DE60205353T2

DE60205353T2 - Robotersystem zur inspektion von gasleitungen

Info

Publication number: DE60205353T2
Application number: DE60205353T
Authority: DE
Inventors: Hagen Schempf; Edward Mutschler; Vitaly Goltsberg
Original assignee: Carnegie Mellon University
Current assignee: Carnegie Mellon University
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2002-03-07
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2022-03-08
Also published as: EP1373783A2; WO2002070943A2; CA2440344C; EP1373783B1; DE60205353D1; US6917176B2; US20020190682A1; ATE301264T1; ES2249599T3; WO2002070943A9; WO2002070943A3; CA2440344A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf selbsttätig angetriebene Robotersysteme zum Inspizieren von Pipelines und insbesondere von in Betrieb befindlichen Gaspipelines.
Gasverteilungs- und Versorgungsunternehmen kommen landesweit immer stärker unter Druck, um ihr unterirdisches Verteilungs- und Übergabesystem für Erdgas zu warten, zu verbessern und in effizienter Weise zu betreiben. Um dies zu gewährleisten, setzen diese Versorgungsunternehmen ein breites Feld von Technologien ein, um ihre unterirdischen Pipelines zu überwachen, zu inspizieren, zu reparieren, zu sanieren und zu ersetzen. Mehr und mehr Rohrleitungen müssen aufgrund des Alters des vorhandenen urbanen Versorgungs- und Verteilungsnetzes von Gaspipelines inspiziert werden.
Gegenwärtig werden nur wenig oder keine internen Inspektionen an einer Leitung vorgenommen, von der man weiß oder vermutet, daß sie an einer oder mehreren Stellen eine Leckage aufweist, ohne daß zumindest eine davon ausreichend groß ist, um ein sofortiges Handeln zu rechtfertigen. Die betreibende Gesellschaft muß eine Entscheidung treffen, ob die Leitung punkt- oder abschnittsweise zu reparieren ist, ob sie auszukleiden ist oder ob sie vollständig aufgegraben und ersetzt werden muß – diese Entscheidungen werden typischerweise auf der Grundlage von lokalen Belegdaten getroffen, wie etwa Karten, zeitlich zurückliegende Reparaturen, Leckageüberprüfungen, Korrosionsdaten usw., um dem Betreiber zu helfen, eine sichere und kostenmäßig effiziente Entscheidung zu treffen. Aufgrund von logistischen und finanziellen Betrachtungen werden Reparaturen und ein Austausch von Leitungen nur in dem Falle ausgeführt, daß Abschnitte der Pipeline an mehreren Orten oder an einem einzigen Ort lecken. In den meisten Fällen allerdings wird die Entscheidung, eine vorhandene Gasleitung auszutauschen und/oder neu auszukleiden, nicht immer durch physikalische Belege getragen, daß die Leitung, die ersetzt werden soll, tatsächlich über ihre gesamte Länge ersetzt werden muß, sondern statt dessen lediglich in bestimmten Abschnitten oder möglicherweise auch nur an bestimmten Stellen.
Der gesamte Abschätzungs- und Reparaturvorgang kann auf diese Weise außerordentlich kostspielig sein, ohne daß die Möglichkeit besteht, die Vorgehensweise einer kostengünstigsten Reparatur einzuschätzen. Allein in den USA werden über 650 Mill. $ pro Jahr ausgegeben, um Leckagen aller Art zu reparieren, so daß dadurch, daß den Versorgungsunternehmen die Werkzeuge an die Hand gegeben würden, die erforderlich sind, um die Entscheidungen für eine Auswahl eines kostengünstigen Reparaturverfahrens zu treffen, eine drastische Auswirkung auf ihre Tätigkeiten die Folge wäre.
Derartige Hauptleitungen sind einer schnellen Alterung unterworfen. Eine der größten Aufgaben, die auf die Industrie zukommt, besteht darin, vor Ort Inspektionen auszuführen, wobei ein breites Feld von Inspektionssensoren verwendet wird, um den Zustand der Hauptleitung herauszufinden, bevor Entscheidungen dahingehend getroffen werden, welche Wartungsschritte unternommen werden. Informationen über den Zustand des Netzes, sowohl hinsichtlich der Struktur (Integrität der Leitungen, Korrosion, Risse, Leckagen usw.) und auch Prozeßeigenschaften (Druck, Strömung, Feuchtigkeit usw.) sind wünschenswert, um Rohrleitungssysteme zu warten. Derartige Daten sind typischerweise erst verfügbar, nachdem eine lokale Inspektionsuntersuchung stattgefunden hat, entweder visuell über eine Kamera, oder durch andere Systeme zur Erfassung der Rohrleitungsstruktur (Leckage des magnetischen Flusses (Magnetic Flux Leakage (MFL), UT, Wirbelstromverfahren usw.). Manchmal aufgrund der Grundlage hiervon, aber in den meisten Fällen auf der Grundlage von keinerlei konkreten Daten, müssen Manager eine Entscheidung treffen, ob die Hauptleitungen repariert, neu ausgekleidet oder ersetzt (typischerweise durch Kunststoff) werden sollen. Daten in Realzeit im Hinblick auf den inneren Zustand einer Leitung würden eine enorme Hilfe für sie darstellen, um eine Entscheidung dahingehend zu treffen, was für eine Maßnahme getroffen werden soll.
Aus der US 6,107,795 ist ein Rohrleitungsfahrzeug bekannt, um zumindest einen Arbeitsvorgang in einer Rohrleitung auszuführen. Das Fahrzeug weist einen Zug von Modulen auf, die durch Aufhängeeinheiten miteinander verbunden sind, um eine gewundene Bewegung durch Biegungen der Rohrleitung zu ermöglichen. Ein Antriebsmechanismus ist auf manchen Modulen vorgesehen, um das Fahrzeug entlang der Rohrleitung anzutreiben. Der Fahrzeugzug weist ferner seine eigene innen liegende Stromversorgung auf, um sich selbst entlang der Rohrleitung anzutreiben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein über einen weiten Bereich arbeitendes, ungebundenes, während des Betriebs arbeitendes, innerhalb einer Rohrleitung arbeitendes Inspektionssystem nach Anspruch 1 bereit. Das System umfaßt einen selbsttätig angetriebenen Zug mit einer Anzahl von Modulen, Anschlußteile zum Verbinden von benachbarten Modulen miteinander, Komponenten zur Sammlung oder Erfassung von Daten und Kommunikationskomponenten zum Übertragen von gesammelten Daten. Die Anschlußteile sind so konfiguriert, daß sie eine Gelenkbewegung der Module relativ zueinander über mehrere Ebenen und Winkel zulassen.
Die Anzahl von Modulen kann zwei endständige Module aufweisen, von denen eines an jedem Ende des Zugs angeordnet ist, und wobei eine Anzahl von mittleren Zugmodulen, die zwischen den endständigen Modulen angeordnet sind, vorhanden sind. Bei dieser Ausführungsform können die Anschlußteile des Systems einen um zwei Achsen steuerbaren Verbindungsanschluß aufweisen, der zwischen jedem endständigen Modul und dem benachbart dazu angeordneten mittleren Modul des Zugs positioniert ist, wobei der zweiachsige Verbindungsanschluß um zwei Drehachsen bewegbar ist, und einen um eine einzelne Achse steuerbaren Verbindungsanschluß, der zwischen benachbarten mittleren Modulen des Zugs positioniert ist, wobei der eine einzelne Achse aufweisende Verbindungsanschluß um eine einzelne Drehachse bewegbar ist.
Die Kommunikationskomponenten können gesammelte oder erfaßte Daten zwischen den unterschiedlichen Modulen übertragen und/oder können Daten zu einem entfernt befindlichen Empfänger übertragen, wobei drahtlose, faseroptische oder andere geeignete Kommunikationsverfahren eingesetzt werden. Die Kommunikationskomponenten können auch von einem entfernten Ort empfangen.
Jedes Modul des Zugs weist eine zentrale Achse auf, und zumindest eines der Anschlußteile ist für eine Drehung um eine erste Achse konfiguriert, die im wesentlichen senkrecht zu der zentralen Achse des Moduls ist, mit dem das Anschlußteil verbunden ist, und ist ferner für eine Drehung um eine zweite Achse konfiguriert, die im wesentlichen parallel zu der zentralen Linie des Moduls ist, mit dem das Anschlußteil verbunden ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannte Anzahl von Modulen zumindest ein Antriebsmodul umfaßt.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß das genannte Antriebsmodul den genannten Antriebsmechanismus enthält, der weiter umfaßt: eine Antriebsanordnung; eine Antriebswelle, die wirkungsmäßig mit der Antriebsanordnung verbunden ist und durch diese angetrieben ist; eine Anzahl von Antriebsarmen, wobei jeder Antriebsarm zumindest ein angetriebenes Rad aufweist, das drehbar an einem freien Ende des Antriebsarms befestigt ist; und eine Zahnradanordnung zum Übertragen einer Bewegung von der Antriebswelle an die angetriebenen Räder, um eine Fortbewegung des genannten Zugs zu bewirken.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß der genannte Antriebsmechanismus weiterhin umfaßt: eine Ausfahrwelle, die wirkungsmäßig mit der Antriebsanordnung verbunden ist und durch diese angetrieben ist; eine Gestängeanordnung, die wirkungsmäßig mit der Ausfahrwelle und mit jedem von der Anzahl von Antriebsarmen verbunden ist, um die Antriebsarme relativ zu dem genannten Antriebsmodul auszufahren und einzuziehen.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannte Gestängeanordnung umfaßt: eine Anzahl von Ausfahrarmen, wobei jeder Ausfahrarm schwenkbar mit einem anderen von den genannten Antriebsarmen verbunden ist; und eine Ausfahreinheit, die schwenkbar mit jedem von den genannten Ausfahrarmen verbunden ist und wirkungsmäßig mit der Ausfahrwelle verbunden ist, um eine Bewegung der Ausfahrwelle an die Ausfahrarme zu übertragen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die genannte Antriebsanordnung umfaßt: einen Antriebsmotor zum Antreiben der Antriebswelle; und einen Ausfahrmotor zum Antreiben der genannten Ausfahrwelle.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die genannten Komponenten zur Erfassung von Daten in dem genannten Antriebsmodul untergebracht sind und eine Kamera und Lampen umfassen.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannten Komponenten zur Erfassung von Daten ein Bild gebendes System aufweisen.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannten Komponenten zur Erfassung von Daten Sensoren zur Erfassung von Streuverlusten von magnetischem Fluß aufweisen.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die genannten Komponenten zur Erfassung von Daten Sensoren zum Erfassen von Wirbelströmen aufweisen.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannten Komponenten zur Erfassung von Daten Ultraschallsensoren für die Wanddicke aufweisen.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannten Komponenten zur Erfassung von Daten radgekoppelte Wegstreckenzähler aufweisen.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die genannten Komponenten zur Erfassung von Daten Beschleunigungsmesser aufweisen.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß das System der genannten Anzahl von Modulen zumindest ein Energiemodul aufweist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß das genannte Energiemodul aufweist: eine Energiequelle; und ein Mittel zum Übertragen von Energie von der Energiequelle jeweils zu dem Antriebsmechanismus, zu den Komponenten zur Erfassung von Daten und zu den Komponenten zur Kommunikation von Daten.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die genannte Energiequelle wieder aufladbar ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannte Energiequelle dadurch wieder aufladbar ist, daß mit einem in-line angeordneten, von einer Gasströmung mit Energie versorgten Turbinensystem Strom erzeugt wird.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß das genannte Turbinensystem umfaßt: eine in-line angeordnete Turbine, die durch eine Gasströmung innerhalb der Rohrleitung angetrieben ist; und einen Generator, der durch die Turbine angetrieben ist, um kinetische Energie an die Energiequelle zuzuführen.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die Rohrleitung ein Portal zu einer Stelle außerhalb der Rohrleitung aufweist, und daß die Energiequelle durch Verbindung über das Portal mit einem außerhalb der Rohrleitung befindlichen Generator wieder aufladbar ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannte Energiequelle eine chemische Energiequelle aufweist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die chemische Energiequelle ein Batteriepaket ist.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß das genannte Batteriepaket aus zumindest zwei Teilpaketen besteht, von denen jeweils eines eine Anzahl von Batteriezellen aufweist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannten Batteriezellen aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Lithiumionenzellen, Nickelmetallhydridzellen und Alkalinezellen besteht.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das genannte zumindest eine Anschlußteil ein Kardan- oder Kugelgelenk aufweist.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß jedes Modul des genannten Zugs eine zentrale Achse aufweist, und daß zumindest eines der genannten Anschlußteile für eine Drehung um eine erste Achse konfiguriert ist, die im wesentlichen senkrecht zu der zentralen Achse des Moduls ist, mit dem das Anschlußteil verbunden ist, und für eine Drehung um eine zweite Achse, die im wesentlichen parallel zu der zentralen Linie des Moduls ist, mit dem das Anschlußteil verbunden ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannte Anzahl von Modulen weiter umfaßt: zwei endständige Module, von denen eines an jedem Ende des Zugs angeordnet ist; eine Anzahl von mittleren Modulen des Zugs, die zwischen den endständigen Modulen angeordnet sind, und wobei das zumindest eine Anschlußteil des Systems weiter umfaßt: einen um zwei Achsen steuerbaren Verbindungsanschluß, der zwischen jedem endständigen Modul und dem benachbart dazu angeordneten mittleren Modul des Zugs positioniert ist, wobei der um zwei Achsen steuerbare Anschluß um zwei Drehachsen bewegbar ist; einen um eine einzelne Achse steuerbaren Verbindungsanschluß, der zwischen benachbarten mittleren Modulen des Zugs positioniert ist, wobei der eine einzelne Achse aufweisende Verbindungsanschluß um eine einzelne Drehachse bewegbar ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß sich jeder der zwei Achsen aufweisenden Verbindungsanschlüsse sowohl um eine Neigungsachse als auch um eine Rollachse dreht, und daß sich jeder der eine einzelne Achse aufweisenden Verbindungsanschlüsse um eine Neigungsachse dreht.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die genannten Module jeweils einen Motor zum Antreiben der Bewegung der zwei Achsen und eine einzelne Achse aufweisenden Verbindungsanschlüsse aufweisen.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß jeder der Verbindungsanschlüsse mit zwei Achsen und mit einer Achse ein drehbares Zahnrad aufweist, das auf jedem Modul des Anschlusses angebracht ist, zum Zusammenwirken mit dem drehbaren Zahnrad auf dem benachbarten Modul.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß jedes Modul eine zentrale Achse aufweist und daß der Motor in jedem der genannten endständigen Module von der zentralen Achse dieses Moduls versetzt ist, und daß jedes endständige Modul umfaßt: ein erstes Befestigungsteil, das auf einem Ende des endständigen Moduls benachbart zu einem mittleren Modul des Zugs positioniert ist; eines der genannten drehbaren Zahnräder; und eine erste Zahnradanordnung, die durch den Motor angetrieben ist, um das genannte drehbare Zahnrad in Drehung zu versetzen.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die mittleren Module des Zugs benachbart zu den endständigen Modulen umfassen: ein zweites Befestigungsteil, das an einem Ende des mittleren Moduls des Zugs benachbart zu dem endständigen Modul positioniert ist, wobei das zweite Befestigungsteil um die zentrale Achse des mittleren Moduls des Zugs drehbar ist, auf dem es positioniert ist; und eines der genannten drehbaren Zahnräder, das auf dem zweiten Befestigungsteil in einer solchen Orientierung positioniert ist, daß die Achse seiner Drehung senkrecht zu der Achse der Drehung des zweiten Befestigungsteils und senkrecht zu der Achse der Drehung des drehbaren Zahnrads des endständigen Moduls ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß das erste Befestigungsteil umfaßt: ein Paar von einander gegenüberliegenden Gabelbefestigungen, die einen Abstand voneinander aufweisen; wobei das drehbare Zahnrad des endständigen Moduls für eine Drehung um eine Drehachse zwischen den einander gegenüberstehenden Gabelbefestigungen positioniert ist; und wobei das zweite Befestigungsteil schwenkbar mit dem Paar von einander gegenüberstehenden Gabelbefestigungen verbunden ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das zumindest eine Anschlußteil umfaßt: einen um zwei Achsen lenkbaren Verbindungsanschluß, der aus einer ersten Verbindungseinheit besteht, die auf einem der genannten Module positioniert ist und drehbar und schwenkbar mit einer zweiten Verbindungseinheit verbunden ist, die auf einem benachbarten der genannten Module positioniert ist.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß weiter ein um eine einzige Achse lenkbarer Verbindungsanschluß vorgesehen ist, der aus einer dritten Verbindungseinheit besteht, die auf einem der genannten Module positioniert ist und drehbar mit einer vierten Verbindungseinheit verbunden ist, die auf einem benachbarten der genannten Module positioniert ist, wobei die Module, die durch den genannten Verbindungsanschluß mit einer einzelnen Achse verbunden sind, nicht mehr als ein Modul gemeinsam mit den genannten Modulen haben, die durch den genannten Verbindungsanschluß mit zwei Achsen verbunden sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die erste Verbindungseinheit umfaßt: ein erstes Befestigungsteil, das auf einem Ende eines Moduls positioniert ist, in einer einem Ende eines benachbarten Moduls gegenüberstehenden Beziehung; eine erste Lenkmotoranordnung; eine erste Zahnradanordnung, die wirkungsmäßig mit der genannten ersten Lenkmotoranordnung verbunden ist; und wobei ein Teil der ersten Zahnradanordnung für eine Drehung um eine erste Drehachse positioniert ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das erste Befestigungsteil ein Paar von Gabelbefestigungen aufweist, die einen Zwischenraum dazwischen festlegen, wobei der genannte Teil des ersten Zahnrads in dem Zwischenraum zwischen dem Paar von Gabelbefestigungen positioniert ist.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß jedes genannte Modul eine zentrale Achse aufweist und daß das erste Befestigungsteil einen Schwenkblock aufweist, der um eine Drehachse parallel zu der zentralen Achse des Moduls, auf dem der Schwenkblock positioniert ist, drehbar ist, und wobei die genannte erste Drehachse um etwa 90° relativ zu der Drehachse des genannten Schwenkblocks versetzt ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannte zweite Verbindungseinheit umfaßt: ein zweites Befestigungsteil, das an einem Ende eines Moduls in einer einem Ende eines benachbarten Moduls gegenüberstehenden Beziehung positioniert ist; eine zweite Lenkmotoranordnung; eine zweite Zahnradanordnung, die wirkungsmäßig mit der zweiten Lenkmotoranordnung verbunden ist, und wobei ein Teil der genannten zweiten Zahnradanordnung zur Drehung um eine zweite Drehachse positioniert ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das genannte zweite Befestigungsteil ein Paar von Gabelbefestigungen aufweist, die einen Zwischenraum dazwischen festlegen, und daß der genannte Teil des zweiten Zahnrads in dem Zwischenraum zwischen dem Paar von Gabelbefestigungen positioniert ist.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß jedes genannte Modul eine zentrale Achse aufweist, wobei das genannte zweite Befestigungsteil auf der genannten zweiten Verbindungseinheit einen Schwenkblock aufweist, der um eine Drehachse parallel zu der zentralen Achse des Moduls, auf dem der genannte Schwenkblock positioniert ist, drehbar ist; und wobei die genannte zweite Drehachse um etwa 90° relativ zu der Drehachse des genannten Schwenkblocks versetzt ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß das genannte erste Befestigungsteil auf der genannten ersten Verbindungseinheit ein Paar von Gabelbefestigungen aufweist, die einen Zwischenraum dazwischen festlegen, wobei der genannte Teil des ersten Zahnrads in dem genannten Zwischenraum zwischen dem Paar von Gabelbefestigungen positioniert ist; wobei der genannte Schwenkblock schwenkbar mit dem Paar von Gabelbefestigungen verbunden ist; und wobei die erste Drehachse im wesentlichen parallel zu der zentralen Achse des Moduls ist, auf dem die genannte erste Verbindungseinheit positioniert ist, und im wesentlichen senkrecht zu der zweiten Drehachse ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß jedes genannte Modul eine zentrale Achse aufweist und daß jede der genannten dritten und vierten Verbindungseinheiten umfaßt: ein Befestigungsteil mit einer einzelnen Achse, das auf einem Ende eines Moduls in einer einem Ende eines benachbarten Moduls gegenüberstehenden Beziehung positioniert ist; eine dritte Antriebsanordnung; eine dritte Zahnradanordnung, die wirkungsmäßig mit der genannten dritten Antriebsanordnung verbunden ist; und wobei ein Teil der genannten dritten Zahnradanordnung zur Drehung um eine Drehachse positioniert ist.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die eine einzelne Achse aufweisenden Befestigungsteile fest an ihren jeweiligen Modulen befestigt sind; wobei die genannte Drehachse des genannten Zahnradteils der dritten Verbindungseinheit im wesentlichen parallel zu der zentralen Achse des Moduls ist, auf dem die dritte Verbindungseinheit positioniert ist; und wobei die genannte Drehachse des genannten Zahnradteils der vierten Verbindungseinheit von der zentralen Achse des Moduls, auf der die genannte vierte Verbindungseinheit positioniert ist, um etwa 90° versetzt ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannten dritten Zahnradanordnungen jeweils ein kegelritzelartiges Zahnrad aufweisen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die genannte Anzahl von Modulen weiterhin umfaßt: zumindest ein Antriebsmodul, das an dem Ende des genannten Zugs positioniert ist; zumindest zwei Energiemodule, von denen eines benachbart zu jeweils einem Antriebsmodul angeordnet ist; und wobei der genannte Verbindungsanschluß mit zwei Achsen jeweils zwischen dem genannten Antriebsmodul und dem genannten Energiemodul benachbart zu dem genannten Antriebsmodul positioniert ist.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die Kommunikationskomponenten drahtlose Kommunikationskomponenten umfassen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die genannten drahtlosen Kommunikationskomponenten eine Antenne zur Kommunikation mit einem entfernt angeordneten Empfänger umfassen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die genannte Antenne eine invertierte F-Antenne und eine Antennenreflektor-Leiterplatte aufweist.