KR20190053557A - 하수관로 연결부 가지관 절단용 로봇 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 하수관로 보수로봇(1)은, 바퀴가 달려 있는 로봇 본체(10); 로봇 본체(10)의 전단에 회동 가능하도록 설치되며, 좌측팔(31)과 우측팔(32)로 구분되어 가운데 부분에 빈 공간을 제공하는 로봇 암(30); 커터날이나 천공날이 끼워진 채로 상기 커터날이나 천공날의 동작을 제어하도록 상기 로봇 암의 전단에 설치되는 커팅 헤드(40); 로봇 본체(10)에 무게를 부여하기 위하여 로봇 본체(10)의 후단에 설치되는 카운터 웨이트(60); 및 로봇 암(30)의 좌측팔(31)과 우측팔(32) 사이에 위치하도록 로봇 본체(10)의 전단에 설치되며 상하 방향으로 회동가능하게 설치되는 카메라(50); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 로봇 암에 의한 균형 불안정이 카운터 웨이트(60)에 의하여 크게 없어지므로 본 발명에 따른 보수로봇(1)을 대구경 하수관로에 사용하더라도 진동 발생에 따른 상술한 문제가 해결되며, 이로 인해 하수관로의 크기에 따라 보수로봇(1)의 크기를 달리할 필요가 없게 되는 이점이 있다. 뿐만 아니라 카메라(50)가 로봇 암(30)의 좌측팔(31)과 우측팔(32) 사이에서 상하 회동을 하면서 위쪽을 촬영할 수 있도록 로봇 본체(10)의 전단에 설치되기 때문에 하수관로의 상면에 대한 모니터링이 제대로 이루어질 수 있다.

Description

하수관로 보수로봇{Apparatus for repairing in a drain pipe}

본 발명은 하수관로 보수로봇에 관한 것으로서, 특히, 하수관로의 본관 내로 돌출된 가지관을 절단하거나 또는 이러한 절단 후에 이루어지는 하수관로 보수과정에서 가지관의 입구가 막힐 때에 가지관의 입구를 천공시키기 위한 하수관로 보수로봇에 관한 것이다.

하수관망은 직경이 큰 본관과 직경이 작은 가지관이 연결되는 구조로 이루어진다. 가지관은 본관의 측면에 연결되는데, 이 때 가지관의 끝단이 본관 내부로 깊숙이 들어와서는 안 된다. 왜냐하면 하수와 함께 본관에 흘러 온 이물질이 가지관에 걸려서 본관의 유수 단면적을 작게 하여 물의 흐름을 방해하고 심할 경우에는 막혀서 역류를 유발시키기 때문이다.

그럼에도 불구하고 시공 시의 부주의 등으로 인해 가지관이 본관 내부로 깊숙이 들어온 상태에서 공사를 마무리하는 경우가 많다. 이에 절삭 도구를 장착한 보수로봇을 본관 내부로 들여보내 돌출된 가지관을 절단하고 있다.

아울러 절단 작업이 완료된 후에는 시트지와 온수 열경화 등을 통하여 본관 내부를 보수하게 되는데 이러한 보수과정에서 시트지에 의해 가지관의 입구가 막히게 된다. 따라서 막혀진 가지관 입구를 천공하기 위하여 상기 보수로봇에 커터날 대신에 천공날을 달아 천공 보수에 사용하기도 한다.

대한민국 등록실용신안 제0288258호(2002.09.09.공고)와 대한민국 등록실용신안 제0303672호(2003.02.11.공고)에는 이러한 용도의 보수로봇(지주차)이 개시되어 있다. 그러나 상기 등록실용신안의 경우 절단이나 천공 작업의 위치를 모니터링하기 위한 카메라가 본체의 상면이나 암에 부착되기 때문에 본관의 수직 상면을 관찰하기가 어려운 문제가 있다. 즉, 가지관의 절단이나 천공 위치가 절삭 날의 바로 상면에 위치할 경우, 카메라의 회전 방향이 한계가 있어 본관의 상면 관찰이 사실상 불가능하다는 것이다.

