KR101360645B1 - 배관용 로봇장치 - Google Patents

Abstract

배관 내부의 검사 또는 퇴적물 제거와 같은 크리닝 작업을 수행 가능하게 하는 배관용 로봇장치가 제공된다.
상기 배관용 로봇장치는, 배관 내부에 투입되는 장치 바디와, 상기 장치 바디에 하나 이상 연계된 동력부와, 상기 동력부에 연계되는 회동형 지지수단; 및, 상기 회동형 지지수단에 제공되는 전방향 구동수단을 포함하여 다중 회동형으로 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 배관을 따라 장치의 전방향 이동을 가능하게 하면서, 추가로 배관의 원주방향 이동도 병행 가능하게 하여, 직선 또는 나선형 이동 모드 등을 구현 가능하게 함으로써, 장치의 배관내 이동을 원활하게 하고, 특히 전체적인 장치의 구조는 간소화시키어 보다 컴팩트한 로봇 장치의 제공을 가능하게 하는 개선된 효과를 얻을 수 있다.

Description

배관용 로봇장치{Robot Device for Pipe Line}

본 발명은 배관 내부의 검사 또는 퇴적물 제거와 같은 배관 크리닝 작업을 가능하게 하는 배관용 로봇장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배관을 따라 전방향 이동을 가능하게 하면서, 추가로 배관의 원주방향 이동도 병행 가능하게 하여, 직선 또는 나선형 이동 모드 등을 구현 가능하게 함으로써, 장치의 배관내 이동을 원활하게 하고, 특히 전체적인 장치의 구조는 간소화시키어 보다 컴팩트 한 로봇 장치의 제공을 가능하게 한 배관용 로봇장치에 관한 것이다.

산업체 특히, 공장 또는 상,하수 관련 인프라 구축시, 기반 시설로서 배관(파이프 라인)이 상당부분 설치된다.

그런데, 이와 같은 배관(파이프 라인)은 시공후 사용 기간이 지남에 따라 외부 요인으로 인한 열화, 내부 수분 등에 의한 부식, 내부를 흐르는 유체 성분에 따른 화학적 부식 또는, 노화 현상이 발생한다.

또한, 이와 같은 배관은 사용 용도 즉, 내부에서 통과하는 유체의 성분에 따라서, 배관의 내부에는 각종 이물질이나 퇴적물이 쌓이게 된다.

결국, 이와 같은 배관에서의 노화나 내부 퇴적물의 형성은 배관을 통한 정상적인 유체(가스나 물 등)의 유동과 같은 기본적인 배관의 기능을 저하하고, 특히 내부 유체의 외부 누출이나 이에 따른 주변의 환경 오염 또는, 최악의 경우 휘발성 가스의 누출 등으로 대형의 폭발 사고 등으로 이어지게 된다.

따라서, 배관(파이프 라인)의 주기적인 점검이나 보수 유지가 필요한데, 예를 들어 먼저 배관의 내부 상태를 검사하는 검사가 필요하고, 검사 후 보수-유지나 내부의 퇴적물 제거와 같은 전반적인 배관의 보수-유지 작업이 이루어진다.

그런데, 이와 같은 배관은 지중에 매설되거나, 매설되지 않는다고 해도 지면에서 상당한 높이를 갖고 구축되기 때문에, 또는 배관 직경에 따라 보수-유지가 쉽지 않고, 따라서 작업에 상당한 시간이 소요되고, 특히 작업자가 수작업으로 하는 경우 안전사고가 발생될 우려가 높은 것이다.

따라서, 근래에는 배관의 내부 검사나 퇴적물 제거 및 보수-유지에 배관의 내부를 따라 주행하면서 카메라, 퇴적물 흡입설비 등이 탑재되는 로봇의 사용이 일반화되고 있다.

물론, 배관 내부의 고착물을 타격 등을 통하여 제거하는 배관 내부의 이물질 처리에도 로봇도 사용되고 있다.

특히, 이와 같은 로봇 들은 배관의 직관, 곡관, T자 관 등의 배관 구조에 상관없이 배관 내부에 투입되어 주행하면서 여러 가지 원하는 형태의 작업을 수행하기 때문에, 근래 사용이 상용화되고 있는 실정이다.

한편, 대한민국 공개특허공보 제2011-0083993호, 공개특허공보 제2010-0127 586호 또는, 공개특허 제2010-0002781호 등에서는 이와 같은 배관용 로봇들이 개시되고 있다.

그러나, 상기 공개특허공보들에서 개시되는 대부분의 로봇들은, 배관 내부에 접촉하면서 회전 구동되는 여러 복잡한 구조의 구동휠들을 통하여 로봇의 배관내 진행이 이루어지거나, 더 복잡한 무한궤도의 벨트를 이용하여 배관내 주향을 구현하는 것이 통상적인 것이다.

따라서, 종래 배관용 로봇 들은 대부분은, 배관 내부에서 로봇의 주행을 가능하게 하는 구동부(구동 모듈)가 매우 복잡하고, 특히 일정이상의 길이를 갖는 구조이기 때문에, 로봇들의 기계적인 구조가 복잡하고 길이를 갖는 기기의 크기도 크기 때문에, 로봇의 제작도 쉽지 않고, 배관 내부 투입되어 사용되는 경우, 복잡한 구조로 인하여 기기의 오 작동이나 작동 불량 등이 쉽게 발생되는 것이다.

