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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-18
(45)【発行日】2024-04-26
(54)【発明の名称】曲面にＵＡＶを着陸させるための関節接合された磁気軸受の脚部
(51)【国際特許分類】
B64U 60/50 20230101AFI20240419BHJP
B64U 10/14 20230101ALI20240419BHJP
B64U 60/20 20230101ALI20240419BHJP
B64U 101/60 20230101ALN20240419BHJP
【ＦＩ】
B64U60/50
B64U10/14
B64U60/20
B64U101:60
【請求項の数】
20
(21)【出願番号】P 2021530981
(86)(22)【出願日】2019-11-26
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-28
(86)【国際出願番号】 US2019063423
(87)【国際公開番号】W WO2020112887
(87)【国際公開日】2020-06-04
【審査請求日】2022-09-12
(31)【優先権主張番号】62/772,700
(32)【優先日】2018-11-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/688,706
(32)【優先日】2019-11-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】599130449
【氏名又は名称】サウジ アラビアン オイル カンパニー
(73)【特許権者】
【識別番号】319003493
【氏名又は名称】キング・アブドゥッラー・ユニバーシティ・オブ・サイエンス・アンド・テクノロジー
(74)【代理人】
【識別番号】100108453
【弁理士】
【氏名又は名称】村山 靖彦
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【弁理士】
【氏名又は名称】実広 信哉
(74)【代理人】
【識別番号】100133400
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 達彦
(72)【発明者】
【氏名】ファドゥル・アブデルラティフ
(72)【発明者】
【氏名】モハメド・アブデルカデル
(72)【発明者】
【氏名】ジェフ・エス・シャムマ
【審査官】志水 裕司
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１４９９４７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００２－１２７０７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国実用新案第２０６３１８０３０（ＣＮ，Ｕ）
【文献】実開昭４９－１３１６６４（ＪＰ，Ｕ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ６４Ｂ １／００ － Ｂ６４Ｕ １０１／７５
Ｅ０４Ｇ ２３／００ － Ｅ０４Ｇ ２３／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
湾曲強磁性面に着陸およびパーチするための無人航空機（ＵＡＶ）であって、前記ＵＡＶが複数の関節接合された脚部を備え、各関節接合された脚部が前記関節接合された脚部を前記ＵＡＶに取り付ける主要本体と、
前記湾曲強磁性面に磁着するように構成された磁石と、
磁気足であって、前記磁石を収容するためのものであり、かつ、前記ＵＡＶを前記湾曲強磁性面に着陸させるために、および、前記着陸後に前記ＵＡＶが前記湾曲強磁性面にパーチするために、前記ＵＡＶが前記湾曲強磁性面にアプローチすることに応答して、前記湾曲強磁性面に対して垂直な配向において、前記磁石を使用して、前記湾曲強磁性面に向かって磁気的に関節接合し、磁着するように構成されている、磁気足と、
前記主要本体を前記磁気足に連結し、前記湾曲強磁性面に対して、自由度２で前記磁気足を受動的に関節接合させるように構成されている、受動的な関節接合ジョイントと、
前記磁気足を前記湾曲強磁性面から離れるように傾けることによって、前記磁気足を前記湾曲強磁性面から磁気的に分離するように構成されている分離モータと、を備え、
前記磁気足が、前記ＵＡＶが前記湾曲強磁性面にパーチする間に、前記湾曲強磁性面に磁着したままであるように、さらに構成されている、ＵＡＶ。
【請求項2】
前記複数の関節接合された脚部が、４つの関節接合された脚部を備える、請求項１に記載のＵＡＶ。
【請求項3】
湾曲強磁性面に着陸およびパーチするための無人航空機（ＵＡＶ）であって、前記ＵＡＶが、単一の分離モータと複数の関節接合された脚部を備え、各関節接合された脚部が、前記関節接合された脚部を前記ＵＡＶに取り付ける主要本体と、
前記湾曲強磁性面に磁着するように構成された磁石と、
磁気足であって、前記磁石を収容するためのものであり、かつ、前記ＵＡＶを前記湾曲強磁性面に着陸させるために、および、前記着陸後に前記ＵＡＶが前記湾曲強磁性面にパーチするために、前記ＵＡＶが前記湾曲強磁性面にアプローチすることに応答して、前記湾曲強磁性面に対して垂直な配向において、前記磁石を使用して、前記湾曲強磁性面に向かって磁気的に関節接合し、磁着するように構成されており、前記磁気足が、前記ＵＡＶが前記湾曲強磁性面にパーチする間に、前記湾曲強磁性面に磁着したままであるように、さらに構成されている、磁気足と、
前記主要本体を前記磁気足に連結し、前記湾曲強磁性面に対して、自由度２で前記磁気足を受動的に関節接合させるように構成されている、受動的な関節接合ジョイントと、を備え、
前記磁気足を前記湾曲強磁性面から離れるように傾けることによって、前記ＵＡＶの前記単一の分離モータが、すべての前記関節接合された脚部の前記磁気足を分離するように構成されている、ＵＡＶ。
【請求項4】
前記磁石が、永久磁石を備える、請求項１または３に記載のＵＡＶ。
【請求項5】
前記永久磁石が、調整可能な量の１つ以上の永久磁石を備える、請求項４に記載のＵＡＶ。
【請求項6】
前記磁気足が、前記ＵＡＶが前記湾曲強磁性面にパーチするときに、前記湾曲強磁性面から調整可能な距離で前記磁気足内に前記永久磁石を収容するように構成されている、磁石ハウジングを備える、請求項４に記載のＵＡＶ。
【請求項7】
前記磁石が、切り替え可能な磁石を備え、前記磁気足が、前記切り替え可能な磁石をオンおよびオフに切り替えるために、前記切り替え可能な磁石の内部磁石を移動または作動させるように構成されている、モータまたはアクチュエータを備える、請求項１または３に記載のＵＡＶ。
【請求項8】
前記磁石が、電流のパルスに応答して、オンとオフとの間で切り替わるように構成されている電永磁石を備える、請求項１または３に記載のＵＡＶ。
【請求項9】
前記湾曲強磁性面へ着陸する前に、前記関節接合された脚部間の間隔を調整するために、各関節接合された脚部の前記分離モータを使用するように構成されているコントローラをさらに備える、請求項１に記載のＵＡＶ。
【請求項10】
前記湾曲強磁性面へ着陸する前に、前記関節接合された脚部間の間隔を調整するために、前記ＵＡＶの前記単一の分離モータを使用するように構成されているコントローラをさらに備える、請求項３に記載のＵＡＶ。
【請求項11】
無人航空機（ＵＡＶ）を湾曲強磁性面に着陸およびパーチさせる自動化された方法であって、前記ＵＡＶが、複数の関節接合された脚部を備え、かつ、各関節接合された脚部が、前記関節接合された脚部を前記ＵＡＶに取り付ける主要本体を有しており、前記方法が、前記湾曲強磁性面に前記ＵＡＶをアプローチさせることと、
