JP5237472B2 - ライン検査ロボット及びシステム - Google Patents

Description

本出願は、２０１０年２月１０日出願の仮出願６１／３０３，０４６の優先権を主張する。

本発明は、一般的に、ライン検査システムに関し、特には、送電ライン（送電線）の構成要素及び敷設用地の状態を検査するための架空送電ラインの検査ロボット及びシステムに関する。

架空送電ラインは、電力業界内の最も広域に配置されたアセット（資産）であり、数千マイルを延設されており、しばしば遠隔状態にある。増加する信頼性の要求、経年した構成要素（部品）、敷設用地の適法性検査及び予算制限により、完全で、タイムリーな尚且つ費用効率が高い、送電ラインの全長に亘る検査の必要性が増加している。

したがって、リアルタイム情報をオペレータに提供するために不測の不具合位置に迅速に達するのと同様に、自動遠隔検査、並びに、送電ライン構成要素、クリアランス及び敷設用地の状態のモニタリングを提供する送電ライン検査ロボット及びシステムが必要とされている。

本発明の一態様によれば、架空送電ライン検査ロボットは、当該ロボットを制御し、情報を送信するように構成された通信及び制御システムと、広域に亘って検査を可能にするようにシールド線に沿って当該ロボットを推進させるための駆動システムと、敷設用地及び構成要素の状態を検査するように構成されたカメラと、導体の位置、植生及び近傍の構造物を測るように構成された光検知及び測距（ＬｉＤａｒ）センサと、当該ロボットの位置及び速度を特定するように構成された全地球測位システムと、を含む。

本発明の別の態様によれば、架空送電ライン検査システムは、ライン検査ロボットであって、当該ロボットを制御し、情報を送信するように構成された通信及び制御システムと、広域に亘って検査を可能にするようにシールド線に沿って当該ロボットを推進させるための駆動システムと、敷設用地及び構成要素の状態を検査するように構成された検査システムと、を有するライン検査ロボットを含む。システムはまた、前記ロボットが前記構造物を通過することを可能にするように支持構造物に備えられた迂回システムであって、前記ロボットが前記シールド線を離脱し、前記構造物を通過し、そして、前記シールド線に再係合することを可能にするように複数のトラックサポートを有する迂回システムを含む。

本発明の別の態様によれば、架空送電ライン検査システムは、架空送電ラインを検査するように構成されたライン検査ロボットと、前記架空送電ラインに沿って位置する複数のセンサであって、当該センサは前記架空送電ライン及びその構成要素の保全に関するデータを収集し、前記ロボットがセンサにごく接近したとき、前記センサが前記データを解析のために前記ロボットに送信する、複数のセンサと、を含む。

本発明としての主題は、添付した図面に対応してなされる以下の説明を参照して最も理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に従うライン検査ロボットを示す。 図２は、図１のライン検査ロボットの底部に取り付けられたカメラを示す。 図３は、図１のライン検査ロボットの斜視図である。 図４は、本発明の実施形態に従うダイバータに接近する図１のライン検査ロボットを示す。 図５は、図１のライン検査ロボットの駆動システムを示す。 図６は、図４のダイバータの近傍で、拡張した図５の駆動システムを示す。 図７は、図４のダイバータに沿って構造物を通過する図１の検査ロボットを示す。 図８は、侵入をチェックする図２のカメラを示す。 図９は、侵入をチェックするＬｉＤａｒシステムを示す。 図１０は、送電ライン構成要素の状態をチェックするための図２のカメラによって得られた画像を示す。 図１１は、放電活動を特定する電磁放電センサを示す。 図１２は、本発明の実施形態に従うロボット及びセンサシステムを示す。 図１３は、図１２のシステムのセンサから情報を受信及び送信する検査ロボットを示す。

