KR101300063B1 - 철로상태 검사로봇 - Google Patents

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KR101300063B1
KR101300063B1 KR1020110119728A KR20110119728A KR101300063B1 KR 101300063 B1 KR101300063 B1 KR 101300063B1 KR 1020110119728 A KR1020110119728 A KR 1020110119728A KR 20110119728 A KR20110119728 A KR 20110119728A KR 101300063 B1 KR101300063 B1 KR 101300063B1
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손병락
공동욱
이동하
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재단법인대구경북과학기술원
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Abstract

본 발명은 전면에는 자율주행을 위한 카메라가 장착되는 몸체; 상기 몸체의 양측에 위치하며, 상기 몸체를 이동시키는 이동수단; 상기 몸체의 양측면 및 양측 상단에 위치하며, 철로의 너비 및 철로의 손상 여부를 측정하는 센서부; 상기 이동수단을 구동시키며, 상기 센서부에서 측정한 자료를 분석하는 제어부; 및 상기 몸체에 내장되며, 상기 이동수단을 구동시키는 동력원을 공급하는 배터리를 포함하며, 상기 센서부는 상기 몸체의 양측면에 위치하며 철로의 너비를 측정하는 제1센서와, 상기 제1센서의 하부에 위치하며 철로의 표면상태 및 철로 노치의 손상 여부를 검사하는 제2센서와, 상기 몸체의 양측 상단에 위치하며 철로의 접촉면 표면상태와 모서리의 손상여부를 검사하는 제3센서와, 상기 제3센서의 일측에 위치하며 철로의 내측 연결부위의 균열 및 손상여부를 검사하는 제4센서와, 상기 제3센서의 타측에 위치하며 철로의 외측 연결부위의 균열 및 손상여부를 검사하는 제5센서를 포함하는 철로상태 검사로봇을 제공한다.
따라서, 몸체의 양측면 및 양측 위치하는 복수개의 센서를 이용하여 철로의 너비 및 철로의 손상 여부를 측정하고, 제어부에서 분석하여 손상 여부를 판별하여 손상된 위치를 작업자에게 제공함으로 인하여 작업자가 철로를 보수함으로 인하여 열차 및 지하철의 탈선으로 인한 안전사고 및 인명사고를 방지할 수 있으며, 작업자에 의한 수동검사가 아닌 자동검사를 함으로 인하여 철로를 정밀하게 검사할 수 있고, 검사인원을 감소시킬 수 있어 비용을 절감할 수 있다.

Description

철로상태 검사로봇{Inspection robot for tracks status}
본 발명은 철로상태 검사로봇에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지하철 및 철도의 철로 간격, 마모상태, 균열 등을 검사하기 위한 철로상태 검사로봇에 관한 것이다.
일반적으로 철도가 다른 교통수단과 다른 점은 선로 위를 열차가 주행한다는 점이며, 사람이나 화물 등을 운반하기 위한 열차는 지상 또는 지하에 설치되는 철로를 따라 이동되며, 가장 흔하게 접할 수 있는 철로 선로는 전철이나 지하철의 철로가 있다.
이러한 철도 선로는 연속 형성되는 레일과, 그 레일의 하부를 지지하고 있는 다수의 침목 및 이러한 침목을 지지하고 있는 자갈층 또는 콘크리트층으로 구성된다.
도 1과 도 2는 일반적인 철도 레일의 구조를 설명하기 위한 사사도 및 단면도이다. 도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적인 철도 레일은 견고한 노반(3) 위에 도상(4)을 정해진 두께로 포설하고, 그 위에 침목(2)을 일정 간격으로 부설하여 침목(2) 위에 두 줄의 철도 레일(1)을 소정 간격으로 평행하게 체결한 것이다. 시공기면(노면으 표면) 이하의 노반과 함께 열차 하중을 직접 지지하는 중요한 역할을 하는 도상(4) 윗부분을 궤도라고 총칭한다.
