KR20210142970A

KR20210142970A - 전력설비 감시용 무인 지상 이동장치

Info

Publication number: KR20210142970A
Application number: KR1020200059795A
Authority: KR
Inventors: 이원교
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2021-11-26

Abstract

본 발명의 전력설비 감시용 무인 지상 이동장치는, 열화상 카메라, 초음파/UV 카메라, 전자계 측정기, 통신모듈 등의 감시 설비를 탑재한 후 무선으로 조정하면, 이동몸체(10)에 설치된 중앙제어부(20)가 신호를 전달받아 이동몸체(10)의 전방 및 후방에 대해 좌측과 우측에 각각 모터(40)에 의해 독립적으로 설치된 제1 내지 제4 바퀴유닛(60a,60b,60c,60d)을 각각 또는 동시 구동시킴과 동시에 제1 내지 제4 바퀴유닛(60a,60b,60c,60d) 마다 정삼각형으로 배치되어 한 조를 이루는 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)의 구동에 의해 무인 지상 이동장치를 이동시킬 수 있는 구조이기 때문에 전방향 전환은 물론 높이가 있는 장애물과 계단 등을 자유롭게 오르고 내려올 수 있을 뿐만 아니라 이동몸체(10)를 돌릴 공간이 부족한 곳에서 바퀴의 움직임만으로 협소한 공간을 주행할 수 있는 것임.

Description

전력설비 감시용 무인 지상 이동장치{DEVICE FOR UNMANNED GROUND VEHICLE OF POWER FACILITIES INSPECTION MONITORING}

본 발명은 전력설비 감시용 무인 지상 이동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전방향 이동이 가능한 메카넘 휠(Mecanum Wheel)을 장착하여 전방향 전환 및 장애물 극복이 가능한 전력설비 감시용 무인 지상 이동장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전력설비 중 송전선로는 초고전압 전력이 송전되는 고압선, 송전탑, 애자 및 클램프 등에 수만 볼트[V]의 고압전기가 흐르므로, 지상에서 수십 미터의 공중에 설치된다.

이에 따라 송전선로는 낙뢰, 폭우, 태풍 등에 노출되어 손상 가능성이 높아지게 되고, 그에 따라 송전선로에 대한 정기적인 검사가 필수적으로 이루어질 필요가 있다.

그런데 송전선로에 대한 검사는 작업자가 철탑금구에 직접 탑승하여 송전선로를 육안으로 점검하므로, 작업자가 위험에 노출되는 등 고비용 저효율적인 점검이 이루어지는 문제점이 있다.

또한, 송전선로에 대한 검사는 송전을 정지한 후, 송전선로에 대한 검사 작업을 수행해야 하므로 작업 가능 시기가 제한되는 단점이 있다.

이외에도 철탑에 각종 감시 설비를 설치하고 이 감시 설비를 통해 송전선로를 추정 및 감시하였으나, 송전선로 상에 별도의 감시 설비를 추가적으로 설치해야 하므로 감시 설비 설치에 따른 비용이 증가하는 문제점이 있다.

특히 비행용 드론을 사용한 점검 방법을 적용할 경우 옥외 노출된 변전소는 인입 인출 선로의 간섭 등으로 사고의 위험이 높으며, 지하 전력구의 경우 GPS 신호 수신 곤란 비행용 공간 확보 어려움 등으로 드론을 이용한 점검이 불가능하다.

자율비행 및 주행을 위해서 GPS 항법을 사용하는 것이 일반적이지만, 지하 구조물은 GPS 신호가 도달하지 못해서 이를 이용한 제어 방법을 적용하기 어렵다.

그리고 옥외 노출된 변전소는 다양한 가공 설치물 때문에 드론을 이용한 접근이 어려울 뿐만 아니라 잘못 접근하면 추락사고가 발생할 우려가 크므로 근접 접근이 어렵다.

