KR101706110B1

KR101706110B1 - 멀티콥터를 이용한 표면 검사 장치

Info

Publication number: KR101706110B1
Application number: KR1020150135638A
Authority: KR
Inventors: 이상헌
Original assignee: 안동대학교 산학협력단
Priority date: 2015-09-24
Filing date: 2015-09-24
Publication date: 2017-02-15

Abstract

본 발명은 멀티콥터를 이용한 표면 검사장치에 관한 것으로, 다수의 회전익(110)의 회전방향을 각각 제어하여 양력 또는 검사대상의 표면에 밀착되는 밀착력을 제공하는 다수의 회전제어부(100)와, 상기 회전제어부(100)의 하부에 마련되며, 검사대상의 표면에 밀착된 상태에서 이동하는 다수의 이동모듈부(200)와, 상기 회전제어부(100)와 상기 이동모듈부(200)의 결합체 세트들의 사이를 연결하는 연결프레임바(300)와, 상기 연결프레임바(300) 중 적어도 하나를 분리 가능하게 연결하는 연결제어부(400)와, 상기 연결프레임바(300)의 일부에 고정설치되어 상기 검사대상의 표면을 검사하는 검사센서부(500)를 포함한다.

Description

멀티콥터를 이용한 표면 검사 장치{A surface inspection apparatus using a multi-coptor}

본 발명은 멀티콥터를 이용한 표면 검사 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 원하는 위치로의 이동이 용이한 멀티콥터를 이용한 표면 검사 장치에 관한 것이다.

일반적으로 산업 플랜트에서는 배관이나 저장 탱크 등 가연성, 유독성의 물질을 이송 또는 보관하는 설비들을 포함하고 있다. 이처럼 배관이나 탱크들의 표면에 균열이 생기거나 파손되는 경우에는 인명 및 재산의 손실이 크게 발생할 수 있으므로 외부충격, 배관의 노화나 부식으로 인한 균열이 일어나는 것을 사전 방지하여야 한다. 따라서 주기적인 설비의 교체가 필요하다.

한편 이러한 설비의 교체는 설비가 적용되는 플랜트의 운영을 중지해야 하므로, 배관의 상태에 따른 유지보수가 비용면에서 유리하다.

배관이나 탱크의 유지보수를 위한 검사 중 육안 검사의 경우 설비의 설치장소나 외부 환경 등의 영향으로 안전, 효율 측면에서 한계가 있으며, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 배관이나 탱크의 표면 상태를 자동으로 검사하는 기술이 제안되고 있으며, 특히 배관을 이동하는 로봇에 관한 여러 기술이 제안되고 있다.

배관의 상태를 자동으로 검사하기 위한 장치로 배관 이동용 로봇이 개발되고 있다. 배관 이동 로봇에는 크게 배관 내부를 따라 이동하는 In-pipe형 로봇, 배관 외부를 따라 이동하는 Out-pipe형 로봇 두가지로 나눌 수 있다. In-pipe형 로봇은 대부분 배관의 유체흐름을 정지시키거나, 기체를 이송시키는 배관을 위주로 적용되는 한계가 있고, 반면 Out-pipe형 로봇은 배관내 유동 매질의 종류와 관계없이 운영중인 배관을 대상으로 적용할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 배관을 지지하는 배관지지부나 주변 장애물을 회피하여야 하는 기능이 추가되어야 한다.

배관의 외부를 따라 이동하면서 검사를 수행하는 장치의 예로는 등록특허 10-1281255호(배관 외부 검사용 이동 로봇, 2013년 6월 26일 등록)가 있다.

상기 등록특허는 제1모듈과 제2모듈 및 제1모듈과 제2모듈을 연결하는 연결부재를 포함하는 로봇에 관한 것이다.

상기 연결부재는 하나 이상의 관절을 가지며, 제1모듈과 제2모듈 중 하나가 배관에 고정된 상태에서 고정되지 않은 다른 모듈을 배관에서 이격시켜 이동시킬 수 있는 구성이다.

이와 같은 구성에 의하여 배관의 축방향 이동이 가능하며, 이동된 상태에서 배관의 둘레 방향으로 회전하면서 배관의 결함 여부를 측정하게 된다.

