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HINTERGRUND
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Freileitungskabel, wie z. B. Faseroptikkabel, können durch das Kauen von Eichhörnchen, Feuerwerkskörper, Gewehrschüsse, Wetter, Verschleiß usw. beschädigt werden. Wenn dies auftritt, kann ein durch die Freileitungskabel bereitgestellter Dienst unterbrochen werden. Die aktuellen Verfahren zum Inspizieren von Faseroptik-Freileitungskabeln über lange Entfernungen bezüglich der Integrität oder einer Beschädigung des Mantels sind langsam, unhandlich und führen manchmal unsichere Praktiken und Verfahren ein. Da es typischerweise sehr schwierig zu lokalisieren ist, wo das Kabel beschädigt ist, und es dann zu reparieren, können die Dienstunterbrechungen ausgedehnt sein.
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Die
WO 2012 / 013 878 A1 betrifft eine Vorrichtung zum zerstörungsfreien Überprüfen von Strukturen, beispielsweise zum Messen von einer Dicke von Strukturen mittels Ultraschallsonde.
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Die
EP 2 983 259 A1 betrifft Kabelanlageninspektionsvorrichtungen und Kabelanlageninspektionsverfahren, wobei die inspizierten Kabelanlagen eine Mehrzahl von in einer gemeinsamen Richtung zwischen Masten verlaufenden Kabeln aufweisen.
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Die
CN 103 612 756 A betrifft ein Multirotor-Flugzeug, das für die Inspektion von Stromleitungen verwendet wird, und ein System zur Inspektion von Stromleitungen, das auf diesem Multirotor-Flugzeug basiert.
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Eines der größten Probleme hinsichtlich der Kosten und der Verzögerungen für den Einsatz, den Betrieb und die Wartung des Faseroptiknetzes ist die menschliche Arbeit. Die Inspektion der Faseroptik-Freileitung ist sehr arbeitsintensiv und oft eine teure Unternehmung. Ein weiteres Problem ist die Sicherheit. Jedes Jahr werden viele Freileitungs-Arbeiter bei der Arbeit getötet, während viele andere einen nicht tödlichen Verlust von Gliedmaßen aus elektrischen Verbrennungen und mechanischen Verletzungen erleiden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftinspektionsvorrichtung, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, die eine effiziente und sichere Wartung von Faseroptiknetzen ermöglichen.
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KURZZUSAMMENFASSUNG
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Diese Aufgabe wird durch eine Luftinspektionsvorrichtung nach Patentanspruch 1, ein System nach Patentanspruch 11 und ein Verfahren nach Patentanspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert. Ein Aspekt der Offenbarung schafft eine Luftinspektionsvorrichtung, die ein Luftfahrzeug, einen gelenkigen Arm, der an einem ersten Ende an das Luftfahrzeug gekoppelt ist, und einen Endeffektor, der an ein zweites Ende des gelenkigen Arms gekoppelt ist, wobei der Endeffektor dimensioniert und geformt ist, um sich wenigstens teilweise um ein Freileitungskabel zu erstrecken, mit einem oder mehreren Sensoren, die entlang einer Innenfläche des Endeffektors positioniert sind, enthält. Ferner ist eine Steuereinheit in der Vorrichtung konfiguriert, um Informationen von dem einen oder den mehreren Sensoren zu empfangen und wenigstens eine einer Position des Luftfahrzeugs, einer Bewegung des gelenkigen Arms oder einer Bewegung des Endeffektors in Reaktion auf die durch den einen oder die mehreren Sensoren detektierten Informationen einzustellen, um eine vorgegebene relative Position des Endeffektors bezüglich des Kabels aufrechtzuerhalten. Der Endeffektor kann eine Basisplatte, eine erste Zunge, die sich von einem oberen Abschnitt der Basisplatte erstreckt, und eine zweite Zunge, die sich von einem unteren Abschnitt der Basisplatte erstreckt, enthalten, wobei der eine oder die mehreren Sensoren und/oder die eine oder die mehreren Kameras entlang einer Länge jeder Zunge und der Basisplatte angeordnet sind. Die Kameras sind beschaffen, eine 360-Ansicht des Freileitungskabels aufzunehmen. Die Steuereinheit ist konfiguriert, eine kontaktlose Position des einen oder der mehreren Sensoren in Bezug auf das Freileitungskabel automatisch aufrechtzuerhalten.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung schafft ein System, das einen oder mehrere Sensoren, einen Speicher und einen oder mehrere Prozessoren, die mit dem einen oder den mehreren Sensoren und dem Speicher in Verbindung stehen, enthält. Der eine oder die mehreren Prozessoren sind konfiguriert, eine Eingabe von dem einen oder den mehreren Sensoren zu empfangen, basierend auf der empfangenen Eingabe eine Nähe zwischen einem Endeffektor eines Luftfahrzeugs und eines Kabels zu detektieren und eine Position des Endeffektors bezüglich des Freileitungskabels in Reaktion auf die empfangene Eingabe einzustellen, so dass der Endeffektor einen äußeren Durchmesser des Kabels wenigstens teilweise umgibt und der äußere Durchmesser des Kabels in einem Abstand von etwa 1-100 mm von jedem umgebenden Abschnitt des Endeffektors bleibt.
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Ein noch weiterer Aspekt der Offenbarung schafft ein Verfahren, das das kontinuierliche Empfangen einer Eingabe von einem oder mehreren Sensoren, die an einem Endeffektor positioniert sind, der an ein unbemanntes Luftfahrzeug gekoppelt ist, wobei die Eingabe einem Freileitungskabel entspricht, das Detektieren einer Nähe zwischen dem Endeffektor und dem Freileitungskabel basierend auf der empfangenen Eingabe mit einem oder mehreren Prozessoren und das kontinuierliche Einstellen einer Position des Endeffektors bezüglich des Freileitungskabels in Reaktion auf die empfangene Eingabe, so dass der Endeffektor einen äu-ßeren Durchmesser des Kabels wenigstens teilweise umgibt und der äußere Durchmesser des Kabels in einem Abstand von etwa 1-100 mm von jedem umgebenden Abschnitt des Endeffektors bleibt, enthält.
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Figurenliste
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- 1A-1B veranschaulichen beispielhafte Luftinspektionssysteme gemäß den Aspekten der Offenbarung.
- 2A-2D veranschaulichen beispielhafte Endeffektoren gemäß den Aspekten der Offenbarung.
- 3 veranschaulicht eine beispielhafte Sensoranordnung an dem Endeffektor gemäß den Aspekten der Offenbarung.
- 4A-4B sind Seitenansichten beispielhafter Endeffektoren in Bezug auf ein oder mehrere Kabel gemäß den Aspekten der Offenbarung.
- 5A-5B veranschaulichen Beispiele des Luftinspektionssystems nach 1, das Freileitungskabel inspiziert, gemäß den Aspekten der Offenbarung.
- 6 veranschaulicht das Luftinspektionssystem nach 1 in einem beispielhaften ausfallsicheren Modus in Bezug auf ein Freileitungskabel gemäß den Aspekten der Offenbarung.
- 7A-7B veranschaulichen einen beispielhaften Klinkenmechanismus gemäß den Aspekten der Offenbarung.
- 8 ist ein Blockschaltplan einer beispielhaften Computervorrichtung gemäß den Aspekten der Offenbarung.
- 9 ist ein Blockschaltplan eines beispielhaften Systems gemäß den Aspekten der Offenbarung.
- 10 ist ein Ablaufplan, der ein beispielhaftes Verfahren gemäß den Aspekten der Offenbarung veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Überblick
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Die Technik bezieht sich im Allgemeinen auf ein unbemanntes Luftfahrzeug (UAV), wie z. B. eine Drohne, das dafür ausgelegt ist, Freileitungskabel aus der Nähe zu inspizieren. Das Luftfahrzeug enthält einen leichten gelenkigen Robotererweiterungsarm mit einem Endeffektor, der beschaffen ist, eine feste Position bezüglich des Freileitungskabels aufrechtzuerhalten. Der Endeffektor enthält z. B. einen oder mehrere Sensoren, die eine Echtzeit-Annäherungsrückkopplung, eine Stabilisierungssteuerung und Ferntelemetriedaten bereitstellen können. Der Endeffektor enthält außerdem eine oder mehrere Kameras, die beschaffen sind, ein 360-Grad-Bild des Freileitungskabels aufzunehmen.
