CN113182936B - 使用无人驾驶飞行器的结构修理设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及使用无人驾驶飞行器的结构修理，尤其是涉及用于使用无人驾驶飞行器(UAV 2)执行修理操作的方法和设备。通过为UAV配备用于快速修理维护人员不容易接近的大型结构或物体(例如，飞行器或风力涡轮机叶片)的工具(68，70，72，74)来实现所述方法。多个工具可供机器人进行选择并放置在修理部位(9)处。该工具被设计成根据指定的修理计划依次执行相应的修理操作，该计划可以考虑先前执行的启用UAV的检查的结果。

Description

使用无人驾驶飞行器的结构修理设备及方法
技术领域
本公开一般涉及结构的检查和修理。特别地，本公开涉及使用无人驾驶飞行器(UAV)对无法接近或有限接近的结构进行在役修理(in-service repair)。
背景技术
大型结构和各种类型的大型物体的基于人的在役修理对于个人来说可能是耗时、昂贵且难以执行的。造成重大修理挑战的大型结构的实例包括风力涡轮机叶片、飞行器机身和机翼、火箭和卫星、储罐、桥梁、水坝、防洪堤、发电厂、电力线或电网、水处理设施；炼油厂、化学加工厂、高层建筑以及与电力列车和单轨支撑结构相关联的基础设施。
更具体地，在航空航天工业和其它地方使用的材料和结构可能需要定期修理在役损坏(in-service damage)。飞行器的快速检查和修理对于军事和商业应用是重要的，以便减少停机时间。例如，复合结构的使用在商用飞行器上越来越普遍。复合材料在服役过程中可能被损坏。这种在役损坏的例子包括雷击、由于冰雹、跑道碎片(物体损坏)引起的冲击损坏、或与地面支撑车辆的碰撞。
在对结构的检查确定该结构应当进行修理例如以解决在检查期间发现的结构异常的情况下，应当以及时的方式执行修理，使得该结构可以迅速地恢复到服役。例如，可能在刚要出发之前在机场装载门处发现损坏。可以提供临时或永久的修理，这取决于损坏的程度。这些可以是非结构性的(例如密封表面，从而湿气不会进入)或结构性的(恢复该区域的一定强度水平)。目前用于修理大多数在役飞行器(复合材料或金属)上的冲击、分层、划痕、裂纹、烧伤或撕裂的方法是使用手工劳动，利用升降机或支架、安全吊带等。对于较小的或临时的修理，这导致不必要的操作延迟、暴露于潜在的安全条件和使飞行器恢复到飞行的成本。在中断期间进行修理的访问、劳动和相关时间的成本以及收益的损失可能是过多的。如果修理设备不可用，或者如果修理可能是大量的，则可能取消飞行。飞行器可能着陆并停止服役，以便被运往或拖到维护基地，结果对飞行器运营者造成显著的经济影响。
需要一种自动化设备，用于在计划的结构维护检查之后或者在可能已经造成损坏(例如，雷击、物理冲击、鸟撞)的事件之后快速修理大型复合结构(例如，飞行器和风力涡轮机叶片)并使大型复合结构恢复到服役。
发明内容
下文以一些细节公开的主题涉及用于使用无人驾驶飞行器(UAV)执行修理操作的方法和设备。通过为UAV配备用于快速修理维护人员不容易接近的大型结构或物体(例如，飞行器或风力涡轮机叶片)的工具来实现所述方法。多个工具可供机器人选择并放置在修理部位处。该工具被设计成根据指定的修理计划依次执行相应的修理操作，该计划可以考虑先前执行的启用UAV的检查的结果。
根据一些实施方式，该设备包括配备有多工具模块的UAV，该多工具模块具有安装到从可旋转轮毂向外延伸的相应的成角度分布的支撑臂的远端的用于执行不同功能的多个工具。各种工具可以依次应用于修理部位。当修理程序需要使用特定工具时，旋转轮毂以将指定工具带到覆盖修理部位的角位置。根据一个实施方式，工具被旋转到覆盖并与修理部位接触或接近修理部位的位置。根据另一个实施方式，工具首先被旋转到覆盖修理部位的位置，然后被降低成与修理部位接触或接近修理部位。
根据其它实施方式，该设备包括UAV，该UAV配备有可旋转工具拾取放置机器人臂以及存储在可旋转工具拾取放置机器人可到达的相应工具站处的多个工具。控制器被构造成使工具拾取放置机器人旋转到第一角位置并拾取工具，然后在承载工具的同时旋转到第二角位置并将工具放置成与修理部位接触或接近修理部位以执行修理操作。根据替代实施方式，工具存储在地面上的相应工具站处，并且UAV配备有夹持器或夹具(例如，夹头)，其使得UAV能够拾取工具，然后在承载工具的同时飞行到修理部位。
尽管本文稍后将详细描述用于使用配备工具的UAV来修理结构或物体的方法和设备的各种实施方式，但这些实施方式中的一个或多个的特征可在于以下方面中的一个或多个。
下面详细公开的主题的一个方面是一种设备，该设备包括无人驾驶飞行器和联接到所述无人驾驶飞行器的多工具模块，其中：(a)所述无人驾驶飞行器包括主体框架、安装到所述主体框架的多个旋翼马达、以及操作地联接到所述多个旋翼马达中的相应旋翼马达的多个旋翼，以及(b)所述多工具模块包括可围绕旋转轴线旋转的轮毂、具有固定地联接到所述轮毂的相应第一端的多个臂、安装到所述多个臂中的相应臂的相应第二端的多个工具、以及操作地联接以驱动所述轮毂的旋转的马达。
根据紧接的上一段中描述的设备的一些实施方式，所述多工具模块还包括基部；并且所述轮毂包括可相对于所述基部旋转的内缸和盖住所述内缸的最顶部分的加盖头部。在一个实施方式中，加盖头部可相对于内缸的最顶部分平移；并且多个臂固定地联接到加盖头部。在其它实施方式中，多个臂可旋转地联接到加盖头部。臂可以由沿内缸平移的链接环或由相应的线性致动器驱动而旋转。
下面详细公开的主题的另一方面是一种设备，该设备包括无人驾驶飞行器和联接到所述无人驾驶飞行器的工具拾取放置模块，其中：(a)所述无人驾驶飞行器包括主体框架、安装到所述主体框架的多个旋翼马达、以及操作地联接到所述多个旋翼马达中的相应旋翼马达的多个旋翼；(b)所述工具拾取放置模块包括平台，所述平台包括多个工具站、安装到所述平台的工具拾取放置机器人、以及定位在相应工具站处的多个工具；以及(c)该工具拾取放置机器人包括基部、可绕基部旋转的轮毂、具有固定地联接到轮毂的第一端和距轮毂一距离的第二端的臂、以及安装到臂的第二端的工具保持器。
下面详细公开的主题的另一方面是一种设备，该设备包括无人驾驶飞行器和联接到所述无人驾驶飞行器的夹头模块，其中：所述无人驾驶飞行器包括主体框架、安装到所述主体框架的多个旋翼马达、以及操作地联接到所述多个旋翼马达中的相应旋翼马达的多个旋翼；并且所述夹头模块包括夹头，所述夹头被构造成在夹紧状态与非夹紧状态之间转换。在执行修理操作期间，该设备还包括工具，该工具包括在夹紧状态下由夹头夹紧的附接柱。该工具选自包括减材修理工具、增材修理工具、清洁工具和干燥工具的一组工具。
下面详细公开的主题的又一方面是一种用于使用包括夹头的无人驾驶飞行器修理结构的方法，该方法包括：(a)将第一工具和第二工具存储在地面站处，其中所述第一工具和所述第二工具中的每一个包括相应的附接柱；(b)使所述无人驾驶飞行器飞行至第一位置，在所述第一位置处所述夹头与所述第一工具的所述附接柱对准；(c)闭合夹头以夹紧在第一工具的附接柱上；(d)在所述第一工具从所述无人驾驶飞行器悬垂的情况下使所述无人驾驶飞行器朝向待修理的结构飞行；(e)将所述无人驾驶飞行器着陆在所述结构的表面上；(f)在所述无人驾驶飞行器停在所述结构的所述表面上的同时，使用所述第一工具对所述结构的所述表面上的区域执行第一修理操作；(g)将所述无人驾驶飞行器飞行至所述第一位置；(h)打开夹头以释放第一工具的附接柱；(i)使所述无人驾驶飞行器飞行至第二位置，在所述第二位置处所述夹头与所述第二工具的所述附接柱对准；(j)闭合夹头以夹紧在第二工具的附接柱上；(k)在所述第二工具从所述无人驾驶飞行器悬垂的情况下使所述无人驾驶飞行器朝向所述结构飞行；(l)将所述无人驾驶飞行器着陆在所述结构的表面上；以及(m)在所述无人驾驶飞行器停在所述结构的所述表面上的同时，使用所述第二工具对所述结构的所述表面上的所述区域执行第二修理操作。
下面公开了用于使用配备工具的UAV来修理结构或物体的方法和设备的其它方面。
附图说明
在前述部分中讨论的特征、功能和优点可以在各种实施方式中独立地实现，或者可以在其它实施方式中组合。为了说明上述和其它方面的目的，下文将参考附图描述各种实施方式。在这一部分中简要描述的图都不是按比例绘制的。
图1A和图1B形成了根据一些实施方式的显示了用于使用一个或多个UAV检查和修理大型结构或物体的损坏部分的方法的步骤的流程图。
图2是表示根据一个实施方式的承载有效载荷的UAV的侧视图的图示。
图2A是表示图2中所示的承载有效载荷的UAV在着陆在具有圆形表面的结构上之后的侧视图的图示，该结构例如为飞行器机身或储罐。
图2B是表示图2中所示的承载有效载荷的UAV在着陆在诸如飞行器机翼或风力涡轮机叶片的机翼形状的主体上之后的侧视图的图示。
图3A至图3D是表示具有可枢转臂的UAV的相应三维视图的图示，该可枢转臂用于在将有效载荷运输和放置在可修理结构的表面上的过程期间在连续阶段承载有效载荷。
图4是表示根据一个实施方式的多工具模块的俯视图的图示，该模块可以是由图2或图3A中所示类型或具有不同设计的类型的UAV承载的有效载荷。
图4A是表示图4中所示的多工具模块的一些部件(工具已被省略)的侧视图的图示。
图5是表示根据一个实施方式的具有拾取放置机器人和工具站平台的工具拾取放置模块的俯视图的图示，该模块可以是由图2或图3A中所示类型或具有不同设计的类型的UAV承载的有效载荷。在图5所示的状态中，拾取放置机器人将一个工具朝向异常部位运送，而其它工具保持在平台上的相应工具站处。
图5A是表示图5所示类型的工具拾取放置机器人的侧视图的图示。接合工具的臂(示出为处于延伸出页面的角位置)可旋转360度，并且可在最高位置和最低位置之间竖直移位。图5A中所示的接合工具的臂处于最高位置，其竖直移位由双头箭头表示。
图5B是表示工具拾取放置机器人的侧视图的图示，其中臂处于最低位置并且与设置在工具站处的工具接合。
图6A和图6B是流程图的相应部分，该流程图显示了用于使用具有图5A和图5B中所描绘类型的工具拾取放置机器人的UAV检查和修理结构或物体的损坏部分的方法的步骤。
图7是显示了用于使用配备有多个工具的UAV来检查和修理结构的系统的一些部件的方框图，所述多个工具可通过机动化轮毂的控制而以计划顺序单独部署。
