KR100839546B1

KR100839546B1 - 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템

Info

Publication number: KR100839546B1
Application number: KR1020070042355A
Authority: KR
Inventors: 김병규; 박현준
Original assignee: 한국항공대학교산학협력단
Priority date: 2007-05-01
Filing date: 2007-05-01
Publication date: 2008-06-19

Abstract

본 발명은 도시가스 등의 연료용 가스의 배관, 수도관, 통신케이블 내장관, 원자로의 냉각관 등의 공업용 배관을 포함하여 소장이나 대장과 같은 생체 내의 관을 주행하는데 적합한 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에서는 전후방고정부에 구동에 의해 관내벽을 교대로 클램핑하는 다리를 형성함에 따라 종래 풍선부재나 흡착판을 이용하여 관내를 주행하는 시스템에 비하여 충분한 지지력을 확보할 수 있어 관내를 용이하게 이동할 수 있을 뿐만 아니라 관내의 주행시 내벽의 손상을 방지하면서 이동이 가능하며, 특히 하나의 공압라인을 사용하면서도 벨로우즈와 벨로우즈 전후에 형성된 전후방고정부의 유기적인 구동에 의해 한 방향으로 이동이 가능하도록 함으로서 비숙련 의사도 용이하게 활용할 수 있는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템을 제공한다.

Description

관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템{Self-Propelling Robot System}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 구동 시스템 구성의 결합 단면도.

도 2a는 도 1에 도시된 전방고정부의 분해 사시도이고, 도 2b는 도 1에 도시된 후방고정부의 분해 사시도.

도 3a 내지 도 3c는 도 1에 도시된 로봇 구동 시스템의 동작관계를 설명한 도면.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇 구동 시스템 구성의 결합단면도.

도 5는 본 발명에 따른 로봇 구동시스템의 사용상태를 개략적으로 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 전방고정부 11 : 케이스 111 : 통공

112 : 삽입홈 113 : 힌지홈 12 : 피스톤

121 : 패킹 13 : 실린더 131 : 고정홈

14 : 다리 141 : 힌지공 15 : 힌지

20 : 벨로우즈 30 : 후방고정부 31 : 케이스

311 : 통공 312 : 삽입홈 313 : 힌지홈

32 : 피스톤 321 : 패킹 33 : 실린더

331 : 고정홈 34 : 다리 341 : 힌지공

35 : 힌지 40, 40a, 40b : 격막 41, 41a : 통기공

50 : 공압라인 60 : 검사장치

본 발명은 도시가스 등의 연료용 가스의 배관, 수도관, 통신케이블 내장관, 원자로의 냉각관 등의 공업용 배관을 포함하여 소장이나 대장과 같은 생체 내의 관을 주행하는데 적합한 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 의료분야에 있어서도 질병의 치료 못지않게 정확한 진단도 꼭 필요한 요소이다. 인체의 장 내 검사를 위한 내시경 시스템의 경우 아직까지 장 내에서 자유로운 이동을 수행할 수 있는 로봇 시스템의 개발과 상용화가 이루어지지 않아 외부에서 삽입하는 형태의 내시경을 이용한다. 내시경의 삽입에서 무리한 힘을 가하는 경우 때때로 장 내벽의 손상을 가져올 수 있으며 진단하는 동안 환자의 불쾌감을 없앨 수 없다.

그에 따라 관 내부에서 자유로운 이동이 가능하면 촬영 및 조명장치를 탑재한 로봇의 구동 시스템에 대한 개발요구가 점차 증대되고 있으며, 이와 관련하여 다양한 로봇이 개발 중에 있다. 이러한 관내 주행 로봇의 구동방식은 바퀴구동(wheel type), 다리 구동(legged mobile type), 자벌레형 구동(inchworm type), 충격방식구동(impact type) 등을 들 수 있는데, 본 발명과 관련된 자벌레형 구동 경우 최근 자가 구동형 내시경 시스템의 개발에 많이 쓰이는 방법이다.

그러나, 자벌레형 구동의 경우 로봇의 이동을 위해서는 지지력이 필요한데, 장의 내벽은 점액 물질과 장기의점탄성 성질(Viscoelastic property)로 인하여 확실한 지지력을 얻기가 곤란하여 이동성능이 떨어지는 문제점이 있다. 그에 따라 충분한 지지력을 확보하여 이동성능을 확대시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 현재까지 알려진 지지력 확보 기술은 크게 부풀 수 있는 풍선을 이용하거나 내벽에 흡착되는 흡착판을 이용하는 것이다.

