CN116783001A - 基于无人机的自动化涂料输送系统 - Google Patents

Abstract

一种基于无人机的自动化表面处理材料输送系统包括无人机，该无人机具有机身，至少一个由机身可旋转地支撑的螺旋桨，至少一个由机身支撑的螺旋桨马达，并且该螺旋桨马达被配置为选择性地对至少一个螺旋桨施加动力，以及由机身支撑的控制器，并且该控制器被配置为至少通过操纵至少一个螺旋桨的速度控制无人机的飞行路径。该无人机还具有由机身支撑的旋转喷雾器，以便与机身一起移动。旋转喷雾器包括旋转的分配结构，该分配结构被配置为分配来自材料供应器的表面处理材料。

Description

基于无人机的自动化涂料输送系统

背景技术

本文描述的实施例总体上涉及基于无人机的表面处理材料输送系统，更具体地说，涉及基于无人机的自动化涂料输送系统，所述系统被配置用于机动车车身部件的装配线喷涂作业。

当产品需要在装配线上，如汽车装配线上喷涂时，通常使用大型机器人来执行该任务。这些机器人的建造和维护成本很高。此外，机器人可能是装配线上的永久固定装置，因此，当问题发生时，装配线可能不得不完全关闭以修复机器人，导致生产力下降。虽然最近推出了使用无人机或无人驾驶飞行器(UAV)的通用喷涂，但所提出的布置并不适合工业用途，例如与上述装配线一起使用。特别是，目前用于喷涂的无人机利用的是常见的喷嘴，或是加装手持式喷枪。这些系统的传输效率很差，导致最终的外观并不令人满意。

因此，希望提供一种稳健的基于无人机的涂料输送系统，该系统可以自动化并且适合在产品装配线上使用。

发明内容

简而言之，一个实施例包括一种基于无人机的自动化表面处理材料输送系统，其包括无人机，该无人机具有机身，由机身可旋转地支撑的至少一个螺旋桨，由机身支撑的至少一个螺旋桨马达，并且该至少一个螺旋桨马达被配置为选择性地对至少一个螺旋桨施加动力，以及由机身支撑的控制器，并且该控制器被配置为至少通过操纵至少一个螺旋桨的速度控制无人机的飞行路径。该无人机还具有由机身支撑的旋转喷雾器，以随机身一起移动。旋转喷雾器包括旋转的分配结构，该分配结构被配置为分配来自材料供应器的表面处理材料。

在一个方面，该系统进一步包括相机，该相机被设置在机身上或机身内并操作性地连接到控制器。在另一个方面，控制器被配置为接收和分析来自相机的图像或视频数据。在另一方面，控制器被配置为响应于对来自相机的图像或视频数据的分析而改变无人机的飞行路径。

在另一个方面，系统进一步包括将机身连接到外部供应站的系绳。在另一个方面，材料供应器被设置在外部供应站内，并且材料通过系绳从外部供应站被供应给旋转喷雾器。在另一个方面，机身包括插座，电力从外部供应站通过系绳被提供给插座。在另一个方面，外部供应站包括空气供应器，该空气供应器被配置为向旋转喷雾器提供空气。空气从外部供应站通过系绳被供应给旋转喷雾器。

在另一个方面，无人机进一步包括安装在机身上的扭矩抵消器，并且该扭矩抵消器被配置为平衡无人机对抗旋转喷雾器的旋转分配结构的旋转产生的扭矩。在另一个方面，扭矩抵消器是以下之一：(a)具有旋转轴线，该旋转轴线相对于旋转喷雾器的旋转的分配结构的旋转轴线垂直定向，或者(b)一个或多个空气喷射推进器，该一个或多个空气喷射推进器被配置为在与旋转喷雾器的旋转分配结构的旋转相同的方向上发射空气。

在另一个方面，材料供应器是由机身携带的容器。在另一个方面，容器可拆卸地附接到机身。

在另一个方面，系统进一步包括一个或多个位置和/或方向传感器，该一个或多个位置和/或方向传感器由机身支撑并操作性地连接到控制器。在另一个方面，该系统进一步包括存储器，该存储器被配置为存储可由控制器执行的无人机的预编程飞行路径。一个或多个位置和/或方向传感器向控制器提供无人机的位置数据。

