特許 7448384 無人航空機を使用した就航中の整備プロセス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-04

(45)【発行日】2024-03-12

(54)【発明の名称】無人航空機を使用した就航中の整備プロセス

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/84 20060101AFI20240305BHJP

   G01N 29/06 20060101ALI20240305BHJP

   B64C 39/02 20060101ALI20240305BHJP

   B64D 47/08 20060101ALI20240305BHJP

   B64C 13/20 20060101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

G01N21/84 B

G01N29/06

B64C39/02

B64D47/08

B64C13/20 Z

【請求項の数】 8

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020046257

(22)【出願日】2020-03-17

(65)【公開番号】P2020187110

(43)【公開日】2020-11-19

【審査請求日】2023-02-20

(31)【優先権主張番号】16/410,085

(32)【優先日】2019-05-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(74)【代理人】

【識別番号】100163522

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 晋平

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(72)【発明者】

【氏名】ゲイリー・イー・ジョージソン

【審査官】小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１１５７８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５４４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０１５４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２４４３８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００８－８２９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１９４４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２２７１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／００９５１５５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／８４ － Ｇ０１Ｎ ２１／９５８

Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２

Ｂ６４Ｃ ３９／０２

Ｂ６４Ｄ ４７／０８

Ｂ６４Ｃ １３／２０

Ｇ０８Ｇ １／００ － Ｇ０８Ｇ １／１６

Ｈ０４Ｎ ５／２２２ － Ｈ０４Ｎ ５／２８

Ｅ０１Ｃ １／００ － Ｅ０１Ｃ ２３／２４

Ｅ０１Ｄ １／００ － Ｅ０１Ｄ ２４／００

Ｅ０４Ｇ ２３／００ － Ｅ０４Ｇ ２３／０８

Ｅ２１Ｄ １／００ － Ｅ２１Ｄ ２３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

無人航空機を使用して構造物（１８）を検査および修理するための方法（２００）であって、
（ａ）カメラ（３０）を備えた１台または複数の無人航空機（２０、２０ａ）を構造物（１８）の表面上の領域の近傍内の位置まで飛行させるステップ（２０６）と、
（ｂ）前記カメラ（３０）を使用して前記構造物（１８）の１つまたは複数の画像を表す画像データを取得するステップ（２０８）と、
ステップ（ｃ）に進む前に、ステップ（ｂ）で取得された前記画像データが第１の「現状のまま使用」閾値を上回る前記領域内の損傷を指示していると判断するステップ（２１０）と、
（ｃ）ＮＤＥセンサーユニット（６２）を備えた前記１台または複数の無人航空機（２０、２０ｂ）を前記ＮＤＥセンサーユニットが前記構造物（１８）の測定範囲内に入るまで飛行させるステップ（２１２）と、
（ｄ）前記ＮＤＥセンサーユニット（６２）が前記構造物（１８）の測定範囲内にある間に前記ＮＤＥセンサーユニット（６２）を使用して前記構造物（１８）の構造特性を表すセンサーデータを取得するステップ（２１４）と、
（ｅ）修理工具（３１、３３）を備えた前記１台または複数の無人航空機（２０、２０ｃ）を、前記修理工具（３１、３３）を前記構造物（１８）の前記表面と接触して配置するロケーションまで移動させるステップ（２２０）と、
（ｆ）前記１台または複数の無人航空機（２０、２０ｃ）が前記ロケーションにある間に前記修理工具（３１、３３）を使用して前記構造物（１８）を修理するステップ（２２２）と
を含む、方法（２００）。

【請求項2】

ステップ（ｆ）に進む前に、ステップ（ｄ）で取得された前記センサーデータが第２の「現状のまま使用」閾値を上回る前記領域内の損傷を指示していると判断するステップ（２１６）をさらに含む、請求項１に記載の方法（２００）。

【請求項3】

ステップ（ｆ）に進む前に、ステップ（ｄ）で取得された前記センサーデータが「遠隔修理」閾値を下回る前記領域内の損傷を指示していると判断するステップ（２１８）をさらに含む、請求項１から２のいずれか一項に記載の方法（２００）。

【請求項4】

修理するステップが、前記領域内の前記構造物（１８）から材料を除去するかまたは前記領域内の前記構造物（１８）に材料を付加する電動式修理工具（３１、３３）の遠隔制御動作を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法（２００）。

【請求項5】

前記１台または複数の無人航空機を前記ＮＤＥセンサーユニット（６２）が前記修理された構造物（１８）の測定範囲内に入るまで飛行させるステップと、
前記ＮＤＥセンサーユニット（６２）が前記修理された構造物（１８）の測定範囲内にある間に前記ＮＤＥセンサーユニット（６２）を使用して前記修理された構造物（１８）の構造特性を表すセンサーデータを取得するステップと
をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法（２００）。

【請求項6】

ステップ（ｃ）に進む前に、ステップ（ｂ）で取得された前記画像データが第１の「現状のまま使用」閾値を上回る前記領域内の損傷を指示していると判断するステップと、
ステップ（ｆ）に進む前に、ステップ（ｄ）で取得された前記センサーデータが第２の「現状のまま使用」閾値を上回る前記領域内の損傷を指示していると判断するステップと、
ステップ（ｆ）に進む前に、ステップ（ｄ）で取得された前記センサーデータが「遠隔修理」閾値を下回る前記領域内の損傷を指示していると判断するステップと
をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（２００）。

【請求項7】

フレーム（１９）と、
前記フレーム（１９）に取り付けられた複数の回転翼モーター（３６ａ～３６ｄ）と、
前記複数の回転翼モーター（３６ａ～３６ｄ）のそれぞれの回転翼モーター（３６ａ～３６ｄ）に動作可能に結合された複数の回転翼（２８ａ～２８ｄ）と、
前記フレーム（１９）によって支持され、前記フレーム（１９）に対して回転可能なカメラ（３０）と、
前記フレーム（１９）によって支持されたＮＤＥセンサーユニット（６２）と、
前記フレーム（１９）によって支持された修理工具と、
コンピューターシステム（３２）であって、
前記カメラ（３０）によって取得された画像データが第１の「現状のまま使用」閾値よりも大きい値を有するか否かを判断し、
前記画像データが前記第１の「現状のまま使用」閾値よりも大きい値を有するとの判断に 応答して前記ＮＤＥセンサーユニット（６２）を作動させ、
前記ＮＤＥセンサーユニット（６２）によって取得されたＮＤＥセンサーデータが第２の「現状のまま使用」閾値よりも大きく「遠隔修理」閾値よりも小さい値を有するか否かを判断し、かつ
前記ＮＤＥセンサーデータが前記第２の「現状のまま使用」閾値より大きく前記「遠隔修理」閾値より小さい値を有するとの判断に応答して前記修理工具（３１、３３）を作動させるよう構成されたコンピューターシステム（３２）と
を含む、無人航空機（２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）。

【請求項8】

前記フレーム（１９）に取り付けられたカメラ（３０）・ターレット・モーターと、
前記フレーム（１９）に回転可能に結合され、前記カメラ・ターレット・モーター（５６）に動作可能に結合された、前記カメラ（３０）を支持するカメラターレット（５０）と
をさらに含み、
前記カメラターレット（５０）が、第１の角度位置と第２の角度位置との間で回転可能であり、
前記ＮＤＥセンサーユニット（６２）が、前記カメラターレット（５０）が前記第１の角度位置にあるときには前記カメラ（３０）の視野内にあり、前記カメラターレット（５０）が前記第２の角度位置にあるときには前記カメラ（３０）の前記視野内になく、
前記修理工具（３１、３３）が、前記カメラターレット（５０）が前記第２の角度位置にあるときには前記カメラ（３０）の前記視野内にあり、前記カメラターレット（５０）が前記第１の角度位置にあるときには前記カメラ（３０）の前記視野内にない、請求項７に記載の無人航空機（２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、構造物の非破壊検査および修理に関する。特に、本開示は、アクセスが制限された構造物の非破壊検査および修理のための無人航空機（ＵＡＶ）の使用に関する。

【背景技術】

【0002】

大型構造物および様々なタイプの大型物体の人間による直の検査は、個人が行うには時間がかかり、高くつき、困難な場合がある。重大な検査課題を有する大型構造物の例には、風力タービンのブレード、航空機の胴体および翼、貯蔵タンク、橋、ダム、堤防、発電所、送電線または電力グリッド、水処理施設、石油精製所、化学処理プラント、高層ビル、および電車やモノレールの支持構造と関連付けられた基礎構造などが含まれる。そのような構造物は、構造の健全性を判断し、さらなる検査、保守または修理を必要とし得る問題がないか突き止めるために定期的に検査される。

【0003】

より具体的には、航空宇宙産業などの分野で用いられる材料および構造物は、就航中の損傷の修理を周期的に必要とし得る。航空機の迅速な検査および修理は、ダウンタイムを短縮するために軍事用および商用で重要である。例えば、複合構造の使用は商用航空機においてますます一般的になっている。複合材料は、就航の過程で損傷する可能性がある。そのような就航中の損傷の例には、ひょう、滑走路の破片（異物損傷）、または地上支援ビークルとの衝突に起因する衝突損傷が含まれる。

【0004】

例えば、物体は一般に移動中のビークルに衝突する。航空機に対する物体の衝撃の問題は特に重大である。飛行中に航空機に衝突する物体には、ひょう、凍雨および鳥が含まれる。加えて、誘導路または滑走路上の部品、岩石および砂利も地上にある間に航空機にぶつかる可能性がある。航空機に対する物体の衝突が航空機乗組員によって疑われる場合、着陸時の航空機の目視検査を必要とする報告義務要件が生じ得る。

【0005】

構造物の検査により、その構造物が、例えば検査中に特定された構造異常に対処するために修理を受けるべきであると判断される例では、修理は、構造物が迅速に稼動状態に復帰し得るように適時に行われることが望ましい。例えば、損傷が出発の直前に空港のローディングゲートで発見される場合がある。修理用具が利用できない場合、または修理が広範囲に及ぶ可能性がある場合には、フライトが欠航する可能性もある。航空機は、地上待機し、運行停止となって整備基地へと輸送またはけん引され、結果として航空機運行者に著しい経済的影響を及ぼすことになり得る。

【0006】

損傷の程度に応じて一時的または永続的な修理が提供され得る。これらは、非構造的（湿気が入らないように表面をシールすることなど）または構造的（その領域にあるレベルの強度を復元すること）であり得る。損傷が表面的である場合、航空機は単に修理なしで出発のために解放され得る。損傷の程度は、たとえ乗客が搭乗ゲートで出発を予期して待っているときでも、判断される必要があり得る。損傷の程度を知らなければ、修理が必要な場合、どのレベルの修理が必要であるかを判断することができない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