그러나 상기와 같은 등록특허의 구성은 제1모듈과 제2모듈로 분할 구성되어야 하고, 제1모듈과 제2모듈을 서로 연결하는 연결부재를 포함하며, 그 연결부재를 작동시키는 구성이 요구되어 구성이 매우 복잡하며, 조종이 용이하지 않은 문제점이 있었다.

특히 배관의 둘레를 따라 이동하는 수단과 배관의 축방향을 따라 이동하는 수단을 별도로 구성함으로써 구성이 복잡하며, 이동이 매끄럽지 못한 문제점이 있으며, 배관을 고정지지하기 위한 배관홀더 및 배관홀더지지대를 만날 때마다. 일측 모듈을 들어 배관홀더 너머의 배관에 다시 고정시킨 다음 다른 모듈도 배관홀더 너머로 이동시켜야 하기 때문에 축방향의 이동속도 또한 현저하게 감소하여 배관검사에 소요되는 시간을 지연시키는 문제점이 있었다.

위의 예에서는 둥근 배관의 외면을 감싸도록 구성되어 측정장치가 이탈되는 것을 방지하였으나, 배관이 아닌 탱크의 측면과 같이 평면이 부분에는 고정될 수 없는 구조여서 표면 검사를 할 수 없는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 곡면뿐만 아니라 평면인 구조물의 표면을 검사할 수 있는 멀티콥터를 이용한 표면 검사장치를 제공함에 있다.

또한 본 발명은 장애물을 용이하게 피해 원하는 위치로 이동할 수 있는 멀티콥터를 이용한 표면 검사 장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명 멀티콥터를 이용한 표면 검사 장치는, 다수의 회전익(110)의 회전방향을 각각 제어하여 양력 또는 검사대상의 표면에 밀착되는 밀착력을 제공하는 다수의 회전제어부(100)와, 상기 회전제어부(100)의 하부에 마련되며, 검사대상의 표면에 밀착된 상태에서 이동하는 다수의 이동모듈부(200)와, 상기 회전제어부(100)와 상기 이동모듈부(200)의 결합체 세트들의 사이를 연결하는 연결프레임바(300)와, 상기 연결프레임바(300) 중 적어도 하나를 분리 가능하게 연결하는 연결제어부(400)와, 상기 연결프레임바(300)의 일부에 고정설치되어 상기 검사대상의 표면을 검사하는 검사센서부(500)를 포함할 수 있다.

상기 회전익(110)의 회전에 의해 양력이 발생하여 비행을 하는 상태에서, 상기 결합체 세트들은 밀집된 대형으로 배치되며, 검사대상의 표면을 검사할 때 상기 결합체 세트들은 일렬로 배치될 수 있다.

상기 검사대상의 표면을 검사할 때 상기 회전익(110)은 비행상태와는 역방향으로 회전하여, 상기 이동모듈부(200)가 상기 검사대상의 표면에 밀착되도록 할 수 있다.

상기 이동모듈부(200)는, 상기 회전제어부(100)에 고정설치되는 고정설치부(210)와, 조향을 위한 구동력을 제공하는 조향구동부(220)와, 상기 조향구동부(220)가 고정되며 내측에 조향전달부(240)이 마련되고, 필요에 따라 상기 고정설치부(210)와의 간격이 조정되는 이동블록(230)와, 상기 이동블록(230)에 고정되며 상기 고정설치부(210)의 이동제어블록(211)을 관통하여 상기 이동블록(230)의 이동을 가이드하는 이동가이드(250)와, 상기 조향전달부(240)의 회전력을 전달하는 조향축(270)과, 상기 이동가이드(250)의 타단에 고정되는 판상의 지지부(260)와, 상기 지지부(260)을 관통한 상기 조향축(270)에 연결되어 상기 조향축(270)의 회전에 따라 회전하면서 방향을 전환하며, 자체에 구동력을 이용하여 전환된 방향을 따라 이동하는 이동부(280)를 포함할 수 있다.

