KR102528444B1 - 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베벨기어를 통한 주행링크가 동기화되고, 각 주행링크별 독립구동부를 구비함으로써, 단곡관을 주행하는 도중에도 모든 주행링크별 독립구동부의 롤러가 단곡관의 내면에 접촉할 수 있는 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇을 제공하되, 중공 파이프 단면을 갖는 몸체부; 상기 몸체부에 끼워져서 상기 몸체부의 연장 방향을 기준으로 상기 몸체부의 중간에 배치되고, 원주 방향으로 동일한 배치 간격을 이루는 복수개의 지지돌기를 갖는 메인조인트부; 상기 메인조인트부에 대하여 전방 또는 후방을 따라 각각 이격 거리를 유지하는 복수개의 서브조인트부; 상기 메인조인트부의 상기 지지돌기에 각각 힌지 결합된 복수개의 주행링크; 상기 주행링크에 각각 설치되어서 구동력을 각각 발생시키는 독립구동부; 및 상기 주행링크와 상기 서브조인트부의 사이에 각각 연결되어서, 상기 주행링크를 탄성력으로 지지함에 따라서, 검사 대상물의 내면 형상에 대응하게 큰 각을 갖는 펼쳐진 상태 또는 작은 각을 갖는 좁혀진 상태로 상기 주행링크의 배치각을 변경시키는 탄성지지부;를 포함한다.

Description

벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇{PIPELINE DRIVING ROBOT ENHANCED SUPPORTING FORCE OF PIPE WALL SURFACE}

본 발명은 선박 건조에 사용되는 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 선박, 해양구조물의 건조에는 선박의장이 이루어지고 있다.

선박의장에는 의장 작업대상별로 선체의장, 선실의장, 기관의장, 전기의장이 있다.

또한, 선박의장의 방법에는 선체공사 완료 혹은 블럭 탑재 이후 의장공사를 수행하는 기존 의장과, 의장 공사를 미리 당겨서 한다는 의미의 선행의장이 있다.

선행의장에서는 선체 블럭 조립 작업부터 의장 공사를 병행하는 것으로 일종의 또는 기초 배관 공사에 해당하고, 물론 블럭 탑재, 진수 후에도 의장공사는 계속될 수 있다.

배관(Piping)이란 배관용 파이프, 튜브, 연결관, 곡관 등의 자체를 지칭하거나, 유체의 이송을 목적으로 관(管)과 기기 등을 접합 설치하는 기술을 의미할 수 있다.

또한, 선행의장은 선박 건조의 경쟁력인 도크 회전율을 높이는 핵심 요소일 수 있다.

선행의장은 파이프의 설치 및 검사, 선박에 들어가는 철제 구조물 설치, 전기관련 작업, 기계장비의 작동 조절 등 블럭 도장 전에 가능한 모든 의장품을 설치하는 것이며, 이들은 각각 배관, 철의장, 전장, 계장이라 호칭될 수 있다.

파이프 등의 배관은 선박의 혈관과 같은 것으로, 선행의장 작업 중 파이프 내부에 쇳조각 등 이물질이 유입되지 않도록 매우 엄격한 검사가 로봇에 의해 이루어지고 있다.

예컨대, 선행의장을 위한 파이프 품질 담당자들은 단계별 의장작업이 완료된 후 파이프 내부의 이물질 유입여부를 로봇을 이용하여 점검하여 의장품질에 한치의 오차도 발생하지 않도록 하고 있다.

그러나, 선박에 설치되는 배관검사 대상은 매우 많은 물량 이면서 다양한 형상, 구조를 가지고 있다.

특히 배관에는 파이프라인의 경로 변경을 위해 파이프에 결합되는 단곡관(short elbow)이 존재하기 때문에, 로봇이 단곡관을 지나는 과정에서 지지력이 떨어질 수 있다.

종래 기술의 배관 검사 로봇은 현가장치와 다리길이 조절장치가 별도로 구성되어 있고, 이로 인하여 자중에 영향을 받아 치우침이 발생하기 때문에 배관내에서 중심을 유지하기 매우 어렵다.

또한, 종래 기술에서 사다리꼴 링크 구조를 갖는 로봇은 링크 및 현가장치의 구조가 곡관 주행시 곡관의 내표면에 부분적으로 접촉되어 지지력이 약화되거나, 링크 및 현가장치가 곡관의 내표면에 접촉되어 장치 작동이 곡관의 내표면에 의해 간섭을 받을 수 있어서, 주행용 롤러들 중 일부가 곡관의 내표면에 접촉되지 못하게 되어 곡관 주행시의 지지력 약화 및 곡관 주행 성능 저하의 단점을 가지고 있다.

즉, 종래 기술의 로봇의 매커니즘을 단곡관의 기하학적 형상에 대응하지 못하는 현상을 발생시키고, 이렇게 발생된 현상은 로봇의 부하로 작용하게 되어 로봇의 내구성에 영향을 미치며, 이러한 현상이 발생하게 되면, 로봇의 주행용 롤러의 접촉 저하로 인하여 주행력이 감소하게 된다.

따라서, 단곡관을 포함한 배관 부재의 내부를 안정되게 주행할 수 있도록, 기구의 구조를 소형화시킬 수 있고 가벼운 상용화 로봇 기술 개발이 시급히 요구되고 있는 상황이다.

