KR100877898B1 - 조명밝기의 원격제어가 가능한 배관 내부 검사용 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조명밝기의 원격제어가 가능한 배관 내부 검사용 로봇에 관한 것으로, 원격제어기를 이용하여 로봇에 탑재된 발광소자의 광량을 제어함으로써, 배관의 구조 및 배관의 특성에 따라 달라지는 배관내부의 밝기정도에 대응하여 최적화된 촬영환경을 제공하여 선명한 배관내부영상을 획득할 수 있도록 한 것이다.

또한, 본 발명은 로봇에 탑재되는 발광소자를 근거리용 및 원거리용으로 구분하고, 이에 대한 광량을 각각 제어하여, 로봇의 위치를 기준으로 한 배관내부의 거리에 따라 서로 다른 밝기의 빛을 조사함으로써, 근거리 및 원거리의 배관내부를 촬영한 영상이 선명하게 촬영될 수 있도록 한 것이다.

따라서, 다양한 구조 및 특성을 갖는 모든 배관설비에 대하여, 최상의 배관내부 영상정보를 제공함으로써, 각 배관설비의 구조 및 특성에 적합한 정확한 검사가 이루어짐은 물론, 그에 따른 배관설비의 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

배관 내부 검사용 로봇, DSP, FPGA, LED, 원격제어기

Description

조명밝기의 원격제어가 가능한 배관 내부 검사용 로봇{Pipe inside inspection robot for remotely controlling brightness}

도 1은 본 발명에 의한 조명밝기의 원격제어가 가능한 배관 내부 검사용 로봇의 일 예를 나타낸 구성도이다.

도 2는 도 1에 나타난 저출력 발광소자의 광량을 제어하기 위한 데이터 변환과정의 일 예를 나타낸 표이다.

도 3은 도 2의 신호를 입력받아 저출력 발광소자의 광량을 제어하는 저출력 정전류 제어소자를 포함하는 저출력 발광소자 제어회로도이다.

도 4는 도 1에 나타난 고출력 발광소자의 광량을 제어하기 위한 데이터 변환과정의 일 예를 나타낸 표이다.

도 5는 도 4의 신호를 입력받아 고출력 발광소자의 광량을 제어하는 고출력 정전류 제어소자를 포함하는 고출력 발광소자 제어회로도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 배관 내부 검사용 로봇 131 : 신호처리부

132 : 제어신호생성부 133 : 저출력 정전류 제어소자

134 : 저출력 발광소자 135 : 고출력 정전류 제어소자

136 : 고출력 발광소자 200 : 원격제어기

본 발명은 조명밝기의 원격제어가 가능한 배관 내부 검사용 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 본 발명은 배관의 구조 및 배관의 특성에 따라 달라지는 배관내부의 밝기정도에 따라 발광수단에 의한 광량을 제어하여, 배관내부의 영상을 촬영함에 있어 최적화된 광량을 제공할 수 있음은 물론, 로봇의 위치를 기준으로 한 배관내부의 거리에 따라 서로 다른 밝기의 빛을 조사함으로써, 근거리 및 원거리의 배관내부를 촬영한 영상이 동일한 밝기를 갖도록 제어할 수 있는 것이다.

따라서, 배관설비의 정확한 검사가 이루어짐은 물론, 그에 따른 배관설비의 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 것이다.

일반적으로 배관설비는 도시가스관, 상하수관, 건물내부의 배관시설, 선박 또는 항공기 내부의 배관시설 등 광범위한 분야에서 사용되고 있으며, 주로 식수의 공급, 신선한 공기의 공급, 기계장치의 연료공급 등을 위하여 사용되고 있다.

이러한 배관설비는 외부로부터의 이물질 유입 및 내부물질의 유출을 방지하지 못하면 그 목적을 수행하기 어렵기 때문에 배관설비의 안전성이 충분히 보장받아야 하며, 특히 가연성 가스와 같은 위험한 물질이 내부를 유동하는 배관설비의 경우, 파손 등이 발생하게 되면 수많은 인명 및 재산의 손실과 자연환경의 파괴를 야기할 수도 있다.

따라서, 배관 설비는 설계, 시공, 운전뿐만 아니라, 시간의 경과와 환경의 변화에 따른 성능의 저하를 항상 검사 및 진단하여 설비의 안전성을 확보하여야 한다.

이러한 이유로 인하여 다양한 방법을 통해 배관설비의 안전성검사를 수행하고 있으며, 최근에는 원격제어가 가능한 로봇을 이용하여 배관설비, 특히 배관내부를 검사하는 방법이 사용되고 있다.

