KR20130000088A - 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심 일체성의 배관 작업 로봇 - Google Patents

Abstract

내측에 작업수단연결관을 포함하는 본체와, 상기 본체에 대하여 반경 방향으로 설치되는 하나 이상의 프레임과, 상기 프레임과 상기 본체를 연결하며 리니어구동수단에 의해 상기 프레임을 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되는 압착수단과, 상기 프레임이 양끝단에 설치되며 배관의 내벽과 접촉하여 회전하는 이동수단을 포함함으로써, 상기 리니어구동수단에 의해 다수개의 압착수단을 한꺼번에 구동시킬 수 있도록 하고, 배관의 지름과 관계없이 항상 본체의 중심이 배관의 중심에 일치되므로 배관 내에서의 작업을 배관의 원주 방향으로 고르게 수행할 수 있으며, 배관의 지름과 관계없이 휠과 배관 사이의 압착력을 조정하여 로봇을 배관 내부에 위치시켜 작업하는 것이 가능하고, 배관 지름이 변하는 경우에도 일정한 압착력이 유지되도록 하는 것이 가능하며, 배관에 돌출 부분이나 오목한 부분이 있는 경우에도 로봇의 수평이 유지되는 상태에서 주행하는 것이 가능한 효과가 있다.

Description

향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇{Robot For Pipeline Work Having Improved Running Capability and Integrated Centering Capability}

본 발명은 배관 내부를 탐사하거나 배관 내부를 세척하거나 도포하는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇에 관한 것으로, 본체로부터 방사상으로 형성되는 압축수단을 구동함에 있어 상기 본체에 포함되는 리니어구동수단에 의해 다수의 압축수단의 압착력을 한꺼번에 조절할 수 있도록 함으로써, 항상 본체의 중심과 배관의 중심이 일치되며, 배관의 지름과 관계없이 이동수단과 배관 사이의 압착력을 조정할 수 있으며, 배관 지름이 변하는 경우에도 일정한 압착력을 가지도록 하는 것이 가능하고, 배관에 돌출 부분이나 오목한 부분이 있는 경우에도 수평이 유지되는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 사용 목적에 따라 다양한 재질, 다양한 크기 및 다양한 단면 형태를 가지는 배관이 설치되는데, 예를 들면 상하수도관, 도시가스관, 플랜트관 등과 같이 다양한 분야에서 물, 유류, 액화가스와 같은 유체를 이송하는데 사용된다. 이러한 배관은 설치된 후 시간이 흐름에 따라 노화나 부식으로 인하여 결함이 생기거나, 시공할 때 받을 수 있는 외부 충격으로 인하여 손상이 발생할 수 있으며, 상기와 같은 결함이나 손상은 대형 사고의 원인이 되기도 한다.

따라서 배관의 노후나 결함 등을 파악하여 배관 내부 상태를 확인하기 위하여 배관이 시공된 후에 수시로 배관의 내부 상태를 확인하고 유지 보수 작업을 하게 된다. 이러한 유지 보수 작업은 배관 내부를 따라 이동하면서 배관의 상태를 촬영하여 내부 상태를 점검할 수 있으며, 배관 내부에서 필요한 작업을 수행할 수 있는 배관 내부 검사용 로봇을 개발하여 사용하고 있다.

도 1은 배관(P)의 내부를 이동하면서 배관 상태를 탐사하고 배관에 필요한 작업을 하는 장치로서, 특허 제383535호(설비 배관 내부의 탐사 및 도장을 위한 로봇 장치)에 공지되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이 종래 기술에 의한 배관용 로봇 장치는 전방로봇(10)과 후방로봇(20)으로 이루어지며, 필요에 따라 다양한 작업을 수행하기 위하여 다양한 작업 수단이 탑재된다.

상기 전방 로봇(10)은 가압롤러(11)에 의해 배관 내에 지지가 된 상태로 주행하는 주행롤러(12)에 의해 이동하고, 후방로봇(20)도 상기와 동일한 구성의 가압롤러(21) 및 주행롤러(22)를 구비하여 주행롤러(22)에 의하여 이동한다. 상기 전방로봇(10)과 후방로봇(20)은 플랙시블 조인트(18)로 연결되어 곡선 배관 상을 이동하는 것도 가능하게 된다.

배관 내부 사진 촬영, 도장 작업, 세척 작업 등 다양한 작업을 수행하기 위하여 상기 전방로봇(10)에 상기와 같은 작업을 수행하기 위한 작업수단이 착탈 가능하게 장착된다. 도 1에 도시한 플렉시블 튜브(61)를 통하여 상기 전방로봇(10) 및 후방로봇(20)에 전원공급용 전선, 세척 작업을 수행하기 위한 모래 함유 압축 공기 호스, 도장 작업을 위한 도료 공급 호스(61b) 등이 연결된다. 그리고 상기 전방로봇(10) 및 후방로봇(20)의 속도, 주행 방향을 제어하고, 촬영된 사진을 전송받기 위한 데이터 전송선, 제어선(61a) 등도 연결된다. 도 1에서 40은 고정대를, 41은 가이드 롤러를, 50은 제어선을 통하여 상기 전방로봇(10) 및 후방로봇(20)의 속도, 주행방향, 촬영 명령 등을 송신하여 제어하는 제어부를, 60은 모래, 도료 등을 저장하는 서비스 탱크를 도시한 것이다.

