KR102558911B1 - 연삭 로봇 - Google Patents

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KR102558911B1
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Abstract

본 발명은 연삭 로봇에 관한 것이다. 본 발명은 적어도 하나의 카메라와, 연삭 모듈을 구비하는 헤드부, 헤드부에 연결되며 적어도 2쌍의 제1 패시브 가이드 휠을 구비하는 전면부, 전면부에 연결되고 조향 휠을 구비하는 구동부, 구동부에 연결되고, 구동부를 회전시키는 구동 모터와 적어도 2쌍의 제2 패시브 가이드 휠을 구비하는 후면부를 포함한다.
본 발명에 따르면 배관 내를 주행하며 스패터 눌림을 검출하고, 연삭 모듈에 의해 스패터 눌림을 바로 제거할 수 있다.

Description

연삭 로봇 {Grinding robot}
본 발명은 연삭 로봇에 관한 것으로, 적어도 하나의 카메라와, 연삭 모듈을 구비하는 헤드부, 헤드부에 연결되며 적어도 2쌍의 제1 패시브 가이드 휠을 구비하는 전면부, 전면부에 연결되고 조향 휠을 구비하는 구동부, 구동부에 연결되고, 구동부를 회전시키는 구동 모터와 적어도 2쌍의 제2 패시브 가이드 휠을 구비하는 후면부를 포함하는 연삭 로봇에 관한 것이다.
파이프를 제조하거나 현장에서 복수의 파이프를 서로 접합할 때 복수의 파이프는 파이프의 외부 또는 내부에서 용접함으로써 접합된다. 하지만, 용접시 스패터가 발생한다. 스패터는 용접 중에 비산하는 슬래그나 금속입자를 말하며, 스패터가 파이프 내면에 유입된 상태에서 롤러 등에 의해 압착되면, 용접부에 눌린 흠이 발생하게 된다. 이러한 스패터 눌린 흠은 파이프의 불량을 초래한다.
이러한 파이프 내측의 스패터 눌림을 제거하기 위하여 작업자는 수작업 으로 육안 또는 카메라로 강관 내부의 상황을 보면서 스패터 눌림의 위치를 확인하고, 연삭 공구를 사용하여 스패터를 제거하고 있다. 하지만, 작업자의 컨디션에 따라 미확인 구간이 발생할 수 있다. 또한 그라인더의 무게로 인하여 스패터 눌림이 발생된 지점을 정확히 특정하는 것이 쉽지 않고, 거리 산출 착오로 정상 구간의 강관에 그라인더 작업을 진행하는 경우도 있다.
따라서 스패터의 위치를 정확하게 식별하고, 스패터 눌림을 효율적으로 제거할 수 있는 연삭 로봇의 개발이 필요하다.
대한민국 공개특허 제2015-0007325호(2015.01.20)
본 발명은 강관 내의 스패터 눌림의 위치를 정확하게 검출하고, 스패터를 효율적으로 제거할 수 있는 연삭 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 조향 휠의 조향 각도 조작만으로 간단하게 강관 내에서의 직선 속도를 조절할 수 있는 연삭 로봇을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇은 헤드부, 전면부, 구동부, 후면부를 포함한다. 헤드부는 적어도 하나의 카메라와, 연삭 모듈을 구비할 수 있다. 전면부는 헤드부에 연결되며, 적어도 2쌍의 제1 패시브 가이드 휠을 구비할 수 있다. 구동부는 전면부에 연결되고, 조향 휠을 구비할 수 있다. 후면부는 구동부에 연결되고, 구동부를 회전시키는 구동 모터와, 적어도 2쌍의 제2 패시브 가이드 휠을 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇에서 헤드부는 리니어 가이드를 더 구비할 수 있다. 연삭 모듈은 리니어 가이드에 의해 직선 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇에서 헤드부는 근접 센서를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇에서 구동부는 구동부 외측에 반경 방향으로 연장되는 축을 더 구비할 수 있다. 조향 휠은 축에 연결되어, 축의 회전에 의해 조향 각도가 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇에서 축은 유압에 의해 길이가 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇에서 전면부는 오도미터를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇에서 후면부는 오도미터를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇에서 제1 및 제2 패시브 가이드 휠은 각각 제1 및 제2 패시브 휠 서스펜스에 의해 틸팅가능하게 지지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇에서 헤드부는 통신 모듈을 더 구비할 수 있다. 