KR20200062442A

KR20200062442A - 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치

Info

Publication number: KR20200062442A
Application number: KR1020180147431A
Authority: KR
Inventors: 이재열; 권용섭; 안재규; 정명수; 손소은; 홍성호
Original assignee: 한국로봇융합연구원
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2020-06-04
Also published as: KR102138713B1

Abstract

본 발명은 노후관 갱생에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치에 관한 것이다. 이를 위해, 노후관의 갱생 로봇장치에 있어서, (i-1) 노후관의 내벽(12)에 구동 가능하게 접촉하는 복수의 휠구동부(420); (i-2) 견인할 갱생모듈(500,600)이 연결되는 메인프레임(326); 및 (i-3) 메인프레임(326)상에서 휠구동부(420)를 회동시켜 내벽(12)에 밀착시키도록 하는 링크수단;을 포함하는 주행모듈(300);과 (ii-1) 주행모듈(300)과 분리되어 제 1 조인트(110)로 연결되고, (ii-2) 주행모듈(300)로 유압을 제공하는 유압발생수단; (ii-3) 주행모듈(300)로 냉각수를 제공하는 냉각수단; 및 (ii-4) 주행모듈(300)을 제어하기 위한 제어수단;을 포함하는 서포트모듈;이 제공된다.

Description

직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치{Pipe rehabilitation Robot system that changes the diameter of piping and having high tractive force}

본 발명은 노후관 갱생에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치에 관한 것이다.

상수도시설은 수원에서 소비자에 이르기까지 각종 시설로 구성되어 있지만, 특히 도·송·배·급수 시설은 그 중요성과 함께 시설 규모의 면에서도 수도시설 전반에 차지하는 비율이 높아지고 있다. 특히, 노후 관로가 계속 증가하고 있다는 것은 앞으로의 상수도 시설 문제에 있어 가장 주요한 이슈로 남아있을 것으로 판단된다.

직경 800mm 이하 중형관은 주로 단순 견인식 장비에 의해 시공이 이루어짐에 따라 도막 품질 확보를 위한 표면처리 확보가 어렵고, 또한 각 공정 과정에서 발생되는 다양한 시공 부산물의 배관의 외부 배출 처리가 어렵다. 따라서, 재도막의 조기 박리로 수질악화, 배관의 수명단축, 유지관리 비용 증가, 갱생품질에 대한 불신이 팽배해지고 있다. 이로인해 최근에는 갱생 품질 확보를 위해 로봇에 의한 정밀 시공의 적용 필요성이 높아지고 있다.

직경 500~800mm 범위의 노후 상수도 배관의 경우, 갱생 작업을 위하여 배관 내부에서 세척, 도막 제거, 표면처리, 분사형 라이닝 작업 등 갱생 작업이 가능한 배관 로봇 플랫폼과 갱생 작업 시 발생하는 부산물의 원활한 배출을 위한 시공 부산물 처리 로봇 시스템이 필요하다.

노후 수도관에 대한 갱생은 통상 800mm 이상 배관에 대해 진행되며 인력이 배관 내부에 투입되어 갱생 작업을 진행하는 형태와 갱생 장비를 배관 내부 이동 장치에 부착하여 수동으로 조작되는 갱생 장비를 이용하여 진행하고 있다. 통상 수도관의 갱생 작업은 노후화 정도 확인을 위하여 배관 외부에서 감육 두께를 측정하거나 배관 내부에 내시경 카메라를 넣어 배관 내벽의 노후화 상태를 확인한다. 이후 배관 내 물을 배출하여 배관 내벽에 고착된 이물질을 제거하고 표면처리 후 신규 라이닝 부착작업을 수행하여 갱생 작업을 완료하는 공정으로 진행된다.

갱생 장비의 개발은 지하에 매설된 배관에 대한 접근성과 장비의 고중량의 문제 그리고 작업 장치의 구성 조건과 작동 성능 등이 고려되어야 한다. 인력이 투입되지 못하는 소형관에 대해서는 로봇을 이용한 갱생 작업이 고려되고 있다. 그런데, 800mm 이하의 소형 배관에 대해서는 인력 투입이 불가능하여 갱생 작업을 수행하지 못하고 전체 교체를 진행하였다.

종래의 비굴착 노후관 갱생공법에 관한 선행기술로는 공개특허공보 제 10-2010-0094916 "노후관 갱생방법 및 이에 사용되는 노후관 갱생장비"가 있었다. 도 1은 종래의 노후관 갱생 로봇장치의 동작 상태도이다. 그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 비굴착 노후관 갱생공법은, 도막 제거 공정, 쇼트 블라스팅 공정 및 도장공정, 건조 및 검사공정 순으로 진행되기 때문에, 사전에 노후관 내부의 환경을 정확히 파악하기 어려워 작업중 보수 및 보강작업이 필요한 곳을 발견하는 경우에 작업시간을 증가시켜 공기를 제때 맞추기 어렵다. 이로 인해 비용상승을 초래할 뿐 아니라 노후관 내부의 열악한 환경을 사전에 파악하지 못하여 이에 맞는 작업을 수행하지 못해 작업품질이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 사전에 노후관 내부 환경을 파악하기 위해 인력을 투입하는 경우에 돌발 상황으로 인해 안전사고가 발생할 수 있으며 단시간내 파악이 어려운 문제점이 있었다. 따라서, 노후관의 내면에서 자동으로 작업이 가능하면서도 안전사고를 방지하고 작업시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 비용절감 및 작업품질을 향상시킬 수 있는 노후관로 갱생용 비굴착 갱생공법에 관한 현실적이고도 적용이 가능한 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