이와 관련하여 미국특허공보 US5398670호에는 신장과 수축이 가능한 벨로우즈와, 부풀 수 있는 풍선부재들을 각각 포함하고 있는 양단 고정부들로 형성된 장치를 개시하고 있으며, 이를 관내에서 이동시키기 위하여 벨로우즈를 신장 및 수축시키면서 풍선부재들을 팽창 수축시키게 된다. 그러나, 풍선을 사용하는 경우 인체 장 내벽과의 극도로 낮은 마찰계수로 인하여 충분한 견인력들을 생성하는 것이 불가능하다는 단점이 있다.

또, 일본 공개특허공보 특개2001-315636호에도 신장과 수축이 가능한 벨로우즈의 양단에 양단에 부풀 수 있는 풍선부재를 형성한 양단 고정부를 형성한 관내 주행장치를 개시하고 있다. 아울러 풍선부재가 가지는 단점으로 인하여 풍선부재대신 흡착판을 형성한 관내 주행장치를 함께 제시하고 있다. 그러나, 흡착판의 경우 장의 내벽에 부착하여 잡아당겨 이동함으로 인해 장의 내벽에 손상을 입히거나, 부착한 부분에 자국을 남겨 실제 질병으로 인한 자국인지 부착으로 인한 자국인지 확인이 어려운 것이 현실이다.

한편, 상기 미국특허공보 US5398670호와 일본 공개특허공보 특개2001-315636호를 포함하여 미국 특허 US5906591호와 같은 공지된 자벌레 타입의 로봇 구동 시스템은 벨로우즈와 그 양단에 형성된 전후방고정부를 포함하며, 이의 구동을 위해 적어도 3개의 공압라인을 사용하고 있다. 즉, 벨로우즈와 전방고정부 및 후방고정부에 각각 별도의 공압라인을 연결하여 각각의 공압라인에 의해 유입되는 공압에 의해 구동이 가능하도록 하고 있다.

그러나, 상기한 바와 같이 3개의 공압라인에 의해 로봇을 구동시키는 시스템은 오랫동안의 연습을 통해 숙련도가 일정 이상 된 전문가에 의해 진행되어야 로봇이 한 방향으로 원활하게 이동될 수 있는데, 그에 따라 미숙련가가 진행하는 경우 로봇이 한 진행방향으로의 진행이 원활하지 않아 환자에게 고통을 줄 수 있다는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 기존의 자벌레 타입의 로봇 구동 시스템을 개선하여 관 내벽에서 충분한 지지력을 확보할 수 있어 관내를 용이하게 이동할 수 있을 뿐만 아니라 관내의 주행시 내벽의 손상을 방지하면서 이동이 가능하도록 한 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가 본 발명은 하나의 공압라인을 사용하면서도 전방고정부와 벨로우즈 및 후방고정부의 유기적인 작동을 유도하여 한 방향으로 이동이 가능하도록 함으로서 사용상의 편의를 도모할 수 있도록 한 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템을 제 공하는데 다른 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 벨로우즈와, 상기 벨로우즈의 전후에 형성된 것으로 관 내벽에 지지되는 지지수단을 갖는 전후방고정부, 및 상기 벨로우즈와 전후방고정부에 정압 또는 부압의 공압을 전달하여 로봇의 이동을 제어하는 적어도 하나의 공압라인을 포함하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템에 있어서, 상기 전후방고정부에 형성된 지지수단은 정압 또는 부압의 공압에 따라 외부로 펼쳐지거나 접어지는 다수개의 다리로 이루어진 것임을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템을 제공한다.

상기한 구성의 로봇 구동 시스템은 다수의 다리가 관내벽에서 충분한 지지력을 확보할 수 있어 관내를 용이하게 이동할 수 있을 뿐만 아니라 관내의 주행시 내벽의 손상을 방지하면서 빠르게 이동이 가능하게 된다.

나아가 본 발명은 공압라인이 벨로우즈와 전방고정부 및 후방고정부 중 어느 하나에 연결되고, 전방고정부와 벨로우즈 및 후방고정부는 서로 공기의 흐름이 가능한 통기공이 형성되어 공압라인을 통해 공압이 전달되면 벨로우즈의 신장과 수축 및 전후방고정부의 이동과 고정이 동시에 이루어지도록 한 것임을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템을 제공한다.

