CN114761312A - 具有可变延伸位置的机器人的牵引模块 - Google Patents

Abstract

本文公开了用于机器人系统(108)的牵引模块(114,240,244,660,662,664)以及使用该牵引模块的机器人系统。该牵引模块包括外部框架(666,668,670,810)和可旋转地安装在外部框架内的旋转框架(820)。驱动系统(802)操作地联接到旋转框架并且被配置成驱动牵引驱动部件(678,680,682)以推进机器人。致动器(822)操作地连接到旋转框架以使旋转框架可控地旋转。在旋转框架的旋转移动的第一部分期间，驱动系统在平坦模式位置与间隙模式位置之间移动，平坦模式位置相对于外部框架，在间隙模式位置中，驱动系统从外部框架向外延伸至大于在第一位置中的程度。在旋转框架的旋转移动的第二部分期间，驱动系统可被定位在期望的取向上以推进机器人。

Description

具有可变延伸位置的机器人的牵引模块

背景技术

本公开涉及用于检查机械的机器人，并且更具体地涉及用于沿机器的一个或多个表面多向行进的机器人。

本公开涉及以下美国专利申请序列号：15/652,680，名称为“IN-SITU GAPINSPECTION ROBOT SYSTEM AND METHOD”(GE 316383-1)；15/652,730，名称为“MODULARCRAWLER ROBOT FOR IN SITU GAP INSPECTION”，提交日期为2017年7月18日(GE 316389-1)；15/652,771，名称为“END REGION INSPECTION MODULE AND METHOD FOR IN SITU GAPINSPECTION ROBOT SYSTEM”，提交日期为2017年7月18日(GE 316390-1)；15/652,859，名称为“OMNIDIRECTIONAL TRACTION MODULE FOR A ROBOT”，提交日期为2017年7月18日(GE318889-1)；15/652,805，名称为“ACTUATED SENSOR MODULE AND METHOD FOR IN SITU GAPINSPECTION ROBOTS”，提交日期为2017年7月18日(GE 318890-1)。这些相关申请中的每一者的全部内容据此以引用方式并入本文。

本公开还涉及同时提交的以下美国专利申请序列号：__/___,___，名称为“SENSORINTERFACE MODULE WITH SCISSOR LIFT FOR PLURALITY OF SENSORS,AND VISUALINSPECTION MODULE WITH DUAL VIEW PATHS FOR ROBOT”，提交日期为2019年___.__(GE501824-1)。

发电机、电动马达或涡轮机的目视检查和/或电气检查应定期执行。例如，可在用于定子楔紧密度、目视表面异常、芯缺陷、低通量等的领域中定期检查和测试发电机。发电机/定子检查和测试程序可能需要完全拆卸定子并从定子中移除发电机转子，之后才可对装置执行任何检查或测试。拆卸和移除转子的成本、此过程所花费的时间以及移除转子的危险可能影响此类检查的频率。

已采用磁极、台车、窥镜和转子转向技术执行发电机的原位检查。这些程序可能无法以完整、及时或安全的方式完成检查任务。

发明内容

本公开的第一方面提供了一种用于机器人的牵引模块，该牵引模块包括：外部框架；旋转框架，该旋转框架可旋转地安装在外部框架内；驱动系统，该驱动系统操作地联接到旋转框架并且被配置成驱动牵引驱动部件以推进机器人；和致动器，该致动器操作地连接到旋转框架以使旋转框架可控地旋转，从而：在旋转框架的旋转移动的第一部分期间，致使驱动系统在第一位置与第二位置之间移动，第一位置相对于外部框架，在第二位置中，驱动系统从外部框架向外延伸至大于在第一位置中的程度；并且在旋转框架的旋转移动的第二部分期间，将驱动系统定位在期望的取向上以推进机器人。

本公开的第二方面提供了一种机器人系统，该机器人系统包括：主体框架；附接到主体框架的至少一个牵引模块，该牵引模块包括：外部框架；旋转框架，该旋转框架可旋转地安装在外部框架内；驱动系统，该驱动系统操作地联接到旋转框架并且被配置成驱动牵引驱动部件以推进机器人；和致动器，该致动器操作地连接到旋转框架以使旋转框架可控地旋转，从而：在旋转框架的旋转移动的第一部分期间，致使驱动系统在第一位置与第二位置之间移动，第一位置相对于外部框架，在第二位置中，驱动系统从外部框架向外延伸至大于在第一位置中的程度；并且在旋转框架的旋转移动的第二部分期间，将驱动系统定位在期望的取向上以推进机器人；以及控制系统，该控制系统控制主体框架、驱动系统和致动器。

本公开的第三方面提供了一种操作机器人的牵引模块的方法，该方法包括：提供牵引模块，该牵引模块包括：外部框架；旋转框架，该旋转框架可旋转地安装在外部框架内；驱动系统，该驱动系统操作地联接到旋转框架并且被配置成驱动牵引驱动部件以推进机器人；以及致动器，该致动器操作地连接到旋转框架以使转旋转框架可控地旋转；以及用致动器使旋转框架旋转，使得：在旋转框架的旋转移动的第一部分期间，驱动系统在第一位置与第二位置之间移动，第一位置相对于外部框架，在第二位置中，驱动系统从外部框架向外延伸至大于在第一位置中的程度；并且在旋转框架的旋转移动的第二部分期间，驱动系统移动至期望的取向以推进机器人。

本公开的例示性方面被布置成解决本文描述的问题和/或未讨论的其他问题。

附图说明

从结合描绘本公开的各种实施方案的附图的对本公开的各个方面的以下详细描述，将更容易理解本公开的这些和其他特征，其中：

图1示出了根据本公开的各种实施方案的用于原位间隙检查的示例性系统的图示。

图2示出了机器人爬行器以间隙插入方式进入机器中的侧剖视图。

图3示出了机器的环形间隙中的展开机器人爬行器的侧视剖视图。

图4示出了根据本公开的各种实施方案的机器的环形间隙中的展开机器人爬行器的透视剖面图。

图5A和图5B示出了机器的环形间隙中的机器人爬行器的示例性检查路径。

图6示出了根据本公开的各种实施方案的机器人爬行器处于其展开状态的透视图。

图7示出了图6的机器人爬行器处于其塌缩状态的顶视图。

图8示出了图6的机器人爬行器处于其塌缩状态的端视图。

图9示出了根据本公开的各种实施方案的多向牵引模块的透视图。

图10示出了根据本公开的各种实施方案的牵引组件的旋转框架的分解透视图。

图11示出了没有旋转框架的图9的牵引模块的外部框架的透视图。

图12示出了根据本公开的各种实施方案的牵引模块的平坦模式的侧视剖视图。

图13示出了根据本公开的各种实施方案的牵引模块的间隙模式的侧视图。

图14示出了根据本公开的各种实施方案的处于平坦模式的牵引模块的旋转框架的放大透视图。

图15示出了根据本公开的各种实施方案的牵引模块的间隙模式的透视图。

图16示出了根据本公开的各种实施方案的牵引模块的旋转框架和外部框架的剖视图。

图17示出了根据本公开的各种实施方案的处于平坦模式的牵引模块的凹槽和固定凸轮的放大透视图。

图18示出了根据本公开的各种实施方案的处于间隙模式的牵引模块的凹槽和固定凸轮的放大透视图。

图19示出了根据本公开的各种实施方案的处于间隙模式的牵引模块的凹槽和固定凸轮的放大透视图，其中驱动系统位于期望的取向上。

图20示出了根据本公开的各种实施方案的牵引模块的平面图，其中叠加了可能旋转框架位置。

应当注意，本公开的附图未必按比例绘制。附图旨在仅描绘本公开的典型方面，并且因此不应当被视为限制本公开的范围。在附图中，类似的编号表示附图之间的类似的元件。

具体实施方式

在以下描述中，参考形成其一部分的附图，并且其中通过图示的方式示出了可以实践本教导内容的具体示例性实施方案。足够详细地描述了这些实施方案以使得本领域技术人员能够实践本教导，并且应当理解，可以利用其他实施方案并且可以在不脱离本教导的范围的情况下进行改变。因此，以下描述仅仅是例示性的。

