KR20170112311A - Robot for pipeline - Google Patents

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KR20170112311A
KR20170112311A KR1020160039200A KR20160039200A KR20170112311A KR 20170112311 A KR20170112311 A KR 20170112311A KR 1020160039200 A KR1020160039200 A KR 1020160039200A KR 20160039200 A KR20160039200 A KR 20160039200A KR 20170112311 A KR20170112311 A KR 20170112311A
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박경웅
김종필
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

배관용 로봇이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 배관용 로봇은 다수의 배관 유니트가 결합된 배관을 따라 주행하는 로봇으로서, 상기 다수의 배관 유니트 중 하나인 제 1 배관 유니트를 따라 주행하는 주행 모듈; 상기 제 1 배관 유니트의 전방에 이웃하여 연결된 제 2 배관 유니트로 라인 패턴 레이저를 조사하고, 조사 방향으로 연장된 회전축을 중심으로 회전하도록 상기 주행 모듈에 설치되는 레이저 모듈; 상기 주행 모듈에 설치되고, 상기 레이저 모듈이 회전하며 상기 라인 패턴 레이저를 조사할 때 상기 제 2 배관 유니트 내에 형성된 패턴 이미지를 연속하여 촬영하여 영상데이터를 생성하는 카메라 모듈; 및 상기 영상데이터를 구성하는 모든 프레임의 패턴 이미지를 분석하여 상기 제 2 배관 유니트의 형상을 예측하는 제어부를 포함한다.A piping robot is disclosed. A robot for piping according to an embodiment of the present invention includes: a traveling module that travels along a first piping unit, which is one of the plurality of piping units, that runs along a piping to which a plurality of piping units are coupled; A laser module mounted on the traveling module to irradiate a line pattern laser to a second piping unit connected to the front of the first piping unit and to rotate about a rotation axis extending in an irradiation direction; A camera module installed in the traveling module and continuously photographing a pattern image formed in the second piping unit when the laser module rotates and irradiates the line pattern laser to generate image data; And a controller for analyzing pattern images of all the frames constituting the image data to predict the shape of the second piping unit.

Description

배관용 로봇{ROBOT FOR PIPELINE}ROBOT FOR PIPELINE [0002]

본 발명은 배관용 로봇에 관한 것이다.The present invention relates to a robot for piping.

배관 내 용접상태 검사를 위해 비파괴 검사용 로봇이 흔히 사용된다. 비파괴 검사용 로봇은 배관 내부를 주행하는 주행 모듈에 방사선을 이용해 용접 이음부를 검사하는 비파괴 검사 장비가 탑재된 형태를 가진다.Non-destructive testing robots are often used for welding status inspection in piping. The non-destructive inspection robot is equipped with a nondestructive inspection system that inspects weld joints using radiation to a traveling module running inside the pipe.

위와 같은 비파괴 검사용 로봇과 같이 배관 내부를 주행하는 로봇의 경우 다음과 같은 주행 관련 기술이 제안되었다.In the case of a non-destructive inspection robot such as the one shown above, the following traveling-related technology has been proposed.

첫째, 카메라를 로봇의 전방에 장착하고 카메라로부터 전송받은 관내 영상을 작업자가 직접 판단하여 조정하는 방법이 제안되었다. 이와 같은 방법의 경우, 사용자가 로봇의 관내 이동을 직접 조종해야 하기 때문에 번거롭고 불편하다는 문제가 있다.First, a method is proposed in which the operator attaches the camera to the front of the robot, and the operator directly judges and adjusts the intra-tube image transmitted from the camera. In such a method, there is a problem that the user has to directly control the movement of the robot within the robot, which is troublesome and inconvenient.

둘째, 로봇의 전방으로 빛을 조사한 후 카메라로 곡관 및 T-분기점에 대한 그림자 이미지의 형상 특징점을 추출하고 이에 대한 비교판단을 통해 주행환경을 인식하는 방법이 제안되었다.Secondly, after irradiating the light to the front of the robot, a shape recognition feature point of the shadow image for the curved tube and the T-junction is extracted by the camera, and a method of recognizing the traveling environment through the comparison judgment is proposed.

이와 같은 방법의 경우, 기본적으로 영상 이미지의 질(Quality)에 의존하게 되어 배관의 이음부(곡관, T관)가 외부 광원에 노출된 환경일 경우 그림자를 통해 형상 인식이 불가하다는 단점을 갖는다.In such a case, it is basically dependent on the quality of the image, which is disadvantageous in that it is impossible to recognize the shape through the shadow when the joint of the pipe (bending tube, T tube) is exposed to the external light source.

본 발명의 실시예는, 주행 시 전방에 위치하는 배관의 형상을 자동으로 정확하게 예측하는 배관용 로봇을 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide a piping robot for automatically and accurately predicting the shape of a piping positioned ahead in a traveling state.

본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 배관 유니트가 결합된 배관을 따라 주행하는 로봇으로서, 상기 다수의 배관 유니트 중 하나인 제 1 배관 유니트를 따라 주행하는 주행 모듈; 상기 제 1 배관 유니트의 전방에 이웃하여 연결된 제 2 배관 유니트로 라인 패턴 레이저를 조사하고, 조사 방향으로 연장된 회전축을 중심으로 회전하도록 상기 주행 모듈에 설치되는 레이저 모듈; 상기 주행 모듈에 설치되고, 상기 레이저 모듈이 회전하며 상기 라인 패턴 레이저를 조사할 때 상기 제 2 배관 유니트 내에 형성된 패턴 이미지를 연속하여 촬영하여 영상데이터를 생성하는 카메라 모듈; 및 상기 영상데이터를 구성하는 모든 프레임의 패턴 이미지를 분석하여 상기 제 2 배관 유니트의 형상을 예측하는 제어부를 포함하는, 배관용 로봇이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a robot that runs along a piping to which a plurality of piping units are coupled, the robot comprising: a traveling module that travels along a first piping unit, which is one of the plurality of piping units; A laser module mounted on the traveling module to irradiate a line pattern laser to a second piping unit connected to the front of the first piping unit and to rotate about a rotation axis extending in an irradiation direction; A camera module installed in the traveling module and continuously photographing a pattern image formed in the second piping unit when the laser module rotates and irradiates the line pattern laser to generate image data; And a control unit for analyzing pattern images of all the frames constituting the image data and predicting the shape of the second piping unit.

