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公開番号2025016774
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-04
出願番号2024195749,2022522620
出願日2024-11-08,2020-10-14
発明の名称無人航空機の自動ドッキング
出願人スカイディオ,インコーポレイテッド,SKYDIO,INC.
代理人弁理士法人川口國際特許事務所
主分類B64U 70/97 20230101AFI20250128BHJP(航空機;飛行;宇宙工学)
要約【課題】無人航空機(例えば、ドローン)用基地局への自動ドッキング技術を提供する。
【解決手段】推進機構、画像センサ、および処理装置を含む無人航空機と;無人航空機を保持するように構成された着陸面110、および着陸面110上のフィデューシャル120を含むドック100とを備え、処理装置は:無人航空機がドック100の近傍にある第1の位置まで飛行するように推進機構を制御し;画像センサを用いて撮影された1つ以上の画像にアクセスし;1つ以上の画像のうちの少なくとも1つにおいてフィデューシャル120を検出し;1つ以上の画像に基づいてフィデューシャル120の姿勢を決定し;フィデューシャル120の姿勢に基づいて、無人航空機が着陸面110上に着陸するように推進機構を制御するように構成される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
推進機構、画像センサ、および処理装置を含む無人航空機と、
無人航空機を保持するように構成された着陸面、および着陸面上のフィデューシャルを含むドックと
を備えるシステムであって、処理装置は、
無人航空機がドックの近傍にある第１の場所まで飛行するように推進機構を制御し、
画像センサを用いて撮影された１つ以上の画像にアクセスし、
１つ以上の画像のうちの少なくとも１つにおいてフィデューシャルを検出し、
１つ以上の画像に基づいてフィデューシャルの姿勢を決定し、
フィデューシャルの姿勢に基づいて、無人航空機が着陸面上に着陸するように推進機構を制御する
ように構成される、システム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
フィデューシャルがルートフィデューシャルであり、ルートフィデューシャルよりも大きい補助フィデューシャルをさらに含み、処理装置が、
１つ以上の画像のうちの少なくとも１つにおいて補助フィデューシャルを検出し、
１つ以上の画像に基づいて補助フィデューシャルの姿勢を決定し、
補助フィデューシャルの姿勢に基づいて、無人航空機が着陸面の近傍の第１の場所まで飛行するように推進機構を制御する
ように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
ドックが、第１の配置において着陸面を囲み、第２の配置において着陸面を露出させるように構成されたボックスを含み、補助フィデューシャルが、ボックスの外面に配置される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
処理装置が、
無人航空機が着陸面の上方の第２の場所まで飛行するように推進機構を制御し、
無人航空機が着陸面上のフィデューシャルに向かって降下するように推進機構を制御し、
着陸面の上方の所定の高さに到達したことに応答して、無人航空機の姿勢および速度の誤差推定値が安定条件を満たすまで、無人航空機が着陸面上の所定の高さでホバリングするように推進機構を制御し、
安定条件が満たされたことに応答して、無人航空機が着陸面にタッチダウンするための最終アプローチを行うように推進機構を制御する
ように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
処理装置が、
最終アプローチが行われている間、無人航空機の慣性測定値を監視して、着陸面が適切に係合したかどうかを確認し、
着陸面が適切に係合されていないという決定に応答して、無人航空機を上昇させるように推進機構を制御することによって、最終アプローチを中止させる
ように構成される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
ドックが格納式アームを含み、着陸面が格納式アームの端部に位置決めされる、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