前記湾曲強磁性面に対して垂直に、磁気足の磁石を配向するために、各関節接合された脚部の磁気足を前記アプローチした湾曲強磁性面に向かって磁気的に関節接合することであって、前記主要本体を前記磁気足に連結する前記関節接合された脚部の受動的な関節接合ジョイントを使用して、前記湾曲強磁性面に対して、自由度２で前記磁気足を受動的に関節接合させることを含むことと、
前記磁気足の前記垂直に配向された磁石を使用して、前記湾曲強磁性面に各磁気足を磁着することによって、前記湾曲強磁性面に前記ＵＡＶを着陸させることと、
各磁気足を前記湾曲強磁性面に磁着したままにすることにより、前記着陸後に、前記湾曲強磁性面に前記ＵＡＶをパーチさせることと、
前記強磁性面から離れるように前記磁気足を傾けるために、前記関節接合された脚部の分離モータを使用して、各関節接合された脚部の前記磁気足を前記湾曲強磁性面から磁気的に分離することと、を含む、方法。
【請求項12】
前記複数の関節接合された脚部が、４つの関節接合された脚部を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
無人航空機（ＵＡＶ）を湾曲強磁性面に着陸およびパーチさせる自動化された方法であって、前記ＵＡＶが単一の分離モータと、複数の関節接合された脚部とを含み、各関節接合された脚部が、前記関節接合された脚部を前記ＵＡＶに取り付ける主要本体を有しており、前記方法が、前記湾曲強磁性面に前記ＵＡＶをアプローチさせることと、
前記湾曲強磁性面に対して垂直に、磁気足の磁石を配向するために、各関節接合された脚部の磁気足を前記アプローチした湾曲強磁性面に向かって磁気的に関節接合することであって、前記主要本体を前記磁気足に連結する前記関節接合された脚部の受動的な関節接合ジョイントを使用して、前記湾曲強磁性面に対して、自由度２で前記磁気足を受動的に関節接合させることを含むことと、
前記磁気足の前記垂直に配向された磁石を使用して、前記湾曲強磁性面に各磁気足を磁着することによって、前記湾曲強磁性面に前記ＵＡＶを着陸させることと、
各磁気足を前記湾曲強磁性面に磁着したままにすることにより、前記着陸後に、前記湾曲強磁性面に前記ＵＡＶをパーチさせることと、
前記強磁性面から離れるように前記磁気足を傾けるために、前記ＵＡＶの前記単一の分離モータを使用して、前記関節接合されたすべての脚部の前記磁気足を前記湾曲強磁性面から磁気的に分離することと、を含む、方法。
【請求項14】
磁石が、永久磁石を含む、請求項１１または１３に記載の方法。
【請求項15】
前記永久磁石が、調整可能な量の１つ以上の永久磁石を含んでおり、前記方法が、前記磁気足の重量または磁気強度を調整するために、前記１つ以上の永久磁石の前記量を調整することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記磁気足が、前記ＵＡＶが前記湾曲強磁性面にパーチするときに、前記湾曲強磁性面から調整可能な距離で、前記磁気足内に前記永久磁石を収容するように構成されている磁石ハウジングを含んでおり、前記方法が、前記磁気足の磁気強度を調整するために、前記磁気足内で前記永久磁石の場所を調整することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項17】
前記磁石が、切り替え可能な磁石を含んでおり、前記方法が、前記切り替え可能な磁石のオンとオフを切り替えるために、前記磁気足のモータまたはアクチュエータを使用して、前記切り替え可能な磁石の内部磁石を移動または作動させることをさらに含む、請求項１１または１３に記載の方法。
【請求項18】
前記磁石が、電永磁石を含んでおり、前記方法が、電流のパルスを使用して前記電永磁石をオンとオフの間で切り替えることをさらに含む、請求項１１または１３に記載の方法。
【請求項19】
前記ＵＡＶのコントローラによって、前記湾曲強磁性面に着地する前に、各関節接合された脚部の前記分離モータを使用して、前記関節接合された脚部間の間隔を調整することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項20】
前記ＵＡＶのコントローラによって、前記湾曲強磁性面に着地する前に、前記単一の分離モータを使用して、前記関節接合された脚部間の間隔を調整することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、２０１８年１１月２９日に出願された「ＰＥＲＣＨＩＮＧ ＵＡＶ ＷＩＴＨ ＲＥＬＥＡＳＡＢＬＥ ＣＲＡＷＬＥＲ」と題する米国特許仮出願第６２／７７２，７００号の利益を主張し、かつ、米国特許法第１２０条の下、２０１９年１１月１９日に出願された「ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＥＤ ＭＡＧＮＥＴ－ＢＥＡＲＩＮＧ ＬＥＧＳ ＦＯＲ ＵＡＶ ＬＡＮＤＩＮＧ ＯＮ ＣＵＲＶＥＤ ＳＵＲＦＡＣＥＳ」と題する米国出願第１６／６８８，７０６号の利益を主張するものであり、参照によりそれぞれの全体を本明細書に引用する。
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下、２０１８年１１月２９日に出願された「ＰＥＲＣＨＩＮＧ ＵＡＶ ＷＩＴＨ ＲＥＬＥＡＳＡＢＬＥ ＣＲＡＷＬＥＲ」と題する米国特許仮出願第６２／７７２，７００号の利益を主張し、かつ、米国特許法第１２０条の下、２０１９年１１月１９日に出願された「ＡＲＴＩＣＵＬＡＴＥＤ ＭＡＧＮＥＴ－ＢＥＡＲＩＮＧ ＬＥＧＳ ＦＯＲ ＵＡＶ ＬＡＮＤＩＮＧ ＯＮ ＣＵＲＶＥＤ ＳＵＲＦＡＣＥＳ」と題する米国出願第１６／６８８，７０６号の利益を主張するものであり、参照によりそれぞれの全体を本明細書に引用する。
【0002】
本開示は、一般に、構造物の検査および保守に関し、具体的には、構造物を検査および維持するための解放可能なクローラを有するパーチする無人航空機（ｕｎｍａｎｎｅｄ ａｅｒｉａｌ ｖｅｈｉｃｌｅ、ＵＡＶ）に関する。さらに、本開示は、一般に、湾曲強磁性構造物の検査および保守に関し、特にそのような構造物の曲面に着陸するための関節接合された磁気軸受の脚部を有するＵＡＶに関する。
【背景技術】
【0003】
パイプ、貯蔵タンクなどの露出した金属資産の検査と保守は、環境によっては人間が実行するのが困難または非現実的となり得る。そのような状況では、自動化されたＵＡＶの使用は実行可能な代替手段とすることができる。ただし、このような検査と保守は、多くの場合、資産から距離をおいてホバリングするのではなく、資産への直接的な接触を使用して実行するのが最良である。しかしながら、ＵＡＶは、資産に着陸すること、パーチすること、または移動することが困難である場合がある。さらに、パイプ（および他の曲面構造）は、これらの資産が、着陸、パーチ、または操縦する先として曲面を呈するため、ＵＡＶで検査または保守するのが特に困難である場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