在另一个方面，该系统进一步包括壳体，该壳体安装至机身并接纳旋转喷雾器。

在另一个方面，该系统进一步包括空气供应器，该空气供应器由机身支撑并与旋转喷雾器连接。

另一个实施例包括操作装配线的方法。该方法包括沿装配线移动至少一个待喷涂的机动车车身部件，以及在该至少一个机动车车身部件被定位在装配线上时使用一个或多个基于无人机的自动化涂料系统喷涂该至少一个机动车车身部件的至少一个表面。基于无人机的自动化涂料系统的每一个包括无人机，该无人机具有：机身、由机身可旋转地支撑的至少一个螺旋桨、由机身支撑的至少一个螺旋桨马达，该至少一个螺旋桨马达可选择性地对至少一个螺旋桨施加动力，以及由机身支撑的控制器，该控制器至少通过操纵至少一个螺旋桨的速度控制无人机的飞行路径。基于无人机的自动化涂料输送系统的每一个进一步具有旋转喷雾器或粉末应用器中的一个，该旋转喷雾器或粉末应用器由机身支撑以与机身一起移动，并且包括将涂料从涂料供应器向至少一个机动车车身部件的至少一个表面分配的分配结构。

在一个方面，基于无人机的自动化涂料输送系统中的每一个包括旋转喷雾器，并且分配结构是旋转的分配结构。

在另一个方面，该涂料是水性涂料、溶剂型涂料或粉末涂料中的一种。

在另一个方面，该至少一个机动车车身部件是车顶、引擎盖、后备箱盖、车门、挡泥板、仪表盘、格栅或镜子壳体中的至少一个。

附图说明

以下对优选实施例的详细描述，在结合所附的附图阅读时将会更好地理解。为了说明目的，图中示出了目前优选的实施例。然而，应当理解的是，本发明并不限于所示的精确布置和工具。

在附图中：

图1是根据本发明的示例性实施例的基于无人机的自动化表面处理材料输送系统的正面立体图；

图2是图1的基于无人机的自动化表面处理材料输送系统的示意性方框图；

图3是利用多个图1的基于无人机的表面处理材料输送系统对物体进行喷涂的装配线的一部分的正面立体图；以及

图4是用于图1的基于无人机的表面处理材料输送系统的潜在通信信道的示意性方框图。

具体实施方式

在以下描述中使用某些术语只是为了方便，而并没有限制性。术语“右”、“左”、“下”和“上”指的是附图中参考的方向。术语“向内地”和“向外地”分别指朝向和远离设备的几何中心及其指定部件的方向。术语包括上面列出的词、其派生词和类似含义的词。此外，在权利要求书和说明书的相应部分中使用的词“一”是指“至少一个”。

还应当理解，本文在提及部件的尺寸或特征时使用的术语“大约”、“约”、“总体上”、“基本上”和类似术语表示所描述的尺寸/特征不是严格的边界或参数，并且不排除其在功能上相似的微小变化。至少，包括数字参数的此类参考文献将包括使用本领域公认的数学和工业原则(例如，四舍五入、测量或其他系统误差、制造公差等)的变化，不会改变最小有效数字。

参照图1和图2，示出了根据本发明实施例的基于无人机的自动化表面处理材料输送系统10的示例。该系统10优选地包括无人机12，该无人机12配备有工业类型的材料应用器，例如旋转喷雾器14，该旋转喷雾器14被配置为将表面处理材料应用于一个或多个表面。表面处理材料可以是水性或溶剂型液体，如涂料、清漆、油、染色剂或其他类似的装饰性和/或保护性涂层或饰面，或任何其他类型的希望分配或应用到接收表面的液体，包括例如水、杀虫剂、灭火化学药品等。表面处理材料也可以是粉末的形式，例如在汽车工业中众所周知的那样。该系统10特别适用于对沿自动化装配线行进的产品或部件进行表面处理，如图3所示的装配线50，尽管该系统10也可用于其他类型的固定或移动表面，包括建筑内部或外部、景观或类似的东西。

无人机12在图1中示出为四旋翼，尽管其他类型的无人机也可以与系统10一起使用，例如，六旋翼。无人机12可以包括机身16，该机身16支撑一个或多个螺旋桨18，该一个或多个螺旋桨18被配置为经由选定的升力和推力变化在三维空间的不同方向移动机身16。例如，每个螺旋桨18可以可旋转地安装在各自的螺旋桨臂22上，该螺旋桨臂22至少部分地从主机身16径向向外延伸。如图1所示，螺旋桨臂22可以通过螺钉、销、卡扣、焊接、粘合剂或类似的方式附接到机身16上。在其他实施例中，螺旋桨臂22可以与机身16一体成型。在另一些实施例中，螺旋桨18可以可旋转地直接联接到机身16上。

每个螺旋桨18优选地围绕旋转轴线A旋转。在一些实施例中，一个或多个螺旋桨18的旋转轴线A可以是选择性变化的。在其他实施例中，推力可以通过改变相应螺旋桨18相对于彼此的旋转速度来改变。无人机12的机身16优选地还支撑一个或多个螺旋桨马达20，用于向螺旋桨18提供动力。在一些实施例中，每个螺旋桨18可以由其自己的独立可控的马达20提供动力。在其他一些实施例中，单个螺旋桨马达20可以经由可控离合器(未显示)为所有的螺旋桨18提供动力。根据本发明的各个方面，螺旋桨18和螺旋桨马达20的任何组合可用于无人机12。

