CN112739620A - 屋顶修复无人机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于修复屋顶上的膜中的洞或刺孔的空中无人机，其特征在于，该空中无人机包括用于记录膜的区段的至少一个相机、适于将材料施加到膜的区段上的施加器，其中施加器可从不同的高度和/或地面无线控制。
Description
本发明描述了用于修复屋顶上的膜中的洞或刺孔的空中无人机、用于修复屋顶上的膜中的洞或刺孔的系统、以及用于修复屋顶上的膜中的洞或刺孔的方法。
平屋顶通常通过使用预制的热塑性单层和多层膜来防水，以抵御水的渗透，这些膜最常见的是基于TPO(热塑性烯烃)、PVC或EPDM。此类预制膜的替代品是基于1-组分或2-组分反应性组合物的液体施加膜(LAM)。液体施加膜(例如基于聚氨酯(PU)或硅酮)在其施加之后固化以便获得其最终的物理特性。由于老化、意外损坏或恶劣环境条件(诸如雹暴)，防水膜可能会被刺穿并具有洞，应对其进行修复，以便确保膜的防水特性。
当前，可以通过用焊接在受损区域上的新膜修补受损区域来修复PVC屋顶中的洞。为此，工人需要爬上屋顶。
与修复屋顶相关联的一个主要问题是屋顶上的工人受伤的风险。根据OSHA(https://www.osha.gov/oshstats/commonstats.html)的数据，2016年建筑业死亡人数中有384人死于跌落。并且根据Dong等人(Journal of safety research 44，2013，17-24)，建筑业中的致命跌落中有三分之一是屋顶跌落。因此，减少工人上屋顶的需要将降低跌落的风险，并有望减少由屋顶跌落造成的伤亡人数。
因此，本发明的目的是提供用于修复屋顶上的膜中的洞或刺孔的手段，其减少工人在屋顶上的需要并且使屋顶修复和维护过程自动化。
该目的是通过一种用于修复屋顶上的膜中的洞或刺孔的空中无人机来解决的，其特征在于该空中无人机包括用于记录膜的区段的至少一个相机以及适于将材料施加到膜的区段上的施加器，其中施加器可从不同的高度和/或地面进行无线控制。
本发明提供了一种无人驾驶的空中无人机(诸如八旋翼直升机)，该空中无人机携带可以被远程控制并操作以修复屋顶上的膜中的小洞或刺孔的工具。所携带的工具是施加器，例如3D(三维)打印机，诸如能够直接打印到屋顶的表面上的熔融沉积成型(FDM)3D打印机。空中无人机在本领域中是众所周知的，并且这里不需要解释空中无人机的基本设置。本发明的空中无人机或者无人机包括可商购的空中无人机的元件和功能。但是，本发明的空中无人机附加地包括权利要求1中提到的特征和部件。本发明允许在远离地面安全的地方执行修复，或者由能够检测损坏并沉积补丁以修复屋顶上的膜的自主无人机自动执行修复。
除非从描述中可以清楚地看出，否则针对根据本发明的空中无人机说明的解释、实施例和具体实施例的优点还涉及根据本发明的系统和根据本发明的方法，反之亦然。
优选地，诸如3D打印机之类的施加器被附接到空中无人机的底部(侧面)。优选地，诸如3D打印机之类的施加器附接到空中无人机的底部(侧面)，使得施加器在处于降落位置的无人机的腿之间居中。
在具体实施例中，用于记录膜的区段的至少一个相机适于在空中无人机降落在屋顶上的膜上之后进行记录。
在具体实施例中，用于记录膜的区段的至少一个相机适于仅在空中无人机降落在屋顶上的膜上之后进行记录。
为了有效使用施加器，有必要记录膜的有洞或刺孔的区段。基于记录，空中无人机可以自身控制打印或在外部控制下进行打印。
在具体实施例中，用于记录膜的区段的至少一个相机适于作为空中无人机的飞行系统的一部分。这意味着相机的记录被用于空中无人机的飞行和/或指导空中无人机的移动。
优选地，膜的施加器适于将材料施加到其上的区段是膜的有洞或刺孔的区段。
在优选实施例中，用于记录膜的区段的至少一个相机适于记录屋顶上的膜的在处于降落位置的无人机的腿之间的区段。
在具体实施例中，用于记录膜的区段的至少一个相机适于被聚焦在与空中无人机的腿的远端处于降落位置的水平对应的水平上。
在具体实施例中，用于记录膜的区段的至少一个相机适于在空中无人机的飞行期间记录膜。
这个实施例对于使用空中无人机检测屋顶上的膜中的洞或刺孔是有用的。
在具体实施例中，用于记录膜的区段的至少一个相机是一个相机。