이와 같은 궤도는 철도 레일(1), 체결구(미도시), 침목(2) 및 도상(4)으로 구성되는데, 철도 레일(1)의 하면(1b)은 침목(2)에 접촉하고, 철도 레일(1)의 상면(1a)은 열차에 접촉하며, 열차를 직접 지지하면서 열차의 주행을 유도한다.
침목(2)은 철도 레일(1)로부터 받는 하중을 도상(4)에 전달하고, 철도 레일(1)의 위치를 유지한다. 도상(4)은 침목(2)으로부터 받은 하중을 노반(3)에 넓게 전달하고 침목(2)의 위치를 유지하며 탄성에 의한 충격력을 완화시킨다.
이때, 침목(2)은 레일 길이 10m 당 보통 15본 ~ 17본을 배치하는 바, 침목(2)과 침목(2) 간의 간격이 일정하게 유지되어야 하고, 그 높낮이(수평)도 일정하게 유지되어야 한다. 만일, 침목(2) 간의 간격이 일정하지 않거나 높낮이가 틀리면, 열차의 하중이 균등하게 분포되지 않아서 철도 레일(1)이 휘거나 균일이 발생하거나 또는 침목(2)의 균열이 발생하게 되며, 그로 인하여 철도 레일(1) 또는 침목(2) 및 차륜의 보수비가 증가하고 열차의 노후화가 가속화되는 문제가 있고, 열차 주행 시 승차감이 나빠진다는 문제점 및 철도 레일(1)의 손상으로 인한 열차의 탈선으로 안전사고 및 인명사고가 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 기차나 지하철 등의 운반체와 궤도 검사 및 레일고정부재 파손 검사, 선로의 적합성 여부의 평가는 오랜 경험을 갖고 있는 검진도공의 검사에 의존하고 있는 실정이다. 이처럼 지금까지는 사람이 직접 궤도 및 레일 고정부재의 결함과 파손을 검사하기 때문에 시간, 인력의 낭비는 물론 경제적인 낭비를 초래하고 있는 것이 현실이고, 무엇보다도 사람이 하는 일이기 때문에 완전한 검측이 불가능하다는 문제점이 있었다.
특히 날씨, 환경, 검진도공의 책임감에 따른 주관적인 요소가 검사에 직접적인 영향을 미치고 있을 뿐만 아니라 여러 가지 상황 하에서 발생할 수 있는 검진도공의 안전상의 문제에 있어서도 매우 큰 부담으로 작용하고 있는 것이 현실이다.
본 발명은 몸체의 전면에 부착된 카메라와 몸체의 양측에 위치하는 이동수단을 이용하여 자율주행하면서 센서부를 통해 철로의 너비 및 철로의 손상여부를 측정하여 철로의 이상으로 인하여 열차 및 지하철의 탈선으로 인하여 발생되는 안전사고 및 인명사고를 방지하도록 하는 철로상태 검사로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 전면에는 자율주행을 위한 카메라가 장착되는 몸체; 상기 몸체의 양측에 위치하며, 상기 몸체를 이동시키는 이동수단; 상기 몸체의 양측면 및 양측 상단에 위치하며, 철로의 너비 및 철로의 손상 여부를 측정하는 센서부; 상기 이동수단을 구동시키며, 상기 센서부에서 측정한 자료를 분석하는 제어부; 및 상기 몸체에 내장되며, 상기 이동수단을 구동시키는 동력원을 공급하는 배터리를 포함하며, 상기 센서부는 상기 몸체의 양측면에 위치하며 철로의 너비를 측정하는 제1센서와, 상기 제1센서의 하부에 위치하며 철로의 표면상태 및 철로 노치의 손상 여부를 검사하는 제2센서와, 상기 몸체의 양측 상단에 위치하며 철로의 접촉면 표면상태와 모서리의 손상여부를 검사하는 제3센서와, 상기 제3센서의 일측에 위치하며 철로의 내측 연결부위의 균열 및 손상여부를 검사하는 제4센서와, 상기 제3센서의 타측에 위치하며 철로의 외측 연결부위의 균열 및 손상여부를 검사하는 제5센서를 포함하는 철로상태 검사로봇을 제공한다.
