KR102569473B1

KR102569473B1 - 관내 로봇

Info

Publication number: KR102569473B1
Application number: KR1020207031577A
Authority: KR
Inventors: 미치히토 타카시마; 타카오 카미야마; 카즈아키 오구라; 히로유키 마쿠우치
Original assignee: 가부시키가이샤 쇼난 고세이쥬시 세이사쿠쇼
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2023-08-22
Also published as: JP7240750B2; KR20210008342A; EP3792544A4; US20210310597A1; WO2019216033A1; JPWO2019216033A1; EP3792544B1; ES2949668T3; EP3792544A1; TW201947213A; EP3792544C0; US11821566B2

Abstract

관내 로봇에는 천공날(21)을 기설관 둘레방향으로 회전시키는 로터리 액추에이터(30)가 탑재된다. 주행 차륜(52)을 양측에 설치한 차륜 보디(50)와, 주행 차륜(72)을 양측에 설치한 차륜 보디(70)가 차대의 측방 프레임(43) 사이에서 핀(54, 74)을 통해서 지지된다. 양쪽 차륜 보디의 타단은 중간 차륜(65)의 차축(63)을 지점으로 해서 회동 가능하게 결합된다. 양쪽 차륜 보디가 회동하면, 중간 차륜 및 로터리 액추에이터는 핀 중심을 통과하는 수평선보다 상방으로 이동한다. 각 핀은 로터리 액추에이터의 회전축(v1)이 기설관의 관 중심축과 일치하도록, 주행 차륜과 중간 차륜의 중심을 연결하는 선의 중점에 배치된다.

Description

관내 로봇

본 발명은 기설관 내에 반입되어 상기 기설관 내를 주행하고, 관내 작업을 행하는 관내 로봇에 관한 것이다.

종래, 땅속에 매설된 하수도관 등의 기설관이 노후화한 경우에, 기설관 내 벽면을 관상의 유연한 부직포로 이루어지는 수지 흡수재에 경화성 수지를 함침한 관 라이닝재를 사용해서 라이닝하고, 기설관을 갱생하는 것이 행해지고 있다.

상술한 하수관 등의 본관에는 지관(부착관)이 합류하고 있으므로, 관 라이닝재로 본관을 라이닝한 경우에는 관 라이닝재가 지관 합류 부분의 지관 개구부를 막아버린다. 이 때문에, 천공날을 탑재한 관내 로봇을 본관에 넣어서 지상에서 원격 조작하고, 천공날을 회전해서 지관의 단부를 막고 있는 관 라이닝재를 본관측으로부터 천공하고 있다(하기 특허문헌 1).

천공 작업에서는, 천공 전에, 천공기의 커터의 위치결정을 본관의 관길이방향과 둘레방향 및 상하방향의 각각에 대해서 행할 필요가 있기 때문에, 지관 개구부의 중심 위치를 검출하고, 커터를 이 검출 위치에 위치결정해서 천공을 행하고 있다(하기 특허문헌 2).

기설관을 갱생하기 전에 기설관을 보수해야 하는지를 조사할 필요가 있다. 또한, 조사 후 보수가 행해진 경우, 규정대로 보수되었는지를 검증할 필요가 있다. 이러한 갱생 전후에 행해지는 조사에는 카메라를 탑재한 관내 로봇을 기설관 내로 반송해서 관벽 등을 관찰, 촬영하는 것이 행해진다.

예를 들면, 하기 특허문헌 3에는 하수도를 주행하는 자주차에 좌우로 흔들려 촬영방향을 바꿀 수 있는 카메라를 탑재하고, 상기 카메라로 하수도로부터 분기되는 부착관의 내부 상황을 검사하는 검사 장치가 기재되어 있다.

일본 특허 공개 2000-97388호 공보 일본 특허 공개 2008-142827호 공보 일본 특허 공개 2005-37250호 공보

그렇지만, 종래의 관내 로봇은 전륜과 후륜을 양측에 구비한 4륜으로 주행하므로, 기설관 내에서의 주행이 불안정하고 관내 로봇이 기설관의 관축 주변으로 회동해서 롤링 상태가 되는 경우가 있어, 관내 작업이 곤란해진다는 문제가 있었다.

또한, 기설관의 관 직경이 상이하면, 천공날 또는 카메라를 기설관 둘레방향으로 회전시키는 회전축이 기설관의 관 중심축으로부터 벗어남으로, 천공날이 의도하지 않는 곳을 절삭하거나, 카메라가 의도한 곳의 촬영에 실패한다는 문제가 있었다.

또한, 종래의 관내 로봇은 기설관의 내벽면에 실시된 관 라이닝재를 천공하기 위한 천공 로봇, 또는 기설관 내를 관찰, 촬영하기 위한 검사 로봇으로서 사용되어, 1대의 관내 로봇을 다목적으로 사용할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 기설관 내를 안정하게 주행시킬 수 있고, 또한 기설관 내에서 행해지는 각종 작업을 실행할 수 있는 관내 로봇을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은,

기설관 내에 반입되어 상기 기설관 내를 주행 가능한 관내 로봇으로서,

수평방향으로 연장되는 슬롯이 형성된 측방 프레임을 양측에 구비한 차대와,

상기 슬롯 내에서 슬라이드 가능한 핀이 양측에 부착되고, 상기 핀을 통해서측방 프레임 사이에 지지됨과 아울러, 일단 양측에 주행 차륜이 부착된 제 1 차륜 보디와,

상기 제 1 차륜 보디의 각 핀과 동일 수평면 상에서 양측에 부착된 핀을 통해서 측방 프레임 사이에 지지됨과 아울러, 일단 양측에 주행 차륜이 부착되고, 타단 양측이 각각 중간 차륜을 부착한 차축을 통해서 제 1 차륜 보디의 타단과 회동 가능하게 결합된 제 2 차륜 보디와,

회전축이 상기 제 1과 제 2 차륜 보디의 양측 핀과 동일 수평면 상에 있고, 상기 제 1과 제 2 차륜 보디의 주행 차륜 사이의 중심에 위치하도록 차대에 부착된 로터리 액추에이터와,

상기 제 1 차륜 보디의 핀을 슬롯 내에서 이동시킴으로써 제 1과 제 2 차륜 보디를 상기 차축을 지점으로 해서 회동시켜 로터리 액추에이터 및 중간 차륜을 승강시키는 승강 수단을 구비하고,

상기 양측의 중간 차륜 및 제 1과 제 2 차륜 보디의 양측 주행 차륜은 모두 동 형상이고, 각 측의 차륜면이 각각 동일 수직면으로 되어 있고,

상기 제 1 차륜 보디의 각 측 핀은 각각 동일측의 제 1 차륜 보디의 주행 차륜 중심과 중간 차륜 중심을 연결하는 선의 중점에 부착되고, 또한 상기 제 2 차륜 보디의 각 측 핀은 각각 동일측의 제 2 차륜 보디의 주행 차륜 중심과 중간 차륜 중심을 연결하는 선의 중점에 부착되고,

상기 승강 수단에 의해 양측 중간 차륜을 기설관 내벽면에 접촉할 때까지 상승시켰을 때, 상기 제 1과 제 2 차륜 보디의 양측 주행 차륜 및 양측 중간 차륜의 기설관 내벽면 접촉점으로부터 로터리 액추에이터의 회전축으로의 직경방향 거리가 각각 동일하게 되어, 로터리 액추에이터의 회전축이 기설관의 관 중심축과 일치하는 것을 특징으로 한다.

(발명의 효과)

본 발명에서는 각 차륜 보디의 양측의 주행 차륜 사이에 중간 차륜이 양측에 설치되어 있으므로, 각 차륜을 기설관에 접촉시켜 주행시킴으로써 기설관 내를 안정하게 주행시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 로터리 액추에이터의 회전축을 기설관의 관 중심축에 일치시킬 수 있으므로, 기설관 내벽면의 관 라이닝재를 천공하는 천공날, 또는 상기 내벽면을 촬영하는 카메라 등을 기설관 둘레방향으로 지장 없이 회동시킬 수 있어, 관내 작업을 효율화할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 1대의 로봇을 각종 관내 작업을 행할 수 있는 다목적인 로봇으로서 사용할 수 있다는 이점이 얻어진다.

