KR101747013B1

KR101747013B1 - 플랜지 기구 상을 튀어오르는 외측 표면 검사 로봇

Info

Publication number: KR101747013B1
Application number: KR1020157016335A
Authority: KR
Inventors: 파디 시바이
Original assignee: 사우디 아라비안 오일 컴퍼니
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2017-06-27
Also published as: US20140146161A1; CN104822497A; SA515360479B1; SG11201504113PA; EP2922667A1; JP2015535495A; KR20150087370A; CN104822497B; JP6099759B2; EP2922667B1; WO2014082062A1; US9239297B2

Abstract

파이프라인(42)의 표면을 따라서 주행하기 위한 파이프 검사 로봇(10)이 제공되며, 상기 로봇(10)은 몸체(12), 상기 몸체(12)에 부착된 제 1 및 제 2 독립적인 관절식 다리부(16a, 16b), 및 상기 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)와 개별적으로 통신 제어 상태에 있는 제 1 및 제 2 다리부 모터(18a, 18b)를 구비한다. 로봇(10)은 또한 몸체(12)로부터 다리부(16a, 16b)의 마주한 단부에서 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)에 부착된 제 1 및 제 2 쌍의 휠(24a, 24b)을 구비한다. 제 1 쌍의 휠(24a)이 장애물과 마주칠 때, 제 2 쌍의 휠(24b)이 상기 장애물의 반대쪽에서 상기 파이프라인(42)의 표면과 접촉할 때까지, 상기 제 2 다리부 모터(18b)가 상기 제 2 다리부(16b)를 상기 파이프라인(42)의 표면으로부터 멀리 상향으로 그리고 상기 몸체(12) 주위를 반경방향으로 회전시키고, 이후 상기 로봇(10)이 상기 장애물 상을 통과하기 위하여, 상기 제 1 쌍의 휠(24a)이 상기 파이프라인(42)의 표면과 접촉할 때까지, 상기 제 1 다리부 모터(18a)가 상기 제 1 다리부(16a)를 상기 파이프라인(42)의 표면으로부터 멀리 상향으로 그리고 상기 몸체(12) 주위를 반경방향으로 회전시키도록, 제 1 및 제 2 다리부 모터(18a, 18b)가 구성된다.

Description

플랜지 기구 상을 튀어오르는 외측 표면 검사 로봇{Outer Surface Inspecting Robot with Flipping over Flange Mechanism}

본 발명은 파이프의 외측 표면의 로봇 검사, 및 상기 파이프의 외측 표면과 연결된 장애물을 지나는 로봇 검사 장치의 이동에 관한 것이다.

지상이나 또는 개방된 지역을 가로질러 긴 거리 내내 연장되는 파이프라인은, 외측에서 사람에 의한 수동식 검사에 의해, 그리고 내측에서 파이프라인의 파이프라인 검사 게이지(pig : pipeline inspection gauge) 및 여러 인-파이프(in-pipe) 공구에 의해 검사된다. 지상, 지하, 해저에서 연장되는 그리고 여러 지역에서 연장되는 오일 및 가스 파이프라인을 포함한, 다양한 타입의 파이프라인을 검사하기 위한 많은 시스템이 존재한다.

파이프라인 검사 게이지는 전형적으로 상기 파이프라인 검사 게이지를 가압하는 유체의 유동에 의해 파이프라인을 통과한다. 파이프라인 검사 게이지는 파이프라인의 내부 표면을 검사하는 중개부(instrumentation)를 종종 수용한다. 파이프라인 검사 게이지는 또한 파이프라인을 통한 여러 장애물이나 침전물을 가압하도록 사용되어 상기 파이프라인의 청결을 유지한다. 초음파 센서 및 전자기 센서가 긴 거리 내내 내측 파이프라인 표면의 이미지를 전개하도록 파이프라인 상에서 파이프라인 검사 게이지를 사용하는 것으로 알려져 있다. 이러한 데이터는 컴퓨터 알고리즘에 의해 시각적으로 검토되거나 분석될 수 있어, 파이프라인 손상이나 또는 상기 파이프라인 내측에서 생성된 침전물을 검출한다.

본 발명의 일 실시예는 파이프라인의 표면을 따라서 주행하기 위한 파이프 검사 로봇을 제공한다. 로봇은 몸체와, 상기 몸체에 부착된 서로 독립적인 제 1 및 제 2 관절식 다리부와, 상기 제 1 관절식 다리부와 통신 제어하는 제 1 다리부 모터와, 상기 제 2 관절식 다리부와 통신 제어하는 제 2 다리부 모터와, 그리고 상기 몸체로부터 상기 다리부의 반대쪽 단부에서 상기 제 1 관절식 다리부에 부착된 제 1 쌍의 휠과 상기 제 2 관절식 다리부에 부착된 제 2 쌍의 휠을 포함한다. 더욱이, 제 1 쌍의 휠이 장애물과 마주칠 때, 제 2 쌍의 휠이 장애물의 반대쪽에서 상기 파이프라인의 표면과 접촉할 때까지, 제 2 다리부 모터가 제 2 다리부를 상기 파이프라인의 표면으로부터 멀리 상향으로 그리고 상기 몸체 주위를 원주방향으로 회전시키고, 이후 상기 로봇이 상기 장애물 상을 통과하기 위하여, 제 1 쌍의 휠이 상기 파이프라인의 표면과 접촉할 때까지 제 1 다리부 모터가 제 1 다리부를 상기 파이프라인의 표면으로부터 멀리 상향으로 그리고 상기 몸체 주위를 원주방향으로 회전시키도록, 제 1 및 제 2 다리부 모터는 구성된다.

파이프 검사 로봇에 있어서, 제 1 쌍의 휠은 제 1 휠 허브에 의해 제 1 관절식 다리부에 그리고 제 2 쌍의 휠은 제 2 휠 허브에 의해 제 2 관절식 다리부에 부착될 수 있고, 그리고 상기 휠 허브는 휠에 동력을 공급하기 위한 적어도 하나의 휠 모터를 수용할 수 있다. 더욱이, 각각의 휠은 별개의 휠 모터에 의해 동력공급될 수 있고, 그리고 로봇의 진로는 그 대응하는 휠 모터로써 각각의 휠의 속도를 증가시키거나 감소시킴으로써 조정될 수 있다.

