KR102517549B1 - 관로 갱생 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 관로 갱생 로봇은, 관로의 내주면까지 방사상으로 연장되어 관로의 내주면에 대한 물리적 처리를 수행하는 전방회전모듈(10); 상기 전방회전모듈(10)보다 후방에 구성되고, 관로의 내주면까지 방사상으로 연장되어 관로의 내주면에 대한 물리적 처리를 수행하는 후방회전모듈(20);을 포함하여 구성되며, 상기 전방회전모듈(10)의 회전반경영역과 상기 후방회전모듈(20)의 회전반경영역 사이의 공간에 상기 전방회전모듈(10)에 결합하는 전방회전축(51)과 상기 후방회전모듈(20)에 결합하는 후방회전축(52)을 구동하기 위한 수단들이 구성되며, 상기 전방회전모듈(10)과 상기 후방회전모듈(20)은 서로 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.

Description

관로 갱생 로봇{ROBOT FOR PIPE RENEWAL}

본 발명은 오래된 관로의 갱생에 사용되는 장치 및 로봇에 관한 것으로서, 특히 초대형 관로의 갱생에 사용되는 장치 및 로봇에 관한 것이다.

오래되어 위생적·구조적ㆍ수리학적으로 불완전해진 도관을 보수하여 새롭게 하는 관로갱생은 관로 교체보다 경제적이라는 장점이 있다. 이를 위하여 관로의 오래된 도막등을 제거하는 다양한 형태의 장치(로봇)가 알려져 있다.

특허문헌1의 기술에서는 도막 제거장치 구동부(210; 이하 특허문헌1의 도면부호임)와 디스크 커터(221)가 포함된 회전 가능한 형태로 구성되는 도막 제거부(220)로 이루어진 도막 제거장치(200)가 개시되어 있다. 상기 도막 제거장치(200)는 도막 제거장치 구동부(210)에 의해 노후관로(P) 내면 내에서 이동함과 동시에 도막제거부(220)가 회전하여 도막 제거부(220) 끝단에 형성된 디스크 커터(221)가 노후관로(P)의 내면 도막층에 파고들어 도막이 박리될 수 있도록 작동하여 도막 제거작업이 이루어지게 된다.

그런데, 이러한 도막제거장치는 도막 제거부(220)가 일방향으로 회전시 반대방향으로 장치가 반작용력을 받게 되므로, 도막 제거부(220)의 회전에 따라 관로의 길이방향에 대한 장치의 정렬이 살짝 삐뚤어지는 문제가 생기게 된다. 즉, 도막 제거부(220)가 관로의 수직 단면에 정확히 정렬하지 못하고 약간 틀어지게 됨으로써, 도막제거부(220)의 디스크 커터(221)는 관로의 윗부분과 아랫부분에는 닿지만 관로의 측면부분에는 닿지않게 되는 문제가 발생되는데, 도막제거부(220)의 회전반경에 따른 원반이 관로의 수직에 대하여 살짝 틀어짐으로써 이러한 문제가 발생된다.

이러한 문제를 피하기 위해서는 적어도 중심으로부터 3방향 이상 방사상 방향으로 뻗는 팔과, 팔의 끝에 구성되는 가이드롤러를 별도로 구성함으로써, 장치의 길이방향 정렬을 유지하는 방법이 채용될 수 있다.

대한민국 특허 제1463577호 2014. 11. 13. 등록 "노후관로 내면에 표면조도를 형성할 수 있는 노후관로 갱생공법"

본 발명의 목적은 가이드롤러와 같은 정렬유지수단을 채용하지 않고도 정렬을 유지하며, 동시에 관로에 대한 처리 효율도 향상시킬 수 있는 관로 갱생 로봇을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 양상에 따른 관로 갱생 로봇은, 관로의 내주면까지 방사상으로 연장되어 관로의 내주면에 대한 물리적 처리를 수행하는 전방회전모듈(10); 상기 전방회전모듈(10)보다 후방에 구성되고, 관로의 내주면까지 방사상으로 연장되어 관로의 내주면에 대한 물리적 처리를 수행하는 후방회전모듈(20);을 포함하여 구성되며, 상기 전방회전모듈(10)의 회전반경영역과 상기 후방회전모듈(20)의 회전반경영역 사이의 공간에 상기 전방회전모듈(10)에 결합하는 전방회전축(51)과 상기 후방회전모듈(20)에 결합하는 후방회전축(52)을 구동하기 위한 수단들이 구성되며,

상기 전방회전모듈(10)과 상기 후방회전모듈(20)은 서로 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 한다.

상기한 관로 갱생 로봇에 있어서, 상기 전방회전축(51)을 구동하는 전방회전모터(81)와, 상기 후방회전축(52)을 구동하는 후방회전모터(82)와, 상기 전륜(61) 및 후륜(62) 중 하나 이상을 구동하는 이동용모터(82)가, 상기 전방회전모듈(10)의 회전반경영역과 상기 후방회전모듈(20)의 회전반경영역 사이의 공간에서 구성된다.

상기한 관로 갱생 로봇에 있어서, 상기 후방회전축(51)의 내부를 관통하고 그 중심부에 길이방향을 관통하는 관통공을 가진 전선파이프(90)를 구비하며, 상기 전방회전모터(81), 상기 후방회전모터(82) 및 상기 이동용모터(82)에 대하여 전력을 공급하는 전력공급선(91)은, 상기 전선파이프(90)의 관통공을 통하여 상기 후방회전모듈(20)의 중앙을 지나 외부로 연결된다.