도 1은 관 라이닝재로 라이닝된 본관 내를 이동해서 관 라이닝재를 절삭하는 관내 로봇의 구성을 개략 나타낸 설명도이다.
도 2는 관내 로봇을 일방측으로부터 보았을 때의 사시도이다.
도 3은 차륜 보디를 회동시켜 천공날을 상승시켰을 때의 관내 로봇을 나타내는 사시도이다.
도 4는 관내 로봇을 타방측으로부터 보았을 때의 사시도이다.
도 5는 도 3의 A-A선에 따른 관내 로봇의 종 단면도이다.
도 6은 관내 로봇의 상면도이다.
도 7은 차륜 보디가 회동해서 중간 차륜이 상승하는 과정을 나타내는 차륜 보디의 단면도이다.
도 8은 차륜 보디가 회동해서 중간 차륜이 상승하는 과정을 측면에서 보았을 때의 설명도이다.
도 9는 차륜 보디가 회동해서 중간 차륜이 상승하는 과정을 정면에서 보았을 때의 설명도이다.
도 10a은 본관 내에 반입된 관내 로봇의 초기 상태를 나타내는 설명도이다.
도 10b는 본관 내에서 차륜 보디가 회동해서 중간 차륜이 본관의 관 라이닝재 상부에 접촉했을 때의 상태를 나타내는 설명도이다.
도 11a는 도 10b에 나타내는 상태로 천공날을 상승시켜 관 라이닝재를 천공하는 상태를 나타낸 설명도이다.
도 11b는 도 10b에 나타내는 상태로부터 천공날을 본관 둘레방향으로 회동시켜 관 라이닝재를 천공하는 상태를 나타낸 설명도이다.
도 12a는 관내 로봇이 롤링해서 나아가는 상태를 나타낸 설명도이다.
도 12b는 도 12a에 나타내는 상태로부터 천공날을 본관 둘레방향으로 회동시켜 관 라이닝재를 천공하는 상태를 나타낸 설명도이다.
도 13a는 지관 개구부가 본관 측부에 있는 본관 내를 관내 로봇이 나아가는 상태를 나타낸 설명도이다.
도 13b는 지관 개구부가 본관 저부에 있는 본관 내를 관내 로봇이 나아가는 상태를 나타낸 설명도이다.
도 14는 관내 로봇의 각종 기기를 구동하는 구성을 나타낸 블록도이다.
도 15는 기설관 내벽면을 관찰, 촬영하는 카메라를 탑재한 관내 로봇의 사시도이다.
도 16은 관내 로봇의 카메라 부분의 수직 단면도이다.
도 17a는 본관 꼭대기부의 내벽면을 촬영하는 상태를 나타낸 설명도이다.
도 17b는 본관 저부의 내벽면을 촬영하는 상태를 나타낸 설명도이다.
도 18은 관내 로봇을 검사 로봇으로서 기능시킬 때의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 19는 관내 로봇으로 지관의 라이닝을 행하는 상태를 나타낸 설명도이다.
도 20은 지관 라이닝재의 반전 삽입이 완료된 상태를 나타내는 설명도이다.
도 21은 관내 로봇의 탑재 헤드 부분의 수직 단면도이다.
도 22는 관내 로봇을 탑재 로봇으로서 기능시킬 때의 구성을 나타낸 블록도이다.

이하, 첨부도를 참조해서 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 실시예에서는, 관내 로봇이 관 라이닝재로 막힌 기설관의 개구부를 천공하는 천공 로봇으로서 설명된다. 그러나, 본 발명의 관내 로봇은 천공 로봇으로서 기능시킬뿐만 아니라, 기설관의 내벽면을 관찰, 촬영해서 상기 내벽면을 검사하는 검사 로봇으로서, 또는 부착관에 삽입되는 관 라이닝재를 탑재하는 탑재 로봇으로서도 기능시킬 수도 있다.

실시예 1

도 1 내지 도 14에는 기설관을 하수도의 본관으로 하고, 상기 본관을 관 라이닝재로 라이닝한 후, 관 라이닝재로 막힌 지관 개구부의 관 라이닝재를 천공하는 실시예가 도시되어 있다.

도 1은 노후화한 하수도의 본관(10)의 내벽면이 반전법 또는 인입법에 의해 관 라이닝재(12)를 사용해서 라이닝된 상태를 나타낸다. 관 라이닝재(12)는 관상의 유연한 부직포로 이루어지는 수지 흡수재에 미경화의 액상 경화성 수지를 함침시킨 것으로, 수지가 열경화성 수지인 경우에는 본관 내면에 압박된 관 라이닝재(12)가 가열되고, 또한 수지가 광경화성 수지인 경우에는 자외선이 조사되어 관 라이닝재(12)가 경화되고, 본관(10)의 내면이 라이닝된다. 또한, 관 라이닝재가 경질의 염화비닐로 되어 있는 경우에는 관 라이닝재가 평탄하게 접혀진 상태로 관 내에 인입되고, 그 후 관 라이닝재가 증기로 가열되어 원형으로 복원되고, 본관(10)의 내면이 라이닝된다.

본관(10)에는 복수의 지관(부착관)(11)이 분기되어 있어, 가정이나 빌딩 등의 하수가 지관(11)을 통해서 본관(10)으로 배출된다. 본관(10)이 도 1에 도시한 바와 같이, 관 라이닝재(12)에 의해 라이닝되면 개방하고 있던 지관(11)의 개구부(11a)가 관 라이닝재(12)에 의해 막혀져버린다. 천공날(21)을 탑재한 관내 로봇(20)은 맨홀(16)로부터 본관(10) 내로 반입되고, 천공날(21)을 상승, 회전시켜 지관 개구부(11a)를 폐쇄하고 있는 관 라이닝재(12)를 절삭하고 천공한다.

작업 트랙(14)에는 관내 로봇(20)을 구동, 제어하기 위한 전원, 유압 유닛, 컨트롤러, 콘솔 등이 탑재되어, 파이프(15) 내에 수납된 전원선, 제어선, 유압 배관을 통해서 관내 로봇(20)의 각종 조작 기기에 전압, 압유가 공급되고, 또한 제어 신호가 보내진다. 관내 로봇(20)에는 카메라(13)가 탑재되어 있어, 지관 개구부(11a) 부근의 영역을 본관측으로부터 촬영한다. 지관 개구부(11a)는 전원(18)에 의해 점등되는 조명 램프(17)로 조명되고, 카메라(13)는 관 라이닝재(12)를 투과한 조명광에 의한 명부상도 촬영할 수 있게 되어 있다. 카메라(13)로 촬영된 화상은 파이프(15) 내의 신호선을 통해서 작업 트랙(14)으로 전송되어 표시기에 표시되어, 작업자가 천공을 관찰할 수 있게 되어 있다.

도 2∼도 4에는 관내 로봇(20)이 사시도로서 도시되어 있다. 관내 로봇(20)은 차대(40)를 갖고, 차대(40)는 전방 프레임(41)과, 전방 프레임(41)에 일단이 고정되고, 서로 평행하게 되어 수평방향으로 연장되는 동 형상이고 판상의 측방 프레임(42, 43)을 양측에 구비한다. 측방 프레임(42, 43)에는 수평방향으로 연장되는 슬롯(42a, 43a)이 형성되고, 슬롯(42a, 43a)의 폭방향(수직방향) 중심은 측방 프레임(42, 43)의 폭방향 중심에 일치하고 있다.

관내 로봇(20)은 홀더(22)에 지지되어 천공날(21)을 회전시키는 천공 모터(23)와, 홀더(24)에 지지되어 천공날(21)을 수직 방향으로 승강시키는 승강 실린더(25)를 갖는다. 천공 모터(23)는 유압 포트(23c, 23d)를 구비하는 유압 모터로서 구성되고, 승강 실린더(25)는 유압 포트(25c, 25d)를 구비하는 유압 실린더로서 구성된다. 홀더(22)의 상부는 도 5에 도시한 바와 같이, 승강 실린더(25)의 피스톤(25a)의 선단에 결합되고, 홀더(22)의 하방부에는 홀더(24)에 고정된 가이드(27)를 따라 이동이 안내되는 횡판(26)이 부착된다. 승강 실린더(25)를 구동해서 피스톤(25a)를 상하동시키면, 피스톤(25a)에 결합된 홀더(22)가 가이드(27)를 따라 상하하고 천공날(21)이 승강한다.

