KR20130002641A - 다굴절 관로 로봇 - Google Patents

Abstract

다양한 형상의 관로 내부를 탐색할 수 있는 다굴절 관로 로봇이 개시된다. 그러한 다굴절 관로 로봇은 구동용 휠에 의하여 이동 가능한 추진부와, 상기 추진부의 선단에 연결되어, 상기 추진부의 이동시 관로의 내부를 탐색할 수 있는 촬상부와,상기 추진부의 후단에 연결되어 상기 추진부와 촬상부에 전원을 공급하고, 원격제어기와/로부터 정보를 송수신하는 통신부와, 그리고 원상 회복력을 갖는 탄성체로 이루어지고, 상기 추진부, 촬상부, 통신부를 일체로 연결함으로써 관로의 형상에 따라 가변 될 수 있는 연결바를 포함한다.

Description

다굴절 관로 로봇{Robot for probing a pipe conduit}

본 발명은 다굴절 관로 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촬상부, 추진부, 통신부를 원상 회복성이 강한 탄성체를 이용하여 서로 연결함으로써 곡관 등의 내부를 용이하게 탐색할 수 있는 다굴절 관로 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 하수관과 같은 배관 설비는 그 내부에 부식이 빈번하게 발생하게 되며, 또한 그 내부가 협소함으로 작업자가 진입하여 작업하기에 어려운 환경을 가지고 있다.

따라서, 이러한 배관 설비 내에 작업자를 대신하여 진입하여 내부 상황을 알려주고 작업을 수행하기 위한 장치가 제안되고 있는바, 원격제어로봇 혹은 내시경 등은 그 일 예이다.

이러한 일 예로서 도 1 에는 "관로 탐색용 카메라 탑제 자주차의 촬상 수단의 촬상영역 제어회로"라는 명칭으로 1997년 10월 23일 출원된 특허출원 제1998-033111호에 개시된 원격제어로봇이 도시된다.

도시된 바와 같이, 종래의 원격제어로봇은 구동용 휠(1)에 의하여 이동 가능한 차체(3)와, 상기 차체(3)에 장착되어 사물을 인식할 수 있는 촬상부(5)와, 상기 촬상부(5)의 방향을 회전시키기 위한 회전부(7)로 이루어진다.

이러한 구조를 갖는 원격제어로봇에 의하여 배관 내부를 탐색하는 경우, 상기 차체(3)를 구동시켜 배관의 내부를 주행하게 되며, 원격제어에 의하여 회전부 (7) 및 촬상부(5)를 작동시킴으로써 배관내부를 탐색하게 된다.

그러나, 이러한 구조의 원격제어로봇은 차체, 촬상부, 회전부가 일체로 이루어지기 때문에 그 자체의 길이(L)가 길어짐으로써 곡관 등의 내부를 탐색하는 경우에는 이동성이 저하됨으로 곡관 내부를 탐색하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 상기한 원격제어로봇은 탐색 중 전복되는 경우, 촬상부가 차체의 하부에 위치하게 됨으로 원만한 촬영을 하기 어려운 문제점이 있다.

또한, 상기한 원격제어로봇은 차체, 촬상부, 회전부가 일체로 구비됨으로 그 자체의 크기가 커지므로 작은 직경을 갖는 배관의 내부에는 진입이 곤란하여 탐색이 어려운 문제점이 있다.

그리고, 시시각각 변하는 현장에서 로봇의 선단부에 회전이 가능한 카메라를 장착하도록 한 종래의 기술은 실제 작업현장에서 실시간 수평여부를 감지할 수가 없는 문제점으로 인하여 배관의 진단시 발생될 수 있는 문제부위가 상부인지, 측면인지, 하부인지 위치판독이 불가능하였으며, 배관의 상승부 또는 하강부에 대한 대처가 어려워 실시간 모니터링이 이루어지는 동영상 화면상에서 수평상태의 판독이 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 촬상부, 추진부, 통신부 등의 구성단위들을 원상 회복성이 강한 탄성체를 이용하여 서로 연결함으로써 각 구성단위 별로 이동이 가능하도록 하여 곡관 등의 내부를 용이하게 탐색할 수 있는 다굴절 관로 로봇을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 탐색 중 전복되어도 지속적으로 주행이 가능함으로 관로내부를 원만하게 탐색할 수 있는 다굴절 관로 로봇을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 촬상부, 추진부, 통신부를 서로 별도로 구비하여 연결한 구조를 갖음으로써, 각 구성단위들을 소형화하여 협소한 관로에서도 작업이 가능한 다굴절 관로 로봇을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 촬상부, 추진부, 통신부를 서로 별도로 구비하여 연결한 구조를 갖음으로써, 각 구성단위들을 소형화하여 협소한 관로에서도 작업이 가능한 다굴절 관로 로봇을 제공하는데 있다.

