KR102290235B1 - Robotic system for pipe non-destructive inspection - Google Patents

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KR102290235B1 KR1020190123937A KR20190123937A KR102290235B1 KR 102290235 B1 KR102290235 B1 KR 102290235B1 KR 1020190123937 A KR1020190123937 A KR 1020190123937A KR 20190123937 A KR20190123937 A KR 20190123937A KR 102290235 B1 KR102290235 B1 KR 102290235B1
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템은, 비파괴 검사를 위해 배관 외면을 주행하는 로봇 시스템에 있어서, 상기 로봇에 배치된 비파괴 검사 센서, 엔코더 및 관성 측정 장치로부터 얻은 데이터를 저장하는 데이터 수집 보드 및 상기 로봇의 주행 기능을 제어하는 하위 컨트롤 보드를 포함하는 하위 제어 시스템 및 상기 하위 제어 시스템을 원격으로 제어하기 위해 사용자의 입력을 받는 입력부, 상기 하위 컨트롤 보드에 상기 로봇의 주행에 대한 신호를 생성하는 상위 컨트롤 보드를 포함하는 상위 제어 시스템을 포함한다. 상위 제어 시스템과 하위 제어 시스템의 송수신부는 서로 유선 또는 무선으로 통신할 수 있는 시스템이며, 통신을 이용하여 센서 데이터, 로봇 구동명령, 이미지 송수신 등을 수행할 수 있다.A robot system according to an embodiment of the present invention, in a robot system that travels on the outer surface of a pipe for non-destructive inspection, a data collection board for storing data obtained from a non-destructive inspection sensor, an encoder, and an inertial measurement device disposed in the robot; A lower control system including a lower control board for controlling the driving function of the robot, an input unit receiving a user input to remotely control the lower control system, and generating a signal for the driving of the robot on the lower control board It contains an upper control system including an upper control board. The transceiver of the upper control system and the lower control system is a system that can communicate with each other by wire or wirelessly, and can transmit and receive sensor data, a robot driving command, and an image using communication.

Description

배관 비파괴 검사를 위한 로봇 시스템{ROBOTIC SYSTEM FOR PIPE NON-DESTRUCTIVE INSPECTION}Robotic SYSTEM FOR PIPE NON-DESTRUCTIVE INSPECTION

본 발명은 배관의 결함을 초음파나 자기 누설과 같은 비파괴 검사 장비 센서를 통해 찾아내는 로봇 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 로봇이 노출 배관의 외부에 접촉하여, 배관의 각종 장애물에 대하여 회피 기동하면서 배관의 각종 결함을 찾을 수 있는 자동화된 로봇 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a robot system that detects defects in piping through non-destructive inspection equipment sensors such as ultrasonic or magnetic leakage, and more specifically, the robot contacts the outside of an exposed pipe to avoid and maneuver against various obstacles in the pipe. It relates to an automated robot system that can find various defects of

배관 시설은 각종 산업 기반 시설 중 하나로, 산업이 발달함에 따라 대형 구조물이 증가하였고 이에 따라 구조물에 사용되는 배관 리인 또한 복잡해졌다. 또한, 배관 시설은 각종 에너지 및 자원의 공급로로 쓰이기도 하며, 이러한 경우에는 유독성 물질 및 폭발성 물질이 배관 내에 흐르는 경우가 많아, 배관의 결함으로 인한 파손시 인명 및 재산 피해가 크게 발생될 수 있다. 따라서 배관의 노화나 부식으로 인한 배관의 결함을 정기적인 점검을 통해 찾아내어 배관을 보수 및 교체할 필요가 있다.The plumbing facility is one of the various industrial infrastructures, and as the industry develops, the number of large structures has increased. In addition, the piping facility is also used as a supply path for various energy and resources, and in this case, toxic and explosive substances often flow in the piping. . Therefore, it is necessary to repair and replace the pipe by finding defects in the pipe due to aging or corrosion through regular inspection.

배관 검사 방법으로는 검사장치를 배관 내부에 투입하여 배관 내 유체의 흐름을 이용해 검사장치가 배관 내면을 접촉하여 배관을 전수 검사하는 In-Line Inspection 기술이 있다. 그러나 여러가지 이유로 In-Line Inspection 기술을 적용하지 못하는 배관(unpiggable)이 더 많이 사용되고 있는 실정이다.As a pipe inspection method, there is an In-Line Inspection technology in which the inspection device is put inside the pipe and the inspection device contacts the inner surface of the pipe using the flow of fluid in the pipe and inspects the entire pipe. However, for various reasons, unpiggable pipes that cannot be applied with In-Line Inspection technology are being used more.

In-Line Inspection 기술을 적용하지 못하는 배관 중 노출된 배관의 경우 배관의 내면 또는 외면에 검사 장치를 접촉 검사를 수행할 수 있으나, 배관 라인이 복잡하거나 사람이 작업하기 위험한 경우, 배관의 전수검사가 어려워지므로 자동으로 배관을 검사하는 장치에 대한 필요성이 대두되어 왔다. 또한, 배관 외부 접촉 검사 장치는 배관 내 유동 매질의 종류 및 유무에 관계없이 운영 중인 배관을 대상으로 적용할 수 있는 장점이 있다. 그러나 배관을 검사하는 장치가 노출배관을 검사하는 경우, 배관을 지지하는 지지체, 배관에 설치되어 있는 각종 설비 등의 장애물이 있어 이를 극복해야 하는 문제가 있다.In the case of exposed pipes among pipes that cannot be applied with In-Line Inspection technology, a contact inspection can be performed with an inspection device on the inside or outside of the pipe. As it becomes difficult, there has been a need for a device for automatically inspecting the pipe. In addition, the pipe external contact inspection apparatus has the advantage that it can be applied to a pipe in operation regardless of the type and presence of a flow medium in the pipe. However, when the apparatus for inspecting the pipe inspects the exposed pipe, there are obstacles such as a support for supporting the pipe and various facilities installed in the pipe, and there is a problem that must be overcome.