더욱이, 로봇의 몸체는 제어 회로, 통신 회로, GPS(global positioning system) 회로, GPS 안테나, 카메라, 카메라 회로, 및 배터리 팩으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 장치를 수용할 수 있다. 로봇은 또한 로봇을 가이드시키기 위한 그리고 파이프라인의 표면 상태에 대해 데이터를 수집하기 위한, 몸체에 부착된 아래를 향하는 카메라를 더 포함할 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 로봇은 자율적일 수 있다(autonomous). 여러 실시예에 있어서, 로봇은 원격 제어될 수 있다. 더욱이, 핀이 몸체에 부착될 수 있고 그리고 연장된 위치와 후퇴된 위치를 가질 수 있다. 연장된 위치에 있을 때, 핀은 몸체와 관련하여 다리부의 위치를 로크할 수 있다. 후퇴된 위치에 있을 때, 핀에 의해 몸체와 관련하여 다리부가 관절식으로 연결(articulate)될 수 있게 된다.

로봇은 파이프의 원주의 한 부분 주위에서 몸체로부터 외측으로 뻗어있고 상기 몸체에 부착된 원주방향 아암을 더 포함할 수 있고, 상기 원주방향 아암은 상기 파이프의 표면 검사를 위해 카메라를 구비한다. 더욱이, 로봇은 원주방향 아암에 미끄럼가능하게 부착되고 그리고 파이프의 원주 주위에서 더욱 계속 연장되도록 구성된 원주방향 아암 연장부를 구비할 수 있다.

본 발명의 대안적인 실시예가 파이프라인 검사 로봇을 제공하고 있으며, 상기 파이프라인 검사 로봇은 몸체와, 상기 몸체에 부착된 제 1 및 제 2 다리부와, 상기 몸체로부터 상기 다리부의 먼쪽의 단부에서, 상기 제 1 다리부에 부착되는 제 1 휠 및 상기 제 2 다리부에 부착되는 제 2 휠과, 그리고 상기 몸체에 부착되고 상기 파이프라인의 원주의 한 부분의 주위에서 상기 몸체로부터 외측으로 연장하는 원주방향 아암을 구비하며, 상기 원주방향 아암은 상기 파이프라인의 표면 검사를 위한 카메라를 구비한다. 로봇은 또한 원주방향 아암에 미끄럼가능하게 부착되고 그리고 상기 원주방향 아암보다 파이프라인의 원주 주위에서 더욱 연장하도록 구성된 원주방향 아암 연장부를 포함할 수 있다.

더욱이, 로봇은 제 1 다리부와 통신 제어 상태에 있는 제 1 다리부 모터 및 제 2 다리부와 통신 제어 상태에 있는 제 2 다리부 모터를 구비할 수 있고, 제 1 휠이 장애물과 마주칠 때, 제 2 휠이 장애물의 반대쪽에서 상기 파이프라인의 표면과 접촉할 때까지 제 2 다리부 모터가 제 2 다리부를 상기 파이프라인의 표면으로부터 멀리 상향으로 그리고 상기 몸체 주위를 원주방향으로 회전시키고, 이후 로봇이 상기 장애물 상을 통과하기 위하여, 제 1 쌍의 휠이 상기 파이프라인의 표면과 접촉할 때까지 제 1 다리부 모터가 제 1 다리부를 상기 파이프라인의 표면으로부터 멀리 상향으로 그리고 상기 몸체 주위를 원주방향으로 회전시키도록, 상기 제 1 및 제 2 다리부 모터가 구성된다. 더욱이, 제 1 휠은 제 1 휠 허브에 의해, 제 1 다리부에 그리고 제 2 휠은 제 2 휠 허브에 의해, 제 2 다리부에 부착될 수 있으며, 이 경우 상기 휠 허브가 각각의 휠용의 별개의 휠 모터를 수용하고, 그리고 상기 로봇의 진로는 그 대응하는 휠 모터로써 각각의 휠의 속도가 감소되거나 증가됨으로써 조정될 수 있다.

특정 실시예에 있어서, 로봇은, 상기 로봇을 가이드하기 위한 그리고 파이프라인의 표면 상태에 대해 데이터를 수집하기 위한, 몸체에 부착된 아래를 향하는 카메라를 포함할 수 있다. 더욱이, 로봇은 자율적이거나 또는 원격 제어될 수 있다. 더욱이, 로봇은 연장된 위치 및 후퇴된 위치를 갖고, 몸체에 부착된 핀을 포함할 수 있으며, 이 경우 상기 핀이 연장된 위치에 있을 때, 상기 몸체와 관련하여 다리부의 위치를 로크하고, 그리고 상기 핀이 후퇴된 위치에 있을 때, 상기 핀에 의해 상기 다리부가 상기 몸체에 관련하여 관절식으로 연결될 수 있다.

