專利名稱：通過粘附而通過曲面的裝置和方法
本申請(qǐng)要求共同所有的、申請(qǐng)?zhí)枮?0/235,065的美國(guó)臨時(shí)專利的優(yōu)先權(quán)，其標(biāo)題為“通過表面的機(jī)器人系統(tǒng)”，2000年9月25日提出申請(qǐng)，目前尚在審理之中，該專利通過參考完全并入此處。
相關(guān)技術(shù)介紹人們通常使用諸如機(jī)器人之類的無(wú)人駕駛的自動(dòng)設(shè)備來(lái)執(zhí)行多種功能，這些功能由人類來(lái)完成是困難而危險(xiǎn)的。例如許多人通常使用機(jī)器人來(lái)取回或處理爆炸裝置，或者在能夠使人致死或者損傷的環(huán)境中檢查或工作。人們還常常使用機(jī)器人在通常情況下人類很難或無(wú)法接近的場(chǎng)所來(lái)檢查或工作，例如檢查管道。
不幸的是，由于機(jī)器人通常要驅(qū)動(dòng)自身到達(dá)工作地點(diǎn)，多數(shù)傳統(tǒng)的無(wú)人駕駛自動(dòng)設(shè)備的使用受到機(jī)器人在表面上驅(qū)動(dòng)自身的極大限制。例如，包括復(fù)合曲面的表面或者三維曲面、很陡的偏斜或者傾角、臺(tái)階或裂縫的表面，能夠?qū)е聜鹘y(tǒng)機(jī)器人的穩(wěn)定性大幅降低，亦即，當(dāng)它們?cè)谕ㄟ^表面或在表面上轉(zhuǎn)向時(shí)，極有可能失去相對(duì)于表面的優(yōu)選方向。另外，表面的光滑能夠?qū)е聜鹘y(tǒng)機(jī)器人喪失相當(dāng)大一部分的相對(duì)表面的牽引力，如果不是全部的話。如果在通過一個(gè)諸如天花板之類的傾斜的或者倒置的表面時(shí)發(fā)生這些情況，這種牽引力的喪失能夠?qū)е聶C(jī)器人摔倒。這種摔倒能夠嚴(yán)重地?fù)p壞機(jī)器人、它的有效載荷，如果有的話，或者機(jī)器人所通過的結(jié)構(gòu)的表面或其它部件。
傳統(tǒng)機(jī)器人的另一個(gè)問題是當(dāng)它們通過表面并在上面轉(zhuǎn)向時(shí)，它們往往會(huì)刮擦表面。這能導(dǎo)致在表面上形成不希望的劃痕。例如，商業(yè)飛機(jī)的蒙皮或擋風(fēng)玻璃必須保持光滑而沒有劃痕，因?yàn)樵陲w行時(shí)在它上面會(huì)施加很大的壓力。如果在上面出現(xiàn)了劃痕，蒙皮或擋風(fēng)玻璃通常需要更換，這要在時(shí)間和金錢兩方面花費(fèi)很大的代價(jià)。
傳統(tǒng)機(jī)器人還有一個(gè)問題就是當(dāng)它們驅(qū)動(dòng)自身通過一個(gè)表面時(shí)，往往會(huì)彈跳或者顛簸地前行。這在檢查，例如飛機(jī)的艙蓋表面或結(jié)構(gòu)——飛機(jī)機(jī)身的頂部——的過程中是一個(gè)嚴(yán)重的問題，因?yàn)榇蠖鄶?shù)便宜的非破壞性檢查技術(shù)需要檢查裝置與被檢查表面之間保持一個(gè)基本固定的距離。由于這種需要，一般情況下飛機(jī)的檢查包括搭建腳手架以便檢查者在檢查結(jié)構(gòu)之前站在上面，這是很費(fèi)時(shí)的。
在本發(fā)明的另一方面，一個(gè)控制部件確保在部件通過表面時(shí)，至少一個(gè)粘附部件附著在表面上。
圖2是一個(gè)框架和粘附部件的透視圖，該框架和粘附部件包括在按照本發(fā)明一種實(shí)施例的牽引部件中。
圖3是包括在

圖1牽引部件中的返回機(jī)構(gòu)和粘附部件的透視圖。
圖4是在圖1-3中按照本發(fā)明一種實(shí)施例的粘附部件的橫截面視圖。
圖5是一個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)的框圖，該系統(tǒng)包括在按照本發(fā)明一種實(shí)施例的牽引部件系統(tǒng)中。
圖6是滾輪的正向橫截面視圖，該滾輪包括在圖1中按照本發(fā)明一種實(shí)施例的牽引部件中。
圖7A是圖1和6中滾輪的一個(gè)側(cè)視圖，包括一個(gè)按照本發(fā)明一種實(shí)施例的轉(zhuǎn)向裝置。
圖7B是圖1和6中滾輪的一個(gè)側(cè)視圖，包括一個(gè)按照本發(fā)明另一種實(shí)施例的轉(zhuǎn)向裝置。
圖8是一個(gè)控制系統(tǒng)的框圖，該控制系統(tǒng)包括在圖1中按照本發(fā)明一種實(shí)施例的牽引部件系統(tǒng)中。
圖9A-9F是包括在圖1牽引部件系統(tǒng)中的牽引部件的幾個(gè)視圖，該部件用來(lái)完成按照本發(fā)明一種實(shí)施例的三種類型的轉(zhuǎn)向。
圖10是一列部件的側(cè)視圖，包括三個(gè)圖1中的牽引部件，按照本發(fā)明一種實(shí)施例向上通過一個(gè)斜坡。
圖11是一列部件的側(cè)視圖，包括三個(gè)圖1中的牽引部件，按照本發(fā)明一種實(shí)施例通過一個(gè)拐角并向下前進(jìn)。
圖12是一列牽引部件的俯視圖，它包括按照本發(fā)明另一種實(shí)施例的六個(gè)粘附部件。
圖13是一列牽引部件的俯視圖，包括按照本發(fā)明另一種實(shí)施例的兩排并排附著的牽引部件。
圖14是圖1中牽引部件的透視圖，該部件系在吊桿上，正在越過一架飛機(jī)。
圖15是圖1中兩個(gè)牽引部件的透視圖，該部件系在建筑物的頂上，正在協(xié)同工作。
優(yōu)選實(shí)施例圖1是按照本發(fā)明一種實(shí)施例的牽引部件系統(tǒng)的透視圖。該牽引部件系統(tǒng)能夠在復(fù)合曲線表面上轉(zhuǎn)向并通過——這些表面具有三維曲線，例如球面或者類似的表面——很少或者沒有表面刮擦或磨削。
參照?qǐng)D1，系統(tǒng)20包括一個(gè)牽引部件22，它可以操作通過一個(gè)表面23；一個(gè)氣動(dòng)系統(tǒng)24，包括一個(gè)壓縮空氣源26，用來(lái)驅(qū)動(dòng)牽引部件22的某些或者所有部件；一個(gè)控制系統(tǒng)28，包括一個(gè)微處理器(未示出)，用來(lái)指示并協(xié)調(diào)牽引部件22的某些或者所有部件的操作；一個(gè)真空源30和一根母繩32，它包括將適當(dāng)部件附著到壓縮空氣源26、真空源30和控制系統(tǒng)28上的氣體管路34、真空管路36和電線38；以及一根系繩40，用于將牽引部件懸掛在表面上方。
牽引部件22包括一個(gè)具有一個(gè)引導(dǎo)部分44的框架42，引導(dǎo)部分一般是當(dāng)部件22通過一個(gè)表面23時(shí)指示行走的方向；包括粘附部件46a-46d(46d未示出)，可以相對(duì)框架42進(jìn)行附著或者移動(dòng)，以便可松開地將框架42固定到表面23上，或者提升框架42使之與表面23脫離；包括返回機(jī)構(gòu)48a-48d，可以附著到粘附部件46a-46d上，用來(lái)將部件46a-46d移動(dòng)到一個(gè)返回位置上；還包括滾輪50a-50d(50d未示出)可轉(zhuǎn)動(dòng)地或者固定地附著在框架42上，用來(lái)驅(qū)動(dòng)部件22并保持框架42離開表面23恒定或者近似恒定的距離。
粘附部件46a-46d將牽引部件22附著在表面23上，并且包括一個(gè)粘附腳部52a-52d(52d未示出)，為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，每個(gè)部件46a-46d都可伸展到表面23上并且可以收回。粘附腳部52a-52d包括一個(gè)吸盤54a-54d(54d未示出)，吸盤通過真空管36附著到真空源30。盡管所顯示和所討論的腳部52a-52d包括吸盤54a-54d，腳部可能包括磁鐵或者其它能夠附著到一個(gè)表面上并且可以從上面脫開的傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)。粘附部件46a-46d可以將其粘附腳部52a-52d伸展到由表面23上的點(diǎn)確定的平面(未示出)之下，在該表面上滾輪50a-50d與表面23接觸，或者將粘附腳部52a-52d收回到該平面之上。這就使粘附部件46a-46d能夠?qū)恳考?2固定到表面上，該表面在牽引部件22的框架42所覆蓋的面積上起伏不平。這也使?fàn)恳考?2能將滾輪50a-50d懸吊在表面23之上，以便很快地改變方向并且不會(huì)刮擦表面23。盡管該系統(tǒng)20包括四個(gè)粘附部件46a-46d，牽引部件22可能包括更多或者更少的粘附部件。
滾輪50a-50d驅(qū)動(dòng)牽引部件22通過表面23，并包括輪子56a-56d(56d未示出)。通常滾輪50a-50d不將牽引部件22附著到表面23上。滾輪50a-50d一般位于牽引部件22的邊角處，同時(shí)粘附部件46a-46d通常位于邊角內(nèi)以便獲得更好的穩(wěn)定性。盡管滾輪50a-50d和粘附部件46a-46d可以有不同的配置。