또한, 종래의 갱생용 로봇에 대한 선행기술로는 공개특허공보 제 비굴착 노후관 갱생공법에 관한 선행기술로는 공개특허공보 제 10-2014-0108382호, "노후관로 갱생용 탐사로봇"가 있었다. 이러한 종래의 갱생용 탐사로봇은 고견인력을 유지하기에는 로봇의 자중과 휠 트랙장치의 마찰 견인력에만 기인되어 고견인력을 유지하기 어렵고, 관경 대응측면에서도 관경에 대한 견인 하중 대응은 휠 트랙장치의 곡면 접촉부에 기인되므로 단일 관경에만 적용할 수 있다는 문제가 있었다.

종래의 기술에서는, 소형관경 500~800mm에 대한 노후관로 갱생용 주행 로봇의 대하여 개발된 기술이 없으며 단일 로봇 기구로 500~800mm 관경을 대응할 수 있는 체계와 고견인력을 위한 링크 구조 및 견인기 구조에 대한 기술이 부재한 실정이었다. 즉, 소형관용 배관의 갱생 및 탐상, 청소 등의 목적에 부합되는 고견인력 배관로봇의 기술이 시급히 요구되는 실정이다.

1. 대한민국 특허공개 제 10-2010-0094916호(발명의 명칭 : 노후관 갱생방법 및 이에 사용되는 노후관 갱생장비) 2. 대한민국 특허공개 제 10-2014-0108382호(발명의 명칭 : 노후관로 갱생용 탐사로봇)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 500~800mm 배관에 대해 인력 투입이 불가능하여 갱생 작업을 수행하지 못하고 전체 교체를 통해 진행되었던 노후 상수관의 수명 연장을 위해 갱생 작업을 위한 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치를 제공하는 것이다.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 노후관의 갱생 로봇장치에 있어서, (i-1) 노후관의 내벽(12)에 구동 가능하게 접촉하는 복수의 휠구동부(420); (i-2) 견인할 갱생모듈(500,600)이 연결되는 메인프레임(326); 및 (i-3) 메인프레임(326)상에서 휠구동부(420)를 회동시켜 내벽(12)에 밀착시키도록 하는 링크수단;을 포함하는 주행모듈(300);과

(ii-1) 주행모듈(300)과 분리되어 제 1 조인트(110)로 연결되고, (ii-2) 주행모듈(300)로 유압을 제공하는 유압발생수단; (ii-3) 주행모듈(300)로 냉각수를 제공하는 냉각수단; 및 (ii-4) 주행모듈(300)을 제어하기 위한 제어수단;을 포함하는 서포트모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치가 제공된다.

또한, 휠구동부(420)는, 구동축(422); 구동축(422)의 양단에 각각 체결되는 휠(421); 구동축(422)을 구동시키는 구동모듈(430);을 포함한다.

또한, 구동축(422)는 중공축이고, 구동모듈(430)은, 모터(431); 및 모터(431)와 연결되는 감속기(432);를 포함하고, 구동축(422)을 제동하는 브레이크(435), 구동축(422)의 회전을 감지하는 엔코더(436), 구동축(422)의 토오크를 감지하는 토오크센서(433)중 적어도 하나를 더 포함한다.

또한, 링크수단은, 휠구동부(420)의 일측이 메인프레임(326)에 회동 가능하게 연결되는 하부구동부(400); 및 일측이 메인프레임(326)에 회동 가능하게 연결되고, 타측이 하부구동부(400)에 연결되어 회동을 제어하는 하부 액추에이터;를 포함한다.

선택적으로, 하부구동부(400)는, 메인프레임(326)의 일편에 회동가능하게 연결되는 제 1 하부구동부(400a); 및 메인프레임(326)의 타편에 회동가능하게 연결되는 제 2 하부구동부(400b);를 포함하고,

그리고 하부 액추에이터는, 메인프레임(326)과 제 1 하부구동부(400a) 사이에 연결되는 제 1 하부 액추에이터(324); 및 메인프레임(326)과 제 2 하부구동부(400b) 사이에 연결되는 제 2 하부 액추에이터(325);를 포함한다.

또한, 제 1 하부구동부(400a) 및 제 2 하부구동부(400b) 각각은, 이격된 한쌍의 상기 휠구동부(420); 및 한쌍의 휠구동부(420) 사이에 설치되는 하부구동프레임(410);을 포함한다.