또한 파이프라인의 검사 방법이 본 명세서에 개시되어 있다. 본 방법은 몸체 및 제 1 및 제 2 휠 조립체를 구비한 로봇 검사 장치를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 휠 조립체는 상기 몸체의 원주부 주위에서 완전하게 관절식 연결되고(articulate), 상기 몸체로부터의 단부 말단에서 휠을 구비한다. 본 방법은 휠 조립체 중에서 하나의 휠 조립체가 장애물에 가깝도록 상기 파이프라인 상의 장애물 부근에 그리고 상기 파이프라인을 따라 장치를 가압하는 단계, 제 1 휠 조립체와 관련하여 상기 몸체를 관절식 연결하는 단계와 제 2 휠 조립체 상의 휠이 파이프라인 상에서 선회하고 그리고 상기 제 1 휠 조립체에 마주한 장애물의 측에서 상기 파이프라인 상에 착지하도록 상기 몸체와 관련하여 상기 장애물로부터 휠 조립체 말단을 관절식으로 연결하는 단계, 및 제 2 휠 조립체와 관련하여 상기 몸체를 관절식으로 연결하는 단계와 제 1 휠 조립체 상의 휠이 장애물로부터 제 2 휠 조립체 말단 측에서 파이프라인 상에 착지하도록 상기 몸체와 관련된 조립 시 근단을 관절식으로 연결하는 단계를 포함한다. 여러 실시예에 있어서, 본 방법은 카메라, GPS(global positioning system), 및 근접 센서로 이루어진 그룹에서 선택되고 로봇 몸체에 부착된 장치를 사용하여 장애물을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 상기 언급된 특징, 특성 및 장점뿐만 아니라 여러 명확한 사항이 얻어지고 상세하게 알 수 있는 방식으로, 상기 간단하게 요약된 본 발명의 보다 특별한 기재가 본 명세서의 일부를 형성하는 도면에 도시된 본 발명의 실시예를 참조할 수 있다. 그러나, 첨부된 도면은 본 발명의 단지 바람직한 실시예를 나타내고 있고, 이에 따라 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아님을 알 수 있는데, 그 이유는 본 발명이 여러 동일하게 효과적인 실시예를 허용할 수 있기 때문이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프라인 검사 로봇의 사시도이고;
도 2는 파이프라인 정상부에 착좌한 도 1의 파이프라인 검사 로봇의 대안적인 사시도이고;
도 3은 파이프의 상부의 도 1의 파이프라인 검사 로봇의 측면도이고;
도 4는 파이프라인 검사 로봇의 일부의 확대 사시도이고;
도 5는 파이프라인 상의 장애물을 헤쳐나가는 다양한 위치에서의 도 2의 파이프라인 검사 로봇의 측면도이고;
도 6은 선택적인 다중 아암 측 연장부 카메라 시스템을 구비한 하나의 예시적인 실시예의 파이프라인 검사 로봇의 부분 후단면도이고;
도 7a는 연장된 위치에서의 하부 카메라 연장부 아암을 갖는, 도 6의 면(side) 연장부 카메라 시스템의 후면도이고;
도 7b는 후퇴된 위치에서의 하부 카메라 연장부 아암을 갖는, 도 6의 면 연장부 카메라 시스템의 후면도이고; 그리고
도 8은 절반 정도 묻힌 파이프라인을 조사하는 선택적인 다중 아암 측 연장부 카메라 시스템을 구비한, 하나의 예시적인 파이프라인 검사 로봇의 후면도이다.

도 1은 파이프라인 검사 로봇(10)을 포함하고 있는 일 실시예의 파이프라인 검사 시스템을 나타내고 있다. 파이프라인 검사 로봇(10)은 상기 로봇(10)의 이동을 제어하고 파이프라인 검사를 용이하게 하는 서브-시스템을 수용한다. 로봇(10)은 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)의 이동 및 중앙 연결을 제공하는 절결 섹션(14)을 포함한 메인 외측 하우징(12)을 구비한다. 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b) 각각은 길게 뻗어있고(elongate) 그리고 다리부 모터(18a, 18b)의 파워에 의해 각각 개별적으로 하우징(12)을 중심으로 관절식으로 연결된다(articulate). 관절식 다리부(16a, 16b)의 각각의 하부 단부가 상기 관절식 다리부(16a, 16b) 각각에 수직으로 연장되는 세장형 휠 허브(20, 20)와 각각 연결된다. 각각의 관절식 다리부(16a, 16b)는 각각의 허브 다리부 모터(19a, 19b)의 파워에 의해 그 각각의 허브(20, 20)를 중심으로 각각 개별적으로 관절식으로 연결된다. 일 실시예에 있어서, 휠 허브(20, 20) 각각은 상기 휠 허브(20, 20)와 각각 연결되는 제 1 및 제 2 쌍의 휠(24a, 24b)에 동력공급하도록 휠 모터(22, 22)를 각각 개별적으로 수용할 수 있다. 제 1 쌍의 휠(24a)은 제 1 다리부(16a)에 대응하고 제 1 쌍의 휠(24b)은 제 1 관절식 다리부(16b)에 대응한다. 여러 실시예에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 쌍의 휠(24a, 24b) 각각은 단지 상기 특별한 휠에 동력공급하는 개별 휠 모터(22, 22)를 각각 개별적으로 구비할 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 제 1 및 제 2 쌍의 휠(24a, 24b) 각각은 휠 모터(22, 22)를 공유할 수 있다.