図面において、本発明の実施形態に従う架空送電ラインの検査のための例示の検査ロボットが図１に説明され、一般的に参照番号１０で示される。ロボット１０は、ユーティリティが直ちに作用できる忠実性が高い情報を収集するように架空送電ラインを縦断（移動）するように設計（構成）されている。ロボット１０は、シールドワイヤ１１上を移動し、様々な検査技術を使用して、高い危険性の植生、敷設用地侵入、及び、構成要素の状態を特定する。

示されるとおり、ロボットは、該ロボットに電力を供給するバッテリ（図示せず）を充電するように太陽からエネルギーを収集するためのソーラーパネル１２を含み、それによって、動作、通信、検査センサ及び処理のための電力を提供する。ソーラーパネルだけが示されているが、他の電力収集源が使用可能であることは認められるべきである。さらに、２以上の電力収集源が同時にハイブリッドシステムを形成するように使用可能であることも認められるべきである。ソーラーパネル１２に加えて、以下の電力収集ソリューションが使用可能である。
１．ラインに沿って分布した構造物に配置された複数の充電ステーションがロボット１０のバッテリを充電することに使用可能である。ロボット１０がドッキングするときに充電ステーションからのエネルギーがロボット１０のバッテリに伝送されるように、充電ステーションは、電場、磁場、ソーラー、風、温度差、及び振動のような技術を使用して数週間に亘ってゆっくりとバッテリに充電する。
２．ロボット１０はまたＥ−フィールド（電場）を使用して充電されうる。この場合、電圧を印加したフェーズからＥ−フィールドに容量的に結合するロボットの下に「プレート」が位置し、連続的にバッテリを充電する。
３．ロボット１０は、磁場を使用して充電されうる。シールド線が構造物に設置されている場合、相電流内の不均衡によって、電流がワイヤ内を流れる。電流からの電力は、インダクタ（誘導子）又は変流器を使用して収集され、充電のためにバッテリに送られる。
４．シールド線が（片側又は両側で）絶縁されている場合、ロボット１０は、シールド線絶縁体がある構造物に移動し、そして、インピーダンス又は完全短絡のいずれかで構造物にギャップをブリッジ（架橋）する。これによって電流が流されるであろう。電流及び電圧が生成されてバッテリを充電することに使用される。そして、ロボット１０のバッテリが再充電を必要とするまでロボット１０はその検査任務で前進し、その時点でロボット１０が自身を再度充電する隣の利用可能な構造物に移動する。

図２及び３に示すとおり、ロボット１０は、様々なセンサ及びトランスミッタ（送信機）を含み、ロボット１０が正確且つ最新の情報をユーティリティに提供することを可能にする。ロボットは、敷設用地及び構成要素の状態を検査することを処理するビジョン（視野）を有する高解像度カメラ１３と、送電ライン構成要素上のホットスポット（高温箇所）を特定するための光学赤外線カメラと、望ましくないコロナ及びアーキングの位置を特定する紫外線カメラと、鳥及び他の潜在的な問題のある位置を特定するためのマイクロフォンと、導***置、植生及び近傍の構造物を測るための光検知及び測距（ＬｉＤａｒ）センサ１４と、アンテナ１７を有する通信及び制御システム１６と、送電ラインに亘って戦略的な位置に展開された遠隔センサからのデータを収集するためのアンテナ１９を有するセンサ読み取りシステム１８と、近傍のコロナ又はアーキング放電活動を特定するためのアンテナ２１を有する電磁干渉検知システム２０と、ロボット１０の位置及び速度を特定するための全地球測位システム（ＧＰＳ）２２と、を含む。

通信及び制御システム１６は、重要な情報をシステムオペレータに送信し、制御オプションを提供する。ロボット１０は、前もってプログラムされた経路上で自立的に移動し、ライン及びロボット１０の状態に関するデータをシステムオペレータにワイヤレスで送信する。ロボット１０は、データを収集し、内蔵データを処理し、そして、重要な結果のみをオペレータに送信する。オペレータは、ロボット１０に要求すると、より詳細なデータをダウンロードすることができる。ロボット１０は、遠隔オペレータが、特定の場所又は位置に移動すること、前進又は後退のような特定の行動をとること、及び特定の画像を取得すること等のコマンド（命令）を（ロボット１０に）与えることをもまた可能にする。ロボットの位置及び速度は内蔵ＧＰＳシステム２２を使用して決定される。

