KR20200138524A - 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇은, 관의 내부를 따라 이동 가능한 원통형의 덕트 형상으로 형성되고 상기 관의 내부를 이동함에 따라 상기 관의 결함을 검사하는 검사 로봇 본체, 및 상기 검사 로봇 본체의 전방부에 연결되고 상기 관의 검사시 상기 검사 로봇 본체와 함께 전방으로 이동되기 위한 전진 추력을 생성하는 적어도 하나의 전방 프로펠러를 구비한 전방 이동 유닛을 포함한다.

Description

프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇{ULTRALIGHT PIPE INSPECTING ROBOT USING PROPELLER PROPULSION}

본 발명은 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇에 관한 것으로서, 더 상세하게는 초경량의 드론 비행 방식을 적용하여 관내 검사 작업을 간편하게 실시할 수 있고, 프로펠러 추진을 이용하여 추력과 작동 안정성을 향상시킬 수 있는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇에 관한 것이다.

일반적으로, 관은 속이 빈 가늘고 긴 형상의 파이프 또는 튜브로서, 보통 원형의 단면이지만 다른 모양의 단면도 가능하다. 관은 수도관이나 가스관 등과 같이 일상 생활에서 널리 사용되고 있고, 또한 각종 공업 시설에서도 널리 사용되고 있다.

관은 기체나 액체와 같은 유체, 분체(粉體), 또는 고체의 수송에 주로 사용되고 있다. 관은 노후화, 부식 또는 외부 충격 등으로 인하여 관의 마모 또는 균열 등과 같은 결함이 발생하고, 그로 인해서 지속적인 유지 보수가 필요하다. 상기와 같은 관의 결함을 적기에 유지 보수하지 못하고 방치하게 되면, 관의 파손 및 가연성 물질이나 유독성 물질의 누출 등에 의해서 재산과 인명 피해가 발생된다.

따라서, 관의 결함을 검사하는 장치가 다양하게 개발되어 사용되고 있다. 관의 결함을 검사하는 장치는 관의 형상과 종류, 관의 사용 환경, 또는 관의 수송 물질 등에 따라 다양한 구조로 제작되고 있다.

특히, 최근에는 관의 결함 검사 장치에 로봇과 자율주행장치를 적용하는 방식이 개발되었으며, 그로 인하여 로봇에 의해 관의 내부를 자율 주행하면서 관의 결함 검사가 자동적으로 수행되고 있다.

예를 들면, 한국등록특허 제10-1298227호(발명의 명칭: 관로 검사 장치, 등록일: 2013.08.13)에는, 관로 내부의 이상 부위를 신속하고 정확하게 검사할 수 있음은 물론 관로 내부에서 자주차를 원활하게 이동 또는 회전시킬 수 있는 관로 검사 장치가 개시되어 있다.

또한, 한국공개특허 제10-2017-0026065호(발명의 명칭: 관내 탐사 로봇, 공개일: 2017.03.08)에는, 산업용 금속관, 군용 포신 및 파이프 등 관상 부재의 내부를 확인하여 관내의 불량 유무 및 마모 상태를 검사하고 다양한 지름의 구경을 가지는 관을 검사할 수 있는 관내 탐사 로봇이 개시되어 있다.

상기와 같이 로봇과 자율주행장치를 적용한 관의 결함 검사 장치는, 전체적으로 구조와 제어 방식이 복잡하고, 고하중의 무게로 인하여 취급에 어려움이 있으며, 수직하게 배치된 수직관 또는 높은 경사로 배치된 경사관 등에서 이동이 불가능한 단점이 있다.

본 발명의 실시예는, 프로펠러 추진을 이용한 드론형 비행 방식을 응용하여 초경량 구조로 형성할 수 있는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는, 동축 반전 프로펠러 추진을 이용하여 추력의 증대 및 토크의 상쇄에 의한 작동 안정성을 향상시킬 수 있는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇을 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는, 수평 방향과 수직 방향 및 경사 방향으로 이동이 가능하여 관의 배치 형태와 관계 없이 관내의 결함 검사를 원활하게 수행할 수 있는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇을 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 관의 내부를 따라 이동 가능한 원통형의 덕트 형상으로 형성되고 상기 관의 내부를 이동함에 따라 상기 관의 결함을 검사하는 검사 로봇 본체, 및 상기 검사 로봇 본체의 전방부에 연결되고 상기 관의 검사시 상기 검사 로봇 본체와 함께 전방으로 이동되기 위한 전진 추력을 생성하는 적어도 하나의 전방 프로펠러를 구비한 전방 이동 유닛을 포함하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇을 제공한다.

바람직하게, 상기 전방 이동 유닛에는 복수개의 전방 프로펠러가 마련될 수 있다. 이때, 상기 전방 프로펠러들은 상기 전방 프로펠러들의 작동시 발생되는 토크를 서로 상쇄시키도록 동축 반전 구조로 배치될 수 있다.

바람직하게, 상기 전방 이동 유닛은, 상기 검사 로봇 본체와 동일한 원통형의 덕트 형상으로 형성되고 상기 검사 로봇 본체의 전방부에 연결된 전방 덕트, 상기 전방 덕트의 내부 통로의 중앙부를 중심으로 상기 전방 덕트의 둘레 방향을 따라 회전되는 제1 전방 프로펠러를 포함하고 상기 제1 전방 프로펠러는 제1 방향으로 회전됨에 따라 전진 추력을 생성하는 구조로 형성된 제1 전방 추진부, 및 상기 제1 전방 추진부의 후방에서 상기 제1 전방 추진부와 동일 축선 상에 배치되고 상기 전방 덕트의 내부 통로의 중앙부를 중심으로 상기 전방 덕트의 둘레 방향을 따라 회전되는 제2 전방 프로펠러를 포함하며 상기 제2 전방 프로펠러는 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 회전됨에 따라 전진 추력을 생성하는 구조로 형성된 제2 전방 추진부를 포함할 수 있다.

상기 전방 덕트의 외주부는 상기 전방 덕트의 입구에서 출구까지 직선형 단면으로 형성될 수 있다. 상기 전방 덕트의 내주부는 상기 전방 덕트의 내부 통로를 급격하게 감소시킨 후 점진적으로 확장시키도록 상기 전방 덕트의 입구에서 출구까지 유선형 단면으로 형성될 수 있다.

상기 전방 덕트의 외주부에는 상기 관의 내주면에 구름 접촉되는 롤러 부재가 마련될 수 있다. 상기와 같은 롤러 부재는 상기 전방 덕트의 둘레 방향 및 길이 방향을 따라 복수개가 이격되게 배치될 수 있다.

상기 제1 전방 추진부는, 상기 전방 덕트의 내부 통로의 중앙부에 마련된 제1 모터, 및 상기 제1 모터의 회전축에 연결되고 상기 제1 모터에 의해 상기 제1 방향으로 회전됨에 따라 전진 추력을 생성하는 형상으로 형성된 상기 제1 프로펠러를 포함할 수 있다.

상기 제2 전방 추진부는, 상기 제1 모터의 후방에 위치되도록 상기 전방 덕트의 내부 통로의 중앙부에 마련되고 상기 제1 모터와 동일 축선 상에 배치된 제2 모터, 및 상기 제2 모터의 회전축에 연결되고 상기 제2 모터에 의해 상기 제2 방향으로 회전됨에 따라 전진 추력을 생성하는 형상으로 형성된 상기 제2 프로펠러를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 전방 덕트의 내주부에는, 상기 제1 모터와 상기 제2 모터를 설치하도록 상기 전방 덕트의 전후 방향으로 서로 이격되는 위치에 2개의 모터 서포터가 마련될 수 있다.

그리고, 상기 모터 서포터는, 상기 제1 모터 또는 상기 제2 모터를 설치하도록 상기 전방 덕트의 내부 통로의 중앙부에 마련된 모터 마운트, 및 상기 모터 마운트를 지지하도록 상기 모터 마운트와 상기 전방 덕트의 내주부에 양단부가 연결된 복수개의 지지 로드를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 검사 로봇 본체는, 상기 관의 내부를 따라 이동 가능한 원통형의 덕트 형상으로 형성되고 상기 전방 이동 유닛에 전방부가 연결된 검사 로봇 케이스, 상기 검사 로봇 케이스의 내부 통로의 중앙부에 형성된 모듈 장착부, 및 상기 모듈 장착부에 장착되고 상기 전방 이동 유닛의 작동을 제어하거나 상기 검사 로봇 본체의 이동시 상기 관의 내부를 검사하는 로봇 제어 모듈을 포함할 수 있다.

상기 로봇 제어 모듈은, 상기 검사 로봇 본체의 이동시 상기 관의 결함을 검사하는 결함 검사부, 상기 결함 검사부의 검사 정보를 전달 받도록 상기 결함 검사부에 연결되고 상기 전방 이동 유닛의 작동을 제어하도록 상기 전방 이동 유닛에 연결된 로봇 제어부, 상기 로봇 제어부에 연결되고 상기 로봇 제어부의 검사 정보를 전달 받아 외부에 무선 방식으로 송신하는 로봇 통신부, 및 상기 전방 이동 유닛, 상기 결함 검사부, 상기 로봇 제어부 및 상기 로봇 통신부에 전기를 공급하는 배터리부를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 결함 검사부는 카메라, 레이저 센서, 초음파 센서, 누설 전류계, 와류 전류계, 또는 MFL 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

예를 들면, 상기 결함 검사부는, 상기 검사 로봇 케이스에 형성된 촬영홀부에 배치되고 상기 검사 로봇 본체의 이동시 상기 관의 내부를 촬영하는 카메라, 및 상기 모듈 장착부에 장착되고 상기 카메라와 상기 로봇 제어부에 연결되며 상기 카메라의 촬영 영상을 상기 영상 정보로 처리한 후 상기 로봇 제어부에 전달하는 영상 처리기를 포함할 수 있다.

