本開示を様々な実施形態を参照して説明してきたが、これらの実施形態は例示的なものであり、本開示の範囲はそれらに限定されないことが理解されよう。多くの変形、修正、追加、及び改良が可能である。モジュール及び手順は、様々な実施形態において異なる方法で分離又は組み合わせられてもよく、あるいは異なる用語で説明されてもよい。これら及び他の変形形態、修正形態、追加形態、及び改良形態は、添付の特許請求の範囲で定義されるような本開示の範囲内にあり得る。
本文書では、通常の荷物投下などの大容量操作のために設計されたUASについて説明する。システムは、地上オペレータから実質的に独立して動作するように設計されたUAV、試験及び較正システム、UAV発射装置、自動回収システム、並びに空中投下されるように設計されているパラシュートを取り付けたパッケージを含む。システムはまた、ソフトウェアコンポーネント、UAV上で実行されるもの、ローカルで実行されているコンピュータサーバ上で実行されるもの、及びリモートクラウドサーバ上で実行されるものを含む。
本明細書に記載のUASは、荷物投下、データ捕捉、地図作成、監視、及びインフラストラクチャプロビジョニングを含むがこれらに限定されない、様々なターゲット機能を実行するためのプラットフォームを提供する。本明細書ではUASシステムの特定の実施形態が説明されているが、いくつかの実施形態は、あらゆる目的の機能に一般的に関連しないシステム及び方法を含み得る。当業者は、目的の機能に関する列挙されたシステム又は方法の関連性を容易に認識するであろう。
無人航空機システム(UAS)
本明細書に開示されるUASは、安全で、信頼性の高い、大容量操作のために設計された無人航空機システムの例示的な実装である。この実施形態では、航空機は固定翼UAVであるが、UASは、クワッドヘリコプター、軽飛行機(飛行船など)、グライダー、チルトローター航空機などの他の航空機設計と併せて使用されてもよい。更に、本明細書で使用される場合、用語「自律」は、ユーザの介入及び/又は制御なしに車両によって実施される無人車両の動作、並びに人間の介入なしに動作するように設計されている車両を説明すること、及び/又は任務の全部又は一部を制御することを指し得る。したがって、たとえ人間のオペレータが車両の自律制御を無効にすることを選択しても、車両及び/又はシステムは自律的であると説明され得る。
図1Aは、UAS及びインターフェースエンティティの一実施形態を示す。この実施形態では、UAS100は、サービス要求者104からサービス要求を受け取り、その要求を満たすためにUAV102を展開する。UAV102が、そのオンボード自動化が理解又は処理することができない状況に遭遇した(又は人間のオペレータが人間の介入が当然であるという状況に気付いた)場合、UAS100は、UAV102にコマンドを発行できる遠隔車両オペレータ108を選択することによって、人間による介入を提供することができる。この実施形態では、UAS100は、配送センタ101、UAV102、及びグローバルサービス103を備える。
サービス要求者104は、UAS100にサービス要求を発行する人間のユーザ又は自律システムである。サービス要求者104が人間のユーザである場合、そのユーザは、携帯電話、タブレット、又はパーソナルコンピュータなどのリモートクライアントデバイスを使用して要求を発行してもよい。サービス要求は、宛先地105で何らかのサービスを提供することをUAS100に指示することである。宛先地105は、空地の一部分、建物、郵送先住所、全地球測位システム(Global Positioning System、GPS)座標、又は空域の一部など、任意の指定された位置であり得る。いくつかの実施形態では、宛先地105はビーコンデバイスの位置である。ビーコンデバイスは、例えば、トランスポンダ、携帯電話など、位置を追跡又は識別するために使用することができる信号を発する任意のデバイスであり得る。宛先地105はまた、特定の物体、例えば、指定車両、メールボックス、配達パッド、又はサービスのための目標位置を示すために追跡することができる他の何らかの対象物を識別することによって指定されてもよい。別の実施形態では、宛先地105は、サービス要求者104の位置であるが、必ずしもそうである必要はない。この実施形態では1つのサービス要求者104及び1つの宛先地105が示されているが、実際には、多数のサービス要求者104及び宛先サイト105があり得る。
要求されたサービスは、空中プラットフォームから提供され得る任意のサービスであり得る。例えば、一実施形態では、サービス要求者104によって発行されたサービス要求は、特定の積載物を含む荷物を宛先地105に配送するための要求である。別の実施形態では、サービス要求は、宛先地105で、又は宛先地105への及びそこからの経路に沿って、UAV102に搭載されたカメラを使用して、画像データを捕捉する要求である。更に別の実施形態では、サービス要求は、UAV102に搭載されたWi−Fiゲートウェイを使用して、宛先地105にインターネットアクセスポイントを提供する要求である。荷物の受け取り、監視、地図作成、UAV搭載機器を使用したデータ捕捉など、他の多くのサービスが、宛先地105でUAS100を使用して提供され得る。
UAV102は、無人航空機である。UAV102は、様々なシステム及び機体を使用して実装され得る。グライダー、飛行機、気球、ヘリコプターなどを含むほとんど全ての実用的な飛行プラットフォームが、UAV102のための輸送機ベースとして使用され得る。一実施形態では、UAV102は、長距離飛行のために最適化されている冗長推進システムを有する固定翼航空機を使用して実施される。別の実施形態では、UAV102は、短距離飛行及び垂直離着陸のために最適化されているクワッドローター航空機を使用して実施される。更に別の実施形態では、UAV102は、長距離飛行と垂直離着陸の両方が可能な傾斜ローターを備えたハイブリッド固定翼航空機を使用して実施される。別の実施形態では、UAV102は、水平推力を提供するように構成された水平に配向されたモータと、垂直推力を提供するように構成された別々の固定された垂直に配向されたモータとを、有する固定翼航空機を使用して実施される。UAV102はまた、気球、小型飛行船、又は他の飛行機などの軽航空機プラットフォームを使用して、実施されてもよい。UAS100内のUAV102の目的の1つは、人間による関与を最小限に抑えて、要求に応じて迅速に展開することができる柔軟なプラットフォームとして機能することである。
UAV102は、ほとんどのシナリオにおいて人間の手を借りずに動作するように設計されている自律型輸送機であるが、時折、人間による制御部又はパイロットの介入を必要とすることがある。例えば、グローバルシステムオペレータ106又は配送センタオペレータ107は、悪天候、配送の取消しなどの何らかの外部的問題に起因して、任務中にUAV102に呼び戻しコマンドを発行してもよい。UAV102は、その使命にある間、積極的に人的支援を要請することがある。例えば、UAV102は、そのビジョン及び/又はナビゲーションアルゴリズムが高度の信頼性で経路を作り出すことができない環境に遭遇することがある。かかるシナリオでは、UAV102は、グローバルサービス103に支援を求める要求を送るであろう。グローバルサービス103は、状況を処理するために遠隔輸送機オペレータ108を選択し、そのオペレータは、UAV102がその環境をナビゲートするのを支援するために1つ以上のコマンドをUAV102に送信することができる。
UAV102は、サービス要求者104から受信したサービス要求の性質に応じて、任意の適切な積載物を搬送してもよい。UAV102の構成要素は、図2A〜図2Dの説明においてより詳細に説明される。図1Aには単一のUAV102が示されているが、UAS100内に2つ以上のUAV102があり得る。
配送センタ101は、UAV102の発射、再充電、通信、修理、及び積載物物流を促進する固定されるか又は移動する施設である。配送センタ101は、図3の説明において更に詳細に説明される。図1Aには単一の配送センタ101が示されているが、UAS100内には2つ以上の配送センタ101があってもよい。一実施形態では、UAS100内の各UAV102は単一の配送センタ101にあり、その配送センタ101で修理、再積載、及び再充電される。別の実施形態では、各UAV102は、UAS100内の任意の配送センタ101で修理、再積載、及び再充電することができ、UAV102は、現在のサービス要求の物流要件及び将来のサービス要求のための予測される要件に基づいて、配送センタ101間でルーティングされてもよい。各配送センタ101は、UAV102の自動化された、信頼性の高い、大容量の発射及び回収が可能な発射装置システム及び自動回収システムを有し得る。各配送センタ101はまた、発射前及び/又は回収後に、UAV102を試験及び較正するための機器を含み得る。
グローバルサービス103は、インターネットを介してアクセス可能なソフトウェアサービス(すなわちコンピュータソフトウェアプログラム)を実行する、1つ以上のコンピュータサーバシステムから構成されてもよく、これらはオフサイトサポート、管理、航空管制、通信、データストレージ、及び物流機能を、配送センタ101及びUAV102に提供する。一実施形態では、グローバルサービス103は、サービス要求者104からのサービス要求を、宛先地105に地理的に隣接している(又は相対的に地理的に近接している)配送センタ101にルーティングする。
グローバルサービス103はまた、その任務にある間に、UAV102から支援の要求も受信し得る。かかる要求に基づいて、グローバルサービス103は、オペレータのプールから遠隔車両オペレータ108を選択し、UAV102の環境に関するデータを遠隔輸送機オペレータ108に提供する。この提供されたデータに基づいて、遠隔輸送機オペレータ108は、UAV102がその機内インテリジェンスが処理できないあらゆる問題を克服するのを支援するために、1つ以上のコマンドをUAV102に提供することができる。グローバルサービス103は、図4の説明においてより詳細に説明される。
グローバルシステムオペレータ106は、システムの正確かつ効率的な機能を保証するために、UAS100を監視及び操作する人間のユーザであり得る。例えば、いくつかの実施形態では、グローバルシステムオペレータ106は、グローバルサービス103のコンピュータサーバを通してUAS100を監視して、配送センタ101が、サービス要求者104からのサービス要求を満たすために、適切な積載物を在庫に有することを保証し得る。例示的な一実施形態では、グローバルシステムオペレータ106は、グローバルサービス103を使用して、積載物ストックが使い果たされることを見越して、特定の積載物の新しいストックを配送センタ101にルーティングすることができる。
複数のグローバルシステムオペレータ106が存在してもよく、グローバルシステムオペレータ106は、複数の配送センタ101、UAV102、及びサービス要求者104のためにサービスを監視及び提供してもよい。
配送センタオペレータ107は、配送センタ101を監視及び操作する人間のユーザである。配送センタオペレータ107は、物流センタ101に対してローカルなUAS100構成要素が正しく機能することを保証し得る。これは、配送センタ101にあるUAV102、並びに発射装置、回収システム、試験及び較正システム、充電器、積載物などの他の構成要素を含む。配送センタ101は、配送センタオペレータ107の作業を促進するためのシステム及び方法を提供する。例えば、いくつかの実施形態では、配送センタ101を操作する配送センタオペレータ107には、その配送センタ101で各タイプの積載物の在庫を決定することを可能にし、配送センタオペレータ107があらゆるタイプの不足している積載物をより多く注文することを可能にする、オペレータインターフェースが提供される。配送センタオペレータ107はまた、オペレータインターフェースを使用して、その配送センタ101に位置している発射装置システム、自動回収システム、及び試験/較正システムを操作してもよい。配送センタオペレータ107の作業を促進する配送センタシステム及び方法は、図3の説明においてより詳細に説明される。
遠隔車両オペレータ108は、グローバルサービス103からUAV102に関する情報を受信し、UAV102にコマンドを発行して、その任務を完了するのを支援し得る、人間のユーザである。本システムの一実施形態では、システム内の任意のUAV102に支援を提供することができる利用可能な遠隔輸送機オペレータ108のプールがある。グローバルサービス103は、UAV102から支援のための要求を受信すると、利用可能な遠隔輸送機オペレータ108の中から選択し、その要求をそのオペレータにルーティングする。遠隔輸送機オペレータ108は、UAV102の状況に関する情報を検討し、1つ以上のコマンドをUAV102に送信する。これらのコマンドに基づいて、UAV102は、その任務を完了するのを支援する行動をとる。一実施形態では、グローバルシステムオペレータ106と遠隔輸送機オペレータ108の役割が併合される。