正常な状況下では、ロボット１０は、非常に詳細な評価を実行する一方で電力を節約する速度でシールド線１１を縦断する。本目的は、ホバリングするヘリコプターの検査を越える検査、あるいは、最低でも同等の検査を提供することにある。問題が架空送電ラインにおいて検知された場合、オペレータは、ロボット１０を加速し、検査のために問題を検知するようにロボットを送る。さらに、風速が非常に強いとロボット１０の風速センサが判断した場合、あるいは、ロボット１０の内部温度が非常に高いと内部温度センサが判断した場合に、ロボット１０は損傷を防ぐように自身を停止させる。

図４〜７に示すとおり、ロボット１０は、構造物２３のより単純な通過、より簡単なメンテナンス及び電磁場の影響の軽減を可能にするように、シールド線に沿って移動する。迂回（分岐）システム２４は、建設中の各構造物２３に設置され、ロボット１０が構造物２３を通過することを可能にする。迂回システム２４は、複数のトラックサポート（台車部の支持部）２６〜２８を含み、ロボットがシールド線１１を離脱し、サポート２６〜２８に係合し、そしてシールド線１１に再係合することを可能にする。示されたとおり、サポート２６〜２８は、構造物２３の両側でシールド線１１に接続されている。サポート２６〜２８は、シールド線１1への接続点で１つに結合し、サポート２６〜２８が構造物２３を通過するように広がっている。

図５及び図６に示すとおり、ロボット１０が構造物２３に接近するとき、駆動システム３０はシールド線１１を離脱し、迂回システム２４に係合する。駆動システム３０は、シールド線１１及び迂回システム２４の両側に係合するための複数のバネ荷重式ホイール３１〜３４を含む。バネ荷重式ホイール３１〜３４は、互いに独立して動作する。示されるとおり、ホイール３１〜３４の各々は、シールド線１１に沿って移動するセンターガイド２５に回動式に取り付けられている。この構成により、ホイール３１〜３４の各々が通常移動位置（図５）から、拡張位置（図６）に、必要なときに移動可能である。ロボット１０が迂回システム２４に係合するとき、駆動システム３０は、シールド線１１から自身を解放するように拡張し、サポート２６及び２８に係合する。ロボット１０が構造物２３を通過すると、駆動システムはサポート２６及び２８を解放し、シールド線１１に再係合する。このアプローチは、ロボットの複雑性を減らし、ロボットが簡単に構造物２３を通過することを可能にする。これはまた、電力要求を軽減し、複雑な制御システムを必要としないことにより、信頼性を向上させる。

図８及び図９を参照すると、敷設用地検査の２つの方法が示されている。両方の方法は、個別に又は同時に併せて使用可能である。第１の方法（図８）は、高解像度カメラ１３を使用して、敷設用地における木や他の物体へのクリアランス（通行可能性）を決定するように複数の場所で画像及び視差測定値を取得する。カメラ１３からの情報は、通信及び制御システム１６を介して処理及び送信される。第２の方法（図９）は、ＬｉＤａｒを使用して、敷設用地上の導線及び植生の場所を直接的に測定する。ＬｉＤａｒからの情報は、通信及び制御システム１６を介して処理及び送信される。ＧＰＳ２２は、いずれの敷設用地における問題の位置をもシステムオペレータ又は修理職員に提供する。