도 2는 도 1에 도시한 로봇의 주행상태를 정면에서 도시한 것으로, 상기 전방로봇(10)은 각각 모터와 기어열(14)에 연결되는 한 쌍의 원추형 주행롤러(12)에 의하여 배관 내부를 주행한다. 상기 주행롤러(12)는 회전축 상의 임의의 지점에 구경에 따라 길거나 짧은 핀으로 교체 조립되도록 하여 배관의 내경에 따라 간격이 조절될 수 있다.

상기 전방로봇(10)의 상부와 양 측면에서 배관과 접촉하는 3개의 가압롤러(11)는 각각 스프링이 내장되어 배관 상으로 일정한 압력으로 접촉하도록 한다. 그리고 상기 가압롤러(11)에 의하여 주행롤러(12)도 배관에 압착하게 된다. 3개의 가압롤러(11)와 2개의 주행롤러(12)가 배관에 압착되므로 전방로봇(10)은 흔들림 없이 배관 내를 주행할 수 있게 된다. 이때 상기 전방로봇(10)은 배관의 굴곡을 감지하도록 양측의 가압롤러(11) 상에 각각 압력센서(15)를 구비한다. 직선의 배관 내를 전진 이동하는 경우에는 양측의 압력센서(15)에서 검출되는 압력이 동일하지만 배관이 좌측 또는 우측으로 굽어지는 곡선의 배관 지점에 진입하는 순간 양측 가압롤러(11)의 압력센서(15)에서 검출되는 압력 차이에 의해 양측의 주행롤러(12)의 모터 회전수 차이를 유발하여 곡관의 이동이 가능해진다. 후방로봇(20)은 전방로봇(10)과 작동이 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

그러나 상기와 같은 종래의 배관 탐사용 로봇은 구동력이 약하며, 로봇의 중심과 배관의 중심이 일치하지 않고, 특정 지름의 배관에 대하여 중심을 일치시키도록 조정하여도 배관의 지름 크기가 변하면 다시 중심이 일치하지 않는 문제점이 있었으며, 배관의 지름 크기에 따라 배관에 가해지는 압력의 크기가 다르게 되며, 배관 단면 형상이 변하는 경우 주행이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 출원인은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇을 발명하였고, 이는 특허 제0934806호(주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇)에 공지되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 종래 기술에 의한 로봇 장치는 방사상으로 연장되는 두 개 이상의 고정대(111)를 구비하는 본체(110)와, 상기 각 고정대(111)에 대하여 반경 방향으로 이동 가능하게 구비되는 프레임(121)과, 상기 각 프레임(121)에 하나 이상 설치되며, 배관의 내벽과 접촉하여 회전하는 휠(123)과, 상기 휠(123)을 구동시키는 구동수단을 구비하는 구동부(120)와, 상기 프레임(121)을 반경 방향으로 이동시키는 복수의 압착부(130)를 포함하여 구성되며, 상기 압착부(130)에는 압착모터(131)를 형성하고 상기 압착모터(131)의 회전으로 인해 승강볼트 및 승강너트가 구동되어 상기 프레임(121)을 반경 방향으로 이동하여 상기 프레임(121)에 설치된 구동부(120)의 휠(123)이 배관 내벽으로 압착할 수 있게 한다.

그러나, 상기 압착부(130)는 다수의 프레임(121)에 각각 설치되어 상기 프레임을 반경 방향으로 이동시키는데, 만약 어느 한쪽의 압착모터(131)가 고장을 일으키게 되면, 로봇의 중심과 배관의 중심이 일치하지 않고 한쪽으로 기울어져 주행이 불가능하게 되며, 고정대(111)를 구비하여야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 배관 탐사용 로봇이 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본체로부터 방사상으로 연결되는 다수의 압착수단은 상기 본체 내에 포함된 리니어구동수단에 의해 한꺼번에 구동될 수 있도록 하며, 상기 본체의 구성에 있어서 일정 간격 이격된 각각의 고정부재와 상기 고정부재의 사이에 위치하는 제1 및 제2 부재가 고정축 및 연결축에 연결되도록 형성됨으로써 그 구조가 간단하고, 배관의 지름과 관계없이 항상 본체의 중심을 배관의 중심에 일치시킬 수 있으며, 배관의 지름과 관계없이 일정한 압착력이 배관에 작용하도록 할 수 있는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르는 배관 내부를 주행하면서 작업을 하거나 배관을 탐사하는 배관 탐사 및 작업용 로봇은 작업수단연결관을 포함하는 본체와, 상기 본체에 대하여 반경 방향으로 설치되는 복수의 프레임과, 상기 프레임과 상기 본체를 연결하며 본체에 구비된 리니어구동수단에 의해 상기 프레임을 반경 방향으로 이동시키는 복수의 압착수단과, 상기 프레임에 구비되며 배관의 내벽과 접촉하여 회전하는 이동수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 본체는 축 방향으로 서로 이격되어 작업수단연결관에 구비되는 고정부재와, 상기 고정부재의 사이에 위치하며 고정 구비되는 제2 부재와, 상기 제2 부재와 일측의 고정부재 사이에 위치하며 축 방향으로 이동 가능하게 구비되며 리니어구동수단에 연결되어 축방향으로 전후진 하는 제1 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 압착수단은 일단은 제1 부재에 회전 가능하게 연결되고 타단은 상기 프레임에 회전 가능하게 연결된 제1 바와, 일단은 상기 제2 부재에 회전 가능하게 연결되고 타단은 상기 프레임에 축방향으로 미끄럼 가능하게 구비되는 가이드레일에 회전 가능하게 연결되는 제2 바와, 상기 프레임에 축방향으로 미끄럼 가능하게 구비되는 가이드레일로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에서 압착수단은 일단은 제1 부재에 회전 가능하게 연결되고 타단은 상기 프레임에 축방향으로 미끄럼 가능하게 구비되는 가이드레일에 회전 가능하게 연결되는 제1 바와, 일단은 상기 제2 부재에 회전 가능하게 연결되고 타단은 상기 프레임에 회전 가능하게 연결되는 제2 바와, 상기 프레임에 축방향으로 미끄럼 가능하게 구비되는 가이드레일로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에서 제1 바와 제2 바는 서로 'X'자로 형태로 회전 가능하게 교차되는 것을 특징으로 한다.