또한, 통상 검사를 수행할 배관 중에는 정유공장, 석유화학공장 발전소 등 사람의 접근이 어려운 배관 시설이 대부분이다. 따라서 사람의 접근이 어려운 배관의 경우 검사를 위하여 비계를 설치하여 검사를 하는데 이는 많은 시간과 비용이 발생하게 된다. 따라서 검사할 배관에 접근이 어려운 경우에도 비파괴 검사장비를 탑재한 이송로봇을 배관에 장착하여 지상에서 원격으로 유무선 통신을 이용하여 배관 전체를 밀착 스캔할 수 있도록 하는 로봇 시스템이 필요하다. 또한, 배관의 전수 검사를 수행하기 위해서는 로봇 주행의 정확성이 담보되어야 하며, 그에 따라 로봇이 단순히 배관을 따라 이동하는 것이 아니라 배관의 전면을 모두 스캔할 수 있도록 이동하는 시스템이 필요하다. 또한, 비파괴 검사 센서로부터 얻은 데이터를 로봇에서 외부의 검사자에게 안정적으로 전달할 수 있는 시스템이 필요하다.In addition, most of the piping to be inspected is a piping facility that is difficult for people to access, such as an oil refinery, a petrochemical plant, and a power plant. Therefore, in the case of pipelines that are difficult for people to access, scaffolds are installed for inspection, which incurs a lot of time and cost. Therefore, even when it is difficult to access the pipe to be inspected, there is a need for a robot system that can closely scan the entire pipe using wired/wireless communication remotely from the ground by mounting a transport robot equipped with non-destructive inspection equipment to the pipe. In addition, in order to perform a complete inspection of the pipe, the accuracy of the robot driving must be ensured, and accordingly, a system is required so that the robot can scan the entire surface of the pipe rather than simply moving along the pipe. In addition, there is a need for a system that can stably transmit data obtained from a non-destructive inspection sensor from a robot to an external inspector.

