KR102553018B1 - 배관검사로봇 및 이의 동작방법 - Google Patents

배관검사로봇 및 이의 동작방법 Download PDF

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Abstract

배관검사로봇 및 이의 동작방법이 개시된다. 이에 의한 배관검사로봇은, 상기 배관검사로봇을 배관 내에서 주행시키는 복수개의 견인바퀴; 와, 배관벽과의 거리를 측정하는 거리측정센서; 와, 상기 배관검사로봇의 자세를 측정하는 자세측정센서; 와, 상기 복수개의 견인바퀴들을 서로 연결시키고, 수직 방향으로 접혀지거나 펴질 수 있게 구성된 링크; 및 상기 배관벽과의 거리에 기초하여 곡관부 및 상기 곡관부의 형상을 인식하고, 상기 곡관부의 형상에 대한 상기 배관검사로봇의 자세를 확인하여 상기 배관검사로봇이 상기 곡관부를 주행가능한지 여부를 판단하며, 상기 배관검사로봇이 상기 배관의 곡관부를 주행하는 경우 상기 복수개의 견인바퀴 각각이 상기 배관벽에 항상 접지하도록 상기 링크를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

배관검사로봇 및 이의 동작방법{A PIPE INSPECTION ROBOT AND OPERATING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 배관검사로봇 및 이의 동작방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 곡선관 형태의 배관에 최적화되어 주행할 수 있는 배관검사로봇 및 이의 동작방법에 관한 것이다.
매설된 산업용 배관은 사용되는 용도에 따라 다양한 형태로 설치되어 있으며, 배관 형태는 배관로봇을 투입하여 작업을 수행하기 전에 검토되어야 한다.
산업용 배관의 형태는 크게 직관, 곡관 및 분기관으로 분류할 수 있다. 곡관의 경우, 90°Long elbow, 90°Short elbow, 45°Long elbow 등으로 구분할 수 있다.
이와 같은 다양한 배관 작업을 위해, 배관로봇은 배관 내부 환경을 인식할 수 있어야 하며, 인식 후 장애물 극복을 위한 주행 제어 방법이 필요하다.
한국공개특허 제10-2020-0020282호는 동기화된 주행 링크와 독립 구동부로 구성되고, 단곡관을 주행하는 도중에는 모든 주행 링크 별 독립 구동부의 롤러가 단곡관의 내면에 접촉할 수 있는 방법을 적용한다.
한국등록특허 제10-1486019호는 공압 실린더에 의해 모듈 내로 접히거나 외부로 펼칠 수 있는 암(arm)과, 펼쳐지는 암에 의해 펼쳐지면 배관의 내면을 주행할 수 있는 휠(wheel)과, 이를 동작시키기 위한 공압부와 전원을 공급하는 배터리부를 포함하고, 구동부가 휠 내부에 구성된 인휠 모터를 구비한 언피거블 배관 탐상 로봇을 제공한다.
그러나, 현재 다양한 형태의 배관 중에서 곡선관의 환경을 인식하고 이에 대응하여 최적화된 주행을 할 수 있도록 제어하는 방법은 존재하지 않는다.
한국공개특허공보 제10-2020-0020282호(2020.02.26) 한국등록특허공보 제10-1486019호(2015.01.19)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 다양한 형태의 배관 중에서 곡선관에 대한 주행을 위한 센서의 구성과 바퀴 구조 및 링크부의 구성을 포함하는 배관검사로봇 및 이의 동작방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 곡선관에 최적화된 구조를 가지는 배관검사로봇이 능동적으로 곡관 주행을 제어할 수 있는 배관검사로봇 및 이의 동작방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 배관검사로봇은, 상기 배관검사로봇을 배관 내에서 주행시키는 복수개의 견인바퀴; 와, 배관벽과의 거리를 측정하는 거리측정센서; 와, 상기 배관검사로봇의 자세를 측정하는 자세측정센서; 와, 상기 복수개의 견인바퀴들을 서로 연결시키고, 수직 방향으로 접혀지거나 펴질 수 있게 구성된 링크; 및 상기 배관벽과의 거리에 기초하여 곡관부 및 상기 곡관부의 형상을 인식하고, 상기 곡관부의 형상에 대한 상기 배관검사로봇의 자세를 확인하여 상기 배관검사로봇이 상기 곡관부를 주행가능한지 여부를 판단하며, 상기 배관검사로봇이 상기 배관의 곡관부를 주행하는 경우 상기 복수개의 견인바퀴 각각이 상기 배관벽에 항상 접지하도록 상기 링크를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 배관검사로봇에 있어서, 상기 제어부는, 상기 곡관부의 직경 및 곡률 중 적어도 하나가 변경되면, 상기 복수개의 견인바퀴 각각이 상기 배관벽에 접지하도록 상기 링크의 높이를 조절한 후, 상기 복수개의 견인바퀴 각각에 대하여 상기 배관벽을 향하는 방향으로 압력을 가할 수 있다.