홀더(24)는 천공날(21)과 반대측이 중공 원주부(24a)로 되어 있어, 도 5에 나타낸 바와 같이, 이 원주부(24a)에 유압 포트(30c, 30d)를 구비한 유압 모터로서 구성된 로터리 액추에이터(30)의 회전 샤프트(30a)가 압입된다. 홀더(24)의 원주부(24a)는 플랜지(33)를 구비한 미끄럼 베어링(32)에 착탈 가능하게 베어링된다. 로터리 액추에이터(30)가 구동되면, 승강 실린더(25) 및 천공 모터(23)는 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)을 중심으로 회전하고, 천공날(21)의 회전축(천공 모터(23)의 회전축(23a))이 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)을 중심으로 본관 둘레방향으로 회전(요동)한다.

로터리 액추에이터(30)에는 플랜지(31)가 부착되고, 이 플랜지(31)와 미끄럼 베어링(32)의 플랜지(33) 사이에 차대(40)의 전방 프레임(41)을 협지해서 플랜지(31, 33)를 다개소에 볼트 체결함으로써, 로터리 액추에이터(30), 승강 실린더(25) 및 천공 모터(23)를 차대(40)에 부착할 수 있다. 또한, 천공날(21), 천공 모터(23), 승강 실린더(25) 및 홀더(22, 24) 등을 일체화하고, 이것을 천공 유닛으로서 차대(40)에 부착할 수 있다. 이 경우, 천공 유닛은 로터리 액추에이터(30)의 회전 샤프트(30a)의 홀더(24)로의 압입을 해제하고, 또한 홀더(24)를 미끄럼 베어링(32)으로부터 떼어냄으로써 차대(40)로부터 떼어낼 수 있고, 그것을 대신해서 후술하는 바와 같이, 검사 유닛을 차대에 장착할 수 있도록 구성되어 있다.

로터리 액추에이터(30)는 도 5, 도 6에 나타낸 바와 같이, 수평으로 연장되는 회전축(v1)이 천공 모터(23)의 회전축(23a) 및 승강 실린더(25)의 피스톤(25a)의 중심축(25b)과 직교함과 아울러, 측방 프레임(42, 43)의 슬롯(42a, 43a)의 수직방향의 폭 중심과 측방 프레임(42, 43) 사이의 폭방향 중심을 통과하도록 차대(40)에 부착된다.

차대(40)의 측방 프레임(42, 43) 사이에는 차대(40)의 전방에 배치되는 차륜 보디(제 1 차륜 보디)(50)와, 후방에 배치되는 차륜 보디(제 2 차륜 보디)(70)가 지지된다. 차륜 보디(50)는 그 일단 양측에, 전륜이 되는 주행 차륜(51, 52)이 부착되고, 중앙부 양측에는 측방 프레임(42, 43)에 형성된 슬롯(42a, 43a) 내에 감입되는 핀(53, 54)이 각각 고정된다. 차륜 보디(50)는 핀(53, 54)에 의해 양측방 프레임(42, 43) 사이에 지지된다. 핀(53, 54)은 각각 단면이 원형으로, 그 직경이 슬롯(42a, 43a)의 수직방향 폭보다 약간 작아지고 있어, 슬롯(42a, 43a) 내를 슬라이드할 수 있도록 되어 있다.

차륜 보디(50)는 볼트 체결하여 결합할 수 있는 동 형상의 2개의 반체(50a, 50b)로 이루어져 있고, 내부는 공동으로 되어 있어 거기에 전동 모터(DC 모터)로 이루어지는 주행 모터(55)가 부착된다. 주행 모터(55)는 기어 박스(56)를 통해서 주행 차륜(51, 52)을 부착한 단면이 원형의 차축(57)을 회전시켜 주행 차륜(51, 52)을 회전시킨다.

차륜 보디(70)는 차륜 보디(50)와 같은 구성이며, 차륜 보디(70)의 일단 양측에는 후륜이 되는 주행 차륜(71, 72)이 부착되고, 중앙부 양측에는 단면이 원형인 핀(73, 74)이 고정된다. 차륜 보디(70)는 핀(73, 74)이 측방 프레임(42, 43)에 형성된 구멍에 들어가고, 핀(73, 74)에 의해 양측방 프레임(42, 43) 사이에 지지된다.

차륜 보디(50, 70)의 핀(53, 54, 73, 74)은 각각 핀 중심이 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)과 같은 높이에 있고, 회전축(v1)을 지나는 수평면(h1)(도 8, 도 9)에 위치하도록 각 차륜 보디에 부착된다.

차륜 보디(70)는 볼트 체결하여 결합할 수 있는 동 형상의 2개의 반체(70a, 70b)로 이루어져 있고, 내부는 공동으로 되어 있어 거기에 전동 모터(DC 모터)로 이루어지는 주행 모터(75)가 부착된다. 주행 모터(75)는 기어 박스(76)를 통해서 주행 차륜(71, 72)을 부착한 단면이 원형의 차축(77)을 회전시켜 주행 차륜(71, 72)을 회전시킨다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 차륜 보디(50)의 타단에서 측방 프레임(42)측에는 단면 원형의 차축(60)이 고정된 암(61)이 일체적으로 부착된다. 차축(60)의 측방 프레임(42)을 향하는 단부에는 중간 차륜(62)이 회전 가능하게 부착되고, 차축(60)의 타방 단부에는 차륜 보디(70)에 고정된 암(78)과 일체로 결합된 암(79)이 회동 가능하게 부착되고, 차륜 보디(50, 70)의 타단 일방측이 차축(60)을 통해서 회동 가능하게 결합된다.

마찬가지로, 차륜 보디(50)의 타단에서 측방 프레임(43)측에는 차축(60)과 동 심, 동 직경으로 단면 원형의 차축(63)이 고정된 암(64)이 일체적으로 부착된다. 차축(63)의 측방 프레임(43)을 향하는 단부에는 중간 차륜(65)이 회전 가능하게 부착되고, 차축(63)의 타방 단부에는 차륜 보디(70)에 고정된 암(80)과 일체로 결합된 암(81)이 회동 가능하게 부착되고, 차륜 보디(50, 70)의 타단 타방측이 차축(63)을 통해서 회동 가능하게 결합된다.

또한, 차축(60, 63)은 차륜 보디(50)의 타단측 암(61, 64)에 고정하는 것이 아니라, 차륜 보디(70)의 타단측 암(79, 81)에 고정해서 차륜 보디(50, 70)의 타단을 회동 가능하게 결합하도록 해도 좋다. 또한, 중간 차륜(62, 65)을 차축(60, 63)으로 회전할 수 없도록 부착하고, 차축(60)을 차륜 보디(50)의 암(61)과 차륜 보디(70)의 암(79)으로 회전 가능하게 베어링하고, 차축(63)을 차륜 보디(50)의 암(64)과 차륜 보디(70)의 암(81)으로 회전 가능하게 베어링하도록 해도 좋다. 어느 구성에서도, 차륜 보디(50, 70)는 차축(60, 63)을 통해서 회동 가능하게 결합된다.

또한, 도 5에 도시한 바와 같이, 측방 프레임(43)측에 있는 핀(54)은 그 중심(54a)이 주행 차륜(52)의 중심(차축(57)의 축 중심(57a))과 중간 차륜(65)의 중심(차축(63)의 축 중심(63a))을 연결하는 선의 중점에 위치하도록, 차륜 보디(50)에 부착된다. 따라서, 핀 중심(54a)으로부터 축 중심(63a)과 축 중심(57a)의 거리는 각각 동일하게 w1로 되어 있다. 또한, 측방 프레임(43)측에 있는 핀(74)은 그 중심(74a)이 주행 차륜(72)의 중심(차축(77)의 축 중심(77a))과 중간 차륜(65)의 중심(차축(63)의 축 중심(63a))을 연결하는 선의 중점에 위치하도록, 차륜 보디(70)에 부착된다. 따라서, 핀 중심(74a)으로부터 축 중심(63a)과 축 중심(77a)의 거리는 각각 동일하게 w2로 되어 있다.

