KR101453976B1

KR101453976B1 - 독립 현가식 인파이프 로봇

Info

Publication number: KR101453976B1
Application number: KR1020120101919A
Authority: KR
Inventors: 최혁렬; 김호문; 서중석; 최윤석
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2014-10-30
Also published as: KR20140036419A

Abstract

본 발명은 독립 현가식 인파이프 로봇에 관한 것이며, 본 발명의 독립 현가식 인파이프 로봇은 중심축, 일단은 상기 중심축의 양단부에 각각 고정되고 타단은 상기 중심축 상에서 탄성 이동하는 탄성부재를 구비하는 본체부; 서로 교차되도록 배치되고, 각기 개별적으로 제어되며, 일단이 상기 중심축 상에서 상기 중심축의 중심방향 측으로 멀어지거나 가까워지는 방향으로 슬라이딩 가능하게 설치되는 한 쌍의 교차링크; 상호 이격 배치되며, 상기 중심축으로부터의 이격거리가 개별적으로 제어되도록 상기 교차링크의 타단에 각각 연결되는 한 쌍의 구동바퀴를 구비하는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 전방의 구동바퀴와 후방의 구동바퀴이 독립 현가하도록 함으로써, 곡관에서도 우수한 밀착력으로 파이프에 접촉할 수 있는 독립 현가식 인파이프 로봇이 제공된다.

Description

독립 현가식 인파이프 로봇{INDEPENDENT SUSPENSION TYPE IN-PIPE ROBOT}

본 발명은 독립 현가식 인파이프 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파이프 내에서 우수한 밀착력을 발생시킬 수 있는 독립 현가식 인파이프 로봇에 관한 것이다.

석유/가스등을 수송하는 배관의 결함은 경제적인 손실을 야기할 뿐만 아니라, 막대한 인명피해로 연결되는 것이므로 비파괴 검사 등을 통하여 배관의 안정성의 정기적인 확인이 필요하다.

특히, 지역과 지역 간 장거리 거점을 연결하는 석유/가스 배관의 경우에는 장거리간을 연결하는 특성상 배관 내부는 고압이 유지되어야 하므로 물리적, 화학적인 파손이 발생할 가능성이 크다.

이를 해결하기 위하여, 배관 내부를 검사하는 무인 로봇이 지속적으로 개발 중에 있다. 특히, 종래에는 한국등록특허 제10-0184932호에서와 같이 팬토그래프 구조의 링크를 이용하여 바퀴를 장착하고, 배관 내부에 부착력을 인가하는 로봇이 개발되었다.

그러나, 종래 많이 사용되고 있는 팬토그래프 방식의 링크 구조는 좌우 방향의 움직임을 상하 방향으로 움직이는데는 효과적인 방법으로서, 등록특허 제10-0184932호에서와 같이 파이프 로봇에 한 개의 모듈에 두 개의 팬토그래프 방식의 링크 구조를 만든다면 이론상으로 로봇은 분명 상하방향의 움직임 밖에 구현해 낼 수 없다.

하지만, 로봇 제작중에 공차나 운용중의 링크 뒤틀림 등으로 현재 존재하는 로봇들은 이론상으로는 가능하지 않지만 한쪽씩 현가가 가능한 것처럼 보인다. 이렇게 로봇을 운용하는 경우에는 로봇에 무리가 가게 되며, 베어링등에 허용되지 않는 방향의 하중이 걸리면서 파손될 우려가 있다. 또한, 링크가 변형되어 내구성에 영향을 미치게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전방의 구동바퀴와 후방의 구동바퀴이 독립 현가하도록 함으로써, 곡관에서도 우수한 밀착력으로 파이프에 접촉할 수 있는 독립 현가식 인파이프 로봇을 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 중심축, 상기 중심축을 양분하는 고정부, 상기 고정부를 중심으로 상기 중심축의 양측에 각각 마련되어 일단이 상기 중심축의 양단부에 각각 고정되고, 타단은 상기 중심축 상에 이동가능하게 설치되어 상기 고정부 측 방향으로의 탄성력을 제공하는 전방 탄성부재 및 후방 탄성부재, 상기 중심축 상에서 상기 탄성부재와 함께 이동하도록 상기 탄성부재의 타단에 설치되고 상기 탄성부재의 압축 또는 팽창에 의해 상기 고정부에 근접하거나 멀어지는 방향으로 운동하는 전방 이송부재 및 후방 이송부재를 구비하는 본체부; 서로 교차하도록 배치되고, 각각 개별적으로 운동하며, 일단이 상기 이송부재에 연결되어 상기 이송부재의 움직임에 따라 상기 고정부에 근접하거나 멀어지는 방향으로 슬라이딩가능하게 설치되는 교차링크; 상호 이격 배치되며 상기 중심축으로부터의 이격거리가 개별적으로 제어되도록 상기 교차링크의 타단에 각각 연결되는 전방 구동바퀴 및 후방 구동바퀴를 구비하는 구동부;를 포함하며, 상기 전방 이송부재는 상기 전방 탄성부재를 압축시켜 상기 후방 구동바퀴를 상기 중심축에 근접시키고, 상기 후방 이송부재는 상기 후방 탄성부재를 압축시켜 상기 전방 구동바퀴를 상기 중심축에 근접시키며, 상기 전방 이송부재 및 상기 후방 이송부재는 각각 독립적으로 운동하는 것을 특징으로 하는 독립 현가식 인파이프 로봇에 의해 달성된다.

