JP7478474B2 - 吊荷安定システム及び方法 - Google Patents

Description

本開示は吊荷を制御するための改善されたシステム及び方法に関する。

この出願は、２０１８年２月８日に出願され、Ｄｅｒｅｋ Ｓｉｋｏｒａ及びＪｏｎａｔｈａｎ Ｃｈｕｎｇを発明者とする「ＳＵＳＰＥＮＤＥＤ ＬＯＡＤ ＳＴＡＢＩＬＩＴＹ ＳＹＳＴＥＭ ＴＨＲＯＵＧＨ ＳＥＬＦ ＰＯＷＥＲＥＤ ＡＵＴＯＭＡＴＥＤ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＤＵＣＴ ＦＡＮ ＣＯＮＴＲＯＬ」と題する、米国特許仮出願第６２／６２７，９２０号、及び２０１８年１１月８日に出願され、Ｃａｌｅｂ Ｃａｒｒ、Ｄｅｒｅｋ Ｓｉｋｏｒａ、及びＬｏｇａｎ Ｇｏｏｄｒｉｃｈを発明者とする「ＬＯＡＤ ＳＴＡＢＩＬＩＴＹ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＳＵＳＰＥＮＤＥＤ ＬＯＡＤ ＣＨＡＯＴＩＣ ＭＯＴＩＯＮ」と題する、米国特許仮出願第６２／７５７，４１４号、の優先権を主張する。上記の出願は、全ての目的のために、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。本出願の一部を形成する本明細書に出願されたアプリケーションデータシート、及び参照する全ての優先文書は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

救助ヘリコプタは、海上又は陸上の負傷又は隔離された患者への迅速なアクセスを可能にする。多くの場合、患者は負傷しているか、又は地元若しくは連邦当局が高価なヘリコプタの巻き上げ動作の使用を許可することを保証する医療緊急性を有している。

しかしながら、これらの動作中に、巻き上げ機は風やその他の外的要因の影響を受け、救助用巻き上げ機がスピンしたり前後に揺動したりする。この揺動はミッションを複雑にし、医療ケアの遅延を引き起こし、救助者及び被救助者の両方の死亡をもたらす。

現代のヘリコプタの巻き上げ、救助、及びスリング積荷動作では、手元の動作、更に重要なことには関係者を危険にさらす、吊り下げられた人又は機器の不安定で危険な運動が存在することが多い。観察された運動は、ヒンジ旋回点を中心とした回転による、横方向又は円錐形の振り子と同等である。巻き上げシステムの操作性の重要な問題、すなわち吊りケーブル運動の信頼性の高い安定性は、未解決のままである。制御されていないケーブルの運動は、生命の危険があり、ミッションの成功を危険なものとし、環境要素によってはミッションの機会を犠牲にし、動作コストを大幅に増加させる。

本発明に係る吊荷安定システム装置は、上方からケーブルを介して吊り下げられた吊荷を安定化するための吊荷安定システム装置であって、前記吊荷安定システム装置が、ケーブル取り付け点、吊荷取り付け点、前記ケーブル取り付け点と前記吊荷取り付け点との間の引張構造要素、及び前記引張構造要素に接続された推進器装着構造体を含む、センターモジュールと、電源と、慣性測定システム、配向測定システム、及び絶対位置測定システムを含む、センサアレイと、無線送受信機と、推進器コントローラと、前記推進器装着構造体に接続され、かつ前記推進器コントローラによって制御される、２つ以上の推進器と、前記センサアレイ、前記無線送受信機、及び前記推進器コントローラに動作可能に接続されたプロセッサと、を備え、
前記プロセッサが、
前記センサアレイに基づいて、前記吊荷の運動を判定し、
前記推進器を制御することによって、前記吊荷安定システム装置をある方向に配向するために推力を適用し、前記方向に沿って推力を適用して、前記吊荷の前記運動を相殺するように構成されていることを特徴とする。

本発明に係る方法は、前記積荷安定システム装置の下の吊荷の揺動を相殺するために、ケーブルによって吊り下げられた自律積荷安定システム装置によって実行される方法であって、前記積荷安定システム装置が、電源と、センサアレイと、無線送受信機と、プロセッサと、２つ以上の推進器と、を含み、前記方法が、
起動信号を受信することと、
前記センサアレイにより、前記積荷安定システム装置の位置、配向、及び移動を説明する情報を取得することと、
前記積荷安定システム装置の標的場所を特定することと、
前記プロセッサによって、前記積荷安定システム装置の位置、配向、及び移動を説明する情報に基づいて、前記積荷安定システム装置を特定された前記標的場所に移動させる推力適用ベクトルを判定することと、
前記２つ以上の推進器のうちの少なくとも１つを回転させて、前記推力適用ベクトルと位置合わせすることと、
前記推力適用ベクトルと位置合わせされた前記２つ以上の推進器のうちの前記少なくとも１つにより、推力を適用して、前記積荷の前記揺動を相殺することと、を含むことを特徴とする。

ヘリコプタから吊り下げられ、吊荷安定システム（load stability system、「ＬＳＳ」）によって安定化された揺動積荷を概略的に示す。 一実施形態に係る、ボックス様ハウジングを有する吊荷安定システムの等角図を示す。 一実施形態に係る、六角形のセンターモジュール及び２つの推進アームを含む吊荷安定システムの正面図を示す。 一実施形態に係る構造的特徴を示す、吊荷安定システムの切欠き斜視図を示す。 一実施形態に係る、空気力学的ハウジングを含む吊荷安定システムの斜視図、正面図、及び側面図を示す。 一実施形態に係る、空気力学的ハウジングを含む吊荷安定システムの斜視図、正面図、及び側面図を示す。 一実施形態に係る、空気力学的ハウジングを含む吊荷安定システムの斜視図、正面図、及び側面図を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの中央構造部材を示す。 一実施形態に係る、積荷を取り付けるために中央構造部材に接続する、２つの代替スリーブを示す。 一実施形態に係る、積荷を取り付けるための２つの代替スリーブのそれぞれに取り付けられた中央構造部材を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの構造フレームワークの斜視図を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの構造フレームワークに装着された構成要素の斜視図を示す。 一実施形態に係る、構造フレームワークに装着された吊荷安定システムの構成要素の斜視図を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの代替のセンターモジュール設計の斜視図を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの別の代替的なセンターモジュール設計の正面図を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムで使用するように構成された推進器の斜視図を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの２推進器推進アームの斜視図を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの２推進器推進アームの支持部材の斜視図を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの別の２推進器推進アームの等角図を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの構造フレームワークに装着された推進器の斜視図を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの構造フレームワークに装着された推進器の正面図を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの構造フレームワークに装着された推進器の側面図を示す。 一実施形態に係る、空気力学的ハウジング上に装着されたセンサを含む吊荷安定システムの斜視図を示す。 一実施形態に係る、遠隔インターフェースを含む吊荷安定システムの動作構成要素を概略的に示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの遠隔位置ユニット又は標的ノードの斜視図を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの充電ステーションの斜視図を示す。 一実施形態に係る、複数のモード又はコマンド状態を含む吊荷安定システムの動作ルーチンを示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの決定及び制御ルーチンを示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの外部状態インジケータライトを有する頂部ケーブルリングの斜視図を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムの状態インジケータライトの上面図を示す。 一実施形態に係る、吊荷安定システムのための制御インターフェースのスクリーンショットを示す。 揺動積荷の運動及び吊荷安定システムによって安定化された積荷の運動をプロットしたグラフを示す。

揺動積荷の挙動を制御するための一般的なアプローチは、エアフレームに対策物を設置するか、又はエアフレーム自体を操作することである。スカイクレーン（Sky Crane）などのいくつかのエアフレームは、積荷の揺れを軽減するために、キャビンの下に設置されたレールシステムを有する。最も提案されているアプローチは、航空機の安定性増強システム上に自動化された対策アルゴリズムを設置することを伴う。実際に、引き抜き中にヘリコプタ内に残っている乗務員は、ケーブルをキャビンから押したり引いたりしてケーブルを操作しようとするが、その効果は限定的である。これらの対策は全て不十分であることが証明されている。