図1Bは、UAS100によって実装されるUAV発射プロセスの一実施形態を示す。初期ステップとして、UAS100のグローバルサービス103は、サービス要求者104からサービス要求を受信する(150)。サービス要求は、サービスが配送されるべき位置を指定する宛先地105を指定する。本明細書に記載されるように、サービス要求はまた、サービス要求者によって要求された積載物に対応する積載物情報を含み得る。次に、グローバルサービス103は、そこからサービス要求を満たすのに適した配送センタ101を選択する(151)。いくつかの実施形態では、グローバルサービス103は、宛先地105の位置に最も近い配送センタ101を決定することによって、そこからサービス要求を満たす配送センタ101を選択する(151)。別の実施形態では、グローバルサービス103は、配送センタ101の宛先地105への近接度と、サービス要求で指定された積載物の利用可能性を示す配送センタ101における在庫の両方を考慮することによって、サービス要求を満たすために、配送センタ101を選択する(151)。例えば、サービス要求が特定のタイプの品目を宛先地105に配送する要求である場合、グローバルサービス103は、宛先地105の近くにあり、在庫に要求された品目を有する物流センタから物流センタ101を選択するであろう。例えば地域的気象条件及び配送センタ101における航空交通などの、他の要因もまた、配送センタ101を選択するために使用され得る。
配送センタ101が選択されると(151)、サービス要求内の情報の少なくとも一部は、その配送センタ101に送信される(152)。宛先地の位置及び積載物情報に加えて、サービス要求は、サービス要求を満たすために配送センタ101において有用である、他の情報を含み得る。例えば、いくつかの実施形態では、サービス要求は、サービス要求が宛先地105においていつ満たされるべきかを指定する時間を更に含む。
配送センタ選択プロセス中又はその後に、要求を満たすための任務のために飛行するUAV102が選択され得る(153)。任務ために飛行するUAV102は、サービス要求及び/又はシステム効率に関連する1つ以上の基準に基づいて選択され得る(153)。例えば、一実施形態では、UAV102は、そのバッテリの充電レベル及び宛先地105までの距離に基づいて選択される(153)。別の実施形態では、UAV102は、その機体に設置されている計器、及びサービス要求で指定されているタイプのデータ捕捉に基づいて選択される(153)。更に別の実施形態では、UAV102は、その積載物内の荷物がサービス要求内で配送のために指定された荷物と一致することに基づいて選択される(153)。
代替的な実施形態では、UAS100は、所与の任務について事前構成されたUAVから選択しない。代わりに、配送センタ101又はグローバルサービス103のいずれかが、サービス要求を完了するのに必要とされるコンポーネントのセットを決定し、配送センタ101は、必要なコンポーネントを含むUAVを任務のために組み立てる。例えば、宛先地105が配送センタ101から一定の距離にある場合、任務のためのUAVは、その宛先への往復飛行を完了するために、適切なバッテリパック及びエンジンで構成され得る。
UAV102の選択153は、配送センタの選択151の後に行われてもよく、又は配送センタ101の選択151における要因として使用されてもよい。例えば、配送センタ101は、サービス要求によって要求される積載物の重量に基づいて、特定のタイプのUAV機体、UAVバッテリ、又はUAVエンジンを有する配送センタのみから選択され得る(151)。
UAV102が任務のために選択されると(153)、任務データがそれに対して生成される(154)。任務データは、UAV102が宛先地105にナビゲートしてサービス要求を満たすことを可能にする情報である。いくつかの実施形態では、任務データは、宛先地105のGPS座標と、それらのGPS座標へのナビゲーションを容易にする飛行回廊情報と、を含む。飛行回廊情報は、図2D及び図3の説明においてより詳細に論じられる。任務データに関する更なる詳細は、図2D、図3、及び図4の説明において論じられる。任務データが生成された(154)後、それはUAV102上のデータベースにアップロードされる。
一旦任務データが生成かつアップロードされると(154)、UAV102が発射される(155)。UAV102が発射されてから再び着陸するまで、サービス要求を完了することが任務にあると考えられる。一実施形態では、UAV102は、複数のサービス要求を満たすという任務をもって発射され得る。別の実施形態では、UAV102が発射された(155)後に、任務データの少なくとも一部がアップロードされ、そしておそらく生成さえされる。
無人航空機(UAV)
UAV102は、人間の監督をほとんど又は全く伴わずに、サービス要求を満たすことを可能にするハードウェア及びソフトウェアモジュールを有する航空機システムである。一実施形態では、UAV102は、自律的に飛行してサービス要求を完了することを可能にする、ハードウェア及びソフトウェアモジュールを含む機体からなる。図2Aは、UAV102の例示的実施形態の上方斜視図を示す。図示される実施形態は、翼211、尾部212、及び操縦翼面213を備える。操縦翼面213は、アクチュエータ(図には示されていない)に連結され、それによって運動させられる。一実施形態では、アクチュエータは、電気サーボモータである。他の実施形態では、アクチュエータは、空気圧式である。UAV102はまた、推進用に使用される1つ以上のエンジンも有する。エンジンは、図2Aに示された図には示されていないが、それらは翼211、航空機の機首、又は胴体に搭載されてもよい。エンジンの数と位置は、航空機の要件に基づいて変化し得る。エンジンは、ジェットエンジン、電力プロペラエンジン、ガソリン駆動プロペラエンジン、又は軽飛行機での使用に適した他の任意のタイプのエンジンであり得る。
示された実施形態では、UAVは、炭素繊維及びプラスチックで構成された固定翼であり、V尾部は二重ラダーベータを含む。代替の機体構成及び材料もまた、UAV102に使用され得る。例えば、UAV102は、クワッドコプター、従来の尾部を有する固定翼航空機、翼と垂直離陸ローターとの両方を有するハイブリッド航空機などであり得る。航空機に使用される材料は、炭素繊維、チタン、及びアルミニウム、合金、プラスチック、又は他の耐久性のある軽量の材料であり得る。
図2Bは、UAV102の同じ実施形態の下方斜視図を示す。航空機のこの図は、較正基準214、積載物区画ドア215、及び尾部フック216を示す。較正基準214は、視覚に基づく試験及び較正システムが、操縦翼面213の位置及び移動を決定することを可能にする、幾何学的パターンである。較正基準並びに試験及び較正システムは、飛行前点検中に使用され、それらの操縦翼面のためのサーボが作動されたときに、UAV102の操縦翼面213が期待通りに移動することを保証する。
積載物区画ドア215は、UAV102内の内部積載物区画へのアクセスを可能にする。積載物区画は、配送のための荷物、監視任務のための器具、通信機器などを運ぶために使用され得る。UAV102は、積載物区画ドア215は、宛先地105に荷物を空中投下するために、飛行中に開くことができる。内部積載物区画は、積載物区画から運搬される荷物を排出するために使用される機構を含み得る。積載物区画から荷物を排出するために使用される機構は、圧縮ばね、弾性バンド、サーボモータ、油圧機構、又は積載物を強制的に排除して、そのため配送中に航空機を確実に通過させることができる任意の他のデバイスであり得る。UAV102から空中投下すように設計された荷物の一実施形態、及びUAV102による荷物の空中投下に関する更なる詳細は、図6に関連して説明される。
一実施形態では、UAV102は、内部の積載物区画ではなく、航空機の機体に直接取り付けられたその積載物を外部に搬送する。外部に搬送される積載物の場合、航空機の胴体は、積載物のための取り付け点を有し、これは積載物を解放するために作動させられ得る。
尾部フック216は、UAV102の尾部又は胴体に取り付けられた耐久性のあるフック状構造である。尾部フック216は、UAV102の回収を補助する。図示される実施形態では、尾部フック216は、UAV102の尾部212に直接取り付けられているが、代替の実施形態では、図2Cに示されるように、尾部フック216は、尾部212の端部を越えて伸長する伸長ブーム217の端部に取り付けられ得る。伸長ブームは、UAV102の本体と尾部フック216との間の分離を可能にするために、尾部フック216を尾部212から離れるように枢動させることを可能にする、ブームヒンジ218に連結されてもよい。この分離は、UAV102の安全な回収を補助することができる。自動モバイル捕捉ラインを使用してUAVを回収するための1つの方法及びシステムは、図5A〜図5H及び図6A〜図6Bに関連して詳細に説明される。尾部フック216は、UAV102の停止及び回収を補助し得る係合部材の一例である。他の例示的な係合部材は、チェーン、ケーブル、バー、ロッド、又はUAV102に連結され得るか又は別様に一体化され得る他の構成要素を含み得る。
図2Dは、一実施形態によるUAV102のシステムのブロック図である。図2Dに示されるUAV102の実施形態は、任務計画部200、飛行制御部201、センサシステム202、通信システム203、アクチュエータ制御システム204、推進管理システム205、積載物管理システム206、及び安全システム207を含む。集合的に、これらのモジュールは一緒に、UAV102のための航空機制御システム210を構成する。UAV102の一実施形態では、複雑さを低減し、信頼性を向上させ、重量を低減し、かつ/又はコストを低減するために、上述のモジュールのうちの2つ以上を単一のハードウェアコンポーネントに組み合わせてもよい。例えば、例示的な一実施形態では、任務計画部200及び飛行制御部201は、同じシステムオンチップ(System On Chip、SOC)ハードウェア上で動作するソフトウェアモジュールを使用して実施することができる。
図示されていないが、UAV102のモジュールは、少なくとも1つの通信バスを介して相互接続されている。バスは、モジュールが互いに通信して、情報及びコマンドを送受信することを可能にする。バスは、航空及び車両工学に精通している者に知られている方法のいずれかを使用して実施され得る。例えば、バスは、制御部エリアネットワーク(Controller Area Network、CAN)規格を使用して実施され得る。システムの信頼性を向上させるために、実施形態は追加の冗長バスを使用してもよい。例えば、デュアルCANバスを実装して、バスの障害によってUAVが制御を失うことを防止することができる。
任務計画部200は、UAV102の他のモジュールに高レベルの指示及び目標を提供するモジュールである。これらの指令及び目標の実行は、UAV102にサービス要求を実行させる。任務計画部200によって生成された目標及び指示は、UAV102の他のモジュールに通信され、次にこれらのモジュールが、システムの他のモジュールに対する追加の指示及び目標の生成を含む、任務を完了するための他の行動をとり得る。
例えば、一実施形態では、任務計画部200は、宛先地105に到達するために、UAV102が通過し得る一セットの中間地点を決定し、第1の中間地点の位置を目標として、その場所に飛行するための指令と共に、飛行制御部201に提供する。この実施形態では、飛行制御部201は、次に、UAV102を目標位置に向かって移動させるのに必要な配向及び推進力を計算し得る。飛行制御部201はまた、例えばアクチュエータ制御システム204及び推進管理システム205などの他のモジュールのための更なる指令を生成し得る。アクチュエータ制御システム204及び推進管理システム205に送信された指令は、それらに、UAV102の配向を変え、それを目標位置に向かって推進させる行動を起こさせ得る。任務計画部200の指令及び目標に応答してUAV102内の様々なモジュールによって取られる行動の結果として、UAV102は指定された第1の中間地点に飛行するであろう。その目標が達成されると、任務計画部200は、より高いレベルの目標が宛先地105に達成することが満たされるまで、UAV102が第2の中間地点及び第3の中間地点などに飛行するように、他のモジュールに新しい目標及び指示を送信してもよい。
移動指示の他に、任務計画部200は、積載物の投下、画像データの捕捉、データの送信などの動作を引き起こす他の指示をUAV102のモジュールに発行してもよい。任務計画部200はまた、人間のオペレータからの、又は第三者の制御部(航空管制官など)からのグローバルサービス103、及びこれらのコマンドに基づくUAV102モジュールに指令を発行してもよい。例えば、例示的な一実施形態では、UAV102に搭載された任務計画部200は、接近する嵐に起因して配送センタ101へ戻って飛行するように、人間のオペレータからコマンドを受け取ってもよい。このコマンドに応答して、任務計画部200は、UAV102内の他のモジュールに送信される新しい目標及び指令を生成し、これらの新しい目標及び指令の結果として、UAV102は進路を変更して配送センタ101に戻る。
一実施形態では、任務計画部200は、有限状態機械208を含む。有限状態機械208は、UAV102の任務の過程で、任務計画部200がいつ、どのような状況下で、UAV102の他の構成要素に目標及び指令を発行するかを調整するデータ構造である。概念的には、有限状態機械208は、複数の輸送機状態及びそれらの状態間の対応する有効な遷移を含む。UAV102の任務中は、少なくとも1つの輸送機状態が常にアクティブである。任務計画部200は、現在の輸送機状態に基づいて、通信バスを介してUAV102の他のモジュールに、目標及び指令をブロードキャストする。有限状態機械208は、任務が進行するにつれて、1つの輸送機状態から別の輸送機状態に遷移し、有限状態機械208が新たな輸送機状態に入ると、任務計画部200は、新たな目標及び指令をUAV102の他のモジュールにブロードキャストしてもよい。例えば、一実施形態では、UAV102は、輸送機状態:発射、公称飛行、位置の保持、荷物の配送、帰還、及び着陸を含む。この実施形態では、任務計画部200は、発射状態での任務を開始し得る。発射状態では、任務計画部は、飛行制御部201にUAV102を製造する目標を与え得る。その目標に基づいて、飛行制御部201は、エンジンによって提供される推力を増大させることができ、アクチュエータ制御システム204及び推進管理システム205に指令を出すことによって翼の上のフラップを下げることができる。輸送機が飛行すると、有限状態機械208は、公称飛行状態に遷移し得る。公称飛行状態では、任務計画部200は、飛行制御部201に特定の目的の宛先に飛行するよう指令を送信してもよい。UAV102が宛先に到着すると、有限状態機械208は、荷物配達状態に遷移し得る。荷物配送状態に基づいて、任務計画部200は、宛先地に安全に接近し、積載物が解放されるように、飛行制御部201と積載物管理システム206との両方に指令を送信してもよい。