机身16(以及其其他结构部件，例如螺旋桨臂22)可以具有许多不同的形状和配置之一，并且优选地由轻质聚合物或类似材料制成，以减少使无人机12离开地面所需的升力。机身16可进一步包括一个或多个着陆支架(未示出)，其位置和配置允许无人机12在不接触机身16或本文所述的其他部件的情况下在地面或另一支撑表面上休息。着陆支架可以可拆卸地附接到机身16(例如，通过螺钉、销或类似物)，永久地附接到机身16(例如，通过焊接、粘合剂或类似物)，或与机身16一体成型。

无人机12优选地包括机载控制器24，该机载控制器24操作性地连接到螺旋桨马达20(和/或设置在螺旋桨18和螺旋桨马达20之间的部件，例如上述的离合器)并配置为通过操纵螺旋桨18的速度而控制无人机12的飞行路径。控制器24优选地包括一个或多个微处理器，但也可以使用其他类型的控制器，如专用集成电路(ASIC)、逻辑电路、前述类型的组合，或类似的控制器。控制器24可以包括或操作性地连接到机载存储器26，如RAM、SRAM、DRAM、ROM、EPROM、EEPROM、闪存或类似的存储器，用于存储编程功能、地图和其他数据。

控制器24还优选地操作性地连接到通信模块28，该通信模块28优选地被配置为经由WI-FI、蓝牙、ZIGBEE、Z-WAVE、3G、4G或5G蜂窝、红外或其他类型的无线协议中的一个或多个进行无线通信。然而，在一些实施例中，通信模块28可以替代性地或额外地被配置为经由S-485或类似的串行通信、以太网等有线通信。例如，通信模块28可以提供以太网端口，当无人机12处于静止状态或放置在对接站62(图4)中，或使用无人机12的带系绳的版本(下文解释)时，该端口可以联接至网络。优选地，通信模块28允许控制器24向非机载设备发送操作数据，和/或从非机载设备接收编程指令或其他数据(见例如，图4)。

控制器24还优选地连接到一个或多个位置和/或方向传感器30，这些位置和/或方向传感器30可以安装在机身16内和/或机身16上，用于使控制器24确定例如无人机12的二维或三维坐标、操作状态或类似情况。位置和/或方向传感器30的一些示例性实施例包括加速度计、陀螺仪、全球定位系统(GPS)接收器、雷达、激光雷达、接近检测器、光学传感器等。例如，存储器26可以存储无人机12的预编程的飞行路径，控制器24可以使用来自一个或多个位置和/或方向传感器30的位置数据并通过操纵螺旋桨18的速度来遵循该路径。

旋转喷雾器14优选地由无人机12的机身16支撑，以便与其一起移动。旋转喷雾器14可包括旋转钟形杯32或类似的旋转分配结构，由马达(未示出)驱动，从而以空心锥形喷洒34的形式排放表面处理材料(例如涂料)。旋转喷雾器和喷雾钟形杯在本领域是众所周知的；例如，在美国专利号7,056,387；8,851,397；8,973,848；9,375,734；9,970,481和10,413,921中示出和描述了这种装置的示例，其中每一项专利的全部内容均通过引用的方式而并入本文。旋转喷雾器可用于分配基于液体或基于粉末的表面处理材料。然而，在一些实施例中，旋转喷雾器14可以由粉末应用器代替，例如在汽车的装配线中众所周知的那样。这种粉末应用器可以包括分配结构(未显示)，用于将粉末材料分配到相关表面。为了简单起见，下面的实施例利用旋转喷雾器14来分配材料，但可以理解的是，在适当的情况下可以用粉末应用器来代替。

在图1中，旋转喷雾器14经由在竖直向下的方向上延伸的壳体15安装至机身16。旋转喷雾器14相对于壳体15的竖直延伸方向呈钝角，从而使锥形喷洒34沿部分水平的方向行进。然而，旋转喷雾器14可以根据需要相对于壳体15调整方向。例如，旋转喷雾器14可以与壳体15竖直对齐(例如，见图3)，以允许进行主要在竖直方向的分配。在其他实施例中，旋转喷雾器14可以相对于壳体15成直角或锐角。在另一些实施例中，壳体15本身可以水平朝向、竖直向上，或相对于机身16呈水平或竖直之间的角度，旋转喷雾器14在必要时相对于壳体15呈上述任何位置。在其他的实施例中，可以省略壳体15，旋转喷雾器14可以以适当方向直接固定安装至机身16。可以进一步设想，旋转喷雾器14可以通过可枢转或可旋转的连接(未显示)安装到壳体15或机身16上，以允许旋转喷雾器14相对于壳体15和/或机身16的方向发生改变。同样，壳体15可以通过可枢转或可旋转的连接(未示出)与机身16连接，以进行对喷洒34方向的类似的改变。在这种情况下，对方向的改变可以在系统10不工作时手动实现，也可以由控制器24在不活动期间或在工作期间执行。控制器24引起的改变可以响应于用户命令、预编程模式，或者响应于来自位置/方向传感器30的数据或表明需要改变的其他反馈而进行。