图8是显示了根据一个实施方式的机动化轮毂的一些部件的方框图，该机动化轮毂包括可相对于基部旋转的内缸和可相对于内缸平移的承载工具加盖头部。
图9是显示了用于使用吸盘将UAV保持在结构的表面上的稳定位置的系统的一些部件的方框图。
图10A和图10B是表示根据替代实施方式的具有可缩回的承载工具臂的多工具模块的侧视图的图示，该模块可以是由图2或图3A中所示类型或具有不同设计的类型的UAV承载的有效载荷。多工具模块被示出为处于两种状态：带有伸出的承载工具臂(见图10A)和带有缩回的承载工具臂(见图10B)
图11是表示根据另一个实施方式的具有可缩回的承载工具臂的多工具模块的侧视图的图示。承载工具臂被示出处于伸出状态。
图12是表示由夹头模块保持的工具的俯视图的图示，该夹头模块被朝向结构的表面上的异常部位运送，而其它工具被设置在地面上的相应工具站处。该夹头模块可以是由图2或图3A中所示类型或具有不同设计的类型的UAV承载的有效载荷的一部分。
图12A是表示与图12所示的工具接合的夹头模块的侧视图的图示。
图13A和图13B是流程图的相应部分，该流程图显示了用于使用具有图12A所示类型的夹头模块的UAV检查和修理结构或物体的损坏部分的方法的步骤。
以下将参考附图，其中不同附图中的相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使用配备工具的UAV检查和修理结构或物体的方法和设备。然而，在本说明书中没有描述实际实现方式的所有特征。本领域技术人员将理解，在任何这样的实施方式的开发中，必须做出许多实现方式特定的决定以实现开发者的特定目标，诸如符合系统相关和商业相关的约束，这些约束将从一个实现方式到另一个实现方式而变化。此外，应当理解，这种开发工作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，这不过是常规任务。
如本文所用的术语“结构”不限于飞行器和风力涡轮机。本公开涉及可用于检查和修理任何数量的不同形状和尺寸的部件或结构的系统和方法，所述部件或结构例如为机加工锻件、铸件、管道或复合面板或部件。此外，检查和修理的结构可包括各种部件，例如用于为结构提供额外支撑的子结构。此外，检查和修理的结构可以由多种材料中的任何一种制成。例如，检查和修理的结构可以包括金属材料，例如铝，或者复合材料，例如石墨-环氧树脂。特别地，检查和修理的结构可以是由复合材料制成的飞行器部件。
根据下面详细公开的实施方式，UAV采用具有多个旋翼的旋翼飞行器的形式。根据本文公开的实现方式，每个旋翼具有两个互相在直径上相对的旋翼叶片。然而，在替代实现方式中，可使用具有带有多于两个旋翼叶片的旋翼的UAV。如本文所用，术语“旋翼”指的是旋转装置，该旋转装置包括旋翼主轴、安装到旋翼主轴的一端的旋翼轮毂以及从旋翼轮毂径向向外延伸的两个或更多个旋翼叶片。在本文公开的实施方式中，旋翼主轴机械地联接至驱动马达的输出轴，该驱动马达在下文中称为“旋翼马达”。旋翼马达驱动旋翼的旋转。如本文所用，术语“旋翼系统”意指部件的组合，包括至少多个旋翼和控制器，该控制器被构造成控制旋翼旋转速率以产生足够的空气动力学升力来支撑UAV的重量以及产生足够的推力来抵消向前飞行中的空气动力学阻力。本文公开的UAV包括控制器，该控制器优选地采取与机载计算机通信的多个旋翼马达控制器的形式，该机载计算机被构造成协调旋翼的相应旋转。控制器被构造(例如，编程)成控制旋翼以使UAV沿着飞行路径飞行到UAV与待检查和修理的结构的表面上的区域接近或接触的位置。(如本文所使用的，术语“位置”包括在三维坐标系中的位置和相对于该坐标系的定向。)
根据本文所提出的过程的各种实施方式，UAV被构造成以使得诸如飞行器或风力涡轮机的大型结构能够在冲击事故或发现潜在损坏之后迅速恢复服役的方式执行修理操作。根据一些实施方式，UAV配备有用于收集可指示异常的存在的信息(例如，图像、扫描和三维(3-D)位置数据)的装置。
图1A和图1B形成显示了用于使用一个或多个UAV检查和修理在役大型结构或物体的损坏部分的方法100的步骤的流程图。如将在下面更详细地解释的，UAV机载的计算机可被构造成确定所获取的数据是否指示损坏大于(高于)或小于(低于)特定阈值。如本文所用，“原样使用(use as is)”阈值是指已经被指定为在不需要修理的结构(例如，如果指示的损坏小于或低于“原样使用”阈值)和潜在需要修理的结构(例如，如果指示的损坏大于或高于“原样使用”阈值)之间进行划分的阈值。如本文所使用的，“远程修理”阈值是指已经被指定为在需要可由UAV执行的修理的结构(例如，如果所指示的损坏小于或低于“远程修理”阈值)与需要不由UAV执行的修理的结构(例如，如果所指示的损坏大于或高于“远程修理”阈值)之间进行划分的阈值。
参考图1A，在方法100的开始102，在役结构正在运行，但是计划的在役检查的预定时间已经到达(步骤104)，或者指示或假定由于事故而对在役结构造成的潜在损坏(步骤106)。例如，已经检测到或怀疑物体碰撞事件。
当维护操作中心派遣配备有摄像机的UAV以执行对在役结构的视觉检查时，启动总体检查和修理过程(步骤108)。所派遣的UAV飞行到可能的撞击区域(下文中称为“关注区域”)的附近，使用摄像机来获取关注区域的图像，然后将所获取的图像数据与第一“原样使用”阈值对比(步骤110)。然后，将视觉检查和阈值的结果、成像区域的位置和其它数据记录在配备摄像机的UAV机载的非暂态有形计算机可读存储介质中(步骤112)。然后，配备摄像机的UAV机载的计算机确定由图像数据指示的损坏是否高于第一“原样使用”阈值(步骤114)。在替代方案中，如果配备摄像机的UAV也未配备NDI传感器单元，则配备摄像机的UAV将表示视觉检查和阈值的结果的数据、表示成像区域的位置的数据和其它数据无线地传输到维护操作中心以进行评估。
一方面，如果在步骤114中确定由图像数据指示的损坏不高于第一“原样使用”阈值，则按原样使用该结构(步骤116)并返回到服役(图1B中的步骤140)。另一方面，如果在步骤114中确定由图像数据指示的损坏高于第一“按原样使用”阈值，则配备有NDI传感器单元的UAV(其可以是与配备摄像机的UAV相同的UAV或单独的UAV)飞到NDI传感器单元在结构的表面上的潜在损坏区域(在下文中称为“潜在损坏区域”)的测量范围内的位置。例如，配备NDI传感器的UAV可以着陆在该结构的表面上，然后使用NDI传感器单元来获取潜在损坏区域中的NDI传感器数据(步骤118)。然后，配备NDI传感器的UAV机载的计算机执行NDI传感器数据的分析，该分析量化次表层损坏，并将所得到的量化数据与各种预定阈值对比(步骤120)。然后，将分析和阈值的结果、感测区域的位置和其它数据记录在配备NDI传感器的UAV机载的非暂态有形计算机可读存储介质中(步骤122)。然后，配备NDI传感器的UAV机载的计算机确定由NDI传感器数据指示的损坏是否高于第二“原样使用”阈值(步骤124)。在替代方案中，如果配备NDI传感器的UAV也未配备有修理工具，则配备NDI传感器的UAV将表示分析和阈值的结果的数据、表示感测区域的位置的数据和其它数据无线地传输到维护操作中心以进行评估。
一方面，如果在步骤124中确定由NDI传感器数据指示的损坏不高于第二“原样使用”阈值，则按原样使用该结构(步骤116)并返回到服役(图1B中的步骤142)。另一方面，如果在步骤124中确定由NDI传感器数据指示的损坏高于第二“原样使用”阈值，则配备NDI传感器的UAV机载的计算机确定由NDI传感器数据指示的损坏是否低于“远程修理”阈值(步骤126)。在替代方案中，如果配备NDI传感器的UAV也未配备有修理工具，则维护操作中心具有被编程为在步骤126中进行确定的计算机。
根据步骤122(图1A中所示)的结果，该过程可以根据远程或启用UAV的修理程序或需要人工干预的手动修理程序来进行，这两个步骤在图1B中都被显示。一方面，如果在步骤122中确定由NDI传感器数据指示的损坏不高于“远程修理”阈值，则配备有修理工具的UAV(其可以是与配备摄像机的UAV相同的UAV或单独的UAV)飞到修理工具被放置成与待修理的区域中的结构接触的位置。在配备修理工具的UAV静止的同时，使用修理工具修理损坏区域(图1B中的步骤128)。另一方面，如果在步骤122中确定由NDI传感器数据指示的损坏高于“远程修理”阈值，则配备NDI传感器的UAV无线地传输消息，该消息通知维护操作中心该结构需要直接的人工接近以更深入或复杂地修理损坏的结构(图1B中的步骤134)。在后一种情况下，不进行启用UAV的修理。
仍然参考图1B，在步骤128中完成启用UAV的修理之后，使用配备有摄像机或NDI传感器单元的UAV(其可以是与上述配备摄像机或配备NDI传感器的UAV相同的UAV，或者是单独的UAV)来执行检查，以验证修理的结构适于服役(步骤130)。检查的结果存储在检查UAV机载的非暂态有形计算机可读存储介质中，并且UAV向维护操作中心无线地传输报告修理完成的消息。然后确定修理是否被验证(步骤132)。一方面，如果修理未被验证，则修理程序返回到步骤128。另一方面，如果修理被验证，则修理的结构返回到服役(步骤140)。
相反，在发出指示建议通过不包括UAV进行修理(例如，人工修理)的通知之后，维护操作中心派遣适当装备的技术人员对结构上的损坏区域进行修理(步骤134)。在步骤134中通过不包括UAV完成修理之后，也通过不包括UAV执行结构的修理部分的NDI或视觉检查(步骤136)。然后确定修理是否被验证(步骤138)。一方面，如果修理未被验证，则修理程序返回到步骤134。另一方面，如果修理被验证，则修理的结构返回到服役(步骤140)。
现在将详细描述用于对结构的表面上的损坏区域进行修理(步骤128)的设备的各种实施方式。由UAV承载的工具和工具支撑装置在本文中将称为“有效载荷”。这种修理有效载荷(a repair payload)可以固定地或可枢转地联接到UAV的主体框架，或者可以固定地联接到有效载荷支撑框架，该有效载荷支撑框架可枢转地联接到UAV主体框架。本文公开的一些修理有效载荷在本文中称为模块。如本文所用，术语“模块”是指可以附接到UAV的可独立操作的单元并且包括被构造成使用该修理物质来执行修理功能的电子和机械部件的组件。
