CN110869267A - 带有被动式后向装置的磁性履带车 - Google Patents

Abstract

提供了用于横越表面(111)的机器人车辆(100)。该车辆(100)包括前底盘部分(112)，该前底盘部分包括用于驱动和转向该车辆(100)的磁性驱动轮(116)，以及被配置成接触该表面(111)的前支撑点(140)。该车辆(100)还包括支撑从动轮(138)的后底盘部分(114)。前后底盘部分(112,114)通过包括铰链接头(120)和四杆连杆机构(122)的接头连接。铰链(120)配置成允许后方组件(114)左右移动，而四杆连杆机构(122)允许后方组件(114)相对于前底盘(112)上下移动。共同地，后向机构被配置为保持从动轮(138)接触并垂直于表面(111)，并且还维持前支撑件(140)与所述表面(111)接触，并且提供车辆(100)在横越表面时的稳定性和可操作性而无论表面曲率和车辆方向如何。

Description

带有被动式后向装置的磁性履带车

技术领域

本发明涉及机器人车辆，特别是涉及具有直列轮构造的机器人检查车辆。

背景技术

在大多数行业中，对设备进行例行检查至关重要，以确保安全并优化性能。例如，在石油工业和相关领域中，液体和气体及其混合物通过管道运输，并且这些材料也存储在大罐中。

在该行业中众所周知，为了保持管道、储罐等的完整性，可以采用传感器装置检查这种表面。特别地，检查车辆可以用于越过目标物体(例如，管道或罐)的表面并记录关于管壁质量的信息。这些检查车辆中的大多数使用超声或磁传感器执行检查。基于记录的信息，可以检测并记录被检查表面(例如管壁)中的任何裂缝或其他缺陷，以允许采取后续补救措施。

过去，存在用于检查各种结构例如工厂设备、船舶、水下平台、管道和储罐的不同检查车辆设计。如果没有合适的检查工具检查结构，则可以选择建造脚手架，以使人们能够检查这些结构，但成本高昂，并且对检查员的人身安全构成威胁。过去的检查工具缺乏有效检查此类表面所需的控制。

另外，尽管在这种检查车辆中可以使用许多不同的传感器，但是超声传感器的一种优选类型是干耦合探头(DCP)，其被配置为对表面进行超声检查以测量壁厚并检测腐蚀。干耦合探头通常以轮子的形式构建，其中轴(车轴)应固定在其中，因为在外胎绕着轴旋转的同时，该轴具有牢固地嵌入其中的换能器组件。因此，必须握住并放置探头的轴，以使换能器始终指向表面，这意味着未在其滚动和俯仰方向上标出车轮。

因此，使用DCP的挑战之一是探针必须始终垂直于(正交于)被检查表面，而这在检查工具移动并导航表面时可能是一个挑战。这是特别困难的，因为检查车辆可以在管道或罐表面上沿圆周、纵向和螺旋方向行驶，这意味着必须重新对齐DCP以确保DCP垂直于被检查表面，而与检查车辆的位置无关。

本发明提供了一种用于在不依赖重力的操作中提供车辆运动的解决方案，其中可以将重力对车辆运动的影响最小化，同时仍然能够进行通用控制。同样，由于这是本发明的一种可能的用途，本发明能够有效地使诸如管道和容器的各种弯曲表面导航。本发明还涉及一种机构(设备/装置)，其在执行检查时以及在检查车辆被转向和/或沿表面以各种不同轨迹移动时相对于被检查表面使传感器(例如DCP)正交化，尽管表面的曲率的程度范围不同。

关于这些和其它考虑因素，提出了本文所公开的内容。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种机器人车辆底盘。车辆底盘包括第一底盘部分。第一底盘部分包括安装在第一底盘部分上并配置为沿其表面驱动的驱动轮和安装在第一底盘部分的底侧的前端附近的前支撑点。该车辆还包括第二底盘部分和安装到第二底盘部分的从动轮组件。特别地，从动轮组件包括从动轮，该从动轮配置成大体在车辆沿着表面的行进方向上被动地滚动。

车辆还包括铰链接头，该铰链接头连接第一底盘部分和第二底盘部分，使得第二底盘部分能够相对于第一底盘部分沿第一路径在至少第一方向旋转。铰链接头本质上是被动的，并且在后轮组件的至少一部分之间接触时响应于表面的曲率而旋转。车辆还包括连接第一和第二底盘部分的四杆连杆机构。四杆连杆机构配置成使第二底盘部分相对于第一底盘部分沿着第二路径在至少第二方向上移动。此外，四杆连杆机构本质上是被动的，并且可自动使第二底盘部分沿第二条路径移动。而且，在第一方向和第二方向上的运动的组合使后轮保持与表面接触。

根据另一方面，车辆还包括将第二底盘部分连接至后轮组件的滚动接头。特别地，后轮组件能够相对于第二底盘部分绕着滚动接头旋转。另外，滚动接头本质上是被动的，并且被配置成当后轮组件与表面接触时自动地相对于表面在滚动方向上至少基本上使后轮正交。

可以根据本发明的某些实施例的附随描述和附图以及权利要求理解这些和其它方面、特征和优点。

附图说明

图1是根据一个或多个公开的实施例具有被动式后向装置的车辆的侧视图；

图2A是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征的侧视图；

图2B是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征的后视图；

图2C是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征的后视图；

图3A是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征的俯视图；

图3B是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征的后视图；

图4A是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征的侧视图；

图4B是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征的后视图；

图4C是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征的侧视图；

图5A是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征的简化侧视图概念示意图；

图5B是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征的简化侧视图概念示意图；

图6A是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征的简化侧视图概念示意图；

图6B是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征的简化侧视图概念示意图；

图7A是根据一个或多个公开的实施例的示例性从动轮组件的透视图；

图7B是根据一个或多个公开的实施例示出图7A的从动轮组件的附加特征的透视图；

图7C是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征和图7A的从动轮组件的后透视图；

图8A是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征和图7A的从动轮组件的后透视图；和

图8B是根据一个或多个公开的实施例示出图1的车辆的附加特征和图7A的从动轮组件的后透视图。

具体实施方式

通过概述和介绍，公开了一种紧凑型机器人履带车。该车辆配置成能够以高灵巧性和机动性横穿几乎任何曲率的表面，而与表面几何形状和方向无关。

根据本发明的一个方面，车辆包括前底盘部分，该前底盘部分包括配置成沿着表面驱动车辆并使车辆转向的磁性驱动轮。前端底盘还包括前端支撑点，优选地，该前端支撑点配置成保持与表面接触并更一般地为前底盘和车辆提供稳定性。车辆还包括支撑从动轮的被动式后向或“后方”装置。后向装置专门设计用于使从动轮保持与表面接触并垂直于表面定向，并且更一般地，使车辆相对于表面保持竖直。