상기와 같은 촬영홀부는 상기 검사 로봇 케이스의 둘레 방향을 따라 복수개가 설정 간격으로 이격되게 형성될 수 있다. 상기 카메라는 상기 촬영홀부들 중 적어도 하나에 배치될 수 있다.

또는, 상기 결함 검사부는, 상기 전방 이동 유닛의 전방부에 형성된 전방 가이드 부재의 중앙부에 배치되고 상기 검사 로봇 본체의 이동시 상기 관의 둘레 방향으로 회전하면서 상기 관의 내부를 촬영하는 카메라, 및 상기 모듈 장착부에 장착되고 상기 카메라와 상기 로봇 제어부에 연결되며 상기 카메라의 촬영 영상을 상기 영상 정보로 처리한 후 상기 로봇 제어부에 전달하는 영상 처리기를 포함할 수도 있다.

바람직하게, 본 발명의 일실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇은, 상기 관의 외측에 배치되고 상기 검사 로봇 본체와 상기 전방 이동 유닛을 후진시키도록 상기 검사 로봇 본체에 와이어로 연결된 와이어 후진 유닛, 및 상기 와이어 후진 유닛의 작동을 제어하도록 상기 와이어 후진 유닛에 연결되고 상기 검사 로봇 본체와 상기 전방 이동 유닛을 제어함과 아울러 상기 검사 로봇 본체의 검사 결과를 전달 받아 분석하도록 상기 검사 로봇 본체와 무선 통신 방식으로 연결된 원격 제어 유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 와이어 후진 유닛은, 상기 검사 로봇 본체와 상기 전방 이동 유닛의 후진시 상기 와이어를 감아 상기 검사 로봇 본체를 당기도록 상기 와이어가 감김되거나 풀림되는 와인더 보빈을 포함할 수 있다.

상기와 다르게, 본 발명의 일실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇은, 상기 검사 로봇 본체의 후방부에 연결되고 상기 관의 검사시 상기 검사 로봇 본체와 함께 후방으로 이동되기 위한 후진 추력을 생성하는 적어도 하나의 프로펠러를 구비한 후방 이동 유닛, 및 상기 검사 로봇 본체와 상기 전방 이동 유닛 및 상기 후방 이동 유닛을 제어함과 아울러 상기 검사 로봇 본체의 검사 결과를 전달 받아 분석하도록 상기 검사 로봇 본체와 무선 통신 방식으로 연결된 원격 제어 유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 후방 이동 유닛은, 상기 검사 로봇 본체를 기준으로 상기 전방 이동 유닛과 대칭되는 형상으로 마련될 수 있다.

상기 후방 이동 유닛에는 복수개의 후방 프로펠러가 마련될 수 있다. 이때, 상기 후방 프로펠러들은 상기 후방 프로펠러들의 작동시 발생되는 토크를 서로 상쇄시키도록 동축 반전 구조로 배치될 수 있다.

상기 후방 이동 유닛은, 상기 검사 로봇 본체와 동일한 원통형의 덕트 형상으로 형성되고 상기 검사 로봇 본체의 후방부에 연결된 후방 덕트, 상기 후방 덕트의 내부 통로의 중앙부를 중심으로 상기 후방 덕트의 둘레 방향을 따라 회전되는 제1 후방 프로펠러를 포함하고 상기 제1 후방 프로펠러는 제2 방향으로 회전됨에 따라 후진 추력을 생성하는 구조로 형성된 제1 후방 추진부, 및 상기 제1 후방 추진부의 전방에서 상기 제1 후방 추진부와 동일 축선 상에 배치되고 상기 후방 덕트의 내부 통로의 중앙부를 중심으로 상기 후방 덕트의 둘레 방향을 따라 회전되는 제2 후방 프로펠러를 포함하며 상기 제2 후방 프로펠러는 상기 제2 방향의 반대인 제1 방향으로 회전됨에 따라 후진 추력을 생성하는 구조로 형성된 제2 후방 추진부를 포함할 수 있다.

상기 후방 덕트는, 상기 전방 덕트와 동일한 형상으로 형성될 수 있고, 상기 검사 로봇 본체를 기준으로 상기 전방 덕트와 대칭되게 배치될 수 있다. 상기 제1 후방 추진부는, 상기 제1 전방 추진부와 동일한 형상으로 형성될 수 있고, 상기 검사 로봇 본체를 기준으로 상기 제1 전방 추진부와 대칭되게 배치될 수 있다. 상기 제2 후방 추진부는, 상기 제2 전방 추진부와 동일한 형상으로 형성될 수 있고, 상기 검사 로봇 본체를 기준으로 상기 제2 전방 추진부와 대칭되게 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇은, 프로펠러의 추력을 이용하는 드론형 비행 방식의 전방 이동 유닛 또는 후방 이동 유닛에 의해 전방 또는 후방으로 이동되는 구조이므로, 전방 이동 유닛 또는 후방 이동 유닛을 초경량의 드론 형상으로 제작하여 초경량 관내 검사 로봇의 경량화를 현저하게 실현할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 전방 이동 유닛 또는 후방 이동 유닛을 초경량의 드론형 비행 방식으로 마련하여 초경량 관내 검사 로봇의 취급성 및 작업 편의성을 향상시킬 수 있고, 관내의 결함 검사에 필요한 작업자의 수를 대폭 감소시킬 수 있으며, 더 나아가 혼자서도 관내의 결함 검사를 수행할 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇은, 전방 이동 유닛 또는 후방 이동 유닛에 마련된 복수개의 프로펠러를 동일 축선 상에 서로 반대 방향으로 회전되는 동축 반전 구조로 마련하므로, 복수개의 프로펠러를 비동일한 축선 상에 배치한 구조에 비하여 프로펠러의 추력을 향상시킬 수 있고, 프로펠러들의 작동시 발생되는 토크를 서로 상쇄시켜 프로펠러들의 작동 안정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇은, 관의 내부를 따라 수평 방향과 수직 방향 및 경사 방향으로 모두 이동 가능한 구조이므로, 수평관과 경사관 및 수직관 등과 같이 다양한 구조로 배치된 관의 결함 검사도 원활하게 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇은, 동축 상에 배치된 복수개의 프로펠러를 감싸는 형상으로 전방 덕트 또는 후방 덕트를 배치한 구조이므로, 전방 덕트 또는 후방 덕트는 프로펠러들의 익형 끝단에서 발생되는 끝단 와류를 생성 억제할 수 있고, 그로 인하여 프로펠러들의 끝단 와류로 인한 공력 손실을 미연에 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇은, 전방 덕트 또는 후방 덕트의 내주부를 유선형 단면 형상으로 형성하므로, 전방 덕트 또는 후방 덕트의 입구에서 코안다 효과(coanda effect)에 따른 유동 가속으로 인하여 추력이 발생할 수 있고, 전방 덕트 또는 후방 덕트의 출구를 향해 유동되는 과정에서 디퓨져 효과(diffuser effect)에 따른 유동 감속으로 인하여 추력이 발생할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇은, 기존의 드론에서 널리 사용되고 있는 비행 방식 및 비행 제어 프로그램을 전방 이동 유닛과 후방 이동 유닛에 활용할 수 있고, 그로 인하여 초경량 관내 검사 로봇의 이동 제어가 간편하게 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇이 도시된 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 A-A선에 따른 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 전방 이동 유닛을 나타낸 정면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 B-B선에 따른 단면을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 전방 덕트를 나타낸 사시도이다.
도 6는 도 1에 도시된 초경량 관내 검사 로봇의 제어 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇이 도시된 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇이 도시된 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 전방 이동 유닛과 후방 이동 유닛의 단면을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 8에 도시된 초경량 관내 검사 로봇의 제어 구성을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 실시예에 따른 전방 이동 유닛의 작동시 전방 덕트의 내부 압력 분포를 도시한 도면이다.
도 12는 동일한 추력계수 및 회전속도에서 동축 반전 구조의 추력과 쿼드콥터 구조의 추력을 비교한 그래프이다.
도 13과 도 14는 본 실시예에 따른 동축 반전 구조의 프로펠러에서 이격 거리에 따른 공력 특성을 도시한 도면이다.
도 15는 본 실시예에 따른 동축 반전 구조의 프로펠러에 대한 주위의 와도 분포를 도시한 도면이다.
도 16에는 본 실시예에 따른 동축 반전 구조의 프로펠러에 대한 공력 특성을 오픈(open) 타입 및 덕트(ducted) 타입에 따라 도시한 도면이다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇(100)이 도시된 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 A-A선에 따른 단면을 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2에 도시된 전방 이동 유닛(120)을 나타낸 정면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 B-B선에 따른 단면을 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4에 도시된 전방 덕트(122)를 나타낸 사시도이다. 도 6은 도 1에 도시된 초경량 관내 검사 로봇(100)의 제어 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇(100)은 검사 로봇 본체(110), 전방 이동 유닛(120), 와이어 후진 유닛(130), 및 원격 제어 유닛(140)을 포함한다.

