JP2024007949A - 無人走行車両およびそれを備えた維持運営自動化システム - Google Patents

Abstract

【課題】設備の維持運営を自動化することが可能な無人走行車両およびそれを備えた維持運営自動化システムを提供する。【解決手段】ＵＧＶ１０は、所定の走行ルートを無人状態で走行することが可能な無人走行車両であって、点検対象物を撮影する撮像部１１と、撮像部１１によって撮影された映像をサーバ装置２０に送信する無線通信部１２と、設備に対して所定の動作をする器具部１４と、器具部１４の動作を制御する制御部１３とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、無人走行車両およびそれを備えた維持運営自動化システムに関し、主として、発電所・変電所などの電力インフラを対象とする技術である。

太陽光発電、変電設備などの社会インフラについては、売電による収益の安定化や電力の安定供給を図るため、定期巡視・点検や発電量低下要因となる雑草の除去など継続的なメンテナンスが必要となる。一方で大規模な太陽光発電施設（以下、メガソーラー）や変電施設は、敷地が広大かつ太陽光パネルの数が膨大などであることからメンテナンスに手間やコストがかかる。特に雑草は、ホットスポットの原因となるだけでなく、小動物の住処となり２次被害を招くおそれがあることなど、メンテナンスに支障をきたす大きな要因となっている（例えば、非特許文献１参照）。

「ソーラー発電施設における雑草対策」、砂押アグリン株式会社、令和４年６月２６日検索、インターネット＜URL： https://www.agrin.co.jp/herbicide.html＞

図１０は、人力による除草、巡視・点検状況の一例を示し、図１１は、人力による除草剤散布状況の一例を示している。図中の符号Ｐは太陽光パネル（以下、パネル）、符号２はパネルＰ間の通路、符号３は除草剤、符号Ｇは雑草を表している。これらの図に示すように、定期巡視・点検や雑草処理に当たっては人海戦術による対応が取られているが、メガソーラー設置地点の特性上、パネルＰ間の幅が狭隘・パネル設置高さが低い等、作業環境が劣悪であり労力を要する。また、雑草処理では、除草剤３の散布により周辺樹木・近隣住民等へ支承を来たす可能性から、除草剤３の散布（図１１参照）を行うことができず、除草（図１０参照）のみにより対応している箇所も存在する。

したがって個別の作業環境・ニーズ等に応じて対応できるよう、定期巡視・点検および雑草処理の自動化など、効率的な対策が求められる。このような対策は、メガソーラーに限らず、変電設備など様々なインフラ（施設）においても同様に必要である。

本発明は、設備の維持運営を自動化することが可能な無人走行車両およびそれを備えた維持運営自動化システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、所定の走行ルートを無人状態で走行することが可能な無人走行車両であって、点検対象物を撮影する撮像部と、前記撮像部によって撮影された映像をサーバ装置に送信する無線通信部と、設備に対して所定の動作をする器具部と、前記器具部の動作を制御する制御部とを備える。

また、本発明の他の一態様は、維持運営自動化システムであって、前記無人走行車両と、前記無人走行車両と通信可能に接続されたサーバ装置とを備え、前記無人走行車両と前記サーバ装置とが連携することで設備の維持運営を自動化するように構成されている。

