KR100671023B1

KR100671023B1 - 배관 검사 및 청소 로봇

Info

Publication number: KR100671023B1
Application number: KR1020050086063A
Authority: KR
Inventors: 김민수; 조기수; 김승호; 정승호; 박영준; 이상덕; 이성욱; 박상동; 전풍우
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2007-01-19

Abstract

본 발명은 액화천연가스 배관의 내부를 검사하고 청소하는 로봇에 관한 것으로, 상기 로봇의 하부에 위치하며 상기 로봇을 이동시키는 이동부; 상부에 배관의 내면과 접하여 회전할 수 있는 지지바퀴를 포함하고, 상하의 높낮이 조절이 가능하며, 상기 이동부의 상부에 위치하는 지지부; 이물질을 관의 내면으로부터 분리하는 브러쉬 작동부 및 상기 브러쉬 작동부를 상하로 이동시키는 브러쉬 상하 이동부를 포함하며, 상기 지지부의 전방에 위치하는 브러쉬부; 상기 로봇의 전방을 감지하는 전방 카메라, 상기 전방 카메라 및 상기 브러쉬부를 제자리에서 회전시키는 전방 카메라 롤 회전부 및 카메라 렌즈가 관내 상부와 하부로 향하도록 상기 카메라를 회전시키는 전방 카메라 틸트 회전부를 포함하며, 상기 브러쉬부에 장착되는 전방 카메라부; 상기 브러쉬 작동부에 의해 관의 내면으로부터 분리된 이물질을 흡입하는 흡입부 및 상기 흡입부를 관의 내경을 따라 회전시키는 청소기 회전부를 포함하며, 상기 지지부의 후방에 위치하는 청소기부; 및 상기 로봇에 전원 및 영상 등을 제공하기 위한 케이블에 가해지는 장력을 감지하는 케이블 장력 감지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇을 제공한다.

본 발명에 의하면 배관 내부의 검사작업과 청소작업을 로봇이 수행함으로써 작업 중 발생할 수 있는 인명사고를 방지할 수 있고, 관내 검사, 관내 청소, 청소된 관내 촬영이 로봇에 의해 연속적으로 행해지게 되므로 작업시간이 단축될 수 있다.

이동부, 브러쉬부, 전방 카메라부, 청소기부, 장력 감지부

Description

배관 검사 및 청소 로봇{Robot for finding and cleaning dust in pipe}

도 1은 본 발명에 따른 배관 검사 및 청소 로봇의 일 실시예를 도시한 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 실시예의 분해 사시도이다.

도 3은 도 1에 도시된 실시예의 이동부를 도시한 사시도이다.

도 4는 도 1에 도시된 실시예의 지지부를 도시한 분해 사시도이다.

도 5는 도 1에 도시된 실시예의 브러쉬부를 도시한 분해 사시도이다.

도 6은 도 1에 도시된 실시예의 전방 카메라부를 도시한 분해 사시도이다.

도 7은 도 1에 도시된 실시예의 청소기부를 도시한 분해 사시도이다.

도 8은 도 1에 도시된 실시예의 케이블 장력 감지부를 도시한 측면도이다.

도 9는 도 1에 도시된 실시예의 후면도이다.

도 10은 도 1에 도시된 실시예의 케이블이 권취되는 권취기를 도시한 사시도이다.

도 11은 도 1에 도시된 실시예의 제어 과정을 도시한 흐름도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 이동부 200 : 지지부

300 : 브러쉬부 400 : 전방 카메라부

500 : 청소기부 600 : 케이블 장력 감지부

702 : 후방 카메라 802 : 상방 카메라

본 발명은 액화천연가스 배관의 내부를 검사하고 청소하는 로봇에 관한 것으로, 보다 자세하게는 액화천연가스 배관 조립 시 발생되는 각종 이물질(산화막, 스티로폼, 녹 등)을 카메라 검사장비로 검출하여 브러싱 툴(tool)을 이용하여 제거하고, 제거된 이물질을 집진장치로 흡입하여 파이프 내부를 청소하고, 영상카메라를 이용하여 최종 검사하여 영상을 저장하는 로봇에 관한 것이다.

세계 천연가스의 생산지역에서 대양을 건너 소비지까지 천연가스를 운송하는 경우, 그 수송비용, 수송시간 등의 운송 효율을 고려하여 일반적으로 선박을 이용하여 운송한다. 그러나, 한번에 많은 양의 천연가스를 운송하기 위해 기체 상태로 운반하지 아니하고 액체 상태로 운반하는 것이 효율적이므로 통상 천연가스를 액화시켜 운송하게 된다. 즉, 천연가스 저장 탱크 내의 온도를 천연가스의 비등점인 -163℃ 보다 낮게 유지시켜 액화된 천연가스를 운송한다.

