KR100827787B1

KR100827787B1 - 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템

Info

Publication number: KR100827787B1
Application number: KR1020070068120A
Authority: KR
Inventors: 변승현; 조병학; 박준영; 이재경
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2008-05-07

Abstract

본 발명은 고소 고압의 환경에서 이루어지는 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 무선 랜이 내장된 휴대형 PC로 로봇을 무선 랜을 통해서 원격에서 감시 제어하는 호스트 제어 스테이션과, 로봇에 장착되는 마이크로컨트롤러 기반 복수의 제어기와 모터 구동 모듈 등으로 구성되어 로봇을 직접 제어하는 로컬 제어 스테이션을 제공함으로써 애자 청소 및 점검 로봇 제어를 위해 필요한 기능을 수행할 수 있는 소형 경량의 제어시스템을 마이크로컨트롤러를 이용하여 구현하면서, 시스템의 안정적인 운영을 위해 원격 감시 및 제어 가능한 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 애자 청소 및 점검 로봇의 제어와 감시를 위해 필요한 모터 제어, 인터록 및 상태 감시를 위한 I/O 포인트를 처리하고, 작업자의 안전과 시스템의 안정적인 운영을 위해 로봇을 원격으로 감시 제어하며, 편리한 사용자 인터페이스를 제공함과 함께 로봇에 장착되는 제어기는 소형 경량이면서 로봇에 무게가 균형을 이루도록 구성되며 제어기 고장 시에도 비상조치가 가능한 특징이 있는 것이다.

송전선 애자, 청소 및 점검용 로봇, 원격 제어, 점검 기구부, 청소 기구부, 로컬 제어 스테이션, 비상 스위치, 호스트 제어 스테이션, 마스터 제어기, 슬레이브 제어기, 무선랜.

Description

송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템{Remote control system for robot that cleans and inspects insulators supporting power transmission line}

본 발명은 송전선로의 안정적인 운용을 위해 필요한 정비작업인 애자 청소 및 점검을 수행하는 로봇의 제어 시스템에 관한 것으로, 물을 사용하는 기존의 주수식(注水式) 애자 청소용 로봇과 달리 애자련을 따라 이동하면서 회전 브러쉬와 CM 가이드(Circular Motion Guide)를 사용하여 애자 표면을 직접 청소하는 건식 청소방식을 수행하면서 애자련을 따라 자동으로 이동하여 활선애자 표면의 청소와 점검 작업을 수행하는 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템에 관한 것이다.

종래의 주수식 활선애자 청소기구는 많은 양의 물을 필요로 하여 주로 산악지대에 위치한 송전선로의 애자 청소에는 특히 활용이 어려우며 또한 도시에 위치한 철탑의 경우에는 작업 중에 발생하는 많은 양의 비산수(飛散水)로 인해 민원이 유발되는 사례가 발생하는 문제가 있다.

이를 극복하기 위해 상술한 애자련을 따라 이동하면서 회전 브러쉬(22)와 CM 가이드(Circular Motion Guide)를 사용하여 애자 표면을 직접 청소하는 건식 청소방식을 수행하면서 애자련을 따라 자동으로 이동하여 활선애자 표면의 청소와 점검 작업을 수행하는 시스템이 본 출원인에 의하여 발명되어 등록(등록특허제691616호)된 바 있으나 현재 상기와 같은 활선애자 청소 및 점검 로봇은 수작업을 비롯한 부분적 제어만이 가능하여 이를 효율적으로 활용하기 위한 원격제어 시스템이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 무선랜과 제어기술 및 마이크로컨트롤러를 채용한 제어 시스템을 이용한 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있는 것이다.

이를 위한 용어의 개략적인 정의로, 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 제어 시스템은 고소고압의 환경에서 이루어지는 위험한 작업인 애자 청소 작업을 인간을 대신해서 수행하는 애자 청소 로봇을 감시 제어하는 제어 시스템을 의미한다.

본 발명은 애자 청소 로봇 구동을 위한 모터 제어와 모터 제어 인터록과 각종 모니터링을 위한 입출력을 처리할 수 있으면서, 애자 청소 작업의 특성을 고려하여 제어기를 구성하고, 로봇에의 장착을 용이하게끔 소형 경량의 제어 시스템을 구현하여 애자 청소 및 점검 로봇이 안정적으로 애자 청소와 점검을 수행할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템은 애자 청소 및 점검 로봇 제어를 위해 필요한 기능을 수행할 수 있는 소형 경량의 제어시스템을 마이크로컨트롤러를 이용하여 구현하면서, 시스템의 안정적인 운영을 위해 원격 감시 및 제어 가능하도록 하는 것이다.

