KR101313240B1 - 배관 탐사 로봇, 배관 탐사 시스템 - Google Patents

배관 탐사 로봇, 배관 탐사 시스템 Download PDF

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KR101313240B1 KR1020120041587A KR20120041587A KR101313240B1 KR 101313240 B1 KR101313240 B1 KR 101313240B1 KR 1020120041587 A KR1020120041587 A KR 1020120041587A KR 20120041587 A KR20120041587 A KR 20120041587A KR 101313240 B1 KR101313240 B1 KR 101313240B1
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최두진
허종행
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Abstract

본 발명은 배관 탐사 로봇, 및 이를 포함하는 배관 탐사 시스템에 관한 것으로, 배관 탐사를 수행하기 위한 하나 이상의 기능 모듈이 장착되는 몸체부; 배관 내부의 송풍에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 풍력 발전부; 및 변환된 상기 전기에너지를 이용하여 상기 하나 이상의 기능 모듈로 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하는 배관 탐사 로봇, 및 이를 포함하는 배관 탐사 시스템을 개시한다.

Description

배관 탐사 로봇, 배관 탐사 시스템{PIPELINE INSPECTING ROBOT, PIPELINE INSPECTING SYSTEM}
본 발명은 배관 탐사 로봇, 및 배관 탐사 시스템에 관한 것이다.
석유나 천연 가스의 이송관, 또는 상하수도관과 같은 각종 배관 설비의 성능 및 안전성을 확인하기 위해, 배관 설비의 파손 등 배관의 결함을 검사하게 된다. 최근에는 배관 탐사 로봇을 배관의 내부로 주행시키면서, 배관 내부의 결함을 탐사하는 방식이 도입되었다.
배관 탐사 로봇은 배관의 내부를 주행하면서 어두운 배관 내부를 조명하여 배관 내부의 영상을 촬영한다. 그런데, 기존의 배관 탐사 로봇은 전원케이블을 통해 배관 외부로부터 전원을 공급받아 각종 조명 장치나 영상 촬영 장치를 동작시키고 있다. 또한, 기존의 배관 탐사 로봇으로부터 수집된 배관 내부의 탐사 정보 역시 유선 케이블을 통해 배관 외부로 전송된다.
이와 같이, 기존의 배관 탐사 로봇은 배관의 외부로부터 전원, 통신, 제어 등을 수행하기 위한 각종 케이블을 연결하여 배관의 내부를 검사하고 있으므로, 배관의 길이가 긴 경우에는 케이블 길이의 한계로 인해 전체 배관에 대해 탐사하지 못할 수 있다.
뿐만 아니라, 기존의 배관 탐사 로봇은 배관이 복잡한 구조로 꺾여 있는 경우에는 배관의 굴곡으로 인해 케이블이 꼬이게 되어, 배관의 내부를 원활하게 이동하지 못할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전원선, 통신선, 제어선 등의 각종 유선 케이블을 연결하지 않고도 배관의 내부를 탐사할 수 있는 배관 탐사 로봇, 및 이를 활용한 배관 탐사 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 복잡한 구조의 배관을 원활하게 주행하면서 탐사할 수 있는 배관 탐사 로봇, 및 이를 활용한 배관 탐사 시스템을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 배관 탐사 로봇은 배관 탐사를 수행하기 위한 하나 이상의 기능 모듈이 장착되는 몸체부; 배관 내부의 송풍에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 풍력 발전부; 및 변환된 상기 전기에너지를 이용하여 상기 하나 이상의 기능 모듈로 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함한다.
또한, 상기 풍력 발전부는, 바람에 의해 회전되는 날개를 포함하는 회전 날개부; 및 상기 날개의 회전 에너지로부터 상기 전기에너지로의 변환을 수행하는 발전기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 몸체부에는 배관 내부로 송풍된 바람이 통과될 수 있는 통풍로가 형성되고, 상기 회전 날개부는 상기 통풍로에 장착될 수 있다.