카메라가 촬영한 영상은 통신 모듈에 의해 서버로 전송될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇에서 카메라는 스패터 눌림의 위치를 확인 후, 스패터 눌림의 위치를 기록할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 연삭 로봇은 헤드부에 장착된 카메라에 의해 스패터 홈부의 위치를 정확하게 인식할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 연삭 로봇의 구동부는 강관 내에서 나선 형태의 주행을 하는데, 조향 휠의 조향 각도를 조절함으로써 연삭 로봇의 직선 이동 속도를 용이하게 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 전체적 형상을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 헤드부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 전면부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 전면부에서 패시브 가이드 휠이 펼쳐진 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 구동부를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 구동부에서 조향 휠을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 구동부에서 파이프 축 방향에 대한 조향 휠의 조향 각도를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 구동부에서 조향 휠의 조향 각에 따라 주행 경로의 양상이 다른 상태를 나타내는 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 후면부를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 후면부에서 패시브 가이드 휠이 펼쳐진 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇이 파이프 내에 위치한 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇이 스패터를 제거하는 것을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 전체적 형상을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇(1000)은 헤드부(1100), 전면부(1200), 구동부(1300), 후면부(1400)를 포함한다. 헤드부(1100)는 적어도 하나 이상의 카메라를 구비하여, 배관 내 상황을 촬영한다. 카메라는 연삭 로봇(1000)의 전방 및 헤드부(1100)의 측면을 촬영할 수 있다. 헤드부(1100)는 그라인더를 구비한다. 헤드부(1000)는 촬영된 영상을 분석하여 그라인더를 스패터가 위치한 지점까지 이동시키며, 그라인더는 배관 내측에 위치한 스패터 눌림을 연삭한다.
전면부(1200)는 헤드부(1100)에 연결된다. 전면부(1200)는 헤드부(1100)의 직선 운동, 회전 운동을 위한 렉과 피니언, 모터를 구비한다. 피니언이 회전하면서 렉이 전진 또는 후진하고, 렉에 연결된 헤드부(1100)가 전진 또는 후진하여 위치를 조절한다. 또한, 모터가 헤드부(1100) 전체를 회전시켜, 그라인더가 스패터 눌림이 발생한 지점에 정확히 위치할 수 있도록 한다. 전면부(1200)는 몸체 외측에 적어도 2쌍 이상의 패시브 가이드 휠을 구비한다.
구동부(1300)는 전면부(1200)에 연결된다. 구동부(1300)는 축을 중심으로 회전하여 연삭 로봇(1000)을 전진시킨다. 구동부(1300)는 조향 휠을 구비한다. 조향 휠에 의해 구동부(1300)는 배관 내를 나선 이동을 하게 된다. 조향 휠의 조향 각도를 조절함으로서 연삭 로봇(1000)의 직선 운동 속도를 조절할 수 있다.
후면부(1400)는 구동부(1300)에 연결된다. 후면부(1400)는 모터를 구비하며, 구동부(1300)를 회전시킨다. 후면부(1400)는 몸체 외측에 적어도 2쌍 이상의 패시브 가이드 휠을 구비한다.
헤드부(1100), 전면부(1200), 구동부(13000, 후면부(1400)는 중공 형태의 축에 의해 일체로 연결된다. 연삭 로봇(1000)의 전면부(1200)에는 각 부품을 동작시키기 위한 전원이 위치할 수 있다. 중공 형태의 축 내측에는 전원 공급을 위한 케이블이 배치되어, 각 부품에 전원을 공급할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 헤드부를 나타내는 도면이다.
구체적으로, 헤드부(1100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전방 카메라(1111), 측면 카메라(1113), 연삭 모듈(1120), 베이스(1131), 렉(1133), 제1 근접 센서(1141), 리니어 가이드(1151), 제2 근접 센서(1153), 한계 블록(1155)을 구비한다.
전방 카메라(1111)는 배관 내에서, 연삭 로봇(1000)의 진행 방향 전방을 촬영한다. 전방 카메라(1111)가 배관 내 전방을 촬영하면서, 스패터 눌림의 여부 및 위치를 확인할 수 있다. 배관 내부의 환경을 용이하게 인식할 수 있도록, 헤드부(1100)에는 LED 등의 조명을 더 구비할 수 있다. 스패터 눌림의 위치를 확인한 후, 스패터의 위치를 DB에 저장할 수 있다.
