KR20030014502A - Robot for internal inspection of pipe - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 배관 내부 검사용 이동 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 별도의 조향장치 없이 수평 및 수직으로 설치되는 직선관로 및 곡선관로와 배관의 단면이 변하는 관로에서 용이하게 이동할 수 있는 배관 내부 검사용 이동 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a mobile robot for inspecting the inside of a pipe, and more particularly, a straight pipe line and a horizontal pipe line installed horizontally and vertically without a separate steering device and a pipe line in which a cross section of the pipe changes can be easily moved. It relates to a mobile robot for inspection.
일반적으로, 지중 및 지상에 설치되는 도시가스관, 상하수관, 석유화학 플랜트관, 열병합 발전소의 증기관 등은 생활에 밀접한 관련을 가지며 널리 사용되고 있는 것으로서, 특히 가연성 가스와 같은 위험한 물질이 내부를 유동하는 배관 등에 있어서는, 이들의 파손에 의한 재해에 의해 수많은 인명 및 재산의 손실과 자연환경의 파괴를 야기할 수도 있다.In general, underground and ground city gas pipes, water and sewage pipes, petrochemical plant pipes, and steam pipes of cogeneration plants are closely related to life and are widely used. In particular, pipes in which dangerous substances such as flammable gases flow inside For example, disasters caused by these damages can cause the loss of many lives and property and the destruction of the natural environment.
따라서, 배관설비는 설계, 시공, 운전 뿐만 아니라 시간의 경과와 환경의 변화에 따른 배관 내부의 상태 및 배관의 균열 등을 수시로 검사 및 진단하여 설비의안전성을 확보하여야 한다.Therefore, the piping facility should be inspected and diagnosed from time to time to check the safety of the facility as well as design, construction and operation as well as the condition of the pipe and cracks of the pipe according to the change of time and environment.
이에, 배관이라고 하는 특이하고 제한된 3차원 공간에서 주행하며 배관의 내부를 검사할 수 있는 이동 로봇을 개발하기에 이르렀다.As a result, a mobile robot capable of inspecting the inside of a pipe while traveling in a unique and limited three-dimensional space called a pipe has been developed.
배관의 내부 검사용 이동 로봇은 이동 로봇의 이동 방법에 따라 보행형, 바퀴형, 무한궤도형, 신축형 등으로 분류된다.Mobile robots for internal inspection of pipes are classified into walking type, wheel type, caterpillar type, and telescopic type according to the moving method of the mobile robot.
이 중, 직관에서는 매우 효율적인 이동을 보여주며 주행시 많은 에너지를 필요로 하지 않는 바퀴형 이동 로봇이 널리 사용되고 있다.Among these, wheel type mobile robots that show very efficient movement and do not require much energy during driving are widely used.
이러한 바퀴형의 배관 내부 검사용 이동 로봇은 대표적으로 대한민국 특허 공개번호 제2000-0073460호에 개시되어 있다.Such a mobile robot for inspecting the inside of a pipe-type pipe is typically disclosed in Korean Patent Publication No. 2000-0073460.
종래의 배관 내부 검사용 이동 로봇은 하나의 구동모터를 몸체로 하고, 한쌍의 몸체가 조향장치인 이중능동 유니버설조인트로 연결되어 있다. 그리고, 각 구동모터의 둘레에는 배관의 이동경로를 따라 이동하는 복수의 바퀴가 장착되어 있으며, 구동모터와 각 바퀴는 동력전달장치로 연결되어 있다. 이러한 이동 로봇은 조향장치에 의해 수평 및 수직으로 설치되는 직선관로 및 곡선관로를 이동할 수 있으며, 또한 배관의 단면이 변화하는 배관 내에서도 원활하게 이동할 수 있다.The conventional mobile robot for inspecting the inside of a pipe has a single drive motor as a body, and a pair of bodies are connected to a dual active universal joint that is a steering device. In addition, a plurality of wheels moving along the movement path of the pipe is mounted around each drive motor, and the drive motor and each wheel are connected by a power transmission device. Such a mobile robot can move a straight line and a curved line installed horizontally and vertically by a steering device, and can also move smoothly in a pipe in which a cross section of a pipe changes.
그런데, 이러한 종래의 배관의 내부 검사용 이동 로봇은, 곡선관로를 원활하게 이동할 수 있도록 별도의 조향장치가 필요하게 되어 기계적 구성요소가 많아 이동 로봇의 구조가 복잡해지는 문제가 있어, 이동 로봇의 구조를 단순화하면서 별도의 조향장치 없이 곡선관로를 원활하게 이동할 수 있는 이동 로봇을 개발하기에 이르렀다.However, such a conventional mobile robot for internal inspection of pipes requires a separate steering device to smoothly move a curved pipeline, and there are many mechanical components, resulting in a complicated structure of the mobile robot. We have developed a mobile robot that can move smoothly the curved pipeline without any steering system.
따라서, 본 발명의 목적은, 별도의 조향장치 없이 수평 및 수직으로 설치되는 직선관로 및 곡선관로와 배관의 단면이 변하는 관로에서 용이하게 이동할 수 있는 배관 내부 검사용 이동 로봇을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a mobile robot for inspecting the inside of a pipe that can be easily moved in a straight line and a curved line and a pipe line in which a cross section of the pipe is changed horizontally and vertically without a separate steering device.
도 1은 본 발명에 따른 배관의 내부 검사용 이동 로봇의 사시도이고,1 is a perspective view of a mobile robot for the internal inspection of the pipe according to the present invention,
도 2는 도 1의 정면도이며,2 is a front view of FIG. 1,
도 3은 도 1의 몸체와 일측 링크부의 사시도이고,3 is a perspective view of the body and one side link portion of FIG.