그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 탐색 중 로봇이 전복되어도 작업자의 모니터에 표시되는 탐색 영상이 실제 영상과 동일하게 표시되는 다굴절 관로 로봇을 제공하는데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 다굴절 관로 로봇은, 본체와, 상기 본체의 내부에 제공되어 동력을 발생하는 모터 조립체와, 상기 모터 조립체에 연결되어 회전가능하며 상기 본체의 높이보다 더 긴 직경을 갖는 한 쌍의 구동용 휠을 포함함으로써 구동용 휠에 의하여 이동 가능하며, 전복시에도 구동용 휠이 관로 내부에 접촉하여 지속적으로 이동 가능한 추진부; 상기 추진부의 선단에 연결되며, 몸체와, 상기 몸체의 전방에 장착되어 촬영이 가능한 촬영렌즈와, 상기 몸체의 외부에 장착되어 촬상부의 이동을 안내하는 4개의 가이드 롤러와, 상기 몸체로부터 전방으로 돌출되는 가드 프레임을 포함함으로써 상기 추진부의 이동시 관로의 내부를 탐색할 수 있는 촬상부; 상기 추진부의 후단에 연결되어 상기 추진부와 촬상부에 전원을 공급하고, 원격제어기와/로부터 정보를 송수신하는 통신부; 및 원상 회복력을 갖는 탄성체로 이루어지고, 상기 추진부, 촬상부, 통신부를 일체로 연결함으로써 관로를 통과하는 경우, 관로의 형상에 따라 가변 될 수 있는 연결바;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 다굴절 관로 로봇은, 상기 연결바는 상기 촬상부와 추진부를 서로 일체로 연결하는 제1 연결바와, 상기 추진부와 통신부를 서로 일체로 연결하는 제2 연결바를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 다굴절 관로 로봇은, 상기 연결바는 코일 스프링, 탄성 러버, 판스프링 , 토션바 중 어느 하나를 선택적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 다굴절 관로 로봇은, 상기 촬상부의 내부에 촬상렌즈의 구조가 2중의 베어링 구조의 안쪽에 위치하게 하고 안쪽에 위치한 베어링의 한쪽에만 하중을 고정하게 함으로서 로봇이 뒤집혀 있는 상황에서도 촬상렌즈는 항상 수평을 유지하게 하는 수평유지구조가 내장된 촬상부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 촬상부, 추진부, 통신부가 원상 회복력을 갖는 탄성체인 연결바로 서로 연결됨으로써 곡관구간 통과시 이 연결바가 적절히 굴곡되어 관로의 형상에 제한되지 않고 원활하게 관로를 탐색할 수 있으며, 추진부에 장착되는 구동용 휠의 직경이 추진부의 높이보다 더 길게 형성되고, 촬상부에도 다수의 가이드 롤러가 제공됨으로, 로봇이 전복되어도 이를 극복하고 다시 이동할 수 있음으로 작업성이 향상되며, 촬상부, 추진부, 통신부가 서로 분리된 구조이므로 그 크기를 소형화할 수 있음으로 좁은 관로에서도 작업할 수 있으며, 로봇이 뒤집혀 있는 경우에도 촬상렌즈가 항상 수평을 유지하여 작업자의 모니터에 표시되는 탐색영상의 상하가 실제와 동일하게 보이는 효과가 있다.

도 1은 종래의 다굴절 관로 로봇을 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 다굴절 관로 로봇을 도시하는 사시도이고,
도 3은 도 2에 도시된 다굴절 관로 로봇의 관로의 내부에서 작동하는 상태를 도시하는 작동 상태도이다.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련된 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다굴절 관로 로봇을 상세하게 설명한다.

