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

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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、導体位置、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に記載の架空送電ライン検査システム。
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