本文公开的UAV包括控制器，该控制器优选地采取与被构造成协调旋翼的相应旋转的机载计算机系统通信的多个旋翼马达控制器的形式。控制器被构造(例如，编程)成根据从跟踪UAV相对于目标环境的位置的3D定位系统接收的飞行引导来控制旋翼。UAV的目标目的地是UAV的多个支座接触元件接触待修理的结构(下文中称为“可修理结构”)的表面的位置。一旦支座接触元件与可修理结构的表面接触，控制器就启动表面附接装置(例如，真空附着装置)以使UAV在支座接触元件邻接表面的位置处维持静止。然后，修理工具被顺序地定位和启动以执行相应的修理操作。一旦完成修理程序，UAV释放表面附接装置，并且再次使用旋翼的子集上的重新定向和速度改变从表面提升离开。
图2中所示的UAV 2承载有效载荷6，该有效载荷6包括用于在远程限制接近的结构(a remote limited-access structure)的表面上执行修理功能的一个或多个工具。根据下面详细描述的一些实施方式，有效载荷6是包括多个工具的多工具模块。根据下面详细描述的另一个实施方式，有效载荷6是夹头模块，该夹头模块包括保持单个工具的夹头。
如图2所示，UAV 2包括主体框架4、安装到主体框架4的多个旋翼马达12、以及分别操作地联接到多个旋翼马达12的多个旋翼10。此外，UAV 2包括借助于万向节枢轴14可枢转地联接到主体框架4的有效载荷支撑框架8。有效载荷支撑框架8包括多个(至少三个)支座支撑构件18。相应支座触脚16联接到每个支座支撑构件18的远端。在一个提出的实现方式中，支座触脚16由顺应性(例如，弹性体)材料制成。支座支撑构件18和支座触脚16形成支座系统，该支座系统将有效载荷6相对于被修理的表面维持在支座位置。
根据图2所示的实施方式，支座触脚16借助于相应的枢轴20可枢转地联接到支座支撑构件18的远端。可枢转的联接使得支座触脚16能够调节它们的定向，使得脚平放在弯曲表面上。图2A示出了在着陆在具有表面9的目标物体1上之后的承载有效载荷的UAV 2，该表面例如为飞行器机身的表面或储罐的上表面。图2B示出了在着陆在诸如飞行器机翼或风力涡轮机叶片的机翼形状的主体11的表面9上之后的相同的UAV 2。在这两种情况下，每个支座触脚16能够重新定向为平行于邻接区域中的平坦表面或与邻接区域中的弯曲表面9相切。
图3A至图3D是表示具有可枢转臂3(下文中称为“臂3”)的UAV 2的相应三维视图的示意图，该可枢转臂用于在将有效载荷6运输和放置在可修理结构的表面9上期间在连续阶段承载有效载荷6。臂3借助于由枢轴支撑框架4a支撑的枢轴5可枢转地联接到UAV 2的主体框架4。枢轴支撑框架4a附接到主体框架4或与主体框架整体形成。有效载荷6通过联接机构15(在图3D中可见)联接到臂3的一端。配重7联接到臂3的另一端。有效载荷6和配重7具有相应的已知重量。对臂3进行控制以将有效载荷6与表面9的一部分对准涉及考虑一个或多个参数来控制臂3。具体地，控制臂3的角位置可以基于臂长、支点(在枢轴5处)、配重和有效载荷重量。基于这些因素控制臂3的角位置可防止UAV 2在将有效载荷6与表面9的待由有效载荷6接触的部分对准时显著俯仰或翻滚。枢轴5相对于表面9的定位(位置和定向)可通过在UAV悬停在表面9附近时调节UAV的定位来调节，直到有效载荷6着陆在表面9上。臂3相对于UAV 2的主体框架4的角位置还可在飞行期间调节。图3B描绘了在臂3大致水平定向的同时朝向表面9飞行的UAV 2。改变臂3的角度可以使用安装到枢轴支撑框架4a并且通过齿轮系(图3A至图3D中未示出)操作地联接到臂3的马达(图3A至图3D中未示出)或者使用一端连接到枢轴支撑框架4a并且另一端在距枢轴5一段距离的点处连接到臂的线性致动器(图3A至图3D中未示出)来实现。图3C示出了这样的阶段，在该阶段中有效载荷6平放成抵靠可修理结构的表面9。图3D示出了在有效载荷6已经与臂3分离之后UAV 2从表面9飞离同时处于图3C所示的状态的阶段。分离的有效载荷6可以由于多个表面附接装置(图3A至图3D中未示出)施加的附接力而保持附接到表面9，所述表面附接装置例如是用于铁磁结构的基于磁的装置，例如电永磁体，和/或用于非铁磁结构的基于真空的、基于静电的、基于粘合剂的或基于夹持器的装置。
图2或图3A中所示的承载有效载荷的UAV 2同样适用于修理各种各样的结构，包括但不限于飞行器、风力涡轮机叶片、储罐、电力线、发电设施、电网、水坝、防洪堤、运动场、大型建筑物、桥梁、大型天线和望远镜、水处理设施、炼油厂、化学处理厂、高层建筑以及与电车和单轨支撑结构相关联的基础设施。该系统还特别适用于大型建筑物内，例如制造设施和仓库。实际上，困难、昂贵或太危险而不能由控制修理工具的人修理的任何结构都可以使用本文所述的系统进行潜在地修理。下文将更详细地描述UAV 2所承载的修理有效载荷的各种实施方式。
根据用于限制接近结构或目标物体(a limited-access structure or targetobject)的启用UAV的修理的方法的一个实施方式，下面以某些细节公开的配备多个工具的UAV被设计成着陆在某一位置处的结构的表面上，使得UAV 2靠近损坏区域。然后，第一修理工具移动到位并被启动以执行第一修理操作。一旦完成第一修理操作，第一修理工具被移开，并且第二修理移动到位并被启动以执行第二修理操作。该过程可以继续，直到已经完成第N个修理操作(由N个修理操作组成的预定程序的第N个修理操作，其中N＞2是整数)。然后UAV 2提升离开表面并返回到基地。
图4是表示根据一个实施方式的多工具模块60a的俯视图的图示，该多工具模块60a可以是由图2或图3A中所示类型或具有不同设计的类型的UAV 2承载的有效载荷6。多工具模块60a包括可绕旋转轴线(下文中称为“轮毂旋转轴线”)旋转的轮毂62和操作地联接以驱动轮毂62旋转(由图4中的箭头指示)的轮毂马达(图4中未示出)。
多工具模块60a还包括多个工具，这些工具通过多个直臂64a-64d连接到轮毂62，这些直臂相对于轮毂旋转轴线成直角径向向外延伸。因此，当轮毂62和臂64a-64d旋转时，工具绕轮毂旋转轴线旋转。臂64a-64d可以以相等的角度间隔分布。在图4所示的示例中，多工具模块60a包括四个臂64a-64d(以0、90、180和270度设置)和安装到相应臂64a-64d的远端的四个工具，包括附接到臂64a的打磨机或其它减材修理工具(以下称为减材修理工具68)、附接到臂64b的增材修理工具70、附接到臂64c的干燥工具72和附接到臂64d的清洁工具74。如本文所用，术语“减材修理工具”是指被构造成从材料的主体移除材料的工具，而术语“增材修理工具”是指被构造成向材料的主体添加材料的工具。
该多工具模块60a还包括附接点66，该附接点可以与加盖头部76整体形成或附接到加盖头部76。该附接点66在UAV 2的飞行期间联接到有效载荷支撑框架8(参见图2)，并且可以在该多工具模块60a已经被递送并附接或粘附到修理部位之后从UAV 2分离。
图4A是表示图4所示的多工具模块60a的轮毂62(工具已被省略)的侧视图的图示。轮毂62被示出为可旋转地安装到多工具模块60a的基部80。轮毂62可相对于基部80围绕旋转轴线(在下文中称为“轮毂旋转轴线”)旋转。轮毂62包括第一轮毂马达(在图4和图4A中不可见，但参见图7中的轮毂马达26)，该第一轮毂马达操作地联接以驱动轮毂62的旋转(由图4中的箭头指示)。更具体地，轮毂62包括可相对于基部80旋转的内缸78和盖住内缸78的最顶部分的加盖头部76。加盖头部76可相对于内缸78的最顶部分上下平移，如图4A中的双头箭头所示。例如，加盖头部76可以借助于多个线性滑动件可滑动地联接到内缸78，所述多个线性滑动件以相等的角度间隔布置在加盖头部76的圆柱形部分和内缸78的最顶部分之间，并且设置成平行于轮毂旋转轴线。轮毂62还包括第二轮毂马达(在图4和图4A中不可见，但在图7中可见轮毂马达26)，该第二轮毂马达操作地联接以驱动加盖头部76的平移。多个臂64a-64d具有固定地联接到加盖头部76的相应的第一端；多个工具附接到多个臂64a-64d的相应远(第二)端。
根据由修理的性质决定的计划顺序，承载工具臂64a-64d被提升、旋转和降低到修理区域上方的适当位置，所述承载工具臂被附接到加盖头部76并且从加盖头部径向向外延伸。臂64a-64d可以可选地相对于加盖头部76被弹簧加载，以一旦加盖头部76降低到工具接触表面的高度就施加向下的压力。由于臂64a-64d的附接端处的竖直控制不是独立的，所以未使用的工具将在非修理位置处至少接触结构的表皮。因为工具在每次旋转期间被提升，所以预期不会发生刮擦或其它表面损坏。这是加盖头部76的垂直致动的目的。因为加盖头部76的竖直运动的主要目的是避免在表面上四处拖动工具，所以仅小范围的运动就足够了。
轮毂马达26可以在计算机控制下工作，以将第一选定工具旋转到与损坏区域竖直对准的位置，且接着将第一选定工具降低到靠近损坏区域的位置。(应当理解，在附接到轮毂62的四个工具中的任一个的旋转或平移期间，其它三个工具也一致地旋转或竖直平移)当在靠近位置时，第一选定工具然后可被启动以执行第一修理操作。当第一修理操作完成时，轮毂马达26可以在计算机控制下工作以升高所有工具，然后使第一选定工具旋转远离竖直对准位置。当第一选定工具旋转远离竖直对准位置时，第二选定工具朝向竖直对准位置旋转。然后，第二选定工具被降低到靠近位置并且被启动以执行第二修理操作。借助于加盖头部76和臂64a-64d的类似旋转和竖直平移，使附加工具连续地应用到损坏区域，从而可以继续修理程序直到完成。
根据一种典型的修理操作，首先将减材修理工具68移动到适当位置以从损坏部位移除材料。然后，清洁工具74移动到用于引导加压气体的脉冲的位置，以清除在修理下区域上或周围的任何松散材料。接下来，将增材修理工具70移动到适当位置以将可固化材料施加在损坏区域上。最后，干燥工具72移动到适当位置以施加用于固化可固化材料的热量。在一个提出的实现方式中，减材修理工具68是打磨机，并且增材修理工具70是修理材料施加器，例如喷涂器。例如，减材修理工具68可包括旋转轴(图中未示出)，该旋转轴具有用于砂磨或研磨结构的损坏表面以制备用于施加涂层的表面的研磨头。旋转轴由旋转工具马达驱动而旋转。增材修理工具70包括泵(图中未示出)，该泵将液体材料泵送穿过管，泵出喷嘴并泵送到损坏区域内的结构的表面上。当泵马达被启动时，泵将液体从存储罐泵出，泵送穿过已经打开的电子控制阀，泵送穿过管并泵出喷嘴。干燥工具72可包括用于在处理前干燥表面或用于固化已由增材修理工具70施加的可固化材料的热源。清洁工具74可包括加压罐、机电控制阀和用于引导加压气体的脉冲以清除在修理下区域上或周围的任何松散材料的喷嘴。根据一个实施方式，每个机动化工具经由从公共脐带缆线(图3A和图3B中未示出)分出的相应电线从UAV 2机载的电池接收电力。在替代实施方式中，多工具模块60a可以包括两个、四个或更多个工具。不管围绕加盖头部76排列的工具的数量如何，臂在垂直于轮毂旋转轴线的平面上的突起可以以相等的角度间隔分布。
