CN110891851A - 具有防晃动支撑件的紧凑型磁性履带车 - Google Patents

Abstract

提供了用于横越表面的机器人车辆。该车辆包括支撑用于驱动和使车辆转向的磁性驱动轮的底盘以及稳定机构。磁性轮包括两个通量集中轭和在其间延伸的轴向磁化毂。毂包括中央壳体，该中央壳体被配置为容纳传感器探测器并通过提供高磁导率材料的连续路径以使磁通量轴向流过驱动轮，增强车轮的磁拉力。稳定机构包括面向前和面向后支撑元件，其可移动地联接到所述底盘并且被配置成接触所述表面和相对于底盘对称地移动，从而在横越表面时保持车辆和探测器垂直于表面和为所述车辆提供稳定性，而无论表面曲率和车辆方位如何。

Description

具有防晃动支撑件的紧凑型磁性履带车

技术领域

本发明涉及机器人车辆，特别是涉及具有磁性驱动轮的机器人检查车辆。

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地检查此类表面所需的控制、可操纵性和紧凑包装(即尺寸)。

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测器(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。干耦合探测器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，必须握住并放置探测器的轴，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的挑战之一是探测器必须始终垂直于(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。另一个挑战是使探测器保持紧密接近或与被检查表面接触。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，本发明能够保持稳定性并且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使传感器稳定、保持传感器的合适高度以及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

根据本发明的一个方面，公开了一种用于横越表面的磁性机器人履带车。该车辆包括底盘和安装在底盘上的磁性驱动轮，使得驱动轮在横向方向上延伸。另外，驱动轮包括两个隔开的通量集中轭，它们围绕旋转轴线旋转，以及轴向磁化的毂，其在两个轭之间横向延伸。轭被配置为独立地被驱动，从而沿着表面使车辆驱动和转向。作为参考，车辆具有纵向轴线，其在前后方向上垂直于旋转轴线并穿过两个轭之间的中点延伸。

另外，车辆还包括联接至底盘的稳定机构。特别地，稳定机构包括第一“面向前”支撑元件和第二“面向后”支撑元件，它们配置成在车辆的正常操作期间接触表面并沿着表面移动。第一支撑元件和第二支撑元件相对于旋转轴线位于驱动轮的相对侧，并且相对于纵向轴线对称地定位。稳定机构还包括将第一支撑元件和第二支撑元件可移动地联接至底盘的支撑机构。支撑机构配置成使第一支撑元件和第二支撑元件相对于底架至少在上下方向上移动。特别地，支撑机构本质上是被动的，并且响应于表面的曲率在上下方向上移动第一支撑元件和第二支撑元件，从而使第一支撑元件和第二支撑元件保持与表面接触。

根据另一方面，车辆还包括一个或多个位置传感器，其附接到稳定机构、底盘和驱动轮中的一个或多个。一个或多个位置传感器被配置为测量稳定机构与驱动轮或底盘之间的相对位置。该车辆还包括处理器，该处理器基于稳定机构和驱动轮的已知几何形状以及在表面上执行机器人履带车辆的规定操纵期间使用一个或多个传感器测量的相对位置，配置为：根据表面的已知几何形状，计算a)机器人履带车相对于表面的方向，和/或b)计算表面的曲率。

根据另一方面，该车辆还包括一个或多个位置传感器，其附接到传感器探测器组件、底盘和驱动轮中的一个或多个上。特别地，一个或多个位置传感器被配置为测量传感器探测器组件和驱动轮之间的相对位置。此外，该车辆还包括处理器，该处理器基于传感器探测器组件和驱动轮的已知几何形状以及在表面上执行机器人履带车辆的规定操纵期间使用一个或多个传感器测量的相对位置，配置为：根据表面的已知几何形状，计算a)机器人履带车相对于表面的方向，和/或b)计算表面的曲率。

根据本发明的另一个方面，公开了一种用于横越表面的磁性机器人履带车。该车辆包括底盘和安装在底盘上的磁性驱动轮，使得驱动轮在横向方向上延伸。更具体地，驱动轮包括两个间隔开的通量集中轭和在其之间横向延伸的轴向磁化的毂。轭围绕旋转轴线旋转并且被配置成独立地被驱动，从而沿着表面使车辆驱动和转向。作为参考，车辆的纵向轴线在前后方向上垂直于旋转轴线并穿过两个轭之间的中点延伸。

在两个轭之间横向延伸的轴向磁化毂包括一个或多个轴向磁化磁体以及壳体。壳体由铁磁材料构成，并且包括左壁、相对的右壁以及沿旋转轴线在其间延伸的一个或多个侧壁。另外，壳体的壁被成形为在其中限定出开放腔室，并且一个或多个侧壁被成形为限定从中穿过的至少一个开口。此外，所述腔室设置在两个轭之间的中点处，并且壳体相对于轭具有固定位置，使得在车辆的正常操作期间，至少一个开口朝向表面向下。

车辆还包括联接至底盘的稳定机构，该稳定机构包括第一支撑元件和第二支撑元件，它们配置成在车辆的正常操作期间接触表面并沿表面移动。特别地，第一支撑元件和第二支撑元件相对于旋转轴线位于驱动轮的相对侧上，并且在驱动轮的旋转轴线上对称地且相对于纵向轴线对称地定位。此外，稳定机构包括将第一支撑元件和第二支撑元件可移动地联接至底盘的支撑机构。特别地，支撑机构配置成使第一支撑元件和第二支撑元件相对于底架至少在上下方向上移动。而且，支撑机构本质上是被动的，并且响应于表面的曲率在上下方向上移动第一支撑元件和第二支撑元件，从而使第一支撑元件和第二支撑元件保持与表面接触。

根据本发明的另一个方面，公开了一种用于横越表面的磁性机器人履带车。该车辆包括底盘和安装在底盘上的磁性驱动轮，使得驱动轮在横向方向上延伸。更具体地，驱动轮包括两个间隔开的通量集中轭和在其之间横向延伸的轴向磁化的毂。轭围绕旋转轴线旋转并且被配置成独立地被驱动，从而沿着表面使车辆驱动和转向。作为参考，车辆的纵向轴线在前后方向上垂直于旋转轴线并穿过两个轭之间的中点延伸。

在两个轭之间横向延伸的轴向磁化毂包括一个或多个轴向磁化磁体以及壳体。壳体由铁磁材料构成，并且包括左壁、相对的右壁以及沿旋转轴线在其间延伸的一个或多个侧壁。另外，壳体的壁被成形为在其中限定出开放腔室，并且一个或多个侧壁被成形为限定从中穿过的至少一个开口。此外，所述腔室设置在两个轭之间的中点处，并且壳体相对于轭具有固定位置，使得在车辆的正常操作期间，至少一个开口朝向表面向下。