本発明によれば、設備の維持運営を自動化することが可能な無人走行車両およびそれを備えた維持運営自動化システムを提供することが可能である。

本発明の実施の形態における維持運営自動化システムの全体構成図である。 本発明の実施の形態における維持運営自動化システムの機能ブロック図である。 本発明の実施の形態におけるＵＧＶの外観を示す斜視図である。 本発明の実施の形態におけるＵＧＶのルート設定を説明するための斜視図である。 本発明の実施の形態におけるＵＧＶのルート設定を説明するための平面図である。 本発明の実施の形態におけるＵＧＶが除草剤散布およびカメラ撮影を行っている様子を示す模式図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。 本発明の実施の形態におけるサーバ装置が設備異常を検出した場合に通知される画面の説明図である。 本発明の実施の形態におけるＵＧＶの変形例を示す模式図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。 本発明の実施の形態におけるＵＧＶのアタッチメント・オプションを示す模式図であり、（Ａ）はサーモカメラで取得した映像、（Ｂ）はロボットアーム、（Ｃ）は草刈機、（Ｄ）は散水機である。 人力による除草、巡視・点検状況の一例を示す模式図である。 人力による除草剤散布状況の一例を示す模式図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施の形態はあくまでも例示である。すなわち、以下に説明する実施の形態は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。なお、図面において同一符号を付した部分は、特に断らない限り同一若しくは同様の部分を表す。

［概要］
本発明は、無人走行車両およびそれを備えた維持運営自動化システムに関し、主として、発電所・変電所などの電力インフラを対象とする技術である。以下では、太陽光発電施設（メガソーラー）のメンテナンスを例示して説明するが、本発明は、設備の維持運営を自動化することが必要な様々なインフラ（施設）に適用できる。

［全体構成例］
図１は、本発明の実施の形態における維持運営自動化システム１の全体構成図である。ここでは、太陽光発電施設（メガソーラー）他において、ＵＧＶ（Unmanned Ground Vehicle）１０を用いて除草剤散布・除草および定期巡視・点検を自動化する場合を例示している。

すなわち、この維持運営自動化システム１は、メガソーラー他の維持運営を自動化するためのシステムであって、図１に示すように、ＵＧＶ１０とサーバ装置２０とがネットワークを介して通信可能に接続されている。ＵＧＶ１０は、所定の走行ルートを無人状態で走行することが可能な無人走行車両である。狭隘かつ不陸のある巡視・点検ルートに対応可能なＵＧＶ１０を用い、走行ルートを設定し自走させる。ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems）の衛星１０１を用いた測位と、地上（基準点）に設置された固定局１０２からの補正データとを用いて、ＵＧＶ１０の現在位置を求める。図１では、パネルＰ間の通路２を２台のＵＧＶ１０が走行している場合を例示しているが、ＵＧＶ１０は少なくとも１台あればよい。またＵＧＶ１０は、設定した走行ルートに対しVisual SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）を用いて自己位置を推定し自走させてもよい。

ＵＧＶ１０にはカメラと粒剤散布機を搭載している。ＵＧＶ１０が自走している間、粒剤散布機を用いて走行ルートおよびパネル下部等に除草剤３を自動散布しながら、点検対象物をカメラで撮影し、撮影された映像をサーバ装置２０側のＡＩ（Artificial Intelligence）で自動判定する。ＡＩにより異常（ケーブル落下、パネル変位、基礎沈下、自動判読したメーター値の許容値から外れ、自動判読した油面が下限を下回った等）を検出した場合はその旨を管理者端末２４Ａ等に通知する。図示していないが、人間の五感に相当する情報を検出する五感センサ（赤外線・集音・匂いなど）をＵＧＶ１０に搭載すれば、サーバ装置２０側で映像だけでなく音や匂い等に基づいて異常を検出することもできる。もちろん、このような解析結果を示す画面２４Ｂ，２４Ｃを管理者端末２４Ａ等に表示することも可能である。

以上のように、本発明の実施の形態における維持運営自動化システム１が提供するサービスは、「ＵＧＶ１０を用いた除草・点検サービス」であり、「除草・点検対応の走行式ドローンサービス」と言うこともできる。ここでは除草剤散布を例示したが、五感センサや様々な器具を組み合わせることで、適用場面に応じた様々なサービスを提供することが可能である。

［システム構成例］
図２は、本発明の実施の形態における維持運営自動化システム１の機能ブロック図である。この図では位置制御の説明のため衛星１０１も描いている。以下、図２を用いて維持運営自動化システム１の構成を更に詳しく説明する。