로봇(10)의 메인 외측 하우징(12)은 로봇(10)의 원격 제어나 또는 자율 제어를 용이하게 하는 여러 구성요소를 수용할 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 있어서, 하우징(12)은 제어 회로(26), 통신 회로(28), GPS 회로(30), 통신 안테나(32), GPS 안테나(34), 카메라 시스템(36), 카메라 회로(38), 및 카메라 이미지를 저장하는 여러 카메라 연결된 하드웨어를 수용할 수 있다. 하우징(12)은 다양한 로봇 모터와 또한 제어부, 카메라, GPS, 및 로봇(10)의 통신 시스템에 동력공급하기 위한 하나 이상의 배터리 팩(40)을 수용할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프라인(42) 정상부에 놓인 파이프라인 검사 로봇(10)을 나타내는, 파이프라인 검사 시스템의 대안적인 사시도이다. 제 1 및 제 2 쌍의 휠(24a, 24b)은 로봇(10)이 파이프라인(42)의 상부에서 주행할 수 있게 하는 방향으로 정렬된다. 휠 허브(20)는 이에 대응하게 파이프라인(42)의 길이방향 축선에 실질적으로 수직으로 위치된다. 로봇(10)의 카메라 시스템(36)은 아래를 향하는 카메라를 구비한다. 이러한 카메라는 로봇이 파이프라인(42)의 표면 상태에 관한 데이터를 수집할 수 있게 하고, 그리고 또한 상기 로봇(10)이 상기 파이프라인(42)을 따라 주행함에 따라 상기 로봇(10)이 위치 조정되게 할 수 있다. 위치 조정은 원격 사용자의 제어 상황하에서 또는 로봇(10)에 의해 자율적으로 행해질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 자율 또는 자가-제어하에서의 경우에, 로봇(10)은 카메라 시스템(36)을 사용하여 파이프라인(42)에서 상기 로봇(10)의 위치를 모니터한다. 카메라 시스템(36)에 의해 수집된 이미지 데이터는 제어 회로(26)에 의해 분석되고, 상기 제어 회로는 다양한 휠 모터(22)를 사용하여 로봇(10)이 취하는 진로에 대한 위치 조정을 가능하게 한다. 여러 실시예에 있어서, 하우징 다리부 모터(18a, 18b)나 또는 허브 다리부 모터(19a, 19b)를 선택적으로 작동시키는 것은 또한 파이프라인(42)에서 로봇(10)의 진로를 변경시키는 위치 조정을 행할 수 있게 한다. 여러 실시예에 있어서, GPS 회로(30)에 의해 수신된 GPS 데이터는 또한 로봇(10)의 제어 회로(26)에 의해 동작되는 자율 위치결정 알고리즘에서 사용될 수 있다. GPS 회로(30)에 의해 결정된 GPS 위치 데이터는 제어 회로(26)의 저장 매체에서의 알려진 파이프라인 위치 데이터와 비교될 수 있다. 현 GPS 위치를 알려진 파이프라인 위치 및 윤곽과 비교함으로서, 로봇의 제어 회로(26)는 상기 파이프라인(42)의 축선에 실질적으로 평행한, 상기 파이프라인(42)에서 중앙 위치 아래로 이동하는 로봇(10)을 유지시키는 진로를 구상(plot)할 수 있다.

도 3은 메인 외측 하우징(12)의 한 측이 제거된 상태에서, 파이프라인 검사 로봇(10) 및 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프라인(42) 상의 로봇(10)을 나타내는, 파이프라인 검사 시스템의 측면도이다. 일 실시예에 있어서, 로봇(10)은 세트의 후퇴가능한 다리부 로킹 핀(44)을 구비할 수 있으며, 상기 로킹 핀은 상기 로봇(10)의 메인 외측 하우징(12)으로부터 그리고 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)와의 선택적인 간섭부(interference)로 측방향으로 뻗어있다. 후퇴가능한 다리부 로킹 핀(44)은 로봇(10)의 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)를 주행 위치로 로크하도록 사용될 수 있고, 그리고 상기 로봇(10)이 파이프라인(42)을 따라서 주행하고 있을 때, 상기 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)를 안정화시키도록 사용될 수 있다. 후퇴가능한 다리부 로킹 핀(44)은 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이 그리고 아래 기재된 바와 같이, 로봇(10)이 튀겨 오를(flip around) 필요가 있는 장애물과 상기 로봇(10)이 마주칠 때, 상기 로봇(10)의 메인 외측 하우징(12)으로 다시 후퇴될 수 있다. 선택적으로, 제어 회로(26)는 로킹 핀(44)의 후퇴 및 삽입을 제어한다.

도 4는 메인 외측 하우징(12)의 한 측이 본 발명의 일 실시예에 따라 제거된 상태에서, 파이프라인 검사 로봇(10)의 상부 부분을 나타내는, 파이프라인 검사 시스템의 일부 확대된 사시도이다. 일 실시예에 있어서, 후퇴가능한 다리부 로킹 핀(44)은 기계적 수단이나 또는 다른 것에 의해 전자기적으로 연장 및 후퇴할 수 있다. 메인 외측 하우징(12)은 로킹 핀(44)을 연장 및 후퇴시킬 수 있는, 상기 로킹 핀(44)과 연결되는 기계적 구조체나 또는 전자석(도시 생략)을 유지할 수 있다. 핀(44)은 외측 하우징(12)의 한 측에 수용될 수 있거나 또는 예를 들면, 상기 하우징(12)의 한 측에서 여러 핀 및 상기 하우징(12)의 다른 측에서 여러 핀을 구비할 수 있다.

도 5는 파이프라인 검사 로봇(10)이 파이프라인(42) 상의 장애물을 해쳐나감(negotiate)에 따른 다양한 위치를 명백하게 나타내는, 일 실시예의 파이프라인 검사 시스템의 측면도이다. 로봇(10)이 파이프라인(42) 아래로 주행함에 따라, 상기 로봇(10)은 상기 파이프라인(42)의 외측 표면에서 불연속성을 유도하고, 상기 로봇(10)의 원활한 전방 이동을 방지하는, 플랜지(46)와 같은 장애물에 마주칠 수 있다. 로봇(10)은 예를 들면, 카메라 시스템(36), GPS(30), 휠 모터(22)로부터의 피드백을 사용함으로써, 제 1 및 제 2 쌍의 휠(24a, 24b) 상에 가해진 힘을 감지함으로써, 또는 근접 센서를 통해, 많은 방식으로 장애물이나 정지된 이동부를 검출할 수 있다. 근접 센서는 광학/레이저 센서나 또는 초음파 센서를 포함할 수 있다. 제어 회로(26)와 함께 카메라 시스템(36)은 이미지 분석을 사용함으로써 또는 선택적으로 GPS 위치 데이터를 로봇(10)의 속도에 기초한 예측된 위치와 비교함으로써, 상기 로봇(10)의 전방 진행의 결여(lack)를 검출할 수 있다. 카메라 시스템(36) 및 GPS(30)는 또한 로봇이 플랜지(46)와 같은 장애물에 마주치는 지를 검출하도록 조합하여 사용될 수 있다. 부가적으로, 파이프라인에서의 각각의 장애물의 위치가 알려진다면, 로봇(10)은 각각의 장애물을 예측할 수 있고 그리고 상기 파이프라인(42)을 따라 알려진 위치에서 상기 파이프라인 상의 이동을 준비한다.

