CN110273819A - 用于维护风力涡轮机叶片的设备和方法 - Google Patents

用于维护风力涡轮机叶片的设备和方法 Download PDF

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Abstract

用于风力涡轮机叶片的自动化非破坏性检查的设备和方法。在一个实施例中，一种自动化设备(80)包括：推车(18)，其包括推车框架(24)、多个轮子(26)以及用于驱动至少一个轮子(26)的旋转的推车马达(62)；多根线缆(22)，其从推车(18)垂下；多个履带式车辆(20)，其分别附接到所述多根线缆(22)，每个履带式车辆(20)包括履带式车辆框架(2)和一组轮子(4)；以及多个维护工具(28)，其分别联接到所述多个履带式车辆(20)的履带式车辆框架(2)。履带式车辆(20)配备有抽吸装置(10)以使得能够粘附到表面，并且可被配置用于在这种粘附期间的完整运动。

Description

用于维护风力涡轮机叶片的设备和方法
技术领域
本公开大致涉及用于跨越表面运送维护工具的自动化系统，这种维护工具包括(但不限于)用于非破坏性检查(NDI)的传感器。具体地，本公开涉及能够在非水平表面上操作的携带工具的履带式车辆。
背景技术
典型的风力涡轮机具有多个从中心毂径向向外延伸的叶片，叶片的根部被附接到该中心毂。风力涡轮机叶片通常由层压纤维增强塑料材料制成并且设计成使得风能有效地转换成旋转运动。叶片效率通常取决于叶片形状和表面光滑度。然而，在操作期间，风力涡轮机叶片可暴露于可能降低风力涡轮机效率的碎屑，或者可遭受可能对结构完整性产生不利影响的损坏。因此，通常的做法是目视检查每个叶片的外部以识别潜在的结构异常或在外部上执行一些其他维护操作，诸如清洁。
已知通过从塔架、毂或最接近地定位的起重机悬垂将人员提升到与每个叶片相邻的位置来手动检查和清洁风力涡轮机叶片。然而，手动叶片检查和清洁可能是耗时且困难的操作。为了减轻手动检查和清洁的缺点，已经提出了各种解决方案，其涉及被配置成沿风力涡轮机叶片的长度在翼展方向上行进的设备。然而，在本领域中存在改进的充分余地。
发明内容
本文公开的主题涉及一种用于在风力涡轮机叶片或其他结构(诸如飞机机身和机翼)上执行维护功能的自动化设备。如本文所用，术语“维护”包括但不限于诸如非破坏性检查、钻孔、火焰清理、研磨(例如，去除粘合或螺栓连接的部件)、紧固、贴花应用、层板映射、清洁、标记和涂漆之类的操作。
根据各种实施例，自动化设备包括轮式推车，该轮式推车具有多个携带维护工具的轮式履带式车辆，其通过相应的线缆从所述轮式推车悬垂。在大致水平延伸的风力涡轮机叶片的情况下，推车沿风力涡轮机叶片的前缘行进，而履带式车辆悬挂在风力涡轮机叶片的两侧，其轮子与相应的侧表面接触。在维护操作是非破坏性检查的情况下，一组履带式车辆扫描风力涡轮机叶片的一个侧表面，而另一组履带式车辆扫描风力涡轮机叶片的另一个侧表面。可调节线缆长度来改变履带式车辆的高度，以确保在扫描期间完全覆盖风力涡轮机叶片表面。
根据一些实施例，履带式车辆被配置成能够进行完整(holonomic)运动。完整运动系统是不受运动约束的系统。如在本公开中所使用的，如果可控自由度等于总自由度，则认为车辆是完整的。这种类型的系统能够在同时旋转的同时在任何方向上平移。这与大多数类型的地面车辆(诸如类似汽车的车辆、履带车辆或轮式差动转向(滑移转向)车辆)不同，地面车辆在同时旋转的同时不能在任何方向上平移。
履带式车辆所携带的维护工具可从一组可互换的维护工具中选择，所述可互换的维护工具包括不同类型的NDI传感器(例如，超声换能器阵列、红外热成像单元、摄像机、光学三维坐标测量机或激光谱线扫描仪)、清洁单元等。根据一种实施方式，自动化设备包括多个履带式车辆，其能够支撑多个维护工具中的任一个，用于在风力涡轮机叶片上执行一组维护功能。总的来说，当在风力涡轮机叶片上执行机器人维护功能时，本文公开的自动化设备减少了维护时间、劳动时间和人为错误并且增加了安全性。
尽管在下文中稍后详细描述了用于在风力涡轮机叶片或其他结构上执行维护操作的自动化设备和自动化方法的各种实施例，但是这些实施例中的一个或多个可通过以下方面中的一个或多个来表征。
下面详细公开的主题的一个方面是一种自动化设备，其包括：推车，其包括推车框架、可旋转地联接到推车框架的多个轮子以及用于驱动所述多个轮子中的一个轮子的旋转的推车马达；从推车垂下的多根线缆；分别附接到所述多根线缆的多个履带式车辆(例如，完整运动履带式车辆)，每个履带式车辆包括履带式车辆框架和可旋转地联接到履带式车辆框架的一组轮子；以及分别联接到所述多个履带式车辆的履带式车辆框架的多个维护工具。
根据所公开的实施例，该自动化设备还包括多个线缆线轴，所述多根线缆分别附接到所述多个线缆线轴。根据一个实施例，所述多个线缆线轴可旋转地联接到推车框架。根据另一个实施例，该自动化设备还包括多个转架，所述多个转架分别安装到所述多个履带式车辆的履带式车辆框架并具有相应的可旋转部分，在这种情况下，所述多个线缆线轴分别可旋转地联接到所述多个转架的相应的可旋转部分，用于使所述多根线缆能够在所述多个转架的相应的可旋转部分的旋转期间分别扭转。可选地，该自动化设备还包括多个张紧弹簧，所述多个张紧弹簧被配置用于分别促使所述多个线缆线轴沿引起所述多根线缆分别卷绕在所述多个线缆线轴上的方向旋转。
以下详细公开的主题的另一方面是一种履带式车辆，其包括：履带式车辆框架；可旋转地联接到履带式车辆框架的一组轮子；联接到履带式车辆框架的维护工具；安装到履带式车辆框架并且具有可旋转部分的转架；以及可旋转地联接到转架的可旋转部分的线缆线轴。根据一个实施例，履带式车辆还包括反向卷筒(counter-reel)，该反向卷筒可旋转地联接到转架的可旋转部分并且被配置成在线缆线轴的旋转期间补偿电线扭转。根据一些实施例，履带式车辆的轮子被配置成能够进行完整运动。
下面详细公开的主题的另一个方面是一种用于在细长主体(例如，风力涡轮机叶片)上执行维护操作的方法，该细长主体具有通过弯曲表面连接的第一侧表面和第二侧表面，该方法包括：(a)使用一根或多根线缆将第一履带式车辆和第二履带式车辆从推车悬垂；(b)将推车安置成在第一履带式车辆和第二履带式车辆与第一侧表面接触的位置处与细长主体的弯曲表面接触；(c)使用抽吸将第一履带式车辆和第二履带式车辆粘附到第一侧表面；(d)当第一履带式车辆和第二履带式车辆被粘附到第一侧表面时，使第一履带式车辆和第二履带式车辆分别沿第一扫描路径和第二扫描路径相对于第一侧表面移动；以及(e)当第一履带式车辆和第二履带式车辆被粘附到第一侧表面时，操作第一维护工具和第二维护工具以分别沿第一扫描路径和第二扫描路径在第一侧表面上执行维护操作。在第一维护工具和第二维护工具是在步骤(d)期间沿第一扫描路径和第二扫描路径分别获取第一非破坏性检查传感器数据和第二非破坏性检查传感器数据的非破坏性检查传感器的情况下，该方法还包括将第一非破坏性检查传感器数据和第二非破坏性检查传感器数据拼接(stitch)在一起。
根据前一段中描述的方法的一些实施例，推车在第一履带式车辆和第二履带式车辆正在移动的同时移动。根据另一些实施例，当第一履带式车辆和第二履带式车辆正在移动时，推车是静止的。所公开的方法可特别适于在风力涡轮机叶片上执行维护操作。多个履带式车辆可被附接到同一根线缆。