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Der Erweiterungsarm ist aus einem leichten Material hergestellt und ist mit sieben Freiheitsgraden gelenkig, die an jedem Gelenk ausbalanciert sind, um eine glatte und effiziente Bewegung zu ermöglichen. In einem Beispiel ist er mit zwei 3-achsigen bürstenlosen DC-Kardanaufhängungen ausgerüstet, eine an jedem Ende des Arms, wobei sich ein einachsiges Gelenk mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor etwa am Mittelpunkt des Arms (Ellenbogengelenk) befindet. Die Gelenkverbindungseigenschaften ermöglichen es, dass der Arm während eines navigierten Flugs zu und von einem Ereignisort verstaut ist.
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Die 3-achsige Kardanaufhängung, die sich an dem Ende des Arms befindet, der an dem UAV befestigt ist, ermöglicht es dem UAV, seine gyroskopische Fluglage (Rollen, Nicken und Gieren) unabhängig von der Position des Arms einzustellen, wobei sie es deshalb ermöglicht, dass der Arm und die Endeffektor-Sensoranordnung in der Beziehung und der Nähe zu dem Zielkabel stabil bleiben. Zusätzlich schafft der Arm einen Bereich der Flexibilität, um sich an die linearen Flugeigenschaften des UAV anzupassen, wobei er die linearen (X, Y und Z) Einstellungen der Fluglage des UAV aufgrund des Windes und der allgemeinen Navigationsanforderungen kompensiert.
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Der Endeffektor kann über eine 3-achsige bürstenlose Kardanaufhängung, die an einer Basisplatte des Endeffektors befestigt ist, an dem Erweiterungsarm befestigt sein. Von der Basisplatte stehen mehrere Zungen vor. Es können z. B. vier Zungen an etwa jeder Ecke der Basisplatte positioniert sein. Die Zungen können positioniert sein, um sich zu bewegen, wie z. B. durch das Bewegen näher zueinander oder weiter weg voneinander. In dieser Hinsicht können die Zungen um Kabel oder Kabelbündel mit unterschiedlichem Durchmessern positioniert sein, während sie immer noch einen konsistenten Abstand zwischen dem Kabel und den Zungen aufrechterhalten.
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Mehrere dem Faseroptikkabel zugewandte Kameras, Leuchten und opto-elektromechanische Sensoren können sich entlang der Länge jeder Zunge und der Basisplatte befinden. Diese Kameras und Sensoren sind beschaffen, die Oberfläche des Faseroptikkabels zu bewerten und eine Beschädigung zu identifizieren. Die Kameras können z. B. Informationen, wie z. B. Herstellerinformationen, die auf einen Mantel des Faseroptikkabels gedruckt sind, und beschädigte Abschnitte des Faseroptikkabels aufnehmen. Die Vorrichtung kann Etiketten, einen Schnellantwort-Code (QR-Code), eine Hochfrequenzidentifikation (RFID), Baken-Bluetooth low energy (Baken-BLE) oder andere Typen von Markierungen verwenden, um beim Identifizieren der Zielkabel zu helfen oder das Identifizieren der Zielkabel zu unterstützen. Zusätzlich ermöglichen es nach vorn und nach hinten gewandte Kameras und Sensoren dem UAV, Hindernisse zu vermeiden, die seinen Flugweg versperren.
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In einigen Beispielen kann das Luftfahrzeug mit Werkzeugen ausgerüstet sein, um das Kabel zu reinigen oder zu reparieren. Der Endeffektor kann z. B. eine Düse enthalten, die konfiguriert ist, um mit komprimierter Luft und/oder einem Wassernebel auf das angezielte Kabel zu zielen, um verschiedene Ablagerungen, wie z. B. Staub, Schmutz, Schlamm, Schnee usw., zu beseitigen, die auf dem Kabel vorhanden sein können und eine deutliche Inspektion der Kabeloberfläche verhindern.
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Das Luftfahrzeug kann außerdem mit einem ausfallsicheren Mechanismus ausgerüstet sein. Der Endeffektor kann z. B. konfiguriert sein, sich in Reaktion auf ein vorgegebenes Ereignis an das Freileitungskabel zu hängen. Derartige vorgegebene Ereignisse können z. B. die Detektion einer plötzlichen unerwarteten Positionsänderung, einer Positionsänderung außerhalb der vorgeschriebenen Grenzen, einen Kontakt mit einem weiteren Objekt usw. enthalten.
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Eine Steuereinheit des Luftfahrzeugs kann z. B. einen Mikrocontroller enthalten, der programmiert ist, die Bewegung des Erweiterungsarms und des Endeffektors zu steuern. Die Steuereinheit kann z. B. kontinuierlich eine Position des Luftfahrzeugs und eine Position des Endeffektors bezüglich des Kabels detektieren. In Reaktion kann die Steuereinheit die Position des Endeffektors einstellen. Sie kann außerdem eine Position des Luftfahrzeugs einstellen. Die Steuereinheit kann außerdem eine GPS-Navigation und eine Kommunikationseinheit, wie z. B. HF-Sender/Empfänger, enthalten.
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Das Luftfahrzeug kann für irgendeine Anzahl von Implementierungen verwendet werden. Das Luftfahrzeug kann z. B. Kabel in Reaktion auf Netzausfälle oder als ein Teil der Routinewartung inspizieren. In dieser Hinsicht kann das Luftfahrzeug Informationen bezüglich eines Zustands des Kabels schnell und sicher erhalten, die die Bereiche genau lokalisieren, wo eine Beschädigung aufgetreten ist. In derartigen Fällen können die durch das Luftfahrzeug detektierten Informationen außerdem verwendet werden, um das Kabel schnell zu reparieren, wie z. B. durch das Übertragen des Typs der Beschädigung und der Herstellerinformationen des beschädigten Kabels zu den Technikern.
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Beispielhafte Systeme
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1A veranschaulicht ein beispielhaftes Freileitungskabel-Inspektionssystem 100. Das Luftinspektionssystem enthält ein unbemanntes Luftfahrzeug (UAV) 110 mit einem an es gekoppelten gelenkigen Robotererweiterungsarm 120. An einem gegenüberliegenden Ende des Arms 120 befindet sich ein Endeffektor 150. Der Endeffektor 150 enthält einen oder mehrere Sensoren oder eine oder mehrere Kameras, die verwendet werden, um Luftkabel aus der Nähe zu inspizieren, wie hier ausführlicher erörtert wird.
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Der Erweiterungsarm 120 ist aus einem leichten Material, wie z. B. Polyethylen, Aluminium, Kohlefaser oder irgendeinem anderen beständigen leichten Material, hergestellt. Der Arm 120 kann mit sieben Freiheitsgraden oder mehr oder weniger gelenkig sein. In diesem Beispiel enthält der Arm 120 die Segmente 122, 124 und 126, die durch die Gelenke 132, 134, 136 miteinander verbunden sind. Der Arm 120 kann an jedem Gelenk ausbalanciert sein, um eine glatte und effiziente Bewegung zu ermöglichen. Gemäß einem Beispiel sind die Gelenke 132 und 136 3-achsige bürstenlose DC-Kardanaufhängungen, während das Gelenk 134 ein einachsiges Gelenk mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor ist. In anderen Beispielen können andere Typen der Gelenke verwendet werden. Ferner kann die Anzahl der Segmente 122-126 und der Gelenke 132-136 modifiziert werden. Die Gelenkverbindungseigenschaften ermöglichen, dass der Arm 120 während des navigierten Flugs zu und von einem Ereignisort verstaut ist.
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Das Gelenk 132, das den Arm 120 an dem UAV 110 befestigt, ermöglicht es dem UAV 110, seine gyroskopische Fluglage unabhängig von der Armposition einzustellen. Der Arm 120 kann z. B. bewegt werden, ohne das Rollen, das Nicken und das Gieren des UAV 110 einzustellen, und umgekehrt. In dieser Hinsicht können der Arm und die Endeffektor-Sensoranordnung in der Beziehung und der Nähe zu dem Zielkabel stabil bleiben. Der Arm 120 schafft außerdem einen Bereich der Flexibilität, um sich an die linearen Flugeigenschaften des UAV 110 anzupassen. Überdies kann der Arm 120 die linearen Einstellungen der Fluglage des UAV 110 in der X-, Y- und Z-Richtung aufgrund des Windes und der allgemeinen Navigationsanforderungen kompensieren.
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Das Gelenk 136, das den Arm 120 an dem Endeffektor 150 befestigt, ermöglicht einen umfassenden Bereich der Bewegung des Endeffektors 150 unabhängig von dem UAV 110.
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Während 1A den Arm 120 veranschaulicht, der sich von einem oberen Abschnitt des UAV 110 erstreckt, sollte erkannt werden, dass der Arm 120 an irgendeinem Punkt mit dem UAV 110 verbunden sein kann. In 1B ist z. B. ein Arm 120' an eine Unterseite des UAV 110' gekoppelt. Das Anordnen des Gelenks 132, das den Arm 120' mit dem UAV 110' verbindet, in der Nähe des Schwerpunkts des UAV 110' kann eine Stabilisierung schaffen und dadurch ein genaues Manövrieren des UAV 110' und eine genaue Positionierung des Endeffektors 150 ermöglichen.
