KR0156791B1

KR0156791B1 - 상하수관 진단용 인공지능 로봇

Info

Publication number: KR0156791B1
Application number: KR1019950030874A
Authority: KR
Inventors: 전성식
Original assignee: 임완근; 주식회사티디아이; 조홍연; 고려대학교자연과학연구소; 전성식
Priority date: 1995-09-20
Filing date: 1995-09-20
Publication date: 1999-02-18
Also published as: KR970014948A

Abstract

본 발명은, 상하수관의 직경에 관계없이, 관내의 오염퇴적물의 높이를 감지하여 로봇이 그 오염최적물을 넘어갈 수 있도록 로봇의 바퀴간의 거리를 가감시켜서 로봇 자체의 높이를 높이거나 낮출 수 있도록 된 상하수관용 진단용 인공지능 로봇을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

본 발명은, 구동장치가 내장된 몸체(1)와 앞바퀴(2-1), 뒷바퀴(2-2), 카메라(3), 전조등(4-1, 4-2), 케이블(5), 로봇 동작 제어부(6)를 구비한 상하수관 진단용 인공지능 로봇에 있어서, 상기 몸체(1)내에는 화상에 관한 n개의 임계데이터를 저장하고 있는 화상DB 저장부(11)와, 이 화상DB저장부(11)에 접속되어 상기 n개의 임계 데이터와 상기 카메라(3)에 의해 전방에서 관측된 화상데이터를 비교해서 축간거리 조정데이터를 산출하는 CPU(12), 이 CPU(12)에 접속되어 각종정보를 포괄적으로 처리하는 인공지능시스템(16), 상기 CPU(12)에 접속되어 주변기기간에 데이터를 입출력하는 I/O인터페이스(13), 이 I/O인터페이스(13)로부터 출력되는 축간거리 조정데이터에 기초하여 축간거리를 조정하는 축간거리 조정부(14), 외부에 있는 상기 로봇동작 제어부(6)로부터의 수동조정명령에 따라 축간거리를 수동으로 조정하도록 해당 데이터를 CPU(12)로 출력하는 수동처리부(15) 등으로 이루어진 제어장치(100)가 내장된 구조로 되어 있다.

Description

상하수관 진단용 인공지능 로봇

제1도는 본 발명의 제어계통의 블록도.

제2도는 본 발명의 동작례를 모식적으로 나타낸 도면.

제3도는 종래의 진단용 로봇을 나타낸 도면이다.

[산업상의 이용분야]

본 발명은 상하수관이나 개스관 등의 내부상태를 진단하여 종합적으로 그 결과를 화상데이터나 가공된 수치데이터로 전송할 수 있도록 된 진단용 인공지능 로봇에 관한 것으로, 특히 인공지능 시스템에 의해 바퀴의 축간거리를 관내의 오물퇴적상황에 따라 가변시킬 수 있도록 된 진단용 인공지능 로봇에 관한 것이다.

[종래의 기술 및 그 문제점]

일반적으로, 상하수관이나 개스관의 내부는 세월이 흐름에 따라 쌓인 여러 가지 노폐물이나 외부에서의 충격등에 의해 그 관내부가 파손된다거나 관에 균열이 생기는 경우가 적지 않다. 이러한 손상부분을 보수하기 위해서는 구체적인 보수작업에 앞서, 우선적으로 카메라가 장착된 로봇을 관내에 진입시켜 이동시키면서 관내상황을 진단하게 되는 바, 종래의 진단용 로봇은 다음과 같이 구성되어 동작하도록 되어 있다.

제3a도는 종래의 진단용 로봇중 소구경(직경 200㎚정도)용 로봇(일본 오키나와 정환기건 주식회사 제품... 모델명: Ryu 모르) 및 신호의 처리관계를 나타낸 도면으로, 이 로봇은 구동장치가 내장된 몸체(1)와 좌우측 1쌍으로 이루어진 앞바퀴(2-1), 역시 1쌍의 뒷바퀴(2-2), 카메라(3), 우측 전조등(4-1), 좌측 전조등(4-2), 케이블(5) 등으로 이루어져 있고, 로봇으로부터 원거리에 떨어져 있는 로봇동작 제어부(6)와 영상신호 처리부(7) 및 모니터(8)의 각 신호선, 전원부(9)의 전원선 등은 케이블(5)에 내장되어 로봇에 접속되도록 되어 있다.

