KR101228171B1 - 배관 검사용 이동 로봇 - Google Patents

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KR101228171B1
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문형필
이동혁
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Abstract

본 발명은 유체가 이동하는 배관을 검사하기 위한 이동 로봇에 있어서, 본 발명에 따른 배관 검사용 이동 로봇은 몸체 및 몸체에 구동력을 제공하거나, 전력 충전을 위한 회전에너지를 발생시키는 추진부와 추진부로부터 제공되는 회전에너지를 전력으로 변환하고, 몸체 구동시는 추진부에 회전력을 제공하는 변환부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 배관 내의 유체 흐름에 의한 운동에너지를 전력으로 변환하여 자가발전 할 수 있는 배관 검사용 이동 로봇이 제공된다.

Description

배관 검사용 이동 로봇 {MOVING ROBOT FOR INSPECTING PIPELINES}
본 발명은 배관 검사용 이동 로봇에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체가 이동하는 배관에서 자가발전을 통해 구동되는 배관 검사용 이동 로봇에 관한 것이다.
배관 시설은 각종 산업 기반시설의 구조물 중 하나로, 마치 인체의 혈관처럼 국토 곳곳에 분포하여 각종 에너지자원의 공급로로서 자리 잡고 있다. 그러나, 이러한 배관 설비는 주로 지하 내부에 매설되므로, 일정기간 경과로 인한 부식 및 외부환경에 의한 파손시 점검 및 교체에 많은 어려움이 있었다.
따라서, 배관은 지속적으로 노후화되고 있으며, 이러한 과정에서 발생하는 각종 결함들은 매년 크고 작은 배관 관련 사고를 발생시키고 있다. 그러나, 인력과 기술의 부족으로 배관에 대한 체계적이며 주기적인 점검은 현실적으로 이루어지지 못하고 있다.
그래서, 배관 내부를 검사할 수 있는 이동 로봇이 개발되었으며, 현재 많은 연구가 진행 중이다. 그러나, 기존의 배관 검사용 이동 로봇은 외부의 전원을 이용하여 로봇을 구동시켰는바, 배관처럼 고립된 공간에서는 장시간 검사를 할 수 없는 문제가 있었다.
결국, 배관 내에서 장거리 검사를 할 수 있는 이동 로봇이 필요하게 되었다. 따라서, 이동 로봇의 구동에 외부전원 공급 없이 자체 베터리를 사용할 필요가 생겼으며, 외부에서 이동 로봇의 조정 및 제어를 위해 무선통신기술을 적용할 필요성이 대두 되어 왔다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유체의 흐름이 높은 배관에서 자가발전을 통해 장시간 작업 수행 가능한 배관 검사용 이동 로봇을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 유선 케이블 없이 배관 외부에서 로봇을 원격 조종 및 검사할 수 있도록 무선통신 기능 및 인터페이스 기능을 제공함에 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 배관 내에서 로봇이 안정적으로 동작하고, 필요한 전력을 충전할 수 있도록 충격 방지 및 제동 기능을 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명은 유체가 이동하는 배관을 검사하기 위한 이동 로봇에 있어서 몸체; 상기 몸체에 구동력을 제공하거나 전력 충전을 위한 회전에너지를 발생시키는 추진부; 상기 추진부로부터 제공되는 회전에너지를 전력으로 변환하거나, 상기 몸체가 구동되도록 상기 추진부에 회전력을 제공하는 변환부를 포함하여 자가발전하는 배관 검사용 이동 로봇을 제공한다.
또한, 본 발명은 변환부에 의해 발생된 전력을 충전하거나 상기 변환부에 전원을 공급하는 베터리부를 더 포함한다. 그리고, 몸체의 일단에 형성되어 유체가 유입되는 유입부;와 타단에 형성되어 상기 유입부로부터 유입된 유체가 배출되는 배출부;를 포함하고, 추진부는 상기 유입부와 상기 배출부 사이의 유체가 이동하는 경로 상에 구비된다.
또한, 상기 추진부는 변환부로부터 공급받은 회전력에 의해 일방향으로 회전하여 상기 몸체를 이동시키고, 상기 몸체가 정지시에는 타방향으로 회전하여 상기 변환부에 회전에너지를 제공하는 프로펠러로 구성된다.
그리고, 본 발명은 외부와 정보 교환이 가능한 무선통신기기를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 무선통신기기는 초음파 통신을 이용한다.
