KR20110056660A - 장거리 배관 검사 로봇 - Google Patents

장거리 배관 검사 로봇 Download PDF

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KR20110056660A
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이동혁
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 장거리 배관 검사 로봇에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 장거리 배관 검사 로봇은 배관의 내부를 검사하는 장거리 배관 검사 로봇에 있어서, 배관 내부를 촬영 또는 검사하는 검사유닛; 상기 검사유닛에 전기적으로 연결되는 중계 케이블을 구비하여 상기 배관 검사 유닛의 배관 검사 범위를 확장시키는 중계유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 거리와 시간에 제한 없이 배관 내부를 검사하도록 중계할 수 있는 장거리 배관 검사 로봇이 제공된다.
배관, 파이프, 검사, 촬영, 비파괴 검사, 중계, 케이블, 장거리

Description

장거리 배관 검사 로봇 {Robot for inspecting long distance pipelines}
본 발명은 장거리 배관 검사 로봇용 중계유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배관의 길이 및 검사시간에 큰 제한 없이 배관 내부 검사가 가능한 장거리 배관 검사 로봇에 관한 것이다.
석유/가스등을 수송하는 배관의 결함은 경제적인 손실을 야기할 뿐만 아니라, 막대한 인명피해로 연결되는 것이므로 비파괴 검사 등을 통하여 배관의 안정성의 정기적인 확인이 필요하다.
특히, 지역과 지역 간 장거리 거점을 연결하는 석유/가스 배관의 경우에는 장거리간을 연결하는 특성상 배관 내부는 고압이 유지되어야 하므로 물리적, 화학적인 파손이 발생할 가능성이 크다.
그러나, 이러한 배관의 내부를 검사할 수 있는 기존 로봇들의 경우 동력원 및 촬영정보를 송/수신할 수 있도록 로봇과 작업자 사이를 전원공급 및 제어용 케이블로 연결하는 경우, 케이블의 길이제한, 케이블과 바닥과의 마찰저항에 따른 구동 방해 등 다양한 제한사항으로 인해 로봇을 구동할 수 있는 범위가 제한되는 어려움이 있었다.
또한, 내부에 독립된 배터리 및 제어모듈을 탑재하고 배관 내부를 스스로 이동하며 검사를 실시하는 로봇의 경우에도 배터리 탑재용량의 한계로 인하여 장거리, 장시간 배관 탐사 임무에는 적절하지 못하다는 단점을 지니고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 배관 내부 검사시에 거리 및 구동시간에 제한을 두지않고 외부와 연결할 수 있는 장거리 배관 검사 로봇을 제공함에 있다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 배관의 내부를 검사하는 장거리 배관 검사 로봇에 있어서, 배관 내부를 촬영 또는 검사하는 검사유닛; 상기 검사유닛에 전기적으로 연결되는 중계 케이블을 구비하여 상기 배관 검사 로봇의 가용범위를 확장시키는 중계유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 장거리 배관 검사 로봇에 의해 달성된다.
또한, 상기 중계유닛은, 본체 내부에 전력 공급 및 통신경로가 되는 중계 케이블을 수용하는 권취부; 상기 하우징의 외면에 구비되어 이동력을 제공하는 이동부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 권취부는, 상기 중계 케이블을 감거나 풀어주는 원통형의 권취드럼을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 권취부는, 상기 권취드럼의 축 방향과 평행하게 배치되어, 상기 중계 케이블이 상기 권취드럼에 균일한 두께와 간격으로 감기도록 상기 중계 케이블을 가이드 하는 봉 형상의 가이드 암을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 이동부는, 상기 본체의 외면을 따라 상호 이격되게 구비되며, 배 관의 내부에서 주행이 가능하도록 하는 주행부재를 포함하고, 상기 어느 하나의 주행부재와 다른 주행부재에 구동력을 차등 배분함으로써 곡률이 있는 배관에서의 주행이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 상기 본체의 전단부에 구비되는 도킹부재를 더 포함하고, 상기 본체는, 후단부가 반구의 형태로 내부로 함몰되되, 중앙에는 도킹홀이 관통되게 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 권취기를 이용하여 가용범위를 확장시킬 수 있는 장거리 배관 검사 로봇이 제공된다.