以下详细公开的主题的又一个方面是一种用于执行维护操作的自动化系统，其包括：推车，其包括推车框架、可旋转地联接到推车框架的多个轮子以及用于驱动所述多个轮子中的一个轮子的旋转的推车马达；从推车垂下的多根线缆；多个线缆线轴，所述多根线缆分别附接到所述多个线缆线轴；分别附接到所述多根线缆的多个完整运动履带式车辆，每个完整运动履带式车辆包括履带式车辆框架、可旋转地联接到履带式车辆框架的一组轮子以及被配置成分别驱动该组轮子中的轮子的旋转的一组轮子马达；分别联接到所述多个履带式车辆的履带式车辆框架的多个维护工具；以及计算机系统，其被配置成控制推车马达、轮子马达和维护工具的操作，以在所述多个完整运动履带式车辆分别在其上行进的表面的相应区域中执行协调的维护操作。
根据一些实施例，每个履带式车辆可通过相应的一对线缆连接到推车。根据另一些实施例，每根线缆可连接到沿该线缆在不同高度处定位的两个或更多个履带式车辆。
以下公开了用于在风力涡轮机叶片或其他结构上执行维护操作的自动化设备和自动化方法的其他方面。
附图说明
前述部分中讨论的特征、功能和优点可在各种实施例中独立地实现，或者可在其他实施例中组合。为了说明上述和其他方面，将在下文中参考附图描述各种实施例。该部分中简要描述的示意图均未按比例绘制。
图1是表示根据一个实施例的风力涡轮机的一部分的视图的示意图，该风力涡轮机具有安装在风力涡轮机叶片108上的用于执行维护操作的自动化设备。
图2是表示图1中所示的其上安置有自动化设备的风力涡轮机叶片的端视图的示意图。
图3是表示根据一个实施例的自动化设备的视图的示意图，该自动化设备包括推车和通过相应对线缆连接到推车的多个履带式车辆(图3中仅示出其中一个)。
图4是识别根据一个实施例的用于在风力涡轮机叶片上执行维护操作的计算机控制的设备的一些部件的框图。
图5是表示根据一个实施例的悬索(cable-suspended)履带式车辆的平面图的示意图，该悬索履带式车辆具有安装有转架的线缆线轴。
图5A和图5B分别是图5中所示的悬索履带式车辆的端视图和俯视图。
图6A至图6D是表示在使履带式车辆与风力涡轮机叶片的表面重新对准的程序的四个阶段期间悬索履带式车辆的视图的示意图。
图7是表示根据一个实施例的具有两个抽吸区的完整运动履带式车辆的零件的等距视图的示意图。未示出用于供应用于控制所描绘的部件及其他部件的操作的信号的电连接。
图8是示出具有双抽吸区的麦克纳姆轮式(Mecanum-wheeled)履带式车辆的原型的俯视图的示意图。
图9是表示履带式车辆的麦克纳姆轮式框架的俯视图的示意图，该履带式车辆具有被附接到其一个端部的固定NDI扫描头。
图10是表示履带式车辆的麦克纳姆轮式框架的俯视图的示意图，该履带式车辆具有安装到其一个端部的往复式NDI扫描头。
图11是识别根据另一个实施例的完整运动履带式车辆的一些部件的框图。
图12是表示根据另一个实施例的自动化设备的视图的示意图，该自动化设备包括推车和通过同一根线缆连接到推车的多个履带式车辆。
图13是识别提供弹簧力的系统的一些部件的框图，该弹簧力促使线缆线轴沿线缆卷绕方向旋转，以辅助完整运动履带式车辆与重力相反的竖直向上移动。
在下文中将参考附图，其中不同附图中的类似元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
出于说明的目的，现在将详细描述用于在风力涡轮机叶片上执行自动维护操作的系统和方法。然而，本说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。本领域技术人员将理解，在任何这样的实施例的开发中，必须做出许多针对实施方式的决定以实现开发者的特定目标，诸如遵守与系统相关的和与业务相关的约束，这将因实施方式而异。此外，应当理解，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说仍然是常规任务。
典型的风力涡轮机具有多个叶片，所述多个叶片从中心毂径向向外延伸，叶片的根部被附接到该中心毂。该毂可旋转地联接到机舱(nacelle)，该机舱由塔架支撑在地面上方的一定高度处。叶片被配置成产生气动力，所述气动力使风力涡轮机响应于撞击在叶片表面上的风而旋转。机舱容纳发电机，该发电机可操作地联接到毂。发电机被配置成在毂旋转时产生电力。
如本文所用的，术语“风力涡轮机叶片”是指具有前缘和后缘的翼型主体，所述前缘和后缘通过从叶片的根部延伸到尖端的上表面和下表面连接。叶片的横截面轮廓可从根部到尖端在尺寸和形状上发生改变。
叶片维护工具是在沿叶片行进的同时执行维护操作(诸如风力涡轮机叶片的非破坏性检查或风力涡轮机叶片的外表面的清洁)的装置。当执行维护操作时，叶片保持在角位置使得其前缘大致水平，并且调节叶片的俯仰以使前缘面向上，并且然后将叶片维护工具定位在叶片的前缘上。在替代方案中，叶片可保持在角位置使得其后缘大致水平，并且调节叶片的俯仰以使后缘面向上，并且然后将叶片维护工具定位在后缘上。
图1是表示根据一个实施例的风力涡轮机100的一部分的视图的示意图，该风力涡轮机100具有安装在风力涡轮机叶片108上的用于执行维护操作的自动化设备80。如图1中部分所示，风力涡轮机100包括塔架102、安装在塔架102的顶端处的机舱104、可旋转地安装在机舱104内部的毂106以及从毂106径向延伸的多个叶片108。通过由风施加的力使叶片108旋转，从而使被联接到发电机(未示出)的毂106旋转。
图2是表示图1中所示的其上安置有自动化设备80的风力涡轮机叶片108的端视(即，弦向)图的示意图。风力涡轮机叶片108包括前缘110和后缘112。如图2所示，自动化设备80包括推车18，推车18坐落在风力涡轮机叶片108的前缘110上并且可沿风力涡轮机叶片108的前缘110行进。根据图1和图2中所示的特定实施例，推车包括推车框架24、可旋转地联接到推车框架24的多个轮子26以及用于驱动所述多个轮子26中的一个轮子的旋转的推车轮子马达62(参见图4)。轮子26的旋转轴线可垂直于前缘110，以便于推车沿前缘110行进。推车18的轮子26可由具有高摩擦力的材料(诸如橡胶)制成，以使轮子26不倾向于从前缘110的表面滑落。
仍然参考图2，风力涡轮机叶片108还包括通过前缘110连接的两个侧表面114和116。当风力涡轮机100操作时，异物或碎屑可能会附接到风力涡轮机叶片108的表面114和116。而且在使用期间风力涡轮机叶片108中可能出现裂缝或划痕。风力涡轮机叶片108的表面上的异物会降低风力涡轮机100的效率；如果不注意的话，裂缝会增多。可以执行定期维护以从风力涡轮机叶片108的表面去除异物或者检测风力涡轮机叶片108中的异常(例如，裂缝)。
自动化设备80还包括从推车18垂下的多根线缆22和分别附接到所述多根线缆22的多个履带式车辆20(例如，完整运动履带式车辆)。每个履带式车辆20包括履带式车辆框架2、可旋转地联接到履带式车辆框架2的一组轮子4以及安装到履带式车辆框架2的维护工具28。多个履带式车辆20的一个亚组被连接到处于可在风力涡轮机叶片108的侧表面114上执行维护操作的位置的线缆22；多个履带式车辆20的另一个亚组被连接到处于可在风力涡轮机叶片的侧表面116上执行维护操作的位置的线缆22。另外，每个履带式车辆20通过一个或多个抽吸装置(下面详细描述)粘附到风力涡轮机叶片108的表面。