図２に示すように、ＵＧＶ１０は、所定の走行ルートを無人状態で走行することが可能な無人走行車両であって、機能的には、撮像部１１と、無線通信部１２と、制御部１３と、器具部１４と、機構部１５と、位置移動局部１６とを備える。撮像部１１は、点検対象物を撮影するカメラ１１である。点検対象物は主に設備であるが、何を点検するかは特に限定されるものではない。無線通信部１２は、外部装置と無線通信するための機能部であり、衛星１０１等との間で信号を送受信する測位用アンテナや、サーバ装置２０等との間で信号を送受信する無線通信用アンテナを含む。制御部１３は、ＵＧＶ１０の各種制御を司るコントローラ等であり、コントローラには予め走行ルートが設定される。器具部１４は、設備に対して所定の動作をする機能部であり、制御部１３からの制御信号に基づいて駆動される粒剤散布機等である。位置移動局部１６は、測位用アンテナで測定した衛星測位情報と固定局１０２からの補正データとを用いて移動局（ＵＧＶ１０）の現在位置を求める機能部である。機構部１５は、車両として走行するために必要な機構（タイヤ、各種アクチュエータ等）である。その他、五感センサなどを備えてもよいことは上記した通りである。

一方、サーバ装置２０は、ＵＧＶ１０と通信可能に接続されたコンピュータであって、機能的には、通信部２１と、解析・算出部２２と、記憶部２３と、表示部２４とを備える。通信部２１は、外部装置と通信するための機能部であり、ＵＧＶ１０等との間で信号を送受信する通信インターフェイス等である。解析・算出部２２は、通信部２１によって受信された信号を解析し、各種演算を行うプロセッサ等であり、解析等にはＡＩを用いてもよい。記憶部２３は、各種データを記憶する不揮発性メモリ等であり、解析・算出部２２の解析結果や算出結果を記憶する。表示部２４は、各種データを表示するモニター等であり、記憶部２３に記憶された解析結果や算出結果を表示する。もちろん、このようなサーバ装置２０の各機能部は、複数台のコンピュータに分散されていてもよい。例えば、表示部２４は、サーバ装置２０と通信可能に接続された管理者端末２４Ａと考えることもできる。

［ＵＧＶ］
図３は、本発明の実施の形態におけるＵＧＶ１０の外観を示す斜視図である。以下、図３を用いてＵＧＶ１０の構成を更に詳しく説明する。なお、以下の説明では、ＵＧＶ１０について前後左右をいう場合は、図中に示す矢印を基準に考えるものとする。

図３に示すように、後輪１５ｂの上部に粒剤散布機１４が設けられ、その上部に除草剤３の容器１４ｃが設けられている。容器１４ｃから粒剤散布機１４に除草剤３が投入され、粒剤散布機１４内部の羽が回転すると、羽の遠心力により除草剤３が均一に散布口１４ａから散布される。散布口１４ａには、除草剤３の散布方向を制限するガード１４ｂが設けられている。除草剤３の散布方向は適宜変更することが可能であるが、ここではＵＧＶ本体の後方および左側に除草剤３が散布される場合を例示している。ＵＧＶ本体の略中央からポール１１ａを立ち上げ、その上端にカメラ１１が取り付けられている。カメラ１１の撮影方向も適宜変更することが可能であるが、ここではＵＧＶ本体の左側が撮影される場合を例示している。もちろん、ポール１１ａの位置や高さも変更可能となっている。前輪１５ａ付近に設けられたボックス１７にはバッテリーや通信機器（無線通信部１２に対応）などが収納されている。粒剤散布機１４の下方に設けられた仕切り板１８の下の空間には制御機器（制御部１３に対応）などを収納することができる。図示していないが、ＵＧＶ本体の前端１０ａおよび／または後端１０ｂ付近に五感センサを設けてもよい。その他、ＵＧＶ１０は車両として走行するために必要な機構を備えるが、これらは本発明の主眼とするところではないため、詳しい説明を省略する。

