JP2020191026A - 巡視点検システム - Google Patents

Abstract

【課題】変電所の変圧器や遮断器などの大型設備を高所から撮影し点検する際の安全性および撮影地点の自由度の向上を図る。【解決手段】対象設備２の巡視点検を行うシステム１は、対象設備２の監視地点に移動自在な巡視点検ロボット３と、巡視点検ロボット３に浮上自在に搭載されて対象設備２を撮影する浮遊型撮影装置４とを備える。この巡視点検ロボット３の上面には伸縮自在な誘導ポール６が立設され、浮遊型撮影装置４には誘導ポール６が挿通される誘導孔が形成されている。この誘導ポール６に浮遊型撮影装置４の浮上がガイドされている。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば変電所設備などの点検対象について巡視点検を行うシステムであって、特に浮遊型撮影装置を搭載した巡視点検システムに関する。

移動ロボットを用いて各種設備を点検する方法としては、特許文献１，２が公知となっている。特許文献１の方法では、カメラを搭載したロボットを遠隔から操作することで作業者が出入りし難い天井裏や床下を撮影して点検を行う。

特許文献２では、製造業の生産設備の検査業務を行う自動式検査装置に画像処理用のＣＣＤカメラなどを設置し、ＧＰＳやＳＬＡＭなどの技術を用いて誘導して検査を行っている。

また、高所から設備の外観を撮影する方法にドローンを応用して空撮する方法として特許文献３が公知となっている。特許文献３は、ドローンを運用する際の安全性を高める方法に関し、二本の柱で設置したガイドラインと呼ばれるワーヤーにドローンを物理的に吊り下げることでドローンの異常発生時の落下防止を図っている。

特開２０１８−３９０７５号公報 特許第６０１１５６２号公報 特許第６１４３３１１号公報 特開昭６３−２８４３７６号公報 特開昭６４−４９７６４号公報 特開昭６４−９０６０４号公報

特許文献１，２の方法は、天井裏や床下の撮影には向いているものの、変電所の変圧器や遮断器のような大型設備を高所から撮影して点検する用途に向かないおそれがある。

また、特許文献３の方法は、変電所の変圧器や遮断器などのような大型設備を上空から撮影可能なものの、１台のドローンではガイドラインを張設した区画内しか撮影できず、撮影地点の自由度に欠けるおそれがある。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、例えば変電所の変圧器や遮断器などの大型設備を高所から撮影し点検する際の安全性および撮影地点の自由度を向上させることを解決課題としている。

（１）本発明は、点検対象の巡視点検を行うシステムであって、
前記点検対象の監視地点に移動自在な巡視装置と、
前記巡視装置に浮上自在に搭載され、かつ前記対象設備を撮影する浮遊型撮影装置と、を備え、
前記巡視装置の上面には伸縮自在な誘導ポールが立設され、
前記浮遊型撮影装置には前記誘導ポールが挿通される誘導孔が形成され、
前記浮遊型撮影装置の浮上・降下が、前記誘導ポールにガイドされることを特徴としている。

（２）本発明の一態様は、前記浮遊型撮影装置を前記誘導孔が前記誘導ポールに接触しないように制御する。

（３）本発明の他の態様は、前記誘導孔の内周面に複数の近接距離センサを周方向の９０度毎の上下位置にそれぞれ設置し、
前記各近接距離センサから前記誘導ポールまでの距離を計測し、
前記各距離を事前設定の範囲内に治めることで前記浮遊型撮影装置の姿勢を制御することを特徴としている。

（４）本発明のさらに他の態様は、前記巡視装置の上面または前記浮上型装置の下面のいずれか一方に距離センサを設置することにより、
前記巡視装置から前記浮遊型撮影装置までの高さを計測することを特徴としている。

（５）本発明のさらに他の態様は、前記巡視装置の上面または前記浮上型装置の下面の他方に反射板が設置されていることを特徴としている。

（６）本発明のさらに他の態様は、前記巡視装置・前記浮遊型撮影装置を遠隔操作する端末を備え、
前記端末に設定された目標高度と前記浮遊型撮影装置の高度との高度差が、事前に設定された範囲内に制御されることを特徴としている。