또한, 링크수단은, 일단이 메인프레임(326)의 일측에 회동 가능하게 연결되고, 타단에 휠구동부(420)가 제 1 상부구동부(312)로써 회동 가능하게 연결되는 제 1 상부링크(332); 일단이 메인프레임(326)의 타측에 연결되고, 타단이 제 1 상부링크(332)에 연결되는 제 1 상부 액추에이터(330); 및 일단이 제 1 상부링크(332)에 연결되고, 타단이 제 1 상부구동부(312)에 연결되는 제 3 상부 액추에이터(334);를 포함한다.

또한, 링크수단은, 일단이 메인프레임(326)의 타측에 회동 가능하게 연결되고, 타단에 휠구동부(420)가 제 2 상부구동부(314)로써 회동 가능하게 연결되는 제 2 상부링크(322); 일단이 메인프레임(326)의 일측에 연결되고, 타단이 제 2 상부링크(322)에 연결되는 제 2 상부 액추에이터(328); 및 일단이 제 2 상부링크(322)에 연결되고, 타단이 제 2 상부구동부(314)에 연결되는 제 4 상부 액추에이터(340);를 더 포함할 수 있다.

또한, 주행모듈(300)의 일면에는 제 1 주행카메라(318)와 제 1 주행LED(316)가 더 설치되고, 주행모듈(300)의 타면에는 제 2 주행카메라(336)와 제 2 주행LED(338)가 더 설치된다.

한편으로, 링크수단은 복수의 액추에이터를 포함하고, 유압발생수단은 복수의 액추에이터 마다 개별적인 유압을 제공하기 위해, 오일탱크(152), 오일탱크와 연결된 유압발생모터(162), 유압발생모터와 연결된 오일펌프(164); 오일펌프(164)와 연결된 복수의 서보밸브(158); 및 각 서보밸브(158)에 대응하는 서보밸브 제어부(156);를 포함한다.

그리고, 냉각수단은 복수의 휠구동부(420) 각각에 냉각수를 공급하기 위하여, 냉각수가 수용되는 냉각수탱크(148); 냉각수탱크내의 냉각수를 공급하는 냉각수펌프(146); 및 냉각수를 열교환시키기 위한 쿨링팬(150)과 라디에이터(149);를 포함한다.

또한, 서포트모듈(100)에는 주행거리를 감지하는 오도메타(144)가 더 설치된다.

또한, 서포트모듈(100)의 전방에는 전방카메라(124)와 조명장치(126)가 더 설치된다.

또한, 서포트모듈(100)은, 하부에서 서포트모듈(100)을 지지하는 복수의 가이드휠(130); 및 상부에서 내벽(12)과 접촉하는 가이드레일(120)을 더 포함한다.

또한, 서포트모듈(100)에는 냉각수의 입력과 출력을 위한 냉각수포트(134); 및 유압발생수단에 의해 발생된 유압을 주행모듈(300)로 전달하는 출력 매니폴더(154); 및 주행모듈(300)과의 전기적 연결을 위한 후방커넥터(138);가 더 구비된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 관경 500~800mm에 대해 고견인력으로 갱생 장비를 견인할 수 있는 배관 로봇이 갱생 현장에서 사용될 수 있다. 즉, 다양한 배관의 직경에 대해서도 하나의 노후관 갱생 로봇장치로 대응할 수 있다는 편리성이 있고, 또한 연결된 배관의 직경이 가변되는 경우에도 실시간으로 이에 대응하면서도 목적한 성능을 그대로 발휘할 수 있는 장점이 있다.

이로 인해, 종래 소구경관의 갱생 작업을 위한 무인 로봇의 부재로 인해 갱생 공법을 다양하게 적용할 수 없었지만 본 발명을 통해 소구경관경에 대한 갱생, 청소, 유지보수 등을 일괄하여 자동으로 처리할 수 있는 장점이 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 노후관 갱생 로봇장치의 동작 상태도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치의 전체 시스템 구성도,
도 3a는 도 2중 서포트모듈(100)의 좌측 사시도,
도 3b는 도 2중 서포트모듈(100)의 우측 사시도,
도 3c는 도 2중 서포트모듈(100)의 내부 구성도,
도 3d는 도 2중 서포트모듈(100)의 내부 유압회로도,
도 3e는 도 2중 서포트모듈(100)중 유압 파워팩의 동력 계통도,
도 3f는 도 2중 서포트모듈(100)중 유압 파워팩의 내부 구성도,
도 3g는 도 2중 서포트모듈(100)중 냉각장치의 좌측 사시도,
도 3h는 도 2중 서포트모듈(100)중 냉각장치의 우측 사시도,
도 4a는 도 2중 주행모듈(300)의 사시도,
도 4b는 도 4a에 도시된 주행모듈(300)의 정면도,
도 4c는 도 4a에 도시된 주행모듈(300)의 측면도,
도 4d는 도 4a에 도시된 주행모듈(300)중 휠구동부의 전단면도,
도 4e는 도 4d에 도시된 휠구동부중 구동모듈의 전단면도,
도 4f는 도 4a에 도시된 주행모듈(300)중 하부구동부(400)의 사시도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

실시예의 구성

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치의 전체 시스템 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 갱생 로봇장치는 대략 서포트모듈(100), 주행모듈(300) 및 제 1, 2 갱생모듈(500, 600)로 구성된다. 서포트모듈(100)과 주행모듈(300)은 제 1 조인트(110)로 연결되고, 주행모듈(300)과 제 1 갱생모듈(500)은 제 2 조인트(310)로 연결된다. 제 1, 2 조인트(110, 310)는 강체 링크와 볼-소켓 조인트 및 유니버설 조인트로 구현할 수 있다.