촬영된 영상은 제어부가 영상 처리하거나, 서버로 전송하여 영상처리 하도록 한다. 영상을 효율적으로 처리하기 위하여, 배관 내면이 포함된 영역을 관심 영역(ROI, Region of Interest)으로 지정하여, 관심 영역에서만 영상 처리가 이루어지도록 할 수 있다. 해당 관심 영역에 포함된 화소들은 연산량 감소를 위하여 Gray 스케일로 변환할 수 있다. Gray 스케일로 변환된 영상은 캐니 에지(Canny Edge) 방법을 통해 외곽선만 그리도록 변환될 수 있다. 외곽선 검출 영상은 저장된 기준 이미지와 외곽선 유사도를 계산하여 유사도가 소정값 이상이면, 스패터 눌림으로 분류한다. 영상을 서버로 전송하는 경우 관심 영역(ROI)의 영상만 전송할 수 있다. 데이터 송수신을 위하여 헤드부(1100)는 통신 모듈을 더 구비할 수 있다.
한편, 측면 카메라(1113)는 스패터 눌림이 제거되는 작업 상황을 촬영할 수 있다. 측면 카메라(1113)에 촬영된 영상에 의해, 연마 동작의 지속 여부 및 종료 여부를 결정할 수 있다. 본 실시예에서는 2개의 카메라가 구비되나, 이에 한정하지 않으며, 카메라는 필요에 따라 더 구비될 수 있다.
스패터 눌림의 위치를 확인하면, 연삭 모듈(1120)을 스패터 눌림 부근으로 이동시켜 연삭 작업을 수행한다. 연삭 모듈(1120)은 후술할 리니어 가이드에 의해 스패터 눌림 부근으로 이동될 수 있다.
연삭 모듈(1120)은 그라인더(1121), 그라인더 모터(1123), 풀리(1125)를 포함할 수 있다. 그라인더(1121)는 원기둥 형상의 연마석으로 형성된다. 그라인더(1121)는 그라인더 모터(1123)의 회전력을 전달받아 회전한다. 그라인더 모터(1123)의 회전력은 풀리(1125)에 의해 스퍼 기어에 전달되어 그라인더(1121)를 회전시킨다. 그라인더(1121)의 축은 배관 축과 평행하며, 곡면으로 형성된 그라인더(1121)의 측면에 의해 스패터 눌림이 연삭된다.
헤드부(1100)는 전면부(1200)와 연결되는 방향에 베이스(1131)를 구비한다. 베이스(1131)에는 헤드부(1100)를 구성하는 부품이 장착되어 일체화된다. 베이스(1131)는 판 형태를 가질 수 있으나, 복수의 부품을 수용할 수 있는 개방된 케이스 형태일 수도 있다. 베이스(1131) 내측은 중공 축이 통과하도록 개구가 형성될 수 있다.
그라인더(1121)를 배관 내측의 스패터 눌림 부근에 접근시키기 위하여, 헤드부(1100)는 전진 또는 후진 운동 및 회전한다. 헤드부(1100)는 베이스(1131)에 의해 일체화되어, 전체적으로 직선 이동 및 회전될 수 있다.
헤드부(1100)의 전방 일측에는 제1 근접 센서(1141)가 장착될 수 있다. 근접 센서는 전자기파 등을 방출하여 반사되는 신호에 의해 근처의 물체를 감지하는 센서이다. 제1 근접 센서(1141)에 의해 헤드부(1100)와 배관 내벽과의 거리를 감지할 수 있다.
제1 근접 센서(1141)는 헤드부(1100)의 전방측 그라인더(1121) 부근에 장착될 수 있다. 그라인더(1121)가 배관 내벽의 스패터 눌림을 연삭할 때, 그라인더(1121)와 배관 내벽의 거리가 너무 가까우면, 스패터 눌림이 아닌 배관 내벽을 연삭할 우려가 있다. 제1 근접 센서(1141)는 헤드부(1100)와 배관 내벽 사이의 거리를 감지한다. 제어부(미도시)는 헤드부(1100)가 배관 내벽과 소정 거리 이하로 가까워지면, 그라인더(1121)의 동작을 멈추도록 제어할 수 있다.