旋转喷雾器14可以与材料供应器36连接，该材料供应器提供由旋转喷雾器14分配的表面处理材料。在一个实施例中，材料供应器36可以是由无人机12的机身16携带的供应罐或类似的容器。材料供应罐36可以可拆卸地附接到机身16，例如通过螺纹或卡扣连接，通过卡箍或其他类型的机械紧固件，或类似的方式。优选的是，该联接允许快速和自动的连接和断开，这样无人机12可以在操作过程中自行丢弃和拿起新的材料供应罐36，例如从对接站62或供应站64(图4)或类似的地方。在其他实施例中，材料供应器36可以是永久地附接到机身16或包含在机身16内的容器(如内部腔室)，并且可以重新填充，例如，通过阀式端口(未示出)或类似端口。可以提供材料供给管(未显示)，其一端浸没在材料供应器36内，以便将表面处理材料输送到旋转喷雾器14。任何被认为是将表面处理材料吸入材料供给管中所需的用具(例如，泵、真空器或类似设备，未示出)优选地配置在机身16或其他连接部件(例如，壳体15)内。在带系绳的实施例中(下文讨论)，材料供应器36可以在无人机12的机外，表面处理材料可以通过系绳60(图4)中的管线输送到旋转喷雾器14。

在一些操作中，由旋转喷雾器14分配的表面处理材料可以定期地改变。例如，当旋转喷雾器14被用于喷涂时，可能需要改变涂料的颜色。为了防止在这种情况下的交叉污染，钟形杯32、旋转喷雾器14和/或与材料供应器36有关的其他用具可以被清洁。在无人机12能够更换材料供应罐36的实施例中，无人机12可以临时连接含有溶剂或压缩空气的罐(未示出)，该溶剂或压缩空气可以用来冲洗在正常操作期间暴露于先前的表面处理材料的各种部件。其他选择包括将材料供应器36或与喷雾有关的其他用具连接到压缩空气和/或溶剂的来源(未显示)。在带系绳的实施例中(下文讨论)，清洁操作可以在机外启动，溶剂和/或压缩空气可以通过系绳60(图4)中的管线供应到旋转喷雾器14。

旋转喷雾器14可以进一步与一个或多个空气供应器38连接，其中旋转喷雾器14可以使用供应的空气来塑造喷洒34和/或操作旋转喷雾器14的一个或多个内部部件(例如，阀、轴承、涡轮机或类似部件)。在一些实施例中，空气供应器38可包括无人机12携带的机载压缩机(未显示)，以吸入环境空气并对环境空气加压。在其他实施例中，机身16可以包括气体腔室，或与一气体罐(未显示)或类似的含有加压气体的容器相连接。与上面的材料供应器36类似，这样的实施例将需要定期更换或重新填充空气供应器38。在带系绳的实施例中(下文讨论)，空气供应器38可以在无人机12的机外，而且通过系绳60(图4)中的管线输送到旋转喷雾器14。

旋转喷雾器14可进一步被配置为静电操作，其中高电压(例如，高达约100千伏或类似的电压)被施加到旋转喷雾器14的各种金属部件，其中可包括钟形杯32。这种高电压可以直接由电源44(下文将进一步详细描述)供应，也可以由旋转喷雾器14的内部电路(未显示)产生，该内部电路放大了接收的低电压信号。

旋转喷雾器以优选地约数万RPM或更高的速度操作，以便提供被分配的表面处理材料的适当的液滴尺寸和流率。基于这些要求，预计旋转喷雾器14的操作可能会对无人机12的机身16施加很大的扭矩，从而破坏无人机12的平衡和飞行路径。因此，在一些实施例中，可能适合为系统10提供扭矩抵消器40，以抵消旋转喷雾器14产生的扭矩，并在旋转喷雾器14运行时平衡无人机12。扭矩抵消器40可操作性地连接到控制器24，使得扭矩抵消器40仅在旋转喷雾器14操作期间有效，并且可适当地补偿旋转喷雾器14的斜升或斜降速度。