도 4는 도 1의 몸체와 일측 링크부의 배면사시도이며,Figure 4 is a rear perspective view of the body and one side link portion of Figure 1,
도 5는 도 1의 일측 구동부의 사시도이고,5 is a perspective view of one side driving part of FIG. 1;
도 6은 도 5의 요부 파단사시도이며,FIG. 6 is a perspective cut away view of FIG. 5;
도 7은 도 5의 분해사시도이고,7 is an exploded perspective view of FIG. 5,
도 8은 도 1의 카메라 장치의 사시도이며,8 is a perspective view of the camera device of FIG. 1,
도 9는 본 발명에 따른 배관의 내부 검사용 이동 로봇의 티이관 내에서의 이동상태도이다.Fig. 9 is a diagram showing a state of movement of the mobile robot for internal inspection of pipes according to the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
1 : 이동 로봇 11 : 몸체1: mobile robot 11: body
13 : 본체 15 : 돌출단13 main body 15 protruding end
21 : 스톱퍼 23 : 슬라이딩링21: stopper 23: sliding ring
29 : 스프링 33 : 링크부29: spring 33: link portion
35 : 연동링크 39 : 지지링크35: linkage 39: support link
43 : 구동부 45 : 구동모터43: drive unit 45: drive motor
47 : 주바퀴 49 : 전륜47: main wheel 49: front wheel
51 : 후륜 53 : 전륜보조휠51: rear wheel 53: front wheel auxiliary wheel
55 : 후륜보조휠 57 : 동력전달장치55: rear wheel auxiliary wheel 57: power train
81 : 카메라 장치 83 : CCD 카메라81: camera device 83: CCD camera
91 : 카메라 휠 93 : 롤러91: camera wheel 93: roller
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 배관의 내부 검사용 이동 로봇에 있어서, 몸체와; 동력을 발생하는 구동모터와, 이동 경로를 따라 회전운동을 하는 주바퀴와, 상기 구동모터의 동력을 상기 주바퀴로 전달하는 동력전달장치를 가지며, 상기 몸체를 사이에 두고 상기 몸체의 축선에 대해 소정의 각도를 이루며 상호 배치되는 복수의 구동부와; 상기 몸체와 상기 각 구동부 사이에 마련되어 상기 몸체와 상기 각 구동부를 연결하는 복수의 링크부를 포함하고; 상기 몸체가 곡선관로를 따라 이동할 때 상기 복수의 구동부는 상기 주바퀴가 상호 상이한 속도로 회전운동하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 배관의 내부 검사용 이동 로봇을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, the mobile robot for the internal inspection of the pipe, the body; It has a drive motor for generating power, a main wheel for rotating movement along the movement path, and a power transmission device for transmitting the power of the drive motor to the main wheel, and with respect to the axis of the body between the body A plurality of driving units disposed at a predetermined angle and mutually disposed; A plurality of link parts provided between the body and each of the driving parts to connect the body and each of the driving parts; The plurality of driving units when the body moves along the curved pipeline provides a mobile robot for the internal inspection of the pipe, characterized in that the main wheel operates to rotate at different speeds.
여기서, 상기 각 구동부는 상기 몸체의 축선에 대해 방사상으로 120도 등간격으로 배치하여, 상기 몸체가 직선관로를 따라 이동할 때 상기 몸체의 중심이 직선관로의 단면 중심과 일치하게 되어 상기 몸체는 안정적으로 이동하게 되며, 또한 상기 몸체가 곡선관로를 따라 이동할 때 상기 구동부의 주바퀴가 곡선관로의 내주면에 밀착 접촉하며 상기 몸체는 곡선관로를 따라 원활하게 이동할 수 있게 된다.Here, each of the driving unit is disposed radially 120 degrees equal intervals with respect to the axis of the body, when the body moves along a straight line, the center of the body coincides with the cross-sectional center of the straight line, the body is stable When the body moves along the curved line, the main wheel of the driving unit comes into close contact with the inner circumferential surface of the curved line, and the body can move smoothly along the curved line.
그리고, 상기 구동부의 주바퀴는 전륜 및 후륜을 가지며, 상기 전륜 및 후륜은 동일 평면상에 소정 이격 배치되며, 상기 구동부는, 상기 구동모터를 사이에 두고 상기 전륜 및 후륜에 대향 배치되는 전륜보조휠 및 후륜보조휠을 더 포함함으로써, 상기 몸체가 분기관의 곡선관로를 따라 이동할 때 순간적으로 상기 각 구동부의 주바퀴가 분기관의 곡선관로의 내주면에 접하지 않는 경우, 각 구동부의 전륜보조휠 및 후륜보조휠이 분기관의 곡선관로의 내주면에 부분적으로 접하면서 부가적인 추진력을 발생함으로써, 상기 몸체가 안정적으로 곡선관로를 따라 이동하면서 직선관로로 진입할 수 있게 된다.The main wheel of the driving unit has a front wheel and a rear wheel, and the front wheel and the rear wheel are disposed at a predetermined distance on the same plane, and the driving unit is a front wheel auxiliary wheel disposed to face the front wheel and the rear wheel with the driving motor therebetween. And a rear wheel auxiliary wheel, wherein the front wheel auxiliary wheel of each driving unit is instantaneously when the main wheel of each driving unit is not in contact with the inner circumferential surface of the curved channel of the branch pipe when the body moves along the curved line of the branch pipe. The rear wheel assist wheel generates additional propulsion while partially contacting the inner circumferential surface of the curved line of the branch pipe, thereby allowing the body to stably move along the curved line and enter the straight line.
또한, 상기 몸체의 일단부에 마련되어 배관의 내부 상태를 촬영하는 카메라 장치를 더 포함하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to further include a camera device provided on one end of the body to photograph the internal state of the pipe.