또한, 원통형의 권취드럼을 구비함으로써 공간적으로 효율적인 권취가 가능하다.
또한, 중계 케이블을 꼬임 없이 권취드럼에 권취할 수 있다.
또한, 주행부재에 인가되는 구동력을 차등배분 함으로써 별도의 조향부재 없이도 직관 및 곡관을 자유롭게 이동할 수 있다.
또한, 도킹부재가 도킹 홀에 삽입되도록 함으로써 중계유닛간의 용이한 체결이 가능하다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 배관 검사 로봇에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1a 및 도 1b 는 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 배관 검사 로봇이 배 관 내부에서 작동하는 것을 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 장거리 배관 검사 로봇의 중계유닛의 사시도이고, 도 3은 도 2의 중계유닛을 III - III' 따라 절단한 단면을 도시한 것이고, 도 4는 도 1의 중계유닛을 다른 위치에서 본 사시도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 배관 검사 로봇은 검사유닛(50)과, 중계유닛(100)을 포함하고, 내부에 중계 케이블(131)을 수용하는 다수의 중계유닛(100)이 검사유닛(50)의 후방에 착탈 가능하게 열차형으로 체결된다.
상기 검사유닛(50)은, 장거리 배관 검사 로봇의 최전방에 설치되는 유닛으로서, 기본적으로는 후술할 중계유닛(100)과 동일한 형태와 내부 구조를 가진다. 다만, 배관 내부의 촬영을 위한 촬영 카메라와 비파괴 검사를 할 수 있는 모듈 및 각종 센서 등이 부착될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 중계유닛(100)은 본체(110)와, 도킹부재(120)와, 권취부(130)와, 이동부(140)를 포함한다.
상기 본체(110)는 후술할 권취부(130)를 내부에 수용하며 전체적인 외관을 결정하는 부재로서, 원통형의 배관의 내부에 수용되므로 본체(110) 역시 원통형으로 구비되는 것이 공간의 활용 측면에서 효율적이다.
도 5는 도 1의 중계유닛의 본체의 사시도이고, 도 6은 도 1의 중계유닛의 후면도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 원통형 본체(110)의 단부에는 둘레를 따라 원뿔형태가 바깥쪽으로 연장되게 형성된다. 원뿔형태는 꼭짓점을 이루지 않고 중간 부분에서 반구형상으로 내부쪽으로 함몰되게 형성되는 함몰부(111)가 마련된다.
함몰부(111)의 중심부에는 후술할 도킹부재(120)의 직경에 대응되는 직경을 가지는 도킹홀(112)이 본체(110)의 내부쪽으로 관통되게 형성되어, 중계유닛의 상호 체결시에 타 중계유닛에 구비된 도킹부재(120)가 수용된다.
상기 도킹부재(120)는 함몰부(111)가 형성된 본체(110)의 반대 단부에 도킹홀(112)의 직경에 대응되는 직경을 가지는 원통으로 구비된다. 중앙에는 홀이 관통되게 마련되고, 중계 케이블(131)을 내부에 수용함으로서 외부에 가설되는 중계 케이블(131)과 권취드럼의 사이를 연결해주는 역할을 한다.
또한, 도킹부재(120)와 본체(110)의 연결부는 유니버설 조인트(universal joint)(미도시)에 의하여 연결되어 곡률이 있는 배관 내부 주행이 가능할 수 있다.
도 7은 도 1의 중계유닛의 권취부의 사시도이다.
도 7을 참조하면, 상기 권취부(130)는 중계 케이블(131)과, 권취드럼(132)과, 가이드암(133)을 포함한다.
