KR101050302B1

KR101050302B1 - 구조물 점검 로봇 및 이를 포함하는 구조물 점검 차량

Info

Publication number: KR101050302B1
Application number: KR1020080124515A
Authority: KR
Inventors: 최영진; 문영식; 이병주; 이종세; 장기호; 이정호; 오세민
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2011-07-19
Also published as: KR20100065920A

Abstract

구조물 점검 로봇 및 이를 포함한 구조물 점검 차량을 제공한다. 구조물 점검 로봇은 영상을 획득하며, 외란에 대한 보상이 가능하도록 팬틸트 구동에 의해 각도가 조절되는 카메라 모듈 및 상기 카메라 모듈이 장착되며, 상기 카메라 모듈과 상기 구조물 사이의 거리가 조절되도록 상승 또는 하강이 가능한 본체를 포함하여, 외란을 보상함으로써 촬영된 영상의 신뢰도를 높일 수 있다.

복층 구동, 자이로 센서, 레이져 센서

Description

구조물 점검 로봇 및 이를 포함하는 구조물 점검 차량{STRUCTURE INSPECTION ROBOT AND VEHICLE HAVING THE SAME}

본 발명은 구조물 점검 로봇 및 이를 포함하는 구조물 점검 차량에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조물과의 거리를 조절할 수 있고 점검 과정에서 발생할 수 있는 외란의 영향을 받지 않고 영상을 획득할 수 있는 구조물 점검 로봇 및 이를 포함한 구조물 점검 차량에 관한 것이다.

최근 교량 등 각종 구조물의 안전 점검에 대한 관심이 증대되면서 다양한 검사 장치 또는 검사 방법을 이용하여 교량 등의 구조물을 점검하고 있다. 구조물 점검을 통해 구조물의 안전성을 검사하고 손상된 부분에 대한 유지 보수 방법을 결정하게 된다.

현재 구조물 점검은 점검자가 육안으로 균열, 부식과 같은 위험 요소를 식별하여 도면에 표시하는 방법을 사용한다. 수작업으로 작성된 도면의 내용을 교량관리시스템(Bridge Management System, BMS)에 입력하고 교량의 상태를 관리한다.

그러나, 점검 결과의 정확성, 점검자의 안전, 교량 등 구조물 하부의 접근성이 보장되기 어렵고, 다수의 인력에 대한 비용문제가 발생하기 때문에 영상 처리 기법을 이용하여 자동으로 구조물 하부 균열을 검출할 수 있는 무인 점검 시스템에 대한 필요성이 대두되고 있다.

기존의 구조물 점검 시스템은 교량 등의 구조물에서 발생하는 진동과 바람과 같은 외란(外亂)으로 명확한 구조물 영상을 획득하기 힘들며, 다양한 구조의 교량을 측정하기 힘들다.

또한, 2차원 영상을 이용하여 점검 대상의 외관 및 표면만 검사할 뿐, 3차원의 구조 정보는 측정하지 못하며 재촬영이 필요한 상황이 발생할 경우 정확한 위치에 대해 재측정이 어려운 문제점도 있다.

영상 정합을 이용하여 전체적인 평면 도면을 생성할 경우에도 교량의 특성상 위치를 구별할 수 있는 특징점들이 많지 않기 때문에 정확한 점검 위치를 찾기 어렵고, 기존의 교량을 관리하는 시스템과의 호환성, 적용성 등이 떨어지기 때문에 점검 데이터의 관리가 쉽지 않다는 문제점도 있다.

본 발명은 교량상판 하부면과 카메라와의 거리를 조절할 수 있으며, 기울기를 감지할 수 있는 자이로 센서를 이용하여 목표가 되는 각도로 카메라 위치를 유지할 수 있기 때문에 외란에 영향을 받지 않고 영상을 획득 할 수 있는 구조물 점검 로봇 및 이를 포함하는 구조물 점검 차량을 제공한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 달성하기 위하여, 구조물의 영상을 획득하며, 외란에 대한 보상이 가능하도록 팬틸트 구동에 의해 각도가 조절되는 카메라 모듈 및 상기 카메라 모듈이 장착되며, 상기 카메라 모듈과 상기 구조물 사이의 거리가 조절되도록 상승 또는 하강이 가능한 본체를 포함하는 구조물 점검 로봇을 제공한다.

이를 위해, 상기 카메라 모듈은 상기 구조물의 영상을 촬영하는 카메라, 상기 구조물에 대한 상기 카메라의 각도를 센싱하는 자이로 센서, 상기 구조물과 상기 카메라 사이의 거리를 감지하는 레이져 센서 및 상기 자이로 센서의 센싱 결과에 따라 상기 카메라가 영상을 획득하고자 하는 각도를 유지하도록 상기 카메라를 팬틸트 구동시키는 팬틸트 모터부를 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성함으로써, 구조물의 하부가 접근하기 힘든 경우에도 용이하게 구조물 점검 로봇이 접근할 수 있으며, 바람이나 구조물의 진동이 발생하더라도 구조물 점검 로봇의 카메라가 목표 위치를 유지할 수 있다.