본 발명 멀티콥터를 이용한 표면 검사장치는, 멀티콥터를 사용하여 장애물을 피해 비행하면서 검사 대상의 특정 표면에 안착할 수 있어, 장애물과 무관하게 검사 대상의 표면으로 용이하게 이동할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 멀티콥터의 회전익의 방향을 변경하여 검사대상물의 표면 형상에 무관하게 밀착된 상태를 유지할 수 있기 때문에 배관뿐만 아니라 평면인 탱크의 바닥면이나 측면의 표면 상태를 검사할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티콥터를 이용한 표면 검사장치의 비행상태 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티콥터를 이용한 표면 검사장치의 표면 검사 상태 사시도이다.
도 3은 본 발명이 배관의 길이 방향을 따라 이동하는 상태를 보인 사시도이다.
도 4는 본 발명 탱크의 일면에 부착되어 표면을 검사하는 상태를 보인 사시도이다.
도 5는 본 발명에 적용되는 이동모듈부의 일실시 구성도이다.

이하, 본 발명 멀티콥터를 이용한 표면 검사장치에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티콥터를 이용한 표면 검사장치의 비행상태 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티콥터를 이용한 표면 검사장치의 표면 검사 상태 사시도이다.

도 1과 도 2를 각각 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 멀티콥터를 이용한 표면 검사장치는, 다수의 회전익(110)의 회전방향을 각각 제어하여 양력 또는 검사대상의 표면에 밀착되는 밀착력을 제공하는 다수의 회전제어부(100)와, 상기 회전제어부(100)의 하부에 마련되며, 검사대상의 표면에 밀착된 상태에서 이동하는 다수의 이동모듈부(200)와, 상기 회전제어부(100)들의 사이에서 절곡 가능하게 구성되는 연결프레임바(300)와, 상기 연결프레임바(300) 중 적어도 하나를 분리 가능하게 하는 연결제어부(400)와, 상기 연결프레임바(300)의 일부에 고정설치되어 상기 검사대상의 표면을 검사하는 검사센서부(500)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 구성과 작용에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 상부측에 회전익(110)을 포함하는 회전제어부(100)가 마련되고, 그 회전제어부(100)의 하부에 이동모듈부(200)가 위치하는 것을 하나의 세트로 하여 복수의 세트가 연결프레임바(300)에 의해 연결되는 구성을 갖는다.

상기 연결프레임바(300)들은 상기 회전제어부(100)와 이동모듈부(200)의 사이부분에 힌지결합되어 상하 방향으로 절곡될 수 있는 구성으로, 검사대상물의 표면 상태에 무관하게 각 이동모듈부(200)가 접촉될 수 있게 된다.

즉, 검사대상물이 배관(1)이어서 배관의 둘레를 따라 이동모듈부(200)가 접촉되어야 하는 경우와, 검사대상물이 도 4의 탱크(2)여서 평면인 면에 이동모듈부(200)가 접촉될 수 있도록 연결프레임바(300)들은 상하로 각도가 피동적으로 조절될 수 있다.

상기 연결프레임바(300) 중 적어도 하나는 연결제어부(400)에 의해 상기 회전제어부(100)와 이동모듈부(200)의 사이에 연결되어 필요에 따라 연결프레임바(300)가 연결되거나, 연결프레임바(300)의 연결이 끊어진 상태가 될 수 있다.

상기 필요에 따라라고 설명한 것은 본 발명의 동작 상태에 따라 결정된다.

도 1과 같이 본 발명이 비행상태인 경우 연결프레임바(300)를 모두 연결하여 회전제어부(100)와 이동모듈부(200) 세트들이 최대한 가깝게 위치하는 것이 비행에 유리하며, 도 2와 같이 본 발명이 검사대상물에 접촉된 상태에서는 회전제어부(100)와 이동모듈부(200) 세트들이 최대한 산개하여 넓은 범위에서 검사가 이루어지도록 할 필요가 있기 때문이다.

상기 비행 상태에서는 상기 회전제어부(100)의 구동에 의해 회전익(110)이 양력을 발생시키는 방향으로 회전한다. 이때 앞서 설명한 바와 같이 연결제어부(400)의 제어에 의해 연결프레임바(300)가 연결되어 상기 회전제어부(100)와 이동모듈부(200) 세트가 최대한 밀집된 대형이 되며, 상기 발생된 양력에 의해 비행을 하게 된다.

상기 연결제어부(400)는 전자석을 이용한 것이거나, 기타 필요에 따라 연결프레임바(300)를 연결 또는 분리할 수 있는 것이면 그 구체적인 수단과 무관하게 사용될 수 있다.