또한, 상기 구동부는 한 쌍의 구동바퀴 사이의 이격간격이 유지되도록 한 쌍의 구동바퀴를 연결하는 연결부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 연결부는 내부에 수용공간을 형성하고, 상기 구동부는 상기 수용공간의 내부에 마련되어 상기 구동바퀴에 구동력을 공급하는 동력부재를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 구동부는 복수개가 상기 중심축을 중심으로 원주방향을 따라 등간격으로 배치될 수 있다.

삭제

또한, 상기 중심축은 상기 이송부재가 이송되는 이송영역의 횡단면이 다각형 형상을 가지며, 상기 이송부재는 상기 중심축 상에서 이송시 회전이 방지되도록 상기 중심축의 이송영역의 횡단면에 대응되는 형상으로 마련될 수 있다.

또한, 상기 교차링크는 주링크; 상기 주링크와 대향하여 지지하는 보조링크;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 독립 현가식의 구동바퀴 구동을 통하여 파이프의 직경 변화 또는 곡률변화에 용이하게 대응할 수 있는 독립 현가식 인파이프 로봇이 제공된다.

또한, 개별 탄성부재 구동 방식을 이용하여 독립 현가 구조를 용이하게 구현할 수 있다.

또한, 이송부재 내면의 형상이 삽입되는 중심축 외면의 형상에 대응되도록 설계함으로써 의도하지 않게 이송부재가 회전하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 교차링크가 서로 지지하도록 배치되는 주링크와 보조링크를 포함함으로써, 내구력이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 독립 현가식 인파이프 로봇의 개략적인 사시도이고,
도 2는 도 1의 독립 현가식 인파이프 로봇의 분해 사시도이고,
도 3은 도 1의 독립 현가식 인파이프 로봇의 동작 사시도이고,
도 4는 도 1의 독립 현가식 인파이프의 곡관 내에서의 동작을 개략적으로 도시한 것이고,
도 5는 도 1의 독립 현가식 인파이프의 점진적으로 변화하는 직경을 가지는 파이프 내에서의 동작을 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 독립 현가식 인파이프 로봇에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 독립 현가식 인파이프 로봇의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 독립 현가식 인파이프 로봇의 분해 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 독립 현가식 인파이프 로봇(100)은 각 구동바퀴(131)가 독립적으로 현가되도록 함으로써 파이프(P)의 내주면에 긴밀하게 밀착되도록 하는 동시에 균일한 부착력을 인가된 상태로 구동되는 로봇에 관한 것으로서, 본체부(110)와 교차링크(120)와 구동부(130)와 카메라부(140)를 포함한다.

상기 본체부(110)는 후술하는 교차링크(120) 및 구동부(130) 구동시의 지지하는 구조물의 역할을 수행하는 동시에 파이프(P) 내주면과의 사이에서 부착력이 발생하도록 구동부에 탄성력을 인가하기 위한 것으로서, 중심축(111)과 고정부(112)와 탄성부재(113)와 이송부재(114)를 포함한다.

상기 중심축(111)은 후술하는 탄성부재(113) 및 이송부재(114)가 길이방향을 따라 이송되도록 안내, 지지하는 부재이다.