상기 제어부는, 상기 모든 프레임 중 일부 프레임들의 패턴 이미지에 각각 불연속 특이점이 존재하지 않고, 나머지 프레임들의 패턴 이미지에 각각 불연속 특이점이 존재하면, 상기 제 2 배관 유니트를 곡관으로 예측할 수 있다.The controller may predict the second piping unit by using a bend if there is no discontinuous singular point in the pattern image of some frames among all the frames and discontinuous singular points exist respectively in the pattern images of the remaining frames.

상기 제어부는, 상기 나머지 프레임들의 패턴 이미지에 존재하는 불연속 특이점들을 연결한 곡선 궤적의 중앙점에서의 법선 방향을 상기 제 2 배관 유니트의 구부러진 방향으로 예측할 수 있다.The controller may predict a normal direction at a central point of a curved trajectory connecting discontinuous singularities existing in a pattern image of the remaining frames in a direction of bending of the second pipe unit.

상기 제어부는, 상기 모든 프레임의 중앙 영역에 패턴 이미지가 존재하지 않으면, 상기 제 2 배관 유니트를 직관으로 예측할 수 있다.If the pattern image does not exist in the central region of all of the frames, the controller may intuitively predict the second piping unit.

상기 제어부는, 상기 모든 프레임 중 일부 프레임들의 패턴 이미지에 각각 불연속 특이점이 존재하면, 상기 제 2 배관 유니트 중 상기 불연속 특이점이 형성된 영역에 상기 제 2 배관 유니트와 연결된 분기관이 위치하는 것으로 예측할 수 있다.The controller may predict that a branch pipe connected to the second pipe unit is located in an area where the discontinuous singular point is formed in the second pipe unit if discontinuous singular points exist in pattern images of some frames among all the frames .

상기 제어부는, 상기 일부 프레임들의 패턴 이미지에 각각 존재하는 불연속 특이점들을 연결한 곡선 궤적의 중앙점에서의 법선 방향을 상기 분기관의 연장 방향으로 예측할 수 있다.The control unit may predict a normal direction at a central point of a curved trajectory connecting discontinuous singularities respectively present in the pattern image of the partial frames in the extending direction of the branch tube.

상기 주행 모듈은, 몸체; 및 상기 몸체를 상기 제 1 배관 유니트 및 상기 제 2 배관 유니트의 내측벽을 따라 주행시키는 주행 바퀴를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 주행 모듈이 상기 제 2 배관 유니트의 예측된 형상에 대응하여 주행 가능하도록 상기 주행 바퀴를 재 배치시키는 정할 수 있다.The traveling module includes: a body; And a traveling wheel that travels along the inner wall of the first piping unit and the second piping unit, and the control unit controls the traveling module so that the traveling module travels in accordance with the predicted shape of the second piping unit The driving wheels may be repositioned.

본 발명의 실시예에 따르면, 조사방향으로 회전하면서 전방으로 조사되는 라인 패턴 레이저에 의한 패턴 이미지들을 분석하여 전방의 배관 형상을 효과적으로 예측할 수 있다. 배관용 로봇은 예측 결과를 통해 안정적이고 효과적으로 주행하도록 자세를 제어할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, the pattern images by the line pattern laser irradiated forward while rotating in the irradiation direction can be analyzed to effectively predict the pipe shape at the front. The piping robot can control the posture so that it can travel stably and effectively through the prediction results.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 로봇을 나타내는 도면이고,
도 2는 도 1의 AA 선에 따른 단면을 나타내는 도면이고,
도 3은 제 2 배관 유니트가 곡관인 경우 제어부가 제 2 배관 유니트의 형상을 예측하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 로봇의 실험에 관한 것으로, 레이저 모듈이 회전하면서 전방에 위치하는 곡관으로 라인 패턴 레이저를 조사하는 과정에서, 카메라 모듈이 특정 시각에 곡관에 형성된 패턴 이미지를 촬영하여 생성된 프레임을 나타내는 사진이고,
도 6은 도 5와 같이 불연속 특이점을 가지는 프레임들을 취합하여 각 프레임의 불연속 특이점을 연결한 곡선 궤적을 나타내는 도면이고,
도 7은 제 2 배관 유니트가 직관인 경우 제어부가 제 2 배관 유니트의 형상을 예측하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 8은 제 2 배관 유니트가 분기관이 연결된 직관인 경우 제어부가 제 2 배관 유니트의 형상을 예측하는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 로봇의 실험에 관한 것으로, 레이저 모듈이 회전하면서 분기관이 형성된 직관으로 라인 패턴 레이저를 조사하는 과정에서, 카메라 모듈이 특정 시각에 곡관에 형성된 패턴 이미지를 촬영하여 생성된 프레임을 나타내는 사진이다.1 is a view showing a piping robot according to an embodiment of the present invention,
Fig. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in Fig. 1,
3 is a view for explaining a process of the control unit predicting the shape of the second piping unit when the second piping unit is a curved line,
4 and 5 illustrate an experiment of a piping robot according to an embodiment of the present invention. In the process of irradiating a line pattern laser to a bend positioned forward in a rotation of the laser module, And is a photograph showing a frame generated by photographing a pattern image formed on the pattern image,
FIG. 6 is a diagram showing a curved trajectory in which frames having discontinuous singular points are collected and discontinuous singularities of each frame are connected as shown in FIG. 5,
7 is a view for explaining a process of the control unit predicting the shape of the second piping unit when the second piping unit is straight,
8 is a view for explaining a process of the control unit predicting the shape of the second piping unit when the second piping unit is a straight pipe to which the branch pipe is connected,
FIG. 9 is a diagram illustrating an experiment of a piping robot according to an embodiment of the present invention. In the process of irradiating a line pattern laser with an introductory tube having a branch tube while rotating the laser module, A photograph showing a frame generated by photographing an image.

