KR20130021803A - 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇에 관한 것으로서, 특히 몸체; 탐사 대상이 되는 배관 내부를 촬영하도록 상기 몸체에 부착되는 카메라; 상기 몸체에 회전가능하게 설치되고, 자력 조절이 가능하도록 자석부재로 형성된 복수의 바퀴; 상기 복수의 바퀴에 연결되어 구동력을 제공하는 복수의 바퀴 연결부; 상기 복수의 바퀴 연결부 사이에 설치되는 완충부; 로봇의 자력 조절 및 이동 거리를 측정하는 센서부; 및 상기 몸체에 삽입되어 로봇의 구동을 위한 제반 동작을 제어하는 제어 보드로 구성된 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 영구자석을 이용한 바퀴와 바퀴 사이의 완충부를 통해 배관의 내벽을 지지하는 압착력을 증가시키고, 배관의 기울기에 따라 유연하게 대처하면서 로봇의 미끄러짐을 방지하기 위해 필요한 구간에서 자력의 세기를 선택적으로 조절하여 수평관, 수직관, 곡관을 이동할 수 있으며, 자력이 필요하지 않은 구간에서 자력을 오프(OFF)시켜 모터의 부담을 줄이고 전력 소모를 줄일 수 있고, 경량화 및 소형화에 적합한 옵티컬 센서를 이용하여 로봇의 실제 이동 거리 및 배관 내에서의 현재 위치를 파악할 수 있다.

Description

자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇 {In-pipe Mobile Robot with Controllable Magnetic Force}

본 발명은 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자력 조절이 가능한 바퀴와 바퀴 사이의 완충부를 통해 배관의 내벽을 지지하면서 수평관, 수직관, 곡관을 이동할 수 있어 모터의 부담을 줄이고 전력 소모를 줄일 수 있는 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇에 관한 것이다.

반도체 제조장비, 석유화학 플랜트 등 제조설비, 발전 설비에 사용되는 배관은 사용연수가 경과함에 따라 노후화로 인한 부식, 피로, 경년열화 등이 발생함은 물론, 배관 모재 내에 미세크랙이 존재할 수도 있으며, 만약 배관이 파손되어 문제가 발생할 경우 커다란 인적, 경제적 손실이 발생하므로 정기적 또는 부정기적으로 비파괴 검사를 통해 배관의 안전성을 검사하여야 한다. 즉, 배관의 내부 상태를 수시로 검사 및 진단하여 설비의 안정성을 확보할 필요가 있다.

종래에는 라인이 길게 연결되어 있는 내시경을 관찰자가 직접 배관에 삽입시켜 내부 상태를 검사하였으나, 이러한 방식은 배관이 하나의 라인으로만 길게 형성된 경우에만 유효할 뿐 배관이 중간에 분기되는 등 경로가 복잡하게 변경되는 경우에는 내시경의 진행방향을 용이하게 변경할 수 없어 정확한 검사를 진행하기가 곤란하였다.

이에 배관에 직접 삽입되며, 방향 변경이 가능하도록 조향장치가 탑재되어 있는 다양한 형태의 배관 탐사용 로봇이 개발되어 사용되고 있다.

종래의 탐사로봇의 구조에 대하여 간략하게 설명하면, 탐사로봇은 모터와 카메라가 부착되어있는 본체와 바퀴들을 구비한다. 바퀴들은 본체의 축을 중심으로 일정한 각도 간격으로 설치되어 있으며, 링크 구조에 의하여 본체에 연결되어 있다. 링크구조는 바퀴들을 배관의 내면쪽으로 가압하여, 바퀴가 배관의 내면에 밀착되게 하는 구조이다.

이러한 종래의 배관 탐사로봇은 배관이 수평면상에 배치되어 있는 경우라면 경로가 복잡하게 형성되어 있다 하더라도 조향장치 등에 의하여 수월하게 경로를 따라 이동할 수 있으므로 안정적인 탐사가 가능하였으나, 배관이 수직한 방향으로 경로 변경되는 경우에는 실질적으로 탐사가 곤란하였다. 즉, 수평면상에 배치된 배관이 수직 상방 및 하방으로 분기되는 경우 또는 수직한 평면상에 배치된 배관이 수평방향으로 분기되는 경우 탐사로봇이 용이하게 경로를 변경할 수 없다는 문제점이 있었다.