상기 중계 케이블(131)은 배관 탐사시에 배관 외부에서부터 주행시에 필요한 전력을 인가받는 동시에, 배관내에서 획득한 정보를 외부로 송신하는 경로로서 이용된다. 한편, 중계 케이블(131)은 권취 및 주행시에 발생하는 전력 손실과, 권취드럼(132)이 수용할 수 있는 중계 케이블(131)의 최대 부피 및 중계 케이블(131)과 다른 부재와의 사이의 마찰 등을 고려하여 직경, 중량, 외피의 재질 등을 결정한다.
상기 권취드럼(132)은 외주면에 중계 케이블(131)을 감거나 풀어주는 부재로서, 속이 빈 드럼형태의 원통체로 마련된다. 권취드럼(132)의 내부에는 권취모터 (미도시)가 수용되어 권취드럼(132)이 회전되도록 한다. 또한, 감속기(미도시)가 권취드럼(132)이 회전하는 축과 동축상에 구비되어 권취모터의 회전력을 조절할 수도 있다. 이때, 권취드럼(132)의 회전축에는 베어링이 삽입되어 원활한 회전을 도울 수도 있다.
또한 권취드럼(132)의 단부에는 권취드럼(132)의 회전축을 수용하고, 후술하는 가이드암(133)을 지지, 고정하는 보조프레임(136)이 방사방향으로 연장되게 형성된다.
상기 가이드암(133)은 안내바(134)와 수용부(135)를 포함한다.
상기 안내바(134)는 길이가 권취드럼(132)의 축방향 폭의 길이에 대응되는 정도의 길이를 가지는 봉의 형태로 마련되고, 단부가 권취드럼(132)에서 방사상으로 연장되게 구비되는 보조프레임(136)에 부착된다. 또한, 안내바(134)에는 일정한 간격을 가진 홈이 형성되므로 후술할 안내바(134) 상에서 슬라이드 이동하는 수용부가 필요한 위치에서 흔들리지 않고 고정될 수 있다.
상기 수용부(135)는, 한 쌍의 드럼형 원통이 소정간격 이격되게 부착되어, 한 쌍의 드럼형 원통의 사이에 권취드럼(132)에서부터 연장되는 중계 케이블(131)이 수용된다.
또한, 본체(110)의 내부에는 신호 증폭 및 전달을 위한 증폭기(미도시)가 설치되어 장거리 배관 검사시에 최전방에서 방출하는 신호를 증폭시켜 외부로 전달할 수 있다.
상기 이동부(140)는, 중계 케이블(131)을 통하여 인가되는 전력을 이용하여 이동력을 부가하는 부재로서, 주행부재(141)와, 탄성부재(미도시)와, 구동모터(미도시)와, 고정부재(미도시)를 포함한다.
상기 주행부재(141)는 세 개의 바퀴가 일렬로 평행하게 배치되고, 동일한 형태로 구성되는 세 개의 주행부재(141)는 배관내 진행방향과 평행하게 본체(110)의 외면에 구비된다. 또한, 각 주행부재(141)는 외주면을 따라서 주행부재(141)간의 간격이 동일하게 상호 이격되게 배치된다. 따라서, 본 실시예에서 세 개의 주행부재(141)들은 본체의 외주면을 따라서 120˚를 형성하며 부착된다.
상기 탄성부재(미도시)는 상기 본체(110)와 주행부재(141)의 사이에 배치되어 주행부재(141)를 본체(110)의 방사방향으로 탄성 지지한다. 따라서, 일정하지 않은 규격의 배관 내부에서도 주행부재(141)가 배관의 내주면에 밀착될 수 있으므로 안정적인 구동이 가능하다. 본 실시예에서의 탄성부재는 탄성력과 회복력을 지니는 스프링 등이 사용될 수 있다.
상기 구동모터는 회전축이 주행부재의 회전축과 동축상에 설치되어 주행부재(141)에 회전력을 인가한다.
상기 고정부재는 충분한 제동력을 부가하여 불필요한 주행부재(141)의 움직임을 방지함으로써 중계유닛이 일정한 위치에 고정될 수 있도록 하는 부재로서, 고정부재와 배관 사이에 물리적인 마찰력을 증가시키는 방법이 이용될 수 있다.