如图1中最佳所示，履带式车辆20可定位在不同的高度处。根据图1和图2所示的实施例，每个履带式车辆20通过单根线缆22连接到推车18，该单根线缆22用作拴系绳，其防止履带式车辆20在抽吸装置停止操作或产生的抽吸力不足的情况下掉落。根据图3中部分描绘的替代实施例(仅示出了多个履带式车辆中的一个)，每个履带式车辆20通过一对线缆22a和22b连接到推车18。根据图12中部分描绘的另一个替代实施例(下面将详细描述)，多个履带式车辆20、20’和20”可被附接到同一根线缆22。在所有这些实施例中，这一大群履带式车辆20上的多个维护工具28同时扫描表面上的相应区域。
在维护操作开始时，履带式车辆20可降低到具有不同高度的相应位置，如图1所示。如稍后将参考图7和图8更详细地描述的，每个履带式车辆20还包括一个或多个抽吸区，所述抽吸区使得履带式车辆20能够粘附到风力涡轮机叶片108的侧表面114和116。可以在履带式车辆20被粘附到风力涡轮机叶片108的侧表面114和116的同时执行维护操作。在这种维护操作期间，推车18可以是静止的(例如，如果履带式车辆是完整运动履带式车辆)或者是移动的(例如，如果履带式车辆是非完整运动履带式车辆)。
例如，根据一种可能的扫描模式：(a)当推车18停止时，多个履带式车辆20可分别悬垂在第一组高度(即，距推车18的距离)处；(b)当履带式车辆20如此悬垂时，推车18沿风力涡轮机叶片108的前缘110从第一翼展位置移动到第二翼展位置；(c)当推车18从第一翼展位置移动到第二翼展位置时，悬垂在第一组高度处的履带式车辆20沿相应的扫描路径执行相应的维护操作；(d)然后推车18停止并且分别将多个履带式车辆升高或降低(例如，在非完整运动履带式车辆的情况下通过退绕或卷绕线缆22或在完整运动履带式车辆的情况下通过完整运动)到不同于第一组高度的第二组高度；以及(e)当推车18从第二翼展位置移动到第一翼展位置时，悬垂在第二组高度处的履带式车辆20沿相应的扫描路径执行相应的维护操作。
再例如，根据另一种可能的扫描模式：(a)当推车18在第一翼展位置处停止时，可分别将多个履带式车辆20从第一高度降低(例如，在非完整运动履带式车辆的情况下通过退绕线缆22或在完整运动履带式车辆的情况下通过完整运动)到第二高度；(b)当履带式车辆从第一高度移动到第二高度时，履带式车辆20沿相应的扫描路径执行相应的维护操作；(c)当履带式车辆停止时，推车18增量式地移动到第二翼展位置并然后停止；(d)当推车18在第二翼展位置处停止时，履带式车辆20可分别从第二高度升高(例如，在非完整运动履带式车辆的情况下通过卷绕线缆22或在完整运动履带式车辆的情况下通过完整运动)到第一高度；以及(e)当履带式车辆从第二高度移动到第一高度时，履带式车辆20沿相应的扫描路径执行相应的维护操作。
根据替代的扫描模式，推车18和履带式车辆20可同时移动。例如，当推车18沿风力涡轮机叶片108的前缘110在翼展方向上移动时，履带式车辆20可沿垂直方向(elevationdirection)上下交替地移动(例如，在非完整运动履带式车辆的情况下通过卷绕和退绕线缆22或在完整运动履带式车辆的情况下通过完整运动)。
根据另外的替代实施例，每个履带式车辆20可通过一对线缆连接到推车18。图3是表示包括推车18和通过一对线缆22a和22b连接到推车18的履带式车辆20的自动化设备的视图的示意图。线缆22a的最上部分卷绕在线缆线轴52a上，线缆线轴52a可旋转地联接到线轴支撑件68a，线轴支撑件68a又固定地联接到推车框架24。类似地，线缆22b的最上部分卷绕在线缆线轴52b上，线缆线轴52b可旋转地联接到线轴支撑件68b，线轴支撑件68b也固定地联接到推车框架24。线缆22a和22b的远端分别在相应的附接点(由图3中的实心点表示)处附接到履带式车辆框架2的一个侧面。因此，通过调节线缆22a和22b的放出部分的相应长度能够控制履带式车辆20的取向。该特征在履带式车辆20具有非完整运动类型的情况下尤其有用。如果线缆长度相等，则履带式车辆20将沿与通过推车18行进的路径平行的扫描路径行进。
再次参考图1，在推车18沿风力涡轮机叶片108的前缘110从第一翼展位置行进到第二翼展位置(下文称为“第一次通过”)期间，图1中看到的设置在相应高度处的履带式车辆20可沿相互平行的路径行进。在维护工具是NDI探测器(probe)的情况下，风力涡轮机叶片108的一个侧面上的NDI探测器可从风力涡轮机叶片108的表面上的相应条形区域获取相应组NDI传感器数据，在推车18的第一次通过期间该被询问的区域可与未被询问的区域分开。在第一次通过结束时，可以调节履带式车辆20的高度，使得在推车18从第二翼展位置到第一翼展位置的第二次通过期间，NDI探测器可从风力涡轮机叶片108的表面上的相应条形区域获取相应组NDI传感器数据，这些区域在第一次通过期间未被询问。在第一次通过和第二次通过期间获取的NDI传感器数据可被拼接在一起，以便显示由NDI探测器扫描的整个区域的图像。
根据一些实施例，NDI探测器可以是超声换能器阵列。图4是识别经设计用于风力涡轮机叶片的超声波检查的系统的一些部件的框图。该系统包括控制子系统，该控制子系统使用旋转编码器来跟踪每个超声换能器阵列88的相对位置(例如，相对于使用本地定位系统获取的初始位置)。更具体地，控制系统包括用运动控制应用软件92和NDI扫描应用软件94编程的基于地面的控制计算机90。控制计算机90与控制相应的线轴马达54的操作的相应的马达控制器(未示出)通信。每个线轴马达54又可被操作以在相应的线缆22的卷绕或退绕期间驱动相应的线缆线轴52的旋转。控制计算机90还与控制推车轮子马达62的操作的马达控制器(未示出)通信。转而可以操作推车轮子马达62以驱动推车轮子26的旋转。推车轮子26的旋转驱动推车18沿风力涡轮机叶片108的前缘110的移位。更具体地，推车轮子马达62可以以允许推车18被选择性地驱动以远离或朝向风力涡轮机100的毂106移位的方式被联接到推车轮子26。
根据一个提出的实施方式，每个线轴马达54和推车轮子马达62是步进马达。控制计算机90可包括用运动控制应用软件92编程的通用计算机，运动控制应用软件92包括用于分别控制每个线轴马达54和推车轮子马达62的软件模块。运动控制应用92基于来自相应的旋转编码器(即线轴旋转编码器64和推车轮子旋转编码器66)的旋转反馈来控制马达的操作。来自编码器的旋转计数被转换为线性测量值。更具体地，来自线轴旋转编码器64的计数表示履带式车辆20在弦向方向上行进的距离，而来自推车轮子旋转编码器66的计数表示推车18在翼展方向上行进的距离。在一个实施例中，控制计算机90经由电子箱(图4中未示出)和电源/信号线(未示出)连接到马达和编码器，该电源/信号线将地面控制工作站与风力涡轮机叶片108上的推车18连接。电子箱包含系统电源并集成所有扫描仪控制连接，并且在控制计算机90和电源/信号线60之间提供接口。
在另一个实施例中，控制计算机90经由诸如射频(RF)系统的无线系统与推车18无线通信。然后，检查信息能够被实时地从推车18无线传输到控制计算机90，以使远程操作员能够实时地目视观察风力涡轮机叶片108的检查。在另一些实施例中，履带式车辆20可与控制计算机90无线地和直接地通信，从而接收马达控制信号并单独传输检查信息。
根据无线实施例的一个变型，推车18包括电源(例如电池)以驱动各种马达以定位推车18和履带式车辆20来执行风力涡轮机叶片108的检查。在这种情况下，履带式车辆20通过相应的电源线从推车18接收电力。
根据无线实施例的另一些变型，每个履带式车辆20上的小型内燃发动机或一组太阳能电池板将为真空马达、麦克纳姆轮子、控制器逻辑和无线通信提供动力。另外，推车18和履带式车辆20可设置有收发器，用于使控制信号能够从推车18被无线地发送到每个履带式车辆20，并且使检查信息能够从每个履带式车辆20被无线地发送到推车18，从而消除电源/信号线60(即，每个履带式车辆20将通过相应的防坠落线缆22被拴系到推车18，如图1所示)。
