KR100934806B1 - 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배관 내부를 주행하면서 작업을 하거나 배관을 탐사하는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇에 관한 것으로서, 방사상으로 연장되는 두 개 이상의 고정대(111)를 구비하는 본체(110)와, 상기 각 고정대(111)에 대하여 반경 방향으로 이동 가능하게 구비되는 프레임(121)과, 상기 각 프레임(121)에 하나 이상 설치되며, 배관의 내벽과 접촉하여 회전하는 휠(123)과 상기 휠(123)을 구동시키는 구동수단을 구비하는 구동부(120)와, 상기 프레임(121)을 반경 방향으로 이동시키는 복수의 압착부(130)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며; 배관의 지름과 관계없이 항상 본체(110)의 중심이 배관의 중심에 일치되므로 배관 내에서의 작업을 배관의 원주 방향으로 고르게 수행할 수 있으며, 배관의 지름과 관계없이 휠(123)과 배관 사이의 압착력을 조정하여 로봇(100)을 배관 내부에 위치시켜 작업하는 것이 가능하고, 배관 지름이 변하는 경우에도 일정한 압착력이 유지되도록 하는 것이 가능하며, 배관에 돌출 부분이나 오목한 부분이 있는 경우에도 로봇(100)의 수평이 유지되는 상태에서 주행하는 것이 가능한 효과가 있다.

배관, 로봇, 작업, 탐사

Description

주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇{Robot For Pipeline Work Having Improved Running and Centering Capability}

본 발명은 배관 내부를 탐사하거나 배관 내부를 세척하거나 도포하는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇에 관한 것으로, 본체로부터 방사상으로 형성되는 고정대와, 고정대에 대하여 반경 방향으로 이동 가능하게 구비되는 구동부와, 구동부의 압착력을 조절하는 압착부를 구비함으로써, 항상 본체의 중심과 배관의 중심이 일치되며, 배관의 지름과 관계없이 구동부와 배관 사이의 압착력을 조정할 수 있으며, 배관 지름이 변하는 경우에도 일정한 압착력을 가지도록 하는 것이 가능하고, 배관에 돌출 부분이나 오목한 부분이 있는 경우에도 수평이 유지되는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 사용 목적에 따라 다양한 재질, 다양한 크기 및 다양한 단면 형태를 가지는 배관이 설치되는데, 예를 들면 상하수도관, 도시가스관, 플랜트관 등과 같이 다양한 분야에서 물, 유류, 액화가스와 같은 유체를 이송하는데 사용된다. 이러한 배관은 설치된 후 시간이 흐름에 따라 노화나 부식으로 인하여 결함이 생기거나, 시공할 때 받을 수 있는 외부 충격으로 인하여 손상이 발생할 수 있으며, 상기와 같은 결함이나 손상은 대형 사고의 원인이 되기도 한다.

따라서 배관의 노후나 결함 등을 파악하여 배관 내부 상태를 확인하기 위하여 배관이 시공된 후에 수시로 배관의 내부 상태를 확인하고 유지 보수 작업을 하게 된다. 이러한 유지 보수 작업은 배관 내부를 따라 이동하면서 배관의 상태를 촬영하여 내부 상태를 점검할 수 있으며, 배관 내부에서 필요한 작업을 수행할 수 있는 배관 내부 검사용 로봇을 개발하여 사용하고 있다.

도 1은 배관(P)의 내부를 이동하면서 배관 상태를 탐사하고 배관에 필요한 작업을 하는 장치로서, 특허 제383535호(설비 배관 내부의 탐사 및 도장을 위한 로봇 장치)에 공지되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이 종래 기술에 의한 배관용 로봇 장치는 전방로봇(10)과 후방로봇(20)으로 이루어지며, 필요에 따라 다양한 작업을 수행하기 위하여 다양한 작업 수단이 탑재된다.

상기 전방 로봇(10)은 가압롤러(11)에 의해 배관 내에 지지가 된 상태로 주행하는 주행롤러(12)에 의해 이동하고, 후방로봇(20)도 상기와 동일한 구성의 가압롤러(21) 및 주행롤러(22)를 구비하여 주행롤러(22)에 의하여 이동한다. 상기 전방로봇(10)과 후방로봇(20)은 플랙시블 조인트(18)로 연결되어 곡선 배관상을 이동하는 것도 가능하게 된다.