최전방에 위치하는 서포트모듈(100)은 유압장치, 냉각장치, 카메라, 기타 전자장치 등이 내장된다.

주행모듈(300)은 수도관 내벽에 밀착되어 전진하도록 하는 강한 견인력을 발생시키고, 수도관의 다양한 직경에 대응하여 가변되도록 하는 링크 구조를 갖추고 있다.

제 1, 2 갱생모듈(500, 600)은 종래의 갱생장치와 유사하므로 구체적인 설명은 생략한다.

각 구성 모듈에 대한 상세한 구성 설명과 동작에 대해서는 이하에서 설명하도록 한다.

서포트모듈

도 3a는 도 2중 서포트모듈(100)의 좌측 사시도이고, 도 3b는 도 2중 서포트 모듈의 우측 사시도이다. 서포트모듈(100)은 주행모듈에 전원, 통신, 제어, 유압작동유, 냉각수를 공급한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 서포트모듈(100)은 대략 원통 형상의 메인바디(122)이고, 상부에는 내벽(12)에 밀착될 수 있는 가이드레일(12)이 구비되고, 하부 양측에는 총4개의 가이드휠(130)이 설치되어 서포트모듈(100)을 지지한다. 또한 하부 중앙에는 별도의 휠과 오도메타(144)가 구비되어 있다.

서포트모듈(100)의 전방에는 전방카메라(124)와 조명장치(126)가 설치되고, 냉각을 위한 냉각부(128)와 전기적 연결을 위한 전방커넥터(132)가 구비된다. 또한 서포트모듈(100)의 전방에는 냉각부(128)에서 사용하는 냉각수포트(134)가 구비된다.

서포트모듈(100)의 후방에는 제 1 조인트(110)가 구비되고, 전기적 연결을 위한 후방커넥터(138) 및 냉각부(128)에서 사용하는 냉각수포트(134)가 구비된다. 그리고, 내부의 유압장치에서 사용하기 위한 오일포트(136) 및 유압밸브(140)가 구비된다.

전술한 전방커넥터(132)와 후방커넥터(138)는 전원, 통신, 센서신호에 관한 인터페이스를 제공한다.

도 3c는 도 2중 서포트모듈(100)의 내부 구성도이다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 서포트모듈(100)의 우측에는 제 1 조인트(110)가 구비되고, 하부에는 오도메타(144)가 구비된다.

서포트모듈(100)의 좌측에는 냉각부(128)의 쿨링팬(150)이 설치된다. 서포트모듈(100)의 내부에는 냉각부(128)를 위한 냉각수펌프(146), 냉각수탱크(148)가 구비된다.

또한, 서포트모듈(100)의 내부에는 유압발생을 위한 오일탱크(152), 다수의 서보밸브(158), 각각의 서보밸브제어부(156)가 구비되고 외부의 출력 매니폴더(154)와 연결된다. 이러한 유압발생장치는 큰 힘으로 휠(421)을 내벽(12)에 압착하기 위한 것이다.

서포트모듈제어부(160)는 PCB 형태의 전자회로로서 MICOM이나 노트북 PC와 같은 구성요소를 갖는다. 이러한 서포트모듈제어부(160)는 오일탱크(152)의 상부에 구비되어 냉각, 유압, 전원, 통신 등에 관한 제어를 총괄한다.

도 3d는 도 2중 서포트모듈(100)의 내부 유압회로도이다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 유압발생모터(162)와 오일펌프(164)에 의해 6개의 서보밸브(158a ~ 158f)와 6개의 액추에이터가 동작한다. 제 1 서보밸브(158a)는 제 1 하부 액추에이터(324)를 동작시키기 위한 것이고, 제 3 서보밸브(158c)는 제 1 상부 액추에이터(330)를 동작시키기 위한 것이고, 제 4 서보밸브(158d)는 제 2 상부 액추에이터(328)를 동작시키기 위한 것이다. 이러한 제 1, 3, 4 서보밸브(158a, 158c, 158d) 및 제 1 하부 액추에이터(324), 제 1, 2 상부 액추에이터(330, 328)가 주행모듈(300)의 좌측(도 4b 기준) 구성이고, 우측 구성은 이와 대칭된다.

또한, 각 유압 계통 상에 압력 센서를 배치하여 서버밸브제어부(156)에 의해 압력 직접제어가 가능하도록 구성하였다.

도 3e는 도 2중 서포트모듈(100)중 유압 파워팩의 동력 계통도이다. 도 3e에 도시된 바와 같이, 유압생성모터(162)의 회전력은 풀리와 벨트를 통해 오일펌프(164)로 전달된다. 이를 위해 유압생성모터(162)는 BLDC(Brushless DC)모터와 감속기가 될 수 있다. 오일펌프(164)는 오일탱크(152)의 오일을 이용하여 유압을 발생시킨다. 6개의 서보밸브제어부(156)는 각각 연결된 서보밸브(158)에서 필요한 유압을 개별적으로 발생시키도록 제어한다. 이러한 6개 서보밸브(158)의 출력은 출력 매니폴더(154)를 통해 서포트모듈(100) 외부(즉, 주행모듈(300))로 전달된다.