상기 배관검사로봇에 있어서, 상기 링크에는 상기 복수개의 견인바퀴 각각에 대응하여 로드셀이 부착되고, 상기 제어부는, 상기 로드셀의 값에 기초하여 상기 복수개의 견인바퀴 각각으로 전달되는 외부 힘을 측정하고, 측정된 상기 외부 힘에 대응하여 상기 링크 높이를 제어할 수 있다.
상기 배관검사로봇에 있어서, 상기 제어부는, 상기 배관벽과의 거리를 이용하여 배관 반지름 및 배관 내부에서의 현재위치를 계산하고, 상기 배관검사로봇을 상기 현재위치에서 배관 내부 중심위치로 이동시키도록 상기 복수개의 견인 바퀴들을 구동할 수 있다.
상기 배관검사로봇에 있어서, 상기 거리측정센서는, 복수개로 구성되며, 상기 배관검사로봇의 4측면에 각각 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 배관검사로봇의 동작방법은, 배관벽과의 거리를 측정하는 단계; 와, 상기 배관검사로봇의 자세를 측정하는 단계; 와, 상기 배관벽과의 거리에 기초하여 배관의 곡관부 및 상기 곡관부의 형상을 인식하는 단계; 와, 상기 곡관부의 형상에 대한 상기 배관검사로봇의 자세를 확인하여, 상기 배관검사로봇이 상기 곡관부를 주행가능한지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 배관검사로봇이 상기 배관의 곡관부를 주행하는 경우, 상기 배관검사로봇을 구성하는 복수개의 견인바퀴 각각이 상기 배관벽에 항상 접지하도록 링크를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 배관검사로봇의 동작방법에 있어서, 상기 곡관부의 직경 및 곡률 중 적어도 하나가 변경되면, 상기 복수개의 견인바퀴 각각이 상기 배관벽에 접지하도록 상기 링크의 높이를 조절한 후, 상기 복수개의 견인바퀴 각각에 대하여 상기 배관벽을 향하는 방향으로 압력을 가할 수 있다.
상기 배관검사로봇의 동작방법에 있어서, 상기 링크에는 상기 복수개의 견인바퀴 각각에 대응하여 로드셀이 부착되고, 상기 로드셀의 값에 기초하여 상기 복수개의 견인바퀴 각각으로 전달되는 외부 힘을 측정하고, 측정된 상기 외부 힘에 대응하여 상기 링크 높이를 제어할 수 있다.
상기 배관검사로봇의 동작방법에 있어서, 상기 배관벽과의 거리를 이용하여 배관 반지름 및 배관 내부에서의 현재위치를 계산하고, 상기 배관검사로봇을 상기 현재위치에서 배관 내부 중심위치로 이동시키도록 상기 복수개의 견인 바퀴들을 구동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 곡선관에 최적화된 구조를 가지는 배관검사로봇이 능동적으로 곡관 주행을 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배관검사로봇의 외관 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배관검사로봇에 포함되는 카메라센서 유닛을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 배관검사로봇의 동작 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 배관검사로봇이 배관 형태를 분석하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 배관검사로봇이 관경 및 로봇 위치를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 명세서에서, 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
또한 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에 본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로써, 본 발명을 한정하려는 의도로 사용되는 것이 아니다.
또한 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것일 뿐, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한 본 명세서에서, '및/또는' 이라는 용어는 복수의 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. 본 명세서에서, 'A 또는 B'는, 'A', 'B', 또는 'A와 B 모두'를 포함할 수 있다.
또한 본 명세서에서, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 배관검사로봇의 외관 사시도이다.
