JP5988391B2

JP5988391B2 - 無人ビークル及びシステム

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Publication number: JP5988391B2
Application number: JP2013543164A
Authority: JP
Inventors: ブライアンジェー．ティロットソン，; タマイライー．ロス，; ジョンエル．ヴィアン，
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2010-12-09
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2031-09-23
Also published as: JP2014500827A; US20120150364A1; EP2649702A1; EP2649702B1; WO2012078232A1; US8788119B2

Description

本開示の分野は、概して無人ビークルに関するものであり、特に被給電無人空中ビークルに関するものである。無人ビークルは、運転エネルギーを必要とし、定期的に燃料を補給し、修理し、保守して運転を継続する。無人ビークルの可用性を高めるために、搬入／搬出、燃料補給、メンテナンス、及び修理に要する時間を最小限に抑えることが望ましい。ビーム給電システムによって、ビークルが基地に戻って燃料補給する、または充電する必要を無くすことができる。更に、無人空中ビークル（ＵＡＶ）の場合、ビーム給電システムによって、着陸／離陸回数を減らすこともできる。したがって、ビーム給電システムによって、ＵＡＶのメンテナンス及び修理の頻度を減らすことができる。

しかしながら、公知のビーム給電システムの使用は限定されている。少なくとも幾つかの公知のビーム給電システムは、無人ビークルが移動している状態でビームを無人ビークルに誘導し、従ってビームを移動させて、ビークルの移動に追従させる。ビームステアリングには普通、光学システムまたは機械的に操作するマイクロ波システムの正確で複雑な可動構成品群が必要であり、フェーズドアレーマイクロ波システムの複雑で高価な電子機器が必要である。このようなステアリングシステムによって、コスト、重量、脆弱性、及び複雑さがビーム給電システムに加わる。

少なくとも幾つかの他の公知のビーム給電システムは、固定ビーム源と、一連のワイヤまたはレールに接続されて、確実にビームの内部に位置し続けるように動きを拘束されたビークルとを含む。しかしながら、ビークルは、ビームから離れる方向に移動することができないので、このようなシステムの使用は限定される。他の公知のシステムは、固定ビーム源を用いて、ワイヤまたはレールで物理的に繋がれることのないビークルを照射する。しかしながら、このようなシステムでは、ビークルは、推進構造、すなわち所定の光学的及び空気力学的構造を有し、これにより、ビークルがビームの中心に確実に位置し続ける。この場合も同じように、このようなシステムは、ビークルがビームの外側を移動することができない、またはビームの外側で運転することができないので限定される。

１つの実施形態では、無人ビークルが提供される。前記無人ビークルは、前記無人ビークルをビーム源から放出されるエネルギービームに対して誘導するように構成されたナビゲーションシステムと、エネルギーを前記ビームから受け取るように構成された電力受給器と、受け取ったエネルギーを貯蔵して前記無人ビークルに選択的に給電するために利用するように構成されたエネルギー貯蔵システムとを含む。

別の実施形態では、ビークルシステムが提供される。前記ビークルシステムは、エネルギービームを放出するように構成されたビーム源と、無人ビークルとを備え、該無人ビークルは、ナビゲーションシステムと、電力受給器と、エネルギー貯蔵システムとを備え、前記ナビゲーションシステムは、前記無人ビークルを前記ビームに対して位置決めするように構成され、前記電力受給器は、エネルギーを前記ビームから受け取るように構成され、前記エネルギー貯蔵システムは、前記受け取ったエネルギーを貯蔵して前記無人ビークルに給電するために利用するように構成された。

図１は、例示的な公知のビーム給電システムの模式図である。図２は、例示的なビーム給電システムの模式図である。図３は、図２に示すビーム給電システムに使用することができる例示的なビーム源の模式図である。図４は、図２に示すビーム給電システムに使用することができる例示的な無人ビークルの模式図である。図５は、図２に示すビーム給電システムのような例示的なビーム給電システムの例示的な用法を示す図である。

本明細書において記載されるシステムは、公知のビーム給電システムの不具合のうちの少なくとも幾つかを解決する。更に詳細には、本明細書において記載されるシステムは、公知のビーム給電システムに関連するコスト、重量、複雑さ、及びメンテナンスに対する要求を軽減するビーム給電システムを提供する。更に、本明細書において記載されるシステムはまた、複数の異なるプラットフォーム、および複数の異なる環境に取り付け、操作することができるビーム源を提供する。

