KR101359559B1 - 배관 내부 검사용 이동로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배관 내부 검사용 이동로봇에 관한 것으로, 상세하게는 배관의 꺾임 및 내경이 변화되는 구간에서도 원할 하게 이동할 수 있고, 미끄러짐이 없으며, 수리 및 정비가 용이하도록 간단한 기계장치로 이루어진 배관 내부 검사용 이동로봇에 관한 것이다.

Description

배관 내부 검사용 이동로봇{An In-pipe Inspection Robot}

본 발명은 배관 내부 검사용 이동로봇에 관한 것으로, 상세하게는 배관의 꺾임 및 내경이 변화되는 구간에서도 원할 하게 이동할 수 있고, 미끄러짐이 없으며, 수리 및 정비가 용이하도록 간단한 기계장치로 이루어진 배관 내부 검사용 이동로봇에 관한 것이다.

일반적으로 배관은 여러 산업분야에서 가스/석유등과 같은 자원 이송과 상,하수등 여러 종류의 유체를 이송시키는데 매우 적합한 방법으로 많이 설치되어 운용되고 있다.

이러한 배관은 설치된 후 시간이 흐름에 따라 배관의 노후나 부식으로 인하여 틈이 생기거나 공사 등으로 인한 외부 충격으로 배관에 손상이 발생할 수 있으며, 이로 인해 막대한 자원의 손실과 대형사고의 원인으로 작용할 수도 있다.

따라서 배관이 시공된 후 운용시에는 수시로 또는 일정기간마다 배관의 내부상태 및 균열 여부를 확인하여 사고발생을 예방토록 유지보수 작업이 이루어지는데,이러한 작업은 배관 주변의 환경들로 인해 점검하는데 접근이 어렵고,지하에 매설되어 있는 경우에는 접근이 매우 어려우므로 막대한 비용과 인력이 소요된다.

이러한 이유로 배관 내부의 점검을 위하여 배관 내부로 이동하면서 배관의 상태를 점검할 수 있는 배관 내부 검사용 이동로봇이 개발되어 많이 사용되고 있다.

이와 같은 기술과 관련되어 특허 제95966호에 배관 내부 검사용 이동로봇이 제시되고 있으며, 그 구성은 도 1에서와 같이 전방 및 후방에 설치된 각속도 차를 이용하여 조향이 가능한 2개의 구동모듈, 베터리를 각각 탑재하는 컨트롤 모듈과 배터리 모듈, 상기 각각의 모듈 사이에 링크 모듈이 설치되고, 각각의 모듈은 탑재부의 전후방에 각각 장착되는 2개의 연동 링크부를 구비하며, 연동 링크부는 120도 각도를 이루도록 상호 배치된 3개의 구동부와, 구동부 지지 마운트의 슬립 와셔에 삽입되어 상기 구동부를 지지하는 실린더와, 상기 구동부 짖지 마운트와 보조 바퀴 샤프트 바디에 의해 지지되는 2개의 스프링, 구동부 지짖 마운트에 각각 결합된 좌측 지지 링크 및 우측 지지 링크와, 좌측 지지링크 및 우측 지지 링크에 각각 연결된 내측 링 링크 및 외측 링 링크를 구비하고, 링크모듈은 2개의 유니버셜 조인트 및 유니버셜 조인트를 연결하는 연결스프링을 구비하여 이루어져 있다.

그러나 이러한 종래의 배관 내부 이동 로봇은 구동을 위하여 구동 방향에 따라 구동모듈을 각각 설치하고 컨트롤 및 배터리 모듈을 따로 구비함으로써 중량상승이 불가피 하게 되어 강한 출력을 필요로 하게 되고 이로 인하여 많은 에너지 소모를 하게 된다.

