータ４２は、自律型ビークル１０が辿るミッション内のウェイポイントを設定および／または修正するように構成することができる。代替的または追加的に、地上局１８０は、自律型ビークルに搭載されたセンサなどの１つまたは複数のペイロードデバイスの動作を制御および／または監視するためのオペレータ用のインターフェースを提供することができる。

いくつかの実施形態では、図４に示すように、自律型ビークル１０は、飛行コントローラ３２および／またはミッションコンピュータ４２と通信する飛行制御無線機１９４を含んでもよい。飛行制御無線機１９４は、地上局１８０とビークルコントローラ２０との間の双方向通信を提供することができる。飛行制御無線機１９４は、地上局１８０からコマンドを受信することができる。追加的または代替的に、飛行制御無線機１９４は、テレメトリデータおよび／またはペイロードデータなどのステータスデータをビークルコントローラ２０から地上局１８０に送信することができる。代替的または追加的に、地上局１８０は、Ｗｉ－Ｆｉ無線機７６および／またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ無線機７８を介してミッションコンピュータ４２と通信することができる。

図５は、自律型ビークル１０を制御するためのシステム２００内のソフトウェア構成要素のブロック図を示す。

サーバ１７０は、ソフトウェアのクラウドスイート２１０を実行するように構成される。クラウドスイート２１０は、バックエンドプロセッサ２１２を含む。バックエンドプロセッサ２１２は、ビークルコントローラ２０のうちの１つまたは複数との低レベル通信を提供することができる。バックエンドプロセッサ２１２は、１つまたは複数の自律型ビークルの動作に関するデータを保存および／または取得するためのデータベースまたは他のデータストレージシステムへのインターフェースを提供することができる。クラウドスイート２１０はまた、ＯＥＭダッシュボード２１４、オペレータスイート２１６、およびサードパーティクラウドＡＰＩ２１８を含む。

ＯＥＭダッシュボード２１４は、１つまたは複数の自律型ビークル１０に関する全車両データおよび／または計画されたおよび／または完了したミッションに関するデータを視覚化および要約するためのデータおよび制御を提供することができる。ＯＥＭダッシュボード２１４はまた、全車両の性能、および／またはパイロットコンプライアンスおよび効率を監視する能力を提供することができる。ＯＥＭダッシュボード２１４はまた、飛行コントローラ３２、ミッションコンピュータ４２、および／またはペイロードコントローラなどの他のプロセッサ内のソフトウェアを更新するための自動ソフトウェア更新の遠隔管理を可能にすることができる。オペレータスイート２１６は、自律型ビークル１０の遠隔制御を可能にすることができる。例えば、パイロットは、自律型ビークル１０のミッション設定を修正し、および／またはオペレータスイート２１６を使用して自律型ビークル１０を飛行させる手動制御を行うことができる。オペレータスイート２１６は、パイロットが自律型ビークル１０を制御するための制御を提供することができる。オペレータスイート２１６はまた、自律型ビークルの動作に関するデータをパイロットに提供することができる。そのようなデータは、例えば、１つまたは複数のライブビデオフィード、テレメトリデータ、位置および進行方向などを含んでもよい。

サードパーティクラウドＡＰＩ２１８は、クラウドスイート２１０とインターフェースするためのプログラムまたは他のコントローラのための標準化されたインターフェースを提供する。例えば、サードパーティクラウドＡＰＩ２１８は、クライアントアプリケーションが特定の報告データを取得することを可能にすることができる。追加的または代替的に、サードパーティクラウドＡＰＩ２１８は、自律型ビークル１０に搭載されたビークルコントローラ２０および／または１つ以上のペイロードデバイスを監視および／または制御するためのインターフェースを可能にすることができる。

