特許 6795197 航空機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6795197

(24)【登録日】2020年11月16日

(45)【発行日】2020年12月2日

(54)【発明の名称】航空機

(51)【国際特許分類】

   B64C 39/02 20060101AFI20201119BHJP

   B64C 27/08 20060101ALI20201119BHJP

【ＦＩ】

   B64C39/02

   B64C27/08

【請求項の数】15

【全頁数】69

(21)【出願番号】特願2017-561652(P2017-561652)

(86)(22)【出願日】2016年5月27日

(65)【公表番号】特表2018-516200(P2018-516200A)

(43)【公表日】2018年6月21日

(86)【国際出願番号】IB2016053132

(87)【国際公開番号】WO2016193884

(87)【国際公開日】20161208

【審査請求日】2019年5月23日

(31)【優先権主張番号】62/167,910

(32)【優先日】2015年5月29日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/213,784

(32)【優先日】2015年9月3日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517311080

【氏名又は名称】ベリティ ストゥディオス アーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】100078282

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 秀策

(74)【代理人】

【識別番号】100113413

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 夏樹

(74)【代理人】

【識別番号】100181674

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 貴敏

(74)【代理人】

【識別番号】100181641

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】230113332

【弁護士】

【氏名又は名称】山本 健策

(72)【発明者】

【氏名】ヘーン， マルクス

(72)【発明者】

【氏名】ヴァイベル， マルクス

(72)【発明者】

【氏名】ゲラルディ， ルカ

(72)【発明者】

【氏名】ダンドレーア， ラファエロ

【審査官】 森本 哲也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０４７１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１９８６４２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２３６３８８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６４Ｃ ３９／０２

Ｂ６４Ｃ ２７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

飛行するように動作可能な航空機（１００）であって、前記航空機（１００）は、動作可能に接続されている少なくとも第１および第２のサブシステム（２５０ａ，ｂ）を有し、
前記第１のサブシステム（２５０ａ）は、第１の飛行モジュール（２４０ａ）と、前記航空機（１００）を飛行させるために十分な第１の力を発生させるために選択的に動作可能な第１の１つ以上のエフェクタ（１０２）とを備え、
前記第２のサブシステム（２５０ｂ）は、第２の飛行モジュール（２４０ｂ）と、前記航空機（１００）を飛行させるために十分な第２の力を発生させるために選択的に動作可能な第２の１つ以上のエフェクタ（１０２）とを備え、
それによって、前記第１または第２のサブシステム（２５０ａ，ｂ）は、他のサブシステム（２５０ａ，ｂ）の前記１つ以上のエフェクタ（１０２）に頼らずに、前記航空機（１００）を飛行させるために選択的に使用可能であり、
前記第１の飛行モジュール（２４０ａ）が、
第１のスイッチ（３４０ａ）と、
前記第１のスイッチ（３４０ａ）を制御するための第１の協調ユニット（３５０ａ）と、
前記第１および第２の１つ以上のエフェクタ（１０２）を動作させるための制御信号を発生させるように動作可能な第１の通常動作制御ユニット（３１０ａ）と、
前記第１の１つ以上のエフェクタ（１０２）を動作させるための制御信号を発生させるように動作可能な第１の緊急制御ユニット（３２０ａ）と
を備えていること、
前記第１のスイッチ（３４０ａ）が、前記第１のスイッチが前記第１の通常動作制御ユニット（３１０ａ）によって発生させられる前記制御信号を前記第１の１つ以上のエフェクタ（１０２）にパスする第１の位置と、前記第１のスイッチが前記第１の緊急制御ユニット（３２０ａ）によって発生させられる前記制御信号を前記第１の１つ以上のエフェクタ（１０２）にパスする第２の位置との間で前記第１の協調ユニット（３５０ａ）によって選択的に切り替えられることが可能なように構成されていること、
前記第２の飛行モジュール（２４０ｂ）が、
第２のスイッチ（３４０ｂ）と、
前記第２のスイッチ（３４０ｂ）を制御するための第２の協調ユニット（３５０ｂ）と、
前記第２の１つ以上のエフェクタ（１０２）を動作させるための制御信号を発生させるように動作可能な第２の緊急制御ユニット（３２０ｂ）と
を備えていること、および、
前記第２のスイッチ（３４０ｂ）が、前記第２のスイッチが前記第１の通常動作制御ユニット（３１０ａ）によって発生させられる前記制御信号を前記第２の１つ以上のエフェクタ（１０２）にパスする第１の位置と、前記第２のスイッチが前記第２の緊急制御ユニット（３２０ｂ）によって発生させられる前記制御信号を前記第２の１つ以上のエフェクタ（１０２）にパスする第２の位置との間で前記第２の協調ユニット（３５０ｂ）によって選択的に切り替えられることが可能なように構成されていることを特徴とする、航空機。

【請求項2】

前記第１のサブシステムは、外部基準系に対する前記航空機の少なくとも位置、向き、または速度を感知するための第１の１つ以上のセンサをさらに備え、前記第２のサブシステムは、外部基準系に対する前記航空機の少なくとも位置、向き、または速度を感知するための第２の１つ以上のセンサをさらに備えている、請求項１に記載の航空機。

【請求項3】

前記航空機は、前記第１および第２のサブシステムによって共有されている少なくとも１つのセンサをさらに備え、前記少なくとも１つのセンサは、外部基準系に対する前記航空機の少なくとも位置、向き、または速度を感知するために構成されている、請求項１または２に記載の航空機。

【請求項4】

前記第１のスイッチは、前記第１のスイッチが前記第１の通常動作制御ユニットによって発生させられる前記制御信号を前記第１の１つ以上のエフェクタにパスする第１の位置と、前記第１のスイッチが前記第１の緊急制御ユニットによって発生させられる前記制御信号を前記第１の１つ以上のエフェクタにパスする第２の位置と、いかなる制御信号も前記第１の１つ以上のエフェクタにパスされないように前記スイッチが開放されている第３の位置との間で前記第１の協調ユニットによって選択的に切り替えられることが可能なように構成され、
前記第２のスイッチは、前記第２のスイッチが前記第１の通常動作制御ユニットによって発生させられる前記制御信号を前記第２の１つ以上のエフェクタにパスする第１の位置と、前記第２のスイッチが前記第２の緊急制御ユニットによって発生させられる前記制御信号を前記第２の１つ以上のエフェクタにパスする第２の位置と、いかなる制御信号も前記第２の１つ以上のエフェクタにパスされないように前記スイッチが開放されている第３の位置との間で前記第２の協調ユニットによって選択的に切り替えられることが可能なように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の航空機。

【請求項5】

前記第１の飛行モジュールは、少なくとも前記第１のサブシステム内の障害および前記第２のサブシステム内の障害を検出するように構成されている第１の障害検出ユニットをさらに備え、
前記第１の障害検出ユニットは、前記第１の協調ユニットに接続され、前記第１のサブシステム内の障害の検出時、信号を前記第１の協調ユニットに送信し、前記第２のサブシステム内の障害の検出時、信号を前記第１の協調ユニットに送信するように構成され、
前記第１の協調ユニットは、前記第１のサブシステム内の障害を示す前記第１の障害検出ユニットからの信号の受信時、前記航空機が前記第２のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、前記第１のスイッチをその第３の位置に切り替えるように構成され、
前記第１の協調ユニットは、前記第２のサブシステム内の障害を示す前記第１の障害検出ユニットからの信号の受信時、前記航空機が前記第１のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、前記第２のスイッチをその第３の位置に切り替えるように前記第２の協調ユニットをトリガするように構成されている、請求項４に記載の航空機。

【請求項6】

前記第１の飛行モジュールは、少なくとも前記第１のサブシステム内の障害を検出するように構成されている第１の障害検出ユニットをさらに備え、
前記第２の飛行モジュールは、前記第１および第２の１つ以上のエフェクタを動作させるための制御信号を発生させるように動作可能な第２の通常動作制御ユニットをさらに備え、前記第２のスイッチがその第２の位置にあるとき、前記第２の通常動作制御ユニットによって発生させられる制御信号は、前記第１および第２の１つ以上のエフェクタにパスされることが可能であり、
前記第１の協調ユニットは、前記第１のサブシステム内の障害が検出されたことを示す前記第１の障害検出ユニットからの信号を受信すると、前記第２のスイッチをその第２の位置に切り替えるように前記第２の協調ユニットを前記第１の協調ユニットがトリガするように構成され、それによって、前記第２の通常動作制御ユニットによって発生させられる制御信号は、第１および第２の１つ以上のエフェクタにパスされ、それによって、前記第１および第２の１つ以上のエフェクタは、前記第２の通常動作制御ユニットによって発生させられる制御信号のみによって制御される、請求項４に記載の航空機。

【請求項7】

前記第１および第２のサブシステムは、１つ以上の通信チャネルを介して動作可能に接続され、
前記第１の協調ユニットは、前記通信チャネル内の障害が検出されると、前記航空機が前記第１のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、前記第１のスイッチをその第２の位置に切り替え、前記第２のスイッチのその第３の位置への切り替えをトリガするように構成されている、請求項４〜６のいずれか１項に記載の航空機。

【請求項8】

第３のサブシステムをさらに備え、前記第３のサブシステムは、
前記航空機を飛行させるために十分な力を発生させるために選択的に動作可能な第３の１つ以上のエフェクタと、
第３の飛行モジュールと
を備え、
前記第３の飛行モジュールは、
第３のスイッチと、
前記第３のスイッチを制御するための第３の協調ユニットと、
を備え、
前記第３のスイッチは、前記第３のスイッチが前記第１の通常動作制御ユニットによって発生させられる前記制御信号を前記第３の１つ以上のエフェクタにパスすること、または前記第２の緊急制御ユニットによって発生させられる前記制御信号を前記第３の１つ以上のエフェクタにパスすることを行う第１の位置と、前記第３のスイッチが前記第１の緊急制御ユニットによって発生させられる前記制御信号を前記第３の１つ以上のエフェクタにパスすることが可能な第２の位置と、いかなる制御信号も前記第３の１つ以上のエフェクタにパスされないように前記スイッチが開放されている第３の位置との間で前記第３の協調ユニットによって選択的に切り替えられることが可能なように構成されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の航空機。

【請求項9】

前記航空機の移動の１つ以上の特性を感知するように動作可能な１つ以上のセンサをさらに備え、
前記第１の飛行モジュールは、前記航空機に所定の様式で移動させる所定の制御信号を前記第２の１つ以上のエフェクタに選択的に送信可能なように構成され、
前記第１の飛行モジュールは、１つ以上の出力を前記１つ以上のセンサから受信し、それらの受信された出力を使用して、前記航空機が前記所定の様式で移動しているかどうかを決定するように構成され、
前記第１の飛行モジュールは、前記第１の飛行モジュールが前記航空機が前記所定の様式で移動していないことを決定する場合、前記第２のサブシステム内の障害が生じたことを決定するように構成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の航空機。

【請求項10】

コスチュームが取り付けられることが可能な支持構造をさらに備えている、請求項１〜９のいずれか１項に記載の航空機。

【請求項11】

前記支持構造に取り付けられているコスチュームをさらに備えている、請求項１０に記載の航空機。

【請求項12】

前記航空機または支持構造上に搭載されている１つ以上の光源をさらに備え、前記１つ以上の光源は、前記コスチューム上に入射するように、光を前記航空機から放射するように配置されている、請求項１１に記載の航空機。

【請求項13】

航空機（１００）を制御する方法であって、前記航空機（１００）は、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の航空機であり、前記方法は、
（１）前記第１のサブシステム（２５０ａ）において、前記第１および第２のサブシステム（２５０ａ，ｂ）のエフェクタ（１０２）のための第１の制御信号の組を計算するステップと、
（２）前記第１の制御信号の組を前記第２のサブシステム（２５０ｂ）のエフェクタ（１０２）に通信するステップと、
（３）前記第１または第２のサブシステム（２５０ａ，ｂ）内の障害を検出するステップと、
（４）前記航空機（１００）が他のサブシステム（２５０ａ，ｂ）のエフェクタ（１０２）のみを使用して飛行させられるように、障害が検出された前記サブシステム（２５０ａ，ｂ）のエフェクタ（１０２）を無効にするステップと
を含む、方法。

【請求項14】

前記方法は、前記航空機が他のサブシステムのエフェクタのみを使用して飛行させられるように、障害が検出された前記サブシステムを無効にすることを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記障害を被らなかったサブシステムにおいて、第２の制御信号の組を計算するステップをさらに含み、前記第２の制御信号の組は、前記障害を被らなかったサブシステムのエフェクタのみを制御する、請求項１３または１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、航空機に関する。特に、本発明は、少なくとも２つのサブシステムを備えている航空機に関し、サブシステムの各々は、他のサブシステムから独立して航空機を飛行させるために選択的に使用されることができる。

【背景技術】

【0002】

超小型または小型無人航空機（ＵＡＶ）を含む航空機は、それらの制御、それらの安全性、およびそれらの信頼性に関して、独自の制約を有する。

【0003】

多くのマルチコプタを含む従来技術において公知のいくつかの航空機は、冗長エフェクタを使用する。しかしながら、エフェクタの冗長化は、非常に限られたタイプの障害のみを防御し、多くの他の単一障害点は、残存し、マルチコプタは、結果として、頻繁に墜落する。

【0004】

そのような障害から防御する解決策が、有人遠隔操縦式航空機のために存在する。例として、三重モジュール式冗長化（ＴＭＲ）および票決システムが挙げられる。しかしながら、これらの解決策は、有人遠隔操縦式航空機に見出されるコスト−リスクトレードオフに適合するように開発されており、それは、航空機のそれらと大きく異なる。さらに、これらの解決策の大部分は、人間操縦者の使用に頼り、かつ人間操縦者の使用を奨励または要求さえし、それは、コストならびに技術的理由に起因して、航空機の多くの潜在的用途に対して非実践的である。例えば、人間操縦者による遠隔操作は、航空機と人間操縦者との間のリアルタイム高帯域幅データリンクを要求し、それは、航空機の多くの潜在的用途に対して、非常にコストがかかり、非常に電力を消費し、かつ非常に重いハードウェアを要求し、それは、冗長な方法で維持することが困難であり、故に、可能な単一障害点を構成し、それは、全体的システムの複雑性を増加させ、故に、安全性および信頼の低下の原因である可能性が高い。

【0005】

いくつかの航空機（例えば、技術的に高精度なマルチコプタ）およびいくつかのペイロード（例えば、特殊センサ）の比較的高値ならびに航空機によって潜在的に引き起こされる損傷または傷害のリスクを考慮すると、障害が起きた場合でも、航空機もしくはそのペイロードの損失、航空機もしくはそのペイロードへの損傷、航空機の動作する環境への損傷、または人もしくは見物人への傷害を回避することが望ましい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目標は、既存の航空機の限界／不利点を排除または軽減することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明によると、他のサブシステムから独立して航空機を飛行させるために使用され得る複数のサブシステムを備えている、航空機が、提供される。好ましくは、各サブシステムは、それ自身の制御ユニットを有する。本願では、本発明の航空機は、「冗長航空機」と称され得る。本願では、用語「冗長」は、１つ以上の単一部品もしくは構成要素の障害時、システム全体（航空機または飛行機等）の障害を防止する複製物としての役割を果たすことを意味する。

【0008】

本発明のある実施形態の技術的利点は、既存の航空機の設計を改良または簡略化することを可能にし得る。例えば、設計は、航空機の低時定数、飛行動態、小サイズ、または軽重量等、航空機の具体的特性のより優れた公差、もしくはそこから利点を導出することを可能にし得る。別の例として、これらの設計は、エフェクタ冗長性（例えば、ヘキサコプタおよびオクトコプタ）、三重冗長化／票決システム、またはエフェクタの封入物（例えば、シュラウド、ダクテッドファン）、もしくは障害を防御するパラシュートを頼るもの等の現在のシステムより少ない質量を要求し、より少ない設計制約および固有の限界に直面し得る。別の例として、これらの設計は、同様のレベルの冗長性を達成するためにより少ないエフェクタを要求し得、それは、航空機内で使用される多くの種類のエフェクタに対して重要な効率利得をもたらし得る。

【0009】

本発明のある実施形態の技術的利点は、既存の航空機の安全性または信頼性の増加を可能にし得る。例えば、本発明は、衝突、機械的もしくは電気障害、電子機器の故障、オペレータエラー、または風もしくは乱気流等の悪環境条件から生じるリスクを最小化すること、または排除することを可能にし得る。本発明はまた、制御の完全損失を伴う壊滅的障害ではなく、性能の許容できる低下を可能にすることによって、障害の影響を軽減し得る。

【0010】

本発明のある実施形態の他の技術的利点は、航空機が、概ねまたは完全に、障害の検出を自動化し、代替緊急制御モードに切り替えることによって、概ねまたは完全に障害への応答を自動化することを可能にし得る。これは、例えば、自律的緊急着陸を安全に実行することができる航空機の作成を可能にし得る。別の例として、これは、人間操縦者によって制御困難または不可能であろう低下飛行モードで動作する、航空機を作成することを可能にし得る。いくつかの実施形態では、そのような低下飛行モードは、航空機上で利用可能なエフェクタ、センサ、または計算リソースの一部を使用し得る。

【0011】

本発明のある実施形態のさらに他の技術的利点は、信頼性を増加させることによって、安全性を増加させることによって、多種多様な動作条件もしくは環境における航空機の使用を可能にすることによって、または経験豊富な人間操縦者によって現在行われているあるタスクの部分的または完全自動化を可能にすることによって、新しい用途のための航空機の使用を可能にし得る。人間操縦者の必要性は、多くの用途において、特に、費用有効性、可能な動作条件、および航空機の飛行耐久性を著しく限定する。例えば、経験豊富な人間操縦者でさえ、風の乱れ等の多くの実世界動作条件において安全かつ効率的制御を保証することができない。

【0012】

本発明のある実施形態のさらに他の技術的利点は、種々の状況における種々の用途の具体的必要性に対して調整されることを可能にし得る。例示的用途として、危険もしくは反復タスクを要求し得る、公共インフラの検査および監視、産業もしくは公共サービス用途（例えば、産業用地の監督および監視施設、写真測量、調査）、専門的航空写真もしくは映画撮影、空輸による積荷の輸送もしくは配達、音楽および光に合わせた演出を含む舞台公演、舞台俳優との相互作用を要求する劇場公演、趣味用プラットフォーム、飛行プラットフォームを積極的に研究する、もしくはそのカリキュラムの一部としてそれらを使用するグループのための研究用プラットフォーム、または生存性、電力自律性、検出能力、もしくは極限条件（天候、照明条件、汚染）における動作等の要件を伴う防衛用途が挙げられる。特に、ある技術的利点は、本発明が広範囲のセンサを装備することを可能にする。例えば、赤外線センサは、果樹園内の乾燥地の区画の検出または作物監視のための実施形態を可能にする。

【0013】

本発明のある実施形態のさらに他の技術的利点は、コストを削減することを可能にし得る。例えば、航空機は、概ねまたは完全に同じサブシステムから構築され、縮小設計、生産、試験、および複数の異なるシステムの使用に関連付けられた他のコストに起因して、コスト節約を可能にし得る。

【0014】

本発明のさらなる技術的利点は、以下の図、説明、および請求項から当業者に容易に明白であろう。さらに、具体的利点が上で挙げられたが、種々の実施形態は、挙げられた利点の全て、一部を含むことも、全く含まないこともあり、列挙された利点は、本発明の使用のために必要なものとして見なされるべきではない。

【0015】

本発明の第１の側面によると、飛行するように動作可能な航空機であって、動作可能に接続されている少なくとも第１および第２のサブシステムを有する、航空機が、提供される。第１のサブシステムは、第１の飛行モジュールと、航空機を飛行させるために十分な第１の力を発生させるために選択的に動作可能な第１の１つ以上のエフェクタとを備え得る。第２のサブシステムは、第２の飛行モジュールと、航空機を飛行させるために十分な第２の力を発生させるために選択的に動作可能な第２の１つ以上のエフェクタとを備え得る。第１および第２のサブシステムは、第１または第２のサブシステムが、他のサブシステムの１つ以上のエフェクタに頼らずに、航空機を飛行させるために選択的に使用されることができるように構築され、配置され、動作可能であり得る。

【0016】

いくつかの実施形態では、航空機は、１つのサブシステムのみを用いて飛行させられる。

【0017】

一実施形態では、第１のサブシステムはさらに、外部基準系に対する航空機の少なくとも位置、向き、または速度を感知するための第１の１つ以上のセンサを備え、第２のサブシステムはさらに、外部基準系に対する航空機の少なくとも位置、向き、または速度を感知するための第２の１つ以上のセンサを備えている。

【0018】

一実施形態では、航空機はさらに、第１および第２のサブシステムによって共有されている少なくとも１つのセンサを備え、少なくとも１つのセンサは、外部基準系に対する航空機の少なくとも位置、向き、または速度を感知するために構成される。

【0019】

一実施形態では、第１のサブシステムはさらに、第１の電源を備え、第２のサブシステムはさらに、第２の電源を備えている。

【0020】

一実施形態では、航空機は、第１および第２のサブシステムによって共有される単一電源を備えている。本願では、構成要素が第１および第２のサブシステムによって「共有」されると言われる場合、それは、該構成要素が、第１および第２のサブシステムの両方によって使用されることができることを意味する。

【0021】

いくつかの実施形態では、第１の飛行モジュールは、第１のスイッチと、第１のスイッチを制御するための第１の協調ユニットと、第１および第２の１つ以上のエフェクタを動作させるための制御信号を発生させるように動作可能な第１の通常動作制御ユニットと、第１の１つ以上のエフェクタを動作させるための制御信号を発生させるように動作可能な第１の緊急制御ユニットとを備えている。いくつかの実施形態では、第１のスイッチは、第１の協調ユニットによって選択的に切り替えられることが可能なように構成される。いくつかの実施形態では、スイッチは、第１の通常動作制御ユニットによって発生させられる制御信号を第１の１つ以上のエフェクタにパスする第１の位置と、第１の緊急制御ユニットによって発生させられる制御信号を第１の１つ以上のエフェクタにパスする第２の位置と、スイッチがいかなる制御信号も第１の１つ以上のエフェクタにパスされないように開放されている第３の位置との間で切り替えられることができる。いくつかの実施形態では、第２の飛行モジュールは、第２のスイッチと、第２のスイッチを制御するための第２の協調ユニットと、第２の１つ以上のエフェクタを動作させるための制御信号を発生させるように動作可能な第２の緊急制御ユニットとを備えている。いくつかの実施形態では、第２のスイッチは、第２の協調ユニットによって選択的に切り替えられることが可能なように構成される。いくつかの実施形態では、第２のスイッチは、第１の通常動作制御ユニットによって発生させられる制御信号を第２の１つ以上のエフェクタにパスする第１の位置と、第２の緊急制御ユニットによって発生させられる制御信号を第２の１つ以上のエフェクタにパスする第２の位置と、スイッチがいかなる制御信号も第２の１つ以上のエフェクタにパスされないように開放されている第３の位置との間で切り替えられることができる。

【0022】

いくつかの実施形態では、第１の飛行モジュールはさらに、少なくとも、第１のサブシステム内の障害および第２のサブシステム内の障害を検出するように構成されている第１の障害検出ユニットを備えている。いくつかの実施形態では、第１の障害検出ユニットは、第１の協調ユニットに接続され、第１のサブシステム内の障害の検出時、信号（例えば、障害検出信号）を第１の協調ユニットに送信し、第２のサブシステム内の障害の検出時、信号を第１の協調ユニットに送信するように構成される。いくつかの実施形態では、第１の協調ユニットは、第１のサブシステム内の障害を示す第１の障害検出ユニットからの信号の受信時、航空機が第２のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、第１のスイッチをその第３の位置に切り替えるように構成される。いくつかの実施形態では、第１の協調ユニットは、第２のサブシステム内の障害を示す第１の障害検出ユニットからの信号の受信時、航空機が第１のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、第２の協調ユニットをトリガし、第２のスイッチをその第３の位置に切り替えるように構成される。

【0023】

いくつかの実施形態では、第２の飛行モジュールはさらに、少なくとも、第１のサブシステム内の障害および第２のサブシステム内の障害を検出するように構成されている第２の障害検出ユニットを備えている。いくつかの実施形態では、第２の障害検出ユニットは、第２の協調ユニットに接続され、第２のサブシステム内の障害の検出時、信号を第２の協調ユニットに送信し、第１のサブシステム内の障害の検出時、信号を第２の協調ユニットに送信するように構成される。いくつかの実施形態では、第２の協調ユニットは、第２のサブシステム内の障害を示す第２の障害検出ユニットからの信号の受信時、航空機が第１のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、第２のスイッチをその第３の位置に切り替えるように構成される。いくつかの実施形態では、第２の協調ユニットは、第１のサブシステム内の障害を示す第２の障害検出ユニットからの信号の受信時、航空機が第２のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、第１の協調ユニットをトリガし、第１のスイッチをその第３の位置に切り替えるように構成される。