这个实施例节省重量，这允许空中无人机的更长的飞行时间和/或为其它特征节省重量。
在优选实施例中，施加器可从不同的高度和/或地面无线地控制。
在优选实施例中，施加器被从不同的高度和/或地面无线地控制。
在从属权利要求中描述另外的实施例。
在具体实施例中，空中无人机包括至少一个机载通信单元，其中至少一个机载通信单元适于从基于地面的通信单元无线地接收用于施加器的命令并且可选地将命令传送到施加器。
机载通信单元允许可以从基于地面的通信单元控制施加器。机载通信单元优选地是施加器的整体部件，或更优选地是经由链路(例如，线缆)来传送接收到的命令的分离的部件。
在具体实施例中，空中无人机包括至少一个机载通信单元，其中至少一个机载通信单元适于从至少一个相机接收记录并且将记录无线地发送到基于地面的通信单元。至少一个机载通信单元允许可以将来自至少一个相机的记录发送到基于地面的通信单元。因此，可以在施加材料之前、期间和之后观察膜的区段。
在具体实施例中，空中无人机包括至少一个机载通信单元，其中至少一个机载通信单元适于从基于地面的通信单元无线地接收用于施加器的命令并且可选地将命令传送到施加器，并且其中至少一个机载通信单元适于从至少一个相机接收记录并将记录无线地发送到基于地面的通信单元。这些特征的组合允许从基于地面的通信单元对膜和施加过程的良好控制和观察。
在具体实施例中，用于记录膜的区段的至少一个相机是一个相机，并且至少一个机载通信单元是一个机载通信单元。在具体实施例中，至少一个机载通信单元是一个机载通信单元。
这些实施例节省重量，这允许空中无人机的更长的飞行时间和/或为其它特征节省重量。
在优选实施例中，用于记录膜的区段的至少一个相机适于向至少一个机载通信单元提供记录。
在优选实施例中，施加器是3D打印机，优选地是熔融沉积成型3D打印机。在优选实施例中，施加器是能够使用细丝(filament)进行打印或能够使用丸粒(pellet)进行打印的熔融沉积成型3D打印机。在具体实施例中，施加器是能够使用细丝进行打印的熔融沉积成型3D打印机。在具体实施例中，施加器是能够使用丸粒进行打印的熔融沉积成型3D打印机。在具体实施例中，熔融沉积成型3D打印机是丸粒挤出机。
在优选实施例中，施加器是可从不同高度和/或地面无线控制的熔融沉积成型3D打印机。在优选实施例中，施加器是被从不同高度和/或地面无线控制的熔融沉积成型3D打印机。熔融沉积成型3D打印机轻质并且适合于直接从其喷嘴打印到诸如膜之类的表面上。喷嘴可以快速移动，以便在区段的较大部分上进行打印。
在优选实施例中，施加器能够将材料直接施加到屋顶的表面上。在优选实施例中，施加器是3D打印机并且3D打印机能够直接打印到屋顶的表面上。在优选实施例中，3D打印机的喷嘴能够直接打印到屋顶的表面上。
在优选的实施例中，空中无人机或者施加器包括施加器材料。在优选实施例中，施加器是3D打印机，并且空中无人机或者3D打印机包括打印材料。
术语“细丝”在本领域中是已知的并且描述了由熔融沉积成型3D打印机用来打印的打印材料。丸粒挤出机可以被用作熔融沉积成型3D打印机。此类丸粒挤出机和丸粒在本领域中是众所周知的，并且丸粒是可以由熔融沉积成型3D打印机用来打印的打印材料。将打印材料馈送到熔融沉积成型3D打印机的热端或者喷嘴中，并熔融地从喷嘴流在待打印的表面上。
在具体实施例中，施加器是3D打印机，优选地是熔融沉积成型3D打印机，并且空中无人机或者3D打印机包括至少一根细丝(作为打印材料)。细丝适于被馈送到熔融沉积成型3D打印机的热端或者喷嘴中。细丝优选地存储在线轴(spool)上。优选地，细丝是柔性细丝。优选地，细丝是存储在线轴上的柔性细丝。优选地，细丝的厚度为1.25mm至3.5mm。
可以存储在线轴上的柔性细丝可以节省空中无人机上的空间。
在具体实施例中，施加器是3D打印机，以及空中无人机或者3D打印机包括丸粒(作为打印材料)。
在具体实施例中，空中无人机或者施加器(优选地是3D打印机)包括施加器材料(优选地是打印材料)，其中施加器材料(优选地是打印材料)优选地包含聚氯乙烯和/或聚氨酯和/或热塑性烯烃和/或聚烯烃和/或乙烯丙烯二烯单体橡胶和/或沥青。聚氯乙烯和/或聚氨酯和/或热塑性烯烃和/或聚烯烃和/或乙烯丙烯二烯单体橡胶和/或沥青与屋顶膜的材料并与液体施加膜相容，并具有防水特性。