车辆还包括至少部分地布置在壳体的腔室内的传感器探测器组件。特别地，传感器探测器组件包括干式耦合轮式探测器和传感器支撑件。轮式探测器被配置为大体上在车辆沿着表面的行进方向上被动滚动。传感器支撑件将轮式探测器可移动地联接至壳体和底盘中的一个或多个。另外，传感器支撑组件配置成响应于表面的曲率而沿至少向上和向下方向相对于壳体使轮式探测器被动地移动，从而在车辆的正常操作期间保持探测器与表面接触。

车辆还包括联接至底盘的稳定机构，该稳定机构包括第一支撑元件和第二支撑元件，它们配置成在车辆的正常操作期间接触表面并沿表面移动。特别地，第一支撑元件和第二支撑元件相对于旋转轴线位于驱动轮的相对侧上，并且在驱动轮的旋转轴线上对称地且相对于纵向轴线对称地定位。此外，稳定机构包括将第一支撑元件和第二支撑元件可移动地联接至底盘的支撑机构。特别地，支撑机构配置成使第一支撑元件和第二支撑元件相对于底架至少在上下方向上移动。而且，支撑机构本质上是被动的，并且响应于表面的曲率在上下方向上移动第一支撑元件和第二支撑元件，从而使第一支撑元件和第二支撑元件保持与表面接触。

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1A是根据一个或多个公开的实施例的磁性机器人履带车的透视图；

图1B是根据一个或多个公开的实施例的图1A的磁性机器人履带车的透视图；

图2A是根据一个或多个公开的实施例的磁性驱动轮的后视概念图；

图2B是根据一个或多个公开的实施例的磁性驱动轮的后视概念图；

图2C是根据一个或多个公开的实施例的图1A的磁性机器人履带车的磁性驱动轮的后视概念图；

图3A是根据一个或多个公开的实施例的图1A的磁性驱动轮的壳体部件的透视图；

图3B是根据一个或多个公开的实施例的磁性驱动轮的透视图；

图4是根据一个或多个公开的实施例的磁性机器人履带车的透视图；和

图5是根据一个或多个公开的实施例的磁性机器人履带车的传感器探测器组件的透视图；和

图6是根据一个或多个公开的实施例的横越管的机器人车辆100的简化示意模型的侧视图。

具体实施方式

通过概述和介绍，公开了一种具有防晃动支撑件的紧凑型磁性机器人履带车。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铁磁表面，而与表面几何形状和方向无关。

根据本发明的一个方面，车辆包括主底盘部分，该主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。更具体地，该磁性轮是通常由轴向磁化毂构成的组件，该轴向磁化毂包括磁化盘或环(以下称为“磁化毂”)，其在两个具有对称尺寸且设置在磁化毂的两端的铁磁通量集中轭之间轴向延伸。

根据公开的实施例中的一个或多个的显著方面，磁化毂包括中央腔室部分，该中央腔室部分被配置为在其中(即在腔室内)容纳检查探测器，并且由具有高磁导率的材料制成。换句话说，腔室设计具有双重目的，即容纳传感器和致动器，同时还使沿着延伸穿过毂和轭的磁通线的低磁导率区域最小化。例如，如本文中进一步描述的，腔室可以由铁磁材料构成并且被设计为避免腔室的饱和以及通量的泄漏。

在一些配置中，传感器可以是被配置为沿着管道表面滚动并进行传感器测量的辊式传感器探测器。此外，优选地，探测器使用垂直取向的弹簧加载机构由底盘支撑，该机构使探测器位置在腔室内相对于表面的向上/向下方向自调整。因此，腔室具有至少一个敞开的底部(例如，面向管道表面的一侧)，以便在操作过程中探测器可以紧靠该表面或靠近该表面，并根据被横越并检查的表面的轮廓上下移动。

根据另一个显著方面，稳定机构也附接到底盘。稳定机构包括面向前和面向后的支撑元件(例如，垂直于驱动轮的轴线延伸)，该支撑元件用于使底盘围绕驱动轮的轴线的晃动最小化。关于稳定机构，前支撑元件和后支撑元件沿履带车的纵向轴线大致对齐。优选地，支撑元件也可相对于底盘移动。在一些配置中，支撑元件可以被机械地联接，使得它们相对于底盘一致地运动。稳定机构的上下运动可以通过弹簧来辅助，该弹簧根据表面的曲率被动地调节支撑元件的高度。弹簧辅助的稳定机构用于将前和后支撑元件保持在横越的表面上，并且因此，只要一个或多个支撑点接触管道，底盘履带就可以在表面上保持理想的直立位置。在一些配置中，支撑元件可以被配置为相对于彼此一致地运动，例如，两个支撑元件可以与正齿轮联接在一起，并且该机构是弹簧加载的，使得随着横越的表面曲率变化，两个支撑元件相对于彼此运动均匀量。在一些实施方式中，可以在前后支撑接触点处(或附近)提供磁体，以帮助防止机器人从管道上脱离。另外，在一些实施方式中，可以在前后接触点处提供一个或多个传感器，例如，以检测与管道的接触并检测机器人的不期望的倾斜。

履带车的前述方面以及如本文进一步描述的解决了在检查履带车的开发中常见的多个主要挑战，同时减小了检验车辆的整体尺寸和重量。

参考图1A，从后透视图和侧面透视图示出了根据本发明的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，车辆100可以是用于使用一个或多个车载传感器探测器检查表面111的一个或多个区域的机器人装置，其可以由用户控制，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。车辆也可以配置为也自动驾驶。

机器人车辆100包括第一底盘部分112。磁性驱动轮116连接到第一底盘部分112。稳定机构114也连接到第一底盘部分112，稳定机构114包括前支撑元件140(未示出)和后支撑元件138。如所指出的，驱动轮被磁化以允许机器人检查车辆100磁性地附接到铁磁金属表面111，诸如金属管或金属储罐，并且可在其上移动。因此，第一底盘部分112提供了使车辆100在表面111上移动的装置，而前后支撑点在移动时被动地引导并跟随第一底盘部分。应当理解，如本文进一步所述，前支撑元件和后支撑元件可各自包括一组件，该组件包括一个或多个轮子，例如，磁性轮子、传感器探测器轮子。

在机器人车辆的前进和后退方向上，如箭头“D”所示，机器人的驱动轮116响应于推动车辆前进和后退的电动机，沿箭头“R1”所示的任一方向绕其轴线154旋转。驱动轮的旋转轴线154也称为横向轴线154，其横向地穿过第一底盘部分。纵向轴线150垂直于横向轴线并纵向延伸穿过第一底盘部分的中间(例如，平行于履带车在其上并将车辆分成左右两侧/两半的平坦表面)。在图1中也示出了垂直轴线152，其垂直于纵向轴线和横向轴线延伸，并且垂直于表面111(当履带车停放在平坦表面上时)。

还可以理解的是，驱动轮可以配置成在向前和向后方向上推动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111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，这通过抵抗围绕纵向轴线150的滚动或倾翻而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

