KR101118269B1 - 배관의 내부 검사용 로봇 - Google Patents

Abstract

배관의 내부를 검사하는데 이용되며 배관이 직각으로 연결된 연결 부분에서도 원활하게 이동될 수 있는 배관의 내부 검사용 로봇에 관한 기술을 개시한다.

본 발명의 배관의 내부 검사용 로봇은, 메인 축, 메인 축과 동일한 축 방향으로 메인 축에 결합되는 서브 축들, 서브 축들의 양 사이드 부분에 고정되는 고정부재들, 서브 축들에 결합되며 고정부재들 사이에 배치되어 서브 축을 따라 이동하는 이동부재들, 고정부재들에 끝 부분이 힌지 결합되는 제1 링크들, 이동부재들에 끝 부분이 힌지 결합되고 제1 링크의 다른 끝 부분이 중간부에 힌지 결합되는 제2 링크들, 제2 링크들의 다른 끝 부분이 힌지 결합되는 프레임들, 프레임들에 설치되는 구동원들, 프레임들에 결합되고 상기 구동원에 의하여 회전하는 다수의 구름부재, 그리고 서브 축에는 이동부재들의 사이에 배치되어 축의 사이드 방향으로 가압하는 탄성력을 가지는 탄성부재를 포함하며, 서브 축의 중간부에 이동부재들의 이동이 제한되는 이동제한부가 제공된다.

배관, 관로, 탐색, 로봇, 리턴, 바퀴, 인라인, 무한궤도, 탄성부재

Description

배관의 내부 검사용 로봇{Robot for internal inspection of pipes}

본 발명은 배관의 내부 검사용 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배관의 내부를 검사하는데 이용되며 배관이 직각으로 연결된 연결 부분에서도 원활하게 이동할 수 있는 배관의 내부 검사용 로봇에 관한 것이다.

일반적으로, 여러 산업분야에서 다양한 형태의 배관이 사용된다. 이러한 배관은 물, 유류, 액화가스 또는 그와 유사한 종류의 유체를 이송시키는데 매우 적합하다. 이와 같은 배관은 상하수도관, 도시가스관, 석유화학공장의 플랜트관 등과 같이 다양한 분야에서 사용되고 있으며, 가연성이나 유독성 물질이 내부를 흐르는 배관에서는 배관의 파손에 의하여 인명 및 재산의 손실이 크게 발생할 수 있다.

통상적으로 배관은 설치된 후 시간이 흐름에 따라 배관의 노화나 부식으로 인하여 틈이 생기거나 공사 등으로 인한 외부 충격으로 배관에 손상이 발생할 수 있으며, 이는 대형사고의 원인으로 작용할 수도 있다.

따라서 배관이 시공된 후 운용시에는 수시로 또는 일정기간 마다 배관의 내부상태 및 균열여부를 확인하여 사고발생을 예방하도록 유지보수작업이 필요하다. 유지보수작업은 배관 주변의 시설물들로 인하여 점검하려는 배관에 접근이 어렵고, 또 배관이 땅속에 매설되어있는 경우에는 배관에 접근이 불가능하므로 막대한 비용과 인력이 소요된다.

그러한 이유로 배관 내부의 점검을 위하여 배관 내부를 이동하면서 배관의 상태를 촬영하여 배관의 내부 상태 및 이상 여부를 외부에서 점검할 수 있는 배관 검사용 로봇이 개발되고 있다.

통상적으로 사용되는 배관 검사용 이동로봇은, 동력을 발생하는 구동부, 이 구동부의 구동력에 의하여 회전하는 다수의 구동휠, 배관의 내부를 촬영할 수 있는 카메라 등을 포함할 수 있다.

이러한 배관 검사용 로봇을 이용하여 배관 내부를 검사하려면, 먼저 검사하려는 배관의 어느 끝 부분에서 로봇을 진입시킨다. 그리고 로봇을 배관 외부의 원격지에서 로봇을 이동시키면서 카메라로 촬영한 배관 내부의 영상을 외부의 모니터로 전송하여 내관 내부의 상태를 검사하게 된다.

그러나 이와 같은 배관 내부 검사용 로봇은, 배관의 검사구간에서 직각으로 연결된 부분(예를 들면 배관이 "T" 모양으로 연결된 부분)에서 이동이 원활하지 못한 단점이 있다.