作为一个示例，扭矩抵消器40可以包括额外的旋转件(未示出)，该旋转件安装在机身16上(例如，直接安装在机身16上或经由附接的臂或类似物)，并且具有相对于旋转喷雾器14的钟形杯32的旋转轴线垂直地定向的旋转轴线。工作原理很像直升机的原理。附加旋转件形式的扭矩抵消器40可以以一定的速度旋转，控制器24可以根据当前旋转喷雾器14的速度和方向、材料供应器36中存在的表面处理材料的体积、螺旋桨18的速度以及其他可能影响无人机12平衡的类似条件来改变该速度。控制器24可以使用来自一个或多个位置/方向传感器30的数据、来自存储器26的数据(例如，飞行计划信息或类似物)、已知的螺旋桨速度或类似数据来相应地调整扭矩抵消器40的变量。在旋转喷雾器14的钟形杯32的旋转轴线方向可以改变的范围内，扭矩抵消器40优选地还包括与机身16的可枢转或可旋转的连接(未显示)，以允许对扭矩抵消器40的旋转轴线进行补偿性改变。这种调整优选地由控制器24进行，尽管也可以进行手动调整。在可对旋转喷雾器14进行手动调整的情况下，连接装置(未示出)可连接旋转喷雾器14和附加旋转件40，从而使旋转喷雾器14位置的变化可自动转换到附加旋转件40上，防止手动对齐的错误。

在另一个示例中，扭矩抵消器40可以包括安装在机身16上的一个或多个空气喷射推进器(未示出)，并且该一个或多个空气喷射推进器被配置为在与旋转喷雾器14的钟形杯32的旋转相同的方向上发射压缩空气，并且发射的压缩空气的量足以提供推力以抵消来自旋转喷雾器14的钟形杯32在机身16上的旋转的反作用扭矩。推进器的空气可来自旋转喷雾器14的空气供应器38，或来自单独的供应管线或压缩机装置(未显示)。与上面描述的扭矩旋转件的示例类似，空气喷射推进器形式的扭矩抵消器40可以允许输出调整，以针对影响无人机12平衡的参数，还允许对每个推进器的方向调整，以针对旋转喷雾器14的方向变化。这种调整最好是由控制器24进行，尽管也可以进行手动调整。

在另一个示例中，扭矩抵消器40可以通过倾斜或控制螺旋桨18来提供，以便抵消旋转喷雾器14的钟形杯32的旋转的扭矩效应。例如，螺旋桨18可以被设置在由机身16支撑的可枢转或可旋转的安装件上(未显示)，这样当旋转喷雾器14工作时，控制器24可以将螺旋桨18的角度调整到平衡扭矩的方向。根据旋转喷雾器14的旋转轴线的角度和其他配置，同样可以通过螺旋桨18的马达的速度控制来完成。

系统10可进一步包括一个或多个相机42，其可安装在机身16上或在机身16内，或附接在机身16上，并且其可操作性地连接到控制器24。一个或多个相机42可以被配置为捕获可见光、红外线或紫外线波长中至少一个的图像和/或视频。一个或多个相机42可以用来，例如，监测飞行路径，监测设备状态和/或功能，检查目标，探测障碍物，或类似的功能。每个相机42可以有自己的指定功能，或者多个相机42可以为同一目的合作。

控制器24可以从一个或多个相机42接收数据以进行分析、转换、存储和/或报告。例如，控制器24可以包括软件或其他编程，实现物体识别或其他类型的图像分析。有了所得到的分析数据，作为响应，控制器24可优选地能够控制系统10的其他方面，例如通过改变飞行路径，打开或关闭旋转喷雾器14，或类似的功能。作为一个特定的示例，当系统10的实施例被用于喷涂时，一个或多个相机42可以用来帮助识别目标上需要喷涂的区域，和/或可以用来识别目标上需要进行重新涂抹或其他类型修正的缺陷。然后，控制器24可以在分析捕获的图像后，更新无人机12的飞行路径，并啮合旋转喷雾器14，以将涂料应用到受影响的区域。图像和/或视频也可以存储在存储器26中和/或经由通信模块28发送至外部设备，以便进一步评估。作为一个示例，当上述喷涂实施例中的相机42检测到表面的缺陷时，控制器24可以向生产线外部报告该缺陷。这可能会暂时导致生产线的停止，以允许在继续前进之前由系统10纠正该缺陷。

系统10可进一步包括用于向系统10的部件中的一个或多个提供电力的电源44，这些部件例如包括控制器24、旋转喷雾器14、螺旋桨马达20、存储器26、通信模块28、位置/方向传感器30、扭矩抵消器40和/或相机42。在一些实施例中，来自电源44的电力可由控制器24根据需要分配给系统10的各种部件。在其他一些实施例中，系统10的各种部件可以直接连接到电源44，控制器24被配置为操作性地操纵开关(未显示)，以选择性地打开或关闭所述各种部件。在其他实施例中，系统10的各个部件可以包括它们自己的独立电源(未显示)。上述情况的组合也是可能存在的。