图5是表示根据一个实施方式的工具拾取放置模块22的俯视图的图示。该模块可以是由图2或图3A中所示类型或具有不同设计的类型的UAV 2承载的有效载荷6。工具拾取放置模块22包括工具拾取放置机器人82、包括多个工具站88的平台84、以及定位在相应工具站88处的多个工具。所述多个工具可以包括：减材修理工具68、增材修理工具70、干燥工具72和清洁工具74(这些工具已经在上面详细描述)。在图5中描绘的状态中，减材修理工具68已经从其分配的工具站88移除，使得工具站可见。分配给其它工具70、72和74的工具站由仍然占据这些站并且在图5中不可见的工具覆盖。多个工具站88设置在相应的位置处，这些位置在平台84上成角度地分布在以工具拾取放置机器人82的旋转轴线为中心的圆柱形参考系中。根据一个实施方式，工具拾取放置机器人82附接到有效载荷支撑框架8的上部分，而平台84附接到支座支撑构件18(见图2)。
工具拾取放置机器人82包括轮毂62、用于驱动轮毂62绕轮毂旋转轴线旋转的轮毂马达(现在在图5中示出)、以及具有固定地联接到轮毂62的第一端和与轮毂62相距一段距离的第二(远端)端的工具接合臂86(在下文中称为“臂86”)。臂86的第二端结合有用于在工具移动期间保持工具的工具保持器(在图5中未示出)。位于平台84上的多个工具站88处的多个工具至少部分地设置在工具拾取放置机器人82的臂86的长度内。在图5所示的状态下，当工具拾取放置模块22使减材修理工具68朝向在正被修理的结构的表面上发现的异常部位99旋转时，减材修理工具68由工具保持器保持。
图5A是表示图5所示的工具拾取放置机器人82的侧视图的图示。轮毂62包括可相对于基部80旋转的内缸78和可相对于内缸78上下平移的加盖头部76，如先前参照图4A所述。臂86设置在延伸出纸面的角位置处，因此在图5中仅臂86的端面是可见的。臂86的一端附接到加盖头部76或与加盖头部76整体形成，使得当加盖头部76旋转和平移时臂86旋转和平移。臂86可以旋转360度并且在最高位置和最低位置之间可竖直地移位。臂86在图5A中示出为处于最高位置，其中竖直位移由双头箭头指示。
图5B是表示工具拾取放置机器人82的侧视图的图示，其中臂86处于最低位置并且与安置在平台84上的工具站处的工具24接合。工具24可以是图5中描绘的工具中的任一个或一些其它工具。当工具拾取放置机器人82在其指定的工具站88拾取或放下工具24时，可能出现图5B中所示的工具接合的状态。
根据图5B所示的实施方式，工具拾取放置机器人82的臂86结合有电磁体或电永磁体(以下统称为“电磁体90”)形式的工具保持器。此外，工具24包括永磁体92，该永磁体92定位成当臂86下降成与工具24接触时与电磁体90磁性联接。平台84上的每个工具24可以结合有永磁体92。通过改变供应到电磁体90的电力可以控制磁性联接力。
电永磁体是具有零静态功耗(类似于永磁体)的固态装置，但是可以像电磁体一样被接通和切断。电力仅需要被施加短暂的时间以将状态切换到开或关，这使得其对于其中总电力使用优选地低的应用更有用。电永磁体的使用还具有以下益处，即如果失去电力，则联接仍然有效。电永磁体方法需要电源，但是它将仅需要被通电短暂的时间以切换磁场状态。根据替代实施方式，工具拾取放置机器人82的工具保持器可以是真空夹持器或机械夹具。在这些情况下，工具24不需要专用装置来与工具拾取放置机器人82的工具保持器相互作用。根据一个实施方式，工具经由工具拾取放置机器人82从UAV 2机载的电池组接收电力。根据替代实施方式，工具可以用单独的电池组自供电。
图6A和图6B是显示方法200的步骤的流程图的相应部分，所述方法用于使用具有图5A和图5B中所描绘类型的工具拾取放置机器人82的UAV检查和修理结构或物体的损坏部分。参考图6A，根据一个实施方式的方法200包括选择N个工具(其中N是大于一的正整数)用于在结构的表面上执行修理程序(步骤202)，然后将所选择的N个工具放置在联接到地面站处的UAV的平台上的相应工具站处(步骤204)。然后，UAV从地面站起飞(步骤206)，并与作为有效载荷的工具拾取放置机器人、平台和N个工具飞向待修理的结构(这里也称为“可修理结构”)(步骤208)。UAV着陆在该结构的表面上(步骤210)。当UAV停在该结构的表面上时，将工具拾取放置机器人的臂移动到覆盖待使用的第一工具的工具站的位置(步骤212)。然后，臂降低到与第一工具接触(步骤214)，并且工具保持器被启动(步骤216)，从而将第一工具联接到臂。然后，臂被升高、旋转和降低以将第一工具从其工具站运输到与表面上的损坏部位接触或靠近的位置(步骤218)。第一工具用于在需要修理的表面区域上执行第一修理操作(步骤220)。在完成第一修理操作时，臂被升高、旋转和降低以将第一工具从损坏部位运输回到其工具站(步骤222)。然后，工具拾取放置机器人的臂被移动到覆盖要使用的下一个工具的工具站的位置(步骤224)。臂被降低成与下一个工具接触(步骤226)，然后工具保持器被启动(步骤228)，从而将下一个工具联接到臂。然后，臂被升高、旋转和降低以将下一个工具从其工具站运输到与损坏部位接触或靠近的位置(步骤230)。下一个工具用于在被修理的区域上执行下一个修理操作(步骤232)。在完成下一个修理操作时，臂被升高、旋转和降低以将下一个工具从损坏部位运输回到其工具站(步骤234)。然后，机器人控制器确定是否已经执行了计划的修理程序的最后操作(步骤236)。如果在步骤236中确定最后的修理操作还没有完成，则过程返回到步骤224。如果在步骤236中确定已经完成了最后的修理操作，则UAV从已修理的结构起飞(步骤238)，然后飞回到地面站(步骤240)。
图7是显示了用于使用UAV 2检查和修理结构的系统的一些部件的方框图，该UAV配备有多个工具24，这些工具可通过控制轮毂62的旋转而以计划顺序单独地部署。根据图7中所示的实施方式，UAV 2还配备有摄像机30和无损检查传感器单元42(下文中称为“NDI传感器单元42”)。UAV 2具有控制系统32，该控制系统控制旋翼10、工具24的任何可旋转部件以及轮毂62的内缸78的旋转，并且还控制加盖头部76相对于内缸78的平移。控制系统32还控制摄像机30、NDI传感器单元42以及工具24的其它可电操作部件(例如螺线管)的操作。
更具体地，控制系统32包括计算机系统36，该计算机系统通信地联接到多个马达控制器34。马达控制器34分别构造成用于控制旋翼马达12(其驱动旋翼10的旋转)、轮毂马达26(其驱动内缸78的旋转和加盖头部76的平移)和工具马达28(其驱动工具24的旋转或其它操作)的旋转速度和方向。这些马达的操作由计算机系统36协调，以执行特定的计划顺序的修理操作。在一个提出的实现方式中，马达控制器34是电子速度控制电路，该电子速度控制电路被构造成改变电动马达的速度、方向和制动，而马达是无刷电动马达。这种电子速度控制电路向马达提供高频、高分辨率的三相AC电力。
如果摄像机30安装到转台(图7中未示出)，则控制系统32还包括用于控制摄像机转台马达(图7中也未示出)的旋转速度和方向的马达控制器。这种摄像机转台可以可旋转地联接到安装到UAV 2的主体框架4的转台基部。这允许摄像机30在远程检查/修理任务的不同阶段期间捕获相应的图像。图像被无线传输到维护操作中心，从而使维护人员在NDI和修理操作期间能够观察结构上的损坏区域。
在图7中部分示出的实施方式中，摄像机30和NDI传感器单元42由计算机系统36根据控制站40传输的射频命令来控制。这些射频命令由地面上的收发器44传输，由UAV 2机载的收发器38接收，并由收发器38转换成适当的数字格式。然后，将所得到的数字命令转发到计算机系统36。控制站40可包括通用计算机系统，该通用计算机系统构造有用于控制UAV 2和UAV 2机载的NDI传感器单元42的操作的程序。例如，可使用控制站40处的计算机系统的操纵杆、键盘、鼠标、触摸板或触摸屏或其它用户接口硬件(例如，游戏手柄或悬架式操纵台)来控制UAV 2的飞行。此外，控制站40处的计算机系统构造有用于在检查操作期间处理从UAV 2接收的数据的程序。特别地，控制站40的计算机系统可以包括显示处理器，该显示处理器构造有用于控制显示监视器(图7中未示出)以显示由摄像机30获取的图像的软件。
如前所述，在完成无损评估之后，可以确定(诊断)需要启用UAV的修理。在这种情况下，UAV 2飞到结构或物体的表面上的损坏部位，并配备有工具的整体，该工具的整体被构造成执行计划修理中涉及的单独操作。UAV操作人员引导UAV 2将修理工具24定位到目标区域上。配备修理工具的UAV还可具有表面附接装置(图7中未示出)，例如用于铁磁结构的基于磁的装置，例如电永磁体，和/或用于非铁磁结构的基于真空、基于静电、基于粘合剂或基于夹持器的装置。表面附接装置也在计算机系统36的控制下工作。计算机系统可包括分别安装到UAV 2和多工具模块60a并经由电缆相互通信联接的单独的计算机。
图8是根据一个实施方式的机动化轮毂62的一些部件的方框图，该机动化轮毂包括可相对于基部80旋转的内缸78和可相对于内缸78平移的承载工具加盖头部76。内缸78借助于轴承79可旋转地联接到基部80。加盖头部76借助于线性滑动件77可平移地联接到内缸78。此外，轮毂62包括提升驱动马达26a和旋转驱动马达26b。内缸78借助于旋转齿轮系48操作地连接到旋转驱动马达26b。加盖头部76借助于提升机构46操作地连接到提升驱动马达26a。提升机构46可以包括齿条和小齿轮、丝杠和螺母、或用于升高加盖头部76的其它机构，以便在轮毂旋转期间，与其连接的工具不接触并因此刮擦被修理的结构的表面。当选定的工具与待修理的损坏区域竖直对准时，提升驱动马达26a反转以使提升机构46降低工具成与待修理的表面接触。