이에 따라 지상형 무인 이동몸체에 카메라를 부착 하여 점검하는 시도가 이루어지고 있지만, 지상에 다양한 장애물이 많기 때문에 지상형 무인 이동몸체가 이러한 장애물 때문에 이동이 불가능해 질 수 있을 뿐만 아니라 지상에 별도의 감시용 도로를 설치해야 하는 문제가 있으며, 또한 지상에서 감시를 하다 보니 카메라 조정에 한계가 있어 감시 범위에 제약이 있다.

그리고 전력구의 경우 지하 구조물이기 때문에 GPS 신호가 도달하지 못해서 이를 이용한 자율 주행제어 방법을 적용하기 어렵다.

이에 따라 레일 설치 및 이동용 로봇 팔 설치를 통해 점검을 시도하고 있으나, 설치 및 유지 보수에 많은 비용이 소요되기 때문에 비행용 드론처럼 별도의 설치가 필요 없으며, 자유롭게 이동이 가능하고 무인화 원격 진단이 가능한 무인 지상 이동장치를 사용한 점검 장비가 중요한 요인으로 작용하였다.

또한 지반이 약한 곳, 심각한 설비 고장으로 인력이 투입되어 고장 원인을 파악하기 어려운 극한의 환경, 인간의 시야각(視野角)으로는 고장 원인 식별이 어려운 곳 등에 직접 투입되어 육안(肉眼)으로 확인 가능한 점검 장비가 필요하였다.

대한민국 공개특허공보 제2020-0012467호(2020.02.05)

본 발명의 목적은 기존의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 제안된 것으로서, 이동몸체에 메카넘 휠(Mecanum Wheel)을 장착하여 전방향 전환 및 장애물 극복이 가능하게 하고, 높이가 있는 장애물, 계단 등을 자유롭게 오를 수 있으며, 이동몸체를 돌릴 공간이 부족한 곳에서 바퀴의 움직임만으로 협소한 공간을 주행할 수 있는 전력설비 감시용 무인 지상 이동장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전력설비 감시용 무인 지상 이동장치는, 감시 설비를 탑재하는 이동몸체와, 상기 이동몸체의 상부 일측에 설치되는 중앙제어부와, 상기 이동몸체의 전방 및 후방에 대해 좌측과 우측에 각각 설치되어 상기 중앙제어부에 전선에 의해 연결되어 각각 독립적으로 구동이 제어되는 다수의 모터와, 상기 다수의 모터의 모터축에 각각 연결되어 전방향 전환 및 장애물 통과가 가능하도록 제1 내지 제3 메카넘 휠이 정삼각형으로 배치되어 한 조를 이루는 제1 내지 제4 바퀴유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 제1 내지 제4 바퀴유닛은, 정삼각형으로 형성되면서 각 꼭지점이 원형으로 연장 형성된 지지판과, 상기 지지판의 내측면 중앙에 상기 모터축의 끝단과 연결되어 회전되는 구동기어와, 상기 지지판의 꼭지점 방향 일측에 회전축을 매개로 각각 회전 가능하게 지지되면서 상기 구동기어와 기어맞춤되는 다수의 아이들기어와, 상기 지지판의 꼭지점 중앙에 상기 제1 내지 제3 메카넘 휠의 휠축에 회전 가능하게 각각 지지되면서 상기 다수의 아이들기어와 각각 기어맞춤되는 다수의 종동기어와, 상기 지지판의 형상과 대응되는 면적으로 형성되어 결합되는 기어보호커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 구동기어, 종동기어, 아이들기어 순으로 기어비가 크게 구성된 것을 특징으로 한다.