电源44优选为一个或多个机载可充电电池，例如锂聚合物(LiPo)电池、锂聚合物高压(LiHV)电池等，该电池可以被携带在无人机12的机身16上和/或在机身16内。电源44或机身16可以包括一个或多个电触头(未显示)，以便在连接到外部充电器(未显示)时对电源44进行充电。例如，无人机12可以在不使用时降落在具有再充电能力的对接站62(图4)中，无人机12可以具有用于连接到独立充电器(未示出)的充电端口(未示出)，电源44可以从机身16中移除以允许再充电，等等。在一些实施例中，机身16可以包括用于电源44的快速释放接片，这样，当无人机12，例如，坐落在对接站62时，电源44可以容易地自动附接或分离。在一些实施例中，机身16可以包括两个冗余端口(未示出)，以便在将耗尽的电池44留在对接站62之前，可以将新的电池44附接到无人机12上。

在有系绳的版本中，电源44可以是被配置为接收通过系绳60(图4)馈送的电源电缆(未示出)的插座或类似物(未示出)，其中该电源电缆携带主电压或一些其他有条件的电信号以用于给系统10的各种部件供电。在一些实施例中，系统10可以提供选择，以根据操作条件、电源可用性等选择性地利用电池或插座作为电源44。在其他实施例中，电源44可以包括电池和插座，以在操作期间分别为系统10的不同部件供电。例如，电池可以为螺旋桨马达20、控制器24、存储器26、通信模块28、位置/方向传感器30、扭矩抵消器40和/或相机42供电，而插座可以接收高压电缆，以实现旋转喷雾器14的静电操作。在保持本发明的精神和范围内，也可以利用其他组合和选项。

参照图3，示出了示例性装配线50的一部分，该装配线50移动待喷涂的物体52，例如至少一个机动车车身部件。该至少一个机动车车身部件可以是，例如，车顶、引擎盖、后备箱盖、车门、挡泥板、仪表盘、格栅、镜子壳体等中的至少一个。在图3所示的示例中，几个车身部件(例如，车顶、引擎盖、车门等)先前已被装配在一起成为机身总成52，用于喷涂。然而，机动车车身部件可以根据需要，在与机动车的其他部分装配之前或之后单独喷涂。

在本实施例中，利用多个基于无人机的表面处理材料(在本例中为涂料)输送系统10来对机身总成52进行喷涂。每个无人机12可与其他无人机协同工作以喷涂整个车机身总成52，类似于在传统装配线中使用多个机器人手臂的方式。每个无人机12可以沿着预先编程的路径飞行，为车机身总成52的不同部分喷涂，这可以在装配线50移动时进行，也可以定期停止。在图3的特定示例中，基于无人机的涂料输送系统10中的两个的各自的旋转喷雾器14被配置成竖直向下的方向，这对于将涂料应用到机身总成52的总体上水平放置的表面(例如车顶、引擎盖、后备箱等)是有用的。基于无人机的涂料输送系统10中的第三个具有如图1所示的旋转喷雾器14的朝向。这使得第三无人机12可以将涂料应用到机身总成52的总体上竖直方向的表面上，如车门、挡泥板等，同时飞得更低以避免与其他无人机12的飞行路径冲突。当然，图3中所示的布置只是示例性的，可以利用任何数量的基于无人机的涂料输送系统10，其旋转喷雾器14的方向角度允许在物体52上获得所需的喷涂效果。此外，如果适用的话，一个或多个基于无人机的涂料输送系统10可以用其旋转喷雾器14代替粉末应用器。

图4示出了系统10的有系绳的版本的示例，其中无人机12通过系绳60连接到供应站64。如上文所解释，供应站64可以是永久的或移动的设施，能够向无人机12供应表面处理材料、空气、电力等中的一个或多个。例如，供应站64可以包括表面处理材料的一个或多个容器(未显示)，该表面处理材料可以经由系绳60内的供应线(未显示)提供给旋转喷雾器14。如上所述，系绳60可进一步包括数据线缆(未示出)，以允许无人机12和供应站64之间的通信。系绳60应该有一定的长度，允许无人机12按照其预期的飞行计划进行而不被系绳60所干扰。例如，当无人机12到达离供应站64的最远的预期行进点时，系绳60可以包括几英尺的松弛部分。