천연가스의 생산지역에서 액화천연가스를 선박에 로딩하거나 소비지역에서 선박으로부터 언로딩하는 경우 상기 생산지역에 설치된 저장탱크와 선박에 설치된 저장탱크를 연결한 배관 또는 상기 선박에 설치된 저장탱크와 소비지역에 설치된 저장탱크를 연결한 배관을 이용한다. 그러나, 수 회에 걸쳐 상기 배관을 이용하여 액화천연가스를 로딩 또는 언로딩 하는 경우 상기 배관의 내부에 이물질이 생기게 된다. 또한, 액화천연가스 운반선 상부의 파이프 조립 및 제작은 파이프 샵(shop)에서 일차적으로, 야드에서 2차적으로 조립되고, 상기와 같이 조립된 파이프를 크레인을 이용해 선박의 데크상에서 3차적으로 연결, 조립되어 완성된다. 그러나, 상기의 과정 중 2차 및 3차 조립 시 각종 이물질이 발생한다. 상기와 같은 이물질이 제거되어야 액화천연가스의 운송이 용이하므로 배관 내 이물질을 제거하기 위한 수단이 필요하다.

이하 상기 배관 내부의 이물질을 제거하기 위한 종래의 방법을 설명한다.

종래에는 우선 상기 배관 내부로 공기를 불어 넣어 배관 내부의 이물질을 일차적으로 제거한다. 그 다음 상기 배관 내부로 검사장비를 투입하여 배관 내부를 검사하고 청소할 부위를 체크한다. 상기 검사장비로는 양 측면 전후방에 바퀴가 달린 이동부의 상부에 전방을 감지하는 카메라가 설치된 것이 사용되었다.

배관 내부의 청소할 부위가 체크되면 작업자가 브러시, 그라인더, 손전등, 에어호스, 사포, 접착테이프를 가지고 배관 내부로 진입하여 브러시, 그라인더, 사포, 접착테이프를 이용하여 이물질을 관으로부터 분리함과 동시에 에어호스로 상기 분리된 이물질을 제거하였다.

작업자가 상기 배관 내부에서 작업을 마치면 작업자는 배관을 빠져 나오고 상기 검사장비를 배관 내부로 재투입하여 배관 내부를 검사한 후, 다시 이물질이 감지되면 상기의 과정을 반복하고, 이물질이 감지되지 않으면 배관 내부의 영상을 저장하여 선주에게 보여 주게 된다.

상기와 같은 방법에 의할 경우, 작업자가 직접 들어가서 청소작업을 하여야 한다. 그러나, 관의 내부는 좁고 어두우며 산소농도도 떨어지는 등 작업환경이 매우 열악하여 작업자의 작업 기피현상이 잦고, 작업시 사고가 발생할 위험이 존재한다.

또한, 두 번에 걸쳐 검사장비를 관내로 진입시켜야 하는 번거로움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 검사작업과 청소작업을 동시에 수행하고, 한 번의 관내로 진입으로 소기의 목적을 달성하여 작업의 효율성을 향상시키는 배관 검사 및 청소 로봇을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은 배관 검사 및 청소 로봇으로서, 상기 로봇의 하부에 위치하며 상기 로봇을 이동시키는 이동부; 상부에 배관의 내면과 접하여 회전할 수 있는 지지바퀴를 포함하고, 상하의 높낮이 조절이 가능하며, 상기 이동부의 상부에 위치하는 지지부; 이물질을 관의 내면으로부터 분리하는 브러쉬 작동부 및 상기 브러쉬 작동부를 상하로 이동시키는 브러쉬 상하 이동부를 포함하며, 상기 지지부의 전방에 위치하는 브러쉬부; 상기 로봇의 전방을 감지하는 전방 카메라, 상기 전방 카메라 및 상기 브러쉬부를 제자리에서 회전시키는 전방 카메라 롤 회전부 및 카메라 렌즈가 관내 상부와 하부로 향하도록 상기 카메라를 회전시키는 전방 카메라 틸트 회전부를 포함하며, 상기 브러쉬부에 장착되는 전방 카메라부; 상기 브러쉬 작동부에 의해 관의 내면으로부터 분리된 이물질을 흡입하는 흡입부 및 상기 흡입부를 관의 내경을 따라 회전시키는 청소기 회전부를 포함하며, 상기 지지부의 후방에 위치하는 청소기부; 및 상기 로봇에 전원 및 영상 등을 제공하기 위한 케이블에 가해지는 장력을 감지하는 케이블 장력 감지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇을 제공한다.

이하 본 발명의 실시예들이 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 배관 검사 및 청소 로봇의 일 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 실시예의 분해 사시도이다.

본 실시예는 이동부(100), 지지부(200), 브러쉬부(300), 전방 카메라부(400), 청소기부(500), 케이블 장력 감지부(600), 후방 카메라부(700) 및 상방 카메라부(800)를 포함하고 있다. 이하, 순서대로 설명한다.

상기 이동부(100)는 양 측면 전방에 위치하는 전방바퀴(102)와 양 측면 후방에 위치하는 후방바퀴(104)를 포함하고 있다. 상기 전방바퀴(102)와 후방바퀴(104)는 이동부 타이밍 벨트(106)에 의해 연결되어 있다.

상기 전방바퀴(102)에는 2개의 이동부 샤프트(108)가 연결되어 있는데, 이동부 샤프트 지지대(110)가 상기 전방바퀴(102)의 사이 중앙에 위치하여 상기 이동부 샤프트(108)를 지지해 준다.