그리고 배관 내부의 너비에 일일히 대응하기 위하여 샤프트 바디, 좌/우측 지지링크, 링 링크, 스프링등 각종 기계장치로 인하여 내구성에 문제가 있고 차후 수리 및 정비에 많은 시간과 기술적 어려움을 동반함과 동시에 유지비용이 발생할 수 있다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 배관 내경의 서로 다른면으로의 압력으로 마찰력을 작용시켜 적은 출력으로 전후 구동이 가능토록 하고, 회전/틸팅 운동만으로 각종 배관 내부의 꺾임 및 굴곡의 자유로운 이동을 함과 동시에 수직 및 경사 구간 및 배관 내경의 변화에서도 미끄러짐을 방지하며, 간단한 기계장치의 구성으로 차후 수리 및 정비도 용이하게 하는 배관 내부 검사용 이동로봇을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 몸체에 전,후 주행이 가능한 주행휠이 결합 되어 이루어진 복수의 하우징이 조인트에 의하여 연결되고, 각각의 하우징 중 하나 이상의 하우징의 내부 또는 외부에는 베터리가 설치되고 주행휠에 동력을 전달할 수 있는 동력전달장치를 갖춰 전,후진 이동이 가능한 배관 내부 검사용 이동로봇을 제공한다.

그리고 본 발명의 조인트는 회전 및 틸팅운동만으로 방향 전환을 자유롭게 구현할 수 있고 조인트의 연동 움직임으로 배관 내경에 압력으로 마찰력을 발생시켜 미끄러짐을 방지하는 배관 내부 검사용 이동로봇을 제공한다.

더하여 각각의 몸체 중 하나 이상의 몸체에는 배관 내부를 주시할 수 있는 조명장치와 카메라가 설치되어 있으며 촬영된 영상을 외부로 송신할 수 있고, 외부로부터 제어하는 신호를 수신할 수 있는 송,수신부를 구비한 배관 내부 검사용 이동로봇을 제공한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 적은 출력만으로 전후 구동이 가능하고, 간단한 기계장치만으로 자유로운 움직임이 가능함과 동시에 미끄러짐을 방지할 수 있으며, 차후 수리 및 정비가 용이한 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래의 배관 내부 검사용 이동로봇을 도시한 사시도 이다.
도 2는 본 발명에 따른 배관 내부 검사용 이동로봇을 도시한 사시도 이다.
도 3은 본 발명에 따른 배관 내부 검사용 이동로봇의 구조를 도시한 절단 사시도 이다.
도 4는 본 발명에 따른 배관 내부 검사용 이동로봇의 좌,우 운동 메커니즘을 도시한 단면도 이다.
도 5는 본 발명에 따른 배관 내부 검사용 이동로봇의 상,하 운동 메커니즘을 도시한 단면도 이다.
도 6은 본 발명에 따른 배관 내부 검사용 이동로봇의 미끄러짐 방지 원리를 도시한 정면도 이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2는 본 발명에 따른 배관 내부 검사용 이동로봇의 외형을 도시한 사시도 이고, 도3은 본 발명의 내부를 도시한 절단 사시도이며, 도4는 본 발명의 좌,우 운동 메커니즘을 도시한 단면도이고, 도5는 본 발명의 상,하 운동 메커니즘을 도시한 단면도 이며, 도 6은 본 발멸의 미끄러짐 방지 원리를 도시한 정면도 이다.

본 발명은, 주행휠(150)이 각각 결합된 복수의 하우징(100)이 조인트(190)에 의해 일체로 연결되어 동시에 주행토록 설치된다.

이때, 상기 조인트(190)는, 일정길이인 샤프트(192)의 중간지점으로 부터 양측으로 일정거리에 볼(196)이 각각 형성된다.

그리고, 상기 조인트(190)는, 샤프트(192)의 양끝단중 일측에는 하우징에 지지되는 볼(196)을 중심회전축으로 하여 하우징(100)에 회전력을 전달하는 회전디스크(193)가 연결된다.

또한, 상기 조인트(190)는, 회전디스크(193)와 대향되는 위치인 샤프트에 형성된 볼(196)을 중심축으로 하여 볼에 연결되는 하우징의 각도를 조절하는 스윙디스크(195)가 연결된다.

그리고, 상기 하우징(100)에는 볼로서 고정되는 조인트의 일측 하우징에서 움직임 없이 회전만이 가능토록 하는 회전 볼가이드(103)와 볼로서 지지되는 조인트의 타측에서 하우징이 좌,우 또는 상,하의 일방향으로만 스윙토록 하는 스윙 볼가이드(105)가 형성되어 있다.

