特許 7607560 解放可能なクローラを有するパーチするＵＡＶを使用した検査方法

(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】2024-12-19

(45)【発行日】2024-12-27

(54)【発明の名称】解放可能なクローラを有するパーチするＵＡＶを使用した検査方法

(51)【国際特許分類】

   B64C 25/32 20060101AFI20241220BHJP

   B64C 13/20 20060101ALI20241220BHJP

   B64C 27/04 20060101ALI20241220BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20241220BHJP

   B64D 9/00 20060101ALI20241220BHJP

   B64U 10/13 20230101ALI20241220BHJP

   B64U 20/80 20230101ALI20241220BHJP

   B64U 20/87 20230101ALI20241220BHJP

   B64U 60/30 20230101ALI20241220BHJP

   B64U 60/50 20230101ALI20241220BHJP

   B64U 60/55 20230101ALI20241220BHJP

   E04G 23/00 20060101ALI20241220BHJP

   B64U 101/26 20230101ALN20241220BHJP

   B64U 101/28 20230101ALN20241220BHJP

   B64U 101/29 20230101ALN20241220BHJP

【ＦＩ】

B64C25/32

B64C13/20 Z

B64C27/04

B64C39/02

B64D9/00

B64U10/13

B64U20/80

B64U20/87

B64U60/30

B64U60/50

B64U60/55

E04G23/00 ESW

B64U101:26

B64U101:28

B64U101:29

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021531002

(86)(22)【出願日】2019-11-26

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-20

(86)【国際出願番号】 US2019063400

(87)【国際公開番号】W WO2020154035

(87)【国際公開日】2020-07-30

【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】16/694,092

(32)【優先日】2019-11-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【前置審査】

(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】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(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】特表２０１７－５１２９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１５９２９０４（ＫＲ，Ｂ１）

【文献】中国実用新案第２０６３１８０３０（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６４Ｃ ２５／３２

Ｂ６４Ｃ １３／２０

Ｂ６４Ｃ ２７／０４

Ｂ６４Ｃ ３９／０２

Ｂ６４Ｄ ９／００

Ｂ６４Ｕ １０／００

Ｂ６４Ｕ ２０／００

Ｂ６４Ｕ ６０／００

Ｂ６４Ｕ １０１／００

Ｅ０４Ｇ ２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

解放可能なクローラを有する無人航空機（ＵＡＶ）を使用して湾曲強磁性面を検査または保守する方法であって、
前記ＵＡＶを前記強磁性面の近傍まで飛行させることと、
前記強磁性面に前記ＵＡＶをパーチさせることであって、
前記強磁性面にアプローチする間に、前記ＵＡＶの脚部を、前記脚部の対応する磁石を使用して、前記強磁性面の湾曲部に向かって受動的に関節接合することと、
前記対応する磁石を使用して、前記ＵＡＶの前記関節接合された脚部を前記強磁性面に磁着することと、
前記パーチする間中、前記脚部の前記強磁性面への前記磁着を維持することと、を含む、パーチさせることと、
前記クローラが前記強磁性面に沿って前記ＵＡＶから離れるように移動することを可能にするように、前記パーチしたＵＡＶから前記クローラを分離することと、
前記クローラの磁気ホイールを使用して、前記クローラを前記強磁性面に磁着させる間に、前記強磁性面上で前記分離されたクローラを操縦することと、
前記強磁性面から前記関節接合された脚部の前記磁着を解くことと、
前記強磁性面から離れて、前記ＵＡＶの磁気的に分離された前記脚部を飛行させることと、を含み、
前記磁着を解くことが、前記ＵＡＶの１つ以上の分離アクチュエータを使用して、前記磁着された脚部へ梃子を適用することを含む、方法。

【請求項2】

前記湾曲強磁性面が、パイプを備えており、前記分離されたクローラを操縦することが、前記分離されたクローラを使用して、前記パイプの円周スキャンを実行することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記クローラのプローブまたはツールを使用して、前記操縦中に、前記強磁性面を検査または保守することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記分離されたクローラから、前記ＵＡＶまたは基地局と無線で通信することをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記操縦後に、前記強磁性面から前記クローラの前記磁着を解くことと、前記分離されたクローラを前記パーチしたＵＡＶに再ドッキングすることと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記対応する磁石が、切り替え可能な永久磁石を備えており、前記磁着を解くことが、前記永久磁石を磁化状態から非磁化状態に切り替えることを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

前記飛行するＵＡＶのレーザスキャナを使用して、前記近傍の強磁性面をスキャンすることをさらに含む、請求項１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２５日に出願された「ＩＮＳＰＥＣＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ ＵＳＩＮＧ Ａ ＰＥＲＣＨＩＮＧ ＵＡＶ ＷＩＴＨ ＲＥＬＥＡＳＡＢＬＥ ＣＲＡＷＬＥＲ」と題する米国出願第１６／６９４，０９２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、概して、構造物の検査および保守に関するものであり、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かつ再ドッキング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）を使用する検査方法に関する。

【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（ドローン）の使用は、実行可能な代替手段を提供する補助となり得る。しかしながら、このような検査と保守のタスクは、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、または、資産上でのＵＡＶの操縦を使用して実行するのが最良である。特に、ドローンを使用してパイプ（または他の資産）の完全な円周スキャンを実行することは困難なタスクである。

【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、解放可能かつ再ドッキング可能なクローラを有するパーチするＵＡＶを用いた効果的な検査方法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】

一実施形態に従う、解放可能なクローラを有する無人航空機（ＵＡＶ）を使用して湾曲強磁性面を検査または保守する方法が提供される。本方法は、ＵＡＶを強磁性面の近傍まで飛行させることと、ＵＡＶを強磁性面にパーチさせることと、を含む。ＵＡＶをパーチさせることは、強磁性面にアプローチする間に、ＵＡＶの脚部を、脚部の対応する磁石を使用して、強磁性面の湾曲部に対して受動的に関節接合することと、ＵＡＶの関節接合された脚部を対応する磁石を使用して、強磁性面に磁着することと、パーチする間中、脚部の強磁性面に対する磁着を維持することと、を含む。この方法はさらに、パーチしたＵＡＶから強磁性面に、クローラを分離することと、クローラの磁気ホイールを使用して強磁性面にクローラを磁着する間に、分離されたクローラを強磁性面で操縦することと、を含む。

【0006】

一実施形態では、湾曲強磁性面はパイプを備えており、分離されたクローラの操縦することは、分離されたクローラを使用して、パイプの円周スキャンを実行することを含む。

【0007】

一実施形態では、この方法は、クローラのプローブまたはツールを使用して、操縦中に、強磁性面を検査または保守することをさらに含む。

【0008】

一実施形態では、この方法は、分離されたクローラから、ＵＡＶまたは基地局と無線で通信することをさらに含む。

【0009】

一実施形態では、この方法は、操縦後に、強磁性面からのクローラの磁着を解くことと、分離されたクローラをパーチしたＵＡＶに再ドッキングすることと、をさらに含む。

【0010】

一実施形態では、この方法は、強磁性面から関節接合された脚部の磁着を解くことと、強磁性面から離れて、ＵＡＶの磁気的に分離された脚部を強磁性面から飛行させることと、を含む。

