KR101516208B1 - 배관용 이동로봇 - Google Patents

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KR101516208B1
KR101516208B1 KR1020130152970A KR20130152970A KR101516208B1 KR 101516208 B1 KR101516208 B1 KR 101516208B1 KR 1020130152970 A KR1020130152970 A KR 1020130152970A KR 20130152970 A KR20130152970 A KR 20130152970A KR 101516208 B1 KR101516208 B1 KR 101516208B1
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양재민
김현구
조기수
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삼성중공업 주식회사
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    • F16L2101/30—Inspecting, measuring or testing

Abstract

배관용 이동로봇이 개시된다. 본 발명에 따른 배관용 이동로봇은, 배관의 내부에서 이동되며, 동력 공급부가 구비되는 로봇 본체; 로봇 본체에 연결되며, 배관의 내벽을 따라 주행하는 제1 주행부와 로봇 본체를 기준으로 제1 주행부에 대칭되게 배치되어 배관의 내벽을 따라 주행하는 제2 주행부를 구비하는 주행 모듈을 포함하는 주행유닛; 동력 공급부에 연결되어 제1 주행부 및 제2 주행부에 동력을 전달하며, 제1 주행부와 제2 주행부에 전달되는 동력을 분배하는 차동모듈을 구비하는 동력전달유닛; 및 제1 주행부 및 제2 주행부 각각에 연결되며, 주행 시 로봇 본체와 제1 주행부 및 제2 주행부가 곡률반경선과 일직선을 이루는 상태에서 주행하도록 하는 자세 유지유닛을 포함한다.

Description

배관용 이동로봇{ROBOT FOR PIPELINE}
본 발명은 배관의 내부 검사용 이동로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배관의 내부, 특히 배관의 절곡 영역에서 기동이 용이한 배관의 내부 검사용 이동로봇에 관한 것이다.
일반적으로 천연가스를 생산지역에서 소비지역까지 운송하는 경우, 그 수송비용 또는 수송시간 등의 운송 효율을 고려하여 주로 선박이 사용된다.
이러한 선박을 이용한 천연가스의 운송에서 선박에 최대한 많은 양의 천연가스가 적재되기 위해, 천연가스는 기체 상태로 운반되지 아니하고 액체 상태로 운반된다.
따라서 천연가스의 생산지역에서 액화천연가스를 선박에 로딩(loading)하거나 소비지역에서 선박으로부터 천연가스를 언로딩(unloading)하는 경우, 생산지역 또는 소비지역에 설치된 저장탱크와 선박에 설치된 저장탱크는 선박에 마련된 배관을 통해 연결된다.
그런데, 반복적으로 배관을 이용하여 액화천연가스를 로딩 및 언로딩하는 경우 배관의 내부에 이물질이 축적된다.
또한 선박용 배관은, 1차적으로 파이프 샵(shop)에서 제작되고, 2차적으로 야드에서 조립되며, 3차적으로 선박의 데크 상에서 크레인 등을 통해 연결되어 완성된다.
이러한 배관의 조립과정 중 특히, 2차 및 3차 조립 시 배관의 내부에 각종 이물질이 발생된다. 이러한 이물질은 액화천연가스의 운송을 위해 배관의 사용 전에 제거되어야 한다.
따라서 종래에는 배관 내부로 공기를 불어 넣어 배관 내부의 이물질을 1차적으로 제거한 후, 배관 내부로 검사용 이동로봇을 투입하여 배관 내부를 검사 및 청소하였다.
그런데 종래기술에 따른 배관용 이동로봇은, 배관이 절곡된 절곡 영역에서 선회를 위해 독립적으로 작동하는 복수의 구동부(예를 들어, 복수의 구동모터)를 필요로 한다.
즉, 절곡 영역에서 배관용 이동로봇의 선회 시 선회 중심을 기준으로 안쪽을 주행하는 바퀴에 비하여 바깥쪽을 주행하는 바퀴의 회전속도가 커야하므로, 종래의 배관용 이동로봇에는 각각의 바퀴를 독립적으로 구동시키는 복수의 구동부가 마련된다.
이와 같이 배관용 이동로봇에 마련되는 독립적인 복수의 구동부는, 배관용 이동로봇의 제작 단가를 높이며, 배관용 이동로봇의의 크기 및 무게를 증가시킨다.