그리고, 상기 카메라 장치는, CCD 카메라와, 상기 CCD 카메라의 전방에 마련되는 카메라 휠을 포함하고, 상기 카메라 휠에는 그 외주면을 따라 자전하는 복수의 롤러를 마련함으로써, 상기 몸체가 분기관의 곡선관로를 따라 이동할 때, 상기 몸체의 선단부에 마련된 상기 복수의 롤러에 의해 상기 몸체가 분기관의 곡선관로의 내주면에 부딪쳐 이동이 저지되는 것이 방지되어 상기 몸체는 분기관의 곡선관로를 따라 원활하게 이동하면서 직선관로로 진입할 수 있게 된다.The camera device includes a CCD camera and a camera wheel provided in front of the CCD camera, and the camera wheel is provided with a plurality of rollers rotating along its outer circumferential surface, so that the body is a curved pipe of the branch pipe. When moving along, the body is prevented from hitting the inner circumferential surface of the curved line of the branch pipe by the plurality of rollers provided at the tip of the body is prevented movement is prevented so that the body moves smoothly along the curved line of the branch pipe Can enter straight line.
또한, 상기 몸체는, 원통형상의 본체와; 상기 본체의 양단부에 상호 대향하게 외주면으로부터 돌출된 한쌍의 돌출단과; 상기 각 돌출단 사이의 대략 중앙영역에 마련되며 상기 본체의 외주면으로부터 돌출된 스톱퍼와; 상기 각 돌출단과 상기 스톱퍼 사이에 마련되어 상기 본체의 외주면을 따라 슬라이딩 이동하는 한쌍의 슬라이딩링과; 상기 각 슬라이딩링과 상기 스톱퍼 사이에 마련되어 상기 각 슬라이딩링을 탄성부세하는 한쌍의 스프링을 포함하는 것이 바람직하다.In addition, the body, the cylindrical body; A pair of projecting ends projecting from the outer circumferential surface of the main body so as to face each other at both ends; A stopper provided in an approximately central region between the protruding ends and protruding from an outer circumferential surface of the main body; A pair of sliding rings provided between the protruding ends and the stopper to slide along the outer circumferential surface of the main body; It is preferable to include a pair of springs provided between the sliding rings and the stopper to elastically bias each of the sliding rings.
그리고, 상기 링크부는, 일단이 상기 구동부의 일측에 연결되고, 타단이 상기 몸체의 슬라이딩링에 연결되어 상기 몸체의 축선에 대해 가로방향으로 승강 및 하강하는 한쌍의 연동링크와, 일단이 상기 몸체의 각 돌출단에 연결되고, 타단이 상기 각 연동링크에 연결되어 선회운동하는 한쌍의 지지링크를 포함함으로써, 상기 연동링크에 연결되는 상기 전륜차축 및 후륜차축은 몸체의 스프링의 탄성력에 의해 몸체의 가로방향으로 각각 승하강하게 된다. 그리고, 상기 전륜차축 및 후륜차축에 연결되는 전륜 및 후륜이 독립적으로 승하강하게 되어 상기 각 구동부의 전륜 및 후륜이 동시에 배관의 내주면에 밀착 접촉하게 된다. 따라서, 배관의 내경이 변화되는 영역에서도 상기 각 구동부의 전륜 및 후륜이 배관의 내주면에 밀착 접촉하게 되고, 수직으로 설치되는 배관에서도 자체의 자중을 견디고 올라갈 수 있는 견인력과 미끄러짐을 극복할 수 있도록 배관의 내주면에 밀착 접촉할 수 있으므로, 상기 몸체는 수평 및 수직으로 설치되는 배관 내에서 용이하게 이동할 수 있게 된다.And, the link portion, one end is connected to one side of the drive unit, the other end is connected to the sliding ring of the body and a pair of interlocking links to move up and down in the horizontal direction with respect to the axis of the body, and one end of the body The front wheel axle and the rear wheel axle connected to the interlocking link are connected to each protruding end and the other end is connected to each interlocking link so as to pivot. And ascend and descend in each direction. The front wheels and the rear wheels connected to the front wheel axle and the rear wheel axle are independently raised and lowered so that the front wheels and the rear wheels of each driving unit are in close contact with the inner circumferential surface of the pipe at the same time. Therefore, even in a region where the inner diameter of the pipe changes, the front wheels and the rear wheels of each driving unit come into close contact with the inner circumferential surface of the pipe, and even in a vertically installed pipe, the pipe can overcome the traction force and slippage that can withstand its own weight and rise. Since the body can be in close contact with the inner circumferential surface of the body, the body can be easily moved in the pipe installed horizontally and vertically.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. 설명에 앞서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to description, the same components will be described with the same reference numerals.
본 발명에 따른 배관의 내부 검사용 이동 로봇(1)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 몸체(11)와, 몸체(11)의 외측에 몸체(11)의 축선에 대해 방사상으로 대략 120도 등간격으로 배치되는 복수의 구동부(43)와, 몸체(11)와 각 구동부(43) 사이에 마련되어 몸체(11)와 각 구동부(43)를 연결하는 복수의 링크부(33)를 포함한다. 그리고, 이동 로봇(1)은 몸체(11)의 일단부에 마련되어 배관의 내부 상태를 촬영하는 카메라 장치(81)를 더 포함한다.The mobile robot 1 for internal inspection of the pipe according to the present invention, as shown in FIGS. 1 to 3, radially with respect to the axis of the body 11 and the body 11 on the outside of the body 11. The plurality of drive parts 43 arranged at equal intervals of about 120 degrees, and the plurality of link parts 33 provided between the body 11 and each drive part 43 to connect the body 11 and each drive part 43 Include. The mobile robot 1 further includes a camera device 81 provided at one end of the body 11 to photograph an internal state of the pipe.