来自推车18上的线轴旋转编码器64和推车轮子旋转编码器66的编码数据被提供给超声波脉冲发生器/接收器96，其可安装在推车18上或控制工作站处。在前一种情况下，来自履带式车辆20的检查信息可经由相应的电源/信号线60或无线地发送到推车18上的超声波脉冲发生器/接收器96。在后一种情况下，来自推车18上的线轴旋转编码器64和推车轮子旋转编码器66的编码数据可经由线缆或无线通信信道发送到地面上的超声波脉冲发生器/接收器96。
再次参考图4，脉冲发生器/接收器96将编码器脉冲发送到NDI扫描应用94。NDI扫描应用94使用编码器值将扫描数据定位在适当的位置。控制计算机90承载控制超声波脉冲发生器/接收器96的超声波数据获取和显示软件。超声波脉冲发生器/接收器96又将脉冲发送到超声换能器阵列88并且从超声换能器阵列88接收返回信号。NDI扫描应用软件94控制扫描数据的所有细节和数据的显示，包括拼接在超声换能器阵列88的相邻扫掠(sweep)期间获取的数据。
图4中描绘的系统还包括推车位置检测系统98，其被配置成获取推车位置数据，该推车位置数据表示推车18相对于风力涡轮机叶片108的坐标系(即，参考系)的初始坐标位置。一旦已经确定了推车18的初始坐标位置，由推车轮子旋转编码器66获取的数据能被用于跟踪远离或朝向初始坐标位置的每个增量移动。这使得控制计算机90能够在风力涡轮机叶片108上执行维护操作期间跟踪推车18的翼展位置。
推车位置检测系统98可采用许多不同的形式。例如，推车位置检测系统98可包括安装在推车18上的弦线(string)编码器。弦线编码器包括有一端可附接到弦线编码器附接装置的弦线，该弦线编码器附接装置被固定地联接到风力涡轮机叶片108的根部。弦线编码器可用于测量推车18与毂106的距离，这又使得能够确定推车18在风力涡轮机叶片上的翼展位置。在NDI探测器沿相邻的弦向扫描路径扫掠的扫描场景中，控制计算机90可被配置成部分地基于推车18的翼展位置来确定并映射沿每个NDI探测器的风力涡轮机叶片108的翼展位置，并且然后使用每个NDI探测器的该位置映射将获取的NDI传感器数据拼接在一起，以便对扫描区域进行成像。
根据替代实施例，推车位置检测系统98可包括安装在风力涡轮机100的毂106上的激光测距仪和安装在推车18上的光学目标(例如，回射器)(反之亦然)。控制计算机90可被编程为控制激光测距仪的操作并从其接收测距数据以便无线传输到控制站。来自激光测距仪的测量数据可用于获得从激光测距仪到光学目标的距离的估计，该距离可用于计算推车18在风力涡轮机叶片108的参考系中的翼展位置。典型的激光测距仪包括激光二极管，该激光二极管向光学目标发射成束的、通常可见的激光束。通过接收光学器件，将由光学目标反向散射和/或反射的光在光接收器的有源表面上成像。光接收器具有相对于激光二极管的位置和取向固定的位置和取向。发射和接收光之间的飞行时间可用于计算激光测距仪和光学目标之间的距离。替代地，可使用定向投射不同于激光束的波能的测距仪。
根据另外的实施例，推车位置检测系统98可包括使用美国专利No.7,643,893中详细公开的一种类型的运动捕获系统的闭环反馈控制。根据一个实施例，运动捕获系统被配置成当推车18在控制体积内操作时测量推车18的翼展位置。处理器从运动捕获系统接收测量的运动特性，并且基于测量的运动特性确定控制信号。位置控制系统接收该控制信号并连续调节推车运动以保持或实现期望的运动状态。推车18可配备有为被动回射标记形式的光学目标。运动捕获系统、处理器和位置控制系统包括完整的闭环反馈控制系统。
另外，在美国专利No.8,892,252中详细公开了使用光学运动捕获硬件进行末端执行器(例如，NDI传感器)的位置和取向跟踪的系统的结构和操作。根据基于运动捕获的跟踪方法的基本系统配置，多个运动捕获摄像机(至少两个)被装配在风力涡轮机叶片108周围以创建捕获推车18的所有六个自由度(6-DoF)的运动的三维捕获体积。优选地，推车18具有附接到其上并以独特模式布置的一组被动回射标记(至少三个)。每个运动捕获摄像机可以是这种类型的摄像机，其包括一圈围绕摄像机镜头的发光二极管(LED)。结合这种摄像机，每个回射标记物可包括涂覆有回射油漆的半球形或球形主体，该主体将来自每个摄像机的LED的入射光反射回相应摄像机的相关联的镜头。运动捕获系统利用从摄像机内部的图像传感器捕获的数据对在被配置成提供重叠投影的多个摄像机之间的目标对象的三维位置进行三角测量。运动捕获处理器从所有运动捕获摄像机收集实时图像信息，处理图像数据，并且沿专用连接将信息发送到运动跟踪和应用计算机。在每次帧更新时，捕获体积中所有被动标记的位置能由每个摄像机捕获并由运动捕获处理器转换为三维坐标，从而产生推车18的完整的6-DoF位置和取向表示。
在本公开中描述的具体应用中，运动捕获摄像机可安置在以下位置中的任何一个位置处：(a)自支撑结构上；(b)风力涡轮机100的机舱104上；(c)除了接受维修程序的风力涡轮机叶片之外的风力涡轮机叶片上；(d)塔架支架102上；以及(e)向回指向靠近风力涡轮机100的毂106附接的被动标记的推车18上。
根据一些实施例，由每个履带式车辆20携带的维护工具28可在远离风力涡轮机叶片108的侧表面114或116的法线方向上平移，以允许维护工具28被提升到障碍物上方。根据另一些实施例，当履带式车辆20未对准并且从线缆22自由悬挂时，每个履带式车辆20具有与风力涡轮机叶片108的相邻侧表面114或116重新对准的能力，履带式车辆20的轮子4不与侧表面接触，如图6A所示(稍后将详细描述)。
这两个特征(即，维护工具28的提升和履带式车辆20的重新对准)在图5所示的实施例中组合，图5是连接到线缆22的履带式车辆20的平面图，线缆22具有包含在其中或附接到其上的电源/信号线60(下文中称为“线缆/电线22/60”)。履带式车辆20具有四个轮子，所述轮子的相应旋转轴线位于一平面中。该平面在本文中将被称为“履带式车辆平面”。图5A和图5B分别是图5中描绘的履带式车辆20的端视图和俯视图。
图5中描绘的履带式车辆20包括维护工具28，维护工具28可沿垂直于履带式车辆平面的轴线平移。该能力使得维护工具28能够在履带式车辆20的路径中被提升到障碍物上方。根据一个实施例，用于将维护工具28平移离开其上正在执行维护操作的表面的装置可采用线性运动轴承或线性滑动件的形式，该线性运动轴承或线性滑动件被设计成在一个方向上提供自由运动。存在许多不同类型的致动器/执行器(actuator)，其可与直线运动轴承一起使用。例如，维护工具28可被固定到滑架，该滑架被线性致动器(例如，机动导螺杆、机动齿轮齿条布置、液压执行器或气动执行器)驱动以滑动。响应于在履带式车辆20的路径中检测到障碍物，履带式车辆20上的控制器启动线性致动器以使维护工具28平移到可避免与该障碍物接触的缩回位置。
履带式车辆20还包括线缆线轴52，线缆线轴52可旋转地联接到线轴支撑件68。线轴支撑件68在顶部处具有开口，其中线缆/电线22/60穿过插入该开口的线缆支架56。在线缆/电线22/60的收起或放出(即，卷绕或退绕)期间，线缆线轴52通过被安装到线轴支撑件68的线轴马达54驱动以旋转。线缆线轴52的旋转轴线与线缆线轴52的线轴轮轴(图5中未示出，但参见图11中的线轴轮轴50)共线。