한편, 본관의 직경 크기에 비하여 작은 크기의 보수로봇을 사용하게 되면 로봇 암을 본관 천정 쪽으로 길게 뻗은 상태에서 작업을 할 수 밖에 없고, 이 경우 로봇 본체의 불안정성으로 인해 진동이 심하여 효과적인 가지관 절삭이 이루어지지 못한다. 그래서 종래에는 본관의 직경에 따라 여러 크기의 보수로봇을 사용할 수밖에 없었다.

대한민국 등록실용신안 제0288258호(2002.09.09.공고) 대한민국 등록실용신안 제0303672호(2003.02.11.공고)

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 보수로봇의 안정성을 향상시킴으로써 대구경 하수관로에서 보수작업을 하는 경우에도 로봇 본체의 균형 불안정으로 인해 진동이 발생하는 것이 방지되어 하수관로의 크기에 따라 로봇의 크기를 달리할 필요가 없고, 카메라가 로봇 암의 운동에 영향을 받지 않으면서 절단이나 천공위치를 제대로 촬영할 수 있도록 함으로써 보수과정을 효율적으로 모니터링 할 수 있는 하수관로 보수로봇을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 하수관로 보수로봇은,

바퀴가 달려 있는 로봇 본체;

상기 로봇 본체의 전단에 회동 가능하도록 설치되며, 좌측팔과 우측팔로 구분되어 가운데 부분에 빈 공간을 제공하는 로봇 암;

커터날이나 천공날이 끼워진 채로 상기 커터날이나 천공날의 동작을 제어하도록 상기 로봇 암의 전단에 설치되는 커팅 헤드;

상기 로봇 본체에 무게를 부여하기 위하여 상기 로봇 본체의 후단에 설치되는 카운터 웨이트; 및

상기 로봇 암의 좌측팔과 우측팔 사이에 위치하도록 상기 로봇 본체의 전단에 설치되며 상하 방향으로 회동가능하게 설치되는 카메라; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 카운터 웨이트는 판 형태를 하면서 가운데에 체결공이 형성되고 상기 체결공의 윗부분에는 판의 외주면 으로부터 상기 체결공이 있는 가운데 방향으로 개방홈이 형성되어 이루어지며, 상기 로봇 본체의 후단에는 상기 카운터 웨이트의 체결공에 끼워지도록 웨이트 체결돌기가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 개방홈이 위를 향한 상태로 상기 카운터 웨이트가 회전하지 못하도록 상기 로봇 본체의 후단에 상기 개방홈의 양측면에 걸리는 걸림턱이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 카운터 웨이트는 원판 형태를 하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 개방홈이 있는 부위에 위치하도록 상기 로봇 본체의 후단에 공압호스 연결부가 설치되며, 상기 커팅 헤드는 상기 공업호스 연결부를 통하여 제공되는 공압에 의해 작동되는 것이 바람직하다.

상기 로봇 암의 좌측팔과 우측팔 사이에 위치하도록 상기 로봇 본체의 전단에 카메라 하우징이 앞으로 돌출되도록 설치되고, 상기 카메라는 상기 카메라 하우징의 제어를 받으면서 상하 방향 회전이 가능하도록 상기 카메라 하우징에 결합 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 로봇 암에 의한 균형 불안정이 카운터 웨이트에 의하여 크게 없어지므로 본 발명에 따른 보수로봇을 대구경 하수관로에 사용하더라도 진동 발생에 따른 상술한 문제가 해결되며, 이로 인해 하수관로의 크기에 따라 보수로봇의 크기를 달리할 필요가 없게 되는 이점이 있다. 뿐만 아니라 카메라가 본체의 상면이나 로봇 암에 설치되는 종래의 경우와 달리 본 발명의 경우는 로봇 암의 좌측팔과 우측팔 사이에서 상하 회동을 하면서 위쪽을 촬영할 수 있도록 로봇 본체의 전단에 설치되기 때문에 하수관로의 상면에 대한 모니터링이 제대로 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하수관로 보수로봇(1)을 설명하기 위한 개략도;
도 2 및 도 3은 도 1의 카운터 웨이트(60)를 설명하기 위한 도면들;
도 4는 도 1의 카메라(50)를 설명하기 위한 도면이다.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하수관로 보수로봇(1)을 설명하기 위한 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 하수관로 보수로봇(1)은 로봇 본체(10), 바퀴(20), 로봇 암(30), 커팅 헤드(cutting head, 40), 카메라(50), 및 카운터 웨이트(counter weight, 60)를 포함하여 이루어진다.