지금부터는 상술한 중계유닛이 설치된 장거리 배관 검사 로봇의 일실시예의 작동에 대하여 설명한다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 장거리 배관 검사 로봇은 배관 내부를 촬영 또는 검사하는 검사유닛(50)의 후방에 다수의 중계유닛(100)이 결합되어 마련된다. 이때, 검사유닛(50) 내부에 수용된 중계 케이블(131)이 바로 후방에 있는 중계유닛(100)들 내부의 권취부(130)에 권취됨으로써 검사유닛(50)과 중계유닛(100)들은 전기적으로 연결된다.
도 1a는 장거리 배관 검사 로봇의 초기상태가 도시된 것으로서, 상기의 장거리 배관 검사 로봇이 검사가 필요한 배관(10)의 내부로 투입되면, 중계유닛의 본체(110)의 외면에 부착된 주행부재(141)는 탄성부재에 의하여 발생하는 탄성력에 의하여 주행부재(141)의 바퀴가 배관(10)의 내주면에 밀착된다.
따라서, 탄성부재를 이용하면 주행부재(141)가 배관(10) 내부에 밀착됨으로써 주행시에도 안정된 자세를 유지할 수 있으며, 배관(10) 내경의 변화에도 용이한 대응이 가능하다.
장거리 배관 검사 로봇이 배관 내부에 투입된 이후에 최후방의 중계유닛(100)으로부터 권취드럼(132)에 감겨있는 중계 케이블(131)이 풀면서 중계 케이블(131)을 가설하고 배관의 촬영 및 검사를 시작한다.
한편, 본 실시예에 따른 중계유닛은 세 개의 주행부재(141)가 각각 다른 세방향으로 구비되어 있으므로, 그 중 어느 하나의 주행부재(141)와 다른 주행부재(141)들 간에 전달되는 구동력을 차등 배분함으로써, 방향전환을 유도할 수 있다. 이는, 주행부재(141)가 구비된 각 위치에서 이동속도의 차이로 인한 현상으로서 별도의 조향장치를 구비하지 않고서도 주행방향을 용이하게 조절할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 최후방 중계유닛의 중계 케이블(131)이 모두 풀려 더 이상의 전진이 어렵게 되면, 최후방 중계유닛(100)의 도킹부재(120)와 최후방 중계유닛의 바로 전방에 배치된 중계유닛(100)의 도킹홀(112)간의 체결이 해제되고, 최후방 중계유닛은 케이블이 모두 소진된 자리에 남는다. 한편, 최후방 중계유닛의 바로 전방에 배치된 중계유닛(100)은 내부에 설치된 중계 케이블(131)을 풀면서 배관(10) 내부에 가설을 실시하고, 이를 이용하여 장거리 배관 검사 로봇은 전진을 계속하고, 중계 케이블(131)이 다 소진될 때까지 동일한 방식에 의하여 배관(10)의 검사를 재개한다.
이때, 최후방 중계유닛이 전방의 중계유닛의 중계 케이블(131)이 풀리면서 발생하는 장력에 의하여 끌려나가지 않도록, 최후방 중계유닛 이동부(140)에 설치된 고정부재를 활성화함으로써 배관 내부면에 고정시킨다.
상술한 것과 동일한 과정이 차례대로 이뤄지며 배관(10) 내부의 검사는 최전방의 중계 케이블(131)이 모두 소진될 때까지 진행될 수 있으므로, 본 실시예의 장거리 배관 검사 로봇을 이용하면 중계 케이블(131)의 길이 및 중계유닛(100)의 결합수량에 따라서 전력 및 배관(10)의 길이에 큰 제한을 받지 않고 검사를 할 수 있다.
배관(10)의 검사가 종료되면 배관 외부로 장거리 배관 검사 로봇이 반출될 수 있도록 상술한 과정의 역으로 가설된 중계 케이블(131)을 회수하는 동시에 중계유닛 간을 상호 결합한다.