본 발명으로 고소 고압의 환경에서 이루어지는 위험한 작업인 애자 청소 작 업을 사람을 대신하여 수행하기 위해 개발된 애자 청소 로봇을 원격에서 감시 제어 하여 애자 청소와 애자 점검을 선택적으로 수행하며, Fail-safe 개념을 도입하여 로봇 이상 시에는 비상 스위치 동작을 통해 비상 대처가 가능하며 호스트 제어 스테이션에서의 사용자 인터페이스(61)를 통해 청소 및 점검 애자를 효율적으로 관리할 수 있고, 마이크로컨트롤러를 이용한 분산 제어 개념을 도입하여 소형 경량의 제어 시스템을 실현할 수 있어 산업상 이용가능성이 뛰어난 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예와 상세 구조를 첨부된 도면을 참조하여 기술하기로 한다.

본 발명은 동일 출원인의 등록특허 제691616호(발명의 명칭: 활선애자 청소 및 점검용 로봇기구)를 원격 제어하고 감시하는 제어 시스템에 관한 것으로 본 발명에서 제어 시스템의 대상으로 하는 활선애자 청소 및 점검용 로봇기구의 전체 구조는 도 1a 및 1b와 같다.

도 1a 및 1b는 활선 애자 청소 및 점검용 로봇기구에 대한 사시도로서, 활선애자 청소 및 점검용 로봇 기구(100)(101)는 활선애자의 애자련 둘레를 감싸면서 연결 브래킷(14)에 의해 서로 연결되는 상부 윙프레임(11) 및 하부 윙프레임(12)과, 상기 상, 하부 윙프레임(11)(12) 사이에 배치되어 회전 브러쉬(22)와 CM 가이드(21)를 사용하여 건식 청소를 수행하는 베이스 프레임을 갖춘 청소 기구부(20), 이동을 위해 클램프(17)(17')와 볼 스크루(16)를 사용하고, 검출봉(19)을 이용하여 활선애자의 절연저항을 측정함으로써 애자를 점검하는 이동 및 점검 기구부(10)와, 내장 애자련 또는 현수 애자련의 이동을 위하여 전술한 기구부(10)(20)들로 이루어진 로봇 본체 2조를 결합하여 주는 결합 기구부(30)를 포함하여 이루어져 있는 것이다.

도 2 는 로봇 기구(100)(101)의 이동 및 점검 기구부(10)에 대한 구조를 도시한 사시도이며, 도 3 은 로봇기구(100)(101)의 청소 기구부(20)에 대한 구조를 도시한 사시도로서, 도면에서와 같이 이동 및 점검 기구부(10)와 청소 기구부(20)는 DC모터(13)(23), 회전 브러쉬 속에 내장된 DC모터(도시하지 않음)와 RC모터(15)(15')로 구동되어 로봇이 애자련을 따라 이동하고, 청소 및 점검을 수행할 수 있도록 되어 있으며, 도 1a 및 1b의 로봇을 제어 및 감시하기 위해서는 로봇에서 채용하는 I/O 디바이스(49)(49')들을 처리하고, DC모터(13)(23), 회전 브러쉬 속에 내장된 DC모터(도시하지 않음)와 RC모터(15)(15')를 제어할 수 있도록 구성되는 것이다.

도 1a 내지 도 3 및 도 5를 참고하여 본 발명이 적용되는 기술분야의 활선 애자 청소 및 점검 로봇 기구의 작동상태를 상세히 설명한다.

본 발명은 활선애자의 애자련을 따라 왕복 이동하면서 회전 브러쉬(22)로 이 애자련을 청소하고, 검출봉(19)을 이용하여 애자를 점검하는 로봇기구에 있어 이를 원격으로 제어하는 시스템에 관한 것이며, 로봇기구는 상기 활선애자의 애자련 둘레를 감싸면서 연결 브래킷(14)에 의해 서로 연결되는 상, 하부 윙프레임(11)(12)과 상기 상,하부 윙프레임(11)(12) 사이에 배치되어 회전 브러쉬(22)와 CM 가이드(21)를 사용하여 건식 청소를 수행하는 베이스 프레임(28)을 갖춘 청소 기구 부(20), 이동을 위해 클램프(17)(17')와 볼 스크류(16)를 사용하며 이동하고 전기적으로 애자를 점검하는 이동 및 점검 기구부(10), 내장 애자련 또는 현수 애자련의 이동을 위하여 전술한 기구부들로 이루어진 로봇 본체(100)(101) 2조를 결합하여 주는 결합 기구부(30)로 이루어져 건식 청소 및 점검이 가능한 구조로 되어 있다.

상기 청구 기구부(20)의 CM 가이드(21)는 실제 청소 대상인 활선애자의 청소면이 애자의 캡을 중심으로 한 원형이라는 점을 고려하여 이 활선애자 자기 표면을 따라 회전 브러쉬(22)가 왕복운동을 수행하도록 구성되어 있는데, 상기 회전 브러쉬(22)는 건식 청소를 위해 상기의 왕복 운동에 자체 회전력을 더하여 청소 효율을 극대화 시킨다.