더욱이, 이동 모드도 직선 주행만이 가능한 것이 대부분이어서 배관의 곡관부 진행이나 퇴적물이 고착된 장애물이 있는 경우에는 로봇 자체의 사용을 어렵게 하는 문제가 있었다.

또한, 복잡한 기기의 구조로 그 제어작동도 복잡한 것이고, 여러 제어단계를 거쳐 구동을 구현하는 문제도 발생되기 쉬운 것이었다.

예를 들어, 배관 즉, 파이프의 곡면과 밀착되는 곡면을 갖는 전방향 이동롤러를 이용하여, 로봇의 전체적인 구조 특히, 구동부(구동 모듈)(도 1의 M 참조)의 구조를 컴팩트하게 구현한 배관용 로봇이 제안된 바는 없는 것이다.

더욱이, 배관 원주방향 주행(이동)모드와 배관 길이방향의 전방향 주행모드를 병행하면서 나선형 주행 모드를 구현한 로봇은 제안된 바가 없는 것이다.

또는, 전방향 이동롤러를 이용하는 로봇이 있다고 해도 그 동력 전달 구조나 여러 복잡한 구동모드를 기반으로 하기 때문에, 내부 환경이 열악한 배관용으로는 적합하지 않은 것이다.

따라서, 당 기술분야에서는, 배관을 따라 전방향 이동을 가능하게 하면서, 추가로 배관의 원주방향 이동도 병행 가능하게 하여, 직선 또는 나선형 이동 모드 등을 구현 가능하게 함으로써, 장치의 배관내 이동을 원활하게 하고, 특히 전체적인 장치의 구조는 간소화시키어 보다 컴팩트 하게 한 배관용 로봇장치가 요구되어 왔다.

상기와 같은 요구를 달성하기 위한 기술적인 일 측면일으로서 본 발명은, 배관 내부에 투입되는 장치 바디;와,
상기 장치 바디에 하나 이상 연계된 동력부; 및,
상기 동력부에 연계되는 지지수단 상에, 상기 동력부에서 전달되는 단일 동력을 매개로 각각 회전 구동토록 제공되면서 배관의 원주방향으로 배열되는 복수의 전방향 이동롤러들을 구비하는 전방향 구동수단;
을 포함하여 구성되되,
상기 지지수단은, 동력부 전방에 연결되고 상기 전방향 이동롤러 들이 배관의 원주 방향으로 복수 개가 탑재되는 지지체를 포함하는 배관용 로봇장치를 제공한다.

삭제

삭제

삭제

또는, 기술적인 다른 측면으로서 본 발명은, 배관 내부에 투입되는 장치 바디;

상기 장치 바디에 하나 이상 연계된 동력부;
상기 동력부에 연계되면서 배관의 원주방향으로 회동 가능하게 제공되는 관 원주방향 회동형 지지수단; 및,
상기 관 원주방향 회동형 지지수단에 제공되는 전방향 구동수단;

삭제

삭제

을 포함하여 구성되는 배관용 로봇장치를 제공한다.

이와 같은 본 발명의 배관용 로봇장치에 의하면, 전방형 이동롤러를 기반으로 하는 전방향 이동롤러형의 이동 모드를 구현하여, 전반적으로 장치 구동부의 구조를 간소화하게 하는 것이다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 전방향 이동모드에 더하여, 추가로 배관의 원주방향 이동(회전) 모드의 복합적 이동 모드를 구헌 가능하게 함으로써, 직선 또는 나선형 이동(주행) 모드 등의 다양한 배관내 이동을 가능하게 하는 것이다.

따라서, 본 발명은 배관 내부의 이동(주행) 환경이 열악하여도 원활한 이동을 가능하게 하면서, 배관의 내부 검사나 퇴적물 또는 고착물 제거용 기기의 탑재 이동이나 적정한 위치로의 로봇 위치 제어도 가능하게 하는 것이다.

특히, 본 발명은 동력 전달 등 장치 전반적인 구조를 컴팩트하게 구현하여, 장치의 제작이나 운영 등의 유지-관리면에서도 여러 이점을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 배관용 로봇장치의 사용상태를 도시한 사시도
도 2는 도 1의 정면 상태도
도 3은 본 발명의 배관용 로봇장치를 도시한 사시도
도 4는 도 3의 본 발명 장치를 도시한 일부 절개 사시도
도 5는 도 4의 본 발명 장치를 도시한 전면 사시도
도 6은 본 발명 장치의 동력 전달 계통을 도시한 구성도
도 7은 본 발명 장치를 단위로 하여 복수개가 배관 특히 곡관부 주행 상태를 도시한 구성도
도 8a 및 도 8b는 본 발명 장치에서 전방향 이동롤러의 다른 변형예를 도시한 정면 및 부분 사시도

이하, 도면을 참고로 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1 내지 도 8에서는 본 발명에 따른 배관용 로봇장치(1)를 도시하고 있는데, 예를 들어 도 1,2는 배관(2)에서의 사용상태를 도시하고 있고, 도 3 내지 도 7에서는 장치를 상세하게 구분하여 도시하고 있고, 도 8에서는 본 발명 장치의 전방향 이동롤러의 변형예를 도시하고 있다.