牽引部件22還包括轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)58a-58d，它們可以使每個(gè)滾輪50a-50d獨(dú)立地轉(zhuǎn)向，或者兩個(gè)或多個(gè)滾輪一起轉(zhuǎn)向，以及障礙傳感器59a-59d。
仍然參照?qǐng)D1，在操作中，當(dāng)滾輪50a-50d的輪子56a-56d驅(qū)動(dòng)框架42通過表面23時(shí)，粘附部件46a-46d重復(fù)地在表面23上附著而后從表面23松開。盡管討論的是單獨(dú)一個(gè)粘附以及的46a的操作，其它粘附以及46b-46d的操作也按照相同的方式進(jìn)行。在運(yùn)動(dòng)周期的第一時(shí)刻(第一時(shí)刻不必是第一個(gè)，而是為了討論的目的簡(jiǎn)單地選取的任意一個(gè)第一時(shí)刻)，粘附部件46a從框架42上垂下來(lái)，位于表面23的上方，并且使粘附腳部伸展到表面23上，這是收回位置而且通常在返回機(jī)構(gòu)48a停止移動(dòng)粘附部件48a時(shí)出現(xiàn)。由于粘附部件46a附著到表面23上后，當(dāng)輪子56a-56d加速驅(qū)動(dòng)框架42通過表面23，以恒定或者基本恒定的速度驅(qū)動(dòng)框架42，框架42相對(duì)粘附部件46a移動(dòng)，或者框架以其它的方式移動(dòng)。當(dāng)框架42相對(duì)部件46a移動(dòng)一個(gè)預(yù)定的距離之后，粘附腳部52a松開在表面23上的粘附，并且從表面上收回。下一步，返回機(jī)構(gòu)48a將松開的部件46a移動(dòng)到收回位置，在該位置部件46a再一次伸展粘附腳部52a使其附著到表面23上，并重復(fù)新的周期。在一種實(shí)施例中，為了幫助確?？蚣?2固定在表面23上并通過表面23，控制系統(tǒng)28協(xié)調(diào)每個(gè)部件46a-46d的附著與松開，這樣在所有的時(shí)間內(nèi)總有一個(gè)部件46a-46d附著在表面23上。
牽引部件22能夠和另一個(gè)/幾個(gè)牽引部件22結(jié)合在一起形成一個(gè)部件列，如參照?qǐng)D10和11所討論的。這樣一個(gè)部件列能夠越過表面上的障礙，例如裂縫或者臺(tái)階，或者通過表面輪廓上的突然變化，例如墻壁和地板拐角，或者機(jī)翼與機(jī)身的附著處。另外，部件22能夠相互系在一起，或者系在吊桿上，以便萬(wàn)一偶然掉下來(lái)或者不能協(xié)調(diào)工作時(shí)，防止部件損壞表面。例如，可以使用安裝在兩個(gè)部件22支撐的橫梁(未示出)上的掃描工具(未示出)對(duì)一個(gè)表面的面積進(jìn)行掃描，或者一個(gè)部件22可以攜帶一個(gè)盛放清洗液的容器，而另一個(gè)部件22攜帶一個(gè)噴霧器。
圖2是圖1中牽引部件22的一個(gè)透視圖，按照本發(fā)明一種實(shí)施例，包括框架42和一個(gè)粘附部件46a。為了清晰起見，圖中忽略了其它的粘附部件46b-46d、滾輪52a-52d、返回機(jī)構(gòu)48a-48d和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)58a-58d。但是，應(yīng)當(dāng)理解，圖示中也可以采取忽略粘附部件46b-46d。
參照?qǐng)D2，在一種實(shí)施例中，框架42包括兩個(gè)可以繞中心點(diǎn)64轉(zhuǎn)動(dòng)的部分60和62，以便在它通過一個(gè)復(fù)合表面時(shí)增加牽引部件22的穩(wěn)定性。當(dāng)插入兩個(gè)部分60和62后，螺栓66通過螺紋與一個(gè)螺母(未示出)松散地配合，將部分60和62附著在一起。在另一種實(shí)施例中，可以使用普通軸承(未示出)以便兩部分之間可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)。在一種實(shí)施例中，每個(gè)部分60和62由具有高強(qiáng)度重量比的金屬板制成，例如鋁。每個(gè)部分60和62包括兩個(gè)零件68b-68d，它們將部分60和62分成兩個(gè)相等的或者近似相等的面積。當(dāng)牽引部件22通過復(fù)合表面時(shí)，典型地，對(duì)于四個(gè)滾輪(未示出)來(lái)說，在任何給定的時(shí)刻，每個(gè)輪子(未示出)從表面到框架42的距離是不相同的。如果框架42不具有通過繞中心點(diǎn)64旋轉(zhuǎn)而提供的附加柔性，滾輪上的輪子可能脫開與表面的接觸，從而阻礙部件22在表面上的前進(jìn)。
盡管部分60和62示出并描述為可以相對(duì)彼此繞中心點(diǎn)64轉(zhuǎn)動(dòng)，這兩部分可以繞位于部分60和62上的其它點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。
仍然參照?qǐng)D2，框架42保持粘附部件42在框架42和框架42之下的表面(未示出)之間對(duì)齊，并在部件46a在平移區(qū)域70內(nèi)移動(dòng)時(shí)支撐著粘附部件46a。在一種實(shí)施例中，框架42包括附著在框架42上的直線框架軸承72，框架42可移動(dòng)地支撐著附著在部件46a上的直線部件裝配軸承74。每個(gè)軸承72和74包括一個(gè)具有第一端80和84以及第二端82和86的軸承導(dǎo)軌76和78?？蚣茌S承導(dǎo)軌76可以附著在框架42上，并典型地，伸展框架42的部分60和62的寬度。部件裝配軸承導(dǎo)軌78附著在框架軸承托架88上，該托架可以相對(duì)框架軸承導(dǎo)軌76滑動(dòng)。部件裝配托架90可以相對(duì)部件裝配導(dǎo)軌78滑動(dòng)，并且可以附著到粘附部件46a上。通過在兩個(gè)部件裝配軸承導(dǎo)軌78上安裝部件裝配托架90，當(dāng)牽引部件22在一個(gè)斜坡上上升或者下降、或者通過一個(gè)天花板或者倒置的墻壁時(shí)，粘附部件46a不會(huì)發(fā)生擺動(dòng)而脫開框架與表面之間的對(duì)齊。
框架零件68a包括平移區(qū)域70，該區(qū)域限定了一個(gè)范圍，當(dāng)牽引部件22通過一個(gè)表面時(shí)(如前面所討論的，實(shí)際上框架42移動(dòng)，而粘附部件保持靜止)，粘附部件46a在該范圍內(nèi)相對(duì)框架42移動(dòng)。在一種實(shí)施例中，平移區(qū)域70包括一個(gè)限定該區(qū)域70的硬界限92，和一個(gè)布置在該區(qū)域70的硬界限92之內(nèi)的軟界限94，它由可能是磁簧開關(guān)、微型開關(guān)或者其它普通開關(guān)的限位開關(guān)確定。硬界限92是粘附部件行程限制，是通過框架托架88與框架導(dǎo)軌76的端部80或82的接觸，以及部件裝配托架90在部件裝配導(dǎo)軌78的兩端84或86與框架托架88的接觸而施加的。一旦粘附部件46a碰到硬界限92，硬界限92阻止其相對(duì)框架42移動(dòng)。
仍然參照?qǐng)D2，觸動(dòng)一個(gè)或者兩個(gè)限位開關(guān)96會(huì)向控制系統(tǒng)28(圖1)(未示出)的微處理器報(bào)警，說明粘附部件46a已經(jīng)接近硬界限92。通常，軟界限94是平移區(qū)域70的中心和硬界限之間近似一半的距離，但是可能是區(qū)域70內(nèi)這兩個(gè)位置之間的任何距離。在一種實(shí)施例中，開關(guān)96附著在框架托架88上，另一個(gè)開關(guān)96附著在部件裝配托架90上。這兩個(gè)開關(guān)96通過依附在一個(gè)開關(guān)橫桿98上而進(jìn)行操作。一旦粘附部件46a碰到軟界限94，開關(guān)橫桿98壓下開關(guān)觸點(diǎn)100；但是當(dāng)粘附部件46a處于軟界限之內(nèi)時(shí)，開關(guān)觸點(diǎn)100保持為伸展?fàn)顟B(tài)。
圖3是圖1中返回機(jī)構(gòu)48a的一個(gè)透視圖，包括一個(gè)返回套管和一個(gè)返回繩索。盡管圖3示出了一種返回機(jī)構(gòu)48a、一個(gè)粘附部件46a、框架軸承72和部件裝配軸承74，應(yīng)當(dāng)理解，該圖示也可以在其它返回機(jī)構(gòu)48b-48d中使用，對(duì)應(yīng)于圖1中的其它粘附部件46b-46d。