도2 는 본 발명에 따른 다굴절 관로 로봇을 도시하는 사시도이고, 도3 은 도2 에 도시된 다굴절 관로 로봇의 작동상태를 도시하는 작동 상태도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 다굴절 관로 로봇은 구동용 휠(10)에 의하여 이동 가능한 추진부(12)와, 상기 추진부(12)의 선단에 연결되어 관로 내부를 촬영할 수 있는 촬상부(14)와, 상기 추진부(12)의 후단에 연결되어 전원을 공급하고, 원격제어기(도시안됨)와 정보를 송/수신함으로써 로봇을 제어하는 통신부(16)와, 상기 추진부(12), 촬상부(14), 통신부(16)를 일체로 연결하고 원상 회복력이 강한 탄성체로 이루어지는 연결바(18)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 다굴절 관로 로봇에 있어서, 상기 추진부(12)는 본체(20)와, 상기 본체(20)의 내부에 장착되어 동력을 발생하는 모터 조립체(21)와, 그리고, 상기 본체(20)에 장착되어 모터 조립체(21)로부터 회전력이 전달되는 경우 회전 가능한 구동용 휠(10)로 이루어진다. 따라서, 상기 추진부(12)는 원격제어 신호에 의하여 상기 모터 조립체(21)가 구동함으로서 구동용 휠(10)이 회전하여

이동하게 된다.

이러한 추진부(12)의 본체(20)는 상, 하부에 별다른 장치가 부착되지 않고, 측면에 구동용 휠(10)이 회동가능하게 고정설치되며 구동용 휠(10)의 직경(D)은 본체(20)의 높이(h)보다 더 길게 형성하여 관로(P)의 내벽(22)을 따라 원활하게 이동할 수 있게 한다. 구동용 휠(10)의 직경(D)은 탐색할 관로의 지름에 따라 변할 수 있으나 본체(20)의 높이(h)의 1.5배 이내로 제한되는 것이 바람직할 것이다.

따라서, 추진부(12) 이동시 구동용 휠(10)이 관로(P)의 내벽(22)에 접촉하여 회전하게 되고, 이동중 장애물 등에 의하여 추진부(12)가 전복되는 경우에도 구동용 휠(10)이 바닥면에 접촉 가능함으로 원활하게 이동할 수 있다.

또한, 상기 모터 조립체(21)를 대신하여, 소형 엔진도 적용 가능함은 물론이다.

그리고, 상기 촬상부(14)는 그 전방에 촬상렌즈(26)가 장착되며, 이 촬상렌 즈(26)에 의하여 관로(P) 등의 내부를 촬영하여 탐색하게 된다.

상기 촬상부(14)는 몸체(24)와, 상기 몸체(24)의 전방에 장착된 촬상렌즈 (26)와, 상기 몸체(24)의 외부면에 장착된 가이드 롤러(Guide Roller;28,29,30)와, 상기 촬상렌즈(26)와 외부의 접촉을 방지하기 위한 가드 프레임(Guard Frame;32)으로 이루어진다.

이러한 구조를 갖는 촬상부(14)에 있어서, 상기 촬영렌즈(26)는 관로(P)의 내부를 촬영하며, 촬영된 영상정보를 상기연결바(18)의 내부에 배치된 시그널 케이블(도시안됨)에 의하여 통신부(16)로 전달함으로써 최종적으로는 사용자에게 전달하게 된다.

상기 가이드 롤러(28,29,30)는 몸체(24)에 제공되며, 바람직하게는 4개가 구비되며, 상기 몸체(24)의 상부, 하부, 좌측, 우측면에 각각 제공된다. 따라서, 상기 촬상부(14)가 이동하는 경우 상기 가이드 롤러(28,29,30)들이 관로(P)의 내부에 각각 적절하게 접촉하여 주행하게 된다.

즉, 상기 촬상부(14)가 관로(P)의 내부 상면에 접촉하는 경우에는 몸체(24)의 상부에 장착된 가이드 롤러(28)를 이용하며 주행하게 되고, 관로(P)의 내부 측면에는 몸체(24)의 양 측부에 장착된 가이드 롤러(29,30)를 이용하여 주행하게 된다. 따라서, 촬상부(14)를 용이하게 이동시킬 수 있다.

