KR20170015048A

KR20170015048A - 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇

Info

Publication number: KR20170015048A
Application number: KR1020150138365A
Authority: KR
Inventors: 심재홍; 유창욱; 신인철; 남태현
Original assignee: 한국산업기술대학교산학협력단
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-10-01
Publication date: 2017-02-08
Also published as: KR101741664B1

Abstract

파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇은 파이프의 크기에 따라 링크 구조로 접히고 펼쳐짐으로 로봇의 크기를 가변하고, 근접 감지 센서에 의해 보조바퀴의 접촉 여부를 검출하여 로봇의 크기를 제한함으로써 로봇 파손을 방지하며 파이프의 크기 변화에 상관없이 파이프의 내부 탐사가 가능한 효과가 있다.

Description

파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇{Variable Robot for Searching Pipe}

본 발명은 파이프 지형 탐사 탐색용 가변용 로봇에 관한 것으로서, 파이프의 크기에 따라 링크 구조로 접히고 펼쳐짐으로 로봇의 크기를 가변하고, 근접 감지 센서에 의해 바퀴의 접촉 여부를 검출하여 로봇의 크기를 제한함으로써 로봇 파손을 방지하며 파이프의 크기 변화에 상관없이 파이프의 내부 탐사가 가능한 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇에 관한 것이다.

일반적으로 여러 산업 분야에서 다양한 형태의 배관이 사용된다. 이러한 배관은 물, 유류, 액화가스 또는 그와 유사한 종류의 유체를 이송시키는데 매우 적합하다. 이와 같은 배관은 상하수도관, 도시가스관, 석유화학공장의 플랜트관 등과 같이 다양한 분야에서 사용되고 있다.

가연성이나 유독성 물질이 내부를 흐르는 배관에서는 배관의 파손에 의하여 인명 및 재산의 손실이 크게 발생할 수 있다.

통상적으로 배관은 설치된 후 시간이 흐름에 따라 배관의 노화나 부식으로 인하여 틈이 생기거나 공사 등으로 인한 외부 충격으로 배관에 손상이 발생할 수 있으며, 이는 대형사고의 원인으로 작용할 수도 있다.

따라서, 배관이 시공된 후 운용시에는 수시로 또는 일정 기간마다 배관의 내부 상태 및 균열 여부를 확인하여 사고 발생을 예방하도록 유지보수작업이 필요하다. 유지보수작업은 배관 주변의 시설물들로 인하여 점검하려는 배관에 접근이 어렵고, 배관이 땅속에 매설 되어있는 경우 배관에 접근이 불가능하므로 막대한 비용과 인력이 소요된다.

이러한 이유로 배관 내부의 점검을 위해서는 배관 내부를 이동하면서 배관의 상태를 촬영하여 배관의 내부 상태 및 이상 여부를 외부에서 점검할 수 있는 배관 검사용 로봇이 개발되고 있다.

현재까지 배관 검사용 로봇은 배관의 크기가 일정한 형태를 가정하거나 센서의 값 오차가 없음을 가정하여 배관의 내부 상태 및 이상 여부를 측정해왔다.

그러나 실제적으로 현장의 배관은 내경도 일정하지 않으며 이물질, 진흙 등에 의해 적외선 센서 등의 감지가 불가능한 경우도 자주 발생된다.

따라서, 배관 검사용 로봇은 바퀴가 배관의 내부를 따라 이동하게 되며 배관의 내부면과 바퀴의 접촉 여부에 따라 배관 검사 데이터의 오차가 많이 발생된다.

로봇은 바퀴가 배관의 내부면에 접촉하는지 여부를 판단하기 위해서 현재까지 모터 내부의 샤프트 축의 부하를 측정하거나 바퀴 내부의 압력을 측정하는 압력 센서를 이용하거나 로드셀, 스트레인 게이지를 이용하는 방법을 사용하였다.

이러한 배관 검사용 로봇은 좋은 성능의 모터를 사용하므로 로봇의 가격이 극단적으로 상승하고 로봇의 무게를 크게 증가시켜 수직 상승, 하강 등 로봇 이동이 부자연스럽기 때문에 검사 장비로 역할에 미진한 부분이 있다.