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die genannten drahtlosen Kommunikationskomponenten eine drahtlose Ethernet-Verbindung zu einem entfernt angeordneten Empfänger aufweisen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die genannten drahtlosen Kommunikationskomponenten ein Mittel zum Übertragen von elektromagnetischen Wellen mit niedriger Frequenz durch das Rohr und/oder durch die Rohrwände aufweisen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die genannten drahtlosen Kommunikationskomponenten ein Mittel zum Übertragen von Radiowellen aufweisen.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die genannten Kommunikationskomponenten faseroptische Kabel aufweisen, die mit einer optischen Kommunikationsverbindung versehen sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannte Anzahl von Modulen zumindest ein Tragmodul aufweist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das genannte Tragmodul einen Tragarmmechanismus zum Tragen des genannten Zugs aufweist.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß der genannte Tragarmmechanismus umfaßt: eine Anzahl von passiven Armen, wobei jeder passive Arm ein Rad aufweist, das drehbar an einem freien Ende davon befestigt ist; und eine Mitläufer-Antriebsanordnung; eine Ausfahrwelle, die wirkungsmäßig mit der genannten Mitläufer-Antriebsanordnung verbunden ist und durch diese angetrieben ist; eine Gestängeanordnung, die wirkungsmäßig mit der Ausfahrwelle und mit jedem von der Anzahl von passiven Armen verbunden ist, um die genannten passiven Arme relativ zu dem Tragmodul auszufahren und einzuziehen, um den Zug innerhalb der Rohrleitung abzustützen und zu zentrieren, wenn sich der Zug bewegt.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannte Gestängeanordnung umfaßt: eine Anzahl von Mitläufer-Ausfahrarmen, wobei jeder Mitläufer-Ausfahrarm schwenkbar mit einem anderen von den passiven Armen verbunden ist; und eine Mutter, die schwenkbar mit jedem von den genannten Mitläufer-Ausfahrarmen verbunden ist und wirkungsmäßig mit der genannten Ausfahrwelle verbunden ist, um eine Bewegung der Ausfahrwelle an die passiven Arme zu übertragen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die genannten passiven Arme Bewegungssensoren tragen, um die Drehbewegungen der genannten Räder der genannten passiven Arme zu erfassen.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß zumindest zwei passive Arme vorhanden sind, die in einem gegenseitigen Abstand um das genannte Tragmodul herum angeordnet sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß das genannte Tragmodul weiterhin mit zumindest einer Verbindungseinheit an einem Ende davon versehen ist, zur Verbindung mit einem benachbarten aus der genannten Anzahl von Modulen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die genannte Verbindungseinheit umfaßt: ein Paar von einander gegenüberstehenden Gabelbefestigungen, die in einem gegenseitigen Abstand voneinander angeordnet sind; eine Lenkmotoranordnung; eine erste Zahnradanordnung, die wirkungsmäßig mit der genannten Lenkmotoranordnung verbunden ist; und wobei der Teil der genannten ersten Zahnradanordnung zur Drehung um eine einzelne Drehachse zwischen dem Paar von Gabelbefestigungen positioniert ist.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß das genannte Tragmodul mit zwei Verbindungseinheiten versehen ist, eine an jedem Ende davon, wobei die genannten Verbindungseinheiten um eine einzelne Drehachse bewegbar sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß das genannte Tragmodul elektrische Verbindungsteile für den Durchgang von elektrischen Signalen zwischen zumindest einem weiteren Modul aus der genannten Anzahl von Modulen enthält.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannte Anzahl von Modulen ein Elektronikmodul umfaßt.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß das genannte Elektronikmodul Computerkomponenten umfaßt.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannten Computerkomponenten einen Prozessor und einen Wandler aufweisen, sowie elektrische Verbindungsteile für den Durchgang von elektrischen Signalen zwischen dem genannten Elektronikmodul und zumindest einem weiteren Modul aus der genannten Anzahl von Modulen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das genannte Elektronikmodul einen Teil von einem Anschlußteil umfaßt, wobei der genannte Teil zumindest eine Verbindungseinheit mit einer einzelnen Achse umfaßt, zur Verbindung des genannten Elektronikmoduls mit einem benachbarten aus der genannten Anzahl von Modulen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die genannte Verbindungseinheit mit einer einzelnen Achse umfaßt: eine Befestigungseinheit, die für eine schwenkbare Verbindung mit einem Paar von Gabelbefestigungen des genannten benachbarten Moduls konfiguriert ist; und eine Zahnradanordnung, die zur Drehung auf der genannten Befestigungseinheit um eine Drehachse angebracht ist; wobei ein Teil der genannten Zahnradanordnung für ein komplementäres drehendes Zusammenwirken mit einer Zahnradanordnung auf dem genannten benachbarten Modul konfiguriert ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die genannte Anzahl von Modulen weiterhin umfaßt: ein führendes Antriebsmodul; ein Energiemodul; wobei ein erstes aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen ein Ende des genannten führenden Antriebsmoduls mit einem Ende des genannten Energiemoduls verbindet, wobei das Energiemodul ein anderes Ende aufweist; ein Tragmodul; wobei ein zweites aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen das andere Ende des genannten Energiemoduls mit dem genannten Tragmodul verbindet, wobei das Tragmodul ein anderes Ende aufweist; wobei das genannte Elektronikmodul mit dem anderen Ende des genannten Tragmoduls durch ein drittes aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen verbunden ist, und wobei die genannte Verbindungseinheit mit einer einzelnen Achse auf dem Elektronikmodul einen Teil des dritten Verbindungsteils bildet, das das Elektronikmodul mit dem Tragmodul verbindet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß jedes genannte Modul aus der genannten Anzahl von Modulen eine zentrale Achse aufweist, und daß das erste aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen einen Anschluß umfaßt, der für eine Drehung um eine erste Achse konfiguriert ist, die im wesentlichen senkrecht zu der zentralen Achse des Antriebsmoduls ist, und für eine Drehung um eine zweite Achse, die im wesentlichen parallel zu der zentralen Linie des Antriebsmoduls ist; und wobei das zweite aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen einen Anschluß aufweist, der für eine Drehung um eine Achse konfiguriert ist, die im wesentlichen senkrecht zu der zentralen Achse entweder des Energiemoduls oder des Tragmoduls oder von beiden ist.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß das eine aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen erste und zweite Verbindungseinheiten umfaßt, wobei die erste genannte Verbindungseinheit umfaßt: ein Paar von einander gegenüberstehenden Gabelbefestigungen, die einen Zwischenraum dazwischen festlegen; eine Lenkmotoranordnung; eine erste Zahnradanordnung, die wirkungsmäßig mit der Lenkmotoranordnung verbunden ist; und wobei ein Teil der genannten ersten Zahnradanordnung für eine Drehung um eine Drehachse zwischen dem Paar von Gabelbefestigungen positioniert ist und mit einer Eingreifoberfläche versehen ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß das genannte führende Antriebsmodul die genannte erste Verbindungseinheit umfaßt; wobei das benachbarte Energiemodul ein Befestigungsteil aufweist, das an einem Ende davon für eine Drehung um die zentrale Achse des genannten Energiemoduls positioniert ist, und wobei ein drehbares Zahnrad auf dem genannten Befestigungsteil in einer solchen Orientierung positioniert ist, daß die Drehachse des genannten Zahnrads des Energiemoduls senkrecht zu der Drehachse des genannten Teils der ersten Zahnradanordnung des genannten Antriebsmoduls ist, wobei das genannte Zahnrad des Antriebsmoduls mit einer Eingreifoberfläche darauf versehen ist, die für ein komplementäres Zusammenwirken mit der Eingreifoberfläche des genannten Teils des genannten ersten Zahnrads konfiguriert ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das genannte Tragmodul eines von den genannten zweiten aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen an jedem Ende davon aufweist.
Zweckmäßigerweise sind zwei Antriebsmodule vorgesehen, wobei eines an jedem Ende des genannten Zugs positioniert ist; zwei Energiemodule, von denen jeweils eines benachbart zu einem unterschiedlichen von den genannten Antriebsmodulen positioniert ist; und zwei Tragmodule, von denen jeweils eines benachbart zu einem unterschiedlichen von den genannten Energiemodulen positioniert ist; wobei das genannte Elektronikmodul zwischen den genannten Tragmodulen positioniert ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannte Anzahl von Modulen umfaßt: zwei Antriebsmodule, von denen eines an jedem Ende von dem genannten Zug positioniert ist; zwei Energiemodule, wobei jedes Energiemodul benachbart zu einem unterschiedlichen von den genannten Antriebsmodulen positioniert ist; und zwei Tragmodule, wobei jedes Tragmodul benachbart zu einem unterschiedlichen von den genannten Energiemodulen positioniert ist; und ein Elektronikmodul, das zwischen den genannten Tragmodulen positioniert ist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß eines aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen zwischen jedem der genannten Antriebsmodule und einem benachbarten Energiemodul positioniert ist, wobei das genannte Anschlußteil eine Antriebsverbindungseinheit und eine Energieverbindungseinheit umfaßt, wobei die genannte Antriebsverbindungseinheit umfaßt: ein Paar von einander gegenüberliegenden Gabelbefestigungen, die in einem gegenseitigen Abstand angebracht sind; eine Lenkmotoranordnung; eine erste Zahnradanordnung, die wirkungsmäßig mit der genannten Lenkmotoranordnung verbunden ist; und einen Teil der genannten ersten Zahnradanordnung, der für eine Drehung um eine Drehachse zwischen dem Paar von Gabelbefestigungen positioniert ist.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß jedes genannte Modul eine zentrale Achse aufweist, und daß jede der genannten Energieverbindungseinheiten umfaßt: eine Befestigungseinheit, die für eine Drehung um eine zentrale Achse des Energiemoduls angebracht ist und schwenkbar mit dem genannten Paar von Gabelbefestigungen der genannten benachbarten Antriebsverbindungseinheit verbunden ist; eine zweite Zahnradanordnung, die für eine Drehung auf der genannten Befestigungseinheit um eine Achse befestigt ist, die von der Drehachse der ersten genannten Zahnradanordnung um etwa 90° versetzt ist; wobei ein Teil der genannten zweiten Zahnradanordnung für einen komplementären rotierenden Eingriff mit dem genannten Teil der genannten ersten Zahnradanordnung konfiguriert ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die genannten Antriebsmodule umfassen: ein Gehäuse, das eine vordere Endkappe und eine hintere Endkappe aufweist; wobei der genannte Antriebsmechanismus in dem genannten Gehäuse positioniert ist; wobei die genannten Komponenten zur Erfassung von Daten in der genannten vorderen Endkappe positioniert sind; und wobei die genannten drahtlosen Kommunikationskomponenten in dem genannten Gehäuse positioniert sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß der genannte Antriebsmechanismus umfaßt: eine Antriebsanordnung; eine Antriebswelle, die wirkungsmäßig mit der genannten Antriebsanordnung verbunden ist und durch diese angetrieben ist; eine Anzahl von Antriebsarmen, die sich aus dem Gehäuse nach außen erstrecken, wobei jeder Antriebsarm mit zumindest einem angetriebenen Rad versehen ist, das drehbar an einem freien Ende des genannten Antriebsarms außerhalb des genannten Gehäuses des genannten Antriebsteils befestigt ist; und eine Zahnradanordnung zum Übertragen einer Bewegung der genannten Antriebswelle an die genannten angetriebenen Räder, um eine Fortbewegung des genannten Zugs zu bewirken.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß der genannte Antriebsmechanismus ferner umfaßt: eine Ausfahrwelle, die wirkungsmäßig mit der genannten Antriebsanordnung verbunden ist und durch diese angetrieben ist; eine Gestängeanordnung, die wirkungsmäßig mit der genannten Ausfahrwelle verbunden ist und mit jedem aus der genannten Anzahl von Antriebsarmen, um die genannten Antriebsarme nach außen aus dem genannten Gehäuse des Antriebsmoduls auszufahren und um die genannten Antriebsarme in das Gehäuse des genannten Antriebsmoduls einzuziehen.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannte Gestängeanordnung umfaßt: eine Anzahl von Ausfahrarmen, wobei jeder Ausfahrarm schwenkbar mit einem anderen von den genannten Antriebsarmen verbunden ist; und eine Ausfahreinheit, die schwenkbar mit jedem der genannten Ausfahrarme verbunden ist und wirkungsmäßig mit der genannten Ausfahrwelle verbunden ist, um eine Bewegung der genannten Ausfahrwelle an die genannten Ausfahrarme zu übertragen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß zumindest zwei Antriebsarme vorhanden sind, die in radialer Richtung mit Abstand voneinander angeordnet sind.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die genannte Antriebsanordnung umfaßt: einen Antriebsmotor zum Antreiben der genannten Antriebswelle; und einen Ausfahrantrieb zum Antreiben der genannten Ausfahrwelle.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß jedes genannte Tragmodul umfaßt: ein Gehäuse, das mit ersten und zweiten Endkappen versehen ist; einen Tragarmmechanismus, der innerhalb des genannten Gehäuses des genannten Tragmoduls positioniert ist, um den genannten Zug abzustützen; und elektronische Komponenten zur Kommunikation von elektrischen Signalen zu dem und von dem Tragmodul zu zumindest einem anderen Modul innerhalb des genannten Zugs.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der genannte Tragarmmechanismus umfaßt: eine Anzahl von passiven Armen, wobei jeder passive Arm ein Rad aufweist, das drehbar an einem freien Ende davon befestigt ist; eine Mitläufer-Anordnung in dem genannten Gehäuse des Tragmoduls; eine Ausfahrwelle in dem genannten Gehäuse des Tragmoduls, die wirkungsmäßig mit der genannten Mitläufer-Antriebsanordnung verbunden ist und durch diese angetrieben ist; und eine Gestängeanordnung, die wirkungsmäßig mit der genannten Ausfahrwelle und mit jedem aus der Anzahl von passiven Armen verbunden ist, um die genannten passiven Arme außerhalb von dem genannten Gehäuse des Tragmoduls auszufahren und um die genannten passiven Arme in das genannte Gehäuse des Tragmoduls einzuziehen.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die genannte Gestängeanordnung umfaßt: eine Anzahl von Mitläufer-Ausfahrarmen, wobei jeder Mitläufer-Ausfahrarm schwenkbar mit einem anderen von den genannten passiven Armen verbunden ist; und eine Mutter, die schwenkbar mit jedem von den genannten Mitläufer-Ausfahrarmen verbunden ist und wirkungsmäßig mit der genannten Ausfahrwelle verbunden ist, um eine Bewegung der Ausfahrwelle an die passiven Arme zu übertragen.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannten passiven Arme Bewegungssensoren tragen, um die Drehbewegungen der genannten Räder der passiven Arme zu erfassen.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß zumindest zwei passive Arme vorhanden sind, die in einem gegenseitigen Abstand um das genannte Tragmodul herum angeordnet sind.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß das genannte Elektronikmodul Computerkomponenten umfaßt, die einen Prozessor und einen Wandler umfassen, sowie elektrische Verbindungsteile für einen Durchgang von elektrischen Signalen zwischen dem genannten Elektronikmodul und zumindest einem anderen Modul aus der genannten Anzahl von Modulen.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannte Anzahl von Modulen zwei Antriebsmodule umfaßt, die an jedem Ende des genannten Zugs positioniert sind, und ein Elektronikmodul, das dazwischen positioniert ist; wobei jedes der genannten Antriebsmodule mit einem der genannten Antriebsmechanismen versehen ist und mit den genannten Komponenten zur Erfassung von Daten, die darin untergebracht sind, und wobei das genannte Elektronikmodul eine Energieversorgung aufweist sowie Computerkomponenten, die darin untergebracht sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die genannte Anzahl von Modulen zwei Antriebsmodule umfaßt, die an jedem Ende des genannten Zugs positioniert sind, wobei jedes genannte Antriebsmodul mit einem der genannten Antriebsmechanismen und mit den genannten Komponenten zur Erfassung von Daten versehen ist, die darin untergebracht sind, und wobei ein Energiemodul zwischen den genannten Antriebsmodulen positioniert ist, wobei das genannte Energiemodul mit einem Batteriepaket und mit Computerkomponenten versehen ist, die darin untergebracht sind, wobei das genannte Batteriepaket genügend gespeicherte Energie aufweist, um Energie zum Antrieb der genannten Antriebsmechanismen, der genannten Komponenten zur Erfassung von Daten, der genannten drahtlosen Kommunikationskomponenten und der genannten Computerkomponenten für einen ununterbrochenen Betrieb von zumindest acht Stunden bereitzustellen.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß die genannte Anzahl von Modulen umfaßt: zumindest ein Antriebsmodul, das an einem Ende des genannten Zugs positioniert ist, wobei das zumindest eine Antriebsmodul mit dem genannten Antriebsmechanismus und den genannten Komponenten zur Erfassung von Daten versehen ist, die darin untergebracht sind; zumindest ein Energiemodul, das benachbart zu einem Ende des zumindest einen Antriebsmoduls positioniert ist, wobei das zumindest eine Energiemodul ein Batteriepaket aufweist; und ein Elektronikmodul, das benachbart entweder zu dem genannten Antriebsmodul oder zu dem genannten Energiemodul positioniert ist, wobei das Elektronikmodul mit Computerkomponenten versehen ist, die darin untergebracht sind, wobei das genannte Batteriepaket genügend gespeicherte Energie aufweist, um Energie zum Antrieb der genannten Antriebsmechanismen, der genannten Komponenten zur Erfassung von Daten, der genannten drahtlosen Kommunikationskomponenten und der genannten Computerkomponenten für einen ununterbrochenen Betrieb von zumindest acht Stunden bereitzustellen.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß Sensoren in dem genannten Energiemodul angeordnet sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß Sensoren in dem genannten Elektronikmodul angeordnet sind.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß ein Tragmodul zwischen dem genannten Energiemodul und dem genannten Elektronikmodul angeordnet ist, wobei das genannte Tragmodul eine Anzahl von Rädern zum Abstützen des genannten Zugs aufweist.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die genannten Anschlußteile, die jedes der genannten benachbarten Module verbinden, mit Kardan- oder Kugelgelenken versehen sind.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die genannten Komponenten zur Erfassung von Daten aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus bildgebenden Systemen einschließlich einer Kamera und einer Lichtquelle, Potentiometern, Beschleunigungsmessern, Sensoren zum Erfassen von Streuverlusten des magnetischen Flusses, Sensoren zum Erfassen von Wirbelströmen, radgekoppelten Wegstreckenzählern und einer beliebigen Kombination daraus besteht.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß ein erstes aus der Anzahl von Modulen das bildgebende System umfaßt; und daß ein zweites aus der Anzahl von Modulen einen digitalen Bildempfänger in Kommunikation mit dem bildgebenden System aufweist, um Bilddaten zu empfangen, die von dem bildgebenden System aufgenommen worden sind.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß der digitale Bildempfänger einen LVDS-Empfänger umfaßt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das zweite Modul weiter einen Prozessor in Kommunikation mit dem digitalen Bildempfänger zum Verarbeiten der Bilddaten umfaßt.
Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, daß das zweite Modul weiter drahtlose Komponenten zur Netzwerkkommunikation in Kommunikation mit dem Prozessor umfaßt.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß der Prozessor zum Paketieren der Bilddaten dient; und daß die drahtlosen Komponenten zur Netzwerkkommunikation zum Übertragen der paketierten Bilddaten über ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk zu einem entfernt angeordneten Benutzerinterface dienen.
KURZE BESCHREIBUNG VON MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird besser verständlich, wenn auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Daher wird zum Zwecke der Erläuterung der unterschiedlichen Ausführungsformen des Inspektionsroboters nach der vorliegenden Erfindung, nicht allerdings zur Beschränkung der Erfindung, auf die Zeichnung Bezug genommen, wie folgt:
1 erläutert eine Ausführungsform des modularen Inspektionsroboters nach der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Ausführungsform des Antriebsmoduls des Inspektionsroboters nach 1.
3 erläutert eine seitliche Schnittansicht des Antriebsmoduls nach 2.
4 zeigt eine Ansicht des vorderen Endes des Antriebsmoduls nach 2.
5 zeigt eine rückseitige Ansicht des Antriebsmoduls nach 2.
6 erläutert eine perspektivische Ansicht des Antriebsmechanismus des Antriebsmoduls nach 2.
7 erläutert eine Schnittansicht des Antriebsmechanismus nach 6.
8 erläutert eine auseinandergezogene Ansicht der Komponenten des mit zwei Achsen versehenen Verbindungsanschlusses des Antriebsmoduls nach 2.
9 erläutert eine Schnittansicht des zusammengesetzten, mit zwei Achsen versehenen Verbindungsanschlusses nach 8.
10 erläutert eine Draufsicht von oben auf einen Stapel von elektronischen Elementen, einschließlich einer invertierten F-Antenne, die in einer Ausführungsform des Inspektionsroboters nach 1 verwendet wird.
11 zeigt eine seitliche Ansicht des Stapels von elektronischen Elementen nach 10.
12(A) und (B) erläutern eine perspektivische Ansicht und eine Schnittansicht von einer Ausführungsform des Energiemoduls nach 1, wobei die mit zwei Achsen und einer Achse versehenen Verbindungseinheiten an jeweiligen Enden davon dargestellt sind.