图1B描绘了与图1A相同的车辆100并且突出了驱动轮116的部件，其被配置为推进并可以使车辆100转向。在一些实施方式中，驱动轮116可以包括磁轮组件，该磁轮组件包括两个间隔开的钢轭，即被配置为用作磁通量集中器的左轭117和右轭118。磁性驱动轮116还可包括在两个轭之间延伸的轴向磁化的圆柱形毂120。

另外，尽管并非总是需要，但是轭117和118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，位于磁化毂120的非旋转端与旋转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，轴承座被配置成在旋转的钢轭和磁化毂的相邻侧面之间具有最小可能的气隙，并且还使毂的磁化侧面与跨过气隙定位的钢轭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。

当在表面111上适当地枢转时，允许驱动轮116的一个或多个轭自由旋转的构造是有用的。这样的布置允许绕真正的单个点(例如，表面与左右轭之间的接触点，分别为P0L和P0R)旋转，而不是绕驱动轮轴线的中点(例如，轴线152和旋转轴线154的交点)。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。因此，可以沿着表面111在任意多个方向上可控制地使驱动轮116转向，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。尽管轭被示为具有平坦的轮辋轮廓222，但是轭也可具有弯曲的轮辋轮廓，使得每个轭仅在一个点处接触表面，而无论表面的曲率如何。在一些实施方式中，轮辋可以被滚花和/或纹理化或涂覆以提供抓地力。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。

图2A-2C是根据本发明的一个或多个实施例的示例性驱动轮组件的概念图。为了简单起见，图2A至图2C是从后视图(或前视图)示出的，并且由于未示出第一底盘部分或稳定机构而被简化。在图2A-2C中描绘的示例性驱动轮构造之间的主要区别在于如本文中进一步描述的在轭之间延伸的轴向磁化毂的设计和构造。

图2A示出了轴向磁化的圆柱形毂220A的基本构造，如在磁轮领域中的技术人员所理解的。在这种构造中，圆柱形毂包括轴向磁化的磁体225，其可以包括一个或多个盘形、圆柱体或环形磁体。磁体被轴向磁化，因为磁化方向沿着磁体的轴线，如图所示，该轴线与旋转轴线/横向轴线154对齐。因此，位于磁体的端面的磁体的北极和南极分别与左轭217A的内表面247和右轭218A的内表面248相邻。如图2A所示，轭起着集中磁场的作用，使得它遵循通常由磁通回路230A所示的路径，磁通回路230A连续地循环穿过磁体225、在其两端的轭，并通过介质(例如，与轭接触的表面111)返回。这种构造在磁轮组件和表面之间提供了相对较高的吸引力。

应当注意，在使用磁性轮的应用中，可能希望在轮的中心区域具有可用的物理空间，用于放置致动器或传感器，但是，引入空的空间需要去除磁性材料，这自然会减小轮的拉力，因为去除了磁性材料，加上通过迫使磁通线流过空气或其他具有低磁导率的材料破坏了剩余的磁性材料的通量。图2B示出了示例性构造，其中圆柱形毂(例如毂220B)包括中央部分240，其在左轭217B和右轭218B之间的中点附近限定了开放空间。还示出了多个轴向磁化的磁体235，其布置在中心部分的左侧与左轭之间以及中心部分的右侧与右轭之间。如上所述，磁体可以是一个或多个盘形、圆柱形或环形磁体。图2B还示出了沿着由磁通回路230B大体示出的路径的(一个或多个)破坏的磁场，该磁通回路230B中的每一个都穿过相应的轭和介质(例如，与轭接触的表面)的磁化毂的一半。如所指出的，这种构造可以在磁轮组件和表面之间提供相对较弱的吸引力。

根据本发明的一个或多个实施例，图2C是示出图1A所示的车辆100的轴向磁化的圆柱形毂120的示例性构造的概念图。如图所示，在左轭117和右轭118之间轴向延伸，并包括中央壳体250，该中央壳体限定了用于在其中容纳检查探测器130的开放腔室。根据一个显著的方面，壳体250被具体地配置成将检查探测器至少部分地容纳在由壳体的外壁限定的开放空间内，同时还使沿着磁通线的低磁导率区域最小化，所述磁通量线优选地连续地延伸穿过毂和轭。

更具体地，在一个或多个实施例中，圆柱形毂120包括多个轴向磁化的磁体，其可以是一个或多个盘状、圆柱状或环形磁体的形式。如图2C所示，提供了两个磁体260L、260R，但是可以使用更多或更少的磁体。磁体260L设置在壳体250的左侧与左轭117的内侧表面277之间。磁体260R设置在腔室的右侧和右轭118的内侧表面278之间。如上所述，轭用于集中磁场。另外，由于轭117和118优选地可独立旋转，而至少壳体部分250优选地不旋转(例如，以保持探测器130相对于表面111一致地定位)，因此轭可配置成独立于毂的一个或多个部分独立旋转。例如，如上所述，配置成使轮的旋转部件与相邻的固定部件之间的气隙(即，距离)最小的轴承可以有助于使磁轮的最终拉力最大化。

在一些实施方式中，壳体250可以与一个或多个磁体一体地形成。附加地或替代地，壳体可以是单独的结构。在壳体是单独的结构的情况下，壳体的端部可以固定地联接到相邻的磁体，使得接合的壳体和磁体不会相对于彼此移动。附加地或可替代地，相邻的磁体(或轭)可以被配置为相对于固定壳体旋转。替代性的磁性轮构造是可能的，例如，壳体可以邻近一个或多个轭，而不是位于两个磁体之间。在这样的配置中，一个或多个磁体可以在另一位置(例如，轭的相对侧)耦合到轭。

如所指出的，壳体250可以被具体地配置成使沿着磁通线的低磁导率区域最小化。在一些实施方式中，这是通过使用铁磁材料构造壳体来实现的。此外，由壳体限定的开放腔室的特定形状可以被配置成避免腔室的饱和以及通量的泄漏。因此，如图2C所示，由磁体产生并穿过中心壳体250并且由轭117和118集中到表面111中的磁场可以遵循由磁通回路230C大体示出的路径，该路径连续地贯穿磁化毂120和每个轭的长度并通过介质(例如，与轭接触的表面111)。应该理解的是，图2A-2C中所示的磁通线是不对称的并且仅出于基本说明目的而示出。磁场在实践中的具体行为方式可能在很大程度上取决于许多变量，包括壳体和开放腔室的尺寸、磁环与目标表面之间的距离等。

