KR20210010257A - 구조물의 벽체 안전진단용 로봇 - Google Patents

구조물의 벽체 안전진단용 로봇 Download PDF

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Abstract

본 발명은 진공 흡착을 이용하여 벽면에 부착된 상태로 상하좌우로 이동하면서 촬영 및 진단이 이루어지므로 작업자가 접근하기 어려운 벽면의 결함을 확실하게 효과적으로 확인하는 것이 가능한 구조물의 벽체 안전진단용 로봇을 제공한다.
본 발명의 구조물의 벽체 안전진단용 로봇은 틀을 이루는 본체프레임과, 본체프레임에 상하로 이동이 가능하도록 설치되는 복수의 상하이동장치와, 복수의 상하이동장치 각각에 좌우로 이동이 가능하도록 설치되는 좌우이동장치와, 좌우이동장치의 저면에 설치되는 흡착판과, 본체프레임에 설치되는 카메라와, 본체프레임에 설치되는 레이더와, 본체프레임에 설치되고 카메라와 레이더에서 촬영한 데이터를 수신하여 처리하고 상하이동장치와 좌우이동장치 및 흡착판의 작동을 제어하는 제어신호를 전송하는 제어부를 포함한다.

Description

구조물의 벽체 안전진단용 로봇 {Climbing Robot for Safety Inspection of Wall}
본 발명은 구조물의 벽체 안전진단용 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공 흡착을 이용하여 벽면에 부착된 상태로 이동하면서 촬영 및 진단이 이루어지므로 작업자가 접근하기 어려운 벽면의 결함을 매우 가까운 일정 거리에서 확실하게 확인하는 것이 가능한 구조물의 벽체 안전진단용 로봇에 관한 것이다.
일반적으로, 고층 빌딩이나 아파트 건물 등의 구조물은 진동이나 충격, 자연적 또는 환경적 요인으로 인한 노후화 등에 의해 균열, 박리, 박락, 백태, 부식 등의 결함이 발생한다.
구조물에 결함이 발생하게 되면, 강도가 약해지고 붕괴되거나 안전사고가 발생하는 등 물적, 인적 피해가 발생하게 된다. 따라서, 구조물에 대한 안전점검을 정기적으로 또는 수시로 행할 필요가 있다.
그런데, 고층 빌딩이나 험준한 지역에 설치된 구조물의 경우에는 작업자가 직접 접근하여 구조물에 대한 안전진단을 수행하기에는 어려움이 많으므로, 드론이나 로봇 등을 활용하여 영상 촬영을 행하고, 이 영상을 분석하여 안전진단을 수행하는 경우가 많다.
예를 들면, 대한민국 등록특허공보 제10-0200288호, 제10-1279501호, 제10-1358384호, 제10-1850892호, 제10-1843947호, 공개특허공보 제10-2004-0101158호 등에는 작업자의 접근이 어려운 구조물의 벽면에 대한 안전점검을 위한 다양한 장치 및 방법에 대한 기술이 공개되어 있다.
종래 구조물의 벽면에 대한 안전점검을 위한 장치 및 방법으로는 효과적으로 벽면의 안전점검을 수행하기에 충분하지 않다.
본 발명은 상기와 같은 점에 조감하여 이루어진 것으로서, 진공 흡착을 이용하여 벽면에 부착된 상태로 상하좌우로 이동하면서 촬영 및 진단이 이루어지므로 작업자가 접근하기 어려운 벽면의 결함을 매우 가까운 거리에서 확실하게 효과적으로 확인하는 것이 가능한 구조물의 벽체 안전진단용 로봇를 제공하는데, 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 구조물의 벽체 안전진단용 로봇은 틀을 이루는 본체프레임과, 상기 본체프레임에 상하로 이동이 가능하도록 설치되는 복수의 상하이동장치와, 상기 복수의 상하이동장치 각각에 좌우로 이동이 가능하도록 설치되는 좌우이동장치와, 상기 좌우이동장치의 저면에 설치되는 흡착판과, 상기 본체프레임에 설치되는 카메라와, 상기 본체프레임에 설치되는 레이더와, 상기 본체프레임에 설치되고 상기 카메라와 레이더에서 촬영한 데이터를 수신하여 처리하고 상기 상하이동장치와 좌우이동장치 및 흡착판의 작동을 제어하는 제어신호를 전송하는 제어부를 포함하여 이루어진다.
상기 상하이동장치는 본체프레임의 중앙을 중심으로 대칭을 이루도록 4~8개를 배치하여 설치하는 것도 가능하다.
상기 상하이동장치는 모터 또는 유압실린더 등의 작동원을 이용하여 상기 본체프레임에 대하여 상하로 이동하도록 구성하는 것이 가능하다.
상기 좌우이동장치는 상기 상하이동장치에 엘엠가이드(LM Guide) 등의 구조를 이용하여 설치되고, 모터 또는 유압실린더 등의 작동원을 이용하여 상기 본체프레임에 대하여 좌우로 이동하도록 구성하는 것이 가능하다.
상기 흡착판에는 진공펌프가 연결 설치되어 흡착시에는 내부에 진공압이 작용하도록 구성한다.
상기 카메라로는 일반 영상카메라, 적외선카메라 등의 다양한 카메라를 적용하여 설치하는 것이 가능하다.
상기 레이더로는 전자파 레이더, 라이더 등을 적용하여 설치하는 것이 가능하다.
상기 본체프레임에는 위치정보를 얻기 위한 지피에스(GPS)수신기와, 지면과의 높이정보를 얻기 위한 레이더를 설치하는 것도 가능하다.