본 발명에 따른 배관검사로봇(100)은 수로나 상수도관 등의 배관 내부에 삽입되어, 배관 내부를 주행하면서 배관 내부 상태 및 환경을 검사할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 배관검사로봇(100)은 산업용 배관의 유지보수, 상태검사, 기타 작업 등을 위하여 곡관 형태의 배관 내부를 주행할 수 있다.
이를 위해, 배관검사로봇(100)은 구동모듈 메인제어부(110), 구동 서브제어부(115), 견인바퀴(120), 링크(130), 링크 액츄에이터(132), 중앙기구부(134), 카메라센서 유닛(140), 카메라(145), 오도미터 센서(150) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
구동모듈 메인제어부(110)는 배관검사로봇(100)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 구동모듈 메인제어부(110)는 배관검사로봇(100)의 주행, 비전 검사, 거리측정, 구성요소 동작 제어 등을 제어할 수 있다.
이를 위해, 구동모듈 메인제어부(110)는 제어 프로그램이나 소프트웨어를 탑재할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 구동모듈 메인제어부(110)는 제어부를 포함할 수 있다.
구체적으로, 제어부는 배관벽과의 거리에 기초하여 곡관부 및 곡관부의 형상을 인식하고, 상기 곡관부의 형상에 대한 배관검사로봇(100)의 자세를 확인하여 배관검사로봇(100)이 곡관부를 주행가능한지 여부를 판단할 수 있다. 제어부는 배관검사로봇(100)이 배관의 곡관부를 주행하는 경우, 복수개의 견인바퀴(120) 각각이 배관벽에 항상 접지하도록 링크를 제어할 수 있다.
제어부는, 곡관부의 직경 및 곡률 중 적어도 하나가 변경되면, 복수개의 견인바퀴(120) 각각이 배관벽에 접지하도록 링크의 높이를 조절한 후, 복수개의 견인바퀴(120) 각각에 대하여 배관벽을 향하는 방향으로 압력을 가할 수 있다.
제어부는 로드셀의 값에 기초하여 복수개의 견인바퀴 각각으로 전달되는 외부 힘을 측정하고, 측정된 상기 외부 힘에 대응하여 링크 높이를 제어할 수 있다.
제어부는 배관벽과의 거리를 이용하여 배관 반지름 및 배관 내부에서의 현재위치를 계산하고, 배관검사로봇(100)을 현재위치에서 배관 내부 중심위치로 이동시키도록 복수개의 견인바퀴(120)들을 구동할 수 있다.
구동 서브제어부(115)는 링크와 로드셀의 연결이나 동작을 제어할 수 있다.
견인바퀴(120)는 배관검사로봇(100)을 배관 내에서 주행시킬 수 있다. 이를 위해, 견인바퀴(120)는 전후 방향, 좌우 방향 및 상하 방향으로 주행, 이동 및 회전할 수 있다.
견인바퀴(120)는 복수개로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 견인바퀴(120)는 8개로 구성될 수 있다. 이 경우, 8개의 독립된 견인바퀴(120)는 곡관부 통과 시, 항상 배관과 접지할 수 있다.
링크(130)는 복수개의 견인바퀴(120)들을 서로 연결시킬 수 있다. 이 경우, 링크(130)는 복수개의 견인바퀴(120)들을 수직 방향으로 접혀지거나 펴지게 할 수 있다.
링크(130)에는 복수개의 견인바퀴(120) 각각에 대응하여 로드셀이 부착될 수 있다.
링크 액츄에이터(132)는 링크(130)의 동작을 보조할 수 있다. 구체적으로, 링크 액츄에이터(132)는 링크(130)들을 수직 방향으로 펴거나 접는 동작을 수행할 수 있다.
중앙기구부(134)는 길게 이어진 막대 형상으로 구성되며, 배관검사로봇(100)의 길이 방향으로 연장될 수 있다.
중앙기구부(134)의 전면에는 카메라(145)가 설치될 수 있다.
카메라센서 유닛(140)은 소정 형상을 가지는 하우징으로 구성되며, 카메라(145)가 부착될 수 있다.
또한, 카메라 센서 유닛(140)에는 복수개의 LED 소자(미도시)가 설치될 수 있다. 복수개의 LED 소자(미도시)는 카메라(145)에 인접하게 배치되어, 카메라(145)의 시야를 밝게 할 수 있다.