此外，本文中可能会定期使用若干描述性术语，并且在本节开始时定义这些术语应当证明是有帮助的。除非另有说明，否则这些术语以及其定义如下。通常需要描述相对于中心轴线处于不同周向位置的零件。术语“径向”是指垂直于轴线例如机器轴线的移动或定位。在诸如此类的情况下，如果第一部件比第二部件更靠近轴线驻留，则本文将说明第一部件是第二部件的“径向向内”或“内侧”。另一方面，如果第一部件比第二部件更远离轴线驻留，则本文可以说明第一部件是第二部件的“径向向外”或“外侧”。术语“轴向”是指平行于轴线例如机器转子轴线的移动或定位。最后，术语“周向”是指围绕轴线的移动或定位。应当理解，可相对于各种机器构型例如发电机、电动马达或涡轮机的中心轴线应用此类术语。

此外，在本文中可以有规律地使用若干描述性术语，如下所述。术语“第一”、“第二”和“第三”可以可互换地使用，以将一个部件与另一个部件区分开，并且不旨在表示单独部件的位置或重要性。

本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的并且不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确地说明。将进一步理解，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定存在陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。“任选的”或“任选地”意指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的实例和事件不发生的实例。

在元件或层被称为“开启”、“接合”、“脱离”、“连接到”或“联接到”另一个元件或层的情况下，它可直接位于其上、接合到、连接到或联接到其他元件或层，或者可存在居间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接处于另一个元件或层上”、“直接接合到另一个元件或层”、“直接连接到另一个元件或层”或“直接联接到另一个元件或层”时，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应以类似的方式解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”，“相邻”与“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。

本公开的实施方案提供了一种用于机器人系统的牵引模块和使用该牵引模块的机器人系统。机器人可采取多种形式，诸如机器人爬行器。如果使用的机器人采用能够通过机器诸如发电机中例如芯铁与保持环之间的环形间隙插入的机器人爬行器，则允许对机器零件诸如转子和定子芯进行原位检查。机器人爬行器可在塌缩位置插入到环形间隙中并展开至气隙的宽度。一个或多个牵引模块可驱动机器人爬行器的移动。爬行器可由技术人员远程控制，并且具有摄像机和其他检查工具，以随着机器人爬行器被驱动到所选位置而在环形间隙内执行发电机转子和定子检查。技术人员可使用视频在环形间隙内操纵爬行器，以用于导航和目视检查两种情况。牵引模块可包括外部框架和可旋转地安装在外部框架内的旋转框架。驱动系统操作地联接到旋转框架并且被配置成驱动牵引驱动部件以推进机器人。致动器操作地连接到旋转框架以使旋转框架可控地旋转。在旋转框架的旋转移动的第一部分期间，驱动系统在第一(平坦模式)位置与第二(间隙模式)位置之间移动，第一位置相对于外部框架，在第二位置中，驱动系统从外部框架向外延伸至大于在第一位置中的程度。在旋转框架的旋转移动的第二部分期间，驱动系统可被定位在期望的取向上以推进机器人。旋转框架和外部框架可包括引起两个位置之间的移动的相互作用构件。具有旋转框架的牵引模块将转向和驱动系统的提升或延伸与单一简单的解决方案相结合。该牵引模块减少了零件数量、复杂性和成本，同时延长了系统寿命。不太复杂的机构为其他零件诸如较大的牵引驱动部件提供额外的空间，以改善在不平坦表面上的牵引和障碍物处理。

参见图1，示出了用于原位间隙检查的示例性机器人系统100。机器人系统100可包括机器人108诸如机器人爬行器110、栓系卷轴130和控制系统150。虽然本文将描述特定类型的机器人，但本公开的教导内容适用于针对探针或传感器递送以收集检查数据的任何各种机器人。其他类型的机器人操纵器只要其适形于几何形状并对于所需应用具有足够的牵引/功率即能够起作用。机器人爬行器110可被配置成通过入口间隙插入机器中的环形间隙中以执行机器的自主或半自主检查。例如，机器人爬行器110可以是可在塌缩状态或展开状态下操作的可塌缩机器人，并且可在其塌缩状态下通过狭窄的入口间隙插入并展开至较宽的间隙宽度，使得其接合环形间隙的相对表面。机器人爬行器110在图1中以其展开状态示出。一旦在环形间隙中，机器人爬行器110即可导航环形间隙并使用一个或多个传感器模块在其移动期间或在环形间隙中的各种期望爬行器位置处执行各种检查测试。机器人爬行器110可被配置用于多向移动，包括轴向方向上的前向和反向移动以及周向方向上的双向侧向移动。在一些实施方案中，机器人爬行器110可被配置用于全向移动，除了轴向方向和周向方向之外，全向移动还包括在轴向方向与周向方向之间的任何取向上的双向移动。例如，机器人爬行器110可被配置成在360度弧中的任何方向上移动，并且自由地改变其行进方向至360度弧中的任何取向，包括轴向方向与周向方向之间的以及与轴向方向和周向方向成角度的多个方向。在一些实施方案中，机器人爬行器110可包括连接到机器人爬行器110并在操作期间从机器延伸出的栓系件132。例如，栓系件132可以是连接到机器人爬行器110的线缆，使得在机器人爬行器110无法在其自身的功率下导航出环形间隙的情况下能够取回机器人爬行器110。在一些实施方案中，栓系件132可为有线通信通道和/或远程功率源和/或气动或液压管线提供来自机器人爬行器110的物理连接，以支持测试系统或机器人操作。栓系卷轴130可为自动化的以在机器人爬行器110在环形间隙内的操作期间调整栓系件132上的张力和/或松弛，从而使得机器人爬行器110能够导航各种导航路径并执行检查例程而无需用户手动管理栓系件的位置。控制系统150可与机器人爬行器110通信，以向机器人爬行器110提供控制信号并接收来自机器人爬行器110的传感器、导航和/或其他操作数据。在一些实施方案中，控制系统150可直接或通过栓系卷轴130电连接到栓系件132，并且电连接可包括功率通道和通信通道中的一者或两者。控制系统150可为用户提供用户界面以在机器的环形间隙内进行检查部署期间监视、评估、补充和/或控制机器人爬行器110。

在一些实施方案中，机器人爬行器110是由可移除和/或可互换模块形成的模块化机器人，它的一个或多个模块可针对不同检查任务进行重新配置并实现各个模块的高效维护、更换和/或升级。机器人爬行器110可包括用于导航发电机、电动马达或涡轮机中的环形间隙的主体框架，诸如可展开主体112。可展开主体112可相对于彼此接收、定位和连接各种模块。在一些实施方案中，可展开主体112容纳多个牵引模块114、116、118。例如，机器人爬行器110可包括三个牵引模块114、116、118，即向前牵引模块114、中间牵引模块116和向后牵引模块118，其中向前牵引模块114和向后牵引模块118被配置成接合环形间隙中的第一表面，并且中间牵引模块116被配置成接合环形间隙中的相对第二表面。牵引模块114、116、118可以是多向牵引模块，其能够在多个方向上移动机器人爬行器110，包括但不限于环形间隙内的轴向移动和周向移动。机器人爬行器110还可包括多个传感器模块120、122，诸如用于导航和/或目视检查的视觉传感器。例如，传感器模块120、122可经由主体框架上的传感器接口附接到中间牵引模块116的向前侧和向后侧，并且可提供面向前和面向后的导航相机两者，以及用于检查环形间隙的相邻表面的一个或多个面向上的相机。另选地，传感器模块120、122可联接到向前牵引模块114和/或向后牵引模块118。机器人爬行器110还可包括一个或多个栓系连接件124、126，用于可拆卸地接收栓系件132，通常具有兼容的端部连接件134和紧固件136、138。