도 4에 도시된 바와 같이, 몸체(11)는, 내주면에 카메라용 케이블 및 구동 모터용 케이블이 통과하는 원통형상의 본체(13)와, 본체(13)의 양단부에 상호 대향하게 외주면으로부터 돌출된 한쌍의 돌출단(15)과, 각 돌출단(15) 사이의 대략 중앙영역에 마련되며 본체(13)의 외주면으로부터 돌출된 스톱퍼(21)를 포함한다. 그리고, 각 돌출단(15)과 스톱퍼(21) 사이에는 본체(13)의 외주면을 따라 슬라이딩 이동하는 한쌍의 슬라이딩링(23)이 마련되어 있으며, 각 슬라이딩링(23)과 스톱퍼(21) 사이에는 각 슬라이딩링(23)을 탄성부세하는 한쌍의 스프링(29)이 마련되어 있다. 또한, 본체(13)의 일단부에는 카메라 장치(81)가 연결되는 카메라 결합부(31)가 마련되어 있다. 여기서, 각 돌출단(15)에는 후술할 링크부(33)의 지지링크(39)가 연결되는 제1연결부(17)가 마련되어 있으며, 제1연결부(17)는 본체(13)의 축선에 대해 방사상으로 대략 120도 등간격으로 배치된다. 또한, 각 슬라이딩링(23)에는 후술할 링크부(33)의 연동링크(35) 및 보조 연동링크(41)가 연결되는 제2연결부(25)가 마련되어 있으며, 제2연결부(25) 역시 본체(13)의 축선에 대해 방사상으로 대략 120도 등간격으로 배치된다.As shown in FIG. 4, the body 11 includes a cylindrical main body 13 through which a camera cable and a drive motor cable pass through the inner circumferential surface, and a pair protruding from the outer circumferential surface opposite to both ends of the main body 13. And a stopper 21 protruding from an outer circumferential surface of the main body 13 and provided in a substantially central region between the protruding end 15 and each protruding end 15. In addition, a pair of sliding rings 23 sliding along the outer circumferential surface of the main body 13 are provided between each protruding end 15 and the stopper 21, and between each sliding ring 23 and the stopper 21. A pair of springs 29 which elastically bias each sliding ring 23 are provided. Further, at one end of the main body 13, a camera coupling portion 31 to which the camera device 81 is connected is provided. Here, each of the protruding end 15 is provided with a first connecting portion 17 to which the support link 39 of the link portion 33 to be described later is connected, the first connecting portion 17 with respect to the axis of the main body 13 It is arranged radially at approximately 120 degree intervals. In addition, each sliding ring 23 is provided with a second connection portion 25 to which the linkage link 35 and the auxiliary linkage link 41 of the link unit 33 to be described later, the second connection portion 25 is also the main body It is disposed radially about 120 degrees with respect to the axis of (13).
링크부(33)는, 일단이 후술할 구동부(43)의 전륜차축(71) 또는 후륜차축(73)에 연결되고 타단이 몸체의 각 슬라이딩링(23)의 제2연결부(25)에 제2연결핀(27)으로 연결되어 몸체(11)의 축선에 대해 승강 및 하강하는 한쌍의 연동링크(35)와, 일단이 몸체(11)의 각 돌출단(15)의 제1연결부(17)에 제1연결핀(19)으로 연결되고 타단이 각 연동링크(35)에 제3연결핀(37)으로 연결되어 선회운동하는 한쌍의 지지링크(39)를 포함한다. 또한, 링크부(33)는, 각 연동링크(35)와 대향 배치되어, 각 연동링크(35)와 함께 일단이 전륜차축(71) 또는 후륜차축(73)에 연결되고 타단이 슬라이딩링(23)의 제2연결부(25)에 제2연결핀(27)으로 연결되는 'L'자 형상을 가지는 한쌍의 보조연동링크(41)를 더 포함한다. 각 연동링크(35) 및 보조연동링크(41)와 각 지지링크(39)는 몸체(11)의 스톱퍼(21)를 사이에 두고 상호 대칭되는 구조를 가진다. 그리고, 이러한 링크부(33)는 몸체(11)의 축선에 대해 방사상으로 대략 120도 등간격으로 배치된다. 이로써, 후술할 전륜(49) 및 후륜(51)이 연결되는 전륜차축(71) 및 후륜차축(73)은 몸체(11)의 스프링(29)의 탄성력에 의해 몸체(11)의 축선에 대해 가로방향으로 각각 승하강하게 된다. 그리고, 각 구동부(43)의 전륜(49) 및 후륜(51)이 동시에 배관의 내주면에 밀착 접촉하게 된다. 따라서, 배관의 내경이 변화되는 영역에서도 각 구동부(43)의 전륜(49) 및 후륜(51)이 배관의 내주면에 밀착 접촉하게 되고, 수직으로 설치되는 배관에서도 자체의 자중을 견디고 올라갈 수 있는 견인력과 미끄러짐을 극복할 수 있도록 배관의 내주면에 밀착 접촉할 수 있으므로, 몸체(11)는 수평 및 수직으로 설치되는 배관 내에서 용이하게 이동할 수 있게 된다.The link portion 33 is connected to the front wheel axle 71 or the rear wheel axle 73 of the driving unit 43, which will be described later, and the other end of which is connected to the second connecting portion 25 of each sliding ring 23 of the body. A pair of interlocking links 35 connected to the connecting pins 27 and lifting and lowering with respect to the axis of the body 11 and one end thereof to the first connecting portion 17 of each protruding end 15 of the body 11. It is connected to the first connecting pin 19 and the other end is connected to each of the interlocking link (35) by a third connecting pin (37) includes a pair of support links (39) for pivoting. In addition, the link unit 33 is disposed opposite to each link link 35, one end is connected to the front wheel axle 71 or the rear wheel axle 73 with each link link 35, the other end is a sliding ring 23 It further comprises a pair of auxiliary linkage link 41 having a 'L' shape is connected to the second connecting portion 25 of the second connection pin (27). Each interlock link 35, the auxiliary link link 41 and each support link 39 has a structure that is mutually symmetrical with the stopper 21 of the body (11) therebetween. In addition, these link portions 33 are disposed radially about 120 degrees with respect to the axis of the body 11. Thus, the front wheel axle 71 and the rear wheel axle 73 to which the front wheel 49 and the rear wheel 51 to be described later are transverse to the axis of the body 11 by the elastic force of the spring 29 of the body 11. And ascend and descend in each direction. And the front wheel 49 and the rear wheel 51 of each drive part 43 come into close contact with the inner peripheral surface of a pipe simultaneously. Therefore, the front wheel 49 and the rear wheel 51 of each drive unit 43 are in close contact with the inner circumferential surface of the pipe even in an area where the inner diameter of the pipe changes, and the pulling force that can withstand its own weight even in a vertically installed pipe Since the body 11 may be in close contact with the inner circumferential surface of the pipe so as to overcome slippage and slippage, the body 11 may be easily moved in the pipe installed horizontally and vertically.