当技術分野におけるこれらおよび他の問題に関して、本開示は、構造物を検査または保守するための解放可能なクローラを有する効果的なパーチするＵＡＶのための技術的解決策を提供することを目的とする。当技術分野におけるこれらおよび他の問題に関して、本開示は、曲面に着陸またはパーチするための関節接合された磁気軸受の脚部を有する効果的なＵＡＶのための技術的解決策を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一実施形態によれば、湾曲強磁性面に着陸およびパーチするための無人航空機（ＵＡＶ）が提供される。ＵＡＶは、複数の関節接合された脚部を含む。各関節接合された脚部は、湾曲強磁性面に磁着するように構成された磁石と、磁気足であって、磁石を収容するためのものであり、かつ、ＵＡＶを湾曲強磁性面に着陸させるために、および、着陸後にＵＡＶが湾曲強磁性面にパーチするために、ＵＡＶが湾曲強磁性面にアプローチすることに応答して、湾曲強磁性面に対して垂直な配向において、磁石を使用して、湾曲強磁性面に向かって磁気的に関節接合し、磁着するように構成されている、磁気足を含む。磁気足は、ＵＡＶが湾曲強磁性面にパーチする間に、湾曲強磁性面に磁着したままであるように構成されている。
【0006】
一実施形態では、複数の関節接合された脚部は、４つの関節接合された脚部を備える。
【0007】
一実施形態では、各関節接合された脚部は、関節接合された脚部をＵＡＶに取り付ける主要本体と、主要本体を磁気足に連結し、湾曲強磁性面に対して、自由度２で磁気足を受動的に関節接合させるように構成されている、受動的な関節接合ジョイントとをさらに備える。
【0008】
一実施形態では、磁石は永久磁石を備える。
【0009】
一実施形態では、永久磁石は、調整可能な量の１つ以上の永久磁石を備える。
【0010】
一実施形態では、ＵＡＶが湾曲強磁性面にパーチするときに、湾曲強磁性面から調整可能な距離で磁気足内に永久磁石を収容するように構成されている、磁石ハウジングを備える。
【0011】
一実施形態では、磁石は、切り替え可能な磁石を備え、磁気足が、切り替え可能な磁石をオンおよびオフに切り替えるために、切り替え可能な磁石の内部磁石を移動または作動させるように構成されている、モータまたはアクチュエータを備える。
【0012】
一実施形態では、磁石は、電流のパルスに応答してオンとオフを切り替えるように構成されている電永磁石を備える。
【0013】
一実施形態では、各関節接合された脚部は、磁気足を湾曲強磁性面から離れるように傾けることによって、磁気足を湾曲強磁性面から磁気的に分離するように構成されている分離モータをさらに備える。
【0014】
一実施形態では、ＵＡＶは、湾曲強磁性面へ着陸する前に、関節接合された脚部間の間隔を調整するために、各関節接合された脚部の分離モータを使用するように構成されているコントローラをさらに備える。
【0015】
一実施形態では、ＵＡＶは、磁気足を湾曲強磁性面から離れるように傾けることによって、各関節接合された脚部の磁気足を、湾曲強磁性面から分離するように構成されている、単一の分離モータをさらに備える。
【0016】
一実施形態では、ＵＡＶは、湾曲強磁性面に着陸する前に、関節接合された脚部間の間隔を調整するために、単一の分離モータを使用するように構成されているコントローラをさらに備える。
【0017】
別の実施形態によれば、無人航空機（ＵＡＶ）を湾曲強磁性面に着陸およびパーチさせる自動化された方法が提供される。ＵＡＶは、複数の関節接合された脚部を備える。この方法は、湾曲強磁性面にＵＡＶをアプローチさせることと、湾曲強磁性面に対して垂直に、磁気足の磁石を配向するために、各関節接合された脚部の磁気足を関節接合することと、磁気足の垂直に配向された磁石を使用して、湾曲強磁性面に各磁気足を磁着することによって、湾曲強磁性面にＵＡＶを着陸させることと、各磁気足を湾曲強磁性面に磁着したままにすることにより、着陸後に、湾曲強磁性面にＵＡＶをパーチさせることと、を含む。
【0018】
一実施形態では、複数の関節接合された脚部は、４つの関節接合された脚部を含む。
【0019】
一実施形態では、各関節接合された脚部は、関節接合された脚部をＵＡＶに取り付ける主要本体をさらに含み、各磁気足を関節接合することが、主要本体を磁気足へ連結する受動的な関節接合ジョイントを使用して、湾曲強磁性面に対して、自由度２で磁気足を受動的に関節接合することを含む。
【0020】
一実施形態では、磁石は永久磁石を含む。
【0021】
一実施形態では、永久磁石は、調整可能な量の１つ以上の永久磁石を含んでおり、かつ、この方法は、磁気足の重量または磁気強度を調整するために、１つ以上の永久磁石の量を調整することをさらに含む。
【0022】
一実施形態では、磁気足は、ＵＡＶが湾曲強磁性面にパーチするときに、湾曲強磁性面から調整可能な距離で、磁気足内に永久磁石を収容するように構成されている磁石ハウジングを含んでおり、かつ、この方法は、磁気足の磁気強度を調整するために、磁気足で永久磁石の場所を調整すること、をさらに含む。
【0023】
一実施形態では、磁石は切り替え可能な磁石を含んでおり、かつ、この方法は、切り替え可能な磁石のオンとオフを切り替えるために、磁気足のモータまたはアクチュエータを使用して、切り替え可能な磁石の内部磁石を移動または作動させることをさらに含む。
【0024】
一実施形態では、磁石は電永磁石を含んでおり、かつ、この方法は電流のパルスを使用して電永磁石をオンとオフとの間で切り替えることをさらに含む。
【0025】
一実施形態では、各関節接合された脚部は分離モータを含んでおり、方法は、湾曲強磁性面から磁気足を磁気的に分離するために、分離モータを使用して、湾曲強磁性面から離れるように各関節接合された脚部の磁気足を傾けることをさらに含む。
【0026】
一実施形態では、方法は、ＵＡＶのコントローラによって、湾曲強磁性面に着地する前に、各関節接合された脚部の分離モータを使用して、関節接合された脚部間の間隔を調整することをさらに含む。
【0027】
一実施形態では、ＵＡＶは、単一の分離モータを含んでおり、方法は、湾曲強磁性面から磁気足を磁気的に分離するために、分離モータを使用して、湾曲強磁性面から離れるように各関節接合された脚部の磁気足を傾けることをさらに含む。
【0028】
一実施形態では、この方法は、湾曲強磁性面に着地する前に、単一の分離モータを使用して、関節接合された脚部間の間隔を調整することをさらに含む。
【0029】
本明細書で開示される様々な実施形態および実装形態の任意の組み合わせを使用することができる。これらおよび他の態様および特徴は、添付の図面および特許請求の範囲とともに、特定の実施形態の以下の説明から理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1B】一実施形態による、構造物にパーチする例示的なＵＡＶの図であり、ＵＡＶは構造物を検査または維持するための解放可能なクローラを有する。図１ＢはクローラがＵＡＶに取り付けられていない（例えば、構造物上をクロールする）様子を示す。
【図2A】一実施形態による、例示的な、湾曲強磁性面にＵＡＶを着陸させるための、受動的に関節接合された磁気軸受のそれぞれの側面図である。
【図2B】一実施形態による、例示的な、湾曲強磁性面にＵＡＶを着陸させるための、受動的に関節接合された磁気軸受のそれぞれの分解図である。
【図5A】一実施形態による、ＵＡＶを強磁性面に着陸またはパーチするための受動的に関節接合された磁気軸受の脚部とともに使用するための例示的な切り替え可能な磁石の図である。
【図5B】一実施形態による、ＵＡＶを強磁性面に着陸またはパーチするための受動的に関節接合された磁気軸受の脚部とともに使用するための例示的な切り替え可能な磁石の図である。
【図5C】一実施形態による、ＵＡＶを強磁性面に着陸またはパーチするための受動的に関節接合された磁気軸受の脚部とともに使用するための例示的な切り替え可能な磁石の図である。
【図6A】一実施形態による、切り替え可能な磁石を有する、例示的な受動的に関節接合された脚部の分解図である。
【図7】一実施形態による、電永磁石を有する受動的に関節接合された脚部の例の分解図である。
【図8】一実施形態による、受動的に関節接合された脚部および対応する分離モータを有する例示的なＵＡＶの図である。