在粘附部件松開表面(未示出)后，返回機(jī)構(gòu)48a相對(duì)于框架42移動(dòng)粘附部件46a。在一種實(shí)施例中，退回機(jī)構(gòu)48a通過普通的緊固件安裝在框架上，并包括一個(gè)可以選擇進(jìn)行操作來(lái)移動(dòng)粘附部件46的驅(qū)動(dòng)器102；一個(gè)可以附著在框架零件(未示出)上并具有一個(gè)孔106的退回套管104，其中孔106限定一個(gè)通常位于平移區(qū)域70(圖2)中心的退回位置；還包括一個(gè)附著在驅(qū)動(dòng)器102上的退回繩索108，其第一端110可以插入孔106中，而第二端112附著在部件裝配托架90上。為了移動(dòng)粘附部件46a，退回機(jī)構(gòu)48a通過伸長(zhǎng)滑枕114而推動(dòng)繩索108從退回套管104中移開。繩索108的第一端110附著在驅(qū)動(dòng)器102上，繩索108的第二端112被推向退回套管104。為了防止繩索108從滑枕114中滑脫，滑枕114包括一個(gè)繩索導(dǎo)向裝置116，繩索108設(shè)置在繩索導(dǎo)向裝置116中。
在操作中，控制系統(tǒng)的微處理器通常指令退回機(jī)構(gòu)48a在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)移動(dòng)粘附部件46a。這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度一般為四分之三秒，或者略多或略少，這取決于牽引部件22通過一個(gè)表面(未示出)時(shí)的速度以及用來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)48a的空氣壓力。在這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)，氣動(dòng)系統(tǒng)24(圖1)向驅(qū)動(dòng)器102提供高壓氣體，正如參照?qǐng)D5所更為詳細(xì)地討論的。盡管微處理器跟蹤驅(qū)動(dòng)器102操作的時(shí)間長(zhǎng)度，普通傳感器(未示出)例如微開關(guān)、磁簧開關(guān)或者光學(xué)傳感器可以向微處理器發(fā)出粘附部件46a退回到退回位置的信號(hào)。如果在機(jī)構(gòu)48a停止之前，退回機(jī)構(gòu)48a沒有完成粘附部件46a退回到退回位置，粘附部件46a只是停止相對(duì)框架42的移動(dòng)，并開始將吸盤54a伸展到表面上。
盡管所討論的退回位置位于平移區(qū)域70的中心，退回位置可以是平移區(qū)域70內(nèi)的任何地方。另外，盡管繩索導(dǎo)向裝置和滑枕114一起移動(dòng)，繩索導(dǎo)向裝置116也能夠保持靜止，而滑枕在其內(nèi)部移動(dòng)。而且，滑枕114可以包括一個(gè)管子，通過這個(gè)管子繩索108移動(dòng)以防止繩索從滑枕114中滑脫。
圖4是圖1-3中按照本發(fā)明一種實(shí)施例的粘附部件46a的一個(gè)橫截面視圖。應(yīng)當(dāng)理解該圖示也可適用于其它粘附元件46b-46d。
粘附部件46a包括用于將粘附部件46a附著到表面118上的吸盤54a，并且包括一個(gè)主體120，它可以操作將吸盤伸到表面上或者從表面上退回。吸盤54a可轉(zhuǎn)動(dòng)地附著在主體120上，以便在吸盤54a與彎曲或者傾斜的表面之間(未示出)形成一個(gè)密封。因此，當(dāng)吸盤54a最初接觸到彎曲或者傾斜的表面時(shí)，吸盤54a的一部分接觸表面，并通過繼續(xù)伸長(zhǎng)吸盤54a，主體120使吸盤54a的剩余部分與表面接觸。
仍然參照?qǐng)D4，在一種實(shí)施例中，吸盤54a包括三個(gè)同心的凸緣122a-122c和一種柔軟的粘性材料124，例如硅樹脂或者其它具有非常低的硬度的普通橡膠，以改進(jìn)其構(gòu)成，并且保持與粗糙的或者帶槽的表面之間的密封。凸緣122a-122c從墊板126向外伸出離開主體120，并形成一個(gè)包含柔軟粘性材料124的內(nèi)部洞128和凸緣腔130。內(nèi)部洞128包括一個(gè)通過真空管36附著在真空源30(圖1)上的真空部分132。當(dāng)吸盤54a上的凸緣122a-122c與表面118接觸時(shí)，它們之間形成密封并且在內(nèi)部洞128內(nèi)形成真空。這個(gè)真空將吸盤54a附著在表面118上，并且擠壓柔軟粘性材料與表面118接觸。只要凸緣122a-122c中的至少一個(gè)與表面之間形成密封，吸盤54a就能產(chǎn)生也真空并附著在表面118上。
在其它實(shí)施例中吸盤54a可能包括更多或者更少的凸緣，這些凸緣可能是同心的，也可能不是。另外，柔軟粘性材料124可能包括纖維材料以增加材料的抗拉強(qiáng)度。
吸盤54a可以由任何普通彈性材料制成，例如橡膠或者塑料，這取決于吸盤的使用的環(huán)境和吸盤將要接觸的表面類型。
仍然參照?qǐng)D4，在一種實(shí)施例中，主體120包括一個(gè)普通驅(qū)動(dòng)器134，它能使桿件136往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以便將吸盤54a伸向表面，以及從表面上退回。桿件136具有一個(gè)附著在墊板126上并可以轉(zhuǎn)動(dòng)的第一端138，以及附著在活塞142上的第二端。典型地，使用常規(guī)的方向接頭或者球窩接頭143將第一端138附著在吸盤54a上，通過經(jīng)由管道線34a和34b給驅(qū)動(dòng)器134提供高壓空氣(這將在下文中參照?qǐng)D5進(jìn)行描述)驅(qū)動(dòng)器134移動(dòng)吸盤54a靠近或者遠(yuǎn)離主體120。
在另一種實(shí)施例中，主體120可以包括一個(gè)普通旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)器或者一些其它常規(guī)機(jī)構(gòu)，通過操作可以移動(dòng)吸盤靠近或離開主體120。
圖5是圖1中按照本發(fā)明一種實(shí)施例的氣動(dòng)系統(tǒng)24的框圖。系統(tǒng)24通過向吸盤54a、退回機(jī)構(gòu)48a以及粘附部件46a分配負(fù)壓、低正壓或者高正壓的壓縮空氣而向它們提供動(dòng)力。盡管圖5示出了氣動(dòng)系統(tǒng)24向一個(gè)退回機(jī)構(gòu)48a、一個(gè)粘附部件46a以及一個(gè)吸盤54a提供動(dòng)力，應(yīng)當(dāng)理解該圖示也可以向其它退回機(jī)構(gòu)48b-48d、粘附部件46b-46d以及吸盤54b-54d提供動(dòng)力。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，系統(tǒng)在控制系統(tǒng)28(圖1)的微處理器的指令下，以負(fù)壓或者真空、低壓和高壓三種不同的壓力向退回機(jī)構(gòu)48a、粘附部件46a和吸盤54a提供空氣。系統(tǒng)24包括一個(gè)退回機(jī)構(gòu)閥144，用來(lái)有選擇地提供高壓以向退回機(jī)構(gòu)48a提供動(dòng)力；包括一個(gè)高/低壓控制閥146，用來(lái)有選擇地向粘附部件控制閥148提供低壓或者高壓空氣，以便向粘附部件46a的活塞142(圖4)提供動(dòng)力，使吸盤54a伸長(zhǎng)或者退回；還包括一個(gè)吸盤閥150，用來(lái)向吸盤54a提供真空或者高壓空氣。系統(tǒng)24還包括通過管路152附著到吸盤閥150上的真空源30(圖1)，真空源通常安裝在遠(yuǎn)離牽引部件22的地方；以及一個(gè)通過管路158附著在吸盤閥150和吸盤54a上的真空傳感器154。真空傳感器154監(jiān)控吸盤54a中的空氣壓力，并且通過管路158將信息傳遞到微處理器。管路160將高壓/低壓控制閥146、退回機(jī)構(gòu)閥144和吸盤閥150附著到通常遠(yuǎn)離牽引部件22安裝的壓縮空氣源26。管路161將高/低壓控制閥連接到高壓氣源26。管路162將高壓/低壓控制閥146附著到粘附部件控制閥148上，其中管路164和166附著在粘附部件46a上。管路168將系統(tǒng)空氣排放到空氣中。
在一種實(shí)施例中，高壓近似比空氣壓力高125磅每平方英寸；低壓近似為10磅每平方英寸，真空近似比空氣壓力低11-12磅每平方英寸。然而，也可能使用其它壓力值，這取決于有效負(fù)載荷的重量和/或通過表面的類型。閥144-150附著在框架42(圖1)，并且與各個(gè)機(jī)構(gòu)48a、部件46a或吸盤54a隔開。但是，這些閥144-150可以構(gòu)成為各個(gè)機(jī)構(gòu)48a、部件46a或吸盤54a的一部分，或者布置在遠(yuǎn)離牽引部件22的地方。