본 실시예에 따른 초경량 관내 검사 로봇(100)은 관내의 결함을 검사하는 장치로서, 관(10)은 수평 방향, 수직 방향 또는 경사 방향 중 어느 한 방향을 따라 직선 형상으로 길게 형성될 수 있다. 통상적으로, 관내의 결함 검사를 수행하는 관(10)으로는 산업용 금속관, 상하수도관, 도시가스관, 화학 플랜트 배관, 또는 군용 포신 등이 있다. 상기와 같은 관(10)은 다양한 직경으로 형성될 수 있지만, 상황에 따라서는 기설정된 복수개의 특정 직경으로만 형성될 수도 있다. 일례로, 군용 포신은 견인포, 자주포, 전차포 등의 포신으로서, 90mm, 105mm, 120mm, 155mm 등과 같이 기설정된 직경으로 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 초경량 관내 검사 로봇(100)에서는, 검사 로봇 본체(110)와 전방 이동 유닛(120)이 관(10)의 내부에 삽입되는 구조이므로, 검사 로봇 본체(110)와 전방 이동 유닛(120)이 관(10)의 직경에 따라 다양하게 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 초경량 관내 검사 로봇(100)이 군용 포신의 포강경에 대한 결함 검사를 실시하는 것으로 설명한다.

또한, 본 실시예에 따른 전방 이동 유닛(120)은 프로펠러의 추력을 이용한 드론형 비행 방식으로 마련될 수 있다. 즉, 전방 이동 유닛(120)은 단수개 또는 복수개의 프로펠러를 포함한 구조로 형성될 수 있다. 또한, 전방 이동 유닛(120)의 프로펠러들은, 기존의 드론과 같이 동일 평면 상에 서로 평행하게 배치되거나, 동일 축선 상에 서로 반대 방향으로 회전되는 동축 반전 구조로 배치될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 전방 이동 유닛(120)이 동축 반전 구조로 배치된 복수개의 프로펠러를 포함하여 구성된 것으로 설명한다.

도 1, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 검사 로봇 본체(110)는, 관(10)의 내부를 이동함에 따라 관(10)의 결함을 검사하는 장치이다. 검사 로봇 본체(110)는 관(10)의 내부를 따라 이동 가능한 원통형의 덕트 형상으로 형성될 수 있다.

상기와 같은 검사 로봇 본체(110)는 검사 로봇 케이스(111), 모듈 장착부(112), 및 로봇 제어 모듈(113)을 포함할 수 있다.

검사 로봇 케이스(111)는 관(10)의 내부를 따라 이동 가능한 원통형의 덕트 형상으로 형성될 수 있다. 검사 로봇 케이스(111)의 전방부는 전방 이동 유닛(120)의 후방부에 연통되게 연결될 수 있다. 한편, 검사 로봇 케이스(111)에는 후술하는 결함 검사부(114)의 카메라(118)가 배치되는 촬영홀부(111a)가 형성될 수 있다. 상기와 같은 촬영홀부(111a)는 검사 로봇 케이스(111)의 둘레 방향을 따라 복수개가 설정 간격으로 이격되게 형성될 수 있다.

모듈 장착부(112)는 검사 로봇 케이스(111)의 내부 통로의 중앙부에 형성될 수 있다. 즉, 모듈 장착부(112)는 검사 로봇 케이스(111)의 내측면에 복수개의 지지 브래킷으로 연결될 수 있다. 상기와 같은 모듈 장착부(112)는 검사 로봇 케이스(111)와 일체로 형성될 수 있다. 따라서, 전방 이동 유닛(120)에서 검사 로봇 본체(110)로 유동된 공기는, 검사 로봇 케이스(111)와 모듈 장착부(112) 사이의 공간을 통해 유동될 수 있다. 한편, 검사 로봇 케이스(111)와 모듈 장착부(112)는 플라스틱 소재 및 알루미늄 합금 소재 등과 같이 경량의 소재로 형성될 수 있다.

로봇 제어 모듈(113)은 전방 이동 유닛(120)의 작동을 제어하거나 검사 로봇 본체(110)의 이동시 관(10)의 내부 결함을 검사하는 장치이다. 상기와 같은 로봇 제어 모듈(113)은 모듈 장착부(112)에 장착될 수 있다. 따라서, 로봇 제어 모듈(113)은 전방 이동 유닛에서 검사 로봇 본체(110)로 유동된 공기에 의해 냉각되기 때문에 부품의 과열 현상이 방지될 수 있다.

예를 들면, 로봇 제어 모듈(113)은 결함 검사부(114), 로봇 제어부(115), 로봇 통신부(116), 및 배터리부(117)를 포함할 수 있다.

결함 검사부(114)는 검사 로봇 본체(110)의 이동시 관(10)의 결함을 검사하는 장치이다. 상기와 같은 결함 검사부(114)는 관(10)의 검사 환경 및 설계 조건에 따라 다양한 종류의 검사 방식으로 관(10)의 결함을 검사할 수 있다. 이를 위하여, 결함 검사부(114)는 카메라, 레이저 센서, 초음파 센서, 누설 전류계, 와류 전류계, 또는 MFL(Magnetic Flux Leakage) 센서 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 결함 검사부(114)가 카메라만으로 형성된 것으로 설명한다.

예를 들면, 결함 검사부(114)는, 검사 로봇 본체(110)의 이동시 관(10)의 내부를 촬영하는 카메라(118), 및 카메라(118)의 촬영 영상을 영상 정보로 처리한 후 로봇 제어부(115)에 전달하는 영상 처리기(119)를 포함할 수 있다.

여기서, 카메라(118)는 검사 로봇 케이스(111)의 촬영홀부(111a)들 중 적어도 하나에 배치될 수 있다. 즉, 카메라(118)는 관(10) 내의 결함 검사를 수행하는 검사 영역에 대응되는 단수개 또는 복수개의 촬영홀부(111a)에 각각 배치될 수 있다. 상기와 같은 카메라(118)는, 관(10)의 내부를 촬영하는 이미지 센서, 촬영 부위에 빛을 조사하는 조명부, 촬영 부위와 이미지 센서 사이의 이격 거리를 측정하는 거리 측정 센서, 및 거리 측정 센서에서 측정된 이격 거리에 따라 이미지 센서의 초점을 조절하는 초점 조절부를 포함할 수 있다.

그리고, 영상 처리기(119)는, 모듈 장착부(112)에 장착될 수 있고, 카메라(118)와 로봇 제어부(115)에 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다. 상기와 같은 영상 처리기(119)는 카메라(118)의 촬영 영상을 전기적 신호로 이루어진 영상 신호로 변환하되, 노이즈 필터를 이용하여 촬영 영상에 포함된 노이즈를 제거할 수 있다.

로봇 제어부(115)는, 결함 검사부(114)의 영상 정보를 전달 받도록 결함 검사부(114)에 연결되고, 전방 이동 유닛(120)의 작동을 제어하도록 전방 이동 유닛(120)에 연결될 수 있다. 즉, 로봇 제어부(115)는 모듈 장착부(112)에 장착되는 PCB 패널로 형성될 수 있다. 상기와 같은 PCB 패널에는 로봇 제어부(115)와 함께 영상 처리기(119) 및 로봇 통신부(116)도 일체로 형성될 수 있지만, 본 실시예에서는 PCB 패널이 로봇 제어부(115)의 기능만 수행하는 것으로 설명한다.

로봇 통신부(116)는 로봇 제어부(115)의 영상 정보를 전달 받은 후 관(10)의 외측에 배치된 원격 제어 유닛(140)에 무선 통신 방식으로 송신하는 장치이다. 로봇 통신부(116)는 로봇 제어부(115)에 신호 전달 가능하게 연결될 수 있다. 상기와 같은 로봇 통신부(116)는 로봇 제어부(115)와 원격 제어 유닛(140) 사이에 영상 정보 및 제어 정보를 전달할 수 있다.

배터리부(117)를 전방 이동 유닛(120), 결함 검사부(114), 로봇 제어부(115) 및 로봇 통신부(116)에 전기를 공급할 수 있다. 배터리부(117)는 충전이 가능한 이차전지로 형성될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 배터리부(117)가 로봇 제어부(115)의 전면에 배치된 것으로 설명한다.

도 1, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 전방 이동 유닛(120)은, 관(10)의 결함 검사시 검사 로봇 본체(110)와 함께 관(10)의 내부를 따라 전방으로 이동되기 위한 전진 추력(FP)을 생성하는 장치이다. 즉, 초경량 관내 검사 로봇(100)은 전방 이동 유닛(120)에 의해 관(10)의 내부를 따라 전방으로 이동될 수 있다. 전방 이동 유닛(120)의 후방부는 검사 로봇 본체(110)의 전방부에 연결될 수 있다. 전방 이동 유닛(120)에는 복수개의 프로펠러(124b, 126b)가 동축(C-C) 상에 서로 반대 방향으로 회전되는 동축 반전 구조로 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 전방 이동 유닛(120)에 2 개의 프로펠러가 동축 반전 구조로 마련된 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 초경량 관내 검사 로봇(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 3 개 이상의 프로펠러가 마련될 수도 있다.

예를 들면, 전방 이동 유닛(120)은 전방 덕트(122), 제1 전방 추진부(124), 및 제2 전방 추진부(126)를 포함할 수 있다.