本発明によれば、変電所の変圧器や遮断器などの大型設備を高所から撮影し点検する際の安全性および撮影地点の自由度を向上させることができる。

実施例１に係る巡視点検システムの撮影状況を示す模式図。 同 浮遊型撮影装置の浮上前の状態を示す巡視点検システムの側面図。 （ａ）は誘導孔に設置した近接距離センサの配置例を示す縦断面図（ｂ）は同横断面図。 （ａ）は浮遊型撮影装置のＸ−Ｚ座標系を示す縦断面図、（ｂ）は同Ｘ−Ｙ座標系を示す横断面図。 浮遊型撮影装置の正常姿勢のＸ−Ｚ座標系（Ｘ−Ｚ平面）を示す縦断面図。 同 異常姿勢のＸ−Ｚ座標系（Ｘ−Ｚ平面）を示す縦断面図。 同 異常姿勢のＹ−Ｚ座標系（Ｙ−Ｚ平面）を示す縦断面図。 同 浮遊型撮影装置の構成図。 同 浮遊姿勢推定部の構成図。 同 姿勢制御の概略図。 実施例２に係る浮遊型撮影装置の高さ計測状況の概略図。 同 高さ制御の概略図。 同 浮遊型撮影装置の構成図。

以下、本発明の実施形態に係る巡視点検システムの一例を実施例１，２に基づき説明する。

≪実施例１≫
図１〜図１０に基づき実施例１の前記巡視点検システムを説明する。ここでは変電所の点検対象となる設備を高所から安全に撮影可能な変電所の前記巡視点検システム１が提供されている。

（１）システムの全体構成
従来の保守点作業では、作業者の目線で変電所設備のメータ類や外観が確認されていた。その際、例えば変圧器や遮断器のような大型設備の上方部は、通常の点検時に作業者が下から見上げて確認できる範囲のみが観察されていたが、より上方から見降ろした状態で鉄塔や電線の碍子などのヒビや汚損状態などを点検したい要望があった。

そこで、前記巡視点検システム１は、図１および図２に示すように、前記要望に応えるため、変電所設備の点検対象２まで移動自在な巡視点検ロボット３と、巡視点検ロボット３上に浮上自在に搭載された浮遊型撮影装置（いわゆるドローン「ｄｒｏｎｅ」）４とを備える。

図１および図２中の巡視点検ロボット３は、電動駆動される車両タイプに構成され、本体装置３ａと４つの車輪３ｂとを備えている。なお、巡視点検ロボット３は、図１および図２の構成に限定されるものではなく、例えば戦車のようなクローラ型の移動台車などでもよい。

このような巡視点検ロボット３によれば、点検対象２の観測地点まで巡視点検ロボット３を移動させた後、監視地点に停止した巡視点検ロボット３から浮遊型撮影装置４を切離して浮上させることができる。これにより浮遊型撮影装置４に搭載されたカメラなどの撮影機材５を用いて変電所設備の点検対象２を高所から撮影可能となる。

ただし、単に浮上させただけでは浮遊型撮影装置４の故障などによって落下した場合に変電所設備を破損したり、配線を切断するなどの重大な事故を発生させるおそれがある。そこで、前記巡視点検システム１は、浮遊型撮影装置１の浮上動作の安全性を確保するため、巡視点検ロボット３の本体装置３ａ上に伸縮自在な軽量のポール（以下、誘導ポールとする。）６を立設する。

これにより浮遊型撮影装置４の矢印Ｐに示す浮上動作・降下動作が誘導ポール６に案内誘導（ガイド）されることとなる。ここでは浮遊型撮影装置４を上下方向に貫通する孔部（以下、誘導孔）７を形成し、導孔７内に誘導ポール６を挿通することで浮遊型撮影装置４の水平方向の可動範囲を限定することもできる。