상기한 것처럼 구성된 로봇의 동작을 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 우선, 조작자가 로봇동작 제어부(6)를 이용하여 전진명령을 내리면 로봇은 관내로 진입하게 되고, 이어서 카메라(3)와 전조등(4-1, 4-2)에 대해 작동명령을 내리면, 카메라(3)에 촬상된 영상신호는 영상신호 처리부(7)로 공급되어 모니터(8)에 투영되기에 적합한 신호로 처리된 후, 모니터(8)에 보편적인 영상으로 투영되게 된다. 이로써, 조작자는 관내의 상황을 외부에서 모니터(8)를 통해 확인하게 되므로, 손상이 있는 위치를 정확하게 진단하여 그 부분에 대한 보수작업을 신속하게 할 수 있게 된다.

이와같이, 진단용 로봇은 사람이 직접 들어가기 힘든 소구경의 관이나 유독개스로 가득찬 관 내지는 오물이 많이 퇴적되어 있는 관, 또는 붕괴된 건물 등과 같이 사람이 쉽게 접근할 수 없는 곳으로 진입하여 사람을 대신해서 관의 내부를 진단하게 되므로, 해당산업분야에서 큰 역할을 하고 있으나, 종래의 로봇에는 다음과 같은 문제점이 있었다.

우선, 상하수관의 직경은 100㎜~1000㎜ 정도이고, 사람이 직접들어가서 진단 및 보수작업을 할 수 있는 직경은 대략 700㎜이상이다. 따라서, 700㎜ 이하인 관에 대해서는 진단용 로봇이 효과적으로 동작하게 된다. 그런데, 국내시설의 관내상황을 보면, 각종 오물에 대한 정화처리가 열악하므로 인해, 특히 하수관의 경우에는 각종 오물이 퇴적된 오물퇴적층의 높이가 심한 경우 직경의 1/3수준까지 이르고 있다. 예컨대, 직경이 250㎜관내에 제3도(a)에 도시한 것과 같은 소구경용 진단용 로봇을 진입시켰는데, 어느 지점에서 오물퇴적층의 높이가 80㎜정도가 되었다고 한다면, 당해 로봇은 그 오물퇴적층에 막혀서 그것을 넘지 못하게 되므로, 더 이상 진단작업을 수행할 수 없게 된다. 이러한 이유로, 종래에는 제3도(b)에 도시된 것과 같이 바퀴에 홈(10)이 파인 형태의 진단용 로봇[한국 탭전자(주) 제품...모델명: 로봇 자주차 SR450WA]을 고안하여, 그 바퀴에 형성된 홈(10)에 의한 마찰력을 이용함으로써, 높은 오염퇴적층을 넘어갈 수 있도록 한 제품을 사용하고 있다.

그런데, 상술한 바와 같이 상하수관의 직경은 작게는 지름 100㎜로부터 크게는 1000㎜까지 그 크기가 다양하므로, 설령 바퀴에 홈(10)이 파인 제3도(b)의 로봇을 이용한다 하더라도, 구경이 큰 관에 있어서 그 내부에 쌓인 오물퇴적층 역시 높은 경우에는 그 오물퇴적층을 소구경의 로봇이 타고 넘기는 어렵다. 이러한 이유로, 종래에는 각 관의 구경의 범위에 따라 그에 대응하는 크기의 로봇을 제작하여 대응하고 있었다. 예컨대, 상기 탭 전자(주) 제품의 경우를 보면, 초소구경(모델명 : SR 200WA) 소구경용(모델명: SR 250WA, SR 300WA), 중구경용(모델명 : SR 350WA), 대구경용(모델명 : SR 450WA), 초대구경(모델명 : SR 700WA) 등의 다양한 크기의 로봇을 제작하여 각 구경의 관에 대응시키고 있었다. 특히, 작업자의 입장에서 보면, 대수로와 소수로가 복합적으로 연결되어 있는 관내에서 손상된 부위를 찾아내야 하는 경우에는, 작업자가 각종 크기의 로봇을 모두 준비하여 각 관의 구경이나 관내상황에 따라 로봇을 교체해 가면서 진단작업을 해야 하는 불편함이 있었다.

[발명의 목적]

본 발명은 상기한 문제점들을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 상하수관의직경에 관계없이, 관내의 오염퇴적물의 높이를 감지하여 그 오염 퇴적물을 넘어갈 수 있도록 바퀴간의 거리를 가감시켜서 로봇 자체의 높이를 높이거나 낮출 수 있도록 된 상하수관용 진단용 인공지능 로봇을 제공하고자 함에 있다.