线轴支撑件68又被固定地联接到对准转架46的可旋转部分。对准转架46的固定部分被固定地联接到履带式车辆框架2。对准转架46的可旋转部分可相对于对准转架46的固定部分围绕垂直于线缆线轴52的线轴轮轴50并平行于履带式车辆平面的旋转轴线旋转。通过塔架马达(图5中未示出，但参见图11中的塔架马达48)驱动对准转架46的可旋转部分以旋转。因此，线轴支撑件68可围绕对准转架46的旋转轴线旋转。下面将参考图6A至图6D更全面地解释该对准特征的效用。
仍然参考图5，每个履带式车辆20还包括多个马达(图5中未示出，但参见图11)，所述多个马达经由从推车18延伸到履带式车辆20的电源/信号线60接收电力。电源/信号线60还提供来自控制器(例如，计算机系统)的控制信号，该控制器控制履带式车辆20上的马达的操作。在维护工具28是NDI探测器的情况下，电源/信号线60还提供用于将NDI探测器获取的NDI传感器数据发送到推车18上的收发器的通路，该收发器将NDI传感器数据中继到地面站(例如，图4中的控制计算机90)。
如图5所示，电源/信号线60包括：(a)第一节段，其从推车18平行于线缆22延伸，在线缆线轴52处与线缆22分开，并然后进入电线反向卷筒58；以及(b)第二节段，其离开电线反向卷筒58并且连接到被安装到履带式车辆框架2的电子箱(图5中未示出)。电线反向卷筒58补偿由于线轴旋转引起的电线扭转，这允许电源/信号线60不间断地路由到被安装到履带式车辆框架2的电气部件。在电线反向卷筒58内，一部分电源/信号线60沿与线轴旋转方向相反的方向预扭转。当线缆线轴52在收起期间旋转时，电线反向卷筒58内的该部分电源/信号线60反向旋转以解开电源/信号线60，从而避免电线打结。
根据替代实施例，可采用与一个线轴面上的同心导电环接触的导电刷来代替不间断的电源/信号线。来自电线的源节段的每根线材连接到单独的环，并且来自电线的履带式车辆节段的对应的线材连接到对应的电刷。当线缆线轴52旋转时，电刷保持与它们的环接触，从而无论线轴旋转如何都能够实现连续供电以及信号的连续通信。根据另外的替代实施例，履带式车辆可与基于地面的控制站无线通信，同时从安装在推车18上的电池接收电力。这将避免使用经由推车18从履带式车辆20运行到基于地面的控制站的多个电源/信号线。无线通信将包括：(a)将控制信号从位于基于地面的控制站处的收发器发送到位于推车18上和履带式车辆20上的收发器，然后将该控制信号转发到推车18和履带式车辆20上的马达控制器，以用于控制履带式车辆20的移动；以及(b)将由履带式车辆20上的NDI传感器单元获取的数据从履带式车辆20上的收发器发送到位于基于地面的控制站处的收发器。
根据另外的有益方面，当轮子4都不与风力涡轮机叶片108接触时，履带式车辆20围绕线缆22的轴线旋转的能力可用在用于将履带式车辆20与风力涡轮机叶片108的表面重新对准的程序中。图6A至图6D是表示在使履带式车辆与风力涡轮机叶片的表面重新对准的程序期间悬索履带式车辆20的视图的示意图。最初(如图6A中所见)，履带式车辆20仅由线缆22支撑而不与风力涡轮机叶片108接触。另外，履带式车辆20不与风力涡轮机叶片108对准。根据对准程序，转架46的可旋转部分相对于转架46的固定部分旋转一定度数，该旋转使得履带式车辆20围绕线缆22的轴线在相对于线缆线轴52的相反方向上旋转相同的度数，线缆线轴52不相对于线缆22旋转。在图6A和图6B所示的示例中，履带式车辆旋转大约90度。在该旋转结束时，四个轮子4全部面向具有图6B中所示取向的风力涡轮机叶片。在对准程序的下一阶段中，线缆线轴52旋转以收起一定长度的线缆22，该长度足以将履带式车辆20提升到一个高度，在该高度轮子4中的至少两个与风力涡轮机叶片的侧表面116接触，如图6D中所示。图6C示出了在从图6B中所示的高度提升到图6D中所示的高度期间位于中间高度处的履带式车辆20。
根据本文提出的系统的一些实施例，采用完整运动履带式车辆。为了说明的目的，现在将公开能够在非水平表面上行进的完整运动履带式车辆20a的一个实施例。虽然所公开的实施例携带用于检查履带式车辆在其上行进的表面的非破坏性检查传感器，但是本文公开的完整运动履带式车辆20a可替代地携带其他类型的工具，诸如维护或涂漆操作中所需的工具。
图7示出了根据一个实施例的具有四个麦克纳姆轮子4和两个抽吸区12的完整运动履带式车辆20a的零件。未示出用于供应用于控制所描绘的部件的操作的信号的电连接。该完整运动平台包括履带式车辆框架2(其具有通过相应的轮轴6安装到履带式车辆框架2的四个麦克纳姆轮子4(两个“A”型和两个“B”型))，并且还包括四个独立控制的步进马达8(每个轮子一个)。麦克纳姆轮子4布置成在一个对角线上具有“A”对而在另一个对角线上具有“B”对，其中每个麦克纳姆轮子4都使其轮轴6与穿过车辆中心延伸的线垂直。每个步进马达8控制相应轮子4的旋转。
图7所示的实施例还具有两个抽吸装置10，这两个抽吸装置10并排布置在履带式车辆框架2的中间，介乎前轮和后轮之间。在该特定实施例中，每个抽吸装置10是安装在形成于框架2中的相应开口(图7中未示出)中的相应电导管风扇。如图11所示，每个抽吸装置10包括可围绕轴线旋转的风扇10b、环绕该风扇的导管10a以及电动风扇马达10c，电动风扇马达10c驱动风扇10b沿一定方向旋转，使得空气从履带式车辆框架2下面的相应通道或空间(以下称为“抽吸区12”，在图8中示出)被向上推进通过风扇导管10a，从而在对应的抽吸区12中产生抽吸。尽管所公开的实施例具有垂直的风扇轴线，但垂直安装对于设计并不重要。如果风扇以其他方式安装，例如，利用弯曲的导管将空气输入从车辆下方引导到风扇10b，则仍然能够产生抽吸。如图8所示，两个抽吸区12由附接到框架2的三个纵向低表面摩擦柔性裙部14a-14c界定在相对侧上，中间裙部14b形成将两个抽吸区12分开的公共的边界壁。裙部14a-14c可向下延伸，使得它们的底部边缘接触完整运动履带式车辆20a在其上移动的表面。应当理解，图1中描绘的履带式车辆20的非完整运动实施例可设置有抽吸装置10和抽吸区12，其构造类似于图7和图8中所示的配置。
图8示出了图7中描绘的完整运动履带式车辆20a的底视图。履带式车辆框架2的下侧成形为提供两个抽吸区12并且具有与非平坦表面相符的低表面摩擦裙部14a-14c。每个抽吸装置10安装在履带式车辆框架2中的相应开口中，并且与由框架底表面和裙部限定的相应的抽吸区12流体连通。在抽吸装置10是电导管风扇的情况下，每个电导管风扇向上推进空气，从而从成形的抽吸区12抽吸空气。可独立地控制抽吸装置10，以将不同的抽吸力施加到相应抽吸区12下面的表面。
根据一个提出的实施方式，图8中描绘的履带式车辆具有由公共裙部14b分开的双抽吸区12，该公共裙部14b沿纵向轴线将履带式车辆框架2的底表面一分为二。在该特定构造中，最上裙部14a和中间裙部14b之间的底表面的上半部包括具有开口的平坦中心表面36，抽吸装置10安装在该开口中。该平坦中心表面36的侧面是前凸表面38和后凸表面40。每个凸表面38和40可以是空气动力学流线型表面，其与完整运动履带式车辆20a在其上移动的表面的相对部分一起形成相应喉部。因此，框架履带式车辆2的波状外形底表面、裙部14a-14c和履带式车辆在其上移动的表面限定了相应的通道，这些通道允许足够的空气通过对应的电导管风扇被抽吸以产生期望的抽吸力。