상기한 관로 갱생 로봇에 있어서, 일단이 상기 전선파이프(90)에 결합하고 타단이 차체(40)에 결합하는 회전방지로드(92);를 더 포함하여 구성된다.

상기한 관로 갱생 로봇에 있어서, 차체(40); 상기 전방회전축(51)은 상기 차체(40)에 회전가능하게 고정되되 상기 차체(40)의 전방으로 돌출된 일단을 가지고, 상기 전방회전모듈(10)은 그 중앙부분이 상기 전방회전축(51)의 돌출된 일단에 결합하여 회전되며, 상기 후방회전축(52)은 상기 차체(40)에 회전가능하게 고정되되 상기 차체(40)의 후방으로 돌출된 일단을 가지고, 상기 후방회전모듈(20)은 그 중앙부분이 상기 후방회전축(52)의 돌출된 일단에 결합하여 회전된다.

상기한 관로 갱생 로봇에 있어서, 상기 차체의 하측에 축설된 전륜차축(71) 및 후륜차축(72)의 양단에 각각 고정되어 상기 차체(40)의 하중을 지지하면서 상기 차체(40)의 전·후방 이동을 위한 전륜(61) 및 후륜(62);를 더 포함하여 구성된다.

상기한 관로 갱생 로봇에 있어서, 상기 전방회전모듈(10)은, 관로의 내주면에 있는 도막이나 스케일을 긁어내는 물리적 처리를 수행하는 복수의 스트리핑헤드(16); 상기 스트리핑헤드(16)에 각각 결합하며, 상기 스트리핑헤드(16)에 대하여 방사상의 외측방향으로 탄성력을 부여하는 복수의 스프링암(13);을 포함한다.

상기한 관로 갱생 로봇에 있어서, 상기 스트리핑헤드(16)는, 관로의 내주면에 접촉하는 복수의 팁(t)이 서로 이격공간(d)를 두고 병렬 배치된 블레이드(16a)를 구비한다.

상기 복수의 스트리핑헤드(16)에 있어서, 어느 한 블레이드(16a)에서 복수의 팁사이의 이격공간에, 이웃하는 다른 블레이드(16a)의 팁이 회전후 위치되도록 구성된다.

상기 스프링암(13)은, 상기한 관로 갱생 로봇에 있어서, 상기 스트리핑헤드(16)에서 중심방향으로 연장되는 헤드로드(16e)의 소경부가 내삽되는 압축스프링(13d); 대략 원통형이며 일측으로 상기 헤드로드(16d) 및 상기 압축스프링(13d)이 내삽되는 원통부(13a); 상기 원통부(13a)의 타측에서 상기 헤드로드(16d)에 나사결합하여 상기 헤드로드(16d)가 외측으로 이탈되는 것을 방지하는 하나이상의 너트(14b,14c);를 포함하여 구성된다.

상기한 관로 갱생 로봇에 있어서, 상기 스프링암(13)은, 상기 원통부(13a)의 외측으로 상기 원통부(13a)에 용접된후 방사상의 외측 방향으로 연장하는 가이드핀(13c)을 더 구비하며, 상기 스트리핑헤드(16)는, 상기 블레이드(16a)를 협지하는 바이스(16b); 일측면에 상기 바이스(16d)가 수직으로 입설되며, 타측면에 상기 헤드로드(16d)가 수직으로 입설되는 헤드플레이트(16d);를 더 구비하며, 상기 가이드핀(13c)은 상기 헤드플레이트(16d)에 구성되는 가이드홀에 의해 가이드된다.