有限状態機械208は、様々な異なるデータ構造を使用して表すことができ、様々なハードウェア、ソフトウェア、又はハイブリッドハードウェア−ソフトウェア方法を使用して実装することができる。一実施形態では、有限状態機械208は、車両状態及び有効な状態遷移を定義する技術仕様を作成し、次にその技術仕様をコンパイルして、定義された状態及び遷移を表す実行可能又は対象物コードを生成する。この実施形態では、実行可能又は対象物コードは、UAV102内のランダムアクセスメモリ、ハードディスク記憶装置、フラッシュメモリなどのコンピュータ記憶媒体に格納され得る。別の実施形態では、技術仕様は、1つ以上のハードウェアモジュールを使用して実施され得るハードウェア設計に転換されてもよい。
任務計画部200には、配送センタ101からUAV102が発射される前に任務データが提供される。任務データは、任務計画部200が宛先地105の位置を特定し、その位置への適切な経路を決定し、サービス要求を完了するために要求される要求特有の行動を実行することを可能にする情報を含む。例えば、いくつかの実施形態では、任務計画部200には、宛先位置、目的地への経路、及び画像が車載カメラで撮影される経路に沿った一連の点が提供される。
いくつかの実施形態では、任務データは、動作領域の地域的空中地図を含む。動作領域は、配送センタ101と宛先地105とを包含する地理的領域である。地域的空中地図は、宛先地105、飛行回廊、及び管理区域の位置を含む、任務計画に有用な情報を含む組織化されたデータである。地域的空中地図は、カスタムデータ構造に格納してもよく、又はMYSQL、POSTGRESSQL、MONGODB、COUCHDBなどの標準データベースソフトウェアを使用して格納してもよい。地理座標に基づいてデータを整理及び取得する機能を有するデータベースソフトウェアは特に空中地図の格納に適している。
飛行回廊は、UAV飛行のUAS100によって指定される空域の領域である。飛行回廊における地域的状況は、UAS100によって監視されてもよく、飛行回廊は、位置間で安全かつ効率的に移動するために、UAV102によって使用されてもよい。地域的空中地図は、複数の飛行回廊の各々についての情報を含む。各飛行回廊に関する情報としては、飛行回廊の位置、高度、地域的風条件、地域的航空交通(すなわち、飛行回廊内の他のUAV及び航空機)、降水量、空中危険、地理的障害物(例えば、山)などが挙げられるが、これらに限定されない。飛行回廊は、単一の飛行回廊内の別個のレーン内のいくつかの航空機の飛行を安全に収容することを可能にする方法で細分化されてもよい。例えば、複数の航空機は、各航空機に廊下内の別個の排他的な車線を割り当てることによって単一の飛行経路に収容することができる。一実施形態では、各飛行回廊は、層間を垂直方向に分離しながら、水平方向に層にスライスされてもよく、回廊内の各層は、その任務の間、特定のUAV102のためのレーンとして確保されてもよい。例えば、飛行回廊は、1つの車線が地面からの高度100m(Above Ground Level、AGL)から110m AGL、別の車線が110m AGLから120m AGL、及び第3の車線が120m AGLから130m AGLの3つの層にスライスされ得る。航空機がこれらの層(レーン)に割り当てられ、たとえそれらが飛行回廊内の経路を横切っても、それらがそれらの割り当てられた車線に固執する限り、それらの高度差により衝突が起こらないことが保証される。配送センタ101から離陸する前に、UAV102は、それがその任務の期間中安全に占有することができる1つ以上の飛行回廊内のスロットを留保する情報を提供されてもよい。飛行回廊内のこれらの予約されたレーンは、配送センタ101から宛先地105へのUAV102への経路を提供し得る。
飛行回廊は、様々な方法で空中地図に表示され得る。一実施形態では、飛行回廊は、コンピュータ記憶媒体に格納された、高度を有する一連の地理座標として表される。例えば、飛行回廊は、一連の緯度、経度、及び高度(すなわち、3次元)の点として表され得る。この実施形態では、一連の点は、飛行回廊を形成する一連の接続線分を定義する。緯度経度番号は、GPS座標として与えられてもよい。追加のメタデータをまた、点又は線分に関連付けて、例えば地域的気象条件などの飛行回廊に関する追加の情報を表すこともできる。別の実施形態では、飛行回廊は一連の3次元曲線(ベジエスプラインなど)として表され、曲線は特定の緯度、経度、及び高度の座標を通るように定義される。
管理区域は、航空機が他の航空機と近接する可能性がある地理的領域であり、したがって、衝突を回避するために航空機間の調整が必要とされる場所である。複数のUAV102がこれらの位置に同時に接近しようと試みる可能性があるので、配送センタ101及び目的地サイト105の位置は通常制御区域である。他の場所もまた、管理区域であり得る。例えば、複数の飛行回廊が交差する場所が管理区域であり得る。UAV102の任務計画部200は、UAV102が他の航空機から安全な距離を維持することを確実にするために、制御区域に接近するか、入るか、又は出るときに特定の行動をとることができる。例えば、任務計画部200は、有限状態機械208を新しい輸送機状態に遷移させてもよい。同様に、任務計画部200は、UAV102に(新しい輸送機状態への遷移の結果として、又は輸送機状態の変化なしに)速度、高度、及び/又は進行方向を変更させてもよい。
制御区域は、様々な方法で表され得る。一実施形態では、管理区域は、緯度及び経度座標(管理区域の中心点)並びに半径によって表される。この実施形態では、制御区域は円形である。別の実施形態では、管理区域は一連の緯度及び経度点によって画定される多角形によって表される。例えば、管理区域は、三角形区域を画定する3つのGPS座標によって表されてもよく、又は管理区域は、長方形区域を画定する4つのGPS座標によって表されてもよい。飛行回廊のような管理区域はまた、区域の垂直方向の境界を示す高度値も含み得る。例えば、管理区域を定義するために使用される緯度及び経度座標はまた、高度座標も含み得る。
いくつかの実施形態では、地域的空中地図は、大域的空中地図内の動作領域に関連する情報を選択することによって、より広い地理的領域に関する情報を含む、大域的空中地図から生成される。大域的空中地図が過度に大きくない場合、動作領域に関する地域的サブセットのみの代わりに、空中地図全体が、UAV102に格納されてもよい。
空中地図内の情報を使用して、任務計画部200は、発射前又は発射直後に、配送センタ101から宛先地105への動的経路を開拓する。動的経路は、任務の目標、及びサービス要求を満たした後に配送センタ101に戻るUAV102の要件を考慮に入れる。いくつかの実施形態では、任務計画部200は、配送センタ101又はグローバルサービス103から事前に生成された経路を受信し、その経路を変更するように命令を受信した場合、又は動作領域の状況が時間と共に変化する場合にのみ変更する。
動的経路は、UAV102がその現在位置からある目的位置へ飛行するために横断し得る一連の飛行回廊である。UAV102がその任務で飛行するとき、それは空中地図に対して、動作領域内の空中地図の地域の状況に関する更新を含む更新を、UAS100から受けてもよい。更新は、グローバルサービス103から、配送センタ101から、又は他のUAV102から受信されてもよい。いくつかの実施形態では、更新は、サービス要求者104、又は天気情報プロバイダ、ニュースサービス、航空管制官、衛星、民間航空局、法執行機関、軍の航空当局などの第三者から受信されてもよい。
任務計画部200は、飛行回廊更新が受信されるときに、任務中に動的経路を修正することができる。例えば、いくつかの実施形態では、任務計画部200は、悪天候、飛行回廊に不法侵入する航空機のなどの飛行障害を回避するために、動的経路を変更してもよい。動的経路が修正されると、任務計画部200は、目標位置に到達すために通過する一連の飛行回廊を再決定する。
図2Dに示されるように、UAV102は、飛行制御部201も含む。飛行制御部201は、誘導、ナビゲーション、及び制御機能を、任務計画部200に提供する。例えば、任務計画部200は、任務中に様々な時間にUAV102の位置、向き、高度、及び速度を知る必要があり、飛行制御部201は、状態推定と呼ばれるプロセスを通じてこの情報を提供する。同様に、任務計画部200がUAV102を1つの地点から別の地点に移動させる必要がある場合、それは、その目標を達成するために、飛行制御部201にコマンドを送信する。飛行制御部201は、バスを介して、センサシステム202、アクチュエータ制御システム204、及び推進管理システム205と通信して、誘導、ナビゲーション、及び制御機能を提供する。
センサシステム202は、センサ機器からの情報を飛行制御部201に提供する。いくつかの実施形態では、センサシステム202は、例えばGPSユニット、慣性計測装置(Inertial Measurement Unit、IMU)、動圧力センサ、静圧力センサ、気温読取装置などのいくつかの計器を備える。センサシステム202は、飛行制御部201がUAV102の位置、向き、速度、及び加速度を推定するために使用できる情報を提供することができる。この位置、向き、速度、及び加速度情報が、UASの他の構成要素によって必要とされる場合、情報は通信システム203を使用してUAV102によってブロードキャストされ得る。
アクチュエータ制御システム204は、機体上の操縦翼213を含むUAV102上の様々な可動部を制御するアクチュエータを含む。アクチュエータは、電気サーボ、油圧、又は機械的運動を可能にするために使用され得る任意の他の技術を含んでもよい。アクチュエータ制御システム204は、飛行制御部201からのコマンドに基づいてアクチュエータの状態を変更することができる。アクチュエータ制御システム204はまた、操縦翼面213の位置及び動きのフィードバックを与えることができる測定手段(例えば、エンコーダ、レゾルバ、又はポテンショメータ)を有してもよい。操縦翼213の位置及び動きは、飛行制御部201に報告されてもよい。
任意の動く機械システムは、製造プロセスの結果として、又は使用の結果として、小さな誤差、欠陥、又は「ドリフト」を生じる可能性があるので、操縦翼213、アクチュエータ、及び測定手段は、操縦翼213の実際の位置及び動きが、アクチュエータ制御システム204が測定手段から受信する位置及び運動に厳密に対応するように定期的に較正されなければならない。この較正を実行するために使用されるシステム及び方法は、図5と併せてより詳細に説明される。
推進管理システム205は、例えば、プロペラ搭載UAVに搭載されたプロペラの速度を調整することにより、UAV102上に装着されたエンジンによって及ぼされる力を制御し、そしてUAV上に残っているバッテリ容量の量を監視する。飛行制御部201は、推進管理システム205と通信することによって、UAV102の移動速度を調節することができる。推進管理システム205は、バッテリ電圧の経時変化、バッテリの電流出力の経時変化、及び更には飛行期間にわたるバッテリセルの化学変化などのUAV102に搭載されたバッテリの物理的属性を監視してもよい。監視された情報は、通信システム203を介して任務の間、又はUAV102が配送センタ101に戻された後に、配送センタ101又はグローバルサービス103に通信されてもよい。後者の場合、情報は、無線手段、有線手段、又はメモリカードなど何らかの記憶媒体の物理的転送によって通信されてもよい。
飛行制御部201は、センサ管理システム202及びアクチュエータ制御システム204から情報を受信し、UAV102の位置、向き、及び速度の最良の推測を、任務計画部200に提供する状態推定を実行する。状態推定は、UAV102の様々なシステムが新たな情報を提供するために、連続的に更新され、チェックされる。
任務計画部200は、UAV102が移動しなければならない高レベル目標位置を決定し、その目標位置を飛行制御部201に通信する。任務計画部200は、任意の適切な技術を使用して、指令及び目標を飛行制御部201に伝えることができる。例えば、一実施形態では、任務計画部200は、一連の中間地点によって飛行制御部201に移動目標を通信する。別の代替的な実施形態では、任務計画部200は、スプラインによって移動目標を飛行制御部201に伝達する。
飛行制御部201は、中間地点、スプライン、又は任意の他の好適な形式としての、移動目標を受信し、規則又は物理学に基づくモデルに基づいて、移動目標を達成するための、アクチュエータ制御システム204及び推進管理システム205と通信すべきコマンドを決定する。例えば、いくつかの実施形態によれば、物理学に基づくモデルは、現在の状態推定(すなわち、UAV102の位置、向き、及び速度)、並びに風及び温度を含む地域の状況に基づいて、必要とされるラダーベータ及びウィングフラップの状態、並びにUAV102のエンジン推力を出力する。
通信システム203は、UAV102が異なる通信プロトコルを使用して情報を送受信することを可能にする送信機及び受信機を備える。通信システム203は、CDMA、GSM(登録商標)、3G/4G、LTEなどの標準セルラ無線技術のための送信機及び受信機と、UAV102が配送センタ101又は別のUAV102と直接通信することを可能にする見通し線無線機を含んでもよい。