【0024】

いくつかの実施形態では、第１の飛行モジュールはさらに、少なくとも第１のサブシステム内の障害を検出するように構成されている第１の障害検出ユニットを備えている。いくつかの実施形態では、第２の飛行モジュールはさらに、第１および第２の１つ以上のエフェクタを動作させるための制御信号を発生させるように動作可能な第２の通常動作制御ユニットを備えている。いくつかの実施形態では、第２のスイッチがその第２の位置にあるとき、第２の通常動作制御ユニットによって発生させられる制御信号は、第１および第２の１つ以上のエフェクタにパスされることができる。いくつかの実施形態では、第１の協調ユニットは、第１のサブシステム内の障害が検出されたことを示す第１の障害検出ユニットからの信号を受信すると、第１の協調ユニットが、第２の協調ユニットをトリガし、第２のスイッチをその第２の位置に切り替え、それによって、第２の通常動作制御ユニットによって発生させられる制御信号が、第１および第２の１つ以上のエフェクタにパスされ、それによって、第１および第２の１つ以上のエフェクタが、第２の通常動作制御ユニットによって発生させられる制御信号のみによって制御されるように構成される。

【0025】

いくつかの実施形態では、第１のサブシステム内の障害は、該第１の１つ以上のエフェクタのうちの少なくとも１つ内の障害であり、第２のサブシステム内の障害は、該第２の１つ以上のエフェクタのうちの少なくとも１つ内の障害である。

【0026】

いくつかの実施形態では、第１および第２のサブシステムは、１つ以上の通信チャネルを介して動作可能に接続される。いくつかの実施形態では、第１の協調ユニットは、通信チャネル内の障害が検出されると、航空機が第１のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、第１のスイッチをその第２の位置に切り替え、第２のスイッチのその第３の位置への切り替えをトリガするように構成される。いくつかの実施形態では、第２の協調ユニットは、通信チャネル内の障害が検出されると、航空機が第１のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、第２のスイッチをその第２の位置に切り替え、第１のスイッチのその第３の位置への切り替えをトリガするように構成される。

【0027】

いくつかの実施形態では、第１の協調ユニットは、第１の協調ユニットが所定の期間内に第２の協調ユニットからのいかなる信号も受信しないと、航空機が第１のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、第１のスイッチをその第２の位置に切り替え、第２のスイッチのその第３の位置への切り替えをトリガするように構成される。いくつかの実施形態では、第２の協調ユニットは、第２の協調ユニットが所定の期間内に第１の協調ユニットからのいかなる信号も受信しないと、航空機が第２のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、第２のスイッチをその第２の位置に切り替え、第１のスイッチのその第３の位置への切り替えをトリガするように構成される。

【0028】

いくつかの実施形態では、第１および第２のサブシステムは、マスタ−スレーブ構成で配置され、第１のサブシステムは、マスタであり、第２のサブシステムは、スレーブである。

【0029】

ある実施形態では、航空機はさらに、第３の飛行モジュールと、第１または第２もしくは第３のサブシステムの各々が、他の２つのサブシステムの１つ以上のエフェクタに頼らずに、航空機を飛行させるために選択的に使用され得るように、航空機に飛行させるために十分な第３の力を発生させるために選択的に動作可能な第３の１つ以上のエフェクタとを備え得る第３のサブシステムを備えている。

【0030】

一実施形態では、第３のサブシステムはさらに、外部基準系に対する航空機の少なくとも位置、向き、または速度を感知するための第１の１つ以上のセンサを備えている。一実施形態では、航空機はさらに、第１、第２、および第３のサブシステムによって共有される少なくとも１つのセンサを備え、少なくとも１つのセンサは、外部基準系に対する航空機の少なくとも位置、向き、または速度を感知するために構成される。

【0031】

一実施形態では、第３のサブシステムはさらに、第３の電源を備えている。別の実施形態では、航空機は、第１、第２、および第３のサブシステムによって共有される、単一電源を備えている。

【0032】

いくつかの実施形態では、航空機はさらに、第３のサブシステムを備え、第３のサブシステムは、航空機に飛行させるために十分な力を発生させるために選択的に動作可能な第３の１つ以上のエフェクタと、第３のスイッチを備えている第３の飛行モジュールと、第３のスイッチを制御するための第３の協調ユニットとを備えている。いくつかの実施形態では、第３のスイッチは、第３の協調ユニットによって選択的に切り替えられることが可能なように構成される。いくつかの実施形態では、第３のスイッチは、第１の通常動作制御ユニットによって発生させられる制御信号を第３の１つ以上のエフェクタにパスする、または第２の緊急制御ユニットによって発生させられる制御信号を第３の１つ以上のエフェクタにパスする第１の位置と、緊急制御ユニットによって発生させられる制御信号を第３の１つ以上のエフェクタにパスすることが可能な第２の位置と、スイッチがいかなる制御信号も第３の１つ以上のエフェクタにパスされないように開放されている第３の位置との間で切り替えられることができる。

【0033】

いくつかの実施形態では、第１のスイッチは、４つの位置、すなわち、第１の通常動作制御ユニットによって発生させられる制御信号を第１の１つ以上のエフェクタにパスする第１の位置と、第１のサブシステムの第１の緊急制御ユニットによって発生させられる制御信号を第１の１つ以上のエフェクタにパスする第２の位置と、第１のサブシステムの第２の緊急制御ユニットによって発生させられる制御信号を第１の１つ以上のエフェクタにパスする第３の位置と、いかなる制御信号も第１の１つ以上のエフェクタにパスされないようにスイッチが開放される第４の位置とを有する。

【0034】

いくつかの実施形態では、第３の飛行モジュールはさらに、少なくとも第３のサブシステム内の障害を検出するように構成される第３の障害検出ユニットを備えている。いくつかの実施形態では、第３の障害検出ユニットは、第３の協調ユニットに接続され、第３のサブシステム内の障害の検出時、信号を第３の協調ユニットに送信し、第３のサブシステム内の障害の検出時、信号を第１の協調ユニットに送信するように構成される。いくつかの実施形態では、第３の協調ユニットは、第３のサブシステム内の障害を示す第３の障害検出ユニットからの信号の受信時、第３のスイッチをその第３の位置に切り替えるように構成される。いくつかの実施形態では、第３の協調ユニットは、第３のサブシステム内の障害を示す第３の障害検出ユニットからの信号の受信時、第１の緊急制御ユニットによって発生させられる制御信号が、第１のサブシステムの第１の１つ以上のエフェクタ、および第２のサブシステムの第２の１つ以上のエフェクタにパスされるように、第１の協調ユニットをトリガし、第１のスイッチをその第２の位置に切り替えるように構成される。

【0035】

いくつかの実施形態では、第１のサブシステムはさらに、第１の１つ以上のセンサからの出力をそれぞれの所定の値と比較し、該第１の１つ以上のセンサからの出力が該それぞれの所定の値と等しくない場合、障害が第１または第２のサブシステム内で生じたことを決定する手段を備えている。

【0036】

いくつかの実施形態では、航空機は、航空機の移動の１つ以上の特性を感知するように動作可能な１つ以上のセンサを備えている。いくつかの実施形態では、第１の飛行モジュールは、航空機に所定の様式で移動させる所定の制御信号を第２の１つ以上のエフェクタに選択的に送信可能なように構成される。いくつかの実施形態では、第１の飛行モジュールは、１つ以上の出力を１つ以上のセンサから受信し、それらの受信された出力を使用して、航空機が該所定の様式で移動しているかどうかを決定するように構成される。いくつかの実施形態では、第１の飛行モジュールは、第１の飛行モジュールが航空機が該所定の様式で移動していないことを決定する場合、第２のサブシステム内の障害が生じたことを決定するように構成される。

【0037】

いくつかの実施形態では、航空機は、モジュール式であるように構成される。機体は、少なくとも、第１のサブシステムを備えている第１のモジュールと、第２のサブシステムを備えている第２のモジュールとを備え得る。第１および第２のモジュールは、第１および第２のモジュールが選択的に機械的に互いに取り付けられることを可能にする接続手段を備え得る。第１および第２のモジュールはまた、互いから選択的に取り外され得る。いくつかの実施形態では、第１のサブシステムおよび第２のサブシステムの各々は、第１および第２のサブシステムが機械的に取り外し可能に接続可能なように構成される接続手段を備えている。

【0038】

いくつかの実施形態では、第１の１つ以上のエフェクタは、第１の方向に回転するように構成されるプロペラを備え、第２の１つ以上のエフェクタは、第１の方向と反対の第２の方向に回転するように構成されるプロペラを備えている。

【0039】

いくつかの実施形態では、第１の１つ以上のエフェクタは、選択的に、航空機に飛行させるために十分な第１の力を発生させるために動作可能であり、かつ第１のトルクを発生させるために動作可能であり、第２の１つ以上のエフェクタは、選択的に、航空機に飛行させるために十分な第２の力を発生させるために動作可能であり、かつ第２のトルクを発生させるために動作可能である。いくつかの実施形態では、第１のサブシステムは、第２のトルクなしに、外部基準系に対して結果として生じる第１の力の方向の向きを制御するために選択的に使用可能であり、第２のサブシステムは、第１のトルクなしに、外部基準系に対して結果として生じる第２の力の方向の向きを制御するために選択的に使用されることができる。

【0040】

ある実施形態では、航空機はさらに、コスチュームが取り付けられることが可能な支持構造を備えている。好ましくは、支持構造は、機体から半径方向に延びているアーム部材を備えている。

【0041】

ある実施形態では、航空機はさらに、支持構造に取り付けられているコスチュームを備えている。本実施形態は、特に、舞台公演等のエンターテインメント用途のために有用である。そのような用途では、航空機は、舞台上で飛行させられ、したがって、コスチュームを飛行させ得る。例えば、支持構造に取り付けられる航空機のコスチュームがランプシェードである場合、飛行する航空機は、ランプシェードが飛行している印象を観客に与えるであろう。航空機の支持構造に取り付けられるコスチュームは、任意の好適な形状または構成をとり得ることを理解されたい。

【0042】

ある実施形態では、航空機はさらに、機体上に搭載され、該コスチューム上に入射するように、光が機体から放射するように配置される、１つ以上の光源（ＬＥＤ等）を備えている。このように、光源は、コスチュームを照らし出すであろう。好ましくは、光源は、コスチュームの内側表面上に入射する、光を放射し得るように位置付けられる。

【0043】

本発明のさらなる側面によると、飛行するように動作可能な航空機が、提供される。航空機は、動作可能に接続されている少なくとも第１および第２のサブシステムを有し、第１のサブシステムは、第１の飛行モジュールと、航空機を飛行させるために十分な第１の力を発生させるために選択的に動作可能な第１の１つ以上のエフェクタとを備え、第２のサブシステムは、第２の飛行モジュールと、航空機を飛行させるために十分な第２の力を発生させるために選択的に動作可能な第２の１つ以上のエフェクタとを備え、航空機はさらに、第１および第２のサブシステムによって共有されている少なくとも１つのセンサを備え、少なくとも１つのセンサは、外部基準系に対する航空機の少なくとも位置、向き、または速度を感知するために構成され、したがって、第１または第２のサブシステムは、他のサブシステムの１つ以上のエフェクタに頼らずに、航空機を飛行させるために選択的に使用可能である。該航空機は、先行段落に説明される特徴のいずれかを有し得ることを理解されたい。

【0044】

いくつかの実施形態では、飛行モジュールは、障害を識別するように構築および配置され、または動作可能であり、障害は、エフェクタによって生成されるトルクまたは推力に影響を及ぼす。いくつかの実施形態では、飛行モジュールは、障害の識別に応答して、以下のステップ、すなわち、（１）所定の基準系に対する航空機の主軸の向きの推定値を計算するステップであって、該主軸は、該航空機が飛行するときに回転する軸である、ステップと、（２）該航空機の角速度の推定値を計算するステップと、（３）該所定の基準系に対する該航空機の主軸の該向きの推定値および航空機の角速度の該推定値に基づいて、航空機のエフェクタのうちの１つ以上のものを制御するステップとを実施する。航空機のエフェクタのうちの１つ以上のものを制御するステップは、（ａ）該１つ以上のエフェクタが、集合的に、該主軸に沿ったトルクおよび該主軸と垂直なトルクを生成し、（ｉ）該主軸に沿ったトルクが該航空機を該主軸の周りに回転させ、（ｉｉ）該主軸と垂直なトルクが該航空機を移動させ、したがって、該主軸の向きが該所定の基準系に対する標的向きに収束するように、かつ（ｂ）該１つ以上のエフェクタが、個々に、該主軸に沿って推力を生成するように行われ得る。

【0045】

いくつかの実施形態では、航空機は、冗長航空機、すなわち、その部品のうちの１つ以上のものの障害時、機体の障害を防止するための複製物としての役割を果たす部品を有する機体である。いくつかの実施形態では、航空機は、第１の電源、第１のセンサ、第１のエフェクタ、および第１の飛行モジュールを備えている第１のサブシステムと、第２の電源、第２のセンサ、第２のエフェクタ、および第２の飛行モジュールを備えている第２のサブシステムと、第１の信号を第１のサブシステムから第２のサブシステムに伝送するように構築および配置される第１の通信チャネルとを備えている。いくつかの実施形態では、第１の電源、第１のセンサ、第１のエフェクタ、第１の飛行モジュール、および第１の通信チャネルは、第１のサブシステムに取り付けられ、第２の電源、第２のセンサ、第２のエフェクタ、第２の飛行モジュール、および第１の通信チャネルは、第２のサブシステムに取り付けられ、第１および第２のサブシステムは、堅く取り付けられる。

【0046】

いくつかの実施形態では、第１の信号は、第２のサブシステムのエフェクタのための第１のサブシステムによって発生させられる制御信号を備えている。

【0047】

いくつかの実施形態では、第２のサブシステムは、第２のサブシステムのエフェクタのための第１のサブシステムによって発生させられる制御信号が、第２のサブシステムのエフェクタに向かわせられるかどうかを切り替えるように構築および配置される、スイッチを備えている。

【0048】

いくつかの実施形態では、航空機は、第２の信号を第２のサブシステムから第１のサブシステムに伝送するように構築および配置される第２の通信チャネルを備えている。いくつかの実施形態では、この第２の信号は、第１のサブシステムのエフェクタのための第２のサブシステムによって発生させられる制御信号を備えている。

【0049】

いくつかの実施形態では、第２の通信チャネルは、第２の信号を第１のサブシステムから第２のサブシステムに伝送するように構築および配置される。いくつかの実施形態では、この第２の信号は、第２のサブシステムのエフェクタのための第１のサブシステムによって発生させられる制御信号を備えている。いくつかの実施形態では、第１の通信チャネルを通して送信される一部または全ての信号は、第２の通信チャネルを通して送信される一部または全ての信号と同じである。

【0050】

いくつかの実施形態では、航空機は、第１および第２の協調ユニットを備えている。いくつかの実施形態では、第１の協調ユニットは、第１のサブシステムのエフェクタのための制御信号を備えている第１の信号を、第１の通信チャネルを介して、第２の協調ユニットに送信するように構築および配置される。いくつかの実施形態では、第２の通信チャネルは、第１の通信チャネルの冗長チャネルであり、第１の協調ユニットは、第１のサブシステムのエフェクタのための制御信号を備えている第１の信号を、第２の通信チャネルを介して、第２の協調ユニットに送信するように構築および配置される。いくつかの実施形態では、第１の協調ユニットは、第２のサブシステムのエフェクタのための制御信号を備えている第２の信号を、第２の通信チャネルを介して、第２の協調ユニットから受信するように構築および配置される。

【0051】

いくつかの実施形態では、第１のセンサのうちの少なくとも１つおよび第２のセンサのうちの少なくとも１つは、航空機の内部量を表すデータを感知し、第１のセンサのうちの少なくとも１つおよび第２のセンサのうちの少なくとも１つは、外部基準系に対する航空機の相対的位置、相対的向き、または相対的速度を表すデータを感知する。

【0052】

いくつかの実施形態では、第１のサブシステムのエフェクタのうちの少なくとも１つおよび第２のサブシステムのエフェクタのうちの少なくとも１つの各々は、航空機に対して固定される回転軸を有し、各々は、トルクおよび推力の両方を同時に生成するように構築および配置される。

【0053】

いくつかの実施形態では、第１および第２のサブシステムの各々は、自給式である。

【0054】

いくつかの実施形態では、第１および第２のサブシステムの各々は、マルチコプタである。

【0055】

いくつかの実施形態では、第１の飛行モジュールはさらに、第１および第２の制御ユニットを備え、第２の飛行モジュールはさらに、第３の制御ユニットを備えている。

【0056】

いくつかの実施形態では、第１の制御ユニットは、第１のサブシステムのエフェクタおよび第２のサブシステムのエフェクタのための制御信号を提供するように構築および配置される通常動作制御ユニットであり、第２の制御ユニットは、第１のサブシステムのエフェクタのための制御信号を提供するように構築および配置される、第１の緊急制御ユニットであり、第３の制御ユニットは、第２のサブシステムのエフェクタのための制御信号を提供するように構築および配置される第２の緊急制御ユニットである。

【0057】

いくつかの実施形態では、第１の飛行モジュールはさらに、第１のサブシステムのエフェクタを使用して、所定の基準系に対する主方向の向きを制御するように構築および配置される第１の緊急制御ユニットを備えている。いくつかの実施形態では、第２の飛行モジュールはさらに、第２のサブシステムのエフェクタを使用して、所定の基準系に対する二次方向の向きを制御するように構築および配置される第２の緊急制御ユニットを備えている。いくつかの実施形態では、主方向は、第１のサブシステムのエフェクタの結果として生じる推力の方向であり、二次方向は、第２のサブシステムのエフェクタの結果として生じる推力の方向である。いくつかの実施形態では、主方向は、二次方向に相当する。

【0058】

いくつかの実施形態では、各サブシステムのエフェクタは、ホバリング時、航空機を回転させるトルクを集合的に生成するように構築および配置される。

【0059】

いくつかの実施形態では、第１のサブシステムはさらに、４つのエフェクタを備え、該第１のサブシステムのエフェクタのうちの２つは、それらのそれぞれの推力の周りに第１の巻き方を伴って回転するように構築および配置され、該第１のサブシステムのエフェクタのうちの２つは、それらのそれぞれの推力の周りに第１と異なる第２の巻き方を伴って回転するように構築および配置され、第２のサブシステムはさらに、４つのエフェクタを備え、該第２のサブシステムのエフェクタのうちの２つは、それらのそれぞれの推力の周りに第１の巻き方を伴って回転するように構築および配置され、該第２のサブシステムのエフェクタのうちの２つは、それらのそれぞれの推力の周りに第１と異なる第２の巻き方を伴って回転するように構築および配置される。

【0060】

いくつかの実施形態では、第１のセンサのうちの少なくとも１つは、ＭＥＭＳジャイロスコープ、ＭＥＭＳ加速度計、圧電ジャイロスコープ、および圧電加速度計のうちの１つである。いくつかの実施形態では、第２のセンサのうちの少なくとも１つは、ＭＥＭＳジャイロスコープ、ＭＥＭＳ加速度計、圧電ジャイロスコープ、および圧電加速度計のうちの１つである。

【0061】

いくつかの実施形態では、第１および第２のセンサのうちの少なくとも２つは、同一タイプである。

【0062】

いくつかの実施形態では、航空機は、第１のサブシステム内の障害を検出するように構築および配置される第１の障害検出ユニットを備えている。いくつかの実施形態では、航空機は、第２のサブシステム内の障害を検出するように構築および配置される第２の障害検出ユニットを備えている。いくつかの実施形態では、第１の障害検出ユニットは、第１のサブシステムおよび第２のサブシステム内の障害を検出するように構築および配置される。ある実施形態では、障害検出ユニットは、同一サブシステムまたは別のサブシステムからの信号へのアクセスを有する。これらは、センサの信号（例えば、センサ読み取り値）、電力ユニットの信号（例えば、バッテリ負荷、バッテリ充電、エラーコード）、エフェクタの動作を表す信号（例えば、１分あたりの回転数またはエフェクタもしくはそのモータコントローラによって提供され得るようなモータ電流）、および通常動作制御ユニットによって発生させられるハートビート信号を含み得る。いくつかの実施形態では、信号は、サブシステムの協調ユニット、スイッチ、および通信チャネルを介して転送され得る。障害検出ユニットは、次いで、これらの信号を公称動作の間に予期され得るもの（例えば、所定のセンサ読み取り値範囲、制御入力または動作状態に依存するモータ電流に対して予期される値、モータ応答のモデル、過去の信号の統計）と比較し得る。

【0063】

本発明のさらなる側面によると、航空機を制御する方法であって、航空機は、前述の航空機のいずれか１つによる航空機であり、方法は、
（１）第１のサブシステムにおいて、第１および第２のサブシステムのエフェクタのための第１の制御信号の組を計算するステップと、
（２）第１の制御信号の組をエフェクタの第２のサブシステムに通信するステップと、
（３）第１または第２のサブシステム内の障害を検出するステップと、
（４）航空機が他のサブシステムのエフェクタのみを使用して飛行させられるように、障害が検出されたサブシステムのエフェクタを無効にするステップと
を含む、方法が、提供される。

【0064】

方法は、航空機が他のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、障害が検出されたサブシステムを無効にすることを含み得る。本実施形態では、障害が検出されたサブシステムを無効にすることは、サブシステムのエフェクタを無効にし、好ましくは、該サブシステムに専用の他の構成要素の全ても無効にするであろう。

【0065】

方法は、障害を被らなかったサブシステムにおいて、第２の制御信号の組を計算するステップを含み得、第２の制御信号の組は、該サブシステムのエフェクタのみを制御する。

【0066】

本発明の別の側面によると、航空機のための方法であって、方法は、（１）第１の自給式サブシステムの第１の飛行モジュールで第１のエフェクタ制御信号の組を計算するステップと、（２）第１のエフェクタ制御信号の組を第２の自給式サブシステムの第２の飛行モジュールに通信するステップと、（３）第１または第２のサブシステム内の障害を検出するステップと、（４）障害によって影響されるサブシステムを無効にするステップと、（５）障害によって影響されないサブシステム内において、障害によって影響されないサブシステムのために、障害によって影響されないサブシステムのエフェクタの結果として生じる推力の方向の向きを制御する第２のエフェクタ制御信号の組を計算するステップを含む、方法が、提供される。

【0067】

いくつかの実施形態では、障害によって影響されないサブシステムのエフェクタの結果として生じる推力の方向の向きは、航空機が自律的に着陸するように調節される。

【0068】

いくつかの実施形態では、各サブシステムの第１の１つ以上のエフェクタは、（ａ）主軸に沿ったトルクおよび主軸と垂直なトルクを集合的に生成することであって、（ｉ）主軸は、緊急制御ユニットの制御下、航空機が飛行するときにその周りに回転する方向であり、（ｉｉ）該主軸に沿ったトルクは、航空機に主軸の周りに回転させ、（ｉｉｉ）主軸と垂直なトルクは、主軸の向きが所定の基準系に対する標的向きに収束するように航空機を移動させる、ことと、（ｂ）個々に、主軸に沿って推力を生成することとを行うように動作可能であるように構築および配置される。

【0069】

いくつかの実施形態では、各サブシステムは、別のサブシステムを無効にするように構築および配置される。

【0070】

いくつかの実施形態では、各サブシステムは、別のサブシステムのプロペラ、フラップ、またはエアフォイルなしに、航空機を飛行させるように構築および配置される。言い換えると、各サブシステムは、そのサブシステムのみに属するプロペラ、フラップ、またはエアフォイルのみを使用して、航空機を飛行させるように構築および配置される。

【0071】

本発明／用途では、以下が検討される。
（航空機）
好ましくは、航空機は、複数のエフェクタを伴う、飛行またはホバリング可能であり、小型、軽量、無人、かつ空気より重い航空機である。例として、１人で持ち運びできるように十分に小さい超小型ＵＡＶまたは小型ＵＡＶ（ＳＵＡＶ）が挙げられる。典型的サイズは、５０ｃｍ〜３ｍに及ぶ。典型的重量は、５００ｇ〜３５ｋｇに及ぶ。

【0072】

航空機は、１つの電源と、１つのセンサと、１つの飛行モジュールと、１つのエフェクタとを備えている。いくつかの実施形態では、航空機は、複数の電源、センサ、飛行モジュール、またはエフェクタを備えている。

【0073】

（サブシステム）
サブシステムは、航空機の電源、センサ、飛行モジュール、およびエフェクタのサブセットであり得る。一実施形態では、航空機は、複数のサブセットを備え、各サブセットは、少なくとも１つの電源と、少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つの飛行モジュールと、少なくとも１つのエフェクタとを備えている。一実施形態では、複数のサブセットの各々は、異なるサブシステムを画定する。

【0074】

いくつかの実施形態では、航空機は、複数のサブシステムを備え、各サブシステムは、少なくとも１つの電源と、少なくとも１つのセンサと、少なくとも１つの飛行モジュールと、少なくとも１つのエフェクタとを有する。一実施形態では、航空機は、少なくとも２つのサブシステムを備えている。いくつかの実施形態では、サブシステムの各々は、各サブシステムが他のサブシステムから独立して航空機を飛行させるために選択的に使用されることができるように、航空機を飛行させるために要求されるありとあらゆる構成要素を有し得る。いくつかの実施形態では、サブシステムの各々は、緊急動作のために要求されるありとあらゆる構成要素を有し得る。

【0075】

他の実施形態では、航空機は、複数のサブシステムを備え、各サブシステムは、少なくとも１つの飛行モジュールと、少なくとも１つのエフェクタとを有する。随意に、本実施形態では、複数のサブシステムは、少なくとも１つのセンサを共有し得るか、または少なくとも１つの電源を共有し得る。

【0076】

他の実施形態では、航空機は、複数のサブシステムを備え、各サブシステムは、少なくとも１つの飛行モジュールと、少なくとも１つのエフェクタと、少なくとも１つのセンサとを有する。随意に、本実施形態では、複数のサブシステムは、少なくとも１つの電源を共有し得る。