【0011】

一実施形態では、対応する磁石は、切り替え可能な永久磁石を備えており、磁着を解くことは、永久磁石を磁化状態から非磁化状態に切り替えることを含む。

【0012】

一実施形態では、磁着を解くことは、ＵＡＶの１つ以上の分離アクチュエータを使用して、磁着する脚部へ梃子を適用することを含む。

【0013】

一実施形態では、この方法は、飛行ＵＡＶのレーザスキャナを使用して近傍の強磁性面を走査することをさらに含む。

【0014】

一実施形態による、解放可能なクローラを有する無人航空機（ＵＡＶ）を使用して湾曲強磁性面を検査または保守する方法が提供される。この方法は、ＵＡＶを初期位置から強磁性面の近くのパーチする前の位置へ飛行させることと、強磁性面にＵＡＶを自律的にパーチさせることと、強磁性面へパーチしたＵＡＶの磁着を維持することと、磁着されたＵＡＶからクローラを強磁性面に解放することと、解放されたクローラの強磁性面への磁着を維持する間に、クローラを湾曲強磁性面全体で移動させることと、磁着されたクローラを使用して、強磁性面を検査または保守することと、解放されたクローラを、パーチしたＵＡＶと再ドッキングすることと、を含む。

【0015】

一実施形態では、この方法は、解放されたクローラからＵＡＶと無線で通信することをさらに含む。

【0016】

一実施形態では、この方法は、パーチしたＵＡＶを強磁性面から磁気的に分離することと、強磁性面から離れてパーチする前の位置へ、磁気的に分離されたＵＡＶを飛行させることと、をさらに含む。

【0017】

一実施形態では、磁気的に分離されたＵＡＶを飛行させることは、再ドッキングされたクローラを運ばないことを含み、方法は、解放されたクローラから飛行するＵＡＶへ無線通信することをさらに含む。

【0018】

一実施形態では、強磁性面を検査または保守することは、強磁性面上の関心のある場所をマーキングすることを含む。

【0019】

一実施形態では、強磁性面を検査または保守することは、強磁性面の厚さを測定することを含み、関心のある場所は、測定された厚さが臨界値未満である場所を含む。

【0020】

一実施形態では、この方法は、パーチしたＵＡＶを強磁性面から磁気的に分離することと、強磁性面から離れて、磁気的に分離されたＵＡＶを飛行させることと、磁気的に分離されたＵＡＶから、強磁性面上のマーキングされた関心のある場所を、検出することと、をさらに含む。

【0021】

一実施形態では、この方法は、強磁性面から、再ドッキングされたクローラを有するパーチしたＵＡＶを磁気的に分離することと、強磁性面から離れてパーチする前の位置へ、再ドッキングされたクローラを有するパーチしたＵＡＶを飛行させることと、再ドッキングされたクローラを有する磁気的に分離したＵＡＶを、再ドッキングされたクローラによって検査または保守される第２の強磁性面の近くにある、別のパーチする前の位置へと飛行させることと、をさらに含む。

【0022】

一実施形態では、この方法は、強磁性面から、再ドッキングされたクローラを有するパーチするＵＡＶを磁気的に分離することと、強磁性面から離れて初期位置へ、再ドッキングされたクローラを有する磁気的に分離されたＵＡＶを飛行させることと、を含む。

【0023】

一実施形態では、ＵＡＶを自律的にパーチさせることは、ＵＡＶの深度カメラまたはレーザスキャナを使用して強磁性面を感知することと、感知された深度カメラまたはレーザスキャナのデータを使用して強磁性面にタッチダウンすることと、を含む。

【0024】

一実施形態では、ＵＡＶを自律的にパーチさせることは、感知された強磁性面データを使用して、ＵＡＶをタッチダウン前の位置に整合することと、再ドッキングされたクローラを有するパーチするＵＡＶを強磁性面から磁気的に分離することと、強磁性面から離れて初期位置へ、再ドッキングされたクローラを有する磁気的に分離されたＵＡＶを飛行させることと、を含む。

【0025】

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】

【0026】

【図1A】一実施形態による、構造物（例えば、パイプ）にパーチするＵＡＶの例の図であり、ＵＡＶ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。図１ＡはクローラがＵＡＶに取り付けられている様子を示す。

【図1B】一実施形態による、構造物（例えば、パイプ）にパーチするＵＡＶの例の図であり、ＵＡＶ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。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ＵＡＶまたはドローンの分解図および断面図であって、構造物にパーチするためのパーチする脚部を有する下部構造で構成されている図である。

【図2B】一実施形態による、例示的なＵＡＶまたはドローンの分解図および断面図であって、構造物を検査または保守するために、構造物にパーチしたＵＡＶから解放するためのクローラを有する下部構造で構成されている図である。

【図3A】一実施形態による、図２Ａおよび図２Ｂの下部構造を取り付けるためのモジュール式装着点を有する例示的なＵＡＶの断面図である。

【図3B】一実施形態による、ＵＡＶに対して側方配向に取り付けられた下部構造を有するＵＡＶの断面図である。

【図3C】一実施形態による、ＵＡＶに対して上配向に取り付けられた下部構造を有するＵＡＶの断面図である。

【図4A】一実施形態による、ＵＡＶに対して底配向に取り付けられた下部構造とともに、図２Ａから図３Ｃの下部構造を取り付けるための回転可能な装着点を有する例示的なＵＡＶの断面図である。

【図4B】一実施形態による、ＵＡＶに対して上配向に取り付けられた下部構造とともに、図２Ａから図３Ｃの下部構造を取り付けるための回転可能な装着点を有する例示的なＵＡＶの断面図である。

【図4C】一実施形態による、ＵＡＶに対して側方配向に取り付けられた下部構造とともに、図２Ａから図３Ｃの下部構造を取り付けるための回転可能な装着点を有する例示的なＵＡＶの断面図である。

【図5A】一実施形態による、解放可能なクローラを有するパーチするＵＡＶを使用した対象となる構造物（例えば、パイプ）の例示的な検査方法の、図解である。

【図5B】一実施形態による、解放可能なクローラを有するパーチするＵＡＶを使用した対象となる構造物（例えば、パイプ）の例示的な検査方法の、図解に対応するフローチャートである。

【図6】一実施形態による、構造物の検査または保守の中で遭遇した構造物（例えば、パイプ）の関心のある（例えば、疑わしい）部分に視認性のあるマーキングをする例示的な解放可能なクローラを、クローラによって残された視認性のあるマーカを検出する例示的なＵＡＶとともに説明する図解である。

【図7A】一実施形態による、構造物の検査または保守の中で遭遇した構造物（例えば、パイプ）の関心のある（例えば、疑わしい）部分に、解放可能なクローラが視認性のあるマーキングをする例示的な技術を、仮想マーカを使用して無線による位置特定を実行するＵＡＶとともに説明する図解である。

