使用无人飞行器维修结构的制作方法

本公开总体上涉及对结构的检查和维修。特别是，本公开涉及使用无人飞行器(uav)来对无法接近或接近受限的结构进行在役(in-service)维修。

背景技术：

于个体来说，大型结构和不同类型的大型物体的基于人的在役维修可能是耗时、昂贵和困难的。造成重大维修挑战的大型结构的示例包括风力涡轮机叶片、飞行器机身和机翼、火箭和卫星、储存罐、桥梁、大坝、防洪堤、发电厂、电力线或电力网、水处理设施；炼油厂、化学加工厂、高层建筑以及与电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他地方采用的材料和结构可能需要周期性地针对在役损坏进行维修。为了减少停机时间，飞行器的快速检查和维修对于军事和商业应用是重要的。例如，复合结构的使用在商用飞行器上越来越普遍。复合材料可能在使用过程中受损。这种在役损坏的示例包括雷击、由于冰雹引起的冲击损坏、跑道碎片(物体损坏)或与地面支援车辆的碰撞。

在对结构的检查确定该结构应进行维修(诸如以解决在检查期间识别出的结构异常)的实例中，维修应及时地执行，以使得该结构可以立即返回服务。例如，在即将起飞之前可能在机场货仓门处发现损坏。根据损坏的程度，可提供临时或永久的维修。这些可以是非结构性的(例如密封表面使得水分不会进入)或结构性的(针对该区域恢复一定水平的强度)。用于维修大多数在役飞行器(复合材料或金属)上的冲击、分层、刮痕、裂缝、烧伤或撕裂的当前方法是使用人工劳动、利用升降机或支架、安全背带等。对于微小或临时的维修，这导致不必要的工作延迟、暴露于潜在的安全条件下以及使飞行器返回飞行的成本。在中断期间进行维修和收入损失的接近成本、劳动成本和相关时间的成本可能过大。如果维修设备不可用或者如果维修可能是大范围的，则可能取消飞行。飞行器可能要着陆并且停止服务以运送或拖曳到维护基地，从而对飞行器运营商产生显著的经济影响。

需要用于在计划结构维护检查之后或在可能已经造成损坏(例如，雷击、物理冲击、鸟类撞击)的事件之后对大型复合结构(例如，飞行器和风力涡轮机叶片)进行快速维修并返回服务的自动化设备。

技术实现要素：

下面详细公开的主题涉及使用无人飞行器(uav)进行维修工作的方法和设备。通过给uav配备用于快速维修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)的工具来实现方法。根据下文公开的各种实施方式，uav可以配备有包括添加维修工具的易附接/可拆装模块。如本文所使用的，术语“添加维修工具”是指被配置成向材料体添加材料的工具。例如，添加维修工具可以被配置成将密封剂或液体形式的其他涂敷材料施加到结构或物体的表面上的损坏部位(例如，通过将液体喷洒或将填充有液体的胶囊喷射到表面上)。在另选实施方式中，添加维修工具被配置成将胶带粘附到损坏部位。

尽管下文将详细描述使用配备工具的uav维修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更多个可以通过以下方面中的一个或更多个来表征。

下文详细公开的主题的一个方面是一种设备，该设备包括无人飞行器和联接至无人飞行器的喷涂维修模块。该无人飞行器包括机身框架、安装于该机身框架上的多个旋翼电机、以及与多个旋翼电机中的各旋翼电机分别在工作上联接的多个旋翼。喷涂维修模块包括：联接至无人飞行器的框架的罩(hood)；包含液态的密封剂或涂敷材料的加压储存罐；与该加压储存罐流体连通的阀；以及与阀流体连通的喷嘴。该喷嘴被配置和定位成遍及结构表面上的被该罩覆盖的区域分配密封剂或涂敷材料。

下文详细公开的主题的另一方面是一种用于密封或涂敷表面的方法，该方法包括：(a)将包括罩和喷射器的喷涂维修模块联接至无人飞行器；(b)使无人飞行器飞行至结构表面上罩覆盖区域的位置；以及(c)使用喷射器在被罩覆盖的区域的至少一部分上喷射密封材料或涂敷材料。根据一个实施方式，该方法还包括：(d)在步骤(b)之后且在步骤(c)之前，使罩密封住结构的表面；以及(e)在步骤(d)之后且在步骤(c)之前，部分地抽空罩下方的一定容积的空间。

下文详细公开的主题的另一方面是一种设备，该设备包括无人飞行器和联接至该无人飞行器的施用头。无人飞行器包括：机身框架；安装于机身框架上的多个旋翼电机；以及在工作上联接至多个旋翼电机的各个旋翼电机的多个旋翼。施用头包括：壳体；供带轴，该供带轴可旋转地联接至壳体，并且使胶带的在一侧上具有具有压敏粘合剂的第一部分和离型膜的第一部分绕该供带轴卷绕；施用辊，其可旋转地联接到壳体，并且具有与胶带的第二部分接触的柔顺且透气的外表面；以及卷带轴，该卷带轴可旋转地联接至壳体，并且使离型膜的第二部分绕卷带轴卷绕。施用辊和卷带轴形成辊隙，在辊隙处胶带的第二部分和离型膜的第二部分相接触。

下文详细公开的主题的又一方面是一种使用无人飞行器维修结构的表面区域的方法，该方法包括：(a)将包括施用辊的施用头联接至无人飞行器；(b)将胶带的在一侧具有压敏粘合剂的一部分粘附到施用辊的外表面；(c)将该无人飞行器飞行到一个位置，粘附到施用辊的外表面上的胶带部分上的压敏粘合剂在该位置接触结构的表面；以及(d)移动施用头，使得施用辊以足够的压力将胶带的增量部分辊压在结构的表面上，使得胶带的增量部分上的压敏粘合剂粘附到该表面上。

下文详细公开的主题的另一方面是一种设备，该设备包括无人飞行器以及联接至该无人飞行器的发射器模块。无人飞行器包括：机身框架；安装于该机身框架上的多个旋翼电机；以及在工作上联接至多个旋翼电机中的各个旋翼电机的多个旋翼。发射器模块包括：内环，该内环安装于无人飞行器的框架上；以及可旋转的发射器组件，该发射器组件包括可旋转地联接至内环的外环以及安装到该外环上的发射器。该发射器包括发射器筒和发射机构，该发射机构被定位和配置成推动液体或凝胶填充胶囊(在下文中“填充有液体的胶囊”)通过发射器筒。

根据前一段落中描述的设备的一个实施方式，该发射器模块还包括：固定地联接至外环的发射器俯仰控制电机；以及用于将外环机械地联接至发射器俯仰控制电机以使得该发射器俯仰控制电机能够驱动该外环相对于该内环旋转的装置。该发射器和发射器俯仰控制电机被布置在该外环上的直径上相对的角位置处。根据一个提出的实现方式，该可旋转的发射器子组件还包括反冲补偿子系统，该反冲补偿子系统被固定地联接到该外环上并且在工作上联接到发射器筒上。

下文详细公开的主题的又一方面是一种使用无人飞行器密封或涂敷结构的表面区域的方法，该方法包括：(a)将发射器模块联接至无人飞行器，其中发射器模块被配置成发射填充有液体的胶囊；(b)将无人飞行器飞行至结构的表面附近；以及(c)发射填充有液体的胶囊撞击在该结构的表面上。

下面公开使用配备工具的uav维修结构或物体的方法和设备的其他方面。

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他实施方式中组合。为了说明上述和其他方面的目的，在下文中将参照附图来描述各种实施方式。在本节中简要描述的图中没有一个是按比例绘制的。

图1a和图1b形成标识根据一些实施方式使用一个或更多个uav检查和维修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载有有效载荷(payload)的无人飞行器的侧视图的图。

图2a是表示图2所示的载有有效载荷的uav在着陆在具有圆形表面的结构(诸如飞行器机身或储存罐)上之后的侧视图的图。

图2b是表示图2所示的载有有效载荷的uav在着陆在翼形体(如飞行器机翼或风力涡轮机叶片)上之后的侧视图的图。

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，该可枢转臂用于在运输有效载荷和将有效载荷放置在可维修结构的表面上的过程期间在相继的阶段承载有效载荷。

图4是表示根据一个实施方式的被配置成执行密封或涂敷功能的喷涂维修模块的侧视图的图，该喷涂维修模块可以是由图2和图3a中所描绘的类型中的一种类型的uav或具有不同设计的类型的uav承载的有效载荷。

图4a和图4b是标识图4中所描绘的用于喷射密封剂或其他涂敷材料的罩盖系统的部件的框图。

图5、图6和图7是表示根据第一、第二和第三实施方式的相应的辊式胶带施用器的一些部件(壁被移除以示出内部部件)的侧视图的图。各辊式胶带施用器可以是由图2和图3a所描绘的类型的uav或具有不同设计的类型的uav承载的有效载荷。

图8是表示根据一个实施方式的摇动胶带施用器的一个部件的侧视图的图。

图9是表示根据一个实施方式的模块式填充有液体的胶囊发射器系统的一些部件的侧视图的图。该模块被示出为安装到uav机体框架上(该uav的其他部件未示出)。

图10是表示根据另一个实施方式的具有反冲补偿子系统的模块式填充有液体的胶囊发射器系统的一些部件的侧视图的图。该模块被示出为安装到uav机体框架上(该uav的其他部件未示出)。

图11a至图11c是分别表示具有单筒和单个胶囊储存器的模块式填充有液体的胶囊发射器系统的侧视图、前视图和俯视图的图。

图12a至图12c是分别表示安装有在图11a至图11c中描绘的模块式填充有液体的胶囊发射器系统的uav的俯视图、侧视图和前视图的图。

图13a至图13d是表示在图11a中描绘的模块式填充有液体的胶囊发射器系统(省略了加压储气罐)在围绕配备发射器的uav的俯仰轴线枢转期间的相继的阶段的对应侧视图的图。

图14是表示在图12a至图12c中描绘的配备发射器的uav的侧视图的图，该uav在一个安全距离处并且在连续发射胶囊之后现在接近目标物体的表面的瞬间从该目标物体移开。

图15是表示图12a至图12c中所描绘的配备发射器的uav在相对于目标物体的不同位置处的侧视图，并且其中该发射器的筒以不同的俯仰角定向，而该uav的取向是不变的。

图16是标识根据一个实施方式的利用uav朝向接近受限的结构或物体的表面发射液体或凝胶填充胶囊的系统的一些部件的框图。

图17a和图17b是分别表示具有两个筒和两个储存器的模块式填充有液体的胶囊发射器系统的俯视图和前视图的图。

图18a是表示目标物体表面上的选定矩形覆盖区域内的模拟损坏的模拟鸟瞰图的图。

图18b是表示图18a中所描绘的模拟损坏的模拟鸟瞰图的图，其中由蛇形线指示根据一个实施方式的区域的材料覆盖的限定路径。

图19是标识自动控制从uav发射的胶囊以实现目标物体表面上的区域的材料覆盖的限定路径方法的步骤的流程图。

图20a是表示根据自适应瞄准方法的液体在目标物体表面上的选定矩形覆盖区域内的模拟损坏上的初始飞溅的模拟鸟瞰图的图。

图20b是表示在使用重复胶囊发射基本上已完全覆盖选定的矩形覆盖区域之后图20a中所描绘的模拟损坏的模拟鸟瞰图的图。

图21是标识使用图像处理来自动控制从uav发射的胶囊以实现目标物体表面上的区域的材料覆盖的自适应瞄准方法的步骤的流程图。

图22是标识根据一个实施方式的压缩气体发射系统的一些部件的框图。

图23是标识无人飞行器的一些部件的框图。

下文中将参照附图，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

为了说明的目的，现将详细描述使用配备工具的uav对结构或物体进行检查和维修的方法和设备。然而，在本说明书中未描述实际实现方式的所有特征。所属领域的技术人员将了解，在任何此实施方式的开发中，必须作出众多实施方式特定决策以实现开发者的特定目标，例如遵守系统相关和商业相关约束，其将随实施方式而变化。此外，应当理解，这样的开发努力可能是复杂且耗时的，但是尽管如此，对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说将是常规工作。