한편 본 발명은 일단부는 상기 몸체의 외부에 장착되고, 타단부는 배관의 내면과 밀착하도록 구비되어, 배관 중심축 상에 상기 몸체가 중심을 유지하며, 배관의 구조적 변화에 대응할 수 있는 복수 개의 지지부;를 포함하며, 상기 지지부에는 상기 지지부의 일단에 연결되고, 상기 지지부가 배관 내면을 따라 이동하도록 하는 구동부재;와, 상기 구동부재에 연결되고, 상기 변환부의 전력 충전시에 상기 구동부재가 배관 내면에 밀착하여 상기 몸체가 정지하도록 하는 제동부재; 및 상기 지지부의 내부에 구비되고, 상기 몸체에 충격이 전달되지 않도록 충격을 흡수하는 탄성부재를 구비한다.
본 발명에 따르면, 유체의 흐름을 통해 자가발전 함으로써 배관 내에서 장시간 작업 수행이 가능 한 배관 검사용 이동 로봇이 제공된다.
또한, 본 발명은 무선통신 및 인터페이스 기능을 제공하여 유선 케이블 없이 배관 외부에서 로봇을 원격 조종 및 배관을 검사할 수 있는 배관 검사용 이동 로봇이 제공된다.
또한, 본 발명은 충격 방지 및 제동 기능을 제공하여, 배관 내에서 로봇이 안정적으로 동작하고, 필요한 전력을 충전할 수 있다.
상기 발명으로 인해, 배관 누수로 인한 손실 비용 절감, 배관 관리 비용 절감, 각종 배관 관련 사고의 예방 효과가 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배관 검사용 이동 로봇의 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 본 발명 배관 검사용 이동 로봇의 분해 사시도이다.
도 3은 배관 내에서 바라본 본 발명 배관 검사용 이동 로봇의 일측면 단면도이다.
도 4a는 본 발명 배관 검사용 이동 로봇의 이동시 동작도이다.
도 4b는 도 4a에 따른 이동시 추진부의 동작도이다.
도 5a는 본 발명 배관 검사용 이동 로봇의 충전시 동작도이다.
도 5b는 도 5a에 따른 충전시 추진부의 동작도이다.
도 6은 본 발명 배관 검사용 이동 로봇의 곡면 이동시 동작도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 배관 검사용 이동 로봇에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배관 검사용 이동 로봇의 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 본 발명 배관 검사용 이동 로봇의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 배관 검사용 이동 로봇(100)은 몸체(110) 내부에 관통부(115)가 형성되고, 관통부(115) 내에 베터리부(140), 변환부(150), 추진부(160) 및, 통신부(180)가 구비된다. 그리고, 몸체(110) 외부에는 몸체(110)를 따라 방사형으로 연결된 복수 개의 지지부(120)가 구비된다.
상기 관통부(115)는 몸체(110)의 일단에 형성되고, 유체가 유입되는 유입부(117)와 몸체(110)의 타단에 형성되며, 유입부(117)로부터 유입된 유체가 배출되는 배출부(118)를 포함한다. 그리고, 추진부(160)가 유입부(117)와 배출부(118) 사이의 유체가 이동하는 경로 상에 구비된다. 즉, 관통부(115) 내에는 앞에 기술한 베터리부(140), 변환부(150), 추진부(160) 및, 통신부(180)의 구성요소가 동일 축 선상에 연결된다. 그리고, 관통부(115)는 몸체(110) 내부로 최대한 많은 양의 유체가 흐를 수 있도록 구성되고, 변환부(150)가 전력을 충전하는 경우, 추진부(160)에 최대한 많은 양의 유체의 흐름에 의한 운동에너지를 제공받도록 한다.
상기 베터리부(140)는 관통부(115) 내에서 몸체(110)와 연결부재에 의해 연결되고, 몸체(110)의 이동시에 변환부(150) 및 추진부(160)의 회전에 의한 영향을 최대한 적게 받아 흔들리지 않도록 방사형으로 몸체(110)에 연결된다. 그리고, 베터리부(140)는 이동 로봇의 몸체(110)가 추진부(160)의 구동력을 받아 구동하는 경우, 변환부(150)에 전원을 인가한다. 그리고, 몸체(110)가 정지되어 전력을 충전하는 경우에는, 변환부(150)에 의해 발생된 전력을 제공받아 베터리부(140)에 저장한다. 즉, 베터리부(140)는 전원을 제공하는 역할뿐만 아니라, 에너지 저장소로서의 역할도 한다.
