CN110775177B - 在非水平表面上爬行的自推进式机器人车辆的重力补偿 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及在非水平表面上爬行的自推进式机器人车辆的重力补偿，公开了一种用于在执行自动维修操作期间为沿着并跟随非水平表面的轮廓行进的缆绳悬挂的、真空粘附的、配备有工具的爬行器车辆提供重力补偿的装置和方法。重力补偿***的多个实施例共有的一个技术特征是操作缆绳线轴以缠绕缆绳的一部分以产生拉力，其中从缆绳的该部分悬挂真空粘附的爬行器车辆，该拉力抵消在移动期间施加在爬行器车辆上的重力。缆绳线轴的旋转可以由马达或张紧弹簧驱动。

Description

在非水平表面上爬行的自推进式机器人车辆的重力补偿
技术领域
本公开总体涉及用于跨越表面运载维修工具的自动***，此类维修工具包括(但不限于)用于非破坏性检查(NDI)的传感器。特别地，本公开涉及能够在诸如飞行器机身、储罐和风力涡轮叶片的大型结构的倾斜或竖直表面(下文中称为“非水平表面”)上移动的自推进式表面爬行机器人车辆(下文称为“爬行器车辆”)。
背景技术
已知通过将人员提升到与结构相邻的位置来手动检查和清洁诸如飞行器机身、储罐和风力涡轮叶片的大型结构。然而，手动检查和清洁可能是耗时且困难的操作。为了减轻手动检查和清洁的缺点，已经提出了涉及被配置成沿着大型结构的非水平表面行进的自动装置(例如，爬行器车辆)的各种解决方案。例如，已经提出了多种解决方案，其中配备有工具的爬行车辆附接到拴系缆绳的端部，同时爬行器车辆通过吸力或真空力与非水平表面接触并“粘附”到非水平表面。真空粘附功能由一个或多个真空粘附设备提供，其使得爬行器车辆能够粘附到非水平表面但仍然能够在非水平表面上方平移和/或旋转。
在爬行器车辆需要在非水平表面上操作的应用中，例如围绕飞机机身的周界移动的应用中，维持期望位置和导航所需的真空粘附力的大小可能难以实现。并且即使在可获得足够的真空粘附力的情况下，使爬行器车辆在竖直或接近竖直方向上移动所需的运动功率也可以不合期望地过高。增加粘附力或运动功率增加了这些机器人***的复杂性和成本，并且可以限制它们的成本有效的使用情况。
现有的更高吸力流(真空粘附)或更高能量静电(吸引力)的解决方案需要增加的复杂性和***成本以及性能风险，包括由于高粘附载荷导致的表面损坏。目前的解决方案没有解决与机器人正在爬行的结构的表面上的灰尘、油脂、水或其他碎屑相关的滑动问题。目前的拴系可以保持爬行器车辆不会掉到地上，但不帮助在重力作用下维持对表面的真空粘附或静电吸引力。目前的解决方案并不帮助爬行器车辆维持沿水平线的运动而不会在重力方向上滑动。它们也不能在没有更高的粘附或功率要求的情况下实现上升竖直运动。
发明内容
下面详细公开的主题涉及用于在执行自动维修操作(例如，非破坏性检查或其他维修操作)期间为沿着并跟随非水平表面的轮廓行进的缆绳悬挂的、真空粘附的、配备有工具的爬行器车辆提供重力补偿的装置和方法。本文公开的重力补偿***的多个实施例共有的一个技术特征是，缆绳线轴(不在配备有工具的爬行器车辆上)旋转以缠绕缆绳的一部分以产生拉力，真空粘附的爬行器车辆从该缆绳悬挂，该拉力抵消在运动期间施加在爬行器车辆上的重力。缆绳线轴的旋转可以由马达或张紧弹簧驱动。
下面将详细公开若干实施例，这些实施例包括根据经历维修的结构的几何形状而变化的部件的配置。例如，飞行器机身可具有带圆柱形外表面的区段，并且储罐可具有球形外表面、圆柱形侧外表面与圆顶形顶部外表面、或圆柱形侧外表面与平坦顶部外表面。
上面提到的真空粘附功能是由一个或多个真空粘附设备提供的，真空粘附设备使得每个爬行器车辆能够粘附到表面但仍然能够在爬行器车辆粘附到的表面上方平移和/或旋转。每个真空粘附设备都设计成在真空粘附设备部分疏散时“浮动”。如本文所用，“浮动”意味着吸力部件与跨越表面滑动的低摩擦垫相符(弹簧加载的)。该***是旋转顺从的并且沿Z轴顺从。产生的总吸力足够强以将爬行器车辆粘附到结构，但不能太强而抑制横向位移或旋转。因此，本文使用的术语“粘附”是指允许爬行器车辆在表面上方移动的浮动粘附。相反，如本文使用的术语“附接”包括非浮动粘附(例如粘附力)并且不包括浮动粘附。
尽管在本文后面将详细描述用于为非水平表面上的缆绳悬挂的、真空粘附的、配备有工具的爬行器车辆提供重力补偿的装置和方法的各种实施例，但是这些实施例中的一个或多个可以通过一个或多个以下方面来表征。
下面详细公开的主题的一个方面是一种用于在爬行器车辆在主体(例如，飞行器机身或储罐)的表面上移动期间补偿重力的方法。该方法包括：(a)将第一缆绳的一端附接到第一爬行器车辆；(b)将第一缆绳的另一端附接到第二爬行器车辆的第一线轴；(c)将第一爬行器车辆放置在与主体的表面上的第一表面区域接触的第一位置，其中第一表面区域是非水平的；(d)将第二爬行器车辆放置在与主体的表面上的第二表面区域接触的第二位置；(e)使用吸力将第一爬行器车辆粘附到主体的表面；(f)当第一爬行器车辆粘附到表面时，沿第一路径移动第一爬行器车辆，该第一路径从第一位置延伸到与主体的表面上的第三表面区域接触的第三位置；(g)在步骤(f)期间张紧第一缆绳以在第一爬行器车辆上施加拉力，该拉力具有与重力相反的矢量分量，该重力倾向于将第一爬行器车辆推动到较低高度；以及(h)在沿第一路径的点处操作第一爬行器车辆的维修工具，以在表面上执行维修操作，其中步骤(g)包括将第一缆绳的一部分缠绕在第一线轴上。
根据前一段中描述的方法的一个实施例，该方法还包括通过产生具有即使支撑第一爬行器车辆的整个重量时也足以防止第二爬行器车辆的分离的附接力来在第二位置处将第二爬行器车辆附接到表面。例如，可以通过以下力之一产生附接力：吸力、静电粘附力或磁吸引力。
根据另一个实施例，该方法还包括：在第一爬行器车辆沿第一路径移动时，沿第二路径移动第二爬行器车辆；并在沿第二路径的点处操作第二爬行器车辆的维修工具，以在表面上执行维修操作。
根据另一实施例，该方法还包括：(i)将第二缆绳的一端附接到第三爬行器车辆；(j)将第二缆绳的另一端附接到第二爬行器车辆的第二线轴；(k)将第三爬行器车辆放置在与主体的表面上的第四表面区域接触的第四位置，其中第四表面区域是非水平的；(l)使用吸力将第三爬行器车辆粘附到主体的表面；(m)当第三爬行器车辆粘附到表面时，沿第二路径移动第三爬行器车辆，该第二路径从第四位置延伸到与主体的表面上的第五表面区域接触的第五位置；以及(n)在步骤(m)期间张紧第二缆绳以在第三爬行器车辆上施加拉力，该拉力具有与重力相反的矢量分量，该重力倾向于将第三爬行器车辆推动到较低高度。
根据又一个实施例，该方法还包括：将第二缆绳的一端附接到地面车辆的第二线轴；将第二缆绳的另一端附接到第二爬行器车辆；并且将地面车辆放置成与竖直中平面的另一侧上的地面接触，其中步骤(g)包括将第二缆绳的一部分缠绕在第二线轴上。
下面详细公开的主题的另一个方面是一种用于在具有顶表面和非水平侧表面的主体上执行维修操作的方法，该非水平侧表面向下延伸到低于顶表面的最低高度的高度。该方法包括：(a)将缆绳的一端附接到运载维修工具的爬行器车辆；(b)将缆绳的另一端附接至锚固设备的线轴；(c)将锚固设备放置成与主体的顶表面接触；(d)通过附接力将锚固设备附接到顶表面，通过产生具有即使支撑爬行器车辆的整个重量时也足以防止爬行器车辆的分离的大小的附接力，而使附接力具有足以防止锚固设备的分离的大小；(e)将爬行器车辆放置成与主体的非水平侧表面接触；(f)使用吸力将爬行器车辆粘附到非水平侧表面；(g)在爬行器车辆粘附到非水平侧表面时，沿路径移动爬行器车辆；(h)在步骤(g)期间张紧缆绳以在爬行器车辆上施加拉力，该拉力具有与重力相反的矢量分量，该重力倾向于将爬行器车辆推动到较低高度；以及(i)在沿该路径的点处操作维修工具，以在非水平侧表面上执行维修操作。
根据用于在具有带有圆形外周的顶表面的主体上执行维修操作的方法的一些实施例，前一段中描述的方法还包括：将线轴可旋转地耦接到可旋转臂的远端；将可旋转臂的近端放置在主体的顶表面上，使得可旋转臂的旋转中心与圆形外周的中心对齐；并且旋转可旋转臂，其中可旋转臂具有的长度使得线轴的一部分能够在可旋转臂围绕旋转中心旋转期间延伸超过顶表面的圆形外周。
下面详细公开的主题的另一方面是一种装置，该装置包括第一爬行器车辆和第二爬行器车辆以及缆绳，缆绳的一端连接到第一爬行器车辆，而另一端连接到第二爬行器车辆，其中：第一爬行器车辆和第二爬行器车辆中的每一个包括：框架；至少一个真空粘附设备，其附接到框架或与框架一体形成；一组车轮，其可旋转地耦接到框架；驱动马达，其可操作地耦接以驱动至少一个车轮的旋转；以及计算机***，其被配置成控制驱动马达的操作，第一爬行器车辆还包括配置用于执行维修操作的维修工具；并且第二爬行器车辆还包括缆绳线轴和线轴马达，缆绳的另一端附接到缆绳线轴。
下面详细公开的主题的又一个方面是一种装置，其包括锚固设备、爬行器车辆和缆绳，缆绳的一端连接到锚固设备，而另一端连接到爬行器车辆，其中锚固设备包括：锚固基座；至少一个附接设备，其耦接到锚固基座，以用于将锚固设备附接到表面；缆绳线轴，缆绳的一端附接到该缆绳线轴；线轴马达，其可操作地耦接以驱动缆绳线轴的旋转；以及第一计算机***，其被配置成控制线轴马达的操作，并且其中爬行器车辆包括：框架；至少一个真空粘附设备，其附接到框架或与框架一体形成；一组车轮，其可旋转地耦接到框架；驱动马达，其可操作地耦接以驱动该组车轮中的至少一个车轮的旋转；维修工具，其耦接到框架并被配置用于执行维修操作；以及第二计算机***，其被配置成控制驱动马达和维修工具的操作。
根据前一段中描述的装置的一些实施例，该装置还包括：转台(turret)，其可旋转地耦接到锚固基座；以及臂，其具有近端和远端，该近端连接到转台或与转台一体形成，并且缆绳线轴可旋转地耦接到该远端。
下面公开了用于为在非水平表面上移动的缆绳悬挂的、真空粘附的、配备有工具的爬行器车辆提供重力补偿的装置和方法的其他方面。
附图说明
前一节中讨论的特征、功能和优点可以在各种实施例中独立地实现，或者可以在其他实施例中组合。为了图示说明上述和其他方面，将在下文中参考附图描述各种实施例。本节中简要描述的附图均未按比例绘制。
图1A和图1B是表示根据第一实施例的在使用包括一对缆绳悬挂的、真空粘附的爬行器车辆的重力补偿***执行自动维修程序期间在两个不同时刻飞行器机身的前端视图的图示。图1B中所示的放出缆绳的长度大于图1A中所示的放出缆绳的长度。
图2A和图2B是表示经历使用一对缆绳悬挂的、真空粘附的爬行器车辆进行自动维修的相应储罐的视图的图示。
图3A是表示根据一个实施例的缆绳悬挂的、真空粘附的、配备有工具的爬行器车辆的俯视图的图示。
图3B和图3C分别是图3A中描绘的缆绳悬挂的、真空粘附的、配备有工具的爬行器车辆的侧视图和端视图。
图4是表示根据一个实施例的缆绳悬挂的、真空粘附的、配备有线轴的爬行器车辆的俯视图的图示。
图5是表示根据一个实施例的具有两个吸力区的完整运动(holonomic-motion)爬行器车辆的部分的三维视图的图示。未示出用于提供控制所描绘的部件和其他部件的操作的信号的电连接。
图6是示出具有双吸力区的麦克纳姆(Mecanum)轮式爬行器车辆的仰视图的图示。
图7A是表示根据一个实施例的具有前组四个真空粘附设备和后组四个真空粘附设备的完整运动爬行器车辆的视图的图示。
图7B是表示图7A中描绘的完整运动爬行器车辆的仰视图的图示。
图8A是表示根据一个实施方式的真空粘附设备的横截面视图的图示。
图8B是表示图8A中描绘的真空粘附设备粘附到非平面叶片表面的横截面视图的图示。为了说明的目的，夸大了真空粘附设备和非平面表面之间的气隙。
图9和图10是表示具有左真空粘附设备和右真空粘附设备的爬行器车辆的部分的前视图的图示，并进一步示出当一侧上的麦克纳姆轮4a和4c处于第一高度并且另一侧上的麦克纳姆轮4b和4d处于另一高度时由水平表面(见图9)和倾斜表面(见图10)施加在爬行器车辆的麦克纳姆轮上的力。
图11A是表示具有附接到其一端的固定NDI扫描头的爬行器车辆的麦克纳姆轮架的俯视图的图示。
图11B是表示具有安装到其一端的往复式NDI扫描头的爬行器车辆的麦克纳姆轮架的俯视图的图示。