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2A stellt eine ausführlichere Ansicht des Endeffektors 150 bereit. In diesem Beispiel enthält der Endeffektor 150 eine Basisplatte 152 mit vier Zungen 154, die sich von einer Position in der Nähe jeder Ecke der Basisplatte 152 erstrecken. Die Zungen 154 und die Basisplatte 152 können jede eine oder mehrere Kameras, Leuchtdioden (LEDs) und/oder Sensoren, die sich daran befinden, aufweisen, wie im Folgenden im Zusammenhang mit den 3-4 ausführlicher beschrieben wird.
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Gemäß einigen Beispielen kann jede Zunge 154 mehrere durch Gelenke verbundene Segmente aufweisen, so dass jede Zunge 154 gelenkig ist. Die Bewegung derartiger Zungen 154 kann unter Verwendung eines oder mehrerer Motoren verursacht werden, so dass die Zungen 154 gemeinsam oder unabhängig arbeiten. In anderen Beispielen können die Zungen 154 fest sein. Wie gezeigt ist, sind die Zungen 154 im Allgemeinen gebogen. In dieser Hinsicht kann sich ein Endpunkt jeder Zunge 154, der der Basisplatte 152 gegenüberliegt, zu einer gegenüberliegenden Seite eines Kabels von der Basisplatte 152 erstrecken und dadurch eine nahe Inspektion des Kabels aus mehreren Winkeln auf einmal erlauben. In anderen Beispielen können sich die Zungen 154 gerade aus der Basisplatte 152 erstrecken, während dennoch die gleiche Wirkung erreicht wird.
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In einigen Beispielen kann jede Zunge 154 im Allgemeinen die gleiche Größe und Form aufweisen und die gleiche Konstruktion aufweisen. In anderen Beispielen können jedoch die Größe und die Form der Zungen 154 von einer Zunge zur nächsten variieren und/oder kann die Konstruktion der Zungen 154 von einer Zunge zur nächsten variieren. Lediglich beispielhaft können die oberen Zungen breiter, länger und gelenkig sein, während die unteren Zungen kürzer, dünner und starr sind.
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Während die Basisplatte in 2A als im Allgemeinen eben und rechteckig gezeigt ist, können die Größe und die Form der Basisplatte variiert werden. Die Basisplatte 152 kann z. B. gebogen sein, so dass sich die oberen und unteren Abschnitte weg von dem Segment 126 und dem Gelenk 136 erstrecken oder so dass sich jede Ecke weiter entfernt von dem Segment 126 und dem Gelenk 136 und zu den Zungen 154 erstreckt. Überdies können die Basisplatte 152 und die Zungen 154 als ein kontinuierliches Stück ausgebildet sein.
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2B veranschaulicht einen weiteren beispielhaften Endeffektor, der eine im Allgemeinen dreieckig geformte Basisplatte 252 und drei in der Nähe jeder Ecke positionierte Zungen 254 enthält. Die Basisplatte 252 kann durch ein Gelenk 236 gedreht werden, um die Zungen 254 einzustellen. Während gezeigt ist, dass der Endeffektor z. B. eine Zunge an einem oberen Abschnitt und zwei Zungen an einem unteren Abschnitt aufweist, kann die Basisplatte 252 an dem Gelenk 236 gedreht werden, so dass zwei Zungen am oberen Abschnitt positioniert sind.
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2C veranschaulicht einen noch weiteren Endeffektor. In diesem Beispiel ist die Basisplatte 262 im Vergleich zu der Basisplatte 152 nach 2A schmaler. Ferner sind zwei Zungen 264, 266, eine an jedem Ende, an die Basisplatte 262 gekoppelt. Wie gezeigt ist, ist die obere Zunge 264 anders als die untere Zunge 266 dimensioniert. Wie oben erörtert worden ist, können die Zungen jedoch irgendeine Größe, Form oder Konfiguration aufweisen, ob ähnlich zu jeder anderen Zunge oder verschieden.
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2D veranschaulicht einen weiteren beispielhaften Endeffektor. Hier enthält der Endeffektor eine Basisplatte 272 und die Zungen 274, 276, die seitlich über die Basisplatte 272 verlaufen. Jede der Zungen 274, 276 kann mehrere Sensoren und/oder andere Komponenten auf einer Innenfläche von ihr enthalten. Die Dicke und die anderen Abmessungen der Zungen 274, 276 können variieren, genau wie die Struktur variieren kann. Lediglich beispielhaft kann jede Zunge 274, 276 ein massives und kontinuierliches Stück des Materials sein oder können schmalere Streifen des Materials mit Zwischenräumen dazwischen miteinander verschmolzen sein. Gemäß einem Beispiel kann sich eine Blende 278 von einer oder mehreren der Zungen 274, 276 nach außen erstrecken, wobei sie zurückgezogen werden kann, wenn sie nicht benötigt wird. Falls eine Blendung von der Sonne oder anderen Umweltfaktoren die Messwerte von den Sensoren an dem Endeffektor stört, kann in dieser Hinsicht die Blende 278 eingesetzt werden, um derartige Umweltfaktoren abzuschirmen. Die Blende 278 kann automatisch gesteuert sein, wie z. B. durch einen Motor, der durch einen oder mehrere Prozessoren aktiviert wird, oder sie kann manuell ausgezogen und zurückgezogen werden. Während gezeigt ist, dass sich nur eine Blende 278 von einer Seite der oberen Zunge 274 erstreckt, sollte erkannt werden, dass ähnliche Blenden in irgendeine oder jede Seite irgendeiner oder jeder Zunge 274, 276 aufgenommen sein können.
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In jeder der oben beschriebenen 2A-2D weisen die Endeffektoren einen im Allgemeinen C-förmigen oder U-förmigen Querschnitt auf, obwohl andere Konfigurationen möglich sind, die immer noch für die Aufnahme von 360-Grad-Kabelbildern sorgen.
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3 veranschaulicht ein Beispiel der an dem Endeffektor 150 positionierten Komponenten. Derartige Komponenten können Bildaufnahmevorrichtungen, LEDs, Sensoren usw. enthalten. Die Bildaufnahmevorrichtungen können z. B. Kameras, Infrarotbildgeber, Radar, Sonar, Ultraschall oder irgendeinen anderen Typ einer Bildaufnahmevorrichtung enthalten. Die Sensoren können opto-elektromechanische Sensoren, elektromagnetische Sensoren, Schallsensoren, optische Sensoren, Annäherungssensoren, Lichtsensoren, Thermosensoren, organische Sensoren, Gas-/Fluidsensoren oder eine Kombination aus diesen oder irgendein anderer Typ von Sensoren sein. Andere Komponenten, die an dem Endeffektor positioniert sind, können z. B. RFID-Lesevorrichtungen, Strichcode-Scanner, BLE oder andere drahtlose Paarbildungsvorrichtungen usw. enthalten, sind aber nicht darauf eingeschränkt. Noch weiter können in den Endeffektor Reinigungswerkzeuge aufgenommen sein, um Schmutz und Ablagerungen von einem Kabel zu entfernen und um dadurch zu ermöglichen, dass die Informationen auf einem Mantel des Kabels gelesen werden. Der Endeffektor 150 kann z. B. konfiguriert sein, um mit komprimierter Luft oder Wasser auf das Kabel zu zielen, um Staub, Schmutz, Schlamm, Schnee, Vogelkot oder irgendeinen anderen Typ von Ablagerungen zu entfernen.
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Die Bildaufnahmevorrichtungen, Sensoren, Leuchten und anderen Komponenten können an verschiedenen Orten entlang der Basisplatte 142 und der Zungen 154 positioniert sein. In dem Beispiel nach 3 befindet sich eine dem Kabel zugewandte Bildaufnahmevorrichtung 312 an der Basisplatte 152, wobei zusätzliche dem Kabel zugewandte Bildaufnahmevorrichtungen 314 an jeder Zunge 154 positioniert sind. Die Bildaufnahmevorrichtungen 312, 314 können Bilder eines gesamten äußeren Durchmessers des Kabels auf einmal aufnehmen. An dem Endeffektor 150 können außerdem (nicht gezeigte) nach vorn und nach hinten gewandte Bildaufnahmevorrichtungen positioniert sein. Derartige nach vorn und nach hinten gewandte Bildaufnahmevorrichtungen können Informationen hinsichtlich Hindernissen, wie z. B. Strommasten, Bäumen, Tieren usw., vor oder hinter dem Endeffektor bereitstellen. Eine weitere Bildaufnahmevorrichtung kann ähnlich an dem UAV positioniert sein.