상기 변환부(150)는 일단이 베터리부(140)에 연결되고, 타단이 추진부(160)와 동일한 구동축을 중심으로 연결된다. 그리고, 변환부(150)는 전동기로 구성되어, 로봇의 이동을 위한 구동용 모터 또는 자가발전을 위한 전력 충전용 발전기로 동작한다.
한편, 이동 로봇이 구동하는 경우, 변환부(150)는 베터리부(140)에서 전원을 인가받아 전동기가 회전하며, 추진부(160)와 연결된 구동축을 회전시킨다. 그리고, 구동축의 회전력은 추진부(160)를 회전시키고, 추진부(160)는 몸체(110)에 이동을 위한 구동력을 제공한다. 즉, 몸체(110)가 이동하는 경우, 변환부(150)는 구동용 모터로써 동작한다.
또한, 전력 충전시에는 유체의 흐름에 의해 추진부(160)가 타방향(170b)으로 회전을 하게 되어 구동축을 회전시키고, 구동축의 회전에 의해 변환부(150)의 전동기도 화전을 하게 된다. 즉, 변환부(150)는 추진부(160)로부터 제공되는 위 회전력에 의한 회전에너지를 제공받아 전력으로 변환하고, 이때 변환된 전력을 베터리부(140)에 제공한다. 따라서, 변환부(150)는 전력 충전시엔 충전용 발전기로 동작한다.
다시 말해서, 변환부(150)는 몸체(110) 구동시에는 베터리부(140)에서 전기적 입력을 받아 추진부(160)에 기계적 출력인 회전력을 제공하는 구동용 모터로 작동을 하고, 전력 충전시에는 추진부(160)에서 기계적 입력인 회전 에너지를 입력받아 베터리부(140)에 전기적 출력인 전력을 제공하는 전력 충전용 발전기의 역할을 한다.
상기 추진부(160)는 몸체(110)의 후단부에 장착되어, 변환부(150)와 동일한 구동축으로 연결된 프로펠러로 구성된다. 그리고, 추진부(160)는 몸체(110)에 이동을 위한 구동력을 제공하거나, 변환부(150)에 전력 변환을 위한 회전에너지를 제공한다.
따라서, 추진부(160)는 동일한 구동축으로 연결된 변환부(150)로부터 회전력을 공급받아, 일방향(170a)으로 회전한다. 이때, 프로펠러의 회전에 의해 구동력이 몸체(110)에 전달되고, 몸체(110)는 유체 흐름에 의한 저항을 뚫고 앞으로 이동한다.
그리고, 추진부(160)는 몸체(110)가 정지되어 전력 충전하는 경우에는, 배관 내부로 유입된 유체에 의해 프로펠러가 타방향(170b)으로 회전한다. 그리고, 그 회전력은 변환부(150)와 연결된 구동축을 회전시켜 변환부(150)에 회전에너지를 제공한다.
상기 통신부(180)는 베터리부(140) 앞에 장착되고, 이동 로봇의 몸체(110) 앞쪽으로 일부분이 돌출되어 된다. 그리고, 통신부(180)에는 무선통신기기, 카메라 또는 센서가 구비된다. 따라서, 무선통신기기는 배관 외부에서 로봇을 원격 조종하거나, 배관 내부를 검사할 수 있도록 외부의 사용자와 무선통신을 한다. 또한, 통신부(180)는 카메라와 센서가 로봇의 앞쪽에 장착되어 있어, 배관 내부를 검사하고, 무선통신기기를 통해 검사자료를 외부 사용자에게 전달한다.
상기 지지부(120)는 몸체(110)의 외부에 몸체(110)와 방사형으로 복수 개가 구비되어 있으며, 각각의 지지부(120)는 구동부재(122), 제동부재(124), 탄성부재(126)가 장착되어 있다. 그리고, 각각의 지지부(120)의 일단부는 몸체(110)에 연결되고, 타단부는 배관의 표면(10) 쪽으로 연결된다. 따라서, 지지부(120)는 배관의 중심축 상에 이동로봇(100)의 중심을 유지하며, 배관의 관경 크기 변화나 곡관 형성 등의 구조적 변화에 대응할 수 있다.
즉, 지지부(120)는 상기 몸체로부터 외측으로 연장되되 내부에 수용부(128)가 형성되는 연장부(127)와 수용부(128) 내에 길이방향으로 이동가능하도록 수용되는 확장부(129)가 있다. 그리고, 각각의 지지부(120)에는 수용부(128) 내에 수용된 확장부(129)의 단부와 접촉하여 상기 확장부(129)를 외측방향으로 탄성지지하는 탄성부재(126), 확장부(129)의 타단부에 회전가능하게 장착되는 구동부재(122)가 있고, 변환부의 전력 충전시에 구동부재의 회전을 억제하는 제동부재(124)로 구성된다.