热塑性烯烃(TPO)是特定类型的异相聚烯烃组合物。这些是高结晶度“基础聚烯烃”(通常具有100℃或更高的熔点)和低结晶度或无定形“聚烯烃改性剂”(通常具有-20℃或更低的玻璃化转变温度)的混合物。异相相形态包括主要由基础聚烯烃组成的基体相和主要由聚烯烃改性剂的嵌入颗粒组成的分散相。合适的热塑性烯烃是可商购的，例如以
和
的商品名。可商购的其它合适的热塑性烯烃包括例如异相乙烯-丙烯无规共聚物，其可以以诸如
SD233CF(来自Borealis Polymers)之类的
的商品名购得。合适的聚烯烃包括例如聚乙烯、聚丙烯、乙烯/α-烯烃共聚物、丙烯/乙烯共聚物和丙烯/α-烯烃共聚物。
在具体实施例中，空中无人机或者施加器(优选地是3D打印机)包括施加器材料(优选地是打印材料)，其中施加器材料(优选地是打印材料)优选地包含聚氯乙烯和/或聚氨酯和/或热塑性烯烃和/或聚烯烃和或乙烯丙烯二烯单体橡胶和/或沥青和/或PLA(聚交酯)。
在具体实施例中，空中无人机或者施加器(优选地是3D打印机)包括施加器材料(优选地是打印材料)，其中施加器材料(优选地是打印材料)优选地包含聚氯乙烯和/或聚氨酯和/或热塑性烯烃和/或聚烯烃和/或乙烯丙烯二烯单体橡胶和/或沥青。
在具体实施例中，空中无人机或者施加器(优选地是3D打印机)包括施加器材料(优选地是打印材料)，其包含聚氯乙烯和/或聚氨酯。在具体实施例中，包含聚氯乙烯和/或聚氨酯的施加器材料(优选地是打印材料)被热稳定化直至300℃或280℃的温度。
已经发现，在3D打印机的热端要求190℃至300℃的温度，优选地是210℃至260℃的温度，以便使用聚氯乙烯的(柔性)细丝进行打印。已经发现，热稳定化通过防止热降解而允许使用聚氯乙烯的(柔性)细丝进行打印。
在具体实施例中，空中无人机包括几种施加器材料，优选地是打印材料，可选地包含不同的材料。
动词“包含”及其词形变化包括动词“由……组成”及其词形变化。动词“包括”及其词形变化包括动词“由……组成”及其词形变化。
在具体实施例中，空中无人机的重量为1kg至25kg，优选地为4kg至16kg，更优选地为7kg至13kg，最优选地为9kg至12kg。
发明人已经制备了可以解决技术问题的空中无人机，即，用于修复屋顶上的膜中的洞或刺孔的空中无人机。令人惊奇的是，部件的数量和所有部件的重量之和被成功地最小化到给定的重量范围。因此，具有其所有特征(和工具)的空中无人机具有可以由电池驱动以实现足够的操作/飞行时间的重量。
在具体实施例中，空中无人机包括用于向无人机的至少一个马达提供电力的至少一个电池单元，该至少一个电池单元的电荷之和为14000mAh至30000mAh，优选地为19000mAh至27000mAh。14000mAh至30000mAh(优选地19000mAh至27000mAh)的电荷之和描述了可从空中无人机的电池或者所有电池中获得多少电荷以用于驱动空中无人机的马达或者所有马达。这个电荷优选地是指可用于无人机的至少一个马达而不是用于施加器(优选地3D打印机)、相机等的电荷。发明人已经制备了可以解决技术问题的空中无人机，即，用于修复屋顶上的膜中的洞或刺孔的空中无人机。发明人已经发现驱动空中无人机所需的最优电荷，这是在太重但能力强大的电池与轻质但缺乏能力的电池之间的折衷。因此，具有其所有特征(和工具)的空中无人机可以由具有最优重量的电池来驱动，以实现足够的操作/飞行时间。
在具体实施例中，空中无人机的重量为1kg至25kg，优选地为4kg至16kg，更优选地为7kg至13kg，最优选地为9kg至12kg，并且空中无人机包括用于向无人机的至少一个马达提供电力的至少一个电池单元，该至少一个电池单元的电荷之和为14000mAh至30000mAh，优选地为19000mAh至27000mAh。14000mAh至30000mAh(优选地19000mAh至27000mAh)的电荷之和描述了可从空中无人机的电池或者所有电池中获得多少电荷以用于驱动空中无人机的马达或者所有马达。这个电荷优选地是指可用于无人机的至少一个马达而不是用于施加器(优选地3D打印机)、相机等的电荷。因此，具有其所有特征(和工具)的空中无人机具有电池的电荷针对其最优以实现足够的操作/飞行时间的重量。
