KR102552667B1 - Autonomous Mobile Robot for Vibration Visualization of Structures - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방사선 피폭의 우려가 있는 원자력 연구소와 같이 접근하기 어려운 지역 내에 있는 구조물 및/또는 다양한 진동원을 포함하는 여러 기술분야의 구조물 등에서 진동 측정 또는 모니터링이 필요한 모든 진동 구조물에 대하여 측정용 센서들을 부착하지 않고 고속 카메라를 이용하여 진동 특성을 주기적으로 파악할 수 있도록 구성된 진동가시화용 자율이동로봇에 관한 것이다.The present invention provides measurement sensors for all vibration structures that require vibration measurement or monitoring in structures located in difficult-to-access areas such as nuclear power laboratories where there is a risk of radiation exposure and/or structures in various technical fields including various vibration sources. It relates to an autonomous mobile robot for vibration visualization configured to periodically grasp vibration characteristics using a high-speed camera without being attached.
Description
본 발명은 진동가시화용 자율이동로봇(AMR: Autonomous Mobile Robot)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사선 피폭의 우려가 있는 원자력 연구소와 같이 접근하기 어려운 지역 내에 있는 구조물 및/또는 다양한 진동원을 포함하는 여러 기술분야의 구조물 등에서 진동 측정 또는 모니터링이 필요한 모든 진동 구조물에 대하여 측정용 센서들을 부착하지 않고 진동 특성을 주기적으로 파악할 수 있는 진동가시화용 자율이동로봇에 관한 것이다.The present invention relates to an autonomous mobile robot (AMR) for vibration visualization, and more particularly, to a structure and/or various vibration sources in an area difficult to access, such as a nuclear power research institute where there is a risk of radiation exposure. The present invention relates to an autonomous mobile robot for vibration visualization capable of periodically grasping vibration characteristics of all vibration structures requiring measurement or monitoring in structures in various technical fields without attaching sensors for measurement.
원자력 발전소는 정상적인 구동을 위해 다수의 펌프와 같은 다양한 구동원이 구비되어 있는데, 상기 구동원은 진동원으로 작동하여 발전소 내의 펌프, 배관 및 다양한 구조물의 진동을 유발하게 된다. Nuclear power plants are provided with various driving sources such as a plurality of pumps for normal operation, and the driving sources operate as vibration sources to cause vibration of pumps, pipes, and various structures in the power plant.
이와 같은 구조물의 진동은 구조물의 고유진동수로 가진될 경우, 공진(共振, resonance)에 의해 손상이 발생할 수도 있고, 계속적인 진동에 의해 점차 피로 균열 등에 의해 파손이 될 수도 있다. When the vibration of such a structure is excited at the natural frequency of the structure, damage may occur due to resonance, or damage may gradually occur due to fatigue cracks due to continuous vibration.
원자력 발전소 내의 구조물의 손상은 방사선 누출이라는 심각한 위험을 발생할 수 있으므로, 구조물의 진동을 주기적으로 모니터링하는 것이 필요하다. Damage to structures in nuclear power plants may cause a serious risk of radiation leakage, so it is necessary to periodically monitor vibrations of structures.
이를 위한 기술의 하나의 예로써, 국내 등록특허 제10-1870381호에 ‘자체진동 보정이 가능한 원전 소구경 배관용 비접촉식 진동 모니터링 시스템’(이하, ‘종래기술 1’이라 함)이 제시되어 있다. As an example of a technology for this, Korean Patent Registration No. 10-1870381 proposes a 'non-contact vibration monitoring system for small-diameter piping in nuclear power plants capable of self-vibration correction' (hereinafter referred to as 'prior art 1').
종래기술 1은 도 1에 도시된 바와 같이, 원자력 발전소에서 방사선 피폭의 우려가 있어서 작업자의 접근이 어려운 구조물이나 배관의 진동을 측정하여 구조물이나 배관 등의 파손 예측과 방지 및 파손 사고가 발생하였을 경우에 신속하게 대응할 수 있도록 하는 자체진동 보정이 가능한 원전 소구경 배관용 비접촉식 진동 모니터링 시스템에 관한 기술이다.As shown in FIG. 1,
종래기술 1은 원자력 발전소와 같이 접근이 어려운 지역에 설치되어 있는 구조물의 진동을 모니터링 할 수 있는 장점은 있다.