計画構造整備点検時に、または損傷を生じさせた可能性のある事象（落雷、物理的衝撃、バードストライクなど）の後に、大型複合構造物（例えば、航空機や風力タービンのブレード）を稼動状態に迅速に復帰させる必要がある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

以下で若干詳しく説明される主題は、無人航空機（ＵＡＶ）を使用して検査および修理作業を行うための方法を対象とする。これらの方法は、１台または複数のＵＡＶに、整備要員が容易にアクセスできない大型の構造物または物体（航空機や風力タービンのブレードなど）の構造評価および修理を伴うプロセスを迅速に行うためのそれぞれの工具を装備することによって可能となる。いくつかの実施形態によれば、このプロセスは、航空機や風力タービンなとの大型構造物が、衝突事故や潜在的損傷の発見後速やかに稼動状態に復帰することを可能にするようなやり方で目視検出、非破壊評価（ＮＤＥ）、および修理を行うようにそれぞれ構成された複数のＵＡＶを含む。（本明細書で使用される場合、「ＮＤＥ」および「目視検査」は、表面から反射された可視スペクトルの光を使用した表面の視覚化を含まない。）代替の実施形態では、１台のＵＡＶが、前述の機能とさらなる閾値処理機能とを果たすように構成され得る。

【0009】

本明細書で開示される修理計画は、稼動状態への再投入が優先事項である場合にＵＡＶ技術を完全迅速な構造整備活動に利用する統合されたアプローチを採用する。目視検査は、結果の信頼性を保証するために制御されたプロセスを使用して、カメラ付きＵＡＶで遠隔で行われる。視覚データは、近くの構造物に対する定位および処置評価のための構造モデルにひも付けられる。カメラによって取得された画像データは、（損傷基準に対する画像解析ベースの寸法または面積測定値の比較を使用して）指定された損傷閾値に対して（ＵＡＶ上で）自動的に評価され、結果が非標準またはそれ以外の関心対象外である場合、ダウンロードされた結果を地上解析するためのオプションがある。

【0010】

画像データの局面（パラメータの値など）を指定された損傷閾値と比較することにより、視覚的証拠が、第１の「現状のまま使用」閾値を上回る関心対象領域内の損傷を指示しているかどうかが判断される。閾値が上回る場合、ＵＡＶ対応のＮＤＥが行われる。ＵＡＶは、ＮＤＥセンサーユニットを検査されている構造物の表面の測定範囲に接触して、またはその測定範囲内に配置するように構成される。本明細書で使用される場合、「測定範囲」という用語は、その範囲内でセンサーが構造物の特性を表す測定可能信号を受信できる距離を意味する。ＮＤＥが求められる場合、目視検査を行った同じＵＡＶまたは別のＵＡＶが、ＮＤＥセンサーユニットを表面上または潜在的損傷領域に覆い被せて延伸させるかまたは一時的に放置する。ＮＤＥセンサーユニットのスキャンまたはセンサー箇所は、（構造物の表面上の）ロケーションタグがカメラの視野内にあった間に取得されたカメラ画像を処理することによって決定される。ＮＤＥセンサーユニットは、関連領域上でデータを収集し、その情報は、「現状のまま使用」、より完全なＮＤＥが必要、ＵＡＶ対応の修理、または手作業の修理について（ＵＡＶ上で）自動的に評価される。ＵＡＶ対応のＮＤＥの結果は任意選択で、修理のタイプ、サイズおよび形状を判断するために有限要素解析に供給されてもよい。

【0011】

センサーデータの局面（パラメータの値など）を指定された損傷閾値と比較することにより、ＮＤＥセンサー・ユニット・データが、第２の「現状のまま使用」閾値よりも大きく、かつ「遠隔修理」閾値よりも小さい領域内の損傷を指示しているかどうかが判断される。損傷がそれらの閾値によって限定される範囲内にあるとＮＤＥが確認した場合、修理が行われるべきであると判断される。ＮＤＥを行ったＵＡＶに修理を行う十分な装備がない場合、適切な修理工具を備えたＵＡＶが修理部位に急派される。ＵＡＶが静止している間に、修理工具が構造物に対して修理作業を行うように作動される。修理が完了すると、カメラまたはＮＤＥセンサーユニットを備えたＵＡＶが、修理された構造物の状態を評価するために使用され得る。評価の結果に応じて、構造物を稼動状態に復帰させるか否かの判断が行われる。

【0012】

前の３段落で説明された全体プロセスは、使用される工程数を最小化しようとする（時間と労力を削減する）ものであり、工程数は視覚データセットおよびＮＤＥデータセットの結果に依存する。このプロセスは多種多様な利点を有し得る。本明細書で提案されるＵＡＶを使用した完全な構造評価プロセスは、大幅なコスト、時間および労力の削減を可能にするとともに安全性を高める。このプロセスは、大型複合構造物に対する潜在的な損傷の非常に迅速で潜在的に完全な処置を可能にする。このプロセスはさらに、ビークルまたは構造物の稼動状態への迅速な復帰を可能にし、それによってダウンタイムの延長を回避する。このプロセスはさらに、風力タービン所有者などのユーザーが、損傷箇所に直接アクセスせずに、自社の構造物の損傷検出、ＮＤＥおよび修理を行うことを可能にする。収集されたすべてのデータを、評価、追跡および傾向把握に使用することができる。

【0013】

本明細書では１台または複数のＵＡＶを使用して大型の構造物または物体の損傷部分を検査および修理するための方法の様々な実施形態が若干詳しく説明されているが、それらの実施形態のうちの１つまたは複数は以下の態様のうちの１つまたは複数を特徴とし得る。

【0014】

以下で詳細に開示される主題の一態様は、１台または複数の無人航空機を使用して構造物を検査および修理するための方法であって、（ａ）カメラを備えた無人航空機を、構造物の表面上の領域の近傍内の位置まで飛行させるステップと、（ｂ）カメラを使用して領域内の構造物の１つまたは複数の画像を表す画像データを取得するステップと、（ｃ）ＮＤＥセンサーユニットを備えた無人航空機を、ＮＤＥセンサーユニットが領域内の構造物の測定範囲内に入るまで飛行させるステップと、（ｄ）ＮＤＥセンサーユニットが領域内の構造物の測定範囲内にある間にＮＤＥセンサーユニットを使用して領域内の構造物の構造特性を表すセンサーデータを取得するステップと、（ｅ）修理工具を備えた無人航空機を、修理工具を領域内の表面と接触して配置するロケーションまで移動させるステップと、（ｆ）修理工具を備えた無人航空機がそのロケーションにある間に修理工具を使用して領域内の構造物を修理するステップと、を含む方法である。いくつかの実施形態によれば、本方法は、ステップ（ｃ）に進む前に、ステップ（ｂ）で取得された画像データが第１の「現状のまま使用」閾値を上回る領域内の損傷を指示していると判断するステップと、ステップ（ｆ）に進む前に、ステップ（ｄ）で取得されたセンサーデータが第２の「現状のまま使用」閾値を上回る領域内の損傷を指示していると判断するステップと、ステップ（ｆ）に進む前に、ステップ（ｄ）で取得されたセンサーデータが「遠隔修理」閾値を下回る領域内の損傷を指示していると判断するステップと、をさらに含む。

【0015】

直前の段落に記載される方法の１つの提案の実施態様では、構造物は航空機であり、本方法は、（ｇ）航空機整備作業センターで、航空機に物体が衝突したという報告を受け取るステップと、（ｈ）航空機の地上の現在位置を決定するステップと、をさらに含み、ステップ（ｇ）とステップ（ｈ）とはステップ（ａ）の前に行われる。

【0016】

以下で詳細に開示される主題の別の態様は、カメラとＮＤＥセンサーユニットと修理工具とを備えた無人航空機を使用して構造物を検査および修理するための方法である。本方法は、（ａ）無人航空機を構造物の表面上の領域の近傍内のロケーションまで飛行させるステップと、（ｂ）無人航空機がそのロケーションでホバリングしている間にカメラを使用して領域内の表面の１つまたは複数の画像を表す画像データを取得するステップと、（ｃ）無人航空機をＮＤＥセンサーユニットが領域内の構造物の測定範囲内に入るまで飛行させるステップと、（ｄ）ＮＤＥセンサーユニットが領域内の構造物の測定範囲内にある間にＮＤＥセンサーユニットを使用して領域内の構造物の構造特性を表すセンサーデータを取得するステップと、（ｅ）無人航空機を修理工具が領域内の表面と接触するまで移動させるステップと、（ｆ）修理工具を使用して領域内の構造物を修理するステップと、を含む。

【0017】

以下で詳細に開示される主題のさらなる態様は、フレームと、フレームに取り付けられた複数の回転翼モーターと、複数の回転翼モーターのそれぞれの回転翼モーターに動作可能に結合された複数の回転翼と、フレームによって支持された、フレームに対して回転可能なカメラと、フレームによって支持されたＮＤＥセンサーユニットと、フレームによって支持された修理工具と、ＮＤＥセンサーによって取得されたＮＤＥセンサーデータが第１の「現状のまま使用」閾値よりも大きく「遠隔修理」閾値よりも小さい値を有するか否かを判断する動作と、ＮＤＥセンサーデータが第１の「現状のまま使用」閾値よりも大きく「遠隔修理」閾値よりも小さい値を有するとの判断に応答して修理工具を作動させる動作と、を実行するコンピューターシステムと、を含む無人航空機である。いくつかの実施形態では、コンピューターシステムは、カメラによって取得された画像データが第２の「現状のまま使用」閾値よりも大きい値を有するか否かを判断し、画像データが第２の「現状のまま使用」閾値よりも大きい値を有するとの判断に応答してＮＤＥセンサーユニットを作動させる、ようにさらに構成される。

【0018】

１つの提案の実施態様では、直前の段落に記載される無人航空機は、フレームに取り付けられたカメラ・ターレット・モーターと、フレームに回転可能に結合され、カメラ・ターレット・モーターに動作可能に結合された、カメラを支持するカメラターレットと、をさらに含む。カメラターレットは、第１の角度位置と第２の角度位置との間で回転可能である。ＮＤＥセンサーユニットは、カメラターレットが第１の角度位置にあるときにはカメラの視野内にあり、カメラターレットが第２の角度位置にあるときにはカメラの視野内にない。修理工具は、カメラターレットが第２の角度位置にあるときにはカメラの視野内にあり、カメラターレットが第１の角度位置にあるときにはカメラの視野内にない。例示の実施形態では、本明細書に記載される検査および修理を行うために１台または複数のＵＡＶ（２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）が利用され得る。例えば、第１のＵＡＶ２０がカメラを備えており、第２のＵＡＶがＮＤＥセンサーユニットを備えており、第３のＵＡＶが修理工具を備えていてもよい。任意選択で、１台のＵＡＶ２０がカメラ、ＮＤＥセンサーユニットおよび／または修理工具を含んでいてもよい。よって、１台または複数のＵＡＶが、本明細書に記載される検査および修理の方法の１つまたは複数の態様を行うように装備され得る。