图3A是根据一个或多个实施例的中央壳体250的示例性构造的透视图。壳体250是大致沿轴线154的方向延伸的细长结构。壳体250被成形为限定开放腔室255，并且被配置为在其中容纳一个或多个致动器和/或传感器探测器(例如，探测器130)。在图3A所示的特定配置中，壳体250具有优选面向被检查表面的敞开的底侧和相对的敞开的顶侧，使得中空内部腔室255在上下方向上完全延伸通过壳体的一部分。因此，壳体可以由一对相对的侧壁限定，即前壁362和后壁364，它们在左端壁366和右端壁368之间延伸，从而限定了开放腔室355。应当理解，尽管示例性壳体350的形状像空心圆柱体，该空心圆柱体沿着旋转轴线154延伸，并且在顶侧和相对的底侧设有开口，但是壳体可以具有多种不同的形状。例如，如图3B所示，其是示例性的驱动轮316的透视图，具有隔开的轭的、包括中心壳体350的轴向磁化的毂。如图所示，例如，壳体可以具有敞开的底侧(未示出)的细长结构(例如，中空圆柱体)的形式。也可以使用其他壳体尺寸和形状。

返回图3A，壳体250可以配置成将探测器容纳在其中的开放腔室内，同时通过创建高磁导率材料的单个连续路径以使磁通量流过而仍然增强履带车在管道上的总磁拉力。优选地，使用诸如铁材料的具有高磁导率的材料构造壳体。壳体还可以被配置成使壳体的端部与磁驱动轮组件(例如，与壳体的相应端部相邻的磁体或磁通量集中轭)的相邻部件之间的低磁导率区域最小化。如所指出的，最小化壳体的端部与相邻的磁轮部件之间的气隙距离可以改善壳体的磁导率。增大毂面对磁场源(取决于布置，是轭还是磁体本身)的面积也可以帮助毂承载更多的磁通量。因此，提供具有面对相邻轮部件的足够表面积的端壁也可使毂的磁化侧面与跨距气隙的钢轭部分之间的重叠最大化，从而增加了毂120的磁饱和点。

此外，可以限定在端壁368和366之间延伸的一个或多个侧壁(例如，壁364和362)的尺寸、形状和厚度，以例如通过具有有助于轴向磁化壳体的足够的厚度和形状改善壳体250的磁导率。在一些实施例中，可以通过最小化开放腔室255的容积进一步改善壳体的整体磁导率，该开放腔室255的容积是相对较低磁导率的区域。例如，壳体的壁可以配置成提供尽可能小的腔室，同时仍容纳允许探测器130在操作期间进行期望的运动所需的元件。尽可能避免在腔室内使用非铁材料也是有益的。

最终，图2C和3A中所示的圆柱形毂120和壳体250的示例性构造在磁轮116和表面111之间提供了相对较高的吸引力，同时仍提供了适于至少部分地将探测器130容纳在其中的中心腔室。

应当注意的是，图1A中所示的并且在本文中进一步描述的示例性履带车100优选地包括圆柱形毂120和壳体250，如关于图2C和3A所示和描述的，然而，可以利用替代的毂构造，例如，关于图2A和2B和3B示出和描述的毂构造。

稳定机构

现在转到图1A，稳定机构114可包括设置在第一底盘部分112的前方的前支撑元件140(未示出)和设置在第一底盘部分的后方的后支撑元件138(假设车辆100沿由箭头D标识的方向行驶)。支撑元件可被配置成限制第一底盘部分可绕驱动轮116的轴线154向前或向后俯仰的量，从而将底盘相对于表面保持在直立且更优选地正交的位置。

在一些配置中，前支撑元件和后支撑元件居中，例如，与延伸穿过车辆100的中部的纵向轴线150成一直线。然而，可替代地，前支撑元件和后支撑元件可偏离车辆的纵向中心线。

支撑元件可以例如但不限于包括被动滚动的球滚轮。可以利用替代的支撑元件构造，例如，绕平行于驱动轮的旋转轴线154的固定旋转轴线旋转的轮。作为进一步的示例，支撑元件可以包括被配置为沿着表面111滑动的一块刚性光滑塑料。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。此外，还可以在每个支撑元件的后面或周围和支撑元件一起提供磁体，以帮助保持与表面的接触。另外，可以在前后接触点处设置传感器，以检测各个支撑元件与管道之间的接触并检测机器人的不期望的倾斜。履带车可以将该信息用于各种目的，例如，触发警报，警告操作员不希望的倾斜。

如所指出的，支撑元件优选地可相对于第一底盘部分112移动。例如，在图1A所示的示例性配置中，稳定机构114可包括具有倒置的“U”形的连接结构162，其中第一支撑元件和第二支撑元件138和140在该连接结构的竖直定向的轴的相应端部处接合。另外，连接结构162可以可移动地联接至底盘112和/或驱动轮116，使得支撑元件可以相对于底盘和/或轮沿一个或多个方向移动。例如，图1A示出了包括前后轴的连接结构162，所述轴使用后线性轴承164和前线性轴承166(未示出)可滑动地安装到圆柱形毂120，前线性轴承164和前线性轴承166安装在壳体250的前侧和后侧。因此，连接结构的轴可在上下方向(例如，在轴线152的方向)上线性滑动穿过轴承，从而使前支撑元件和后支撑元件相对于表面111上下移动。

尽管由稳定机构114提供的支撑元件138和140的上下运动通常是被动的，但是可以使用张紧弹簧等来偏压或辅助该运动，以在操作期间保持支撑元件与横越的表面接触。例如但不限于，图1A描绘了两个张紧弹簧170，其分别在一端附接到圆柱形毂120，并且在另一端附接到连接结构162。施加在植于表面111上的驱动轮和滑动连接结构162之间的弹簧张力通过在操作过程中有效地将连接结构拉向表面用以保持第一支撑元件138和第二支撑元件140与表面111接触。

可能优选的是配置稳定机构，使得由稳定机构施加的向下的力不克服保持驱动轮与横越的表面接触的磁力。可替代地，在另一方面，可以在支撑元件138和140的附近添加强永磁体，使得它们完全由于磁力或者通过磁力和从履带车底盘施加的力的组合而保持与横越的表面接触。无论哪种情况，即使磁体仅抵消了接触所需力的一部分，履带车也将不太可能从表面脱离。

此外，尽管稳定机构在前后支撑元件上施加的下压力有助于将支撑元件保持在地面上，从而保持车辆稳定，但可以理解，在某些情况下，可以克服该向下的力，从而导致一个或多个支撑元件断开与表面的接触。例如，在表面上越过障碍物的情况下，前支撑元件140可以与障碍物接触，这会提供一些初始阻力，直到抵消了稳定机构114的向下力，从而使前支撑件暂时脱离表面和车辆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。

应当注意，在图1A所示的实施例中，防晃动支撑元件沿平行的线性方向运动并且机械地联接以一起运动。附加地或替代地，支撑机构也可以配置成使前支撑元件和后支撑元件相对于彼此成一定角度地运动。附加地或可替代地，前支撑元件和后支撑元件可被配置成独立地运动。此外，支撑元件可被配置成具有一定程度的独立运动和一定程度的联动。