수직한 방향으로의 경로 변경을 가능하게 하기 위해서는 배관 탐사로봇의 바퀴가 배관의 내면에 밀착되어야 할 뿐만 아니라, 배관의 단면적이 좁아지거나 굴곡이 있는 경우 등에서도 바퀴와 배관의 내면이 최대한 넓은 접촉 면적을 유지할 수 있어야 한다. 상기한 조건이 만족하는 Helical 형태의 탐사로봇은 배관의 내면에 안정적으로 지지되어 수직방향으로의 경로변경이 가능해져 수직 및 곡관의 이동성이 좋으나 다양한 크기의 변화대처에 취약하다는 문제점이 있다.

또한, 도시바(Toshiba)에서 제조한 배관 탐사용 로봇은 항상 일정한 힘으로 철제 표면과 맞닿게 되어 있는 구조로 제작되어, 이동성이 좋고 다양한 각도의 철제 표면을 이동할 수 있다.

하지만, 종래의 영구자석을 가진 탐사용 로봇은 항상 자력이 바퀴에 유지되고 있어 구동부에 부하를 더해주게 되며, 배관 벽면을 지지하는 구조를 스프링과 영구자석을 이용하여 사용하고 있기 때문에 벽면 압착력이 크게 필요하지 않은 구간에서 과도한 힘을 배관의 벽면에 주게 된다.

따라서, 이러한 배관 탐사용 로봇의 구조는 구동부에 부하를 주게 되어 전력소모가 많고 구동기 및 제어회로에 문제를 일으킬 수 있는 원인을 제공하게 된다.

이와 같이, 종래의 배관 탐사용 로봇들은 스프링, 영구자석 또는 스프링과 영구자석을 같이 이용하여 벽면을 압착하여 마찰력을 만들어 수평관과 수직관을 이동하는 방식을 사용한다.