KRUS 10-194499110-1944991 B1B1

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비파괴 검사 장비가 탑재된 로봇을 배관 외면에 부착하고 원격으로 로봇을 주행, 관리 통제하는 기능, 배관의 결함을 탐지하는 비파괴 검사 센서의 데이터를 수집하여 송신하는 기능, 배관의 전면을 스캔할 수 있으며 배관의 장애물을 회피할 수 있도록 하는 정밀한 주행 기능을 수행하는 로봇 시스템을 제공한다. The present invention is to solve the above-mentioned problems, by attaching a robot equipped with non-destructive inspection equipment to the outer surface of the pipe, remotely driving, managing and controlling the robot, collecting data from the non-destructive inspection sensor that detects defects in the pipe. It provides a robot system that performs a transmission function, a precise driving function that can scan the front of the pipe and avoid obstacles in the pipe.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템은, 비파괴 검사를 위해 배관 외면을 주행하는 로봇 시스템에 있어서, 상기 로봇에 탑재된 비파괴 검사 센서, 엔코더 및 관성 측정 장치로부터 얻은 데이터를 저장하는 데이터 수집 보드 및 상기 로봇의 주행 기능을 제어하는 하위 컨트롤 보드를 포함하는 하위 제어 시스템 및 상기 하위 제어 시스템을 원격으로 제어하기 위해 사용자의 입력을 받는 입력부, 상기 하위 컨트롤 보드에 상기 로봇의 주행에 대한 신호를 생성하는 상위 컨트롤 보드를 포함하는 상위 제어 시스템을 포함한다.A robot system according to an embodiment of the present invention, in a robot system that travels on the outer surface of a pipe for non-destructive inspection, a data collection board for storing data obtained from a non-destructive inspection sensor, an encoder, and an inertial measurement device mounted on the robot; A lower control system including a lower control board for controlling the driving function of the robot, an input unit receiving a user input to remotely control the lower control system, and generating a signal for the driving of the robot on the lower control board It contains an upper control system including an upper control board.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템은, 상기 하위 제어 시스템에서, 상기 데이터 수집 보드는, 상기 관성 측정 장치와 상기 엔코더에 연결된 로봇 위치 정보 저장부를 포함하고, 상기 하위 컨트롤 보드는, 상기 로봇의 주행 기능을 제어하는 드라이브 모듈 및 상기 로봇 위치 정보 저장부와 상기 드라이브 모듈과 연결되어 상기 관성 측정 장치에서 측정된 roll값을 목적치로 PID 컨트롤 기법을 통해 상기 로봇이 배관의 길이방향으로의 직진성을 유지하며 주행할 수 있도록 상기 드라이브 모듈에 주행 신호를 보내는 제어부를 포함한다.In the robot system according to an embodiment of the present invention, in the lower control system, the data collection board includes a robot position information storage unit connected to the inertial measurement device and the encoder, and the lower control board is the robot's The drive module that controls the driving function and the robot position information storage unit and the drive module are connected to the target value for the roll value measured by the inertia measuring device, and the robot maintains straightness in the longitudinal direction of the pipe through the PID control technique. and a control unit that sends a driving signal to the drive module so that the vehicle can be driven.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템은, 상기 하위 제어 시스템에서, 상기 데이터 수집 보드는, 상기 비파괴 검사 센서와 연결된 결함 정보 저장부를 더 포함하고, 상기 하위 컨트롤 보드의 제어부는, 상기 결함 정보 저장부의 데이터로부터 배관의 결함이 측정되는 경우 상기 결함 정보 저장부의 데이터와 상기 로봇 위치 정보 저장부의 데이터를 상위 제어 시스템에 송신한다.In the robot system according to an embodiment of the present invention, in the lower control system, the data collection board further includes a defect information storage unit connected to the non-destructive inspection sensor, and the control unit of the lower control board stores the defect information When a pipe defect is measured from negative data, data from the defect information storage unit and data from the robot position information storage unit are transmitted to a higher level control system.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템은, 상기 하위 제어 시스템에서, 상기 하위 컨트롤 보드는 상기 로봇에 부착된 카메라의 영상데이터를 저장 및 출력하는 카메라 모듈을 더 포함한다.In the robot system according to an embodiment of the present invention, in the lower control system, the lower control board further includes a camera module for storing and outputting image data of a camera attached to the robot.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템은, 상기 상위 제어 시스템에서, 상기 상위 컨트롤 보드는, 상기 입력부로부터의 입력 내용에 따라 상기 하위 제어 시스템의 상기 드라이브 모듈에 전달하기 위한 신호를 생성 및 출력하는 드라이브 컨트롤 모듈, 상기 하위 제어 시스템으로부터 상기 결함 정보 저장부의 데이터와 상기 로봇 위치 정보 저장부의 데이터를 수신, 저장 및 출력하는 센싱 데이터 저장부 및 상기 하위 제어 시스템으로부터 상기 카메라 모듈의 영상데이터를 수신, 저장 및 출력하는 영상데이터 저장부를 포함하고, 상기 상위 제어 시스템은, 상기 센싱 데이터 저장부와 상기 영상데이터 저장부로부터 출력된 정보를 시각적으로 제공하는 디스플레이부를 더 포함한다.In the robot system according to an embodiment of the present invention, in the upper control system, the upper control board generates and outputs a signal for transmitting to the drive module of the lower control system according to the input contents from the input unit A drive control module, a sensing data storage unit for receiving, storing and outputting data of the defect information storage unit and data of the robot position information storage unit from the lower control system, and receiving and storing the image data of the camera module from the lower control system and an image data storage unit for output, wherein the upper control system further includes a display unit for visually providing information output from the sensing data storage unit and the image data storage unit.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템은, 상기 상위 제어 시스템와 상기 하위 제어 시스템 간의 신호 및 데이터 송수신을 위해, 상기 상위 제어 시스템과 상기 하위 제어 시스템에는 각각 송수신부가 형성된다.In the robot system according to an embodiment of the present invention, a transceiver is formed in each of the upper control system and the lower control system to transmit and receive signals and data between the upper control system and the lower control system.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템은 실제 배관에 부착되는 로봇에 탑재되어 배관의 벽면을 따라 주행 배관 전체를 검사할 수 있는 하위 제어시스템과 검사 기기로부터 떨어진 곳에서 검사자가 비파괴 검사장비 탑재 이송로봇을 관리 통제할 수 있는 상위 제어시스템으로 분리 운영함으로써 배관의 위치에 따른 접근성 용이성에 관계없이 배관을 원격으로 전수 검사가 가능하다.The robot system according to an embodiment of the present invention is mounted on a robot attached to an actual pipe and transported by an inspector equipped with non-destructive inspection equipment at a place away from the sub-control system and inspection equipment that can inspect the entire running pipe along the wall of the pipe. By separating and operating the robot with a higher level control system that can manage and control the robot, it is possible to remotely inspect all pipes regardless of the location of the pipes and the ease of accessibility.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템은 배관 주행 검사 장치 내에 포함되는 센서 모듈에 영구 자석을 포함하여 배관 외면과의 자력을 통해, 배관 주행 검사 장치가 배관 외부에 부착되어 노출배관 주행 검사 장치의 외부 구동시 안정감 있게 장치가 주행할 수 있도록 한다. 또한, 센서헤드가 배관과 밀착하여 배관 주행 검사 장치가 구동되게 함으로써, 배관의 결함 감지의 정밀도를 높일 수 있다.The robot system according to an embodiment of the present invention includes a permanent magnet in a sensor module included in the pipe running inspection device, and through magnetic force with the outer surface of the pipe, the pipe running inspection device is attached to the outside of the pipe, so that the exposed pipe running inspection device is Allows the device to run stably when externally driven. In addition, since the sensor head is in close contact with the pipe to drive the pipe running inspection device, it is possible to increase the precision of detecting a defect in the pipe.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템은 로봇의 자세 인식을 정밀하게 하여 로봇이 중력이나 다른 요인에 의한 오차 발생 없이 배관의 길이방향으로의 직진성을 유지하며 주행할 수 있도록 함으로써 배관 외주면에서 로봇의 센서에 의해 스캔이 되지 않는 부분이 발생되지 않도록 한다. 즉, 로봇을 통해 배관을 전수 검사할 수 있도록 한다.The robot system according to an embodiment of the present invention precisely recognizes the posture of the robot so that the robot can run while maintaining straightness in the longitudinal direction of the pipe without generating errors due to gravity or other factors. Make sure that there is no part that cannot be scanned by the sensor. In other words, it is possible to inspect all pipes through a robot.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템에서 하위 제어 시스템이 장착된 비파괴 검사장비 탑재 이송로봇과 장비 검사의 특성 상 멀리 떨어진 곳에서 제어를 담당할 상위 제어 시스템 간에는 유선 및 무선 이용 통신이 사용될 수 있다. 통상 검사를 수행할 배관의 경우 정유공장, 석유화학공장 발전소 등 접근이 어려운 경우가 대부분이다. 따라서 검사할 배관에 접근이 어려운 경우에도 비파괴 검사장비 탑재 이송로봇을 배관에 장착하고 지상에서 유무선 통신을 이용 원격으로 배관 검사를 수행할 경우 별도의 비계를 쌓을 필요가 없어 많은 시간과 비용을 절약할 수 있다. In the robot system according to an embodiment of the present invention, wired and wireless communication can be used between a transfer robot equipped with a non-destructive inspection equipment equipped with a lower control system and a higher-level control system that will be in charge of control from a remote place due to the characteristics of equipment inspection. . In most cases, access to pipelines to be inspected is difficult, such as oil refineries, petrochemical plants, and power plants. Therefore, even if it is difficult to access the pipe to be inspected, if a transport robot equipped with a non-destructive inspection equipment is mounted on the pipe and remote pipe inspection is performed using wired/wireless communication on the ground, there is no need to build a separate scaffold, saving a lot of time and money. can