도 5는 로봇(10)이 플랜지(46)를 통과함에 따른 상기 로봇의 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)의 다수의 위치를 나타내고 있다. 도 5의 위치(1)에 도시된 바와 같이, 로봇(10)이 플랜지(46)를 검출한 이후에, 상기 플랜지(46)에 대해 제 1 쌍의 휠(24a)을 이동시킬 수 있다. 이후, 위치(2)에 도시된 바와 같이, 제 2 관절식 다리부(16b)에 부착된 하우징 다리부 모터(18b)는 상기 제 2 관절식 다리부(16b)를 파이프라인(42)으로부터 반시계 방향으로 멀리 상향 회전시킨다. 이러한 회전이 발생함에 따라, 제 2 쌍의 휠(24b)은 파이프라인(42) 상에 들어 올려질 것이다. 한편, 제 1 관절식 다리부(16a)에 부착된 허브 다리부 모터(19a)는 제 1 관절식 다리부(16a)를 반시계 방향으로 회전시킨다. 이러한 동시 이동은, 위치(3)에 도시된 바와 같이, 제 2 관절식 다리부(16b) 및 제 2 쌍의 휠(24b)이 하우징(12), 제 1 관절식 다리부(16a), 및 제 1 쌍의 휠(24a) 상에 직접적으로 위치한 상태의 직립 위치로 로봇(10)을 변경시킨다.

도 5에서의 위치(4)에 도시된 바와 같이, 플랜지(46)를 뒤집기 위하여(flip over), 제 2 관절식 다리부(16b)에 부착된 하우징 다리부 모터(18b)는 제 2 관절식 다리부(16b)를 반시계 방향으로 계속 회전시킴으로써, 상기 제 2 관절식 다리부(16b)를 낮출 것이다. 제 1 관절식 다리부(16a)에 부착된 허브 다리부 모터(19a)는 위치(5)에 도시된 바와 같이, 제 1 쌍의 휠(24a)에 마주한 플랜지(46)의 면에서 파이프라인(42)과 접촉할 때까지, 상기 제 1 관절식 다리부(16a)를 회전시키고, 이에 따라 상기 로봇(10)이 상기 플랜지(46)를 두 다리부로 버티고 있다(straddle). 플랜지(46) 청소를 마무리하기 위하여, 그리고 도 5에서의 위치(6-9)에 도시된 바와 같이, 로봇은 제 1 및 제 2 쌍의 휠(24a, 24b) 모두가 상기 플랜지(46)의 동일한 측에 있을 때까지 상기 약술된 단계를 반복한다.

도 6은 선택적인 다수의 아암 측 연장부 카메라 시스템(48)을 구비한 파이프라인 검사 로봇(10)을 나타낸, 파이프라인 검사 시스템의 후면도이다. 카메라 시스템은 세트의 상부 부분적인 원형 아암(50), 하부 부분적인 원형 아암 연장부(52), 세트의 하부 아암 연장부 모터(54), 세트의 상부 아암 카메라(56), 및 세트의 하부 아암 카메라(58)를 포함한다. 각각의 상부 아암(50)은 하우징(12)의 마주한 측방향 면으로부터 대략 90도 연장할 수 있다. 하부 아암 연장부(52)는 통상적으로 파이프라인(42)의 하부 측으로 완전하게 연장하지 않음에 따라 90 도보다 작게 전형적으로 연장하지만, 그러나 아래 파이프라인(42)으로 연장할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상부 원형 아암(50)은 파이프라인(42)의 축선 주위에서 상기 파이프라인(42)의 면을 따라 상부 아암 카메라(56)를 연장시킨다. 하부 원형 아암 연장부(52) 및 연장부 모터(54)는 파이프라인(42)의 의료용 하부 부분과 상부 아암 카메라(56) 사이의 다수의 위치에 하부 아암 카메라(58)를 위치시킬 수 있다. 상기 기술된 카메라 시스템(36)과 유사하게, 카메라(56, 58)는 파이프라인(42)의 보전성을 나타내는 이미지 데이터를 수집할 수 있다. 또한, 이미지 데이터는 휠 모터(22)를 사용하여 로봇(10)의 진로에 대한 위치 조정을 행하도록 제어 회로(26)에 의해 분석될 수 있다. 부가적으로, 카메라 데이터는 리얼 타임으로 분석될 수 있거나, 또는 파이프라인(42)의 상태를 판정하고 수집되어 이후 분석되고 그리고 필요하다면 임의의 수리가 행해질 것이다.

도 7a 및 도 7b는 하부 아암 연장부 모터(54), 상부 아암 카메라(56), 및 하부 아암 카메라(58)와 함께, 상부 부분적인 원형 아암(50) 및 하부 부분적인 원형 아암 연장부(52)의 후면도이다. 도 7a에 있어서, 하부 부분적인 원형 아암 연장부(52)는 완전하게 연장되고, 그리고 도 7b에서 하부 부분적인 원형 아암 연장부(52)가 완전하게 후퇴된다. 카메라(58)가 도 7a 및 도 7b의 완전하게 연장된/후퇴된 위치 사이의 임의의 각도 위치에 선택적으로 위치될 수 있도록, 아암 연장부(52)가 부분적으로 후퇴되는 실시예가 존재한다.

도 8은 절반정도 묻힌 파이프라인(42)을 조사(survey)하는 선택적인 다중 아암 측 연장부 카메라 시스템(48)을 구비한 파이프라인 검사 로봇(10)을 나타내는, 파이프라인 검사 시스템의 후면도이다. 이러한 실시예에 있어서, 카메라 시스템(48)은 상부 원형 카메라 아암(50)과 관련하여 부분적으로 후퇴된 위치에서 세트의 하부 원형 카메라 아암(52)과 작동할 수 있다. 여러 실시예에 있어서, 하부 원형 카메라 아암(52)이 상부 원형 카메라 아암(50)의 중공의 내부와 텔레스코프식으로 끼워질 수 있다(telescope). 이러한 구성은 조사될 수 있지만, 그러나 또한 파이프라인(42)이 묻히지 않은 상기 파이프라인의 여러 부분에 검사 로봇(10)의 유용함을 최대화하는 상기 파이프라인(42)의 양을 제한한다. 하부 원형 카메라 아암(52)이 후퇴될 때, 하부 카메라(58)가 터언 오프될 것이다. 하부 연장부 아암(52)이 필요할 때 후퇴할 수 있고, 이후 파이프라인(42)이 섹션에 묻히지 않았다는 것을 이미지 분석이 나타낼 때, 다시 연장할 수 있다.