在具体实施例中，至少一个机载通信单元是微型计算机，优选地是单板计算机或Raspberry Pi，其安装有操作系统(优选地是Octoprint)。如果至少一个机载通信单元和施加器(优选地是3D打印机)不是一个整体部件，那么至少一个机载通信单元连接到施加器(优选地是3D打印机)，优选地经由USB线缆连接到施加器(优选地是3D打印机)。
微型计算机(诸如单板计算机或Raspberry Pi)非常轻，要求很小的空间，并且可以容易地附接到空中无人机。另外，这些仅要求小而轻的电池，这进一步减少了空中无人机的重量。
在具体实施例中，至少一个机载通信单元是单板计算机。
在具体实施例中，至少一个机载通信单元是一个机载通信单元，并且机载通信单元和用于记录膜的区段的所有相机的重量之和为1g至300g，优选地为1g至150g，最优选地为1g至80g。这个设置进一步减少了空中无人机的重量。要求很少的连接部分或其它重且贵的成像部件。
在具体实施例中，至少一个机载通信单元是一个机载通信单元，并且用于记录膜的区段的至少一个相机是一个相机，其中机载通信单元和相机总共的重量为1g至300g，优选地为1g至150g，最优选地为1g至80g。这个设置进一步减少了空中无人机的重量。要求很少的连接部分或者其它重或贵的成像部件。
在具体实施例中，至少一个机载通信单元是一个单板计算机，并且单板计算机和用于记录膜的区段的所有相机的重量之和为1g至300g，优选地为1g至150g，最优选地为1g至80g。这个设置进一步减少了空中无人机的重量。要求很少的连接部分或者其它重或贵的成像部件。
在具体实施例中，空中无人机包括用于记录膜的区段的一个相机，而没有另外的相机。
在具体实施例中，用于记录膜的区段的一个相机的重量为1g至20g，优选地为1g至10g。
在具体实施例中，空中无人机的所有相机的总重量为1g至50g，优选地为1g至30g。
在具体实施例中，空中无人机是八旋翼直升机。
在具体实施例中，空中无人机具有长度为15cm至90cm(优选地为35cm至80cm)的降落腿。
本发明的另一个目的是提供用于修复屋顶上的膜中的洞或刺孔的系统，该系统减少了工人在屋顶上的需要并且使屋顶修复和维护过程自动化。
该系统包括根据权利要求1至7(优选地根据权利要求2至7)所述的空中无人机，以及基于地面的通信单元，该基于地面的通信单元适于将用于施加器(优选地是3D打印机)的命令无线地发送到空中无人机的机载通信单元和/或适于经由机载通信单元无线地接收来自至少一个相机的记录。机载通信单元和基于地面的通信单元通过无线网络连接。基于地面的通信单元优选地是个人计算机、膝上型计算机或智能电话。
所连接的机载通信单元和基于地面的通信单元的组合允许来自空中无人机的至少一个相机的记录可以被发送到基于地面的通信单元。因此，可以在打印之前、期间和之后观察膜的区段。另外，所连接的机载通信单元和基于地面的通信单元的组合允许可以从基于地面的通信单元精确地控制施加器(优选地是3D打印机)。该系统减少了工人在屋顶上的需要。屋顶修复和维护方法是完全或至少部分自动化的。这降低了工人的风险，工人可以从基于地面的通信单元进行工作。
在具体实施例中，可经由安装在机载通信单元上以及可选地安装在基于地面的通信单元上的操作系统经由无线网络来(远程)访问机载通信单元。在具体实施例中，无线网络是由智能电话生成的无线热点。这允许人在安装膜和屋顶的现场快速设置系统。
在具体实施例中，机载通信单元的操作系统是Octoprint。机载通信单元或者单板计算机或Raspberry Pi可经由浏览器使用Octoprint进行远程访问。因此，有可能将打印命令发送到机载通信单元。Octoprint还支持带相机的单板计算机。
在具体实施例中，无线网络是由智能电话生成的无线热点，并且机载通信单元的操作系统是Octoprint。
本发明的另一个目的是提供用于修复屋顶上的膜中的洞或刺孔的方法，该方法减少了工人在屋顶上的需要并使屋顶修复和维护过程自动化。
该方法包括以下步骤：检测在屋顶上的膜的区段中的至少一个洞或刺孔；用根据权利要求1至7所述的空中无人机的至少一个相机记录至少膜的该区段；将根据权利要求1至7所述的空中无人机降落在屋顶上的膜上，使得空中无人机的施加器(优选地3D打印机)可以将材料施加(优选地打印)到膜的该区段上，特别是施加到至少一个洞或刺孔上；以及使用空中无人机的施加器(优选地3D打印机)以及优选地施加器材料(优选地是打印材料)将材料施加(优选地打印)到膜的该区段上，特别是施加到至少一个洞或刺孔上。