한편, 구동부재(122)는 지지부(120)의 끝단에 위치하며, 확장부(129)의 타단부에 장착된다. 그리고, 원형의 바퀴로 구성된다. 따라서, 로봇이 이동하는 경우, 바퀴가 배관 표면에 밀착되어 굴러가며, 곡관의 경우에도 자연스럽게 로봇이 이동하도록 로봇을 유도한다.
또한, 제동부재(124)는 지지부(120)의 내부에서 상기 바퀴와 연결되고, 브레이크 장치로 구성된다. 제동부재(124)는 로봇의 이동속도를 조절하고, 구동부재인 바퀴의 회전을 억제한다. 따라서, 전력 충전시엔 몸체(110)를 정지시키는 역할을 한다.
그리고, 탄성부재(126)는 지지부(120)의 내부에 연결되어 있고, 수용부(128) 내에 수용된 확장부(129)의 단부와 접촉하며, 용수철을 구성된다. 예를 들어, 배관 내에 급류가 생성되어 로봇이 유동하게 되고, 배관과 충돌하는 경우, 몸체(110)에 충격이 전달되지 않도록 충격을 흡수하는 서스펜션의 역할을 한다.
지금부터는 상술한 배관 검사용 이동의 제1실시예의 작동에 대하여 설명한다.
도 3은 배관 내에서 바라본 본 발명 배관 검사용 이동 로봇의 일측면 단면도이다.
도 3을 참고하면, 몸체(110)는 몸체(110)의 내부에 유체가 유입하는 유입부(117)와 유입된 유체가 몸체(110) 외부로 배출되는 배출부(118)로 이루어진 관통부(115)가 형성된다. 즉, 관통부(115)는 유입부(117)를 통해 유입된 유체가 추진부(160)를 거쳐 배출부(118)로 나가서, 몸체(110) 내부로 유체의 흐름(20)이 원활하도록 한다. 이러한 형상은 이동 로봇이 충전시에, 몸체(110) 내부로 유입되는 유체에 의한 운동에너지를 최대한 추진부(160)에 전달하고, 프로펠러로 구성된 추진부(160)를 회전시킨다.
또한, 이동 로봇의 이동방향(30)은 유체 흐름에 의한 저항을 뚫고 전진하여, 유체 이동 방향(20)과 반대가 된다.
몸체(110) 외부에 구비된 복수개의 지지부(120)는 몸체(110) 이동시 몸체(110)가 배관과 충돌하지 않도록 지지부(120)의 길이를 능동적으로 조절하고, 배관의 중심축 상에 이동로봇(100)의 중심을 유지시킨다.
도 4a는 본 발명 배관 검사용 이동 로봇의 이동시 동작도이고, 도 4b는 도 4a에 따른 이동시 추진부의 동작도이다.
로봇 이동시에는 베터리부(140)에서 변환부(150)로 전원을 인가하고, 전동기로 구성된 변환부(150)는 전동기가 회전하여 추진부(160)와 연결된 구동축을 회전시킨다. 따라서, 변환부(150)에 의해 회전하는 구동축은 추진부(160)에 회전력을 제공하고, 추진부(160)는 일방향 회전(170a)을 한다. 즉, 이때의 변환부(150)는 전기적 입력인 전원을 입력받아 기계적 출력인 회전력을 제공하는 구동용 모터로써 작동한다.
한편, 프로펠러로 구성된 추진부(160)는 시계 반대 방향으로 일방향 회전(170a)을 하고, 프로펠러의 회전에 의해 이동로봇(100a)이 전진하도록 구동력을 제공한다. 이동 로봇(100a)은 추진부(160)로부터 제공받은 구동력을 바탕으로 유체 흐름(20)의 반대방향으로 이동(30)한다.
도 5a는 본 발명 배관 검사용 이동 로봇의 충전시 동작도이고, 도 5b는 도 5a에 따른 충전시 추진부의 동작도이다.
이동 로봇(110b)의 충전시엔, 복수 개의 지지부(120)에 구비된 구동부재(122)인 바퀴가 배관 표면(10)에 밀착한다. 그리고, 제동부재(124)는 브레이크를 잠그고, 이동로봇(100b)을 정지시킨다.