图12A-图12D是表示根据替代实施例的完整运动爬行器车辆的俯视图的图示，该替代实施例具有围绕车辆的竖直轴线的中心枢转的被动连接，其中臂被成形为允许缆绳力通过车辆质心投射(但不干扰爬行器或传感器有效载荷)。
图13是表示具有图12A-图12D中描绘的类型的被动连接的一对完整运动爬行器车辆的侧视图的图示。
图14A是标识根据另一实施例的具有缆绳线轴和用于维修工具的托架的完整运动爬行器车辆的一些部件的框图。
图14B是标识重力补偿***的一些部件的框图，其中真空粘附到主体(例如，飞行器机身)的两个缆绳连接的爬行器车辆与陆基控制计算机无线通信。
图15是表示根据第二实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在一时刻处的飞行器机身的前端视图的图示，该重力补偿***包括由来自吊杆的主脐带缆绳悬挂的第一真空粘附的爬行器车辆，以及通过相应的辅助缆绳连接到第一真空粘附的爬行器车辆的第二真空粘附的、配备有工具的爬行器车辆和第三真空粘附的、配备有工具的爬行器车辆。
图16是表示根据第三实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在一时刻处的飞行器机身的前端视图的图示，该重力补偿***包括配备有无线通信***的推车和通过相应的缆绳连接到推车的一对真空粘附的、配备有工具的爬行器车辆。
图17是标识用于根据一个提出的计算机架构在主体的表面上执行超声检查的***的一些部件的框图。
图18A是标识重力补偿***的一些部件的框图，该重力补偿***包括具有弹簧驱动的缆绳线轴的推车，该缆绳线轴产生拉力以抵消施加在移动的缆绳悬挂的爬行器车辆上的重力。
图18B是标识重力补偿***的一些部件的框图，该重力补偿***包括具有马达驱动的缆绳线轴的推车，该缆绳线轴产生拉力以抵消施加在移动的缆绳悬挂的爬行器车辆上的重力。
图19A和图19B是表示根据第四实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在两个不同时刻飞行器机身的前端视图的图示，该重力补偿***包括锚固设备和缆绳悬挂的、真空粘附的、配备有工具的爬行器车辆。图19B中所示的放出缆绳的长度大于图19A中所示的放出缆绳的长度。
图20A和图20B是表示根据第五实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在两个不同时刻飞行器机身的前端视图的图示，该重力补偿***包括通过缆绳连接到表面附接的爬行器车辆的真空粘附的、配备有工具的爬行器车辆。图20B中所示的放出缆绳的长度大于图20A中所示的放出缆绳的长度。
图21是表示根据第六实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在一时刻处飞行器机身的前端视图的图示，该重力补偿***包括通过缆绳连接的配备有线轴的地面车辆、真空粘附的、配备有线轴的爬行器车辆以及真空粘附的、配备有工具的爬行器车辆。
图22是表示根据第七实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在一时刻处飞行器机身的前端视图的图示，该重力补偿***包括配备有线轴的地面车辆和通过缆绳连接到地面车辆的配备有工具的爬行器车辆，以及支撑缆绳的中间区段的缆绳提升爬行器车辆。
图23是表示根据第八实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在一时刻处储罐的视图的图示，该重力补偿***包括位于放置在储罐的顶表面上的圆形轨道上的配备有线轴的提升托架，和真空粘附到储罐的侧表面的缆绳悬挂的、配备有工具的爬行器车辆。
图24是表示根据第九实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在一时刻处储罐的视图的图示，该重力补偿***包括设置在储罐的顶表面上的配备有线轴的爬行器车辆，和真空粘附到储罐的侧表面的缆绳悬挂的、配备有工具的爬行器车辆。
图25是表示根据第十实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在一时刻处储罐的视图的图示，该重力补偿***包括可旋转地耦接到储罐的顶表面的安装有被动转台的、配备有线轴的臂，和真空粘附到储罐的侧表面的缆绳悬挂的、配备有工具的爬行器车辆。
图26是表示根据第十一实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在一时刻处储罐的视图的图示，该重力补偿***包括可旋转地耦接到储罐的顶表面的马达驱动的、安装有转台的、配备有线轴的臂，和真空粘附到储罐的侧表面的缆绳悬挂的、配备有工具的爬行器车辆。
图27是标识图26中描绘的重力补偿***的一些部件的框图。
在下文中将参考附图，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
本文公开的改进可以并入到自动装置中或与自动装置一起使用，以在诸如飞行器机身和储罐的大型结构上执行维修功能。如本文所用，术语“维修”包括但不限于诸如非破坏性检查、钻孔、火焰清理、研磨(例如，去除粘合或螺栓连接的部件)、紧固、贴花应用、层板映射、清洁、标记和喷涂等操作。
出于说明的目的，现在将详细描述用于在飞行器机身或储罐上执行自动维修操作的装置和方法。然而，本说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。本领域技术人员将理解，在任何这样的实施例的开发中，必须做出许多专用于实施方式的决策以实现开发者的特定目标，例如遵守与***相关的和与业务相关的约束，这些约束将因实施方式而变化。此外，应当理解，这种开发努力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仍然是常规任务。
维修工具是执行维修操作(例如沿扫描路径在多个位置处进行非破坏性检查或清洁主体的外表面)的设备。根据下文公开的一些实施例，自动装置包括从缆绳悬挂的一个或多个配备有维修工具的爬行器车辆。在维修操作是非破坏性检查的情况下，缆绳悬挂的爬行器车辆可以扫描主体的表面上的区域。可以调节缆绳长度以改变爬行器车辆的高度，以确保在扫描期间完全覆盖表面。
根据一些实施例，爬行器车辆被配置成能够进行完整运动。完整运动***是不受运动约束的***。如在本公开中所使用的，如果可控自由度等于总自由度，则认为车辆是完整的。这种类型的车辆可以在旋转的同时在任何方向上平移。这与大多数类型的地面车辆不同，例如类似汽车的车辆、跟踪车辆或轮式差速转向(滑移转向)车辆，这些车辆不能在旋转的同时在任何方向上平移。
爬行器车辆的维修工具可以选自一组可互换的维修工具，包括不同类型的NDI传感器(例如，超声换能器阵列、红外热成像单元、视频相机、光学三维坐标测量机器或激光线扫描仪)、清洁单元等。根据一个提出的实施方式，自动装置包括一对爬行器车辆，每个爬行器车辆能够支撑用于在飞行器机身或储罐上执行一组维修功能的多个维修工具中的任何一个。总的来说，本文公开的自动装置减少了维修时间、劳动工时和人为错误并且增加了安全性。
当在具有大表面积的结构或主体(例如飞行器机身或储罐)上执行自动维修操作时，通常的做法是使用配备有工具的爬行器车辆，该爬行器车辆真空粘附到被维修的表面并且然后相对于该表面移动。在维修操作涉及覆盖整个表面的情况下(例如，在非破坏性检查期间扫描表面时)，维修工具可以例如在连续阶段中扫描相邻的竖直或水平条形区域。在配备有工具的爬行器车辆需要在陡峭表面上或竖直表面上操作的应用中，例如围绕飞机机身的周界移动的应用中，维持表面上的期望位置和导航所需的附接力可以非常高。并且即使在可获得足够吸引力的情况下，使爬行器车辆在竖直或接近竖直方向上移动所需的运动功率也可以非常高。
为了解决这些问题，本公开提出在某些情况中(例如机身示例)将两个或更多个爬行器车辆(通过缆绳)系在一起以通过提供具有显著竖直分量的提升辅助力以抵消重力而在扫描操作期间彼此辅助。在一个示例中，爬行器车辆可以位于目标物体的相对侧上并且真空粘附到该相对侧，并且配备有用于向每个爬行器车辆提供平衡力的装置，以用于提升辅助并且如果一个爬行器车辆失去表面粘附则保持彼此不会落下。
根据一个实施例，两个爬行器车辆设置在飞行器机身的相对侧上并通过拴系缆绳连接。爬行器车辆中的一个配备有绞盘，而另一个爬行器车辆配备有用于执行维修操作的工具(例如，NDI传感器单元)。在维修操作期间，缆绳悬挂的爬行器车辆受到重力的影响，该重力倾向于将爬行器车辆推动到较低高度。拴系缆绳的长度和张力由绞盘管理，绞盘包括缆绳线轴，该缆绳线轴旋转以在缆绳中产生张力。缆绳中的张力进而在配备有工具的爬行器车辆上施加拉力，该拉力具有与重力相反的矢量分量，该重力倾向于将配备有工具的爬行器车辆推动到较低高度。
除了飞行器机身之外，可以使用两个或更多个爬行车辆的主动抗重力束缚(tether)来维修(例如，检查)大型和小型存储罐、油罐和气罐、大型管道和其他大型结构。
图1A和图1B是表示在使用根据第一实施例的包括一对缆绳悬挂的、真空粘附的爬行器车辆20a和20b的重力补偿***执行自动维修程序期间在两个不同时刻飞行器机身100的前端视图的图示。爬行器车辆20a和20b中的每一个包括框架2和可旋转地耦接到框架2的四个车轮4。虽然图1A和图1B中未示出，但是爬行器车辆20b运载维修工具。可选地，包括缆绳线轴52a的爬行器车辆20a也可以运载维修工具。爬行器车辆20a和20b中的每一个包括多个马达、多个马达控制器，并且可以包括计算机(图1A和图1B中未示出)，该计算机被配置成使得爬行器车辆能够在维修操作期间在飞行器机身100的外表面112上方自主地移动。然而，如图1A和图1B所示，爬行器车辆20a和20b通过缆绳22彼此拴系。(注意，在图1A和图1B以及一些其他附图中，缆绳22以弧形绘制，即使它有时与表面分离，而不是与表面相切的直线；这样做是为了使缆绳22更容易在附图中看到并且更容易画出。)缆绳22的一端附接到爬行器车辆20a的缆绳线轴52a，而缆绳22的另一端附接到爬行器车辆20b的框架2(例如，通过挂钩)。因此，在任何给定的时刻，一个爬行器车辆在缆绳附接点处在与缆绳22对齐的缆绳张紧方向上移动的能力受到限制。当缆绳22拉紧时，通过爬行器车辆20a的缆绳线轴52a放出附加长度的缆绳22或者通过连接的车辆的同时移动，使得爬行器车辆20b能够在缆绳张紧方向上移动。
图1A描绘了在第一时刻的飞行器机身100，在第一时刻，爬行器车辆20a和20b以第一高度对称地设置在竖直对称平面108(图1A中的虚线所示)的相对侧上。在这种情况下，图1A中所示的放出缆绳的长度等于第一长度。当在对称飞行器机身100的相对侧的第一高度处时，爬行器车辆20a和20b的车轮4将与相应的非水平表面区域接触，这些非水平表面区域具有大小相等但符号相反的倾斜角度(或者如果表面区域是凸形弯曲的，则连接相应的弧形轮廓的端点的线将具有大小相等但符号相反的倾斜角度)。在图1A中描绘的对称状态中，分别施加在爬行器车辆20a和20b上的重力(假设质量相等)将相等并平衡。
在维修操作期间(例如，在非破坏性检查期间)，爬行器车辆20a和20b可以在垂直于竖直对称平面108(并且垂直于飞行器机身100的纵向轴线)的竖直平面中沿相反方向同时移动以改变其高度。例如，图1B描绘了在第二时刻(第一时刻之后)的飞行器机身100，在第二时刻，爬行器车辆20a和20b以低于第一高度的第二高度对称地设置在竖直对称平面108的相对侧上。为了将爬行器车辆20a和20b定位在这些位置，从缆绳线轴52a放出附加长度的缆绳22，这允许将爬行器车辆20a和20b分开的周向距离增加，如图1B所示。换句话说，图1B中所示的放出缆绳22的长度大于图1A中所示的放出缆绳的长度。
在图1A和图1B中描绘的任何一种情况下，在扫描操作期间，爬行器车辆20a和20b可以沿外表面112同时水平移动。例如，如果爬行器车辆20b运载超声换能器阵列，则可以沿着具有扫描路径长度的第一扫描路径超声检查外表面112的条形区域，该第一扫描路径是大致水平的。