这些步骤的次序一般不是强制性的。但是，在大多数实施例中，材料的施加(优选地打印)的步骤将是这些步骤中的最后一个。特别地，检测的步骤和记录的步骤可以是同时的，或者记录可以发生在检测之前。
在具体实施例中，检测屋顶上的膜的区段中的至少一个洞或刺孔的步骤是由人在屋顶上、由人使用空中无人机或由空中无人机自动进行的。
用根据权利要求1至7所述的空中无人机的至少一个相机记录至少膜的区段的步骤可以以几种方式来完成：在具体实施例中，至少一个相机在空中无人机降落在屋顶上的膜上之后进行记录。在具体实施例中，至少一个相机仅在空中无人机降落在屋顶上的膜上之后才进行记录。优选地，在空中无人机降落之前已经发现该区段具有至少一个洞或刺孔。为了有效地使用施加器(优选地是3D打印机)，有必要的是至少一个相机记录膜的具有洞或刺孔的区段。基于记录，空中无人机自身控制材料的施加(优选地是打印)，或者材料的施加(优选地是打印)被外部地控制。
在具体实施例中，用至少一个相机记录至少膜的区段是空中无人机的飞行操作的一部分。这意味着相机的记录被用于空中无人机的飞行和/或指导空中无人机的移动。
在具体实施例中，用于记录膜的区段的至少一个相机在空中无人机的飞行期间进行记录。这个实施例对于检测屋顶上的膜中的洞或刺孔是有用的。
在具体实施例中，用于记录膜的区段的至少一个相机记录屋顶上的膜的在处于降落位置的无人机的腿之间的区段。优选地，施加器将材料施加(优选地，3D打印机打印)到其上的膜的区段是由至少一个相机记录的膜的区段的一部分。
在优选实施例中，用于记录膜的区段的至少一个相机向至少一个机载通信单元提供记录。
在优选实施例中，用于记录膜的区段的至少一个相机将至少膜的区段的记录提供给至少一个机载通信单元。
进行将根据权利要求1至7所述的空中无人机降落在屋顶上的膜上的步骤，使得空中无人机的施加器(优选地，3D打印机)可以将材料施加(优选地，打印)到膜的区段上，特别是施加到至少一个洞或刺孔上。这意味着3D打印机的喷嘴可以到达要在其上打印的膜的区段，特别是到达至少一个洞或刺孔，3D打印机的喷嘴优选地是可移动的。
在优选实施例中，该方法包括以下步骤：在基于地面的通信单元处，经由空中无人机的至少一个机载通信单元从至少一个相机无线地接收至少膜的区段的记录并将用于施加器(优选地，3D打印机)的命令发送到施加器(优选地，3D打印机)。基于地面的通信单元优选地是个人计算机、膝上型计算机或智能电话。这个步骤允许该方法由人在基于地面的通信单元处精确地控制，该人接收来自打印现场的实时图像。人没有从屋顶跌落的风险。
在具体实施例中，该方法包括以下步骤：在基于地面的通信单元处，经由空中无人机的至少一个机载通信单元从至少一个相机无线地接收至少膜的区段的记录。基于地面的通信单元优选地是个人计算机、膝上型计算机或智能电话。这个步骤允许该方法可以由人在基于地面的通信单元处进行监督，该人接收来自打印现场的实时图像。人没有从屋顶跌落的风险。
在具体实施例中，该方法包括以下步骤：在基于地面的通信单元处，经由空中无人机的至少一个机载通信单元将用于施加器(优选地，3D打印机)的命令无线地发送到施加器(优选地，3D打印机)。基于地面的通信单元优选地是个人计算机、膝上型计算机或智能电话。
在具体实施例中，该方法包括以下步骤：在机载通信单元和基于地面的通信单元之间建立无线网络，优选地是使用智能电话的无线热点。无线网络使得能够实现在空中无人机的至少一个机载通信单元与基于地面的通信单元之间的通信。可以在带有屋顶的建筑物的现场使用智能电话快速设置无线热点，以便使得能够实现无线通信。
在具体实施例中，施加器是3D打印机，并且在打印期间将3D打印机的热端的温度设置为190℃至300℃，优选地是210℃至260℃。已经发现，这个温度对于挤出特定打印材料(诸如聚氯乙烯的(柔性)细丝)而言是需要的。
在优选实施例中，根据本发明的方法由空中无人机自动进行，或者由操作人员在基于地面的通信单元处控制和/或监督。
在优选实施例中，屋顶上的膜包含聚氯乙烯和/或聚氨酯和/或热塑性烯烃和/或聚烯烃和/或沥青，和/或屋顶上的膜是液体施加膜。