본 발명에서는 베벨기어를 통한 주행링크가 동기화되고, 각 주행링크별 독립구동부를 구비함으로써, 검사 대상물인 단곡관을 주행하는 도중에도 모든 주행링크별 독립구동부의 롤러가 단곡관의 내면에 접촉할 수 있어서 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇을 제공하고자 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 중공 파이프 단면을 갖는 몸체부; 상기 몸체부에 끼워져서 상기 몸체부의 연장 방향을 기준으로 상기 몸체부의 중간에 배치되고, 원주 방향으로 동일한 배치 간격을 이루는 복수개의 지지돌기를 갖는 메인조인트부; 상기 메인조인트부에 대하여 전방 또는 후방을 따라 각각 이격 거리를 유지하는 복수개의 서브조인트부; 상기 메인조인트부의 상기 지지돌기에 각각 힌지 결합된 복수개의 주행링크; 상기 주행링크에 각각 설치되어서 구동력을 각각 발생시키는 독립구동부; 및 상기 주행링크와 상기 서브조인트부의 사이에 각각 연결되어서, 상기 주행링크를 탄성력으로 지지함에 따라서, 검사 대상물의 내면 형상에 대응하게 큰 각을 갖는 펼쳐진 상태 또는 작은 각을 갖는 좁혀진 상태로 상기 주행링크의 배치각을 변경시키는 탄성지지부;를 포함하는 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇을 제공할 수 있다.

또한, 상기 메인조인트부는, 상기 지지돌기와 일체형으로 형성되고, 상기 몸체부에 끼워지는 조인트링부; 및 상기 조인트링부의 측면에 밀착되도록 상기 몸체부의 끼워지고, 원주 방향을 따라 배치된 복수개의 체결구멍을 갖는 고정링부;를 포함하고, 상기 고정링부가 복수개로 이루어져 있고, 상기 조인트링부의 전방 측면과 후방 측면에 각각 밀착되어서, 상기 조인트링부를 상기 몸체부에 고정시킬 수 있다.

또한, 상기 메인조인트부의 지지돌기는, 상기 조인트링부의 원주 방향을 따라 각도 120도 간격을 유지하면서, 상기 조인트링부의 외주면에 일체형으로 돌출되게 형성되고, 상기 주행링크에 힌지 결합되도록, 상기 지지돌기의 길이 방향을 따라 이격 배치되고, 상기 지지돌기의 폭방향으로 관통된 복수개의 피봇공을 가지며, 상기 메인조인트부의 조인트링부는, 상기 지지돌기와 조인트링부의 외주면 사이에 해당하는 각각의 코너 위치에서 상기 조인트링부의 길이 방향을 따라 형성된 복수개의 그루브를 포함할 수 있다.

또한, 상기 주행링크는, 상기 지지돌기의 상기 피봇공의 구멍 일측과 구멍 타측에 각각 끼워지는 분할형 부싱; 상기 지지돌기를 수용하기 위한 요홈의 길이 방향을 따라서 양측에 각각 돌출된 제 1 힌지지지편과 제 2 힌지지지편을 상기 주행링크의 일측 끝단에 일체형으로 형성하고, 롤러지지편을 상기 주행링크의 타측 끝단에 일체형으로 형성하고, 상기 탄성지지부를 수용 또는 결합시키는 개방부를 상기 주행링크의 일측 끝단과 타측 끝단 사이에 형성한 링크프레임; 상기 링크프레임의 제 1 힌지지지편의 내측면 또는 제 2 힌지지지편의 내측면이 각각 상기 부싱의 플랜지에 밀착된 상태에서, 상기 주행링크의 회전중심축이 되도록 상기 부싱에 끼워지는 샤프트; 상기 샤프트의 일측 끝단에 일체형으로 형성되어서 상기 제 1 힌지지지편의 외측면에 밀착되는 제 1 베벨기어; 상기 샤프트의 타측 끝단에 삽입되어서 상기 제 2 힌지지지편의 외측면에 배치되는 제 2 베벨기어; 및 상기 제 2 베벨기어를 상기 제 2 힌지지지편의 외측면 쪽으로 가압하도록, 상기 샤프트의 타측 끝단에 고정된 고정쇠;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 주행링크는, 상기 지지돌기별로 설치된 제 1 주행링크와 제 2 주행링크 및 제 3 주행링크를 포함하고, 상기 제 1 주행링크의 제 1 베벨기어가 상기 제 2 주행링크의 제 2 베벨기어에 치합되고, 상기 제 2 주행링크의 제 1 베벨기어가 상기 제 3 주행링크의 제 2 베벨기어에 치합되고, 상기 제 3 주행링크의 제 1 베벨기어가 상기 제 1 주행링크의 제 2 베벨기어에 치합되어, 상기 지지돌기 주변에서 전방 축계 또는 후방 축계별로 상기 베벨기어들의 회전이 동기화 또는 연동될 수 있다.