【0077】

他の実施形態では、航空機は、複数のサブシステムを備え、各サブシステムは、少なくとも１つの飛行モジュールと、少なくとも１つのエフェクタと、少なくとも１つの電源とを有する。随意に、本実施形態では、複数のサブシステムは、少なくとも１つのセンサを共有し得る。

【0078】

いくつかの実施形態では、サブシステムは、互いから分離される。例えば、いくつかの実施形態では、サブシステムは、電磁的に遮蔽され得、異なる印刷回路基板（ＰＣＢ）上に物理的に位置し得、電気的に絶縁され得、別個の筐体内にあり得、構造要素の異なる部品上に搭載され得、またはペイロードの異なる部品に取り付けられ得る。

【0079】

いくつかの実施形態では、第１のサブシステム（時として、マスタ）および第２のサブシステム（時として、スレーブ）が、使用される。

【0080】

（マスタ／スレーブサブシステム）
マスタサブシステムは、通常飛行動作中（すなわち、障害の不在下での飛行動作）使用されるサブシステムである。いくつかの実施形態では、マスタサブシステムは、航空機のエフェクタの全てのための制御信号を提供する。いくつかの実施形態では、第１のサブシステムは、対応するマスタ飛行モジュールを伴うマスタとして構成され、他のサブシステムは、対応するスレーブ飛行モジュールを伴うスレーブとして構成される。

【0081】

スレーブサブシステムは、緊急飛行動作中（すなわち、障害の存在下での飛行動作）に使用され得る。いくつかの実施形態では、スレーブサブシステムは、通常動作中に使用される。そのような構成は、例えば、構成をメモリユニット内に記憶することによって；スイッチ、ジャンパ、もしくははんだブリッジを用いた電気回路内の変更を通して；または、始動時に向き情報を提供する加速センサ等の２つ以上のサブシステムの区別を可能にするセンサ信号の使用を通して、達成され得る。いくつかの実施形態では、スレーブサブシステムまたはスレーブサブシステムの一部は、通常飛行動作中、使用され得る。

【0082】

本発明のいくつかの実施形態では、航空機は、以下の複製構成要素（すなわち、サブシステムあたり少なくとも１つの構成要素）：少なくとも２つのエフェクタと、少なくとも２つの電源と、少なくとも２つの飛行モジュールと、少なくとも２つのセンサと、少なくとも２つの通信チャネルとを備えている。例えば、一実施形態では、航空機は、以下を備え得る。
・ 少なくとも１つのエフェクタを有する第１のサブシステム＋少なくとも１つのエフェクタを有する第２のサブシステム
・ 少なくとも１つの電源を有する第１のサブシステム＋少なくとも１つの電源を有する第２のサブシステム
・ 少なくとも１つの飛行モジュールを有する第１のサブシステム＋少なくとも１つの飛行モジュールを有する第２のサブシステム
・ 少なくとも１つのセンサを有する第１のサブシステム＋少なくとも１つのセンサを有する第２のサブシステム
・ 少なくとも１つの通信チャネルを有する第１のサブシステム＋少なくとも１つの通信チャネルを有する第２のサブシステム。

【0083】

いくつかの実施形態では、第１のサブシステムは、２つ、３つ、または４つのエフェクタを備えている。いくつかの実施形態では、第２のサブシステムは、２つ、３つ、または４つのエフェクタを備えている。

【0084】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つのエフェクタ、電源、飛行モジュール、センサ、または通信チャネルは、２つ以上の異なるサブシステムによって共有され得る。本願では、構成要素が２つ以上のサブシステムによって「共有」されると言われる場合、該構成要素は、２つ以上のサブシステムによって使用されることができる。例えば、それは、構成要素が、２つ以上のサブシステムによって同時に使用可能であること、または構成要素が、必要に応じて、２つ以上のサブシステムのうちの１つのみによって使用されることができることを含む（後者の場合、２つ以上のサブシステムは、該構成要素を連続的に使用し得る）

【0085】

例えば、航空機は、少なくとも１つの第１のエフェクタ、少なくとも１つの第１の飛行モジュール、少なくとも１つの第１のセンサ、および少なくとも１つの第１の通信チャネルを有する第１のサブシステムと、少なくとも１つの第２のエフェクタ、少なくとも１つの第２の飛行モジュール、少なくとも１つの第２のセンサ、および少なくとも１つの第２の通信チャネルを有する第２のサブシステムとを備え得、航空機は、第１および第２のサブシステムが単一電源を共有するように、第１および第２のサブシステムの両方に給電する単一電源を備え得る。

【0086】

一実施形態では、電源は、第１または第２のサブシステムのいずれかのみに接続される。本実施形態では、電源は、電源がサブシステムのうちの１つのみに給電するように、第１または第２のサブシステムのいずれかに選択的に接続されることができる。単一電源は、第１のサブシステムへの接続から第２のサブシステムへの接続およびその逆に切り替えられることもできる。

【0087】

いくつかの実施形態では、単一電源は、冗長電源または二重電源（例えば、外部に単一電源として見える、２つの別個の電源を備えている）であり得る。そのような構成の例は、同一出力に並列に接続される２つのバッテリであり、各バッテリは、ダイオードを通して直列に接続される。第２の例は、無停電電力供給源として構成されるバッテリを伴う発電機である。

【0088】

本願では、第１および第２のサブシステムが電源を共有するとき、それは、第１および第２のサブシステムが電力を電源から同時に受信すること、または第１もしくは第２のサブシステムのいずれかのみが電力を電源から受信し得ることを意味する。電源は、電力を第１または第２のサブシステムのいずれかのみに提供するように選択的に切り替えられることができる。

【0089】

別の例では、航空機は、少なくとも１つの第１のエフェクタ、少なくとも１つの第１の飛行モジュール、少なくとも１つの第１のセンサ、および少なくとも１つの第１の電源を有する第１のサブシステムと、少なくとも１つの第２のエフェクタ、少なくとも１つの第２の飛行モジュール、少なくとも１つの第２のセンサ、および少なくとも１つの第２の電源を有する第２のサブシステムとを備え得、航空機は、第１および第２のサブシステムが単一通信チャネルを共有するように、第１および第２のサブシステムの両方に接続される単一通信チャネルを備え得る。

【0090】

本願では、第１および第２のサブシステムが単一通信チャネルを共有するとき、それは、第１および第２のサブシステムが単一通信チャネルに同時に接続され、単一通信チャネルを経由して同時に通信し得ること、または第１もしくは第２のサブシステムのいずれかのみが単一通信チャネルを経由して通信し得ることを意味する。後者の場合、一実施形態では、第１または第２のサブシステムは、そのサブシステムのみがメッセージを単一通信チャネルを経由して他のサブシステムに通信し得るように、単一通信チャネルに選択的に接続されることができる。

【0091】

別の実施形態では、航空機の第１および第２のサブシステムは、センサを共有し得る。これは、サブシステムの各々が、データ（センサ読み取り値等）をセンサから受信し得ることを意味する。サブシステムの各々は、それらが共有センサから受信されたデータを処理または使用し得る。

【0092】

別の例では、航空機は、少なくとも第１のエフェクタ、少なくとも第１の飛行モジュール、および少なくとも第１のセンサを有する第１のサブシステムと、少なくとも１つの第２のエフェクタ、少なくとも１つの第２の飛行モジュール、および少なくとも１つの第２のセンサを有する第２のサブシステムとを備え得、航空機は、第１および第２のサブシステムの両方に接続される少なくとも１つの通信チャネルと、第１および第２のサブシステムの両方に接続される単一電源と、第１および第２のサブシステムの両方に接続される少なくとも第３のセンサとを備え、それによって、通信チャネル、単一電源、および第３のセンサは、第１および第２のサブシステムによって共有される。本願では、第１および第２のサブシステムが、通信チャネル、単一電源、および第３のセンサを共有するとき、それは、第１および第２のサブシステムが、通信チャネル、単一電源、および第３のセンサに同時に接続され、通信チャネルを経由して、同時に通信し、電力を単一電源から同時に受信し、第３のセンサと同時に通信し得ること、または、第１または第２のサブシステムのいずれかのみが、通信チャネル、単一電源、および第３のセンサに接続され、それによって、サブシステムのうちの１つのみが、他のサブシステムから排他的に、通信チャネルを経由して他のサブシステムに通信し、電力を単一電源から受信し、第３のセンサと通信し得ることを意味する。

【0093】

いくつかの実施形態では、センサは、冗長または組み合わせられたセンサであり得る。そのような構成の例は、２つ以上のカメラを伴う二重カメラシステムである。別の例は、各センサが他方の欠陥を補償するようにタンデムで使用されるソナーおよび赤外線センサの組み合わせである。別の例は、ＩＭＵ対応ＧＰＳデバイスである。いくつかの実施形態では、センサは、ＲＧＢカメラ、深度センサ、マルチアレイマイクロホン、もしくは明視野センサのうちの１つまたはそのうちの１つ以上のものの組み合わせであり得る。

【0094】

いくつかの実施形態では、サブシステムは、低下飛行性能において航空機を動作させるように構築および配置される。いくつかの実施形態では、サブシステムは、その公称推力、揚力、またはトルクの８０％、５０％、もしくは２０％のみを用いて航空機を動作させるように構築および配置される（以下の導出参照）。いくつかの実施形態では、サブシステムは、航空機のエフェクタのうちの１つを使用せずに、航空機のセンサのうちの１つを使用せずに、航空機の電源のうちの１つを使用せずに、または航空機の飛行モジュールのうちの１つを使用せずに、航空機を動作させるように構築および配置される。

【0095】

（サブシステムの分解）
別の実施形態では、航空機は、互いに選択的に取り付けられ、または取り外され得る複数のサブシステムを備え得る。例えば、クワドロコプタの実施形態の場合、取り外しは、各々が２つのエフェクタを備えている２つのマルチコプタサブシステムをもたらし得る。例えば、航空機は、モジュール式である（すなわち、複数のモジュールを備えている）ように構成され得る。航空機はさらに、複数のモジュールが互いに除去可能に取り付けられることを可能にする取り付け手段を備え得る。例えば、航空機は、第１のサブシステムを備えている第１のモジュールと、第２のサブシステムを備えている第２のモジュールを備え得、第１および第２のモジュールは、互いに取り付けられ得る。例えば、第１のモジュールは、２つのエフェクタを備えている第１のサブシステムを備え得、第２のモジュールは、別の２つのエフェクタを備えている第２のサブシステムを備え得、第１および第２のモジュールは、互いに取り付けられ、クワドロコプタを形成し得るか、または第１および第２のモジュールは、互いに取り付けられ、２つのマルチコプタ（すなわち、各々が２つのエフェクタを有する２つのマルチコプタ）を提供し得る。これは、例えば、容易な保管、輸送、または破損したサブシステムの容易な交換のために有用であり得る。

【0096】

（自給式サブシステム）
自給式サブシステムは、航空機である。いくつかの実施形態では、自給式サブシステムは、ホバリング可能である。いくつかの実施形態では、自給式サブシステムは、低性能飛行可能である。

【0097】

（低性能飛行）
低性能飛行は、障害後の低下飛行性能である。低性能飛行は、低下制御支配力をもたらし得る。例えば、オーバーヒートしたバッテリは、エフェクタに利用可能な電力の低下をもたらし得る。別の例として、第１のサブシステムの障害は、航空機のエフェクタの半分のみを有し得る、第２のサブシステムを用いた飛行を要求し得る。低性能飛行は、低下自由度をもたらし得る。例えば、１つ以上の破損したエフェクタを伴う、クワドロコプタもしくはヘキサコプタは、ヨーにおいてもはや完全に制御可能ではなくなり得る。低性能飛行は、航空機の制御を人間操縦者に対して非常に困難にし得る。例えば、ヨーにおいて部分的にのみ制御可能になる航空機は、手動で飛行させられるにはあまりにも複雑であり得る。別の例として、低性能飛行における航空機の時定数は、人間反応時間に対して小さすぎ得る。低性能飛行は、異なる制御法則を要求し得る。例えば、改変された重量分布（例えば、衝突または別の障害の結果として）を伴う航空機は、安定した飛行を達成するために異なるモータ利得を要求し得る。別の例として、部分的に破損したエフェクタは、あまり効率的ではなく、故に、同様のレベルの推力を達成するために、異なる制御入力を要求し得る。低性能飛行は、航空機上で利用可能なエフェクタ、センサ、または計算リソースの一部を使用し得る。

【0098】

（ホバリング、基準系）
ホバリング可能な航空機は、航空機の外部の基準系に対する空間内のある点において、標的位置をほぼ達成し、維持することが可能である。空間内の航空機の場所は、典型的には、所定の基準系内に画定され、ある固定された点を基準として、位置および並進運動速度によって説明され得る。所定の基準系の例として、ある目印に固定される原点を伴う、「東−北−上」系が挙げられる。航空機の運動は、通常、慣性基準系を参照することによって説明される。

【0099】

（自律性）
いくつかの実施形態では、航空機は、自律的である。いくつかの実施形態では、航空機は、それらの位置または姿勢をホバリング点の周囲に自律的に安定させることができる。いくつかの実施形態では、航空機は、それらの位置または姿勢を自律的に安定させることができる。いくつかの実施形態では、航空機は、軌道に自律的に追従することができる。いくつかの実施形態では、航空機は、第１の通過点から第２の通過点まで自律的にナビゲートすることができる。いくつかの実施形態では、航空機は、障害物を自律的に回避することができる。いくつかの実施形態では、航空機は、障害を自律的に検出することができる。いくつかの実施形態では、航空機は、障害に自律的に応答することができる。いくつかの実施形態では、航空機は、自律的にナビゲートすることができる。いくつかの実施形態では、航空機は、所定の操縦を自律的に行うことができる。いくつかの実施形態では、航空機は、緊急制御ユニットを使用して自律的に動作することができる。

【0100】

いくつかの実施形態では、航空機は、それらの機能のうちのいくつかを自律的に行う一方、その他は、人間制御下で行われる。例えば、人間オペレータは、緊急モードのアクティブ化または非アクティブ化を決定し得る。別の例として、航空機およびその協調ユニットまたは緊急制御ユニットの最も好適な動作モードが、人間オペレータによって（例えば、地上制御ステーション上の一連の緊急ボタンのうちの１つを押すことによって）、航空機によって（例えば、その障害状態に応じて）、または２つの組み合わせによって（例えば、全サブシステムの障害状態および人間オペレータのコマンドに応じて）、決定され得る。典型的動作モードの例として、１つまたは全てのサブシステムの即時および完全電源オフ、現在の位置における停止および着陸まで高度の低下、ホーム位置への帰還およびホーム位置における着陸の開始、ならびに現在の位置における停止およびホバリングが挙げられる。

【0101】

（マルチコプタ）
マルチコプタは、概して、それらの各々が少なくとも１つのプロペラを駆動する少なくとも２つの回転子を伴う、飛行するだけではなく、ホバリングも可能な航空機である。回転子およびプロペラまたは複数のプロペラによって形成されるユニットは、以降では、エフェクタと呼ばれる。マルチコプタの典型的配置は、４つ、６つ、または８つのエフェクタを使用し、それらは、それぞれ、一般に、クワドロコプタ、ヘキサコプタ、およびオクトコプタと称され、従来技術において周知であり、広く使用されている。１６以上のエフェクタを含み、多くの構成において配置される（例えば、整列軸ならびに傾斜、反転もしくは上反角軸を伴う；個々に配置されるか、または逆回転する；露出されるか、またはダクトもしくは保護シュラウド内に封入される）多くの他の変形例も、使用される。いくつかの変形例は、マルチコプタ構成から翼構成に切り替わることができる航空機を含む。これは、マルチコプタの利点（例えば、離陸、着陸、タスク性能等に好適なホバリング、高敏捷性等）と固定翼飛行機の利点（例えば、長距離を網羅する、または高速を達成するために好適な効率的前進飛行、高滑空比等）の組み合わせを可能にする。

【0102】

機械的単純性の理由から、マルチコプタは、典型的には、固定ピッチブレードを使用し、そのプロペラピッチは、回転中、変動しない。この機械的単純性および結果として生じる構築の容易性は、高敏捷性およびホバリング能力と組み合わせて、マルチコプタを多くの航空用途のために最適なプラットフォームにする。

【0103】

いくつかの実施形態では、冗長航空機は、２つのマルチコプタサブシステムから成る。例えば、冗長クワドロコプタは、各々が２つのエフェクタを備えている２つのマルチコプタサブシステムから成り得る。さらなる例として、冗長ヘキサコプタは、各々が３つのエフェクタを備えている２つのマルチコプタサブシステムから成り得る（すなわち、各サブシステムは、トリコプタである）。さらなる例として、冗長オクトコプタは、各サブシステムがクワドロコプタであるように、各々が４つのエフェクタを備えている２つのマルチコプタサブシステムから成り得る。いくつかの実施形態では、冗長マルチコプタは、３つのサブシステムから成る。例えば、冗長ヘキサコプタは、各々が２つのエフェクタを備えている３つのマルチコプタサブシステムから成り得る。当業者に明白であろうように、本発明の利点を前提として、多くの他の組み合わせが可能である。

【0104】

（エフェクタ）
本発明では、航空機は、エフェクタを装備し得る。エフェクタは、飛行を達成または方向付けるために動作可能な任意の手段である。エフェクタは、任意の好適な構成をとり得る。エフェクタの例として、ヒンジ付きエアフォイル（例えば、補助翼、方向舵、フラップ等）の旋回角度を制御し、気流を向け直すモータおよび線形または回転アクチュエータを伴う、固定ピッチプロペラが挙げられる。いくつかの実施形態では、機械的連結部が、複数のエフェクタを統合するために使用され得る。一般的例として、スウォシュプレート（３つのエフェクタ）およびスウォシュプレート制御式同軸２プロペラ設定（４つのエフェクタ）が挙げられる。いくつかの実施形態では、発振制御信号が、複数のエフェクタを限定数の機械的自由度から作成するために使用され得る。例として、推力、ロール、およびピッチ支配力（３つのエフェクタ）を伴う低作動式スワッシュプレートレスプロペラを作成するための回転子の回転に関する正弦波制御信号の振幅および位相を変動させることと、推力、ロール、ならびにピッチ（３つのエフェクタ）を制御するための本発明に説明される制御方法とが挙げられる。

【0105】

いくつかの実施形態では、エフェクタは、航空機に作用する推力およびトルクの両方を生成する。そのようなエフェクタは、典型的には、航空機の本体に対して固定される特性駆動軸（典型的には、推力の方向と同じ）を有することによって特徴付けられる。

【0106】

航空機は、多くの場合、推力発生のためにブラシレスモータを使用し、それは、典型的には、モータコントローラを使用して、この単一変数を所望の回転子速度を達成するために要求される振幅、波形、および周波数に変換する。そのようなモータコントローラは、典型的には、３つの双方向性出力（すなわち、周波数によって制御される３つの位相出力）を含み、それらは、論理回路によって制御されるが、追加のセンサおよび電子機器を伴うより複雑な実装を有し、高性能または他の望ましい特性を達成することができる。

【0107】

いくつかの実施形態では、航空機のエフェクタは、気流を発生させる、または向け直すエフェクタ群に属する。いくつかの実施形態では、航空機のエフェクタは、接合部を作動させるエフェクタ群に属する。いくつかの実施形態では、航空機のエフェクタは、回転または線形アクチュエータ群に属する。

【0108】

いくつかの実施形態では、航空機のエフェクタは、航空機の本体に堅く取り付けられ；その回転子ピッチがブレードが回転するにつれて変動しない固定ピッチプロペラブレードを装備し；トルクおよび推力の両方を生成するように動作可能であり；または、航空機を飛行させることができる推力または揚力に寄与するように構築および配置される。

【0109】

（電源）
本発明では、航空機は、１つ以上の電源を備え得る。電源は、任意の好適な構成をとり得る。電源のための例として、バッテリ、アキュムレータ、内燃機関、タービン、および電力コンデンサが挙げられる。さらなら例として、他の電気および非電気電源が挙げられる。いくつかの実施形態では、各サブシステムは、それ自身の電源を有する。いくつかの実施形態では、電源は、電力を同一サブシステムのセンサ、エフェクタ、および飛行モジュールに供給する。いくつかの実施形態では、電源は、電力を別のサブシステムの構成要素にも供給する。例えば、緊急動作中、電力を別のサブシステムのエフェクタに供給し得る。いくつかの実施形態では、電源は、信号を障害検出ユニットに提供する。例えば、バッテリは、その充電レベルまたはその動作温度に関する情報を提供し得る。

【0110】

（センサ）
本発明では、航空機はさらに、（ａ）サブシステムの構成要素（例えば、エフェクタ、電源）を表すデータを提供すること、または、（ｂ）１つ以上のサブシステムの運動を表すデータを提供すること、または、（ｃ）冗長航空機の運動を表すデータを提供することを行うように構築および配置され得る、１つ以上のセンサを備え得る。センサは、１つまたは複数のセンサ信号を発生させ得る。

【0111】

内受容性センサは、システムの内部量を感知する。例として、モータコントローラの温度を感知する熱センサおよびワイヤ内の電流を検出する電流センサが挙げられる。このタイプのセンサは、特に、障害を検出するために有用であり得る。

【0112】

外受容性センサは、外部基準系に対するシステムの状態（すなわち、相対的位置、相対的向き、または相対的速度）を感知する。例として、障害物までの距離を感知する視覚センサおよび磁気北極の方向を感知する磁力計が挙げられる。このタイプのセンサは、特に、自律的飛行のために有用であり得る。

【0113】

いくつかの実施形態では、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）または圧電システムが、本発明に概略される冗長性および動作特性を達成することを可能にするために使用される。本発明とともに有用に採用され得るそのような微小センサの例として、ＭＥＭＳジャイロスコープ、ＭＥＭＳ加速度計、圧電ジャイロスコープ、および圧電加速度計が挙げられる。いくつかの実施形態では、微小センサの使用は、各々が、各サブシステム内において、複数のジャイロスコープおよび加速度計を組み合わせるか、または多軸ジャイロスコープおよび加速度計を使用する１つ以上の慣性測定ユニット（ＩＭＵ）の使用を可能にする。いくつかの実施形態では、微小センサの使用は、冗長航空機のための特定の特性を達成することを可能にする。例えば、ＭＥＭＳジャイロスコープは、航空機の姿勢を監視し、航空機の姿勢閾値を超える場合、障害検出ユニットが緊急制御モードをトリガすることを可能にするために使用され得る。別の例として、ＭＥＭＳジャイロスコープは、その低時定数にかかわらず、小型航空機をホバリング点の周囲で制御するために使用され得る。ＭＥＭＳセンサは、例えば、従来のセンサと比較してそれらのより軽い重量およびより低い電力消費を含む、利点を有し、それは、航空機に複数のサブシステムを装備するための前提条件であり得る。

【0114】

いくつかの実施形態では、各サブシステムは、同一タイプの２つ以上のセンサを使用する。いくつかの実施形態では、同一タイプのセンサは、同じ量を測定するセンサである。いくつかの実施形態では、同一タイプのセンサは、同一モデルであるセンサである。いくつかの実施形態では、同一タイプのセンサは、同一製造業者であるセンサである。いくつかの実施形態では、同一タイプのセンサは、航空機の同じ状態またはサブ状態を表すデータを提供するセンサである。

【0115】

いくつかの実施形態では、センサは、慣性センサ、距離センサ、または速度センサの群に属する。いくつかの実施形態では、センサは、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、カメラ、オプティカルフローセンサ、レーザもしくはソナー距離計、レーダ、気圧計、温度計、湿度計、緩衝器、化学センサ、電磁センサ、気流センサもしくは相対対気速度センサ、超音波センサ、マイクロホン、無線センサ、または赤外線センサの群に属する。いくつかの実施形態では、センサは、高さ、距離、または範囲センサの群に属する。いくつかの実施形態では、センサは、相対または絶対位置センサの群に属する。いくつかの実施形態では、センサは、測位センサの群に属する。いくつかの実施形態では、センサは、信号のための受信機（例えば、全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）受信機、無線周波数受信機、または赤外線受信機）である。いくつかの実施形態では、センサは、ＧＮＳＳタイプセンサ、ビジュアルオドメトリ／ＳＬＡＭ、再帰反射測位システム、レーザ距離計、Ｗｉ−Ｆｉ測位システム、無線周波数測位システム、気圧高度計およびバリオメータ、または超音波センサの群に属する。いくつかの実施形態では、センサは、ＭＥＭＳセンサである。

【0116】

（飛行モジュール）
本発明では、航空機は、１つ以上の飛行モジュールを備え得る。飛行モジュールは、プロセッサと、メモリと、信号をセンサから受信し、信号をエフェクタまたは他の飛行モジュールに出力するための通信インターフェースとを備えている電子構成要素（典型的には、印刷回路基板（ＰＣＢ））である。いくつかの実施形態では、飛行モジュールは、制御ユニット（例えば、通常動作制御ユニット、緊急制御ユニット等）と、協調ユニットと、障害検出ユニットとを含む。いくつかの実施形態では、単一飛行モジュールは、複数の通常動作制御ユニット、緊急制御ユニット、協調ユニット、または障害検出ユニットを備え得る。いくつかの実施形態では、各々が、それ自身のプロセッサ、メモリ、および通信インターフェースを備えている複数の飛行モジュールが、単一ＰＣＢ上に位置し得る（例えば、製造を簡略化する、または所望の電気挙動を達成するために）。いくつかの実施形態では、飛行モジュールのプロセッサ、メモリ、および通信インターフェースは、複数のＰＣＢにわたり分散させられる（例えば、ある重量分布または性能特性を達成するために）。