상기와 같은 로봇은 자체적으로 램프 등의 발광수단을 구비하고 있으며, 상기 발광수단에 의해 빛을 방출하여 배관내부의 영상을 촬영, 이를 원격지의 관리자에게 전송하며, 관리자는 전송된 영상을 확인하여 배관내부의 이상여부를 판단하게 된다.

한편, 상기 배관설비는 그 목적에 따라, 배관의 재질 및 배관내부면 처리방법 등이 다르고, 동일한 목적의 배관설비의 구조 등도 적용대상에 따라 달라지게 되며, 이러한 이유로 인하여 배관설비내부의 밝기정도는 달라지게 된다.

따라서, 배관내부를 이동하는 로봇이 촬영하는 영상의 밝기가 최적화되지 못하여, 정확한 배관내부의 검사가 이루어지지 못하는 경우가 빈번히 발생하였다.

또한, 배관내부의 거리에 관계없이 동일한 광량을 조사하기 때문에, 근거리는 너무 밝게 촬영되고 원거리는 어둡게 촬영되는 문제점이 있었다.

특히, 배관내부에 코팅층 등이 형성된 경우, 빛을 비추게 되면 이를 반사하는 정도가 크기 때문에, 배관내부의 촬영이 불가능해지는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 배관의 구조 및 배관의 특성에 따라 달라지는 배관내부의 밝기정도에 따라 발광수단에 의한 광량을 제어하여, 배관내부의 영상을 촬영함에 있어 최적화된 광량을 제공할 수 있는 조명밝기의 원격제어가 가능한 배관 내부 검사용 로봇을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 로봇의 위치를 기준으로 한 배관내부의 거리에 따라 서로 다른 밝기의 빛을 조사함으로써, 근거리 및 원거리의 배관내부를 촬영한 영상이 동일한 밝기를 갖도록 제어할 수 있는 조명밝기의 원격제어가 가능한 배관 내부 검사용 로봇을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 조명밝기의 원격제어가 가능한 배관 내부 검사용 로봇은, 원격제어기로부터 전송된 광량제어데이터를 수신하여 분석하고, 상기 광량제어데이터에 포함된 광량레벨데이터를 추출하여 출력하는 신호처리부; 상기 신호처리부에서 출력된 광량레벨데이터를 수신하여 분석하고, 상기 광량레벨데이터에 대응하여 저출력발광소자의 광량을 제어하기 위한 제1 광량제어신호 또는 상기 광량레벨데이터에 대응하여 고출력발광소자의 광량을 제어하기 위한 제2 광량제어신호 중 적어도 하나를 생성하여 출력하는 제어신호생성부; 상기 제어신호생성부에서 출력된 제1 광량제어신호를 수신하고, 상기 제1 광량제어신호에 대응하는 제1 출력제어신호를 생성하여 상기 저출력발광소자의 광량을 제어하는 저출력 정전류제어소자; 및 상기 제어신호생성부에서 출력된 제2 광량제어신호를 수신하여, 상기 제2 광량제어신호에 대응하는 제2 출력제어신호를 생성하여 상기 고출력발광소자의 광량을 제어하는 고출력 정전류제어소자를 포함하는 것 을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 조명밝기의 원격제어가 가능한 배관 내부 검사용 로봇에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 조명밝기의 원격제어가 가능한 배관 내부 검사용 로봇의 일 예를 나타낸 구성도로서, 배관내부에서의 이동과 배관내부촬영 및 간단한 응급처치를 수행(이물질 제거 등)할 수 있는 배관내부 검사용 로봇(100)과, 사용자의 조작에 대응하여 상기 배관내부 검사용 로봇(100)을 제어하기 위한 원격제어기(200)로 구성되며, 상기 배관내부 검사용 로봇(100)과 원격제어기(200)간의 통신방식은 작업환경에 따라 유선 및 무선 통신방식 중 적어도 하나를 이용하여 데이터를 송수신하게 된다.

상기 배관내부 검사용 로봇(100)은 상기 원격제어기(200)로부터 전송되는 제어신호에 따라, 배관내부를 촬영하고 효율적인 배관내부의 촬영을 위하여 조명등의 광량을 제어하는 기능을 포함하는 것으로, 배관내부를 촬영하는 카메라(111)와 촬영된 영상을 데이터처리 가능한 신호로 변환하는 영상신호처리부(112) 및 상기 변환된 신호를 원격제어기(200)로 전송하고 원격제어기(200)로부터 제어신호를 수신하는 송수신부(120)와 더불어, 신호처리부(131), 제어신호생성부(132), 저출력 정전류제어소자(133), 저출력발광소자(134), 고출력 정전류제어소자(135), 고출력발광소자(136)를 포함한다.