本文所公开的示例性车辆具有大体直列轮构造，这意味着由前底盘支撑的主驱动轮和由后底盘支撑的后轮被配置成沿车辆的纵向轴线大体成一直线，其沿车辆纵向延伸，使得驱动轮和后轮沿相同的总体方向旋转。然而，如本文中进一步描述的，由于第一底盘部分的表面弯曲和转向，当车辆横越表面时，从动轮具有与前驱动轮不对准的自由度。还值得注意的是，前支撑点、驱动轮和从动轮是与地面接触的三个主要部件。优选地，支撑底盘部分和连接结构在操作期间不接触表面。应当进一步指出的是，每个上述部件可以分别提供与表面的一个或多个接触点。例如，如本文进一步所述，驱动轮可以是包括两个间隔开的轭的磁轮，每个轭提供与表面的接触点。作为进一步的实例，从动轮组件可以包括两个间隔开的被动滚动轮，所述被动滚动轮提供与表面的相应接触点。

根据一个显著方面，后向组件包括将前底盘连接到后底盘的多个接头，包括但不限于提供各自运动自由度的四杆连杆机构和旋转接头。例如旋转接头允许后底盘折叠到前底盘的侧面，以在车辆使用驱动轮驱动和转向时保持其垂直性和稳定性。例如四杆连杆机构配置成允许后底盘以及从动轮相对于前底盘上下移动。另外，优选地，四杆连杆机构被配置成通过将从动轮不断地压靠在横过的表面上来稳定车辆，从而迫使车辆的前底盘向前倾斜，使前支撑点保持接触横过的表面。

可选地，从动轮可以通过滚动接头与后底盘相连，该滚动接头允许从动轮绕着滚动接头轴线枢转或“滚动”，该滚动接头轴线垂直于从动轮的旋转轴线在从动轮的总体行驶方向延伸。因此，从动轮的旋转运动、四杆连杆机构运动以及可选的“滚动”运动的特征使从动轮在操作期间大致保持垂直于横过的表面(即“正交化”或“相对于表面的一个或多个方向在“正交方向”)。尽管下面讨论的示例性实施例描述了其中铰链接头连接到前底盘部分并且四杆连杆机构从旋转接头向后延伸的实施方式。可替代地，前底盘部分可以附接到四杆连杆机构，并且旋转接头可以将四杆连杆机构的相对端接合到支撑从动轮的后底盘部分，而不脱离所公开的实施例的范围。

参考图1，示出了根据本发明实施例的示例性机器人车辆100。如所示，车辆可以是磁性履带式检查车辆(例如本文所示的机器人)的形式，其可以被可控地驱动越过表面111，例如，用于使用一个或更多个车载传感器探头(未显示)检查表面111的一个或多个区域。例如，车辆100可以是可以由用户控制的机器人设备，该用户可以将控制命令发送到车辆以控制车辆的操作。以这种方式，用户可以有效地驾驶车辆越过地面并且也可以停止和转向车辆。

机器人车辆100包括第一底盘部分112和第二底盘部分114。驱动轮116连接到第一底盘部分112，而从动轮138连接到第二底盘部分114。因此，第一底盘部分112提供了用于使车辆100在表面111上移动的装置，而从动轮被动地追随第一底盘部分。在一些示例性配置中，一个或多个轮子可以由磁性材料形成，以允许机器人检查车辆100磁性地附接到金属表面111，例如金属管或金属储罐，并且可以在其上移动。应当理解，如本文进一步所述，从动轮138可包括从动轮组件，该从动轮组件包括多个轮，例如，磁性轮和传感器探针轮。

在由箭头“D”指示的机器人车辆的优选行进方向上，响应于一个或多个推进车辆前进的马达，机器人车辆的驱动轮116沿箭头“R1”所示的方向绕其轴线117'旋转。驱动轮的旋转轴线沿着侧向轴线154(未示出)延伸，侧向轴线154在宽度方向上延伸穿过第一底盘部分。纵向轴线150垂直于横向轴线并且在长度方向上延伸穿过第一底盘部分(例如，平行于平坦表面111)。在图1中也示出了垂直轴线152，该垂直轴线垂直于纵向轴线和横向轴线延伸并且垂直于表面111(即，在驱动轮的接触点和驱动轮的旋转轴线117'之间延伸)。

还可以理解的是，驱动轮也可以被配置为沿相反的方向推进车辆以及使车辆转向，如本文中进一步描述的。可以进一步理解，驱动轮为车辆100提供稳定性。特别地，驱动轮可以包括强磁体，该强磁体在轮与铁磁表面之间产生拉力，车辆可以在该铁磁表面上移动，并且该结构布置有助于抵抗车辆的倾翻。另外，驱动轮可以具有相对较宽的姿态，这进一步为车辆提供了稳定性。

尽管未示出，但是第一底盘部分可以包括控制模块。控制模块可以包括电动机、用于将机械动力从电动机传递至驱动轮116的驱动组件、电源(例如电池)和控制器，该控制器使用处理器可以通过以下方式控制车辆的运行：处理感测数据、处理存储的指令和/或处理从远程计算机/操作器(未示出)接收到的控制指令/信号。第一底盘部分112还可进一步包括其他操作部件，包括转向机构。

驱动轮

关于推进并可以使车辆100转向的驱动轮，在一些实施方式中，驱动轮116可以包括电磁轮，该电磁轮包括间隔开的轭或轮毂。更具体地，如图3A所示，其是车辆100的俯视图，磁驱动轮116可以包括轴向磁化的圆柱形磁体(未示出)，其位于两个分离的钢轭117和118之间，所述钢轭可以用作磁通量集中器。另外，尽管并非总是需要，但是轭优选地配置成被独立地驱动，从而能够使两个轭不同地旋转，从而实现车辆100的完全可操纵性。例如，在一些实施方式中，位于磁体和至少一个轭之间的角接触轴承(未示出)是实现独立旋转的一种示例性方式。设想了其他可能的配置，例如将滚针推力轴承与常规球轴承(也未示出)组合。优选地，轴承座应被配置成在钢轭和磁体的侧面之间产生尽可能小的气隙，并且还应使磁体侧面与钢轭的位于气隙上的部分之间的重叠最大化，这是为了最大化磁轮产生的拉力。