【0117】

（協調ユニット／協調信号）
本発明では、該１つ以上の協調ユニットは、複数のサブシステムの動作を協調させるために使用される。

【0118】

協調ユニットは、制御信号、障害検出信号、センサ信号、および協調信号を受信するように構成され得る。いくつかの実施形態では、協調ユニットは、通信チャネルを介して、信号を別の協調ユニットから受信するように構成され得る。

【0119】

いくつかの実施形態では、協調ユニットは、通信チャネルを介して、別の協調ユニットから信号の送信を開始するように構成され得る。いくつかの実施形態では、協調ユニットは、信号を障害検出ユニットに送信し得る。いくつかの実施形態では、協調ユニットは、制御信号を転送する。いくつかの実施形態では、協調ユニットは、通常動作制御信号、障害検出信号、センサ信号、または協調信号を伝送もしくは転送し得る。いくつかの実施形態では、協調ユニットは、緊急制御信号を伝送または転送し得る。

【0120】

いくつかの実施形態では、第１のサブシステム内の第１の協調ユニットは、通信チャネルを介して、協調信号を第２のサブシステム内の第２の協調ユニットに送信する。いくつかの実施形態では、第１の協調ユニットは、通信チャネルを介して、制御信号を第２の協調ユニットに転送する。

【0121】

協調ユニットは、スイッチを制御する。協調ユニットは、スイッチを使用して、どの制御信号がどのエフェクタに転送されるかを選択し得る。

【0122】

いくつかの実施形態では、協調ユニットは、障害検出信号を障害検出ユニットから受信する。例えば、第１のサブシステムでは、第１の協調ユニットは、サブシステムのエフェクタのうちの１つに障害が生じたことの障害検出信号を障害検出ユニットから受信し得る。協調ユニットは、次いで、障害を示す協調信号を第２のサブシステムの第２の協調ユニットに送信し得、その信号は、通常動作制御モードを緊急制御モードに切り替えるように第２のサブシステムをトリガし得る。いくつかの実施形態では、このスイッチは、協調ユニットが信号を通常動作制御ユニットおよび緊急制御ユニットに送信することによってトリガされる。いくつかの実施形態では、このスイッチは、通常動作制御ユニットの制御信号の転送から緊急制御ユニットの制御信号の転送に切り替える信号をスイッチに送信することによってトリガされる。

【0123】

いくつかの実施形態では、第１のサブシステム内の第１の協調ユニットは、制御信号（例えば、通常動作制御信号）を第１のサブシステム内の制御ユニット（例えば、第１の通常動作制御ユニット）から受信するように配置され得、第１の協調ユニットは、次いで、これらの制御信号を第２のサブシステム内の第２の協調ユニットに転送し得、第２の協調ユニットは、次いで、これらの制御信号を第２のサブシステム内の障害検出ユニットに転送し得、これは、次いで、第２のサブシステム内の障害検出ユニットがこれらの信号を第２のサブシステム内の制御ユニット（例えば、第２の通常動作制御ユニット）のそれらと比較し、第１または第２のサブシステム内の障害を検出することを可能にし得る。

【0124】

いくつかの実施形態では、第１のサブシステム内の第１の協調ユニットは、第１のセンサ信号を第１のサブシステム内の第１のセンサから受信するように配置され得、第１の協調ユニットは、次いで、第１のセンサ信号を表す協調信号を第２のサブシステム内の第２の協調ユニットに送信し得、第２の協調ユニットは、次いで、これらの信号を第２のサブシステム内の障害検出ユニットに転送し得、これは、次いで、第２のサブシステム内の障害検出ユニットがこれらの信号と第２のサブシステム内の第２のセンサ信号を比較し、第１または第２のサブシステム内の障害を検出することを可能にし得る。

【0125】

（スイッチ）
スイッチは、１つ以上のエフェクタへの異なる制御信号を転送することを切り替えるために、または選択するために使用され得る。スイッチはまた、１つ以上のエフェクタへの制御信号の組の転送をオンまたはオフに切り替えるために使用され得る（「オン／オフスイッチ」または「オン／オフセレクタ」）。

【0126】

いくつかの実施形態では、マスタおよびスレーブサブシステムの各々は、スイッチを有する。いくつかの実施形態では、スイッチは、１つ以上のエフェクタへの異なる制御ユニット（例えば、通常動作制御ユニット、緊急制御ユニット）からの制御信号を転送することを切り替えるために使用される。いくつかの実施形態では、スイッチは、協調ユニットによって動作させられる。

【0127】

（障害および障害検出ユニット／障害検出信号）
障害検出ユニットは、障害を検出するために使用される。いくつかの実施形態では、障害検出ユニットは、それが一部であるサブシステム内の障害を検出するために使用される。いくつかの実施形態では、障害検出ユニットは、別のサブシステム内の障害を検出するために使用される。いくつかの実施形態では、障害検出ユニットは、通信チャネル内の障害を検出するために使用される。

【0128】

障害検出ユニットは、障害検出信号を発生させる。障害検出信号は、典型的には、障害検出ユニットから協調ユニットに送信される。いくつかの実施形態では、障害検出ユニットは、協調信号を受信し得る。いくつかの実施形態では、障害検出ユニットは、センサ信号を受信し得る。いくつかの実施形態では、障害検出ユニットは、それ自身のサブシステム内の構成要素もしくはユニット（例えば、協調ユニットを介して、または構成要素もしくはユニットから直接）、または別のサブシステム内の構成要素もしくはユニット（例えば、別のサブシステムの協調ユニット、通信チャネル、およびそれ自身のサブシステムの協調ユニットを介して）の動作状態を示す信号を受信し得る。

【0129】

（障害のタイプ）
ここでは、障害は、構成要素の部分的または完全損失、またはオペレータエラーを意味し得る。例えば、マルチコプタ上で典型的に使用されるプロペラ等のエフェクタの障害は、エフェクタによって生成されるトルクまたは推力の障害を意味し得る。この例に対して、典型的には、損失は、公称推力、揚力、またはトルクの２０％〜１００％の範囲内である。別の例として、センサの障害は、任意のセンサデータの送達の部分的または完全失敗、範囲外のセンサデータ、他のセンサからのデータに対応しないセンサデータ、またはモデル予測に対応しないセンサデータを意味し得る。別の例として、通信チャネルの障害は、そのチャネルから受信される信号がないこと、所望の範囲、パターン、またはモデルに対応しない信号、または、チェック（例えば、巡回冗長検査）に不合格となった信号を意味し得る。

【0130】

全体的に、今日使用されている多くの小型航空機、特に、マルチコプタは、比較的に単純であり、故に、比較的に安全である（航空機における最良システムは、それを持たないものである。なぜなら、決して故障し得ないからである）。しかしながら、小型航空機の著しい人気に起因して、非常に多数の墜落が、文献で報告されている。全航空機墜落の大半は、エフェクタ障害に起因するものであり、航空機と障害物の衝突をもたらす操縦者エラーは別として、航空機は、典型的には、エフェクタが推力を制御された方法で生成することができなくならない限り、空中に留まる。本発明は、したがって、障害物との衝突を伴ういくつかを含む、全小型航空機墜落の大半の結果を克服または限定することを可能にし得る。文献における最も一般的航空機障害として、以下が挙げられる。

【0131】

１．操縦エラー、風、または乱気流に起因した障害物との衝突に起因する障害。例えば、検査動作中、突風が、航空機を橋に激突させ、破損したプロペラに起因したエフェクタ障害と後続の壊滅的制御の損失および墜落とをもたらす。

【0132】

２．航空機の配線の障害。非常に一般的障害の例として、以下が挙げられる。
− 振動に起因したモータコネクタの抜け。
− はんだ付けされたワイヤの分離。
− プロペラによって切断される緩んだワイヤ。
− 部分的モータ取り付け障害（留めねじの震動緩み、またはアセンブリの材料疲労）によって引き裂かれたワイヤ。
− 不十分なワイヤサイズ、およびワイヤまたははんだ取り付け点の結果として生じるオーバーヒート／溶融。

【0133】

３．航空機のプロペラ取り付け、モータ取り付け、アクチュエータ取り付け、またはフレームの障害。最も一般的障害として、以下が挙げられる。
− 緩んだねじおよびボルト（振動、組立不良、摩耗、材料疲労による緩み）。
− 誤った構成で取り付けられたプロペラ（反時計回り（「プラー」プロペラとも呼ばれる）および時計回りプロペラ（「プッシャ」プロペラとも呼ばれる））。
− 取り付けねじの過緊締。
− 取り付けねじの緊締不足。
− アクチュエータ取り付け障害。
− 破損した翼。
− 穴があいたエアフォイル。

【0134】

４．全モータの適切な平衡不良、全プロペラの適切な平衡不良、および曲がったモータコレットおよびシャフトに起因した障害。このカテゴリは、特に、より大きい航空機における部品の振動および後続の外れの主要な原因である。

【0135】

５．航空機のモータまたはアクチュエータの障害。最も一般的障害は、モータ（例えば、大きすぎるプロペラ）の過負荷および後続オーバーヒート、または粉塵もしくは砂塵における動作から生じる。他の一般的障害として、アクチュエータの不適正なサイズ設計または構成要素劣化が挙げられる。

【0136】

６．航空機の電気または電子構成要素の障害。このカテゴリにおける最も一般的障害は、雨、霧、または高湿度等の湿潤条件下での飛行である。

【0137】

７．航空機の飛行ソフトウェアの障害。例えば、飛行制御コンピュータの不適切なプログラミングまたは航空機重量に対する不適切なモータ利得。

【0138】

８．不適切な遠隔制御構成、特に、逆にもしくは不適切に構成された送信機チャネルによって生じる障害、または基地局と受信機との間の十分に強力な信号の確保不良。

【0139】

９．干渉、最も一般には、電子速度制御（「モータコントローラ」とも呼ばれる）と航空機の受信機との間の干渉によって生じる障害。

【0140】

１０．不良ペイロードに起因した障害。

【0141】

１１．センサ較正の欠如またはその不完性に起因した障害。

【0142】

１２．材料疲労（例えば、疲労亀裂または応力破壊）に起因したプロペラの障害。

【0143】

１３．構成要素障害。全ての構成要素は、有限寿命を有し、種々の要因、例えば、熱循環に応じて、種々の速度で劣化する。

【0144】

前述の障害の全てが、直接、エフェクタ障害をもたらすわけではないが、多くは、本発明を使用して、検出または回避され得る。特に、前述の障害のうちの１つに従って、本発明は、障害によって影響される構成要素またはサブシステムを無効にすることによって、かつ障害によって影響されないエフェクタの結果として生じる推力の方向の向きが、航空機が着陸することを可能にするように制御可能であるように、緊急制御ユニットを使用して、障害によって影響されないサブシステムのためのエフェクタ制御信号を計算することによって、航空機墜落を防止することを可能にし得る。

【0145】

種々の方法が、障害が生じたことを検出するために使用されることができる。例として、例えば、航空機上のモデルベースのオブザーバに測定されたデータを監視させ、エラーが観察されることを確率的に検出する（例えば、それぞれ異なる障害モードを表す、カルマンフィルタの集合を利用する）ことによる自動検出が挙げられる。スライディングモードオブザーバ、票決ベースのアルゴリズム、パリティ空間アプローチ、およびパラメータ識別も、使用されることができる。障害はまた、直接、例えば、航空機のエフェクタの回転速度を監視することによって、または航空機のエフェクタが引き込む電流の量を監視することによって、検出され得る。他の例として、航空機を監視し、障害が観察されると、信号を航空機に送信することができる、操縦者を立ち会わせることが挙げられる。

【0146】

いくつかの障害検出方法は、ある遅延後のみ、障害を検出し得、それは、航空機が障害が認識されるときに意図されるものとかけ離れた状態にあり得ることを意味する。障害物との衝突等のあるイベントも、航空機を予期されるものとかけ離れた状態にさせる傾向となるであろう。それにもかかわらず、本発明は、航空機が恣意的初期状態から回復することを可能にし得る。特定の航空機構成（質量、障害によって影響されない残りのエフェクタ等）に応じて、航空機は、障害後、ホバリング点に戻ること、または空間を自由に動き回ることが可能であり得る。代替として、位置を制御する代わりに、開示される発明は、障害後、（例えば）好ましい方法で地面に衝突するように、単に、航空機を向け直すために使用され得る。

【0147】

本発明はまた、操縦者エラーの厳しさを低減させる可能性をもたらし得る。例えば、クワドロコプタの操縦者が、クワドロコプタをある構造物と偶発的に衝突させ、それによって、プロペラのうちの１つを損傷した場合、自動化されたシステム（例えば、障害検出ユニット）は、障害が生じ、航空機のエフェクタのうちのいくつかが障害によって影響を受けていることを検出し得る。システムは、次いで、内部自動操縦（例えば、緊急制御ユニット）に自動的に従事し、利用可能なセンサを利用して、航空機をホバリングさせるか、または航空機を地面に安全着陸させ得る。

【0148】

（障害検出ユニット）
いくつかの実施形態では、障害検出ユニットは、第１の信号を第２の信号と比較するように構築および配置される。これは、例えば、障害検出ユニットと２つ以上の同一タイプのセンサを接続することによって達成され得、２つ以上のセンサは、同様の読み取り値を提供するように構築および配置される。これは、例えば、センサをすぐ近くに、好適な相対的向きを伴って、または好適な相対的位置を伴って搭載することによって達成され得る。

【0149】

いくつかの実施形態では、障害検出ユニットは、信号を予期される閾値または範囲と比較するように構築および配置される。例えば、障害検出ユニットは、測定値を温度センサから受信し、これらの測定値を固定時間間隔にわたって平均し、平均をメモリから読み出された範囲と比較し、平均値が範囲外である場合、障害検出を報告し得る。

【0150】

いくつかの実施形態では、障害検出ユニットは、単一構成要素または単一サブシステムの障害を検出するように構築および配置される。これは、例えば、特定の軸の周囲の航空機の移動を検出するようにセンサを搭載することによって、軸の周囲の移動を１つ以上のエフェクタの作用にリンクするモデルを使用することによって；および、センサの読み取り値を表すデータを無障害動作のための予期される範囲または閾値と比較するモデルを使用することによって達成され得る。障害検出ユニットは、次いで、センサの読み取り値を表すデータが予期される範囲外にある場合、または閾値を上回る（もしくは下回る）場合、障害を検出する。いくつかの実施形態では、モデルは、エフェクタコマンドまたは制御信号を含み得る。例えば、モデルは、所与のモータコマンドのためのある加速度計読み取り値を予測し得る。モデルの例として、第１原理モデル、ルックアップテーブル、および相関関数が挙げられる。

【0151】

いくつかの実施形態では、障害検出ユニットは、通信チャネルを介して受信された信号に基づいて、障害を検出するように構築および配置される。例えば、そのセンサから受信され、通信チャネルを介して転送される測定値に基づいて、別のサブシステムの温度センサ内の障害を検出し得る。

【0152】

いくつかの実施形態では、障害検出ユニットは、１つのサブシステムのセンサ信号を使用して、別のサブシステムの動作を監視し得る。例えば、１つのサブシステム内のジャイロスコープは、他のサブシステムのエフェクタによって生じさせられる特定の軸の周囲の航空機の移動を検出するように搭載され得る。第１のサブシステムは、したがって、他のサブシステムの活動を観察し得る。検出された移動は、値によって表され得る。サブシステムは、次いで、値／検出された移動を予期される値と比較する。予期される値は、例えば、モデルによって、または第１のサブシステムの通常動作制御ユニットから協調ユニットおよび通信チャネルを介して他のサブシステムに送信されるモータコマンドに基づいて、予測され得る。値／検出された移動が、予期される値に対応しない場合、これは、障害が生じたことを示す。別の例として、障害の検出は、値／検出された移動が、所定の安全動作範囲内にあるかどうか、または所定の安全変化率内にあるかどうかを決定することによって行われ得る。

【0153】

障害検出ユニットはまた、多数の他の十分に確立された障害検出方法を実装して、障害が生じたかどうかを検出するように、それが受信する信号を評価し得る。例えば、それは、いくつかのセンサからの冗長情報を比較するアルゴリズムを使用し得；それは、予期されない信号停止を検出するためのウォッチドッグ機能性、ＣＲＣ等のデータ破損チェック、信号範囲チェック、信号閾値チェック、相関検証を含み得；それは、エフェクタの不足電圧または過電圧、過剰電流、過剰温度、または運動を検出する追加のセンサも含み得る。

【0154】

いくつかの実施形態では、障害検出ユニットは、通常動作制御ユニット内で発生させられる信号を示す信号を協調ユニットから受信する。障害検出ユニットは、次いで、これらの信号を使用して、ローカル信号（例えば、同一サブシステムのもの）を検証し得る。

【0155】

障害が検出されると、障害検出ユニットは、信号（例えば、障害検出信号）を協調ユニットに送信し得る。障害検出信号は、障害のタイプの詳細（例えば、エフェクタ故障）、サブシステムもしくはその構成要素の状態の詳細（例えば、エフェクタのシャットオフ）、または他のサブシステムのための命令（例えば、緊急制御の開始）を含み得る。

【0156】

（通常動作制御ユニット／通常動作制御信号）
通常動作制御ユニット（通常ＯＰ制御ユニットとも呼ばれる）は、いくつかの実施形態では、通常動作中、航空機を制御するために使用される。

【0157】

通常動作制御ユニットは、センサ信号に依存して、冗長航空機のエフェクタのための制御信号（通常動作制御信号または通常ＯＰ制御信号とも呼ばれる）を発生させる。通常動作制御信号は、典型的には、複数のサブシステムに送信され、いくつかの制御信号は、協調ユニットによって、通信チャネルを介して、別のサブシステムに転送される。

【0158】

通常動作制御ユニットは、従来技術において十分に確立され、広く使用されている、航空機制御法則を実装し得る。そのような制御法則の例として、ＰＩＤ制御、モデル予測制御、スライディングモード制御、フル状態フィードバック、およびバックステッピング制御が挙げられる。制御法則に応じて、通常動作制御ユニットはまた、状態推定アルゴリズムを実装して、冗長航空機の状態をセンサ信号から推定し得る。そのような状態推定アルゴリズムも、従来技術において十分に確立されている。そのような方法の例として、カルマンフィルタリング、拡張カルマンフィルタリング、粒子フィルタリング、アンセンテッドカルマンフィルタリング、および相補フィルタリングが挙げられる。いくつかの実施形態では、状態推定値は、航空機の回転および角速度を含む。通常動作制御ユニットは、次いで、これらの推定値を、例えば、姿勢コントローラ内で使用し得る。いくつかの実施形態では、状態推定器は、回転および並進運動状態の両方を推定する。

【0159】

制御ユニットは、単一エフェクタのための制御信号を計算し得る。いくつかの実施形態では、制御ユニットは、異なる組のエフェクタのための異なる組の制御信号を計算する。例えば、通常動作制御ユニットは、マスタサブシステムの２つのエフェクタのための第１の制御信号の組と、スレーブサブシステムのための第２の制御信号の組とを計算し得る。別の例として、通常動作中、第１の通常動作制御ユニットは、マスタサブシステムのための第１の制御信号の組を計算し得、第２の通常動作制御ユニットは、スレーブサブシステムのための第２の制御信号の組を計算し得る。

【0160】

１つのサブシステムの通常動作制御ユニットはさらに、別のサブシステムのセンサ信号に関連するデータを使用して、性能を改良し得る。これは、１つ以上の協調ユニットを使用して、そのデータを転送することによって達成され得る。両サブシステムによって保持されるセンサは、典型的には、同一量を表す信号を生成するであろうが、複数のサブシステムのセンサからのデータの組み合わせは、信号品質（例えば、信号対雑音比）を改良し得る。これは、例えば、両信号を合わせてフィルタリングし、雑音を低減させ、外れ値の除外を改良することによって達成され得る。

【0161】

いくつかの実施形態では、通常動作制御ユニットは、障害が些細なものである限り（例えば、障害が航空機のエフェクタの動作に影響を及ぼさない限り、または障害が冗長構成要素によって補償され得る限り）、障害の検出後でも使用される。

【0162】

いくつかの実施形態では、単一通常動作制御ユニットが、使用される。

【0163】

（緊急制御ユニット／緊急制御信号）
緊急制御ユニットは、いくつかの実施形態では、障害後、航空機の制御を引き継ぐために使用される。緊急制御ユニットは、低性能飛行のための特殊制御法則を実装する。いくつかの実施形態では、緊急制御ユニットは、人間オペレータからの入力によって、アクティブにされる、非アクティブにされる、または影響を受ける。いくつかの実施形態では、緊急制御ユニットは、完全または部分的に、自律的である。

【0164】

緊急制御ユニットは、緊急制御信号を発生させる。いくつかの実施形態では、緊急制御信号は、航空機のエフェクタの一部を制御するために使用され得る。いくつかの実施形態では、緊急制御ユニットは、同一サブシステム内のエフェクタのための緊急制御信号を発生させる。

【0165】

いくつかの実施形態では、緊急制御ユニットは、その自由度のうちの１つにおける移動の制御を喪失した航空機を制御するために使用され得る。いくつかの実施形態では、緊急制御ユニットは、障害によって影響を受けたサブシステムが無効にされると使用される。いくつかの実施形態では、緊急制御ユニットは、障害検出ユニットによって検出された任意の障害後に使用される。

【0166】

いくつかの実施形態では、緊急制御ユニットは、そのサブシステムのエフェクタのための制御信号のみを発生させる。緊急制御ユニットは、したがって、航空機を減少数のエフェクタを用いて制御するように特に設計された制御法則を実装し得る。そのような制御法則の例は、本発明に開示される。単一サブシステムが完全に制御された飛行を維持することを可能にする十分な数のエフェクタで構成される冗長マルチコプタ（例えば、各々が４つのプロペラを伴う２つのサブシステムから成る８回転子冗長マルチコプタ）に対して、従来技術において十分に確立され、広く使用されている従来の多回転子制御法則が、緊急制御ユニット内に実装され得る。

【0167】

いくつかの実施形態では、航空機は、それが、例えば、センサデータ（例えば、＞１０秒にわたる静止に対応するある範囲内の加速度計読み取り値）に基づいて、状態推定または別のアルゴリズムによって、特殊センサ（例えば、機体の着陸装置上のタッチセンサ）によって、または人間オペレータによって確認されるように、安全に着陸するまで、その障害状態のままであるか、または緊急制御ユニットの制御下にある。いくつかの実施形態では、航空機は、周期的に、その現在の障害状態または緊急制御ユニットの制御下のその動作を再評価する。いくつかの実施形態では、障害は、障害診断（例えば、イベント処理、故障樹分析を使用したシステム障害状態の決定、およびその他）をトリガするために使用され得る。いくつかの実施形態では、障害状態または緊急制御の終了は、航空機１００の詳細、その予期される障害モード、実際の障害モード、および他の要因に依存する。いくつかの実施形態では、障害検出ユニットは、障害が検出された後も監視を継続し得、協調ユニットは、障害がもはや存続しなくなると、通常動作に戻るようにトリガし得る。

【0168】

（サブシステムの無効化）
いくつかの実施形態では、サブシステムは、無効にされ得る（例えば、そのサブシステムに属するエフェクタ等のサブシステムの構成要素内に障害がある場合、そのサブシステムは、無効にされ得る）。サブシステムの無効化は、例えば、サブシステムの制御ユニットの動作を停止することによって、サブシステムの電力ユニットをオフにすることによって、または協調ユニットまたはスイッチを使用することによって通信チャネルを介した制御信号の転送を中断することによって、達成され得る。いくつかの実施形態では、障害検出ユニット、電源、または協調ユニット等のサブシステム構成要素は、それらがサブシステムのステータスおよび機能を表すデータを提供し続けることを可能にする、特殊「無効」状態を有し得る。例えば、無効にされたサブシステムの協調ユニットは、依然として、無効にされたサブシステムのセンサ信号を表すデータを別のサブシステムの協調ユニットに転送し得る。別の例として、無効にされたサブシステムの障害検出ユニットは、監視を継続し、障害のステータスに関する更新を提供し得る。

【0169】

（ユニットの組み合わせ）
いくつかの実施形態は、単一または複数の障害検出ユニットと、協調ユニットと、通常動作制御ユニットと、緊急制御ユニットとを含み得る。いくつかの実施形態では、障害検出ユニット、協調ユニット、通常動作制御ユニット、および緊急制御ユニットの一部または全ては、単一もしくは複数の回路基板、単一ボードコンピュータ、または単一マイクロコントローラ上に実装され得る。いくつかの実施形態では、障害検出ユニット、協調ユニット、通常動作制御ユニット、および緊急制御ユニットの一部または全ての動作は、１つ以上のユニットの中に組み合わせられ得る。

【0170】

（通信チャネル／信号）
本発明の実施形態では、航空機は、１つ以上の通信チャネル（有線または無線通信チャネル）を備え得る。最も好ましくは、通信チャネルは、航空機のサブシステム（例えば、第１および第２のサブシステム）の各々に接続される。したがって、通信チャネルは、サブシステム間で通信するために使用されることができる。例えば、好ましい実施形態では、第１のサブシステムは、ある通信チャネルに接続され、第２のサブシステムは、該通信チャネルに接続され、該サブシステム間の通信は、通信チャネルを横断して生じることができる。通信は、サブシステムの協調ユニットによって媒介される。例示的通信チャネルとして、物理的伝送媒体（例えば、単一ワイヤまたはケーブル、２つのワイヤまたはケーブル）、論理的接続（例えば、データソースとデータシンクとの間のリンク）、無線接続（例えば、無線チャネル）が挙げられ、航空機は、これらのチャネルタイプのうちの任意の１つ以上のものを備え得る。いくつかの実施形態では、通信チャネルは、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮバス）、ユニバーサル非同期受信機／送信機（ＵＡＲＴ）、または集積回路間（Ｉ^２ＣまたはＩ２Ｃ）バスを使用する。