배관 내부 사진 촬영, 도장 작업, 세척 작업 등 다양한 작업을 수행하기 위하여 상기 전방로봇(10)에 상기와 같은 작업을 수행하기 위한 작업수단이 착탈 가 능하게 장착된다. 도 1에 도시한 플렉시블 튜브(61)를 통하여 상기 전방로봇(10) 및 후방로봇(20)에 전원공급용 전선, 세척 작업을 수행하기 위한 모래 함유 압축 공기 호스, 도장 작업을 위한 도료 공급 호스(61b) 등이 연결된다. 그리고 상기 전방로봇(10) 및 후방로봇(20)의 속도, 주행 방향을 제어하고, 촬영된 사진을 전송받기 위한 데이터 전송선, 제어선(61a) 등도 연결된다. 도 1에서 40은 고정대를, 41은 가이드 롤러를, 50은 제어선을 통하여 상기 전방로봇(10) 및 후방로봇(20)의 속도, 주행방향, 촬영 명령 등을 송신하여 제어하는 제어부를, 60은 모래, 도료 등을 저장하는 서비스 탱크를 도시한 것이다.

도 2는 도 1에 도시한 로봇의 주행상태를 정면에서 도시한 것으로, 상기 전방로봇(10) 및 후방로봇(20)은 각각 모터와 기어열(14)에 연결되는 한 쌍의 원추형 주행롤러(12, 22)에 의하여 배관 내부를 주행한다. 상기 주행롤러(12, 22)는 회전축 상의 임의의 지점에 구경에 따라 길거나 짧은 핀으로 교체 조립되도록 하여 배관의 내경에 따라 간격이 조절될 수 있다.

상기 전방로봇(10)의 상부와 양 측면에서 배관과 접촉하는 3개의 가압롤러(11)는 각각 스프링이 내장되어 배관 상으로 일정한 압력으로 접촉하도록 한다. 그리고 상기 가압롤러(11)에 의하여 주행롤러(12, 22)도 배관에 압착하게 된다. 3개의 가압롤러(11)와 2개의 주행롤러(12)가 배관에 압착되므로 전방로봇(10)은 흔들림 없이 배관 내를 주행할 수 있게 된다. 이때 상기 전방로봇(10) 및 후방로봇(20)은 배관의 굴곡을 감지하도록 양측의 가압롤러(11)(22) 상에 각각 압력센서(15)를 구비한다. 직선의 배관 내를 전진 이동하는 경우에는 양측의 압력센 서(15)에서 검출되는 압력이 동일하지만 배관이 좌측 또는 우측으로 굽어지는 곡선의 배관 지점에 진입하는 순간 양측 가압롤러(11)의 압력센서(15)에서 검출되는 압력 차이에 의해 양측의 주행롤러(12)의 모터 회전수 차이를 유발하여 곡관의 이동이 가능해진다.

그러나 상기와 같은 종래의 배관 탐사용 로봇은 구동력이 약하며, 로봇의 중심과 배관의 중심이 일치하지 않고, 특정 지름의 배관에 대하여 중심을 일치시키도록 조정하여도 배관의 지름 크기가 변하면 다시 중심이 일치하지 않는 문제점이 있었으며, 배관의 지름 크기에 따라 배관에 가해지는 압력의 크기가 다르게 되며, 배관 단면 형상이 변하는 경우 주행이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 배관 탐사용 로봇이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본체로부터 방사상으로 연장되는 고정대와, 고정대에 이동 가능하게 구비되는 구동부와, 구동부를 반경 방향으로 이동시키는 압착부를 구비함으로써, 배관의 지름과 관계없이 항상 본체의 중심을 배관의 중심에 일치시킬 수 있으며, 배관의 지름과 관계없이 일정한 압착력이 배관에 작용하도록 할 수 있는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 배관 내부를 주행하면서 작업을 하거나 배관을 탐사하는 배관 탐사 및 작업용 로봇은 방사상으로 연장되는 두 개 이상의 고정대를 구비하는 본체와; 상기 각 고정대에 대하여 반경 방향으로 이동 가능하게 구비되는 프레임과; 상기 각 프레임에 하나 이상 설치되며, 배관의 내벽과 접촉하여 회전하는 휠과, 상기 휠을 구동시키는 구동수단을 구비하는 구동부와; 상기 프레임을 반경 방향으로 이동시키는 복수의 압착부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기에서 프레임은 반경 방향으로 본체를 향하여 연장되는 하나 이상의 승강 안내바를 포함하고, 상기 본체에는 상기 승강 안내바를 안내하는 안내공이 형성된 가이드가 설치되며; 상기 구동부는 상기 프레임에 힌지 결합핀에 의하여 회전 가능하게 설치되는 브래킷과, 일측은 상기 브래킷에 연결되고 상기 프레임을 관통하여 연장되는 연결바와, 상기 연결바에 끼워지며 일측은 상기 프레임에 접촉하고 타측은 상기 연결바에 접촉하는 완충 스프링을 포함하여 구성되며; 상기 휠은 상기 브래킷에 회전 가능하게 설치되고, 상기 구동수단은 상기 브래킷에 설치되어 휠에 연결되는 모터인 것을 특징으로 한다.