하지만, 종래기술 1의 모니터링 시스템은 구조물의 일부 위치의 진동을 측정하는 한계가 있을 뿐 아니라, 구조물이 대형화되고, 진동을 측정해야 할 구조물이 많은 경우, 설치해야 하는 모니터링 시스템의 수가 증가하게 되는 문제점이 있다. However, the monitoring system of the
이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로 자율주행로봇을 이용할 수 있고, 자율주행로봇의 한 예로 등록특허공보 제10-2321318호에 ‘모듈화된 로봇 플랫폼’(이하, ‘종래기술 2’라함)이 제시되어 있다. As a method to solve such a problem, an autonomous robot can be used, and as an example of an autonomous robot, 'modularized robot platform' (hereinafter referred to as 'prior art 2') is proposed in Patent Registration No. 10-2321318. has been
종래기술 2는 도 2에 도시된 바와 같이, 자율이동로봇(AMR) 주위의 상황을 감지하는 카메라를 포함하는 감지 모듈; 출발 위치로부터 타겟 위치까지의 경로를 생성하고, 생성된 경로에 따라서 상기 자율이동로봇이 자율적으로 이동하게 하는 자율주행 모듈; 상기 센서 신호에 기반하여 인공지능기술을 통하여 상기 자율주행 모듈을 학습시키고, 상기 자율이동 로봇의 구 요소들을 제어하는 중앙제어 모듈; 상기 자율이동로봇의 구성요소들이 설치되는 마스터 모듈; 및 상기 마스터 모듈과 결합되고, 상기 자율이동로봇이 설치되는 현장에서 요구되는 기능에 특화되는 엔드 이펙터(end effector)를 포함하며, 조작자의 명령에 따라 교체될 수 있는 슬레이브 모듈을 포함하고 있다.Prior art 2, as shown in Figure 2, a sensing module including a camera for detecting the situation around the autonomous mobile robot (AMR); an autonomous navigation module for generating a path from a starting location to a target location and allowing the autonomous mobile robot to autonomously move according to the created path; a central control module for learning the self-driving module through artificial intelligence technology based on the sensor signal and controlling the components of the autonomous mobile robot; a master module in which components of the autonomous mobile robot are installed; and an end effector coupled to the master module and specialized for a function required at a site where the autonomous mobile robot is installed, and a slave module that can be replaced according to an operator's command.
종래기술 2에는 원하는 위치까지 자율주행을 하여 요구되는 기능을 수행할 수 있는 자율이동로봇(AMR)의 기본적인 구성이 잘 나타나 있으나. 본 발명에서 요구하는 진동가시화 기술을 수행할 수 있는 구체적인 구성은 나타나 있지 않다. Although the prior art 2 shows the basic configuration of an autonomous mobile robot (AMR) capable of autonomously driving to a desired location and performing required functions. A specific configuration capable of performing the vibration visualization technology required by the present invention is not shown.
또한, 이러한 문제점은 원자력 발전소 등과 같은 접근이 제한적인 지역 뿐 아니라, 진동 측정이 필요한 구성 또는 구조가 많은 다양한 기술분야의 구조물에도 동일하게 발생한다. In addition, this problem occurs not only in areas with limited access, such as nuclear power plants, but also in structures in various technical fields having many configurations or structures requiring vibration measurement.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 진동가시화용 고속카메라를 탑재하고 진동 측정이 필요한 여러 구조물들의 설치 위치까지 자율이동하여 주기적으로 진동을 측정하고 모니터링할 수 있도록 구성된 진동가시화용 자율이동로봇을 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, the present invention provides an autonomous mobile robot for vibration visualization equipped with a high-speed camera for vibration visualization and autonomously moving to the installation location of various structures requiring vibration measurement to periodically measure and monitor vibration. is to provide
본 발명의 또 다른 목적은, 상기 진동가시화용 자율이동로봇을 이용하여 구조물의 진동가시화를 구현하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for realizing vibration visualization of a structure using the autonomous mobile robot for vibration visualization.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 진동가시화용 자율이동로봇(100)은, 로봇 본체(110); 상기 로봇 본체(110)에 구비된 바닥진동 차단장치(140); 상기 로봇 본체(110)에 구비된 진동 측정장치(170); 및 제어부(300);를 포함한다. 여기서, 상기 진동 측정장치(170)는 비접촉 방식으로 목표 구조물(10)의 진동을 측정하는 고속 카메라(180); 및 상기 고속 카메라(180)가 결합되는 제1 링크(175);를 포함하고, 상기 제어부(300)는, 상기 로봇 본체(110)를 포함하는 자율이동로봇(100)의 출발 위치로부터 타겟 위치까지의 경로를 생성하고, 생성된 경로에 따라서 상기 로봇 본체(110)를 포함하는 자율이동로봇(100)이 자율적으로 이동하게 하는 자율주행 모듈(360); 및 진동가시화 모듈(370);을 포함하고 있다. The autonomous
또한, 상기 로봇 본체(110)에는, 진동 교정부(150)가 추가로 구비되어 있으며, 상기 진동 교정부(150)는 빔(beam) 또는 플레이트를 포함하는 교정용 진동체(151)를 포함하고 있다. In addition, the
또한, 상기 진동가시화 모듈(370)은, 목표 구조물 식별부(371); 진동 측정 위치를 결정하는 위치 결정부(372); 진동 신호 교정부(373); 진동 신호 측정부(374); 및 진동 신호 처리부(375)를 포함하고, 상기 진동 신호 처리부(375)는, 상기 고속 카메라(180)로 촬영한 화상 이미지의 노이즈를 제거하기 위한 노이즈 제거부; 및 상기 고속 카메라(180)로 촬영한 화상 이미지의 모션의 변화를 명확하게 구분하기 위한 모션 증폭기(motion magnification)를 포함하고 있다. In addition, the
또한, 본 발명에 나타난 진동가시화용 자율이동로봇(100)을 이용한 구조물의 진동가시화를 구현하는 방법은, 제1 목표 구조물 선정 단계(S10); 제1 목표 구조물까지 이동하는 단계(S20): 진동 측정위치 결정 단계(S30); 바닥진동 차단 단계(S40);In addition, the method for realizing vibration visualization of a structure using the autonomous
진동 신호 교정 단계(S50); 진동 신호 측정 단계(S60); 진동 신호 처리 단계(S70); 및 자율이동로봇 이동 단계(S80);를 포함하고 있다. Vibration signal calibration step (S50); Vibration signal measuring step (S60); Vibration signal processing step (S70); and an autonomous mobile robot movement step (S80).