이러한 구조들은 모두 벽면을 압착할 수 있는 구동 모듈이 필요하게 되고, 그로 인해 본체의 크기 및 무게에 영향을 주어 배관의 내부에서 움직여야 하는 로봇의 설계에 제약을 주게 되는 한계점이 있으며, 수직관에서는 필요한 힘을 충당해 줄 수 있지만 수평관에서는 불필요한 부하가 모터에 걸리게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 영구자석의 자력 조절이 가능한 바퀴와 바퀴 사이의 완충부를 통해 배관의 내벽을 지지하는 압착력을 증가시키고, 배관의 기울기에 따라 유연하게 대처하면서 로봇의 미끄러짐을 방지하기 위해 필요한 구간에서 자력의 세기를 선택적으로 조절하여 수평관, 수직관, 곡관을 이동할 수 있으며, 자력이 필요하지 않은 구간에서 자력을 오프(OFF)시켜 모터의 부담을 줄이고 전력 소모를 줄일 수 있는 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇을 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇은, 몸체; 탐사 대상이 되는 배관 내부를 촬영하도록 상기 몸체에 부착되는 카메라; 상기 몸체에 회전가능하게 설치되고, 자력 조절이 가능하도록 자석 부재로 형성된 복수의 바퀴; 상기 복수의 바퀴에 연결되어 구동력을 제공하는 복수의 바퀴 연결부; 상기 복수의 바퀴 연결부 사이에 설치되는 완충부; 로봇의 자력 조절 및 이동 거리를 측정하는 센서부; 및 상기 몸체에 삽입되어 로봇의 구동을 위한 제반 동작을 제어하는 제어 보드로 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 복수의 바퀴는, 상기 센서부의 센서값을 통해 바퀴당 2개의 폴리와 1개의 타이밍 벨트를 연결하고, 1개의 서보 모터를 이용하여 회전력을 제공함으로써 상기 자석 부재의 각도를 변화시켜 자력 조절이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 복수의 바퀴의 자석 부재는 바퀴의 온/오프를 담당하는 제1 영구자석과, 바퀴와 바닥면 사이의 인력을 발생시키는 제2 영구자석으로 이루어지고, 상기 제1 영구자석과 제2 영구자석의 사이에는 자력선의 통로 역할을 하는 자성체와, 자력선이 N극에서 S극으로 직접 들어가는 것을 방지하는 비자성체로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 복수의 바퀴 연결부는, 상기 바퀴 연결부를 관통하는 회전봉과, 상기 바퀴의 자석 부재를 결합하는 부분에 설치되어 양단의 바퀴에 구동력을 제공하는 모터와, 상기 모터에 부착된 제1 기어부와, 상기 회전봉과 연결되어 상기 모터의 구동력을 전달받는 아이들 기어와, 상기 바퀴의 측면에 부착된 제2 기어부로 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1 기어부와 제2 기어부는 상기 아이들 기어를 통해 토크의 감소 없이 1:1 비율로 토크를 전달하고, 상기 제1 기어부가 회전하면서 상기 아이들 기어가 회전하면 상기 제2 기어부가 회전되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 모터는 DC 모터이고, 2개의 DC모터를 사용하여 1개의 DC 모터당 2개의 바퀴를 구동하도록 하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 완충부는 스프링과, 상기 스프링이 내부에 장착되는 사각 실린더 모양의 케이스로 구성되고, 상기 스프링과 케이스를 조립한 후에 고정 핀을 조립하여 스프링 방향의 움직임을 일정한 거리로 제한하도록 설계하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 완충부는 배관의 직경이 100㎜~120㎜인 경우에 유동 제한을 약 13㎜로 설계하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 센서부는 배관의 기울기를 측정하는 가속도 센서와, 로봇의 이동 거리를 측정하는 옵티컬 센서(Optical sensor)로 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 가속도 센서는 배관의 기울기에 대한 가속도 센서값을 실시간 측정하고, 상기 가속도 센서값을 통해 서보모터가 제어되도록 함으로써 자력 조절이 자동으로 수행되도록 하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 옵티컬 센서는 배관의 표면을 확인하는 렌즈를 더 포함하여, 거리, 속도, 및 각도를 동시에 연속 측정이 가능하므로 실제 로봇의 이동 거리 및 로봇의 배관 내에서의 현 위치를 확인하도록 하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제어 보드는, 로봇의 구동을 위한 모든 동작을 제어하는 제어부와, 로봇의 이동거리, 속도, 배관의 기울기를 표시하는 표시창과, 서보모터를 구동시키는 서보모터 연결부와, DC 모터를 구동시키는 DC 모터 구동부와, 가속도 센서 및 옵티컬 센서를 구동시키는 가속도 센서 연결부 및 옵티컬 센서 연결부와, 시작 버튼과 로봇의 전과 후진을 상황에 따라 선택할 수 있는 모드 선택 스위치로 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇에 따르면, 영구자석을 이용한 바퀴와 바퀴 사이의 완충부를 통해 배관의 내벽을 지지하는 압착력을 증가시키고, 배관의 기울기에 따라 유연하게 대처하면서 로봇의 미끄러짐을 방지하기 위해 필요한 구간에서 자력의 세기를 선택적으로 조절하여 수평관, 수직관, 곡관을 이동할 수 있으며, 자력이 필요하지 않은 구간에서 자력을 오프(OFF)시켜 모터의 부담을 줄이고 전력 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇의 전체적인 구성이 간략히 도시된 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 바퀴의 구조가 도시된 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 완충부의 세부 구성이 도시된 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 바퀴 연결부의 구성이 도시된 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가속도 센서의 측정 원리가 도시된 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제어보드의 세부 구성이 도시된 블록도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇은, 몸체(100)와, 탐사 대상이 되는 배관(10) 내부를 촬영하도록 상기 몸체(100)에 부착되는 카메라(도시되지 않음)와, 상기 몸체(100)에 회전가능하게 설치되고, 자력 조절이 가능하도록 자석 부재로 형성된 복수의 바퀴(110)와, 상기 복수의 바퀴(110)에 연결되어 구동력을 제공하는 복수의 바퀴 연결부(120)와, 상기 복수의 바퀴 연결부(120) 사이에 설치되는 완충부(130)와, 로봇의 자력 조절 및 이동 거리를 측정하는 센서부(140)와, 상기 몸체(100)에 삽입되어 로봇의 구동을 위한 제반 동작을 제어하는 제어 보드(150)로 구성된다.