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 상위 제어 시스템과 하위 제어 시스템의 개략도;
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 상위 제어 시스템의 블록도; 및
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하위 제어 시스템의 블록도이다.1 is a schematic diagram of an upper level control system and a lower level control system according to an embodiment of the present invention;
2 is a block diagram of a higher-level control system according to an embodiment of the present invention; and
3 is a block diagram of a lower control system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2", "일면", "타면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.The objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings and preferred embodiments. In the present specification, in adding reference numbers to the components of each drawing, it should be noted that only the same components are given the same number as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, terms such as "first", "second", "one side", and "other side" are used to distinguish one component from another component, and it is not that the component is limited by the terms. no. Hereinafter, in describing the present invention, detailed descriptions of related known technologies that may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템(1)의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a robot system 1 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템(1)은, 비파괴 검사를 위해 배관 외면을 주행하는 로봇 시스템(1)에 있어서, 상기 로봇에 탑재된 비파괴 검사 센서, 엔코더 및 관성 측정 장치로부터 얻은 데이터를 저장하는 데이터 수집 보드(210) 및 상기 로봇의 주행 기능을 제어하는 하위 컨트롤 보드(220)를 포함하는 하위 제어 시스템(200) 및 상기 하위 제어 시스템(200)을 원격으로 제어하기 위해 사용자의 입력을 받는 입력부(110), 상기 하위 컨트롤 보드(220)에 상기 로봇의 주행에 대한 신호를 생성하는 상위 컨트롤 보드(120)를 포함하는 상위 제어 시스템(100)을 포함한다.Robot system 1 according to an embodiment of the present invention, in the robot system 1 that travels on the outer surface of the pipe for non-destructive inspection, data obtained from the non-destructive inspection sensor, encoder and inertial measurement device mounted on the robot A lower control system 200 including a data collection board 210 for storing and a lower control board 220 for controlling the driving function of the robot and a user input to remotely control the lower control system 200 It includes an upper control system 100 including a receiving input unit 110 and an upper control board 120 that generates a signal for driving of the robot to the lower control board 220 .

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템(1)은 상위 제어 시스템(100)과 하위 제어 시스템(200)을 포함한다. 도 1을 보면 본 발명의 로봇 시스템(1)의 개략적인 시스템이 개시되어 있다. 본 발명의 하위 제어 시스템(200)은 사람이 접근하기 힘든 배관의 외면에서 주행하는 로봇에 배치되기 때문에, 원격으로 하위 제어 시스템(200)을 제어할 수단이 필요하며 그에 따라 작업자가 상위 제어 시스템(100)을 통해 하위 제어 시스템(200)에 명령을 입력하고, 하위 제어 시스템(200)에서 상위 제어 시스템(100)에 데이터를 전송하게 된다. The robot system 1 according to an embodiment of the present invention includes an upper control system 100 and a lower control system 200 . Referring to Fig. 1, a schematic system of a robot system 1 of the present invention is disclosed. Since the lower control system 200 of the present invention is disposed in a robot that travels on the outer surface of the pipe that is difficult for a person to access, a means to remotely control the lower control system 200 is required, and accordingly, the operator needs to use the upper control system ( A command is input to the lower control system 200 through 100 , and data is transmitted from the lower control system 200 to the upper control system 100 .

하위 제어 시스템(200)은 데이터 수집 보드(210)와 하위 컨트롤 보드(220)를 포함한다. 데이터 수집 보드(210)는 로봇에 설치되어 있는 각종 센서의 데이터를 수집하여 처리한다. 로봇에는 배관의 비파괴 검사를 위해 초음파 센서 또는 자기 누설 감지 센서로 형성될 수 있는 비파괴 검사 센서가 배치된다. 또한, 로봇에는 로봇의 주행 거리와 로봇의 정확한 위치를 판단하기 위한 엔코더와 관성 측정 장치가 설치되어 있다. 따라서 이와 같은 각종 센서 및 장치의 데이터가 하위 컨트롤 보드(220)의 데이터 수집 보드(210)에 저장되어 출력된다. 또한, 하위 컨트롤 보드(220)는 로봇의 주행 기능을 제어한다. 데이터 수집 보드(210)에서 수집된 엔코더와 관성 측정 장치의 데이터를 통해, 하위 컨트롤 보드(220)에서 로봇이 설정된 루트를 따라 오차없이 진행할 수 있도록 한다. The lower control system 200 includes a data collection board 210 and a lower control board 220 . The data collection board 210 collects and processes data of various sensors installed in the robot. The robot is arranged with a non-destructive inspection sensor, which may be formed as an ultrasonic sensor or a magnetic leak detection sensor, for non-destructive inspection of piping. In addition, the robot is provided with an encoder and an inertial measurement device for determining the robot's travel distance and the exact position of the robot. Accordingly, the data of various sensors and devices are stored in the data collection board 210 of the lower control board 220 and output. In addition, the lower control board 220 controls the driving function of the robot. Through the data of the encoder and the inertial measurement device collected from the data collection board 210, the lower control board 220 allows the robot to proceed along the set route without error.