【0019】

１台または複数のＵＡＶを使用して大型の構造物または物体の損傷部分を検査および修理するための方法の他の態様を以下で開示する。

【0020】

前項で論じた特徴、機能、および利点は、様々な実施形態において独立して達成され得るか、またはさらに別の実施形態において組み合わされ得る。上記その他の態様を例示するために以下で図面を参照して様々な実施形態を説明する。本項で簡単に説明される図のいずれも縮尺通り描かれてはいない。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1A】いくつかの実施形態による、１台または複数のＵＡＶを使用して大型の構造物または物体の損傷部分を検査および修理するための方法のステップを示すフローチャートである。

【図1B】いくつかの実施形態による、１台または複数のＵＡＶを使用して大型の構造物または物体の損傷部分を検査および修理するための方法のステップを示すフローチャートである。

【図2】いくつかの実施形態による、１対のレーザーデバイスと搭載カメラとを有する飛行ＵＡＶを使用して構造物を目視検査するためのシステムの三次元ビューを表す図である。

【図3】図２に示されるタイプの遠隔制御型ＵＡＶを使用して構造物の目視検査を行うためのシステムのいくつかの構成要素を示すブロック図である。

【図4】いくつかの実施形態による、非破壊検査センサー（以後「ＮＤＥセンサーユニット」）ユニットを備えた飛行ＵＡＶを使用した構造物の非破壊検査のためのシステムの三次元ビューを表す図である。

【図5】図４に示されるタイプの飛行ＵＡＶを使用して構造物の非破壊検査を行うためのシステムのいくつかの構成要素を示すブロック図である。

【図6】一実施形態による、カメラとＮＤＥセンサーユニットと修理工具とを備えたＵＡＶの平面図を表す図である。

【図7】図６に示されるＵＡＶの同じ構成要素および追加構成要素の一部を示すブロック図である。

【図8】航空機を保守する空港運営支援ビークルの三次元ビューを表す図である。

【図9A】例示的なレベルの損傷を有する複合積層体の断面図を表す図である。

【図9B】例示的なレベルの損傷を有する複合積層体の断面図を表す図である。

【図9C】例示的なレベルの損傷を有する複合積層体の断面図を表す図である。

【図10】いくつかの実施形態による、１台または複数のＵＡＶを使用して航空機の損傷部分を検査および修理するための方法のステップを示すフローチャートである。

【0022】

以下では図面を参照し、図面において異なる図中の同様の要素は同じ参照番号を有する。

【発明を実施するための形態】

【0023】

例示のために、次に１台または複数のＵＡＶを使用して大型の構造物または物体の損傷部分を検査および修理するための方法を詳細に説明する。しかしながら、本明細書に実際の実施態様のすべての特徴が記載されるとは限らない。任意のそのような実施形態の開発においては、実施態様ごとに異なる、システム関連および業務関連の制約との適合性など、開発者に固有の目標を達成するために、多数の実施態様固有の判断がなされなければならないことを当業者は理解するであろう。さらに、そのような開発努力は複雑で時間を要する場合もあるが、それでもなお、本開示の恩恵を有する当業者にとっては日常的な業務であろうことが理解されよう。

【0024】

以下で若干詳しく開示される実施形態によれば、ＵＡＶは少なくとも３つの回転翼を有する本明細書で開示される実施態様によれば、各回転翼は２つの相互に正反対の回転翼羽根を有する。しかしながら、代替の実施態様では、３つ以上の回転翼羽根を有する回転翼を備えるＵＡＶも使用され得る。本明細書で使用される場合、「回転翼」という用語は、回転翼支柱と、回転翼支柱の一端に取り付けられた回転翼ハブと、回転翼ハブから外方へ半径方向に延伸する２つ以上の回転翼羽根とを含む回転装置を指す。本明細書で開示される実施形態では、回転翼支柱は、以下で「回転翼モーター」と呼ばれる、駆動モーターの出力軸に機械的に結合されている。回転翼モーターは回転翼の回転を駆動する。本明細書で使用される場合、「回転翼システム」という用語は、少なくとも複数の回転翼と、ＵＡＶの重さを指示するのに十分な空力的揚力および前方飛行において空力抵抗に対抗するのに十分な推力を発生させるために回転翼回転速度を制御するように構成されたコントローラーとを含む、構成要素の組み合わせを意味する。本明細書で開示されるＵＡＶは、好ましくは、回転翼のそれぞれの回転を調整するように構成された搭載コンピューターと通信する複数の回転翼モーターコントローラーの形態をとるコントローラーを含む。コントローラーは、ＵＡＶを、飛行経路に沿って、ＵＡＶが検査および修理されるべき構造物の表面上の領域に近接するかまたは接触するロケーションまで飛行させるよう回転翼を制御するように構成（例えばプログラム）される。

【0025】

本明細書で提案されるプロセスの様々な実施形態によれば、１台または複数のＵＡＶが、航空機や風力タービンなとの大型構造物が、衝突事故や潜在的損傷の発見後速やかに稼動状態に復帰することを可能にするようなやり方で目視検出、非破壊評価（ＮＤＥ）、および修理を行うように構成される。カメラ付きＵＡＶは、構造物上の関心対象領域から取得された画像データが第１の「現状のまま使用」閾値を上回る損傷を指示しているか否かを判断するように構成されている（例えばプログラムされている）搭載コンピューターを有する。損傷が第１の「現状のまま使用」閾値を上回る場合、ＵＡＶ対応のＮＤＥが開始される。ＮＤＥセンサー付きＵＡＶは、関心対象領域内の構造物から取得されたＮＤＥセンサーデータが第２の「現状のまま使用」閾値から「遠隔修理」閾値までの指定された範囲内の損傷を指示しているか否かを判断するように構成されている（プログラムされている）搭載コンピューターを有する。損傷が指定された範囲内である場合、ＵＡＶ対応の修理が開始される。

【0026】

図１Ａおよび図１Ｂは、いくつかの実施形態による、１台または複数のＵＡＶを使用して稼動中の大型の構造物または物体の損傷部分を検査および修理するための方法１００のステップを示すフローチャートを形成している。以下でより詳細に説明されるように、ＵＡＶに搭載されたコンピューターは、取得されたデータが特定の閾値よりも大きい（上回る）かまたは小さい（下回る）損傷を指示しているかどうかを判断するように構成され得る。本明細書で使用される場合、「現状のまま使用」閾値とは、修理を必要としない構造（例えば、指示された損傷が「現状のまま使用」閾値よりも小さいかまたはこれを下回る場合）と潜在的に修理を必要とする構造（例えば、指示された損傷が「現状のまま使用」閾値よりも大きいかまたはこれを上回る場合）との境界を定めるように指定された閾値を意味する。本明細書で使用される場合、「遠隔修理」閾値とは、ＵＡＶによって行われ得る修理を必要とする構造（例えば、指示された損傷が「遠隔修理」閾値よりも小さいかまたはこれを下回る場合）とＵＡＶによっては行われない修理を必要とする構造（例えば、指示された損傷が「遠隔修理」閾値よりも大きいかまたはこれを上回る場合）との境界を定めるように指定された閾値を意味する。

【0027】

図１Ａを参照すると、方法１００の開始１０２では、就航中の構造物が機能しているが、計画就航中検査の予定時期が到来した（ステップ１０４）か、または事故による就航中の構造物への潜在的な損傷が指示もしくは推測される（ステップ１０６）。例えば、物体衝突イベントが検出されたかまたは疑われている。

【0028】

全体の検査および修理プロセスは、整備作業センターが就航中の構造物の目視検査を行うためにカメラを備えたＵＡＶを急派するときに開始される（ステップ１０８）。急派されたＵＡＶは、可能性のある衝突領域（以下「関心対象領域」）の近傍まで飛行し、カメラを使用して関心対象領域の画像を取得し、次いで取得された画像データを第１の「現状のまま使用」閾値と比較する（ステップ１１０）。目視検査および閾値処理の結果、画像化領域の箇所およびその他のデータは、次いで、カメラ付きＵＡＶに搭載された非一時的な有形のコンピューター可読記憶媒体に記録される（ステップ１１２）。カメラ付きＵＡＶに搭載されたコンピューターは次いで、画像データによって指示された損傷が第１の「現状のまま使用」閾値を上回るか否かの判断を行う（ステップ１１４）。代替として、カメラ付きＵＡＶが同時にＮＤＥセンサーユニットを備えていない場合には、カメラ付きＵＡＶは、目視検査および閾値処理の結果を表すデータ、画像化領域の箇所を表すデータおよびその他のデータを、ステップ１１４の判断を行うように構成されたコンピューターを有する整備作業センターに無線送信する。

【0029】

一方では、ステップ１１４で、画像データによって指示された損傷が第１の「現状のまま使用」閾値を上回らないと判断された場合には、構造物は現状のまま使用され（ステップ１１６）、稼動状態に復帰する（図１Ｂのステップ１４０）。他方では、ステップ１１４で、画像データによって指示された損傷が第１の「現状のまま使用」閾値を上回ると判断された場合には、ＮＤＥセンサーユニットを備えたＵＡＶ（カメラ付きＵＡＶと同じＵＡＶまたは別のＵＡＶであり得る）を、ＮＤＥセンサーユニットが構造物の表面上の潜在的に損傷した領域（以下「潜在的損傷領域」）の測定範囲内に入るロケーションまで飛行させる。例えば、ＮＤＥセンサー付きＵＡＶは、構造物の表面に着陸し、次いでＮＤＥセンサーユニットを使用して潜在的損傷領域内でＮＤＥセンサーデータを取得し得る（ステップ１１８）。ＮＤＥセンサー付きＵＡＶに搭載されたコンピューターは次いで、表面下損傷を定量化するＮＤＥセンサーデータの解析を行い、結果として得られる定量的データを様々な所定の閾値と比較する（ステップ１２０）。解析および閾値処理の結果、感知領域の箇所およびその他のデータは、次いで、ＮＤＥセンサー付きＵＡＶに搭載された非一時的な有形のコンピューター可読記憶媒体に記録される（ステップ１２２）。ＮＤＥセンサー付きＵＡＶに搭載されたコンピューターは次いで、ＮＤＥセンサーデータによって指示された損傷が第２の「現状のまま使用」閾値を上回るか否かの判断を行う（ステップ１２４）。代替として、ＮＤＥセンサー付きＵＡＶが同時に修理工具を備えていない場合には、ＮＤＥセンサー付きＵＡＶは、解析および閾値処理の結果を表すデータ、感知領域の箇所を表すデータおよびその他のデータを、ステップ１２４の判断を行うコンピューターを有する整備作業センターに無線送信する。