仍然參照?qǐng)D5，當(dāng)牽引部件22通過表面(未示出)時(shí)，系統(tǒng)24重復(fù)伸出與收回吸盤54a、收回粘附部件46a以及將吸盤附著到表面上并從表面上松開的周期。在運(yùn)動(dòng)周期的第一時(shí)刻(第一時(shí)刻不必是第一個(gè)，而是為了討論的目的簡(jiǎn)單地選取的任意一個(gè)第一時(shí)刻)，粘附部件46a位于表面23的上方，處在返回的位置，吸盤閥150通過管路152和36將真空源30附著到吸盤54a上。當(dāng)吸盤54a懸垂在表面上時(shí)， 真空從空氣中抽取氣體，真空傳感器154在管路36中檢測(cè)到一個(gè)小的負(fù)壓。然后微處理器通過指令高壓/低壓控制閥146接通管路161以便向管路162提供低壓氣體，并指令粘附部件控制閥148將管路164與管路34a連通，從而將壓縮空氣源26附著到粘附部件46a。因此，粘附部件46a使吸盤伸長(zhǎng)到達(dá)表面。一旦吸盤54a接觸到表面，吸盤54a和表面之間形成一個(gè)密封，真空傳感器154檢測(cè)到負(fù)壓的增加。在這個(gè)信息的基礎(chǔ)上，微處理器通過指令高壓/低壓控制閥146接通管路161以便向管路162提供高壓氣體，并指令粘附部件控制閥148將管路162與管路34b連通，從而將壓縮空氣源26附著到粘附部件46a。然而，如果吸盤54a和表面之間不能形成密封，粘附部件46a將繼續(xù)在低壓的作用下伸長(zhǎng)吸盤，并且粘附部件46a將只是保持相對(duì)于表面的靜止?fàn)顟B(tài)，直到觸發(fā)一個(gè)限位開關(guān)96(圖2)。在另一種實(shí)施例中，微處理器指令粘附部件46a收回吸盤54a，返回機(jī)構(gòu)48a在一個(gè)預(yù)定的時(shí)延長(zhǎng)度后移動(dòng)粘附部件46a，真空傳感器154不會(huì)檢測(cè)負(fù)壓的增加。由于吸盤54a附著在表面上，粘附部件46a不能收回吸盤54a，因此通過向著表面推動(dòng)牽引部件22，將牽引部件22固定在表面上。粘附部件46a附著在表面上后，牽引部件22相對(duì)部件46a移動(dòng)，直到部件46a觸發(fā)一個(gè)限位開關(guān)96。一旦觸發(fā)了限位開關(guān)，微處理器使用管路36和160將壓縮空氣源26附著到吸盤54a上，并且在吸盤54a內(nèi)產(chǎn)生正壓，將吸盤54a從表面上吹開。在吸盤54a從表面上離開后，粘附部件46a在吸盤54a上施加一個(gè)收回的力，在松開過程中由吸盤54a造成的表面磨損降到了最低。當(dāng)一個(gè)限位開關(guān)96被觸發(fā)后，微處理器通過指令退回機(jī)構(gòu)閥144將管路160附著到管路170上，導(dǎo)致退回機(jī)構(gòu)48a伸長(zhǎng)其滑枕114使得壓縮空氣源26附著到退回機(jī)構(gòu)48a上。在退回機(jī)構(gòu)48a工作約四分之三秒之后，微處理器指令退回機(jī)構(gòu)閥144將管路160附著到172上，這將導(dǎo)致退回機(jī)48a收回其滑枕114?，F(xiàn)在，粘附部件46a回到與第一刻相同的位置上，可以重復(fù)進(jìn)行循環(huán)。
在另一種實(shí)施例中，系統(tǒng)24可能包括一個(gè)方向傳感器例如普通傾角計(jì)或者加速度計(jì)，來(lái)監(jiān)測(cè)牽引部件22相對(duì)于重力方向的方向，還包括一個(gè)調(diào)節(jié)器，用來(lái)增加或者降低真空和/或增高氣體壓力。這就使得當(dāng)牽引部件22通過天花板或者陡峭的傾斜墻壁時(shí)，能調(diào)節(jié)吸盤54a和表面之間的吸入量和粘附部件46a-46d的收回力。例如，當(dāng)通過飛機(jī)尾部主體部分的下側(cè)時(shí)，牽引部件22可能被倒置。另外，在吸盤54a中產(chǎn)生的真空可能通過向文丘里管吹氣并將吸盤54a的真空部分132(圖4)附著到文丘里管側(cè)壁的一個(gè)開口上而產(chǎn)生。
圖6是圖1中滾輪50的一個(gè)正視圖，按照本發(fā)明的一種實(shí)施例，它包括一個(gè)電機(jī)、一個(gè)滾輪主體、兩個(gè)輪子和一根驅(qū)動(dòng)軸。盡管圖6圖示了一個(gè)滾輪50a，應(yīng)當(dāng)理解該圖示也適用于其它滾輪50b-50d(圖1)。
參照?qǐng)D6，滾輪50a驅(qū)動(dòng)牽引部件22通過表面并轉(zhuǎn)向，它包括一個(gè)輪子電機(jī)174，電機(jī)通過一根布置在滾輪主體178之內(nèi)的驅(qū)動(dòng)軸176附著到兩個(gè)輪子56a和56b上。在一種實(shí)施例中，使用普通緊固件例如螺釘或者螺栓將輪子電機(jī)174安裝在框架42上。一個(gè)轉(zhuǎn)向軸承底板180，用來(lái)固定轉(zhuǎn)向軸承182，并附著在輪子電機(jī)174下方的框架42上。轉(zhuǎn)向軸承182支撐著一個(gè)安裝在滾輪主體178上的轉(zhuǎn)向管184，并且允許轉(zhuǎn)向管184相對(duì)軸承底板180和框架42轉(zhuǎn)動(dòng)。固定在轉(zhuǎn)向管184對(duì)表面186的轉(zhuǎn)向鏈輪188可以通過普通皮帶或者鏈索(未示出)附著在轉(zhuǎn)向電機(jī)上(未示出)，當(dāng)希望轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，皮帶或鏈輪將轉(zhuǎn)向電機(jī)的動(dòng)力傳遞給滾輪主體178。一個(gè)上驅(qū)動(dòng)軸190從輪子電機(jī)174向下伸出，并通過普通方向接頭193將下驅(qū)動(dòng)軸192附著在輪子電機(jī)174上。一個(gè)蝸輪194可以附著在下驅(qū)動(dòng)軸196的底部，并與連接在一個(gè)軸200上的正齒輪198嚙合，將動(dòng)力從電機(jī)174傳遞到輪子56a和56b。滾輪主體178通過普通輪子軸承201支撐著軸200，允許軸200相對(duì)滾輪主體178轉(zhuǎn)動(dòng)。普通技術(shù)設(shè)備(未顯示)例如蝶形螺母和開口銷、或者螺栓將輪子56a附著到軸200上，并且將軸200的轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到輪子56a上。
在一種實(shí)施例中，電機(jī)174是普通電機(jī)，其大小可以向輪子56a提供足夠的動(dòng)力，以驅(qū)動(dòng)牽引部件22上升90度的傾角，而且輪子56a通?？捎扇魏尾牧现瞥?，例如Tygon，這種材料抵抗航空液壓機(jī)液體的化學(xué)腐蝕。在另一種實(shí)施例中，電機(jī)174可能是一個(gè)步進(jìn)電機(jī)或者一個(gè)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，其能量輸出可以改變，而且輪子可以由任何普通材料制成，這取決于環(huán)境狀況和牽引部件所要通過的表面。
圖7A是圖1和6中滾輪的一個(gè)側(cè)視圖，按照本發(fā)明的一種實(shí)施例，滾輪包括一個(gè)轉(zhuǎn)向裝置。圖7B是圖1和6中滾輪的一個(gè)側(cè)視圖，按照本發(fā)明的另一種實(shí)施例，滾輪包括兩個(gè)轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)器。在圖7A和7B中，圖6中的滾輪電機(jī)、滾輪主體和驅(qū)動(dòng)器被忽略了。
現(xiàn)在參照?qǐng)D7A和圖7B，典型地，轉(zhuǎn)向裝置202通常提供比輪子56a(圖6)或者其它普通輪子可以提供的更大的牽引力，并且通常能使?fàn)恳考?2越過輪子56a或者其它普通輪子通常不能越過的障礙。在一種實(shí)施例中，轉(zhuǎn)向裝置202包括一個(gè)附著到輪子電機(jī)174(圖6)(未示出)上的驅(qū)動(dòng)輪子204，其中電機(jī)174用來(lái)驅(qū)動(dòng)滾輪50a因此框架42(圖1) (未示出)可以越過表面206；還包括一個(gè)第一和第二轉(zhuǎn)向架208和210，這兩個(gè)轉(zhuǎn)向架可以繞驅(qū)動(dòng)輪子204轉(zhuǎn)動(dòng)；還包括附著到驅(qū)動(dòng)輪子204和轉(zhuǎn)向架208和210上的皮帶212。一個(gè)或者多個(gè)驅(qū)動(dòng)器214附著在轉(zhuǎn)向桿216a和216b上，以移動(dòng)轉(zhuǎn)向架208和210靠近或者遠(yuǎn)離表面206。皮帶212可以任何普通彈性材料例如橡膠或者塑料的，或者皮帶212可以是附著起來(lái)的金屬鏈，這取決于所要通過的表面。轉(zhuǎn)向架208和210伸展后，可以在它們和表面206之間壓緊皮帶212，典型地，皮帶212上接觸表面206的區(qū)域從一個(gè)轉(zhuǎn)向架208向另一個(gè)210延伸，其最小值包括接觸每個(gè)轉(zhuǎn)向架208和210、驅(qū)動(dòng)輪子204和表面206的區(qū)域。接觸面積越多，牽引部件22的牽引力越大。轉(zhuǎn)向裝置202通過將皮帶212的一部分放置在障礙上，可以越過普通輪子通常無(wú)法越過的障礙，并且允許驅(qū)動(dòng)輪子204爬上皮帶212，這特別象坦克爬上倒下的、直徑大于坦克的任何輪子的樹。