이때, 상기 복수의 바퀴(110)는 총 4개를 사용하고, 직경 100㎜~120㎜의 배관(10) 내에서 움직여야 하며, 바퀴의 둘레부분은 배관의 내경에 맞추어 설계한다. 따라서, 상기 복수의 바퀴(110)는 자력을 조절하기 위해 전체 외형의 크기는 변하면 안되고, 바퀴와 바닥 사이의 힘을 주는 자석은 움직이지 않아야 한다.

따라서, 상기 복수의 바퀴(110)는 외부에 자력선이 지나가는 통로를 만들어 바퀴의 자력을 조절하는데, 도 2에 도시된 바와 같이 자석 부재가 바퀴(110)의 온/오프를 담당하는 제1 영구자석(111)과, 바퀴(110)와 바닥면 사이의 인력을 발생시키는 제2 영구자석()으로 이루어지고, 상기 제1 영구자석(111)과 제2 영구자석(112)의 사이에는 자력선의 통로 역할을 하는 자성체(113)와, 자력선이 N극에서 S극으로 직접 들어가는 것을 방지하는 비자성체(114)로 구성된다.

도 2의 (b)에 나타나 있듯이, 상기 제1 영구자석(111)과 제2 영구자석(112)의 극이 동일 방향에 위치하면 제2 영구자석(112)은 제1 영구자석(111)에 영향을 받지 않고 바닥으로 자력선이 흐르게 되어 자력이 온(ON)되는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 도 2의 (c)에 나타나 있듯이, 상기 제1 영구자석(111)의 극성 방향을 바꾸게 되면 서로 다른 극성끼리 당기는 힘을 이용해 자력선의 통로를 만들어주고, 이러한 힘이 바닥과 제2 영구자석(112의 힘을 넘어설 때 바퀴(110) 내부에서 폐회로를 생성하여 자력이 오프(OFF)되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 상기 제1 영구자석(111)과 제2 영구자석(112)의 자력은 상기 센서부(140)의 가속도 센서값을 통해 바퀴당 2개의 폴리와 1개의 타이밍 벨트를 연결하고, 1개의 서보 모터(도시되지 않음)를 이용하여 회전력을 제공함으로써 상기 자석 부재의 각도를 변화시켜 자력 조절이 가능하도록 한다.

한편, 상기 복수의 바퀴 연결부(120)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 바퀴 연결부(120)를 관통하는 회전봉(도시되지 않음)과, 2개의 바퀴(110)를 결합하는 부분, 즉 로봇의 중앙에 설치되어 양단의 바퀴에 구동력을 제공하는 모터(121)와, 상기 모터(121)에 부착된 제1 기어부(122)와, 상기 회전봉과 연결되어 상기 모터(121)의 토크와 회전력을 전달받아 제2 기어부(124)를 회전시키는 아이들 기어(123)와, 상기 바퀴(110)의 측면에 부착된 제2 기어부(124)로 구성된다.

이때, 상기 제1 기어부(122)와 제2 기어부(124)는 상기 아이들 기어(123)를 통해 토크의 감소 없이 1:1 비율로 토크를 전달하고, 상기 제1 기어부(122)가 회전하면서 상기 아이들 기어(123)가 회전하면 상기 제2 기어부(124)가 회전된다.

또한, 상기 모터(121)는 DC 모터이고, 2개의 DC모터를 사용하여 1개의 DC 모터당 2개의 바퀴(110)를 구동하도록 한다.

이와 같이, 2개의 바퀴(110)와 1개의 바퀴 연결부(120)를 1세트라고 하면, 로봇은 상기 완충부(130)를 사이에 두고 각 세트가 대칭으로 연결되어 배관(10)의 내벽을 지지하면서 이동하게 된다.

이때, 각 세트의 중간 부분에는 스프링(131)을 이용한 완충부(130)가 설치되는데, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 완충부(130)는 스프링(131)의 압축 방향을 제외한 모든 움직임을 제한하기 위해 사각 실린더 모양의 케이스(132)로 구성되며, 상기 케이스(132)는 스프링 케이스(132a)와 센터 케이스(132b)로 구성된다.