이때, 상기 회전 볼가이드(103)는 조인트(190)의 회전디스크(193) 측에 형성된 볼(106)을 물어서 지지하게 되고, 다른 하우징(100)의 스윙 볼가이드(105)는 조인트(190)의 스윙디스크(195) 측에 형성된 볼(106)을 물어서 지지하게 된다.

또한, 상기 하우징(100)은 모터와 회전기어 및 이에 대응토록 회전디스크에 형성되는 기어로 이루어진 제2동력전달장치(173)가 설치되어 회전디스크(193)에 동력을 전달하면 회전디스크(193)를 중심으로 하우징(100)이 상대운동하도록 설치된다.

더하여, 상기 하우징(100)은, 모터와 회전기어 및 이에 대응토록 스윙디스크에 구비되는 기어로서 이루어진 제3동력전달장치(175)가 설치되어 스윙디스크(195)에 모터의 회전력을 전달하면 스윙디스크(195)를 중심으로 하우징(100)이 상대운동하도록 설치된다.

더하여 상기 각각의 하우징(100)중에 적어도 하나 이상의 하우징(100)은 전원을 공급하는 베터리와 주행휠(150)을 구동시킬 수 있도록 모터와 회전기어로 구성된 제1동력전달장치(171)가 일체로 구비되어 주행휠(150)의 축에 형성된 기어와 맞물리도록 설치된다.

그리고, 상기 각각의 하우징(100)중에 적어도 하나 이상의 하우징(100)은 배관(P)내부를 밝히는 조명장치와 촬영 또는 주시할 수 있는 카메라(200) 그리고 촬영된 영상을 송신하고 외부로부터의 유/무선으로 전달되는 제어신호를 수신할 수 있는 송수신모듈(210)이 설치되어 있다.

또한, 상기 각각의 하우징(100)중에 적어도 하나 이상의 하우징(100)은 외부로부터 받은 제어신호를 각각의 동력전달장치 와 카메라로 전달하는 제어부가 설치되어 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.

도2 내지 도3에서 도시한 바와 같이 본 발명은 송,수신부가 외부로부터 유/무선으로 신호를 받아 제어부로 전달하게 되고, 제어부는 전달받은 신호를 각각 제1동력전달장치(171), 제2동력전달장치(173), 제3동력전달장치(175)로 다시 전달하여 본 발명을 구동시키게 된다.

이때, 상기 제어부에서 신호를 전달받아 구동되는 제1동력전달장치(170)의 회전기어가 맞물린 주행휠(150)을 회전시켜 기본적인 전,후진 주행을 하게 된다.

그리고, 제어부에서 신호를 전달받아 구동되는 제2동력전달장치(173)의 회전기어가 맞물린 회전디스크(193)를 회전시키면 상기 회전 볼가이드(103)에 지지 된 볼(196)을 중심축으로 하여 뒤편의 하우징(100)이 원하는 방향으로 회전하게 된다.

더하여, 제어부에서 신호를 전달받은 모터에 의해 구동되는 제3동력전달장치(175)는 볼(196)로서 하우징에 스윙가능토록 지지되면서 사프트(192)의 일측 끝단의 스윙디스크(195)를 구동시키게 되어 하우징(100)이 스윙 볼가이드(105)에 지지 되는 볼(196)을 중심으로 상,하 또는 좌,우로 일정각도 틸팅(tilting)이 된다.

이때, 도4에 도시한 바와 같이 전,후진 주행시 좌,우로 꺾인 배관(P)에 봉착하게 되면 모터에 의해 구동되는 제2동력전달장치(173)의 회전기어가 회전 볼가이드(103)의 볼(196)을 중심축으로 하는 회전디스크(193)를 회전시켜 뒤편의 하우징(100)을 90도 회전시키게 됨과 동시에 회전되는 하우징(100)은 모터에 의해 구동되는 제3동력장치(175)가 스윙디스크(195)를 스윙 볼가이드(105)의 볼(196)을 중심축으로 구동시켜 좌,우로 틸팅이 됨으로써 좌,우로 꺾인 배관에서의 방향전환이 가능하게 된다.