또한, 상기 배관 탐사 로봇은, 상기 배관 내부로 송풍된 바람을 상기 통풍로 측으로 유도하기 위한 집속유도부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전원 공급부는, 상기 풍력 발전부에 의해 변환된 상기 전기에너지를 정류하는 정류기; 상기 정류기에 의해 정류된 전기에너지를 충전시키기 위한 충전회로; 및 상기 충전회로에 의해 전기에너지가 축전되는 축전기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전원 공급부는, 상기 축전기에 축전된 전기에너지를 이용하여 상기 하나 이상의 기능 모듈로 전압을 조절하여 공급하는 전압 조절부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전원 공급부는, 상기 정류기에 의해 정류된 전기에너지를 이용하여 상기 하나 이상의 기능 모듈로 전압을 조절하여 공급하고, 상기 하나 이상의 기능 모듈로 전압을 공급하고 남은 여분의 전압을 상기 충전 회로로 공급하는 전압 조절부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하나 이상의 기능 모듈은, 외부 통신 모듈과 통신을 수행하는 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따른 배관 탐사 시스템은 배관을 탐사하기 위한 배관 탐사 로봇; 상기 배관의 내부로 바람을 송풍하기 위한 송풍기를 포함하되, 상기 배관 탐사 로봇은, 상기 배관의 내부로 송풍되는 바람의 송풍에너지를 전기에너지로 변환하는 풍력 발전부; 및 변환된 상기 전기에너지를 이용하여 상기 배관 탐사 로봇의 하나 이상의 기능 모듈로 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함한다.
또한, 상기 배관 탐사 시스템은, 상기 배관의 출구 측을 개방 또는 폐쇄시키기 위한 개폐기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배관 탐사 시스템은, 상기 배관 탐사 로봇과 통신하도록 상기 배관의 외면 일측에 부착되는 외부 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배관 탐사 시스템은, 상기 송풍기 및 개폐기의 동작을 제어하고, 상기 외부 통신 모듈 또는 상기 배관 탐사 로봇과 무선으로 데이터를 송수신하는 중앙 관제 시스템을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면 전원선과 제어선, 통신선 등이 없이도 배관 탐사 로봇을 이용하여 배관의 내부를 탐사할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면 배관 탐사 로봇을 이용하여 복잡한 구조의 배관 설비를 탐사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 로봇의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 로봇의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 로봇의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 탐사 로봇을 구성하는 전원 공급부의 예시적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 탐사 로봇을 구성하는 전원 공급부의 다른 예시적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 탐사 로봇을 구성하는 전원 공급부의 또 다른 예시적인 구성도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 시스템을 구성하는 송풍기의 예시적인 단면도이다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 시스템을 구성하는 개폐기의 예시적인 사시도이다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 시스템을 구성하는 개폐기의 예시적인 종단면도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
한편, 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부', '~기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 구성요소들과 '~부', '~기' 들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부', '~기' 들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부', '~기' 들로 더 분리될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 로봇은 풍력 발전부를 이용하여 배관 내부의 송풍에너지를 전기에너지로 변환하고, 변환된 전기에너지를 각 기능 모듈의 전원으로 공급함으로써, 전원선이나 제어선 또는 통신선이 없이도 배관을 탐사할 수 있으며, 복잡한 구조의 배관 설비를 탐사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 시스템의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 시스템(10)은 배관 탐사 로봇(100), 송풍기(300), 개폐기(410,420), 외부 통신 모듈(500), 및 송풍기(300)와 개폐기(410,420) 및 배관 탐사 로봇(100)의 동작을 제어하기 위한 중앙 관제 시스템(600)을 포함한다. 배관 탐사 로봇(100)은 배관(200)의 내부를 주행하면서 배관을 탐사한다. 배관 탐사 로봇(100)의 보다 구체적인 구성에 대하여는 이후 도 2 내지 도 4를 참조하여 후술된다.
송풍기(300)는 중앙 관제 시스템(600)으로부터의 무선 제어 신호에 따라 배관(200)의 입구 측으로부터 배관(200)의 내부로 바람을 불어넣도록 동작할 수 있다. 송풍기(300)의 보다 구체적인 구성에 대하여는 이후 도 8을 참조하여 후술된다.
개폐기(410,420)는 중앙 관제 시스템(600)으로부터의 무선 제어 신호에 따라 배관(200)의 출구 측을 개방하거나 폐쇄할 수 있다. 개폐기(410,420)의 보다 구체적인 구성에 대하여는 이후 도 9a 및 도 9b를 참조하여 후술된다.
외부 통신 모듈(500)은 배관 탐사 로봇(100) 및 중앙 관제 시스템(600)과 무선으로 통신하도록 배관(200)의 외면 일 측에 설치될 수 있다. 외부 통신 모듈(500)은 배관 탐사 로봇(100)으로부터 배관 내부의 영상 데이터 등의 탐사 데이터를 수신하거나, 중앙 관제 시스템(600)으로부터 배관 탐사 로봇(100)을 제어하는 신호를 수신할 수 있다.