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Die Sensoren 322 sind außerdem an der Basisplatte 152 und den Zungen 154 positioniert. Gemäß einem Beispiel enthalten die Sensoren 322 verschiedene Sensortypen, wie z. B. einige Annäherungssensoren, einige Wärmesensoren, einige Detektoren für elektromagnetische Felder (EMF-Detektoren) usw. Gemäß einem weiteren Beispiel können die Sensoren 322 mehrere Sensoren des gleichen Typs enthalten. Die Anzahl der Sensoren und die Positionierung der Sensoren entlang der Basisplatte 152 und den Zungen 154 können variiert werden. Ferner kann die Positionierung der Sensoren 322 in Bezug auf andere Komponenten, wie z. B. die Bildaufnahmevorrichtungen 312, 314 und die Leuchten 332, modifiziert werden. Gemäß einigen Beispielen können die Sensoren, die für die Verwendung an dem Endeffektor ausgewählt sind, Messwerte ungeachtet der Umweltbedingungen empfangen. Es können z. B. Sensoren ausgewählt sein, die eine Rückkopplung in annähernder oder völliger Dunkelheit ohne die Verwendung von Leuchten empfangen können.
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In anderen Beispielen können die Leuchten 332 außerdem an verschiedenen Abschnitten des Endeffektors 150 einschließlich der Basisplatte 152 und/oder der Zungen 154 positioniert sein, wobei der Typ, die Größe, die Anzahl, die Position usw. variiert werden können. Die Leuchten 332 können z. B. LEDs, Laser oder irgendeinen anderen Typ der Beleuchtung enthalten. Die Leuchten können so positioniert sein, um das Kabel effizient zu beleuchten, ohne eine Blendung zu erzeugen. In dieser Hinsicht kann das Luftinspektionssystem selbst unter den Bedingungen einer annähernden oder völligen Dunkelheit weiterhin Kabel inspizieren.
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Die Reinigungskomponenten 342, 344 können an dem Endeffektor positioniert sein, wobei ihr Typ, ihre Anzahl und ihre Position außerdem variieren können. Der Endeffektor kann z. B. eine oder mehrere von einer Düse für komprimierte Luft, einer Sprühvorrichtung für Wasser oder eine Lösung usw. enthalten. In anderen Beispielen können eine oder mehrere der Zungen 154 eine Oberfläche mit einem Stoff oder einer Bürste darauf enthalten, um die Ablagerungen schonend wegzuwischen.
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4A ist eine Seitenansicht eines beispielhaften Endeffektors 450 in Bezug auf ein Kabelbündel 404, das inspiziert wird. Es ist gezeigt, dass das Bündel sieben Kabel 410-416 enthält, wobei aber der Endeffektor 450 an irgendeine Anzahl von Kabeln angepasst werden kann. Das Bündel 404 kann innerhalb eines äußeren Mantels gesichert sein oder jedes Kabel 410-416 kann nur durch seinen eigenen Mantel geschützt sein. Wie gezeigt ist, enthält der Endeffektor 450 eine Basis 452, wie z. B. eine Basisplatte oder ein Basissegment, eine untere Zunge 453 und eine obere Zunge 454. In diesem Beispiel enthält jede Zunge 453, 454 mehrere durch Gelenke gekoppelte Segmente. Die untere Zunge 453 enthält z. B. die Segmente 463-465, die durch die Gelenke 473-475 gekoppelt sind, während die obere Zunge 454 die Segmente 467-469 enthält, die durch die Gelenke 477-479 gekoppelt sind. Die Basis 452 und die Zungen 453, 454 umgeben gemeinsam im Wesentlichen einen äußeren Durchmesser des Bündels 404. Überdies weisen jedes Segment und die Basis eine Innenfläche 492-499 auf, wobei die Innenflächen 492-499 innerhalb einer vorgegebenen Nähe des äußeren Durchmessers des Bündels 404 aufrechterhalten werden. Jede Innenfläche des Endeffektors 450 kann z. B. innerhalb eines Abstands zwischen 1 mm-100 mm oder mehr von dem Kabelbündel 404 bleiben. Die Innenflächen 492-499 enthalten außerdem mehrere Komponenten 480, wie z. B. die LEDs, Sensoren, Bildaufnahmevorrichtungen, Reinigungskomponenten usw., die oben im Zusammenhang mit 3 beschrieben worden sind. Eine oder mehrere der Komponenten 480 stellen eine Rückkopplung hinsichtlich des Bündels 404 einer Computervorrichtung bereit. Die Sensoren können z. B. einen Abstand zwischen sich selbst und einem nächsten Punkt auf dem äu-ßeren Durchmesser des Bündels 404 melden. Diese Informationen können durch die Computervorrichtung verwendet werden, um eine Position des Endeffektors 450 als Ganzes einzustellen oder um eine Position einer speziellen Zunge 453, 454 oder eines speziellen Segments 463-465, 467-469 einzustellen.
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Während sich in der Veranschaulichung nach 4A die Komponenten 480 über die Innenflächen 492-499 des Endeffektors 450 hinaus erstrecken, können in anderen Beispielen die Komponenten 480 mit den Innenflächen bündig sein, wie z. B. indem sie wenigstens teilweise innerhalb der Basis 452 und der Segmente 463-469 eingelassen sind, indem sie von einem zusätzlichen Material umgeben sind usw. Überdies können die Anzahl, der Typ, die Größe, die Positionierung, die Verteilung usw. der Komponenten 480 variiert werden.
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4B stellt ein weiteres Beispiel eines Endeffektors 450' bereit, der in Bezug auf ein Kabelbündel 404' gezeigt ist, das die Kabel 411-414 enthält. In diesem Beispiel ist die Basisplatte 452' über die Erweiterungen 455, die zurückgezogen oder ausgezogen werden können, an die Zungen 453', 454' gekoppelt. Die Zungen 453', 454' als solche können näher zueinander oder weiter entfernt bewegt werden. Eine derartige Bewegung kann manuell oder mechanisch verursacht werden. In einigen Beispielen kann die Bewegung der Erweiterungen 455 automatisch sein, so dass eine Steuereinheit die Erweiterungen 455 in Reaktion auf eine Rückkopplung von einem oder mehreren Sensoren bewegt.
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Zusätzlich zu den Erweiterungen 455 können sich außerdem eine oder jede der Zungen 453', 454' in einer Richtung, die im Wesentlichen zu einer Achse der Zunge 452', 454' parallel ist, nach außen erstrecken. Ein Anhang 457 kann sich z. B. von der Zunge 453' erstrecken, während sich ein Anhang 458 von der Zunge 454' erstrecken kann. Die Anhänge 457, 458 können, wenn sie zurückgezogen sind, innerhalb ihrer jeweiligen Zungen 453', 454' gelagert sein.
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Die Sensoren/Komponenten 480' können auf jeder Innenfläche des Endeffektors einschließlich einer Innenfläche der Basisplatte 452', der Erweiterungen 455, der Zungen 453', 454' und der Anhänge 457, 458 positioniert sein. Gemäß einigen Beispielen können diese Sensoren oder anderen Komponenten in einem Winkel positioniert sein. Das Anwinkeln kann die Sensoren 480' zu einer Position des Kabelbündels 404' fokussieren. Die Sensoren können z. B. in einem Winkel befestigt sein, der zu einer gewünschten Position des Kabels eingestellt ist, so dass die Sensoren auf den Innenflächen der Zungen von der Basisplatte 452' weg abgewinkelt sind, wo sich diese Sensoren näher an der Basisplatte befinden, und zu der Basisplatte 452' abgewinkelt sind, wo diese Sensoren an einem distalen Ende der Zunge 453', 454' oder des Anhangs 457, 458 positioniert sind. Gemäß weiteren Beispielen kann das Abwinkeln der Sensoren entweder manuell oder mechanisch einstellbar sein. Das Abwinkeln ermöglicht, dass die Sensoren eine Rückkopplung von jedem Winkel um das Kabel empfangen. Wo die Sensoren z. B. Bildaufnahmevorrichtungen enthalten, können z. B. Bilder eines gesamten Umfangs des Kabelbündels 404' aufgenommen werden.