측방 프레임(42)측에 있는 핀(53)의 위치에 관해서도, 핀(54)과 같으며, 핀(53)은 그 중심이 주행 차륜(51)의 중심(차축(57)의 축 중심)과 중간 차륜(62)의 중심(차축(60)의 축 중심)을 연결하는 선의 중점에 위치하도록, 차륜 보디(50)에 부착된다. 따라서, 핀(53)의 중심으로부터 차축(60)의 축 중심과 차축(57)의 축 중심으로의 거리는 각각 동일하게 w1로 되어 있다. 또한, 측방 프레임(42)측에 있는 핀(73)은 그 중심이 주행 차륜(71)의 중심(차축(77)의 축 중심)과 중간 차륜(62)의 중심(차축(60)의 축 중심)을 연결하는 선의 중점에 위치하도록, 차륜 보디(70)에 부착된다. 따라서, 핀(73)의 중심에서 차축(60)의 축 중심과 차축(77)의 축 중심의 거리는 각각 동일하게 w2로 되어 있다. 또한, w1, w2는 같은 값 또는 다른 값으로 설정할 수 있다.

양측의 중간 차륜(62, 65) 및 제 1과 제 2 차륜 보디(50, 70)의 주행 차륜(51, 52, 71, 72)은 도 6에 나타낸 바와 같이, 모두 동 직경, 동 형상이고 측방 프레임(42)측의 중간 차륜(62) 및 주행 차륜(51, 71)의 차륜면(중앙 차륜면)이 각각 같은 수직면(p1) 상에 있고, 측방 프레임(43)측의 중간 차륜(65) 및 주행 차륜(52, 72)의 차륜면(중앙 차륜면)이 각각 같은 수직면(p2) 상에 있도록 부착된다. 또한, 로터리 액추에이터(30)는 그 회전축(v1)이 수직면(p1, p2) 사이의 중심을 지나는 수직면(p0) 상에 위치하도록 부착된다. 여기에서, 차륜면은 도 6에 나타낸 바와 같이, 차축이 연장되는 방향으로 보아서 차륜 폭의 중앙에 있는 중앙 차륜면이 아니라, 차륜의 외측면(측방 프레임을 향하는 면) 또는 차륜의 내측면(측방 프레임과 반대측의 면)을 차륜면으로 할 수도 있다.

차륜 보디(50, 70) 사이에는 도 6에 나타낸 바와 같이, 로터리 액추에이터(30) 및 중간 차륜(62, 65)을 승강시키는 승강 수단으로서의 클램프 실린더(82)가 배치되고, 클램프 실린더(82)의 피스톤(82a)이 클레비스 조인트(83)를 통해서 차륜 보디(50)에 결합되고, 실린더부가 클레비스 조인트(84)를 통해서 차륜 보디(70)에 결합된다. 클램프 실린더(82)는 유압 포트(82c, 82d)를 구비한 유압 실린더로서 구성된다. 클램프 실린더(82)의 피스톤(82a)을 차륜 보디(70)에 결합하고, 실린더부를 차륜 보디(50)에 결합하도록 해도 좋다.

클램프 실린더(82)를 구동하여 피스톤(82a)을 승강시키면, 제 1과 제 2의 차륜 보디(50, 70) 사이에 인력 또는 반발력이 발생한다. 이 힘으로, 핀(53, 54)이 측방 프레임(42, 43)의 슬롯(42a, 43a) 내를 이동하므로, 핀(73, 74)과의 거리가 신축하고, 차륜 보디(50, 70)가 차축(60, 63)을 지점으로 해서 회동하여 차륜 보디(50, 70)의 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)에 대한 경사 각도가 변화한다. 도 7에는 차륜 보디(50, 70) 사이에 인력이 작용했을 때의 주요 부재의 동작이 도시되어 있고, 도 8에는 선화로서 모식적으로 도시되어 있다. 이하에, 도 7, 도 8을 참조하여, 측방 프레임(43)측의 주행 차륜(52, 72), 중간 차륜(65)의 동작을 설명하지만, 측방 프레임(42)측의 주행 차륜(51, 71), 중간 차륜(62)의 동작에 관해서도 같다.

또한, 측방 프레임(43)에 형성된 슬롯(43a)의 수평방향의 폭은 도 7, 도 8의 상단에 나타낸 바와 같이, 핀(54)이 최우단에 있을 때는 차륜 보디(50, 70)의 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)에 대한 경사 각도가 없고, 하단에 나타낸 바와 같이, 핀(54)이 최좌단에 있을 때는 약 45도가 되도록 설정된다.

최초, 클램프 실린더(82)는 구동되지 않고, 도 7, 도 8, 도 9의 상단에 나타낸 바와 같이, 핀(54)이 슬롯(43a)의 최우단 위치에 있다. 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)과, 핀(54, 74)의 핀 중심(54a, 74a)은 같은 높이로 동일 수평면(h1)에 있고, 기준선 예를 들면 주행 차륜(52, 72)의 최하점(v2)에서의 수평방향으로 연장되는 접선으로부터의 수직방향 거리가 각각 동일하게 되어 있다. 또한, 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)은 각 차륜(51, 52, 71, 72, 62, 65)의 중심 수직면(p0)에 있다. 중간 차륜(65)의 최상점(v3)으로부터 수평면(h1)까지의 수직방향 거리와, 주행 차륜(52, 72)의 최하점(v2)으로부터 수평면(h1)까지의 수직방향 거리는 도 8, 도 9의 상단에 나타낸 바와 같이, 각 차륜의 반경을 r1로서 같은 값 r1이 된다. 또한, 주행 차륜(52)의 중심(차축(57)의 축 중심(57a))과 중간 차륜(65)의 중심(차축(63)의 축 중심(63a))을 연결하는 라인 s1, 주행 차륜(72)의 중심(차축(77)의 축 중심(77a))과 중간 차륜(65)의 중심(차축(63)의 축 중심(63a))을 연결하는 라인 s2, 및 각 핀(54, 74)의 중심(54a, 74a)를 연결하는 라인 s3은 모두 수평면(h1) 상에 있다.

클램프 실린더(82)를 구동하여 차륜 보디(50, 70) 사이에 인력을 발생시키면, 도 7, 도 8의 중단에 나타낸 바와 같이, 핀(54)이 슬롯(43a) 내를 좌방향으로 이동하므로, 핀(54, 74) 사이의 거리가 축소하여 차륜 보디(50, 70)가 차축(63)을 지점으로 해서 회동한다. 라인 s1, s2의 라인 s3에 대한 경사 각도가 커지고, 중간 차륜(65)과 측방 프레임(43)이 발생한다. 핀(54)의 중심(54a)이 라인 s1의 중점에 있고, 핀(74)의 중심(74a)이 라인 s2의 중점에 있음으로써, 주행 차륜(52, 72)의 라인 s3으로부터의 수직 하방 이동량은 중간 차륜(65)의 라인 s3으로부터의 수직 상방 이동량과 같은 값 r2가 된다. 또한, 중간 차륜(65)의 최상점(v3)으로부터 수평면(h1)까지의 수직방향 거리와, 주행 차륜(52, 72)의 최하점(v2)으로부터 수평면(h1)까지의 수직방향 거리는 도 8, 도 9의 중단에 나타낸 바와 같이, r1+r2이 된다.

차륜 보디(50, 70) 사이에 인력을 더 발생시키면, 도 7, 도 8의 하단에 나타낸 바와 같이, 핀(54)이 슬롯(43a)의 최좌단까지 이동해서 라인 s1, s2의 라인 s3에 대한 경사 각도가 더욱 커진다. 이 경우도, 핀(54)의 중심(54a)이 라인 s1의 중점에 있고, 핀(74)의 중심(74a)이 라인 s2의 중점에 있음으로써, 주행 차륜(52, 72)의 라인 s3으로부터의 수직 하방 이동량은 중간 차륜(65)의 라인 s3으로부터의 수직 상방 이동량과 같은 값 r3이 된다. 또한, 중간 차륜(65)의 최상점(v3)으로부터 수평면(h1)까지의 수직방향 거리와, 주행 차륜(52, 72)의 최하점(v2)으로부터 수평면(h1)까지의 수직방향 거리는 도 8, 도 9의 하단에 나타낸 바와 같이, r1+r3이 된다.