로봇 암(30)은 로봇 본체(10)의 전단에서 뻗어 나오도록 설치된다. 로봇 암(30)은 카메라(50)가 밑에서 위로 촬영하는데 가리지 않도록 좌측팔(31)과 우측팔(32)이 하나의 세트로 이루어져서 가운데 부분에 빈 공간이 형성되도록 설치된다.

로봇 본체(10)의 전단에는 암 구동부(35)가 설치되고, 암 구동부(35)에는 암 구동부(35)의 제어에 의해 동작되는 암 회동부(34)가 설치된다. 로봇 암(30)은 암 회동부(34)에 연결되어 뻗어 나오도록 설치됨으로써 암 회동부(34)의 회전에 의해 기울기가 변하게 된다. 암 구동부(35)는 외부 전력선(24)을 통하여 전력을 인가받아 암 회동부(34)를 제어한다.

좌측팔(31) 및 우측팔(32) 각각의 밑에는 참조번호 31a, 32a로 표시한 바와 같이 보조팔이 하나씩 설치되며, 로봇 암(30)의 회동 시에 이러한 보조팔(31a, 32a)이 같이 회동함으로써 커팅 헤드(40)의 적절한 기울기가 결정된다.

커팅 헤드(40)는 로봇 암(30)의 전단에 설치된다. 가지관의 절삭 시에는 커팅 헤드(40)에 커터날이 끼워질 것이며, 가지관의 천공 과정에서는 천공날이 끼워질 것이다. 커팅 헤드(40)는 공압구동부(45)의 제어에 의해 커터날을 회전시키거나 천공날이 전후 운동할 수 있도록 구동된다.

공압구동부(45)를 제어하기 위한 공압은 공압호스(46)를 통하여 제공된다. 가지관이 돌출되어 있는 절삭 부분에서는 물이 떨어지는 경우가 많으므로 커팅 헤드(40)는 전기적으로 작동하는 것보다 이렇게 공압에 의해 작동되도록 하는 것이 바람직하다.

바퀴(20)는 로봇 본체(10)의 양측에 설치된다. 바퀴축(21)에서 쉽게 탈부착 가능하도록 설치되어 필요에 따라 다른 크기의 바퀴를 탈 부착함으로써 로봇의 크기를 변화시키지 않고도 대구경 및 소구경 하수관로의 보수가 가능하도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 대구경 하수관로 보수 시에는 큰 바퀴를 장착하고, 소구경 하수관로 보수 시에는 작은 바퀴를 장착하여 한 개의 보수로봇으로 소구경 하수관로와 대구경 하수관로의 보수가 이루어질 수 있도록 한다는 것이다. 바퀴구동부(25)는 외부 전력선(24)으로부터 전력을 인가받아 바퀴(20)의 구동을 제어한다.

도 2 및 도 3은 카운터 웨이트(60)를 설명하기 위한 도면들이다. 하수관로의 보수를 위해서 로봇 암(30)이 본관의 천정 쪽으로 길게 뻗게 되면 로봇 본체(10)의 균형이 불안정해져서 보수과정에서 보수로봇(1) 전체에 진동이 심하게 발생한다. 카운터 웨이트(60)는 보수로봇(1)의 이러한 진동을 방지하고 안정성을 확보하기 위하여 설치되는 것이다.

카운터 웨이트(60)는 로봇 암(30)으로 인한 로봇 본체(10)의 불균형을 맞추기 위하여 로봇 암(30)이 설치된 곳과 반대방향인 로봇 본체(10)의 후단에 설치되는 것이 바람직하다.

카운터 웨이트(60)는 원판 형태를 하며 원판의 가운데에는 체결공(12)이 형성된다. 체결공(12)의 윗부분에는 원판의 외주면 으로부터 체결공(12)이 있는 가운데 방향으로 개방홈(11)이 형성된다.

카운터 웨이트(60)는 대구경 하수관과 소구경 하수관에 따라 적절히 개수를 조정하여 설치할 수 있도록 판 형태를 하는 것이 바람직한데, 특히 원판 형태를 하는 것이 바람직한 이유는, 원판이 세워지는 형태로 장착될 것이 때문에 원판을 세웠을 때에 가운데 부분이 가장 밑으로 내려와 로봇 본체(10)의 중심을 잡는데 효율적이기 때문이다.