도 3f는 도 2중 서포트모듈(100)중 유압 파워팩의 내부 구성도이다. 도 3f에 도시된 바와 같이, 유압발생모터(162)의 하부에 오일펌프(164)가 배치된다. 오일펌프(164)는 액시얼(Axial) 피스톤 펌프 또는 액시얼 플런저(Plunger) 펌프가 될 수 있다.

도 3g는 도 2중 서포트모듈(100)중 냉각장치의 좌측 사시도이다. 도 3g에 도시된 바와 같이, 한쌍의 냉각수 포트(134)가 구비되고, 쿨링팬(150)과 일측에 라디에이터(149)가 구비된다. 또한, 갱생 로봇장치는 수도관(10)의 내부 온도에 의존할 수 없는 환경에서 동작하므로 열전소자(미도시)를 이용한 냉각 방식과 라지에이터(149)를 이용한 냉각 방법 2가지를 함께 적용한다.

도 3g에 도시된 쿨링팬(150) 일측에는 열전소자의 냉각을 위한 소형의 쿨링팬 2개가 구비된다.

도 3h는 도 2중 서포트모듈(100)중 냉각장치의 우측 사시도이다. 도 3h에 도시된 바 같이, 상부에 냉각수펌프(164)가 구비되고, 전술한 한쌍의 냉각수 포트(134)가 노출된다. 특히, 하나는 냉각수 포트(입력, 134a)이고, 또 다른 하나는 냉각수 포트(출력, 134b)이다. 냉각수탱크(148)는 냉각수펌프(164)와 연결되어 냉각수를 공급한다. 냉각수펌프(164)는 냉각수탱크(148) 속의 냉각수를 라디에이터(149)로 공급하여 냉각시킨 후 냉각수 포트(출력, 134b)로 내보내는 역할을 한다. 이후, 냉각수 포트(출력, 134b)에서 배출된 냉각수는 별도의 냉각수 배관(미도시)을 통해 주행모듈(300)에 설치된 6개의 휠 구동부(420)에 각각 공급되어 구동모듈(430)을 냉각시킨다. 그리고 냉각에 사용된 냉각수는 다시 냉각수 배관(미도시)을 통해 냉각수 포트(입력, 134a)로 전달된다.

주행모듈

이하에서는 전술한 서포트모듈(100)과 연결되는 주행모듈(300)에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 주행모듈(300)은 링크구조를 이용하여 직경 500~800mm 범위의 노후 상수도관(10)의 내벽(12)에 가변적으로 밀착될 수 있고, 400 Kg의 높은 견인력을 발휘한다.

도 4a는 도 2중 주행모듈(300)의 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 주행모듈(300)의 정면도이며, 도 4c는 도 4a에 도시된 주행모듈(300)의 측면도이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 주행모듈(300)의 대략 좌우 대칭 형상이고, 좌측에 제 1 하부구동부(400a) 및 상기 제 1 하부구동부(400a)의 위치를 가변시키는 제 1 하부 액추에이터(324)가 위치한다. 그리고 우측에는 이와 대칭되는 제 2 하부구동부(400b) 및 상기 제 2 하부구동부(400b)의 위치를 가변시키는 제 2 하부 액추에이터(325)가 위치한다.

메인프레임(326)은 축선 방향을 따라 길게 형성되고, 하부에는 제어회로가 구비된다. 특히, 제어회로에는 자세 감지 센서(예 : Inertial Measurement Unit, IMU)가 설치되어 로봇의 기울기에 따른 링크 각도의 조절 및 유압 실린더의 압력 조절을 위해 사용된다.

제 1 하부 액추에이터(324)의 일단은 메인프레임(326)의 좌측에 고정되고, 타단은 제 1 하부구동부(400a)에 연결된다. 그리고, 제 1 하부구동부(400a)의 일측은 메인프레임(326)상에 회동 가능하게 설치되고, 타단은 제 1 하부 액추에이터(324)에 연결된다. 따라서, 제 1 하부 액추에이터(324)의 팽창과 수축에 따라 제 1 하부구동부(400a)가 메인프레임(326) 상에서 각도가 변하게 된다.

제 2 하부 액추에이터(325)의 일단은 메인프레임(326)의 우측에 고정되고, 타단은 제 2 하부구동부(400b)에 연결된다. 그리고, 제 2 하부구동부(400b)의 일측은 메인프레임(326)상에 회동 가능하게 설치되고, 타단은 제 2 하부 액추에이터(325)에 연결된다. 따라서, 제 2 하부 액추에이터(325)의 팽창과 수축에 따라 제 2 하부구동부(400b)가 메인프레임(326) 상에서 각도가 변하게 된다.