尽管未在图7中示出，但是完整运动履带式车辆20a可连接到电源/信号线60，该电源/信号线60向步进马达8和车辆上的抽吸装置10供应电力。电源/信号线60还提供来自控制器44(见图11)的控制信号，控制器44控制步进马达8和抽吸装置10的操作。完整运动履带式车辆20a还可包括安装到框架2的转换器箱(未示出)。转换器箱将来自控制器44的USB信号转换成脉冲宽度调制(PWM)信号，以用于控制风扇马达10c(见图11)。
根据替代实施例，完整运动履带式车辆20a可以是电池供电的，而非经由电源/信号线60接收电力。马达控制器也可以是安装在履带式车辆上的微处理器或微型计算机，而不是使用基于地面的计算机通过电源/信号线携带的控制信号来控制完整运动式履带式车辆20a。替代地，可经由与车外控制器的无线连接来控制完整运动履带式车辆20a上的马达。
如前所述，图7中所示的完整运动履带式车辆20a使用四个麦克纳姆轮子4。每个麦克纳姆轮子4具有可旋转地安装在其圆周的多个锥形辊子16，每个锥形辊子16可围绕其轴线自由旋转。这些锥形辊子16具有相对于轮子的平面成45°角的旋转轴线。“A”型麦克纳姆轮子具有左利手辊子，而“B”型麦克纳姆轮子具有右利手辊子。通过改变每个麦克纳姆轮子4的旋转速度和方向，可使完整运动履带式车辆20a在任何方向上移动并转动。例如，以相同的速率在相同方向上旋转所有四个轮子4导致向前移动或向后移动；以相同的速率但沿与另一侧的轮子的旋转相反的方向旋转一侧的轮子使车辆旋转；并且以相同的速率但沿与“B”型轮子的旋转相反的方向旋转“A”型轮子引起侧向运动。
例如，图1中描绘的履带式车辆20可以是图7中所示类型的完整运动履带式车辆20a，在这种情况下，侧向移动的能力将使得那些完整运动履带式车辆20a能够上下移动(即，沿弦向方向)，而不需要机动卷绕和退绕线缆22。为了辅助在该实施例中的完整运动履带式车辆20a的侧向移动，线缆线轴52可设置有张紧弹簧86(见图13)，张紧弹簧86至少部分地抵消施加在完整运动履带式车辆20a上的重力。这种辅助可通过拉起和卷起的张紧线或履带式车辆处的“拉具机构”来进行。张紧弹簧86被配置用于分别促使多个线缆线轴52沿使得多个线缆22分别卷绕在多个线缆线轴52上的方向旋转。由弹簧张紧的线轴施加的弹簧力与缠绕的线缆22一起帮助完整运动履带式车辆20a向上朝向推车18爬回。(完整运动履带式车辆20a与弹簧力相反的下行没有问题，因为它们被供以动力。)这种反重力辅助特征允许使用更小的马达并且降低对完整运动履带式车辆20a的动力要求。线缆线轴52和张紧弹簧86也可安装在完整运动履带式车辆20a上而不是安装在推车18上。这种弹簧加载的反重力辅助不是必需的，但应根据履带式车辆为预期维护活动所承受的负载而被视为一种选择。
本文公开的完整运动履带式车辆20a具有多种应用。根据一种应用，履带式车辆将携带超声波传感器，但是也可携带其他类型的传感器，诸如涡流传感器或摄像机。传感器可以是单个感测元件或感测元件阵列。平台还可携带摄像机、工具、涂漆装备、激光标记系统、机器人臂操纵器或其他装置。
图9示出了完整运动履带式车辆20a的一个版本，其中固定超声波传感器单元29被安装到履带式车辆框架2的一端。超声波传感器单元29可沿车辆爬行的方向扫描下面的表面。超声波传感器单元29可包括单个超声波感测元件或超声波感测元件阵列。
图10示出了完整运动履带式车辆20a的另一个版本，其中扫描超声波传感器单元30被安装在可平移地联接到轨道32的滑架(图10中不可见)上，轨道32被固定到履带式车辆框架2的一端。扫描超声波传感器单元30可沿轨道32前后滑动，从而在完整运动履带式车辆20a处于静止并且推车18处于静止的同时扫描下面的表面的横向区域。再次，扫描超声波传感器单元30可以是单个感测元件或感测元件阵列。完整运动履带式车辆20a可以以增量方式向前移动，在每次增量移动之后暂停以允许超声波传感器单元30沿横向线扫描。可对控制器(参见图11中的控制器44)进行编程，以控制完整运动履带式车辆20a和扫描超声波传感器单元30的移动，以产生用于扫描分配给特定完整运动履带式车辆20a的所有表面区域的预编程模式。
在执行维护操作期间，可使用各种履带式车辆位置检测系统中的任何一种来跟踪多个履带式车辆的同时移动。了解每个履带式车辆在任何时间位于何处非常重要。例如，在维护工具是NDI探测器的情况下，NDI探测器的位置与获取的NDI传感器数据相关联以确保完全覆盖并且可能创建风力涡轮机叶片的表面的NDI图。沿叶片定位(即，在翼展方向上)使用已经讨论过的测量值来完成。跨叶片定位(即，在弦向方向上)可通过以下方式完成：
(a)可以使用从推车18延伸到每个履带式车辆20的弦线编码器。
(b)每个履带式车辆20上的轮子旋转编码器可用于跟踪竖直运动(并且如果完成向前和向后爬行，则也用于水平运动)。
(c)可以使用基于激光的方法。例如，基于激光的履带式车辆位置检测系统可包括安装在推车18上并且瞄准安装在每个履带式车辆20上的光学目标的激光测距仪。为了能够保持视线，激光装置可安装在从推车18的每侧延伸的机器人(例如，铰接式)臂的远端上，同时光学目标以这样的方式安装在履带式车辆20上，即，使得发射的激光束撞击在那些光学目标上。
(d)可以使用基于摄像机或视频的方法，诸如使用安装在每个履带式车辆20上的光学目标的运动捕获。
(e)联接到线缆线轴52的旋转编码器可用于提供跨叶片位置确定。
图11是识别根据另一实施例的完整运动履带式车辆的一些部件的框图。该完整运动履带式车辆包括履带式车辆框架2，该履带式车辆框架2具有固定地联接到其上的一组四个轮子轮轴6。一组四个麦克纳姆轮子4可旋转地联接到相应的轮子轮轴6。一组四个步进马达8被配置成响应于从控制器44(例如，计算机系统)接收的控制信号分别驱动麦克纳姆轮子4的旋转。另外，一个或多个抽吸装置10包含在履带式车辆框架2中。每个抽吸装置10包括可围绕轴线旋转的风扇10b、环绕该风扇的导管10a以及响应于从控制器44接收的控制信号驱动风扇10b旋转的电动风扇马达10c。完整运动履带式车辆还包括固定地联接到履带式车辆框架2的线轴轮轴50、可旋转地联接到线轴轮轴50的线缆线轴52以及被配置成响应于从控制器44接收的控制信号驱动线缆线轴52的旋转。此外，完整运动履带式车辆还包括：对准转架46，其具有固定地联接到履带式车辆框架2的不可旋转部分并且具有可旋转部分，线缆线轴52固定地联接到所述可旋转部分；以及转架马达48，其被配置成响应于从控制器44接收的控制信号驱动对准转架46的旋转。另外，图11中部分表示的完整运动履带式车辆可包括被安装到履带式车辆框架2的竖直轨道32。维护工具28(图11中未示出)固定地联接到滑架34，滑架34可平移地联接到轨道32并且响应于从控制器44接收的控制信号通过滑架马达42(通过未示出的齿轮系)被驱动以旋转。图11中标识的所有马达都被安装到履带式车辆框架2。控制器44被配置成控制马达的操作，使得每个完整运动履带式车辆在风力涡轮机叶片108的表面的相应区域中执行维护操作。控制器44从履带位置检测系统84接收表示完整运动履带式车辆的位置和取向的数据，并且从(一个或多个)传感器82接收附加数据。所述(一个或多个)传感器82可例如包括倾斜计(其提供表示完整运动履带式车辆的倾斜角度的数据)或相应传感器(其提供表示每个轮子上的负载的数据)。控制器44处理该信息以：(1)根据位置/取向数据控制步进马达8，以及(2)根据如美国专利No.8,738,226中所公开的传感器数据控制抽吸装置10。