參照?qǐng)D7A，在一種實(shí)施例中，一個(gè)Y字形附著件218將驅(qū)動(dòng)器214附著到兩個(gè)轉(zhuǎn)向桿216a和216b上。在這種配置中，轉(zhuǎn)向架208和210不圍繞驅(qū)動(dòng)輪子204彼此獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)。參照?qǐng)D7B，在另一種實(shí)施例中，每個(gè)轉(zhuǎn)向桿216a和216b都有一個(gè)與其相連的驅(qū)動(dòng)器214，這就允許每個(gè)轉(zhuǎn)向架208和210圍繞驅(qū)動(dòng)輪子204獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)。這就允許操作者將轉(zhuǎn)向架208或210靠著表面206放置，從而產(chǎn)生附加的牽引力，而不需要將其它轉(zhuǎn)向架靠著表面放置，例如當(dāng)其它轉(zhuǎn)向架受到損壞或者受到阻止不能與表面接觸。
圖8是按照本發(fā)明一種實(shí)施例的圖1中控制系統(tǒng)28的框圖?？刂葡到y(tǒng)28自動(dòng)控制牽引部件22(圖1)的各種部件，并且允許操作者控制部件22。各個(gè)控制塊都以一個(gè)名稱指定，該名稱以與在同一個(gè)框架零件68a-68d(圖2)內(nèi)相互聯(lián)系的部件相同的參考號(hào)結(jié)束。例如，在框架零件中的粘附部件的伸展或者收回由粘附部件控制閥(AMCV1)控制，而移動(dòng)相同粘附部件的退回機(jī)構(gòu)由退回機(jī)構(gòu)控制閥(RMCV1)控制。盡管隨后將通過參照單一框架零件中共同的部件對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行討論，該討論也適用于其它框架零件中共同的其它部件。
參照?qǐng)D8，在一種實(shí)施例中控制系統(tǒng)28包括一個(gè)微處理器(MP)220，用來(lái)接收來(lái)自操作者(OP)、障礙和真空傳感器(OS1和VS1)222a和224a、一個(gè)限位開關(guān)(LS1)226a和一個(gè)編碼(EN1)228a的信號(hào)，根據(jù)所接收到的信號(hào)，控制系統(tǒng)直接并通過控制器(CON)230，對(duì)各種閥(吸盤閥，SCV1，粘附部件控制閥，AMCV1，高壓/低壓控制閥，HLPCV1，退回機(jī)構(gòu)控制閥，RMCV1，以及升高控制閥，LCVA和LCVB，如果適用的話)126a-150a和232以及234、輪子電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(WMD1和SMD1)236a和238a以及輪子電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)(WM1和SM1)240a和242a發(fā)送指令。在一種實(shí)施例中，系統(tǒng)28可能自動(dòng)控制牽引部件22的組件，而不從操作者那里接收指令。在另外的實(shí)施例中，控制系統(tǒng)28可能按照從操作者那里接收到的指令控制牽引部件的一些或者全部組件。
仍然參照?qǐng)D8，MP按如下的方式指令一個(gè)粘附部件46a(圖1)的操作。在運(yùn)動(dòng)周期的第一時(shí)刻(第一時(shí)刻不必是第一個(gè)，而是為了討論的目的簡(jiǎn)單地選取的任意一個(gè)第一時(shí)刻)，粘附部件46a位于表面的上方，處在退回的位置，MP220指令A(yù)MCV1 148a和HLPCV1 146A向粘附部件46a加壓使其伸出吸盤54a(圖1)。然后，MP220等待VS1 154a，發(fā)出吸盤接觸到表面上的信號(hào)，這通過發(fā)出一個(gè)負(fù)壓增加的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。一旦這個(gè)信號(hào)被接收，MP220指令A(yù)MCV1 148a和HLPCV1 146a向粘附部件加壓收回吸盤54a，從而將輪子56a-56d(圖1)推向表面?？蚣?2(圖1)現(xiàn)在相對(duì)粘附部件46a移動(dòng)，最終觸發(fā)形成軟界限94(圖2)的LS1 226a。MP220記錄該事件并且通過牽引部件22中其它粘附部件46b-46d比較該事件的時(shí)序與其它當(dāng)時(shí)相同事件的時(shí)序。如果另一個(gè)事件的出現(xiàn)早于這個(gè)，MP220為使產(chǎn)生此事件的其他粘附元件從表面上松開，否則MP220指令SCV1 150a向吸盤54a加壓以產(chǎn)生比空氣壓力大的壓力，以松開粘附部件46a。此后立即，通常為幾分之一秒鐘后，MP220指令RMCV1 144a向返回機(jī)構(gòu)48a(圖1)加壓，移動(dòng)粘附部件46a移動(dòng)到收回位置。如前所述，在一種實(shí)施例中，返回機(jī)構(gòu)48a執(zhí)行操作將近四分之三秒，而這時(shí)MP指令RMCV1 144a向機(jī)構(gòu)48a加壓以停止部件46a的移動(dòng)。
仍然參照?qǐng)D8，在一種實(shí)施例中，MP220協(xié)調(diào)粘附部件46a-46d在表面上的附著與松開，這樣在牽引部件22通過表面時(shí)，在任何給定時(shí)刻至少有一個(gè)粘附部件46a-46d附著在表面上。如果MP220確定將所有粘附部件46a-46d的松開時(shí)間轉(zhuǎn)化為時(shí)間中的某一點(diǎn)，在牽引部件22繼續(xù)移動(dòng)通過表面時(shí)，MP220將停止一個(gè)兩個(gè)或三個(gè)粘附部件46a-46d的吸盤的伸展。另外，MP220可以停止?fàn)恳考?2移動(dòng)通過表面，并且在附著和松開的周期之內(nèi)，將一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)粘附部件46a-46d的時(shí)序移動(dòng)到不同的位置。
仍然參照?qǐng)D8，在一種實(shí)施例中，MP220按如下方式指令滾輪50a-50d的操作。MP220接收并分析來(lái)自控制器(CON)230和操作者的信息，并且據(jù)此指令CON230。然后CON230按照從編碼器(EN1)228a那里接收到的信號(hào)在本地指令輪子電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(WMD1)236a和轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(SMD1)238a。WMD1 236a控制輪子電機(jī)(WM1)240的操作參數(shù)，例如功率和速度。SMD1 238a控制轉(zhuǎn)向電機(jī)(SM1)242a的操作參數(shù)，例如使輪子56a(圖1)轉(zhuǎn)向。EN1 228a將牽引部件22的位置數(shù)據(jù)傳遞到CON230，然后與從MP接收到的指令進(jìn)行比較，據(jù)此指令電機(jī)驅(qū)動(dòng)器236a和238a。另外，如果粘附部件46a-46d接觸到硬界限92(圖2)，MP220可以停止WM1 240a以防止刮擦并將粘附部件46a移動(dòng)到收回位置。
仍然參照?qǐng)D8，如果多個(gè)牽引部件22組合在一起形成果一個(gè)部件列(與圖10、11和13接合在一起進(jìn)行討論)，控制系統(tǒng)將典型地包括一個(gè)主微處理器(MSTRMP)240以協(xié)調(diào)每個(gè)牽引部件22的MP220地操作。另外，MSTRMP240將取代單個(gè)的MP220，操作者將通過MSTRMP240控制部件列。在障礙傳感器(OS1)222a通知MP220碰到一個(gè)障礙、傾角或者下降坡度時(shí)，或MSTRMP240或者M(jìn)P220據(jù)此指令鏈條控制閥(LCVA)232向鏈條驅(qū)動(dòng)器加壓(將結(jié)合圖10和11進(jìn)行更為詳細(xì)的討論)。另外，如這里所述，MP220也可能使用傾角計(jì)或者加速度計(jì)監(jiān)視粘附部件46a相對(duì)于重力的方向，并且據(jù)此調(diào)節(jié)吸盤54a內(nèi)的真空度。
圖9A-9F是圖1中牽引部件22的視圖，圖中牽引部件按照本發(fā)明的一種實(shí)施例執(zhí)行三種類型的轉(zhuǎn)彎。圖9A和9B示出牽引部件22執(zhí)行原地轉(zhuǎn)彎；圖9C和9D示出牽引部件22執(zhí)行繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)彎；圖9E和9F示出牽引部件22執(zhí)行按某一半徑轉(zhuǎn)彎。