当枢转就位时，允许驱动轮的驱动轭之一自由旋转的构造是有用的。这样的布置允许真正绕单个点(例如，轭和表面之一的接触点)而不是驱动轮的中心(即，轴线150和154的交点)旋转。这种布置还可以防止驱动轮在其通过旋转滑动时损坏表面。驱动轮也可以具有弯曲的(和/或纹理化的或涂覆的)接触点(即，每个轭的边缘)，使得驱动轮的每一侧都在仅一个点处接触表面，而不管曲率如何。作为一个实例，可以对边缘进行滚花以提供纹理。作为另一个实例，边缘可以涂覆有橡胶或聚氨酯。这样的布置可以改善拉力和摩擦力的一致性，并且还可以改善驱动机构的性能并减少枢转时驱动轮的动力消耗。

因此，可以沿着表面111在任意多个方向上可控制地操纵驱动轮116，从而控制机器人车辆100，包括例如但不限于沿圆周方向、沿纵向、沿螺旋路径等。

前支撑点

在图1中也示出了设置在第一底盘部分112的前端附近的前支撑件140。在一些实施方式中，前支撑件例如与延伸穿过前底盘部分的中间的纵向轴线150成一直线居中。前支撑件可配置成限制第一底盘部分可绕驱动轮116的轴线117'向前倾斜的量，从而防止第一底盘部分的前端沿表面111拖动。在一些实施方式中，前支撑件140可以包括被动滚动式球滚轮，但是，可以实现替代性的前支撑件构造。例如，前支撑件可以包括一块刚性的光滑塑料，其被配置为沿着表面滑动。在这种情况下，优选地，可以使用具有低摩擦系数的材料促进前支撑件的滑动并帮助防止表面上的刮擦。在一些实施方式中，磁体也可以被嵌入在前支撑件处或附近，例如，在前支撑件之后或周围，以帮助保持前支撑件与表面接触，从而减少了后向机构为了保持前支撑件与表面接触而进行的工作的量，如后进一步所述。

铰链接头

根据一个显著方面，第一底盘部分112和第二底盘部分114通过多个连接元件或接头连接在一起，所述连接元件或接头分别在两个底盘部分之间提供一个或多个自由度的运动。特别地，如图1所示，第一连接元件可以包括铰链120或“旋转接头”。铰链120可以是几种不同类型，例如包括指节/销铰链或球和棘爪铰链。铰链120在第一底盘部分和第二底盘部分之间提供第一运动自由度(DoF)，即，左右运动。特别地，底盘部分112和114可绕着铰链120的轴线HA相对于彼此旋转一定角度范围，如箭头H所示。因此，该铰链允许第二底盘部分的尾部折叠至第一底盘部分的侧面，例如用于转向目的并且在转向时保持车辆100的稳定性。如本文所讨论的，该自由度可以是被动的。

简要地转向图2B，铰链120的轴线HA优选地定向在沿着纵向轴线150(未示出)和垂直轴线152(未示出)延伸的平面(未示出)中，换句话说，定向在将第一底盘部分112二等分为左右两半的平面中(称为“纵向平面”)。另外，如图1所示，铰链120可以定向成使得轴线HA相对于纵向轴线150形成角度α。因此，在α不是90度的实施方式中，第二底盘部分114绕轴线HA的运动可导致第二底盘部分相对于第一底盘部分升高或降低(例如，从动轮138可在上下方向运动，但沿着弧形路径，同时绕轴线HA旋转)。因此，可以理解的是，第一自由度以及本文所述的其他自由度不一定限于在单个平面内的运动。如本文中进一步描述的，铰链α的角度也可以被限定以获得后向组件的有益的稳定效果和正交效果的特定的左右移动特性和上下移动特性。

如所指出的，当转向时，铰链接头120允许后部机构折叠到车辆100的一侧。这将使车辆实现高水平的可操纵性，并使履带在目标表面上可能留下的任何划痕或痕迹最小化。例如，图3B是车辆100横穿管道的后视图，示出了围绕铰链120枢转的后方组件，使得后方组件几乎垂直于第一底盘部分112的纵轴延伸，例如，好像车辆之前围绕管子沿圆周方向行进，然后将第一底盘部分112转向90度，以便继续沿管子的长度纵向行进。另外注意，无论旋转接头和四杆连杆机构连接到底盘的顺序如何(即，在替代性配置中，四杆连杆机构连接到第一底盘部分112，并且枢轴连接到四杆连杆机构的相对端)，都可以实现从动轮的相同枢转功能。

四杆连杆机构

车辆100优选地包括另外的接头，其在车辆100的第一底盘部分112和第二底盘部分114之间提供进一步的自由度。例如，如图1所示，车辆100可以包括四杆连杆机构122，其至少间接地将第一底盘部分112和第二底盘部分114连接在一起，并在两个底盘部分之间提供第二运动自由度。第二自由度可以是上下运动(例如，从动轮138，并且更一般地，第二底盘部分可以相对于第一底盘部分在向上和向下方向上移动，但是沿着箭头“P”表示的稍微弯曲的路径移动)(其通常可以认为是俯仰方向)，并有助于从动轮138的下降和上升。因此，第二自由度不限于仅在线性方向上的运动，而是可以包括弯曲的路径。

更具体地，由于限定了四杆连杆机构的四个连杆和枢轴点的特定几何形状，第二底盘部分114可相对于第一底盘部分112沿弧P移动，以保持从动轮138与表面111接触，即使所行进的表面的曲率发生变化。例如，图1示出了与表面111接触的后轮138，其通常是平坦的，如同车辆100沿管道的长度纵向行进一样。图2A还描绘了与表面211接触的后轮138，该表面211弯曲，如同车辆100绕着管子在圆周上移动。图2A进一步示出了四杆连杆机构沿弧P的铰接，以保持从动轮138与表面211接触。尽管四杆连杆机构的上下运动通常是被动的，但是如本文进一步所述，该运动可以使用张紧弹簧等偏置或辅助，以在操作期间保持后轮与横越的表面接触。

滚动接头

根据本发明的另一方面，可选地，支撑从动轮138的组件可以通过“滚动接头”124连接到第二底盘部分114，该“滚动接头”提供第三自由度，即从动轮沿滚动方向的运动。特别地，从动轮组件可配置成绕着延伸通过滚动接头的枢转点的滚动轴线“RA”相对于第二底盘部分114滚动或枢转一定程度范围，如箭头“R”所示。因此，滚动接头124为从动轮提供了相对于第一底盘部分和第二底盘部分的另一运动自由度。