배관 검사용 로봇은 배관 내부의 내경이 일정치 않아 배관 검사 데이터의 오차가 발생하고, 배관 내부의 이물질로 인하여 배관 내측면에 바퀴의 접촉을 감지하기가 어려우며, 이로 인해 배관 내부의 탐사, 탐색이 곤란하거나 불가능한 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 파이프의 크기에 따라 링크 구조로 접히고 펼쳐짐으로 로봇의 크기를 가변하고, 근접 감지 센서에 의해 바퀴의 접촉 여부를 검출하여 로봇의 크기를 제한함으로써 로봇 파손을 방지하며 파이프의 크기 변화에 상관없이 파이프의 내부 탐사가 가능한 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇은,

일정 두께로 형성된 전면판(106)과 후면판(101)이 서로 일정 거리 이격되어 상기 전면판(106)과 상기 후면판(101)을 길이 방향의 기둥부(105)로 연결하는 로봇바디;

상기 후면판(101)의 일측에 결합되어 중심부에 로드 구동모터(115)가 설치된 고정브라켓(120);

상기 로드 구동모터(115)에 축 결합되어 회전 구동되고 외주면에 수나사가 형성되는 길이 방향의 스크류로드(104);

중심부에 상기 스크류로드(104)가 관통하여 지나가도록 관통홈이 형성되고 상기 스크류로드(104)의 수나사에 맞물려 결합되도록 상기 관통홈의 내주면에 암나사가 형성되는 이동브라켓(140);

상기 스크류로드(104)의 둘레 방향을 따라 배치되며, 일측 단부가 상기 고정브라켓(120)의 외주면에 돌출된 끼움부재(122, 124, 125)에 회전 가능하게 힌지 결합되는 연결링크(130, 132, 134);

상기 연결링크(130, 132, 134)의 중간 지점에 일측 단부가 힌지 결합되고, 타측 단부가 상기 이동브라켓(140)의 외주면에 돌출된 결합부재(142, 144, 146)에 회전 가능하게 힌지 결합되는 보조링크(150, 152, 154);

상기 연결링크(130, 132, 134)의 타측 단부의 일면에 각각 장착되고, 상기 파이프(107)의 내주면에 접촉되는 주행바퀴(156);

상기 연결링크(130, 132, 134)의 타측 단부의 타면으로 상기 주행바퀴(156)와 축 결합되어 상기 주행바퀴(156)를 회전시키고, 상부 일측에 근접한 물체의 접촉 여부를 검출하는 근접 감지 센서(162)를 부착하는 바퀴 구동모터(157); 및

일측 끝단에 보조바퀴(160)가 결합되고, 상기 바퀴 구동모터(157)의 일측에 결합되어 복원력이 있는 막대 형태의 탄성지지대(161)를 포함하며, 상기 파이프(107)의 내부로 진입시 물체에 접촉하게 되면 상기 보조바퀴(160), 상기 주행바퀴(156)의 순으로 접촉되며, 상기 스크류로드(104)의 회전 방향에 따라 상기 이동브라켓(140)이 전진하거나 후진하면서 상기 연결링크(130, 132, 134)와 상기 보조링크(150, 152, 154)가 접혀졌다가 펼쳐지면서 전체 크기가 변화되는 것을 특징으로 한다.

전술한 구성에 의하여, 본 발명은 파이프의 내부 크기 변화에 상관없이 파이프의 내부 탐사가 가능한 효과가 있다.

본 발명은 파이프의 크기에 따라 링크 구조로 접히고 펼쳐짐으로 로봇의 크기를 자유롭게 가변이 가능하여 파이프의 이동을 용이하게 하는 효과가 있다.

본 발명은 바퀴의 접촉 여부를 근접 감지 센서로 구현하여 바퀴가 접촉되지 않아서 데이터 오류가 발생되는 문제점을 방지하는 효과가 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇을 나타낸 정면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동브라켓과 고정브라켓을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보조바퀴의 이동 모습을 나타낸 도면이다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇을 나타낸 정면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이동브라켓과 고정브라켓을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 보조바퀴의 이동 모습을 나타낸 도면이다.

본 발명의 실시예에 따른 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇(100)은 로봇바디, 전원공급부(102), 제어모듈(103) 및 스크류로드(104)를 포함한다.

로봇바디는 일정 두께로 형성된 전면판(106)과 후면판(101)이 서로 일정 거리 이격되어 전면판(106)과 후면판(101)을 길이 방향의 기둥부(105)로 연결한다.

기둥부(105)는 전면판(106)과 후면판(101)의 사이를 연결하고, 스크류로드(104)를 중간 지점에 두고 스크류로드(104)를 기준으로 상부와 하부 지점에서 2개씩의 길이 방향의 기둥부(105)가 스크류로드(104)보다 길게 연장되어 구성된다.

전면판(106)은 전면 중심부에 카메라모듈(110)이 설치되며, 카메라모듈(110)의 전후 좌우면에는 각각 적외선 센서(111, 112, 113, 114)가 설치되어 있다.