한편, 이송부재(114)가 이송되는 중심축(111) 상의 영역, 즉, 이송영역(A)의 횡단면의 형상은 직사각형의 형상을 가진다. 다만, 중심축(111)을 따라 이송과정에서의 이송부재(114)가 원주방향을 따라 회전하는 것이 방지될 수 있는 형태의 다각형 단면이라면 이송영역(A)의 횡단면 형상이 직사각형에 제한되는 것은 아니다.

상기 고정부(112)는 중심축(111) 상에 설치되어 중심축(111)을 양측으로 분할하고 후술하는 한 쌍의 탄성부재(113) 각각이 동작하는 영역을 구획하는 역할을 한다. 또한, 고정부(112)는 중심축(111) 상에서 이송되는 이송부재(114)가 이송되는 영역 즉, 이송영역(A)의 최종단의 경계에 장착된다.

한편, 본 실시예에서 고정부(112)는 별도로 가공되어 중심축(111) 상에 장착되는 형태로 마련되나, 이에 제한되는 것은 아니고, 고정부(112)와 중심축(111)은 일체로 가공되어 제작될 수 있다. 또한, 다른 변형례에서 고정부(112)는 물리적인 형태를 갖는 요소로 구성되지 않고, 중심축을 양분하는 가상선의 형태로 마련될 수도 있다.

상기 탄성부재(113)는 후술하는 교차링크(120) 및 이와 연결되는 구동바퀴(131)에 탄성력을 제공하기 위한 것으로서, 한 쌍으로 마련되어 압축 스프링의 형태로 중심축(111)의 양쪽 말단과 고정부(112) 사이의 영역 즉, 이송영역(A) 상에 각각 설치된다.

한편, 탄성부재(113)의 일단은 중심축(111)의 양단부에 각각 장착, 고정되고, 탄성부재(113)의 타단은 후술하는 이송부재(114)에 장착되어 이송영역(A) 상에서 이송가능한 형태로 마련된다.

즉, 탄성부재(113)는 이송부재(114) 및 이에 연결되는 교차링크(120)에 의하여 중심축(111)의 바깥쪽 방향으로 압축되는 동시에 고정부(112) 측 방향으로의 탄성력을 가한다.

상기 이송부재(114)는 이송영역(A) 상에 설치되어 교차링크(120) 및 구동바퀴(131)에 의하여 이송되는 것으로서, 탄성부재(113)의 고정부 측 단부에 설치된다. 여기서, 고정부(112)를 중심으로 중심축(111)의 전방에 배치되는 이송부재(114)를 전방 이송부재라 하며, 중심축(111)의 후방에 배치된 이송부재(114)를 후방 이송부재라 정의한다.

한편, 이송부재(114)는 중심축(111)에 용이하게 삽입될 수 있도록 이송부재(114) 내면의 형상은 중심축(111) 이송영역(A)의 횡단면의 형상에 대응되는 사각형 형상으로 형성된다. 따라서, 중심축(111) 상에 삽입된 상태로 이송되는 이송부재(114)는 중심축(111)의 길이방향으로는 자유롭게 이동가능하게 설치되되, 외주면을 따라서는 의도하지 않게 회전하는 것이 방지될 수 있다.

상기 교차링크(120)는 상술한 본체부(110)와 후술하는 구동부(130) 간을 상호 연결하는 동시에, 본체부(110)로부터 발생하는 탄성력을 구동부에 제공하는 매개수단으로서, 한 쌍이 한 세트로 후술하는 구동부의 개수에 대응되는 개수의 세트가 마련되며, 각 교차링크(120)는 주링크(121)와 보조링크(122)를 포함한다.

각 세트를 구성하는 한 쌍의 교차링크(120) 각각 대해서 재설명하면, 한 쌍의 교차링크(120)는 일단이 이송부재(114)에 장착되어 이송부재(114)와 함께 이송되어 구동부(130) 측으로 연장되며 상호 교차하되, 타단은 후술하는 구동부(130)의 구동바퀴(131)의 회전축에 각각 연결된다.

또한, 각 교차링크(120)는 구동바퀴(131)를 중심으로 주링크(121)와 보조링크(122)가 서로 마주보게 설치되며, 보조링크(122)는 주링크(121)를 지지하는 역할을 한다.

따라서, 상술한 구조에 의하면, 한 쌍의 탄성부재(113) 각각은 개별적으로 구동하며 이에 연결되는 교차링크(120) 역시 각 탄성부재(113)의 구동으로 인하여 개별 구동된다.