본 발명에 따른 철로상태 검사로봇의 상기 이동수단은 상기 몸체의 양측에 장착되는 복수개의 휠과, 상기 복수개의 휠을 감싸는 케터필러(Caterpillar)로 이루어질 수 있고, 상기 제3센서와 상기 제4센서 및 상기 제5센서는 상기 몸체의 상부에 양측 외측으로 절곡되게 장착된 가이드부에 장착될 수 있으며, 상기 몸체의 상부에는 태양광을 집열하여 상기 배터리를 충전시키는 집열판이 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 철로상태 검사로봇은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 몸체의 양측면 및 양측 위치하는 복수개의 센서를 이용하여 철로의 너비 및 철로의 손상 여부를 측정하고, 제어부에서 분석하여 손상 여부를 판별하여 손상된 위치를 작업자에게 제공함으로 인하여 작업자가 철로를 보수함으로 인하여 열차 및 지하철의 탈선으로 인한 안전사고 및 인명사고를 방지할 수 있다.
둘째, 작업자에 의한 수동검사가 아닌 자동검사를 함으로 인하여 철로를 정밀하게 검사할 수 있고, 검사인원을 감소시킬 수 있어 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 일반적인 철도 레일의 구조를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 철도 레일의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 철로상태 검사로봇을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 철로상태 검사로봇이 철로의 너비와 철로의 손상 여부를 측정하는 과정을 도시한 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 센서부가 철로를 측정하는 부위를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면, 도 3은 본 발명에 따른 철로상태 검사로봇을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 철로상태 검사로봇이 철로의 너비와 철로의 손상 여부를 측정하는 과정을 도시한 도면이며, 도 5는 도 4에 도시된 센서부가 철로를 측정하는 부위를 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 철로상태 검사로봇(100)은 몸체(110)와, 이동수단(120)과, 센서부(130)와, 제어부(140)와, 배터리(150)를 포함한다.
상기 몸체(110)는 철도레일(철로:10) 사이를 후술되는 이동수단(120)을 이용하여 운행하며, 상기 몸체(120)는 사각형상으로 철도레일(10)의 높이와 유사한 높이를 가지는 것이 바람직하다.
상기 몸체(110)의 전면에는 상기 몸체(110)의 자율주행을 위한 카메라(112)가 장착된다. 상기 카메라(112)는 상기 몸체(110)가 주행하는 전방에 장애물의 여무를 판별하는 역할을 한다.
상기 몸체(110)의 상부에는 가이드부(114)가 장착된다. 상기 가이드부(114)는 상기 몸체(110)의 상부에서 양측 외측으로 절곡되게 형성되며, 상기 가이드부(114)에는 후술되는 센서부(130)의 제3센서(133)와 제4센서(134) 및 제5센서(135)가 장착된다.
상기 가이드부(114)는 상기 몸체(110)의 양측 외측으로 이동 가능하게 장착되는 것이 바람직하며, 상기 가이드부(114)가 이동 가능함으로 인하여 상기 몸체(110)가 철도레일(10)의 한쪽으로 편중되어 이동될 경우에는 철도레일(10)의 손상여부를 상기 센서부(130)가 측정하게 된다.
상기 몸체(110)의 양측에는 이동수단(120)이 구비된다. 상기 이동수단(120)은 상기 몸체(110)의 양측에 장착되는 복수개의 휠(122)와, 상기 복수개의 휠(122)을 감싸는 케터필터(Caterpillar:124)로 이루어진다.