본 발명에 의한 진동가시화용 자율이동로봇(100)은 많은 구조물에 직접 센서 또는 모니터링 장치를 설치하지 않고 주기적으로 정확한 진동신호를 측정할 수 있을 뿐 아니라 구조물의 진동가시화까지 구현할 수 있는 장점이 있다. The autonomous
또한, 본 발명에 의한 자율이동로봇(100)은 사람이 직접 출입하지 않고 진동 신호를 측정할 수 있으므로, 원자력 발전소와 같이 출입이 제한적인 구조물에서도 쉽게 진동 신호를 측정할 수 있고, 주기적으로 모니터링이 가능한 장점이 있다. In addition, since the autonomous
또한, 본 발명의 진동가시화용 자율이동로봇(100)은 원자력 발전소와 같이 제한지역 뿐 아니라, 진동이 발생하는 일반 구조물에도 쉽게 적용할 수 있는 장점이 있다. In addition, the autonomous
도 1. 종래기술 1에 나타난 자체진동 보정이 가능한 원자력 발전소 소구경 배관용 비접촉식 진동 모니터링 시스템의 개략도.
도 2. 종래기술 2에 나타난 모듈화된 로봇 플랫폼의 블록도.
도 3. 본 발명의 진동가시화용 자율이동로봇의 주행 시의 개략도.
도 4. 본 발명의 진동가시화용 자율이동로봇의 측정 시의 개략도.
도 5. 본 발명의 진동가시화용 자율이동로봇에 구비된 제어부의 블록도.
도 6. 본 발명의 제어부에 구비된 내의 진동가시화 모듈의 블록도
도 7. 본 발명의 진동가시화용 자율이동로봇의 진동 측정 예시도.
도 8. 본 발명의 자율이동로봇을 이용한 진동가시화 구현 흐름도. Figure 1. A schematic diagram of a non-contact vibration monitoring system for small-diameter piping in a nuclear power plant capable of self-vibration correction shown in
Figure 2. Block diagram of the modularized robot platform shown in prior art 2.
Figure 3. Schematic diagram of the autonomous mobile robot for vibration visualization of the present invention during driving.
Figure 4. Schematic diagram at the time of measurement of the autonomous mobile robot for vibration visualization of the present invention.
5. A block diagram of a control unit provided in the autonomous mobile robot for vibration visualization of the present invention.
Figure 6. Block diagram of the internal vibration visualization module provided in the control unit of the present invention
Figure 7. Vibration measurement example of the autonomous mobile robot for vibration visualization of the present invention.
8. Flow chart of implementing vibration visualization using the autonomous mobile robot of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다. Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
도 3은 본 발명의 진동가시화용 자율이동로봇의 주행 시의 개략도이고 도 4는 본 발명의 진동가시화용 자율이동로봇의 측정 시의 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram of the autonomous mobile robot for vibration visualization of the present invention during driving, and Figure 4 is a schematic diagram of the autonomous mobile robot for vibration visualization of the present invention during measurement.