本文使用的术语“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维修任何数量的不同形状和尺寸的部件或结构(诸如机加工的锻件、铸件、管件或复合面板或部件)的系统和方法。此外，检查和维修的结构可包括不同部件，诸如用于对该结构提供附加支撑的子结构。此外，检查和维修的结构可以由多种材料中的任意一种制成。例如，检查和维修的结构可包括金属材料(诸如铝)或复合材料(诸如石墨环氧树脂)。特别地，检查和维修的结构可以是由复合材料制成的飞行器部件。

根据下文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。根据本文所公开的实现方式，各个旋翼具有两个在直径上相互对置的旋翼叶片。然而，在另选实施方式中，可以使用具有包括多于两个的旋翼叶片的uav。如本文所使用的，术语“旋翼”是指旋转装置，该旋转装置包括旋翼主轴、安装至旋翼主轴的一端的旋翼桨毂、以及从旋翼桨毂径向向外延伸的两个或更多个旋翼叶片。在本文所公开的实施方式中，旋翼主轴机械地联接至驱动电机(在下文中称为“旋翼电机”)的输出轴。旋翼电机驱动旋翼的旋转。如本文所使用的，术语“旋翼系统”是指多个部件的组合，这些部件至少包括多个旋翼以及控制器，该控制器被配置成控制旋翼转速以产生足够的气动升力来支撑该uav的重量以及足够的推力来抵消向前飞行中的气动阻力。本发明所公开的uav包括控制器，该控制器优选地采用多个旋翼电机控制器的形式，该旋翼电机控制器与机载计算机通信，该机载计算机被配置成协调旋翼的相应旋转。控制器被配置(例如，编程)成控制旋翼，以使无人飞行器沿着飞行路线飞行至无人飞行器接近或接触待检测维修结构表面的区域的位置。(如本文所使用的，术语“位置”包括在三维坐标系中的位置以及相对于该坐标系的取向。)

根据本文所提出的方法的各种实施方式，uav被配置成以使得诸如飞行器或风力涡轮机的大型结构能够在碰撞事故或发现潜在损坏之后迅速恢复服务的方式执行维修工作。根据一些实施方式，uav配备有用于收集信息(例如图像、扫描和三维(3-d)位置数据)的装置，信息可以指示异常的存在。

图1a和图1b形成使用一个或更多个uav检查和维修在役大型结构或物体的损坏部分的方法100的标识步骤的流程图。如下文将更详细说明的，uav的机载计算机被配置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。如本文所使用的，“照用(useasis)”阈值是指被指定用于在不需要维修的结构(例如，如果所指示的损坏小于或低“照用”阈值)与潜在地需要维修的结构(例如，如果所指示的损坏大于或高于“照用”阈值)之间进行划分的阈值。如本文所使用的，“远程维修”阈值是指被规定为在需要可以由uav执行的维修的结构(例如，如果所指示的损坏小于或低于“远程维修”阈值)与需要不是由uav执行的维修的结构(例如，如果所指示的损坏大于或高于“远程维修”阈值)之间进行划分的阈值。

参照图1a，在方法100的开始102处，在役结构正在运行，但是已到达用于计划在役检查的预定时间(步骤104)或者由于事故而指示或推测对在役结构有潜在损坏(步骤106)。例如，已检测到或怀疑物体撞击事件。

当维护操作中心调度配备有摄像头的uav以执行在役结构的视觉检查(步骤108)时，整个检查和维修过程开始。所分派的uav飞行至可能撞击区域(下文称为“关注区域”)附近，使用摄像头来获取关注区域的图像，并且随后将所获取的图像数据与第一“照用”阈值进行比较(步骤110)。然后将视觉检查和阈值处理的结果、成像区域的位置和其他数据记录在配备摄像头的uav机载的非暂时性有形计算机可读存储介质中(步骤112)。然后，配备摄像头的uav的机载计算机确定由图像数据指示的损坏是否高于第一“照用”阈值(步骤114)。在另选方案中，如果配备摄像头的uav还未配备ndi传感器单元，则配备摄像头的uav将表示视觉检查和阈值处理的结果的数据、表示成像区域的位置的数据以及其他数据无线传输至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“照用”阈值，那么照原样使用该结构(步骤116)并返回服务(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“照用”阈值，则将配备ndi传感器单元的uav(可以是与配备摄像头的uav相同的uav或单独的uav)飞行至ndi传感器单元在结构表面的潜在损坏区域(下文称为“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可以着陆在结构的表面上，然后使用ndi传感器单元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的机载计算机执行对ndi传感器数据的分析，该分析量化次表面损坏并且将所得的量化数据与各种预定阈值进行比较(步骤120)。然后将分析和阈值处理的结果、感测区域的位置和其他数据记录在配备ndi传感器的uav上的非暂时性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的机载计算机确定由ndi传感器数据指示的损坏是否高于第二“照用”阈值(步骤124)。在另选方案中，如果配备ndi传感器的uav还未配备维修工具，则配备ndi传感器的uav将表示分析和阈值处理的结果的数据、表示感测区域的位置的数据以及其他数据无线传输至维护操作中心，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“照用”阈值，那么照原样使用该结构(步骤116)并且返回至服务(图1b中的步骤140)。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“照用”阈值，则配备有ndi传感器的uav的机载计算机确定由ndi传感器数据指示的损坏是否低于“远程维修”阈值(步骤126)。在另选方案中，如果配备ndi传感器的uav还未配备维修工具，则维护操作中心具有被编程为执行步骤126中的确定的计算机。

取决于步骤122的结果(图1a中所示)，该过程可以根据远程或启用uav的维修程序或需要人工干预的人工维修程序来进行，这两者的步骤均在图1b中标识。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“远程维修”阈值，则配备维修工具的uav(其可以是与配备摄像头的uav相同的uav或单独的uav)飞行至维修工具被放置成与待维修区域中的结构接触的位置。当配备维修工具的uav静止时，使用维修工具维修损坏区域(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“远程维修”阈值，则配备ndi传感器的uav无线发送消息，通知维护操作中心该结构需要人直接接近(directhumanaccess)以更深入或复杂地维修损坏的结构(图1b中的步骤134)。在后一种情况下，不进行启用uav的维修。

仍参照图1b，在步骤128中完成启用uav的维修之后，使用配备摄像头或ndi传感器单元的uav(其可以是与上述配备摄像头或ndi传感器的uav相同的uav或单独的uav)进行检查以验证经维修的结构是否能胜任服务(步骤130)。检查的结果存储在该检查uav上的非暂时性有形计算机可读存储介质中，并且该uav将报告维修完成的消息无线发送至维护操作中心。然后确定维修是否被验证(步骤132)。一方面，如果维修未被验证，则维修过程返回到步骤128。另一方面，如果维修被验证，则经维修的结构返回到服务(步骤140)。

相反，在发出指示推荐通过不包括uav的方式进行维修(例如，人工维修)的通知之后，维护操作中心调度适当配备的技术员来对结构上的损坏区域进行维修(步骤134)。在步骤134中通过不包括uav的装置完成维修之后，还通过不包括uav的装置执行结构的维修部分的ndi或视觉检查(步骤136)。然后确定维修是否被验证(步骤138)。一方面，如果维修未被验证，则维修过程返回到步骤134。另一方面，如果维修被验证，则经维修的结构返回到服务(步骤140)。

现在将更详细地描述用于执行结构的表面上的损坏区域的维修(步骤128)的设备的各种实施方式。由uav携带的工具和工具支撑装置在本文中将被称为“有效载荷”。这种维修有效载荷可以固定地或可枢转地联接至该uav的机体框架，或者可以固定地联接至有效载荷支撑框架，该有效载荷支撑框架可枢转地联接至该uav机体框架。本文中公开的维修有效载荷中的一些被称为模块。如在本文中所使用的，术语“模块”是指一个可独立工作的单元，该单元可以附接到uav上并且包括被配置成使用维修物质执行维修功能的电子和机械部件的组件。例如，维修物质可以呈液体密封剂或涂敷材料(可选地封装的)或固体胶带或贴饰物的形式，以用于添加维修工作。

本文公开的uav包括控制器，该控制器优选地采取多个旋翼电机控制器的形式，该旋翼电机控制器与机载计算机系统通信，该机载计算机系统被配置成协调旋翼的相应旋转。控制器被配置(例如，被编程)为根据从跟踪uav相对于目标环境的位置的3d定位系统接收的飞行指导来控制旋翼。该uav的目标目的地是该uav的多个支架接触元件接触待维修的结构(以下称为“可维修结构”)的表面的位置。一旦支架接触元件与可维修结构的表面接触，控制器就启动表面附着装置(例如，真空附接装置)以使得uav在支架接触元件邻接表面的位置处保持静止。然后启动维修工具以执行维修工作。当维修过程完成时，uav释放表面附着装置并从表面升起，再次对旋翼的子集使用重新定向和速度变化。

图2所示的uav2承载有效载荷6，该有效载荷6包括一个或更多个用于在远程接近受限的结构的表面上执行维修功能的工具。根据下文详细描述的一些实施方式，该有效载荷6为维修模块，在uav2降落并将维修模块放置在接近受限的结构的可维修表面上之后，该维修模块可从uav2脱离。然后uav2可以起飞，将维修模块留在表面处以独立地执行维修工作。

如图2所示，uav2包括：uav机体框架4、安装于该uav机体框架4上的多个旋翼电机12以及分别与多个旋翼电机12在工作上联接的多个旋翼10。另外，该uav2包括有效载荷支撑框架8，该有效载荷支撑框架8通过万向节枢轴14可枢转地联接至uav机体框架4。该有效载荷支撑框架8包括多个(至少三个)支架支撑构件18。相应的支架接触脚16联接到各支架支撑构件18的远端。在一个所提出的实施方式中，支架接触脚16由柔顺(例如，弹性体)材料制成。支架支撑构件18和支架接触脚16形成支架系统，该支架系统将有效载荷6相对于被维修的表面保持在支架位置。

根据图2中所描绘的实施方式，支架接触脚16借助相应的枢轴19可枢转地联接到支架支撑构件18的远端。该可枢转的联接能够使这些支架接触脚16调整它们的取向，以使得这些脚平放在弯曲的表面上。图2a示出了在降落到具有表面9的目标物体1上之后的载有有效载荷的uav2，该表面9例如是飞行器机身的表面或储油罐的上表面。图2b示出了着陆在一个翼形体17(如飞行器机翼或风力涡轮机叶片)的表面9上之后的同一uav2。在两种情况下，各支架接触脚16都能够重新定向成平行于邻接区域中的平坦面或相对于表面9的切面。

图3a至图3d是表示具有可枢转臂3(在下文中“臂3”)的uav2的相应三维视图的图，该可枢转臂用于在运输有效载荷6并将其放置在可维修结构的表面9上的过程期间在相继的阶段承载有效载荷6。臂3借助枢轴5可枢转地联接至uav2的框架4，枢轴5由枢轴支撑框架4a支撑。支撑框架4a被附接至框架4或与框架4一体地形成。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分别具有已知的重量。控制臂3以将有效载荷6与表面9的一部分对准包含考虑一个或更多个参数来控制臂3。具体地，控制臂3的角位置可以基于臂长度、(枢轴5处的)支点、配重和有效载荷重量。基于这些因素控制臂3的角位置可以防止uav2在有效载荷6与表面9的待与该有效载荷6接触的部分对准时大幅俯仰或滚动。当uav2悬停在表面9附近时，通过调整该uav2的位置，可以调整枢轴5相对于该表面9的位置(位置和取向)，直到该有效载荷6落在该表面9上。在飞行过程中还可以调节臂3相对于uav2的uav机体框架4的角位置。

图3b描绘了当臂3被定向成总体上水平时朝向表面9飞行的uav2。改变臂3的角度可使用电机(图3a至图3d中未示出)或使用线性致动器(图3a至图3d中未示出)来实现，电机安装至枢轴支撑件4a并通过齿轮系(图3a至图3d中未示出)在工作上联接至臂3，线性致动器具有连接至枢轴支撑件4a的一端以及在位于距枢轴5一定距离处的点处连接至臂3的另一端。图3c描绘了有效载荷6平放在可维修结构的表面9上的阶段。图3d描绘了在图3c所描绘的状态下，有效载荷6脱离臂3后，uav2远离表面9飞行的阶段。脱离的有效载荷6可由于多个表面附接装置(图3a至图3d中未示出)所施加的附接力而保持附接到表面9，多个表面附接装置诸如用于铁磁结构的基于磁性的装置(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。