在优选实施例中，屋顶上的膜包含聚氯乙烯和/或聚氨酯和/或热塑性烯烃和/或聚烯烃。
在优选实施例中，屋顶上的膜是液体施加膜。
在优选实施例中，屋顶上的膜是热塑性烯烃。
在优选实施例中，屋顶上的膜包含热塑性烯烃。
示例
参考附图，下面将进一步描述本发明。
图1示出了根据本发明的一个实施例的空中无人机和系统。
对于这个示例，将CoLiDo D1315 FDM 3D打印机用作3D打印机(5)。将用于3D打印机(5)的常备(stock)基板替换为定制基底，以允许直接表面3D打印。定制基底是从1/4”有机玻璃(plexiglas)切割而成的圆形物体，其直径与原始基底相同。在基底的中心切出大洞，以允许直接表面打印。在定制基底中钻有附加的孔，以允许使用原始螺钉将基底固定到打印机(5)。
在正常操作中，3D打印软件防止CoLiDo D1315 FDM 3D的打印头9、12移动到低于常备基板的打印区域的表面的Z位置。设计这些限制以防止对打印头(9)、(12)的损坏，但使得在不进一步修改软件或CoLiDo D1315 FDM 3D打印机5的情况下不可能直接表面打印。
该问题是通过将三个3D打印的块放置在移动打印机(5)的臂的滑块(slider)上的螺钉头上来解决的。在打印机(5)的每个腿的顶部处都存在被滑块推入的开关。当所有三个开关都被接合时，打印头处于其原位位置(home position)。打印机(5)基于其原位位置来定向其所有移动功能。因此，在滑块和原位开关之间放置块将原位位置调整到较低的Z位置。这允许通过在滑块和开关之间放置适当尺寸的块来推翻较低Z位置限制并直接打印到表面上。此外，通过将块从滑块移除，可以将打印机(5)恢复到其默认状态。使用块，执行了成功的直接到表面的测试打印。作为这些实验的结果，证实3D打印机(5)被配置为使得其可以直接打印到现有的屋顶(2)上。
对于第一个实验，使用厚度为1.75mm的PLA(聚交酯)细丝。细丝被布置为从线轴馈送到CoLiDo D1315 FDM 3D打印机(5)中。
然后，连接了作为机载通信单元(8)的Raspberry Pi 3Model B和作为用于记录膜的区段的相机(3)的Raspberry Pi NoIR Camera V2。使用了用于Raspberry Pi 3Model B的泥黑铝(mudder black aluminum)散热器。
经由公USB到公MicroUSB线缆将TONV Power Bank电池连接到Raspberry，以便为Raspberry机载通信单元(8)供电。经由DC连接器连接TalentCell 12V Power Bank电池，以便为打印机(5)供电。经由USB 2.0公A到公B线缆连接Raspberry Pi 8和打印机(5)。
使用被称为Raspberry Pi的微型计算机(8)使3D打印机(5)能够无线地接收打印命令。Raspberry Pi(8)基本上充当非常小的计算机，其可以附接到打印机(5)并且可以经由USB线缆发送打印命令。可以使用被称为OctoPrint的操作系统经由浏览器远程访问Raspberry Pi(8)。因此，有可能从在PC(7)或智能电话(7)上打开的浏览器窗口通过Wi-Fi网络将打印命令发送到Raspberry Pi(8)。一旦命令被Pi(8)接收，它们就可以由打印机(5)执行以打印对象。
通过下载程序并将图像写到SD卡来将OctoPrint安装在Raspberry Pi(8)上。将SD卡插入Raspberry Pi(8)允许OctoPrint在给Raspberry Pi(8)上电后启动。
为了接收打印命令，Pi 8必须连接到与另一个设备(诸如智能电话(7)或PC(7)或膝上型计算机(7))相同的无线网络。这是通过在OctoPrint中编辑无线接入程序文件以允许Pi 8连接到由iPhone 7生成的无线热点来实现的。一旦连接，连接到相同无线热点的其它设备(诸如PC(7)或iPhone(7)本身)就可以与Raspberry Pi(8)通信。