【図7B】一実施形態による、構造物の検査または保守の中で遭遇した構造物（例えば、パイプ）の関心のある（例えば、疑わしい）部分に、解放可能なクローラが視認性のあるマーキングをする例示的な技術を、仮想マーカを使用して無線による位置特定を実行するＵＡＶとともに説明する図解である。

【図8】一実施形態による、構造物を検査または保守するために解放可能なクローラを有するＵＡＶを展開するための例示的な構造物である。

【図9】一実施形態による、解放可能なクローラを有するＵＡＶを使用して、湾曲強磁性面を有する構造物（パイプなど）を検査または保守す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】

【0027】

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。

【0028】

様々な例示的な実施形態で、高所にあるか、そうでなければ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保守するための解放可能なクローラを有する、パーチするＵＡＶが提供される。ＵＡＶは、炭素鋼パイプ、構造物などの強磁性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て自律的に着陸し（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、パイプの周囲をクロールし、例えば、任意の配向角で込み入った検査作業を実行することができる。クローラは、パイプ上で保守を実行するように構成することもできる。以下の議論から理解されるように、ＵＡＶは、例えば、パイプまたは他の構造物の上、側方、または直下に着陸することができ、各々の例において、構造物に着陸したと言われる。

【0029】

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保守する唯一の方法が、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。

【0030】

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と、が含まれる。クローラは、パイプ上をあちこち移動して、例えば、ＵＴセンサを使用した厚さ測定などの検査スキャンを実行できる。例えば、いくつかの実施形態では、ＵＡＶおよびクローラの両方が、検査または保守されているパイプまたは他の資産の曲面に磁着する。そのため、クローラは（重力に対して逆さまでも）アセットの完全な縦方向または円周方向のスキャンを実行できる。

【0031】

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。パーチするＵＡＶは、パイプの近くにホバリングするのとは対称的に、パイプに（パイプの上などに）にパーチすることによってエネルギー（電気エネルギー、電池エネルギーなど）も節約する。パイプの表面にＵＡＶをパーチすると、ＵＡＶがパイプの隣でホバリングしているときよりも容易に、解放可能なクローラをＵＡＶから解放することまたは、ＵＡＶに再ドッキングすることができるようにもなる。さらに、パーチすることにより、ホバリングと比較してより安定が増し、リスクが軽減される。

【0032】

図１Ａおよび図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を検査または保守するための解放可能なクローラ１３０を有する。クローラ１３０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。さらに、説明を容易にするために、構造物５０（または本明細書に記載の任意の構造）は、直系８インチ以上のパイプなどのパイプであると想定されている。

【0033】

図１Ａおよび図１Ｂは、動作中の母子構成を示す。図１Ａは、クローラ１３０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１３０を示す。解放可能なクローラ１３０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と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）。

【0034】

図１Ａおよび図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、ＵＡＶ１００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に対して垂直な向きで関節運動する。

【0035】

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と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、自動着陸移動中のＵＡＶ１００に対するパイプの相対位置などを計測するために、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１３０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１４０、および対応するペア（例えば、前部および後部）でホイール１４０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１３０のサイズ、重量、および複雑さが軽減される。

【0036】

いくつかの他の実施形態では、クローラ１３０は、異なる数のホイール１４０（例えば、２つまたは３つのホイール、または４つ以上）およびそれらのタイプ（いくつか例を挙げると、オムニホイール、メカナムホイールなど）を含む。無人地上車両（ｕｎｍａｎｎｅｄ ｇｒｏｕｎｄ ｖｅｈｉｃｌｅ、ＵＧＶ）とは異なり、磁気クローラ１３０は、パイプの検査または保守の（全体に示されているように）様々な曲率および様々な方向と戦わなければならない。したがって、いくつかの実施形態では、磁気クローラ１３０は、パイプの曲率（または他の湾曲した構造または血管からの同様の曲率）を航行するための特別な移動システムを有する。

【0037】

いくつかの実施形態では、クローラ１３０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１３０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１３０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。

【0038】

他のいくつかの実施形態では、クローラ１３０とＵＡＶ１００との間の通信は無線である。ここで、クローラ１３０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１３０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１３０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１３０（例えば、クローラ１３０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１３０とＵＡＶ１００または操作者の制御局のいずれかと、もしくは、ＵＡＶ１００および操作者の制御局の両方と、の間であり得る。

【0039】

一実施形態では、ＵＡＶ１００は、ＵＡＶ１００の飛行を可能にするように構築された本体を含む（例えば、ロータ、制御デバイスおよび誘導デバイスなどを有する）。ＵＡＶ１００はまた、本体に接続され、湾曲した強磁性表面５０に飛行するＵＡＶ１００を着陸させてパーチするように構成された３つ以上の脚を含む。各脚部は、本体に接続された上部（または主要な）部分と、永久磁石１２０を含む下部と、を含む。底部は、着陸時に脚を強磁性面５０に磁着し、かつ、パーチする間、脚を強磁性面に磁着されたままであるように構成されている。さらに、受動的な関節ジョイント接続は、脚の上部と下部とを接続し、着陸中に下部が強磁性表面５０に近づいていくことに応答して、上部に対して下部を受動的に関節運動（例えば、ピボット）する。ＵＡＶ１００は、磁気ホイール１４０を有する解放可能なクローラ１３０をさらに含む。磁気ホイール１４０によって、パーチする間にクローラ１３０をＵＡＶ１００から分離することが可能になり、分離後は、クローラ１３０を強磁性表面５０に磁着しながら、強磁性表面５０上でクローラ１３０を移動することが可能になる。

【0040】

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、離陸時の取り外し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。

【0041】

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、検査および保守という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には、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が含まれる。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、検査および保守のための例示的なデバイスとアプリケーションと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、他の検査センサまたはプローブを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）。

【0042】

さらに他の実施形態では、クローラ１３０は、１つ以上のツールで構成され、保守目的で使用される。例えば、クローラ１３０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１３０は、１つ以上のカメラで構成され、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ＵＡＶ１００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。

【0043】

いくつかの実施形態では、クローラ１３０は、マーカ（ペイントまたはＱＲコード（登録商標）など）を関心のある領域（センサの読み取り値が正常レベル外である場所、障害が検出される場所など）に残すように構成されている。例えば、これらの位置は、重要な厚さレベルを検出する場所である可能性がある。いくつかのかかる実施形態では、クローラ１３０が再ドッキングし、ＵＡＶ１００が飛び去った後に、ＵＡＶ１００がこれらのマーカをスキャンし、これらのマーカの正確な位置を示す環境の３Ｄ再構成を作成する。いくつかのかかる実施形態では、ＵＡＶ１００は、オンボードＲＧＢ－Ｄカメラを使用してマーカを検出し、ＵＡＶ１００に対するそれらの位置を計算する。ＵＡＶのＧＰＳの位置を使用して、マーカの絶対位置を、計算または別様に判定することができる。ＵＡＶ１００がマーカをスキャンしている間、クローラ１３０は、例えば、パイプ５０上に留まるか、またはＵＡＶ１００と再ドッキングすることができることに留意されたい。