도 9는 종래의 기술을 설명하기 위한 도면으로, 배관 검사용 로봇이 T형 배관(P)의 내부를 따라 이동하는 상태를 도시하고 있다. 이러한 배관 검사용 로봇은 바퀴(W1)와 바퀴(W2) 사이의 거리(L)가 어느 정도의 길이를 가지며 배치되어 급격하게 배관의 각도가 변하는 부분에서 쉽게 이동하지 못하는 문제점이 있다.

도 10은 도 9에 적용되는 배관 검사용 로봇의 일부를 도시하고 있다. 이러한 종래의 배관 검사용 로봇은, 축(101)에 고정부재(103, 105)들과 이동부재(107, 109)들이 배치되고, 이들 이동부재(107, 109)의 사이에는 하나의 압축 코일 스프링으로 이루어지는 리턴 스프링(111)이 배치된다.

그리고 고정부재(103, 105)들에는 제1 링크(113, 115)들이 힌지 결합되고, 이동부재(107, 109)들에는 제2 링크(117, 119)들이 힌지 결합된다. 또한, 제1 링크(113, 115)들은 그 끝 부분에 제2 링크(117, 119)들의 중간부에 힌지 결합된다. 제2 링크(117, 119)들의 끝 부분에는 바퀴들이 회전 가능하게 결합된다.

이와 같이 이루어지는 종래의 배관 검사용 로봇은 급격하게 꺾어진 좁은 배관의 내부를 따라 이동하는 과정에서 바퀴의 일측이 눌리게 된다. 그러면 리턴 스프링이 일측으로 가압(실선 화살표 방향)되면서 제1 링크(115)와 축(101)이 이루는 각도(a1)가 현저하게 작아지면서 원상태로 리턴(점선 화살표 방향)이 원활하지 않게 된다.

따라서 종래의 배관 검사용 로봇은 T 모양의 배관이 연결된 부분에서 이동이 원활하지 않게 되어 배관 내부의 검사 작업의 작업성이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로써, 본 발명의 목적은 T 모양의 직각으로 꺾여진 배관의 연결부에서도 원활하게 이동할 수 있는 배관의 내부 검사용 로봇을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명은 바퀴의 일측이 눌려진 후에 원래의 상태로 용이하게 리턴이 이루어지도록 하여 좁으면서 꺾여진 배관의 내부를 따라 원활하게 이동하면서 배관의 내부를 검사할 수 있는 배관의 내부 검사용 로봇을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 메인 축, 상기 메인 축과 동일한 축 방향으로 상기 메인 축에 결합되는 서브 축들, 상기 서브 축들의 양 사이드 부분에 고정되는 고정부재들, 상기 서브 축들에 결합되며 상기 고정부재들 사이에 배치되어 상기 서브 축을 따라 이동하는 이동부재들, 상기 고정부재들에 끝 부분이 힌지 결합되는 제1 링크들, 상기 이동부재들에 끝 부분이 힌지 결합되고 상기 제1 링크의 다른 끝 부분이 중간부에 힌지 결합되는 제2 링크들, 상기 제2 링크들의 다른 끝 부분이 힌지 결합되는 프레임들, 상기 프레임들에 설치되는 구동원들, 상기 프레임들에 결합되고 상기 구동원에 의하여 회전하는 다수의 구름부재, 그리고 상기 서브 축에는 상기 이동부재들의 사이에 배치되어 축의 사이드 방향으로 가압하는 탄성력을 가지는 리턴 스프링을 포함하며, 상기 서브 축의 중간부에 상기 리턴 스프링들의 이동이 제한되는 이동제한부가 제공되는 배관의 내부 검사용 로봇을 제공한다.

상기 메인 축에는 배관의 내부를 촬영할 수 있는 카메라가 결합되는 것이 바람직하다.

상기 이동제한부는 상기 서브 축의 중간부에 걸림부재가 결합되고, 상기 리턴 스프링은 상기 걸림부재의 양측에 2개로 나누어져 배치되는 것이 바람직하다.

상기 걸림부재는 나사 또는 볼트에 의하여 결합되는 것이 바람직하다.

상기 이동제한부는 하나로 이루어지는 상기 리턴 스프링의 가운데 부분을 고정하며 상기 서브 축의 외주에서 중심 방향으로 나사 또는 볼트가 상기 서브 축에 결합되는 것이 바람직하다.

