KR101486019B1 - 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 복수의 모듈; 상기 복수의 모듈 사이에 구비되는 적어도 하나의 관절부; 상기 복수의 모듈 중 적어도 하나의 모듈에 구비된 구동부; 상기 복수의 모듈 중 적어도 하나에 구비되어 배관의 내면을 주행하는 휠(wheel); 상기 휠이 공압에 의해서 상기 모듈 내로 접히고 상기 모듈 외부로 펼쳐지는 동작이 가능하도록 상기 휠과 상기 복수의 모듈 사이를 연결하는 암(arm); 상기 암이 상기 복수의 모듈에 대해서 접히고 펼쳐지는 동작이 가능하도록 공압을 제공하는 공압부; 및 상기 구동부에 전원을 공급하는 배터리부;를 포함하고, 상기 구동부가 상기 휠 내부에 구성된, 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇을 제공한다.
Description
본 발명은 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는, 기존에 휠로부터 이격된 위치에 설치된 전기 모터의 구동력을 암 내부에 구성된 동력 전달 구조를 통해서 암의 말단에 형성된 휠로 구동력을 전달하는 구조를 채택하여 암 내부의 구성이 복잡하고 동력 전달 과정이 길어지는 문제점을 갖고 있는데 반해서 본 발명은 휠 자체에 모터를 구비하여 동력 전달부를 암 내부에 구성할 필요가 없는, 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇에 관한 것이다.
가스 배관 등 지하에 매설된 배관은 피거블 배관(piggable pipeline)과 언피거블 배관(unpiggable pipeline)으로 구분된다.
이 중 피거블 배관은 통상 운영 압력이 20기압 이상이며, 인텔리전트 피그(intelligent pig)의 적용이 가능한 배관을 의미하며, 보통 공공기관이 해당 배관을 소유하고 있어서, 강인한 내진 설계가 되어 있고, 배관 건전성 확보 방안(예를 들어, 한국가스공사의 인텔리전트 피그)이 이미 구축된 배관인 경우가 대부분이다.
이에 반해서, 언피거블 배관은 통상 운영 압력이 10기압 이하로, T 분기관, 곡관 등으로 인해 인텔리전트 피그의 적용이 불가능한 배관을 의미하며, 보통 민간기관이 해당 배관을 소유하고 일반 국민 생활권에 매설된 경우가 많다. 이와 같은 언피거블 배관은 통상 내진 설계가 잘 되어 있지 않아서, 지진 발생시 상당히 취약한 실정으로, 지진 등 자연 재해가 발생할 경우 대형 참사로 연결될 여지가 많으며, 예산 등의 이유로 기술 개발이 상당히 미흡한 배관이다.
이와 같은 언피거블 배관의 탐상 로봇으로서 미국의 카네기멜론대학(Carnegie Mellon University)의 Explorer 로봇이 있으나, 아직은 기술 개발이 초기 단계로서, 많은 연구개발이 필요한 기술 분야이다.
이와 관련한 종래 기술로서, 대한민국 공개특허 제10-2013-0035431호(2013년 4월 9일 공개, 발명의 명칭 : 배관탐상로봇)에서, "배관 내를 원활하게 주행할 수 있는 배관 탐상 로봇을 제공하기 위하여 해당 발명의 바람직한 실시예에 따른 배관탐상로봇은, 배관 내에 배치되어 이동되도록 구성되는 본체; 상기 본체가 자기부상되도록 상기 본체에 구성되는 자력수단; 및 상기 본체에 장착된 탐상수단;을 구비하는 제1 바디부를 포함하도록 하는 구성"을 개시하였다.
그리고, 미국 등록특허 제6,917,176호(2005년 7월 12일 등록, 발명의 명칭 : Gas Main Robotic Inspection System)에서, "복수의 모듈, 적어도 하나의 조인트 멤버, 데이터 수집 컴포넌트, 통신 컴포넌트를 구비하는 자가 추진 트레인을 포함하고, 상기 복수의 모듈은 2개의 터미널 모듈 및 복수의 미드 트레인 모듈(mid train module)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 조인트 멤버는 2축으로 조정 가능한 인터커넥트 조인트(double-axis steerable interconnect joint)과 1축으로 조정가능한 인터커넥트 조인트(single-axis steerable interconnect joint)를 포함하는, 파이프 내 선택적인 조건을 조사하는 시스템"을 개시하였다.