12(C) bis (F) erläutern Ansichten von den beiden mit zwei Achsen versehenen Verbindungseinheiten des Energiemoduls wie folgt: eine perspektivische Ansicht (C), eine endseitige Ansicht (D), eine Schnittansicht entlang der Linien A-A in 12(D) (E), und eine Schnittansicht entlang der Linien B-B in 12(D) (F).
13 zeigt eine Ausführungsform des Tragmoduls nach 1.
14 zeigt eine endseitige Ansicht des Tragmoduls nach 13.
15 zeigt eine seitliche Schnittansicht der Ausführungsform des Tragmoduls nach 13 entlang der Linie A-A in 14.
16A bis C zeigen eine Ausführungsform der Elektronikeinheit des Tragmoduls nach 11, wobei 16B eine seitliche Schnittansicht zeigt, entlang der Linie A-A in 16A, und 16C eine endseitige Schnittansicht zeigt, entlang der Linie B-B in 16A.
17 zeigt eine perspektivische Ansicht des Mitläuferarmmechanismus des Tragmoduls nach 13.
18 erläutert eine Schnittansicht des Mitläuferarmantriebs des Mitläuferarmmechanismus nach 17.
19 zeigt eine endseitige Ansicht einer Ausführungsform eines Elektronikmoduls des Inspektionsroboters nach 1, wobei der mit einer einzelnen Achse versehene Anschluß dargestellt ist.
20 zeigt eine seitliche Schnittansicht des Elektronikmoduls, entlang der Linie A-A in 19.
21 ist eine Darstellung einer Ausführungsform der dezentralen Computerarchitektur des Elektronikmoduls.
22 zeigt eine Ansicht des Inspektionsroboters nach 1, der in eine Rohrleitung einfährt.
23 ist eine Ansicht des Inspektionsroboters nach 1, der eine Wendung um 90° in der Pipeline ausführt.
24 zeigt eine Ansicht des Inspektionsroboters nach 1, nachdem er in die Rohrleitung eingefahren ist.
25 zeigt eine Ausführungsform eines Bildschirms eines Bedienerinterface zum Anzeigen von empfangenen Daten, die von dem Inspektionsroboter nach 1 gesendet worden sind.
26 zeigt ein Diagramm einer Ausführungsform einer Softwarearchitektur, die zum Betreiben des Systems nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
27 zeigt ein Diagramm einer Ausführungsform einer Computerarchitektur, die für einen Prozessor verwendet werden kann, der in dem System nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 bis 27 erläutern Merkmale von einer oder mehreren möglichen Ausführungsformen des Inspektionssystems 10 nach der vorliegenden Erfindung. Unter Bezugnahme auf 1 weist das System zur Rohrleitungsinspektion 10 im wesentlichen einen selbsttätig angetriebenen Zug auf, der eine Reihe von ungebundenen Modulen aufweist, Einrichtungen zur Erfassung oder Sammlung von Daten sowie Komponenten zur Kommunikation, wie bspw. zur drahtlosen oder kabelgebundenen Kommunikation der erfaßten Daten, sowohl unter den verschiedenen Modulen als auch zu einer Bedienungsperson oder einem Empfänger an einem entfernt liegenden Ort. Die Ausführungsform des Systems zur Rohrleitungsinspektion 10, die in 1 dargestellt ist, kann zwei Antriebsmodule 12 aufweisen, von denen eines an jedem Ende des Zugs angeordnet ist, und zumindest ein in der Mitte des Zugs angeordnetes Modul. Die in der Mitte des Zugs angeordneten Module, die in den Zeichnungen dargestellt sind, weisen zwei Module 14 auf, die innerhalb von und benachbart zu den Antriebsmodulen 12 positioniert sind, zwei Tragmodule 16, die innerhalb von und benachbart zu den Energiemodulen positioniert sind, und ein zentrales Elektronikmodul 18, in dem Computereinrichtungen angeordnet sind. Die Module 12, 14, 16 und 18 sind mit dem benachbarten Modul oder den benachbarten Modulen durch angetriebene, bewegbare Anschlußteile 20 verbunden, die aus ersten und zweiten Verbindungsanschlüssen 20A und 20B bestehen. Die ersten Verbindungsanschlüsse sind steuerbare, mit zwei Achsen versehene Anschlüsse, die eine Neigungs- und Rollbewegung um die zentrale Achse des Modulzugs ausführen können, und die an dem Anschluß- bzw. inneren Ende eines jeden Antriebsmoduls 12 und an dem Ende der Energiemodule 14, das sich benachbart zu jedem Antriebsmodul 12 befindet, positioniert sind. Die zweiten Verbindungsanschlüsse sind Anschlüsse, die eine einzelne Achse aufweisen, lediglich in Bezug auf die Neigung, und die jeweils an einem Ende der Energiemodule 14 angeordnet sind, und an jedem Ende der Tragmodule 16 und des Elektronikmoduls 18. Die "Neigung" oder "Neigungsachse", wie sie in dieser Beschreibung verwendet wird, bedeutet die Achse, die senkrecht zu der Mittellinie des Modulzugs verläuft, wenn der Zug auf einer ebenen, geradlinigen Oberfläche ruht. Die "Rollachse" oder das "Rollen", wie es hier verwendet wird, bedeutet die Achse parallel zu der Mittellinie des Modulzugs, wenn der Zug auf einer ebenen, geradlinigen Oberfläche aufliegt. Diese steuerbaren Verbindungsanschlüsse geben dem System die Möglichkeit, vorwärts oder rückwärts zu fahren, in Kurven, Biegungen und T-Stücke hinein und aus diesen heraus, und praktisch jeden Winkel durch praktisch jede Ebene, begrenzt lediglich durch den physikalischen Widerstand von den benachbarten Modulen. Jedes Antriebsmodul 12 weist einen selbsttätig angetriebenen Antriebsmechanismus 50 mit Antriebsarmen 52 und Antriebsrädern 28 auf. Die Antriebsarme sind federbelastet, um die Möglichkeit zu schaffen, daß die Antriebsräder über kleine Hindernisse innerhalb der Rohrleitung rollen können, wie bspw. Verschmutzungen oder Schweißnähte. Passive, federbelastete radgekoppelte Arme 30, die in den Tragmodulen 16 enthalten sind, zentrieren die verbleibenden Module in der Rohrleitung.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jede Freiheitsgradachse mit Potentiometern absolut kodiert. Im Falle des Ausfahrens eines Arms wird zusätzlich zu der Kodierung mit einem Potentiometer eine Messung von Strom-zu-Drehmoment verwendet, um die Normalkraft auf die Wand der Rohrleitung zusätzlich zu dem absoluten Armwinkel, der durch das Potentiometer bestimmt wird, zu bestimmen. Neigungs- und Rollachsen werden mit einer absoluten Winkelposition kodiert und in einer geschlossenen Schleife bis zu einem gewünschten Winkel durch einen Schrittmotor über einen Satz von Zahnrädern angetrieben.
Die beiden Antriebsmodule 12 an jedem Ende des zugähnlichen Systems 10 enthalten den Antriebsabschnitt mit den ausfahrbaren Zentrierungsschenkeln und dem Antriebszug mit innen liegenden Rädern, sowie ferner die Komponenten zur Erfassung oder Sammlung von Daten, wie etwa Video-Bildgebungs- und Beleuchtungssysteme. Die Energie- und Beleuchtungskomponenten, ebenso wie die Komponenten zur Verstärkung der Videosignale, sind in bevorzugter Weise in das Modul 12 integriert, welches mit einem vorderen Schutzring versehen sein kann, um ein Verkratzen der Linse beim Einsatz und im Betrieb zu vermeiden.
Das zentrale Elektronikmodul 18 enthält das Computersystem, während die beiden innen liegenden Energiemodule 14 die Batteriezellen enthalten, welche vorzugsweise wieder aufladbar sind, mit der Überwachungs-, Sicherheits- und Ladezustandselektronik.
Die Erfassung von Daten kann mit Hilfe von Sensoren erfolgen, einschließlich, aber nicht begrenzt auf, radgekoppelte Wegstreckenzähler bzw. Kodierer, vordere und hintere dreiachsige Beschleunigungsmesser und an den Enden montierte Kameras mit entsprechender Beleuchtung. In Hauptleitungen mit niedrigem Druck, bei denen Rohrleitungen aus Eisen vorhanden sind, kann bspw. eine Kamera verwendet werden, um Korrosion durch Wasserleckagen sowie Brüche zu erkennen. In Hauptleitungen mit hohem Druck, bei denen bspw. Stahlrohrleitungen vorhanden sind, ist typischerweise wenig Korrosion zu sehen, so daß die Datenerfassung durch andere Mittel erfolgen kann, wie etwa durch Wirbelströme, Streuverluste des magnetischen Flusses und andere nicht sichtbare Mittel der Datenerfassung. Kommunikation kann durch das Medium in der Rohrleitung bereitgestellt werden, durch eine Verwendung der Wände der Rohrleitung als Wellenleiter oder in anderer Weise mittels Faseroptik in einer gebundenen Verbindung, durch Verwendung von Radiowellen, Schallwellen und/oder niederfrequente elektromagnetische Wellen. Beispielsweise kann die Kommunikation über eine drahtlose Ethernet-Anbindung mit 2,4 GHz zu einem entfernt von der Baugruppe angeordneten Computer mit Steuertafel in einer robusten Umschließung erfolgen. Das System 10 ist sicher ausgeführt für einen Betrieb in einer Erdgasumgebung, dadurch daß jedes Modul evakuiert, gereinigt und mit Zweiwege-Rückschlagventilen versehen ist, um das Gewicht zu reduzieren und um einen Einschluß von sauerstoffhaltigen Gasen zu vermeiden. Auf diese Weise besteht keine Notwendigkeit nach druckfest abgedichteten Umschließungen. Zur Erhöhung der Sicherheit können allerdings die Energiemodule 14 eine unter Druck gesetzte Umgebung bereitstellen, wenn die Zellen Differenzdrücken nicht widerstehen können.
Jedes der vorgenannten Merkmale wird nachfolgend mehr im einzelnen beschrieben.
Das Antriebsmodul 12 ist mehr im einzelnen in 2 bis 5 dargestellt. Das Antriebsmodul 12 enthält im wesentlichen ein Gehäuse 40, eine vordere Endkappe 42, eine hintere Anschlußkappe 44, einen Antriebsmechanismus 50 sowie einen Stapel von elektronischen Elementen 60, der Komponenten zur Erfassung von Daten sowie Komponenten zur Übertragung von Daten umfaßt. Die vordere Endkappe 42 weist eine optische Kuppel 46, eine Kuppelhalterung 48 mit zugehörigen Befestigungselementen, die nicht dargestellt sind, um die Kuppelhalterung 48 an dem vorderen Ende 42 zu befestigen, sowie Ladekontakte 47 auf, zur Verwendung beim Wiederaufladen der Batteriepakete der Energiemodule 14. Eine Anzahl von Beleuchtungselementen 24, wie etwa weiße LED-Komponenten, sowie der Stapel von elektronischen Elementen 60 sind innerhalb der vorderen Endkappe 42 angeordnet. Die Beleuchtungselemente 24 sollten hinsichtlich Anzahl und/oder Intensität ausreichend sein, um Licht zum Erkennen des Inneren einer Rohrleitung zu liefern.
Unter Bezugnahme auf 10 und 11 weist der Stapel von elektronischen Elementen 60 eine Leiterplatte 62 mit einer Kameraschaltung auf, eine Linse 64 und eine Linsenhalterung 65 zur Erfassung von visuellen Daten, eine Leiterplatte 66 für einen Antennenreflektor mit einer invertierten F-Antenne 68 zur Kommunikation von Daten, und zwei Leiterplatten 70, 72 mit Schaltungen für das Antriebsmodul zur Steuerung des Antriebsmechanismus 50. Die Leiterplatten sind durch Abstandselemente 74 voneinander beabstandet. Ein Befestigungselement 76, wie etwa eine Einstellschraube, ein Stift oder ähnliches, und eine Unterlegscheibe 78 halten die Linse 64, die Linsenhalterung 65 sowie die Leiterplatten 62 und 66 für die Kamera und den Antennenreflektor.
Befestigungselemente 82 befestigen den Stapel von elektronischen Elementen 60 an der vorderen Endkappe 42. Die Endkappen 42 und 44 können mit dem Gehäuse 40 mit Hilfe von Dichtschrauben 84 und O-Ringen 86 versiegelt sein, wobei auf 3 verwiesen sei. Ein Versorgungsrohr 88 stellt einen Weg für elektrische Verbindungen von dem Stapel von elektronischen Elementen 60 zu dem Antriebsmechanismus 50 bereit.
Mehrere Optionen zum Implementieren des nach vorn oder nach hinten blickenden Farbkamerasystems werden nachfolgend beschrieben. Diese unterscheiden sich lediglich in der Auswahl der Optik und Software, haben allerdings erhebliche Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit und die Paketierung. Die erste beruht auf einem standardmäßigen, 60° bis 90° FOV-Objektiv, das an einer Kamera mit einer einzelnen Baugruppe angebracht ist, mit einem CCD- oder CMOS-Bildgebungssystem und mit zumindest TV-Auflösung (640 H × 480 V), woraus sich eine Bildauflösung von nahezu 310 000 Pixel ergibt.
Wenn eine Beleuchtung in dem Bildgebungssystem erforderlich ist, aufgrund der Kompaktheit des Objektivs, das in der Umgebung einer Rohrleitung verwendet wird, können Gruppen von lichtaussendenden Dioden bzw. LEDs in einer kreisförmigen Art und Weise um das Objektiv herum angeordnet werden, wobei diese dennoch physikalisch von dem Objektiv bzw. der Linse getrennt sind, um interne Reflektionen zu vermeiden, und bezüglich der Bildfrequenz mit der Bildrate der Kamera synchronisiert sind, um die Beleuchtungsintensität zu maximieren, ohne Energie zu verschwenden. Das Beleuchtungssystem kann daher aus einem Satz von 40 weißen LEDs 24 mit hoher Intensität bestehen, die auf eine kreisförmige Weise um das Objektiv herum angeordnet sind. Die Hälfte der LEDs sind nach vorn gerichtet, und die Hälfte davon sind radial gerichtet, unter einem Winkel zu der Wand der Rohrleitung, um zu ermöglichen, daß das System ein halbkugelförmiges Blickfeld hat.
Der Zweck der Kamera besteht darin, die Wände von Gasrohrleitungen abzubilden. Aus geometrischen Gründen, d.h. um das beste Bild mit der meisten Information zu erhalten, ist der Teil der Wand unmittelbar außerhalb des Vorderteils des Moduls von besonderem Interesse. Jegliche Kamera, die in den verfügbaren Platz der Rohrleitung paßt, kann zur Verwendung auf dem Antriebsmodul 12 angebracht werden. Allerdings wird die Kamera mit einer einzigen Baugruppe, bei der ein Kamerainterface zur differentiellen Signalgebung mit niedriger Spannung verwendet wird, bevorzugt. Um eine gute Sicht auf den Bereich zu erhalten, der den Kopf des Moduls umgibt, kann ein Weitwinkelobjektiv, im Bereich von 120° bis 150°, oder ein 180° „Fisheye"-Objektiv verwendet werden.
Ein 1/3 „CMOS"-Bildgebungssystem mit 640 × 480 kodierten Pixeln in einer Lage, oder eine farbige CCD-Kameravorrichtung kann verwendet werden. Das Bild wird durch irgendein geeignetes bekanntes oder noch zu entwickelndes Mittel angezeigt, wie beispielsweise durch den Videokanal eines beliebigen TV- oder PC-Monitors, wie etwa die Anzeige, die in 25 dargestellt ist. Das Mittel zum Übertragen der sichtbaren Bilder von der Kamera in dem Antriebsmodul 12 zu dem Prozessor in dem Elektronikmodul 18 wird nachfolgend mehr im einzelnen in Verbindung mit der Computerarchitektur des Systems 10 beschrieben werden.
Das System 10 kann eine Software der NASA zur Mosaiktechnik verwenden und eine außergewöhnliche Abbildungsqualität von Seitenwänden und Merkmalen bereitstellen, ohne daß die Notwendigkeit nach irgendwelchen beweglichen Teilen besteht, wie dies etwa bei einer Schwenk- oder Neigungskamera der Fall ist. Es wird angenommen, daß dies den effizientesten Weg darstellt, um unmittelbare (life) Bilddaten zu speichern. Eine andere Software kann von einem Programmierer geschrieben werden, um den gleichen Effekt zu erzielen.
Der kontinuierliche Videofilm des Rohrleitungszustands innerhalb von vielen Meilen an Rohrleitung eines beliebigen Verteilungsnetzes stellt die notwendigen Informationen für die Wartungsabteilung von einem Versorgungsunternehmen bereit, um diesem zu ermöglichen, bezüglich des Ortes, des Reparaturverfahrens und der Zeitplanung von Reparaturen zu entscheiden, sofern diese erforderlich sind. Das System 10 ist in der Lage, (i) eine Infiltration von Wasser zu erfassen, (ii) Ablagerungen oder angesammelten Schutt, und (iii) aufgegebene und aktuell genutzte Wartungsanschlüsse. Es kann (i) querschnittsverringernde Armaturen und Versetzungen in einer Hauptleitung lokalisieren, (ii) den Ort (Durchzählung von Verbindungen bzw. Anschlüssen und Messen von Rücksetzungen und Addieren von Rohrleitungslängen) und den Weg einer Hauptleitung (durch Verwendung einer Sonde) verifizieren, und (iii) eine visuelle Auswertung des inneren Zustands einer Rohrleitung bereitstellen.
Die Verfügbarkeit eines solchen über einen weiten Bereich arbeitenden und leicht einsetzbaren Werkzeugs wird die Etatplanung für Diagnose und Wartung bei existierenden Gasbetreiberfirmen bedeutend verbessern, mit dem Potential, erhebliche Kosten dadurch einzusparen, daß die Daten bereitgestellt werden, mit denen Entscheidungen getroffen werden können, im Hinblick darauf, welches Verfahren für Reparatur oder Austausch eingesetzt werden soll (punktweise, örtlich, Ersetzung oder Auskleidung einer kompletten Leitung). Zusätzlich hierzu kann ein solches System auch als ein Werkzeug zur Wartung in Notfällen verwendet werden, indem die Lokalisierung unterstützt wird von (i) Infiltration von Wasser in eine Gashauptleitung mit niedrigem Druck, (ii) rissig gewordene Gashauptleitung aus Gußeisen und beschädigte Hauptleitung aus Stahl, und (iii) Wasserreservoire und Versperrungen aufgrund des Vorhandenseins von Fremdmaterial in der Rohrleitung.
Die Ausführungsform des Antriebsmechanismus 50, die in 3, 6 und 7 dargestellt ist, weist im allgemeinen eine Basis 26, drei Antriebsarme 52, drei Ausfahrarme 108, eine Antriebswelle 55, eine Gewindespindel 54, einen Antriebsmotor 56 und einen Gewindespindelmotor 58 auf. Die Gewindespindel 54 ist an einem Ende durch die Basis 26 und an dem anderen Ende durch die Mitte eines Anschlußrings 120 abgestützt. Der Antriebsmotor 56 treibt die Antriebswelle 55 über ein Antriebszahnrad 106 an. Die Antriebswelle 55 treibt das Zahnrad 106A an, bei dem es sich um ein Zahnrad vom Schraubentyp mit einem Schraubenwinkel von 45° handeln kann. Das Zahnrad 106A treibt ein Zahnrad 104 an, bei dem es sich ebenfalls um ein Zahnrad vom Schraubentyp mit einem Schraubenwinkel von 45° handeln kann, allerdings von entgegengesetzter Schrauben- bzw. Gangrichtung oder Schraubenwinkel in Bezug auf das Zahnrad 106A. Die Achse des Zahnrads 104 ist parallel zu der Achse des Zahnrads 106A. Das Zahnrad 104 treibt das Zahnrad 80, bei dem es sich ebenfalls um ein Zahnrad vom Schraubentyp mit einem Winkel von 45° und mit der gleichen Schrauben- oder Gangrichtung wie das Zahnrad 104 handeln kann. Die Achse des Zahnrads 80 ist parallel zu der Achse des Zahnrads 104 und fällt mit der Schwenkachse des Antriebsarms 52 zusammen.
Der Gewindespindelmotor 58 treibt die Gewindespindel 54 an. Jeder Antriebsarm 52 weist ein Antriebsarmgehäuse 32 und, an seinem freien Ende, zwei angetriebene Antriebsräder 28 und ein Ausgangszahnrad 34 auf, das die beiden Räder miteinander verbindet. Das Antriebsarmgehäuse enthält eine Reihe von der Reihe nach miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern 36, um die Drehung von dem Zahnrad 80 an die Antriebsräder 28 zu übertragen. Ein Schwenkzapfen 38 verbindet den Antriebsarm 52 schwenkbar mit der Basis 26. Die Antriebswelle 55 ist mit einer Hauptantriebszahnradanordnung 106 verbunden, die ein Nebenzahnrad 106A aufweist, deren Drehung an eine Mitläuferanordnung 104 mit schraubenförmigen Zahnrädern weitergeleitet wird, die ihrerseits die Bewegung der Antriebskettenzahnräder 36 bewirkt, die an die Antriebsräder 28 weitergeleitet wird. Ein Zahnrad 114 ist um die Gewindespindel 54 herum angeordnet und wird durch diese angetrieben. Ein Lagerungsteil 116 ist zwischen der Gewindespindel 54 und den Seiten der Basis 26 angeordnet.