또한, 도5에 도시한 바와 같이 전,후진 운동시 상,하로 꺾인 배관에 봉착하게 되면 제2동력전달장치(173)는 구동하지 않고 뒤편 하우징(100)에 설치된 제3동력전달장치(175)의 회전기어가 스윙디스크(195)를 구동시켜 상,하로 틸팅이 됨으로써 상,하로 꺾인 배관에서의 방향전환이 가능하게 된다.

더하여, 도6에 도시한 바와 같이 수직 또는 일정각도 경사로 설치된 배관에 봉착하게 되면 제2동력전달장치(173)의 회전기어가 회전 볼가이드(103)의 볼(196)을 중심축으로 하는 회전디스크(193)를 회전시켜 뒤편 하우징(100)을 통상적으로 120도 회전시키게 됨과 동시에 회전되는 하우징(100)에 설치된 제3동력전달장치(175)의 회전기어는 스윙디스크(195)를 구동시켜 볼(196)을 중심으로 일정각도 꺾이게 해줌으로써 주행휠(150)의 접지면이 하우징(100)이 회전된 각도만큼의 방향으로 배관 내경을 밀어내는 압력을 주어 마찰력을 발생하게 하여 접지하게 되며 그 다음 하우징(100)도 이와 같은 제2동력전달장치(173)와 뒤편 하우징(100)의 제3동력전달장치(175)의 연동 움직임으로 제차 120도 회전시켜 각각 하우징의(100) 주행휠(150) 접지면을 각기 다른 방향으로 배관 내경에 압력을 주어 마찰력을 발생하게 하며 접지하게 되어 미끄러짐을 방지하게 된다.

100...하우징 103...회전 볼가이드 105...스윙 볼가이드
150...주행휠 171...제1동력전달장치 173...제2동력전달장치
175...제3동력전달장치 190...조인트 192...샤프트
193...회전디스크 195...스윙디스크 196...볼
200...카메라 210...송수신모듈

Claims (5)

1. 자력주행이 가능한 복수의 하우징이 조인트로서 각각 연결되고,
   상기 조인트는, 샤프트의 양측에 볼이 각각 형성되어 이에 연결되는 하우징이 볼을 중심으로 회전되거나 틸팅이 가능토록 연결되며,
   상기 샤프트의 양측 끝단중 일측 끝단에는 샤프트의 볼을 중심축으로 하우징에 회전력을 전달하는 회전디스크가 연결되고, 상기 샤프트 반대편 끝단에는 샤프트의 볼을 중심축으로 하우징의 스윙시키는 스윙디스크가 연결되는 구성으로 조인트에 각각 연결되는 복수의 하우징이 조인트를 중심으로 회전 및 틸팅토록 설치되는 배관 내부 검사용 이동로봇.
   
2. 제1항에 있어서 상기 하우징은, 상기 조인트의 볼을 지지하는 회전 볼가이드, 스윙 볼가이드가 형성되고,
   모터와 회전기어로 구성되는 제2동력전달장치가 하우징의 일측에 고정되어 회전디스크에 형성된 기어와 맞물리도록 설치되며,
   모터와 기어로 구성되는 제3동력전달장치가 하우징의 타측에 스윙디스크에 형성된 기어와 맞물리도록 설치되는 것을 특징으로 하는 배관 내부 검사용 이동로봇.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 하우징은, 모터에 전원을 공급하는 베터리가 구비되면서 모터와 회전기어로 구성되는 제1동력전달장치가 주행휠의 회전축에 구비된 기어와 맞물리도록 설치되는 것을 특징으로 하는 배관 내부 검사용 이동로봇.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 하우징은, 카메라와, 송수신모듈과, 조명장치 그리고 제1,2,3동력전달장치를 제어하는 제어부가 구비되는 것을 특징으로 하는 배관 내부 검사용 이동로봇.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 제어부는, 하우징에 유선 또는 무선으로 제어신호를 전송할 수 있는 송수신모듈이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 배관 내부 검사용 이동로봇.

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