한편, 본 발명의 로봇장치(1)가 사용되는 배관(2)(파이프 라인)은 제한은 없지만, 이하의 본 발명의 실시예에서는 제철소 등의 제조 공장에 설치되는 가스 등의 파이프 라인으로 설명한다.

예를 들어, 제철소 등 제조 공장의 경우에는 생산과정에서 상당한 량이고 성분이 다양한 가스가 발생되고, 이들 가스의 처리를 위한 단위 설비로 배관이 설치되는데, 이와 같은 가스배관의 내부에는 타르와 같은 이물질의 퇴적이 쉽게 발생되거나 기타 부식등이 집중 발생될 수 있다.

따라서, 시간이 지날수록 배관의 수명이 감소함은 물론, 내부 이물질의 퇴적으로 인하여 가스의 압력 변동이나 정상적인 가스 유통이 방해를 받아 원활한 공급 이 어려워 지고, 심한 경우 부식에 의한 배관의 과도한 크랙이나 파공 등이 발생되고, 특히 제철소의 경우 유해 가스가 휘발성 성분을 갖는 가스가 대량 발생되기 때문에, 위와 같은 문제로 인한 가스의 외부 누출시 의한 환경오염은 물론, 폭발 등과 같은 대형 안전사고로 이어진다.

이에, 배관의 유지-보수를 위하여 배관 내부의 부식상태나 이물질 퇴적의 제거 등이 주기적으로 이루어져야 하는데, 본 발명의 로봇장치(1)는, 기존에 비하여 장치 구조가 매우 컴팩트 하면서 최적의 배열 구조를 갖는 전방향 이동롤러(52)들을 이용하여, 최적의 로봇 장치의 가동으로 배관의 검사 또는 이물질 제거에 효과적으로 대응하는 것을 가능하게 하는 것이다.

한편, 다음에 상세하게 설명하듯이, 도 3 내지 도 5에서는, 본 발명의 배관용 로봇장치(1)가 회동형 지지수단(70)에 연계되는 것으로 도시 하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 도 1 내지 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 배관용 로봇장치(1)는, 크게 배관(2)의 내부에 투입되는 장치 바디(10)와, 상기 장치 바디(10)에 하나 이상 연계된 동력부(30) 및, 상기 동력부(30)에 연계되는 전방향 구동수단(50)을 포함하여 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 전방향 구동수단(50)은 상기 동력부(30)의 전방으로 연계된 고정형의 지지수단(도 1 내지 3의 도면부호 70 참조)을 매개로 배관의 원주 방향으로 하나 이상 제공되면서 배관의 길이방향으로 전방향 구동토록 구성된 전방향 이동롤(52)을 포함한다.

또는, 본 발명의 배관용 로봇장치(1)는, 도 1 내지 도 3에서 도시한 바와 같이, 배관(2)의 내부에 투입되는 장치 바디(10)와, 상기 장치 바디(10)에 하나 이상 연계된 동력부(30)와, 상기 동력부(30)에 연계되고 회동형으로 제공되는 회동형 지지수단(70) 및, 상기 동력부와 연계되고 회동형 지지수단에 구비되는 전방향 구동수단(50)을 포함하여 다중 회동형으로 제공될 수 있다.

즉, 본 발명의 전방향 구동수단(50)은, 동력부(30)의 전방으로 연계된 고정형 지지수단(도 1 내지 3의 70 참조)에 제공될 수 있고, 또는 바람직하게는 상기 지지수단이 동력부(30)와 연계하여 회동형 지지수단(70)으로 제공될 수 있다.

따라서, 본 발명의 전방향 구동수단(50)은, 고정형 지지수단에 제공되어 장치의 전방향 주행을 구현하거나, 관 원주방향 회동형 지지수단(70)에 전방향 구동수단(50)이 제공되는 경우, 관 원주방향 회동형 지지수단(70)의 배관의 원주방향 회동과 전방향 구동수단의 배관 길이방향의 주행이 병행되면서, 직선 주행은 물론, 나선형 주행이나 장해물이 발생되는 경우 전방향 이동(주행)의 경로 수정 등이 모두 가능하게 된다.

다만, 이하의 본 실시예에서는 도 1 내지 도 5와 같이, 관 원주방향 회동형 지지수단(70)에 전방향 구동수단(50)이 구비되어, 관 원주방향 회동형 지지수단(70)에 의한 배관 원주방향으로의 제1 이동과, 배관 길이방향으로의 전방향의 제2 이동이 선택적으로 또는 병행되는 것이 가능한 것으로 설명한다. 또한, 이하의 본 실시예의 설명에서는 앞에서 설명한 관 원주방향 회동형 지지수단(70)을 회동형 지지수단(70)으로 설명한다.

따라서, 이와 같은 본 발명의 로봇장치(1)는, 다음에 상세하게 설명하듯이, 기본적으로 전방향 이동롤러(52)를 하나 이상 포함하는 전방향 구동수단(50)을 포함하기 때문에, 종래 배관용 로봇들이 대부분, 복수 개의 구동바퀴들이 바디에 길이를 갖고 구비되거나 무한궤도 벨트를 이용하는 구조에 비하여, 배관을 따라 전방향 이동(주행)을 가능하게 하는 구동수단(50)의 구조가 일단 길이나 크기가 작은 구조가 간소화된 컴팩트 한 형태로 제공될 수 있는 것이다.