상기 구동부(130)는 파이프(P) 내주면에 밀착하여 전후진을 위한 구동력을 제공하는 것으로서, 본 실시예에서는 총3개가 본체부(110)를 중심으로 원주방향을 따라 등각 분할된 위치에 각각 배치되되, 각각의 구동부(130)는 구동바퀴(131)와 연결부(132)와 동력부재(133)를 포함한다.

상기 구동바퀴(131)는 한 쌍으로 마련되어 검사 대상이 되는 파이프(P)에 직접적으로 밀착되어 회동함으로써 전진 또는 후진에 필요한 구동력을 제공하는 것으로서, 각각의 회전축은 교차링크(120)의 단부에 회동가능하게 장착된다. 한편, 한 쌍의 구동바퀴(131)는 후술하는 연결부(132)의 양단부에 장착되어 상호 이격 배치된다.
여기서, 한 쌍의 구동바퀴(131)는 후술할 연결부(132)의 전방에 배치되되 후방 이송부재와 연결되는 전방 구동바퀴와 연결부(132)의 후방에 배치되되 전방 이송부재와 연결되는 후방 이송부재를 포함할 수 있다.

상기 연결부(132)는 한 쌍의 구동바퀴(131)를 상호 연결하는 것으로서, 구동바퀴(131) 간의 간격을 일정하게 유지하는 강체의 역할을 한다. 한편, 연결부(132)의 내부에는 후술하는 동력부재(133)가 수용될 수 있도록 소정의 수용공간이 형성된다.

상기 동력부재(133)는 연결부(132) 내의 수용공간에 설치되어, 구동바퀴(131)에 동력을 인가하기 위한 것으로서, 본 실시예에서는 전원을 인가받아 구동되는 구동모터로 마련되나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 카메라부(미도시)는 파이프 내부를 촬영. 검사하기 위한 장비로서, CCD 카메라와 조명부를 포함한다.

상기 CCD 카메라는 파이프 내부를 촬영하기 위한 것으로서, 촬영되는 영역의 변경이 가능하도록 회동가능하게 설치된다.

상기 조명부는 CCD 카메라에 장착되어 촬영대상이 되는 영역에 광을 조사하여 촬영을 보조하기 위한 것이다.

지금부터는 상술한 독립 현가식 인파이프 로봇의 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 독립 현가식 인파이프 로봇(100)이 검사, 촬영 대상이 되는 파이프(P) 내로 공급되면, 각 구동부(130)의 구동바퀴(131)는 탄성부재로(113)부터 제공되는 탄성력에 의하여 파이프(P)의 내주면에 밀착된다.

다시 설명하면, 소정의 변위로 압축되는 탄성부재(113)에 의하여 고정부(112) 측 방향으로의 탄성력이 발생하고, 탄성력은 링크부재(120)를 통하여 구동바퀴(131)에 전달되며, 구동바퀴(131)는 탄성력에 의하여 더욱 우수한 접촉력으로 파이프(P) 내부에 밀착된다.

한편, 중심축(111) 상에서 탄성부재(113)와 함께 이송되는 이송부재(114)는 사각형 형상으로 형성되어 중심축(111)의 이송영역(A)에 긴밀하게 결합됨으로써, 외부로부터 발생하는 비틀림 힘에 의하여도 원주방향으로 회전되는 것이 방지되고, 안정적인 이동이 가능하다.

이와 동시에, 연결부(132) 내에 수용되는 동력부재(133)로부터 동력이 인가되면 구동바퀴(131)는 회전 회동하고 본 실시예의 독립 현가식 인파이프 로봇(100)은 전/후진 이동하면서, 조명부는 광을 조사하고 CCD 카메라는 파이프 내부를 촬영한다.

도 3은 도 1의 독립 현가식 인파이프 로봇의 동작 사시도이다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 독립 현가식 인파이프 로봇(100)이 전진 중에 곡률을 가지는 파이프(P)를 통과하는 경우에, 전방에 배치되는 3개의 구동바퀴(131)와 후방에 배치되는 3개의 구동바퀴(131)는 서로 개별적으로 현가하여, 변화하는 곡률에 정밀하게 대처하며 곡관을 통과할 수 있다.