상기에서 이동수단은 상기 프레임에 힌지 결합핀에 의하여 회전 가능하게 설치되는 브래킷과, 상기 프레임을 관통하여 연장되며 완충 스프링을 포함하여 구성되는 연결바와, 상기 브래킷의 일측에 위치하며 상기 휠을 구동하는 구동모터를 포함하며, 상기 브래킷의 일측에는 상기 프레임의 회전통공을 관통하여 상기 완충스프링과 접촉할 수 있도록 하는 연결바고정부가 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 작업수단연결관에 연결되어 촬영이나 세척 작업을 하는 작업수단을 더 포함하며; 상기 작업수단연결관은 중공체이고 일측의 고정부재로부터 돌출되며 돌출된 부분에 측방으로 축 방향으로 길이를 가지는 장공 형태의 작업수단고정통공이 원주 방향으로 이격되어 복수로 형성되고; 상기 작업수단은 작업수단연결관의 내면으로 삽입되는 원통부와 축 방향 외측으로 작업수단연결관의 내경보다 큰 외경을 가지는 플랜지를 가지는 설치부가 구비되며; 상기 설치부의 원통부에는 축 방향으로 이격되어 하나 이상의 나사공인 결합통공이 형성되어, 상기 작업수단고정통공을 통하여 결합통공에 나사를 체결하여 작업수단을 작업수단연결관에 고정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇(200)에 의하면, 본체에 형성된 리니어구동수단에 의해 상기 본체로부터 방사상으로 연장되는 하나 이상의 압축수단을 한꺼번에 구동시킬 수 있도록 함으로서, 배관의 지름과 관계없이 항상 본체의 중심이 배관의 중심에 일치시킬 수 있으므로 배관 내에서의 작업이 고르게 수행되며; 본체와 압축수단의 연결구성이 간단하여 조립이 용이하며; 하나의 리니어구동수단에 의해 본체의 부재가 전후진 함으로서 다수의 리니어구동수단에 압축력을 가하므로 다수의 구동모터가 필요치 않아 비용절감의 효과를 도모할 수 있으며; 배관의 지름과 관계없이 휠과 배관 사이의 압착력을 조정하여 로봇을 배관 내부에 위치시키는 것이 가능하고, 배관 지름이 변하는 경우에도 일정한 압착력을 가지도록 하는 것이 가능하고, 배관의 종류에 따라 적당한 압착력을 부여하는 것이 가능하며; 배관에 돌출 부분이나 오목한 부분이 있는 경우에도 로봇의 수평이 유지되는 상태에서 주행하는 것이 가능하고, 배관의 단면 형상에 관계없이 로봇의 중심과 배관의 중심을 일치시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 배관 내부 탐사 및 작업용 로봇의 사용 상태를 도시한 일부 측면 단면도이며,
도 2는 도 1에 도시한 로봇의 주행 상태를 도시한 정면도이며,
도 3은 종래 기술에 의한 주행성능과 중심일체성이 향상된 배관 작업 로봇을 도시한 개략적인 사시도이며,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇을 도시한 개략적인 사시도이며,
도 5는 도 4에 도시한 로봇의 본체에 관한 사시도이며,
도 6은 도 4에 도시한 로봇의 압착수단을 설명하기 위하여 도시한 측면도이며,
도 7 내지 도 8은 도 4에 도시한 로봇을 배관 내경에 압착시키는 과정을 설명하기 위하여 도시한 사시도이며,
도 9는 도 4에 도시한 로봇의 구동부에 관한 사시도이며,
도 10 내지 도 11은 도 4에 도시한 로봇이 내관 내부에서 주행 중 완충 작동 과정을 도시한 것이며,
도 12는 도 4에 도시한 로봇에 작업 장치를 설치하는 방법을 나타내는 사시도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇을 도시한 개략적인 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시한 로봇의 본체에 관한 사시도이며, 도 6은 도 4에 도시한 로봇의 압착수단을 설명하기 위하여 도시한 측면도이며, 도 7 및 도 8은 도 4에 도시한 로봇을 배관 내경에 압착시키는 과정을 설명하기 위하여 도시한 사시도이고, 도 9는 도 4에 도시한 로봇의 구동부에 관한 사시도이며, 도 10 및 도 11은 도 4에 도시한 로봇이 내관 내부에서 주행 중 완충 작동 과정을 설명하기 위하여 도시한 것이고, 도 12는 도 4에 도시한 로봇에 작업 장치를 설치하는 방법을 나타내는 사시도이다.