상기 압착부는 고정대에 구비되며 내측으로 나선홈이 형성된 승강너트와, 상기 승강너트의 나선홈과 치합하는 나선이 형성되며 상기 프레임에 회전 가능하게 구비되는 승강볼트와, 상기 승강볼트에 일측으로 구비되는 기어와, 상기 기어에 치합하는 피니언과, 상기 프레임에 설치되며 상기 피니언에 연결되는 압착모터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서 본체는 방사상으로 연장되는 3개의 고정대를 구비하며, 상기 고정대 중 1개의 고정대는 본체에 고정 설치되고 2개의 고정대는 힌지부에 의하여 본체에 회전 가능하게 설치되며, 상기 회전 가능한 고정대 사이에는 피봇부에 의하여 회전 가능하게 설치되며 길이 변화가 가능한 지지체를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100)에 의하면, 본체(110)로부터 방사상으로 연장되는 하나 이상의 고정대(111)를 구비하고, 고정대(111)에 대하여 반경 방향으로 이동하는 프레임(121)과 프레임(121)에 설치되는 구동부(120)를 구비함으로써 배관의 지름과 관계없이 항상 본체(110)의 중심이 배관의 중심에 일치시킬 수 있으므로 배관 내에서의 작업이 고르게 수행되며; 상기 구동부(120)를 반경 방향으로 조절하는 압착부를 구비함으로써 배관의 지름과 관계없이 휠(123)과 배관 사이의 압착력을 조정하여 로봇(100)을 배관 내부에 위치시키는 것이 가능하고, 배관 지름이 변하는 경우에도 일정한 압착력을 가지도록 하는 것이 가능하고, 배관의 종류에 따라 적당한 압착력을 부여하는 것이 가능하며; 배관에 돌출 부분이나 오목한 부분이 있는 경우에도 로봇(100)의 수평이 유지되는 상태에서 주행하는 것이 가능하고, 배관의 단면 형상에 관계없이 로봇의 중심과 배관의 중심을 일치시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇을 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇을 도시한 개략적인 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시한 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇의 일부 분해 사시도이며, 도 5 내지 도 7은 도 3에 도시한 로봇에 작업 장치를 설치하여 작업을 수행하는 예를 개략적인 도시한 일부 단면 측면도이며, 도 8 내지 도 10은 도 3에 도시한 로봇을 배관 내에 위치시킨 후 배관 내경에 압착시키는 과정을 도시한 것이며, 도 11 내지 도 13은 도 3에 도시한 로봇이 내관 내부에서 주행 중 완충 작동 과정을 도시한 것이다.

이하에서 본원 발명의 설명에 있어서 "축 방향"은 도 5에서 화살표로 도시한 방향으로서 배관의 길이 방향을 의미하며, "반경 방향"은 도 10에 도시한 배관에 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇이 설치한 상태에서 배관의 반경 방향을 의미한다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 본 발명의 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100)은 축 방향으로 연장되는 본체(110)를 포함하며, 상기 본체(110)는 반경 방향으로 연장 형성되는 두 개 이상의 고정대(111)를 구비한다. 상기 두 개 이상의 고정대(111)는 반경 방향으로 같은 길이를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 상기 본체(110)에는 축 방향으로 하나 이상의 관통공(112, 114)이 형성되며, 상기 관통공(112, 114)을 통하여 종래 기술에서 서비스 탱크(60)나 제어 부(50)로 연결되는 전원공급용 전선, 압축 공기 호스, 도료 공급 호스, 데이터 전송선, 제어선이 삽입되어 다양한 작업을 하기 위하여 본체(110)의 일 측으로 장착되는 작업수단으로 연결된다.

