KR101494784B1 - 소구경 배관 내부 검사로봇 - Google Patents

소구경 배관 내부 검사로봇 Download PDF

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KR101494784B1
KR101494784B1 KR20140013237A KR20140013237A KR101494784B1 KR 101494784 B1 KR101494784 B1 KR 101494784B1 KR 20140013237 A KR20140013237 A KR 20140013237A KR 20140013237 A KR20140013237 A KR 20140013237A KR 101494784 B1 KR101494784 B1 KR 101494784B1
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김승호
김창회
정경민
정세영
배영걸
나현석
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한국원자력연구원
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Abstract

본 발명은, 배관의 경로를 향하여 회전축을 형성하는 모터를 구비하고 상기 배관의 내벽을 따라 이동가능하게 형성되는 제1 이동모듈, 및 상기 모터의 회전에 의해 상기 제1 이동모듈을 전방 또는 후방으로 이동시키도록 상기 제1 이동모듈과 연결되는 제2 이동모듈을 포함하고, 상기 제2 이동모듈은, 상기 모터로부터 회전력을 전달받아 상기 모터의 회전축을 중심으로 회전되는 몸체, 및 상기 배관의 내벽에 지지되도록 상기 몸체와 결합되고 상기 몸체의 회전에 따라 전방 또는 후방으로 이동되도록 상기 배관의 내벽을 따라 나선형(spiral)으로 이동되게 형성되는 복수의 나선운동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사로봇을 제공한다.

Description

소구경 배관 내부 검사로봇{SMALL DIAMETER PIPELINE INTERNAL INSPECTION ROBOT}
본 발명은 소구경 배관의 내부를 주행하는 배관 검사로봇의 구동구조에 관한 것이다.
고온고압의 유체가 흐르는 배관의 내부를 검사하기 위하여 상기 배관의 내부에 투입되어 각종 검사를 실시하는 로봇의 개발이 이루어지고 있다. 하지만, 상기 배관의 내경이 소구경인 경우에는 여러가지 제약조건으로 인하여 상기 로봇을 이용하지 않고, 배관의 외부에서 상기 배관의 내부상태를 검사하거나, 또는 검사하고자하는 부분을 절단하여 상기 배관의 내부를 검사하는 경우도 발생된다. 이러한 경우 검사의 신뢰성이 낮고, 배관의 손상이 발생될 수 있다.
따라서, 배관의 내경이 작은 경우에도 배관의 내부에 직접 투입되어 배관의 내부를 주행하며 각종 검사를 수행할 수 있는 배관 검사로봇의 개발이 고려될 수 있다.
본 발명은 소구경의 배관 내부에서도 주행이 가능하도록 이루어지는 배관 검사로봇을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사로봇은, 배관의 경로를 향하여 회전축을 형성하는 모터를 구비하고 상기 배관의 내벽을 따라 이동가능하게 형성되는 제1 이동모듈, 및 상기 모터의 회전에 의해 상기 제1 이동모듈을 전방 또는 후방으로 이동시키도록 상기 제1 이동모듈과 연결되는 제2 이동모듈을 포함하고, 상기 제2 이동모듈은, 상기 모터로부터 회전력을 전달받아 상기 모터의 회전축을 중심으로 회전되는 몸체, 및 상기 배관의 내벽에 지지되도록 상기 몸체와 결합되고 상기 몸체의 회전에 따라 전방 또는 후방으로 이동되도록 상기 배관의 내벽을 따라 나선형(spiral)으로 이동되게 형성되는 복수의 나선운동부를 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 나선운동부 각각은, 상기 배관의 내벽을 따라 이동되게 형성되는 구동휠을 포함하고, 상기 구동휠은 상기 배관의 내벽에 지지되도록 복수로 배열될 수 있다.
상기 나선운동부는, 상기 모터가 일방향으로 회전되는 상태에서 상기 제1 이동모듈을 전방 또는 후방으로 이동시키기 위하여, 상기 이동부의 이동방향을 조절시키도록 상기 몸체에 회전가능하게 결합될 수 있다.
상기 제2 이동모듈은, 상기 휠을 상기 배관의 내벽을 향하여 탄성가압하여 접촉마찰을 증대시키고, 상기 접촉마찰의 증대에 따라 구동력을 증가시키도록, 일측이 상기 몸체에 지지되어 상기 나선운동부에 탄성력을 인가시키는 탄성부재를 더 포함할 수 있다.