외부 통신 모듈(500)은 진동 방식으로 배관 탐사 로봇(100)으로부터 탐사 데이터를 수신할 수 있다. 외부 통신 모듈(500)은 일 예로 피에조(piezo)로 구성된 송신기 및 수신기를 배관(200)의 외면 일 측에 밀착하여 설치함으로써 구현될 수 있다.
외부 통신 모듈(500)의 수신기는 배관 탐사 로봇(100)에 의해 수신된 진동 신호의 압력으로부터 전기적 신호를 발생하고, 중앙 관제 시스템(600)으로부터의 무선 신호를 RF(Radio Frequency) 통신 모듈을 이용하여 수신할 수 있다.
외부 통신 모듈(500)의 송신기는 수신기로부터의 전기적 신호를 RF(Radio Frequency) 통신 모듈을 이용하여 중앙 관제 시스템(600)으로 무선으로 송신하고, 중앙 관제 시스템(600)으로부터의 무선 신호로부터 진동 신호를 생성하여 배관 탐사 로봇(100)으로 송신할 수 있다.
중앙 관제 시스템(600)은 외부 통신 모듈(500)로부터 배관 탐사 로봇(100)의 탐사 데이터를 수신하고, 배관 탐사 로봇(100)을 제어하기 위한 무선 제어 신호를 외부 통신 모듈(500)로 전송할 수 있다. 대안적으로, 중앙 관제 시스템(600)은 배관 탐사 로봇(100)로부터 직접 탐사 데이터를 수신하거나, 배관 탐사 로봇(100)으로 직접 무선 제어 신호를 송수신할 수도 있다. 무선 제어 신호는 예를 들어, 배관 탐사 로봇(100)을 구동시키거나 정지시키는 신호, 또는 영상 촬영을 개시하거나 종료하는 신호 등일 수 있다.
중앙 관제 시스템(600)은 배관 탐사 로봇(100)이 두 개 이상의 경로로 분기되기 전인 제1 경로(210)를 탐사할 때에는 제1 개폐기(410)와 제2 개폐기(420) 중 어느 하나의 개폐기만을 개방시키거나 두 개의 개폐기를 모두 개방시킬 수 있다.
중앙 관제 시스템(600)은 배관 탐사 로봇(100)이 제2 경로(220)를 탐사할 때에는 제2 경로(220)의 출구 측에 설치된 제1 개폐기(410)는 개방시키고, 제2 개폐기(420)는 폐쇄시킬 수 있다.
중앙 관제 시스템(600)은 배관 탐사 로봇(100)이 제3 경로(230)를 탐사할 때에는 제1 개폐기(410)는 폐쇄시키고, 제3 경로(230)의 출구 측에 설치된 제2 개폐기(420)를 개방시킬 수 있다.
도 1에는 두 개의 출구를 갖는 배관(200)으로 도시되어 있으나, 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 로봇(100)에 의해 탐사되는 배관(200)의 출구는 하나이거나, 세 개 이상일 수 있다. 배관(200)의 출구가 하나인 경우에는 배관(200)의 출구 측에는 개폐기가 설치되지 않을 수 있다.
만약, 배관(200)의 출구가 세 개 이상이면, 배관(200)의 각 출구마다 개폐기가 설치될 수 있다. 이때, 중앙 관제 시스템(600)은 배관 탐사시 배관(200)의 출구 측의 개폐기들 중 하나 이상의 개폐기가 개방되도록 제어할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 로봇의 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 배관 탐사 로봇의 분해 사시도이다. 도 4는 도 2에 도시된 배관 탐사 로봇의 종단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 로봇(100)은 몸체부(110), 풍력 발전부(120), 전원 공급부(130), 기능 모듈부(140), 구동부(150) 및 집속유도부재(160)를 포함한다.
몸체부(110)는 풍력 발전부(120), 전원 공급부(130), 및 배관 탐사를 위해 필요한 각종 기능 모듈을 포함하는 기능 모듈부(140)를 내장할 수 있다. 몸체부(110)는 원통 형상의 외측프레임(119), 전방프레임(118), 외측프레임(119)과 동 축을 이루도록 형성된 원통 형상의 내측프레임(113), 및 후방프레임(111)을 포함할 수 있다.