图9是显示了用于使用真空附着系统将多工具模块保持(临时附接)在结构的表面上的稳定位置的系统的一些部件的方框图。真空附着系统包括多个吸盘50、真空歧管组件52、机电(例如，电磁致动)控制阀54(下文中称为“控制阀54”)和真空泵56。真空泵56与控制阀54的第一端口流体连通；真空歧管组件52与控制阀54的第二端口流体连通。多个吸盘50与真空歧管组件52流体连通。本文使用的术语“歧管”是具有几个出口的腔室或管道的含义，通过这些出口可以分配或收集流体。这些歧管将吸盘50中的通道连接到包括真空泵56和控制阀54的真空系统。根据替代实施方式，每个单独的吸盘50具有相应的真空马达(未示出)。
计算机系统36(先前参照图7描述)还被构造成控制阀54的状态，该控制阀选择性地将真空泵56连接到真空歧管组件52。真空歧管组件52包括与相应吸盘50流体连通的多个真空歧管。计算机系统36可被编程以发送使控制阀54打开的控制信号。在阀打开状态下，计算机系统36还发送控制信号以启动真空泵56。真空泵56向真空歧管组件52施加真空压力，该真空压力使得吸盘50真空附着到可修理结构的表面。真空泵56需要维持恒定的真空压力。根据一个提出的实现方式，真空泵56不连续地操作；相反，真空泵56连续地监测吸盘50下的真空压力，并且每当真空压力降到指定阈值以下时启动。系统将试图维持低于大气压力大约1到2psi的压力差。
上面参照图4和图4A描述的实施方式具有安装到悬臂的远端的工具，悬臂固定地联接到可沿着内缸78平移的加盖头部76。在替代实施方式中，加盖头部76可以固定地联接到内缸78，并且多个可旋转臂可以可枢转地联接到加盖头部76，以使工具能够被升高和降低。
图10A和图10B是表示根据替代实施方式的具有可旋转臂65的多工具模块60b的侧视图的图示，该模块可以是由图2或图3A中所示类型或具有不同设计的类型的UAV承载的有效载荷。多工具模块被示出为处于两种状态：可旋转臂65延伸(见图10A)以及可旋转臂65缩回(见图10A)。在图10A和图10B所示的示例中，仅示出了两个可旋转臂65，一个承载减材修理工具68，另一个承载增材修理工具70。然而，多工具模块60b可具有多于两个的可旋转臂65。
多工具模块60b还包括可沿内缸78平移的中心环81。中心环81通过相应的连杆61连接到可旋转臂65。每个连杆61的一端可枢转地联接到中心环81的相应凸耳63，另一端可枢转地联接到相应的可旋转臂65。多工具模块60b还包括提升机构(设置在内缸78内部，在图10A和图10B中不可见)，当被启动时，该提升机构使中心环81向上移动(该移动在图10B中由向上的箭头表示)。当中心环81从图10A所示的最低位置上升到图10B所示的较高位置时，由提升机构产生的提升力借助于连杆61传递到可旋转臂65。所得的可旋转臂65的向上旋转将工具升起远离表面。当工具如图10B所示被提升时，内缸78可以旋转，直到选定工具与损坏区域适当地竖直对准。然后，通过向下平移中心环81，工具可以降低，回到图10A中所示的最低位置。
因为所有可旋转臂65都联接到中心环81，所以当中心环81移动时，所有臂一体地移动。根据其它实施方式，可旋转臂65可以独立地升高和降低。图11是表示具有可旋转臂65的多工具模块60c的侧视图的图示，所述可旋转臂可以通过相应的线性致动器67独立地缩回(升高)。根据一个提出的实现方式，每个线性致动器67具有可枢转地联接到内缸78的相应凸耳63的缸和可枢转地联接到相应的可旋转臂65的活塞杆端。当相关的线性致动器67伸出时，每个可旋转臂65向上摆动。
根据另一个实施方式，UAV 2可设有夹头模块，该夹头模块被设计成仅保持多个可互换工具中的单个工具，而非同时保持多个工具。图12是表示由夹头模块58保持同时被朝向结构的表面上的异常部位99运送的减材修理工具68(例如，砂磨工具)的俯视图的图示。其它工具70、72和74(先前描述)设置在地面上的相应工具站处。夹头模块58可以是由图2或图3A中所示类型或具有不同设计的类型的UAV 2承载的有效载荷6的一部分。图12A是与如图12中所示的减材修理工具68接合的夹头模块58的侧视图。
如图12A所示，该夹头模块58包括用于附接到有效载荷支撑框架8的夹头安装板98和夹头96。每个工具具有可以由夹头96夹持或夹紧的附接柱94。当夹头96打开时，UAV 2可以飞到覆盖工具的附接柱94并与该附接柱94对准的位置，然后UAV 2下降直到打开的夹头96包围附接柱94。然后夹头96闭合以形成围绕附接柱94的轴环，并施加夹紧力以保持工具。夹头96响应于马达(图12和图12A中未示出)的输出轴分别沿一个方向或相反方向的旋转而打开或闭合。附接柱94和夹头96可以具有互锁的凹槽和突起，其使得夹头96能够保持附接柱94。
图13A和图13B是显示了根据一个实施方式的方法150的步骤的流程图的相应部分，该方法用于使用具有如图12A所示的夹头96的UAV 2来检查和修理结构或物体的损坏部分。参照图13A，最初第一和第二工具被存储在地面站处(步骤152)。第一和第二工具中的每一者包括相应的附接柱94。被分配来执行修理程序的UAV飞到第一位置，在该第一位置处，夹头96与第一工具的附接柱94对准(步骤154)。然后，闭合夹头96以夹紧在第一工具的附接柱94上(步骤156)。然后，UAV与作为有效载荷6的第一工具从地面站起飞(步骤158)。然后，UAV飞向可修理结构(步骤160)，并着陆在该结构的表面上(步骤162)。当UAV停在该结构的表面上时，使用第一工具在该表面上需要修理的区域上执行第一修理操作(步骤164)。一旦完成第一修理操作，UAV从可修理结构起飞(步骤166)，然后在仍然承载第一工具的同时飞回到地面站处的第一位置(步骤168)。当处于第一位置时，夹头96打开以释放第一工具的附接柱94(步骤170)。
现在参照图13B，在将第一工具返回到其存储点之后，UAV飞到第二位置，在该第二位置处，夹头96与第二工具的附接柱94对准(步骤172)。然后，夹头96闭合以夹紧在第二工具的附接柱94上(步骤174)。然后，UAV再次从地面站起飞(步骤176)，飞向可修理结构(步骤178)，并在与之前相同的位置处着陆在该结构的表面上(步骤180)。在UAV停在该结构的表面上的同时，使用第二工具在与执行第一修理操作的区域相同的区域上执行第二修理操作(步骤182)。一旦完成第二修理操作，UAV从可修理结构起飞(步骤184)，然后与作为有效载荷6的第二工具飞回到地面站处的第二位置(步骤186)。当处于第二位置时，夹头96打开以释放第二工具的附接柱94(步骤188)。在将第二工具返回到其存储点之后，UAV前进到其下一目的地。
根据一些实施方式，本文提出的启用UAV的修理系统还包括用于车辆和修理工具定位的场外跟踪系统，该场外跟踪系统可通信地联接到地面上的上述控制站40。更具体地，场外跟踪系统被构造成提供三维(3-D)定位信息，用于相对于目标物体导航和控制UAV，以及用于在目标物体的参照系中精确地定位检查或修理工具，并且将位置数据与目标物体的3-D模型相关联。基于UAV的修理的精确位置跟踪将使UAV能够将修理模块移动到适当位置，并记录与该位置相关联的3D坐标数据。该3-D信息对于记录修理以及能够说明先前执行的启用UAV的检查的结果是重要的。各种技术中的任何一种都可以用于提供记录活动的3-D位置所必需的信息。
根据一个实施方式，UAV包括能够根据预编程的飞行计划来导航UAV的机载跟踪系统。由UAV承载的预编程的飞行计划使得UAV能够遵循围绕目标物体的一部分的飞行路径。该系统还包括具有用于与UAV进行无线通信的装置的场外跟踪系统。场外跟踪系统被构造成向UAV发送命令或监测UAV的各种操作性能参数，例如燃料剩余、电池电力剩余等。该场外跟踪系统也可用于基于所获取的定位数据产生命令以改变UAV的飞行路径。
根据一个实施方式，3-D定位可通过将光学目标放置在UAV 2上，然后使用运动捕捉反馈控制来计算UAV 2的位置来实现。使用运动捕捉系统的闭环反馈控制详细地公开在美国专利No.7,643,893中，其公开内容通过引用整体结合于此。根据一个实施方式，运动捕捉系统被构造成在修理任务期间测量UAV 2的一个或多个运动特性。处理器从运动捕捉系统接收所测量的运动特性，并基于所测量的运动特性确定控制信号。位置控制系统接收控制信号并连续地调节UAV 2的至少一个运动特性，以便维持或实现期望的运动状态。UAV 2可以配备有无源回射标记形式的光学目标。运动捕捉系统、处理器和位置控制系统包括完整的闭环反馈控制系统。
根据替代实施方式，UAV 2的位置跟踪可使用安装在目标物体上或附近的本地定位系统(图中未示出)来实现。本地定位系统可从地面控制并用于跟踪其上具有三个或更多个光学目标的UAV 2的位置。典型的本地定位系统包括：平移倾斜机构；安装到平移倾斜机构的摄像机；以及用于沿着瞄准方向矢量向目标投射激光束的激光测距仪。平移倾斜机构包括平移单元和倾斜单元。该摄像机包括壳体，激光测距仪安装到该壳体。摄像机可以包括用于获得目标的静止图像的静止摄像机(彩色和/或黑白)、用于获得目标的彩色和/或黑白视频的摄像机、或用于获得目标的红外静止图像或红外视频的红外摄像机。该本地定位系统还包括计算机系统，该计算机系统被构造成测量光学目标在目标物体的本地坐标系中的坐标。特别地，该计算机系统被编程为控制平移倾斜机构的运动，以将摄像机旋转地调节到围绕垂直方位(平移)轴线和水平高度(倾斜)轴线的选定角度。计算机系统还被编程为控制摄像机的操作并且从摄像机接收图像数据以便传输到控制站40。计算机系统还被编程为控制激光测距仪的操作并且从激光测距仪接收测距数据以便传输到控制站40。本地定位系统还可以包括无线收发器和天线以便实现与控制站的双向无线电磁波通信。该本地定位系统优选地具有在美国专利No.7,859,655、9,285,296和8,447,805以及美国专利申请公开No.2018/0120196中描述的能力，这些专利的公开内容通过引用整体结合于此。由本地定位系统的摄像机获取的图像数据可以经历如美国专利No.8,744,133中公开的图像处理。
一种替代的3D定位方法涉及将两个或更多个UAV放置的可见目标(例如墨水标记)放置成邻近修理区域。标记将由UAV用于在每个连续的修理操作期间将其自身精确地重新定向到修理。自动视频定位设备将被用于使用可用标记将UAV重新定向到修理区域。