상기 휠은, 상기 배관에 밀착되도록 자기력을 형성하는 물질을 포함할 수 있다.
상기 휠은, 상기 배관에서 미끄러지는 것을 방지하기 위하여, 상기 배관의 내벽에 대한 접촉력을 증대시키도록 적어도 일부가 고무(rubber) 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 이동모듈을 서로 연결하는 연결부재를 더 포함하고, 상기 연결부재는 상기 모터로부터 회전력을 전달받아 상기 제2 이동모듈로 상기 회전력을 전달하도록 형성될 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제1 이동모듈은, 상기 배관을 따라 이동 가능하도록 형성되는 복수의 이동부를 포함하고, 상기 이동부는, 상기 배관의 내벽을 따라 이동되되 조향 가능하게 형성되는 휠, 및 상기 제1 이동모듈의 외면을 형성하는 바디에 설치되고 적어도 일부가 절곡되어 상기 휠을 상기 배관의 내벽을 향하여 탄성가압하도록 형성되는 탄성체를 포함할 수 있다.
상기 탄성체는 복수로 서로 중첩되게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배관 검사로봇은, 배관의 내벽을 따라 이동가능하게 형성되고 상기 배관의 내부에서 검사작업을 수행하도록 이루어지는 작업모듈, 상기 작업모듈의 전방부 또는 후방부에 연결되고 전원을 인가받아 회전되는 모터를 구비하며 상기 배관의 내벽을 따라 이동가능하게 형성되는 제1 이동모듈, 및 상기 모터의 회전에 의해 상기 제1 이동모듈을 전방 또는 후방으로 이동시키도록 상기 제1 이동모듈과 연결되는 제2 이동모듈을 포함하고, 상기 제2 이동모듈은, 상기 모터로부터 회전력을 전달받아 상기 모터의 회전축을 중심으로 회전되는 몸체, 및 상기 배관의 내벽에 지지되도록 상기 몸체와 결합되고 상기 몸체의 회전에 따라 전방 또는 후방으로 이동되도록 상기 배관의 내벽을 따라 나선형(spiral)으로 이동되게 형성되는 복수의 나선운동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 배관 검사로봇은 모터에 회전에 의해 배관의 전방 또는 후방으로 이동이 가능하되, 상기 모터는 배관의 경로를 향하여 회전축을 형성하여 소구경의 배관에서도 효과적으로 배관 검사를 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사로봇을 나타낸 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 A-A선에 따른 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 B-B선에 따른 단면도.
도 4는 도 1에 도시된 나선운동부를 확대한 사시도.
도 5a는 도 4에 도시된 나선운동부의 회전축이 모터의 회전축과 일치하는 경우를 나타낸 개념도.
도 5b는 도 4에 도시된 나선운동부의 회전축이 모터의 회전축을 기준으로 일측으로 회전된 상태를 나타낸 개념도.
도 5c는 도 4에 도시된 나선운동부의 회전축이 모터의 회전축을 기준으로 다른 일측으로 회전된 상태를 나타낸 개념도.
도 6은 본 발명의 변형예와 관련된 배관 검사로봇을 나타낸 단면도.
이하, 본 발명의 배관 검사로봇에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 검사로봇(100)을 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A선에 따른 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 B-B선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 나선운동부(124)를 확대한 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 배관 검사로봇(100)은 제1 이동모듈(110) 및 제2 이동모듈(120)을 포함하고, 제2 이동모듈(120)은 몸체(122) 및 나선운동부(124)를 포함한다.
제1 이동모듈(110)은 배관(10)의 경로를 향하여 회전축을 형성하는 모터(112)를 구비하고, 배관(10)의 내벽을 따라 이동가능하게 형성된다. 배관(10)은 유체가 통과하도록 유로를 형성하고, 제1 이동모듈(110)은 도 1에서 직선의 경로를 갖도록 형성되는 배관(10)을 이동가능하도록 도시되었으나, 곡선의 경로를 갖는 배관(10)을 따라 이동될 수도 있다.
제1 이동모듈(110)은 배관(10)을 따라 이동 가능하도록 형성되는 이동부(114)를 포함하고, 이동부(114)는 휠(116) 및 탄성체(118)를 포함할 수 있다.