図１は、例示的な公知のビーム給電システム１００の模式図である。例示的な実施形態では、ビーム給電システム１００は、ビーム源１０２と、ビーム１０４と、無人ビークル１０６と、ステアリングミラー１０８と、制御システム１１０とを含む。制御システム１１０は、位置センサ１１２と、コントローラ１１４と、オペレータ制御インターフェース１１６とを含む。使用状態では、制御システム１１０は、ステアリングミラー１０８を操作して、ビーム源１０２から放出されるビーム１０４の相対的方向を変化させる。位置センサ１１２は、無人ビークル１０６の位置を検出することができ、ステアリングミラー１０８を操作して、ビーム１０４を無人ビークル１０６に向かって放出することができる。ステアリングミラー１０８はビーム１０４を旋回させて、無人ビークル１０６を或る角度範囲で追跡するだけでなく、ビーム１０４の焦点距離を調整して、無人ビークル１０６とビーム源１０２との間の離間距離が変化するときに、正しい強度を無人ビークル１０６上で保持することができる。特に、ビーム給電システム１００は、正しく動作するために極めて高性能の電子部品及び機械部品を必要とする。

図２は、例示的なビーム給電システム２００の模式図である。例示的な実施形態では、ビーム給電システム２００は、ビーム源２０２と、ビーム２０４と、無人ビークル２０６とを含む。例示的な実施形態では、無人ビークル２０６は無人飛行体（ＵＡＶ）である。別の実施形態では、無人ビークル２０６は、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）ＵＡＶである。別の構成として、無人ビークル２０６は、本明細書に記載の通りに機能することができる任意の種類の無人ビークルとすることができ、種類の無人ビークルとして、これらには限定されないが、飛行船、固定翼ＵＡＶ、地上ビークル、または水上ビークル（図示せず）を挙げることができる。

例示的な実施形態では、ビーム源２０２はビーム２０４を放出する。ビーム２０４はエネルギービームである。例示的な実施形態では、ビーム源２０２は所定の位置に固定されて、ビーム源２０２及びビーム２０４が無人ビークル２０６に追従しない、または無人ビークル２０６に合わせて移動しない。更に、例示的な実施形態では、ビーム源２０２は固定焦点距離を有する。別の実施形態では、ビーム２０４の方向は調整可能であり、および／またはビーム源２０２は、ビーム２０４を有限距離にまで延長できる、または有限距離に収束させることができるレンズまたは凹ミラーのような少なくとも１つの光学素子を含むことができる。

例示的な実施形態では、ビーム源２０２はエネルギー源から受け取るエネルギーを比較的狭幅の電磁波ビームに変換し、この電磁波ビームは、無人ビークル２０６による接近に適する一定方向に放出される。１つの実施形態では、ビーム源２０２は、電気エネルギー源に接続される。別の実施形態では、任意の適切な電源を用いてビーム源２０２に給電することができる。

例示的な実施形態では、ビーム源２０２を上方に向けて、ビーム２０４を略垂直方向に放出する。別の構成として、ビーム源２０２は選択的に調整可能であることにより、ビーム２０４を、ビーム給電システム２００が本明細書に記載される通りに機能することができるように任意の方向に放出することができる。更に、例示的な実施形態では、ビーム源２０２は、静止地上プラットフォームに取り付けられる。別の実施形態では、ビーム源２０２は、構造物または移動ビークルに接続される。

異なる態様では、異なる種類の電磁エネルギーをビーム源２０２から放出させて、無人ビークル２０６に給電する。各態様では、放出される電磁エネルギーの種類は、以下に更に詳細に説明するように、無人ビークル２０６が受け取り、貯蔵するように構成された電磁エネルギーの種類に一致する。したがって、例示的な実施形態では、無人ビークル２０６は、ビーム源２０２から放出される電磁エネルギーを受け取る電力受給器２０８を含む。例えば、１つの実施形態では、電力受給器２０８は光起電力型受光素子である。

１つの実施形態では、ビーム源２０２は、無人ビークル２０６に搭載される電力受給器２０８の光起電力素子のバンドギャップに略一致するように調整されるレーザ光源または別の単色光源を用いる。光源は、電力への光起電力変換効率を容易に最大化するように選択することができる。別の構成として、光源は、ビーム輝度を最適化するように選択することができるので、ビームが狭幅及び強度を保持する範囲を容易に最大化することができる。

例示的な実施形態では、ビーム源２０２は、単色光源を用いて送信される。この技術分野の当業者であれば、他の実施形態では、他の種類のビーム源を用いることができることを理解できるであろう。例えば、１つの別の実施形態では、広帯域スペクトルの可視光ビーム（ハロゲンランプまたはサーチライトのような）を用いる。他の実施形態では、マイクロ波ビームを用いて、エンドツーエンドの電力変換効率を最大にする、またはビーム給電システム２００の可観測性を低くすることができる。