除了使用允许前后支撑元件相对于底盘112和/或驱动轮116一致地移动的稳定机构之外，稳定机构还可以配置为允许前后支撑元件也相对于彼此移动。图4描绘了包括稳定机构414的车辆400的示例性构造，该稳定机构414可移动地支撑前支撑元件438(未示出)和后支撑元件440。特别地，稳定机构包括各自具有细长的C形的面向前的连接结构462和面向后的连接结构464。面向后的支撑元件438和面向前的支撑元件440(未示出)分别安装在面向前和面向后的连接结构的中点附近。面向前和面向后的连接结构的端部可枢转地安装到第一底盘结构412的左侧壁482和右侧壁484。另外，前连接结构和后连接结构可以机械地联接在一起，使得连接结构被配置为围绕相应的枢轴点一致地枢转。例如，互锁正齿轮466和468可分别联接到连接结构462和464的端部，连接结构462和464的端部可枢转地联接到底盘412。使用互补正齿轮联接的枢转连接结构允许前支撑元件和后支撑元件相对于第一底盘部分在上下方向上移动，但是分别沿略微弯曲的路径移动，如箭头P1和P2所示。因此，该运动不限于仅相对于底盘的向上和向下方向，而是可以包括弯曲的路径，在该弯曲的路径中，支撑元件也彼此靠近或相隔更远地移动。

由于限定稳定机构414的连接结构和枢轴点的特定几何形状，前支撑元件和后支撑元件可相对于第一底盘部分112沿弧线P1和P2移动，以便将前支撑元件和后支撑元件保持与表面111接触，即使横越过的表面的曲率发生变化。例如，自调节稳定机构允许车辆400在任何方向上横越直径范围很宽的管道。

尽管由稳定机构414提供的支撑元件438和440的上下运动通常是被动的，但是可以使用一个或多个张紧弹簧来偏置或辅助该运动。例如但不限于，图4描绘了张紧弹簧470，其在面向前和面向后的连接结构462和464之间延伸。通过在操作过程中有效地将连接结构彼此拉动，在两个连接结构之间施加的弹簧张力可以帮助保持前支撑元件440和后支撑元件438与表面111接触。

如上所述，机械连接防晃动稳定元件，使得它们相对于底盘对称移动并且可选地相对于彼此移动，可以使由于力失衡而导致的履带车的不希望的倾斜/晃动最小化，并保持履带车在弯曲表面上的直立性，而不管曲率半径(例如管道的尺寸)或履带车在表面上的定向和位置如何，条件是稳定元件与管道接触。

提供示例性稳定机构作为非限制性实例。可以使用在前稳定元件和后稳定元件上提供向下力的其他稳定机构构造以及其他系统和方法，而不背离所公开的实施例的范围。另外，代替或除了上述弹簧状元件之外，诸如线性致动器和电动机之类的致动器可以被用来迫使前支撑元件和后支撑元件向下抵靠被横越的表面。

虽然图1A所示的实施例示出了防晃动支撑元件独立于探测器运动，但替代地，稳定机构114可以机械地连接到探测器组件，并且配置成维持探测器的运动(如下文进一步描述)与支撑元件的运动之间的规定关系。这样的配置在车辆100的几何形状和表面111的轮廓可能需要支撑元件和探测器以不同的速率运动以实现探测器和/或车辆相对于表面的正交定向的应用中是有益的。在一种示例性构造中，凸轮可联接至稳定机构，并且凸轮从动件可附接至探测器。而且，可以限定凸轮的轮廓，使得从动件根据规定的非线性关系上下驱动DCP，该非线性关系保持探测器与管道接触。另外，规定的非线性关系可以是表面(例如管)的曲率和/或设备在表面上的取向的函数。

探测器组件

如所指出的，根据本发明的一个或多个实施例，磁化毂120可包括壳体250，该壳体250被配置为将检查探测器容纳在腔室255内，其中对穿过壳体和毂的长度的磁通路径的破坏最小(即高磁导率)。

图5是图1A中所示的车辆100的示例性探测器组件130的特写后透视图。探测器组件130至少部分地布置在由轴向磁化毂120的壳体250部分限定的腔室255内。如所示，探测器组件130可以包括探测器轮530，该探测器轮530围绕大致平行于驱动轮的旋转轴线154定向的中心轴线535旋转。因此，探测器轮530被配置为沿着被检查的表面滚动并进行传感器测量。探测器轮可以是任何类型的探测器，例如干耦合超声轮探测器。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探测器组件中。

此外，探测器组件优选地可相对于底盘114移动。例如，图5示出了称为探测器支架540的竖直取向的弹簧加载支撑机构，其用于相对于表面111在上下方向上自调整腔室255内的探测器位置。如所指出的，腔室255具有至少一个敞开的底部(例如，面向该表面的一侧，未示出)，使得探测器轮530可以在操作期间保持与该表面接触或靠近该表面，并且可以根据被横越和检查的表面的轮廓上下移动。

更具体地，探测器支架540包括两个竖直轴560。每个轴在一端附近连接到轮式探测器的轴线535的相应端。另外，每个轴可移动地联接至底盘112。例如，图5示出了使用相应的线性轴承540可滑动地安装至底盘112的顶壁512的轴。因此，线性轴承使轴能够沿上下方向滑动穿过其中。

尽管由探测器支架540提供的探测器组件的上下运动通常是被动的，但是可以使用弹簧等来偏压或辅助该运动。例如但不限于，图5描绘了弹簧570，每个弹簧570围绕相应的轴560的长度设置并且被压缩在底盘部分112和探测器组件130之间。推向底盘和线性滑动轴的弹簧力用于通过在操作过程中有效地将探测器组件推向表面并自调节探测器轮530的高度以适应管道的曲率和曲率变化来保持探测器轮530与表面接触。

附加地或替代地，可以使用磁体来提供将探测器轮530保持在表面上的力，所述磁体例如设置在轮530的左侧和右侧并且绕与轴线535相同的轴线旋转的滚轮磁体。

关于探测器组件130的该方面，应该注意的是，将轮式探测器放置在履带车的中间(左右方向和前后方向)大大简化了与探测器对准管道有关的问题(这是一个常见的问题，也称为“探测器正交化”)。探测器的这种放置基本上可以将正交化问题从三自由度挑战减少到特定的一个DoF挑战，其中唯一需要克服的挑战是底盘的晃动(来回倾斜)，这可以通过本文所述的防晃动稳定机构解决。

此外，将轮式探测器放置在履带车的中央可以消除与探测器轮530侧向拖动有关的问题，因为它可能在其他履带车中发生(除非在转向之前将探测器从管道上提起)。因此，本文公开的示例性履带车能够在进行任何操纵的同时连续获取探测器读数而无需将探测器从管道上提起(即，通过在转向时简单地绕探测器枢转)。