【0171】

通信チャネルは、１つのサブシステムにおいて発生させられた制御信号（例えば、通常動作ユニットによって計算され、協調ユニットを介して転送される、モータ制御信号）を別のサブシステムに搬送する。いくつかの実施形態では、通信チャネルは、１つのサブシステムにおいて発生させられた協調信号（例えば、協調ユニットによって計算または転送され、サブシステムもしくはその構成要素のうちの１つのステータスを示す信号）を別のサブシステムに搬送する。いくつかの実施形態では、通信チャネルは、１つのサブシステムにおいて発生させられた他の信号（例えば、イベントまたは測定された量もしくは測定された環境特性を検出するセンサの出力等のセンサ信号、電源のステータス（または「健全性」）を示す、電源によって発生させられる信号）を別のサブシステムに搬送する。いくつかの実施形態では、制御信号のみが、直接、通信チャネルを介して転送され、他の信号は、協調信号に変換される。

【0172】

本開示では、用語「通信チャネル」および「チャネル」は、限定ではないが、有線等の物理的伝送媒体または論理的接続を含み、通信チャネルはまた、無線通信チャネルでもあり得ることに留意されたい。さらなる変形例では、複数の通信チャネルが、提供される。単数形の用語は、その単数形または複数形の意味（すなわち、「チャネル」）を意味するように使用される。通信チャネルは、単一の一方向チャネル、同一方向に流れるデータを伴う２つの冗長一方向チャネル、反対方向に流れるデータを伴う２つの冗長一方向チャネル、単一の双方向チャネル、２つの冗長双方向チャネル、またはその組み合わせ（複製物を含む）であり得る。

【0173】

いくつかの実施形態では、１つ以上の一方向通信チャネルが、提供される。例として、ＰＷＭ信号を伝送する有線が挙げられる。いくつかの実施形態では、１つ以上の双方向性通信チャネルが、提供される。例えば、各々が無線送受信機を備えている、２つの無線接続が、使用され得る。

【0174】

いくつかの実施形態では、通信チャネルは、少なくとも２つの有線接続を備え得る。いくつかの実施形態では、通信チャネルは、少なくとも２つの無線接続を備え得る。いくつかの実施形態では、通信チャネルは、少なくとも１つの有線接続および少なくとも１つの無線接続の組み合わせを備え得る。

【0175】

いくつかの実施形態では、１つ以上の冗長（例えば、バックアップ）通信チャネルが、提供される。例えば、２つの協調ユニットは、２つの別個の通信チャネルを通して同じ信号を送信し得る。

【0176】

いくつかの実施形態では、通信チャネルは、少なくとも５、１０、５０、または２００アクチュエータ信号／秒の伝送スループットを有する。いくつかの実施形態では、通信チャネルは、最大で２００、１００、２０、または５ｍｓの第１の協調ユニットによる信号の送信と第２の協調ユニットによる受信との間の伝送遅延を有する。

【0177】

いくつかの実施形態では、通信チャネルは、有線接続を使用する。これは、例えば、無線周波数干渉を回避するために有用であり得る。いくつかの実施形態では、通信チャネルは、異なる信号伝達を使用する。これは、例えば、雑音に対する感受性を低減させるために有用であり得る。いくつかの実施形態では、双方向性通信チャネルが、肯定応答信号を送信側協調ユニットに返信することによって信号応答を受信する協調ユニットとともに提供される。いくつかの実施形態では、通信チャネルは、エラー検出またはエラー補正機構を使用する。例として、ＥＣＣ、ＣＲＣ、およびチェックサムが挙げられる。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
飛行するように動作可能な航空機であって、前記航空機は、動作可能に接続されている少なくとも第１および第２のサブシステムを有し、
前記第１のサブシステムは、第１の飛行モジュールと、前記航空機を飛行させるために十分な第１の力を発生させるために選択的に動作可能な第１の１つ以上のエフェクタとを備え、
前記第２のサブシステムは、第２の飛行モジュールと、前記航空機を飛行させるために十分な第２の力を発生させるために選択的に動作可能な第２の１つ以上のエフェクタとを備え、
それによって、前記第１または第２のサブシステムは、他のサブシステムの前記１つ以上のエフェクタに頼らずに、前記航空機を飛行させるために選択的に使用可能である、航空機。
（項目２）
前記第１のサブシステムは、外部基準系に対する前記航空機の少なくとも位置、向き、または速度を感知するための第１の１つ以上のセンサをさらに備え、前記第２のサブシステムは、外部基準系に対する前記航空機の少なくとも位置、向き、または速度を感知するための第２の１つ以上のセンサをさらに備えている、項目１に記載の航空機。
（項目３）
前記航空機は、前記第１および第２のサブシステムによって共有されている少なくとも１つのセンサをさらに備え、前記少なくとも１つのセンサは、外部基準系に対する前記航空機の少なくとも位置、向き、または速度を感知するために構成されている、項目１または２に記載の航空機。
（項目４）
前記第１の飛行モジュールは、
第１のスイッチと、
前記第１のスイッチを制御するための第１の協調ユニットと、
前記第１および第２の１つ以上のエフェクタを動作させるための制御信号を発生させるように動作可能な第１の通常動作制御ユニットと、
前記第１の１つ以上のエフェクタを動作させるための制御信号を発生させるように動作可能な第１の緊急制御ユニットと
を備え、
前記第１のスイッチは、前記第１のスイッチが前記第１の通常動作制御ユニットによって発生させられる制御信号を前記第１の１つ以上のエフェクタにパスする第１の位置と、前記第１のスイッチが前記第１の緊急制御ユニットによって発生させられる制御信号を前記第１の１つ以上のエフェクタにパスする第２の位置と、いかなる制御信号も前記第１の１つ以上のエフェクタにパスされないように前記スイッチが開放されている第３の位置との間で前記第１の協調ユニットによって選択的に切り替えられることが可能なように構成され、
前記第２の飛行モジュールは、
第２のスイッチと、
前記第２のスイッチを制御するための第２の協調ユニットと、
前記第２の１つ以上のエフェクタを動作させるための制御信号を発生させるように動作可能な第２の緊急制御ユニットと
を備え、
前記第２のスイッチは、前記第２のスイッチが前記第１の通常動作制御ユニットによって発生させられる前記制御信号を前記第２の１つ以上のエフェクタにパスする第１の位置と、前記第２のスイッチが前記第２の緊急制御ユニットによって発生させられる前記制御信号を前記第２の１つ以上のエフェクタにパスする第２の位置と、いかなる制御信号も前記第２の１つ以上のエフェクタにパスされないように前記スイッチが開放されている第３の位置との間で前記第２の協調ユニットによって選択的に切り替えられることが可能なように構成されている、項目１〜３のいずれか１項に記載の航空機。
（項目５）
前記第１の飛行モジュールは、少なくとも前記第１のサブシステム内の障害および前記第２のサブシステム内の障害を検出するように構成されている第１の障害検出ユニットをさらに備え、
前記第１の障害検出ユニットは、前記第１の協調ユニットに接続され、前記第１のサブシステム内の障害の検出時、信号を前記第１の協調ユニットに送信し、前記第２のサブシステム内の障害の検出時、信号を前記第１の協調ユニットに送信するように構成され、
前記第１の協調ユニットは、前記第１のサブシステム内の障害を示す前記第１の障害検出ユニットからの信号の受信時、前記機体が前記第２のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、前記第１のスイッチをその第３の位置に切り替えるように構成され、
前記第１の協調ユニットは、前記第２のサブシステム内の障害を示す前記第１の障害検出ユニットからの信号の受信時、前記機体が前記第１のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、前記第２のスイッチをその第３の位置に切り替えるように前記第２の協調ユニットをトリガするように構成されている、項目４に記載の航空機。
（項目６）
前記第２の飛行モジュールは、少なくとも前記第２のサブシステム内の障害および前記第１のサブシステム内の障害を検出するように構成されている第２の障害検出ユニットをさらに備え、
前記第２の障害検出ユニットは、前記第２の協調ユニットに接続され、前記第２のサブシステム内の障害の検出時、信号を前記第２の協調ユニットに送信し、前記第１のサブシステム内の障害の検出時、信号を前記第２の協調ユニットに送信するように構成され、
前記第２の協調ユニットは、前記第２のサブシステム内の障害を示す前記第２の障害検出ユニットからの信号の受信時、前記機体が前記第１のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、前記第２のスイッチをその第３の位置に切り替えるように構成され、
前記第２の協調ユニットは、前記第１のサブシステム内の障害を示す前記第２の障害検出ユニットからの信号の受信時、前記機体が前記第２のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、前記第１のスイッチをその第３の位置に切り替えるように前記第１の協調ユニットをトリガするように構成されている、項目４または５に記載の航空機。
（項目７）
前記第１の飛行モジュールは、少なくとも前記第１のサブシステム内の障害を検出するように構成されている第１の障害検出ユニットをさらに備え、
前記第２の飛行モジュールは、前記第１および第２の１つ以上のエフェクタを動作させるための制御信号を発生させるように動作可能な第２の通常動作制御ユニットをさらに備え、前記第２のスイッチがその第２の位置にあるとき、前記第２の通常動作制御ユニットによって発生させられる制御信号は、前記第１および第２の１つ以上のエフェクタにパスされることが可能であり、
前記第１の協調ユニットは、前記第１のサブシステム内の障害が検出されたことを示す前記第１の障害検出ユニットからの信号を受信すると、前記第２のスイッチをその第２の位置に切り替えるように前記第２の協調ユニットを前記第１の協調ユニットがトリガするように構成され、それによって、前記第２の通常動作制御ユニットによって発生させられる制御信号は、第１および第２の１つ以上のエフェクタにパスされ、それによって、前記第１および第２の１つ以上のエフェクタは、前記第２の通常動作制御ユニットによって発生させられる制御信号のみによって制御される、項目４に記載の航空機。
（項目８）
前記第１のサブシステム内の障害は、前記第１の１つ以上のエフェクタのうちの少なくとも１つ内の障害であり、前記第２のサブシステム内の障害は、前記第２の１つ以上のエフェクタのうちの少なくとも１つ内の障害である、項目５−７のいずれか１項に記載の航空機。
（項目９）
前記第１および第２のサブシステムは、１つ以上の通信チャネルを介して動作可能に接続され、
前記第１の協調ユニットは、前記通信チャネル内の障害が検出されると、前記航空機が前記第１のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、前記第１のスイッチをその第２の位置に切り替え、前記第２のスイッチのその第３の位置への切り替えをトリガするように構成されている、項目４−８のいずれか１項に記載の航空機。
（項目１０）
前記第１の協調ユニットは、前記第１の協調ユニットが所定の期間内に前記第２の協調ユニットからのいかなる信号も受信しないと、前記航空機が前記第１のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、前記第１のスイッチをその第２の位置に切り替え、前記第２のスイッチのその第３の位置への切り替えをトリガするように構成され、
前記第２の協調ユニットは、前記第２の協調ユニットが所定の期間内に前記第１の協調ユニットからのいかなる信号も受信しないと、前記航空機が前記第２のサブシステムのみを使用して飛行させられるように、前記第２のスイッチをその第２の位置に切り替え、前記第１のスイッチのその第３の位置への切り替えをトリガするように構成されている、項目４−９のいずれか１項に記載の航空機。
（項目１１）
前記第１および第２のサブシステムは、マスタ−スレーブ構成で配置され、前記第１のサブシステムは、前記マスタであり、前記第２のサブシステムは、前記スレーブである、項目１〜１０のいずれか１項に記載の航空機。
（項目１２）
第３のサブシステムをさらに備え、前記第３のサブシステムは、
前記航空機を飛行させるために十分な力を発生させるために選択的に動作可能な第３の１つ以上のエフェクタと、
第３の飛行モジュールと
を備え、
前記第３の飛行モジュールは、
第３のスイッチと、
前記第３のスイッチを制御するための第３の協調ユニットと、
を備え、
前記第３のスイッチは、前記第３のスイッチが前記第１の通常動作制御ユニットによって発生させられる前記制御信号を前記第３の１つ以上のエフェクタにパスすること、または前記第２の緊急制御ユニットによって発生させられる前記制御信号を前記第３の１つ以上のエフェクタにパスすることを行う第１の位置と、前記第３のスイッチが前記緊急制御ユニットによって発生させられる前記制御信号を前記第３の１つ以上のエフェクタにパスすることが可能な第２の位置と、いかなる制御信号も前記第３の１つ以上のエフェクタにパスされないように前記スイッチが開放されている第３の位置との間で前記第３の協調ユニットによって選択的に切り替えられることが可能なように構成されている、項目１〜１１のいずれか１項に記載の航空機。
（項目１３）
前記第３の飛行モジュールは、少なくとも前記第３のサブシステム内の障害を検出するように構成されている第３の障害検出ユニットをさらに備え、
前記第３の障害検出ユニットは、前記第３の協調ユニットに接続され、前記第３のサブシステム内の障害の検出時、信号を前記第３の協調ユニットに送信し、前記第３のサブシステム内の障害の検出時、信号を前記第１の協調ユニットに送信するように構成され、
前記第３の協調ユニットは、前記第３のサブシステム内の障害を示す前記第３の障害検出ユニットからの信号の受信時、前記第３のスイッチをその第３の位置に切り替えるように構成され、
前記第３の協調ユニットは、前記第３のサブシステム内の障害を示す前記第３の障害検出ユニットからの信号の受信時、前記第１の緊急制御ユニットによって発生させられる制御信号が、前記第１のサブシステムの前記第１の１つ以上のエフェクタと、前記第２のサブシステムの前記第２の１つ以上のエフェクタとにパスされるように、前記第１のスイッチをその第２の位置に切り替えるように前記第１の協調ユニットをトリガするようにさらに構成されている、項目１２に記載の航空機。
（項目１４）
前記第１のサブシステムは、
前記第１の１つ以上のセンサからの出力をそれぞれの所定の値と比較し、前記第１の１つ以上のセンサからの出力が前記それぞれの所定の値と等しくない場合、障害が前記第１または第２のサブシステム内で生じたことを決定する手段をさらに備えている、項目１〜１３のいずれか１項に記載の航空機。
（項目１５）
前記航空機の移動の１つ以上の特性を感知するように動作可能な１つ以上のセンサをさらに備え、
前記第１の飛行モジュールは、前記航空機に所定の様式で移動させる所定の制御信号を前記第２の１つ以上のエフェクタに選択的に送信可能なように構成され、
前記第１の飛行モジュールは、１つ以上の出力を前記１つ以上のセンサから受信し、それらの受信された出力を使用して、前記航空機が前記所定の様式で移動しているかどうかを決定するように構成され、
前記第１の飛行モジュールは、前記第１の飛行モジュールが前記航空機が前記所定の様式で移動していないことを決定する場合、前記第２のサブシステム内の障害が生じたことを決定するように構成されている、項目１〜１４のいずれか１項に記載の航空機。
（項目１６）
モジュール式であるように構成され、前記第１のサブシステムおよび第２のサブシステムの各々は、前記第１および第２のサブシステムが機械的に取り外し可能に接続可能なように構成されている接続手段を備えている、項目１〜１５のいずれか１項に記載の航空機。
（項目１７）
前記第１の１つ以上のエフェクタは、第１の方向に回転するように構成されているプロペラを備え、前記第２の１つ以上のエフェクタは、前記第１の方向と反対の第２の方向に回転するように構成されているプロペラを備えている、項目１〜１６のいずれか１項に記載の航空機。
（項目１８）
飛行するように動作可能な航空機であって、前記航空機は、動作可能に接続されている少なくとも第１および第２のサブシステムを有し、
前記第１のサブシステムは、第１の飛行モジュールと、前記航空機を飛行させるために十分な第１の力および第１のトルクを発生させるために選択的に動作可能な第１の１つ以上のエフェクタと、外部基準系に対する前記航空機の少なくとも位置、向き、または速度を感知するための第１の１つ以上のセンサとを備え、
前記第２のサブシステムは、第２の飛行モジュールと、前記航空機を飛行させるために十分な第２の力および第２のトルクを発生させるために選択的に動作可能な第２の１つ以上のエフェクタと、前記外部基準系に対する前記航空機の少なくとも位置、向き、または速度を感知するための第２の１つ以上のセンサとを備え、
それによって、前記第１のサブシステムは、前記第２のトルクなしに、前記外部基準系に対して前記結果として生じる第１の力の方向の向きを制御するために選択的に使用可能であり、前記第２のサブシステムは、前記第１のトルクなしに、前記外部基準系に対して前記結果として生じる第２の力の方向の向きを制御するために選択的に使用可能である、航空機。
（項目１９）
コスチュームが取り付けられることが可能な支持構造をさらに備えている、項目１〜１８のいずれか１項に記載の航空機。
（項目２０）
前記支持構造に取り付けられているコスチュームをさらに備えている、項目１９に記載の航空機。
（項目２１）
前記機体または支持構造上に搭載されている１つ以上の光源をさらに備え、前記１つ以上の光源は、前記コスチューム上に入射するように、光を前記機体から放射するように配置されている、項目２０に記載の航空機。
（項目２２）
航空機を制御する方法であって、前記航空機は、項目１〜２１のいずれか１項に記載の航空機であり、前記方法は、
（１）前記第１のサブシステムにおいて、前記第１および第２のサブシステムのエフェクタのための第１の制御信号の組を計算するステップと、
（２）前記第１の制御信号の組を前記エフェクタの第２のサブシステムに通信するステップと、
（３）前記第１または第２のサブシステム内の障害を検出するステップと、
（４）前記航空機が他のサブシステムのエフェクタのみを使用して飛行させられるように、障害が検出された前記サブシステムのエフェクタを無効にするステップと
を含む、方法。
（項目２３）
前記方法は、前記航空機が他のサブシステムのエフェクタのみを使用して飛行させられるように、障害が検出された前記サブシステムを無効にすることを含む、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
前記障害を被らなかったサブシステムにおいて、第２の制御信号の組を計算するステップをさらに含み、前記第２の制御信号の組は、前記障害を被らなかったサブシステムのエフェクタのみを制御する、項目２２または２３に記載の方法。

【0178】

本発明の実施形態が、ここで、例のみのとして、以下の図を参照して説明されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0179】

【図1】図１は、図１は、クワドロコプタの形状における例示的航空機の概略斜視図を示す。

【図2A】図２Ａおよび２Ｂは、取り外し可能組立接続部を伴い、通信チャネルによって接続される２つのマルチコプタサブシステムを備えている例示的冗長航空機の概略斜視図を示す。

【図2B】図２Ａおよび２Ｂは、取り外し可能組立接続部を伴い、通信チャネルによって接続される２つのマルチコプタサブシステムを備えている例示的冗長航空機の概略斜視図を示す。

【図3】図３は、例示的実施形態の機能を説明するために使用されるブロック図を示す。

【図4A】図４Ａは、より複雑な例示的実施形態の機能を説明するために使用されるブロック図を示す。

【図4B】図４Ｂは、単一通信チャネルを共有する２つのサブシステムを伴う例示的実施形態を示す。

【図4C】図４Ｃは、単一電源を共有する２つのサブシステムを伴う例示的実施形態を示す。

【図4D】図４Ｄは、単一通信チャネル、単一電源、および単一共有センサを共有する２つのサブシステムを伴う例示的実施形態を示す。

【図5】図５は、例示的実施形態における例示的決定プロセスを説明するために使用されるフローチャートを示す。

【図6A】図６Ａ−６Ｄは、３つのサブシステムを伴う例示的実施形態の機能を説明するために使用される単一ブロック図（便宜上、構成要素Ａ、Ｂ、およびＣに分割される）を示す。

【図6B】図６Ａ−６Ｄは、３つのサブシステムを伴う例示的実施形態の機能を説明するために使用される単一ブロック図（便宜上、構成要素Ａ、Ｂ、およびＣに分割される）を示す。

【図6C】図６Ａ−６Ｄは、３つのサブシステムを伴う例示的実施形態の機能を説明するために使用される単一ブロック図（便宜上、構成要素Ａ、Ｂ、およびＣに分割される）を示す。

【図6D】図６Ａ−６Ｄは、３つのサブシステムを伴う例示的実施形態の機能を説明するために使用される単一ブロック図（便宜上、構成要素Ａ、Ｂ、およびＣに分割される）を示す。

【図7】図７は、３つのサブシステムを伴う例示的実施形態の例示的決定プロセスを説明するために使用されるフローチャートを示す。

【図8】図８は、２つの一方向性通信チャネルを伴う例示的実施形態の機能を説明するために使用されるブロック図を示す。

【図9】図９は、２つの一方向性通信チャネルを伴う例示的実施形態における例示的決定プロセスを説明するために使用されるフローチャートを示す。

【図10】図１０は、力およびトルクの作用を説明するために使用される例示的実施形態の概略斜視図を示す。

【図11】図１１は、２つのサブシステムが接合され、クワドロコプタである航空機を作成し得る方法を説明するために使用される、図２Ａおよび２Ｂに示される例示的実施形態の略図を示す。

【図12A】図１２Ａ−１２Ｃは、２つまたは３つのサブシステムが接合され、ヘキサコプタである航空機を作成し得る方法を説明するために使用される略図を示す。

【図12B】図１２Ａ−１２Ｃは、２つまたは３つのサブシステムが接合され、ヘキサコプタである航空機を作成し得る方法を説明するために使用される略図を示す。

【図12C】図１２Ａ−１２Ｃは、２つまたは３つのサブシステムが接合され、ヘキサコプタである航空機を作成し得る方法を説明するために使用される略図を示す。

【図13A】図１３Ａ−１３Ｄは、２つのサブシステムが接合され、オクトコプタである航空機を作成し得る方法を説明するために使用される略図を示す。

【図13B】図１３Ａ−１３Ｄは、２つのサブシステムが接合され、オクトコプタである航空機を作成し得る方法を説明するために使用される略図を示す。

【図13C】図１３Ａ−１３Ｄは、２つのサブシステムが接合され、オクトコプタである航空機を作成し得る方法を説明するために使用される略図を示す。

【図13D】図１３Ａ−１３Ｄは、２つのサブシステムが接合され、オクトコプタである航空機を作成し得る方法を説明するために使用される略図を示す。

【図14】図１４は、本発明と共に使用され得る航空機の別の例示的実施形態を示す。

【図15】図１５は、本発明と共に使用され得る航空機の別の例示的実施形態を示す。

【図16】図１６は、コスチュームが取り付けられる支持構造および照明具を装備する航空機の別の例示的実施形態を示す。

【図17】図１７は、異なる形状／設計のコスチュームを装備する航空機の別の例示的実施形態を示す。

【発明を実施するための形態】

【0180】

図１は、航空機１００を示す。それは、中心筐体１２４と、４つの堅く取り付けられたアーム１２６とを伴うクワドロコプタの形状で実現される。エフェクタ１０２は、各アーム１２６の遠位端に搭載される。ここでは、エフェクタ１０２は、プロペラ１０４を作動させるモータ１０６である。プロペラの回転軸（「駆動軸」１１０）は、航空機１００に対して固定される。４つのプロペラは、全てが同じ回転方向１０８（または「巻き方（ｈａｎｄｅｄｎｅｓｓ）」）を有するわけではない。２つのプロペラは、反時計回り方向に回転し、他の２つは、時計回り方向に回転する。航空機の質量中心１２０およびその主本体軸１２２も、示される。

【0181】

図２Ａは、冗長マルチコプタである冗長航空機１００の実施形態を示す。それは、飛行中に見られるであろうように、互いに堅く取り付けられる２つのマルチコプタサブシステム２５０ａ、２５０ｂを備えている。第１のサブシステム２５０ａは、第１の飛行モジュール２４０ａを含み、第２のサブシステム２５０ｂは、第２の飛行モジュール２４０ｂを含む。２つのサブシステム２５０ａ、２５０ｂは、２つのケーブル２１０．１および２１０．２から成る物理的冗長通信チャネル２１０によって接続される。

【0182】

図２Ｂは、互いから取り外され、通信チャネル２１０．１および２１０．２によってのみ接続されている、２つのサブシステム２５０ａ、２５０ｂを伴う、図２Ａの冗長航空機１００を示す。動作中、両サブシステム２５０ａ、２５０ｂは、互いに堅く取り付けられる。しかしながら、図２Ｂに図示されるような取り外しは、輸送中または保守のために有用であり得る。それは、２つのサブシステムの各々が自給式であるように構築および配置され得る方法もさらに図示する。

【0183】

本実施形態では、２つのサブシステム２５０ａ、２５０ｂの各々は、他のサブシステムが無効にされた状態で航空機１００を飛行させることが可能である（すなわち、各サブシステム２５０ａ、２５０ｂは、他のサブシステム２５０ｂ、２５０ａのエフェクタ１０２を伴わずに、航空機１００を飛行させるために要求されるリフトおよび安定化制御を提供することが可能であり、無効にされたサブシステムは、ペイロードとなる）。これは、２つのサブシステム２５０ａ、２５０ｂの各々に、電源、エフェクタ、センサ、および飛行モジュールを備えさせることと（いずれも図示せず）、従来技術において公知の標準的制御法則または以下に開示される制御法則を使用して航空機１００が制御可能であるように構築および配置された各サブシステムのセンサおよびエフェクタを有することとによって、達成される。