로봇 본체(10)의 후단에는 웨이트 체결돌기(61)가 설치되며, 카운터 웨이트(60)의 체결공(12)이 웨이트 체결돌기(61)에 끼워짐으로써 카운터 웨이트(60)가 로봇 본체(10)의 후단에 체결된다. 카운터 웨이트(60)는 필요에 따라 복수개가 끼워질 수 있으며, 카운터 웨이트(60)가 떨어져 나가지 않도록 웨이트 체결돌기(61)의 끝단은 너트(61a)의 체결을 통해 마무리된다.

로봇 본체(10)의 후단에는 공압호스(46)를 연결하기 위한 공압호스 연결부(47)가 설치된다. 하수관로 내에서 보수로봇(1)은 주로 전 후진을 할 것이기 때문에 외부에 노출되어 있는 공압호스(46)는 보수로봇(1)의 전후진에 장애가 될 수 있다. 따라서 공압호스(46)가 보수로봇(1)의 전후진에 장애가 되지 않도록 공압호스(46)는 로봇 본체(10)의 뒤쪽에 연결되는 것이 바람직하다.

이렇게 로봇 본체(10)의 뒤쪽에 연결된 공압호스(46)로부터 제공되는 공압은 로봇 본체(10) 내에 설치되는 유로나 호스를 경유하여 공압구동부(45)에 제공된다. 경우에 따라서는 도면에 도시된 바와 같이 공압구동부(45)에 도달하기 전에 호스의 일부가 외부에 노출될 수도 있으나 그렇다 하더라도 로봇 본체(10) 내에 위치하기 때문에 로봇 본체(10)의 전 후진 이동에 걸림돌이 되지는 않는다.

카운터 웨이트(60)로 인해 공압호스 연결부(47)의 설치가 방해를 받으므로 상술한 바와 같이 카운터 웨이트(60)에 개방홈(11)을 형성하는 것이다. 그러면 개방홈(11)이 있는 위치에서 공압호스 연결부(47)가 로봇 본체(10)로부터 돌출되기 때문에 공압호스 연결부(47)의 방해를 받지 않고 카운터 웨이트(60)를 개수에 상관없이 자유롭게 설치할 수 있다.

카운터 웨이트(60)는 개방홈(11)이 있는 부위가 위를 향하도록 하는 것이 바람직하다. 그래야 카운터 웨이트(60)의 무게 중심이 더 아래로 쏠리기 때문이다. 진동 등에 의하여 카운터 웨이트(60)가 웨이트 체결돌기(61)에 끼워진 채로 회전하여 버리면 이러한 효과를 얻을 수 없기 때문에 카운터 웨이트(60)가 회전하지 못하도록 로봇 본체(10)의 후단에는 회전방지 걸림턱이 형성되는 것이 바람직하다. 이 때 회전방지 걸림턱(13a, 13b)은 본 실시예에서와 같이 개방홈(11)의 양 측면에 걸리도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 때 공압호스 연결부(47)는 양쪽 걸림턱(13a, 13b) 사이에 위치하게 될 것이다.

종래의 보수로봇은 로봇 본체의 진동으로 인해 정밀한 가지관 절삭이 어려웠다. 그러나 본 발명에서는 진동 문제를 해결하기 위하여 위와 같이 소구경 및 대구경 하수관에 따라 카운터 웨이트(60)의 개수를 적절히 조절하여 직관적으로 쉽게 설치할 수 있으므로 정밀한 절삭 및 천공 보수를 할 수 있다.

도 4는 카메라(50)를 설명하기 위한 도면이다. 앞서 설명한 바와 같이 종래의 경우는 카메라가 로봇 본체에 부착되거나 암에 부착되기 때문에 가지관의 천공 위치가 절삭날의 바로 상면에 위치할 때 카메라의 회전 방향이 한계가 있어 하수관로 상면 관찰이 불가능하였다.