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5A veranschaulicht ein Beispiel des Luftinspektionssystems 100, das eine Strecke eines Freileitungskabels 504 inspiziert, wobei das Kabel durch einen Leitungsmast 502 gestützt ist. Der Endeffektor 150 bleibt in unmittelbarer Nähe des Kabels 504, wobei sich die Zungen 154 des Endeffektors 150 um das Kabel erstrecken. Wie gezeigt ist, erstrecken sich z. B. zwei der Zungen 154 über einer Oberseite des Kabels 504, während sich zwei der Zungen 154 unter der Unterseite des Kabels 504 erstrecken. Die Sensoren an dem Endeffektor 504 detektieren weiterhin eine Position des Kabels in Bezug auf den Endeffektor. In Reaktion kann die Positionierung des Endeffektors 150 eingestellt werden. Es können z. B. irgendeines des UAV 110, des Arms 120, des Endeffektors 150 oder einer Kombination daraus eingestellt werden, so dass der Endeffektor in unmittelbarer Nähe des Kabels 504 bleibt.
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Wenn das Luftinspektionssystem 100 das Kabel 504 inspiziert, kann es Bilder auf nehmen oder andere Operationen ausführen. Das Luftinspektionssystem 100 kann z. B. kontinuierlich Bilder des Kabels 504 aufnehmen und diese Bilder zur Überprüfung zu einer entfernten Computervorrichtung übertragen. Die entfernte Computervorrichtung kann z. B. ein Hand-Controller, der durch eine Boden-Bedienungsperson betätigt wird, ein zentralisierter Server oder irgendeine andere Computervorrichtung sein. Die Bilder können Metadaten, wie z. B. Zeitstempel, entsprechende GPS-Koordinaten usw., enthalten. In dieser Hinsicht kann die Bedienungsperson die Bilder überprüfen, einen beschädigten Abschnitt des Kabels in den Bildern identifizieren und einen Ort des Schadens bestimmen.
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In anderen Beispielen enthält das Luftinspektionssystem 100 eine Computervorrichtung, die konfiguriert ist, um beschädigte Abschnitte des Kabels zu identifizieren und die Beschädigung einer entfernten Computervorrichtung zu melden. Die Computervorrichtung des Luftinspektionssystems kann z. B. Bilderkennungstechniken verwenden, um ein beschädigtes Kabel zu identifizieren und um ferner einen Typ der Beschädigung zu bestimmen. Lediglich beispielhaft kann die Computervorrichtung des Luftinspektionssystems mehrere Bilder der Kabelbeschädigung in Verbindung mit anderen Informationen, wie z. B. Informationen, die den Typ der Beschädigung identifizieren, speichern. Die Computervorrichtung des Luftinspektionssystems kann dann die durch den Endeffektor 150 aufgenommenen Bilder mit den gespeicherten Bildern vergleichen, um zu bestimmen, ob irgendwelche Objekte in den aufgenommenen Bildern den Objekten in den gespeicherten Bildern entsprechen.
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Die Positionierung der Bildaufnahmevorrichtungen an dem Endeffektor 150 ermöglicht, dass 360-Grad-Bilder des Kabels 504 aufgenommen werden, wenn sich das Luftinspektionssystem 100 entlang bewegt. Es kann ein gesamter äußerer Durchmesser des Kabels 504 als solcher in einem einzigen Durchgang inspiziert werden, wobei dadurch für eine effiziente Inspektion gesorgt wird. Zusätzlich zum Identifizieren einer Beschädigung kann das Luftinspektionssystem andere relevante Informationen von dem Kabel 504 identifizieren, wie z. B. durch das Lesen der auf einen Mantel des Kabels 504 gedruckten Herstellerinformationen.
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Gemäß einigen Beispielen können einige der Zungen verwendet werden, um die Positionierung des Endeffektors in unmittelbarer Nähe des Kabels 504 aufrechtzuerhalten, während andere Zungen verwendet werden, um Bilder des Kabels 504 aufzunehmen. Eine vordere obere Zunge und eine vordere untere Zunge können z. B. einen oder mehrere Sensoren enthalten, die einen Abstand zwischen dem Kabel 504 und den Sensoren bestimmen. Diese Sensoren können die Informationen einer Computervorrichtung bereitstellen, wie oben erörtert worden ist, um die Einstellung der Positionierung des Endeffektors bezüglich des Kabels nach Bedarf zu ermöglichen. In demselben Beispiel können eine hintere obere Zunge und eine hintere untere Zunge eine oder mehrere Bildaufnahmevorrichtungen enthalten, die verwendet werden, um 360-Grad-Bilder des Kabels aufzunehmen, wenn sich das UAV 110 und der Endeffektor 150 entlang bewegen.
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Die Fähigkeit des Luftinspektionssystems 100, seine Position bezüglich des Kabels 504 kontinuierlich einzustellen, ermöglicht es, dass das Luftinspektionssystem die Strecken des Kabels, die sich nicht im Wesentlichen horizontal erstrecken, aus der Nähe inspiziert, ohne das Kabel oder das Luftinspektionssystem zu beschädigen. In 5B ist ein Beispiel veranschaulicht. Das Kabel 506 ist durch einen Leitungsmast 502 gestützt, wobei es aber einen beträchtlichen Betrag des Durchhangs aufweist, der verursacht, dass das Kabel 506 herabhängt. Da der Endeffektor 150 eine Position des Kabels 506 kontinuierlich detektiert und seine eigene Position einstellt, um die gleiche relative Position aufrechtzuerhalten, passt sich das Luftinspektionssystem den Änderungen der Linearität des Kabels 506 an.
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Zusätzlich zum Anpassen der Position an das Kabel kann das Luftinspektionssystem außerdem die Position einstellen, um anderen Ereignissen, wie z. B. Windstößen, die das UAV bewegen, Rechnung zu tragen.
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6 veranschaulicht ein Beispiel eines ausfallssicheren Betriebs, der durch das Luftinspektionssystem ausgeführt wird. In diesem Beispiel greift der Endeffektor 150 auf das Kabel 604, um eine Beschädigung des Luftinspektionssystems oder des Kabels 604 zu verhindern. Ein derartiger ausfallsicherer Betrieb kann ausgeführt werden, falls z. B. die Vorrichtung eine unerwartete Positionsänderung erfährt. Eine außergewöhnlich starke Windböe kann z. B. die Vorrichtung über die Grenzen hinausbewegen, die durch das Luftinspektionssystem toleriert werden können und auf die sich das Luftinspektionssystem einstellen kann. In Reaktion auf das Detektieren einer derartigen extremen Positionsänderung kann der Endeffektor 150 das Kabel 604 automatisch ergreifen. Ein distales Ende jeder der Zungen des Endeffektors 150 kann sich z. B. zu einem weiteren bewegen, um sich um das Kabel zu schließen. Als ein weiteres Beispiel kann sich das Luftinspektionssystem bewegen, um wenigstens eine Zunge um das Kabel 604 ungeachtet dessen, ob die Zungen beweglich sind oder nicht, festzuhaken.
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Dieses Hängen an das Kabel 604 durch den Endeffektor 150 macht es weniger wahrscheinlich, dass sich das Luftinspektionssystem in den Kabeln verfängt, mit dem Leitungsmast 604 zusammenstößt oder anderweitig eine Beschädigung an dem Luftinspektionssystem oder dem Kabel verursacht. Unerwartete Positionsänderungen können nur ein Typ eines Ereignisses sein, das den Betrieb im ausfallsicheren Modus auslöst. Andere Ereignisse können z. B. eine Berührung des Kabels, ein Leistungsverlust, eine Gerätefehlfunktion usw. sein. Überdies können andere Operationen durch das Luftinspektionssystem als Teil eines ausfallsicheren Modus ausgeführt werden. Beispiele derartiger anderer Operationen enthalten das Melden von Fehlern, das Sichern der Daten an einem speziellen Ort, die Implementierung zusätzlicher Prozeduren, das Unterbrechen anderer Prozeduren usw.
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7A veranschaulicht einen beispielhaften Endeffektor 750, der einen Klinkenmechanismus aufweist, der verwendet werden kann, um ein Kabel in einem ausfallsicheren Betrieb zu ergreifen, wie oben beschrieben worden ist. In diesem Beispiel können die Klinken 712, 714 an einer oder mehreren Zungen des Endeffektors 750 positioniert sein. Diese Klinken 712, 714 können an ein Drehgelenk oder ein Gelenk gekoppelt und an einer ersten Position eingerastet sein, wo die Klinken 712, 714 die Inspektion der Kabel durch den Endeffektor 750 nicht stören würden. Die Klinken 712, 714 können jedoch in Reaktion auf einen ausfallsicheren Zustand gelöst werden. Die Klinken 712, 714 können z. B. federbelastet sein, so dass sie, sobald sie von der ersten Position entriegelt werden, zu einer zweiten Position springen, wie in 7B gezeigt ist. An dieser zweiten Position erstrecken sich die Klinken 712, 714 zueinander, wobei sie in Zusammenarbeit mit den Zungen 753, 754 des Endeffektors eine wirkliche Umschließung des Endeffektors um das Kabel erzeugen. Entsprechend kann sich der Endeffektor gegebenenfalls an das Kabel hängen. Während oben ein federbelasteter Freigabemechanismus beschrieben worden ist, sollte erkannt werden, dass irgendein Mechanismus möglich ist. In anderen Beispielen kann die Betätigung des Klinkenmechanismus motorisiert und durch einen oder mehrere Prozessoren gesteuert sein. Während in den 7A-7B die Klinken 712, 714 als im Wesentlichen langgestreckte gebogene Segmente veranschaulicht sind, ist überdies irgendeine von einer Anzahl von Bauformen möglich.