상기 이동부 샤프트(108)의 일 측에는 기어가 형성되어 있고, 상기 기어와 베벨기어를 형성하는 기어가 일 단에 형성된 2개의 이동부 모터(112)가 상기 이동 부 타이밍 벨트(106)의 사이에 위치하고 있다.

상기 로봇이 직진을 하는 경우 상기 2개의 이동부 모터(112)는 동일한 속도로 회전하지만, 상기 로봇이 좌측이나 우측으로 회전을 하는 경우에는 상기 2개의 이동부 모터(112)는 각기 다른 속도로 회전한다.

상기 지지부(200)는 양 측면에 위치하여 상하로 높이를 조절하는 2단의 X자 모양의 높이조절수단(204)을 포함하고 있다. 상기 높이조절수단(204)의 상부에는 상기 높이조절수단(204)의 상부 일 단의 전후방향 운동을 안내하는 상부가이더(206)가 위치하고 있다. 상기 높이조절수단(204)의 하부에는 상기 높이조절수단의 하부 일 단의 전후방향 운동을 안내하는 하부가이더(208)가 위치하고 있다.

상기 양 측면의 높이조절수단(204)의 사이 하부에는 상기 높이조절수단(204)의 상부 및 하부 일 단의 전후방향 운동을 일으키는 지지부 스크류 바(210)가 위치하고 있다. 상기 하부 가이더(208)를 따라 전후방향 운동을 하는 상기 높이조절수단(204)의 하부 일 단은 지지부 이동판(212)의 양 단에 힌지로 결합되어 있다. 상기 지지부 이동판(212)의 양 측에는 상기 하부 가이더(208)가 삽입되는 삽입구가 형성되어 있고 중앙에는 상기 지지부 스크류 바(210)가 삽입되는 삽입구가 형성되어 있다. 상기 지지부 이동판(212)은 상기 지지부 스크류 바(210)가 회전하면 전후방향으로 운동을 한다.

상기 지지부 스크류 바(210)의 일 단에는 풀리가 형성되어 있고 상기 풀리는 상기 지지부 스크류 바(210)를 회전시키는 지지부 모터(214)의 일 단에 형성된 풀 리와 지지부 타이밍 벨트(216)와 연결되어 있다.

상기 높이조절수단(204)의 외측 중앙부에는 상기 높이조절수단(204)의 중앙부 일 단의 전후방향 운동을 안내하는 중앙부 가이더(218)가 위치하고 있다. 상기 중앙부 가이더(218)의 일 단은 상기 높이조절수단(204)의 외측 중앙부 전방에서 고정되어 있고, 상기 고정부위의 내측, 즉, 상기 높이조절수단(204)의 내측 중앙부 전방에는 상기 전방 카메라부(400)를 지지하기 위한 전방 카메라 지지부(219)가 돌출되어 있다. 상기 중앙부 가이더(218)는 상기 높이조절수단(204)이 더욱 안정적으로 상하방향으로 운동할 수 있게 하여 준다.

상기 높이조절수단(204)의 상부 전방에는 지지바퀴 고정대(220)가 위치하고 있는데, 상기 지지바퀴 고정대(220)의 후방에 형성된 지지바퀴 삽입 홈(222)에 배관의 내면과 접하여 회전할 수 있는 지지바퀴(224)가 삽입된다. 상기 지지바퀴 고정대(220)의 전방에는 상기 지지바퀴(224)의 지지력을 측정하는 지지바퀴 힘센서(226)가 부착되어 있다.

상기 로봇이 관내로 진입하면 상기 지지부 모터(214)가 상기 지지부 스크류 바(210)를 회전시켜 상기 높이조절수단(204)을 상승시킨다. 상기 높이조절수단(204)은 상기 지지바퀴(224)가 관의 내면과 접할 때까지 상승하는데, 이 때 상기 지지바퀴 힘센서(226)가 관의 내면에 의해 상기 지지바퀴(224)에 가해지는 힘을 측정하여 적정한 힘이 가해지면 상기 지지부 모터(214)의 작동이 멈춘다. 상기와 같이 지지바퀴(224)를 관의 내면과 접하게 함으로써 상기 로봇이 전복되지 아니하고 안정적으로 전진 또는 후진을 할 수 있고, 브러싱 작업 시 장비의 흔들림을 방지되 며, 마찰력이 증가하여 상기 로봇의 45도 경사 주행이 가능하다.

상기 브러쉬부(300)는 브러쉬 상하 이동부(302)와 브러쉬 작동부(304)를 포함하고 있다. 이하 차례로 설명한다.

상기 브러쉬 상하 이동부(302)는 일 측면에 브러쉬부 스크류 바(306)가, 타 측면에 브러쉬부 가이더(208)가 부착되어 있는 이동부 지지판(310)을 포함한다. 상기 이동부 지지판(310)의 뒷 면 중앙부에는 상기 전방 카메라부(400)가 결합되기 위한 원호 모양의 돌출부(312)가 형성되어 있다.