例如，在爬行器车辆20b被真空粘附到倾斜表面而没有连接到缆绳22并且能够进行完整运动的情况下，必须调节产生的吸力量以产生足以抵消平行于倾斜表面的重力分量的车轮摩擦力。产生的吸力的大小越大，消耗的电量越大。此外，产生吸力的风扇马达必须设计成产生更高的风扇速度，从而增加了爬行器车辆的成本和重量。
本公开提出通过提供缆绳22形式的重力补偿装置来减少所消耗的电力量以及爬行器车辆的成本和重量。如下面将更详细地解释的，在爬行器车辆上存在缆绳提供的拉力允许减小吸力，从而能够设计一种重量更轻、成本更低并且使用更少电力来维持真正水平扫描路径的爬行器车辆。
仍然参考图1A和图1B，由缆绳22施加的辅助拉力通过在缆绳线轴52a上产生扭矩而生成，缆绳22连接到该缆绳线轴52a。其上安装有缆绳线轴52a的爬行器车辆20a可以***作以沿着镜像爬行器车辆20b的第一扫描路径的第二扫描路径同时移动。当爬行器车辆20a和20b串列式水平移动时，可以扭转爬行器车辆20a上的缆绳线轴52a以改变缆绳22中的张力，从而调节施加在爬行器车辆20b上的拉力以抵消在扫描过程中施加的重力。
在可替代的扫描方案中，爬行器车辆20b可以设计成用于竖直扫描飞行器机身100。例如，当爬行器车辆20b从图1B中描绘的较低高度向上移动到图1A中描绘的较高高度时，安装到爬行器车辆20b的超声换能器阵列可以被激活以从飞行器机身100的外表面112上的竖直条形表面区域获取超声检查数据。在该竖直扫描期间，可以通过如前所述的张紧缆绳22以提供重力补偿辅助来降低克服重力所需的车轮摩擦力。
根据另一可替代的实施例，配备有线轴的爬行器车辆20a也可以配备有维修工具。在这种情况下，维修操作可以在飞行器机身100的两侧同时执行。在串列式水平运动期间，缆绳22的长度可以是恒定的(在被扫描的外表面是圆柱形的情况下)，同时调节缆绳22中的张力以向两个爬行器车辆提供抗重力辅助。在串列式向上竖直运动期间，当两个爬行器车辆20a和20b被提升时，缆绳22的长度随着爬行器车辆20a和20b向上移动而减小，并且缆绳22中的张力可以被重复调节以提供抗重力辅助。
使用一对拴系爬行器车辆扫描大型主体的外表面的概念不限于其在飞行器机身中的应用。图2A是表示经历使用连接到缆绳22的相对端的一对真空粘附的爬行器车辆20a和20b(分别配备有缆绳线轴52和维修工具，如前面参考图1A和图1B所述)进行自动维修的球形储罐102的视图的图示。在位于将球体一分为二的假想竖直平面内的相对位置处将爬行器车辆20a和20b真空粘附到球形表面113。枢转引导件15包括附接到球形储罐102的冠部的基座和相对于附接的基座旋转的转台。例如，枢转引导件15的基座可以通过吸力、磁吸引力或电粘附而附接到球体的顶部。转台具有线性凹槽或通道，缆绳22的中间部分放置在该凹槽或通道中。当爬行器车辆20a和20b在相同高度且沿相同方向围绕球形储罐102串列式移动时，枢转引导件15的转台绕旋转轴线旋转。同时，缆绳22所在的凹槽或通道约束缆绳22，使得缆绳22总是越过球体上的最高点而不会滑落，从而使得在爬行器车辆20a和20b绕球形表面113周向行进时，爬行器车辆20a和20b能够在任意高度维持相对位置。枢转引导件15可以由一个爬行器车辆卸载(dropped-off)和装载(picked-up)，或者可以由一些其他装置(例如起重机)放置。
图2B是表示经历使用连接到缆绳22的相对端的一对真空粘附的爬行器车辆20a和20b(分别配备有缆绳线轴52和维修工具，如前面参考图1A和图1B所示)进行自动维修的不同几何形状的储罐104的视图的图示。在这种情况下，储罐104具有竖直侧表面114和凸形弯曲顶表面116。如前面参考图2A所述，枢转引导件(图2B中未示出)可以附接到凸形弯曲顶表面116的最高点，以防止缆绳22在维修过程期间滑落。图2B描绘了一种情况，其中爬行器车辆20a和20b在相同高度但在直径上相对的位置真空粘附到竖直侧表面114。在这种情况下，爬行器车辆20a可以在储罐104的竖直侧表面114上执行维修操作。可选地，图2B中描绘的拴系和真空粘附的爬行器车辆20a和20b可以用于在储罐104的凸形弯曲顶表面116上执行维修操作。在这种维修操作期间，***可以***作以在缆绳22中生成张力，该张力在爬行器车辆20b上施加重力补偿拉力，如前面参考图1A和图1B所述。
图3A是表示根据一个实施例的具有安装有转台的缆绳挂钩3的缆绳悬挂的爬行器车辆20b的俯视图的图示。图3B和图3C分别是图3A中描绘的缆绳悬挂的爬行器车辆20b的侧视图和端视图。图3A和图3C中描绘的爬行器车辆20b从缆绳22悬挂。优选地，缆绳挂钩3的轴在与爬行器车辆20b的质心竖直对齐的点处附接到框架2。爬行器车辆20b具有四个车轮4，四个车轮4具有位于平面中的相应旋转轴线。该平面将在本文称为“爬行器车辆平面”。图3A-图3C中描绘的爬行器车辆20b包括维修工具28，该维修工具28沿着可以垂直于爬行器车辆平面的轴线可平移。这种能力使维修工具28能够在爬行器车辆20b的路径中的障碍物上方被提升。根据一个实施例，用于正交于经历维修的结构的对面外表面平移维修工具28的装置可以采用机动线性滑动件31的形式。在替代方案中，存在可以与线性运动轴承一起使用的许多不同类型的致动器。例如，维修工具28可以固定到托架，该托架被线性致动器(例如，机动导螺杆、机动齿轮齿条装置、液压致动器或气动致动器)驱动以进行滑动。响应于检测到爬行器车辆20b的路径中的障碍物，在爬行器车辆20b的车载或车外的控制器(图3A-图3C中未示出)激活线性致动器以使维修工具28能够平移到可以避免与障碍物接触的缩回位置。
如图3A中最佳所示，缆绳22的端部具有环，借助于该环，爬行器车辆20b可以钩在缆绳22的端部上。缆绳挂钩3固定地耦接到转台46，转台46在转台基座47上可旋转，以便于将爬行器车辆20b与表面对齐。转台基座47固定地耦接到框架2。在图3A-图3C中描绘的所提出的实施方式中，转台基座47附接到框架2的一侧，并且转台46绕平行于车轮4的旋转轴线的旋转轴线可旋转。在替代地提出的实施方式中(如图1A和图1B中描绘的)，缆绳22可以附接到框架2的一端。更具体地说，图3A中描绘的转台基座47可以改为附接到框架2的一端，在这种情况下，转台46绕垂直于车轮4的旋转轴线的旋转轴线可旋转。
图4是表示根据一个实施例的缆绳悬挂的、真空粘附的、配备有线轴的爬行器车辆20a的俯视图的图示。爬行器车辆20a具有四个车轮4，四个车轮4具有位于平面中的相应旋转轴线。该平面将在本文称为“爬行器车辆平面”。图4中描绘的爬行器车辆20a包括维修工具28，该维修工具28可以以先前参照图3A-图3C中描绘的爬行器车辆20b描述的方式被提升。
爬行器车辆20a还包括缆绳线轴52，缆绳线轴52可旋转地耦接到线轴支撑件68。线轴支撑件68在顶部具有开口，其中缆绳22穿过***开口中的缆绳保持器56。在缆绳22的回收(uptake)或放出(即，缠绕或松开)期间，缆绳线轴52由安装到线轴支撑件68的线轴马达54驱动以旋转。缆绳线轴52的旋转轴线与缆绳线轴52的线轴轮轴(图4中未示出，但参见图14A中的线轴轮轴50)共线。
线轴支撑件68进而固定地耦接到转台46，转台46在转台基座47上可旋转，以便于将爬行器车辆20与表面对齐。转台基座47固定地耦接到框架2。转台46绕垂直于缆绳线轴52的线轴轮轴50并平行于爬行器车辆平面的旋转轴线可旋转。因此，线轴支撑件68绕转台46的旋转轴线可旋转。
爬行器车辆20a和20b中的每一个还包括多个马达(图3A-图3C和图4中未示出，但参见图14A)，多个马达通过从陆基控制站延伸到爬行器车辆20a和20b的电源/信号线(图1A和图1B中未示出)接收电力。电源/信号线还提供来自陆基控制站处的控制器(例如计算机***)的控制信号，该控制信号控制在爬行器车辆20a和20b上的马达的操作。在爬行器车辆20b上(以及可选地爬行器车辆20a上)的维修工具28是NDI传感器单元的情况下，电源/信号线还提供用于将NDI传感器单元获取的NDI传感器数据发送到陆基控制器的路径。
根据另外的可替代的实施例，爬行器车辆20a和20b可以与陆基控制站无线通信，同时从安装在爬行器车辆20a和20b上的电池接收电力。这将避免使用从爬行器车辆20a和20b延伸到陆基控制站的多个电源/信号线。无线通信将包括：(a)将控制信号从陆基控制站处的收发器发送到爬行器车辆20a和20b上的收发器，然后控制信号被转发到爬行器车辆20a和20b机载的马达控制器，以用于控制爬行器车辆20a和20b的移动；以及(b)将由爬行器车辆20a和20b中的一个或两个机载的NDI传感器单元获取的数据从爬行器车辆20a和20b机载的收发器发送到陆基控制站处的收发器。
现在将公开能够在水平和非水平(例如，倾斜或竖直)表面上行进的爬行器车辆的各种实施例。根据本文提出的***的一些实施例，采用完整运动爬行器车辆。为了说明的目的，将公开能够在水平和非水平表面上进行完整移动的爬行器车辆的各种实施例。虽然一些公开的实施例运载用于检查爬行器车辆行进的表面的非破坏性检查传感器，但是本文公开的完整运动爬行器车辆可以替代地运载其他类型的工具，例如维修或喷涂操作中所需的工具。
图5示出了根据一个实施例的具有四个麦克纳姆轮和两个吸力区的完整运动爬行器车辆20的部分。未示出用于供应用于控制所描绘的部件的操作的信号的电连接。该完整运动平台包括框架2，框架2具有通过相应的车轮轮轴6安装到框架的四个麦克纳姆轮4(两个“A”型和两个“B”型)，并且还包括四个独立控制的驱动马达8(每个车轮一个)。每个驱动马达8控制相应车轮4的旋转。
麦克纳姆轮式车辆是完整***，这意味着它可以在旋转的同时沿任何方向移动。这是可能的，因为车轮的形状。麦克纳姆轮式车辆的标准配置具有四个麦克纳姆轮(两个“A”型和两个“B”型)。麦克纳姆轮在一个对角线上布置有“A”对而在另一个对角线上布置有“B”对，每对的轮轴垂直于穿过车辆中心的线。“A”型麦克纳姆轮上的辊的轮轴与“B”型麦克纳姆轮上的辊的轮轴成直角。然而，平台可以具有四个麦克纳姆轮的任何倍数，例如4个、8个、12个等。
图5中所示的完整运动爬行器车辆20使用四个麦克纳姆轮4a-4d。麦克纳姆轮4a-4d中的每一个具有可旋转地安装到其周界的多个锥形辊16，每个锥形辊16绕其轴线可自由旋转。这些锥形辊16具有相对于车轮平面成45°角的旋转轴线。“A”型麦克纳姆轮具有左手式辊，而“B”型麦克纳姆轮具有右手式辊。通过改变麦克纳姆轮4a-4d中的每一个的旋转速度和方向，可以使完整运动爬行器车辆20在任何方向上移动并转动。例如，以相同的速率沿相同方向旋转所有四个车轮4a-4d导致向前或向后移动；一侧上的车轮以相同速率但沿与另一侧上的车轮相反的旋转方向旋转导致车辆旋转；并且“A”型车轮以相同的速度但沿与“B”型车轮相反的旋转方向旋转导致侧向移动。
图5中描绘的实施例还具有两个吸力设备，这两个吸力设备并排布置在框架2的中间，前轮和后轮的中间。在该特定实施例中，吸力设备是安装在框架2中形成的相应开口(图5中未示出)中的相应电导管风扇10a和10b。如图14A所示，电导管风扇10a和10b中的每一个包括绕轴线可旋转的风扇11、围绕风扇11的导管9，以及驱动风扇11沿一方向旋转的电风扇马达13，使得空气从框架2下方向上推动通过风扇导管9，从而在相应的吸力区12a和12b中产生吸力(在图6中可见)。
图6示出了麦克纳姆轮式爬行器车辆20的仰视图，麦克纳姆轮式爬行器车辆20具有由中间裙部14a分开的双吸力区12a和12b，中间裙部14a沿纵向轴线将框架2的底表面一分为二。如图6中最佳所示，两个吸力区12a和12b在相对侧上由附接到框架2的纵向低表面摩擦柔性裙部14b和14c界定，中间裙部14a形成分开两个吸力区12a和12b的公共边界壁。裙部14a-14c可以向下延伸，使得它们的底部边缘接触车辆正在其上移动的表面。