이러한 구성의 로봇 구동시스템은 하나의 공압라인을 사용하면서도 전방고정부와 벨로우즈 및 후방고정부의 유기적인 작동을 유도하여 한 방향으로 이동이 가능하도록 함으로서 비숙련가라도 용이하게 로봇을 구동시킬 수 있어 사용상의 편의 를 도모할 수 있다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 로봇 구동 시스템 구성의 결합 단면도이고, 도 2a는 도 1에 도시된 전방고정부의 분해 사시도이고, 도 2b는 도 1에 도시된 후방고정부의 분해 사시도이며, 도 3a 내지 도 3c는 도 1에 도시된 로봇 구동 시스템의 동작관계를 설명한 도면이다.

상기 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 로봇 구동 시스템은 벨로우즈(20)와, 상기 벨로우즈(20)의 전후방에 형성된 것으로 관 내벽에 지지되는 지지수단을 갖는 전후방고정부(10,30), 및 상기 벨로우즈(20)와 전후방고정부(10,30)에 정압 또는 부압의 공압을 전달하여 로봇의 이동을 제어하는 적어도 하나의 공압라인(50)을 포함하여 구성된다. 이때 상기 전후방고정부(10,30)에 형성된 지지수단은 정압 또는 부압의 공압에 따라 외부로 펼쳐지거나 접어지는 다수개의 다리(14,34)로 이루어진다.

여기서 벨로우즈(20)와, 벨로우즈(20)의 전후방에 형성된 전후방고정부(10,30)는 각각 격막(40,40a)에 의하여 기밀하게 밀봉되어 있는데, 격막(40,40a)은 금속 또는 플라스틱으로 제작된 것을 사용할 수 있으며, 벨로우즈(20)는 고무 또는 플라스틱으로 제작된 것을 사용할 수 있다.

상기에서 다리(14,34)는 관 내벽에 접촉하기 충분한 지지력을 확보하여 용이하게 이동이 가능하도록 하기 위한 것으로서, 전진시 전방고정부(10)나 후방고정 부(30) 둘 중 하나는 다리(14 or 34)가 접혀진 상태이며 다른 하나는 다리(34 or 14)가 펼쳐진 상태로 관 내벽에 접촉하게 된다. 즉, 전방고정부(10)의 다리(14)가 접혀진 상태이면 후방고정부(30)의 다리(34)는 펼쳐진 상태로 관내벽을 클램핑하게 되고, 반대로 후방고정부(30)의 다리(34)가 접혀진 상태이면 전방고정부(10)의 다리(14)는 펼쳐진 상태로 관내벽을 클램핑하게 된다. 따라서 후방고정부(30)의 클램핑시 벨로우즈(20)의 신장에 의해 전방고정부(10)는 전진하게 되고, 전방고정부(10)의 클램핑시 벨로우즈(20)의 수축에 의해 후방고정부(30)는 전방고정부(10) 쪽으로 이동하게 된다. 이때, 관 내벽에서 충분한 지지력을 확보할 수 있도록 하기 위하여 다리(14,34)는 3개 이상이 방사상으로 형성하는 것이 바람직하다.

다리(14,34)는 정압 또는 부압의 공압에 따라 외부로 펼쳐지거나 접어지도록 형성된다. 이를 위하여 벨로우즈(20)의 전방과 후방에 형성되는 전후방고정부(10,30)는 도 2에 도시된 바와 같이 길이방향으로 상단에 통공(111,311)을 갖는 삽입홈(112,312)이 다수개 형성된 케이스(11,31)와, 상기 케이스(11,31) 내부의 안쪽에는 공압의 변화에 따라 전후방으로 이동하는 단부에 패킹(121,321)이 고정된 피스톤(12,32)과, 상기 피스톤(12,32) 단부에 고정되며, 외주연으로 고정홈(131,331)이 형성된 실린더(13,33), 및 일단부가 상기 삽입홈(112,312)에 힌지(15,35) 결합되고, 상단은 통공(111,311)을 통과 상태에서 고정홈(131,331)에 삽입되고, 후단은 실린더(13,33)의 전후 움직임에 따라 삽입홈(112,312)에 삽입 또는 이탈되는 다리(14,34)를 포함하도록 구성된다.