헤드부(1100) 베이스 상에 리니어 가이드(1151)가 장착된다. 리니어 가이드(1151)는 일체화된 연삭 모듈(1120)을 직선상으로 이동시킬 수 있다. 즉, 배관의 직경 방향으로 연삭 모듈(1120)을 직선 이동시킨다. 리니어 가이드(1151)는 연삭 모듈(1120)의 이동시, 진동에 의한 이격이 최소화되도록 할 수 있다. 리니어 가이드(1151)와 소정 간격 이격하여 제2 근접 센서(1153)가 장착된다. 제2 근접 센서(1153)는 연삭 모듈(1120)의 반경 방향 직선 이동 거리를 한정할 수 있다. 한계 블록(1155)은 리니어 가이드(1151) 일단에 장착될 수 있으며, 연삭 모듈(1120) 의 직선 이동 거리를 제한할 수 있다.
헤드부(1100)가 배관의 직경 방향, 즉 수평 방향으로 직선 이동함으로써, 그라인더(1121)가 스패터 눌림에 근접하여 연삭을 수행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 전면부를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 전면부에서 패시브 가이드 휠이 펼쳐진 상태를 나타내는 도면이다.
전면부(1200)는 헤드부(1100)를 전진, 후진 및 회전시키기 위하여, 내측에 렉(1133)과 피니언(미도시), 전진 모터, 헤드부 회전 모터(미도시)를 구비할 수 있다. 전면부(1200)의 전진 모터에 의해 피니언이 회전하면, 렉(1131)이 직선 상으로 이동하면서 헤드부(1100)가 배관의 축 방향으로 전진 또는 후진한다. 전면부(1200) 내측에 장착된 헤드부 회전 모터가 회전하면, 베이스(1131)와 일체화된 헤드부(1100) 전체가 회전한다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 전면부(1200)는 전면부 몸체(1210), 패시브 가이드 휠(1221), 패시브 휠 서스펜션(1223)을 구비한다. 전면부 몸체(1210)는 배관의 축 방향과 동일한 축 방향을 갖는 원통형으로 형성될 수 있다. 전면부 몸체(1210)의 외측에 패시브 가이드 휠(1221)에 2쌍 이상 형성된다. 패시브 가이드 휠(1221)의 일부는 연삭 로봇(1000)의 전진 방향 측으로, 다른 일부는 연삭 로봇(1000)의 후진 방향 측으로 전개될 수 있다. 패시브 가이드 휠(1221)은 전진 방향측으로 동일한 각도 간격으로 2개 또는 3개가 배치될 수 있다. 마찬가지로, 패시브 가이드 휠(1221)은 후진 방향측으로 동일한 각도 간격으로 2개 또는 3개가 배치될 수 있다.
각각의 패시브 가이드 휠(1221)은 패시브 휠 서스펜션(1223)에 의해 지지될 수 있다. 패시브 휠 서스펜션(1223)에는 소정 스프링 상수를 갖는 스프링이 장착되며, 스프링이 패시브 가이드 휠(1221)을 패시브 휠 서스펜션(1223) 측으로 끌어 당긴다. 이에 따라 도 4에 도시된 바와 같이, 패시브 가이드 휠(1221)은 전면부 몸체(1210)로부터 이격된다.
패시브 가이드 휠(1221)이 전면부 몸체(1210)로부터 이격된 상태에서 배관 내로 진입하면, 패시브 가이드 휠(1221)은 배관 내측에 의해 압박된다. 즉, 패시브 가이드 휠(1221)은 배관 내벽에 의해 전면부 몸체(1210)측과 가까워지면서 패시브 휠 서스펜션(1223)이 인장된다. 패시브 휠 서스펜션(1223)의 스프링의 탄성력에 의해 패시브 휠 서스펜션(1223)은 패시브 가이드 휠(1221)을 배관 내측면 방향으로 끌어당기게 된다. 이에 따라, 패시브 가이드 휠(1221)은 배관 내벽을 밀어내면서 전면부 몸체(1210)를 지지한다. 패시브 가이드 휠(1221)은 배관 내벽을 밀어내면서 휠이 내벽을 따라 주행할 수 있다.
편의상, 전면부(1200)에 구비된 패시브 가이드 휠(1221)을 제1 패시브 가이드 휠, 패시브 휠 서스펜션(1223)을 제1 패시브 휠 서스펜션이라 할 수 있다.