한편, 도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 이동 로봇의 일측 구동부에 대한 도면이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 구동부(43)는, 동력을 발생하며 제어부(미도시)에 의해 속도가 제어되는 구동모터(45)와, 이동 경로를 따라 회전운동을 하는 주바퀴(47)와, 구동모터(45)의 동력을 주바퀴(47)로 전달하는 동력전달장치(57)를 가진다. 그리고, 구동부(43)는 구동모터(45)를 사이에 두고 주바퀴(47)에 대향 배치되어 주바퀴(47)의 회전운동을 보조하는 한쌍의 보조휠을 더 포함한다.On the other hand, Figures 5 to 7 is a view of one side driving unit of the mobile robot according to the present invention. As shown in these figures, the drive unit 43 includes a drive motor 45 which generates power and whose speed is controlled by a controller (not shown), and a main wheel 47 which rotates along a moving path. And a power transmission device 57 for transmitting the power of the drive motor 45 to the main wheels 47. In addition, the driving unit 43 further includes a pair of auxiliary wheels disposed opposite the main wheels 47 with the driving motor 45 therebetween to assist the rotational movement of the main wheels 47.
주바퀴(47)는 후술할 전륜차축(71)에 연결되는 전륜(49)과, 후술할 후륜차축(73)에 연결되는 후륜(51)을 가지며, 전륜(49) 및 후륜(51)은 동일 평면상에 소정 이격 배치된다.The main wheel 47 has a front wheel 49 connected to the front wheel axle 71 to be described later, and a rear wheel 51 connected to the rear wheel axle 73 to be described later, and the front wheel 49 and the rear wheel 51 are the same. It is arranged at a predetermined distance on the plane.
또한, 한쌍의 보조휠은 각각 전륜(49) 및 후륜(51)에 대향 배치되어, 전륜차축(71)에 연결되는 전륜보조휠(53)과, 후륜차축(73)에 연결되는 후륜보조휠(55)을 가지며, 전륜보조휠(53) 및 후륜보조휠(55)은 동일 평면상에 마련된다. 이로써, 몸체(11)가 분기관의 곡선관로를 따라 이동할 때 순간적으로 각 구동부(43)의 주바퀴(47)가 분기관의 곡선관로의 내주면에 접하지 않는 경우, 각 구동부(43)의 보조휠(53,55)이 분기관의 곡선관로의 내주면에 부분적으로 접하면서 부가적인 추진력을 발생함으로써, 몸체가 안정적으로 곡선관로를 따라 이동하면서 직선관로로 진입하게 된다.In addition, the pair of auxiliary wheels are disposed opposite to the front wheel 49 and the rear wheel 51, respectively, the front wheel auxiliary wheel 53 connected to the front wheel axle 71 and the rear wheel auxiliary wheel connected to the rear wheel axle 73 ( 55, the front wheel assist wheel 53 and the rear wheel assist wheel 55 are provided on the same plane. Thus, when the main body 47 of each drive unit 43 is not in contact with the inner circumferential surface of the curved line of the branch pipe when the body 11 moves along the curved line of the branch pipe, the auxiliary portion of each drive unit 43 The wheels 53 and 55 generate additional propulsion while partially contacting the inner circumferential surface of the curved conduit of the branch pipe, so that the body stably moves along the curved conduit and enters the straight conduit.