본 발명은 다양한 변환을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

또한 이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Also, in the following description, the terms first, second, and the like are used to describe various components, and are not limited to their own meaning, and are used only for the purpose of distinguishing one component from another component .

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to the accompanying drawings, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, do.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 로봇을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 AA 선에 따른 단면을 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a view showing a piping robot according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a cross section taken along line AA of FIG.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 배관용 로봇(10)은 주행 모듈(100)과, 레이저 모듈(200)과, 카메라 모듈(300)과, 제어부(400)를 포함한다.1, a piping robot 10 according to the present embodiment includes a traveling module 100, a laser module 200, a camera module 300, and a control unit 400.

이러한 배관용 로봇(10)은 다수의 배관 유니트가 결합된 배관(P)을 따라 주행하며 작업을 수행한다. 이때, 주행 모듈(100)이 다수의 배관 유니트 중 하나인 제 1 배관 유니트(P1) 내부를 따라 주행하는 과정에서 제 1 배관 유니트(P1)의 전방에 이웃하여 연결된 제 2 배관 유니트(P2)의 형상을 예측하고, 이를 기초로 주행 모듈(100)이 제 2 배관 유니트(P2) 내부를 안정적이고 효과적으로 주행하도록 제어한다. 이에 대해 후술한다.The piping robot 10 travels along a pipe P to which a plurality of piping units are connected to carry out the work. At this time, when the traveling module 100 travels along the inside of the first piping unit P 1 which is one of the plurality of piping units, the second piping unit P 1 connected to the front of the first piping unit P 1 , 2 , and controls the traveling module 100 to travel stably and effectively in the second piping unit P 2 based on the predicted shape. This will be described later.

주행 모듈(100)은 제 1 배관 유니트(P1) 및 제 2 배관 유니트(P2)를 따라 주행할 수 있다.The traveling module 100 can travel along the first piping unit P 1 and the second piping unit P 2 .

본 실시예에서, 주행 모듈(100)은 몸체(110)와 주행 바퀴(130)를 포함할 수 있다.In this embodiment, the traveling module 100 may include a body 110 and a traveling wheel 130.

몸체(110)에는 후술하는 레이저 모듈(200), 카메라 모듈(300), 제어부(400) 등이 탑재된다.The body 110 includes a laser module 200, a camera module 300, a controller 400, and the like, which will be described later.

주행 바퀴(130)는 몸체(110)를 제 1 배관 유니트(P1) 및 제 2 배관 유니트(P2)의 내측벽을 따라 배관(P)의 연장 방향으로 주행시킨다. 주행 바퀴(130)의 개수는 도 1 및 도 2와 같이 두 개일 수 있다. 이때, 두 개의 주행 바퀴(130)는 몸체(110)를 중심으로 상호 대칭 구조로 배치될 수 있다. 다만, 몸체(110)를 제 1 배관 유니트(P1) 및 제 2 배관 유니트(P2)의 내측벽을 따라 주행시키기 위한 주행 바퀴(130)의 개수 및 배치는 제한되지 않는다.The traveling wheel 130 travels the body 110 along the inner wall of the first pipe unit P 1 and the second pipe unit P 2 in the extending direction of the pipe P. The number of the traveling wheels 130 may be two as shown in FIG. 1 and FIG. At this time, the two traveling wheels 130 may be arranged symmetrically with respect to the body 110. However, the number and arrangement of the traveling wheels 130 for traveling the body 110 along the inner wall of the first pipe unit P 1 and the second pipe unit P 2 are not limited.

주행 바퀴(130)는 주행 구동부(미도시)에 의해 회전할 수 있다. 주행 구동부가 주행 바퀴(130)에 구동력을 제공하는 메커니즘은 공지된 기술을 따르며 이에 대한 설명은 생략한다.The traveling wheel 130 can be rotated by a traveling driving unit (not shown). The mechanism by which the driving drive unit provides the driving force to the driving wheel 130 follows a known technique, and a description thereof will be omitted.

주행 바퀴(130)는 지지 부재(135)를 매개로 몸체(110)에 지지될 수 있다. 다시 말해, 주행 바퀴(130)는 몸체(110)에서 제 1 배관 유니트(P1)의 내벽으로 연장된 지지 부재(135)의 끝단에 설치될 수 있다.The traveling wheel 130 may be supported on the body 110 via a supporting member 135. In other words, the traveling wheel 130 can be installed at the end of the supporting member 135 extending from the body 110 to the inner wall of the first pipe unit P 1 .

본 실시예에서, 주행 모듈(100)은 예측된 제 2 배관 유니트(P2)의 형상에 대응하여 제 1 배관 유니트(P1) 내에서 자세 변경이 가능하다.In this embodiment, the traveling module 100 is capable of changing the posture in the first pipe unit P 1 in accordance with the shape of the predicted second pipe unit P 2 .