在该特定构造中，裙部14a和14b之间的底表面的区域包括具有一个电导管风扇10的开口的平坦中心表面36a。该平坦中心表面36a的左右两边是前凸形表面38a和后凸形表面40a。类似地，裙部14a和14c之间的底表面的区域包括具有一个电导管风扇10的开口的平坦中心表面36b。该平坦中心表面36b的左右两边是前凸形表面38b和后凸形表面40b。凸形表面38a、38b、40a和40b中的每一个可以是空气动力学流线型表面，其形成相应的喉部，喉部具有车辆正在其上移动的表面的相对部分。因此，框架2的波纹底表面、裙部14a-14c和爬行器车辆20正在其上移动的倾斜表面111限定了相应的通道，该通道允许足够的空气通过相应的电导管风扇10a或10b被吸入，以产生期望吸力。每个通道在凸形表面38a、38b、40a和40b的最低点之间的部分形成相应的吸力区12a和12b。在图6中描绘的特定实施例中，吸力区12a和12b由中间裙部14a分开，并且与安装有电导管风扇10a和10b的相应开口流体连通。这些开口沿其最下部可以是大致圆锥形的，以便于空气流出吸力区。
应当理解，图6中所见的底部表面形状是示例性实施方式。底部表面可以具有许多不同的形状，这些形状有助于来自爬行器车辆20的前部和后部的空气流动通过爬行器车辆20下方的空间，并且然后向上通过电导管风扇10a和10b的管道9。
尽管未在图5中示出，但是完整运动爬行器车辆20可以通过向车辆上的驱动马达8和电导管风扇10a和10b供电的缆绳被拴系到支撑***。缆绳还向车载计算机44(见图14A)提供控制信号，车载计算机44控制驱动马达8和电导管风扇10的操作。车载计算机44与控制驱动马达8和电导管风扇10的操作的相应马达控制器85通信。根据一个实施例，驱动马达8是步进马达。例如，每个马达控制器85可以包括分度器(indexer)(例如，微处理器)，其被配置成产生用于驱动器的步进脉冲和方向信号，该驱动器也是马达控制器的一部分。驱动器将分度的命令信号转换为激励马达绕组所需的电力。步进马达是一种电磁设备，其将数字脉冲转换为机械轴旋转。车载计算机44还可以包括用于命令和安排马达控制器的计算机或处理器。完整运动爬行器车辆20还可以包括安装到框架2的转换器盒(未示出)。转换器盒将来自车载计算机44的USB信号转换成脉冲宽度调制(PWM)信号，以用于控制风扇马达13(见图14A)。
根据可替代的实施例，爬行器车辆20可以是电池供电的，而不是通过电源/信号线接收电力。此外，马达控制器(图5中未示出，但参见图14A中的马达控制器85)可以在车载计算机的控制下(图5中未示出，但参见图14A中的车载计算机44)而不是在陆基计算机的控制下。可替代地，可以通过与车外控制器的无线连接来控制爬行器车辆20上的马达。
爬行器车辆20的框架2需要一定程度的顺从性以使所有车轮4保持与表面接触而不会滑动。如果四个车轮4中只有三个与表面接触并且可以产生牵引力，则爬行器车辆20将不会对运动输入做出正确的响应。解决车轮接触问题的一种方法是构建具有低扭转刚度的框架。另一种方式是为一个或多个车轮提供悬架。
为了使麦克纳姆轮式车辆在倾斜或竖直表面上正常工作，还有附加问题需要解决，具体地，为了生成正确的车辆运动，车轮上的力需要足以生成所需的牵引力。如果一个或多个车轮开始滑动或失速(stall)，则不会产生车辆拐角处所需的力，从而导致不希望的整体车辆运动。
为了确保足够的牵引力，爬行器车辆20可以设置有多个吸力或真空创建设备(例如，电导管风扇10a和10b)，其附接到框架2中的相应开口以创建可以独立控制的相应吸力区12a和12b。这些独立控制的吸力区12a和12b允许***控制由接触表面施加在车轮4a-4d上的法向力的量，这进而确定了与爬行器车辆20的重量相反的被施加的摩擦力的量。
如图6所示，框架2的下侧成形为提供两个吸力区12a和12b。框架2还具有符合非平坦表面的低表面摩擦裙部14a-14c。电导管风扇10a和10b安装在框架2中的相应开口中，并且与由框架底表面和裙部14a-14c限定的相应吸力区12a和12b流体连通。当电导管风扇10a和10b接通时，每个电导管风扇向上推动空气，从而分别从成形的吸力区12a和12b吸入空气。可以独立地控制电导管风扇10a和10b，以将不同的吸力施加到相应吸力区12a和12b下面的面对的表面。
图7A是表示使用真空粘附技术和完整车轮以粘附到非磁性表面并且在非磁性表面上可移动的完整运动爬行器车辆20g的视图的图示。爬行器车辆20g可以配备有维修工具28(例如，NDI传感器单元)，其安装到具有两个旋转自由度的万向节33。爬行器车辆20g通过双真空辅助***连同八个真空粘附设备粘附到非磁性表面，每个真空粘附设备均形成真空密封。当爬行器车辆20g运动时，这些真空粘附设备被沿着表面拖动。该粘附机构在导航或粘附到平坦表面上没有问题，并且可以以所有角度维持与表面的附接。
图7A示出了完整运动爬行器车辆20g，其具有四个麦克纳姆轮4a-4d(图7A中仅可见车轮4b和4d)、四个全方向轮(下文中称为“全向轮”；图7A中仅可见全向轮45a)、在车辆下方的两个吸力区(未示出)，以及每侧上的各组三个LED灯136a-136c(在图7A中仅可见一组)。根据图7A中描绘的实施例，LED灯136a-136c以不对称模式布置在爬行器车辆的盖子上。每个LED灯具有大致半球形的灯泡，该灯泡突出到爬行器车辆20g的盖子138上方。
图7B是表示图7A中描绘的完整运动爬行器车辆的仰视图的图示。完整运动爬行器车辆20g具有多个真空粘附设备150。例如，多个真空粘附设备150可以包括布置在第一排中的四个真空粘附设备150的第一组151a和设置在平行于第一排的第二排中的四个真空粘附设备150的第二组151b。用于放置真空粘附设备150的其他配置是可能的。真空粘附设备150被配置成提供爬行器车辆20g与外表面111的凸形弯曲轮廓的增强的粘附。
可以提供方位跟踪***，其能够在例如使用可操作地耦接到一组四个全向轮45a-45d的旋转编码器48(参见图14A)完成增量跟踪的运动之后以绝对坐标测量爬行器车辆20g的方位。增量运动测量***的一个示例是基于航位推算测程法的***。由于随着时间的推移而产生的小错误，任何航位推算解决方案都将具有测量不准确性。这些可以是由于设备中的***错误或环境中意外变化导致的中断造成的。
图7B中描绘的该设备具有垂直双差分配置的四个全向轮。相应旋转编码器48测量全向轮45a-45d的旋转。当全向轮45a-45d在表面上滚动时，旋转编码器48在每个全向轮的每次递增旋转之后经由电源/信号缆绳(图7A和图7B中未示出)将表示相应编码器计数的编码器脉冲发送到操作控制中心。每个旋转编码器48将输出与相应全向轮的旋转角度成比例的编码器计数。这些编码器脉冲将由计算机***(参见例如图14A中描绘的车载计算机44)接收，该计算机***计算设备的X和Y坐标。
当编码器脉冲的计数表明设备已到达期望方位时，控制***使设备停止。然后可以检查停止的设备的当前方位以确定它可以偏离期望方位的程度。根据本文的教导，可以通过以较低更新速率获取准确的绝对测量值来对相对运动测量值进行校正。该绝对测量过程(在目标物体停止时执行)可以集成到以较高更新速率运行的相对运动测量***中，该相对运动测量***在目标物体移动时获取相对运动测量值。根据下文公开的一个实施例，基于较低更新速率本地定位***的过程提供对较高更新速率测程***的校正。
通过获取关闭LED灯136a-136c的图像然后打开灯并获取另一图像(或反之亦然)来实现用于爬行器车辆20g的位置的绝对测量的过程。已经开发了过程的两种变化：一种是同时打开所有灯，而另一种是以特定顺序打开灯。第一种方式稍快。它在目标物体的表面上采用不对称的光模式。第二种方法在区分灯方面更加稳健，并且不需要光模式是不对称的。绝对测量***(图中未示出)包括安装到摇摆-倾斜单元的激光测距仪，激光测距仪以有限的时间间隔产生位置和取向数据。
图8A是示出根据一种实施方式的真空粘附设备150的横截面视图的图示。该真空粘附设备150包括圆柱形套筒壳体152和具有圆柱形部分的套筒154，该圆柱形部分沿中心轴线166在套筒壳体152内侧可轴向滑动。套筒154还包括具有外球形轴承表面的轴承部分156，其中心点沿中心轴线166定位。轴承部分156可以与上述套筒154的圆柱形部分一体形成。真空粘附设备150还包括可枢转密封组装件158，可枢转密封组装件158包括保持密封件162的承窝环160。承窝环160还具有内球形轴承表面，该内球形轴承表面与套筒154的轴承部分156的外球形轴承表面同心并可枢转地耦接到该外球形轴承表面。承窝环160的枢轴点与套筒154的轴承部分156的外球形轴承表面的中心点并置。
可枢转密封组装件158被配置成相对于套筒154绕枢轴点旋转，以至少部分地符合面对的表面的形状。当空气被吸入部分由套筒壳体152的通道、部分由套筒154的通道、并且部分由密封件162中的开口形成的通道164中时，真空粘附设备150可以粘附到这个面对的表面。可枢转密封组装件158被配置成相对于套筒154旋转，而与套筒154在平行于中心轴线166的方向上在套筒壳体152内的平移移动无关。可枢转密封组装件158的旋转量可以是受到套筒154的轴承部分156的外球形轴承表面的尺寸和/或形状的限制。
尽管未在图8A中示出，但真空粘附设备150优选地包括弹簧，该弹簧布置成推动套筒154通过向下(如图8A的视图中所示)沿中心轴线166滑动而伸出套筒壳体152。该滑动移动可以限制在选择的移动范围内。然而，套筒154可以在该选择的移动范围内相对于套筒壳体152“自由地”浮动。套筒154的平移运动的这种限制可以通过在套筒154的圆柱形部分的壁中设置槽168并且通过提供从套筒壳体152的壁径向向内延伸并进入槽168中的销170来实现。销170还可以用于将套筒154保持在套筒壳体152内侧。槽168的长度限制套筒154相对于套筒壳体152的滑动移动。
通道164与控制阀(图8A中未示出)流体连通，该控制阀进而与真空泵(图8A中也未示出)流动连通。真空泵、控制阀、通道164和连接管道形成真空***，该真空***被配置成将空气吸入通道164中，使得在可枢转密封组装件158和面对的表面之间形成真空粘附。真空粘附是在通道164内侧生成的真空压力的结果。当空气流反向时，由泵提供的空气流过密封件162和面对的外表面111之间的任何间隙。间隙的高度可以沿着密封件162的周边变化。该间隙高度取决于面对的表面的形状和密封件162为符合该形状而进行的旋转的程度。密封件162可以由许多不同材料中的任何一种形成。例如，密封件162可以包括硅橡胶或其他弹性体材料、粘弹性材料或一些其他合适的柔性材料。
图8B示出了图8A中描绘的真空粘附设备150粘附到凸形弯曲外表面111的横截面图。为了图示说明的目的，真空粘附设备150和外表面111之间的气隙被夸大。气隙可以用作空气轴承，其将可枢转密封组装件158保持靠近外表面111，同时将静摩擦减小到选择的公差内。换句话说，气隙允许可枢转密封组装件158在外表面111上方“浮动”，同时维持可枢转密封组装件158和外表面111之间的真空粘附。此外，气隙允许可枢转密封组装件158在外表面111上方移动，其具有减少的静摩擦量并且不会对表面造成不希望的影响。
在一个实施例中，密封件162可以是波纹的，以便允许密封件162和外表面111之间的气流的小通道。在一些情况下，这些波纹通道已被示出在不平坦轮廓或变化的表面粗糙度的表面上促进真空。根据该实施例，波纹可以包括低摩擦材料，该低摩擦材料进一步引起滑动，使得能够进行基座运动，但是波纹通道确保了气流。
控制所产生的相应吸力的能力允许控制车轮4a-4d在垂直于表面法线的方向上的载荷，这进而提供了通过等式F＝μN增加车轮4a-4d上的横向力的能力，其中F是由于摩擦产生的横向力，μ是摩擦系数，而N是法向力。
图9是示出由水平表面施加在图5和图6中描绘的爬行器车辆20的麦克纳姆轮4a-4d上的力的图示。(图9和图10中描绘的原理同样适用于在图7A和图7B中描绘的爬行器车辆20g。)当由相应电导管风扇10a和10b生成的吸力相等时，车辆左手侧和右手侧上的麦克纳姆轮4a-4d上的法向力是相等的，即N1＝N2。