図５に同じく示すように、ビークルコントローラ２０は、搭載ソフトウェアスイート２３０を実行することができる。搭載ソフトウェアスイート２３０は、飛行制御ソフトウェア２３２、オペレーティングシステム（ＯＳ）配布２３４、自律スタック２３６、ＭＡＶＳＤＫアプリケーション２３８、およびサードパーティの機体構成２４０を含む。飛行制御ソフトウェア２３２は、飛行コントローラ３２上で実行することができ、自律型ビークル１０を動作させるための制御アクチュエータ９６、９８の動作を制御することができる。ＯＳ配布２３４は、ミッションコンピュータ４２上で実行することができ、ミッションコンピュータ４２、飛行コントローラ３２、および／または１つもしくは複数のペイロードコントローラ内などの任意の他の搭載コントローラ上で実行されるソフトウェアアプリケーションの更新およびバージョン管理を制御するように構成することができる。自律スタック２３６は、ミッションコンピュータ４２上で動作することができ、自律型ビークル１０の自律動作を可能にすることができる。最も基本的な意味では、自律スタック２３６は、自動操縦装置として機能することができ、自律型ビークル１０が所定のウェイポイント間をナビゲートすることを可能にする。追加的または代替的に、自律スタック２３６は、障害物回避または安全な着陸ゾーン検出に使用することができるマシンビジョンを提供することができる。

ＭＡＶＳＤＫアプリケーション２３８は、自律型ビークルに搭載されたデバイスおよび／またはプロセッサ間、ならびに／もしくはビークルコントローラ２０とサーバ１７０および／または地上局１８０との間のメッセージングを提供することができる。ＭＡＶＳＤＫアプリケーション２３８は、ＭＡＶＬｉｎｋプロトコルを実施することができる。追加的または代替的に、他のメッセージングプロトコルが使用されてもよい。使用されるメッセージングプロトコルは、メッセージを伝達するために使用される通信インターフェース（例えば、シリアル、イーサネット、またはＵＳＢ）に依存し得る。

サードパーティの機体構成２４０は、特定の機体構成に合わせて調整された設定および／またはアプリケーションを含んでもよい。例えば、クワッドコプターとして構成された自律型ビークル１０のサードパーティの機体構成２４０は、固定翼航空機として構成された自律型ビークル１０のサードパーティの機体構成２４０とは異なり得る。

図５にも示すように、地上局１８０は、地上局ソフトウェアスイート２５０を実行することができる。地上局ソフトウェアスイート２５０は、Ａｕｔｅｒｉｏｎミッションコントロール（ＡＭＣ）２５２と、管理層２５４と、ユーザインターフェース生成器２５６とを含む。ＡＭＣ２５２は、ビークルコントローラ２０との通信を確立し維持するなどの低レベルの動作を提供することができる。管理層２５４は、ＡＭＣ２５２とユーザインターフェース生成器２５６との間でデータを変換および／または記憶することができる。ユーザインターフェース生成器２５６は、地上局１８０のユーザインターフェース１９０とインターフェースするパイロットによって使用するためのディスプレイおよび／または制御を提供しうる。例えば、ユーザインターフェース生成器２５６は、ユーザインターフェース１９０上で実行されるアプリケーションにグラフィカルユーザインターフェースを提供することができる。グラフィカルユーザインターフェースは、自律型ビークル１０の動作に関する様々なパラメータを調整するためのいくつかの異なるディスプレイおよび制御を含んでもよい。グラフィカルユーザインターフェースは、例えば、自律型ビークルが辿るウェイポイントを閲覧および変更するためのウェイポイント制御インターフェースを含んでもよい。パイロットは、ユーザインターフェース１９０上のウェイポイント制御インターフェースをクリックし、修正されたウェイポイントの座標を入力することができる。管理層２５４は、それらの修正されたウェイポイント座標を受信し、それらが有効であることを検証し、修正されたウェイポイント座標をＡＭＣ２５２に渡すことができる。ＡＭＣ２５２は、修正されたウェイポイント座標をビークルコントローラ２０に送信し、修正されたウェイポイント座標が受信されたことを確認することができる。

図６は、本開示の原理による、自律型ビークル１０を動作させる方法３００を全体的に示すフロー図である。３０２において、方法３００は、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）３６によって自律型ビークル１０に作用する特定の力を測定する。例えば、ＩＭＵ３６は、３つの直交する次元の各々における加速度および／または直交する３軸の各々を中心とした回転を決定するために、加速度計および／またはジャイロスコープなどの１つまたは複数のセンサを含んでもよい。