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Wie oben erwähnt worden ist, kann das Luftinspektionssystem eine Computervorrichtung enthalten, die eine Mitkopplung von den Komponenten an dem Endeffektor empfängt und in Reaktion eine Position des UAV, des Arms und/oder des Endeffektors einstellt, um eine nahe, kontaktlose Position bezüglich des Ziel-Freileitungskabels aufrechtzuerhalten. Gemäß einem Beispiel steuert ein Prozessor den Betrieb des Arms und des Endeffektors, während ein weiterer Prozessor den Betrieb des UAV steuert. Diese beiden Prozessoren können miteinander in Verbindung stehen, so dass z. B. der Endeffektor-Prozessor eine Rückkopplung für den UAV-Prozessor bereitstellt, um eine stabile Position des UAV bezüglich des Zielkabels aufrechtzuerhalten und um die Navigation und die Vermeidung von Zusammenstößen zu unterstützen. In einem weiteren Beispiel können derselbe eine oder dieselben mehreren Prozessoren den Betrieb sowohl des Arms/Endeffektors als auch des UAV steuern.
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In 8 ist ein beispielhaftes System veranschaulicht. Wie gezeigt ist, enthält das System 800 eine oder mehrere Computervorrichtungen 810, die an verschiedene Komponenten 870-880, wie z. B. ein UAV-Navigationssystem 870, ein Positionierungssystem 872, eine Beleuchtung 874, ein Wahmehmungssystem 876, die Reinigungskomponenten 878 und ein Leistungssystem 880, gekoppelt sind. Die Computervorrichtung 810 enthält ferner einen oder mehrere Prozessoren 822, einen Speicher 824 und andere Komponenten, die typischerweise in Mikroprozessoren, Universalcomputern oder dergleichen vorhanden sind.
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Der eine oder die mehreren Prozessoren 822 können irgendwelche herkömmlichen Prozessoren, wie z. B. kommerziell verfügbare Mikroprozessoren, sein. Alternativ können der eine oder die mehreren Prozessoren eine dedizierte Vorrichtung, wie z. B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder ein anderer hardware-basierter Prozessor, sein. Obwohl 8 den Prozessor, den Speicher und die anderen Elemente der Computervorrichtung 810 als innerhalb desselben Blocks befindlich funktional veranschaulicht, wird durch die Durchschnittsfachleute auf dem Gebiet erkannt, dass der Prozessor, die Computervorrichtung oder der Speicher tatsächlich mehrere Prozessoren, Computervorrichtungen oder Speicher enthalten können, die innerhalb desselben physischen Gehäuses gelagert sein können oder nicht. Ähnlich kann der Speicher aus einer Festplatte oder anderen Speichermedien bestehen, die sich in einem von dem der Computervorrichtung 810 verschiedenen Gehäuse befinden. Entsprechend wird erkannt, dass die Bezugnahmen auf einen Prozessor oder eine Computervorrichtung die Bezugnahmen auf eine Sammlung von Prozessoren oder Computervorrichtungen oder Speichern enthalten, die parallel arbeiten können oder nicht.
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Der Speicher 824 kann Informationen speichern, die durch die Prozessoren 822 zugänglich sind, einschließlich Anweisungen 826, die durch die Prozessoren 822 ausgeführt werden können, und Daten 828. Der Speicher 824 kann ein Speichertyp sein, der betriebsfähig ist, um die durch die Prozessoren 822 zugänglichen Informationen zu speichern, einschließlich eines nichtflüchtigen computerlesbaren Mediums oder eines anderen Mediums, das Daten speichert, die mit der Hilfe einer elektronischen Vorrichtung, wie z. B. sowohl einer Festplatte, einer Speicherkarte, eines Festwertspeichers („ROM“), eines Schreib-Lese-Speichers („RAM“), einer digitalen vielseitigen Platte („DVD“) oder anderer optischer Platten als auch anderer schreibfähiger und Festwertspeicher, gelesen werden können. Der hier offenbarte Gegenstand kann verschiedene Kombinationen des Vorangehenden enthalten, wodurch verschiedene Abschnitte der Anweisungen 826 und der Daten 828 in verschiedenen Typen der Medien gespeichert sind.
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Die Daten 828 können gemäß den Anweisungen 826 durch die Prozessoren 822 wiedergewonnen, gespeichert oder modifiziert werden. Obwohl die vorliegende Offenbarung nicht durch eine spezielle Datenstruktur eingeschränkt ist, können die Daten 828 z. B. in Computerregistern, in einer relationalen Datenbank als eine Tabelle, die mehrere verschiedene Felder und Datensätze aufweist, in XML-Dokumenten oder einfachen Dateien gespeichert sein. Die Daten 828 können außerdem in einem computerlesbaren Format, wie z. B. binären Werten, ASCII oder Unicode, aber nicht darauf eingeschränkt, formatiert sein. Weiterhin lediglich beispielhaft können die Daten 828 als Bitmaps, die aus Bildpunkten bestehen, gespeichert sein, die in komprimierten oder unkomprimierten oder verschiedenen Bildformaten (z. B. JPEG), vektorbasierten Formaten (z. B. SVG) oder Computeranweisungen zum Zeichnen von Graphiken gespeichert sind. Überdies können die Daten 828 Informationen, die ausreichend sind, um die relevanten Informationen, wie z. B. Zahlen, Beschreibungstext, proprietäre Codes, Zeiger, Verweise auf Daten, die in anderen Speichern (einschließlich anderer Netzorte) gespeichert sind, zu identifizieren, oder Informationen, die durch eine Funktion verwendet werden, um die relevanten Daten zu berechnen, umfassen.
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In einem Beispiel kann die Computervorrichtung 810 ein autonomes Kabelinspektions-Computersystem sein, das in das System 800, wie z. B. ein UAV, das einen Robotererweiterungsarm und einen Endeffektor aufweist, aufgenommen ist. Die Computervorrichtung kann imstande sein, mit verschiedenen Komponenten des Systems autonom oder ohne eine kontinuierliche Eingabe von einer menschlichen Bedienungsperson zu kommunizieren. Die Computervorrichtung 810 kann z. B. mit verschiedenen Komponenten 870-880 des Systems 800 in Verbindung stehen, die gemäß den Anweisungen 826 des Speichers 824 in einem autonomen Modus arbeiten, der keine kontinuierliche oder periodische Eingabe von einer Bedienungsperson erfordert oder benötigt. Obwohl diese Systeme als außerhalb der Computervorrichtung 810 gezeigt sind, können in anderen Beispielen diese Systeme außerdem in die Computervorrichtung 810 aufgenommen sein.
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Die Anweisungen 826 können ausgeführt werden, um verschiedene Kabelinspektionsoperationen unter Verwendung einer oder mehrerer der Komponenten 870-880 oder anderer nicht gezeigter Komponenten auszuführen. Das UAV-Navigationssystem 870 kann z. B. ein GPS oder ein anderes System enthalten, das das UAV zu einer Strecke des Kabels, die zu inspizieren ist, führt. Das Positionierungssystem 872 kann angewiesen werden, auf eine durch das Wahrnehmungssystem 876, das eine oder mehrere Kameras, einen oder mehrere Sensoren usw. enthalten kann, bereitgestellte Rückkopplung zu reagieren. Das Positionierungssystem 872 kann z. B. einen oder mehrere Motoren oder andere Vorrichtungen enthalten, die verwendet werden, um die Positionierung des UAV, des Erweiterungsarms und/oder des Endeffektors zu steuern. Da das Wahrnehmungssystem 876 die Daten hinsichtlich einer Nähe des Kabels zu dem Endeffektor bereitstellt, kann das Positionierungssystem 872 eine Position eines oder mehrerer des UAV, des Arms oder des Endeffektors einstellen, um eine Position aufrechtzuerhalten, an der der Endeffektor das Kabel in unmittelbarer Nähe wenigstens teilweise umgibt. Das Beleuchtungssystem 874 kann eine oder mehrere LEDs oder andere Vorrichtungen enthalten. Das Beleuchtungssystem 874 kann angewiesen werden, ein Kabel, das inspiziert wird, jedes Mal, wenn sich das UAV innerhalb eines vorgegebenen Abstands von dem Kabel befindet, zu beleuchten, wenn die Umgebungsbedingungen, wie z. B. das natürliche Licht, unzureichend sind oder unter irgendwelchen anderen Umständen. In dieser Hinsicht kann das Beleuchtungssystem 874 außerdem auf eine Eingabe von dem Wahrnehmungssystem 876, wie z. B. eine Rückkopplung von Licht- oder Annäherungssensoren, reagieren. Ähnlich können die Reinigungskomponenten 878 außerdem auf eine Rückkopplung von dem Wahrnehmungssystem 876 reagieren. Der eine oder die mehreren Prozessoren 822 können z. B. basierend auf den durch das Wahrnehmungssystem 876 aufgenommenen Bildern bestimmen, dass das inspizierte Kabel schmutzig ist. Da Schmutz als solcher Informationen, wie z. B. die auf den Kabelmantel gedruckten Herstellerinformationen, versperren kann, können die Reinigungskomponenten 878 angewiesen werden, Wasser oder Luft zu versprühen oder irgendeine andere Operation auszuführen, um die Ablagerungen zu entfernen. Das Leistungssystem 800 kann z. B. eine Batterie enthalten, um das System 800 mit Energie zu versorgen.