휠(116)은 배관(10)의 내벽을 따라 이동되되 조향 가능하게 형성된다.
탄성체(118)는 제1 이동모듈(110)의 외면을 형성하는 바디(113)에 설치되고, 적어도 일부가 절곡되어 휠(116)을 배관(10)의 내벽을 향하여 탄성가압하도록 형성된다. 예를 들어, 탄성체(118)는 도 1에 도시된 바와 같이, 양측이 절곡되게 형성되는 판(plate) 또는 보(beam) 형상으로 이루어지고, 배관(10)의 내벽을 향하여 탄성력을 갖는 탄성체(118)의 양측에는 휠(116)이 장착될 수 있다. 이동부(114)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 이동모듈(110)에 복수로 구비될 수 있다. 이에 따라, 제1 이동모듈(110)은 직선 또는 곡선으로 이루어지는 배관(10)의 내벽을 안정적으로 이동할 수 있다.
또한, 탄성체(118)는 복수로 서로 중첩되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 휠(116)이 배관(10)의 내벽을 향하여 밀착되는 밀착력을 향상시킬 수 있으며, 탄성체(118)의 강성을 높여 내구성을 향상시킬 수 있다.
제2 이동모듈(120)은 모터(112)의 회전에 의해 제1 이동모듈(110)을 전방 또는 후방으로 이동시키도록 제1 이동모듈(110)과 연결되고, 제2 이동모듈(120)은 몸체(122) 및 나선운동부(124)를 포함한다.
몸체(122)는 모터(112)로부터 회전력을 전달받아 모터(112)의 회전축을 중심으로 회전된다. 예를 들어, 몸체(122)는 모터(112)에 작동에 의해 회전되도록 형성되는 축(미도시)에 연결되어 상기 축의 회전에 따라 함께 회전되도록 이루어질 수 있다.
나선운동부(124)는 몸체(122)와 결합되어 배관(10)의 내벽을 따라 나선형(spiral)으로 이동되게 형성된다. 보다 구체적으로, 나선운동부(124)는 배관(10)의 내벽에 지지되도록 몸체(122)와 결합된다. 그리고, 모터(112)가 작동하여 회전력을 발생시키면, 모터(112)와 연결된 몸체(122)는 모터(112)의 회전축을 따라 함께 회전되게 된다. 이때, 나선운동부(124)의 회전축은 몸체(112)의 회전축을 기준으로 일정각도 틀어진 상태로 회전하게 된다. 즉, 몸체(112)가 회전됨에 따라 나선운동부(124)는 배관(10)의 내벽을 따라 나선형으로 회전되고, 이에 따라, 배관(10)의 전방 또는 후방으로 이동이 이루어지며, 결과적으로, 나선운동부(124)는 제2 이동모듈(120) 및 제2 이동모듈(120)과 연결된 제1 이동모듈(110)을 배관(10)의 내부에서 전방 또는 후방으로 이동시킬 수 있다. 그리고, 나선운동부(124)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 몸체(122)의 외주를 따라 복수로 구비될 수 있다.
또한, 나선운동부(124) 각각은, 배관(10)의 내벽을 따라 이동되게 형성되는 구동휠(126)을 포함하고, 구동휠(126)은 배관(10)의 내벽에 지지되는 면적을 증가시키도록 복수로 배열될 수 있다.
또한, 구동휠(126)은, 배관(10)에 밀착되도록 자기력을 형성하는 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제2 이동모듈(120)이 보다 안정적으로 배관(10)의 내부에서 이동될 수 있다.
또한, 구돌휠(126)은, 배관(10)에서 미끄러지는 것을 방지하도록 적어도 일부가 고무(rubber) 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 제2 이동모듈(120)은 탄성부재(128)를 더 포함할 수 있다.
탄성부재(128)는 구동휠(126)을 배관(10)의 내벽을 향하여 탄성가압하여 접촉마찰을 증대시키고, 상기 접촉마찰의 증대에 따라 구동력을 증가시키도록, 일측이 몸체(122)에 지지되어 나선운동부(124)에 탄성력을 인가시키도록 이루어진다. 예를 들어, 탄성부재(128)는 도 1에 도시된 바와 같이, 몸체(122)에 일측이 지지되도록 형성되는 코일구조의 스프링(spring)으로 이루어질 수 있다.
한편, 배관 검사로봇(100)은 연결부재(130)을 더 포함할 수 있다.