비행중 방향의 전환은 전체 구조의 기울기 조정을 통해 이루어지는 것으로 각 회전제어부(100)의 제어에 의해 회전익(110)의 회전속도 차이를 이용한 것일 수 있다.

이처럼 비행을 통해 검사대상물의 표면으로 이동할 수 있으며, 이동시 장애물을 쉽게 피해 비행할 수 있어, 복잡한 구조물의 검사대상물에도 적용할 수 있는 특징이 있다.

상기한 바와 같이 본 발명이 양력을 이용하여 비행하여 검사대상물의 표면에 접촉된 상태에서는 상기 회전제어부(100)는 회전익(110)을 반대로 회전시킨다. 이때 모든 회전익(110)의 회전방향을 동시에 반대 방향으로 전환하여 회전시킬 수 있으며, 일부씩 나누어 회전익(110)의 회전 방향을 반대 방향으로 전환 시킬 수 있다.

상기 회전익(110)의 회전 방향을 비행시와는 반대의 방향으로 전환함으로써, 본 발명은 검사대상물의 표면으로 밀착되는 힘을 발생시켜 안정적으로 고정될 수 있다. 따라서 종래와 같이 배관(1)의 둘레를 따라 고정될 수 있는 별도의 프레임을 포함하지 않고도 배관(1)으로부터 이탈되는 것을 막을 수 있을 뿐만 아니라 탱크(2)와 같이 평면인 면에도 부착되어 표면을 검사할 수 있다.

이처럼 본 발명이 검사대상물의 표면에 접촉된 후, 상기 연결제어부(400)는 연결프레임바(300)를 분리하고, 이동모듈부(200)들이 각각 작용하여 도 2에 도시한 바와 같이 회전제어부(100)와 이동모듈부(200) 세트들이 일렬로 배치될 수 있도록 한다.

이와 같은 배치의 변화는 회전제어부(100) 또는 이동모듈부(200)에서 각 주변의 세트들의 위치를 검출하여 상대적인 위치에 따라 이동모듈부(200)의 동작을 제어하는 제어소프트웨어가 내장된 것일 수 있다.

이처럼 일렬로 펼쳐진 상태에서 도 2와 같이 배관(1)의 둘레를 따라 이동하면서 검사센서부(500)로 배관(1)의 표면을 검사할 수 있으며, 도 3과 같이 배관(1)의 길이 방향을 따라 이동하면서 검사센서부(500)로 배관(1)의 표면을 검사할 수 있다.

이와 같은 이동은 이동모듈부(200)의 작용에 의해 이루어지며, 이동 과정에서도 상기 회전익(110)이 회전하도록 제어되어 이동모듈부(200)가 배관(1)의 표면에 안정적으로 밀착된 상태를 유지할 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이 본 발명은 회전익(110)의 역회전에 의해 이동모듈부(200)가 탱크(2)의 측면에 부착된 상태로 유지가 가능하며, 이 상태에서 이동모듈부(200)에 의해 회전이 가능하기 때문에 배관(1)과 같이 둥근면 뿐만 아니라 평면에서도 이탈되지 않고 표면 검사를 수행할 수 있게 된다.

도 5는 상기 이동모듈부(200)의 일실시 구성도이다.

도 5를 참고하면 상기 이동모듈부(200)는, 상기 회전제어부(100)에 고정설치되는 고정설치부(210)와, 조향을 위한 구동력을 제공하는 조향구동부(220)와, 상기 조향구동부(220)가 고정되며 내측에 조향전달부(240)이 마련되고, 필요에 따라 상기 고정설치부(210)와의 간격이 조정되는 이동블록(230)와, 상기 이동블록(230)에 고정되며 상기 고정설치부(210)의 이동제어블록(211)을 관통하여 상기 이동블록(230)의 이동을 가이드하는 이동가이드(250)와, 상기 조향전달부(240)의 회전력을 전달하는 조향축(270)과, 상기 이동가이드(250)의 타단에 고정되는 판상의 지지부(260)와, 상기 지지부(260)을 관통한 상기 조향축(270)에 연결되어 상기 조향축(270)의 회전에 따라 회전하면서 방향을 전환하며, 자체에 구동력을 이용하여 전환된 방향을 따라 이동하는 이동부(280)를 포함하여 구성된다.