상기 팬틸트 모터부는 외란에 의한 상기 카메라의 팬 모션을 보상하는 팬 모터 및 외란에 의한 상기 카메라의 틸트 모션을 보상하는 틸트 모터를 포함할 수 있다. 팬 모터 및 틸트 모터를 모두 구비함으로써, 카메라의 피치와 롤 모션을 모두 컨트롤할 수 있다. 이 때, 상기 팬틸트 모터부는 외란이 존재하지 않는 경우 상기 카메라가 중력 반대 방향을 유지할 수 있다.

상기 카메라, 상기 자이로 센서 및 상기 레이져 센서는 일체로 형성되어 카메라 센서 모듈을 형성할 수도 있다. 즉, 카메라 모듈에 별도의 카메라 센서 모듈을 형성하여, 카메라와 센서를 일체로 팬틸트되게 할 수도 있다.

상기 본체는 상기 레이져 센서가 센싱한 상기 구조물과 상기 카메라 모듈 사이의 거리에 따라 상승 또는 하강할 수 있다. 이를 위해, 상기 본체는 상기 레이져 센서의 센싱 결과에 따라 구동하는 승강 모터, 상기 승강 모터에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전하며 구동와이어의 일단이 권취 구동되는 구동 풀리, 상기 구동와이어를 가이드하며 상기 구동 풀리의 일측에 구비된 피동 풀리, 상기 구동와이어의 타단이 고정되며 상기 승강 모터가 장착된 구동플레이트 및 상기 구동플레이트의 상측에 제공되고 상기 구동플레이트를 관통하며 상기 피동 풀리에 일단이 연결된 구동 로드의 타단이 고정되는 피동플레이트를 포함할 수 있다.

한편, 상기 본체의 승강 높이는 구비되는 플레이트의 개수에 따라 확장 또는 축소 가능하다. 상기 본체가 상기 피동플레이트에 고정되는 확장 피동 풀리, 상기 피동플레이트에 일단이 연결되고 상기 확장 피동풀리에 의해 가이드되는 피동와이어, 일단에는 상기 피동와이어의 타단이 고정되며, 상기 피동플레이트를 관통하는 피동 로드 및 상기 피동 플레이트의 상측에 제공되고 상기 피동 로드의 타단이 고정되는 확장 피동 플레이트를 더 포함하면, 상기 본체의 승강 높이를 더 크게 할 수 있다.

상기 카메라 모듈은 상기 피동 플레이트 또는 상기 확장 피동 플레이트 중 어느 하나에 장착될 수 있다. 즉, 상기 카메라 모듈은 최상부에 제공되는 플레이트에 장착됨으로써, 점검하고자 하는 구조물과 카메라의 거리를 근접하게 설정할 수 있다.

상기 확장 피동 풀리, 상기 피동 와이어 및 상기 피동 로드는 상기 구동 로드를 중심으로 대칭적으로 형성될 수 있다. 이로 인해, 카메라 모듈이 좌우 어느 한 쪽으로 치우치면서 승강하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 본체는 상기 피동 플레이트 또는 상기 확장 피동 플레이트에 일단이 고정되고 상기 구동 풀리에 타단이 권취되는 전복 풀림 방지 와이어를 더 포함할 수 있으며, 상기 전복 풀림 방지 와이어는 상기 구동 와이어와 반대 방향으로 상기 구동 풀리에 권취될 수 있다. 이와 같이, 전복 풀림 방지 와이어를 구비함으로써, 구조물 점검 도중에 구조물 점검 로봇이 전복되는 경우에도 카메라 모듈이 아래쪽으로 쏟아지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 전복 풀림 방지 와이어가 구동 풀리에 감겨 있기 때문에 카메라 모듈이 하측으로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

상기 구동 플레이트 또는 상기 피동 플레이트에는 상기 구동 로드 또는 상기 피동 로드의 승강 운동을 안내하는 슬라이드 부쉬를 형성하여, 플레이트와 로드 사이의 마찰을 줄일 수 있다.

상기 본체는 상기 구동 플레이트를 지지 고정하는 프레임부를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 복수개의 플레이트, 풀리 및 와이어를 포함하여 본체를 구성함으로써, 상기 본체는 상기 구동 플레이트의 승강만으로 상기 피동 플레이트 또는 상기 확장 피동 플레이트를 승강시키는 복층 구동 구조를 구현할 수 있다. 복층 구동 구조는 제공되는 확장 피동 플레이트의 개수를 확장함으로써 얻을 수 있다.

한편, 본 발명은 상기에서 언급한 구조물 점검 로봇, 상기 구조물 점검 로봇이 장착되는 멀티 링크 부재 및 상기 멀티 링크 부재가 연결되며, 이동 가능한 탑재부를 포함하는 구조물 점검 차량을 제공한다.

여기서, 상기 멀티 링크 부재는 자동 또는 수동으로 작동할 수 있으며, 상기 탑재부에 창작되어 좌우 회전이 가능한 제1링크, 상기 제1링크에 연결되며, 폴딩 및 언폴딩이 가능한 제2링크, 상기 제2링크에 회전 가능하게 연결되며 길이의 연장 및 축소가 가능한 제3링크 및 상기 제3링크에 회전 가능하게 연결되고 길이의 연장 및 축소가 가능하며 상기 구조물 점검 로봇이 장착되는 제4링크를 포함할 수 있다. 이와 같이 구성함으로써, 상기 멀티 링크 부재는 7자유도를 가질 수 있으며, 상기 멀티 링크 부재에 탑재되는 구조물 점검 로봇이 영상을 촬영할 수 있는 작업 영역을 확대할 수 있다.