通信システム203はまた、第1のUAV102が、第2のUAV102の有効通信範囲を増大させるために、第2のUAV102によって送信された信号を受信し再ブロードキャストすることができるように、メッシュネットワーキングをサポートし得る。第3のUAV102は、同様に、第1のUAV102によって再ブロードキャストされた信号を受信し再ブロードキャストして、通信範囲を更に増大させてもよい。他のUAVに対する信号を受信し再ブロードキャストするこの方法は、システム内で動作する全てのUAV102の接続性を向上させるために、UAS100の動作領域全体にわたって実施することができる。カスタムメッシュプロトコルを使用して、メッシュネットワーキング、又はIEEE 802.15.4、ZIGBEE(登録商標)、BATMAN、HWMP、IEEE802.11 MESH、などの標準メッシュネットワーキングプロトコルを実装することができる。システムの一実施形態では、見通し線無線機のみがメッシュネットワーキングプロトコルを実装するために使用される。
通信システム203は、UAV102の現在のステータスに関する情報を含む状態メッセージを定期的にブロードキャストするために、任務計画部200によって使用される。ブロードキャストステータスメッセージの目的は、UAVに関する重要な情報について、配送センタ101、グローバルサービス103及び他のUAV102に通知することである。例えば、ステータスメッセージは、UAV102の現在位置、現在の進行方向、現在の速度、現在の宛先などに関する情報を含んでもよい。UAV102の積載物、そのバッテリのステータス、及び他の同様の情報など他の情報もブロードキャストされてもよい。航空交通管理に関するいくつかの特別な情報は、ステータスメッセージにおいてブロードキャストされてもよく、ステータスメッセージのこの使用は、以下でより詳細に説明される。UAV102によってブロードキャストされるステータスメッセージは、ステータスメッセージの有効範囲を増大させるために、メッシュネットワーキングプロトコルに基づいて、他のUAV102によって再ブロードキャストされ得る。
積載物管理システム206は、サービス要求及び積載物の性質に応じて、UAV102によって搬送される積載物に関連する様々な機能を実行する。例えば、積載物が発射前にUAV102に取り付けられると、積載物管理システム206は、取り付けが成功したことを任務計画部200及び/又は配送センタ101に通信する。サービス要求が荷物投下である場合、積載物管理システム206はまた、積載物の状態、例えば積載物が生鮮食品である場合には積載物の温度、を監視し、宛先地105における積載物の解放を管理する。この例では、任務計画部200は、積載物を安全に宛先地105で落下させるのに必要なUAV102の位置、高度、速度、及び向きを決定し、適切な時間に積載物を解放するコマンドを積載物管理システム206へ通信する。積載物管理システム206は、コマンドを受け取り、積載物区画ドア215を開き、積載物を落下させる。
積載物管理システム206は、積載物の性質に応じて他の機能を実行してもよい。例えば、サービス要求が監視又は地図作成に関連する場合、積載物管理システム206は、積載物に含まれるカメラシステムとインターフェース接合してもよく、任務計画部200から受信した命令に基づいて画像又はビデオを捕捉することができる。例えば、この実施形態では、任務計画部200は、UAV102がそのルート内の一部のある関心対象地点上空を飛ぶとき、積載物管理システム206に命令を発行して画像を捕捉することができる。
安全システム207は、UAV102に装着された様々なフェイルセーフ構成要素を管理する。例えば、一実施形態では、安全システム207は、任務計画部200から受信したコマンドに基づいて、又は飛行制御部201若しくはセンサシステム202から直接受信した情報に基づいて配備され得るパラシュートシステムを監視及び制御する。例えば、UAV102が回復不可能な急降下に入る場合、安全システム207は、センサシステム202から受信したデータに基づいてパラシュートを展開してもよい。別の実施形態では、任務計画部200は、グローバルサービス103又は配送センタ101から受信したメッセージに基づいて、安全システム207にパラシュートを展開するように指示してもよい。コマンドでのパラシュート展開は、航空管制プロセスが、航空交通量の多い地域での複数航空機間の差し迫った衝突の可能性を検出する状況において有用であり得る。UAV102に強制的にそのパラシュート展開させ降下させることにより、それが他の航空機の飛行経路に入ることを防止することができる。
任務計画部200は、システム内で動作するUAV102間の衝突のリスクを最小限に抑えるために、航空交通管理プロトコルに従うように設計されている。航空交通管理プロトコルは、実行されなければならないアクション、並びに、UAV102によって、特定の時間、任務及び/又は特定の条件下でブロードキャストされなければならないメッセージを定義する。
航空交通管制プロトコルは、航空機が空中地図を通過する際に従うルールを提供する。この規則は、航空機の位置及び状況に基づいて、並びに他の航空機の位置及び状況に基づいてブロードキャストされなければならない特定のメッセージを定義する。この規則はまた、その状況、その区域の他の航空機の状況に基づいて、及びそれが他の航空機から受信するメッセージに基づいて、航空機により実行されなければならないアクションを同様に特定する。航空交通管制プロトコルによって指定された規則は、飛行制御部201、センサシステム202、及び通信システム203など、上述のシステムを含む、UAV102内のソフトウェア/ハードウェアシステム及び方法によって実施される。任務計画部200は、UVAの状況に関する情報が集約されているハブであり、受信した通信、空中地図での位置、飛行情報などを含む。任務計画部200は、集約された情報及び交通管理プロトコルに基づいて、UAV102の他のモジュール及びシステムにコマンドを発行する。
UAV102は自律的に動作するように設計されているが、任務計画部200は、任務計画部200の飛行計画を上書きし得る命令を、通信システム203を介して受信するように構成されている。例えば、UAV102は配送センタ101又は、グローバルサービス103から、悪天候又は領域内に進入する旅客機のために、UAV102にすぐに基地に戻るように命令する指示を受信し得る。このようなコマンドを受信すると、任務計画部200は、UAV102の移動目標を変更し、他のモジュールに新しい指示を発行し、その結果、UAV102は、必要に応じてその飛行経路を調整する。UAV102は、調整された経路に沿ってその飛行に航空交通管制プロトコルを適用し続けてもよい。上述のUAV102の構造及び機能は、一実施例に基づいてモジュールに分割されているが、様々なモジュールの機能は、図2Dに示されたものより多い又は少ない構成要素になるように併合又は更に分割されてもよい。また、様々なモジュールの機能性の一部を、UAV102のサーボ、センサ、及び他のハードウェア構成要素に直接提供することも可能である。例えば、飛行制御部201は、複数のサーボモータと直接通信してもよく、これらのそれぞれは、記載したアクチュエータ制御システム204の機能を有する。ハードウェア構成要素制御のそのような分散は、いくつかの実施態様では、耐故障性の観点から有益であり得る。
配送センタ
配送センタ101は、UAS100のローカルロジスティックを取り扱う。グローバルサービス103が、サービス要求者104からサービス要求を受信すると、グローバルサービス103は、サービス要求内の基準に従って、サービス要求を満たす宛先地105のロケーションを含む配送センタ101を選択する。グローバルサービス103は次いで、サービス要求内の情報の少なくとも一部を、選択された配送センタ101に送信する。
配送センタ101は、UAV102の発射及び回収、積載物、機器、バッテリ、及びUAV102の在庫の維持及び監視、並びに地域的情報をグローバルサービス103に通信することに関与する。任務のためのUAV、バッテリ、及び積載物の選択、任務データの準備、UAV監視並びに任務中の通信などの他の機能は、実装及び/又はシステムのステータスに応じて、配送センタ101又はグローバルサービス103のいずれかによって実行することができる。配送センタの操作を促進するために、配送センタオペレータ107を配送センタ101に配置してもよい。
図3は、一実施形態に係る配送センタ101のブロック図である。前述のように、配送センタ101のこの実施形態によって実行される機能の一部は、代わりにグローバルサービス103によって実行され得る。同様に、グローバルサービス103の機能の一部は、配送センタ101によってローカルに実行され得る。当業者であれば、特定のUAS実装の要件に基づいて、グローバルサービス103及び配送センタ101の機能を、任意の適切な方法で分割することができるであろう。
この実施形態では、配送センタ101は、バッテリ管理システム301、積載物在庫管理システム302、UAVオペレーションシステム303、配送センタ管理システム304、オペレータインターフェース312、及びUAV在庫管理システム313から構成される。
配送センタ管理システム304は、配送センタ101のハブとして機能する。この実施形態では、配送センタ管理システム304は、任務マネージャ305、センサステーション306、通信ステーション307、ロジスティックシステム308、空中地図データベース309、地形マップデータベース310及びインターフェースハンドラ311を含む。一例示的実施形態では、配信センタ管理システム304は、専用のセンサ及び通信周辺装置がインストールされた1つ以上のコンピュータサーバを使用して実装される。
配送センタ101の機能の一部は、人間の配送センタオペレータ107の支援を必要とする場合がある。例えば、UAVの組み立て、UAVの修理、積載物の取り付け及び取り外し、UAV回収、バッテリ交換、UAV発射装置上へのUAV102の配置、及びバッテリを充電機器に配置することは、完全に自動化されていない場合には、人間による関与を必要とし得るタスクである。オペレータインターフェース312は、配送センタオペレータ107を配送センタ管理システム304及びグローバルサービス103から情報及び命令を受信し、並びに情報及び命令を配送センタ管理システム304及びグローバルサービス103に返送することを可能にする。配送センタ管理システム304は、インターフェースハンドラ311を介してオペレータインターフェース312と通信する。いくつかの実施形態では、オペレータインターフェース312は、スマートフォン、タブレットコンピュータ、又はパーソナルコンピュータ上で実行されているアプリケーションであり、インターフェースハンドラ311は、IEEE802.11などの無線通信プロトコルを介してアプリケーションと通信する。
任務マネージャ305は、配送センタ101での任務オペレーションのローカル態様を管理する責任を負うモジュールである。一部の実施形態では、任務マネージャ305は、グローバルサービス103からサービス要求(又はサービス要求から生成されたデータ)を受信し、UAV102又はUAV102に組み立てられるUAV構成要素を選択し、任務中にUAV102によって利用される任務データを準備し、任務、試験、及びUAV102の発射のための適切な積載物を選択し、任務中にUAV102及び積載物のステータスを監視する。任務マネージャ305は、オペレータインターフェース312を介して、任務の様々な段階の間に、任務のステータス、並びに準備、装填、発射、及びUAV102の回収を促進するためのアクションを示す命令の両方を通信するために、配送センタオペレータ107と通信する。
任務マネージャ305は、配送センタ管理システム304の他の構成要素を利用して、ローカル環境及びUAV102、UAVオペレーションシステム303、バッテリ管理システム301及びローカル在庫を含むUAS100の様々なローカルコンポーネントのステータスを監視する。
任務マネージャ305は、通信ステーション307を介してグローバルサービス103及びローカルUAV102との接触を維持する。サービス要求に関する情報は、グローバルサービス103から受信され、地域の状況、進行中の任務、在庫などに関する情報がグローバルサービス103に返送される。通信ステーション307は、GSM(登録商標)、CDMA、GSM(登録商標)、3G/4G、LTEなどを含むがこれらに限定されない、いくつかの異なる標準遠距離通信プロトコルのための送信機及び受信機を有することができる。これらの標準的なプロトコルに加えて、通信ステーション307は、UAV102及び他の配送センタ101との直接通信を可能にする見通し線又はメッシュプロトコルをサポートしてもよい。最後に、通信ステーション307は、UAS100及び第三者情報プロバイダの他の構成要素と高速通信するためのインターネットへの有線接続を含んでもよい。任務マネージャ305は、通信ステーション307を介して受信した情報の一部をオペレータインターフェース312に送信することができ、その結果、配送センタオペレータ107は、地域的任務に関連するUAV102又はUAS100の他の構成要素のステータスを監視することができる。