【図10】一実施形態による、受動的に関節接合された脚部および統合された分離モータを有する例示的なＵＡＶの図である。
【図13】一実施形態による、湾曲強磁性面に関節接合された磁気軸受の脚部を有するＵＡＶを着陸させる例示的な方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0031】
図面は例示的なものであり、必ずしも縮尺どおりである必要はなく、同じまたは類似の特徴は、全体を通して同じまたは類似の参照番号を有することに留意されたい。
【0032】
様々な例示的な実施形態では、接近し難いパイプまたは貯蔵タンクなどの構造を検査または維持するための解放可能なクローラを有するにパーチするＵＡＶが提供される。ＵＡＶは、炭素鋼パイプおよび構造物などの強磁性表面上で接触検査作業を実行する高度な性能を有するハイブリッドＵＡＶである。ＵＡＶは、検査対象のパイプに向かって飛行し、自律的に着陸し（一般にパーチするという）、解放可能なクローラを展開して、パイプの周りを這うように進んで、例えば、込み入った検査作業を実行することができる。
【0033】
前述のように、パイプ、貯蔵タンクなどの露出した金属資産の検査および保守を人々が行うことは、困難または非現実的となり得る。例えば、石油およびガス業界の最大の課題の１つは、製油所、ガスプラント、海上プラットフォーム、および他のプラントおよび施設に見られる高架資産の定期検査である。これらの資産は、検査または保守作業中に接近することが困難である高所のパイプおよび構造物を含む。人々がそれらを検査または維持する唯一の方法が、足場を建てて、検査官またはエンジニアが資産に接近し、例えば、厚さ計測のために超音波検査（ＵＴ）センサを使用して手動検査を実行することであるときがある。このような足場は、高価であり、頻繁な検査に大きなコスト障壁をもたらすだけでなく、主に落下およびつまずきの危険という形で安全上の懸念を引き起こす。
【0034】
したがって、例示的な実施形態では、解放可能なクローラを有するパーチするＵＡＶは、母子構成で２台のビークルを有することによって、前述の技術的問題に対する解決策を提供する。各ビークルは、最も適した性能を実行するように設計または最適化されている。ビークルには、パイプ上を飛行し、かつ、パイプに着陸できる、パーチするＵＡＶと、ＵＡＶによって運ばれ、着陸または止まった後にＵＡＶから解放される小型の磁気クローラが含まれる。クローラは、パイプ上をあちこち移動して、たとえば、ＵＴセンサを使用した厚さ計測などの検査スキャンを実行できる。これにより、ＵＡＶ全体をパイプの周りでクロールさせるよりも実現可能なアプローチが提供される。これには、より大きくて重いモータが必要であり、特にクリアランスの制約が限られている場合に、近くのパイプおよび資産との衝突のリスクがある。
【0035】
さらに様々な例示的な実施形態では、曲面に着陸またはパーチするためのＵＡＶが提供される。ＵＡＶには、炭素鋼パイプなどの湾曲強磁性面に着陸または止まるための関節接合された磁気軸受の脚部が含まれる。いくつかのかかる実施形態では、関節接合された脚部は、脚部が自身の磁気端部の強磁性面へ対する磁気引力を通して受動的に展開するという点で、受動的に関節接合される。ＵＡＶは、パイプ、船舶、構造物などの石油およびガス施設にある運用資産に着陸またはパーチすることができる。これらの資産のほとんどは炭素鋼でできているため、ＵＡＶを着陸またはパーチすることに関して、磁着がよく機能する。これらの実施形態のいくつかでは、ＵＡＶは解放可能なクローラを有するが、これらの実施形態の他のいくつかでは、ＵＡＶは解放可能なクローラを有さないことに留意されたい。
【0036】
先の説明のように、パイプおよび他の曲面構造は、これらの資産が、着陸してパーチするために呈するものが曲面であるため、ＵＡＶで検査または保守するのが特に困難である場合がある。さらに、これらの資産は、検査作業中に接近し難い場合がある。さらに、少なくとも人間である操作者が資産のいくつかの部分に接近するにあたり、足場の建設は実用的または実現可能なではない可能性がある。
【0037】
したがって、例示的な実施形態では、関節接合された磁気軸受の脚部が、ドローンが検査および保守を実行するために資産に磁気的に着陸またはパーチすること、および電池エネルギーを節約することをできるようにすることによって、かかる技術的問題に対する技術的解決策をドローンに提供する。さらに詳細には、この着陸またはパーチの機能により、ＵＡＶは、ガス漏れの監視またはモニタリングなど、長時間を要するミッション中にホバリングする代わりに、パイプに着陸することによって電力を維持できる。さらに、この機能により、ＵＡＶは、検査（超音波、磁気など）または軽度の保守（コーティングなど）など、パイプとの接触が必要な作業を実行できる。さらに、この機能により、ＵＡＶは、小型の感知デバイスおよびクローラなどのペイロードをパイプに届けること、または腐食のテストサンプルなどのサンプルを取得することを可能にする。さらに詳細には、例示的な実施形態は、その機構は、様々なパイプの直径および不完全な着陸による不整合を許容する、着陸またはパーチする機構をＵＡＶに提供する。例示的な実施形態は、荷重重量がほとんどのＵＡＶの重要な制限であるため、可能な限り軽量である着陸する脚部をＵＡＶにさらに提供する。
【0038】
図１Ａおよび１Ｂは、一実施形態による、構造物５０（例えば、パイプ）上にパーチする例示的なＵＡＶ１００の図であり、ＵＡＶ１００は、構造物５０を検査または維持するための解放可能なクローラ１５０を有する。クローラ１５０は、図１ＡではＵＡＶ１００に取り付けられており、図１ＢではＵＡＶ１００に取り付けられていない（例えば、構造５０上をクロールする）ように示されている。説明を容易にするために、構造物５０は、ＵＡＶ１００よりも大きい（例えば、著しく大きい）と全体を通して想定されている。例えば、構造物５０は、ＵＡＶ１００よりもすべての次元で大きい。または、構造物５０が提供する着陸予定区域は、ＵＡＶ１００の着陸予定区域よりも大きい。
【0039】
図１Ａおよび１Ｂは、動作中の母子構成を示す。図１Ａは、クローラ１５０がまだドッキングされた状態の、パイプ５０に着陸した後のＵＡＶ１００を示す。図１Ｂは、検査作業を実行するためにＵＡＶ１００から解放された後のクローラ１５０を示す。解放可能なクローラ１５０によって提供されるクロール機能により、ＵＡＶ１００は、より容易な接近可用性などの検査および保守作業のための重要な機能を付与される（例えば、検査または保守が行われる正確なスポットに着陸する必要がない）。クロールにより、円周方向および縦方向のスキャンがさらに提供される。例えば、石油およびガス産業では、パイプ５０のフルスキャンを実行して、パイプ５０の特定の領域における最小鋼厚を見つけることが重要である。このようなスキャンには、円周スキャンと縦スキャンが含まれることがよくあり、クロールはこれによく適合する。クロールによって、さらに、複数の検査中に電力効率が提供される（例えば、同じパイプ上の複数の検査サイト間のクロールは、飛行よりも電力効率が高くなる）。
【0040】
図１Ａおよび２Ｂでは、ＵＡＶ１００は、４つの関節接合された磁石１２０（永久磁石または切り替え可能な永久磁石など）を利用する。パイプ５０へのＵＡＶ１００の着陸に対応するために、各磁石１２０（またはより正確には、その磁場）は、ＵＡＶがパイプ５０に着陸したとき、またはパーチしているときに、パイプ５０に対して垂直な配向で関節接合する。
【0041】