상기한 관로 갱생 로봇에 있어서, 상기 스트리핑헤드(16)의 자리에 치환하여 착탈되며, 상기 스트리핑헤드(16)에 의한 가공후에 관로의 내면에 표면조도를 형성하는 브러싱헤드(17);를 더 구비하며, 상기 브러싱헤드(17)는, 브러시(17a)와, 상기 브러시(17a)를 협지하는 한쌍의 컵(17b,17c)과, 상기 한쌍의 컵(17b,17c)을 관통하는 헤드볼트(17d)와, 상기 헤드볼트(17d)가 용접으로 결합되는 헤드로드(17e)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면 관로 갱생 로봇의 길이는 적당하게 하면서도 전방회전모듈과 후방회전모듈 사이의 거리는 최대로 할 수 있고, 전방회전모듈의 구동로 인해 차체등이 받는 반작용력과 후방회전모듈의 구동으로 인해 차체등이 받는 반작용력은 서로 반대방향이어서 상쇄될 수 있으므로, 관로의 길이방향에 대하여 관로 갱생 로봇의 정렬이 보다 잘 유지될 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 정렬을 위하여 별도로 관로의 내주면으로 연장하는 복수의 가이드 롤러를 구성하지 않아도 되며, 전방회전모듈과 후방회전모듈 사이의 넓어진 간격으로 보다 안정적으로 정렬이 유지되며, 또한, 2개의 회전모듈이 동시에 작업을 수행할 수 있으므로 작업효율까지 향상되는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 블레이드에서 관로의 내주면에 접촉하는 복수의 팁(t)이 서로 이격공간(d)를 두고 병렬 배치됨으로써, 관로사이의 용접시 내측으로 약간 돌출되는 용접부위에 인접하는 도막이나 녹을 용이하게 긁어낼 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관로 갱생 로봇의 전체 구성을 도시한 정면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관로 갱생 로봇에서 회전방지로드(92)와 그 주변을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전방회전모듈 또는 후방회전모듈을 도시한 도면이고, 도 4 내지 도 6은 스트리핑헤드(16) 및 스프링암(13) 등을 도시한 것으로서, 도 4는 일 방향 사시도이고 도 5는 다른 방향에서 본 도면이며, 도 6은 분해 사시도이다.
도 7은 4개의 스트리핑헤드(16)에 각각 사용되는 4개의 블레이드(16d)에 대하여, 블레이드의 팁부분과 몸체(m)의 일부를 도시한 것이다.
도 8(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 관로 갱생 로봇의 브러싱헤드(17)를 도시한 도면이며, 도 8(b)는 브러시 및 내측컵등을 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 관로 갱생 로봇에서 회전반경영역등을 설명하기 위한 개념도이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 관로 갱생 로봇의 전체 구성을 도시한 정면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관로 갱생 로봇에서 회전방지로드(92)와 그 주변을 도시한 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 관로 갱생 로봇은 전방회전모듈(10), 전방회전축(51), 전방회전모터(81), 전방체인(83), 전방축고정부(54;54a,54b), 후방회전모듈(20), 후방회전축(52;52a,52b,52c), 후방회전모터(73), 후방체인(84), 후방축고정부(53;53a,53b), 차체(40), 전륜(61) 및 전륜차축(71), 후륜(62) 및 후륜차축(72), 이동용모터(82), 전선파이프(90) 및 전력공급선(91) 등을 포함하여 구성된다.

도시되지 않은 컨트롤박스에는 제어부가 구성되는데, 제어부는 전력공급선(91)을 통하여 전력을 공급받아서 전방회전모터(81), 후방회전모터(73) 및 이동용모터(82)에 대하여 구동전류를 공급한다. 그리고 제어부는 사용자가 휴대하는 리로트 콘트롤러로부터의 명령을 무선으로 수신하고 상기한 모터들을 제어하는데, 제어부는 후방축고정부(53b)의 상부에 위치하는 금속재의 컨트롤박스에 내장되되 컨트롤박스로부터 내려진 금속재의 기둥이 차체(40)에 용접되는 것으로써 고정된다(도시되지 않음).

전방회전모듈(10)은 로봇의 전방(진행방향의 앞쪽)에 위치하여 회전하며, 각 암모듈(Arm Module)이 관로의 내주면까지 방사상으로 연장되어 관로의 내주면에 대한 물리적 처리를 수행하는데, 도 1에서는 전방회전모듈(10) 또는 후방회전모듈(20)의 각 암모듈에 탈착될 수 있는 스트리핑헤드(16; 도 2 참조) 또는 브러싱헤드(17; 도 8참조)가 탈거된 상태를 도시한 것으로서, 스트리핑헤드(16) 또는 브러싱헤드(17)가 장착되면 이들의 선단은 관로의 내주면에 접촉할 수 있을 정도로 연장된다.

전방회전축(51)은, 차체(40)에 고정되는 제 1 전방축고정부(54a) 및 제 2 전방축고정부(54b)(내부에 전방회전축과의 사이에는 베어링을 포함)를 이용하여 차체(40)에 회전가능하게 고정되되, 차체(40)의 전방으로 돌출된 일단을 가지며, 타단에 구성된 스프라켓과 전방체인(83)을 통하여 전방회전모터(81)에 의해 구동된다. 전방회전모듈(10)은 그 중앙부분(회전중심부분)이 전방회전축(51)의 돌출된 일단에 결합하여 회전된다.

후방회전모듈(20)은 전방회전모듈(10)보다 후방에 구성되되, 관로 갱생 로봇의 후방(진행방향의 뒤쪽)에 위치하여 회전하며, 각 암모듈이 관로의 내주면까지 방사상으로 연장되어 관로의 내주면에 대한 물리적 처리를 수행하는데, 도 1에서는 후반회전모듈(20)의 선단에 탈착될 수 있는 스트리핑헤드(16; 도 2 참조) 또는 브러싱헤드(17; 도 8참조)가 탈거된 상태를 도시한 것으로서, 스트리핑헤드(16) 또는 브러싱헤드(17)가 장착되면 이들의 선단은 관로의 내주면에 접촉할 수 있을 정도로 연장된다.

후방회전축(52;52a,52b,52c)은 제 1 후방회전축(52a), 제 2 후방회전축(52b) 및 제 3 후방회전축(52c; 도 2 참조) 등이 일체로 결합된 것이다. 후방회전축(52;52a,52b,52c)은, 차체(40)에 고정되는 제 1 후방축고정부(53a) 및 제 2 후방축고정부(53b)(내부에는 후방회전축과의 사이에 베어링을 포함)를 이용하여 차체(40)에 회전가능하게 고정되되, 차체(40)의 후방으로 돌출된 일단을 가지며, 후방회전축의 중간 부분에 구성된 스프라켓과 후방체인(84)을 통하여 후방회전모터(73)에 의해 구동된다. 후방회전모듈(20)은 그 중앙부분(회전중심부분)이 후방회전축(52)의 돌출된 일단에 결합하여 회전된다.