전방 덕트(122)는 검사 로봇 본체(110)와 동일한 원통형의 덕트 형상으로 형성될 수 있다. 전방 덕트(122)의 후방부는 검사 로봇 본체(110)의 검사 로봇 케이스(111)의 전방부에 연통되게 연결될 수 있다. 따라서, 전방 덕트(122)의 전방부는 전방 덕트(122)의 입구에 해당될 수 있고, 전방 덕트(122)의 후방부는 전방 덕트(122)의 출구에 해당될 수 있다.

상기와 같은 전방 덕트(122)의 외주부는 전방 덕트(122)의 입구에서 출구까지 직선형 단면(D1)으로 형성될 수 있다. 그에 반하여, 전방 덕트(122)의 내주부는 전방 덕트(122)의 내부 통로를 급격하게 감소시킨 후 점진적으로 확장시키도록 전방 덕트(122)의 입구에서 출구까지 유선형 단면(D2)으로 형성될 수 있다. 즉, 전방 덕트(122)의 내주부는, 전방 덕트(122)의 입구에서 후방으로 설정 거리 이격된 설정 부위까지 전방 덕트(122)의 내부 통로의 중심을 향해 돌출되는 형상으로 만곡될 수 있고, 상기의 설정 부위에서 후방으로 전방 덕트(122)의 출구까지 전방 덕트(122)의 내부 통로의 중심에서 멀어지는 방향으로 만곡될 수 있다. 한편, 전방 덕트(122)의 설정 부위는 전방 덕트(122)의 출구보다 전방 덕트(122)의 입구에 가깝게 배치될 수 있다.

여기서, 전방 덕트(122)의 입구는 코안다 효과(coanda effect)로 인하여 추력을 증대시킬 수 있다. 코안다 효과는 점성을 가진 유체가 물체 표면을 따라 흐르려고 하는 특성이다. 즉, 제1 전방 추진부(124)와 제2 전방 추진부(126)에 의해 전방 덕트(122)의 내부로 공기가 유입되면, 유입 공기는 전방 덕트(122)의 입구에 형성된 유선형 단면(D2)의 전방부를 따라 코안다 효과에 의해서 급격하게 곡선 유동될 수 있다. 이때, 전방 덕트(122)의 입구에서는, 낮은 압력 영역이 발생될 수 있고, 그에 따라 전진 추력이 발생될 수 있다.

그리고, 전방 덕트(122)의 출구는 디퓨져 효과(diffuser effect)로 인하여 추력을 증대시킬 수 있다. 즉, 제1 전방 추진부(124)와 제2 전방 추진부(126)에 의해 전방 덕트(122)의 내부로 공기가 유입되면, 전방 덕트(122)의 입구를 통과한 유입 공기는 전방 덕트(122)의 출구까지 형성된 유선형 단면(D2)의 후방부를 따라 유동되면서 속도가 점진적으로 감소될 수 있고, 유동 속도의 감소로 인하여 압력의 증가될 수 있다. 이때, 전방 덕트(122)의 출구에서는, 압력의 증가에 의해 전진 추력이 발생될 수 있다.

한편, 전방 덕트(122)의 외주부에는 관(10)의 내주면에 구름 접촉되는 롤러 부재(150)가 마련될 수 있다. 상기와 같은 롤러 부재(150)는 전방 덕트(122)에 공회전되는 구조로 배치될 수 있다. 예를 들면, 롤러 부재(150)는, 전방 덕트(122)의 외주부에 형성된 롤러 설치부(122a)에 공회전 가능하게 배치된 롤러 회전축, 및 롤러 회전축에 연결되고 롤러 설치부(122a)의 외측으로 일부가 노출되게 배치된 회전 롤러를 포함할 수 있다.

상기와 같은 롤러 설치부(122a)는 홀 형상 또는 홈 형상 중 어느 한 형상으로 형성될 수 있다. 롤러 설치부(122a)는 전방 덕트(122)의 둘레 방향 및 길이 방향을 따라 복수개가 이격되게 배치될 수 있고, 롤러 부재(150)는 복수개의 롤러 설치부(122a)에 각각 배치될 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 롤러 부재(150)가 전방 덕트(122)의 전방부의 외주부 및 전방 덕트(122)의 후방부의 외주부에 각각 복수개가 마련되되, 복수개의 롤러 부재(150)는 전방 덕트(122)의 둘레를 따라 동일 간격으로 이격되게 배치되는 것으로 설명한다.

참고로, 롤러 부재(150)는 전방 이동 유닛(120)의 전방 덕트(122)에만 마련되지 않고 필요에 따라 검사 로봇 본체(110)의 검사 로봇 케이스(111)에도 마련될 수 있다. 특히, 검사 로봇 본체(110)가 전방 이동 유닛(120)의 길이와 유사하거나 더 길게 길게 형성되는 경우에는 롤러 부재(150)를 검사 로봇 케이스(111)에 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 전방 덕트(122)의 내주부에는, 후술하는 제1 전방 추진부(124)의 제1 전방 모터(124a) 및 후술하는 제2 전방 추진부(126)의 제2 전방 모터(126a)를 설치하기 위한 2개의 모터 서포터(152, 154)가 마련될 수 있다. 상기와 같은 2개의 모터 서포터(152, 154)는 전방 덕트(122)의 내부에서 전후 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 일례로, 모터 서포터(152, 154)는, 제1 전방 모터(124a)가 설치 및 지지되는 제1 모터 서포터(152), 및 제1 모터 서포터(152)의 후방에서 동축(C-C) 상에 배치되고 제2 전방 모터(126a)가 설치 및 지지되는 제2 모터 서포터(154)를 포함할 수 있다.

제1,2 모터 서포터(152, 154)는 모터 마운트(155) 및 복수개의 지지 로드(156)를 포함할 수 있다. 모터 마운트(155)는 제1 전방 모터(124a) 또는 제2 전방 모터(126a)를 설치하도록 전방 덕트(122)의 내부 통로의 중앙부에 마련될 수 있다. 복수개의 지지 로드(156)는 모터 마운트(155)를 지지하기 위한 부재로서, 일단부가 모터 마운트(155)에 연결될 수 있고, 타단부가 전방 덕트(122)의 내주부에 연결될 수 있다. 상기와 같은 지지 로드(156)들은 전방 덕트(122)의 둘레를 따라 동일 간격으로 서로 이격된 방사 형상으로 마련될 수 있다.

또한, 전방 덕트(122)의 전방부에는 전방을 향해 볼록한 포물선 형상으로 절곡된 전방 가이드 부재(158)가 형성될 수 있다. 전방 가이드 부재(158)는 전방 이동 유닛(120)의 작동시 전방 이동 유닛(120)의 전방부를 외부 충격으로부터 보호하기 위한 부재이다. 상기와 같은 전방 가이드 부재(158)는, 전방 덕트(122)의 전방부의 중앙부를 가로지르는 포물선 형상의 막대로 형성될 수 있으며, 전방 덕트(122)의 전방부의 중앙부를 교차하도록 복수개가 배치될 수 있다.

제1 전방 추진부(124)는, 전방 덕트(122)의 내부 통로의 중앙부를 중심으로 전방 덕트(122)의 둘레 방향을 따라 회전되는 프로펠러를 포함할 수 있다. 제1 전방 추진부(124)의 프로펠러는 제1 방향(P1)으로 회전됨에 따라 전진 추력(FP)을 생성하는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 제1 전방 추진부(124)는 전방 덕트(122)의 내부에 마련된 프로펠러의 추력을 이용하여 전방 이동 유닛(120)을 전방으로 이동시킬 수 있다.

예를 들면, 제1 전방 추진부(124)는 제1 전방 모터(124a) 및 제1 전방 프로펠러(124b)를 포함할 수 있다. 제1 전방 모터(124a)는, 제1 모터 서포터(152)의 모터 마운트(155)에 설치 고정될 수 있고, 그로 인하여 전방 덕트(122)의 내부 통로의 중앙부에 마련될 수 있다. 제1 전방 프로펠러(124b)는, 제1 전방 모터(124a)의 회전축에 연결될 수 있고, 제1 전방 모터(124a)에 의해 제1 방향(P1)으로 회전됨에 따라 전진 추력(FP)을 생성하는 형상으로 형성될 수 있다.

제2 전방 추진부(126)는, 전방 덕트(122)의 내부 통로의 중앙부를 중심으로 전방 덕트(122)의 둘레 방향을 따라 회전되는 프로펠러를 포함하되, 상기 프로펠러는 제1 방향(P1)의 반대인 제2 방향(P2)으로 회전됨에 따라 전진 추력(FP)을 생성하는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 제2 전방 추진부(126)는 전방 덕트(122)의 내부에 제1 전방 추진부(124)와 별도로 마련된 프로펠러의 추력을 이용하여 제1 전방 추진부(124)와 함께 전방 이동 유닛(120)을 전방으로 이동시킬 수 있다.

상기와 같은 제2 전방 추진부(126)는 제1 전방 추진부(124)의 후방에서 제1 전방 추진부(124)와 동일 축선(C-C) 상에 배치될 수 있다. 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)가 동축(C-C) 상에서 서로 반대방향으로 회전되므로, 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)의 회전에 따른 토크가 서로 상쇄될 수 있고, 그로 인하여 전방 이동 유닛(120)의 작동 안정성이 향상될 수 있다.