图10是表示由倾斜表面111施加在车轮4a和4c上的力(车轮4c直接在车轮4a后面并且在图10中不可见)和车轮4b和4d上的力的图示。可以控制电导管风扇10a和10b的速度，以在爬行器车辆的相对侧上产生不同的吸力。当设置在相对较高高度的电导管风扇10生成的吸力比设置在相对较低高度的电导管风扇10生成的吸力大一定量时，由倾斜表面111施加在上部车轮对4a上的摩擦力和法向力与施加在下部车轮对4b上的摩擦力和法向力可以相等，即F1'＝F2'和N1'＝N2'。因此，上部区域中的吸力可以相对于下部区域中的吸力增加，导致两个上部麦克纳姆轮4a和4c上的法向载荷增加。相应电导管风扇10a和10b根据车辆所位于的倾斜表面111的倾斜角度来控制。区域12之间的平衡可以通过使用传感器(未示出)(例如电子测斜仪传感器)来控制，该传感器安装到框架2上以测量框架2与重力矢量mg之间的相对角度(其中m是爬行器车辆20的质量)。电子测斜仪传感器将倾斜角度数据返回给控制器，控制器使用该数据来控制电导管风扇10。因此，只要总重力补偿力F1'+F2'大于或等于重力矢量mg的横向分量(平行于倾斜表面111)，就不会发生爬行器车辆的滑动，其中m是爬行器车辆20和爬行器车辆20与缆绳线轴52之间的缆绳长度(图10中未示出)的总质量，并且g是重力加速度。
虽然图10中未示出，但是爬行器车辆20的框架2可以被紧固或钩在缆绳22的一端上，如图3A-图3C所示。在图10中看到的标记为Fcable的箭头表示由缆绳施加的附加重力补偿拉力，爬行器车辆20从该缆绳悬挂。因此，只要总补偿力F1'+F2'+Fcable大于或等于重力矢量mg的横向分量，就不会发生爬行器车辆的滑动。由于由缆绳施加的力Fcable，两个上部麦克纳姆轮4a和4c上的横向摩擦力F1'和两个下部麦克纳姆轮4b和4d上的F2'的大小可以减小，这进而减小了为了防止爬行器车辆20向下滑动所需的吸力的大小。由于可以采用较小的力，因此可以减小风扇马达13的最大功率和伴随质量，从而减少每个爬行器车辆的质量和成本。此外，如果爬行器车辆20由电池供电，则由附接到框架2的张紧的缆绳提供的抗重力辅助降低了电力消耗的速率，这进而延长了电池应该重新充电之前的运转时间。
通过可以在水平、倾斜和竖直表面上移动的完整运动***，启用通用运动控制以用于检查和其他类型的应用。对于所设想的检查应用类型，具有完整运动控制允许***操作者使用有效的路径规划。
当在倾斜或竖直表面上进行如上所述的旋转操纵时，随着车轮载荷在法线方向上的变化，在麦克纳姆轮式车辆下方的多个区域中的吸力将由控制软件或硬件自动改变。执行吸力的改变以实现车轮上的平衡载荷。当车辆在弯曲表面上方移动时，各个区域中的吸力也可以改变。在一些实施例中，通过使用来自重力矢量感测设备(例如测斜仪)的数据来控制每个区域中的相对吸力量。在其他实施例中，每个车轮的载荷传感器可以用于确定所需的吸力量。另外，该信息可以用于计算爬行器车辆20a(见图1A和图1B)上的缆绳线轴52将产生期望附加重力补偿力Fcable的旋转角度。
本文公开的爬行器车辆20具有多种应用。根据一种应用，爬行器车辆20运载涡流传感器，但是可以运载其他类型的传感器，例如超声传感器。传感器可以是单个感测元件或感测元件阵列。平台还可以运载相机、工具、喷涂设备、激光标记***、机械臂操纵器或其他设备。
图11A示出了一个版本的爬行器车辆20，其具有安装到框架2的一端的固定的超声换能器阵列88。超声换能器阵列88可以在车辆爬行的方向上扫描下面的表面。超声传感器可以是单个超声感测元件或超声感测元件阵列。
图11B示出了另一个版本的爬行器车辆20，其具有安装到固定到框架的一端的线性轨道32上的扫描超声传感器单元30(例如，线性或弯曲超声换能器阵列)。当爬行器车辆20静止时，超声传感器单元30可以沿着线性轨道32前后滑动，扫描下面的表面的横向区域。同样，超声传感器可以是单个感测元件或感测元件阵列。车辆可以以增量向前移动，在每次增量移动之后暂停以允许超声传感器单元30沿着横向线扫描。可替代地，可以对控制器进行编程以控制爬行器车辆20和扫描头的移动，从而提供用于扫描表面区域的其他模式。
图12A-图12D是表示根据替代实施例的完整运动爬行器车辆20e的俯视图的图示，该实施例具有被动连接，该被动连接围绕垂直于框架2并且穿过爬行器车辆20e的质心的旋转轴线R1(见图13)枢转，其中臂132a被成形为允许缆绳力通过爬行器车辆20e的质心突出(但不会干扰爬行器或传感器有效载荷)。更具体地，爬行器车辆20e包括：中心枢轴134a，其可旋转地耦接到框架2并绕旋转轴线R1旋转；臂132a，其一端固定到中心枢轴134a，转台基座47固定到臂132a的另一端；转台46，其可旋转地耦接到转台基座47；以及缆绳22，其一端附接或系到转台46。图12A至图12D描绘了在框架2围绕旋转轴线R1逆时针旋转期间在相应时刻的处于相应角度位置的爬行器车辆20e。
图13是表示一对完整运动爬行器车辆20e和20f的侧视图的图示。爬行器车辆20f包括：中心枢轴134b，其可旋转地耦接到框架2并绕竖直轴线R2旋转，竖直轴线R2穿过爬行器车辆20f的质心；臂132b，其一端固定到中心枢轴134b，以及缆绳线轴52，其可旋转地耦接到臂132b的另一端。缆绳22的一端缠绕在线轴52上，并且另一端附接或系到爬行器车辆20e的转台46。虽然爬行器车辆20e和20f在图13中被示出在平坦表面上，但它们可以以类似于图1A和图1B中描绘的爬行器车辆20a和20b的放置的方式被放置在飞行器机身100上。在执行维修操作期间，配备有工具的爬行器车辆20b的移动可以使用各种爬行器车辆位置测量***中的任何一种进行跟踪。了解每个爬行器车辆在任何时间的位置是重要的。例如，在维修工具是NDI传感器单元的情况下，NDI传感器单元的方位与获取的NDI传感器数据相关以确保完全覆盖并且可以创建飞行器机身100(或其他主体)的外表面112的NDI映射。
(a)爬行器车辆20b可以配备有全方向轮和全向轮旋转编码器，以便跟踪竖直和水平移动。
(b)可以使用基于激光的方法。例如，基于激光的爬行器车辆位置测量***可以包括激光测距仪，该激光测距仪安装在推车上并且瞄准安装在爬行器车辆20a和20b中的每一个上的光学目标。
(c)可以使用基于相机或视频的方法，例如使用安装在爬行器车辆20a和20b中的每一个上的光学目标的运动捕捉。
图14A是标识根据一个实施例的配备有缆绳线轴52和安装有托架的维修工具(图14A中仅示出托架34)的完整运动爬行器车辆的一些部件的框图。该配备有线轴和工具的完整运动爬行器车辆包括框架2，框架2具有固定地耦接到其上的一组四个车轮轮轴6。一组四个麦克纳姆轮4可旋转地耦接到相应车轮轮轴6。一组四个驱动马达8被配置成响应于从相应马达控制器85接收的控制信号分别驱动麦克纳姆轮4的旋转。马达控制器85进而接收来自车载计算机44的命令。车载计算机44被编程为通过收发器80从陆基控制计算机接收操作指令，并且然后以马达控制器85识别的格式发出命令。此外，一对电导管风扇10a和10b被并入框架2中。(在替代实施例中，电导管风扇的数量可以不是两个。)每个电导管风扇10a和10b包括绕轴线可旋转的风扇11、围绕风扇的导管9，以及电风扇马达13，电风扇马达13响应于从车载计算机44接收的控制信号而驱动风扇11旋转。在图14A中部分表示的完整运动爬行器车辆还包括固定地耦接到框架2的线轴轮轴50、可旋转地耦接到线轴轮轴50的缆绳线轴52，以及被配置成响应于从车载计算机44接收的控制信号而驱动缆绳线轴52旋转的线轴马达54。另外，图14A中部分表示的完整运动爬行器车辆包括安装到框架2的线性轨道32。更具体地，线性轨道32可以可平移地耦接到图3B中描绘的类型的机动线性滑动件31。维修工具28(图14A中未示出)固定地耦接到其上的托架34可平移地耦接到线性轨道32并且响应于从车载计算机44接收的控制信号而被托架马达42(通过未示出的齿轮系)驱动以沿着线性轨道32横向平移。
另外，车载计算机44可以被编程为使用差分测程法来跟踪爬行器车辆的方位。(在此上下文中，术语“方位”包括在三维坐标系中的位置和相对于该坐标系的取向。)为此目的，图14A中描绘的爬行器车辆部件包括具有相应的旋转编码器48的一组全方向轮45。由旋转编码器48输出的编码数据由车载计算机44接收。根据本文的教导，爬行器车辆的框架2可以具有用于跟踪车辆运动的一组四个全方向轮45，以及用于在车载计算机44的控制下驱动车辆的一组四个麦克纳姆轮4。
图14A中标识的所有马达都安装到框架2。车载计算机44被配置成控制马达的操作，使得每个完整运动爬行器车辆在飞行器机身100的表面的相应区域中执行维修操作。车载计算机44接收来自(一个或多个)传感器82的数据。(一个或多个)传感器82可以例如包括测斜仪，该测斜仪提供表示完整运动爬行器车辆的倾斜角度的数据，或包括相应传感器，这些传感器提供表示每个车轮上的载荷的数据。车载计算机44处理该信息以：(1)根据位置/取向数据控制驱动马达8，以及(2)根据传感器数据控制电导管风扇10a和10b。
车载计算机44还被编程为控制线轴马达54的操作，以通过缆绳向另一个爬行器车辆提供抗重力辅助，如上面详细描述的。例如，车载计算机44可以被编程为“位置控制”模式，其中在旋转编码器48(或一些其他基于长度的测量传感器)和线轴马达54之间存在直接反馈。这使用诸如比例-积分-微分(PID)控制的反馈控制模式驱动线轴马达54旋转以产生期望长度的缆绳22。
根据一个替代实施例，可以设置机动绞盘工作的另一种方式是使用“扭矩控制”或“力控制”模式。在这种情况下，马达功率被预先设置以产生特定量的扭矩，该特定量的扭矩相当于缆绳22上的特定量的力。这是比上面讨论的“位置控制”模式更简单的模式。扭矩控制允许以这种方式设置并保持期望载荷，同时爬行器车辆20b产生所有的期望运动控制以用于扫描任务。
根据另一替代实施例，可以使用具有恒力张紧弹簧(例如图18A中标识的张紧弹簧86)的被动绞盘。在预先设置弹簧载荷的情况下，被动绞盘产生与上述“扭矩控制”模式类似的结果。张紧弹簧86在没有施加任何动力的情况下施加重力补偿拉力。
扭矩控制相对于张紧弹簧的优点在于，当条件需要时，例如，如果表面的斜率改变并且需要更少或更多的扭矩，或者如果已经放出附加缆绳并且应该增加扭矩以补偿缆绳的额外重量，则操作者可以改变供应给线轴马达54的功率量。另外，如果操作者由于某种原因需要以不同的方式移动爬行器车辆，则可以容易地将线轴马达54的控制模式改变为主动或手动控制模式(例如，如果爬行器车辆被卡住，则将爬行器车辆从卡住中解脱)。
具有带有被动弹簧的机动绞盘也是可能的，这将具有机动绞盘的所有优点，其中被动重力补偿用以减少运行***所需的功率。
通常，重力补偿将基于爬行器车辆的重量和放出缆绳的长度以及倾斜表面111的斜率来确定。为了计算总补偿力，可以使用以下等式：
F1′+F2′+Fcable＝(mcv+mcable)*g*sin(角度)
其中mcv是爬行器车辆的质量，mcable是爬行器车辆20b和缆绳线轴52之间的缆绳长度的质量，g是重力加速度，而sin(角度)是倾斜表面相对于水平面的角度的正弦值(其中竖直壁将是90度，而sin(90)＝1)。
随着更多的缆绳放出，放出长度的缆绳22的质量改变，因此对于被动绞盘设备，操作者可以针对一些平均放出缆绳长度设置弹簧张力。对于基于马达的扭矩控制方法，操作者可以基于已经放出的缆绳的长度采用扭矩变化(如果使用可选的长度测量传感器)。
返回参照图1A，应该理解的是，爬行器车辆20a可以具有图14A中描绘的所有部件，或者可以具有除了线性轨道32、托架34(具有安装到其上的维修工具)和托架马达42之外的图14A中描绘的所有部件。相反，除了线轴轮轴50、缆绳线轴52和线轴马达54之外，爬行器车辆20b具有图14A中描绘的所有部件。
图14B是标识重力补偿***的一些部件的框图，其中真空粘附到主体(例如，飞行器机身100)的两个缆绳连接的爬行器车辆20a和20b与陆基控制计算机90无线通信。控制计算机90被编程为将数字格式的操作指令输出到收发器80c，收发器80c将数字数据转换成经调制的波形，然后由天线(图14B中未示出)将经调制的波形作为射频信号广播。广播射频信号由安装在爬行器车辆20a和20b上的相应天线(图14B中未示出)接收，并且所得到的经调制的波形由收发器80a和80b解调，收发器80a和80b分别输出表示到相应车载计算机44的操作指令的数字数据。车载计算机44然后向马达控制器85发送命令，马达控制器85使得爬行器车辆20a和20b根据操作指令操作。