상기 구름부재는 바퀴로 이루어지며 쌍으로 이루어 연속해서 일렬로 3개 또는 4개 이상이 배치되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

상기 구름부재는 그 외주면에 무한궤도가 결합되는 것이 바람직하다.

상기 카메라는 광각 렌즈가 적용된 것이 바람직하다.

상기 카메라는 상기 메인 축의 양 방향에 결합되는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명은 120도의 각도를 이루며 방사상으로 배치되는 이동부에 바퀴가 적어도 3개 이상의 연속적으로 배치되거나 또는 무한궤도가 제공되어 T형상으로 이루어진 배관 연결부의 내부를 원활하게 이동할 수 있어 작업성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 리턴 스프링의 이동이 일정한 거리까지만 허용되는 구조로 이루어져 바퀴 또는 무한궤도의 일측이 눌려진 후에도 원래의 상태로 용이하게 리턴되어 좁으면서 꺾여진 배관의 내부를 따라 원활하게 이동할 수 있어 검사 작업의 작업성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 외형을 도시한 도면으로, 배관의 내부 검사용 로봇을 도시하고 있다. 배관의 내부 검사용 로봇은 메인 축(1), 메인 축(1)에 나란하게 결합되는 서브 축(3)들, 그리고 이 서브 축(3)들에 결합되는 구동부(5)들을 포함한다.

메인 축(1)에는 카메라(C)가 결합되는 것이 바람직하다. 카메라(C)는 광각 렌즈를 채용한 것이 바람직하다. 또한, 메인 축(1)에는 카메라(C)가 양측에 제공되는 것이 바람직하다. 즉, 메인 축(1)의 전방 및 후방을 모두 촬영할 수 있도록 카메라(C)가 배치되어 배관 내부의 검사 효율을 높일 수 있다.

서브 축(3)들은 별도의 결합부재를 통하여 방사상으로 각도 120도를 이루어 3개가 배치될 수 있으며 메인 축(1)과 나란하게 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 서브 축(3, 서로 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 부호를 부여하여 설명함)들에는 3개의 세트로 이루어지는 구동부(5)들이 결합된다. 즉, 구동부(5, 서로 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 부호를 부여하여 설명함)들도 3방향으로 제공되어 배관의 내벽에 밀착되어 이동될 수 있는 구조를 가진다.

본 발명의 실시 예에서 각각의 구동부(5)들은 동일한 구조를 가지므로 하나의 예를 통하여 설명하기로 한다.

구동부(5)는, 도 2 내지 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 서브 축(3)의 양측에 고정되는 고정부재(7, 9)들, 서브 축(3)에 배치되는 이동부재(11, 13)들, 이동부재(11, 13)들 사이에 배치되는 리턴 스프링(15, 17), 고정부재(7, 9)들과 이동부재(11, 13)들에 결합되는 제1 링크(19, 21)와 제2 링크(23, 25), 제2 링크(23, 25)들에 결합되는 프레임(27), 프레임(27)에 결합되는 구동원(29, 도 1에 도시하고 있음), 그리고 프레임(27)에 결합되는 다수의 구름부재(31)를 포함한다.

고정부재(7, 9)들은 서로 일정한 간격이 띄워져 서브 축(3)의 양단에 고정되는 것이 바람직하다.

이동부재(11, 13)들은 서브 축(3)의 외주를 감싸는 형태로 결합되며 서브 축(3)을 따라 이동할 수 있도록 배치되는 것이 바람직하다.

그리고 리턴 스프링(15, 17)은 압축 코일 스프링으로 이루어지는 것이 바람직하며 이들 이동부재(11, 13) 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 리턴 스프링(15, 17)은 서브 축(3)의 외주를 감싸는 형태로 배치되는 것이 바람직하다.

제1 링크(19, 21)들은 한쪽의 끝 부분이 상술한 고정부재(7, 9)에 힌지 결합된다. 또한, 제1 링크(19, 21)들은 다른 한쪽의 끝 부분이 제2 링크(23, 25)의 중간부에 힌지 결합된다.

제2 링크(23, 25)들은 한쪽의 끝 부분이 이동부재(11, 13)에 힌지 결합된다. 그리고 제2 링크(23, 25)는 다른 한쪽의 끝 부분이 프레임(27)에 힌지 결합된다.