연결부재(130)는 제1 및 제2 이동모듈(110,120)을 서로 연결하고, 모터(112)로부터 회전력을 전달받아 제2 이동모듈(120)로 상기 회전력을 전달하도록 형성된다. 이에 따라, 제1 및 제2 이동모듈(110,120)은 직선 또는 곡선으로 이루어지는 배관(10)의 내부를 원활하게 이동할 수 있다.
이하, 본 발명의 나선운동부(124)가 회전되는 구조에 대하여 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한다.
도 5a는 도 4에 도시된 나선운동부(124)의 회전축이 모터(112)의 회전축과 일치하는 경우를 나타낸 개념도이고, 도 5b는 도 4에 도시된 나선운동부(124)의 회전축이 모터(112)의 회전축을 기준으로 일측으로 회전된 상태를 나타낸 개념도이며, 도 5c는 도 4에 도시된 나선운동부(124)의 회전축이 모터(112)의 회전축을 기준으로 다른 일측으로 회전된 상태를 나타낸 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 나선운동부(124)는 모터(112)가 일방향으로 회전되는 상태에서 제1 및 제2 이동모듈(110,120)을 전방 또는 후방으로 이동시키기 위하여, 몸체(122)에 회전가능하게 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 5a에 도시된 바와 같이 나선운동부(124)의 회전축이 몸체(122)의 회전축(R)과 일치하는 경우, 제1 및 제2 이동모듈(110,120)은 배관(10)의 내부에서 전방 또는 후방으로 이동하지 못한다.
반면, 도 5b 또는 도 5c에 도시된 바와 같이, 나선운동부(124)의 회전축이 몸체(122)의 회전축(R)을 기준으로 일정각도 틀어진 상태에서는, 나선운동부(124)가 나선형으로 이동하여 제1 및 제2 이동모듈(110,120)이 배관(10)의 내부에서 전방 또는 후방으로 이동될 수 있다. 이때, 나선운동부(124)가 몸체(122)로부터 회전가능하게 형성되므로, 모터(112)의 회전이 일방향으로만 발생되는 경우, 나선운동부(124)를 몸체(122)로부터 회전시켜 제1 및 제2 이동모듈(110,120)을 배관(10)의 내부에서 전방 또는 후방으로 이동시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배관 검사로봇(200)에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 변형예와 관련된 배관 검사로봇(200)을 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 배관 검사로봇(200)은 작업모듈(210), 제1 이동모듈(220) 및 제2 이동모듈(230)을 포함하고, 제2 이동모듈(230)은 몸체(232) 및 나선운동부(234)를 포함한다.
작업모듈(210)은 배관(20)의 내벽을 따라 이동가능하게 형성되고, 배관(20)의 내부에서 영상촬영 또는 배관(20)의 비파괴검사 등의 배관(20)의 내부에서 수행가능한 여러가지 검사작업을 수행하도록 이루어진다.
제1 이동모듈(220)은 작업모듈(110)의 전방부 또는 후방부에 연결되고, 전원을 인가받아 회전되는 모터(222)를 구비하며, 배관(20)의 내벽을 따라 이동가능하게 형성된다. 제1 이동모듈(220)과 작업모듈(210)의 결합은 제1 이동모듈(220) 및 작업모듈(210)의 전방부에 각각 구비되어 서로 결합가능하도록 이루어지는 링크부(30)에 의해 이루어질 수 있다.
제2 이동모듈(230)은 모터(222)의 회전에 의해 제1 이동모듈(220)을 배관(20)의 전방 또는 후방으로 이동시키도록 제1 이동모듈(220)과 연결되고, 몸체(232)와 나선운동부(234)를 포함한다.
몸체(232)는 모터(222)로부터 회전력을 전달받아 모터(222)의 회전축을 중심으로 함께 회전되도록 형성된다.
나선운동부(234)는 몸체(232)의 회전에 따라 전방 또는 후방으로 이동되도록, 배관(20)의 내벽에 지지되도록 몸체(232)와 결합되고, 배관(20)의 내벽을 따라 나선형(spiral)으로 이동되게 복수로 구성된다.
다만, 본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정됨은 아니고, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다. 또한, 특허청구범위로부터 파악되는 본 발명의 권리범위와 비교하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자 수준에서 변형, 부가, 삭제, 치환 가능한 발명 등 모든 균등한 수준의 발명에 대하여는 모두 본 발명의 권리 범위에 속함은 자명하다.