본 발명에 따르면, 교량 하부의 다양하고 복잡한 상황에 맞게 촬영이 가능하도록 팬틸트 구조와 로봇에 장착된 카메라의 높이를 제어하며, 자이로센서와 레이 져 센서를 장착하여 외란을 보상함으로써, 촬영된 영상의 신뢰도를 높일 수 있다.

본 발명의 구조물 점검 로봇은 1개 층의 구동만으로 다른 상위층의 구동을 이끌어 낼 수 있으며, 로봇이 중력방향으로 뒤집어 졌을 때 구조물 점검 로봇이 아래쪽으로 쏟아지는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 구조물 점검 로봇을 이용함으로써, 현장에서 점검을 수행한 점검자 뿐만 아니라 다른 관리자들도 쉽게 현장에 가지 않더라도 현장 상황과 교량의 상태를 판단할 수 있다. 영상 정합과 보정 기술을 이용하여 전체 도면을 생성하고 3차원 모델링을 함으로써 교량의 특정 위치를 다양한 각도에서 분석할 수 있다. 영상 정합 과정에서 획득된 영상의 원근감에 따른 왜곡을 보정하여 더욱 정확한 측정결과를 기대할 수 있으며, 기존의 교량 관리 시스템과의 데이터 교환이 가능하다.

본 발명은 측정 영상의 균열 정보를 자동으로 측정하고 도면을 생성함으로써 작업자의 작업량을 줄이고 영상 처리를 기반으로 하기 때문에 수작업으로 그린 손상 형태보다 정확한 정보를 제공한다. 획득된 영상은 도면에 사상시킬 수 있기 때문에 손상의 변화를 한눈에 알아 볼 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 작용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 점검 차량을 이용하여 교량의 하부를 모습을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 따른 구조물 점검 차량의 멀티 링크 부재의 작동 상태를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 구조물 점검 차량(200)은 교량 등의 구조물의 영상을 획득하는 구조물 점검 로봇(100), 구조물 점검 로봇(100)이 장착되는 멀티 링크 부재(210) 및 멀티 링크 부재(210)가 연결되며, 이동 가능한 탑재부(260)를 포함하여 구성될 수 있다.

구조물 점검 차량(200)은 교량(B) 등의 구조물 위에서 이동 가능하며, 측정하고자 하는 교량의 상판 하부 위치에서 정차한 후 점검을 수행할 수 있다. 구조물 점검 차량(200)은 점검 위치를 견고하게 유지하기 위한 유압 지지부(미도시)를 구비하고 있으며, 구조물 점검 로봇(100)을 탑재하기 위한 멀티 링크 부재(210)를 구비할 수 있다.

여기서, 멀티 링크 부재(210)는 자동 또는 수동으로 작동할 수 있다. 즉, 정상적인 작동 상태하에서는 자동으로 폴딩 또는 언폴딩되거나, 확장 또는 수축될 수 있다. 멀티 링크 부재(210)는 유압에 의해 자동으로 작동될 수 있다. 그러나, 고장 등으로 인해 유압계통이 원활하게 작동하지 않는 경우에는 수동으로 멀티 링크 부재(210)를 작동시킬 수도 있다. 이와 같이, 비상시에 멀티 링크 부재(210)가 수동으로 작동되는 것이 바람직하다.

한편, 멀티 링크 부재(210)는 여러 개의 링크가 연결되어 이루어지는데, 탑재부(260)에 창작되어 좌우 회전이 가능한 제1링크(211), 제1링크(211)에 연결되며, 폴딩(folding, 접힘) 및 언폴딩(unfolding, 펼쳐짐)이 가능한 제2링크(221), 제2링크(221)에 회전 가능하게 연결되며 길이의 연장 및 축소가 가능한 제3링크(231) 및 제3링크(231)에 회전 가능하게 연결되고 길이의 연장 및 축소가 가능하며 구조물 점검 로봇(100)이 장착되는 제4링크(241)를 포함할 수 있다.

이러한 멀티 링크 부재(210)에 구조물 점검 로봇(100)을 장착함으로써, 교량 하부 등 쉽게 접근이 어려운 위치까지도 용이하게 구조물 점검 로봇(100)을 보낼 수 있다.

한편, 도 2에는 멀티 링크 부재(210)의 작동 가능 자유도가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 우선 제2링크(221)는 제1링크(211)에서 접히거나 펼쳐질 수 있다(도 2a 참조). 이러한 상태에서 제1링크(211)는 탑재부(260)에서 회전할 수 있으며, 제3링크(231)가 제2링크(221)에서 접히거나 펼쳐질 수 있다(도 2b 참조). 이러한 작동과 함께 제3링크(231)에서 제4링크(241)가 접히거나 펼쳐질 수 있다(도 2c 참조). 뿐만 아니라, 제3링크(231)는 확장 또는 축소되면서 그 길이 조절이 가능하고, 제4링크(241)는 제3링크(231)에서 회전 가능하며, 제4링크(241)도 확장 또는 축소되면서 그 길이 조절이 가능하다(도 2d 및 도 2e 참조).