제2 링크(23, 25)와 프레임(27)이 힌지 결합되는 부분은 어느 한 부분이 장공(27a, 도 3에 도시하고 있음)을 이루어 힌지 결합되는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 프레임(27)이 일정한 각도로 회전을 할 때 이에 대응하기 위한 것이다.

그리고 프레임(27)에는 구동기어(33), 이 구동기어(33)에 의하여 회전하는 아이들기어(35, 37, 39)들과 피동기어(41, 43, 45)들이 제공된다.

즉, 프레임(27)에는, 도 3에 도시하고 있는 바와 같이, 구동기어(33)에 아이들 기어(35)가 치합되고, 이 아이들 기어(35)에 피동기어(41)가 치합되고, 이 피동기어(41)에 다른 아이들 기어(37)가 치합되고, 이 다른 아이들 기어(37)에 다른 피동기어(43)가 치합되고, 다른 피동기어(43)에 또 다른 아이들 기어(39)가 치합되고, 또 다른 아이들 기어(39)에 또 다른 피동기어(45)가 치합된다.

그리고 구동기어(33)와 피동기어(41, 43, 45)들에는 구름부재(31)들이 결합된다. 본 발명의 실시 예에서는 구름부재(31)들이 바퀴로 이루어질 수 있으며 4개가 연속해서 인라인 타입으로 배치되어 동일한 방향으로 회전될 수 있는 구조를 가진다.

한편, 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 서브 축(3)의 중앙부에는 이동제한부(3a)가 일체로 제공될 수 있다. 이동제한부(3a)는 서브 축(3)의 외경보다 더 큰 외경을 가지는 형태로 돌출되어 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 이동제한부(3a)는 두 개의 리턴 스프링(15, 17)들의 사이에 배치된다. 그리고 이들 리턴 스프링(15, 17)은 일측이 각각 탄성력에 의하여 이동제한부(3a)에 밀착된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ부를 잘라서 본 단면도로, 이동제한부(3a, 편의상 도 4에 부여한 부호와 동일한 부호를 부여함)가 분리형으로 이루어지고 나사 또는 볼트 등의 체결부재(51)로 체결되는 예를 도시하고 있다.

본 발명의 다른 실시 예는 도 4를 통하여 설명한 예에 비하여 서브 축(3)의 가공이 비교적 용이한 이점이 있다. 이러한 이동제한부(3a)는 두 개로 분리되어 배치된 리턴 스프링(15, 17)의 이동을 제한한다.

본 발명의 실시 예에서는 하나의 서브 축(3)의 두 개의 리턴 스프링(15, 17)을 배치한 구조를 도시하여 설명하고 있으나, 다른 예로 하나의 리턴 스프링을 사용하면서 리턴 스프링의 가운데 부분을 서브 축(3)에 나사 또는 볼트 등의 고정부재로 고정할 수 있다. 이러한 예는 하나의 리턴 스프링을 사용하면서도 두 개의 리턴 스프링을 사용하는 효과를 얻을 수도 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 실시 예의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예의 배관의 내부 검사용 로봇이 T 모양으로 연결된 좁은 연결 배관을 통과하는 과정에서, 도 7에 도시하고 있는 바와 같이, 바퀴로 이루어지는 구름부재(31)의 일측이 눌리게 되는 경우 제1 링크(19)와 제2 링크(23)가 눌려진다. 이 과정에서 이동부재(11)가 서브 축(3)을 따라 이동되면서 리턴 스프링(15)을 가압한다.

리턴 스프링(15)은 이동부재(11)에 의하여 가압되지만 이동제한부(3a)에 의하여 이동이 제한된다. 따라서 제1 링크(19)와 서브 축(3)이 이루는 각도 a는 설정 된 범위 이내로 제한된다. 따라서 배관의 내부 검사용 로봇이 꺾어진 부분이나 좁은 배관을 통과한 후에는 리턴 스프링(15)의 탄성력에 의하여 구름부재(31)의 일측이 실선 화살표 방향으로 이동하면서 원래의 위치로 복귀하게 된다.