상기 몸체(110)는 전방에 장착되는 상기 카메라(112)가 상기 몸체(110)의 주행 전방의 장애물 여부를 판단하고, 상기 이동수단(120)의 구동에 의해 철도레일(10) 사이에서 이동하게 되며, 상기 케터필터(Caterpillar:124)가 상기 휠(122)의 외측에 구비됨으로 인하여 철도레일(10) 사이가 평탄하지 않을 경우에도 원활하게 이동되게 된다.
상기 몸체(110)의 양측면 및 양측 상단에는 센서부(130)가 장착되며, 상기 센서부(130)는 철도레일(철로:10)의 너비 및 철도레일의 손상여부를 측정하는 역할을 한다.
상기 센서부(130)는 제1센서(131)와 제2센서(132)와 제3센서(133) 및 제4센서(134)와 제5센서(135)로 이루어진다.
상기 제1센서(131)는 상기 몸체(110)의 양측면에 위치하며, 철도레일(10)의 너비를 측정하며, 상기 제1센서(131)로는 비접촉식 옵티컬 센서가 사용되는 것이 바람직하다.
비접촉식 옵티컬 센서는 전원이 공급되면 빛을 발산하는 소자(발광다이오드/LED)와 빛을 받으면 작동하는 소자(포토 다이오드/포토 TR)를 조합하여 발광다이오드에 전원을 공급하여 빛을 발산시키고 일정한 규칙에 의한 홈을 통하여 흘러 나온 빛이 포토 다이오드에 비치면 빛을 받은 포토 다이오드가 작동하는 것을 이용하는 센서이다.
상기 제2센서(132)는 상기 몸체(110)의 양측면에 위치하는 제1센서(131)의 하부에 위치하며, 철도레일(10)의 표면상태 및 철도레일(10) 노치의 손상여부를 검사하는 역할을 한다.
상기 제3센서(133)는 상기 몸체(110)의 양단 상측에 절곡되게 장착되는 가이드부(114)에 구비되며, 철도레일(10)의 접촉면 표면상태와 모서리의 손상여부를 검사하는 역할을 한다.
상기 제4센서(134)는 상기 가이드부(114)에 구비되는 상기 제3센서(133)의 일측에 위치하며, 철도레일(10)의 내측 연결부위의 균열 및 손상여부를 검사하는 역할을 한다.
상기 제5센서(135)는 상기 가이드부(114)에 구비되는 상기 제3센서(133)의 타측에 위치하며, 철도레일(10)의 외측 연결부위의 균열 및 손상여부를 검사하는 역할을 한다.
상기 제2센서(132)와 제3센서(133) 및 제4센서(134)와 제5센서(135) 역시 상기 제1센서(131)과 동일하게 비접촉식 옵티컬 센서가 사용되는 것이 바람직하다. 비접촉식 옵티컬 센서는 상기 제1센서(131)에서 설명한 바, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 몸체(110)에는 제어부(140)가 구비된다. 상기 제어부(140)는 상기 이동수단(120)을 구동시키며, 상기 제1센서(131)와 제2센서(132)와 제3센서(133) 및 제4센서(134)와 제5센서(135)로 이루어지는 센서부(130)에서 측정한 자료를 분석하는 역할을 한다.
상기 제어부(140)는 상기 센서부(130)에서 측정한 자료를 분석하는 역할만 하는 것이 아니라, 분석한 자료를 저장하여 작업자에게 분석한 자료를 제공하는 역할도 수행한다.
상기 몸체(110)에는 배터리(150)가 내장된다. 상기 배터리(150)는 상기 이동수단(120)을 구동시키는 동력원을 공급하는 역할을 하며, 상기 배터리(150)의 충전은 전기에 의해 이루어질 수 있고, 전기가 아닌 태양열에 의해 충전이 이루어질 수 있다.
상기 몸체(110)의 상부에는 태양광을 집열하기 위한 집열판(160)이 장착된다. 상기 집열판(160)은 태양광을 집열하여 상기 배터러(150)을 충전시키는 역할을 하며, 전술한 바와 같이 상기 배터리(150)은 상기 집열판(160)과 전기에 의해 충전될 수 있다.