【0044】

いくつかの実施形態では、クローラ１３０は、無線の位置特定を使用して、資産上の問題がある場所を、仮想マーカなどで識別する。言い換えれば、瑕疵の位置は、精度は低くなるが、物理的なマーカがなくても特定することできる。これは、ＵＡＶ１００に対するクローラの位置を、無線センサを使用して計算（または別様に判定）することができるためである。例えば、いくつかのかかる実施形態では、ＵＡＶ１００は、超広帯域（ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅ ｂａｎｄ、ＵＷＢ）センサアレイを運び、当該センサアレイはクローラ１３０に据え付きの別のＵＷＢ送信機の無線信号を受信する。そうすると、ＵＡＶ１００が飛行中であるか、パイプ５０に取り付けられているかに関係なく、クローラの相対位置を計測可能である。いくつかの実施形態では、操作者がクロール中に障害を発見するときはいつでも、ＵＡＶ１００に関するクローラの位置にタグが付けられ、キャプチャされる。ＵＡＶのＧＰＳセンサを使用すると、これらの瑕疵の絶対位置を特定できる。いくつかの実施形態では、ＧＰＳが利用できない場合、ＵＡＶの位置は、ＧＰＳを利用できるホームベースからの飛行軌道およびＩＭＵデータに基づいて推定される。

【0045】

いくつかの実施形態では、前もって計算された（または決定された）検査位置が、ＵＡＶ１００から操作用コンピュータまたは地上局に転送される。次いで、検査位置が、例えば、検査対象のプラントのあらかじめ作成された３Ｄモデル上、またはＵＡＶのオンボードセンサ（例えば、深度カメラまたは３ＤのＬＩＤＡＲ）上から構築されることができる３Ｄモデルで視覚化される。さらに、いくつかのかかる実施形態では、視覚化された位置に、対応する計測厚（または他の検知された値または情報）の注釈が付けられる。

【0046】

図２Ａおよび図２Ｂは、一実施形態による、例示的なＵＡＶ２００またはドローンの分解図および断面図であって、それぞれ（１）構造物１５０（炭素鋼パイプまたは他の湾曲強磁性面１５０など）にパーチするためのパーチする脚部２８０を有する下部構造２２０で構成されている図、（２）構造物１５０の検査および保守のために、構造物１５０にパーチしたＵＡＶ２００から解放されるクローラ２６０を有する下部構造２２０で構成されている図、である。クローラ２６０は、（例えば、重力に対する配向に関係なく、逆さまでさえある）湾曲強磁性面１５０に接着する間に、操縦するための磁気ホイール２７０を有する。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均等に適用可能である。ＵＡＶ２００またはドローンは、ロータ（４つもしくは６つのロータなど）および、ＵＡＶ２００の荷重のバランスをとり、またはＵＡＶ２００を所望の方向に移動させるために、個々のロータの回転速度を調整するための制御ユニットを含むことができる。

【0047】

図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、ＵＡＶ２００は、下部構造２２０の類似の装着点２３０のセットと嵌合するための装着点２１０のセットを含む。このようにして、任意の互換性のあるＵＡＶ／下部構造の組み合わせ（例えば、互換性のある装着点と有効荷重容量／重量）を、所望の目的に合わせて組み立てることができ、この場合は、構造物１５０に展開し、構造物１５０を検査または保守するための解放可能なクローラ２６０である。この目的のために、下部構造２２０は、各々が関節接合された磁石２９０を有する、一組のパーチする脚部２８０（例えば、４つのかかる脚部２８０）を含む。関節接合された磁石２９０は、ＵＡＶ２００が面１５０にアプローチしてパーチするときに、湾曲強磁性面１５０の方へ配向可能であるように、かつ湾曲強磁性面１５０に接着可能にするように、脚部２８０に装着されている。

【0048】

したがって、図２Ａに示されるように、ジョイントがユニバーサルジョイントを含むときなどに、複数の軸内で、脚部２８０がちょうどパーチする面１５０に対して磁石２９０のハウジング内で、関節接合ジョイントは磁石２９０の旋回を可能にする。図示されるように、旋回は、脚部２８０またはジョイントの軸の周りで可能であり、軸に対する角度φおよび任意選択で追加の角度θなどに対する角度を想定することができる。ＵＡＶ２００および下部構造２２０は、主に、クローラ２６０を構造物の上（または上近く）へパーチして展開、または構造物の上（または上近く）から回収するように構成されている（例えば、ＵＡＶ２００のロータをパーチングの前、最中、後に適切なレベルに保つ）。

【0049】

さらに、下部構造２２０は、クローラ２６０をパーチしたＵＡＶ２００から面１５０に下降させるため、またはクローラ２６０を面１５０からパーチしたＵＡＶ２００へ上昇させるための高さ調整機構２４０（例えば、モータまたは他のアクチュエータ）を含む。これを補助するために、ドッキング機構２５０は、ドッキングポートなどを用いて、高さ調整機構２４０をクローラ２６０に接続する。クローラ２６０は、面１５０に展開された後、ドッキングポートにより、パーチしたＵＡＶ２００から離脱する（例えば、撥ね飛ばされる）ことができるか、または、面１５０から離れる準備ができたとき、ドッキングポートにより、クローラ２６０はパーチしたＵＡＶ２００へ係合する（例えば、中にまたは面上に走り込む）ことができ、それは例えば、ホームベースまたは、検査または保守をされるべき他の構造または構成要素に戻るためである。ドッキング機構２５０はまた、ＵＡＶ２００とクローラ２６０との間の情報またはエネルギーの転送を可能にし得る。例えば、計装データをクローラ２６０からＵＡＶ２００にダウンロードするか、またはクローラ２６０の電池をＵＡＶ２００から再充電する。

【0050】

さらに詳細には、いくつかの実施形態では、（例えば、面１５０での解放を成功させるために）高さ調整機構２４０を使用して、パイプ直径に基づいてクローラ２６０の高さを調整する。例えば、大型のパイプ（または平面）では、ドッキングされたクローラ２６０の面１５０までの高さは、小さな直径のパイプのときよりも高くなる。したがって、大型のパイプ（または平面）の場合、クローラ２６０は、面１５０に到達するためにより低い高さに展開されるが、小径のパイプでは、クローラ２６０は、より高い点で展開および解放される。さらに、いくつかの実施形態では、高さ調整機構２４０は、作業完了後にクローラ２６０を再ドッキングするために使用される。これにより、ドッキング機構２５０をクローラ２６０に対して正しい高さにすることができる。この場合も、パイプの直径が異なれば、対応する高さも異なる。いくつかの実施形態では、高さ調整機構２４０を使用して、クローラ２６０を引っ張り、強磁性面１５０へのその磁着を解く。

【0051】

いくつかの実施形態では、高さ調整機構２４０は、モータなどで作動される。いくつかの実施形態では、高さ調整機構２４０は、クローラ２６０を分離するために使用されない場合は受動的である。例えば、かかる一実施形態では、高さ調整機構２４０はバネ式であるため、ＵＡＶ２００がパーチしてクローラ２６０を展開するとき、常に最大可能伸長の状態でパイプ１５０を押すことができる。