하지만, 이와 같은 종래의 언피거블 배관 탐상 로봇의 경우, 휠로부터 이격된 위치에 설치된 전기 모터의 구동력을 암 내부에 구성된 동력 전달 구조를 통해서 암의 말단에 형성된 휠로 구동력을 전달하는 구조를 채택하여 암 내부의 구성이 복잡하고 동력 전달 과정이 길어지는 문제점을 갖고 있어서, 이를 해결하기 위한 대응 기술의 마련이 시급하였다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 기존에 휠로부터 이격된 위치에 설치된 전기 모터의 구동력을 암 내부에 구성된 동력 전달 구조를 통해서 암의 말단에 형성된 휠로 구동력을 전달하는 구조를 채택하여 암 내부의 구성이 복잡하고 동력 전달 과정이 길어지는 문제점을 해결할 수 있도록, 본 발명은 휠 자체에 모터를 구비하여 동력 전달부를 암 내부에 구성할 필요가 없는, 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇은, 복수의 모듈; 상기 복수의 모듈 사이에 구비되는 적어도 하나의 관절부; 상기 복수의 모듈 중 적어도 하나의 모듈에 구비된 구동부; 상기 복수의 모듈 중 적어도 하나에 구비되어 배관의 내면을 주행하는 휠(wheel); 상기 휠이 공압에 의해서 상기 모듈 내로 접히고 상기 모듈 외부로 펼쳐지는 동작이 가능하도록 상기 휠과 상기 복수의 모듈 사이를 연결하는 암(arm); 상기 암이 상기 복수의 모듈에 대해서 접히고 펼쳐지는 동작이 가능하도록 공압을 제공하는 공압부; 및 상기 구동부에 전원을 공급하는 배터리부;를 포함하고, 상기 구동부가 상기 휠 내부에 구성된다.
또한, 상기 구동부는, 상기 배터리부의 전원 공급을 통해 회전력을 발생시키는 모터 코일 및 모터 로터; 상기 모터 로터의 회전력을 전달하는 구동 입력축; 및 상기 구동 입력축의 회전력을 상기 바퀴 드럼으로 전달하는 하모닉 기어;로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 휠은, 상기 하모닉 기어의 외부에 위치하며 상기 하모닉 기어의 회전력을 전달받는 바퀴 드럼; 및 상기 바퀴 드럼을 외부에서 덮으며 배관에 맞닿는 타이어;로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 휠은, 상기 바퀴 드럼의 일측에서 외부로 돌출 형성되는 외부 돌출부를 가지며, 상기 외부 돌출부는 상기 암과 결합시 사용되는 제 1 결합홀을 가지며, 상기 암은, 상기 휠과 결합되기 위해 사용되는 제 2결합홀이, 상기 휠의 외부 돌출부를 "ㄷ"자 모양으로 감싸는 "ㄷ"자 형상의 결합부를 가지며, 상기 제 1 결합홀과 상기 제 2 결합홀은 나사 체결 방식으로 결합되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 타이어는, 상기 배관 내의 미끄러운 물질로 인해 상기 타이어가 미끄러지는 것을 방지할 수 있는 미끄럼 방지를 위한 타이어 패턴을 갖는 것이 가능하다.
또한, 상기 타이어는, 상기 배관 내의 미끄러운 물질로 인해 상기 타이어가 미끄러지는 것을 방지할 수 있도록 상기 타이어 자체에 철선 또는 와이어가 감겨져 있거나, 상기 배관과 전체 또는 일부가 맞닿도록 상기 타이어 외면에 철선 또는 와이어가 삽입되어 형성되는 것이 가능하다.
또한, 상기 바퀴 드럼 상에 스파이크(spike)가 형성되되, 상기 타이어를 관통하도록 형성되어, 상기 배관 내의 미끄러운 물질로 인해 상기 타이어가 미끄러지는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇에 의하면,
첫째, 기존에 휠로부터 이격된 위치에 설치된 전기 모터의 구동력을 암 내부에 구성된 동력 전달 구조를 통해서 암의 말단에 형성된 휠로 구동력을 전달하는 구조를 채택하여 암 내부의 구성이 복잡하고 동력 전달 과정이 길어지는 문제점을 갖고 있는데 반해서 본 발명은 휠 자체에 모터를 구비하여 동력 전달부를 암 내부에 구성할 필요가 없는 구조를 갖게 된다.