【0030】

一方では、ステップ１２４で、ＮＤＥセンサーデータによって指示された損傷が第２の「現状のまま使用」閾値を上回らないと判断された場合には、構造物は現状のまま使用され（ステップ１１６）、稼動状態に復帰する（図１Ｂのステップ１４２）。他方では、ステップ１２４で、ＮＤＥセンサーデータによって指示された損傷が第２の「現状のまま使用」閾値を上回ると判断された場合には、ＮＤＥセンサー付きＵＡＶに搭載されたコンピューターは次いで、ＮＤＥセンサーデータによって指示された損傷が「遠隔修理」閾値を下回るか否かの判断を行う（ステップ１２６）。代替として、ＮＤＥセンサー付きＵＡＶが同時に修理工具を備えていない場合には、整備作業センターがステップ１２４の判断を行うようにプログラムされたコンピューターを有する。

【0031】

（図１Ａに示される）ステップ１２６の結果に応じて、プロセスは、遠隔もしくはＵＡＶ対応の修理手順または人間の介入を必要とする手作業の修理手順に従って、どちらも図１Ｂに示されているステップに進み得る。一方では、ステップ１２６でＮＤＥセンサーデータによって指示された損傷が「遠隔修理」閾値を上回らないと判断された場合には、修理工具を備えたＵＡＶ（カメラ付きＵＡＶと同じＵＡＶであるかまたは別のＵＡＶであり得る）を、修理工具が修理されるべき領域内の構造物に接触して配置されるかまたは配置され得るロケーションまで飛行させる。修理工具付きＵＡＶが静止している間に、損傷領域は修理工具を使用して修理される（図１Ｂのステップ１２８）。他方では、ステップ１２６でＮＤＥセンサーデータによって指示された損傷が「遠隔修理」閾値を上回ると判断された場合には、ＮＤＥセンサー付きＵＡＶは、構造物が損傷構造物のより徹底したまたは複雑な修理のために直接の人間によるアクセスを必要とすると整備作業センターに通知するメッセージを無線送信する（図１Ｂのステップ１３４）。後者の場合、ＵＡＶ対応の修理は行われない。

【0032】

さらに図１Ｂを参照すると、ステップ１２８のＵＡＶ対応の修理の完了に続いて、カメラまたはＮＤＥセンサーユニットを備えたＵＡＶ（上述のカメラ付きＵＡＶまたはＮＤＥセンサー付きＵＡＶと同じＵＡＶかまたは別のＵＡＶであり得る）が、修理された構造物が稼動に適することを検証する検査を行うために使用される（ステップ１３０）。検査の結果は検査ＵＡＶに搭載された非一時的な有形のコンピューター可読記憶媒体に格納され、ＵＡＶは修理の完了を報告する整備作業センターへのメッセージを無線送信する。次いで、修理が有効か否かが判断される（ステップ１３２）。一方では、修理が有効ではない場合には、修理手順はステップ１２８に戻る。他方では、修理が有効である場合には、修理された構造物が稼動状態に復帰する（ステップ１４０）。

【0033】

これに反して、ＵＡＶを含まない手段による修理（例えば手作業の修理）が推奨されることを指示する通知の発行に続いて、整備作業センターは、構造物上の損傷領域の修理を実行するために適切に装備した技術者を急派する（ステップ１３４）。ステップ１３４のＵＡＶを含まない手段による修理の完了に続いて、構造物の修理された部分のＮＤＥまたは目視検査が、やはりＵＡＶを含まない手段によって行われる（ステップ１３６）。次いで修理が有効か否かが判断される（ステップ１３８）。一方では、修理が有効ではない場合には、修理手順はステップ１３４に戻る。他方では、修理が有効である場合には、修理された構造物が稼動状態に復帰する（ステップ１４０）。

【0034】

図２は、飛行ＵＡＶ２０を使用して構造物１８を目視検査するためのシステムの三次元ビューを表す図である。図２に示されるＵＡＶ２０は、ベース２２と、ベース２２によって支持され、ベース２２に対して回転可能な４つの回転翼２８ａ～２８ｄとを含む。各回転翼の回転は、ベース２２に取り付けられたそれぞれの回転翼モーター３６ａ～３６ｄによって駆動される。

【0035】

ＵＡＶ２０は、すべてベース２２上で支持された、レーザーデバイス対２４ａおよび２４ｂと、ビデオカメラ３０とをさらに含む。図２に示される提案の実施態様では、第１の無人航空機（ＵＡＶ）２０ａは、ビデオカメラ３０の両側に配置されたレーザーデバイス対２４ａおよび２４ｂを含む。代替として、スチルカメラ（カラーおよび／もしくは白黒）または赤外線カメラが用いられてもよい。レーザーデバイス対２４ａおよび２４ｂは、非平行軸線を有するベース２２に固定して取り付けられている。作動されると、レーザーデバイス２４ａおよび２４ｂは、構造物１８の表面上のそれぞれの点に向けられたそれぞれのレーザービーム２６ａおよび２６ｂを発射し、それによってそれぞれのレーザースポットを形成する。構造物１８の表面上でのレーザービーム２６ａおよび２６ｂの衝突により、構造物１８に対するＵＡＶ２０のロケーションに関する情報の取得が可能になる。より具体的には、取り込み画像内でレーザースポットを隔てる距離は構造物１８とＵＡＶ２０とを隔てる距離に正比例する。この基準系が確立されると、搭載コンピューターは、取り込み画像に現れる視覚的に顕著な領域の寸法をさらに計算し得る。

【0036】

図２に示されるシステムは、ＵＡＶ２０との間で無線通信を送受信するための遠隔制御局１０をさらに含む。一実施形態によれば、遠隔制御局１０は、ラップトップコンピューター１２と、送受信機１４と、アンテナ１６とを含む。送受信機１４は、ラップトップコンピューター１２とＵＡＶ２０に搭載されたコンピューターとの間の通信を可能にするためのアンテナ１６と通信している。

【0037】

ＵＡＶ２０の搭載システムは、非一時的な有形のコンピューター可読記憶媒体（図２には示されていない）に格納された飛行計画データによってデジタル方式で表される１つまたは複数の異なる格納された飛行計画を実施することができる誘導および制御のハードウェアおよびソフトウェアシステム（図２には示されていない）をさらに含み得る。搭載システムは、ＵＡＶ２０の向きを制御し、メモリに格納された事前プログラム飛行計画の実行を支援するための全地球測位システム／慣性航法システム（ＧＰＳ／ＩＮＳ）をさらに含み得る。無線送受信機および搭載アンテナ（図２には示されていない）が、遠隔制御局１０との双方向無線電磁波通信を可能にする。

【0038】

図２に示されるタイプの無人航空機は、目視検査を受ける物体についてのスケールおよび点間距離情報を取得する能力でアップグレードされ得る。ＵＡＶ２０は、搭載センサーと、目標物体上の点間の距離または目標物体のスケールの不連続または連続の測定値を提供する処理技術とを備えていてもよい。そのような拡張能力ＵＡＶの様々な実施形態が米国特許出願第１５／７１４６６２号に開示されている。

【0039】

ビデオカメラ３０は、２つのレーザースポットが見える画像を取り込むように作動され得る。画像データを、２つのレーザーデバイス２４ａおよび２４ｂの軸線を隔てる既知の距離と併せて、倍率を決定するために使用され得る画素情報を導出するように処理することができる。次いでその倍率を使用して、例えば、ＵＡＶ２０ａが構造物１８に近接して飛行またはホバリングしている間にビデオカメラ３０によって取り込まれた任意の後続の画像上に目盛りを表示することができる。取り込み画像内の視覚的に顕著な領域のサイズは、関心対象領域をセグメント化し、次いで倍率を適用して領域の寸法を決定する画像処理技術を使用して搭載コンピューターによって計算され得る。より具体的には、ＵＡＶ２０と構造物１８との間の距離が推定され得る。

【0040】

図３は、２つ以上のレーザーデバイス２４（例えば、図２のレーザーデバイス２４ａおよび２４ｂ）が取り付けられた、ＵＡＶ２０ａなどの遠隔制御型ＵＡＶ２０を使用して構造物の目視検査を行うためのシステムのいくつかの構成要素を示すブロック図である。この例では、ＵＡＶ２０とＵＡＶ２０によって運搬される装置とは、制御局４０によって送信される無線周波数コマンドに応じて搭載コンピューターシステム３２によって制御される。それらの無線周波数コマンドは、ＵＡＶ２０に搭載された送受信機３８によって受信され、適切なデジタルフォーマットに変換されて、コンピューターシステム３２に転送される。制御局４０は、コンピューターシステム３２にコマンドを送信することによってＵＡＶ２０とＵＡＶ２０に搭載された装置との動作を制御するためのプログラミングで構成された汎用コンピューターシステムを含み得る。例えば、制御局４０は、ＵＡＶ２０の飛行を制御するコマンドおよびレーザーデバイス２４の作動のためのコマンドを送信し得る。加えて、制御局４０のコンピューターシステムは、検査動作時にＵＡＶ２０から受信されたデータを処理するためのプログラミングで構成される。特に、制御局４０のコンピューターシステムは、表示モニタ－４２を、ビデオカメラ３０によって取得された画像を表示するよう制御するためのソフトウェアで構成された表示プロセッサーを含み得る。ビデオカメラ３０によって観察される光学画像フィールドは、表示モニタ－４２上に表示され得る。

【0041】

制御局４０からのコマンドに応答して、ビデオカメラ３０とレーザーデバイス２４とが、搭載コンピューターシステム３２によって（例えば、ＵＡＶ２０に搭載された電気ケーブルを介して）送信された制御信号によって作動される。ビデオカメラ３０は、自動化された（遠隔制御式の）ズーム能力を有し得る。搭載コンピューターシステム３２はまた、回転翼２８ａ～２８ｄの回転をそれぞれ駆動する回転翼モーター３６ａ～３６ｄ（図２参照）などの、それぞれの回転翼モーター３６の回転をそれぞれ制御するモーターコントローラー３４にコマンドを送信することによってＵＡＶ２０の飛行を制御する。