图2B和图2C是车辆100的后视图，并且进一步示出了由可选的滚动接头124提供的第三自由度，即，如箭头R所示的绕轴线RA的滚动运动。也示出了第二底盘部分114围绕铰链120的轴线HA如箭头H所示的第一DoF(即枢转运动)。图2B和2C进一步示出了四杆连杆机构120的铰接，其有助于第二底盘部分114相对于第一底盘部分112的上下运动。图2B和2C还显示的是驱动轮116的示例性构造，其包括两个可独立驱动的轭，即，左轭117和右轭118。

支撑从动轮138的第二底盘部分114、将第二底盘部分连接至第一底盘部分112的连杆(即，铰链120和四杆连杆机构122)以及可选的滚动接头124统称为后向装置130。因此，可以理解的是，后向组件130包括多个部件，这些部件可以被认为是配合在一起以形成后向组件的不同子组件。

如下面更详细地讨论的，后向组件130的一个或多个部件相对于第一底盘112的运动范围，即，围绕铰链120的旋转、由四杆连杆机构122提供的俯仰运动以及可选地由滚动接头124提供的滚动运动，使得从动轮138能够在横越具有大范围的表面曲率/几何形状的结构并且在各种行进方向上横越时保持正交。另外，第一底盘部分112和第二底盘部分114之间在各种自由度上的运动程度范围为车辆100提供了运动灵活性，使其在驱动轮116和从动轮138保持接触表面并正交于表面的同时横越弯曲表面。另外，如本文进一步描述的，通过限定后向机构的特定几何形状，可以针对特定弯曲表面优化后向装置的正交化特性。

示例性车辆100的细节，并且更具体地，限定后向装置130的部件的特定构造，可以在图3A-7中进一步理解，下面将继续参照图1-2C进一步对其讨论。

图5A是示例性机器人车辆100的简化示意性模型，并且示出了四杆连杆机构122在圆柱形表面311上螺旋地操作时的示例性几何构造。因此，为简单起见，该示意图未示出铰链接头，在一些实施方式中，该铰链接头可将第一底盘部分(未示出)与四杆连杆机构的点P3和P8相连，并且进一步未示出可选的可以在点P5和P6之间设置的“滚动”接头。

如图5A所示：

·P0表示磁性驱动轮116(仅显示驱动轮的圆周)和被横越的表面311之间的接触点。

·P1代表磁性驱动轮116的旋转轴线。

·P2表示正向支撑件(未显示)和表面311之间的接触点。

·L1代表P1和P2之间的距离，L2代表P1和P3之间的距离。如所示，L1和L2相对于P2保持固定角度。

·P3、P4、P5和P8代表四杆连杆机构的四个关节/枢轴点。

·L3、L4、L6和L7表示限定四杆连杆机构的连杆的长度。

·P6和P7分别表示后从动轮138的中心轴线(仅显示了后从动轮的圆周)及其与表面311的接触点。

·L5表示第二底盘部分在P5和P6之间的长度。

图4A-4B是车辆100的示例性后向组件130的特写侧视图和后透视图，其进一步示出了四杆连杆机构122的示例性构造。四杆连杆机构包括大致在垂直方向上(相对于平坦表面411)定向的两个连杆，即第一连接板160和与第一连接板间隔开的第二连接板180。如所示，在一些实施方式中，第二连接板180可以是第二底盘部分114的一部分。此外，在一些实施方式中，第一连接板160可以联接至铰链120或以其他方式限定铰链120的一部分，该铰链120将四杆连杆机构122联接至第一底盘部分112。在其他实施方式中，第一连接板可以直接联接到底盘112。

该四杆连杆机构还包括两个连杆，该两个连杆大致在垂直方向上间隔开的第一连接器臂190和第二连接器臂200的方向上在第一连接板和第二连接板之间延伸。在一个实施例中，第一和第二连接器臂190、200可以具有不同的长度。更具体地，第一连接器臂190和第二连接器臂200具有分别枢转地连接到第一和第二连接板160、180的结构的形式。如所示，第一连接器臂190位于第二连接器臂200上方。第一和第二连接器臂190和200配置成分别在枢转点P3和P8处可枢转地附接到第一连接板160。

更具体地，在一些实施方式中，如图4B所示，每个连接器臂190和200的近端可以成形为包括两个相对的凸缘，这两个相对的凸缘在它们之间限定了开放式狭槽(例如，连接器臂190的狭槽192)，以将连接板180的一部分容纳在该狭槽中。因此，连接器臂190和200可分别在枢转点P3和P8处可枢转地附接到连接板180。附接装置可以包括销或其他合适的紧固件，其允许连接器臂绕各自的枢轴点旋转。

第一和第二连接器臂180和200可以类似地分别在枢转点位置P4和P5处附接到第二连接板180。如图4B所示，在一些实施方式中，第二连接器臂200的远端可以包括凸缘，该凸缘限定了开放式狭槽202，用于将第二连接板180的一部分接收在其间。另外，第一连接器臂190可包括垂直狭槽194，其延伸穿过臂并具有封闭端。另外，如所示，第一连接器臂190可从狭槽194向后延伸至自由端196。

如图5A所示，第一连接器臂190的在枢转点P3和P4之间延伸的部分可以具有长度L2；第二连接器臂200的在枢转点P8和P5之间延伸的部分可以具有长度L6；第一连接板160的在枢转点P3和P8之间延伸的部分可以具有长度L7；第二连接板180在枢轴点P4和P5之间延伸的部分可以具有长度L4。

在一些实施方式中，限定四杆连杆机构的连杆(例如，连接板160和180以及连接臂190和200)可以成形为避免它们在绕枢轴点P3、P4、P5、P8移动通过其规定的运动范围时在它们之间产生干扰。例如，图4A示出了第一连接器臂190和第二连接器臂200，它们分别包括在枢轴点P3和P8附近的互补切口，该互补切口被成形为允许臂围绕枢轴点旋转规定量。作为进一步的实例，连接器臂200的底侧可以在枢轴点P5附近包括类似的切口，以便允许规定的运动范围而不会干扰第二底盘部分114。作为进一步的实例，如图4B所示，狭槽194的长度可以允许第二底盘部分114在操作过程中随着四杆连杆机构的铰接而相对于臂190在狭槽内枢转和移动。

如前所述，优选地，车辆100被配置成将从动轮138压在或压迫在横越的表面上，以保持从动轮与该表面接触。在一些实施方式中，这可以通过在四杆连杆机构的至少两个连杆之间(例如，在第一连接板160和第二连接板180中的一个与第一和第二连接器臂190和200的一个之间)施加张力来实现。