在一些实施方案中，栓系卷轴130是自动栓系卷轴，其可接收、释放和卷绕栓系件132，以在机器人爬行器110的操作期间根据需要调整张力。例如，栓系卷轴130可包括伺服马达142和张力管理逻辑144。例如，在扭矩/电流控制模式下操作的伺服马达142可随着栓系件132进入栓系卷轴130而检测栓系件上的张力变化，并且张力管理逻辑144可提供用于使用伺服马达142维持可接受的张力范围以在闭环控制下卷入或卷出栓系件132的算法。在一些实施方案中，栓系件132可具有到栓系卷轴130的固定连接146，并且单独的线材148可连接到控制系统150。例如，线材148可提供通信通道和/或功率通道，而不提供拴系机器人爬行器110所需的机械特性。在一些实施方案中，栓系卷轴130可提供用于从控制系统150接收针对栓系卷轴130的控制信号的接口。例如，控制系统150可能够调整张力控制或马达参数和/或手动超控栓系卷轴130的操作。在一些实施方案中，机器人爬行器110可在没有栓系件的情况下操作、承载其自身的功率(例如，电池)和/或使用与控制系统150的无线通信。

在一些实施方案中，控制系统150可包括计算系统152。计算系统152可提供多个编程控制和用户界面以用于操作机器人爬行器110。在一些实施方案中，计算系统152是通用计算装置，诸如个人计算机、工作站、移动装置或工业控制系统中的嵌入式系统(使用通用计算部件和操作系统)。在一些实施方案中，计算系统152可以是针对用于控制机器人系统100的操作的任务的专用数据处理系统。计算系统152可包括通过总线互连的至少一个存储器154、处理器156和输入/输出(I/O)接口158。此外，计算系统152可包括与外部I/O装置/资源和/或存储系统(包括所连接的系统，诸如机器人爬行器110、栓系卷轴130和网络资源)的通信。一般来讲，处理器156执行存储在存储器154和/或存储系统中的计算机程序代码，诸如检查控制模块160。在执行计算机程序代码时，处理器156可向或从存储器154、存储系统和/或I/O装置(通过I/O接口158)读取和/或写入数据。总线在计算系统152内的部件中的每个部件之间提供通信链路。I/O装置可包括使用户能够与计算系统152交互的任何装置(例如，键盘、指向装置、显示器等)。计算系统152仅表示硬件和软件的各种可能组合。例如，处理器可包括单个处理单元或分布在一个或多个位置上(例如，客户端和服务器上)的一个或多个处理单元中。类似地，存储器和/或存储系统可驻留在一个或多个物理位置处。存储器和/或存储系统可包括各种类型的非暂态计算机可读存储介质(包括磁性介质、光学介质、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)等)的任何组合。在一些实施方案中，计算系统152是经由有线(串行、USB、以太网等)或无线(802.11、蓝牙等)连接和用于机器人系统100的运行应用软件与机器人爬行器110通信的膝上型计算机。在一些实施方案中，在有或没有与一个或多个用户界面和/或远程数据存储装置的无线通信的情况下，计算系统152的一些或全部功能可使用集成计算系统诸如板载控制模块板载于机器人爬行器110上。

在一些实施方案中，计算系统152可包括一个或多个应用程序、数据源和/或用于控制机器人爬行器110的功能模块。例如，计算系统152可包括检查控制模块160，该检查控制模块与数据源162、164、166、168结合操作以提供控制信号到机器人爬行器110以及从机器人爬行器接收数据。检查控制模块160可提供可视显示模块170。例如，由机器人爬行器110上的相机收集的可视数据可由可视显示模块170(诸如用于一个或多个视频馈送的图形用户界面)显示。在一些实施方案中，来自机器人爬行器110的可视数据可存储在可视数据源164中，以供可视显示模块170使用和/或选择性、临时和/或归档存储可视数据以供今后使用，包括由其他用户或系统使用。数据显示模块172可提供其他测试数据(包括经处理的可视数据和所得的计算或分析)的显示，包括可视显示。例如，数据显示模块172可包括用于得自使用来自机器人爬行器110的传感器和导航数据的一个或多个测试协议的测试结果的图形用户界面。在一些实施方案中，来自机器人爬行器110的测试数据可存储在测试数据源166中，以供数据显示模块172使用和/或选择性、临时和/或归档存储测试数据以供今后使用，包括由其他用户或系统使用。数据显示模块172可包括随着测试数据被机器人爬行器110收集而实时显示测试数据和/或一个或多个用于查看、聚合、分析、可视化、选择和/或报告得自测试数据源166的测试数据的功能。自主导航模块174可提供用于在机器的环形间隙内导航机器人爬行器110的协议或命令系列。在一些实施方案中，自主导航模块174使用户能够从存储在检查路径数据源162中的多个检查路径选择一个检查路径。例如，检查路径可被定义为物理路径，机器人爬行器110应在环形间隙内跟随该物理路径，以在环形间隙内的一个或多个位置中完成一个或多个检查任务。检查路径可基于限定轴向距离和周向距离的一个或多个机器的物理示意图或参数。检查路径还可包括与用于导航的感兴趣特定特征部(例如，要避开的表面特征部)或用于测试的感兴趣特定特征部(例如，用于执行特定测试的位置或对应爬行器定位)相关的参数和位置。在一些实施方案中，可根据爬行器命令的序列来存储和限定检查路径。一旦启动自主操作，自主导航模块174即可通过机器人爬行器110在没有用户干预的情况下接收和执行爬行器命令的序列来实现自主导航。在一些实施方案中，自主导航模块174可具有在启动时不需要用户干预的完全自主检查例程，或可包括由用户可能基于导航、可视或测试数据反馈以期望的序列启动的多个检查子例程，诸如特定移动模式、位置变化或测试协议。手动导航模块176可为用户提供引导或以其他方式控制机器人爬行器110的能力。在一些实施方案中，可提供手动导航模块176，以建立用于启动自动化控制的初始位置和/或允许用户响应于问题、例外或特定测试协议(诸如要求进一步数据收集的初始测试结果)来超控自动化控制。在一些实施方案中，控制系统150可包括用于手动控制机器人爬行器110的一个或多个用户I/O接口，诸如操纵杆和用于导航、部署传感器以及执行各种测试协议的其他触觉控件。检查模块178可使用一个或多个传感器模块来提供各种检查协议的多个例程。在一些实施方案中，一个或多个传感器协议存储在传感器协议数据源168中，以供检查模块178使用。例如，目视检查协议可包括沿限定导航路径激活和捕获来自机器人爬行器110上的一个或多个传感器模块120、122的可视数据，以能够利用机器将所捕获的可视数据映射到位置信息。在一些实施方案中，具有变化的面向方式的多个相机和/或可定位的相机可存在于一个或多个传感器模块120、122中，并且目视检查模块可包括机器人爬行器110及其各种相机的选择性激活和定位。由检查模块178执行的检查协议可包括导航元素(导航路径、自主定位和/或手动定位)和传感器协议(位置要求、部署、激活、定时/采样、参数等)的组合。在一些实施方案中，检查模块178可限定可视数据源164和测试数据源166中的可视数据和测试数据的存储和/或由可视显示模块170进行的可视数据显示和由数据显示模块172进行的测试数据显示。爬行器配置模块180可针对机器人爬行器110的任何给定配置提供关于模块配置以及相关能力和协议的数据。在一些实施方案中，爬行器配置模块180可将爬行器配置映射到机器规格和传感器协议，以帮助用户将检查协议与给定测试部署可用的资源匹配。例如，传感器模块的给定配置可限定机器人爬行器110的测试能力并建议特定检查协议以利用那些传感器模块。在一些实施方案中，爬行器配置模块180可包括传感器模块和相关能力的库并支持机器人爬行器110的用户重新配置以用于期望的检查协议。爬行器配置模块180还可限定可用于控制机器人爬行器110的爬行器命令184的集。爬行器协调模块182可使得检查控制模块160能够同时控制多于一个机器人爬行器110。在一些实施方案中，爬行器协调模块182可与多个机器人爬行器保持用于控制信号和数据信号的多个通信通道。例如，爬行器协调模块182可管理可视显示模块170、数据显示模块172、自主导航模块174、手动导航模块176、检查模块178和爬行器配置模块180的多个实例，用于多个机器人爬行器的并行管理。在一些实施方案中，爬行器协调模块182可包括干扰保护，用于跟踪当前爬行器位置、导航路径以及各种移动和传感器协议的定时，以防止环形间隙内的碰撞或其他干扰。