【0042】

ＵＡＶ２０に搭載されたコンピューターシステム３２はまた、ビデオカメラ３０によって測定された損傷を定量化するようにもプログラムされる。場合によっては、損傷が異常（亀裂など）の所定の深さや所定の長さなどの所定の線寸法を定義する所定の基準を満たすかどうかを判断することが望ましい。例えば、損傷領域の最長翼弦が、損傷の画像内の２つの最も離れた画素間で測定される。この例では、損傷が所定の線寸法を満たすかどうかを判断することは、最長翼弦が所定の長さを超えるかどうかを判断することを含む。

【0043】

場合によっては、損傷領域が所定の面積を定義する所定の基準を満たすかどうかを判断することが望ましい。例えば、２つの翼弦の乗算によって損傷領域の面積測定値を決定するために最長翼弦と第２の翼弦とが測定される。第２の翼弦は、最長翼弦に対して垂直な軸線に沿って損傷の最大部分にまたがる。この例では、損傷が所定の基準を満たすかどうかを判断することは、そのような面積測定値が所定の面積を超えるかどうかを判断することを含む。

【0044】

１つの提案の実施態様によれば、搭載コンピューターシステム３２は、エッジ認識や画像セグメント化などの技術を使用して潜在的損傷領域を表す画素を分離する画像処理ソフトウェアを用いるように構成される。１つの例示的な提案の実施態様では、潜在的損傷領域の画像は別々の領域にセグメント化され、これは、サイズ、色、形状、または他のパラメータを使用したフィルタリングを含み得る。画像セグメント化とは、特定の特性を有する画素グループを定義することを意味する。一実施態様によれば、互いに隣り合う（すなわち、連続した領域）特定の色および輝度の画素が見つけられる。画像はまた、除外されることになるいくつかの小さいアーチファクト（微妙なエッジアウトラインなど）も有することになる。これは、ぼかしフィルターおよび輝度閾値フィルターを使用して行うことができる。潜在的損傷領域の前述の翼弦を表す分離された画素の対に対応する選択された画素座標は次いで、潜在的損傷領域の寸法またはその特徴を判断するために使用される。

【0045】

前述のように、図２に示されるＵＡＶによる目視検査の完了に続いて、構造物１８上の関心対象領域は非破壊調査（ＮＤＥ）を受ける。１つの例示的な操作では、マニピュレーターアームなどの、１つまたは複数の支持構造物によって支持された１つまたは複数のＮＤＥデバイスを備えたＵＡＶを、検査されている構造物の目標領域まで飛行させる。ＵＡＶオペレータはＵＡＶに、例えばマニピュレーターアームを延伸させることによって、ＮＤＥデバイスを目標領域上に位置決めするよう命令する。ＮＤＥデバイスは、磁気ベースのデバイスなどの固定機構、例えば、強磁性構造物のための永久電磁石、および／または非強磁性構造物のための真空ベースの装置、静電気ベースの装置、接着ベースの装置、グリッパーベースの装置を備えることができる。

【0046】

例えば、永久電磁石を電気パルスでオンにし、次いで電力を使用せずに励磁されたままにすることができる。永久電磁石が励磁されると、ＵＡＶが目標領域と接触したときにＵＡＶを目標領域上に物理的に固定し、支持することができる。目標領域に物理的に固定された後、次いでＵＡＶ上の回転翼をオフにする（回転を停止する）ことができ、その場合ＵＡＶは今度は安定した静止位置になる。次いでＮＤＥセンサーユニットを作動させて検査読み取り値を取得することができる。ＵＡＶの三次元ロケーションを、ＵＡＶのロケーションを検査されている構造物の座標系として決定できる、ローカル測位システム（「ＬＰＳ」）などの非搭載追跡システムによって測定することができる。ＮＤＥが完了すると、ＵＡＶの回転翼を始動することができ、固定機構が作動解除され、ＵＡＶは飛び去るかまたは次の検査箇所まで飛行し、プロセスが繰り返される。

【0047】

図４は、飛行ＵＡＶ２０を使用した構造物１８の非破壊調査のためのシステム６の三次元ビューを表す図である。システム６は、ローカル測位システム８０と、検査されるべき構造物１８の近傍まで飛行させ得る無人航空機（ＵＡＶ）２０ｂとを含む。図４に示されるように、一実施形態によればＵＡＶ２０ｂはＮＤＥセンサーユニット６２を備えている。ＵＡＶ２０ｂはまた、上記のＵＡＶ２０ａに関して説明されたカメラ３０を備えていてもよいことを理解されたい。ＵＡＶ２０は、事前プログラムされた飛行計画に従ってＵＡＶ２０をナビゲートし、構造物１８からの検査データの取得を可能にすることができる搭載システムを含み得る。いくつかの例では、無線ＵＡＶコントローラー９２を使用してオペレータが飛行経路に沿ってＵＡＶ２０ｂを飛行させることができる。

【0048】

ＵＡＶ２０、２０ａ、２０ｂ、および２０ｃは各々フレーム１９を含む。例示の実施形態では、フレーム１９は、一端にＮＤＥセンサーユニット６２が取り付けられ、他端に釣り合いおもり６４が取り付けられているビーム６０を支持するベース２２を含む。代替の実施形態では、ＮＤＥセンサーユニット６２は、マニピュレーターアームの端部に取り付けられていてもよく、マニピュレーターアームはグリッパーを含み、グリッパーは検査されている構造物１８に対してＮＤＥセンサーユニット６２を操作するように動作する。いくつかの例では、釣り合いおもり６４の代わりにビーム６０の他端に修理工具が取り付けられ得る。例えば、修理工具は、（損傷部位から材料を除去するための）研磨機または（損傷部位に材料を付加するための）噴霧器であり得る。

【0049】

ＵＡＶ２０ｂのフレーム１９は、ＮＤＥセンサーユニット６２を検査されている表面に対してスタンドオフの位置に維持するためのスタンドオフシステム（図４にはスタンドオフ支持部材６８および７０のみが示されている）をさらに含む。ＵＡＶ２０ｂのフレーム１９は、接触する遠位端を有する複数のスタンドオフアームをさらに含む。図４に示される例では、ＵＡＶ２０ｂが構造物１８にドッキングされるか、または物理的に固定されるときに、スタンドオフアームは、構造物１８に対するＮＤＥセンサーユニット６２の位置的安定性を提供し、これにより、ＮＤＥセンサーユニット６２は損傷のより高い空間分解能を取得し、（赤外線サーモグラフィーのような）時間依存感知が行われることが可能になる。

【0050】

ＮＤＥセンサーユニット６２は、以下の群より選択され得る：渦電流センサー、超音波センサー、音響センサー、機械インピーダンスセンサー、光学センサー、Ｘ線後方散乱センサー、コンピューター断層撮影センサー、表面粗さセンサー、赤外線サーモグラフィーデバイス、マイクロ波センサー、およびテラヘルツセンサー。ＮＤＥセンサーユニット６２は、ＮＤＥセンサーユニット６２および／またはＵＡＶ２０ｂを構造物１８の表面上に物理的保持する固定機構を備えていてもよく、これには、磁気ベースの装置、真空ベースの装置、静電気ベースの装置、接着ベースの装置、グリッパーベースの装置が含まれるがこれに限定されない。

【0051】

ＵＡＶ２０ｂのフレームには、構造物１８の基準系におけるＵＡＶ２０ｂのロケーションを決定する較正点として使用するための多数の光学ターゲットが取り付けられている。図４に示される例は、スタンドオフ部材６８の遠位端上の較正点６６ａ、ＮＤＥセンサーユニット６２上の較正点６６ｂ、釣り合いおもり６４上の較正点６６ｃ、スタンドオフ部材７０の遠位端上の較正点６６ｄ、ならびにベース２２のそれぞれの角の較正点６６ｅおよび６６ｆ、を含んでいる。

【0052】

ＵＡＶ２０ｂによって目標領域に配置された後、ＮＤＥセンサーユニット６２の３Ｄロケーションを、構造物１８の座標系に対するＮＤＥセンサーユニット６２のロケーションを決定するように構成されている非搭載追跡システムによって測定することができる。図４には、構造物１８に対するＵＡＶ２０ｂのロケーションを追跡するためにローカル測位システム８０が使用される物理的セットアップが示されている。ＬＰＳ８０は、三脚８６上に載置された角度測定能力を有する制御可能なパン・チルト機構８４上のビデオカメラ８２とレーザー距離計（図示されていない）とを含む。ビデオカメラ８２は、自動化された（遠隔制御式の）ズーム能力を有し得る。ビデオカメラ８２は、ビデオカメラ８２の光学画像フィールドディスプレイ内の点の厳密な位置特定を容易にする一体型クロスヘア発生器をさらに含み得る。ビデオカメラ８２およびパン・チルト機構８４は、ＬＰＳコンピューター８８によって操作され得る。ＬＰＳコンピューター８８は、ビデオ／制御ケーブル８９を介してビデオカメラ８２およびパン・チルト機構８４と通信する。あるいは、ＬＰＳコンピューター８８は、無線通信経路を介してビデオカメラ８２およびパン・チルト機構８４と通信してもよい。パン・チルト機構８４のパン角およびチルト角、したがって、ビデオカメラ８２の向きは、ＬＰＳコンピューター８８のキーボードや、図４に示されるゲームパッドインターフェース９０などの他の入力装置を使用して制御することができる。

【0053】

パン・チルト機構８４は、ビデオカメラ８２を、垂直の方位（パン）軸線と水平の仰角（チルト）軸線を中心とした選択の角度に位置的に調整するように制御される。三脚８６（またはパン・チルトユニット８４が取り付けられた他の台）の固定された座標系に対するビデオカメラ８２の向きを記述する方向ベクトル７８が、パン角およびチルト角と、カメラ８２が関心対象点に向けられたときの光学フィールド内のクロスヘアマーカーの中心の位置とから決定される。方向ベクトル７８は、図４に、カメラ８２のレンズから延伸してスタンドオフ部材６８の遠位端上の較正点６６ｂと交差する破線として示されている。ＵＡＶフレーム上の較正点６６ａ～６６ｆおよび構造物１８上の較正点（図４には示されていない）は順番に標的とされ、そのように取得されたデータを、ＬＰＳコンピューター８８が構造物１８に対するＵＡＶ２０ｂの位置および向きのオフセットを計算するために処理することができる。

【0054】

レーザー距離計は、カメラ８２のハウジング内に組み込まれるか、または方向ベクトル７８に沿ってレーザービームを送るようにカメラ８２の外側に取り付けられ得る。レーザー距離計は、各較正点までの距離を測定するように構成される。レーザー距離計は、レーザーと、各較正点によって反射されたレーザービームに応答して検出されたレーザー光に基づいて距離を計算するように構成された装置とを有し得る。