두 개 이상 구비되는 상기 고정대(111)는 2개, 3개 또는 4개일 수 있다. 탐지 또는 작업 배관의 단면이 도 8에 도시한 바와 같이 원형인 경우에는 2개, 3개 또는 4개 구비될 수 있으며, 배관의 단면이 4각형인 경우에는 2개 또는 4개 구비될 수 있으며, 배관 단면이 3각형, 5각형인 경우에는 3개 구비될 수 있으며, 6각형인 경우에는 2개 또는 3개를 구비하는 것이 가능하다. 상기에서와 같이 다양한 단면을 가지는 배관에 적용하기 위하여 본체(110)의 외주에 축 방향으로 슬릿(Slit)과 같은 장착 수단을 복수 개의 구비하도록 하고, 상기 장착 수단에 필요에 따라 고정대(111)를 설치하여 사용하는 것이 가능하다. 일반적으로 배관의 단면은 원형이므로 상기 고정대(111)는 본체(110)에 대하여 서로 반대 방향으로 연장되는 2개의 고정대(111)를 구비하거나, 서로 120°의 각도를 가지고 반경 방향으로 연장되는 3개의 고정대(111)를 구비하거나, 서로 90°의 각도를 가지고 반경 방향으로 연장되는 4개의 고정대(111)를 구비할 수 있다. 상기에서 배관 내에서 자동 조심이 가능하고 이웃하는 고정대(111) 사이의 간섭을 최소화하기 위하여 120°의 각도로 3개의 고정대(111)를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100)은 상기 본체(110)에 대하여 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되는 하나 이상의 프레임(121)을 포함한다. 상기 프레임(121)은 각 고정대(111)에 설치된다. 상기 프레임(121) 은 일측으로 연장되는 하나 이상의 승강 안내바(137)를 구비한다. 그리고 상기 고정대(111)에는 안내공이 형성된 하나 이상의 가이드(136)가 반경 방향으로 설치되며, 상기 승강 안내바(137)는 상기 가이드(136)의 안내공에 슬라이드 가능하게 삽입된다. 상기 승강 안내바(137)가 가이드(136)의 안내공을 따라 슬라이드 되면서, 상기 프레임(121)은 본체(110)에 대하여 반경 방향으로 이동 가능하게 설치된다.

상기 프레임(121)에는 하나 이상의 구동부(120)가 설치된다. 상기 구동부(120)는 도 1에 도시한 종래 기술에서와 같이 도시하지 않은 제어부에 연결되어 제어되면서 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100)을 전진, 후진시키는 작용을 하는 구성으로서, 상기 프레임(121)에 회전 가능하게 설치되는 휠(123)과, 상기 휠(123)을 구동하는 구동수단으로 이루어진다.

상기 구동부(120)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 상기 프레임(121)에 힌지 결합핀(1211)에 의하여 회전 가능하게 설치되는 브래킷(1216)과, 일측은 상기 브래킷(1216)에 연결되고 상기 프레임(121)을 관통하여 연장되는 연결바(1212)와, 상기 연결바(1212)에 끼워지며 일측은 상기 프레임(121)에 접촉하고 타측은 상기 연결바(1212)에 접촉하는 완충 스프링(1213)을 포함하여 구성되며; 상기 휠(123)은 힌지 결합핀(1211)과 반대 방향으로 상기 브래킷(1216)에 회전 가능하게 설치된다. 상기 구동수단은 상기 브래킷(1216)에 설치되어 휠(123)을 구동하는 구동모터(122)로 구성할 수 있다. 상기 구동모터(122)는 도시하지 않은 감속기를 매개로 휠(123)의 회전축에 직렬 연결하여 휠(123)을 구동할 수 있으며, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 베벨기어(124)를 매개로 휠(123)의 회전축으로 연결하여 휠(123) 을 구동할 수 있다. 베벨기어(124)를 매개로 휠(123)을 구동하는 경우 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 휠(123)의 회전축에 대하여 90°의 각도를 가지도록 구동모터(122)를 설치할 수 있으므로 도 5에 도시한 바와 같이 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100)을 배관 내부에 위치시켰을 때 구동모터(122)와 배관이 서로 접촉하는 것을 방지할 수 있게 되며, 베벨기어(124)를 통하여 필요한 감속 효과를 얻을 수도 있다.

