[发明专利]管道行经设备和方法

说明书

一种机器人设备，其包括：第一、第二和第三轮组件；以及夹持机构，所述夹持机构构造成施加力，以用促使第二轮和第三轮沿着相反方向朝向第一轮的平面枢转，以将第一轮、第二轮和第三轮固定到管道，每个轮组件包括用于调整轮的取向以允许机器人设备在管道上沿着笔直路径或螺旋路径移动的对准机构。一种用于导航通过管道上的障碍物的方法，所述方法包括使机器人设备在管道上沿着螺旋路径前进，以使机器人设备的开放侧定位成与障碍物纵向对准；以及使机器人设备在管道上沿着笔直路径前进，使得障碍物无阻碍地通过机器人设备的开放侧。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年9月19日提交的美国临时申请第62/560,265号、2018年1月11日提交的美国临时申请第62/616,147号、2018年6月20日提交的美国临时申请第62/687,753号和2018年9月19日提交的美国实用申请第16/135,413号的权益和优先权，出于所有目的通过引用其全部内容合并于此。

背景技术

许多现有的管道爬行设备被设计成要么在管道内部行进，要么没有装备成绕过在管道外部可能遇到的障碍物。鉴于当前技术的局限性，仍然需要有效绕过和/或越过潜在障碍物导航通过的管道爬行设备，例如，展现管道有效直径变化、管道有效曲率变化的障碍物和/或沿着一个或多个径向方向从管道突出的障碍物。更特别地，需要这样的管道爬行设备，所述管道爬行设备有效地绕过和/或越过凸缘、阀、三通、弯曲部、支撑件等导航通过。另外，仍然需要这样的管道爬行设备，所述管道爬行设备在没有磁体力、真空力或空气动力的情况下相对于管道有效行进。另外，仍然需要有效执行相对于管道本身的期望功能(例如，腐蚀检测、壁厚测量)或基于沿着路径的行进但是与管道本身独立的期望功能(例如，成像和/或感测可以通过沿着管道行进到达的位置)的管道爬行设备和相关系统。通过本文公开的设备和系统有利地满足了这些和其他需求。

发明内容

本公开涉及一种用于行经管道或类似结构的外表面的机器人设备。在各种实施例中，机器人设备可以包括：第一轮组件，所述第一轮组件包括轮和对准机构，并且构造成用于定位在管道的第一侧上；第二轮组件和第三轮组件，所述第二轮组件和所述第三轮组件中的每个包括轮和对准机构，并且构造成用于定位在管道的相对的第二侧上；以及夹持机构，所述夹持机构构造成施加力，以用于促使第二轮和第三轮沿着相反方向朝向第一轮的平面枢转，以将第一轮、第二轮和第三轮固定到管道，其中，对准机构构造成用于可选择地调整轮的取向，以允许机器人设备在管道上沿着笔直路径或螺旋路径移动。

在各种实施例中，轮中的至少一个可以具有用于接合管道的凹形表面。在各种实施例中，轮组件中的至少一个可以包括用于使对应组件的轮旋转的马达。在一实施例中，马达可以位于对应组件的轮的内部。

在各种实施例中，夹持机构可以包括用于产生拉力的一个或多个偏压构件。在一些实施例中，所述一个或多个偏压构件可以构造成被动地产生拉力，并且在一实施例中，所述一个或多个偏压构件可以包括张力弹簧、压缩弹簧和扭力弹簧中的至少一者。在一些实施例中，所述一个或多个偏压构件可以构造成主动地产生拉力。

在各种实施例中，夹持机构可以包括：第一臂构件，所述第一臂构件将第一轮组件与第二轮组件相连；第二臂构件，所述第二臂构件将第一轮组件与第三轮组件相连；以及一个或多个偏压构件，用于施加拉力以使轮接合在管道的相对侧上，所述一个或多个偏压构件或者将第一臂构件连接到第二臂构件，或者将第一轮组件连接到第一臂构件和第二臂构件。在一实施例中，夹持机构还可以包括第三臂构件和第四臂构件，所述第三臂构件和所述第四臂构件布置成分别平行于并且邻近于第一臂构件和第二臂构件，从而在第一轮组件和第二轮组件之间以及第一轮组件和第三轮组件之间分别形成第一平行四边形连杆机构和第二平行四边形连杆机构，其中，平行四边形连杆机构保持轮组件彼此平行对准，而无论轮组件彼此之间的相对位置。