이러한 움직임이 가능한 멀티 링크 부재(210)를 구성하는 제1링크 내지 제4링크(211,221,231,241)를 모두 가동한다면 멀티 링크 부재(210)는 7 자유도(DOF; Degree Of Freedom)를 가질 수 있기 때문에 멀티 링크 부재(210)에 탑재되는 구조 물 점검 로봇(100)이 영상을 촬영할 수 있는 작업 영역을 최대한 확대할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 점검 로봇(100)의 구성에 대해서 살펴 본다.

도 3은 도 1에 따른 구조물 점검 로봇을 도시한 사시도, 도 4는 도 3에 따른 구조물 점검 로봇의 내부 구성을 도시한 사시도, 도 5는 도 4에 따른 구조물 점검 로봇의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면, 도 6a 및 도 6b는 도 3에 따른 구조물 점검 로봇의 카메라 모듈을 도시한 사시도이다.

우선, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 구조물 점검 로봇(100)은 교량 등 구조물의 영상을 획득하며 외란(外亂)에 대한 보상이 가능하도록 팬틸트(Pan-tilt) 구동에 의해 각도가 조절되는 카메라 모듈(160) 및 카메라 모듈(160)이 장착되며, 카메라 모듈(160)과 구조물(B, 도 1 참조) 사이의 거리가 조절되도록 상승 또는 하강이 가능한 본체(110)를 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성함으로써, 교량 등 점검하고자 하는 구조물의 하부까지 접근하기 힘든 경우에도 용이하게 구조물 점검 로봇(100)을 점검하고자 하는 위치까지 보낼 수 있으며, 구조물 점검 로봇(100) 주위에 바람 많이 불거나 교량 위로 많은 차량이 운행되고 있어서 구조물의 진동이 발생하더라도 구조물 점검 로봇(100)의 카메라(171)가 목표 위치를 유지할 수 있다.

외란에도 불구하고 카메라 모듈(160)이 목표 위치, 목표 위치에 대한 거리 또는 목표 위치에 대한 각도 등을 유지하기 위해서는 목표 위치에 대한 초기 설정 거리 또는 각도 정보를 센싱하기 위한 각종 센서 및 센싱된 정보에 의하여 초기 설 정 거리 또는 각도로 복귀하기 위한 구동부가 있어야 할 것이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 카메라 모듈(160)은 구조물의 영상을 촬영하는 카메라(171), 구조물에 대한 카메라(171)의 각도를 센싱하는 자이로 센서(Gyro Sensor, 181), 구조물과 카메라(171) 사이의 거리를 감지하는 레이져 센서(Laser Sensor, 186) 및 자이로 센서(181)의 센싱 결과에 따라 카메라(171)가 영상을 획득하고자 하는 각도를 유지하도록 카메라(171)를 팬틸트(Pan-tilt) 구동시키는 팬틸트 모터부(190)를 포함할 수 있다.

점검하고자 하는 구조물인 교량(B, 도 1 참조)의 상판 하부면과 카메라(171)와의 거리를 감지할 수 있는 레이져 센서(186)로 수직으로 발생하는 외란을 보상할 수 있으며, 구조물 점검 로봇(100)의 기울기를 감지할 수 있는 자이로 센서(181)로 카메라(171)를 지구중력 반대방향을 기준으로 팬틸트 구동하여 목표가 되는 각도로 카메라(171)의 위치를 유지할 수 있기 때문에 외란에 영향을 받지 않고 점검하고자 하는 구조물의 영상을 획득할 수 있다.

팬틸트 모터부(190)는 외란에 의한 카메라(171)의 팬 모션(pan motion)을 보상하는 팬 모터(pan motor, 191) 및 외란에 의한 카메라(171)의 틸트 모션(tilt motion)을 보상하는 틸트 모터(tilt motor, 196)를 포함할 수 있다.

팬 모터(191)는 팬모터 지지부(145)에 의해 지지되고, 틸트 모터(196)는 틸트 모터 지지부(143)에 의해 지지될 수 있다. 틸트 모터 지지부(143)는 팬 모터(191)에 의해 팬 모션 제어가 가능하도록 장착되어 있다.

카메라(171), 자이로 센서(181) 및 레이져 센서(186)는 카메라 센서 모듈 하 우징(172)에 내장되어 틸트 모터(196)에 의해 틸트 모션 제어가 가능하도록 장착되어 있다.

팬 모터(191)의 구동에 의해 틸트 모터 지지부(143)를 움직임으로써 피치 또는 팬 모션 제어를 할 수 있고, 틸트 모터(196)에 의해 카메라 센서 모듈 하우징(172)을 움직임으로써 롤 또는 틸트 제어를 할 수 있다.

팬틸트 모터부(190)는 외란 발생시 카메라(171)가 영상을 획득하고자 하는 각도를 유지 하도록 팬틸트 모션을 제어하게 되어 있다. 외란이 존재하지 않을 때는 카메라(171)를 중력 반대 방향(롤: 0도, 피치: 0도)로 유지하도록 설정되어 있다. 만약, 팬 모션(pan motion) 또는 피치(pitch)에 외란이 존재하면 이를 보상하기 위해 팬 모터(191)를 구동하여 카메라(171)의 팬 모션을 제어하며, 틸트 모션(tilt motion) 또는 롤(roll)에 외란이 존재하면 이를 보상하기 위해 틸트 모터(196)를 이용하여 카메라(171)의 틸트 모션을 제어할 수 있다.