물론, 이와 같은 본 발명의 로봇장치(1)에서 상기 전방형 구동수단(50)은, 회동형 지지수단(70)(물론, 고정형 지지수단도 가능함은 물론이다)에 배관(2)의 길이방향으로 일단 또는 다단으로 제공되는 전방향 이동롤러(52)들을 포함하는 것이다.

한편, 도 1 및 도 2에서는 본 발명에 따른 배관용 로봇장치(1)의 실제 배관의 사용상태를 도시하고 있는데, 배관(2)의 중앙부분에 장치 바디(10)가 위치되고, 이를 기점으로 대략 120°간격으로 동력부(30)와 그 전방으로 회동형 지지수단(70) 및 전방향 구동수단(50)이 배열되는 단위의 구동부 모듈('M'으로 표시)들이 배치되어 배관 내부에서 안정적으로 배관을 따라서 이동 가능하게 하는 것이다.

물론, 이와 같은 구동부 모듈(M)은 장치바디(10)에 90°간격으로 4개가 배열되거나 또는, 180°간격으로 2개가 배열되는 것도 가능할 것이다.

즉, 본 발명의 배관용 로봇장치(1)의 경우에는 다음에 설명하듯이, 구동부 모듈(M)들의 배열 수를 조정하는 것이 매우 용이하고, 전반적으로 장치 구조가 컴팩트한 것이다.

그리고, 본 발명의 장치 바디(10)에는 도 1 및 2에서 도시한 바와 같이, 배관의 내부 검사인 경우에는 검사기기(미도시)가 연계되고, 내부 퇴적물(F)을 제거(석션)하는 경우에는 흡입기구(4)가 연계될 수 있다.

한편, 본 발명의 로봇장치(1)의 경우, 회동형 지지수단(70)이 제공되기 때문에, 도 2와 같이, 배관(2)의 내부에서 배관의 내면과 접촉하는 전방향 구동수단(50)의 전방향 이동롤러(52)들의 진행을 방해하는 장애물(F')이 발생하는 경우, 상기 회동형 지지수단(70) 자체가 배관의 원주 방향으로 회전하면서, 장애물을 회피하여 진행하는 것을 가능하게 한다.

물론, 도 1 및 도 2에서는 상세하게 도시하지 않았지만, 장치 바디(10)에는 기본적으로 본 발명의 동력부(30)의 모터 등에 전원을 인가하는 전원케이블과 내부 주행을 외부에서 파악하기 위한 카메라와 조명기구 등이 탑재되고, 이들의 케이블도 장치 바디에 탑재될 수 있다.

이하에서는, 이와 같은 본 발명 로봇장치(1)의 주요 구성들에 대하여 도 3 내지 도 6을 토대로 구체적으로 살펴본다.

먼저, 본 발명의 로봇장치(1)에서 상기 장치바디(10)는, 앞에서 설명한 바와 같이 배관 검사용 기기나 주행을 위한 카메라 등 또는, 더하여 크리닝을 가능하게 하는 기기나 연결라인(흡입기구)(4)의 탑재를 가능토록 제공되는 내부 중공체로 형성된다.

즉, 소정 길이의 파이프로 제공될 수 있다. 물론, 반드시 단면상 원형의 파이프만 한정되는 것은 아니고, 삼각, 사각 등의 단면상 다각 구조로서 내부에 앞에서 설명한 탑재물들의 수용 공간을 제공하는 중공체이면 될 것이다.

또는, 판이 H자 형태로 제공되는 판 구조물일 수도 있다. 이와 같은 장치 바디(10)는, 금속이나 수지 성형물로 제공되는 것도 가능하다.

다음, 도 2 및 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 로봇장치(1)에서 상기 장치바디(10) 및, 다음에 상세하게 설명하는 동력부(30) 사이에는 장치 주행시 완충 또는 배관(2)의 직경 변화에 대응토록 제공되는 링크수단(20)(서스펜션 기구)가 더 제공될 수 있다.

예를 들어, 상기 링크수단(20)은, 내부 중공체인 장치 바디(10)의 외연에 제공되는 레일수단(28)에 하나 이상 조립되는 장치 바디측의 제1 링크(22)와 동력부(30)의 몸체(32)에 조립되는 제2 링크(24)를 기본적으로 포함하고, 바람직하게는 상기 제1,2 링크 사이에 연결되는 하나 이상의 연결링크(26)를 포함하여 제공될 수 있다.

이때, 상기 링크들은 힌지핀 등을 매개로 서로 연결되는 부분이 회동 가능하게 제공되고, 상기 힌지핀을 매개로 링크들에 연결되는 탄성체 즉, 코일 스프링(미도시)을 통하여 링크들에는 배관의 방사방향으로 힘을 받도록 제공될 수 있다.

따라서, 도 1 및 도 2와 같이 본 발명의 로봇장치(1)가 배관 내부에서 전방향 이동하는 경우, 전방향 이동롤러(52)들이 내부 퇴적물(F)을 통과하는 경우, 인가되는 힘을 상기 링크수단(20)에서 수용하고, 이때 연결링크(26)를 매개로 제1,2 링크의 회전 작동으로 완충되고, 또는 배관(2)의 직경이 변화되어도 적어도 연결링크(26)의 길이 만큼은 보상될 수 있다.