전방 프레임(118)은 외측프레임(119)의 전방 측 단부로부터 내측으로 연장되어 수직 방향으로 형성될 수 있다. 내측프레임(113)은 전방프레임(118)의 내주연으로부터 후방 측으로 연장 형성될 수 있다. 후방프레임(111)은 외측프레임(119)에 볼트(117)로 체결되어, 외측프레임(119)과 내측프레임(113)의 후방 측 단부의 사이를 차폐시킬 수 있다.
외측프레임(119), 전방프레임(118), 내측프레임(113) 및 후방프레임(111)에 의해 형성되는 내부 공간(115)에는 회전에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 풍력 발전부(120)의 발전기(129), 전원 공급부(130), 및 기능 모듈부(140)가 설치될 수 있다. 내측프레임(113)의 중앙 측에 형성되는 빈 공간(112)은 송풍기(300)로부터 배관(200)의 내부로 공급된 바람이 통과될 수 있도록 통풍로를 형성할 수 있다.
풍력 발전부(120)는 배관(200)의 내부로 송풍된 바람의 풍력에너지를 전기에너지로 변환할 수 있다. 풍력 발전부(120)는 바람에 의해 회전되는 날개(121a)를 포함하는 회전 날개부(121), 및 날개(121a)의 회전에너지를 전기에너지로 변환하는 발전기(129)를 포함할 수 있다.
회전 날개부(121)는 내측프레임(113)의 빈 공간(112)에 의해 제공되는 통풍로에 설치될 수 있다. 회전 날개부(121)는 내측프레임(113)의 빈 공간(112)으로 삽입되어, 전방 측의 둘레가 내측프레임(113)의 내주면에 돌출 형성된 단턱(113a)에 걸리게 된다. 이러한 상태에서, 집속유도부재(160)의 체결부(161)를 내측프레임(113)의 내주면 후방 측에 형성된 나사부(114)에 체결시킴에 따라, 몸체부(110)의 내부에 제공되는 통풍로 상에 회전 날개부(121)가 설치됨과 동시에, 집속유도부재(160)가 몸체부(110)의 후방 측에 설치될 수 있다.
회전 날개부(121)는 내측프레임(113)의 내주면 측에 장착되는 원통프레임(120a), 원통프레임(120a) 내주면의 후방 측에 형성된 지지부재(121b), 지지부재(121b)에 의해 고정되는 베어링(128), 베어링(128)을 통해 회전 가능하게 지지되는 회전축(123), 회전축(123)과 연결된 날개(121a), 회전축(123)의 회전력을 수직축(124)으로 전달하는 기어결합부(125), 및 수직축(124)을 포함할 수 있다.
기어결합부(125)는 원통프레임(120a)의 내주면 전방 측으로부터 내측으로 연장되어 형성된 네 개의 지지부재를 통해 고정될 수 있다. 기어결합부(125)는 회전축(123)을 회전 가능하게 지지하는 제1 베어링(126), 수직축(124)을 회전 가능하게 지지하는 제2 베어링(127)을 포함할 수 있다.
회전축(123)의 전방 측의 단부에는 제1 기어부재가 형성될 수 있다. 회전축(123)의 제1 기어부재는 수직축(124)의 상부 측의 단부에 형성된 제2 기어부재와 기어결합부(125) 내에서 결합될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 기어부재와 제2 기어부재는 베벨기어일 수 있다. 수직축(124)은 원통프레임(120a)의 하부면 일 측을 관통하여서 하부로 연장되어 발전기(129)로 연결될 수 있다.
회전 날개부(121)를 내측프레임(113)의 빈 공간(112)에 설치하기 위해, 내측프레임(113)의 하부면에는 수직축(124)이 삽입될 수 있도록 후방 측의 단부로부터 전방 측을 향해 소정의 길이로 삽입홈(113b)이 형성될 수 있다.
도 4에서는 기어결합부(125)에 의해 회전축(123)의 회전에너지를 수직축(124)으로 전환한 후 전기에너지로 변환하기 위한 실시예를 나타내고 있지만, 기어결합부(125) 없이 회전축(123)의 회전에너지를 직접 전기에너지로 변환할 수도 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배관탐사로봇(100)의 풍력발전부(120)는, 날개(121a)가 수직축(123)을 중심으로 회전하는 형태일 수 있다.