예를 들면, 제2 전방 추진부(126)는 제2 전방 모터(126a) 및 제2 전방 프로펠러(126b)를 포함할 수 있다. 제2 전방 모터(126a)는, 제1 전방 모터(124a)와 동일 축선(C-C) 상에 배치되도록 제2 모터 서포터(154)의 모터 마운트(155)에 설치 고정될 수 있고, 그로 인하여 제1 전방 모터(124a)의 후방에 위치됨과 아울러 전방 덕트(122)의 내부 통로의 중앙부에 마련될 수 있다. 제2 전방 프로펠러(126b)는, 제2 전방 모터(126a)의 회전축에 연결될 수 있고, 제2 전방 모터(126a)에 의해 제2 방향(P2)으로 회전됨에 따라 전진 추력(FP)을 생성하는 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b) 및 전방 덕트(122)는, 플라스틱 소재 또는 알루미늄 합금 소재 등과 같이 경량 소재로 제작될 수 있다.

도 1과 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 와이어 후진 유닛(130)은, 검사 로봇 본체(110)와 전방 이동 유닛(120)을 관(10)의 내부에서 후진시키도록 검사 로봇 본체(110)에 와이어(132)로 연결될 수 있다. 즉, 와이어 후진 유닛(130)은 와이어(132)를 잡아 당기는 방식으로 검사 로봇 본체(110)와 전방 이동 유닛(120)을 후진시킬 수 있다. 상기와 같은 와이어 후진 유닛(130)은 원격 제어 유닛(140)과 함께 관(10)의 외측에 배치될 수 있다.

예를 들면, 와이어 후진 유닛(130)은, 검사 로봇 본체(110)에 일단부가 연결된 와이어(132), 검사 로봇 본체(110)를 당기는 방향으로 와이어(132)를 감아 검사 로봇 본체(110)와 전방 이동 유닛(120)을 후진시키는 와인더 보빈(134), 및 와인더 보빈(134)의 작동을 제어하도록 와인더 보빈(134)에 연결된 보빈 구동부(136)를 포함할 수 있다.

와인더 보빈(134)은 회전 방향에 따라 와이어(132)를 감거나 푸는 형상으로 형성될 수 있다. 보빈 구동부(136)는 원격 제어 유닛(140)에 의해 작동이 제어될 수 있다.

도 1과 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 원격 제어 유닛(140)은, 와이어 후진 유닛(130)과 검사 로봇 본체(110) 및 전방 이동 유닛(120)의 작동을 제어함과 아울러 검사 로봇 본체(110)의 검사 결과를 전달 받아 분석하는 장치이다. 원격 제어 유닛(140)은, 와이어 후진 유닛(130)과 케이블로 연결될 수 있고, 검사 로봇 본체(110)와 무선 통신 방식으로 연결될 수 있다.

예를 들면, 원격 제어 유닛(140)은 원격 통신부(142), 메인 제어부(144), 표시부(146), 및 조작부(148)를 포함할 수 있다.

원격 통신부(142)는 검사 로봇 본체(110)의 로봇 통신부(116)와 무선 통신 방식으로 연결될 수 있다. 상기와 같은 원격 통신부(142)는, 로봇 통신부(116)로부터 관(10)의 내부 결함을 촬영한 영상 정보를 전달 받을 수 있고, 조작부(148)를 통해 입력된 작동 명령 정보를 로봇 통신부(116)로 전달할 수 있다. 한편, 원격 통신부(142)와 로봇 통신부(116)는, 블루투스 또는 와이파이(WiFi) 등과 같은 무선 통신 방법으로 직접 연결될 수도 있지만, 인터넷 네트워크 및 기지국을 통해서 간접적으로 연결될 수 있다.

메인 제어부(144)는, 로봇 통신부(116)에서 송출된 영상 정보를 분석할 수 있고, 검사 로봇 본체(110)와 전방 이동 유닛(120)의 작동을 제어하기 위한 제어 신호를 로봇 통신부(116)에 전송할 수 있다.

표시부(146)는 디스플레이 부재로 형성될 수 있다. 표시부(146)에는, 초경량 관내 검사 로봇(100)의 작동 상태가 실시간으로 표시될 수 있고, 메인 제어부(144)에서 분석된 영상 정보가 표시될 수 있다.

조작부(148)는 키보드, 터치 패널, 버튼 또는 노브 등과 같이 사용자에 의해 조작되는 구조로 형성될 수 있다. 사용자는 조작부(148)를 통하여 초경량 관내 검사 로봇(100)의 작동을 조절할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는, 원격 제어 유닛(140)이 노트북, 테블릿 PC, PDA, 또는 스마트폰 등과 같이 휴대 가능한 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 원격 제어 유닛(140)의 크기와 중량으로 인한 휴대성과 이동성 및 작업성을 저하를 미연에 방지할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇(100)의 작동 및 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 검사 로봇 본체(110), 전방 이동 유닛(120), 와이어 후진 유닛(130) 및 원격 제어 유닛(140)을 가지서 관(10) 내의 결함 검사가 필요한 군용 포신이 있는 장소로 이동한다.

군용 포신의 포강경에 대한 관(10) 내의 결함을 검사하기 위하여, 와이어 후진 유닛(130)의 와이어(132)를 검사 로봇 본체(110)에 연결한 후 검사 로봇 본체(110)와 전방 이동 유닛(120)을 포신의 내부에 넣는다.

상기와 같이 전방 이동 유닛(120)과 검사 로봇 본체(110)가 포신의 관(10) 내에 배치되면, 원격 제어 유닛(140)을 조작하여 전방 이동 유닛(120)과 검사 로봇 본체(110) 및 와이어 후진 유닛(130)을 작동시킨다.

이때, 검사 로봇 본체(110)의 로봇 제어부(115)는, 로봇 통신부(116)를 통해서 원격 제어 유닛(140)의 제어 신호를 전달 받은 후 전방 이동 유닛(120)의 작동 및 검사 로봇 본체(110)의 작동을 제어한다.

전방 이동 유닛(120)은, 제1 전방 모터(124a)에 의해 제1 전방 프로펠러(124b)를 제1 방향(P1)으로 회전시키고, 제2 전방 모터(126a)에 의해 제2 전방 프로펠러(126b)를 제2 방향(P2)으로 회전시킨다. 상기와 같은 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)는, 전방 덕트(122)의 내부에 전후 방향으로 동일 축선(C-C) 상에 배치된 상태로 서로 반대 방향으로 회전하여 전방으로 이동되는 전진 추력(FP)을 발생한다.

전방 이동 유닛(120)은 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)의 전진 추력(FP)에 의해서 관(10)의 내부를 따라 전방으로 이동하고, 검사 로봇 본체(110)는 전방 이동 유닛(120)과 함께 관(10)의 내부를 따라 전방으로 이동한다.

이때, 검사 로봇 본체(110)의 결함 검사부(114)가 작동하여 관(10)의 내부를 촬영하고, 검사 로봇 본체(110)의 로봇 제어부(115)가 결함 검사부(114)의 영상 신호를 전달 받은 후 로봇 통신부(116)을 통해 원격 제어 유닛(140)으로 전송한다.

한편, 와이어 후진 유닛(130)은 전방 이동 유닛(120)과 검사 로봇 본체(110)의 이동에 대응하여 와인더 보빈(134)에 감긴 와이어(132)를 길게 인출시키는 방향으로 와인더 보빈(134)을 작동시킨다.

상기와 같은 과정을 통해서 전방 이동 유닛(120)과 검사 로봇 본체(110)가 관(10)의 내부을 따라 전방으로 충분히 이동되면, 원격 제어 유닛(140)의 제어 신호에 따라 와이어 후진 유닛(130)의 와인더 보빈(134)이 와이어(132)를 감는 방향으로 작동한다.

와이어 후진 유닛(130)의 와인더 보빈(134)에 와이어(132)가 감겨지면, 전방 이동 유닛(120)과 검사 로봇 본체(110)를 관(10)의 내부에서 후방으로 이동시켜 포신의 외측으로 꺼낸다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에서는 전방 이동 유닛(120)과 검사 로봇 본체(110)를 경량 구조로 형성되므로, 한명의 작업자에 의해서 관(10) 내의 결함 검사를 간편하게 수행할 수 있다.

도 11은 본 실시예에 따른 전방 이동 유닛의 작동시 전방 덕트의 내부 압력 분포를 도시한 도면이고, 도 12는 동일한 추력계수 및 회전속도에서 동축 반전 구조의 추력과 쿼드콥터 구조의 추력을 비교한 그래프이다. 도 13과 도 14는 본 실시예에 따른 동축 반전 구조의 프로펠러에서 이격 거리에 따른 공력 특성을 도시한 도면이고, 도 15는 본 실시예에 따른 동축 반전 구조의 프로펠러에 대한 주위의 와도 분포를 도시한 도면이며, 도 16에는 본 실시예에 따른 동축 반전 구조의 프로펠러에 대한 공력 특성을 오픈(open) 타입 및 덕트(ducted) 타입에 따라 도시한 도면이다.

도 11에는 본 실시예에 따른 전방 이동 유닛(120)의 작동시 전방 덕트(122)의 내부 압력 분포가 도시되어 있다.

즉, 후술하는 제1 전방 추진부(124)의 제1 전방 프로펠러(124b) 및 후술하는 제2 전방 추진부(126)의 제2 전방 프로펠러(126b)가 회전되면, 전방 덕트(122)의 내부로 유입되는 공기의 유입 흐름이 형성되되, 전방 덕트(122)의 입구를 형성하는 전방 덕트(122)의 전방부에서 유동이 가속되어 압력이 감소되는 것으로 나타나고, 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)의 회전에 의해 공급받는 모멘텀은 전방 덕트(122)의 최대 두께 영역을 지나면서 감속되어 디퓨져 효과에 의해 압력이 증가되는 것으로 나타난다. 상기와 같은 전방 덕트(122)의 전방부에서의 압력 감소 및 전방 덕트(122)의 후방부에서의 압력 증가는 전방 덕트(122)의 전진 추력을 생성할 수 있다.