도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 진동가시화용 자율이동로봇(100)은 로봇 본체(100); 바닥진동 차단장치(140); 진동 교정부(150); 진동 측정장치(170); 및 제어부(300);를 포함하고 있다. As shown in Figures 3 and 4, the autonomous
로봇 본체(110)에는 자율이동을 위한 바퀴(120)가 구비되어 있고, 그 외에 자율이동 시 장애물 회피를 위해 구비된 다수의 센서(미도시)들이 추가로 구비되어 있을 수 있다. 여기서, 상기 다수의 센서(미도시)에는 통상적으로 주위의 상황을 감지하기 위해 자율이동로봇(AMR)에 설치되는 카메라, 레이더 센서, 가속도 센서, 위치 센서, 자이로 센서, 레이더 센서, 및 라이더 센서 등이 있을 수 있다. The
바닥진동 차단장치(140)는 도 3, 4에 도시된 바와 같이 로봇 본체(100)에 추가로 구비되어 있다. The floor
바닥진동 차단장치(140)는 진동을 측정하고자 하는 구조물의 바닥면에 발생하는 진동을 차단하기 위한 구성요소이다. The floor
본 발명의 자율이동로봇(100)은 진동이 발생하는 구조물(10)까지 자율이동을 하여 진동을 측정하므로, 펌프 등과 같은 구조물의 진동원(vibration source)에 의해 구조물 바닥면을 따라 진동이 전파되어 자율이동로봇(100)에 영향을 주게 된다. Since the autonomous
이처럼, 구조물 진동을 측정하고자 하는 위치의 바닥면을 따라 전파된 바닥진동은 자율이동로봇(100)의 진동 측정장치(170)에서 진동을 측정할 때 오차를 유발하는 큰 노이즈로 작용하게 되므로, 로봇 본체(110) 및 진동 측정장치(170)로 전파되는 바닥진동을 차단하는 것이 필요하다. In this way, the floor vibration propagated along the floor of the position where the structure vibration is to be measured acts as a large noise that causes an error when measuring the vibration in the vibration measuring
바닥진동을 차단하기 위해 로봇 본체(110)에 펌프 등에서 발생하는 특정 주파수의 진동을 차단할 수 있는 동흡진기(dynamic absorber)를 설치하는 것도 가능하지만, 본 발명에서는 도 3, 4에 도시된 바와 같이 진동 측정 시에만 동작할 수 있는 바닥진동 차단장치(140)를 하나의 실시예로 제안한다. In order to block floor vibration, it is also possible to install a dynamic absorber capable of blocking vibration of a specific frequency generated from a pump or the like on the
도 3, 4에 도시된 바닥진동 차단장치(140)는 구조물의 바닥면(20)에 접촉하는 바닥 지지판(141); 상기 바닥 지지판(141)의 상부에 구비된 진동차단부재(142); 및 상기 진동차단부재(142)의 상부에 구비된 상부 지지봉(143);을 포함하고 있다. The floor
이 때, 상기 진동차단부재(142)는 내부에 MR 유체(Magneto-Rheological fluid) 또는 ER 유체(Electro-Rheological fluid)가 충진된 구성을 이용하여 능동적으로 진동을 제어하고 차단하도록 구성할 수 있다.At this time, the
상기 상부 지지봉(143)은 로봇 본체(110)과 상기 진동차단부재(142) 사이에 결합되어 길이가 늘어나고 줄어들 수 있도록 구성되어 있다.The
본 발명의 로봇 본체(110)에는 도 3, 4에 도시된 바와 같이 진동 교정부(150)가 구비되어 있을 수 있다. As shown in FIGS. 3 and 4 , the
본 발명에서는 고속카메라(180)를 이용하여 구조물의 진동을 측정하므로, 진동 교정부(150)는 교정용 진동체(151) 및 상기 진동체(151)를 설치하는 진동체 설치구(152)를 포함하고 있다. In the present invention, since the vibration of the structure is measured using the high-
상기 교정용 진동체(151)는 빔(beam) 또는 플레이트 형태로 형성할 수 있고, 상기 교정용 진동체(151)는 측정하고자 하는 목표 구조물(20)의 가진 주파수와 동일하거나 근접한 고유진동수를 갖도록 구성하여 바닥진동을 효과적으로 차단한 상태인지를 보다 쉽게 확인할 수 있다. The
예를 들어, 원자력 발전소 등에서 주요 가진원인 펌프 등은 회전 주파수가 메인 가진 주파수가 되는데, 이와 같은 가진 주파수와 동일하거나 근접한 고유진동수를 갖도록 교정용 진동체(151)를 구성하면, 바닥진동이 차단되지 않았을 때 상기 교정용 진동체(151)는 거의 공진(共振, resonance)에 가까운 큰 진동이 발생하여 상기 고속카메라(180)로 쉽게 확인할 수 있으며, 바닥진동이 차단되었을 때에는 상기 교정용 진동체(151)는 거의 진동이 발생하지 않게 된다.For example, in a nuclear power plant or the like, the main excitation frequency is the rotational frequency of a pump, etc., which is the main source of excitation. If the
이처럼, 상기 교정용 진동체(151)는 정확하게 차단되었는지 확인할 수 있고 바닥진동 차단장치(140)에서 진동 차단을 위한 제어를 할 때에서 그 신호를 이용하여 보다 효과적으로 바닥진동을 차단할 수 있다. As such, it is possible to check whether the vibrating
진동 측정장치(170)는 로봇 본체(110)에 결합되는, 제1 링크(175); 및 고속 카메라(180);를 포함하고 있다.