상술한 관계는 차륜 보디(50, 70) 사이에 반발력을 작용시켜 차륜 보디(50, 70)를 역방향으로 회동시켜도 같고, 핀(54)이 슬롯(43a) 내의 어느 위치에 있어도, 중간 차륜(62, 65)과 주행 차륜(51, 52, 71, 72)은 수평면(h1)보다 수직방향으로 동 거리 이간한다.

도 14에는 관내 로봇(20)에 탑재된 천공 모터(23), 승강 실린더(25), 클램프 실린더(82), 로터리 액추에이터(30)의 유압 기기, 및 주행 모터(55, 75)를 구동, 제어하는 회로가 도시되어 있다.

도 14의 상부에는 유압 회로가 도시되어 있으며, 유압 유닛(100)으로부터 릴리프 밸브(101)를 통해서 흐르는 압유는 방향 스위칭 밸브(104)를 통해서 천공 모터(23)에 공급되고, 천공날(21)을 양방향으로 회전시킨다. 압유는 스로틀 밸브(103)로 유량이 더 조절되고, 방향 스위칭 밸브(104)를 통해서 승강 실린더(25), 클램프 실린더(82), 로터리 액추에이터(30)에 공급되고, 각각 천공날(21)을 승강시켜 차륜 보디(50, 70)를 회동시키고, 천공날(21)을 회동시킨다. 또한, 로터리 액추에이터(30)에는 컨트롤러(110)로부터의 신호로 레귤레이터(102)에 의해 감압된 압유가 공급된다. 또한, 방향 스위칭 밸브(104)는 컨트롤러(110)에 의해 각각 개별로 제어되지만, 도 14에서는 간략하게 1개의 제어선으로 그 제어가 도시되어 있다.

차륜 보디(50, 70)에 내장된 주행 모터(55, 75)는 컨트롤러(110)로부터의 속도 지령에 의해 구동되고, 각각 주행 차륜(51, 52, 71, 72)을 동기해서 정회전 또는 역회전시킨다. 속도 지령은 앰프(112)로 증폭되어 펄스폭 변조기(PWM)(113)에 입력되어 펄스폭이 변조되므로, 주행 차륜(51, 52, 71, 72)은 그 펄스폭에 따른 속도로 회전된다.

관내 로봇(20)에 탑재된 카메라(13)로 촬영된 화상은 컨트롤러(110)에 입력되고, 화상 처리되어 표시기(120)에 표시된다. 컨트롤러(110)에는 콘솔(111)이 접속되어, 유압의 조정, 방향 스위칭 밸브의 스위칭, 속도 지령 등 관내 로봇(20)을 구동, 제어하는 신호를 컨트롤러에 입력할 수 있다.

또한, 각 도에 있어서, 천공 모터(23), 승강 실린더(25), 클램프 실린더(82), 로터리 액추에이터(30)에 접속되는 유압 호스, 주행 모터(55, 75)를 구동하는 전원케이블 등은 도시가 복잡해지므로, 도시가 생략되어 있다.

다음에, 이와 같이 구성된 관내 로봇을 본관 내에 반송해서 관 라이닝재를 천공하는 동작을 설명한다.

관내 로봇(20)은 도 7∼도 9의 상단에 나타낸 바와 같이, 차륜 보디(50, 70)가 수평하게 된 상태로 본관(10) 내에 반입된다. 도 10a에 도시한 바와 같이, 로터리 액추에이터(30)는 그 회전축(v1)이 수직면(p1, p2) 사이의 중심을 지나는 수직면(p0) 상에 있고, 양측의 주행 차륜(51, 52)의 관 라이닝재(12)의 각 접촉점(v2')으로부터 수직면(p0)으로의 수평방향 거리가 모두 동일하게 값 d1이 된다.

계속해서, 클램프 실린더(82)를 구동하고, 차륜 보디(50, 70) 사이에 인력을 발생시켜 차륜 보디(50, 70)을 회동시키면, 그 회동각에 따라서 중간 차륜(62, 65) 및 로터리 액추에이터(30)가 상승한다. 도 10b에 나타낸 바와 같이, 중간 차륜(62, 65)이 관 라이닝재(12)의 상부에 접촉했을 때, 클램프 실린더(82)의 유압을 유지하고, 그 상태를 유지한다.

이 상태로, 라인 s3으로부터의 중간 차륜(62, 65)의 수직 상방 이동량을 r4라고 하면, 도 10b에 나타낸 바와 같이, 주행 차륜(51, 52)(도 10b에서는 보이지 않지만 주행 차륜(71, 72))의 관 라이닝재 접촉점(v2')으로부터 수평면(h1)까지의 수직방향 거리는 r1+r4가 되고, 중간 차륜(62, 65)의 관 라이닝재 접촉점(v3')으로부터 수평면(h1)까지의 수직방향 거리도 같은 r1+r4가 된다. 도 10b에 도시한 상태에서는 각 차륜의 관 라이닝재 접촉점(v2', v3')으로부터 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)으로의 직경방향 거리는 모두 동일하게 되어 있으므로, 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)은 본관(10)의 관 중심축(10a)과 일치하고 있다.

이와 같이, 중간 차륜(62, 65)이 관 라이닝재의 상부에 접촉한 상태로 해서, 주행 모터(55, 75)를 구동하고 관내 로봇(20)을 전진시킨다. 또한, 이 때, 중간 차륜(62, 65)과 관 라이닝재(12)의 마찰 저항에 의해 중간 차륜(62, 65)이 전진 이동에 따라서 자재 회전하도록, 도 14의 레귤레이터(102)에 의해 클램프 실린더(82)의 유압을 조절한다.

천공날(21)이 지관 개구부(11a)의 중심 부근까지 전진했을 때에, 주행 모터(55, 75)를 정지하고, 클램프 실린더(82)의 유압을 레귤레이터(102)로 고압으로 조절하고, 점선으로 나타낸 바와 같이 고압으로 클램프 실린더(82)를 구동한다. 이것에 의해, 중간 차륜(62, 65)은 더욱 상승하려고 해서 관 라이닝재(12)의 상부에 강하게 압박하고, 또한 그 반력으로 주행 차륜(51, 52, 71, 72)이 관 라이닝재(12)의 하부에 강하게 압박하므로, 관내 로봇(20)이 안정화한다. 이 상태로, 도 11a에 나타낸 바와 같이, 천공 모터(23)로 천공날(21)을 회전시켜 승강 실린더(25)를 구동해서 천공날(21)을 상승시키고, 지관 개구부(11a)를 폐쇄하고 있는 본관(10)의 라이닝재(12)를 절삭한다.

천공날(21)의 직경은 지관 개구부(11a)의 직경보다 작고, 이 1회의 동작으로 관 라이닝재를 전부 절삭할 수 없는 경우는 한번 천공날(21)을 하강시키고, 도 11b에 나타낸 바와 같이, 천공날(21)을 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)을 중심으로 회동시켜 관 라이닝재(12)를 절삭한다. 이 때, 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)이 본관(10)의 관 중심축(10a)과 일치하고 있으므로, 천공날(21)의 본관 둘레방향 회동에 편심이 없어, 본관 둘레방향의 절삭을 원활하게 행할 수 있다.

절삭해야 할 관 라이닝재가 남아있는 경우에는 관내 로봇(20)을 전진 또는 후진시켜, 같은 동작으로 지관(11)을 폐쇄하고 있는 잔여의 관 라이닝재(12)를 절삭한다. 또한, 관내 로봇(20)을 전후시킬 때는 클램프 실린더(82)에 공급되는 유압을 감압하여 전후동을 원활하게 하고, 천공할 때는 증압하여 관내 로봇(20)을 안정시키도록 한다.