다른 실시예로서, 본 발명의 제1 내지 제3 메카넘 휠은, 중앙에 휠축이 설치되는 2개의 중심원판과, 상기 2개 중심원판의 외주면 사이에 둘레 방향을 따라 일정 간격을 두고 각각 연결되는 다수개의 연결대를 매개로 각각 45도 각도로 기울어져 각각 독립적으로 회전되도록 지지되는 다수의 보조바퀴를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전력설비 감시용 무인 지상 이동장치는 열화상 카메라, 열화상 카메라, 초음파/UV 카메라, 전자계 측정기, 통신모듈 등의 감시 설비를 탑재한 후 무선으로 조정하면, 이동몸체에 설치된 중앙제어부가 신호를 전달받아 이동몸체의 전방 및 후방에 대해 좌측과 우측에 각각 모터에 의해 독립적으로 설치된 제1 내지 제4 바퀴유닛을 각각 또는 동시 구동시킴과 동시에 제1 내지 제4 바퀴유닛 마다 정삼각형으로 배치되어 한 조를 이루는 제1 내지 제3 메카넘 휠의 구동에 의해 무인 지상 이동장치를 이동시킬 수 있는 구조이기 때문에 전방향 전환은 물론 높이가 있는 장애물과 계단 등을 자유롭게 오르고 내려올 수 있을 뿐만 아니라 이동몸체를 돌릴 공간이 부족한 곳에서 바퀴의 움직임만으로 협소한 공간을 주행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 무인 지상 이동장치를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 무인 지상 이동장치를 도시한 평면도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 메카넘 휠 유닛의 내부과 외부를 각각 도시한 측면도,
도 5(a)(b)는 본 발명의 메카넘 휠을 도시한 측면 및 정면도,
도 6은 본 발명의 무인 지상 이동장치가 메카넘 휠에 의해 상하 및 좌우 방향으로 이동하는 동작 예시도,
도 7은 본 발명의 무인 지상 이동장치가 메카넘 휠에 의해 상하 및 좌우 45도 방향으로 이동하는 동작 예시도,
도 8은 본 발명의 무인 지상 이동장치가 메카넘 휠에 의해 제자리에서 시계 또는 반시계 방향으로 이동하는 동작 예시도,
도 9는 본 발명의 무인 지상 이동장치가 메카넘 휠에 의해 계단과 같이 높이가 있는 장애물을 타고 이동하는 동작 예시도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

본 발명의 실시예에 따른 전력설비 감시용 무인 지상 이동장치는, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 카메라, 열화상 카메라, 초음파/UV 카메라, 전자계 측정기, 통신모듈 등의 감시 설비를 탑재하는 이동몸체(10)와, 상기 이동몸체(10)의 상부 일측에 설치되는 중앙제어부(20)와, 상기 이동몸체(10)의 전방 및 후방에 대해 좌측과 우측에 각각 설치되어 상기 중앙제어부(20)로부터 전선(30)을 매개로 연결되어 각각 독립적으로 구동이 제어되는 다수의 모터(40)와, 상기 다수의 모터(40)의 모터축(50)에 각각 연결되어 전방향 전환 및 장애물 통과가 가능하도록 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)이 정삼각형으로 배치되어 한 조를 이루는 제1 내지 제4 바퀴유닛(60a,60b,60c,60d)을 포함한다.

즉, 상기 제1 내지 제4 바퀴유닛(60a,60b,60c,60d)은, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 정삼각형으로 형성되면서 각 꼭지점이 원형으로 연장 형성된 지지판(61)과, 상기 지지판(61)의 내측면 중앙에 지지판(61)을 관통하는 상기 모터축(50)의 끝단과 연결되어 회전되는 구동기어(62)와, 상기 지지판(61)의 꼭지점 방향 일측에 회전축(63)을 매개로 각각 회전 가능하게 지지되면서 상기 구동기어(62)와 기어맞춤되는 다수의 아이들기어(64)와, 상기 지지판(61)의 꼭지점 중앙에 대해 지지판(61)을 관통하는 상기 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)의 휠축(71)에 회전 가능하게 각각 지지되면서 상기 다수의 아이들기어(64)와 각각 기어맞춤되는 다수의 종동기어(66)와, 상기 구동기어(62)와 다수의 아이들기어(64) 및 다수의 종동기어(66)가 외부로 노출되지 않도록 상기 지지판(61)의 형상과 대응되는 면적으로 형성되어 결합되는 기어보호커버(67)를 포함하여 이루어져 있다.