Das Fortbewegungssystem für das System 10 ist in seiner Gesamtheit in identischen Modulen an der Vorder- und Rückseite des modularen Zugs enthalten. Der Fortbewegungsmodus, der durch den Antriebsmechanismus 50 bereitgestellt wird, wobei dieses in erster Linie an seiner guten Energieausbeute und kombinierten Ablauf- und Bewegungsgeschwindigkeit liegt, kombiniert in einer einzigen Einheit eine Hybrid-Bewegungsvorrichtung, die vorab belastbar, durch angetriebene Räder angetrieben und einstellbar ist. Die Architektur des Moduls 12 ist so, daß der Antriebsmechanismus 50 die Fähigkeit aufweist, seine gelenkigen Antriebsarme 52 einzufahren, so daß die Möglichkeit besteht, daß er auf dem Boden einer Rohrleitung gleitet, aber diese auch ausfahren kann, um sich selbst in eine Rohrleitung selbsttätig zu zentrieren, beispielsweise in einer Rohrleitung mit einem inneren Durchmesser von 6 und 8 Zoll. Wie in den Abbildungen dargestellt ist, sind die Arme gelenkig angelenkt mit Hilfe einer Gelenkanordnung und werden durch einen einzelnen Motor angetrieben. Der Motor treibt einen Stirnraddurchgang an, der die Gewindespindel antreibt, an der eine gemeinsame Ausfahreinheit 112 befestigt ist, die die Gestängeanordnung so antreibt, daß die Arme 52 ausgefahren oder eingezogen werden. Eine drehungsverhindernde Anordnung hält die Ausfahreinheit von einer Drehung ab, so daß eine ausschließlich lineare Bewegung die Folge ist. Wie dargestellt ist, werden die Räder 28 an dem Ende eines jeden Arms 52 alle synchron durch einen einzelnen Motor über eine Planetenraduntersetzung angetrieben, mit einem Durchgang in Form eines Zahnradzugs innerhalb eines jeden Arms, der dann den doppelten Satz von Rädern 28 an einem jeden Arm antreibt. Das Rad sorgt für eine Zugkraft aufgrund des Drucks des Rades gegen das Innere der Wand der Rohrleitung.
Unter Bezugnahme auf 7 ist der Arm 52, etwa im Bereich der Mitte eines jeden Antriebsarms 52, schwenkbar mit einem ersten Ende von einem der zweiteiligen Ausfahrarme 108 verbunden. Jeder Ausfahrarm 108 weist eine innen liegende Feder und eine Reihe von Federscheiben um einen mittleren Stift auf, wobei auf 3 verwiesen sei. Jeder Arm 108 ist schwenkbar an einem zweiten Ende durch einen Schwenkzapfen 110 mit einer gemeinsamen Ausfahreinheit 112 verbunden. Die gemeinsame Ausfahreinheit 112 legt einen Ring fest, durch den die Gewindespindel 54 hindurchgeht. Eine Drehbewegung der Gewindespindel 54 bewegt die Ausfahreinheit 112 entlang der Länge der Gewindespindel 54, so daß auf diese Weise die Schwenkbewegung des Ausfahrarms 108 um den Zapfen 110 und das Ausfahren und Einziehen der Antriebsarme 52 bewirkt wird, entweder nach außen oder nach innen relativ zu dem Gehäuse 40. Das Gehäuse 40, wie in 2 dargestellt ist, weist drei Öffnungen entlang seiner Seiten auf, um jeden der drei Antriebsarme 52 aufzunehmen. Jeder Antriebsarm 52, der zweiteilige Ausfahrarm 108 und die Ausfahreinheit 112 legen eine Kombination aus einem Verbindungsglied und einem verschieblichen Teil fest, um die Bewegung der Antriebsarme 52 zu bewirken.
Die Lenkfähigkeit für das System 10 kann durch eine Betätigung in zwei Freiheitsgraden des mit zwei Achsen versehenen Verbindungsanschlusses 20 bereitgestellt werden, der zwischen einem jeden Antriebsmodul 12 und einem Energiemodul 14 angeordnet ist. Eine Endkappe nimmt eine Antriebs- und Getriebeanordnung auf, die in der Form einer Kombination aus einem Schrittmotor und einem Getriebe gebildet sein kann, die außerhalb der Achse angeordnet ist und ein Kegelzahnrad über ein auf einer Welle angebrachtes Ritzel antreibt. Die zentrale Welle, die an dem Kegelzahnrad angebracht ist, weist eine hohle Welle auf, die durch die Endkappe dringt, so daß die Möglichkeit besteht, daß Drähte oder Leitungen durch diese hindurch verlegt werden können, und ist an ein Ritzel in Form eines Kegelzahnrads angeschlossen.
Das Ritzel in Form eines Kegelzahnrads wirkt dann mit einem einen Kreisausschnitt bildenden Kegelzahnrad zusammen, welches koaxial mit der U-förmig angeschlossenen, durch Lager abgestützten Welle ist, um die sich die Achse dreht.
Die hintere Anschlußkappe 44 weist einen mit zwei Achsen versehenen Anschluß auf, der eine erste Verbindungseinheit 20A aufweist, die aus einander gegenüberliegenden Gabelköpfen 22 und aus einer Öffnung besteht, durch die der mit einer Kegelverzahnung versehene Sektor des Ritzels in Form eines Kegelzahnrads 90 vorsteht. Die Gabelköpfe 22 sind mit Öffnungen 25 versehen, um einen Zapfen aufzunehmen, um die erste Verbindungseinheit mit einer zweiten Verbindungseinheit des mit zwei Achsen versehenen Anschlusses auf dem benachbarten Ende des Energiemoduls 14 zu koppeln. Diese Verbindungseinheiten können um die Neigungsachse (senkrecht zu der Mittellinie des modularen Zugs) bewegt werden, und um die Rollachse (parallel zu der Linie des modularen Zugs). Der Motor 100 für die Neigungsachse ist in den Abbildungen so dargestellt, daß er sich in dem Antriebsmodul 12 befindet, und der Motor für die Rollachse ist in den Figuren so dargestellt, daß er sich in dem Energiemodul 14 befindet. Andere Anordnungen können verwendet werden. Das Ritzel in Form eines Kegelzahnrads 90 weist kegelige Zähne auf dem Kontaktende und eine Welle 96 auf und ist zur Drehung auf einer Zahnradplatte und einer aktiven Verbindungsplattform 92 mittels einer Haltemutter 102 angebracht. Eine Lagerung ist um die Welle 96 des Zahnrads 90 herum angeordnet. Ein Verbindungsmotor 100, eine Kombination aus einem Schrittmotor und einem Getriebemotor, ist versetzt von der Mittellinie des Moduls 12 an der hinteren Verbindungskappe 44 mit Hilfe eines beliebigen geeigneten Befestigungselements angebracht, wie etwa mit einer Schraube oder einem Zapfen 94. Wie in 3 und 9 dargestellt ist, ist der Verbindungsmotor 100 wirkungsmäßig mit dem Zahnrad 90 durch eine Zahnradplatte und eine Verbindungsplattform 92 verbunden, wobei das Ritzel in Form eines Kegelzahnrads 90 durch einen Zahnradsatz mit Untersetzung angetrieben ist. Die Welle 96 des Ritzels in Form eines Kegelzahnrads treibt den Kegelradsektor 90 an, der an einem Schwenkblock angebracht ist. Die Achse des Kegelradsektors 90 fällt zusammen mit der Achse der einander gegenüberliegenden Gabelköpfe 22 auf der Endkappe 44 des Antriebsmoduls, um einen Bewegungsbereich von etwa 160°, plus oder minus 80°, in einer Richtung in oder gegen den Uhrzeigersinn um die Achse der Welle 96 zu bewirken. Beliebige geeignete Befestigungselemente 98 können dazu verwendet werden, um die Komponenten der hinteren Verbindungskappe 44 aneinander zu befestigen.
Eine Ausführungsform eines Energiemoduls 14 ist in 12A und B dargestellt. Das Energiemodul 14 weist ein Gehäuse 140, erste und zweite Endkappen 142, 144 und eine zweite Verbindungseinheit des mit zwei Achsen versehenen Anschlusses 20A an einem Ende 144 davon benachbart zu dem Antriebsmodul auf.
An dem Ende 144 des Energiemoduls 14, wie in 12(C) bis (F) dargestellt ist, ist ein Schwenkblock 322 in Lagerungen 310 an dem Ende 144 des Energiemoduls 14 mittels eines Lagerhalteteils 305 angebracht, mit zugehörigen Befestigungselementen 311, oder Schrauben 307, und Lagerabstandselementen 304, um dem Schwenkblock 322 zu ermöglichen, daß er sich um die Mittellinienachse 350 des Energiemoduls dreht. Das Kegelzahnrad 390 ist an dem Schwenkblock 322 mit Hilfe von entsprechenden Befestigungselementen 315 befestigt. Eine Drehung des Schwenkblocks 322 veranlaßt aus diesem Grunde das Kegelzahnrad 390 zu einer Drehung. Die angeschrägten oder kegelförmigen Zähne 392 des Kegelzahnrads 390 stehen mit komplementären Kegelzähnen des Kegelzahnrads 90 an dem Ende des Antriebsmoduls 12 in Eingriff. Der Schwenkblock 322 weist eine Öffnung und einen offenen Spalt 324 auf, durch den Leitungen von dem Energiemodul zu benachbarten Modulen geführt sind. Diese Anordnung ermöglicht es, daß sich die Leitungen durchbiegen, wobei allerdings die Leitungen nicht geklemmt werden, wenn sich der Schwenkblock verdreht und schwenkt.
Ein Motor 302 in dem Energiemodul 14, der versetzt gegenüber der Mittellinie des Energiemoduls angeordnet ist, treibt den Schwenkblock 322 über ein Untersetzungsgetriebe 306 an. Die Drehachse des Schwenkblocks 322 ist parallel zu und in bevorzugter Weise übereinstimmend mit der Mittellinie 350 des Energiemoduls 14. Der Bereich der Bewegung der Rollachse beträgt plus oder minus 180°. Die ersten und zweiten Verbindungseinheiten stellen einen Anschluß mit zwei Achsen bereit, der eine Bewegung in jeder Ebene und über jeden Winkel innerhalb der Hemisphäre des Anschlusses ermöglicht.
Der Anschluß, der durch die Kopplung der Kegelzähne des Zahnrads 90 des Antriebsmoduls 12 mit den Kegelzähnen 392 des Zahnrads 390 des Energiemoduls 14 erzeugt wird, bildet eine lenkbare Verbindung vom universalen Typ, die eine Drehung um 360° bzw. plus oder minus 180° und eine Bewegung über eine beliebige Ebene innerhalb der Hemisphäre ermöglicht. Die Zahnräder stehen miteinander in Eingriff, um eine vollständige Drehung zu ermöglichen, und die schwenkbaren Verbindungen mit den zugeordneten Gabelköpfen ermöglichen eine Bewegung um 180° bzw. plus oder minus 90° über eine Ebene. Wenn sich die Zahnräder relativ zueinander drehen und die Module verschwenken, kann eine Bewegung in einer beliebigen Ebene über einen beliebigen Winkel erreicht werden, so daß auf diese Weise die Möglichkeit besteht, daß das System 10 durch jede beliebige Konfiguration einer Rohrleitung bzw. Pipeline navigiert. Während gemäß der Beschreibung und den Abbildungen die Gabelkopfbefestigungen 22 auf dem Antriebsmodul 12 und die Schwenkblockbefestigung 322 auf dem Energiemodul 14 angeordnet sind, kann diese Anordnung umgekehrt werden.
Eine dritte Verbindungseinheit befindet sich an dem gegenüberliegenden Ende 142 des Energiemoduls 14, welches einen Teil einer angetriebenen Verbindung 20B mit einer einzelnen Achse bildet. Diese bildet eine Verbindung bzw. einen Anschluß mit einer vierten Verbindungseinheit, die eine einzelne Achse aufweist, auf den benachbarten Tragmodulen 16. In ähnlicher Weise ist es so, daß die Enden eines jeden der Tragmodule 16 und die benachbarten Enden der Elektronikmodule 18 eine der gegenüberliegenden dritten und vierten Verbindungseinheiten 20B aufweisen, die mit einer einzelnen Achse versehen sind, und die eine Drehung lediglich um die Neigungsachse zulassen.
Jede dritte und vierte Verbindungseinheit 20B weist einen fest angebrachten Gabelkopf 222 und ein kegelzahnradartiges Ritzel 146 auf. Jeder Befestigungsgabelkopf 222 weist eine Öffnung auf, um einen Zapfen aufzunehmen, um den Befestigungsgabelkopf 222 drehbar mit den benachbarten Gabelköpfen 22 der zweiten Verbindungseinheit 20B des benachbarten Moduls zu koppeln, um für die benachbarten Module die Möglichkeit zu schaffen, sich relativ zueinander um plus oder minus 90° zu drehen. Die feststehenden, nicht angetriebenen Gabelkopfbefestigungen 222 sind in ihren jeweiligen Endkappen in dem Elektronikmodul 18 und in den Enden 142 der beiden Energiemodule 14 angebracht. Auf diese Weise weist das Energiemodul eine feststehende Gabelkopfbefestigung 222 und einen angetriebenen Schwenkblock 322 auf. Das Elektronikmodul ist mit zwei feststehenden Gabelkopfbefestigungen 222 versehen. Der Antriebsmechanismus für die Neigungsachse eines jeden der angetriebenen, mit einer einzelnen Achse versehenen Verbindungen ist der gleiche wie für den Antrieb der weiter oben beschriebenen Verbindungen, die mit zwei Achsen versehen sind. Sämtliche Motoren und Getriebe für die Verbindungseinheiten, die eine Achse aufweisen, sind in den Tragmodulen 16 angeordnet. Jedes Zahnrad 146 der dritten und vierten Verbindungseinheit 20B ist das gleiche wie das vorstehend beschriebene, mit der Ausnahme, daß die Gabelkopfbefestigungen 222 fest angeordnet sind und nicht schwenken.
Lediglich die endständigen Antriebsmodule 12 müssen steuerbar und abbieg- bzw. abwinkelbar in allen Ebenen und Winkeln sein, um zu ermöglichen, daß die Antriebsmodule unter scharfen Winkeln abbiegen und sich vorwärtsbewegen. Die Module in der Mitte des Systems 10 sind nachlaufende Module und müssen sich lediglich in einer Ebene abbiegen oder abwinkeln. Die mittleren oder in der Mitte des Zugs befindlichen Module können als eine Gruppe um die Rollachse gedreht werden, indem beide Rollachsenmotoren 302 in den Antriebsmodulen gleichzeitig betätigt werden, wobei die Antriebsmodule innerhalb der Rohrleitung durch ihre entsprechenden Antriebsarme 52 fixiert werden und die passiven Arme 166 in jedem Tragmodul zurückgezogen werden, um eine Drehung der in der Mitte des Zugs befindlichen Module zu ermöglichen.
Jedes Zahnrad 146 ist durch einen Zapfen 148 schwenkbar mit seinem zugeordneten feststehenden Gabelkopf 222 verbunden. Wie in 12A dargestellt ist, sind die Zahnräder an jedem Ende der Module 14 so angebracht, daß sie in gegenüberliegenden Richtungen weisen, um die Manövrierbarkeit der benachbarten Module zu maximieren.
Sämtliche Achsen des Steuerungssystems des modularen Zugs können mit einer Rückführung mittels Potentiometern versehen sein, um eine absolute Erfassung oder Kenntnis der Position einer jeden Achse zu erhalten. Potentiometer sind an jedem beweglichen Teil positioniert, mit Ausnahme der Räder. Die mitlaufenden Räder 168 sind mit darauf angeordneten Kodierern versehen. Unter Bezugnahme auf 3 können Potentiometer auf der Achse von 50 angeordnet sein.
Die Energiemodule 14 weisen eine Abteilung 150 auf, um eine Energiequelle aufzunehmen. Das bevorzugte Energie- bzw. Antriebssystem für das Robotersystem 10 basiert auf einer chemischen Energiespeicherung, nämlich Batterien, wie etwa einem Batteriepaket 152. Die Auswahl der Batterie wird durch ihre Verwendung sowie durch die Anforderungen hinsichtlich Energie und Leistung bestimmt. Übliche Batterien sind bspw. Nickelmetallhydrid (NiMH) und Lithiumionenbatterien. Die Abteilung ist mit endseitigen Wänden 154 versehen. Das Batteriepaket 152 kann bspw. eine Anzahl von Batterien und Batteriekontakten in einer ausreichenden Anzahl enthalten, um den Strom bzw. die Antriebskraft bereitzustellen, die für die gewünschten Inspektions- und Datenerfassungsprojekte benötigt wird. Für acht Stunden einer im wesentlichen kontinuierlichen Funktion und Erfassung und Übertragung von visuellen Daten hat sich herausgestellt, daß vierzig Batteriezellen vom Typ NiMH, aufgeteilt in zwei Pakete mit 20 Zellen je Paket zu etwa 1,2 Volt pro Zelle ausreichend sind. Die Stromversorgung ist ausreichend, um Bedienungspersonen zu ermöglichen, die Funktion des Systems in Realzeit aus der Ferne zu bedienen oder zu überwachen. Für die standardmäßigen acht Stunden Betriebszeit sind 24 Volt ausreichend. Diese Spannung kann durch Lithiumionenzellen mit 4 Volt oder durch Alkaline-Batterien mit 1,5 Volt bereitgestellt werden, wobei allerdings der letztgenannte Batterietyp nicht aufgeladen werden kann. Eine beliebige, in geeigneter Weise bemessene Kombination aus Energiezellen, die etwa 24 Volt bei einer relativ hohen Energiedichte von etwa 3.800 bis 4.000 Milliampere je Energiezelle bereitstellen, reicht aus, um den modularen Zug in der beschriebenen Weise für acht Arbeitsstunden mit Strom zu versorgen. Kommerziell verfügbare Batterietechnologien, im Hinblick auf Energiedichte und Stromkapazität, können als die Energiequelle verwendet werden. Ihre volumetrische Dichte läßt zu, daß sie ordnungsgemäß in dem verfügbaren Platz untergebracht werden. Fachleute auf dem vorliegenden Gebiet der Technik erkennen, daß Lithiumbatterien oder andere in sich abgeschlossene Quellen von gespeicherter Energie verwendet werden können. Wie vorstehend ausgeführt worden ist, können die Energiemodule 14 eine unter Druck stehende bzw. druckfeste Umgebung bereitstellen, falls festgestellt wird, daß die Zellen einem Differenzdruck der Umgebung, in der die Module verwendet werden sollen, nicht widerstehen können.
13 bis 17 erläutern eine Ausführungsform des Tragmoduls 16 des Inspektionssystems 10. Das Tragmodul 16 weist ein Gehäuse 160 auf, das mit Endkappen 162 und 164 versehen ist. Eine zweite Verbindungseinheit 20B, die ein Zahnrad 490 und ein Paar von einander gegenüberliegenden Gabelkopfträgern 422 aufweist, ist an jedem Ende 162 und 164 angeordnet. Das kegelzahnradförmige Ritzel 490 ist in einer ähnlichen Weise orientiert wie das kegelzahnradförmige Ritzel 90, das vorstehend in Bezug auf das Antriebsmodul 12 beschrieben worden ist. Allerdings sind die Verbindungen der Tragmodule 16 feststehende Verbindungen, die eine einzelne Achse aufweisen. Sämtliche Motoren und Getriebe für die steuerbaren Verbindungen mit einer einzelnen Achse sind in dem Tragmodul 16 untergebracht. Das kegelförmige Ende steht von jedem Ende 162, 164 des Gehäuses 160 zwischen jedem Paar von Gabelkopfträgern 422 vor, um mit den kegelförmigen Zähnen des Zahnrads des benachbarten Moduls in Eingriff zu kommen, wobei gemeinsam eine zweite Verbindungseinheit 20B gebildet wird, die eine einzelne Achse aufweist, wie vorstehend beschrieben ist.
Das Tragmodul 16 weist einen Tragarmmechanismus 170 und eine elektronische Komponente 172 auf. Jeder Tragarmmechanismus 170 weist eine Basis 178, drei passive Arme 166, die jeweils mit einem Rad 168 an ihrem freien Ende versehen sind, und einen zugehörigen Mitläufer-Ausfahrarm 180 auf, um jeden solchen passiven Arm 166 mit einer Ausfahrwelle 176 zu koppeln. Die passiven Arme 166 sind in Intervallen um das Gehäuse 160 herum mit gegenseitigen Abständen angeordnet. Das Gehäuse weist Öffnungen auf, um zu ermöglichen, daß sich die Radarme 166 relativ zu dem Gehäuse 160 nach innen und nach außen bewegen können, und ein Mitläuferarmmotor 174 ist ebenfalls vorgesehen. Eine Schnittansicht des Mitläuferarmmotors 174 ist in 18 dargestellt. Jeder Mitläufer-Ausfahrarm 180 ist an einem Ende an einer mittleren Stelle auf einem der passiven Arme 166 und an dem anderen Ende mit einer Mutter 184 schwenkbar verbunden, die sich auf der Welle 176 bewegt. Ein Ende eines jeden Arms 166 ist mit einem unterschiedlichen Flügel 182 der Basis 178 verbunden. Die Ausfahrwelle 176 ist an einem Ende mit einem Lager 200 und mit einem endständigen Ansatzring 202 verbunden. Die Welle 176 ist an dem anderen Ende mit einem Lager 507, einem Abstandselement 509 und einer Klammer 508 innerhalb der Basis 178 verbunden. Eine Zahnradübertragung 504, 505 innerhalb der Basis verbindet den Mitläuferarmmotor 174 wirkungsmäßig mit der Welle 176. Ein Potentiometer 520, wobei auf 17 verwiesen sei, ist mittels Querstiften mit dem Schwenkarm auf der Achse des Motors 174 angebracht, um den Winkel der Verdrehung des Arms zu messen. Jedes Rad 168 kann Magnete und einen magnetischen Sensor umfassen, um die Bewegung der Räder zu erfassen. Die Sensoren erfassen die Anzahl von teilweisen Umdrehungen eines jeden Rades 168 und den Winkel der Drehung. Die Bewegungsrichtung und die Bewegungsentfernung werden durch Verwendung von Quadratur-Kodierern erfaßt.