또한, 상기 독립구동부는, 상기 링크프레임의 외측에서 평행하게 배치된 구동기어모터; 상기 구동기어모터의 구동샤프트에 결합된 구동베벨기어; 상기 구동베벨기어에 치합되고, 상기 구동베벨기어의 축설치 방향과 수직하게 배치된 피동베벨기어; 상기 피동베벨기어에 일체형으로 형성되고, 상기 롤러지지편의 베어링에 결합되는 롤러샤프트; 및 상기 롤러지지편 사이의 요홈의 내부에 회전 가능하게 배치되도록, 상기 롤러샤프트에 결합된 롤러;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇에 의하면, 베벨기어를 이용하여 주행링크의 동기화를 이루면서, 각 주행링크별로 마련된 독립구동부와 현가장치를 구비하고 있고, 단곡관 통과시 모든 롤러가 단곡관에 내면에 지지되고, 롤러를 제외한 각 주행링크의 외표면이 단곡관의 내면 또는 내곡면에 접촉되지 않아서, 단곡관의 내부에서 지지력 저하 없이 주행할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇에 의하면, 모든 주행링크가 메인조인트부를 기준으로 힌지결합되어 있으므로, 로봇 구조를 간소화시킬 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇에 의하면, 전체 6개의 주행링크가 몸체부의 전단 및 후단에 3개씩 회동 가능하게 배치되고, 영상촬영장치가 몸체부의 중심선상을 기준으로 몸체부의 끝단에 위치되어, 로봇 주행 도중 배관 내부를 안정되게 촬영할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇의 분리 사시도이다.
도 3은 도 1에 로봇의 측면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 선 A-A를 따라 절단한 단면도이다.
도 5는 도 2에 도시된 메인 조인트의 분리 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 선 B-B를 따라 절단한 단면도이다.
도 7은 도 2에 도시된 주행링크의 확대 사시도이다.
도 8은 도 1에 도시된 로봇의 작동 관계를 보인 단면도이다.
도 9는 도 1에 도시된 로봇의 단곡관 주행을 보인 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예들에서, 단곡관 또는 파이프 등의 검사 대상물의 벽면은 해당 검사 대상물의 내부에 형성된 내면을 의미할 수 있다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇의 분리 사시도이고, 도 3은 도 1에 로봇의 측면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇(10)은 파이프, 튜브, 단곡관 등과 같이, 배관을 이루는 중공 관부재 또는 검사 대상물의 내부 공간에 투입된 후, 이동하면서 검사 대상물의 내면을 검사하는 수단일 수 있다.

예컨대, 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇(10)은 도 9에 도시된 바와 같은 단곡관(1)의 내면의 단면 형상이 일반적인 직선관에 배하여 관 연장 방향을 따라 변화되더라도, 단곡관(1)의 내면에 모두 롤러(550)를 안정되게 지지시키면서 이동할 수 있는 장치일 수 있다.

이를 위해서, 로봇(10)은 몸체부(100), 메인조인트부(200), 서브조인트부(300), 주행링크(400), 독립구동부(500), 탄성지지부(600)를 포함할 수 있다.

롤러(550)는 독립구동부(500)에 의해 구동력을 발생시키는 바퀴를 의미할 수 있다.

몸체부(100)는 중공 파이프 단면을 갖는다.

몸체부(100)는 후술되는 구성품 또는 탑재 장치들의 지지기반이 될 수 있도록 미리 설계에 의해 정해진 길이와, 메인조인트부(200), 서브조인트부(300), 영상 촬영 장치(110)가 각각 끼워질 수 있는 외경을 가지고 있을 수 있다.

이처럼 몸체부(100)는 중공형 파이프 형상으로 형성되고, 앞서 언급한 단곡관(1)의 내부 공간에 삽입될 수 있는 사이즈를 갖는다.

검사 대상물의 외부에 배치된 제어 시스템(미도시)은 전원 또는 제어신호를 공급하기 위한 전선 또는 케이블을 몸체부(100) 및 몸체부(100)에 결합된 접속 대상 기기까지 제공할 수 있다.

몸체부(100)는 검사 대상물의 내부를 촬영하는 영상 촬영 장치(110)를 포함할 수 있다.

몸체부(100)는 그의 내부 공간을 이용하여 자체 탑재형 제어기를 탑재할 수 있거나, 영상 촬영 장치(110)로부터 연장된 케이블 수용할 수 있다.

영상 촬영 장치(110)는 카메라 또는 CCD(Charge-Coupled Device)와 같은 촬영 수단으로서, 촬영소자 주변에 배치된 조명 장치와, 촬영소자 및 조명을 보호하는 렌즈를 포함할 수 있다.

영상 촬영 장치(110)는 렌즈의 반대쪽 끝단에 구비된 커플러(111)를 통해서 몸체부(100)의 진행 방향을 기준으로 몸체부(100)의 끝단에 설치되어 있을 수 있다.

이하의 설명에서 몸체부(100)의 전방은 영상 활영 장치(100)가 설치되는 위치 또는 그 주변 위치를 지칭하고, 몸체부(100)의 후방은 단순히 개방된 끝단 위치 및 그 주변 위치를 지칭하고, 몸체부(100)의 중간은 몸체부(100)의 전방과 후방 사사이의 위치를 지칭할 수 있다.

메인조인트부(200)는 몸체부(100)에 끼워져서 몸체부(100)의 연장 방향을 기준으로 몸체부(100)의 중간에 배치될 수 있다.

이런 메인조인트부(200)는 그의 원주 방향으로 동일한 배치 간격을 이루는 복수개(예: 3개)의 지지돌기(210)를 가질 수 있다.

지지돌기(210)는 주행링크(400)에 대한 힌지 또는 피봇의 역할을 수행한다.

서브조인트부(300)는 복수개(예: 2개)로서, 메인조인트부(100)에 대하여 전방 또는 후방을 따라 각각 이격 거리를 유지하도록, 몸체부(100)에 끼워져 있을 수있다.