카메라(145)는 배관검사로봇(100)의 전방을 촬영할 수 있다. 이 경우, 카메라(145)는 검사 목적 및 검사 방식에 대응하여, ToF 카메라, 깊이 카메라, 적외선 카메라 등을 포함하는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
오도미터 센서(150)는 배관검사로봇(100)의 총 주행거리를 계측할 수 있다. 이를 위해, 오도미터 센서(150)는 복수개의 견인바퀴(120) 중 어느 하나에 부착될 수 있다. 구체적으로, 오도미터 센서(150)는 주행거리를 적산하여, 총 주행거리를 계측할 수 있다.
한편, 배관검사로봇(100)의 내부에는 자세측정센서(미도시)가 탑재될 수 있다. 자세측정센서(미도시)는 배관검사로봇(100)의 자세를 측정하며, 이를 위해 수직센서, 수평센서, 자이로 센서 등을 포함하는 다양한 종류의 센서로 구현될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 배관검사로봇(100)은 곡관 주행을 위한 구조를 가질 수 있다. 8개의 독립된 견인바퀴(120)는 곡관부 통과 시, 항상 배관과 접지하며 주행 알고리즘을 통한 속도 제어를 수행할 수 있다.
또한, 링크(130)에 부착된 로드셀 센서를 통해 견인바퀴(120)로 전달되는 외부 힘을 측정할 수 있으며, 외부로부터 전달되는 힘에 따라 볼 스크류에 연결된 모터로 링크(130)의 높이를 제어할 수 있다.
전방의 사면에 부착된 거리측정센서와 자세센서 및 이동거리센서는 곡관 주행 제어를 위한 배관 내부의 환경 및 상태 인식을 위해 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 배관검사로봇에 포함되는 카메라센서 유닛을 도시한 도면이다.
배관 내부의 관경 측정과 중심 기준축을 정의하기 위하여, 카메라센서 유닛(140)은 거리측정센서(142)와 카메라(145)를 포함하여 구성될 수 있다.
거리측정센서(142)는 배관벽과의 거리를 측정할 수 있다. 이 경우, 거리측정센서(142)는 복수개로 구성되며, 배관검사로봇(100)의 4측면에 각각 배치될 수 있다. 구체적으로, 카메라센서 유닛(140)의 4개의 측면 각각에 배치될 수 있다. 4개의 측면 각각에 배치되어 배관 벽과의 거리를 측정함으로써, 이에 기초하여 로봇의 현재위치와 배관 반지름을 측정하고, 로봇을 배관 중심 위치로 이동시킬 수 있게 된다.
거리측정센서(142)는 다양한 측정 방식에 의해 배관과의 거리를 측정할 수 있다. 일 실시 예에 의하면, 거리측정센서(142)는 초음파를 이용하여 거리를 측정할 수 있다.
한편, 도 1과 도 2에 도시된 구성은 본 발명에 따른 배관검사로봇(100)의 일 실시예를 나타낸 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 배관검사로봇(100)과 이를 구성하는 카메라센서 유닛(140)은 실시예에 따라 추가적인 구성요소를 더 포함하거나 다른 형태의 구조를 가질 수도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 배관검사로봇의 동작 과정을 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 배관검사로봇(100)의 동작 과정에 의하면, 배관벽과의 거리를 측정하는 단계; 와, 배관검사로봇의 자세를 측정하는 단계; 와, 배관벽과의 거리에 기초하여 배관의 곡관부 및 곡관부의 형상을 인식하는 단계; 와, 곡관부의 형상에 대한 배관검사로봇의 자세를 확인하여, 배관검사로봇이 곡관부를 주행가능한지 여부를 판단하는 단계; 및 배관검사로봇이 배관의 곡관부를 주행하는 경우, 배관검사로봇을 구성하는 복수개의 견인바퀴 각각이 배관벽에 항상 접지하도록 링크를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 상세하게 설명한다.
센서를 이용하여 곡관을 인식한다(S301).
배관검사로봇(100)은 4측면에 배치된 거리측정센서를 이용하여 배관벽과의 거리를 측정할 수 있다. 이 경우, 배관벽과의 거리에 기초하여 배관의 곡관부 및 상기 곡관부의 형상을 인식할 수 있다.
인식된 곡관에 대한 주행이 가능한지 판단한다(S302).