여기서 케이스(11,31) 외측에 형성된 삽입홈(112,312)은 다리(14,34)가 접혀 지는 과정에서 다리(14,34)의 후단부분을 수납하기 위한 공간이다. 아울러 피스톤(12,32)의 단부에는 패킹(121,321)이 고정되는데, 이 패킹(121,321)은 케이스(11,31) 내부 안쪽의 공압의 변화에 따라 피스톤(12,32)을 전후방으로 움직이게 만든다. 실린더(13,33)는 피스톤(12,32)의 전후 이동에 따라 실린더(13,33) 고정홈(131,331)에 고정된 다리(14,34)의 상단을 밀거나 당겨주는 역할을 하는 것으로서, 다리(14,34)의 후단이 케이스(11,31) 삽입홈(112,312)으로부터 펼쳐지거나 접혀지도록 하는 것을 도와준다. 아울러 실린더(13,33)를 피스톤(12,32)단부에 고정하는 것은 접착제 등을 이용하여 실시하거나 나선결합을 통해 실시할 수 있으며, 필요에 따라서는 다양한 방법이 접목될 수 있다. 또한 다리(14,34)의 상단은 케이스(11,31)의 통공(111,311)을 통과 상태에서 실린더(13,33)의 고정홈(131,331)에 삽입되는데, 이와 같이 고정홈(131,331)에 다리(14,34)의 상단이 고정됨에 따라 실린더(13,33)는 다리(14,34) 상단의 회전각도 범위내에서 전후방으로 이동가능하게 형성된다.

결국 상기와 같은 구성을 갖는 전후방고정부(10,30)는 케이스(11,31) 내부의 피스톤(12,32)이 외측으로 후진하게 되면 피스톤(12,32) 단부에 고정된 실린더(13,33) 역시 후진하게 되며, 실린더(13,33)가 후진하면서 실린더(13,33) 고정홈(131,331)에 고정된 다리(14,34)의 상단을 밀거나 당기게 되면서 다리(14,34)의 후단이 접혀지거나 또는 외부로 펼쳐지게 된다. 즉, 피스톤(12,32)이 후진함에 따라 전방고정부(10)의 다리(14)는 접혀지게 되고, 후방고정부(30)의 다리(34)는 펼쳐지면서 관내벽을 클램핑하게 된다. 반대로 케이스(11,31) 내부의 피스톤(12,32) 이 내측으로 전진하게 되면 피스톤(12,32) 단부에 고정된 실린더(13,33) 역시 전진하게 되며, 실린더(13,33)가 전진하면서 실린더(13,33) 고정홈(131,331)에 고정된 다리(14,34)의 상단을 밀거나 당기게 되면서 다리(14,34)의 후단이 외부로 펼쳐지거나 또는 접혀지게 된다. 즉, 피스톤(12,32)이 전진함에 따라 전방고정부(10)의 다리(14)는 펼쳐져 관내벽을 클램핑하게 되고, 후방고정부(30)의 다리(34)는 접혀지게 된다.

이때, 다리(14,34)의 후단이 접혀지거나 펼쳐지도록 하기 위하여 본 발명에 따르면 다리(14,34)의 일단부는 삽입홈(112,312)에 힌지(15,35) 결합되고, 상단은 통공(111,311)을 통과 상태에서 고정홈(131,331)에 삽입되며, 후단은 실린더(13,33)의 전후 움직임에 따라 삽입홈(112,312)에 삽입 또는 이탈되도록 구성된다.

여기서 힌지결합은 케이스(11,31)의 삽입홈(112,312) 수직방향으로 원주를 따라 일렬로 힌지홈(113,313)을 형성하고, 다리(14,34)의 선단에 힌지공(141,341)을 형성하여, 상기 힌지공(141,341)에 와이어 형태의 힌지(15,35)가 관통된 상태에서 힌지홈(113,313)에 안착함으로서 힌지결합이 이루어질 수 있도록 할 수 있다. 그러나 필요에 따라서 힌지결합은 도면에 도시하지는 않았으나 삽입홈(112,312)의 양측면으로 힌지홈을 형성하고, 다리(14,34)의 선단에는 힌지공(141,341)을 형성하여, 상기 힌지공(141,341)에 핀 형상의 힌지를 삽입한 상태에서 힌지홈에 억지끼움하여 이루어질 수도 있으며, 이는 선택적으로 이루어질 수 있는 것이다.