【0055】

図４に示されるローカル測位システム８０は、ＬＰＳコンピューター８８にロードされた三次元定位ソフトウェアをさらに含む。例えば、三次元定位ソフトウェアは、構造物１８上の複数の同一線上にない較正点を使用して、構造物１８に対するビデオカメラ８２のロケーション（位置および向き）を定義するタイプのものであり得る。較正点を、ＵＡＶ２０ｂが構造物１８に一時的に取り付けることができる。あるいは、構造物１８の視覚的に顕著な特徴を較正点として使用することもできる。較正点までの測定距離は、構造物１８に対するＵＡＶのロケーションを決定するためにパン・チルト機構８４からのパン角およびチルト角と連係させて使用され得る。

【0056】

図５は、図２および／または図４に示されるタイプの飛行ＵＡＶ２０を使用して構造物の非破壊評価を行うためのシステムのいくつかの構成要素を示すブロック図である。ＵＡＶ２０は、ＵＡＶの飛行と、ビデオカメラ３０およびＮＤＥセンサーユニット６２の動作とを制御する制御システム８を有する。より具体的には、制御システム８は、回転翼モーター３６の回転速度および方向を制御するためのそれぞれのモーターコントローラー３４と、モーターコントローラー３４、ビデオカメラ３０、およびＮＤＥセンサーユニット６２の動作を制御するコンピューターシステム３２とを含む。１つの提案の実施態様では、モーターコントローラー３４は、電気モーターの速度、方向および制動を変動させるように構成された電子速度制御回路であり、回転翼モーター３６はブラシレス電気モーターである。そのような電子速度制御回路は、回転翼モーター３６に高周波数高分解能の三相交流電力を提供する。

【0057】

図５に部分的に示される実施形態では、ＵＡＶ２０、ビデオカメラ３０およびＮＤＥセンサーユニット６２は、制御局４０によって送信された無線周波数コマンドに応じてコンピューターシステム３２によって制御される。それらの無線周波数コマンドは、地上の送受信機４４によって送信され、ＵＡＶ２０に搭載された送受信機３８によって受信され、送受信機３８によって適切なデジタルフォーマットに変換され、次いでコンピューターシステム３２に転送される。制御局４０は、ＵＡＶ２０とＵＡＶ２０に搭載されたＮＤＥセンサーユニット６２とを制御するためのプログラミングで構成された汎用コンピューターシステムを含み得る。例えば、ＵＡＶ２０の飛行を、制御局４０または他のユーザ－・インターフェース・ハードウェア（ゲームパッドやペンダントなど）においてコンピューターシステムのジョイスティック、キーボード、マウス、タッチパッド、またはタッチスクリーンを使用して制御することができる。加えて、制御局４０のコンピューターシステムは、検査動作時にＵＡＶ２０から受信されたデータを処理するためのプログラミングで構成される。特に、制御局４０のコンピューターシステムは、表示モニタ－（図５には示されていない）を、ビデオカメラ３０によって取得された画像を表示するように制御するためのソフトウェアで構成された表示プロセッサーを含み得る。

【0058】

図５をさらに参照すると、ＵＡＶ２０に搭載された装置は、慣性計測装置４６（以下「ＩＭＵ４６」）をさらに含む。慣性計測装置は、１つまたは複数の加速度計を使用して線形加速度を検出し、１つまたは複数のジャイロスコープを使用して回転速度を検出することによって動作する。典型的な構成では、慣性計測装置は、３つのビークル軸線、すなわち、ピッチ、ロールおよびヨーの各々について軸線ごとに１台の加速度計と１台のジャイロスコープとを含む。コンピューターシステム８は、生のＩＭＵ測定値を利用して、姿勢、角速度、直線速度およびグローバル基準系に対する位置を計算する慣性航法ソフトウェアで構成された別個のプロセッサーをさらに含み得る。ＩＭＵ４６から収集されたデータにより、コンピューターシステム３２が、推測航法として知られている方法を使用してＵＡＶの位置を追跡することが可能になる。

【0059】

前述のように、図４に示されるＵＡＶによる非破壊評価の完了に続いて、構造物１８上の関心対象領域は修理を受ける。１つの例示的な操作では、ＵＡＶ、例えばＵＡＶ２０ｃが、旋回アームや伸縮アームなどの１つまたは複数の支持構造物によって支持された１つまたは複数の修理工具デバイスを備えていてもよく、そのＵＡＶを修理される構造物の目標領域まで飛行させる。ＵＡＶオペレータはＵＡＶに、修理工具を目標領域上に位置決めするよう命令する。修理工具付きＵＡＶは、磁気ベースのデバイスなどの固定機構、例えば、強磁性構造物のための永久電磁石、および／または非強磁性構造物のための真空ベースの装置、静電気ベースの装置、接着ベースの装置、グリッパーベースの装置を備えることができる。

【0060】

図６は、ベース２２に取り付けられたビデオカメラ３０、ＮＤＥセンサーユニット６２、除去的修理工具３１、および付加的修理工具３３を備えたＵＡＶ２０、例えばＵＡＶ２０ｃの平面図を表す図である。本明細書で使用される場合、「除去的修理工具」という用語は、材料の本体から材料を除去するように構成されているツールを意味し、「付加的修理工具」という用語は、材料の本体に材料を付加するように構成されているツールを意味する。ベース２２はまた、ＵＡＶ２０ｃによって運搬されるすべての電動デバイスに電力を提供する１つまたは複数の電池（図示されていない）も支持する。ベース２２はまた、それぞれの回転翼の回転を駆動する回転翼モーター３６ａ～３６ｄも支持する（図６には示されていないが、図４の回転翼２８ａ～２８ｄを参照されたい）。

【0061】

図６に示される実施形態によれば、ＮＤＥセンサーユニット６２は、センサーアレイ５２と、アレイコントローラー５４とを含む。１つの提案の実施態様では、センサーアレイ５２は、列と行とに配置されたセンサーの二次元配列である。センサーアレイ５２は、例えば、ケーブルによってアレイコントローラー５４と電気的に連通している。除去的修理工具３１は、回転軸７４の遠位端に、構造物の損傷面を研磨または研削して塗装を施すために表面を調製するための研磨ヘッド７６を有する回転軸７４を含む。回転軸７４は、ＵＡＶ２０ｃのベース２２に取り付けられた回転工具モーター７２によって回転するように駆動される。付加的修理工具３３は、管９６を通してノズル９８から損傷領域内の構造物の表面上に液体材料を送り込むポンプ９４を含む。ポンプ９４は、ポンプモーター５８が作動されると、貯蔵容器９１からの液体を、開いている電子制御バルブ９３を介して、管９６に沿ってノズル９８から送り込む。ポンプモーター５８、ポンプ９４および貯蔵容器９１は、ＵＡＶ２０ｃのベース２２に取り付けられている。

【0062】

図６に示される提案の実施態様は、ＵＡＶ２０ｃのベース２２の中央部分に回転可能に結合されたカメラターレット５０上に配置され、取り付けられたビデオカメラ３０をさらに含む。カメラターレット５０は、歯車列５５を経由してカメラ・ターレット・モーター５６によって回転するように駆動される。ビデオカメラ３０は、ベース２２の平面に対して垂直な軸線を中心として回転可能である。図６の平面図で分かるように、ＮＤＥセンサーユニット６２、除去的修理工具３１、および付加的修理工具３３は、ベース２２上に、センサーアレイ５２がベース２２の第１の側２３ａを越えて配置され、ノズル９８がベース２２の第２の側２３ｂを越えて配置され、研磨ヘッド７６がベース２２の第３の側２３ｃを越えてに配置されるように配置され得る。カメラターレット５０は、第１の角度位置ではセンサーアレイ５２がビデオカメラ３０の視野内にあり、第２の角度位置ではノズル９８がビデオカメラ３０の視野内にあり、第３の角度位置では研磨ヘッド７６がビデオカメラ３０の視野内にあるように配置されている。これにより、ビデオカメラ３０が、遠隔検査／修理作業の異なる段階の間にそれぞれの画像を取り込むことが可能になる。画像は整備作業センターに無線送信され、それによって、整備要員がＮＤＥ作業および修理作業中の構造物上の損傷領域を観察することが可能になる。

【0063】

例えば、図６に示されるＵＡＶ２０ｃは、センサーアレイ５２が損傷領域に覆い被さるように、ある位置において第１の向きで構造物の表面に着陸するように設計されている。ＮＤＥセンサーユニット６２は次いで、ＮＤＥ手順を行うために作動される。ＮＤＥ手順が完了すると、次いで回転翼は、ＵＡＶ２０ｃを、表面から離昇させ、表面に対して垂直な軸線を中心として１８０度回転させ、次いで、研磨ヘッド７６が損傷領域に覆い被さるように第２の向きで同じ位置において表面上に再着陸させるように作動される。次いで除去的修理工具３１が、損傷領域内の破片を除去するかまたは表面を滑らかにするように作動される。材料の除去が完了すると、次いで回転翼は、ＵＡＶ２０ｃを、表面から再度離昇させ、表面に対して垂直な軸線を中心として－９０度回転させ、次いで、ノズル９８が損傷領域に覆い被さるように第３の向きで同じ位置において表面上に再着陸させるように作動される。次いで付加的修理工具３３が、損傷領域内の表面上でシーリング材料またはその他の塗料を塗布するように作動される。

【0064】

図７は、図６に示されるＵＡＶ２０ｃの同じ構成要素および追加構成要素の一部を示すブロック図である。ＵＡＶ２０ｃは、ＵＡＶの飛行と、ビデオカメラ３０およびＮＤＥセンサーユニット６２の動作とを制御する制御システム８を有する。制御システム８は、回転翼モーター３６、ポンプモーター５８、カメラ・ターレット・モーター５６、および回転工具モーター７２の回転速度および方向を制御するためのそれぞれのモーターコントローラー３４を含む。これらのモーターの動作は、コンピューターシステム３２によって、直前の段落で説明された動作を行うように調整される。

【0065】

航空機の迅速な検査および修理は、ダウンタイムを短縮するために軍事用および商用で重要である。例えば、複合構造の使用は商用航空機においてますます一般的になっている。複合材料は、就航の過程で損傷する可能性がある。そのような就航中の損傷の例には、ひょう、滑走路の破片（異物損傷）、または地上支援ビークルとの衝突に起因する衝突損傷が含まれる。図８は、航空機２を保守する空港運営支援ビークル４の三次元ビューを表す図である。そのような保守の前後に、空港運営支援ビークル４が航空機２に誤ってぶつかることがある。本明細書で使用される場合、空港運営支援ビークル４とは、航空機２上または航空機２の周囲で貨物、要員または装置を搬送するために使用される任意のタイプのビークルまたは装置であり得る。いくつかの用途では、空港運営支援ビークル４は、例えば、貨物ベルトローダー、手荷物カート、航空機燃料補給車、ケータリングビークル、地上電源車、空港バスまたは乗客搭乗階段であり得る。