본 발명에 따른 철로상태 검사로봇(100)을 이용하여 철도레일(10)의 손상여부를 측정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 본 발명에 따른 철로상태 검사로봇(100)을 철도레일(10) 사이에 위치시킨 후, 제어부(140)를 조작하여 이동수단(120)을 구동시킨다. 상기 이동수단(120)이 구동됨으로 인하여 상기 철로상태 검사로봇(100)이 철도레일(10) 사이에서 이동하면서 상기 철로상태 검사로봇(100)의 몸체(110) 양측면 및 양측 상단에 위치하는 센서부(130)가 철도레일(10)의 너비 및 철도레일(10)의 각 부위 손상여부를 측정하여 상기 제어부(140)로 전송하게 된다.
상기 제어부(140)은 상기 센서부(130)에서 측정한 자료를 분석하고, 철도레일(10)의 손상여부를 판별하여 작업자에게 제공하면, 작업자는 상기 제어부(140)에서 제공된 자료를 토대로 하여 철도레일(10)의 손상여부를 판단하여, 손상부위를 보수하게 된다.
따라서, 몸체의 양측면 및 양측 위치하는 복수개의 센서를 이용하여 철로의 너비 및 철로의 손상 여부를 측정하고, 제어부에서 분석하여 손상 여부를 판별하여 손상된 위치를 작업자에게 제공함으로 인하여 작업자가 철로를 보수함으로 인하여 열차 및 지하철의 탈선으로 인한 안전사고 및 인명사고를 방지할 수 있으며, 작업자에 의한 수동검사가 아닌 자동검사를 함으로 인하여 철로를 정밀하게 검사할 수 있고, 검사인원을 감소시킬 수 있어 비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100 : 철로상태 검사로봇 110 : 몸체
112 : 카메라 114 : 가이드부
120 : 이동수단 122 : 휠
124 : 케터필터 130 : 센서부
131 : 제1센서 132 : 제2센서
133 : 제3센서 134 : 제4센서
135 : 제5센서 140 : 제어부
150 : 배터리 160 : 집열판

Claims (5)

  1. 전면에는 자율주행을 위한 카메라가 장착되는 몸체;
    상기 몸체의 양측에 위치하며, 상기 몸체를 이동시키는 이동수단;
    상기 몸체의 양측면 및 양측 상단에 위치하며, 철로의 너비 및 철로의 손상 여부를 측정하는 센서부;
    상기 이동수단을 구동시키며, 상기 센서부에서 측정한 자료를 분석하는 제어부; 및
    상기 몸체에 내장되며, 상기 이동수단을 구동시키는 동력원을 공급하는 배터리를 포함하며,
    상기 센서부는,
    상기 몸체의 양측면에 위치하며 철로의 너비를 측정하는 제1센서와, 상기 제1센서의 하부에 위치하며 철로의 표면상태 및 철로 노치의 손상 여부를 검사하는 제2센서와, 상기 몸체의 양측 상단에 위치하며 철로의 접촉면 표면상태와 모서리의 손상여부를 검사하는 제3센서와, 상기 제3센서의 일측에 위치하며 철로의 내측 연결부위의 균열 및 손상여부를 검사하는 제4센서와, 상기 제3센서의 타측에 위치하며 철로의 외측 연결부위의 균열 및 손상여부를 검사하는 제5센서를 포함하는 철로상태 검사로봇.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이동수단은,
    상기 몸체의 양측에 장착되는 복수개의 휠과, 상기 복수개의 휠을 감싸는 케터필러(Caterpillar)로 이루어지는 철로상태 검사로봇.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3센서와 상기 제4센서 및 상기 제5센서는,
    상기 몸체의 상부에 양측 외측으로 절곡되게 장착된 가이드부에 장착되는 철로상태 검사로봇.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 몸체의 상부에는 태양광을 집열하여 상기 배터리를 충전시키는 집열판이 장착되는 철로상태 검사로봇.
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