동력전달장치(57)는, 구동모터(45)의 축에 결합되는 구동피니언(59)과, 구동피니언(59)에 맞물려 회전하는 피동기어(61)와, 피동기어(61)와 동축상에 마련되는 전륜워엄기어(63) 및 후륜워엄기어(65)와, 각 워엄기어(63,65)에 맞물려 회전하는 전륜워엄휠(67) 및 후륜워엄휠(69)과, 각 워엄휠(67,69)을 연결하며 주바퀴(47) 및 보조휠(53,55)에 동력을 전달하며 소정 이격 배치되는 전륜차축(71) 및 후륜차축(73)을 가진다. 그리고, 동력전달장치(57)는 각 차축선에 대해 가로방향으로 배치되어 전륜차축(71) 및 후륜차축(73)에 구동모터(45)의 동력을 전달하는전동축(75)을 가진다. 피동기어(61)는 도시하지 않은 키이에 의해 전동축(75)에 결합되어 구동모터(45)의 동력을 전동축(75)에 전달하게 된다. 전동축(75)의 양단부에는 피동기어(61)를 사이에 두고 전륜차축(71)에 동력을 전달하는 전륜워엄기어(63) 및 후륜차축(73)에 동력을 전달하는 후륜워엄기어(65)가 마련되어 있다. 각 워엄기어(63,65)와 맞물려 회전하는 전륜워엄휠(67) 및 후륜워엄휠(69)은 각각 전륜차축(71) 및 후륜차축(73)에 연결되어 각 워엄기어(63,65)로부터의 동력을 각 차축(71,73)에 전달하게 된다. 전륜차축(71)에는 전륜워엄휠(67)을 사이에 두고 일단부에는 전륜(49)이 연결되고, 타단부에는 전륜보조휠(53)이 연결되어 있다. 마찬가지로, 후륜차축(73)에는 후륜워엄휠(69)을 사이에 두고 일단부에는 후륜(51)이 연결되고, 타단부에는 후륜보조휠(55)이 연결되어 있다. 이로써, 각 차축(71,73)의 주바퀴(47) 및 보조휠(53,55)은 구동피니언(59) 및 피동기어(61)와 워엄기어(63,65) 및 워엄휠(67,69)을 거쳐 소정의 감속비로 감속된 회전수로 회전을 하게 된다. 여기서, 구동피니언(59) 및 피동기어(61)와 각 워엄기어(63,65) 및 워엄휠(67,69)은 케이스(70)에 의해 밀폐된다. 그리고, 전륜차축(71) 및 후륜차축(73)과 전동축(75)은 도시되어 있지 않지만 베어링에 의해 회전지지된다.The power transmission device 57 includes a drive pinion 59 coupled to the shaft of the drive motor 45, a driven gear 61 rotating in engagement with the drive pinion 59, and coaxially with the driven gear 61. The front wheel worm gear 63 and the rear wheel worm gear 65 which are provided, the front wheel worm wheel 67 and the rear wheel worm wheel 69 which rotate in mesh with each worm gear 63 and 65, and each worm wheel 67, 69 has a front wheel axle 71 and a rear wheel axle 73 that transmit power to the main wheels 47 and the auxiliary wheels 53, 55 and are spaced apart from each other. In addition, the power transmission device 57 has a transmission shaft 75 which is disposed in the transverse direction with respect to each axle line and transmits the power of the drive motor 45 to the front wheel axle 71 and the rear wheel axle 73. The driven gear 61 is coupled to the transmission shaft 75 by a key (not shown) to transmit the power of the driving motor 45 to the transmission shaft 75. The rear wheel worm gear 65 which transmits power to the front wheel worm gear 63 and the rear wheel axle 73 which transmits power to the front wheel axle 71 with the driven gear 61 in between the both ends of the transmission shaft 75 is carried out. Is provided. The front wheel worm wheel 67 and the rear wheel worm wheel 69, which mesh with the respective worm gears 63 and 65 and rotate, are connected to the front wheel axle 71 and the rear wheel axle 73, respectively, from the respective worm gears 63 and 65. Power is transmitted to each axle (71,73). The front wheel axle 71 has a front wheel worm wheel 67 interposed therebetween, and the front wheel 49 is connected to one end, and the front wheel auxiliary wheel 53 is connected to the other end. Similarly, a rear wheel 51 is connected to one end of the rear wheel axle 73 with the rear worm wheel 69 interposed therebetween, and the rear wheel auxiliary wheel 55 is connected to the other end thereof. Thus, the main wheels 47 and the auxiliary wheels 53 and 55 of the axles 71 and 73 are driven by the pinion 59 and the driven gear 61 and the worm gears 63 and 65 and the worm wheels 67 and 69. Rotation is performed at a reduced speed at a predetermined reduction ratio. Here, the drive pinion 59 and the driven gear 61, the worm gears 63 and 65, and the worm wheels 67 and 69 are sealed by the case 70. And the front wheel axle 71, the rear wheel axle 73, and the transmission shaft 75 are rotationally supported by a bearing although not shown.
또한, 전륜보조휠(53)과 후륜보조휠(55) 사이에는 몸체(11)가 분기관의 일측 곡면을 따라 이동할 때 몸체(11)가 분기관의 곡면에 부딪치는 것을 방지하는 아이들휠(77)이 마련된다. 아이들휠(77)은 지지블록(79)에 의해 구동모터(45) 외측에 설치되고, 아이들휠(77)은 지지블록(79)에 회동이 가능하도록 연결핀(78)으로 결합된다. 따라서, 아이들휠(77)에는 구동모터(45)의 동력이 전달되지 않으며 자전을 한다.In addition, between the front wheel auxiliary wheel 53 and the rear wheel auxiliary wheel 55, the idle wheel 77 to prevent the body 11 from hitting the curved surface of the branch pipe when the body 11 moves along one side of the branch pipe. ) Is provided. The idle wheel 77 is installed outside the driving motor 45 by the support block 79, and the idle wheel 77 is coupled to the support block 79 by a connecting pin 78 to be rotatable. Therefore, the power of the driving motor 45 is not transmitted to the idle wheel 77 and rotates.