在一些实施方案中，可视显示模块170、数据显示模块172、自主导航模块174、手动导航模块176和检查模块178可被配置成向机器人爬行器110发出一个或多个爬行器命令184，以完成其功能的一些方面。爬行器命令184可随后被翻译成从控制系统150到机器人爬行器110的消息或控制信号。在一些实施方案中，爬行器配置模块180可基于机器人爬行器110的配置来限定可用于其他模块的爬行器命令集。提供了爬行器命令184的示例性集，但将理解可用于控制机器人爬行器110和可能的牵引模块、传感器模块和主体框架机构的各种配置的可能的爬行器命令既不是排他性的也不是穷举性的。机器人爬行器110可接收展开/收缩命令186，以在塌缩状态和一个或多个展开状态之间展开或收缩可展开主体112，诸如针对驱动主体位置的一个或多个马达的控制信号。在一些实施方案中，当牵引模块处于平面位置(对于塌缩状态)或已收缩环形间隙中的相对表面(对于展开状态)时，展开或收缩可基于来自机器人爬行器110内的传感器的反馈。在其他实施方案中，展开或收缩可基于时间(例如，激活马达持续x秒的展开或收缩)或距离(例如，将爬行器宽度设置成y厘米)。机器人爬行器110可接收移动命令188以驱动其牵引模块向前或向后(在多向牵引模块的情况下基于牵引模块的当前对准)。机器人爬行器110可接收改变方向命令190以重新取向其牵引模块和行进方向。例如，改变方向命令190可允许多向牵引模块旋转90度并且从轴向取向和行进方向变为周向取向和行进方向。在一些实施方案中，改变方向命令190可包括大于或小于90度的取向变化并且包括用于确认牵引模块的取向以及将取向传送回控制系统150的反馈信号。机器人爬行器110可接收牵引模式命令192以针对不同牵引模式驱动牵引模块配置的变化。例如，牵引模块可包括用于机器人插入和/或薄型和平滑表面行进的平坦模式和用于提供机器人爬行器110的主体与其沿着和/或穿过障碍物或不平坦表面移动的表面之间的间隙的间隙模式。牵引模式命令192可包括控制信号，以将一个或多个牵引模块114、116、118从平坦模式变为间隙模式或从间隙模式变为平坦模式。机器人爬行器110可接收用于包括部署和/或定位特征部的传感器模块的定位传感器命令194。例如，一些传感器模块可包括用于在数据收集之前、期间或之后延伸、升高、降低、旋转或以其他方式定位传感器模块的一个或多个元件的机电特征部。定位传感器命令194可包括控制信号以激活马达，用于延伸或以其他方式重新定位机器人爬行器110中的传感器以将其定位成用于数据收集，或用于移动传感器(诸如通过旋转)，与数据收集期间的变化的爬行器位置无关。机器人爬行器110可接收采集数据命令196，用于使用该传感器模块中存在的任何模态来发起通过传感器模块进行的数据收集。采集数据命令196可提供针对连续数据采集模式的开始或停止信号，诸如来自视觉传感器的相机的视频馈送，或提供针对更离散的传感器测试的特定测试序列，诸如机械楔紧密度测试。应当理解，一些机器人爬行器和控制系统可能够并行地传送和管理多个命令，作为重叠序列，或作为串行命令系列。爬行器协调模块182可使控制系统150能够并行地发出命令至多个机器人爬行器以及从多个机器人爬行器采集数据。

参见图2，原位间隙检查系统200被示出为具有机器人爬行器210，诸如图1中的机器人爬行器110，其插入机器中。机器可以是包括能够通过入口间隙222进入的环形间隙220的任何机器，并且更具体地是发电机、电动马达或涡轮机的各种机器配置。例如，发电机可允许通过芯铁与保持环之间的环形间隙插入，这允许原位检查转子和定子芯。环形间隙220可限定在圆柱形中央构件226与具有大致互补的曲率的周围圆柱形构件224之间。在一些实施方案中，环形间隙220可以是通常限定在定子的内径与转子的外径之间的气隙。环形间隙220具有从圆柱形中央构件226的第一端部到第二端部的轴向长度和在圆柱形中央构件226的圆周的方向上测量的周长。环形间隙220具有从圆柱形中央构件226的外表面236到周围圆柱形构件224的最接近相对表面(内表面234)测量的环形间隙宽度228。环形间隙宽度228可周向地和/或轴向地变化。在一些实施方案中，入口间隙222可以是圆柱形中央构件226的端部处的气隙并且具有与环形间隙宽度228相同的入口宽度。在其他实施方案中，入口间隙222可包括另外的特征部，诸如保持构件230，其进一步约束入口间隙222并限定小于环形间隙宽度228的入口间隙宽度232。在一些实施方案中，另外的特征部或障碍物可减小环形间隙宽度228，诸如用于引导冷却空气流的入口导流板。

在图2中，机器人爬行器210处于塌缩状态，其中其牵引模块在单个平面中对准。机器人爬行器210被示出为在插入之前位于入口间隙222外部并且在插入之后位于环形间隙220内部。机器人爬行器210可限定塌缩爬行器宽度212。塌缩爬行器宽度212可小于入口间隙宽度232和环形间隙宽度228两者。处于其塌缩状态时，机器人爬行器210仅接合圆柱形中央构件226在环形间隙220内部的外表面236。

图3至图4示出了在环形间隙220内处于展开状态的机器人爬行器210的两个视图。当机器人爬行器210处于其展开状态时，其可接合相对的表面234、236。处于展开状态时，机器人爬行器210可限定展开爬行器宽度214。展开爬行器宽度214可大于塌缩爬行器宽度212和入口间隙宽度232并且等于环形间隙宽度228，使得可保持与相对的表面234、236的表面接触。在一些实施方案中，机器人爬行器210包括安装在可展开主体246中的多个牵引模块240、242、244。牵引模块240、244可仅接合圆柱形中央构件226的外表面236，并且牵引模块242可仅接合周围圆柱形中央构件226的内表面234。在一些实施方案中，牵引模块240、242、244的配置可反转，并且牵引模块240、244可仅接合周围圆柱形中央构件226的内表面234，并且牵引模块242可仅接合圆柱形中央构件226的外表面236。牵引模块240、242、244可包括一个或多个牵引驱动部件，诸如辊，如轮或球(参见例如图1、图4、图6、图7)；或皮带或轨道(参见例如图9)，以基于与相对的表面234、236的移动表面接触使机器人爬行器210移动通过环形间隙220。牵引模块240、242、244可以期望的导航路径使机器人爬行器210移动通过环形间隙220。

参见图5A和图5B，机器人爬行器510的另一个实施方案示出在环形间隙520中，其中线530、532示出了用于检查环形间隙520的示例性导航路径。机器人爬行器510在起始爬行器位置以展开状态示出，起始爬行器位置恰好在与机器502的入口端部部分524相邻的入口间隙522内。沿循线530，机器人爬行器510沿环形间隙520的间隙长度526从入口端部部分524在向前轴向方向上移动到闭合端部部分528。在一些实施方案中，机器人爬行器510可到达表示环形间隙520的可导航间隙长度526的端部的台阶或其他障碍物。例如，闭合端部部分528可包括由保持环或其他特征部形成的台阶，并且可包括进入机器的闭合端部区域的另一个气隙。机器人爬行器510可包括能够将其行进方向从轴向方向变为周向方向的多向牵引模块。线530示出了沿环形间隙520的圆周的多个周向台阶。周向台阶的长度可取决于与传感器量程/面积(或视觉传感器的视野)、测试位置、期望的测试覆盖范围或采样和/或要包括在导航路径中的特定机器特征部相关的各种因素，以使用机器人爬行器510上的传感器模块支持期望的测试协议。在实现新的周向位置之后，线530示出了沿间隙长度526在反向轴向方向上的返回路径。机器人爬行器510可将其移动方向重新取向回轴向取向并沿环形间隙520的长度在相反方向上移动。在一些实施方案中，机器人爬行器510可到达与入口间隙522相关联并且表示环形间隙520的可导航间隙长度526的端部的台阶或其他障碍物。机器人爬行器510可再次重新取向其用于周向移动的行进方向并形成另一个周向台阶。机器人爬行器510可在沿圆周的各个周向位置处继续逐步穿过这些轴向通路，用于用所选传感器模块和检查协议检查环形间隙520的区域。在一些实施方案中，机器人爬行器510可遍历周向位置中的间隙长度，从而为围绕环形间隙520的整个圆周进行目视检查提供重叠覆盖，以提供对环形间隙520的表面的完整目视检查。沿循线532示出了另选的检查路径并且被提供以证明能够通过多向和全向移动来得到多个检查路径。线532沿检查路径采用机器人爬行器510，该检查路径包括轴向行进、周向行进，并且沿轴向方向与周向方向之间的中间取向行进。更复杂和较少重复的检查路径可用于检查特定区域或特征部，以及用于在已知障碍物周围导航。