尽管已经参考各种实施方式描述了用于使用配备工具的UAV修理结构或物体的方法和设备，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本文的教导的范围的情况下，可进行各种改变，并且可用等效物替换其元件。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多修改以使本文的教导适应特定的情况。因此，权利要求书不应限于本文所公开的具体实施方式。
如本文所使用的，术语“计算机系统”应当被广泛地解释为包含具有至少一个计算机或处理器的系统，并且其可以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”都是指包括处理单元(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。
此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：
条款1.一种设备，所述设备包括无人驾驶飞行器2和联接到所述无人驾驶飞行器的多工具模块60a、60b，其中：
所述无人驾驶飞行器包括：主体框架4；多个旋翼马达12，所述多个旋翼马达12安装到所述主体框架；以及多个旋翼10，所述多个旋翼10操作地联接到所述多个旋翼马达中的相应旋翼马达；并且
所述多工具模块包括：轮毂62，所述轮毂62能够绕旋转轴线旋转；多个臂64a-64d、65，所述多个臂64a-64d、65具有联接到所述轮毂的相应第一端；多个工具68、70、72、74，所述多个工具68、70、72、74安装到所述多个臂中的相应臂的相应第二端；以及第一马达26a，所述第一马达26a操作地联接以驱动所述轮毂的旋转。
条款2.如条款1中所述的设备，其中：
所述多工具模块还包括基部80；并且
所述轮毂包括能够相对于所述基部旋转的内缸78。
条款3.如条款2中所述的设备，其中，其中，所述轮毂还包括盖住所述内缸的最顶部分的加盖头部76。
条款4.如条款3中所述的设备，其中：
所述加盖头部能够相对于所述内缸的所述最顶部分平移；并且
所述多个臂64a-64d固定地联接到所述加盖头部。
条款5.如条款3至4中任一项所述的设备，其中，所述多个臂65以可旋转的方式联接到所述加盖头部。
条款6.如条款5中所述的设备，其中，所述多工具模块还包括：
环81，所述环81能够沿着所述内缸平移；以及
多个连杆61，每个连杆具有以可旋转的方式联接到所述环的一端和以可旋转的方式联接到所述多个臂中的相应臂的另一端。
条款7.如条款5至6中任一项所述的设备，其中，所述多工具模块还包括多个线性致动器67，每个线性致动器具有以可旋转的方式联接到所述多个臂中的相应臂的一端。
条款8.如条款1至7中任一项所述的设备，其中：
所述无人驾驶飞行器还包括以可枢转的方式联接到所述主体框架的有效载荷支撑框架8；
所述多工具模块附接到所述有效载荷支撑框架；并且
所述有效载荷支撑框架包括多个表面附接装置16。
条款9.如条款1至8中任一项所述的设备，其中，所述多个工具包括减材修理工具68和增材修理工具70。
条款10.一种设备，所述设备包括无人驾驶飞行器2和联接到所述无人驾驶飞行器的工具拾取放置模块22，其中：
所述无人驾驶飞行器包括：主体框架4；多个旋翼马达12，所述多个旋翼马达12安装到所述主体框架；以及多个旋翼10，所述多个旋翼10操作地联接到所述多个旋翼马达中的相应旋翼马达；
所述工具拾取放置模块包括：平台84，所述平台84包括多个工具站88；工具拾取放置机器人82，所述工具拾取放置机器人82安装到所述平台；以及多个工具68、70、72、74，所述多个工具68、70、72、74定位在相应工具站处；并且
所述工具拾取放置机器人包括：基部80；轮毂62，所述轮毂62能够绕所述基部旋转；臂86，所述臂86具有固定地联接到所述轮毂的第一端和距所述轮毂一距离的第二端；以及工具保持器90，所述工具保持器90安装到所述臂的所述第二端。
条款11.如条款10中所述的设备，其中：
所述轮毂包括能够相对于所述基部旋转的内缸78和能够与所述内缸协同旋转并能够相对于所述内缸平移的加盖头部76；并且
所述臂的所述第一端固定地联接到所述加盖头部并从所述加盖头部径向向外延伸。
条款12.如条款11中所述的设备，其中，所述工具拾取放置机器人还包括：
第一马达26a，所述第一马达26a操作地联接以驱动所述内缸的旋转；以及
第二马达26b，所述第二马达26b操作地联接以驱动所述加盖头部的平移。
条款13.如条款11至12中任一项所述的设备，其中，所述多个工具站设置在成角度地分布在以所述工具拾取放置机器人的旋转轴线为中心的圆柱形参考系中的相应位置处，并且安置在所述多个工具站处的所述多个工具至少部分地设置在所述工具拾取放置机器人的所述臂的长度内。
条款14.如条款13中所述的设备，其中：
所述工具保持器包括电磁体或电永磁体90；并且
所述多个工具中的每一个包括相应的永磁体92，当所述臂与所述工具接触时所述永磁体在所述永磁体磁性地联接到所述电磁体或电永磁体的位置处设置在所述工具上。
条款15.如条款10至14中任一项所述的设备，其中，所述工具保持器包括真空夹持器。
条款16.如条款10至15中任一项所述的设备，其中，所述多个工具包括减材修理工具68和增材修理工具70。
条款17.一种设备，所述设备包括无人驾驶飞行器2和联接到所述无人驾驶飞行器的夹头模块58，其中：
所述无人驾驶飞行器包括：主体框架4；多个旋翼马达12，所述多个旋翼马达12安装到所述主体框架；以及多个旋翼10，所述多个旋翼10操作地联接到所述多个旋翼马达中的相应旋翼马达；并且
所述夹头模块包括夹头96，所述夹头96被构造成在夹紧状态和非夹紧状态之间转换。
条款18.如条款17中所述的设备，所述设备还包括工具，所述工具包括在夹紧状态下由所述夹头夹紧的附接柱94，其中，所述工具选自包括减材修理工具68、增材修理工具70、清洁工具74和干燥工具72的一组工具。
条款19。一种用于使用配备有夹头模块58的无人驾驶飞行器2来修复结构的方法，所述方法包括：
(a)将第一工具和第二工具68、70、72、74存储在地面站40处，其中，所述第一工具和所述第二工具中的每一个包括相应附接柱94；
(b)使所述无人驾驶飞行器飞行至第一位置，在所述第一位置处所述夹头模块的夹头96与所述第一工具的所述附接柱对准；
(c)闭合所述夹头以夹紧在所述第一工具的所述附接柱上；
(d)在所述第一工具从所述无人驾驶飞行器悬垂的情况下使所述无人驾驶飞行器朝向待修理的结构飞行；
(e)使所述无人驾驶飞行器着陆在所述结构的表面9上；以及
(f)在所述无人驾驶飞行器停在所述结构的所述表面上的同时，使用所述第一工具对所述结构的所述表面上的区域执行第一修理操作。
条款20.如条款19或21中任一项所述的方法，所述方法还包括使用场外跟踪系统来确定所述第一工具在所述结构的参照系中的位置。
条款21.如条款19中所述的方法，所述方法还包括：
(g)使所述无人驾驶飞行器飞行至所述第一位置；
(h)打开所述夹头以释放所述第一工具的所述附接柱；
(i)使所述无人驾驶飞行器飞行至第二位置，在所述第二位置处所述夹头与所述第二工具的所述附接柱对准；
(j)闭合所述夹头以夹紧在所述第二工具的所述附接柱上；
(k)在所述第二工具从所述无人驾驶飞行器悬垂的情况下使所述无人驾驶飞行器朝向所述结构飞行；
(l)使所述无人驾驶飞行器着陆在所述结构的所述表面上；以及
(m)在所述无人驾驶飞行器停在所述结构的所述表面上的同时，使用所述第二工具对所述结构的所述表面上的所述区域执行第二修理操作。
条款22.如条款21中所述的方法，其中，所述无人驾驶飞行器可操作以使用预定飞行路径移动，所述预定飞行路径使用从场外跟踪系统获得的位置和定向数据来更新。

Claims (9)

1.一种设备，所述设备包括无人驾驶飞行器(2)和联接到所述无人驾驶飞行器的多工具模块(60a，60b)，其中：
所述无人驾驶飞行器包括：主体框架(4)；多个旋翼马达(12)，所述多个旋翼马达(12)安装到所述主体框架；以及多个旋翼(10)，所述多个旋翼(10)操作地联接到所述多个旋翼马达中的相应旋翼马达；并且
所述多工具模块包括：轮毂(62)，所述轮毂(62)能够绕旋转轴线旋转；多个臂(64a-64d，65)，所述多个臂(64a-64d，65)具有联接到所述轮毂的相应第一端；多个工具(68，70，72，74)，所述多个工具(68，70，72，74)安装到所述多个臂中的相应臂的相应第二端；以及第一马达(26a)，所述第一马达(26a)操作地联接以驱动所述轮毂的旋转，
其中：
所述多工具模块还包括基部(80)；并且
所述轮毂包括能够相对于所述基部旋转的内缸(78)，
其中，所述轮毂还包括盖住所述内缸的最顶部分的加盖头部(76)和第二轮毂马达，该第二轮毂马达操作地联接以驱动所述加盖头部相对于所述内缸的所述最顶部分平移，
其中，所述多工具模块还包括：
环(81)，所述环(81)能够沿着所述内缸平移；以及
多个连杆(61)，每个连杆具有以可旋转的方式联接到所述环的一端和以可旋转的方式联接到所述多个臂中的相应臂的另一端。
2.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述多个臂(64a-64d)固定地联接到所述加盖头部。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个臂(65)以可旋转的方式联接到所述加盖头部。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多工具模块还包括多个线性致动器(67)，每个线性致动器具有以可旋转的方式联接到所述多个臂中的相应臂的一端。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中：
所述无人驾驶飞行器还包括以可枢转的方式联接到所述主体框架的有效载荷支撑框架(8)；
所述多工具模块附接到所述有效载荷支撑框架；并且
所述有效载荷支撑框架包括多个表面附接装置(16)。
6.一种设备，所述设备包括无人驾驶飞行器(2)和联接到所述无人驾驶飞行器的工具拾取放置模块(22)，其中：