이와 같이, 팬 모터(191)와 틸트 모터(196)를 모두 구비함으로써, 카메라(171)의 피치와 롤 모션을 모두 컨트롤할 수 있다. 이 때, 팬틸트 모터부(190)는 외란이 존재하지 않는 경우 카메라(171)가 중력 반대 방향을 유지하도록 설정되어 있다.

자이로 센서(181)는 지구의 자기장을 이용하여 각도를 측정하므로 교량 등 구조물이나 구조물 점검 로봇(100)의 구조와 독립적으로 카메라(171)의 각도를 제어할 수 있다.

여기서, 카메라(171), 자이로 센서(181) 및 레이져 센서(186)는 일체로 형성 되어 서브 모듈인 카메라 센서 모듈(180)을 형성할 수도 있다. 즉, 카메라 모듈(160)에 별도의 카메라 센서 모듈(180)을 형성하여, 카메라(171)와 센서(181,186)가 일체로 팬틸트 구동되도록 할 수도 있다. 이로 인해, 카메라 센서 모듈(180)이 팬틸트 모터부(190)에 의해 X-Y 2방향 회전구동을 할 수 있고, 이로서 외부 움직임에 의해 카메라 모듈(160) 또는 카메라 센서 모듈(180)이 기울어지는 값을 보상할 수 있다.

한편, 카메라 모듈(160) 또는 카메라 센서 모듈(180)은 레이져 센서(186)가 센싱한 값에 의해 구조물과의 거리를 일정하게 유지할 수 있는데, 구조물과 카메라 모듈(160) 사이의 거리는 구조물 점검 로봇(100)의 본체(110)의 승강에 의해서 조절될 수 있다. 이와 같이 본체(110)가 승강됨에 따라 카메라 모듈(160)과 점검하고자 하는 구조물인 교량의 상판 하부면 사이의 거리를 항상 일정하게 유지할 수 있다. 이로 인해, 점검하고자 하는 구조물의 표면 형상이나 구조가 다양하고 복잡한 경우에도 신뢰성이 높은 영상을 획득할 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 구조물 점검 로봇(100)의 본체(110) 구조에 대해서 보다 자세히 살펴 본다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 구조물 점검 로봇(100)의 본체(110)는 레이져 센서(186)가 센싱한 구조물과 카메라 모듈(160) 사이의 거리에 따라 상승 또는 하강할 수 있도록, 본체(110)는 레이져 센서(186)의 센싱 결과에 따라 구동하는 승강 모터(120), 승강 모터(120)에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전하며 구동와이어(124)의 일단이 권취(捲取, winding) 구동되는 구동 풀리(122), 구동와이어(124) 를 가이드하며 구동 풀리(122)의 일측에 구비된 피동 풀리(126), 구동와이어(124)의 타단이 고정되며 승강 모터(120)가 장착된 구동플레이트(128) 및 구동플레이트(128)의 상측 또는 상부에 제공되고, 구동플레이트(128)를 관통하며 피동 풀리(126)에 일단이 연결된 구동 로드(129)의 타단이 고정되는 피동플레이트(138)를 포함할 수 있다.

이와 같이 구성됨으로써, 승강 모터(120)를 구동하여 구동 풀리(122)에 구동와이어(124)를 감아서 구동와이어(124)의 길이를 줄이면, 피동 풀리(126)가 상승하게 되고 피동 풀리(126)에 일단이 연결 고정된 구동 로드(129)도 함께 상승하게 된다. 구동 로드(129)가 상승하면 구동 로드(129)의 타단에 연결 고정된 피동 플레이트(138)가 상승하게 된다. 만약 카메라 모듈(160)이 피동 플레이트(138)에 장착되어 있다면 카메라 모듈(160)이 상승하게 된다. 이 때, 피동 플레이트(138)는 레이져 센서(186)의 센싱 값에 의거하여 설정된 구조물과의 거리에 도달할 때까지 상승할 수 있다.

한편, 본체의 승강 높이를 더 크게 하기 위해서 카메라 모듈(160)이 장착되는 플레이트의 개수를 확장할 수 있다. 즉, 상기에서 언급한 피동 플레이트(138) 위쪽에 별도의 플레이트를 더 구비하고 이 플레이트에 카메라 모듈(160)을 장착함으로써, 카메라 모듈(160)의 승강 높이를 키울 수 있다. 본체(110)의 하부에는 구동 플레이트(128) 및 승강 모터(120) 등을 지지 고정하는 프레임부(F)가 형성될 수 있다. 프레임부(F)의 일측에는 승강 모터(120) 또는 팬틸트 모터부(190) 등의 구동을 제어하기 위한 컨트롤 박스(미도시)가 형성될 수 있다.

이하에서는 피동 플레이트(138) 위에 별도의 플레이트를 더 구비하고 이를 승강시키는 구성에 대해서 살펴 본다.