본 발명은 이를 해결하기 위하여 카메라 하우징(55)을 로봇 본체(10)의 전단에 돌출되도록 별도로 설치하고, 카메라(50)를 카메라 하우징(55)에 상하로 회전이 가능하게 설치하는 것을 특징으로 한다. 도4a는 카메라(50)가 전방을 촬영하는 경우가 도시된 것이고, 도 4b는 상향 촬영하는 경우가 도시된 것이다.

카메라(50)의 상향 촬영이 로봇 암(30)에 의해서 가려지지 않도록 카메라 하우징(55)은 로봇 암(30)의 좌측팔(31)과 우측팔(32) 사이에 위치하도록 설치되며 외부 전력선(24)으로부터 전력을 인가받아 카메라(50)의 회전 동작 등을 제어한다.

종래와 같이 카메라가 로봇 암에 바로 설치되면 어떤 경우에는 로봇 암의 회전에 따라 카메라가 하수관로 상면을 촬영하기 힘든 각도에 놓이게 되는데, 본 발명에서와 같이 카메라(50)를 설치하면 로봇 암(30)의 기울기가 변하더라도 이에 영향을 받지 않고 하수관로 상면에 있는 절단 또는 천공 위치의 모니터링이 가능하게 된다.

1: 하수관로 보수로봇 10: 로봇 본체
11: 개방홈 12: 체결공
20: 바퀴 21: 바퀴축
24: 외부 전력선 25: 바퀴구동부
30: 로봇 암 31: 좌측팔
31a, 32a: 보조팔 32: 우측팔
34: 암 회동부 35: 암 구동부
40: 커팅 헤드 45: 공압구동부
46: 공압호스 47: 공압호스 연결부
50: 카메라 55: 카메라 하우징
60: 카운터 웨이트(counter weight) 61: 웨이트 체결돌기

Claims (6)

1. 바퀴가 달려 있는 로봇 본체;
   상기 로봇 본체의 전단에 회동 가능하도록 설치되며, 좌측팔과 우측팔로 구분되어 가운데 부분에 빈 공간을 제공하는 로봇 암;
   커터날이나 천공날이 끼워진 채로 상기 커터날이나 천공날의 동작을 제어하도록 상기 로봇 암의 전단에 설치되는 커팅 헤드;
   상기 로봇 본체에 무게를 부여하기 위하여 상기 로봇 본체의 후단에 설치되는 카운터 웨이트; 및
   상기 로봇 암의 좌측팔과 우측팔 사이에 위치하도록 상기 로봇 본체의 전단에 설치되며 상하 방향으로 회동가능하게 설치되는 카메라;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하수관로 보수로봇.
2. 제1항에 있어서, 상기 카운터 웨이트는 판 형태를 하면서 가운데에 체결공이 형성되고 상기 체결공의 윗부분에는 판의 외주면으로부터 상기 체결공이 있는 가운데 방향으로 개방홈이 형성되어 이루어지며, 상기 로봇 본체의 후단에는 상기 카운터 웨이트의 체결공에 끼워지도록 웨이트 체결돌기가 설치되는 것을 특징으로 하는 하수관로 보수로봇.
3. 제2항에 있어서, 상기 개방홈이 위를 향한 상태로 상기 카운터 웨이트가 회전하지 못하도록 상기 로봇 본체의 후단에 상기 개방홈의 양측면에 걸리는 걸림턱이 형성되는 것을 특징으로 하는 하수관로 보수로봇.
4. 제3항에 있어서, 상기 카운터 웨이트가 원판 형태를 하는 것을 특징으로 하는 하수관로 보수로봇.
5. 제2항에 있어서, 상기 개방홈이 있는 부위에 위치하도록 상기 로봇 본체의 후단에 공압호스 연결부가 설치되며, 상기 커팅 헤드가 상기 공업호스 연결부를 통하여 제공되는 공압에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 하수관로 보수로봇.
6. 제1항에 있어서, 상기 로봇 암의 좌측팔과 우측팔 사이에 위치하도록 상기 로봇 본체의 전단에 카메라 하우징이 앞으로 돌출되도록 설치되고, 상기 카메라는 상기 카메라 하우징의 제어를 받으면서 상하 방향 회전이 가능하도록 상기 카메라 하우징에 결합 설치되는 것을 특징으로 하는 하수관로 보수로봇.
   
   

Images