상기 가드 프레임(32)은 몸체(24)의 전방으로 일정 길이 이상 돌출 된다. 따라서, 상기 촬상부(14)가 이동하는 경우, 상기 촬상렌즈(26)가 관로(P)내의 장애물과 충돌하는 것을 방지하게 된다. 즉, 상기 촬상부(14)가 전진하는 경우, 관로(P) 내부에 미리 접촉하게 됨으로 촬상렌즈(26)가 외부의 장애물과 충돌하는 것을 방지하게 된다.

한편, 상기 연결바(18)는 추진부(12)와 촬상부(14)를 연결하는 제1 연결바(34)와, 추진부(12)와 통신부(16)를 연결하는 제2 연결바(36)로 이루어진다. 그리고, 상기 연결바(18)는 탄성을 갖는 탄성체로 이루어짐으로써 원상 회복력이 강하다. 이러한 탄성체로는 바람직하게는 코일 스프링, 탄성 러버, 판스프링, 토션바 등을 포함한다.

따라서, 연결바(18)에 외력이 가해지는 경우에는 연결바(18)가 적절하게 굴곡되며, 외력이 해제된 경우에는 탄성력에 의하여 원형상으로 복귀하게 된다.

예를 들면, 상기 관로 탐색로봇이 관로(P)의 곡선구간(Ⅱ)을 이동하는 경우, 상기 촬상부(14)가 관로(P)의 내측면(22)에 접촉하게 되면 상기 연결바(18)에 외력이 전해짐으로써 상기 연결바(18)는 관로(P)의 형상에 따라 굴곡된다. 그리고, 직선구간(Ⅰ)에서는 연결바(18)에 전달된 외력이 해제됨으로 탄성력에 의하여 연결바(18)는 다시 원상, 즉 직선형상으로 복귀한다. 따라서, 이러한 촬상부(14)는 직선관 혹은 곡관 등을 용이하게 이동하며 탐색할 수 있다.

또한, 상기 연결바(18)는 그 내부가 빈 중공형상이며, 이 중공을 통하여 영상정보, 제어신호 등을 전달하는 케이블 등이 배치된다. 따라서, 상기 연결바(18)는 촬상부(14), 추진부(12), 통신부(16)간의 신호를 전달하는 기능을 수행한다.

그리고, 상기 통신부(16)는 원격 제어기(도시안됨)로부터 송출되는 제어신호를 접수하여 촬상부(14) 혹은 추진부(12)에 전달하며, 반대로 촬상부(14)로부터 얻 어진 영상정보를 원격제어기(도시안됨)로 송출하는 기능을 수행한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 제안하는 다굴절 관로 로봇의 작동과정을 더욱 상세하게 설명한다.

도2 및 도3 에 도시된 바와 같이, 다굴절 관로 로봇을 이용하여 관로(P)의 내부를 탐색하는 경우, 먼저, 원격제어기(도시안됨)를 사용하여 통신부(16)에 제어신호를 송출한다. 이 제어신호가 추진부(12)에 전달되어 모터 조립체(21)가 구동하게 되고, 구동용 휠(10)이 회전함으로써 로봇이 관로(P)의 내부로 진입하게 된다.

추진부(12)가 관로(P)의 내부로 진입하게 되면, 촬상부(14)는 추진부(12)의 선단에 연결되어 관로(P)의 내부를 촬영하게 된다. 그리고, 촬영된 영상정보는 사용자에게 전달된다.

이때, 상기 촬상부(14)에 제공된 가이드 롤러(28,29,30)들이 관로(P)의 내측면(22)에 접촉하여 회전함으로써 촬상부(14)는 안정적으로 관로(P)의 내부를 이동하게 된다.

그리고, 이러한 다굴절 관로 로봇이 직선구간(Ⅰ)을 지나 곡관구간(Ⅱ)을 통과하는 경우에는, 상기 촬상부(14)가 관로(P)의 내측면(22)에 접촉하게 되고, 이때, 추진부(12)는 지속하여 구동하고 있는 상태임으로 제1 화살표 방향(36)을 따라 이동하려고 한다.

그러나, 상기 촬상부(14)는 관로(P)의 내측면(22)에 접촉한 상태임으로 제1 화살표 방향(36)으로 이동하지 않고 제2화살표 방향(38)으로 진행하게 된다.

결국, 상기 촬상부(14)와 추진부(12)를 연결하고 있는 제1 연결바(34)가 곡 관구간(Ⅱ)의 형상을 따라 굴곡된다.