상기 제어부에서는 이동시에 상기 흡착판의 흡착력 해제를 지그재그 방식으로 하나씩 순차적으로 이동을 수행하고, 하나의 흡착판에 대한 이동이 완료되어 흡착력의 작용이 이루어진 다음 다음 순서의 흡착판에 대한 흡착력 해제와 이동이 이루어지도록 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 구조물의 벽체 안전진단용 로봇에 의하면, 복수의 흡착판을 사용하여 순차적으로 하나씩 이동이 이루어지도록 구성하므로, 벽면을 안정적으로 이동하면서 카메라 및 레이더 등을 이용하여 진단을 수행하는 것이 가능하고, 작업자가 접근할 수 없는 지역에 설치된 구조물의 벽면에 대한 안전진단을 효율적으로 수행하는 것이 가능하다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 구조물의 벽체 안전진단용 로봇에 의하면, 자율주행을 하면서 벽면에 대한 데이터를 수집하는 것이 가능하므로, 정기적으로 해당 구조물의 벽면에 대한 안전진단을 행하는 것이 가능하고, 결함여부를 조기에 발견하여 안전사고를 효과적으로 예방하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 구조물의 벽체 안전진단용 로봇을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 구조물의 벽체 안전진단용 로봇을 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 구조물의 벽체 안전진단용 로봇에 있어서, 제어부의 작동을 설명하기 위한 블럭도이다.
다음으로 본 발명에 따른 구조물의 벽체 안전진단용 로봇의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 여러가지 다양한 형태로 구현하는 것이 가능하며, 이하에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
이하에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명과 밀접한 관계가 없는 부분은 상세한 설명을 생략하였으며, 발명의 설명 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 반복적인 설명을 생략한다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 구조물의 벽체 안전진단용 로봇은, 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본체프레임(10)과, 상하이동장치(20)와, 좌우이동장치(30)와, 흡착판(40)과, 카메라(80)와, 레이더(90), 제어부(70)를 포함하여 이루어진다.
상기 본체프레임(10)은 틀을 이루는 강체로 구성된다.
상기 상하이동장치(20)는 상기 본체프레임(10)에 상하로 이동이 가능하도록 설치된다.
상기 상하이동장치(20)는 복수개가 세트를 이루며 설치된다.
예를 들면, 상기 상하이동장치(20)는 본체프레임의 중앙을 중심으로 대칭을 이루도록 4~8개를 배치하여 설치한다.
상기 상하이동장치(20)는 모터 또는 유압실린더 등의 작동원을 이용하여 상기 본체프레임(10)에 대하여 상하로 이동하도록 구성하는 것이 가능하다.
상기 상하이동장치(20)는 각각 개별적으로 작동이 이루어지도록 구성하여 설치한다.
상기 좌우이동장치(30)는 상기 복수의 상하이동장치(20) 각각에 좌우로 이동이 가능하도록 설치된다.
상기 좌우이동장치(30)는 상기 상하이동장치(20)에 엘엠가이드(LM Guide) 등의 구조를 이용하여 설치된다.
상기 좌우이동장치(30)는 모터 또는 유압실린더 등의 작동원을 이용하여 상기 본체프레임(10)에 대하여 좌우로 이동하도록 구성한다.
상기 흡착판(40)은 상기 상기 좌우이동장치(30)의 저면에 설치된다.
상기 흡착판(40)에는 진공펌프가 연결 설치되어 흡착시에는 내부에 진공압이 작용하도록 구성한다.
상기 흡착판(40)은 상기 좌우이동장치(30)와 함께 이동하도록 일체로 고정 설치된다.
상기에서 상하이동장치(20)가 이동하면, 상기 좌우이동장치(30)와 흡착판(40)도 함께 이동하게 된다.
상기 카메라(80)는 상기 본체프레임(10)의 중앙부분에 설치된다.
상기 카메라(80)로는 일반 영상카메라, 적외선카메라, 초분광카메라 등의 다양한 카메라를 적용하여 설치하는 것이 가능하다.
상기 레이더(90)는 상기 본체프레임(10)의 중앙부분에 설치된다.
상기 레이더(90)로는 전자파 레이더, 라이더 등을 적용하여 설치하는 것이 가능하다.
상기 제어부(70)는 상기 본체프레임(10)에 설치된다.
상기 제어부(70)는 상기 카메라(80)와 레이더(90)에서 촬영한 데이터를 수신하여 처리한다.
상기 제어부(70)에서는 상기 카메라(80)와 레이더(90)로부터 얻어지는 데이터를 분석하여 구조물 벽체의 이상여부를 진단한다.