전면부(1200)는 오도미터(1230)를 구비할 수 있다. 오도미터는 바퀴가 주행한 거리를 측정함으로써 연삭 로봇(1000)의 이동 거리를 산출할 수 있다. 배관 내에서 스패터 눌림을 인식하면, 해당 지점의 오도미터 값을 기록하여 스패터 눌림의 위치를 기록한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 구동부를 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 구동부에서 조향 휠을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 구동부에서 파이프 축 방향에 대한 조향 휠의 조향 각도를 나타내는 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 구동부에서 조향 휠의 조향 각에 따라 주행 경로의 양상이 다른 상태를 나타내는 도면이다.
구동부(1300)는 전면부(1200)의 일측과 연결된다. 도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 구동부(1300)는 구동부 몸체(1310), 조향 휠(1320), 축(1330)을 구비할 수 있다. 구동부 몸체(1310)는 배관의 축 방향과 동일한 축 방향을 갖는 원통형으로 형성될 수 있다. 구동부 몸체(1310) 외측에는 적어도 2개 이상의 조향 휠(1320)이 장착된다. 조향 휠(1320)은 동일 각도 간격으로 배치될 수 있다. 조향 휠(1320)은 지지 로드(1321)와 지지 로드(1321) 양단에 배치된 휠(1323)을 구비한다. 휠(1323)은 배관 내벽과의 마찰력을 크게 하기 위하여, 고무, 실리콘 등의 재질로 형성될 수 있다.
조향 휠(1320)은 축(1330)에 의해 조향 각도 및 높이가 조절된다. 축(1330)은 지지 로드(1321) 중앙에 고정되며, 회전에 의해 지지 로드(1321)의 틀어진 정도를 조절한다. 지지 로드(1321)의 조향 각도는 로터리 엔코더 등에 의해 감지될 수 있다.
축(1330)은 유압에 의해 조향 휠(1320)이 내벽에 밀착되도록 높이가 조절될 수 있다. 스패터 눌림 제거 작업이 필요한 배관은 그 크기가 다양하므로, 축(1330)의 높이 조절을 통해 다양한 직경의 배관에 대응할 수 있다. 축(1330) 주위에는 스프링이 배치될 수 있다. 스프링의 탄성에 의해 조향 휠(1320)이 배관 내벽 측으로 더 밀착될 수 있다.
구동부(1300)는 후면부(1400)의 모터에 의해 구동부(1300) 전체가 회전된다. 조향 휠(1320)의 휠(1323)은 배관 내벽에 밀착되며, 구동부 몸체(1310)와 같이 회전한다. 여기서 구동부(1300)의 회전시, 조향 휠(1320)은 배관 내벽을 마찰에 의해 밀어내면서 배관 내벽에서 사선으로 전진한다. 즉, 조향 휠(1320)은 배관 내벽을 나선형으로 주행하게 된다.
구동부(1300)는 중공 축에 의해 헤드부(1100), 전면부(1200), 후면부(1400)와 모두 일체로 연결되어 있으므로, 구동부(1300)의 회전에 의해 연삭 로봇(1000) 전체가 전진 또는 후진하게 된다. 구동부(1300)가 나선형으로 주행함에 따라, 연삭 로봇(1000)은 앞으로 전진하게 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 조향 휠(1320)은 축(1330)에 의해 소정 각도로 조향될 수 있다. 축(1330)이 소정 각도 회전하면 지지 로드(1321)가 배관 축 방향에 대해서 소정 각도 틀어지게 된다. 배관 축에 대한 지지 로드(1321)의 비틀림 각에 따라 조향 휠(1320)이 배관 내벽을 주행하는 경로가 달라진다.
예를 들어, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 조향 휠(1320)이 배관 축에 대하여 작은 각도로 조향되는 경우, 주행 경로는 촘촘한 나선을 그리게 되며, 이에 따라 연삭 로봇(1000)의 직선 속도는 작아진다. 반대로, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 조향 휠(1320)이 배관 축에 대하여 큰 각도로 조향되는 경우, 주행 경로는 간격이 큰 나선을 그리게 되며, 이에 따라 구동부(1300)가 동일 회전수로 회전하더라도 연삭 로봇(1000)의 직선 이동 속도는 빨라진다.