전원 공급부(130)는 풍력 발전부(120)에 의해 변환된 전기에너지를 이용하여 전원 공급선(130a)을 통해 기능 모듈부(140)의 각 기능 모듈로 전원을 공급할 수 있다. 전원 공급부(130)에 대하여는 이후 도 5 내지 도 7을 참조하여 후술된다.
기능 모듈부(140)의 각 기능 모듈은 전원 공급부(130)로부터의 전원에 의해 동작할 수 있다. 구동부(150)는 배관 탐사 로봇(100)을 배관(200)의 내부로 주행시킬 수 있다. 집속유도부재(160)는 배관 내부의 바람을 풍력 발전부(120)로 유도할 수 있다. 집속유도부재(160)는 깔대기 형상으로 이루어져 송풍기(300)로부터 배관(200)의 내부로 송풍된 바람이 몸체부(110)의 중심 측에 마련되어진 통풍로 측으로 집속되도록 유도할 수 있다.
구동부(150)는 외측프레임(119)의 원주 방향으로 일정 간격을 두고 복수 개 설치될 수 있다. 도 2 내지 도 4에서 구동부(150)는 외측프레임(119)의 상,하,좌,우에 각 1개씩 총 네 개가 설치된 것으로 도시되어 있으나, 구동부(150)의 개수 및 설치 위치는 다양하게 변형될 수 있음은 본 발명의 실시예가 속하는 기술분야에 종사하는 통상의 기술자에게 자명할 것이다.
각 구동부(150)는 외측프레임(119)의 한 쌍의 홀(116)을 관통하여서 삽입되는 한 쌍의 로드(155), 외측프레임(119)의 내부 측에서 각 로드(155)의 단부 측에 고정 연결되는 스토퍼(153), 외측프레임(119)의 외부 측에서 각 로드(155)의 단부와 고정 연결되는 지지판(152), 외측프레임(119)의 외부 측에서 각 로드(155)에 끼워져 외측프레임(119)으로부터 지지판(152)을 외향으로 탄성 지지하는 탄성부재(154), 및 지지판(152) 상에 설치되어 배관(200)의 내면과 접하여 회전 가능한 이동휠(151)을 포함할 수 있다.
네 개의 구동부(150) 중에서 어느 하나 이상의 구동부(150)는 이동휠(151)을 구동하기 위한 구동 모터(156)에 의해 몸체부(110)를 전방 또는 후방으로 이동시킬 수 있다. 외측프레임(119)의 상부 측과, 좌/우 측면 측에 형성된 구동부(150)는 배관 탐사 로봇(100)이 배관(200)의 내부에서 안정적으로 이동되도록 보조할 수 있다.
전방프레임(118)에는 배관(200)의 내부를 촬영하여 영상케이블(146a)을 통해 영상데이터를 전송하는 카메라(146), 조명케이블(145a)을 통해 공급되는 전원에 의해 동작하여 배관 탐사 로봇(100)의 전방 측을 조명하는 조명 장치(145)가 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 로봇(100)은 도 2 내지 도 4에 도시되지 않은 구성들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 로봇(100)은 배관 내부의 각종 이물질을 흡입하여 집진하기 위한 집진장치, 이물질 제거를 위한 브러쉬 롤 등을 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 탐사 로봇을 구성하는 전원 공급부의 예시적인 구성도이다. 도 5에 도시된 실시예와 같이, 전원 공급부(130)는 발전기(129)에 의해 변환된 전기에너지를 정류하는 정류기(131), 정류기(131)에 의해 정류된 전기에너지를 충전시키기 위한 충전회로(133), 및 충전회로(133)에 의해 전기에너지가 축전되는 축전기(134)를 포함할 수 있다.
축전기(134)에 저장되는 전기에너지는 기능 모듈부(140)와 구동 모터(156)의 전원으로 제공될 수 있다. 이에 따라 기능 모듈부(140)의 무선 통신 모듈(141), 조명 모듈(142), 카메라 모듈(143), 센서 모듈(144), 및 구동 모터(156)는 전원 공급부(130)를 통해 공급되는 전원에 의해 구동될 수 있다.