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Während die Komponenten 870-880 oben bezüglich eines Beispiels eines autonomen Kabelinspektionsmodus beschrieben worden sind, sollte erkannt werden, dass die Komponenten außerdem in Reaktion auf eine Eingabe einer Bedienungsperson oder andere Anweisungen arbeiten können. Die Computervorrichtung 810 kann z. B. die Informationen durch einen Sender/Empfänger 830 einer entfernten Computervorrichtung, wie z. B. einer Steuereinheit der Bedienungsperson, bereitstellen. Gleichermaßen kann die Computervorrichtung 810 Anweisungen von der entfernten Steuereinheit der Bedienungsperson empfangen. In anderen Beispielen kann das System 800 in einem autonomen Kabelinspektionsmodus arbeiten, aber dennoch einer entfernten Computervorrichtung unter Verwendung des Senders/Empfängers 830 eine Rückkopplung bereitstellen.
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9 veranschaulicht ein beispielhaftes System 900, in dem das UAV und das Kabelinspektionssystem 800 mit anderen Vorrichtungen kommunizieren. Die UAV-Inspektionssysteme 800, 800A können z. B. jedes mit einer entfernten Computervorrichtung 920, 930 über drahtlose Kommunikationsverfahren, wie z. B. Bluetooth, Hochfrequenzsignale oder dergleichen, kommunizieren. Die entfernten Computervorrichtungen 920, 930 können z. B. Mobilvorrichtungen, wie z. B. PDAs, Laptops, Netbooks, Tablet-Computervorrichtungen, Datenhelme usw., oder Desktop-Vorrichtungen sein. Jede entfernte Computervorrichtung 920, 930 kann z. B. einen Prozessor, einen Speicher, eine Anzeige, eine Anwendereingabe, Kommunikationskomponenten usw. enthalten. Die entfernte Computervorrichtung 920, 930 kann eine Rückkopplung von den UAV-Systemen 800, 800A empfangen, wie oben beschrieben worden ist, wie z. B. 360-Grad-Bilder der Freileitungskabel. Die entfernten Computervorrichtungen 920, 930 können ferner den UAV-Systemen 800, 800A Anweisungen bereitstellen, wie z. B. wohin zu gehen ist oder die bezüglich eines speziellen Kabels auszuführenden Operationen.
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In diesem Beispiel sind die entfernten Computervorrichtungen 920, 930 durch ein Netz 940 an einen zentralisierten Server 910 und ein Speichersystem 950 gekoppelt. Der Server 910 kann die Informationen von einer Anzahl von UAV-Systemen sammeln und derartige Informationen verwenden, um den Betrieb der UAV-Systeme zu verbessern. Die von jedem UAV-System aufgenommenen 360-Grad-Bilder können z. B. in dem Speichersystem 950 gespeichert werden. Die Objekte in den Bildern, wie z. B. die Typen der Beschädigung, können unter Verwendung irgendeiner Anzahl von Techniken identifiziert werden, wobei eine Angabe derartiger Objekte in Verbindung mit den Bildern gespeichert werden kann. Auf derartige Informationen kann durch die UAV-Systeme 800, 800A beim Inspizieren eines Kabels, beim Bewerten einer Beschädigung und potentiell beim Reparieren der Beschädigung zugegriffen werden.
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Während in dem Beispiel nach 9 gezeigt ist, dass die Systeme 800, 800A durch die entfernten Computervorrichtungen 920, 930 mit dem Netz 940 verbunden sind, sollte erkannt werden, dass in anderen Beispielen die Systeme 800, 800A direkt mit dem Netz 940 verbunden sein können. Das Netz 940 und die dazwischenliegenden Knoten können verschiedene Konfigurationen und Protokolle einschließlich des Internets, des World Wide Webs, Intranetzen, virtuellen privaten Netzen, Weitbereichsnetzen, lokalen Netzen, privaten Netzen unter Verwendung von Kommunikationsprotokollen, die für ein oder mehrere Unternehmen proprietär sind, Ethernet, WiFi (z. B. 802.11, 802.11 b, g, n oder anderer derartiger Standards), HTTP und verschiedener Kombinationen aus dem Vorhergehenden enthalten. Eine derartige Kommunikation kann durch eine Vorrichtung, die Daten zu und von anderen Computern übertragen kann, wie z. B. Modems (Einwahl, Kabel oder Faseroptik) und drahtlose Schnittstellen, gefördert werden.
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Obwohl bestimmte Vorteile erhalten werden, wenn Informationen gesendet oder empfangen werden, wie oben angegeben worden ist, sind andere Aspekte des hier offenbarten Gegenstands nicht auf eine spezielle Weise der Übertragung von Informationen eingeschränkt. In einigen Aspekten können die Informationen z. B. über ein Medium, wie z. B. eine Platte, ein Band oder einen CD-ROM, gesendet werden.
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Beispielhafte Verfahren
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10 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 1000 zum Inspizieren eines Freileitungskabels gemäß den Aspekten der Offenbarung. Das Verfahren kann z. B. mit einem UAV ausgeführt werden, das einen Endeffektor enthält, der über einen gelenkigen Arm an es gekoppelt ist. Während die Abschnitte des Verfahrens im Folgenden in einer speziellen Reihenfolge erörtert werden, sollte erkannt werden, dass diese Abschnitte in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden können. Ähnlich können die Operationen gleichzeitig ausgeführt werden, können einige Operationen weggelassen werden und können andere Operationen hinzugefügt werden.
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Im Block 1010 wird eine Sensorrückkopplung an einem oder mehreren Prozessoren empfangen. Die Sensoren, die die Rückkopplung bereitstellen, sind an einem Endeffektor positioniert, der über einen gelenkigen Arm an ein UAV gekoppelt ist. Die Sensoren können z. B. Annäherungssensors, Lichtsensoren, Wärmesensoren, Strahlungssensoren, akustische Umsetzer oder irgendeinen anderen Typ von Sensoren enthalten. In einem Beispiel können die Sensoren kontinuierlich eine Rückkopplung bereitstellen, selbst wenn andere Funktionen ausgeführt werden.
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Im Block 1015 wird eine Position des Endeffektors bezüglich des Freileitungskabels, das inspiziert wird, bestimmt. Die Positionierung wird unter Verwendung wenigstens der empfangenen Rückkopplung bestimmt.
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Im Block 1020 wird bestimmt, ob sich der Endeffektor innerhalb eines vorgegebenen Abstands von dem Kabel befindet. Ein Abstand zwischen einem äußeren Umfang des Kabels und einer Innenfläche des Endeffektors kann z. B. an einem oder mehreren Punkten gemessen werden. Dieser Abstand kann mit einem vorgegebenen Bereich, wie z. B. 10 mm-100 mm, verglichen werden, um zu bestimmen, ob der Endeffektor das Kabel wenigstens teilweise umgibt oder ob er sich zu nah oder zu weit entfernt befindet.
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Falls bestimmt wird, dass sich der Endeffektor nicht innerhalb des vorgegebenen Abstands befindet, wird im Block 1025 die Positionierung eingestellt. Es kann z. B. eine Position des Endeffektors, des Arms, des UAV oder irgendeine Kombination aus diesen eingestellt werden. Dann kann das Verfahren 1000 zum Block 1010 zurückkehren.