ビーム源２０２は、ビーム２０４を収束させて高強度部分を、ビーム源２０２から一定の有限距離の位置に形成する。１つの別の実施形態では、ビーム源２０２は、複数の個別ビーム源を含み、これらのビーム源を配置し、向きを設定することにより、これらのビーム源の個々のビームを交差させて、高強度部分を、ビーム源２０２から一定の有限距離の位置に形成する。更に、１つの実施形態では、ビーム源２０２は高強度部分を、ビーム２０４の断面が、電力受給器２０８のレイアウトに略一致する位置に形成する。例えば、無人ビークル２０６内の電力受給器２０８が、矩形の光起電力アレイである場合、ビーム源２０２は、略矩形の形状を持つビーム２０４を、ビーム源の高強度部分の近傍に投射することができる。別の構成として、電力受給器２０８が円形アレイを有する場合、ビーム源は、略円形の形状を持つビーム２０４を、ビーム源の高強度部分の近傍に投射するように構成することができる。例示的な実施形態では、以下に更に詳細に説明するように、無人ビークル２０６は、電力受給器２０８を、ビーム源２０２の高強度部分に位置合わせするように構成された。

図３は、図２に示すビーム給電システム２００に使用することができる例示的なビーム源２０２の模式図である。例示的な実施形態では、ビーム源２０２は、位置特定システム２２０と、位置基準システム２２２と、接近作動システム２２４とを含む。

例示的な実施形態では、位置特定システム２２０によって、無人ビークル２０６は、無人ビークル２０６がビーム源２０２から或る距離に位置するときにビーム２０４の位置を特定し易くなる。１つの別の実施形態では、位置特定システム２２０は、ビーム源２０２の位置の特定を可能にする全地球測位システム（ＧＰＳ）と、ビーム源２０２の位置を無人ビークル２０６に送信する無線機とを含む。別の構成として、位置特定システム２２０は、任意の他の位置特定システムを含むことができ、他の位置特定システムによってビーム給電システム２００は、本明細書において記載される通りに機能することができる。

例示的な実施形態では、ビーム源２０２は、更に、位置基準システム２２２を含み、位置基準システム２２２によって無人ビークル２０６は、一旦、無人ビークル２０６がビーム源２０２の所定の近傍内に位置すると、無人ビークル自体がビーム２０４の中心に位置し易くなる。１つの例示的な実施形態では、位置基準システム２２２は、差分ＧＰＳ（ＤＧＰＳ）のようなローカル基準信号を送信する。別の構成として、位置基準システム２２２は、無人ビークル２０６に搭載されるカメラで観測することができる一連のオブジェクト特徴点（図示せず）を含むことができる。

ビーム源２０２は、更に、無人ビークル２０６がビーム源２０２の所定の近傍内に位置するときに接近作動システム２２４を作動させる接近作動システム２２４を含む。したがって、接近作動システム２２４は、無人ビークル２０６がビーム２０４から所定距離内に位置しているかどうかを判断することができる。接近作動システム２２４を用いて、ビーム源２０２は、ビーム源２０２に対する無人ビークル２０６の位置によって異なるように、選択的に作動状態になることができる。別の構成として、非作動状態になるのではなく、ビーム源２０２は、無人ビークル２０６が所定の近傍の外部にあるときに電力低減動作モードに切り替わることができる。１つの実施形態では、接近作動システム２２４は、無人ビークル２０６から放出される音を認識する音響センサを含む。別の構成として、接近作動システム２２４は、無人ビークル２０６の出現を認識する視覚センサ及び／又は位置データを無人ビークル２０６から受信する無線機を含むことができる。

図４は、図２に示すビーム給電システム２００に用いることができる例示的な無人ビークル２０６の模式図である。例示的な実施形態では、無人ビークル２０６は、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）無人飛行体（ＵＡＶ）である。しかしながら、別の実施形態では、無人ビークル２０６は、異なる種類のＵＡＶ、地上ビークル、または水上ビークルとすることができる。無人ビークル２０６がＵＡＶである少なくとも幾つかの実施形態の場合、無人ビークル２０６は、ビーム２０４内でホバリング状態に飛行することができる。１つの実施形態では、無人ビークル２０６は固定翼ＵＡＶであり、この固定翼ＵＡＶは、十分高い推力重量比を有するので、無人ビークル２０６は垂直方向に上昇し、無人ビークルのプロペラの推力による「吊り」で高度をほぼ維持することにより、ビーム２０４に対して略一定の位置に留まることができる。

例示的な実施形態では、無人ビークル２０６は、ビークル推進システム２４０と、制御システム２４２と、電力受給器２０８と、エネルギー貯蔵システム２４４と、１つ以上の積載システム２４６と、ナビゲーションシステム２４８と、位置制御システム２５０とを含み、これらの構成要素の各々は、以下に更に詳細に説明される。本明細書において記載される多くの実施形態では、相互作用が無人ビークル２０６とビーム２０４との間で行なわれるが、この技術分野の当業者であれば、本明細書において記載される無人ビークル２０６は、更に、ビーム源を利用することができない場合に飛び立ち、動作することができることを理解できるであろう。