그리고, 이러한 구동부(43)는 몸체(11)의 축선에 대해 방사상으로 대략 120도 등간격으로 배치되며, 각 구동부(43)는 제어부에 의해 각 구동부(43)의 주바퀴(47)가 상호 상이한 속도로 회전운동하도록 제어되므로, 별도의 조향장치 없이 각 구동부(43)의 주바퀴(47)의 회전속도를 조절하여 몸체(11)의 회전방향을 조절할 수 있게 되어 몸체(11)가 곡선관로를 따라 원활하게 이동할 수 있다.In addition, the driving units 43 are disposed radially about 120 degrees at regular intervals with respect to the axis of the body 11, and each driving unit 43 is different from the main wheels 47 of the respective driving units 43 by the control unit. Since it is controlled to rotate at a speed, it is possible to adjust the rotational direction of the body 11 by adjusting the rotational speed of the main wheels 47 of each drive unit 43 without a separate steering device so that the body 11 is curved line It can move smoothly accordingly.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이동 로봇의 카메라 장치(81)는, 배관의 내부상태를 촬영하는 CCD 카메라(83)와, CCD 카메라(83)를 수용하는 카메라 본체(85)와, CCD 카메라(83)의 전방에 마련되어 몸체(11)의 이동을 보조하는 카메라 휠(91)을 포함한다.On the other hand, as shown in Figure 8, the camera device 81 of the mobile robot according to the present invention, the CCD camera 83 for photographing the internal state of the pipe, and the camera main body 85 for accommodating the CCD camera 83 And a camera wheel 91 provided in front of the CCD camera 83 to assist the movement of the body 11.
카메라 본체(85)의 가장자리에는 조명용 복수의 라이트(87)가 마련되어 있다. 각 라이트(87)는 카메라 본체(85)의 축선에 대해 방사상으로 소정의 각도를 형성하며 배치되어 있다. 또한, 카메라 본체(85)는 카메라 휠(91)의 대향한 위치에 마련되어 몸체(11)의 카메라 결합부(31)에 연결되는 장착부(89)가 마련되어 있다.The plurality of lights 87 for illumination are provided at the edge of the camera main body 85. Each light 87 is arranged to form a predetermined angle radially with respect to the axis of the camera main body 85. In addition, the camera main body 85 is provided at an opposite position of the camera wheel 91 and is provided with a mounting portion 89 connected to the camera coupling portion 31 of the body 11.
카메라 휠(91)은 외주면이 부분적으로 절취되어 다각면을 형성하는 링형상을 가지며, 카메라 본체(85)의 일측면에 결합된다. 카메라 휠(91)의 다각면에는 별도의 구동장치 없이 자전하는 복수의 롤러(93)가 마련되어 있다. 이로써, 몸체(11)가 분기관의 곡선관로를 따라 이동할 때, 몸체(11)의 선단부에 마련된 복수의롤러(93)에 의해 몸체(11)가 분기관의 곡선관로의 내주면에 부딪쳐 이동이 저지되는 것이 방지되어 몸체(11)는 분기관의 곡선관로를 따라 원활하게 이동하면서 직선관로로 진입하게 된다.The camera wheel 91 has a ring shape in which an outer circumferential surface is partially cut to form a polygonal surface, and is coupled to one side of the camera body 85. The multiple surfaces of the camera wheel 91 are provided with a plurality of rollers 93 which rotate without a separate driving device. As a result, when the body 11 moves along the curved line of the branch pipe, the body 11 hits the inner circumferential surface of the curved line of the branch pipe by the plurality of rollers 93 provided at the tip of the body 11 to prevent movement. The body 11 is prevented from entering the straight pipe while moving smoothly along the curved pipe of the branch pipe.
이러한 구성에 의해, 본 발명에 따른 배관의 내부 검사용 이동 로봇(1)은 제어부의 신호에 의해 배관의 내부를 따라 이동하며 배관의 상태를 검사하게 된다.With this configuration, the mobile robot 1 for internal inspection of the pipe according to the present invention moves along the inside of the pipe by a signal from the controller and inspects the pipe state.
먼저, 이동 로봇(1)이 직선관로를 따라 이동을 하는 경우, 각 구동모터(45)는 제어부에 의해 동일한 속도로 회전하도록 제어되고, 몸체(11)의 스프링(29)의 탄성력에 의해 주바퀴(47)가 배관의 내주면에 밀착 접촉하면서 이동하고 이동 로봇(1)의 중심이 직선관로의 단면 중심과 일치하게 되어 이동 로봇(1)은 안정적으로 전진 및 후진 이동을 한다. 특히, 직선관로의 내경이 변화되더라도 각 구동부(43)의 주바퀴(47)가 몸체(11)의 스프링(29)의 탄성력에 의해 몸체(11)의 축선에 대해 가로방향으로 각각 승하강하게 되어, 각 구동부(43)의 주바퀴(47)가 동시에 배관의 내주면에 밀착 접촉하면서 이동 로봇(1)은 안정적으로 이동을 한다.First, when the mobile robot 1 moves along a straight line, each drive motor 45 is controlled to rotate at the same speed by the control unit, and the main wheel by the elastic force of the spring 29 of the body 11 The 47 moves in close contact with the inner circumferential surface of the pipe, and the center of the mobile robot 1 coincides with the center of the cross section of the straight line so that the mobile robot 1 moves forward and backward stably. In particular, even if the inner diameter of the straight pipe is changed, the main wheels 47 of each drive unit 43 is moved up and down relative to the axis of the body 11 by the elastic force of the spring 29 of the body 11, respectively, The mobile robot 1 stably moves while the main wheels 47 of the respective driving units 43 are in close contact with the inner circumferential surface of the pipe at the same time.