[발명의 구성]

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 구동장치가 내장된 몸체(1)와 앞바퀴(2-1), 뒷바퀴(2-2), 카메라(3), 전조등(4-1, 4-2), 케이블(5), 로봇 동작 제어부(6)를 구비한 상하수관 진단용 인공지능 로봇에 있어서, 상기 몸체(1)내에는 화상에 관한 n개의 임계데이터를 저장하고 있는 화상DB 저장부(11)와, 이 화상DB저장부(11)에 접속되어 상기 n개의 임계 데이터와 상기 카메라(3)에 의해 전방에서 관측된 화상데이터를 비교해서 축간거리 조정데이터를 산출하는 CPU(12), 이 CPU(12)에 접속되어 각종 정보를 포괄적으로 처리하는 인공지능시스템(16), 상기 CPU(12)에 접속되어 주변기기간에 데이터를 입출력하는 I/O인터페이스(13), 이 I/O인터페이스(13)로부터 출력되는 축간거리 조정데이터에 기초하여 축간거리를 조정하는 축간거리 조정부(14), 외부에 있는 상기 로봇동작 제어부(6)로부터의 수동조정명령에 따라 축간거리를 수동으로 조정하도록 해당 데이터를 CPU(12)로 출력하는 수동처리부(15) 등으로 이루어진 제어장치(100)가 내장된 구조로 되어 있다.

[작용]

상기한 구성의 본 발명에 의하면, 로봇의 전방에 오염퇴적물과 같은 장애물이 탐지된 경우, 그 높이에 따라 인공지능적으로 축간거리를 늘림으로써, 결과적으로 로봇의 높이를 기존위치보다 높이게 된다. 따라서 로봇은 장애물을 쉽게 넘어서 전진할 수 있게 된다. 이로써, 본 발명에 의하면 관의 여러 가지 구경에 대응시켜 여러대의 로봇을 준비할 필요가 없게 되고, 조작성도 크게 개선된다.

[실시예]

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 여기에서, 로봇의 외양적인 구조는 제3도(a), (b)에 도시한 것과 유사하므로, 이하의 설명에서는 제3도(a), (b)도 참조하기로 한다.

제1도는 본 발명에 따른 실시예의 제어계통을 나타낸 블록도인데, 여기에서 제어장치(100)는 로봇의 몸체(1) 내에 내장되어 있는 것으로서, 이는 CPU(12)를 중심으로 하여, 화상정보의 각종 임계데이터가 저장되어 있는 화상DB 저장부(11)와, I/O인터페이스(13), 외부로부터의 수동조정명령을 처리하는 수동처리부(15)가 접속되어 있고, 상기 I/O인터페이스(13)에는 CPU(12)로부터의 제어데이터를 받아 들여 축간거리를 조정하는 축간거리 조정부(14)가 접속되어 있다. 또한, CPU(12)에는 기존의 카메라(3)로부터 송출되는 관내 전면의 화상정보를 디지털 데이터로 바꾸어주고, 이를 기초로 축간거리를 조절하는 인동지능시스템(16)이 상기 CPU(12)에 접속되어 있다. 이 때, I/O인터페이스(13)를 통해 입력된 위치좌표입력(POSITION COORDINATE INPUT) 및 화상입력(IMAGE INPUT) 등은 인공지능시스템(16)측으로 인가되어 처리되는 바, 이 인공지능시스템(16)은 소프트웨어적으로 이미지 포착모듈, 이미지 처리모듈, 수치제어모듈, 표현 및 기술모듈, 해독모듈, 인식모듈로 이루어진 것으로서, 카메라(3)를 통해 입력된 관내의 화상정보를 해석하고, 그에 따라 수치제어동작을 함으로써, 최종적으로 I/O인터페이스를 거쳐 서보 메카니즘(SERVO-MECHANISM)에 의해 구동되는 축간거리 조정부(14)를 제어하게 된다.

제2도는 본 발명의 동작예를 모식적으로 나타낸 도면으로서, 우선, 관(P)의 외부에 있는 조작자가 로봇동작 제어부(6)를 조작하여 전진명령을 내리면, 로봇은 통상적인 방법에 따라 관(P)의 내부(구경은 예컨대, 300㎜)로 전진하며 전조등(4-1, 4-2)과 카메라(3)를 작동시켜서 전면상황을 영상신호로서 외부에 있는 영상신호 처리부(7)로 출력한다. 그 영상신호는 영상신호 처리부(7)에서 모니터(8)에 투사되기 적합한 신호로 변환되므로, 조작자는 모니터(8)를 통하여 관(P)의 내부상황을 확인·진단하게 된다.