한편, 구동부(1300)와 전면부(1200) 사이에는 크로스 롤러 베어링(1340)이 위치할 수 있다. 구동부(1300)는 전체적으로 회전하게 되는데, 크로스 롤러 베어링(1340)에 의해 구동부(1300)의 회전력이 전면부(1200)에 전달되지 않는다. 즉, 연삭 로봇(1000)에서 구동부(1300)만 회전을 하게 되며, 구동부(1300) 양단의 전면부(1200) 및 후면부(1400)는 회전하지 않고, 연삭 로봇(1000) 전체가 전진 또는 후진하게 된다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 후면부를 나타내는 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇의 후면부에서 패시브 가이드 휠이 펼쳐진 상태를 나타내는 도면이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇이 파이프 내에 위치한 상태를 나타내는 도면이다.
후면부(1400)는 내측에 구동부(1300)의 회전을 위한 구동 모터(미도시)를 구비한다. 구동 모터는 구동부(1300) 전체를 회전시킨다. 구동부(1300)의 회전에 의해 연삭 로봇 전체가 전진 또는 후진한다.
도 9에 도시된 바와 같이, 후면부(1400)는 후면부 몸체(1410), 패시브 가이드 휠(1421), 패시브 휠 서스펜션(1423)을 구비한다. 후면부 몸체(1410)는 배관의 축 방향과 동일한 축 방향을 갖는 원통형으로 형성될 수 있다. 후면부 몸체(1410)의 외측에 패시브 가이드 휠(1421)에 2쌍 이상 형성된다. 패시브 가이드 휠(1421)의 일부는 연삭 로봇(1000)의 전진 방향 측으로, 다른 일부는 연삭 로봇(1000)의 후진 방향 측으로 전개될 수 있다. 패시브 가이드 휠(1421)은 전진 방향측으로 동일한 각도 간격으로 2개 또는 3개가 배치될 수 있다. 마찬가지로, 패시브 가이드 휠(1421)은 후진 방향측으로 동일한 각도 간격으로 2개 또는 3개가 배치될 수 있다.
각각의 패시브 가이드 휠(1421)은 패시브 휠 서스펜션(1423)에 의해 지지될 수 있다. 패시브 휠 서스펜션(1423)은 소정 스프링 상수를 갖는 스프링이 장착되며, 스프링이 패시브 가이드 휠(1421)을 패시브 휠 서스펜션(1423) 측으로 끌어 당긴다. 이에 따라 도 10에 도시된 바와 같이, 패시브 가이드 휠(1421)은 후면부 몸체(1410)로부터 이격된다.
패시브 가이드 휠(1421)이 후면부 몸체(1410)로부터 이격된 상태에서 배관 내로 진입하면 배관 내측에 의해 압박된다. 즉, 패시브 가이드 휠(1421)은 배관 내벽에 의해 후면부 몸체(1410)측과 가까워지면서 패시브 휠 서스펜션(1423)이 인장된다. 패시브 휠 서스펜션(1423)이 탄성에 의해 패시브 가이드 휠(1421)을 잡아당기며 지지함에 따라 패시브 가이드 휠(1421)은 배관 내벽을 밀어낸다. 이에 따라 패시브 가이드 휠(1421)이 배관 내벽에 밀착한 상태(도 11)에서 휠이 회전할 수 있다. 구동부(1300)에 의해 연삭 로봇(1000)이 전진하면, 따라 패시브 가이드 휠(1421)은 내벽에 밀착되어 후면부 몸체(1410)를 지지한 채로 전진 이동한다.
편의상, 후면부(1400)에 구비된 패시브 가이드 휠(1421)을 제2 패시브 가이드 휠, 패시브 휠 서스펜션(1423)을 제2 패시브 휠 서스펜션이라 할 수 있다.