도 12a, 도 12b에는 관내 로봇이 본관의 관축 주변으로 회동해서 롤링한 상태로 본관 내를 이동하는 상태가 나타내어져 있다. 이러한 경우에도, 모든 차륜이 관 라이닝재에 접촉하여 이동하므로, 안정하게 관내 로봇을 진행시킬 수 있다. 또한, 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)이 본관(10)의 관 중심축과 일치하고 있으므로, 천공날의 본관 둘레방향 회동에 편심이 없어, 본관 둘레방향의 절삭을 원활하게 행할 수 있다.

또한, 도 13a에 도시한 바와 같이, 지관(11)이 본관(10)의 측면에 부착되거나, 또는 도 13b에 도시한 바와 같이, 본관(10)의 저부에 부착되거나 한 경우에도, 지관이 상부에 부착되어 있는 도 10a와 같은 상태로 관내 로봇(20)을 주행시켜 지관 개구부의 중심 부근으로 이동한 후, 천공날을 가로 또는 하향으로 회전시켜 같은 동작으로 천공을 행할 수 있다. 이 때, 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)이 본관(10)의 관 중심축과 일치하고 있으므로, 천공날을 가로 또는 하향으로 회전시킬 때, 천공날이 편심하여 관 라이닝재에 닿아 관 라이닝재를 손상시켜버리는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이, 본 실시예의 관내 로봇은 전방의 차륜과 후방의 차륜 사이에 중간 차륜을 설치하고, 중간 차륜을 관 라이닝재의 상부에 접촉시켜 주행시킬 수 있으므로, 관내 로봇의 전후동이 원활하게 된다. 또한, 본관의 관 직경이 변화되어도, 중간 차륜을 관 라이닝재의 상부에 접촉시킴으로써, 천공날의 회동에 편심이 없어 본관 둘레방향의 절삭을 원활하게 행할 수 있음과 아울러, 관 직경 변화에 따른 어태치먼트 교환 후의 조정 작업을 없게 할 수 있다. 또한, 중간 차륜은 관 라이닝재에 압박할 수 있으므로, 마찰 저항이 커져서 구동력이 상승하고, 많은 전원 케이블이나 유압 호스를 접속한 상태에서도 장거리의 자주가 가능하게 된다.

또한, 상술한 실시예에서는 라이닝된 기설관의 내벽면을 절삭하는 예를 설명했지만, 라이닝 전의 기설관의 내벽면을 절삭하도록 해도 좋다. 이 경우에도, 관내 로봇을 주행 차륜(51, 52, 71, 72) 및 중간 차륜(62, 65)을 기설관의 내벽면에 접촉하는 상태로 함으로써, 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)이 본관(10)의 관 중심축(10a)와 일치하므로, 천공날을 기설관 둘레방향으로 회전시켜도 천공날이 편심하여 본의 아니게 기설관의 내벽면을 손상시켜버리는 것을 방지할 수 있다.

실시예 2

상술한 실시예 1에서는 천공날(21), 천공 모터(23), 승강 실린더(25) 및 홀더(22, 24) 등을 일체화한 천공 유닛을 차대(40)에 부착하고, 관내 로봇을 천공 로봇으로서 기능시키고 있다. 실시예 2에서는 천공 유닛 대신에, 도 15, 도 16에 나타낸 바와 같이, 본관 내벽면을 관찰, 촬영하는 검사 유닛(90)을 차대(40)에 부착하여 관내 로봇을 검사 로봇으로서 기능시킨다.

검사 유닛(90)은 예를 들면 광범위를 촬영할 수 있는 광각 렌즈, 어안 렌즈와 같은 렌즈(91)를 구비한 카메라(92)와, 카메라(92)가 고정된 부착판(93)을 구비한다. 렌즈(91)는 단 렌즈 또는 복합 렌즈로서 구성되지만, 본 실시예의 경우, 단 렌즈로서 도시되어 있다. 또한, 카메라(92)는 렌즈(91)의 촬영 광축(91a)이 상하(수직)방향으로 적합하도록 세트된다. 또한, 카메라(92) 내에는 렌즈(91)의 결상면에 CCD 또는 CMOS 등의 촬상 소자나, 촬영된 화상을 격납하는 메모리, 기타 촬영에 필요한 부품이 배치되지만, 도면이 복잡해지므로 이들의 요소는 도시가 생략되어 있다.

부착판(93)의 차대측 중앙부는 중공 원주부(93a)로 되어 있고, 이 중공 원주부(93a)에 로터리 액추에이터(30)의 회전 샤프트(30a)가 압입되고, 또한 중공 원주부(93a)가 미끄럼 베어링(32)에 의해 베어링된다. 카메라(92)는 그 촬영 광축(91b)이 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)과 직교하도록 부착되고, 로터리 액추에이터(30)을 구동하면 렌즈(91)는 그 회전축(v1)을 중심으로 기설관 둘레방향으로 회전한다.

도 18은 검사 로봇으로서 구성된 관내 로봇을 제어하는 기기를 구동, 제어하는 회로도를 나타낸다. 도 14에 나타낸 회로도와 비교하여, 도 18에서는 천공 모터(23), 승강 실린더(25)가 없고, 로터리 액추에이터(30)에 의해 카메라(92)가 회전되는 곳이 상이할뿐이므로, 도 18의 상세한 설명은 생략한다.

다음에, 이와 같이 구성된 관내 로봇(20)을 맨홀(16)로부터 라이닝된 본관에 반입하고, 그 내벽면을 관찰, 촬영하는 동작을 설명한다.

관내 로봇(20)은 실시예 1과 마찬가지로, 차륜 보디(50, 70)가 수평해진 상태로 본관(10) 내에 반입되어 클램프 실린더(82)를 구동하고, 중간 차륜(62, 65)이 관 라이닝재(13)에 접촉할 때까지 상승시킨다. 이 상태가 도 17a에 도시되어 있고, 도 10b와 마찬가지로, 주행 차륜(51, 52)(및 주행 차륜(71, 72))의 관 라이닝재 접촉점(v2')으로부터 수평면(h1)까지의 수직방향 거리는 r1+r4가 되고, 중간 차륜(62, 65)의 관 라이닝재 접촉점(v3')으로부터 수평면(h1)까지의 수직방향 거리도, 같은 r1+r4가 되고 있다. 따라서, 각 차륜의 관 라이닝재 접촉점(v2', v3')으로부터 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)으로의 직경방향 거리는 모두 동일하게 되어 있으므로, 회전축(v1)은 본관(10)의 관 중심축(10a)과 일치하고 있다.

이와 같이, 중간 차륜(62, 65)이 관 라이닝재 상부에 접촉한 상태로 해서, 주행 모터(55, 75)를 구동하여 관내 로봇(20)을 전진시킨다. 관내 로봇이 소정 위치에 오면, 일단 정지시켜 카메라(92)에 의해 본관 내벽면을 관찰, 촬영한다. 렌즈(91)의 촬영 광축(91a)은 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)과 직교하고 있어 상하(수직)방향으로 향하고 있으므로, 본관(10)의 꼭대기부를 중심으로 한 부분이 정지 영상으로서 촬영되어 그 화상이 표시기(120)에 표시되고, 또한 카메라(92) 내의 메모리에 보존된다.

관내 로봇(20)의 정지 위치에서 다른 부분을 관찰, 촬영하고 싶은 경우에는 로터리 액추에이터(30)를 구동하여 카메라(92)를 본관 둘레방향으로 회전시킨다. 예를 들면, 도 17b에는 180° 회전시킨 예가 도시되어 있다. 이 위치에서는 본관(10)의 저부를 중심으로 한 부분이 정지 영상으로서 촬영된다.

또한, 본관(10)의 다른 내벽면을 관찰, 촬영하고 싶은 경우에는 관내 로봇(20)을 그 위치로 전진시키고 로터리 액추에이터(30)를 회전시켜 소망 위치의 관찰, 촬영을 행한다. 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)이 본관(10)의 관 중심축(10a)과 일치하고 있으므로, 카메라(92)를 어느 위치로 회전시켜도, 렌즈면과 본관(10)의 내벽면 사이의 직경방향 거리는 동일하고, 카메라(92)의 회전에 의존하지 않는 양질의 화상이 얻어진다.