아울러 다리(14,34)는 적어도 관내벽과 접촉되는 단부에 수지가 코팅되는 것 이 바람직하다. 이것은 다리(14,34)의 단부가 관내벽과 접촉시 관내벽의 손상을 최소화하기 위함이다. 수지로는 실리콘이나 폴리우레탄 등이 사용될 수 있으며, 필요에 따라서 다양한 수지가 적용될 수 있다.

본 발명에 따르면 벨로우즈(20)의 신장과 수축 및 전후방고정부(10,30)의 이동과 고정을 위해 벨로우즈(20)와 전후방고정부(10,30)에 정압 또는 부압의 공압을 전달하여 로봇의 이동을 제어하는 적어도 하나의 공압라인(50)을 포함하여 구성된다. 공압라인(50)은 후방고정부(30)의 케이스(11,31) 외부를 거쳐 전방고정부(10)나 후방고정부(30) 또는 벨로우즈(20)와 연결되도록 할 수 있으나, 필요에 따라서는 도면에 도시된 바와 같이 후방고정부(30)의 케이스(11,31) 내부에 별도로 연결공을 형성한 다음 이를 통해 전방고정부(10)나 후방고정부(30) 또는 벨로우즈(20)와 연결되도록 할 수 있다.

여기서 공압라인(50)의 후단은 통상의 공압공급부와 연결될 수 있으며, 이는 당해분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 실시할 수 있는 것이다. 일예를 들어 도면에 도시하지는 않았으나, 공압공급부는 공압공급원과, 상기 공압공급원으로부터 제공되는 공압을 벨로우즈(20)와 전후방고정부(10,30)에 일정하게 공급되도록 하는 공압조절장치와, 상기 공압조절장치를 통과한 공기의 방향을 조절하기 위한 밸브와 및 공압을 진공상태로 만들어 벨로우즈(20)와 전후방고정부(10,30)를 원래위치로 복귀시키기 위한 진공발생기를 포함하여 구성할 수 있다.

여기서 공압라인은 벨로우즈(20)와 전방고정부(10) 및 후방고정부(30)에 각각 연결되며, 각각에 정압 또는 부압의 공압을 전달하여 벨로우즈(20)의 신장과 수 축 및 전후방고정부(10,30)의 이동과 고정을 제어하여 로봇을 이동시킬 수 있도록 구성할 수 있다. 그러나 이와 같이 세 개의 공압라인이 벨로우즈(20)와 전후방고정부(10,30)에 각각 연결될 경우 로봇의 구동을 위하여 벨로우즈(20)와 전방고정부(10) 및 후방고정부(30) 각각을 제어하여야 한다. 그에 따라 숙련가가 아니라면 로봇의 구동이 부자연스럽다는 단점이 있다.

이에 본 발명에서는 도면에 도시된 바와 같이 하나의 공압라인(50)으로 로봇의 구동이 가능하도록 하기 위하여 벨로우즈(20)와 전방고정부(10) 및 후방고정부(30) 중 어느 하나에 공압라인(50)이 연결되고, 전방고정부(10)와 벨로우즈(20) 및 후방고정부(30)는 서로 공기의 흐름이 가능한 통기공(41,41a)을 형성하여 하나의 공압라인(50)에 의해 공압이 전달되면 전달된 공압이 통기공(41,41a)을 통해 벨로우즈(20)와 전방고정부(10) 및 후방고정부(30)에 균일하게 공급되어 벨로우즈(20)의 신장과 수축 및 전후방고정부(10,30)의 이동과 고정이 동시에 이루어지도록 하였다.

이때 공압라인(50)은 벨로우즈(20)에 연결되는 것이 바람직하다. 이것은 빠른 시간에 벨로우즈(20)로 유입된 공기가 전방고정부(10)와 후방고정부(30)로 이동되도록 하여 빠른 이동이 가능하도록 하기 위함이다.