조명 모듈(142)은 조명 장치의 하나 이상의 광원의 동작을 제어하거나, 광원의 밝기를 조절할 수 있다. 광원의 일 예에는 LED(Light Emitting Diode)가 포함될 수 있다. 카메라 모듈(143)은 카메라에 의해 촬영된 배관 내부의 영상을 데이터 처리 가능한 신호로 변환할 수 있다. 센서 모듈(144)은 배관의 내부 정보를 측정하기 위한 각종 센서들을 동작시킬 수 있다. 이러한 센서의 일 예에는 배관 탐사 로봇의 기울어진 상태를 인지하기 위한 기울기 센서가 포함될 수 있다.
기능 모듈부(140)의 무선 통신 모듈(141)은 진동을 이용하여 외부 통신 모듈(500)과 통신을 수행할 수 있다. 무선 통신 모듈(141)은 예를 들어 카메라를 이용하여 촬영된 영상 데이터를 실시간으로 외부 통신 모듈(500)로 전송할 수 있다. 무선 통신 모듈(141)은 외부 통신 모듈(500) 또는 중앙 관제 시스템(600)으로부터 전송된 무선 제어 신호를 수신할 수 있다. 대안적으로, 무선 통신 모듈(141)은 외부 통신 모듈(500)과 통신하지 않고 중앙 관제 시스템(600)과 직접 무선으로 통신할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 탐사 로봇을 구성하는 전원 공급부의 다른 예시적인 구성도이다. 도 6에 도시된 전원 공급부(130)의 구성들 중 도 5와 동일한 구성에 대하여는 중복되는 설명을 생략한다. 도 6을 참조하면, 전원 공급부(130)는 축전기(134)에 축전된 전기에너지를 이용하여 하나 이상의 기능 모듈로 전압을 조절하여 공급하는 전압 조절부(135)를 더 포함할 수 있다.
전압 조절부(135)는 기능 모듈부(140)의 각 기능 모듈과 구동 모터(156)로 필요한 정격 전압을 공급할 수 있다. 전압 조절부(135)는 각 기능 모듈과 구동 모터(156)에 제공될 전체 전압을 산출하여, 축전기(134)로부터 해당 전압을 공급받고, 공급받은 전압을 분배하여 각 기능 모듈 및 구동 모터(156)로 제공할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 탐사 로봇을 구성하는 전원 공급부의 또 다른 예시적인 구성도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 전원 공급부(730)는 발전기(129)에 의해 변환된 전기에너지를 정류하는 정류기(731), 정류기(731)에 연결된 전압 조절부(732), 전압 조절부(732)에 연결된 충전회로(733), 및 충전회로(733)에 의해 전기에너지가 축전되는 축전기(734)를 포함할 수 있다.
전압 조절부(732)는 정류기(731)에 의해 정류된 전기에너지를 이용하여 기능 모듈부(140)의 하나 이상의 기능 모듈과 구동 모터(156)로 전압을 조절하여 공급할 수 있다. 전압 조절부(732)는 각 기능 모듈과 구동 모터(156)로 전압을 공급하고 남은 여분의 전압을 충전 회로(733)로 제공할 수 있다. 충전 회로(733)는 각 기능 모듈과 구동 모터(156)로 공급된 전압을 제외한 여분의 전압을 축전기(734)에 충전시킬 수 있다.
도 7의 실시예에 의하면 기능 모듈부(140)의 각 기능 모듈과 구동 모터(156)에 실시간으로 전원을 공급하여 배관 탐사를 수행함과 동시에, 배관 탐사 로봇(100)에 사용되고 남은 여분의 전기에너지를 축전할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 시스템을 구성하는 송풍기(300)의 예시적인 구성도이다. 도 8에 도시된 송풍기(300)는 구동휠(350)에 의해 이동되는 베이스(340), 베이스(340) 상에 설치되는 승하강 실린더(330), 승하강 실린더(330)의 로드(320)에 의해 상,하 위치가 제어되고, 배관(200)의 내부를 향해 바람을 불어 넣는 송풍 수단(310), 배관(200) 외부로의 누풍을 방지하기 위한 원판 형상의 플랜지(360), 및 배관(200)과의 근접 여부를 검출하도록 플랜지(360)의 전방 측에 부착되는 리미트센서(370)를 포함한다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 시스템을 구성하는 개폐기(400)의 사시도, 도 9b는 도 9a에 도시된 개폐기(400)의 종단면도이다. 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 개폐기(400)는 배관(200)의 단부에 체결되는 링 형상의 체결부(401), 체결부(401)의 중심측 개방부에 회전 가능하게 결합되는 원판형의 개폐부재(402), 배관(200)을 개방하거나 폐쇄시키도록 개폐부재(402)의 회동축(403)을 회전시키기 위한 회전실린더(405), 중앙 관제 시스템(600)으로부터 수신된 제어 신호에 따라 회전실린더(405)를 동작시키는 무선센서(406)를 포함한다.