서브조인트부(300)는 후술되는 탄성지지부(600)를 힌지 결합 방식으로 몸체부(100)에 연결시키기 위한 수단일 수 있다.

단순히 끼워져 있는 메인조인트부(200) 또는 서브조인트부(300)는 후술되는 바와 같은 고정링부(220, 230, 320, 330)에 의해 몸체부(100)에 고정될 수 있고, 고정링부(220, 230, 320, 330)를 몸체부(100)로부터 분리시킬 경우, 몸체부(100)의 연장 방향을 따라 설치 위치를 자유롭게 조절할 수 있는 효과를 갖는다.

특히, 메인조인트부(200)의 조인트링부(240)는 후술되는 주행링크(400)에 의한 부하가 걸리는 중요 부품으로써, 복수개의 고정링부(220, 230)에 의해 고정되기 때문에, 부하에 따른 변형, 파괴, 크랙 등을 일으킬 수 있는 볼트 가공 부위가 조인트링부(240) 자체에 없거나 형성되어 있지 않으므로써, 볼트 가공 부위를 갖는 종래의 구성품에 비하여 조인트링부(240)의 내구성 및 강도가 상대적으로 증대될 수 있고, 연결 수단으로서의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점을 가진다.

주행링크(400)는 복수개(예: 6개)로서 메인조인트부(200)의 지지돌기(210)에 각각 힌지 결합되어 있을 수 있다.

지지돌기(210) 1개당 2개의 주행링크(400)가 설치될 수 있다.

지지돌기(210)는 총 3개이므로, 6개의 주행링크(400)는 지지돌기(210)를 포함한 메인조인트부(200)를 통해서 몸체부(100)에 탑재될 수 있다.

이때, 주행링크(400)는 몸체부(100)의 전방을 향하여 경사지게 각각 배치되는 3개와, 몸체부(100)의 전방 및 후방 기준 상호 대칭 구조를 이루도록, 몸체부(100)의 후방을 향하여 경사지게 배치되는 3개를 포함하여 총 6개로 이루어질 수 있다.

주행링크(400)는 몸체부(100)의 전방 또는 후방 각각 3개씩 쌍을 이루어서, 힌지 결합을 통해 각각 지지돌기(210)를 기반으로 몸체부(100) 쪽으로 가까워지는 회동 또는 몸체부(100)로부터 멀어지는 회동이 가능할 수 있다.

이때, 로봇(10)은 몸체부(100)의 전방 또는 후방의 주행링크(400) 3개가 동시에 회동할 수 있도록, 후술되는 바와 같이, 각 주행링크(400)별로 마련된 베벨기어(450, 460)에 의한 동기화 또는 연동형 작동 구조를 갖는다.

독립구동부(500)는 주행링크(400)에 각각 설치되어 있을 수 있다.

독립구동부(500)는 검사 대상물(예: 파이프, 단곡관 등)의 내부를 따라 이동하기 위한 구동력을 각각 발생시키는 역할을 담당할 수 있다.

탄성지지부(600)는 주행링크(400)와 서브조인트부(300)의 사이에 각각 연결될 수 있다.

탄성지지부(600)는 주행링크(400)를 탄성력으로 지지함에 따라서, 검사 대상물의 내면 형상에 대응하게 큰 각을 갖는 펼쳐진 상태 또는 작은 각을 갖는 좁혀진 상태로 주행링크(400)의 회동에 따른 배치각을 변경시키는 역할을 담당할 수 있다.

즉, 로봇(10)의 동작 또는 자율 주행 도중, 탄성지지부(600)의 탄성력 또는 복원력을 통해 주행링크(400)가 펼쳐진 모양을 가지거나 변화시킬 수 있으며, 이때, 탄성지지부(600)가 단곡관(1) 등의 검사 대상물의 내부 표면에 따라 탄성 지지함으로써, 각 주행링크(400)를 기반으로 설치된 모든 롤러(550)들이 단곡관(1)의 내면에 상시 밀착될 수 있다.

이런 탄성지지부(600)는 로봇(10)의 이동시 발생 가능한 충격을 완충하는 역할과, 주행링크(400)를 작업 대상물의 내표면 쪽으로 밀착시키는 힘을 발생시키는 역할을 담당할 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 선 A-A를 따라 절단한 단면도이고, 도 5는 도 2에 도시된 메인 조인트의 분리 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 선 B-B를 따라 절단한 단면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 메인조인트부(200)는 조인트링부(240) 및 고정링부(220, 230)를 포함할 수 있다.

고정링부(220, 230)와 조인트링부(240)는 별도로 제작되어 있을 수 있고, 별도로 몸체부(100)에 조립될 수 있다.

고정링부(220, 230) 및 조인트링부(240) 각각의 내경 크기는 몸체부(100)의 외경 크기에 대응하게 상호 단순 끼움 결합이 가능한 범위 내에서 조립 공차를 고려하여 정해질 수 있다.

조인트링부(240)는 앞서 언급한 3개의 지지돌기(210)와 일체형으로 형성되어 있다.

조인트링부(240)는 몸체부(100)에 탈부착 가능하게 끼워지는 구성품일 수 있다.

고정링부(220, 230)은 각각 조인트링부(240)의 길이 방향에 각각 마련된 측면(예: 전방 측면 또는 후방 측면)에 밀착되도록 몸체부(100)의 끼워질 수 있다.