ビークル推進システム２４０を用いて、無人ビークル２０６の相対位置を変更する、または保持する。例示的な実施形態では、ビークル推進システム２４０は、少なくとも１つの位置決め装置２５４に接続される少なくとも１つのモータ２５２を含む。例示的な実施形態では、位置決め装置２５４はプロペラである。別の構成として、位置決め装置２５４は、無人ビークル２０６の位置を変更することができる任意の装置とすることができ、任意の装置として、これらには限定されないが、ホイール、トレッド機構、翼、及び／又はビークル推進システム２４０及び無人ビークル２０６を本明細書に記載の通りに機能させることができる任意の装置を挙げることができる。

制御システム２４２は、ビークル推進システム２４０の動作を制御する。無人ビークル２０６の相対位置を変更する、または保持するために、制御システム２４２は、モータ２５２と通信して、位置決め装置２５４を動作させる。例示的な実施形態では、制御システム２４２は、電力管理／供給（ＰＭＡＤ）システム２５６を含み、ＰＭＡＤシステム２５６は、電力をビークル推進システム２４０、電力受給器２０８、エネルギー貯蔵システム２４４、積載システム２４６、ナビゲーションシステム２４８、及び／又は位置制御システム２５０に割り当て、給電して、無人ビークル２０６を運行する。ＰＭＡＤシステム２５６は、更に、電力受給器２０８から無人ビークル２０６の他の構成要素群に出力される電圧及び／又は電流を一定に維持し、これにより、他の構成要素群を電圧変動または電力サージから保護する。制御システム２４２は、更に、命令群２５８をナビゲーションシステム２４８及び／又は位置制御システム２５０から受信することができ、受信すると、ビークル推進システム２４０に指示して、これらの命令に従って動作させることができる。

電力受給器２０８は、エネルギーをビーム２０４から受けて、無人ビークル２０６に給電するために使用されるエネルギー形態に変換する。例えば、例示的な実施形態では、電力受給器２０８は、ビーム２０４からのエネルギーを電力に変換する。１つの態様では、ビーム源２０２は、レーザ光源または他の可視光源であり、電力受給器２０８は、レーザ光源または他の可視光源からの電力を受光して電力生成する光起電力アレイである。別の態様では、ビーム源２０２はマイクロ波を放出し、電力受給器２０８はレクテナ素子である。別の実施形態は、これらには限定されないが、量子ドット太陽電池を含む任意の適切な電力受給器２０８、または無人ビークル２０６の内部の熱エンジンに給電する熱エネルギー受給器を含むことができる。例えば、１つの実施形態では、熱エネルギー受給器は、エネルギーを熱として熱エネルギー貯蔵システムに貯蔵することができる。したがって、異なる実施形態では、電力受給器２０８は、所望の形態のエネルギーをビーム源２０２から受け取り、ビーム２０４からのエネルギーを、無人ビークル２０６に給電することにより、無人ビークル２０６を本明細書に記載の通りに機能させることができる所望の形態のエネルギーに変換することができる。

例示的な実施形態では、無人ビークル２０６はエネルギー貯蔵システム２４４を含む。エネルギー貯蔵システム２４４は、エネルギーを供給して、無人ビークル２０６がビーム２０４の外部を移動することを可能にする。したがって、エネルギー貯蔵システム２４４によって無人ビークル２０６は、発射地点または配備地点からビーム２０４に向かって、またはビーム２０４から離れるように移動することができる。例示的な実施形態では、エネルギー貯蔵システム２４４は、電力受給器２０８に接続されており、無人ビークル２０６がビーム２０４内に位置しているときに、電力受給器２０８が受け取ったエネルギーを利用して充電可能である。更に、無人ビークル２０６がビーム２０４内に位置している間に、エネルギー貯蔵システム２４４を用いて電力急増に対する要求（すなわち、ビーム２０４が普通に供給する電力よりも大きい電力に対する瞬時的な要求）を満たすことができる、または無人ビークル２０６の運行をビーム２０４が中断している間に継続することができる。他の実施形態では、無人ビークル２０６は、エネルギー貯蔵システム２４４に貯蔵されるエネルギーを利用して、ビーム２０４から離れるように移動し、任務を実行し、無人ビークル自体を、貯蔵エネルギーが無くなる前にビーム２０４に戻るように誘導する。

例示的な実施形態では、電力受給器２０８は、エネルギーを、エネルギー推進システム２４０、制御システム２４２、積載システム２４６、ナビゲーションシステム２４８、及び位置制御システム２５０の他に、エネルギー貯蔵システム２４４に供給することができる。１つの実施形態では、エネルギー貯蔵システム２４４は、１つ以上の化学バッテリを含む。別の実施形態では、エネルギー貯蔵システムは、これらには限定されないが、充電式燃料電池、フライホイール、及び／又は蓄熱装置を含むことができる。