根据用于接近受限的结构或目标物体的启用uav的维修的方法的一个实施方式，图2或图3a所示类型的配备工具的uav朝向待维修结构飞行并着陆于一位置，使得有效载荷6(例如，维修模块或工具)覆盖或接近结构或物体表面上的损坏区域。然后，在uav2保持停放在表面9上并将维修模块或工具保持在适当位置的同时，启动维修模块或工具以执行维修工作。

根据另选实施方式，联接机构15是适于在飞行期间保持有效载荷6的快速断开机构(例如，快速断开夹头)。uav2可飞行至靠近损坏区域的位置，然后将有效载荷6置于结构或物体的表面。然后可启动有效载荷6(维修模块或工具)的表面附接装置，以将有效载荷6临时但牢固地附接至表面9，之后有效载荷6可从uav2脱离。uav2然后从表面9自由起飞，留下有效载荷6(维修模块或工具)以执行自动维修工作。

图2或图3a所描绘的载有有效载荷的uav2同样适用于维修许多各种不同的结构，包括(但不限于)飞行器、风力涡轮机叶片、储油罐、电力线、发电设施、电网、大坝、防洪堤、体育场、大型建筑物、桥梁、大型天线和望远镜、水处理设施、炼油厂、化学加工厂、高层建筑以及与电列车和单轨支撑结构相关联的基础设施。该系统还特别适合用于大型建筑物(如制造设施和仓库)内部。实际上，使用本文的系统可潜在地维修将难以、昂贵或太危险而无法由控制维修工具的人维修的任何结构。uav2携带的维修有效载荷的各种实施方式将在下面详细描述。

本发明提出了一种用于在远程或难以到达的位置处进行喷涂非结构或临时维修的方法。配备有可喷射介质的罐的uav密封具有复合材料或金属蒙皮的在役飞行器或风力涡轮机上的穿孔、孔、裂缝、坑、撕裂等，并且还根据需要填充凹部并且施加各种涂层。该方法利用uav的拓展使用，以减少与航空和其他行业中的维护活动相关的成本、时间和人体工程学问题。除了uav之外，机器人履带、机器人臂或其他自动化放置系统可用于应用下面详细公开的喷涂维修方法。

根据一个实施方式，载有喷涂维修模块和摄像头的uav2首先获取在表面上发现的损坏的图像。使用所获取的图像数据，做出是否能够进行临时或非结构喷涂维修的评估。如果喷涂维修被批准，uav将喷涂维修模块移动到覆盖损坏的位置。该喷涂维修模块可以在维修工作期间保持附接到该uav上或者可以在维修工作之前从该uav脱离。

根据各种实施方式，喷涂维修模块具有(通过uav推力、机械臂力、真空、静电、磁性或临时粘合剂附接)保持在损坏上方的罩。可以启用直接空气喷射脉冲(来自压缩气体容器)以清除损坏上或周围的任何松散材料。如果怀疑水分进入损坏，则采集红外热成像(irt)图像以确定是否存在水分。通过瞄准表面的闪光灯或暖空气鼓风机在可维修结构的表面上产生热。在一个所提出的实现方式中，热源被安装在罩内。在施加热之后使用也安装在罩内的红外摄像头来收集irt图像。如果发现水分，可以施加随着时间的推移在罩下抽吸的小真空以去除水分。可选地，可以在罩下方的空间的这种局部排空期间施加热。可以拍摄一个或更多个后续irt图像以验证水分的去除。现在可以在罩处于适当位置时进行喷涂维修，因为罩控制与待维修区域相邻的环境(温度、湿度和空气速度)。在维修开始之前，可能需要移除粘住或轻轻附着的材料。这种材料可以通过轻度砂磨操作来去除。如果存在需要密封的孔或暴露结构，则包含密封剂的喷射罐被启动以喷射到产生的孔中并填充所产生的孔，或者简单地密封暴露于空气的内部材料。密封剂的固化可以在罩内使用热/热空气、辐射加热或紫外线聚合来活化或加速。此外，可将特定结构所需的涂层喷涂到表面上。例如，可以施加尼龙涂层，其提供一些抗冲击性。也可以通过喷涂来施加底漆。雨水侵蚀涂层、彩色涂层和紫外线保护也可从罩内喷涂，同时控制环境以确保最佳可能的维修。喷涂涂层的类型将根据维修的需要来确定。对于非常短期的临时维修，不关心颜色或其寿命的快速密封维修可能仅需要单层涂敷材料。

图4是表示根据一个实施方式的被配置成执行密封或涂敷功能的喷涂维修模块20的侧视图的图，该喷涂维修模块20可以是由图2和图3a所描绘的类型的uav2或具有不同设计的类型的uav2承载的有效载荷6。图4中所描绘的喷涂维修模块20包括罩50和附接到罩50的多个部件。

喷涂维修模块20还包括附接点48，附接点48可与图2所描绘的uav2的有效载荷支撑框架8相联接(或从其脱离)。在另选实施方式中，喷涂维修模块20可以联接到机器人臂的远端或联接到表面爬行机器人载具。喷涂维修模块20在与uav2相联接时形成能够在维修人员难以接近的结构的表面上执行维修工作的设备。

仍参照图4，罩50具有外部密封唇缘60和内部密封唇缘62，这些密封唇缘有助于罩50真空附接到正被维修的表面上并且从该表面中去除水分。将罩50密封到可维修表面意味着可以根据计划的喷涂维修工作的规格来控制罩50下方的空间容积中的环境。

如在图4中描绘的所提出的实现方式中所见，喷涂维修模块20包括红外摄像头22、两个或更多个加热灯24、视频摄像头30、以及两个或更多个喷嘴52，它们全部被安装到罩50的一个上部部分上并且至少部分地延伸到罩50内部(下方)的空间之中。视频摄像头30可被控制以拍摄所关注表面的图像以用于检查或导航目的。红外摄像头22可被控制以拍摄表面上的损坏区域的图像，以便进行检查或检测该区域中的水分进入。加热灯24可被启动以加热可维修表面用于irt成像。喷嘴52被配置和定位成遍及被罩50覆盖的表面区域的至少一部分分配密封剂或涂敷材料。

图4中所描绘的喷涂维修模块20还包括热辐射源28(也安装到罩50)，该热辐射源28发射辐射(例如，光或其他电磁辐射)以加速施加在可维修表面上的密封剂/涂敷材料的固化。此外，空气喷嘴54安装在形成于罩50的壁中的开口中，用于从损坏区域清除表面碎屑。喷涂维修模块20还包括安装在罩50的外部的真空泵26。如下面将更详细解释的，真空泵26用于促进罩50真空附接到可维修表面或从可维修表面去除水分。迄今描述的所有安装在罩上的部件都在控制器32的电子控制下工作，控制器32可以安装在附接在罩50外部的板上。给所有电动部件的电力由电池46提供，电池46也可安装到罩50的外部。

根据图4中所描绘的实施方式，罩50到表面9的真空附接可以通过真空泵26的工作来完成，其通过软管56与罩50的内部空间容积流体连通，并通过软管58与外部密封唇缘60和内部密封唇缘62之间的空间容积流体连通。控制器32被配置成控制真空泵电机27的工作，以使得从空间的内部容积和唇间容积去除空气。两个唇缘都是柔性基底，外部密封唇缘60围绕内部密封唇缘62，其间具有一定容积的空间。然而，外部密封唇缘60较厚以支撑批量抽吸。内部密封唇缘62为较薄的基底。当两个唇缘的底部边缘与一个表面密封接触时，这些唇缘之间的空间容积可以被部分地抽空以提供主抽吸方法。同样，由内部密封唇缘62和罩50的其余部分界定的空间的内部容积可以部分地抽空，以提供次抽吸方法。这些唇缘之间的空间容积中的压力将低于罩50下的压力，这是由于来自罩50下的表面的喷射或加热的压力增加(这两个压力都小于罩50外部的环境压力)，这些压力条件被设计成产生所需的真空附接力。

图4a和图4b是标识图4中所描绘的用于喷射密封剂或其他涂敷材料的罩盖系统的部件的框图。如图4a所示，控制器32与喷涂维修模块20的所有电子部件通信联接。控制器32包括计算机系统36(例如，通过总线通信地联接的一个或更多个处理器)以及通信地联接至该计算机系统36的电机控制器34。该电机控制器34被配置用于控制真空泵电机27，该真空泵电机是图4中所示的真空泵26的一部分。计算机系统36还控制红外摄像头22、加热灯24、热辐射源28和视频摄像头30的工作。虽然图4a中未示出，但是喷涂维修模块20还可包括继电器，该继电器具有可选择的开关状态，用于分别将加热灯24和热辐射源28电联接到电池46，在这种情况下，控制器32还被配置成控制继电器的开关状态。如下面参照图4b详细说明的，计算机系统36还控制电子开关42的开关状态，电子开关42可以闭合以向螺线管致动的阀提供电力，该螺线管致动的阀控制向喷嘴52供应密封剂或涂敷材料。

罩50还可以具有：表面附接装置，如用于铁磁结构的基于磁性的装置，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、基于夹具的装置。表面附接装置也在计算机系统36的控制下工作。

在图4a中部分描绘的实施方式中，红外摄像头22、加热灯24、热辐射源28和视频摄像头30由计算机系统36根据由地面上的控制站40传输的射频命令来进行控制。这些射频命令由地面上的收发器44发送，由结合在喷涂维修模块20中(或uav2机载)的收发器38接收，并且由收发器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可以包括通用计算机系统，该通用计算机系统配置有用于控制uav2和喷涂维修模块20的工作的程序。例如，可以利用控制站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他用户接口硬件(例如，游戏垫或吊架)来控制uav2的飞行。此外，控制站40处的计算机系统配置有用于在检查工作期间处理从uav2接收的数据的程序。具体地，控制站40的计算机系统可以包括配置有软件的显示处理器，该软件用于控制显示监视器(图4a中未示出)以显示由视频摄像头30或红外摄像头22拍摄的图像。

如图4b所示，喷涂维修模块20还包括含有液态的密封剂或涂敷材料的加压储存罐55(图4中未示出，但安装到罩50的外部)和与加压储存罐55流体连通的阀51。喷嘴52与阀51流体连通。各喷嘴52被配置和定位成遍及结构表面上的被罩50覆盖的区域分配密封剂或涂敷材料。喷涂维修模块20还包括电子开关42。控制器32被配置成控制电子开关42的开关状态，以使阀51打开并遍及损坏区域分配来自加压储存罐55的密封剂或涂敷材料。更具体地，通过螺线管53的致动来确定阀51的打开和关闭。当控制器32打开电子开关42时，螺线管53从电池46接收电力，用于致动阀51打开。

图4b中所描绘的类型的螺线管致动的阀也可用于将空气喷嘴54连接至包含压缩气体的容器(图4b中未示出)。空气喷嘴54被配置和定位成当螺线管致动的阀打开时(例如，在喷涂之前)朝向损坏区域引导空气射流。附加的电子开关被提供用于控制空气喷嘴阀的状态。控制器32还被配置成控制附加电子开关的开关状态以使空气喷嘴阀打开。所产生的空气射流可以用于在施加密封剂或涂敷材料之前将碎屑从损坏区域吹走。

再次参照图4a，在密封剂或涂敷材料已经通过喷涂沉积到表面上之后，热辐射源28可由控制器32启动以发射辐射，用于辅助(加速)密封剂或涂敷材料的固化。控制器32被配置成根据固化协议来控制热辐射源28的工作，该固化协议取决于所使用的特定可固化材料。

为了说明起见，现在将描述使用图4所描绘的喷涂维修模块20密封或涂敷表面的方法的一个示例。根据一个实施方式，首先，包括罩50和喷射器(例如，喷嘴52)的喷涂维修模块20联接至uav4。然后，uav2飞行到罩50覆盖结构表面9上的损坏区域的位置。然后，通过部分地排空外部密封唇缘60与内部密封唇缘62之间的空间容积(见图4)，将罩50密封到结构的表面9上。然后，通过从空气喷嘴54发射一股空气射流来清除罩50下方的表面区域上的碎屑。接着，通过启动一个或更多个加热灯24来加热被罩50覆盖的表面区域。然后使用红外摄像头22拍摄加热区域的红外图像。红外图像数据被无线传输到地面站以进行处理。在地面站处，红外图像被处理以检测被覆盖区域上的水分的存在。然后将罩50下方的内部容积部分地抽空以去除水分。然后启动喷射器，以便将可固化的密封或涂敷材料喷涂在被罩50覆盖的区域的至少一部分上。在喷涂工作之后，通过从热辐射源28发射辐射来加速表面9上的可固化密封或涂敷材料的固化。然后，罩50对表面9的真空附接被中断，从而uav2可以将模块从表面9移开。