상기 스프링 방향의 움직임은 각 세트 사이의 공간과 분해 때문에 유동 제한을 주게 되는데, 상기 스프링(131)과 케이스(132)를 조립한 후에 고정 핀을 조립하여 유동 제한을 수행할 수 있다.

여기서, 상기 유동 제한은 배관(10)의 직경이 100㎜~120㎜인 경우에 약 13㎜로 설계한다.

한편, 상기 센서부(140)는 배관(10)의 기울기를 측정하는 가속도 센서(141)와, 로봇의 이동 거리를 측정하는 옵티컬 센서(142)로 구성된다.

먼저, 상기 가속도 센서(141)는 배관의 기울기에 대한 가속도 센서값을 실시간 측정하여 상기 제어부(151)로 전달하면, 상기 제어부(151)는 상기 가속도 센서값(배관의 기울기)에 따른 힘을 서보모터에 전달하여 서보모터가 제1 영구자석(111)과 제2 영구자석(112)을 이용한 바퀴(110)를 돌릴 수 있도록 한다.

이때, 상기 가속도 센서(141)는 도 5에 도시된 바와 같이 배관(10)의 한정된 공간에서 로봇이 이동하면서 배관의 기울기를 측정해야 하므로 3축 가속도 센서를 사용한다.

한편, 상기 제어 보드(150)는 도 6에 도시된 바와 같이, 로봇의 구동을 위한 모든 동작을 제어하는 제어부(151)와, 로봇의 이동거리, 속도, 배관의 기울기를 표시하는 LCD 표시창(152)과, 4개의 서보모터를 구동시키는 서보모터 연결부(153)와, 2개의 DC 모터(121)를 구동시키는 DC 모터 구동부(154)와, 가속도 센서(141) 및 옵티컬 센서를 구동시키는 가속도 센서 연결부(155) 및 옵티컬 센서 연결부(156)와, 시작 버튼(157)과 로봇의 전과 후진을 상황에 따라 선택할 수 있는 모드 선택 스위치(158)로 이루어진다.

여기서, 상기 제어부(151)는 모터를 구동시키고 옵티컬 센서(142)를 통해 DC 모터(121)의 피드백 제어를 하며, 배관의 기울기에 따른 자력 조절을 위해 가속도 센서(141)를 사용하여 서보모터를 조절한다.

또한, 상기 시작 버튼(157)은 전원이 인가되어도 구동되지 않게 하고, 모드 선택 스위치(158)를 통해 모드가 선택된 후에 로봇이 동작할 수 있도록 하여 오동작을 방지하도록 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇의 동작에 대해 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇은 배관의 지경이 100mm ~ 120mm의 수평관, 곡관, 수직관을 탐사할 수 있는 크기로 제한하고, 배관이 매우 소형이기 때문에 로봇 몸체 이외에는 외부에서 조작할 수 있는 시스템으로 한다.

로봇의 바퀴(110)는 배관의 기울기에 따라 유연하게 대처하면서 자동으로 자력을 조절할 수 있도록 2개의 영구자석(111, 112)을 이용하되, 가속도 센서(141)의 가속도 센서값을 통해 상기 영구자석(111, 112)의 각도를 조절하여 바퀴(110)와 배관(10)과의 접촉부에 자력을 온/오프 시킴으로써 자력이 필요하지 않은 구간에서는 자력이 흐르지 않게 하여, 모터의 부하를 줄일 수 있다.

그리고, 로봇의 배관 내 위치를 파악하기 위한 센서부(140)는 일반적으로 엔코더를 많이 사용하지만, 엔코더의 경우에 배관(10) 내에서 로봇이 미끄러질 경우 정확한 위치를 파악하기 어렵다. 따라서, 상기 엔코더를 대체 할 수 있는 옵티컬 센서(142)를 사용하여 연속적인 측정이 가능하고, 로봇이 미끄러지는 거리도 측정이 가능하므로 배관 내에서 현재 위치를 파악할 수 있다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 몸체 110 : 바퀴
111 : 제1 영구자석 112 : 제2 영구자석
113 : 자성체 114 : 비자성체
120 : 바퀴 연결부 121 : DC 모터
122 : 제1 기어부 123 : 아이들 기어
124 : 제2 기어부 130 : 완충부
131 : 스프링 132 : 케이스
140 : 센서부 141 : 가속도 센서
150 : 제어보드