또한 절곡 영역의 다양한 절곡 각도에 의해 배관용 이동로봇의 자동주행이 어려우므로, 작업자가 배관용 이동로봇의 이동을 모니터링하면서 배관의 절곡 영역에서 각각의 구동부를 독립적으로 제어하는 수동 조작이 필수적으로 수반되었다.
이렇게 배관용 이동로봇을 수동 조작하는 경우, 작업자의 오작동에 의해 장비가 파손될 수 있으며, 배관용 이동로봇의 빠른 이동이 어려워 작업 생산성이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 선회기동을 위해 복수의 구동부를 장착할 필요가 없으며, 작업자의 수동 조작 없이 배관 내벽의 형상을 따라 부드럽게 선회할 수 있는 배관용 이동로봇의 개발이 필요한 실정이다.
한국실용신안등록공보 제20-0412324호 (정석동, 정청수), 2006.03.27.
따라서 본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 선회기동을 위해 복수의 구동부를 장착할 필요가 없으며, 작업자의 수동 조작 없이 배관 내벽의 형상을 따라 부드럽게 선회할 수 있는 배관용 이동로봇을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배관의 내부에서 이동되며, 동력 공급부가 구비되는 로봇 본체; 상기 로봇 본체에 연결되며, 상기 배관의 내벽을 따라 주행하는 제1 주행부와 상기 로봇 본체를 기준으로 상기 제1 주행부에 대칭되게 배치되어 상기 배관의 내벽을 따라 주행하는 제2 주행부를 구비하는 주행 모듈을 포함하는 주행유닛; 상기 동력 공급부에 연결되어 상기 제1 주행부 및 상기 제2 주행부에 동력을 전달하며, 상기 제1 주행부와 상기 제2 주행부에 전달되는 상기 동력을 분배하는 차동모듈을 구비하는 동력전달유닛; 및 상기 제1 주행부 및 상기 제2 주행부 각각에 연결되며, 주행 시 상기 로봇 본체와 상기 제1 주행부 및 상기 제2 주행부가 곡률반경선과 일직선을 이루는 상태에서 주행하도록 하는 자세 유지유닛을 포함하며, 상기 자세 유지유닛은, 일단부가 상기 제1 주행부 및 상기 제2 주행부 각각에 회전 가능하게 연결되고 타단부가 상기 배관의 내벽에 지지되는 한 쌍의 내벽 지지부; 및 일단부가 상기 제1 주행부 및 상기 제2 주행부 각각에 연결되고 타단부가 상기 한 쌍의 내벽 지지부 각각에 연결되어 상기 한 쌍의 내벽 지지부의 타단부를 상기 배관의 내벽쪽으로 탄성바이어스하는 탄성체를 포함하는 배관용 이동로봇이 제공될 수 있다.
상기 주행 모듈은, 다수개로 마련되며, 상호간 등각도 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 주행부와 제2 주행부 각각은, 주행 휠; 상기 주행 휠이 회전가능하게 결합되는 휠 브라켓; 및 상기 휠 브라켓에 마련되며, 상기 동력전달유닛에 연결되어 상기 주행 휠을 회전시키는 휠 구동부를 포함할 수 있다.
상기 주행모듈은, 상기 제1 주행부와 제2 주행부 각각을 상기 로봇 본체에 대하여 접근 및 이격시키는 방향으로 이동시키는 간격조절부를 포함할 수 있다.
상기 간격 조절부는, 상기 로봇 본체에 회동가능하게 결합되는 제1 회동암; 및 상기 제1 회동암에 회전가능하게 연결되며, 상기 휠 브라켓에 회동가능하게 결합되는 제2 회동암을 포함할 수 있다.
상기 자세 유지유닛은, 상기 휠 브라켓에 회전가능하게 결합되며, 상호 치합되는 한 쌍의 기어부를 더 포함하며, 상기 한 쌍의 내벽 지지부는, 일단부가 상기 한 쌍의 기어부 각각에 결합되며 상기 한 쌍의 기어부의 회전에 의해 타단부가 상기 배관의 내벽쪽으로 회전할 수 있다.