이 과정을 상세히 설명하면, 중계 케이블(131)의 가설시와 역순으로 최전방 에 위치한 검사유닛(50)의 내부에 수용된 중계 케이블(131)이 감기면서 바로 후방에 있는 중계유닛(100) 쪽으로 최전방의 검사유닛(50)이 후퇴 이동하고, 최전방 유닛의 본체(110) 후단에 함몰된 함몰부(111)로 후방 중계유닛의 도킹부재(120)가 유도되어 도킹 홀(112)의 내부로 삽입됨으로써 양 유닛이 결합된다.
이때, 가이드암(133)의 수용부(135)가 안내바(134) 상에서 왕복으로 슬라이드 이동하면서 감기는 두께를 조절하기 때문에, 중계 케이블(131)이 권취드럼(132)의 한 부분에 집중되어 감기는 것을 방지할 수 있다. 따라서 이를 이용하면, 중계 케이블(131)이 권취드럼(132)상에 꼬이는 문제없이 균일한 두께로 권취될 수 있다.
동일한 과정이 최후방에 있는 중계유닛(100)의 도킹부재(120)가 바로 전방 도킹부재(120)의 도킹 홀(112)에 삽입될 때까지 진행되며, 최종 결합된 장거리 배관 검사 로봇을 외부로 반출한 후 회수할 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
도 1a 및 도 1b 는 본 발명의 일실시예에 따른 장거리 배관 검사 로봇이 배관 내부에서 작동하는 것을 도시한 것이고,
도 2는 도 1의 장거리 배관 검사 로봇의 중계유닛의 사시도이고,
도 3은 도 2의 중계유닛을 III - III' 따라 절단한 단면을 도시한 것이고,
도 4는 도 1의 중계유닛을 다른 위치에서 본 사시도이고,
도 5는 도 1의 중계유닛의 본체의 사시도이고,
도 6은 도 1의 중계유닛의 후면도이고,
도 7은 도 1의 중계유닛의 권취부의 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 배관 130 : 권취부
50 : 검사유닛 131 : 중계 케이블
100 : 중계유닛 132 : 권취드럼
110 : 본체 133 : 가이드암
120 : 도킹부재 140 : 이동부

Claims (6)

  1. 배관의 내부를 검사하는 장거리 배관 검사 로봇에 있어서,
    배관 내부를 촬영 또는 검사하는 검사유닛;
    상기 검사유닛에 전기적으로 연결되는 중계 케이블을 구비하여 상기 배관 검사 유닛의 배관 검사 범위를 확장시키는 중계유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 장거리 배관 검사 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 중계유닛은,
    본체 내부에 전력 송신경로가 되는 상기 중계 케이블을 수용하는 권취부;
    상기 본체의 외면에 구비되어 이동력을 제공하는 이동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장거리 배관 검사 로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 권취부는,
    상기 중계 케이블을 감거나 풀어주는 원통형의 권취드럼을 포함하는 것을 특징으로 하는 장거리 배관 검사 로봇.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 권취드럼의 축 방향과 평행하게 배치되어, 상기 중계 케이블이 상기 권취드럼에 균일한 두께와 간격으로 감기도록 상기 중계 케이블을 가이드 하는 봉 형상의 가이드 암을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장거리 배관 검사 로봇.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이동부는,
    상기 본체의 외면을 따라 상호 이격되게 구비되며, 배관의 내부에서 주행이 가능하도록 하는 주행부재를 포함하고,
    상기 어느 하나의 주행부재와 다른 주행부재에 구동력을 차등 배분함으로써 곡률이 있는 배관에서의 주행이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 장거리 배관 검사 로봇.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 본체의 전단부에 구비되는 도킹부재를 더 포함하고,
    상기 본체는,
    후단부가 반구의 형태로 내부로 함몰되되, 중앙에는 도킹 홀이 관통되게 형성되는 것을 특징으로 하는 장거리 배관 검사 로봇.
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