例示的な実施形態では、無人ビークル２０６は、１つ以上の積載システム２４６を含み、これらの積載システム２４６によって無人ビークル２０６は、所望の任務を実行することができる。無人ビークル２０６は、積載システム２４６を所望の目的地に運ぶように、積載システム２４６の動作を、電力を供給し、熱制御を行ない、および／またはプラットフォームを安定させることによりサポートするように設計される。積載システム２４６は、カメラ、小型レーダ、通信中継装置、センサ、及び所望の任務を実行する他の同様の構成要素群を含むことができる。

例示的な実施形態では、無人ビークル２０６はナビゲーションシステム２４８を含む。ナビゲーションシステム２４８は、無人ビークルを環境内で誘導する。１つの実施形態では、ナビゲーションシステム２４８は、無人ビークル２０６を発射地点からビーム２０４に誘導するように構成された。ナビゲーションシステム２４８は、更に、無人ビークル２０６をビーム２０４から目標エリアに誘導し、次に、ビーム２０４に戻る方向に誘導するように構成することができる。したがって、例示的な実施形態では、ナビゲーションシステム２４８は、無人ビークル２０６を、発射地点、ビーム２０４、及び目標エリアのうちの少なくとも１つから別の目的地に誘導する。

例示的な実施形態では、ナビゲーションシステム２４８は、エネルギー貯蔵システム２４４に貯蔵されるエネルギーの量を定期的に測定し、利用可能エネルギーが低下して所定の閾値を下回ると、無人ビークル２０６をビーム２０４に自動的に戻す。例示的な実施形態では、ナビゲーションシステム２４８は、更に、ナビゲーションコンピュータ２６０を含む。ユーザは、ナビゲーションコンピュータ２６０を、ビーム２０４のＧＰＳ座標を用いて構成することができる、または、更に詳細には、ビーム２０４の高強度部分を用いて構成することができる。したがって、ナビゲーションシステム２４８は、ナビゲーションコンピュータ２６０を用いて、無人ビークル２０６をビーム２０４に、ＧＰＳ信号を基準として利用して誘導することができる。

例示的な実施形態では、ナビゲーションシステム２４８は、更に、リモートコントロールシステム２６２を含み、このリモートコントロールシステム２６２によってユーザは、無人ビークル２０６をビーム２０４に、離れた場所から誘導することができる。例示的な実施形態では、無人ビークル２０６はまた、カメラ２６４及び対応する画像処理システム２６６により検出される視覚キューを使用して誘導される。このような視覚キューは、ビーム源２０２に隣接する閃光灯、オブジェクト特徴点、または他のナビゲーション支援形状を含むことができる。別の実施形態では、ナビゲーションシステム２４８によって無人ビークル２０６を、ビーム源２０２から放出される無線信号を利用して誘導することができる。

例示的な実施形態では、無人ビークル２０６は位置制御システム２５０を含む。位置制御システム２５０によって、ナビゲーションシステム２４８を用いる場合に可能とはならない虞のある無人ビークル２０６の正確な移動が可能になる。例えば、１つの態様では、ビーム２０４が非常に細い場合、ＧＰＳしか利用しないナビゲーションシステム２４８は、無人ビークル２０６をビーム２０４の中心に保持するために十分に正確ではない虞がある。更に詳細には、ビーム２０４が非常に細い、および／または電力受給器２０８が非常に小規模である場合、極めて微小な位置誤差によって、電力受給器２０８は、公称の電力量に満たない量の電力しかビーム２０４から受け取ることができなくなる。ＧＰＳを使用する場合とは異なり、位置制御システム２５０によって、ビーム２０４に対する無人ビークル２０６の微細な位置決めが可能になる。位置制御システム２５０によって更に、ビーム２０４内の位置を安定させるために微細な調整が可能になるので、無人ビークル２０６はビーム２０４内でホバリング状態に飛行することができ、最大利用可能電力をビーム２０４から受け取るのが容易になる。

例示的な実施形態では、位置制御システム２５０は、電力受給器２０８の電力出力を測定する。ビーム２０４に対する無人ビークル２０６の平均位置を僅かに変位させながら、位置制御システム２５０は、電力出力、及び各測定が行なわれた位置を測定する。位置制御システム２５０は、このデータを、ビーム２０４の強度プロファイルのモデルに関連付けて、「最大」ビーム強度の位置を推定する。位置制御システム２５０は、更に、無人ビークル２０６を推定位置の近傍に位置決めして、電力受給器２０８が受け取る電力が最大になるのを容易にするように構成された。