図１０及び１１に示されているとおり、構成要素の状態評価を提供するための２つの方法が開示されている。第１の方法は、画像検知で高解像度カメラ１３を使用して、特定の要素の画像を取得する。画像は、画像解析を使用して解析されて、高い危険性のある状態又は構成要素の劣化を特定する。以前捉えられた画像に対して最新の画像を比較することにより、この処理を可能にする。第２の方法は、電磁干渉検知システム２０を使用して、コロナ及びアーキングのような放電活動を特定する。２つの方法から得られた情報を受信すると、情報は処理され、通信及び制御システム１６を介して修理のための職員に送信される。そして、日中放電カメラを使用して活動に対処するように職員を配備することが可能である。赤外線及び日中放電カメラはまたロボット１０に内蔵可能である。ＧＰＳ２２は、いずれの要素における問題の位置をもシステムオペレータ又は修理職員に提供する。

図１２及び１３に示すとおり、本発明の実施形態に従うロボット及びセンサシステムは一般的に参照番号１００で示されている。システム１００はロボット１１０、及び、送電ラインに沿って位置する複数の戦略的に配置されたセンサ（例えばＲＦセンサ）１３０を含む。ロボット１００は、ロボット１０に関連する全ての技術、すなわち、高解像度カメラ１１３、ＬｉＤａｒセンサ１１４、アンテナ１１７を有する通信及び制御システム１１６、アンテナ１１９を有するセンサ読み取りシステム１１８、アンテナ１２１を有する電磁干渉検知システム１２０、ＧＰＳ１２２、を含んでいる。

システム１００は、架空送電ラインをモニタリング且つ検査し、絶縁体、導体及び圧縮コネクタのような構成要素に関するものを連続的に評価するように実行される。例えば、センサ１３０は、著しい環境的ストレスがある区域又は特定の構成要素の種類が設備されている場所に配備されるであろう。配備されたセンサ１３０は、連続的にデータを収集し、これにより、ヒストグラムを生成し、最大値を決定する。解析のためのセンサ１３０に（ロボット１１０が）近接したときに、図１３に示すとおり、履歴結果及び現在の測定値がロボット１１０に送信される。システム１００はロボット１１０を参照して説明されているが、センサ１３０が地上の職員、ヘリコプター、及び、センサ１３０からデータを受信可能な他の検査手段と併せて使用可能であることもまた認められるべきである。さらに、センサ１３０からデータを連続的にモニタリングして収集するようにローカルベースステーションを設置可能であることは認められるべきである。

システム１００は、遠隔して位置するスタッフが、詳細な最新の送電ライン構成要素及び敷設用地の状態の知識を得ることを可能にし、これにより、操作及びメンテナンスコストを削減する一方で信頼性を向上する。

ライン検査ロボット及びシステムを上に説明した。本発明の特定の実施形態が説明されたが、当該技術分野に属する当業者にとって、本発明の技術的範囲から外れることなく様々な改変をこれに対して行うことが可能であることは明らかであろう。すなわち、本発明の好適な実施形態及び本発明を実施するための最適な形態の上記説明は、限定の目的ではなく単に説明のために提供されている。

Claims (11)