様々な実施形態では、本明細書で更に説明されるように、自律的な無人吊荷安定性制御システムによりこの問題に対処する。本開示の積荷安定システム（「ＬＳＳ」）は、積荷の場所又はその付近で高性能電気ダクト付きファン（electric ducted fan、「ＥＤＦ」）などの推進器からの反力を及ぼすことによって、吊荷運動を相殺する。この結果、ＬＳＳは、吊荷安定性の責任から操縦士と乗組員を完全に解放することにより、ミッションの安全性を高める。更に、このような動作の性能エンベロープは、ＬＳＳの能力を統合して、航空機の運動とは別の積荷場所を動的に制御することによって増大される。

積荷安定システムは、吊荷の運動を、自己動力式の自動化された取り外し可能なシステムを介して、巻き上げシステム（すなわち、ヘリコプタ）と外部積荷の間のケーブル自体を制御する。システムは、積荷が吊り下げられるプラットフォーム（例えば、ヘリコプタ「自船」の特性）に依存せず(agnostic）、積荷を安定化させるのに必要な飛行力学を独立して決定することになる。これにより、航空機の種類にかかわらず、システムの広範な採用が可能になり、コストを低下させ、ソリューションリスクを軽減することが可能となる。

積荷安定システムは、ヘリコプタ探索及び救助（search and rescue、「ＳＡＲ」）及びスリング積荷動作、森林火災ヘリコプタ、石油リグのクレーン動作、海軍支援船、建設ベースのスリング積荷動作、深海掘削アプリケーション、宇宙船制御、及び民間消防に利益をもたらし得る。

ここで、図に示すような実施形態の説明を詳細に参照する。実施形態は図面及び関連する説明に関連して説明されているが、本明細書に開示される実施形態に範囲を限定する意図はない。逆に、その意図は、全ての代替物、修正、及び等価物を網羅することである。代替実施形態では、本明細書に開示される実施形態に範囲を限定することなく、追加のデバイス、又は例示されるデバイスの組み合わせを追加するか、又は組み合わせてもよい。例えば、以下に記載される実施形態は、主に、ヘリコプタのスリング積荷又は探索及び救助動作の文脈において主に説明されている。しかしながら、これらの実施形態は例示的な実施例であり、開示された技術を任意の特定のアプリケーション又はプラットフォームに限定するものではない。

「一実施形態では」、「様々な実施形態では」、「いくつかの実施形態では」などの語句は繰り返し使用される。このような語句は、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。用語「備える（comprising）」、「有する（having）」、及び「含む（including）」という用語は同義である。本明細書及び添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、内容がそうでない旨を明確に指示しない限り、複数の指示対象を含む。用語「又は」は、内容がそうでないことを明確に指示しない限り、「及び／又は」を含む意味で使用されることにも留意されたい。

図１は、ヘリコプタ１４０から吊り下げられ、吊荷安定システム（「ＬＳＳ」）１１０によって安定化された揺動積荷を概略的に示す。ヘリコプタ「自船」プラットフォーム１４０は、ポイント１３０からケーブル１２０上の人を吊り下げる。ＬＳＳ１１０を伴わずに、ケーブル及び吊り下げられた人は、横方向及び／又は円錐運動で揺動１５０しやすい。ＬＳＳ１１０の激しい揺動は相殺され、排除され、その結果、その人は所望の対象点又は対象場所１６０に送達され得る。

ＬＳＳは、様々なフォームファクタをとることができる。図１、図２Ａ～図２Ｂ、図３、及び図４Ａ～図４Ｃは、いくつかの異なる配置及びハウジング設計を示す。図示されたシステムはそれぞれ、２対の一方向推進器を採用する。他の実施形態では、積荷安定システムは、異なる数又は構成で双方向推進器を使用することができる。しかしながら、例示的な実施形態を説明するために、そのような実施態様を示す必要はない。

図２Ａは、一実施形態に係る、ボックス様ハウジング２１０を有する吊荷安定システムの等角図２００を示す。システム２１０は、箱状のエンクロージャ内に完全に囲まれており、推進器、ケーブル、及び積荷アタッチメント、並びに充電ノードのみの開放アクセスを可能にする。システム２１０の矩形ハウジングは、特に空気力学的ではないが、他の設計よりも大きい立方容積を収容し保護することができる。より大きく有用な内部容積は、より大きなエネルギー容量（例えば、より多くの電池又は他の電源手段）を可能にし、システム２１０が、再充電又は燃料補給の前に、より強力な推進器及び／又はより長い動作能力を提供することを可能にする。

図２Ｂは、一実施形態に係る、六角形のセンターモジュール及び２つの推進アームを含む吊荷安定システム２６０の正面図２５０を示す。システム２６０は、図２Ａのシステム２１０と比較して、改善された空気力学的プロファイルを提供する。システム２６０はまた、２つの推進アームが取り外し可能とすることができ、それによって、よりコンパクトな格納又は収納、及びより容易なメンテナンスを提供する。以下の図１１Ｂは、その推進アームが取り外されたシステム２６０を示し、図１２Ｂ～図１２Ｃは、取り外し可能な推進アームを示す。

図３は、一実施形態に係る構造的特徴を示す、吊荷安定システム３１０の切欠き斜視図３００を示す。システム３１０は、内部骨格及び外部シェルから構成される。外部シェルは、内部骨格を取り囲む炭素繊維のような軽量材料である。骨格は、軽量の機械加工合金で構成される。図３００の切欠き又は透明なハウジングは、様々な内部構成要素及び構造要素を示す。構造要素は、水平構造ボックス梁の上方及び下方の電気ダクト付きファン推進器を支持するＣ字形アームに接続する水平構造ボックス梁を含む。Ｃ字形アームの頂部は、図１４を参照して以下で論じられるものと同様の円形センサである。また、目立って見えるのは、電気ダクト付きファン推進器に電力を供給する電源ケーブルが取り付けられた暗い矩形形状の電池である。

様々な実施形態では、ＬＳＳは、オンボードと遠隔電力との組み合わせによって電力供給されてもよい。多くの環境において、ＬＳＳの全ての電力は、ボード上に収容され、外部電源又は送達手段の利用可能性に依存せずに完全に自律的な動作を可能にする。状況によっては、ヘリコプタやクレーンなど、ＬＳＳが吊り下げられているプラットフォームは、吊りケーブルをＬＳＳまで延在するラインを通ってＬＳＳに電力を供給することができる。いくつかの他の状況では、プラットフォームはＬＳＳに電力を提供することができ、この電力は、断続的に使用するために、ボード上のより小さい電力又は予備電力を運ぶ。

図４Ａ～図４Ｃは、一実施形態に係る、空気力学的ハウジング４２０を含む吊荷安定システム４１０の斜視図、正面図、及び側面図を示す。図４Ａは斜視図４００を示し、図４Ｂは正面図４５０を示し、図４Ｃは側面図４７５を示す。

ハウジング４２０は、金属、プラスチック、ガラス繊維強化プラスチック、又は炭素繊維などの任意の好適な材料で形成されてもよい。図示したハウジング４２０のスリムかつ及び空気力学的プロファイルは、最小の耐風性、短い中央梁長、推進器の改善された効率、障害物から保護又は迂回するのに十分な突起、及びＬＳＳのメンテナンスのための容易なアクセスを提供する。ハウジングは、封止されたハッチ又は１つ以上の取り外し可能なパネルを介してＬＳＳの内部空間へのアクセスを可能にし、メンテナンス及び検査を可能にする。

ＬＳＳ４１０の更なる特徴及び構成は、以下の図に記載されている。

図５の図５００は、一実施形態に係る吊荷安定システム４１０の中央構造部材５１０を示す。構造部材５１０は、積荷を支える主な引張梁として機能する。したがって、ＬＳＳによって安定化される積荷を支えるのに十分なケーブルが接続されているケーブルと同程度の強度で構築する必要がある。様々な実施形態において、主梁構造部材５１０は、必要とされる強度及び遭遇すると予想される積荷の種類に応じて、アルミニウム、鋼、又は炭素繊維強化プラスチックで構築されてもよい。例えば、炭素繊維は非等方性材料であり、引張積荷の上にあるため、スリング積荷は、軸外にあり得る急速な強力な衝撃を生成する場合があり、アルミニウム又は鋼は、その用途にとってより適切であろう。