이하에서 본원 발명의 설명에 있어서 "축 방향"은 배관의 길이 방향을 의미하며, "반경 방향"은 배관에 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇이 설치한 상태에서 배관의 반경 방향을 의미한다.

도 4에 도시한 바와 같이 본 발명의 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇(200)은 중공체인 작업수단연결관(250)을 포함하는 본체(210)와, 상기 본체(210)에 대하여 반경 방향으로 외향 이격되어 설치되는 하나 이상의 프레임(220)과, 상기 프레임(220)과 상기 본체(210)를 연결하며 리니어구동수단(216)에 의해 상기 프레임(220)을 반경 방향으로 이동 가능하도록 설치되는 압착수단(230)과, 상기 프레임(220)의 양단에 설치되며 배관의 내벽과 접촉하여 회전하는 이동수단(240)을 포함한다. 상기에서 프레임(220)은 막대 형태를 가진다.

상기 본체(210)는 도 5에 도시된 바와 같이, 축 방향으로 일정간격 이격되어 작업수단연결관(250)에 고정 구비되며 하나 이상의 고정축(212)으로 서로 연결되는 판상의 고정부재(211)와, 축방향으로 상기 고정부재(211) 사이에 위치하며 어느 일측의 고정부재(211)에 연결축(도시하지 않음)으로 고정되는 제2 부재(214)와, 상기 제2 부재(214)로부터 축 방향으로 이격되며 축 방향으로 이동 가능하게 구비되는 제1 부재(213)를 포함하고, 타측의 고정부재(211)와 제1 부재(213) 사이에는 리니어구동수단(216)이 설치되며 상기 리니어구동수단(216)에 구비된 구동바(217)가 상기 제1 부재(213)에 연결되어 상기 제1 부재(213)는 리니어구동수단(216)에 의하여 축 방향으로 전진 또는 후진할 수 있도록 한다. 상기에서 연결축은 하나 이상 구비되며 연결축의 일단은 어느 일측의 고정부재(211)에 연결되고 타단은 제2 부재(214)에 연결된다. 상기 연결축은 작업수단연결관(250)과 평행하게 구비될 수 있다. 상기 제1 부재(213)는 타측의 고정부재(211)와 제2 부재(214) 사이에 위치한다.

도 5에서 도면부호 215는 가이드바를 도시한 것으로, 상기 가이드바(215)는 작업수단연결관(250)과 평행하게 하나 이상 구비되며, 양단은 양측의 고정부재(211)에 연결된다. 상기 가이드바(215)는 제1 부재(213)를 관통하여 구비되어 제1 부재(213)의 축방향 운동을 가이드하는 작용을 한다.

상기 타측의 고정부재(211)와 제1 부재(213)의 사이에 위치하는 리니어구동수단(216)은 상기 리니어구동수단(216)의 일측으로 구비된 모터(M)에 의해 구동되는 것으로 모터(M)의 회전에 의하여 상기 리니어구동수단(216)의 구동바(217)는 축 방향으로 전진 또는 후진한다. 이때, 상기 구동바(217)의 단부에 상기 제1 부재(213)가 연결되어 있으므로, 상기 리니어구동수단(216)이 구동하게 되면 상기 구동바(217)가 구동되며 따라서 상기 제1 부재(213)가 전후진 된다. 따라서 제1 부재(213)와 제2 부재(214) 사이의 축방향 간격이 변하게 된다. 상기 리니어구동수단(216)은 모터(M)에 의하여 구동되는 리니어모션일 수도 있고, 유압에 의하여 작동하는 유압실린더일 수도 있으며 유압실린더인 경우 상기 구동바(217)는 피스톤 로드가 된다.

따라서, 도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 부재(213)가 제2 부재(214)를 향하여 전진하면 상기 제1 부재(213)와 제2 부재(214)의 사이 간격이 좁아져 후술되는 프레임(220)이 배관의 내면으로 밀착될 수 있도록 반경 방향으로 외향 이동되고, 상기 제1 부재(213)가 후진하면 상기 제1 부재(213)와 제2 부재(214)의 사이 간격이 넓어지므로 후술되는 프레임(220)이 본체방향으로 이동되어 배관과의 압착을 해제할 수 있도록 한다.

상기 제1 부재(213)와 제2 부재(214)는 원형 판상으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 제1 및 제2 부재(213, 214)는 원주 방향으로 일정 간격 이격되어 다수개의 압착수단 고정돌부(2131, 2141)가 형성되어 상기 고정돌부(2131, 2141)에 후술되는 압착수단(230)이 연결되므로, 상기 제1 및 제2 부재(213, 214)의 고정돌부(2131, 2141)의 개수에 따라 압착수단(230)의 개수가 결정될 수 있다.