상기 신호처리부(131)는, 원격제어기(200)로부터 전송된 광량제어데이터를 수신하여 분석하고, 상기 광량제어데이터에 포함된 광량레벨데이터를 추출하는 것으로, 'TMS320F2812' 등의 DSP(Digital Signal Processor)로 구성된다.

상기 제어신호생성부(132)는, 상기 신호처리부(131)에서 추출되어 전송된 광량레벨데이터를 분석하고, 상기 광량레벨데이터에 대응하여 저출력발광소자(134) 또는 고출력발광소자(136)의 광량을 제어하기 위한 제1 광량제어신호 또는 제2 광량제어신호를 생성하여 출력하는 것으로, 'EP20K100TC144-1' 등의 FPGA(Field Programmable Gate Array)로 구성된다.

상기 저출력 정전류제어소자(133)는, 상기 제어신호생성부(132)에서 출력된 제1 광량제어신호를 수신하고, 상기 제1 광량제어신호에 대응하는 제1 출력제어신호를 생성하여 상기 저출력발광소자(134)의 광량을 제어하는 것으로, 'FAN5606' 등의 정전류제어소자로 구성된다.

상기 저출력발광소자(134)는 'NSPW510BS' 등의 저출력 LED(Light Emitting Diode)로 구성되며, 배관내부 검사용 로봇(100)으로부터 가까운 거리의 배관내부를 촬영하기 위한 광원을 제공하는 것이다.

상기 고출력 정전류제어소자(135)는, 상기 제어신호생성부(132)에서 출력된 제2 광량제어신호를 수신하여, 상기 제2 광량제어신호에 대응하는 제2 출력제어신호를 생성하여 상기 고출력발광소자(136)의 광량을 제어하는 것으로, 'NUD4001' 등의 정전류제어소자로 구성된다.

상기 고출력발광소자(136)는 'LUXEON' 등의 고출력 LED로 구성되며, 배관내부 검사용 로봇(100)으로부터 원거리의 배관내부를 촬영하기 위한 광원을 제공하는 것이다.

상기 원격제어기(200)는 배관내부 검사용 로봇(100)의 이동과 배관내부촬영 및 간단한 응급처치 등을 제어하기 위한 키보드, 마우스 및 스틱 등의 입력장치(210)와, 배관내부 검사용 로봇(100)이 촬영한 배관내부영상을 출력하는 디스플레이장치(220)로 구성된다.

또한, 사용자가 상기 디스플레이장치(220)로 출력되는 배관내부영상의 밝기를 조절하고자 할 경우, 상기 입력장치(210)를 이용하여 저출력발광소자(134) 또는 고출력발광소자(136)의 광량을 제어하기 위한 조작을 수행한다.

여기서, 상기 원격제어기(200)는 개인용컴퓨터 또는 휴대용단말기 등을 포함하며, 상기 입력장치(210)에 대한 사용자의 조작과, 사용자의 조작에 따른 제어데이터의 생성 및 전송 방법은 당업자의 요구에 따라 다양한 변형이 가능하므로, 특정한 것에 한정하지 않음은 당연하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 배관내부 검사용 로봇(100)의 저출력발광소자(134)의 광량을 제어하는 가장 바람직한 예를 살펴보기로 한다.

우선, 배관내부의 용접부위확인 및 이물질제거 등을 위하여 근거리 배관내부영상을 촬영하는 경우에 대하여 살펴보기로 한다.

배관내부 검사용 로봇(100)의 카메라(111)를 통해 근거리의 배관내부영상이 촬영되고, 촬영된 배관내부영상이 영상신호처리부(112)를 통해 데이터처리된 후, 송수신부(120)를 통해 원격제어기(200)로 전송되면, 상기 원격제어기(200)는 수신된 배관내부영상을 디스플레이장치(220)에 출력하게 된다.

사용자는 디스플레이장치(220)를 확인하고, 근거리의 배관내부영상을 촬영함에 있어 광량의 조절이 필요하다고 판단되면, 배관내부영상의 촬영에 필요한 광량을 조절하도록 입력장치(210)를 조작한다.