이러한 제 1, 2 하부 액추에이터(324, 325)는 수도관(10)의 직경에 맞춰 제어됨에 따라 내경의 변화와 상관없이 제 1, 2 하부구동부(400a, 400b)를 내벽(12)에 밀착시킨다. 즉, 제 1, 2 하부 액추에이터(324, 325)는 제 1, 2 하부구동부(400a, 400b)가 수도관(10)의 바닥면에 지지되며 접촉각이 관경에 대응할 수 있도록 제어된다.

제 1 상부링크(332)의 일단은 메인프레임(326)의 일측에 회동 가능하게 설치되고, 타단에는 제 1 상부구동부(312)가 설치된 자유단이다. 제 1 상부 액추에이터(330)의 일단은 메인프레임(326)에 설치되고, 타단은 제 1 상부링크(332)에 연결되어 제 1 상부링크(332)를 회동시킨다. 제 3 상부 액추에이터(334)의 일단은 제 1 상부링크(332)에 설치되고, 타단은 제 1 상부구동부(312)에 설치되어 제 1 상부구동부(312)를 틸팅시킨다. 고견인력을 발휘하기 위해서는 제 1 상부구동부(312)가 내벽(12)에 접하는 것외에 제 1 상부링크(332)와 최적의 각도(예 : 상부링크 끝단의 지향방향과 내벽(12)이 평행을 이룸)를 유지하는 것이 중요하다. 따라서, 제 1, 3 상부 액추에이터(330, 334)의 위치 제어를 통해 제 1 상부구동부(312)가 주행모듈(300)에 대해 최대 토오크를 발휘하도록 최적의 회동위치각을 구현한다.

제 2 상부링크(322)의 일단은 메인프레임(326)의 타측에 회동 가능하게 설치되고, 타단에는 제 2 상부구동부(314)가 설치된 자유단이다. 제 2 상부 액추에이터(328)의 일단은 메인프레임(326)에 설치되고, 타단은 제 2 상부링크(322)에 연결되어 제 2 상부링크(322)를 회동시킨다. 제 4 상부 액추에이터(340)의 일단은 제 2 상부링크(322)에 설치되고, 타단은 제 2 상부구동부(314)에 설치되어 제 2 상부구동부(314)를 틸팅시킨다.

이러한 제 1, 2 상부링크(332, 322)는 수도관(10)의 직경에 따라 회동됨으로써 내경의 변화와 상관없이 제 1, 2 상부구동부(312, 314)를 내벽(12)에 밀착시킨다.

상부구동제어부(320)는 제 1 상부링크(332)상에 설치되며, 제 1 상부구동부(312)를 제어하기 위한 제어회로이다. 이러한 상부구동제어부(320) 역시 냉각을 위해 서포트모듈(100)로부터 냉각수를 공급받는다. 아울러, 또 하나의 상부구동제어부(320)가 제 2 상부링크(322) 상에 설치되어 제 2 상부구동부(314)를 제어한다.

제 1 주행카메라(318)와 제 1 주행LED(316)는 서포트모듈(100)을 향하고 있고, 서포트모듈(100)과 주행모듈(300) 사이를 촬영한다. 제 2 주행카메라(336)와 제 2 주행LED(338)는 제 1 갱생모듈(500)을 향하고 있고, 주행모듈(300)과 제 1 갱생모듈(500) 사이를 촬영한다.

도 4d는 도 4a에 도시된 주행모듈(300)중 휠구동부(420)의 전단면도이다. 주행모듈(300)에는 하부에 4개, 상부에 2개를 합쳐서 총 6개의 휠구동부(420)가 있다.

휠구동부(420)는 축선 방향의 구동축(422), 상기 구동축(422)의 주위에 설치되어 구동축(422)을 회전시키는 구동모듈(430), 구동축(422)의 양단에 연결된 한쌍의 휠(421)로 구성된다. 그리고, 구동모듈(430)에 발생하는 열을 냉각하기 위하여 구동모듈(430)의 둘레에는 냉각핀(424)이 형성되고, 냉각핀(424) 둘레를 냉각커버(426)가 밀폐한다. 따라서, 서포트모듈(100)에서 공급되는 냉각수는 냉각수 배관(미도시)을 통해 냉각커버(426)로 공급되고, 냉각핀(424)에서 열교환된 후 다시 서포트모듈(100)로 리턴한다.

도 4e는 도 4d에 도시된 휠구동부(420)중 구동모듈(430)의 전단면도이다. 도 4e에 도시된 바와 같이, 중공의 구동축(422)이 축선 방향으로 배치되고, 구동모듈(430)의 둘레를 휠베이스(434)로 둘러싼다. 그리고, 구동축(422)의 일단에는 회전속도를 감지하기 위한 엔코더(436)가 설치되고, 타단에는 브레이크(435)와 토오크센서(433)가 구비된다. 브레이크(435)는 경사진 수도관(10)에서의 미끄럼 방지를 위한 것이다. 그리고 토오크센서(433)는 견인력에 대한 감지 및 자동 주행 제어를 위한 것으로, 휠구동부(420) 최종 출력단에서 구동축(422) 동력에 대한 토오크 부하를 측정하고 자동제어가 가능한다.