물론, 도면에서는 도시하지 않았지만, 상기 링크수단(90)에 인접하여 장차바디와 동력부의 몸체 사이에 소형의 공압 실린더나 기타 전기 액츄에이터를 연결하는 경우, 배관 직경에 대응하여, 도 1,2의 구동 모듈부(M)의 위치 조정도 쉽게 할 수 있다.

한편, 상기 레일수단(28)은, 장치 바디(10)의 외표면에 장착되는 레일(28a)에 설치되는 가이드봉(28b)에 제1 링크 하단의 블록부분이 이탈 방지토록 체결되고, 이들 사이에 상기 가이드봉에 스프링(28c)이 제공되면, 상기 제1 링크는 장치바디의 길이방향 즉, 배관 길이방향의 전방향으로 유동이 가능하게 되고, 결국 본 발명 로봇장치(1)는 링크수단(20)을 통한 배관 방사방향의 충격 흡수와 배관 길이방향의 외압도 흡수 가능하게 되는 것이다.

이때, 상기 동력부(30)의 몸체(32)에 부착되는 제2 링크(24)는 별도의 도면부호로 도시하지 않았지만, 동력부 몸체에 조립되는 베이스판에 수직하게 일체로 제공될 수 있다.

다음, 도 3 내지 도 6에서는 본 발명 로봇장치(1)의 상기 동력부(30)를 도시하고 있다.

예를 들어, 본 발명의 동력부(30)는, 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 장치바디(10)와 연계되는 내부 중공된 원통체 구조물로의 제공될 수 있는 몸체(32)와, 상기 몸체에 전방향 구동수단(50)과 연계토록 제공되는 제1 모터(34)로서 구동되는 제1 구동축(38)을 기본적으로 포함할 수 있다.

즉, 이 경우에는 상기 제1 구동축(38)은, 동력부 몸체(32)의 전방으로 연결되는 고정형의 지지수단(70 참조)에 배관 원주방향으로 제공되는 전방향 이동롤러(52)와 연계되어 전방향 이동롤러(52)의 회전 구동을 가능하게 한다.

또는, 본 실시예와 같이, 본 발명의 상기 동력부(30)는, 상기 장치바디(10)와 연계되는 몸체(32)와, 상기 몸체에 전방향 구동수단(50)과 연계토록 제공되는 제1 모터(34)로서 구동되는 제1 구동축(36)에 더하여, 상기 동력부의 몸체에 회동형 지지수단(70)과 연계토록 제공되는 제2 모터(40)로서 구동되는 제2 구동축(42)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 도 4 및 도 6에서 도시한 바와 같이, 상기 제1 모터(340는 동력부(30)의 몸체(32)의 내부 일측에 고정되고 모터 구동축에는 제1 기어부(38)의 제1 구동기어(38a)가 장착되고, 상기 제1 구동기어(38a)에 맞물리는 피동기어(38b)가 상기 제1 구동축(34)에 조립된다.

따라서, 제1 모터의 회전 구동되는 방향과 속도에 따라 상기 제1 구동축(36)은 회전 구동되고, 이와 같은 제1 구동축(36)의 회전은 다음에 상세하게 설명하는 동력 전달수단(60)을 통하여, 전방향 이동롤러(52)에 전달되어 전방향 이동롤러(52)들의 개별 회전 구동이 구현된다.

마찬가지로, 상기 제2 모터(40)도 동력부(30)의 몸체(32)의 내부에 타측에 고정되고, 제2 모터(40)의 구동축에 장착된 제2 기어부(44)의 제2 구동기어(44a)는제2 구동축(42)에 설치된 제2 피동기어(44b)와 맞물린다.

따라서, 제2 모터(40)의 회전 방향과 속도에 따라 회동형 지지수단(70)의 회전이 이루어진다.

이때, 도 6과 같이, 바람직하게는 상기 제2 구동축(42)은 중공된 축으로 형성되어 그 내부 중앙을 관통하여 제1 구동축(36)이 통과하게 되고, 상기 제2 구동축은 동력부의 몸체(32)에 형성된 구멍을 통과하면서 베어링(B)을 지지되고, 회동형 지지수단(70)에 단부가 지지되며, 제1 구동축(36)은 제2 구동축의 내측과 상기 지지수단(70)에 형성된 구멍의 각각의 베어링(B)들에 조립되어 안정적으로 회전 구동될 수 있다.

즉, 본 발명 장치는 제2 구동축에 제1 구동축이 내부 통과하는 구조이므로, 동력 전달이 복잡하지 않고, 전체적인 장치 구조룰 컴펙트하게 하는 것이다.

따라서, 도 2,3 및 도 4,6과 같이, 본 발명의 로봇 장치(1)는 제1 모터(34) 또는 제1,2 모터에서 제공되는 동력을 이용하여 회동형 지지수단(70)의 배관 원주방향의 회동과, 전방향 이동롤러(52)의 배관 길이방향의 전방향 회전 구동을 구현한다.

다음, 도 3 내지 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 배관용 로봇장치(1)의 상기 회동형 지지수단(70)(또는 동력이 전달되지 않고 동력부의 몸체(32)의 전면에 고정되어 수평 연결된 고정형의 지지수단)은, 상기 동력부의 몸체 전방에 연결되고 다음에 상세하게 설명하는 전방향 이동롤러(52)들이 포함되는 전방향 구동수단(50)이 탑재되는 지지체 또는, 상기 전방향 구동수단(50)이 탑재되되 상기 제2 구동축(36)에 연계되어 회전 구동되는 회전체(72)를 포함한다.