도 12에는 동일한 추력계수 및 회전속도에서 동축 반전 구조의 프로펠러와 쿼드콥터 구조의 프로펠러에 대한 추력을 비교한 그래프가 도시되어 있다.

즉, 본 실시예의 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)는 동축 반전 구조의 프로펠러에 해당하지만, 쿼드콥터 구조의 프로펠러는 4개의 프로펠러를 동일 평면 상에 일정 간격으로 배치한 통상의 드론 구조에 해당한다. 일반적으로, 일정한 각속도(w)로 회전하는 프로펠러에서 발생하는 추력(T)은 아래의 수학식을 만족한다.

상기의 수학식에 나타난 것과 같이, 추력은 프로펠러의 날개 반경의 4승에 비례해서 증가하는 특성이 있다. 따라서, 전방 덕트(122)의 내부에 동축 반전 구조의 프로펠러를 배치하는 것이, 전방 덕트(122)의 내부에 쿼드콥터 구조의 프로펠러를 배치하는 것보다 날개의 반경이 대폭 증가되기 때문에 추력이 극대화될 수 있다. 실제로, 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)를 동축(C-C) 상에 배치한 구조는 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)의 상호 작용 등으로 인한 손실을 감안하더라도 쿼드콥터 구조의 프로펠러에 비해 10배 이상 큰 추력을 가질 수 있다.

도 13과 도 14에는 동축 반전 구조의 프로펠러의 이격 거리에 따른 공력 특성이 도시되어 있다.

동축 반전 구조의 프로펠러에서는, 제1 전방 프로펠러(124b)(Upper)가 외부의 대기 영역에 위치하지만, 제2 전방 프로펠러(126b)(Lower)는 제1 전방 프로펠러(124b)의 후류에 위치하여 제1 전방 프로펠러(124b)에 비해 발생 추력(Thrust)이 감소할 수 있다. 따라서, 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)의 이격 거리가 증가될수록 발생되는 추력도 증가할 수 있다. 이는 도 13과 도 14에 도시되어 있다. 여기서, 이격거리(h)는 프로펠러의 반경(R)로 나누어 무차원화된 수(h/R)를 사용하고 있다.

도 13과 도 14에는 이격거리(h=0.25R, 0.50R, 0.75R, 1.00R)에 따른 제1 전방 프로펠러(124b)(Upper) 및 제2 전방 프로펠러(126b)(Lower)에서 생성되는 추력(Thrust) 및 토크값(Torque)이 개시되어 있다. 즉, 이격거리가 증가함에 따라 제2 전방 프로펠러(126b)에서 발생하는 토크는 제1 전방 프로펠러(124b)에서 발생하는 토크와 같은 크기를 가지면서 반대 방향으로 작용할 수 있고, 그에 따라서 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)의 전체 토크(Net)는 '0'으로 수렴함을 유추할 수 있다.

도 15에는 동축 반전 구조의 프로펠러 주위의 와도 분포가 도시되어 있다.

즉, 도 15는, 동축 반전 구조의 프로펠러(h/R=0.25)를 사용하는 경우, 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)의 주위에 발생되는 유동장을 나타내고 있다. 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)에서 발생된 양력 성분으로 인해 프로펠러의 끝단에서 끝단 와류(wing tip vortex)가 발생한 것을 확인할 수 있으며, 그로 인하여 제1 전방 프로펠러(124b)에서 발생한 끝단 와류는 제2 전방 프로펠러(126b)의 유효 받음각(effective angle of attack)을 감소시켜 제2 전방 프로펠러(126b)의 추력을 감소시킬 수 있다.

상기와 같은 끝단 와류에 의한 추력 손실을 방지함과 아울러 코안다 효과에 의한 추가적인 추력을 확보하기 위하여, 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)를 감싸는 형상으로 전방 덕트(122)를 배치하되, 전방 덕트(122)의 내주면은 유선형 단면(D2) 형상으로 형성한다. 즉, 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b) 및 전방 덕트(122)는 Fan-in-Duct 타입으로 형성되되, 전방 덕트(122)의 내부 통로는 입구 측에서 출구 측으로 갈수록 단면적이 급격하게 작아지다가 다시 점진적으로 증가하는 형상으로 형성된다.

전술한 바와 같이, 도 11에는 Fan-in-Duct 타입으로 형성된 전방 덕트(122) 내부의 압력분포가 도시되어 있다. 즉, 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)의 회전으로 인해 유입류가 형성되면, 전방 덕트(122)의 전방부에서 유동이 가속에 따른 압력의 감소에 의해 추진력이 발생될 수 있고, 전방 덕트(122)의 최대 두께 영역을 지나면서 유동이 감속에 따른 디퓨져 효과에 의해 압력이 증가되면서 추진력이 발생될 수 있다.

도 16에는 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)의 이격거리(h=0.25R)에서 동축 반전 구조의 프로펠러에 대한 공력 특성이 전방 덕트(122)가 생략된 오픈(open) 타입 및 전방 덕트(122)가 적용된 덕트(ducted) 타입에 따라 개시되어 있다.

도 16에 도시된 바와 같이, 제1 전방 프로펠러(124b)(Upper)의 추력(Thrust)은, 오픈 타입의 프로펠러보다 20% 가량 증가한 것으로 확인되며, 단일 프로펠러의 추력보다도 증가하는 것으로 확인된다. 이는 전방 덕트(122)로 인해 프로펠러의 끝단효과를 상쇄하여 추력이 증가되는 것으로 판단된다. 여기서, 제1 전방 프로펠러(124b)에서 증가된 추력으로 인해 후류가 강해지면, 제2 전방 프로펠러(126b)의 유효받음각이 더 감소하여 제2 전방 프로펠러(126b)의 추력은 오픈 프로펠러보다 20% 가량 감소하는 것으로 확인된다. 그러나, 제1 전방 프로펠러(124b)와 제2 전방 프로펠러(126b)의 추력의 합은 덕트 타입으로서, 오븐 타입에 비해서 5%가량 증가할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇(200)이 도시된 도면이다.

도 7에서 도 1 내지 도 6에 도시된 참조부호와 동일 유사한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이하에서는 도 1 내지 도 6에 도시된 초경량 관내 검사 로봇(100)와 상이한 점을 중심으로 서술하도록 한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇(200)이, 도 1 내지 도 6에 도시된 초경량 관내 검사 로봇(100)과 상이한 점은, 검사 로봇 본체(210)의 결함 검사부(114)에 대한 배치 구조 및 작동 방식이 서로 상이하다.

즉, 본 실시예의 결함 검사부(114)는, 전방 이동 유닛(120)의 전방 가이드 부재(158)의 중앙부에 배치되고 검사 로봇 본체(210)의 이동시 관(10)의 둘레 방향으로 회전하면서 관(10)의 내부를 촬영하는 카메라(217), 및 모듈 장착부(112)에 장착되고 카메라(217)와 로봇 제어부(115)에 연결되며 카메라(217)의 촬영 영상을 영상 정보로 처리한 후 로봇 제어부(115)에 전달하는 영상 처리기(118)를 포함할 수 있다.

전방 이동 유닛(120)의 전방 가이드 부재(158)의 중앙부에는, 카메라 설치부(258)가 배치될 수 있다. 카메라(217)는 카메라 설치부(258)에 선회 가능하게 설치될 수 있다. 즉, 카메라 설치부(258)에는 관(10)의 둘레 방향을 따라 카메라(217)를 회전시키기 위한 카메라 모터가 마련될 수 있다. 따라서, 검사 로봇 본체(210)가 전방 이동 유닛(120)에 의해 전방으로 이동되면, 카메라(217)가 카메라 설치부(258)의 카메라 모터에 의해 관(10)의 둘레 방향을 따라 선회될 수 있고, 카메라(217)가 선회되는 과정에서 관(10)의 내부가 촬영될 수 있다.

참고로, 도 1 내지 도 6에 도시된 초경량 관내 검사 로봇(100)에서도 언급한 바와 같이, 본 실시예의 결함 검사부(114)는 카메라(217)를 대신하여 레이저 센서, 초음파 센서, 누설 전류계, 와류 전류계, 또는 MFL 센서 중 적어도 하나를 사용할 수도 있다.

한편, 본 실시예에서는 카메라(217)가 카메라 설치부(258)에 설치되는 구조이므로, 본 실시예의 검사 로봇 본체(210)의 검사 로봇 케이스(211)에는 도 1 내지 도 6에 도시된 촬영홀부(111a)가 생략될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 도 1 내지 도 6에 도시된 검사 로봇 케이스(111)에 설치되는 카메라(118)의 배치 구조도 생략될 수 있다.

또한, 본 실시예서는 단수개의 카메라(217)를 회전시키면서 관(10)의 내부를 촬영하므로, 카메라(217)의 사용 개수를 감소시킬 수 있고, 단수개의 카메라(217)만으로도 관(10)의 내부 전체를 촬영할 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇(300)이 도시된 도면이고, 도 9는 도 8에 도시된 전방 이동 유닛(120)과 후방 이동 유닛(330)의 단면을 나타낸 도면이며, 도 10은 도 8에 도시된 초경량 관내 검사 로봇(100)의 제어 구성을 나타낸 도면이다.