상기 한 쌍의 내벽 지지부 각각은, 상기 한 쌍의 기어부 각각에 결합되는 지지암; 및 상기 지지 암에 회전가능하게 결합되며, 상기 배관의 내벽에 지지되는 지지볼(ball)을 포함할 수 있다.
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상기 동력전달유닛은, 단일의 상기 동력 공급부에 연결되며, 상기 차동모듈에 동력을 전달하는 차동모듈용 동력전달부; 상기 차동모듈에 연결되며, 상기 제1 주행부에 동력을 전달하는 제1 주행부용 동력전달부; 및 상기 차동모듈에 연결되며, 상기 제2 주행부에 동력을 전달하는 제2 주행부용 동력전달부를 포함할 수 있다.
상기 차동모듈은, 상기 차동모듈용 동력전달부에 연결되는 기어 하우징; 상기 제1 주행부용 동력전달부에 결합되며, 일단부에 제1 사이드기어가 마련되는 제1 회전축; 상기 기어 하우징에 회전가능하게 결합되며, 상기 제1 사이드기어에 치합되는 차동 피니언 기어; 및 상기 제2 주행부용 동력전달부에 결합되며, 일단부에 상기 차동 피니언 기어에 치합되는 제2 사이드기어가 마련되는 제2 회전축을 포함할 수 있다.
상기 제1 주행부용 동력전달부 및 상기 제2 주행부용 동력전달부 각각은, 축방향이 가변되는 가요성 축(flexible shaft)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 배관의 절곡 영역에서 선회 시 차동 모듈을 통해 제1 주행부 및 제2 주행부에 상이한 동력이 전달되며, 배관의 내벽을 따라 이동 시 특히 배관의 절곡 영역에서 선회 시 자세 유지유닛을 통해 선회 중심점, 제1 주행부 및 제2 주행부가 일직선을 이루는 상태로 선회하므로 제1 주행부 및 제2 주행부의 슬립(slip) 없이 안정적인 자세로 선회할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배관용 이동로봇이 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 배관용 이동로봇이 도시된 사시도이다.
도 3은 도 2의 배관용 이동로봇을 다른 방향에서 바라본 도면이다.
도 4는 도 2의 배관용 이동로봇의 후면도이다.
도 5는 도 2의 배관용 이동로봇이 배관의 직선 영역을 이동하는 경우를 도시한 도면이다.
도 6은 도 2의 동력 공급부와 동력전달유닛이 도시된 도면이다.
도 7은 도 6의 주동기어 및 피동기어가 도시된 도면이다.
도 8은 도 6의 차동모듈의 내부구조가 도시된 구성도이다.
도 9는 도 2의 주행모듈이 도시된 도면이다.
도 10은 도 9의 주행모듈을 다른 방향에서 바라본 도면이다.
도 11은 도 9의 'A'부분의 확대도이다.
도 12는 도 2의 배관용 이동로봇이 배관의 절곡 영역을 이동하는 경우를 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배관용 이동로봇이 도시된 도면이고, 도 2는 도 1의 배관용 이동로봇이 도시된 사시도이며, 도 3은 도 2의 배관용 이동로봇을 다른 방향에서 바라본 도면이고, 도 4는 도 2의 배관용 이동로봇의 후면도이며, 도 5는 도 2의 배관용 이동로봇이 배관의 직선영역을 이동하는 경우를 도시한 도면이고, 도 6은 도 2의 동력 공급부와 동력전달유닛이 도시된 도면이며, 도 7은 도 6의 주동기어 및 피동기어가 도시된 도면이고, 도 8은 도 6의 차동모듈의 내부구조가 도시된 구성도이며, 도 9는 도 2의 주행모듈이 도시된 도면이고, 도 10은 도 9의 주행모듈을 다른 방향에서 바라본 도면이며, 도 11은 도 9의 'A'부분의 확대도이고, 도 12는 도 2의 배관용 이동로봇이 배관의 절곡 영역을 이동하는 경우를 도시한 도면이다. 여기서, 도 5 및 도 12에는 설명의 편의를 위해 하나의 주행모듈만을 도시한다.