通常、変電所設備の高さは、「５ｍ」程度なため、変電所設備の上面を撮影して観察するためには「７ｍ」程度の高所に浮遊型撮影装置４を浮上させる必要があり、誘導ポール６の高さは「８ｍ」程度と想定される。

また、誘導ポール６の材質には、巡視点検ロボット３を誘導するための軽量さが要求され、この点でグラスファイバなどの軽量材料が選定されることが好ましい。さらに誘導ポール６を伸縮させる方法としては、特許文献４〜６などに様々な方法が提案され、かかる従来方法を用いて誘導ポール６を伸縮させることができる。

なお、浮遊型撮影装置４を浮上させていない状態では、図２に示すように、誘導ポール６を短く縮め、浮遊型撮影装置４を巡視点検ロボット３の装置本体３ａ上に着地させて図示省略のフックなどで固定する。

（２）浮上動作の制御
図３〜図５に基づき浮遊型撮影装置４の浮上制御を説明する。すなわち、浮遊型撮影装置４が浮上動作している際、誘導孔７の内周面７ａに誘導ポール６の外周面６ａが接触しないように浮遊型撮影装置４の浮上動作を制御する。

浮遊型撮影装置４は、図３（ａ）に示すように、誘導孔７の内周面７ａの上下部分に近接距離センサ９が設置されている。この各近接距離センサ９は、図３（ｂ）に示すように、誘導孔７の周方向の９０度の位置にそれぞれ等間隔に設置され、誘導ポール６の誘導孔７への挿入部分が近接距離センサ９群に囲繞されている。

ここでは（Ａ）各近接センサ９の計測データ（近接距離センサ９から誘導ポール６の外周面６ａまでの距離データ）に基づき浮遊型撮影装置４の現在の姿勢（水平方向の位置と傾き）を推定し、（Ｂ）前記計測データが事前設定の範囲内に治まるように浮遊型撮影装置４の姿勢を制御する。

図４〜図７に基づき各近接距離センサ９の計測データに基づき浮遊型撮影装置４の現在の姿勢を推定する手順を説明する。まず、図４（ａ）（ｂ）に示すように、浮遊型撮影装置４の座標系（以下、浮遊型撮影装置座標系と呼ぶものとする。）を設定する。この浮遊型撮影装置座標系は、工場出荷の時点であらかじめ設定されているものとする。

具体的には各近接距離センサ４間の中央を原点ｏに設定し、原点ｏから上下方向（誘導孔７の軸方向）をＺ軸に設定し、原点ｏから誘導孔７の内周面７ａに向かう方向（誘導孔７の径方向）をＸ軸・Ｙ軸に設定する。このＸ軸とＹ軸とは、図４（ｂ）に示すように、原点ｏからそれぞれ９０度の角度に設定されている。

図５および図６中のｘ１〜ｘ４は「Ｘ−Ｚ」平面に配置された４個の近接距離センサ９を示し、図７中のｙ１〜ｙ４は「Ｙ−Ｚ」平面に配置された４個の近接距離センサ９を示している。ここでは「Ｘ−Ｚ」平面と「Ｙ−Ｚ」平面のそれぞれの姿勢について、姿勢推定計算を行って、水平方向位置と傾きのずれ量を算出する。

図５に基づき前記位置ずれが無い場合の浮遊型撮影装置４の姿勢を説明する。ここでは誘導孔７の中央に誘導ポール６が配置され、巡視点検ロボット３と平行な姿勢（位置関係）に保たれ、各近接距離センサ９（ｘ１〜ｘ４）によって計測した距離データ「ｄ_x1」，「ｄ_x2」，「ｄ_x3」，「ｄ_x4」はそれぞれ略均等の距離を保ち、傾きも生じない。なお、図５中の「Ｌ₁」は近接距離センサ９間の水平方向の間隔を示し、「Ｌ₂」は近接距離センサ９間の上下方向（垂直方向）の間隔を示している。