한편, 이와 같은 회전체(72)(또는 회전하지 않은 지지체)는, 더 상세하게 구분하면, 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 전방향 이동롤러(52)들이 배관의 원주방향으로 소정간격으로 배관의 내면을 향하여 조립되는 롤 조립단(72d)들을 포함하는 제1 회전체(72a)와, 다음에 상세하게 설명하는 제1 구동축(36)이 연계되는 동력 전달수단(60)이 장착되는 다각 구조의 제2 회전체(72b) 및, 상기 제1,2 회전체사이를 수평하게 연결하는 연결봉(72c)으로 이루어진다.

물론, 회전체가 회전되지 않는 지지체인 경우에도 제1,2 회전체와 연결봉을 포함한다.

따라서, 도 6과 같이, 회전체(72)의 제1 회전체(72a)측에 연결된 제2 구동축(42)의 회전으로 일체로 제1,2 회전체가 배관의 원주방향으로 회전되는 동시에, 동력 전달수단(60)을 매개로 제1 회전체 상의 전방향 이동롤러(52)들은 배관의 길이방향 즉, 전방향 주행방향으로 회동하고, 결국 배관의 내부면과 접하는 적어도 하나의 이동롤러(52)의 회전으로 로봇 장치 전체가 배관을 따라 이동하게 된다.

그런데, 바람직하게는 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 회동형 지지수단(70)의 제1,2 회전체(72a)(72b)들은 2단으로 제공되면서, 2중의 이동롤러 배열로 제공되는 한편, 인접한 이동롤러 들은 서로 엇갈리게 배치하는 것이다.

즉, 이와 같은 이동롤러 들의 배열은 회동형 지지수단(60)의 회동시 적어도 하나의 이동롤러는 배관의 내면과 접촉하는 상태를 유지하고, 따라서 로봇장치의 안정적인 배관 내부에서의 주행을 가능하게 하고, 이동롤러 들의 배관 접촉부위가 회동형 지지수단(70)의 회전체들의 회전으로 변경되면서, 하나의 이동롤러 만이 배관과 접촉 마모되는 것도 방지시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 로봇장치(1)의 경우에는, 여러 형태의 주행 모드를 구현할 수 있는데. 제1 구동축(36)과 이에 연계되고 제2 회전체(72b)에 조립되는 동력 전달수단(60)을 매개로 전방향 이동롤러(52)의 회전 구동을 제어하고, 회동형 지지수단(70)은 연계된 제2 구동축(42)의 회전을 중단시키는 경우에는, 도 2와 같이 장치 바디(10)를 중심으로 3개의 구동부 모듈(M)이 배치되는 경우 120°간격으로 각각의 구동부 모듈에서 적어도 하나의 전방향 이동롤러(52)들이 배관의 내면이 밀착되어 전방향 이동 즉, 직선 주행(물론, 모터 제어를 통한 전진 또는 후진 가능)을 구현한다.

또는, 이와 같인 전방향 이동롤러(52)의 회전 구동과 동시에, 제2 구동축(42)을 회전시키어 회동형 지지수단(70)의 회전체(72)들을 회전 구동시키면, 결과적으로 배관 원주 방향의 이동 모드와 앞에서 설명한 배관 길이방향으로의 전방향 이동 모드가 병행되면서, 로봇 장치의 구동부 모듈 단위로는 나선형 주행도 가능하게 되는 것이다.

결국, 본 발명의 로봇 장치는 제1,2 모터와 회동형 지지수단(70)과 전방향 이동롤러(52)의 각각의 회동을 통하여 다양한 장치의 이동모드(주행 모드)를 제어 하는 것이 가능한 것이다.

예를 들어, 도 1, 2와 같이, 앞에서 설명하였지만, 적어도 배관의 내면에 밀착되어 회전 구동되는 이동롤러의 주행에 방해가 되는 장애물(F')(즉, 이물질이 고착된 부분)이 발생되면, 회동형 지지수단(70) 자체를 배관의 원주방향으로 회전시키면, 인접한 다른 이동롤러 들이 배관의 내면과 밀착하면서 구동부 모듈(M) 자체를 배관의 원주방향으로 이동되고, 따라서 장애물을 회피하여 진행될 수 있다.

한편, 동력부의 제1,2 모터들은 앞에서 설명한 바와 같이, 장치 바디(10)에 탑재되는 케이블을 통하여 배관 외부에서 충분히 그 작동 제어가 가능함은 물론이다.

다음, 도 4 내지 도 6에서는 본 발명에 따른 배관용 로봇장치(1)에서, 동력부(30)와 제1 모터(34)와 연계된 제1 구동축(36)과 연계되어, 지금까지 설명한 전방향 이동롤러(52)의 회전 구동을 가능하게 하는, 동력 전달수단(60)을 도시하고 있다.