BLDC 모터(431)에 의해 발생한 토오크는 감속기(예 : 하모닉 드라이브, 432)의 160 : 1의 감속비에 의해 고토오크로 감속된 후 구동축(422)을 회전시킨다. 이로 인해 갱생 로봇장치에 높은 견인력이 발생하게 된다. 이러한 구동모듈(430)은 일체형으로 제작된 BLDC 서보모터로 구현할 수 있다.

도 4f는 도 4a에 도시된 주행모듈(300)중 하부구동부(400)의 사시도이다. 하부구동부(400)는 주행모듈(300)의 하부에서 좌측에 하나, 우측에 하나가 설치되어 있다. 각 하부구동부(400)에는 한쌍의 휠구동부(420)가 이격된 채 구비되고, 한쌍의 휠구동부(420) 사이에는 하부구동프레임(410)이 설치된다. 하부구동프레임(410)는 하부구동부(400)의 형상을 유지하고, 내부에 휠구동부(420)를 제어하는 BLDC서보모터 제어회로 및 상기 제어회로를 냉각하기 위한 회로냉각장치(미도시)가 구비된다. 회로냉각장치도 휠구동부(420)와 동일하게 서포트모듈(100)로부터 공급되는 차가운 냉각수에 의해 냉각된다.

주행모듈(30))중 각 관절에는 회전 위치 제어를 위해서 링크 중심축 기준으로 절대 회전각 센서를 부착된다. 그리고, 힘 제어에 대해서는 서포트모듈(100)의 서보밸브(158) 제어를 위해 장착된 압력센서를 이용한다. 적용 구조에 대해서는 아래 그림과 같으며 왼쪽은 하부 링크 구조의 적용 개념이고 우측 그림은 상부 링크의 관경 대응 적용 개념을 나타내었다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

10 : 수도관,
12 : 내벽,
14 : 진행방향,
20 : 갱생로봇,
40 : 제 1 갱신모듈,
44 : 시공부산물,
60 : 제 2 갱신모듈,
62 : 카메라,
100 : 서포트모듈,
110 : 제 1 조인트,
120 : 가이드레일,
122 : 메인바디,
124 : 전방카메라,
126 : 조명장치,
128 : 냉각부,
130 : 가이드휠,
132 : 전방커넥터,
134 : 냉각수포트,
134a : 냉각수포트(입력),
134b : 냉각수포트(출력),
136 : 오일포트,
138 ; 후방커넥터,
140 : 유압밸브,
144 : 오도메타,
146 : 냉각수펌프,
148 : 냉각수탱크,
149 : 라디에이터,
150 : 쿨링팬,
152 : 오일탱크,
154 : 출력매니폴더,
156 : 서보밸브제어부,
158, 158a ~ 158f : 서보밸브,
160 : 서포트모듈제어부,
162 : 유압발생모터,
164 : 오일펌프,
300 : 주행모듈,
310 : 제 2 조인트,
312 : 제 1 상부구동부,
314 : 제 2 상부구동부,
316 : 제 1 주행LED,
318 : 제 1 주행카메라,
320 : 상부구동제어부,
322 : 제 2 상부링크,
324 : 제 1 하부 액추에이터,
325 : 제 2 하부 액추에이터,
326 : 메인프레임,
328 : 제 2 상부 액추에이터,
330 : 제 1 상부 액추에이터,
332 : 제 1 상부링크,
334 : 제 3 상부 액추에이터,
336 : 제 2 주행카메라,
338 : 제 2 주행LED,
340 : 제 4 상부 액추에이터,
400 : 하부구동부,
400a : 제 1 하부구동부,
400b : 제 2 하부구동부,
410 : 하부구동프레임,
420 : 휠구동부,
421 : 휠,
422 : 구동축,
424 : 냉각핀,
426 : 냉각커버,
430 : 구동모듈,
431 : BLDC모터,
432 : 감속기,
433 : 토크센서,
434 : 휠베이스,
435 : 브레이크,
436 : 엔코더,
500 : 제 1 갱생모듈,
600 : 제 2 갱생모듈,