또한, 추진부(160)는 유입부(117)로 유입된 유체의 흐름(20)에 의한 운동에너지에 의해서, 시계방향으로 타방향 회전(170b)을 하고, 추진부(160)와 연결된 구동축을 회전시킨다. 그리고, 구동축의 회전에 의해 발생된 회전에너지는 변환부(150)에 제공되어, 전동기인 변환부(150)를 회전시킨다. 한편, 변환부(150)는 이 회전에너지를 바탕으로 전력을 생성하여 베터리부(140)에 전력을 충전한다. 즉, 전력을 충전하는 경우, 변환부(150)는 기계적 입력을 전달받아 전기적 출력을 제공하는 전력 충전용 발전기로 동작한다.
도 6은 본 발명 배관 검사용 이동 로봇의 곡면 이동시 동작도이다.
구부러진 곡면 이동시 지지부(120)의 구동부재(122)인 바퀴는 배관의 표면(10)에 밀착하고, 용수철로 이루어진 탄성부재(126)는 지지부(120)의 크기를 능동적으로 조절한다.
따라서, 이동 로봇(100)은 관경의 변화 또는 구브러진 곡관 등의 구조적 변화에 대응하여, 곡관 사이를 자연스럽게 이동한다.
또한, 탄성부재(126)는 서스펜션 구조로 되어 있어 지지부(120)가 배관 내면에 밀착 이동하고, 몸체(110)에 충격이 전달되지 않도록 지지부의 길이를 능동적으로 조절한다. 즉, 지지부(120) 내에 구비된 탄성부재(126)는 몸체(110)에 충격이 발생하지 않도록 충격을 흡수한다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
100 : 배관 검사용이동 로봇 110 : 몸체
115 : 관통부 120 : 지지부
140 : 베터리부 150 : 변환부
160 : 추진부 180 : 통신부

Claims (8)

  1. 유체가 이동하는 배관을 검사하기 위한 배관 검사용 이동 로봇에 있어서,
    몸체;
    상기 몸체에 구동력을 제공하거나, 전력 충전을 위한 회전에너지를 발생시키는 추진부;
    상기 추진부로부터 제공되는 회전에너지를 전력으로 변환하거나, 상기 몸체가 구동되도록 상기 추진부에 회전력을 제공하는 변환부;를 포함하며,
    상기 몸체는
    일단에 형성되고, 유체가 유입되는 유입부; 타단에 형성되며, 상기 유입부로부터 유입된 유체가 배출되는 배출부;를 포함하고, 상기 추진부는 상기 유입부와 상기 배출부 사이의 유체가 이동하는 경로 상에 구비되는 것을 특징으로 하는 배관 검사용 이동 로봇.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 변환부에 의해 발생된 전력을 충전하거나, 상기 변환부에 전원을 공급하는 베터리부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사용 이동 로봇.
  3. 삭제
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 추진부는
    상기 변환부로부터 공급받은 회전력에 의해 일방향으로 회전하여 상기 몸체를 이동시키고, 상기 몸체가 정지시에는 타방향으로 회전하여 상기 변환부에 회전에너지를 제공하는 프로펠러인 것을 특징으로 하는 배관 검사용 이동 로봇.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    외부와 정보 교환이 가능한 무선통신기기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사용 이동 로봇.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 무선통신기기는 초음파 통신을 이용하는 것을 특징으로 하는 배관 검사용 이동 로봇.
  7. 유체가 이동하는 배관을 검사하기 위한 배관 검사용 이동 로봇에 있어서,
    몸체;
    상기 몸체에 구동력을 제공하거나, 전력 충전을 위한 회전에너지를 발생시키는 추진부;
    상기 추진부로부터 제공되는 회전에너지를 전력으로 변환하거나, 상기 몸체가 구동되도록 상기 추진부에 회전력을 제공하는 변환부;를 포함하며,
    일단부는 상기 몸체의 외부에 장착되고, 타단부는 배관의 내면과 밀착하도록 구비되어, 배관 중심축 상에 상기 몸체의 중심을 유지하고, 배관의 구조적 변화에 대응할 수 있는 복수 개의 지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사용 이동 로봇.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 지지부는
    상기 몸체로부터 외측으로 연장되되 내부에 수용부가 형성되는 연장부; 상기 수용부 내에 길이방향으로 이동가능하도록 수용되는 확장부; 상기 수용부 내에 수용된 확장부의 단부와 접촉하여 상기 확장부를 외측방향으로 탄성지지하는 탄성부재; 상기 확장부의 타단부에 회전가능하게 장착되는 구동부재; 상기 변환부의 전력 충전시에 상기 구동부재의 회전을 억제하는 제동부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사용 이동 로봇.
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