둘째, 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇은 암의 내부 구성의 간소화, 동력 전달부의 간소화를 통해서 설계의 자유도를 높이고 부품 수를 줄여서 컴팩트한 구성을 갖는 것이 가능하다.
셋째, 배관내 미끄러운 이물질이 있더라도, 미끄럼 방지를 위한 타이어 패턴을 갖거나, 또는 타이어 자체에 철선 또는 와이어가 감겨져 있거나, 배관과 전체 또는 일부가 맞닿도록 타이어 외면에 철선 또는 와이어가 삽입 형성되어, 타이어가 미끄러지는 것을 방지할 수 있다.
넷째, 언피거블 배관 탐상 로봇의 암과 휠의 체결 구조를 간소화하여, 결합과 분리를 용이하게 하여, 배관 탐상 로봇의 유지 보수(maintenance)를 간소화하고 유지 보수 비용을 절감하는 효과를 갖는다.
다섯째, 세계 배관망은 연평균 4.72%씩 성장하고 있으며, 배관 건전성 관리 법제화가 미국, 유럽, 멕시코 등에서 이루어지면서 세계 배관 시장규모가 2015년에는 약 1조 3천억원에 달할 것으로 예상되는 상황에서, 본 발명과 같이 설계의 자유도가 높고 부품 수를 줄일 수 있는 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇은 경제·산업적 측면에서 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
여섯째, 현재 운용이 되고 있는 유일한 제품이 미국의 카네기 멜론 대학의 Explorer일 정도로 개발 초기의 기술분야이므로, 해당 제품에는 본 발명과 같은 인휠 구조를 구비한 배관 탐상 로봇의 개념이 전혀 적용되지 않고 있는 상황으로, 언피거블 배관 탐상 로봇에서 인휠 구조라는 개념을 최초로 도입하여, 배관 운용의 효율성, 안전성이나 경제성 등에 기여를 하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 드라이브 모듈을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 드라이브 모듈의 인-휠(in-wheel) 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 서포트 모듈을 통해서 언피거블 배관을 이동할 때 배관을 지지하는 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 새로운 조인트(관절부)를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 서로 다른 모듈에 설치된 암이 각각 90도 각도의 차이가 나도록 서로 다른 모듈 간의 조인트(관절부)가 제어되어, 모듈에 2개의 암이 설치되더라도 배관 내 지지를 더욱 단단히 하는 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 공압식 조인트(관절부)를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 공압식 조인트(관절부) 적용시 문제점과 이를 해결한 기술에 대해서 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 긴급 구조 방식 중 하나로 2포트 방식으로 복원스프링을 이용한 모습을 도시한 도면이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 긴급 구조 방식 중 하나로 3포트 방식으로 솔레노이드 밸브의 노멀(normal) 위치 상태를 활용한 구조를 도시한 도면이다.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 암과 휠의 체결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 드라이브 모듈을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 드라이브 모듈의 인-휠(in-wheel) 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 서포트 모듈을 통해서 언피거블 배관을 이동할 때 배관을 지지하는 모습을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 새로운 조인트(관절부)를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 서로 다른 모듈에 설치된 암이 각각 90도 각도의 차이가 나도록 서로 다른 모듈 간의 조인트(관절부)가 제어되어, 모듈에 2개의 암이 설치되더라도 배관 내 지지를 더욱 단단히 하는 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 공압식 조인트(관절부)를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 공압식 조인트(관절부) 적용시 문제점과 이를 해결한 기술에 대해서 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 긴급 구조 방식 중 하나로 2포트 방식으로 복원스프링을 이용한 모습을 도시한 도면이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 긴급 구조 방식 중 하나로 3포트 방식으로 솔레노이드 밸브의 노멀(normal) 위치 상태를 활용한 구조를 도시한 도면이다.
도 14 내지 도 16은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 암과 휠의 체결 구조를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇은, 비전 모듈(vision module), 드라이브 모듈(drive module), 배터리 모듈(battery module), 펌프 모듈(pump module)로 이루어진다. 여기에 NDE 모듈과 서포트 모듈(support module)이 선택적으로 추가적으로 구성될 수 있으며, 도 1에서 NDE 모듈이 빠질 경우 서포트 모듈도 빠질 수 있으며, 이 경우 도 1에 도시된 드라이브 모듈 사이에 배터리 모듈이 위치할 수 있다.