1. 架空送電ライン検査ロボットであって、
   （ａ）当該ロボットを制御し、情報を送信するように構成された通信及び制御システムと、
   （ｂ）広域に亘って検査を可能にするようにシールド線に沿って当該ロボットを推進させるための駆動システムと、
   （ｃ）敷設用地及び構成要素の状態を検査するように構成されたカメラと、
   （ｄ）導体の位置、植生及び近傍の構造物を測るように構成された光検知及び測距（ＬｉＤａｒ）センサと、
   （ｅ）当該ロボットの位置及び速度を特定するように構成された全地球測位システムと、
   を備え、
   前記駆動システムは、センターガイドに回動式に接続された複数のバネ荷重式ホイールを含み、前記ホイールの各々は、当該ホイール各々の独立した動作を可能にするように、前記センターガイドに独立式に接続され、
   当該ロボットが前記構造物を通過することを可能にするように支持構造物に備えられた迂回システムに当該ロボットが係合したときに、当該ロボットを前記迂回システム上に移動させるように、前記ホイールの各々が前記シールド線を解放し、当該ロボットが前記迂回システム上を前進すると、前記駆動システムが拡張して、前記センターガイドが前記迂回システムの中央のトラックに沿って進む一方で、前記複数のホイールの第１セットが最も外側のトラックに沿って進み、前記複数のホイールの第２セットが最も内側のトラックに沿って進むことを特徴とする架空送電ライン検査ロボット。
2. センサ読み取りシステムをさらに含み、様々な場所に展開された遠隔センサからデータを収集することを特徴とする請求項１に記載の架空送電ライン検査ロボット。
3. 電磁干渉検知システムをさらに含み、近傍のコロナ又はアーキング放電活動を特定することを特徴とする請求項１に記載の架空送電ライン検査ロボット。
4. 前記駆動システムは、前記シールド線の両側に係合するように構成された複数のバネ荷重式ホイールを含むことを特徴とする請求項１に記載の架空送電ライン検査ロボット。
5. 前記駆動システムは、前記シールド線に沿って移動するセンターガイドを含むことを特徴とする請求項１に記載の架空送電ライン検査ロボット。
6. 前記駆動システムは、前記センターガイドに回動式に取り付けられた複数のホイールをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の架空送電ライン検査ロボット。
7. エネルギーを収集し、当該ロボットを充電するためのソーラーパネルをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の架空送電ライン検査ロボット。
8. （ａ）ライン検査ロボットであって、
   （ｉ）当該ロボットを制御し、情報を送信するように構成された通信及び制御システムと、
   （ｉｉ）広域に亘って検査を可能にするようにシールド線に沿って当該ロボットを推進させるための駆動システムと、
   （ｉｉｉ）敷設用地及び構成要素の状態を検査するように構成された検査システムと、を有するライン検査ロボットと、
   （ｂ）前記ロボットが構造物を通過することを可能にするように支持構造物に備えられた迂回システムであって、前記ロボットが前記シールド線を離脱し、前記構造物を通過し、そして、前記シールド線に再係合することを可能にするように複数のトラックサポートを有する迂回システムと、
   を備え、
   前記駆動システムは、センターガイドに回動式に接続された複数のバネ荷重式ホイールを含み、前記ホイールの各々は、当該ホイール各々の独立した動作を可能にするように、前記センターガイドに独立式に接続され、
   前記ロボットが前記迂回システムに係合したときに、前記ロボットを前記迂回システム上に移動させるように、前記ホイールの各々が前記シールド線を解放し、前記ロボットが前記迂回システム上を前進すると、前記駆動システムが拡張して、前記センターガイドが前記迂回システムの中央のトラックに沿って進む一方で、前記複数のホイールの第１セットが最も外側のトラックに沿って進み、前記複数のホイールの第２セットが最も内側のトラックに沿って進むことを特徴とする架空送電ライン検査システム。
9. 前記トラックサポートは、前記迂回システムの両端部で１つに結合し、前記両端部の各々で前記シールド線との接続を可能にし、前記ロボットが前記シールド線を離脱及び再係合することを可能にすることを特徴とする請求項８に記載の架空送電ライン検査システム。
10. 前記検査システムは、
    （ａ）敷設用地及び構成要素の状態を検査するように構成されたカメラと、
    （ｂ）導体の位置、植生及び近傍の構造物を測るように構成された光検知及び測距（ＬｉＤａｒ）センサと、を含むことを特徴とする請求項８に記載の架空送電ライン検査システム。
11. 前記ロボットが前記迂回システムを離脱して前記シールド線に再係合するときに、前記駆動システムは、前記ホイールの第１セット、前記ホイールの第２セット、及び、センターガイドが前記シールド線に沿って進むように縮小することを特徴とする請求項８に記載の架空送電ライン検査システム。

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