전방회전모듈(10) 및 후방회전모듈(20)의 외경은 대략 물리적 처리를 수행할 관로의 내경과 동일하다. 전방회전모듈(10)은 관로 갱생 로봇의 최전방에 위치하고 후방회전모듈(20)은 관로 갱생 로봇의 최후방에 위치한다.

전방회전모듈(10)의 회전반경영역과 후방회전모듈(20)의 회전반경영역 사이의 공간에 차체(40)와, 이에 탑재되는 전방회전축(51), 전방회전모터(81), 전방체인(83), 전방축고정부(54;54a,54b), 후방회전축(52;51a,51b,51c), 후방회전모터(73), 후방체인(84), 후방축고정부(53;53a,53b), 이동용모터(82) 및 전선파이프(90)가 구성된다.

또한, 전방회전모듈(10)의 회전반경영역과 후방회전모듈(20)의 회전반경영역 사이의 공간에는, 차체의 하측에 축설된 전륜차축(71)과 이의 양단에 고정되어 차체의 하중을 지지하는 전륜(61)과, 그 후방 차체의 하측에 축설된 후륜차축(72)과 이의 양단에 고정되어 차체의 하중을 지지하는 후륜(62)이 구성된다. 전륜(61) 및 후륜(62)은 관로의 저면부에 접촉하고 관로 갱생 로봇의 전·후방 이동을 위한 것으로서, 이동용모터(82)는 도시되지 않은 체인 및 스프라켓(도 1의 도시방향의 반대쪽에 구성됨)을 통하여 후륜차축(72)을 구동하며, 사용자의 리모트컨트롤러에 의한 무선 명령에 따라 제어부가 이동용모터(82)의 구동여부 및 구동방향을 제어함으로써, 관로 갱생 로봇의 전진 또는 후진을 수행한다.

전선파이프(90)는 후방회전축(51)의 내부를 길이방향으로 관통하고 그 중심부에는 관통공을 가지는데, 전선파이프(90)는 후방회전모듈(20)의 중앙뒷쪽에서 시작하여 차체(40)의 중앙, 구체적으로 제 2 후방축고정부(53b)를 관통하고 후방회전축(52)의 제 3 후방회전축(52c; 도 2 참조)의 밖으로 연장된다.

전력공급선(91)은, 전방회전모터(81), 후방회전모터(73) 및 이동용모터(82)에 대하여 전력을 공급하는 것인데, 관로 갱생 로봇의 후방으로부터 전선파이프(90)의 관통공을 통하여 관로 갱생 로봇 중앙의 컨트롤박스까지 연결되는 데, 반대로 보면, 갱생 로봇 중앙의 컨트롤박스에서 나와서 제 3 후방 회전축(52c)의 외측으로 나온 전선파이프(90) 속으로 들어가서 전선파이프(90)의 길이방향을 관통한 후, 후방회전모듈(20)의 중앙에 있는 전선파이프(90)의 후방으로 나와서 외부의 전력공급처로 연결된다. 전력공급선(91)은 전선파이프(90)를 이용하여 후방회전축(51)의 내부를 관통하여 전력을 공급한다.

그런데, 작업시 후방회전축(51)은 회전하고 있으므로, 전선파이프(90)가 후방회전축(51)과 같이 회전되지 않도록 하기 위한 구성이 구비된다. 회전방지로드(92)의 일단은 제 3 후방회전축(52c)으로부터 전방으로 약간 돌출된 전선파이프(90) 부분에 용접으로 결합하고 타단은 그 주변의 차체(40) 부분에 용접으로 결합됨으로써, 전선파이프(90)가 회전되지 않도록 한다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 3 후방회전축(52c)과 전선파이프(90)의 사이에는 베어링(B)이 개재되고, 베어링(B)의 외측방향 이탈을 방지하기 위한 안전핀(P)이 장착된다. 아울러, 후방회전축(52)이 후방으로 이탈되는 것을 방지하기 위하여 이탈방지링(f)이 볼트(g)를 이용하여 후방회전축(52)의 제 3 회전축(52c)의 전방끝에 고정된다. 상기한 바와 유사하게 제 1 후방회전축(52c)의 후미와 전선파이프(90)의 후방끝부분 사이에는 베어링(B)이 구성되고, 이의 이탈을 방지하기 위한 안전핀(P)이 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전방회전모듈 또는 후방회전모듈을 도시한 도면이고, 도 4 내지 도 6은 스트리핑헤드(16) 및 스프링암(13) 등을 도시한 것으로서, 도 4는 일 방향 사시도이고 도 5는 다른 방향에서 본 도면이며, 도 6은 분해 사시도이다.

이하에서는 전방회전모듈(10)의 도면부호를 사용하여 전방회전모듈에 대해서만 설명할 것이나, 장착의 방향만 서로 대칭일 뿐 후방회전모듈(20)도 전방회전모듈(10)과 동일한 구성이므로, 후방회전모듈(20)에 대한 설명은 생략한다.

전방회전모듈(10)은, 베이스(11)와, 베이스(11)와 결합된후 방사상의 4개 방향으로 뻗어 있는 4개의 암모듈(Arm Module)이 구성되는데, 4개의 암모듈은 90도의 각도를 가지면서 배치된다. 각 암모듈은 커넥션암(12), 스프링암(13) 및 스트리핑헤드(16)를 포함하여 구성된다. 각 암모듈에서 스트리핑헤드(16) 대신에 브러싱헤드(17; 도 8 참조)가 탈장착될 수도 있다.