在另选方案中，代替喷涂在损坏部位上的密封剂或其他涂敷材料，损坏区域可以通过施加胶带或贴饰物(下文称为“胶带”)来临时维修。在军用和商用飞行器世界中进行速干胶带或贴饰物快速维修以提供表面损坏的快速、临时的密封。这些维修是有益的，因为它们消除了立即使飞行器停止服务的需要，并且允许飞行器继续工作直到更方便的时间。这种维修是针对相对小的损坏状态，其中由于标准操作而没有机会使损坏扩大。维修防止水分积聚在损坏中并引起更大的损坏。问题是这些简单的维修需要维修技术人员直接接近损坏区域。这通常花费时间来获得升降机(如果可用的话)并且进行维修并且使该结构经受进一步损坏的风险。技术人员也必须解决常见的安全性和人体工程学问题。启用uav的过程将消除这些问题并且提供快速的解决方案。

本文提出的解决方案是一种设备，该设备包括uav和用于将速干胶带或贴饰物快速维修施加到难以接近的结构的表面上的装置，这些胶带敷贴装置在飞行到损坏地点的过程中联接到uav上，但是该胶带敷贴装置可以与uav脱离以便独立地执行维修工作。不需要人与表面的直接相互作用来密封损坏区域以免于水分进入，直到稍后可以执行更实质性的维修为止。该方法利用涉及辊或摇动系统的若干实施方式之一，该辊或摇动系统在将速干胶带或贴饰物放置在表面上时施加压力。以下参照图5至图8来描述用于使用uav将速干胶带或贴饰物快速维修应用到难以接近的结构的表面上的模块的不同实施方式。

根据一种提出的方法，uav还配备有视频摄像头。在维修工作开始之前，uav在接近受限的结构的表面附近悬停，同时视频摄像头拍摄该表面的图像。如果图像数据指示损坏存在，则确定胶带是否应施加到损坏部位。如果批准通过施加胶带进行快速维修，那么引导uav沿着使由uav承载的胶带施用器在开始胶带铺设位置处与表面接触的路径飞行。

图5示出了根据第一实施方式的辊式胶带施用器70a的一些部件的侧视图(移除了基座框架74的壁以示出内部部件)。辊式胶带施用器70a可以是由图2和图3a所描绘的类型的uav2或具有不同设计的类型的uav2承载的有效载荷6。辊式胶带施用器70a包括基座框架74和连接到该基座框架74的附接点48。该附接点48可以联接至图2所描绘的uav2的有效载荷支撑框架8(以及从其脱离)，或者可以附接至图3a所描绘的uav的臂3的远端(以及从其脱离)。更具体地，附接点48可附接至联接机构15，该联接机构15可以是闩锁件，该闩锁件可操作以选择性地将基座框架74联接至uav2或从其脱离。此外，基座框架74设置有多个(例如，四个)表面附接支脚，该表面附接支脚被配置成利用保持力将基座框架74保持为与结构的表面9接触。在图5中仅示出了两个附接支脚82a和82b。表面附接支脚82a和82b可以是用于铁磁结构的基于磁性的设备，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具的装置。

辊式胶带施用器70a还包括轨道66，该轨道66由基座框架74支撑在平行于表面9的位置中，表面9在图5所描绘的示例中是平坦的(平面的)。辊式胶带施用器70a还包括在胶带铺设工作期间沿着轨道66平移的施用头64。在胶带铺设期间，施用头64在平行于表面9的水平方向上的平移由图5中的水平箭头指示。更具体地，施用头64包括沿着轨道66行进的托架68。该托架68沿着轨道66的平移可以由导螺杆(在这种情况下，托架68包括螺纹联接至导螺杆的螺母)或皮带(在这种情况下，托架包括皮带在其上循环的皮带轮和与皮带轮一起旋转并且接合轨道上的齿条的小齿轮)驱动。这些驱动机构(图5中未示出)在机械领域中是众所周知的，并且在此不再进一步详细描述。托架驱动电机86被安装在基座框架74内部并且在工作上联接以驱动托架68沿着轨道66的移动。电机控制器34被配置成产生用于控制托架驱动电机86的工作的电机控制信号，以在带铺设期间实现托架68的移动方向和目标速度。

施用头64还包括壳体75，该壳体75包括三个相互平行的轴(图5中未示出)，相应的带卷绕部件可旋转地联接到该轴。第一带卷绕部件是供带轴76，该供带轴联接到壳体75的轴上，并且使连续胶带11(在下文中“胶带11”)的一部分绕供带轴卷绕。更确切地说，胶带11的在一侧上具有压敏粘合剂的第一部分和连续离型膜21(下文称为“离型膜21”)的与压敏粘合剂接触的第一部分绕供带轴7卷绕。

图5所示的施用头64还包括可旋转地联接到壳体75的另一轴的施用辊78。该施用辊78具有与胶带11的第二部分接触的柔顺且透气的外表面。该柔顺外表面材料可以是硅橡胶或类似柔顺材料。

施用头64还包括可旋转地联接到壳体75的第三轴的张紧卷带轴80。离型膜21的第二部分绕卷带轴80卷绕。施用辊78和卷带轴80形成辊隙79，其中胶带11的第二部分和离型膜21的第二部分仍然接触。在辊隙79之后，胶带11的第二部分和离型膜21的第二部分是分开的，胶带11的第二部分粘附到施用辊78的柔顺且透气的外表面的一个四分之一圈，离型膜21的第二部分绕卷带轴80卷绕。应当理解，图5中未示出胶带11和离型膜21的与轴或辊接触的部分。在图5中可见的胶带11和离型膜21的仅有部分是胶带/离型膜11/21的对应的第三部分(其已经从供带轴76退绕但尚未分离)和胶带11的第四部分(其在图5所描绘的情形下已经铺设在表面9上)。胶带/离型膜11/21的第三部分从与供带轴76的外表面相切的点延伸到辊隙79。

仍参照图5，施用头64的托架68可滑动地联接到轨道66，而施用头64的壳体75联接到托架68并且由托架68承载。当托架68沿着轨道66移动时，施用辊78滚动并将胶带11铺设到表面9上。辊式胶带施用器70a可以被设计成使得由表面附接装置产生的保持力引起施用辊78施加足够的压力以在轧制过程中将胶带11的压敏粘合剂粘附到表面9上。在另选实施方式中，可以在托架68与壳体75之间安装一个施力器(图5中未示出)以便用足够的力将施用辊78压靠在表面9上以便启用压敏粘合剂。该施力器可以是一对弹簧或线性致动器，这对弹簧或线性致动器朝向表面9推动壳体75(以及施用辊78可旋转地联接至其上的轴)。

根据图5所示的实施方式，辊式施用头64布置在基座框架74内。根据图6中描绘的另选实施方式，辊式施用头64布置在基座框架74的外部。图6示出根据第二实施方式的辊式胶带施用器70b的一些部件的侧视图(移除了基座框架74的壁以示出内部部件)。第二实施方式与第一实施方式的不同之处在于轨道66延伸到基座框架74的外部。图6所示的施用头64可与图5所示的施用头64相同。托架68由图6中未示出的托架驱动电机驱动以沿着轨道66行进。相反，图6示出了安装在基座框架74内部并且在工作上联接到轨道66的扭矩施用器65。在第二实施方式中，轨道66可围绕旋转轴线枢转，该旋转轴线从沿着轨道66的点移位，在该点处扭矩施用器65施加扭矩，该扭矩以足够的力将施用辊78压靠表面9以启用所铺设的胶带11上的压敏粘合剂。

图7示出了根据第三实施方式的辊式胶带施用器70c的一些部件的侧视图。辊式胶带施用器70c可为由图2和图3a所示类型的uav2或具有不同设计的类型的uav2承载的有效载荷6。辊式胶带施用器70c包括施用头64，除了施用头64的壳体75直接连接到附接点48之外，施用头64与图5中所示的施用头64相同。代替通过机动托架沿着轨道66移动施用头64，施用头64可以通过携带施用头64至损坏部位的uav2在表面9上移动。

根据一个实施方式，远程控制胶带铺设设备包括uav2和联接至该uav2的辊式胶带施用器70c。图23是标识配备有胶带施用器的uav2的一些部件的框图，其包括由相应的电机控制器34控制的多个旋翼电机12。电机控制器34基于从飞行控制器39接收的控制信号来控制旋翼10(见图2)的旋转速度和方向。飞行控制器39是计算机，该计算机被配置成根据经由收发器38从控制站40(见图4a)接收的命令将控制信号发送至电机控制器34。

根据一种实施方式，uav2还包括uav机体框架4和臂3，如图3a所示。臂3的一端连接至uav机体框架4，另一端连接至图7所示的施用头64。此外，uav2的飞行控制器39用于控制旋翼电机12的运行，使得uav2沿平行于结构表面9的直线路径飞行，更具体地，平行于用于铺设胶带11的施用辊78的预期路径，同时将由施用辊78施加在表面9上的压力保持在指定范围内。可选地，该uav2可以配备有多个支架构件，这些支架构件在末端处具有多个滑动件，用于使该uav2能够沿着表面9掠过，同时滚动该施用辊78，如图7中的箭头所示。在另选实施方式中，胶带可以具有糊状粘合剂背衬或硬化的凝胶型粘合剂，在这种情况下，uav2不需要(通过施用辊78)在表面9上施加特定的压力。

各辊式胶带施用器70a-70c(分别在图5至图7中描绘)可以配备有具有可动刀片的机械切割器，该可动刀片可以被致动以在表面9上已经铺设指定长度时切割胶带11。在另选实施方式中，胶带11的长度是预定的(预切割)，并且当胶带11的整个长度已被铺设时，胶带铺设工作完成。

根据一个实施方式，通过施用辊78的外表面上的小孔施加真空压力，胶带11的已经通过辊隙79的部分可以保持抵靠施用辊78的外表面。如果胶带11在胶带/离型膜分离点(辊隙79)之后(下游)被切割，那么分离仅在开始时开始一次(并且离型膜21的松散边缘绕卷带轴80卷绕)，这可以在uav2处于地面上时手动地完成。这消除了uav2的机载复杂机构开始分离的需要。

辊式敷贴机构的一个替代方案是具有预附接(经由真空或粘合剂)胶带/贴饰物的缓冲垫(blotter)或辊，该胶带/贴饰物在损坏区域的中心处产生压力接触并且然后以成长角度来回摇动直到整个补片附接到表面上。当所需的维修尺寸较小并且不需要胶带伸出时，摇动胶带施用器将工作良好。图8是表示根据一个实施方式的摇动胶带施用器72的侧视图的图。摇动带施用器72包括施用辊78，该施用辊78在表面9上前后滚动(如图8中的水平双头箭头所示)，同时施加向下箭头(垂直于双头箭头)所示的压力。

上述配备有胶带施用器的uav可用于实施维修难以接近的结构的表面区域的方法。根据一个实施方式，方法包括以下步骤：(a)将包括施用辊的施用头联接至无人飞行器；(b)将胶带的在一侧具有压敏粘合剂的一部分粘附到施用辊的外表面；(c)将该无人飞行器飞行到一个位置，粘附到施用辊的外表面上的胶带部分上的压敏粘合剂在该位置接触结构的表面；以及(d)移动施用头，使得施用辊以足够的压力将胶带的增量部分辊压在结构的表面上，使得胶带的增量部分上的压敏粘合剂粘附到表面上。根据一些实施方式，方法还包括：(e)在施用辊和施用头的卷带轴之间的辊隙处，将离型膜与胶带分离；以及(f)随着施用头移动，使离型膜的该分离的部分绕卷带轴卷绕。对于粘附到表面上的每个递增长度的胶带，相等长度的离型膜将被卷绕到卷带轴上。根据一个实施方式，在步骤(d)期间，施用头保持联接至无人飞行器。根据另一个实施方式，方法还包括在步骤(c)之后且在步骤(d)之前，使施用头从无人飞行器脱离。根据一个实施方式，在步骤(d)期间，施用头沿着轨道行进。