【0066】

空港運営支援ビークル４が誤って航空機２にぶつかった場合には、航空機２に対する損傷が出発直前に空港のローディングゲートで発見される可能性がある。修理用具が利用できない場合、または修理が広範囲に及ぶ可能性がある場合には、フライトが欠航する可能性もある。航空機は、地上待機し、運行停止となって整備基地へと輸送またはけん引され、結果として航空機運行者に著しい経済的影響を及ぼすことになり得る。

【0067】

損傷の程度に応じて一時的または永続的な修理が提供され得る。これらは、非構造的（湿気が入らないように表面をシールすることなど）または構造的（その領域にあるレベルの強度を復元すること）であり得る。損傷が表面的である場合、航空機は単に修理なしで出発のために解放され得る。損傷の程度は、たとえ乗客が搭乗ゲートで出発を予期して待っているときでも、判断される必要があり得る。損傷の程度を知らなければ、修理が必要な場合、どのレベルの修理が必要であるかを判断することができない。

【0068】

図９Ａ～図９Ｃは、それぞれの例示的なレベルの損傷を有する複合積層体１５０の断面図を表す図である。本明細書に開示されるＵＡＶ対応のＮＤＥ手順によれば、損傷は分類され得る。例えば、図９Ａに示される表面損傷１５２が、わずかな損傷を伴う低エネルギー衝撃として分類され、図９Ｂに示される表面損傷１５２および内部亀裂１５４が、中程度の損傷を伴う低エネルギー衝撃として分類され、または図９Ｃに示される内部亀裂１５４、表面圧痕１５６および層間剥離１５８が、重大な損傷を伴う中エネルギー衝撃として分類され得る。図９Ａ～図９Ｃに示されるように、目視検出は、損傷の程度の正確な指標にならない可能性がある。しかしながら、複合材料の複雑な構造が原因で、修理方法は非常に込み入ったものになる可能性があり、通常は、適切な整備施設でのみ行われる。

【0069】

衝突事故報告を受け取ると、航空機整備作業センターは、潜在的損傷がないか航空機の胴体を検査するためにカメラとＮＤＥセンサーユニットとを備えたＵＡＶを急派する。不連続性が見つかった場合、写真が撮られ、次いで損傷であるかどうかを判断するために写真が解析されて、損傷である場合、損傷のサイズが決定される。ひょうまたは巻き上げられた岩石からの衝撃は、損傷の紛れもない兆候を残し得る。損傷のサイズが外部損傷についての所定の閾値よりも小さい場合、その損傷はそのまま放置されることになる（例えば、直径１／４インチのわずかな圧痕）。外部損傷が（目視で）外部損傷の所定の閾値よりも大きい場合には、ＵＡＶはＮＤＥセンサーユニットを使用してＮＤＥ手順を行う。その結果により、内部損傷が内部損傷の所定の閾値よりも大きいか否かが判断されることになる。内部損傷が内部損傷の所定の閾値以下である場合、修理（例えばシーリングや単純な接着パッチ）を同じまたは別のＵＡＶで行うことができる。内部損傷が内部損傷の所定の閾値を上回る場合（例えば直径１インチ）、例えば、溶削、パッチ挿入、吸引、加熱などを行う工具を備えた特殊なＵＡＶを使用して遠隔修理が行われる。

【0070】

図１０は、いくつかの実施形態による、１台または複数のＵＡＶを使用して航空機の損傷部分を検査および修理するための方法２００のステップを示すフローチャートである。例示のために、航空機の航空機乗組員が航空機に対する物体の衝突の可能性を検出していると仮定する。全体プロセスは、整備作業センターが、航空機が物体に衝突されたという航空機乗組員からの報告を受け取ったときに開始される（ステップ２０２）。整備作業センターは、地上の航空機の現在位置を決定し（ステップ２０４）、次いで、目視検査を行うためにカメラを備えたＵＡＶを急派する。急派されたＵＡＶは、航空機上の可能性のある衝突領域（以下「関心対象領域」）の近傍まで飛行する（ステップ２０６）。次いで、ＵＡＶが当該関心対象領域からある距離でホバリングする際にカメラを使用して関心対象領域の画像を取得する（ステップ２０８）。次いでカメラ付きＵＡＶに搭載されたコンピューターが、取得された画像データが第１の「現状のまま使用」閾値を上回る関心対象領域内の損傷を指示していると判断する（ステップ２１０）。

【0071】

損傷の兆候が第１の「現状のまま使用」閾値を上回るという判断に続いて、ＮＤＥセンサーユニットを備えたＵＡＶ（カメラ付きＵＡＶと同じＵＡＶまたは別のＵＡＶであり得る）を、ＮＤＥセンサーユニットが航空機の表面上の関心対象領域の測定範囲内に入るロケーションまで飛行させる（ステップ２１２）。例えば、ＮＤＥセンサー付きＵＡＶは、航空機の表面と接触し、次いでそれ以上の移動を停止し得る。次いでＮＤＥセンサーユニットを使用して関心対象領域内でＮＤＥセンサーデータを取得する（ステップ２１４）。次いでＮＤＥセンサー付きＵＡＶに搭載されたコンピューターが、取得されたＮＤＥセンサーデータが第２の「現状のまま使用」閾値を上回る関心対象領域内の損傷を指示していると判断する（ステップ２１６）。さらに、次いでＮＤＥセンサー付きＵＡＶに搭載されたコンピューターが、取得されたＮＤＥセンサーデータが「遠隔修理」閾値を下回る関心対象領域内の損傷を指示していると判断する（ステップ２１８）。

【0072】

これらの判断に続いて、修理工具を備えたＵＡＶ（ＮＤＥセンサー付きＵＡＶと同じＵＡＶであるかまたは別のＵＡＶであり得る）を、修理が行われることになる領域内の航空機の表面と接触して修理工具を配置できるロケーションまで飛行させる（ステップ２２０）。次いで、修理工具付きＵＡＶが静止している間に、修理工具を使用して航空機の損傷部分を修理する（ステップ２２２）。

【0073】

修理の完了に続いて、カメラ付きＵＡＶまたはＮＤＥセンサー付きＵＡＶを、航空機上の修理部位に近接するか、またはこれと接触するロケーションまで飛行させる（ステップ２２４）。（前述のように、すべてのＵＡＶ対応ステップが、カメラ、ＮＤＥセンサーユニットおよび修理工具を備えた１台のＵＡＶによって行われてもよい。）次いでＵＡＶが、航空機の修理部分の構造特性を表す画像またはセンサーデータを取得する（ステップ２２６）。次いで搭載コンピューターが、画像またはセンサーデータの解析により、修理された航空機が稼動に適すると判断する（ステップ２２８）。この報告を受け取ると、整備作業センターは、航空業務要員に、修理された航空機の就航を再開し得ることを通知する航空業務センターへのメッセージを送信する。その通知に応答して、航空業務センターが航空機の就航を再開する（ステップ２３０）。

【0074】

本明細書で使用される「構造物」という用語は、航空機と風力タービンに限定されない。本開示は、機械加工鍛造物、鋳造物、パイプ、または複合パネルもしくは部品などの、異なる形状およびサイズの任意の数の部品または構造物を検査および修理するために使用することができるシステムおよび方法に関する。加えて、検査および修理される構造物には、構造物にさらなる支持を提供するための基礎構造などの、様々な構成要素も含めることができる。さらに、検査および修理される構造物は、いくつかの材料のうちのいずれで作られていてもよい。例えば、検査および修理される構造物は、アルミニウムなどの金属材料や、黒鉛エポキシなどの複合材料を含むことができる。特に、検査および修理される構造物は、複合材料で作られた航空機構成要素とすることができる。

【0075】

１台または複数のＵＡＶを使用して大型の構造物または物体の損傷部分を検査および修理するための方法を様々な実施形態に関連して説明したが、本明細書の教示の範囲から逸脱することなく様々な変更がなされてもよく、その要素が均等物で代用されてもよいことが当業者には理解されるであろう。加えて、本明細書の教示を特定の状況に適合させるために、本明細書の教示の範囲から逸脱することなく多くの改変が行われてもよい。したがって、特許請求の範囲は本明細書で開示された特定の実施形態に限定されないことが意図されている。

【0076】

特許請求の範囲で使用される場合、「ロケーション」という用語は、三次元座標系における位置と、その座標系に対する向きとを含む。

【0077】

本明細書で使用される場合、「コンピューターシステム」という用語は、少なくとも１つのコンピューターまたはプロセッサーを有し、ネットワークまたはバスを介して通信する複数のコンピューターまたはプロセッサーを有し得るシステムを包含するよう広く解釈されるべきである。前の文で使用されているように、「コンピューター」という用語と「プロセッサー」という用語はどちらも、処理装置（例えば中央処理装置）と、処理装置が読み取り可能なプログラムを格納するための何らかの形態のメモリ（すなわち、コンピューター可読媒体）とを含むデバイスを指す。

【0078】

さらに、本開示は以下の各項目に記載の実施形態を含む。

【0079】

項目１．無人航空機を使用して構造物を検査および修理するための方法であって、
（ａ）カメラを備えた第１の無人航空機を、構造物の表面上の領域の近傍内の位置まで飛行させるステップと、
（ｂ）カメラを使用して領域内の構造物の１つまたは複数の画像を表す画像データを取得するステップと、
（ｃ）ＮＤＥセンサーユニットを備えた第２の無人航空機を、ＮＤＥセンサーユニットが領域内の構造物の測定範囲内に入るまで飛行させるステップと、
（ｄ）ＮＤＥセンサーユニットが領域内の構造物の測定範囲内にある間にＮＤＥセンサーユニットを使用して領域内の構造物の構造特性を表すセンサーデータを取得するステップと、
（ｅ）修理工具を備えた第３の無人航空機を、修理工具を領域内の表面と接触して配置するロケーションまで移動させるステップと、
（ｆ）第３の無人航空機がそのロケーションにある間に修理工具を使用して領域内の構造物を修理するステップと
を含む方法。

【0080】

項目２．ステップ（ｃ）に進む前に、ステップ（ｂ）で取得された画像データが第１の「現状のまま使用」閾値を上回る領域内の損傷を指示していると判断するステップをさらに含む、項目１に記載の方法。

【0081】

項目３．ステップ（ｆ）に進む前に、ステップ（ｄ）で取得されたセンサーデータが第２の「現状のまま使用」閾値を上回る領域内の損傷を指示していると判断するステップをさらに含む、項目２に記載の方法。