먼저, 비전 모듈은 언피거블 배관 탐상 로봇이 배관 내의 흠결이나 결함을 탐상할 수 있도록 하는 카메라 모듈 및 광원일 수 있지만, 나아가 데이터 수집 모듈(data collection module)일 수 있다. 다시 말해, 초음파 센서, 적외선 센서, 가속도 센서, 자속 누출을 탐지하는 센서(MFL 센서, Magnetic Flux Leakage 센서), 에디 전류(eddy current)를 탐지하는 센서, 거리 측정계(odometer) 등의 조합으로 이루어질 수도 있다.
다음으로, 드라이브 모듈은 언피거블 배관 탐상 로봇이 배관 내에서 이동이 가능하도록 하는 구성으로서, 언피거블 배관 탐상 로봇의 이동성을 제공하는 모듈이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 드라이브 모듈을 도시한 도면이며, 도 2를 참조하여 설명하면, 언피거블 배관의 내면을 주행하는 휠(wheel)이 구비되어 있으며, 상기 휠이 공압에 의해서 드라이브 모듈 내로 접히고 드라이브 모듈 외부로 펼쳐지는 동작이 가능하도록 휠과 드라이브 모듈 사이를 연결하는 암(arm)으로 이루어진다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 드라이브 모듈의 인-휠(in-wheel) 구조를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇은, 복수의 모듈; 상기 복수의 모듈 사이에 구비되는 적어도 하나의 관절부; 상기 복수의 모듈 중 적어도 하나의 모듈에 구비된 구동부; 상기 복수의 모듈 중 적어도 하나에 구비되어 배관의 내면을 주행하는 휠(wheel); 상기 휠이 공압에 의해서 상기 모듈 내로 접히고 상기 모듈 외부로 펼쳐지는 동작이 가능하도록 상기 휠과 상기 복수의 모듈 사이를 연결하는 암(arm); 상기 암이 상기 복수의 모듈에 대해서 접히고 펼쳐지는 동작이 가능하도록 공압을 제공하는 공압부; 및 상기 구동부에 전원을 공급하는 배터리부;를 포함하고, 상기 구동부가 상기 휠 내부에 구성된다.
여기서, 구동부는, 상기 배터리부의 전원 공급을 통해 회전력을 발생시키는 모터 코일 및 모터 로터; 상기 모터 로터의 회전력을 전달하는 구동 입력축; 및 상기 구동 입력축의 회전력을 상기 바퀴 드럼으로 전달하는 하모닉 기어;로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 휠은, 상기 하모닉 기어의 외부에 위치하며 상기 하모닉 기어의 회전력을 전달받는 바퀴 드럼; 및 상기 바퀴 드럼을 외부에서 덮으며 배관에 맞닿는 타이어;로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 휠은, 상기 바퀴 드럼의 일측에서 외부로 돌출 형성되는 외부 돌출부를 가지며, 상기 외부 돌출부는 상기 암과 결합시 사용되는 제 1 결합홀을 가지며, 상기 암은, 상기 휠과 결합되기 위해 사용되는 제 2결합홀이, 상기 휠의 외부 돌출부를 "ㄷ"자 모양으로 감싸는 "ㄷ"자 형상의 결합부를 가지며, 상기 제 1 결합홀과 상기 제 2 결합홀은 나사 체결 방식으로 결합되는 구성을 채택하여, 언피거블 배관 탐상 로봇의 암과 휠의 체결 구조를 간소화하여, 결합과 분리를 용이하게 하여, 배관 탐상 로봇의 유지 보수(maintenance)를 간소화하고 유지 보수 비용을 절감하는 효과를 갖는다. 특히, 타이어는 소모품으로서 교환이 용이하여야 하는데, 위 구성을 채택할 경우 유지 보수의 편의성을 극대화할 수 있다.
또한, 상기 타이어는, 상기 배관 내의 미끄러운 물질로 인해 상기 타이어가 미끄러지는 것을 방지할 수 있는 미끄럼 방지를 위한 타이어 패턴을 갖는 것이 가능하다.