카메라모듈(110)은 파이프(107)의 내경의 영상을 촬영하여 영상 정보를 외부에 연결된 영상 분석 장치로 전송한다. 영상 분석 장치는 파이프(107)의 내경의 영상을 히스토그램 비교 알고리즘 등을 통해 분석하여 파이프(107) 내부의 이상 유무를 판단하게 된다.

이는 본 발명의 주요한 특징이 아니며 영상 분석은 공지된 기술로 상세한 설명을 생략한다.

제어모듈(103)은 전면부에 고정브라켓(120)이 설치되고, 고정브라켓(120)은 중심부에 형성된 관통구에 스크류로드(104)를 양쪽 방향으로 회전시킬 수 있는 로드 구동모터(115)가 끼워져 설치된다. 고정브라켓(120)은 로드 구동모터(115)가 끼워지는 관통구를 구비한 원형의 고정몸체(121)와, 고정몸체(121)의 원형 테두리를 따라 등간격으로 6개의 끼움부재(122, 123, 124, 125, 126, 127)가 형성된다.

각각의 끼움부재(122, 123, 124, 125, 126, 127)는 고정몸체(121)의 원형 테두리를 따라 60°간격마다 서로 이격되어 방사상으로 배치되며, 제1 끼움부재(122), 제2 끼움부재(123), 제3 끼움부재(124), 제4 끼움부재(125), 제5 끼움부재(126) 및 제6 끼움부재(127)를 포함한다.

각각의 끼움부재(122, 123, 124, 125, 126, 127)는 원형의 고정몸체(121)의 외주면으로부터 일정 길이로 돌출된 막대부재이고, 막대부재가 일정 거리 이격되어 서로 대향되어 한 쌍으로 형성되며, 막대부재와 막대부재의 사이의 이격된 공간에 연결링크가 끼워져 한 쌍의 막대부재와 연결링크(130, 132, 134) 또는 보조링크(151, 153, 155)가 일체형으로 연결부재에 의해 관통하여 힌지 결합된다.

다시 말해, 고정브라켓(120)은 원형의 고정몸체(121)와, 고정몸체(121)의 원형 테두리에서 12시 방향에 형성된 제1 끼움부재(122)와, 제1 끼움부재(122)로부터 시계 방향으로 60°간격마다 서로 이격되어 제2 끼움부재(123), 제3 끼움부재(124), 제4 끼움부재(125), 제5 끼움부재(126) 및 제6 끼움부재(127)가 돌출되고,

로드 구동모터(115)는 중심부에 길이 방향으로 스크류로드(104)가 설치된다.

스크류로드(104)의 일측에는 이동브라켓(140)이 나사 결합되어 있으며 이동브라켓(140)은 스크류로드(104) 중에서 카메라모듈(110)과 로드 구동모터(115)의 사이에 위치된다.

이동브라켓(140)은 중심부에 스크류로드(104)가 관통하여 지나가도록 관통홈이 형성되고, 스크류로드(104)의 외주면에 형성된 수나사와 맞물려 결합되도록 관통홈의 내주면에 암나사가 형성되어 있다.

따라서, 이동브라켓(140)은 로드 구동모터(115)에 의해 스크류로드(104)가 회전하게 되면, 전진하거나 후진하게 된다.

이동브라켓(140)은 중심부에 관통홈이 형성된 원형의 브라켓몸체(141)와, 브라켓몸체(141)의 원형 테두리를 따라 등간격으로 6개의 결합부재(142, 143, 144, 145, 146, 147)가 형성된다.

각각의 결합부재(142, 143, 144, 145, 146, 147)는 브라켓몸체(141)의 원형 테두리를 따라 60°간격마다 서로 이격되어 방사상으로 배치되며, 제1 결합부재(142), 제2 결합부재(143), 제3 결합부재(144), 제4 결합부재(145), 제5 결합부재(146) 및 제6 결합부재(147)를 포함한다.

각각의 결합부재(142, 143, 144, 145, 146, 147)는 브라켓몸체(141)의 원형 테두리를 따라 60°간격마다 서로 이격되어 배치되고, 원형의 브라켓몸체(141)의 외주면으로부터 일정 길이로 돌출된 막대부재이고, 막대부재가 일정 거리 이격되어 서로 대향되어 한 쌍으로 형성되며, 막대부재와 막대부재의 사이의 이격된 공간에 보조링크(150, 152, 154) 또는 연결링크(131, 133, 135)가 일체형으로 연결부재에 의해 관통하여 힌지 결합된다.