상기 이동부 지지판(310)에 형성된 브러쉬부 스크류 바(306) 및 브러쉬부 가이더(308)에는 이동판(314)이 장착된다. 상기 이동판(314)은 'ㄷ'의 형상을 하고 있으며 개구부가 아래로 향하고 있다. 상기 이동부 지지판(310)의 하부 일측에는 상기 브러쉬부 스크류 바(306)의 일 단에 형성된 기어와 맞물리는 기어가 일 단에 형성된 브러쉬부 모터(316)가 장착되어 있다.

상기 이동판(314)의 양 측면에는 관내 전방을 밝혀 주는 전방 조명(317)이 장착되어 있다.

상기 'ㄷ'형상의 이동판(314)의 폐구부에는 상기 브러쉬 작동부(304)가 장착된다. 상기 브러쉬 작동부(304)는 이물질을 배관의 내면으로부터 분리하는 브러쉬(318)를 포함하고 있다. 상기 브러쉬(318)의 일 측면에는 일 단에 기어가 형성된 브러쉬 샤프트(320)가 부착되어 있고, 상기 브러쉬(318)는 상기 브러쉬 샤프트(320)의 일 단에 형성된 기어와 맞물리는 기어가 일 단에 형성된 브러쉬 회전 모터 (322)에 의해 회전한다. 상기 브러쉬 작동부(304)의 하부에는 상기 브러쉬(318)의 지지력을 측정하는 브러쉬 힘센서(324)가 장착되어 있다.

상기 브러쉬부(300)의 일 측면에는 상기 브러쉬부(300)와 힌지로 결합된 상방 카메라부(800)가 위치하고 있다. 상기 상방 카메라부(800)의 상면에는 상방 카메라(802)가 장착되어 있으며, 상기 상방 카메라(802)의 측면에는 상방을 밝혀 주는 상방 조명(804)이 장착되어 있다. 상기 상방 카메라부(800)는 힌지 축을 중심으로 회전이 가능하다.

상기 로봇이 전진하다가 이물질을 발견하면 상기 브러쉬부 모터(316)를 회전시켜 상기 이동판(310)을 상부로 이동시킨다. 이 때, 상기 브러쉬 힘센서(324)가 관의 내면에 의해 상기 브러쉬(318)에 가해지는 힘을 측정하여 적정한 힘이 가해지면 상기 이동판(310)은 상승을 멈춘다. 상기 브러쉬(318)가 배관의 내면에 접한 후, 상기 브러쉬 회전 모터(322)로 상기 브러쉬(318)를 회전시켜 관의 내면에 부착되어 있는 이물질을 제거한다. 이 때, 조종자는 상기 상방 카메라(802)를 통해 이물질의 제거 상태 및 브러싱 상태를 확인할 수 있다.

상기 전방 카메라부(400)는 전방 카메라(402)를 포함하고 있다. 상기 전방 카메라(402)의 양 측에는 원호 모양의 판(404)이 부착된다. 상기 원호 모양의 판(404)이 부착된 전방 카메라(402)는 상기 브러쉬부의 이동부 지지판(310)의 뒷 면 중앙부에 형성된 원호 모양의 돌출부(312)내로 삽입된다. 상기 전방 카메라의 양 측에 형성된 상기 원호 모양의 판(404)의 일 측에 형성된 나사 삽입구(406)에는 나 사가 삽입되는데, 상기 나사를 조임으로서 상기 전방 카메라(402)가 상기 브러쉬부(300)에 장착된다.

상기 전방 카메라부(400)는 카메라 틸팅 회전부를 포함하고 있다. 상기 카메라 틸팅 회전부는 틸팅 모터(408)와 틸팅 타이밍 벨트(410)를 포함하고 있다. 상기 틸팅 모터(408)는 상기 전방 카메라(402)의 후방에 위치하고 있다. 상기 전방 카메라(402)의 일 측에는 틸팅 풀리(412)가 형성되어 있는데, 상기 틸팅 모터(408)의 일 단에 형성된 풀리와 상기 틸팅 풀리(412)를 상기 틸팅 타이밍 벨트(410)가 연결한다. 상기 틸팅 모터(408)가 회전하면 상기 틸팅 타이밍 벨트(410)와 연결된 상기 틸팅 풀리(412)가 회전하고, 상기 틸팅 풀리(412)가 부착된 전방 카메라(402)가 상기 틸팅 풀리(412)가 부착된 부위에서 상기 전방 카메라(402)의 양 측으로 연장한 축을 기준으로 상하로 회전한다.

상기 전방 카메라부(400)는 카메라 롤 회전부를 포함하고 있다.

상기 카메라 롤 회전부는 상기 틸팅 모터(408)가 내부에 위치하는 케이스(414)의 상부 일 측에 위치하며 일 단에 구동풀리(417)가 형성된 롤 모터(416)를 포함하고 있다. 상기 롤 모터(416)의 구동풀리(417)는 상기 케이스(414)의 상부 타 단에 위치하며, 일 단에 구동기어(418)가 형성된 종동풀리(420)와 롤 타이밍 벨트(422)와 연결되어 있다. 상기 케이스(414)의 뒷 면에는 상기 구동기어(418)와 맞물려 회전하는 종동기어(424)가 장착되어 있고, 상기 케이스(414)의 양 측면에는 상기 카메라부(400)를 상기 지지부(200)에 부착시키기 위한 카메라부 측면 돌출부(426)가 형성되어 있다. 상기 카메라부 측면 돌출부(426)의 하면은 상기 지지부의 전방 카메라 지지부(219)의 상면에 위치하여 볼트와 너트로 고정된다.