즉, 곡률을 가지는 파이프(P)의 통과시에 독립 현가 구동을 통하여 본체부(110)로부터 전방 구동바퀴(131)의 간격과 본체부(110)로부터 후방 구동바퀴(131)의 이격간격은 차이가 발생한다. 즉, 전방 구동바퀴(131)와 후방 구동바퀴(131)는 동일한 변위로 압축되는 것이 아니라, 서로 다른 크기로 압축될 수 있는 것이다.

도 4는 도 1의 독립 현가식 인파이프의 곡관 내에서의 동작을 개략적으로 도시한 것이다.

다시 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 전방의 구동바퀴(131)와 후방의 구동바퀴(131)는 서로 다른 탄성부재(113)에 각각 연결되어 압축되고, 개별적으로 압축되는 것이므로, 독립적인 현가가 가능하다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 복잡현 형태의 곡률을 가지는 파이프(P) 내에서도 모든 구동바퀴(131)가 파이프(P)의 내면과 긴밀하게 밀착하여, 균일한 접촉력을 발생시킬 수 있다.

도 5는 도 1의 독립 현가식 인파이프의 점진적으로 변화하는 직경을 가지는 파이프 내에서의 동작을 개략적으로 도시한 것이다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 전방의 구동바퀴(131)와 후방의 구동바퀴(131) 사이의 압축정도를 차이를 이용하여 곡관 뿐만 아니라 직경이 점진적으로 감소하거나, 직경이 점진적으로 증가하는 파이프(P)의 내부도 용이하게 통과할 수 있다.

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.

100 : 본 발명의 일실시예에 따른 독립 현가식 인파이프 로봇
110 : 본체부 120 : 교차링크
130 : 구동부

Claims

삭제
중심축, 상기 중심축을 양분하는 고정부, 상기 고정부를 중심으로 상기 중심축의 양측에 각각 마련되어 일단이 상기 중심축의 양단부에 각각 고정되고, 타단은 상기 중심축 상에 이동가능하게 설치되어 상기 고정부 측 방향으로의 탄성력을 제공하는 전방 탄성부재 및 후방 탄성부재, 상기 중심축 상에서 상기 탄성부재와 함께 이동하도록 상기 탄성부재의 타단에 설치되고 상기 탄성부재의 압축 또는 팽창에 의해 상기 고정부에 근접하거나 멀어지는 방향으로 운동하는 전방 이송부재 및 후방 이송부재를 구비하는 본체부;
서로 교차하도록 배치되고, 각각 개별적으로 운동하며, 일단이 상기 이송부재에 연결되어 상기 이송부재의 움직임에 따라 상기 고정부에 근접하거나 멀어지는 방향으로 슬라이딩가능하게 설치되는 교차링크;
상호 이격 배치되며 회전축이 상기 교차링크의 타단에 각각 연결되어 상기 중심축으로부터의 이격거리가 개별적으로 제어되는 전방 구동바퀴 및 후방 구동바퀴, 전방 구동바퀴 및 후방 구동바퀴 사이의 이격간격이 유지되도록 전방 구동바퀴와 후방 구동바퀴를 연결하는 연결부를 구비하는 구동부;를 포함하며,
상기 전방 이송부재는 상기 전방 탄성부재를 압축시켜 상기 후방 구동바퀴를 상기 중심축에 근접시키고, 상기 후방 이송부재는 상기 후방 탄성부재를 압축시켜 상기 전방 구동바퀴를 상기 중심축에 근접시키며, 상기 전방 이송부재 및 상기 후방 이송부재는 각각 독립적으로 운동하는 것을 특징으로 하는 독립 현가식 인파이프 로봇.
제2항에 있어서,
상기 연결부는 내부에 수용공간을 형성하고,
상기 구동부는 상기 수용공간의 내부에 마련되어 상기 구동바퀴에 구동력을 공급하는 동력부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 현가식 인파이프 로봇.
제3항에 있어서,
상기 구동부는 복수개가 상기 중심축을 중심으로 원주방향을 따라 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 독립 현가식 인파이프 로봇.
제2항에 있어서,
상기 중심축은 상기 이송부재가 이송되는 이송영역의 횡단면이 다각형 형상을 가지며,
상기 이송부재는 상기 중심축 상에서 이송시 회전이 방지되도록 상기 중심축의 이송영역의 횡단면에 대응되는 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 독립 현가식 인파이프 로봇.
제5항에 있어서,
상기 교차링크는 주링크; 상기 주링크와 대향하여 지지하는 보조링크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 독립 현가식 인파이프 로봇.
삭제