다시 말해, 이동브라켓(140)은 원형의 브라켓몸체(141)와, 상기 브라켓몸체(141)의 원형 테두리에서 12시 방향에 형성된 제1 결합부재(142)와 제1 결합부재(142)로부터 시계 방향으로 60°간격마다 서로 이격되어 제2 결합부재(143), 제3 결합부재(144), 제4 결합부재(145), 제5 결합부재(146) 및 제6 결합부재(147)가 돌출된다.

제1 끼움부재(122), 제3 끼움부재(124) 및 제5 끼움부재(126)는 제1 연결링크(130), 제3 연결링크(132), 제5 연결링크(134)의 일측 단부가 회전 가능하게 각각 힌지 결합되고, 제1 연결링크(130), 제3 연결링크(132), 제5 연결링크(134)의 타측 단부에 주행바퀴(156)가 각각 결합된다.

제1 결합부재(142), 제3 결합부재(144) 및 제5 결합부재(146)는 제1 보조링크(150), 제3 보조링크(152), 제5 보조링크(154)의 일측 단부가 회전 가능하게 각각 결합되고, 제1 보조링크(150), 제3 보조링크(152), 제5 보조링크(154)의 타측 단부가 각각의 제1 연결링크(130), 제3 연결링크(132), 제5 연결링크(134)의 중간 지점에 각각 힌지 결합된다.

제2 결합부재(143), 제4 결합부재(145) 및 제6 결합부재(147)는 제2 연결링크(131), 제4 연결링크(133), 제6 연결링크(135)의 일측 단부가 회전 가능하게 각각 힌지 결합되고, 제2 연결링크(131), 제4 연결링크(133), 제6 연결링크(135)의 타측 단부에 주행바퀴(156)가 각각 결합된다.

제2 끼움부재(123), 제4 끼움부재(125) 및 제6 끼움부재(127)는 제2 보조링크(151), 제4 보조링크(153), 제6 보조링크(155)의 일측 단부가 회전 가능하게 각각 결합되고, 제2 보조링크(151), 제4 보조링크(153), 제6 보조링크(155)의 타측 단부가 각각의 제2 연결링크(131), 제4 연결링크(133), 제6 연결링크(135)의 중간 지점에 각각 힌지 결합된다.

보조링크(150, 151, 152, 153, 154, 155)는 일정한 두께의 직사각형 막대부재를 2개를 연결하여 구성되고 각각의 막대부재가 연결되는 지점에 피스 또는 회전 가능한 연결부재로 결합시킨다.

연결링크(130, 131, 132, 133, 134, 135)의 타측 끝단은 일면에 파이프(107)의 내주면에 접촉되는 주행바퀴(156)가 장착되며, 타면에 주행바퀴(156)와 축 결합되어 주행바퀴(156)를 회전시키는 바퀴 구동모터(157)가 결합된다.

연결링크(130, 131, 132, 133, 134, 135)는 보조링크(150, 151, 152, 153, 154, 155)에 비해 폭이나 길이가 더 길다.

연결링크(130, 131, 132, 133, 134, 135)는 일단에서 주행바퀴(156)가 결합된 타측으로 갈수록 폭이 넓어지다가 바퀴 구동모터(157)가 결합되는 부분에서 직사각형 형태를 형성한다.

제1 연결링크(130), 제3 연결링크(132) 및 제5 연결링크(134)에 설치된 바퀴 구동모터(157)는 일면에 복원력으로 원래 형태로 되돌아가는 기능이 있는 막대 형태의 탄성지지대(161)가 설치되며, 상면에 근접 감지 센서(162)를 장착한다.

탄성지지대(161)는 일측 끝단 부분에 보조바퀴(160)가 설치되며, 보조바퀴(160)와 근접하고 근접 감지 센서(162)와 나란하게 평행한 위치인 탄성지지대(161)의 둘레를 은박지부재(163)로 감아서 근접 감지 센서(162)가 동작하지 못하도록 한다.

로봇(100)이 파이프(107)의 내부에 진입시 파이프(107)의 물체에 접촉하게 되면 보조바퀴(160)가 먼저 접촉하고 주행바퀴(156)가 접촉하게 된다. 따라서, 보조바퀴(160)는 주행바퀴(156)보다 파이프(107)의 내주면에 더 가깝도록 높이를 주행바퀴(156)와 다르게 하여 설치된다.

제어모듈(103)은 로드 구동모터(115)를 작동시켜 스크류로드(104)를 회전시키면, 이동브라켓(140)이 스크류로드(104)를 따라 전진하거나 후진되고 이에 따라 보조링크(150, 151, 152, 153, 154, 155)와 연결링크(130, 131, 132, 133, 134, 135)가 고정브라켓(120)의 끼움부재와 이동브라켓(140)의 결합부재에서 회전하여 보조링크와 연결링크가 일정한 각도로 접히거나 펼쳐진다. 즉, 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇(100)은 전체 크기가 변화하게 된다.