이를 위해, 지지 부재(135)는 몸체(110)에 대해 제 1 배관 유니트(P1) 및 제 2 배관 유니트(P2)의 반경 방향으로 운동할 수 있다. 지지 부재(135)가 몸체(110) 내부로 삽입되면 주행 바퀴(130)는 제 1 배관 유니트(P1) 및 제 2 배관 유니트(P2)의 내벽과 분리될 수 있다.To this end, the support member 135 can move in the radial direction of the first piping unit P 1 and the second piping unit P 2 with respect to the body 110. When the support member 135 is inserted into the body 110, the traveling wheel 130 can be separated from the inner walls of the first pipe unit P 1 and the second pipe unit P 2 .

그리고 몸체(110)에는 자세 변경 바퀴(150)가 제공될 수 있다. 자세 변경 바퀴(150)는 몸체(110)를 제 1 배관 유니트(P1)의 내측벽을 따라 배관(P)의 원주 방향으로 회전시킬 수 있다. 자세 변경 바퀴(150)는 지지 부재(155)를 매개로 몸체(110)에 지지될 수 있다. 다시 말해 자세 변경 바퀴(150)는 몸체(110)에서 제 1 배관 유니트(P1)의 내벽으로 연장된 지지 부재(155)의 끝단에 설치될 수 있다.The body 110 may be provided with a posture changing wheel 150. The posture changing wheel 150 may rotate the body 110 in the circumferential direction of the pipe P along the inner wall of the first pipe unit P 1 . The posture changing wheel 150 may be supported on the body 110 via a support member 155. In other words, the posture changing wheel 150 may be installed at the end of the support member 155 extending from the body 110 to the inner wall of the first pipe unit P 1 .

자세 변경 바퀴(150)는 자세 변경 구동부(미도시)에 의해 회전할 수 있다. 자세 변경 구동부가 자세 변경 바퀴(150)에 구동력을 제공하는 메커니즘은 공지된 기술을 따르며 이에 대한 설명은 생략한다.The posture changing wheel 150 can be rotated by an attitude change driving unit (not shown). The mechanism by which the attitude change driving unit provides the driving force to the attitude changing wheel 150 follows a known technique, and a description thereof will be omitted.

지지 부재(155)는 몸체(110)에 대해 제 1 배관 유니트(P1)의 반경 방향으로 운동할 수 있다. 지지 부재(155)가 몸체(110) 외부로 연장되면 자세 변경 바퀴(150)는 제 1 배관 유니트(P1)의 내벽과 접촉할 수 있다.The support member 155 can move in the radial direction of the first pipe unit P 1 with respect to the body 110. When the support member 155 extends outside the body 110, the attitude changing wheel 150 may contact the inner wall of the first pipe unit P 1 .

예컨대, 주행 모듈(100)이 제 1 배관 유니트(P1) 및 제 2 배관 유니트(P2)를 따라 주행할 때 자세 변경 바퀴(150)는 제 1 배관 유니트(P1) 및 제 2 배관 유니트(P2)의 내벽에 비접촉된 상태에 놓이고, 주행 바퀴(130)는 제 1 배관 유니트(P1) 및 제 2 배관 유니트(P2)의 내벽에 접촉된 상태에 놓인다.For example, when the travel module 100 travels along the first piping unit P 1 and the second piping unit P 2 , the attitude changing wheel 150 is connected to the first piping unit P 1 and the second piping unit P 2, (P 2) is placed in a non-contact state, the driving wheel (130) to the inner wall of the is set to a state in contact with the inner wall of the first pipe unit (P 1) and a second pipe unit (P 2).

그리고 주행 모듈(100)이 제 1 배관 유니트(P1)에서 예측된 제 2 배관 유니트(P2)의 형상에 대응하여 자세 변경할 때 자세 변경 바퀴(150)는 제 1 배관 유니트(P1) 및 제 2 배관 유니트(P2)의 내벽에 접촉된 상태에 놓이고, 주행 바퀴(130)는 제 1 배관 유니트(P1) 및 제 2 배관 유니트(P2)의 내벽에 비접촉된 상태에 놓인다.And driving module 100, the first pipe unit (P 1) of the second pipe unit posture change wheel 150, when in response to the shape of the (P 2) position change predicted in the first pipe unit (P 1) and The traveling wheel 130 is in contact with the inner wall of the second piping unit P 2 and the traveling wheel 130 is not in contact with the inner wall of the first piping unit P 1 and the second piping unit P 2 .

한편, 다른 실시예에서 주행 모듈(100)의 자세를 변경하기 위한 다양한 메커니즘이 제안될 수 있음은 물론이다.It should be appreciated that various mechanisms for changing the posture of the traveling module 100 may be proposed in other embodiments.

주행 모듈(100)에는 레이저 모듈(200)이 설치될 수 있다. 레이저 모듈(200)은 제 1 배관 유니트(P1)의 전방에 이웃하여 연결된 제 2 배관 유니트(P2)로 라인 패턴 레이저를 조사할 수 있다. 레이저 모듈(200)은 라인 패턴 레이저를 조사하는 통상적인 레이저 장치일 수 있으며 이에 대한 설명은 생략한다.The traveling module 100 may be provided with a laser module 200. The laser module 200 may irradiate the line pattern laser to the second piping unit P 2 connected to the front side of the first piping unit P 1 . The laser module 200 may be a conventional laser device for irradiating a line pattern laser, and a description thereof will be omitted.

레이저 모듈(200)은 주행 모듈(100)의 주행 방향에 비스듬한 방향으로 라인 패턴 레이저를 조사할 수 있다.The laser module 200 can irradiate a line pattern laser in an oblique direction to the traveling direction of the traveling module 100. [

레이저 모듈(200)은 조사 방향으로 연장된 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 이때, 레이저 모듈(200)은 회전 구동부(250)로부터 회전 구동력을 전달받아 회전할 수 있다. 예컨대, 회전 구동부(250)는 모터를 포함할 수 있다. 회전 구동부(250)는 주행 모듈(100)에 설치될 수 있다.The laser module 200 can rotate around a rotation axis extending in the irradiation direction. At this time, the laser module 200 can be rotated by receiving the rotational driving force from the rotational driving part 250. For example, the rotation driving unit 250 may include a motor. The rotation driving unit 250 may be installed in the traveling module 100.