可以使用弹簧、橡胶带或在其间延伸其他此类弹性件来在四杆连杆机构之间施加张力。另外，在一些实施方式中，带或弹簧可以附接到从一个或多个连杆延伸的结构构件或“延伸部”，从而通过增加的杠杆作用，由带施加在车辆100的各个部件上的净力增加。例如，如图4A至图4C所示，第二底盘部分114可包括延伸构件185，其大体上垂直于连接板180并向后(即，远离车辆的相对前端)延伸。另外，第一连接臂190可包括延伸部分，该延伸部分从枢轴点P4向自由端196向后和向上延伸。图4C是示例性机器人100的侧透视图，并且描绘了水平销198和188，在一些实施方式中，水平销198和188可以分别从第一连接器臂190和延伸构件185的一个或多个侧面延伸。图4C还描绘了围绕水平销布置的张紧橡胶带202，水平销从第一连接器臂190和延伸构件185的左侧和右侧两者延伸以在其间施加张力。

施加在销198和188之间的橡胶带202的拉力通过限定了四杆连杆机构122的连杆和枢轴点转换，并产生了净力，其将后底盘部分114和因此后轮138相对第一底盘部分112向下推(即，沿着弧P朝向表面411)。如所指出的，迫使后轮抵靠横越的表面还用于使第一底盘部分112绕驱动轮116的旋转轴线向前倾斜并且将前支撑件140压靠在该表面上。例如，图5B描绘了由张紧的四杆连杆机构施加在沿管道表面横越的图5A的简化机器人车辆上的静态力的计算机模型，示出了在P2(前支撑点与表面之间的接触点)、在P0(驱动轮与表面之间的接触点)和在P7(从动轮和表面之间的接触点)处的方向力。P2和P7处的方向箭头分别表示前支撑点和从动轮所感受到的反作用力。驱动轮侧的方向箭头505B表示重力方向，方向箭头505A表示与在车辆质心处施加的车辆质量相对应的力。

可以通过增加或减少张紧元件的数量、使用提供规定张紧力的张紧元件以及调整后向组件130上在其间施加张紧力的位置来调整张紧的四杆连杆机构122施加的力(例如，使用更长的延伸部以增加杠杆作用、改变延伸部上的销188和198的相对位置以及以其他方式调节四杆连杆机构和/或从其延伸的延伸部的几何形状)。例如，在本文进一步描述的从动轮138是包括干式耦合超声轮探针的组件的实施方式中，该干式耦合超声轮探针设置在两个均围绕轴线P6旋转的间隔开的磁性轮之间，可以限定从动轮上的向下力以将传感器探针的橡胶轮压缩规定量，以获得准确的传感器读数，并确保一个或多个直径可以比橡胶探针轮的直径小的电磁轮接触被横越的表面。

尽管先前讨论的示例性实施方式可以包括在四杆连杆机构的两个连杆之间延伸的橡胶带或弹簧，但是用于提供向下力的其他方法可以包括例如但不限于：在四杆连杆机构122的任意两个连杆之间起作用的扭转弹簧；从旋转接头120的底端到从动轮138的支架(例如，后底盘部分114)的拉簧；在四杆连杆机构中的一个或多个连杆与第一底盘部分112或旋转接头120的顶端之间的压缩弹簧；或作用在四杆连杆机构与第一底盘部分112或旋转接头120之间的恒力弹簧(例如，带弹簧)。另外，代替上述弹簧类元件或除了上述弹簧类元件之外起作用的诸如线性致动器和电动机之类的致动器可被用于将第二底盘部分114向下压靠在要横越的表面上。

可能优选的是配置张紧组件，以使施加在第二底盘部分114上的力不会克服从动轮138提供的牵引力，从而防止从动轮沿着横越的表面滑动。例如，过大的拉力将从动轮推向表面，再加上从动轮搁置在弯曲的表面上，会导致后向机构旋转到第一底盘部分112的一侧，从而侧向拖动从动轮。除了根据从动轮在特定弯曲表面上提供的牵引力限定张力之外，还可以通过增加从动轮的牵引力(即，摩擦系数)防止从动轮的侧滑。例如，一个或多个从动轮的轮缘可被滚花以提供纹理。作为另一个例子，轮缘可以涂覆有橡胶或聚氨酯。

从动轮的侧向滑动也可以通过并入一个或多个张力元件来抵消，该张力元件配置成施加力，该力将后向机构130拉向与第一底盘部分112的中心线对齐，或者换句话说，用于保持铰链接头120居中。例如，这种构造可包括弹簧钢片，该弹簧钢片配置成在枢轴居中时具有中间位置。附加地或替代地，将后向组件130的部分连接至第一底盘部分的两侧的弹簧元件可提供这种居中力，同时在操作期间仍允许后向机构130绕铰链旋转。

在一些实现方式中，它也可以优选利用具有适当强度的磁铁的驱动车轮116，使得由第二底盘部分114上的张紧组件施加的向下力不会克服保持驱动轮接触横越的表面的磁力。而且，尽管由张紧组件施加在从动轮138上的向下力有助于将前支撑件140保持抵靠表面以保持车辆100稳定，但是可以理解，在某些情况下可以克服该向下力，从而导致前支撑点断开与表面的接触。例如，在表面上越过障碍物的情况下，前支撑点可以与障碍物接触，这会提供一些初始阻力，直到抵消了后部机构的向下力，从而使前支撑件暂时脱离表面和第一底盘部分以绕着磁性轮的轴线向后倾斜，从而使前支撑件克服了障碍。

限定四杆连杆机构几何形状的示例方法

根据本发明的一个或多个实施例，四杆连杆机构122的几何构型可以被限定以优化在从动轮138上的正交效果，同时在各种可能的方向和表面曲率上横越管道。

图6A描绘了图5A中所示的机器人车辆模型的简化示意性侧视图，并且进一步示出了管道的有效横截面600的近似，当机器人在管道的表面上螺旋地横越时该横截面沿着机器人的中间平面。如图6A所示，管道的有效横截面对应于椭圆。此外，对于半径为“r”的管道，上述椭圆的次轴将等于“r”，而其椭圆的主轴将等于r/Sin(θ转向)，其中θ转向定义了横截面的平面与管道中心线之间的角度(否则，该角度将定义机器人在管道上的螺旋路径的螺距)。当θ转向＝0时，表示机器人配置为围绕管道的圆周轨迹(换句话说，椭圆变成半径为r的圆)。类似地，θ转向＝90度将产生一个无限大的主轴线，对应于沿管道纵向驱动的机器人。