典型地，对于涉及胶带或贴饰物的敷贴的维修，气泡是可接受的。如果不是，则可选地使用机载视觉摄像头30或ir摄像头22以及加热或冷却方法(闪光灯、热灯、暖空气喷雾等)来检查该就地贴饰物的气泡或撕裂，以便检查跨该贴饰物的热传递。

在该贴饰物上的单独的滚轧道次可以可选地在相同或增加的辊压力下进行。这可以通过反转滚轮方向、或者拾取滚轮架、臂架或uav、并且将其返回至起点并且然后在相同方向上重新滚动来完成。

如果应用正确，则维修完成。如果不是，则可以使用该uav和上述辊式胶带施用器70a-70c之一来重新滚动该贴饰物。此外，可以在第一层上施加稍大尺寸的附加贴饰物层。

如前所述，uav可配备有不同类型的添加维修工具，用于将密封剂或其他涂敷材料施加到结构或物体表面上的损坏区域。根据另一实施方式，添加维修工具可被配置成通过喷射朝向表面引导的填充有液体的胶囊来施加液体密封剂或涂敷材料。现在将描述一种空中系统，该空中系统以最小的过度喷涂将油漆、粘合剂、密封剂、或以胶囊递送的液滴形式的其他液体沉积到一个表面上，目的是进行维修。下文描述的系统解决了使用用于空中递送的uav平台将涂敷材料、密封剂或其他液体/凝胶状物质递送到目标物体(例如飞行器)上的难以到达的区域的问题。不需要梯子、脚手架或其他支撑设备来到达目标区域。

该空中系统包括安装在uav平台上的抛射体发射器，以便从机载的胶囊储存器推出填充有液体的胶囊。各胶囊被设计成在冲击时打开，由此将其液体有效载荷沉积在表面上。该系统具有自动的基于视觉的目标系统和重复的胶囊发射过程，以控制发射器和载具在目标对象上提供区域的完全覆盖。

当维修飞行器、风力涡轮机叶片或其他大型结构的表面时，通常需要用液体或凝胶状材料(如涂敷材料、粘合剂或密封剂)覆盖一个区域。例如，来自水分进入的表面损坏的密封是飞行器能够快速恢复服务所需要的。尽管如果条件正确，则可能使用标准喷枪，但维修飞行器的条件对于喷枪使用而言通常不理想。喷枪的使用通常要求喷嘴位于表面的大约一英尺内，并且要求其用于平静风中。实现这些工作条件可能是不可能的，并且当使用uav作为进行维修的输送平台时，提供这种类型的材料应用尤其具有挑战性。

本发明提出了一种用于发射填充有液体的胶囊的系统，该系统解决了非理想工作环境条件，并且提供了将该系统安装至uav以进行维修的能力。更确切地说，该系统解决了使用配备发射器的uav平台用于空中递送来将油漆、密封剂或其他液体/凝胶状物质递送到目标物体(如飞行器)上的难以到达的区域的问题。从较长的偏移距离发射填充有液体的胶囊的能力意味着在执行任务时uav可以远离目标物体几英尺。这种偏移范围的增大将减小该uav跑入或被阵风吹入该目标物体中的机会。液体或凝胶状材料通过在与表面冲击时开裂的胶囊的递送还导致较少的材料消耗和较少的过喷。清洁和重新装载也比传统的喷涂系统简单。

如下面更详细公开的，材料输送系统利用安装在uav上的填充有液体的胶囊发射器模块。该模块包括储料箱、进料器、压缩气体发射机构、发射器筒、触发开关、旋转环子系统(包括相对于固定到该uav上的外环可旋转的内环)、以及用于定向(瞄准)发射器筒的多个控制致动器。可以控制uav的旋翼以使uav能够进行期望的横摇、俯仰、偏航和横向运动，但是由于那些自由度用于保持uav的飞行稳定性，所以uav俯仰和横摇角难以长时间维持在任何任意值。为此，该系统配备有独立于该uav飞行控制运动的单独的俯仰控制。通过提供控制致动器来实现对启动设备的俯仰的控制，该控制致动器是处于发射器俯仰控制电机(安装到可旋转的外环上)的形式，该控制致动器驱动一个小齿轮在附接到内环上的一个环齿轮上行进。该发射器俯仰控制电机还(与电池一起)用作可旋转环形安装件的另一侧上的这些启动部件的配重。发射器模块被安装成使得允许该发射器围绕俯仰轴线枢转同时被平衡以便不干扰该uav质心。

根据一个实施方式，该自动胶囊发射过程是由一个基于视觉的瞄准系统控制的，该基于视觉的瞄准系统使发射器筒沿着俯仰轴线旋转并且使uav沿着偏航轴线或以一种跨接模式移动以提供一个区域的完全覆盖。当限定区域周边(例如矩形区域)时，胶囊发射系统使用路径规划和图像处理软件来确定在哪里需要另外的材料并且向筒瞄准系统发送瞄准指令以便完成任务。此外，当胶囊从uav发射时，飞行控制系统补偿重量减少和回冲。在一个所提出的实现方式中，重复点火速率是基于飞行稳定性分析的。

根据一个实施方式，发射器模块被配置成能够安装在现有的uav上，用于将液体或凝胶填充胶囊输送到表面。该概念的核心方面之一是该发射器是一个模块式单元，该模块式单元可以容易地被附接到uav机体上以及从该uav机体上移除。在一个所提出的实施方式中，采用用于uav的自动控制的基于路径和基于图像的反馈方法来提供表面的损坏区域的覆盖。此外，在此提出了各种uav控制系统修改以解决由于可消耗材料和反应控制扰动引起的载具动力学变化。这些特征中的每一个将在下面更详细地描述。

图9是表示根据一个实施方式的模块式填充有液体的胶囊发射器系统(在下文中为“发射器模块90”)的一些部件的侧视图的图。该发射器模块90被示出为安装到uav机体框架4上(该uav2的其他部件未示出)。发射器模块90包括使发射器71能够旋转的旋转环安装件89。旋转环安装件包括安装于uav机体框架4上的内环92和通过多个滚动元件84(如滚珠轴承)与内环92转动连接的外环94。

外环94也是子组件(在下文中为“可旋转的发射器子组件”)的一部分，该子组件是围绕内环92的中心可旋转的。该可旋转的发射器子组件还包括发射器71和配重98，这些发射器和配重在直径上相对的角位置处被安装(固定地联接)至外环94上。此外，该可旋转的发射器子组件包括瞄准摄像头150，该瞄准摄像头被联接到外环94上。瞄准摄像头150(例如，视频摄像头)可用于拍摄待维修表面上的损坏区域的图像。旋转环安装件89、发射器71、配重98以及瞄准摄像头150被设计为提供一个平衡的旋转系统，该系统允许发射器71围绕内环92的中心旋转而不改变配备模块的uav的质心的位置。

发射器71包括发射器筒96(参见图9)和发射机构，发射机构被定位和配置成推动填充有液体的胶囊通过发射器筒96。在一个所提出的实现方式中，该发射机构包括压力室97和电控阀(参见图22中的阀170)。通过改变阀170的状态，压力室97可以选择性地连接至压缩气体源。在一个所提出的实施方式中，用于打开阀的内部触发器是电子开关42的形式(参见图22)。

再次参照图9，配重98包括平台151，该平台151附接到外环94或与外环94一体形成并且从外环94向外延伸。配重98还包括发射器俯仰控制电机152和电力系统154，两者均被安装到平台151上。发射器俯仰控制电机152驱动外环94相对于内环92的旋转。该电力系统154包括电池(或电池组)以及用于向该发射器俯仰控制电机152和其他电力部件提供电力的相关联的电子器件。配重98还包括用于将外环94机械地联接到发射器俯仰控制电机152的装置，以使得该发射器俯仰控制电机152能够驱动外环94相对于内环92的旋转。根据图9所描绘的实施方式，驱动旋转的机械联接器包括安装在发射器俯仰控制电机152的输出轴上的小齿轮168和安装到外环94或与外环94一体形成并与小齿轮168啮合的齿圈85(图9中未示出，但参见图16)。小齿轮168的齿与齿圈85的齿啮合，使得外环94响应于发射器俯仰控制电机152的工作绕uav俯仰轴旋转。

旋转环安装件89使得能够在瞄准期间调节发射器筒96的俯仰角。此外，发射器筒96的偏转角可以通过控制uav2的偏转角来调整。同样，将发射器筒96的末端与待覆盖的表面分开的距离可以通过将uav飞行到实现该分隔距离的位置并且然后悬停来调整。发射机构然后可以被触发以便朝向该表面发射填充有液体的胶囊。

根据另选实施方式，配备发射器的uav可以被设计为补偿胶囊发射过程中反冲的影响。反冲是枪在排出时的向后运动。动量守恒定律规定反冲动量精确地平衡射弹和废气的向前动量。在配备有发射器的uav的情况下，反冲动量被传递到该uav的机体框架。以下公开了一种设计，该设计在胶囊离开发射器筒96之后的一段时间内分散施加到uav上的反冲力。

为了分散反冲力，根据一个实施方式的发射器模块90被设计为具有反冲补偿子系统156(参见图10)，该反冲补偿子系统使由胶囊发射产生的脉冲随时间扩散。这减少了传递至uav的峰值力，从而减少了系统部件上的应力。这样的一个示例是使用充气减振器的液压-气动系统，该充气减振器被附接到安装在线性轨道上的发射器筒上。

图10是表示根据一个实施方式的包括反冲补偿子系统156的发射器模块90的一些部件的侧视图的图。该发射器模块90被示出为安装到uav机体框架4上(该uav的其他部件未示出)。反冲补偿子系统156固定地联接到外环94并且在工作上联接到发射器71。根据一个提出的实现方式，反冲补偿子系统156包括固定地联接到外环94上的底座162、连接到该底座162上的一对线性轨道160a和160b、以及连接到该底座162上的一对充气减振器164a和164b。实际上，线性导轨160a、160b和减振器164a、164b固定地联接到外环94。同时，发射器筒96被可滑动地联接到线性轨道160a、160b上并且在某种配置中在工作上联接到减振器164a、164b上，由此减振器164a、164b分散发射器71的由于随着时间的推移施加到uav上的发射脉冲而产生的任何反冲力。

图11a至图11c是分别表示具有单个发射器筒96和包含填充有液体的胶囊13的单个储料箱91的发射器模块90的侧视图、前视图和俯视图的图。储料箱91通过料箱支撑件99固定地联接到内环92，而发射器筒96固定地联接到外环94。因此，当发射器筒96相对于uav机体框架4移动时，储料箱91相对于uav的uav机体框架4不移动。该发射器模块90还包括由柔性材料制成的胶囊供料管93，该胶囊供料管将该储料箱91连接到发射机构上。

在图11a至图11c中描绘的发射器模块90还包括布置在内环92的相对侧上并且固定地联接到该内环上的一对罐95a和95b。罐95a和95b各自含有压缩气体(例如，空气或co2)，该压缩气体被释放以便向发射器筒96提供足够大小的压力来发射胶囊13。罐95a和95b各自通过一个对应的供气管(图11a至图11c中未示出，但参见图22中的供气管87)被连接到该发射机构上。

图22是标识根据一个实施方式的压缩空气发射系统的一些部件的框图。发射器71(除了发射器筒96之外)还包括发射机构81，该发射机构包括控制阀170和用于电子地改变控制阀170的状态的螺线管172、以及连接至阀170的压力室97。包含压缩气体的罐95通过供气管87连接到阀。当阀170从关闭状态转变到打开状态时，压缩气体的脉冲经由供气管87和打开阀170进入压力室97。压力差提供足够的力以将胶囊弹出筒并射向目标。