미설명부호 404는 개폐부재(402) 하부 측의 회동축을 회전 가능하도록 지지하는 부재이다. 도 9b에서 점선으로 도시된 부분은 개폐부재(402)가 도 9a에 도시된 상태에서 90°만큼 회전되어 배관의 출구 측이 개방된 것을 나타낸다.
이하, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 시스템의 동작에 대해 설명한다. 먼저, 작업자가 배관 탐사 로봇(100)을 배관(200)의 입구 측 내부로 진입시킨 후, 배관의 출구 측에 개폐기(400,410,420)를 체결시킨다.
배관 탐사가 시작되면, 관리자는 중앙 관제 시스템(600)의 사용자 인터페이스, 예컨대 키보드나 마우스 등의 입력장치를 이용하여 송풍기(300)를 이동시키기 위한 제어 신호를 입력한다. 이에 따라, 송풍기(300)의 송풍 수단(310)은 배관(200)의 내부 지름에 따라 배관(200)의 내부로 적정 압력의 바람을 불어넣을 수 있는 높이로 제어될 수 있다.
관리자의 입력장치 조작을 통해 중앙 관제 시스템(600)으로부터 개폐기(400)로 제어 신호가 송신되면, 개폐기(400)의 무선센서(406)의 감지 동작에 따라 회전실린더(405)가 구동될 수 있다. 이에 따라, 개폐부재(402)가 90°회전되어, 배관의 출구 측이 개방되거나 폐쇄될 수 있다. 출구가 여러 개인 배관 설비에서는 원하는 출구의 개폐기만을 개방시켜 배관 탐사를 수행할 수 있다. 배관(200)의 출구가 여러 개일 경우, 각 개폐기는 중앙관제 시스템(600)에 의해 총괄하여 통제될 수 있다.
송풍 수단(310)의 상,하 위치가 결정되면, 송풍기(300)는 중앙 관제 시스템(600)으로부터의 제어 신호에 따라 배관(200)의 입구 측을 향해 이동되고, 리미트센서(370)의 감지 동작에 따라 플랜지(360)가 배관(200)의 입구 측 단부에 접촉되는 상태에서 정지하게 된다. 이어서, 중앙 관제 시스템(600)으로부터 송풍기(300)로 무선 신호를 송신되면, 송풍 수단(310)이 작동되어 배관(200)의 내부로 바람이 송풍된다.
배관 탐사 로봇(100)은 송풍기(300)에 의해 배관 내부로 제공되는 풍력에너지를 풍력 발전부(120)를 이용하여 전기에너지로 변환하고, 변환된 전기에너지를 이용하여 배관 탐사를 수행하기 위한 각종 기능 모듈과 배관 탐사 로봇을 구동시키기 위한 구동 모터로 전원을 공급할 수 있다.
관리자는 중앙 관제 시스템(600)의 배관 탐사 로봇(100)의 이동/정지, 배관 내부 촬영, 조명 등의 각종 제어 신호를 입력할 수 있다. 이에 따라, 배관 탐사 로봇(100)은 배관의 내부를 주행하면서 배관 내부를 탐사할 수 있다.
중앙 관제 시스템(600)에서는 배관 탐사 로봇(100)으로부터 전송된 탐사 데이터를 수집하고, 영상 데이터로부터 배관 내부의 영상을 생성할 수 있으며, 관리자는 디스플레이 장치를 통해 표시되는 영상을 통해 배관의 내부 상태를 육안으로 확인할 수 있다.
배관 탐사 로봇(100)은 송풍기(300)로부터 배관(200) 내부로 송풍된 바람의 송풍에너지를 전기에너지로 변환하고, 변환된 전기에너지를 이용하여 배관 탐사 수행을 위한 각종 기능 모듈을 동작시키고, 배관 내부로의 주행을 위한 구동 모터를 구동시키기 위한 전원을 각 기능 모듈 및 구동 모터로 공급할 수 있다.