도 8 내지 도 10에서 도 1 내지 도 6에 도시된 참조부호와 동일 유사한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이하에서는 도 1 내지 도 6에 도시된 초경량 관내 검사 로봇(100)와 상이한 점을 중심으로 서술하도록 한다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇(300)이, 도 1 내지 도 6에 도시된 초경량 관내 검사 로봇(100)과 상이한 점은, 도 1 내지 도 6에 도시된 와이어 후진 유닛(130) 대신에 후방 이동 유닛(330)을 사용하여 검사 로봇 본체(110)를 후방으로 이동시킨다는 점이 상이하다.

즉, 본 실시예에서는, 도 1 내지 도 6에 도시된 와이어 후진 유닛(130)이 생략될 수 있고, 그 대신에 검사 로봇 본체(110)의 후방에 후방 이동 유닛(330)이 연결되어 검사 로봇 본체(110)이 후방 이동 유닛(330)에 의해 후방으로 이동될 수 있다.

도 8 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 후방 이동 유닛(330)은 관(10)의 결함 검사시 검사 로봇 본체(110)와 함께 관(10)의 내부를 따라 후방으로 이동되기 위한 후진 추력(BP)을 생성하는 장치이다. 후방 이동 유닛(330)의 전방부는 검사 로봇 본체(110)의 후방부에 연결될 수 있다. 후방 이동 유닛(330)에는 복수개의 프로펠러가 동축(C-C) 상에 서로 반전되는 형상으로 마련될 수 있다. 후방 이동 유닛(330)에는 복수개의 프로펠러(334b, 336b)가 동축(C-C) 상에 서로 반대 방향으로 회전되는 동축 반전 구조로 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 후방 이동 유닛(330)에 2 개의 프로펠러가 동축 반전 구조로 마련된 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 초경량 관내 검사 로봇(300)의 설계 조건 및 상황에 따라 3 개 이상의 프로펠러가 마련될 수도 있다.

상기와 같은 후방 이동 유닛(330)은, 검사 로봇 본체(110)를 기준으로 전방 이동 유닛(120)과 대칭되는 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 전방 이동 유닛(120)과 후방 이동 유닛(330)은, 서로 동일한 구조로 형성될 수 있고, 검사 로봇 본체(110)의 전방부와 후방부에 서로 반대 방향으로 배치될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 전방 이동 유닛(120)과 후방 이동 유닛(330)을 개별적으로 서로 다른 구조로 제작할 필요가 없으며, 그로 인해서 전방 이동 유닛(120)과 후방 이동 유닛(330)의 설계 편의성, 제조 공정의 간소화, 유지 보수의 편의성, 부품의 공용화 또는 제어 방식의 단순화 등이 향상될 수 있다.

예를 들면, 후방 이동 유닛(330)은 후방 덕트(332), 제1 후방 추진부(334), 및 제2 후방 추진부(336)를 포함할 수 있다.

후방 덕트(332)는 검사 로봇 본체(110)와 동일한 원통형의 덕트 형상으로 형성될 수 있다. 후방 덕트(332)의 전방부는 검사 로봇 본체(110)의 후방부에 연통되게 연결될 수 있다. 따라서, 후방 덕트(332)의 전방부는 후방 덕트(332)의 출구에 해당될 수 있고, 후방 덕트(332)의 후방부는 후방 덕트(332)의 입구에 해당될 수 있다.

제1 후방 추진부(334)는 후방 덕트(332)의 내부 통로의 중앙부를 중심으로 후방 덕트(332)의 둘레 방향을 따라 회전되는 프로펠러를 포함할 수 있다. 제1 후방 추진부(334)의 프로펠러는 제2 방향(P2)으로 회전됨에 따라 후진 추력(BP)을 생성하는 구조로 형성될 수 있다. 즉, 제1 후방 추진부(334)는 후방 덕트(332)의 내부에 마련된 프로펠러의 추력을 이용하여 후방 이동 유닛(330)을 후방으로 이동시킬 수 있다.

예를 들면, 제1 후방 추진부(334)는 제1 후방 모터(334a) 및 제1 후방 프로펠러(334b)를 포함할 수 있다. 제1 후방 모터(334a)는, 제1 모터 서포터(152)의 모터 마운트(155)에 설치 고정될 수 있고, 그로 인하여 후방 덕트(332)의 내부 통로의 중앙부에 마련될 수 있다. 제1 후방 프로펠러(334b)는, 제1 후방 모터(334a)의 회전축에 연결될 수 있고, 제1 후방 모터(334a)에 의해 제2 방향(P2)으로 회전됨에 따라 후진 추력(BP)을 생성하는 형상으로 형성될 수 있다.

제2 후방 추진부(336)는 후방 덕트(332)의 내부 통로의 중앙부를 중심으로 후방 덕트(332)의 둘레 방향을 따라 회전되는 프로펠러를 포함할 수 있다. 제2 후방 추진부(336)의 프로펠러는 제2 방향(P2)의 반대인 제1 방향(P1)으로 회전됨에 따라 후진 추력(BP)을 생성하는 구조로 형성될 수 있다.

예를 들면, 제2 후방 추진부(336)는 제2 후방 모터(336a) 및 제2 후방 프로펠러(336b)를 포함할 수 있다. 제2 후방 모터(336a)는, 제1 후방 모터(334a)와 동일 축선(C-C) 상에 배치되도록 제2 모터 서포터(154)의 모터 마운트(155)에 설치 고정될 수 있고, 그로 인하여 제1 후방 모터(334a)의 전방에 위치됨과 아울러 후방 덕트(332)의 내부 통로의 중앙부에 마련될 수 있다. 제2 후방 프로펠러(336b)는, 제2 후방 모터(336a)의 회전축에 연결될 수 있고, 제2 후방 모터(336a)에 의해 제1 방향(P1)으로 회전됨에 따라 후진 추력(BP)을 생성하는 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예의 후방 덕트(332)는 도 1 내지 도 5에 도시된 전방 덕트(122)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 상기와 같은 후방 덕트(332)는 검사 로봇 본체(110)를 기준으로 전방 덕트(122)와 대칭되는 구조로 배치될 수 있다. 또한, 본 실시예의 제1 후방 추진부(334)는 도 1 내지 도 5에 도시된 제1 전방 추진부(124)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 상기와 같은 제1 후방 추진부(334)는 검사 로봇 본체(110)를 기준으로 제1 전방 추진부(124)와 대칭되는 구조로 배치될 수 있다. 또한, 본 실시예의 제2 후방 추진부(336)는 도 1 내지 도 5에 도시된 제2 전방 추진부(126)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 상기와 같은 제2 후방 추진부(336)는 검사 로봇 본체(110)를 기준으로 제2 전방 추진부(126)와 대칭되는 구조로 배치될 수 있다.

도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 원격 제어 유닛(340)은, 검사 로봇 본체(110)와 전방 이동 유닛(120) 및 후방 이동 유닛(330)의 작동을 제어할 수 있고, 뿐만 아니라 검사 로봇 본체(110)의 검사 결과를 전달 받아 분석할 수 있다. 상기와 같은 원격 제어 유닛(340)은 검사 로봇 본체(110)의 로봇 통신부(116)와 무선 통신 방식으로 연결될 수 있다.

본 실시예의 원격 제어 유닛(340)이 도 1 내지 도 6에 도시된 원격 제어 유닛(140)과 상이한 점은, 도 1 내지 도 6에 도시된 와이어 후진 유닛(130)의 작동을 제어할 필요가 없고, 그 대신에 후방 이동 유닛(330)의 작동을 제어한다는 점에 있다.

따라서, 원격 제어 유닛(340)은 검사 로봇 본체(110)의 로봇 통신부(116)와 로봇 제어부(115)를 통해서 전방 이동 유닛(120)의 제1,2 전방 모터(124a, 126a)의 작동 및 후방 이동 유닛(330)의 제1,2 후방 모터(334a, 336a)의 작동을 조절할 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100, 200, 300: 초경량 관내 검사 로봇
10: 관
110, 210: 검사 로봇 본체
117, 217: 카메라
120: 전방 이동 유닛
122: 전방 덕트
124: 제1 전방 추진부
126: 제2 전방 추진부
130: 와이어 후진 유닛
140, 340: 원격 제어 유닛
150: 롤러 부재
330: 후진 이동 유닛
FP: 전진 추력
PF: 후진 추력

Claims (20)