그러므로 본 발명의 실시 예의 배관의 내부 검사용 로봇은 구름부재의 일측이 눌리게 되는 경우에도 구름부재를 누르는 힘이 해제되면 바로 리턴되어 배관 내에서 원활한 주행이 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서와 같이 구름부재가 바퀴로 이루어지면서 인라인 형태로 연속적으로 배치되므로 T 모양의 연결 배관의 모서리부분을 통과할 때에 매우 유리하여 모서리에 걸리는 일이 없이 통과할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위하여 전체적인 외형을 도시한 도면으로, 배관의 내부 검사용 로봇을 도시하고 있다. 도 8에 도시한 본 발명의 다른 실시 예의 설명은 상술한 예의 설명과 비교하여 다른 점만을 설명하고 동일한 부분은 상술한 예의 설명으로 대치하기로 한다.

본 발명의 다른 실시 예는 구름부재(31)의 외주에 무한궤도(61)가 배치되는 점이 특징이 있다. 이러한 무한궤도(61)가 구동부(5)에 설치된 경우 T 모양으로 연결된 배관의 내부를 통과할 때 모서리에 걸리지 않고 원활하게 통과할 수 있다.

따라서 본 발명의 실시 예는 구동부(5)를 다양하게 구성하여 본 발명의 목적을 달성할 수 있으며 배관의 내부 검사용 로봇이 배관의 내부에서 원활하게 이동할 수 있어 작업성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 배관의 내부 검사용 로봇의 외관을 도시한 사시도이다.

도 2는 본 발명의 배관의 내부 검사용 로봇을 설명하기 위하여 도 1의 일부를 상세하게 도시한 도면이다.

도 3은 도 2에서 바퀴의 일부를 탈거하고 측면에서 본 도면이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시 예를 설명하기 위하여 도 3의 A부를 상세하게 도시한 도면이다.

도 5는 도 4에 대응되는 도면으로 본 발명의 제2 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ부를 잘라서 본 단면도이다.

도 7은 본 발명의 실시 예의 작동 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위하여 배관의 내부 검사용 로봇의 전체 형상을 도시한 도면이다.

도 9는 종래의 배관의 내부 검사용 로봇의 작동 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 10은 종래의 배관의 내부 검사용 로봇의 주요부를 설명하기 위한 도면이다.

Claims (9)

1. 메인 축(1),

   상기 메인 축(1)과 동일한 축 방향으로 상기 메인 축(1)에 결합되는 서브 축(3)들,

   상기 서브 축(3)들의 양 사이드 부분에 고정되는 고정부재(7, 9)들,

   상기 서브 축(3)들에 결합되며 상기 고정부재(7, 9)들 사이에 배치되어 상기 서브 축(3)을 따라 이동하는 이동부재(11, 13)들,

   상기 고정부재(7, 9)들에 끝 부분이 힌지 결합되는 제1 링크(19, 21)들,

   상기 이동부재(11, 13)들에 끝 부분이 힌지 결합되고 상기 제1 링크(19, 21)의 다른 끝 부분이 중간부에 힌지 결합되는 제2 링크(23, 25)들,

   상기 제2 링크(23, 25)들의 다른 끝 부분이 힌지 결합되는 프레임(27)들,

   상기 프레임(27)들에 설치되는 구동원(29)들,

   상기 프레임(27)들에 결합되고 상기 구동원(29)에 의하여 회전하는 다수의 구름부재(31),

   상기 서브 축(3)에는 상기 이동부재(11, 13)들의 사이에 배치되어 축 방향으로 가압하는 탄성력을 가지는 리턴 스프링을 포함하며,

   상기 서브 축(3)들에는 각각 하나의 서브 축(3)의 외주에 하나의 상기 리턴 스프링이 배치되며,

   상기 리턴 스프링의 가운데 부분을 상기 서브 축(3)에 고정하며 상기 서브 축(3)의 외주에서 중심 방향으로 상기 서브 축(3)의 중간부에 나사 또는 볼트가 결합되는 배관의 내부 검사용 로봇.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 메인 축(1)에는

   배관의 내부를 촬영할 수 있는 카메라(C)가 결합되는 배관의 내부 검사용 로봇.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 구름부재(31)는

   바퀴로 이루어지며 쌍으로 이루어 연속해서 일렬로 3개 또는 4개 이상이 배치되는 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 로봇.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 구름부재(31)는

   그 외주면에 무한궤도가 결합되는 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 로봇.
8. 청구항 2에 있어서,

   상기 카메라(C)는

   광각 렌즈가 적용된 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 로봇.
9. 청구항 2에 있어서,

   상기 카메라(C)는

   상기 메인 축(1)의 양끝에 결합되는 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 로봇.

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