상기 휠(123)은 배관 내벽과 직접 접촉하는 구성으로서, 구동력을 충분하게 하며, 배관 내벽과 접촉할 때 탄성 변형하여 배관 내벽에 손상이 발생하는 것을 방지하기 위하여 배관 내벽과 접촉하는 부분은 우레탄 등과 같은 탄성 재질로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 구동부(120)는 각 프레임(121)에 하나 이상을 설치할 수 있으며, 상기 프레임(121)이 수평을 유지하면서 주행할 수 있도록 상기 구동부(120)는 각 프레임(121)에 2개를 구비하는 것이 바람직하다.

도 3에서 도면부호 1217은 프레임(121)에 구동부(120)를 설치하기 위하여 구비될 수 있는 제1 브래킷을 도시한 것이며, 1218은 상기 제1 브래킷(1217)을 프레임(121)에 고정하기 위한 볼트를 도시한 것이다.

상기 압착부(130)는 구동부(120)를 반경 방향으로 이동시킴으로써, 필요한 압력으로 휠(123)을 배관 내벽에 압착시키는 작용을 하는 구성으로서, 작업의 종류, 배관의 재질, 배관의 지름과 두께에 따라서 충분한 구동력을 갖도록 구동부(120)를 배관에 압착시키는 작용을 한다.

상기 압착부(130)는 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 고정대(111)에 구비되며 내측으로 나선홈이 형성된 승강너트(135)와, 상기 승강너트(135)의 나선홈과 치합하는 나선이 외경면으로 형성되며 상기 프레임(121)에 회전 가능하게 구비되는 승강볼트(132)와, 상기 승강볼트(132)에 일측으로 구비되는 기어(133)와, 상기 기어(133)에 치합하는 피니언(134)과, 상기 프레임(121)에 고정 설치되며 상기 피니언(134)에 연결되는 압착모터(131)를 포함하여 구성된다. 상기에서 압착모터(131)가 회전하면, 피니언(134)이 회전하고, 계속해서 피니언(134)과 치합하는 기어(133)가 회전하면서 승강볼트(132)가 회전하여, 승강볼트(132)는 승강너트(135)와 치합 함으로써 반경 방향으로 이동하고, 따라서 상기 프레임(121)도 반경 방향으로 이동하게 되고, 프레임(121)에 설치되는 구동부(120)의 휠(123)이 배관 내벽으로 압착할 수 있게 된다.

상기 압착모터(131)가 회전하여 구동부(120)를 배관 내벽으로 이동시킬 때, 압착모터(131)로 흐르는 전류를 검출하게 되며, 구동부(120)의 휠(123)이 배관 내벽에 접촉하게 되고 내벽으로 압착 강도가 증가하게 되면, 압착모터(131)로 흐르는 전류는 증가하게 되므로, 검출된 전류로부터 견인하고자 하는 부하량을 계산하여 적정한 부하량을 견인할 수 있는 압착 강도를 가지도록 휠(123)을 배관 내벽에 압착시킬 수 있게 된다.

상기 압착부(130)는 본체(110)의 고정대(111)에 실린더(도시하지 않음)를 설치하고, 실린더 로드(도시하지 않음)를 프레임(121)에 연결하여 구성함으로써, 실린더 로드의 전후진 운동에 의하여 상기 프레임(121)을 반경 방향으로 이동시켜, 상기 휠(123)을 배관 내벽이 압착시키는 것이 가능하다.

상기 본체(110)에는 축 방향으로 하나 이상의 관통공(112 및/또는 114)이 형성되며, 상기 고정대(111)는 상기 관통공의 외측으로 방사상으로 연장 형성된다. 상기 관통공으로 샌드 블라스팅 공법을 위한 샌드나 코팅제 등을 운송하는 작업호스나, 압착모터나 구동모터 등의 구동 제어를 위한 통신 케이블, 전원 공급을 위한 전원 케이블 등이 위치하여, 상기 본체(110)에 구비되는 다양한 작업 수단과, 구동모터나 압착모터로 연결된다.

도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따르는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100)에는 필요에 따라 다양한 작업 수단이 설치될 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이 본체(110)의 전방에 작업 수단으로서 카메라를 설치하여 배관 내부를 이동하면서 배관 내부를 촬영하여 내부 상태를 확인할 수 있다. 이때 휠(123)의 회전축에 톱니가 돌출된 링을 설치하고 브래킷(1216)에 홀 센서 등을 설치하여 이동 거리를 측정할 수 있으며, 도 1에 도시한 플렉시블 튜브(61)의 풀림 길이로부터 이동 거리를 측정하는 것도 가능하다.