1. 관의 내부를 따라 이동 가능한 원통형의 덕트 형상으로 형성되고, 상기 관의 내부를 이동함에 따라 상기 관의 결함을 검사하는 검사 로봇 본체; 및
   상기 검사 로봇 본체의 전방부에 연결되고, 상기 관의 검사시 상기 검사 로봇 본체와 함께 전방으로 이동되기 위한 전진 추력을 생성하는 적어도 하나의 전방 프로펠러를 구비한 전방 이동 유닛;
   을 포함하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 전방 이동 유닛에는 복수개의 전방 프로펠러가 마련되고,
   상기 전방 프로펠러들은 상기 전방 프로펠러들의 작동시 발생되는 토크를 서로 상쇄시키도록 동축 반전 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 전방 이동 유닛은,
   상기 검사 로봇 본체와 동일한 원통형의 덕트 형상으로 형성되고, 상기 검사 로봇 본체의 전방부에 연결된 전방 덕트;
   상기 전방 덕트의 내부 통로의 중앙부를 중심으로 상기 전방 덕트의 둘레 방향을 따라 회전되는 제1 전방 프로펠러를 포함하고, 상기 제1 전방 프로펠러는 제1 방향으로 회전됨에 따라 전진 추력을 생성하는 구조로 형성된 제1 전방 추진부; 및
   상기 제1 전방 추진부의 후방에서 상기 제1 전방 추진부와 동일 축선 상에 배치되고, 상기 전방 덕트의 내부 통로의 중앙부를 중심으로 상기 전방 덕트의 둘레 방향을 따라 회전되는 제2 전방 프로펠러를 포함하며, 상기 제2 전방 프로펠러는 상기 제1 방향의 반대인 제2 방향으로 회전됨에 따라 전진 추력을 생성하는 구조로 형성된 제2 전방 추진부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 전방 덕트의 외주부는 상기 전방 덕트의 입구에서 출구까지 직선형 단면으로 형성되고,
   상기 전방 덕트의 내주부는 상기 전방 덕트의 내부 통로를 급격하게 감소시킨 후 점진적으로 확장시키도록 상기 전방 덕트의 입구에서 출구까지 유선형 단면으로 형성된 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 전방 덕트의 외주부에는 상기 관의 내주면에 구름 접촉되는 롤러 부재가 마련되고,
   상기 롤러 부재는 상기 전방 덕트의 둘레 방향 및 길이 방향을 따라 복수개가 이격되게 배치된 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 제1 전방 추진부는,
   상기 전방 덕트의 내부 통로의 중앙부에 마련된 제1 모터; 및
   상기 제1 모터의 회전축에 연결되고, 상기 제1 모터에 의해 상기 제1 방향으로 회전됨에 따라 전진 추력을 생성하는 형상으로 형성된 상기 제1 프로펠러;를 포함하고,
   상기 제2 전방 추진부는,
   상기 제1 모터의 후방에 위치되도록 상기 전방 덕트의 내부 통로의 중앙부에 마련되고, 상기 제1 모터와 동일 축선 상에 배치된 제2 모터; 및
   상기 제2 모터의 회전축에 연결되고, 상기 제2 모터에 의해 상기 제2 방향으로 회전됨에 따라 전진 추력을 생성하는 형상으로 형성된 상기 제2 프로펠러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 전방 덕트의 내주부에는, 상기 제1 모터와 상기 제2 모터를 설치하도록 상기 전방 덕트의 전후 방향으로 서로 이격되는 위치에 2개의 모터 서포터가 마련되고,
   상기 모터 서포터는, 상기 제1 모터 또는 상기 제2 모터를 설치하도록 상기 전방 덕트의 내부 통로의 중앙부에 마련된 모터 마운트; 및 상기 모터 마운트를 지지하도록 상기 모터 마운트와 상기 전방 덕트의 내주부에 양단부가 연결된 복수개의 지지 로드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 검사 로봇 본체는,
   상기 관의 내부를 따라 이동 가능한 원통형의 덕트 형상으로 형성되고, 상기 전방 이동 유닛에 전방부가 연결된 검사 로봇 케이스;
   상기 검사 로봇 케이스의 내부 통로의 중앙부에 형성된 모듈 장착부; 및
   상기 모듈 장착부에 장착되고, 상기 전방 이동 유닛의 작동을 제어하거나 상기 검사 로봇 본체의 이동시 상기 관의 내부를 검사하는 로봇 제어 모듈;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 로봇 제어 모듈은,
   상기 검사 로봇 본체의 이동시 상기 관의 결함을 검사하는 결함 검사부;
   상기 결함 검사부의 검사 정보를 전달 받도록 상기 결함 검사부에 연결되고, 상기 전방 이동 유닛의 작동을 제어하도록 상기 전방 이동 유닛에 연결된 로봇 제어부;
   상기 로봇 제어부에 연결되고, 상기 로봇 제어부의 검사 정보를 전달 받아 외부에 무선 방식으로 송신하는 로봇 통신부; 및
   상기 전방 이동 유닛, 상기 결함 검사부, 상기 로봇 제어부 및 상기 로봇 통신부에 전기를 공급하는 배터리부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 결함 검사부는 카메라, 레이저 센서, 초음파 센서, 누설 전류계, 와류 전류계, 또는 MFL 센서 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
    
11. 제9항에 있어서,
    상기 결함 검사부는,
    상기 검사 로봇 케이스에 형성된 촬영홀부에 배치되고, 상기 검사 로봇 본체의 이동시 상기 관의 내부를 촬영하는 카메라; 및
    상기 모듈 장착부에 장착되고, 상기 카메라와 상기 로봇 제어부에 연결되며, 상기 카메라의 촬영 영상을 영상 정보로 처리한 후 상기 로봇 제어부에 전달하는 영상 처리기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 촬영홀부는 상기 검사 로봇 케이스의 둘레 방향을 따라 복수개가 설정 간격으로 이격되게 형성되고,
    상기 카메라는 상기 촬영홀부들 중 적어도 하나에 배치된 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
    
13. 제9항에 있어서,
    상기 결함 검사부는,
    상기 전방 이동 유닛의 전방부에 형성된 전방 가이드 부재의 중앙부에 배치되고, 상기 검사 로봇 본체의 이동시 상기 관의 둘레 방향으로 회전하면서 상기 관의 내부를 촬영하는 카메라; 및
    상기 모듈 장착부에 장착되고, 상기 카메라와 상기 로봇 제어부에 연결되며, 상기 카메라의 촬영 영상을 상기 영상 정보로 처리한 후 상기 로봇 제어부에 전달하는 영상 처리기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
    
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관의 외측에 배치되고, 상기 검사 로봇 본체와 상기 전방 이동 유닛을 후진시키도록 상기 검사 로봇 본체에 와이어로 연결된 와이어 후진 유닛; 및
    상기 와이어 후진 유닛의 작동을 제어하도록 상기 와이어 후진 유닛에 연결되고, 상기 검사 로봇 본체와 상기 전방 이동 유닛을 제어함과 아울러 상기 검사 로봇 본체의 검사 결과를 전달 받아 분석하도록 상기 검사 로봇 본체와 무선 통신 방식으로 연결된 원격 제어 유닛;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 와이어 후진 유닛은, 상기 검사 로봇 본체와 상기 전방 이동 유닛의 후진시 상기 와이어를 감아 상기 검사 로봇 본체를 당기도록 상기 와이어가 감김되거나 풀림되는 와인더 보빈을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
    
16. 제3항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검사 로봇 본체의 후방부에 연결되고, 상기 관의 검사시 상기 검사 로봇 본체와 함께 후방으로 이동되기 위한 후진 추력을 생성하는 적어도 하나의 프로펠러를 구비한 후방 이동 유닛; 및
    상기 검사 로봇 본체와 상기 전방 이동 유닛 및 상기 후방 이동 유닛을 제어함과 아울러 상기 검사 로봇 본체의 검사 결과를 전달 받아 분석하도록 상기 검사 로봇 본체와 무선 통신 방식으로 연결된 원격 제어 유닛;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
    
17. 제16항에 있어서,
    상기 후방 이동 유닛은, 상기 검사 로봇 본체를 기준으로 상기 전방 이동 유닛과 대칭되는 형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
    
18. 제16항에 있어서,
    상기 후방 이동 유닛에는 복수개의 후방 프로펠러가 마련되고,
    상기 후방 프로펠러들은 상기 후방 프로펠러들의 작동시 발생되는 토크를 서로 상쇄시키도록 동축 반전 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
    
19. 제18항에 있어서,
    상기 후방 이동 유닛은,
    상기 검사 로봇 본체와 동일한 원통형의 덕트 형상으로 형성되고, 상기 검사 로봇 본체의 후방부에 연결된 후방 덕트;
    상기 후방 덕트의 내부 통로의 중앙부를 중심으로 상기 후방 덕트의 둘레 방향을 따라 회전되는 제1 후방 프로펠러를 포함하고, 상기 제1 후방 프로펠러는 제2 방향으로 회전됨에 따라 후진 추력을 생성하는 구조로 형성된 제1 후방 추진부; 및
    상기 제1 후방 추진부의 전방에서 상기 제1 후방 추진부와 동일 축선 상에 배치되고, 상기 후방 덕트의 내부 통로의 중앙부를 중심으로 상기 후방 덕트의 둘레 방향을 따라 회전되는 제2 후방 프로펠러를 포함하며, 상기 제2 후방 프로펠러는 상기 제2 방향의 반대인 제1 방향으로 회전됨에 따라 후진 추력을 생성하는 구조로 형성된 제2 후방 추진부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.
    
20. 제19항에 있어서,
    상기 후방 덕트는, 상기 전방 덕트와 동일한 형상으로 형성되고, 상기 검사 로봇 본체를 기준으로 상기 전방 덕트와 대칭되게 배치되며,
    상기 제1 후방 추진부는, 상기 제1 전방 추진부와 동일한 형상으로 형성되고, 상기 검사 로봇 본체를 기준으로 상기 제1 전방 추진부와 대칭되게 배치되며,
    상기 제2 후방 추진부는, 상기 제2 전방 추진부와 동일한 형상으로 형성되고, 상기 검사 로봇 본체를 기준으로 상기 제2 전방 추진부와 대칭되게 배치된 것을 특징으로 하는 프로펠러 추진을 이용한 초경량 관내 검사 로봇.

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