레이저 모듈(200)은 회전 구동부(250)로부터 회전 구동력을 전달받아 회전축(X)을 중심으로 360도 회전할 수 있다. 레이저 모듈(200)은 정방향 또는 역방향으로 회전할 수 있다.The laser module 200 receives the rotational driving force from the rotational driving unit 250 and can rotate 360 degrees around the rotational axis X. [ The laser module 200 may rotate in a forward or reverse direction.

주행 모듈(100)에는 카메라 모듈(300)이 설치될 수 있다. 카메라 모듈(300)은 레이저 모듈(200)이 회전하며 라인 패턴 레이저를 조사할 때 제 2 배관 유니트(P2) 내에 형성된 패턴 이미지를 연속하여 촬영하여 영상데이터를 생성한다.The traveling module 100 may be provided with a camera module 300. The camera module 300 continuously photographs a pattern image formed in the second piping unit P 2 when the laser module 200 rotates and irradiates a line pattern laser to generate image data.

보다 상세히, 카메라모듈은 레어저 모듈이 회전하며 라인 패턴 레이저를 조사할 때 소정의 시간 간격으로 제 2 배관 유니트(P2) 내에 형성된 패턴 이미지를 촬영할 수 있다. 이때, 특정 시각에 촬영된 패턴 이미지는 특정 프레임을 구성하고, 순차적으로 형성된 프레임들은 영상데이터를 구성한다.More specifically, the camera module can photograph the pattern image formed in the second piping unit P 2 at a predetermined time interval when the laser module is rotating and irradiating the line pattern laser. At this time, a pattern image photographed at a specific time constitutes a specific frame, and sequentially formed frames constitute image data.

제어부(400)는 영상데이터를 구성하는 모든 프레임의 패턴 이미지를 분석하여 제 2 배관 유니트(P2)의 형상을 예측한다. 그리고 제어부(400)는 제 2 배관 유니트(P2)의 예측된 형상을 기초로 주행 모듈(100)이 제 2 배관 유니트(P2)를 안정적이고 효과적으로 주행하도록 주행 모듈(100)의 자세를 제어한다.The controller 400 analyzes the pattern image of all the frames constituting the image data to predict the shape of the second pipe unit P 2 . Then, the controller 400 controls the posture of the second pipe unit (P 2), the traveling module 100 on the basis of the predicted shape of the second pipe unit (P 2) for stable and driving module 100 to travel efficiently in do.

이하, 제어부(400)가 제 2 배관 유니트(P2)의 종류에 따라 그 형상을 예측하는 과정을 예를 들어 설명한다.
Hereinafter, a process of predicting the shape of the second piping unit P 2 according to the type of the second piping unit P 2 will be described.

제 2 배관 The second piping 유니트(PUnit 22 )가)end 곡관인Gentleman 경우 Occation

도 3은 제 2 배관 유니트(P2)가 곡관인 경우 제어부(400)가 제 2 배관 유니트(P2)의 형상을 예측하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 주행 모듈(100)이 제 1 배관 유니트(P1)를 따라 이동하는 과정에서 제 1 배관 유니트(P1)와 연결된 제 2 배관 유니트(P2)를 만나면, 레이저 모듈(200)이 회전하면서 라인 패턴 레이저를 제 2 배관 유니트(P2)로 조사한다.3 is a view for explaining a process for predicting the shape of the second pipe unit (P 2) has a control unit 400, a second pipe unit (P 2) when the bent pipe. 3, the driving module 100 encounters a first pipe unit (P 1) of the first pipe unit in the process of moving the second pipe unit connected to the (P 1) (P 2) along the laser module ( 200 are rotated to irradiate the line pattern laser to the second piping unit (P 2 ).

이때, 카메라 모듈(300)은 제 2 배관 유니트(P2) 내에 형성된 패턴 이미지를 연속하여 촬영하여 영상데이터를 생성한다.At this time, the camera module 300 continuously captures a pattern image formed in the second piping unit P 2 and generates image data.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 로봇의 실험에 관한 것으로, 레이저 모듈(200)이 회전하면서 전방에 위치하는 곡관으로 라인 패턴 레이저를 조사하는 과정에서, 카메라 모듈(300)이 특정 시각에 곡관에 형성된 패턴 이미지를 촬영하여 생성된 프레임을 나타내는 사진이다.4 and 5 illustrate an experiment of a robot for piping according to an embodiment of the present invention. In the process of irradiating a line pattern laser to a bend positioned ahead of the laser module 200 while rotating, the camera module 300 ) Is a photograph showing a frame generated by photographing a pattern image formed on a curved line at a specific time.

도 4 및 도 5에 개시된 프레임들은 다음과 같은 특징을 가진다.The frames disclosed in Figs. 4 and 5 have the following features.

도 4 및 도 5의 각 프레임의 중앙 영역에는 패턴 이미지가 존재한다(특징 1).There is a pattern image in the central region of each frame of Figs. 4 and 5 (Fig. 1).

도 4의 프레임에 나타나는 패턴 이미지에는 불연속 특이점이 존재하지 않는다(특징 2).There is no discontinuous singular point in the pattern image shown in the frame of Fig. 4 (Feature 2).

도 5의 프레임에 나타나는 패턴 이미지에는 불연속 특이점이 존재한다(특징 3).There is a discontinuous singular point in the pattern image shown in the frame of Fig. 5 (Feature 3).