ドックが、ドックの第１の配置において着陸面を囲み、ドックの第２の配置において着陸面を露出させるように構成されたボックスを含み、
ドックが、ボックスのドアを開くこと、および格納式アームを伸ばして着陸面をボックスの内側からボックスの外側に移動させることを含むステップを行うことによって、第１の配置から第２の配置に自動的に移行するように構成される、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
推進機構がプロペラを含み、処理装置が、
着陸面上の無人航空機をボックスの中に引き込むために格納式アームが格納されている間にプロペラを回転させることによって、プロペラを自動的に折り畳む
ように構成される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
ドックが、ボックスの上部内面に取り付けられ、無人航空機が格納式アームによってボックス内の静止位置に引き込まれる際に無人航空機の本体と係合するように位置決めされたソフトローラを含む、請求項７または８に記載のシステム。
【請求項１０】
着陸面が、漏斗の底部において無人航空機の底面に適合する形状の漏斗形状を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１９年１０月１５日に出願された米国仮出願第６２／９１５，６３９号の優先権を主張し、そのそれぞれの内容は、引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。
続きを表示（約 3,200 文字）【０００２】
本開示は、無人航空機の自動ドッキングに関する。
【背景技術】
【０００３】
以前の無人航空機（例えば、ドローン）用基地局は、通常、サービス対象となるドローンよりも一辺が少なくとも３倍以上大きい大型の筐体で構成される。ドローンは、通常、非常に正確な全地球測位システム（ＧＰＳ）位置データの利用可能性に依存して、大きな基地局の外郭内のどこかに着陸し、その後、多関節ロボットアームがドローンのバッテリを物理的に交換できるように着陸パッド上でドローンを位置合わせする複雑な機械的方法、またはドローンをバッテリ充電できる電源装置に接続する何らかの他の方式に依存する。これらの従来のシステムは、大型で機械的に複雑で高価であり、ＧＰＳが使えない環境では適切に機能しない可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、添付の図面と併せて読むと、以下の詳細な説明から最もよく理解される。一般的な慣例に従って、図面の様々な対象物は、実物大ではないことが強調される。それどころか、様々な特徴の寸法は、明確にするために任意に拡大または縮小される。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
図１は、無人航空機の自律着陸を容易にするためのドックの一例の説明図である。
図２は、着陸面への自律着陸のために構成された無人航空機の一例の説明図である。
図３Ａは、無人航空機の自律着陸を容易にするためのシステムの一例の説明図である。
図３Ｂは、無人航空機がドック内に封入された状態で無人航空機の自律着陸を容易にするためのシステムの一例の説明図である。
図４は、無人航空機のハードウェア構成の一例のブロック図である。
図５は、無人航空機用のドックのハードウェア構成の一例のブロック図である。
図６は、着陸面上の少なくとも１つのフィデューシャルを使用して無人航空機を自律的に着陸させるためのプロセスの一例のフローチャートである。
図７は、無人航空機を自律的に着陸させるためのプロセスの一例のフローチャートである。
図８は、無人航空機を自律的に着陸させるための最終アプローチを行うためのプロセスの一例のフローチャートである。
図９は、異なるスケールでのフィデューシャルのシーケンスを使用して無人航空機を自律的に着陸させるためのプロセスの一例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
自律型無人航空機の価値と課題の多くは、ロバストで完全な自律型ミッションを可能にすることにある。本明細書で開示されるのは、無人航空機（ＵＡＶ）の無人の充電、離陸、着陸、およびミッション計画を可能にするドックプラットフォームである。いくつかの実装は、そのようなプラットフォームの信頼性の高い動作と、多種多様な消費者および商業アプリケーションによってシステムにアクセスできるようにする関連するアプリケーションプログラミングインターフェース設計とを可能にする。