參照?qǐng)D9A和9B，原地轉(zhuǎn)彎允許操作者在輪子56a-56d不與表面242接觸時(shí)，改變牽引部件22的方向。這種類型的轉(zhuǎn)彎允許牽引部件22改變方向而不會(huì)刮擦表面242——當(dāng)輪子56a-56d視圖改變部件的行走方向時(shí)磨損表面242，并且不會(huì)改變相對(duì)于表面242的對(duì)齊。刮擦通常會(huì)在表面上造成刮痕，這將在表面上和結(jié)構(gòu)上造成表面損傷，并且越是表面光滑越是會(huì)出現(xiàn)刮痕。保持相同的對(duì)齊對(duì)于某些類型的工作或者檢查方面的應(yīng)用是非常重要的。
仍然參照?qǐng)D9A和9B，為了執(zhí)行一個(gè)原地轉(zhuǎn)彎，MP220(圖8)或者操作者指令粘附部件46a-46d(46c和46d沒有示出)附著其吸盤54a-54d(54c和54d未示出)，如果吸盤54a-54d尚未附著在表面242上。一旦吸盤54a-54d附著，粘附部件46a-46d進(jìn)一步向表面242伸展其吸盤54a-54d。這使?jié)L輪50a-50d的輪子56a-56d(56c和56d未示出)被提升離開表面242。然后，操作者或者M(jìn)P220使?jié)L輪50a-50d的輪子56a-56d轉(zhuǎn)向，然后收回吸盤54a-54d，使得牽引部件的已經(jīng)轉(zhuǎn)向的輪子56a-56d再次與表面接觸。
盡管在原地轉(zhuǎn)向描述和示出了牽引部件22的所有輪子56a-56d都指向相同的方向，輪子56a-56d可能轉(zhuǎn)動(dòng)后指向不同的方向。
參照?qǐng)D9C和圖9D，繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)彎允許牽引部件22繞牽引部件22內(nèi)任一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)而不會(huì)通過表面(未示出)。為了完成這種轉(zhuǎn)彎，操作者或者M(jìn)P220可以指令兩個(gè)相鄰的輪子電機(jī)240a和240b驅(qū)動(dòng)它們對(duì)應(yīng)的輪子56a和56b向前，同時(shí)指令剩余的輪子電機(jī)240c和240d在相反方向上驅(qū)動(dòng)它們對(duì)應(yīng)的輪子56c和56d，如圖9C所示。另外，操作者或MP220可以指令所有的轉(zhuǎn)向電機(jī)(未示出)使其對(duì)應(yīng)的輪子56a-56d轉(zhuǎn)向如圖9D所示，并且指令輪子電機(jī)240a-240d在恰當(dāng)?shù)姆较蛏向?qū)動(dòng)輪子56a-56d。
參照?qǐng)D9E和9F，繞某一半徑轉(zhuǎn)彎允許在部件22通過一個(gè)表面(未示出)時(shí)，牽引部件22繞在牽引部件22之外的某一點(diǎn)轉(zhuǎn)彎。圖9E中所示的轉(zhuǎn)彎與通常汽車?yán)@一個(gè)拐角轉(zhuǎn)彎相同，并且導(dǎo)致轉(zhuǎn)向輪子56a和56c刮擦表面。圖9F中所示的轉(zhuǎn)彎一般不會(huì)導(dǎo)致輪子56a-56d刮擦表面。然而，為了完成繞某一半徑轉(zhuǎn)彎而不會(huì)發(fā)生輪子56a-56d在表面上刮擦，外側(cè)輪子56a和56c的轉(zhuǎn)彎半徑和速度必須大于內(nèi)側(cè)輪子56b和56d的轉(zhuǎn)彎半徑和速度。
圖10和11是按照本發(fā)明一種實(shí)施例的三個(gè)圖1中的牽引部件22a-22c附著在一起形成一個(gè)部件列250的側(cè)視圖。圖10示出部件列250包括兩個(gè)附著裝置252a和252b，并且向上通過一個(gè)傾角。圖11顯示圖10中的部件列通過一個(gè)下降坡度。
參照?qǐng)D10和11，在一種實(shí)施例中，部件列250包括第一附著裝置252a，它的操作可以使第一或者引導(dǎo)牽引部件22a相對(duì)于第二或者中間牽引部件22b向上或者向下轉(zhuǎn)動(dòng)；以及第二附著裝置252b，它的操作可以使第三或者尾部牽引部件22c相對(duì)于中間牽引部件22b向上或者向下轉(zhuǎn)動(dòng)。部件列250還包括可以安裝在每個(gè)部件22a-22c上的障礙傳感器254a-254h，傳感器可以探測(cè)表面256上的障礙，例如縫隙、臺(tái)階或者突出物，以及將要通過的表面256上的任何明顯得傾角或者下降坡度。第一附著裝置252a包括一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)連桿件258a，其一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地附著在引導(dǎo)部件22a的后部260a，并且可轉(zhuǎn)動(dòng)地附著在中間部件22b的前部262b。附著裝置252a還包括兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器連桿264a和264b，它們的一端可轉(zhuǎn)動(dòng)地相互附著并且附著在或引導(dǎo)部件22a的后部260a或者中間部件22b的前部262b上；以及一個(gè)連桿驅(qū)動(dòng)器266a，它同樣可轉(zhuǎn)動(dòng)地附著中間部件22b和驅(qū)動(dòng)器連桿246b上。普通技術(shù)設(shè)備例如螺栓可以插入軸襯或者球軸承、滾針軸承或者徑向軸承中，可以用來(lái)將連桿258a、264a和264b以及驅(qū)動(dòng)器266之間可轉(zhuǎn)動(dòng)地相互附著，并且附著到對(duì)應(yīng)的牽引部件22a-22c上。第二附著裝置252b的結(jié)構(gòu)與第一附著裝置252a相同。通常障礙傳感器為使用聲或光的普通近程傳感器，用來(lái)檢測(cè)將要碰到的障礙并且通知微處理器220(圖8)。
仍然參照?qǐng)D10和11，在一種實(shí)施例中，部件列250還包括安裝在牽引部件22a和22c上的工具267a和267b。工具267a和267b可以使任何普通工具，例如探針267c或者具有一個(gè)具有所希望的爪267a的臂狀物。
仍然參照?qǐng)D10，當(dāng)障礙傳感器254a檢測(cè)到一個(gè)相當(dāng)大的傾角后，傳感器254a通知MP220。然后MP220指令引導(dǎo)部件22a的粘附部件46a-46d松開表面，如前面結(jié)合圖5所討論的一樣。然后，MP220指令圖5中的氣動(dòng)系統(tǒng)24向連桿驅(qū)動(dòng)器266提供壓縮空氣，以便在傾斜表面252上轉(zhuǎn)動(dòng)引導(dǎo)部件22a。然后MP220伸展引導(dǎo)部件22a的粘附部件46a-46d的吸盤54a-54d，并且指令中間和尾部部件22b和22c向著傾斜表面252驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)部件22a。一旦吸盤54a-54d接觸到表面252并且形成密封，MP220指令引導(dǎo)部件22a驅(qū)動(dòng)部件列250爬上傾斜表面。
參照?qǐng)D11，使用與此前所討論的相同的操作順序來(lái)驅(qū)動(dòng)部件列轉(zhuǎn)過并沿90度的斜坡下降。但是，當(dāng)牽引部件22a爬下斜坡后，中間和尾部部件22b和22c在沿斜坡下降時(shí)會(huì)降低部件列250的速度。
仍然參照?qǐng)D11，傳感器254a-254h可以探測(cè)到裂縫(未示出)，典型地，裂縫深度和寬度足以阻止部件列250通過表面256。當(dāng)碰到這種裂縫時(shí)，仍然使用先前所描述的操作順序，但是在這種情況下，當(dāng)中間和尾部部件22b和22c驅(qū)動(dòng)部件列250時(shí)，連桿驅(qū)動(dòng)器266a將引導(dǎo)部件22a懸吊在裂縫上方。然后，一旦障礙傳感器254a通知MP220(圖8)引導(dǎo)部件22a通過了裂縫，MP220指令連桿266a降低引導(dǎo)部件22a回到表面256上。為了懸吊并驅(qū)動(dòng)中間部件22b越過間隙，中間部件22b的粘附部件46a-46d從表面上松開，并且兩個(gè)連桿驅(qū)動(dòng)器266a和266b通過阻止中間部件的一個(gè)或多個(gè)滾輪50a-50d掉入間隙而將中間部件懸吊在間隙上。在另一個(gè)實(shí)施例中，連桿驅(qū)動(dòng)器266a和266b可以包括鎖定裝置，操作它可以防止中間部件掉進(jìn)縫隙中。
盡管部件列250被圖示和描述為由牽引部件22a-22c的前部和后部彼此相互附著而成，部件列250可以通過將部件22a-22c彼此并排附著形成。進(jìn)一步，附著裝置252a和252b可能附著到不同牽引部件22a-22c的一個(gè)或者多個(gè)輪子軸200(圖6)或者軸200和框架42(圖1)的結(jié)合體上。同樣，兩個(gè)或者多個(gè)連桿裝置252a和252b可以將部件22a-22c中的一個(gè)上附著到另一個(gè)部件22a-22c上，而不是僅僅象上面圖示和描述的一樣附著在一個(gè)上。