또한, 상기 타이어는, 상기 배관 내의 미끄러운 물질로 인해 상기 타이어가 미끄러지는 것을 방지할 수 있도록 상기 타이어 자체에 철선 또는 와이어가 감겨져 있거나, 상기 배관과 전체 또는 일부가 맞닿도록 상기 타이어 외면에 철선 또는 와이어가 삽입되어 형성되는 것이 가능하다.
한편, 상기 바퀴 드럼 상에 스파이크(spike)가 형성되되, 상기 타이어를 관통하도록 형성되어, 상기 배관 내의 미끄러운 물질로 인해 상기 타이어가 미끄러지는 것을 방지할 수 있도록 하는 것도 가능하다.
다음으로, 배터리 모듈은 파워 모듈(power module)을 통칭하는 것으로, 배관 내 가스 흐름을 이용한 터빈 시스템으로 전력을 자체 생산함으로써 자체적으로 재충전이 가능한 배터리(rechargeable battery)일 수 있으며, 2차 전지 등 다양한 형태의 배터리 모듈, 셀 또는 셀의 집합, 팩일 수 있다. 통상 테더링(tethering) 방식의 경우 배터리 모듈을 없애고 전원을 외부에서 공급해 주는 것도 가능하지만, 언테더링(untethering) 방식의 경우 자체적인 전력 생산 또는 재충전이 가능한 배터리인 것이 바람직하다. 현재는 이와 같이 운용되고 있지 않지만, 언피거블 배관 중간 중간에 배터리를 재충전하는 재충전 센터를 마련하는 배관 운용이 향후 모색해 볼 수 있다.
다음으로 펌프 모듈은 공압부를 갖는 부분으로, 드라이브 모듈이나 서포트 모듈의 암이 드라이브 모듈이나 서포트 모듈 내로 접히고, 드라이브 모듈이나 서포트 모듈 외부로 펼쳐지는 동작이 가능하도록 휠과 모듈 사이를 연결하는 구성이다.
다음으로, 서포트 모듈은 드라이브 모듈과 구성이 거의 동일하며, 다만 인휠 구조(in-wheel structure)가 있으면 드라이브 모듈이고, 인휠 구조가 없으면 서포트 모듈일 수 있다. 물론 로봇 설계자의 의도나 로봇 사용자의 요청에 따라서, 이와 다르게 구성상의 차이를 둘 수 있음은 물론이다.
도 4에 도시된 바와 같이 서포트 모듈을 통해서 언피거블 배관을 이동할 때 배관을 지지하는 역할을 담당하게 된다. 다만, 서포트 모듈의 휠(wheel)의 회전수를 이용하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공압식 조인트 구조를 갖는 언피거블 배관 탐상 로봇의 거리 측정계의 기능을 수행하는 것이 가능하다. 이를 통해서 언피거블 배관 탐상 로봇의 긴급 구조시 언피거블 배관 탐상 로봇이 멈춰 있는 위치, 즉 긴급 구조가 필요한 현재 위치를 예측하거나 또는 추정하는 것이 가능하다.
다음으로, NDE 모듈(Non-Destructive Examinations Module)은 비파괴 검사를 위한 각종의 센서를 탑재한 구성요소이으로, NDE 센서에 대해서 일반적으로 알려진 공지의 센서, 즉 방사선이나 초음파 등을 이용하여 비파괴 검사하는 기술을 사용하는 것이 가능하다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 새로운 조인트(관절부)를 도시한 도면으로, 위에서 설명한 각각의 모듈 사이의 적어도 하나 이상에 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 2개의 모터와, 동력 전달부와, 베벨 기어를 통해서 롤(roll)과 요(yaw), 또는 롤(roll)과 피치(pitch)가 가능한 구성으로, 종래 2축 제어가 가능한 조인트와는 다른 새로운 구성이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 서로 다른 모듈에 설치된 암이 각각 90도 각도의 차이가 나도록 서로 다른 모듈 간의 조인트(관절부)가 제어되어, 모듈에 2개의 암이 설치되더라도 배관 내 지지를 더욱 단단히 하는 구조를 도시한 도면으로, 도시된 바와 같이, 종래 모듈에 암이 3개 형성되어야 배관 내 지지를 단단히 할 수 있었던 것을 하나의 모듈에 2개의 암으로도 조인트 구조를 제어하는 알고리즘을 통해서 해결하는 것이 가능하다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 공압식 조인트(관절부)를 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 공압식 조인트(관절부) 적용시 문제점과 이를 해결한 기술에 대해서 도시한 도면이다.