根据图22中描绘的实施方式，发射器模块90包括呈电子开关42形式的触发器机构，该电子开关控制螺线管172的状态。更具体地，当电子开关42闭合时，螺线管172从电池46接收电力。电子开关42的开关状态由来自计算机系统36的控制信号控制。计算机系统36还被配置成将控制信号发送到电机控制器34，该电机控制器控制发射器俯仰控制电机152的运行。控制阀170可被控制为从关闭状态转变到打开状态，在关闭状态下，压缩气体被阻止进入压力室97，在打开状态下，压缩气体的脉冲进入压力室97，以推动填充有液体的胶囊通过发射器筒96并且从发射器筒96射出。

图12a至图12c是分别表示安装有图11a至图11c和图22中描绘的发射器模块90的uav2的俯视图、侧视图和前视图的图。内环92(图12b中可见)固定地联接至uav2的uav机体框架4。在本实施方式中，uav2具有四个旋翼10，旋翼10可转动地联接至uav机体框架4的各个臂的远端。在水平悬停过程中，旋翼10的旋转轴线是竖直的，而发射器筒96围绕俯仰轴线自由地向上或向下摆动。图12a至图12c示出了垂直于旋翼10的旋转轴线定向的发射器筒96。如图12a中最佳所示，旋翼10被定位成不阻碍发射器筒96绕俯仰轴线的旋转。

图13a至13d是表示在图11a中描绘的发射器模块90的部件(省略了加压储气罐)在围绕俯仰轴线枢转发射器筒96期间的相继的阶段的对应侧视图的图。发射器筒96、外环94、配重98和瞄准摄像头150全部一致地旋转。在图13a中，发射器筒96以0度的俯仰角水平地定向。图13b示出了以大约 30度的俯仰角定向的发射器筒96。图13c示出了以大约–45度的俯仰角定向的发射器筒96。图13c示出了以大约–90度的俯仰角向下指向的发射器筒96。胶囊供料管93的一端连接至储料箱91，该储料箱不与发射器筒96一起旋转。胶囊供料管93的另一端连接至压力室97。当发射器筒96旋转时，胶囊供料管93的另一端遵循圆形路径，而胶囊供料管93弯曲并且在不扭结的情况下移动。

图14是表示在图12a至图12c中描绘的配备有发射器的uav2的侧视图，该uav以一个安全距离相对于目标对象1的表面9偏移。该系统能够实现用于递送的可变偏移距离，从而降低uav2与目标物体1意外接触的可能性。图14还示出了两个连续发射的胶囊13在一个瞬间朝向表面9飞行时的对应位置。图14还示出了在当在先发射的胶囊在冲击时爆裂并且释放液体的区域中的表面9上飞溅的液体(在下文中“飞溅渍166”)。表面9上的损坏区域可以通过在连续的目标点处明智地飞溅来自冲击胶囊13的液体来覆盖。

图15是表示在图12a至图12c中描绘的配备发射器的uav2在相对于目标物体1的不同位置处的侧视图的图。uav2在上部位置以水平取向悬停在第一位置，而发射器筒96以负俯仰角取向。uav2在下部位置以相同的水平取向悬停在与该第一位置不同的第二位置处(例如，在降低的高度处)，而发射器筒96以正的俯仰角取向。这表明，当发射器筒96的俯仰角改变时，uav2的俯仰角可以是恒定的。例如，在维修过程期间，uav2可以首先飞到上部位置，并且发射器筒96可以以如下俯仰角定向，该俯仰角在目标物体1的表面9上由飞溅渍166a指示的第一区域处发射胶囊13。然后，uav2可以飞到下部位置并且发射器筒96可以以如下俯仰角定向，该俯仰角在表面9上由飞溅渍166b指示的第二区域处发射胶囊13。

图16是标识根据一个实施方式的利用uav2朝向接近受限的结构或物体的表面发射填充有液体的胶囊的系统的一些部件的框图。uav2包括多个旋翼10，旋翼10可转动地联接至uav机体框架4。uav2还包括飞行控制器39，用于控制旋翼10的运行。uav还包括安装在uav机体框架4下方的导航摄像头88。

该整体系统还包括发射器模块90，该发射器模块可以联接至uav机体框架4以准备维修任务并且在该任务完成之后脱离。发射器模块90包括旋转环安装件89。旋转环安装件89由附接至uav机体框架4的内环92和可旋转地联接至内环92的外环94组成。更具体的，内环92包括与uav机体框架4联接的主体连接结构25。

如前所述，外环94支撑发射机构81、发射器筒96、齿圈85、配重98(包括图9中描绘的发射器俯仰控制电机152和电力系统154)、以及瞄准摄像头150。同时，内环92支撑一个或更多个压缩气体储存罐95和包含填充有液体的胶囊13的储料箱91。胶囊供料管93的一端与储料箱91连接。胶囊供料管93的另一端与发射机构81连接。

当在一个区域中填充一种液体样物质(例如，涂敷材料、密封剂、粘合剂等)时，操作配备有发射器的uav的技术员应该确保该目标区域在该过程结束时被完全覆盖。为了提供连续的区域覆盖，可以采用开环运动计划，该开环运动计划使用类似光栅扫描的方法来针对目标区域中的不同位置创建覆盖计划。此覆盖计划将涉及计算由表面上的单个封装体覆盖的标称区域，连同少量的重叠，以设定个体撞击之间的期望偏移。可使用来自瞄准摄像头150的图像数据来执行手动或自动验证。

在覆盖中的间隙可能是由于个体冲击覆盖中的轻微瞄准误差和随机性引起的情况下，可以使用图像处理方法来检测覆盖中的间隙，然后在那些位置处瞄准和发射额外的胶囊。根据一个实施方式，发射器模块90还包括基于视觉的定位系统(图16中未示出)，该基于视觉的定位系统被配置成用于从瞄准摄像头150接收图像数据，对该图像数据进行处理以确定应当在表面上沉积附加材料的区域(以下参见图20a、图20b和图21更详细地描述)，并且将控制信号发送到发射器俯仰控制电机152并将命令信号发送到飞行控制器39以便将发射器筒96瞄准待覆盖的区域。

如图16中所见，发射器模块90还包括传感器35，该传感器被配置用于输出指示已经穿过胶囊供料管93的填充有液体的胶囊的数目的传感器数据。例如，传感器35可以是具有计数硬件/软件的穿束光学传感器，该计数硬件/软件对穿过的胶囊进行计数。传感器35输出的传感器数据由飞行控制器39接收。根据一个实施方式，飞行控制器39进一步被配置成控制旋翼电机12的工作，以根据从传感器35接收的传感器数据调整与飞行相关的反馈增益。更具体地，飞行控制器39被配置成控制旋翼电机12的工作以产生平衡推力以抵消胶囊启动时产生的反作用力，该平衡推力是至少一个胶囊发射速度、基于传感器数据计算出的胶囊发射速率以及填充有液体的胶囊的质量的函数。

根据另选实施方式，发射器模块90包括分别连接到两个储料箱的两个发射器筒。图17a和图17b是分别表示具有两个发射器筒96a、96b和两个储料箱91a、91b的发射器模块90的俯视图和前视图的图。图17a和图17b中描绘的发射器模块90还包括压力室97a、97b，这些压力室对应地直接连接到发射器筒96a、96b上并且对应地通过胶囊供料管93a、93b间接连接到储料箱91a、91b上。这种配置使得两种不同类型的液体材料能够在单个uav的单个维修任务期间施加，或者用单个材料类型更快地覆盖区域。

可以使用不同的方法来自动控制配备有发射器的uav，以确保在接近受限的结构的表面上的区域的足够的材料覆盖。为了说明的目的，现在将描述两种自动控制方法，第一方法参照图18a、图18b和图19，而第二方法参照图20a、图20b和图21。

根据一个实施方式，机载飞行控制器被配置成控制发射器筒的瞄准，使得筒轴线沿着限定的路径与待覆盖的表面相交。图18a是表示目标对象的表面9上的选定矩形覆盖区域(下文称为“边界框142”)内的模拟损坏144(例如，刮痕或刮屑)的俯视图的图。图18b是表示用于蛇形线指示的区域的完全材料覆盖的限定路径146的模拟损坏144的鸟瞰图的图。根据一个提出的实际实现方式，该uav飞行到损坏区域附近的第一位置并且然后发射器的俯仰角被调整成瞄准沿着限定的路径定位的第一目标点。然后启动发射器以发射指向第一目标点的胶囊。然后该uav飞到第二位置，在此发射器瞄准沿着限定的路径定位的第二目标点，该第二目标点与第一目标点相隔指定的增量距离。然后启动发射器以发射指向第二目标点的另一个胶囊。发射器的目标点通过改变uav的位置而沿着限定的路径146增量式移动。在每个增量移动之后，发射另一个胶囊。如下面将详细描述的，在一些情况下，重复点火速率基于飞行稳定性分析。

图19是标识限定路径方法200的步骤的流程图，该方法用于自动控制从uav发射的胶囊以实现目标物体表面上的区域的材料覆盖(液体或凝胶)。首先，配备发射器的uav飞行到目标物体的表面上的关注区域(例如，包括异常的区域)附近的位置(步骤202)。然后，启动目标摄像头以拍摄包括异常的区域的初始图像(步骤204)。然后，使用在计算机视觉领域中已知的对象识别技术来处理所获取的图像数据以确定异常的大小和形状(步骤206)。图像处理还被配置成限定表示期望的材料覆盖区域的边界框142(步骤208)。然后，计算将实现全区域覆盖的uav的连续运动路径(步骤210)。然后，uav的记载飞行控制器接收代表计划的连续运动路径的指令。这些指令可以通过uav的俯仰角和偏航角或uav的俯仰角和横向运动来限定。然后，飞行控制器控制旋翼电机，以使uav执行计划的运动路径(步骤212)。当uav沿着运动路径移动到连续位置时，胶囊被连续发射，直到已经实现了全部区域覆盖(步骤214)。(无论材料和表面之间的颜色对比度级别如何，此方法都有效。)

根据另一实施方式，机载飞行控制器被配置成使用自适应瞄准方法来控制发射器筒的瞄准。该自适应瞄准方法使用图像处理来分析材料沉积在表面上的何处并且然后实时地将该数据馈送到控制系统以便将发射器瞄准需要额外覆盖的表面区域的一部分。根据一个实施方式，初始飞溅渍用作图像的锚点和下一镜头的参考位置。图20a是表示液体在目标对象的表面9上的边界框142内的模拟损坏144上的初始飞溅渍166a的模拟鸟瞰图的示图。基于摄像头的视觉系统为反馈控制系统提供输入，以使系统能够使用重复的胶囊发射来自动覆盖特定区域。自适应瞄准方法使用来自图像分析的反馈来确定瞄准位置。图20b是表示在由边界框142指示的所选矩形覆盖区域已经使用重复胶囊发射基本上完全被累积的飞溅渍166b覆盖之后的模拟损坏144的模拟鸟瞰视图的图。

图21是标识使用图像处理的自适应瞄准方法220的步骤的流程图，图像处理用于自动控制从uav发射的胶囊以实现目标物体表面上的区域的材料覆盖。首先，配备发射器的uav飞行到目标物体的表面上的关注区域(例如，包括异常的区域)附近的位置(步骤222)。然后，启动瞄准摄像头来拍摄捕获包括异常的区域的初始图像(步骤224)。然后，使用在计算机视觉领域中已知的对象识别技术来处理所获取的图像数据以确定异常的大小和形状(步骤226)。图像处理还被配置成限定表示期望的材料覆盖区域的边界框142(步骤228)。然后，启动发射器以在覆盖区域处发射初始胶囊(步骤230)。该初始胶囊发射在表面9上产生初始飞溅渍166a(如图20a所示)。然后，瞄准摄像头被启动以拍摄初始飞溅渍的图像(步骤232)。接着对来自所拍摄图像的图像数据进行分析以确定边界框142内无材料覆盖的区域(步骤234)。在该图像处理期间，初始飞溅渍166a的质心用作液体材料的后续沉积的锚参考位置。在该图像分析之后，确定在边界框内是否仍然存在没有材料覆盖的区域(步骤236)。如果在步骤236中做出不存在无覆盖的区域的确定，则终止当前胶囊启动程序。如果在步骤236中做出没有覆盖的区域仍然存在的确定，则发射器瞄准边界框内的未覆盖区域并且发射另一胶囊(步骤238)。然后，启动瞄准摄像头来拍摄飞溅区域的另一图像(步骤240)。方法220然后返回到步骤234。重复由步骤234、236、238和240组成的循环，直到在步骤236中确定在边界框内不存在没有覆盖的区域。该过程继续填充未被覆盖的区域，直到指定区域被完全覆盖。(该方法在材料与表面之间的颜色对比度水平可检测时起作用。)