図６は、浮遊型撮影装置４の「Ｘ−Ｙ」平面の姿勢に水平方向のずれと傾きとが発生した状態を示している。図６中の「Δｘ」は水平方向のずれ量を示し、「θ_x」は傾きのずれ量を示している。ここでは各近接距離センサ９により計測した距離データ「ｄ_x1」，「ｄ_x2」，「ｄ_x3」，「ｄ_x4」は均等ではなく、距離データ「ｄ_x1」，「ｄ_x2」，「ｄ_x3」，「ｄ_x4」の組み合わせに基づき式（１）の姿勢推定計算を行って前記各ずれ量を算出する。

図７は、浮遊型撮影装置４の「Ｙ−Ｚ」平面の姿勢に平方向のずれと傾きが発生した状態を示している。図７中の「Δｙ」は水平方向のずれ量を示し、「θ_y」は傾きのずれ量を示している。ここでは各近接距離センサ９により計測した距離データ「ｄ_y1」，「ｄ_y2」，「ｄ_y3」，「ｄ_y4」は、「Ｘ−Ｙ」平面と同じく均等ではなく、距離データ「ｄ_y1」，「ｄ_y2」，「ｄ_y3」，「ｄ_y4」の組み合わせに基づき式（２）の姿勢推定計算を行って前記各ずれ量を算出する。

（３）浮遊型撮影装置の構成例
図８および図９に基づき浮遊型撮影装置４の構成例（制御ブロック）を説明する。ここでは浮遊型撮影装置４の制御ブロックは、主にコンピュータにより構成され、図８に示すように、各近接距離センサ９の検出データに基づき現在の姿勢を推定する浮遊姿勢推定部１０と、浮遊姿勢推定部１０の推定結果に基づき姿勢制御を実行する浮遊制御部１１と、浮遊制御部１１の出力信号（回転数の指令値）に応じてプロペラ４ａの駆動モータを回転させるプロペラ駆動モータドライバ１３とを備える。

浮遊姿勢推定部１０は、図９に示すように、浮遊型撮影装置４への入力情報を保存するメモリ装置１４と、メモリ装置（ＲＡＭ）１４の保存情報に基づき「Ｘ−Ｚ」平面および「Ｙ−Ｚ」平面の浮遊型撮影装置の姿勢を推定する両姿勢推定部１５，１６と、両姿勢推定部１５，１６の推定結果を浮遊制御部１１に出力する姿勢推定結果出力部１７とを備える。

このメモリ装置１４には、あらかじめ姿勢推定に必要となる情報、即ち誘導ポール６の外径データ・誘導孔７の内径データ・間隔「Ｌ₁」のデータ・間隔「Ｌ₂」のデータなどの各種パラメータが入力されて保存されている。また、メモリ装置１４には、近接距離センサ９の計測データ（距離データ「ｄ_x1」，「ｄ_x2」，「ｄ_x3」，「ｄ_x4」，「ｄ_y1」，「ｄ_y2」，「ｄ_y3」，「ｄ_y4」）が逐次入力され、現在の前記計測データを一時保存する。

「Ｘ−Ｚ」平面姿勢推定部１５は、前記各種パラメータと前記距離データ「ｄ_x1」，「ｄ_x2」，「ｄ_x3」，「ｄ_x4」とを入力とし、式（１）の姿勢推定計算を行って「Ｘ−Ｚ」平面の「位置ずれ量Δｘ」および「傾きずれ量θｘ」を算出し、算出結果をメモリ装置１４に一時保存する。

「Ｙ−Ｚ」平面姿勢推定部１６は、前記各種パラメータと前記距離データ「ｄ_y1」，「ｄ_y2」，「ｄ_y3」，「ｄ_y4」とを入力とし、式（２）の恣意性推定計算を行って「Ｙ−Ｚ」平面の「位置ずれ量Δｙ」および「傾きずれ量θｙ」を算出し、算出結果をメモリ装置１４に一時保存する。