作为非限制性示例，提供了示例性壳体、探测器组件130和自调节探测器支架540，可以使用替代性的可调节安装系统来支撑轮式探测器并以一个或多个自由度提供探测器组件的运动。作为进一步的实例，在一些实施方式中，钢制壳体可包括不具有开放顶部的开口底部，并具有伪棱柱形的垂直中空区域，其形状适合于安装在其中的弹簧加载的探测器支架，其中腔室和探测器支架之间的公差允许探测器在壳体内和穿过开口的平稳运动，同时有利于轴向通过壳体的磁通不间断流动。

关于示例性DCP探测器实施方式，优选地在横越表面111与传感器探测器轮530的滚轮之间保持法向接触，因为干耦合探测器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，如上所述，根据本发明，由探测器支架540和稳定机构提供的向上/向下运动提供了探测器相对于表面的被动正交化。

此外，探测器组件优选地被配置为以竖直方式线性地移动，以补偿不同的表面曲率以及以下事实：当在管道上螺旋或纵向驱动时弯曲表面在间隔开的轮轭之间蠕变(例如，弯曲或凸度更靠近车辆)。

稳定功能

可以在视图6-7中进一步理解示例性车辆100的细节，并且更具体地，车辆100的正交化和稳定化特性，下面将继续参照图1、2C进一步讨论。

图6是示例性机器人车辆100的简化示意模型的侧视图。图6示出了示例性车辆100与管道表面之间的主要接触点之间的几何关系。图6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。为简单起见，该示意图仅示出了以下组件：

·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154。

·P2表示面向前支撑元件140和表面之间的接触点。

·P3代表面向后支撑元件138与表面之间的接触点。

·θ1和θ2相应地限定了前后支撑元件与车辆的垂直轴线152之间的角度。

如图6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，在示意图中，该管道的椭圆形横截面的短轴长度为2r，长轴长度为2r/Sin(θ转向)，其中r表示管道直径，θ转向表示履带车相对于管道中心线的方向。

应该注意，θ转向＝π/2+nπ(对于任何整数n)对应于履带车绕管圆周地驱动，在这种情况下，椭圆变成圆；此外，θ转向＝0表示在管道上纵向(即，长度方向)驱动的履带车，在这种情况下，椭圆长轴变得无限长。还应当注意，车辆100包括主磁性轮组件作为履带车的中心元件，并且提供与管道的两个对称布置的接触点(均在侧视图中由P0表示)。因此，管道和履带车的驱动轮之间的接触点通常应沿图中所示的椭圆短轴出现，而不是远离它(但是，θ转向＝0和θ转向＝π/2是与前述陈述无关的特殊情况)。

如图6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正交化。

关于车辆100的稳定机构114，如上所述，P2和P3代表相应的面向前和面向后防晃动支撑元件138和140与管之间的接触点。θ1和θ2相应地定义了这些支撑元件与机器人的垂直轴线152之间的角度。因此可以理解的是，诸如重力和用于驱动车辆的扭矩之类的变量可以影响P0、P2和P3之间力的分布，并且可以使底盘向前或向后晃动。换句话说，这些力可以起作用以使θ1≠θ2。但是，只要P2和P3保持与管道接触并对称地围绕履带的中间平面和椭圆的短轴布置，θ1应该保持等于θ2，并且通常代表直立的履带车构型，其中轴线152保持垂直于管道表面。

前述原理类似地适用于其中防晃动支撑元件绕平行于驱动轮的轴线的轴线枢转或旋转的实施方式，例如关于图4示出和描述的示例性车辆400。如果使用了可以独立上/下移动的防晃动支撑件，则履带车在管道上的垂直度(即没有围绕轴线154向前或向后倾斜)将取决于前和后支撑元件之间的相对高度。

如结合图1A和图4公开的，在防晃动稳定机构的优选实施例中，接触点P2和P3出现在履带的中间平面上，换句话说，发生在图6所示的二维示意图的平面上，其中P2和P3相对于椭圆的短轴对称设置。尽管如此，即使前和后支撑元件的设计使得P2和P3接触到履带中间平面(即穿过垂直轴线152和纵向轴线150延伸的平面)之外的管道，也可以实现正交化和稳定功能，条件是它们以相对于中间平面对称的方式布置(即，在中间平面的相对侧与中间平面等距间隔开)。例如，只要满足上述对称约束，就可以将P2和P3设置得更靠近驱动轮的相应的轭，所述轭设置在车辆的相对侧附近。

计算表面曲率和车辆方向

此外，根据本发明的一个或多个实施例，车辆100可以包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器被配置为在由垂直轴线154表示的向上/向下方向上测量探测器组件130相对于底盘的高度。此外，车辆控制计算机(或与机器人通信的外部计算设备)可以配置为使用测得的探测器高度和车辆的已知尺寸和形状(例如，驱动轮轭的已知距离和相对于探测器的位置)来确定管道直径以及车辆在管道上的方向。用于计算装置的表面曲率和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。

例如，控制计算机可以通过以下方法确定被检查管道的半径：使车辆100进行特定的操纵，例如绕两个轭之一的接触点进行180度(或更大)的转向操纵；在整个操纵过程中使用传感器测量相对探测器高度；捕获探测器的最高记录位置(其发生在纵向，θ转向＝π/2+nπ)；以及根据已知的轮轭与探测器之间的距离，计算出在所记录的高度处与轮轭和探测器重合的圆的半径。此外，如果已知管道直径，则可以采用类似的方法实时确定履带相对于管道中心线的方向。在这种应用中，探测器高度读数优选地与椭圆而不是圆形相关，以便确定方向。

在另一方面，用于确定管道直径的相同技术可以用于确定圆柱形容器或储罐的直径。例如，履带车100可以部署在罐的壁上，并且它可以执行该技术和在壁上的多个位置，从而确定罐直径的多个测量值以用于随后的容积校准。在这种情况下，传感器室可以安装激光测距仪，而不是超声测试探测器，以精确测量到罐壁的距离。

类似地，还可以将传感器安装在车辆100上，该传感器测量防晃动支撑元件的构造(例如，相对于底盘的位置和彼此的位置)，并且该信息用于数学计算管道的半径或方向。支撑元件的相对位置信息可以是估计管道尺寸和车辆方向的补充或替代方法。

在另一方面，可以将履带车的一部分用作探测元件，以获取阴极保护(CathodicProtection)(CP)测量读数。阴极保护测量通常涉及在管道表面与安装在管道本身某处的参考电极之间进行的简单电压测量。由于通量集中轭由金属材料制成，因此可以配置为在与管道接触时进行这些测量。例如，履带车轮轭可以安装适合于在管道表面上获取电压读数的传感器，可以通过脐带将其反馈回管道的参考电极。附加地或可替代地，前支撑元件和/或后支撑元件可以装配有适于进行阴极保护测量的传感器。另外，在将履带车部署在水下的实施方式中，参考可以无线发生。此外，对于海底应用，CP读数可以作为在管道表面与周围海水之间测得的电压获取，因此，履带车不需要直接电连接到参考电极。

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 (24)