고정링부(220, 230)의 두께는 지지돌기(210)를 제외한 조인트링부(240)의 두께에 비해 상대적으로 두껍게 형성되어 있어서, 조인트링부(240)가 몸체부(100)의 연장 방향을 따라 움직이지 못하도록 지지하는 정지턱 또는 고정턱 역할을 담당할 수 있다.

고정링부(220, 230)는 조인트링부(240)에 밀착된 상태로 미도시된 복수개의 고정 볼트로 몸체부(100)에 결합되고, 이때 서로 밀착되는 곳의 마찰로 인하여, 역시 조인트링부(240)의 회전을 구속하는 역할을 담당할 수 있다.

이와 같은 역할을 위해서, 고정링부(220, 230)는 원주 방향을 따라 배치된 복수개의 체결구멍(221, 231)을 갖는다.

고정링부(220, 230)의 체결구멍(221, 231)은 미도시된 복수개의 고정 볼트가 각각 결합될 수 있는 나사 구멍 또는 볼트 구멍일 수 있다.

이런 고정 볼트에 의해서 고정링부(220, 230)는 조인트링부(240)의 전방 측면과 후방 측면에 각각 밀착되어서, 조인트링부(240)를 몸체부(100)에 고정시킬 수 있게 된다.

또한, 도 2에 도시된 복수개의 서브조인트부(300)도 서브조인트부(300)용 조인트링부(310)를 구비하고 있다.

서브조인트부(300)용 조인트링부(310)는 앞서 설명한 메인조인트부(200)용 조인트링부(240)와 유사한 피봇 기구물로서, 120도 간격의 홈을 기준으로 독립구동부(500)의 끝단의 피봇핀을 피봇 형태로 연결시킬 수 있도록 형성되어 있다.

여기서, 서브조인트부(300)용 조인트링부(310)도 앞서 메인조인트부(200)에서 설명한 고정 방식과 유사 또는 동일하게 조인트링부(310)의 전단 및 후단에 배치된 고정링부(320, 330)를 통해서 몸체부(100)에 각각 고정 또는 설치될 수 있다.

한편, 메인조인트부(200)의 지지돌기(210)는 조인트링부(240)의 원주 방향을 따라 각도 120도 간격을 유지하면서, 조인트링부(240)의 외주면에 일체형으로 돌출되게 형성되어 있다.

또한, 각 지지돌기(210)는 주행링크(400)에 힌지 결합되도록, 지지돌기(210)의 길이 방향을 따라 이격 배치되고, 지지돌기(210)의 폭방향으로 관통된 복수개의 피봇공(211, 212)을 가질 수 있다.

피봇공(211, 212)의 구멍 내표면은 정밀 가공 또는 초정밀 가공을 통하여, 크랙 등이 발생되지 않게 표면 처리되어 있을 수 있다.

또한, 도 6에 확대 도시한 메인조인트부(200)의 조인트링부(240)는 각 지지돌기(210)와 조인트링부(240)의 외주면 사이에 해당하는 각각의 코너 위치에서 조인트링부(240)의 길이 방향을 따라 형성된 복수개의 그루브(241)를 포함할 수 있다.

여기서, 그루브(241)는 주행링크(400)의 링크프레임(430)의 끝단 또는 부싱(410, 420)에 대하여 접촉에 의한 간섭을 일으키지 않게, 즉 비접촉하도록 유격 공간을 제공함으로써, 주행링크(400)의 신뢰성 있는 회전을 제공하는 효과를 갖는다.

또한, 그루브(241)는 메인조인트부(200) 1개만을 이용하여 주행링크(400) 6개를 회동시킬 수 있는 콤팩트한 배치를 실현하면서, 주행링크(400)의 링크프레임(430)의 작동 신뢰성을 확보할 수 있으므로, 단순한 홈 형상 이상의 월등한 장치적 효과를 가지고 있을 수 있다.

도 7은 도 2에 도시된 주행링크의 확대 사시도이다.

도 4와 도 7을 참조하면, 각 주행링크(400)는 지지돌기(210)의 피봇공(212)의 구멍 일측과 구멍 타측에 각각 끼워지는 분할형 부싱(410, 420)을 가질 수 있다.

각 주행링크(400)는 분할형 부싱(410, 420)을 통해 원활하고 정밀하면서 신속한 회동이 가능할 수 있고, 이를 통해 검사 대상물의 내부 형상에 매우 효율적으로 대응할 수 있고, 작동 소음을 감소시키면서, 회동에 따른 진동이 몸체부(100) 쪽으로 전달되는 것을 최소화시킬 수 있다.

분할형 부싱(410, 420)은 결합 및 유지보수를 용이하게 할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.

분할형 부싱(410, 420)은 마찰을 상대적으로 줄일 수 있고, 부싱 틈새를 통해 윤활유 등을 침투시킬 수 있는 장점을 가질 수 있다.

각 주행링크(400)는 링크프레임(430)을 포함한다.

각 링크프레임(430)은 메인조인트부(200)의 지지돌기(210)를 수용하기 위한 요홈(431)을 갖는다.

요홈(431)의 길이 방향을 따라서 양측에 각각 돌출된 제 1 힌지지지편(432)과 제 2 힌지지지편(433)은 각 주행링크(400)의 일측 끝단에 형성하고 있다.