베이스(11)는, 중앙에 통공을 가진 원반모양영역과, 상기 원반모양영역에서 각 커넥션암(12)과의 결합을 위한 돌출영역을 구비하는 금속 플레이트로 구성되는 제 1 베이스판(11a)과 제 2 베이스판(11b)을 구비하며, 제 1 베이스판(11a)과 제 2 베이스판(11b)은 허브(11c)의 길이방향 앞뒤에서 이들과 각각 결합하고 있으며, 허브(11c)는 전방회전축 또는 후방회전축에 결합된다.

각 커넥션암(12)은 일측이 제 1 베이스판(11a)과 제 2 베이스판(11b)의 돌출영역에 의해 커넥션암(12)의 암로드(12a)가 협지되고 볼트(b1)가 암로드(12a)의 관통공과 두 베이스판의 관통공을 관통한 후 너트(n1)에 의해 잠금됨으로써 상호 고정된다. 각 커넥션암(12)의 암로드(12a)의 외측단에는 스프링암(13)과의 결합을 위하여 암로드(12a)에 수직한 금속 플레이트인 제 1 플랜지(12b)가 용접으로 결합하고 있다.

각 스프링암(13)은 스트리핑헤드(16) 또는 브러싱헤드(17)와 각각 결합하는데, 스프링암(13)의 내측단에는 커넥션암(12)과의 결합을 위하여, 스프링암(13)의 원통부(13a)에 수직으로 결합하는 금속 플레이트인 제 2 플랜지(13b)가 구성되며, 제 1 플랜지(12b) 및 제 2 플랜지(13b)를 관통하는 볼트(b2) 및 복수의 너트(n2,n3,n4,n5)를 이용하여 잠금됨으로써 상호 체결된다.

스프링암(13)은 스트리핑헤드(16) 또는 브러싱헤드(17)(이하, 브러싱 헤드와의 관계에 대한 설명은 유사하므로 생략될 수 있다)에 대하여 방사상의 외측방향으로 탄성력을 부여하는데, 즉, 물리적 처리를 수행할 때 브러싱헤드(17)의 내부에 구성되는 압축스프링(13d)에 의해서 스트리핑헤드(16)를 방사상 방향으로 탄성력을 부여하여 스트리핑헤드(16)를 관로의 내면에 대하여 탄성지지하고, 관로 내면까지의 거리차이를 완충한다.

스프링암(13)은, 제 2 플랜지(13b), 원통부(13a), 압축스프링(13d), 너트받침(14a) 및 2개의 너트(14b,14c)를 포함하여 구성된다.

압축스프링(13d)에는 중심방향으로 연장되는 스트리핑헤드(16)의 헤드로드(16e)의 소경부가 내삽되며, 원통부(13a)는 대략 원통형이고, 원통부(13a)에는 이러한 헤드로드(16e)의 소경부와 압축스프링(13d)이 일측으로 내삽된다. 원통부(13a)의 타측에서는 헤드로드(16d)의 자유단에 2개의 너트(14b,14c)가 나사결합한다. 너트받침(14a)은 제 2 플랜지(13b)와 원통부(13a) 사이의 결합부위에 형성된 단턱부에 걸려있고, 너트(14b,14c)의 결합후 너트(14b,14c)를 받친다. 이에 따라 너트의 결합후 헤드로드(16d)가 방사상의 외측으로 이탈되는 것을 방지한다. 한편, 물리적 처리의 수행시, 압축스프링(13d)이 압축되는 경우 헤드로드(16d)의 자유단 및 너트(14b,14c)는 커넥션암(12)의 제 1 플랜지(12b) 및 암로드(12a)에 형성된 통공속으로 왕복 운동할 수도 있다.

원통부(13a)의 외측면에는 가이드핀(13c)의 일단이 원통부(13a)에 용접된후 방사상의 외측 방향으로 연장하는데, 가이드핀(13c)의 상부는 스트리핑헤드(16)의 헤드플레이트(16d)에 형성된 가이드홀에 의해 가이드됨으로써, 스트리핑헤드(16)가 작업중 돌아가 버리지 않고 일정한 방향을 유지하면서 방사상의 양방향으로 일정범위의 왕복운동이 가능하도록 한다.

각 스트리핑헤드(16)는 관로의 내주면에 있는 도막이나 스케일을 긁어내는 물리적 처리를 수행하는데, 복수의 이격된 팁을 가진 블레이드(16a)와, 바이스(16b), 보강벽(16c), 헤드플레이트(16d) 및 헤드로드(16e)를 구비한다.

스트리핑헤드(16)의 바이스(16d)는 간격을 두고, 하단이 헤드플레이트(16d)에 용접된 2개의 금속판으로 구성되며, 블레이드(16a)를 협지하는데, 바이스의 두 금속판 사이의 간격은 블레이드(16a)의 원활한 삽입을 허용하면서 견고히 협지할 정도의 간격을 가진다. 블레이드(16a)의 탑재후 블레이드(16a) 및 바이스(16b)에 구성된 관통공을 관통하는 볼트(b)와 너트를 이용하여 고정한다. 보강벽(16c)은 바이스(16b)의 금속판에 수직하여 입설되고 바이스(16b)의 금속판과 헤드플레이트(16d)에 용접된다.