構造部材５１０の頂部は、巻き上げリング５２０である。巻き上げリング５２０は、構造部材５１０の一部として完全な単一ユニットに機械加工することができ、又は構造部材５１０の頂部にボルト止めすることもできる。巻き上げリング５２０は、ＬＳＳの構造部材５１０が、積荷を吊り下げるための物体、例えばケーブル、ワイヤ、又はロープに取り付けられることを可能にする。例えば、巻き上げリング５２０は、クレーン、ブーム、ヘリコプタ、又は他の持ち上げ装置からの巻き上げストラップ又はケーブルの端部に引っ掛けられてもよい。いくつかの実施形態では、巻き上げリングは、フック又は他の取り付け機構であることが適切である。

回転軸受５３０は、巻き上げリング５２０が積荷下で自由にスピンすることを可能にする。軸受５３０は、例えば、玉軸受インターフェースを含んでもよい。巻き上げリング５２０上の回転軸受５３０は、ＬＳＳ及び外部積荷からの巻き上げケーブルの捻れ又は巻き上げから回転エネルギーを切り離す。これにより、ＬＳＳは、ケーブル内の任意の捻れによって影響を受けることなく、持ち上げ用ケーブルの下を回転させることが可能になり、その結果、ＬＳＳは、積荷を安定させるために必要な任意の方向に配向（例えば、配向を維持又は変更）することができる。これにより、ケーブルからの捻れモーメントが積荷に適用されることを低減する。

図示した実施形態では、構造部材５１０の底部には、図６Ａ～図６Ｂ及び図７Ａ～図７Ｂを参照して以下に示すように、１つ以上の異なるスリーブオプションを取り付けるためのボルト穴などの取り付け手段５４０が設けられている。

いくつかの実施形態では、ケーブルが引っ掛かる中央構造部材の代わりに、積荷安定システムは、ケーブルに又はケーブルの周りをラッチングするためのケーブル取り付け機構を提供する。例えば、積荷安定システムは、ケーブルを位置決めするための溝又はスロット、及びケーブルを保持又は締結するためのレバー機構を含むことができる。ケーブルの対向する側に力を加えることによって、積荷安定システムは、積荷の上のケーブルにしっかりと装着されることができる。いくつかの実施形態では、このようなクランプオンシステムは、硬質表面と反対側の圧力を提供し、圧力クランプを可能にするホイールを含む。いくつかの実施形態では、ホイールは、クランプされたときに回転することができ、システムがケーブルを上昇又は下降させることを可能にする。

ケーブルに沿った位置に積荷安定システムを取り付けるためのケーブル取り付け機構を有する実施形態では、ケーブルは積荷を直接支持し、ＬＳＳはケーブルの端部と積荷の頂部との間に装着されない。次いで、ＬＳＳは、ＬＳＳが積荷の重量を支えないように、ケーブル上で支持される。したがって、このようなケーブル取り付け機構を用いる実施形態は、積荷安定システム装置の中心を通る引張梁を必要としない。追加の回転可能な要素は、ケーブルに取り付けられた機構の周囲を回転させることなどによって、積荷安定システムがケーブルの周りを自由に回転することを可能にし得る。

クランプオンケーブル取り付け機構は、既存の動作巻き上げシステム及び外部積荷システムとの単純なインターフェースを提供し、積荷を吊り下げるために使用されるケーブルとの直接的な干渉を必要としない。

このようなケーブル取り付け機構の実施態様の詳細は、２０１８年２月８日に出願された「ＳＵＳＰＥＮＤＥＤ ＬＯＡＤ ＳＴＡＢＩＬＩＴＹ ＳＹＳＴＥＭ ＴＨＲＯＵＧＨ ＳＥＬＦ ＰＯＷＥＲＥＤ ＡＵＴＯＭＡＴＥＤ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＤＵＣＴ ＦＡＮ ＣＯＮＴＲＯＬ」という名称の米国特許仮出願第６２／６２７，９２０号に更に記載されており、これらは参照により本明細書に組み込まれる。

図に戻ると、図６Ａ～図６Ｂは、一実施形態に係る、積荷を取り付けるために中央構造部材５１０に接続する、２つの代替の主梁スリーブを示す。図６Ａは、積荷フック６３０及び４つの弓又はＤリング棚６４０を含む主梁スリーブ６１０の斜視図６００を示す。棚６４０はそれぞれ、主梁スリーブ６１０に固定された棚マウント６４５に装着されている。積荷フック６３０は、アダプタプレート６３５によって主梁スリーブ６１０に取り付けられる。積荷フック６３０は、自動（例えば、電子的に）制御された解放フック、又はボタン押しを伴う航空機又はクレーンケーブルのコクピットから遠隔制御可能な１つ以上の遠隔作動フックなどの自動フックであってもよい。１つ又は複数のフックは、枢動点を中心とした回転を可能にするか、又は吊り下げられた物体の回転を制限し得る。

図６Ｂは、積荷フック６３０及び４つの弓又はＤリング棚６４０を含む主梁スリーブ６６０の斜視図６５０を示す。主梁スリーブ６６０はまた、スリーブ６６０に溶接されるか、そうでなければ固定され、かつ棚マウント６４５が装着される４つの突出するＩ状梁６７０を含む。

図７Ａ～図７Ｂは、一実施形態に係る積荷を取り付けるための、２つの代替の主梁スリーブ６１０及び６６０のそれぞれに取り付けられた中央構造部材５１０の側面図７００及び７５０をそれぞれ示す。図７Ａ及び図７Ｂは、構造部材５１０の頂部にある回転軸受５３０に装着された巻き上げリング５２０、及び構造部材５１０の底部の積荷フック６３０を示す。図示した実施形態では、ＬＳＳ主梁は、積荷フック６３０によって積荷に接続される。様々な実施形態では、底部接続は、例えば現在の飛行動作で使用される底部巻き上げリング又は別の取り付け機構であってもよい。

いくつかの実施形態では、ＬＳＳは、ＬＳＳの運動と吊荷とを結合する吊荷のためのインターフェースを提供する。すなわち、図示した実施形態では、積荷フック６３０は、主梁構造部材５１０とは独立して回転又はスピンしないように構成されている。積荷は、ＬＳＳに回転可能にロックされる。いくつかの実施形態では、ＬＳＳ積荷フックインターフェースは、主梁構造部材５１０の反対端にある巻き上げリング５２０の回転軸受５３０と同様の回転可能なフィッティングを含み、その結果、ＬＳＳは、ＬＳＳの下で積荷を回転させる必要なく回転することができる。

図８は、一実施形態に係る、吊荷安定システム４１０の構造フレームワーク８１０の斜視図８００を示す。前述の図と同様に、図８は、頂部に巻き上げリング５２０及び回転軸受５３０を有する主梁構造部材５１０を示し、主梁スリーブ６１０は、底部に棚６４０及びフックアダプタプレート６３５を含む。構造部材５１０に接続されたフレームワーク８１０は、水平桁８２５を支持する一対の楕円形のリブ８２０を含む。水平桁８２５は、中空管で形成され、例えば炭素繊維であってもよい。

水平桁８２５は次に、リブ８２０と平行に設定された、推進器装着リブ８３０に接続される。推進器装着リブ８３０は、それらの上端及び下端において、推進器をフレームワーク８１０に取り付けるための、推進器取り付け機構点８４０を含む。加えて、推進器装着リブ８３０は、電池トレイ８５０内の電池などの電源を収容するための中央開口部を備えて構成される。

図９は、一実施形態に係る、吊荷安定システム４１０の構造フレームワーク８１０に装着された構成要素の斜視図９００を示す。図示した実施形態では、図８の電池トレイ８５０は、電池９１０などの電源で充填される。電源は、直列及び／又は並列に配線された、リチウム－ポリマー（lithium-polymer、ＬｉＰｏ）セルなどの、単一の電力ブリック又は電池セルのアレイであってもよい。電池９１０は、容易に検査するために電池トレイ８５０から取り外すことができる。電池は、充電ドックに接続するＬＳＳ４１０上のノードを介して、ＬＳＳに設置されている間に（すなわち、それらを取り外す必要なく）充電することができる。データリンクは、マイクロコントローラユニット又はプロセッサが、電池電圧及びリアルタイム電力分散又は消費を含む（ただしこれらに限定されない）電力情報を監視することを可能にする。