如上所述，对接站62可以被提供，并在无人机12被对接时具有再充电能力。因此，对接站62应具有适合接收无人机12的几何形状，其配置允许轻松访问任何电源端口或用于丢弃和接收电池。对接站62可以包括锁(未显示)，以将无人机12保持在对接站62中直到使用被授权。该锁可以是电子操作的，例如通过触摸板、键盘等操作，或者是例如可以经由外部设备66访问的。如果无人机12的对接能自动啮合该锁，则是更有用的。在其他实施例中，该锁可以是必须由操作者在物理上打开和关闭的手动锁，例如，通过钥匙、旋转锁或类似物。

虽然在图4中示出为与对接站62是分开的，但供应站64可以与对接站62连接或形成对接站62的一部分，反之亦然。

图4还示出了系统10和其他设备之间的潜在通信路径的一些示例。虽然在图4中描述了与有系绳的实施例有关的情况，但本领域的技术人员理解，图4中所示的通信路径也可用于无系绳的无人机12。

例如，无人机12可以经由机载通信模块28与外部设备66进行通信，其范围可以从简单的远程控制设备到先进的计算机。在图4的示例中，无人机12被示出与外部设备66直接无线通信，通过该连接，外部设备66可以向无人机12发送控制命令(例如，飞行路径实施/改变，开启或关闭各种系统部件(例如，旋转喷雾器14或类似物)，等等)。此外，无人机12可以向外部设备66发送回数据，例如来自位置/方向传感器30的信息，材料供应器36、空气供应器38、电源44或类似物的水平信息，来自相机42的图像，错误信息等，以便进一步分析。

在一些实施例中，可以想到外部设备66的功能可以作为对接站62和/或供应站64的一部分被纳入。在此类实施例的有系绳的版本中，与无人机12的通信可以通过系绳60中的通信线(未示出)来促进，尽管在有系绳的版本中也可以使用无线通信。当外部设备66与对接站62和/或供应站64分开时，外部设备66可以被配置为不仅与无人机12通信，而且与对接站62和/或供应站64通信。例如，外部设备66可以向供应站64发送命令，以改变为不同的表面处理材料，启动清洁，或类似命令。数据也可以从对接站62和/或供应站64与外部设备66共享。例如，供应站64可以报告来自材料供应器36的材料水平，或类似情况。在一些实施例中，外部设备66可以与无人机12进行无线通信，但是可以具有与对接站62和/或供应站64的有线连接(未示出)。

外部设备66可以进一步促进无人机12与对接站62和/或供应站64之间的通信。例如，无人机12可以使用外部设备66作为中介向供应站64发送数据或控制命令。然而，在其他实施例中，无人机12可以直接(未示出)与对接站62和/或供应站64通信。

还可以通过更传统的网络68建立通信，例如局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网或类似的网络，其可以允许无人机12与远程外部设备70(即，可能不在与无人机12相同的空间中实际存在的设备)通信。远程外部设备70可以类似于上述的外部设备66，例如，远程外部设备70可以向无人机12发出控制命令和/或从无人机12接收数据以进一步分析。在一些实施例中，无人机12可以与外部设备66和远程外部设备70都进行通信。与外部设备66一样，虽然在图4中没有图示，但远程外部设备70也可以通过网络68与对接站62和/或供应站64通信。进一步可能的是，远程外部设备70可以通过网络68与一个部件通信，并使用该部件与其他部件进行本地通信。例如，在图4中，远程外部设备70通过网络68与无人机12进行通信，并且可以利用无人机12向对接站62和/或供应站64发送控制命令，或从其接收数据。可以进一步设想，当使用外部设备66和远程外部设备70这二者时，这两个部件可以通过网络68彼此通信。

尽管在图4中未示出，但还可以设想，即使是在近距离内的各种部件也可以经由网络68通信而不是直接与彼此通信。例如，无人机12可以通过网络68与外部设备66、对接站62或供应站64中的一个或任何一个互动。进一步预想的是，网络68可以包括多个网络，这些网络可以为冗余目的和/或促进不同的功能而提供。例如，可以采用本地网络以允许无人机12与外部设备66、对接站62和/或供应站64进行通信，而可以同时部署更广域的网络以允许部件中的一个或多个与远程外部设备70进行通信。

虽然在附图中已经示出了具体和不同的实施例，但是来自不同实施例的各种单独的元件或元件的组合可以相互结合，同时符合本发明的精神和范围。因此，此处仅就一个实施例描述的单个特征不应理解为与此处描述的其他实施例或本发明所包含的其他实施例不相容。

本领域的技术人员将理解，在不脱离其广泛的发明概念的情况下，可以对上述实施例进行改变。因此，可以理解的是，本发明不限于所披露的特定实施例，而是旨在涵盖由所附权利要求书定义的本发明的精神和范围内的修改。

Claims (20)