파이프라인(42)의 반 이상이 묻힌 경우에, 상부 및 하부 카메라 아암(50, 52)은 상기 상부 및 하부 카메라 아암(50, 52)가 하우징(12)을 갖는 연결부를 중심으로 회전가능하게 하는 특징부를 구비할 수 있다. 이럴 경우에서는, 상부 및 하부 카메라 아암(50, 52)이 카메라(56, 58)를 파이프라인(42) 상에, 가능하다면 수직 직립 위치로도 상승할 수 있다. 통상적으로 상부 및 하부 카메라 아암(50, 52)은 후퇴될 것이고, 그리고 카메라(56, 58)는 상향 연장 위치로 피벗될 때, 터언 오프될 것이다.

본 발명이 본 발명의 특정 실시예와 관련하여 기술되어 있지만, 당업자라면 상기 기재된 사항으로부터 여러 변경, 수정 및 대안이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 이에 따라, 상기 모든 변경, 수정 및 대안이 첨부된 청구범위의 폭넓은 범주 및 사상의 범위 내에서 행해질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 개시된 부재를 적당하게 포함하거나, 상기 부재로 이루어지거나 또는 반드시 이루어질 수 있으며, 개시되지 않은 부재 없이도 실시될 수 있다. 더욱이, 제 1 및 제 2와 같은 순서를 의미하는 표현은 단지 예시적인 의미를 나타내기 위한 것으로서, 상기 의미로 한정되기 위함이 아님을 알 수 있을 것이다. 예를 들면, 특정 단계가 단 하나의 단계에 통합될 수 있다는 것을 당업자라면 알 수 있을 것이다.

본 명세서에 기재된 단수 표현은 따로 특별히 언급하지 않았다면 복수의 의미를 포함할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

선택적이나 또는 대안적이라는 표현은 순차적으로 기술된 상황이나 경우가 발생할 수도 발생하지 않을 수도 있다는 것을 의미한다. 기재된 사항은 발생되는 상황이나 경우의 예시적인 사항과, 발생하지 않는 상황이나 경우의 예시적인 사항을 포함한다.

범위는 하나의 특별한 값에 대해서부터, 및/또는 다른 하나의 특별한 값에 대해서 까지와 같이 본 명세서에 표현될 수 있다. 이러한 범위가 표현될 때, 다른 일 실시예가 하나의 특별한 값으로부터 및/또는 다른 특정 값으로, 상기 범위 내의 모든 조합과 함께 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims

파이프라인(42)의 표면을 따라서 주행하는 파이프 검사 로봇(10)으로서,
몸체(12);
상기 몸체(12)에 부착된 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b);
제 1 관절식 다리부(16a)와 통신 제어되는 상태의 제 1 다리부 모터(18a) 및 제 2 관절식 다리부(16b)와 통신 제어되는 상태의 제 2 다리부 모터(18b); 및
상기 몸체(12)로부터 먼, 상기 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)의 먼쪽 단부에서, 상기 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)의 각각의 관절식 다리부에 각각 개별적으로 부착된 제 1 및 제 2 쌍의 휠(24a, 24b);을 포함하고,
상기 제 1 관절식 다리부는 제 1 휠 축선 주위에서 제 1 쌍의 휠 주위에 관절식 작동하고, 상기 제 2 관절식 다리부는 제 2 휠 축선 주위에서 제 2 쌍의 휠 주위에 관절식 작동하고, 그리고 상기 제 1 휠 축선과 상기 제 2 휠 축선은 상기 몸체의 공통 중심 축선과 평행하며, 상기 제 1 쌍의 휠 및 상기 제 2 쌍의 휠은 상기 파이프라인을 따라서 상기 몸체와 이동하도록 구성되고,
상기 제 1 쌍의 휠(24a)이 상기 몸체의 이동 방향에 있어 상기 제 1 쌍의 휠의 전방에서 장애물과 마주칠 때, 상기 제 2 쌍의 휠(24b)이 상기 장애물의 반대쪽에서 상기 파이프라인(42)의 표면과 접촉할 때까지, 상기 제 2 다리부 모터(18b)가 상기 제 2 다리부(16b)를 상기 파이프라인(42)의 표면으로부터 멀리 상향으로 그리고 상기 몸체(12) 주위로 원주방향으로 회전시키고, 이후 상기 로봇(10)이 상기 장애물을 넘어 통과하기 위하여, 상기 제 1 쌍의 휠(24a)이 상기 파이프라인(42)의 표면과 접촉할 때까지, 상기 제 1 다리부 모터(18a)가 상기 제 1 다리부(16a)를 상기 파이프라인(42)의 표면으로부터 멀리 상향으로 그리고 상기 몸체(12) 주위로 원주방향으로 회전시키도록, 상기 제 1 및 제 2 다리부 모터(18a, 18b)가 구성되고,
상기 제 1 관절식 다리부와 상기 제 2 관절식 다리부는 서로 독립적이고 상기 제 1 관절식 다리부와 상기 제 2 관절식 다리부는 상기 몸체의 공통 중심 축선 주위에서 상기 몸체 주위에 관절식 연결되는, 파이프라인(42)의 표면을 따라서 주행하는 파이프 검사 로봇(10).
청구항 1에 있어서,
상기 제 1 쌍의 휠(24a)과 상기 제 2 쌍의 휠(24b)은 각각 제 1 및 제 2 휠 허브(20, 20)에 의해, 상기 제 1 관절식 다리부(16a)와 제 2 관절식 다리부(16b)에 각각 부착되고, 그리고 상기 제 1 및 제 2 휠 허브(20, 20)는 상기 휠(24a, 24b)에 동력을 공급하도록 적어도 하나의 휠 모터(22)를 수용하는, 파이프라인(42)의 표면을 따라서 주행하는 파이프 검사 로봇(10).
청구항 2에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 쌍의 휠(24a, 24b) 중 각각의 휠은 별개의 휠 모터(22, 22)에 의해 동력공급되고, 그리고 상기 로봇(10)의 진로는 대응하는 휠 모터(22, 22)로써 상기 제 1 및 제 2 쌍의 휠(24a, 24b) 중 각각의 휠의 속도를 증가시키거나 감소시킴으로써 조정될 수 있는, 파이프라인(42)의 표면을 따라서 주행하는 파이프 검사 로봇(10).
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 몸체(12)는 제어 회로(26), 통신 회로(28), GPS(global positioning system) 회로(30), GPS 안테나(34), 카메라(56, 58), 카메라 회로(38), 및 배터리 팩(40)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나의 장치를 수용하는, 파이프라인(42)의 표면을 따라서 주행하는 파이프 검사 로봇(10).
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇(10)을 가이드하기 위해 그리고 상기 파이프라인(42)의 표면 상태에 대해 데이터를 수집하기 위해 상기 몸체(12)에 부착된 아래를 향하는 카메라(56, 58)를 더 포함하는, 파이프라인(42)의 표면을 따라서 주행하는 파이프 검사 로봇(10).
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇(10)은 자율적인, 파이프라인(42)의 표면을 따라서 주행하는 파이프 검사 로봇(10).
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇(10)은 원격 제어되는, 파이프라인(42)의 표면을 따라서 주행하는 파이프 검사 로봇(10).
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 몸체(12)에 부착되고 그리고 연장된 위치와 후퇴된 위치를 갖는 핀(44)을 더 포함하고, 상기 핀(44)이 상기 연장된 위치에 있을 때, 상기 몸체(12)와 관련하여 상기 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)의 위치를 로크하고, 그리고 상기 핀이 상기 후퇴된 위치에 있을 때, 상기 핀(44)에 의해 상기 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)가 상기 몸체(12)와 관련하여 관절식으로 연결될 수 있는, 파이프라인(42)의 표면을 따라서 주행하는 파이프 검사 로봇(10).
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 몸체(12)에 부착되고 상기 파이프의 원주의 한 부분의 주위에 상기 몸체(12)로부터 외측으로 뻗어있는 원주방향 아암(50)을 더 포함하고, 상기 원주방향 아암(50)은 상기 파이프의 상기 표면을 검사하기 위한 카메라(56, 58)를 구비하는, 파이프라인(42)의 표면을 따라서 주행하는 파이프 검사 로봇(10).
청구항 9에 있어서,
상기 원주방향 아암(50)에 미끄럼가능하게 부착되고 그리고 상기 파이프의 원주 주위에서 더욱 연장되도록 구성된 원주방향 아암 연장부(52)를 더 포함하는, 파이프라인(42)의 표면을 따라서 주행하는 파이프 검사 로봇(10).
파이프라인 검사 로봇(10)으로서,
몸체(12);
상기 몸체(12)에 부착되고, 서로 독립적으로 관절식 연결되고, 그리고 상기 몸체의 공통 중심 축선 주위에서 관절식 작동하는 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b);
상기 몸체(12)로부터 상기 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)의 먼쪽 단부에서, 상기 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)의 각각의 관절식 다리부에 각각 개별적으로 부착된 제 1 및 제 2 쌍의 휠(24a, 24b); 및
상기 몸체(12)에 부착되고, 파이프라인(42)의 원주의 한 부분의 주위에서 상기 몸체(12)로부터 외측으로 뻗어있는 원주방향 아암(50);을 포함하고,