배관검사로봇(100)은 곡관부의 형상에 대한 배관검사로봇(100)의 자세를 확인하여, 배관검사로봇(100)이 곡관부를 주행가능한지 여부를 판단할 수 있다.
만일, 인식된 곡관에 대한 주행이 가능하지 않다고 판단하면(S302-No), 배관검사로봇(100)은 곡관 주행을 위한 로봇위치를 정렬한다(S303). 구체적으로, 배관검사로봇(100)은 곡관의 중심으로 이동하거나, 링크 높이를 조절하여 배관 내부의 중심에 위치하도록 할 수 있다.
반면, 인식된 곡관에 대한 주행이 가능하면(S302-Yes), 곡관 주행을 시작한다(S304).
배관검사로봇(100)은 전후 방향, 좌우 방향 및 상하 방향으로 주행하거나, 이동 및 회전할 수 있다.
센서 데이터를 측정한다(S305).
배관검사로봇(100)은 탑재된 다양한 센서에 기초하여 배관 내부 환경에 대한 데이터를 측정할 수 있다.
주행 알고리즘을 적용한다(S306).
배관검사로봇(100)은 센서 데이터에 기초하여 배관 형태를 인식할 수 있다. 이 경우, 배관검사로봇(100)은 배관 형태에 대응하는 주행 알고리즘을 적용할 수 있다.
구체적으로, 배관검사로봇(100)은 배관벽과의 거리를 이용하여 배관 반지름 및 배관 내부에서의 현재위치를 계산하고, 배관검사로봇(100)을 현재위치에서 배관 내부 중심위치로 이동시키도록 복수개의 견인 바퀴(120)들을 구동할 수 있다.
배관 내부의 로봇 위치에 따른 속도 및 링크제어를 수행한다(S307).
배관검사로봇(100)은 자세센서의 측정데이터에 기초하여 로봇 자세를 확인할 수 있다.
또한, 배관검사로봇(100)은 배관 중심으로부터 배관 벽까지의 거리에 기초하여, 배관 반지름과 배관의 곡률 변화를 인식할 수 있다.
이 경우, 배관검사로봇(100)은 곡선 배관을 주행하는 과정에서 배관의 곡률이 변하게 되면, 링크를 통해 견인바퀴(120)의 높이를 조절하여 배관 벽에의 접지력을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 배관검사로봇(100)은 곡관부의 직경 및 곡률 중 적어도 하나가 변경되면, 복수개의 견인바퀴(120) 각각이 배관벽에 접지하도록 링크의 높이를 조절한 후, 복수개의 견인바퀴(120) 각각에 대하여 배관벽을 향하는 방향으로 압력을 가할 수 있다.
또한, 배관검사로봇(100)은 로드셀의 값에 기초하여 복수개의 견인바퀴(120) 각각으로 전달되는 외부 힘을 측정하고, 측정된 상기 외부 힘에 대응하여 링크 높이를 제어할 수 있다. 예를 들어, 복수개의 견인바퀴(120) 각각에 전달되는 외부 힘이 동일해지도록, 링크 위치 및 링크 높이를 조절할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 배관검사로봇의 동작 방법에 의하면, 배관검사로봇이 관경 및 위치를 측정하기 위한 센서와 배관 로봇의 자세를 측정하기 위한 센서를 통해서 곡관부를 인식하고, 곡관 형상에 대한 로봇 자세를 확인하여 인식된 배관에 대해서 로봇이 주행가능 한지 여부를 판단하게 된다.
이후, 곡관 주행을 위한 로봇의 위치 정렬 후 곡관 주행을 시작하며, 실시간 수집된 센서데이터를 통해 대응하는 주행 알고리즘을 적용하여 곡관을 주행한다.
도 4는 본 발명에 따른 배관검사로봇이 배관 형태를 분석하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
센서를 이용하여 곡관을 인식한다(S401).
이 경우, 거리측정센서와 관경측정센서 등을 이용하여 곡관의 내부 상태와 형상을 인식할 수 있다.
관경측정센서로 배관의 직경 및 높이를 측정한다(S402).
구체적으로, 배관검사로봇(100)은 관경측정센서 및 거리측정센서를 이용하여 배관 내부의 관경을 측정하고 배관의 중심을 기준으로 배관검사로봇(100)의 위치를 측정할 수 있다.
자세 센서로 로봇의 자세를 측정한다(S403).