センサステーション306は、主に、配送センタ101の位置に関する地域的気象データを収集するために使用される。センサステーション306は、圧力センサ、温度計、風力センサ、降水量検出器などを含んでもよい。センサステーション306はまた、レーダー、無線追跡、及び光学物体認識システムなどの機器を使用して、UAV102を検出及び追跡するために使用されてもよい。任務マネージャ305は、オペレータインターフェース312を介してセンサステーション306から配送センタオペレータ107に情報を提示してもよく、その結果、配送センタオペレータ107は、UAV102及び配送センタ101を悪天候から保護するために必要な措置を取ることができる。例えば、センサステーション306が接近する嵐を検出する場合、任務マネージャ305は、オペレータインターフェース312を介して、配送センタオペレータ107に通知を表示してもよく、オペレータ107は、既に発射されたUAV102を回収するための、発射されていない任務を中止するための、及びそのような手順に従うことができる。
発射される任意の車両任務に先立って、任務マネージャ305は、任務情報に基づいて任務のための任務エネルギー要件を決定する。任務情報は、サービス要求からの情報、地域の状況に関する情報(温度、風、及び降水量など)、並びに車両及び積載物の特性に関する情報を含んでもよい。例えば、一実施形態では、エネルギー要件は、宛先地105の場所、宛先地105への経路、宛先地105への経路ルートに沿った風条件、任務に対処するUAV102の飛行特性(飛行する単位距離当たりの典型的な電力消費量、空力抵抗など)、及びサービス要求を満たすために必要とされる積載物の重量のような要因のコンピュータ解析によって決定される。任務マネージャ305は、バッテリ管理システム301に任務エネルギー要件を通信し、次いで、バッテリ在庫から、任務に十分な電力を提供することができる1つ以上のバッテリを選択する。バッテリ管理システム301は、選択されたバッテリを、任務を飛行予定のUAV102に自動的に設置してもよく、又は、特定のバッテリが設置されなければならないことを配送センタオペレータ107に通知するために指示器を使用してもよい。バッテリ管理システム301の動作に関する更なる詳細については、以下に説明する。
ロジスティクスシステム308は、配送センタ101における様々な構成要素の在庫レベルを追跡し、これらの在庫レベルをグローバルサービス103及び任務マネージャ305に報告する。この在庫情報は、サービス要求を満たすために特定の配送センタ101を選択する際に使用され得る。
ロジスティクスシステム308は、バッテリ管理システム301、積載物在庫管理システム302、及びUAV在庫管理システム313とインターフェースして、バッテリ、積載物、及びUAV/UAV構成要素の在庫レベルを決定する。ロジスティックシステム308は、在庫レベルが閾値レベルを下回ったとき、又は在庫レベルが特定の期間内に閾値レベルを下回ると予測されるときに、追加の在庫の送達を要求することができる。
グローバルサービス103は、ロジスティックシステム308によって報告された在庫レベルを監視してもよく、現在の在庫レベル又は将来の予測在庫レベルに基づいて、追加の在庫品を配送センタ101に積極的に発送してもよい。ロジスティックシステム308は、配送センタオペレータ107に、在庫不足又は在庫内の特定のアイテムのエラーを、オペレータインターフェース312を介して直接通知してもよい。これらの通知に基づいて、配送センタオペレータ107は、必要に応じてアイテムを補充又は修復してもよい。
配送センタ101の各アイテムは、ロジスティックシステム308によって監視され得る追跡タグを添付されてもよい。バーコード、RFIDタグ、NFCタグなどを含む様々な技術を使用して、追跡タグを実装することができる。これらのタグは、UAV102、UAV構成要素、積載物、バッテリ、予備部品などを含む追跡を必要とする配送センタ101の全てのアイテムに添付されてもよい。タグは、物流センタ101において追跡される各物理的対象物に対象物識別子を関連付ける。例えば、流通センタ101における各積載物は、それに添付されたタグによって示される、それに関連する対象物識別子を有する。対象物識別子は、タグをスキャンするように構成された読取機によってタグから読み取られてもよい。例えば、RFIDタグはRFID読み取り機を使用して読み取られ、NFCタグはNFC読み取り機を使用して、などである。
対象物識別子は、スキャンされた対象物のタイプ、並びにその固有のアイデンティティを決定するために使用することができる。例えば、積載物対象物に添付されたタグは、対象物が特定のタイプの積載物であること、並びにその積載物の特定のインスタンスであり、在庫内の同じタイプの他の積載物とは異なることを認識する。いくつかの実施形態では、対象物識別子は、在庫データベース内の対象物と関連付けられたデータベースエントリを決定するために使用され得る。ロジスティックシステム308は、各対象物識別子に関連付けられた対象物の在庫レベルをグローバルサービス103報告する。
配送センタ101の図示された実施形態はまた、UAV102に搭載することができる様々な積載物の在庫レベル及びステータスを追跡する積載物在庫管理システム302を含む。積載物在庫管理システム302はまた、特定の積載物に関連する再充電、冷蔵、及び他のメンテナンス関連機能を提供してもよい。例えば、積載物がワクチンである場合、積載物在庫管理システムは、ワクチン投与のための冷蔵保管容器を提供してもよく、格納コンテナ内の温度及び容器に格納された投与量をロジスティックシステム308に監視及び報告してもよい。任務マネージャ305は、オペレータインターフェース312を介して、配送センタ101に記憶された各種積載物のステータスを配送センタオペレータ107に通知してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、任務マネージャ305は、積載物在庫管理システム302に保存された特定のワクチンが期限切れになったことを配送センタオペレータ107に通知するために、オペレータインターフェース312に通知を送信してもよい。この通知に基づいて、配送センタオペレータ107は、保管場所から期限切れになったワクチンを除去し、新しい在庫と交換することができる。
UAV在庫管理システム313は、配送センタ101に格納された組み立てられたUAV102及びUAV構成要素を追跡し、この情報をロジスティクスシステム308に報告する。任務マネージャ305又はグローバルサービス103は、特定の配送センタ101での任務のために利用可能なUAVリソースを判定するためにロジスティックシステム308に問い合わせてもよく、UAS100によって受信されたサービス要求の要件に基づいてこれらのリソースを割り当てることができる。任務を遂行するために特定のUAV構成が必要とされるとき、任務マネージャ305は、任務の完了に適切なUAVを構成するために、UAV在庫管理システム313に格納されている特定のセットのUAV構成要素を組み立てるように、オペレータインターフェース312を介して配送センタオペレータ107に指示を送り得る。UAV又はUAV構成要素が在庫から追加及び除去されると、UAV在庫管理システム313は、これらのリソースの利用可能性だけでなく、それらの状態及び交換の必要性などの構成要素のステータスも追跡する。この情報は、任務マネージャ305及びグローバルサービス103によって、配送センタ101のための新しいUAV102又は構成要素の送達を注文するために使用されてもよい。
UAV102にアップロードされる任務データは、グローバルサービス103から受信したサービス要求の要件に基づいて準備される。任務マネージャ305による任務データの準備について議論しているが、グローバルサービス103又はUAV102に搭載された任務計画部200のいずれかが任務データを準備するような代替的な実施形態が可能である。任務データは、宛先地105の位置及びサービス要求を満たすために必要とされる積載物だけでなく、目的地への飛行経路を生成するために必要とされる情報も含む。経路生成に必要な情報は、空中地図データベース309及び地形マップデータベース310にローカルに記憶される。
空中地図データベース309は、配送センタ101によって提供される地理的領域内の複数の飛行回廊に関するデータを含む。空中地図データベース309は、グローバルサービス103の一部である大域的空中地図データベース400と少なくとも部分的に同期されてもよい。飛行回廊データは、気象、航空交通などの飛行回廊内におけるリアルタイムの状況に関する情報を含む。地域的空中地図データベース309は、グローバルサービス103、他の配送センタ101及び第三者(気象サービス及び航空管制官など)から受信した最新情報に基づいて、飛行回廊データを更新する。飛行回廊内を最近飛行したUAV102はまた、飛行回廊内に存在する最後に監視された状況について配送センタ101にデータを送信してもよく、この情報は、関連する飛行回廊データを更新するために、空中地図データベース309によって使用されてもよい。配送センタ101の地域的空中地図データベース309が、大域的空中地図データベース400よりも飛行回廊についてより最近の情報を有するとき、大域的空中地図データベース400は、通信ステーション307を介して更新される。逆もまた真であり、大域的空中地図データベース400からの最新の更新は、通信ステーション307を介して受信され、地域的空中地図データベース309に組み込まれる。
地形マップデータベース310は地形データを含み、地形データは、配送センタ101によって提供される地理的領域内の地形及び地上障害物に関する情報である。この地形データは、生画像、高さマップ、3次元(3D)メッシュとして含むが、これらに限定されない多数の方法で記憶することができる。グローバルサービス103はまた、地域的地形マップデータベース310と少なくとも部分的に同期された大域的地形マップデータベース401も含む。空中地図データベースと同様に、地形マップデータベース310は、それらの任務飛行の間に、UAV102から捕捉されたデータに基づいて更新される。例えば、UAV102がある位置の上空を飛び、地形マップデータベース310内のその位置に存在しなかった新たな障害物に関する情報を捕捉する場合、地形マップデータベース310は、任務中、又はUAV102が配送センタ101に戻された後に、UAV102から受信したデータを介して新たな情報で更新されることになる。
空中地図データベース309からの飛行回廊に関する情報は、UAV102を宛先地105へルーティングするのに十分であり得るが、UAV102が飛行している地面に関する情報もまた、任務の様々な段階において有用であり得る。例えば、UAV発射及び回収の間は、発射及び回収場所付近の地形及び障害が関連する。加えて、サービス要求が荷物投下を必要とする場合、UAV102の任務計画部200は、積載物がアクセス可能な場所に着地し、地域の建造物、対象物、又は人を損傷しないような、積載物を投下すべき場所を判定しなければならないので、そのとき、宛先地105における地形及び障害が関連する。
地形マップデータベース310からの情報はまた、監視又は地図作成を必要とするサービス要求を満たすためにも有用である。場合によっては、地形マップデータベース310からの地形データを使用して、UAVを発射することなく、監視又は地図作成要求を遂行することができる。例えば、UAV102が、特定の場所の宛先地105で最新画像を捕捉し、その後のサービス要求が、同じ場所で、ある閾値時間限界内で画像捕捉を要求した場合、地形マップデータベース310に記憶されている宛先地105からの最新の情報をそのときサービス要求者104に送信することができる。
任務データを地域的に準備するために、任務マネージャ305は、グローバルサービス103から受信したサービス要求情報から、宛先地105の場所を最初に決定する。この宛先位置、及び典型的には配送センタ101の位置である発射位置に基づいて、任務マネージャ305は、任務のために関連する動作領域を決定し、この地理的領域に関連付けられたデータを空中地図データベース309及び地形マップデータベース310から抽出する。抽出された情報は、任務データの一部としてUAV102に送信される。一部の実施形態では、任務マネージャ305はまた、任務データの一部として、最もローコストな宛先地105への経路をUAV102に提供する。実装に応じて、経路は、グローバルサービス103、UAV102内の任務計画部200及び/又は任務マネージャ305によって動的に更新され得る。UAV102への接続性が任務飛行中に保証され得ない場合、UAV102に搭載した任務計画部200は、経路を動的に更新することを許可され得る。
一部の実施形態では、UAV102は、これらのデータベース内の情報のサブセットのみの代わりに、地空中地図データベース309及び地形マップデータベース310の完全なミラーを記憶する。これは、データベースのサイズが、UAV102上の記憶リソースがデータセット全体を記憶するのに足りるほど十分に小さいときに行うことができる。この場合、情報のサブセットは、前述のように、UAV102内に記憶され得る。同様に、地域的地図データベース309及び地域的地形マップデータベース310が十分な記憶容量を有する場合、大域的空中地図400及び大域的地形マップ401全体は、配送センタ101に地域的に記憶されてもよい。グローバルデータのサブセットは、グローバルデータセットが大きすぎて完全なローカルミラーリングを行うには経済的な面から大きすぎる場合に限り、地域的に抽出され記憶されてもよい。
UAVオペレーションシステム303は、UAV102の試験及び較正、UAV102の発射、及びUAV102の回収に関与する。UAVオペレーションシステム303は、3つの別個の構成要素、すなわち、試験及び較正システム、UAV発射装置、及び自動回収システムを含み得る。しかしながら、速度及び効率を改善するために、これらの構成要素のうちの2つ以上を単一の集積デバイスに組み合わせることが可能である。例えば、試験及び較正システムは、UAV発射装置と組み合わされてもよく、それにより、発射装置上に配置するときに航空機が検証され、試験される。