参见图6至图8，机器人爬行器600的另外实施方案以若干视图示出，并且包括图6中的展开状态和图7至图8中的塌缩状态。在一些实施方案中，机器人爬行器600是具有可展开主体610的模块化机器人，可展开主体包括用于容纳可移除模块的多个框架612、614、616。可移除模块可包括提供一个或多个牵引驱动部件678、680、682的牵引模块660、662、664，牵引驱动部件诸如但不限于：辊，诸如轮或球；或轨道或皮带；或用于沿间隙内的表面移动机器人爬行器600的另一种形式的运动。机器人爬行器600还可容纳多个传感器模块，诸如导航传感器、目视检查传感器、结构测试传感器或电气测试传感器，这些传感器模块使用在机器人爬行器600与传感器模块之间提供机械和/或电/通信/控制的传感器接口。例如，一个或多个框架可包括传感器接口和/或牵引模块或可包括用于利用单个框架约束多个模块的传感器接口的其他传感器模块。可在机器人爬行器600上的若干位置处提供多个传感器接口，以为各种传感器提供不同的操作位置。例如，每个框架612、614、618或牵引模块660、662、664可包括一个或多个传感器接口和相关传感器位置。在一些实施方案中，可能存在传感器接口的多个配置。例如，用于附接到框架614、616、618或牵引模块660、662、664的传感器接口可不同于串行传感器接口之间的传感器接口。也可针对其他功能提供其他模块，诸如栓系连接件模块602。

在一些实施方案中，可展开主体610包括大致矩形的基部框架，并且在矩形的长边上包括连接到前框架612和后框架616的侧向构件618、620，后框架提供矩形的短边。侧向构件618、620可包括靠近其相应远侧端部的框架附接件622、624、626、628。框架附接件622、624可连接到前框架612，并且框架附接件626、628可连接到后框架616。在一些实施方案中，中间框架614可被配置成从前框架612和后框架616的平面移位，以展开处于其展开状态的可展开主体610的宽度。至少一个连杆构件可抵靠环形间隙中的表面定位牵引模块。中间框架614可附接到连接到矩形基部框架的延伸连杆构件630、632。例如，延伸连杆构件630、632可包括具有前框架612和后框架616或另选地具有靠近其远侧端部的侧向构件618、620的枢转附接件634、636、638、640。延伸连杆构件630、632可以是具有第一连杆642、644和第二连杆646、648的关节运动连杆构件，其具有附接到中间框架614的枢转附接件650、652。枢转附接件650、652可充当延伸连杆构件630、632中的关节运动接头并且使中间框架614垂直于矩形基部框架的平面移动。可展开主体610可包括用于移动中间框架614的马达或其他致动器。例如，侧向构件618、620可包括线性致动器654、656，用于相对于后框架616移动前框架612，改变侧向构件618、620的长度以及前框架612与后框架616之间的距离。当侧向构件618、620处于其完全延伸位置时，前框架612、中间框架614和后框架616可位于同一平面中，并且可展开主体610处于其最窄或塌缩状态。随着侧向构件618、620被线性致动器654、656缩短并且后框架616朝向前框架612移动，延伸连杆构件630、632在枢转附接件650、652处进行关节运动，并且第一连杆642、644、第二连杆646、648和侧向构件618、620形成等腰三角形，其中中间框架614在垂直于前框架612与后框架616之间的移动方向的方向上移动。可展开主体的其他构型是可能的，诸如安装在杠杆臂、剪刀架、伸缩构件或其他位移机构上的一个或多个框架。在一些实施方案中，可展开主体610可在前框架612和后框架616与中间框架614之间结合减震器，以在导航不平坦的间隙空间时进行辅助。例如，延伸连杆构件630、632可结合具有内部弹簧的伸缩连杆，以对相对间隙表面上的牵引进行辅助并对一些障碍物和/或间隙间隔的变化进行补偿。在一些实施方案中，侧向构件618、620可包括紧急释放件627、629以在功率损失或阻碍线性致动器654、656的控制的其他故障的情况下手动脱离侧向构件618、620。例如，框架附接件626、628可结合将侧向构件618、620附接到框架附接件626、628的机械紧固件，并且这些机械紧固件可通过使用户能够释放机械紧固件并由此使侧向构件618、620脱离以致使可展开主体610塌缩到其塌缩状态来充当紧急释放件627、629。在一些实施方案中，紧急释放件627、629可以是穿过框架附接件626、628并进入可被移除以塌缩可展开主体610的侧向构件618、620的螺钉、螺栓或销。在一些实施方案中，可展开主体610具有的侧向形状为基于框架612、614、616和侧向构件618、620的构型的弧形，在图8中最清楚地示出。可展开主体610的弧可被配置成补充机器人爬行器600旨在在其中进行操作的环形间隙的曲率。例如，弧或曲率可类似于限定环形间隙的中央圆柱形构件的外表面或周围圆柱形构件的内表面的弧。

在一些实施方案中，框架612、614、616中的每一者被配置成接收、定位和保持牵引模块660、662、664。例如，牵引模块660、662、664可各自为多向牵引模块，具有固定外部框架666、668、670以可移除地附接到框架612、614、616。牵引模块660、662、664可包括使机器人爬行器600能够改变牵引驱动部件678、680、682的取向和移动方向的旋转内部框架672、674、676。牵引模块660、662、664中的每一者还可包括可用于直接或串联地附接传感器模块或其他功能模块的一个或多个接口684、686、688、690。例如，牵引模块660可包括接口684并且被示出为具有视觉传感器模块692。牵引模块662可包括接口686、688和视觉传感器模块694、696。牵引模块664可包括接口690、视觉传感器模块698和栓系连接件模块602。

图9至图15示出了根据各种实施方案的示例性多向或全向牵引模块800的各种视图。多向一般来讲是指在多于一个方向上行进的能力。然而，如本文所用，它是指多于两个方向(例如，对于固定驱动系统多于仅正向和反向)以具有改变角取向的能力。例如，多向机器人可在轴向和周向两个取向上移动并且在两个取向上正向和反向移动，从而在至少四个方向上提供移动。除了正向和反向之外，还能够进行90度取向变化的驱动系统可以是有效的多向驱动系统。多向也可包括多于两个可操作取向，诸如相对于轴向取向和周向取向具有90度之间的变化的位置。全向是指在合理控制参数内在360度弧周围选择任何取向的能力。全向牵引模块可以是多向牵引模块的子集。用于取向变化的180度旋转弧与可逆驱动系统(正向/反向)的组合可提供有效的全向导航。在一些实施方案中，牵引模块可以是连续全向的，这意味着没有限制其可在一个方向或另一个方向上围绕其360度弧旋转的次数。通常，连续全向驱动系统可能不受可能限制旋转的固定连接诸如线材的限制。在其他实施方案中，牵引模块可以仅是部分全向的，这意味着存在对其可在一个方向或另一个方向上旋转360度弧的距离的限制。

牵引模块800可被配置用于机器人爬行器，诸如机器人爬行器110、210、510、600。牵引模块800还可被配置用于其他模块化机器人。牵引模块800能够改变机器人爬行器的行进方向和取向，而不改变机器人爬行器本身的取向。在一些实施方案中，多个牵引模块诸如牵引模块800可附接到同一机器人，但独立地控制，使各自能够独立地改变取向，从而进一步增加其附接到的机器人的可操纵性。

图9示出了根据本公开的各种实施方案的牵引模块800的透视图。牵引模块800可包括具有一个或多个附接特征部812、814的外部框架810，这些附接特征部被构造用于附接到机器人爬行器，诸如插入框架612、614、616(图6至图7)。在一些实施方案中，牵引模块800还可包括针对从控制系统150(图1)到牵引模块800的功率和/或控制信号的电互连件816。