为了与Raspberry Pi(8)通信，打开浏览器窗口并将Raspberry Pi(8)的IP地址输入到浏览器中。可以通过使用HDMI线缆将Raspberry Pi(8)连接到监视器、给Raspberry Pi(8)上电并使用连接到Raspberry Pi(8)的键盘登录来确定Raspberry Pi(8)的IP地址。IP地址将被显示在监视器上。一旦输入正确的IP地址，OctoPrint的界面就将加载在浏览器窗口中。从这里可以上传g-代码文件并且可以无线地给出打印命令。OctoPrint还支持Raspberry Pi相机(3)并可以提供打印作业的实时馈送。为了演示无线打印能力，成功打印了小的Sika徽标。
一旦确认打印机(5)可以成功地无线接收打印命令，就确定了无线连接的范围。打印机(5)被放在外面，并且Raspberry Pi(8)和膝上型计算机(7)连接到由iPhone(7)生成的无线热点。然后将iPhone(7)和膝上型计算机从打印机(5)移开。当Raspberry Pi(8)距iPhone(7)约200英尺远时，它仍连接到无线网络。测试打印在大约100英尺的范围被执行并且是成功的。
作为这些实验的结果，证实3D打印机(5)能够无线地接收打印命令。
电池被用于为3D打印机(5)供电，使得它可以在不连接到任何固定电源的情况下操作。这是通过获取能够为打印机(5)供电的电池和为Raspberry Pi(8)(和Raspberry Pi相机(3))供电的电池来实现的。电池利用魔术贴(Velcro)附接到打印机(5)并用于为相应设备供电。使用电池作为电源，成功执行了测试打印。与无线打印能力结合使用，电池电源为3D打印机(5)提供了其用作3D打印机无人机(1)的部件所需的移动性。
作为这些实验的结果，证实3D打印机(5)可以由电池供电。
为了修复对PVC膜的损坏，有必要用新的柔性PVC或某种其它兼容材料(诸如液体施加膜中使用的聚氨酯)修补损坏区域。在某些情况下，聚交酯(PLA)也可以是选择。
作为空中无人机，在这个示例中采用了DJI Spreading Wings S1000+无人机，其带有DJI A2飞行控制系统Futaba T14SG无线电控制器、Tattu 22000mAh 6C锂聚合物(LiPo)电池、MaxAmps 24V电源、Hyperion EOS 0840i 1000W充电器和CineMilled DJIS1000/Ronin-M扩展碳纤维起落架。
将上述经修改的CoLiDo D1315 FDM 3D打印机(5)附接到空中无人机的底部。使用重型线缆扎带将打印机(5)附接到无人机的万向架。两个线缆扎带围绕万向架安装基底和打印机的三个腿中的每一个缠绕。扎带尽可能紧，并且发现打印机已被紧紧地附接。也可以采用诸如将3D打印机的顶板拧到万向架安装基底的机构。所有其它部件也使用诸如魔术贴、胶水等之类的标准手段附接。根据用于DJI Spreading Wings S1000+无人机的手册，无人机的最大起飞重量为11kg。
完全装载有经修改的3D打印机、电池和所有其它部件的无人机(1)的起飞重量刚好为大约11kg。22000mAh电池被附接到无人机，使得其可以为无人机(1)的马达供电。在无人机的起飞重量为大约9kg的情况下成功执行了测试飞行。在大约8分钟的飞行时间之后，消耗了不到一半的电池电力。因此，已经表明，该无人机足够强大以在足量的时间内提起具有最优重量的经修改的3D打印机(5)和所有需要的部件，以便修复屋顶上的膜。
总而言之，发明人已经开发出用于修复屋顶2上的膜中的洞或刺孔的手段，即，无人机1、系统8和方法10，其减少了工人在屋顶上的需求并使屋顶修复和维护过程自动化。
附图标记列表
1 根据本发明的空中无人机
2 屋顶(带有膜)
3 相机
4 膜的区段
5 3D打印机
6 地面
7 基于地面的通信单元
8 机载通信单元
9 (3D打印机的)热端
10 根据本发明的系统
11 无人机的腿(降落位置)
12 (3D打印机的)喷嘴
Claims (15)
1.一种用于修复屋顶(2)上的膜中的洞或刺孔的空中无人机(1)，其中
空中无人机(1)包括
-至少一个相机(3)，所述至少一个相机(3)用于记录膜的区段(4)，
-施加器(5)，所述施加器(5)适于将材料施加到膜的区段(4)上，
其中施加器(5)可从不同的高度和/或地面(6)无线控制。
2.根据权利要求1所述的空中无人机(1)，
其中