試験及び較正システムは、UAV102の構成要素を試験して、それらが任務中に機能することを保証する。試験中にあらゆる不良構成要素が識別され、オペレータインターフェース312を介して配送センタオペレータ107の注意を促す。試験及び較正システムはまた、添付されたタグによって、組み立てられたUAV102内の各構成要素が、現在の任務のために任務マネージャ305によって割り当てられた構成要素であることを検証する。例えば、試験及び較正システムは、UAV102に取り付けられたバッテリ及びエンジンを検出し、それらが発射前に任務のために適切な充電及び性能を有することを保証する。矛盾がある場合は、訂正のために流通センタのオペレータ107に注意を促す。同様に、試験及び較正システムは、UAV102上にロードされた積載物が、現在の任務のための正しい積載物であることを検証する。最後に、試験及び較正システムはまた、UAV102の操縦翼及び他の可動構成要素を試験して、これらの構成要素が、任務計画部200及び飛行制御部201によって送信されたコマンドに期待通りに応答することを保証する。
UAV発射装置は、効率的かつ信頼性の高い様式でUAV102を発射するために使用される自動システムである。UAV発射装置及び試験及び較正システムは、単一のデバイスに組み合わされてもよい。
自動回収システムは、UAV102を回収するために使用される自動システムであり、UAVの胴体の摩耗及び損傷を最小限にする一方で、近傍の人間のオペレータに対するリスクも最小限に抑える様式である。自動回収システムは、図5及び図6と併せてより詳細に説明される。
UAVオペレーションシステム303は、配送センタオペレータ107が、短期間で多くの航空機を確実に発射及び回収することを可能にするように設計されている。
一旦、UAV102が発射されると、任務マネージャ305は、任務飛行中、航空機を監視し続ける。任務マネージャ305は、UAV102からステータス更新を受信し、これらのステータス更新は、任務マネージャ305が任務の進行を少なくとも断続的に追跡することを可能にする。任務マネージャ305は、UAV102のステータスに関する情報を、オペレータインターフェース312を介して配送センタオペレータ107に提示してもよい。例えば、接近する嵐など、任務の中断を必要とする一部のローカルイベントが存在する場合、任務マネージャ305又は配送センタオペレータ107のいずれか(又はその両方)が、オペレータインターフェース312を介して、UAV102に配送センタ101に戻るように指示するために、通信ステーション307を介してUAV102にコマンドを送信することができる。
グローバルサービス
グローバルサービス103は、インターネット又は別の通信プロトコルを介してアクセス可能な1つ以上のコンピュータサーバ上で実行されるソフトウェアサービスの集合である。例示的な一実施形態では、グローバルサービス103は、Amazon Web Serviceなどの第三者データセンタで仮想マシン上で実行されるソフトウェアモジュールである。
グローバルサービス103の1つの目的は、複数の配信センタ101、サービス要求者104及びUAV102を協調させ、サポートし、管理するためのグローバルインフラストラクチャを提供することである。しかしながら、いくつかの実施形態では、グローバルサービス103の機能性はローカルコンピュータサーバによって提供され、サーバは、UAV102、配送センタ101のローカルセット、及びサービス要求者104(場合によってはそれぞれの1つのみ)のローカルセットを供給することが考えられる。
1つ以上のグローバルシステムオペレータ106及び遠隔車両オペレータ108は、グローバルサービス103に接続し、完全に自動化することができない(又は一時的な人間の支援を必要とする)システムのために人間の介入を提供する。グローバルシステムオペレータ106及び遠隔車両オペレータ108は、典型的には、制御デバイスを介してグローバルサービス103に接続している。制御デバイスは、コンピュータワークステーション、パーソナルコンピュータ、タブレットデバイス、スマートフォン、又はグローバルサービス103とネットワークを介して通信することができる任意の他のコンピュータデバイスであってもよい。例えば、例示的な一実施形態では、グローバルシステムオペレータ106は、インターネット接続を有するラップトップコンピュータを使用して、インターネットにも接続されているコンピュータサーバ上で実行されるグローバルサービス103に接続する。
図4に示される例示的な実施形態では、グローバルサービス103は、複数の配送センタ101、UAV102及びサービス要求者104にサービスを提供するように構成されている。この実施形態では、グローバルサービス103は、大域的空中地図データベース400、大域的地形マップデータベース401、データマネージャ402、サービス要求ハンドラ403、グローバルロジスティックマネージャ404、航空管制システム405、システムインターフェースマネージャ406、及び遠隔車両マネージャ407を含む。
前述したように、大域的空中地図データベース400及び大域的地形マップデータベース401は、UAS100内の空中地図及び地形マップデータのグローバルレポジトリである。これらのデータベースのローカルバージョンの場合と同様に、これらのデータベースにおける情報は、UAS100の必要性に応じて様々な方法で表すことができる。これらのデータベースは、図示される実施形態では単一のユニットとして表されているが、実際には、データベースは、改善された読み出し速度、冗長性、及びエラー回復を提供するために、いくつかのミラー化されたデータ記憶を使用して実装されてもよい。
データマネージャ402は、グローバルデータベースへのデータ書き込み及びデータ読み出しを管理する。例えば、地域的空中地図データベース309及び地域的地形マップデータベース310に対する更新がグローバルサービス103に通信されると、データマネージャ402は、情報が適切なデータベースに記憶され、最新情報が常に利用可能であり、古い情報によって上書きされないことを保証する。データマネージャ402はまた、UAS100の外部から受信した情報を管理し、この情報をグローバルデータベースに統合する。例えば、第三者気象情報プロバイダ、航空機関、及び外部の航空管制官から受信した情報は、大域的空中地図データベース400に統合されてもよい。同様に、第三者のトポグラフィーデータ、地図画像、及び監視データは、大域的地形マップデータベースに統合されてもよい。
データマネージャ402は、各配送センタ101のローカルデータベースに送信された更新も管理する。一実施形態では、大域的空中地図データベース400及び大域的地形マップデータベース401が更新されると、データマネージャ402は、それらの更新が関連する領域を監視し、それらの更新の少なくとも一部を、関連領域内にある配送センタ101に送信する。別の実施形態では、特定の領域内の配送センタ101における任務マネージャ305は、その領域に関する情報をグローバルサービス103に定期的に要求し、そして、データマネージャ402は、グローバルデータベースからその領域に関連する情報のセットを決定し、その情報を、情報がローカルデータベースに組み込まれ得る配送センタ101に送信する。同様に、飛行中のUAV102は、グローバルサービス103からのその現在位置に関する情報を要求することができ、データマネージャ402は、UAV102の位置に基づいてUAV102に返送されるべき関連情報を同様に決定し得る。
サービス要求ハンドラ403は、グローバルサービス103によって受信されるサービス要求104によって送信されたサービス要求を管理する。サービス要求がグローバルサービス103によって受信されると、サービス要求ハンドラ403はグローバルロジスティックマネージャ404と通信して、サービス要求をローカルで処理するのに好適な配送センタ101を決定する。前述したように、配送センタ101の選択は、サービス要求内で指定された宛先地105の位置だけでなく、積載物、UAVの機能などの要求のロジスティック要件も考慮することができる。例えば、サービス要求は、要求を完了するために必要な積載物タイプを指定する情報を含んでもよく、配送センタ101は、様々な配送センタ101におけるその積載物タイプの利用可能性に基づいて選択されてもよい。
積載物タイプは、積載物のタイプに関連付けられた積載物識別子によって直接指定されてもよく、又は含意によって指定されてもよい。例えば、カメラ積載物は、サービス要求が宛先地105における画像データの要求である場合に、含意によって指定されてもよい。
いくつかの実施形態では、サービス要求ハンドラ403は、グローバルシステムオペレータ106からの入力を受け取り、サービス要求を満たすために使用される配送センタ101を決定する。
サービス要求を満たすための配送センタ101及びUAV102が識別され、確保されると、サービス要求ハンドラ403は、サービス要求が処理中であることをサービス要求者104に通知することができる。サービス要求ハンドラ403は、推定任務完了時間を推定しサービス要求者104に送信することが可能となる情報を、配送センタ101及び/又はUAV102から受信してもよい。
サービス要求ハンドラ403は、システムインターフェースマネージャ406を介してサービス要求者104と通信することができる。人間のサービス要求者104は、典型的には、携帯電話、タブレット、又はパーソナルコンピュータなどの何らかのリモートクライアントデバイスによって、サービス要求をグローバルサービス103に送信する。システムインターフェースマネージャ406は、クライアントデバイス上に表示されるように構成されたサービス要求者104によって操作されるクライアントデバイスに情報を送信することができる。例えば、一実施形態では、システムインターフェースマネージャ406はウェブサーバとして機能し、クライアントデバイスはウェブサーバに接続し、システムインターフェースマネージャ406からダウンロードされるウェブページを表示する。この例では、サービス要求者104は、表示されたウェブページを介してグローバルサービス103に情報を受信、送信することができる。別の実施形態では、システムインターフェースマネージャ406は、インターネット(表示状態転送、すなわち「REST」インターフェースなど)上にアプリケーションインターフェースを公開し、クライアントデバイス上で実行されているアプリケーションが、グローバルサービス103から受信した情報をサービス要求者104に表示し、サービス要求者104によって入力された情報をグローバルサービス103に返送するように構成されている。
サービス要求ハンドラ403はまた、UAV102がサービス要求を完了するための任務を遂行する経路を決定する際に、積極的な役割を果たすことができる。例えば、サービス要求ハンドラ403は、システムインターフェースマネージャ406を使用して、宛先地105の正確な場所をサービス要求者104に問い合わせることができ、サービス要求者104によって提供される情報は、サービス要求を満たす際にUAV102によって使用される飛行経路を改善するために使用されてもよい。
上述のグローバルサービス103の構造及び機能は、一実施例に基づいてモジュールに分割されているが、様々なモジュールの機能は、図4に示されている構成要素よりも多い又は少ない構成要素があるように、併合されるか、又は更に分割されてもよい。例えば、空中地図及び地形マップデータベースを単一のデータストアに併合することが可能である。示されるサービスのうちのいくつかは、例えば、UAS100の外部に移動させることができ、例えば、航空管制システム405及びグローバルロジスティックマネージャ404を、アプリケーションプログラミングインターフェース(Application Programming Interface、API)を介してアクセス可能な独立したサービスとしてUAS100の外部で動作させてもよい。構造のこれらの変更及び他の変更は、システムの全体的なアーキテクチャを変更しないものであり、そのような変更を伴うシステムは、開示したシステムと同じ又は同様の様式で動作することができる。
サービス要求ハンドラ403は、グローバルロジスティックマネージャ404を利用して、配送センタ101及びUAV102の選択に必要な情報を取得する。グローバルロジスティックマネージャ404は、各配送センタ101の各ローカルロジスティックシステム308内の在庫情報を追跡する。グローバルロジスティックマネージャ404は、任意の在庫アイテムの供給が、使い果たされた、いくつかの閾値量を下回っている、又はある閾値時間内で消耗すると予測されるとき、追加の在庫を地域の配送センタ101に積極的に送ってもよい。グローバルロジスティックマネージャ404はまた、配送センタ101で在庫不足の場合に、グローバルシステムオペレータ106に通知してもよい。グローバルシステムオペレータ106は、例えば、第三者の倉庫からアイテムを注文及び出荷するなど、新しい在庫アイテムを配送センタ101に送るために、UAS100の外部で行動をとることができる。
一実施形態では、グローバルロジスティックマネージャ404は、UAVの不足を有する第2の配送センタ101に、余分なUAVを有する第1の配送センタ101から、UAV102を再配置する。この実施形態では、グローバルロジスティックマネージャ404は、毎日、毎月、又は毎年のサービス要求パターンを監視して、ある期間にわたって各配送センタ101における推定UAV要件を決定してもよい。これらの推定UAV要件に基づいて、グローバルロジスティックマネージャ404は、1つの配送センタ101から別の配送センタ101へのUAVを事前に再配置することができる。UAV102の再配置は、第三者輸送機を使用して行われてもよく、又は再配置は、配送センタ101に要求を送信して、他の配送センタ101に設定した宛先地105を用いて、UAV102を発射することができる。最適化として、これらの再配置フライトは、サービス要求ボリュームが低い時間中、例えば、夜遅く又は休日中にスケジュールされてもよい。