100,200 : 배관 검사로봇 110,220 : 제1 이동모듈
120,230 : 제2 이동모듈 122,232 : 몸체
124,234 : 나선운동부 130 : 연결부재

Claims (10)

  1. 배관의 경로를 향하여 회전축을 형성하는 모터를 구비하고, 상기 배관의 내벽을 따라 이동가능하게 형성되는 제1 이동모듈; 및
    상기 모터의 회전에 의해 상기 제1 이동모듈을 전방 또는 후방으로 이동시키도록 상기 제1 이동모듈과 연결되는 제2 이동모듈을 포함하고,
    상기 제2 이동모듈은,
    상기 모터로부터 회전력을 전달받아 상기 모터의 회전축을 중심으로 회전되는 몸체; 및
    상기 배관의 내벽을 따라 이동되게 복수로 배열되는 구동휠을 각각 구비하는 복수의 나선운동부를 포함하고,
    상기 나선운동부는, 상기 모터가 일방향으로 회전되는 상태에서 상기 제1 및 제2 이동모듈을 전방 또는 후방으로 이동시키기 위하여, 상기 구동휠이 상기 배관의 내벽을 따라 일정각도 틀어진 상태로 주행가능하게 상기 몸체에 회전가능한 상태로 결합되어 나선형(spiral)으로 이동하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 배관 검사로봇.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 이동모듈은, 상기 구동휠을 상기 배관의 내벽을 향하여 탄성가압하여 접촉마찰을 증대시키고, 상기 접촉마찰의 증대에 따라 구동력을 증가시키도록, 일측이 상기 몸체에 지지되어 상기 나선운동부에 탄성력을 인가시키는 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구동휠은, 상기 배관에 밀착되도록 자기력을 형성하는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사로봇.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동휠은, 상기 배관에서 미끄러지는 것을 방지하기 위하여, 상기 배관의 내벽에 대한 접촉력을 증대시키도록 적어도 일부가 고무(rubber) 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배관 검사로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 이동모듈을 서로 연결하는 연결부재를 더 포함하고,
    상기 연결부재는 상기 모터로부터 회전력을 전달받아 상기 제2 이동모듈로 상기 회전력을 전달하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배관 검사로봇.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이동모듈은,
    상기 배관을 따라 이동 가능하도록 형성되는 복수의 이동부를 포함하고,
    상기 이동부는,
    상기 배관의 내벽을 따라 이동되되 조향 가능하게 형성되는 휠; 및
    상기 제1 이동모듈의 외면을 형성하는 바디에 설치되고, 적어도 일부가 절곡되어 상기 휠을 상기 배관의 내벽을 향하여 탄성가압하도록 형성되는 탄성체를 포함하는 것을 특징으로 하는 배관 검사로봇.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탄성체는 복수로 서로 중첩되게 형성되는 것을 특징으로 하는 배관 검사로봇.
  10. 배관의 내벽을 따라 이동가능하게 형성되고, 상기 배관의 내부에서 검사작업을 수행하도록 이루어지는 작업모듈;
    상기 작업모듈의 전방부 또는 후방부에 연결되고, 전원을 인가받아 회전되는 모터를 구비하며, 상기 배관의 내벽을 따라 이동가능하게 형성되는 제1 이동모듈; 및
    상기 모터의 회전에 의해 상기 제1 이동모듈을 전방 또는 후방으로 이동시키도록 상기 제1 이동모듈과 연결되는 제2 이동모듈을 포함하고,
    상기 제2 이동모듈은,
    상기 모터로부터 회전력을 전달받아 상기 모터의 회전축을 중심으로 회전되는 몸체; 및
    상기 배관의 내벽을 따라 이동되게 복수로 배열되는 구동휠을 각각 구비하는 복수의 나선운동부를 포함하고,
    상기 나선운동부는, 상기 모터가 일방향으로 회전되는 상태에서 상기 제1 및 제2 이동모듈을 전방 또는 후방으로 이동시키기 위하여, 상기 구동휠이 상기 배관의 내벽을 따라 일정각도 틀어진 상태로 주행가능하게 상기 몸체에 회전가능한 상태로 결합되어 나선형(spiral)으로 이동하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 배관 검사로봇.
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