상술한 예에서는 본관 내벽면을 정지 영상으로서 촬영했지만, 관내 로봇(20)을 이동시키면서, 또한 이 이동 중에 필요에 따라서 로터리 액추에이터(30)를 회전시켜 본관 내벽면의 다양한 부분을 동영상으로서 표시기(120)에 표시하거나, 또한 메모리에 격납할 수도 있다. 또한, 카메라(92)에, 촬영 광축이 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)과 직교하는 렌즈를 본관 둘레방향으로 복수 설치하고, 로터리 액추에이터(30)를 회전시켜 각 렌즈로 본관 내벽면을 다양한 방향으로부터 정지 영상 또는 동영상으로서 촬영하고, 이들의 화상을 표시기에 표시하거나, 메모리에 격납할 수 있다.

상술한 예에서는 라이닝된 본관 내벽면을 관찰, 촬영했으므로, 본관이 규정대로의 품질로 라이닝되었는지의 여부를 검사할 수 있다. 그러나, 라이닝 전에 본관 내벽면을 관찰, 촬영할 수도 있다. 이 경우에는 본관 내벽면의 손상도를 검사할 수 있고, 본관을 라이닝해야하는지의 여부를 검사할 수 있다.

실시예 3

관내 로봇(20)은 지관(11)의 내벽면을 라이닝하는 지관 라이닝재를 탑재하여 지관 라이닝재를 지관 위치로 반송하는 탑재 로봇으로서 기능시킬 수 있다. 이 실시예가 도 19 내지 도 22에 도시되어 있다.

실시예 1에 나타낸 관내 로봇(20)에 있어서, 승강 실린더(25)의 피스톤(25a)과 홀더(22)의 결합을 해제하고, 천공 모터(23), 횡판(26), 가이드(27) 등을 떼어내고, 도 21에 나타낸 바와 같이, 승강 실린더(25)의 피스톤(25a)의 선단에 탑재 헤드(140)가 부착된다. 탑재 헤드(140)는 지관 라이닝재(130)의 플랜지(131)를 긴밀하게 탑재할 수 있도록, 상기 플랜지(131)보다 큰 형상이고 플랜지(131)와 같은 곡률로 만곡한 곡면을 갖고, 중심에는 지관 라이닝재(130)를 삽입할 수 있도록 중공 원주부(140a)가 형성된다.

지관 라이닝재(130)는 관 라이닝재(12)와 같은 재질로, 관상의 유연한 부직포로 이루어지는 수지 흡수재에 미경화의 액상 경화성 수지를 함침시킨 것으로, 그 일단에는 본관(10)과 동일하게 곡률로 원호상으로 만곡하는 곡면을 갖는 플랜지(131)가 형성된다. 지관 라이닝재(130)는 조인트(132)를 통해서 중계된 압력 백(133) 내에 수납되고, 지관 라이닝재(130)의 타단에는 떼어냄 튜브(135)가 부착된다. 떼어냄 튜브(135)의 타단에는 견인 로프(136)와 공기 제거 호스(137)가 부착되고, 압력 백(133)의 타단은 캡(138)에 의해 기밀하게 밀폐된다. 또한, 조인트(132)와 플랜지(131) 사이에는 떼어냄 튜브(134)가 부착되고, 압력 백(133) 내에는 떼어냄 튜브(134)와 지관 라이닝재(130)로 폐쇄된 밀폐 공간이 형성된다.

도 22는 탑재 로봇으로서 구성된 관내 로봇을 제어하는 기기를 구동, 제어하는 회로도를 나타낸다. 도 14에 나타낸 회로도와 비교하여, 천공 모터(23)를 구동하는 계통이 존재하지 않는 것이 상이할 뿐이므로, 도 22의 상세한 설명은 생략한다.

다음에, 이와 같이 구성된 관내 로봇(20)을 본관(10)에 반입하고, 지관(11)에 지관 라이닝재(130)를 반전 삽입하고, 지관(11)을 라이닝하는 동작을 설명한다. 또한, 관내 로봇(20)은 라이닝되어 있지 않은 본관을 주행하는 것으로 한다.

관내 로봇(20)은 실시예 1, 2와 마찬가지로, 차륜 보디(50, 70)가 수평해진 상태로 본관(10) 내에 반입되어 클램프 실린더(82)를 구동하고, 중간 차륜(62, 65)이 본관(10)의 내벽면에 접촉할 때까지 상승시킨다. 이 상태에서는 실시예 1, 2에서 설명한 바와 같이, 각 차륜(51, 52, 71, 72, 62, 65)의 본관 내벽면 접촉점으로부터 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)으로의 직경방향 거리는 모두 동일하게 되어 있으므로, 회전축(v1)은 본관(10)의 관 중심축(10a)과 일치하고 있다.

또한, 탑재 헤드(140)에는 플랜지(131)의 개구부가 중공 원주부(140a)의 개구부와 정합하도록, 지관 라이닝재(130)가 탑재된다. 또한, 탑재 헤드(140)의 중공 원주부(140a)에는 지관 라이닝재(130)가 수납된 압력 백(133)의 일단이 부착된다. 또한, 승강 실린더(25)를 구동해서 피스톤(25a)를 하강시켜, 탑재 헤드(140)로부터 상방으로 밀려나오는 지관 라이닝재(130)가 본관 내벽면에 충돌하지 않도록 해 둔다.

이 상태로, 주행 모터(55, 75)를 구동하여 관내 로봇(20)을 압력 백(133)과 함께 전진시킨다. 지관 라이닝재(130)를 지관(11)에 삽입할 수 있는 위치에 이르렀을 때 관내 로봇(20)을 정지시키고, 로터리 액추에이터(30)를 구동해서 탑재 헤드(140)를 본관 둘레방향으로 회동시키고, 중공 원주부(140a)의 개구부를 지관 개구부에 정합시킨다. 계속해서, 승강 실린더(25)를 구동해서 탑재 헤드(140)를 상승시키고, 플랜지(131)를 본관 내벽면에 밀착시킨다. 이 상태가 도 19에 도시되어 있다.

이 상태로, 캡(138)에 접속된 압축 공기 공급 호스(도시하지 않음)를 통해서 압력 백(133) 내에 압축 공기를 공급하면, 떼어냄 튜브(134)와 지관 라이닝재(130)로 폐쇄된 밀폐 공간에도 압축 공기가 공급되고, 지관 라이닝재(130)는 반전해서 지관(11)에 삽입되어 간다.

도 20에 나타낸 바와 같이, 지관 라이닝재(130)가 전체길이에 걸쳐서 지관(11)에 삽입된 후, 캡(138)에 접속된 온수 공급 호스(도시하지 않음)를 통해서 온수가 압력 백(133) 내에 공급되고 지관 라이닝재(130)가 경화되어, 지관(11)이 라이닝된다. 또한, 압력 백(133) 내의 공기는 온수의 공급에 의해 공기 제거 호스(137)를 통해서 외부로 배출된다.

지관(11)의 라이닝이 종료한 후는 탑재 헤드(140)를 하강시키고, 또한 견인 로프(136)에 의해 떼어냄 튜브(135)를 하방으로 당겨서 지관 라이닝재(130)로부터 떼어내어 일련의 라이닝 작업을 종료한다.

이러한 라이닝 작업에 있어서, 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)이 본관(10)의 관 중심축(10a)과 일치하고 있으므로, 탑재 헤드(140)를 지관 개구부에 위치맞춤할 때, 탑재 헤드(140)를 본관 둘레방향 중 어느 위치에 회전시켜도, 탑재 헤드(140) 및 지관 라이닝재(130)가 본관 내벽면에 접촉하는 경우는 없어, 관내 작업을 효율화할 수 있다. 또한, 본관의 관 직경이 상이해도, 로터리 액추에이터(30)의 회전축(v1)이 본관(10)의 관 중심축(10a)과 일치하고 있으므로, 관 직경이 변화할 때마다 탑재 헤드의 높이를 조정하고 있었던 종래의 공정을 생략할 수 있다.