상기 고속 카메라(180)는 상기 제1 링크(175)에 회전 가능하게 제1 힌지부(172)를 매개로 결합되어 있을 수 있다. 상기 제1 힌지부(172)에는 구동용 모터(미도시)가 형성되어 있을 수 있다. The high-
상기 제1 링크(175)는 로봇 본체(110)에 고정 결합되어 있을 수도 있고 도 3, 4에 도시된 바와 같이 회전 가능하게 결합되어 있을 수도 있다. The
이 때, 상기 고속 카메라(180)의 자유도를 증가시킥 위해 도 3에 도시된 바와 같이 제1 링크(175)와 로봇 본체(110) 사이에 제2 링크(176)가 추가로 형성되어 있을 수 있고, 상기 제1, 2 링크(175, 176)는 제2 힌지부(173)를 매개로 회전 가능하게 결합되어 있을 수 있다. At this time, a
상기 제2 링크(176)는 도 3, 4에 도시된 바와 같이 로봇 본체(110)와 결합되어 있는 결합부(171)에 결합되어 있는데, 상기 결합부(171)에 도 3에 도시된 바와 같이 제3 힌지부(174)를 형성하여 상기 제2 링크(176)를 상기 결합부(171)와 회전 가능하게 결합할 수도 있고, 제 3 힌지부(174) 없이 상기 결합부(171)에 고정 결합되도록 구성할 수도 있다. As shown in FIGS. 3 and 4, the
한편, 상기 결합부(171)는 상기 로봇 본체(110)에 고정결합되어 있도록 구성할 수도 있고, 필요에 따라 수직축을 중심으로 회전 가능하게 구성할 수도 있다. Meanwhile, the
본 발명의 제어부(300)는 자율주행 로봇(100)에 설치된 다양한 센서(미도시) 신호에 기반하여 자율주행을 할 수 있도록 하고, 진동 측정장치(170)에서 진동 신호를 수신하여 구조물의 진동가시화를 구현할 수 있도록 한다. 본 발명의 제어부(300)는 다양한 인공지능 기술을 적용하여 객체 인식 능력 및 자율주행 능력을 향상시킬 수 있도록 구성할 수도 있을 것이다.The
상기 제어부(300)는 자율주행 모듈(310), 마스터 모듈(330), 인터페이스 모듈(350) 및 진동가시화 모듈(370)을 포함한다.The
자율주행 모듈(310)은 종래기술 2에서와 같이 원자력 발전소 등에 설치된 다수의 펌프, 배관 및 그 밖의 다양한 진동 구조물의 진동 측정을 수행하기 위하여 상기 로봇 본체(110)를 포함하는 자율이동로봇(100)의 이동 경로를 설정하고, 설정된 경로에서 장애물을 회피하면서 자율적으로 상기 로봇 본체(110)를 포함하는 자율이동로봇(100)을 이동시킬 수 있도록 제어한다. 이 때, 자율주행 모듈(310)에는 상기 센서(미도시)로부터 수신한 신호를 통해 자율이동로봇(100)의 진행 경로 상에 위치하는 장애물을 감지하고 이를 회피하여 주행할 수 있도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.The
인터페이스 모듈(350)은 종래기술 2에서와 같이 네트워크에 연결되며, 조작자가 진동가시화용 자율이동로봇(100)에 명령을 내릴 수 있도록 하고, 진동가시화용 자율이동로봇(100)의 동작 및 측정 결과를 외부로 전송한다. 인터페이스 모듈(350)을 통하여 다양한 사용자가 네트워크를 통해 진동가시화용 자율이동로봇(100)의 동작을 모니터링하고 제어할 수 있다.The
본 발명의 마스터 모듈(330)은 로봇 본체(110)를 제어하는 모듈이고 진동가시화 모듈(370)과 쌍을 이뤄 구조물의 진동을 가시화하는 기능을 구현한다. The
상기 마스터 모듈(330)은 로봇 본체(110)의 하드웨어 및 소프트웨어를 제어할 수 있도록 구성되어 있는데, 바닥진동 차단장치(140)의 작동을 제어할 수 있도록 구성되어 있다. The
진동가시화 모듈(370)은 도 5에 도시된 바와 같이 목표물 식별부(371), 측정위치 결정부(372), 진동신호 교정부(373), 진동신호 측정부(374) 및 진동신호 처리부(375)를 포함한다.As shown in FIG. 5, the
목표물 식별부(371)는 자율이동 로봇(100)이 이동하여 진동신호를 측정할 목표 구조물을 식별하는 기능을 수행한다. The
도 7에 도시된 바와 같이 목표 구조물(10)에는 진동 측정용 기준점(11)이 표기되어 있을 수 있고, 입력된 정보 및 진동 측정용 기준점(11)을 확인하여 이로부터 목표 구조물을 식별할 수 있다. As shown in FIG. 7, the
측정위치 결정부(372)는 목표 구조물(10)을 식별하고, 해당 목표 구조믈(10)에 대하여 미리 입력된 진동 측정위치 정보로부터 위치를 결정할 수 있다. The
진동신호 교정부(373)는 상기 진동 측정장치(170)에 구비된 고속 카메라(180)를 이용하여 상기 교정용 진동체(151)의 진동 특성을 측정하고, 이로부터 고속 카메라(180)가 목표 구조물(20)의 진동을 측정할 수 있는 상태인지 여부를 파악한다. The vibration
진동신호 교정부(373)의 신호는 상기 바닥진동 차단장치(140)를 제어하는 마스터 모듈(330)과 통신하며 상기 바닥진동 차단장치(140)의 진동차단부재(142)의 진동특성, 예를 들면, MR 유체 또는 ER 유체의 특성을 제어하여 바닥진동이 본 발명의 진동 측정장치(170)로 전파되는 것을 최소화할 수 있다. The signal of the vibration
진동신호 측정부(374)에서는 목표 구조물(20)의 진동을 상기 고속 카메라(180)를 이용하여 측정하고 상기 신호를 진동신호 처리부(375)에서 신호를 분석할 수 있도록 한다. The vibration