1.一种用于横越表面的磁性机器人履带车，其包括：

底盘；

磁性驱动轮，其安装在所述底盘上，其中所述驱动轮在横向方向延伸并包括：

两个隔开的磁通量集中轭，它们绕旋转轴线旋转并被配置为被独立驱动，从而沿着所述表面使所述车驱动和转向，其中在前后方向上所述车的纵向轴线垂直于横向旋转轴线并通过两个轭之间的中点延伸；和

在两个轭之间横向延伸的轴向磁化毂；和

稳定机构，其联接至所述底盘，所述稳定机构包括：

第一支撑元件和第二支撑元件，其配置成在所述车的正常操作期间接触所述表面并沿着所述表面移动，所述第一支撑元件和第二支撑元件相对于旋转轴线位于所述驱动轮的相对侧，并且其中所述第一支撑元件和第二支撑元件相对于纵向轴线对称放置；和

支撑机构，其可移动地将所述第一支撑元件和第二支撑元件联接至所述底盘，其中所述支撑机构配置成使所述第一支撑元件和第二支撑元件相对于所述底盘至少沿上下方向运动，其中所述上下方向大致既垂直于纵向轴线又垂直于旋转轴线，

其中所述支撑机构本质上是被动的，并且响应于所述表面的曲率在上下方向上移动所述第一支撑元件和第二支撑元件，从而使所述第一支撑元件和第二支撑元件保持与所述表面接触。

2.根据权利要求1所述的磁性机器人履带车，其中所述轴向磁化毂包括：

一个或多个轴向磁化磁体；和

沿旋转轴线延伸的壳体，

其中所述壳体成形为在其中限定开放腔室和至少一个开口，其中所述腔室设置在两个轭之间的中点处，并且其中所述壳体相对于所述轭具有固定位置，使得在所述车的正常操作期间，所述至少一个开口朝向所述表面向下。

3.根据权利要求2所述的磁性机器人履带车，其中所述壳体包括铁磁材料，并且包括左壁、相对的右壁以及沿着所述旋转轴线在其间延伸的一个或多个侧壁，所述壳体的壁被成形为限定所述腔室并且所述一个或多个侧壁被成形为限定穿过其中的所述至少一个开口。

4.根据权利要求3所述的机器人车辆，还包括：

传感器探测器组件，其至少部分地布置在所述腔室内；和

传感器支撑件，其可移动地将所述传感器探测器组件联接到所述壳体和所述底盘中的一个或多个，其中所述传感器支撑组件配置成响应于所述表面的曲率而至少在上下方向上相对于所述壳体被动地移动所述探测器组件，从而使所述探测器组件保持与所述表面接触。

5.根据权利要求4所述的磁性机器人履带车，其中所述传感器探测器组件包括：

干耦合轮式探测器，其被配置为大体上在所述车沿着表面的行进方向上被动滚动。

6.根据权利要求5所述的磁性机器人履带车，其中所述传感器支撑件包括支撑所述轮式探测器的轴的一个或多个轴，并且所述轴通过至少一个安装件联接至所述壳体和所述底盘中的一个或多个，其中所述至少一个安装件配置成允许所述一个或多个轴至少在上下方向上相对于所述壳体移动；和

一个或多个弹簧元件，其配置成在至少所述传感器探测器组件与所述底盘和所述壳体中的一个或多个之间施加力，并且其中所述力向下推动所述轮式探测器穿过所述壳体的所述至少一个开口并与所述表面接触。

7.根据权利要求1所述的磁性机器人履带车，其中所述第一支撑元件和第二支撑元件与所述驱动轮的旋转轴线等距，并且其中所述第一支撑元件和第二支撑元件是以下的一个或多个：与所述车的纵向轴线成一直线定位，和在其相对侧与纵向轴线均匀间隔开。

8.根据权利要求1所述的磁性机器人履带车，其中所述稳定机构包括机械地联接所述第一支撑元件和第二支撑元件的一个或多个连杆，其中所述一个或多个连杆配置成相对于所述驱动轮至少在上下方向对称地移动所述第一支撑元件和第二支撑元件，从而使所述第一支撑元件和第二支撑元件保持与所述表面接触，并且所述车基本垂直于所述表面。

9.根据权利要求8所述的磁性机器人履带车，其中所述一个或多个连杆被配置成相对于所述驱动轮在前后方向和上下方向上对称地移动所述第一支撑元件和第二支撑元件，使得所述第一稳定元件和第二稳定元件沿着相应的弯曲路径移动。

10.根据权利要求8所述的磁性机器人履带车，还包括：

一个或多个弹簧元件，其配置成在所述一个或多个连杆中的至少一个与所述底盘、所述驱动轮和另一个连杆中的一个或多个之间施加力，其中所述力促使前支撑元件和后支撑元件与所述表面接触，从而将第一底盘部分推到相对于所述表面的正交位置。

11.根据权利要求4所述的磁性机器人履带车，其中所述稳定机构包括机械地联接所述第一支撑元件和第二支撑元件的一个或多个连杆，并且所述稳定机构被配置成相对于所述驱动轮在一个或多个方向上对称地移动所述第一支撑元件和第二支撑元件，其中所述稳定机构配置成在所述第一支撑元件和第二支撑元件的运动与所述探测器组件在上下方向上的运动之间保持规定的关系。

12.根据权利要求1所述的磁性机器人履带车，其中所述支撑机构包括支撑所述第一支撑元件的第一连杆和支撑所述第二支撑元件的第二连杆，其中所述第一连杆和第二连杆通过一个或多个安装件可移动地联接至所述底盘，并且其中第一连杆和第二连杆机械地联接，以使第一支撑元件和第二支撑元件相对于所述底盘在至少一个方向上的运动同步，从而使第一支撑元件和第二支撑元件保持与所述表面接触并且所述车基本垂直于所述表面。

13.根据权利要求12所述的磁性机器人履带车，其中所述一个或多个安装件选自：

线性轴承，其配置成允许第一连杆和第二连杆中的一个相对于所述底盘在一个或多个方向上线性滑动，以及

枢轴，其配置成允许第一连杆和第二连杆中的一个绕所述枢轴旋转。

14.根据权利要求13所述的磁性机器人履带车，其中所述第一连杆和第二连杆刚性地结合在一起，使得所述第一支撑元件和第二支撑元件平行地运动。

15.根据权利要求13所述的磁性机器人履带车，其中所述第一连杆和第二连杆使用一个或多个正齿轮机械地联接，所述正齿轮配置成使所述第一支撑元件和第二支撑元件相对于所述底盘在一个或多个方向上以及相对于彼此在一个或多个方向上的运动同步。

16.根据权利要求1所述的磁性机器人履带车，还包括：

一个或多个位置传感器，其附接到所述稳定机构、所述底盘和所述驱动轮中的一个或多个，并且被配置为测量所述稳定机构与所述驱动轮或所述底盘之间的相对位置；和

处理器，其被配置为基于所述稳定机构和所述驱动轮的已知几何形状以及在表面上执行所述机器人履带车的规定操纵期间使用所述一个或多个传感器测量的相对位置，计算以下一项或多项：a)基于所述表面的已知几何形状所述机器人履带车相对于所述表面的定向，以及b)所述表面的曲率。