姿勢推定結果出力部１７は、メモリ装置１４に一時保存された「位置ずれ量Δｘ，Δｙ」および「傾きずれ量θｘ，θｙ」の情報を読み出し、読み出した情報を浮遊制御部１１に出力する。

浮遊制御部１１は、姿勢推定結果出力部１７の出力した「位置ずれ量Δｘ，Δｙ」および「傾きずれ量θｘ，θｙ」の情報が入力され、浮遊型撮影装置４の水平方向位置と傾きとを自動制御する。制御の手法としては、前記駆動モータの回転数の指令値を、距離データ「ｄ_x1〜ｄ_x4，ｄ_y1〜ｄ_y4」のそれぞれが事前設定の範囲内に治まる値に制御する。

したがって、距離データ「ｄ_x1〜ｄ_x4，ｄ_y1〜ｄ_y4」が略均等に調整され、式（１）（２）中の「θｘ」・「θｙ」・「Δｘ」・「Δｙ」が「０」に近似する。その結果、図１０（ａ）に示す浮遊型撮影装置４の姿勢に水平方向位置および傾きの制御が施され、図１０（ｂ）に示す浮遊型撮影装置４の姿勢に修正される。このとき浮遊型撮影装置４の高度や撮影機材５の向きなどは、遠隔操作端末２５（図１２参照）の操作により指定することができる。

このような前記巡視点検システム１によれば、巡視点検ロボット３に搭載された浮遊型撮影装置４の水平方向の可動範囲が誘導ポール６に限定される。したがって、浮遊型撮影装置４が故障により落下した場合などに変電所設備を破線・配線切断などの事故を発生させるおそれがなく、変電所設備を高所から安全に撮影することが可能となる。

また、浮遊型撮影装置４の姿勢が自動的に制御されるため、点検対象２を撮影が容易であり、撮影ミスを低減することもできる。さらに巡視点検ロボット３により点検地点を自由に移動して選択することが可能なため、変電所内に巡視点検システム１を現場に１セット用意すればよく、この点でコストの低減に貢献できる。

≪実施例２≫
図１１中の２１は、実施例２の前記巡視点検システムを示している。前記巡視点検システム２１では、実施例１の前記巡視点検システム１に浮遊型撮影装置４の高度（高さ）を制御する機能が追加されている。

前記巡視点検システム２１は、巡視点検ロボット３の平面（上面）３ｂに距離センサ（レーザ距離計）２２が設置されている一方、浮遊型撮影装置４の底面（下面）４ｂにリフレクタ（反射板）２４が設置されている。この距離センサ２２から照射したレーザ光をリフレクタ２４で反射させ、レーザ光の往復に要した時間差に基づき両者３ｂ，４ｂ間の距離Ｄ１を計測する。

計測された距離Ｄ１は、図１２に示すように、巡視点検ロボット３上から浮遊型撮影装置までの高さＬ４とする。この高さＬ４に巡視点検ロボット３の高さＬ５を加えて巡視点検ロボット３の地上からの高度Ｌ３とする。この高度Ｌ３は、巡視点検ロボット３内のメモリ装置（図示省略）に一時的に保存され、浮遊型撮影装置４に無線通信により送信されてメモリ装置１４に一時的に保存される。ここで保存された高度Ｌ３の値は、巡視点検ロボット３や浮遊型撮影装置４を操作する遠隔操作端末（リモコン）２５から閲覧することができる。

この遠隔操作端末２５は、浮遊型撮影装置４の高度Ｌ３を設定することができる。すなわち、遠隔操作端末２５の高さ設定操作部２６を操作することで浮遊型撮影装置４の目標高度が設定され、設定された目標高度が浮遊型撮影装置４にデータ送信される。

ここでは前記目標高度のデータを浮遊型撮影装置４が受信すれば、図１３に示す浮遊高度推定部２７によりメモリ装置１４の現在高度Ｌ３と前記目標高度との差が計算される。この計算結果は、現在高度Ｌと前記目標高度との高度ずれ量と推定されて浮遊制御部１１に出力される。