데이터 수집 보드(210)와 하위 컨트롤 보드(220) 간에는 서로 CAN 통신(Controller Area Network)를 통해 서로 통신할 수 있다. 또한, 데이터 수집 보드(210)와 비파괴 검사 센서 및 카메라 간에는 RS-232에 의한 내부 통신이 이루어질 수 있다.The data collection board 210 and the lower control board 220 may communicate with each other through CAN communication (Controller Area Network). In addition, internal communication by RS-232 may be made between the data collection board 210 and the non-destructive inspection sensor and camera.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템(1)의 하위 제어 시스템(200)을 자세히 도시한 블록도이다.3 is a block diagram showing in detail the lower control system 200 of the robot system 1 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템(1)은, 상기 하위 제어 시스템(200)에서, 상기 데이터 수집 보드(210)는, 상기 관성 측정 장치와 상기 엔코더에 연결된 로봇 위치 정보 저장부(212)를 포함하고, 상기 하위 컨트롤 보드(220)는, 상기 로봇의 주행 기능을 제어하는 드라이브 모듈(221) 및 상기 로봇 위치 정보 저장부(212)와 상기 드라이브 모듈(221)과 연결되어 상기 관성 측정 장치에서 측정된 roll값을 목적치로 PID 컨트롤 기법을 통해 상기 로봇이 배관의 길이방향으로의 직진성을 유지하며 주행할 수 있도록 상기 드라이브 모듈(221)에 주행 신호를 보내는 제어부(222)를 포함한다.In the robot system 1 according to an embodiment of the present invention, in the lower control system 200, the data collection board 210 includes a robot position information storage unit 212 connected to the inertial measurement device and the encoder. Including, the lower control board 220 is connected to the drive module 221 for controlling the driving function of the robot, the robot position information storage unit 212 and the drive module 221 to measure the inertia and a control unit 222 that sends a driving signal to the drive module 221 so that the robot can travel while maintaining straightness in the longitudinal direction of the pipe through the PID control technique using the roll value measured at the target value.

도 3을 보면, 데이터 수집 보드(210)는 관성 측정 장치 및 엔코더와 연결된 로봇 위치 정보 저장부(212)를 포함한다. 또한, 하위 컨트롤 보드(220)는 드라이브 모듈(221) 및 제어부(222)를 포함한다. 제어부(222)에서는 로봇 위치 정보 저장부(212)에서 데이터를 받아 드라이브 모듈(221)을 제어한다. 로봇 위치 정보 저장부(212)에는 엔코더의 roll값이 저장되어 있으며, 따라서 제어부(222)는 PID 컨트롤 기법을 통해 roll값을 목적치로 하여 로봇이 일정한 자세로 배관을 주행할 수 있도록 드라이브 모듈(221)을 제어한다. 따라서 로봇이 배관의 외주면을 주행할 때 중력 등의 요인에 의해 경로를 이탈함이 없이, 배관의 길이방향을 따라 배관의 중심을 지나는 수직선에 대해 일정각도를 유지하면서 주행할 수 있도록 한다. 이를 통해 로봇이 배관의 길이방향으로의 직진성을 유지하며 주행할 수 있다. 이와 같이 배관 검사 로봇에 직진 주행 성능이 구비되어야 하는 이유는, 배관 외면을 전수 검사하기 위해서 정확한 로봇의 경로 진행이 필요하기 때문이다. 만약 로봇이 배관의 길이방향으로 진행할 때 배관의 중심을 지나는 수직선에 대해 일정 각도를 유지하지 못하고 주행하게 된다면, 배관 외면 중에서 비파괴 검사 센서가 스캔하지 못한 면이 발생될 수 밖에 없기 때문에 비파괴 검사의 정확성이 떨어지게 된다. 따라서 본 발명에서는 로봇의 자세를 일정하게 유지하면서 배관의 길이방향으로 진행할 수 있도록 시스템이 구성된다.Referring to FIG. 3 , the data collection board 210 includes an inertial measurement device and a robot position information storage unit 212 connected to an encoder. In addition, the lower control board 220 includes a drive module 221 and a control unit 222 . The control unit 222 receives data from the robot position information storage unit 212 and controls the drive module 221 . The robot position information storage unit 212 stores the encoder roll value, so the control unit 222 sets the roll value as the target value through the PID control technique so that the robot can drive the pipe in a constant posture. ) to control Therefore, when the robot travels on the outer circumferential surface of the pipe, it can travel while maintaining a certain angle with respect to the vertical line passing through the center of the pipe along the longitudinal direction of the pipe without deviated from the path due to factors such as gravity. This allows the robot to run while maintaining straightness in the longitudinal direction of the pipe. The reason why the pipe inspection robot needs to be provided with the straight travel performance is because it is necessary to accurately progress the path of the robot in order to completely inspect the outer surface of the pipe. If the robot runs in the longitudinal direction of the pipe without maintaining a certain angle with respect to the vertical line passing through the center of the pipe, the non-destructive inspection sensor cannot scan the outside surface of the pipe. this will fall Therefore, in the present invention, the system is configured to proceed in the longitudinal direction of the pipe while maintaining the posture of the robot constant.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템(1)은, 상기 하위 제어 시스템(200)에서, 상기 데이터 수집 보드(210)는, 상기 비파괴 검사 센서와 연결된 결함 정보 저장부(211)를 더 포함하고, 상기 하위 컨트롤 보드(220)의 제어부(222)는, 상기 결함 정보 저장부(211)의 데이터로부터 배관의 결함이 측정되는 경우 상기 결함 정보 저장부(211)의 데이터와 상기 로봇 위치 정보 저장부(212)의 데이터를 상위 제어 시스템(100)에 송신한다.In the robot system 1 according to an embodiment of the present invention, in the lower control system 200, the data collection board 210 further includes a defect information storage unit 211 connected to the non-destructive inspection sensor, and , the control unit 222 of the lower control board 220, when the defect of the pipe is measured from the data of the defect information storage unit 211, the data of the defect information storage unit 211 and the robot position information storage unit The data of 212 is transmitted to the upper level control system 100 .