いくつかの実施形態では、関節磁石１２０の磁場は、能動的にオンとオフを切り替えることができる（例えば、作業完了後の容易な取り外しを可能にするため）。リアルタイムフィードバックの形式として、自動着陸操縦中のＵＡＶに対するパイプの相対的な場所などを測定するために、レーザスキャナ１１０（例えば、光検出および測距、またはＬＩＤＡＲ）が含まれる。いくつかの実施形態では、ミニチュアクローラ１５０は、ワイヤによって接続され（例えば、電力および通信のために）、ＵＴセンサ、４つの磁気ホイール１６０、および対応するペア（例えば、前部および後部）でホイール１６０を駆動するための２つのモータを含む。ワイヤはまた、検査または保守を実行するための残りの電子機器および電池をＵＡＶ本体１００内に配置することを可能にする。これにより、クローラ１５０のサイズ、重量、および複雑さが軽減される。いくつかの他の実施形態では、クローラ１５０は、ホイールの数（２つまたは３つのホイールも考えられる）およびそれらのタイプ（例えば、オムニホイール、メカナムホイールなど）に関して他の構成で設計されている。
【0042】
いくつかの実施形態では、クローラ１５０とＵＡＶ１００との間の通信は有線である。例えば、細いコードの小さなスプールを使用して、クローラ１５０は、電力および通信のためにＵＡＶ１００に接続することができる。これにより、例えば、クローラ１５０内にバッテリーおよび他の電子機器を保持する必要がなくなり、ＵＡＶ１００に既に存在するいくつかの構成要素を利用することによって、クローラをより小さくし、総重量を節約することができる。
【0043】
他のいくつかの実施形態では、クローラ１５０とＵＡＶ１００との間の通信は無線である。ここで、クローラ１５０は、より独立した車両を提供するために、それ自体のバッテリーおよび電子機器を含む。これは、例えば、ＵＡＶ１００がクローラ１５０を地面から拾い上げ、パイプ５０に展開する際に有用な場合がある。その時点で、ＵＡＶ１００は飛行して何らかの他の検査作業を行い、次いで、クローラ１５０を拾い上げるために戻ることができる。これは、多数のクローラ１５０（例えば、クローラ１５０の群）が複数の資産を検査する場合にも有用である。ＵＡＶ１００は、それらを１つずつ、またはバッチで、地面から目的地に向けて拾い上げて、そして、作業完了時に回収する。異なる実施形態では、無線接続は、クローラ１５０とＵＡＶ１００または操作者の制御局のいずれか、もしくは、ＵＡＶ１００と操作者の制御局の両方との間であり得る。
【0044】
異なる実施形態では、ＵＡＶ１００の異なる着陸機構を使用することができる。これらは、磁性または非磁性などの様々なタイプの接着機構を含み得る。磁気的な着陸機構の例には、パイプ５０からの離陸中に機械的手段によって、遮断または克服することができる磁石が含まれる。このような磁石には、切り替え可能な永久磁石、離陸時の分離を支援する作動梃を備えた永久磁石、永電磁石、および電磁石が含まれる。しかしながら、連続的な電力消費は電磁石にとって不利になりうることに留意されたい。非磁性の接着機構は、ステンレス鋼、複合パイプ、コンクリート壁などの非強磁性の表面に使用できる。このような機構は、ヤモリに着想を得た乾燥接着剤（合成剛毛など）であるマイクロスパイン、吸盤、グリッパ、およびクロールを含む。
【0045】
異なる実施形態では、異なるクローラ荷重または設計を使用される。単純化するために、これらの荷重または設計を、検査と保守という２つの基本的なカテゴリに分類する。検査荷重および設計は、パイプおよび構造物を検査するために石油およびガス業界でよく使用される様々なタイプのセンサを含む。例えば、いくつかの実施形態では、ＵＴセンサが厚さ計測に使用される。説明を簡単にするために、全体を通して厚さ計測用のＵＴセンサが、検査と保守のための例示的なデバイスとアプリケーションを表すために時々使用される。しかしながら、他の実施形態は、そのようなデバイスまたはアプリケーションに限定されない。例えば、他の検査センサをＵＴセンサの代わりに、またはＵＴセンサに加えて作業に応じて使用することができ、それには渦電流センサおよび交流電流場計測（ＡＣＦＭ）センサなどを含む（しかし、この限りではない）。
【0046】
さらに他の実施形態では、クローラは保守目的で使用される。例えば、クローラを、洗浄、表面処理、およびコーティング補修などの軽い保守作業を実行するために使用することができる。さらに他の実施形態では、クローラは目視検査に使用される。例えば、いくつかの実施形態では、カメラは、単純な目視検査の作業に使用される。関心のある領域の動画または写真のみを取得する必要があるが、その領域をＵＡＶによって直接的に検査することが困難であるような区域などの作業である。
【0047】
図２Ａおよび２Ｂは、一実施形態による、例示的な、湾曲強磁性面（パイプなど）にＵＡＶを着陸させるための受動的に関節接合された磁気軸受の脚部２００のそれぞれの側面図および分解図である。図２Ａおよび２Ｂの関節接合された脚部２００は、永久磁石２３０を使用して脚２００に磁気を帯びさせるが、他の実施形態はそのように限定されない。例えば、他の実施形態では、電磁石、電永磁石、または切り替え可能な磁石などの他の磁石が、設計を単純化するため、または重量を減らすためなどに使用される。これらの他の実施形態の多くは、後で説明される。さらに、説明を容易にするために、湾曲強磁性面を有する構造例としてパイプが全体を通して使用されている。しかしながら、記載された実施形態は、湾曲強磁性面を有する円筒形または球形の貯蔵タンクなどの他のそのような構造に等しく適用可能である。これらの実施形態のいくつかでは、ＵＡＶは解放可能なクローラを有するが、一方で、これらの実施形態の他のいくつかでは、ＵＡＶは解放可能なクローラを有さないことに留意されたい。
【0048】
図２Ａおよび２Ｂを参照すると、ＵＡＶのパーチ機構は、４本の同一の磁気着陸脚部２００に基づいている。例えば、脚部２００は、設計され、三次元（３Ｄ）印刷され、組み立てられ、かつ小さいＵＡＶに装着され得る。いくつかの実施形態では、ＵＡＶは、パーチするシステムの有効性を評価するために手動で飛行される、単純な遠隔制御ドローンである。例えば、４本の脚部２００は、ＵＡＶの一般的なロータの数である、４ロータドローンの各ロータ（回転ブレードまたはプロペラ）に対応する脚部を提供する。しかしながら、他の実施形態は、そのように限定されず、２つ、３つ、または６つなどの異なる数の脚部を含むことができる。たとえば、３本足の設計も同様に機能する。さらに、他の実施形態では、脚部とロータとの間にいかなる対応も存在する必要はない。
【0049】
４脚ＵＡＶでは、真っ直ぐまたはほぼ真っ直ぐな角度でパイプの上近く（例えば、１２時または１２時近くの位置）にアプローチして着陸することが望ましく、通常、４本の脚部すべてに接着および適切なパーチを提供する。それにもかかわらず、４脚のＵＡＶを（垂直から）傾斜した角度で着陸させようとすると、４本目の脚部が空中に浮かんでいる間に３本の脚部だけが接着することがよくある。ただし、これでも許容できるパーチと接着につながる可能性がある。
【0050】
脚部２００は、パイプへのパーチおよび接着を成功させるために必要な特徴を有する。例えば、パーチ機構の各脚部２００は、関節接合された脚部２００の主要本体２１０（例えば、上部分）と磁石ホルダ２２０（例えば、下部分または足）の間の回転自由度２を提供するために、２つの対応するナット２５８を使用して２つの直交するシャフトねじ２５４および４つの対応するブッシング２５６を連結するためのクロスシャフト２５２などの、受動的な関節接合ジョイント２５０（またはユニバーサルジョイント）を特徴とする。脚部２００の関節接合は、磁石２３０および強磁性面の磁気引力に応答して関節接合するように関節接合ジョイント２５０が設計されているという点で、ＵＡＶが強磁性面にかなり近接している場合に受動的である。
【0051】