더욱 상세하게, 제 1 힌지지지편(432) 및 제 2 힌지지지편(433)은 각 주행링크(400)의 링크프레임(430)의 일측 끝단에 일체형으로 형성되어 있다.

이런 제 1 힌지지지편(432) 및 제 2 힌지지지편(433)에는 샤프트(440)가 끼워질 수 있도록 서로 동일한 천공 위치를 기준으로 샤프트구멍이 형성되어 있다.

각 링크프레임(430)은 U자 단면 형상의 롤러지지편(434)을 주행링크(400)의 타측 끝단에 형성하고 있다.

더욱 상세하게, 롤러지지편(434)은 각 주행링크(400)의 링크프레임(430)의 타측 끝단에 일체형으로 형성되어 있다.

롤러지지편(434)에는 구멍이 형성되어 있고, 구멍에는 베어링이 결합되어 있다.

각 링크프레임(430)은 탄성지지부(600)를 수용 또는 결합시키는 개방부(435)를 각 주행링크(400)의 일측 끝단과 타측 끝단 사이, 각 링크프레임(430)의 중간 위치에 형성하고 있다.

각 주행링크(400)는 링크프레임(430)의 제 1 힌지지지편(432)의 내측면 또는 제 2 힌지지지편(433)의 내측면이 각각 상기 부싱(410, 420)의 플랜지(411, 421)에 밀착된 상태에서, 주행링크(400)의 회전중심축이 되도록 부싱(410, 420)에 끼워지는 샤프트(440)를 포함한다.

각 주행링크(400)는 샤프트(440)의 일측 끝단에 일체형으로 형성되어서 상기 제 1 힌지지지편(432)의 외측면에 밀착되는 제 1 베벨기어(450)를 포함한다.

각 주행링크(400)는 샤프트(440)의 타측 끝단에 삽입되어서 상기 제 2 힌지지지편(433)의 외측면에 배치되는 제 2 베벨기어(460)를 포함한다.

각 주행링크(400)는 제 2 베벨기어(460)를 상기 제 2 힌지지지편(433)의 외측면 쪽으로 가압하도록, 상기 샤프트(440)의 타측 끝단에 억지 끼움 방식으로 고정된 고정쇠(470)를 포함한다.

여기서, 고정쇠(470)는 전체적으로 웨지 튜브 형상으로 형성되고, 고정쇠(470)의 외표면이 콘 형상의 테이퍼면을 이루고 있다.

제 2 베벨기어(460)의 내부에도 상기 테이퍼면과 대면될 수 있는 경사면을 갖는 접시형 구멍이 형성되어 있다.

따라서, 고정쇠(470)의 테이퍼면과 제 2 베벨기어(460)의 경사면간 경사 대우 관계에 의해서, 고정쇠(470)는 상기 샤프트(440)의 연장 방향으로 진입되는 비율에 따라서 제 2 베벨기어(460)를 더욱 제 2 힌지지지편(433)의 외측면 쪽으로 가압 및 밀착시킬 수 있는 장점을 가진다.

도 4를 기준으로 설명할 때, 주행링크(400)는 지지돌기(210)별로 설치되어 상호 120도 간격을 따라 배열된 제 1 주행링크(401)와 제 2 주행링크(402) 및 제 3 주행링크(403)로 지칭될 수 있다.

이때, 제 1 주행링크(401)의 제 1 베벨기어(450)는 제 2 주행링크(402)의 제 2 베벨기어(461)에 치합되고, 제 2 주행링크(402)의 제 1 베벨기어(451)는 제 3 주행링크(403)의 제 2 베벨기어(462)에 치합되고, 제 3 주행링크(403)의 제 1 베벨기어(452)가 상기 제 1 주행링크(401)의 제 2 베벨기어(460)에 치합되어, 지지돌기(210) 주변에서 전방 축계 또는 후방 축계별로 상기 베벨기어(450, 451, 452, 460, 461, 462)들의 회전이 동기화 또는 연동될 수 있다.

여기서, 동기화 또는 연동이란 의미는 제 1 주행링크(401), 제 2 주행링크(402) 및 제 3 주행링크(403) 중 어느 하나가 작업 대상물의 형상에 대응하여 펼쳐진 상태 또는 좁혀진 상태가 되도록 회동되는 경우, 나머지 2개도 모두 같은 비율로 회동되는 것을 의미할 수 있다.

도 8은 도 1에 도시된 로봇의 작동 관계를 보인 단면도이고, 도 9는 도 1에 도시된 로봇의 단곡관 주행을 보인 단면도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 몸체부(100)의 연장 방향을 기준으로 전방 축계의 베벨기어(462)들은 후방 축계의 베벨기어(453)들에 대하여 각각 기어 배치 간격(G)을 유지하고 있을 수 있다.

따라서, 전방 축계의 베벨기어(462)들을 갖는 전방의 3개의 주행링크(400a)는 후방 축계의 베벨기어(453)들을 갖는 후방의 3개의 주행링크(400b)에 대하여 독립적으로 펼쳐진 상태 또는 좁혀진 상태로 변경될 수 있다.

전방의 3개의 주행링크(400a)와 후방의 3개의 주행링크(400b)의 사이에는 삼각형 형태의 여유 공간(P)이 마련되고, 그 여유 공간(P)에 어떠한 기계적 구성요소가 배치되지 않을 수 있게 되어, 곡률 반경이 매우 짧은 단곡관(1)의 내면에 대한 간섭을 미연에 방지시킬 수 있다.