본 실시예에 따른 배관용 이동로봇(10)은, 도 1 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 배관(P)의 내부에서 이동되며 동력 공급부(110)가 구비되는 로봇 본체(100)와, 로봇 본체(100)에 연결되며 배관(P)의 내벽을 따라 주행하는 제1 주행부(210)와 로봇 본체(100)의 가상의 축심 축선을 기준으로 하여 제1 주행부(210)에 대칭되게 배치되어 배관(P)의 내벽을 따라 주행하는 제2 주행부(220)를 구비하는 주행 모듈(230)을 포함하는 주행유닛(200)과, 동력 공급부(110)에 연결되어 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)에 동력을 전달하며 제1 주행부(210)와 제2 주행부(220)에 전달되는 동력을 분배하는 차동모듈(310)을 구비하는 동력전달유닛(300)과, 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220) 각각에 연결되며 주행시 로봇 본체(100)와 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)가 일직선을 이루는 상태에서 주행하도록 하는 자세 유지유닛(400)을 포함한다.
본 실시예에서 배관(P)은 내부가 중공된 원통형의 형상을 갖는데, 이에 본 발명의 권리범위가 한정되지 않으며, 다각형의 형상을 갖는 배관(P)에도 본 실시예의 배관용 이동로봇(10)이 사용될 수 있다.
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로봇 본체(100)는 배관(P)의 내부에서 이동된다. 본 실시예에서 로봇 본체(100)는 원통형의 형상을 갖는다. 이러한 로봇 본체(100)의 전면부에는 배관(P)의 내부를 검사하는 CCD 카메라(미도시)와 배관(P)의 내부를 청소하는 브러쉬(미도시) 등이 장착된다.
또한 로봇 본체(100)의 후단부에는 주행유닛(200)에 동력을 공급하는 동력 공급부(110)가 장착된다. 이러한 동력 공급부(110)는, 구동 모터(120)와, 구동 모터(120)에 연결되는 전원부(미도시)와, 구동 모터(120)에 연결되어 구동 모터(120)에 의해 회전되는 주동기어(140)를 포함한다(도 7 참조). 본 실시예에서 전원부에는 충전식 배터리가 사용될 수 있다.
한편, 주행유닛(200)은 로봇 본체(100)에 연결된다. 이러한 주행유닛(200)은, 배관(P)의 내벽을 따라 주행하는 제1 주행부(210)와 로봇 본체(100)의 가상의 축심 축선을 기준으로 하여 제1 주행부(210)에 대칭되게 배치되어 배관(P)의 내벽을 따라 주행하는 제2 주행부(220)를 구비하는 주행 모듈(230)을 포함한다.
즉, 본 실시예에 따른 주행 모듈(230)은, 한 쌍으로 마련되어 로봇 본체(100)를 중심으로 하여 상호 대칭되게 배치되는 제1 주행부(210)와 제2 주행부(220)를 구비한다.
이러한 주행 모듈(230)은, 다수개로 마련되며, 상호간 등각도 간격으로 이격되어 배치된다. 본 실시예에서 주행 모듈(230)은 4개로 마련되는데, 이에 본 발명의 권리범위가 한정되지 않으며 주행 모듈(230)은 다양한 개수로 구성될 수 있다.
제1 주행부(210)와 제2 주행부(220)는 배관(P)의 내벽을 따라 주행한다. 이러한 제1 주행부(210)와 제2 주행부(220)는 로봇 본체(100)를 중심으로 대칭되게 배치될 뿐 거의 동일한 구조를 가지므로, 설명의 편의를 위해 이하에서는 제1 주행부의 구조를 주로 설명하고 제2 주행부(220)의 구조에 대해서는 생략한다.
제1 주행부(210)는, 주행 휠(211)과, 주행 휠(211)이 회전가능하게 결합되는 휠 브라켓(212)과, 휠 브라켓(212)에 마련되며 동력전달유닛(300)에 연결되어 주행 휠(211)을 회전시키는 휠 구동부(213)를 포함한다(도 10 참조).
주행 휠(211)에는, 휠 브라켓(212)에 회전가능하게 결합되는 주행용 회전축(S)이 마련된다. 휠 구동부(213)는, 휠 브라켓(212)에 회전가능하게 결합되며, 주행용 회전축(S)에 결합되는 주행용 구동기어(G)를 포함한다. 이러한 주행용 구동기어(G)는, 동력전달유닛(300)에서 동력을 전달받아 주행용 회전축(S)을 회전시킨다.