상기 롤 모터(416)가 회전하면 상기 롤 모터(416)와 상기 롤 타이밍 벨트(433)와 연결된 상기 종동풀리(420)가 회전하게 된다. 이 때, 상기 종동풀리(420)의 일 단에 형성된 구동기어(418)와 맞물리는 상기 종동기어(424)가 더불어 회전된다. 상기 종동기어(424)는 상기 전방 카메라(402) 및 카메라 틸트 회전부를 회전시키게 되는데, 이 때, 상기 전방 카메라(402)의 양 측면에 위치하는 상기 원호 모양의 판(404)에 부착된 상기 브러쉬부(300)도 함께 회전한다.

상기 청소기부(500)는 흡입부(502)와 청소기 회전부(504)를 포함하고 있다.

상기 흡입부(502)는 일 단이 필터가 장착된 집진기(506)와 연결된 흡입호스(508)를 포함한다.

상기 청소기 회전부(504)는 흡입부 가이더(510)를 포함하고 있다.상기 흡입부 가이더(510)의 일 단에는 신발 모양을 하고 있으며 상기 흡입호스(508)의 일 단과 결합되는 흡입구(512)가 장착되어 있다. 또한, 상기 흡입구(512)가 장착된 흡입부 가이더(512)의 일 단에는 볼(514)이 장착되어 있는데, 상기 볼(514)은 상기 흡입부 가이더(510)가 관의 내면과 접하여 원주방향으로 원활하게 회전할 수 있게 하여 주며, 상기 흡입구(512)와 파이프 내면과의 거리를 항상 일정하게 유지시켜 준다.

상기 흡입부 가이더(510)의 타 단에는 중공이 있는 사각기둥(516)이 부착되어 있다. 상기 흡입호스(512)가 상기 사각기둥(516)의 중공으로 삽입되어 상기 신 발 모양의 흡입구(512)와 결합된다. 상기 중공이 있는 사각기둥(516)의 일 측면에는 일 단에 기어가 형성된 샤프트(518)가 부착되어 있다. 상기 샤프트(518)의 일 단에 형성된 기어는 상기 샤프트를 회전시키기 위한 청소기부 회전 모터(520)의 일 단에 형성된 기어와 베벨기어를 형성한다. 상기 중공이 있는 사각기둥(516)은 상기 흡입부 가이더(510)의 일 측에서 길이 방향으로 이동하면서 부착될 수 있다. 또한, 상기 흡입부 가이더(510)의 내부에 스프링이 위치하고 있어 상기 볼(514)을 원주방향으로 밀어 낸다. 따라서, 배관 내경의 길이 변화에 적절하게 대처할 수 있다.

상기 브러쉬(318)가 전방에서 관의 내면으로부터 이물질을 분리하면 후방에서 상기 청소기부(500)가 상기 청소기 회전부(504)에 의해 관의 원주방향으로 왕복을 하면서 분리된 이물질을 흡입하게 된다.

상기 케이블 장력 감지부(600)는 상기 로봇의 후방에 장착된다. 상기 케이블 장력 감지부(600)의 하부 전방에는 상기 로봇에 전원 및 영상 등을 제공하기 위한 케이블(602)에 가해지는 장력을 감지하는 힘센서(604)가 부착되어 있다. 상기 케이블(602)에 과다한 장력이 가해지는 경우, 상기 힘센서(604)가 이를 감지하여 제어기에 정보를 전송하면 상기 제어기는 배관의 외부에 설치된 권취기에 상기 정보를 전달하여 권취기가 케이블(602)을 풀어 준다.

도 9는 도 1에 도시된 실시예의 후면도이다.

상기 로봇의 뒷면 상부에는 후방 카메라부(700)가 장착되어 있다. 상기 후방 카메라부(700)는 상기 로봇의 뒷면 상부 중앙에 장착되어 상기 로봇의 후방을 감지 하는 후방 카메라(702)를 포함하고 있다. 상기 후방 카메라(702)의 양 측면에는 상기 로봇의 후방을 밝혀 주는 후방 조명(704)이 부착되어 있다.

케이블 권취기는 케이블 드럼(819)을 포함하고 있는데, 상기 케이블 드럼(819)은 순차적으로 케이블이 감기는 원통형의 드럼이고, 일 측면에는 풀리가 형성되어 있다. 상기 풀리는 케이블 드럼 구동모터(829)의 일 단부에 형성된 풀리와 케이블 드럼 구동벨트(806)로 연결되어 있다. 상기 케이블 드럼(819)의 일 측면에 형성된 풀리는 또한, 트레버스 샤프트(808)의 일 단과 트레버스 구동 벨트(810)로 연결되어 있다. 따라서, 상기 케이블 드럼 구동모터(829)가 작동하면 상기 케이블 드럼(819)과 트레버스 샤프트(808)가 동시에 회전하게 된다.