また、補助電池９２０は、主梁に取り付けられている。補助電池９２０は、例えば、推進器が主電池９１０から過剰量の電力を引き出す場合でも、プロセッサへの電力の定常供給を可能にする。

推進器コントローラ９３０は、プロセッサが、推進器の速度、動力引き込み、及び推力を制御することを可能にする。推進器コントローラ９３０は、例えば、電気ダクト付きファン（「ＥＤＦ」）用の電子速度コントローラ（electronic speed controller、「ＥＳＣ」）であってもよい。ＥＳＣには通常、少なくとも３つの接続部があり、電源、推進器、及びプロセッサ若しくはマイクロコントローラ、あるいはその両方である。ＥＳＣは、電源から電力を引き出し、それを推進器に割り当てることにより、推進器にプッシュするべき電力の量を制御する。

図１０は、一実施形態に係る、構造フレームワーク８１０に装着された吊荷安定システム４１０の構成要素の斜視図１０００を示す。図示した実施形態では、プロセッサ１０１０又は中央処理装置（central processing unit、ＣＰＵ）は、フレームワーク８１０内に中央に装着される。

プロセッサ１０１０は、信号ボードコンピュータ及び１つ以上のマイクロコントローラユニット（microcontroller units、「ＭＣＵ」）を含む埋め込みシステムであってもよい。ＣＰＵ及びＭＣＵは、例えば、全てのデータリンク接続が行われる文字どおりのブラックボックス内に含まれる。ブラックボックスは、耐擦プラスチック又はポリマーであり、天候及び他の動作条件などの環境及び動作要因からシステムを保護する。いくつかの実施形態では、ＣＰＵ及びＭＣＵは、同じプリント回路基板（printed circuit board、ＰＣＢ）に装着される。

フレームワーク８１０内にはまた、無線送受信機１０２０が装着され、無線送受信機１０２０は、別個の送信機及び受信機、並びに無線通信用のアンテナを形成することができる。送受信機１０２０及び／又は無線アンテナはまた、プロセッサ１０１０と同じプリント回路基板に装着されるか、又はプリントされてもよい。

図１０に示す実施形態では、ベクトルナビゲーションユニット１０３０は、慣性測定ユニット（inertial measurement unit、「ＩＭＵ」）を含む。ＩＭＵは、プロセッサ１０１０に慣性ナビゲーションデータを提供し、プロセッサ１０１０の隣のフレームワーク８１０内に中央に装着される。

積荷安定システムのいくつかの実施形態は、モジュール式である。例えば、ＬＳＳは、センターモジュール及び推進器又は推進器アームアセンブリに分割されてもよい。図１１Ａは、一実施形態に係る、吊荷安定システムの代替的なセンターモジュール設計１１００の斜視図１１００を示す。ＬＳＳセンターモジュール１１１０は、最小２つの推進器アーム（以下の図１２Ｄに例示される推進器アームなど）、及び所望のベクトル推力を達成するための最大４つを有するように構成されてもよい。他のＬＳＳの実施形態と同様に、システム１１１０は、自己動力化され、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ、及び／又は無線周波数（radio frequency、ＲＦ）送信及び受信のための通信アクセスポイントと完全に無線である。

図１１Ｂは、一実施形態に係る、吊荷安定システム１１６０の別の代替的なセンターモジュール設計の正面図１１５０を示す。ＬＳＳセンターモジュール１１６０は、緊急遮断ピン１１７０を含む緊急遮断機構を含む。ピン１１７０は、ラインに接続されてもよい。次いで、ピン１１７０を引っ張って、ＬＳＳの緊急遮断を引き起こすことができる。センターモジュール内部では、遮断ピン存在センサがピン１１７０の位置を感知して、それが存在するか否かを決定する。システム１１６０は、ピン１１７０が存在するときにのみ動作することができる。ピン１１７０が存在しない場合、システム１１６０は起動しない。ピン１１７０は、ピン穴に戻るように配置することによって、再設置することができる。

図１２Ａは、一実施形態に係る吊荷安定システムで使用するように構成された、推進器１２１０の斜視図１２００を示す。ＬＳＳは、センターモジュールに接続された推進器１２１０を含む。これらの推進器１２１０は、空気、水、又は気体などの流体を、移動を可能にする方向に押し出す。例えば、推進器１２１０は、回転子ブレードを回転させる電気モータを含むダクト付きファンを含むことができる。回転子ブレードは、流体が押し出される空気力学的シュラウド又はダクト内に収容される。ファンの場合、流体は、回転子ブレードを通過して空気が押し出され、推力を引き起こす。

空気は、システムの前の入口を通って捕捉される。いくつかの実施形態では、推進器１２１０のブレードは、両方の方法をスピンすることができ、推進器を双方向にすることができる。流体を推進する他の手段と同様に、双方向推進器は、前方及び後方の両方向に空気を押すことができる。様々な実施形態において、推進器のケーシング内に成形されたフィンは、ブレード断面に直交する、すなわち、推進器１２１０の前後方向に最適なベクトル空気流を生成するのに役立つ。

図１２Ｂは、一実施形態に係る吊荷安定システムの２推進器推進アーム１２３０の斜視図１２２５を示す。推進アーム１２３０は、例えば、上の図１１ＢのＬＳＳセンターモジュール１１６０又は上の図２Ｂの積荷安定システム２６０と互換性がある。いくつかの推進器は、後方よりも前方方向に推力を発生させるのに効率的である。したがって、ファンは、推進アーム１２３０に例示されるように、対向する一次推力ベクトルと共に配向され得る。

図示した実施形態では、ＬＳＳは、モジュール式ユニットに分解される能力を有する。推進器１２１０は、容易に格納するためにアーム１２３０から切断することができ、アーム１２３０は、センターモジュール１１６０から切断することができる。例えば、プッシュボタン解放ピン及び電気インターフェースにより、推進器及びアームの各組み合わせを解放し、センターモジュール１１６０から切断することができる。

図１２Ｃは、一実施形態に係る、吊荷安定システムの２推進器推進アーム１２６０用の支持部材の斜視図１２５０を示す。図示された支持部材は、推進器１２１０の周りを接続し、推進器１２１０がセンターモジュール１２６０に接続することを可能にする。推進器１２１０の周囲に巻き付く類似の支持部材が、上の図３に示されている。

図１２Ｄは、一実施形態に係る、吊荷安定システムの別の２推進器推進アーム１２８０の等角図１２７５を示す。推進アーム１２８０は、例えば、上の図１１ＡのＬＳＳセンターモジュール１１１０と互換性がある。推進アーム１２８０は、格納及び展開を簡素化するように折り畳むように構成されている。展開状態では、推進アーム１２８０は、ＬＳＳセンターモジュール１１１０の水平面と平行である。アームは、０－９０度から、例えば手動、バネ式、又は電動式インターフェースを通じて展開することができる。

図１３Ａ～図１３Ｃは、一実施形態に係る、吊荷安定システムの構造フレームワークに装着された推進器の斜視図、正面図、及び側面図を示す。図１３Ａは斜視図１３００を示し、図１３Ｂは正面図１３５０を示し、図１３Ｃは側面図１３７５を示す。様々な実施形態において、推進器１２１０は、リブ８３０上の推進器取り付け機構点８４０に接続するための機構１３２０を含む。いくつかの実施形態では、推進器１２１０は、ツールなしで取り付け、かつ取り外すことができる。いくつかの実施形態では、推進器１２１０の外側に、推進アームが推進器１２１０に確実にボルト締めされ得る、ファンシュラウドの重心と対称な対向場所にねじ穴が存在する。