도 1 내지 도 6을 참조하여 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇(100)이 파이프(107)의 내부로 진입하여 파이프 지형의 탐사 및 탐색하는 과정을 상세하게 설명한다.

먼저, 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇(100)은 보조링크와 연결링크가 접힌 상태로 파이프(107)의 내부로 진입하게 되면, 로봇(100)의 전면부에 설치된 상하좌우 4개의 적외선 센서(111, 112, 113, 114)를 이용하여 파이프(107)의 상하좌우의 거리정보를 측정하여 제어모듈(103)로 전송한다.

제어모듈(103)은 파이프(107)의 상하좌우의 거리정보의 합산치를 이용하여 파이프(107)의 내경을 계산한다. 적외선 센서(111, 112, 113, 114)에 의해 거리정보를 이용하여 파이프(107)의 내경을 계산하는 것은 공지된 내용으로 상세한 설명을 생략한다.

제어모듈(103)은 기설정된 로봇(100)의 크기와 계산된 파이프(107)의 내경을 비교한 차이값에 따라 로드 구동모터(115)를 제어하여 스크류로드(104)를 회전시킨다. 여기서, 기설정된 초기 로봇(100)의 크기는 로봇(100)의 최외각(보조바퀴(160), 주행바퀴(156) 등)을 기준으로 가상의 원을 그렸다고 가정했을 때 가상의 원의 직경을 나타낸다.

로드 구동모터(115)는 최대 6RPM으로 회전하며, 로봇(100)의 전체 크기는 1회전당 0.42cm씩 증감된다.

제어모듈(103)은 로드 구동모터(115)의 회전에 따라 스크류로드(104)의 피치에 맞추어 이동브라켓(140)이 전진과 후진하며, 보조링크(150, 151, 152, 153, 154, 155)과 연결링크(130, 131, 132, 133, 134, 135)의 접힘과 펴침에 따라 로봇(100)의 크기가 변화된다.

그러나 적외선 센서(111, 112, 113, 114)의 오차로 인하여 파이프(107)의 내경 크기를 잘못 계산하여 실제 파이프(107)의 내경 크기보다 로봇(100)의 크기를 크게 설정한 경우, 보조링크(150, 151, 152, 153, 154, 155)와 연결링크(130, 131, 132, 133, 134, 135)에 부하가 걸려 로봇(100)이 파손될 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 로봇(100)은 보조바퀴(160)가 주행바퀴(156)보다 파이프(107)의 내주면에 더 가깝게 배치되어 있기 때문에 파이프(107)의 내주면에 먼저 접촉한 후 주행바퀴(156)의 순으로 접촉하게 된다.

보조바퀴(160)가 파이프(107)의 내주면이나 물체에 접촉하게 되면, 이에 따라 보조바퀴(160)가 탄성지지대(161)의 회전축(164)을 기준으로 일정 각도로 회전하여 근접 감지 센서(162)를 가리고 있던 탄성지지대(161)의 은박지부재(163)가 이동되어 근접 감지 센서(162)가 온 상태로 동작된다. 이어서, 근접 감지 센서(162)는 온 동작하여 파이프(107)의 내주면의 접촉 여부를 검출하게 된다. 근접 감지 센서(162)는 1mm 이내의 접촉점을 감지하도록 설계된다.

다른 실시예로서, 보조바퀴(160)가 파이프(107)의 내부에서 물체에 접촉하게 되면, 이에 따라 보조바퀴(160)가 탄성지지대(161)의 회전축(164)을 기준으로 일정 각도로 회전하여 주행바퀴(156)와 보조바퀴(160)의 접촉점이 한 곳의 수평선에 존재하는 경우 근접 감지 센서(162)가 온 상태로 동작하여 파이프(107)의 내주면의 접촉 여부를 검출하게 된다.

제어모듈(103)은 보조바퀴(160)의 이동에 의해 근접 감지 센서(162)가 접촉 정보를 검출하게 되면, 로드 구동모터(115)를 오프시켜 스크류로드(104)의 회전을 정지시킨다.

이로 인하여 로봇(100)의 크기를 제한하여 로봇(100)의 파손을 방지할 수 있게 된다.

또한, 로봇(100)의 적외선 센서(111, 112, 113, 114)의 문제(고장, 진흙 등 이물질)로 파이프(107)의 내경 측정이 불가능한 경우, 파이프(107)의 내경 측정 또는 파이프 내경의 크기 변화를 로봇(100)에 설치된 보조바퀴(160), 근접 감지 센서(162)의 접촉 상태로 파이프(107)의 내경을 측정할 수 있다.