航空管制システム405は、UAS100によって提供される領域内で飛行することが知られているUAV102及び航空機の追跡に関与する。航空管制システム405は、配送センタ101、飛行中のUAV102、及び第三者航空交通情報プロバイダから情報を受信する。航空管制システム405によって受信される情報は、UAS100の領域における航空機の既知の位置、並びにシステムに登録された飛行経路を含む。配送センタ101及び/又はUAV102は、任務のための飛行経路を、航空管制システム405に登録してもよい。また、航空管制システム405は、第三者によって操作されるUAV及び航空機を、それらの飛行経路を登録することを可能にし得る。
航空管制システム405は、任務飛行中のUAV102に、航空機及びUAVの位置に関するリアルタイム情報の更新を提供する。この情報を使用して、UAV102に搭載された任務計画部200は、他の航空機との衝突を回避するために、それらの飛行経路を修正してもよい。航空管制システム405は、全ての航空機運行のために、安全な空域を維持するために、UAS100の外部で動作するUAV及び他の航空機に同様の情報更新を提供してもよい。
また、航空管制システム405は、サービス要求ハンドラ403及びグローバルロジスティックマネージャ404にも情報を提供する。航空管制システム405からの情報は、サービス要求及びUAV102の再配置のための配送センタ101の選択に影響を与えるために使用されてもよい。例えば、サービス要求は、近傍の航空交通が過剰である配送センタ101から離れてルーティングされてもよく、UAV再位置は、航空交通がその最も高い期間を回避するようにタイミングが取られてもよい。
遠隔車両マネージャ407は、人間のオペレータの要求に応じて、UAV102などの自律的車両を提供する。任務の過程で、UAV102は、その任務計画部200又は飛行制御部201が理解することができない、又は安全に取り扱うことができない状況に遭遇し得る。例えば、都市環境内の自律的車両は、そのような複雑な設定における経路決定及び対象物回避を取り扱うために必要なルーティング及びビジョンシステムを有しない場合がある。したがって、UAV102などの自律的車両は、都市の外側の比較的単純かつ整然とした環境にある間は、そこに搭載されている任務計画部200及び飛行制御部201の制御下で飛行してもよいが、都市に入ると、その後、人的支援を要求することができる。
自動回収システム
図5Aは、自動回収システム500の一実施形態を示す。自動回収システム500は、航空機の飛行を停止し、自動化された様式で航空機を回収するように設計されており、停止時及び回収時の航空機への応力(それによる航空機の構成要素の摩耗及び損傷)を最小化するように設計されている。
図示された実施形態では、自動回収システム500は、2つの捕捉ポール513、捕捉ポールを支持する基部構造体510、ポール間に延びる捕捉ライン514、及び着陸パッド512を備える。自動回収システム500はまた、回収制御システムを備え、回収制御システムは、自動回収システム500(及び/又はその構成要素又はサブシステム)に物理的及び/又は動作可能に連結され得る。基部構造体510は、捕捉ポール513(又は任意の他の好適なライン支持機構)、要するに捕捉ライン514を、地上から任意の好適な高さで支持してもよい。例えば、基底構造体510は、地上からの捕捉ライン514の最も高い位置が約5〜200フィートであるようにサイズ決め及び構成されてもよいが、他の高さもまた可能である。
捕捉ポール513は、捕捉ラインを支持し得るライン支持機構の一例である。本明細書に記載されるように、他のライン支持機構は、プーリ、ローラー、滑車、はと目、又は捕捉ラインを支持し、捕捉窓を通して捕捉ラインを移動させることができる他の機構を含んでもよい。垂直捕捉窓を通って(又は任意の他の経路に沿って)捕捉ラインを移動させるために、ライン支持機構は基部構造体510に対して移動してもよい。例えば、ライン支持機構は、基部構造体510に回転可能に連結され、回転モータを介して回転されてもよい。(捕捉ポール513に関して本明細書に記載されるように、類似の回転機構が他のタイプのライン支持機構に使用され得るが)。他の実施例では、ライン支持機構は、直線的に(例えば、垂直経路に沿って上方及び下方に)、又は垂直構成要素を含む別の経路に沿って移動するように構成されてもよい。このような場合、ライン支持機構は、リニアアクチュエータ、リニアモータ、油圧、空気圧、又は任意の他の好適なアクチュエータシステム若しくはモータと共に移動されてもよい。
図5Bは、捕捉ポール513の近景を示す。各捕捉ポール513は、ベース支持構造体510に移動可能に連結され、図5Bに示される基部構造体510に対して捕捉ポール513を移動させる、ポール回転モータ516であるアクチュエータシステムに連結されている。回収制御システムは、捕捉ポール513を様々な位置へと回転させる、ポール回転モータ516(又は他の好適なアクチュエータシステム)にコマンドを発行することができ、これにより、本明細書に記載されるように捕捉ライン514を様々な位置に移動させる。アクチュエータシステム(例えば、ポール回転モータ516)は、捕捉ポール513(又は他の好適なライン支持機構)と同調して移動させるように構成されてもよい。例えば、捕捉ポール513は、捕捉ポール513の移動中でも、概ね平行な配置に維持されてもよい。他のタイプのライン支持機構が使用される場合、それらは、ライン支持機構の移動中であっても、地面に対して概ね同じ位置に維持され得る。
自動回収システム500はまた、航空機の回収中に捕捉ラインを伸長又は後退させるように構成された巻き取りシステム503を含む。巻き取りシステム503は、捕捉ラインが捕捉ライン巻き取りの周囲に巻かれたモータ駆動式捕捉ライン巻き取りを含んでもよい。例えば、図5A〜図5Cに示されるように、捕捉ライン514は、第1の捕捉ライン巻き取り515(図5C)から、捕捉ポール513に沿って捕捉ポールの先端まで上方に延び、他方の捕捉ポールの先端部まで広がり、その捕捉ポールに沿って別の捕捉ライン巻き取り515へと下方に入る。図5Cは、捕捉ラインモータ517に連結された捕捉ライン巻き取り515を示す巻き取りシステム503の一部の詳細図を示す。捕捉ライン巻き取り515は、捕捉ライン514を緩めるために捕捉ライン514を繰り出す、又は捕捉ライン514を捕捉ポール513にわたって締め付けるために巻き取ることができるように、捕捉ラインモータ517によっていずれかの方向に回転させることができる。回収制御システムは、捕捉ラインモータ517にコマンドを発行して、捕捉ライン514内に巻き取り又は繰り出しすることができる。巻き取りシステム503は、(例えば図5Aに示されるように)ライン支持機構のそれぞれに関連した1つの捕捉ライン巻き取り及び1つの捕捉ラインモータなどの複数の巻き取り及びモータ含むことができる。
図5Dは、捕捉ライン514及び捕捉ポール513の一実施形態を示す。この実施形態では、捕捉ライン514は、捕捉ポール513内に延びるラインチャネル581を通り、捕捉ライン巻き取り515から延びる。(図5C)この実施形態では、捕捉ポール513は、中空内部チャネル(管の全長又は部分長さを延在し得る)を有する中空の炭素繊維管であり、捕捉ライン514が通過し得る。別の実施形態では、捕捉ライン514は、捕捉ポール513の外側に(例えば、はと目、ガイド、プーリ、滑車などを介して)引き回すことができる。また、捕捉ポール513は、アルミニウム、鋼、ステンレス鋼、ポリマーなどの任意の好適な材料又は材料の組み合わせから形成されてもよい。
図5Eは、一実施形態による、自動回収システム500の構成要素がどのように協働して航空機を回収するかを示す。この実施形態では、捕捉ポール513は、UAV102の尾部フック216(又は他の係合部材)が捕捉ライン514と係合(又はフック)することができる捕捉ライン514の高さの位置へと、基部支持構造体510を中心に回転する。
図5Fは、UAV102が捕捉ラインによってどのように引っ掛かり、UAV102の飛行を停止するかを示す、一連の画像を示す。このシーケンスでは、t0は、UAV102が、捕捉ポール513間に向かう経路で、自動回収システム500に接近していることを示す。捕捉ライン514は、捕捉ライン514が捕捉ポール513間でほぼ直線に張るように、捕捉ライン巻き取り515の周りにきつく引き込まれる。t1で、UAV102は今や捕捉ポール513の間にあり、UAVの尾部フック216は、捕捉ライン514と交差するように、航空機の下方に張られている。t2では、尾部フック216は捕捉ライン514と接触している。t3では、捕捉ラインモータ517を作動させることによって、制御された様式で、捕捉ライン514が、捕捉ライン巻き取り515から繰り出される。UAV102は、尾部フック216を介して捕捉ライン514に引っ掛けられているため、捕捉ライン514の繰り出しは、それを急かつ不快な停止の代わりに、制御された様式で航空機を減速させる。これにより、航空機への力が最小限に抑えられ、それによって、それに対する応力が低減される。
UAV102は捕捉ライン514によって停止されると、それは着陸パッド512上に垂直に落下する。図5Gは、1つの構成による着陸パッド512を示す。UAV102が停止されると、航空機が着陸パッド上で休止できるように、捕捉ライン514が十分に繰り出しされる。この実施形態では、着陸パッド512は膨張式マットであるが、別の実施形態では、着陸パッドは、例えば、発泡体、わら、ゴムなどの任意の衝撃吸収性材料であってもよい。
図5Hは、基部構造体510が、システムの他の構成要素を支持するのに十分な大きさである自動回収システム500の代替的な実施形態を示す。この実施形態では、UAV102が回収される地面に近接して降下する必要がないように、着陸パッド512及び捕捉ポール513は地表面の上方に上がっている。これにより、UAV102の飛行軌道を、地上の人間及び建造物から可能な限り遠くに維持することによって、システム全体の安全性を改善する。
捕捉ポール513の各側に1つずつある、図5Hに示される二重着陸パッド512により、システムは、システムのいずれの側の軌道で飛んでくる航空機も回収することができる。代替的な実施形態では、捕捉ポール513は回転可能な基部上に配置され、単一で円形の着陸パッドがその基部の全ての側面を取り囲むように配置され、その結果、捕捉ポール513を回転させて、航空機の進入軌道を捕らえることによって、任意の方向で回収することができる。
図6Aは、自動回収システム500を使用して航空機を回収する方法の一実施形態を示す。一実施形態では、図示された方法は、回収制御システムによって指揮されてもよい。回収制御システムは、配送センタ管理システム304、自動回収システム500への通信リンクを有する別個のコンピュータ制御システム、又は物理的に自動回収システム500それ自体の一部であるコンピュータ制御システム内で実行されるソフトウェアモジュールであってもよい。
UAV102の回収は、UAS100によって(配送センタ101でオペレータによって)開始されてもよく、又はUAV102が、配送センタ101に接近し、任務マネージャ305へ回収要求の通信を送信することによって回収を開始してもよい。
一実施形態では、UAV102が回収される準備が整った時点で、UAV102は、その尾部フック216が捕捉ライン514と交差するように、地面に対して十分に低くなる飛行軌道に入る。この軌道は、「回収軌道」と呼ばれる。図6Aのプロセスは、UAV102がその回収軌道になった時点で使用される。
自動回収システム500のプロセスの第1のステップは、到着するUAV102に対する予測される軌道の詳細を決定することである(600)。具体的には、回収制御システムは、航空機が捕捉ポール513の間を飛行するときに、尾部フック216がどこにあるかを推定する必要がある。
予測軌跡は、航空機の位置及び速度に基づいて決定することができる。航空機の加速度、周囲の風、及び他の要因もまた、より正確な軌道を決定するために使用されてもよいが、そのような精度は全ての場合には必要とされない場合がある。UAV102の位置、速度、及び加速度は、いくつかの方法で決定することができる。第1に、UAV102は、それ自体の飛行制御部201及びセンサシステム202を使用して、それ自体の位置、速度、及び加速度を判定することができ、この情報をその通信システム203を使用して送信することができる。この送信された情報は、回収制御システムによって直接受信されてもよく、又は通信ステーション307によって受信されてもよく、この通信ステーション307は、次に情報を回収制御システムに通信することができる。次いで、回収制御システムは、この情報を使用してUAV102の軌道を決定することができる。
代替的な実施形態では、飛行制御部201は、UAV102の軌道を直接決定することができ、回収制御システムが使用する軌道情報を直接送信してもよい。これは、自動回収システム500へのそれ自体の接近を計画するために、UAV102が既にこの軌道情報を決定しているようないくつかのケースでは、一番シンプルな解決策となる可能性がある。
別の実施形態では、配送センタ管理システム304のセンサステーション306を、飛行中UAV102を追跡するために使用することができ、また航空機の位置、速度、及び加速度を判定するために使用することができる。更に別の実施形態では、自動回収システム500自体に付随する特別なセンサを使用して、地上での航空機の位置及び速度の高精度な推定値を提供することができる(例えば、ライダー、レーダー、又はカメラベースのビジョンシステムを使用できる)。次いで、これらの地上推定値を使用して、UAV102の予測された軌道を判定することができる。