상기 고속 카메라(180)의 측정 위치 및 각도는 위에서 살펴본 진동 측정용 기준점(11)의 데이터 및 기존 저장된 정보를 이용하여 설정할 수도 있다. The measurement position and angle of the high-
진동신호 처리부(375)는 고속 카메라(180)로 측정한 신호를 이용하여 목표 구조물(10)의 진동가시화를 위해 신호처리를 한다.The
고속 카메라(180)의 화상 신호를 이용한 신호처리는 노이즈를 제거 기술과 모션 증폭(motion magnification) 기술을 포함하고 있을 수 있는데, 이는 진동신호 처리부(375)에 공지된 기술을 부가하여 사용할 수 있다. Signal processing using the image signal of the high-
즉, 상기 진동신호 처리부(375)에는 상기 고속 카메라(180)로 촬영한 화상 이미지의 노이즈를 제거하기 위한 노이즈 제거부; 및 상기 고속 카메라(180)로 촬영한 화상 이미지의 모션의 변화를 명확하게 구분하기 위한 모션 증폭기(motion magnification)를 포함하도록 구성할 수 있다. That is, the vibration
이와 같은 구성을 갖는 진동가시화용 자율이동로봇(100)을 이용한 구조물의 진동가시화를 구현하는 방법을 살펴보면 아래와 같다. A method of implementing vibration visualization of a structure using the autonomous
도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 진동가시화 구현 방법은, 제1 목표 구조물 선정 단계(S10); 제1 목표 구조물까지 이동하는 단계(S20): 진동 측정위치 결정 단계(S30); 바닥진동 차단 단계(S40); 진동신호 교정 단계(S50); 진동신호 측정 단계(S60); 진동신호 처리 단계(S70); 및 자율이동로봇 이동 단계(S80)를 포함한다. As shown in Figure 8, the vibration visualization implementation method of the present invention includes a first target structure selection step (S10); Moving to a first target structure (S20): determining a vibration measurement location (S30); Floor vibration blocking step (S40); Vibration signal calibration step (S50); Vibration signal measuring step (S60); Vibration signal processing step (S70); and moving the autonomous mobile robot (S80).
제1 목표 구조물 선정 단계(S10)는 본 발명의 진동가시화용 자율이동로봇(100)을 이용하여 진동가시화를 구현하고자 하는 목표 구조물을 선정하는 단계이다. 이 단계는 작업자가 선택할 수도 있고, 주기적인 방법으로 제어부(300)에서 미리 설정해 둘 수도 있으며, 비상 상황이 발생한 경우에 자동 또는 수동으로 선정할 수도 있을 것이다. The first target structure selection step (S10) is a step of selecting a target structure to implement vibration visualization using the autonomous
제1 목표 구조물까지 이동하는 단계(S20)는 본 발명의 자율이동로봇(100)이 목표 구조물(20)까지 자율이동하는 단계이다. 이 때 이동 경로(20)는 미리 정보화된 경로 중에서 명령을 통해 구현할 수 있을 것이다. 이 때, 자율이동로봇(100)은 이동 경로 상의 방해물은 회피하면서 이동할 수 있도록 구현하는 것이 바람직하고, 진동가시화 모듈(370)에서 목표 구조물(10)을 식별하여 본 단계를 완료할 수 있다. Moving to the first target structure (S20) is a step in which the autonomous
진동 측정위치 결정 단계(S30)는 목표 구조물(10)에 도달한 자율이동로봇(100)이 해당 목표 구조물(10)을 측정하기 위한 표준 위치를 결정하고 표준 위치까지 이동하는 단계를 나타낸다. The step of determining the vibration measurement position (S30) represents a step in which the autonomous
본 발명의 진동가시화용 자율이동로봇(100)은 진동 측정용 구조물에 센서를 부착하여 진동을 측정하지 않고 비접촉 방식인 고속 카메라로 측정한 이미지를 이용하여 진동신호를 가시화하므로, 측정 위치가 변경되면 정량적으로 정확한 측정을 할 수 없을 뿐 아니라, 이전의 측정 신호와 대비하기도 어려운 문제점이 있다. The autonomous
이러한 문제점 때문에 목표 구조물 각각 항상 동일한 측정위치에서 고속 카메라(180)를 이용하여 진동 영상을 촬영하는 것이 필요하고, 이는 미리 저장된 값에 따라 이동할 수 있다. Because of this problem, it is necessary to always take a vibration image using the high-