图12是表示根据另一个实施例的自动化设备的视图的示意图，该自动化设备包括推车18和通过同一根线缆22连接到推车18的多个履带式车辆20、20’和20”。一根或多根这样的多车辆用的线缆可在图2中所示的风力涡轮机叶片108的两个侧表面114和116上从推车18垂下。例如，根据一种可能的扫描模式：(a)当推车18停止时，多个履带式车辆20、20’和20”可悬垂在第一组高度(即，距推车18的距离)处；(b)当履带式车辆20、20’和20”如此悬垂时，推车18沿风力涡轮机叶片108的前缘110从第一翼展位置移动到第二翼展位置；(c)当推车18从第一翼展位置移动到第二翼展位置时，悬垂在第一组高度处的履带式车辆20、20’和20”沿相应的扫描路径执行相应的维护操作(例如，获取NDI传感器数据)；(d)然后推车18停止，并且通过将线缆22退绕或卷绕到不同于第一组高度的第二组高度，分别升高或降低履带式车辆20、20’和20”；以及(e)当推车18从第二翼展位置移动到第一翼展位置时，悬垂在第二组高度处的履带式车辆20沿相应的扫描路径执行相应的维护操作。
可选地，每个履带式车辆可借助于可电控的线缆夹紧装置(诸如螺线管致动的部署展开的履带式车辆20、20’和20”可通过被升高到推车18附近的相应停放位置而被存放。更具体地，线缆22可卷绕在线缆线轴52上，直到履带式车辆20接近推车框架24为止。当抽吸力将履带式车辆20保持在该停放位置时，可以停用履带式车辆20上的线缆夹紧装置，以在线缆22继续拉起履带式车辆20’和20”时，使线缆22能够滑动通过履带式车辆20上的夹具。线缆22可继续卷绕在线缆线轴52上，直到履带式车辆20’接近停放的履带式车辆20为止。当抽吸力将履带式车辆20’保持在该位置时，可以停用履带式车辆20’上的线缆夹紧装置，以在线缆22继续拉起履带式车辆20”时，使线缆22能够滑动通过履带式车辆20’上的夹具。然后，线缆22可继续卷绕在线缆线轴52上，直到履带式车辆20”接近停放的履带式车辆20’为止。在线缆22的远端处的最低履带式车辆不需要线缆夹紧装置。履带式车辆20、20’和20”可使用相反的过程在不同的高度处部署。
本文公开的自动化设备可适用于各种维护功能的自动化，包括但不限于非破坏性检查、钻孔、研磨、紧固、贴花应用、火焰清理、层板映射、标记、清洁和涂漆。在末端执行器是旋转工具(诸如火焰清理机、钻头、去毛刺器或铰刀)的情况下，当旋转工具到达目标位置时，可对计算机系统进行编程以通过马达控制器激活末端执行器马达(附图中未示出)以驱动旋转工具的旋转。
虽然已经参考特定实施例描述了自动化设备，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本文教导的范围的情况下，可进行各种改变并且可用等同物替换其元件。另外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况适应本文的教导。因此，意图在下文中阐述的权利要求不限于所公开的实施例。
如本文所使用的，术语“计算机系统”应该被广义地解释为包含具有至少一个计算机或处理器的系统，并且可具有通过网络或总线通信的多个计算机或处理器。如在前一句中所使用的，术语“计算机”和“处理器”均指包括处理单元(例如，中央处理单元)和用于存储可由处理单元读取的程序的某种形式的存储器(即，计算机可读介质)的装置。
本文描述的方法可被编码为体现在非暂时性有形计算机可读存储介质中的可执行指令，包括但不限于存储装置和/或存储器装置。当由处理器或计算机执行时，这些指令使处理器或计算机执行本文描述的方法的至少一部分。
此外，本公开包括根据以下条款的实施例：
条款1.一种自动化设备，其包括：
推车，其包括推车框架、可旋转地联接到所述推车框架的多个轮子以及用于驱动所述多个轮子中的一个轮子的旋转的推车马达；
多根线缆，其从所述推车垂下；
多个履带式车辆，其分别附接到所述多根线缆，每个履带式车辆包括履带式车辆框架和可旋转地联接到所述履带式车辆框架的一组轮子；以及
多个维护工具，其分别联接到所述多个履带式车辆的所述履带式车辆框架。
条款2.根据条款1所述的自动化设备，其还包括：
多个线缆线轴，所述多根线缆分别附接到所述多个线缆线轴；以及
多个线轴马达，其被配置成分别驱动所述多个线缆线轴的旋转。
条款3.根据条款2所述的自动化设备，其中所述多个线缆线轴可旋转地联接到所述推车框架。
条款4.根据条款2所述的自动化设备，其还包括多个转架，所述多个转架分别安装到所述多个履带式车辆的所述履带式车辆框架并且具有相应的可旋转部分，其中所述多个线缆线轴分别可旋转地联接到所述多个转架的所述相应的可旋转部分，以使所述多根线缆能够在所述多个转架的所述相应的可旋转部分的旋转期间分别扭转。
条款5.根据条款4所述的自动化设备，其还包括：
多根电源/信号线，其在所述推车和所述多个履带式车辆之间延伸；以及
多个电线反向卷筒，其分别可旋转地联接到所述多个转架的所述相应的可旋转部分，并且分别被配置成在所述多个线缆线轴的旋转期间补偿电线扭转。
条款6.根据条款1所述的自动化设备，其中所述履带式车辆的所述轮子被配置成能够进行完整运动，并且所述履带式车辆还包括：
相应的一组马达，其被配置成分别驱动相应的一组轮子中的轮子的旋转；以及
相应的多个控制器，其被配置成分别控制所述相应的一组马达，以使相应组的轮子产生所述履带式车辆的完整运动。
条款7.根据条款1所述的自动化设备，其还包括：
多个线缆线轴，所述多根线缆分别附接到所述多个线缆线轴；以及
多个张紧弹簧，其被配置成分别促使所述多个线缆线轴沿使得所述多根线缆分别卷绕在所述多个线缆线轴上的方向旋转。
条款8.根据条款1所述的自动化设备，其中所述履带式车辆框架包括相应的多个开口和相应的多个底表面，所述相应的多个底表面部分地限定相应的多个抽吸区，并且所述多个履带式车辆还包括分别安装在所述多个开口附近的相应的多个抽吸装置，用于在所述履带式车辆的所述轮子与表面接触时在所述多个抽吸区中产生相应的抽吸力。
条款9.根据条款1所述的自动化设备，其中所述多个维护工具是非破坏性检查探测器。
条款10.根据条款1所述的自动化设备，其中至少两个履带式车辆在不同的高度处连接到每根线缆。
条款11.根据条款1所述的自动化设备，其还包括分别可平移地联接到所述履带式车辆框架的多个滑架，其中所述多个维护工具分别安装到所述多个滑架。
条款12.一种履带式车辆，其包括：
履带式车辆框架；
一组轮子，其可旋转地联接到所述履带式车辆框架；
维护工具，其联接到所述履带式车辆框架；
转架，其安装到所述履带式车辆框架并且具有可旋转部分；以及
线缆线轴，其可旋转地联接到所述转架的所述可旋转部分。
条款13.根据条款12所述的履带式车辆，其还包括反向卷筒，所述反向卷筒可旋转地联接到所述转架的所述可旋转部分，并且被配置成在所述线缆线轴的旋转期间补偿电线扭转。
条款14.根据条款12所述的履带式车辆，其中所述轮子被配置成能够进行完整运动，其还包括：
多个马达，其被配置成分别驱动所述轮子的旋转；以及
控制器，其被配置成控制该组马达以使该组轮子产生所述履带式车辆的完整运动。
条款15.根据条款12所述的履带式车辆，其还包括张紧弹簧，所述张紧弹簧被配置用于促使所述线缆线轴沿线缆卷绕方向旋转。
条款16.根据条款12所述的履带式车辆，其还包括线轴马达，所述线轴马达被配置用于驱动所述线缆线轴的旋转。
条款17.根据条款12所述的履带式车辆，其中所述履带式车辆框架包括开口和部分地限定抽吸区的底表面，其还包括安装在所述开口附近的抽吸装置，用于在所述轮子与表面接触时在所述抽吸区中产生抽吸力。