상기 카메라로 배관 내부를 촬영함으로써, 배관 내부의 부식이나 이물질 부착, 파손 부위 등을 확인하여 세척과 보수 등을 위한 데이터로 활용할 수 있다.

도 6은 배관 내부에 부착된 이물질을 제거하기 위한 세척 장치를 부착하여 작업하는 상태를 도시한 것이며, 세척 장치를 부착하여 미세 모래를 고속 분사함으로써 배관 내벽에 부착된 이물질을 제거할 수 있다. 도 7은 세척 후 배관 내부를 코팅하기 위한 도장 분사 장치를 부착하여 작업하는 상태를 도시한 것이다.

본 발명에 따르는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100)은 방사상으로 연장되는 2개 이상의 고정대(111)를 구비하는 본체(110)와, 상기 고정대(111)에 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되는 프레임(121)과, 상기 프레임(121)에 설치되는 구동부(120)를 구비함으로써, 작업 수단이 설치되는 본체(110)의 중심과 배관의 중심은 일치하게 된다. 따라서 본체(110)에 카메라, 세척 장치, 도장 분사 장치와 같은 작업 수단을 설치하여 작업을 하는 경우, 작업 수단도 배관 중심에 있게 되므로 배관의 원주 방향으로 일정하게 작업이 수행될 수 있는 효과가 있는 것이다.

도 8 내지 도 10은 배관 내에 본 발명에 따르는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100)이 설치되는 과정을 도시한 것으로, 도 8에 도시한 바와 같이 배관 내부에 용이하게 투입시킬 수 있는 크기로 압착부(130)를 통하여 구동부(120)를 반경 방향으로 후퇴시켜 수축시킨 후, 배관 내부로 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100)을 위치시키고, 제어부의 명령에 의하여 압착부(130)의 압착모터(131)를 회전시키면, 압착모터(131)에 연결된 피니언(134)이 회전하게 된다. 상기 피니언(134)의 회전에 의하여 피니언(134)과 치합하는 기어(133)가 회전하게 되고, 승강볼트(132)가 회전하면서 승강너트(135)를 따라 반경 방향으로 이동하게 되고, 상기 승강볼트(132)가 설치되는 프레임(121)이 반경 방향으로 이동하게 된다. 이때 상기 승강 안내바(137)가 가이드(136)를 따라 이동하면서, 상기 프레임(121)의 이동을 안내한다.

상기 프레임(121)의 반경 방향 이동에 의하여 구동부(120)도 일체로 반경 방 향으로 이동하여, 도 9의 단계를 걸쳐 도 10에 도시한 바와 같이 구동부(120)의 휠(123)들이 배관 내벽에 접촉하게 된다. 압착모터(131)의 구동이 시작되면서부터 각 압착모터(131)로 흐르는 전류를 측정하게 되며, 휠(123) 들이 배관 내벽에 접촉하면서부터 압착모터(131)로 흐르는 전류는 증가하게 되며, 압착 강도가 커질수록 전류도 더욱 증가하게 된다. 상기 전류의 측정에 의하여 작업 환경이나 배관의 상태(배관의 재질, 두께, 지름)에 적정한 압착 강도를 가지도록 하여 필요한 작업을 착수하기 위한 상태로 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100)을 준비한다.

상기에서 압착부(130)를 실린더로 구성하는 경우, 구동부(120)에 더욱 상세하게는 연결바(1212)와 완충 스프링(1213) 사이나, 완충 스프링(1213)과 프레임(121) 사이에 도시하지 않은 로드셀을 설치하여 휠(123)의 압착 강도를 검출할 수도 있다.

도 8 내지 도 10에 도시한 바와 같이 본 발명에 따르는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100)은 배관 지름에 관계없이, 휠(123)과 배관 내벽 사이에 필요한 압착 강도를 가지도록 설치하는 것이 가능하며, 작업 중 배관 지름이 변화하는 경우에도 상기 압착부(130)를 통하여 구동부(120)를 수축 또는 확장시킴으로써 필요한 압착 강도를 유지하면서 작업을 계속할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 8 내지 도 10에서는 3개의 고정대(111)를 가지는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100)을 도시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 2 개 이상의 고정대(111)를 구비하는 것이 가능하다.