상기한 상황에 있어서, 관(P)의 내부에 장애물이 거의 없는 경우라면, 제어장치(100)의 CPU(12)는, 화상DB 저장부(11)에 저장된 n개의 임계데이터와 카메라(3)로부터의 화상입력에 근거하여 각종 화상데이터 및 좌표정보를 종합적으로 처리하는 인공지능 시스템(16)으로부터 출력되는 화상데이터를 비교한 결과, 관내 전면의 화상데이터가 화상DB 저장부(11)에 저장된 제1임계데이터보다도 낮은 레벨이라는 것을 확인하게 되고, 이에 따라 축간거리 조정부(14)측으로 조정데이터를 출력하지 않는다. 또한, 제2임계데이터 이상의 데이터에 대한 비교동작도 실시하지 않는다. 따라서 로봇 바퀴의 축간거리는 변하지 않은 채 로봇은 계속 전진하게 된다[제2도(a)].

로봇이 전진하다가 예컨대 최대높이 30㎜의 오염퇴적물(E)을 만난 경우, 제어장치(100)의 CPU(12)는 화상DB 저장부(11)에 저장된 n개의 임계데이터와 카메라(3)를 거쳐 인공지능 시스템(16)으로부터 출력되는 화상데이터를 비교한 결과, 관내 전면의 화상데이터가 화상 DB 저장부(11)에 저장된 제1임계데이터와 제2임계데이터간의 레벨에 해당한다는 것을 확인하게 되었다면, 이에 따라 축간거리 조정부(14)측으로 제1조정데이터를 출력한다. 이로써, 축간거리 조정부(14)는 바퀴(2)의 축간거리를 좌우측으로 X1만큼 늘리게 된다[제2도(b)]. 여기에서,축간거리를 늘리는 수단으로는 여러 가지가 있을 수 있는데, 예컨대 CPU(12)측으로부터 상기 조정데이터를 입력받아 이를 직류전압으로 변환시키는 컨버터를 구비시켜 놓고, 축간의 샤프트(S)를 랙 기어로 구성함과 더불어 스텝 모터의 회전축에 피니언기어 및 감속기어를 끼워서 상기 랙 기어에 결합시키고, 상기 스텝모터의 전원단자를 상기 컨버터에 연결한 구조로 하면 된다. 이러한 경우, 상기 컨버터로부터 출력되는 직류전압의 크기에 따라 상기 스텝 모터는 단속적으로 소정의 단수만큼만 회전하게 되고, 이에 따라 상기 랙 기어로 구성된 축간 샤프트(S)도 소정의 거리 X1만큼 단속적으로 좌우측으로 늘어나게 된다. 이러한 축간거리 조정수단은 비단 스텝모터 및 각 기어의 결합구조에 의해서만 실현되는 것이 아니고, 예컨대 축간 샤프트의 가운데에 유압실린더를 설치하고, 조정데이터에 따라 이 유압실린더의 유압을 가감시킴으로써 축간 거리를 조정하도록 할 수도 있는 바, 상기 조정데이터에 기초하여 작동할 수 있는 운동기구라면 어떠한 구조의 수단이더라도 모두 채용될 수 있는 것이다.

상기한 바와 같이, 조정데이터에 의해 축간거리가 차츰 X1까지 늘어나게 되면, 로봇 자체는 바퀴(2)의 외주면과 관(P)의 내벽면간의 마찰력에 의해 관(P)의 바닥면으로부터 차츰차츰 상승하기 시작하여, 결국 Y1만큼 상승하게 된다. 이와 같이 로봇의 높이가 Y1만큼 상승하게 되면, 로봇의 바퀴(2)는 로봇의 앞을 가로막고 있던 오염퇴적물(E)의 높이를 넘어서게 되므로, 로봇은 장애물 위를 지나서 전진을 계속하게 된다.

또한, 관(P)내에서, 예컨대 80㎜의 오염퇴적물(E)을 마주했을 경우, 제어장치(100)의 CPU(12)는 화상DB 저장부(11)에 저장된 n개의 임계데이터와 카메라(3)를 거쳐 인공지능 시스템(16)으로부터 출력되는 화상데이터를 비교하여, 그 비교결과, 관내전면의 화상데이터가 화상DB 저장부(11)에 저장된 제2임계데이터 이상의 레벨에 해당된다는 것을 확인하면, 이 임계데이터에 따라 축간거리 조정부(14)측으로 제2조정데이터를 출력한다. 이로써, 축간 거리 조정부(14)는 바퀴(2)의 축간거리를 좌우측으로 X2만큼 늘리게 된다[제2c도].