Sensoren 250, wie bspw. radgekoppelte Wegstreckenzähler bzw. Kodierer, können in den Rädern 168 und in dem Gehäuse des passiven Arms 166 positioniert sein. An jedem Rad erzeugen ein Satz von zwei Halleffektsensoren und ein Satz von Magneten ein Quadratursignal, um eine Aussage über Richtung und Entfernung zu treffen. Alle sechs Quadratursignale werden gewichtet und gemittelt. Diese Vorgehensweise ist von großem Wert im Falle von Durchrutschen, Biegungen usw.
Die elektronische Komponente 172 des Tragmoduls 16 ist in 16A bis C dargestellt, einschließlich eines Gehäuses 190, eines Paars von Leiterplatten 192 und einem Stecker und Sockel 194, 196.
Elektrische Anschlüsse 198 sind an jedem Ende vorgesehen. Die Endkappen 162 und 164 weisen Öffnungen für den Zugang von Drähten sowie zugehörige Abdeckungen für die Öffnungen auf, zum Durchgang von elektronischen Verbindungsdrähten durch die Module zu benachbarten Modulen.
Das Elektronikmodul 18 ist in der Ausführungsform nach 1 in der Mitte der zugähnlichen Konfiguration aus der Anzahl von Modulen angeordnet. Unter Bezugnahme auf 19 und 20 weist das Elektronikmodul 18 ein Gehäuse 210 auf, die an Bord des Systems befindlichen Computerkomponenten 214 und Endkappen 212, die eine Rolleinheit 20B umfassen, die aus einer Gabelkopffestigung 222 an jedem Ende mit dem zugehörigen Zahnrad 146 bestehen. Standardmäßige O-Ringe 216 sind vorgesehen, um das Innere des Elektronikmoduls 18 gegenüber einer Gasleckage aus der Rohrleitung abzudichten. Eine Leitung 218 zur Versorgung durch diese hindurch sowie ein Halteteil 224 sind vorgesehen, um eine elektronische Verbindung mit anderen Modulen zu ermöglichen. Bündel von Drähten oder Leitungen verlaufen durch den gesamten Zug von Modulen durch Öffnungen in jeder Verbindungseinheit zu dem Elektronikmodul. Unter Bezugnahme auf 20 können die Elektronikkomponenten des Elektronikmoduls 18 eine CPU-Karte 230 und eine drahtlose Netzwerk-Kommunikationskarte 232 umfassen, wie bspw. eine Wavelan/IEEE 802.11b-Karte, in einem Tragbügel 234, und eine Leiterplatte 236 zur Konditionierung der Stromversorgung sowie einen DC-DC-Wandler 238, der in einem Tragring und einer Ringarmanordnung 240 gehalten ist.
In dem System 10 sind drei Ebenen an Computerarchitektur vorhanden. Der Prozessor in dem Elektronikmodul 18 verarbeitet Bilddaten, die von den Kameras erhalten werden, kommuniziert mit dem Benutzerinterface über ein drahtloses Ethernet, und steuert die anderen Module 12, 14 und 16, damit diese unterschiedliche Aufgaben ausführen, über einen Steuerbereichs-Netzbus. Die Computerarchitektur wird mehr im einzelnen weiter unten beschrieben.
Das Computersystem, das erforderlich ist, um die qualitativ am oberen Ende angesiedelte Software zur digitalen Bildverarbeitung, zum Herausrechnen von Verzerrungen und für die Bildzusammenstellung bzw. Mosaikverarbeitung zu unterstützen, und auch für sämtliche Aufgaben der Motorsteuerung, der Kommunikation und sonstigen Ein- und Ausgabe, Haushalt und Überwachung, befindet sich vorzugsweise auf dem Niveau der Leistungsfähigkeit eines Prozessors. Derartige Prozessoren existieren in vergleichbaren Leistungsstufen in Form von OEM-Platten-Sätzen als eingebettetes System, von der Größe her in einem PC-104-Format, bei dem es sich im wesentlichen um einen quadratischen Stapel von Karten mit 3,5 Zoll handelt.
Ein an die konkrete Verwendung angepaßter CPU-Platten-Satz, der um einen qualitativ hochwertigen Prozessor mit niedrigem Stromverbrauch angeordnet ist, welcher im Hinblick auf seine Rechenleistung mit einem Prozessor der Pentium-I-Klasse vergleichbar ist, ähnlich wie solche, die in Handheld- und Palmtop-Computern verwendet werden, kann in dem System 10 zum Einsatz kommen. Die Freiheit in der Anordnung, die auf diese Weise erhalten wird, ermöglicht es, daß in dem Plattensatz die neuesten Entwicklungen in der Chiptechnologie und in der Eingabe-/Ausgabe- und digitalen Elektronik zur Anwendung kommt.
Die Computerarchitektur kann auf einer typischen Hierarchie mit eingebetteter CPU basieren, bei der sämtliche zugehörige periphere Hardware mit dem zentralen Prozessor über einen Steuerbus verbunden ist, wie etwa bspw. einen CAN(control area network)-Bus. 21 zeigt ein Diagramm der Kommunikationsarchitektur des Systems 10 gemäß einer Ausführungsform. Wie in 21 dargestellt ist, kann ein Steuerbus wie etwa ein CAN-Bus Steuersignale von dem zentralen Elektronikmodul 18 zu den anderen Modulen 12, 14 und 16 kommunizieren. Das Elektronikmodul 18 kann bspw. zu den anderen Modulen 12, 14 und 16 über den Steuerbus Anweisungen zum Ausführen von Aufgaben kommunizieren. Bei diesen Aufgaben kann es sich bspw. um in Form von Skripten vorliegende Aufgaben handeln, bspw. um Lenkungsaufgaben.
27 zeigt ein Diagramm der Hardwarekomponenten des zentralen Elektronikmoduls 18 gemäß einer Ausführungsform. Wie in 27 dargestellt ist, ist das Elektronikmodul 18 mit einem Prozessor 500, einer BIOS-Speichereinheit 502, einer Speichervorrichtung 504, einer drahtlosen Netz-Kommunikationskarte 506, einem Plattenlaufwerk 508, einer FIFO Speichereinheit 510, einem Steuerbus 512 sowie einem RS232-Anschluß 514 versehen. Bei dem Prozessor 500 kann es sich beispielsweise um einen Hitachi SH4 oder einen ähnlichen Prozessor handeln. Die BIOS Speichereinheit 502 kann beispielsweise als eine programmierbare, ausschließlich lesbare Speichereinheit (PROM) implementiert sein. Die Speichervorrichtung 504 kann beispielsweise als eine synchrone dynamische RAM (Random Access Memory) oder SDRAM-Einheit implementiert sein. Die drahtlose Netz-Kommunikationskarte 506 kann drahtlose Kommunikationen mit dem Benutzerinterface ermöglichen, beispielsweise über ein drahtloses LAN. Gemäß einer Ausführungsform kann bei der drahtlosen Netz-Kommunikationskarte 506 der IEEE 802.11b Standard verwendet werden. Bei der Plattenlaufwerkseinheit 508 kann es sich beispielsweise um eine Festplatteneinheit (HDD, Hard Disc Drive) handeln. Bei der FIFO Speichereinheit 510 kann es sich um eine beliebige Speichervorrichtung handeln, die dafür konfiguriert ist, um Daten wieder aufzufinden, die für sehr lange Zeiten gespeichert sind. Bei dem Steuerbus 512 kann es sich beispielsweise um einen CAN-Bus handeln, wie er vorstehend beschrieben worden ist, um Steuersignale zu den anderen Modulen 12, 14 und 16 des Systems 10 zu kommunizieren. Der RS232-Anschluß 514 kann einen seriellen Datenanschluß bereitstellen, um beispielsweise eine Fehlersuche bei dem Elektronikmodul 18 zu erleichtern. Gemäß einer Ausführungsform können die soeben beschriebenen Hardware-Komponenten, d.h. die Komponenten 500, 502, 504, 506, 508, 510, 512, 514 ebenfalls auf einem PC-Board angeordnet sein.
Wie in 27 dargestellt ist, kann das Modul 18 für die Steuerelektronik außerdem einen LVDS-Empfänger 520 (low voltage differential signaling) in Verbindung mit den Bildgebern 522 der Antriebsmodule 12 über einen Multiplexer 524 umfassen.
Bei der differentiellen Signalübertragung mit niedriger Spannung (low voltage differential signaling) handelt es sich um ein Verfahren mit geringem Rauschen, niedriger Leistung und niedriger Amplitude für Datenübertragung mittels Kupferleitungen mit hoher Geschwindigkeit, d.h. einige Gigabit pro Sekunde. LVDS (low voltage differential signaling) unterscheidet sich von normalem Ein- und Ausgang (I/O) in einige Aspekten. Ein normaler digitaler Ein- und Ausgang arbeitet mit 5 Volt als hohes Niveau (binäre 1) und 0 Volt als niedriges Niveau (binäre 0). Wenn ein Differential verwendet wird, wird eine dritte Option, beispielsweise – 5 Volt, hinzugefügt, die ein zusätzliches Niveau bereitstellt, mit dem eine Kodierung erfolgen kann, was zu einer höheren maximalen Datenübertragungsrate führt. Gemäß einer Ausführungsform bedeutet LVDS, daß die standardmäßigen 5 Volt entweder durch 3,3 Volt oder durch 1,5 Volt ersetzt werden. Mit LVDS kann ein System mit zwei Drähten eingesetzt werden, die in Bezug zueinander unter 180° verlaufen. Dies bringt die Möglichkeit mit sich, daß sich das Rauschen auf dem gleichen Level bewegt, welches seinerseits leichter und effektiver herausgefiltert werden kann. Bei einer standardmäßigen Eingabe- und Ausgabe- bzw. I/O-Signaltechnik hängt die Datenspeicherung von dem tatsächlichen Spannungslevel ab. Das Spannungslevel kann durch die Länge der Leitungen beeinflußt werden, d.h. längere Leitungen vergrößern den Widerstand, der die Spannung absenkt. Mit LVDS dagegen unterscheidet sich die Datenspeicherung lediglich durch positive und negative Spannungswerte, nicht durch den Spannungslevel. Daher können sich Daten über größere Drahtlängen bewegen, während ein klarer und konsistenter Datenstrom aufrechterhalten wird.
LVDS-Sender an den Antriebsmodulen 12, die nicht dargestellt sind, können die Daten von den digitalen Bildgebern 522 in serielle Daten umwandeln und die seriell umgewandelten Daten zu dem LVDS-Empfänger 520 des zentralen Elektronikmoduls 18 übertragen.
Der LVDS-Empfänger 520 kann Pixeldaten von lediglich einem der Bildgeber 522 zur Zeit empfangen, was auf den Multiplexer 524 zurückzuführen ist. Der LVDS-Empfänger 520 kann serielle Pixeldaten von einem der Bildgeber 522 empfangen und beispielsweise dadurch aus der seriellen Form zurück umwandeln, indem sie zurück in ein TTL/CMOS-Signal umgewandelt werden. Umwandeln der Daten aus der seriellen Form ermöglicht es, daß die Takt- bzw. Zeit-Pixeldaten extrahiert werden. Die aus der seriellen Form umgewandelten Pixeldaten der Bilder können in der FIFO Speichereinheit 510 gespeichert werden. Die FIFO Speichereinheit 510 kann beispielsweise eine Anfrage nach direktem Speicherzugriff (direct memory access, DMA) an den Prozessor 500 schicken. Sobald der Prozessor 500 die DMA-Anfrage bestätigt, die in der FIFO Speichereinheit 510 gespeicherten Bildpixel zu der Speichereinheit 504, bei der es sich, wie vorstehend beschrieben ist, um ein SDRAM-Gerät handeln kann. Der Prozessor 500 kann dann das Bild komprimieren, es beispielsweise mit odometrischen Daten kodieren, und es in ein Datenpaket packen, beispielsweise ein Ethernet- oder IP-Paket. Die paketierten Daten können dann durch die drahtlose Netzkommunikationskarte 506 durch ein drahtloses Datennetz, wie etwa ein IEEE 802.11b Netz, an ein entferntes Benutzerinterface gesendet werden.
Wie durch den Anzeigeschirm dargestellt ist, der in 25 gezeigt ist, sind sämtliche Vorgänge in Realzeit sichtbar und kontrollierbar ausgehend von einer einzelnen Konsole außerhalb der Hauptleitung durch eine einzelne Bedienungsperson, wobei diese in das System lediglich mit Hilfe eines Kabels zu einer Antenne eingeklinkt ist, die in die Hauptleitung gesteckt ist. Wie vorstehend beschrieben ist, können die Daten von dem System 10 zu der entfernt befindlichen Bedienungsperson über eine drahtlose Kommunikationsverbindung übertragen werden.
Zusätzlich kann das Computerinterface über weitere verteilte Prozessorboards in anderen Modulen verfügen, beispielsweise Boards im Hitachi-Stil basierend auf deren 16-Bit H8-Familie, die den SH4 über einen gemeinsamen Bus (I2C, RS-422, CAN usw.) kommunizieren, und lokale Befehle mit hoher Geschwindigkeit ausführen. Zusätzlich die Verwendung einer digitalen Bildgebungskamera mit einem speziell dafür bestimmten digitalen Bus mit hoher Geschwindigkeit.
Die Softwarearchitektur ist in einem hohen Maße detailliert. Die wesentliche Voraussetzung ist die, daß der an Bord des Systems befindliche Computer ein „client" für den außerhalb angeordneten Computer in der Steuerungsabteilung der Bedienungsperson ist. Die Steuerungsabteilung der Bedienungsperson stellt eine kontinuierliche Schleife bereit, mit der sämtliche Eingabevorrichtungen wie Steuerknüppel, Pointer der Kamera, Lichtschalter usw. abgefragt werden können, Statusmitteilungen in ein Textdisplay geschrieben werden können und alle digitalen Videobilder auf eine unverarbeitete und verzerrungsfreie Weise dargestellt werden können. Ein Zergliederungsmittel für Kommunikationsdaten, welches Datenpakete über die drahtlose Ethernet-Anwendung überträgt und empfängt, kann verwendet werden. Die gesamte Software kann unter dem Unix^®-ähnlichen, in Realzeit arbeitenden Betriebssystem LINUX^® arbeiten, welches Vorgänge in Realzeit ohne wesentlichen Overhead ermöglicht. Die an Board befindliche Architektur wäre im wesentlichen identisch mit der, die vorstehend beschrieben worden ist, mit der Ausnahme, daß zusätzliche an Bord befindliche Kommunikationen, Programme für die Sicherheit bzw. unbeeinträchtigte Funktion und weitere Software zum Behandeln von Ausnahmesituationen in der gleichen Hauptschleife laufen würden. Das Hardwareinterface und die Steuerstruktur der Software können auf zwei Leveln definiert sein, nämlich auf dem hauptsächlichen Level des zentralen Prozessors, und dann auf den individuellen verteilten Prozessor-Leveln innerhalb eines jeden Moduls. Eine Ausführungsform für die Auslegung der Softwarearchitektur ist in 28 dargestellt. Sämtliche Software kann in einer beliebigen Computersprache beschrieben sein, die aktuell bekannt ist, beispielsweise C, C++, visual basic, usw., oder die noch entwickelt werden wird.
Das Kommunikationssystem kann auf existierenden und kommerziell verfügbaren Komponenten basieren, die für die drahtlose Kommunikation auf dem Computermarkt entwickelt worden sind. Die gegenwärtig verfügbare drahtlose Netzwerktechnologie ermöglicht die Verwendung von Übertragungssystemen bei einer Funkfrequenz von 2,4 GHz in der Form einer PCMCIA-Karte, wobei ein Softwareprotokoll, etwa Ethernet, und ein Interface mit Hardware-Handshake (Fehlerkorrektur, Kollisionserfassung usw.) implementiert wird, welches durch das Institut der Elektro- und Elektronikingenieure (Institut of Electrical and Electronic Engineers, IEEE) entwickelt worden ist, etwa IEEE 802.11b, und das in der Lage ist, Kommunikationsbandbreiten in der Größenordnung von 11 Mbps über kurze Entfernungen zu erzeugen, etwa 300 Fuß mit Allrichtungsantennen, und reduzierte Raten von 1 Mbps über längere Entfernungen in der Größenordnung von 1200 Fuß mit Allrichtungsantennen; die Verwendung von Richtungsantennen innerhalb von Rohrleitungen sollte noch größere Reichweiten bringen.
Die Computer- und die Kommunikations- sowie Mobiltelefonindustrie wird weiterhin die Kommunikationen in immer höhere Bandbreiten drücken, um die Übertragung von mehr Daten und den Zugang von mehr Benutzern zu ermöglichen. Diese Zunahme in der Bandbreite wird der Versorgerindustrie auf die gleiche Weise helfen, nämlich größere Datenmengen und besserer Zugang von Kunden. Ein Fachmann auf dem vorliegenden Gebiet der Technik wird erkennen, daß es für jeden Rohrdurchmesser eine optimale Frequenz gibt, um eine maximale Reichweite für die Kommunikation zu erzielen. Der Vorteil bei der Verwendung von etablierten Kommunikationsprotokollen besteht darin, daß das System 10 einfach dadurch an diesen Standard von höheren Bandbreiten angepaßt werden kann, indem die weiter oben dargestellte LAN-Karte in dem Elektronikmodul 18 ausgetauscht wird.
Das System 10 kann durch ein aufgeschweißtes Hülsensystem mit Ablaufkammer in die in Betrieb befindliche Umgebung zum Einsatz gebracht werden, welches in 22, 23 und 24 auf einer ausgegrabenen unterirdischen Gasleitung dargestellt ist. Ein kommerziell verfügbares System für einen Zugang zu einer Rohrleitung, beispielsweise von Mueller, Inc., kann dazu verwendet werden, das System 10 in Gang zu setzen. Das Ablaufsystem besteht aus zwei gegossenen Armaturen mit halbem Rohrdurchmesser, die auf die Außenseite einer Rohrleitung aufgeschweißt werden, die vom Erdreich befreit worden ist. Die Flanscharmatur auf dem oberen Abschnitt erhält dann ein Sperrventil, auf dem dann ein beliebiges anderes ausgewähltes Werkzeug plaziert werden kann. Um ein Loch mit dem vollen Durchmesser herzustellen, d.h. ein Loch mit der Größe des inneren Durchmessers der Rohrleitung, wird ein Bohrwerkzeug benötigt, welches über einen hydraulisch angetriebenen Gehäuseschneider verfügt, der auf das Rohr vorgeschoben wird und sowohl die Oberseite als auch die Unterseite des Rohrs schneidet, wobei die Abschnitte bzw. die ausgeschnittenen Teile in den Hohlraum der unteren Hälfte der aufgeschweißten Armatur fallen gelassen werden. Sobald eine Zugangsöffnung besteht, isoliert das Sperrventil die Rohrleitung von der Ablaufkammer, die dazu verwendet wird, den modularen Zug in das Rohr in Gang zu setzen.
Die Ablaufkammer, bei der es sich um ein gemäß den Kundenbedürfnissen hergestelltes System handeln kann, braucht nur ein einfaches hohles Rohr zu sein, das mit einem Haken und einer Nachladeöffnung in der Oberseite versehen ist, und auch mit Antennen- und Stromanschlüssen zum Wiederaufladen des Roboters und für die drahtlosen Kommunikationen. Die Antenne selbst wird innerhalb der Kammer auf einem ausfahrbaren Schlitten angebracht, der ihre Ausbringung und Orientierung in die Mitte der in Betrieb befindlichen Rohrleitung ermöglicht, sobald der modulare Zug in Gang gesetzt worden ist. Es sei darauf verwiesen, daß auch andere Ablaufsysteme verwendet werden können, wie etwa beispielsweise eine abgewinkelte Ablaufkammer.
Das System 10 paßt seine Geometrie und seine Fortbewegungsmittel an den jeweils angetroffenen inneren Durchmesser der Gasleitung an und bewegt sich entlang der Leitung mit Geschwindigkeiten von bis zu 4 Inch pro Sekunde, indem Energie aus dem Batteriepaket entnommen wird. Die an Bord befindliche Kamera überträgt Bilder live. Das System kann Daten betreffend Live-TV sowie die Steuerung der Fernbedienung zurück bzw. zu der Bedienungsperson oder dem Empfänger über Funksignale übertragen, wobei die Rohrleitung als ein Wellenleiter verwendet wird. Das System kann sich selbst rekonfigurieren, um in Abwinkelungen von 90° einfahren zu können, wobei Biegungen von 1,5D möglich sind, mit einem reduzierten Fahr- und Kommunikations-Bereich. Mit einer Stromversorgung von nur 40 NiMh-Batterien, oder einer anderen geeigneten, bevorzugt wiederaufladbaren Stromquelle, kann das System 10 bis zu 2500 Fuß und mehr in jeder Richtung ausgehend von dem Einlaßpunkt zurücklegen, in Abhängigkeit von Kommunikationsbereich, Leistungsabfall und Aufladezeiten. Einsätze können länger dauern und weitere Strecken zurücklegen, in Abhängigkeit von den vorherrschenden Gasströmungen, der Anzahl von Zugangspunkten und der Stromversorgung. Die Stromversorgung ist berechnet auf der Grundlage der Länge der gewünschten Fahrstrecke mit einer einzelnen Ladung und der Kommunikationsverbindungen innerhalb dieser Reichweite. Die einfachste und genaueste Vorgehensweise zur „Navigation", die verwendet werden sollte, besteht darin, visuell die Anschlüsse bzw. Verbindungen zu zählen und den an Bord befindlichen Wegstreckenzähler softwaremäßig an jeder Verbindung auf Null zu setzen, jeden Abschnitt der Rohrleitung individuell und genau zu messen, und dadurch eine Schätzung der longitudinalen Verlagerung innerhalb der Rohrleitung zu erzeugen, die frei von Drift ist. Die Bedienungsperson steuert die Bewegung, einschließlich Richtung und Geschwindigkeit, des modulartigen Zugs, indem in Realzeit die Bilder überwacht werden, die von der an Bord befindlichen Kamera übertragen werden. Die Bedienungsperson weiß dann, wo sich die nächsten Biegungen und Krümmungen in der Rohrleitung befinden, auf der Grundlage der internen Aufzeichnungen des Versorgungsunternehmens, und instruiert den Zug dahingehend, wohin als nächstes zu fahren ist, in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten „Script". Das richtungsmäßige „Script" für einen bestimmten Arbeitsvorgang kann im voraus geplant und/oder auf dem PC der Bedienungsperson gespeichert werden. Alternativ kann die Bedienungsperson die Bewegung des modulartigen Zugs ansprechend auf die Bilder und sonstigen Umstände, die an die Bedienungsperson übertragen werden, von Hand steuern.