［ルート設定］
図４は、本発明の実施の形態におけるＵＧＶ１０のルート設定を説明するための斜視図である。ここでは、ＵＧＶ１０が手前から奥へ自走し、折り返して手前まで戻り、更に折り返して奥へ自走する様子を矢印で示している。図４に示すように、パネルＰ間の幅は狭隘であり、パネルＰの設置高さは低い。このようなパネルＰ間の通路２を自走させるには、ＵＧＶ１０の現在位置を精度よく求めることが必要である。本実施の形態では、基準点と観測点という２つのポイントを同時に観測する測位方法（ＲＴＫ－ＧＮＳＳ）を用いているため、数センチメートル程度の誤差でＵＧＶ１０を自走させることが可能である。

図５は、本発明の実施の形態におけるＵＧＶ１０のルート設定を説明するための平面図である。例えば、図５に示すように、ＵＧＶ１０は、通路２ａを走行するときには、後端１０ｂを進行方向に向けてバック走行し、パネル列Ｐ_１２～Ｐ_２２の下部に除草剤３を散布しながら、パネル列Ｐ_１２～Ｐ_２２をカメラ１１で撮影する。通路２ａを走行し終えると、横に移動して通路２ｂを走行する。通路２ｂを走行するときには、前端１０ａを進行方向に向けて前進走行し、パネル列Ｐ_３３～Ｐ_２３の下部に除草剤３を散布しながら、パネル列Ｐ_３３～Ｐ_２３をカメラ１１で撮影する。通路２ｂを走行し終えると、図中の星印の地点で除草剤３の補充とバッテリー交換を行う。以降の通路２ｃ，通路２ｄについても同様、通路２ごとに前進走行とバック走行とを切り替える。このようにすれば、ＵＧＶ１０が複数段の通路２を走行する場合、どの通路２を走行するときでも同一方向を向くことになる。そのため、カメラ１１の撮影方向および除草剤３の散布方向を固定したまま、全ての通路２について定期巡視・点検および雑草処理の自動化を図ることが可能である。

なお、このルート設定はあくまで例示である。例えば、図４や図５に示されていないエリアにも雑草が生える場合はそのエリアを走行ルートに設定してもよい。また、図中の星印の地点で除草剤３の補充とバッテリー交換を行うこととしているが、これらの作業は、エリア全体の除草剤散布・状況監視を行うことができれば、どの地点で行ってもよい。

［除草剤散布・カメラ撮影］
図６は、本発明の実施の形態におけるＵＧＶ１０が除草剤散布およびカメラ撮影を行っている様子を示す模式図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。効率よく日差しを受ける角度で多数のパネルＰを配列するため、図６に示すように、パネルＰを支える架台３１と、この架台３１を支える基礎部分３２とで支持構造体３０を構成している。基礎部分３２は低い位置にあるため、傾斜したパネルＰの低い側から除草剤散布・カメラ撮影を行うと、除草剤３がパネルＰにかかる恐れがあり、またパネル下部を広範囲に撮影できない。そこで、図６に示すように、傾斜したパネルＰの高い側から除草剤散布・カメラ撮影を行う。これにより、除草剤３がパネルＰにかからず、またパネル下部を広範囲に撮影することができる。

［ＡＩ設備異常検出・通知］
図７は、本発明の実施の形態におけるサーバ装置２０が設備異常を検出した場合に通知される画面２４Ｃの説明図である。ここでは、パネル変位を検出した場合の画面２４Ｃを例示している。図７に示すように、パネル変位を検出した場合はその箇所を示す枠Ｗを画面２４Ｃ中に表示してもよい。これにより、管理者端末２４Ａの管理者は迅速に対処することが可能である。他の設備異常（ケーブル落下、基礎沈下、自動判読したメーター値の許容値から外れ、自動判読した油面が下限を下回った等）を検出した場合も同様である。このような設備異常の検出にはＡＩを用いるが、その手法は公知の手法でよく、特に限定されるものではない。