이 때, 회전 브러쉬(22)는 회전 브러쉬(22) 내에 위치한 DC모터(도시하지 않음)에 의해 구동되어 진다.

상기 청소 기구부(20)는 베이스 프레임(28)에서 2개의 회전 브러쉬(22)와 이를 장착한 CM 가이드(21)를 갖추고, 상기 CM 가이드(21)는 가이드레일이나 롤러 등으로 지지되어 활선애자의 캡 주위를 따라 회전운동을 하면서 청소작업을 한다.

즉, 베이스 프레임(28) 위에서 DC 모터(23) - 베벨기어(27b) - 베벨기어(27a) - 평기어(25)의 조합으로 구동되는 CM 가이드(21)와, 상기 CM 가이드(21)의 움직임을 보조하는 가이드 롤러(24)들, 상기 CM 가이드(21) 위에 장착된 2개의 회전 브러쉬(22)로 이루어져 있는 것이다.

상기 CM 가이드(21)의 구동은 베이스 프레임(28)의 하부에 장착된 구동용 DC 모터(23)의 구동력을 베벨기어(27a)(27b)들을 통해 전달받은 평기어(25)가 자신과 맞물려 있는 CM 가이드(21)를 구동시킴으로써 이루어진다.

상기 이동 및 점검 기구부(10)는 상기 청소 기구부(20)의 베이스 프레임(28)을 상, 하부 윙프레임(11)(12) 사이에서 수직 왕복 이동 가능한 구조로 되어 있는데 이는 볼 스크루(16)와 상기 볼 스크루 구동용 DC 모터(13) 및 스키드 바(18')를 이용한 수직 및 하강 이송장치를 이용하여 구현될 수 있다.

즉, 상기 하부 윙프레임(12)에 장착된 클램프(17')가 활선애자의 자기부분을 잡고 있는 동안에 청소 기구부(20)의 상승 및 하강 동작이 이루어지고, 청소 기구부(20)의 베이스 프레임(28)에 위치한 클램프(17)가 활선애자의 자기부분을 잡고 있는 동안에는 상, 하부 윙프레임(11)(12)의 상승 및 하강 동작이 이루어지는 것이다.

또한, 상기 이동 및 점검 기구부(10)는 RC 모터(15)에 의해 구동되는 회전축(18)과 이 회전축(18)에 장착된 복수의 검출봉(19)으로 구성되어 있으며, 상기 회전축(18)을 회전시킴으로써 활성애자의 캡에 검출봉(19)을 접촉시켜 상기 활선애자를 전기적으로 점검하도록 하는 구조를 가지는 것이다.

이 때, 하부의 검출봉은 하부의 검출봉 바로 아래에 위치하고 있는 RC모터(15')에 의해 움직여진다.

애자 청소 및 점검 로봇을 제어 감시하기 위해 필요한 I/O 포인트의 수는 표 1과 같다.

I/O 종류(타입)	AI	DI	DO	R/C	통신포트	계
내장애자장치용	7	22	26	14	1	70
현수애자장치용	6	23	19	12	1	61

[표 1. 애자 청소 로봇 제어 및 감시를 위해 필요한 I/O 포인트 수]

표 1에서 AI는 로봇 제어기의 전원인 배터리 전압과 애자 점검용 신호 측정용 아날로그 입력 신호를 의미하고, DI는 각종 리미트 스위치 입력용 디지털 입력을 나타낸다.

DO는 디지털 출력으로 모듈에 전원을 공급하는 전자 스위치용 디지털 출력과 DC 모터 구동용 디지털 출력을 의미하며, DC 모터 구동용으로 사용되는 DO의 경우에는 3채널을 이용하여 4단계의 모터 속도와 회전 방향을 제어하는 것이다.

R/C는 RC 서보 모터 구동용 PWM 출력으로 로봇 기구(100)(101)에서 채용하는 RC 모터(15) 제어를 담당하는 것으로 표 1을 보면 애자 청소 및 점검 로봇을 제어하기 위해서 로봇 제어 시스템은 약 70개의 I/O 포인트를 처리해야 한다.