３０４において、方法３００は、飛行コントローラ３２によって、自律型ビークル１０に作用する特定の力に関するＩＭＵ３６からのデータに基づいて自律型ビークル１０の位置または姿勢を制御するためのコマンドを複数の制御アクチュエータ９３、９８の各々に送信する。飛行コントローラ３２は、高速飛行制御ループを使用してステップ３０４を繰り返し実行することができる。いくつかの実施形態では、飛行制御ループは、少なくとも約１００Ｈｚの速度で動作することができる。いくつかの実施形態では、飛行制御ループは、少なくとも約１ｋＨｚの速度で動作することができる。いくつかの実施形態では、飛行制御ループは、クロック信号に基づいて周期的に動作することができる。

３０６において、方法３００は、ミッションコンピュータ４２によって、飛行コントローラ３２に自律型ビークル１０の位置または向きを変更するように命令する。例えば、ミッションコンピュータ４２は、自律型ビークル１０に進行方向または方向を変更させるために、右に旋回するなどの特定のコマンドで飛行コントローラ３２に命令することができる。ステップ３０６は、例えば、ミッションコンピュータ４２が、１つまたは複数の異なる基準に基づいてコマンド位置を決定することを含んでもよい。いくつかの実施形態では、例えば、ミッションコンピュータ４２は、自動操縦装置として機能し、自律型ビークル１０が所与の位置を通過した後に次のウェイポイントに移動するように飛行コントローラ３２に指示することができる。

３０８において、方法３００は、ミッションコンピュータ４２によってセルラデータ無線機を使用してサーバ１７０と通信する。例えば、ミッションコンピュータ４２は、通信ネットワーク１６０を介して、無線でサーバ１７０と通信することができる。セルラデータ無線機は、例えば、ＬＴＥモジュール６２を含むことができる。ミッションコンピュータ４２は、自律型ビークル１０が動いている間にサーバ１７０と通信することができる。例えば、ミッションコンピュータは、自律型ビークル１０がミッションを実行している間に、ＬＴＥモジュール６２を使用してサーバ１７０と通信することができる。代替的または追加的に、ミッションコンピュータ４２は、自律型ビークル１０が静止している間にサーバ１７０と通信することができる。例えば、ミッションコンピュータは、自律型ビークル１０がホームベース位置に止まっている間に、ＬＴＥモジュール６２を使用してサーバ１７０と通信することができる。

いくつかの実施形態では、ステップ３０８は、サーバ１７０によって、システムソフトウェアパッケージを送信することを含んでもよい。例えば、特定の種類のハードウェアの更新されたファームウェアが、サーバ１７０によって利用可能にされてもよい。ステップ３０８はまた、ミッションコンピュータ４２によってシステムソフトウェアパッケージを受信することもできる。ステップ３０８はまた、システムソフトウェアパッケージに基づいて、ミッションコンピュータ４２または飛行コントローラ３２の少なくとも一方にファームウェア更新をインストールすることができる。例えば、ミッションコンピュータ４２は、システムソフトウェアパッケージから１つまたは複数のファームウェア更新を抽出し、１つまたは複数のファームウェア更新をインストールさせ、ミッションコンピュータ４２および／または飛行コントローラ３２上で実行させることができる。ミッションコンピュータ４２は待機し、自律型ビークル１０が着陸および／またはバッテリ充電器へのプラグインなどの所定の安全状態にあるときにのみファームウェア更新をインストールすることができる。

方法３００は、すべて自律型ビークルに搭載されたハウジング内に配置されたＩＭＵ３６、飛行コントローラ３２、ミッションコンピュータ４２、およびＬＴＥモジュール６２をさらに含んでもよい。

３１０において、方法３００は、ミッションコンピュータ４２によって、カメラからのビデオフィードを監視することができる。例えば、ミッションコンピュータ４２は、自律型ビークルに配置された１つまたは複数のカメラ８０からビデオデータのストリームを読み出して処理することができる。１つまたは複数のカメラ８０は、可視光および／または可視スペクトル外の光を検出できる立体カメラを含んでもよい。追加的または代替的に、ミッションコンピュータ４２は、別のビークルに搭載されたカメラおよび／または固定位置のカメラなど、自律型ビークル１０の外側に位置する１つまたは複数のカメラからビデオフィードを受信して処理することができる。