［変形例］
図８は、本発明の実施の形態におけるＵＧＶ１０の変形例を示す模式図であり、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は平面図である。実際の作業環境では走行ルート上に段差や障害物が存在する可能性があるため、衝突する前に停止させるための衝突センサなどをＵＧＶ１０に設けるのが望ましい。更に、図８に示すように、ＵＧＶ１０の側面部にローラーＲを備え、そのローラーＲを設備に押し当てながら走行してもよい。ここでは、ＵＧＶ１０の右側面部（撮影方向と反対の側面部）において、パネルＰの低い側の端部の高さ位置に複数のローラーＲを備えた場合を例示している。これにより、ＵＧＶ１０をパネルＰに沿って自走させることができるので、より安定走行を実現することが可能となる。

［アタッチメント・オプション］
図９は、本発明の実施の形態におけるＵＧＶ１０のアタッチメント・オプションを示す模式図であり、（Ａ）はサーモカメラで取得した映像５１、（Ｂ）はロボットアーム５２、（Ｃ）は草刈機５３、（Ｄ）は散水機５４を示している。これらアタッチメントをＵＧＶ１０に取り付ける位置は特に限定されるものではないが、それぞれの用途および機能に応じて適切な位置に取り付ける。

サーモカメラは、被写体から放射される赤外線エネルギーを検知して温度に変換して温度分布を表示するカメラであり、撮像部１１の一例である。ＵＧＶ１０にサーモカメラを搭載すれば、温度差がある状況では光の有無に関係なく撮影が可能となる。ロボットアーム５２は、人間の腕に似た働きをするメカニカルアームであり、器具部１４の一例である。ＵＧＶ１０にロボットアーム５２を搭載すれば、対象物をつかむ、放す、運ぶ等の作業を行うことが可能となる。草刈機５３は、雑草等を刈払うための装置であり、器具部１４の一例である。ＵＧＶ１０に草刈機５３を搭載すれば、除草（物理的に雑草を刈り払うこと）が可能となる。散水機５４は、水を散布する装置であり、器具部１４の一例である。ＵＧＶ１０に散水機５４を搭載すれば、広範囲に水やりを行うことが可能となる。

このような粒剤散布機１４以外のアタッチメントを使用すれば、様々な適用場面（道路のトンネル、下水道のトンネル、変電所、果樹園、ダム等）において、設備の維持運営を自動化することが可能となる。例えば、メガソーラー他を点検する場面で除草剤３を散布できない場合は、草刈機５３を使用して雑草処理を行ってもよい。また、トンネル内を点検する場面では、サーモカメラを用いてトンネル内壁のひび割れ等を検出してもよい。また、変電所内やダム内のメーターや配管を点検する場面では、ロボットアーム５２で必要な作業を行ってもよい。更に、果樹園を点検する場面では、下から上に栄養となる成分を含んだ水を散水機５４で散布してもよい。どの場面でどのアタッチメントを使用するかは適宜選択し、組み合わせることが可能である。

［特徴的な構成とその効果］
以上説明したように、本発明の実施の形態におけるＵＧＶ１０は、所定の走行ルートを無人状態で走行することが可能な無人走行車両であって、点検対象物を撮影する撮像部１１と、撮像部１１によって撮影された映像をサーバ装置２０に送信する無線通信部１２と、設備に対して所定の動作をする器具部１４と、器具部１４の動作を制御する制御部１３とを備える。これにより、ＵＧＶ１０を自走させて設備を点検しながら器具部１４で必要な作業を行うことができるため、設備の維持運営を自動化することが可能となる。

例えば、器具部１４は、粒剤散布機１４、ロボットアーム５２、草刈機５３、散水機５４のうちの少なくとも１つを有するのが望ましい。これにより、適用場面に応じた様々な作業を行うことが可能となる。

また、粒剤散布機１４は、走行ルートおよび走行ルート沿いに配置された太陽光パネル下部など施設下部に除草剤３を散布するのが望ましい。これにより、太陽光発電施設他において、ＵＧＶ１０を用いて除草剤散布・除草および定期巡視・点検を自動化することが可能である。