Das an Bord befindliche Prozessorsystem kann auch dafür verantwortlich sein, den korrekten Betrieb aller Systeme zu überwachen, den Zustand von einzelnen Komponenten und untergeordneten Systemen zu bestimmen, und auch für eine Einschätzung für die eigene Wahrnehmung in navigationsmäßiger Hinsicht.
Bei dem System 10 können mehrere Programme verwendet werden, um dessen eigenen Betrieb an Bord, seinen Zustand und die Kommunikationsverbindung mit der an der Spitze befindlichen Bedienungsperson zu überwachen. Die folgenden Modalitäten und Programme können eingesetzt werden:

– An dem höchsten Level innerhalb des Systems 10 können die individuellen verteilten Prozessor-Boards innerhalb jedes einzelnen Moduls mit dem zentralen Prozessor über den üblichen Datenbus kommunizieren, wobei sie ihre Anwesenheit und korrekte Funktion auf einer häufigen Basis rückmelden, wobei hierauf als das Einrichten und Aufrechterhalten eines „Herzschlags" Bezug genommen wird.
– Das Konzept eines „Herzschlags" wird durch den zentralen Prozessor um einen Schritt weitergeführt, dadurch daß dieser ein regelmäßiges Kommunikationsintervall mit einem nicht an Bord befindlichen drahtlosen Steuergehäuse herstellt, das von der Bedienungsperson verwendet wird. Der Grundgedanke liegt darin, daß sichergestellt wird, daß das System 10 nicht in unerwarteter Weise aus dem Kommunikationsbereich herausfährt. Dies kann dadurch erfaßt werden, daß man den Computer für das Interface mit der Bedienungsperson ein regelmäßiges „Herzschlag"-Signal an das System 10 senden läßt, welches von diesem erwartet wird und beantwortet wird. Sollte das System das Signal nicht erhalten, kann das System 10 so programmiert werden, daß es anhält und ein Sicherheitsmanöver zu dem Punkt hin ausführt, an dem man weiß, daß es zuletzt Kommunikationen in beiden Richtungen hatte; hierin liegt ein autonomes Sicherheitsverhalten, auf das hierbei als „Wiederherstellung der Kommunikation" Bezug genommen wird.
– Im Falle des Antriebsmoduls 12 kann der lokale Prozessor den Motorstrom und die Spannung überwachen, wobei die Grundlinie des Betriebs aufgestellt wird. In Abhängigkeit von dem Modus, in dem sich das System 10 befinden kann (horizontal im Gegensatz zu vertikal, geradeaus im Gegensatz zu drehend), kann der lokale Prozessor den Motor absichern, kann allerdings durch den zentralen Computer übersteuert werden. Die lokalisierten Signale des Beschleunigungsmessers mit drei Freiheitsgraden tragen auch dazu bei, den Modus des Systems zu qualifizieren, um dem lokalen Prozessor zu ermöglichen, eine Entscheidung zu treffen, ob der Strom innerhalb des erwarteten Leistungs- bzw. Betriebsbereichs fällt.
– Der Zustand des Energie- bzw. Batteriepakets kann dadurch überwacht werden, daß ein Ladungszähler verwendet wird, der die verbrauchte Ladung und die ursprüngliche Ladung der Batterie mißt. Ein hierfür vorgesehenes Prozessor-Board oder ein Programm innerhalb der lokalen Steuerung des Energiemoduls kann dafür verantwortlich sein, die Spannung, den Strom und die Temperatur des Batteriepakets zu überwachen. Dies ist zweckmäßig, allerdings nicht notwendig, um das Paket vor einer unsachgemäßen Betriebsweise zu bewahren. Der Prozessor kann die Spannung des Batteriepakets mit einer vorab bereitgestellten Tabelle vergleichen, die auf einem Entladungsverlauf der Zelle beruht, welcher von dem Hersteller mitgeteilt worden ist; eine Messung, die es dem Computer ermöglicht, die Bedienungsperson zu alarmieren und nur solche Bewegungen zuzulassen, die das System zurück zum Punkt seiner Entsendung bringt, bei dem gegenwärtig betrachteten Modell des Einsatzes in Form einer Rundfahrt.
– Sicherheitssensoren, die in jedem einzelnen Modul enthalten sein können, sind beispielsweise Feuchtigkeitsdetektoren und solche zur Überwachung von Sauerstoff. Bei jedem dieser Sensoren handelt es sich um einfache Implementierungen, die eine Überwachung der internen Zustände der Module auf die Konzentration von Sauerstoff innerhalb jedes einzelnen Moduls hin ermöglichen, und in einer offenen Schaltung angeordnete Stifte, die dann, wenn sie durch in das Modul eindringendes Wasser kurzgeschlossen werden, das System alarmieren und auch die Bedienungsperson alarmieren, um das System zurückzuholen und einen Abschaltvorgang sobald wie möglich auszulösen.

Das Programm oder Schema für die Navigation des Systems 10 verwendet mehrfache Erfassungsmodalitäten, um eine Einschätzung für die aktuelle Position des Roboters innerhalb des Rohrleitungsnetzes zu erzeugen.

– Die einfachste, wenn auch am stärksten fehleranfällige Messung in einer offenen Schleife basiert darauf, daß die Antriebsmotoren kodiert werden, indem der Halleffekt-Feedback verwendet wird, um Aufwärts- oder Abwärtszähler zu erzeugen, die eine Schätzung für die fortschreitende Entfernung mit Hilfe von Zahnradverhältnissen und Raddurchmessern erzeugen. Diese Messung ist dadurch ungenau, daß die Räder relativ zu der Wand der Rohrleitung rutschen können und auch deshalb, weil der äußere Durchmesser des Rades aufgrund der Kompressibilität seiner aus Urethan bestehenden Felge nicht konstant ist.
– Die nächste Stufe der Kodierung basiert auf der Verwendung der zentrierenden, mit Rädern versehenen Arme an jedem Tragmodul, um eine ausgemittelte Abschätzung der Entfernung entlang der Rohrleitung zu berechnen, wobei ihre aufeinander abgestimmten Halleffekt-Kodierer verwendet werden, die die Entfernung als eine Funktion der Drehung der Räder messen. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn das System durch Biegungen fährt und Antriebsräder in losem Kontakt mit der Wand sind, und man sich auf die hinteren Räder und Antriebe verlassen muß, um die Schätzung der Position auf den neuesten Stand zu bringen.
– Um die Bewegung bzw. den Verfahrweg als eine Funktion der dreidimensionalen Entfernung zu quantifizieren, kann jedes Antriebsmodul einen Beschleunigungssensor mit drei Freiheitsgraden enthalten, der es dem Computer ermöglicht, die tatsächliche Bewegung des Systems 10 im Hinblick auf die durchfahrene horizontale und vertikale Entfernung aufzulösen. Kreisel bzw. Kreiselkompasse können ebenfalls für diesen Zweck verwendet werden. Die Antriebsarme können mit einer Vorspannkraft versehen werden, um eine angemessene Traktion für die Räder bereitzustellen. Der Strom, der benötigt wird, um den modularen Zug anzutreiben, wird gemessen. Dadurch, daß man die Übertragungsfunktion des Motors zwischen Strom und Drehmoment sowie die Geometrie der Arme kennt, kann man die senkrechte Kraft rückwärts berechnen, die auf die Wände der Rohrleitung aufgebracht werden sollte, um die Traktion zu erzielen, die benötigt wird, um eine Bewegung durch die Rohrleitung zu erzielen. Eine maximale Kraft wird nicht zu jedem Zeitpunkt benötigt. Für eine vertikale oder nach oben geneigte Bewegung wird mehr benötigt, und für eine vergleichsweise ebene Fahrt weniger. Als Beispiel wird die Kraft, die benötigt wird, um den Roboter in geneigter Richtung nach oben oder durch einen Längenabschnitt einer Rohrleitung zu bewegen, dadurch bestimmt, daß der Winkel des modularen Zugs relativ zur Schwerkraftrichtung bestimmt wird, indem ein Beschleunigungsmesser als ein Neigungsmesser verwendet wird, um die Neigung relativ zur Schwerkraftrichtung zu bestimmen. Hier kann bestimmt werden, ob sich der Neigungswinkel verändert hat, und ob die Antriebsarme mit einer mehr oder weniger großen Vorspannkraft beaufschlagt werden müssen.
– Schließlich kann jede der Lenkverbindungen mit einem Potentiometer für die absolute Position kodiert werden, wodurch die Möglichkeit geschaffen wird, die Bewegungen durch den Computer innerhalb der Koordinaten der Rohrleitung weiter aufzulösen.

Der explosive Bereich von Erdgas (NG) liegt zwischen etwa 14 Vol.-% bis 17 Vol.-% Erdgas, d.h. 95% Methan, in einer Mischung aus Luft und Erdgas. Ein Betrieb außerhalb dieses Bereichs hat trotz der Anwesenheit eines Oxidationsmittels und einer Zündquelle keine Explosion zur Folge. Unter Berücksichtigung der vorstehenden Betrachtungen kann das System 10, wenn es in einer Rohrleitung für Erdgas verwendet wird, den Einsatz einer unter Druck gesetzten bzw. druckfesten Umschließung vermeiden, wo immer dies möglich ist.

– Im Falle des Antriebs- bzw. Fortbewegungsmoduls bedeutet dies, daß das Modul "offen" gegenüber den Umgebungsbedingungen bleibt und gewährleistet werden muß, mit Hilfe von Dichtungen und Manschetten, daß sich kein Fremdmaterial in dem Mechanismus verfängt oder daß Wasser eindringen kann und den Kurzschluß von irgendwelcher Elektronik zur Folge haben kann. Elektronische Elemente bei Umgebungsdruck können druckunempfindlich sein, bis zu 125 psig, und können in der Lage sein, in einer reinen Erdgasumgebung zu arbeiten.
– Die Lenkverbindung ist von Natur aus nicht abdichtbar, mit der Ausnahme, daß man eine Manschette vorsehen könnte, um Fremdmaterial außen zu halten. Sämtliche Motoren können in der Lage sein, innerhalb der unter Druck gesetzten Erdgasumgebung zu arbeiten.
– Das Computermodul kann in optimaler Weise hermetisch gegenüber der äußeren Umgebung abgedichtet sein, wobei zwei einander entgegengerichtete, in einer Richtung arbeitende Rückschlagventile hinzugefügt werden, die einen Druckausgleich auf Umgebungsbedingungen ermöglichen, wobei lediglich ein auf den Aufbrecheffekt zurückzuführender Druckunterschied inhärent in dem Rückschlagventil vorhanden ist. Daher können sämtliche innen angeordneten Komponenten innerhalb einer unter Druck stehenden Erdgasumgebung arbeiten. Aus dem Computermodul kann sämtliche Luft gespült werden, und der Inhalt kann durch Stickstoff bei atmosphärischem Druck ersetzt werden, bevor ein Einsatz beginnt, um jegliche Möglichkeit von innerhalb des Moduls gefangenem Sauerstoff zu minimieren.
– Bei den Antriebsmodulen kann das gleiche System eingesetzt werden, wie es für das Computermodul vorgeschlagen worden ist, einschließlich der Fluidausschließung. Allerdings können die Batteriepakete in jedem Modul innerhalb von dessen eigener Druckumschließung aufgenommen sein, die für einen Betrieb unter Differenzdruckbedingungen von 125 psig ausgelegt ist. Aus den abgedichteten Paketen kann jegliche Luft gespült werden, und der Inhalt kann mit Stickstoff bei atmosphärischem Druck ersetzt sein, bevor ein Einsatz beginnt, um jegliche Möglichkeit von innerhalb des Moduls gefangenem Sauerstoff zu minimieren.
– Die Ablaufkammer wird mit dem System 10 in Form des modularen Zugs beladen, abgedichtet, und es wird in bevorzugter Weise sämtliche Luft daraus gespült und der Inhalt durch Stickstoff oder einem anderen inerten Gas bei atmosphärischem Druck ersetzt. Sie verbleibt abgedichtet, bis das System 10 zum Einsatz eingebracht wird. Nach Anbringung oben auf der Anordnung des Ablaufventilkopfs können die Drücke zwischen der Ablaufkammer und der Hauptleitung von Hand ausgeglichen werden, so daß vermieden wird, daß beim Vorgang des Ablaufens eingefangene Luft verbleibt. Die Verwendung eines inerten Gases wie etwa Stickstoff in der Ablaufkammer kann vermieden werden, wenn nachgewiesen wird, daß eine Angleichung des Drucks und ein zeitweiliges Ablassen des Drucks an der Oberseite der Ablaufkammer das gleiche Ziel erreicht, nämlich die Entfernung von Luft in dem Maß, daß ein Umfeld in einem explosiven Bereich vermieden wird, bevor das System gestartet wird.

Das Interface der Bedienungsperson ist relativ einfach. Der Bedienungsperson wird, bspw. mit Hilfe des Anzeigeschirms nach 25, ein Bild der unverarbeiteten Weitwinkelansicht von entweder der vorderen oder der hinteren Kamera, oder von beiden mit der halben Fortschreibungsrate, gezeigt, eine geschätzte Auslesung des Wegstreckenzählers für die gesamte durchfahrene Entfernung und eine Anzeige der gefahrenen horizontalen und vertikalen Entfernung, Stromwinkel und geschätzte Fahrtrichtung (auf der Grundlage einer Bestimmung durch die Bedienungsperson und einer Eingabe von Daten in Bezug auf Abbiegungswinkel, die an bekannten Stellen ausgeführt worden sind, wie bspw. Biegungen um 45° und 90°), eine gesamte Anzeige des Status der Batterieladung, und eine Balkenanzeige für die "Qualität" der drahtlosen Funkverbindung, die in Form des Datendurchsatzes ausgedrückt ist. Das Bild, das durch die Kamera erzeugt wird, kann an einen zweiten Tischcomputer weitergeleitet werden, um es zu verarbeiten, wobei die Möglichkeit besteht, daß es entzerrt, in Teilbereiche zerlegt und in einem lokalen VHS-Rekorder oder einen digitalen Magnetband oder den kommenden, wieder beschreibbaren optischen Scheiben gespeichert wird. Die Trennung der in Realzeit erfolgenden Steuerfunktionen der Bedienungsperson von der Handhabung der Daten und deren Verarbeitung sowie auch deren Aufzeichnung kann durchgeführt werden.
Ein alternatives Benutzerinterface kann in Form eines tragbaren Steuergehäuses vorliegen. Das Steuergehäuse besteht aus einem robusten Gehäuse aus Kunststoff. Sein Zweck besteht darin, das Bild anzuzeigen und zu steuern, das durch die Kamera innerhalb der Rohrleitung aufgenommen worden ist. Das Gehäuse wird an 110 V Wechselstrom angeschlossen, wobei ein Hauptschalter die Stromversorgung von sämtlichen elektronischen Teilen innerhalb des Gehäuses und in dem Modul steuert. In dem Bodenabschnitt befinden sich separate Stromversorgungen mit isolierten Erdleitungen für den Bildschirm (12 V Gleichstrom), für die Kamera und für die Lampen (24 V Gleichstrom) und für die Videoverstärker-Baugruppe (9 V Gleichstrom). Es ist eine zusätzliche Baugruppe vorhanden, um die Anschlüsse zwischen allen innerhalb angeordneten elektronischen Teilen zu erleichtern. Es sind zwei Videoausgänge BNC für die Ausgabe der Bilddaten auf externe Bildschirme vorhanden. Zwei Einstellpotentiometer dienen für die Regulierung der Helligkeit der Lampen, um das Bild zu optimieren, wobei Lampen für Nah- und Fernlicht getrennt verändert werden können. Das Kabel, das von dem Kameramodul kommt, wird mit einem Anschluß mit 20 Stiften vom Typ Amphenol verbunden, wobei lediglich sechs der insgesamt zwanzig Kontakte genutzt werden. Das Videosignal wird über ein Koaxialkabel (Erde und V_aus) übertragen, zwei Drähte liefern Strom für die Kamera (Erde und V_Kamera), und zwei Drähte sind an die Lampen (V_nah und V_fern) angeschlossen, wobei die Lampen die gleiche Erdleitung wie die Stromversorgung für die Kamera nutzen. Um die Ergebnisse bildlich darzustellen, d.h. das Bild der Gasrohrleitung von innen, ist ein TFT-LCD-Monitor mit 11,3 Zoll von bspw. Earth Computer Technologies in dem Deckel des Gehäuses angeordnet.
Das betriebsmäßige Szenario kann bspw. so aussehen, wie es unten im einzelnen dargestellt ist. Die wesentlichen Schritte beinhalten die Herstellung einer Zugangsöffnung für das Robotersystem 10, und anschließend ist unten das daran anschließende Einsetzen und Entnehmen der Einheit im einzelnen in dem konzipierten Tagebuch des Betriebs für den ersten Einsatztag dargestellt:
Das betriebliche Szenario für die Einheit, nachdem das System eingebaut worden ist, ist nachfolgend im einzelnen in dem konzipierten betrieblichen Protokoll für den zweiten Tag des Einsatzes angegeben:
Das System wird eine gesamte Entfernung in einer Richtung von etwa 5740 Fuß, entsprechend etwa 1,1 Meilen zurückgelegt haben, was die Möglichkeit schafft, zu einem Zustand innerhalb der Ablaufkammer zurückzukehren, von der es am nächsten Tag erneut in Einsatz gebracht werden könnte, um eine äquivalente Entfernung in der entgegengesetzten Richtung zurückzulegen, bevor das System herausgenommen wird, die Ablaufkammer abgekoppelt wird und der Einsetzbereich wieder in den ursprünglichen Zustand versetzt wird.
Die Energie- bzw. Stromzellen in den Energiemodulen 14 des Systems 10 müssen regelmäßig wieder aufgeladen werden. Ein Verfahren des Wiederaufladens besteht darin, daß man den modularen Zug zu dem Einsetzpunkt zu einer Wiederaufladestation zurückkehren läßt, bei der es sich um einen Generator, einen Transformator, eine Fahrzeugbatterie oder jegliche günstige geeignete Stromquelle mit 24 Volt Gleichstrom und 2 Ampere handeln kann. Dieses Verfahren würde beinhalten, daß sichergestellt wird, daß der modulare Zug zu der Wiederaufladestation zurückkehrt, bevor die an Bord befindliche Stromversorgung erschöpft ist.
Eine alternative Vorgehensweise zum Wiederaufladen beinhaltet, daß Wiederaufladeanschlüsse eingebaut werden, die in Abständen von einander entlang der Rohrleitung angeordnet sind. Hierbei kann es sich um dauerhafte Anschlüsse entlang der Rohrleitung handeln, die zu einer außerhalb der Rohrleitung befindlichen Stelle führen. Wenn Arbeiten für einen Längenabschnitt einer Rohrleitung geplant werden, kann eine tragbare Stromquelle oder eine Leitung von der Stromquelle in den Anschluß gesteckt werden, und der modulare Zug kann Zugang dazu erhalten, je nach Notwendigkeit. Das Antriebsmodul kann beispielsweise mit einem Ladekontakt versehen sein, wie etwa mit dem Kontakt 47 in dem Antriebsmodul nach 2, als das Interface zwischen der Wiederaufladestation und den Batteriezellen in dem Energiemodul 12.
Ein anderes Konzept zum Wiederaufladen des Systems 10 besteht darin, daß die Gasströmung selbst als eine Quelle von kinetischer Energie verwendet wird, und es kann hierbei, wenn vorausgesetzt wird, daß ein kleiner Druckabfall toleriert werden kann, eine in-line angeordnete Turbine verwenden, die dann, wenn sie durch die Gasströmung angetrieben wird, einen Generator antreiben kann, der seinerseits unmittelbar für den Antrieb verwendet werden kann oder zum allmählichen Aufladen des an Bord befindlichen Batteriepakets bzw. der Batteriepakete.