도 9를 참조하면, 검사 대상물이 단곡관(1)이라 할 때, 단곡관(1)의 내부를 주행하는 로봇(10)은 단곡관(1)의 내면의 단면 형상 변화에 따라 모든 주행링크(400a, 400b)의 롤러(550)가 단곡관(1)의 내면에 밀착된 상태 또는 밀착력이 향상된 상태로 구동될 수 있다.

도 7을 재 참조하면, 독립구동부(500)는 링크프레임(430)의 외측에서 평행하게 배치된 구동기어모터(510)를 포함할 수 있다.

따라서, 각 독립구동부(500) 및 주행링크(400)로 이루어진 조립체 자체가 1자형 다리와 같이 상대적으로 슬림하게 구성될 수 있는 장점이 있다.

구동기어모터(510)가 링크프레임(430)의 연장 방향에 대하여 평행을 유지하고, 링크프레임(430)과 함께 움직일 수 있으므로, 구동기어모터(510)도 단곡관(1)의 내면에 비접촉되어 로봇(10)의 움직임에 간섭을 일으키지 않는 요소가 될 수 있다.

구동기어모터(510)는 토크 센서 또는 회전수 감지 센서를 더 포함할 수 있다.

구동기어모터(510)는 전선 또는 케이블을 통해서 외부의 제어 시스템에 접속되어 있고, 토크 센서 또는 회전수 감지 센서에 의한 피드백 제어가 가능한 구동력 발생 수단일 수 있다.

독립구동부(500)는 구동기어모터(510)의 구동샤프트에 결합된 구동베벨기어(520)를 포함할 수 있다.

각 독립구동부(500)별 구동기어모터(510)는 탄성지지부(600)에 대하여 간섭을 일으키지 않는 링크프레임(430)의 측면에 배치되어 있다.

링크프레임(430)의 측면은 개방부(435)의 개방 방향과 평행한 외표면을 의미할 수 있다.

따라서, 도 8에 도시된 주행링크(400a, 400b) 사이의 삼각형 형태의 여유 공간(P)에는 어떠한 구동기어모터(510)도 배치되지 않기 때문에, 더더욱 도 9에 도시된 단곡관(1)을 원활하게 이동할 수 있는 장점이 생길 수 있다.

예컨대, 도 9에 도시된 단곡관(1)은 6인치 160S 규격을 가지고 있을 수 있다.

다시 도 4를 참조하면, 독립구동부(500)는 구동베벨기어(520)에 치합되고, 구동베벨기어(520)의 축설치 방향과 수직하게 배치된 피동베벨기어(530)를 포함할 수 있다.

독립구동부(500)는 피동베벨기어(530)에 일체형으로 형성된 롤러샤프트(540)를 포함할 수 있다.

여기서, 롤러샤프트(540)는 롤러지지편(434)의 베어링에 결합될 수 있다.

독립구동부(500)는 롤러지지편(434) 사이의 요홈의 내부에 회전 가능하게 배치되도록, 롤러샤프트(540)에 결합된 롤러(550)를 포함할 수 있다.

이렇게 각 독립구동부(500)는 몸체부(100)의 전방의 3개의 주행링크(400a)와 후방의 3개의 주행링크(400b)별로 탑재된 구동기어모터(510)의 회전력으로 해당 롤러(550)를 각각 회전시키거나, 그 회전량을 외부의 제어 시스템으로 제어함으로써, 로봇(10)을 이동시킬 수 있다.

아울러, 탄성지지부(600)는 쇼크업소버 또는 코일스프링 서스펜션으로서, 링크프레임(430)의 개방부(435)의 내부 공간에 수용될 수 있는 사이즈를 가질 수 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 로봇(10)의 각 주행링크(400a, 400b)는 단곡관(1)의 내면 형상에 따라 펼쳐지거나 좁혀질 때, 안정적으로 탄성지지부(600)에 의해서 탄성 지지될 수 있다.

이때, 탄성지지부(600)는 각 주행링크(400a, 400b)를 탄성 지지하는 도중 각 주행링크(400a, 400b)별 개방부(435)의 내부 공간에 탄성지지부(600)의 연결 부위 및 그 주변 부위가 간섭 없이 수용될 수 있으므로, 각 주행링크(400a, 400b)의 펼침 또는 좁혀짐을 원활하게 발생시킬 수 있고, 그 결과 벽면 지지력이 상대적으로 향상될 수 있다.

또한, 주행링크(400a, 400b) 사이의 삼각형 형태의 여유 공간(P)으로 인하여, 롤러(550)를 제외한 로봇(10)의 다른 부위는 단곡관(1)의 내면에 간섭을 받지 않기 때문에, 로봇(10)은 자유롭게 단곡관(1)을 따라 이동할 수 있다.