推進器は、単一のケーブルに束ねられた一連のワイヤによって接続することができる。ワイヤは、限定するものではないが、ＥＣ５などの多極高耐久性コネクタなどのコネクタで終端する。雌型接続側は、ＬＳＳセンターモジュール上、例えば、リブ８３０の推進器取り付け機構点８４０にあり、一方、雄型は、推進器１２１０側にあり、例えば、機構１３２０に関連付けられているか、ＬＳＳ推進アームの端部近くにある。

図１４は、一実施形態に係る、空気力学的ハウジング４２０上に装着されたセンサを含む吊荷安定システム４１０の斜視図１４００を示す。ＬＳＳセンサアレイは、慣性測定システム、配向測定システム、及び絶対位置測定システムを含んでもよい。慣性測定システム（inertial measurement system、「ＩＭＳ」）は、３自由度（3 degrees of freedom、３ＤＯＦ）加速度計、ジャイロスコープ、及び微小電気機械システム（microelectromechanical system、ＭＥＭＳ）センサであり得る重力センサを含んでもよい。配向測定システムは、コンパス、傾斜計、方向エンコーダ、及び無線周波数相対軸受システムなどのマグノメータ又は磁力計を含んでもよい。絶対位置測定システムは、全地球測位システム（global positioning system、ＧＰＳ）センサ１４３０を含んでもよい。

センサアレイは、近接センサ又は光検出及び測距（light detection and ranging、ＬＩＤＡＲ）システム１４１０（例えば、回転又は線形）、及び／又は１つ以上のカメラ若しくは赤外線（infrared、ＩＲ）センサなどの光学センサ１４２０を更に含んでもよい。近接センサは、地上高センサを含んでもよい。光センサは、全ての方向に面するシェルの全ての側面上に配置することができる。光学センサはまた、ユーザに視覚情報を提供することができる。この情報は、データリンクケーブル及び／又は無線送受信機を介して、ＬＳＳプロセッサによって通信される。近接センサ及び光センサは、障害物（例えば、木の庇の一部）を検出し、障害物を回避するためにＬＳＳのコースを変更することによって、システムが３６０度の認識及び衝突回避を可能にする。このシステムはまた、地上（又は水中）位置データを航空機の操縦士及び乗組員に供給することもできる。

追加のＬＳＳセンサは、中央構造部材５１０上の積荷を測定するためのひずみセンサと、増分的又は絶対的であり得る回転エンコーダ又はス推進器１２１０速度センサ、及び遮断ピン１１７０存在センサを含んでもよい。

ＬＳＳは、遠隔位置センサ又はビーコン、遠隔計算ユニット、又は標的ノード送受信デバイスを使用して、吊り下げプラットフォーム（例えば、ヘリコプタ自船）の運動、ＬＳＳ及び吊荷、及び救助又は積荷目的などの対象の標的場所を特徴付けるのを支援することができる。

ＬＳＳプロセッサ１０１０は、受信したセンサシステムデータにアルゴリズムを適用して、所望のシステム応答を得る。例えば、ＧＰＳセンサは、絶対位置を再調整するためのリアルタイム運動（real-time kinetic、ＲＴＫ）アルゴリズムを通じて精密化することができる。測定値を、カルマンフィルタ法などの非線形データ融合法によって一緒に融合させて、測地空間におけるシステムの場所及び運動を正確に特徴付けるために、全ての自由度で最適な状態推定をもたらす。

図１５は、一実施形態に係る、遠隔インターフェース１５５０を含む吊荷安定システム４１０の動作構成要素を概略的に示す。ＬＳＳシステム４１０内にはセンサスイート１５０５があり、これは位置センサ１５０６、配向センサ１５０７、慣性センサ１５０８、近接センサ１５０９、基準場所センサ１５１０、及び推力センサ１５１１を含むことができる。ＬＳＳ処理能力１５２０は、プロセッサ１０１０及びマイクロコントローラを含む。ＬＳＳメモリ１５２５は、一般に、ソリッドステートドライブなどのランダムアクセスメモリ（random access memory、「ＲＡＭ」）及び非一時的大容量記憶デバイスを含み、ナビゲーションシステム１５２６、標的データ１５２７、及びモード又はコマンド状態情報１５２８を含む。通信システム１５３０は、無線送受信機１０２０などの無線システム１５３１、及び有線システム１５３２を含む。ＬＳＳ出力１５１５は、推進器コントローラ９３０を介して推力制御１５１６を含む。電力管理システム１５４０は、例えば電池９１０から電源を調節及び分配する。データバスは、ＬＳＳの様々な内部システム及び論理構成要素を接続する。

対話型ディスプレイ又は遠隔インターフェース１５５０は、エアフレームへの自己動力式又は配線式が可能な計算ユニットである。対話型ディスプレイ１５５０は、例えば無線で、ＬＳＳからデータを受信する。ＬＳＳからのデータは対話型ディスプレイ１５５０上に表示される。計算データは、解析され、視覚的なキューに変換される。対話型ディスプレイはまた、以下で説明するように、オペレータの所望のコマンド状態をＬＳＳに伝達する。

対話型ディスプレイ又は遠隔インターフェース１５５０は、無線１５７１又は有線１５７２であり得る通信システム１５７０を介してＬＳＳ４１０と通信している。遠隔インターフェース１５５０からの出力１５６０は、画面１５６１及びオーディオキュー１５６２に表示される情報を含んでもよい。ＬＳＳを制御するための遠隔インターフェース１５５０への入力１５６５は、タッチスクリーン１５６６又はジョイスティック１５６７を通じたコマンドを含んでもよい。様々な実施形態では、遠隔インターフェース１５５０は、本明細書で説明される機能を集合的に提供する１つ以上の物理的及び／又は論理的デバイスを含んでもよい。

システムの態様は、本明細書で詳細に説明されるコンピュータ実行可能命令のうちの１つ以上を実行するように具体的にプログラム、構成、又は構築された専用又は特別目的のコンピューティングデバイス又はデータプロセッサ内に具現化することができる。システムの態様はまた、ローカルエリアネットワーク（local area network、ＬＡＮ）、広域ネットワーク（wide area network、ＷＡＮ）、又はインターネットなどの通信ネットワークを通じてリンクされる遠隔処理デバイスによってタスク又はモジュールが実行される分散コンピューティング環境においても実施することができる。分散コンピューティング環境では、モジュールは、ローカル及び遠隔メモリ記憶デバイスの両方に位置してもよい。図１５に概略的に示されるように、積荷安定システム４１０及び遠隔ディスプレイインターフェース１５５０は、有線又は無線ネットワークによって接続される。

図１６は、一実施形態に係る吊荷安定システムの遠隔位置ユニット又は標的ノードの斜視図１６００を示す。遠隔位置ユニット又は標的ノードは、位置基準としてＬＳＳと無線通信するように構成された外部センサスイート又はビーコンを含む。ＬＳＳが一次センサスイートと見なされる場合、二次センサスイート場所は、ケーブルがそこから吊り下げられるプラットフォームであり得、三次センサスイート場所は、積荷に対する対象場所（例えば、積荷を取得又は送達するための位置決め用）であり得る。

遠隔位置ユニットは、その無線送受信機１０２０を介してＬＳＳと通信し、位置基準を提供するように構成された位置送受信機を含むことができる。例えば、遠隔位置ユニットは、積荷が吊り下げられるヘリコプタ自船又はクレーンに取り付けることができる。

いくつかの実施形態では、遠隔位置ユニット又は標的ノードは、手に嵌合するのに十分な大きさの耐久性ポリマー又はプラスチックで作製されたブラックボックス１６１０である。ボックス１６１０は、ボックスの側部又は頂部に外部アンテナ１６２０を有する。遠隔位置ユニットは、例えば、磁石、ボルト、又は任意の他の取り付け機構によって、例えば、ヘリコプタに取り付けられてもよい。標的ノードは、地面上の場所に落とされてもよく、又は、例えば、生命保存装置若しくは他の浮動式デバイス、救助者、ピックアップされる積荷、送達される積荷の場所、又は動作特定場所に取り付けられてもよい。

図１７は、一実施形態に係る、吊荷安定システムのための充電ステーションの斜視図１７００を示す。いくつかの実施形態では、ＬＳＳは、容易性かつ利便性のために、固定場所又はボード上の充電ステーション内に格納及び充電することができる。充電ステーション１７１０は、ヘリコプタのような機械に搭載された電力や発電機の電力などの利用可能な電源をオフにすることができる。