이때, 상기 구동기어(62), 종동기어(66), 아이들기어(64) 순으로 기어비가 크게 구성되는 것이 바람직하다.

상기 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)은, 도 5에 도시한 바와 같이, 중앙에 휠축(71)이 설치되는 2개의 중심원판(72)과, 상기 2개 중심원판(72)의 외주면 사이에 둘레 방향을 따라 일정 간격을 두고 각각 연결되는 다수개의 연결대(73)를 매개로 45도 각도로 기울어져 각각 독립적으로 회전되도록 지지되는 다수의 보조바퀴(74)를 포함하여 이루어져 있다.

이때, 상기 다수의 보조바퀴(74)들은 축 방향 중앙에서 양 끝단으로 갈수록 점차 직경이 작아지는 굴곡 형태로 형성되어 있다.

다음은, 이와 같이 구성된 본 발명의 전력설비 감시용 무인 지상 이동장치에 대한 작용 및 효과를 설명한다.

본 발명의 전력설비 감시용 무인 지상 이동장치의 이동몸체(10)에 고화질 카메라, 열화상 카메라, 초음파/UV 카메라, 전자계 측정기, 통신모듈 등의 감시 설비를 탑재한 후 무선으로 조정하면, 이동몸체(10)에 설치된 중앙제어부(20)가 신호를 전달받아 이동몸체(10)의 전방 및 후방에 대해 좌측과 우측에 각각 모터(40)에 의해 독립적으로 설치된 제1 내지 제4 바퀴유닛(60a,60b,60c,60d)을 각각 또는 동시 구동시킴과 동시에 제1 내지 제4 바퀴유닛(60a,60b,60c,60d) 마다 정삼각형으로 배치되어 한 조를 이루는 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)의 구동에 의해 무인 지상 이동장치를 이동시킬 수 있는 구조이기 때문에 전방향 전환은 물론 높이가 있는 장애물과 계단 등을 자유롭게 오르고 내려올 수 있을 뿐만 아니라 이동몸체(10)를 돌릴 공간이 부족한 곳에서 바퀴의 움직임만으로 협소한 공간을 주행할 수 있는 장점이 있다.

즉, 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)의 다수의 보조바퀴(74)들은 도 5와 같이 양 끝단들이 상기 연결대(73)에 의해 연결될 때 45도 각도로 기울어져 각각 독립적으로 회전되도록 지지되기 때문에 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)의 회전방향의 직진성과 45도 기울어진 방향으로의 방향성을 동시에 갖게 된다.

이 처럼, 정삼각형으로 배치되어 한 조를 이루면서 회전방향의 직진성과 45도 기울어진 방향으로의 방향성을 갖는 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)의 구성때문에 이동몸체(10)의 전방 및 후방에 대해 좌측과 우측에 각각 모터(40)에 의해 독립적으로 제어되는 제1 내지 제4 바퀴유닛(60a,60b,60c,60d)들의 방향성을 벡터적(vector積)으로 조합하여 도 6과 같이 상, 하, 좌, 우 직선방향으로 이동, 도 7과 같이 상, 하, 좌, 우 45도 경사방향으로 이동, 도 8과 같이 시계방향 또는 반시계방향으로 제자리 회전하도록 전방향 전환하거나 도 9와 같이 높이가 있는 장애물과 계단 등을 자유롭게 오르고 내려올 수 있는 것이다.

즉, 중앙제어부(20)의 제어 신호에 따라 이동몸체(10)의 전방 및 후방에 대해 좌측과 우측에 각각 모터(40)가 독립적으로 구동되면, 이 모터(40)의 모터축(50)에 연결된 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)의 구동기어(62)가 회전하게 되고, 이 구동기어(62)는 정삼각형의 지지판(61)의 꼭지점을 향해 3방향으로 각각 기어맞춤된 다수의 아이들기어(64)를 매개로 다수의 종동기어(66)를 동시 회전시키게 되며, 종동기어(66)들은 휠축(71)에 의해 각각 연결된 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)의 보조바퀴(74)들을 동시 같은 방향 및 같은 속도로 회전시키게 된다.