所述无人驾驶飞行器包括：主体框架(4)；多个旋翼马达(12)，所述多个旋翼马达(12)安装到所述主体框架；以及多个旋翼(10)，所述多个旋翼(10)操作地联接到所述多个旋翼马达中的相应旋翼马达；
所述工具拾取放置模块包括：平台(84)，所述平台(84)包括多个工具站(88)；工具拾取放置机器人(82)，所述工具拾取放置机器人(82)安装到所述平台；以及多个工具(68，70，72，74)，所述多个工具(68，70，72，74)定位在相应工具站处；并且
所述工具拾取放置机器人包括：基部(80)；轮毂(62)，所述轮毂(62)能够绕所述基部旋转；臂(86)，所述臂(86)具有固定地联接到所述轮毂的第一端和距所述轮毂一距离的第二端；以及工具保持器(90)，所述工具保持器(90)安装到所述臂的所述第二端。
7.一种设备，所述设备包括无人驾驶飞行器(2)和联接到所述无人驾驶飞行器的夹头模块(58)，其中：
所述无人驾驶飞行器包括：主体框架(4)；多个旋翼马达(12)，所述多个旋翼马达(12)安装到所述主体框架；以及多个旋翼(10)，所述多个旋翼(10)操作地联接到所述多个旋翼马达中的相应旋翼马达；并且
所述夹头模块包括夹头(96)，所述夹头(96)被构造成在夹紧状态和非夹紧状态之间转换。
8.一种用于使用配备有夹头模块(58)的无人驾驶飞行器(2)来修复结构的方法，所述方法包括：
(a)将第一工具和第二工具(68，70，72，74)存储在地面站(40)处，其中，所述第一工具和所述第二工具中的每一个包括相应附接柱(94)；
(b)使所述无人驾驶飞行器飞行至第一位置，在所述第一位置处所述夹头模块的夹头(96)与所述第一工具的所述附接柱对准；
(c)闭合所述夹头以夹紧在所述第一工具的所述附接柱上；
(d)在所述第一工具从所述无人驾驶飞行器悬垂的情况下使所述无人驾驶飞行器朝向待修理的结构飞行；
(e)使所述无人驾驶飞行器着陆在所述结构的表面(9)上；以及
(f)在所述无人驾驶飞行器停在所述结构的所述表面上的同时，使用所述第一工具对所述结构的所述表面上的区域执行第一修理操作。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括使用场外跟踪系统来确定所述第一工具在所述结构的参照系中的位置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9676477B1 (en) 2014-08-25 2017-06-13 Amazon Techonlogies, Inc. Adjustable unmanned aerial vehicles
US20200094958A1 (en) * 2018-09-24 2020-03-26 Sika Technology Ag Roof repair drone
US11079760B2 (en) * 2018-11-28 2021-08-03 The Boeing Company Methods for maintaining difficult-to-access structures using unmanned aerial vehicles
CA3035225A1 (en) * 2019-02-28 2020-08-28 Daniel Mccann System and method for field treatment and monitoring
US20220092766A1 (en) * 2020-09-18 2022-03-24 Spirit Aerosystems, Inc. Feature inspection system
CA3116940A1 (fr) * 2021-04-30 2022-10-30 Hydro-Quebec Drone avec systeme de positionnement d'outil
US11975869B2 (en) 2022-05-02 2024-05-07 The Boeing Company Lighting system inspection using an unmanned aerial vehicle
US20230415347A1 (en) * 2022-06-21 2023-12-28 Wilder Systems Inc. Auto-locating and locking movable gantry system
CN115026657A (zh) * 2022-08-11 2022-09-09 徐州宏基工程技术有限公司 一种用于复合工程材料加工的一体化智能制造设备
NO347463B1 (en) * 2022-10-03 2023-11-06 Erling Manseterbak Holding AS An apparatus, a system, and a method for removing particles from a rotor blade of a wind turbine
US20240118689A1 (en) * 2022-10-05 2024-04-11 Skydio, Inc. Task Management For Unmanned Aerial Vehicles
EP4361751A1 (en) 2022-10-28 2024-05-01 Drb S.R.L. Stabilising device of a load carried by a drone

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4477203A (en) * 1982-08-16 1984-10-16 Alexander Laditka Apparatus and method for applying coatings to traffic surfaces
US9273990B1 (en) * 2011-09-11 2016-03-01 The Boeing Company Aircraft repair fixture
EP3109622A1 (en) * 2015-06-23 2016-12-28 The Boeing Company Automated resin ridge reduction system
WO2017041269A1 (zh) * 2015-09-10 2017-03-16 于东方 一种可飞行清洁机器人
WO2017220803A2 (en) * 2016-06-23 2017-12-28 Arto Koivuharju Surface treatment apparatus
KR20180009803A (ko) * 2016-07-19 2018-01-29 김종율 드론 및 이를 포함하는 청소용 드론 비행체
CN108058847A (zh) * 2016-11-09 2018-05-22 波音公司 用于在工件上执行自动表面加工操作的设备、系统和方法
CN108436668A (zh) * 2018-03-13 2018-08-24 中国民航大学 一种用于航空器翼面漆层的打磨设备
FR3069524A1 (fr) * 2017-07-28 2019-02-01 Voliris Drone d’intervention pour travaux
CN110192026A (zh) * 2016-12-20 2019-08-30 维斯塔斯风力系统有限公司 用于修复风轮机叶片的方法和系统

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2834660A1 (de) 1978-08-08 1980-02-21 Honeywell Gmbh Laser-entfernungsmesser
US5135356A (en) 1990-09-28 1992-08-04 The Boeing Company Swashplate anti-drive linkage for rotor controls of rotary wing aircraft
CA2132857C (en) 1993-02-18 2004-08-17 Ian Mclean Hydro service system assembly
US7398698B2 (en) 2005-11-03 2008-07-15 The Boeing Company Smart repair patch and associated method
US7617730B2 (en) 2006-06-28 2009-11-17 The Boeing Company Ultrasonic inspection and repair mode selection
US7643893B2 (en) 2006-07-24 2010-01-05 The Boeing Company Closed-loop feedback control using motion capture systems
US7813888B2 (en) 2006-07-24 2010-10-12 The Boeing Company Autonomous vehicle rapid development testbed systems and methods
US7900643B2 (en) * 2006-09-05 2011-03-08 Oliver Joen-An Ma Hubs for shade structures
US8255170B2 (en) 2006-11-02 2012-08-28 The Boeing Company Remote nondestructive inspection systems and methods
US7859655B2 (en) 2007-09-28 2010-12-28 The Boeing Company Method involving a pointing instrument and a target object
US8044991B2 (en) 2007-09-28 2011-10-25 The Boeing Company Local positioning system and method