이 경우 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이 정압의 공압이 벨로우즈(20)에 전달되면 정압의 공압이 통기공(41,41a)을 통해 전후방고정부(10,30)로 전달되어 벨로우즈(20)가 신장됨과 아울러 전후방고정부(10,30)의 피스톤(12,32)이 외측으로 후진되어 전방고정부(10)의 다리(14)는 접혀지면서 후방고정부(30)의 다리(34)는 펼쳐져 관내벽을 클램핑하게 된다. 반대로 부압의 공압이 벨로우즈(20)에 전달되면 부압의 공압이 통기공(41,41a)을 통해 전후방고정부(10,30)로 전달되어 벨로우즈(20)가 수축됨과 아울러 전후방고정부(10,30)의 피스톤(12,32)이 내측으로 전진되어 후방고정부(30)의 다리(34)는 접혀지면서 전방고정부(10)의 다리(14)는 펼쳐져 관내벽을 클램핑하게 된다. 따라서 상기 정압의 공압과 부압의 공압이 순차적으로 벨로우즈(20)에 전달되는 과정을 반복하게 되면 로봇이 전진하게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 로봇 구동 시스템 구성의 결합단면도이다.

상기 도 4에 도시된 바와 같이 전방고정부(10)의 케이스(1131) 단부에는 관내벽 검사장치(60)가 장착된다. 여기서 검사장치(60)와 전방고정부(10)는 격막(40b)에 의하여 기밀하게 밀봉되어 있으며, 격막(40b)은 전술한 바와 같이 금속 또는 플라스틱으로 제작된 것을 사용할 수 있다.

검사장치(60)는 주지된 카메라(61)나 조명(62)이 포함될 수 있으며, 이동상의 편의를 위하여 반구형으로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 카메라(61)는 관내벽에 대한 정지화상 또는 동영상을 관찰자가 볼 수 있도록 하기 위한 것으로 당해분야에서 일반적으로 사용되는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 또는 CCD(Charge Coupled Devices), 적외선 카메라 등이 사용될 수 있다. 조명(62)은 카메라(61)가 관 내벽을 용이하게 촬영할 수 있도록 장기의 내벽에 빛을 비추어주는 기능을 한다. 이외에도 필요에 따라서는 다양한 시설이 검사장치(60)에 포함될 수 있으며, 아울러 검사장치(60)는 진동을 막기 위한 방진부재가 더 포 함될 수 있다. 이러한 검사장치(60)는 별도의 연결선에 의해 외부에 있는 장치와 연결되는데, 이는 공지기술을 통해 용이하게 설치할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템은 식도나 소장, 대장 등과 같은 인체의 장기뿐만 아니라 도시가스 등의 연료용 가스의 배관, 수도관, 통신케이블 내장관, 원자로의 냉각관 등의 공업용 배관에도 유용하게 활용될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 로봇 구동시스템의 사용상태를 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 5에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템은 관내벽(100) 특히 인체의 장 내벽에서 전진한다.

먼저 도 5a는 전방고정부(10)의 다리(14)는 펼쳐진 상태이고, 후방고정부(30)의 다리(34)는 접혀진 상태를 나타내며, 벨로우즈(20)는 수축된 상태를 나타낸 것이다.

이 상태에서 공압라인(50)을 통해 정압의 공압이 벨로우즈(20)로 전달되면 도 5b 및 도 5c에서 보는 바와 같이 정압의 공압은 통기공(41,41a)을 통해 전방고정부(10)와 후방고정부(30)에 동시에 전달되게 된다. 그에 따라 벨로우즈(20)는 신장하게 되고, 이와 동시에 전후방고정부(10,30)의 피스톤(12,32)은 외측으로 후진되게 된다. 이로 인하여 전방고정부(10)의 다리(14,34)는 접혀지면서 벨로우즈(20)의 신장에 의해 전방고정부(10)는 앞으로 전진하게 되고 후방고정부(30)의 다리(14,34)는 펼쳐지면서 관내벽(100)을 클램핑하게 된다. 여기서 도 5b는 벨로우즈(20)가 신장되고, 전방고정부(10)의 다리(14,34)는 접혀지고, 후방고정부(30) 의 다리(14,34)는 펼쳐지는 중간 상태를 보여주고 있는 것이며, 도 5c는 벨로우즈(20)가 완전히 신장되고, 전방고정부(10)는 다리(14,34)가 완전히 접혀진 상태에서 벨로우즈(20)의 신장에 의해 전방으로 최대한 이동된 상태를 보여주며, 후방고정부(30)는 다리(14,34)가 완전히 펼쳐져 관내벽(100)을 클램핑한 상태를 보여주는 것이다.