또한 전술하였듯이, 로봇 제어 시스템은 로봇 기구(100)(101)에 장착할 수 있으면서도 로봇의 무게를 최소화할 수 있는 소형 경량이 가능한 구조로서, 본 발명에서는 표 1의 I/O 포인트를 수용하면서 소형 경량의 제어 시스템 구현을 위해서 I/O 포인트의 특성과 위치에 맞게 분산 처리하는 제어 시스템을 도 4에서와 같이 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

즉, 도 4의 제어 시스템은 크게 무선 랜카드를 장착한 휴대형 컴퓨터(Tablet PC, PDA 등)에 탑재되어 원격 제어 및 감시를 위한 호스트 제어 스테이션(60)과 로봇에 장착되어 로봇을 직접 제어하는 로컬 제어 스테이션(40)으로 구성되며, 로컬 제어 스테이션(40)은 표 1의 애자 청소 및 점검용 로봇에서 수용해야하는 I/O 포인트를 처리하고, 도 1a 및 1b의 로봇 구조에 대응하기 위해 한 개의 마스터 제어기(43)(53)와 두 개의 슬레이브 제어기(42)(52), 슬레이브 제어기(42)(52)의 DO(Digital Output) 3채널을 이용하여 DC 모터의 속도와 회전 방향을 제어할 수 있는 DC 모터 제어 모듈(41) 그리고 로컬 제어 스테이션(40)에 전원을 공급하는 전원 모듈(45)로 이루어지는 것이다.

또한, 내장 애자련의 경우 마스터 제어기(43)(53)와 슬레이브 제어기(42)(52)에서 수용하는 I/O 포인트 수를 정리하면 표 2와 같다.

I/O 종류(제어모듈)	AI	DI	DO	R/C	통신포트	계
마스터 제어기	7	2	2	-	2	13
슬레이브 제어기	-	10	12	7	1	30
슬레이브 제어기	-	10	12	7	1	30
계	7	22	26	14	4	73

[표 2. 로컬 제어 스테이션의 각 제어기에서 처리하는 I/O 포인트 수(내장 애자장치용)]

위의 표 1에 비해 포인트가 3포인트 늘어난 것은 로컬 제어 스테이션(40)의 구성에 따라 마스터와 슬레이브 제어기간 시리얼 통신을 이용하기 때문이며, 마스 터 제어기(53)는 마이크로컨트롤러 기반의 임베디드 모듈로, 무선 통신을 통해 호스트 제어 스테이션(60)과 원격 로봇 제어 커맨드와 로봇 상태 데이터를 주고받으며, 로컬 제어 스테이션(40)에 전원을 제공하는 전원 관리 모듈의 전원감시, 애자 점검 데이터 등의 I/O를 처리하고, 시리얼 통신을 통해 슬레이브 제어기(42)들에게 호스트 제어 스테이션(60)으로부터 전달받은 로봇 제어 커맨드 중 슬레이브 제어기(42)에서 처리해야할 커맨드를 전달하고, 명령 수행 여부 등을 감시 관리하는 기능을 담당하게 되는 것이다.

또한, 2개의 슬레이브 제어기(42)는 마이크로컨트롤러 기반의 임베디드 모듈로, 마스터 제어기(43)와의 시리얼 통신을 통해 원격 로봇 제어 커맨드와 데이터를 주고받으며, 모터 제어와 리미트 스위치 등의 로봇 상태 모니터링 역할을 수행한다.

도 1a 및 1b에서 결합 기구부(30)에 의해 연결되어지는 로봇 기구(100)(101)에 다단 구성된 반원형태의 프레임을 윙(wing)이라고 명명하면, 도 4의 제어 시스템의 각 슬레이브 제어기(42)는 로봇 기구(100)(101)를 구성하는 상기 윙 상의 각 기구부(10)(20)(30)를 제어하는 제어기라 할 수 있다.

이와 같이 로컬 제어 스테이션(40)을 구성하는 슬레이브 제어기(42)와 DC 모터 제어 모듈(41) 등은 도 5와 표 3과 같이 로봇의 각 윙에 분산 배치하여 로봇을 제어하는 구조로 이루어져 있으며, 로봇에 장착되어 로봇을 직접 제어하는 로컬 제어 스테이션(40)을 구성하는 제어 모듈을 도 5와 같이 로봇에 각 모듈의 기능에 맞게 분산 배치함으로써 로봇의 분산 제어가 가능하고, 로봇의 무게가 균형을 이루도 록 구성할 수 있다.

또한, 슬레이브 제어기(42)는 각 윙의 DC 모터와 RC 모터의 제어를 관장하고, DC 모터 제어 모듈(41)은 각 윙의 DC 모터를 직접 구동한다.

No.	모듈	No.	모듈
45	전원 모듈	41	DC 모터 제어 모듈
42	슬레이브 제어기	51	애자 점검 모듈
43	마스터 제어기	51	애자 점검 모듈
42	슬레이브 제어기	44	무선 랜 모듈
41	DC 모터 제어 모듈

[표 3. 도 5에 배치된 로컬 제어 스테이션 구성 모듈]

로컬 제어 스테이션(40)을 구성하는 모듈 중 DC 모터 제어 모듈(41)은 마이크로컨트롤러를 채용하여 소프트웨어적으로 고속, 중속, 저속에 대한 PWM 신호의 듀티비를 조절할 수 있으며, 마이크로컨트롤러의 디지털 출력 3채널을 제어함으로써 표 4와 같은 모터 회전방향과 4단계의 회전 속도를 제어할 수 있다.