根据一些实施方式，图像处理在地面站处根据从uav无线发送的图像数据进行；在这里计算uav运动控制指令并将其(通过无线通信)返回至uav的机载导航系统。该导航系统可以包含单独的处理器，该处理器还可以向发射器发送发射控制信号。

根据其他实施方式，图像处理由机载图像处理器执行。机载图像处理器可以与用于运动控制的机载导航系统通信。图像处理和导航系统/运动控制/发射器控制可以由单个处理器或计算机或由经由网络通信地联接的多个处理器或计算机来执行。

总之，上面公开的遥控胶囊发射技术的一个创新方面是使用uav2密封或涂敷结构的表面区域的方法。该方法包括以下步骤：(a)将发射器模块90联接至uav2，其中发射器模块90被配置成发射填充有液体的胶囊13；(b)使该uav2飞行至结构的表面9附近；以及(c)发射填充有液体的胶囊13撞击在结构的表面9上。为了确保全区域覆盖，所提出的方法还包括：(d)获取表示该结构的表面上的关注区域的图像的图像数据；(e)对图像数据进行处理以定位结构中的异常；以及(f)界定结构的表面上至少覆盖异常的覆盖区域。在步骤(d)至步骤(f)之后，可以应用用于实现全区域覆盖的两种方法中的任一种。根据遵循限定路径的一个实施方式，该方法还包括：计算用于覆盖区域的完全覆盖的运动路径；控制无人飞行器沿运动路径飞行，其中步骤(c)在无人飞行器沿运动路径的连续位置进行。根据采用自适应瞄准技术的另一个实施方式，该方法还包括：在步骤(c)之前获取表示该结构的表面上的关注区域的第一图像的第一图像数据；在步骤(c)之后获取第二图像数据，该第二图像数据表示该结构的表面上的该关注区域的第二图像；对第二图像数据进行处理以基于来自在步骤(c)中发射的填充有液体的胶囊的液体的初始飞溅渍的质心来计算锚参考位置；以及发射附加填充有液体的胶囊，附加填充有液体的胶囊在与锚参考位置偏移的位置处撞击结构的表面。自适应瞄准方法可进一步包括：在每次发射附加填充有液体的胶囊之后获取表示在结构的表面上的关注区域的连续图像的附加图像数据；对附加图像数据进行处理以确定结构的表面上的限定覆盖区域已被来自附加填充有液体的胶囊的液体的累积飞溅渍完全覆盖；以及响应于确定限定的覆盖区域已被完全覆盖，停止附加填充有液体的胶囊的发射。

对于输送可能占载具总重量的显著百分比的材料的轻型载具，将有可能必须在有效载荷材料离开载具时改变uav的飞行相关的反馈增益(即，飞行期间的系统质量减少)。根据一个实施方式，一个或更多个传感器计数通过供给子系统发送的胶囊的数目，并且然后飞行控制器(或单独的计算机)基于例如预先计算的查找表修改飞行控制反馈增益。该系统的当前质量估计还用于计算最佳胶囊发射速率。

根据一个实施方式，飞行控制器39(见图16)被配置成基于由从uav发射胶囊产生的反作用力调节命令推力。基于系统动力学(包括uav的当前质量)，还可以调节胶囊的发射速率，以允许在发射之间的适当时间量从反作用力扰动中恢复，或者在胶囊的快速发射的情况下，计算平衡旋转器推力以平衡发射力。这些运行时间调节有助于维持uav的稳定性。在没有这些补偿的情况下，uav无法在将材料输送到目标物体表面的同时适当地飞行。

调节命令推力包括当储料箱91(见图11a)被排空时修改飞行控制反馈增益。需要这种调节，因为与总旋翼推力(其包括维持稳定悬停所需的向下推力)相比，产生期望的运动响应所需的反作用力的相对大小随着储存器中胶囊数量的减少而增加。如果材料消耗时没有控制系统补偿，那么uav可能变得越来越不稳定。一个可能的解决方案是选择已经针对部分填充胶囊储存器进行调整的反馈控制增益的恒定集合，但是这将给具有充满或几乎充满的储存器的输入提供迟缓的uav性能，并且当储存器变低时，该uav将对输入过度反应。这导致不一致的飞行控制性能，这对将胶囊有效载荷均匀地施加至表面是不利的(并且在一些情况下，uav可能变得不稳定)。另一种方案是使用增益调度，在这种情况下，控制系统反馈增益基于uav的当前质量(或当前估算质量)进行调节。基本思想是调整各种有效载荷的反馈增益，并且当储存器被排空时在它们之间切换。

为了调节胶囊发射速率，可以基于动量守恒定律计算uav在发射胶囊之后的反冲速度。假定一个单个胶囊的质量相对于该配备有发射器的uav(加上剩余胶囊)的总质量是小的，该uav的反冲速度(v_uav)是该uav和剩余胶囊的总质量(m_uav)、单个胶囊的质量(m_cap)、以及胶囊的发射速度(v_cap)的函数：

v_uav＝v_cap*m_cap/m_uav

随着发射连续胶囊，uav的总质量间歇地减小，这意味着当储存器变低时，uav上的反作用力扰动对飞行控制具有较大的影响，并且当储存器充满时，uav上的反作用力扰动对飞行控制具有较小的影响。

但是补偿算法必须比简单地考虑动量守恒更多。根据一个实施方式，该补偿算法还计算施加到该uav的脉冲，该脉冲是在胶囊在发射器筒中被加速(delta_v)的时间(delta_v)上施加到该uav的反作用力f：

impulse＝f*delta_t＝m_cap*delta_v

补偿算法被配置成计算平均值f，并且然后将该值视为干扰。更具体地，补偿算法生成表示经调节的胶囊发射速率的信号并将该发射速率控制信号发送至发射控制系统。

胶囊的发射速度(v_cap)可以通过实验测量——例如使用高速摄像头来记录当胶囊退出筒时发射器筒的远端的视频。以及分析视频以获取在指定数量的帧中行进的距离。人们可以针对不同的压力设置将测量的速度与气动系统的压力调节器阀(使用压力测量计或传感器)中的测量的压力相关联，并且然后使用表格查找或使用数据拟合算法(如样条拟合或多项式拟合)来创建压力-速度方程，该压力-速度方程基于由压力调节器计测量的压力来提供筒出口速度的估计。

测量胶囊发射速度的另一种方式是将接近度传感器放置在发射器筒内的一对位置处并且测量每个传感器检测到正在发射的胶囊的通过之间的时间。可以通过将分开的传感器的距离除以分开的传感器检测到胶囊时的相应时刻时间间隔的持续时间(delta_position除以delta_time)来计算胶囊发射速度。

上面公开的遥控胶囊发射技术的另一创新方面是使用uav2密封或涂敷结构的表面区域的方法。该方法包括以下步骤：(a)将发射器模块90连接至uav2，其中发射器模块90被配置成发射填充有液体的胶囊13；(b)使uav2飞行至结构的表面9附近；以及(c)发射连续的填充有液体的胶囊13，填充有液体的胶囊撞击结构的表面9上的相应目标区域。为了在材料消耗时提供控制系统补偿，所提出的方法还包括：(d)检测在连续时间发射的每个填充有液体的胶囊；以及(e)通过依次减去一个填充有液体的胶囊的单位重量，估算每次填充有液体的胶囊发射后无人飞行器和发射器模块的当前总质量。根据一个实施方式，该方法还包括在每次发射填充有液体的胶囊之后修改飞行控制反馈增益，以便将该发射器模块的质量的连续损失考虑在内。根据另一个实施方式，方法还包括：测量发射的每个填充有液体的胶囊的发射速度；基于所测量的发射速度，计算通过发射连续的填充有液体的胶囊所产生的相应的反作用力；根据计算出的反作用力，调节无人飞行器的命令推力；以及基于计算出的反作用力调节发射连续填充有液体的胶囊的速率。

喷枪的使用通常要求喷嘴位于表面的大约一英尺内，并且要求其用于平静风中。实现这些工作条件可能不总是可能的，并且当使用uav作为进行维修的输送平台时，提供液体/凝胶材料应用尤其具有挑战性。使用传统的喷涂系统，过度喷涂对于目标物体、环境以及uav本身可能是一个问题，因为如果过度喷涂材料到达uav上，它可能削弱uav恰当飞行的能力。但是对于基于胶囊的递送，过度喷涂是较小问题，并且更多的材料可以被递送至预期区域。此外，传统喷枪系统的清理需要时间，如果材料喷到uav上或进入到uav中，这可能尤其成问题。并且，在任务期间交换材料类型通常需要在不同材料可插入系统之前清除先前材料。

根据一些实施方式，本文提出的启用uav的维修系统还包括用于载具和维修工具定位的场外跟踪系统，该系统可通信地联接至地面上的上述控制站40。更具体地，场外跟踪系统被配置成提供三维(3-d)定位信息，用于uav相对于目标物体的导航和控制，以及用于在目标物体的参考系中精确定位检查或维修工具，并将位置数据与目标物体的3-d模型相关联。基于uav的维修的准确位置跟踪将使得uav能够将维修模块移动到适当位置并记录与该位置相关联的3-d坐标数据。该3-d信息对于记录维修以及考虑先前执行的启用uav的检查的结果是重要的。可以使用不同技术中的任何一种来提供记录活动的3-d位置所必需的信息。

根据一个实施方式，uav包括机载跟踪系统，该机载跟踪系统能够根据预编程的飞行计划对该uav进行导航。由uav携带的预编程的飞行计划使得该uav能够围绕目标物体的一部分遵循飞行路径。系统还包括具有用于与uav无线通信的装置的场外跟踪系统。场外跟踪系统用于向uav发送命令或监测该uav的各种工作性能参数，例如剩余燃料、剩余电池电量等。还可使用场外跟踪系统基于获取的定位数据生成命令以改变uav的飞行路径。

根据一些实施方式，本文所提出的启用uav的维修系统还包括用于uav相对于目标物体的导航和控制的三维(3-d)定位。用于基于uav的维修的准确位置跟踪将使得系统能够移动到适当位置。可以使用不同技术中的任何一种来提供记录活动的3-d位置所必需的信息。

根据一种实施方式，可以通过将光学目标(例如后向反射目标)放置在uav2上并且然后使用运动捕捉反馈控制来计算uav2的位置来实现3-d定位。使用运动捕捉系统的闭环反馈控制在美国专利号7,643,893被详细公开，其公开内容通过引用以其全文并入本文。根据一个实施方式，运动捕捉系统被配置成在维修任务期间测量uav2的一个或更多个运动特征。处理器从运动捕捉系统接收测得的运动特征，并基于测得的运动特征来确定控制信号。位置控制系统接收控制信号并持续调节uav2的至少一个运动特征以维持或实现期望的运动状态。uav2可以配备有被动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。

根据另选实施方式，可以使用安装在目标物体上或目标物体附近的本地定位系统(图中未示出)来实现uav2的位置跟踪。本地定位系统可以从地面控制并且用于跟踪其上具有三个或更多已知可见特征的uav2的位置。典型的本地定位系统包括：摇摄倾斜机构；安装到摇摄倾斜机构的摄像头；以及激光测距仪，用于沿着瞄准方向向量将激光束投射到每个可见特征上。摇摄倾斜机构包括摇摄单元和倾斜单元。摄像头包括壳体，激光测距仪安装到该壳体上。摄像头可以包括用于拍摄静态图像的静态摄像头(彩色和/或黑白)、用于拍摄彩色和/或黑白视频的视频摄像头、或者用于拍摄可见特征的红外静态图像或红外视频的红外摄像头。该本地定位系统还包括计算机系统，该计算机系统被配置成用于测量可见特征在目标物体的本地坐标系中的坐标。具体地，该计算机系统被编程为控制摇摄-倾斜机构的运动以将摄像头旋转调整到围绕垂直、方位角(摇摄)轴和水平、仰角(倾斜)轴的选定角度。该计算机系统还被编程为控制摄像头的工作并且从中接收图像数据以便传输至控制站40。计算机系统还被编程为控制激光测距仪的工作并且从其接收测距数据以便传输至控制站40。本地定位系统还可以包括无线收发机和天线，以实现与控制站的双向无线电磁波通信。本地定位系统优选地具有在美国专利号7,859,655、9,285,296和8,447,805以及美国专利申请公开号2018/0120196中所公开的性能，其公开内容通过引用以其全文并入本文。由本地定位系统的摄像头获取的图像数据可以经历图像处理，如美国公开专利号8,744,133所公开的。

