自主飞行器的制作方法

本发明公开了包括工具承载主体的自主飞行器(afv)，有时也称为无人机。此外，还公开了在翻新/修复过程中使用afv的方法，特别是在翻新/修复风力涡轮机叶片的前边缘区域过程中使用afv的方法。

背景技术：

1、afv是众所周知的，有多种设计、尺寸和用途可供使用。通常，afv广泛用于检查，因此配备了各种摄像机、传感器和探测器。

2、尤其是对于风力涡轮机维护，特别是对于检测风力涡轮机叶片的损坏，afv被视为有用的工具，参见例如us2016/0377424。

3、通常风力涡轮机位于难以进入的偏远地区或近海。此外，为了不干扰风型并出于安全原因，风力涡轮机彼此相距相对较长的距离定位。这使得不可能将起重机定位成可以从同一起重机位置检查更多风力涡轮机。这又需要重新定位起重机，这在偏远难以到达的区域可能非常困难且耗时。作为该问题的解决方案，us10,776,947公开了使用无人驾驶航空器，该航空器被编程为记录旋转期间风力涡轮机叶片的损坏。基于这些结果，可以判断是否需要停止风力涡轮机并布置必要的设备以(手动)维修风力涡轮机叶片。

4、在ep3738892中公开了一种航空器或一系列航空器，用于将检查与各种相机、传感器和探测器结合起来，并且在必要时对检查区域进行修复。在本公开中，使用多种不同的航空器来完成任务。维修程序由携带维修工具的航空器进行。

5、现有技术忽略解决或在ep3738892中最好地解决的一个方面是复合材料表面的修复通常需要许多不同任务的事实。在ep3738892中，通过提供多个航空器来解决这个问题，每个航空器具有其自己的指定的专门任务。这当然意味着现场必须有大量的航空器可用，因为维修可能具有不同的性质，因此需要不同的处理等。

6、发明目的

7、认识到现有技术的这些和其他缺点，本发明提出了这样的解决方案：其中一个afv能够同时携带多种不同的工具和更多的工具。此外，通过在afv和工具之间提供合适的接口，实现了可以进行简单、快速且容易的工具交换。

技术实现思路

1、因此，本发明提供了自主飞行器，包括工具承载主体，所述工具承载主体具有前侧和后侧，主体侧部连接所述前侧和后侧，并且其中所述工具承载体包括多个旋翼以及相关联的发动机和动力源，以及进一步包括包含可编程计算机单元的飞行控制单元，并且其中提供另外的附接装置用于将工具附接至自主飞行器，其中所述工具承载体具有在使用中向下开放的纵向通道，该纵向通道被配置为接受表面的至少部分，诸如例如风力涡轮机叶片形式的凸面，或者其至少一部分，例如风力涡轮机叶片的前缘的从前侧跨越到后侧的部分，并且其中可以附接一个或多个工具，优选地可拆卸地附接至自主飞行器。

2、对涡轮叶片前缘进行维修的特殊挑战之一是叶片的取向。手动操作包括从机舱布置提升机，使得承载器可以被提升并沿着垂直布置的叶片。通过使用现有技术的afv，的片的取向既没有被用作飞行器的参数，也没有被用作维修方法。

3、对于本发明，afv被专门设计成在叶片前缘水平的位置处接合叶片。前缘应理解为在风力涡轮机叶片旋转期间切穿空气的涡轮机叶片。此外，前缘是叶片的部分圆形/凸形表面，因此前缘可被理解为风力涡轮机叶片的这样的部分或区域：当投影到平行于叶片的纵向轴线的平面上时，该部分或区域设计成撞击空气。因此，前缘不是一条线，而是相对较大的区域。由于在空气中传播，空气中的任何碎片都会撞击前缘，具体取决于碎片的类型(例如冰雹、灰尘、雪等)和撞击速度(碎片速度和前缘速度的组合)，撞击可能会损坏叶片的前缘/区域。通常，只有前缘会因碎片的影响而劣化，因此这里是需要进行大量修复工作的地方。

4、根据本发明的afv提供纵向通道，其在使用中定向为向下。该通道被设计成容纳风力涡轮机叶片的前缘/区域的至少部分。在一些实施方案中，当叶片插入通道中时，afv将搁置在风力涡轮机叶片上。这提供了afv相对于叶片的非常稳定且明确的定位。因此，由于afv的众所周知的定位，任何维修都可以以精确的方式进行。

5、在一些实施方案中，纵向通道具有长度l、宽度w和深度d，其中l为40-150cm，例如50、75或100cm，或者w为25-75cm，例如30cm、40cm、55cm或60cm，和/或其中d为20-60cm，例如25cm、30cm、40cm或50cm。l、d和/或w可以根据afv的预期用途选择更大或更小。例如l＝110cm，d＝40cm，w＝40cm。

6、在一些实施方案中，l>w和/或l>d和/或w>d和/或w＝d，和/或w>d。

7、可选择l、w和/或d以确保atv具有尺寸平衡的通道以接受叶片并为工具提供期望的稳定性和/或作用区域。

8、优选地，尺寸被给出为从通道本身的一侧到另一侧、从顶部到底部的测量值。

9、在飞行中或当不使用时，夹紧装置和/或工具可以完全缩回到通道的表面/侧面中，从而缩回到工具承载主体中。在使用中，夹紧装置和/或工具可被启动并突出到通道中，以便与通道中的表面(例如风力涡轮机叶片的前缘)接触。

10、在一些实施方案中，afv的重量(包括工具)低于75kg，例如或低于70kg、60kg、50kg、40kg、30kg、25kg或20kg。比如15kg-75kg之间。如15-25kg或25-75kg。