【０００７】
ドローンを動作させるための最大の制限要因の１つは、バッテリである。典型的なドローンは、新しいバッテリパックを必要とする前に２０－３０分間動作することができる。これは、自律型ドローンが人間の介入なしに動作できる時間に制限を設けるものである。バッテリパックが消耗すると、オペレーターはドローンを着陸させ、バッテリパックをフル充電されたものと交換しなければならない。バッテリ技術は改善され続け、より高いエネルギー密度を達成しているが、改善は段階的で、自律的な運用を持続するための明確なロードマップを描くことはできないかもしれない。定期的な人間の介入の必要性を軽減するアプローチは、ある種の自動化された基地局を使用してバッテリ管理動作を自動化することである。
【０００８】
本明細書に開示されたいくつかの方法は、視覚追跡および制御ソフトウェアを活用して、はるかに小さいターゲットへのピンポイント着陸を行うことができる。基地局に対する絶対位置追跡を支援するために視覚的フィデューシャルを使用することによって、ＵＡＶ（例えば、ドローン）を、様々な環境条件において５ｃｍ×５ｃｍのターゲットに確実に当てることができる場合がある。これは、複雑な作動または大きな構造を必要とせずに、ＵＡＶの構造の残りの部分の下に延びるＵＡＶのバッテリを一組の充電接点に導くのに役立つ、小さな受動的漏斗形状の助けによって、ＵＡＶを非常に正確に位置決めすることができることを意味する。これにより、基地局の基本的な実装は、一組のバネ接点と視覚タグを中に備えた漏斗状のネストで構成されるだけでよい。また、ＵＡＶが着陸時に遭遇する乱流の地面の影響を軽減するために、このネストを地面より高くし、ネスト自体の形状を着陸時にＵＡＶのプロップウォッシュの中央に留まるように十分に小さくすることが可能である。ＧＰＳが使えない環境でも信頼性の高い動作を可能にするために、ネスト内のフィデューシャル（例えば、小さな視覚タグ）を、基地局近くの地面に敷かれた柔軟なマットや近くの壁に取り付けられたものなど、着陸ネストの外のどこかにあるより大きなフィデューシャル（例えば、大きな視覚タグ）で補うことができる。補助的な視覚タグは、ＵＡＶのミッションの過程で蓄積され得る視覚慣性オドメトリ（ＶＩＯ）ナビゲーションドリフトにかかわらず、ＵＡＶがＧＰＳを使えない環境において着陸ネストに対する絶対位置を再取得するために、かなり離れた場所からＵＡＶによって容易に発見されることができる。最後に、ＵＡＶが広いエリアをカバーするためには、ＵＡＶとの信頼性の高い通信リンクが維持されなければならない。ほとんどの場合、理想的な着陸と充電の場所は送信機を配置するのに良い所ではないので、通信回路は、最大のカバレッジのために所望のミッション空間のどこか高いところと中心に理想的に置かれる別のレンジ－拡張モジュールに置かれることができる。
【０００９】
このようなシステムの単純性および低コスト性は、より複雑で高価なバッテリ交換システムと比較した場合、バッテリが再充電される間にＵＡＶが利用できない時間の量を補うものである。多くのユースケースでは間欠的な運用で十分であり、より多くのＵＡＶカバレッジを必要とするユーザは、別のＵＡＶと基地局システムを追加することでＵＡＶの利用可能性を単純に増やすことができる。このような、より安く、より多くのアプローチは、大規模で高価なバッテリ交換システムに対してコスト競争力を持ち、また、単一障害点によるシステム全体の停止を排除することにより、システムの信頼性を大幅に向上させることができ得る。
【００１０】
ＵＡＶ（例えば、ドローン）を要素から保護する必要があるが、ＵＡＶがアクセスできる既存の構造物が利用できないユースケースについては、ＵＡＶネストを小さなカスタム小屋に組み入れることができる。この小屋は、風よけとして機能し、強風の中でもＵＡＶが中に入って精密な着陸を行うことができる屋根のない玄関エリアに取り付けられた、ＵＡＶが下に着陸する屋根のあるセクションで構成することができる。このようなシェルターの有用な特徴の１つは、壁の下部の全周囲に沿った開放部または通気部で、ドローンの下降気流が内部を乱流的に循環して安定した飛行に悪影響を与えるのではなく、構造物を離れるようにすることである。
（【００１１】以降は省略されています）

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