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Falls jedoch bestimmt wird, dass sich der Endeffektor innerhalb eines geeigneten Abstands von dem Kabel befindet, so dass der Endeffektor das Kabel wenigstens teilweise umgibt und sich in unmittelbarer Nähe befindet, geht das Verfahren zum Block 1030 weiter. Hier werden die unter Verwendung der Bildaufnahmevorrichtungen an dem Endeffektor aufgenommenen 360-Grad-Bilder empfangen. Diese Bilder können analysiert und gespeichert werden.
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Im Block 1035 werden die empfangenen Bilder verwendet, um einen Zustand des Freileitungskabels zu detektieren. Die Bilder können z. B. verwendet werden, um eine Beschädigung an dem Freileitungskabel zu identifizieren. Eine derartige Detektion kann Objekterkennungstechniken, Bildvergleichstechniken oder irgendeine Anzahl anderer Techniken enthalten.
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Im Block 1040 kann bestimmt werden, ob eine Ansicht des Kabels durch Ablagerungen versperrt ist. Diese Bestimmung kann auf der Analyse der 360-Grad-Bilder oder anderer von den Sensoren empfangener Informationen basieren.
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Falls die Ansicht des Kabels durch Ablagerungen versperrt ist, kann das Kabel im Block 1045 gereinigt werden. Der Endeffektor kann z. B. Reinigungskomponenten, wie z. B. komprimierte Luft oder Wassernebel, enthalten, die aktiviert werden können, um die Ablagerungen zu beseitigen. Gemäß einem Beispiel können die Reinigungskomponenten eine vorgegebene Menge von Luft oder Wasser vor dem Überprüfen der folgenden Bilder abgeben, wobei sie diesen Abgabe- und Überprüfungszyklus fortsetzen können, bis das Kabel sauber ist oder bis eine vorgegebene Anzahl von Zyklen ausgeführt worden ist.
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Beispielhafte Implementierungen
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Der hier beschriebene Gegenstand kann in irgendeiner von einer Anzahl verschiedener Situationen verwendet werden. Als ein Beispiel kann das oben beschriebene Luftinspektionssystem beim Reagieren auf Dienstunterbrechungsereignisse des Liniennetzes (OSP-Netzes) (Schicht 1) verwendet werden. Die Vorrichtung kann mit Unterstützung proprietärer Netzausfall-Überwachungssysteme und geographischer Informationssysteme (GIS) der Netzinfrastruktur schnell von einer sicheren Basiseinrichtung zu dem betroffenen Bereich geschickt werden. Das autonome Kabelinspektionssystem ermöglicht, dass das Personal des Betriebszentrums die Situation schnell bewertet, das Niveau des Netzschadens identifiziert und die geeigneten Betriebsmittel schickt. Das Luftinspektionssystem kann programmiert sein, um in Reaktion auf vorgegebene Ereignisse, wie z. B. die Detektion eines geringen Batteriepegels, einer Notwendigkeit für Reparaturen oder des Abschlusses einer spezifizierten Aufgabe, zur Wartung und zum Laden zu der Basiseinrichtung automatisch zurückzukehren.
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Bei einem direkten Flugweg zu dem Ausfallbereich kann das UAV weit vor irgendeinem Techniker, der sich nicht bereits in dem Ausfallbereich befindet und durch den Straßendurchgangsverkehr pendeln muss, an dem Ort ankommen. Dies ermöglicht es dem Inspektionssystem zusammen mit dem Personal des Betriebszentrums, das Suchen nach irgendeiner physischen Beschädigung an den Freileitungskabeln des Netzes zu beginnen.
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Falls entdeckt wird, dass das Netzereignis durch einen Unfall verursacht worden ist, wie z. B. einen Leitungsmast, an den ein Fahrzeug aufgeprallt ist, die Freileitungskabel, auf die ein Kran aufgetroffen ist, usw., und es Personenschäden geben kann, könnten die geeigneten Notdienste durch das UAV sofort benachrichtigt werden.
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Beim Ankommen an dem Schauplatz kann der Techniker die Steuerung des UAV-Inspektionssystems übernehmen und, falls gewünscht, seine Handlungen leiten, um die nächsten Schritte in dem Prozess der Störungssuche und -beseitigung zu bestimmen. Mit den Echtzeit-Inspektionsdaten, die schlüssige Schadensergebnisse angeben, könnte der Techniker das Ausführen der notwendigen Netzreparaturen beginnen, während das UAV-Inspektionssystem zu seiner Basiseinrichtung zurückkehrt. Alternativ könnte das UAV-Inspektionssystem außerdem in einem halbautonomen Modus durch einen Techniker für die Wiederherstellung nach einem Ausfall vor Ort eingesetzt werden, um das Lokalisieren einer schwierig zu findenden physischen Beschädigung an den Freileitungskabeln zu unterstützen.
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Als eine weitere beispielhafte Implementierung kann das UAV-Inspektionssystem für autonome Wartungsinspektionen, wie z. B. das Begutachten und Untersuchen von Meilen des Freileitungskabels, verwendet werden. Die autonomen Wartungsinspektionen können z. B. durch eine regionale Bedienungsperson oder in einem halbautonomen Modus durch eine Bedienungsperson vor Ort, die Sichtlinien-Befehle bereitstellt, ausgeführt werden.
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Während eine Inspektion der Freileitungskabel ausgeführt wird, kann das Inspektionssystem Faseroptikkabel über spezielle QR-Code-Schilder oder -Etiketten identifizieren. Die Endeffektor-Sensoren können eine sehr ausführliche Untersuchung des Zustands des äußeren Kabelmantels bereitstellen und verschiedene Typen der Beschädigung, wie z. B. eine Beschädigung durch Eichhörnchen, Vandalismus usw., unterscheiden.
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Zusätzlich können während des Inspizierens bezüglich Beschädigungen irgendwelche gedruckten Informationen, wie z. B. Längentickmarkierungen, Herstellerinformationen, die Losnummer usw., auf dem äußeren Mantel mit einer Technik der optischen Zeichenerkennung (OCR-Technik) gelesen und in einer Netzdatenbank aufgezeichnet werden. Die Luftlagerorte und -mengen können genau identifiziert werden.
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Wenn es nicht anders dargelegt ist, sind die vorhergehenden alternativen Beispiele nicht wechselseitig ausschließend, sondern sie können in verschiedenen Kombinationen implementiert sein, um eindeutige Vorteile zu erreichen. Da diese und andere Variationen und Kombinationen der oben erörterten Merkmale verwendet werden können, ohne von dem durch die Ansprüche definierten Gegenstand abzuweichen, sollte die vorangehende Beschreibung der Ausführungsformen zur Veranschaulichung anstatt zur Einschränkung des durch die Ansprüche definierten Gegenstands ausgelegt werden. Zusätzlich sollte sowohl die Bereitstellung der hier beschriebenen Beispiele als auch der Klauseln, die als „wie z. B.“, „enthaltend“ und dergleichen ausgedrückt sind, nicht als den Gegenstand der Ansprüche auf die spezifischen Beispiele einschränkend interpretiert werden; stattdessen sind die Beispiele vorgesehen, nur eine von vielen möglichen Ausführungsform zu veranschaulichen. Die Beispiele und anderen Anordnungen können entworfen werden, ohne vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang des durch die beigefügten Ansprüche definierten Gegenstands abzuweichen. Ferner können die gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen die gleichen oder ähnliche Elemente identifizieren.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Luftinspektionssystem
- 110
- UAV
- 120
- Arm
- 278
- Blende
- 332
- Leuchten
- 404
- Kabelbündel
- 455
- Erweiterungen
- 480
- Sensoren/Komponenten
- 492
- Innenfläche
- 810
- Computervorrichtung
- 822
- Prozessoren
- 824
- Speicher
- 826
- Anweisungen
- 828
- Daten
- 830
- Sender/Empfänger
- 870
- UAV-Navigationssystem
- 872
- Positionierungssystem
- 874
- Beleuchtungssystem
- 876
- Wahrnehmungssystem
- 900
- System
- 910
- Server
- 940
- Netz
- 950
- Speichersystem
- 1000
- Verfahren
- 122, 124, 126, 463-465, 467-469
- Segment
- 132, 134, 136, 236, 473, 477
- Gelenk
- 142, 152, 252, 262, 272
- Basisplatte
- 150, 450, 750
- Endeffektor
- 154, 254, 264, 266, 274, 276, 452-454, 753, 754
- Zunge
- 312, 314
- Bildaufnahmevorrichtung
- 322
- Sensoren
- 342, 344, 878
- Reinigungskomponenten
- 410-416, 504, 506, 604
- Kabel
- 457, 458
- Anhang
- 502
- Leitungsmast
- 712, 714
- Klinken
- 800, 800A
- UAV-Inspektionssysteme
- 920, 930
- Computervorrichtung