DI1	DI2	DI3	모터 회전 방향	모터 회전 속도
0	0	0	CW	정지
0	0	1	CW	저속
0	1	0	CW	중속
0	1	1	CW	고속
1	0	0	CCW	정지
1	0	1	CCW	저속
1	1	0	CCW	중속
1	1	1	CCW	고속

[표 4. 디지털 입력 3채널을 이용한 DC 모터 제어]

애자련의 형태에 따라서 도 1a 및 1b의 로봇 결함 기구부(30)에 의한 윙 구조의 로봇에서 각 윙 기구부를 시간적으로 동시에 구동해야할 경우, 도 6과 같은 구조의 로컬 제어 스테이션(60)의 구성도 가능하며, 도 6의 로컬 제어 스테이션(50) 구성에서는 마이크로컨트롤러 기반의 마스터 제어기(53)와 슬레이브 제어기(52) 각각 하나만 채용하고, 슬레이브 제어기(52)는 RC 모터 제어를 담당하고, 마스터 제어기(53)는 DC 모터만 제어하게 함으로써 각 윙이 마스터 제어기(53)에 의해 로봇이 이동할 수 있도록 하는 구조로 이루어지는 것이다.

본 발명에 의한 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템은 애자 청소시 나오는 염분 등의 이물질로부터 제어 시스템을 보호하고, 결선과 유지보수의 용이함을 위해서 로컬 제어 스테이션(50)을 도 5에서와 같이 분산 배치하는 것이 가능할 뿐만 아니라 도 7b과 같이 로봇 기구(100)(101) 윙의 결합부에 로컬 제어 스테이션(50)을 집중 배치하고, 메인 배터리팩(71)과 제어시스템 함(73)을 포함하여 알루미늄 케이스로 차폐하는 구조를 취하도록 시스템을 구성할 수도 있는 것이다.

이는 제어 시스템을 구성할 경우 배선이 집중되어 유지보수가 편하고, 차폐 구조의 케이스로 인해 활선 상태에서의 청소 작업시 고전압으로 인해 유기되는 전자파에 강인할 수 있으며, 청소시 나오는 이물질로부터도 제어시스템을 보호할 수 있는 것으로 무선 랜 모듈(44)의 경우 플라스틱 케이스 안에 내장함으로써 통신에 장애가 없도록 구성되는 것이다.

도 7b는 로봇에 집중 배치되어 장착되는 로컬 제어 스테이션(40)(50) 구성의 외부를 도시한 사시도로써 로컬 제어 스테이션(40)(50)이 로봇에 집중 배치되며, 유지보수와 배선을 용이하게 하기 위해서 로컬 제어 스테이션(40)(50)을 구성하는 제어 모듈은 도 8과 같은 구조를 취하도록 배치되는 특징이 있다.

즉, 로컬 제어 시스템을 구성하는 각 모듈(마스터 제어기(43)(53), 슬레이브 제어기(42)(52), DC 모터 제어 모듈(41), 전원 모듈(45), 비상 스위치(72) 등)은 마더보드 상에 도우터(Daughter) 보드로서 장착되는 형식으로 설치되는 것으로, 상기 마더보드는 터미널 보드 위에 PCB 커넥터를 통해 장착되며, 터미널 보드는 DC 모터, RC 모터, 리미트 스위치 등 각종 I/O 디바이스(49)(49')와의 사용자 인터페 이스(61)를 위해 터미널 블록을 갖는다.

본 발명에 의한 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템은 애자 청소 로봇을 이용하여 로봇을 청소하는데 있어서, 제어 모듈 고장이나 전원 상실 등과 같은 로봇 이상 상황 발생에 대비하여 도 7a 및 7b와 같이 절연봉 등에 의해 접근이 용이한 로봇 결합부에 비상 스위치(72)를 설치하며, 비상 스위치(72)가 동작하면 도 9와 같이 로봇 고장 시 애자련으로부터의 탈착이 용이하기 하기 위해 동작해야만 하는 구동 모터의 구동을 위해 필요한 비상전원이 공급되는 구조로 되어 있는 것이다.

또한 비상 스위치(72)에 의한 비상조치 제어 로직은 도 10과 같고, 도 10의 로직이 마더보드 상에 모듈 형태로 장착되며 도 10의 로직은 비상 스위치(72) 조작에 의해 씨엠 가이드(21)(CM Guide) 모터 등을 구동하여 로봇이 애자련으로부터 철거가 가능한 상태로 가게 한다.

로봇의 제어 및 감시는 도 11의 호스트 제어 스테이션(60)의 사용자 인터페이스(61)를 통해서 원격으로 이루어게 되는 것이다.

도 12는 애자 청소 로봇 제어시스템의 제어/감시 소프트웨어 구성 블록도로서, 호스트 제어 스테이션(60)과 로컬 제어 스테이션(40)(50)에서 로봇을 제어 감시하는 소프트웨어의 구조를 보여준다.