예를 들면, 동일 부위를 촬영한 카메라(80)의 영상(또는 적외선카메라, 초분광카메라의 영상)과 레이더(90)로부터 얻어진 데이터를 분석하면, 구조물 벽체의 균열, 박리, 박락, 백태, 부식 등의 다양한 결함을 검출하고, 이들 결함의 제원(길이, 폭 및 면적 등)을 자동 측정하여 분석하는 것도 가능하다.
상기에서 영상 분석은 촬영된 영상에서 중복된 영상들을 영상정합(image stitching 또는 image registration)함으로써 영상의 왜곡을 제거하고, 영상데이터의 이진화처리를 행하여 결함후보 픽셀을 검출하고, 독립점 등의 노이즈영역을 제거한 다음 결함후보 영역을 연결하는 작업을 수행하고, 결함후보 영역을 결함과 비결함으로 분류하여 결함을 검출하는 작업을 수행하고, 검출된 결함 영역의 속성을 분석하여 결함의 안전여부를 진단하는 과정으로 이루어진다.
상기에서 높은 중복도로 촬영된 영상들의 영상정합은 동일한 장면에 대해 얻은 여러 종류의 영상들을 하나의 통일된 좌표계상에서 표현하는 것으로서, 영상의 특징점(feature point 또는 key point)을 검출하고, 이 특징점들을 이용하여 정합을 빠르게 처리하여 얻어진다.
그리고, 상기 제어부(70)는 상기 상하이동장치(20)와 좌우이동장치(30) 및 흡착판(40)의 작동을 제어하는 제어신호를 전송한다.
상기에서 상하이동장치(20)와 좌우이동장치(30)의 1회의 이동량은 상기 카메라(70)와 레이더(90)가 촬영 및 스캔할 수 있는 범위를 감안하여 각각 일정한 거리로 설정하는 것이 누락되는 구역이 없이 벽면의 카메라(80)에 의한 촬영 및 레이더(90)에 의한 스캔이 이루어지므로 바람직하다.
예를 들면, 상기 제어부(70)에서는 이동시에 상기 흡착판(40)의 흡착력 해제를 지그재그 방식으로 하나씩 순차적으로 이동을 수행하고, 하나의 흡착판(40)에 대한 이동이 완료되어 흡착력의 작용이 이루어진 다음 다음 순서의 흡착판(40)에 대한 흡착력 해제와 이동이 이루어지도록 제어한다.
상기와 같이 구성된 상태에서 위쪽으로 이동하는 경우를 예를 들어 설명한다.
먼저, 상기 제어부(70)에서는 도 2에서 좌상에 위치하는 제1흡착판(40)의 흡착력을 해제하고, 해당 상하이동장치(20)를 위쪽으로 정해진 거리만큼 이동시키고, 상기 제1흡착판(40)에 대한 흡락력을 작용시킨다.
다음으로, 도 2에서 우상에 위치하는 제2흡착판(40)의 흡착력을 해제하고, 해당 상하이동장치(20)를 위쪽으로 정해진 거리만큼 이동시키고, 상기 제2흡착판(40)에 대한 흡락력을 작용시킨다.
이어서, 도 2에서 좌하에 위치하는 제3흡착판(40)의 흡착력을 해제하고, 해당 상하이동장치(20)를 위쪽으로 정해진 거리만큼 이동시키고, 상기 제3흡착판(40)에 대한 흡락력을 작용시킨다.
그리고, 도 2에서 우하에 위치하는 제4흡착판(40)의 흡착력을 해제하고, 해당 상하이동장치(20)를 위쪽으로 정해진 거리만큼 이동시키고, 상기 제4흡착판(40)에 대한 흡락력을 작용시킨다.
상기와 같이 4개의 흡착판(40)에 대한 이동이 완료되면, 상기 4개의 상하이동장치(20)에 대하여 상대적으로 상기 본체프레임(10)을 위쪽으로 정해진 거리만큼 이동시킨다.
상기와 같은 과정을 통하여 카메라(80)와 레이더(90)는 정해진 거리(1피치)만큼 위쪽으로 이동하는 결과를 얻게 된다.
상기에서 각각의 상하이동장치(20)의 이동은 개별적으로 설치된 모터 또는 유압실린더를 작동시켜 이루어지고, 상기 본체프레임(10)의 이동은 4개의 상하이동장치(20)에 설치된 모터 또는 유압실린더를 동시에 작동시켜 이루어지도록 구성한다.
그리고, 좌우로의 이동도 상하의 이동과 마찬가지의 과정으로 구성하는 것이 가능하다.
예를 들면, 하나씩 각각의 흡착판(40)이 설치된 좌우이동장치(30)의 이동을 수행하고, 마지막으로 본체프레임(10)의 이동을 행하도록 구성한다.
그리고, 상기 본체프레임(10)에는 위치정보를 얻기 위한 지피에스(GPS)수신기(76)와, 지면과의 높이정보를 얻기 위한 위치측정용 레이더(78)를 설치하는 것도 가능하다.
상기와 같이 본체프레임(10)에 지피에스수신기(76)와 위치측정용 레이더(78)를 설치하면, 현재 촬영 또는 스캔이 이루어지는 벽면의 구역에 대한 3차원 위치정보를 얻는 것이 가능하고, 결함이 발생한 벽면 부위의 위치를 정확하고 용이하게 확인하는 것이 가능하다.
그리고, 도면에 나타내지 않았지만, 상기 본체프레임(10)에는 다수의 물체감지센서를 설치하여 장애물이 있는 경우에는 이를 피하여 이동하도록 구성하는 것도 가능하다.
상기에서는 본 발명에 따른 구조물의 벽체 안전진단용 로봇의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
10 - 본체프레임, 20 - 상하이동장치, 30 - 좌우이동장치, 40 - 흡착판
70 - 제어부, 76 - 지피에스수신기, 78 - 위치측정용 레이더
80 - 카메라, 90 - 레이더