更に、ビーム源２０２が移動ビークルに取り付けられる実施形態では、位置制御システム２５０は、各電力出力測定値を時刻だけでなく位置に関連付けて、ビーム源２０２が移動している速度を計算することができるように構成することができる。この構成により、無人ビークル２０６は、ビーム源２０２が移動している船、小型トラック、または他のビークルに取り付けられる場合でも、ビーム２０４の略中心に留まることができる。これにより、無人ビークル２０６は多種多様な状況で運行することができる。例えば、無人ビークル２０６は、一団となって移動するビークルを継続的に空中で中継する、または空中で監視することができる。

例示的な実施形態では、位置制御システム２５０は慣性測定ユニット（ＩＭＵ）２７０を含む。ＩＭＵ２７０により、無人ビークル２０６は、突風または電力変動のような破壊的な事象にも拘わらず、所定の位置及び高度に留まることができる。例示的な実施形態では、位置制御システム２５０は、更に、ビーム源２０２の１つ以上の既知の特徴点に対する無人ビークル２０６の位置を測定する１つ以上のセンサ２７２を含む。１つの実施形態では、センサ２７２は、自然に発生する特徴点、または塗装マークのような強調オブジェクトの特徴点を検出するカメラ２６４を含む。カメラ２６４は、更に、既知の周波数で閃光発光する赤外線発光ダイオード点滅装置のような光ビーコンを検出することができる。例示的な実施形態では、カメラ２６４は、無人ビークル２０６の位置を、位置制御システム２５０の一部として測定する他に、任務操作を積載システム２４６の一部として実施し、ナビゲーションを、ナビゲーションシステム２４８の一部として支援する。別の構成として、個別のカメラを各システム（図示せず）に対応して利用することができる。

図５は、図２に示すビーム給電システム２００のような例示的なビーム給電システムの例示的な用法を示している。例示的な実施形態では、無人ビークル２０６は、発射／メンテナンスエリア３０２から飛び立つ。ナビゲーションシステム２４８を利用して、無人ビークル２０６は、無人ビークル充電エリア３０４のビーム２０４に誘導される。位置制御システム２５０により、無人ビークル２０６が確実に、ビーム２０４の内部の略中心に位置するようになる。無人ビークル２０６が十分に充電されると、ナビゲーションシステム２４８は、無人ビークルを注目エリア３０６に誘導する。積載システム２４６を利用する無人ビークル２０６は、任務を注目エリア３０６で実行する。任務が完了する、または無人ビークル２０６の残留電力が低下して所定の閾値を下回ると、無人ビークル２０６は、無人ビークル充電エリア３０４に戻る。一旦、無人ビークル２０６が十分な電力をビーム２０４から受け取ると、無人ビークルは、発射／メンテナンスエリア３０２、注目エリア３０６、または別の目標エリアに必要に応じて移動することができる。この技術分野の当業者であれば、記載のビーム給電システム２００により、無人ビークル２０６を、発射／メンテナンスエリア３０２、無人ビークル充電エリア３０４、及び注目エリア３０６のうちの１つのエリアから別の所望エリアに種々の順番で誘導することができることが理解できるであろう。

公知の無人ビークル及び無人ビークルシステムと比較して、本明細書において記載される無人ビークル及び無人ビークルシステムによって、無人ビークルは、無人ビークルが無人ビークルをビーム源に対して誘導するナビゲーションシステムを含むので、多種多様な任務を行なうことができる。更に、本明細書において記載されるビーム源は、ビーム源が、放出ビームの方向を操作する複雑な電気機械システムを必要としないので、公知のビーム源よりも安価に、かつ容易に製造することができる。

本明細書において記載されるシステムによって容易に、ビーム給電システムのコスト、重量、脆弱性、複雑さ、及びメンテナンスに対する要求を軽減することができるだけでなく、無人ビークルの任務遂行可能性を高め、任務遂行期間を延ばすことができる。本明細書において記載されるシステムによって更に、ビームステアリング及び制御システムの必要性を排除することができ、無人ビークルをビームの外側で運行することができる。更に、本明細書において記載される実施形態によって、無人ビークルを移動させて広範な有用な任務を実行することができる。本明細書において記載される実施形態によって更に、ビーム源を、多くの異なるプラットフォームに取り付け、多くの異なるプラットフォームにおいて動作させることができ、多くの異なる環境において取り付け、動作させることができる。

本明細書において記載されるシステムは、１つ以上のコンピュータまたは計算装置を用いて実現する、または実行することができる。コンピュータまたは計算装置は、１つ以上のプロセッサまたは処理ユニット、システムメモリ、及び或る形態のコンピュータ可読媒体を含むことができる。例示的なコンピュータ可読媒体として、フラッシュメモリドライブ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、フロッピィディスク、及びテープカセットを挙げることができる。一例として、かつ非限定的であるが、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体及び通信媒体を含む。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータのような情報を格納する。通信媒体は通常、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータを、搬送波または他の伝送機構で伝送される信号のような変調データ信号により具体化し、任意の情報配信媒体を含む。上に挙げた要素のうちの任意の要素の組み合わせが更に、コンピュータ可読媒体の範囲に含まれる。