圖12是牽引部件270的俯視圖，按照本發(fā)明的一種實(shí)施例，包括六個(gè)粘附部件46e-46f。在一種實(shí)施例中，當(dāng)部件270通過表面時(shí)，附加的粘附部件46e-46f可能通過操作將牽引部件270固定在表面(未示出)。在這樣一種配置中，附加的粘附部件46e-46f循環(huán)經(jīng)過附著、松開和返回操作，這與先前結(jié)合圖1、5和8所討論的操作相同。進(jìn)一步，在這種配置中，附加的粘附部件46e-46f的循環(huán)通常受到MP220(圖8)相對(duì)于其它粘附部件46a-46d的監(jiān)控，以幫助確保在部件270通過表面時(shí)，至少一個(gè)粘附部件46a-46f附著在表面上。
在另一種實(shí)施例中，附加的粘附部件46e-46f的操作可能只是在部件270處于靜止時(shí)，幫助將牽引部件270附著在表面上。例如，如果部件270顛倒地懸掛在上面或者攜帶有有效負(fù)載，包括一個(gè)鉆頭以便在表面上的特定位置工作，部件270可能需要比其它粘附部件46a-46d單獨(dú)可以提供的更大的力，以便將其固定在表面上。在這種情況下，附加的粘附部件46e-46f可以附著在框架42上，以便在部件270通過一個(gè)表面時(shí)部件不會(huì)相對(duì)于框架移動(dòng)。在這種配置中，當(dāng)部件270移動(dòng)到工作位置時(shí)，附加的粘附部件46e-46f通常懸掛在表面之上。一旦處于該位置，操作者或者M(jìn)P220一般會(huì)指令附加粘附部件46e-46f將其吸盤54a-54d伸展到表面上并且形成一個(gè)與其它粘附部件46a-46d相同的密封。這樣，部件270更牢固地附著在該表面上。進(jìn)一步，在滾輪不能阻止部件270產(chǎn)生不希望的向下移動(dòng)的傾斜表面上，附加的粘附部件46e-46f可以輔助阻止部件270移動(dòng)。
盡管示出了兩個(gè)附加的粘附部件46e-46f，可以增加更多的部件以進(jìn)一步將部件270固定在表面上。
圖13是按照本發(fā)明另一種實(shí)施例的兩個(gè)并排連接的牽引部件列的俯視圖。部件列272和部件列274都與結(jié)合圖10和11討論的部件列250相同，除了每個(gè)牽引部件270包括六個(gè)與結(jié)合圖12討論的部件270一樣的粘附部件46a-46f。附著裝置274與結(jié)合圖10和11討論的附著裝置252a和252b相同，并且將部件列272附著到274上。通過將兩個(gè)部件列272和274并排附著起來(lái)，可以很容易地移動(dòng)一個(gè)更大的或者重的有效載荷表面和/或固定在表面上的工作位置上。
圖14是圖1中牽引部件22的透視圖，該部件在通過一架飛機(jī)的機(jī)身278時(shí)，被系在吊桿276上。將部件系在吊桿上允許部件22的操作者將部件放置在靠近飛機(jī)機(jī)身278或者適用的其它表面上希望的位置，并且使部件22通過一個(gè)短的距離到達(dá)希望的位置，而不是將部件22放置在機(jī)翼280或者機(jī)身278的底部282——飛機(jī)上的典型、便于操作者輕松而無(wú)需輔助地到達(dá)的位置上——等待部件22通過一個(gè)較長(zhǎng)的距離到達(dá)希望的位置。另外，將部件22系在吊桿276上允許操作者防止對(duì)飛機(jī)上的其它結(jié)構(gòu)例如機(jī)翼280、機(jī)窗284或者機(jī)身278造成代價(jià)昂貴的損壞，如果牽引部件22從機(jī)身278上發(fā)生墜落的話。
繩32將牽引部件22附著到氣動(dòng)系統(tǒng)24(圖1)和控制系統(tǒng)28(圖1)上，如前面結(jié)合圖1所討論的一樣，并且包括一個(gè)系繩40(圖1)，系繩可以是在部件22自由滑落時(shí)任何常規(guī)的材料，其強(qiáng)度足以拉住部件22，并且能夠使用普通技術(shù)設(shè)備例如螺栓或者鉤子附著在吊桿276和牽引部件22上。如果牽引部件22偶然發(fā)生墜落，防止擺動(dòng)的繩索286通過自動(dòng)收回阻止部件22擺動(dòng)回到機(jī)身。吊桿276可以是任何普通吊桿或者與4,417,424號(hào)美國(guó)專利中所討論的吊桿相同，該專利通過參考并入此處。
圖15是圖1中兩個(gè)牽引部件22a和22b系在建筑物頂上協(xié)調(diào)工作的透視圖。萬(wàn)一在牽引部件22a和22b偶然墜落時(shí)，母繩32上的系繩40(圖1)能夠防止對(duì)建筑物和牽引部件22a和22b下方的人造成低價(jià)昂貴的損壞。牽引部件22a和22b支撐著橫梁288，橫梁288又轉(zhuǎn)過來(lái)支撐著能夠在部件22a和22b的兩個(gè)方向上沿著橫梁移動(dòng)的窗戶清洗工具290。在這種配置中，牽引部件22a和22b能夠清洗多于一個(gè)的窗戶，而無(wú)需移動(dòng)到每個(gè)窗戶前。在另一種實(shí)施例中，橫梁288可能支撐著其它工具，例如探針或鉆頭。
從前述內(nèi)容可以理解，盡管為了說明的目的這里對(duì)本發(fā)明特定的實(shí)施例進(jìn)行了描述，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改而不會(huì)偏離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種牽引部件，包括所有的子系統(tǒng)一個(gè)框架；多個(gè)附著在框架上的滾輪，可以通過操作以驅(qū)動(dòng)框架通過一個(gè)表面；多個(gè)附著在框架上并且可以相對(duì)框架移動(dòng)的粘附部件，通過操作可以將框架固定在表面上并且能夠從表面上松開，每個(gè)粘附部件包括一個(gè)附著在主體上的腳部，通過操作腳部可以伸展到表面上，也可以從表面上將腳部退回；以及多個(gè)附著在框架上的退回機(jī)構(gòu)，每個(gè)都可以操作使相應(yīng)的粘附部件移動(dòng)到相應(yīng)的返回位置。
2.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，保持框架離開表面一個(gè)恒定或者基本恒定的距離。
3.如權(quán)利要求1的牽引部件，進(jìn)一步包括一個(gè)附著在粘附部件和退回機(jī)構(gòu)的控制部件，可以通過操作指令粘附部件伸展和退回其腳部，并指令退回機(jī)構(gòu)移動(dòng)粘附部件。
4.如權(quán)利要求1的牽引部件，進(jìn)一步包括一個(gè)附著在粘附部件和退回機(jī)構(gòu)上的控制部件，可以通過操作自動(dòng)指令粘附部件伸展和退回腳部，自動(dòng)指令退回機(jī)構(gòu)移動(dòng)粘附部件。
5.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，框架包括兩個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)地相互附著的部分。
6.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，框架包括兩個(gè)部分，每個(gè)具有一個(gè)中心軸，并且可轉(zhuǎn)動(dòng)的附著在其中心軸上。
7.如權(quán)利要求1的部件，其特征在于框架包括兩個(gè)尺寸相等或者基本相等的部分，相互之間可轉(zhuǎn)動(dòng)地附著，每個(gè)部分包括兩個(gè)尺寸相等或者基本相等的零件；相應(yīng)的滾輪、粘附部件和退回機(jī)構(gòu)都附著在每個(gè)零件上。
8.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，框架包括四個(gè)象限，每個(gè)滾輪和粘附部件位于相應(yīng)的一個(gè)象限之中。
9.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于框架包括兩個(gè)尺寸相等或者基本相等的部分，相互之間可轉(zhuǎn)動(dòng)地附著，每個(gè)部分包括兩個(gè)尺寸相等或者基本相等的零件，每個(gè)零件包括一個(gè)外角和一個(gè)中心；一個(gè)相應(yīng)的滾輪位于每個(gè)外角之上；并且一個(gè)相應(yīng)的粘附部件位于每個(gè)中心。
10.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，框架是矩形的。
11.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于框架包括兩個(gè)尺寸相等或者基本相等的部分，相互之間可轉(zhuǎn)動(dòng)地附著，每個(gè)部分包括兩個(gè)外角和一個(gè)內(nèi)部；一個(gè)相應(yīng)的滾輪位于每個(gè)外角之上；并且兩個(gè)相應(yīng)的粘附部件位于每個(gè)內(nèi)部上。