３１２において、方法３００は、ミッションコンピュータ４２によって、ビデオフィードに基づいて、自律型ビークル１０の経路内の障害物、または自律型ビークル１０を着陸させるための安全な着陸ゾーンのうちの一方を決定することができる。例えば、ミッションコンピュータ４２は、自律型ビークルが障害物と衝突するリスクがあるかどうかを判定するために、障害物を判定し、分類し、障害物の位置および／または経路を判定するために、１つまたは複数の画像認識技術を実行することができる。別の例では、ミッションコンピュータ４２は、自律型ビークル１０の近くの地面の領域を決定し、分類して、その地面の領域が自律型ビークル１０が安全に着陸することができる安全な着陸ゾーンであると判定するために、１つまたは複数の画像認識技術を実行することができる。画像認識技術は、例えば、パターンマッチングまたは機械学習（ＭＬ）を含んでもよい。

３１４において、方法３００は、ステップ３０６における自律型ビークル１０の位置または向きを変更するように飛行コントローラ３２に命令するステップを含み、障害物または安全な着陸ゾーンの一方を決定することに基づいて位置または向きを変更するように飛行コントローラ３２に命令するステップをさらに含んでもよい。例えば、ミッションコンピュータ４２は、障害物との衝突を回避するために、飛行コントローラ３２に回避操縦を行うように命令することができる。別の例では、ミッションコンピュータ４２は、着陸のための他の条件が満たされることを条件として、自律型ビークル１０を安全な着陸ゾーンであると決定された位置に着陸させるように飛行コントローラ３２に指示することができる。

いくつかの実施形態では、自律型ビークルを動作させるためのビークルコントローラは、自律型ビークルに作用する特定の力を測定するように構成された慣性測定ユニット（ＩＭＵ）と、高速制御ループを実行して、自律型ビークルに作用する特定の力に関するＩＭＵからのデータに基づいて、自律型ビークルの位置または姿勢を制御するための複数の制御アクチュエータへのコマンドを周期的に更新するように構成された飛行コントローラとを備える。ビークルコントローラはまた、自律型ビークルのミッションを制御するようにプログラムされたプロセッサを含むミッションコンピュータを備えてもよい。例えば、プロセッサは、ＧＰＳ受信機などの１つまたは複数のソースからの位置データを使用して、複数のウェイポイント位置間で自律型ビークルをナビゲートすることを制御してもよい。自律型ビークルのミッションはまた、１つまたは複数のペイロードデバイスを制御することを含んでもよい。ビークルコントローラはまた、セルラネットワークを介して無線通信するように構成されたセルラデータ無線機を備えてもよい。セルラデータ無線機は、例えば、ＬＴＥモジュール６２を含むことができる。ビークルコントローラはまた、ＩＭＵ、飛行コントローラ、ミッションコンピュータ、およびセルラデータ無線機を収容するハウジングを備えてもよい。

いくつかの実施形態では、ミッションコンピュータは、カメラプロセスからのビデオフィードを監視して、ビデオフィードを使用して物体を検出し、自律型ビークルに物体との衝突を回避させるように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、ミッションコンピュータは、カメラからのビデオフィードを監視し、ビデオフィードを処理して自律型ビークルを着陸させるための安全な着陸ゾーンを検出するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、ミッションコンピュータは、カメラからのビデオフィードを監視し、ビデオフィードをリモート受信機に送信するための圧縮フォーマットに符号化するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、ビークルコントローラは、ハウジング内に配置されたＷｉ－Ｆｉ無線機をさらに備えてもよい。Ｗｉ－Ｆｉ無線機は、自律型ビークルを制御するための地上局と通信するように構成することができる。例えば、Ｗｉ－Ｆｉ無線機は、地上局から、１つまたは複数の姿勢または測位コマンド、もしくはウェイポイント測位コマンドなどのコマンドを受信することができる。いくつかの実施形態では、Ｗｉ－Ｆｉ無線機は、地上局に情報を送信することができる。例えば、Ｗｉ－Ｆｉ無線機は、自律型ビークルに搭載された１つ以上のカメラからテレメトリデータおよび／またはライブビデオデータを送信することができる。

いくつかの実施形態では、ビークルコントローラは、ハウジング内に配置され、かつ第２の自律型ビークルと通信するように構成されたＷｉ－Ｆｉ無線機をさらに備えてもよい。例えば、自律型ビークルと第２の自律型ビークルは、Ｗｉ－Ｆｉ無線機を使用してデータまたはコマンドを共有することができる。いくつかの実施形態では、各々がＷｉ－Ｆｉ無線機を有する複数の自律型ビークルがメッシュネットワークを形成してもよい。