상기 입력장치(210)의 조작에 의해 광량조절정보가 입력되면, 원격제어기(200)는 배관내부검사용 로봇(100)의 송수신부(120)에 광량제어데이터를 전송하며, 송수신부(120)는 전송받은 광량제어데이터를 신호처리부(131)로 전송한다.

상기 신호처리부(131)는 전송받은 광량제어데이터 중 저출력발광소자(134)에 대응하는 정보, 예를 들어 도 2에 나타난 바와 같이 'BIT 4 내지 BIT 7'에 해당하는 2진 정보를 추출하여 분석한다.

상기 신호처리부(131)는 상기 분석된 2진 정보에 대응하는 광량레벨데이터(도 2에 나타난 '단계 1 내지 단계 4')를 제어신호생성부(132)로 전송하며, 상기 제어신호생성부(132)는 전송된 광량레벨데이터에 대응하는 제1 광량제어신호(도 2에 나타난 'A' 및 'B')를, 도 3에 나타난 저출력 정전류제어소자(133)의 'A'단자 및 'B'단자로 전송한다.

상기 저출력 정전류제어소자(133)는 도 2의 하이(High) 또는 로우(Low)신호가 'A'단자 및 'B'단자로 입력되면, 해당 신호에 대응하는 전류를 'Vout'단자로 출력하며, 상기 'Vout'단자로 출력된 전류의 세기에 따라 저출력발광소자(134)의 광량이 조절된다.

다음으로, 배관내부 검사용 로봇(100)의 이동 등을 위하여 원거리 배관내부영상을 촬영하는 경우에 대하여 살펴보기로 한다.

배관내부 검사용 로봇(100)의 카메라(111)를 통해 원거리의 배관내부영상이 촬영되고, 촬영된 배관내부영상이 영상신호처리부(112)를 통해 데이터처리된 후, 송수신부(120)를 통해 원격제어기(200)로 전송되면, 상기 원격제어기(200)는 수신된 배관내부영상을 디스플레이장치(220)에 출력하게 된다.

사용자는 디스플레이장치(220)를 확인하고, 원거리의 배관내부영상을 촬영함에 있어 광량의 조절이 필요하다고 판단되면, 배관내부영상의 촬영에 필요한 광량을 조절하도록 입력장치(210)를 조작한다.

상기 입력장치(210)의 조작에 의해 광량조절정보가 입력되면, 원격제어기(200)는 배관내부검사용 로봇(100)의 송수신부(120)에 광량제어데이터를 전송하며, 송수신부(120)는 전송받은 광량제어데이터를 신호처리부(131)로 전송한다.

상기 신호처리부(131)는 전송받은 광량제어데이터 중 고출력발광소자(136)에 대응하는 정보, 예를 들어 도 4에 나타난 바와 같이 'BIT 0 내지 BIT 3'에 해당하는 2진 정보를 추출하여 분석한다.

상기 신호처리부(131)는 상기 분석된 2진 정보에 대응하는 광량레벨데이터(도 4에 나타난 '단계 1 내지 단계 11')를 제어신호생성부(132)로 전송하며, 상기 제어신호생성부(132)는 전송된 광량레벨데이터에 대응하는 제2 광량제어신호(도 4에 나타난 'Duty Rate'에 대응하는 펄스폭변조(PWM)신호)를, 도 5에 나타난 고출력 정전류제어소자(135)로 전송한다.

상기 고출력 정전류제어소자(135)는 도 4의 'Duty Rate'에 대응하는 펄스폭변조(PWM)신호가 입력되면, 해당 신호에 대응하는 전류를 'Iout1 내지 Iout4'단자로 출력한다.

그리고, 상기 'Iout1 내지 Iout4'단자에서 출력된 전류는 하나의 노드(Node)를 통해 합쳐져, 고출력 정전류제어소자(135)로 전송되며, 상기 고출력 정전류제어소자(135)는 입력되는 전류의 세기에 따라 광량이 조절된다.