상기 원주방향 아암(50)은 상기 파이프라인(42)의 표면을 검사하기 위한 카메라(56, 58)를 구비하고,
상기 제 1 관절식 다리부는 제 1 휠 축선 주위에서 제 1 쌍의 휠 주위에 관절식 작동하고, 상기 제 2 관절식 다리부는 제 2 휠 축선 주위에서 제 2 쌍의 휠 주위에 관절식 작동하고, 그리고 상기 제 1 휠 축선과 상기 제 2 휠 축선은 상기 몸체의 중심 축선과 평행하며, 상기 제 1 쌍의 휠 및 상기 제 2 쌍의 휠은 상기 파이프라인을 따라서 상기 몸체와 이동하도록 구성되고,
상기 제 1 쌍의 휠이 상기 몸체의 이동 방향에 있어 상기 제 1 쌍의 휠의 전방에서 장애물과 마주칠 때, 상기 제 2 쌍의 휠이 상기 장애물의 반대쪽에서 상기 파이프라인의 표면과 접촉할 때까지, 상기 제 2 관절식 다리부가 상기 파이프라인의 표면으로부터 멀리 상향으로 그리고 상기 몸체 주위에서 원주방향으로 회전하고, 이후 상기 로봇이 상기 장애물을 넘어 통과하기 위하여, 상기 제 1 쌍의 휠이 상기 파이프라인의 표면과 접촉할 때까지, 상기 제 1 관절식 다리부가 상기 파이프라인의 표면으로부터 멀리 상향으로 그리고 상기 몸체 주위에서 원주방향으로 회전하는, 파이프라인 검사 로봇(10).
청구항 11에 있어서,
상기 원주방향 아암(50)에 미끄럼가능하게 부착되고, 그리고 상기 원주방향 아암(50)보다 상기 파이프라인(42)의 원주 주위에서 더욱 연장되도록 구성된 원주방향 아암 연장부(52)를 더 포함하는, 파이프라인 검사 로봇(10).
청구항 11에 있어서,
상기 제 1 관절식 다리부(16a)와 제 1 다리부 모터(18a)가 통신 제어되고 상기 제 2 관절식 다리부(16b)와 제 1 다리부 모터(18b)가 통신 제어되는 상태에 있고, 상기 제 1 쌍의 휠(24a)이 상기 몸체의 이동 방향에 있어 상기 제 1 쌍의 휠의 전방에서 장애물과 마주칠 때, 상기 제 2 쌍의 휠(24b)이 상기 장애물의 반대쪽에서 상기 파이프라인(42)의 표면과 접촉할 때까지, 상기 제 2 다리부 모터(18b)가 상기 제 2 관절식 다리부(16b)를 상기 파이프라인(42)의 표면으로부터 멀리 상향으로 그리고 상기 몸체(12) 주위에서 원주방향으로 회전시키고, 이후 상기 로봇(10)이 상기 장애물을 넘어 통과하기 위하여, 상기 제 1 쌍의 휠(24a)이 상기 파이프라인(42)의 표면과 접촉할 때까지, 상기 제 1 다리부 모터(18a)가 상기 제 1 관절식 다리부(16a)를 상기 파이프라인(42)의 표면으로부터 멀리 상향으로 그리고 상기 몸체(12) 주위에서 원주방향으로 회전하도록, 상기 제 1 및 제 2 다리부 모터(18a, 18b)가 구성되는, 파이프라인 검사 로봇(10).
청구항 11 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 쌍의 휠(24a, 24b) 각각은 제 1 및 제 2 휠 허브(20, 20)에 의해, 상기 제 1 및 제 2 다리부(16a, 16b)에 각각 개별적으로 부착되고, 상기 제 1 및 제 2 휠 허브(20, 20)가 제 1 및 제 2 쌍의 휠(24a, 24b) 중 각각의 휠용 별개의 휠 모터(22, 22)를 수용하고, 그리고 상기 로봇(10)의 진로가 대응하는 휠 모터(22)로써 상기 제 1 및 제 2 쌍의 휠(24a, 24b)의 각각의 휠의 속도를 증가시키거나 감소시킴으로써 조정될 수 있는, 파이프라인 검사 로봇(10).
청구항 11 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇(10)을 가이드 하기 위한 그리고 상기 파이프라인(42)의 표면 상태에 대해 데이터를 수집하기 위한 상기 몸체(12)에 부착된 아래를 향하는 카메라(56, 58)를 더 포함하는, 파이프라인 검사 로봇(10).
청구항 11 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇(10)은 자율적인, 파이프라인 검사 로봇(10).
청구항 11 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로봇(10)은 원격 제어되는, 파이프라인 검사 로봇(10).
청구항 11 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 몸체(12)에 부착되고 연장된 위치와 후퇴된 위치를 갖는 핀(44)을 더 포함하고, 상기 핀(44)은 상기 연장된 위치에 있을 때, 상기 몸체(12)와 관련하여 상기 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)의 위치를 로크하고, 그리고 상기 핀이 상기 후퇴된 위치에 있을 때, 상기 핀(44)에 의해, 상기 제 1 및 제 2 관절식 다리부(16a, 16b)가 상기 몸체(12)와 관련하여 관절식 연결될 수 있는, 파이프라인 검사 로봇(10).
파이프라인(42) 검사 방법으로서,
몸체의 중심 축선을 갖는 몸체(12); 그리고 제 1 휠 축선 및 제 2 휠 축선을 개별적으로 각각 갖고 제 1 쌍의 휠(24a) 및 제 2 휠 축선을 갖는 제 2 쌍의 휠(24b)을 상기 몸체로부터 먼 단부에서 구비한 제 1 휠 조립체 및 제 2 휠 조립체;로써 특징지워지는 로봇 검사 장치(10)를 제공하는 단계;
상기 제 1 휠 조립체가 장애물 근처에 있을 때, 상기 제 1 휠 조립체의 전방에 위치한, 상기 파이프라인(42) 상의 장애물 근처로 상기 파이프라인(42)을 따라 상기 몸체의 이동 방향으로 상기 로봇 검사 장치(10)를 가압하는 단계;
상기 제 2 휠 조립체에서의 제 2 쌍의 휠(24b)이 상기 파이프라인(42) 상에서 선회하고 그리고 상기 제 1 휠 조립체에 마주한 상기 장애물의 한 측에서 상기 파이프라인(42) 상에 착지하도록, 상기 몸체(12)와 관련하여 상기 몸체의 중심 축선 주위에서 상기 장애물로부터 먼 쪽의 제 2 휠 조립체를 관절식 작동하는 단계와, 상기 제 1 휠 조립체와 관련하여 상기 제 1 휠 축선 주위에서 상기 몸체(12)를 관절식 작동하는 단계; 및
제 2 휠 조립체와 관련하여 상기 제 2 휠 축선 주위에서 상기 몸체(12)를 관절식으로 작동하는 단계와, 제 1 휠 조립체 상의 제 1 쌍의 휠(24a)이 상기 장애물로부터 먼쪽의 위치에서 그리고 상기 제 2 휠 조립체의 한 측 상의 상기 파이프라인(42)에 착지하도록, 상기 몸체(12)와 관련하여 상기 몸체의 중심 축선 주위에서 제 1 휠 조립체를 관절식으로 작동하는 단계;를 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 휠 축선은 상기 몸체의 중심 축선과 평행하고, 상기 제 1 및 제 2 휠 조립체는 상기 몸체의 중심 축선 주위에서 상기 몸체(12)의 원주 주위에서 완전하게 관절식 작동되도록 그리고 또한 상기 제 1 및 제 2 휠 축선 주위에서 관절식 작동되도록 구성되고, 그리고 상기 제 1 및 제 2 휠 조립체는 상기 파이프라인을 따라서 상기 몸체와 이동하도록 구성되는, 파이프라인(42) 검사 방법.
청구항 19에 있어서,
카메라(56, 58), GPS(global positioning system)(30), 및 근접 센서로 이루어진 그룹에서 선택되고 상기 로봇 몸체(12)에 부착된 장치(10)를 사용하여 장애물을 검출하는 단계에 의해 더 특징지워지는, 파이프라인(42) 검사 방법.