いくつかの実施形態では、ビークルコントローラは、ハウジング内に配置され、ミッションコンピュータに接続されたイーサネットスイッチをさらに備えてもよい。

いくつかの実施形態では、ビークルコントローラは、第２のビークルコントローラへの有線データ接続をさらに備えてもよく、飛行コントローラは、ミッションコンピュータが故障状態にあると判定したことに応答して、第２のビークルコントローラから制御コマンドを受信するように構成される。例えば、自律型ビークルは、冗長動作のために構成された２つの独立したビークルコントローラを含んでもよい。いくつかの実施形態では、第２のビークルコントローラへの有線データ接続は、イーサネット接続を含んでもよい。しかしながら、他のタイプの有線データ接続が使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、ＩＭＵは、基板全体に所定の範囲内の温度差を提供するように構成された熱伝導性材料のヒートスプレッダベースを有する基板を備えてもよい。

いくつかの実施形態では、ビークルコントローラは、飛行コントローラまたはハウジングの少なくとも一方にＩＭＵを保持するブラケットをさらに備えてもよい。いくつかの実施形態では、ブラケットは、飛行コントローラまたはミッションコンピュータの少なくとも一方によって生成された熱からＩＭＵを分離するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、ブラケットは、ＩＭＵを振動から分離するように構成されたダンパを含んでもよい。いくつかの実施形態では、ブラケットは、ハウジングとＩＭＵとの間で振動を伝達するように構成された剛性取付部を含んでもよい。例えば、ブラケットは、ＩＭＵを振動から分離するための絶縁ダンパを含まなくてもよい。

いくつかの実施形態では、飛行コントローラは、高速制御ループよりも実質的に速い速度でＩＭＵからのデータをサンプリングおよびフィルタリングするように構成されてもよい。例えば、ＩＭＵからのデータのサンプリングおよびフィルタリングは、高速制御ループよりも４倍から１００倍速く実行されてもよい。

いくつかの実施形態では、自律型ビークルを動作させるためのビークルコントローラは、自律型ビークルに作用する特定の力を測定するように構成された慣性測定ユニット（ＩＭＵ）と、高速制御ループを実行して、自律型ビークルに作用する特定の力に関するＩＭＵからのデータに基づいて、自律型ビークルの位置または姿勢を制御するための複数の制御アクチュエータへのコマンドを周期的に更新するように構成された飛行コントローラとを備える。いくつかの実施形態では、ビークルコントローラはまた、自律型ビークルのミッションを制御するようにプログラムされたプロセッサを含むミッションコンピュータと、ＩＭＵ、飛行コントローラ、およびミッションコンピュータを収容するハウジングとを備える。いくつかの実施形態では、ミッションコンピュータは、ビークルステータス情報およびペイロードデータをサードパーティアプリケーションに提供するためのアプリケーションプログラミングインターフェースを含む。例えば、ビークルステータス情報は、位置および／またはテレメトリデータを含んでもよい。ペイロードデータは、１つまたは複数のペイロードセンサからの画像またはビデオなどのセンサデータを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、アプリケーションプログラミングインターフェースは、サードパーティアプリケーションからコマンドを受信するようにさらに構成されてもよい。例えば、コマンドは、１つまたは複数の姿勢または測位コマンド、または自律型ビークルの目的地位置のための１つまたは複数のコマンドを含んでもよい。

いくつかの実施形態では、自律型ビークルを動作させる方法が提供される。本方法は、慣性測定ユニット（ＩＭＵ）によって自律型ビークルに作用する特定の力を測定するステップと、自律型ビークルに作用する特定の力に関するＩＭＵからのデータに基づいて、自律型ビークルの位置または姿勢を制御するために、飛行コントローラによって複数の制御アクチュエータの各々にコマンドを送信するステップと、ミッションコンピュータによって、飛行コントローラに自律型ビークルの位置または向きを変更するよう命令するステップと、セルラデータ無線機を用いてミッションコンピュータによってサーバと通信するステップと、を含む。いくつかの実施形態では、ＩＭＵ、飛行コントローラ、ミッションコンピュータ、およびセルラデータ無線機はすべて、自律型ビークルに搭載されたハウジング内に配置される。