Claims (11)

1. 몸체;
   탐사 대상이 되는 배관 내부를 촬영하도록 상기 몸체에 부착되는 카메라;
   상기 몸체에 회전가능하게 설치되고, 자력 조절이 가능하도록 자석부재로 형성된 복수의 바퀴;
   상기 복수의 바퀴에 연결되어 구동력을 제공하는 복수의 바퀴 연결부;
   상기 복수의 바퀴 연결부 사이에 설치되는 완충부;
   로봇의 자력 조절 및 이동 거리를 측정하는 센서부; 및
   상기 몸체에 삽입되어 로봇의 구동을 위한 제반 동작을 제어하는 제어 보드로 구성된 것을 특징으로 하는 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 바퀴는, 상기 센서부의 센서값을 통해 바퀴당 2개의 폴리와 1개의 타이밍 벨트를 연결하고, 1개의 서보 모터를 이용하여 회전력을 제공함으로써 상기 자석 부재의 각도를 변화시켜 자력 조절이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 바퀴의 자석 부재는 바퀴의 온/오프를 담당하는 제1 영구자석과, 바퀴와 바닥면 사이의 인력을 발생시키는 제2 영구자석으로 이루어지고,
   상기 제1 영구자석과 제2 영구자석의 사이에는 자력선의 통로 역할을 하는 자성체와, 자력선이 N극에서 S극으로 직접 들어가는 것을 방지하는 비자성체로 구성되는 것을 특징으로 하는 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 바퀴 연결부는,
   상기 바퀴 연결부를 관통하는 회전봉과,
   상기 바퀴의 자석 부재를 결합하는 부분에 설치되어 양단의 바퀴에 구동력을 제공하는 모터와,
   상기 모터에 부착된 제1 기어부와,
   상기 회전봉과 연결되어 상기 모터의 구동력을 전달받는 아이들 기어와,
   상기 바퀴의 측면에 부착된 제2 기어부로 구성된 것을 특징으로 하는 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제1 기어부와 제2 기어부는 상기 아이들 기어를 통해 토크의 감소 없이 1:1 비율로 토크를 전달하고, 상기 제1 기어부가 회전하면서 상기 아이들 기어가 회전하면 상기 제2 기어부가 회전되는 것을 특징으로 하는 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 모터는 DC 모터이고, 2개의 DC모터를 사용하여 1개의 DC 모터당 2개의 바퀴를 구동하도록 하는 것을 특징으로 하는 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 완충부는 스프링과, 상기 스프링이 내부에 장착되는 사각 실린더 모양의 케이스로 구성되고, 상기 스프링과 케이스를 조립한 후에 고정 핀을 조립하여 스프링 방향의 움직임을 일정한 거리로 제한하도록 설계하는 것을 특징으로 하는 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 완충부는 배관의 직경이 100㎜~120㎜인 경우에 유동 제한을 약 13㎜로 설계하는 것을 특징으로 하는 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 센서부는 배관의 기울기를 측정하는 가속도 센서로 구성된 것을 특징으로 하는 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇.
   
10. 제2항 또는 제9항에 있어서,
    상기 가속도 센서는 배관의 기울기에 대한 가속도 센서값을 실시간 측정하고, 상기 가속도 센서값을 통해 서보모터가 제어되도록 함으로써 자력 조절이 자동으로 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 제어 보드는,
    로봇의 구동을 위한 모든 동작을 제어하는 제어부와,
    로봇의 이동거리, 속도, 배관의 기울기를 표시하는 표시창과,
    서보모터를 구동시키는 서보모터 연결부와,
    DC 모터를 구동시키는 DC 모터 구동부와,
    가속도 센서 및 옵티컬 센서를 구동시키는 가속도 센서 연결부와,
    시작 버튼과 로봇의 전과 후진을 상황에 따라 선택할 수 있는 모드 선택 스위치로 이루어진 것을 특징으로 하는 자력 조절이 가능한 배관 탐사용 이동 로봇.

Images