배관 탐사가 완료되면, 송풍기(300)는 최초 위치로 이동된다. 검사 완료된 배관(200)은 출구 측의 개폐기(410,420)가 제거된 다음 필요한 위치에 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 로봇(100)은 배관 설치 전에 배관(200)의 내부를 탐사할 수 있음은 물론, 배관 설치 이후에도 장기간 사용된 배관의 노후 상태를 점검하기 위해 활용되는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 로봇(100)은 다양한 종류의 배관(200)을 탐사하는데 활용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 배관 탐사 로봇(100)에 의해 탐사될 수 있는 배관(200)에는 도시가스관, 상하수도관, 석유나 천연가스의 이송관, 선박이나 항공기의 배관 등 다양한 분야에서 사용되는 배관들이 모두 포함될 수 있다.
이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 도시된 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 반대로 여러 개로 분산된 구성 요소들은 결합되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
10: 배관 탐사 시스템 100: 배관 탐사 로봇
110: 몸체부 120: 풍력 발전부
121: 회전 날개부 129: 발전기
130: 전원 공급부 131: 정류기
133: 충전회로 134: 축전기
140: 기능 모듈부 150: 구동부
160: 집속유도부재 200: 배관
300: 송풍기 400,410,420: 개폐기
500: 외부 통신 모듈 600: 중앙 관제 시스템

Claims (12)

  1. 배관 탐사를 수행하기 위한 하나 이상의 기능 모듈이 장착되는 몸체부;
    배관 내부의 송풍에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 풍력 발전부; 및
    변환된 상기 전기에너지를 이용하여 상기 하나 이상의 기능 모듈로 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하는 배관 탐사 로봇.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 풍력 발전부는,
    바람에 의해 회전되는 날개를 포함하는 회전 날개부; 및
    상기 날개의 회전 에너지로부터 상기 전기에너지로의 변환을 수행하는 발전기를 포함하는 배관 탐사 로봇.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 몸체부에는 배관 내부로 송풍된 바람이 통과될 수 있는 통풍로가 형성되고,
    상기 회전 날개부는 상기 통풍로에 장착되는 배관 탐사 로봇.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 배관 탐사 로봇은,
    상기 배관 내부로 송풍된 바람을 상기 통풍로 측으로 유도하기 위한 집속유도부재를 더 포함하는 배관 탐사 로봇.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전원 공급부는,
    상기 풍력 발전부에 의해 변환된 상기 전기에너지를 정류하는 정류기;
    상기 정류기에 의해 정류된 전기에너지를 충전시키기 위한 충전회로; 및
    상기 충전회로에 의해 전기에너지가 축전되는 축전기를 포함하는 배관 탐사 로봇.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전원 공급부는,
    상기 축전기에 축전된 전기에너지를 이용하여 상기 하나 이상의 기능 모듈로 전압을 조절하여 공급하는 전압 조절부를 더 포함하는 배관 탐사 로봇.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 전원 공급부는,
    상기 정류기에 의해 정류된 전기에너지를 이용하여 상기 하나 이상의 기능 모듈로 전압을 조절하여 공급하고, 상기 하나 이상의 기능 모듈로 전압을 공급하고 남은 여분의 전압을 상기 충전 회로로 공급하는 전압 조절부를 더 포함하는 배관 탐사 로봇.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 기능 모듈은,
    외부 통신 모듈과 통신을 수행하는 무선 통신 모듈을 포함하는 배관 탐사 로봇.
  9. 배관을 탐사하기 위한 배관 탐사 로봇;
    상기 배관의 내부로 바람을 송풍하기 위한 송풍기를 포함하되,
    상기 배관 탐사 로봇은,
    상기 배관의 내부로 송풍되는 바람의 송풍에너지를 전기에너지로 변환하는 풍력 발전부; 및
    변환된 상기 전기에너지를 이용하여 상기 배관 탐사 로봇의 하나 이상의 기능 모듈로 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하는 배관 탐사 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 배관 탐사 시스템은,
    상기 배관의 출구 측을 개방 또는 폐쇄시키기 위한 개폐기를 더 포함하는 배관 탐사 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 배관 탐사 시스템은,
    상기 배관 탐사 로봇과 통신하도록 상기 배관의 외면 일측에 부착되는 외부 통신 모듈을 더 포함하는 배관 탐사 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 배관 탐사 시스템은,
    상기 송풍기 및 개폐기의 동작을 제어하고, 상기 외부 통신 모듈 또는 상기 배관 탐사 로봇과 무선으로 데이터를 송수신하는 중앙 관제 시스템을 더 포함하는 배관 탐사 시스템.
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