いくつかの実施形態では、サーバと通信するステップは、サーバによって、システムソフトウェアパッケージを送信するステップ、ミッションコンピュータによってシステムソフトウェアパッケージを受け取ること、システムソフトウェアパッケージに基づいて、ミッションコンピュータまたは飛行コントローラの少なくとも一方にファームウェア更新をインストールするステップと、をさらに含む。例えば、ミッションコンピュータは、システムソフトウェアパッケージの受け取り、システムソフトウェアパッケージからのファームウェアの更新の抽出、および／またはミッションコンピュータおよび／または飛行コントローラへのファームウェアの更新のインストールを調整するようにプログラムすることができる。

いくつかの実施形態では、自律型ビークルを動作させる方法は、ミッションコンピュータによって、カメラからのビデオフィードを監視するステップと、ミッションコンピュータによって、ビデオフィードに基づいて、自律型ビークルの経路内の障害物または自律型ビークルを着陸させるための安全な着陸ゾーンのうちの一方を決定するステップと、をさらに含む。いくつかの実施形態では、自律型ビークルの位置または向きを変更するように飛行コントローラに命令するステップは、障害物または安全な着陸ゾーンの一方を決定することに基づいて位置または向きを変更するように飛行コントローラに命令するステップを含む。

コンピュータ実行可能コードは、Ｃなどの構造化プログラミング言語、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、または上記のデバイスのうちの１つで実行されるように記憶、コンパイル、または解釈され得る任意の他の高レベルもしくは低レベルプログラミング言語（アセンブリ言語、ハードウェア記述言語、ならびにデータベースプログラミング言語および技術を含む）、ならびにプロセッサプロセッサアーキテクチャの異種組み合わせ、または異なるハードウェアとソフトウェアの組み合わせ、またはプログラム命令を実行することができる任意の他のマシンを使用して作成されてもよい。

したがって、一態様では、上述の各方法およびそれらの組み合わせは、１つまたは複数のコンピューティングデバイス上で実行されるとそれらのステップを実行するコンピュータ実行可能コードで実施することができる。別の態様では、方法は、そのステップを実行するシステムで実施されてもよく、いくつかの方法でデバイス間に分散されてもよく、または機能のすべてが専用のスタンドアロンデバイスまたは他のハードウェアに統合されてもよい。別の態様では、前述した処理に関連付けられたステップを実行する手段は、前述したハードウェアおよび／またはソフトウェアのうちのいずれかを含んでもよい。すべてのそのような置換および組み合わせは、本開示の範囲内に入ることが意図されている。

前述の説明は、網羅的であること、または本開示を限定することを意図するものではない。特定の実施形態の個々の要素または特徴は、一般に、その特定の実施形態に限定されず、適用可能な場合には交換可能であり、具体的に図示または説明されていなくても、選択された実施形態で使用することができる。これはまた、多くの方法で変更されてもよい。そのような変形は、本開示からの逸脱と見なされるべきではなく、すべてのそのような修正は、本開示の範囲内に含まれることが意図されている。

Claims (15)