浮遊制御部１１は前記高度ずれ量が入力され、前記駆動モータの回転数の指令値を前記高度ずれ量が事前設定の範囲内に治まる値に制御する。これにより浮遊型撮影装置４の高度Ｌ３が修正され、高度Ｌ３を前記目標高度に近似させることができる。なお、前記目標高度の設定は、設定操作部２６の操作により解除することができる。

このような実施例２の前記巡視点検システム２１によれば、実施例１の効果に加えて、点検対象２となる変電所設備の監視地点にて毎回の点検時に同じ高さから変電所設備の撮影を行うことも可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲内で変形して実施することができる。例えば浮遊高度推定部２７，浮遊姿勢推定部１０は、浮遊型撮影装置４ではなく巡視点検ロボット３に設けて図示省略の制御コンピュータで処理を実行させてもよい。この場合には巡視点検ロボット３と浮遊型撮影装置４との間を有線／無線の通信でデータ送受信を実行する。

また、距離センサ２２を浮上型撮影装置４の下面４ａに取り付ける一方、リフレクタ２４を巡視点検ロボット３の上面３ｃに取り付けてもよい。この場合も距離センサ２２のレーザ光をリフレクタ２４で反射させて距離Ｄ１を計測することができる。さらにリフレクタ２４を用いることなく、距離センサ２２だけでも浮遊型撮影装置４の下面に反射されたレーザ光により距離Ｄ１を計測することが可能である。

１，２１…巡視点検システム
２…点検対象
３…巡視点検ロボット（巡視装置）
３ａ…本体装置
３ｂ…車輪
３ｃ…上面
４…浮遊型撮影装置
４ａ…プロペラ
４ｂ…下面
５…撮影機材
６…誘導ポール
６ａ…外周面
７…誘導孔
７ａ…内周面
９…近接距離センサ
１０…浮遊姿勢推定部
１１…浮遊制御部
１３…プロペラ駆動モータドライバ
１４…メモリ装置（ＲＡＭ）
１５…Ｘ−Ｚ平面姿勢推定部
１６…Ｙ−Ｚ平面姿勢推定部
１７…姿勢推定結果出力部
２２…距離センサ
２４…リフレクタ（反射板）
２５…遠隔操作端末
２６…高さ設定操作部
２７…浮遊高度推定部

Claims (6)

1. 点検対象の巡視点検を行うシステムであって、
   前記点検対象の監視地点に移動自在な巡視装置と、
   前記巡視装置に浮上自在に搭載され、かつ前記対象設備を撮影する浮遊型撮影装置と、を備え、
   前記巡視装置の上面には伸縮自在な誘導ポールが立設され、
   前記浮遊型撮影装置には前記誘導ポールが挿通される誘導孔が形成され、
   前記浮遊型撮影装置の浮上・降下が、前記誘導ポールにガイドされることを特徴とする巡視点検システム。
2. 前記浮遊型撮影装置は、前記誘導孔が前記誘導ポールに接触しないように制御されている
   ことを特徴とする請求項１記載の巡視点検システム。
3. 前記誘導孔の内周面に複数の近接距離センサを周方向の９０度毎の上下位置にそれぞれ設置し、
   前記各近接距離センサから前記誘導ポールまでの距離を計測し、
   前記各距離を事前設定の範囲内に治めることで前記浮遊型撮影装置の姿勢を制御する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の巡視点検システム。
4. 前記巡視装置の上面または前記浮上型装置の下面のいずれか一方に距離センサを設置することにより、
   前記巡視装置から前記浮遊型撮影装置までの高さを計測することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の巡視点検システム。
5. 前記巡視装置の上面または前記浮上型装置の下面の他方に反射板が設置されていることを特徴とする請求項４記載の巡視点検システム。
6. 前記巡視装置・前記浮遊型撮影装置を遠隔操作する端末を備え、
   前記端末に設定された目標高度と前記浮遊型撮影装置の高度との高度差が、事前に設定された範囲内に制御される
   ことを特徴とする請求項４または５記載の巡視点検システム。

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