상술한 실시예 1, 2, 3에서는 주행 모터(55, 75)를 사용해서 각각 주행 차륜(51, 52, 71, 72)을 회전시켜 관내 로봇을 이동시켰지만, 측방 프레임(42, 43)의 전방단과 후방단에 각각 견인 로프를 고정하고, 일방의 견인 로프를 반입측의 맨홀을 통해서 지상의 윈치로 견인하고, 또한 타방의 견인 로프를 진행 방향에 있는 맨홀을 통해서 지상의 윈치로 견인하여 관내 로봇을 이동시키도록 해도 좋다.

상술한 실시예 1, 2, 3에서는 로터리 액추에이터 및 중간 차륜을 승강시키는 승강 수단으로서, 유압 실린더를 사용했지만, 당김 스프링을 사용하여 그 일단을 일방의 차륜 보디에 부착하고, 타단을 타방의 차륜 보디에 부착하고, 로터리 액추에이터 및 중간 차륜을 승강시키도록 해도 좋다.

상술한 실시예 1, 2, 3에서는 주행 모터(55, 75)를 동기 구동했지만, 일방의 주행 모터를 정지시키고, 타방의 주행 모터를 내장한 차륜 보디가 정지된 주행 모터를 내장한 차륜 보디 방향으로, 또는 역방향으로 이동하도록 타방의 주행 모터를 구동해서 로터리 액추에이터 및 중간 차륜을 승강시킬 수도 있다. 이 경우는 주행 모터(55, 75)가 로터리 액추에이터 및 중간 차륜을 승강시키는 승강 수단으로서 기능한다.

상술한 실시예 1, 2, 3에서는 전방의 차륜 보디에 설치한 핀을 측방 프레임의 슬롯 내에서 이동시키고 있지만, 후방의 차륜 보디에 설치한 핀을 슬롯 내에서 이동시켜도 좋다. 이 경우, 후방의 차륜 보디가 제 1 차륜 보디가 되고, 전방의 차륜 보디가 제 2 차륜 보디가 된다.

상술한 실시예 1, 2, 3에서는 로터리 액추에이터(30)는 유압 모터이었지만, 스테핑 모터나 서보 모터 등의 전동 모터이어도 좋다. 또한, 실시예 1의 천공 모터(21)에, 전동 모터 또는 에어 모터를 사용하도록 해도 좋다.

10 본관 11 지관
12 관 라이닝재 13 카메라
17 조명 램프 20 관내 로봇
21 천공날 23 천공 모터
25 승강 실린더 30 로터리 액추에이터
32 미끄럼 베어링 40 차대
41 전방 프레임 42, 43 측방 프레임
42a, 43a 슬롯 50 차륜 보디
51, 52 주행 차륜 53, 54 핀
55 주행 모터 57, 60 차축
62, 65 중간 차륜 70 차륜 보디
71, 72 주행 차륜 73, 74 핀
75 주행 모터 77 차축
82 클램프 실린더 90 검사 유닛
91 렌즈 92 카메라
100 유압 유닛 101 릴리프 밸브
102 레귤레이터 103 스로틀 밸브
104 방향 스위칭 밸브 110 컨트롤러
111 콘솔 113 펄스폭 변조기
130 지관 라이닝재 133 압력 백
140 탑재 헤드

Claims

기설관 내에 반입되어 상기 기설관 내를 주행 가능한 관내 로봇으로서,
수평방향으로 연장되는 슬롯이 형성된 측방 프레임을 양측에 구비한 차대와,
상기 슬롯 내에서 슬라이드 가능한 핀이 양측에 부착되고, 상기 핀을 통해서 측방 프레임 사이에 지지됨과 아울러, 일단 양측에 주행 차륜이 부착된 제 1 차륜 보디와,
상기 제 1 차륜 보디의 각 핀과 동일 수평면 상에서 양측에 부착된 핀을 통해서 측방 프레임 사이에 지지됨과 아울러, 일단 양측에 주행 차륜이 부착되고, 타단 양측이 각각 중간 차륜을 부착한 차축을 통해서 제 1 차륜 보디의 타단과 회동 가능하게 결합된 제 2 차륜 보디와,
회전축이, 상기 제 1과 제 2 차륜 보디의 양측 핀과 동일 수평면 상에 있고, 상기 제 1과 제 2 차륜 보디의 주행 차륜 사이의 중심에 위치하도록, 차대에 부착된 로터리 액추에이터와,
상기 제 1 차륜 보디의 핀을 슬롯 내에서 이동시킴으로써 제 1과 제 2 차륜 보디를 상기 차축을 지점으로 해서 회동시켜 로터리 액추에이터 및 중간 차륜을 승강시키는 승강 수단을 구비하고,
상기 양측의 중간 차륜 및 제 1과 제 2 차륜 보디의 양측 주행 차륜은 모두 동 형상이고, 각 측의 차륜면이 각각 동일 수직면으로 되어 있고,
상기 제 1 차륜 보디의 각 측 핀은 각각 동일측의 제 1 차륜 보디의 주행 차륜 중심과 중간 차륜 중심을 연결하는 선의 중점에 부착되고, 또한 상기 제 2 차륜 보디의 각 측 핀은 각각 동일측의 제 2 차륜 보디의 주행 차륜 중심과 중간 차륜 중심을 연결하는 선의 중점에 부착되고,
상기 승강 수단에 의해 양측 중간 차륜을 기설관 내벽면에 접촉할 때까지 상승시켰을 때, 상기 제 1과 제 2 차륜 보디의 양측 주행 차륜 및 양측 중간 차륜의 기설관 내벽면 접촉점으로부터 로터리 액추에이터의 회전축으로의 직경방향 거리가 각각 동일하게 되어, 로터리 액추에이터의 회전축이 기설관의 관 중심축과 일치하는 것을 특징으로 하는 관내 로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 차대에는 상기 로터리 액추에이터의 회전축과 직교하는 회전축을 중심으로 회전함과 아울러, 로터리 액추에이터에 의해 그 회전축을 중심으로 기설관 둘레방향으로 회동 가능한 천공날이 부착되는 것을 특징으로 하는 관내 로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 차대에는, 촬영 광축이 상기 로터리 액추에이터의 회전축과 직교하고, 로터리 액추에이터에 의해 그 회전축을 중심으로 기설관 둘레방향으로 회동 가능한 렌즈를 구비한 카메라가 부착되는 것을 특징으로 하는 관내 로봇.
제 1 항에 있어서,
상기 차대에는, 상기 로터리 액추에이터에 의해 그 회전축을 중심으로 기설관 둘레방향으로 회동되고, 기설관과 교차하는 부착관에 삽입되는 관 라이닝재를 탑재한 탑재 헤드가 부착되는 것을 특징으로 하는 관내 로봇.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양측의 중간 차륜이 각각 차축에 회전 가능하게 부착되는 것을 특징으로 하는 관내 로봇.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터리 액추에이터가 유압 모터 또는 전동 모터인 것을 특징으로 하는 관내 로봇.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 차륜 보디의 주행 차륜이 전륜이며, 제 2 차륜 보디의 주행 차륜이 후륜인 것을 특징으로 하는 관내 로봇.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 차륜 보디의 주행 차륜이 후륜이며, 제 2 차륜 보디의 주행 차륜이 전륜인 것을 특징으로 하는 관내 로봇.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 승강 수단이, 피스톤 일단이 일방의 차륜 보디에 고정되고, 실린더부가 타방의 차륜 보디에 고정된 유압 실린더인 것을 특징으로 하는 관내 로봇.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 승강 수단이, 각각의 단부가 제 1과 제 2의 차륜 보디에 결합된 당김 스프링인 것을 특징으로 하는 관내 로봇.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1과 제 2 차륜 보디에는 각각 제 1과 제 2 차륜 보디의 주행 차륜을 회전시키는 주행 모터가 내장되는 것을 특징으로 하는 관내 로봇.
제 11 항에 있어서,
상기 승강 수단이 제 1과 제 2 차륜 보디에 내장된 주행 모터이며, 일방의 주행 모터를 정지시키고, 타방의 주행 모터를 내장한 차륜 보디가, 정지된 주행 모터를 내장한 차륜 보디 방향으로 또는 역방향으로 이동하도록, 타방의 주행 모터를 구동해서 로터리 액추에이터 및 중간 차륜을 승강시키는 것을 특징으로 하는 관내 로봇.