위에서 설명한 전기모터와 기어의 조합을 통한 조인트(관절부) 형성도 가능하지만, 도 7에 도시된 바와 같이, 2개의 공압 실린더와 2개의 와이어를 이용하여 2축으로 제어 가능한(double-axis steerable) 공압식 조인트를 구성하는 것이 가능하다.
좀 더 구체적으로는, 공압식 관절부는, 제 1a 와이어 및 제 1b 와이어가 좌우측에 각각 연결되는 제 1 좌우 연결바와 제 2a 와이어 및 제 2b 와이어가 좌우측에 각각 연결되는 제 2 좌우 연결바를 갖는 2축 조인트 중심부; 상기 제 1a 와이어, 상기 제 1b 와이어, 상기 제 2a 와이어 및 상기 2b 와이어에 각각 연결된 제 1a 피스톤, 제 1b 피스톤, 제 2a 피스톤 및 제 2b 피스톤; 상기 제 1a 피스톤, 제 1b 피스톤, 제 2a 피스톤 및 제 2b 피스톤에 각각 공압을 제공하는 제 1a 공압 실린더, 제 1b 공압 실린더, 제 2a 공압 실린더 및 제 2b 공압 실린더로 이루어질 수 있다.
나아가, 상기 제 1 좌우 연결바와 제 2 좌우 연결바는 서로 직교하는 것이 바람직하다. 물론 제 1 좌우 연결바와 제 2 좌우 연결바가 서로 직교하지 않더라도 제어를 통해서 2축 제어가 가능한 조인트 구조를 형성할 수 있지만, 서로 직교하는 경우에 제어가 좀 더 용이하다.
또한, 상기 공압식 관절부는, 회전 마찰력에 의해 일정 각도 이상의 회전 각도의 복원이 불가능한 것을 방지하기 위한 복원용 스프링을 상기 2축 조인트 중심부에 설치하는 것이 가능하다.
이것은 종래 공압식 조인트(관절부)에서 일정 각도에서 복원이 잘 되지 않는 문제점이 있었으며, 회전 마찰력에 의해서 회전 각도의 복원이 불가능한 부분을 해결하기 위하여 2축 조인트 중심부에 복원용 스프링을 추가적으로 설치하는 것이 가능하다.
이와 같은 공압식 조인트를 구현하기 위해 언피거블 배관 탐상 로봇이 공압부(펌프 모듈)를 구비하고 있으므로, 언피거블 배관 탐상 로봇의 긴급 구조 기능이 탑재된 로봇를 구현하는 것이 용이하다.
구체적으로, 도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 긴급 구조 방식 중 하나로 2포트 방식으로 복원스프링을 이용한 모습을 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 암이 접혔을 때 드라이브 휠이 모듈 내의 하우징에 위치하고, 드라이브 휠은 보조 휠 아래에 위치하기 때문에, 따라서 벽면에 닿지 않는 구조이며, 이 경우, 암이 접히면 보조 휠이 벽면을 지지하는 구조이다. 또한, 공압이 배출되는 경우, 복원 스프링에 의해서 암이 접히는 구조를 도 9를 통해서 쉽게 알 수 있다. 이 경우, 2포트의 솔레노이드 밸브를 사용하는 것이 가능하다.
한편, 도 11 내지 도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇의 긴급 구조 방식 중 하나로 3포트 방식으로 솔레노이드 밸브의 노멀(normal) 위치 상태를 활용한 구조를 도시한 도면이다.
도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 암을 제어하는 3포트의 공압 솔레노이드 밸브를 구비하되, 상기 3포트는, 공압 출입을 위한 P 포트, 전원 비인가시 암이 접히도록 하는 A 포트, 전원 인가 시에 상기 암이 펼쳐지도록 하는 B 포트로 이루어져서, 전원 인가시에만 상기 B 포트로 방향 전환이 되고, 전원 비인가시에는 항상 상기 A 포트로 고정되도록 하는 방식을 채택할 수 있다.