如图6A所示，假设磁性驱动轮与椭圆之间的接触点总是沿着椭圆的主轴线发生。也就是说，由于车辆在管道上遵循恒定螺距的螺旋路径，因此它不会沿着椭圆的外围移动；相反，随着履带的移动，在每个点上都会不断出现相同的椭圆形横截面。这是自然发生的现象，这是由于驱动轮是磁性的，并且其设计成与表面具有两个对称分离的接触点，从而有效地使驱动轮相对于该表面在滚动方向上正交化。

因此，在一些实施方式中，用于优化四杆连杆机构几何形状的方法可以包括限定枢轴点P8的位置。例如，参考图4A，铰链200的大体竖直板上的P8的位置可以相对于P3沿一个或多个方向(例如，向下、向前、向后等)移动。因此，改变P8的位置限定了在枢轴点P8和P5之间延伸的连杆的长度以及在枢轴点P8和P3之间延伸的连杆L7的有效长度和定向(如图5A所示)。该示例性方法假定设计中的每个其他尺寸都是已知的或已经限定的。然而，在一些实施方式中，还可以改变一个或多个其他尺寸(例如，枢转点P3、P4、P5相对于第一底盘部分和彼此的位置)，以根据需要进行进一步的迭代优化。尽管如此，对点P8的位置的调整(例如，通过改变如图4A所示铰链板200上的P8的位置)可以是有效的设计调整。特别地，实际应用表明，对点P8进行最终调整以优化正交化特性有助于良好的设计流程，因为通常可以在设计过程中使用诸如但不限于期望磁力、总体履带尺寸、目标管道尺寸范围等标准来较早限定其他尺寸。

更具体地，在一些实施方式中，用于限定具有优化的正交化特性的四杆连杆机构的示例性过程可以包括以下步骤。

·步骤605，选择目标管道尺寸。值得注意的是，尽管优选目标管道尺寸作为输入，但是根据本公开实施例设计的具有四杆连杆机构的示例性车辆即使在车辆使用的管道尺寸与用于限定四杆连杆机构的几何形状的管道尺寸不同时仍可以实现接近完美的正交化。如上所述，优选地，除了P8的特定位置之外，机器人部件的几何参数优选地是预定的。

·步骤610，在以下三种不同情况下，对履带车在管道上的配置进行建模：情况1：履带车沿管道纵向(即长度方向)驱动，换句话说，θ转向＝90；情况2：履带车螺旋驱动，换句话说，θ转向＝45°(可选地可以使用除了0或90°外的其他螺旋角度)；情况3：履带车沿圆周方向行驶，换句话说，θ转向＝0°。图6B示出了在三种情况中的每种情况下的管道表面的有效曲率。

·步骤615，对上述情况施加以下约束，以在每种情况下完全限定履带车在管道上的配置：1)磁力驱动轮与管道之间的切线，其接触点位于椭圆的主轴上；2)前支撑点与椭圆之间发生接触；和3)从动轮与管道之间的切线具有完美的正交化(例如，管道与从P5到P7的直线之间的垂直性)。在步骤715施加限定的约束将产生相对于底盘的点P5的三个不同位置，如图6B进一步所示。特别地图6B示出了车辆(例如车辆100)的简化几何模型以及鉴于分别应用于情况1、2和3(即P5-1、P5-2、P5-3)的约束的枢轴点P5的所得位置。

·步骤620，确定P8的位置。特别地，可以将P8的位置确定为根据在步骤715针对三种情况确定的P5的三个位置(例如，P5-1、P5-2和P5-3)限定的圆C的中心。此外，从P8到P5的连杆的长度可以相应地确定为所述圆的半径。该圆C在图6B中以虚线显示。

应当理解，上述示例性方法和车辆模型是在横越表面时车辆动作的简化近似。例如，该模型假定机器人的驱动轮与椭圆保持相切，而实际上，驱动轮并不总是以这种假定方式运行。更具体地，因为磁性驱动轮可被配置成在两个点(例如，每个间隔的轭的一个接触点)与管道接触，这两个点均偏离车辆的纵向横截面，因此当管道的凸面形状侵入轮子的轭之间时，驱动轮在螺旋行进的同时可以更接近地跟随管道的中心线。在这些螺旋情况下，可以使用替代模型显示驱动轮与椭圆重叠，但是，简化的模型仍然可以产生适当准确的结果。还应当理解，上述用于优化四杆连杆机构几何形状的模型和方法是通过示例的方式提供的，而没有限制，并且可以在不脱离所公开的实施例的范围的情况下实现替代的方法和模型。

从动轮组件和滚动接头

如所指出的，车辆100的从动轮138可包括包含一个或多个车轮的组件。图7A是示出了这种从动轮组件738的示例性构造的透视图，其可以附接到车辆100。在一些实施方式中，从动轮组件包括用于保持一个或多个被动滚动的从动轮的壳体700。壳体700可以是具有敞开底部的U形结构的形式。因此，壳体700由一对相对的侧壁(左右壁)702和在它们之间延伸的顶壁704限定。在壁702、704之间限定了中空的内部空间。

在本发明的一个非限制性实施方式中，为了执行对所横越的表面的检查(例如，以超声波方式测量管壁的厚度)，从动轮组件可以包括轮式传感器探头710，其可以是干耦合轮式探针(DCP)的形式。然而，应当理解，在其他应用中，可以将不同类型的轮式和非轮式传感器结合到从动轮组件中。附加地或替代地，从动轮组件738完全不需要结合滚动传感器，并且可以简单地包括一个或多个被动滚动轮。在这样的实施方式中，诸如光学和声学传感器的检查装置可以被安装到车辆100的其他部分。

关于示例性DCP探针实施方式，优选地在横越表面与这种传感器探针710的滚轮之间保持法向接触，因为干耦合探针通常需要其内部换能器组件垂直于被检查表面以便获取净测量。因此，根据本发明，包括后向组件130和后轮组件本身的接头可被配置成有助于探针相对于被横越的表面的被动正交化。

传感器轮710可旋转地设置在壳体700的中空内部空间内，其中传感器710为轮的形式，该轮绕可在侧壁702之间延伸的轴701旋转。传感器710具有直径，并且侧壁702具有高度，使得当传感器探针(轮)710可旋转地联接至轴701时，传感器探针710的一部分在侧壁702的底边缘下方延伸。轴701还可以支撑一个或多个并且优选地两个轮子(滚子)720，该轮子(滚子)720进一步允许后向机构130在表面111上滚动以允许对其进行检查。在所示的实施例中，传感器探针(轮)710设置在一对轮720之间。类似于磁性驱动轮116，轮720优选地由磁性材料形成，以允许后向组件130附接到金属表面111并且响应于驱动轮116的驱动而能够在其上横向移动。图7B是轮式传感器探针710和设置在轴701上的滚轮720的透视图，未示出壳体700。