パイプへのＵＡＶの着陸に対応するために、関節接合された脚部２００（または、より具体的には、磁石ホルダ２２０、特にそれらの対応する磁石の磁場）のそれぞれは、パイプ（または他の曲面に対して）に対して、ＵＡＶが着陸したときまたはパイプにパーチしたとき、垂直な配向で関節接合する。磁石ホルダ２２０において、３つの磁石穴２４０は、着陸またはパーチ中にパイプに十分な接着を提供する、対応する３つの円筒形永久磁石２３０まで収容する。磁石２３０の数、サイズ、および形状は単なる例であり、他の実施形態はそのように限定されないことに留意されたい。例示的な実施形態では、各脚部２００は、各脚部２００の重量がわずか３０グラム（ｇ）である軽量設計を使用する。図２Ａおよび２Ｂの脚部２００の設計は、着陸中に面に付着するのに十分な強さであり、パイプとの強い衝撃による損傷を引き起こすほど強くないように、磁性の引く力を微調整することを可能にする。
【0052】
【0053】
各脚部２００は、脚部２００を２つの別個の部分、ドローンにしっかりと装着された主要本体２１０と、可動磁石ホルダ２２０に分割する、埋め込み式のユニバーサルジョイント２５０を使って設計されている。ユニバーサルジョイント２５０は、磁石ホルダ２２０に、回転自由度２を提供し、これにより、磁石２３０は、パイプに対するそれらの配向（例えば、垂直）を受動的に再調整して、完全またはほぼ完全な接着を可能にする。ユニバーサルジョイント２５０は、脚部２００の埋め込まれた一体部分である。例えば、ユニバーサルジョイント２５０（またはその部品）は、３Ｄ印刷を使用して製造することができる。図３は、主要本体２１０を磁石ホルダ２２０に機械的に連結するための、クロスシャフト２５２、シャフトねじ２５４、対応するブッシング２５６、および対応するナット２５８を含む、その様々な部品を示すジョイント２５０の断面を示す。したがって、クロスシャフト２５２、シャフトねじ２５４、ブッシング２５６、およびナット２５８は、関節接合された脚部２００のロータとして機能し、主要本体２１０は、固定子として機能する。
【0054】
【0055】
磁石ホルダ２２０において、最大３つの永久磁石２３０を各脚部２００に取り付けることができる。各円筒形磁石２３０は、例えば、直径および長さが１／４インチである。本設計は、磁石穴２４０へ伸長するかまたは磁石穴２４０からはみ出る３つのかかる磁石２３０を含む最大構成またはデフォルト構成から、磁性の引く力を低減するなど、所望する磁性の引く力の調整に、柔軟性を提供する。例えば、磁石２３０の数を減らすことによって（図４Ａに示すように、３個から２個へ減らすなどであり、磁石ホルダ２２０の重量もまた減少する）、この最大の磁性の引きを低減することができる。最大の磁性の引きを低減する別の方法は、１つ以上の磁石２３０と磁石ホルダ２２０の底部との間に調整可能なギャップ２４５を残して（図４Ｂに示すように）、磁石２３０と強磁性体面との間の距離を増加させることである。磁石２３０は、例えば、プラスチックから磁石端部２２０を形成し、磁石２３０を脚部２００のプラスチック本体に圧入することによって、所定の位置に保持される。
【0056】
他の実施形態では、永久磁石２３０の数は、３つ（例えば、１つ、２つ、４つ、またはそれ以上）から変えることができる。さらに、各脚部２００の自由度２は、図２Ａから図４Ｂのユニバーサルジョイントを使用して達成されるが、この設計は、他の実施形態では変化し得る。例えば、他の実施形態では、ボールジョイントなど、他のタイプのカップリングを使用して、これらの自由度２を達成することができる。自由度２により、脚部の配向（特に足の配向）を湾曲した着地面に合わせることができる。
【0057】
図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃは、一実施形態による、ＵＡＶを強磁性面４５０に着陸またはパーチするための受動的に関節接合された磁気軸受の脚部とともに使用するための例示的な切り替え可能な磁石５３０の図である。これは、図２Ａから４Ｂの関節接合された脚部２００の実施形態の修正であり、永久磁石２３０の代わりに切り替え可能な磁石５３０を使用する。切り替え可能な磁石５３０は、選択的にオンまたはオフにすることができる。これにより、磁石をオフにすることで、パイプからの離陸時に簡単に分離することができる。図５Ａに提供される例示的な寸法は、他の実施形態において変更され得ることに留意されたい。
【0058】
図５Ａに示されるように、切り替え可能な磁石５３０を製造する１つの方法は、２つの円盤状の磁石を互いに重ね合わせて使用することであり、その一方は静的であり（例えば、固定磁石５３４）、他方は回転可能である（例えば、可動磁石５３２）。磁石は、鉄のハウジング５３６などの磁束コンセントレータに収容されている。回転可能な磁石５３２は、（図５Ｂに示されるように）固定磁石５３４の磁場を打ち消すように配向されて、磁石５３０全体をオフにすることができる。あるいは、回転可能な磁石５３２は、（図５Ｃに示されるように）固定磁石５３４と同じ方向に配向されて、その磁場を強め、磁石５３０全体をオンにすることができる。可動磁石５３２の回転は、例えば、モータなどのアクチュエータを使用して行うことができる。
【0059】
【0060】
図６Ａおよび６Ｂの実施形態は、各着陸脚部６００の磁石ホルダ６２０内に切り替え可能な磁石６３０を使用する。切り替え可能な磁石６３０は、アクチュエータ６３８（磁石の状態を切り替えるためのサーボモータなど）を使用して操作される。着陸対象物（例えば、パイプ）にアプローチすると、磁石６３０は、ＵＡＶのオンボードコントローラからモータ６３８に送信される信号を使用してオンに切り替えられ、ＵＡＶがパイプに付着することを可能にする。離陸する時が来ると、磁石６３０はオフにされて、ＵＡＶプロペラの仕事を容易にし、磁性の引く力を克服する必要性を回避する。図６Ａは、磁石ホルダ６２０に収容された切り替え可能な磁石６３０を含む着陸脚部６００の分解図を示す。図６Ａの他の構成要素は、図２Ｂの同じ番号の構成要素と実質的に同様であり、それらの説明は繰り返されない。
【0061】
図６Ｂは、関節接合された脚部６００用の例示的な切り替え可能な磁石６３０を示している。磁石６３０は、固定永久磁石６３４に対して回転して磁石６３０のオンとオフを切り替える回転永久磁石６３２を含む。モータまたはアクチュエータ６３８は、固定磁石６３４に対して回転磁石６３２の回転を実行して、２つの磁石６３２および６３４の磁力を相殺または結合する。鉄のフラックスコンセントレータ６３６は、２つの磁石６３２および６３４を収容し、それらの結合された磁力を脚部６００の下の強磁性面に対して向けるまたは広げるのを助ける。
【0062】
図７は、一実施形態による、磁石ホルダ７２０内に収容された電永磁石７３０を有する、例示的な受動的に関節接合された脚部７００の分解図である。脚部７００の他の構成要素は、それぞれ、図２Ｂおよび図６Ａの脚部２００および６００の同じ番号の構成要素と実質的に同様である。すなわち、脚部７００は、脚部２００および６００と実質的に同じ自由度２（ユニバーサルジョイント）の受動的に関節接合された脚部を有することができるが、永久磁石２３０または切り替え可能な磁石６３０の代わりに電永磁石７３０を利用する。
【0063】
電永磁石７３０などの永久磁石は、通常の電磁石とは大きく異なり、このタイプのアプリケーションには適さない場合がある。これは、通常の電磁石がコイルを磁化し続けるために一定の電流を必要とするためである。これにより、ＵＡＶがパイプにパーチする間、ＵＡＶの電池がすぐに消耗する可能性がある。他方、電永磁石（電永磁石７３０など）は、電力を必要とせずにオンのままであり、オン状態とオフ状態を切り替えるために電気パルスのみを必要とする。オンまたはオフのときに電力を必要とせず、オンとオフの間を移行するために電力を必要とするのみであることは、このタイプのアプリケーションに関する電永電磁石の魅力的な利益である。