이처럼, 본 실시 예에 따른 로봇은 상호 동기화될 수 있는 복수개의 베벨기어를 이용하여 주행링크가 연동되기 때문에, 롤러를 갖는 주행링크가 검사 대상물(예: 단곡관)의 내면에 대응하게 펼쳐지거나 또는 좁혀짐으로써, 모든 롤러가 단곡관에 내면에 지지될 수 있는 향상된 지지력을 갖는 장점을 가질 수 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 로봇은 단곡관의 내부에서 지지력 저하 없이 주행할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 실시 예에 따른 로봇은 몸체부의 전방 및 후방의 복수개의 주행링크가 메인조인트부를 기반으로 방사형 구조를 갖도록 힌지결합되어 있으므로, 로봇 자체의 구조 및 작동 구조를 간소화시킬 수 있는 장점을 가진다.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 로봇 100 : 몸체부
110 : 영상 촬영 장치 200 : 메인조인트부
300 : 서브조인트부 400, 400a, 400b : 주행링크
500 : 독립구동부 600 : 탄성지지부

Claims (6)

1. 중공 파이프 형상의 몸체부;
   상기 몸체부의 중앙에 배치되고, 외주면 둘레에 복수개의 지지돌기가 형성된 메인조인트부;
   상기 몸체부에 결합되고, 상기 메인조인트부의 전방 또는 후방에 이격 배치되는 복수개의 서브조인트부;
   상기 메인조인트부의 지지돌기에 각각 힌지 결합된 복수개의 주행링크;
   상기 주행링크에 각각 설치되어 구동력을 발생시키는 독립구동부; 및
   상기 주행링크와 상기 서브조인트부에 각각 연결되어, 상기 주행링크를 상기 서브조인트부에 대하여 탄성지지하고, 검사 대상물의 내면 형상에 대응하여 상기 주행링크의 배치각을 변경시키는 탄성지지부;를 포함하고,
   상기 메인조인트부는,
   상기 지지돌기와 일체형으로 형성되고, 상기 몸체부에 끼워지는 조인트링부; 및
   상기 조인트링부의 전면 또는 후면에 밀착되도록 상기 몸체부에 끼워지고, 원주 방향을 따라 복수의 체결구멍이 형성된 고정링부;를 포함하며,
   상기 고정링부는 상기 조인트링부의 전면 또는 후면에 각각 밀착되어, 상기 조인트링부를 상기 몸체부에 고정시키는 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 메인조인트부의 지지돌기는,
   상기 조인트링부의 외주면 둘레를 따라 각도 120도 간격을 유지하면서, 상기 조인트링부의 외주면에 일체형으로 돌출되게 형성되고,
   상기 주행링크에 힌지 결합되도록, 상기 지지돌기의 길이 방향을 따라 이격 배치되고, 상기 지지돌기의 폭방향으로 관통된 복수개의 피봇공을 가지며,
   상기 메인조인트부의 조인트링부는,
   상기 지지돌기와 조인트링부의 외주면 사이에 해당하는 각각의 코너 위치에서 상기 조인트링부의 길이 방향을 따라 형성된 복수개의 그루브를 포함하는 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 주행링크는,
   상기 지지돌기의 상기 피봇공의 구멍 일측과 구멍 타측에 각각 끼워지는 분할형 부싱;
   상기 지지돌기를 수용하기 위한 요홈의 길이 방향을 따라서 양측에 각각 돌출된 제 1 힌지지지편과 제 2 힌지지지편을 상기 주행링크의 일측 끝단에 일체형으로 형성하고, 롤러지지편을 상기 주행링크의 타측 끝단에 일체형으로 형성하고, 상기 탄성지지부를 수용 또는 결합시키는 개방부를 상기 주행링크의 일측 끝단과 타측 끝단 사이에 형성한 링크프레임;
   상기 링크프레임의 제 1 힌지지지편의 내측면 또는 제 2 힌지지지편의 내측면이 각각 상기 부싱의 플랜지에 밀착된 상태에서, 상기 주행링크의 회전중심축이 되도록 상기 부싱에 끼워지는 샤프트;
   상기 샤프트의 일측 끝단에 일체형으로 형성되어서 상기 제 1 힌지지지편의 외측면에 밀착되는 제 1 베벨기어;
   상기 샤프트의 타측 끝단에 삽입되어서 상기 제 2 힌지지지편의 외측면에 배치되는 제 2 베벨기어; 및
   상기 제 2 베벨기어를 상기 제 2 힌지지지편의 외측면 쪽으로 가압하도록, 상기 샤프트의 타측 끝단에 고정된 고정쇠;를 포함하는 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 주행링크는,
   상기 지지돌기별로 설치된 제 1 주행링크와 제 2 주행링크 및 제 3 주행링크를 포함하고,
   상기 제 1 주행링크의 제 1 베벨기어가 상기 제 2 주행링크의 제 2 베벨기어에 치합되고,
   상기 제 2 주행링크의 제 1 베벨기어가 상기 제 3 주행링크의 제 2 베벨기어에 치합되고,
   상기 제 3 주행링크의 제 1 베벨기어가 상기 제 1 주행링크의 제 2 베벨기어에 치합되어, 상기 지지돌기 주변에서 전방 축계 또는 후방 축계별로 상기 베벨기어들의 회전이 동기화 또는 연동되는 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 독립구동부는,
   상기 링크프레임의 외측에서 평행하게 배치된 구동기어모터;
   상기 구동기어모터의 구동샤프트에 결합된 구동베벨기어;
   상기 구동베벨기어에 치합되고, 상기 구동베벨기어의 축설치 방향과 수직하게 배치된 피동베벨기어;
   상기 피동베벨기어에 일체형으로 형성되고, 상기 롤러지지편의 베어링에 결합되는 롤러샤프트; 및
   상기 롤러지지편 사이의 요홈의 내부에 회전 가능하게 배치되도록, 상기 롤러샤프트에 결합된 롤러;를 포함하는 벽면 지지력이 향상된 배관 주행 로봇.

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