또한 주행 모듈(230)은, 제1 주행부(210)와 제2 주행부(220) 각각을 로봇 본체(100)에 대하여 접근 및 이격시키는 방향으로 이동시키는 간격조절부(240)를 포함한다.
이러한 간격조절부(240)는, 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220) 각각에 연결되어 배관(P)의 직경에 따라 제1 주행부(210)와 제2 주행부(220)를 로봇 본체(100)에 대하여 접근 및 이격시킨다.
본 실시예에 따른 간격조절부(240)는, 로봇 본체(100)에 회동가능하게 결합되는 제1 회동암(241, 242)과, 제1 회동암(241, 242)에 회전가능하게 연결되며 휠 브라켓(212)에 회동가능하게 결합되는 제2 회동암(243, 244)을 포함한다(도5 참조).
또한 간격조절부(240)는, 제1 회동암(241, 242) 및 제2 회동암(243, 244)의 회동을 제한하는 회동 제한부(미도시)를 더 포함한다. 따라서 작업 전 배관(P)의 직경에 따라 로봇 본체(100)에 대한 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)의 거리를 조절할 수 있고, 회동 제한부를 통해 배관용 이동로봇(10)의 주행과정에서 제1 회동암(241, 242) 및 제2 회동암(243, 244)의 회동되는 것을 방지할 수 있다.
한편 동력전달유닛(300)은, 동력 공급부(110)에 연결되어 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)에 동력을 전달한다. 이러한 동력전달유닛(300)은, 제1 주행부(210)와 제2 주행부(220)에 전달되는 동력을 분배하는 차동모듈(310)을 구비한다.
또한 동력전달유닛(300)은, 동력 공급부(110)에 연결되며 차동모듈(310)에 동력을 전달하는 차동모듈용 동력전달부(320)와, 차동모듈(310)에 연결되며 제1 주행부(210)에 동력을 전달하는 제1 주행부용 동력전달부(330)와, 차동모듈(310)에 연결되며 제2 주행부(220)에 동력을 전달하는 제2 주행부용 동력전달부(340)를 포함한다.
본 실시예에서 차동모듈용 동력전달부(320)는, 동력 공급부(110)의 주동기어(140)에 치합되는 피동기어(321)를 포함한다. 앞서 설명한 바와 같이 본 실시예는 복수의 주행 모듈(230)을 구비하므로, 본 실시예에는 각각의 주행 모듈(230)에 동력을 전달하는 복수의 피동기어(321) 및 복수의 차동모듈(310)이 구비된다.
또한, 차동모듈용 동력전달부(320)는, 최적의 부품배치를 위해 피동기어(321)의 회전축에 결합되어 피동기어(321)와 함께 회전되며 차동모듈(310)에 연결되는 베벨기어(322)를 더 구비할 수 있다.
본 실시예에서 제1 주행부용 동력전달부(330) 및 제2 주행부용 동력전달부(340) 각각은, 차동모듈(310)에서 동력을 분배받아 제1 주행부(210)와 제2 주행부(220) 각각의 휠 구동부(213)에 동력을 전달한다.
이러한 제1 주행부용 동력전달부(330) 및 제2 주행부용 동력전달부(340) 각각은, 축방향이 가변되는 가요성 축(flexible shaft, 331, 341)을 포함한다.
차동모듈(310)은, 차동모듈용 동력전달부(320)에서 동력을 전달받아 제1 주행부(210)와 제2 주행부(220)로 동력을 분배한다.
이러한 차동모듈(310)은, 차동모듈용 동력전달부(320)에 연결되는 기어 하우징(311)과, 제1 주행부용 동력전달부(330)에 결합되며 일단부에 제1 사이드기어(312a)가 마련되는 제1 회전축(312)과, 기어 하우징(311)에 회전가능하게 결합되며 제1 사이드기어(312a)에 치합되는 차동 피니언 기어(313)와, 제2 주행부용 동력전달부(340)에 결합되며 일단부에 차동 피니언 기어(313)에 치합되는 제2 사이드기어(314a)가 마련되는 제2 회전축(314)을 포함한다(도6 참조).
본 실시예에서 기어 하우징(311)은, 피동기어(321)에 결합되거나 베벨기어(322)에 결합되어 피동기어(321) 또는 베벨기어(322)와 함께 회전한다.