如所指出的，在一些实施方式中，从动轮组件738的壳体700可以刚性地附接到第二底盘部分114，使得从动轮组件738不相对于第二底盘部分114移动。替代地，如所指出的，从动轮组件可以通过滚动接头124连接到第二底盘部分114。例如，在图7C所示的示例性实施方式中，轮组件的壳体700可以通过铰链724附接到第二底盘部分114，该铰链724配置成允许壳体700和轮710、720相对于第二底盘部分114绕着铰链的轴线RA滚动。铰链可以是几种不同类型，例如包括指节/销铰链或球形和棘爪铰链。

在为了正交化的目的而将滚动DoF添加到从动轮组件的这种实施例中，可能优选的是提供一种从动轮组件，该从动轮组件提供与目标表面的至少两个分开的接触点，该至少两个分开的接触点围绕正交化线对称地设置。例如，如图7A至图7C所示，两个滚轮轴承轮720可以围绕中心轮探头710对称地布置，该中心轮探头710与正交化线750对准。在实践中，当从动轮组件相对于管道下降时，如果一个侧轮720先于另一侧接触该表面，则该组件可以绕着滚动接头124枢转，直到相对的侧轮接触该表面，从而有效地使探针轮在其间正交化。图8A是沿平坦表面711操纵的示例性机器人100的后透视图，并且示出了由滚动接头124提供的滚动DoF。如所示，侧轮720与表面711形成两个接触点755，并且中心探针轮710提供第三接触点并且沿着法线750垂直于表面定向。图8B是示例性机器人100沿弯曲管750横越的后透视图。如所示，后向组件130例如绕着铰链120枢转到底盘的侧面，就好像车辆100先前绕着管道沿周向行进，然后使第一底盘部分112转向以便沿着管道的长度继续纵向行进。图8B进一步示出了由于枢轴120、四杆连杆机构122和滚动接头124的组合而使从动轮组件在管道上正交。

用于监控方向的传感器配置

根据本发明的一个或多个实施例，一个或多个传感器可以设置在机器人100上并且被配置为在操作期间测量机器人100的方位和其他相关特性。用于计算装置的取向的示例性系统和方法在本文中以及在共同待决且共同转让的美国专利9,360,311中进一步描述，该专利是Gonzalez等人于2014年11月25日提交、名称为“用于计算装置的取向的系统和方法”，将其通过引用合并于此，如同将其全部在此阐述。更具体地，诸如编码器或电位计之类的角位置传感器可以附接到后向机构130和/或第一底盘部分112的一个或多个部件。可以分析使用此类传感器捕获的测量值，以连续监控后向机构的确切配置。在这样做的情况下，并假设已知横越表面的几何形状，则后方机构的配置可用于确定履带车辆相对于目标表面的方向。在一些实施方式中，可以通过安装在履带上的微控制器(例如，结合图1描述的车辆控制模块处理器)在线确定设备的定向。例如，在履带车检查管道的情况下，如果管道直径已知，则后方机构的几何构造(例如，使用位置传感器实时测量的一个或多个组件的相对位置)可用于确定履带车在管道上是纵向、周向还是螺旋(甚至以特定的螺旋角)驱动。此外，再次在车辆检查管道的情况下，如果管道直径未知，则可以将车辆配置为通过执行预定轨迹(例如就地360度旋转)自主确定管道直径，并且将后部机构的运动曲线与分别与特定管道直径相关联的先前记录的运动曲线进行匹配。

本发明的车辆100提供了常规产品中未发现的许多优点，并克服了与现有技术有关的缺陷。更具体地，利用本发明的装置获得以下优点：

·所公开的实施例提供了一种被动式后向装置，其有助于车辆100的某些关键元件的稳定性和总体直立性(即，相对于表面的总体正交取向)。特别地，所公开的车辆被设计成在大范围的表面曲率上在铁磁表面上以重力无关的方式提供速度无关的稳定性和直立性。现有的车辆设计在任何时间点仅与表面有两个接触点，在低速时具有固有的不稳定性，而所公开的车辆通常保持至少三(3)个主要部件与所横越的表面同时接触，即从动轮、驱动轮和前支撑点，并配置为在很大的表面曲率范围内进行操作。另外，在包括滚动接头、包括从动轮的侧面上的两个对称设置的接触点的从动轮以及包括两个独立驱动的相对轭的磁驱动轮的构造中，车辆被配置成在正常操作期间保持多达六个接触点，即前支撑件、主驱动轮上的两个接触点、从动轮和从动轮侧面的两个支撑轮。尽管所公开的履带车的实施例优选地配置成至少在正常操作期间后向组件在第一底盘部分后方时(例如，当后向组件与前底盘部分成大致一直线时)实现后轮组件的正交化，但还应该理解，在某些情况下，后轮组件可相对于表面偏离正常方向。例如，某些车辆操纵，例如硬转向和枢转等，可导致后部组件旋转到前部车辆底盘的侧面并暂时移出优选的正常方位。

·根据一个显著方面，所公开的实施例通常被配置为使用设置在第一底盘部分中的驱动轮来转向和驱动。尽管车辆的后向组件被驱动轮被动地拉动，但是后向组件被设计成使得其可以旋转到转弯处，从而有利于车辆的转向和机动性。因此，由于不具有独立转向的后向机构，这种设计可以比现有的履带车设计轻得多，并且因此更紧凑。结果，鉴于重量更轻，可以使用较小的致动器，这是讨论攀爬履带车时的重要方面。差速转向和机动性进一步允许车辆实现高水平的机动性，并使履带在表面上可能留下的任何划痕或痕迹最小化。

·车辆100的设计还由于其直列构造而允许车辆横越非常狭窄的表面(例如，横梁的侧面、非常小的管道等)。这种表面的最小宽度仅受磁性驱动轮的两个轭之间的内部距离限制。

·磁性驱动轮和从动轮提供的磁性拉力进一步使车辆能够承受相对重的负载，而与铁磁表面上的重力和方向无关。

应当理解，本领域技术人员可以设计出本发明的各种组合、替代和修改。本发明旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的所有这样的替代、修改和变化。

本文中所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并非意在限制本公开。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指明，否则单数形式“一个/种(a/an)”和“所述(the)”旨在也包含复数形式。应进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprises和/或comprising)”指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、要素、组件和/或其组。

而且，本文使用的措辞和术语是出于说明的目的并且不应该被认为具有限制性。本文中“包括”、“包含”或“具有”、“含有”、“涉及”和其变化形式的使用意指涵盖在其后所列出的项和其等效物以及附加项。