Claims

노후관의 갱생 로봇장치에 있어서,
(i-1) 상기 노후관의 내벽(12)에 구동 가능하게 접촉하는 복수의 휠구동부(420);
(i-2) 견인할 갱생모듈(500,600)이 연결되는 메인프레임(326); 및
(i-3) 상기 메인프레임(326)상에서 상기 휠구동부(420)를 회동시켜 상기 내벽(12)에 밀착시키도록 하는 링크수단;을 포함하는 주행모듈(300);과
(ii-1) 상기 주행모듈(300)과 분리되어 제 1 조인트(110)로 연결되고,
(ii-2) 상기 주행모듈(300)로 유압을 제공하는 유압발생수단;
(ii-3) 상기 주행모듈(300)로 냉각수를 제공하는 냉각수단; 및
(ii-4) 상기 주행모듈(300)을 제어하기 위한 제어수단;을 포함하는 서포트모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.
제 1 항에 있어서,
상기 휠구동부(420)는,
구동축(422);
상기 구동축(422)의 양단에 각각 체결되는 휠(421);
상기 구동축(422)을 구동시키는 구동모듈(430);을 포함하는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.
제 2 항에 있어서,
상기 구동축(422)는 중공축이고,
상기 구동모듈(430)은,
모터(431); 및
상기 모터(431)와 연결되는 감속기(432);를 포함하고,
상기 구동축(422)을 제동하는 브레이크(435), 상기 구동축(422)의 회전을 감지하는 엔코더(436), 상기 구동축(422)의 토오크를 감지하는 토오크센서(433)중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.
제 1 항에 있어서,
상기 링크수단은,
상기 휠구동부(420)의 일측이 상기 메인프레임(326)에 회동 가능하게 연결되는 하부구동부(400); 및
일측이 상기 메인프레임(326)에 회동 가능하게 연결되고, 타측이 상기 하부구동부(400)에 연결되어 회동을 제어하는 하부 액추에이터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.
제 4 항에 있어서,
상기 하부구동부(400)는,
상기 메인프레임(326)의 일편에 회동가능하게 연결되는 제 1 하부구동부(400a); 및
상기 메인프레임(326)의 타편에 회동가능하게 연결되는 제 2 하부구동부(400b);를 포함하고, 그리고
상기 하부 액추에이터는,
상기 메인프레임(326)과 상기 제 1 하부구동부(400a) 사이에 연결되는 제 1 하부 액추에이터(324); 및
상기 메인프레임(326)과 상기 제 2 하부구동부(400b) 사이에 연결되는 제 2 하부 액추에이터(325);를 포함하는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 하부구동부(400a) 및 상기 제 2 하부구동부(400b) 각각은,
이격된 한쌍의 상기 휠구동부(420); 및
상기 한쌍의 휠구동부(420) 사이에 설치되는 하부구동프레임(410);을 포함하는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.
제 1 항에 있어서,
상기 링크수단은,
일단이 상기 메인프레임(326)의 일측에 회동 가능하게 연결되고, 타단에 상기 휠구동부(420)가 제 1 상부구동부(312)로써 회동 가능하게 연결되는 제 1 상부링크(332);
일단이 상기 메인프레임(326)의 타측에 연결되고, 타단이 상기 제 1 상부링크(332)에 연결되는 제 1 상부 액추에이터(330); 및
일단이 상기 제 1 상부링크(332)에 연결되고, 타단이 상기 제 1 상부구동부(312)에 연결되는 제 3 상부 액추에이터(334);를 포함하는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.
제 7 항에 있어서,
상기 링크수단은,
일단이 상기 메인프레임(326)의 타측에 회동 가능하게 연결되고, 타단에 상기 휠구동부(420)가 제 2 상부구동부(314)로써 회동 가능하게 연결되는 제 2 상부링크(322);
일단이 상기 메인프레임(326)의 일측에 연결되고, 타단이 상기 제 2 상부링크(322)에 연결되는 제 2 상부 액추에이터(328); 및
일단이 상기 제 2 상부링크(322)에 연결되고, 타단이 상기 제 2 상부구동부(314)에 연결되는 제 4 상부 액추에이터(340);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.
제 1 항에 있어서,
상기 주행모듈(300)의 일면에는 제 1 주행카메라(318)와 제 1 주행LED(316)가 더 설치되고,
상기 주행모듈(300)의 타면에는 제 2 주행카메라(336)와 제 2 주행LED(338)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.
제 1 항에 있어서,
상기 링크수단은 복수의 액추에이터를 포함하고,
상기 유압발생수단은 상기 복수의 액추에이터 마다 개별적인 유압을 제공하기 위해,
오일탱크(152),
상기 오일탱크와 연결된 유압발생모터(162),
상기 유압발생모터와 연결된 오일펌프(164);
상기 오일펌프(164)와 연결된 복수의 서보밸브(158); 및
상기 각 서보밸브(158)에 대응하는 서보밸브 제어부(156);를 포함하는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각수단은 상기 복수의 휠구동부(420) 각각에 냉각수를 공급하기 위하여,
상기 냉각수가 수용되는 냉각수탱크(148);
상기 냉각수탱크내의 냉각수를 공급하는 냉각수펌프(146); 및
상기 냉각수를 열교환시키기 위한 쿨링팬(150)과 라디에이터(149);를 포함하는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.
제 1 항에 있어서,
상기 서포트모듈(100)에는 주행거리를 감지하는 오도메타(144)가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.
제 1 항에 있어서,
상기 서포트모듈(100)의 전방에는 전방카메라(124)와 조명장치(126)가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.
제 1 항에 있어서,
상기 서포트모듈(100)은,
하부에서 상기 서포트모듈(100)을 지지하는 복수의 가이드휠(130); 및
상부에서 내벽(12)과 접촉하는 가이드레일(120)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.
제 1 항에 있어서,
상기 서포트모듈(100)에는 냉각수의 입력과 출력을 위한 냉각수포트(134); 및
상기 유압발생수단에 의해 발생된 유압을 상기 주행모듈(300)로 전달하는 출력 매니폴더(154); 및
상기 주행모듈(300)과의 전기적 연결을 위한 후방커넥터(138);가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 직경 가변성 및 고견인력을 갖는 노후관 갱생 로봇장치.