도 11 내지 도 13은 본 발명에 따르는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100)의 구동부(120)의 작동을 설명하기 위한 것으로, 신관(신규 생산한 관의 도장 작업)은 물론이고, 이미 사용되고 있는 기존 배관의 내벽 보수 등의 작업에 있어서도 작업을 용이하게 할 수 있다. 기존 배관의 내벽에는 침전물에 의해 고화된 요철이나 관의 부식으로 내벽이 고르지 않게 되어 로봇의 전진 또는 후퇴함에 있어 원활하게 움직일 수 없는 경우에, 돌출 부분이나 오목한 부분을 완충 스프링(1213)에 의해 원활하게 통과할 수 있게 된다.

도 11에 도시한 바와 같이 구동부(120) 전방으로 배관 내측에 이물질 부착되어 있는 경우에, 이물질에 의하여 휠(123)에 외력이 가해지면, 도 12에 도시한 바와 같이 휠(123)에 전달된 외력에 의하여 힌지 결합핀(1211)을 중심으로 브래킷(1216)이 반시계 방향으로 회전하게 되며 힌지 결합핀(1211) 일측으로 구비되는 연결바(1212)가 들어 올려지면서, 완충 스프링(1213)은 압축하게 된다. 따라서 이물질에 의하여 휠(123)에 외력이 가해지는 경우에도 완충 스프링(1213)에 의하여 완충 되고, 도 13에 도시한 바와 같이 휠(123)이 이물질 부착 부분을 통과하면, 이물질에 의한 외력이 제거되면서 완충 스프링(1213)의 복원력에 의하여 브래킷(1216)은 힌지 결합핀(1211)을 중심으로 다시 시계 방향으로 회전하여 본래의 상태로 되돌아 오게 된다.

따라서 배관 내부에 이물질과 같은 돌출부나, 부식에 의한 오목부가 있는 경우에도 구동부(120)가 도 11에서 반시계 또는 시계 방향으로 회전하면서 부드럽게 통과할 수 있으며, 이물질이나 오목부가 있는 경우에도 구동부(120)의 회전에 의하여 프레임(21)은 수평이 유지되며, 따라서 본체(110)도 수평을 유지할 수 있게 되어, 배관의 원주 방향으로 항상 일정하게 작업을 수행할 수 있게 된다.

도 14와 도 15는 본 발명의 변형 예를 설명하기 위하여 본 발명 배관 작업 로봇을 이루는 구성의 일부를 도시한 것이며, 도 14에 도시한 바와 같이 본 발명의 변형 예에서는 본체(110)는 3개의 고정대(111, 111-1)를 구비하며, 상기 3개의 고정대 중 1개의 고정대(111)는 본체(110)에 고정 설치되며, 2개의 고정대(111-1)는 본체(110)에 대하여 도 14의 화살표 방향으로 회전 가능하게 설치된다. 도 14에서 도면 부호 111-2는 상기 고정대(111-1)를 본체(110)에 회전 가능하게 연결하는 힌지부를 도시한 것이다.

상기 회전 가능한 고정대(111-1)는 길이 변화가 가능한 지지체(115)에 의하여 서로 연결된다. 상기 지지체(115)는 내측으로 암나사가 형성된 관체(115a)와, 상기 관체(115a) 내부로 삽입되며 상기 암나사와 치합하는 수나사가 외측으로 형성된 로드(115b)로 형성하여 길이 변화가 가능하도록 형성하는 것이 가능하다.

상기 관체(115a)는 회전 가능한 고정대(111-1) 중 어느 한 고정대(111-1)에 도 14에 화살표(a) 방향으로 회전 가능하게 설치되며, 상기 로드(115b)는 회전 가능한 고정대(111-1) 중 다른 고정대(111-1)에 도 14에 화살표(b) 방향으로 회전 가능하게 설치된다. 그리고 상기 로드(115b)는 화살표(c)로 표시한 바와 같이 로드(115b)의 축 방향으로도 회전 가능하게 설치된다. 상기에서 관체(115a)를 관체(115a)의 축 방향으로 회전 가능하게 설치하는 것도 가능하며, 상기 로드(115b) 와 관체(115a) 모두를 축 방향으로 회전 가능하게 설치하는 것도 가능하다. 도 14에서 도면 부호 111-3은 상기 관체(115a)와 로드(115b)를 회전 가능하게 설치하기 위한 피봇부를 도시한 것이다.