상기 트레버스 샤프트(808)는 트레버스(812)에 삽입된다. 상기 트레버스(812)는 케이블을 감고 푸는 과정에서 케이블 드럼(819)과 연계되어 일정한 이송량만큼 좌우로 움직이면서 케이블을 일정한 간격으로 감거나 풀 수 있도록 하는 장치이다. 상기 트레버스(812)의 하면에는 트레버스 방향전환 풀리(814)가 형성되어 있으며, 상기 트레버스 방향전환 풀리(814)는 트레버스 방향전환 모터(816)와 타이밍 벨트로 연결되어 있다. 상기 트레버스 방향전환 모터(816)의 일 단에는 권취기의 구동 초기에 현재 트레버스(812)의 진행 방향을 기억하여 초기화 하고, 구동 중에는 트레버스(812)의 이송 방향을 전환하는 등에 정보를 제공하는 트레버스 장착 포텐셔미터(817)가 장착되어 있다.

상기 트레버스(812)의 상면에는 케이블 방출 모터(818)가 위치하고 있다. 상기 케이블 방출 모터(818)의 일 단에는 샤프트가 부착되어 있고, 상기 샤프트의 일 단에는 풀리가 형성되어 있다. 상기 트레버스(812)의 상면에는 상기 케이블 방출 모터(818)의 일 단에 부착된 샤프트와 나란하게 케이블 방출 샤프트(820)가 위치하고 있는데, 상기 케이블 방출 샤프트(820)의 일 단에는 풀리가 형성되어 있다. 상기 케이블 방출 모터(818)의 일 단에 부착된 샤프트의 일 단에 형성된 풀리와 상기 케이블 방출 샤프트(820)의 일 단에 형성된 풀리는 케이블 방출 벨트(822)로 연결되어 있다.

상기 케이블 방출 모터(818)의 일 단에 부착된 샤프트와 상기 케이블 방출 샤프트(820)의 상부에는 각각 케이블 가압 샤프트(824)가 위치하고 있다. 케이블은 상기 케이블 가압 샤프트(824)와 상기 케이블 방출 모터(818)의 일 단에 부착된 샤프트, 그리고, 상기 케이블 가압 샤프트(824)와 상기 케이블 방출 샤프트(820) 사이에 끼워진 상태로 상기 케이블 방출 모터(818)에 의해 방출된다.

상기 트레버스(812)의 일 측면에는 트레버스 이송량 조절레버(826)가 장착되어 있다. 0 내지 10단계 까지 있으며, 단계별로 트레버스 내부 베어링의 기울어짐 각도를 조절함으로써 좌우 이송량을 결정한다. 사용되는 케이블의 굵기와 케이블 드럼의 직경 등을 고려하여 실험적으로 값을 초기화하면 된다.

상기 트레버스 샤프트(808)의 양 단 하부에는 좌우 근접 센서(828)가 부착되어 있다. 상기 트레버스(812)가 좌우로 이동 중, 케이블 드럼의 양쪽 모서리까지 도달했을 때 트레버스(812)의 방향을 전환하도록 제어기(832)에 정보를 제공하는 센서이다. 상기 트레버스 샤프트(808)와 나란하게 트레버스 자세유지 샤프트(830)가 위치하는데 상기 트레버스 자세유지 샤프트(830)는 케이블을 감고 푸는 과정에서 상기 트레버스(812)가 흔들리지 않게 지지하여 준다.

상기 권취기는 케이블을 수동으로 감고 풀기 위한 수동조작부 스위치(836)를 포함하고 있고, 이동에 편의를 제공하는 바퀴(834)를 하부에 포함하고 있다. 또한, 상기 권취기는 제어기(832)를 포함하고 있는데, 상기 제어기는 수동조작부 스위치(836), 좌우 근접 센서(828), 포텐셔미터(817) 등의 정보를 받아들여 케이블 드럼 및 트레버스 등이 적절한 동작을 하도록 제어한다.

이하, 본 실시예의 제어 과정에 대해 설명한다.

본 실시예의 제어는 제어룸(컨테이너)에서 이루어 진다. 상기 제어룸의 내부에는 원격지에서 로봇의 상태를 읽어들이고 명령을 내리는 원격지제어기가 위치하고 있다. 조종자가 상기 제어룸에서 로봇의 움직임을 조종하기 위한 조종장치를 통해 명령을 내리면 상기 명령신호가 상기 원격지제어기를 통해 로봇에 탑재되어 로봇의 움직임을 관리하는 로봇제어기로 전달되고 상기 로봇제어기는 상기 명령신호대로 로봇에 장착된 모터를 제어한다. 상기 조종장치로는 조이스틱 타입과 판넬 타입이 있다.

상기 로봇에 장착되어 있는 전방, 상방, 및 후방 카메라가 감지한 영상은 영상신호로 변환되어 상기 로봇제어기를 통해 상기 원격지제어기로 전송되어 상기 제어룸에 위치하고 있는 모니터를 통해 다시 영상화 된다. 따라서, 조종자는 상기 모니터를 통해 관의 내부를 보면서 상기 로봇을 조종할 수 있다. 상기 영상신호는 상기 제어룸 내부에 위치하고 있는 영상저장장치에 저장될 수도 있다.