图15是表示根据第二实施例的在使用重力补偿***执行的自动维修程序期间在一时刻处飞行器机身100的前端视图的图示。重力补偿***包括配备有线轴的爬行器车辆18，该爬行器车辆18由来自吊杆27的脐带缆绳24悬挂，并且真空粘附到飞行器机身100的外表面112。爬行器车辆18可以被配置成完整移动。图15中描绘的***还包括配备有工具的爬行器车辆20c和20d，爬行器车辆20c和20d通过相应的缆绳22a和22b连接到配备有线轴的爬行器车辆18，并且在飞行器机身100的相对侧上真空粘附到飞行器机身100的外表面112。爬行器车辆20c和20d也被配置成完整移动。应当理解，在图15中描绘为距外表面112恒定距离的缆绳22a和22b实际上可以在由缆绳连接的爬行器车辆之间的中间区域中接触外表面112。
仍然参照图15，滑轮26可旋转地耦接到吊杆27的远端，以便于脐带缆绳24的放出和回收。电源/信号线(图15中未示出)可以附接到或并入脐带缆绳24，以用于使陆基控制计算机能够与爬行器车辆18车载的计算机通信并且用于向爬行器车辆18提供电力。类似地，相应的电源/信号线(图15中未示出)可以附接到或并入缆绳22a和22b，以用于使爬行器车辆18车载的计算机能够与爬行器车辆20c和20d车载的计算机通信，并且用于向爬行器车辆20c和20d提供电力。
根据图15中描绘的实施例，爬行器车辆18具有两个缆绳线轴52a和52b，一个缆绳线轴52a使缆绳22a的一端附接到其上并且使缆绳22a的一些部分缠绕在其上，而另一个缆绳线轴52b使缆绳22b的一端附接到其上并且使缆绳22b的一些部分缠绕在其上。缆绳22a的另一端附接到爬行器车辆20c的框架2，而缆绳22b的另一端附接到爬行器车辆20d的框架2。根据图15中描绘的布置，爬行器车辆18车载的计算机可以控制相应的缆绳线轴52a和52b的马达驱动的旋转，以通过相应的缆绳22a和22b以上述方式同时向爬行器车辆20c和20d施加附加重力补偿力。在替代实施例中，可以使用张紧弹簧来扭转爬行器车辆18上的缆绳线轴52a和52b。因此，爬行器车辆18仅管理缆绳22a和22b，并且充当关于配备有工具的爬行器车辆20c和20d的电源和通信中继器。
图16是表示根据第三实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在一时刻处飞行器机身100的前端视图的图示，该第三实施例包括爬行器车辆18a，该爬行器车辆18a通过相应的缆绳22a和22b连接到一对装配有工具的爬行器车辆20c和20d。应该理解的是，在图16中描绘为距外表面112恒定距离的缆绳22a和22b实际上将在由缆绳连接的爬行器车辆之间的中间区域中接触外表面112。
仍然参考图16，爬行器车辆18a配备有用于提供重力补偿的一对缆绳线轴52a和52b以及用于实现与陆基控制计算机(图16中未示出，但参见图17中的控制计算机90)的双向通信的无线通信***(包括天线72)。爬行器车辆还包括电池(图16中未示出)，以用于向其自身提供电力并且通过附接到或并入缆绳22a和22b的相应的电源/信号线向爬行器车辆20c和20d提供电力。所有爬行器车辆18a、20c和20d可以被配置成完整移动。这种移动可以通过爬行器车辆18a车载的计算机同步，该计算机被配置成将操作指令发送到爬行器车辆20c和20d车载的计算机。根据图16中描绘的布置，爬行器车辆18a车载的计算机还控制相应的缆绳线轴52a和52b的马达驱动旋转，以通过相应的缆绳22a和22b以上述方式同时向爬行器车辆20c和20d施加附加重力补偿力。
图17是根据一个提出的计算机架构标识用于在主体的表面上执行超声检查的***的一些部件的框图。例如，NDI传感器单元可以是超声换能器阵列88。如上所述，该***可以包括控制子***，该控制子***使用旋转编码器来跟踪超声换能器阵列88的相对方位(例如，相对于使用本地定位***获取的初始位置)。更具体地，控制***包括陆基控制计算机90，该陆基控制计算机90编程有运动控制应用软件92和NDI扫描应用软件94。控制计算机90可以是编程有运动控制应用软件92的通用计算机，运动控制应用软件92包括用于向爬行器车辆18a、20c和20d车载的计算机发送指令的相应的软件模块。这些车载计算机进而将命令输出到爬行器车辆18a、20c和20d车载的马达控制器，马达控制器包括：(a)在爬行器车辆18a上车载的两个马达控制器，其控制两个车载线轴马达的操作；以及(b)每个爬行器车辆上的至少四个马达控制器，其控制马达的操作，以便在超声检查期间沿相应扫描路径协调爬行器车辆18a、20c和20d的移动。运动控制应用软件92基于来自跟踪爬行器车辆18a、20c和20d的方位的位置测量***84的反馈发送命令。来自位置测量***84的反馈也被提供到超声脉冲发生器/接收器96，该超声脉冲发生器/接收器96可以通过电线或缆绳或无线地连接到爬行器车辆20c和20d上的超声换能器阵列88。
仍然参考图17，超声脉冲发生器/接收器96将编码器脉冲发送到NDI扫描应用软件94。NDI扫描应用软件94使用编码器值将扫描数据定位在正确方位。控制计算机90承载控制超声脉冲发生器/接收器96的超声数据获取和显示软件。超声脉冲发生器/接收器96进而向超声换能器阵列88发送脉冲并从其接收返回信号。NDI扫描应用软件94控制扫描数据的所有细节和数据的显示，包括在超声换能器阵列88的相邻扫掠期间获取的数据的拼接。
位置测量***84被配置成获取表示爬行器车辆20c和20d中的每一个相对于飞行器机身100的坐标系(即，参照系)的初始坐标位置的位置数据。一旦已经确定了爬行器车辆20c和20d中的每一个的初始坐标位置，由旋转编码器48(参见图14A)获取的数据就可以用于跟踪远离或朝向初始坐标位置的每个增量移动。这使得控制计算机90能够在超声检查期间跟踪由爬行器车辆20c和20d运载的超声换能器阵列88的位置。
根据替代实施例，具有多个真空粘附设备和多个球窝轴承的推车可以代替图16中描绘的完整运动爬行器车辆18a。在该替代方案中，可以使用辊、脚轮或全向轮。
图18A是标识重力补偿***的一些部件的框图，该重力补偿***包括具有缆绳线轴52的推车19，该缆绳线轴52由恒力张紧弹簧86扭转。缆绳22的一端附接到缆绳线轴52；缆绳22的另一端附接到爬行器车辆20的框架2。在该示例中，当爬行器车辆20移动时，张紧弹簧86在缆绳22中产生拉力，以抵消施加在爬行器车辆20上的重力。
图18B是标识重力补偿***的一些部件的框图，该重力补偿***包括具有缆绳线轴52的推车19，该缆绳线轴52由线轴马达54扭转。缆绳22的一端附接到缆绳线轴52；缆绳22的另一端附接到爬行器车辆20的框架2。在该示例中，马达控制器85根据来自推车19车载的计算机***110的命令激活线轴马达54以旋转。计算机***110进而通过安装到推车19的收发器80从陆基控制计算机接收操作指令。当爬行器车辆20移动时，线轴马达54的受控旋转在缆绳22中生成拉力，以抵消施加在爬行器车辆20上的重力。
图19A和图19B是表示根据第四实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在两个不同时刻飞行器机身100的前端视图的图示。重力补偿***包括附接到外表面112的锚固设备74和真空粘附到外表面112的配备有工具的爬行器车辆20。缆绳22的一端附接到缆绳线轴52；缆绳22的另一端附接到爬行器车辆20的框架2。图19B所示的放出缆绳22的长度大于图19A所示的放出缆绳22的长度。在该示例中，当爬行器车辆20移动时，缆绳线轴52(通过张紧弹簧或线轴马达)旋转，以在缆绳22中生成拉力，以抵消施加在爬行器车辆20上的重力。锚固设备74可以通过起重机(图中未示出)降低到位，该起重机具有末端执行器，该末端执行器抓住附接到锚固基座75的手柄76。锚固基座75可以使用如图20A和图20B中描绘的相同类型的高力静态表面附接设备77(例如吸力杯或电粘附夹具)附接到外表面112。
图20A和图20B是表示根据第五实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在两个不同时刻飞行器机身的前端视图的图示。重力补偿***包括附接到外表面112的配备有线轴的爬行器车辆18b和真空粘附到外表面112的配备有工具的爬行器车辆20。缆绳22的一端附接到缆绳线轴52；缆绳22的另一端附接到爬行器车辆20的框架2。图20B所示的放出缆绳22的长度大于图20A所示的放出缆绳22的长度。爬行器车辆18b可以被驱动到期望方位，并且然后使用高力静态表面附接设备77(例如吸力杯或电粘附夹具)附接到外表面112。然后爬行器车辆20可以沿扫描路径驱动。当爬行器车辆20扫描外表面112上的区域时，可旋转地安装到爬行器车辆18b的框架2的缆绳线轴52(通过张紧弹簧或线轴马达)旋转，以在缆绳22中生成拉力，以抵消施加在爬行器车辆20上的重力。
图21是表示根据第六实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在一时刻处飞行器机身100的前端视图的图示。重力补偿***包括配备有缆绳线轴52b的地面车辆78、配备有缆绳线轴52a并通过脐带缆绳24连接到地面车辆78的爬行器车辆18a以及配备有维修工具(未在图21中示出)并通过缆绳22连接到爬行器车辆18a的爬行器车辆20。爬行器车辆18a和20均真空粘附到飞行器机身100的外表面112。爬行器车辆18a和20可以被配置成完整移动。脐带缆绳24的一端附接到缆绳线轴52b，而脐带缆绳24的另一端附接到爬行器车辆18a的框架2；缆绳22的一端附接到缆绳线轴52a，而缆绳22的另一端附接到爬行器车辆20的框架2。当爬行器车辆20扫描外表面112上的区域时，可旋转地安装到爬行器车辆18b的框架2的缆绳线轴52a(通过张紧弹簧或线轴马达)旋转以在缆绳22中生成拉力，以抵消施加在爬行器车辆20上的重力。
图22是表示根据第七实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在一时刻处飞行器机身100的前端视图的图示。重力补偿***包括配备有缆绳线轴52的地面车辆78、配备有一对滑轮26a和26b的爬行器车辆18c，以及配备有维修工具(图22中未示出)的爬行器车辆20。在该实施例中，爬行器车辆20的框架2通过缆绳22连接到缆绳线轴52a，缆绳22越过滑轮26a和26b。爬行器车辆18c和20都真空粘附到飞行器机身100的外表面112。爬行器车辆18c和20以及地面车辆78可以被配置成完整移动。当爬行器车辆20扫描外表面112上的区域时，可旋转地安装到地面车辆78的缆绳线轴52(通过张紧弹簧或线轴马达)旋转，以在缆绳22中生成拉力，以抵消施加在爬行器车辆20上的重力。在这种扫描期间，滑轮26a和26b在距外表面112一定距离处支撑缆绳22，使得缆绳22既不接触外表面112也不被从其突出的任何障碍物阻碍。
现在将参考图23至图26公开与缆绳悬挂的配备有工具的爬行器车辆一起使用的重力补偿***的附加实施例。图23-26中分别描绘的***具有一些共同特征。为了避免重复描述共同特征，现在将描述至少一些共同特征。此后，将分别描述每个***的相应区别特征。
图23-26中描绘的重力补偿***被设计用于自动维修储罐106，储罐106具有水平平坦的顶表面128和竖直侧表面114，竖直侧表面114围绕平坦顶表面128下方的空间的体积，用于容纳固体或液体物质。储罐106的水平平坦顶表面128的外周边是圆形，并且竖直侧表面114是圆柱形。图23-26中的每一个图均表示根据各种实施例的在使用重力补偿***执行的自动维修程序期间在一时刻处的储罐106的视图。