도 5를 참조하면, 구조물 점검 로봇(100)의 본체(110)가 피동플레이트(138)에 고정되는 확장 피동풀리(136), 피동플레이트(138)에 일단이 연결되고 확장 피동풀리(136)에 의해 가이드되는 피동와이어(134), 일단에는 피동와이어(134)의 타단이 고정되며, 피동플레이트(138)를 관통하는 피동 로드(139) 및 피동 플레이트(138)의 상측에 제공되고 피동 로드(139)의 타단이 고정되는 확장 피동 플레이트(148)를 더 포함하는 경우에는 본체(110) 또는 카메라 모듈(160)의 승강 높이를 더 크게 할 수 있다. 이 때, 카메라 모듈(160)은 확장 피동 플레이트(148)에 장착될 수 있다.

확장 피동 플레이트(148)를 더 구비한 경우의 작동 원리를 설명하면 다음과 같다. 피동 플레이트(138)가 상승하면 피동 플레이트(138)에 고정되어 있는 확장 피동풀리(136)가 함께 상승하게 된다. 피동 플레이트(138)가 상승함에 따라 구동 플레이트(128)와 피동 플레이트(138) 사이의 거리가 커지게 되고, 피동 와이어(134)의 움직임에 의해 피동 로드(139)가 상승하게 된다. 피동 로드(139)가 상승하게 되면, 피동 로드(139)에 연결 고정된 확장 피동 플레이트(148)가 상승하게 된다.

이러한 구동 원리에 의해 하나의 승강 모터(120)를 구동하여 여러 개의 플레이트를 모두 승강시킬 수 있다. 즉, 복수개의 플레이트(128,138,148), 풀리(122,126,136) 및 와이어(124,134)를 포함하여 본체(110)를 구성함으로써, 본 체(110)는 구동 플레이트(128)의 승강만으로 피동 플레이트(138) 또는 확장 피동 플레이트(148)를 승강시키는 복층 구동 구조를 구현할 수 있다. 복층 구동 구조는 제공되는 확장 피동 플레이트의 개수를 확장함으로써 얻을 수 있다. 즉, 확장 피동 플레이트(148)의 개수는 카메라 모듈(160)을 상승시키고자 하는 필요 높이에 따라 결정될 수 있다.

카메라 모듈(160)은 피동 플레이트(138) 또는 확장 피동 플레이트(148) 중 어느 하나에 장착될 수 있다. 즉, 카메라 모듈(160)은 최상부에 제공되는 플레이트에 장착됨으로써 점검하고자 하는 구조물과 카메라(171)의 거리를 근접하게 설정할 수 있다.

확장 피동 풀리(136), 피동 와이어(134) 및 피동 로드(139)는 구동 로드(129)를 중심으로 대칭적으로 형성될 수 있다. 이로 인해, 카메라 모듈(160)이 좌우 어느 한 쪽으로 치우치면서 승강하는 것을 방지할 수 있다. 도 4를 참조하면, 피동 로드(139)의 사이에 구동 로드(129)가 위치하도록 제공되어 있는데, 이와 같이 구동 로드(129)와 피동 로드(139)를 서로 대칭이 되도록 배치함으로써, 카메라 모듈(160)이 부드럽게 승강할 수 있으며 구동 또는 피동 로드(129,139)의 마모를 방지할 수 있다.

구동 플레이트(128) 또는 피동 플레이트(138)에는 구동 로드(129) 또는 피동 로드(139)의 승강 운동을 안내하는 슬라이드 부쉬(123,133)를 각각 제공함으로써, 플레이트(128,138)와 로드(129,139) 사이의 마찰을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 슬라이드 부쉬(123,133)가 일정한 높이를 가지기 때문에 로드(129,139)가 수직 방향 으로 정확하게 승강하도록 안내할 수도 있다.

본체(110)는 구동 플레이트(128)를 지지 고정하는 프레임부(F)를 더 포함할 수 있다. 프레임부(F)는 구조물 점검 차량(200)의 제4링크(241)에 장착될 수 있다.

도면 중 미설명 부호인 "145"는 팬모터 지지부이다.

구조물 점검 도중 바람 등이 강하게 부는 경우에는 구조물 점검 로봇(100)이 뒤집어지거나 전복될 수도 있다. 구조물 점검 로봇(100)이 전복되면 중력에 의해 카메라 모듈(160), 확장 피동 플레이트(148) 또는 피동 플레이트(138)가 아래쪽으로 쏟아지고, 피동 풀리(126)에 감겨 있던 구동 와이어(124)가 풀릴 수 있다. 이처럼 카메라 모듈(160)이 아래쪽으로 쏟아지면 카메라(171) 또는 센서(181,186)에 고장이 생길 수도 있기 때문에 쏟아짐을 방지하는 것이 필요하다.