Claims (6)

  1. 틀을 이루는 본체프레임과,
    상기 본체프레임에 상하로 이동이 가능하도록 설치되는 복수의 상하이동장치와,
    상기 복수의 상하이동장치 각각에 좌우로 이동이 가능하도록 설치되는 좌우이동장치와,
    상기 좌우이동장치의 저면에 설치되는 흡착판과,
    상기 본체프레임에 설치되는 카메라와,
    상기 본체프레임에 설치되는 레이더와,
    상기 본체프레임에 설치되고 상기 카메라와 레이더에서 촬영한 데이터를 수신하여 처리하고 상기 상하이동장치와 좌우이동장치 및 흡착판의 작동을 제어하는 제어신호를 전송하는 제어부를 포함하는 구조물의 벽체 안전진단용 로봇.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 상하이동장치는 본체프레임의 중앙을 중심으로 대칭을 이루도록 4~8개를 배치하여 설치하고,
    상기 상하이동장치는 모터 또는 유압실린더 등의 작동원을 이용하여 상기 본체프레임에 대하여 상하로 이동하도록 구성하는 구조물의 벽체 안전진단용 로봇.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 좌우이동장치는 상기 상하이동장치에 엘엠가이드(LM Guide) 구조를 이용하여 설치되고, 모터 또는 유압실린더 등의 작동원을 이용하여 상기 본체프레임에 대하여 좌우로 이동하도록 구성하는 구조물의 벽체 안전진단용 로봇.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡착판에는 진공펌프가 연결 설치되어 흡착시에는 내부에 진공압이 작용하도록 구성하는 구조물의 벽체 안전진단용 로봇.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부에서는 이동시에 상기 흡착판의 흡착력 해제를 지그재그 방식으로 하나씩 순차적으로 이동을 수행하고, 하나의 흡착판에 대한 이동이 완료되어 흡착력의 작용이 이루어진 다음 다음 순서의 흡착판에 대한 흡착력 해제와 이동이 이루어지도록 제어하는 구조물의 벽체 안전진단용 로봇.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체프레임에는 위치정보를 얻기 위한 지피에스(GPS)수신기와, 지면과의 높이정보를 얻기 위한 위치측정용 레이더를 설치하는 구조물의 벽체 안전진단용 로봇.
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