【0184】

図３は、図２に示される例示的実施形態における信号フローを説明するために使用されるブロック図を示す。矢印は、信号フローを示す。詳細なセンサ信号フローは、明確にするために図３では省略されていることに留意されたい。本実施形態では、１つのサブシステム２５０ａは、マスタとして指定され、他のサブシステム２５０ｂは、スレーブとして指定される。ここでは、各サブシステムは、それ自身の電源３６０ａ、３６０ｂと、エフェクタ１０２ａ、１０２ｂと、センサ３００ａ、３００ｂと、飛行モジュール２４０ａ、２４０ｂとを備えている。マスタの飛行モジュール２４０ａは、協調ユニット３５０ａと、通常動作制御ユニット３１０ａと、緊急制御ユニット３２０ａと、障害検出ユニット３３０ａと、スイッチ３４０ａとを備えている。スレーブの飛行モジュール２４０ｂは、協調ユニット３５０ｂと、緊急制御ユニット３２０ｂと、障害検出ユニット３３０ｂと、スイッチ３４０ｂとを備えている。本実施形態では、スレーブは、通常動作制御ユニット３１０ｂを要求しないことに留意されたい。本実施形態はさらに、２つの一方向性通信チャネル２１０．１、２１０．２を備えている（チャネルは、この信号フロー図には示されない）。第１の通信チャネル２１０．１は、信号をマスタの協調ユニット３５０ａからスレーブの協調ユニット３５０ｂに通信する。第２の通信チャネル２１０．２は、信号をスレーブの協調ユニット３５０ｂからマスタの協調ユニット３５０ａに通信する。

【0185】

マスタの協調ユニット３５０ａは、マスタのスイッチ３４０ａを制御する。スイッチ３４０ａは、マスタの通常制御動作ユニット３１０ａからマスタのエフェクタ１０２ａへの制御信号の転送と、マスタの緊急制御ユニット３２０ａからマスタのエフェクタ１０２ａへの制御信号の転送と、マスタサブシステム２５０ａにおける転送を無効にするために使用され得る「オフ」位置との間で切り替える。

【0186】

スレーブの協調ユニット３５０ｂは、スレーブのスイッチ３４０ｂを制御する。スイッチ３４０ｂは、マスタの通常制御動作ユニット３１０ａ（協調ユニット３５０ａ、３５０ｂを介して）からスレーブのエフェクタ１０２ｂへの制御信号の転送と、スレーブの緊急制御ユニット３２０ｂからスレーブのエフェクタ１０２ｂへの制御信号の転送と、スレーブサブシステム２５０ｂにおける転送を無効にするために使用され得る「オフ」位置との間で切り替える。

【0187】

協調ユニット３５０ａ、３５０ｂは、対応するサブシステム２５０ａ、２５０ｂに障害が生じているかどうかを示し得る障害検出信号をそれらのそれぞれの障害検出ユニット３３０ａ、３３０ｂから受信し得る。

【0188】

本実施形態では、各障害検出ユニット３３０ａ、３３０ｂは、それぞれ、そのサブシステムのセンサ３００ａ、３００ｂ、エフェクタ１０２ａ、１０２ｂ、電源３６０ａ、３６０ｂ、緊急制御ユニット３２０ａ、３２０ｂ、および協調ユニット３５０ａ、３５０ｂから信号を受信する（これらの信号は、明確にするために図３では省略されている）。マスタの障害検出ユニット３３０ａは、その障害状態を示す信号をマスタの通常動作制御ユニット３１０ａからも受信し得る（明確にするために図３では省略されている）。

【0189】

各障害検出ユニット３３０ａ、３３０ｂは、サブシステムの障害状態を表す信号を同じサブシステム２５０ａ、２５０ｂの一部である協調ユニット３５０ａ、３５０ｂに送る。

【0190】

各障害検出ユニット３３０ａ、３３０ｂはまた、それぞれ、そのサブシステムの協調ユニット３３０ａ、３３０ｂからの信号を受信し得、信号は、通信チャネル２１０を介する、他のサブシステム３３０ｂ、３３０ａのセンサ３００ｂ、３００ａ、エフェクタ１０２ｂ、１０２ａ、電源３６０ｂ、３６０ａ、緊急制御ユニット３２０ｂ、３２０ａ、協調ユニット３３０ｂ、３３０ａ、または障害検出ユニット３００ｂ、３３０ａの障害状態を表すデータを含む（例えば、それぞれ、他のサブシステムの協調ユニット３３０ｂ、３３０ａから送信される協調信号の一部として）。同様に、スレーブの障害検出ユニット３３０ｂも、通信チャネル２１０を介して、マスタの通常動作制御ユニット３１０ａを表すデータを受信し得る。

【0191】

制御ユニット３１０ａ、３２０ａ、３２０ｂは、信号をそれらのサブシステム内のセンサ３００ａ、３００ｂから受信し（センサ信号は、明確にするために図３では省略されている）し、航空機のエフェクタ１０２のためのエフェクタ制御信号を計算する。

【0192】

本実施形態では、サブシステムの構成要素は全て、電力をそのサブシステムの電源３６０から受信する。

【0193】

本実施形態では、マスタの通常動作制御ユニット３１０ａの制御信号は、マスタのセンサ３００ａのみに基づいて計算される（すなわち、スレーブのセンサ３００ｂのセンサデータは、使用されない）。マスタの緊急制御ユニット３２０ａの制御信号は、マスタのセンサ３００ａのみに基づいて計算される。スレーブの緊急制御ユニット３２０ｂの制御信号は、スレーブのセンサ３００ｂのみに基づいて計算される。

【0194】

図４Ａは、２つのサブシステム２５０ａ、２５０ｂを伴う、冗長航空機の実施形態の概略図である。冗長航空機内の信号フローも、矢印によって略図に図示される。詳細なセンサ信号フローは、明確にするために図４Ａでは省略されていることに留意されたい。ここでは、マスタのセンサ３００ａは、データをマスタの制御ユニット３１０ａ、３２０ａならびにマスタの障害検出ユニット３３０ａに提供する。そのようなデータの例として、航空機の移動を表すデータ、障害物までの距離を表すデータ、および地面からの距離を表すデータが挙げられる。さらに、マスタのセンサ３００ａはまた、信号をマスタの協調ユニット３５０ａに提供し、協調ユニット３５０ａは、信号を表すデータを通信チャネル２１０を介してスレーブの協調ユニット３５０ｂからスレーブの障害検出ユニット３３０ｂに転送する。そのような信号の例として、センサの動作ステータスを表すデータ、エラーコード、およびセンサデータが挙げられる。同様に、スレーブのセンサ３００ｂは、データを、スレーブの制御ユニット３１０ｂ、３２０ｂおよび障害検出ユニット３３０ｂだけではなく、マスタの障害検出ユニット３３０ａにも提供する。これは、障害検出ユニット３３０ａ、３３０ｂの両方が、障害に対して、それ自身ならびに他のサブシステムのセンサ３００ｂ、３００ａの両方を監視することを可能にする。

【0195】

本実施形態では図示されないが、同様のアーキテクチャが、マスタおよびスレーブのエフェクタ１０２ａ、１０２ｂまたはマスタおよびスレーブの電源３６０ａ、３６０ｂのために実装され得、それは、障害検出ユニット３３０ａ、３３０ｂの一方または両方が、障害に対して、それ自身ならびに他のサブシステムのエフェクタ１０２ａ、１０２ｂまたは電源３６０ａ、３６０ｂの両方を監視することを可能にするであろう。これは、システム診断のために使用され得る追加の情報を提供することによって、冗長航空機の信頼性または安全性をさらに増加させ得る。

【0196】

本実施形態では、図４Ａに示される全構成要素は、通常動作中に使用される。特に、緊急制御ユニット３２０ａ、３２０ｂは両方とも、制御信号を持続的に計算し、障害の場合、対応するエフェクタ１０２ａ、１０２ｂへのそれらの信号の転送の即時切り替えを可能にする（すなわち、緊急ユニットによって計算される制御信号は、通常動作中、全く使用されない）。通常動作中、これらの制御信号は、計算されるが、スイッチによってブロックされ、エフェクタに転送されない。

【0197】

図４Ａに示される実施形態は、第２の通常動作制御ユニット３１０ｂも有する。これは、例えば、スレーブの通常動作制御ユニット３１０ｂの制御信号をスレーブおよびマスタの協調ユニット３５０ｂ、３５０ａを介してマスタの障害検出ユニット３３０ａに転送し、これらの制御信号をマスタの通常動作制御ユニット３１０ａによって計算されるマスタの制御信号と比較することによって、信頼性または安全性をさらに増加させるために使用され得る。マスタの制御信号は、マスタの協調ユニット３５０ａによって障害検出ユニット３３０ａに転送されるか、またはマスタの通常動作制御ユニット３１０ａから直接受信されるかのいずれかである。

【0198】

図４Ａに示される実施形態は、２つの完全対称サブシステムを有することに留意されたい。したがって、それは、マスタ−スレーブアーキテクチャ（例えば、通常動作中、マスタの通常動作制御ユニットが、エフェクタ１０２ａ、１０２ｂのための制御信号を計算する）ならびに他のアーキテクチャ（例えば、通常動作中、第１のサブシステムの通常動作制御ユニット３１０ａが、第１のサブシステム２５０ａのエフェクタのための制御コマンドを計算し、第２のサブシステムの通常動作制御ユニット３１０ｂが、第２のサブシステム２５０ｂのエフェクタのための制御コマンドを計算する）の両方において使用されることができる。

【0199】

図４Ｂから４Ｄは、サブシステムがシステム構成要素を共有する２つのサブシステム２５０ａ、２５０ｂを伴う、本発明による航空機の異なる実施形態の概略図を示す。図４Ｂでは、冗長航空機は、単一の双方向性通信チャネル２１０を備えている。この単一双方向性通信チャネル２１０は、２つのサブシステム２５０ａ、２５０ｂ間で接続され、サブシステム２５０ａおよび２５０ｂ間の信号の交換のために使用される。

【0200】

図４Ｃでは、航空機は、単一の電源３６０を備えている。単一電源は、単一電源が電力を２つのサブシステム２５０ａ、２５０ｂの各々に提供するように、２つのサブシステム２５０ａ、２５０ｂの各々に接続される。故に、単一電源は、両サブシステムによって共有される。別の実施形態では、単一電源は、電力をそれが接続されるサブシステム２５０ａ、２５０ｂに排他的に提供するように、２つのサブシステム２５０ａ、２５０ｂのいずれかに選択的に接続される。電源は、システム内の単一障害点となるであろうが、十分に高レベルの信頼性を達成する電源（例えば、非常に高信頼性の構成を使用するので、または内部冗長性機構を含むので）は、他のシステム設計制約（例えば、重量、サイズ、コスト）により、そのような設計決定を正当化し得る。

【0201】

図４Ｃに図示される実施形態の変形例では、航空機は、２つのサブシステム２５０ａ、２５０ｂによって共有される単一の組の高信頼センサまたは単一の高信頼中央処理ユニットを備え得る。図４Ｄは、図４Ｃに示されるような電源に加え、追加のセンサ３００ｃも、両サブシステム２５０ａ、２５０ｂによって共有される、冗長航空機の概略図を示す。共有センサ３００ｃに加え、サブシステム２５０ａは、サブシステム２５０ａによって排他的に使用されるそれ自身のセンサ３００ａを有し、サブシステム２５０ｂは、サブシステム２５０ｂによって排他的に使用されるそれ自身のセンサ３００ｂを有する。言い換えると、センサ３００ａ、３００ｂは、共有されない。いくつかの実施形態では、共有センサのみが、サブシステム（図示せず）の制御下で航空機を飛行させるときに使用される。いくつかの実施形態では、第１のサブシステムに排他的に属するエフェクタのみが、第１のシステムのエフェクタを排他的に使用して機体が飛行させられるように（すなわち、飛行のために第２のサブシステム２５０ｂのエフェクタまたはセンサを使用しない）、航空機を飛行させるために選択的に使用されるか、または第２のサブシステム２５０ｂに排他的に属するエフェクタのみが、第２のシステムのエフェクタを排他的に使用して機体が飛行させられるように（すなわち、飛行のために第１のサブシステム２５０ａのエフェクタまたはセンサを使用しない）航空機を飛行させるために選択的に使用される。また、別の例では、冗長航空機は、サブシステム２５０ａ、２５０ｂの１つのみに排他的に属するセンサを動作させるように構成され得る。例えば、飛行中、第１のサブシステム２５０ａのセンサのみが、飛行中動作可能であり得るか、または飛行中、第２のサブシステム２５０ｂのセンサのみが、飛行中動作可能であり得る。システムはまた、任意のある時間において、サブシステム２５０ａ、２５０ｂのうちの１つのみのセンサが動作可能であるように、第１および第２のサブシステム２５０ａ、ｂのセンサの排他的動作間で切り替え得る。そのようなアーキテクチャは、１つ以上の共有センサまたはセンサの組のどちらも高信頼性である場合、またはあるセンサタイプの２つのセンサまたはセンサの組の使用が不可能である場合（例えば、センサが、非常に高価である、重い、もしくは大きいので、または超音波センサ等の複数のセンサが干渉するであろうため）、有益であり得る。

【0202】

共有電源または共有センサもしくは共有センサの組の出力は、次いで、それ自身のものであるかのように、各サブシステムによって使用され得る（当業者に明白であろうように、障害の場合、サブシステムまたはサブシステムの構成要素を無効にするために設計される特定のサブシステムのチェックおよびプロセスなしにもかかわらず）。例えば、共有電源（緊急動作のために要求される）および共有奥行知覚センサ（緊急動作のために要求されない）を伴う、ある実施形態では、通常動作中、各サブシステムは、共有電源からの電力を使用して、サブシステムの電子機器およびアクチュエータに給電し得、各サブシステムは、共有奥行知覚センサによって提供されるデータを使用して、共有３Ｄマッピングタスクの一部も行い得る。第１のサブシステムが障害の結果としてシャットダウンし、第２のサブシステムがマルチコプタを制御する緊急動作中、第２のサブシステムは、同一の以前共有電源からの電力を使用し得るが、動作（例えば、緊急着陸）のために共有センサによって提供されるデータをもはや要求しないであろう。

【0203】

図５は、図３に示されるそれのような信号フローを伴う実施形態のための例示的決定プロセスを示す。破線矢印は、状態間の遷移を示し、途切れのない矢印は、信号フローを示す。

【0204】

この例示的実施形態では、マスタのスイッチ３４０ａは、３つの位置、すなわち、マスタの通常動作制御ユニット３１０ａの信号をマスタのエフェクタ１０２ａに転送するための第１の位置（「１」）と、マスタの緊急制御ユニット３２０ａの信号をマスタのエフェクタ１０２ａに転送するための第２の位置（「２」）と、いかなる制御信号もマスタのエフェクタ１０２ａに転送しない第３の位置（「３」）とを有する。スレーブのスイッチ３４０ｂは、３つの位置、すなわち、マスタの通常動作制御ユニット３１０ａの信号（マスタの協調ユニット３５０ａ、通信チャネル２１０、およびスレーブの協調ユニット３５０ｂを介して受信される）をスレーブのエフェクタ１０２ｂに転送するための第１の位置（「１」）と、スレーブの緊急制御ユニット３２０ｂの信号をスレーブのエフェクタ１０２ｂに転送するための第２の位置（「２」）と、いかなる制御信号もスレーブのエフェクタ１０２ｂに転送しない第３の位置（「３」）とを有する。

【0205】

開始５１０において、マスタ２５０ａは、通常動作５２０ａに入る。

【0206】

（通常動作）
通常動作中、航空機１００は、マスタの飛行モジュール２４０ａによって制御される。マスタの通常動作制御ユニット３１０ａは、マスタのエフェクタ１０２ａおよびスレーブのエフェクタ１０２ｂのために制御信号を提供する。

【0207】

障害が検出されない限り、マスタは、状態５２０（通常動作）、５３０ａ（マスタ内の障害の監視）、および５４０ａ（スレーブ内の障害の監視）にある。マスタのエフェクタ１０２ａのための制御信号は、マスタのスイッチ３４０ａを介して転送される。スレーブは、状態５７０ｂ（通常動作、スレーブのエフェクタ１０２ｂのための制御信号がマスタからフィードされる）、５３０ｂ（スレーブ内の障害の監視）、および５４０ｂ（マスタ内の障害の監視）にある。スレーブに対して、マスタからの制御信号のフィードは、マスタの通常動作制御ユニットの制御信号を、マスタの協調ユニット３５０ａ、第１の通信チャネル２１０．１、スレーブの協調ユニット３５０ｂ、およびスレーブのスイッチ３４０ｂを介して、スレーブのエフェクタ１０２ｂに転送することによって達成される。

【0208】

したがって、通常動作中、連続障害監視が、マスタおよびスレーブの障害検出ユニット３３０ａ、３３０ｂによって行われる。マスタの障害検出ユニット３３０ａは、マスタ５３０ａの障害およびスレーブ５４０ａの障害を監視する。スレーブの障害検出ユニット３３０ｂは、スレーブ５３０ｂの障害およびマスタ５４０ｂの障害を監視する。障害が検出されない場合、通常動作が続く。

【0209】

通常動作は、マスタおよびスレーブの緊急制御ユニット３２０ａ、３２０ｂを要求しない（存在する場合、スレーブの通常動作制御ユニット３１０ｂも要求しない）が、それにもかかわらず、それらの制御信号をエフェクタに転送せずにこれらのユニットを動作させることが望ましくあり得る。代わりに、これらの制御信号は、障害検出ユニットに転送され得、障害検出ユニットは、次いで、それらを互いの間で比較するか、それらを他の制御信号と比較するか、またはそれらをモデルと比較し得る。これは、（１）その動作性を検証することを可能にし得る。それらの信号をスイッチを通して転送せずにこれらのユニットを動作させることは、（２）必要性が生じた場合、異なるサブシステム２５０ａ、２５０ｂの動作に瞬時に切り替える「ホットスタート」能力も提供し得る。同一目的（１）および（２）のために、スレーブの通常動作制御ユニット３１０ｂによって発生させられる制御信号は、存在する場合、障害検出ユニットに転送され得る。エフェクタへの制御信号の無転送は、例えば、協調ユニットおよびスイッチを使用することによって達成され得る。代替として、協調ユニットは、例えば、複数のスイッチを使用して、必要に応じて、制御ユニットをオンおよびオフに選択的に切り替え得る。同様に、制御ユニットから障害検出ユニットへの制御信号の転送は、協調ユニットおよびスイッチの組み合わせを使用して達成され得る。

【0210】

通常動作中、スイッチ位置は、マスタに対して１、スレーブに対して１である（すなわち、マスタのスイッチ３４０ａは、その第１の位置にあって、スレーブのスイッチ３４０ｂは、その第１の位置にある）。

【0211】

マスタによって検出されたマスタ障害（５３０ａ）：マスタの障害検出ユニット３３０ａが、マスタの障害５３０ａを検出する場合、マスタ２５０ａは、状態５５０ａに入るであろう。それは、障害検出ユニット３３０ａによって発生させられ、マスタの協調ユニット３５０ａおよび通信チャネル２１０を介して、スレーブの協調ユニット３５０ｂに通信される信号をスレーブ２５０ｂに送信するであろう。この信号の結果、スレーブは、その緊急動作モード状態５６０ｂに入るであろう。これは、スレーブの協調ユニット３５０ｂが信号をスイッチ３４０ｂに送信することによって達成され、スイッチ３４０ｂは、次いで、スレーブの緊急制御ユニット３２０ｂの制御信号をスレーブのエフェクタ１０２ｂに転送するであろう。スレーブのエフェクタ１０２ｂは、したがって、スレーブの緊急制御ユニット３２０ｂによって制御される。スレーブは、替えを確認する対応する確認信号をマスタに返信する。

【0212】

マスタ２５０ａは、マスタの協調ユニット３５０ａが切り替え信号をマスタのスイッチ３４０ａに送信し、マスタのエフェクタ１０２ａへの制御信号の転送を停止することによって無効にされる。航空機１００は、現時点で、マスタのエフェクタ１０２ａが無効にされた状態で、スレーブのエフェクタ１０２ｂのみによって飛行させられる。スレーブは、現時点で、状態５６０ｂにある。マスタは、現時点で、状態５３０ａおよび５５０ａにある。この状態のスイッチ位置は、マスタに対して３、スレーブに対して２である。

【0213】

マスタによって検出されたスレーブ障害５４０ａ：マスタの障害検出ユニット３３０ａが、スレーブ５４０ａの障害を検出する場合、マスタは、その緊急動作モード５６０ａに入り、信号をスレーブの協調ユニット３５０ｂに送信し、そのスイッチ３４０ｂを使用して、スレーブのエフェクタ１０２ｂを無効にするであろう。スレーブは、現時点で、状態５５０ｂにある。それは、対応する確認信号をマスタに返信する。航空機１００は、現時点で、スレーブのエフェクタ１０２ｂが無効にされた状態で、マスタのエフェクタ１０２ａのみによって飛行させられる。この状態のスイッチ位置は、マスタに対して２、スレーブに対して３である。

【0214】

スレーブによって検出されたスレーブ障害５３０ｂ：同様に、スレーブの障害検出ユニット３３０ｂが、スレーブ５３０ｂの障害を検出する場合、スレーブ２５０ｂは、状態５５０ｂに入るであろう。それは、信号をマスタ２５０ａに送信し、スレーブのエフェクタ１０２ｂを無効にするであろう。この状態のスイッチ位置は、マスタに対して２、スレーブに対して３である。

【0215】

スレーブによって検出されたマスタ障害５４０ｂ：スレーブの障害検出ユニット３３０ｂが、マスタ５４０ｂの障害を検出する場合、スレーブは、その緊急動作状態５６０ｂに入るであろう。それは、対応する信号をマスタの協調ユニット３５０ａに送信し、マスタのエフェクタ１０２ａへのマスタの制御信号の転送を無効にするであろう。この状態のスイッチ位置は、マスタに対して３、スレーブに対して２である。

【0216】

（通信チャネルの障害）
本発明によって軽減され得る別の障害モードは、対応する信号（例えば、協調信号、制御信号）を伴う一方向性または双方向性通信チャネル２１０．１、２１０．２のうちの１つの障害に関する。

【0217】

２つの双方向性通信チャネル２１０．１、２１０．２のうちの１つに影響を及ぼす単一障害は、マスタサブシステム２５０ａとスレーブサブシステム２５０ｂとの間の通信を損なわせず、通信は、依然として、第２の通信チャネル２１０．２、２１０．１を頼ることができる。したがって、２つの協調ユニット３５０ａ、３５０ｂは、緊急モードに入ることによって障害に反応しなくてもよく、代わりに、マスタの通常動作ユニットの制御下で継続し得る。２つの協調ユニット３５０ａ、３５０ｂのうちの１つの伝送ポートまたは受信ポートに影響を及ぼす単一障害は、双方向性通信チャネル２１０．１、２１０．２のうちの１つの障害として処理されることができる。いくつかの実施形態では、そのような障害は、ループバックを使用して検出され得る。例えば、ＣＡＮドライバ／受信機ループバックまたは自己診断機能が、通信チャネルを使用または妨害せずに通信チャネルの機能をチェックするために使用され得る。

【0218】

２つの一方向性通信チャネル２１０．１、２１０．２、単一伝送ポート、または単一受信ポートのうちの１つに影響を及ぼす単一障害は、２つの協調ユニット３５０ａ、３５０ｂのうちの１つがデータを他の協調ユニット３５０ｂ、３５０ａからもはや受信しない結果となるであろう。この障害は、欠陥のある通信チャネル上で伝送している協調ユニットのサブシステムに関連付けられたエフェクタのうちの１つの障害として処理されることができ、欠陥のある通信チャネルは、上記の５３０ａ、５３０ｂ、５４０ａ、５４０ｂに概略されたものに類似する障害モードをもたらす。

【0219】

例えば、障害が、データをマスタからスレーブに伝送する一方向通信チャネル（またはその関連伝送／受信ポート）に影響を及ぼすと、次いで、スレーブは、その緊急動作モード５６０ｂに入り、信号をマスタの協調ユニット３５０ａに送信し、マスタ２５０ａを無効にするであろう。この状態のスイッチ位置は、マスタに対して３、スレーブに対して２である。

【0220】

逆に、障害が、データをスレーブからマスタに伝送する一方向通信チャネル（またはその関連伝送／受信ポート）に影響を及ぼす場合、マスタの障害検出ユニット３３０ａは、信号の不在を検出し、その緊急動作モード５６０ａに入り、信号をスレーブの協調ユニット３５０ｂに送信し、スレーブ２５０ｂを無効にするであろう。この状態のスイッチ位置は、マスタに対して２、スレーブに対して３である。

【0221】

（間接障害検出）
サブシステムの障害はまた、別のサブシステムによって間接的に検出され得る。図３および４に示される実施形態では、これは、例えば、スレーブの障害検出ユニットを使用して、マスタの障害状態を監視することによって達成されることができる。

【0222】

これは、例えば、マスタに通常「ハートビート」信号をスレーブに送信させ（例えば、マスタの協調ユニットによって発生させられ、通信チャネルを通して伝送される）、スレーブにこのハートビートの存在を監視させる（例えば、スレーブの協調ユニットおよび障害検出ユニットを使用して）ことによって達成され得る。ハートビート信号の不在は、次いで、マスタの障害の指示として使用されることができる（例えば、マスタの電源の障害によって生じ得るような）。