도 3을 보면, 데이터 수집 보드(210)는 비파괴 검사 센서와 연결된 결함 정보 저장부(211)를 포함한다. 결함 정보 저장부(211)는 제어부(222)와 연결되어 로봇 위치 정보 저장부(212)의 데이터와 결합되어 배관의 어느 위치에 결함이 발생되어 있는지 파악하게 된다. 즉, 비파괴 검사 센서의 아날로그 신호를 A/D 변환기를 통해 디지털 신호로 변환시키고, 변환된 디지털 신호를 엔코더 신호 주기에 따라 저장함으로써 엔코더의 틱(tic) 수, 관성 측정 장치의 roll값 등을 고려하여 해당 비파괴 검사 센서에서 발생된 데이터가 배관의 어느 위치에 해당되는 것인지 파악하게 된다. Referring to FIG. 3 , the data collection board 210 includes a defect information storage unit 211 connected to a non-destructive inspection sensor. The defect information storage unit 211 is connected to the control unit 222 and combined with the data of the robot position information storage unit 212 to determine where the defect has occurred in the pipe. That is, the analog signal of the non-destructive inspection sensor is converted into a digital signal through the A/D converter, and the converted digital signal is stored according to the encoder signal cycle, taking into account the number of ticks of the encoder and the roll value of the inertial measurement device. In this way, the data generated by the non-destructive inspection sensor is identified in which position in the pipe.

제어부(222)에서는 비파괴 검사 센서의 디지털 신호를 통해 배관에서의 결함발생 여부를 판단한다. 따라서 제어부(222)는 결함 정보 저장부(211)로부터 전해진 데이터에서 배관의 결함이 측정되는 경우, 해당 배관 부분을 정확히 판단하기 위해 드라이브 모듈(221)에 주행 정지 신호를 보낼 수 있고, 또한 제어부(222)에서 결함 정보 저장부(211)의 결함 정보와 결함이 발생된 위치를 파악한 로봇 위치 정보 저장부(212)의 데이터를 상위 제어 시스템(100)에 송신한다. The control unit 222 determines whether a defect has occurred in the pipe through the digital signal of the non-destructive inspection sensor. Therefore, when a defect in the pipe is measured in the data transmitted from the defect information storage unit 211, the control unit 222 may send a stop signal to the drive module 221 to accurately determine the corresponding pipe portion, and also the control unit ( In 222 ), the defect information of the defect information storage unit 211 and the data of the robot position information storage unit 212 , which grasps the location of the defect, are transmitted to the upper control system 100 .

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템(1)은, 상기 하위 제어 시스템(200)에서, 상기 하위 컨트롤 보드(220)는 상기 로봇에 부착된 카메라의 영상데이터를 저장 및 출력하는 카메라 모듈(223)을 더 포함한다.In the robot system 1 according to an embodiment of the present invention, in the lower control system 200, the lower control board 220 stores and outputs image data of a camera attached to the robot 223 ) is further included.

하위 컨트롤 보드(220)는 카메라 모듈(223)을 포함한다. 카메라 모듈(223)은 로봇에 부착된 후방 카메라 및 전방 카메라와 연결되어, 카메라의 영상데이터를 저장 및 출력하여 상위 제어 시스템(100)으로 해당 영상데이터를 송신하게 된다.The lower control board 220 includes a camera module 223 . The camera module 223 is connected to the rear camera and the front camera attached to the robot, stores and outputs the image data of the camera, and transmits the image data to the upper control system 100 .