본 발명에 의한 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템은 호스트 제어 스테이션(60)의 원격 제어 사용자 인터페이스 스크린 샷(로봇제어기)을 보인 도 11b와 같은 사용자 인터페이스(61)를 채용하고, 사용자 인터페이스(61)에 따 라서 애자 청소 및 점검 로봇을 애자련을 따라 이동하면서 애자 청소와 애자 점검을 선택적으로 할 수 있게 함으로써 응용 목적에 따라 로봇을 원격으로 제어할 수 있으며, 호스트 제어 스테이션(60)의 원격 제어 사용자 인터페이스 스크린 샷(로봇정보)을 보인 도 11d와 같은 사용자 인터페이스(61)를 구현함으로써 로봇에 장착된 리미트 스위치 등 I/O 디바이스(49)(49')의 상태를 파악할 수 있는 것이다.

또한 호스트 제어 스테이션(60)의 원격 제어 사용자 인터페이스 스크린 샷(철탑정보)을 보인 도 11a의 사용자 인터페이스(61)를 통해 정비 애자의 정보를 관리할 수 있으며, 호스트 제어 스테이션(60)의 원격 제어 사용자 인터페이스 스크린 샷(애자점검정보)을 보인 도 11c와 같은 사용자 인터페이스(61)를 통해 애자의 점검 정보를 시각적으로 확인할 수 있다.

호스트 제어 스테이션(60)에서는 도 11b의 로봇 제어기 사용자 인터페이스(61)를 이용한 사용자 입력에 따라 로봇언어 생성기(62)에 의해 로봇 원격 제어 감시를 위한 로봇 제어 시퀀스를 생성하고, 로봇 시퀀스에 해당하는 로봇 언어를 로컬 제어 스테이션(40)(50)으로 보내면, 로컬 제어 스테이션(40)(50)에는 무선 랜(44')을 통해 전달받은 로봇 언어를 로봇언어 번역기(47)를 통하여 번역하여 모터 제어기(46)에 의해 로봇을 직접 제어하고, 해당 로봇 언어의 명령 수행 여부와 센서(48) 상태 정보를 무선 랜(44')을 통하여 호스트 제어 스테이션(60)에 응답하게 된다.

호스트 제어 스테이션(60)과 로컬 제어 스테이션(40)(50)이 통신을 통해 로봇을 감시 제어하는데 있어서, 통신의 효율성을 높이기 위해 로봇 언어별로 커맨드 번호를 부여하고, 커맨드 번호를 로봇 언어를 대표하는 것으로 활용하여 호스트 제어 스테이션(60)에서는 커맨드 번호를 이용하여 로컬 제어 스테이션(40)(50)에 커맨드에 따라 필요한 파라미터와 함께 로봇 제어 커맨드 패킷을 전송한다.

로컬 제어 스테이션(40)(50)에서는 전송된 커맨드에 따른 커맨드 수행 성공 여부와 로봇의 상시 감시 포인트(리미트 스위치 입력, 배터리 전압 등) 정보를 합친 응답 패킷을 호스트 제어 스테이션(60)으로 응답하는 구조를 가지며 상기 구조를 통해서 호스트 제어 스테이션(60)과 로컬 제어 스테이션(40)(50) 간의 통신 효율을 높이면서 로봇의 제어와 감시를 원활하게 할 수 있으며, 정상적인 로봇의 제어 감시는 호스트 제어 스테이션(60)의 로봇 제어 시퀀스에 의한 로봇 언어 커맨드 발행에 의해 이루어짐으로써 로봇의 제어 감시를 운용자 입장에서 안전하게 할 수 있는 구조로 되어 있는 것이다.

도 1a은 활선 애자 청소 및 점검용(내장애자련용) 로봇기구에 대한 사시도.

도 1b은 활선 애자 청소 및 점검용(현수애자련용) 로봇기구에 대한 사시도.

도 2 는 로봇기구의 이동 및 점검 기구부에 대한 구조를 도시한 사시도.

도 3 은 로봇기구의 청소 기구부에 대한 구조를 도시한 사시도.

도 4 는 본 발명에 의한 애자 청소 및 점검용 로봇 제어 시스템 구성도

도 5 는 로봇에 분산 배치되는 로컬 제어 스테이션 구성 모듈 사시도.

도 6 은 본 발명에 의한 애자 청소 및 점검용 로봇 제어 시스템 구성도

도 7a는 본 발명에 의한 로봇에 집중 배치되어 장착되는 로컬 제어 스테이션 구성의 내부를 도시한 사시도.

도 7b는 본 발명에 의한 로봇에 집중 배치되어 장착되는 로컬 제어 스테이션 구성의 외부를 도시한 사시도.