【0223】

これは、例えば、（１）マスタ２５０ａにその動作を示すデータをスレーブに送信させ（例えば、マスタの協調ユニット、通信チャネル２１０、およびスレーブの協調ユニットを介して）、（２）スレーブの障害検出ユニット３３０ｂに障害に対するそのデータを監視させ、（３）スレーブの障害検出ユニット３３０ｂに、それがマスタ２５０ａの検出された障害を示すマスタからの信号の受信に反応するであろう同じ方法でそのような検出された障害に反応させることによっても達成され得る。

【0224】

前述のいくつかの実施形態は、冗長性を提供するが、各サブシステムの障害検出および協調ユニットならびに第１または第２の通信チャネルを頼る。実施形態はさらに、改良されることができる。例えば、サブシステムの障害検出ユニットは、センサ信号を使用して、別のサブシステムの異常挙動を検出し、障害を検出し、緊急モードをトリガし得る。別の例として、障害検出ユニットは、第１および第２の通信チャネルを介して、ハートビート信号を交換し得る。障害検出ユニットは、次いで、ハートビートの不在を使用して、その緊急モードをトリガし得る。いくつかの実施形態では、モータ制御信号は、ハートビート信号としての役割を果たし得る。いくつかの実施形態では、ハートビート信号は、サブシステムが緊急モードに入ると、「無効」信号と置換され得る。

【0225】

要約すると、障害がない場合、航空機のエフェクタ１０２ａ、１０２ｂは、したがって、マスタの通常動作制御ユニット３１０ａによって制御される。より複雑な実施形態では、複数の通常動作制御ユニットが、使用され得る。マスタ２５０ａの障害の場合、航空機１００は、スレーブ３２０ｂによって制御される緊急モードに入り、航空機１００は、スレーブのエフェクタ１０２ｂのみを使用して完全を飛行させられる。逆に、スレーブ２５０ｂの障害の場合、航空機１００は、マスタ３２０ａによって制御される緊急モードに入り、航空機１００は、マスタのエフェクタ１０２ａのみを使用して完全を飛行させられる。

【0226】

（より複雑な障害例）
スレーブが図４に示されるもの等の通常動作制御ユニットを含むより複雑な実施形態は、障害を軽減するための追加のオプションをもたらし得、追加のオプションは、例えば、障害にかかわらずサブシステムを使用続けることを可能にし得る。

【0227】

例えば、いくつかの実施形態では、マスタのセンサ３００ａの障害またはマスタの通常動作制御ユニット３１０ａの障害が、軽減され得る。ここでは、マスタの障害検出ユニットが、この障害が生じたことを決定し、障害をマスタの協調ユニットに通信したと仮定される。スレーブのセンサおよび通常動作制御ユニットは、動作可能であり、スレーブおよびマスタの電源、エフェクタ、スイッチ、および協調ユニットも、動作可能であることも仮定される。さらに、マスタのスイッチは、４つの位置、すなわち、マスタの通常動作ユニットの制御信号をマスタのエフェクタに転送する第１の位置と、スレーブの通常動作ユニットの制御信号をマスタのエフェクタに転送する第２の位置と、マスタの緊急制御ユニットの制御信号をマスタのエフェクタに転送する第３の位置と、マスタのエフェクタへの制御信号の転送をブロックする第４の位置（「オフ」スイッチ）とを有すると仮定される。同様に、さらに、スレーブのスイッチは、４つの位置、すなわち、マスタの通常動作ユニットの制御信号をスレーブのエフェクタに転送する第１の位置と、スレーブの通常動作ユニットの制御信号をスレーブのエフェクタに転送する第２の位置と、スレーブの緊急制御ユニットの制御信号をスレーブのエフェクタに転送する第３の位置と、スレーブのエフェクタへの制御信号の転送をブロックする第４の位置（「オフ」スイッチ）とを有すると仮定される。有効動作状態は、マスタによる通常動作（マスタ／スレーブのスイッチに対してスイッチ位置１／１）、スレーブによる通常動作（マスタ／スレーブのスイッチに対してスイッチ位置２／２）、マスタによる緊急動作（マスタ／スレーブのスイッチに対してスイッチ位置３／４）、およびスレーブによる緊急動作（マスタ／スレーブのスイッチに対してスイッチ位置４／３）として要約されることができる。

【0228】

前述の２つの例示的障害モード下（マスタのセンサ３００ａの障害またはマスタの通常動作制御ユニット３１０ａの障害）、冗長航空機の全エフェクタの制御は、スレーブの通常動作制御ユニットにハンドオーバされる（すなわち、スレーブによる通常動作）。

【0229】

第１の例では、障害がマスタの障害検出ユニットによって検出され、障害軽減プロセスは、マスタの協調ユニットが信号（例えば、マスタの障害検出ユニットによって決定されるような障害のタイプを示すデータを含む）をスレーブの協調ユニットに伝送することによって開始される。第２の例では、障害が、スレーブの障害検出ユニットによって検出され、障害軽減プロセスは、スレーブの協調ユニットが信号（例えば、スレーブの障害検出ユニットによって決定されるような障害のタイプを示すデータを含む）をマスタの協調ユニットに伝送することによって開始される。

【0230】

両例において、スレーブの協調ユニットは、次いで、信号をスレーブのスイッチに送り、スイッチは、次いで、スレーブの通常動作制御ユニットからの制御信号をスレーブのエフェクタに選択的に転送し（スレーブのスイッチ位置２）、マスタの協調ユニットは、信号を送り、マスタのスイッチに、スレーブおよびマスタの協調ユニットを介して受信されたスレーブの通常動作制御ユニットの制御信号をマスタのエフェクタに転送させる（マスタのスイッチ位置２）。したがって、スレーブの通常動作制御ユニットからの信号は、全エフェクタによって受信される一方、マスタの通常動作制御ユニットからの信号は、エフェクタに影響を及ぼさない。マスタの欠陥のあるセンサまたはマスタの欠陥のある通常動作制御ユニットからの信号は、したがって、冗長航空機の飛行にもはや影響しない。

【0231】

図６は、３つのサブシステムを伴う例示的実施形態の機能を説明するために使用されるブロック図を示し、第１のサブシステムは、図６Ａに示され、第２のサブシステムは、図６Ｂに示され、第３のサブシステムは、図６Ｃに示され、概略が、図６Ｄに示される。矢印は、信号フローを示す。詳細なセンサ信号フローは、明確にするために図６では省略されていることに留意されたい。第１のサブシステム２５０ａは、マスタとしての役割りを果たし、他の２つのサブシステムは、第１のスレーブ（「スレーブ１」、２５０ｂ）および第２のスレーブ（「スレーブ２」、２５０ｃ）としての役割りを果たす。本実施形態では、マスタ２５０ａは、３つの制御ユニット、すなわち、通常動作制御ユニット３１０ａと、第１の緊急制御ユニット６１０ａ．１と、第２の緊急制御ユニット６１０ａ．２とを備えている。スレーブ１ ２５０ｂは、第３の緊急制御ユニット６１０ｂを備えている。単純な例を図示する本実施形態では、スレーブ２ ２５０ｃは、制御ユニットを備えていない。なぜなら、単一障害サブシステムの軽減は、マスタサブシステムの障害の場合、スレーブ１の制御ユニットに制御を引き継がせることによって、スレーブ１のサブシステムの障害の場合、マスタの制御ユニットに制御を引き継がせることによって達成されることができるからである。本実施形態では、マスタおよびスレーブ１サブシステム２５０ａ、２５０ｂは、完全に自給式であり、それらの各々は、それら自身の電源３６０ａ、３６０ｂと、それ自身のセンサ３００ａ、３００ｂと、それ自身のエフェクタ１０２ａ、１０２ｂと、それ自身の飛行モジュール２４０ａ、２４０ｂとを含む。本実施形態では、マスタ、スレーブ１、およびスレーブ２サブシステムは、３つの通信チャネル２１０を通して信号を交換する。

【0232】

図７は、図６に示されるものに類似する３つのサブシステムを伴う例示的実施形態における例示的決定プロセスを説明するために使用されるフローチャートを示す。破線矢印は、状態間の遷移を示し、途切れのない矢印は、信号フローを示す。

【0233】

本例示的実施形態では、航空機１００は、マスタの通常動作制御ユニット３１０ａの制御下（エフェクタ１０２ａ、１０２ｂ、および１０２ｃを使用して）、またはマスタの緊急制御ユニット１ ６１０ａ．１の制御下（例えば、スレーブ１ ２５０ｂ内の障害に起因して、エフェクタ１０２ａおよび１０２ｃのみを使用して）、またはマスタの緊急制御ユニット２ ６１０ａ．２の制御下（例えば、スレーブ２ ２５０ｃ内の障害に起因して、エフェクタ１０２ａおよび１０２ｂを使用して）、またはスレーブ１の緊急制御ユニット６１０ｂの制御下（例えば、マスタ２５０ａ内の障害に起因して、エフェクタ１０２ｂおよび１０２ｃを使用して）のいずれかで飛行させられる。

【0234】

本例示的実施形態では、マスタのエフェクタ１０２ａのための信号を選択するマスタのスイッチ３４０ａは、４つの位置、すなわち、マスタの通常動作制御ユニット３１０からの制御信号の転送（位置１）と、マスタの緊急制御ユニット１からの制御信号の転送（位置２）と、マスタの緊急制御ユニット２からの制御信号の転送（位置３）と、任意の制御信号の無転送（位置４、「オフ」スイッチ）とを有する。スレーブ１のエフェクタ１０２ｂのための信号を選択するスレーブ１のスイッチ３４０ｂは、３つの位置、すなわち、マスタから受信された制御信号の転送（位置１）と、スレーブ１の緊急制御ユニット６１０ｂからの制御信号の転送（位置２）と、任意の制御信号の無転送（位置３、「オフ」スイッチ）とを有する。スレーブ２のエフェクタ１０２ｃのための信号を選択する、スレーブ２のスイッチ３４０ｃは、２つの位置、すなわち、マスタまたはスレーブ１から受信された制御信号の転送（位置１）と、任意の制御信号の無転送（位置２、「オフ」スイッチ）とを有する。

【0235】

ここで図７を参照すると、開始５１０において、マスタ２５０ａは、通常動作７１０ａを開始し、その通常動作制御ユニット３１０ａを使用して、航空機１００のための制御信号を計算する。スレーブ１ ２５０ｂおよびスレーブ２ ２５０ｃは、マスタの制御信号を７８０ｂ、７８０ｃを通してそれらのそれぞれのエフェクタ１０２ｂ、１０２ｃにフィードする。マスタに対して、これは、マスタの通常動作制御ユニット３１０ａおよびマスタのスイッチ３４０ａ（マスタの協調ユニット３５０ａを使用して、それを位置１に設定することによって）によって発生させられる制御信号をマスタのエフェクタ１０２ａにパスすることによって達成される。スレーブ１ ２５０ｂに対して、これは、マスタの通常動作制御ユニット３１０ａによって発生させられる制御信号を、マスタの協調ユニット３５０ａ、通信チャネル２１０、スレーブ１の協調ユニット３５０ｂ、およびスレーブ１のスイッチ３４０ｂ（スレーブ１の協調ユニット３５０ｂを使用して、それを位置１に設定することによって）を介して、スレーブ１のエフェクタ１０２ｂにパスすることによって達成される。スレーブ２ ２５０ｃに対して、これは、マスタの通常動作制御ユニット３１０ａによって発生させられる制御信号を、マスタの協調ユニット３５０ａ、通信チャネル２１０、スレーブ２の協調ユニット３５０ｃ、およびスレーブ２のスイッチ３４０ｃ（スレーブ２の協調ユニット３５０ｃを使用して、それを位置１に設定することによって）を介して、スレーブ２のエフェクタ１０２ｃにパスすることによって達成される。

【0236】

この通常動作中、全てのサブシステムの障害検出ユニット３３０ａ、３３０ｂ、３３０ｃは、障害に関して航空機１００を持続的に監視する。本実施形態では、マスタの障害検出ユニット３３０ａは、それ自身の障害７２０ａ、スレーブ１の障害７３０ａ．１、およびスレーブ２の障害７３０ａ．２を監視する。スレーブ１の障害検出ユニット３３０ｂは、それ自身の障害７２０ｂならびにマスタ７３０ｂの障害を監視する。スレーブ２の障害検出ユニット３３０ｃは、それ自身の障害７２０ｃを監視する。対応するスイッチ位置は、マスタ、スレーブ１、およびスレーブ２に対して、それぞれ、１／１／１である。システムは、したがって、以下の障害状態を有し、対応する措置を伴う。

【0237】

マスタ７２０ａによって検出されたマスタ障害：障害の検出は、状態７４０ａをもたらし、マスタ２５０ａは、マスタ障害が生じたことの信号をスレーブ１ ２５０ｂに送信する。これは、スレーブ１ ２５０ｂにその緊急動作状態７５０ｂに入らせる。この状態７５０ｂでは、スレーブ１ ２５０ｂは、マスタ２５０ａがそのエフェクタ１０２ａへの制御信号の転送を無効にすべき（すなわち、マスタスイッチ位置４）であることを確認する信号を送信する。状態７５０ｂにあるスレーブ１ ２５０ｂは、その緊急制御ユニット６１０ｂを使用して、航空機１００のための制御信号を計算し、制御信号は、スレーブ１のスイッチ３４０ｂを介して、スレーブ１のエフェクタ１０２ｂに転送される（すなわち、スレーブ１のスイッチ位置２）。スレーブ１の緊急制御ユニット６１０ｂからの制御信号は、スレーブ１の協調ユニット３５０ｂ、通信チャネル２１０、スレーブ２の協調ユニット３５０ｃ、およびスレーブ２のスイッチ３４０ｃを介して、スレーブ２のエフェクタ１０２ｃにも転送される（対応するスイッチ位置１を伴う）。本例示的実施形態では、スレーブ２のスイッチ３４０ｃは、マスタ２５０ａから生じる制御信号およびスレーブ１ ２５０ｂから生じる制御信号の転送間で選択するためのスイッチ位置を有していないことに留意されたい。ここでは、この選択は、マスタ２５０ａから生じる制御信号をデフォルトで転送することによって、かつ、そのような信号が受信され、いかなる制御信号もマスタ２５０ａから受信されない場合、スレーブ１からの制御信号のみ転送することによって、スレーブ２の協調ユニット３５０ｃによって行われる。この障害例では、航空機１００は、したがって、スレーブ１ １０２ｂおよびスレーブ２ １０２ｂのエフェクタのみを使用する。対応するスイッチ位置は、マスタ、スレーブ１、およびスレーブ２に対して、それぞれ、４／２／１である。

【0238】

マスタによって検出されたスレーブ１障害７３０ａ．１：この状態における障害の検出は、マスタ２５０ａが緊急動作７５０ａ．１に入り、対応する障害信号を通信チャネル２１０を経由してスレーブ１ ２５０ｂに送信する結果をもたらす。スレーブ１ ２５０ｂは、状態７４０ｂに入り、そのスイッチを位置３（「オフ」）に設定し、確認信号をチャネル２１０を経由してマスタ２５０ａに送信する。マスタ２５０ａは、現時点で、その第１の緊急制御ユニット６１０ａ．１を使用して、航空機１００のための制御信号を計算する。航空機１００は、マスタおよびスレーブ２のエフェクタのみを使用する。対応するスイッチ位置は、マスタ、スレーブ１、およびスレーブ２に対して、それぞれ、２／３／１である。

【0239】

マスタによって検出されたスレーブ２障害７３０ａ．２：この状態における障害の検出は、マスタ２５０ａが緊急動作７５０ａ．２に入り、対応する障害信号を通信チャネル２１０を経由してスレーブ２ ２５０ｃに送信する結果をもたらす。スレーブ２ ２５０ｃは、状態７２０ｃおよび（例えば、障害を確認後）そのスイッチを位置２（「オフ」）に設定する状態７４０ｃに入り、確認信号を通信チャネル２１０を経由してマスタ２５０ａに返信する。マスタ２５０ａは、現時点で、その第２の緊急制御ユニット６１０ａ．２を使用して、航空機１００のための制御信号を計算する。航空機１００は、マスタおよびスレーブ１のエフェクタのみを使用する。対応するスイッチ位置は、マスタ、スレーブ１、およびスレーブ２に対して、それぞれ、３／１／２である。

【0240】

スレーブ１によって検出されたスレーブ１障害７２０ｂ：この状態における障害の検出は、スレーブ１ ２５０ｂが状態７４０ｂに入る結果をもたらし、それは、対応する障害信号を通信チャネル２１０を経由してマスタ２５０ａに送信することと、それ自身のスイッチを位置３（「オフ」）に設定することとから成る。マスタ２５０ａは、緊急動作７５０ａ．１に入り、その第１の緊急制御ユニット６１０ａ．１を使用して、航空機１００のための制御信号を計算する。状態７５０ａ１では、マスタ２５０ａはまた、信号をスレーブ１ ２５０ｂに送信し、スレーブ１が無効にされるべきであることを確認する。航空機１００は、マスタおよびスレーブ２のエフェクタのみを使用する。対応するスイッチ位置は、マスタ、スレーブ１、およびスレーブ２に対して、それぞれ、２／３／１である。

【0241】

スレーブ１によって検出されたマスタ障害７３０ｂ：この状態における障害の検出は、スレーブ１ ２５０ｂが緊急動作７５０ｂに入り、対応する障害信号を通信チャネル２１０を経由してマスタ２５０ａに送信する結果をもたらす。マスタ２５０ａは、そのスイッチを位置４（「オフ」）に設定し、確認信号を通信チャネル２１０を経由してスレーブ１ ２５０ｂに送信する。スレーブ１は、現時点で、その緊急制御ユニット６１０ｂを使用して、航空機１００のための制御信号を計算する。航空機１００は、スレーブ１およびスレーブ２のエフェクタのみを使用する。マスタから生じる制御信号がなく、かつスレーブ１から生じる制御信号がある場合、スレーブ２の協調ユニットは、現時点で、スレーブ２の制御信号をスレーブ２のエフェクタ１０２ｃに転送する。対応するスイッチ位置は、マスタ、スレーブ１、およびスレーブ２に対して、それぞれ、４／２／１である。

【0242】

スレーブ２によって検出されたスレーブ２障害７２０ｃ：この状態における障害の検出は、スレーブ２ ２５０ｃが状態７４０ｃに入る結果をもたらし、それは、対応する障害信号を通信チャネル２１０を経由してマスタ２５０ａに送信することと、スレーブ２がそのスイッチを位置２（「オフ」）に設定することとから成る。マスタ２５０ａは、緊急動作７５０ａ．２に入り、その第２の緊急制御ユニット６１０ａ．２を使用して、航空機１００のための制御信号を計算する。航空機１００は、マスタおよびスレーブ１のエフェクタのみを使用する。対応するスイッチ位置は、マスタ、スレーブ１、およびスレーブ２に対して、それぞれ、３／１／２である。

【0243】

図８は、２つの一方向性通信チャネルを伴う例示的実施形態の機能を説明するために使用されるブロック図を示す。矢印は、信号フローを示す。詳細なセンサ信号フローは、明確にするために図８では省略されていることに留意されたい。本実施形態では、マスタ２５０ａは、信号をスレーブ２５０ｂから受信しない。スレーブの協調ユニット３５０ｂは、２つの一方向性通信チャネル２１０．１、２１０．２を介して、信号をマスタ２５０ａから冗長に受信する。

【0244】

本例示的実施形態では、マスタのエフェクタ１０２ａのための信号を選択するマスタのスイッチ３４０ａは、３つの位置、すなわち、マスタの通常動作制御ユニット３１０からの制御信号の転送（位置１）と、マスタの緊急制御ユニットからの制御信号の転送（位置２）と、任意の制御信号の無転送（位置３、「オフ」スイッチ）とを有する。スレーブのエフェクタ１０２ｂのための信号を選択するスレーブのスイッチ３４０ｂは、３つの位置、すなわち、マスタの通常動作制御ユニット３１０からの制御信号の転送（位置１）と、スレーブの緊急制御ユニットからの制御信号の転送（位置２）と、任意の制御信号の無転送（位置３、「オフ」スイッチ）とを有する。

【0245】

図９は、図８に示されるもの等の２つの一方向性通信チャネルを伴う例示的実施形態のための例示的決定プロセスを説明するために使用されるフローチャートを示す。破線矢印は、状態間の遷移を示し、途切れのない矢印は、信号フローを示す。マスタおよびスレーブの障害検出ユニット３３０ａ、３３０ｂは両方とも、それらのそれぞれのサブシステム５３０ａ、５３０ｂに対する障害監視を行うことができる。しかしながら、マスタ２５０ａは、信号をスレーブ１００ｂから受信しないので、スレーブ障害５４０ａに対して直接監視することができない。代わりに、マスタは、そのセンサ３００ａの実際の出力を通常動作のためのセンサの予期される出力と比較することによって、スレーブを間接的に監視する。これは、上で概略された障害検出の種々の方法を使用して達成されることができる。別の例として、障害は、（１）マスタがスレーブの移動をトリガするための信号を送信し、（２）マスタがそのセンサを使用して飛行中の機械の移動を監視し、（３）そのセンサによって記録される実際の移動をスレーブへのその信号によってトリガされる所望の移動と比較し、障害が生じたかどうかを決定することによっても検出され得る。

【0246】

本実施形態の全体的アーキテクチャは、上の図３−５に説明されるものに類似し、マスタからスレーブへの冗長一方向性通信チャネルを伴うことに留意されたい。

【0247】

本実施形態では、スレーブの障害検出ユニットは、信号をマスタから受信し、したがって、本開示に説明される障害検出のための対応する方法を使用することができることにも留意されたい。加えて、通信チャネルの冗長性および対応する冗長信号を使用して、マスタの単一障害か、通信チャネル２１０．１、２１０．２のうちの１つに影響を及ぼす単一障害かを区別することができる。

【0248】

通常動作中（すなわち、障害の不在下）、スイッチ位置は、マスタに対して１、スレーブに対して１である。

【0249】

マスタによって検出されたマスタ障害５３０ａ：マスタの障害検出ユニット３３０ａが、マスタ５３０ａの障害を検出する場合、マスタ２５０ａは、状態５５０ａに入るであろう。それは、障害検出ユニット３３０ａによって発生させられ、マスタの協調ユニット３５０ａおよび通信チャネル２１０を介して、スレーブの協調ユニット３５０ｂに通信される信号をスレーブ２５０ｂに送信するであろう。この信号の結果、スレーブは、その緊急動作モード状態９００ｂに入るであろう。これは、スレーブの障害検出ユニットが信号をスレーブの協調ユニット３５０ｂに送信することによって達成され、協調ユニット３５０ｂは、順に、信号をスイッチ３４０ｂに送信し、スイッチ３４０ｂは、次いで、スレーブの緊急制御ユニット３２０ｂの制御信号をスレーブのエフェクタ１０２ｂに転送するであろう。スレーブのエフェクタ１０２ｂは、したがって、スレーブの緊急制御ユニット３２０ｂの制御信号によって制御される。マスタ２５０ａは、マスタの障害検出ユニットが信号をマスタの協調ユニット３５０ａに送信し、マスタの協調ユニット３５０ａが、順に、マスタのエフェクタ１０２ａへの制御信号の転送を停止させるための切り替え信号をマスタのスイッチ３４０ａに送信することによって無効にされる。航空機１００は、現時点で、マスタのエフェクタ１０２ａが無効にされた状態で、スレーブのエフェクタ１０２ｂのみによって飛行させられる。スレーブは、現時点で、状態９００ｂにある。マスタは、現時点で、状態５３０ａおよび５５０ａにある。この状態のスイッチ位置は、マスタに対して３、スレーブに対して２である。

【0250】

マスタによって検出されたスレーブ障害５４０ａ：逆に、マスタの障害検出ユニット３３０ａが、スレーブ５４０ａの障害を検出する場合（例えば、本開示に説明される間接障害検出の方法のうちの１つを使用して）、マスタは、その緊急動作モード５６０ａに入り、スレーブのエフェクタ１０２ｂを無効にするための信号をスレーブの協調ユニット３５０ｂに送信するであろう。スレーブは、現時点で、状態９１０ｂにある。航空機１００は、現時点で、スレーブのエフェクタ１０２ｂが無効にされた状態で、マスタのエフェクタ１０２ａのみによって飛行させられる。この状態のスイッチ位置は、マスタに対して２、スレーブに対して３である。

【0251】

スレーブによって検出されたスレーブ障害５３０ｂ：同様に、スレーブの障害検出ユニット３３０ｂが、スレーブ５３０ｂの障害を検出する場合、スレーブ２５０ｂは、状態９１０ｂに入るであろう。それは、そのエフェクタ１０２ｂを無効にし、マスタの障害検出ユニットがその障害を検出することを可能にするであろう。エフェクタの無効化の詳細は、航空機１００の詳細、その予期される障害モード、実際の障害モード、および他の要因に応じて、適合され得る。例えば、エフェクタは、スイッチを使用して制御信号の転送をオフに瞬時に切り替えることによって；スイッチを使用して制御信号の転送をオフに切り替える前に５秒の期間にわたってエフェクタに供給される電力を徐々に低減させることによって；、または、マスタの障害検出ユニットが優れた正確度を伴って障害を検出すること、またはスイッチを使用して制御信号の転送をオフに切り替える前に可能な限り迅速にそれを行うことを可能にする所定の移動を実行することによって無効にされ得る。スレーブの協調ユニットまたは障害検出ユニットは、マスタが障害を正常に検出したことの指示に対しても、マスタから受信される信号を監視し得る。この状態のスイッチ位置は、マスタに対して２、スレーブに対して３である。