この記載の説明では、種々の例を用いて、最良の形態を含む種々の実施形態を開示することにより、この技術分野の当業者であれば誰でも、これらの実施形態を実施することができ、例えば任意のデバイスまたはシステムを作製し、使用し、組み込まれる任意の方法を実行することができる。特許可能な範囲は、請求項により規定され、この技術分野の当業者が想到することができる他の例を含むことができる。このような他の例は、これらの請求項の範囲に、これらの例が、これらの請求項の文言と異ならない構造的要素を有する場合に、またはこれらの例が、これらの請求項の文言とは殆ど異ならない等価な構造的要素を有する場合に包含されるべきである。
また、本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
無人ビークルであって、
前記無人ビークルを、ビーム源から放出されるエネルギービームに対して誘導するように構成されたナビゲーションシステムと、
前記ビームからエネルギーを受け取るように構成された電力受給器と、
受け取ったエネルギーを貯蔵して前記無人ビークルに選択的に給電するために利用するように構成されたエネルギー貯蔵システムと
を備える無人ビークル。
（態様２）
無人飛行体「ＵＡＶ」である、態様１に記載の無人ビークル。
（態様３）
前記無人ビークルを推進するように構成されたビークル推進システムを更に備え、前記ビークル推進システムは、少なくとも１つのモータと、少なくとも１つの位置決め装置とを備えている、態様１に記載の無人ビークル。
（態様４）
制御システムと、
ビークル推進システムと
を更に備えており、前記制御システムは、前記ビークル推進システムを用いて前記無人ビークルの位置を制御するように構成されている、態様１に記載の無人ビークル。
（態様５）
前記制御システムは、前記無人ビークルに電力を選択的に割り当てるために使用される電力管理／供給システムを備えている、態様４に記載の無人ビークル。
（態様６）
前記電力受給器は、光起電力アレイ及びレクテナのうちの少なくとも１つを含んでいる、態様１に記載の無人ビークル。
（態様７）
前記ナビゲーションシステムは、更に、
前記エネルギー貯蔵システムに貯蔵されるエネルギーの量を測定し、
貯蔵エネルギーが所定の閾値を下回ると、前記無人ビークルを前記エネルギービームに案内する
ように構成されており、前記ナビゲーションシステムは、更に、全地球測位システム「ＧＰＳ」座標、視覚キュー、及び無線信号のうちの少なくとも１つを利用して、前記無人ビークルを誘導するように構成されている、態様１に記載の無人ビークル。
（態様８）
前記無人ビークルを高精度に位置決めすることができるように構成された位置制御システムを更に備えており、前記位置制御システムは、更に、前記電力受給器の電力出力を測定するように構成されている、態様１に記載の無人ビークル。
（態様９）
前記位置制御システムは、更に、各電力出力測定値に関連する時刻を測定するように構成されている、態様８に記載の無人ビークル。
（態様１０）
前記位置制御システムは、慣性測定ユニットと、前記無人ビークルの相対位置を測定するように構成された少なくとも１つのセンサとを含み、前記少なくとも１つのセンサは、オブジェクト特徴点及び光ビーコンのうちの少なくとも１つを検出するように構成されたカメラを含んでいる、態様８に記載の無人ビークル。
（態様１１）
ビークルシステムであって、
エネルギービームを放出するように構成されたビーム源、並びに
ナビゲーションシステムと、電力受給器と、エネルギー貯蔵システムとを備える無人ビークルであって、前記ナビゲーションシステムは前記無人ビークルをビームに対して位置決めするように構成されており、前記電力受給器はビームからエネルギーを受け取るように構成されており、前記エネルギー貯蔵システムは、受け取ったエネルギーを貯蔵して前記無人ビークルに給電するために利用するように構成されている、無人ビークル
を備えたビークルシステム。
（態様１２）
前記ビーム源は、前記無人ビークルを支援してビームの位置を特定し易くするように構成された位置特定システムを含んでおり、前記位置特定システムは全地球測位システム「ＧＰＳ」を含む、態様１１に記載のシステム。
（態様１３）
前記ビーム源は、前記無人ビークルを前記ビームの略中心に位置させるように構成された位置基準システムを備えている、態様１１に記載のシステム。
（態様１４）
前記位置基準システムは、ローカル基準信号、及び前記無人ビークルに接続されたカメラから観測できる一連のオブジェクト特徴点のうちの少なくとも一方を含む、態様１１に記載のシステム。
（態様１５）
前記ビーム源は、接近作動システムを含み、前記無人ビークルが前記ビーム源から所定の距離内に位置するときに作動状態になり、前記接近作動システムは、前記無人ビークルから放出される音を認識するように構成された音響センサ、前記無人ビークルの出現を認識するように構成された視覚センサ、及び位置データを前記無人ビークルから受信するように構成された無線機のうちの少なくとも１つを含む、態様１１に記載のシステム。