图23-26中描绘的每个***均包括由平坦顶表面128上的装置支撑的缆绳线轴52，一端附接到缆绳线轴52并且一部分围绕缆绳线轴52缠绕的缆绳22、以及真空粘附到储罐106的竖直侧表面114并且附接到缆绳22的另一端的爬行器车辆20。优选地，爬行器车辆20被配置用于完整运动。爬行器车辆20包括维修工具(图23-26中未示出)，以用于在竖直侧表面114上执行维修操作。在图23-26中描绘的每个***中，缆绳22的一端附接到缆绳线轴52，而缆绳22的另一端附接到爬行器车辆20的框架2。缆绳线轴52定位成使其径向向外突出超过竖直侧表面114足够的距离，以防止缆绳22的放出部分接触竖直侧表面114。
在图23-26中描绘的每种情况下，在扫描操作期间，爬行器车辆20可以沿竖直侧表面114水平移动。例如，如果爬行器车辆20运载超声换能器阵列，则可沿着大致水平的扫描路径对竖直侧表面114的条形区域进行超声检查。当爬行器车辆20沿水平扫描路径侧向移动时，爬行器车辆20环绕竖直侧表面114行进。当爬行器车辆20环绕竖直侧表面114行进时，缆绳线轴52绕水平平坦顶表面128的中心旋转。另外，当超声换能器阵列扫描竖直侧表面114上的区域时，缆绳线轴52(通过张紧弹簧或线轴马达)旋转，以在缆绳22中产生拉力，以抵消施加在爬行器车辆20上的重力。
图23-26中描绘的各种实施例之间的仅有差异在于支撑缆绳线轴52的相应部件。现在将针对每个实施例单独描述这些差异。
在图23中描绘的第八实施例中，支撑缆绳线轴52的部件包括提升托架21，提升托架21位于放置在储罐106的水平平坦顶表面128上的圆形轨道126上。圆形轨道126与水平平坦顶表面128的圆形外周边同心。缆绳线轴52可旋转地安装到提升托架21的框架23。当爬行器车辆20以恒定高度环绕竖直侧表面114行进时，提升托架21以相同的角速度沿着圆形轨道126行进，试图在扫描期间以一定竖直位置维持缆绳22。
图24是表示根据第九实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在一时刻处的储罐106的视图的图示。重力补偿***包括真空粘附到储罐106的水平平坦顶表面128的爬行器车辆20a和真空粘附到储罐106的竖直侧表面114的缆绳悬挂的爬行器车辆20b。优选地，爬行器车辆20a和20b被配置用于完整运动。爬行器车辆20a包括框架2和可旋转地安装到框架2的缆绳线轴52，而爬行器车辆20b包括维修工具(图24中未示出)，以用于在竖直侧表面114上执行维修操作。缆绳22的一端附接到爬行器车辆20a上的缆绳线轴52，而缆绳22的另一端附接到爬行器车辆20b的框架2。
在图24中描绘的情况下，在扫描操作期间，爬行器车辆20b可以沿竖直侧表面114水平移动。当爬行器车辆20b沿水平扫描路径侧向移动时，爬行器车辆20a以试图在扫描期间在一竖直位置维持缆绳22的方式旋转和平移。实际上，爬行器车辆20a以与爬行器车辆20b环绕竖直侧表面114行进的角速度相同的角速度围绕水平平坦顶表面128的中心旋转。
图25是表示根据第十实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在一时刻处的储罐106的视图的图示。重力补偿***包括附接在水平平坦顶表面128上的中心位置处的被动锚固设备25和真空粘附到竖直侧表面114的配备有工具的爬行器车辆20。优选地，爬行器车辆20被配置用于完整运动。锚固设备25包括锚固基座(图25中未示出，但参见图27中的锚固基座75a)，其可使用吸力杯或电粘附夹具附接到平坦顶表面128。锚固设备25还包括：转台124，其可旋转地耦接到锚固基座75a；枢轴臂98，其近端连接到转台124并从转台124径向向外延伸；以及缆绳线轴52，其可旋转地安装到枢轴臂98的远端。缆绳线轴52的旋转轴线可以垂直于转台124的旋转轴线。
在图25中描绘的情况下，当爬行器车辆20环绕竖直侧表面114行进时，缆绳22沿周向方向拉动缆绳线轴52，使得转台124和枢轴臂98跟随爬行器车辆20。实际上，枢轴臂98以与爬行器车辆20的角速度相同的角速度围绕水平平坦顶表面128的中心旋转，但是由于缆绳22偏离实际竖直位置的小角度而略微滞后。
图26是表示根据第十一实施例的在使用重力补偿***执行自动维修程序期间在一时刻处的储罐106的视图的图示。重力补偿***包括附接在水平平坦顶表面128上的中心位置的机动锚固设备25a和真空粘附到竖直侧表面114的配备有工具的爬行器车辆20。机动锚固设备25a包括锚固基座75a(见图27)，如前所述。机动锚固设备25a还包括可旋转地耦接到锚固基座75a的转台124、从转台124径向向外延伸的枢轴臂98、可旋转地安装到枢轴臂98的远端的缆绳线轴52、以及臂旋转马达118。在图26中描绘的情况下，臂旋转马达118被激活以使转台124和枢轴臂98跟随并以与爬行器车辆20环绕竖直侧表面114行进的角速度相同的角速度旋转。
图27是标识图26中描绘的锚固设备25a的一些部件的框图。如前所述，锚固设备25a还包括锚固基座75a、通过轴承122可旋转地耦接到锚固基座75a的转台124、从转台124径向向外延伸的枢轴臂98以及可旋转地安装到枢轴臂98的远端的缆绳线轴52。锚固设备25a还包括通过齿轮传动***120机械耦接到转台124的臂旋转马达118。臂旋转马达118在一个马达控制器85的控制下操作。马达控制器85进而接收来自计算机***110的命令，该计算机***110可以并入锚固设备25a中。计算机***110还被配置成控制线轴马达54(图27中未示出)的操作。锚固设备25a还包括收发器80，收发器80用于从陆基控制计算机(图27中未示出)接收操作指令。
根据一个提出的实施方式，缆绳线轴52通过类似于图4中描绘的转台46的第二转台可旋转地耦接到枢轴臂98的远端。更具体地，缆绳线轴52绕其旋转的线轴轮轴50(参见图14A)围绕枢轴臂98的轴线可自由旋转。当缆绳线轴52直接位于爬行器车辆20上方时，线轴轮轴50的角度垂直于竖直平面，这意味着缆绳线轴52以相对于竖直平面成0°的角度被竖直取向。然而，当爬行器车辆20沿竖直侧表面114水平移动并且枢轴臂98未旋转时，缆绳线轴52的角度将偏离相对于竖直平面的0°。锚固设备25a还包括角度传感器130(例如，旋转编码器)，其检测与0°角位置的这种偏差。角度传感器130的输出被输出到计算机***110，计算机***110然后以试图恢复缆绳线轴52的0°角位置的方式控制臂旋转马达118，在这种情况下，缆绳22的放出部分将是竖直的。以这种方式，可以控制枢轴臂98以使得将缆绳线轴52维持在环绕爬行器车辆20行进的正上方的位置的方式旋转。此外，当超声换能器阵列88(见图17)扫描竖直侧表面114上的区域时，缆绳线轴52(通过图27中未示出的张紧弹簧或线轴马达)旋转以在缆绳22中生成拉力，以抵消施加在爬行器车辆20上的重力。
在图23-26中描绘的每个实施例中，可以使用另一个旋转编码器测量缆绳22的放出部分的长度，该另一个旋转编码器可操作地耦接到缆绳线轴52。这种旋转编码器测量缆绳线轴52绕线轴轮轴50的旋转角度。假设在***的初始设置期间已经测量了缆绳线轴52绕线轴轮轴50的旋转轴线的高度，则旋转编码器输出将表示缆绳22的放出部分的长度，其进而表示缆绳附接到爬行器车辆20的框架2的点的高度。由于爬行器车辆20的几何形状和尺寸是已知的，因此计算机***110可以被配置成基于缆绳线轴52的初始坐标、缆绳22的放出部分的测量长度，以及超声换能器阵列88相对于缆绳附接点的已知位置，来计算超声换能器阵列88在储罐106的参考系中的竖直位置。
提升托架21(图23中描绘的)、被动锚固设备25(图25中描绘的)和机动锚固设备25a(图26中描绘的)中的每一个均可以利用对另一结构的真空、静电夹紧、磁性夹紧、附接，或甚至利用其自身重量，以在操作期间维持定位。此外，提升托架、被动锚固设备25或机动锚固设备25a可以通过无人驾驶空中交通工具、起重机或爬行器或通过手动装置提升到储罐106的水平平坦顶表面128上的位置。
本文所公开的自动装置可以适用于各种维修功能的自动化，包括但不限于非破坏性检查、钻孔、研磨、紧固、贴花应用、火焰清理、层板映射、标记、清洁和喷涂。在末端执行器是旋转工具(例如火焰清理机、钻头、去毛刺器或铰刀)的情况下，当旋转工具到达目标位置时，可以对计算机***进行编程以通过马达控制器激活末端执行器马达(图中未示出)以驱动旋转工具的旋转。
虽然已经参考特定实施例描述了用于为在非水平表面上移动的缆绳悬挂的、真空粘附的、配备有工具的爬行器车辆提供重力补偿的装置和方法，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，可以进行各种改变并且可以用等价物替换其元件。另外，在不脱离本发明的本质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况适应本文的教导。因此，意图在下文中阐述的权利要求不限于所公开的实施例。
如本文所使用的，术语“计算机***”应该被广义地解释为包含具有至少一个计算机或处理器的***，以及可以具有通过网络或总线通信的多个计算机或处理器的***。如在前一句中所使用的，术语“计算机”和“处理器”都指的是包括处理单元(例如，中央处理单元)和用于存储由处理单元可读的程序的某种形式的存储器(即，计算机可读介质)的设备。
本文描述的方法可以被编码为实施在非暂时性有形计算机可读存储介质(包括但不限于存储设备和/或存储器设备)中的可执行指令。当由处理器或计算机执行时，这些指令使处理器或计算机执行本文描述的方法的至少一部分。
此外，本公开包括根据以下条款所述的实施例：
条款1.一种用于在爬行器车辆在主体的表面上移动期间补偿重力的方法，该方法包括：
(a)将第一缆绳的一端附接到第一爬行器车辆；
(b)将第一缆绳的另一端附接到第二爬行器车辆的第一线轴；
(c)将第一爬行器车辆放置在与主体的表面上的第一表面区域接触的第一位置，其中第一表面区域是非水平的；
(d)将第二爬行器车辆放置在与主体的表面上的第二表面区域接触的第二位置；
(e)使用吸力将第一爬行器车辆粘附到主体的表面；
(f)当第一爬行器车辆粘附到表面时，沿第一路径移动第一爬行器车辆，该第一路径从第一位置延伸到与主体的表面上的第三表面区域接触的第三位置；以及
(g)在步骤(f)期间张紧第一缆绳以在第一爬行器车辆上施加拉力，该拉力具有与重力相反的矢量分量，该重力倾向于将第一爬行器车辆推动到较低高度。
条款2.根据条款1所述的方法，还包括在沿着第一路径的点处操作第一爬行器车辆的第一维修工具，以在表面上执行维修操作。
条款3.根据条款1所述的方法，还包括通过产生具有即使在支撑第一爬行器车辆的整个重量时也足以防止第二爬行器车辆分离的大小的附接力而在第二位置处将第二爬行器车辆附接到表面。
条款4.根据条款3所述的方法，其中附接力由以下力之一产生：吸力、静电粘附力或磁吸引力。
条款5.根据条款1所述的方法，还包括：
当第一爬行器车辆正沿第一路径移动时，沿第二路径移动第二爬行器车辆；以及
在沿第二路径的点处操作第二爬行器车辆的第二维修工具，以在表面上执行维修操作。
条款6.根据条款1所述的方法，其中步骤(g)包括将第一缆绳的一部分缠绕在第一线轴上。
条款7.根据条款6所述的方法，其中第一线轴在缠绕方向上的旋转是马达驱动的或弹簧驱动的。
条款8.根据条款1所述的方法，还包括：
(h)将第二缆绳的一端附接到第三爬行器车辆；
(i)将第二缆绳的另一端附接到第二爬行器车辆的第二线轴；
(j)将第三爬行器车辆放置在与主体的表面上的第四表面区域接触的第四位置，其中第四表面区域是非水平的；
(k)使用吸力将第三爬行器车辆粘附到主体的表面；
(l)当第三爬行器车辆粘附到表面时，沿第二路径移动第三爬行器车辆，该第二路径从第四位置延伸到与主体的表面上的第五表面区域接触的第五位置；以及
(m)在步骤(1)期间张紧第二缆绳以在第三爬行器车辆上施加拉力，该拉力具有与重力相反的矢量分量，该重力倾向于将第三爬行器车辆推动到较低高度。
条款9.根据条款8所述的方法，还包括：
在沿第一路径的点处操作第一爬行器车辆的第一维修工具，以在表面上执行维修操作；以及
在沿第二路径的点处操作第二爬行器车辆的第二维修工具，以在表面上执行维修操作。
条款10.根据条款1所述的方法，还包括：