充電ステーション１７１０は、ドッキング可能なステーションであり、ＬＳＳは、充電ステーション１７１０自体を接続し、充電ステーション１７１０自体の内部に配置され得る。いくつかの実施形態では、ドッキングステーションは、システムの両側に１つずつ２つのアーム１７２０を有する。カチッという音が聞こえるまでＬＳＳをアームの間に配置すると、ＬＳＳが所定の位置にロックされまる。適切に配置すると、システムのフレーム上に配置されたＬＳＳ電気接点は、充電ステーション内の電気接点と接触することになり、ＬＳＳの充電を自動的に開始する。ＬＳＳは、充電ステーション１７４０の側のボタンを押すことによって解放することができる。

充電の状態１７３０をユーザに示すために、充電システムは、充電のステータスを示す光を有する。充電ステーションの頂部に、ステーションは、動作的に必要とされる場合に電力スイッチ１７５０を有する。一方、オペレータはまた、充電ステーションをオン／オフにし、ポータブル対話型ディスプレイ１５５０を介して充電状態を見ることもできる。

図１８は、一実施形態に係る、複数のモード又はコマンド状態を含む吊荷安定システムの動作ルーチン１８００を示す。

ブロック１８０５では、積荷が吊り下げられるケーブルに積荷安定システム装置が設置される。システムは、設置のために給電される必要はない。

ブロック１８１０では、ＬＳＳが起動される。いくつかの実施形態では、システムは、ＬＳＳのセンターモジュールの面上に位置するボタンを押すことによって初期化することができる。システムを初期化し得る容易にアクセス可能な外部ボタンの近くに、別のボタンがあり、押すと即座にシステムを遮断することを可能にする。センターモジュール上の初期化インターフェースに加えて、システムはまた、システムのすぐ隣にはいないオペレータによっても初期化することができる。ケーブルの端部上の救助を含むがこれらに限定されない１人以上の外部オペレータは、ＬＳＳに無線でリンクされた１つ以上の対話型ディスプレイ１５５０上のボタンを押すことによって、システムを初期化することができる。

ブロック１８１５では、ＬＳＳが起動され、オペレータによって選択されたＬＳＳ機能モード又はコマンド状態のうちの１つで動作１８２０に進む。システムの機能モード又はコマンド状態は、
アイドルモード１８２１では、ＬＳＳの全ての内部システムが動作している（例えば、ＬＳＳはその運動を観察し、修正アクションを計算する）が、積荷の運動に影響を及ぼすアクションなしで、推進器が停止されるか、又はアイドル速度のみを維持する。

相対位置ｖｓ自船モードの維持１８２２では、ＬＳＳは、吊り下げられた原点に対して安定化される。例えば、ＬＳＳがヘリコプタよりも低い積荷で吊り下げられると、ＬＳＳは、ヘリコプタの直下に留まる。ＬＳＳは、自船運動を局所化し、任意の他の吊荷運動を大きく減衰させるのに必要な修正アクションを実行する。自船が低速で移動している場合、ＬＳＳは、２つのエンティティが協調して移動するように速度を結合する。

積荷への外乱が生じると、ＬＳＳは外乱の方向に推力を与えて外乱を相殺し、揺動を排除する。

位置への移動／位置での停止モード１８２３では、ＬＳＳは固定位置に安定化し、ヘリコプタ又は他の吊り下げプラットフォームの天候又は小さな移動の影響を相殺する。このモードは、全ての運動を停止させる効果を有する。オペレータは、遠隔インターフェース１５５０を介して所望の標的位置をＬＳＳに送信することができる。これは、少なくとも２つの方法で達成することができる。

標的ノード位置１８２４では、オペレータは、ＬＳＳ遠隔位置ユニット又は標的ノード１６１０を所望の下降場所（例えば、図１の場所１６０）に置くことができる。標的ノード１６１０は、所望の位置を示すためにＬＳＳと無線通信し、ＬＳＳは所望の場所への操作によって応答する。遠隔インターフェース１５５０ＵＩは、両方のエンティティの場所情報を受信し、表示する。

ユーザ指定位置１８２５では、オペレータは、遠隔インターフェース１５５０ＵＩを使用して、指定位置（例えば、緯度及び経度座標）をＬＳＳに命令された場所として送信することができる。次いで、システムは、吊荷を所望の位置に着実に方向付ける。システムは、位置情報及び距離情報に関するフィードバックを遠隔インターフェース１５５０に同時に送信する。

保持位置モード１８２６では、ＬＳＳは、全ての運動に抵抗し、自船の運動とは無関係にその現在位置を維持する。このモードは、全ての運動を停止させる効果を有する。このモードは、それぞれ、自船速度、安全要因、及び物理的制約に対する条件付き応答を有する。

直接制御モード１８２７は、３自由度のＬＳＳのジョイスティック動作である。オペレータは、位置決め、回転、及び推進器の出力レベルを直接制御することができる。ＬＳＳは完全に閉ループであり、動作中に外部制御を必要としないが、ユーザ制御の選択肢が存在する。

ブロック１８３０において、オペレータは動作を完了し、ＬＳＳを取得する。

ブロック１８３５では、システムは、対話型ディスプレイ上のボタンを押すことによって、又はセンターモジュール自体のボタンを押すことによって、遮断することができる。ＬＳＳが圧潰可能な推進アームを含む場合、それらは折り畳まれてもよい。積荷は積荷フック６３０から取り外され、次いで、吊り下げられたケーブルは、ＬＳＳの頂部で、巻き上げリング５２０から取り外される。次いで、ＬＳＳは、その充電器又は任意の便利な場所に収納されてもよい。

図１９は、一実施形態に係る吊荷安定システムの決定及び制御ルーチン１９００を示す。ＬＳＳは、ほぼリアルタイムでその位置及び運動を理解するために閉ループで動作し、一連の計算を実行して、最も所望のシステム応答を決定し、次いで、動作中にケーブルの揺動を軽減するために、空気推進システム推進器アレイに所望の応答を送信する。このプロセスは、システムが電力供給される限り、連続的である。

ＬＳＳ上位レベル制御フロー図１９００は、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、ＧＰＳ、ライダー／レーダー、マシンビジョン、及び／又は距離探知機を含む（ただしこれらに限定されない）大量のセンサからのデータ取得を用いてブロック１９０５で開始する。

ブロック１９１０では、ＬＳＳはセンサからのデータを組み合わせて、その位置、配向、運動、及び環境を説明するデータ融合を取得する。

センサデータを、非線形カルマンフィルタを介してＬＳＳによって融合及びフィルタリングして、システムの状態の正確な表現を得る。ファジー調整された比例、積分、及び微分フィードバックコントローラを含む従来の閉ループ制御方法は、ディープ学習ニューラルネットワーク及び将来の伝播カルマンフィルタを含む高度な制御方法との双方向通信を有し、更なるリアルタイムシステム特定を可能にする。

ブロック１９１５では、ＬＳＳは、データ融合に基づいて、及び決定エンジン及び制御エンジンから状態推定器へのフィードバックに基づいて、非線形状態推定を使用して近い将来の運動を投影する。

ブロック１９２０では、ＬＳＳ決定及び制御エンジンは、ユーザが選択した機能モード又はコマンド状態１８２０によって形成されていない状態推定１９１５、並びに推力及び配向マッピング１９３０及び出力制御１９４０からの追加的なフィードバックを取得し、ＬＳＳがどのように移動又は力を及ぼすかを決定する。

システムアルゴリズム出力は、所望の推力応答が位相制御を介して電気ダクトファンに送信される運動コントローラに送信される。正味推力出力は、エンコーダ及びロードセルを通じてリアルタイムでマッピングされ、次いで、閉ループ制御のためにホスト及びコントローラに返送される。

ブロック１９３０では、ＬＳＳ推力及び配向マッピングは、ＬＳＳがどのように移動又は力１９２０を及ぼすかのＬＳＳ決定を適用して、推力を決定する推力及び方向を判定する。