따라서, 상기 촬상부(14)는 직선구간(Ⅰ)에서 곡관구간(Ⅱ)으로 이동하는 경우, 제1 연결바(34)가 적절하게 굴곡됨으로 원활하게 관로(P)의 내부를 이동하며 촬영할 수 있다. 그리고, 상기 제1 연결바(34)가 곡관구간(Ⅱ)을 통과한 후, 상기 제2 연결바(36)가 추진부(12)에 이끌려 곡관구간(Ⅱ)을 통과하게 된다.

반대로, 상기 다굴절 관로 로봇이 후진하는 경우에는 상기한 과정의 역순으로 진행하게 된다.

즉, 상기 통신부(16)가 먼저 관로(P)의 내측면(22)에 접촉하게 되고, 이때, 추진부(12)가 직진운동을 하고 있는 상태임으로, 제2 연결바(36)가 적절하게 굴곡됨으로써 곡관구간(Ⅱ)을 통과하여 직선구간(Ⅰ)으로 진입한다. 그리고, 제1 연결바(34)가 추진부(12)에 이끌려 최종적으로 곡관구간(Ⅱ)을 통과하게 된다.

한편, 상기 다굴절 관로 로봇이 관로(P)의 내부를 이동하는 경우, 외력 혹은 관로(P)의 내측면(22)과 충돌하여 로봇이 전복될 수도 있다. 이때에는 상기 추진부(12)의 상, 하부가 동일한 형상이므로 전복되는 경우에도 구동용 휠(10)이 바

닥면에 다시 접촉하게 된다. 따라서, 전복되는 경우에도 원활하게 이동할 수 있다.

또한, 상기 촬상부(14)에도 상부에 가이드 롤러(28,29,30)가 제공되어 있음으로, 전복되는 경우에도 촬상부(14)가 원활하게 이동하여 촬영작업을 수행할 수 있다. 이때에 촬상부(14)의 내부에 안착되는 상기 촬상렌즈(26)의 구조가 2중의 베어링구조의 안쪽에 위치하게 하고, 안쪽에 위치한 베어링의 한쪽에만 하정을 고정함으로서 로봇이 뒤집혀 있는 상황에서도 촬상렌즈는 항상 수평을 유지하게 함으로서 작업자의 모니터에 표시되는 탐색영상의 상하가 실제와 동일하게 표시된다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 있어 명백할 것이다.

10; 구동용 휠 12; 추진부 14; 촬상부
16; 통신부 18; 연결바 20; 본체
21; 모터 조립체 24; 몸체 26; 촬상렌즈
28, 29, 30; 가이드 롤러 32; 가이드 프레임
34; 제1 연결바 36; 제2 연결바 31; 자이로 센서
32; 가속도 센서 40; 통신모듈 50; 메모리

Claims (4)

1. 본체와, 상기 본체의 내부에 제공되어 동력을 발생하는 모터 조립체와, 상기 모터 조립체에 회전가능하게 연결되며 상기 본체의 높이보다 더 큰 직경을 갖는 한 쌍의 구동용 휠을 포함하는 추진부;
   몸체와, 상기 몸체의 전방에 장착되어 촬영이 가능한 촬영렌즈와, 상기 몸체의 외부에 장착되는 4개의 가이드 롤러와, 상기 몸체로부터 전방으로 돌출되는 가드 프레임을 포함하며, 상기 추진부의 선단에 연결되어 상기 추진부의 이동시 관로의 내부를 탐색할 수 있는 촬상부;
   상기 추진부의 후단에 연결되어 정보를 송수신하는 통신부; 및
   원상 회복력을 갖는 탄성체로 이루어지며, 상기 추진부, 촬상부, 통신부를 연결하는 연결바;
   를 포함하는 다굴절 관로 로봇.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 연결바는 상기 촬상부와 추진부를 연결하는 제1 연결바와, 상기 추진부와 통신부를 연결하는 제2 연결바로 구성된 것을 특징으로 하는 다굴절 관로 로봇.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 연결바는 코일 스프링, 탄성 러버, 판스프링 , 토션바 중 어느 하나를 선택적으로 포함하는 다굴절 관로 로봇.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 촬상부는 몸체에 고정된 가이드슬립과, 상기 카메라가 고정되며 상기 가이드슬립의 내면에 회동가능하게 고정설치되는 베어링을 더 포함하는 다굴절 관로 로봇.
   

Images