자세 센서는 수직센서, 수평센서, 자이로 센서 등을 포함하는 다양한 종류의 센서로 구현될 수 있으며, 센서가 측정한 데이터에 기초하여 배관검사로봇(100)의 자세를 측정할 수 있다.
인식된 배관에 대한 분석을 수행한다(S404).
배관검사로봇(100)은 배관의 형태, 배관의 길이에 따른 직경 변화, 배관 내부 구조 등에 대한 분석을 수행할 수 있다.
수직각도와 수평각도를 측정한다(S405).
유지보수, 상태검사, 기타작업을 수행하는 배관로봇의 곡관 주행 기능은 작업 방법을 결정하게 되며, 배관로봇이 주행 가능한 작업구간의 선정과 로봇을 투입하기 위한 투입구 및 회수장치와, 작업을 위한 주변장비의 선정에 중요한 판단기준이다.
본 발명에서 설명한 능동적인 배관내부 환경인식 및 주행제어 방법을 적용하는 경우, 복잡한 구조 및 다양한 형태로 매설되어 있는 산업용배관에 대해 최소의 투입구에 대한 공사로 최대거리에 대한 작업을 수행함으로써 공사기간 단축 및 비용의 절감효과를 통해 안정적인 배관의 기능을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 배관검사로봇이 관경 및 로봇 위치를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 도 5는 배관검사로봇(100)의 사면에 적용된 거리측정센서(S1, S2, S3, S4)를 이용하여 배관 내부의 관경을 측정하고 배관의 중심을 기준으로 배관 로봇(100)의 위치를 측정하기 위한 방법을 나타낸다.
임의의 위치 P(x, y) 지점에서, 거리측정센서(S1, S2, S3, S4)에 대해 다음 [식 1]을 적용하면 반지름 R을 구할 수 있다.
Figure 112020129113126-pat00001
[식 1]
또한, 임의의 위치 P(x, y) 지점에서, 다음 [식 2]를 통해 배관의 중심 C(a, b) 기준 위치를 계산할 수 있다.
Figure 112023034137164-pat00012
[식 2]
한편, 본 발명의 실시예는 지금까지 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 상술한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 통상의 기술자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 배관검사로봇 110: 구동모듈 메인제어부
115: 구동 서브제어부 120: 견인바퀴
130: 링크 132: 링크 액츄에이터
134: 중앙기구부 140: 카메라센서 유닛
145: 카메라 150: 오도미터 센서

Claims (9)

  1. 배관검사로봇에 있어서,
    상기 배관검사로봇을 배관 내에서 주행시키는 복수개의 견인바퀴;
    배관벽과의 거리를 측정하는 거리측정센서;
    상기 배관검사로봇의 자세를 측정하는 자세측정센서;
    상기 복수개의 견인바퀴들을 서로 연결시키고, 수직 방향으로 접혀지거나 펴질 수 있게 구성된 링크; 및
    상기 배관벽과의 거리에 기초하여 곡관부 및 상기 곡관부의 형상을 인식하고, 상기 곡관부의 형상에 대한 상기 배관검사로봇의 자세를 확인하여 상기 배관검사로봇이 상기 곡관부를 주행가능한지 여부를 판단하며, 상기 배관검사로봇이 상기 배관의 곡관부를 주행하는 경우 상기 복수개의 견인바퀴 각각이 상기 배관벽에 항상 접지하도록 상기 링크를 제어하는 제어부를 포함하되,
    상기 곡관부에 대한 주행이 가능하지 않다고 판단하면, 상기 곡관부의 중심으로 이동하거나 상기 링크의 높이를 조절하여 상기 곡관부의 내부 중심에 위치하게 함으로써, 상기 곡관부의 주행을 위한 로봇위치를 정렬하고,
    상기 링크에는 상기 복수개의 견인바퀴 각각에 대응하여 로드셀이 부착되고, 상기 제어부는 상기 로드셀의 값에 기초하여 상기 복수개의 견인바퀴 각각으로 전달되는 외부 힘을 측정하고, 측정된 상기 외부 힘에 대응하여 상기 링크 높이를 제어하며,
    상기 거리측정센서(S1, S2, S3, S4)는 상기 배관검사로봇의 사면에 적용되고,
    상기 거리측정센서(S1, S2, S3, S4)를 이용하여 상기 배관 내부의 관경을 측정하고 상기 배관의 중심을 기준으로 상기 배관검사로봇의 위치를 측정하되, 여기서 임의의 위치 P(x, y) 지점에서 상기 거리측정센서(S1, S2, S3, S4)에 대해 다음 [식 1]을 적용하여 상기 배관의 반지름 R을 구하고,