ブロック１９３５では、ファンマッピングは、判定された推力及び配向を適用して推力を適用して、ファンマッピングを生成して推進器１２１０を制御し、ＬＳＳの判定された推力及び配向を達成する。

ブロック１９４０において、ＬＳＳ推進器１２１０は、命令された制御出力を及ぼし、不要な運動を相殺する推力の形態で動的応答を実施する。

プロセス全体は、高レベルオペレータ選択機能制御モード以外に無人で自動化される。正味出力は、吊荷を安定化するための制御力である。

状態インジケータライトは、ＬＳＳの様々な表面上に装着されて、ＬＳＳの視認性及び動作を上下から支援することができる。例えば、ＬＳＳは、ＬＳＳの縁部及び配向を特定する、推進器付近のＬＥＤなどの外部照明を有してもよい。これにより、悪天候などの視認しづらい状況での特定が改善できる。動作中、対話型ディスプレイ及びシステム本体自体の両方で、ＬＥＤディスプレイインジケータは、システムがアクティブであり、有用な情報を伝達することを示す。

図２０Ａは、一実施形態に係る吊荷安定システムの外部状態インジケータライトを有する頂部ケーブルリングの斜視図を示し、図２０Ｂは、一実施形態に係る吊荷安定システムの状態インジケータライトの上面図を示す。ＬＳＳハウジングの頂部及び巻き上げリング５２０の周囲の点灯状態インジケータは、ＬＳＳからオペレータに有用な様々な種類の情報を表すことができる。

いくつかの実施形態では、状態インジケータライトディスプレイは、ＬＳＳ信号受信の完全性を示すことができる。ＬＳＳプロセッサ１０１０は、信号強度を測定し、所定の閾値に基づいて、光の色を変化させて、そのような強度を示す。

別の状態インジケータは、システムが示す推力の方向及び量を示すことができる。いくつかの実施形態では、矢印２０１０は、外側を指す最も内側の矢印が緑色である色ＬＥＤであり、次の矢印は黄色であり、第３の矢印は橙色であり、外側矢印は赤色である。ＬＳＳは、システムが積荷を移動しようとしている方向を示すために矢印インジケータ２０１０を照らし、システム出力を示すために矢印色階層を使用することができる。例えば、緑色インジケータ２０１０は、５％～２５％システム出力レベルを示してもよく、黄色は、２５％～５０％、オレンジは５０％～７５％、及び赤色は７５％～１００％を示してもよい。高出力レベルはまた、システム出力を低減し、所望の積荷位置決めを維持するために、矢印２０１０によって示される方向に移動するための、クレーンオペレータ又は航空機操縦士などのプラットフォームオペレータに指示を提供する。

同心中心リングＬＥＤ２０２０はまた、緑色の内側リング、橙色の中間リング、及び赤色の外側リングなどの色を含んでもよい。円形ＬＥＤリング２０２０は、地上積荷の高さを示すことができる。例えば、緑色リングは、地上２５フィート超の高さを示してもよく、橙色リングは、地上２５フィート～１０フィートの高さを示してもよく、赤色リングは、地上１０フィート未満の高さを示してもよい。

様々な実施形態では、外部ＬＳＳ状態インジケータライトは、ＬＳＳの位置、ＬＳＳの配向、障害物からの距離、地上の高さ、無線送受信機の信号品質、ＬＳＳプロセッサのモード又はコマンド状態、積荷の慣性挙動、電源のエネルギー容量又は利用可能な電力、推進器の仕事積荷又は電力消費、各推進器からの推力、ＬＳＳの推力の運動又は方向、及びオペレータが積荷を吊り下げるプラットフォームを操作するための推奨方向のうちの１つ以上を示すように構成することができる。

図２１は、一実施形態に係る吊荷安定システムのための制御インターフェースのスクリーンショット２１００を示す。対話型ディスプレイ１５５０は、システムの現在の状態のインジケータ及びシステムの制御を表示する画面を備えたＬＳＳと無線通信する計算デバイスである。例えば、図示された表示画面は、各推進器１２１０に対する推力のグラフ２１１０と、電流ファン推力２１３０のエネルギー容量２１２０及びゲージの読み出しと、を含む。様々な実施形態では、対話型ディスプレイ１５５０はまた、吊り下げプラットフォーム及び／又は標的ノードの場所に対するＬＳＳシステムの位置を示す。対話型ディスプレイ１５５０はまた、積荷の慣性挙動、推奨される対策、及びシステムの仕事積荷をリアルタイムで説明する視覚的（及び、適切な場合には可聴）インジケータの形態の積荷状態フィードバックも提供する。

様々な実施形態では、対話型ディスプレイ１５５０は、図１８を参照して上述したように、システムの異なる機能モード又はコマンド状態を示す及び選択する異なるボタンを含む。オペレータがＬＳＳに到達していない場合、オペレータはまた、対話型ディスプレイ１５５０を介してＬＳＳを初期化することができる。制御インターフェース２１００はまた、明るく赤色の「オフ」スイッチの形態の緊急遮断機構２１４０を含む。

図２２は、吊荷安定システムによる揺動積荷２２３０の運動及び積荷安定化２２４０の運動をプロットするグラフ２２００を示す。Ｙ軸上で、グラフは、この場合の積荷２２１０の角度位置（度）をプロットし、ヘリコプタの下で揺動する救助泳者を表す。Ｘ軸上では、グラフは、最初の３０度の揺動からの経過時間（秒単位）２２２０であり、乱流による例外的に大きな外乱で、一方で、体重１００ｋｇの完全ギア付きの救助泳者をボート上に降ろす。垂直軸からのこのような大きな揺動は、泳者、自船乗組員、及びボートを必要としている人々にとって非常に危険な状況である。

ＬＳＳがなければ、操縦士は、吊り下げられた泳者２２３０の制御を徐々に回復させるが、長時間にわたって揺れ続け、最終的にボートのレールを捕捉又はヒットして、デッキに落下することになる。対照的に、ＬＳＳでは、泳者は、自船の下の静かな垂直位置に素早く戻される。ＬＳＳは、３０度の振動運動を１０秒下で１度未満まで減衰させる。ＬＳＳをこのような動作に組み込むことにより、ヘリコプタのホバリング時間が短縮され、乗組員が泳者をボート上に安全に乗せることを可能にし、最終的に動作の危険性及び持続時間を減少させる。

本明細書に記載される積荷安定システムは、横方向の揺れ及び回転揺動を排除するために、動的空気推進システムを介してケーブルに取り付けられた外部積荷の振り子状運動を制御する。ＬＳＳは、それが吊り下げられているプラットフォームの種類にとらわれない。それは、必要な飛行力学を特徴とし、全ての種類の吊荷で修正措置を実行することを特徴とする。吊荷の振り子揺動を相殺する内蔵型自己動力式閉ループ安定システムから恩恵を受けることができる多くの他の用途の中でも、外部積荷、スリング積荷、及び救助巻き上げ動作に適合可能である。

本明細書に具体的な実施形態が例示及び説明されてきたが、当業者は、本開示の範囲から逸脱することなく、図示及び記載された特定の実施形態の代わりに置換されてもよいことが当業者には理解されるであろう。例えば、様々な実施形態が、ヘリコプタ自船に関して上述されているが、他の実施形態では、ＬＳＳは、建設クレーン又はガントリの下で使用されてもよい。本出願は、本明細書で論じられる実施形態の任意の適応又は変形を網羅することを意図する。

Claims (20)