【0082】

項目４．ステップ（ｆ）に進む前に、ステップ（ｄ）で取得されたセンサーデータが「遠隔修理」閾値を下回る領域内の損傷を指示していると判断するステップをさらに含む、項目３に記載の方法。

【0083】

項目５．修理するステップが、領域内の構造物から材料を除去するかまたは領域内の構造物に材料を付加する電動式修理工具の遠隔制御動作を含む、項目１に記載の方法。

【0084】

項目６．第２の無人航空機を、ＮＤＥセンサーユニットが修理された構造物の測定範囲内に入るまで飛行させるステップと、
ＮＤＥセンサーユニットが修理された構造物の測定範囲内にある間にＮＤＥセンサーユニットを使用して修理された構造物の構造特性を表すセンサーデータを取得するステップと
をさらに含む、項目１に記載の方法。

【0085】

項目７．構造物が航空機であり、
（ｇ）航空機整備作業センターで、航空機に物体が衝突したという報告を受け取るステップと、
（ｈ）航空機の地上の現在位置を決定するステップと
をさらに含み、ステップ（ｇ）とステップ（ｈ）とがステップ（ａ）の前に行われる、項目１に記載の方法。

【0086】

項目８．無人航空機を使用して構造物を検査および修理するための方法であって、
（ａ）カメラおよびＮＤＥセンサーユニットを備えた第１の無人航空機を、構造物の表面上の領域の近傍内の位置まで飛行させるステップと、
（ｂ）カメラを使用して領域内の構造物の１つまたは複数の画像を表す画像データを取得するステップと、
（ｃ）第１の無人航空機を、ＮＤＥセンサーユニットが領域内の構造物の測定範囲内に入るまで飛行させるステップと、
（ｄ）ＮＤＥセンサーユニットが領域内の構造物の測定範囲内にある間にＮＤＥセンサーユニットを使用して領域内の構造物の構造特性を表すセンサーデータを取得するステップと、
（ｅ）修理工具を備えた第２の無人航空機を、修理工具を領域内の表面と接触させて配置するロケーションまで移動させるステップと、
（ｆ）第２の無人航空機がそのロケーションにある間に修理工具を使用して領域内の構造物を修理するステップと
を含む方法。

【0087】

項目９．ステップ（ｃ）に進む前に、ステップ（ｂ）で取得された画像データが第１の「現状のまま使用」閾値を上回る領域内の損傷を指示していると判断するステップと、
ステップ（ｆ）に進む前に、ステップ（ｄ）で取得されたセンサーデータが第２の「現状のまま使用」閾値を上回る領域内の損傷を指示していると判断するステップと、
ステップ（ｆ）に進む前に、ステップ（ｄ）で取得されたセンサーデータが「遠隔修理」閾値を下回る領域内の損傷を指示していると判断するステップと
をさらに含む、項目８に記載の方法。

【0088】

項目１０．無人航空機を使用して構造物を検査および修理するための方法であって、
（ａ）カメラを備えた第１の無人航空機を、構造物の表面上の領域の近傍内の位置まで飛行させるステップと、
（ｂ）カメラを使用して領域内の構造物の１つまたは複数の画像を表す画像データを取得するステップと、
（ｃ）ＮＤＥセンサーユニットおよび修理工具を備えた第２の無人航空機を、ＮＤＥセンサーユニットが領域内の構造物の測定範囲内に入るまで飛行させるステップと、
（ｄ）ＮＤＥセンサーユニットが領域内の構造物の測定範囲内にある間にＮＤＥセンサーユニットを使用して領域内の構造物の構造特性を表すセンサーデータを取得するステップと、
（ｅ）第２の無人航空機を、修理工具を領域内の表面と接触して配置するロケーションまで移動させるステップと、
（ｆ）第２の無人航空機がそのロケーションにある間に修理工具を使用して領域内の構造物を修理するステップと
を含む方法。

【0089】

項目１１．ステップ（ｃ）に進む前に、ステップ（ｂ）で取得された画像データが第１の「現状のまま使用」閾値を上回る領域内の損傷を指示していると判断するステップと、
ステップ（ｆ）に進む前に、ステップ（ｄ）で取得されたセンサーデータが第２の「現状のまま使用」閾値を上回る領域内の損傷を指示していると判断するステップと、
ステップ（ｆ）に進む前に、ステップ（ｄ）で取得されたセンサーデータが「遠隔修理」閾値を下回る領域内の損傷を指示していると判断するステップと
をさらに含む、項目１０に記載の方法。

【0090】

項目１２．カメラとＮＤＥセンサーユニットと修理工具とを備えた無人航空機を使用して構造物を検査および修理するための方法であって、
（ａ）無人航空機を構造物の表面上の領域の近傍内のロケーションまで飛行させるステップと、
（ｂ）無人航空機がそのロケーションでホバリングしている間にカメラを使用して領域内の表面の１つまたは複数の画像を表す画像データを取得するステップと、
（ｃ）無人航空機をＮＤＥセンサーユニットが領域内の構造物の測定範囲内に入るまで飛行させるステップと、
（ｄ）ＮＤＥセンサーユニットが領域内の構造物の測定範囲内にある間にＮＤＥセンサーユニットを使用して領域内の構造物の構造特性を表すセンサーデータを取得するステップと、
（ｅ）無人航空機を修理工具が領域内の表面と接触するまで移動させるステップと、
（ｆ）修理工具を使用して領域内の構造物を修理するステップと
を含む、方法。

【0091】

項目１３．ステップ（ｃ）に進む前に、ステップ（ｂ）で取得された画像データが第１の「現状のまま使用」閾値を上回る領域内の損傷を指示していると判断するステップをさらに含む、項目１２に記載の方法。

【0092】

項目１４．ステップ（ｆ）に進む前に、ステップ（ｄ）で取得されたセンサーデータが第２の「現状のまま使用」閾値を上回る領域内の損傷を指示していると判断するステップをさらに含む、項目１３に記載の方法。

【0093】

項目１５．ステップ（ｆ）に進む前に、ステップ（ｄ）で取得されたセンサーデータが「遠隔修理」閾値を下回る領域内の損傷を指示していると判断するステップをさらに含む、項目１４に記載の方法。

【0094】

項目１６．修理するステップが、領域内の構造物から材料を除去するかまたは領域内の構造物に材料を付加する電動式修理工具の遠隔制御動作を含む、項目１２に記載の方法。

【0095】

項目１７．構造物が航空機であり、
（ｇ）航空機整備作業センターで、航空機に物体が衝突したという報告を受け取るステップと、
（ｈ）航空機の地上の現在位置を決定するステップと
をさらに含み、ステップ（ｇ）とステップ（ｈ）とがステップ（ａ）の前に行われる、項目１２に記載の方法。

【0096】

項目１８．フレームと、
フレームに取り付けられた複数の回転翼モーターと、
複数の回転翼モーターのそれぞれの回転翼モーターに動作可能に結合された複数の回転翼と、
フレームによって支持された、フレームに対して回転可能なカメラと、
フレームによって支持されたＮＤＥセンサーユニットと、
フレームによって支持された修理工具と、
ＮＤＥセンサーによって取得されたＮＤＥセンサーデータが第１の「現状のまま使用」閾値よりも大きく「遠隔修理」閾値よりも小さい値を有するか否かを判断し、
ＮＤＥセンサーデータが第１の「現状のまま使用」閾値よりも大きく「遠隔修理」閾値よりも小さい値を有するとの判断に応答して修理工具を作動させる
コンピューターシステムと
を含む、無人航空機。

【0097】

項目１９．コンピューターシステムが、
カメラによって取得された画像データが第２の「現状のまま使用」閾値よりも大きい値を有するか否かを判断し、
画像データが第１の「現状のまま使用」閾値よりも大きい値を有するとの判断に応答してＮＤＥセンサーユニットを作動させる
ようにさらに構成される、項目１８に記載の無人航空機。

【0098】

項目２０．フレームに取り付けられたカメラ・ターレット・モーターと、
フレームに回転可能に結合され、カメラ・ターレット・モーターに動作可能に結合された、カメラを支持するカメラターレットと
をさらに含み、
カメラターレットが、第１の角度位置と第２の角度位置との間で回転可能であり、
ＮＤＥセンサーユニットが、カメラターレットが第１の角度位置にあるときにはカメラの視野内にあり、カメラターレットが第２の角度位置にあるときにはカメラの視野内になく、
修理工具が、カメラターレットが第２の角度位置にあるときにはカメラの視野内にあり、カメラターレットが第１の角度位置にあるときにはカメラの視野内にない、項目１８に記載の無人航空機。

【0099】

以下に記載される方法請求項は、その請求項の文言でそれらのステップの一部または全部が行われる特定の順序を指示する条件が明示的に指定または記載されない限り、その方法請求項に記載されるステップが、アルファベット順で（特許請求の範囲におけるアルファベットの順序付けはもっぱら前に記載されたステップを参照するためのものである）またはそれらのステップが記載されている順序で行われる必要があると解釈されるべきではない。また方法請求項は、その請求項の文言でそのような解釈を除外する条件が明示的に記載されない限り、２つ以上のステップの任意の部分が同時または代替的に行われることを除外するとも解釈されるべきではない。

【符号の説明】

【0100】

２ 航空機
４ 空港運営支援ビークル
６ システム
８ 制御システム、コンピューターシステム
１０ 遠隔制御局
１２ ラップトップコンピューター
１４ 送受信機
１６ アンテナ
１８ 構造物
１９ フレーム
２０ ＵＡＶ
２２ ベース
２４ レーザーデバイス
３０ ビデオカメラ
３１ 除去的修理工具
３２ 搭載コンピューターシステム
３３ 付加的修理工具
３４ モーターコントローラー
３６ 回転翼モーター
３８ 送受信機
４０ 制御局
４２ 表示モニタ－
４４ 送受信機
４６ 慣性計測装置（ＩＭＵ）
５０ カメラターレット
５２ センサーアレイ
５４ アレイコントローラー
５５ 歯車列
５６ カメラ・ターレット・モーター
５８ ポンプモーター
６０ ビーム
６２ ＮＤＥセンサーユニット
６４ 釣り合いおもり
６８ スタンドオフ支持部材
７０ スタンドオフ支持部材
７２ 回転工具モーター
７４ 回転軸
７６ 研磨ヘッド
８０ ローカル測位システム
８２ ビデオカメラ
８４ 制御可能なパン・チルト機構、パン・チルトユニット
８６ 三脚
８８ ＬＰＳコンピューター
８９ ビデオ／制御ケーブル
９０ ゲームパッドインターフェース
９１ 貯蔵容器
９２ 無線ＵＡＶコントローラー
９３ 電子制御バルブ
９４ ポンプ
９６ 管
９８ ノズル

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】