Als Teil der Verwendung der Turbine wird ein Druckabfall über die Turbine hinweg auftreten, aufgrund von zwei Ursachen: (i) Energie, die aus der Strömung herausgenommen wird, und (2) Verlust an kinetischer oder Druckenergie aufgrund der Kontraktion und Expansion des Gases durch den Durchlaß der Turbine. Es ist bekannt, daß Turbinen typischerweise keinen übermäßig großen Wirkungsgrad bei der Extraktion von Energie aus einer Strömung aufweisen, wobei Wirkungsgrade von etwa 30% typisch sind. Da der Durchmesser des Durchlasses der am stärksten signifikante Faktor ist, der den Druckabfall in der Turbine bewirkt, ist es zweckmäßig, diesen so groß wie möglich zu halten, ohne allerdings die Fähigkeit des Systems negativ zu beeinflussen, an vorstehenden Hindernissen (Hähnen) vorbeizukommen. Es ist bestimmt worden, daß der zweckmäßige Druckabfall von 0,3 psig dadurch erreicht werden könnte, daß der Eintritts- bzw. Austrittsweg der Fluidströmung vollständig formangepaßt wird, um den Druckabfall aufgrund der Konstruktion des Durchlasses zu minimieren.
Die Antriebsmodule können in ihren vorderen Enden mit einem integrierten Merkmal versehen sein, welches die Möglichkeit bietet, daß der Haken der Ablaufkammer, der auch dem Wiederaufladen dient, das Modul erfassen und halten kann, während die Möglichkeit einer aktiven Wiederaufladung der Batteriepakete besteht, auch unter Bedingungen hohen Stromverbrauchs. Dieser Anschluß kann so konfiguriert sein, daß er unabhängig von der Orientierung ist und eine Sicherheit bietet, um unter allen Umständen zu funktionieren.
Das System 10 ermöglicht eine ferngesteuerte, ungebundene, in bevorzugter Weise mittels Video erfolgende Inspektion über große Reichweiten von in Betrieb befindlichen Hauptverteilleitungen für Gas. Das System stellt ein „kriechendes" System für den Zugang zu in Betrieb befindlichen Gashauptleitungen bereit, mit drahtloser Video- und Datenkommunikation, für die an Bord befindliche Stromquellen genutzt werden. Das System kann 2500 Fuß und mehr von standardmäßigen Rohrleitungen mit einem Innendurchmesser von 6 bis 8 Zoll durchfahren, und kann durch Abwinkelungen, Anschlüsse und T-Stücke kriechen, geneigte und vertikale Abschnitte nach oben und nach unten durchfahren, während es sicher in einer Umgebung aus reinem Erdgas mit mittlerem bis hohem Druck arbeitet, und wobei Bedienungspersonen die Möglichkeit haben, unmittelbar übertragene Videobilder in Realzeit zu kommunizieren und zu empfangen, einschließlich von präzisen Positionsschätzungen in Bezug auf die Navigation.
Das System nach der vorliegenden Erfindung eignet sich gut für die Verwendung durch die Gasversorger in Verteilungs-Hauptleitungen, die sich typischerweise hinsichtlich ihrer Größe in einem Bereich von 6 bis 8 Zoll Innendurchmesser bewegen. Es wird angenommen, daß das Inspektionssystem 10 nach der vorliegenden Erfindung weitaus einfacher und kostengünstiger herzustellen, in Einsatz zu bringen und zu betreiben ist als Systeme, die zuvor verfügbar waren, und eine unmittelbare Video-Rückmeldung bei vollständiger Autonomie der Stromversorgung und bei höheren Geschwindigkeiten, größeren Reichweiten und längeren Zeitdauern bereitstellt, als dies gegenwärtig mit gebundenen Systemen möglich ist. Fachleute auf dem vorliegenden Gebiet der Technik werden erkennen, daß das System 10 nach der vorliegenden Erfindung zur Verwendung an anderen entfernt liegenden Orten eingesetzt werden kann. Die Module des Systems 10 können auch spezialisierte Funktionen oder spezialisierte Module aufweisen, die innerhalb der im mittleren Bereich des Zugs befindlichen Module für spezielle Tätigkeiten angeordnet sind, wie etwa zur Reparatur von Abschnitten der Rohrleitung.
Es wird erwartet, daß die Verwendung von ungebundenen Inspektionssystemen die Inspektion und Reparatur von Gasleitungen radikal verbessern wird. Da das System unempfindlich dafür ist, aus welchem Material die Rohrleitung hergestellt ist, kann es für nahezu 100% aller Rohrleitungen angewendet werden. Mögliche Einsparungen sind schwierig abzuschätzen, aber wenn man annimmt, daß bis zu 50% der zum gegenwärtigen Zeitpunkt abschnittsweise ausgetauschten oder neu ausgekleideten oder vollständige erneuerten Rohrleitungen mit der nächst-„billigeren" Reparaturmethode hätten repariert werden können, können die Einsparungen in der Größenordnung von 25% bis 50% gegenüber herkömmlichen Austauschtechniken liegen, was der Gasindustrie mehrere zehn Millionen Dollar pro Jahr einspart. Das Inspektionssystem 10 unterscheidet sich von bekannten Systemen, da es nicht durch die Länge einer festen Verbindung mit der Umgebung beschränkt ist, beispielsweise einer Anbindung oder Schubstange, die entlang einer Rohrleitung gezogen oder geschoben werden kann. Von daher eröffnet die Fähigkeit, Strom an Bord bereitzustellen und Bilder und Daten drahtlos zu einem entfernten Ort außerhalb der Rohrleitung zu kommunizieren, einen ganz neuen Bereich von Möglichkeiten.

Claims

Ein System (10) zur Inspektion von ausgewählten Zuständen in einer Rohrleitung, welches umfaßt: einen selbsttätig angetriebenen Zug, mit: einer Anzahl von Modulen (12, 14, 16, 18), wobei zumindest eines der genannten Module (12) einen Antriebsmechanismus (50) aufweist, um eine Fortbewegung des Zugs zu bewirken; Verbindungen zur Energieversorgung zwischen benachbarten Modulen (12, 14, 16, 18), und zumindest ein Anschlußteil (20) zum Verbinden von benachbarten Modulen in dem Zug, wobei der Zug weiterhin Komponenten zur Erfassung von Daten und Kommunikationskomponenten zur Übertragung von erfaßten Daten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß: das genannte Anschlußteil (20) für eine motorisierte Gelenkverbindung der genannten Module (12, 14, 16, 18) relativ zueinander konfiguriert ist, in einer Neigungs- und Rollrichtung über mehrere Ebenen und Winkel.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzahl von Modulen (12, 14, 16, 18) zumindest ein Antriebsmodul (12) aufweist.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmodul (12) den genannten Antriebsmechanismus (50) enthält, der weiterhin aufweist: eine Antriebsanordnung (56, 58), eine Antriebswelle (55), die wirkungsmäßig mit der Antriebsanordnung (56, 58) verbunden ist und durch diese angetrieben ist; eine Anzahl von Antriebsarmen (52), wobei jeder Antriebsarm (52) zumindest ein angetriebenes Rad (28) aufweist, das drehbar an einem freien Ende des Antriebsarms (52) befestigt ist; und eine Zahnradanordnung (106A, 104, 80, 36) zum Übertragen einer Bewegung von der Antriebswelle (55) an die angetriebenen Räder (28), um eine Fortbewegung des genannten Zugs zu bewirken.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmechanismus (50) weiterhin umfaßt: eine Ausfahrwelle (54), die wirkungsmäßig mit der Antriebsanordnung (56, 58) verbunden ist und durch diese angetrieben ist; eine Gestängeanordnung (108), die wirkungsmäßig mit der Ausfahrwelle (54) und mit jedem von der Anzahl von Antriebsarmen (52) verbunden ist, um die Antriebsarme (52) relativ zu dem genannten Antriebsmodul (12) auszufahren und einzuziehen.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestängeanordnung (108) umfaßt: eine Anzahl von Ausfahrarmen (108), wobei jeder Ausfahrarm schwenkbar mit einem anderen von den genannten Antriebsarmen (52) verbunden ist; und eine Ausfahreinheit (112), die schwenkbar mit jedem von den genannten Ausfahrarmen (108) verbunden ist und wirkungsmäßig mit der Ausfahrwelle (54) verbunden ist, um eine Bewegung der Ausfahrwelle (54) an die Ausfahrarme (108) zu übertragen.
System nach einem der Ansprüche 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsanordnung (56, 58) umfaßt: einen Antriebsmotor (56) zum Antreiben der Antriebswelle (55); und einen Ausfahrmotor (58) zum Antreiben der genannten Ausfahrwelle (54).
System nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten zur Erfassung von Daten in dem genannten Antriebsmodul (12) untergebracht sind und eine Kamera (62) und Lampen (24) umfassen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten zur Erfassung von Daten ein bildgebendes System aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten zur Erfassung von Daten Sensoren zur Erfassung von Streuverlusten von magnetischem Fluß aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten zur Erfassung von Daten Sensoren zum Erfassen von Wirbelströmen aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten zur Erfassung von Daten Ultraschallsensoren für die Wanddicke aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten zur Erfassung von Daten radgekoppelte Wegstreckenzähler aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten zur Erfassung von Daten Beschleunigungsmesser aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Modulen (12, 14, 16, 18) zumindest ein Energiemodul (14) aufweisen.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiemodul (14) aufweist: eine Energiequelle (152), und ein Mittel zum Übertragen von Energie von der Energiequelle (152) jeweils zu dem Antriebsmechanismus (50), zu den Komponenten zur Erfassung von Daten und zu den Komponenten zur Kommunikation von Daten.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (152) wiederaufladbar ist.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (152) dadurch wiederaufladbar ist, daß mit einem in-line angeordneten, von einer Gasströmung mit Energie versorgten Turbinensystem Strom erzeugt wird.
System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Turbinensystem umfaßt: eine in-line angeordnete Turbine, die durch eine Gasströmung innerhalb der Rohrleitung angetrieben ist; und einen Generator, der durch die Turbine angetrieben ist, um kinetische Energie an die Energiequelle zuzuführen.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung ein Portal zu einer Stelle außerhalb der Rohrleitung aufweist, und daß die Energiequelle (152) durch Verbindung über das Portal mit einem außerhalb der Rohrleitung befindlichen Generator wiederaufladbar ist.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (152) eine chemische Energiequelle aufweist.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die chemische Energiequelle ein Batteriepaket ist.
System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Batteriepaket aus zumindest zwei Teilpaketen besteht, von denen jeweils eines eine Anzahl von Batteriezellen aufweist.
System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Batteriezellen aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Lithiumionenzellen, Nickelmetallhydridzellen und Alkalinezellen besteht.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte zumindest eine Anschlußteil (20) ein Kardan- oder Kugelgelenk aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Modul (12, 14, 16, 18) des genannten Zugs eine zentrale Achse aufweist, und daß zumindest eines der genannten Anschlußteile (20) für eine Drehung um eine erste Achse konfiguriert ist, die im wesentlichen senkrecht zu der zentralen Achse des Moduls ist, mit dem das Anschlußteil verbunden ist, und für eine Drehung um eine zweite Achse, die im wesentlichen parallel zu der zentralen Linie des Moduls ist, mit dem das Anschlußteil verbunden ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl von Modulen (12, 14, 16, 18) weiter umfaßt: zwei endständige Module (12), von denen eines an jedem Ende des Zugs angeordnet ist; eine Anzahl von mittleren Zugmodulen (14, 16, 18), die zwischen den endständigen Modulen angeordnet sind, und wobei das zumindest eine Anschlußteil (20) des Systems weiter umfaßt: einen um zwei Achsen steuerbaren Verbindungsanschluß (20A), der zwischen jedem endständigen Modul (12) und dem benachbart dazu angeordneten mittleren Modul (14) des Zugs positioniert ist, wobei der um zwei Achsen steuerbare Anschluß (20A) um zwei Drehachsen bewegbar ist; einen um eine einzelne Achse steuerbaren Verbindungsanschluß (20B), der zwischen benachbarten mittleren Modulen (14, 16, 18) des Zugs positioniert ist, wobei der eine einzelne Achse aufweisende Verbindungsanschluß (20B) um eine einzelne Drehachse bewegbar ist.
System nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß sich jeder der zwei Achsen aufweisenden Verbindungsanschlüsse (20A) sowohl um eine Neigungsachse als auch um eine Rollachse dreht, und daß sich jeder der eine einzelne Achse aufweisenden Verbindungsanschlüsse (20B) um eine Neigungsachse dreht.
System nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Module (12, 14, 16, 18) jeweils einen Motor (100, 302) zum Antreiben der Bewegung der zwei Achsen und eine einzelne Achse aufweisenden Verbindungsanschlüsse (20A, 20B) aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Verbindungsanschlüsse mit zwei Achsen und mit einer Achse (20A, 20B) ein drehbares Zahnrad (90, 146, 440) aufweist, das auf jedem Modul des Anschlusses angebracht ist, zum Zusammenwirken mit dem drehbaren Zahnrad (390, 440, 146) auf dem benachbarten Modul.
System nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Modul (12, 14, 16, 18) eine zentrale Achse aufweist und daß der Motor (100) in jedem der genannten endständigen Module (12) von der zentralen Achse dieses Moduls versetzt ist, und daß jedes endständige Modul (12) umfaßt: ein erstes Befestigungsteil (22), das auf einem Ende (44) des endständigen Moduls (12) benachbart zu einem mittleren Modul (14) des Zugs positioniert ist; eines der genannten drehbaren Zahnräder (90); und eine erste Zahnradanordnung (92), die durch den Motor (100) angetrieben ist, um das genannte drehbare Zahnrad (90) in Drehung zu versetzen.
System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die mittleren Module (14) des Zugs benachbart zu den endständigen Modulen (12) umfassen: ein zweites Befestigungsteil (322), das an einem Ende (144) des mittleren Moduls (14) des Zugs benachbart zu dem endständigen Modul (12) positioniert ist, wobei das zweite Befestigungsteil (322) um die zentrale Achse des mittleren Moduls (14) des Zugs drehbar ist, auf dem es positioniert ist; und eines der genannten drehbaren Zahnräder (390), das auf dem zweiten Befestigungsteil (322) in einer solchen Orientierung positioniert ist, daß die Achse seiner Drehung senkrecht zu der Achse der Drehung des zweiten Befestigungsteils (322) und senkrecht zu der Achse der Drehung des drehbaren Zahnrads (90) des endständigen Moduls (12) ist.
System nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Befestigungsteil (22) umfaßt: ein Paar von einander gegenüberliegenden Gabelbefestigungen (22), die einen Abstand voneinander aufweisen; wobei das drehbare Zahnrad (90) des endständigen Moduls (12) für eine Drehung um eine Drehachse zwischen den einander gegenüberstehenden Gabelbefestigungen (22) positioniert ist; und wobei das zweite Befestigungsteil (322) schwenkbar mit dem Paar von einander gegenüberstehenden Gabelbefestigungen (22) verbunden ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest eine Anschlußteil (20) umfaßt: einen um zwei Achsen lenkbaren Verbindungsanschluß (20A), der aus einer ersten Verbindungseinheit besteht, die auf einem der genannten Module (12) positioniert ist und drehbar und schwenkbar mit einer zweiten Verbindungseinheit verbunden ist, die auf einem benachbarten der genannten Module (14) positioniert ist.
System nach Anspruch 33, weiter umfassend: einen um eine einzige Achse lenkbaren Verbindungsanschluß (20B), der aus einer dritten Verbindungseinheit besteht, die auf einem der genannten Module (14, 18) positioniert ist und drehbar mit einer vierten Verbindungseinheit verbunden ist, die auf einem benachbarten der genannten Module (16) positioniert ist, wobei die Module (14, 16, 18), die durch den genannten Verbindungsanschluß (20B) mit einer einzelnen Achse verbunden sind, nicht mehr als ein Modul gemeinsam mit den genannten Modulen (12, 14) haben, die durch den genannten Verbindungsanschluß (20B) mit zwei Achsen verbunden sind.
System nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verbindungseinheit umfaßt: ein erstes Befestigungsteil (22), das auf einem Ende eines Moduls (12) positioniert ist, in einer einem Ende eines benachbarten Moduls (14) gegenüberstehenden Beziehung; eine erste Lenkmotoranordnung (100); eine erste Zahnradanordnung (92), die wirkungsmäßig mit der genannten ersten Lenkmotoranordnung (100) verbunden ist; und wobei ein Teil (90) der ersten Zahnradanordnung (92) für eine Drehung um eine erste Drehachse positioniert ist.
System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Befestigungsteil (22) ein Paar von Gabelbefestigungen (22) aufweist, die einen Zwischenraum dazwischen festlegen, wobei der genannte Teil des ersten Zahnrads (90) in dem Zwischenraum zwischen dem Paar von Gabelbefestigungen (22) positioniert ist.
System nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß jedes genannte Modul eine zentrale Achse aufweist und daß das erste Befestigungsteil einen Schwenkblock aufweist, der um eine Drehachse parallel zu der zentralen Achse des Moduls, auf dem der Schwenkblock positioniert ist, drehbar ist, und wobei die genannte erste Drehachse um etwa 90° relativ zu der Drehachse des genannten Schwenkblocks versetzt ist.
System nach Anspruch 35, 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verbindungseinheit umfaßt: ein zweites Befestigungsteil, das an einem Ende eines Moduls in einer einem Ende eines benachbarten Moduls gegenüberstehenden Beziehung positioniert ist; eine zweite Lenkmotoranordnung (302); eine zweite Zahnradanordnung (306), die wirkungsmäßig mit der zweiten Lenkmotoranordnung (302) verbunden ist, und wobei ein Teil der genannten zweiten Zahnradanordnung (306) zur Drehung um eine zweite Drehachse positioniert ist.
System nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Befestigungsteil ein Paar von Gabelbefestigungen (22) aufweist, die einen Zwischenraum dazwischen festlegen, und daß der genannte Teil des zweiten Zahnrads (90) in dem Zwischenraum zwischen dem Paar von Gabelbefestigungen (22) positioniert ist.
System nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Modul eine zentrale Achse aufweist; wobei das zweite Befestigungsteil auf der zweiten Verbindungseinheit einen Schwenkblock aufweist, der um eine Drehachse parallel zu der zentralen Achse des Moduls, auf dem der Schwenkblock positioniert ist, drehbar ist; und wobei die genannte zweite Drehachse um etwa 90° relativ zu der Drehachse des genannten Schwenkblocks versetzt ist.
System nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte erste Befestigungsteil (22) auf der genannten ersten Verbindungseinheit ein Paar von Gabelbefestigungen (22) aufweist, die einen Zwischenraum dazwischen festlegen, wobei der genannte Teil des ersten Zahnrads (90) in dem genannten Zwischenraum zwischen dem Paar von Gabelbefestigungen (22) positioniert ist; wobei der genannte Schwenkblock (322) schwenkbar mit dem Paar von Gabelbefestigungen (22) verbunden ist; und wobei die erste Drehachse im wesentlichen parallel zu der zentralen Achse des Moduls ist, auf dem die genannte erste Verbindungseinheit positioniert ist, und im wesentlichen senkrecht zu der zweiten Drehachse ist.
System nach einem der Ansprüche 34 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß jedes genannte Modul eine zentrale Achse aufweist und daß jede der genannten dritten und vierten Verbindungseinheiten umfaßt: ein Befestigungsteil (222) mit einer einzelnen Achse, das auf einem Ende eines Moduls in einer einem Ende eines benachbarten Moduls gegenüberstehenden Beziehung positioniert ist; eine dritte Antriebsanordnung; eine dritte Zahnradanordnung, die wirkungsmäßig mit der genannten dritten Antriebsanordnung verbunden ist; und wobei ein Teil der genannten dritten Zahnradanordnung zur Drehung um eine Drehachse positioniert ist.
System nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die eine einzelne Achse aufweisenden Befestigungsteile (222) fest an ihren jeweiligen Modulen (14, 18) befestigt sind; wobei die genannte Drehachse des genannten Zahnradteils (146) der dritten Verbindungseinheit im wesentlichen parallel zu der zentralen Achse des Moduls (14, 18) ist, auf dem die dritte Verbindungseinheit positioniert ist; und wobei die genannte Drehachse des genannten Zahnradteils (490) der vierten Verbindungseinheit von der zentralen Achse des Moduls, auf der die genannte vierte Verbindungseinheit positioniert ist, um etwa 90° versetzt ist.
System nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten dritten Zahnradanordnungen jeweils ein kegelritzelartiges Zahnrad (490) aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 34 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzahl von Modulen weiterhin umfaßt: zumindest ein Antriebsmodul (12), das an dem Ende des genannten Zugs positioniert ist; zumindest zwei Energiemodule (14), von denen eines benachbart zu jeweils einem Antriebsmodul (12) angeordnet ist; und wobei der genannte Verbindungsanschluß (20A) mit zwei Achsen jeweils zwischen dem genannten Antriebsmodul (12) und dem genannten Energiemodul (14) benachbart zu dem Antriebsmodul (12) positioniert ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikationskomponenten drahtlose Kommunikationskomponenten umfassen.
System nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten drahtlosen Kommunikationskomponenten eine Antenne zur Kommunikation mit einem entfernt angeordneten Empfänger umfassen.
System nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Antenne eine invertierte F-Antenne und eine Antennenreflektor-Leiterplatte aufweist.
System nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten drahtlosen Kommunikationskomponenten eine drahtlose Ethernet-Verbindung zu einem entfernt angeordneten Empfänger aufweisen.
System nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten drahtlosen Kommunikationskomponenten ein Mittel zum Übertragen von elektromagnetischen Wellen mit niedriger Frequenz durch das Rohr und/oder durch die Rohrwände aufweisen.
System nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten drahtlosen Kommunikationskomponenten ein Mittel zum Übertragen von Radiowellen aufweisen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Kommunikationskomponenten faseroptische Kabel aufweisen, die mit einer optischen Kommunikationsverbindung versehen sind.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzahl von Modulen (12, 14, 16, 18) zumindest ein Tragmodul (16) aufweist.
System nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Tragmodul (16) einen Tragarmmechanismus (170) zum Tragen des genannten Zugs aufweist.
System nach Anspruch 54, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Tragarmmechanismus (170) umfaßt: eine Anzahl von passiven Armen (166), wobei jeder passive Arm (166) ein Rad (168) aufweist, das drehbar an einem freien Ende davon befestigt ist; und eine Mitläufer-Antriebsanordnung (174); eine Ausfahrwelle (176), die wirkungsmäßig mit der genannten Mitläufer-Antriebsanordnung (174) verbunden ist und durch diese angetrieben ist; eine Gestängeanordnung (180), die wirkungsmäßig mit der Ausfahrwelle (176) und mit jedem von der Anzahl von passiven Armen (166) verbunden ist, um die genannten passiven Arme (166) relativ zu dem Tragmodul (170) auszufahren und einzuziehen, um den Zug innerhalb der Rohrleitung abzustützen und zu zentrieren, wenn sich der Zug bewegt.
System nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestängeanordnung (180) umfaßt: eine Anzahl von Mitläufer-Ausfahrarmen (180), wobei jeder Mitläufer-Ausfahrarm schwenkbar mit einem anderen von den passiven Armen (66) verbunden ist; und eine Mutter (184), die schwenkbar mit jedem von den genannten Mitläufer-Ausfahrarmen (180) verbunden ist und wirkungsmäßig mit der genannten Ausfahrwelle (176) verbunden ist, um eine Bewegung der Ausfahrwelle (176) an die passiven Arme (166) zu übertragen.
System nach Anspruch 55 oder 56, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten passiven Arme (166) Bewegungssensoren tragen, um die Drehbewegungen der genannten Räder (168) der passiven Arme zu erfassen.
System nach Anspruch 55, 56 oder 57, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei passive Arme (166) vorhanden sind, die in einem gegenseitigen Abstand um das genannte Tragmodul (16) herum angeordnet sind.
System nach einem der Ansprüche 53 bis 58, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Tragmodul (16) weiterhin mit zumindest einer Verbindungseinheit an einem Ende davon versehen ist, zur Verbindung mit einem benachbarten aus der genannten Anzahl von Modulen.
System nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Verbindungseinheit umfaßt: ein Paar von einander gegenüberstehenden Gabelbefestigungen (422), die in einem gegenseitigen Abstand voneinander angeordnet sind; eine Lenkmotoranordnung; eine erste Zahnradanordnung, die wirkungsmäßig mit der genannten Lenkmotoranordnung verbunden ist; und wobei ein Teil der genannten ersten Zahnradanordnung (440) zur Drehung um eine einzelne Drehachse zwischen dem Paar von Gabelbefestigungen (422) positioniert ist.
System nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Tragmodul (16) mit zwei Verbindungseinheiten versehen ist, eine an jedem Ende davon, wobei die genannten Verbindungseinheiten um eine einzelne Drehachse bewegbar sind.
System nach einem der Ansprüche 53 bis 61, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Tragmodul (16) elektrische Verbindungsteile für den Durchgang von elektrischen Signalen zwischen zumindest einem weiteren Modul aus der genannten Anzahl von Modulen enthält.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 62, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzahl von Modulen ein Elektronikmodul (18) umfaßt.
System nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Elektronikmodul (18) Computerkomponenten umfaßt.
System nach Anspruch 64, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Computerkomponenten einen Prozessor und einen Wandler aufweisen, sowie elektrische Verbindungsteile für den Durchgang von elektrischen Signalen zwischen dem genannten Elektronikmodul und zumindest einem weiteren Modul aus der genannten Anzahl von Modulen.
System nach Anspruch 63, 64 oder 65, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Elektronikmodul (18) einen Teil von einem Anschlußteil (20) umfaßt, wobei der genannte Teil zumindest eine Verbindungseinheit mit einer einzelnen Achse umfaßt, zur Verbindung des genannten Elektronikmoduls mit einem benachbarten aus der genannten Anzahl von Modulen.
System nach Anspruch 66, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Verbindungseinheit mit einzelner Achse umfaßt: eine Befestigungseinheit (222), die für eine schwenkbare Verbindung mit einem Paar von Gabelbefestigungen des genannten benachbarten Moduls konfiguriert ist; und eine Zahnradanordnung (146), die zur Drehung auf der genannten Befestigungseinheit (222) um eine Drehachse angebracht ist; wobei ein Teil der genannten Zahnradanordnung für ein komplementäres drehendes Zusammenwirken mit einer Zahnradanordnung auf dem genannten benachbarten Modul konfiguriert ist.
System nach Anspruch 67, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzahl von Modulen weiterhin umfaßt: ein führendes Antriebsmodul (12); ein Energiemodul (14); wobei ein erstes aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen ein Ende des genannten führenden Antriebsmoduls (12) mit einem Ende des genannten Energiemoduls (14) verbindet, wobei das Energiemodul ein anderes Ende aufweist; ein Tragmodul (16); wobei ein zweites aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen (20B) das andere Ende des genannten Energiemoduls (14) mit dem genannten Tragmodul (16) verbindet, wobei das Tragmodul (16) ein anderes Ende aufweist; wobei das genannte Elektronikmodul (18) mit dem anderen Ende des genannten Tragmoduls (16) durch ein drittes aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen verbunden ist und wobei die genannte Verbindungseinheit mit einer einzelnen Achse auf dem Elektronikmodul (18) einen Teil des dritten Verbindungsteils bildet, das das Elektronikmodul mit dem Tragmodul (16) verbindet.
System nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, daß jedes genannte Modul aus der genannten Anzahl von Modulen (12, 14, 16, 18) eine zentrale Achse aufweist, und daß das erste aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen einen Anschluß umfaßt, der für eine Drehung um eine erste Achse konfiguriert ist, die im wesentlichen senkrecht zu der zentralen Achse des Antriebsmoduls (12) ist, und für eine Drehung um eine zweite Achse, die im wesentlichen parallel zu der zentralen Linie des Antriebsmoduls (12) ist; und wobei das zweite aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen einen Anschluß aufweist, der zur Drehung um eine Achse konfiguriert ist, die im wesentlichen senkrecht zu der zentralen Achse entweder des Energiemoduls (14) oder des Tragmoduls (16) oder von beiden ist.
System nach Anspruch 69, dadurch gekennzeichnet, daß das eine aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen erste und zweite Verbindungseinheiten umfaßt, wobei die genannte erste Verbindungseinheit umfaßt: ein Paar von einander gegenüberstehenden Gabelbefestigungen (22), die einen Zwischenraum dazwischen bilden; eine Lenkmotoranordnung (100); eine erste Zahnradanordnung (92), die wirkungsmäßig mit der Lenkmotoranordnung (100) verbunden ist; und wobei ein Teil der genannten ersten Zahnradanordnung (92) für eine Drehung um eine Drehachse zwischen dem Paar von Gabelbefestigungen (22) positioniert ist und mit einer Eingreifoberfläche versehen ist.
System nach Anspruch 70, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte führende Antriebsmodul (12) die genannte erste Verbindungseinheit umfaßt; wobei das benachbarte Energiemodul (14) ein Befestigungsteil (322) aufweist, das an einem Ende davon für eine Drehung um die zentrale Achse des genannten Energiemoduls (14) positioniert ist, und wobei ein drehbares Zahnrad (390) auf dem genannten Befestigungsteil (322) in einer solchen Orientierung positioniert ist, daß die Drehachse des genannten Zahnrads (390) des Energiemoduls senkrecht zu der Drehachse des genannten Teils (90) der ersten Zahnradanordnung (92) des genannten Antriebsmoduls (12) ist, wobei das genannte Zahnrad (390) des Antriebsmoduls mit einer Eingreifoberfläche darauf versehen ist, die für ein komplementäres Zusammenwirken mit der Eingreifoberfläche des genannten Teils (90) des genannten ersten Zahnrads konfiguriert ist.
System nach Anspruch 71, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Tragmodul (16) eines von den genannten zweiten aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen an jedem Ende davon aufweist.
System nach Anspruch 72, weiter umfassend: zwei Antriebsmodule (12), wobei eines an jedem Ende des genannten Zugs positioniert ist; zwei Energiemodule (14), von denen jeweils eines benachbart zu einem unterschiedlichen von den genannten Antriebsmodulen (12) positioniert ist; und zwei Tragmodule (16), von denen jeweils eines benachbart zu einem unterschiedlichen von den genannten Energiemodulen (14) positioniert ist; wobei das genannte Elektronikmodul (18) zwischen den genannten Tragmodulen (16) positioniert ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 72, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzahl von Modulen (12, 14, 16, 18) umfaßt: zwei Antriebsmodule (12), von denen eines an jedem Ende von dem genannten Zug positioniert ist; zwei Energiemodule (14), wobei jedes Energiemodul (14) benachbart zu einem unterschiedlichen von den genannten Antriebsmodulen (14) positioniert ist; und zwei Tragmodule (16), wobei jedes Tragmodul (16) benachbart zu einem unterschiedlichen von den genannten Energiemodulen (14) positioniert ist; und ein Elektronikmodul (18), das zwischen den genannten beiden Tragmodulen (16) positioniert ist.
System nach Anspruch 74, dadurch gekennzeichnet, daß eines aus der genannten Anzahl von Anschlußteilen (20) zwischen jedem der genannten Antriebsmodule (12) und einem benachbarten Energiemodul (14) positioniert ist, wobei das genannte Anschlußteil (20) eine Antriebsverbindungseinheit und eine Energieverbindungseinheit umfaßt, wobei die genannte Antriebsverbindungseinheit umfaßt: ein Paar von einander gegenüberliegenden Gabelbefestigungen (22), die in einem gegenseitigen Abstand angebracht sind; eine Lenkmotoranordnung (100); eine erste Zahnradanordnung (92), die wirkungsmäßig mit der genannten Lenkmotoranordnung (100) verbunden ist; und einen Teil der genannten ersten Zahnradanordnung (92), der für eine Drehung um eine Drehachse zwischen dem Paar von Gabelbefestigungen (22) positioniert ist.
System nach Anspruch 75, dadurch gekennzeichnet, daß jedes genannte Modul eine zentrale Achse aufweist, und daß jede der genannten Energieverbindungseinheiten umfaßt: eine Befestigungseinheit (322), die für eine Drehung um die zentrale Achse des Energiemoduls (14) angebracht ist und schwenkbar mit dem genannten Paar von Gabelbefestigungen (22) der genannten benachbarten Antriebsverbindungseinheit verbunden ist; eine zweite Zahnradanordnung (390), die für eine Drehung auf der genannten Befestigungseinheit (322) um eine Achse befestigt ist, die von der Drehachse der ersten genannten Zahnradanordnung (92) um etwa 90° versetzt ist; wobei ein Teil (390) der genannten zweiten Zahnradanordnung für einen komplementären rotierenden Eingriff mit dem genannten Teil (90) der genannten ersten Zahnradanordnung (92) konfiguriert ist.
System nach Anspruch 76, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Antriebsmodule (12) umfassen: ein Gehäuse (40), das eine vordere Endkappe (42) und eine hintere Endkappe (44) aufweist; wobei der genannte Antriebsmechanismus (50) in dem genannten Gehäuse (40) positioniert ist; wobei die genannten Komponenten zur Erfassung von Daten in der genannten vorderen Endkappe (42) positioniert sind; und wobei die genannten drahtlosen Kommunikationskomponenten in dem genannten Gehäuse (40) positioniert sind.
System nach Anspruch 77, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Antriebsmechanismus (50) umfaßt: eine Antriebsanordnung (56, 58); eine Antriebswelle (55), die wirkungsmäßig mit der genannten Antriebsanordnung (56, 58) verbunden ist und durch diese angetrieben ist; eine Anzahl von Antriebsarmen (52), die sich aus dem Gehäuse (40) nach außen erstrecken, wobei jeder Antriebsarm mit zumindest einem angetriebenen Rad (28) versehen ist, das drehbar an einem freien Ende des genannten Antriebsarms (52) außerhalb des genannten Gehäuses (40) des Antriebsteils befestigt ist; und eine Zahnradanordnung (106A, 104, 80, 36) zum Übertragen einer Bewegung der genannten Antriebswelle (55) an die genannten angetriebenen Räder (28), um eine Fortbewegung des genannten Zugs zu bewirken.
System nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Antriebsmechanismus (50) ferner umfaßt: eine Ausfahrwelle (54), die wirkungsmäßig mit der genannten Antriebsanordnung (56, 58) verbunden ist und durch diese angetrieben ist; eine Gestängeanordnung (108), die wirkungsmäßig mit der genannten Ausfahrwelle (54) verbunden ist und mit jedem aus der genannten Anzahl von Antriebsarmen (52), um die genannten Antriebsarme (52) nach außen aus dem genannten Gehäuse (40) des Antriebsmoduls (12) auszufahren und um die genannten Antriebsarme (52) in das Gehäuse (40) des genannten Antriebsmoduls (12) einzuziehen.
System nach Anspruch 79, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Gestängeanordnung (108) umfaßt: eine Anzahl von Ausfahrarmen (108), wobei jeder Ausfahrarm schwenkbar mit einem anderen von den genannten Antriebsarmen (52) verbunden ist; und eine Ausfahreinheit (112), die schwenkbar mit jedem der genannten Ausfahrarme (108) verbunden ist und wirkungsmäßig mit der genannten Ausfahrwelle (54) verbunden ist, um eine Bewegung der genannten Ausfahrwelle (54) an die genannten Ausfahrarme (108) zu übertragen.
System nach Anspruch 80, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Antriebsarme (52) vorhanden sind, die in radialer Richtung mit Abstand voneinander angeordnet sind.
System nach Anspruch 81, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Antriebsanordnung (56, 58) umfaßt: einen Antriebsmotor (56) zum Antreiben der genannten Antriebswelle (55); und einen Ausfahrantrieb (56) zum Antreiben der genannten Ausfahrwelle (54).
System nach einem der Ansprüche 74 bis 82, wobei jedes genannte Tragmodul (16) umfaßt: ein Gehäuse (160), das mit ersten und zweiten Endkappen (162, 164) versehen ist; einen Tragarmmechanismus (170), der innerhalb des genannten Gehäuses (160) des genannten Tragmoduls (160) positioniert ist, um den genannten Zug abzustützen; und elektronische Komponenten zur Kommunikation von elektrischen Signalen zu dem und von dem Tragmodul zu zumindest einem anderen Modul innerhalb des genannten Zugs.
System nach Anspruch 83, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Tragarmmechanismus (170) umfaßt: eine Anzahl von passiven Armen (166), wobei jeder passive Arm (166) ein Rad (168) aufweist, das drehbar an einem freien Ende davon befestigt ist; eine Mitläufer-Antriebsanordnung (174) in dem genannten Gehäuse (160) des Tragmoduls; eine Ausfahrwelle (176) in dem genannten Gehäuse (160) des Tragmoduls, die wirkungsmäßig mit der Mitläufer-Antriebsanordnung (174) verbunden ist und durch diese angetrieben ist; und eine Gestängeanordnung (180), die wirkungsmäßig mit der genannten Ausfahrwelle (176) und mit jedem aus der Anzahl von passiven Armen (166) verbunden ist, um die genannten passiven Arme außerhalb von dem genannten Gehäuse (160) des Tragmoduls auszufahren und um die genannten passiven Arme (166) in das genannte Gehäuse (160) des Tragmoduls einzuziehen.
System nach Anspruch 84, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Gestängeanordnung (180) umfaßt: eine Anzahl von Mitläufer-Ausfahrarmen (180), wobei jeder Mitläufer-Ausfahrarm schwenkbar mit einem anderen von den passiven Armen (166) verbunden ist; und eine Mutter (184), die schwenkbar mit jedem von den genannten Mitläufer-Ausfahrarmen (180) verbunden ist und wirkungsmäßig mit der genannten Ausfahrwelle (176) verbunden ist, um eine Bewegung der Ausfahrwelle (176) an die passiven Arme (166) zu übertragen.
System nach einem der Ansprüche 84 oder 85, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten passiven Arme (166) Bewegungssensoren tragen, um die Drehbewegungen der genannten Räder (168) der passiven Arme zu erfassen.
System nach Anspruch 84, 85 oder 86, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei passive Arme (166) vorhanden sind, die in einem gegenseitigen Abstand um das genannte Tragmodul (160) herum angeordnet sind.
System nach einem der Ansprüche 74 bis 87, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Elektronikmodul (18) Computerkomponenten umfaßt, die einen Prozessor und einen Wandler umfassen, sowie elektrische Verbindungsteile für einen Durchgang von elektrischen Signalen zwischen dem genannten Elektronikmodul und zumindest einem anderen Modul aus der genannten Anzahl von Modulen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 88, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzahl von Modulen (12, 14, 16, 18) zwei Antriebsmodule (12) umfaßt, die an jedem Ende des genannten Zugs positioniert sind, und ein Elektronikmodul (18), das dazwischen positioniert ist; wobei jedes der genannten Antriebsmodule (12) mit einem der genannten Antriebsmechanismen (50) versehen ist und mit den genannten Komponenten zu Erfassung von Daten, die darin untergebracht sind, und wobei das genannte Elektronikmodul (18) eine Energieversorgung aufweist sowie Computerkomponenten, die darin untergebracht sind.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 88, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzahl von Modulen (12, 14, 16, 18) zwei Antriebsmodule (12) umfaßt, die an jedem Ende des genannten Zugs positioniert sind, wobei jedes genannte Antriebsmodul (12) mit einem der genannten Antriebsmechanismen (50) und mit den genannten Komponenten zur Erfassung von Daten versehen ist, die darin untergebracht sind, und wobei ein Energiemodul (14) zwischen den genannten Antriebsmodulen (12) positioniert ist, wobei das genannte Energiemodul (14) mit einem Batteriepaket (152) und mit Computerkomponenten versehen ist, die darin untergebracht sind, wobei das genannte Batteriepaket (152) genügend gespeicherte Energie aufweist, um Energie zum Antrieb der genannten Antriebsmechanismen (50), der genannten Komponenten zur Erfassung von Daten, der genannten drahtlosen Kommunikationskomponenten und der genannten Computerkomponenten für einen ununterbrochenen Betrieb von zumindest acht Stunden bereitzustellen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 88, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Anzahl von Modulen (12, 14, 16, 18) umfaßt: zumindest ein Antriebsmodul (12,), das an einem Ende des genannten Zugs positioniert ist, wobei das zumindest eine Antriebsmodul mit dem genannten Antriebsmechanismus (50) und den genannten Komponenten zur Erfassung von Daten versehen ist, die darin untergebracht sind; zumindest ein Energiemodul (14), das benachbart zu einem Ende des zumindest einen Antriebsmoduls (12) positioniert ist, wobei das zumindest eine Energiemodul (14) ein Batteriepaket (152) aufweist; und ein Elektronikmodul (18), das benachbart entweder zu dem genannten Antriebsmodul (12) oder zu dem genannten Energiemodul (14) positioniert ist, wobei das Elektronikmodul mit Computerkomponenten versehen ist, die darin untergebracht sind, wobei das genannte Batteriepaket (152) genügend gespeicherte Energie aufweist, um Energie zum Antrieb der genannten Antriebsmechanismen (50), der genannten Komponenten zur Erfassung von Daten, der genannten drahtlosen Kommunikationskomponenten und der genannten Computerkomponenten für einen ununterbrochenen Betrieb von zumindest acht Stunden bereitzustellen.
System nach Anspruch 91, dadurch gekennzeichnet, daß es Sensoren in dem genannten Energiemodul (14) umfaßt.
System nach Anspruch 91 oder 92, weiter umfassend Sensoren in dem genannten Elektronikmodul (18).
System nach Anspruch 91, 92 oder 93, weiter umfassend ein Tragmodul (16), das zwischen dem genannten Energiemodul (14) und dem genannten Elektronikmodul (18) angeordnet ist, wobei das genannte Tragmodul eine Anzahl von Rädern (168) zum Abstützen des genannten Zugs aufweist.
System nach einem der Ansprüche 92 bis 94, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Anschlußteile, die jedes der genannten benachbarten Module verbinden, mit Kardan- oder Kugelgelenken versehen sind.
System nach einem der Ansprüche 90 bis 95, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Komponenten zur Erfassung von Daten aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus bildgebenden Systemen einschließlich einer Kamera und einer Lichtquelle, Potentiometern, Beschleunigungsmessern, Sensoren zum Erfassen von Streuverlusten des magnetischen Flusses, Sensoren zum Erfassen von Wirbelströmen, radgekoppelten Wegstreckenzählern und einer beliebigen Kombination daraus besteht.
System nach Anspruch 8 oder einem darauf rückbezogenen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes aus der Anzahl von Modulen das bildgebende System umfaßt; und daß ein zweites aus der Anzahl von Modulen einen digitalen Bildempfänger in Kommunikation mit dem bildgebenden System aufweist, um Bilddaten zu empfangen, die von dem bildgebenden System aufgenommen worden sind.
System nach Anspruch 97, dadurch gekennzeichnet, daß der digitale Bildempfänger einen LVDS-Empfänger umfaßt.
System nach Anspruch 97 oder 98, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Modul (14) weiter einen Prozessor in Kommunikation mit dem digitalen Bildempfänger zum Verarbeiten der Bilddaten umfaßt.
System nach Anspruch 99, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Modul (14) weiter drahtlose Komponenten zur Netzwerkkommunikation in Kommunikation mit dem Prozessor umfaßt.
System nach Anspruch 100, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor zum Paketieren der Bilddaten dient; und daß die drahtlosen Komponenten zur Netzwerkkommunikation zum Übertragen der paketierten Bilddaten über ein drahtloses Kommunikationsnetzwerk zu einem entfernt angeordneten Benutzerinterface dienen.