상기 고정설치부(210)에는 내측에 스프링(212)이 마련된 이동제어블록(211)이 포함되어 있으며, 이동가이드(250)가 상기 이동제어블록(211)을 관통하여 상기 스프링(212)에 의해 아래로의 복원력을 가진다.

위에서 아래로의 복원력이라 함은 이동부(280)가 상기 배관(1)의 외면에 접촉되는 방향이다.

상기 이동가이드(250)는 복수로 마련될 수 있으며, 각 이동가이드(250)의 양단은 각각 이동블록(230)과 지지부(260)에 고정되어 상기 이동부(280)의 가해지는 배관(1)의 접촉압력에 따라 상기 지지부(260), 이동가이드(250), 이동블록(230), 조향전달부(240), 조향구동부(220) 및 이동부(280)가 상기 고정설치부(210)의 설치상태에서 수직방향으로 변위가 가능하게 된다.

조향구동부(220)는 제어에 의하여 이동부(280)의 각도를 조정하는 동력을 제공하며, 조향구동부(220)의 동력은 조향전달부(240)를 통해 조향축(270)를 특정한 방향 및 각도로 회전시키며, 이 조향축(270)에 연결된 이동부(280)의 방향과 각도를 조정할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

100:회전제어부 110:회전익
200:이동모듈부 210:고정설치부
211:이동제어블록 212:스프링
220:조향구동부 230:이동블록
240:조향전달부 250:이동가이드 260:지지부 270:조향축
280:이동부 300:연결프레임바
400:연결제어부 500:검사센서부

Claims

다수의 회전익(110)의 회전방향을 각각 제어하여 양력 또는 검사대상의 표면에 밀착되는 밀착력을 제공하는 다수의 회전제어부(100)와,
상기 회전제어부(100)의 하부에 마련되며, 검사대상의 표면에 밀착된 상태에서 이동하는 다수의 이동모듈부(200)와,
상기 회전제어부(100)와 상기 이동모듈부(200)의 결합체 세트들의 사이를 연결하는 연결프레임바(300)와,
상기 연결프레임바(300) 중 적어도 하나를 분리 가능하게 연결하는 연결제어부(400)와,
상기 연결프레임바(300)의 일부에 고정설치되어 상기 검사대상의 표면을 검사하는 검사센서부(500)를 포함하는 멀티콥터를 이용한 표면 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 회전익(110)의 회전에 의해 양력이 발생하여 비행을 하는 상태에서, 상기 결합체 세트들은 밀집된 대형으로 배치되며,
검사대상의 표면을 검사할 때 상기 결합체 세트들은 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 멀티콥터를 이용한 표면 검사장치.
제2항에 있어서,
상기 검사대상의 표면을 검사할 때 상기 회전익(110)은 비행상태와는 역방향으로 회전하여, 상기 이동모듈부(200)가 상기 검사대상의 표면에 밀착되도록 하는 것을 특징으로 하는 멀티콥터를 이용한 표면 검사장치.
제1항에 있어서,
상기 이동모듈부(200)는,
상기 회전제어부(100)에 고정설치되는 고정설치부(210)와, 조향을 위한 구동력을 제공하는 조향구동부(220)와, 상기 조향구동부(220)가 고정되며 내측에 조향전달부(240)이 마련되고, 필요에 따라 상기 고정설치부(210)와의 간격이 조정되는 이동블록(230)와, 상기 이동블록(230)에 고정되며 상기 고정설치부(210)의 이동제어블록(211)을 관통하여 상기 이동블록(230)의 이동을 가이드하는 이동가이드(250)와, 상기 조향전달부(240)의 회전력을 전달하는 조향축(270)과, 상기 이동가이드(250)의 타단에 고정되는 판상의 지지부(260)와, 상기 지지부(260)을 관통한 상기 조향축(270)에 연결되어 상기 조향축(270)의 회전에 따라 회전하면서 방향을 전환하며, 자체에 구동력을 이용하여 전환된 방향을 따라 이동하는 이동부(280)를 포함하는 멀티콥터를 이용한 표면 검사장치.