상기 로봇의 후방에 장착되어 있는 상기 장력감지부에서 장력이 감지되면, 장력감지신호가 상기 로봇제어기를 통해 권취기에 포함되어 있는 제어기로 전달되고 상기 권취기에 포함된 제어기가 권취드럼, 트랜스 등을 구동시킨다.

이하, 본 실시예의 전체적인 작동 과정을 설명한다.

우선 상기 로봇을 청소하고자 하는 배관의 내부에 투입시킨다. 상기 로봇의 지지부에 부착된 지지바퀴를 상승시켜 상기 배관의 상면에 접하게 한 후, 상기 로봇을 전진시킨다. 이 때, 전방 조명 및 전방 카메라에 의해 로봇의 전방을 원격지의 조종자가 볼 수 있다. 상기 로봇이 전진하다가 관내 이물질이 원격지의 모니터에 감지되면 상기 브러쉬를 상승 및 롤링시킨 후, 자전시켜 상기 이물질을 제거한다. 이 때, 상방 카메라 및 상방 조명을 이용해 조종자가 브러쉬 부위를 감지할 수 있다. 브러슁이 끝나면 상기 청소기부를 이용하여 바닥에 있는 이물질을 흡입하면서 상기 로봇이 전진한다.

상기와 같은 과정으로 관내 이물질을 모두 제거하면, 상기 로봇은 후방 카메라 및 후방 조명을 이용하여 후진으로 관을 나오게 된다. 이 때, 전방 카메라는 브러슁 된 관의 내면을 녹화하는데, 상기 녹화된 장면은 선주에게 보여지게 된다.

본 발명에 의하면 배관 내부의 검사작업과 청소작업을 로봇이 수행함으로써 작업 중 발생할 수 있는 인명사고를 방지할 수 있고, 관내 검사, 관내 청소, 청소 된 관내 촬영이 로봇에 의해 연속적으로 행해지게 되므로 작업시간이 단축될 수 있다.

Claims

배관 검사 및 청소 로봇으로서,

상기 로봇의 하부에 위치하며 상기 로봇을 이동시키는 이동부;

상부에 배관의 내면과 접하여 회전할 수 있는 지지바퀴를 포함하고, 상하의 높낮이 조절이 가능하며, 상기 이동부의 상부에 위치하는 지지부;

이물질을 관의 내면으로부터 분리하는 브러쉬 작동부 및 상기 브러쉬 작동부를 상하로 이동시키는 브러쉬 상하 이동부를 포함하며, 상기 지지부의 전방에 위치하는 브러쉬부;

상기 로봇의 전방을 감지하는 전방 카메라, 상기 전방 카메라 및 상기 브러쉬부를 제자리에서 회전시키는 전방 카메라 롤 회전부 및 상기 카메라 렌즈가 관내 상부와 하부로 향하도록 상기 카메라를 회전시키는 전방 카메라 틸트 회전부를 포함하며, 상기 브러쉬부에 장착되는 전방 카메라부;

상기 브러쉬 작동부에 의해 관의 내면으로부터 분리된 이물질을 흡입하는 흡입부 및 상기 흡입부를 관의 내경을 따라 회전시키는 청소기 회전부를 포함하며, 상기 지지부의 후방에 위치하는 청소기부; 및

상기 로봇에 전원 및 영상 등을 제공하기 위한 케이블에 가해지는 장력을 감지하는 케이블 장력 감지부;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 1항에 있어서,

상기 이동부는 양 측면 전후방에 위치하는 바퀴;

상기 전후방에 위치하는 바퀴를 연결하는 이동부 타이밍 벨트;

상기 이동부의 양 측면 전방에 위치하는 바퀴에 각각 연결된 2개의 이동부 샤프트;

상기 2개의 이동부 샤프트를 각각 회전시키는 2개의 이동부 모터;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 1항에 있어서,

상기 지지부는 양 측면에 위치하여 상하로 높이를 조절하는 높이조절수단;

상기 높이조절수단의 상부에 위치하며, 상기 높이조절수단의 상부 일 단의 전후방향 운동을 안내하는 상부가이더;

상기 높이조절수단의 하부에 위치하며, 상기 높이조절수단의 하부 일 단의 전후방향 운동을 안내하는 하부가이더;

상기 양 측면의 높이조절수단의 사이에 위치하여 상기 높이조절수단의 상부 및 하부 일 단의 전후방향 운동을 일으키는 지지부 스크류 바;

상기 지지부 스크류 바를 회전시키는 지지부 모터;

상기 지지부 모터와 지지부 스크류 바를 연결하는 지지부 타이밍 벨트;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 3항에 있어서,

상기 지지부는 상기 높이조절수단의 외측 중앙부에 상기 높이조절수단의 중앙부 일 단의 전후방향 운동을 안내하는 중앙부가이더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 3항에 있어서,