한편, 도시되지 않았으나 도 4 및 도 5와 다른 시각에 촬영된 패턴 이미지들도 각각 도 4 및 도 5 중 어느 하나의 특징을 가진다.On the other hand, the pattern images photographed at different times from those shown in Figs. 4 and 5 are not shown in Fig. 4 and Fig. 5, respectively.

실험 결과, 360도 회전하는 레이저 모듈(200)이 조사하는 라인 패턴 레이저가 곡관 내부에 형성하는 패턴 이미지를 연속하여 촬영하여 생성된 모든 프레임은 특징 1을 가지고, 모든 프레임 중 일부는 특징 2를 가지고, 나머지는 특징 3을 가진다.As a result of the experiment, all the frames generated by continuously photographing the pattern image formed inside the curved line by the line pattern laser irradiated by the laser module 200 rotating 360 degrees have the feature 1, and some of the frames have the feature 2 , And the remainder has feature 3.

이와 같은 실험 결과를 근거로, 제어부(400)는 카메라 모듈(300)에서 촬영된 모든 프레임의 중앙 영역에 패턴 이미지가 존재하고, 일부 프레임들의 패턴 이미지에 불연속 특이점이 없고, 나머지 프레임들의 패턴 이미지에 각각 불연속 특이점이 있으면, 카메라 모듈(300)의 전방에 위치하는 제 2 배관 유니트(P2)를 곡관으로 예측할 수 있다.
Based on the result of the experiment, the controller 400 determines that there is a pattern image in the central region of all the frames photographed by the camera module 300, there is no discontinuous singular point in the pattern image of some frames, If there is a discontinuous singular point, the second pipe unit P 2 located in front of the camera module 300 can be predicted by a curved line.

도 6은 도 5와 같이 불연속 특이점을 가지는 프레임들을 취합하여 각 프레임의 불연속 특이점을 연결한 곡선 궤적을 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 제어부(400)는 카메라 모듈(300)에 의해 생성된 영상데이터를 구성하는 모든 프레임 중에서 패턴 이미지에 불연속 특이점이 존재하는 프레임을 선별할 수 있다.FIG. 6 is a diagram showing a curved trajectory in which frames having discontinuous singular points are collected as shown in FIG. 5, and discontinuous singularities of respective frames are connected. Referring to FIG. 6, the controller 400 may select a frame in which discontinuous singular points exist in a pattern image among all the frames constituting the image data generated by the camera module 300.

제어부(400)는 선별된 프레임들에서 각각 불연속 특이점을 추출하고 이를 연결하여 도 6과 같은 곡선 궤적을 형성할 수 있다. 예컨대, 곡선 궤적은 원점(O)을 중심으로 시작점(a)과 끝점(b)을 가지는 원호 형상을 가질 수 있다.The control unit 400 extracts discontinuous singularities from the selected frames and connects them to form a curved trajectory as shown in FIG. For example, the curved trajectory may have an arc shape having a starting point (a) and an end point (b) around the origin (O).

제어부(400)는 곡선 궤적의 중앙점(m)을 계산하고, 중앙점(m)에서의 법선 방향을 산출할 수 있다. 예컨대, 곡선 궤적은 원점(O)을 중심으로 시작점(a)과 끝점(b)을 가지는 원호 형상을 가지는 경우, 중앙점(m)에서의 법선은 원점을 지날 수 있다.The control unit 400 may calculate the center point m of the curve locus and calculate the normal direction at the center point m. For example, if the curved trajectory has an arc shape having a starting point a and an end point b about the origin O, the normal line at the center point m may cross the origin.

제어부(400)는 곡선 궤적의 중앙점(m)에서의 법선 방향을 곡관이 제 2 배관 유니트(P2)의 구부러진 방향으로 예측한다.The controller 400 predicts the normal direction of the center point m of the curve locus in the bending direction of the second pipe unit P 2 .

제어부(400)는 예측 결과를 기초로 주행 모듈(100)이 곡관인 제 2 배관 유니트(P2)를 따라 안정적, 효과적으로 주행하도록 주행 모듈(100)의 자세 또는 위치를 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부(400)는 주행 모듈(100)의 주행 바퀴(130)의 배치를 예측된 제 2 배관 유니트(P2)의 형상에 최적화된 형태로 재 배치할 수 있다.
The control unit 400 can control the posture or the position of the traveling module 100 so that the traveling module 100 travels stably and effectively along the second piping unit P 2 which is a curved line based on the prediction result. For example, the control unit 400 can rearrange the arrangement of the traveling wheels 130 of the traveling module 100 in a form optimized to the shape of the predicted second piping unit P 2 .

제 2 배관 The second piping 유니트(PUnit 22 )가)end 직관인 경우 If intuitive

도 7은 제 2 배관 유니트(P2)가 직관인 경우 제어부(400)가 제 2 배관 유니트(P2)의 형상을 예측하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 7을 참조하면, 주행 모듈(100)이 제 1 배관 유니트(P1)를 따라 이동하는 과정에서 제 1 배관 유니트(P1)와 연결된 제 2 배관 유니트(P2)를 만나면, 레이저 모듈(200)이 회전하면서 라인 패턴 레이저를 제 2 배관 유니트(P2)로 조사한다.7 is a view for explaining a process for predicting the shape of the second pipe unit (P 2) has a control unit 400, a second pipe unit (P 2) when the straight pipe. 7, the driving module 100 encounters a first pipe unit, a second pipe unit (P 2) in the process of moving along the (P 1) connected to the first pipe unit (P 1), the laser module ( 200 are rotated to irradiate the line pattern laser to the second piping unit (P 2 ).

이때, 카메라 모듈(300)은 제 2 배관 유니트(P2) 내에 형성된 패턴 이미지를 연속하여 촬영하여 영상데이터를 생성한다.At this time, the camera module 300 continuously captures a pattern image formed in the second piping unit P 2 and generates image data.