로봇(100)은 적외선 센서(111, 112, 113, 114)에 의해 파이프(107)의 내경 측정 또는 파이프(107)의 내경의 크기 변화를 측정하지 않는 경우, 제어모듈(103)은 로드 구동모터(115)를 동작시켜 스크류로드(104)를 회전시키면 접혀져 있는 보조링크와 연결링크를 펼치게 된다.

제어모듈(103)은 보조링크와 연결링크를 펼쳐서 로봇(100)의 크기를 키우면서 보조바퀴(160)가 물체에 접촉하여 회전하게 되고 근접 감지 센서(162)에 의해 접촉 정보를 검출하게 되면 로드 구동모터(115)를 정지시킨다.

이때, 제어모듈(103)은 로봇(100)의 크기를 키우는 과정에서 6RPM(분당 6바퀴)의 회전속도를 가진 로드 구동모터(115)를 사용하고, 1바퀴 회전당 0.42cm의 로봇(100)의 크기 변화를 알고 있으므로 기설정된 초기 로봇(100)의 크기에서 현재 로봇(100)의 크기를 비교하여 파이프(107)의 내경 크기를 측정할 수 있게 된다.

만약 로봇(100)은 적외선 센서(111, 112, 113, 114)가 동작하지 않거나 구성하지 않는 경우에도 보조바퀴(160)와 근접 감지 센서(162)를 이용하여 파이프(107)의 내경을 측정할 수도 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 가변형 로봇 101: 후면판
102: 전원공급부 103: 제어모듈
104: 스크류로드 105: 기둥부
106: 전면판 107: 파이프
110: 카메라모듈 111, 112, 113, 114: 적외선 센서
115: 로드 구동모터 120: 고정브라켓
121: 고정몸체 122: 제1 끼움부재
123: 제2 끼움부재 124: 제3 끼움부재
125: 제4 끼움부재 126: 제5 끼움부재
127: 제6 끼움부재 130: 제1 연결링크
131: 제2 연결링크 132: 제3 연결링크
133: 제4 연결링크 134: 제5 연결링크
135: 제6 연결링크 140: 이동브라켓
141: 브라켓몸체 142: 제1 결합부재
143: 제2 결합부재 144: 제3 결합부재
145: 제4 결합부재 146: 제5 결합부재
147: 제6 결합부재 150: 제1 보조링크
151: 제2 보조링크 152: 제3 보조링크
153: 제4 보조링크 154: 제5 보조링크
155: 제6 보조링크 156: 주행바퀴
157: 바퀴 구동모터 160: 보조바퀴
161: 탄성지지대 162: 근접 감지 센서
163: 은박지부재 164: 회전축