상기 지지부는 상기 높이조절수단의 상부 전방에 위치하여 상기 지지바퀴의 지지력을 측정하는 지지바퀴 힘센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 1항에 있어서,

상기 브러쉬 상하 이동부는 일 측면에 브러쉬부 스크류 바가, 타 측면에 브러쉬부 가이더가 부착되어 있는 이동부 지지판;

상기 브러쉬부 스크류 바 및 브러쉬부 가이더에 장착되어 상하로 이동하는 이동판; 및

상기 브러쉬부 스크류 바를 회전시키기 위한 브러쉬부 모터;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 6항에 있어서,

상기 이동판의 양 측면에는 관내 전방을 밝혀 주는 전방 조명이 장착되어 있 는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 1항에 있어서,

상기 브러쉬 작동부는 관으로부터 이물질을 제거하는 브러쉬;

일 단에 기어가 형성되어 있고 타 단은 상기 브러쉬에 부착되어 있는 브러쉬 샤프트; 및

일 단에 상기 브러쉬 샤프트의 일 단에 형성된 기어와 맞물리는 기어가 형성되어 있어 상기 브러쉬를 회전시키는 브러쉬 회전 모터;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 8항에 있어서,

상기 브러쉬 작동부는 상기 브러쉬의 하부에 위치하여 상기 브러쉬의 지지력을 측정하는 브러쉬 힘센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 1항에 있어서,

상기 카메라 틸트 회전부는 상기 카메라의 렌즈를 상하로 이동시키기 위한 틸팅 모터; 및

상기 카메라의 일측에 형성된 틸팅 풀리와 상기 틸팅 모터를 연결하는 틸팅 타이밍 벨트;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 1항에 있어서,

상기 카메라 롤 회전부는 카메라의 뒷면에 부착된 종동기어;

상기 종동기어와 맞물리는 구동기어가 일 단에 형성된 롤링 풀리; 및

상기 롤링 풀리와 타이밍 벨트로 연결되어 상기 롤링 풀리를 회전시키는 롤링 모터;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 1항에 있어서,

상기 청소기 회전부는

일 단이 상기 흡입부의 일 단과 결합되어 있고, 타 단은 일 단에 기어가 형성된 샤프트와 연결되어 있으며 길이 조절이 가능한 흡입부 가이더; 및

상기 샤프트의 일 단에 형성된 기어와 맞물리는 기어가 일 단에 형성된 청소기 회전부 모터;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 12항에 있어서,

상기 흡입부 가이더가 상기 흡입부의 일 단과 결합되는 상기 흡입부 가이더의 단부에는 볼이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 1항에 있어서,

상기 청소기부의 상부에 위치하여 상기 로봇의 후방을 감지하는 후방 카메라 및 상기 로봇의 후방을 밝혀 주는 후방 조명을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 1항에 있어서,

상기 브러쉬 작동부의 일측에 위치하여 상기 브러쉬부의 상방을 감지하는 상방 카메라 및 상기 브러쉬부의 상방을 밝혀 주는 상방 조명을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 1항에 있어서,

상기 로봇의 케이블 장력 감지부에 연결된 케이블은 케이블 권취기에 권취되어 있되, 상기 케이블 권취기는

케이블이 권취되는 케이블 드럼;

상기 케이블 드럼의 일 측면에 형성된 풀리와 케이블 드럼 구동 벨트로 연결된 케이블 드럼 구동모터;

상기 케이블 드럼의 일 측면에 형성된 풀리와 트레버스 구동 벨트로 연결된 트레버스 샤프트;

상기 트레버스 샤프트에 삽입되며 상기 케이블 드럼과 연계되어 일정한 이송 량만큼 좌우로 이동하는 트레버스;

상기 트레버스의 일 측면에 장착되어 상기 트레버스의 진행 방향을 전환하는 트레버스 방향 전환 모터;

상기 트레버스 방향 전환 모터의 일 단에 장착되어 있는 트레버스 장착 포텐셔미터;

상기 트레버스의 상부에 위치하며 케이블을 안내하는 케이블 안내부;

상기 트레버스 샤프트와 나란하게 위치하는 트레버스 자세유지 샤프트;

상기 트레버스 샤프트의 양 단 하부에 장착되어 있는 좌우 근접 센서; 및

상기 케이블 드럼 및 트레버스의 구동을 조절하는 제어기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 16항에 있어서,

상기 케이블 안내부는

케이블 안내 모터;

상기 케이블 안내 모터의 일 단에 부착된 샤프트;

상기 샤프트와 나란하게 위치하는 케이블 안내 샤프트; 및

상기 케이블 안내 모터 및 케이블 안내 샤프트의 상부에 각각 위치하는 케이블 가압 샤프트;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 16항에 있어서,

상기 케이블 권취기는 상기 트레버스의 일 측면에 장착되어 있으며, 트레버스 내부 베어링의 기울어짐 각도를 조절함으로써 좌우 이송량을 결정하는 트레버스 이송량 조절 레버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.
제 16항에 있어서,

상기 케이블 권취기는 케이블을 수동으로 감고 풀기 위한 수동조작부 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사 및 청소 로봇.