제 2 배관 유니트(P2)가 직관인 경우, 영상 데이터를 구성하는 모든 프레임의 중앙 영역에 패턴 이미지가 존재하지 않는다. 다시 말해, 제 2 배관 유니트(P2)가 직관인 경우, 곡관과 달리 프레임의 중앙 영역에 라인 패턴 레이저에 의한 상이 맺히지 않기 때문에 모든 프레임의 중앙 영역에는 패턴 이미지가 존재하지 않는다.When the second piping unit P 2 is intuitive, there is no pattern image in the central area of all the frames constituting the image data. In other words, when the second piping unit P 2 is intuitive, there is no pattern image in the central area of all the frames because the image due to the line pattern laser is not formed in the central area of the frame unlike the curved line.

따라서 제어부(400)는 카메라 모듈(300)에서 촬영된 모든 프레임의 중앙 영역에 패턴 이미지가 존재하지 않으면, 카메라 모듈(300)의 전방에 위치하는 제 2 배관 유니트(P2)를 직관으로 예측할 수 있다.
Accordingly, if there is no pattern image in the central region of all frames photographed by the camera module 300, the controller 400 can intuitively predict the second piping unit P 2 located in front of the camera module 300 have.

도 8은 제 2 배관 유니트(P2)가 분기관(P3)이 연결된 직관인 경우 제어부(400)가 제 2 배관 유니트(P2)의 형상을 예측하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 8을 참조하면, 주행 모듈(100)이 제 1 배관 유니트(P1)를 따라 이동하는 과정에서 제 1 배관 유니트(P1)와 연결된 제 2 배관 유니트(P2)를 만나면, 레이저 모듈(200)이 회전하면서 라인 패턴 레이저를 제 2 배관 유니트(P2)로 조사한다.8 is a view for explaining a process for predicting the shape of the second pipe unit (P 2), the manifold (P 3) and a second pipe unit (P 2), the control unit 400, if the straight pipe is connected. Referring to Figure 8, the traveling module 100 encounters a first pipe unit (P 1) of the first pipe unit in the process of moving the second pipe unit connected to the (P 1) (P 2) along the laser module ( 200 are rotated to irradiate the line pattern laser to the second piping unit (P 2 ).

이때, 카메라 모듈(300)은 제 2 배관 유니트(P2) 내에 형성된 패턴 이미지를 연속하여 촬영하여 영상데이터를 생성한다.
At this time, the camera module 300 continuously captures a pattern image formed in the second piping unit P 2 and generates image data.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관용 로봇의 실험에 관한 것으로, 레이저 모듈(200)이 회전하면서 분기관(P3)이 형성된 직관으로 라인 패턴 레이저를 조사하는 과정에서, 카메라 모듈(300)이 특정 시각에 곡관에 형성된 패턴 이미지를 촬영하여 생성된 프레임을 나타내는 사진이다.FIG. 9 is a diagram illustrating an experiment of a piping robot according to an embodiment of the present invention. In the process of irradiating a line pattern laser to an intuition where a branch pipe P 3 is formed while the laser module 200 is rotating, 300) is a photograph showing a frame generated by photographing a pattern image formed on a curved line at a specific time.

도 9에 개시된 프레임은 다음과 같은 특징을 가진다.The frame disclosed in FIG. 9 has the following features.

도 9의 프레임의 중앙 영역에 패턴 이미지가 존재하지 않는다(특징 4).There is no pattern image in the central region of the frame of Fig. 9 (Feature 4).

도 9의 프레임에 나타나는 패턴 이미지에는 불연속 특이점이 존재한다(특징 5).There is a discontinuous singular point in the pattern image shown in the frame of Fig. 9 (Feature 5).

한편, 도시되지 않았으나 도 9와 다른 시각에 촬영된 패턴 이미지들 중 일부는 도 9의 특징을 가진다.9, some of the pattern images photographed at a time different from that shown in Fig. 9 have the features of Fig.

실험 결과, 360도 회전하는 레이저 모듈(200)이 조사하는 라인 패턴 레이저가 분기관(P3)이 연결된 직관 내부에 형성하는 패턴 이미지를 연속하여 촬영하여 생성된 모든 프레임은 특징 4를 가지고, 모든 프레임 중 일부는 특징 5를 가진다.As a result of the experiment, all the frames generated by continuously photographing the pattern image formed by the line pattern laser irradiated by the laser module 200 rotating 360 degrees inside the straight pipe connected to the branch pipe P 3 have the feature 4, Some of the frames have feature 5.

이와 같은 실험 결과를 근거로, 제어부(400)는 카메라 모듈(300)에서 촬영된 모든 프레임의 중앙 영역에 패턴 이미지가 존재하지 않고, 일부 프레임들의 패턴 이미지에 불연속 특이점이 있으면, 카메라 모듈(300)의 전방에 위치하는 제 2 배관 유니트(P2)를 분기관(P3)이 연결된 직관으로 예측할 수 있다.If there is no pattern image in the central region of all the frames photographed by the camera module 300 and a discontinuous singular point exists in the pattern image of some frames based on the experimental result, The second pipe unit P 2 located in front of the branch pipe P 3 can be predicted by the straight pipe to which the branch pipe P 3 is connected.

제어부(400)는 제 2 배관 유니트(P2) 중 불연속 특이점이 형성된 영역에 제 2 배관 유니트(P2)와 연결된 분기관(P3)이 위치하는 것으로 예측할 수 있다.Controller 400 may predict that the second pipe unit (P 2), a second pipe unit in the areas of discontinuity singularity formed (P 2) and the associated branch pipe (P 3) is located.