    Figure 112023034137164-pat00008
    [식 1],
    상기 임의의 위치 P(x, y) 지점에서 다음 [식 2]를 이용하여 상기 배관의 중심 C(a, b)의 기준 위치를 계산하는,
    Figure 112023034137164-pat00013
    [식 2]
    배관검사로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 곡관부의 직경 및 곡률 중 적어도 하나가 변경되면, 상기 복수개의 견인바퀴 각각이 상기 배관벽에 접지하도록 상기 링크의 높이를 조절한 후, 상기 복수개의 견인바퀴 각각에 대하여 상기 배관벽을 향하는 방향으로 압력을 가하는, 배관검사로봇.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배관벽과의 거리를 이용하여 배관 반지름 및 배관 내부에서의 현재위치를 계산하고, 상기 배관검사로봇을 상기 현재위치에서 배관 내부 중심위치로 이동시키도록 상기 복수개의 견인 바퀴들을 구동하는, 배관검사로봇.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 거리측정센서는,
    복수개로 구성되며, 상기 배관검사로봇의 4측면에 각각 배치되는, 배관검사로봇.
  6. 배관검사로봇의 동작방법에 있어서,
    배관벽과의 거리를 측정하는 단계;
    상기 배관검사로봇의 자세를 측정하는 단계;
    상기 배관벽과의 거리에 기초하여 배관의 곡관부 및 상기 곡관부의 형상을 인식하는 단계;
    상기 곡관부의 형상에 대한 상기 배관검사로봇의 자세를 확인하여, 상기 배관검사로봇이 상기 곡관부를 주행가능한지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 배관검사로봇이 상기 배관의 곡관부를 주행하는 경우, 상기 배관검사로봇을 구성하는 복수개의 견인바퀴 각각이 상기 배관벽에 항상 접지하도록 링크를 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 곡관부에 대한 주행이 가능하지 않다고 판단하면, 상기 곡관부의 중심으로 이동하거나 상기 링크의 높이를 조절하여 상기 곡관부의 내부 중심에 위치하게 함으로써, 상기 곡관부의 주행을 위한 로봇위치를 정렬하고,
    상기 링크에는 상기 복수개의 견인바퀴 각각에 대응하여 로드셀이 부착되고, 상기 로드셀의 값에 기초하여 상기 복수개의 견인바퀴 각각으로 전달되는 외부 힘을 측정하고, 측정된 상기 외부 힘에 대응하여 상기 링크 높이를 제어하며,
    상기 배관검사로봇의 사면에는 거리측정센서(S1, S2, S3, S4)가 적용되고,
    상기 거리측정센서(S1, S2, S3, S4)를 이용하여 상기 배관 내부의 관경을 측정하고 상기 배관의 중심을 기준으로 상기 배관검사로봇의 위치를 측정하되, 여기서 임의의 위치 P(x, y) 지점에서 상기 거리측정센서(S1, S2, S3, S4)에 대해 다음 [식 1]을 적용하여 상기 배관의 반지름 R을 구하고,
    Figure 112023034137164-pat00010
    [식 1],
    상기 임의의 위치 P(x, y) 지점에서 다음 [식 2]를 이용하여 상기 배관의 중심 C(a, b)의 기준 위치를 계산하는,
    Figure 112023034137164-pat00014
    [식 2]
    배관검사로봇의 동작방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 곡관부의 직경 및 곡률 중 적어도 하나가 변경되면, 상기 복수개의 견인바퀴 각각이 상기 배관벽에 접지하도록 상기 링크의 높이를 조절한 후, 상기 복수개의 견인바퀴 각각에 대하여 상기 배관벽을 향하는 방향으로 압력을 가하는, 배관검사로봇의 동작방법.
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서,
    상기 배관벽과의 거리를 이용하여 배관 반지름 및 배관 내부에서의 현재위치를 계산하고, 상기 배관검사로봇을 상기 현재위치에서 배관 내부 중심위치로 이동시키도록 상기 복수개의 견인 바퀴들을 구동하는, 배관검사로봇의 동작방법.
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