条款18.根据条款12所述的履带式车辆，其中所述维护工具是非破坏性检查探测器。
条款19.一种用于在细长主体上执行维护操作的方法，所述细长主体具有通过弯曲表面连接的第一侧表面和第二侧表面，所述方法包括：
(a)使用一根或多根线缆将第一履带式车辆和第二履带式车辆从推车悬垂；
(b)将所述推车安置成在所述第一履带式车辆和所述第二履带式车辆与所述第一侧表面接触的位置处与所述细长主体的所述弯曲表面接触；
(c)使用抽吸将所述第一履带式车辆和所述第二履带式车辆粘附到所述第一侧表面；
(d)当所述第一履带式车辆和所述第二履带式车辆被粘附到所述第一侧表面时，使所述第一履带式车辆和所述第二履带式车辆分别沿第一扫描路径和第二扫描路径相对于所述第一侧表面移动；以及
(e)当所述第一履带式车辆和所述第二履带式车辆被粘附到所述第一侧表面时，操作第一维护工具和第二维护工具，以分别沿所述第一扫描路径和所述第二扫描路径在所述第一侧表面上执行维护操作。
条款20.根据条款19所述的方法，其还包括在所述第一履带式车辆和所述第二履带式车辆移动时移动所述推车。
条款21.根据条款19所述的方法，其中当所述第一履带式车辆和所述第二履带式车辆移动时，所述推车是静止的。
条款22.根据条款19所述的方法，其中所述第一维护工具是第一非破坏性检查传感器，其在步骤(d)期间沿所述第一扫描路径获取第一非破坏性检查传感器数据，并且所述第二维护工具是第二非破坏性检查传感器，其在步骤(d)期间沿所述第二扫描路径获取第二非破坏性检查传感器数据，所述方法还包括将所述第一破坏性检查传感器数据和所述第二非破坏性检查传感器数据拼接在一起。
条款23.根据条款19所述的方法，其中所述细长主体是风力涡轮机叶片。
条款24.根据条款19所述的方法，其中所述第一履带式车辆和所述第二履带式车辆被附接到同一根线缆。
条款25.一种用于执行维护操作的自动化系统，其包括：
推车，其包括推车框架、可旋转地联接到所述推车框架的多个轮子以及用于驱动所述多个轮子中的一个轮子的旋转的推车马达；
多根线缆，其从所述推车垂下；
多个线缆线轴，所述多根线缆分别附接到所述多个线缆线轴；
多个完整运动履带式车辆，其分别附接到所述多根线缆，每个完整运动履带式车辆包括履带式车辆框架、可旋转地联接到所述履带式车辆框架的一组轮子以及被配置成分别驱动该组轮子中的轮子的旋转的一组轮子马达；
多个维护工具，其分别联接到所述多个履带式车辆的所述履带式车辆框架；以及
计算机系统，其被配置成控制所述推车马达、所述轮子马达和所述维护工具的操作，以在所述多个完整运动履带式车辆分别在其上行进的表面的相应区域中执行协调的维护操作。
在以下阐述的方法权利要求不应被解释为要求其中所述的步骤以字母顺序(权利要求中的任何字母顺序仅用于参考先前所述的步骤的目的)或者以它们被引用的顺序执行，除非权利要求语言明确指定或陈述指示执行某些或所有这些步骤的特定顺序的条件。除非权利要求语言明确陈述排除这种解释的条件，否则所述方法权利要求也不应被解释为排除同时或交替执行的两个或更多个步骤的任何部分。

Claims (10)

1.一种自动化设备(80)，其包括：
推车(18)，其包括推车框架(24)、可旋转地联接到所述推车框架(24)的多个轮子(26)以及用于驱动所述多个轮子(26)中的一个轮子(26)的旋转的推车马达(62)；
多根线缆(22)，其从所述推车(18)垂下；
多个履带式车辆(20)，其分别附接到所述多根线缆(22)，每个履带式车辆(20)包括履带式车辆框架(2)和可旋转地联接到所述履带式车辆框架(2)的一组轮子(4)；以及
多个维护工具(28)，其分别联接到所述多个履带式车辆(20)的所述履带式车辆框架(2)。
2.根据权利要求1所述的自动化设备(80)，其还包括：
多个线缆线轴(52)，所述多根线缆(22)分别附接到所述多个线缆线轴(52)；以及
多个线轴马达(54)，其被配置成分别驱动所述多个线缆线轴(52)的旋转。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的自动化设备(80)，其中所述多个线缆线轴(52)可旋转地联接到所述推车框架(24)。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的自动化设备(80)，其还包括多个转架(46)，所述多个转架(46)分别安装到所述多个履带式车辆(20)的所述履带式车辆框架(2)并且具有相应的可旋转部分，其中所述多个线缆线轴(52)分别可旋转地联接到所述多个转架(46)的所述相应的可旋转部分，以使所述多根线缆(22)能够在所述多个转架(46)的所述相应的可旋转部分的旋转期间分别扭转。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的自动化设备(80)，其还包括：
多根电源/信号线(60)，其在所述推车(18)和所述多个履带式车辆(20)之间延伸；以及
多个电线反向卷筒(58)，其分别可旋转地联接到所述多个转架(46)的所述相应的可旋转部分，并且分别被配置成在所述多个线缆线轴(52)的旋转期间补偿电线(60)扭转。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的自动化设备(80)，其中所述履带式车辆(20)的所述轮子(4)被配置成能够进行完整运动，并且所述履带式车辆(20)还包括：
相应的一组马达(8)，其被配置成分别驱动相应的所述一组轮子(4)中的所述轮子(4)的旋转；以及
相应的多个控制器(44)，其被配置成分别控制所述相应的一组马达(8)，以使相应组的轮子(4)产生所述履带式车辆(20)的完整运动。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的自动化设备(80)，其中所述履带式车辆框架(2)包括相应的多个开口和相应的多个底表面，所述相应的多个底表面部分地限定相应的多个抽吸区(12)，并且所述多个履带式车辆(20)还包括分别安装在所述多个开口附近的相应的多个抽吸装置(10)，用于在所述履带式车辆(20)的所述轮子(4)与表面接触时在所述多个抽吸区(12)中产生相应的抽吸力。
8.一种用于在细长主体上进行维护操作的方法，所述细长主体具有通过弯曲表面连接的第一侧表面和第二侧表面，所述方法包括：
(a)使用一根或多根线缆(22)将第一和第二履带式车辆从推车(18)悬垂；
(b)将所述推车(18)安置成在所述第一和第二履带式车辆(20)与所述第一侧表面接触的位置处与所述细长主体的所述弯曲表面接触；
(c)使用抽吸将所述第一和第二履带式车辆(20)粘附到所述第一侧表面；
(d)当所述第一和第二履带式车辆(20)被粘附到所述第一侧表面时，使所述第一和第二履带式车辆(20)分别沿第一扫描路径和第二扫描路径相对于所述第一侧表面移动；以及
(e)当所述第一和第二履带式车辆(20)被粘附到所述第一侧表面时，操作第一和第二维护工具(28)，以分别沿所述第一扫描路径和所述第二扫描路径在所述第一侧表面上执行维护操作。
9.根据权利要求8所述的方法，其还包括在所述第一和第二履带式车辆(20)正在移动时移动所述推车(18)。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的方法，其中当所述第一和第二履带式车辆(20)正在移动时，所述推车(18)是静止的。
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