도 2를 보면, 본 발명의 일실시예에 따른 상위 제어 시스템(100)을 자세히 도시한 블록도이다.Referring to FIG. 2 , it is a block diagram showing in detail the upper control system 100 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템(1)은, 상기 상위 제어 시스템(100)에서, 상기 상위 컨트롤 보드(120)는, 상기 입력부(110)로부터의 입력 내용에 따라 상기 하위 제어 시스템(200)의 상기 드라이브 모듈(221)에 전달하기 위한 신호를 생성 및 출력하는 드라이브 컨트롤 모듈(121), 상기 하위 제어 시스템(200)으로부터 상기 결함 정보 저장부(211)의 데이터와 상기 로봇 위치 정보 저장부(212)의 데이터를 수신, 저장 및 출력하는 센싱 데이터 저장부(122) 및 상기 하위 제어 시스템(200)으로부터 상기 카메라 모듈(223)의 영상데이터를 수신, 저장 및 출력하는 영상데이터 저장부(123)를 포함하고, 상기 상위 제어 시스템(100)은, 상기 센싱 데이터 저장부(122)와 상기 영상데이터 저장부(123)로부터 출력된 정보를 시각적으로 제공하는 디스플레이부(130)를 더 포함한다.In the robot system 1 according to an embodiment of the present invention, in the upper control system 100 , the upper control board 120 includes the lower control system 200 according to the input contents from the input unit 110 . ) of the drive control module 121 for generating and outputting a signal to be transmitted to the drive module 221 , the data of the defect information storage unit 211 from the lower control system 200 and the robot position information storage unit A sensing data storage unit 122 that receives, stores, and outputs the data of 212 and an image data storage unit 123 that receives, stores, and outputs image data of the camera module 223 from the lower control system 200 . ), and the upper control system 100 further includes a display unit 130 that visually provides information output from the sensing data storage unit 122 and the image data storage unit 123 .

본 발명의 상위 컨트롤 보드(120)는 드라이브 컨트롤 모듈(121), 센싱 데이터 저장부(122), 영상데이터 저장부(123)을 포함한다. 드라이브 컨트롤 모듈(121)은 입력부(110)로부터 전달된 작업자의 로봇에 대한 주행 명령을 수신하여 드라이브 모듈(221)에 전달하기 위한 신호를 생성하고 출력한다. 센싱 데이터 저장부(122)는 하위 제어 시스템(200)에서 결함 정보 저장부(211)와 로봇 위치 정보 저장부(212)의 데이터를 수신하게 되며, 센싱 데이터 저장부(122)의 데이터는 입력부(110)의 작업자의 명령에 의해 디스플레이부(130)에 시각적으로 개시될 수 있다. 영상데이터 저장부(123)는 카메라 모듈(223)의 영상데이터를 수신하여 저장하고, 영상데이터 저장부(123)에 연결된 디스플레이부(130)에 영상데이터를 시각적으로 제공한다. The upper control board 120 of the present invention includes a drive control module 121 , a sensing data storage 122 , and an image data storage 123 . The drive control module 121 receives the operator's driving command for the robot transmitted from the input unit 110 , and generates and outputs a signal to be transmitted to the drive module 221 . The sensing data storage unit 122 receives data from the defect information storage unit 211 and the robot position information storage unit 212 in the lower control system 200 , and the data of the sensing data storage unit 122 is transferred to the input unit ( 110) may be visually initiated on the display unit 130 by the operator's command. The image data storage unit 123 receives and stores the image data of the camera module 223 , and visually provides the image data to the display unit 130 connected to the image data storage unit 123 .

본 발명의 일실시예에 따른 로봇 시스템(1)은, 상기 상위 제어 시스템(100)와 상기 하위 제어 시스템(200) 간의 신호 및 데이터 송수신을 위해, 상기 상위 제어 시스템(100)과 상기 하위 제어 시스템(200)에는 각각 송수신부가 형성된다.The robot system 1 according to an embodiment of the present invention includes the upper level control system 100 and the lower level control system for transmitting and receiving signals and data between the upper level control system 100 and the lower level control system 200 . At 200, a transceiver is formed, respectively.

상위 제어 시스템(100)과 하위 제어 시스템(200)의 송수신분는 서로 유선 또는 무선으로 통신할 수 있으며, 두 시스템 간의 통신은 TCP/IP 소켓 통신을 이용하여 센서 데이터, 로봇 구동명령, 이미지 송수신 등을 수행할 수 있다.Transmission and reception of the upper control system 100 and the lower control system 200 can communicate with each other by wire or wirelessly, and communication between the two systems uses TCP/IP socket communication to transmit and receive sensor data, robot driving commands, and images. can be done

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, this is intended to describe the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and by those of ordinary skill in the art within the technical spirit of the present invention. It is clear that the modification or improvement is possible.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications and variations of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be made clear by the appended claims.

1: 로봇 시스켐 100 : 상위 제어 시스템
110 : 입력부 120 : 상위 컨트롤 보드
121 : 드라이브 컨트롤 모듈 122 : 센싱 데이터 저장부
123 : 영상 데이터 저장부 130 : 디스플레이부
140 : 상위 송수신부 200 : 하위 제어 시스템
210 : 데이터 수집 보드 211 : 결함 정보 저장부
212 : 로봇 위치 정보 저장부 220 : 하위 컨트롤 보드
221 : 드라이브 모듈 222 : 제어부
223 : 카메라 모듈1: Robot system 100: High-level control system
110: input unit 120: upper control board
121: drive control module 122: sensing data storage unit
123: image data storage unit 130: display unit
140: upper transceiver 200: lower control system
210: data collection board 211: fault information storage unit
212: robot position information storage unit 220: lower control board
221: drive module 222: control unit
223: camera module

Claims (6)