도 8 은 본 발명에 의한 로컬 제어 스테이션 모듈의 장착 구조를 보인 개념도.

도 9 는 본 발명에 의한 비상 스위치에 의한 전원 관리 모듈의 제어블록을 도시한 개념도.

도 10은 본 발명에 의한 비상 스위치에 의한 비상조치 로직을 도시한 회로도.

도 11a는 본 발명에 의한 호스트 제어 스테이션의 원격 제어 사용자 인터페이스 스크린 샷(철탑정보)

도 11b는 본 발명에 의한 호스트 제어 스테이션의 원격 제어 사용자 인터페이스 스크린 샷(로봇제어기)

도 11c는 본 발명에 의한 호스트 제어 스테이션의 원격 제어 사용자 인터페이스 스크린 샷(애자점검정보)

도 11d는 본 발명에 의한 호스트 제어 스테이션의 원격 제어 사용자 인터페이스 스크린 샷(로봇정보)

도 12 는 본 발명에 의한 애자 청소 로봇 제어시스템의 제어/감시 소프트웨어 구성 블록도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

100, 101. 로봇 기구 10. 이동 및 점검 기구부

11. 상부 윙 프레임 12. 하부 윙 프레임

13, 23. DC 모터 14. 연결 브래킷

15,15'. RC 모터 16. 볼 스크류

17, 17'. 클램프 18. 회전축

18'. 스키드 바 19. 검출봉

20. 청소 기구부 21. CM 가이드

22. 회전 브러쉬 24, 26. 가이드 롤러

25. 평기어 27a, 27b. 베벨기어

28. 베이스 프레임 30. 결합 기구부

40, 50. 로컬 제어 스테이션 41. DC 모터 제어 모듈

42, 52. 슬레이브 제어기 43, 53. 마스터 제어기

44. 무선 랜 모듈 44'. 무선랜

45. 전원 모듈 46. 모터 제어기

47. 로봇 언어 번역기 48. 센서

49. I/O 디바이스 51. 애자점검모듈

60. 호스트 제어 스테이션 61. 사용자 인터페이스

62. 로봇언어 생성기 71. 메인 배터리 팩

72. 비상 스위치 73. 제어 시스템 함

Claims

활선애자의 애자련 둘레를 감싸면서 연결 브래킷(14)에 의해 서로 연결되는 상, 하부 윙프레임(11)(12)과, 상기 상, 하부 윙프레임(11)(12) 사이에 배치되어 회전 브러쉬(22)와 CM 가이드(21)를 사용하여 건식 청소를 수행하는 베이스 프레임을 갖춘 청소 기구부(20), 이동을 위해 클램프(17)(17')와 볼 스크루(16)를 사용하며 전기적으로 애자를 점검하는 이동 및 점검 기구부(10), 내장 애자련 또는 현수 애자련의 이동을 위하여 전술한 기구부들로 이루어진 로봇 본체 2조를 결합하여 주는 결합 기구부(30)로 이루어져 건식 청소 및 점검 가능하도록 활선애자의 애자련을 따라 왕복 이동하면서 회전 브러쉬(22)로 애자련을 청소 및 점검하는 로봇시스템에 있어서;

원격에서 로봇을 제어 감시하는 호스트 제어 스테이션(60)과;

복수의 제어 모듈로 구성되어 로봇에 장착되어 로봇을 직접 제어 감시하는 로컬 제어 스테이션(40)(50)과;

호스트 제어 스테이션(60)과 로컬 제어 스테이션(40)(50) 간을 연결하는 무선 랜 모듈(44)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템.
청구항 1 에 있어서;

상기 로컬제어 스테이션(40)(50)은 호스트 제어 스테이션(60)와의 통신을 관 장하고, 로봇의 공통 I/O를 처리하며, 시리얼 통신에 의해 슬레이브 제어기(42)를 감시 관리하는 마이크로컨트롤러 기반의 마스터 제어기(43)와;

상기 마스터 제어기(43)와 결합 기구부(30)에 의해 연결되어지는 로봇의 각 윙의 DC 모터와 RC 모터 제어를 관장하며, 각 윙의 I/O를 처리하는 마이크로컨트롤러 기반의 2개의 슬레이브 제어기(42)와;

상기 슬레이브 제어기(42)의 디지털 출력을 이용하여 DC 모터를 구동하는 DC 제어 모듈(41)과;

각 모듈에 전원 공급을 관리하는 전원 모듈(45), 비상시 비상 스위치 동작에 의한 로직을 구현하는 비상 스위치(72)와;

호스트 제어 스테이션(60)과의 통신을 위한 무선 랜 모듈(44)로 구성되어 윙에 따른 분산 제어와 분산 배치와 소형 경량의 제어 시스템 구현이 가능하며, 로봇에서 수용해야 하는 복수의 I/O 포인트 처리가 가능한 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템.
청구항 1 에 있어서;