상기한 바와 같이, 조정 데이터에 의해 축간 거리가 차츰 X2까지 늘어나게 되면, 로봇의 몸체는 바퀴(2)의 외주면과 관(P)의 내벽간이 마찰력에 의해 관(P)의 바닥면으로부터 차츰 상승하기 시작하여, 결국 Y2만큼 상승한다. 이와같이, 로봇의 높이가 Y2만큼 상승하게 되면, 로봇의 바퀴(2)는 이전에 로봇의 진행에 장애가 되었던 오염퇴적물(E)의 높이를 넘어서게 되고, 이로써 로봇은 장애물을 넘어 계속 전진할 수 있게 된다.

다음으로, 로봇의 앞에 오염퇴적물(E)이 없게 되면, 본 발명은 제2a도에 도시된 바와 같이 축간 거리를 최소로 조정하게 되고, 그 후 전방에 오염퇴적물(E)이 다시 나타나면, 그 높이에 대응되게 인공지능적으로 축간 거리를 조정함으로써, 로봇이 순조롭게 전후진할 수 있도록 해준다.

한편, 필요한 경우에는 조작자가 로봇동작 제어부(6)를 통하여 수동처리부(15)에 직접 수동조정명령을 내릴 수도 있는 바, 이러한 수동조정명령에 포함된 축간거리 데이터를 축간거리 조정부(14)에 인가함으로써 축간거리를 임으로 조정할 수 있다.

[발명의 효과]

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 인공지능 시스템을 이용하여, 관(P)내에 오염퇴적물(E)이 있더라도, 그 높이에 대응되게 로봇의 축간거리를 조정하여 로봇의 높이를 인공지능적으로 조정할 수 있게 되므로, 로봇의 진행경로에 전개된 장애물 상황에 관계 없이 로봇을 순조롭게 전후진시킬수 있다. 따라서, 진단에 필요한 로봇의 종류를 대폭 줄일 수 있으므로 비용절감의 효과를 거둘 수 있음과 더불어, 필요에 따라 자동 또는 수동적으로 축간 거리를 조절할 수 있고, 구경이 서로 다른 복합적인 관내에서도 적절하게 진단동작을 수행시킬 수 있으므로 로봇의 조작성도 대폭 개선시킬 수 있다.

Claims

구동장치가 내장된 몸체(1)와 앞바퀴(2-1), 뒷바퀴(2-2), 카메라(3), 전조등(4-1, 4-2), 케이블(5) 및, 로봇 동작 제어부(6)를 구비한 진단용 인공지능 로봇에 있어서, 상기 몸체(1)내에는 화상에 관한 n개의 임계데이터를 저장하고 있는 화상DB 저장부(11)와, 이 화상DB저장부(11)에 접속되어 상기 n개의 임계 데이터와 상기 카메라(3)에 의해 전방에서 관측된 화상데이터를 비교해서 축간거리 조정데이터를 산출하는 CPU(12), 이 CPU(12)에 접속되어 각종 정보를 포괄적으로 처리하는 인공지능시스템(16), 상기 CPU(12)에 접속되어 주변기기간에 데이터를 입출력하는 I/O인터페이스(13), 이 I/O인터페이스(13)로부터 출력되는 축간거리 조정데이터에 기초하여 축간거리를 조정하는 축간거리 조정부(14) 및, 외부에 있는 상기 로봇동작 제어부(6)로부터의 수동조정명령에 따라 축간거리를 수동으로 조정하도록 해당 데이터를 CPU(12)로 출력하는 수동처리부(15)로 이루어진 제어장치(100)가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 상하수관 진단용 인공지능 로봇.
제1항에 있어서, 상기 인공지능 시스템(16)은, I/O 인터페이스(13)를 통해 입력된 위치좌표입력 및 화상입력을 처리하고, 이미지 포착모듈과 이미지 처리모듈, 수치제어모듈, 표현 및 기술모듈, 해독모듈 및 인식모듈을 통해 화상데이터 및 수치데이터를 처리하여 그 결과를 CPU(12)로 넘겨주는 것을 특징으로 하는 상하수관 진단용 인공지능 로봇.