바닥진동 차단 단계(S40)는 해당 목표 구조물(10)의 진동을 고속 카메라(180)로 측정하는 기준 위치에 도달한 후, 바닥진동 차단장치(140)를 작동하여 로봇 본체(110)과 진동 측정장치(170)로 전파되는 바닥진동을 차단하는 단계이다. In the floor vibration blocking step (S40), after reaching the reference position for measuring the vibration of the
본 단계에서는 다양한 진동 차단장치를 사용할 수 있지만, 도 7에서는 상기 상부 지지봉(140)을 하강하여 상기 바닥 지지판(141)이 바닥면에 닿도록 한다. 이 때, 필요한 경우 로봇 본체(110)에 구비된 바퀴(120)를 바닥면과 분리되도록 구성하는 것도 가능하다. In this step, various vibration isolation devices can be used, but in FIG. 7 , the
도 4, 7에서 알 수 있듯이 상기 바닥 지지판(141)과 상부 지지붕(140) 사이에는 진동차단부재(142)가 구비되어 있는 것이 바람직하다. As can be seen in FIGS. 4 and 7 , it is preferable that a
이 때 상기 진동차단부재(142)는 수동형보다는 능동형 차단부재가 보다 적합한데 MR 유체 또는 ER 유체를 포함하도록 구성하여 MR 유체 또는 ER 유체를 제어하여 보다 능동적으로 진동을 차단할 수 있다. At this time, the active blocking
상기 바닥진동 차단장치(140)를 작동하여 바닥진동을 차단하면서, 상기 고속 카메라(180)를 이용하여 상기 로봇 본체(110)에 구비된 진동 교정부(150)의 진동을 측정하여 고속 카메라(180)가 외부의 진동 영향을 받지 않는 상태를 유지하기 위한 단계이다. The high-
위에서 살펴본 바와 같이 고속 카메라(180)를 이용해 상기 진동 교정부(150)에 구비된 교정용 진동체(151)의 진동 여부를 확인하고, 교정용 진동체(151)의 진동이 최소화된 상태가 되어야 진동신호 차단 단계가 완료될 수 있다. As described above, it is necessary to use the high-
진동신호 교정 단계(S50)는 상기 로봇 본체(110)에 구비된 진동 교정부(150)에 기준 진동을 발생시켜 고속 카메라(180)로 측정하고 그 진동 특성이 미리 저장된 진동 교정부(150)의 진동과 동일한 지 대비하며 상기 고속 카메라(180)의 특성을 교정하는 단계이다. In the vibration signal calibration step (S50), reference vibration is generated in the
이처럼 진동신호 교정 단계(S50)를 통해 고속 카메라(180)의 특성을 교정하고 목표 구조물(10)의 진동 특성을 측정하는 것이 바람직하다.As such, it is preferable to calibrate the characteristics of the high-
진동신호 측정단계(S60)는 상기 목표 구조물(10)을 기준 위치에서 고속 카메라(180)로 진동 신호를 측정하는 단계이다. The vibration signal measuring step (S60) is a step of measuring the vibration signal with the high-
진동신호 처리 단계(S70)는 상기 고속 카메라(180)를 측정한 신호를 이용하여 해당 목표 구조물(10)의 진동가시화를 구현하는 단계이며, 이와 같은 신호 처리 단계에서는 노이즈를 제거하는 기술 및 모션 증폭(motion magnification) 기술을 함께 적용하여 보다 선명하게 구조물의 진동을 가시화할 수 있다. The vibration signal processing step (S70) is a step of realizing vibration visualization of the
다음으로 자율이동로봇 이동 단계(S80)는 지율이동로봇(100)이 상기 제1 목표 구조물(10)에서 진동 측정을 완료하고 이동하는 단계를 나타낸다. 이 때 자율이동로봇(100)은 초기 위치로 귀환할 수도 있고, 또 다른 목표 구조물의 진동 측정을 위해 다른 구조물로 이동할 수도 있다. Next, the autonomous mobile robot movement step (S80) represents a step in which the intelligent
이처럼 본 발명의 진동가시화용 자율이동로봇(100)을 이용하여 여러 위치에 설치되어 있는 많은 진동 구조물에 대하여 각 구조물에 많은 진동 측정용 센서를 부착하지 않고도 주기적으로 진동을 측정하고 진동가시화까지 구현할 수 있다. As such, by using the autonomous
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is possible to modify and implement the present invention by those skilled in the art without departing from the scope claimed in the claims of the present invention. And, such modifications fall within the scope of the present invention.