즉, 본 발명의 동력 전달수단(60)은, 상기 동력부(30)의 제1 구동축(36)에 연결된 구동기어(62) 즉, 메인의 베벨기어와 맞물리도록 고정형 지지수단의 지지체 또는 회동형 지지수단(70)의 회전체(72)의 제2 회전체(72b)에 적어도 전방향 이동롤러의 수에 대응되는 수로 공회전 가능하게 제공된 피동기어(64) 즉, 소형의 피동측 베벨기어 및, 상기 피동기어(64)와 전방향 이동롤러(52)의 제1 회전체(72a)에 공회전 가능하게 제공되는 롤러 축부(미부호)에 각각 구비된 풀리(66)들 사이에 체결되는 구동벨트(68)(또는 구동체인도 가능하고, 구동체인인 경우에는 풀리 대신에 스프로켓을 사용)를 포함하여 제공된다.

따라서, 제1 구동축(36)의 전단부에 제공된 메인의 베벨기어인 구동기어(62)가 회전 구동되면, 동이에 구동기어에 맞물리고 제2 회전체(72b)에 장착된 피동기어(64)의 소형 베벨기어들이 회전되고, 동시에 구동벨트(66)를 통하여 동력은 방향 이동롤러(52)로 전달되고, 결국 동력부의 제1 모터의 동력은 충분하게 이동롤러들에 전달되어 이동롤러들의 전방향 회전 구동이 구현되는 것이다.

결국, 본 발명의 경우에는 모터와 이동롤러 간 그 동력전달 구조로 컴팩트하게 제공되기 때문에, 로봇장치 전반적으로 컴팩트한 것이다.

이때, 도 4 및 도 5와 같이, 본 발명의 경우 전체적으로 선,후에 각각 배관의 원주방향으로 3개의 이동롤러 들이 서로 엇갈리게 배치되므로, 제2 구동축(42)과 후방측 회전체(72)가 연계되고, 그 전방으로 다시 다른 전방측 회전체(72)가 연결되면, 각각의 구동기어와 피동기어인 베벨기어들이 장착되고, 구동벨트들을 통한 이동롤러들의 개별 구동이 이루어진다.

다만, 제1 구동축(36)은 길게 신장되어 각각의 회전체(72)의 중앙에 위치되는 메인 베벨기어인 구동기어(62)와 연결되면 되고, 이때 제1 구동축(36)은 신장되어도 도 6과 같이 제2 구동축의 내부와 제1 회전체(72a)에 제공된 베어링(B)에 지지되면서 안정적으로 회전 구동될 수 있다.

다음, 도 7에서는 본 발명에 따른 여러 단위의 배관용 로봇장치(1)들을 연결수단(110)을 통하여 연결하여 배관 내부에서의 전체 로봇설비(여러 단위의 로봇장치들을 총칭함)의 주행 능력을 증대시킨 것을 도시하고 있다.

예를 들어, 도 7에서 도시한 바와 같이, 단위의 로봇장치들을 연결수단 (110)으로 연계시키면, 적어도 배관의 곡관부에서의 원활한 이동을 구현할 수 있다.

이때, 상기 연결수단(110)은, 장치 바디(110)의 모서리부분에 고정부재(미부호)들을 이용하여 일단이 연결된 실린더(112)와 실린더에 조립되고 인접 장치바디(10)에 타단이 고정되는 작동로드(114)로 구성되어, 특히 도 7에서와 같이, 배관의 곡관부를 통과하는 경우 작동로드(114)는 공압 등으로 기계적으로 그 전진이나 후진 이동이 조정되어 배관의 곡관부를 통과하는 곡율에 대응하거나, 작동로드 (114)가 스프링 등을 매개로 실린더에 조립되고 내부에 가스가 채워진 구조로 제공될 수 있다.

따라서, 본 발명의 배관용 로봇장치(1)는 도 1 및 도 2와 같이 단독으로 사용되거나, 연결수단(110)을 통하여 특히 곡관부에서의 주행을 원활토록 제공될 수 있다. 물론, 도 7의 여러 개의 단위의 로봇장치(1)들은 연결수단(110)으로 연결시키어 하나의 로봇설비로 사용되는 경우에는 크기가 큰 배관 내부 검사용 기기나 카메라 또는, 조명기구 등을 더 많이 탑재하여도 여러 개의 단위의 로봇장치들이 모여서 주행력을 제공하므로 더 원활한 장치 이동을 가능하게 할 것이다.

다음, 도 8에서는 본 발명에 따른 전방향 이동롤러(52)의 다른 변형예를 도시하고 있다.

즉, 도 8a 및 도 8b에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 이동롤러(52)의 외연으로 롤러의 폭방향으로 소정간격의 돌기부(54)들을 일체로 형성하는 것인데, 이와 같은 이동롤러(52)의 돌기부(54)들은, 관 내부에서 내면에 형성된 퇴적물(F)을 통과하는 경우, 이동롤러가 미끄러지는 슬립현상이 방지되는 것을 방지시키게 할 것이다.

특히, 앞에서 설명한 바와 같이, 회동형 지지수단(70)의 회전체(72)가 제2 구동축(42)의 회전으로 배관의 원주방향(방사방향)으로 회전하는 때에, 돌기부와 배관 내면사이에는 선접촉하도록 하면서 접촉면적을 줄이도록 하고, 따라서 회전체 회전시 배관 내면과 밀착된 이동롤러와 배관 내면간 마찰을 줄이어, 회전체(72)의 원활한 회전을 가능하게 할 것이다.