【0064】
図７の実施形態は、各着陸脚部７００において電永磁石７３０を利用する。着陸対象物（例えば、パイプ）に近づくと、磁石７３０は、ＵＡＶコントローラから磁石に送信される信号を使用してオンに切り替えられ、ＵＡＶがパイプへ付着することが可能になる。離陸する時が来ると、磁石がオフにされて、プロペラの仕事が容易になり、磁性の引く力に打ち勝つ必要がなくなる。
【0065】
図８は、一実施形態による、受動的に関節接合された脚部８００および対応する分離モータ８６０を有する例示的なＵＡＶ５００の図である。
【0066】
図８のＵＡＶ５００に関して、強磁性面から磁石を分離ことは、磁石を磁気引力から直接引き離すよりも、磁石を傾けることによる方がより容易であることに留意されたい。これは、磁石を傾けると、分離力を増幅するモーメントアームが生成されるためである。さらに詳細には、強磁性面から磁石を直接引き離すことによる分離には、少なくとも磁力に等しい力が必要である。一方、傾けることによる分離は、磁石の上（または上部）に横方向の力を加えることであり、それにより磁石の下隅の周りにトルクが加わり、その周りで回転が発生する。加えられた脱離力（倒ける力）のモーメントアームが磁力のそれよりも大きく、磁力よりも強いトルクがかかる場合、磁石が分離する。これは通常、磁石を直接引き離すのに必要な磁力よりもはるかに小さい力である。そのため、引っ張るよりも傾けることで磁石を取り外す方がはるかに簡単である。
【0067】
これを念頭に置いて、ＵＡＶ５００の各受動的に関節接合された脚部８００は、対応する分離モータ８６０を含み、ユニバーサルジョイント８５０で関節接合された脚部８００の磁石ホルダ８２０（下端）に傾ける力を加える。ユニバーサルジョイント８５０に力を加えると、磁石ホルダ２２０にかかるトルクが最大になり、ＵＡＶ５００が着陸またはパーチした強磁性面から離れる。
【0068】
【0069】
関節接合された脚部８００は、前述の関節接合された脚部２００と同様であり、分離モータまたはアクチュエータ８６０を脚部８００に埋め込んで、磁石ホルダ２２０をユニバーサルジョイント８５０から傾けるだけである。分離モータ８６０およびユニバーサルジョイント８５０へのその接続を除いて、関節接合された脚部８００は、パーチに永久磁石を使用するなど、関節接合された脚部２００と同様である。４本の脚部８００の各々は、４本のバーのリンケージ８６５を使用してリンクされる独自のモータ８６０を有する。磁石ホルダ２２０は受動的であり、関節接合された脚部２００と同様にユニバーサルジョイント８５０を使用して自由度２で自由に動く。図９Ａは、磁石ホルダ２２０の磁石がパイプ７５０に引き寄せられるため、磁石ホルダ２２０（または「足」）が自身をパイプ７５０に対して受動的に配向する間、パイプ７５０に磁着する脚部８００を示す。分離および離陸を実行するとき、モータ８６０は、図９Ｂに示されるように作動され、脚部８００は、分離モータリンケージ８６５を介してユニバーサルジョイント８５０で傾けられて、それは容易な分離をもたらす。モータ８６０の電源がオフになったとき、４バーのリンケージ８６５がロックされて動かないように、モータ８６０はセルフロックでなければならないことに留意されたい。
【0070】
一実施形態では、分離モータ８６０はまた、様々な曲面率（例えば、パイプ直径）に対して脚部８００間の間隔を調整することによって、湾曲強磁性面７５０への取り付けを助けるために使用される。例えば、湾曲強磁性面７５０へアプローチすることの一部として、ＵＡＶ５００のオンボードコントローラは、強磁性面７５０の曲率を検出するためにセンサ（例えば、レーザスキャナ１１０として、ＬＩＤＡＲ）を使用することと、取り付け前に、分離モータ８６０を使用して脚部８００を適切に離す（例えば、例えば、曲率が小さい場合はさらに離し、曲率が大きい場合は互いに近づける）ことを行うように、プログラムまたは他の方法で構成されることができる。
【0071】
図１０は、一実施形態による、受動的に関節接合された脚部１０００および統合された分離モータ１０６０を有する例示的なＵＡＶ９００の図である。ＵＡＶ９００は、図８のＵＡＶ５００と同様であり、各関節接合された脚部８００のための専用の分離モータ８６０の代わりに、統合された分離モータ１０６０（４つの関節接合された脚１０００すべての間で共有される）のみを使用する。
【0072】
図１０の実施形態は、図８の実施形態のアイデアに基づいているが、各脚部８００に対して１つのモータ８６０を使用する代わりに、単一のアクチュエータ１０６０を使用して、すべての脚部１０００を一度に分離する。この設計は、複数の分離モータの必要性を排除することにより、重量とサイズを低減する。機械的リンケージ１０６５は、すべての脚部１０００を中央モータ１０６０に接続し、中央モータ１０６０は、回転すると、すべての脚部１０００を内側に引っ張って、分離をもたらす。他の実施形態では、他の機械的リンケージ設計を使用して、モータの代わりに線形アクチュエータであることができる単一のアクチュエータに脚部１０００をリンクすることができることに留意されたい。
【0073】
図１１Ａおよび１１Ｂは、図１０のＵＡＶ９００の上面図であり、それぞれ、取り付け位置および分離位置にある脚１０００を示している。図１２Ａおよび１２Ｂは、図１０のＵＡＶ９００の関節接合された脚部１０００の側方図であり、湾曲強磁性面７５０に関して、それぞれ、取り付け位置および分離位置にある脚１０００を示している。これらの図面は、ＵＡＶ９００の単一アクチュエータ１０６０がどのように機能するかを説明するのに役立つ。
【0074】
図１１Ａおよび１２Ａは、着陸中の脚部１０００の構成を示しており、脚部１０００は下向きであり、磁石は、適切な取り付けのために、パイプ７５０に向かって受動的に配向している。分離および離陸の時間になると、中央の分離モータ１０６０が反時計回りに回転し、図１１Ｂおよび１２Ｂに示されるように、機械的リンケージ１０６５を使用して脚１０００を内側に引っ張る。これは、磁気脚２２０の上に倒ける力を加え、それらがパイプ７５０から分離することを強制する。モータ１０６０は、モータ１０６０に電力が供給されていないときに意図せずに外れるのを防ぐために、セルフロックする必要がある。
【0075】
図８のＵＡＶ５００と同様に、一実施形態では、図１０のＵＡＶ９００は、分離モータ１０６０も使用して、様々な曲面率（例えば、パイプの直径）に対して脚部１０００間の間隔を調整することによって、湾曲強磁性面７５０への取り付けを支援する。例えば、湾曲強磁性面７５０へアプローチすることの一部として、ＵＡＶ９００のオンボードコントローラは、強磁性面７５０の曲率を検出するためにセンサ（例えば、レーザスキャナ１１０として、ＬＩＤＡＲ）を使用することと、取り付け前に、分離モータ１０６０を使用して脚部１０００を適切に離す（例えば、例えば、曲率が小さい場合はさらに離し、曲率が大きい場合は互いに近づける）ことを行うように、プログラムまたは他の方法で構成されることができる。
【0076】
図１３は、一実施形態による、関節接合された磁気軸受の脚部（関節接合された脚部１２０、２００、６００、７００、８００、または１０００など）を有するＵＡＶ（ＵＡＶ１００、５００、または９００など）を、湾曲強磁性面（パイプ５０または湾曲強磁性面７５０など）へ着陸させる例示的な方法１３００のフローチャートである。
【0077】