10 : 진동 구조물 11 : 진동 측정용 기준점
20 : 이동 경로 100 ; 자율이동로봇
110 : 로봇 본체 120 : 바퀴
130 : 연결부 140 : 바닥진동 차단장치
141 : 바닥 지지판 142 : 진동차단부재
143 : 상부 지지봉 144 : 지지봉 결합단
150 : 진동 교정부 151 : 교정용 진동체
152 : 진동체 설치구 170 : 진동 측정장치
171 : 결합부 172 : 제1 힌지부
173 : 제2 힌지부 174 : 제3 힌지부
175 : 제1 링크 176 : 제2 링크
180 : 고속 카메라 300 : 제어부
310 : 자율주행 모듈 330 : 마스터 모듈
350 : 인터페이스 모듈 370 : 진동가시화 모듈
371 : 목표물 식별부 372 : 측정위치 결정부
373 : 진동신호 교정부 374 : 진동신호 측정부
375 : 진동신호 처리부10: vibration structure 11: reference point for vibration measurement
20:
110: robot body 120: wheel
130: connection part 140: floor vibration blocking device
141: floor support plate 142: vibration blocking member
143: upper support bar 144: support bar coupling end
150: vibration correction unit 151: vibration body for correction
152: vibrating body installation 170: vibration measuring device
171: coupling part 172: first hinge part
173: second hinge part 174: third hinge part
175: first link 176: second link
180: high-speed camera 300: control unit
310: autonomous driving module 330: master module
350: interface module 370: vibration visualization module
371: target identification unit 372: measurement location determination unit
373: vibration signal correction unit 374: vibration signal measurement unit
375: vibration signal processing unit
Claims (4)
상기 로봇 본체(110)에 구비된 바닥진동 차단장치(140);
상기 로봇 본체(110)에 구비된 진동 측정장치(170); 및 제어부(300);를 포함하되,
상기 진동 측정장치(170)는 비접촉 방식으로 목표 구조물(10)의 진동을 측정하는 고속 카메라(180); 및 상기 고속 카메라(180)가 결합되는 제1 링크(175);를 포함하고,
상기 제어부(300)는,
상기 로봇 본체(110)의 출발 위치로부터 타겟 위치까지의 경로를 생성하고, 생성된 경로에 따라서 상기 로봇 본체(110)가 자율적으로 이동하게 하는 자율주행 모듈(310); 및
진동가시화 모듈(370);을 포함하는 것을 특징으로 하는 진동가시화용 자율이동로봇.
robot body 110;
a floor vibration blocking device 140 provided in the robot body 110;
a vibration measuring device 170 provided in the robot body 110; And a control unit 300; including,
The vibration measuring device 170 includes a high-speed camera 180 for measuring the vibration of the target structure 10 in a non-contact manner; And a first link 175 to which the high-speed camera 180 is coupled;
The controller 300,
An autonomous driving module 310 that generates a path from a starting position of the robot body 110 to a target position and autonomously moves the robot body 110 according to the generated path; and
Vibration visualization module 370; Autonomous mobile robot for vibration visualization, characterized in that it comprises.
로봇 본체(110)에는,
진동 교정부(150)가 추가로 구비되어 있으며,
상기 진동 교정부(150)는 빔(beam) 또는 플레이트로 이루어진 교정용 진동체(151)를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동가시화용 자율이동로봇.
According to claim 1,
In the robot body 110,
A vibration correction unit 150 is additionally provided,
The vibration correction unit 150 is an autonomous mobile robot for vibration visualization, characterized in that it includes a vibration body 151 for correction made of a beam or a plate.
상기 진동가시화 모듈(370)은,
목표 구조물 식별부(371); 진동 측정 위치를 결정하는 위치 결정부(372);
진동 신호 교정부(373); 진동 신호 측정부(374); 및
진동 신호 처리부(375)를 포함하고,
상기 진동 신호 처리부(375)는,
상기 고속 카메라(180)로 촬영한 화상 이미지의 노이즈를 제거하기 위한 노이즈 제거부; 및
상기 고속 카메라(180)로 촬영한 화상 이미지의 모션의 변화를 명확하게 구분하기 위한 모션 증폭기(motion magnification)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 진동가시화용 자율이동로봇.
According to claim 2,
The vibration visualization module 370,
target structure identification unit 371; a positioning unit 372 that determines a vibration measurement position;
a vibration signal correction unit 373; Vibration signal measuring unit 374; and
Including a vibration signal processing unit 375,
The vibration signal processing unit 375,
a noise removal unit for removing noise from an image captured by the high-speed camera 180; and
An autonomous mobile robot for vibration visualization, characterized in that it includes a motion magnification for clearly distinguishing a change in motion of an image captured by the high-speed camera (180).
제1 목표 구조물 선정 단계(S10);
제1 목표 구조물까지 이동하는 단계(S20):
진동 측정위치 결정 단계(S30);
바닥진동 차단 단계(S40);
진동 신호 교정 단계(S50);
진동 신호 측정 단계(S60); 진동 신호 처리 단계(S70); 및
자율이동로봇 이동 단계(S80);를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동가시화용 자율이동로봇(100)을 이용한 구조물의 진동가시화를 구현하는 방법.In the method for realizing vibration visualization of a structure using the autonomous mobile robot 100 for vibration visualization according to claim 1,
A first target structure selection step (S10);
Moving to the first target structure (S20):
Vibration measurement location determination step (S30);
Floor vibration blocking step (S40);
Vibration signal calibration step (S50);
Vibration signal measuring step (S60); Vibration signal processing step (S70); and
A method of realizing vibration visualization of a structure using the autonomous mobile robot for vibration visualization (100), characterized in that it includes a moving step of the autonomous mobile robot (S80).
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---|---|---|---|
KR1020220142802A KR102552667B1 (en) | 2022-10-31 | 2022-10-31 | Autonomous Mobile Robot for Vibration Visualization of Structures |
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2022
- 2022-10-31 KR KR1020220142802A patent/KR102552667B1/en active IP Right Grant
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