1. 自律型ビークルを動作させるためのビークルコントローラであって、
   前記自律型ビークルに作用する特定の力を測定するように構成された慣性測定ユニット（ＩＭＵ）と、
   高速制御ループを実行して、前記自律型ビークルに作用する前記特定の力に関する前記ＩＭＵからのデータに基づいて、前記自律型ビークルの位置または姿勢を制御するための複数の制御アクチュエータへのコマンドを周期的に更新するように構成された飛行コントローラと、
   前記自律型ビークルのミッションを制御するようにプログラムされたプロセッサを含むミッションコンピュータと、
   セルラネットワークを介して無線通信するように構成されたセルラデータ無線機と、
   前記ＩＭＵ、前記飛行コントローラ、前記ミッションコンピュータ、および前記セルラデータ無線機を収容するハウジングと、を備える、ビークルコントローラ。
2. 前記ミッションコンピュータは、カメラプロセスからのビデオフィードを監視して、前記ビデオフィードを使用して、
   物体を検出し、前記自律型ビークルに前記物体との衝突を回避させ、
   前記自律型ビークルを着陸させるための安全な着陸ゾーンを検出させ、または
   前記ビデオフィードを、リモート受信機への送信のための圧縮フォーマットに符号化するように構成されている、請求項１に記載のビークルコントローラ。
3. 前記ハウジング内に配置され、第２の自律型ビークルまたは前記自律型ビークルを制御するための地上局のうちの少なくとも１つと通信するように構成されたＷｉ－Ｆｉ無線機をさらに備える、請求項１に記載のビークルコントローラ。
4. 前記ハウジング内に配置され、前記ミッションコンピュータに接続されたイーサネット（登録商標）スイッチをさらに備える、請求項１に記載のビークルコントローラ。
5. 第２のビークルコントローラへの有線データ接続をさらに備え、前記飛行コントローラは、前記ミッションコンピュータが故障状態にあると判定したことに応答して、前記第２のビークルコントローラから制御コマンドを受信するように構成されている、請求項１に記載のビークルコントローラ。
6. 前記第２のビークルコントローラへの前記有線データ接続は、イーサネット接続を含む、請求項５に記載のビークルコントローラ。
7. 前記ＩＭＵは、熱伝導性材料のヒートスプレッダベースを有する基板であって、前記基板は、前記基板全体に所定の範囲内の温度差を提供するように構成されている、基板を備える、請求項１に記載のビークルコントローラ。
8. 前記飛行コントローラまたは前記ハウジングの少なくとも一方に前記ＩＭＵを保持するブラケットをさらに備える、請求項１に記載のビークルコントローラ。
9. 前記ブラケットは、前記飛行コントローラまたは前記ミッションコンピュータの少なくとも一方によって生成された熱から前記ＩＭＵを分離するように構成されている、請求項８に記載のビークルコントローラ。
10. 前記飛行コントローラは、前記高速制御ループよりも実質的に速い速度で前記ＩＭＵからの前記データをサンプリングおよびフィルタリングするように構成されている、請求項１に記載のビークルコントローラ。
11. 前記ミッションコンピュータは、ビークルステータス情報およびペイロードデータをサードパーティアプリケーションに提供するためのアプリケーションプログラミングインターフェースを含む、請求項１に記載のビークルコントローラ。
12. 前記アプリケーションプログラミングインターフェースは、前記サードパーティアプリケーションからコマンドを受信するようにさらに構成されている、請求項１１に記載のビークルコントローラ。
13. 自律型ビークルを動作させる方法であって、
    慣性測定ユニット（ＩＭＵ）によって前記自律型ビークルに作用する特定の力を測定するステップと、
    前記自律型ビークルに作用する前記特定の力に関する前記ＩＭＵからのデータに基づいて、前記自律型ビークルの位置または姿勢を制御するために、飛行コントローラによって複数の制御アクチュエータの各々にコマンドを送信するステップと、
    ミッションコンピュータによって、前記飛行コントローラに前記自律型ビークルの位置または向きを変更するよう命令するステップと、
    セルラデータ無線機を用いて前記ミッションコンピュータによってサーバと通信するステップと、を含み、
    前記ＩＭＵ、前記飛行コントローラ、前記ミッションコンピュータ、および前記セルラデータ無線機はすべて、前記自律型ビークルに搭載されたハウジング内に配置されている、方法。
14. 前記サーバと通信するステップが、
    前記サーバによって、システムソフトウェアパッケージを送信するステップと、
    前記ミッションコンピュータによって前記システムソフトウェアパッケージを受け取るステップと、
    前記システムソフトウェアパッケージに基づいて、前記ミッションコンピュータまたは前記飛行コントローラの少なくとも一方にファームウェア更新をインストールするステップと、をさらに含む、
    請求項１３に記載の方法。
15. 前記ミッションコンピュータによって、カメラからのビデオフィードを監視するステップと、
    前記ミッションコンピュータによって、前記ビデオフィードに基づいて、前記自律型ビークルの経路内の障害物または前記自律型ビークルを着陸させるための安全な着陸ゾーンのうちの一方を決定するステップと、をさらに含み、
    前記飛行コントローラに前記自律型ビークルの前記位置または向きを変更するように命令するステップは、前記障害物または前記安全な着陸ゾーンの前記一方を決定することに基づいて、前記位置または向きを変更するよう前記飛行コントローラに命令するステップを含む、
    請求項１３に記載の方法。
    

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