【0252】

スレーブによって検出されたマスタ障害５４０ｂ：スレーブの障害検出ユニット３３０ｂが、マスタ５４０ｂの障害を検出する場合、スレーブは、その緊急動作状態９００ｂに入り、その緊急制御ユニット３２０ｂからそのエフェクタ１０２ｂへの制御信号の転送に切り替えるであろう。この場合、スレーブによる障害検出は、例えば、第１および第２の通信チャネルの両方上のマスタからの信号がないこと対して監視することによって達成され得る。スレーブの障害検出ユニットは、マスタが障害を正常に検出したことの指示に対しても、マスタから受信される信号を監視し得る。この状態のスイッチ位置は、マスタに対して３、スレーブに対して２である。

【0253】

図１０は、サブシステムとして使用され得る航空機１００の概略斜視図面を示す。図１０における航空機１００は、２つのエフェクタ１０２を装備する。２つのエフェクタ１０２の各々は、プロペラを装備し、プロペラの各々は、同時に、トルクおよび推力の両方を生成する。この機体では、第１および第２のエフェクタ１０２の各々は、航空機１００に対して固定された回転軸を有する。両プロペラは、同一方向１０８にスピンする。

【0254】

固定ピッチプロペラの形態における２つのエフェクタは、同一方向に回転する。機体の本体に対して固定された座標系１０１０も、示され、座標系１０１０は、方向ｘ、ｙ、およびｚから成り、それらは、ｚが主方向１０３０に沿って指し、ｘがエフェクタ２からエフェクタ１に指し、ｙが右手の法則に従うように選定される。

【0255】

この機体では、プロペラによって生成される力ベクトルｆ_Ｔｉは、平行であり、機体の主方向１０３０と平行である。力ベクトルの和は、航空機の結果として生じる推力の方向である。

【0256】

プロペラによって生成されるベクトルτｉは、航空機の回転方向に対抗する空気力学的抗力トルクτｄによって平衡を保たせられる。この機体に示される配置は、ホバリング時、航空機１００に角速度１０５０でその質量中心１２０の周りに回転させる。

【0257】

解説を明確にするために、システムについての以下の仮定が、導出のためになされる。これらの仮定は、実践的機体構成のための制御スキームの導出のために合理的であり、実践的かつ適用可能な制御スキームにつながることに留意されたい。
・ 機体本体の質量分布は、慣性の主軸がｘ、ｙ、およびｚに一致し、それによって、以下の成分を伴う、慣性行列Ｉ^Ｂは、対角であり、成分は、以下である。

【数10】

・ エフェクタは、本体のｘ軸に沿って搭載されるプロペラであり、各々は、機体の質量中心１２０から距離ｌにある。
・ エフェクタは、同じプロペラであり、マルチコプタのそれと比較して取るに足らない質量を有し、その大きさが機体本体のそれと比較して取るに足らない対角慣性行列Ｉ^Ｒを有し、主方向と平行な軸の周囲を回転する。

【数11】

・ 機体本体の角速度の大きさは、いずれのプロペラの角速度の大きさと比較しても取るに足らないものである。
・ プロペラによって生成される力ベクトルｆ_Ｔｉは、平行であり、以下のように本体に固定された座標系で表され得るように、図１０に図示されるような機体の主方向１０３０と平行である。

【数12】

（ベクトルｆ_Ｔｉとスカラーｆ_Ｔｉとの間の区別に留意されたい）。機体に作用すると仮定される唯一の他の力は、その重量ｍｇである。
・ 機体の質量中心１２０を通して、主方向１０３０と垂直に作用する、プロペラによって生成されるトルクベクトルの成分は、図１０に図示されるように、ｙと同一直線上かつ平行である。主方向１０３０と垂直に作用する成分は、質量中心１２０から距離ｌに作用するプロペラの推力ベクトル力ｆ_Ｔｉのモーメントのみに起因し、ｘの方向におけるトルク成分はないと仮定される。主方向１０３０と平行なトルクの成分は、

【数12-1】

であり、プロペラの回転に対抗するための空気力学的反作用抗力トルクによって生じる。したがって、
本体に固定された系で表されるプロペラのトルクベクトルは、

【数13】

である。
・ 機体の回転方向に対抗するように作用する空気力学的抗力トルクτ_ｄの成分は、τｄ＝（０，０，-τ_ｄ）であるように、ｚと平行にのみ作用すると仮定されるであろう（ベクトルτ_ｄとスカラーτ_ｄとの間の区別に留意されたい）。

【0258】

再び、ある慣性座標系に対して本体に固定された系の回転をＲで表し、本体の角速度をω^Ｂで表すと、回転行列Ｒの微分方程式は、

【数14】

であり、式中、ω^Ｂ＝（ｐ、ｑ、ｒ）は、機体本体に固定される座標系で表される機体の角速度であり、

【数14-1】

は、

【数15】

のようなクロス積の行列形態である。
機体の向きは、再び、

【数16】

によって説明され、式中、ｚは、

【数17】

によって与えられる関連付けられた微分方程式を伴う、所定の基準系における主方向１０３０の方向である。

【0259】

この機体構成に関して、角速度の展開を統制する微分方程式は、以下によって与えられる。

【数18】

【0260】

機体本体に対する、本体に固定された系において表されるプロペラｉの角速度は、ω^Ｒｉ＝（０，０，ω^Ｒｉ）である（再び、ベクトルω^Ｒｉとスカラーω^Ｒｉとの間の区別に留意されたい）。
本方程式の左辺は、角加速度を含み、

【数19】

に単純化される。

【0261】

機体の向きは、角速度成分ｐおよびｑを通して制御される。

【0262】

全トルクの和、すなわち、右辺の最初の項は、プロペラのトルクベクトルと、機体の回転方向に対抗する空気力学的抗力トルクとを含み、

【数20】

となる。

【0263】

最終項は、非慣性系における微分係数をとることにより、系における角運動量の相互結合を表す。この項を展開し、成分を加えると、前述の仮定を前提として、

【数21】

となる。
上式から、方程式をその成分において書き出すと、３つのスカラー微分方程式

【数22】

を得る。
このことから、エフェクタへの制御信号の送信は、ｘ周りの角加速度

【数22-1】

に直接影響を及ぼすことを可能にすることが分かる。それが主方向と垂直な成分を有するので、この直接生成される角加速度は、主方向から線形に独立する。さらに、前述の角加速度

【数22-2】

を通して、角速度ｑが、達成されることができる。

【0264】

したがって、ｙに沿う二次方向を通して本体を旋回させることによって、主方向１０３０の周りの機体の角速度成分（ｒ）と二次方向の周りの機体の角速度成分（ｑ）とは、ここではｘである旋回軸の周りに角加速度（したがって、旋回）を生成するように相互作用するであろう。留意すべきことは、二次方向が主方向１０３０に対して非ゼロ角度に位置し（すなわち、主方向から線形に独立する）、旋回方向が一次および二次方向の両方に対して非ゼロ角度に位置する（すなわち、旋回軸は、両方から線形に独立する）ことである。具体的には、この機体に対して、これは、プロペラがｘ軸の周りにトルクを生成することはできないが、ｘに沿う角速度の成分ｐが影響され得、慣性系に対する主方向の向きが制御されることができることを意味する。同様に、他の機体に対して、これは、前述の影響が、相殺または別様に補償されるのではなく、それらの制御のために積極的に活用され得ることを意味する。

【0265】

さらに、この向きは、角速度成分ｐおよびｑをゼロにし、

【数22-3】

であるように、ｆ_Ｔ１＝ｆ_Ｔ２であるように、プロペラにコマンドすることによって維持されることができる。機体の角速度は、次いで、主方向１０３０に沿って指し、向きは、一定となるであろう。

【0266】

主方向に沿った機体の角速度の成分ｒは、トルク

【数22-4】

および抗力トルクτ_ｄによって統制されるであろう。抗力トルクは、典型的には、ｒに伴って単調に増加するであろうため、低速度で

【数22-5】

における非平衡が存在し、それによって、機体は、角速度のこの成分を増加させ、したがって、機体は、主方向の周りに回転する自然な傾向を有するであろう。固定ピッチプロペラに対して、典型的には、推力の大きさｆ_Ｔｉと空気力学的反応抗力トルク

【数22-6】

との間に強い線形関係が存在する。

【0267】

機体の並進運動加速は、現時点で、２つの力ｆ_Ｔ１およびｆ_Ｔ２の差異を使用して、主方向の向きを達成および維持し、２つのプロペラ推力の和を使用して、本体に作用する結果として生じる力を達成することによってもたらされることができる。

【0268】

前述の導出は、具体的仮定の下で行われたが、これらの仮定は、実践的機体構成のための制御スキームの導出のために合理的であり、実践的かつ適用可能な制御スキームにつながることに留意されたい。前述の結果は、したがって、より広範な状況に該当し、そのように解釈されるべきである。

【0269】

さらに、使用される具体的制御法則は、変動することができ、極配置を使用する線形二次レギュレータ（ＬＱＲ）等の線形方法、種々のロバストな制御方法、または非線形制御方法等を使用して導出されることができることが、当業者に容易に明白であろう。

【0270】

図１１は、図２Ａ、２Ｂ、および１０に示され、上で概略された方法を使用して制御可能であり、２つのサブシステムがクワドロコプタである単一冗長航空機を作成するために配置され得る方法を説明するために使用される例示的実施形態の略図を示す。第１のサブシステム２５０ａは、図１０に図示される航空機に類似する。それは、時計回り方向にスピンする２つのプロペラを有する。第２のサブシステム２５０ｂは、反時計回り方向にスピンする２つのプロペラを有する。これらの２つのサブシステムは、組み合わせられ、標準的クワドロコプタ（「Ｑ１」）の形状における冗長航空機１００を形成することができる。

【0271】

図１１から１３における矢印の同様の陰影は、ともに属するサブシステムを示すことに留意されたい。例えば、クワドロコプタＱ１は、矢印がそのプロペラの方向を黒色で示す、第１のサブシステム２５０ａと、矢印がそのプロペラの方向を白色で示す、第２のサブシステム２５０ｂとから成る。

【0272】

図１２Ａから１２Ｃは、２つまたは３つのサブシステムがヘキサコプタである航空機を作成するために配置され得る方法を説明するために使用される略図を示す。

【0273】

図１２Ａは、スタックされたプロペラを伴う４つのヘキサコプタ構成Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４を示す。典型的スタックされたプロペラ配置は、同じサイズを伴い、同一回転軸を共有し、反対方向に回転する対のプロペラを使用する。

【0274】

ヘキサコプタＨ１は、黒色および白色の対応する矢印色を伴う２つのサブシステムから成る。通常動作中、全エフェクタが、動作可能であり、６つのプロペラによって生成されるトルクのペアリングおよび相殺をもたらす。Ｈ１は、従来技術において公知の制御方法を使用して制御されることができる。２つのサブシステムのうちの１つの無効は、非平衡プロペラトルクを伴う航空機をもたらし、それは、本開示に説明される制御方法を使用して制御されることができる。

【0275】

ヘキサコプタＨ２は、再び、黒色および白色の対応する矢印色を伴う２つのサブシステムから成る。通常動作中、全エフェクタが、動作可能であり、再び、６つのプロペラによって生成されるトルクのペアリングおよび相殺をもたらす。Ｈ２は、従来技術において公知の制御方法を使用して制御されることができる。２つのサブシステムのうちの１つの無効は、全プロペラが同一方向にスピンする航空機をもたらし、それは、本開示に説明される制御方法を使用して制御されることができる。

【0276】

ヘキサコプタＨ３は、黒色、白色、および灰色の対応する矢印色を伴う３つのサブシステムから成る。通常動作中、全エフェクタが、動作可能であり、再び、６つのプロペラによって生成されるトルクのペアリングおよび相殺をもたらす。Ｈ３は、従来技術において公知の制御方法を使用して制御されることができる。白色または黒色サブシステムの無効は、非平衡プロペラトルクを伴う航空機をもたらし、それは、本開示に説明される制御方法を使用して制御されることができる。灰色サブシステムの無効は、トルク平衡航空機をもたらし、それは、従来技術において公知の制御方法を使用して制御されることができる。

【0277】

ヘキサコプタＨ４は、黒色、白色、および灰色の対応する矢印色を伴う３つのサブシステムから成る。通常動作中、全エフェクタが、動作可能であり、再び、６つのプロペラによって生成されるトルクのペアリングおよび相殺をもたらす。Ｈ４は、従来技術において公知の制御方法を使用して制御されることができる。３つのサブシステムのうちの任意の１つの無効は、トルク平衡航空機をもたらし、それは、従来技術において公知の制御方法を使用して制御されることができる。

【0278】

図１２Ｂおよび１２Ｃは、個々に配置されるプロペラを伴う４つのヘキサコプタ構成Ｈ５、Ｈ６、Ｈ７、Ｈ８を示す。再び、面内および面外におけるプロペラの相対的位置付け、プロペラの回転軸、プロペラのサイズ等の観点から、多くの他の構成も、可能であり、本発明とともに有用に採用されることができる。

【0279】

ヘキサコプタＨ５は、６０度回転された白色サブシステムを伴う、ヘキサコプタＨ２に対応する。それは、通常動作中、従来技術において公知の制御方法を使用して、緊急動作中、本開示に説明されるそれらの方法を使用して、制御されることができる。

【0280】

ヘキサコプタＨ６は、ヘキサコプタＨ１に対応し、ヘキサコプタＨ７は、ヘキサコプタＨ４に対応し、ヘキサコプタＨ８は、ヘキサコプタＨ３に対応するが、それぞれ、異なる例示的プロペラ配置を伴う。各々は、通常動作中、従来技術において公知の制御方法を使用して、緊急動作中、本開示に説明される方法を使用して制御されることができる。

【0281】

前述の例に加え、多くの他の変形例が、可能である。特に、その通常動作モード中に本開示に説明されるもの等の非平衡プロペラを伴うヘキサコプタが、可能であり、本発明とともに有用に採用されることができる。

【0282】

図１３Ａから１３Ｄは、２つのサブシステムがオクトコプタである航空機を作成するように配置され得る方法を説明するために使用される略図を示す。

【0283】

図１３Ａおよび１３Ｂは、スタックされたプロペラを伴う４つのオクトコプタ構成Ｏ１、Ｏ２、Ｏ３、およびＯ４を示す。

【0284】

オクトコプタＯ１は、各々が典型的クワドロコプタ構成を有する、白色および黒色サブシステムから成る構成を示す。それは、通常動作中ならびに緊急動作中、従来技術において公知の制御方法を使用して制御されることができる。

【0285】

オクトコプタＯ２は、各々が典型的クワドロコプタ構成を有する、白色および黒色サブシステムから成る典型的構成を示す。それは、通常動作中ならびに緊急動作中、従来技術において公知の制御方法を使用して制御されることができる。

【0286】

オクトコプタＯ３およびＯ４の各々は、８つのプロペラを備え、全４つの第１のサブシステムのエフェクタは、それらのそれぞれの推力の周りに同じ巻き方を伴って回転するように構築および配置され、全４つの第２のサブシステムのエフェクタは、それらのそれぞれの推力の周りに同じ巻き方を伴って回転するように構築および配置される。Ｏ３およびＯ４の各々は、通常動作中、従来技術において公知の制御方法を使用して、緊急動作中、本開示に説明される方法を使用して制御されることができる。

【0287】

図１３Ｃおよび１３Ｄは、個々に配置されるプロペラを伴う４つのオクトコプタ構成Ｏ５、Ｏ６、Ｏ７、およびＯ８を示す。

【0288】

オクトコプタＯ５は、異なる例示的プロペラ配置を示し、それは、通常動作中、従来技術において公知の制御方法を使用して、緊急動作中、本開示に説明される方法を使用して制御されることができる。

【0289】

オクトコプタＯ６は、オクトコプタＯ２に対応するが、４５度回転される黒色サブシステムを伴う。これは、通常動作中ならびに緊急動作中、従来技術において公知の制御方法を使用して制御されることができる。

【0290】

オクトコプタＯ７は、再び、オクトコプタＯ４に対応するが、さらに異なる例示的プロペラ配置を伴う。これは、通常動作中、従来技術において公知の制御方法を使用して、緊急動作中、本開示に説明される方法を使用して制御されることができる。

【0291】

オクトコプタＯ８は、再び、オクトコプタＯ２に対応するが、異なる例示的プロペラ配置を伴う。これは、通常動作中ならびに緊急動作中、従来技術において公知の制御方法を使用して制御されることができる。

【0292】

前述の例に加え、多くの他の変形例が、可能である。特に、３つまたは４つのサブシステムを備えているオクトコプタならびに第ＷＯ２０１４／１９８６４２Ａ１号によって開示されるもの等のその通常動作モード中に非平衡プロペラを伴うオクトコプタが、可能であり、本発明とともに有用に採用されることができる。

【0293】

図１１−１３に概略されるものまたは例示的実施形態に説明されるもの以外の構成も、可能であり、本発明とともに有用に採用されることができる。これらは、異なるサイズを有するプロペラ（例えば、それらを異なる速度で動作させ、全体的雑音放射を低減させるために）、平行であるが、同じではない回転軸（例えば、傾きを伴わずに横方向運動を可能にするために）、異なる回転軸（例えば、傾きを伴わずに横方向運動および雑音放射低減を達成するために）、同じ方向のプロペラ回転（例えば、ある制御モードにおける角回転を増加させるために）、または前述の変形例を用いる構成を含む。

【0294】

図１４は、本発明と共に使用され得る航空機の別の例示的実施形態を示す。それは、合計６つのエフェクタと、２つのプロペラ１０２ａ．１、１０２ｂ．１と、翼１４００に取り付けられる４つの制御表面１０２ａ．２、１０２ａ．３、１０２ｂ．２、１０２ｂ．３（「フラップ」とも呼ばれる）とを有する。本実施形態は、例えば、以下のサブシステムに分解されることができる。
・ 第１のプロペラ１０２ａ．１および２つの制御表面１０２ａ．２、１０２ａ．３
・ 第２のプロペラ１０２ｂ．１および２つの制御表面１０２ｂ．２、１０２ｂ．３

【0295】

図１５は、本発明と共に使用され得る航空機の別の例示的実施形態を示す。それは、合計６つのエフェクタと、２つのプロペラ１０２ａ．１、１０２ｂ．２と、支持構造１５００に取り付けられる４つの制御表面１０２ａ．２、１０２ａ．３、１０２ｂ．２、１０２ｂ．３（「フラップ」とも呼ばれる）とを有する。本実施形態は、例えば、以下のサブシステムに分解されることができる。
・ 第１のプロペラ１０２ａ．１および２つの制御表面１０２ａ．２、１０２ａ．３
・ 第２のプロペラ１０２ｂ．１および２つの制御表面１０２ｂ．２、１０２ｂ．３

【0296】

図１６は、本発明と共に使用され得る航空機１００の別の例示的実施形態を示す。航空機１００は、支持構造１６１１を備えている。この例では、支持構造は、アーム１２６を備え、それは、エフェクタ１０２Ａを越えて延びている。コスチューム１６００が、支持構造１６１１に取り付けられる。したがって、航空機１００が飛行させられると、コスチューム１６００も、それとともに飛行するであろう。この特定の実施形態は、特に、舞台公演等のエンターテインメント用途のために有用である。この特定の実施形態では、航空機はさらに、４つのＬＥＤの形態における４つの光源１６１０を備えている。ＬＥＤの各々は、該コスチュームの内側表面に入射するように、光が機体から離れるように放射するように配置される。したがって、ＬＥＤは、コスチュームを照明する。本実施形態の変形例では、各ＬＥＤ（光源）は、ＬＥＤによって生成される光を収束または発散させ、コスチュームを照明するレンズを具備する。ＬＥＤは、飛行モジュール２４０によって制御され得る。

【0297】

コスチューム１６００は、任意の好適な形態をとり得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、コスチュームは、支持構造としての役割りも果たし、飛行のために要求される構造安定性、または航空機のエフェクタ、センサ、飛行モジュール、もしくは電力ユニットのための取り付け点を提供する。いくつかの実施形態では、コスチュームは、空気力学的特性を有する（例えば、エアフォイルを提供することによって揚力を発生させ得る）。

【0298】

図１７は、図１６に図示される航空機と同一特徴の多くを有するが、図１６の航空機１００内に提供されるコスチューム１６００と異なる形状／設計を有するコスチューム１６２０を装備する航空機１００の別の例を示す。

【0299】

本発明のある側面が、特に、その例示的実施形態を参照して図示および説明されたが、形態および詳細における種々の変更が、以下の請求項によって定義された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、そこに行われ得ることが、当業者によって理解されるであろう。したがって、本実施形態は、本発明の範囲を示す前述の説明ではなく、添付の請求項を参照して、あらゆる点において、制限ではなく、例証と見なされることが望ましい。

【0300】

（図における番号）
１００ 航空機
１０２ エフェクタ
１０２ａ マスタのエフェクタ
１０２ｂ スレーブ１のエフェクタ
１０２ｃ スレーブ２のエフェクタ
１０４ プロペラ
１０６ モータ
１０８ プロペラの回転方向
１１０ 駆動軸
１２０ 質量中心
１２２ 主機軸
１２４ 中心筐体
１２６ アーム
２１０ 通信チャネル
２１０．１ 第１の通信チャネル（一方向性または双方向性）
２１０．２ 第２の通信チャネル（一方向性または双方向性）
２４０ 飛行モジュール
２４０ａ 第１の飛行モジュール（マスタ）
２４０ｂ 第２の飛行モジュール（スレーブ／スレーブ１）
２４０ｃ 第３の飛行モジュール（スレーブ２）
２５０ａ第１のサブシステム（マスタ）
２５０ｂ 第２のサブシステム（スレーブ／スレーブ１）
２５０ｃ 第３のサブシステム（スレーブ２）
３００ａ マスタのセンサ
３００ｂ スレーブ１のセンサ
３００ｃ 共有センサ
３００ｄ スレーブ２のセンサ
３１０ａ マスタの通常動作制御ユニット
３１０ｂ スレーブの通常動作制御ユニット
３２０ａ マスタの緊急制御ユニット
３２０ｂ スレーブの緊急制御ユニット
３３０ａ マスタの障害検出ユニット
３３０ｂ スレーブ１の障害検出ユニット
３３０ｃ スレーブ２の障害検出ユニット
３４０ａ マスタのスイッチ
３４０ｂ スレーブ１のスイッチ
３４０ｃ スレーブ２のスイッチ
３５０ａ マスタの協調ユニット
３５０ｂ スレーブ１の協調ユニット
３５０ｃ スレーブ２の協調ユニット
３６０ａ マスタの電源
３６０ｂ スレーブ１の電源
３６０ｃ スレーブ２の電源
５１０ 開始
５２０ａ 通常動作マスタ
５３０ａ マスタによるマスタ障害決定
５３０ｂ スレーブによるスレーブ障害決定
５４０ａ マスタによるスレーブ障害決定
５４０ｂ スレーブによるマスタ障害決定
５５０ａ マスタ措置：スレーブに信号伝達し、マスタを無効にする
５５０ｂ スレーブ措置：マスタに信号伝達し、スレーブを無効にする
５６０ａ スレーブ障害に起因してマスタによって開始される緊急動作
５６０ｂ マスタ障害に起因してスレーブによって開始される緊急動作
５７０ｂ マスタからスレーブへのフィード
６１０ａ．１ マスタの第１の緊急制御ユニット
６１０ａ．２ マスタの第２の緊急制御ユニット
６１０ｂ スレーブ１の緊急制御ユニット
７１０ａ 通常動作（マスタ、スレーブ１、スレーブ２）
７２０ａ マスタによるマスタ障害決定
７２０ｂ スレーブ１によるスレーブ１障害決定
７２０ｃ スレーブ２によるスレーブ２障害決定
７３０ａ．１ マスタによるスレーブ１障害決定
７３０ａ．２ マスタによるスレーブ２障害決定
７３０ｂ スレーブによる１マスタ障害決定
７４０ａ マスタ措置：スレーブ１に信号伝達し、マスタを無効にする
７４０ｂ スレーブ１措置：マスタに信号伝達し、スレーブ１を無効にする
７４０ｃ スレーブ２措置：マスタに信号伝達し、スレーブ２を無効にする
７５０ａ．１ スレーブ１障害に起因してマスタによって開始される緊急動作（マスタ、スレーブ２）
７５０ａ．２ スレーブ２障害に起因してマスタによって開始される緊急動作（マスタ、スレーブ１）
７５０ｂ マスタ障害に起因してスレーブ１によって開始される緊急動作（スレーブ１、スレーブ２）
７８０ｂ マスタからスレーブ１へのフィード
７８０ｃ マスタからスレーブ２へのフィード
９００ｂ マスタ障害に起因してスレーブによって開始される緊急動作
９１０ｂ スレーブの無効化
１０１０ 本体座標系
１０３０ 主方向
１０５０ 角速度
１４００ 翼
１５００ 堅い支持構造
１６００ コスチューム
１６１０ レンズを伴うＬＥＤ
１６２０ コスチューム
_τ：トルクベクトル
τｄ：空気力学的トルク
ｆ_Ｔｉ：エフェクタｉの推力
ｍｇ：航空機の重量

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図12C】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図13D】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】