또한 본 실시예에서 제1 회전축(312)은 피동기어(321) 또는 베벨기어(322)에 회전 가능하게 지지되며, 제2 회전축(314)은 기어 하우징(311)에 회전 가능하게 지지된다.
이러한 차동모듈(310)은, 동력 공급부(110)에서 전달받은 동력을 주행 모듈(230)에 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)에 분배하는데, 배관용 이동로봇(10)이 배관(P)의 직관영역을 이동할 시에는 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)에 동일한 동력을 전달한다.
그러나 차동모듈(310)은, 배관용 이동로봇(10)이 배관(P)의 절곡 영역을 이동할 시에는, 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)에 서로 상이한 동력을 전달한다.
즉 도 12에 도시된 바와 같이, 차동모듈(310)은 배관(P)의 절곡 영역에서 배관용 이동로봇(10)이 선회 시 선회 중심에 가까운 안쪽 내벽(P1)을 따라 주행하는 제1 주행부(210)에 비하여 선회 중심에서 먼 바깥쪽 내벽(P2)을 따라 주행하는 제2 주행부(220)에 많은 동력을 전달한다.
한편, 자세 유지유닛(400)은, 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220) 각각에 연결되어 배관(P)의 내벽을 따라 이동되며, 특히 배관용 이동로봇(10)의 주행 시 로봇 본체(100)와 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)가 곡률반경선과 일직선을 이루는 상태에서 주행하도록 한다. 여기서, 곡률반경선은 선회 중심점에서 반경방향으로 그은 가상선을 의미한다. 예를 들어, 배관의 절곡영역에서 곡률반경선은 선회 중심점에서 반경방향으로 그은 가상선이며, 배관의 직선영역에서는 곡률이 무한대이므로 곡률반경선은 배관에 수직되게 그은 가상선을 의미한다.
배관용 이동로봇(10)의 선회 시 로봇본체(100)와 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)는 곡률반경선과 일직선을 이루는 상태에서 주행한다. 이는 배관용 이동로봇(10)의 선회 시 선회 중심점과 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)가 일직선을 이루는 상태이다. 따라서, 배관용 이동로봇(10)은 선회 과정에서 안정된 자세를 유지할 수 있다.
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이하에서는 도 9 내지 11를 참조하여 제1 주행부(210)에 연결된 자세 유지유닛(400)을 설명하는데, 제2 주행부(220)에도 동일한 구조의 자세 유지유닛(400)이 연결된다.
이러한 자세 유지유닛(400)은, 휠 브라켓(212)에 회전 가능하게 결합되며 상호 치합되는 한 쌍의 기어부(450)와, 기어부(450)에 각각 결합되며 배관(P)의 내벽에 지지되는 한 쌍의 내벽 지지부(410)와, 휠 브라켓(212) 및 내벽 지지부(410)에 연결되며 내벽 지지부(410)를 배관(P)의 내벽쪽으로 탄성바이어스하는 한 쌍의 탄성체(430)를 포함한다.
본 실시예에서 기어부(450)와 내벽 지지부(410)는 결합볼트(460)에 의해 결합된다. 이러한 기어부(450)는, 내벽 지지부(410)에 각각 결합되며 상호 치합된 상태이므로 한 쌍의 내벽 지지부(410)는 상호 동기화되어 회동된다.
한 쌍의 내벽 지지부(410)는, 주행 휠(211)을 중심으로 하여 주행 휠(211)의 앞쪽 및 뒤쪽에 배치되며, 각각 배관(P)의 내벽에 지지된다.
이러한 내벽 지지부(410)는, 기어부(450)에 결합되는 지지암(411)과, 지지암(411)에 회전가능하게 결합되며 배관(P)의 내벽에 지지되는 지지볼(ball, 412)을 포함한다.
본 실시예에서 지지암(411)의 일단부 영역은 휠 브라켓(212)에 회동가능하게 결합된다. 지지볼(412)은, 둥근 구(球)형상으로 마련되며, 지지암(411)의 타단부에 회전가능하게 결합된다.
또한 본 실시예에서 한 쌍의 탄성체(430)는, 휠 브라켓(212) 및 한 쌍의 내벽 지지부(410) 각각에 연결되며, 내벽 지지부(410)를 배관(P)의 내벽쪽으로 탄성바이어스한다.