【0052】

下部構造２２０を有するＵＡＶ２００では、垂直またはほぼ垂直な角度でパイプ１５０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、脚部２８０の接着および適切なパーチを提供する。パーチする脚部２８０は、パイプ１５０へのパーチおよび接着を成功させるために有用な特徴を有する。例えば、パーチ機構の各脚部２８０は、関節接合された磁石２９０（永久磁石または切り替え可能な永久磁石など）を特徴とする。脚部２８０の関節接合は、関節接合された磁石２９０が、磁石２９０の磁気引力および強磁性面１５０に応答して、図２Ａに示される軸に対して関節接合するように設計されている点で、磁石２９０と強磁性面１５０の初期接触への応答など、ＵＡＶ２００（より正確には、取付けられた下部構造２２０）が対象となる強磁性面１５０のかなり近傍にある場合に、受動的である。下部構造２２０は、好適な装着点（例えば、装着点２３０と嵌合するためのもの）と有効荷重容量（例えば、飛行中に下部構造２２０を運搬および展開するためのもの）を有する任意のＵＡＶへ装着可能であることに留意されたい。

【0053】

いくつかの実施形態では、展開および作業完了後、クローラ２６０は、ＵＡＶ２００で、またはより具体的には、ドッキング機構２５０で再ドッキングする。クローラ２６０を使用するＵＡＶ２００による強磁性面１５０からの再ドッキングおよび離陸のプロセスはまた、面１５０からクローラ２６０を磁気的に分離することを含む。いくつかのかかる実施形態では、ＵＡＶ２００は、高さ調整機構２４０を使用して、クローラ２６０の磁気ホイール２７０および強磁性面１５０の磁気引力からクローラ２６０を梃子で分離する。他のいくつかのかかる実施形態では、磁気ホイール２７０は、切り替え可能な磁石を使用して、再ドッキング後に強磁性面１５０への接着を無効にする。さらに他のいくつかのかかる実施形態では、ドッキング機構２５０は、パイプ１５０上にあり、かつ、ＵＡＶ２００に取り付けられている傾斜路を含む。かかる実施形態では、クローラ２６０は、（傾斜した車道への駐車するように）再ドッキングしながら傾斜路を登る。このようにして、クローラのホイールモータは、クローラ２６０の駆動トルクを使用して、磁気ホイール２７０の磁石を強制的に分離するために使用される。傾斜路は、重量、強度などの要因に応じて、金属材料（例えば、鋼）または非磁性材料で作ることができる。かかる各実施形態では、ＵＡＶ２００によって安全に保持される有効荷重としてのクローラ２６０とともに、ＵＡＶ２００が次の場所に飛ぶことを可能にするために、ＵＡＶ２００の磁気引力は達成される。

【0054】

図３Ａは、一実施形態による、図２Ａおよび図２Ｂの下部構造２２０を取り付けるためのモジュール式装着点３１０を有する例示的なＵＡＶ３００の断面図であり、一方、図３Ｂおよび図３Ｃは、一実施形態による、ＵＡＶ３００に対して側方配向および上配向にそれぞれに取り付けられた下部構造２２０を有するＵＡＶ３００の断面図である。このモジュール式アプローチにより、パイプ１５０の上、側方、または底にそれぞれパーチできるようにするために、例えば、ＵＡＶ３００の底、前、または上に下部構造２２０（有効荷重）を取り付けることが可能になる。

【0055】

製油所でパイプを検査する際の最大の課題の１つは、ラック、構造物、他のパイプなどの障害物のために、パイプの多くに上からアクセス可能ではないことである。これらの場合、構造物の側方または底など、他の位置からそのような面にアクセスまたはパーチすることが望ましい。ＵＡＶ３００は、装着点３１０の適切なセットに取り付けられた下部構造２２０とともに、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃにそれぞれ示されるように、適応可能なパーチする脚部２８０を使用して、パイプ１５０の上、側方、または底にパーチすることができる。

【0056】

さらに詳細には、各脚部２８０は、脚部２８０を２つの別個の部分、下部構造２２０にしっかりと取り付けられた主要本体および可動の（または関節で接続する）磁石２９０に分割する関節接合された磁石２９０を使って設計されている。これは、脚部２８０に少なくとも回転自由度を提供し、これにより、磁石２９０は、着陸中にパイプ１５０に向かってそれらの配向（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。

【0057】

２Ｄ側面図の説明を容易にするために、ＵＡＶ３００のロータのような特徴が、ＵＡＶ３００の他の部分（パーチする脚部２８０など）に接触するように示される場合があることに留意されたい。しかしながら、これは、深さ寸法（かかる特徴が重ならない）が示されていないためである。ＵＡＶ３００のロータは、下部構造２２０のいかなる構成された配向においても、下部構造２２０を妨害しない（例えば、下部構造２２０は、上から見たときにロータの間にある）。

【0058】

下部構造２２０の場所を変更すると、ＵＡＶ３００の重心が変更されることも指摘されるべきである。そのため、ＵＡＶ３００はこの変更に対して補正する必要がある。いくつかの実施形態では、ＵＡＶ３００のオンボードフライトコントローラは、重量分布に関係なく、ＵＡＶ３００が安定したホバリングを保つように（例えば、論理回路、コードなどによって）構成される。例えば、ＵＡＶ３００の前方が重くなると、コントローラは、わずかな傾きを感知することと、ＵＡＶ３００を水平に保ち、安定させるために、重たい側の（ロータの）推力または回転速度を上げてその傾きを補正することと、を行うように構成される。（図４Ａから４Ｃに示されるような）いくつかの実施形態では、重心の変化の影響を低減するために、電池などの重い構成要素が、下部構造２２０とは反対の回転レール上に配置される。これにより、下部構造２２０がＵＡＶ２００の真下にない状況にある中でも、フライトコントローラがＵＡＶ２００を安定に保つことが容易になる。

【0059】

図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃは、一実施形態による、ＵＡＶ４００に対して底配向、上配向、および側方配向にそれぞれに取り付けられた下部構造２２０とともに、図２Ａから図３Ｃの下部構造２２０を取り付けるための回転可能な装着点４１０を有する例示的なＵＡＶ４００の断面図である。いくつかの実施形態では、ＵＡＶ４００は、飛行中（例えば、動的回転）を含めて、装着点４１０を適切な配向に回転させるためのモータまたはアクチュエータを含む。いくつかの他の実施形態では、装着点４１０は、ミッションに先だって、手動で所望の配向に回転させることができる（例えば、静的回転）。

【0060】

例示的な電動化された実施形態では、電動システム（例えば、電動装着点４１０と、ＵＡＶ４００の周りを回るように、装着点４１０を回転するためのモータ）により、操作者は、ボタンを押すだけで下部構造２２０（有効荷重）の配向を変更することができる。別の実施形態では、ＵＡＶ４００は、パイプ１５０の周りで観察されたかまたは既知の障害などの要因に応じて、下部構造２２０の配向を（例えば、飛行中に）自動的に変更する。これらを念頭に置いて、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃは、電動システムが、パーチする脚部２８０の配向をどのように変更して、パイプ１５０のそれぞれ上、底、または側方に着地するかを示している。