헤드플레이트(16d)는 일측면에 바이스(16d)가 수직으로 입설되며, 타측면에는 헤드로드(16d)가 수직으로 입설되고 용접되어 있다. 상기한 스프링암(13)의 가이드핀(13c)은 헤드플레이트(16d)에 구성되는 가이드홀에 의해 가이드된다.

스트리핑헤드(16)의 블레이드(16a)는 관로의 내면에 직접 접촉하는데, 보다 상세하게는 블레이드(16a)의 팁들이 직접 접촉한다.

도 7은 4개의 스트리핑헤드(16)에 각각 사용되는 4개의 블레이드(16a)에 대하여, 블레이드의 팁부분과 몸체(m)의 일부를 도시한 것이다.

각 블레이드(16a)는 사각형의 금속판으로 된 몸체(m)와, 몸체(m)로 부터 돌출되는 복수개의 팁들(t1~t14)로 구성되는데, 실시예에서는 4개의 스트리핑헤드(16)에 각각 사용되는 4개의 블레이드(16a) 중에서 2개의 블레이드는 3개의 팁을 가지며, 2개의 블레이드는 4개의 팁을 가진다. 각 블레이드(16a)를 보면, 관로의 내주면에 접촉하는 복수의 팁(t1~t14)이 서로 이격공간(d)를 두고 병렬 배치된다.

하나의 전방회전모듈 또는 후방회전모듈에 장착되는 4개의 스트리핑헤드(16)에 있어서, 어느 한 블레이드(16a)에서 복수의 팁사이의 이격공간(d)에 대응하여, 이웃하는 다른 블레이드(16a)의 팁이 회전후 위치되도록 구성된다.

도 7에서 블레이드들은 시계방향 또는 반시계방향으로 연속하여 위치하는 것들이다. 예를 들어, 두번째 블레이드에서 제 4 팁(t4)과 제 5 팁(t5) 사이의 이격공간은 이와 이웃하는 첫번째 블레이드의 제 1 팁(t1)과 세번째 블레이드의 제 8 팁(t8)의 형성위치에 대응된다. 첫번째 블레이드의 제 1 팁(t1)이 일방향으로 90도 회전하면 상기 제 4 팁(t4)과 제 5 팁(t5) 사이의 이격공간이 있던 위치에 도달하고, 세번째 블레이드의 제 8 팁(t8)이 상기 일방향의 반대방향으로 90도 회전하면 상기 제 4 팁(t4)과 제 5 팁(t5) 사이의 이격공간이 있던 위치에 도달한다.

블레이드(16a)에서 관로의 내주면에 접촉하는 복수의 팁(t)은 서로 이격공간(d)를 두고 병렬 배치됨으로써, 관로와 관로 사이의 용접시 내측으로 약간 돌출되는 용접부위에 인접하는 도막이나 녹을 용이하게 긁어낼 수 있는 효과가 있다.

가정하여, 블레이드(16a)의 팁에서 이격공간(d)이 구성되지 않는 경우에는 블레이드의 팁이 돌출된 용접부위로 인해서 용접부위에 인접한 도막이나 녹을 긁어내기 어려운데 반해서 본 발명의 일 실시예에 따른 블레이드(16a) 구조에 따르면, 작업진행시 블레이드(16a)의 이격공간들중의 하나에 돌출된 용접부위가 들어가기 쉽고 이에 따라 돌출 용접부위의 주변에 있는 도막이나 녹을 긁어낼 확률이 대폭 증가한다. 한편, 이웃하는 스트리핑헤드의 팁들은 서로 지그재그로 엇갈려서 위치됨으로써, 용접부위의 문제를 해결하면서도 관로 내면의 도막이나 녹을 골고루 긁어낼 수 있도록 한다.

도 8(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 관로 갱생 로봇의 브러싱헤드(17)를 도시한 도면이며, 도 8(b)는 브러시 및 내측컵등을 도시한 평면도이다.

브러싱헤드(17)는 4개의 암모듈(Arm Module)의 각각에서 스트리핑헤드(16)의 자리에 치환하여 착탈가능하며, 스트리핑헤드(16)에 의한 가공후에 관로의 내면에 표면조도를 형성함으로써 새로운 도막의 부착력을 강화하는데 사용될 수 있다.

브러싱헤드(17)는, 브러시(17a), 한쌍의 컵(17b,17c), 헤드볼트(17d), 헤드플레이트(17f) 및 헤드로드(17e)를 포함하여 구성된다.

브러시(17a)는 다수의 강철심을 함께 꼰 짧은 강철로프를 복수개 모아서 구성하며, 그 선단으로 관로의 내면을 쓸고지나가서 관로의 내면에 미세한 스크래치를 형성함으로써 표면조조를 형성한다. 한쌍의 컵(17b,17c)중에서 내측 컵(17b)의 외경은 외측 컵(17c)의 외경보다 작으며, 한쌍의 컵(17b,17c)은 브러시(17a)를 협지한다. 헤드볼트(17d)는 그 자유단쪽에서 한쌍의 컵(17b,17c)을 관통하며, 양쪽에서 너트(n6) 및 너트(n7)를 체결한다. 헤드볼트(17d)의 타단은 헤드로드(17e)의 외측단과 용접으로 결합되며, 헤드볼트(17d)의 하단에는 헤드플레이트(17f)가 삽입된 후 너트(n8)을 이용하여 헤드로드(17e)에 밀착시키고, 헤드플레이트(17f)에 구성된 가이드홀로써 스프링암(13)의 가이드핀(13c)을 가이드한다. 스프링암(13)에 구성된 압축스프링에 의해서 브러시(17a)는 관로의 내측면에 탄성 접촉하며, 전방회전모듈 또는 후방회전모듈의 중심과 관로내면 사이의 거리를 어느 정도 완충한다.