牵引模块800还可包括旋转框架820，该旋转框架可旋转地安装在外部框架810内并且能够相对于外部框架810旋转移动。外部框架810相对于框架612、614、616固定在适当位置(图6至图7)。旋转框架820安置在固定外部框架810内。外部框架810包括从外部框架810的内周边819径向向内延伸的多个固定凸轮818。凸轮818可包括任何形式的承载表面或旋转承载表面。

图10示出了旋转框架820的分解透视图，并且图11示出了旋转框架820被移除的外部框架810的透视图。旋转框架820被配置成旋转以允许驱动系统802以期望的取向定位以推进机器人，但还包括斜坡856，该斜坡被配置成移动驱动系统802以从外部框架810延伸更远，从而在机器人的旋转移动的部分期间在驱动系统推进机器人时与表面接触。更具体地，在旋转框架820的旋转移动的第一部分期间，旋转框架820致使驱动系统802在第一位置与第二位置之间移动，第一位置相对于外部框架810，在第二位置中，驱动系统810从外部框架向外延伸至大于在第一位置中的程度。在旋转框架820的旋转移动的第二部分期间，旋转框架820将驱动系统802定位在期望的取向上以推进机器人。参见图12至图15的侧视图，根据本公开的实施方案，致动器822可使旋转框架820旋转以在第一(平坦模式)位置(图12和图14)与第二(障碍物或间隙模式)位置(图13和图15)之间移动驱动系统802，第一位置相对于提供较薄轮廓的外部框架810，在第二位置中，驱动系统802从外部框架810向外延伸至大于在第一位置中的程度(图12和图14)。以此方式，可更小心地控制机器人爬行器110与其行进的表面之间的间隙。

图12示出了处于从外部框架810延伸最小距离P1的第一位置的驱动系统802，例如，具有其牵引驱动部件678、680、682，并且图13示出了处于从外部框架810延伸更大距离或范围P2(即P2>P1)的第二位置的驱动系统802。在平坦模式下，驱动系统802相对于圆柱形中央构件226的轴线不从外部框架810径向延伸太远(图2)。在间隙模式下，取决于外部框架810的位置，相比于平坦模式，驱动系统802可径向地更向内延伸(当其位于圆柱形中央构件上时)或径向地更向外延伸(当其位于周围圆柱形构件224上(图2)时)。在平坦模式下，牵引驱动部件(诸如辊832、834或辊齿轮833、835(视情况而定))的每个旋转轴线804可在共用的单个平面中与外部框架810的纵向轴向平面AF对准。在间隙模式下，牵引驱动部件(辊832、834或辊齿轮833、834)的每个旋转轴线804在纵向轴向平面AF的共用的单个平面之外并且限定操作的不同平面DP。平面DP与平面AF不同。如将进一步描述的，牵引驱动部件678、680、682可处于用于移动机器人爬行器110的任何期望的取向。

如图10所示，旋转框架820可包括外部圆形构件840，该外部圆形构件被定位成用于外部框架810和操作地联接到驱动系统802的内部构件842中的旋转移动。驱动系统802被定位成用于旋转框架820。例如，牵引驱动部件678、680、682的一部分从内部构件842延伸，以便与周围圆柱形构件224(图2)的内表面234(图2)或圆柱形中央构件226(图3)的外表面236(图3)接触。

随着内部构件842使驱动系统802在第一位置与第二位置之间移动，内部构件842相对于外部圆形构件840以非旋转伸缩方式移动。此外，内部构件842和外部圆形构件840不相对于彼此旋转。在一些实施方案中，牵引模块800可包括引导系统844，该引导系统包括位于外部圆形构件840上的第一元件846和位于内部构件842上的配合第二元件848。第一元件846和第二元件848被配置成在内部构件从第一位置移动到第二位置时维持内部构件842相对于外部圆形构件840的非旋转伸缩移动。在一个示例中，第一元件846包括位于外部圆形构件840的内周边上的狭槽，并且第二元件848包括位于内部构件842的外周边上并且被配置成在相应狭槽中滑动地移动的配合引导元件。以此方式，第一元件846和第二元件848滑动地接合以防止外部圆形构件840和内部构件842的旋转，并且随着内部构件842在第一位置与第二位置之间移动而指引或引导其非旋转伸缩移动。可围绕外部圆形构件840和内部构件842提供任何数量的引导系统844。虽然已经示出狭槽和延伸部(母-公)布置，但各种另选实施方案可能适用并且被视为在本公开的范围内。如果需要，狭槽和延伸部的位置也可切换。

如图16的剖视图所示，牵引模块800可包括偏置构件828以迫使内部构件842朝向第二位置。偏置构件828可包括现在已知或今后开发的偏置系统，例如压缩弹簧、液压或气动撞锤、弹簧夹等。可采用任何数量的偏置构件828。偏置构件828可定位在期望的任何位置。在图16中，偏置构件828是定位在刷板829与内部构件842的底表面之间的压缩弹簧，刷板与外部圆形构件840一起旋转，内部构件的底表面在偏置构件828的偏置下相对于外部圆形构件840旋转和平移移动。图16还示出了旋转框架820的抵靠外部框架810的滑环板833(也参见图11)承载的轴承831。滑环板833和刷板829可包括任何现在已知或今后开发的系统，用于维持旋转零件之间的电通信，旋转零件诸如但不限于接触轨道837的弹簧加载销835。销和轨道分别电联接到外部框架810(和机器人爬行器110的其余部分)和驱动系统802，并且尽管零件相对旋转，但仍得到恒定的电连接。

如例如图10、图14和图15所示，内部构件842可包括暴露在内部构件842的周向面852上的多个凹槽850。每个凹槽850部分地围绕内部构件842的周向面852延伸。例如，每个凹槽850可在约120度总弧度上延伸。每个凹槽850包括第一区段854，该第一区段具有斜坡856，该斜坡被配置成在旋转框架820的旋转移动的第一部分期间与外部框架810的相应固定凸轮818(图11、图14和图15)相互作用，以在第一位置(图12和图14)与第二位置(图13和图15)之间移动驱动系统802。每个斜坡856可相对于外部框架810以一定角度和长度延伸，以从外部框架810形成驱动系统802的期望延伸部。角度和长度可例如特定于用户和/或应用。每个凹槽850还可包括第二区段858，该第二区段与第一区段854接续并且被配置成在旋转框架820的旋转移动的第二部分期间与相应固定凸轮818(图11、图14和图15)相互作用，以将驱动系统802旋转到期望的取向以推进机器人。第二区段858是基本上平面的，从而允许旋转框架820和由此驱动系统802的旋转，同时保持由斜坡856定位设定的驱动系统802从外部框架810延伸的程度。第一区段854可包括例如相应凹槽850的120度总弧度的20度至25度，并且第二区段858可包括凹槽的剩余部分。在一些实施方案中，使用三个凹槽和固定凸轮组合。在这种情况下，每个凹槽850延伸约120度总弧度，这提供具有用于牵引驱动部件678、680、682的多向控制的驱动系统802的足够旋转，以允许在任何方向上推进。可采用较少数量的凹槽850和固定凸轮818组合，但应理解，可能由于驱动系统802的受限旋转移动而需要接受机器人的可用推进方向的一些限制。凹槽850中的斜坡856共同形成围绕旋转框架820的螺旋区段。