【0061】

例えば、一実施形態では、ＵＡＶは、パイプ１５０の上、側方、または底、またはそれらの中間など、パーチするパイプ１５０上の最も安全な場所を計画するように（コンピュータコードなどによって）構成されたコントローラを有する。図４Ａから図４Ｃに示される例示的な電動化された実施形態では、回転は、ＵＡＶの本体４００の周りの円形レールを介して達成される。したがって、回転中に適切な重心を維持するために、電池などの重い構成要素をレール上に（例えば、装着点４１０と反対の位置に）配置して、カウンタウェイトとして機能させることができる。

【0062】

例示的なユーザが調整可能な（例えば、手動の）実施形態では、下部構造２２０の回転は、電動化される代わりに、ユーザによって手動で調整される。例えば、これは、重量、複雑さ、電力などを省くために行うことができる。この手動調整を達成するための例示的な技術は、手回しねじを緩めて、円形レールの周りの下部構造２２０の手動回転のロックを解除することによるものであり、その後、下部構造２２０が所望の位置になれば、再ロックすることができる。

【0063】

図５Ａおよび図５Ｂは、一実施形態による、解放可能なクローラ５３５を有するパーチするＵＡＶ５０５を使用した対象とする構造物５５５（例えば、パイプ）の例示的な検査方法５００の、それぞれ図解と対応するフローチャートである。図５Ａは、図５Ｂのフローチャートのステップ５１０からステップ５９０にそれぞれ対応するステップ１からステップ９を示して、方法５００を示す。説明を容易にするために、方法５００は、図５Ｂのステップ５１０からステップ５９０を参照して説明されるが、任意の点で図５Ａに対して対応する参照をして視覚化することもできる。

【0064】

図５Ａおよび図５Ｂは、全体を通して例示的な実施形態に記載されるように、解放可能なクローラ５３５システムを有するパーチするＵＡＶ５０５を使用して、パイプ、タンク、およびほかの構造を含む石油およびガス産業における資産などの資産を検査するための検査方法５００を説明する。このシステムは、例えば、接触検査作業を実行するために、鋼管（例えば、パイプ５５５）などの高架構造物に展開される解放可能なクローラ５３５を運ぶために使用されるＵＡＶ５０５を含む。重要な産業環境でこのような高度なシステムを使用するには、システムの高レベルの安全保証と信頼性とが必要である。このように、方法５００は、体系的かつ安全に検査作業を実行する。さらに、方法５００は、プロセス５００を可能な限り自動化するために、例えば、システムソフトウェア内でプログラム化または符号化することができる。

【0065】

方法５００は、対象物であるパイプ５５５の正常かつ安全な検査を可能にするための多段階ミッションを示す。図５Ａは、例示的な順序で方法のステップを示している。ＵＡＶ５０５を自律的または手動で検査対象物５５５の近く（パーチ前のウェイポイントと呼ばれる）に飛行させることを含むいくつかの重要なステップ。対象物５５５が十分に近くなり、深度カメラまたはレーザスキャナ（ＬＩＤＡＲ）などのＵＡＶ５０５のセンサによって検出可能になると、操作者は、自動検出された対象物５５５を確認するか、または画面上の異なる対象物を選択することによって、対象物５５５への自律的な着陸を開始する。ＵＡＶ５０５は、自身が安全に対象物５５５へアプローチして対象物５５５へ自律的に取り付くことができるように、パーチする操縦（例えば、標的５５５に着陸する）を自律的に実行するようにプログラム（または他の方法で構成）される。

【0066】

着陸後、クローラ５３５がＵＡＶ５０５から解放される。一実施形態では、クローラ５３５は、検査作業を実行するために、操作者によって、対象物の表面５５５上を手動で駆動される。別の実施形態では、クローラ５３５は、パイプ５５５上を操縦し、検査（または保守）作業を自律的に実行するようにプログラムされるか、そうでなければ構成される。完了すると、クローラ５３５は、ＵＡＶ５０５に（例えば、操作者によって、または事前にプログラムされたコードまたは論理回路を使用して自律的に）再ドッキングされ、その後、別の検査領域に飛ばされるか、またはホームである離陸および着陸場所５１５に戻る。

【0067】

さらに詳細に、そして図５Ｂをさらに参照すると、方法５００は、指定された離陸（および着陸）場所５１５にＵＡＶシステム５０５（またはドローン）を配置するステップ５１０などの飛行前段階から始まる。一実施形態では、操作者は、ロータ（またはプロペラ）を取り外した状態で、ＵＡＶ５０５を指定された離陸場所５１５に配置する。この時点で、方法５００は、ＵＡＶ５０５の電源を入れて、飛行前の点検および初期化を実行するステップ５２０を含む。一実施形態では、操作者は、点検および初期化を実行する。いずれかの点検が不合格だった場合、ミッションは続行されるべきではない。

【0068】

例示的な実施形態では、点検には、ＵＡＶ５０５の電池劣化度を点検することと、推進システムが期待通りに機能することを点検することと、操作者の制御局とＵＡＶ／クローラ５０５／５３５との間の通信を点検することと、パーチ機構の機能性を点検することと、クローラ５３５とそのドッキング機構の機能性を点検することと、検査ツール（例えば、ＵＴセンサ）の点検とキャリブレーションをすることと、ＵＡＶ５０５へのロータまたはプロペラの設置をすることと、ＵＡＶ５０５の位置モードへの設定（例えば、空中でその位置を安定させるため）と、障害物回避モードを有効化すること（例えば、ＵＡＶ５０５が、ウェイポイントを介した自律ミッション中に環境を安全に航行できるようにするため）と、ＵＡＶ５０５の飛行誘導モードを選択すること（一部のウェイポイントは自律的に航行され、一部のウェイポイントは手動で航行されるので、例えば、手動、自律、または混合モードを選択）と、が含まれる可能性があるが、これらに限定されない。

【0069】

方法５００は、飛行誘導モードのタイプなどの要因に応じて異なるミッション計画作成を実行するステップ５３０をさらに含む。一実施形態では、自律誘導モードが選択される（ＵＡＶ５０５が異なるウェイポイントに自律的に飛行するようにプログラムされている場合）。ここで、操作者はウェイポイントと関連する動作を定義する（たとえば、所定の高度における離陸ウェイポイント、対象物５５５からの所定の距離におけるパーチする前のウェイポイント、および計画外の事象が発生した場合のフェールセーフウェイポイント）。さらに、一実施形態では、ミッション計画者は、予想されるミッション時間の推定値を提供する。たとえば、これは、操作者によって入力されたミッション計画に与えられた推定電力消費量に基づくことができる（たとえば、対象物５５５への往復の推定飛行時間、検査操作の推定最大時間など）。

【0070】

別の実施形態では、手動誘導モードが選択される。ここで、操作者は、離陸点５１５から検査対象物５５５の近くに向かって飛行するための最良かつ最も安全な経路を視覚的に特定することによって、任務を計画する。さらに、一実施形態では、ミッション計画者は、ホーム５１５へ戻るための十分な電池寿命を有するミッション時間を計画する。例えば、ミッション計画者は、手動操作中に超えてはならないジオフェンス制限を設定できる。