본 발명에 따른 구조물 점검 로봇(100)은 이러한 쏟아짐을 방지하기 위해, 피동 플레이트(138) 또는 확장 피동 플레이트(148)에 일단이 고정되고 구동 풀리(122)에 타단이 권취되는 전복 풀림 방지 와이어(144)를 더 포함할 수 있다. 전복 풀림 방지 와이어(144)는 구동 와이어(124)와는 반대 방향으로 구동 풀리(122)에 권취된다. 이와 같이, 전복 풀림 방지 와이어(144)를 구비함으로써, 구조물 점검 도중에 구조물 점검 로봇(100)이 전복되는 경우에도 카메라 모듈(160)이 아래쪽으로 쏟아지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 전복 풀림 방지 와이어(144)가 구동 풀리(122)에 구동 와이어(124)와 반대 방향으로 감겨 있기 때문에 구동 와이어(124)가 풀리는 것을 전복 풀림 방지 와이어(144)가 잡아 주게 되고, 결국 카메라 모 듈(160)이 하측으로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

한편, 카메라 모듈(160)이 정상적으로 상승하는 경우에는 카메라 모듈(160)이 상승하는 만큼 전복 풀림 방지 와이어(144)가 풀리기 때문에 상승운동을 방해하지는 않는다.

이하에서, 도면을 참조하여 상기한 구조물 점검 로봇(100)을 이용한 구조물 점검 방법에 대해서 살펴 본다.

도 7은 도 3에 따른 구조물 점검 로봇을 이용하여 교량의 하부를 점검하는 상태를 도시한 도면, 도 8은 도 3에 따른 구조물 점검 로봇을 포함한 구조물 점검 시스템의 개략 블록도이다.

도 7을 참조하면, 구조물 점검 로봇(100)은 교량(B) 하부의 구조에 따라서 카메라(171)의 각도를 변경하고 높이를 변경하여 보다 정확한 교량(B) 하부의 영상을 획득할 수 있다. 즉, 구조물 점검 차량(200)의 멀티 링크 부재(210)의 제4링크(241)가 확장되면서 구조물 점검 로봇(100)은 차례로 (a), (b), (c) 위치로 진행한다. 특히, (b) 위치에서는 교량(B)과의 거리를 일정하게 유지하기 위해 카메라 모듈(160)이 상승하고, 교량(B) 하부의 형태에 따라 카메라 모듈(160)의 각도가 변경되면서 정확한 영상을 획득할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 메인피씨(Main PC)에서 영상교정(34), 균열 측정(35), 균열 데이터 베이스 구축(36)은 구조물 점검 로봇(100)에 위치한 카메라(171)로부터 영상을 획득하여 균열 측정을 위한 사전 영상처리 작업을 거친 후 균열을 측정하게 되고, 균열로 의심되는 곳을 표시하는 사후 영상처리작업을 거쳐 서 데이터 베이스에 측정된 영상과 측정시 카메라 각도, 교량 하부와 카메라 사이의 거리, 균열 정보를 저장한다.

카메라 촬영 위치 및 각도 경로 생성(37)은 교량 점검을 반자동화하기 위해 교량 하부 정보를 기반으로 카메라와 교량 하부의 거리 및 각도 등의 경로를 생성한다. 생성된 카메라 위치와 각도를 구조물 점검 로봇(100)에 전송하고, 전송된 정보로 자이로 센서와 레이져 센서의 롤 및 피치 각도, 카메라 사이의 거리 정보(38,39)를 참조하여 외란이 존재하거나(40), 카메라의 경로가 변경되었다면 팬틸트 모션 제어(41)와 카메라와 교량 사이의 거리 제어(42)하도록 한다. 자이로 센서는 지구의 자기장을 이용하여 각도를 측정하므로 교량이나 로봇의 구조에 독립적으로 카메라의 각도를 제어 할 수 있게 되어 있다.

지금까지 설명한 구조물 점검 로봇 및 이를 포함한 구조물 점검 차량은 다양한 관점에서 파악될 수 있는 본 발명의 기술 사상 또는 본 발명에 대한 최소한의 기술로서 이해되어야 하고, 본 발명을 제한하는 경계로서 이해되어서는 아니 된다.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구조물 점검 차량을 이용하여 교량의 하부를 모습을 도시한 도면,

도 2a 내지 도 2e는 도 1에 따른 구조물 점검 차량의 멀티 링크 부재의 작동 상태를 도시한 도면,

도 3은 도 1에 따른 구조물 점검 로봇을 도시한 사시도,

도 4는 도 3에 따른 구조물 점검 로봇의 내부 구성을 도시한 사시도,

도 5는 도 4에 따른 구조물 점검 로봇의 내부 구성을 개략적으로 도시한 도면,

도 6a 및 도 6b는 도 3에 따른 구조물 점검 로봇의 카메라 모듈을 도시한 사시도,

도 7은 도 3에 따른 구조물 점검 로봇을 이용하여 교량의 하부를 점검하는 상태를 도시한 도면,

도 8은 도 3에 따른 구조물 점검 로봇을 포함한 구조물 점검 시스템의 개략 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 구조물 점검 로봇 110: 본체

120: 승강모터 122: 구동 풀리

124: 구동와이어 160: 카메라 모듈

170: 카메라 센서 모듈 181: 자이로 센서

186: 레이져 센서 191: 팬 모터

196: 틸트 모터 200: 구조물 점검 차량

Claims

구조물의 영상을 획득하며, 외란에 대한 보상이 가능하도록 팬틸트 구동에 의해 각도가 조절되는 카메라 모듈; 및

상기 카메라 모듈이 장착되며, 상기 카메라 모듈과 상기 구조물 사이의 거리가 조절되도록 상승 또는 하강이 가능한 본체;를 포함하고,

상기 카메라 모듈은, 상기 구조물의 영상을 촬영하는 카메라; 상기 구조물에 대한 상기 카메라의 각도를 센싱하는 자이로 센서; 상기 구조물과 상기 카메라 사이의 거리를 감지하는 레이져 센서; 및 상기 자이로 센서의 센싱 결과에 따라 상기 카메라가 영상을 획득하고자 하는 각도를 유지하도록 상기 카메라를 팬틸트 구동시키는 팬틸트 모터부;를 포함하며,