空中无人机(1)包括至少一个机载通信单元(8)，其中所述至少一个机载通信单元(8)适于从基于地面的通信单元(7)无线地接收用于施加器(5)的命令和/或将命令传送到施加器(5)，和/或其中所述至少一个机载通信单元(8)适于从所述至少一个相机(3)接收记录并向基于地面的通信单元(7)无线地发送记录。
3.根据权利要求1或2所述的空中无人机(1)，
其中
施加器(5)是被从不同的高度和/或地面(6)无线控制的3D打印机，优选地是熔融沉积成型3D打印机。
4.根据前述权利要求中的一项所述的空中无人机(1)，
其中
空中无人机(1)包括施加器材料，优选地其中施加器材料包含聚氯乙烯和/或聚氨酯和/或热塑性烯烃和/或聚烯烃和/或乙烯丙烯二烯单体橡胶和/或沥青。
5.根据前述权利要求中的一项所述的空中无人机(1)，
其中
空中无人机(1)包括施加器材料，所述施加器材料包含聚氯乙烯和/或聚氨酯，优选地其中打印材料被热稳定化直至300℃或280℃的温度。
6.根据前述权利要求中的一项所述的空中无人机(1)，
其中
空中无人机(1)的重量为1kg至25kg，优选地为4kg至16kg，更优选地为7kg至13kg，最优选地为9kg至12kg，和/或空中无人机(1)包括用于向无人机的至少一个马达提供电力的至少一个电池单元，所述至少一个电池单元的电荷之和为14000mAh至30000mAh，优选地为19000mAh至27000mAh。
7.根据前述权利要求中的一项所述的空中无人机(1)，
其中
所述至少一个机载通信单元(8)是一个单板计算机，并且所述单板计算机和用于记录膜的区段(4)的所有相机(3)的重量之和为1g至300g，优选地为1g至150g，最优选地为1g至80g。
8.一种用于修复屋顶(2)上的膜中的洞或刺孔的系统(10)，
其中
系统(10)包括
-根据权利要求1至7中的任一项所述的空中无人机(1)，优选地是根据权利要求2至7中的任一项所述的空中无人机(1)，以及
-基于地面的通信单元(7)，优选地是个人计算机、膝上型计算机或智能电话，所述基于地面的通信单元(7)适于将用于施加器(5)的命令无线地发送到空中无人机(1)的机载通信单元(8)和/或适于经由机载通信单元(8)从所述至少一个相机(3)无线地接收记录，
其中机载通信单元(8)和基于地面的通信单元(7)通过无线网络连接。
9.根据权利要求8所述的系统(10)，
其中
无线网络是由智能电话生成的无线热点。
10.一种用于修复屋顶(2)上的膜中的洞或刺孔的方法，包括以下步骤：
-检测在屋顶(2)上的膜的区段(4)中的至少一个洞或刺孔；
-用根据权利要求1至7中的任一项所述的空中无人机(1)的至少一个相机(3)记录至少膜的区段(4)；
-将根据权利要求1至7中的任一项所述的空中无人机(1)降落在屋顶(2)上的膜上，使得空中无人机(1)的施加器(5)能够将材料施加到膜的区段(4)上，特别是施加到至少一个洞或刺孔上；
-将材料施加到膜的区段(4)上，特别是施加到所述至少一个洞或刺孔上，优选地使用空中无人机(1)的施加器(5)以及优选地施加器材料。
11.根据权利要求10所述的方法，包括：
-在基于地面的通信单元(7)处，经由空中无人机(1)的至少一个机载通信单元(8)从至少一个相机(3)无线地接收至少膜的区段(4)的记录并将用于施加器的命令发送到施加器(5)，其中基于地面的通信单元(7)优选地是个人计算机、膝上型计算机或智能电话。
12.根据权利要求10或11特别是权利要求11所述的方法，包括：
-在机载通信单元和基于地面的通信单元之间建立无线网络，优选地是使用智能电话的无线热点。
13.根据前述权利要求中的一项所述的方法，
其中
施加器是3D打印机，并且在打印期间3D打印机(5)的热端(9)的温度被设置为190℃至300℃，优选地为210℃至260℃。
14.根据前述权利要求中的一项所述的方法，
其中
所述方法由空中无人机(1)自动进行，或者由操作人员在基于地面的通信单元(7)处控制和/或监督。
15.根据权利要求1至7中的任一项所述的空中无人机(1)，根据权利要求8或9所述的系统(10)，以及根据权利要求10至14中的任一项所述的方法，
其中
屋顶(2)上的膜包含聚氯乙烯和/或聚氨酯和/或热塑性烯烃和/或聚烯烃和/或沥青，和/或屋顶(2)上的膜是液体施加膜。
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