更に、人間の五感のうちの少なくとも１つに相当する情報を検出する五感センサを備えるのが望ましい。これにより、サーバ装置２０側で映像だけでなく音や匂い等に基づいて異常を検出することもできる。

また、ＵＧＶ１０が複数段の通路２を走行する場合、どの通路２を走行するときでも同一方向を向いているのが望ましい。これにより、カメラ１１の撮影方向および器具部１４の動作方向を固定したまま、全ての通路２について定期巡視・点検および必要な作業の自動化を図ることが可能である。

また、ＵＧＶ１０の側面部にローラーＲを備え、そのローラーＲを設備に押し当てながら走行するのが望ましい。これにより、ＵＧＶ１０を設備に沿って自走させることができるので、より安定走行を実現することが可能となる。

また、本発明の実施の形態における維持運営自動化システム１は、上述したＵＧＶ１０と、ＵＧＶ１０と通信可能に接続されたサーバ装置２０とを備え、ＵＧＶ１０とサーバ装置２０とが連携することで設備の維持運営を自動化するように構成されている。これにより、ＵＧＶ１０側で撮影された映像をサーバ装置２０側でＡＩを使って解析することも可能である。

なお、本発明は、このような維持運営自動化システム１として実現することができるだけでなく、このような維持運営自動化システム１が備える特徴的な機能部をステップとする維持運営自動化方法として実現したり、それらの各ステップをコンピュータに実行させる維持運営自動化プログラムとして実現したりすることもできる。もちろん、このようなプログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体を介して、あるいはインターネットなどのネットワークを介してコンピュータにインストールすることが可能である。

また、上記の説明では特に言及しなかったが、本明細書でいう「設備」の用語は広い意味に解するものとし、維持運営を自動化することが必要な様々なものを含む。すなわち、太陽光パネルなどの設備そのものはもちろん、設備用の通路（走行ルート）や、設備を用いて栽培される植物なども、本明細書でいう「設備」の用語に含まれる。

［その他の実施の形態］
以上のように、本発明の実施の形態について記載したが、開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

１ 維持運営自動化システム
２ 通路
３ 除草剤
１０ 無人走行車両（ＵＧＶ）
１１ 撮像部（カメラ）
１２ 無線通信部
１３ 制御部
１４ 器具部（粒剤散布機）
１５ 機構部
１６ 位置移動局部
２０ サーバ装置
２１ 通信部
２２ 解析・算出部
２３ 記憶部
２４ 表示部
Ｐ 太陽光パネル

Claims (7)

1. 所定の走行ルートを無人状態で走行することが可能な無人走行車両であって、
   点検対象物を撮影する撮像部と、
   前記撮像部によって撮影された映像をサーバ装置に送信する無線通信部と、
   設備に対して所定の動作をする器具部と、
   前記器具部の動作を制御する制御部と
   を備える無人走行車両。
2. 前記器具部は、粒剤散布機、ロボットアーム、草刈機、散水機のうちの少なくとも１つを有する請求項１に記載の無人走行車両。
3. 前記粒剤散布機は、前記走行ルートおよび前記走行ルート沿いに配置された施設下部に除草剤を散布する請求項２に記載の無人走行車両。
4. 更に、人間の五感のうちの少なくとも１つに相当する情報を検出する五感センサを備える請求項１に記載の無人走行車両。
5. 当該無人走行車両が複数段の通路を走行する場合、どの通路を走行するときでも同一方向を向いている請求項１に記載の無人走行車両。
6. 当該無人走行車両の側面部にローラーを備え、そのローラーを設備に押し当てながら走行する請求項１から５のいずれか１項に記載の無人走行車両。
7. 請求項１に記載の無人走行車両と、
   前記無人走行車両と通信可能に接続されたサーバ装置とを備え、
   前記無人走行車両と前記サーバ装置とが連携することで設備の維持運営を自動化するように構成されている維持運営自動化システム。

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