상기에서와 같이 3개의 고정대 중 1개의 고정대(111)는 본체(110)에 고정 설치되며, 2개의 고정대(111-1)는 본체(110)에 대하여 도 14의 화살표 방향으로 회전 가능하게 설치함으로써 도 15에 도시한 바와 같이 지지체(115)의 길이를 조정함으로써 2개의 고정대(111-1) 사이의 각도(θ)를 조정하여, 다양한 단면 형상을 가지는 관체에 적응시켜 설치하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 배관 내부 탐사 및 작업용 로봇의 사용 상태를 도시한 일부 측면 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 로봇의 주행 상태를 도시한 정면도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇을 도시한 개략적인 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시한 배관 작업 로봇의 일부 분해 사시도이다.

도 5 내지 도 7은 도 3에 도시한 로봇에 작업 장치를 설치하여 작업을 수행하는 예를 개략적인 도시한 측면도이다.

도 8 내지 도 10은 도 3에 도시한 로봇을 배관 내에 위치시킨 후 배관 내경에 압착시키는 과정을 도시한 것이다.

도 11 내지 도 13은 도 3에 도시한 로봇이 내관 내부에서 주행 중 완충 작동 과정을 도시한 것이다.

도 14 및 도 15는 본 발명에 따르는 배관 작업 로봇의 변형 예를 설명하기 위하여 일부 구성을 도시한 것이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100 : 배관 작업 로봇 110 : 본체

111 : 고정대 120 : 구동부

121 : 프레임 122 : 구동모터

123 : 휠(Wheel) 124 : 베벨기어

1211 : 힌지 결합핀 1212 : 연결바

1213 : 완충 스프링 1216 : 브래킷

130 : 압착부 131 : 압착모터

132 : 승강볼트 133 : 기어

134 : 피니언 135 : 승강너트

136 : 가이드 137 : 승강 안내바

Claims (4)

1. 배관 내부를 주행하면서 작업을 하거나 배관을 탐사하는 배관 작업 로봇에 있어서, 방사상으로 연장되는 두 개 이상의 고정대(111)를 구비하는 본체(110)와; 상기 각 고정대(111)에 대하여 반경 방향으로 이동 가능하게 구비되는 프레임(121)과; 상기 각 프레임(121)에 하나 이상 설치되며, 배관의 내벽과 접촉하여 회전하는 휠(123)과, 상기 휠(123)을 구동시키는 구동수단을 구비하는 구동부(120)와; 상기 프레임(121)을 반경 방향으로 이동시키는 복수의 압착부(130)를 포함하며; 상기 압착부(130)는 고정대(111)에 구비되며 내측으로 나선홈이 형성된 승강너트(135)와, 상기 승강너트(135)의 나선홈과 치합하는 나선이 형성되며 상기 프레임(121)에 회전 가능하게 구비되는 승강볼트(132)와, 상기 승강볼트(132)에 일측으로 구비되는 기어(133)와, 상기 기어(133)에 치합하는 피니언(134)과, 상기 프레임(121)에 설치되며 상기 피니언(134)에 연결되는 압착모터(131)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100).
2. 제1 항에 있어서, 상기 프레임(121)은 반경 방향으로 본체(110)를 향하여 연장되는 하나 이상의 승강 안내바(137)를 포함하고, 상기 본체(110)에는 상기 승강 안내바(137)를 안내하는 안내공이 형성된 가이드(136)가 설치되며; 상기 구동부(120)는 상기 프레임(121)에 힌지 결합핀(1211)에 의하여 회전 가능하게 설치되는 브래킷(1216)과, 일측은 상기 브래킷(1216)에 연결되고 상기 프레임(121)을 관통하여 연장되는 연결바(1212)와, 상기 연결바(1212)에 끼워지며 일측은 상기 프레임(121)에 접촉하고 타측은 상기 연결바(1212)에 접촉하는 완충 스프링(1213)을 포함하여 구성되며; 상기 휠(123)은 상기 브래킷(1216)에 회전 가능하게 설치되고, 상기 구동수단은 상기 브래킷(1216)에 설치되어 휠(123)에 연결되는 구동모터(122)인 것을 특징으로 하는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100).
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서, 상기 본체(110)는 방사상으로 연장되는 3개의 고정대를 구비하며, 상기 고정대 중 1개의 고정대(111)는 본체(110)에 고정 설치되며, 2개의 고정대(111-1)는 힌지부(111-2)에 의하여 본체(110)에 회전 가능하게 설치되며, 상기 고정대(111-1) 사이에는 피봇부(111-3)에 의하여 회전 가능하게 설치되며 길이 변화가 가능한 지지체(115)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇(100).

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