다음, 이동 로봇(1)이 곡선관로를 따라 이동하는 경우, 각 구동모터(45)는 제어부에 의해 상호 상이한 속도로 회전하도록 제어된다. 일예로서 곡선관로를 가지는 곡관은 곡관의 곡률중심에 대해 곡률반경이 상이하므로, 이동 로봇(1)이 곡관의 곡률 중심에 대해 어떠한 자세로 놓여 있는 가에 따라 각 구동부(43)의 주바퀴(47)의 접촉면이 달라지게 된다. 즉, 곡관의 곡률반경이 큰 외측 내주면에 접촉하고 있는 외측 주바퀴의 회전 이동거리가 곡관의 곡률반경이 작은 내측 내주면에 접촉하고 있는 내측 주바퀴의 회전 이동거리보다 상대적으로 크다. 따라서,외측 구동모터의 속도를 내측 구동모터의 속도보다 상대적으로 빠르게 하여 이동 로봇(1)을 곡관의 곡선관로를 따라 이동시킨다.Next, when the mobile robot 1 moves along the curved conduit, each drive motor 45 is controlled to rotate at different speeds by the control unit. As an example, since a curvature having a curved channel has a different radius of curvature with respect to the center of curvature of the curvature, the main wheels 47 of each driving unit 43 depend on which attitude the mobile robot 1 is positioned with respect to the center of curvature of the curvature. ), The contact surface will be different. That is, the rotational movement distance of the outer main wheel in contact with the outer circumferential surface having a large curvature radius of the curved tube is relatively larger than the rotational movement distance of the inner main wheel in contact with the inner inner circumferential surface of the small curvature radius of the curved tube. Therefore, the speed of the outer drive motor is made relatively faster than the speed of the inner drive motor to move the mobile robot 1 along the curved path of the curved pipe.
그리고, 도 9에 도시된 바와 같이, 이동 로봇이 곡선관로를 가지는 분기관의 일 예로서 티이관 내에서 이동하는 경우, 곡관의 경우와 마찬가지로 각 구동모터(45)는 제어부에 의해 상호 상이한 속도로 회전하도록 제어된다. 티이관(95)의 곡률중심에 대해 곡률반경이 큰 외측 내주면에 접촉하고 있는 주바퀴의 구동모터의 속도를 곡률반경이 작은 내측 내주면에 접촉하고 있는 주바퀴의 구동모터의 속도보다 상대적으로 빠르게 하여 이동 로봇(1)을 티이관(95)의 곡선관로를 따라 이동시킨다. 한편, 이동 로봇(1)이 티이관(95)의 곡선관로를 따라 이동할 때 순간적으로 각 구동부(43)의 주바퀴(47)가 티이관(95)의 곡선관로의 내면에 접하지 않는 경우, 각 구동부(43)의 보조휠(53,55)이 티이관(95)의 곡선관로의 내주면에 부분적으로 접하면서 부가적인 추진력을 발생하여, 이동 로봇(1)이 안정적으로 티이관(95)의 곡선관로를 따라 이동하면서 직선관로로 진입하게 된다. 또한, 티이관(95)의 곡선관로의 내주면에 접하는 구동부(43)의 아이들휠(77)에 의해 이동 로봇(1)의 몸체(11)가 티이관(95)의 내주면에 부딪치지 않게 된다. 그리고, 이동 로봇(1)이 티이관(95)의 곡선관로를 따라 이동할 때, 몸체(11)의 선단부에 마련된 카메라 휠(91)의 복수의 롤러(93)에 의해 이동 로봇(1)이 티이관(95)의 곡선관로의 내주면에 부딪쳐 이동이 저지되는 것이 방지되어 이동 로봇(1)은 티이관(95)의 곡선관로를 따라 원활하게 이동하면서 직선관로로 진입하게 된다.And, as shown in Figure 9, when the mobile robot is moving in the tee tube as an example of the branch pipe having a curved pipe, as in the case of the curved pipe, each drive motor 45 at a different speed by the control unit Controlled to rotate. The speed of the drive motor of the main wheel which is in contact with the outer circumferential surface having a large radius of curvature with respect to the center of curvature of the tee tube 95 is made relatively faster than the speed of the drive motor of the main wheel which is in contact with the inner circumferential surface with a small radius of curvature. The mobile robot 1 is moved along the curved path of the tee tube 95. On the other hand, when the moving robot 1 moves along the curved line of the tee tube 95, when the main wheel 47 of each drive part 43 does not contact the inner surface of the curved line of the tee tube 95 instantaneously, The auxiliary wheels 53 and 55 of each drive unit 43 generate additional propulsion while partially contacting the inner circumferential surface of the curved conduit of the tee tube 95 so that the mobile robot 1 stably supports the tee tube 95. It moves along the curved pipeline and enters the straight pipeline. In addition, the body 11 of the mobile robot 1 does not collide with the inner circumferential surface of the tee tube 95 by the idle wheel 77 of the driving unit 43 in contact with the inner circumferential surface of the curved tube of the tee tube 95. Then, when the mobile robot 1 moves along the curved path of the tee tube 95, the mobile robot 1 is teeed by a plurality of rollers 93 of the camera wheel 91 provided at the tip end of the body 11. The movement is prevented from hitting the inner circumferential surface of the curved pipe of the transfer pipe 95 so that the mobile robot 1 moves smoothly along the curved pipe of the tee 95 and enters a straight pipe.
이상과 같이, 몸체의 외측에 상호 동일 또는 상이한 속도로 회전하는 복수의구동부를 마련하고 몸체와 각 구동부를 링크부로 연결함으로써, 별도의 조향장치 없이 수평 및 수직으로 설치되는 직선관로 및 곡선관로와 배관의 단면이 변하는 관로에서 용이하게 이동할 수 있다.As described above, by providing a plurality of driving units that rotate at the same or different speeds on the outside of the body and connect the body and each drive unit with a link unit, straight and curved pipes and pipes that are installed horizontally and vertically without a separate steering device The cross section of the can easily move in the pipeline.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 별도의 조향장치 없이 수평 및 수직으로 설치되는 직선관로 및 곡선관로와 배관의 단면이 변하는 관로에서 용이하게 이동할 수 있는 배관 내부 검사용 이동 로봇이 제공된다.As described above, according to the present invention, there is provided a mobile robot for inspecting the inside of a pipe which can be easily moved in a straight line and a curved line and a line in which a cross section of a pipe is changed in a horizontal line and a vertical line without a separate steering device.
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Cited By (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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