도 5c에 도시된 바와 같은 상태에서 공압라인(50)을 통해 부압의 공압이 벨로우즈(20)로 전달되면, 도 5d 및 도 5e에서 보는 바와 같이 부압의 공압은 통기공(41,41a)을 통해 전방고정부(10)와 후방고정부(30)에 동시에 전달되게 된다. 그에 따라 벨로우즈(20)는 수축하게 되고, 이와 동시에 전후방고정부(10,30)의 피스톤(12,32)은 내측으로 전진되게 된다. 이로 인하여 전방고정부(10)의 다리(14,34)는 펼쳐지면서 관내벽(100)을 클램핑하게 되고, 후방고정부(30)는 다리(14,34)가 접혀지면서 벨로우즈(20)의 수축에 의해 전방고정부(10) 쪽으로 이동하게 된다. 여기서 도 5d는 벨로우즈(20)가 수축되고, 전방고정부(10)의 다리(14,34)는 펼쳐지고, 후방고정부(30)의 다리(14,34)는 접혀지는 중간 상태를 보여주고 있는 것이며, 도 5e는 벨로우즈(20)가 완전히 수축되고, 전방고정부(10)는 다리(14,34)가 완전히 펼쳐져 관내벽(100)을 클램핑하고, 후방고정부(30)는 다리(14,34)가 완전히 접혀진 상태에서 벨로우즈(20)의 수축에 의해 전방고정부(10)쪽으로 최대한 이동된 상태를 보여주는 것이다.

따라서 상기 정압의 공압과 부압의 공압이 순차적으로 벨로우즈(20)에 전달되는 과정을 반복하게 되면 로봇은 관내벽을 전진하게 된다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 전방고정부(10)와 후방고정부(30)에 각각 관 내벽에서 충분한 지지력을 확보할 수 있는 다리(14,34)구조를 도입하여 관내를 용이하게 이동할 수 있을 뿐만 아니라 관내의 주행시 내벽(100)의 손상을 방지하면서 이동이 가능하며, 특히 하나의 공압라인(50)을 사용하면서도 전방고정부(10)와 벨로우즈(20) 및 후방고정부(30)의 유기적인 작동을 유도하여 한 방향으로 이동이 가능하도록 함으로서 초보자라도 용이하게 로봇을 구동시킬 수 있는 유용성을 갖추고 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전후방고정부에 구동에 의해 관내벽을 교대로 클램핑하는 다리를 형성함에 따라 종래 풍선부재나 흡착판을 이용하여 관내를 주행하는 시스템에 비하여 충분한 지지력을 확보할 수 있어 관내를 용이하게 이동할 수 있을 뿐만 아니라 관내의 주행시 내벽의 손상을 방지하면서 이동이 가능하며, 특히 하나의 공압라인을 사용하면서도 벨로우즈와 벨로우즈 전후에 형성된 전후방고정부의 유기적인 구동에 의해 한 방향으로 이동이 가능하도록 함으로서 비숙련 의사도 용이하게 활용할 수 있는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템을 제공하는 유용한 효과가 있다.

상기에서 본 발명은 도면에 도시된 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시된 것에 불과한 것이며, 따라서 본 발명은 당해 기술분야의 통상의 지식을 지닌 자라면 자명하게 도출 가능한 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예를 포괄하도록 의도된 청구범위에 의하여 해석되어져야 할 것이다.

Claims

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벨로우즈(20)와; 상기 벨로우즈(20)의 전후방에 형성되고, 관 내벽에 지지되기 위하여 정압 또는 부압의 공압에 따라 외부로 펼쳐지거나 접어지는 다수개의 다리(14,34)로 이루어진 지지수단을 갖는 전후방고정부(10,30); 및 상기 벨로우즈(20)와 전후방고정부(10,30)에 정압 또는 부압의 공압을 전달하여 로봇의 이동을 제어하는 적어도 하나의 공압라(50)인;을 포함하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템에 있어서,