전술에서는 전방회전모듈 및 후방회전모듈의 모두에 대하여 스트리핑헤드와 브러싱헤드를 순차 장착하여 작업하는 것을 설명하였으나, 전방회전모듈에는 스트리핑헤드를 장착하고 후방회전모듈에는 브러싱헤드를 장착하여 동시 작업하는 것도 가능하다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 관로 갱생 로봇에서 회전반경영역등을 설명하기 위한 개념도이다.

이하 도 1 및 도 9를 참조하면서, 본 발명에 따른 관로 갱생 로봇의 작동 및 장점에 대하여 살펴본다.

작업중 전방회전모듈(10)이 회전하므로 전방회전모듈의 회전반경영역(10A)이 구성되며, 후방회전모듈(10)이 회전하므로 후방회전모듈의 회전반경영역(20A)이 형성된다(작업중 이러한 회전반경영역에 작업자 또는 사용자가 접근하면 위험할 수 있다). 이러한 전방회전모듈(10)의 회전반경영역(10A)과 후방회전모듈(20)의 회전반경영역(20A) 사이의 공간에, 전방회전모듈(10) 및 후방회전모듈(20)과 전륜 또는/및 후륜을 구동하기 위한 구성요소들과, 차체(40) 및 컨트롤박스 등이 구성된다. 아울러, 후방회전축의 속을 관통하여 전선파이프(90)를 별도로 구성하고 이러한 전선파이프(90)가 회전되지 않도록 고정함으로써 이들이 필요로 하는 전력을 공급하며, 동작의 제어는 무선으로 수행되게 한다.

이에 따라 관로 갱생 로봇의 최전방에는 전방회전모듈이 구성되고 최후방에는 후방회전모듈을 구성함으로써, 관로 갱생 로봇의 양끝에 각각 회전모듈을 구성한다. 또한, 전방회전모듈(10)과 후방회전모듈(20)은 서로 반대 방향으로 회전하도록 한다. 예를 들어, 후방에서 보아 전방회전모듈이 시계방향으로 회전한다면, 후방회전모듈은 반시계방향으로 회전되게 한다.

이와 같은 본 발명의 구성으로 인해서, 관로 갱생 로봇의 길이는 적당하게 하면서도 전방회전모듈과 후방회전모듈 사이의 거리는 주어진 조건에서 최대로 할 수 있고, 전방회전모듈의 구동로 인해 차체등이 받는 반작용력과 후방회전모듈의 구동으로 인해 차체등이 받는 반작용력은 서로 반대방향이므로 상쇄될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면 관로의 길이방향에 대하여 관로 갱생 로봇의 정렬이 보다 잘 유지될 수 있는 효과가 있다.

종래기술에서는 단일 회전모듈의 구동에 따른 반작용으로 인해 회전반경영역이 관로의 수직 단면에 정확히 정렬하지 못하고 약간 틀어지게 됨으로써, 관로의 측면 일부분에 닿지않고 긁어내지 못하는 등의 문제가 있었으나, 이러한 문제를 해결한다.

아울러, 정렬을 위하여 별도로 관로의 내주면으로 연장하는 복수의 가이드 롤러를 구성하지 않아도 되며, 전방회전모듈과 후방회전모듈 사이의 넓어진 간격으로 보다 안정적으로 정렬이 유지되며, 또한, 2개의 회전모듈이 동시에 작업을 수행할 수 있으므로 작업효율까지 향상되는 효과가 있다.

10 : 전방회전모듈 20 : 후방회전모듈
40 : 차체 51 : 전방회전축
52(52a,52b,52c) : 후방회전축
54(54a, 54b) : 전방축고정부 53(53a 53b) : 후방축고정부
61 : 전륜 62 : 후륜
71 : 전륜차축 72 : 후륜차축
73 : 후방회전모터 81 : 전방회전모터
82 : 이동용모터 83 : 전방체인
84 : 후방체인 90 : 전선파이프
91 : 전력공급선

Claims (12)