Claims

無人ビークル（２０６）であって、
前記無人ビークル（２０６）を、ビーム源（２０２）から放出されるエネルギービーム（２０４）に対して誘導するように構成されたナビゲーションシステム（２４８）と、
前記ビーム（２０４）からエネルギーを受け取るように構成された電力受給器（２０８）と、
受け取ったエネルギーを貯蔵して前記無人ビークル（２０６）に選択的に給電するために利用するように構成されたエネルギー貯蔵システム（２４４）と、
前記無人ビークル（２０６）を高精度に位置決めすることができるように構成された位置制御システム（２５０）と
を備え、
前記位置制御システム（２５０）は、更に、前記電力受給器（２０８）の電力出力を測定するように構成されており、前記位置制御システム（２５０）は、更に、各電力出力測定値に関連する時刻を測定するように構成されており、
前記位置制御システム（２５０）は、慣性測定ユニット（２７０）と、前記無人ビークル（２０６）の相対位置を測定するように構成された少なくとも１つのセンサ（２７２）とを備え、前記少なくとも１つのセンサ（２７２）は、オブジェクト特徴点及び光ビーコンのうちの少なくとも１つを検出するように構成されたカメラ（２６４）を備える、無人ビークル（２０６）。
前記無人ビークル（２０６）が、無人飛行体「ＵＡＶ」であり、前記無人ビークル（２０６）が前記無人ビークル（２０６）を推進するように構成されたビークル推進システム（２４０）を更に備え、前記ビークル推進システム（２４０）は、少なくとも１つのモータ（２５２）と、少なくとも１つの位置決め装置（２５４）とを備えている、請求項１に記載の無人ビークル（２０６）。
前記電力受給器（２０８）は、光起電力アレイ及びレクテナのうちの少なくとも１つを含んでいる、請求項１または２に記載の無人ビークル（２０６）。
前記ナビゲーションシステム（２４８）は、更に、
前記エネルギー貯蔵システム（２４４）に貯蔵されるエネルギーの量を測定し、
貯蔵エネルギーが所定の閾値を下回ると、前記無人ビークル（２０６）を前記エネルギービームに案内する
ように構成されており、前記ナビゲーションシステム（２４８）は、更に、全地球測位システム「ＧＰＳ」座標、視覚キュー、及び無線信号のうちの少なくとも１つを利用して、前記無人ビークル（２０６）を誘導するように構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の無人ビークル（２０６）。
エネルギービーム（２０４）を放出するよう構成されたビーム源（２０２）と、
請求項１から４のいずれか一項に記載の無人ビークル（２０６）とを備え、
前記電力受給器（２０８）が前記ビーム源（２０２）により放出された前記エネルギービーム（２０４）からエネルギーを受け取るように構成されているビークルシステム。
ビークルシステムであって、
エネルギービーム（２０４）を放出するように構成されたビーム源（２０２）、及び
無人ビークル（２０６）を備えており、
前記無人ビークル（２０６）は、ナビゲーションシステム（２４８）と、電力受給器（２０８）と、エネルギー貯蔵システム（２４４）とを備え、前記ナビゲーションシステム（２４８）は前記無人ビークル（２０６）をビーム（２０４）に対して位置決めするように構成されており、前記電力受給器（２０８）はビーム（２０４）からエネルギーを受け取るように構成されており、前記エネルギー貯蔵システム（２４４）は、受け取ったエネルギーを貯蔵して前記無人ビークル（２０６）に給電するために利用するように構成されており、
前記ビーム源（２０２）は、前記無人ビークル（２０６）を前記ビーム（２０４）の略中心に位置させるように構成された位置基準システム（２２２）を備え、前記位置基準システム（２２２）は、ローカル基準信号、及び前記無人ビークル（２０６）に連結されたカメラから観測できる一連のオブジェクト特徴点のうちの少なくとも一方を含む、
ビークルシステム。
前記ビーム源（２０２）は、前記無人ビークル（２０６）を支援してビーム（２０４）の位置を特定し易くするように構成された位置特定システム（２２０）を含んでおり、前記位置特定システムは全地球測位システム「ＧＰＳ」を使用する、請求項６に記載のビークルシステム。
前記ビーム源（２０２）は、接近作動システム（２２４）を含み、前記接近作動システム（２２４）は、前記無人ビークル（２０６）から放出される音を認識するように構成された音響センサ、前記無人ビークル（２０６）の出現を認識するように構成された視覚センサ、及び位置データを前記無人ビークル（２０６）から受信するように構成された無線機のうちの少なくとも１つを含む、請求項６または７に記載のビークルシステム。