17.根据权利要求4所述的机器人履带车，还包括：

一个或多个位置传感器，其附接到所述传感器探测器组件、所述底盘和所述驱动轮中的一个或多个，其中所述一个或多个位置传感器配置为测量所述传感器探测器组件和所述驱动轮之间的相对位置；和

处理器，其被配置为基于所述传感器探测器组件和所述驱动轮的已知几何形状以及在表面上执行所述机器人履带车的规定操纵期间使用所述一个或多个传感器测量的相对位置，计算以下一项或多项：a)基于所述表面的已知几何形状所述机器人履带车相对于所述表面的定向，以及b)所述表面的曲率。

18.一种用于横越表面的磁性机器人履带车，其包括：

底盘；

磁性驱动轮，其安装在所述底盘上，其中所述驱动轮在横向方向延伸并包括：

两个隔开的磁通量集中轭，它们绕旋转轴线旋转并被配置为被独立驱动，从而沿着所述表面使所述车驱动和转向，其中在前后方向上所述车的纵向轴线垂直于旋转轴线并通过两个轭之间的中点延伸；和

在两个轭之间横向延伸的轴向磁化毂；和

稳定机构，其联接至所述底盘，所述稳定机构包括：

第一支撑元件和第二支撑元件，其配置成在所述车的正常操作期间接触所述表面并沿着所述表面移动，所述第一支撑元件和第二支撑元件相对于旋转轴线位于所述驱动轮的相对侧，其中所述第一支撑元件和第二支撑元件在所述驱动轮的旋转轴线上对称放置并且相对于纵向轴线对称放置；

支撑机构，其可移动地将第一支撑元件和第二支撑元件联接至所述底盘，其中所述支撑机构配置成使第一支撑元件和第二支撑元件相对于所述底盘至少在上下方向运动，其中所述支撑机构配置成使第一支撑元件和第二支撑元件响应于所述表面的曲率在上下方向上以被动的方式运动，从而保持所述支撑元件与所述表面接触。

19.根据权利要求18所述的机器人车辆，所述轴向磁化毂包括：

一个或多个轴向磁化磁体；和

壳体，其成形为在其中限定开放腔室，以及穿过所述壳体的至少一个开口，所述开口在正常操作期间面向所述表面，其中所述腔室设置在两个轭之间的中点处，并且相对于所述底盘具有固定位置，

其中所述壳体包括左壁、右壁和在其间延伸的一个或多个侧壁，其中所述左壁和所述右壁分别与车轮部件相邻。

20.根据权利要求18所述的机器人车辆，其中所述壳体由铁磁材料构成，并且包括左壁、右壁和在其间延伸的一个或多个侧壁，所述一个或多个侧壁具有从中穿过的所述至少一个开口。

21.一种用于横越表面的磁性机器人履带车，其包括：

底盘；

磁性驱动轮，其安装在所述底盘上，其中所述驱动轮在横向方向延伸并包括：

两个隔开的磁通量集中轭，它们绕旋转轴线旋转并被配置为被独立驱动，从而沿着所述表面使所述车驱动和转向，其中在前后方向上所述车的纵向轴线垂直于旋转轴线并通过两个轭之间的中点延伸，

在两个轭之间横向延伸的轴向磁化毂，其包括：

一个或多个轴向磁化磁体；和

壳体，其由铁磁材料构成，并且包括左壁、相对的右壁和在其间沿旋转轴线延伸的一个或多个侧壁，所述壳体的壁成形为在其中限定开放腔室，并且所述一个或多个侧壁被成形为限定穿过其中的至少一个开口，其中所述腔室设置在两个轭之间的中点处，并且其中所述壳体相对于所述轭具有固定位置，使得在车辆正常操作期间所述至少一个开口朝向所述表面向下；和

传感器探测器组件，其至少部分地布置在所述腔室内，所述传感器探测器组件包括：

干耦合轮式探测器，其被配置为大体上在所述车沿着表面的行进方向上被动滚动，和

传感器支撑件，其可移动地将所述轮式探测器联接到所述壳体和所述底盘中的一个或多个，其中所述传感器支撑组件配置成响应于所述表面的曲率而至少在上下方向上相对于所述壳体被动地移动所述轮式探测器，从而在车辆正常操作期间使所述探测器保持与所述表面接触；和

稳定机构，其联接至所述底盘，所述稳定机构包括：

第一支撑元件和第二支撑元件，其配置成在所述车的正常操作期间接触所述表面并沿着所述表面移动，所述第一支撑元件和第二支撑元件相对于旋转轴线位于所述驱动轮的相对侧，其中所述第一支撑元件和第二支撑元件在所述驱动轮的旋转轴线上对称放置并且相对于纵向轴线对称放置，和

支撑机构，其可移动地将第一支撑元件和第二支撑元件联接至所述底盘，其中所述支撑机构配置成使第一支撑元件和第二支撑元件相对于所述底盘至少在上下方向运动，其中所述支撑机构在本质上是被动的并且使第一支撑元件和第二支撑元件响应于所述表面的曲率在至少上下方向上运动，从而保持所述第一支撑元件和第二支撑元件与所述表面接触。

22.根据权利要求21所述的磁性机器人履带车，其中所述传感器支撑件包括支撑所述轮式探测器的轴的一个或多个轴，并且所述轴通过至少一个安装件联接至所述壳体和所述底盘中的一个或多个，其中所述至少一个安装件配置成允许所述一个或多个轴至少在上下方向上相对于所述壳体移动；和

一个或多个弹簧元件，其配置成在至少所述传感器探测器组件与所述底盘和所述壳体中的一个或多个之间施加力，并且其中所述力向下推动所述轮式探测器穿过所述壳体的所述至少一个开口并与所述表面接触。

23.根据权利要求21所述的磁性机器人履带车，其中所述第一支撑元件和第二支撑元件与所述驱动轮的旋转轴线等距放置，并且以下的一个或多个：与所述车的纵向轴线成一直线定位，和在其相对侧与纵向轴线均匀间隔开。

24.根据权利要求21所述的磁性机器人履带车，其中所述稳定机构包括：

机械地联接所述第一支撑元件和第二支撑元件的一个或多个连杆，其中所述一个或多个连杆配置成相对于所述驱动轮至少在上下方向对称地移动所述第一支撑元件和第二支撑元件；和

一个或多个弹簧元件，其配置成在所述一个或多个连杆中的至少一个与所述底盘、所述驱动轮和另一个连杆中的一个或多个之间施加力，并且其中所述力促使前支撑元件和后支撑元件与所述表面接触，从而将第一底盘部分推到相对于所述表面的正交位置。

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