상기 팬틸트 모터부는 외란에 의한 상기 카메라의 팬 모션을 보상하는 팬 모터 및 외란에 의한 상기 카메라의 틸트 모션을 보상하는 틸트 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검 로봇.
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제1항에 있어서,

상기 팬틸트 모터부는 외란이 존재하지 않는 경우 상기 카메라가 중력 반대 방향을 유지하도록 설정된 것을 특징으로 하는 구조물 점검 로봇.
제1항에 있어서,

상기 카메라, 상기 자이로 센서 및 상기 레이져 센서는 일체로 형성되어 카메라 센서 모듈을 형성하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검 로봇.
제1항에 있어서,

상기 본체는 상기 레이져 센서가 센싱한 상기 구조물과 상기 카메라 모듈 사이의 거리에 따라 상승 또는 하강하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검 로봇.
제6항에 있어서,

상기 본체는,

상기 레이져 센서의 센싱 결과에 따라 구동하는 승강 모터;

상기 승강 모터에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전하며, 구동와이어의 일단이 권취 구동되는 구동 풀리;

상기 구동와이어를 가이드하며, 상기 구동 풀리의 일측에 구비된 피동 풀리;

상기 구동와이어의 타단이 고정되며, 상기 승강 모터가 장착된 구동플레이트; 및

상기 구동플레이트의 상측에 제공되고, 상기 구동플레이트를 관통하며 상기 피동 풀리에 일단이 연결된 구동 로드의 타단이 고정되는 피동플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검 로봇.
제7항에 있어서,

상기 본체는,

상기 피동플레이트에 고정되는 확장 피동 풀리;

상기 피동플레이트에 일단이 연결되고, 상기 확장 피동풀리에 의해 가이드되는 피동와이어;

일단에는 상기 피동와이어의 타단이 고정되며, 상기 피동플레이트를 관통하는 피동 로드; 및

상기 피동 플레이트의 상측에 제공되고, 상기 피동 로드의 타단이 고정되는 확장 피동 플레이트;를 더 포함하며,

상기 카메라 모듈은 상기 피동 플레이트 또는 상기 확장 피동 플레이트 중 어느 하나에 장착되는 것을 특징으로 하는 구조물 점검 로봇.
제8항에 있어서,

상기 확장 피동 풀리, 상기 피동 와이어 및 상기 피동 로드는 상기 구동 로 드를 중심으로 대칭적으로 형성된 것을 특징으로 하는 구조물 점검 로봇.
제8항에 있어서,

상기 본체는,

상기 피동 플레이트 또는 상기 확장 피동 플레이트에 일단이 고정되고 상기 구동 풀리에 타단이 권취되는 전복 풀림 방지 와이어를 더 포함하며,

상기 전복 풀림 방지 와이어는 상기 구동 와이어와 반대 방향으로 상기 구동 풀리에 권취된 것을 특징으로 하는 구조물 점검 로봇.
제8항에 있어서,

상기 구동 플레이트 또는 상기 피동 플레이트에는 상기 구동 로드 또는 상기 피동 로드의 승강 운동을 안내하는 슬라이드 부쉬가 형성된 것을 특징으로 하는 구조물 점검 로봇.
제8항에 있어서,

상기 본체는 상기 구동 플레이트를 지지 고정하는 프레임부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검 로봇.
제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 본체는 상기 구동 플레이트의 승강만으로 상기 피동 플레이트 또는 상 기 확장 피동 플레이트를 승강시키는 복층 구동 구조인 것을 특징으로 하는 구조물 점검 로봇.
제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 확장 피동 플레이트의 개수는 확장 가능한 것을 특징으로 하는 구조물 점검 로봇.
제1항의 구조물 점검 로봇;

상기 구조물 점검 로봇이 장착되는 멀티 링크 부재; 및

상기 멀티 링크 부재가 연결되며, 이동 가능한 탑재부;

를 포함하는 구조물 점검 차량.
제15항에 있어서,

상기 멀티 링크 부재는 자동 또는 수동으로 작동하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검 차량.
제15항에 있어서,

상기 멀티 링크 부재는,

상기 탑재부에 창작되어 좌우 회전이 가능한 제1링크;

상기 제1링크에 연결되며, 폴딩 및 언폴딩이 가능한 제2링크;

상기 제2링크에 회전 가능하게 연결되며, 길이의 연장 및 축소가 가능한 제3링크; 및

상기 제3링크에 회전 가능하게 연결되고 길이의 연장 및 축소가 가능하며, 상기 구조물 점검 로봇이 장착되는 제4링크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물 점검 차량.
제17항에 있어서,

상기 멀티 링크 부재는 7자유도를 가지는 것을 특징으로 하는 구조물 점검 차량.