方法１３００の一部またはすべては、図１から図１２Ｂに示される構成要素および技術を使用して実行することができる。本明細書に開示されるこの方法および他の方法の一部は、割り当てられたタスクを実行するようにコードまたは論理によって構成された、プログラマブル論理回路（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ、ＰＬＣ）、コンピュータ、ソフトウェア、または他の回路（例えば、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ）などのカスタムまたは事前にプログラムされた論理デバイス、回路、またはプロセッサ上で、またはそれらを使用して実行することができる。デバイス、回路、またはプロセッサは、たとえば、専用または共有のハードウェアデバイス（ノートパソコン、ワークステーション、タブレット、スマートフォン、サーバの一部、またはＦＰＧＡもしくはＡＳＩＣなどの専用ハードウェア回路など）、コンピュータサーバ、サーバの部分、またはコンピュータシステムであり得る。デバイス、回路、またはプロセッサは、１つまたは複数のプロセッサで実行されると部分を引き起こす命令を格納する、非一時的なコンピュータ可読媒体（ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｒｅａｄａｂｌｅ ｍｅｄｉｕｍ、ＣＲＭ、例えば読み取り専用メモリ（ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ、ＲＯＭ）、フラッシュドライブ、またはディスクドライブなどの）を含むことができ、方法９００（または他の開示された方法）の部分が実行されるようにする。他の実施形態では、操作の順序を変えることができ、操作のいくつかを省略できることに留意されたい。方法１３００の一部またはすべては、方法１３００を実行するように構成されたＵＡＶ上に配置された論理、回路、またはプロセッサを使用して実行することもできる。
【0078】
例示的な方法１３００では、処理は、ＵＡＶで湾曲強磁性面に接近するステップ１３１０から始まる。方法１３００はさらに、湾曲強磁性面に対して垂直に、磁気足の磁石（永久磁石２３０、切り替え可能な磁石５３０または６３０、または電永磁石７３０など）を配向するために、各関節接合された脚部の磁気足（磁石ホルダ２２０、６２０、または７２０など）を関節接合するステップ１３２０を含む。例として、関節接合された脚部の主要本体（主要本体２１０など）を磁気足へ連結する受動的に関節接合されたジョイント（ユニバーサルジョイント２５０または８５０）を用いて、湾曲強磁性面に対して自由度２で磁気足を受動的に関節接合させるステップ１３２０を、関節接合するステップ１３２０は含むことができる。
【0079】
方法１３００は、磁気足の垂直に配向された磁石を使用して湾曲強磁性面に各磁気足を磁着することによって、湾曲強磁性面にＵＡＶを着陸させるステップ１３３０をさらに含む。方法１３００は、各磁気足を湾曲強磁性面に磁着したままにすることにより、着陸するステップ１３３０の後に、湾曲強磁性面にＵＡＶをパーチするステップ１３４０をさらに含む。方法１３００は、湾曲強磁性面から磁気足を磁気的に分離するために、分離モータ（分離モータ８６０または１０６０など）を使用して、湾曲強磁性面から離れるように各関節接合された脚部の磁気足を傾けるステップ１３５０をさらに含む。
【0080】
本明細書に記載の方法は、有形の（例えば、非一時的な）記憶媒体上の機械可読形式のソフトウェアまたはファームウェアによって部分的または全体的に実行され得る。例えば、そのソフトウェアまたはファームウェアは、本明細書で説明した任意の方法の一部またはすべてのステップを実行するように適合されたコンピュータプログラムの形態であってもよく、プログラムがコンピュータまたは適切なハードウェアデバイス（例えば、ＦＰＧＡ）上で実行されるとき、コンピュータプログラムは、コンピュータ可読媒体上に実装されている可能性がある。有形の記憶媒体の例として、ディスク、サムドライブ、メモリなどのコンピュータ可読媒体を含むコンピュータ記憶デバイスが挙げられ、伝播される信号は含まれない。伝播される信号は有形の記憶媒体に存在する場合があるが、伝播される信号自体は有形の記憶媒体の例ではない。ソフトウェアは、方法ステップが任意の適切な順序で、または同時に実行され得るように、並列プロセッサまたは直列プロセッサ上での実行に適し得る。
【0081】
図面中の類似の数字が、いくつかの図面を通して類似の要素を表し、図面に関連して説明され、示された構成要素および／またはステップの全てが、全ての実施形態または構成に必要とされるわけではないことをさらに理解されたい。
【0082】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明する目的のためであり、本開示を限定することを意図していない。本明細書において使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかに別のことを示している場合を除き、複数形も含むものと意図する。「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ（備える）」および／または「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える）」という用語は、本明細書で使用する際、述べた特徴、整数、ステップ、作業、要素、および／または構成要素の存在を明示するが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、作業、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除しないことがさらに理解されるであろう。
【0083】
向きの用語は、本明細書においては、単に慣例および参照の目的で使用され、限定として解釈されるべきではない。しかしながら、これらの用語が、見る人を基準にして使用される可能性があることが認識される。したがって、限定が含意されることもなく、推測されることもない。さらに、序数（例えば、第１、第２、第３）の使用は区別のためであり、カウントではない。例えば、「第３」は、対応する「第１」または「第２」があることを示唆していない。また、本明細書において使用される表現および専門用語は、説明目的のものであり、限定として見做されるべきではない。本明細書における「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（備える、含む）」、または「ｈａｖｉｎｇ（有する）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ（伴う）」、およびそれらの変形の使用は、それ以降に挙げられた項目、およびその等価物、ならびに追加項目を包含することを目的としている。
【0084】
上述の主題は、単に例示として提供されており、限定されるものと解釈されるべきではない。例示的な実施形態ならびに説明および記載された用途に従うことなく、かつ、以降の特許請求の範囲に記載されている本開示の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更が、本明細書に記載された主題に対して行われ得る。
【符号の説明】
【0085】
５０ ・・・構造物（パイプ）
１００、５００、９００ ・・・ＵＡＶ
１１０ ・・・レーザスキャナ
１２０ ・・・磁石
１５０ ・・・クローラ
２００、８００、１０００ ・・・脚部
２２０ ・・・磁石ホルダ
２３０ ・・・永久磁石
２５０ ・・・関節接合ジョイント
８６０、１０６０ ・・・分離モータ
１００、５００、９００ ・・・ＵＡＶ
１１０ ・・・レーザスキャナ
１２０ ・・・磁石
１５０ ・・・クローラ
２００、８００、１０００ ・・・脚部
２２０ ・・・磁石ホルダ
２３０ ・・・永久磁石
２５０ ・・・関節接合ジョイント
８６０、１０６０ ・・・分離モータ
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13】