1. 上方からケーブルを介して吊り下げられた吊荷を安定化するための吊荷安定システム装置であって、前記吊荷安定システム装置が、センターモジュールと、センサアレイと、推進器装着構造体と、電源と、推進器コントローラと、２つ以上の推進器と、プロセッサとを含み、
   前記センターモジュールは、
   ケーブル取り付け点、吊荷取り付け点とを含み、
   前記推進器装着構造体は前記センターモジュールに接続され、
   前記センサアレイは、
   慣性測定システム、配向測定システム、及び絶対位置測定システムを有し、
   前記推進器は前記推進器装着構造体に接続され、前記推進器コントローラによって制御され、
   前記プロセッサは、
   前記センサアレイと無線送受信機と前記推進器コントローラとに動作可能に接続され、
   前記吊荷安定システム装置の状態の表現を含むデータ融合を決定するために、センサアレイからのセンサデータを非線形フィルタで融合させるように構成され、
   前記データ融合とユーザーが選択した機能モードやコマンドの状態、配向マッピングに基づいて、近い将来の運動を投影するように構成され、
   前記ユーザーが選択した機能モード又はコマンド状態において、前記吊荷安定システム装置がどのように動くべきか、又は力を発揮すべきかを決定するように構成され、
   前記推進器を制御することによって、それに応じた推力を与えるように構成された、
   吊荷安定システム装置。
2. 前記非線形フィルタは、非線形カルマンフィルタである請求項１記載の吊荷安定システム装置。
3. 前記ユーザが選択した機能モード又はコマンド状態は、アイドル、相対位置の維持、目標への移動、位置の保持、又はユーザによる直接制御のうちの少なくとも１つからなる、請求項１記載の吊荷安定システム装置。
4. 前記センサアレイにおける前記慣性測定システムが少なくとも１つの加速度計又はジャイロスコープからなり、前記センサアレイにおける前記配向測定システムが少なくとも１つの磁力計又はコンパスからなり、前記センサアレイにおける前記絶対位置測定システムがグローバルポジショニングシステム（GPS）センサからなる、請求項１記載の吊荷安定システム装置。
5. 前記ケーブルが吊り下げられる対象点又は対象場所に対して固定された位置に位置する、前記吊荷安定システム装置の外部の遠隔位置ユニットをさらに含み、前記遠隔位置ユニットは、前記無線送受信機と通信して前記吊荷安定システム装置に位置基準を提供するように構成された位置送受信機を含む、請求項１記載の吊荷安定システム装置。
6. 無線送受信機と、ディスプレイプロセッサと、スクリーンと、入力デバイスと、前記無線送受信機と通信するように構成されたディスプレイ送受信機とを含む対話型ディスプレイとをさらに含み、
   前記対話型ディスプレイが、
   前記ディスプレイ送受信機を介して前記吊荷安定システム装置からデータを無線で受信する手段と、
   前記スクリーンを介して、前記吊荷安定システム装置の位置、配向、障害物からの距離、地上からの高さ、前記無線送受信機の信号品質、前記プロセッサの機能モード又はコマンド状態、前記吊荷の慣性挙動、前記電源のエネルギー容量又は利用可能電力、前記２つ以上の推進器の仕事又は電力消費、各推進器からの推力、前記吊荷安定システム装置の推力の運動又は方向、及びオペレータが前記吊荷を吊り下げるプラットフォームを操作するための推奨される方向のうちの１つ以上を示すように構成され、
   かつ前記入力デバイスを介して、前記ユーザが選択した機能モード又はコマンド状態、前記吊荷安定システム装置の目標位置、及び前記吊荷安定システム装置の緊急遮断機構のうちの１つ以上を設定するためのユーザ制御を提供する手段、
   を含む、請求項１記載の吊荷安定システム装置。
7. 上方からケーブルを介して吊り下げられた吊荷を安定させるための方法であって、
   前記方法は、
   吊荷安定システム装置のプロセッサで、決定及び制御ルーチンを実行することであって、前記決定及び制御ルーチンは、
   前記吊荷安定システム装置のセンサアレイからセンサデータを取得するステップと、
   非線形フィルタで前記センサデータを融合し、それによって、前記吊荷安定システム装置の状態の表現を含むデータ融合を決定するステップと、
   ユーザが選択した機能モード又はコマンド状態、或いは前記吊荷安定システム装置の推力及び配向マッピングの少なくとも１つからのフィードバックとデータ融合に基づいて、近い将来の運動を予測するステップと、
   前記ユーザが選択した機能モード又はコマンド状態において、前記吊荷安定システム装置がどのように動くべきか、又は力を発揮すべきかを決定するステップと、
   前記吊荷安定システム装置の複数の推進器を制御することにより、推力を与えるステップと、
   を行う方法。
8. 前記非線形フィルタは、非線形カルマンフィルタである、請求項７記載の方法。
9. 前記ユーザが選択した機能モード又はコマンド状態は、アイドル、相対位置の維持、目標への移動、位置の保持、又はユーザによる直接制御のうちの少なくとも１つからなる、請求項７記載の方法。
10. 前記センサアレイは、慣性測定システム、配向測定システム、及び絶対位置測定システムから構成されることを特徴とする請求項７記載の方法。
11. 前記慣性測定システムが少なくとも１つの加速度計又はジャイロスコープからなり、前記配向測定システムが少なくとも１つの磁力計又はコンパスからなり、前記絶対位置測定システムが全地球測位システム（ＧＰＳ）センサを含む、請求項１０記載の方法。
12. 前記プロセッサは、前記吊荷安定システム装置の外部の遠隔位置ユニットから位置基準を受信することをさらに備え、前記位置基準は、ユーザが選択した機能モード又はコマンド状態に関連する請求項７記載の方法。
13. 前記プロセッサは、遠隔の入力デバイスを介して、前記吊荷安定システム装置の位置、前記吊荷安定システム装置の配向、障害物からの距離、地上高、無線送受信機の信号品質のうちの少なくとも1つのインジケータを表示するようにさらに構成され、さらに、
    前記ユーザが選択した機能モード又はコマンド状態、前記吊荷の慣性挙動、電源のエネルギー容量又は利用可能電力、２つ以上の推進器の仕事又は電力消費、前記複数の推進器からの推力、前記吊荷安定システム装置の運動又は推力の配向と、前記吊荷を吊り下げるプラットフォームを操縦するオペレータの推奨される方向と、を表示するように構成されている、請求項７記載の方法。
14. 前記プロセッサは、前記入力デバイスを介して、前記ユーザが選択した機能モード又はコマンド状態を設定するためのユーザ制御を提供するようにさらに構成される、請求項１３記載の方法。
15. 吊荷安定システム装置のプロセッサによって実行されると、前記吊荷安定システム装置の決定及び制御ルーチンに以下の命令を実行させるためのプログラムをその上に記憶した非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
    前記命令は、
    前記吊荷安定システム装置のセンサアレイからセンサデータを取得するステップと、
    非線形フィルタでセンサデータを融合させ、前記吊荷安定システム装置の状態の表現を含むデータ融合を決定するステップと、
    ユーザが選択した機能モード又はコマンド状態、或いは前記吊荷安定システム装置の推力及び姿勢マッピングの少なくとも1つからのフィードバックとデータ融合に基づいて、近い将来の運動を予測するステップと、
    前記ユーザが選択した機能モード又はコマンド状態において、前記吊荷安定システム装置がどのように動くべきか、又は力を発揮すべきかを決定するステップ、及び、
    前記吊荷安定システム装置の複数の推進器を制御することにより、対応する推力を加えるステップである、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
16. 前記非線形フィルタは、非線形カルマンフィルタである、請求項１５記載の非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
17. 前記ユーザが選択した機能モード又はコマンド状態は、アイドル、相対位置の維持、目標への移動、位置の保持、又はユーザによる直接制御の少なくとも1つからなる、請求項１５に記載の非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
18. 前記センサアレイは、慣性測定システム、配向測定システム、及び絶対位置測定システムからなる、請求項１５記載の非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
19. 前記慣性測定システムは、少なくとも１つの加速度計又はジャイロスコープからなり、 前記配向測定システムは、少なくとも1つの磁力計又はコンパスからなり、
    前記絶対位置測定システムは、グローバルポジショニングシステム（GPS）センサからなる、
    請求項１８記載の非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
20. 前記命令は、さらに、遠隔の入力デバイスを介して、前記吊荷安定システム装置の位置、前記吊荷安定システム装置の配向、障害物からの距離、地上高、無線送受信機の信号品質、ユーザが選択した機能モード又はコマンド状態、吊荷の慣性挙動、電源のエネルギー容量又は利用可能電力、２つ以上の推進器の仕事又は電力消費、複数の推進器からの推力、装置の動作又は推力の配向、及びオペレータが前記吊荷を吊り下げるプラットフォームを操作するための推奨される方向の少なくとも１つを表示させるように構成されている、
    請求項１５記載の非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。

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