尽管已经参考本发明的优选实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变。因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是前面的描述指示。在权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变均应包含在其范围之内。

Claims (18)

1.一种用于横越表面的机器人车辆，包括：

第一底盘部分；

驱动轮，其安装在第一底盘部分上并配置成沿所述表面驱动；

前支撑点，其安装在第一底盘部分的底侧在其前端附近；

第二底盘部分；

从动轮组件，其安装在第二底盘部分上，所述从动轮组件包括从动轮，所述从动轮配置成大体在所述车辆沿着所述表面的行进方向上被动地滚动；

铰链接头，其连接第一底盘部分和第二底盘部分，使得第二底盘部分能够相对于第一底盘部分沿第一路径在至少第一方向旋转，其中所述铰链接头本质上是被动的并且在后轮组件的至少一部分之间接触时响应于表面的曲率旋转；

四杆连杆机构，其连接第一底盘部分和第二底盘部分，并且配置成使第二底盘部分相对于第一底盘部分沿第二路径在至少第二方向上移动，其中所述四杆连杆机构本质上是被动的并且自动地沿着第二路径移动第二底盘部分，并且其中沿第一方向和第二方向的运动的组合使后轮保持与所述表面接触。

2.根据权利要求1所述的机器人车辆底盘，其中沿第一方向的运动包括第二底盘部分相对于第一底盘部分沿第一路径的横向运动，并且其中沿至少第二方向的运动包括第二底盘部分相对于第一底盘部分沿着第二路径的提升、第二底盘部分相对于第一底盘部分沿着第二路径的下降、或两者。

3.根据权利要求2所述的机器人车辆底盘，其中所述四杆连杆机构被配置成使得当所述后轮组件与所述表面接触时，所述后轮组件沿着弯曲路径(所述第二路径)移动。

4.根据权利要求1所述的机器人车辆底盘，还包括：

张紧元件，其配置成在限定所述四杆连杆机构的至少两个连杆之间施加张力，并提供力，该力沿至少第二方向推动第二底盘部分，并随着所述表面的曲率变化沿第二路径相对于第一底盘部分自动调节第二底盘部分的位置。

5.根据权利要求4所述的机器人车辆底盘，其中在所述至少两个连杆之间施加的张力迫使所述前支撑件与所述表面接触，并且为第一底盘部分相对于所述表面提供稳定力。

6.根据权利要求1所述的机器人车辆底盘，所述四杆连杆机构包括：

第一连接板，其相对于第一底盘部分的底侧大体上在垂直方向上定向；

第二连接板，其与第一连接板间隔开并大致在垂直方向定向；

第一连接器臂，其可枢转地连接到第一连接板和第二连接板；和

第二连接器臂，其可枢转地连接到第一连接板和第二连接板，其中第一连接器臂在垂直方向上位于第二连接器臂的上方。

7.根据权利要求1所述的机器人车辆底盘，其中第二底盘部分的至少一部分限定所述第二连接板，并且其中所述铰链接头的至少一部分限定所述第一连接板，

其中所述张紧元件在限定所述四杆连杆机构的至少两个连杆之间延伸，并提供力，所述力至少沿俯仰方向相对于所述表面推动第二底盘部分，并随着所述表面的曲率变化沿第二路径相对于第一底盘部分自动调节第二底盘部分的位置。

8.根据权利要求1所述的机器人车辆底盘，还包括：

将第二底盘部分连接至所述后轮组件的滚动接头，其中所述后轮组件能够相对于第二底盘部分绕所述滚动接头旋转，并且其中所述滚动接头本质上是被动的，并且被配置成当所述后轮组件与所述表面接触时自动地相对于所述表面在滚动方向上至少基本上使后轮正交。

9.根据权利要求1所述的机器人车辆底盘，其中所述铰链接头联接至第一底盘部分，并且其中所述四杆连杆机构枢转地联接至所述铰链接头和第二底盘部分。

10.根据权利要求1所述的机器人车辆底盘，其中所述四杆连杆机构枢转地联接到第一底盘部分，并且其中所述铰链接头枢转地联接到所述铰链接头并联接到第二底盘部分。

11.根据权利要求1所述的机器人车辆底盘，其中所述表面是铁磁性的，并且还包括：

至少第一磁铁，其连接到至少所述驱动轮，其中所述至少第一磁铁在所述驱动轮和所述表面之间保持吸引力。

12.根据权利要求11所述的机器人车辆底盘，还包括至少第二磁体，所述第二磁体连接到所述后轮，其中所述第二磁体在所述后轮和所述表面之间保持吸引力。

13.根据权利要求1所述的机器人车辆底盘，其中所述驱动轮是磁性驱动轮，并且包括第一和第二同轴间隔开的轭，其中所述轭保持所述驱动轮与所述表面之间的至少两个接触点，并且其中所述轭配置为相对于彼此独立地被驱动。

14.根据权利要求1所述的机器人车辆底盘，其中所述从动轮组件包括可旋转的传感器轮，所述可旋转的传感器轮安装在壳体内并且设置在一对也可在所述壳体内旋转的磁性支撑轮之间并与其同轴，其中所述支撑轮保持所述从动轮组件与所述表面之间至少两个接触点。

15.根据权利要求1所述的机器人车辆底盘，还包括：

一个或多个角度位置传感器，其连接到第一和第二底盘部分中的一个或多个；和

处理器，被配置为在车辆运行期间使用所述一个或多个传感器捕获的位置测量值监视第一底盘部分和第二底盘部分的相对位置，并计算以下一项或多项：a)基于已知的表面几何形状，车辆相对于所述地面的方向，以及b)基于在表面上执行规定的车辆操纵期间使用所述一个或多个传感器捕获的测量值测量所述表面的几何形状。

16.根据权利要求6所述的机器人车辆底盘，还包括：

将第二底盘部分连接至所述后轮组件的滚动接头，其中所述后轮组件能够相对于第二底盘部分绕所述滚动接头旋转，并且其中所述滚动接头本质上是被动的，并且被配置成当所述后轮组件与所述表面接触时自动地相对于所述表面在滚动方向上至少基本上使后轮正交；并且

其中第二连接器臂和第一连接板之间的枢轴连接的位置被限定，使得所述车辆在沿管道表面在多个行进方向上的每个方向上横越具有给定直径的管道的表面时满足规定的约束。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述多个方向是纵向地沿着所述管道的长度、周向地围绕所述管道和螺旋地围绕所述管道。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述约束包括维持所述驱动轮与所述管道之间的切线、维持所述前支撑点与所述管道的表面之间的接触、以及维持所述从动轮与所述管道之间的切线。

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