일반적으로 배관의 단면은 원형이므로 상기 압착수단(230)은 본체(110)에 대하여 서로 반대 방향으로 위치하는 2개의 압착수단(230)을 구비하거나, 서로 120°의 각도를 가지도록 위치하는 3개의 압착수단(230)을 구비하거나, 서로 90°의 각도를 가지도록 위치하는 4개의 압착수단(230)을 구비할 수 있다. 상기에서 배관 내에서 자동 조심이 가능하고 이웃하는 고정대(2121) 사이의 간섭을 최소화하기 위하여 120°의 각도로 3개의 압착수단(230)을 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 후술되는 다수 개의 압착수단(230)은 상기 제1 및 제2 부재(213, 214)에 한꺼번에 연결되므로 상기 제1 부재(213)가 상기 리니어구동수단(216)에 의해 전후진 되면 상기 다수개의 압축수단(230)이 동시에 구동될 수 있다. 이때, 다수개의 압축수단(230)을 구동시키기 위한 리니어구동수단(216)은 하나 이상 설치되는데, 본 발명의 도 4 내지 도 5에서는 상기 리니어구동수단(216)을 작업수단연결관(250)에 대하여 상측과 하측에 구비하여 상기 리니어구동수단(216)에 작용하는 압착강도를 증가할 수 있도록 하였다.

또한, 상기 고정부재(211)와 상기 제1 및 제2 부재(213, 214)는 축 방향으로 관통공(미도시)이 형성되며, 상기 고정부재(211)와 제1 및 제2 부재(213, 214)의 관통공에 상기 작업수단연결관(250)이 관통되며, 상기 작업수단연결관(250)을 통하여 종래 기술에서의 서비스 탱크(60)나 제어부(50)로 연결되는 전원공급용 전선, 압축 공기 호스, 도료 공급 호스, 데이터 전송선, 제어선이 삽입되며 다양한 작업을 하기 위하여 상기 작업수단연결관(250)의 일측에는 작업수단이 장착될 수 있도록 한다.

또한, 상기 고정부재(211)와 다른 고정부재(211)를 고정 및 연결시키는 고정축(212)에는 고정대(2121)가 설치되며, 상기 고정대(2121)는 이웃하는 프레임(220) 사이의 간섭을 최소화하기 위하여 120°의 각도로 3개의 고정대(2121)를 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇(200)은 상기 본체(210)에 대하여 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되는 하나 이상의 프레임(220)을 포함하며, 상기 프레임(220)은 상기 본체(210)의 제1 및 제2 부재(213, 214)에 설치되는 압축수단(230)의 반경 방향 외향 단부에 설치되며, 상기 프레임(220)에는 하나 이상의 이동수단(240)이 구비된다.

상기 압축수단(230)은 일단이 제1 부재(213)에 회전 가능하게 연결되고 타단은 상기 프레임(220)에 회전 가능하게 연결되는 제1 바(231)와, 상기 제1 바(231)와 X자형으로 서로 교차되어 회전 가능하게 구비되며 일단이 제2 부재(214)에 회전 가능하게 연결되고 타단은 프레임(220)에 축 방향으로 미끄럼 가능하게 구비된 가이드레일(233)에 회전 가능하게 연결되는 제2 바(232)로 이루어진다. 상기 제1 바(231)는 제1 부재(213)의 고정돌부(2131)에 핀에 의하여 회전 가능하게 연결되고, 상기 제2 바(233)는 제2 부재(214)의 고정돌부(2141)에 핀에 의하여 회전 가능하게 연결된다.

상기 압축수단(230)은 상기 제1 및 제2 부재(213, 214)의 고정돌부(2131, 2141)에 회전 가능하게 연결되는 것으로 제1 바(231)와 제2 바(232)는 X자형으로 서로 교차되어 볼트(미도시)에 의해 회전 가능하게 서로 연결되며 제1 바(231)와 제2 바(232) 사이의 각도가 변하여 서로 벌렸다 오므렸다 한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 바(231)의 일단을 제1 부재(213)에 회전가능하게 연결하고 타단을 상기 프레임(220)의 저면에 회전가능하도록 연결시킨 후, 상기 제1 부재(213)을 전후진시키게 되면, 상기 제1 바(231)에 교차되어 고정된 제2 바(232)가 연동된다. 이때, 상기 제2 바(232)의 일단은 고정된 상태를 유지하고 있는 제2 부재(214)에 회전가능하도록 연결되어 있으므로 상기 제2 바(232)의 타단이 전후진된다. 상기 제2 바(232)의 타단에는 가이드레일(233)을 설치하여, 상기 제2 바(232)의 왕복운동이 자연스럽게 이루어질 수 있도록 한다.

상기 제1 부재(213)가 전진하여 상기 제1 부재(213)와 제2 부재(214)의 단부 사이 간격이 좁아지면 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2 바(232)의 타단도 전진하여 상기 제1 바(231)와 제2 바(232)의 상단 사이 간격 또한 좁아지므로 상기 프레임(220)이 배관의 내면 쪽으로 밀착될 수 있도록 이동되고,

상기 제1 부재(213)가 후진하여 상기 제1 부재(213)와 제2 부재(214)의 사이 간격이 넓어지면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제2 바(232)의 타단도 후진하여 상기 제1 바(231)과 제2 바(232)의 상단 사이 간격 또한 넓어지므로 상기 프레임(220)이 본체방향으로 이동되어 배관과의 압착을 해제할 수 있도록 한다.