【0071】

さらに別の実施形態では、混合誘導モードが選択される。これは自律モード（ミッションが制御局で完全に計画されている）に似ているが、操作者が、手動で航行するウェイポイントのいくつかを選択することを可能にする点で異なる（例えば、そのウェイポイントへ向かう途中のＵＡＶ５０５の前方に障害物または困難な環境がある場合）。これは、例えば、自動飛行に対する操作者の信頼度が特定のウェイポイントに対して十分に高くない場合に役立つ。

【0072】

方法５００は、飛行ミッションを開始し、ＵＡＶ５０５を検査対象物５５５の近くまで飛行させるステップ５４０をさらに含む。例示的な自律誘導モードの実施形態では、ＵＡＶ５０５に離陸ウェイポイントに行くように命令することと、ＵＡＶ５０５にパーチ前のウェイポイント（例えば、検査対象５５５の近く）に行くように命令することと、が含まれる。例えば、一実施形態では、ＵＡＶ５０５は、１つのミッションウェイポイントから次のミッションウェイポイントに自動的に移行するように構成される（例えば、プログラムされる）が、別の実施形態では、ＵＡＶ５０５は、ウェイポイントに到着するたびに、次に進む前に操作者の確認を待つように構成される。例示的な手動誘導モードの実施形態では、パーチの準備の中で、ＵＡＶ５０５を検査対象５５５の近くに手動で飛行させることを含む。例示的な混合誘導モードの実施形態では、開始して飛行するステップ５４０は自律モードに類似しているが、ミッションの手動部分が開始になると、操作者は引き継ぐようにシステムによって警告される。

【0073】

方法５００は、パーチ操縦を実行するステップ５５０をさらに含む。これは、（例えば、操作者の制御局を使って）関心のある対象物を定義することであって、定義された対象物５５５を使ってパーチの計画をするために、対象物５５５を検出および位置特定するように構成された（例えば、プログラムされた）対象物検出および位置特定ソフトウェアで定義することを含む。ここで、一実施形態では、操作者は、物体の検出を確認し、パーチ命令を発行する。

【0074】

例示的な実施形態では、ＵＡＶ５０５は、２つのステップでパーチを自律的に実行するようにプログラムされている。第１のステップでは、ＵＡＶ５０５は、自律的にタッチダウン前の位置で対象物５５５へアプローチする。その一実施形態では、操作者は、最終タッチダウンの前にその正確な位置を確認し、（２）一実施形態では、オンボードセンサ（例えば、２Ｄ ＬＩＤＡＲ）を使用して自律的に最終的な整合を実行し、操作者によっても確認される。例示的な確認の実施形態では、位置決めと最終的な整合との両方が確認されない場合、ＵＡＶ５０５はフェールセーフのウェイポイント（例えば、パーチを再実行できる地点）にフォールバックするように命令されるか、またはミッションの中止が安全に命令される（ＵＡＶ５０５はホームへ戻るように構成される）。第２のステップでは、ＵＡＶ５０５は、タッチダウン前が確認されるのを待ち、その時点で、パーチ機構がパーチ完了の確認を提供するように構成されている間に、ＵＡＶ５０５は自律的にタッチダウンするようにプログラムされる。パーチ完了の確認が表示されない場合、ＵＡＶ５０５はフェールセーフウェイポイントに行く。フェールセーフウェイポイントでは、パーチの再実行が可能であるか、または、ミッションの中止を命令される（そしてＵＡＶ５０５はホームへ戻る）。

【0075】

方法５００は、クローラ５３５を解放するステップ５６０をさらに含む。一実施形態では、パーチが成功すると、操作者はクローラの解放を命令する。クローラ５３５が対象物５５５上に展開され、システムによって確認が表示されると、操作者は検査ステップを開始する。方法５００は、対象物５５５を検査するステップ５７０をさらに含む。一実施形態では、操作者は、クローラ５３５を制御して、対象物５５５に対して検査作業を実行する。一実施形態では、クローラ５３５は、ＵＡＶ５０５に接続されたケーブルを介して操作される。別の実施形態では、クローラ５３５は、無線接続を介して操作され、クローラの動きは、事前定義された安全な通信領域内に制限される。

【0076】

一実施形態では、ＵＡＶシステム５０５は、全体的な状態をモニタすることと、例えば、利用可能な電力に応じて最大許容検査時間の推定値を提供することと、を行うようにプログラムされているか、そうでなければ構成されている。さらに、ＵＡＶシステム５０５は、（例えば、ＵＡＶ５０５由来、またはクローラ５３５由来、またはクローラ５３５によって取得されたＵＡＶ５０５由来の）検査データをシステムメモリに連続的に記憶することと、その記憶した検査データを操作者の制御およびモニタリング局にリアルタイムで転送することと、をさらにプログラムされている。

【0077】

方法５００は、クローラの再ドッキングとＵＡＶの分離のステップ５８０とをさらに含む。一実施形態では、検査が完了すると、クローラ５３５は操作者によってＵＡＶ５０５に後退させられ、そして、自律的な再ドッキングの命令が発行される。例えば、クローラ５３５は、ＵＡＶ５０５との自律的な再ドッキングを実行するようにプログラムされるか、そうでなければ構成され得る。再ドッキングが確認されると、ＵＡＶ５０５は分離状態に移行する（例えば、対象物５５５の磁気引力から引き離す）。一実施形態では、操作者は、ＵＡＶ５０５にホバリング状態になるように命令し、そして、ラッチ機構の係合が外される。この時点で、操作者はＵＡＶ５０５に、ターゲット５５５の近くにある事前定義されたフェールセーフウェイポイントに行くように命令する。ここから、方法５００は、ＵＡＶ５０５を離陸および着陸位置５１５に安全に戻すか、または、別の検査作業の対象物に進むように（取り付けられ、再ドッキングされたクローラ５３５を備えた）ＵＡＶ５０５に、命令するかどうかを決定するステップ５８５をさらに含む。

【0078】

方法５００はさらに、ＵＡＶ５０５をホーム（例えば、離陸および着陸位置５１５に）飛行させて戻すステップ５９０を含む。一実施形態では、（例えば、ステップ５８５で）別の検査が命令されない限り、ＵＡＶ５０５は、事前定義された着陸高度で着陸位置５１５に行き、その後、地面に対して垂直に降下する。着陸が確認されると、ロータまたはプロペラが取り外され、ミッションが終了する。

【0079】

図６は、一実施形態による、構造物６５０の検査または保守の中で遭遇した構造物（例えば、パイプ６５０）の関心のある（例えば、疑わしい）部分６４０に視認性のあるマーキングをする例示的な解放可能なクローラ６２０の図であり、クローラ６２０によって残された視認性のあるマーカ６４０を検出する例示的なＵＡＶ６１０と併せたものである。図６では、クローラ６２０は、ＵＡＶ６１０による（例えば、ＵＡＶ６１０によって感知されたカメラビュー６３０を通した）識別のために、多数の検査ポイント６４０（例えば、センサ測定値が通常の範囲外であった）をマーキングした。