US8214098B2 (en) 2008-02-28 2012-07-03 The Boeing Company System and method for controlling swarm of remote unmanned vehicles through human gestures
US8060270B2 (en) 2008-02-29 2011-11-15 The Boeing Company System and method for inspection of structures and objects by swarm of remote unmanned vehicles
GB0920636D0 (en) 2009-11-25 2010-01-13 Cyberhawk Innovations Ltd Unmanned aerial vehicle
US8744133B1 (en) 2010-10-04 2014-06-03 The Boeing Company Methods and systems for locating visible differences on an object
US20120136630A1 (en) * 2011-02-04 2012-05-31 General Electric Company Method and system for wind turbine inspection
US8447805B2 (en) 2011-02-28 2013-05-21 The Boeing Company Distributed operation of a local positioning system
US8691383B2 (en) 2011-03-01 2014-04-08 The Boeing Company Blunt impact indicator tape and method
US8678121B2 (en) 2011-07-18 2014-03-25 The Boeing Company Adaptive magnetic coupling system
US8738226B2 (en) 2011-07-18 2014-05-27 The Boeing Company Holonomic motion vehicle for travel on non-level surfaces
US9221506B1 (en) 2011-07-18 2015-12-29 The Boeing Company Location tracking and motion control of automated marking device
IL217501A (en) 2012-01-12 2017-09-28 Israel Aerospace Ind Ltd A method and system for maneuvering aircraft
JP5688383B2 (ja) * 2012-01-31 2015-03-25 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 シュラウドサポートの補修方法及びその補修装置
US9285296B2 (en) 2013-01-02 2016-03-15 The Boeing Company Systems and methods for stand-off inspection of aircraft structures
US9393683B2 (en) * 2014-05-02 2016-07-19 M. W. Bevins Co. Conductive boot for power tool protection
US9839986B2 (en) * 2014-11-06 2017-12-12 The Boeing Company Performing surface treatments using an automated guided vehicle
US9371133B2 (en) 2014-11-07 2016-06-21 Paccar Inc Drone systems for pre-trip inspection and assisted backing
WO2017041304A1 (en) * 2015-09-11 2017-03-16 SZ DJI Technology Co., Ltd. Carrier for unmanned aerial vehicle
DE102015120660A1 (de) * 2015-11-27 2017-06-01 Airbus Defence and Space GmbH Luftfahrzeuginspektionssystem
US9513635B1 (en) 2015-12-30 2016-12-06 Unmanned Innovation, Inc. Unmanned aerial vehicle inspection system
BR112018012054A2 (pt) 2016-01-13 2018-12-04 General Cable Technologies Corporation sistema e método para aplicação de revestimento em condutores de transmissão de energia aéreos usando um veículo aéreo não tripulado
US9840339B1 (en) 2016-04-26 2017-12-12 Amazon Technologies, Inc. Sensors embedded within aerial vehicle control surfaces
JP6371959B2 (ja) * 2016-09-02 2018-08-15 株式会社プロドローン ロボットアームおよびこれを備える無人航空機
US11312500B2 (en) * 2016-10-18 2022-04-26 Textron Innovations, Inc. Electro-pneumatic de-icer
US20180120196A1 (en) 2016-10-31 2018-05-03 The Boeing Company Method and system for non-destructive testing using an unmanned aerial vehicle
CN110462288B (zh) * 2017-02-03 2021-10-01 昕诺飞控股有限公司 使用无人驾驶运载工具维修灯具
WO2018152773A1 (en) * 2017-02-24 2018-08-30 SZ DJI Technology Co., Ltd. Multi-gimbal assembly
US10427790B2 (en) * 2017-06-12 2019-10-01 David A. Verkade Adaptive aerial vehicle
US10717190B2 (en) * 2018-04-19 2020-07-21 Aurora Flight Sciences Corporation End-effector for workpiece manipulation system
US20190369057A1 (en) 2018-05-30 2019-12-05 Amerapex NDT LLC Drone-carried probe stabilization via electromagnetic attachment

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4477203A (en) * 1982-08-16 1984-10-16 Alexander Laditka Apparatus and method for applying coatings to traffic surfaces
US4603999A (en) * 1982-08-16 1986-08-05 Alexander Laditka Apparatus for mixing and spreading coatings on surfaces
US9273990B1 (en) * 2011-09-11 2016-03-01 The Boeing Company Aircraft repair fixture
EP3109622A1 (en) * 2015-06-23 2016-12-28 The Boeing Company Automated resin ridge reduction system
WO2017041269A1 (zh) * 2015-09-10 2017-03-16 于东方 一种可飞行清洁机器人
WO2017220803A2 (en) * 2016-06-23 2017-12-28 Arto Koivuharju Surface treatment apparatus
KR20180009803A (ko) * 2016-07-19 2018-01-29 김종율 드론 및 이를 포함하는 청소용 드론 비행체
CN108058847A (zh) * 2016-11-09 2018-05-22 波音公司 用于在工件上执行自动表面加工操作的设备、系统和方法
CN110192026A (zh) * 2016-12-20 2019-08-30 维斯塔斯风力系统有限公司 用于修复风轮机叶片的方法和系统
FR3069524A1 (fr) * 2017-07-28 2019-02-01 Voliris Drone d’intervention pour travaux
CN108436668A (zh) * 2018-03-13 2018-08-24 中国民航大学 一种用于航空器翼面漆层的打磨设备

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