将第二缆绳的一端附接到地面车辆的第二线轴；
将第二缆绳的另一端附接到第二爬行器车辆；以及
将地面车辆放置成与邻近主体的地面接触，
其中步骤(g)包括将第二缆绳的一部分缠绕在第二线轴上。
条款11.根据条款1所述的方法，其中所述主体是飞行器机身。
条款12.一种用于在具有顶表面和非水平侧表面的主体上执行维修操作的方法，该非水平侧表面向下延伸到低于顶表面的最低高度的高度，该方法包括：
(a)将缆绳的一端附接到运载维修工具的爬行器车辆；
(b)将缆绳的另一端附接到锚固设备的线轴；
(c)将锚固设备放置成与主体的顶表面接触；
(d)通过附接力将锚固设备附接到顶表面，通过产生具有即使在支撑爬行器车辆的整个重量时也足以防止爬行器车辆分离的大小的附接力，使附接力具有足以防止锚固设备分离的大小；
(e)将爬行器车辆放置成与主体的非水平侧表面接触；
(f)使用吸力将爬行器车辆粘附到非水平侧表面；
(g)在爬行器车辆附着到非水平侧表面时，沿路径移动爬行器车辆；
(h)在步骤(g)期间张紧缆绳以在爬行器车辆上施加拉力，该拉力具有与重力相反的矢量分量，该重力倾向于将爬行器车辆推动到较低高度；以及
(i)在沿路径的点处操作维修工具，以在非水平侧表面上执行维修操作。
条款13.根据条款12所述的方法，其中所述附接力由以下力之一产生：吸力、静电粘附力或磁吸引力。
条款14.根据条款12所述的方法，其中步骤(h)包括将缆绳的一部分缠绕在线轴上。
条款15.根据条款12所述的方法，其中在锚固设备附接到顶表面并且爬行器车辆与非水平侧表面接触时，在爬行器车辆和线轴之间的缆绳的部分不接触主体。
条款16.根据条款15所述的方法，其中顶表面具有圆形外周边，该方法还包括：
将线轴可旋转地耦接到可旋转臂的远端；
将可旋转臂的近端放置在主体的顶表面上，使得可旋转臂的旋转中心与圆形外周边的中心对齐；以及
旋转可旋转臂，其中可旋转臂具有的长度使得在可旋转臂围绕旋转中心旋转期间线轴的一部分能够延伸超出顶表面的圆形外周边。
条款17.一种包括第一爬行器车辆和第二爬行器车辆的装置，缆绳的一端连接到第一爬行器车辆并且另一端连接到第二爬行器车辆，
其中第一爬行器车辆包括：第一框架，其耦接到缆绳的一端；至少一个真空粘附设备，其附接到第一框架或与第一框架一体形成；第一组车轮，其可旋转地耦接到第一框架；第一驱动马达，其可操作地耦接以驱动第一组车轮中的至少一个车轮的旋转；第一维修工具，其耦接到第一框架并被配置用于执行维修操作；以及第一计算机***，其被配置成控制第一驱动马达和第一维修工具的操作，以及
其中第二爬行器车辆包括：第二框架；至少一个真空粘附设备，其附接到第二框架或与第二框架一体形成；第二组车轮，其可旋转地耦接到第二框架；第二驱动马达，其可操作地耦接以驱动第二组车轮中的至少一个车轮的旋转；缆绳线轴，缆绳的另一端附接到该缆绳线轴；线轴马达，其安装到第二框架并且可操作地耦接以驱动缆绳线轴的旋转；以及第二计算机***，其被配置成控制第二驱动马达和线轴马达的操作。
条款18.根据条款17所述的装置，还包括控制计算机，该控制计算机被配置成生成待发送到第二计算机***的控制信号，以用于选择性地激活线轴马达以使缆绳线轴在缠绕缆绳的方向上旋转，直到期望拉力被施加在第一爬行器车辆上。
条款19.根据条款17所述的装置，其中第一爬行器车辆和第二爬行器车辆被配置用于完整运动。
条款20.根据条款17所述的装置，其中第二爬行器车辆还包括第二维修工具，第二维修工具耦接到第二框架并且被配置用于执行维修操作，并且第二计算机***还被配置成控制第二维修工具的操作。
条款21.根据条款17所述的装置，其中第一爬行器车辆包括可枢转地耦接到第一框架的第一臂，缆绳的一端耦接到第一臂，并且第二爬行器车辆包括可枢转地耦接到第二框架的第二臂，缆绳线轴可旋转地耦接到第二臂。
第22条.一种包括锚固设备、爬行器车辆和缆绳的装置，缆绳的一端连接到锚固设备，并且另一端连接到爬行器车辆，
其中锚固设备包括：锚固基座；至少一个附接设备，其耦接到锚固基座，以用于将锚固设备附接到表面；缆绳线轴，缆绳的一端附接到该缆绳线轴；线轴马达，其可操作地耦接以驱动缆绳线轴的旋转；以及第一计算机***，其被配置成控制线轴马达的操作，以及
其中爬行器车辆包括：框架；至少一个真空粘附设备，其附接到框架或与框架一体形成；一组车轮，其可旋转地耦接到框架；驱动马达，其可操作地耦接以驱动该组车轮中的至少一个车轮的旋转；维修工具，其耦接到框架并被配置用于执行维修操作；以及第二计算机***，其被配置成控制驱动马达和维修工具的操作。
条款23.根据条款22所述的装置，还包括控制计算机，该控制计算机被配置成产生控制信号，以用于选择性地激活线轴马达，以使缆绳线轴在缠绕缆绳的方向上旋转，直到期望拉力被施加在爬行器车辆上。
条款24.根据条款22所述的装置，其中锚固设备还包括：
转台，其可旋转地耦接到锚固基座；以及
臂，其具有近端和远端，该近端连接到转台或与转台一体形成，并且缆绳线轴可旋转地耦接到该远端。
在本文中阐述的方法权利要求不应被解释为要求其中所述的步骤按字母顺序执行(权利要求中的任何字母顺序仅用于引用先前所述的步骤的目的)或按照它们被记载的顺序执行，除非权利要求语言明确指定或陈述指示执行这些步骤中的某些或全部的特定顺序的条件。该方法权利要求也不应被解释为排除同时或交替执行的两个或更多个步骤的任何部分，除非权利要求语言明确陈述排除这种解释的条件。

Claims (10)

1.一种用于在爬行器车辆在主体(100、102、104)的表面上移动期间补偿重力的方法，所述方法包括：
(a)将第一缆绳(22、22a)的一端附接到第一爬行器车辆(20b、20c)；
(b)将所述第一缆绳(22、22a)的另一端附接到第二爬行器车辆(18、18a、20a)的第一线轴(52a)；
(c)将所述第一爬行器车辆(20b、20c)放置在与所述主体(100、102、104)的所述表面上的第一表面区域(112)接触的第一位置处，其中所述第一表面区域(112)是非水平的；
(d)将所述第二爬行器车辆(18、18a、20a)放置在与所述主体(100、102、104)的所述表面上的第二表面区域接触的第二位置；
(e)使用吸力将所述第一爬行器车辆(20b、20c)粘附到所述主体(100、102、104)的所述表面；
(f)当所述第一爬行器车辆(20b、20c)粘附到所述表面时，沿第一路径移动所述第一爬行器车辆(20b、20c)，所述第一路径从所述第一位置延伸到与所述主体(100、102、104)的所述表面上的第三表面区域接触的第三位置；以及
(g)在步骤(f)期间张紧所述第一缆绳(22、22a)以在所述第一爬行器车辆(20b、20c)上施加拉力，所述拉力具有与重力相反的矢量分量，所述重力倾向于将所述第一爬行器车辆(20b、20c)推动到较低高度；
所述方法还包括：
当所述第一爬行器车辆(20b、20c)沿所述第一路径移动时，沿第二路径移动所述第二爬行器车辆(18、18a、20a)；以及
在沿所述第二路径的点处操作所述第二爬行器车辆(18、18a、20a)的第二维修工具(28)，以在所述表面上执行维修操作。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在沿所述第一路径的点处操作所述第一爬行器车辆(20b、20c)的第一维修工具(28)，以在所述表面上执行维修操作。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，还包括通过产生具有即使在支撑所述第一爬行器车辆(20b、20c)的整个重量时也足以防止所述第二爬行器车辆(18、18a、20a)的分离的大小的附接力，在所述第二位置处将所述第二爬行器车辆(18、18a、20a)附接到所述表面，其中所述附接力由吸力产生。
4.根据权利要求3所述的方法，所述吸力是静电粘附力或磁吸引力。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
(h)将第二缆绳(22b)的一端附接到第三爬行器车辆(20d)；
(i)将所述第二缆绳(22b)的另一端附接到所述第二爬行器车辆(18、18a、20a)的第二线轴(52b)；
(j)将所述第三爬行器车辆(20d)放置在与所述主体(100、102、104)的所述表面上的第四表面区域接触的第四位置处，其中所述第四表面区域是非水平的；
(k)使用吸力将所述第三爬行器车辆(20d)粘附到所述主体(100、102、104)的所述表面；
(l)当所述第三爬行器车辆(20d)粘附到所述表面时，沿第二路径移动所述第三爬行器车辆(20d)，所述第二路径从所述第四位置延伸到与所述主体(100、102、104)的所述表面上的第五表面区域接触的第五位置；以及
(m)在步骤(l)期间张紧所述第二缆绳(22b)以在所述第三爬行器车辆(20d)上施加拉力，所述拉力具有与重力相反的矢量分量，所述重力倾向于将所述第三爬行器车辆(20d)推动到较低高度。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
在沿所述第一路径的点处操作所述第一爬行器车辆(20b、20c)的第一维修工具(28)，以在所述表面上执行维修操作；以及
在沿所述第二路径的点处操作所述第三爬行器车辆(18、18a、20a)的第三维修工具(28)，以在所述表面上执行维修操作。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将第二缆绳(22b)的一端附接到地面车辆(78)的第二线轴(52b)；
将所述第二缆绳(22b)的另一端附接到所述第二爬行器车辆(18、18a、20a)；以及
将所述地面车辆(78)放置成与邻近所述主体(100、102、104)的地面接触，其中所述主体是飞行器机身，
其中步骤(g)包括将所述第二缆绳(22b)的一部分缠绕在所述第二线轴(52b)上。
8.一种包括第一爬行器车辆(20b、20c)和第二爬行器车辆(18、18a、20a)的装置，缆绳的一端连接到所述第一爬行器车辆(20b、20c)并且另一端连接到所述第二爬行器车辆(18、18a、20a)，
其中所述第一爬行器车辆(20b、20c)包括：第一框架，其耦接到所述缆绳的所述一端；至少一个真空粘附设备，其附接到所述第一框架或与所述第一框架一体形成；第一组车轮，其可旋转地耦接到所述第一框架；第一驱动马达，其可操作地耦接以驱动所述第一组车轮中的至少一个的旋转；第一维修工具(28)，其耦接到所述第一框架并且被配置用于执行维修操作；以及第一计算机***，其被配置成控制所述第一驱动马达和所述第一维修工具(28)的操作，
其中所述第二爬行器车辆(18、18a、20a)包括：第二框架；至少一个真空粘附设备，其附接到所述第二框架或与所述第二框架一体形成；第二组车轮，其可旋转地耦接到所述第二框架；第二驱动马达，其可操作地耦接以驱动所述第二组车轮中的至少一个的旋转；缆绳线轴，所述缆绳的所述另一端附接到所述缆绳线轴；线轴马达，其安装到所述第二框架并且可操作地耦接以驱动所述缆绳线轴的旋转；以及第二计算机***，其被配置成控制所述第二驱动马达和所述线轴马达的操作，
其中当所述第一爬行器车辆(20b、20c)沿第一路径移动时，沿第二路径移动所述第二爬行器车辆(18、18a、20a)；以及
在沿所述第二路径的点处操作所述第二爬行器车辆(18、18a、20a)的第二维修工具(28)，以在表面上执行维修操作。
9.根据权利要求8所述的装置，还包括控制计算机，所述控制计算机被配置成生成待发送到所述第二计算机***的控制信号，以用于选择性地激活所述线轴马达以使所述缆绳线轴在缠绕所述缆绳的方向上旋转，直到期望拉力被施加到所述第一爬行器车辆(20b、20c)上。
10.根据权利要求8所述的装置，其中所述第二爬行器车辆(18、18a、20a)还包括第二维修工具(28)，所述第二维修工具(28)耦接到所述第二框架并且被配置用于执行维修操作，并且所述第二计算机***还被配置成控制所述第二维修工具(28)的操作。
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