이때, 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)들은 도 9(a)와 같이 계단 등의 장애물이 없는 평지 또는 경사로에서는 보조바퀴(74) B 및 C가 지면과 맞닿은 상태로 회전하는 추진력에 의해 무인 지상 이동장치를 전방향 전환 및 이동시킬 수 있기 때문에 전력설비 감시가 가능하다.

그러나, 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)들이 높이가 있는 장애물과 계단에서는 도 9(b) 내지 도 9(d)와 같이 보조바퀴(74)가 계단턱에 걸릴 때 보조바퀴(74)의 A, B, C 위치가 바뀌면서 계단을 타고 오르거나 내려오는 추진력에 의해 무인 지상 이동장치를 이동시킬 수 있기 때문에 전력설비 감시가 가능하다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예로만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 기술사상 역시 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 한다.

10 : 이동몸체 20 : 중앙제어부
30 : 전선 40 : 모터
50 : 모터축 60a,60b,60c,60d : 제1 내지 제4 바퀴유닛
61 : 지지판 62 : 구동기어
63 : 회전축 64 : 아이들기어
66 : 종동기어 67 : 기어보호커버
70a,70b,70c : 제1 내지 제3 메카넘 휠
71 : 휠축 72 : 중심원판
73 : 연결대 74 : 보조바퀴

Claims

감시 설비를 탑재하는 이동몸체(10)와,
상기 이동몸체(10)의 상부 일측에 설치되는 중앙제어부(20)와,
상기 이동몸체(10)의 전방 및 후방에 대해 좌측과 우측에 각각 설치되어 상기 중앙제어부(20)에 전선(30)에 의해 연결되어 각각 독립적으로 구동이 제어되는 다수의 모터(40)와,
상기 다수의 모터(40)의 모터축(50)에 각각 연결되어 전방향 전환 및 장애물 통과가 가능하도록 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)이 정삼각형으로 배치되어 한 조를 이루는 제1 내지 제4 바퀴유닛(60a,60b,60c,60d)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력설비 감시용 무인 지상 이동장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 내지 제4 바퀴유닛(60a,60b,60c,60d)은,
정삼각형으로 형성되면서 각 꼭지점이 원형으로 연장 형성된 지지판(61)과, 상기 지지판(61)의 내측면 중앙에 상기 모터축(50)의 끝단과 연결되어 회전되는 구동기어(62)와,
상기 지지판(61)의 꼭지점 방향 일측에 회전축(63)을 매개로 각각 회전 가능하게 지지되면서 상기 구동기어(62)와 기어맞춤되는 다수의 아이들기어(64)와,
상기 지지판(61)의 꼭지점 중앙에 상기 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)의 휠축(71)에 회전 가능하게 각각 지지되면서 상기 다수의 아이들기어(64)와 각각 기어맞춤되는 다수의 종동기어(66)와,
상기 지지판(61)의 형상과 대응되는 면적으로 형성되어 결합되는 기어보호커버(67)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력설비 감시용 무인 지상 이동장치.
청구항 2에 있어서,
상기 구동기어(62), 종동기어(66), 아이들기어(64) 순으로 기어비가 크게 구성된 것을 특징으로 하는 전력설비 감시용 무인 지상 이동장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 내지 제3 메카넘 휠(70a,70b,70c)은,
중앙에 휠축(71)이 설치되는 2개의 중심원판(72)과,
상기 2개 중심원판(72)의 외주면 사이에 둘레 방향을 따라 일정 간격을 두고 각각 연결되는 다수개의 연결대(73)를 매개로 45도 각도로 기울어져 각각 독립적으로 회전되도록 지지되는 다수의 보조바퀴(74)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력설비 감시용 무인 지상 이동장치.