另选的3-d定位方法涉及将两个或更多个uav放置的可见目标(例如油墨标记)放置在维修区附近。在各连续的维修工作期间，标记将被uav用来将自身精确地重新定向用于维修。自动视频定位设备可用于利用可用标记将uav重新定向到维修区。

尽管已参照各种实施方式描述了使用配备工具的uav维修结构或物体的方法和设备，但本领域技术人员应当理解，在不背离本文教导的范围的情况下，可做出各种改变并且等同物可替代其元件。此外，在不背离其范围的情况下，可以做出许多修改以使本文的教导适应特定情况。因此，权利要求旨在不限于本文公开的特定实施方式。

如在权利要求中所使用的，术语“控制器”应当被广义地解释为包括具有至少一个计算机或处理器的系统，并且该系统可以具有通过网络或总线进行通信的多个计算机或处理器。如在前一句子中所使用的，术语“计算机”和“处理器”两者都指具有处理单元(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储存器(即，计算机可读介质)的装置。例如，术语“控制器”包括(但不限于)在包含处理器内核、储存器和可编程输入/输出外围设备的集成电路上的小型计算机。

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，该设备包括无人飞行器(2)和联接至所述无人飞行器的喷涂维修模块(20)，

其中，所述无人飞行器包括：

机体框架(4)；

多个旋翼电机(12)，所述多个旋翼电机安装到所述机体框架上；以及

多个旋翼(10)，所述多个旋翼(10)在工作上联接至所述多个旋翼电机中的相应旋翼电机，并且

其中，所述喷涂维修模块包括：

罩(50)，所述罩(50)联接至所述无人飞行器的框架；

加压储存罐(55)，所述加压储存罐(55)包含液态的密封剂或涂敷材料；

第一阀(51)，所述第一阀(51)与所述加压储存罐流体连通；以及

喷嘴(52)，所述喷嘴(52)与所述第一阀流体连通，其中，所述喷嘴被配置和定位成遍及结构表面上的被所述罩覆盖的区域分配所述密封剂或涂敷材料。

条款2.根据条款1所述的设备，其中，所述喷涂维修模块还包括：

第一电子开关(42)，所述第一电子开关(42)用于控制所述第一阀的状态；以及

控制器(32)，所述控制器(32)被配置成控制所述第一电子开关的开关状态，以致使所述第一阀打开，并遍及所述结构表面上的所述区域分配来自所述加压储存罐的密封剂或涂敷材料。

条款3.根据条款2所述的设备，其中，所述喷涂维修模块还包括：

第一密封唇缘(62)，所述第一密封唇缘(62)包括附接到所述罩的第一柔性基底；以及

真空泵(26)，所述真空泵(26)与所述罩内的第一空间容积流体连通，并且

其中，所述控制器被进一步配置成控制所述真空泵的工作，以使得从所述第一空间容积中去除空气。

条款4.根据条款3所述的设备，其中：

所述喷涂维修模块还包括第二密封唇部(60)，所述第二密封唇部(60)包括附接到所述罩的第二柔性基底；

所述第二密封唇缘围绕所述第一密封唇缘，在所述第二密封唇缘与所述第一密封唇缘之间具有第二空间容积；并且

所述真空泵与所述第二空间容积流体连通。

条款5.根据条款2至4中任一项所述的设备，其中，所述喷涂维修模块还包括辐射源(28)，所述辐射源被配置成发射辐射以固化所述密封剂或涂敷材料，并且其中，所述控制器进一步被配置成根据固化协议控制所述辐射源的工作。

条款6.根据条款2至5中任一项所述的设备，其中，所述喷涂维修模块还包括：

压缩气体容器(95)，所述压缩气体容器(95)包含气体；

第二阀(51)，所述第二阀(51)与所述压缩气体容器流体连通；以及

空气喷嘴(54)，所述空气喷嘴(54)与所述第二阀流体连通，其中，所述空气喷嘴被配置和定位成当所述第二阀打开时朝向结构表面上的被所述罩覆盖的区域引导空气射流。

条款7.根据条款6所述的设备，其中：

喷涂维修模块还包括用于控制所述第二阀的状态的第二电子开关(42)；并且

所述控制器进一步被配置成控制所述第二电子开关的开关状态以致使所述第二阀打开。

条款8.一种用于密封或涂敷表面的方法，所述方法包括：

(a)将包括罩(50)和喷射器(52)的喷涂维修模块(20)联接至无人飞行器(2)；

(b)使所述无人飞行器飞行至结构表面(9)上的所述罩覆盖的区域的位置；以及

(c)使用所述喷射器在被所述罩覆盖的所述区域的至少一部分上喷射密封或涂敷材料。

条款9.根据条款8所述的方法，该方法还包括：在步骤(b)之后且在步骤(c)之前，部分地排空第一空间容积以将所述罩密封至所述结构表面。

条款10.根据条款8至9中任一项所述的方法，该方法还包括：在步骤(b)之后且在步骤(c)之前，从安装至所述罩的空气喷嘴(54)发射空气射流。

条款11.根据条款8至10中任一项所述的方法，该方法还包括从安装至所述罩的光源或热源(28)发射辐射，以加速在步骤(c)中喷射的密封材料或涂敷材料的固化。

条款12.根据条款8至11中任一项所述的方法，该方法还包括：

(d)加热被所述罩覆盖的所述区域；

(e)在加热期间或加热之后拍摄被所述罩覆盖的所述区域的红外图像；

(f)对所述红外图像进行处理以检测该被覆盖的区域上水分的存在；以及

(g)部分地排空所述罩下方的第二空间容积以去除存在的水分，

其中，步骤(d)至步骤(g)在步骤(b)之后且在步骤(c)之前进行。

条款13.一种设备，该设备包括无人飞行器(2)和联接至所述无人飞行器的施用头(64)，

所述无人飞行器包括：

机体框架(4)；

多个旋翼电机(12)，所述多个旋翼电机安装到所述机体框架上；以及

多个旋翼(10)，所述多个旋翼(10)在工作上联接至所述多个旋翼电机中的相应旋翼电机，并且

其中，所述施用头包括：

壳体(75)；

供带轴(76)，所述供带轴(76)可旋转地联接至所述壳体，使胶带(11)的在一侧上具有压敏粘合剂的第一部分和离型膜(21)的第一部分绕所述供带轴卷绕；

施用辊(78)，所述施用辊(78)可旋转地联接至所述壳体，并具有与所述胶带的第二部分接触的柔顺且透气的外表面；以及

卷带轴(80)，所述卷带轴(80)可旋转地联接至所述壳体并使所述离型膜的第二部分绕所述卷带轴卷绕，

其中，所述施用辊和所述卷带轴形成辊隙(79)，在所述辊隙(79)处所述胶带的第二部分与所述离型膜的第二部分相接触。

条款14.根据条款13所述的设备，其中，所述无人飞行器还包括：

臂(3)，所述臂(3)具有联接到所述机体框架的一端和联接到所述施用头的另一端；以及

飞行控制器(39)，所述飞行控制器(39)被配置成控制所述旋翼电机的工作以移动所述施用头，使得所述施用辊的柔顺外表面在结构表面上滚动。

条款15.根据条款13至14中任一项所述的设备，该设备还包括：

基座框架(74)，所述基座框架(74)联接至所述无人飞行器的机体框架；

轨道(66)，所述轨道(66)联接至所述基座框架；以及

托架(68)，所述托架(68)可滑动地联接以便沿着所述轨道行进，

其中，所述施用头联接至所述托架并且由所述托架承载。

16.根据条款15所述的设备，该设备还包括：

托架驱动电机(86)，所述托架驱动电机(86)在工作上联接以驱动所述托架沿着所述轨道的移动；以及

控制器(34)，所述控制器(34)被配置成生成用于控制所述托架驱动电机的工作以实现所述托架的移动方向和目标速度的电机控制信号。

条款17.一种设备，该设备包括无人飞行器(2)和联接至所述无人飞行器的发射器模块(90)，

所述无人飞行器包括：

机体框架(4)；

多个旋翼电机(12)，所述多个旋翼电机安装到所述机体框架上；以及

多个旋翼(10)，所述多个旋翼(10)在工作上联接至所述多个旋翼电机中的相应旋翼电机，并且

其中，所述发射器模块包括：

内环(92)，所述内环(92)安装在所述无人飞行器的所述框架上；以及

可旋转的发射器子组件，所述可旋转的发射器子组件包括可旋转地联接至所述内环的外环(94)以及安装到所述外环上的发射器(81)，

其中，所述发射器包括发射器筒(96)和发射机构，所述发射机构被定位和配置成推动填充有液体的胶囊通过所述发射器筒。

条款18.根据条款17所述的设备，其中，所述发射器模块还包括：

发射器俯仰控制电机(152)，所述发射器俯仰控制电机(152)固定地联接至所述外环；以及

用于将所述外环机械地联接到所述发射器俯仰控制电机以使得所述发射器俯仰控制电机能够驱动所述外环相对于所述内环的旋转的装置(85、168)，

其中，发射器和所述发射器俯仰控制电机被布置在所述外环上的直径上相对的角位置处。

条款19.根据条款18所述的设备，其中，发射器模块还包括：

储料箱(91)，所述储料箱(91)联接至所述内环并包含填充有液体的胶囊；

胶囊供料管(93)，所述胶囊供料管(93)将所述储料箱连接至所述发射机构；

罐(95a)，所述罐(95a)联接至所述内环并包含压缩气体；

供气管(87)，所述供气管(87)将所述罐连接至所述发射机构；以及

触发机构，所述触发机构包括机电控制阀(170)，所述机电控制阀能够从关闭状态转换到打开状态，在所述关闭状态下，所述供气管不将气体从所述罐提供到所述发射机构，在所述打开状态下，所述供气管将气体从所述罐提供到所述发射机构，以用于推动填充有液体的胶囊通过并离开所述发射器筒。

条款20.根据条款17至19中任一项所述的设备，其中：

所述可旋转的发射器子组件还包括反冲补偿子系统(156)，所述反冲补偿子系统被固定地联接至所述外环并且在工作上联接至所述发射器筒；

所述反冲补偿子系统包括联接至所述外环的第一线性轨道(160a)和第二线性轨道(160b)以及第一减振器(158a)和第二减振器(158b)；并且

所述发射器筒可滑动地联接至所述第一线性轨道和所述第二线性轨道并且在工作上联接至所述第一减振器和所述第二减振器，所述第一减振器和所述第二减振器被配置成随着时间分散所述发射器筒的反冲动量。

条款21.根据条款19至20中任一项所述的设备，其中：

所述发射器模块还包括传感器(35)，所述传感器(35)被配置用于输出指示已经穿过所述胶囊供料管的填充有液体的胶囊的数目的传感器数据；并且

所述无人飞行器还包括飞行控制器(39)，所述飞行控制器(39)用于控制所述旋翼电机的工作，以根据从所述传感器接收的所述传感器数据调节与飞行相关的反馈增益。

条款22.根据条款21所述的设备，其中，所述飞行控制器进一步被配置成控制所述旋翼电机的工作以产生平衡推力以抵消胶囊发射时产生的反作用力，所述平衡推力是至少一个胶囊发射速度、基于所述传感器数据计算的胶囊发射速率以及填充有液体的胶囊的质量的的函数。

条款23.根据条款21至22中任一项所述的设备，其中：

所述可旋转的发射器子组件还包括联接至所述外环的摄像头(150)；并且

所述发射器模块还包括基于视觉的定位系统，所述基于视觉的定位系统被配置成从所述摄像头接收图像数据，对所述图像数据进行处理以确定应该通过所述发射器将附加的材料沉积在表面上的区域，并且将控制信号发送到所述发射器俯仰控制电机并将命令信号发送到所述飞行控制器，以便将所述发射器筒瞄准所述区域。