상기 전후방고정부(10,30)는: 길이방향으로 상단에 통공(111,311)을 갖는 삽입홈(112,312)이 다수개 형성된 케이스(11,31)와; 상기 케이스(11,31) 내부의 안쪽에는 공압의 변화에 따라 전후방으로 이동하는 단부에 패킹(121,321)이 고정된 피스톤(12,32)과; 상기 피스톤(12,32) 단부에 고정되며, 외주연으로 고정홈(131,331)이 형성된 실린더(13,33); 및 일단부가 상기 삽입홈(112,312)에 힌지(15,35) 결합되고, 상단은 통공(111,311)을 통과 상태에서 고정홈(131,331)에 삽입되고, 후단은 실린더(13,33)의 전후 움직임에 따라 삽입홈(112,312)에 삽입 또는 이탈되는 다리(14,34);를 포함함을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 힌지(15,35)결합은: 케이스(11,31)의 삽입홈(112,,312) 수직방향으로 원주를 따라 일렬로 힌지홈(113,313)이 형성되고, 다리(14,34)의 선단에는 힌지공(141,341)이 형성되며, 상기 힌지공(141,341)에 와이어 형상의 힌지(15,35)가 관통된 상태에서 힌지홈(113,313)에 안착되어 이루어진 것;임을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

상기 공압라인(50)은: 벨로우즈(20)와 전방고정부(10) 및 후방고정부(30)에 각각 연결되며, 각각에 정압 또는 부압의 공압을 전달하여 벨로우즈(20)의 신장과 수축 및 전후방고정부(10,30)의 이동과 고정을 제어하여 로봇을 이동시키는 것임;을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템.
청구항 4에 있어서,

상기 전방고정부(10)의 케이스(11) 단부에는: 관내벽 검사장치(60)가 장착된 것을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템.
청구항 4에 있어서,

상기 다리(14,34)는: 적어도 관내벽과 접촉되는 단부에 수지가 코팅된 것임을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템.
청구항 5에 있어서,

상기 다리(14,34)는: 적어도 관내벽과 접촉되는 단부에 수지가 코팅된 것임을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

상기 공압라인(50)은: 벨로우즈(20)와 전방고정부(10) 및 후방고정부(30) 중 어느 하나에 연결되고, 전방고정부(10)와 벨로우즈(20) 및 후방고정부(30)는 서로 공기의 흐름이 가능한 통기공(41,41a)이 형성되어 하나의 공압라인(50)에 의해 공압이 전달되면 벨로우즈의 신장과 수축 및 전후방고정부의 이동과 고정이 동시에 이루어지도록 한 것임;을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템.

벨로우즈(20)와 전방고정부(10) 및 후방고정부(30)에 각각 연결되며, 각각에 정압 또는 부압의 공압을 전달하여 벨로우즈(20)의 신장과 수축 및 전후방고정부(10,30)의 이동과 고정을 제어하여 로봇을 이동시키는 것임;을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템.
청구항 8에 있어서,

상기 공압라인(50)은: 벨로우즈(20)에 연결된 것임;을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템.
청구항 9에 있어서,

상기 로봇의 이동은:

정압의 공압이 벨로우즈(20)에 전달되면 정압의 공압이 통기공(41,41a)을 통해 전후방고정부(10,30)로 전달되어 벨로우즈(20)가 신장됨과 아울러 전후방고정부(10,30)의 피스톤(12,32)이 외측으로 후진되어 전방고정부(10)의 다리(14)는 접혀지면서 후방고정부(30)의 다리(34)는 펼쳐져 관내벽을 클램핑하고,

부압의 공압이 벨로우즈(20)에 전달되면 부압의 공압이 통기공(41,41a)을 통해 전후방고정부(10,30)로 전달되어 벨로우즈(20)가 수축됨과 아울러 전후방고정부(10,30)의 피스톤(12,32)이 내측으로 전진되어 후방고정부(30)의 다리(34)는 접혀지면서 전방고정부(10)의 다리(14)는 펼쳐져 관내벽을 클램핑하고,

상기 정압의 공압과 부압의 공압이 순차적으로 벨로우즈(20)에 전달되는 과정을 반복하게 되면 로봇이 전진하도록 된 것임;을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 전방고정부(10)의 케이스(11) 단부에는: 관내벽 검사장치(60)가 장착된 것을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 다리(14,34)는: 적어도 관내벽과 접촉되는 단부에 수지가 코팅된 것임을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템.
청구항 11에 있어서,

상기 다리(14,34)는: 적어도 관내벽과 접촉되는 단부에 수지가 코팅된 것임을 특징으로 하는 관내 자율 주행형 로봇 구동 시스템.