본 발명에서는 제1 바(231)를 제1 부재(213)의 고정돌부(2131)에 회전가능하도록 연결하고, 제2 바(232)는 제2 부재(214)의 고정돌부(2141)에 회전가능하도록 연결하며 상기 제2 바의 타단에는 가이드레일(233)이 설치되어 상기 제1 바가 회전운동하게 되면 연결된 제2 바의 타단이 미끄러져 연동될 수 있도록 하였으나, 이에 한정하지 않고, 상기 제1 바(231)에 연결에 있어서 일단은 제1 부재(213)의 고정돌부(2131)에 회전가능하도록 연결하고 타단에는 가이드레일(233)이 연결되어 상기 제1 바가 회전운동하게 되면 연결된 제2 바(232)는 고정된 상태에서 회전가능하도록 할 수도 있다.

상기 이동수단(240)은 도 1에 도시한 종래 기술에서와 같이 도시하지 않은 제어부에 연결되어 제어되면서 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇(200)을 전진, 후진시키는 작용을 하는 구성으로서, 상기 프레임(220)에 회전 가능하게 설치되는 휠(242)과, 상기 휠(242)을 구동하는 구동수단(244)으로 이루어진다.

상기 휠(242)은 배관 내벽과 직접 접촉하는 구성으로서, 구동력을 충분하게 하며, 배관 내벽과 접촉할 때 탄성 변형하여 배관 내벽에 손상이 발생하는 것을 방지하기 위하여 배관 내벽과 접촉하는 부분은 우레탄 등과 같은 탄성 재질로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 구동수단(244)은 도 4 및 도 9에 도시한 바와 같이 상기 프레임(220)에 힌지 결합핀(2442)에 의하여 회전 가능하게 설치되는 브래킷(2441)과, 일측은 상기 브래킷(2441)에 연결되고 상기 프레임(220)을 관통하여 연장되는 연결바(2443)와, 상기 연결바(2443)에 끼워지며 일측은 상기 프레임(220)에 접촉하고 타측은 상기 연결바(2443)에 접촉하는 완충 스프링(2445)을 포함하여 구성되며, 상기 브래킷(2441)의 일측에는 상기 브래킷(2441)에 회전 가능하게 구비된 휠(242)을 구동하는 구동모터(2446)를 더 포함한다.

한편, 상기 프레임(220)의 일단에는 상기 연결바(2443)가 관통된 위치에 회전통공(221)이 형성되어 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 회전통공(221)을 통해 상기 연결바(2443)의 일부가 외부로 노출될 수 있도록 함으로서, 상기 브래킷(2441)의 연결바고정부(24411)가 상기 회전통공(221)을 관통하여 상기 연결바(2443)를 고정할 수 있도록 한다.

상기 구동모터(2446)는 도시하지 않은 감속기를 매개로 휠(242)의 회전축에 직렬 연결하여 휠(242)을 구동할 수 있으며, 도 4 및 도 9에 도시한 바와 같이 베벨기어(245)를 매개로 휠(242)의 회전축으로 연결하여 휠(242)을 구동할 수 있으며, 상기 베벨기어(245)를 통하여 필요한 감속 효과를 얻을 수도 있다.

상기 구동수단(244)은 각 프레임(220)에 하나 이상을 설치할 수 있으며, 상기 프레임(220)이 수평을 유지하면서 주행할 수 있도록 상기 구동수단(244)은 각 프레임(220)에 2개를 구비하는 것이 바람직하다.

상기 작업수단연결관(250)은 상기 본체(210)에 축 방향으로 연장되는 형태로 구비되며, 샌드 블라스팅 공법을 위한 샌드나 코팅제 등을 운송하는 작업호스나, 압착모터나 구동모터 등의 구동 제어를 위한 통신 케이블, 전원 공급을 위한 전원 케이블 등이 위치하여, 상기 작업수단연결관(250)에 연결되는 다양한 작업 수단(260)과, 구동모터나 압착모터로 연결된다.

본 발명에 따르는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇(200)에는 필요에 따라 다양한 작업 수단(260)이 설치될 수 있다. 예를 들어 작업수단연결관(250)의 전방에 카메라를 설치하여 배관 내부를 이동하면서 배관 내부를 촬영하여 내부 상태를 확인하거나, 배관 내부의 부식이나 이물질 부착, 파손 부위 등을 확인하여 세척과 보수 등을 위한 데이터로 활용할 수 있고, 세척 장치를 부착하여 미세 모래를 고속 분사함으로써 배관 내벽에 부착된 이물질을 제거하거나, 도장 분사 장치를 부착하여 세척 후 배관 내부를 코팅하기 위한 작업을 실시할 수도 있다.

상기 작업수단연결관(250)은 일측의 고정부재(211)로부터 돌출되며 돌출된 부분에 측방으로 도 12에 도시한 바와 같이 축 방향으로 길이를 가지는 장공 형태의 작업수단고정통공(251)을 원주 방향으로 이격시켜 복수로 형성하고, 상기 작업수단(260)에는 작업수단연결관(250)의 내면으로 삽입되는 원통부와 축 방향 외측으로 작업수단연결관(250)의 내경보다 큰 외경을 가지는 플랜지(262)를 가지는 설치부가 구비된다. 상기 설치부의 원통부에는 축 방향으로 이격되어 하나 이상의 나사공인 결합통공(261)이 형성된다. 상기 결합통공(261)은 원주 방향으로 이격하여 복수로 형성된다.