12.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于框架包括兩個(gè)尺寸相等或者基本相等的部分，相互之間可轉(zhuǎn)動(dòng)地附著，每個(gè)部分包括兩個(gè)外角和一個(gè)內(nèi)部；一個(gè)相關(guān)的滾輪位于每個(gè)外角之上；并且三個(gè)相關(guān)的粘附部件位于每個(gè)內(nèi)部上。
13.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，每個(gè)滾輪可轉(zhuǎn)動(dòng)地附著在框架上。
14.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，每個(gè)滾輪在相同的方向上伸展離開框架。
15.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，每個(gè)滾輪包括兩個(gè)輪子，可以操作與表面接觸并在上面滾動(dòng)。
16.如權(quán)利要求1的部件，其特征在于，每個(gè)滾輪包括一個(gè)附著在框架上的滾輪體；一根附著在滾輪體上的軸；兩個(gè)附著在軸上的輪子。
17.如權(quán)利要求1的部件，其特征在于，每個(gè)滾輪包括一個(gè)附著在框架上的滾輪體；一根附著在滾輪體上的軸；兩個(gè)附著在軸上的輪子；以及一個(gè)附著在輪子上的電機(jī)，通過操作以驅(qū)動(dòng)輪子。
18.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，可以操作粘附部件以增加框架到表面之間的距離。
19.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，框架包括多個(gè)直線軸承，每個(gè)對(duì)應(yīng)于各自的粘附部件，通過操作允許粘附部件相對(duì)框架移動(dòng)。
20.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，當(dāng)腳部接觸表面時(shí)，粘附部件可以通過向腳部施加一個(gè)退回力完成操作，將框架推向表面。
21.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，主體包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器具有一個(gè)包括從主體上伸出并附著在腳部上的第一端的桿件。
22.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于腳部包括一個(gè)吸盤，通過操作在吸盤和表面之間產(chǎn)生真空；主體包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器具有一個(gè)包括從外殼上伸出并附著在吸盤上的第一端的桿件。
28.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，每個(gè)粘附部件可以在平移區(qū)域內(nèi)移動(dòng)。
29.如權(quán)利要求1的部件，其特征在于，框架包括四個(gè)平移區(qū)域，每個(gè)都具有界限，以及一個(gè)可以在平移區(qū)域內(nèi)移動(dòng)的相應(yīng)的粘附部件。
30.如權(quán)利要求1的部件，其特征在于，框架包括四個(gè)平移區(qū)域，每個(gè)都具有軟界限，以及一個(gè)可以在平移區(qū)域內(nèi)移動(dòng)的相應(yīng)的粘附部件。
31.如權(quán)利要求1的部件，其特征在于，框架包括四個(gè)平移區(qū)域，每個(gè)都具有一個(gè)中心，一個(gè)硬界限和一個(gè)位于中心和硬界限之間一半距離處的軟界限，以及一個(gè)可以在平移區(qū)域內(nèi)移動(dòng)的相應(yīng)的粘附部件。
32.如權(quán)利要求1的部件，其特征在于，每個(gè)粘附部件可以在平移區(qū)域內(nèi)移動(dòng)，該平移區(qū)域包括一個(gè)中心，一個(gè)位于平移區(qū)域的中心的退回位置。
33.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，每個(gè)退回機(jī)構(gòu)可操作以將粘附部件推向退回機(jī)構(gòu)。
34.如權(quán)利要求1的牽引部件，進(jìn)一步包括一個(gè)附著在粘附部件和退回機(jī)構(gòu)上的控制部件；其中框架包括一個(gè)在平移區(qū)內(nèi)，形成一個(gè)軟界限的傳感器，當(dāng)粘附部件通過界限時(shí)，可以通過操作向控制部件發(fā)送粘附部件的位置信號(hào)，而且控制部件通過指令粘附部件松開表面而對(duì)信號(hào)響應(yīng)。
35.如權(quán)利要求1的牽引部件，進(jìn)一步包括一個(gè)附著在粘附部件和退回機(jī)構(gòu)上的控制部件，其特征在于控制部件指令每個(gè)退回機(jī)構(gòu)向各自的退回位置移動(dòng)相應(yīng)的粘附部件，并且在預(yù)定的持續(xù)時(shí)間后，指令退回機(jī)構(gòu)停止移動(dòng)相應(yīng)的粘附部件。
36.如權(quán)利要求1的牽引部件，進(jìn)一步包括一個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，可以操作使?jié)L輪轉(zhuǎn)動(dòng)。
37.如權(quán)利要求1的牽引部件，進(jìn)一步包括一個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，可以操作使每個(gè)滾輪獨(dú)立于其它滾輪而轉(zhuǎn)動(dòng)。
38.如權(quán)利要求1的牽引部件，進(jìn)一步包括兩個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，其特征在于框架包括兩個(gè)尺寸相等或者基本相等的部分，相互之間可轉(zhuǎn)動(dòng)地附著，每個(gè)部分包括兩個(gè)尺寸相等或者基本相等的零件，每個(gè)零件包括一個(gè)外角，滾輪位于外角上；其中一個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可操作地附著在滾輪的一部分上，而另一個(gè)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)可操作地附著在滾輪的另一部分上。
39.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，腳部包括一個(gè)吸盤，可以操作在表面和吸盤之間產(chǎn)生一個(gè)真空；以及控制部件，可以操作以確定粘附部件相對(duì)于重力場(chǎng)的方向，并調(diào)節(jié)吸盤的真空度來(lái)補(bǔ)償方向的改變。
40.如權(quán)利要求1的牽引部件，其特征在于，粘附部件可以在腳部附著在表面上時(shí)，通過向腳部施加一個(gè)退回力，向著表面推動(dòng)框架；并且控制部件可以操作來(lái)確定粘附部件相對(duì)于重力場(chǎng)的方向，并調(diào)節(jié)吸盤的真空度來(lái)補(bǔ)償方向的改變。
41.一種通過表面的方法，包括如下的順序?qū)⒛_部附著在表面上；通過向著彼此推動(dòng)腳部和框架，推動(dòng)框架靠近表面；相對(duì)附著的腳部移動(dòng)框架；從表面上松開腳部；將松開的腳部移動(dòng)到退回位置。
42.如權(quán)利要求41的方法，進(jìn)一步包括當(dāng)框架通過一個(gè)表面時(shí)，在所有時(shí)刻通過向著彼此推動(dòng)附著的腳部和框架，推動(dòng)框架靠近表面。
43.如權(quán)利要求41的方法，其特征在于，將腳部附著在表面上包括在腳部和表面之間產(chǎn)生一個(gè)真空。
全文摘要
一種牽引部件(22)，能夠通過表面并在表面上轉(zhuǎn)向，表面包括復(fù)合曲面例如球面或者是倒置的例如天花板。牽引部件包括多個(gè)滾輪(50a－50d)，可以操作以驅(qū)動(dòng)牽引部件通過一個(gè)表面；和多個(gè)粘附部件，可以通過操作可松開地將部件(22)固定在表面(23)上。在操作中，當(dāng)滾輪驅(qū)動(dòng)部件通過表面時(shí)，粘附部件(46a－46d)周期性地附著在表面上并從表面上松開。在每個(gè)周期內(nèi)，部件相對(duì)于附著的部件移動(dòng)一個(gè)預(yù)定的距離后，部件松開表面并且在不同的點(diǎn)重新附著在表面上。
文檔編號(hào)B60B39/00GK1474765SQ01818943
公開日2004年2月11日 申請(qǐng)日期2001年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月25日
發(fā)明者威廉·W·杰斯維恩, 威廉 W 杰斯維恩, 戴利, 弗蘭克·戴利, 奧爾森, 埃里克·奧爾森 申請(qǐng)人:斯蓋沃克機(jī)器人技術(shù)公司