본 실시예에서 탄성체(430)는 스프링으로 마련되는데. 이에 본 발명의 권리범위가 한정되지 않으며, 지지암(411)을 탄성바이어스하는 다양한 탄성체(430)가 본 실시예의 탄성체(430)로 사용될 수 있다.
이러한 탄성체(430)는, 일측이 휠 브라켓(212)에 결합되고 타측이 지지암(411)에 결합되어 탄성력을 통해 지지암(411)을 배관(P)의 내벽쪽으로 가압한다.
이러한 구조의 자세 유지유닛(400)에 의해 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)는, 탄성체(430, 440)의 탄성력의 합력이 가장 작은 상태를 유지하며 선회한다. 여기서 배관용 이동로봇(10)의 선회 시 탄성체(430, 440)의 탄성력이 가장 작은 자세는, 도 12에 도시된 바와 같이, 선회 중심점과 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)가 일직선을 이루는 상태이다.
또한 배관용 이동로봇(10)에 선회 중심점과 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)가 일직선을 이루는 상태를 벗어나게 하려는 외력이 인가 시, 기어부(450)에 의해 회동이 동기화되는 지지암(411)에 연결된 탄성체(430)의 탄성력이 급격하게 가변되므로, 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)는 더욱 안정적으로 선회 중심점과 일직선을 이루며 선회할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 배관용 이동로봇(10)은, 선회 중심점, 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)가 일직선을 이루는 상태로 선회하므로, 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)의 슬립(slip)없이 안정적으로 자세로 선회할 수 있다.
이하에서 본 실시예에 따른 배관용 이동로봇(10)의 동작을 설명한다.
도 12에 도시된 바와 같이 배관용 이동로봇(10)이 배관(P)의 절곡 영역을 선회하는 경우, 차동모듈(310)에 의해 제2 주행부(220)에 제1 주행부(210)보다 큰 동력이 전달됨으로써, 제2 주행부(220)는 제1 주행부(210)보다 빠른 속도로 주행한다.
또한 이러한 선회과정에서 자세 유지유닛(400)에 의해 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)는 선회 중심점과 일직선을 이루는 상태로 선회하므로, 배관용 이동로봇(10)은 안정된 자세를 유지하며 선회할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 배관용 이동로봇(10)은, 배관(P)의 내부에서 선회 시 차동모듈(310)을 통해 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)에 상이한 동력이 전달되며, 선회 시 자세 유지유닛(400)을 통해 선회 중심점, 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)가 일직선을 이루는 상태로 선회하므로 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)를 배관(P)의 절곡 영역에서 부드럽게(선회 시 제1 주행부(210) 및 제2 주행부(220)에 슬립(slip)이 발생되지 않게) 선회시킬 수 있다.
이상 도면을 참조하여 본 실시예에 대해 상세히 설명하였지만 본 실시예의 권리범위가 전술한 도면 및 설명에 국한되지는 않는다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10: 배관용 이동로봇 100: 로봇 본체
110: 동력 공급부 120: 구동 모터
140: 주동기어 200: 주행유닛
210: 제1 주행부 211: 주행 휠
212: 휠 브라켓 213: 휠 구동부
220: 제2 주행부 230: 주행 모듈
240: 간격조절부 241, 242: 제1 회동암
243, 244: 제2 회동암 300: 동력전달유닛
310: 차동모듈 311: 기어 하우징
312: 제1 회전축 312a: 제1 사이드기어
313: 차동 피니언 기어 314a: 제2 사이드기어
314: 제2 회전축 320: 차동모듈용 동력전달부
321: 피동기어 322: 베벨기어
330: 제1 주행부용 동력전달부 331, 341: 가요성 축
340: 제2 주행부용 동력전달부 400: 자세 유지유닛
410, 420: 내벽 지지부 411, 421: 지지암
412: 지지볼 430, 440: 탄성체
450: 기어부 460: 결합볼트
P: 배관 S: 주행용 회전축
G: 주행용 구동기어

Claims (10)