이에 따라서, 지금까지 설명한 본 발명의 로봇장치(1)에 위하면, 전방향 이동롤러를 이용하는 롤러 타입으로 전체적인 구동부의 구조가 간소화되면서, 특히 회동형 지지수단(70)에 전방향 이동롤러(52)들이 장착되기 때문에, 회동형 지지수단의 제1 회전 모드와 이동롤러 자체의 제2 회전모드 즉, 서로 회전 방향은 직각인 제1,2 회전(이동)모드를 구현하고, 이들을 적절하게 병행하여 또는 독립적으로 이용하면서, 직선 주행, 나선형 주행 등의 복합적인 주행모드 설정이 가능하고, 따라서 다양한 배관내의 장치 이동을 가능하게 하는 것이다.

또한, 배관의 직선부는 물론 곡관부, U 관부 등 굴곡이 있는 배관 라인을 통한 장치의 이동도 원활하게 하는 것이다.

1.... 배관용 로봇장치 2.... 배관
10.... 장치바디 20.... 링크수단
22,24,26.... 링크 30.... 동력부
32.... 동력부 몸체 34.... 모터,40
38,42.... 구동축 50.... 전방향 구동수단
52.... 구동롤러 60.... 동력 전달수단
62,64....기어 68.... 구동벨트 또는 체인
70.... 지지수단(회동형 지지수단) 72.... 지지체 또는 회전체
110.... 장치 연결수단

Claims (11)

1. 배관 내부에 투입되는 장치 바디(10);
   상기 장치 바디(10)에 하나 이상 연계된 동력부(30); 및
   상기 동력부(30)에 연계되는 지지수단 상에, 상기 동력부에서 전달되는 단일 동력을 매개로 각각 회전 구동토록 제공되면서 배관의 원주방향으로 배열되는 복수의 전방향 이동롤러(52)들을 구비하는 전방향 구동수단(50);
   을 포함하여 구성되되,
   상기 지지수단은, 동력부 전방에 연결되고 상기 전방향 이동롤러 들이 배관의 원주 방향으로 복수 개가 탑재되는 지지체;를 포함하는 배관용 로봇장치.
2. 배관 내부에 투입되는 장치 바디(10);
   상기 장치 바디(10)에 하나 이상 연계된 동력부(30);
   상기 동력부(30)에 연계되면서 배관의 원주방향으로 회동 가능하게 제공되는 관 원주방향 회동형 지지수단(70); 및,
   상기 관 원주방향 회동형 지지수단(70)에 제공되는 전방향 구동수단(50);
   를 포함하여 구성되는 배관용 로봇장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전방형 구동수단(50)은, 상기 관 원주방향 회동형 지지수단(70)상에 배관의 원주방향으로 복수 개가 배열되되, 상기 동력부에서 전달되는 동력을 매개로 각각 배관의 길이방향으로 회전 구동토록 제공되는 전방향 이동롤러(52)들을 포함하되,
   상기 동력부(30)는, 상기 장치바디(10)와 연계되는 몸체(32);와, 상기 몸체에 상기 전방향 이동롤러(52)와 연계토록 제공되는 모터 구동되는 제1 구동축(38); 및, 상기 몸체에 상기 관 원주방향 회동형 지지수단(70)과 연계토록 제공되는 모터 구동되는 제2 구동축(42);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배관용 로봇장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 장치바디(10)는 중공체로 제공되고,
   상기 장치바디(10)와 동력부(30)사이에 충격 완충 또는 배관의 내경 변화에 대응 가능토록 제공되는 링크수단(20);
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관용 로봇장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 링크수단(20)은, 서로 연계되는 장치 바디 측의 제1 링크(22)와 동력부(30) 측의 제2 링크(24);
   또는, 상기 제1,2 링크와 제1,2 링크 사이에 연결되는 하나 이상의 연결링크(26);
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 배관용 로봇장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 동력부(30)는, 상기 장치바디(10)와 연계되는 몸체(32) 및,
   상기 몸체에 상기 전방향 이동롤러(52)와 연계토록 제공되는 모터(34)로서 구동되는 제1 구동축(38);
   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 배관용 로봇장치.
7. 삭제
8. 제2항에 있어서,
   상기 관 원주방향 지지수단(70)은, 상기 동력부에 구비된 제2 구동축(42)에 연계되어 배관의 원주방향으로 회전 구동되고, 상기 전방향 이동롤러 들이 배관의 원주 방향으로 복수 개가 탑재되는 회전체(72);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관용 로봇장치.
9. 제1항 또는 제8항에 있어서,
   상기 지지체 또는 회전체는 다단으로 제공되고, 상기 지지체 또는 회전체에 탑재되는 전방향 이동롤러 들을 배관의 길이방향으로 서로 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 배관용 로봇장치.
10. 제3항 또는 제6항에 있어서,
    상기 전방향 이동롤러(52)들은 상기 동력부(30)에 제공된 제1 구동축(36)과 연계되는 동력 전달수단(60)을 매개로 각각 배관의 길이방향으로 회전 구동토록 제공되는 것을 특징으로 하는 배관용 로봇장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 동력전달수단(60)은, 상기 동력부에 구비된 제1 구동축(38)에 연결된 구동기어(62)와 맞물리고 지지수단에 장착되는 피동기어(64); 및,
    상기 피동기어와 전방향 이동롤러에 각각 구비된 풀리(66) 또는 스프로켓 사이에 체결되는 구동벨트(68) 또는 구동체인;
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 배관용 로봇장치.

Images