牵引模块800还可包括操作地连接到旋转框架820以使旋转框架可控地旋转的致动器822。致动器822可连接到牵引模块800的旋转框架820和/或外部框架810。致动器822包括用于向外部圆形构件840施加旋转力以引起旋转框架的旋转移动的马达。如将进一步描述的，旋转框架820可旋转一定量以在平坦模式和间隙模式之间变化，可旋转另一量(例如90度)以改变行进取向和方向，并且可旋转其他量以在期望的行进方向上转向。在一些实施方案中，取决于第二区段858的弓形长度，旋转框架820可沿至少90度弧和/或至多120度弧遍历或停止在各种位置或取向上。致动器822可采用任何各种形式来驱动旋转框架820的旋转移动。在一些实施方案中，致动器822可包括导螺杆860(图11)(联接到马达)，该导螺杆接合外部圆形构件840的外周边864(图10)(直径)上的配合齿轮边缘862(图10)，使得蜗轮的轴的旋转转换为旋转框架820的取向上的限定角度变化。在另一示例(未示出)中，驱动轮(联接到马达)可接合旋转框架820的一部分的外周边864的平滑边缘，使得驱动轮的轴的旋转转换为旋转框架820的取向上的限定角度变化。也可采用多种另选的旋转致动器系统。可提供位置编码器866(图9)来测量旋转框架820的角位置或取向。在一些实施方案中，如图9所示，位置编码器866(图9)可包括使用可能的参考弧824、826的光学传感器，以通过反射涂层和非反射涂层提供目视参考，从而使编码器866确定牵引模块800的取向。在另一个实施方案中，位置编码器可包括磁性编码器，该磁性编码器连接到致动器822并且可基于致动器822的参数(例如，导螺杆860的与旋转框架的角位置相关的旋转次数(图11))来检测旋转框架820的位置。在另一个实施方案中，位置编码器866可包括两个编码器，第一编码器位于致动器822的马达中，并且第二(例如，磁性)编码器位于导螺杆860的输出处(例如，蜗轮的轴处)。编码器的测量结果可能与旋转框架822的角位置相关。在任何情况下，机器人108(图1)的控制系统150(图1)可使用旋转框架820的角位置来使机器人转向。

牵引模块800还可包括驱动系统802，该驱动系统操作地联接到旋转框架820并且被配置成驱动牵引驱动部件678、680、682(图6、图9和图10)以推进机器人。驱动系统或驱动器802可以是机械运动的任何动力系统，包括牵引驱动部件678、680、682，诸如但不限于滚动系统，如辊、轮或球；或皮带或轨道或其他系统及其相关的致动器(例如，电动马达)。在一些实施方案中，如图6所示，牵引驱动部件678、680、682可包括设置在旋转框架820内的辊组件830，并且包括辊832、834的配置，用于提供旋转牵引以在旋转方向上移动机器人爬行器。辊组件830还可包括用于旋转辊832、834的马达或其他致动器。辊组件830和/或旋转辊832、834及其相应的致动器可以是牵引驱动部件、驱动系统或驱动器的示例。在一些实施方案中，如图9和图10所示，牵引驱动部件678、680、682可包括皮带或轨道驱动器836、838以提供牵引模块800的牵引。例如，皮带或轨道驱动器836、838可基本上覆盖辊或辊齿轮833、835的长度以提供与相邻机器表面的大接触面积。在一些实施方案中，皮带或轨道的组合宽度可为旋转框架820的总宽度的至少一半。在一些实施方案中，皮带或轨道驱动器836、838可包括表面特征部或处理以改善牵引，诸如用于提供对油性表面的抓握的纹理化表面。在任何情况下，除了通过旋转框架820的旋转来改变取向，牵引驱动部件678、680、682还可在正向或反向方向上被驱动。在一些实施方案中，可独立控制皮带或轨道驱动器836、838的运动和方向。如果在一个方向上驱动辊或辊齿轮833、835和皮带驱动器838，同时在相反方向上驱动对应的辊或辊齿轮(未示出)和皮带驱动器836，则可致动取向的变化。

再次参见图16中的牵引模块800的剖视图，牵引模块800的一些实施方案可包括定位在驱动系统802与旋转框架820之间的力传感器870，以在操作期间测量施加到驱动系统802的力。力传感器870可向控制系统150(图1)提供力测量信号，以调整牵引模块800的操作位置，从而改变牵引模块与驱动系统802推进机器人框架所倚靠的表面之间的表面接触力。也就是说，力测量结果可用于控制牵引模块800与驱动系统802推进机器人所倚靠表面234、236(图2和图3)之间的表面接触。例如，控制系统150可使用力测量信号来控制主体框架(例如，其展开和/或收缩)、驱动系统802和/或致动器822。可控制致动器822以在平坦模式位置与间隙模式位置之间移动驱动系统802并将驱动系统802移动到期望的取向。可控制驱动系统802以推进机器人。

参见图12至图15以及图17至图19中的凹槽850和凸轮818接口的放大透视图，将描述旋转框架820和致动器822(图9和图10)的操作。图12、图14和图17示出了内部构件842和位于其中的处于第一(平坦模式)位置的驱动系统802。在此位置处，每个凸轮818处于斜坡856的上端处的位置，使得内部构件842完全搁置在外部构件840内并通过凸轮818抵抗偏置构件828的偏置(图11和图16)而保持在其中。内部框架842中的驱动系统802处于第一(平坦模式)位置，并且可容易地放置在环形间隙内，如图2所示。一旦位于环形间隙中，如图3所示，可展开转子主体即可展开以使驱动系统802与表面234、236接合或接近接合。在此阶段，致动器822可被激活以在其可能的完全旋转移动的至少第一部分期间使旋转框架820旋转。如图17所示，在旋转框架820的旋转移动R1的第一部分期间，将内部构件842和驱动系统802从第一位置(图12、图14和图17)移动到第二位置(图13、图15和图19)，每个固定凸轮818与相应凹槽850的第一区段854的斜坡856接合。随着凸轮818沿斜坡856移动，斜坡856从外部框架810向外对内部构件842和驱动系统802逐渐施加力。随着旋转框架820发生旋转，引导系统844的第一元件846和第二元件848允许内部构件842相对于外部圆形构件840的非旋转伸缩移动，即，引导系统844相对于外部圆形构件840滑动地引导内部构件842。内部构件842和驱动系统802从外部圆形构件840向外移动的距离可特定于用户和/或应用。例如，可选择将某一力施加到牵引模块800。当凸轮818到达斜坡856的一个端部(即，凹槽850的第一区段854的端部)时，它们进入凹槽850的为平面的第二区段858。在旋转框架820的完全旋转移动的第二部分R2期间，每个固定凸轮818与相应凹槽850的第二区段858接合，以将驱动系统802旋转到期望的取向以推进机器人。在旋转框架820的持续旋转期间，驱动系统802和内部构件842保持在第二位置(图13、图15和图18)，以将驱动系统802定位在期望的取向上以推进机器人。图18示出了在旋转框架820完全旋转时凹槽850的第二区段858中的凸轮818。

为了进一步说明旋转框架820的操作，图20示出了旋转框架820的示例性旋转移动的示意性平面视图。在平坦模式下，如图9和图12所示，旋转框架820处于第一(平坦模式)位置，允许机器人爬行器110进入环形间隙。位置A对应于图12、图14和图17中所示的第一(平坦模式)位置。在所示的示例中，旋转框架820处于位置A。在所示的示例中，从点A到点B的移动表示旋转框架820的旋转移动的第一部分R1。在一个非限制性示例中，由斜坡856(图17)的长度决定的第一部分R2延伸约22度。从点B到E的旋转表示旋转框架820的旋转移动的第二部分R2，并且更具体地讲是驱动系统802定位在期望的取向上以推进主体框架。也就是说，旋转框架从点B到E的旋转改变运动(侧向、轴向、对角线等)的方向并提供转向控制。在位置B，驱动系统802处于将机器人在页面上向左或向右移动的取向，这可与图2和图3中的周向移动对准。点B与C之间的旋转提供周向转向，即，随着机器人爬行器在环形间隙中周向移动(例如，沿路径530(图2))。从B到C的旋转可包括例如约3度。在机器人由于重力和/或其他外力而偏离检查路径的情况下，点B与C之间的旋转允许转向控制以修正未对准并将机器人保持在轨道例如主要周向轨道上。从点C到D的旋转允许驱动系统802的方向从周向移动变化到针对轴向移动的位置，即，允许机器人爬行器在环形间隙中轴向移动(例如，图2中的长路径)。旋转框架820的旋转也可以是点C与D之间的任何点，从而允许在周向与轴向之间在对角线方向上移动。从C到D的旋转可包括例如约90度。在位置D，驱动系统802处于将机器人在页面上向上或向下移动的取向，这可与图2和图3中的轴向移动对准。从点D到E的旋转可提供轴向转向，即，随着机器人爬行器在环形间隙中轴向移动。从D到E的旋转可包括例如约3度。在机器人由于重力和/或其他外力而偏离检查路径的情况下，点D与E之间的旋转允许转向控制以修正未对准并将机器人保持在轨道例如主要轴向轨道上。总之，从点A到E的弧度等于凹槽850的总弧度，例如120度。