상기 작업수단연결관(250)으로 설치부를 삽입시켜 상기 작업수단고정통공(251)과 상기 결합통공(261)을 일치시킨 뒤 볼트(미도시)로 고정시킬 수 있도록 하여 상기 작업수단(260)이 상기 작업수단연결관(250)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 하고, 상기 작업수단(260)의 일측에는 플랜지(262)를 형성하여 상기 플랜지(262)로 하여금 상기 작업수단연결관(250)에 삽입되는 작업수단(260)이 더 이상 진입되는 것을 방지할 수 있도록 한다.

본 발명에 따르는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇(200)은 상기 본체(210)에 일정간격 이격되어 위치하며 압축수단(230)에 의해 반경 방향으로 이동 가능하게 설치되는 프레임(220)과, 상기 프레임(220)에 설치되는 이동수단(240)을 구비함으로써, 작업 수단(260)이 설치되는 본체(210)의 중심과 배관의 중심은 일치하게 된다. 따라서 본체(210)에 카메라, 세척 장치, 도장 분사 장치와 같은 작업 수단(260)을 구비하여 작업을 하는 경우, 작업 수단(260)도 배관 중심에 있게 되므로 배관의 원주 방향으로 일정하게 작업이 수행될 수 있는 효과가 있는 것이다.

배관 내에 본 발명에 따르는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇(200)이 설치되는 과정을 살펴보면, 배관 내부에 용이하게 투입시킬 수 있는 크기로 상기 압착수단(230)을 통하여 이동수단(240)을 반경 방향으로 후퇴시켜 수축시킨 후, 배관 내부로 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇(200)을 위치시킨다.

제어부의 명령에 의하여 상기 본체(210)에 포함된 리니어구동수단(216)을 구동시키면, 상기 리니어구동수단(216)에 연결된 제1연결부재(213)가 전진하여 상기 제1 부재(213)와 제2 부재(214)의 사이 간격이 좁아짐과 동시에 상기 제2 바(232)의 타단도 전진하여 상기 제1 바(231)과 제2 바(232)의 상단 사이 간격 또한 좁아지므로 상기 프레임(220)이 배관의 내면으로 밀착될 수 있도록 한다, 이때 상기 제1 부재(213)와 제2 부재(214)에는 반경 방향으로 다수의 압착수단(230)이 연결되어 상기 압착수단(230)이 한꺼번에 구동될 수 있도록 한다.

상기 프레임(220)의 반경 방향 이동에 의하여 이동수단(240)도 일체로 반경 방향으로 이동하여, 이동수단(240)의 휠(242)들이 배관 내벽에 접촉하게 된다.

향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇(200)은 배관 지름에 관계없이, 휠(242)과 배관 내벽 사이에 필요한 압착 강도를 가지도록 설치하는 것이 가능하며, 작업 중 배관 지름이 변화하는 경우에도 상기 본체(210)의 리니어구동수단(216)을 구동함에 따라 상기 압착수단(230)을 수축 또는 확장시킴으로써 필요한 압착 강도를 유지하면서 작업을 계속할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇(200)의 이동수단(240)의 작동을 설명하면, 신관(신규 생산한 관의 도장 작업)은 물론이고, 이미 사용되고 있는 기존 배관의 내벽 보수 등의 작업에 있어서도 작업을 용이하게 할 수 있다. 기존 배관의 내벽에는 침전물에 의해 고화된 요철이나 관의 부식으로 내벽이 고르지 않게 되어 로봇의 전진 또는 후퇴함에 있어 원활하게 움직일 수 없는 경우에, 돌출 부분이나 오목한 부분을 완충 스프링(2445)에 의해 원활하게 통과할 수 있게 된다.

상기 이동수단(240) 전방으로 배관 내측에 이물질 부착되어 있는 경우에, 이물질에 의하여 휠(242)에 외력이 가해지면, 도 10에 도시한 바와 같이 휠(242)에 전달된 외력에 의하여 힌지 결합핀(2442)을 중심으로 브래킷(2441)이 시계 방향으로 회전하게 되며 상기 브래킷(2441)의 연결바고정부(24411)가 상기 프레임(220)의 회전통공(221)에 가이드 되어 위로 올라가면서 상기 연결바고정부(24411)에 고정된 완충스프링(2445)이 압축되고, 반대로 도 11에 도시된 바와 같이 상기 힌지 결합핀(2442)을 중심으로 브래킷(2441)이 반시계 방향으로 회전하게 되면 상기 브래킷(2441)의 연결바고정부(24411)가 상기 프레임(220)의 회전통공(221)에 가이드 되어 아래로 내려가면서 상기 연결바고정부(24411)에 고정된 완충스프링(2445)이 완충된다.

이때, 상기 휠(242)이 이물질 부착 부분을 통과하여 이물질에 의한 외력이 제거되면 상기 완충 스프링(2445)의 복원력에 의하여 브래킷(2441)은 힌지 결합핀(2442)을 중심으로 다시 시계 또는 반시계 방향으로 회전하여 본래의 상태로 되돌아오게 된다.