비파괴 검사를 위해 배관 외면을 주행하는 로봇 시스템에 있어서,
상기 로봇에 배치되어 상기 배관에 대한 비파괴 검사를 수행하고 상기 로봇의 주행을 제어하는 하위 제어 시스템; 및
상기 로봇을 원격으로 제어하는 상위 제어 시스템을 포함하고,
상기 하위 제어 시스템은
상기 로봇에 설치된 비파괴 검사 센서의 데이터를 수집하여 처리하는 데이터 수집 보드; 및
상기 로봇의 주행 기능을 제어하는 하위 컨트롤 보드를 포함하며,
상기 데이터 수집 보드는
상기 로봇에 설치된 관성 측정 장치와 엔코더에 연결된 로봇 위치 정보 저장부를 포함하고,
상기 하위 컨트롤 보드는
상기 로봇의 주행 기능을 제어하는 드라이브 모듈; 및
PID 컨트롤 기법을 통해 미리 저장된 roll 값을 목적치로 하여 상기 로봇이 상기 배관의 중심을 지나는 수직선에 대해 일정한 각도를 유지하면서 상기 배관의 길이방향을 따라 주행하도록 상기 드라이브 모듈에 주행 신호를 보내는 제어부를 포함하고,
상기 상위 제어 시스템은
상기 하위 제어 시스템을 원격으로 제어하기 위해 사용자의 입력을 받는 입력부; 및
상기 하위 컨트롤 보드에 상기 로봇의 주행에 대한 신호를 생성하는 상위 컨트롤 보드를 포함하고,
상기 상위 컨트롤 보드는
상기 입력부로부터 전달된 상기 사용자의 상기 로봇에 대한 주행 명령을 수신하여 상기 로봇의 주행에 대한 신호를 생성하고 출력하는 드라이브 컨트롤 모듈을 포함하는, 로봇 시스템.In the robot system that travels on the outer surface of the pipe for non-destructive inspection,
a sub-control system disposed in the robot to perform a non-destructive inspection on the pipe and control the running of the robot; and
Including a higher level control system for remotely controlling the robot,
The sub-control system is
a data collection board for collecting and processing data of non-destructive inspection sensors installed in the robot; and
It includes a lower control board for controlling the driving function of the robot,
The data collection board
and a robot position information storage unit connected to an inertial measurement device installed in the robot and an encoder,
The lower control board is
a drive module for controlling the driving function of the robot; and
A control unit that sends a driving signal to the drive module so that the robot travels along the longitudinal direction of the pipe while maintaining a constant angle with respect to a vertical line passing through the center of the pipe with the roll value stored in advance through the PID control technique as the target value do,
The upper control system is
an input unit receiving a user's input to remotely control the lower control system; and
Comprising an upper control board for generating a signal for the driving of the robot on the lower control board,
The upper control board is
and a drive control module that receives the user's driving command for the robot transmitted from the input unit and generates and outputs a signal for the robot's driving. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 하위 제어 시스템에서,
상기 데이터 수집 보드는,
상기 비파괴 검사 센서와 연결된 결함 정보 저장부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 결함 정보 저장부의 데이터로부터 배관의 결함이 측정되는 경우 상기 결함 정보 저장부의 데이터와 상기 로봇 위치 정보 저장부의 데이터를 상위 제어 시스템에 송신하고,
상기 결함 정보 저장부로부터 전해진 데이터에서 배관의 결함이 측정되는 경우, 해당 배관 부분을 정확히 판단하기 위해 상기 드라이브 모듈에 주행 정지 신호를 보내는, 로봇 시스템.The method according to claim 1,
In the lower control system,
The data collection board,
Further comprising a defect information storage unit connected to the non-destructive inspection sensor,
The control unit is
When a pipe defect is measured from the data of the defect information storage unit, the data of the defect information storage unit and the data of the robot position information storage unit are transmitted to a higher level control system,
When a pipe defect is measured in the data transmitted from the defect information storage unit, a driving stop signal is sent to the drive module to accurately determine the pipe part. 청구항 3에 있어서,
상기 하위 제어 시스템에서,
상기 하위 컨트롤 보드는 상기 로봇에 부착된 카메라의 영상데이터를 저장 및 출력하는 카메라 모듈을 더 포함하는, 로봇 시스템4. The method according to claim 3,
In the lower control system,
The lower control board further comprises a camera module for storing and outputting image data of a camera attached to the robot, robot system 청구항 4에 있어서,
상기 상위 제어 시스템에서,
상기 상위 컨트롤 보드는,
상기 하위 제어 시스템으로부터 상기 결함 정보 저장부의 데이터와 상기 로봇 위치 정보 저장부의 데이터를 수신, 저장 및 출력하는 센싱 데이터 저장부 및 상기 하위 제어 시스템으로부터 상기 카메라 모듈의 영상데이터를 수신, 저장 및 출력하는 영상데이터 저장부를 더 포함하고,
상기 상위 제어 시스템은,
상기 센싱 데이터 저장부와 상기 영상데이터 저장부로부터 출력된 정보를 시각적으로 제공하는 디스플레이부를 더 포함하는, 로봇 시스템.5. The method according to claim 4,
In the upper control system,
The upper control board is
A sensing data storage unit for receiving, storing and outputting data of the defect information storage unit and data of the robot position information storage unit from the lower control system, and an image receiving, storing and outputting image data of the camera module from the lower control system Further comprising a data storage,
The upper control system is
The robot system further comprising a display unit for visually providing information output from the sensing data storage unit and the image data storage unit. 청구항 5에 있어서,
상기 상위 제어 시스템와 상기 하위 제어 시스템 간의 신호 및 데이터 송수신을 위해, 상기 상위 제어 시스템과 상기 하위 제어 시스템에는 각각 송수신부가 형성되는, 로봇 시스템.6. The method of claim 5,
In order to transmit and receive signals and data between the upper level control system and the lower level control system, the upper level control system and the lower level control system each have transceivers formed therein.
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