1. 관로의 내주면까지 방사상으로 연장되어 관로의 내주면에 대한 물리적 처리를 수행하는 전방회전모듈(10);
   상기 전방회전모듈(10)보다 후방에 구성되고, 관로의 내주면까지 방사상으로 연장되어 관로의 내주면에 대한 물리적 처리를 수행하는 후방회전모듈(20);을 포함하여 구성되며,
   상기 전방회전모듈(10)의 회전반경영역과 상기 후방회전모듈(20)의 회전반경영역 사이의 공간에 상기 전방회전모듈(10)에 결합하는 전방회전축(51)과 상기 후방회전모듈(20)에 결합하는 후방회전축(52)을 구동하기 위한 수단들이 구성되며,
   상기 전방회전모듈(10)과 상기 후방회전모듈(20)은 서로 반대 방향으로 회전하는 것을 특징으로 하며,
   상기 전방회전모듈(10)은,
   관로의 내주면에 있는 도막이나 스케일을 긁어내는 물리적 처리를 수행하는 복수의 스트리핑헤드(16);
   상기 스트리핑헤드(16)에 각각 결합하며, 상기 스트리핑헤드(16)에 대하여 방사상의 외측방향으로 탄성력을 부여하는 복수의 스프링암(13);을 포함하며,
   상기 스트리핑헤드(16)는,
   관로의 내주면에 접촉하는 복수의 팁(t)이 서로 이격공간(d)를 두고 병렬 배치된 블레이드(16a)를 구비하며,
   상기 스프링암(13)은,
   상기 스트리핑헤드(16)에서 중심방향으로 연장되는 헤드로드(16e)의 소경부가 내삽되는 압축스프링(13d);
   원통형이며 일측으로 상기 헤드로드(16e) 및 상기 압축스프링(13d)이 내삽되는 원통부(13a);
   상기 원통부(13a)의 타측에서 상기 헤드로드(16e)에 나사결합하여 상기 헤드로드(16e)가 외측으로 이탈되는 것을 방지하는 하나이상의 너트(14b,14c);를 포함하여 구성되며,
   상기 스프링암(13)은,
   상기 원통부(13a)의 외측으로 상기 원통부(13a)에 용접된후 방사상의 외측 방향으로 연장하는 가이드핀(13c)을 더 구비하며,
   상기 스트리핑헤드(16)는,
   상기 블레이드(16a)를 협지하는 바이스(16b);
   일측면에 상기 바이스(16b)가 수직으로 입설되며, 타측면에 상기 헤드로드(16e)가 수직으로 입설되는 헤드플레이트(16d);를 더 구비하며,
   상기 가이드핀(13c)은 상기 헤드플레이트(16d)에 구성되는 가이드홀에 의해 가이드되는,
   관로 갱생 로봇.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전방회전축(51)을 구동하는 전방회전모터(81)와, 상기 후방회전축(52)을 구동하는 후방회전모터(73)와, 전륜(61) 및 후륜(62) 중 하나 이상을 구동하는 이동용모터(82)가, 상기 전방회전모듈(10)의 회전반경영역과 상기 후방회전모듈(20)의 회전반경영역 사이의 공간에서 구성되는,
   관로 갱생 로봇.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 후방회전축(52)의 내부를 관통하고 그 중심부에 길이방향을 관통하는 관통공을 가진 전선파이프(90)를 구비하며,
   상기 전방회전모터(81), 상기 후방회전모터(73) 및 상기 이동용모터(82)에 대하여 전력을 공급하는 전력공급선(91)은, 상기 전선파이프(90)의 관통공을 통하여 상기 후방회전모듈(20)의 중앙을 지나 외부로 연결되는,
   관로 갱생 로봇.
4. 청구항 3에 있어서,
   일단이 상기 전선파이프(90)에 결합하고 타단이 차체(40)에 결합하는 회전방지로드(92);를 더 포함하여 구성되는,
   관로 갱생 로봇.
5. 청구항 1에 있어서,
   차체(40);
   상기 전방회전축(51)은 상기 차체(40)에 회전가능하게 고정되되 상기 차체(40)의 전방으로 돌출된 일단을 가지고, 상기 전방회전모듈(10)은 그 중앙부분이 상기 전방회전축(51)의 돌출된 일단에 결합하여 회전되며,
   상기 후방회전축(52)은 상기 차체(40)에 회전가능하게 고정되되 상기 차체(40)의 후방으로 돌출된 일단을 가지고, 상기 후방회전모듈(20)은 그 중앙부분이 상기 후방회전축(52)의 돌출된 일단에 결합하여 회전되는,
   관로 갱생 로봇.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 차체의 하측에 축설된 전륜차축(71) 및 후륜차축(72)의 양단에 각각 고정되어 상기 차체(40)의 하중을 지지하면서 상기 차체(40)의 전·후방 이동을 위한 전륜(61) 및 후륜(62);를 더 포함하여 구성되는,
   관로 갱생 로봇.
7. 삭제
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 스트리핑헤드(16)에 있어서,
   어느 한 블레이드(16a)에서 복수의 팁사이의 이격공간에, 이웃하는 다른 블레이드(16a)의 팁이 회전후 위치되도록 구성되는,
   관로 갱생 로봇.
10. 삭제
11. 삭제
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 스트리핑헤드(16)의 자리에 치환하여 착탈되며, 상기 스트리핑헤드(16)에 의한 가공후에 관로의 내면에 표면조도를 형성하는 브러싱헤드(17);를 더 구비하며,
    상기 브러싱헤드(17)는,
    브러시(17a)와, 상기 브러시(17a)를 협지하는 한쌍의 컵(17b,17c)과, 상기 한쌍의 컵(17b,17c)을 관통하는 헤드볼트(17d)와, 상기 헤드볼트(17d)가 용접으로 결합되는 제 2 헤드로드(17e)를 포함하여 구성되며,
    상기 스프링암(13)의 상기 원통부(13a)에 상기 제 2 헤드로드(17e) 및 상기 압축스프링(13d)이 내삽되는,
    관로 갱생 로봇.

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