Claims

파이프(107)의 내부에 삽입되어 이동하면서 파이프(107)의 내부의 이상 유무를 측정하는 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇에 있어서,
일정 두께로 형성된 전면판(106)과 후면판(101)이 서로 일정 거리 이격되어 상기 전면판(106)과 상기 후면판(101)을 길이 방향의 기둥부(105)로 연결하는 로봇바디;
상기 후면판(101)의 일측에 결합되어 중심부에 로드 구동모터(115)가 설치된 고정브라켓(120);
상기 로드 구동모터(115)에 축 결합되어 회전 구동되고 외주면에 수나사가 형성되는 길이 방향의 스크류로드(104);
중심부에 상기 스크류로드(104)가 관통하여 지나가도록 관통홈이 형성되고 상기 스크류로드(104)의 수나사에 맞물려 결합되도록 상기 관통홈의 내주면에 암나사가 형성되는 이동브라켓(140);
상기 스크류로드(104)의 둘레 방향을 따라 배치되며, 일측 단부가 상기 고정브라켓(120)의 외주면에 돌출된 끼움부재(122, 124, 125)에 회전 가능하게 힌지 결합되는 연결링크(130, 132, 134);
상기 연결링크(130, 132, 134)의 중간 지점에 일측 단부가 힌지 결합되고, 타측 단부가 상기 이동브라켓(140)의 외주면에 돌출된 결합부재(142, 144, 146)에 회전 가능하게 힌지 결합되는 보조링크(150, 152, 154);
상기 연결링크(130, 132, 134)의 타측 단부의 일면에 각각 장착되고, 상기 파이프(107)의 내주면에 접촉되는 주행바퀴(156);
상기 연결링크(130, 132, 134)의 타측 단부의 타면으로 상기 주행바퀴(156)와 축 결합되어 상기 주행바퀴(156)를 회전시키고, 상부 일측에 근접한 물체의 접촉 여부를 검출하는 근접 감지 센서(162)를 부착하는 바퀴 구동모터(157); 및
일측 끝단에 보조바퀴(160)가 결합되고, 상기 바퀴 구동모터(157)의 일측에 결합되어 복원력이 있는 막대 형태의 탄성지지대(161)를 포함하며, 상기 파이프(107)의 내부로 진입시 물체에 접촉하게 되면 상기 보조바퀴(160), 상기 주행바퀴(156)의 순으로 접촉되며, 상기 스크류로드(104)의 회전 방향에 따라 상기 이동브라켓(140)이 전진하거나 후진하면서 상기 연결링크(130, 132, 134)와 상기 보조링크(150, 152, 154)가 접혀졌다가 펼쳐지면서 전체 크기가 변화되는 것을 특징으로 하는 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 탄성지지대(161)는 상기 보조바퀴(160)와 근접하고 상기 근접 감지 센서(162)와 나란하게 평행한 위치인 상기 탄성지지대(161)의 둘레를 은박지부재(163)로 감아서 상기 근접 감지 센서(162)가 상기 은박지부재(163)에 가려져서 상기 근접 감지 센서(162)의 오프 상태를 유지하고, 상기 보조바퀴(160)가 상기 파이프(107)의 내부로 진입시 물체에 접촉하는 경우, 상기 탄성지지대(161)의 회전축(164)을 기준으로 일정 각도로 회전하여 상기 근접 감지 센서(162)가 온 상태로 동작하여 물체의 접촉 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 보조바퀴(160)는 상기 주행바퀴(156)보다 상기 파이프(107)의 내주면에 더 가깝도록 상기 주행바퀴(156)와 높이를 다르게 하여 설치되는 것을 특징으로 하는 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 보조바퀴(160)가 상기 파이프(107)의 내부로 진입시 물체에 접촉하는 경우, 상기 탄성지지대(161)의 회전축(164)을 기준으로 일정 각도로 회전하여 상기 주행바퀴(156)와 상기 보조바퀴(160)의 접촉점이 한 곳의 수평선에 존재하는 경우, 상기 근접 감지 센서(162)가 온 상태로 동작하여 물체의 접촉 여부를 검출하는 것을 특징으로 하는 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 고정브라켓(120)은 원형의 고정몸체(121)와, 상기 고정몸체(121)의 원형 테두리에서 12시 방향에 형성된 제1 끼움부재(122)와, 상기 제1 끼움부재(122)로부터 시계 방향으로 60°간격마다 서로 이격되어 제2 끼움부재(123), 제3 끼움부재(124), 제4 끼움부재(125), 제5 끼움부재(126) 및 제6 끼움부재(127)가 돌출되고, 상기 이동브라켓(140)은 원형의 브라켓몸체(141)와, 상기 브라켓몸체(141)의 원형 테두리에서 12시 방향에 형성된 제1 결합부재(142)와 상기 제1 결합부재(142)로부터 시계 방향으로 60°간격마다 서로 이격되어 제1 결합부재(142), 제2 결합부재(143), 제3 결합부재(144), 제4 결합부재(145), 제5 결합부재(146) 및 제6 결합부재(147)가 돌출되는 것을 특징으로 하는 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 연결링크(130, 131, 132, 133, 134, 135)가 상기 보조링크(150, 151, 152, 153, 154, 155)보다 폭이 크고 길이가 길며,