11、对风力涡轮机叶片的事先检查可能已经识别了损坏、损坏的范围、损坏的类型等，这样，在将afv发射到叶片之前，它可以配备适当的工具来执行修复程序。这些工具可以快速安装在afv上的标准化附接装置上——对于afv所设想的所有工具来说都是通用的。

12、以这种方式，本发明提供了一种多功能刀架，其在使用中由于本发明的特征而提供了稳定且明确的修复过程。

13、在另一有利实施方案中，所有工具均设置有类似的接口连接件，用于将工具连接和附接至工具承载主体，所述接口连接件至少包括用于至少连接至电源、控制信号和机械紧固的装置。

14、如上所述，类似连接的提供确保了可以快速地进行工具的更换并且无需任何适应过程。此外，由于不同的工具可能需要不同的供应，附接装置的标准化系统将预见到，例如需要电力的工具将在工具侧具有适当的连接装置，需要加压空气的工具将具有适当的连接装置，需要灌浆体供应的工具将具有适当的连接装置等。afv可以在所有附接点处具有所有类型的连接装置。以这种方式，任何工具可以以任何附接装置连接/附接。

15、在另一有利实施方案中，工具可以例如选自以下工具中的一个或多个：

16、a.凿子

17、b.针锤(针式除垢机或削片锤)

18、c.磨削/磨损/铣削工具

19、d.气枪和/或喷枪

20、e.刮刀

21、f.复合填充器/前单元/复合分配工具

22、g.紫外线或红外线光源和/或加热工具

23、h.清洁工具

24、i.油漆或喷涂工具。

25、本发明的重要方面之一是afv能够降落在涡轮机叶片上。为此目的，在另一有利实施方案中，在工具承载主体内部并且作为通道表面的一部分的afv设置有夹紧装置，使得在使用中，当通道定位在待加工的构件的一部分周围时，夹紧装置可以扩展，以便相对于待加工的构件固定或引导自主飞行器。

26、在本文中，术语“固定”应理解为当被激活时，该装置可以将afv维持在期望的位置，以便工具执行其指定的操作。因此，“固定”也可以被理解为允许afv沿着待加工的构件移动，但是以这样的方式使得afv相对于叶片保持在正确的倾斜取向。

27、在一些实施方案中，afv将与待加工的构件物理接触，而且接触不止是通过afv的实际接合待加工的构件的表面的工具。例如，可以设置辊等，使得afv可以在待加工的构件的表面上行进。或者，afv可以悬停在待加工表面上方，其中只有工具与待加工表面接触。

28、在一些实施方案中，afv的工具承载主体包括上部主体和下部主体，并且其中纵向通道是下部主体的一部分。两部分式工具承载主体可提供灵活的系统并提供用于维修和/或更换工具承载主体的部件的额外选项。

29、也即，在一些实施方案中，下部主体可以与上部主体可拆卸。当下部主体可从上部主体拆卸时，可以对afv的工具承载主体的部分进行更换、充电、更新等，而不需要改变整个工具承载主体，而是通过改变下部主体。例如，如果所有或部分电池、油过滤器等放置在下部主体中，则可以通过更换下部主体来改变这些。

30、如果下部主体可从上部主体拆卸，则工具承载主体可包括用于将上部主体和下部主体彼此附接和/或连接的主体附接装置。在一些实施方案中，主体附接装置可以允许容易地释放下部主体以及将下部主体附接到上部主体，在一些实施方案中甚至不需要工具就可以容易地释放。

31、在一些实施方案中，主体附接装置可被配置成确保下部主体的附接和/或拆卸可通过afv的远程控制来执行，即，无需或减少人在afv现场的物理和/或机械交互。

32、工具可以能够附接至下部主体和/或上部主体和/或工具可以是下部主体的一部分。如果工具是下部主体的一部分，则设置用于将工具附接至自主飞行器的另一附接装置也可以是主体附接装置。在这种情况下，可以通过更换下部主体来更换工具。

33、本发明还可涉及用于形成本文所述的自主飞行器的套件。所述套件可包括工具承载主体和一个或多个工具。套件的工具承载主体可以是单个单元或者可以包括上部主体和下部主体。

34、在使用中，afv被带到要进行维修或表面重修工作的现场。在风力涡轮机叶片前表面的情况下，风力涡轮机叶片被带到前表面面向上并且基本水平的位置。afv配备了用于对表面进行所需处理的工具。通常，选择的工具可以是用于准备表面的研磨/砂磨工具。与该工具相结合，可以集成喷砂或擦拭装置，使得表面在磨损处理后保持无尘和清洁。此后，准备好的表面被涂覆例如新的凝胶涂层，该新的凝胶涂层由填缝枪状装置分配，该装置结合有成形器和修整器抹刀，将凝胶涂层材料(或其他合适的可硬化材料)成形为期望的形状或轮廓。

35、afv特此配备有两个工具，并且通过在afv的任一端(或者更确切地说是在afv中提供的通道)布置工具来限定工作方向，其中准备表面的一个或多个工具被布置为使得磨损/清洁布置在工作方向的最前面。

36、装备好工具和维修材料后，afv会飞向叶片。这里，afv定位在距叶片尖端一定距离处，例如短距离处，以工作方向朝向叶片尖端定向。此后对叶片的尖端进行表面重修。一旦叶片的这一部分得到处理，afv就会升高(afv从叶片上起飞)并旋转180度，使得工作方向现在处于相反方向。afv定位成使得当重修表面过程开始时，在先前重修表面部分和要开始的新重修表面过程之间优选地存在短的重叠。工具被激活，使afv沿着叶片行进，直到到达需要重修表面/翻新的区域的末端。同时，根据叶片的轮廓调整夹紧装置，使得afv保持在正确的工作取向。

37、本发明还涉及在使用中操作如上所述的afv的方法。