  1. 배관의 내부에서 이동되며, 동력 공급부가 구비되는 로봇 본체;
    상기 로봇 본체에 연결되며, 상기 배관의 내벽을 따라 주행하는 제1 주행부와 상기 로봇 본체를 기준으로 상기 제1 주행부에 대칭되게 배치되어 상기 배관의 내벽을 따라 주행하는 제2 주행부를 구비하는 주행 모듈을 포함하는 주행유닛;
    상기 동력 공급부에 연결되어 상기 제1 주행부 및 상기 제2 주행부에 동력을 전달하며, 상기 제1 주행부와 상기 제2 주행부에 전달되는 상기 동력을 분배하는 차동모듈을 구비하는 동력전달유닛; 및
    상기 제1 주행부 및 상기 제2 주행부 각각에 연결되며, 주행 시 상기 로봇 본체와 상기 제1 주행부 및 상기 제2 주행부가 곡률반경선과 일직선을 이루는 상태에서 주행하도록 하는 자세 유지유닛을 포함하며,
    상기 자세 유지유닛은,
    일단부가 상기 제1 주행부 및 상기 제2 주행부 각각에 회전 가능하게 연결되고 타단부가 상기 배관의 내벽에 지지되는 한 쌍의 내벽 지지부; 및
    일단부가 상기 제1 주행부 및 상기 제2 주행부 각각에 연결되고 타단부가 상기 한 쌍의 내벽 지지부 각각에 연결되어 상기 한 쌍의 내벽 지지부의 타단부를 상기 배관의 내벽쪽으로 탄성바이어스하는 탄성체를 포함하는 배관용 이동로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주행 모듈은,
    다수 개로 마련되며, 상호간 등각도 간격으로 이격되어 배치되는 배관용 이동로봇.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 주행부와 제2 주행부 각각은,
    주행 휠;
    상기 주행 휠이 회전가능하게 결합되는 휠 브라켓; 및
    상기 휠 브라켓에 마련되며, 상기 동력전달유닛에 연결되어 상기 주행 휠을 회전시키는 휠 구동부를 포함하는 배관용 이동로봇.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 주행모듈은,
    상기 제1 주행부와 제2 주행부 각각을 상기 로봇 본체에 대하여 접근 및 이격시키는 방향으로 이동시키는 간격 조절부를 포함하는 배관용 이동로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 간격 조절부는,
    상기 로봇 본체에 회동가능하게 결합되는 제1 회동암; 및
    상기 제1 회동암에 회전가능하게 연결되며, 상기 휠 브라켓에 회동가능하게 결합되는 제2 회동암을 포함하는 배관용 이동로봇.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 자세 유지유닛은,
    상기 휠 브라켓에 회전가능하게 결합되며, 상호 치합되는 한 쌍의 기어부를 더 포함하며,
    상기 한 쌍의 내벽 지지부는,
    일단부가 상기 한 쌍의 기어부 각각에 결합되며 상기 한 쌍의 기어부의 회전에 의해 타단부가 상기 배관의 내벽쪽으로 회전하는 배관용 이동로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 내벽 지지부 각각은,
    상기 한 쌍의 기어부 각각에 결합되는 지지암; 및
    상기 지지 암에 회전가능하게 결합되며, 상기 배관의 내벽에 지지되는 지지볼(ball)을 포함하는 배관용 이동로봇.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 동력전달유닛은,
    단일의 상기 동력 공급부에 연결되며, 상기 차동모듈에 동력을 전달하는 차동모듈용 동력전달부;
    상기 차동모듈에 연결되며, 상기 제1 주행부에 동력을 전달하는 제1 주행부용 동력전달부; 및
    상기 차동모듈에 연결되며, 상기 제2 주행부에 동력을 전달하는 제2 주행부용 동력전달부를 포함하는 배관용 이동로봇.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 차동모듈은,
    상기 차동모듈용 동력전달부에 연결되는 기어 하우징;
    상기 제1 주행부용 동력전달부에 결합되며, 일단부에 제1 사이드기어가 마련되는 제1 회전축;
    상기 기어 하우징에 회전가능하게 결합되며, 상기 제1 사이드기어에 치합되는 차동 피니언 기어; 및
    상기 제2 주행부용 동력전달부에 결합되며, 일단부에 상기 차동 피니언 기어에 치합되는 제2 사이드기어가 마련되는 제2 회전축을 포함하는 배관용 이동로봇.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 주행부용 동력전달부 및 상기 제2 주행부용 동력전달부 각각은, 축방향이 가변되는 가요성 축(flexible shaft)을 포함하는 배관용 이동로봇.
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