상기 호스트 제어 스테이션(60)과 로컬 제어 스테이션(40)(50) 간은 무선 랜(44')에 의한 사용자 인터페이스(61)를 취하고, 로컬 제어 스테이션(40)(50)의 마스터 제어기(43)(53)와 슬레이브 제어기(42)(52)간의 인터페이스는 시리얼 인터페이스를 취하는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템.
청구항 2 에 있어서;

상기 DC 모터 제어 모듈(41)은 마이크로컨트롤러의 디지털 출력 3비트를 이용하여 DC 모터의 회전 방향과 저속, 중속, 고속, 정지의 4가지 속도를 제어되는 것을 특징으로 하는 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템.
청구항 1 에 있어서;

상기 로컬 제어 스테이션(40)(50)이 로봇의 각 윙 제어 시 로봇의 이동과 관계된 구동 DC 모터의 동기를 위해 DC모터의 제어를 관장하고, 로봇에서 수용하는 I/O를 처리하는 마이크로컨트롤러 기반의 마스터 제어기(43)(53)와;

RC 모터(15)를 제어하고 I/O를 처리하는 마이크로컨트롤러 기반의 슬레이브 제어기(42)(52)와;

마스터 제어기(43)(53)의 디지털 출력을 이용하여 DC 모터를 구동하는 DC 제어 모듈(41)과;

각 모듈에 전원 공급을 관리하는 전원 모듈(45)과;

비상시 비상 스위치 동작에 의한 로직을 구현하는 비상 스위치, 호스트 스테이션(60)과의 통신을 위한 무선 랜 모듈(44)로 구성로봇의 결합 기구부(30)에 집중 배치하고, 무선 랜 모듈(44)만 제외하고 도전체 케이스로 제어 스테이션을 차폐하는 것을 특징으로 하는 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템.
청구항 5 에 있어서;

상기 로컬 제어 스테이션(40)(50)은 터미널 보드 상에 로봇의 I/O 디바이스(49)(49')와, DC 모터 및 RC 모터와 결선하기 위한 터미널 블록과 PCB 커넥터를 두고, 마스터 제어기(43)(53), 슬레이브 제어기(42)(52), DC 모터 제어 모듈(41), 전원 모듈(45), 비상 스위치(72)를 PCB 커넥터를 통해 터미널 블록과 인터페이스 되는 마더보드 상의 도우터 보드로 장착되는 것을 특징으로 하는 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템.
청구항 1 에 있어서;

상기 로컬 제어 스테이션(40)이 로봇의 고장이나 전원 상실의 경우에 대비하여 절연봉에 의해 로봇에의 접근이 용이한 위치에 장착되는 비상 스위치(72)와;

상기 비상 스위치 동작에 의해 로봇 고장시 애자련으로부터 탈착이 용이하기 하기 위한 구동 모터의 구동을 위해 비상시에만 공급되며 해당 모터가 탈착이 용이하도록 필요한 비상전원을 공급하는 메인 배터리팩(71)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템.
청구항 1 에 있어서;

상기 호스트 제어 스테이션(60)은 애자 청소와 점검을 필요에 의해 선택적으로 원격 제어 감시할 수 있는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템.
청구항 1 에 있어서;

상기 호스트 제어 스테이션(60)과 로컬 제어 스테이션(40)(50) 간의 통신에 있어서, 호스트 제어 스테이션(60)에서 사용자 인터페이스(61)를 통한 사용자 입력에 따라 로봇 제어 시퀀스를 생성하는 로봇언어 생성기(62)와;

상기 로봇 제어 시퀀스에 해당하는 로봇 언어를 무선랜(44')을 통하여 로컬 제어 스테이션(40)(50)으로 전송하면 전송받은 로봇 언어를 번역하는 로봇언어 번역기(47)와;

상기 번역된 로봇언어를 통해서 로봇을 직접 제어하는 모터 제어기(46)와;

로컬 제어 스테이션(40)(50)에서 로봇에 전송된 로봇 언어에 따른 커맨드 수행 성공 여부와 로봇의 상시 감시 포인트 정보를 합친 응답 패킷을 생성하여 무선 랜(44')을 통해 호스트 제어 스테이션(60)으로 응답하는 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원격 제어 시스템.
제 9 항에 있어서,

상기 호스트 제어 스테이션(60)은 로봇언어 생성기(62)에 의해 생성된 로봇 제어 시퀸스에 해당하는 로봇언어별로 커맨드 번호를 부여하고, 커맨드 번호를 로봇 언어를 대표하는 것으로 활용하여 커맨드 번호를 이용하여 로컬 제어 스테이션(40)(50)에 커맨드에 따라 필요한 파라미터와 함께 로봇 제어 커맨드 패킷을 전송하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 송전선 애자 청소 및 점검용 로봇 원 격 제어 시스템.