상기 제1 끼움부재(122), 상기 제3 끼움부재(124) 및 상기 제5 끼움부재(126)는 상기 연결링크(130, 132, 134)의 일측 단부가 회전 가능하게 각각 힌지 결합되고, 상기 연결링크(130, 132, 134)의 타측 단부에 상기 주행바퀴(156)가 각각 결합되며, 상기 제1 결합부재(142), 상기 제3 결합부재(144) 및 상기 제5 결합부재(146)는 상기 보조링크(150, 152, 154)의 일측 단부가 회전 가능하게 각각 결합되고, 상기 보조링크(150, 152, 154)의 타측 단부가 상기 각각의 연결링크(130, 132, 134)의 중간 지점에 각각 힌지 결합되며,
상기 제2 결합부재(143), 상기 제4 결합부재(145) 및 상기 제6 결합부재(147)는 상기 연결링크(131, 133, 135)의 일측 단부가 회전 가능하게 각각 힌지 결합되고, 상기 연결링크(131, 133, 135)의 타측 단부에 상기 주행바퀴(156)가 각각 결합되며, 상기 제2 끼움부재(123), 상기 제4 끼움부재(125) 및 상기 제6 끼움부재(127)는 상기 보조링크(151, 153, 155)의 일측 단부가 회전 가능하게 각각 결합되고, 상기 보조링크(151, 153, 155)의 타측 단부가 상기 각각의 연결링크(131, 133, 135)의 중간 지점에 각각 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇.
제6항에 있어서,
상기 제1 끼움부재(122), 상기 제3 끼움부재(124) 및 상기 제5 끼움부재(126)에 각각 힌지 결합된 연결링크의 타측 단부에는 상기 주행바퀴(156), 상기 근접 감지 센서(162), 상기 바퀴 구동모터(157), 상기 탄성지지대(161), 상기 보조바퀴(160)가 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 전면판(106)의 전면 중심부에 카메라모듈(110)을 장착하고, 상기 전면판(106)의 상하좌우에 각각 적외선 센서(111, 112, 113, 114)를 설치하며, 상기 파이프(107)의 내부로 진입시 상기 4개의 적외선 센서(111, 112, 113, 114)를 이용하여 상기 파이프(107)의 상하좌우의 거리정보를 측정하여 상기 파이프(107)의 내경을 계산하는 제어모듈(103)을 더 포함하며, 상기 제어모듈(103)은 기설정된 로봇의 크기와 상기 계산된 파이프(107)의 내경을 비교한 차이값에 따라 상기 로드 구동모터(115)를 제어하여 상기 스크류로드(104)를 회전시켜 상기 이동브라켓(140)이 전진과 후진하면서 전체 크기를 변화시키며, 상기 로드 구동모터(115)는 분당 6바퀴인 6RPM의 회전 속도를 가지고 1바퀴 회전당 0.42cm의 로봇의 전체 크기를 증감되는 것을 특징으로 하는 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇.
제1항에 있어서,
상기 로드 구동모터(115)를 동작시켜 상기 스크류로드(104)를 회전시켜 상기 보조링크와 연결링크를 펼쳐서 상기 보조바퀴(160)가 물체에 접촉하는 경우, 상기 탄성지지대(161)의 회전축(164)을 기준으로 일정 각도로 회전하여 상기 근접 감지 센서(162)가 온 상태로 동작하여 물체의 접촉 여부를 검출하며 상기 근접 감지 센서(162)에 의해 물체의 접촉 정보가 검출되면 상기 로드 구동모터(115)를 정지시키도록 제어하는 제어모듈(103)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇.
파이프(107)의 내부에 삽입되어 이동하면서 파이프(107)의 내부의 이상 유무를 측정하는 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇에 있어서,
일정 두께로 형성된 전면판(106)과 후면판(101)이 서로 일정 거리 이격되어 상기 전면판(106)과 상기 후면판(101)을 길이 방향의 기둥부(105)로 연결하는 로봇바디;
상기 후면판(101)의 일측에 결합되어 중심부에 로드 구동모터(115)가 설치된 고정브라켓(120);
상기 로드 구동모터(115)의 외주면에 수나사가 형성되는 길이 방향의 스크류로드(104);
중심부에 상기 스크류로드(104)가 관통하여 지나가도록 관통홈이 형성되고 상기 스크류로드(104)의 수나사에 맞물려 결합되도록 상기 관통홈의 내주면에 암나사가 형성되는 이동브라켓(140);
상기 스크류로드(104)의 둘레 방향을 따라 배치되며, 일측 단부가 상기 고정브라켓(120)의 외주면에 돌출된 끼움부재(122, 124, 125)에 회전 가능하게 힌지 결합되는 연결링크(130, 132, 134);
상기 연결링크(130, 132, 134)의 중간 지점에 일측 단부가 힌지 결합되고, 타측 단부가 상기 이동브라켓(140)의 외주면에 돌출된 결합부재(142, 144, 146)에 회전 가능하게 힌지 결합되는 보조링크(150, 152, 154);
상기 연결링크(130, 132, 134)의 타측 단부의 일면에 각각 장착되고, 상기 파이프(107)의 내주면에 접촉되는 주행바퀴(156); 및
상기 연결링크(130, 132, 134)의 타측 단부의 타면으로 상기 주행바퀴(156)와 축 결합되어 상기 주행바퀴(156)를 회전시키는 바퀴 구동모터(157)를 포함하며, 상기 스크류로드(104)의 회전 방향에 따라 상기 이동브라켓(140)이 전진하거나 후진하면서 상기 연결링크(130, 132, 134)와 상기 보조링크(150, 152, 154)가 접혀졌다가 펼쳐지면서 전체 크기가 변화되는 것을 특징으로 하는 파이프 지형 탐사 탐색용 가변형 로봇.