후면부(1400)는 오도미터(1430)를 구비할 수 있다. 헤드부(1100)가 스패터 눌림을 인식하면, 해당 지점의 오도미터 값을 기록하여 스패터 눌림의 위치를 기록한다. 본 실시예에서 오도미터(1230, 1430)는 전면부(1200) 및 후면부(1400)에 각각 구비된다. 오도미터(1230, 1430)가 복수 개 구비됨에 따라, 오도미터의 거리 측정 오류를 검출할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 연삭 로봇이 스패터를 제거하는 것을 나타내는 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 연삭 로봇(1000)은 배관(2000) 내부를 주행하여, 제1 카메라(1111)를 통해 스패터 눌림(3000)의 위치를 파악한다. 파악한 스패터 눌림(3000)의 위치는 DB에 기록된다. 스패터 눌림(3000)이 위치한 지점에 헤드부(1100)가 위치하도록, 연삭 로봇(1000)은 구동부(1300)의 회전에 전진한다. 정확한 그라인더(1121)의 위치를 설정하기 위하여, 헤드부(1100)를 전진 또는 후진시키고, 헤드부(1100)를 회전시킨다. 그라인더(1121)가 스패터 눌림(3000) 부근에 위치하면, 리니어 가이드에 의해 연삭 모듈(1120)을 스패터 눌림(3000) 측으로 이동시킨다. 제1 근접 센서(1141)는 연삭 모듈(1120)이 지나치게 배관 내측과 가까워지는 것을 방지한다.
연삭 로봇(1000)이 배관 내를 주행하며 스패터 눌림(3000)의 위치를 탐색하는 경우, 조향 휠(1320)의 각도를 크게 하여 빠른 속도로 전진할 수 있다. 전방에 스패터 눌림(3000)이 위치하는 것으로 판정되어, 헤드부(1100)를 스패터 눌림(3000)이 형성된 지점으로 이동시킬 때에는, 조향 휠(1320)의 각도를 작게 하여 느린 속도로 전진할 수 있다.
스패터 제거 상황은 측면 카메라(1113)에 의해 관찰될 수 있으며, 측면 카메라(1113)에 의해 촬영된 영상에 의해 스패터 눌림 제거 여부를 확인한다. 스패터 눌림(3000)의 제거가 완료되면, 연삭 로봇(1000)은 다시 주행하면서 스패터 눌림의 위치를 탐색한다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1000 : 연삭 로봇 1100 : 헤드부
1111 : 전방 카메라 1113 : 측면 카메라
1120 : 연삭 모듈 1121 : 그라인더
1123 : 그라인더 모터 1125 : 풀리
1131 : 베이스 1133 : 렉
1141 : 제1 근접 센서 1151 : 리니어 가이드
1153 : 제2 근접 센서 1155 : 한계 블록
1200 : 전면부 1210 : 전면부 몸체
1221 : 패시브 가이드 휠 1223 : 패시브 휠 서스펜션
1230 : 오도미터 1300 : 구동부
1310 : 구동부 몸체 1320 : 조향 휠
1321 : 지지 로드 1323 : 휠
1330 : 축 1400 : 후면부
1410 : 후면부 몸체 1421 : 패시브 가이드 휠
1423 : 패시브 휠 서스펜션 2000 : 배관
3000 : 스패터 눌림

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 카메라와, 연삭 모듈과, 상기 연삭 모듈을 직선 이동시키고 일단에 한계 블록이 장착된 리니어 가이드와, 근접 센서를 구비하는 헤드부;
    상기 헤드부에 연결되며, 적어도 2쌍의 제1 패시브 가이드 휠을 구비하는 전면부;
    상기 전면부에 연결되고, 조향 휠을 구비하는 구동부; 및
    상기 구동부에 연결되고, 상기 구동부를 회전시키는 구동 모터와, 적어도 2쌍의 제2 패시브 가이드 휠을 구비하는 후면부;를 포함하고,
    상기 구동부는 상기 구동부 외측에 반경 방향으로 연장되는 축을 더 구비하며, 상기 조향 휠은 상기 축에 연결되어, 상기 축의 회전에 의해 조향 각도가 조절되고,
    상기 축은 유압에 의해 길이가 조절되고, 상기 축 주위에는 스프링이 배치되는 것을 특징으로 하는 연삭 로봇.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전면부는 오도미터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연삭 로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 후면부는 오도미터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 연삭 로봇.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 패시브 가이드 휠은 각각 제1 및 제2 패시브 휠 서스펜스에 의해 틸팅가능하게 지지되는 것을 특징으로 하는 연삭 로봇.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 헤드부는 통신 모듈을 더 구비하여, 상기 카메라가 촬영한 영상을 서버로 전송하는 것을 특징으로 하는 연삭 로봇.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 카메라는 스패터 눌림의 위치를 확인 후, 스패터 눌림의 위치를 기록하는 것을 특징으로 하는 연삭 로봇.
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