ひとたび航空機軌道が決定されると(600)、回収制御システムは、回収中にUAV102の尾部フック216が捕捉ライン514と交差するように必要な回収ポール位置を決定する(601)。
捕捉ライン514と交差するために尾部フック216に必要とされる回収ポール位置は、予測される軌道が捕捉ポール513間を横切る予測される航空機の高度に基づいて決定される。回収ポール位置は、捕捉ポール513が回転しなければならない位置であり、捕捉ライン514は、航空機の捕捉のための正しい高さになる。自動回収システム500が、回収ポールの回転位置を決定する代わりに、ポール以外のライン支持機構を使用する場合、システム500は、使用される特定のライン支持機構に適合された異なる位置を決定してもよい。例えば、ライン支持機構が、リニアアクチュエータ又はリニアモータに取り付けられたプーリ又は他のガイドである場合、システム500は、ライン支持機構の目標高さを決定してもよい。
この回収ポール位置(又は他の目標位置)が決定されると(601)、捕捉ポール513(又は他のライン支持機構)が、条件の検出時にそれらの位置へと移動される(602)。場合によっては、予測される航空機軌道に基づいて条件を決定することができる。例えば、回収システム500は、UAV102の予測軌道に基づいて、捕捉ラインで尾部フックをうまく捕捉するために、捕捉ポール513(又は他のライン支持機構)が、目標時間に目標位置に到達するために動き始めるべき時間である「運動開始時間」を決定してもよい。回収システム500にアクチュエータシステムを作動させて捕捉ポール513をそれらの目標位置に移動させる条件は、「運動開始時間」に到達したとの判定であり得る。場合によっては、回収システム500にアクチュエータシステムを起動させて捕捉ポール513をそれらの目標位置に移動させる条件は、UAV102が、捕捉ライン513を目標位置に移動すべきである、回収システム500に対する場所にあることを示す、UAV102からの信号(例えば、「運動開始」コマンド)を検出することである。
回収制御システムは、回転コマンドをポール回転モータ516に送ることによって、又は任意の他の好適なアクチュエータ若しくはモータシステムに目標位置コマンドを送信することによって、捕捉ポール513(又は他の好適なライン支持機構)の移動を達成する(602)。捕捉ポール513は、ポール端部まで回転され、そこで捕捉ライン514が張られ、UAV102の尾部フック216が引っ掛けられることができる高さになる。
しかしながら、所定の回収ポール位置は、予測される軌道にUAV102が到着するときに静的に維持されなくてもよい。風及び他の条件により、UAV102はその予測された軌道からそれる可能性がある。UAV102の高さが変化するにつれて、捕捉ポール513(又は他のライン支持機構)は、上昇又は下降する必要があり得る。これは、まず、航空機軌道が変化したかどうかを判定し(603)、変化した場合、次に回収ポール位置を再び決定し(601)、必要に応じて捕捉ポール513を移動させることによって達成される(602)。
航空機が回収された場合、プロセスは終了することができる。航空機がまだ回収されていない場合、プロセスは、航空機の軌道が変化したかを判定し(603)、必要に応じて捕捉ポール513を移動させる(602)。
航空機軌道が変化していない場合、回収制御システムは、航空機尾部フック216が捕捉ライン514を引っ掛けたかどうかを判定する(604)。これは、ライン上の張力(例えば、力)を測定する捕捉ライン514に取り付けられたセンサを照会することにより、回収制御システムによって判定することができる。ライン張力が急激に増加して持続する場合、システムは、航空機が引っ掛けられたと判断する。一実施形態では、捕捉ラインモータ517は、捕捉ライン巻き取り515を回転させるだけでなく、捕捉ライン514内の張力が増加するにつれて捕捉ライン巻き取り515が回転に抵抗するので、捕捉ライン514上の張力も測定することができる。
回収システムが、捕捉ライン514が航空機の尾部フック216によって引っ掛けられていると回収システムが判定した場合(604)、捕捉ライン514に一定の張力を維持するように捕捉ラインモータ517に命令して捕捉ライン514上の一定の張力を維持するか、又は捕捉ライン514上の張力がある閾値を超えないようにすることができる。ライン上で一定の張力を維持することにより、UAV102が均一な様式で減速されることを確実にし、したがって、回収中の航空機にかかる力を最小限に抑える。ライン張力が閾値を超えることを防止することは、UAV102が許容量を超える減速力を受けないことを確実にする方法である。
捕捉ライン514の張力は、予測される軌道上のUAVの速度に基づいて、捕捉ラインモータ517によって調節され得る。所与の航空機の速度及び重量に対して、捕捉ライン張力が低いほど、UAV102が捕捉ラインを引っ掛けた後停止するまで、より長くかかる。ライン上の張力が高いほど、UAV102はより早く停止する。
航空機をより長い時間をかけて停止させることは、航空機が受ける力を低減するが、高張力時より低張力時のほうが、より多くのラインを繰り出さなければならないため、より長い着陸パッドを必要とする。着陸パッドは固定サイズであるため、進入する航空機がより速く、及び/又はより重い場合には、航空機がなお着陸パッド上に停止すように、ライン張力を増加させてもよい。同様に、より遅い及び/又はより軽い航空機を、より低いライン張力で回収することができる。
同様の回収装置を使用し、代替的なプロセスを使用して、航空機を回収することもできる。このプロセスでは、航空機が捕捉ポール513を引っ掛ける瞬間に安定して保持する代わりに、捕捉ライン514が円弧状に動くようにポールが急速に回転し、運動中に尾部フック216と接触する。この方法の利点は、尾部フック216の位置に不確実性が存在する場合、捕捉ライン514の移動は、少なくとも何らかの動きの経路において、ラインがフックと接触することを確実にすることである。
図6Bは概念を示す。ここで、UAV102の位置の不確実性は、2つの航空機の表現、102a及び102bによって示される。この実施形態では、不確実性は、4mの捕捉窓として表され、その中に航空機の本当の位置が存在する。航空機が捕捉ラインの軌道と交差するとき、それは、捕捉窓内のどこかにある可能性があり、捕捉ラインの軌道は、実際に航空機がどこにあるかにかかわらず、尾部フックと接触するようなものでなければならない。
捕捉ライン軌道の側面プロファイルを610に示す。これは、回収プロセス中の捕捉ライン514の運動経路の側面図である。この図では捕捉ポール513は、円弧の7時の位置で開始し、6時の位置を超えて回転し、次いで、5時から1時の位置までの円弧で捕捉窓を通って掃引する。
611は、斜視図における同じ運動の3次元図を示す。捕捉ライン514が急速に移動するので、航空機が窓の底部と窓の頂部との間を通過する限り、尾部フック216は、ラインによって引っ掛けられる。捕捉ポールの回転の速度は、UAV102の尾部が捕捉窓を通過するために要する時間内に、捕捉ライン514が、窓の底部と窓の頂部との間の経路全体を通過するような速度である。したがって、UAV102が捕捉窓を通過する際のUAV102の実際の位置にかかわらず、捕捉ライン514は、その軌道内の一部の点で尾部フック216と交差することになる。
図6Cは、自動回収システム500を使用してこの様式で航空機を回収するための方法の一実施形態を示す。この方法では、まず、図6Aで説明したものと同様の様式で、予測される航空機軌道を最初に決定する(620)。航空機の軌道が決定されると、回収制御システムは、航空機の尾部フックが捕捉窓といつ交差するか予測を決定する(621)。捕捉窓は、ライン支持機構(ここでは捕捉ポール513)が移動されるときにUAV102によって交差され得る捕捉ラインの軌道の部分である。図示される実施形態では、捕捉ラインの運動経路は、空間におけるラインの動きによって画定される3次元の円弧である。航空機の速度、加速度、及び位置を使用することにより、将来の様々な時点での航空機の動き及びその予測位置を決定することができ、これは、尾部フック216が捕捉窓と交差するように理想的に配置される時間を決定するために使用することができる。
次いで、回収制御システムは、捕捉ライン514が尾部フック216と交差するような最適な運動開始時間を決定する(622)。尾部フック216と捕捉ライン514とが交差する可能性が最大であるときの捕捉ポール運動を開始する時間が、最適な時間である。
回収制御システムは、予測された軌道を飛行するときに、引き続き航空機を監視し、軌道が変化したと判断した場合(623)、航空機が捕捉窓と交差するときの予測を再び決定する(621)。軌道が変化しない場合、回収制御システムは、ポール回転モータ516にコマンドを送信して、捕捉ポール513を正確な運動開始時間に移動させ(625)、これによって捕捉ポール513を急速に一緒に回転させ、捕捉ライン514を捕捉窓を通って移動させる。
この移動により、捕捉ライン514は、尾部フック216を引っ掛けることになり、プロセスの残りは図6Aに記載されるプロセスと同様である。すなわち、捕捉ライン514は、ライン張力を維持するために繰り出しされ、航空機は着陸パッド上に停止するなどである。
場合によっては、航空機が着陸パッド(例えば、図5Aの着陸パッド512)上に停止することを可能にする代わりに、回収システム500は、航空機を捕捉ライン514に吊り下げながら、下向きにスイングし、地面の上方で休止させることを可能にする。そのような場合、航空機が落下した時地面に衝突しないように、回収制御システムは、巻き取りシステム503に捕捉ライン514を後退させてもよい(捕捉ライン514が繰り出し又は伸長されて、航空機の前方移動を止めた後)。更に、航空機(捕捉ライン514とまだ係合されているか、又は引っ掛けられている)が地面方向に落下するとき、回収制御システムは、アクチュエータシステムに、ライン支持機構を移動させてもよい。このようにして、巻き取りシステム503、捕捉ライン514及びライン支持機構(例えば、捕捉ポール513)は、航空機が地面の上に吊り下げられ休止するまで、円弧に沿ってガイドするように協働する。ひとたび航空機が休止すると、オペレータは、捕捉ライン514から航空機を手動で取り外すことができる(場合により、巻き取りシステム503が、地面から3フィート離れるなど、地面から適切な距離だけ離れた位置に航空機を位置決めするために、捕捉ライン514を更に伸長又は払い出した後)。
図7は、上述のように、UAV102が着陸パッドなしでどのように回収され得るかを示す一連の画像を示す。図7に示される回収システムは、捕捉ポール513が、図5A〜図5Hに示される例示的なシステムよりも、地面の上で更に上がっているシステムに対応し得る。このシステムは、捕捉ポール513を最終的に支持する支持構造体の2つの支持部材の間にUAV102が休止することを可能にするために、回収システム下により大きなクリアランスを可能にし得る。
このシーケンスでは、t0は、UAV102が、捕捉ポール513間に向かう経路で自動回収システム500に接近していることを示す。捕捉ライン514は、捕捉ライン514が捕捉ポール513間でほぼ直線に張るように、捕捉ライン巻き取りの周りにきつく引き込まれる。t1において、尾部フック216は捕捉ライン514と接触し、捕捉ライン514が繰り出しされているのでUAV102は減速し始める。UAV102は、尾部フック216を介して捕捉ライン514に引っ掛けられているため、捕捉ライン514の繰り出しは、それを急かつ不快な停止の代わりに、制御された様式で航空機を減速させる。これにより、航空機への力が最小限に抑えられ、それによって、それに対する応力が低減される。
t2において、捕捉ライン514によってUAV102に付与される力と尾部フックを整列させ、UAV102への望ましくない回転(例えばピッチング)力を低減するために、制御された様式で捕捉ラインモータ517を作動させることにより、捕捉ライン514が、捕捉ライン巻き取りから繰り出され、捕捉ポール513を下方に回転させてもよい。
t3において、UAV102は、弧に沿って落下し、捕捉ライン514によって誘導され、地面の上方の停止状態に達し、捕捉ライン514によって懸架されている。上述のように、UAV102が地面に衝突又は打ち付けられないことを保証するために、UAV102が制御された弧に沿って落下するとき、捕捉ライン514は、特定の繰り出し長さに繰り出されていてもよい。
前述の説明は、説明の目的で、記載された実施形態の完全な理解を提供するために特定の用語を使用した。しかしながら、記載された実施形態を実施するために、具体的な詳細が必要とされないことは当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に記載される特定の実施形態の前述の説明は、説明及び説明の目的のために提示される。これらは、網羅的であるか、又は開示される正確な形態に実施形態を限定することを目的としていない。上記の教示に鑑みて、多くの修正及び変形が可能であることが当業者には明らかであろう。例えば、本明細書に開示される方法又はプロセスは、特定の順序で実行される特定の動作を参照して説明及び示されてきたが、これらの動作は、本開示の教示から逸脱することなく、同等の方法又はプロセスを形成するために組み合わせる、細分化、又は再順序付けされてもよい。また、一実施形態に関して本明細書に記載される構造、特徴、構成要素、材料、工程、プロセスなどは、その実施形態から省略されてもよく、又は他の実施形態に組み込まれてもよい。