【0080】

さらに詳細には、クローラ６２０は、不合格箇所（例えば、臨界閾値未満の厚さレベル）が検出されるパイプ６５０の検査された場所に物理マーカ６４０（塗料またはＱＲコード（登録商標）など）を残すようにプログラムすることができる。ＵＡＶ６１０は、（ビュー６３０付きの）オンボードＲＧＢ－Ｄカメラを使用して、マーカ６４０を検出し、ＵＡＶ６１０に対するそれらの場所を計算（または他の方法で決定）するようにプログラムされている。ＵＡＶのＧＰＳ位置を使用して、ＵＡＶ６１０は、これらの検出からマーカ６４０の絶対的な場所を計算する（またはそうでなければ決定する）ようにさらにプログラムされる。一実施形態では、ＵＡＶ６１０がマーカ６４０をスキャンしている間、クローラ６２０はパイプ６５０上に留まる。別の実施形態では、ＵＡＶ６１０がマーカ６４０をスキャンしている間、クローラ６２０はＵＡＶ６１０にドッキングされている。

【0081】

図７Ａおよび図７Ｂは、一実施形態による、構造物６５０の検査または保守の中で遭遇した構造物（例えば、パイプ６５０）の関心のある（例えば、疑わしい）部分に、解放可能なクローラ６２０が視認性のあるマーキングをする例示的な技術の図であり、仮想マーカを使用して無線位置特定を実行するＵＡＶ６１０を併せたものである。図７Ａでは、ＵＡＶ６１０はパイプ６５０上にパーチしているが、図７Ｂでは、ＵＡＶ６１０は、パーチする前のウェイポイントなど、パイプ６５０のそばでホバリングしている。

【0082】

さらに詳細には、瑕疵の場所は、精度が低下する可能性はあるものの、（例えば、物理マーカを使用せずに）仮想マーカを使用して決定できる。ここで、ＵＡＶ６１０は、ワイヤレスセンサを使用してＵＡＶ６１０に対するクローラの場所を計算するようにプログラム（または構成）されている。より具体的に、ある実施形態では、ＵＡＶ６１０は、クローラ６２０に据え付きの超広帯域（ｕｌｔｒａ－ｗｉｄｅ ｂａｎｄ、ＵＷＢ）送信機から無線信号配信を受信する、ＵＷＢセンサアレイを運ぶ。クローラの相対的な場所は、ＵＡＶ６１０が飛行中であるか（例えば、図７Ｂ）、パイプ６５０に取り付けられているか（例えば、図７Ａ）に関係なく測定される。

【0083】

一実施形態では、クロール（例えば、パイプ６５０上の操縦および検査）する間に、クローラ６２０によって瑕疵が検出されるときはいつでも、ＵＡＶ６１０は、ＵＡＶ６１０に対するクローラの場所がタグ付けされおよびキャプチャされるように、プログラム（または他の方法で構成）される。ＵＡＶのＧＰＳセンサとともに、ＵＡＶ６１０は、これらの瑕疵の絶対位置を見つける（例えば、計算する、決定する）ようにさらにプログラムされている。一実施形態では、ＧＰＳが利用できない状況では、ＵＡＶ６１０は、センサまたは飛行軌道およびホームベースからのＩＭＵデータなどの他の計装データ（例えば、ＧＰＳが利用可能）に基づいて、ＵＡＶの場所を推定するようにプログラム（または構成）されている。

【0084】

図８は、一実施形態による、構造物を検査または保守するために解放可能なクローラを備えたＵＡＶを展開するための例示的な構造物８００である。図８の構造物８００において、より具体的には、構造物８００の接近困難なパイプ上で、ＵＡＶは、（例えば、ＵＴセンサを使用して）厚さの決定を実行するためにクローラを展開している。クローラは、２つの例示的な場所８１０と８２０をマークした。場所８１０は、厚さが非常に低い値（この場合は２ミリメートル（ｍｍ））に達したパイプのセクションに対応する。他方、場所８２０は、厚さが正常値、この場合は５ｍｍであるパイプのセクションに対応する。

【0085】

さらに詳細には、これらの検査点８１０および８２０は、構造物８００のマッピングおよびアノテーションの一部分である。ＵＡＶおよびクローラは、このマッピングおよびアノテーションの一部またはすべてを実行するようにプログラム（または構成）されている。一実施形態では、あらかじめ計算された検査場所が、ＵＡＶから操作用コンピュータまたは地上局に転送される。次に、コンピューティングシステムは、検査されたプラント８００のあらかじめ構築された３Ｄモデル上で検査場所（例えば、８１０および８２０）を視覚化するようにプログラムされる（または他の方法で構成される）。別の実施形態では、ＵＡＶは、ＵＡＶのオンボードセンサ、例えば、深度カメラまたは３Ｄ ＬＩＤＡＲによって取得されたデータを使用して、プラント８００の部分の３Ｄモデルを構築するようにプログラム（または他の方法で構成）される。さらに、一実施形態では、ＵＡＶは、構造物８００を検査するときにクローラによって得られた対応する測定された厚さで、視覚化された場所にアノテーションするように、さらにプログラムされる。

【0086】

図９は、一実施形態による、湾曲強磁性面を有する構造物（パイプ５０、１５０、５５５、または６５０のようなパイプなど）を、解放可能なクローラ（解放可能なクローラ１３０、２６０、５３５、または６２０など）を有するＵＡＶ（ＵＡＶ１００、２００、３００、４００、５０５、６１０など）を使用して、検査または保守する例示的な方法９００のフローチャートである。

【0087】

方法９００の一部またはすべては、図１Ａから図８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、例えば、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、もしくは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。ほかの実施形態では、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９００の一部またはすべては、方法９００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、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。

【0088】

例示的な方法９００では、処理は、ＵＡＶを強磁性面の近くに飛行させるステップ９１０で始まり、ＵＡＶを強磁性面にパーチするステップ９２０がそれに続く。パーチするステップ９２０は、強磁性面にアプローチする間に、ＵＡＶの脚部（パーチする脚部２８０など）を、脚部の対応する磁石（関節接合された磁石１２０、または２９０など）を使用して、強磁性面の湾曲部に向かって受動的に関節接合することを含む。パーチするステップ９２０はまた、ＵＡＶの関節接合された脚部を、対応する磁石を使用して、強磁性面に磁着する。方法９００はさらに、パーチする間中、脚部の強磁性面に対する磁着を維持するステップ９３０、およびパーチするＵＡＶから強磁性面上に、クローラを分離するステップ９４０を含む。方法９００は、クローラの磁気ホイール（磁気ホイール１４０または２７０など）を使用して、クローラを強磁性面に磁着させる間に、強磁性面上で分離されたクローラを操縦するステップ９５０をさらに含む。

【0089】

さらなる実施形態では、方法９００は、クローラのプローブまたはツール（ＵＴセンサなど）を使用して、操縦中に強磁性面を検査または保守することを含む。さらに別の実施形態では、方法９００は、操縦後に、強磁性面からクローラの磁着を解くことと、分離されたクローラをパーチしたＵＡＶに再ドッキングすることと、を含む。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】