따라서, 배관내부에서 다양한 기능을 수행하는 배관내부 검사용 로봇(100)을 제어함에 있어, 배관내부의 밝기정도에 따라 발광소자의 광량을 제어함으로써, 보다 선명한 영상정보를 얻을 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명에 의한 조명밝기의 원격제어가 가능한 배관 내부 검사용 로봇에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상기와 같은 본 발명은 원격제어기를 이용하여 배관내부를 검사하기 위한 로봇에 탑재된 발광소자의 광량을 제어함으로써, 배관의 구조 및 배관의 특성에 따라 달라지는 배관내부의 밝기정도에 대응하여 최적화된 촬영환경을 제공하여 선명한 배관내부영상을 획득할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명은 로봇에 탑재되는 발광소자를 근거리용 및 원거리용으로 구분하고, 이에 대한 광량을 각각 제어하여, 로봇의 위치를 기준으로 한 배관내부의 거리에 따라 서로 다른 밝기의 빛을 조사함으로써, 근거리 및 원거리의 배관내부를 촬영한 영상이 선명하게 촬영될 수 있는 것이다.

따라서, 다양한 구조 및 특성을 갖는 모든 배관설비에 대하여, 최상의 배관내부 영상정보를 제공함으로써, 각 배관설비의 구조 및 특성에 적합한 정확한 검사가 이루어지도록 하는 효과가 있다.

또한, 배관설비의 정확한 검사가 가능해짐으로 인해, 해당 배관설비에 대한 안전성 및 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 원격제어기로부터 전송된 광량제어데이터를 수신하여 분석하고, 상기 광량제어데이터에 포함된 광량레벨데이터를 추출하여 출력하는 신호처리부;

   상기 신호처리부에서 출력된 광량레벨데이터를 수신하여 분석하고, 상기 광량레벨데이터에 대응하여 저출력발광소자의 광량을 제어하기 위한 제1 광량제어신호 또는 상기 광량레벨데이터에 대응하여 고출력발광소자의 광량을 제어하기 위한 제2 광량제어신호 중 적어도 하나를 생성하여 출력하는 제어신호생성부;

   상기 제어신호생성부에서 출력된 제1 광량제어신호를 수신하고, 상기 제1 광량제어신호에 대응하는 제1 출력제어신호를 생성하여 상기 저출력발광소자의 광량을 제어하는 저출력 정전류제어소자; 및

   상기 제어신호생성부에서 출력된 제2 광량제어신호를 수신하여, 상기 제2 광량제어신호에 대응하는 제2 출력제어신호를 생성하여 상기 고출력발광소자의 광량을 제어하는 고출력 정전류제어소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명밝기의 원격제어가 가능한 배관 내부 검사용 로봇.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 광량제어데이터는,

   저출력발광소자의 광량을 제어하기 위한 저출력발광소자용 제어데이터와,

   고출력발광소자의 광량을 제어하기 위한 고출력발광소자용 제어데이터를 포 함하며,

   상기 광량레벨데이터는,

   상기 저출력발광소자용 제어데이터에 대응하는 저출력발광소자용 레벨데이터와,

   상기 고출력발광소자용 제어데이터에 대응하는 고출력발광소자용 레벨데이터를 포함하며,

   상기 제1 광량제어신호는 상기 저출력발광소자용 레벨데이터에 대응하는 하이(High)/로우(Low) 신호로 이루어지고,

   상기 제2 광량제어신호는 상기 고출력발광소자용 레벨데이터에 대응하는 펄스폭변조(PWM)신호로 이루어진 것을 특징으로 하는 조명밝기의 원격제어가 가능한 배관 내부 검사용 로봇.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 저출력발광소자용 제어데이터 및 고출력발광소자용 제어데이터는 4비트(bit)의 2진 데이터로 이루어지며,

   상기 저출력발광소자용 레벨데이터는 1 내지 4단계의 레벨로 구성되고,

   상기 고출력발광소자용 레벨데이터는 1 내지 11단계의 레벨로 구성되며,

   상기 제어신호생성부는, 상기 저출력발광소자용 레벨데이터에 대응하는 하이/로우 신호를 서로 다른 두 단자로 출력하고, 고출력발광소자용 레벨데이터에 대응하는 펄스폭변조신호를 또 다른 하나의 단자로 출력하는 FPGA(Field Programmable Gate Array)로 구성되며,

   상기 저출력정전류제어소자는 상기 FPGA의 서로 다른 두 단자에서 출력되는 하이/로우 신호에 대응하는 정전류를 출력하여 저출력발광소자의 광량을 제어하는 FAN5606소자로 구성되고,

   상기 고출력정전류제어소자는 상기 FPGA의 또 다른 하나의 단자에서 출력되는 펄스폭변조신호의 듀티비(Duty Rate)에 대응하는 정전류를 출력하여 고출력발광소자의 광량을 제어하는 NUD4001소자로 구성된 것을 특징으로 하는 조명밝기의 원격제어가 가능한 배관 내부 검사용 로봇.

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