本文所述的具有旋转框架的牵引模块的实施方案将转向和驱动系统的提升或延伸与单一简单的解决方案相结合。该牵引模块减少了零件数量、复杂性和成本，同时延长了系统寿命。不太复杂的机构为其他零件诸如较大的牵引驱动部件提供额外的空间，以改善在不平坦表面上的牵引和障碍物处理。另外，使用力传感器主动进行力测量允许实时跟踪接触力并且允许以更高性能操作机器人爬行器。

本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的并且不旨在限制本公开。如本文所用，单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确地说明。将进一步理解，当在说明书中使用时，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”指定存在陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。

以下权利要求书中的所有装置或步骤加功能元件的对应结构、材料、动作和等同物旨在包括用于结合具体要求保护的其他要求保护的元件执行功能的任何结构、材料或动作。已经出于说明和描述的目的给出了对本公开的描述，但其并不旨在穷举或将本公开限制于所公开的形式。在不脱离本公开的范围和实质的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员将是显而易见的。选择和描述了实施方案以便最好地解释本公开的原理和实际应用，并且使得本领域的其他技术人员能够理解具有适合于预期的特定用途的各种修改的本公开的各种实施方案。

Claims (15)

1.一种用于机器人(108)的牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)，所述牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)包括：

外部框架(666,668,670,810)；

旋转框架(820)，所述旋转框架可旋转地安装在所述外部框架(666,668,670,810)内；

驱动系统(802)，所述驱动系统操作地联接到旋转框架(820)并且被配置成驱动牵引驱动部件(678,680,682)以推进所述机器人(108)；和

致动器(822)，所述致动器操作地连接到所述旋转框架(820)以使所述旋转框架(820)可控地旋转，从而：

在所述旋转框架(820)的旋转移动的第一部分期间，致使所述驱动系统(802)在第一位置与第二位置之间移动，所述第一位置相对于所述外部框架(810)，在所述第二位置中，所述驱动系统(802)从所述外部框架(810)向外延伸至大于在所述第一位置中的程度，并且

在所述旋转框架(820)的所述旋转移动的第二部分期间，将所述驱动系统(802)定位在期望的取向上以推进所述机器人(108)。

2.根据权利要求1所述的牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)，其中所述外部框架(810)包括从所述外部框架(810)的内周边(819)径向向内延伸的多个固定凸轮(818)；并且

其中所述旋转框架(820)包括：

针对所述外部框架(810)中的旋转移动定位的外部圆形构件(840)；

操作地联接到所述驱动系统(802)的内部构件(842)，所述内部构件(842)包括在所述内部构件(842)的周向面(852)上暴露的多个凹槽(850)，每个凹槽(850)部分地围绕所述内部构件(842)的所述周向面(852)延伸并且包括：

第一区段(854)，所述第一区段具有斜坡(856)，所述斜坡被配置成在所述旋转框架(820)的所述旋转移动的所述第一部分期间与相应固定凸轮(818)相互作用，以在所述第一位置与所述第二位置之间移动所述驱动系统(802)；和

第二区段(858)，所述第二区段与所述第一区段(854)接续并且被配置成在所述旋转框架(820)的所述旋转移动的所述第二部分期间与所述相应固定凸轮(818)相互作用，以将所述驱动系统(802)旋转到所述期望的取向。

3.根据权利要求2所述的牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)，其中所述致动器(822)包括用于向所述外部圆形构件(840)施加旋转力以引起所述旋转框架(820)的所述旋转移动的马达。

4.根据权利要求3所述的牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)，还包括引导系统(844)，所述引导系统包括位于所述外部圆形构件(840)上的第一元件(846)和位于所述内部构件(842)上的配合第二元件(848)，所述第一元件和所述第二元件(846,848)被配置成随着所述内部构件(842)从所述第一位置移动到所述第二位置而允许所述内部构件(842)相对于所述外部圆形构件(840)的非旋转伸缩移动。

5.根据权利要求4所述的牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)，其中：

在所述旋转框架(820)的所述旋转移动的所述第一部分期间所述内部构件(842)和所述驱动系统(802)从所述第一位置移动到所述第二位置：每个固定凸轮(818)与相应凹槽(850)的所述第一区段(854)的所述斜坡(856)接合，并且所述引导系统(844)的所述第一元件和所述第二元件(846,848)允许所述内部构件(842)相对于所述外部圆形构件(840)的非旋转伸缩移动；以及

在所述旋转框架(820)的所述旋转移动的所述第二部分期间：每个固定凸轮(818)与相应凹槽(850)的所述第二区段(858)接合，以将所述驱动系统(802)旋转到所述期望的取向。

6.根据权利要求3所述的牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)，其中所述第一元件(846)包括位于所述外部圆形构件(840)的内周边(819)上的狭槽，并且所述第二元件(846,848)包括从所述内部构件(842)的外周边(864)延伸并且被配置成在相应狭槽中滑动地移动的引导元件。

7.根据权利要求2所述的牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)，还包括偏置构件(828)以迫使所述内部构件(842)朝向所述第二位置。

8.根据权利要求2所述的牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)，其中每个凹槽(850)延伸约120度总弧度并且所述第一区段(854)包括所述120度总弧度的20度至25度。

9.根据权利要求1所述的牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)，其中所述驱动系统(802)包括第一皮带驱动器(836,838)和第二皮带驱动器(836,838)，并且所述第一皮带驱动器(836,838)独立于所述第二皮带驱动器(836,838)进行控制。

10.根据权利要求1所述的牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)，其中所述驱动系统(802)包括一组辊(832,834)。

11.根据权利要求1所述的牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)，还包括测量所述旋转框架(820)的角位置的位置编码器(866)，其中所述机器人(108)的控制系统(150)使用所述旋转框架(820)的所述角位置使所述机器人(108)转向。

12.根据权利要求1所述的牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)，其中所述机器人(108)是具有用于导航发电机、电动马达或涡轮机中的环形间隙(220,520)的可展开主体(112,246,610)的机器人爬行器(110,210,510,600)，并且所述机器人(108)还包括至少一个连杆构件(230,828)，所述至少一个连杆构件抵靠所述环形间隙(220,520)中的表面(234,236)定位所述牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)。

13.根据权利要求1所述的牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)，还包括定位在所述驱动系统(802)与旋转框架(820)之间以测量施加到所述驱动系统(802)的力的力传感器(870)，其中力测量结果用于控制所述牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)与所述驱动系统(802)推进所述机器人(108)所倚靠的表面(234,236)之间的表面(234,236)接触。

14.一种包括根据权利要求1至13中任一项所述的牵引模块的机器人(108)系统，所述机器人系统包括：

主体框架(612)；以及

控制所述主体框架(612)、所述驱动系统(802)和所述致动器(822)的控制系统(150)。

15.一种操作机器人(108)的牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)的方法，所述方法包括：

提供牵引模块(114,240,242,244,660,662,664)，所述牵引模块包括：

主体框架(810)；

旋转框架(820)，所述旋转框架可旋转地安装在所述外部框架(810)内；

驱动系统(802)，所述驱动系统操作地联接到旋转框架(820)并且被配置成驱动牵引驱动部件(678,680,682)以推进所述机器人(108)；和

致动器(822)，所述致动器操作地连接到所述旋转框架(820)以使所述旋转框架(820)可控地旋转；以及

用所述致动器(822)使所述旋转框架(820)旋转，使得：

在所述旋转框架(820)的旋转移动的第一部分期间，所述驱动系统(802)在第一位置与第二位置之间移动，所述第一位置相对于所述外部框架(810)，在所述第二位置中，所述驱动系统(802)从所述外部框架(810)向外延伸至大于在所述第一位置中的程度，并且

在所述旋转框架(820)的所述旋转移动的第二部分期间，所述驱动系统(802)移动到期望的取向以推进所述机器人(108)。

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