제어부(400)는 예측 결과를 기초로 주행 모듈(100)이 분기관(P3)이 연결된 직관인 제 2 배관 유니트(P2)를 따라 안정적, 효과적으로 주행하도록 주행 모듈(100)을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부(400)는 주행 모듈(100)의 주행 바퀴(130)가 제 2 배관 유니트(P2)를 주행할 때 제 2 배관 유니트(P2)의 분기관(P3) 안으로 빠지지 않도록 재배치할 수 있다.The control unit 400 can control the traveling module 100 so that the traveling module 100 travels stably and effectively along the second pipe unit P 2 which is an intuition pipe to which the branch pipe P 3 is connected have. For example, when the traveling wheel 130 of the travel module 100 travels through the second pipe unit P 2 , the control unit 400 relocates the second pipe unit P 2 so that it does not fall into the branch pipe P 3 of the second pipe unit P 2 can do.

이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, many modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

10 : 배관용 로봇
100 : 주행 모듈
110 : 몸체
130 : 주행 바퀴
135 : 지지 부재
150 : 자세 변경 바퀴
155 : 지지 부재
200 : 레이저 모듈
250 : 회전 구동부
300 : 카메라 모듈
400 : 제어부10: Robot for piping
100: travel module
110: Body
130: Driving wheel
135: Support member
150: Change posture wheels
155: support member
200: laser module
250:
300: camera module
400:

Claims (7)

다수의 배관 유니트가 결합된 배관을 따라 주행하는 로봇으로서,
상기 다수의 배관 유니트 중 하나인 제 1 배관 유니트를 따라 주행하는 주행 모듈;
상기 제 1 배관 유니트의 전방에 이웃하여 연결된 제 2 배관 유니트로 라인 패턴 레이저를 조사하고, 조사 방향으로 연장된 회전축을 중심으로 회전하도록 상기 주행 모듈에 설치되는 레이저 모듈;
상기 주행 모듈에 설치되고, 상기 레이저 모듈이 회전하며 상기 라인 패턴 레이저를 조사할 때 상기 제 2 배관 유니트 내에 형성된 패턴 이미지를 연속하여 촬영하여 영상데이터를 생성하는 카메라 모듈; 및
상기 영상데이터를 구성하는 모든 프레임의 패턴 이미지를 분석하여 상기 제 2 배관 유니트의 형상을 예측하는 제어부를 포함하는, 배관용 로봇.1. A robot that runs along a piping to which a plurality of piping units are connected,
A traveling module that travels along a first pipe unit which is one of the plurality of pipe units;
A laser module mounted on the traveling module to irradiate a line pattern laser to a second piping unit connected to the front of the first piping unit and to rotate about a rotation axis extending in an irradiation direction;
A camera module installed in the traveling module and continuously photographing a pattern image formed in the second piping unit when the laser module rotates and irradiates the line pattern laser to generate image data; And
And a controller for analyzing pattern images of all the frames constituting the image data to predict the shape of the second piping unit. 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 모든 프레임 중 일부 프레임들의 패턴 이미지에 각각 불연속 특이점이 존재하지 않고, 나머지 프레임들의 패턴 이미지에 각각 불연속 특이점이 존재하면, 상기 제 2 배관 유니트를 곡관으로 예측하는, 배관용 로봇.The method according to claim 1,
Wherein,
Wherein if the discontinuous singular point does not exist in each of the pattern images of some of the frames and the discontinuous singular point exists in each of the pattern images of the remaining frames, the second piping unit is predicted as a curved line. 제 2 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 나머지 프레임들의 패턴 이미지에 존재하는 불연속 특이점들을 연결한 곡선 궤적의 중앙점에서의 법선 방향을 상기 제 2 배관 유니트의 구부러진 방향으로 예측하는, 배관용 로봇.3. The method of claim 2,
Wherein,
And predicts a normal direction at a central point of a curved trajectory connecting discontinuous singularities existing in a pattern image of the remaining frames in a direction of bending of the second piping unit. 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 모든 프레임의 중앙 영역에 패턴 이미지가 존재하지 않으면, 상기 제 2 배관 유니트를 직관으로 예측하는, 배관용 로봇.The method according to claim 1,
Wherein,
And if the pattern image does not exist in the central region of all of the frames, the second piping unit is intuitively predicted. 제 4 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 모든 프레임 중 일부 프레임들의 패턴 이미지에 각각 불연속 특이점이 존재하면, 상기 제 2 배관 유니트 중 상기 불연속 특이점이 형성된 영역에 상기 제 2 배관 유니트와 연결된 분기관이 위치하는 것으로 예측하는, 배관용 로봇.5. The method of claim 4,
Wherein,
Wherein if a discontinuous singular point exists in each of the pattern images of all the frames, it is predicted that a branch pipe connected to the second pipe unit is located in an area where the discontinuous singular point is formed in the second pipe unit. 제 5 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 일부 프레임들의 패턴 이미지에 각각 존재하는 불연속 특이점들을 연결한 곡선 궤적의 중앙점에서의 법선 방향을 상기 분기관의 연장 방향으로 예측하는, 배관용 로봇.6. The method of claim 5,
Wherein,
Wherein a normal direction at a central point of a curved trajectory connecting discontinuous singularities present in each pattern image of the partial frames is predicted in the extending direction of the branch tube. 제 3 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 주행 모듈은,
몸체; 및
상기 몸체를 상기 제 1 배관 유니트 및 상기 제 2 배관 유니트의 내측벽을 따라 주행시키는 주행 바퀴를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 주행 모듈이 상기 제 2 배관 유니트의 예측된 형상에 대응하여 주행 가능하도록 상기 주행 바퀴를 재 배치시키는 정하는, 배관용 로봇.The method according to claim 3 or 6,
The traveling module includes:
Body; And
And a traveling wheel for traveling the body along the inner wall of the first pipe unit and the second pipe unit,
Wherein,
And the traveling wheel is rearranged such that the traveling module can travel in accordance with the predicted shape of the second pipe unit.
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