따라서 배관 내부에 이물질과 같은 돌출부나, 부식에 의한 오목부가 있는 경우에도 이동수단(240)이 반시계 또는 시계 방향으로 회전하면서 부드럽게 통과할 수 있으며, 이물질이나 오목부가 있는 경우에도 이동수단(240)의 회전에 의하여 프레임(220)은 수평이 유지되며, 따라서 본체(210)도 수평을 유지할 수 있게 되어, 배관의 원주 방향으로 항상 일정하게 작업을 수행할 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

200 : 배관 작업 로봇 210 : 본체
211 : 고정부재 212 : 고정축
213 : 제1 부재 214 : 제2 부재
215 : 연결축 216 : 리니어구동수단
217 : 구동바 220 : 프레임
221 : 회전통공 230 : 압착수단
231 : 제1 바 232 : 제2 바
233 : 가이드레일 240 : 이동수단
242 : 휠 244 : 구동수단
245 : 베벨기어 250: 작업수단연결관
251 : 작업수단고정통공 260 : 작업수단
261 : 돌기 2131,2141 : 고정돌부
2441 : 브래킷 2442 : 힌지 결합핀
2443 : 연결바 2445 : 완충 스프링
2446 : 구동모터 24411 : 연결바고정부

Claims (7)

1. 작업수단연결관(250)을 포함하는 본체(210)와, 상기 본체(210)에 대하여 반경 방향으로 설치되는 복수의 프레임(220)과, 상기 프레임(220)과 상기 본체(210)를 연결하며 본체(210)에 구비된 리니어구동수단(216)에 의해 상기 프레임(220)을 반경 방향으로 이동시키는 복수의 압착수단(230)과, 상기 프레임(220)에 구비되며 배관의 내벽과 접촉하여 회전하는 이동수단(240)을 포함하는 것을 특징으로 하는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇.
2. 제1 항에 있어서, 상기 본체(210)는 축 방향으로 고정 구비되는 제2 부재(214)와, 축 방향으로 이동 가능하게 구비되며 리니어구동수단(216)에 연결되어 축방향으로 전후진 하는 제1 부재(213)를 포함하는 것을 특징으로 하는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇.
3. 제2 항에 있어서, 상기 압착수단(230)은 일단은 제1 부재(213)에 회전 가능하게 연결되고 타단은 상기 프레임(220)에 회전 가능하게 연결된 제1 바(231)와, 일단은 상기 제2 부재(214)에 회전 가능하게 연결되고 타단은 상기 프레임(220)에 축방향으로 미끄럼 가능하게 구비되는 가이드레일(233)에 회전 가능하게 연결되는 제2 바(232)와, 상기 프레임(220)에 축방향으로 미끄럼 가능하게 구비되는 가이드레일(233)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇.
4. 제2 항에 있어서, 상기 압착수단(230)은 일단은 제1 부재(213)에 회전 가능하게 연결되고 타단은 상기 프레임(220)에 축방향으로 미끄럼 가능하게 구비되는 가이드레일(233)에 회전 가능하게 연결되는 제1 바(231)와, 일단은 상기 제2 부재(214)에 회전 가능하게 연결되고 타단은 상기 프레임(220)에 회전 가능하게 연결되는 제2 바(232)와, 상기 프레임(220)에 축방향으로 미끄럼 가능하게 구비되는 가이드레일(233)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇.
5. 제3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 제1 바(231)와 제2 바(232)는 서로 'X'자로 형태로 회전 가능하게 교차되는 것을 특징으로 하는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇.
6. 제1 항에 있어서, 상기 이동수단(240)은 상기 프레임(220)에 힌지 결합핀(2442)에 의하여 회전 가능하게 설치되는 브래킷(2441)과, 상기 프레임(220)을 관통하여 연장되며 완충 스프링(2445)을 포함하여 구성되는 연결바(2443)와, 상기 브래킷(2441)의 일측에 위치하며 상기 휠(242)을 구동하는 구동모터(2446)를 포함하며, 상기 브래킷(2441)의 일측에는 상기 프레임(220)의 회전통공(221)을 관통하여 상기 완충스프링(2445)과 접촉할 수 있도록 하는 연결바고정부(24411)가 더 포함하는 것을 특징으로 하는 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇.
7. 제1 항에 있어서, 상기 작업수단연결관(250)에 연결되어 촬영이나 세척 작업을 하는 작업수단(260)을 더 포함하며; 상기 작업수단연결관(250)은 중공체이고 측방으로 축 방향으로 길이를 가지는 장공 형태의 작업수단고정통공(251)이 원주 방향으로 이격되어 복수로 형성되고; 상기 작업수단(260)은 상기 작업수단(260)에는 작업수단연결관(250)의 내면으로 삽입되는 원통부와 축 방향 외측으로 작업수단연결관(250)의 내경보다 큰 외경을 가지는 플랜지(262)를 가지는 설치부가 구비되며; 상기 설치부의 원통부에는 축 방향으로 이격되어 하나 이상의 나사공인 결합통공(261)을 형성되어, 상기 작업수단고정통공(251)을 통하여 결합통공(261)에 나사를 체결하여 작업수단(260)을 작업수단연결관(250)에 고정하는 것을 향상된 주행성능과 통합 조정되는 중심일체성을 가지는 배관 작업 로봇.

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