1.一种基于无人机的自动化表面处理材料输送系统，包括：

无人机，所述无人机包括：

机身，

至少一个螺旋桨，所述至少一个螺旋桨由所述机身可旋转地支撑，

至少一个螺旋桨马达，所述至少一个螺旋桨马达由所述机身支撑，并且所述至少一个螺旋桨马达被配置为选择性地对所述至少一个螺旋桨施加动力，以及

控制器，所述控制器由所述机身支撑，并且所述控制器被配置为至少通过操纵所述至少一个螺旋桨的速度来控制所述无人机的飞行路径；以及

旋转喷雾器，所述旋转喷雾器由所述机身支撑以与所述机身一起移动，并且所述旋转喷雾器包括旋转的分配结构，所述旋转的分配结构被配置为分配来自材料供应器的表面处理材料。

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括相机，所述相机被设置在所述机身上或所述机身内并操作性地连接到所述控制器。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述控制器被配置为接收和分析来自所述相机的图像或视频数据。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述控制器被配置为响应于对来自所述相机的所述图像或视频数据的分析而改变所述无人机的所述飞行路径。

5.根据权利要求1所述的系统，进一步包括系绳，所述系绳将所述机身连接到外部供应站。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述材料供应器被设置在所述外部供应站内，并且所述材料通过所述系绳从所述外部供应站被供应给所述旋转喷雾器。

7.根据权利要求5所述的系统，所述机身包括插座，而且电力由所述外部供应站通过所述系绳被提供给所述插座。

8.根据权利要求5所述的系统，其中所述外部供应站包括空气供应器，所述空气供应器被配置为向所述旋转喷雾器提供空气，所述空气由所述外部供应站通过所述系绳供应给所述旋转喷雾器。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述无人机进一步包括扭矩抵消器，所述扭矩抵消器安装在所述机身上，并且所述扭矩抵消器被配置为平衡所述无人机，对抗所述旋转喷雾器的所述旋转的分配结构的旋转产生的扭矩。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述扭矩抵消器是以下之一：

(a)旋转件，所述旋转件具有旋转轴线，所述旋转轴线相对于所述旋转喷雾器的所述旋转的分配结构的旋转轴线垂直定向，或者

(b)一个或多个空气喷射推进器，所述一个或多个空气喷射推进器被配置为在与所述旋转喷雾器的所述旋转的分配结构的旋转相同的方向上发射空气。

11.根据权利要求1所述的系统，其中所述材料供应器是由所述机身携带的容器。

12.根据权利要求11所述的系统，其中所述容器可拆卸地附接到所述机身。

13.根据权利要求1所述的系统，进一步包括一个或多个位置和/或方向传感器，所述一个或多个位置和/或方向传感器由所述机身支撑并操作性地连接到所述控制器。

14.根据权利要求13所述的系统，进一步包括存储器，所述存储器被配置为存储可由所述控制器执行的所述无人机的预编程飞行路径，并且其中所述一个或多个位置和/或方向传感器向所述控制器提供所述无人机的位置数据。

15.根据权利要求1所述的系统，进一步包括壳体，所述壳体安装至所述机身并接纳所述旋转喷雾器。

16.根据权利要求1所述的系统，进一步包括空气供应器，所述空气供应器由所述机身支撑并与所述旋转喷雾器连接。

17.一种操作装配线的方法，所述方法包括：

沿着所述装配线移动待喷涂的至少一个机动车车身部件；以及

在所述至少一个机动车车身部件被定位在所述装配线上时，使用一个或多个基于无人机的自动化涂料输送系统对所述至少一个机动车车身部件的至少一个表面进行喷涂，所述基于无人机的自动化涂料输送系统中的每一个包括：

无人机，所述无人机具有：

机身，

至少一个螺旋桨，所述至少一个螺旋桨由所述机身可旋转地支撑，

至少一个螺旋桨马达，所述至少一个螺旋桨马达由所述机身支撑，所述至少一个螺旋桨马达选择性地对所述至少一个螺旋桨施加动力，以及

控制器，所述控制器由所述机身支撑，并且所述控制器通过操纵所述至少一个螺旋桨的速度来控制所述无人机的飞行路径；以及

旋转喷雾器或粉末应用器中的一个，所述旋转喷雾器或粉末应用器由所述机身支撑以与所述机身一起移动，并且包括分配结构，所述分配结构将涂料从涂料供应器向所述至少一个机动车车身部件的所述至少一个表面分配。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述基于无人机的自动化涂料输送系统中的每一个包括旋转喷雾器，并且所述分配结构是旋转的分配结构。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述涂料是水性涂料、溶剂型涂料或粉末涂料中的一种。

20.根据权利要求17所述的方法，所述至少一个机动车车身部件是车顶、引擎盖、后备箱盖、车门、挡泥板、仪表盘、格栅或镜子壳体中的至少一个。