공압부의 탱크에 노멀 오픈 타입(normal open type)의 밸브를 설치하여, 전원이 끊어지면 자동으로 공압을 배기한다. 역으로, 전원이 인가되어 있어야만 공압부(공압 탱크)가 밀폐되는 구성이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 공압부의 한 포트로 양쪽 끝단 모듈, 예를 들어 양쪽 끝단 모듈이 카메라 모듈인 경우, 카메라 모듈까지 배관으로 연결되어 카메라 모듈 끝단에 배기 밸브를 설치하여 구난 로봇이 이를 조작하여 공압부(공압탱크)를 배기하게 된다.
나아가, 언피거블 배관 탐상 로봇의 긴급 구조 방법이나, 언피거블 배관 탐상 로봇을 구조하는 로봇도 구현하는 것이 가능하다. 이와 같은 구성을 통해서 암(다리, arm)를 배관 내에 단단히 밀고 있는 상태에서 로봇이 정지되면 꺼내기 어려운 종래의 단점을 극복하는 것이 가능하며, 공압(air cylinder)으로 암 동작을 시키면 댐핑 효과도 있으면서 약간 플렉서블한 구조가 되는 효과를 얻을 수 있다. 나아가 긴급 구조시에는 공압을 빼서 암이 힘이 풀리게 만들고 나서 긴급 구조를 신속히 하는 것이 가능하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
Claims (7)
- 복수의 모듈;
상기 복수의 모듈 사이에 구비되는 적어도 하나의 관절부;
상기 복수의 모듈 중 적어도 하나의 모듈에 구비된 구동부;
상기 복수의 모듈 중 적어도 하나에 구비되어 배관의 내면을 주행하는 휠(wheel);
상기 휠이 공압에 의해서 상기 모듈 내로 접히고 상기 모듈 외부로 펼쳐지는 동작이 가능하도록 상기 휠과 상기 복수의 모듈 사이를 연결하는 암(arm);
상기 암이 상기 복수의 모듈에 대해서 접히고 펼쳐지는 동작이 가능하도록 공압을 제공하는 공압부; 및
상기 구동부에 전원을 공급하는 배터리부;를 포함하고,
상기 구동부가 상기 휠 내부에 구성되는 것을 특징으로 하며,
상기 구동부는,
상기 배터리부의 전원 공급을 통해 회전력을 발생시키는 모터 코일 및 모터 로터;
상기 모터 로터의 회전력을 전달하는 구동 입력축; 및
상기 구동 입력축의 회전력을 바퀴 드럼으로 전달하는 하모닉 기어;로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 휠은,
상기 하모닉 기어의 외부에 위치하며 상기 하모닉 기어의 회전력을 전달받는 바퀴 드럼; 및
상기 바퀴 드럼을 외부에서 덮으며 배관에 맞닿는 타이어;로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇.
- 제 3 항에 있어서,
상기 휠은, 상기 바퀴 드럼의 일측에서 외부로 돌출 형성되는 외부 돌출부를 가지며, 상기 외부 돌출부는 상기 암과 결합시 사용되는 제 1 결합홀을 가지며,
상기 암은, 상기 휠과 결합되기 위해 사용되는 제 2결합홀이, 상기 휠의 외부 돌출부를 "ㄷ"자 모양으로 감싸는 "ㄷ"자 형상의 결합부를 가지며,
상기 제 1 결합홀과 상기 제 2 결합홀은 나사 체결 방식으로 결합되는 것을 특징으로 하는,
인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇.
- 제 4 항에 있어서,
상기 타이어는,
상기 배관 내의 미끄러운 물질로 인해 상기 타이어가 미끄러지는 것을 방지할 수 있는 미끄럼 방지를 위한 타이어 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는,
인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇.
- 제 4 항에 있어서,
상기 타이어는,
상기 배관 내의 미끄러운 물질로 인해 상기 타이어가 미끄러지는 것을 방지할 수 있도록 상기 타이어 자체에 철선 또는 와이어가 감겨져 있거나, 상기 배관과 전체 또는 일부가 맞닿도록 상기 타이어 외면에 철선 또는 와이어가 삽입되어 형성되는 것을 특징으로 하는,
인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇.
- 제 4 항에 있어서,
상기 바퀴 드럼 상에 스파이크(spike)가 형성되되, 상기 타이어를 관통하도록 형성되어, 상기 배관 내의 미끄러운 물질로 인해 상기 타이어가 미끄러지는 것을 방지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는,
인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇.
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